JPH09298681A - 画像入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測距器や露出器を用いることなく撮像器上に
画像を鮮明に結像させる画像入力装置を提供する。 【解決手段】 光学系１、２、１０によって撮像した画
像を、撮像器３によって電気信号に変換してフレームメ
モリ５に保持する画像入力装置において、演算器１３が
フレームメモリ５に保持された１フレームの画像信号の
内の少なくとも１本以上のラインについて画素値の分布
を求め、当該分布から情報エントロピーを算出し、エン
トロピー比較器１４が算出された情報エントロピーの値
が最も大きくなる位置を求め、当該位置を合焦位置とし
て合焦器６を制御するとともに適正露出位置として露出
制御器９を制御する。これによって、合焦器６が光学系
を制御して撮像器３上に画像を合焦させるとともに、露
出制御器９が撮像器３上における画像の露出を適正値へ
制御し、撮像器３が鮮明に結像された画像を電気信号に
変換してフレームメモリ５に保持させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学系で撮像した
画像を電気信号に変換して入力する画像入力装置に関
し、特に、画像の焦点や露出を撮像した画像信号に基づ
いて制御する画像入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタルカメラ等といった画像入力装置
では、被写体の画像を撮像器で電気信号に変換してフレ
ームメモリに一旦保持させ、当該フレームメモリから１
画像分の画像データを取り出すことが行われている。こ
のように画像を入力するに際して、光学系により撮像し
た被写体の画像を撮像器上に合焦させて鮮明に結像させ
る必要があるため、従来では図５に示すような装置構成
によって合焦制御を行っていた。

【０００３】この画像入力装置は、レンズ１及び絞り２
を有した光学系で被写体の画像を撮像し、この画像をＣ
ＣＤから成る撮像器３で電気信号に変換した後にＡ／Ｄ
変換器４でデジタルデータに変換し、このデジタル画像
データをフレームメモリ５に保持させて、必要に応じて
フレームメモリ５からデジタル画像データ取り出すもの
である。そして、レンズ１には合焦器６が付設されてお
り、この合焦器６には測距器７から制御情報が入力され
る。すなわち、測距器７によって被写体からの距離を計
測し、この計測距離に基づいて合焦器６がレンズ１を光
軸に沿って移動させて位置決めすることにより、撮像し
た被写体の画像を撮像器３上に合焦させて結像させてい
た。

【０００４】また、鮮明な画像を撮像器３上に結像させ
るためには、露出も制御する必要がある。このことか
ら、従来では図６に示すような装置構成によって合焦制
御とともに露出制御も行っていた。この画像入力装置に
は、被写体を測光する露出器８と、露出器８からの測光
情報に基づいてシャッター１０の開閉時間や絞り２の開
度を制御する制御器９とが備えられており、測距器７に
よる計測距離に基づいて合焦器６が画像の合焦制御を行
うとともに、露出器８による測光情報に基づいて制御器
９が画像の露出制御を行っていた。なお、露出制御では
シャッター１０や絞り２を制御する他に、制御器９がＣ
ＣＤ３のデータ蓄積時間を制御することも行われてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の画像入力装置にあっては、測距器７や露出器８
から得た情報に基づいて撮像器３上に画像を鮮明に結像
させる制御を行っていたため、これら測距器７や露出器
８が必須の構成となってコストの増大を招いていた。更
に、正確な制御情報を得るためには、測距器７や露出器
８はレンズ１と同一方向へ向けて配設しなければならな
いことから、装置設計上の制約が厳しくなって装置の小
型化等を図る上での障害となっていた。

【０００６】本発明は上記従来の事情に鑑みなされたも
ので、測距器７や露出器８を用いることなく撮像器上に
画像を鮮明に結像させる画像入力装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る画像入力装置は、光学系によって撮像
した画像を、撮像器によって電気信号に変換してフレー
ムメモリに保持する画像入力装置において、変換演算器
がフレームメモリに保持された１フレームの画像信号の
内の少なくとも１本以上のラインについて離散フーリエ
変換を施し、スペクトル比較器が離散フーリエ変換によ
って得られたパワースペクトルの分布を求めて高周波成
分のパワーが最も大きくなる位置を求め、当該位置を合
焦位置として合焦器を制御する。これによって、合焦器
が光学系を制御して撮像器上に画像を合焦させ、撮像器
が鮮明に結像された画像を電気信号に変換してフレーム
メモリに保持させる。

