JP2008262049A - オートフォーカス装置、撮像装置及びオートフォーカス方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マニュアルフォーカスとオートフォーカスの双方を用いて、より適切なフォーカス調整を実現する。
【解決手段】被写体像を画像処理して得られる評価値を用いてフォーカス位置を調整するオートフォーカス方法において、撮像部で撮像された画像の複数の領域における画像信号の高周波成分を得て、定期的に評価値を算出し、一方で、手動操作によるフォーカスリングの動きを検出する検出手段から取得した検出信号に基づいてフォーカスリングの停止を検出する。上記画像の複数の領域についてフォーカスリング停止直前の評価値を取得し、そのフォーカスリング停止直前の評価値の変化が所定の履歴を示した領域をフォーカス対象領域として選択する。そして選択された画像に対して、評価値ピーク探索動作によりフォーカス位置を調整し、最後のフォーカス追い込みを行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、画像処理による評価値を用いて、被写体に対して自動的にフォーカスを合わせピントが合った状態（以下、「ジャストピン」という。）に調節するオートフォーカス装置、撮像装置及びオートフォーカス方法に関する。

従来、カムコーダ（ビデオカメラ）やデジタルスチルカメラ等の撮像装置は、被写体に対して自動的に焦点位置を合わせる自動焦点調節（オートフォーカス；ＡＦ）機能が設けられている。撮影者は、マニュアルフォーカスとオートフォーカスのいずれにより撮影を行うか選択することができる。

例えば、特許文献１には、マニュアルフォーカスによるフォーカス調整後、上記のオートフォーカスによりフォーカス調整を補正するレンズシステムが記載されている。このレンズシステムは、手動でフォーカス調整を切り換えるものである。

特開２００３−２４１０７７号公報

ところで、例えばカムコーダのフォーカス操作をマニュアル（手動）に設定している場合は、撮影者は、カムコーダの電子ビューファインダの画面にて、フォーカスの状態を判断する。既存のカムコーダ機種では、ビューファインダ画面は大きくても２インチ程度と小さい。そのため、小さな画面にてフォーカスを確実に合わせることが難しく、高精細なＨＤ（High Definition）映像を扱うことによって、より顕著になっている。つまり、電子ビューファイダの画面上ではフォーカスを合わせたつもりでも、４０インチ等の大きな画面にＨＤ映像を表示するとフォーカスが合っていない、ということがある。

また、カムコーダをフルオートフォーカスに設定すると、画面内のある被写体に確実にフォーカスを合わせることができるが、一般的にフルオートフォーカスでは検出エリアが画面の中央に設定されている場合が多い。その場合、その被写体が、ユーザがフォーカスを合わせたい被写体と一致していない場合が生じてしまう。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、マニュアルフォーカスとオートフォーカスの双方を用いて、より適切なフォーカス調整を実現することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、被写体像を画像処理して得られる評価値を用いてフォーカス位置を調整するオートフォーカス方法において、撮像部で撮像された画像の複数の領域における画像信号の高周波成分を得て、定期的に評価値を算出し、一方で、手動操作によるフォーカスリングの動きを検出する検出手段から取得した検出信号に基づいてフォーカスリングの停止を検出する。上記画像の複数の領域についてフォーカスリング停止直前の評価値を取得し、そのフォーカスリング停止直前の評価値の変化が所定の履歴を示した領域をフォーカス対象領域として選択する。そして、この選択された画像に対して、評価値ピーク探索動作によりフォーカス位置を調整し、最後のフォーカス追い込みを行う、ことを特徴とする。

上記構成によれば、ユーザのフォーカスリングのマニュアル操作にてフォーカスを合わせ、フォーカスリング停止直前の評価値の変化が所定の履歴を示したことにより対象の被写体を自動検出して、最後のフォーカス追い込みを画像処理にて行う。

本発明によれば、フォーカスのマニュアル操作を実現しながら、必要なタイミングでオートフォーカス機能を起動させ、画像内の適切なエリアに対して自動合焦処理を行うことができる。

以下、本発明に係る実施形態の例について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態の例に係るオートフォーカス機構を有する撮像装置、例えばビデオカメラの全体構成を示している。図１に示すビデオカメラは、マニュアルフォーカス動作と、画像処理ＡＦ機能を用いたオートフォーカス動作を切り換えられるものである。このビデオカメラのレンズブロックは、撮像レンズ１ｃ及びフォーカスレンズ１を含むレンズ群、位置検出部１ａ、レンズ駆動機構１ｂ、レンズ駆動部２に加えて、フォーカスリング１ｄ、エンコーダ１ｅを備えている。また、カメラブロックは、撮像素子３、撮像素子駆動部４、画像信号生成部５、画像信号処理部６、評価値算出部７、輝度加算値算出部８、制御部９、メモリ１０、スイッチ１３を備えている。

