JPH0736613B2 - 撮像装置の焦点調節方法 - Google Patents
撮像装置の焦点調節方法Info
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- JPH0736613B2 JPH0736613B2 JP2213823A JP21382390A JPH0736613B2 JP H0736613 B2 JPH0736613 B2 JP H0736613B2 JP 2213823 A JP2213823 A JP 2213823A JP 21382390 A JP21382390 A JP 21382390A JP H0736613 B2 JPH0736613 B2 JP H0736613B2
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/60—Control of cameras or camera modules
- H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals
- H04N23/673—Focus control based on electronic image sensor signals based on contrast or high frequency components of image signals, e.g. hill climbing method
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Focusing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、機械画像システムの一部を構成するテレビカ
メラ等の撮像装置の焦点を自動的に合わせる方法及び装
置に関する。
メラ等の撮像装置の焦点を自動的に合わせる方法及び装
置に関する。
（従来技術） 機械画像システムは、多種類の物品の自動画像検査を行
うために産業界において広く用いられている。典型的な
機械画像システムは、レンズ又は同様の光学システムを
持つテレビカメラ、及びカメラの出力信号を処理する機
械画像プロセッサ（例えばマイクロプロセッサ）を有す
る。実際は、画像プロセッサは、一定の特徴を持つか又
は持たないような欠陥品を検出するために、カメラが捕
えた物品の像の一定の属性を検査するようにプログラム
される。
うために産業界において広く用いられている。典型的な
機械画像システムは、レンズ又は同様の光学システムを
持つテレビカメラ、及びカメラの出力信号を処理する機
械画像プロセッサ（例えばマイクロプロセッサ）を有す
る。実際は、画像プロセッサは、一定の特徴を持つか又
は持たないような欠陥品を検出するために、カメラが捕
えた物品の像の一定の属性を検査するようにプログラム
される。
今日の機械画像システムにおいて高精度を達成するため
には、カメラが捕えた物品の画像が焦点に鋭く合うこと
が重要である。物品の画像がより鋭く焦点に合うと、コ
ントラスト度はより強くなり、検査精度はより良くな
る。検査を受ける物品がすべて同一種類の場合、物品の
画像が焦点に鋭く合うことを確実にするためには、レン
ズを調節するか、又はカメラと物品との間隔を調節する
という方法により、検査開始時にカメラの焦点を手動で
調節することだけが通常必要である。しかし、異なる物
品が同一の機械画像システムにより検査される場合は、
前の物品と異なる物品が検査を受ける度にカメラの焦点
を調節することがしばしば必要になる。操作者がカメラ
の焦点を手動で調節する必要を回避するために、自動焦
点調節システムが発達してきた。
には、カメラが捕えた物品の画像が焦点に鋭く合うこと
が重要である。物品の画像がより鋭く焦点に合うと、コ
ントラスト度はより強くなり、検査精度はより良くな
る。検査を受ける物品がすべて同一種類の場合、物品の
画像が焦点に鋭く合うことを確実にするためには、レン
ズを調節するか、又はカメラと物品との間隔を調節する
という方法により、検査開始時にカメラの焦点を手動で
調節することだけが通常必要である。しかし、異なる物
品が同一の機械画像システムにより検査される場合は、
前の物品と異なる物品が検査を受ける度にカメラの焦点
を調節することがしばしば必要になる。操作者がカメラ
の焦点を手動で調節する必要を回避するために、自動焦
点調節システムが発達してきた。
今日の自動焦点調節システムは一般的に、物品とカメラ
との間隔を調節するために、カメラのレンズの焦点調節
要素又は物品を運ぶ台を駆動するモータを包含する。焦
点調節モータは、物品の全体像を構成する複数の小面積
要素（ピクセル）の各要素の強度（intensity）分配を
合計することにより一般的に得られる焦点指数値に従っ
て、機械画像プロセッサにより制御される。焦点指数値
は全範囲の強度勾配に依存するので、この方法は一般的
に感度が悪い。
との間隔を調節するために、カメラのレンズの焦点調節
