JPH08334683A - 自動合焦装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被写体を例えば炎のように輝度が高く直ぐ白
レベルに飽和するものとしても、合焦位置を正確に検出
でき、信頼性を向上する。 【構成】 カメラから入力される映像信号に基づいてコ
ントラスト信号を手段２，３により検出し、このコント
ラスト信号を用いて遠点から近点までの間のコントラス
ト信号大の領域の単位領域当たりのコントラスト信号を
手段１，４により求め、被写体を例えば炎のように輝度
が高く直ぐ白レベルに飽和するものとした場合に、合焦
点以外の遠点、近点でそのレベルが大きくなるコントラ
スト信号を用いずに、単位領域当たりのコントラスト信
号を用いることにより合焦点以外の遠点、近点でのレベ
ルを合焦点でのレベルに対して相対的に低レベルとし、
単位領域当たりのコントラスト信号のピーク点を合焦点
とする手段５を備えてなるもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動合焦装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】カメラ（テレビカメラ）から入力される
映像信号よりコントラスト信号（高周波成分信号または
高周波成分量信号）を検出し、このコントラスト信号に
基づいて自動合焦を行うようにした自動合焦装置が知ら
れている。

【０００３】この自動合焦装置の概略構成を表したのが
図７である。同図において、符号７は被写体を示してお
り、この被写体７は光学系９を介して、例えばＣＣＤ(C
harge Coupled Device) カメラ８により撮像される。

【０００４】カメラ８により撮像された被写体は、カメ
ラ８から映像信号として出力され、この映像信号に基づ
いて高周波成分抽出手段１０によりコントラスト信号が
検出される。このコントラスト信号を抽出する範囲、す
なわち焦点を合わせる被写体７の範囲（フォーカスエリ
ア）は、例えばテレビ画像の中で任意に設定される。

【０００５】高周波成分抽出手段１０によるコントラス
ト信号の抽出は、映像信号を走査線方向に微分し、この
微分波形のピーク値またはフォーカスエリア内の微分値
を加算することによりなされる。これらの何れを用いる
かは被写体の状態、ニーズにより異なるが、一般的にコ
ントラストが高い場合に微分波形のピーク値（高周波成
分）が、コントラストが低い場合にフォーカスエリア内
の微分値を加算した値（高周波成分量）が、それぞれ用
いられる。

【０００６】上記光学系９は、図示されないモータによ
り被写体７に対向する方向に移動される。すなわち、光
学系９は、被写体７に対して遠点（図示右側）から近点
（図示左側）まで移動される。この光学系９を被写体７
に対して遠点から近点まで移動した際に抽出されるコン
トラスト信号を示したのが図７のグラフ部分であり、こ
れより明らかなように、焦点位置に光学系９が位置する
と、コントラスト信号として上記微分波形のピーク値ま
たはフォーカスエリア内の微分値を加算した値の何れを
用いていても、コントラスト信号はピーク（最大値）と
なる。すなわち、焦点位置検出手段１１は、このピーク
値に光学系９が位置するように該光学系９を移動し、こ
の光学系９がピーク値の位置に位置することにより、合
焦がなされるようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、被写体７
を、例えば図８（ａ）に示されるような蝋燭の炎とした
場合には、該炎は輝度が高いことから直ぐ白レベルに飽
和してしまい、ボケた像は、図８（ｂ）に示されるよう
に、飽和したまま拡大していく。

【０００８】上記図８（ａ）、（ｂ）に示した画像に対
応する微分波形画像を示したのが図９（ａ）、（ｂ）で
あり、微分波形においてもボケが大きくなるとその画像
の大きさも拡大していく点は変わらない。従って、抽出
されるコントラスト信号は、図１０に示されるように、
遠点側、近点側にあってはボケが拡大することにより増
大し、合焦点におけるピーク値より大きくなる。

