JPH0397380A - 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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- JPH0397380A JPH0397380A JP2213823A JP21382390A JPH0397380A JP H0397380 A JPH0397380 A JP H0397380A JP 2213823 A JP2213823 A JP 2213823A JP 21382390 A JP21382390 A JP 21382390A JP H0397380 A JPH0397380 A JP H0397380A
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- Japan
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- focus
- index value
- image
- value
- imaging device
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- Granted
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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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Focusing (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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、カメラのレンズにより捕え
られた画像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（ｉｎｔｅ
ｎｓｉｔｙ）勾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、カメラのレンズにより捕え
られた画像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（ｉｎｔｅ
ｎｓｉｔｙ）勾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（５）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
れが違戊されると、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（５）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
れが違戊されると、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１
８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により捕
えられた画像は制御される。別の方法として、カメラ１
２により捕えられた画像は、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。
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１
８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により捕
えられた画像は制御される。別の方法として、カメラ１
２により捕えられた画像は、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、ビームスブリッタ（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。
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，ポ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２５９６４０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、カリ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，ポ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２５９６４０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、カリ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れ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。
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れ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。
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Ｍ
。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Ｍ
。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Ｏ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。
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Ｏ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２５
５との間の特定の強度勾配値を持っ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ＩＩ Ｎ ｏを越える強
度を持ち、且つｇ をピクセル強度勾配の最大値ｍ
ａ ｘ （ｇ ≦２２５）、ｈを所定の整数（ｈ≧Ｎ）ｍ
ａ ｘ とした場合にｇ 乃至ｇ −ｈの範囲にｍａｘ
ｍａｘ あるピクセルを表している。
５との間の特定の強度勾配値を持っ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ＩＩ Ｎ ｏを越える強
度を持ち、且つｇ をピクセル強度勾配の最大値ｍ
ａ ｘ （ｇ ≦２２５）、ｈを所定の整数（ｈ≧Ｎ）ｍ
ａ ｘ とした場合にｇ 乃至ｇ −ｈの範囲にｍａｘ
ｍａｘ 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Ｍ をｎ ｅ
ｗ 計算するステップ３２が実行される。焦点指数値Ｍ
は、ステップ２４において捕えられた画ｎ ｅ ｗ 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。
ｗ 計算するステップ３２が実行される。焦点指数値Ｍ
は、ステップ２４において捕えられた画ｎ ｅ ｗ 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、ｇ．は、連続するＮ個１
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ｎＯより大きく、かつ
、ｇ を最大ピクセル強度勾配、ｍ ａ Ｘ ｈをＮより大きい整数とするとｇ 乃至ｇｍｍ ａ
ｘ −５の範囲にあるものである。このように計ａ ｘ 算されたＭ は、レンズ１８の焦点が外れるｎ ｅ
ｗ ことにより生じるぼやけの程度に反比例する。従って、
Ｍ が最大値を取るとき、カメラ１２ｎ ｅ Ｗ により捕えられた画像は鋭く焦点に合っている。