要素又は物品を運ぶ台を駆動するモータを包含する。焦
点調節モータは、物品の全体像を構成する複数の小面積
要素（ピクセル）の各要素の強度（intensity）分配を
合計することにより一般的に得られる焦点指数値に従っ
て、機械画像プロセッサにより制御される。焦点指数値
は全範囲の強度勾配に依存するので、この方法は一般的
に感度が悪い。
すべてのピクセルの強度勾配の総和によって焦点指数値
を得るのではなく、別の方法を用いることが可能であ
る。スレショルド値より上の強度勾配を合計することで
焦点の鋭さの指数を得ることができる。この方法は、捕
えられた画像の強度勾配の先験的知識を必要とし、それ
は常に可能である訳ではない。
を得るのではなく、別の方法を用いることが可能であ
る。スレショルド値より上の強度勾配を合計することで
焦点の鋭さの指数を得ることができる。この方法は、捕
えられた画像の強度勾配の先験的知識を必要とし、それ
は常に可能である訳ではない。
このように、前述の欠点を持たない自動焦点調節技術に
対する要望が存在している。
対する要望が存在している。
（発明の概要） 簡単に言うと、本発明に従って、撮像装置（例えば、テ
レビカメラ）の自動焦点調節を行い、その装置により得
られた画像を鋭く焦点に合わせる方法が示される。この
方法は、初めに撮像装置で物品の画像を捕え、次に捕え
られた画像中の複数の小面積要素（ピクセル）の各々の
強度勾配を決定するために画像を処理する。その後、ピ
クセルの強度勾配のヒストグラムが作成される。ヒスト
グラムから、焦点指数値、すなわち捕えられた画像の焦
点の鋭さを決定する値、が導出される。最新に確定され
た焦点指数値は、その前に確定された焦点指数値（初期
値は零）と比較され、これらの値の差を用いて、より鋭
く物品の画像を焦点に合わせるためには、撮像装置のレ
ンズを調節するか又は撮像装置と物品との間隔を調節す
ることでなされる焦点の増加的な調節すなわち移動はど
の方向になされるべきかが決定される。こうして撮像装
置の焦点はより鋭く物品の画像に合う方向に増加的に移
動する。上述のプロセスは、最新に確定された焦点指数
値がその前に確定された焦点指数値を越えなくなるまで
繰返される。これが達成されると、画像を可能な限り最
も鋭く焦点に合せるために焦点を移動させるのに必要な
ステップ値が計算され、撮像装置の焦点は、捕えられた
画像を鋭く焦点に合せるためにそのステップ値に従って
前とは反対の方向に移動させられる。
レビカメラ）の自動焦点調節を行い、その装置により得
られた画像を鋭く焦点に合わせる方法が示される。この
方法は、初めに撮像装置で物品の画像を捕え、次に捕え
られた画像中の複数の小面積要素（ピクセル）の各々の
強度勾配を決定するために画像を処理する。その後、ピ
クセルの強度勾配のヒストグラムが作成される。ヒスト
グラムから、焦点指数値、すなわち捕えられた画像の焦
点の鋭さを決定する値、が導出される。最新に確定され
た焦点指数値は、その前に確定された焦点指数値（初期
値は零）と比較され、これらの値の差を用いて、より鋭
く物品の画像を焦点に合わせるためには、撮像装置のレ
ンズを調節するか又は撮像装置と物品との間隔を調節す
ることでなされる焦点の増加的な調節すなわち移動はど
の方向になされるべきかが決定される。こうして撮像装
置の焦点はより鋭く物品の画像に合う方向に増加的に移
動する。上述のプロセスは、最新に確定された焦点指数
値がその前に確定された焦点指数値を越えなくなるまで
繰返される。これが達成されると、画像を可能な限り最
も鋭く焦点に合せるために焦点を移動させるのに必要な
ステップ値が計算され、撮像装置の焦点は、捕えられた
画像を鋭く焦点に合せるためにそのステップ値に従って
前とは反対の方向に移動させられる。
（実施例の説明） 第１図は、本発明の自動焦点調節技術を実施する機械画
像システム10を示す。機械画像システム10は、物品16が
載せられる台14に照準される、典型的にはテレビカメラ
である撮像装置12を有する。カメラ12は、一式の光学シ
ステム18を有する。その光学システム18は、カメラによ
り捕えられた画像の焦点を調節するためにその外周に回
転可能な焦点リング20を備えたレンズという形をとって
いる。レンズ18の周囲の焦点リング20は、レンズに付帯
して設けられた電気モータ21にかみ合わされ、駆動され
る。焦点リング20がモータ21により回転させられること
で、カメラ12の焦点調節は制御される。別の方法とし
て、カメラ12の焦点調節は、カメラ12又は台14を互いに
カメラの光学軸（示されていない）に沿って移動させる
ことで制御可能である。表示例では、物品16は半導体チ
ップであり、その大きさは説明のために非常に誇張して
ある。一般的に、チップ16は、ビームスプリッタ（示さ
れていない）を用いてカメラ12の光学軸と同軸にチップ
に光を当てる、明るいフィールド照明により照明され
る。
像システム10を示す。機械画像システム10は、物品16が
