自動合焦方式

【目的】横線や斜線状を含むいかなる被写体に対しても高速且つ高精度な自動合焦を可能とする自動合焦方式を提供する。
【構成】好適なコントラスト情報が得られる走査方向を検出し、検出された方向に走査して得られた映像情報中の高域成分に係る情報を合焦評価値として用いることによって、高速且つ高精度な自動合焦を可能としている。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は自動合焦方式に関し、特にいかなる被写体に対しても高速且つ高精度な自動合焦を可能とする自動合焦方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、特別なセンサを用いずにイメージャから得られた映像信号に基づいて自動合焦（ＡＦ）、自動露出調整（ＡＥ）、自動ホワイトバランス（ＡＷＢ）等をデジタル処理で行う技術が一般的になっている。自動合焦方式は、合焦対象領域内での映像信号の高域成分をデジタル積分し、得られた値を合焦の度合を示す評価値として用い、この評価値が最大となるようにＡＦ用モータを駆動制御する方式である。映像信号の高域成分の抽出はバンドパスフィルタを用いて行われる。
【０００３】このように従来の自動合焦制御は、イメージャから得られた映像信号の高域成分の積分値に基づいて行われている。しかしながら、かかる自動合焦方式では、水平方向の画素方向の映像信号の高域成分を抽出するものであるため、被写体が縦線であるときには高レベルの高域成分が得られるが、斜め線のときには高域成分レベルが低下するし、横線の場合には高域成分が得られず、高精度な合焦制御ができない。例えば、被写体が図１６に示す縦線Ａである場合には、イメージャから得られる映像信号は図１７（Ａ）のＡ１に示すように立ち下がりと立ち上がりが急峻となり、バンドパスフィルタ通過後の信号もＡ２のように高レベルとなる。しかしながら、被写体が図１６のＢのように斜線であるときには、イメージャ出力は図１７（Ｂ）のＢ１のようにレベル変化が急峻とはならずに、なだらかな変化となるため、バンドパスフィルタ通過後の信号レベルが低下し、合焦精度が低下してしまう。また、図１６のＣのような横線被写体ではイメージャ出力は直流成分のみとなり、図１７（Ｃ）のようにバンパスフィルタには出力は現れなくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の自動合焦方式は、被写体が斜線や横線に近い場合には、高精度な合焦制御ができない。横線被写体に対しては、高域成分抽出のためのバントパスフィルタを垂直フィルタで構成し、図１６のＤ１のように急峻なレベル変化を得て、バンドパスフィルタ出力としてＤ２のような高レベルを得ることにより解決できるが、その場合には１Ｈ遅延手段が必要となるため回路構成規模が大きくなってしまうだけでなく、斜線被写体には対応できないという問題が生ずる。また、斜線や横線被写体に対して光学系全体を最適角度だけ回転させる技術も提案されているが（特公昭58ー708号）、光学系の回転用機構部が複雑、大型化してしまうという問題も生ずる。
【０００５】そこで、本発明の目的は、横線や斜線状を含むいかなる被写体に対しても高速且つ高精度な自動合焦を可能とする自動合焦方式を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するため、本発明による自動合焦方式は、合焦対象領域に対応する映像信号中の高域成分に係る情報を合焦評価値として用いる自動合焦方式であって、少なくとも当該合焦対象領域に係る測光情報の分布状態に基づいて、同合焦対象領域における像の形態が如何なる方向に走査したときに有効にコントラスト情報を抽出し得るものであるかに係る情報を認識するための有効走査方向認識手段と、少なくとも上記合焦対象領域を実効的に上記有効走査方向認識手段によって認識された方向に走査して得た映像情報中の高域成分に係る情報を合焦評価値として用いた合焦調節動作を行うための自動合焦手段と、を備えて構成されている。
