JPH04330411A - Automatic focusing device - Google Patents
Automatic focusing deviceInfo
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- JPH04330411A JPH04330411A JP3101024A JP10102491A JPH04330411A JP H04330411 A JPH04330411 A JP H04330411A JP 3101024 A JP3101024 A JP 3101024A JP 10102491 A JP10102491 A JP 10102491A JP H04330411 A JPH04330411 A JP H04330411A
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Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
- Focusing (AREA)
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】この発明は自動合焦装置に関し、
特に一眼レフカメラ、電子カメラ等に利用されて合焦検
出にニューラルネットワークを使用した自動合焦装置に
関するものである。[Industrial Application Field] This invention relates to an automatic focusing device.
In particular, it relates to an automatic focusing device that is used in single-lens reflex cameras, electronic cameras, etc., and uses a neural network for focus detection.
【0002】0002
【従来の技術】従来より知られている自動合焦装置とし
ては、撮像素子から得られる画像信号から所定の周波数
成分を抽出し、その抽出した周波数成分が最大となる位
置に撮影光学系を移動させることにより合焦調節を行う
、いわゆる山登り方式がある。[Prior Art] A conventionally known automatic focusing device extracts a predetermined frequency component from an image signal obtained from an image sensor, and moves the photographing optical system to a position where the extracted frequency component is maximum. There is a so-called hill-climbing method in which focus is adjusted by
【0003】この山登り方式を適用した自動合焦装置は
、焦点調節用に専用の光学部品が不要であることから小
型化が可能であると共に、被写体のパターンに依存せず
に高精度の合焦が可能であるといった利点を有している
。山登り方式を利用した自動合焦装置は、例えばNHK
技術報告、昭和40、第17巻、第1号通巻第86号(
P21〜P37)に詳述されている。[0003] Automatic focusing devices that apply this hill-climbing method do not require special optical parts for focus adjustment, so they can be made smaller, and they can achieve high-precision focusing without depending on the pattern of the subject. It has the advantage of being possible. An automatic focusing device using the mountain climbing method is available from NHK, for example.
Technical Report, 1965, Volume 17, No. 1, Volume 86 (
P21 to P37).
【0004】図11に従来の山登り方式の構成図、図1
2にその動作の特性図を示す。被写体1からの光束は撮
影光学系2を通って、撮像素子3上に結像し、電気信号
に変換された後、増幅器4を経てカメラのプロセス用で
あるカメラ回路5に入力される。同時に、バンドパスフ
ィルタ(以下BPFと略記する)6にも入力され、映像
信号の所定の周波数成分のみが抽出され、ゲート回路7
に入力される。[0004] Figure 11 shows the configuration of the conventional mountain climbing method.
Figure 2 shows a characteristic diagram of its operation. A light flux from a subject 1 passes through a photographic optical system 2, forms an image on an image sensor 3, is converted into an electrical signal, and is then inputted to a camera circuit 5 for camera processing via an amplifier 4. At the same time, it is also input to a band pass filter (hereinafter abbreviated as BPF) 6, and only a predetermined frequency component of the video signal is extracted.
is input.
【0005】また、カメラ回路5により分離された水平
同期信号HD及び垂直同期信号VDとから、ウィンドウ
パルス形成回路(window)8によって、画面の所
定の領域のみを抽出するいわゆるwindowパルスを
形成する。このwindowパルスを上記ゲート回路7
に入力して、このパルス発生期間のみ上述の所定の周波
数成分の信号を抽出する。そして、その抽出出力は、検
波器(DET)9と積分器10により合焦度に応じた信
号(以下焦点信号と呼称する)が出力される。ここで焦
点信号が最大となる撮影光学系2の位置が合焦位置に対
応する。Furthermore, from the horizontal synchronizing signal HD and vertical synchronizing signal VD separated by the camera circuit 5, a window pulse forming circuit (window) 8 forms a so-called window pulse for extracting only a predetermined area of the screen. This window pulse is applied to the gate circuit 7.
is input, and the signal of the above-mentioned predetermined frequency component is extracted only during this pulse generation period. As the extracted output, a signal corresponding to the degree of focus (hereinafter referred to as a focus signal) is outputted by a detector (DET) 9 and an integrator 10. Here, the position of the photographing optical system 2 where the focus signal is maximum corresponds to the in-focus position.
【0006】したがって、図12に示されるような焦点
信号の山を登るように、撮影光学系2の位置を制御する
ことにより合焦調節が行われる。この制御は、サンプル
ホールド回路11、1フィールド遅延(delay )
回路12及び比較器13から成る山登り回路14によっ
てなされる。サンプルホールドは、モノマルチバイブレ
ータ(MM)15、サンプルパルス形成回路(S.P)
16より、一定のタイミングで発生されるサンプルパル
スにより、フィールド毎に行われる。そして、積分器1
0の出力である焦点信号を、フィールド毎にサンプルホ
ールド回路11によりホールドし、1フィールド遅延回
路12から出力される前回ホールドした値と今回ホール
ドした値をフィールド毎に比較器13で比較し、焦点信
号が大きくなる方向へ撮影光学系2を駆動する。尚、1
7は撮影光学系2を駆動するためのモータ、18はその
駆動回路である。Therefore, focus adjustment is performed by controlling the position of the photographing optical system 2 so as to climb the peak of the focus signal as shown in FIG. This control is performed using the sample hold circuit 11 and one field delay.
This is done by a hill climbing circuit 14 consisting of a circuit 12 and a comparator 13. Sample hold is mono multivibrator (MM) 15, sample pulse forming circuit (S.P)
16, this is performed for each field using sample pulses generated at a constant timing. And integrator 1
The focus signal, which is the output of 0, is held by the sample and hold circuit 11 for each field, and the comparator 13 compares the previously held value output from the 1-field delay circuit 12 with the current held value for each field. The photographing optical system 2 is driven in the direction in which the signal increases. Furthermore, 1
7 is a motor for driving the photographing optical system 2, and 18 is a driving circuit thereof.
【0007】いま、焦点信号が図12にあるように、前
回のフィールドでAであり、次のフィールドでBにあれ
ば、A<Bとなるので撮影光学系2の駆動方向をそのま
ま維持する。また、次の検出で焦点信号がCであるとす
れば、B<Cであるのでなおも撮影光学系2の駆動方向
をそのまま維持する。そして、次の検出で焦点信号がD
であるとすればC>Dであり、合焦位置を通り越したこ
とを検出し、撮影光学系2の駆動方向を反転させる。そ
して、再び撮影光学系2は合焦方向に向かって駆動され
る。以降この動作が繰り返され、ついにはその山の頂上
付近で小刻みに振動しながら定常状態に達することによ
り合焦調節がなされる。Now, as shown in FIG. 12, if the focus signal is A in the previous field and B in the next field, then A<B, so the driving direction of the photographing optical system 2 is maintained as it is. Furthermore, if the focus signal is C in the next detection, since B<C, the driving direction of the photographing optical system 2 is still maintained as it is. Then, in the next detection, the focus signal becomes D
If so, C>D, and it is detected that the in-focus position has been passed, and the driving direction of the photographing optical system 2 is reversed. Then, the photographing optical system 2 is driven again toward the focusing direction. After that, this operation is repeated, and finally, the focus is adjusted by reaching a steady state while vibrating little by little near the top of the mountain.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の山登り方式では合焦状態にあるか否かにかかわ
らず、一度合焦位置を通り過ぎなければならない。それ
故、合焦に要する時間が長くなってしまうだけでなく、
撮影光学系2が小刻みに振動するため撮影者は合焦動作
に不快感を抱くことがある。However, in the conventional mountain-climbing method described above, the object must pass past the in-focus position once, regardless of whether it is in focus or not. Therefore, not only does the time required for focusing become longer,
Since the photographing optical system 2 vibrates little by little, the photographer may feel uncomfortable during the focusing operation.
【0009】このような欠点を解消する従来例として、
例えば特開昭62−208015号公報に記載されてい
る技術がある。これを図13及び図14を参照して説明
する。[0009] As a conventional example to eliminate such drawbacks,
For example, there is a technique described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-208015. This will be explained with reference to FIGS. 13 and 14.
【0010】図13に於いて、19は1フィールド遅延
回路であり、1フィールド遅延回路12の出力を入力と
している。つまり、現フィールドの焦点信号Cと、前フ
ィールドの焦点信号Bと、前々フィールドの焦点信号A
が出力されている。尚、20、21は減算器、22、2
3、24、25は比較器、26は比較器22、23、2
4の出力のアンド回路であり、27はモータ制御回路で
ある。更に、28は頂上予測回路、29は撮影光学系2
の位置を読出すレンズ情報センサ、30はBPF6、ゲ
ート回路7、頂上予測回路28を制御する制御回路であ
る。In FIG. 13, reference numeral 19 denotes a one-field delay circuit, which receives the output of the one-field delay circuit 12 as an input. In other words, the focus signal C of the current field, the focus signal B of the previous field, and the focus signal A of the field before the previous field.
is being output. In addition, 20 and 21 are subtracters, 22 and 2
3, 24, 25 are comparators, 26 are comparators 22, 23, 2
4 is an AND circuit with an output, and 27 is a motor control circuit. Furthermore, 28 is a summit prediction circuit, and 29 is a photographing optical system 2.