載せられる台14に照準される、典型的にはテレビカメラ
である撮像装置12を有する。カメラ12は、一式の光学シ
ステム18を有する。その光学システム18は、カメラによ
り捕えられた画像の焦点を調節するためにその外周に回
転可能な焦点リング20を備えたレンズという形をとって
いる。レンズ18の周囲の焦点リング20は、レンズに付帯
して設けられた電気モータ21にかみ合わされ、駆動され
る。焦点リング20がモータ21により回転させられること
で、カメラ12の焦点調節は制御される。別の方法とし
て、カメラ12の焦点調節は、カメラ12又は台14を互いに
カメラの光学軸（示されていない）に沿って移動させる
ことで制御可能である。表示例では、物品16は半導体チ
ップであり、その大きさは説明のために非常に誇張して
ある。一般的に、チップ16は、ビームスプリッタ（示さ
れていない）を用いてカメラ12の光学軸と同軸にチップ
に光を当てる、明るいフィールド照明により照明され
る。
機械画像システム10はまた、カメラにより捕えられた画
像の一定の属性を検出するためにカメラ12の出力信号を
処理する機械画像プロセッサ22を包含する。例えば、画
像プロセッサ22は、1988年10月18日にC.B.ボーズらの名
で出願され、AT＆Ｔに譲渡された米国特許出願番号2596
40号の方法で、傷及び汚れ等の欠陥に関しチップ16を検
査するようにプログラムされる。表示例において、画像
プロセッサ22としては、カルフォルニア州カールスバッ
ドのIRIコーポレーションにより製造されたモデルP256
画像プロセッサを用いている。
像の一定の属性を検出するためにカメラ12の出力信号を
処理する機械画像プロセッサ22を包含する。例えば、画
像プロセッサ22は、1988年10月18日にC.B.ボーズらの名
で出願され、AT＆Ｔに譲渡された米国特許出願番号2596
40号の方法で、傷及び汚れ等の欠陥に関しチップ16を検
査するようにプログラムされる。表示例において、画像
プロセッサ22としては、カルフォルニア州カールスバッ
ドのIRIコーポレーションにより製造されたモデルP256
画像プロセッサを用いている。
画像プロセッサ22が正確にチップ16の表面上の傷や汚れ
又は他の類似の属性を検出するためには、テレビカメラ
12により捕えられたチップの画像は鋭く焦点に合わされ
ていなければならない。カメラ12により捕えられた画像
が鋭く焦点に合わさせることを確実にするために、レン
ズ18の焦点リング20を駆動するモータ21は、本発明に従
って開発された独特の自動焦点調節技術に従って画像プ
ロセッサ22により制御される。自動焦点調節技術の詳細
は、第２図のフローチャートで説明される。
又は他の類似の属性を検出するためには、テレビカメラ
12により捕えられたチップの画像は鋭く焦点に合わされ
ていなければならない。カメラ12により捕えられた画像
が鋭く焦点に合わさせることを確実にするために、レン
ズ18の焦点リング20を駆動するモータ21は、本発明に従
って開発された独特の自動焦点調節技術に従って画像プ
ロセッサ22により制御される。自動焦点調節技術の詳細
は、第２図のフローチャートで説明される。
第２図において、初めのステップ（ステップ23）では、
本発明の自動焦点調節方法に従って、M-1及びM0の２変
数を零に初期化する。次のステップ（ステップ24）で
は、第１図のカメラ12でチップ16の画像を捕える。第3A
図には、カメラ12により捕えられたチップ16の画像の写
真の複写が示されている。本発明による自動焦点調節技
術の動作を理解するために、初めはカメラのレンズ18の
焦点が外れていると仮定し、このために第3A図に示され
たチップ16の画像はぼやけている。
本発明の自動焦点調節方法に従って、M-1及びM0の２変
数を零に初期化する。次のステップ（ステップ24）で
は、第１図のカメラ12でチップ16の画像を捕える。第3A
図には、カメラ12により捕えられたチップ16の画像の写
真の複写が示されている。本発明による自動焦点調節技
術の動作を理解するために、初めはカメラのレンズ18の
焦点が外れていると仮定し、このために第3A図に示され
たチップ16の画像はぼやけている。
第２図において、ステップ24に続いて、捕えられた画像
は、その画像中の複数の小面積要素（ピクセル）の各々
の強度を決定するために、第１図の機械画像プロセッサ
22により処理される（ステップ26）。強度は、一般的に
は255が最も強い強度を示すこととした０乃至255のグレ
イスケールで測定される。本発明の目的には、機械画像
システム22はテレビカメラ12により捕えられた画像のす
べてのピクセルではなく、画像の小部分のピクセルの強
度を決定するだけで十分である。画像の小部分の強度が
決定されると、よく知られた方法、例えばソーベル法又
はロバート法により各ピクセルの小さな近接部分中の強
度勾配が決定される（ステップ28）。第3A図の画像の各