ビデオカメラのレンズブロックは、撮像レンズ１ｃに入射した被写体像を撮像素子の撮像面上に合焦させるためのフォーカスレンズ１を含むレンズ群、各レンズの位置を検出する位置検出部、各レンズを駆動するためのレンズ駆動機構、レンズ駆動機構の動きを制御するレンズ駆動部等を用いて構成されている。図１に示すレンズブロックでは、合焦位置の方向を判別するために使用されるウォブリングレンズ等、フォーカスレンズ１及び撮像レンズ１ｃ以外のレンズは図示を省略している。

フォーカスレンズ１に対しては、フォーカスレンズ１の位置すなわちフォーカス位置を検出する位置検出部１ａと、レンズ位置を光軸方向に移動させるレンズ駆動機構１ｂ、このレンズ駆動機構１ｂの動きを制御するレンズ駆動部２が設けられている。同様に、ウォブリングレンズ（図示略）に対しても、ウォブリングを正しく行うことができるようにするため、位置検出部とレンズ位置を光軸方向に移動させるウォブリングレンズ駆動機構が設けられている。また、レンズブロックは、光量を調節するためのアイリス（図示略）を有しており、アイリスに関しても、アイリスの開口状態を検出するアイリス位置検出部と、アイリスを開閉させるためのアイリス駆動機構が設けられる。なお、フォーカスレンズがウォブリングレンズを兼ねる構成としてもよい。

フォーカスレンズ１ｄはフォーカスを手動調整するためのものである。フォーカスレンズ１ｄを操作することにより、フォーカスレンズ１ｄの回転量に応じてフォーカスのマニュアル調整が行える。このフォーカスレンズ１ｄの回転量は、エンコーダ１ｅで検出されると、エンコーダカウンタ（図示せず）でパルス信号に変換されて制御部９へ出力される。

レンズ駆動部２には、位置検出部１ａからフォーカス位置を示す検出信号の他、ウォブリング量を示す検出信号、アイリスの開口状態を示す検出信号がそれぞれ供給される。レンズ駆動部２は、レンズＣＰＵ及びレンズ駆動回路から構成され、制御部９の指令に従ってフォーカスレンズ１のフォーカス（焦点位置）を移動させるものである。また、レンズ駆動部２には、オートフォーカスモードの設定やオートフォーカス動作を開始させるためのユーザインタフェース（図示せず）が接続されており、ユーザインタフェースの操作に応じて操作信号がレンズ駆動部２に供給される。なお、レンズ駆動部２には、ＲＯＭ（またはＥＥＰＲＯＭ）等を用いて構成された記憶部（図示せず）が設けられており、フォーカスレンズ１及びウォブリングレンズ等の焦点距離データ、口径比データ、レンズブロックの製造メーカ名及び製造番号等の情報が記憶される。

レンズ駆動部２は、記憶している情報や各検出信号、操作信号及び後述する制御部９から供給されたフォーカス制御信号やウォブリング制御信号に基づいて、レンズ駆動信号の生成を行う。さらに、生成したレンズ駆動信号をレンズ駆動機構１ｂに供給して、フォーカスが所望の位置に合うようにフォーカスレンズ１を移動させる。また、生成したレンズ駆動信号をウォブリングレンズ駆動機構に供給して、合焦位置の方向を検出できるようにウォブリングレンズをウォブリングさせる。また、レンズ駆動部２は、アイリス駆動信号を生成してアイリスの開口量を制御する。

図１に示すビデオカメラにおいて、フォーカスレンズ１により被写体の像が撮像素子３に結像され、撮像素子３により光電変換されて後段の画像生成部５へ電気信号が出力される。撮像素子３は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Devices）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いて構成される。撮像素子駆動部４は、撮像素子３を駆動する撮像素子駆動回路の一例であり、結像された被写体の像を光電変換するための駆動信号を撮像素子３へ供給する。この駆動信号の供給は、図示しない基準信号発生部により生成された、ビデオカメラにおける各部の動作の基準となる垂直同期信号ＶＤ，水平同期信号ＨＤ及び基準信号ＣＬＫに基づいて行われる。