A lens information sensor 30 is a control circuit that controls the BPF 6, the gate circuit 7, and the top prediction circuit 28.
【0011】上記頂上予測回路28は、次の数1、数2
及び数3の条件を満足するときに山の頂上を予測する。The above-mentioned summit prediction circuit 28 calculates the following equations 1 and 2.
The top of the mountain is predicted when the following conditions are satisfied:
【0012】0012
【数1】[Math 1]
【0013】[0013]
【数2】[Math 2]
【0014】[0014]
【数3】[Math 3]
【0015】ここで、Vref I、Vref IIは
、予め決められた定数である。[0015] Here, Vref I and Vref II are predetermined constants.
【0016】つまり、現フィールドの焦点信号が十分大
きく(C>Vref I)、現フィールドと前フィール
ドの焦点信号の差が所定レベル以下で頂上に十分近くな
っているとき(C−B<Vref II)で、更に前回
の山の傾きよりも今回の山の傾きの方が小さくなってい
るとき(C−B<B−A)に、頂上予測回路を作動して
その山の焦点信号Pと、あと何フィールド経過すればそ
の頂上を予測できるかを簡単な2次関数等で予測する。
その予測したフィールド数(N)後、焦点信号CがP≧
Cの場合にモータを停止させて合焦調節を終える。尚、
予測に用いる2次関数は、y=ax2 +bx+cなる
式で表せられ、xをフィールド数、yを焦点信号とする
。In other words, when the focus signal of the current field is sufficiently large (C>Vref I) and the difference between the focus signals of the current field and the previous field is below a predetermined level and sufficiently close to the peak (C-B<Vref II). ), and when the slope of the current mountain is smaller than the slope of the previous mountain (C-B<B-A), the summit prediction circuit is activated and the focus signal P of that mountain is calculated. Use a simple quadratic function to predict how many more fields it will take to reach the top. After the predicted number of fields (N), the focus signal C becomes P≧
In case C, the motor is stopped and focus adjustment is completed. still,
The quadratic function used for prediction is expressed by the formula y=ax2+bx+c, where x is the number of fields and y is the focal signal.
【0017】しかしながら、従来技術は上記数1、数2
及び数3の条件を満足しない場合が多い。例えば、低コ
ントラストの被写体の場合その焦点信号値は、たとえ合
焦位置でも小さく、数1の条件を満足できなくなる。ま
た、これを回避するためにVref Iをさげると、コ
ントラストの高い被写体に対しては、合焦位置からかな
り遠い位置で数1の条件を満たすこととなり、頂上の予
測精度が悪くなる。However, in the prior art, the above equations 1 and 2
and the condition of Equation 3 is often not satisfied. For example, in the case of a low-contrast subject, the focus signal value is small even at the in-focus position, and the condition of Equation 1 cannot be satisfied. Further, if Vref I is lowered to avoid this, the condition of Equation 1 will be satisfied at a position quite far from the in-focus position for a subject with high contrast, and the prediction accuracy of the top will deteriorate.
【0018】また、頂上の予測に2次関数を用いると説
明されているが、「光学概論II−波動光学−」(辻内
順平著、朝倉書店、P120〜121)に記述されてい
るように、デフォーカス時の錯乱円径が2bの場合OT
F(Optical TransferFunctio
n)は数4のようになる。[0018] Also, it is explained that a quadratic function is used to predict the summit, but as described in "Introduction to Optics II - Wave Optics -" (written by Junpei Tsujiuchi, Asakura Shoten, pp. 120-121), OT when the diameter of the circle of confusion at defocus is 2b
F (Optical Transfer Function
n) is as shown in equation 4.
【0019】[0019]
【数4】[Math 4]
【0020】ここではsは空間周波数、J1 は第1種
1次のベッセル関数である。またこの式はbについても
同じ変化となり、更にbがデフォーカス量xに比例する
ことから2b=xとすれば、数4は次の数5のように表
せられる。Here, s is a spatial frequency, and J1 is a first-order Bessel function of the first kind. Further, this equation has the same change for b, and since b is proportional to the defocus amount x, if 2b=x, Equation 4 can be expressed as Equation 5 below.
【0021】[0021]
【数5】[Math 5]
【0022】これが狭帯域の場合の焦点信号のなす曲線
に相当する。実際には、BPF6は狭帯域でなくある幅
を持つことになり、この特性をb(s)、画像のスペク
トルをF(s)、検波器9が2乗器とすれば、積分器1
0から出力される焦点信号は数6のようになる。This corresponds to the curve formed by the focal signal in the case of a narrow band. In reality, the BPF 6 is not a narrow band but has a certain width, and if this characteristic is b(s), the image spectrum is F(s), and the detector 9 is a squarer, then the integrator 1
The focus signal output from 0 is as shown in Equation 6.
【0023】[0023]
【数6】[Math 6]
【0024】ここで、画像のスペクトルF(s)により
焦点信号の曲線の形は異なり、単純な2次関数の近似に
よる頂上の予測は理論的に正しくなく精度が不十分であ
ることがわかる。Here, it can be seen that the shape of the curve of the focal signal differs depending on the spectrum F(s) of the image, and that prediction of the peak by simple approximation of a quadratic function is theoretically incorrect and has insufficient accuracy.
【0025】また、合焦調節の開始時に撮影光学系が合
焦位置付近にある場合、数1の条件を満たすことなく、
結局、従来の山登り方式となってしまい上述したような
合焦位置付近での小刻みな振動という問題点は解決され
ない。[0025] Furthermore, if the photographing optical system is near the in-focus position at the start of focus adjustment, the condition of Equation 1 is not satisfied;
In the end, the conventional hill-climbing method is used, and the above-mentioned problem of small vibrations near the focusing position cannot be solved.
【0026】このように、従来は合焦位置を予測すると
いう目的に於いて、実用的とは言い難いものであったこ
の発明は上記課題に鑑みてなされたもので、予測のため
に特別な条件を必要とせず合焦位置を予測し、精度よく
合焦位置を検出できる自動合焦装置を提供することを目
的とする。[0026] As described above, the present invention, which was conventionally difficult to call practical for the purpose of predicting the in-focus position, was made in view of the above problems, and a special It is an object of the present invention to provide an automatic focusing device capable of predicting a focus position without requiring conditions and detecting the focus position with high accuracy.
【0027】[0027]
【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、撮
影光学系と、この撮影光学系により形成される画像を撮
像する撮像素子と、この撮像素子と上記撮影光学系との
相対位置を光軸方向に沿って変化させる駆動手段と、上
記撮像素子に蓄積された電荷を画像信号として読出す画
像読出し手段と、この読出し手段で読出された画像信号
から所定の周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィ
ルタと、このバンドパスフィルタの出力信号から合焦度
に応じた焦点信号値を検出するための焦点信号検出手段
と、ニューラルネットワークを有した合焦位置情報検出
手段と、この合焦位置情報検出手段から出力される合焦
位置情報に応じて上記駆動手段を制御する制御手段とを
具備することを特徴とする。[Means for Solving the Problems] That is, the present invention provides a photographic optical system, an image sensor for capturing an image formed by the photographic optical system, and a relative position between the image sensor and the photographic optical system on an optical axis. a driving means for changing the electric charge along the direction; an image reading means for reading out the charge accumulated in the image sensor as an image signal; and a bandpass filter for passing only a predetermined frequency band from the image signal read by the reading means. , a focus signal detection means for detecting a focus signal value according to the degree of focus from the output signal of this bandpass filter, a focus position information detection means having a neural network, and this focus position information detection means It is characterized by comprising a control means for controlling the driving means according to focus position information output from the drive means.
【0028】[0028]
【作用】この発明の自動合焦装置では、複数の撮影光学
系の位置とこれに対応した複数の焦点信号から、合焦位
置を予測するように学習されたニューラルネットワーク
を利用する。そして、合焦位置情報を検出する手段にニ
ューラルネットワークを利用して、その出力される合焦
位置情報に応じて撮影光学系を駆動制御することにより
、予測のために特別な条件を必要とせずに合焦位置を予
測し、精度よく合焦位置を検出できる自動合焦装置が提
供できる。[Operation] The automatic focusing device of the present invention utilizes a neural network trained to predict a focus position from the positions of a plurality of photographic optical systems and a plurality of focus signals corresponding thereto. By using a neural network as a means to detect focus position information and driving and controlling the photographing optical system according to the output focus position information, special conditions are not required for prediction. Therefore, it is possible to provide an automatic focusing device that can predict the in-focus position and detect the in-focus position with high accuracy.
【0029】[0029]
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0030】初めに、この発明の自動合焦装置に適用さ
れるもので、複数の撮影光学系の位置とこれに対応した
複数の焦点信号から、合焦位置を予測するように学習さ
れたニューラルネットワークを説明する。First, a neural system which is applied to the automatic focusing device of the present invention and which is learned to predict the focusing position from the positions of a plurality of photographing optical systems and a plurality of focus signals corresponding thereto. Describe networks.