ピクセルにおいて、ピクセル強度の代りに強度勾配を用
いると、その結果得られる画像は第4A図のようになる。
第4A図で示される像は通常、「勾配」像と呼ばれる。
は、その画像中の複数の小面積要素（ピクセル）の各々
の強度を決定するために、第１図の機械画像プロセッサ
22により処理される（ステップ26）。強度は、一般的に
は255が最も強い強度を示すこととした０乃至255のグレ
イスケールで測定される。本発明の目的には、機械画像
システム22はテレビカメラ12により捕えられた画像のす
べてのピクセルではなく、画像の小部分のピクセルの強
度を決定するだけで十分である。画像の小部分の強度が
決定されると、よく知られた方法、例えばソーベル法又
はロバート法により各ピクセルの小さな近接部分中の強
度勾配が決定される（ステップ28）。第3A図の画像の各
ピクセルにおいて、ピクセル強度の代りに強度勾配を用
いると、その結果得られる画像は第4A図のようになる。
第4A図で示される像は通常、「勾配」像と呼ばれる。
ステップ28の次に、ヒストグラム、すなわち０と255と
の間の特定の強度勾配値を持つピクセルの頻度すなわち
数をグラフにしたものが、第4A図の勾配像に関して作成
される（ステップ30）。第5A図は、ピクセルの強度勾配
のヒストグラムの上位の部分を示す。それは、Ｎ個の頻
度値（ここでＮは整数で、一般的には35以下である）を
示し、雑音しきい値N0を越える強度を持ち、且つgmaxを
ピクセル強度勾配の最大値（gmax≦225）、ｈを所定の
整数（ｈ≧Ｎ）とした場合にgmax乃至gmax -hの範囲にあ
るピクセルを表している。
の間の特定の強度勾配値を持つピクセルの頻度すなわち
数をグラフにしたものが、第4A図の勾配像に関して作成
される（ステップ30）。第5A図は、ピクセルの強度勾配
のヒストグラムの上位の部分を示す。それは、Ｎ個の頻
度値（ここでＮは整数で、一般的には35以下である）を
示し、雑音しきい値N0を越える強度を持ち、且つgmaxを
ピクセル強度勾配の最大値（gmax≦225）、ｈを所定の
整数（ｈ≧Ｎ）とした場合にgmax乃至gmax -hの範囲にあ
るピクセルを表している。
ステップ30の次には、焦点指数値Mnewを計算するステッ
プ32が実行される。焦点指数値Mnewは、ステップ24にお
いて捕えられた画像の焦点の鋭さの程度を表す。実際
は、Mnewは次の式に従って計算される。
プ32が実行される。焦点指数値Mnewは、ステップ24にお
いて捕えられた画像の焦点の鋭さの程度を表す。実際
は、Mnewは次の式に従って計算される。
ここで、Ａは定数であり、giは、連続するＮ個のピクセ
ル強度勾配値の一つである。Ｎ個のピクセル強度勾配値
の各々は、雑音しきい値n0より大きく、かつ、gmaxを最
大ピクセル強度勾配、ｈをＮより大きい整数とするとg
max乃至gmax -hの範囲にあるものである。このように計
算されたMnewは、レンズ18の焦点が外れることにより生
じるぼやけの程度の反比例する。従って、Mnewが最大値
を取るとき、カメラ12により捕えられた画像は鋭く焦点
に合っている。
ル強度勾配値の一つである。Ｎ個のピクセル強度勾配値
の各々は、雑音しきい値n0より大きく、かつ、gmaxを最
大ピクセル強度勾配、ｈをＮより大きい整数とするとg
max乃至gmax -hの範囲にあるものである。このように計
算されたMnewは、レンズ18の焦点が外れることにより生
じるぼやけの程度の反比例する。従って、Mnewが最大値
を取るとき、カメラ12により捕えられた画像は鋭く焦点
に合っている。
別の方法として、焦点指数Mnewは、次式を用いて計算さ
れる。
れる。
ここで、Ｂは定数であり、niは、雑音しきい値n0を越え
る値を持ち、gmax−gmax -hの範囲にあるＮ個のピクセル
強度勾配giの各々に対応する、ピクセル強度頻度値を表
す。（２）式に従って計算された焦点指数値Mnewは、ぼ
やけの程度の２乗に反比例する。よって、Mnewが最大値
を取るとき、捕えられた画像は鋭く焦点に合っている。
実際は、（１）式に従う焦点指数値Mnewは、（２）式に
従うMnewよりも優れた指数値であることが判明した。
る値を持ち、gmax−gmax -hの範囲にあるＮ個のピクセル
強度勾配giの各々に対応する、ピクセル強度頻度値を表
す。（２）式に従って計算された焦点指数値Mnewは、ぼ
やけの程度の２乗に反比例する。よって、Mnewが最大値
を取るとき、捕えられた画像は鋭く焦点に合っている。
実際は、（１）式に従う焦点指数値Mnewは、（２）式に
従うMnewよりも優れた指数値であることが判明した。
焦点指数値Mnewがステップ32で（１）式又は（２）式の
どちらかに従って計算されると、その次のステップ34に
おいて、Mnewの値はM0の値と比較される。最初はM0は零
なので、実際は常に零でないMnewの値は、ステップ34の
最初の実行においてはM0より大きい。その結果、ステッ
プ36が実行され、変数M-1に、前述の通り最初に零に設
