JP2006258944A - オートフォーカスシステム - Google Patents

Abstract

【課題】対象被写体を画面上で追尾しながらオートフォーカス（ＡＦ）によりその対象被写体にピントを合わせる自動追尾機能において、パターンマッチング処理により、対象被写体の画像として記憶した基準パターン画像に最も合致する画像を撮影画像の中から検出し、その画像と基準パターン画像との相関値が所定のしきい値以上の場合にのみ、検出した画像の位置に、ＡＦによりピントを合わせる位置を移動させると共に、前記しきい値を変更可能にすることによって撮影状況に応じて適切に対象被写体の誤検出を防止することができるオートフォーカスシステムを提供する。
【解決手段】テレビカメラ等において追尾装置１６は、追尾する対象被写体の画像を基準パターン画像として記憶し、新たに取り込んだフレームの撮影画像においてその基準パターン画像と最も合致する画像をパターンマッチングにより検出し、対象被写体の位置を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明はオートフォーカスシステムに係り、特にカメラの撮影画像の画面上において所望の対象被写体をピント合わせの対象として追尾する自動追尾機能を備えたオートフォーカスシステムに関する。

テレビカメラのように撮影素子（ＣＣＤ等）により被写体の画像を電気信号（画像信号）に変換する撮像システムでは、オートフォーカス（以下、ＡＦと記す）の方式として一般的にコントラスト方式が採用されている。コントラスト方式は、撮像素子により取り込まれた画像信号から被写体画像のコントラストを検出し、そのコントラストが最も高くなるように撮影レンズのフォーカスを制御することによって最良ピント状態（合焦状態）に自動でピント合わせを行う方式である。

コントラスト方式のようなＡＦでは、カメラの撮影範囲内にある被写体の全体をＡＦの対象とするのではなく、撮影範囲のうちの一部の範囲にある被写体のみを対象とすることが多い。コントラスト方式のＡＦでは、撮像素子の撮像エリア全体により取り込まれた画像信号のうち、ＡＦの対象とする範囲の画像信号を抽出し、その抽出した範囲の画像信号のコントラストが最も高くなるようにフォーカスを制御することによってＡＦの対象を一部の範囲の被写体のみに限定している。尚、本明細書ではカメラの撮影範囲のうちＡＦの対象とする被写体の範囲、又は、カメラの撮影画像の画面上においてＡＦの対象とする被写体の画像範囲をＡＦエリアといい、そのＡＦエリアの輪郭を示す枠をＡＦ枠というものとする。

また、従来、撮影画像の画面上において単一のＡＦエリアが所定位置に固定して設定される場合、標準的には矩形のＡＦエリアが画面中央に設定されるが、操作者の操作によってＡＦエリアの位置を変更可能にしたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３６５５１９号公報

ところで、ＡＦエリアを所望の位置に変更できるようにした場合において、ピントを合わせたい対象被写体が画面上で移動する物体の場合には、操作者はトラックボールやジョイスティック等の操作装置を操作してその対象被写体の動きに合わせてＡＦエリアの位置を動かす必要がある。そのため、その操作の手間や注意力を要するという問題があった。

そこで、移動する対象被写体に対してＡＦエリアを自動で追尾させるようにすると操作者がＡＦエリアの位置を操作する手間がなくなるため効果的である。例えば、ソース画像内から特定の基準パターン画像を検出する方法としていわゆるパターンマッチングの技術が知られており、その技術を応用することによって撮影画像の中から特定の対象被写体の画像を検出することができ、検出した対象被写体の位置にＡＦエリアを移動させることによってＡＦエリアを対象被写体に追尾させることができるようになる。

しかしながら、撮影画像の画面上において対象被写体の画像が大きく変化した場合、対象被写体以外の被写体を対象被写体として誤検出してしまうおそれが大きくなる。この場合、誤検出した被写体にピントが合わせられるため、本来の対象被写体からピントがずれるという不測の事態が生じる。従って、誤検出の可能性が高い場合には、対象被写体の検出が不能（追尾不能）と判断し、ＡＦエリアを移動させない方が好適である。