画像信号生成部５では撮像素子３から出力された電気信号を適当な信号処理を施して所定規格の画像信号を生成する。この画像信号は、ビデオカメラの後段の回路群（画像信号処理部６）に送られるとともに評価値算出部７に入力される。評価値算出部７は、撮像画枠（撮像画像）内に設けられた複数の領域の画像の画像信号から高周波成分を抽出して画像のコントラストに対応した評価値を算出する。評価値は、一般的な被写体において、ジャストピンに近づくとその値が上昇し、ジャストピンではその値は極大となる。上記評価値は、画像信号の１フィールドに１回更新される。評価値を用いたオートフォーカス動作は周知技術であり、一例として本出願人が先に出願した特開平１０−２１３７３６号公報に詳細に記載されている。

上述した処理は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３原色ごとに行われる。例えば、カメラブロックは、撮像素子３の前段に図示しない色分解プリズムを有し、色分解プリズムがレンズブロックからの入射光をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３原色に色分解して、Ｒ成分の光をＲ成分用の撮像素子、Ｇ成分の光をＧ成分用の撮像素子、Ｂ成分の光をＢ成分用の撮像素子にそれぞれ供給する。図１では、これらの撮像素子をまとめて撮像素子３として表している。

撮像素子３に結像された被写体の各色の像は、撮像素子３により各々光電変換されて画像信号生成部５へ出力される前に所定の処理が行われる。画像信号生成部５は、例えば図示しないプリアンプ部及びＡ／Ｄ（Analog／Digital）変換部を備えている。画像信号生成部５へ入力された電気信号は、プリアンプ部により電気信号のレベルが増幅されるとともに相関二重サンプリングが行われてリセット雑音が除去され、Ａ／Ｄ変換部によりアナログからデジタルの画像信号に変換される。また、画像信号生成部５は、供給された各色の画像信号のゲイン調整や黒レベルの安定化、ダイナミックレンジの調整等を行い、得られた画像信号を信号処理部６、評価値算出部７及び輝度加算値算出部８に供給する。

画像信号処理部６は、画像信号生成部５から供給された画像信号に対して種々の信号処理を行い、出力画像信号を生成する。例えば、画像信号のあるレベル以上を圧縮するニー補正、画像信号のレベルを設定されたγカーブに従って補正するγ補正、画像信号の信号レベルが所定範囲となるように制限するホワイトクリップ処理やブラッククリップ処理等を行う。また信号処理部６では、輪郭強調処理やリニアマトリクス処理、所望のフォーマット形式の出力画像信号を生成するためのエンコード処理等を行う。

評価値算出部７は、画像信号生成部５から供給された各色の画像信号の撮像画枠内に設けた特定領域における画像信号を用いて、この画像信号の高周波数成分を抽出し、画像のコントラストに対応した評価値ＩＤを算出して制御部９に供給する。

なお、プリアンプ部やＡ／Ｄ変換部等を有する画像信号生成部５、画像信号処理部６、評価値算出部７等は、前段から供給される画像信号に同期した垂直同期信号ＶＤ，水平同期信号ＨＤ及び基準信号ＣＬＫを用いて処理を行う。あるいは、これらの信号を、前述した基準信号発生部から得るようにしてもよい。

ここで、評価値算出部７についてさらに詳細に説明する。図２に、評価値算出部７の構成を示す。評価値算出部７は、各色の画像信号に基づいて輝度信号ＤＹを生成する輝度信号生成回路２１と、例えば後述するように１５個の評価枠の評価値ＩＤ０〜ＩＤ１４を生成するための評価値生成回路２２、及び制御部９と通信を行い、生成した評価値を制御部９からの要求に応じて供給するインタフェース回路２３を有している。

輝度信号生成回路２１は、画像信号生成部５から供給された画像信号Ｒ，Ｇ，Ｂを用いて演算（ＤＹ＝０．３０Ｒ＋０．５９Ｇ＋０．１１Ｇ）を行い、輝度信号ＤＹを生成する。このように輝度信号ＤＹを生成する目的は、フォーカスが合っているかずれているかを判定するためにはコントラストが高いか低いかを判断すればよく、コントラストの変化は輝度信号ＤＹのレベル変化を検出すればよいからである。なお、上記輝度信号ＤＹの演算式は一例であって、この例に限られない。

評価値生成回路２２は、１５個の評価値ＩＤ０〜〜ＩＤ１４の生成を行う。これらの評価値は、基本的には撮像画枠内に設けられた分割領域（以下「評価枠」という）における画像信号の周波数成分を合計したものであり、画像のボケに対応した値を示すものである。