【０００８】すなわち、光学系の制御に伴ってフレーム
メモリには撮像された画像信号が逐次更新保持され、こ
れら画像信号の高周波成分のパワーをスペクトル比較器
が逐次比較して、高周波成分のパワーが最も大きくなる
位置を合焦位置として光学系を合焦制御する。したがっ
て、従来のように測距器を用いることなく、画像信号の
離散フーリエ変換に基づいて撮像器上に鮮明な画像を結
像させることができる。

【０００９】また、本発明に係る画像入力装置は、変換
演算器がフレームメモリに保持された１フレームの画像
信号の内の少なくとも１本以上のラインについて離散コ
サイン変換を施し、スペクトル比較器が離散コサイン変
換によって得られたスペクトルの分布を求めて高周波成
分の値が最も大きくなる位置を求め、当該位置を合焦位
置として合焦器を制御する。これによって、合焦器が光
学系を制御して撮像器上に画像を合焦させ、撮像器が鮮
明に結像された画像を電気信号に変換してフレームメモ
リに保持させる。

【００１０】すなわち、光学系の制御に伴ってフレーム
メモリには撮像された画像信号が逐次更新保持され、こ
れら画像信号の高周波成分の値をスペクトル比較器が逐
次比較して、高周波成分の値が最も大きくなる位置を合
焦位置として光学系を合焦制御する。したがって、従来
のように測距器を用いることなく、画像信号の離散コサ
イン変換に基づいて撮像器上に鮮明な画像を結像させる
ことができる。

【００１１】また、本発明に係る画像入力装置は、演算
器がフレームメモリに保持された１フレームの画像信号
の内の少なくとも１本以上のラインについて画素値の分
布を求め、当該分布から情報エントロピーを算出し、エ
ントロピー比較器が算出された情報エントロピーの値が
最も大きくなる位置を求め、当該位置を合焦位置として
合焦器を制御するとともに適正露出位置として露出制御
器を制御する。これによって、合焦器が光学系を制御し
て撮像器上に画像を合焦させるとともに、露出制御器が
撮像器上における画像の露出を適正値へ制御し、撮像器
が鮮明に結像された画像を電気信号に変換してフレーム
メモリに保持させる。

【００１２】すなわち、光学系の合焦及び露出制御に伴
ってフレームメモリには撮像された画像信号が逐次更新
保持され、これら画像信号の情報エントロピーの値をエ
ントロピー比較器が逐次比較して、値が最も大きくなる
位置を合焦及び適正露出位置として制御する。したがっ
て、従来のように測距器や露出器を用いることなく、画
像信号の情報エントロピー値に基づいて撮像器上に鮮明
な画像を結像させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施例に係る画像入力装
置を図面を参照して説明する。図１には本発明の一実施
例に係る画像入力装置の構成を示してある。なお、図５
及び図６に示した従来例と同一部分には同一符号を付し
て、重複する説明は省略する。本実施例の画像入力装置
には、レンズ１、絞り２、撮像器（ＣＣＤ）３、Ａ／Ｄ
変換器４、フレームメモリ５、合焦器６に加えて、フレ
ームメモリ５に保持されている１フレーム分の画像信号
（デジタル画像データ）の内の少なくとも１本以上のラ
インについて離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を施すＤＦＴ
器１１と、離散フーリエ変換によって得られたパワース
ペクトルの分布を求めて高周波成分のパワーが最も大き
くなる位置を求め、当該位置を合焦位置として合焦器６
を制御するスペクトル比較器１２と、が備えられてい
る。

【００１４】ＤＦＴ器１１は、フレームメモリ５から縦
横１ラインずつ（例えば、１フレームが６４０×４８０
画素であれば縦の３２０ライン目と横の２４０ライン
目）の画像信号を取り出して、離散フーリエ変換を行
う。スペクトル比較器１２は、一時記憶手段を有してお
り、離散フーリエ変換によって得られたパワースペクト
ルの分布を求めて一時記憶手段に逐次格納する。そし
て、合焦器６による合焦制御に伴ってフレームメモリ５
には合焦状態の異なる画像信号が逐次保持されるが、ス
ペクトル比較器１２は、現時点で得たパワースペクトル
の分布と先の時点で得て一時記憶手段に保持しておいた
パワースペクトルの分布とを比較して、パワースペクト
ルの高周波成分が最も高くなるように合焦器６を制御す
る。