一方、パターンマッチングではソース画像の中から基準パターン画像と同じサイズの画像を順次領域を変えて切り出し、その切り出した画像と基準パターン画像との相関値が求められる。そして、各領域から切り出した画像のうち相関値が最大となった画像が基準パターン画像と最も合致した画像として検出される。このとき、その最大を示した相関値が所定のしきい値より小さい場合には、相関値が最大であっても基準パターン画像と合致した画像とは判断されず、検出不能（パターン無し）と判断される。

従って、しきい値を高くしてパターン有りと判断する条件を厳しくすれば、対象被写体を誤検出する可能性を少なくすることができる。尚、パターンマッチングにおいてソース画像内に基準パターン画像と合致する画像が検出された（パターン有り）と判断するための合致の度合いを本明細書ではパターンマッチング感度（又は単に感度）というものとすると、パターン有りと判断する条件を厳しくすること、即ち、前記しきい値を高くすることは、パターンマッチング感度を高くすることを意味している。

しかしながら、パターンマッチング感度をあまりに高くすると、相関値が最大となった画像が目的の対象被写体であった場合であっても基準パターン画像と合致する画像が検出されない（パターン無し）と判断されてしまう可能性が高くなるという不具合がある。従って、対象被写体を誤検出しないようにパターンマッチング感度を適度に高くすることが望ましいが、番組のジャンルやシーンによって適切なパターンマッチング感度が異なる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ＡＦによりピントを合わせる対象の対象被写体を画面上において自動で追尾する自動追尾機能において対象被写体の誤検出を適切に防止することができるオートフォーカスシステムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載のオートフォーカスシステムは、光学系により結像された被写体像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された撮影画像の中から、ピントを合わせる対象被写体の画像として事前に記憶した基準パターン画像に最も合致する画像を検出する合致画像検出手段と、前記合致画像検出手段により検出された画像の前記基準パターン画像に対する合致の度合いを示す相関値が所定のしきい値以上の場合には、前記撮影画像の中に前記対象被写体の画像が検出されたと判断し、前記相関値が前記しきい値より小さい場合には、前記撮影画像の中に前記対象被写体の画像が検出されなかったと判断する判断手段と、前記判断手段における前記しきい値を変更する変更手段と、前記判断手段により前記対象被写体の画像が検出されたと判断された場合にのみ、前記合致画像検出手段により検出された画像の前記撮影画像の画面上における位置を前記ピントを合わせる対象被写体の位置として該位置の対象被写体にピントが合うように前記光学系のフォーカス調整を行うオートフォーカス手段と、を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、対象被写体の画像として記憶した基準パターン画像に最も合致として撮影画像の中から検出した画像と基準パターン画像との相関値が所定のしきい値以上の場合にその画像を対象被写体の画像と判断すると共に、そのしきい値を変更可能にしたため、撮影状況に応じて適切なしきい値（即ち、感度）に設定することができ、対象被写体の誤検出を適切に防止することができる。

請求項２に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１に記載の発明において、前記変更手段は、前記しきい値として設定する値を手動操作によって指示する指示手段と、該指示手段により指示された値に前記しきい値を設定する設定手段とを備えたことを特徴としている。本発明は、前記しきい値を操作者が手動で変更する場合を示した態様である。

請求項３に記載のオートフォーカスシステムは、請求項１又は２の発明において、前記オートフォーカス手段は、前記撮影画像のうち所定のＡＦエリア内の画像のコントラストに基づいて該ＡＦエリア内の被写体にピントが合うようにフォーカス調整を行うと共に、前記判断手段により前記対象被写体の画像が検出されたと判断された場合にのみ、前記合致画像検出手段により検出された画像の前記撮影画像の画面上における位置に前記ＡＦエリアの位置を変更すること特徴としている。本発明は、オートフォーカス手段がコントラス方式のオートフォーカスを実行する手段である場合を示している。