定されていたM0の現在の値が代入される。次に、変数M0
に、現在のMnewの値が代入される。ステップ36において
もレンズ18は移動させられる。すなわち、第１図の焦点
リング20は、第１の方向（例えば時計回りの方向）に小
さい弧Ｓだけ回転させられる。「ステップ」Ｓの大きさ
は、レンズが移動させられたときのレンズ18の焦点の変
化の程度を決定する。
どちらかに従って計算されると、その次のステップ34に
おいて、Mnewの値はM0の値と比較される。最初はM0は零
なので、実際は常に零でないMnewの値は、ステップ34の
最初の実行においてはM0より大きい。その結果、ステッ
プ36が実行され、変数M-1に、前述の通り最初に零に設
定されていたM0の現在の値が代入される。次に、変数M0
に、現在のMnewの値が代入される。ステップ36において
もレンズ18は移動させられる。すなわち、第１図の焦点
リング20は、第１の方向（例えば時計回りの方向）に小
さい弧Ｓだけ回転させられる。「ステップ」Ｓの大きさ
は、レンズが移動させられたときのレンズ18の焦点の変
化の程度を決定する。
ステップ36に続いて、ステップ24乃至34が前回と同様に
実行される。ステップ34が再び実行されると、今回のス
テップ32の実行により計算されたMnewの値は、前回のス
テップ32の実行により計算されたMnewの値が代入されて
いる現在のM0と比較される。すなわち、ステップ34を実
行する度に、第１の方向にステップＳだけレンズ18を増
加的に移動した後で得られた焦点指数値Mnewが、レンズ
を移動させる直前の焦点指数値と比較される。
実行される。ステップ34が再び実行されると、今回のス
テップ32の実行により計算されたMnewの値は、前回のス
テップ32の実行により計算されたMnewの値が代入されて
いる現在のM0と比較される。すなわち、ステップ34を実
行する度に、第１の方向にステップＳだけレンズ18を増
加的に移動した後で得られた焦点指数値Mnewが、レンズ
を移動させる直前の焦点指数値と比較される。
新たに計算されたMnewの値がM0（前に計算された焦点指
数値）より大きいか小さいかは、第１の方向へのレンズ
18の移動が、ステップ24の実行により捕えられた画像を
焦点により鋭く合わせたか外れさせたかを示す。レンズ
18の移動後、捕えられた画像が、第3B図に見られるよう
に、より鋭く焦点に合うと仮定すると、第4B図に示され
る第3B図の勾配像は、より大きな勾配値を持つ。第3B図
の画像についてのピクセル強度勾配から得られたヒスト
グラムの上位の部分は第5B図に示されている。第5B図の
ヒストグラムは、第5A図のヒストグラムと比較すると、
そのピークが右方に移動しており、このことは画像がこ
の時点でより鋭く焦点に合っていることを示している。
従って、第5B図に示されたヒストグラムから、（１）式
の直接的な結果として、より大きな焦点指数値Mnewが得
られる。
数値）より大きいか小さいかは、第１の方向へのレンズ
18の移動が、ステップ24の実行により捕えられた画像を
焦点により鋭く合わせたか外れさせたかを示す。レンズ
18の移動後、捕えられた画像が、第3B図に見られるよう
に、より鋭く焦点に合うと仮定すると、第4B図に示され
る第3B図の勾配像は、より大きな勾配値を持つ。第3B図
の画像についてのピクセル強度勾配から得られたヒスト
グラムの上位の部分は第5B図に示されている。第5B図の
ヒストグラムは、第5A図のヒストグラムと比較すると、
そのピークが右方に移動しており、このことは画像がこ
の時点でより鋭く焦点に合っていることを示している。
従って、第5B図に示されたヒストグラムから、（１）式
の直接的な結果として、より大きな焦点指数値Mnewが得
られる。
レンズ18がステップ36の最初の実行により第１の方向に
Ｓだけ移動させられると、画像がより鋭くは焦点に合わ
ず、実際さらにぼやける可能性がある。これはレンズ18
が間違った方向に移動したために起こる。ステップ36の
最初の実行においてレンズ18が誤った方向に移動させら
れると、その結果得られたMnewの値は、M0より小さくな
る。MnewがM0より小さいと、この後のステップ34の次
に、ステップ36ではなくステップ38が実行される。ステ
ップ38において、変数M-1の現在の値は零と比較され
る。ステップ36の最初の実行においてM-1はM0の値
（零）に設定されているので、ステップ38が第１回目に
実行されるときM-1は零に等しくなっている。これらの
条件の下で、ステップ40はステップ38の直後に実行され
る。ステップ40の実行において、変数M0にMnewの現在の
値が代入される。また、レンズ18を移動させる方向を逆
にし、その後レンズをＳだけ移動させる。レンズ18は最
初は時計回りに移動させられたので、この今後はステッ
プ36が再実行される度にレンズは反時計回りに移動させ
られる。ステップ40に続いて、ステップ24乃至34が再実