【００１５】したがって、上記の画像入力装置による
と、合焦器６の制御によって合焦状態の異なる１フレー
ム分の画像信号がフレームメモリ５に保持される毎に、
ＤＦＴ器１１が離散フーリエ変換を行い、この変換結果
に基づいてスペクトル比較器１２が前回と今回とのパワ
ースペクトル分布を比較し、パワースペクトルの高周波
成分の値が高くなる方向へ合焦器６を制御する。このよ
うな比較制御が繰り返し行われ、この結果、撮像された
画像信号のパワースペクトルの高周波成分が最も高くな
る位置に、合焦器６によってレンズ１が位置制御され、
フレームメモリ５には焦点の合った鮮明な画像信号が保
持される。例えば、合焦していない状態でのパワースペ
クトルが図２（ａ）に示すような分布であった場合、上
記の比較制御によって合焦状態となると、図２（ｂ）に
示すように、パワースペクトルは高周波成分が高い値を
示す状態となる。

【００１６】ここで、上記の実施例ではフレームメモリ
５から取り出した画像信号を離散フーリエ変換したが、
ＤＦＴ器１１をフレームメモリ５に保持されている１フ
レーム分の画像信号の内の少なくとも１本以上のライン
について離散コサイン変換（ＤＣＴ）を施すＤＣＴ器に
置換し、また、スペクトル比較器１２を離散コサイン変
換によって得られたスペクトルの分布を求めて高周波成
分の値が最も大きくなる位置を求め、当該位置を合焦位
置として合焦器６を制御するスペクトル比較器に置換す
ることができ、これによって、フレームメモリ５から取
り出した画像信号を離散コサイン変換した結果に基づい
て合焦制御を行うことができる。このような置換を行っ
た場合にあっても、上記の実施例と同様にして、スペク
トル比較器は離散コサイン変換によって得られたスペク
トルの分布を求めて高周波成分の値が最も大きくなるよ
うに合焦器６を制御する（図２参照）。

【００１７】図３には本発明の他の一実施例に係る画像
入力装置の構成を示してある。なお、図５及び図６に示
した従来例と同一部分には同一符号を付して、重複する
説明は省略する。本実施例の画像入力装置には、レンズ
１、絞り２、撮像器（ＣＣＤ）４、フレームメモリ５、
合焦器６、制御器９、シャッター１０に加えて、フレー
ムメモリ５に保持されている１フレーム分の画像信号の
内の少なくとも１本以上のラインについて画素値の分布
を求め、当該分布から情報エントロピーを算出するエン
トロピー演算器１３と、算出された情報エントロピーの
値が最も大きくなる位置を求め、当該位置を合焦位置と
して合焦器６を制御するとともに適正露出位置として制
御器９を制御するエントロピー比較器１４と、が備えら
れている。

【００１８】エントロピー演算器１３はフレームメモリ
５から縦横１ラインずつ（例えば、１フレームが６４０
×４８０画素であれば縦の３２０ライン目と横の２４０
ライン目）の画像信号を取り出して、（式１）に従って
情報エントロピーＨの算出を行う。

【００１９】

【数１】Ｈ＝−Σｐ_iｌｏｇ₂ｐ_i ・・・・ （式１） ここに、ｉは画素値の範囲であり、ｉ＝０、１・・・、
ｎ−１である。また、ｐ_iは画素値ｉの相対頻度数であ
り、正の値である。また、Σｐ_i＝１である。

【００２０】エントロピー比較器１４は、一時記憶手段
を有しており、算出された情報エントロピーの値を一時
記憶手段に逐次格納する。そして、合焦器６による合焦
制御及び制御器９による露出制御に伴ってフレームメモ
リ５には合焦状態及び露出状態の異なる画像信号が逐次
保持されるが、エントロピー比較器１４は、現時点で得
た情報エントロピーの値と先の時点で得て一時記憶手段
に保持しておいた情報エントロピーの値とを比較して、
情報エントロピーの値が最も大きくなるように合焦器６
及び制御器９を制御する。

【００２１】したがって、上記の画像入力装置による
と、合焦器６の合焦制御及び制御器９の露出制御によっ
て合焦状態及び露出状態の異なる１フレーム分の画像信
号がフレームメモリ５に保持される毎に、エントロピー
演算器１３が情報エントロピーＨの算出を行い、エント
ロピー比較器１４が前回と今回との情報エントロピーの
値を比較し、値が大きくなる方向へ合焦器６及び制御器
９を制御する。このような比較制御が繰り返し行われ、
この結果、撮像された画像信号の情報エントロピーの値
が最も大きくなる位置に、合焦器６によってレンズ１が
位置制御されるとともに制御器９によって絞り２等の露
出制御がされ、フレームメモリ５には適正露出で焦点の
合った鮮明な画像信号が保持される。例えば、不適正な
露出で合焦していない状態での画素値分布のヒストグラ
ムが図４（ａ）に示すような分布であった場合、上記の
比較制御によって適正露出の合焦状態となると、図４
（ｂ）に示すように、画素値の相対頻度分布が平坦化し
て情報エントロピーが大きな値を示す状態となる。