本発明に係るオートフォーカスシステムによれば、自動追尾機能において対象被写体の誤検出を適切に防止することができる。

以下、添付図面に従って本発明に係るオートフォーカスシステムの好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、本発明に係るオートフォーカスシステムが適用される撮像システムの全体構成を示したブロック図である。同図に示す撮像システムは、例えば放送用テレビカメラでの撮影に用いられる撮像システムであり、同図にはレンズ交換可能なカメラヘッド１０、カメラヘッド１０のレンズマウントに装着される撮影レンズ（光学系）を備えたレンズ装置１２、枠操作部１４、追尾装置１６等が示されている。

カメラヘッド１０には、撮像素子（例えばＣＣＤ）や所要の信号処理回路等が搭載されており、レンズ装置１２の撮影レンズにより結像された像は、撮像素子により光電変換された後、信号処理回路によって所要の信号処理が施される。信号処理回路によって生成される所定形式の映像信号は、カメラヘッド１０の映像信号出力端子等から外部機器に出力される。また、カメラヘッド１０には、構図の確認等のためのビューファインダ（モニタ）１８が設置されており、そのビューファインダ１８にカメラヘッド１０からの映像信号が与えられ、カメラヘッド１０で撮影されているリアルタイムの画像（映像）がビューファインダ１８の画面上に表示されるようになっている。また、ビューファインダ１８の画面上にはオートフォーカス（ＡＦ）の対象範囲であるＡＦエリアの情報、例えば、ＡＦ枠も表示される。

レンズ装置１２は、カメラヘッド１０のレンズマウントに装着される図示しない撮影レンズ（光学系）を備えており、その撮影レンズにより被写体の像がカメラヘッド１０の撮像素子の撮像面に結像される。撮影レンズには、その構成部としてフォーカスレンズ群、ズームレンズ群、絞りなどの撮影条件を調整するための可動部が設けられており、それらの可動部は、図示しないモータ（サーボ機構）によって電動駆動されるようになっている。例えば、フォーカスレンズ群やズームレンズ群は光軸方向に移動し、フォーカスレンズ群が移動することによってフォーカス（被写体距離）調整が行われ、ズームレンズ群が移動することによって焦点距離（ズーム倍率）調整が行われる。尚、本実施の形態のようにオートフォーカスに関するシステムにおいては、少なくともフォーカスレンズ群が電動で駆動できればよく、その他の可動部は手動でのみ駆動可能であってもよい。また、所定の可動部を操作者の操作に従って電動駆動する場合には、図示しない操作部（レンズ装置１２に接続されるコントローラの操作部等）から操作者の操作に従って出力されるコントロール信号に基づいて可動部の動作が制御されるが詳細は省略する。

また、同図に示すように、レンズ装置１２には、レンズ装置１２全体を統括制御するレンズＣＰＵ２０、オートフォーカス（ＡＦ）処理を実行するＡＦ処理部２２、ＡＦ用撮像回路２４等が搭載されている。ＡＦ用撮像回路２４は、ＡＦ処理用の映像信号を取得するためにレンズ装置１２に配置されており、撮像素子（ＣＣＤ等）や撮像素子の出力信号を所定形式の映像信号として出力する処理回路等を備えている。尚、ＡＦ用撮像回路２４の撮像素子をＡＦ用撮像素子という。また、ＡＦ用撮像回路２４から出力される映像信号は輝度信号とする。

ＡＦ用撮像素子の撮像面には、撮影レンズの光路上に配置されたハーフミラー等によってカメラヘッド１０の撮像素子に入射する被写体光から分岐された被写体光が結像するようになっている。ＡＦ用撮像素子の撮像エリアに対する撮影範囲及び被写体距離（ピントが合う被写体の距離）は、カメラヘッド１０の撮像素子の撮像エリアに対する撮影範囲及び被写体距離に一致するように構成されており、ＡＦ用撮像素子により取り込まれる撮影画像は、カメラヘッド１０の撮像素子により取り込まれる撮影画像と一致している。尚、両者の撮影範囲に関しては完全に一致している必要はなく、例えば、ＡＦ用撮像素子の撮影範囲の方がカメラヘッド１０の撮像素子の撮影範囲を包含する大きな範囲であってもよい。また、ＡＦ用撮像素子を設けることなくカメラヘッド１０からの映像信号をＡＦ処理部２２に与えるようにしてもよい。