度勾配値の各々は、雑音しきい値ｎＯより大きく、かつ
、ｇ を最大ピクセル強度勾配、ｍ ａ Ｘ ｈをＮより大きい整数とするとｇ 乃至ｇｍｍ ａ
ｘ −５の範囲にあるものである。このように計ａ ｘ 算されたＭ は、レンズ１８の焦点が外れるｎ ｅ
ｗ ことにより生じるぼやけの程度に反比例する。従って、
Ｍ が最大値を取るとき、カメラ１２ｎ ｅ Ｗ 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Ｍ は、次式をｎ ｅ
ｗ 用いて計算される。
ｗ 用いて計算される。
ここで、Ｂは定数であり、ｎ，は、雑音しきい値ｌ
ｎ○を越える値を持ち、ｇｍａｘ−ｇｍａｘ−５の範囲
にあるＮ個のピクセル強度勾配ｇ．の各々ｌ 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Ｍ は、ぼｎ ｅ Ｗ やけの程度の２乗に反比例する。よって、Ｍ が最
大値を取るとき、捕えられた画像はｎ ｅ ｗ 鋭く焦点に合っている。実際は、（１）式に従う焦点指
数値Ｍ は、（２）式に従うＭｎｅｗｎ ｅ Ｗ よりもより優れた指数値であることが判明した。
にあるＮ個のピクセル強度勾配ｇ．の各々ｌ 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Ｍ は、ぼｎ ｅ Ｗ やけの程度の２乗に反比例する。よって、Ｍ が最
大値を取るとき、捕えられた画像はｎ ｅ ｗ 鋭く焦点に合っている。実際は、（１）式に従う焦点指
数値Ｍ は、（２）式に従うＭｎｅｗｎ ｅ Ｗ よりもより優れた指数値であることが判明した。
焦点指数値Ｍ がステップ３２で（１）式ｎ ｅ
ｗ 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、Ｍ の値はｎ ｅ ｗ Ｍ の値と比較される。最初はＭｏは零なので、０ 実際は常に零でないＭ の値は、ステップ３ｎ ｅ
Ｗ ４の最初の実行においてはＭｏ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Ｍｏの現在の値が代入される。
ｗ 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、Ｍ の値はｎ ｅ ｗ Ｍ の値と比較される。最初はＭｏは零なので、０ 実際は常に零でないＭ の値は、ステップ３ｎ ｅ
Ｗ ４の最初の実行においてはＭｏ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Ｍｏの現在の値が代入される。
次に、変数Ｍｏに、現在のＭ の値が代入される。
ステップ３６においｎ ｅ ｗ
でもレンズ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。
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。
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Ｍ の
値は、前回のステップ３２ｎ ｅ Ｗ の実行により計算されたＭ の値が代入されｎ ｅ
ｗ ている現在のＭｏと比較される。すなわち、ステップ３
４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Ｍ
が、レンズを移動させる直ｎ ｅ ｗ 前の焦点指数値と比較される。
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Ｍ の
値は、前回のステップ３２ｎ ｅ Ｗ の実行により計算されたＭ の値が代入されｎ ｅ
ｗ ている現在のＭｏと比較される。すなわち、ステップ３
４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Ｍ
が、レンズを移動させる直ｎ ｅ ｗ 前の焦点指数値と比較される。
新たに計算されたＭ の値がＭｏ （前に計ｎ ｅ
ｗ 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３’Ｂ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Ｍ が得られる。
ｗ 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３’Ｂ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Ｍ が得られる。
ｎ ｅ ｗ
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Ｍ の値は、
Ｍｏよｎ ｅ Ｗ り小さくなる。Ｍ がＭ より小さいと、こｎｅｗ
Ｑ 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。
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Ｍ の値は、
Ｍｏよｎ ｅ Ｗ り小さくなる。Ｍ がＭ より小さいと、こｎｅｗ
Ｑ 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Ｍｏ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−、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Ｍ にＭ
の現在のｏ ｎｅｗ 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。
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−、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Ｍ にＭ
の現在のｏ ｎｅｗ 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。
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Ｍｌを零と比較する目的は、ステッ
プ３６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１
８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。
プ３６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１
８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Ｍ の値が、その前回のｎ ｅ
ｗ 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Ｍｏ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１
８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Ｍ と増加的ス
テップ距ｎ ｅ ｗ 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Ｍ は、曲線のピーク
の焦点指数値ｎ ｅ ｗ （Ｍｆｉｎａｌ）よりも下になる。
ｗ 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Ｍｏ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１
８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Ｍ と増加的ス
テップ距ｎ ｅ ｗ 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Ｍ は、曲線のピーク
