(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の光学像を電気画像信号に変換する撮像手段と、
該撮像手段に被写体の光学像を結像させる光学系と、
前記撮像手段で得られた電気画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記デジタル画像信号にアダマール変換処理を施すアダマール変換手段と、
該アダマール変換手段で変換された信号に基づいて画像に含まれる特定の周波数成分を抽出する特定成分抽出手段と、
該特定成分抽出手段で抽出された特定の周波数成分に基づいて前記光学系を合焦位置へ移動させる合焦制御手段と、
を含んで構成されると共に、
前記アダマール変換手段が、前記デジタル画像信号を、縦横同数の画素からなる複数のブロックを格子状に並べて複数ブロックに分割する分割パターンとして、格子位置が相互に縦横方向にずれた複数の分割パターンを設け、前記複数のブロック毎のアダマール変換処理をそれぞれの分割パターンについて行うものであり、
同一の画素データを重複して、前記複数のブロック毎のアダマール変換処理に用いることを特徴とする自動合焦装置。
【請求項２】
前記特定成分抽出手段が、少なくとも注目する周波数成分を含む複数の周波数成分を抽出することを特徴とする請求項１に記載の自動合焦装置。
【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し、詳しくは、画像信号から直交変換を用いてデジタル的に特定の周波数成分を抽出し、該抽出された周波数成分に基づいて合焦評価を行って自動合焦調節を行う装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ビデオカメラ等における自動合焦装置として、撮像素子から出力される電気画像信号からバンドパスフィルタを用いて高周波成分を抽出し、該高周波成分が最大となるように、焦点調節のためのレンズを移動させる方式が知られている（ＮＨＫ技術研究報告（昭和４０年）の第１７巻，第１号，通巻第８６号の第２１頁〜第３７頁「山登りサーボ方式によるテレビカメラの自動焦点調整」等参照）。
【０００３】
また、近年では、画像信号の生成部をデジタル化し、電気的な変倍や画像の加工などの処理を行う例もあり、画像信号の処理をデジタル的に行うことによって、高画質化，高性能化が図られている。
このようなデジタル技術の中で、前記バンドパスフィルタをデジタルフィルタによって実現する方法が、特開昭６２−１４６０８１号公報等に開示されており、また、デジタル画像データをＦＦＴ（高速フーリエ変換）等によって処理することによって特定の周波数成分を抽出し、該抽出された周波数成分に基づいて焦点調節する方式が特開平３−４８８０６号公報に開示されている。
【０００４】
上記の自動焦点調節方式によれば、画面の上下・左右方向共に高周波成分を抽出でき、走査線毎にフィルタリングを行う方法に比べ、水平方向にのみコントラストを持つ被写体に対しても自動焦点調節が行える。
また、特開平３−２１４８６８号公報には、フーリエ変換と共に直交変換の一種であり、データ圧縮の符号化などに用いられるＤＣＴ（離散コサイン変換）を用いた例が開示されている。
【０００５】
前記特開平３−２１４８６８号公報に開示されるＤＣＴでは、図４（ａ），（ｂ）に示すように、１ブロックｎ×ｎ画素（図４では８×８画素）からなる複数ブロックに分割し、各ブロック毎にＤＣＴを施して各周波数成分に分解しており、例えば１ブロック８×８画素の画像データ（輝度信号）に２次元ＤＣＴを施して、８×８マトリクスの変換係数Ｆｉｊ（ｉ，ｊ＝１，２，３，・・・８）を得ている（図４（ｃ））。図４（ｃ）に示す８×８マトリクスの変換係数Ｆｉｊでは、左上の成分に直流成分の画像に含まれる相対度合いが表され、また、右下に最も高い周波成分の画像に含まれる相対度合いが表されるから、適当な成分を選択することで、バンドパスフィルタを構成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなデジタル画像信号からの周波数成分抽出においては、２次元画像データの直交変換器が不可欠であるが、一般に周波数解析に用いられるフーリエ変換や画像圧縮のための符号化手段として用いられる離散コサイン変換（ＤＣＴ）を行う場合、多数回の乗算が必要であり、これを高速に行おうとするとデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）等の高価な信号処理回路が必要となる。
【０００７】
前記特開平３−２１４８６８号公報では、画像データ圧縮を行うデジタル電子スチルカメラで、同じＤＣＴ符号化部をデータ圧縮と自動合焦制御のための周波数解析とで共用することによって、回路の簡略化と低価格化を図れるとしている。しかしながら、現在普及しているアナログ記録方式のビデオカメラに適用しようとすると、符号化部の新設によってコストアップとなるという問題があり、フーリエ変換やＤＣＴによって特定の周波数成分を抽出させることはコスト的に困難であった。
【０００８】
また、フーリエ変換のように周波数情報と位相情報とが分離された形で得られる場合以外の直交変換においては、手振れやパンニング等による画面の移動、即ち、位相変化による変換データの変動が、焦点ずれによる変化と区別できないため、自動合焦制御の誤動作を引き起こす惧れがある。