ＡＦ処理部２２は、ＡＦ用撮像回路２４から映像信号を取得し、その映像信号に基づいて被写体画像のコントラストの高低を示す焦点評価値を算出する。例えば、ＡＦ用撮像素子から得られた映像信号の高域周波数成分の信号をハイパスフィルタによって抽出した後、その高域周波数成分の信号のうちＡＦの対象範囲であるＡＦエリアに対応する範囲の信号を１画面分ずつ積算する。このようにして１画面分ごとに得られる積算値は被写体画像のコントラストの高低を示し、焦点評価値としてレンズＣＰＵ２０に与えられる。尚、ＡＦエリアの範囲は後述のようにレンズＣＰＵ２０により指定される。

レンズＣＰＵ２０は、詳細を後述するようにＡＦエリアの範囲（輪郭）を示すＡＦ枠の情報（ＡＦ枠情報）を枠操作部１４から取得してそのＡＦ枠情報により指定されたＡＦ枠内の範囲をＡＦエリアとしてＡＦ処理部２２に指定する。そして、そのＡＦエリア内の画像（映像信号）により求められる焦点評価値をＡＦ処理部２２から取得する共に、取得した焦点評価値が最大（極大）、即ち、ＡＦエリアの被写体画像のコントラストが最大となるようにフォーカスレンズ群を制御する。例えば、焦点評価値に基づくフォーカスレンズ群の制御方式として山登り方式が一般的に知られており、フォーカスレンズ群を焦点評価値が増加する方向に移動させて行き、焦点評価値が減少し始める点を検出すると、その位置にフォーカスレンズ群を設定する。これにより、ＡＦ枠内の被写体に自動でピントが合わせられる。

枠操作部１４は、上記ＡＦ枠の位置、大きさ、形状等のＡＦ枠の設定内容を操作者が指定するための操作部材を備えている。尚、図２に示すようにＡＦ枠４０は、カメラヘッド１０の撮像素子での撮影範囲又は撮影画像（の画面）に対してＡＦの対象範囲であるＡＦエリア４２の輪郭を示す。枠操作部１４は、その操作部材が操作者により操作されると、その操作に従ってＡＦ枠の位置等の設定内容を設定、変更する。尚、本実施の形態ではＡＦ枠の大きさと形状の変更についての説明は省略し、特に示さない限り縦横比が一定で所定の大きさの矩形状に設定されているものとする。また、枠操作部１４の操作部材によるＡＦ枠の位置等の設定内容の変更は、操作前におけるＡＦ枠の設定内容を基準にしてその後の操作部材の操作量に対応する変更量分だけ設定内容に変更を加えることによって行われようになっている。例えばＡＦ枠の位置はトラックボール３２の回転方向及び回転量に対応する方向及び移動量分だけ変位するようになっている。また、撮影範囲（撮影画像の画面）内におけるＡＦ枠の位置（本実施の形態では矩形のＡＦ枠の中心位置）を決める点をＡＦポイントというものとすると、ＡＦ枠の位置はＡＦポイントの位置を設定することによって決定される。

一方、枠操作部１４の操作部材が操作されず、操作者によってＡＦ枠の設定内容の変更が指示さてれない状態では、後述する追尾装置１６から与えられるＡＦ枠情報によりＡＦ枠の設定内容を設定、変更する。枠操作部１４は、操作者の操作又は追尾装置１６からのＡＦ枠情報により設定、変更したＡＦ枠の設定内容を示すＡＦ枠情報をレンズＣＰＵ２０からの要求に従ってレンズＣＰＵ２０に送信する。これによってＡＦの対象範囲が、枠操作部１４において設定、変更されたＡＦ枠の範囲に設定される。