【０００９】すなわち、従来の方式、すなわち微分波形
のピーク値またはフォーカスエリア内の微分値を加算し
た値をコントラスト信号として遠点から近点まで求め、
これらコントラスト信号の中のピーク値を合焦位置とす
る方式では、被写体７を例えば炎のように輝度が高く直
ぐ白レベルに飽和するものとした場合には、合焦位置以
外の遠点側の点や近点側の点を合焦位置と誤認してしま
い、信頼性が低下するといった問題点があった。

【００１０】そこで本発明は、被写体を例えば炎のよう
に輝度が高く直ぐ白レベルに飽和するものとしても、合
焦位置が正確に検出され、信頼性が向上される自動合焦
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の自動合焦装置
は、上記目的を達成するために、カメラから入力される
映像信号よりコントラスト信号を検出し、このコントラ
スト信号の遠点から近点までの間のピーク値に基づいて
自動合焦を行うようにした自動合焦装置において、遠点
から近点までの間のコントラスト信号大の領域の単位領
域当たりのコントラスト信号を求め、単位領域当たりの
コントラスト信号のピーク点を合焦点とした。

【００１２】また、請求項２の自動合焦装置は、上記目
的を達成するために、カメラから入力される遠点から近
点までの映像信号より高周波成分信号を検出し、この映
像信号の高周波成分に基づいて合焦位置を検出するよう
にした自動合焦装置において、前記映像信号から高周波
成分の発生領域を求める発生領域検出手段と、前記映像
信号から前記発生領域内での高周波成分を検出する高周
波成分検出手段と、この高周波成分検出手段からの出力
を用い前記発生領域内の高周波成分の量を検出する高周
波成分量検出手段と、この高周波成分量検出手段からの
出力を前記発生領域検出手段からの出力で除算し単位領
域当たりの高周波成分量を検出する高周波成分量補正手
段と、この高周波成分量補正手段の遠点から近点までの
出力のピーク値を合焦点とする判定手段と、を備えた。

【００１３】また、請求項３の自動合焦装置は、上記目
的を達成するために、上記請求項２に加えて、高周波成
分検出手段は、飽和領域の高周波成分を除外することを
特徴としている。

【００１４】

【作用】このような請求項１における自動合焦装置によ
れば、カメラから入力される映像信号に基づいてコント
ラスト信号が検出され、このコントラスト信号を用いて
遠点から近点までの間のコントラスト信号大の領域の単
位領域当たりのコントラスト信号が求められ、これら単
位領域当たりのコントラスト信号のピーク点が合焦点と
される。ここで、被写体を例えば炎のように輝度が高く
直ぐ白レベルに飽和するものとすると、映像信号はその
立ち上がりが合焦点では急峻に、合焦点以外の遠点、近
点ではボケて緩やかになることから、コントラスト信号
は、図１０に示すように、合焦点では大きくその周辺で
は小さく、合焦点以外の遠点、近点では合焦点よりさら
に大きくなり、またコントラスト信号の変化する領域
は、その信号が急峻に変化することにより合焦点では小
さく、合焦点以外の遠点、近点ではその信号変化がなだ
らかとなるので非常に大きくなる。従って、単位領域当
たりのコントラスト信号のレベルは、合焦点以外の遠
点、近点で低レベルとなり、合焦点でピークとなるが、
単位領域当たりのコントラスト信号のピーク点を合焦点
としていることから、合焦位置が正確に検出されること
になる。