の焦点指数値ｎ ｅ ｗ （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、Ｍ の値がＭｏよりｎ ｅ ｗ 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、Ｍｌの値はもはや零ではなく
、必ず零より大きい前々回のＭ の値に等しい。
反復実行の後、Ｍ の値がＭｏよりｎ ｅ ｗ 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、Ｍｌの値はもはや零ではなく
、必ず零より大きい前々回のＭ の値に等しい。
ｎ ｅ ｗ
ステップ３８でＭｌが零より大きいことが分ると、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ΔＳとの差は、焦点指数値Ｍ がピークｎ ｅ
ｗ 値Ｍ ． になり、可能な中で最も鋭く焦点ｆｚｎ
ａｌ 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。
ｗ 値Ｍ ． になり、可能な中で最も鋭く焦点ｆｚｎ
ａｌ 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一ΔＳだけ前と反対方向に移動させられる
。
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一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Ｓ１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。
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。
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調節技術についての
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、汎用コンビュータを
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調節技術についての
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、汎用コンビュータを
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。 ＦＩＧ． ２ ＦＩＧ． １ ＦＩＧ． ６ ステップ Ｓ−＋
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。 ＦＩＧ． ２ ＦＩＧ． １ ＦＩＧ． ６ ステップ Ｓ−＋
Claims (7)
- （１）撮像装置が物品の画像を鋭く焦点に捕えるように
撮像装置の焦点調節方法であって、（ａ）調節可能な焦
点を有する撮像装置（１２）により物品の画像を捕える
ステップ； （ｂ）画像中の複数の小面積要素（ピクセル）の各々の
強度の勾配を決定するために、撮像装置（１２）により
捕えられた画像を処理するステップ； （ｃ）勾配強度のヒストグラムを確定するステップ； （ｄ）焦点指数値、すなわち捕えられた画像の焦点の鋭
さの決定因子、を強度勾配のヒストグラムから確定する
ステップ； （ｅ）捕えられた画像をより鋭く焦点に合わせそれによ
り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
新に確定された焦点指数値をその前に確定された焦点指
数値（初期値は零）と比較するステップ； （ｆ）焦点指数値が増えると予想される方向に撮像装置
の焦点調節を増加的に進めるステップ；（ｇ）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（ａ）乃至（ｆ）のステップを繰返す
ステップ； （ｈ）捕えられた画像を鋭く焦点に合わせるために、最
新に確定された焦点指数値とその前に確定された焦点指
数値との差に従って確定される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； を有することを特徴とする撮像装置の焦点調節方法。 - （２）焦点指数値が次の関係式により確定されることを
特徴とする請求項１記載の方法。 焦点指数値▲数式、化学式、表等があります▼（１） ここで、Ａは定数、ｇ＿ｉは連続するＮ個のピクセル強
度勾配値の一つ（Ｎは３５以下の整数）であり、その各
々は、雑音しきい値ｎ＿０を越え、かつ、ｇ＿ｍ＿ａ＿
ｘ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、その各々は、ｇ＿ｍ＿ａ＿ｘとｇ＿ｍ＿ａ＿ｘ＾
−＾ｈの間の範囲にある。 - （３）焦点指数値が次の関係式により確定されることを
特徴とする請求項１記載の方法。 焦点指数値▲数式、化学式、表等があります▼（２） ここで、Ｂは定数、ｇ＿ｉは連続するＮ個のピクセル強
度勾配値の一つ（Ｎは３５以下の整数）であり、その各
々は、雑音しきい値ｎ＿０を越え、かつｇ＿ｍ＿ａ＿ｘ
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、その各々は、ｇ＿ｍ＿ａ＿ｘとｇ＿ｍ＿ａ＿ｘ＾−
＾ｈの間の範囲にある。 - （４）Ｓを焦点調節の普通の移動の増加量とし、Ｍ＿ｎ
＿ｅ＿ｗを一番最新に計算された焦点指数値、Ｍ＿０を
その前に計算された焦点指数値、Ｍ＿−＿１をさらにそ
の前に計算された焦点指数値としたとき、ΔＳを、 ΔＳ＝Ｍ＿ｎ＿ｅ＿ｗ−Ｍ＿−＿１／｛２［（Ｍ＿０−
Ｍ＿−＿１）＋（Ｍ＿０−Ｍ＿ｎ＿ｅ＿ｗ）］｝（３）
との式で与えられる符号付きの量とすると、光学システ
ムの焦点が最後に調節されるステップ量はＳ−ΔＳで与
えられることを特徴とする請求項１記載の方法。 - （５）撮像装置により捕えられた画像を鋭く焦点に合わ
せるために撮像装置の焦点調節を自動的に行う装置（１
０）であって、 撮像装置により捕えられた連続的な画像の各々の内部に
ある複数の小面積要素の各々の強度の勾配を確定するた
めに撮像装置により捕えられた連続的な画像を処理し、
且つ各画像の強度勾配のヒストグラムを確定する手段（
２２）； 撮像装置により捕えられた連続的な画像の各々について
の焦点の鋭さを表す焦点指数値を、画像の強度勾配のヒ
ストグラムに従って確定する手段（２２）；及び 撮像装置により捕えられた画像がより鋭く焦点に合うよ
うにするために、連続的に確定された焦点指数値間の差
に従って撮像装置の焦点を移動させる手段（１８、２０
、２１） を有することを特徴とする撮影装置の焦点調節装置。 - （６）画像処理手段及び焦点指数確定手段が、共同で機
械画像プロセッサ（２２）を有することを特徴とする請
求項５記載の装置。 - （７）移動手段は、電気モータ（２１）、及びカメラに
設置され且つ撮像システムの焦点調節のためにモータに
より駆動されるレンズ（１８）を有することを特徴とす
る請求項５記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US398876 | 1989-08-28 | ||
| US07/398,876 US5040228A (en) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | Method and apparatus for automatically focusing an image-acquisition device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0397380A true JPH0397380A (ja) | 1991-04-23 |
| JPH0736613B2 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) |
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