尚、追尾装置１６は、操作者が指定した対象物（対象被写体）の画像を撮影画像の画面上で検出しながらその対象物の画像の移動に合わせてＡＦエリア（ＡＦ枠）の位置を自動で変更（自動追尾）する自動追尾機能を実現するための装置であり、操作者によるＡＦ枠の変更のためのマニュアル操作が行われていない場合には追尾装置１６によるＡＦ枠の自動追尾が行われ、操作者によるＡＦ枠変更のマニュアル操作が行われた場合にはそのマニュアル操作が追尾装置１６よりも優先されて操作者のマニュアル操作に従ってＡＦ枠が変更される。自動追尾機能をオフしてマニュアル操作のみを有効にすることもできる。

また、枠操作部１４は、上述のように設定、変更したＡＦ枠の設定内容を示すＡＦ枠情報をカメラヘッド１０にも送信し、そのＡＦ枠をビューファインダ１８の画面上の対応する位置に表示させる。これによって操作者がビューファインダ１８を見ながらその時のＡＦ枠の位置等を認識することができるようになっている。

更に、後述するように追尾装置１６は、ＡＦ枠を所望の対象物に追尾させるために、その対象物の画像を基準パターン画像として記憶し、パターンマッチング処理により撮影画像の画面上での対象物の位置を検出する処理を行っている。そのパターンマッチング処理において撮影画像内に基準パターン画像と合致する画像が検出された（対象物の画像が検出された）と判断するための合致の度合いをパターンマッチング感度（又は単に感度）というものとすると、枠操作部１４にはそのパターンマッチング感度をマニュアル調整するための感度調整ツマミ３４が設けられている。感度調整ツマミ３４の設定位置に基づいて設定されるパターンマッチング感度は感度情報として枠操作部１４から追尾装置１６に送信されるようになっている。

図３は、枠操作部１４の内部構成を示した構成図である。同図に示すように枠操作部１４には、ＣＰＵ５０が搭載されており、ＣＰＵ５０と、カメラヘッド１０、レンズ装置１２、追尾装置１６の各々との間で各種情報を送受信するためのシリアル通信インターフェース６０、６２、６４が設けられている。また、ＡＦ枠の位置を操作するトラックボール３２（図１参照）の水平方向と垂直方向の回転位置を検出する位置センサ５２、５４と各位置センサ５２、５４の出力電圧をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ５０に入力するＡ／Ｄ変換器５６、５８が設けられており、ＣＰＵ５０は、各位置センサ５２、５４から入力された信号値によりトラックボール３２の操作を検出している。

また、枠操作部１４には、感度調整ツマミ３４に連動するボリューム７０とボリューム７０の出力電圧をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ５０に入力するＡ／Ｄ変換器７２が設けられており、ＣＰＵ５０は、そのボリューム７０から入力された信号値に基づいてパターンマッチング感度を設定し、感度情報として追尾装置１６に送信する。

追尾装置１６は、画像処理部２６、画像入力部２８、シリアル通信インターフェース３０等を備えている。画像入力部２８は、上記ＡＦ用撮像回路２４により得られた映像信号（輝度信号）をＡＦ処理部２２を介して取得し、画像処理部２６からの要求に応じてその映像信号から得られる撮影画像の画像データを画像処理部２６に与える。

画像処理部２６は、詳細を後述する画像入力部２８から取得した撮影画像に基づいて、操作者によって指定された対象物の画面上での位置をパターンマッチング処理により検出する。その対象物の位置をＡＦ枠の位置（ＡＦポイント）として、ＡＦ枠の位置を示すＡＦ枠情報をシリアル通信インターフェース３０を介して上記枠操作部１４に送信する。

また、画像処理部２６は、パターンマッチング処理におけるパターンマッチング感度を枠操作部１６から与えられる感度情報に基づいて設定し、パターンマッチング処理において撮影画像内に基準パターン画像と合致する画像が検出されたか否か（対象物の画像が検出されたか否か）をパターンマッチング感度に従って判断する。