【００１５】また、請求項２における自動合焦装置によ
れば、発生領域検出手段により、映像信号から高周波成
分の発生領域が求められるが、被写体を例えば炎のよう
に輝度が高く直ぐ白レベルに飽和するものとすると、映
像信号はその立ち上がりが合焦点では急峻に、合焦点以
外の遠点、近点ではボケて緩やかになることから、高周
波成分の発生領域は、合焦点では小さく、合焦点以外の
遠点、近点では非常に大きくなる。また、高周波成分検
出手段により、映像信号から前記発生領域内での高周波
成分が検出され、高周波成分量検出手段により、高周波
成分検出手段からの出力が用いられて前記発生領域内の
高周波成分の量が検出されるが、高周波成分量は、合焦
点では大きくその周辺では小さく、合焦点以外の遠点、
近点では合焦点よりさらに大きくなる。そして、高周波
成分量補正手段により、高周波成分量検出手段からの出
力が前記発生領域検出手段からの出力で除算されて単位
領域当たりの高周波成分量が検出されると、そのレベル
は、合焦点以外の遠点、近点で低レベルとなり、合焦点
でピークとなる。従って、判定手段により、高周波成分
量補正手段の遠点から近点までの出力のピーク値を合焦
点としていることから、合焦位置が正確に検出されるこ
とになる。

【００１６】また、請求項３における自動合焦装置によ
れば、高周波成分検出手段により、飽和領域の高周波成
分が除外され、高周波成分の検出精度がさらに向上され
る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例における自動合焦装置の
構成を表したブロック図であり、従来技術の図７に示し
た符号１２で囲まれる箇所、すなわち高周波成分抽出手
段１０及び焦点位置検出手段１１に対応するものであ
る。

【００１８】本実施例の自動合焦装置は、カメラ８（従
来技術と同じもの）からの映像信号に従って高周波成分
の発生領域を求める発生領域検出手段１と、上記映像信
号から上記発生領域内での高周波成分を検出する高周波
成分検出手段２と、を備えている。

【００１９】上記発生領域検出手段１は、映像信号（ア
ナログ信号）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１
ａと、このデジタル変換された映像信号に対してある程
度大きな時間で遅延させた映像信号との差をとり大まか
な変化としての高周波成分（１）を得る差分（１）検出
手段１ｂと、この得られた高周波成分（１）のデータを
２値化し実際に高周波成分（１）が得られるエリアを検
出する２値化手段１ｃと、オートフォーカスエリア設定
手段６により設定されたオートフォーカスエリア（従来
技術で説明したもの）及び上記２値化手段１ｃにより得
られたエリアに基づいて２値化エリアのカウントを行い
高周波成分（１）のデータがどの程度の範囲に渡るもの
か、すなわち大まかな変化領域がどの程度の範囲かを検
出する２値化エリアのエリアカウント手段１ｄと、から
構成されている。なお、大まかな変化領域とは、映像信
号の高周波成分にレベル変化が見られる領域であり、合
焦させるための画像処理をすべき領域を検出するための
ものである。

【００２０】上記高周波成分検出手段２は、上記Ａ／Ｄ
変換器１ａと、このデジタル変換された映像信号に対し
て差分（１）より小さな時間で遅延させた映像信号との
差をとり細かい変化としての高周波成分（２）を得る差
分（２）検出手段２ａと、上記映像信号を白レベルでコ
ンパレートするコンパレート手段２ｃと、このコンパレ
ート手段２ｃの出力に基づいて飽和領域を検出する飽和
領域検出手段２ｄと、この飽和領域及び上記２値化エリ
ア外のデータを上記得られた高周波成分（２）のデータ
から除外するデータ除外手段２ｂと、から構成されてい
る。

【００２１】このデータ除外手段２ｂ及び上記オートフ
ォーカスエリア設定手段６には、飽和領域及び２値化エ
リア外のデータを除外した高周波成分（２）のデータ及
びオートフォーカスエリアに基づいて、高周波成分
（２）の量を検出する高周波成分量検出手段としての差
分量加算手段３が接続されている。この差分量加算手段
３及び上記２値化エリアのエリアカウント手段１ｄに
は、加算された差分量をエリアカウント値で除算し単位
領域（単位面積）当たりの高周波成分量を検出する高周
波成分量補正手段４が接続されており、この高周波成分
量補正手段４には判定手段５が接続されている。