行される。
Ｓだけ移動させられると、画像がより鋭くは焦点に合わ
ず、実際さらにぼやける可能性がある。これはレンズ18
が間違った方向に移動したために起こる。ステップ36の
最初の実行においてレンズ18が誤った方向に移動させら
れると、その結果得られたMnewの値は、M0より小さくな
る。MnewがM0より小さいと、この後のステップ34の次
に、ステップ36ではなくステップ38が実行される。ステ
ップ38において、変数M-1の現在の値は零と比較され
る。ステップ36の最初の実行においてM-1はM0の値
（零）に設定されているので、ステップ38が第１回目に
実行されるときM-1は零に等しくなっている。これらの
条件の下で、ステップ40はステップ38の直後に実行され
る。ステップ40の実行において、変数M0にMnewの現在の
値が代入される。また、レンズ18を移動させる方向を逆
にし、その後レンズをＳだけ移動させる。レンズ18は最
初は時計回りに移動させられたので、この今後はステッ
プ36が再実行される度にレンズは反時計回りに移動させ
られる。ステップ40に続いて、ステップ24乃至34が再実
行される。
ステップ38で変数M-1を零と比較する目的は、ステップ3
6の最初の実行でレンズ18をＳだけ最初に移動した後、
捕えられた画像がよりぼやけたかどうかを検出すること
にある。よりぼやけたことが検出された場合には、レン
ズ18が移動する方向は逆にされねばならず、正にこれが
ステップ40で行われる動作である。レンズ18を前と反対
の方向に移動させると、捕えられた画像はより鋭く焦点
に合わされる。
6の最初の実行でレンズ18をＳだけ最初に移動した後、
捕えられた画像がよりぼやけたかどうかを検出すること
にある。よりぼやけたことが検出された場合には、レン
ズ18が移動する方向は逆にされねばならず、正にこれが
ステップ40で行われる動作である。レンズ18を前と反対
の方向に移動させると、捕えられた画像はより鋭く焦点
に合わされる。
新たに計算されたMnewの値が、その前回のステップ32の
実行により計算された焦点指数値が連続的に代入される
M0の値を越える限り、ステップ24乃至36は、繰返し再実
行される。最終的には、レンズ18が累積的にある一定量
だけ移動した後、捕えられた画像はもはやレンズが移動
する前より鋭く焦点に合わされなくなる。第６図には、
焦点指標値Mnewと増加的ステップ距離Ｓとの関係が示さ
れている。第６図の曲線は、２次の多項式で近似でき
る。その結果、焦点指数値はレンズが移動した累積量に
依存するので、レンズが増加的に移動した後に得られる
焦点指数値Mnewは、曲線のピークの焦点指数値
（Mfinal）よりも下になる。
実行により計算された焦点指数値が連続的に代入される
M0の値を越える限り、ステップ24乃至36は、繰返し再実
行される。最終的には、レンズ18が累積的にある一定量
だけ移動した後、捕えられた画像はもはやレンズが移動
する前より鋭く焦点に合わされなくなる。第６図には、
焦点指標値Mnewと増加的ステップ距離Ｓとの関係が示さ
れている。第６図の曲線は、２次の多項式で近似でき
る。その結果、焦点指数値はレンズが移動した累積量に
依存するので、レンズが増加的に移動した後に得られる
焦点指数値Mnewは、曲線のピークの焦点指数値
（Mfinal）よりも下になる。
第２図において、もし、ステップ24乃至34の最後の反復
実行の後、Mnewの値がM0より小さいならば、前に述べた
ようにステップ38が実行される。ステップ24乃至36が２
回以上実行された後ステップ38を実行すると、M-1の値
はもはや零ではなく、必ず零より大きい前々回のMnew値
に等しい。
実行の後、Mnewの値がM0より小さいならば、前に述べた
ようにステップ38が実行される。ステップ24乃至36が２
回以上実行された後ステップ38を実行すると、M-1の値
はもはや零ではなく、必ず零より大きい前々回のMnew値
に等しい。
ステップ38でM-1が零より大きいことが分かると、ステ
ップ40ではなくステップ42が次に実行される。ステップ
42ではステップ間隔ΔＳが次式に従って決定される。
ップ40ではなくステップ42が次に実行される。ステップ
42ではステップ間隔ΔＳが次式に従って決定される。
ΔＳは正又は負の値を持つ符号付きの量である。ＳとΔ
Ｓとの差は、焦点指数値Mnewがピーク値Mfinal廿なり、
可能な中で最も鋭く焦点が合うことを保証するために、
レンズ18が前と反対方向に移動しなければならない距離
の絶対値を示す。
Ｓとの差は、焦点指数値Mnewがピーク値Mfinal廿なり、
可能な中で最も鋭く焦点が合うことを保証するために、
レンズ18が前と反対方向に移動しなければならない距離
の絶対値を示す。
ステップ42でΔＳを計算した後、捕えられた画像が可能
な限り最も鋭く焦点に合うために、レンズ18はステップ
44でＳ−ΔＳだけ前と反対方向に移動させられる。
な限り最も鋭く焦点に合うために、レンズ18はステップ