更に、特開平３−２１４８６８号公報に開示されるように、画面を縦横同数のブロックによって格子状に分割する構成であると、図５（ａ），（ｂ）に示すように、直交変換を行う複数画素からなるブロックの境界線にコントラスト（暗部と明部との境界）が存在する場合には、これを検出することができないという問題があった。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、大幅なコストアップとなることがなく、高精度なデジタル信号処理による自動合焦調節を可能にし、また、画像を複数ブロックに区分して行われる直交変換において、ブロックの境界にコントラストが入り込むことによる合焦検出性の悪化を回避できるようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１にかかる自動合焦装置は、被写体の光学像を電気画像信号に変換する撮像手段と、この撮像手段に被写体の光学像を結像させる光学系と、撮像手段で得られた電気画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記デジタル画像信号にアダマール変換処理を施すアダマール変換手段と、このアダマール変換手段で変換された信号に基づいて画像に含まれる特定の周波数成分を抽出する特定成分抽出手段と、この特定成分抽出手段で抽出された特定の周波数成分に基づいて前記光学系を合焦位置へ移動させる合焦制御手段と、を含んで構成されると共に
前記アダマール変換手段が、前記デジタル画像信号を、縦横同数の画素からなる複数のブロックを格子状に並べて複数ブロックに分割する分割パターンとして、格子位置が相互に縦横方向にずれた複数の分割パターンを設け、前記複数のブロック毎のアダマール変換処理をそれぞれの分割パターンについて行うものであり、
同一の画素データを重複して、前記複数のブロック毎のアダマール変換処理に用いる構成とした。
【００１２】
また、請求項２にかかる自動合焦装置では、前記特定成分抽出手段が、少なくとも注目する周波数成分を含む複数の周波数成分を抽出する構成とした。
【００１３】
【作用】
かかる構成の自動合焦装置によると、被写体の光学像を電気画像信号に変換し、更に、この電気画像信号がデジタル画像信号にＡ／Ｄ変換される。そして、前記デジタル画像信号にアダマール変換処理を施し、アダマール変換された信号に基づいて画像に含まれる特定の周波数成分を抽出し、この特定の周波数成分に基づいて合焦調節がなされる。
【００１４】
前記アダマール変換は、加算及び減算のみの簡素なハードウェア構成で実現できる変換であることが知られており、デジタル信号処理による特定の周波数成分の抽出を、容易に実現し得る。
また、デジタル画像信号を複数ブロックに区分して、それぞれのブロック毎にアダマール変換を施すときに、縦横同数の画素からなる複数のブロックを格子状に並べて複数ブロックに分割する分割パターンとして、格子位置が相互に縦横方向にずれた複数の分割パターンを設け、前記複数のブロック毎のアダマール変換処理をそれぞれの分割パターンについて行い、同一の画素データを重複して、前記複数のブロック毎のアダマール変換処理に用いることにより、ブロック区分によってコントラストを検知できない死角が生じることが抑止される。
【００１５】
更に、特定の周波数成分を抽出するときに、注目する周波数成分を含む複数の周波数成分を抽出することで、入力位相の変化による影響を抑えることが可能となる。
【００１６】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明する。
図１は本発明に係る自動合焦装置の実施例のシステムブロック図である。
この図１において、合焦レンズ１（光学系）を介して結ばれた被写体からの光学像は、２次元カラーＣＣＤ２（撮像手段）によって電気画像信号に光電変換される。
【００１７】
前記カラーＣＣＤ２からの電気画像信号は、プリアンプ３及びＹ／Ｃ分離器４を通った後、Ａ／Ｄ変換器５（Ａ／Ｄ変換手段）によってＡ／Ｄ変換されてデジタル画像信号となる。
Ａ／Ｄ変換器５によって得られたデジタル画像信号（輝度信号Ｙ）は、メモリ６に一時記憶される。尚、前記メモリ６に記憶されるデータ量としては、一画面分である必要はなく、自動合焦の対象領域が例えば画面中央部（画面状の縦１／３，横１／３の範囲）などに限定される場合には、その領域内のデータのみを記憶させれば良い。
【００１８】
前記メモリ６に記憶された画素毎の輝度レベルを表すデジタル画像信号（デジタル輝度信号）は、ＣＰＵ９によって順次読み出されてアダマール変換器７に出力され、アダマール変換器７（アダマール変換手段）において画像に含まれる周波数成分を示すデータに変換される。
前記アダマール変換は、種々ある直交変換の中で最も簡易な加減算のみの計算で直交変換処理が行える変換として知られている。
【００１９】
例えば縦８画素×横８画素の入力画像データ（輝度信号）ｇにアダマール変換処理を行うと、８×８行列の形で周波数成分の重みに対応するアダマール変換係数ＧＷ  が得られる。
ここで、アダマール変換行列をＷ８  、該アダマール変換行列Ｗ８  の転置行列をＷ８  ｔ  とすると、前記アダマール変換係数ＧＷ  は、ＧＷ  ＝Ｗ８  ｇ  Ｗ８  ｔ  として表され、８×８画素の入力画像データに対応するアダマール変換行列Ｗ８  は、次式で与えられる。