【００２２】この判定手段５は、高周波成分量補正手段
４からの出力を遠点から近点まで１画面ごとにメモリに
記憶する記憶手段５ａと、この記憶されたデータの中の
ピーク値を合焦位置と判定しこの合焦位置に光学系を移
動する信号をモータに送出する合焦位置検出手段５ｂ
と、から構成されている。

【００２３】次に、このように構成された自動合焦装置
の動作について以下説明する。先ず、カメラ８により例
えば図８（ａ）に示したような蝋燭を撮像する。この場
合、光学系９は遠点から近点まで順次移動され、各位置
で以下の処理が行われるわけであるが、説明の都合上、
光学系９が合焦位置にある場合と、合焦位置より例えば
近点側（遠点側でも可）の位置にある場合と、を並行し
て説明する。

【００２４】ここで、光学系９が合焦位置にある場合に
は、映像信号は、図２（ａ）に示されるように、その立
ち上がりが急峻になり、合焦位置より例えば近点側の位
置での映像信号は、図３（ａ）に示されるように、その
立ち上がりがボケて緩やかになる。

【００２５】この映像信号に対して、ある程度大きな時
間で遅延させた映像信号との差がとられ高周波成分
（１）が得られる。この該高周波成分（１）は、例えば
合焦位置では図２（ｂ）に示されるように、合焦位置よ
り近点側の位置では図３（ｂ）に示されるようにそれぞ
れなる。すなわち、高周波成分（１）を合焦位置と近点
側の位置とで比べると、合焦位置の方が近点側の位置の
ものに比してレベルが大きくなると共にその範囲が狭く
なる。

【００２６】この高周波成分（１）は２値化される。す
なわち、実際に高周波成分（１）が得られたエリアが求
められ、合焦位置では図２（ｂ）に示される範囲に、合
焦位置より近点側の位置では図３（ｂ）に示される範囲
となる。

【００２７】そして、このエリアに基づいて、エリアカ
ウントが行われる。従って、合焦位置でのエリアカウン
ト値は、近点側の位置のそれに比してかなり小さい値と
なる。

【００２８】また、上記映像信号に対して、差分（１）
より小さな時間で遅延させた映像信号との差がとられ高
周波成分（２）が得られる。この高周波成分（２）は、
合焦位置では図２（ｃ）に示されるように、合焦位置よ
り近点側の位置では図３（ｃ）に示されるようにそれぞ
れなる。すなわち、高周波成分（２）は高周波成分
（１）に対して、小さな時間で遅延させたものの結果で
あることから、合焦位置での高周波成分（２）は同位置
での高周波成分（１）に対してレベルが小さくなると共
にその範囲が狭くなる。これは近点側の位置でも同様と
なる。

【００２９】この高周波成分（２）に対して、飽和領域
及び２値化エリア外のデータが除外される。すなわち、
合焦位置では図２（ｃ）に示される範囲が、合焦位置よ
り近点側の位置では図３（ｃ）に示される範囲がそれぞ
れ除外される。この飽和領域の除外は、高周波成分の検
出精度を向上するためである。

【００３０】そして、この飽和領域及び２値化エリア外
のデータが除外された高周波成分（２）は加算され、高
周波成分量が求められる。すなわち、合焦位置では図２
（ｃ）に斜線で示される範囲の面積が、合焦位置より近
点側の位置では図３（ｃ）に斜線で示される範囲の面積
がそれぞれ求められる。

【００３１】ここで、従来技術にあっては、微分波形の
ピーク値（図２（ｂ）または（ｃ）のピーク値、図３
（ｂ）または（ｃ）のピーク値に対応）、またはフォー
カスエリア内の微分値を加算した値（図２（ｃ）の面
積、図３（ｃ）の面積に対応）を遠点から近点まで求
め、これらの中のピーク値を合焦位置とする方式であっ
たことから、図より明らかなように、微分波形のピーク
値またはフォーカスエリア内の微分値を加算した値の何
れを採っても、近点側のピーク値の方が合焦位置のそれ
より大きくなり（図４参照）、合焦位置の誤認となる。