44でＳ−ΔＳだけ前と反対方向に移動させられる。
ステップの大きさＳ、すなわちステップ36及び40の実行
によりレンズ18のレンズリングが回転する程度は、本発
明の自動焦点調節技術の精度及び速度を決定する。ステ
ップの大きさＳを大きくすると、反復回数、すなわちス
テップ24乃至36を繰返す回数は、ステップの大きさが小
さい場合に比べて少なくなる。しかし、焦点調節の精度
は低くなる。逆に、ステップの大きさが小さいと、精度
は高くなるが、反復回数はより多くなる。
によりレンズ18のレンズリングが回転する程度は、本発
明の自動焦点調節技術の精度及び速度を決定する。ステ
ップの大きさＳを大きくすると、反復回数、すなわちス
テップ24乃至36を繰返す回数は、ステップの大きさが小
さい場合に比べて少なくなる。しかし、焦点調節の精度
は低くなる。逆に、ステップの大きさが小さいと、精度
は高くなるが、反復回数はより多くなる。
以上の記述は焦点の鋭さの指数を確定するために画像中
の複数の小面積要素（ピクセル）の各々の強度勾配のヒ
ストグラムを用いた画像の自動焦点技術についての説明
である。焦点の鋭さを確定するためにヒストグラムを使
用することにより、本技術は、すべての範囲のピクセル
強度勾配値を用いる先行技術よりも感度が向上し、固定
された強度勾配を用いる技術よりも優れた技術となる。
更に、現在の機械画像システムの大部分は自動計算ヒス
トグラムのための電子回路を有しているので、本技術は
今日の機械画像システムに極めて速く実施され得る。代
替的に、焦点指数値の計算に、汎用コンピュータを使用
すれば、カメラ12の視野内の小さな部分で極めて速く計
算することが可能となる。
の複数の小面積要素（ピクセル）の各々の強度勾配のヒ
ストグラムを用いた画像の自動焦点技術についての説明
である。焦点の鋭さを確定するためにヒストグラムを使
用することにより、本技術は、すべての範囲のピクセル
強度勾配値を用いる先行技術よりも感度が向上し、固定
された強度勾配を用いる技術よりも優れた技術となる。
更に、現在の機械画像システムの大部分は自動計算ヒス
トグラムのための電子回路を有しているので、本技術は
今日の機械画像システムに極めて速く実施され得る。代
替的に、焦点指数値の計算に、汎用コンピュータを使用
すれば、カメラ12の視野内の小さな部分で極めて速く計
算することが可能となる。
上記の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含
される。
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含
される。
尚、特許請求の範囲に記載された参照番号は、発明の容
易なる理解のためで、その範囲を制限するよう解釈され
るべきではない。
易なる理解のためで、その範囲を制限するよう解釈され
るべきではない。
第１図は、本発明の方法を実施する装置の図式的な図、 第２図は、本発明に従った自動焦点調節方法のフローチ
ャート図、 第3A図及び第3B図は、２つの異なる焦点調節に対応する
第１図の装置の撮像装置により捕えられた物品の画像を
示す写真、 第4A図及び第4B図は、各々、第3A図及び第3B図の画像の
各小面積要素（ピクセル）において実際の強度の値の代
りに強度勾配を用いて得られた勾配の画像を示す写真、 第5A図及び第5B図は、各々、第3A図及び第3B図の画像の
強度勾配のヒストグラムの上位の部分を示す写真、 第６図は、第２図の方法の実行中に決定される物品及び
撮像装置の相対的な移動と焦点指数値との関係を示すグ
ラフである。
ャート図、 第3A図及び第3B図は、２つの異なる焦点調節に対応する
第１図の装置の撮像装置により捕えられた物品の画像を
示す写真、 第4A図及び第4B図は、各々、第3A図及び第3B図の画像の
各小面積要素（ピクセル）において実際の強度の値の代
りに強度勾配を用いて得られた勾配の画像を示す写真、 第5A図及び第5B図は、各々、第3A図及び第3B図の画像の
強度勾配のヒストグラムの上位の部分を示す写真、 第６図は、第２図の方法の実行中に決定される物品及び
撮像装置の相対的な移動と焦点指数値との関係を示すグ
ラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】撮像装置（12）が物品の画像を鋭く焦点に
合わせるような撮像装置の焦点調節方法であって、 （ａ）焦点を調節可能な撮像装置（12）により物品の画
像を捕えるステップと、 （ｂ）前記撮像装置（12）により捕えられた画像を処理
して、前記画像をＮ個に分割した複数のピクセルの強度
から、ピクセル間の強度勾配gi（ｉ＝1,2・・Ｎ）を決
定するステップと、 （ｃ）強度勾配のヒストグラムを形成するステップと、 （ｄ）前記捕えられた画像の鋭さの決定因子である焦点
指数値を強度勾配のヒストグラムから形成するステップ
と、 （ｅ）前記捕えられた画像をより鋭く焦点に合わせ、そ