【0031】図4は、このニューラルネットワークの概
念図である。同図に於いて、31はニューラルネットワ
ークであり、入力層31a、中間層31b、出力層31
cの3層から成っている。入力は撮影光学系の位置X1
、X2 、X3 、及びこれらに対応した焦点信号P
1 、P2 、P3 である。ここで、P1 は最も新
しく検出した焦点信号、P2 はP1 の前回、P3
はP2 の前回検出した焦点信号を表す。そして、出力
Yが撮影光学系位置X1 から合焦位置までの距離を与
えるように学習されている。この学習は、撮影光学系の
位置と焦点信号を学習データ、合焦位置と撮影光学系位
置との差αを教師信号としたバックプロバゲーションア
ルゴリズムにより行われるもので、出力値Yとαの2乗
誤差が最小になる様に各ニューロンユニットの重みが設
計される。FIG. 4 is a conceptual diagram of this neural network. In the figure, 31 is a neural network, which includes an input layer 31a, an intermediate layer 31b, and an output layer 31.
It consists of three layers of c. The input is the position of the photographing optical system
, X2, X3, and the focus signal P corresponding to these
1, P2, and P3. Here, P1 is the most recently detected focus signal, P2 is the previous focus signal of P1, P3
represents the previously detected focus signal of P2. The output Y is learned to give the distance from the photographing optical system position X1 to the in-focus position. This learning is performed using a backpropagation algorithm using the position of the photographing optical system and the focus signal as learning data, and the difference α between the in-focus position and the position of the photographing optical system as a teacher signal. The weight of each neuron unit is designed so that the multiplicative error is minimized.
【0032】次に、この発明の自動合焦装置の第1実施
例について説明する。Next, a first embodiment of the automatic focusing device of the present invention will be described.
【0033】図1は自動合焦装置のブロック構成図であ
る。同図に於いて、被写体1からの光束は撮影光学系2
を通って撮像素子3上に結像し、電気信号に変換された
後、増幅器4を経て焦点信号検出器32により焦点信号
Pが検出される。FIG. 1 is a block diagram of an automatic focusing device. In the figure, the light flux from subject 1 is transmitted to photographing optical system 2.
After passing through the amplifier 4 and forming an image on the image sensor 3 and converting it into an electrical signal, the focus signal P is detected by the focus signal detector 32 via the amplifier 4.
【0034】この焦点信号検出器32は、図2のように
構成されている。図2(a)に示される焦点信号検出器
32の例では、画像信号は通過中心空間周波数ST な
るBPF6に入力された後、測距エリア指定回路35に
より指定された画像位置の信号のみがゲート回路7によ
り抽出され、検波器9、A/D変換器36、デジタル積
分回路37により空間周波数ST の焦点信号Pが抽出
される。尚、デジタル積分回路37は、加算器38、ラ
ッチ回路39から構成される。The focus signal detector 32 is constructed as shown in FIG. In the example of the focus signal detector 32 shown in FIG. 2(a), after the image signal is input to the BPF 6 having the passing center spatial frequency ST, only the signal at the image position specified by the ranging area specifying circuit 35 is gated. The focus signal P of the spatial frequency ST is extracted by the detector 9, the A/D converter 36, and the digital integration circuit 37. Note that the digital integration circuit 37 is composed of an adder 38 and a latch circuit 39.
【0035】図2(b)に示される焦点信号検出器32
′の例では、先ずA/D変換器36によりデジタル信号
に変換された後、デジタルBPF40により空間周波数
ST の周波数成分が抽出され、測距エリア指定回路3
5により指定された画像位置の信号のみがゲート回路7
により抽出される。ここで、2乗平均値及び平均値が2
乗平均値検出回路41及び平均値検出回路42によりそ
れぞれ求められ、分散検出回路43により数7に示され
る分散値が焦点信号Pとして求められる。Focus signal detector 32 shown in FIG. 2(b)
In the example of ', first, the A/D converter 36 converts the signal into a digital signal, and then the digital BPF 40 extracts the frequency component of the spatial frequency ST.
Only the signal at the image position specified by 5 is sent to the gate circuit 7.
Extracted by Here, the root mean square value and the average value are 2
The root mean value detection circuit 41 and the mean value detection circuit 42 respectively obtain the dispersion value, and the dispersion detection circuit 43 obtains the dispersion value shown in Equation 7 as the focus signal P.
【0036】[0036]
【数7】[Math 7]
【0037】このσは分散であるため、バイアスの変化
の影響を受けず、更に平均値で正規化しているためゲイ
ンの変化の影響も受けることがない。そのため、フリッ
カや突然の照明光の変化がある場合でも正確な焦点信号
として用いることができる。尚、BPF6またはデジタ
ルBPF40は、通過中心周波数が自由に可変できるも
のを用いてもよい。また、BPF6の通過中心周波数は
図示しない制御回路により設定され、その通過中心周波
数(以下、帯域情報とする)sは図1の合焦位置検出器
33へ入力される。Since σ is a variance, it is not affected by changes in bias, and since it is normalized by the average value, it is also not affected by changes in gain. Therefore, even if there is flicker or a sudden change in illumination light, it can be used as an accurate focus signal. Note that the BPF 6 or the digital BPF 40 may be one whose passing center frequency can be freely varied. Further, the passing center frequency of the BPF 6 is set by a control circuit (not shown), and the passing center frequency (hereinafter referred to as band information) s is input to the focus position detector 33 of FIG.
【0038】図1に戻って、焦点信号検出器32から出
力された焦点信号Pは、合焦位置検出器33に入力され
、撮影光学系情報センサ29aから得られる撮影光学系
2の位置Xと絞り値F、及び帯域情報sから合焦位置ま
での距離Yが求められる。モータ制御回路27は、合焦
位置までの距離Yからモータ17を駆動して合焦調節を
行う。更に、34は学習器であり、合焦位置検出器33
から出力される合焦位置までの距離Yと教師信号αから
、合焦位置検出器33内部の各ニューロン間の重み(詳
細は後述する)を設定するものである。この学習器34
は、図3に示されるように、減算器60、2乗器61、
加算器62及び重み係数発生器63で構成される。Returning to FIG. 1, the focus signal P output from the focus signal detector 32 is input to the focus position detector 33, and is compared with the position X of the photographing optical system 2 obtained from the photographing optical system information sensor 29a. The distance Y to the in-focus position is determined from the aperture value F and the band information s. The motor control circuit 27 performs focus adjustment by driving the motor 17 from a distance Y to the focus position. Furthermore, 34 is a learning device, and a focus position detector 33
The weight between each neuron within the focus position detector 33 (details will be described later) is set from the distance Y to the focus position output from the focus position detector 33 and the teacher signal α. This learning device 34
As shown in FIG. 3, a subtracter 60, a squarer 61,
It is composed of an adder 62 and a weighting coefficient generator 63.
【0039】合焦位置検出器33は、図5に示されるよ
うに構成されている。上述したように、ニューラルネッ
トワーク31は、入力層31a、非線形ニューロンユニ
ットから成る中間層31b、線形ニューロンユニットか
ら成る出力層31cにより構成されている。入力層31
aは(m+n)個、中間層31bはq個、出力層31c
は1個のユニットから成る。ここでq≦m+nとする。
また、同一の階層に属するニューロンユニット間には結
合がなく、隣合う階層のニューロンユニット間にのみ結
合があり、学習は絞り値FT 、BPF帯域ST条件下
に於いて行われる。The focus position detector 33 is constructed as shown in FIG. As described above, the neural network 31 includes an input layer 31a, an intermediate layer 31b made up of nonlinear neuron units, and an output layer 31c made up of linear neuron units. input layer 31
There are (m+n) pieces of a, q pieces of intermediate layer 31b, and output layer 31c.
consists of one unit. Here, it is assumed that q≦m+n. Furthermore, there is no connection between neuron units belonging to the same layer, there is only connection between neuron units in adjacent layers, and learning is performed under the conditions of aperture value FT and BPF band ST.
【0040】各ニューロンユニットの詳細図を図6に示
す。図6に於いて、ニューロンユニット31b−j (
j=1〜q)は数8に示される計算を実行する。A detailed diagram of each neuron unit is shown in FIG. In FIG. 6, neuron units 31b-j (
j=1 to q) executes the calculation shown in Equation 8.
【0041】[0041]
【数8】[Math. 8]
【0042】つまり、入力I1 〜Im+n は、重み
係数メモリ54−j1〜54−j(m+n)) から出
力される重み係数値Wji〜Wj(n+n)が、乗算器
55−j1〜55−j(m+n)) にて乗ぜられ、そ
の総和が加算器56jにて計算される。この総和から、
いき値θj が減算された後、非線形変換器59j に
て数9に示される変換が行われる。In other words, the inputs I1 to Im+n are the weighting coefficient values Wji to Wj(n+n) output from the weighting coefficient memories 54-j1 to 54-j(m+n)) to the multipliers 55-j1 to 55-j( m+n)), and the sum thereof is calculated by an adder 56j. From this sum,
After the threshold value θj is subtracted, the nonlinear converter 59j performs the conversion shown in Equation 9.
【0043】[0043]
【数9】[Math. 9]
【0044】ここで、数9はシグモイド関数と称されて
いる。尚、重み係数メモリ54−j1〜54−j(m+
n)及びいき値メモリ57j は、図1の学習器34か
ら出力される重み信号Wsにより設定される。Here, Equation 9 is called a sigmoid function. Note that the weighting coefficient memories 54-j1 to 54-j (m+
n) and the threshold memory 57j are set by the weight signal Ws output from the learning device 34 in FIG.