評価値の算出に使用する使用データには大別して「ＩＩＲ」及び「Ｙ」がある。輝度信号ＤＹからＨＰＦ（ハイパスフィルタ）を使用して取り出した高周波成分のデータを使用するＩＩＲと、ＨＰＦを使用しないで輝度信号ＤＹの周波数成分をそのまま使用するＹとがある。

ＨＰＦを使用する場合は、ＩＩＲ型（無限長インパルス応答型）のＨＰＦを使用している。ＨＰＦの種類によって、評価値 ＩＩＲ0，ＩＩＲ1，ＩＩＲ3及びＩＩＲ4に分けられ、これらは夫々異なったカットオフ周波数をもつＨＰＦを表している。このように、異なるカットオフ周波数をもつＨＰＦを設定することにより、例えば、合焦位置の近傍では、カットオフ周波数の高いＨＰＦを用いることで、カットオフ周波数の低いＨＰＦを用いる場合に比べて評価値の変化を大きくできる。また、フォーカスが大きくずれているところでは、カットオフ周波数の低いＨＰＦを用いることで、カットオフ周波数の高いＨＰＦを用いる場合に比べて評価値の変化を大きくできる。このように、オートフォーカス動作の過程で、フォーカス状態に応じて最適な評価値を選択できるようにするため、異なるカットオフ周波数をもつＨＰＦを設定している。

図３に示すように、撮像素子３より得られる撮像画枠４０を、例えば縦３、横５の１５個のエリア（ａ０〜ａ４，ｂ０〜ｂ４，ｃ０〜ｃ４）に分割する。評価値生成に用いる画像領域の大きさである評価枠サイズは、撮像画枠４０の大きさと分割数によって決定される。なお、一例として１５分割を例示したが、分割数は１５に限らず、他の分割数とすることも可能である。

このように、撮像画枠を分割して複数の枠を設定することにより、各枠に対応した評価値を生成することができる。したがって、目標被写体が撮像画枠内のどのような位置にあろうとも、評価値ＩＤ０〜ＩＤ１４の内のいずれかにより、適切な評価値を得ることができる。

評価値算出法は、特開平１０−２１３７３６号公報に記載されているように、ＨPeak，ＨIntg，ＶIntg及びＳatulなどの各方式がある。ＨPeak方式はピーク方式の水平評価値算出法、ＨIntg方式は全積分方式の水平評価値算出法、ＶIntg方式は積分方式の垂直方向評価値算出法、そして、Ｓatul方式は飽和輝度の個数を夫々示している。以下、本実施形態の一例としてＨPeak方式（水平評価値算出）を用いた評価値算出法を説明するが、この例に限られるものではない。

ＨPeak方式は、水平方向の画像信号からＨＰＦを用いて高周波成分を求める評価値算出法である。図４は、ＨPeak方式に使用される水平方向評価値算出フィルタの構成を示したものである。水平方向評価値算出フィルタは、輝度信号生成回路２１の輝度信号ＤＹから高周波成分だけを抜き出すＨＰＦ３１と、この高周波成分の絶対値をとる絶対値処理回路３２、絶対値化高周波成分に水平方向の枠制御信号ＷＨを乗算する乗算回路３３、１ライン当たり１つのピーク値を保持するラインピークホールド回路３４と、評価枠内の全てのラインについて各ピーク値を垂直方向に積分する垂直方向積分回路３５を有している。

輝度信号ＤＹは、ＨＰＦ３１により高周波成分が抜き出され、絶対値処理回路３２で絶対値化される。次に、水平方向の枠制御信号ＷＨが乗算回路３３で乗算され、評価枠内の絶対値化高周波成分とされる。すなわち、評価枠外で乗算値が「０」となる枠制御信号ＷＨを乗算回路３３に供給すれば、水平方向の評価枠内の絶対値化高周波成分のみを、ラインピークホールド回路３４に供給できる。また、評価枠において枠周辺部で乗算値が小さくなるように枠制御信号ＷＨを設定すれば、フォーカスが進むにつれて評価枠周辺部に位置する枠外エッジ（評価枠周囲にある高輝度なエッジ）の枠内への侵入の影響による評価値のノイズや被写体の揺れに伴う評価値の急激な変化等を排除することができる。ラインピークホールド回路３４は、ライン毎にピーク値をそれぞれホールドする。垂直方向積分回路３５は、垂直方向の枠制御信号ＷＶに基づき垂直方向の評価枠内の各ラインについて、ホールドされているピーク値を加算して評価値とする。この方式は、水平方向（Ｈ）のピークが一旦ホールドされるのでＨPeak方式と称する。