【０００７】
【作用】本発明では、好適なコントラスト情報が得られる走査方向を検出し、検出された方向に走査して得られた映像情報中の高域成分に係る情報を合焦評価値として用いることによって、高速且つ高精度な自動合焦を可能としている。
【０００８】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明による自動合焦方式の一実施例を示すブロック図である。本実施例は、傾きのある被写体像映像信号を電気的に最適角度（縦方向）まで回転して、常に高精度な高域成分抽出を可能とする。例えば、図２（Ａ）に示す原画を適当な角度回転させて所望角度の像（Ｂ）〜（Ｆ）を得る。（Ｂ）では、原画（Ａ）を回転させ、太枠で囲まれた角度をもつ被写体像原画を得る。このとき、斜線部は原画にない部分であるが、被写体像は略中央部に存在するから問題は生じない。また、太枠からはみ出る原画部分は削除される。
【０００９】図１において、光学系１を介してＣＣＤ等のイメージャ２に結像された被写体像は、電気信号に変換されて撮像プロセス回路３に入力される。撮像プロセス回路３は、イメージャ２からの信号に対して、周知の信号処理が施され、映像信号をスイッチ４の端子４ａを介して記録系へ出力する。撮像プロセス回路３からの輝度Ｙ信号は、Ａ／Ｄコンバータ５でデジタル信号に変換されてフィールドメモリ６に書き込まれる。ＳＳＧ回路１０からは各種同期信号が発生され、トリガ回路９を駆動してイメージャ２の動作を制御し、撮像プロセス回路３の動作タイミングを制御するとともにフィールドメモリ６の書き込みタイミングをライトコントロール回路１１を介して制御する。フィールドメモリ６からは、リードコントロール回路１５からのアドレス信号Ａｄｄの制御の下、後述するように所定角度だけ回転された映像信号が読み出され、補間係数Ｋにより補間処理が施された後、Ｄ／Ａコンバータ８でアナログ信号に変換され、切換スイッチ４の端子４ｂを介して記録系に出力される。マイコン１２は、イメージャ２からの被写体像を所定角度だけ回転させるための制御信号をリードコントロール回路１５に送出する。
【００１０】Ａ／Ｄコンバータ５でデジタル信号に変換されたＹ信号は、ローパスフィルタ１９により低域成分が抽出され、積分回路２０により積分され、得られた積分値がＡＥ情報としてマイコン１２に供給される。また、補間処理回路７で補間処理された信号は、バンドパスフィルタ１３により高域成分が抽出され、積分回路１４で得られた積分値がマイコン１２に前述合焦度合を示す評価値としてマイコン１２に供給される。マイコン１２は、後述する処理を介して、該評価値に基づくＡＦモータドライバ１７駆動による合焦動作を行わせる。
【００１１】図３は、本発明による自動合焦方式の一実施例における高域成分に係る情報に基づく好適な合焦評価値を取得するための走査方向検出原理を説明するための図である。同図（Ａ）に示すような被写体像（空を背景にした斜め稜線を有する山）を例として説明する。本例では、一画面を８×８の小ブロックに分割し、各分割ブロック毎にローパスフィルタと積分回路を通して得られるＡＥデータに基づいて以下の処理を行っている。（Ａ）に示す画像について、従来のような縦線検出を行う方向の走査を行うと、山の稜線は斜線であるため、バンドパスフィルタの出力レベルは低く、（Ｂ）に示す如く、コントラストのない暗部構成となり、適切な合焦評価値を得ることができない。
【０００１２】本実施例では、各分割ブロックの信号をローパスフィルタに通して得られるＡＥ情報を検出している。同図（Ｃ）に示す如く、空に相当する領域ではローパスフィルタ出力レベルは高く（明るく）、山に相当する領域は低く（暗く）、両領域の境界部領域は中間値でぼやけた明るさになる。したがって、（Ｃ）のようなＡＥ情報に基づいて、（Ｄ）に示すような垂直方向に対する山の稜線の傾き角度θが得られる。こうして得られた傾き角度θを用いて後述する回転処理を施し、図４に示す如く、原画像（点線部）をθだけ回転させて実線のような回転画像を得て山の稜線を垂直として好適な合焦評価値を得ることができる。