【0045】また、この実施例では、後述するように入
力層への入力数に応じて各ニューロンの重み係数、いき
値を変化させるため、入力数rに於ける重み係数、いき
値を、Wjir 、θj r と表記する。そして、各
重み係数メモリ、いき値メモリには、最大入力数N個の
値を記憶するようになっている。Furthermore, in this embodiment, in order to change the weighting coefficient and threshold value of each neuron according to the number of inputs to the input layer as described later, the weighting coefficient and threshold value for the number of inputs r are , θj r . Each weighting coefficient memory and threshold value memory is configured to store a maximum input number N values.
【0046】更に、図5のニューロンユニット31cは
、図6のニューロンユニットとほぼ同様な構成となって
いるが、非線形変換器の代わりに線形変換器となってい
る。線形変換器を利用することで出力の幅を拡大するこ
とができる。Further, the neuron unit 31c in FIG. 5 has almost the same configuration as the neuron unit in FIG. 6, but it is a linear converter instead of a nonlinear converter. The output width can be expanded by using a linear converter.
【0047】図1の焦点検出器32よりフィールド時間
毎に入力される焦点信号Pは、図5に示される焦点信号
記憶回路46に順次記憶される。そして、新しく検出さ
れた順番にP1 、P2 、P3 、…として焦点信号
前処理回路44に入力され、焦点信号前処理回路44に
てm個のデータに変換され、I1 〜Im としてニュ
ーラルネットワーク31の入力層31a−1 〜31a
−m に入力される。一方、焦点信号が検出されたとき
の撮影光学系の位置は、撮影光学系位置記憶回路47に
順次記憶され、焦点信号P1 、P2 、P3 、…の
検出位置X1 、X2 、X3 、…が撮影光学系位置
前処理回路45に入力される。
そして、撮影光学系2の位置の情報を持ったn個のデー
タに変換され、Im+1 〜Im+n としてニューラ
ルネットワーク31の入力層31a−(m+1) 〜3
1a−(m+n) に入力される。The focus signal P input from the focus detector 32 of FIG. 1 every field time is sequentially stored in the focus signal storage circuit 46 shown in FIG. Then, they are inputted to the focus signal preprocessing circuit 44 as P1, P2, P3, ... in the newly detected order, converted into m pieces of data by the focus signal preprocessing circuit 44, and inputted into the neural network 31 as I1 to Im. Input layer 31a-1 to 31a
-m is input. On the other hand, the positions of the photographing optical system when the focus signals are detected are sequentially stored in the photographing optical system position storage circuit 47, and the detection positions X1, X2, X3, ... of the focus signals P1, P2, P3, ... are photographed. The signal is input to the optical system position preprocessing circuit 45. Then, it is converted into n pieces of data having information on the position of the photographing optical system 2, and is sent to the input layer 31a-(m+1) to 3 of the neural network 31 as Im+1 to Im+n.
1a-(m+n).
【0048】そして、入力I1 〜Im+n は、中間
層31b及び出力層31cを経て、出力層31cから絞
り値FT 、BPF帯域ST の場合の撮影光学系位置
から合焦位置までの距離YT として出力される。この
距離YT は、撮影光学系位置前処理回路45から出力
される幅正規化係数Rc(後述する)で除算器54で除
算され、合焦位置までの距離Y(=YT /Rc)が求
められる。The inputs I1 to Im+n pass through the intermediate layer 31b and the output layer 31c, and are outputted from the output layer 31c as the distance YT from the photographing optical system position to the focal position in the case of the aperture value FT and the BPF band ST. Ru. This distance YT is divided by the width normalization coefficient Rc (described later) output from the photographic optical system position preprocessing circuit 45 in the divider 54, and the distance Y (=YT/Rc) to the in-focus position is obtained. .
【0049】図5に示される焦点信号前処理回路44は
、被写体により異なる焦点信号の大きさを正規化するも
ので、図7(a)または(b)に示されるように構成さ
れている。The focus signal preprocessing circuit 44 shown in FIG. 5 normalizes the magnitude of the focus signal, which varies depending on the subject, and is configured as shown in FIG. 7(a) or (b).
【0050】図7(a)に示される焦点信号前処理回路
44の例は、焦点信号Pの最大値検出器47を有し、検
出された最大値Pmax で各焦点信号Pを除算器48
−1 〜48−N にて除し正規化を行っており、I1
〜IN を出力する。この場合入力数m=N個となる
。The example of the focus signal preprocessing circuit 44 shown in FIG. 7A has a maximum value detector 47 for the focus signal P, and a divider 48 for each focus signal P by the detected maximum value Pmax.
Normalization is performed by dividing by -1 to 48-N, and I1
~IN is output. In this case, the number of inputs is m=N.
【0051】一方、図7(b)に示される焦点信号前処
理回路44′の例は、焦点信号の差を減算器49−1
〜49−(N−1) で求め、これに対し除算器50−
1 〜50−(N−1) にて被写体の画像信号の平均
値で除算することにより正規化を行っており、I1 〜
IN−1 を出力する。
この場合入力数m=N−1個となる。On the other hand, the example of the focus signal preprocessing circuit 44' shown in FIG.
~49-(N-1), and divider 50-
Normalization is performed by dividing by the average value of the image signal of the subject at 1 ~ 50 - (N-1), and I1 ~
Output IN-1. In this case, the number of inputs is m=N-1.
【0052】図5に戻って、撮影光学系位置前処理回路
47は絞値F、BPF通過中心周波数sにより異なる焦
点信号の急峻さを正規化するものである。図8に示され
るように、焦点信号のなす曲線の横方向の幅は絞り値に
比例し、BPF通過中心周波数sに反比例することが知
られている(特願平2−303285号参照)。例えば
、絞り値が2倍またはBPF帯域が1/2倍になると、
焦点信号のなす曲線の幅は2倍に、絞り値が1/2倍ま
たはBPF帯域が2倍になると焦点信号のなす曲線の幅
はl/2倍になる。Returning to FIG. 5, the photographing optical system position preprocessing circuit 47 normalizes the steepness of the focus signal, which varies depending on the aperture value F and the BPF passing center frequency s. As shown in FIG. 8, it is known that the horizontal width of the curve formed by the focus signal is proportional to the aperture value and inversely proportional to the BPF passing center frequency s (see Japanese Patent Application No. 2-303285). For example, if the aperture value is doubled or the BPF band is halved,
The width of the curve formed by the focus signal is doubled, and when the aperture value is 1/2 times or the BPF band is doubled, the width of the curve formed by the focus signal becomes 1/2 times.
【0053】そこで、この絞り値及びBPF通過中心周
波数に従って焦点信号の正規化を行えばよいが、撮影光
学系2の位置そのものは合焦位置がわからないと正規化
できないために、撮影光学系2の位置の差に対して正規
化を行う。すなわち、絞り値F、BPF通過中心周波数
sで検出された焦点信号に於ける2位置間の差dは、数
10により絞り値FT 、BPF通過中心周波数STの
場合の2位置間の差d′に変換される。Therefore, the focus signal can be normalized according to the aperture value and the BPF passing center frequency, but since the position of the photographing optical system 2 itself cannot be normalized unless the in-focus position is known, the position of the photographing optical system 2 cannot be normalized. Normalize the difference in position. In other words, the difference d between the two positions in the focus signal detected at the aperture value F and the BPF passing center frequency s is calculated as the difference d' between the two positions when the aperture value FT and the BPF passing center frequency ST are used. is converted to
【0054】[0054]
【数10】[Math. 10]
【0055】例えば図8に於いて、絞り値2FT の場
合の2位置間の差d2は、絞り値FT の時の2位置間
の差d0に変換される。ここで、数11を定義し、Rc
を幅正規化係数と呼称する。For example, in FIG. 8, the difference d2 between the two positions when the aperture value is 2FT is converted to the difference d0 between the two positions when the aperture value is FT. Here, we define equation 11 and Rc
is called the width normalization coefficient.
【0056】[0056]
【数11】[Math. 11]
【0057】図9は、撮影光学系位置前処理回路46の
構成図である。51−1 〜51−(N−1) は減算
器であり、撮影光学系2の位置の差が検出され、除算器
55、56及び乗算器57により求まる幅正規化係数R
cを、乗算器53−1 〜53−(N−1) にて乗算
することにより、正規化されたデータIm+1 〜Im
+(N−1) として出力される。尚、この例では入力
層の入力数nはn=N−1となっている。また、幅正規
化係数Rcも出力され、正規化されたYT を実際の絞
り値F、BPF通過中心周波数sの値に戻すべく利用さ
れる。FIG. 9 is a configuration diagram of the photographing optical system position preprocessing circuit 46. As shown in FIG. 51-1 to 51-(N-1) are subtracters, which detect the difference in the position of the photographing optical system 2, and calculate the width normalization coefficient R obtained by the dividers 55, 56 and the multiplier 57.
By multiplying c by multipliers 53-1 to 53-(N-1), normalized data Im+1 to Im
+(N-1) is output. In this example, the number n of inputs in the input layer is n=N-1. The width normalization coefficient Rc is also output and used to return the normalized YT to the actual aperture value F and BPF passing center frequency s.