図１に示したビデオカメラの構成の説明に戻る。輝度加算値算出部８は、撮像素子３で撮像した画像信号の所定領域の輝度を積分した輝度加算値を生成する回路である。画像信号生成部５から入力された各色の画像信号の特定領域の輝度信号を加算し、加算結果を輝度加算値として制御部９へ出力する。

制御部９は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）より構成され、ＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムをＲＡＭ上に読み出して実行することにより、本発明のオートフォーカス動作等の所定の制御及び処理を行う。制御部９は、１フィールドに１回、評価値算出部７で算出された評価値を取得し、評価値ピーク探索動作を行う。このオートフォーカス動作は、例えばフォーカスレンズが停止したこと、すなわちマニュアルフォーカス操作が終了したことを検出した場合に実施される。あるいは、オートフォーカス動作の起動を指示する１ショットスイッチであるスイッチ１３からの指示をトリガにして行われる。

この制御部９とレンズブロックのレンズ駆動部２は、予め定めたフォーマットやプロトコル等を用いて通信ができるようになされており、制御部９とレンズ駆動部２が協調して、オートフォーカス動作の制御を行う。ここで、レンズ駆動部２は、上述したように、例えば要求に応じて各種情報（例えばフォーカス位置やアイリス値等）を制御部９に供給する。また、制御部９から供給されたフォーカス制御信号やウォブリング制御信号等に基づいて、レンズ駆動信号を生成して、フォーカスレンズ１やウォブリングレンズの駆動処理を行う。制御部９は、評価値算出部７で算出された評価値ＩＤ及びレンズ駆動部２から読み出した各種情報に基づいて、フォーカスレンズ１を駆動制御するためのフォーカス制御信号や、ウォブリングレンズを駆動制御するためのウォブリング制御信号を生成して、レンズ駆動部２に供給する。

なお、レンズ駆動部２と制御部９は、マイクロコンピュータやメモリ等を用いて一体に構成し、不揮発性のメモリに記憶されているプログラムを読み出して実行することによりオートフォーカス動作を行うものとしてもよい。

メモリ１０は、制御部９から書き込み及び読み出しが可能な記憶手段であり、フォーカスレンズ１のフォーカス位置及び評価値算出部７で算出された評価値等の情報が記憶される。メモリ１０は半導体メモリ等の不揮発性メモリで構成する。

液晶モニタ駆動部１４は、信号処理部６から出力される画像信号及び制御部９から指示される文字やアイコン等をビューファインダ１５に表示する駆動信号を生成する。この駆動信号は、画像信号に含まれる各同期信号及び基準信号に従いビューファインダ１５へ供給される。

ビューファインダ１５は表示手段の一例であり、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）などが適用される。ビューファインダ１５はモニタ駆動部１４から供給される駆動信号を受け取ってそれに応じた画像を表示する。ビューファインダ１５はビデオカメラに設けられたモニタなどでもよい。

次に、本実施形態に係るビデオカメラによるフォーカス調整処理について説明する。
本実施形態では、基本的にはユーザのマニュアル操作にてフォーカスを合わせ、最後のフォーカスの追い込みは、その対象の被写体を自動検出し、画像処理にてフォーカスを合わせるというものである。これらを実現するためのアルゴリズムは、大きく次の２つの過程を有する。

（１） 枠選択
ユーザがマニュアルでフォーカスリング１ｄを操作しているときの、画像のフォーカス状態の変化から、ユーザが合わせようとしている被写体が映っている画面上のエリアを推測する。
（２） ＡＦ動作
推測された画面上の特定エリアに対して、オートフォーカスを行う。

以下、図５のフローチャートを参照して詳細に説明する。まず、制御部９は、フォーカスのマニュアルフォーカス操作状況を、エンコーダ１ｅにより検出されるフォーカスリング１ｄのエンコーダ値から検出する（ステップＳ１）。そして、このエンコーダ値をメモリ１０に記憶して変動履歴データを取得する（ステップＳ２）。制御部１０は、変動履歴データからユーザのフォーカスリング操作開始、終了を判断する。制御部１０は、フォーカスリング１ｄが操作されている間、そのときに撮像素子３で撮像される画像のフォーカス変化（評価値の変化）から画像のどのエリア(検波枠)が合焦に一番近づいていくかを推測し続ける（ステップＳ３，Ｓ４）。