【０００１３】上記被写体像の回転制御を行うためのアドレス変換の原理を図５を参照して説明する。図５は、細線で示される原画を、θだけ回転して斜め走査による太線画像を得る際のアドレス位置関係を示している。図中、白丸はメモリに記憶された実画素を示し、黒丸はメモリから読み出す仮想画素を示す。各アドレス位置Ｐ（００），Ｐ（１０），Ｐ（２０），Ｐ（０１），Ｐ（１１），Ｐ（２１），Ｐ（０２），Ｐ（１２），Ｐ（２２）対応の画素データがフィールドメモリ６に書き込まれており、これらアドレス位置の画素データを用いて、位置Ｐ（００）を中心にしてθだけ回転した後の太線で示す対応アドレス位置Ｑ（１０），Ｑ（２０），Ｑ（０１），Ｑ（１１），Ｑ（２１），…を求め、アドレス信号Ａｄｄとしてフィールドメモリ６に送出する。
【００１４】例えば、図５におけるアドレス位置Ｑ（１０），Ｑ（２０），Ｑ（０１），Ｑ（１１）仮想画素アドレスは、図示の関係から次のようにして求まる。
Ｑ（１０）：ｘ…Ｐ（００）＋ｃｏｓθｙ…Ｐ（００）＋ｓｉｎθＱ（２０）：ｘ…Ｐ（００）＋２ｃｏｓθ＝Ｐ（１０）＋２ｃｏｓθ−１ｙ…Ｐ（００）＋２ｓｉｎθ＝Ｐ（１０）＋２ｓｉｎθＱ（０１）：ｘ…Ｐ（００）−ｓｉｎθｙ…Ｐ（００）＋ｃｏｓθＱ（１１）：ｘ…Ｐ（００）−ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ＝Ｐ（０１）−ｓｉｎθ＋ｃｏｓθｙ…Ｐ（００）＋ｃｏｓθ＋ｓｉｎθ＝Ｐ（０１）＋ｃｏｓθ＋ｓｉｎθ−１
【００１５】図６には、上述Ｘアドレスを発生する回路例が示されている。ＸＳＴレジスタ１５１Ｘには、最初に読み出す画素アドレス、本例では０が設定され、ＸＷレジスタ１５２Ｘからは、図５に示すＸＷ＝ｃｏｓθが発生され、Ｘ０レジスタ１５３Ｘからは、図５に示すＸ０＝−ｓｉｎθが発生されている。加算器１５４Ｘの出力は、遅延器１５６Ｘで１クロック（１画素分）遅延される。加算器１５４Ｘは、ＸＷレジスタ１５２Ｘからのｃｏｓθと、遅延器１５６Ｘからの出力とを加算する。遅延器１５６Ｘの出力は、ＸＳＴレジスタ１５１Ｘからの出力（本例では０）と、加算器１５８Ｘにおいて加算される。遅延器１５７Ｘは、加算器１５５Ｘの出力を１Ｈだけ遅延する。加算器１５５Ｘは、Ｘ０レジスタ１５３Ｘからの−ｓｉｎθと、遅延器１５７Ｘからの出力とを加算する。加算器１５９Ｘは、遅延器１５７Ｘの出力と、加算器１５８Ｘの出力とを加算してＸアドレス信号として出力する。
【００１６】図７は、図６と同様なＹアドレス信号を発生する回路例が示されている。ＹＳＴレジスタ１５１Ｙは、０が設定され、ＹＷレジスタ１５２Ｙからは、図５に示すＹＷ＝ｓｉｎθが発生され、Ｙ０レジスタ１５３Ｙからは、図５に示すＹ０＝ｃｏｓθが発生されている。加算器１５４Ｙの出力は遅延器１５６Ｙで１クロック（１画素分）遅延される。加算器１５４Ｙは、ＹＷレジスタ１５２Ｙからのｓｉｎθと、遅延器１５６Ｙからの出力とを加算する。遅延器１５６Ｙの出力は、ＹＳＴレジスタ１５１Ｙからの出力（本例では０）と、加算器１５８Ｙにより加算される。遅延器１５７Ｙは、加算器１５５Ｙの出力を１Ｈだけ遅延する。加算器１５５Ｙは、Ｙ０レジスタ１５３Ｙからのｃｏｓθと、遅延器１５７Ｙからの出力とを加算する。加算器１５９Ｙは、遅延器１５７Ｙの出力と、加算器１５８Ｙの出力とを加算してＹアドレス信号として出力する。
【００１７】図８には、図５に示すアドレス変換原理図を、図９に示す３対４のアスペクト比（７６８画素，２４０ライン）に適用した場合で、３０度だけ回転した場合のアドレス変換図が示されている。この場合、図９に示す如く、１画素は縦横が２．４対１の大きさとなる。
このとき、ＸＳＴ＝０ＸＷ＝０．８６６Ｘ０＝−２．４×０．５ＹＳＴ＝０ＹＷ＝０．５／２．４Ｙ０＝０．８６６であり、図からも明らかなように、画素数ｍ、ライン数ｎにおけるＸアドレスＸｍｎとＹアドレスＹｍｎを表す一般式は次のようになる。