れにより前記焦点指数値を増加させるためには撮像装置
の光学システムをどの方向に調節するべきかを決定する
ために、最新に決定された焦点指数値を、その前に決定
された焦点指数値と比較するステップと、 （ｆ）前記焦点指数値が増えると予想される方向に撮像
装置の焦点調節を進めるステップと、 （ｇ）最新に決定された焦点指数値がその前に決定され
た焦点指数値を越えなくなるまで（ａ）から（ｆ）のス
テップを繰返すステップと、 （ｈ）前記（ｇ）ステップまでの操作により捕えられた
画像に更に鋭く焦点を合わせるために、最新に決定され
た焦点指数値とその１つ前と２つ前に決定された焦点指
数値との差に従って、最終ステップ量だけ反対方向に撮
像装置（12）の焦点を調節するステップと、 を有する撮像装置の焦点調節方法において、 前記焦点指数値が、 により決定され、 ここで、Ｂは、定数、 n1は、雑音しきい値n0を越える値を有し、gmaxとgmax -h
の間の範囲にあるＮ個のピクセル間の強度勾配値g1を有
するピクセル間の個数を表す ｈは、Ｎより大きい整数とし、 gmaxは、ピクセル間の最大強度勾配とし、 前記最終ステップ量は、（Ｓ−ΔＳ）で与えられる Ｓは、焦点調節の為、通常の移動ステップ量とし、 Mnewは、一番最新に計算された焦点指数値とし、 M0は、その前に計算された焦点指数値とし、 M-1は、さらにその前に計算された焦点指数値とする ことを特徴とする撮像装置の焦点調節方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/398,876 US5040228A (en) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | Method and apparatus for automatically focusing an image-acquisition device |
| US398876 | 1989-08-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0397380A JPH0397380A (ja) | 1991-04-23 |
| JPH0736613B2 true JPH0736613B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=23577160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2213823A Expired - Fee Related JPH0736613B2 (ja) | 1989-08-28 | 1990-08-14 | 撮像装置の焦点調節方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5040228A (ja) |
| JP (1) | JPH0736613B2 (ja) |
Families Citing this family (42)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2756620B2 (ja) * | 1992-01-10 | 1998-05-25 | キヤノン株式会社 | 半導体露光方法およびその装置 |
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| JPS59106079A (ja) * | 1982-12-10 | 1984-06-19 | Omron Tateisi Electronics Co | 図形照合装置の二値化装置 |
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| JPH0762868B2 (ja) * | 1985-10-02 | 1995-07-05 | 株式会社日立製作所 | プリント基板の配線パターン欠陥検査方法 |
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-
1989
- 1989-08-28 US US07/398,876 patent/US5040228A/en not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-08-14 JP JP2213823A patent/JPH0736613B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5040228A (en) | 1991-08-13 |
| JPH0397380A (ja) | 1991-04-23 |
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|---|---|---|---|
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