そして、制御部１０は、フォーカスリング操作終了が判断された時点で合焦対象のエリア（検波枠）を決定する（ステップＳ５）。本実施形態においては、フォーカスリング停止間際の評価値の変化の履歴に基づいて検波枠を選択する。その後、制御部１０は、選択したエリア（検波枠）の評価値を使用し、画像処理を用いたオートフォーカス処理を行う（ステップＳ６）。ここで、オートフォーカスを起動させた時点のフォーカス位置からの移動量は、そのときの評価値のレベルや変動状況により制限を設け、大きく移動することのないようにする。これについて、後述する。

本実施形態による検波枠は、通常のフルオートフォーカスやワンショットオートフォーカスの中央に配置する検波枠とは異なり、画面を複数に分割して設定する。制御部１０は、マニュアルフォーカスリングを操作したときの、各検波枠の評価値の履歴を監視し、フォーカスリング操作終了直前の評価値の変化が急峻になる被写体が存在する検波枠を、フォーカス対象検波枠として選出する。その検波枠に対して、画像処理のオートフォーカスを実施する。

ここで、ステップＳ３における、合焦エリア（検波枠）の推測方法について詳細に説明する。図６は、撮像画像の分割例を示す図である。説明の便宜上、合焦している被写体を小さく、ぼけている状態の被写体を大きく描いている。図７は、フォーカスリング操作時における評価値の経時変化を示す図である。

上述したように、本実施形態では、撮像素子３より得られる画像を１５の領域に分割し、それぞれの領域に対して評価値を算出する。例えば、図６に示すように、画面を縦３、横５の１５個のエリア（ａ０〜ａ４，ｂ０〜ｂ４，ｃ０〜ｃ４）に分割する。この分割数は、評価値算出部７の処理能力等を考慮して最適な分割数を決定することが望ましい。なお、撮像画枠の分割は、評価値を算出するための分割領域（評価枠）設定のために行うものであるから、ビューファインダを除いたユーザがこの分割領域（評価枠）を意識することはない。

例えば、評価値算出部７による複数のエリア（検波枠）に分割された画像の評価値の算出は、複数のエリアの評価値を同時に実施してもよい。あるいは、評価値算出の対象とする領域を所定の規則に沿って遷移させて、当該画像の複数の領域の評価値を順次算出するようにしてもよい。例えば、１フィールドごとに、エリアａ０、ａ１、・・・、ｃ４のように順次検出する枠を移動させてもよい。このようにした場合、評価値算出部７単体の処理能力を超える数のエリアの評価値算出処理が可能になる。

この分割された各々のエリアに対し、それぞれのエリア内の画像信号の高周波成分（評価値）を定期的に取得する。この評価値は、合焦に近づくと急激に値が大きくなる特徴を持つ。例えば図６において、手前にある被写体Ａと、奥に位置する被写体Ｂを考える。図６（Ａ）のフォーカスがＮｅａｒ側（近距離）の場合（ｔ０）、合焦している被写体Ａが含まれるエリアｃ１における評価値は高いが、像がぼけた状態の被写体Ｂが含まれるエリアｂ３は評価値が低い（図７を参照）。

この状態から図６（Ｂ）のＦａｒ側（遠距離）にフォーカスを動かすと（ｔ１）、被写体Ｂが合焦していくエリアｂ３の評価値は急激に上昇するが、被写体Ａがぼけていくエリアｃ１の評価値は急激に低下する（図７を参照）。

ユーザは自分の合わせたい被写体、例えば被写体Ｂの合焦位置の近傍までフォーカスリング１ｄを動かし、フォーカスリング操作を停止する（ｔ２）。このとき、ユーザがフォーカスリング１ｄを動かすことにより、評価値算出部７より出力される評価値が変化していくが、フォーカスリング操作を停止する直前にもっとも急峻に評価値が増加するエリアが、ユーザの合わせようとしている被写体の存在するエリアと推測できる。なお、メモリ１０には、数フィールド分過去に遡った画像が常時記憶されており、それらの画像を読み出して計算することにより、フォーカスリング操作を停止する直前の評価値を算出することができる。

フォーカスリング操作終了直前の評価値の変化の履歴の評価方法は、例えば２つの方法が考えられる。第１の方法は、フォーカスリング操作終了直前の評価値の増加率に基づいて判定する方法であり、第２の方法は、オートフォーカス操作終了直前から操作停止までの間に評価値の極大値が検出されたかどうかにより判定する方法である。

例えば、図７において、フォーカスリング操作を停止したとき（ｔ２）の評価値がＢ２、所定フィールド前（ｔ１）の評価値Ｂ１であるとき、フォーカスリング操作終了直前の評価値の変化率、すなわち増加率ｋ２＝Ｂ２／Ｂ１で表される。このとき、制御部１０は、操作を停止する直前にもっとも評価値の増加率が急激に上昇しているとして、この評価値の履歴の評価が行われているエリアをユーザの合わせようとしている被写体の存在しているエリアと判定する。