Ｘｍｎ＝ＸＳＴ＋ｍ・ＸＷ＋ｎ・Ｘ０Ｙｍｎ＝ＹＳＴ＋ｍ・ＹＷ＋ｎ・Ｙ０例えば、０ライン目（ｎ＝０）のアドレス（座標）は、（ＸＹ）＝（０，０），（０．８６６，０．２０８），（１．７３２，０．４１７），…１ライン目（ｎ＝１）では、（ＸＹ）＝（−１．２，０．８６６），（−０．３３４，１．０７４），（０．５３２，１．２８），…となる。ここで、各アドレスの整数部がアドレスＡｄｄを、小数部が補間係数Ｋを示していることは図から明らかである。
【００１８】さて、図１を参照すると、本実施例は、ズ−ムスイッチ１８の操作を受けてズ−ムモ−タドライバ１６を駆動したときの電子ズ−ム動作にも対応できる。図１０には電子ズ−ム動作時の白丸で示す実画素アドレスＰ（００），Ｐ（１０），Ｐ（２０），Ｐ（３０），Ｐ（０１），Ｐ（１１），Ｐ（２１），Ｐ（３１）と、ズーム後の仮想画素アドレスＱ（００），Ｑ（１０），Ｑ（２０），Ｑ（３０），Ｑ（４０），Ｑ（０１），Ｑ（１１），Ｑ（２１），Ｑ（３１），Ｑ（４１）が示されている。このとき、ＸＷとＹ０は一定値で、Ｘ０とＹＷは０である。
【００１９】図１におけるバンドパスフィルタを用いて、より高精度に高周波成分を抽出するために行う補間処理は、例えば図１１に示すような４点加重平均方式が好ましい。メモリから読み出すべきアドレス位置Ｑは、図のように、Ｘ１とＸ２を定めると、周囲の４点Ｐ（１１），Ｐ（２１），Ｐ（１２），Ｐ（２２）の加重平均を用いて、下式により求める。
Ｑ＝（１−Ｋｙ）Ｘ１＋Ｋｙ・Ｘ２Ｘ１＝（１−Ｋｘ）Ｐ（１１）＋ＫｘＰ（２１）
Ｘ２＝（１−Ｋｘ）Ｐ（１２）＋ＫｘＰ（２２）
したがって、Ｑ＝（１−Ｋｘ）（１−Ｋｙ）Ｐ（１１）＋Ｋｘ（１−Ｋｙ）Ｐ（２１）
＋Ｋｙ（１−Ｋｘ）Ｐ（１２）＋Ｋｘ・Ｋｙ・Ｐ（２２）…（１）
（１）式の演算は、１サイクル内に４画素アドレスＰ（１１），Ｐ（２１），Ｐ（１２），Ｐ（２２）を同時に読み出すことにより実現できる。上記４画素の同時読み出しは、例えば図１０に示すようなメモリ構成を用いて行うことができる。
【００２０】図１２に示す例では、一度のアドレス供給により４画素を読み出すことができるように、偶数列、偶数行専用メモリ（Ａ）、奇数列、偶数行専用メモリ（Ｂ）、偶数列、奇数行専用メモリ（Ｃ）及び奇数列、奇数行専用メモリ（Ｄ）の４個の独立メモリを設けている。
【００２１】図１３は、上述４点加重平均回路による演算を行うためにメモリからのデータ読み出し用アドレス発生回路を示し、列アドレス０〜９ビットと行アドレス０〜７ビットから奇数列メモリ用列アドレス、偶数列メモリ用列アドレス、奇数行メモリ用行アドレスおよび偶数行メモリ用行アドレスが生成される。列アドレスの０ビットはセレクト信号ＨＳＥＬとして出力されるとともに、加算器２５１で、１〜９ビットと加算される。１〜９ビットが奇数列メモリ用列アドレスとなり、加算器２５１の出力が偶数列メモリ用列アドレスとなる。同様に、行アドレスの０ビットはセレクト信号ＶＳＥＬとして出力されるとともに、加算器２５２で、１〜７ビットと加算される。１〜７ビットが奇数行メモリ用行アドレスとなり、加算器２５２の出力が偶数行メモリ用行アドレスとなる。
【００２２】図１４にはメモリから読み出したリードデータを用いて（１）式に示す４点加重平均演算を行うための回路例が示されている。図１４において、セレクタ２５３と２５４は、図１３で得られたセレクト信号ＨＳＥＬが“Ｈ”のときは“Ｈ”端子が、“Ｌ”のときは“Ｌ”端子が選択され、セレクタ２６１は、同様にセレクト信号ＶＳＥＬにより対応する端子が選択される。セレクタ２５３には、偶数列偶数行リードデータと奇数列偶数行リードデータが入力され、セレクタ２５４には、偶数列奇数行リードデータと奇数列奇数行リードデータが入力されている。セレクタ２５３からの２つの出力は、それぞれ乗算器２５５，２５６により係数（１−Ｋｘ），Ｋｘが乗算される。乗算器２５５と２５６の出力は、加算器２５７で加算され、セレクタ２６１の２入力端子（Ｌ，Ｈ）に出力される。一方、セレクタ２５４からの２つの出力は、それぞれ乗算器２５８，２５９により係数（１−Ｋｘ），Ｋｘが乗算される。乗算器２５８と２５９の出力は、加算器２６０で加算され、セレクタ２６１の他の２入力端子（Ｌ，Ｈ）に出力される。セレクタ２６１からの２つの出力は、上記Ｘ１とＸ２であり、それぞれ乗算器２６２，２６３により係数（１−Ｋｘ），Ｋｘが乗算される。乗算器２６２と２６３の出力は、加算器２６４で加算されて補間後のデータＱが得られる。