【００３２】しかしながら、本実施例においては、以下
の処理がさらに施されている。すなわち、上記高周波成
分（２）を加算した値（高周波成分量）を、上記２値化
エリアのエリアカウント値により除算している。従っ
て、単位領域当たりの高周波成分量が検出される。

【００３３】この単位領域当たりの高周波成分量は遠点
から近点まで１画面ごとに記憶される（単位領域当たり
の高周波成分量は、実際には上記説明のように合焦位置
と近点側の位置とで並行して求められるものでない）。
従って、高周波成分量（高周波成分（２）を加算したも
の；２値化エリアのエリアカウント値により除算されて
ないもの）は、図４に示されるように、合焦位置では大
きくその周辺では小さく、合焦位置以外の遠点、近点で
は合焦位置よりさらに大きくなるが、高周波成分（１）
の領域（２値化エリアのエリアカウント値）は、図５に
示されるように、合焦位置では小さく、合焦位置以外の
遠点、近点では非常に大きくなることから、単位領域当
たりの高周波成分量のレベルが求められると、該レベル
は、図６に示されるように、合焦位置以外の遠点、近点
で低レベルとなり、合焦位置でピークとなる。そして、
この単位領域当たりの高周波成分量のピーク点が合焦点
とされ、光学系９は当該ピーク位置（合焦位置）に移動
される。

【００３４】このように、本実施例においては、被写体
を例えば炎のように輝度が高く直ぐ白レベルに飽和する
ものとした場合に、合焦点以外の遠点、近点でそのレベ
ルが大きくなる高周波成分量を用いずに、単位領域当た
りの高周波成分量を用いることにより合焦点以外の遠
点、近点でのレベルを合焦点でのレベルに対して相対的
に低レベルとし、遠点から近点までの出力のピーク値を
合焦点とするよう構成しているので、合焦位置を正確に
検出できるようになっており、信頼性を向上することが
可能となっている。

【００３５】また、高周波成分のうちで飽和領域の高周
波成分を除外し、高周波成分の検出精度を向上するよう
構成しているので、本発明効果をさらに効果的とするこ
とが可能となっている。

【００３６】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変形可能であるというのはいうまでもなく、例え
ば、上記実施例においては、被写体７を蝋燭の炎として
いるが、被写体はこれに限定されるものではない。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１の自動合焦
装置によれば、カメラから入力される映像信号に基づい
てコントラスト信号を検出し、このコントラスト信号を
用いて遠点から近点までの間のコントラスト信号大の領
域の単位領域当たりのコントラスト信号を求め、被写体
を例えば炎のように輝度が高く直ぐ白レベルに飽和する
ものとした場合に、合焦点以外の遠点、近点でそのレベ
ルが大きくなるコントラスト信号を用いずに、単位領域
当たりのコントラスト信号を用いることにより合焦点以
外の遠点、近点でのレベルを合焦点でのレベルに対して
相対的に低レベルとし、単位領域当たりのコントラスト
信号のピーク点を合焦点とするよう構成したものである
から、合焦位置を正確に検出でき、信頼性を向上するこ
とが可能となる。

【００３８】また、請求項２の自動合焦装置によれば、
発生領域検出手段により、映像信号から高周波成分の発
生領域を求める一方で、高周波成分検出手段により、映
像信号から前記発生領域内での高周波成分を検出し、高
周波成分量検出手段により、高周波成分検出手段からの
出力を用いて前記発生領域内の高周波成分の量を検出
し、高周波成分量補正手段により、高周波成分量検出手
段からの出力を前記発生領域検出手段からの出力で除算
して単位領域当たりの高周波成分量を検出し、被写体を
例えば炎のように輝度が高く直ぐ白レベルに飽和するも
のとした場合に、合焦点以外の遠点、近点でそのレベル
が大きくなる高周波成分量を用いずに、単位領域当たり
の高周波成分量を用いることにより合焦点以外の遠点、
近点でのレベルを合焦点でのレベルに対して相対的に低
レベルとし、判定手段により、高周波成分量補正手段の
遠点から近点までの出力のピーク値を合焦点とするよう
構成したものであるから、合焦位置を正確に検出でき、
信頼性を向上することが可能となる。