【0058】次に、同実施例の動作について説明する。 尚、動作には学習モードと実行モードの2つがある。Next, the operation of this embodiment will be explained. Note that there are two modes of operation: a learning mode and an execution mode.
【0059】最初に、学習モードについて説明する。学
習はラメルハート(Rumelhart )等によって
考案されたバックブロパゲーションアルゴリズム(D.
E.ラメルハート、J.L.マクレランド、PDPリサ
ーチグループ著、甘利俊一訳、「PDPモデル」第8章
、産業図書、1989年)によって行われ、各ニューロ
ンユニットの重み係数を設定する。First, the learning mode will be explained. Learning is performed using the backblopage algorithm (D. Rumelhart et al.).
E. Rumelhart, J. L. McClelland, PDP Research Group, translated by Shunichi Amari, "PDP Model" Chapter 8, Sangyo Tosho, 1989), and the weighting coefficient of each neuron unit is set.
【0060】先ず、撮影光学系2の絞り値をFT に、
焦点信号検出器のBPF帯域をST に設定する。そし
て、被写体までの距離U、撮影光学系2の位置Xを変え
ながら焦点信号Pを検出し、P、Xを合焦位置検出器3
3に入力し、学習器34にて学習を開始する。ここで、
被写体までの正確な距離は別の手段にて計測し、撮影光
学系2の合焦位置Xf を検出しておく。First, set the aperture value of the photographing optical system 2 to FT,
Set the BPF band of the focus signal detector to ST. Then, the focus signal P is detected while changing the distance U to the subject and the position X of the photographing optical system 2, and P and
3, and the learning device 34 starts learning. here,
The accurate distance to the subject is measured by another means, and the focal position Xf of the photographic optical system 2 is detected.
【0061】教師信号αはこのXf と現在の撮影光学
系位置X1から求められ、学習はr<Nの場合、数12
を最小とするように、各ニューロンユニットの重みとい
き値を変化させることにより行う。The teacher signal α is obtained from this Xf and the current photographing optical system position X1, and when r<N, learning is performed using the equation 12
This is done by changing the weight and threshold of each neuron unit so as to minimize the .
【0062】[0062]
【数12】[Math. 12]
【0063】ここでXは撮影光学系の位置を表し、無限
大の被写体を撮影する位置(X∞)から入力数に応じた
被写体を撮影する位置(X∞+(r−1)dx)まで、
撮影光学系2に組込まれた撮影光学系位置の所定ステッ
プ(dx)毎に変化させる。[0063] Here, X represents the position of the photographing optical system, from the position for photographing an infinite object (X∞) to the position for photographing a subject according to the number of inputs (X∞+(r-1)dx). ,
The position of the photographing optical system incorporated in the photographing optical system 2 is changed every predetermined step (dx).
【0064】この所定ステップは、最小のステップより
大きくしておく方が学習の回数が少なく、学習速度向上
につながる。また、Uは被写体までの距離であり、無限
遠の被写体から至近の被写体まで、例えば結像距離が等
間隔になるような距離の被写体を複数個(U∞、U1、
U2、…、Unearest)選ぶ。Yuxは被写体距
離U、撮影光学系位置Xの場合のニューラルネットワー
クの出力、αuxはその場合の教師信号である。[0064] If this predetermined step is made larger than the minimum step, the number of times of learning will be reduced, leading to an improvement in learning speed. In addition, U is the distance to the subject, and from an infinitely far subject to a very close subject, for example, multiple subjects at distances such that the imaging distance is equally spaced (U∞, U1,
U2,..., Unearest). Yux is the output of the neural network when the object distance is U and the photographic optical system position is X, and αux is the teacher signal in that case.
【0065】更に、焦点信号記憶回路46は入力された
焦点信号の数rを入力数信号として各ニューロンユニッ
トに出力し、このrに応じて重み係数Wjir ,いき
値θj r が選択される。上記数12は、各rに対し
て学習が行われることを示す。Furthermore, the focus signal storage circuit 46 outputs the number r of input focus signals as an input number signal to each neuron unit, and the weighting coefficient Wjir and threshold value θj r are selected according to this r. Equation 12 above indicates that learning is performed for each r.
【0066】入力数が1個の場合は、合焦位置を検出す
ることはまず不可能であるため、入力数が2以上の場合
について、以下のI、IIに述べられるように学習を行
う。[0066] When the number of inputs is one, it is almost impossible to detect the in-focus position, so when the number of inputs is two or more, learning is performed as described in I and II below.
【0067】I.入力数r=2の場合
(1) 各重みパラメータWji2 、いき値θj
2 を乱数で初期化する。
(2) 加算器62をゼロにクリアする。
(3) 撮影光学系2をX=X∞の位置へ駆動し、被
写体をU=U∞の位置に設定して第1番目の焦点信号の
検出を開始する。I. When the number of inputs r=2 (1) Each weight parameter Wji2, threshold value θj
Initialize 2 with a random number. (2) Clear adder 62 to zero. (3) Drive the photographing optical system 2 to the position of X=X∞, set the subject to the position of U=U∞, and start detecting the first focus signal.
【0068】(4) 撮影光学系2を所定ステップだ
け駆動し(X=X∞+dx)、第2番目の焦点信号を検
出する。入力数r=2となったので、焦点信号P1 、
P2 を焦点信号前処理回路44へ入力する。このとき
、P3 〜PN は、ゼロとして入力する。同様に、撮
影光学系位置X1 、X2 を撮影光学系位置前処理回
路45へ入力するが、X3 〜XN はゼロとして入力
する。そして、ニューラルネットワーク31へは焦点信
号の正規化された値I1 、I2 及び撮影光学系位置
の正規化された値Im+1 として入力される。ここで
、I3 〜Im 、Im+2 〜Im+n はゼロが入
力される。更に、ニューラルネットワーク31からの出
力YT は、幅正規化係数Rcで除算され、数13が検
出されて学習器34へ入力される。(4) The photographing optical system 2 is driven by a predetermined step (X=X∞+dx), and the second focus signal is detected. Since the number of inputs r=2, the focus signal P1,
P2 is input to the focus signal preprocessing circuit 44. At this time, P3 to PN are input as zero. Similarly, the photographing optical system positions X1 and X2 are input to the photographing optical system position preprocessing circuit 45, but X3 to XN are input as zero. Then, the normalized values I1 and I2 of the focus signal and the normalized value Im+1 of the photographing optical system position are input to the neural network 31. Here, zero is input to I3 to Im and Im+2 to Im+n. Further, the output YT from the neural network 31 is divided by the width normalization coefficient Rc, and Equation 13 is detected and input to the learning device 34.
【0069】[0069]
【数13】[Math. 13]
【0070】この学習器34では、減算器60で数14
に示される教師信号との差演算が行われ、差が2乗器6
1にて2乗され、加算器62で加算される。In this learning device 34, the subtracter 60 calculates the number 14.
A difference operation with the teacher signal shown in is performed, and the difference is calculated by the squarer 6
The signals are squared by 1 and added by an adder 62.
【0071】[0071]
【数14】[Math. 14]
【0072】(5) 被写体の距離をU=U1 とし
て上記 (3)〜 (4)の処理を行う。以後、U=U
2 、U3 、…、Unearestまで (3)〜
(4)の処理を繰り返し、数12のEを検出する。(5) The above processes (3) to (4) are performed with the distance to the object being U=U1. From now on, U=U
2, U3, ..., until Unearest (3) ~
Repeat the process in (4) to detect E in number 12.
【0073】(6) 次に、このEの値が減少するよ
うに各ニューロンユニットの重みを変える。ここでEが
最も減少するようなニューロンユニットjのi番目の重
み変化量ΔWjir は最急降下法により、数15で求
められる。尚、式中の記号εは、ここでは正の正数であ
る。(6) Next, change the weight of each neuron unit so that the value of E decreases. Here, the i-th weight change amount ΔWjir of the neuron unit j that causes E to decrease the most can be found using Equation 15 using the steepest descent method. Note that the symbol ε in the formula is a positive number here.
【0074】[0074]
【数15】[Math. 15]
【0075】(7) 以後、 (2)〜 (6)の処
理を繰り返し、数12のEが十分小さくなったところで
処理を終了する。そして、そのときの重みの値を各ニュ
ーロンユニットの重み係数メモリ54、いき値メモリ5
7に重み係数Wji2 、いき値θj 2 として記憶
する。(7) Thereafter, processes (2) to (6) are repeated, and the process is terminated when E in Equation 12 becomes sufficiently small. Then, the weight values at that time are stored in the weight coefficient memory 54 and the threshold value memory 5 of each neuron unit.
7 as a weighting coefficient Wji2 and a threshold value θj2.
【0076】II.入力数r=3の場合(1) 各重
みパラメータWji3 、いき値θj 3 を乱数で初
期化する。
(2) 加算器62をゼロにクリアする。
(3) 撮影光学系2をX=X∞の位置へ駆動し、被
写体をU=U∞の位置に設定し第1番目の焦点信号の検
出を開始する。II. When the number of inputs r=3 (1) Each weight parameter Wji3 and threshold value θj3 are initialized with random numbers. (2) Clear adder 62 to zero. (3) Drive the photographing optical system 2 to the position of X=X∞, set the subject to the position of U=U∞, and start detecting the first focus signal.