【００２３】図１３と図１４の例において、セレクト信号が必要なのは、図１５に示すように、選択すべき４点のアドレスが、パターン＃１〜＃４の４通りに応じて生成されるからであり、本例ではパターン＃２の例を示している。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による自動合焦方式によれば、いかなる傾き状態にある被写体像であっても常に高速且つ高精度な合焦制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自動合焦方式の一実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明による自動合焦方式の原理を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例における好適な合焦評価値を得るための走査方向検出原理図である。
【図４】図３で得られた走査方向角度に基づいて好適な合焦評価値を得るために画像信号を回転させた図である。
【図５】本発明の実施例における画像回転原理を示すアドレス生成原理図である。
【図６】図５に示す原理図によりＸアドレスを生成するための回路図である。
【図７】図５に示す原理図によりＹアドレスを生成するための回路図である。
【図８】図５に示す原理を実際の画像回転に適用した場合のアドレス生成原理を示す図である。
【図９】図８に示す原理図の基本となる画像構成図である。
【図１０】本発明の実施例における電子ズーム動作の原理を示す図である。
【図１１】本発明の実施例における補間処理回路７での補間処理を４点加重平均演算により行う原理図である。
【図１２】図１１に示す補間処理を行うのに用いられるメモリ構成図である。
【図１３】図１１に示す補間処理で用いられるメモリ読み出し用のアドレス生成回路の一例を示す回路図である。
【図１４】図１１に示す補間処理の一例を示す回路図である。
【図１５】図１１に示す補間処理における選択される４点の偶、奇組み合わせ例を示す図である。
【図１６】縦、横及び斜めの被写体像を示す図である。
【図１７】図１６に示す各被写体について従来の自動合焦方式におけるバンドパスフィルタから得られる高域成分の変化を示す図である。
【符号の説明】
１光学系２イメージャ
３撮像プロセス回路４切換スイッチ
５Ａ／Ｄコンバータ６フィールドメモリ
７補間処理回路８Ｄ／Ａコンバータ
９トリガ回路１０ＳＳＧ回路
１１ライトコントロール回路
１２マイコン１３バンドパスフィルタ
１４，２０積分回路，１５リードコントロール回路
１６ズームモータドライバ
１７ＡＦモータドライバ
１８ズームスイッチ
１９ローパスフィルタ

【特許請求の範囲】
合焦対象領域に対応する映像信号中の高域成分に係る情報を合焦評価値として用いる自動合焦方式であって、少なくとも当該合焦対象領域に係る測光情報の分布状態に基づいて、同合焦対象領域における像の形態が如何なる方向に走査したときに有効にコントラスト情報を抽出し得るものであるかに係る情報を認識するための有効走査方向認識手段と、少なくとも上記合焦対象領域を実効的に上記有効走査方向認識手段によって認識された方向に走査して得た映像情報中の高域成分に係る情報を合焦評価値として用いた合焦調節動作を行うための自動合焦手段と、を有してなることを特徴とする自動合焦方式。

【図９】