次に、追尾装置１６における画像処理部２６での追尾処理について図４のフローチャートを参照しながら詳説する。操作者は、まず、ビューファインダ１８の画面に表示された映像及びＡＦ枠を見ながら枠操作部１４の操作部材を操作し、ピント合わせの対象として追尾する対象物の全体又は一部をＡＦ枠に納める。これによって、レンズＣＰＵ２０におけるＡＦの処理によりその対象物にピントが合わせられる。

続いて、操作者は、枠操作部１４の決定ボタンを押す。これによって枠操作部１４から基準パターン画像の設定の指示（基準パターン画像の記憶指示）が画像処理部２６に与えられる。

画像処理部２６は、基準パターン画像の設定の指示が与えられると、そのときのＡＦ枠の設定内容を示すＡＦ枠情報を枠操作部１４からシリアル通信インターフェース３０を介して読み取ると共に、レンズ装置１２のＡＦ処理部２２から画像入力部２８に与えられている映像信号から１画面分（１フレーム分）の撮影画像（画像データ）を取り込む（ステップＳ１０）。尚、このとき取り込んだ撮影画像をＡ画像とする。また、ＡＦ処理部２２から画像入力部２８に与えられる映像信号が、例えば、１画面分（１フレーム分）の撮影画像を２フィールド分の映像信号によって構成するインターレース方式の映像信号とすると、画像入力部２８から１画面分として取り込む撮影画像は、１フィールド分の映像信号によって得られる撮影画像であってもよいし、２フィールド分の映像信号によって得られる撮影画像であってもよい。本明細書では、１画面分の撮影画像を、インターレース方式における１フィールド分の映像信号又は２フィールド分の映像信号によって得られる撮影画像とする場合、又は、ノンインターレース方式における１フレーム分の映像信号によって得られる撮影画像とする場合であっても１画面を１フレームというものとする。

続いて画像処理部２６は、ステップＳ１０で取り込んだＡ画像のうち上記ＡＦ枠情報によって指定されたＡＦ枠よりも少し小さめの範囲を基準パターン枠の範囲としてその範囲内の画像をＡ画像から抽出し、基準パターン画像として設定（記憶）する（ステップＳ１２）。

ここで、基準パターン画像は、後述のパターンマッチング処理で使用する画像データであり、初期の基準パターン画像を設定する際の基準パターン枠は、例えば、ＡＦ枠と同じ範囲としてもよく、操作者が基準パターン画像の取込範囲として適切な範囲（位置、大きさ、形状の範囲）となるようにＡＦ枠の範囲を設定することによって基準パターン枠を設定してもよい。この場合、基準パターン画像の設定が終了した後に、ＡＦ枠をＡＦの対象範囲として適切な範囲に設定し直せばよい。また、基準パターン枠とＡＦ枠とは常に一致した状態で変更されるようにしてもよい。更に、ＡＦ枠とは別に基準パターン枠をビューファインダ１８に表示させると共に、その基準パターン枠の範囲をＡＦ枠とは別に操作者の操作によって設定できるようにしてもよい。

ステップＳ１２における基準パターン画像の設定が完了すると、続いて画像処理部２６は、以下のステップＳ１４〜ステップＳ２６の処理を繰り返し実行する。まず、新たに１画面分の撮影画像を画像入力部２８から取り込む（ステップＳ１４）。尚、このステップＳ１４で取得した撮影画像をＢ画像というものとする。

次に画像処理部２６は、枠操作部１４の感度調整ツマミ３４によって設定されているパターンマッチング処理におけるパターンマッチング感度を枠操作部１４から与えられる感度情報によって取得する（ステップＳ１６）。そして、Ｂ画像の画面範囲内において、記憶されている基準パターン画像に最も合致する画像の範囲（位置）を検出するための周知のパターンマッチング処理を実行する（ステップＳ１８）。