【００２２】なお、上記した各実施例ではフレームメモ
リ５から縦横１ラインずつの画像信号を取り出して変換
処理や情報エントロピーの算出処理を行ったが、本発明
においては、フレームメモリ５に保持された１フレーム
分の画像信号内の少なくとも１本以上のラインについて
変換処理や情報エントロピーの算出処理を行うようにす
ればよい。なお、このように１フレーム分の画像信号内
のどのラインを選択するかも任意であるが、画像の状態
を適切に把握して精度の高い制御を行うためには、上記
の各実施例で示したようにフレームの中心ラインを選択
するのが好ましい。また、本発明はカラー画像に対して
も適用することができ、この場合には画像信号のＲＧＢ
成分の内の１成分について変換処理や情報エントロピー
の算出処理を行うことも可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像入力
装置によると、撮像した画像信号の一部を関数変換処理
や情報エントロピー算出処理し、この結果に基づいて合
焦制御や露出制御を行うようにしたため、迅速な演算処
理によって焦点や露出の合った画像データを得ることが
できる。したがって、従来のように測距器や露出器を設
ける必要がなくなり、装置設計上の制約が緩和されると
ともにコスト削減が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る画像入力装置の構成図
である。

【図２】非合焦時と合焦時におけるスペクトル分布の例
を示す図である。

【図３】本発明の他の一実施例に係る画像入力装置の構
成図である。

【図４】不適正露出及び非合焦時と適正露出及び合焦時
における画素値分布の例を示す図である。

【図５】従来の一例に係る画像入力装置の構成図であ
る。

【図６】従来の他の一例に係る画像入力装置の構成図で
ある。

【符号の説明】 １・・・レンズ、 ２・・・絞り、 ３・・・撮像器
（ＣＣＤ）、５・・・フレームメモリ、 ６・・・合焦
器、 ９・・・露出制御器、１０・・・シャッター、
１１・・・ＤＦＴ器、１２・・・スペクトル比較器、
１３・・・エントロピー演算器、１４・・・エントロピ
ー比較器、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今荘 義弘 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内 (72)発明者 松田 成司 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学系によって撮像した画像を、撮像器
   によって電気信号に変換してフレームメモリに保持する
   画像入力装置において、 光学系を制御して撮像器上に画像を合焦させる合焦器
   と、 フレームメモリに保持された１フレームの画像信号の内
   の少なくとも１本以上のラインについて離散フーリエ変
   換を施す変換演算器と、 離散フーリエ変換によって得られたパワースペクトルの
   分布を求めて高周波成分のパワーが最も大きくなる位置
   を求め、当該位置を合焦位置として合焦器を制御するス
   ペクトル比較器と、を備えたことを特徴とする画像入力
   装置。
2. 【請求項２】 光学系によって撮像した画像を、撮像器
   によって電気信号に変換してフレームメモリに保持する
   画像入力装置において、 光学系を制御して撮像器上に画像を合焦させる合焦器
   と、 フレームメモリに保持された１フレームの画像信号の内
   の少なくとも１本以上のラインについて離散コサイン変
   換を施す変換演算器と、 離散コサイン変換によって得られたスペクトルの分布を
   求めて高周波成分の値が最も大きくなる位置を求め、当
   該位置を合焦位置として合焦器を制御するスペクトル比
   較器と、を備えたことを特徴とする画像入力装置。
3. 【請求項３】 光学系によって撮像した画像を、撮像器
   によって電気信号に変換してフレームメモリに保持する
   画像入力装置において、 光学系を制御して撮像器上に画像を合焦させる合焦器
   と、 撮像器上における画像の露出を制御する露出制御器と、 フレームメモリに保持された１フレームの画像信号の内
   の少なくとも１本以上のラインについて画素値の分布を
   求め、当該分布から情報エントロピーを算出する演算器
   と、 算出された情報エントロピーの値が最も大きくなる位置
   を求め、当該位置を合焦位置として合焦器を制御すると
   ともに適正露出位置として露出制御器を制御するエント
   ロピー比較器と、を備えたことを特徴とする画像入力装
   置。