上記第１の方法は、特に、操作終了直前の評価値が上昇を続けているときに有効である。例えば、図７において、時間（ｔ３）のときにフォーカスリング操作を終了したとする。このときの評価値がＢ３であるとき、フォーカスリング操作終了直前の評価値の変化率（増加率）ｋ３＝Ｂ１／Ｂ３で表される。このとき、評価値が大きい（Ｂ２＜Ｂ３）にも係らず、この時間（ｔ２）で操作終了したときの増加率ｋ３は、時間（ｔ２）で操作終了したときの増加率よりも低くなってしまう。そのため、制御部１０でこの評価値の履歴の評価が行われているエリアをユーザの合わせようとしている被写体の存在しているエリアと判定されない恐れがある。

そこで、第２の方法により、マニュアルによるフォーカスリング操作終了直前から操作停止までの間に評価値の極大値が検出されたかどうかにより判定する。図７の例の場合、制御部１０は、フォーカスリング操作終了までに評価値の極大値Ｐを検出するので、この評価値の履歴の評価が行われているエリアをユーザの合わせようとしている被写体の存在しているエリアと判定するようにする。これにより、例えばユーザがマニュアルによるフォーカスリング操作を誤り、合焦位置（評価値Ｐに対応）を過ぎてしまった場合でも、ユーザの合わせようとしている被写体の存在しているエリアをより確実に判定することができる。

ただし、評価値の極大値が検出されたとしても、例えばそれがノイズによる場合のようにオートフォーカス操作開始時点の評価値と上記極大値の評価値との比（極大値／操作開始時点の評価値）が所定の値以下の場合には、極大値の検出を無効にする方法も有効である。これにより、ノイズ等によるユーザの合わせようとしている被写体の存在しているエリアの誤判断の発生を低減できる。

次に、ステップＳ６における、推測されたエリアへのオートフォーカスについて詳細に説明する。本ステップにおいては、上記フォーカスリング操作終了直前の評価値に変化の履歴に基づいて選択されたエリアを、オートフォーカスの対象エリアに設定し、オートフォーカス処理を起動し、一度だけ合焦処理を行う。ここでのオートフォーカス処理は、従来のオートフォーカスアルゴリズムと同様、評価値を使用した画像処理方式により行う。

なお、選択されたエリアは、すでにフォーカスの合焦位置から近い位置にフォーカスが来ている。そのためフォーカスを動かす範囲は、オートフォーカスを起動した時のフォーカス位置からはほとんど動かす必要がない。そのため、以下のような処理を行い、ユーザの意図と異なるフォーカス状態となることを防ぐようにする。

まず、オートフォーカス機能起動時のフォーカス位置からフォーカスを動かす範囲を限定する。限定方法としては、フォーカス位置の移動範囲の制限、焦点深度の倍数による制限、さらに、移動時間による制限、等の方法がある。これにより、マニュアルでフォーカス調整したユーザの意図と異なるフォーカス状態となるのを防止できる。

また、上記の制限内で、合焦することができた（評価値ピークが検出された）場合、その時点でオートフォーカス処理を終了する。これにより、最適なフォーカス調整が可能にある。

さらに、上記の制限内で、合焦することができなかった（評価値ピークが検出されなかった）場合、オートフォーカス機能起動時のフォーカス位置に戻る、あるいはその場で停止し、オートフォーカス処理を終了する。これにより、結果的にはマニュアルと同じとなるが、最低でもユーザが意図したフォーカス状態を維持することできる。

上記実施形態によれば、ユーザは自分の思うようにマニュアルでフォーカス調整を行うことができ、自分の合わせたい被写体に対してフォーカスを大体合わせれば、その後は自動でフォーカスが追い込まれる。

なお、本発明は、上述した各実施形態例に限定されるものではなく、例えば本発明の撮像装置を上述したビデオカメラに替えてデジタルカメラに適用するなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能であることは勿論である。

本発明の一実施の形態に係るビデオカメラの構成を示す図である。 評価値算出部の構成を示す図である。 撮像画枠の分割例を示す図である。 水平方向評価値算出フィルタの構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係るフォーカス処理を示すフローチャートである。 撮像画像の分割例を示す図である。 評価値の経時変化の例（フォーカスリング操作時）を示す図である。