例えば、基準パターン画像に最も合致する画像の位置を正規化相関パターンマッチングを使用して検出する場合には、次のような相関値（相関係数）ｒの演算が行われる。

基準パターン画像の画素値をｇで表し、基準パターン画像との相関値ｒを求めるためにＢ画像から切り出した着目領域の画素値をｆで表すものとし、それらの領域内での各画素の画素値（輝度値）の総和を（Σｇ）、（Σｆ）、各画素の画素値の２乗和を（Σｇ^２）、（Σｆ^２）、基準パターン画像とＢ画像の着目領域の画像との対応する画素の画素値の積の総和を（Σｆｇ）、基準パターン画像の画素数をｎとすると、次式、
ｒ^２＝｛ｎ（Σｆｇ）−ΣｆΣｇ｝^２／［｛ｎΣｆ^２−（Σｆ）^２｝｛ｎΣｇ^２−（Σｇ）^２｝
により相関値ｒが算出される。そして、Ｂ画像内において着目領域の位置を変化させながら各位置の着目領域の画像に対して上式の演算を行うことによって、Ｂ画像における各位置の着目領域の画像と基準パターン画像との相関値ｒが算出される。

相関値ｒは、０≦ｒ≦１の範囲の値をとり、基準パターン画像との合致の度合いが高い画像ほど１の値に近い相関値を示す。そこで、相関値ｒが最大となったときの着目領域の画像が基準パターン画像に最も合致する画像として検出される。そのときの着目領域の位置（範囲）が基準パターン画像に最も合致する画像の位置として検出される。

ただし、最大を示した相関値が所定のしきい値ｒ_Ｓよりも小さい場合には、基準パターン画像に合致する画像が検出されたとは判断されず、Ｂ画像内に基準パターン画像（対象物の画像）が検出されなかった（無いもの）と判断される。そして、そのしきい値ｒ_Ｓは、ステップＳ１６で取得したパターンマッチング感度に基づいて設定される。パターンマッチング感度が高い値を示す程、しきい値ｒ_Ｓが高い値に設定され、Ｂ画像内に基準パターン画像が検出されたと判断される条件が厳しくなる。

このようにしてパターンマッチング処理を行うと、次に画像処理部２６は、Ｂ画像内に基準パターン画像（対象物の画像）が検出されたか（対象物の画像が検出された）否かを判定する（ステップＳ２０）。基準パターン画像と最も合致する画像の相関値（即ち、上述の各着目領域の画像に対する相関値ｒのうち最大を示した相関値）が、パターンマッチング感度により設定されたしきい値ｒ_Ｓ以上の場合には、ステップＳ２０においてＹＥＳと判定され、相関値が所定のしきい値より小さい場合には、ステップＳ２０においてＮＯと判定される。

ステップＳ２０においてＹＥＳと判定した場合、画像処理部２６は、ステップＳ１８によって検出した対象物の位置に基づいてその対象物が画面上で移動したか否かを判定する（ステップＳ２２）。ＹＥＳと判定した場合には、その対象物が移動した分だけＡＦエリアの位置（ＡＦポイント）をその移動方向と同一方向に変位させ、そのＡＦエリアの位置を示すＡＦ枠情報を枠操作部１４に送信する。これによってＡＦ枠の設定内容、即ち、ＡＦ枠の位置を更新する（ステップＳ２４）。ＡＦ枠の位置を更新すると、それに従ってレンズ装置１２におけるＡＦの対象範囲が更新されると共に、ビューファインダ１８の画面上に表示されるＡＦ枠の位置が更新される。ステップＳ２２においてＮＯと判定した場合には、ステップＳ２４の処理は実行しない。

次に、画像処理部２６は、ステップＳ１８のパターンマッチング処理により基準パターン画像に最も合致する画像として検出したＢ画像内の画像を基準パターン画像として取り込み、その画像によって基準パターン画像を更新する（ステップＳ２６）。そして、ステップＳ１４に戻り、ステップＳ１４からの処理を繰り返す。

一方、ステップＳ２０においてＮＯと判定した場合には、上述のようなＡＦ枠の位置の更新や基準パターン画像の更新を行わずにステップＳ１４の処理に戻り、ステップＳ１４からの処理を繰り返す。

以上の処理により、操作者が指示したパターンマッチング感度によって対象物の検出が行われ、撮影状況に応じて適切なパターンマッチング感度に設定することによって対象物を誤検出することなく適切に追尾することができる。