【0077】(4) 撮影光学系2を所定ステップだ
け駆動し(X=X∞+2dx)、第2番目の焦点信号を
検出する。(4) The photographing optical system 2 is driven by a predetermined step (X=X∞+2dx), and the second focus signal is detected.
【0078】(5) 撮影光学系2を、更に所定ステ
ップだけ駆動し(X=X∞+dx)、第3番目の焦点信
号を検出する。入力数r=3となったので、焦点信号P
1 、P2 、P3 を焦点信号前処理回路44へ入力
する。このとき、P4 〜PN はゼロとして入力する
。同様に撮影光学系位置X1 、X2 、X3 を撮影
光学系位置前処理回路45へ入力するが、X4 〜XN
はゼロとして入力する。
そして、ニューラルネットワーク31へは、焦点信号の
正規化された値I1 、I2 、I3 及び撮影光学系
位置の正規化された値Im+1 、Im+2 として入
力される。ここで、I4 〜Im 、Im+3 〜Im
+n はゼロが入力される。
更に、ニューラルネットワーク31からの出力YT は
幅正規化係数Rcで除算され、数16が検出されて学習
器34へ入力される。(5) The photographing optical system 2 is further driven by a predetermined step (X=X∞+dx), and the third focus signal is detected. Since the number of inputs r=3, the focus signal P
1 , P2 , and P3 are input to the focus signal preprocessing circuit 44 . At this time, P4 to PN are input as zero. Similarly, the photographing optical system positions X1, X2, and X3 are input to the photographing optical system position preprocessing circuit 45, but X4 to XN
is entered as zero. Then, the normalized values I1, I2, I3 of the focus signal and the normalized values Im+1, Im+2 of the photographing optical system position are input to the neural network 31. Here, I4 ~Im, Im+3 ~Im
+n is input with zero. Further, the output YT from the neural network 31 is divided by the width normalization coefficient Rc, and Equation 16 is detected and input to the learning device 34.
【0079】[0079]
【数16】[Math. 16]
【0080】この学習器34では、減算器60で数17
に示される教師信号との差演算が行われ、差が2乗器6
1にて2乗され、加算器62で加算される。In this learning device 34, the subtracter 60 calculates the number 17.
A difference operation with the teacher signal shown in is performed, and the difference is calculated by the squarer 6
The signals are squared by 1 and added by an adder 62.
【0081】[0081]
【数17】[Math. 17]
【0082】(6) 被写体の距離をU=U1 とし
て (3)〜 (5)の処理を行う。以後、U=U2
、U3 、…、Unearestまで (3)〜 (5
)の処理を繰り返し、数12のEを検出する。(6) Processes (3) to (5) are performed with the distance to the object being U=U1. From now on, U=U2
, U3 ,..., until Unearest (3) ~ (5
) is repeated to detect E in number 12.
【0083】(7) 次に、このEの値が減少するよ
うに、各ニューロンユニットの重みを数15に基いて変
える。(7) Next, the weight of each neuron unit is changed based on Equation 15 so that the value of E decreases.
【0084】(8) 以後、 (2)〜 (7)の処
理を繰り返し、数12のEが十分小さくなったところで
処理を終了する。そして、そのときの重みの値を各ニュ
ーロンユニットの重み係数メモリ54、いき値メモリ5
7に重み係数Wji3 、いき値θj 3 として記憶
する。(8) Thereafter, processes (2) to (7) are repeated, and the process is terminated when E in Equation 12 becomes sufficiently small. Then, the weight values at that time are stored in the weight coefficient memory 54 and the threshold value memory 5 of each neuron unit.
7 as a weighting coefficient Wji3 and a threshold value θj3.
【0085】以上の工程をr=4〜N−1となるまで行
い、重み係数Wji4 〜WjiN−1 、いき値θj
4 〜いき値θj N−1 を求める。そして、重み
係数WjiN 、いき値θj N については次の様に
して行う。The above steps are repeated until r=4 to N-1, and the weighting coefficients Wji4 to WjiN-1 and the threshold value θj are
4 ~ Find the threshold value θj N-1. The weighting coefficient WjiN and the threshold value θj N are determined as follows.
【0086】(1) 各重みパラメータWjiN 、
いき値θj N を乱数で初期化する。
(2) 加算器62をゼロにクリアする。
(3) 撮影光学系2をX=X∞の位置へ駆動し、被
写体をU=U∞の位置に設定し第1番目の焦点信号の検
出を開始する。(1) Each weight parameter WjiN,
Initialize the threshold value θj N with a random number. (2) Clear adder 62 to zero. (3) Drive the photographing optical system 2 to the position of X=X∞, set the subject to the position of U=U∞, and start detecting the first focus signal.
【0087】(4) 撮影光学系2を所定ステップだ
け駆動し(X=X∞+dx)、第2番目の焦点信号を検
出する。(4) The photographing optical system 2 is driven by a predetermined step (X=X∞+dx), and the second focus signal is detected.
【0088】(5) 以後 (4)の処理を繰り返し
、X=X∞+(N−1)dxなる位置の焦点信号を検出
する。入力数r=Nとなったので、焦点信号P1 。P
2 、〜PN を焦点信号前処理回路44へ入力する。
同様に、撮影光学系位置X1 、X2 、〜XN を撮
影光学系位置前処理回路45へ入力する。そして、ニュ
ーラルネットワーク31へは、焦点信号の正規化された
値I1 、I2 、〜Im 及び撮影光学系位置の正規
化された値Im+1 、Im+2 、〜Im+n とし
て入力される。更に、ニューラルネットワーク31から
の出力YT は、幅正規化係数Rcで除算されて数18
が検出され学習器34へ入力される。(5) Thereafter, the process in (4) is repeated to detect the focus signal at the position X=X∞+(N-1)dx. Since the number of inputs r=N, the focus signal P1. P
2, ~PN are input to the focus signal preprocessing circuit 44. Similarly, the photographing optical system positions X1, X2, to XN are input to the photographing optical system position preprocessing circuit 45. Then, the normalized values I1, I2, ~Im of the focus signal and the normalized values Im+1, Im+2, ~Im+n of the photographing optical system position are input to the neural network 31. Furthermore, the output YT from the neural network 31 is divided by the width normalization coefficient Rc to obtain the equation 18.
is detected and input to the learning device 34.
【0089】[0089]
【数18】[Math. 18]
【0090】この学習器34では、減算器60で数19
に示される教師信号との差演算が行われ、差が2乗器6
1にて2乗され、加算器62で加算される。In this learning device 34, the subtracter 60 calculates the number 19
A difference operation with the teacher signal shown in is performed, and the difference is calculated by the squarer 6
The signals are squared by 1 and added by an adder 62.
【0091】[0091]
【数19】[Math. 19]
【0092】(6) 被写体の距離をU=U1 とし
て、 (3)〜 (5)の処理を行う。以後、U=U2
、U3 、…、Unearestまで (3)〜 (
5)の処理を繰り返す。(6) Perform the processes in (3) to (5) with the distance to the object being U=U1. From now on, U=U2
, U3 ,..., until Unearest (3) ~ (
Repeat the process in 5).
【0093】(7) 次に、撮影光学系2をX=X∞
+dxの位置へ駆動し、 (2)〜 (6)の処理を行
う。ここで、 (5)の処理に於いてはX=X∞+dx
+(N−1)dxの位置にて行う。こうして、 (5)
の処理がX=Xnearest +(N−1)dxなる
位置まで終了して、Eが検出される。このEは数20の
ように表せられる。(7) Next, set the photographing optical system 2 to X=X∞
It is driven to the +dx position and processes (2) to (6) are performed. Here, in the process of (5), X=X∞+dx
Perform at position +(N-1)dx. In this way, (5)
The process ends until the position X=Xnearest+(N-1)dx, and E is detected. This E can be expressed as the number 20.
【0094】[0094]
【数20】[Math. 20]
【0095】(8) 次に、このEの値が減少するよ
うに、各ニューロンユニットの重みを数20に基いて変
える。(8) Next, the weight of each neuron unit is changed based on Equation 20 so that the value of E decreases.
【0096】(9) 以後、 (2)〜 (8)の処
理を繰り返し、数12のEが十分小さくなったところで
処理を終了する。そして、そのときの重みの値を各ニュ
ーロンユニットの重み係数メモリ54、いき値メモリ5
7に重み係数WjiN 、いき値θj N として記憶
する。(9) Thereafter, processes (2) to (8) are repeated, and the process is terminated when E in Equation 12 becomes sufficiently small. Then, the weight values at that time are stored in the weight coefficient memory 54 and the threshold value memory 5 of each neuron unit.
7 as a weighting coefficient WjiN and a threshold value θj N .
【0097】このようにして、全ての重み係数といき値
が求められ学習モードが終了する。ここで、被写体の種
類を変えて更に精度を高めてもよい。[0097] In this way, all weighting coefficients and threshold values are determined and the learning mode ends. Here, the accuracy may be further improved by changing the type of subject.