【００３９】また、請求項３の自動合焦装置によれば、
請求項２に加えて、高周波成分検出手段により、飽和領
域の高周波成分を除外し、高周波成分の検出精度をさら
に向上するよう構成したものであるから、請求項２の効
果をさらに効果的とすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における自動合焦装置の構成
を表したブロック図である。

【図２】光学系が合焦位置に位置した場合における同上
装置の動作を説明するための各信号図であり、（ａ）は
映像信号、（ｂ）は差分（１）信号、（ｃ）は差分
（２）信号をそれぞれ表したものである。

【図３】光学系が合焦位置に対して遠点側または近点側
に離間位置した場合における同上装置の動作を説明する
ための各信号図であり、（ａ）は映像信号、（ｂ）は差
分（１）信号、（ｃ）は差分（２）信号をそれぞれ表し
たものである。

【図４】光学系を遠点から近点まで移動した際の差分量
加算値を表した対応図である。

【図５】光学系を遠点から近点まで移動した際の２値化
エリアカウント値を表した対応図である。

【図６】光学系を遠点から近点まで移動した際の単位面
積当たりの差分量加算値を表した対応図である。

【図７】従来技術における自動合焦装置を表した概略構
成図である。

【図８】被写体を表したものであり、（ａ）は光学系が
合焦位置に位置した場合のもの、（ｂ）は光学系が合焦
位置に対して遠点側または近点側に離間位置した場合の
ものである。

【図９】図８（ａ）、（ｂ）に示した画像に対応する微
分波形画像を表したものであり、（ａ）は光学系が合焦
位置に位置した場合のもの、（ｂ）は光学系が合焦位置
に対して遠点側または近点側に離間位置した場合のもの
である。

【図１０】光学系を遠点から近点まで移動した際のコン
トラスト信号を表した対応図である。

【符号の説明】 １ 発生領域検出手段 ２ 高周波成分検出手段 ３ 高周波成分量検出手段 ４ 高周波成分量補正手段 ５ 判定手段 ８ カメラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カメラから入力される映像信号よりコン
   トラスト信号を検出し、このコントラスト信号の遠点か
   ら近点までの間のピーク値に基づいて自動合焦を行うよ
   うにした自動合焦装置において、 遠点から近点までの間のコントラスト信号大の領域の単
   位領域当たりのコントラスト信号を求め、 単位領域当たりのコントラスト信号のピーク点を合焦点
   としたことを特徴とする自動合焦装置。
2. 【請求項２】 カメラから入力される遠点から近点まで
   の映像信号より高周波成分信号を検出し、この映像信号
   の高周波成分に基づいて合焦位置を検出するようにした
   自動合焦装置において、 前記映像信号から高周波成分の発生領域を求める発生領
   域検出手段と、 前記映像信号から前記発生領域内での高周波成分を検出
   する高周波成分検出手段と、 この高周波成分検出手段からの出力を用い前記発生領域
   内の高周波成分の量を検出する高周波成分量検出手段
   と、 この高周波成分量検出手段からの出力を前記発生領域検
   出手段からの出力で除算し単位領域当たりの高周波成分
   量を検出する高周波成分量補正手段と、 この高周波成分量補正手段の遠点から近点までの出力の
   ピーク値を合焦点とする判定手段と、を備えた自動合焦
   装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の自動合焦装置において、 高周波成分検出手段は、飽和領域の高周波成分を除外す
   ることを特徴とする自動合焦装置。