以上、上記実施の形態では、パターンマッチング感度をマニュアル設定する場合に、感度調整ツマミ３４により連続的な値を設定できるようにしたが、いくつかのレベル（例えば、低、中、高の３レベル）のうちのいずれかにスイッチ等によって設定できるようにしてもよい。

また、パターンマッチング感度を撮影状況等に応じた最適な値に自動で切り替えるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、レンズ装置１２、枠操作部１４、追尾装置１６は別体の装置として図示したが、いずれか２つ又は全ては一体の装置であってもよい。また、上記実施の形態では追尾装置１６の処理に関する操作部材（例えば、対象物を決定する決定スイッチ等）も枠操作部１４に設けるようにしたが、追尾装置１６に設けるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、ＡＦ用に映像信号をカメラヘッド１０の撮像素子とは別のＡＦ専用の撮像素子により取得するようにしたが、ＡＦ用としてカメラヘッド１０の撮像素子により得られる映像信号を用いてもよい。但し、上記実施の形態のようにＡＦ用の映像信号をＡＦ専用の撮像素子から得るようにすると、カメラヘッド１０が高精細度（ＨＤ）テレビジョンシステムに対応のものである場合にそのＨＤ信号を使用することなくＡＦを行うことができるため小型化・省電力化に有利である。

また、上記実施の形態ではコントラスト方式のＡＦを採用した場合について説明したが、コントラスト方式以外のＡＦを採用した場合であっても本発明を適用することができる。

図１は、本発明に係るオートフォーカスシステムが適用される撮像システムの全体構成を示したブロック図である。 図２は、ＡＦ枠を例示した図である。 図３は、枠操作部の内部構成を示した構成図である。 図４は、追尾装置における追尾処理の処理手順を示したフローチャートである。

符号の説明

１０…カメラヘッド、１２…レンズ装置、１４…枠操作部、１６…追尾装置、１８…ビューファインダ、２０…レンズＣＰＵ、２２…ＡＦ処理部、２４…ＡＦ用撮像回路、２６…画像処理部、２８…画像入力部、３０、６０、６２、６４…シリアル通信インターフェース、３２…トラックボール、３４…感度調整ツマミ、４０…ＡＦ枠、４２…ＡＦエリア、５０…ＣＰＵ、５２、５４…位置センサ、７０…ボリューム

Claims (3)

1. 光学系により結像された被写体像を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された撮影画像の中から、ピントを合わせる対象被写体の画像として事前に記憶した基準パターン画像に最も合致する画像を検出する合致画像検出手段と、
   前記合致画像検出手段により検出された画像の前記基準パターン画像に対する合致の度合いを示す相関値が所定のしきい値以上の場合には、前記撮影画像の中に前記対象被写体の画像が検出されたと判断し、前記相関値が前記しきい値より小さい場合には、前記撮影画像の中に前記対象被写体の画像が検出されなかったと判断する判断手段と、
   前記判断手段における前記しきい値を変更する変更手段と、
   前記判断手段により前記対象被写体の画像が検出されたと判断された場合にのみ、前記合致画像検出手段により検出された画像の前記撮影画像の画面上における位置を前記ピントを合わせる対象被写体の位置として該位置の対象被写体にピントが合うように前記光学系のフォーカス調整を行うオートフォーカス手段と、
   を備えたことを特徴とするオートフォーカスシステム。
2. 前記変更手段は、前記しきい値として設定する値を手動操作によって指示する指示手段と、該指示手段により指示された値に前記しきい値を設定する設定手段とを備えたことを特徴とする請求項１のオートフォーカスシステム。
3. 前記オートフォーカス手段は、前記撮影画像のうち所定のＡＦエリア内の画像のコントラストに基づいて該ＡＦエリア内の被写体にピントが合うようにフォーカス調整を行うと共に、前記判断手段により前記対象被写体の画像が検出されたと判断された場合にのみ、前記合致画像検出手段により検出された画像の前記撮影画像の画面上における位置に前記ＡＦエリアの位置を変更すること特徴とする請求項１又は２のオートフォーカスシステム。

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