【0098】次に、実行モードについて説明する。この
実行モードに於いては、学習器34は必要ない。合焦調
節が始まると、先ず撮影光学系2はX=X∞なる位置に
駆動される。そして、図示されない露出検出器により、
被写体の輝度に応じた適切な絞り値Fが設定される。こ
の際、撮像素子3の露光時間も適当に変化させてもよい
。そして通過中心空間周波数ST の焦点信号の検出が
始まると共に、撮影光学系2は至近の物体を撮影する位
置(Xnearest )の方向へと一定速度で駆動が
開始される。但し、この速度は焦点信号の検出が、学習
時の所定ステップ以下のステップになる速度とする。Next, the execution mode will be explained. In this execution mode, the learning device 34 is not required. When focus adjustment begins, the photographing optical system 2 is first driven to a position where X=X∞. Then, by an exposure detector (not shown),
An appropriate aperture value F is set according to the brightness of the subject. At this time, the exposure time of the image sensor 3 may also be changed appropriately. Then, at the same time as detection of the focus signal of the passing center spatial frequency ST starts, the photographing optical system 2 starts to be driven at a constant speed in the direction of the position (Xnearest) for photographing the nearest object. However, this speed is such that the detection of the focus signal is a step smaller than a predetermined step during learning.
【0099】そして、2点めの焦点信号検出が行われた
とき、その焦点信号P1 、P2 は焦点信号検出回路
44へに入力され、焦点信号値の正規化が行われ、入力
I1 、I2 としてニューラルネットワークの入力層
31a−1 〜31a−2 に入力される。この場合、
入力層31a−3 〜31a−m にはゼロが入力され
る。When the second focus signal is detected, the focus signals P1 and P2 are input to the focus signal detection circuit 44, the focus signal values are normalized, and the focus signals P1 and P2 are input as inputs I1 and I2. It is input to the input layers 31a-1 to 31a-2 of the neural network. in this case,
Zero is input to the input layers 31a-3 to 31a-m.
【0100】一方、焦点信号に対応した撮影光学系位置
X1 、X2 は、撮影光学系位置前処理回路45に入
力され、幅正規化係数Rcにより正規化されて、入力I
m+1 としてニューラルネットワークの入力層31a
−(m+1) に入力される。この場合、入力層31a
−m+2 〜31a−m+n にはゼロが入力される。
そして、ニューロンユニット31では、入力信号r(r
=2)から、ニューロンユニットでは重み係数Wji2
といき値θj 2 が選択される。On the other hand, the photographing optical system positions X1 and X2 corresponding to the focus signal are input to the photographing optical system position preprocessing circuit 45, normalized by the width normalization coefficient Rc, and then input to the input I
input layer 31a of the neural network as m+1
-(m+1) is input. In this case, the input layer 31a
Zero is input to -m+2 to 31a-m+n. Then, in the neuron unit 31, the input signal r(r
= 2), the weighting coefficient Wji2 in the neuron unit
A threshold value θj 2 is selected.
【0101】こうして、出力層31cから絞り値FT
、帯域STの場合の、合焦位置までの距離YT が求め
られ、除算器54にてRcで除され、合焦位置までの距
離Yが検出される。そして、このYの値からモータ制御
回路27により、モータ17が駆動されて撮影光学系2
が合焦位置へ移動される。[0101] In this way, the aperture value FT is obtained from the output layer 31c.
, the distance YT to the in-focus position in the case of the band ST is determined and divided by Rc in the divider 54, and the distance Y to the in-focus position is detected. Then, the motor control circuit 27 drives the motor 17 based on this value of Y, and the photographing optical system 2
is moved to the in-focus position.
【0102】そして、3点めの焦点信号検出が行われた
とき、その焦点信号P1 、P2 、P3 は焦点信号
検出回路44へに入力され、焦点信号値の正規化が行わ
れ、入力I1 、I2 、I3 としてニューラルネッ
トワークの入力層31a−1 〜31a−3 に入力さ
れる。このとき、入力層31a−4 〜31a−m に
はゼロが入力される。一方、焦点信号に対応した撮影光
学系位置X1 、X2 、X3 は、撮影光学系位置前
処理回路45に入力され、幅正規化係数Rcにより正規
化された後、入力Im+1 〜Im+2 としてニュー
ラルネットワークの入力層31a−(m+1) 〜31
a−(m+2) に入力される。Then, when the focus signal of the third point is detected, the focus signals P1, P2, P3 are input to the focus signal detection circuit 44, the focus signal value is normalized, and the input I1, They are input as I2 and I3 to the input layers 31a-1 to 31a-3 of the neural network. At this time, zero is input to the input layers 31a-4 to 31a-m. On the other hand, the photographing optical system positions X1, X2, and X3 corresponding to the focus signals are input to the photographing optical system position preprocessing circuit 45, and after being normalized by the width normalization coefficient Rc, they are input to the neural network as inputs Im+1 to Im+2. Input layer 31a-(m+1) ~31
It is input to a-(m+2).
【0103】このとき、入力層31a−m+3 〜31
a−m+nにはゼロが入力される。そして、ニューロン
ユニット31では、入力信号r(r=3)からニューロ
ンユニットでは重み係数Wji3 といき値θj 3
が選択される。こうして、出力層31cから絞り値FT
、通過中心空間周波数ST の場合の、合焦位置まで
の距離YT が求められ、除算器54にてRcで除算さ
れ、合焦位置までの距離Yが検出される。このYの値か
ら、モータ制御回路27により、モータ17が駆動され
て撮影光学系2が合焦位置へ移動される。At this time, input layers 31a-m+3 to 31
Zero is input to a−m+n. Then, in the neuron unit 31, the weighting coefficient Wji3 and the threshold value θj3 are determined from the input signal r (r=3).
is selected. In this way, the aperture value FT is obtained from the output layer 31c.
, the distance YT to the in-focus position in the case of the passing center spatial frequency ST is determined and divided by Rc in the divider 54, and the distance Y to the in-focus position is detected. Based on this Y value, the motor control circuit 27 drives the motor 17 to move the photographing optical system 2 to the in-focus position.
【0104】このように、撮影光学系が合焦位置へ近付
く間にも、入力数に応じて次々とニューロンユニットの
重み係数が変化し、合焦位置までの距離Yが刻々と求め
られる。そして撮影光学系がY=0なる位置に到達した
ときにモータの駆動を停止し合焦調節を終える。[0104] In this way, even while the photographing optical system approaches the in-focus position, the weighting coefficients of the neuron units change one after another in accordance with the number of inputs, and the distance Y to the in-focus position is determined moment by moment. When the photographing optical system reaches the position where Y=0, the driving of the motor is stopped and focus adjustment is completed.
【0105】以上のように合焦調節が行われるが、撮影
光学系が合焦位置に近付くにつれてニューラルネットワ
ークに用いる焦点信号の数が増加することから、Yの値
はより信頼性が増し、より精度の高い合焦調節が行われ
る。Focus adjustment is performed as described above, but since the number of focus signals used for the neural network increases as the photographic optical system approaches the focus position, the value of Y becomes more reliable and more accurate. Focus adjustment is performed with high precision.
【0106】更に、焦点信号の値及び撮影光学系位置を
正規化しているため、如何なる絞り値、BPF通過中心
空間周波数、被写体種類に対する合焦調節が可能である
と共に、ニューラルネットワークの学習は、唯1種類の
絞り値、BPF通過中心空間周波数でよいことから、短
時間での学習が可能であると共に、ニューロン数を少な
くすることができメモリの節約をすることができる。Furthermore, since the value of the focus signal and the position of the photographing optical system are normalized, focusing can be adjusted for any aperture value, BPF passing center spatial frequency, and type of subject, and the learning of the neural network is simple. Since only one type of aperture value and BPF passing center spatial frequency are required, learning can be done in a short time, and the number of neurons can be reduced to save memory.
【0107】尚、この学習は同種類の撮影光学系に対し
ては1度だけ行えばよく、学習器は実行時には不用であ
る。また、この学習器を利用し撮影者が独自の学習をさ
せることができ、例えば常に任意のデフォーカスするよ
うに学習させることもできる。Note that this learning only needs to be performed once for the same type of photographing optical system, and the learning device is not needed during execution. Further, the photographer can use this learning device to perform his own learning, for example, to always perform arbitrary defocusing.
【0108】また、同実施例では学習に用いる所定ステ
ップを大きくしておき学習時間を短くしたが、実行時に
この学習時の所定ステップ間隔以下で駆動しても、ニュ
ーラルネットワークの補間作用により、正しく合焦位置
を求めることができる。すなわち、任意のステップ間隔
で駆動してよいことから、任意の速度で撮影光学系を駆
動することが可能となる。In addition, in the same embodiment, the predetermined steps used for learning were made large to shorten the learning time, but even if the learning time is less than the predetermined step interval at the time of execution, the interpolation effect of the neural network will prevent the learning time from being correct. The in-focus position can be determined. That is, since it may be driven at any step interval, it is possible to drive the photographing optical system at any speed.
【0109】そこで、第2の実施例として、図10に示
されるように、入力層31aに現在のモータの速度も入
力し、出力層31cを2個とし新たなモータの速度をも
出力させるように構成すれば、合焦位置までの距離と現
在のモータ速度に応じた理想のモータ速度を学習させる
こともでき、高精度だけでなく、高速度な合焦調節が行
える。このとき、撮影光学系のスムーズな動きを学習さ
せてもよい。Therefore, as a second embodiment, as shown in FIG. 10, the current motor speed is also input to the input layer 31a, and two output layers 31c are used to output the new motor speed. With this configuration, it is possible to learn the ideal motor speed according to the distance to the focus position and the current motor speed, and it is possible to perform focus adjustment not only with high precision but also with high speed. At this time, smooth movement of the photographic optical system may be learned.