符号の説明

１…フォーカスレンズ、１ａ…位置検出部、１ｂ…レンズ駆動機構、１ｃ…撮像レンズ、１ｄ…フォーカスリング、１ｅ…エンコーダ、２…レンズ駆動部、３…撮像素子、４…撮像素子駆動部、５…画像信号生成部、６…画像信号処理部、７…評価値算出部、８…輝度加算値算出部、９…制御部、１０…メモリ、１３…スイッチ、１４…モニタ駆動部、１５…ビューファイダ、４０…撮像画枠

Claims (10)

1. 撮像部で撮像された画像の複数の領域における画像信号の高周波成分を得て、定期的に評価値を算出する評価値算出部と、
   前記評価値算出部から出力される評価値とフォーカスレンズのフォーカス位置に基づいて、フォーカスレンズを移動させるための指令信号を出力する制御部とを備え、
   前記制御部は、手動操作による前記フォーカスリングの動きを検出する検出手段から取得した検出信号に基づいて前記フォーカスリングの停止を検出した後、前記フォーカスリング停止直前の評価値の変化が所定の履歴を示した領域の画像に対して、評価値ピーク探索動作によりフォーカス位置を調整する、
   ことを特徴とするオートフォーカス装置。
2. 前記フォーカスリング停止直前の評価値の変化が所定の履歴を示した領域の画像は、前記フォーカスリングの停止直前における評価値の増加率が大きい画像とする、
   ことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
3. 前記フォーカスリング停止直前の評価値の変化が所定の履歴を示した領域の画像は、前記フォーカスリングの停止直前における評価値に極大値が検出された画像とする、
   ことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
4. 前記評価値算出部は、前記評価値算出の対象とする領域を所定の規則に沿って遷移させて、前記撮像部で撮像された画像の複数の領域の評価値を順次算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
5. 前記制御部は、前記フォーカスリングの停止を検出した後、前記フォーカスリング停止直前の評価値の変化が所定の履歴を示した領域の画像に対して評価値ピーク探索動作によりフォーカス位置を調整する際、前記評価値ピーク探索動作開始時からの評価値ピーク探索動作を所定範囲に制限する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
6. 前記評価値ピーク探索動作開始時からの評価値ピーク探索動作の制限は、少なくとも、フォーカス位置範囲の制限、焦点深度の倍数による制限、フォーカスレンズの移動時間による制限、のいずれかによる、
   ことを特徴とする請求項５に記載のオートフォーカス装置。
7. 前記制御部は、前記評価値ピーク探索動作開始時からの評価値ピーク探索動作の所定範囲の制限内で、前記評価値の極大値を検出した場合、評価値ピーク探索動作を終了する、
   ことを特徴とする請求項６に記載のオートフォーカス装置。
8. 前記制御部は、前記評価値ピーク探索動作開始時からの評価値ピーク探索動作の所定範囲の制限内で、前記評価値の極大値を検出した場合、前記評価値ピーク探索動作開始時に相当するフォーカス位置に戻る、又は、前記所定範囲の制限を越えた時点で評価値ピーク探索動作を停止する、
   ことを特徴とする請求項６に記載のオートフォーカス装置。
9. 被写体を撮像する撮像部と、
   前記撮像部で撮像された画像の複数の領域における画像信号の高周波成分を得て、定期的に評価値を算出する評価値算出部と、前記評価値算出部から出力される評価値とフォーカスレンズのフォーカス位置に基づいて、フォーカスレンズを移動させるための指令信号を出力する制御部と、を有するオートフォーカス装置
   を備え、
   前記制御部は、手動操作による前記フォーカスリングの動きを検出する検出手段から取得した検出信号に基づいて前記フォーカスリングの停止を検出した後、前記フォーカスリング停止直前の評価値の変化が所定の履歴を示した領域の画像に対して、評価値ピーク探索動作によりフォーカス位置を調整する、
   ことを特徴とする撮像装置。
10. 被写体像を画像処理して得られる評価値を用いてフォーカス位置を調整するオートフォーカス方法において、
    撮像部で撮像された画像の複数の領域における画像信号の高周波成分を得て、定期的に評価値を算出するステップと、
    手動操作によるフォーカスリングの動きを検出する検出手段から取得した検出信号に基づいて前記フォーカスリングの停止を検出するステップと、
    前記画像の複数の領域について前記フォーカスリング停止直前の評価値を取得するステップと、
    前記フォーカスリング停止直前の評価値の変化が所定の履歴を示した領域をフォーカス対象領域として選択するステップと、
    前記フォーカス対象画像に対して、評価値ピーク探索動作によりフォーカス位置を調整する、
    ことを特徴とするオートフォーカス方法。