【0110】また、この実施例では学習は撮影光学系が
常にX=X∞なる位置から始めたが、任意の位置からの
学習も行うことにより、合焦調節時に撮影光学系をX=
X∞なる位置へ移動する必要がなくなる。Furthermore, in this example, learning started from the position where the photographing optical system always satisfies
There is no need to move to the position of X∞.
【0111】[0111]
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、合焦位
置検出にニューラルネットワークを用いているため、特
別な条件を必要とせず合焦位置の予測を行うことができ
ると共に、高精度な合焦位置検出が可能となる。また、
この発明の学習器を利用すれば、撮影者の意図に応じた
合焦調節が可能となる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, since a neural network is used to detect the focus position, it is possible to predict the focus position without requiring special conditions, and it is also possible to predict the focus position with high accuracy. Focus position detection becomes possible. Also,
By using the learning device of the present invention, it becomes possible to adjust the focus according to the photographer's intention.
【図1】この発明の第1実施例で自動合焦装置のブロッ
ク構成図である。FIG. 1 is a block diagram of an automatic focusing device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】(a)及び(b)はそれぞれ図1の焦点信号検
出器の構成例を示したブロック図である。2A and 2B are block diagrams each showing a configuration example of the focus signal detector of FIG. 1; FIG.
【図3】図1の学習器の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the learning device in FIG. 1;
【図4】ニューラルネットワークの概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram of a neural network.
【図5】図1の合焦位置検出器の構成を示したブロック
図である。FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the focus position detector of FIG. 1;
【図6】図5の各ニューロンユニットの詳細を示した図
である。FIG. 6 is a diagram showing details of each neuron unit in FIG. 5;
【図7】(a)及び(b)はそれぞれ図5の焦点信号前
処理回路の構成例を示した図である。7A and 7B are diagrams each showing a configuration example of the focus signal preprocessing circuit of FIG. 5; FIG.
【図8】焦点信号の特性を表した図である。FIG. 8 is a diagram showing characteristics of a focus signal.
【図9】図5の撮影光学系位置前処理回路の構成図であ
る。FIG. 9 is a configuration diagram of the photographing optical system position preprocessing circuit of FIG. 5;
【図10】この発明の第2の実施例で、図1の合焦位置
検出器の構成を示したブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the focus position detector of FIG. 1 in a second embodiment of the invention.
【図11】従来の山登り方式の自動合焦装置の構成を示
すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of a conventional mountain-climbing automatic focusing device.
【図12】図11の自動合焦装置の動作特性図である。FIG. 12 is an operational characteristic diagram of the automatic focusing device of FIG. 11;
【図13】従来の他の自動合焦装置の構成を示すブロッ
ク図である。FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of another conventional autofocus device.
【図14】図13の自動合焦装置の動作特性図である。FIG. 14 is an operational characteristic diagram of the automatic focusing device shown in FIG. 13;
1…被写体、2…撮影光学系、3…撮像素子、4…増幅
器、17…モータ、29a…撮影光学系情報センサ、3
1…ニューラルネットワーク、31a…入力層、31b
…中間層、31c…出力層、32…焦点信号検出器、3
3…合焦位置検出器、34…学習器、35…測距エリア
指定回路、37…デジタル積分回路、44…焦点信号前
処理回路、45…撮影光学系位置前処理回路、46…焦
点信号記憶回路、47…撮影光学系位置記憶回路。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Subject, 2...Photographing optical system, 3...Imaging element, 4...Amplifier, 17...Motor, 29a...Photographing optical system information sensor, 3
1... Neural network, 31a... Input layer, 31b
...Intermediate layer, 31c...Output layer, 32...Focus signal detector, 3
3...Focus position detector, 34...Learning device, 35...Distance measurement area designation circuit, 37...Digital integration circuit, 44...Focus signal pre-processing circuit, 45...Photographing optical system position pre-processing circuit, 46...Focus signal storage Circuit, 47...Photographing optical system position memory circuit.
Claims (5)
形成される画像を撮像する撮像素子と、この撮像素子と
上記撮影光学系との相対位置を光軸方向に沿って変化さ
せる駆動手段と、上記撮像素子に蓄積された電荷を画像
信号として読出す画像読出し手段と、この読出し手段で
読出された画像信号から所定の周波数帯域のみを通過さ
せるバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタの
出力信号から合焦度に応じた焦点信号値を検出するため
の焦点信号検出手段と、ニューラルネットワークを有し
た合焦位置情報検出手段と、この合焦位置情報検出手段
から出力される合焦位置情報に応じて上記駆動手段を制
御する制御手段とを具備することを特徴とする自動合焦
装置。1. A photographic optical system, an image sensor that captures an image formed by the photographic optical system, and a drive means that changes the relative position of the image sensor and the photographic optical system along an optical axis direction. , an image readout means for reading out the charge accumulated in the image sensor as an image signal, a bandpass filter for passing only a predetermined frequency band from the image signal read by the readout means, and an output signal of the bandpass filter. A focus signal detection means for detecting a focus signal value according to the degree of focus from a focus position information detection means having a neural network, and a focus position information outputted from the focus position information detection means. An automatic focusing device comprising: control means for controlling the driving means accordingly.
点信号検出手段から得られる複数の焦点信号値を正規化
した値に変換する第1の正規化手段と、上記撮影光学系
の位置と撮影光学系の撮影情報と上記バンドパスフィル
タの帯域情報を正規化した値に変換する第2の正規化手
段と、上記第1及び第2の正規化手段からの出力を入力
とするニューラルネットワークとを具備する請求項1に
記載の自動合焦装置。2. The focus position information detection means includes a first normalization means for converting a plurality of focus signal values obtained from the focus signal detection means into normalized values, and a first normalization means for converting a plurality of focus signal values obtained from the focus signal detection means into normalized values; a second normalizing means for converting photographing information of the photographing optical system and band information of the bandpass filter into normalized values; and a neural network receiving outputs from the first and second normalizing means. The automatic focusing device according to claim 1, comprising:
形成される画像を撮像する撮像素子と、この撮像素子と
上記撮影光学系との相対位置を光軸方向に沿って変化さ
せる駆動手段と、上記撮像素子に蓄積された電荷を画像
信号として読出す画像読出し手段と、この読出し手段で
読出された画像信号から所定の周波数帯域のみを通過さ
せるバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタの
出力信号から合焦度に応じた焦点信号値を検出するため
の焦点信号検出手段と、ニューラルネットワークを有し
た合焦位置情報検出手段と、上記ニューラルネットワー
クの学習器と、上記合焦位置情報検出手段から出力され
る合焦位置情報に応じて上記駆動手段を制御する制御手
段とを具備することを特徴とする自動合焦装置。3. A photographic optical system, an image sensor that captures an image formed by the photographic optical system, and a drive means that changes the relative position of the image sensor and the photographic optical system along the optical axis direction. , an image readout means for reading out the charge accumulated in the image sensor as an image signal, a bandpass filter for passing only a predetermined frequency band from the image signal read by the readout means, and an output signal of the bandpass filter. a focus signal detection means for detecting a focus signal value according to the degree of focus from the focus position information detection means having a neural network; a learning device for the neural network; An automatic focusing device comprising: a control means for controlling the driving means according to output focus position information.
相違に応じた信号を検出する相違演算器と、相違演算器
の出力に応じ、上記ニューラルネットワークの各ニュー
ロン間の重みを設定する重み設定器とを具備する請求項
3に記載の自動合焦装置。4. The learning device includes a difference calculator that detects a signal corresponding to a difference between a teacher signal and a learning signal, and a weight that sets a weight between each neuron of the neural network according to the output of the difference calculator. The automatic focusing device according to claim 3, further comprising a setting device.
点信号検出手段から得られる複数の焦点信号値を正規化
した値に変換する第1の正規化手段と、上記撮影光学系
の位置と撮影光学系の撮影情報と上記バンドパスフィル
タの帯域情報を正規化した値に変換する第2の正規化手
段と、第1及び第2の正規化手段からの出力を入力とす
るニューラルネットワークとを具備する請求項3に記載
の自動合焦装置。5. The focus position information detection means includes a first normalization means for converting a plurality of focus signal values obtained from the focus signal detection means into normalized values, and a first normalization means for converting a plurality of focus signal values obtained from the focus signal detection means into normalized values; a second normalizing means for converting photographing information of the photographing optical system and band information of the bandpass filter into normalized values; and a neural network receiving outputs from the first and second normalizing means as input. The automatic focusing device according to claim 3, comprising: an automatic focusing device according to claim 3;
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3101024A JPH04330411A (en) | 1991-05-02 | 1991-05-02 | Automatic focusing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3101024A JPH04330411A (en) | 1991-05-02 | 1991-05-02 | Automatic focusing device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04330411A true JPH04330411A (en) | 1992-11-18 |
Family
ID=14289632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3101024A Withdrawn JPH04330411A (en) | 1991-05-02 | 1991-05-02 | Automatic focusing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04330411A (en) |
Cited By (12)
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