【００２０】
【数１】
0003632134.tif 000002
【００２１】
尚、入力画像データｇは、正方行列の形であって同規模の変換行列〔Ｗ〕が用意されれば、縦８画素×横８画素に限らずアダマール変換が行える。更に、上記に示したアダマール変換行列は一例であり、各列の順序が異なる行列も存在するが、いずれを用いても同様の効果が得られる。
また、アダマール変換の規模（アダマール行列の大きさ）は、計算速度等を考慮して設定されることになるが、一般に合焦対象領域内の画素を縦横同数であるｎ×ｎ画素（上記では８×８画素）のブロックに分割し、各ブロック毎にアダマール変換処理を行わせることになる。このブロック分割は、ＣＰＵ９が、メモリ６内の画像データの番地を一定のルールに従って順次指定し、該指定に従って読み出された画像データをアダマール変換器７へ送ることで行われる。
【００２２】
ブロック毎にアダマール変換されたデータは、焦点信号検出器８（特定成分抽出手段）で焦点ずれに対応した信号に変換される。即ち、焦点信号検出器８に入力されるデータは、他の直交変換によって得られるデータと同様に入力画像データに含まれる周波数成分の重みが、上述の例では８×８行列の形で表現されており、これらの中の適当な成分のみをブロック毎に抽出し、各ブロック毎に得られたデータを足し合わせることによって、合焦対象領域内に含まれる特定の周波数成分（高周波数成分）の重みを得ることができる。そして、前記特定の周波数成分の重みが最も大きくなるように、ＣＰＵ９（合焦制御手段）はレンズ駆動回路１０を制御して合焦レンズ１を移動させることで、ＣＣＤ２に合焦像を結ばせることができる。
【００２３】
上述したように、アダマール変換器７は、加算及び減算のみにて構成できるので、回路構成が簡単であり、また、演算速度も他の変換方式に比べて速いという利点があり、直交変換のためにＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）等の高価な回路部品は特に必要なく、安価にデジタル画像信号を用いた自動合焦システムを実現できる。
【００２４】
ところで、直交変換による画像データの変換は、原理的には、変換行列のもついくつかの周波数のパターン（基底ベクトル）と入力画像データとの符合の度合いを求めることであり、この基底ベクトルの基本となる波形が、複素三角関数の場合がフーリエ変換であり、余弦関数の場合がコサイン変換であり、更に、矩形波（ウォルシュ関数）の場合がアダマール変換である。
【００２５】
ここで、変換の対象となる画像パターンが、手振れ或いはパンニングによって画面上を移動した場合を想定する。入力の位相が変化した場合、フーリエ変換は複素数で得られたデータから周波数成分と位相成分との情報が得られるが、離散コサイン変換やアダマール変換では、位相によって周波数成分の重み分布が変化してしまう。図２は、簡略化するため一方向の画像パターンのみを想定した場合の例で、同じ波形パターンが入力されても、図２（ａ）と位相のずれた図２（ｂ）とでは、変換後のデータ、即ち、周波数成分の重み分布が異なり、Ｇ１  が入力波形の周波数成分のうち最も大きなものであったとしても、位相がずれるとそのまわりの周波数成分の合成の形に分散してしまう。従って、焦点ずれ検出のためにＧ１  の成分のみを用いた場合には、図２（ｂ）は図２（ａ）より焦点がずれているかのような結果をもたらす。
【００２６】
本実施例の焦点信号検出器８では、注目する周波数に対して幅をもって複数の周波数成分を抽出し、これら周波数の異なる複数の成分の加算又は平均化により焦点ずれに対応した信号を作成するようにし、上記の影響を抑え、誤動作のない焦点調節を行えるようにしている。
また、図３（ａ），（ｂ）は、ブロック単位でアダマール変換を行わせるために、画像データをｎ×ｎ画素のブロックに分割する場合の配列を示している。ここで、図３（ａ）は、相互に縦横方向にｎ／２画素ずれた２種類の格子状配列でｎ×ｎ画素からなるブロックを配列区分し、同じ画像を格子位置の異なる２種類の分割パターンで複数ブロックに分割し、各ブロック毎にアダマール変換を行わせる実施例を示している。この場合、２種類の分割パターン毎に得られるアダマール変換後の検出データを足し合わせ、同一の画素データを重複してアダマール変換に用いる構成とする。これにより、ブロック境界がコントラスト検出の死角となって、前記境界に入り込んだコントラストを検知しなくなることがなく、焦点ずれ検出を高精度に行うことができる。
【００２７】
図３（ｂ）は、前記ブロック境界が死角となることを回避できる別の分割パターンを示す図であり、この実施例では、縦横同数の画素からなるブロックを相互に縦横方向にずらして配列している。この場合、ブロック間に間隙が生じ、検出対象にならない領域が生じるが、計算を複雑化させることなくブロック境界が死角となることを回避できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１にかかる自動合焦装置によると、直交変換としてアダマール変換を用いて焦点ずれ検出を行うことにより、高精度な焦点調節を安価に実現できると共に、ブロックへの区分を、ブロック境界による死角が生じないように行うことができ、ブロック境界にコントラストが入り込むことによる精度の悪化を回避できる。
また、請求項２にかかる自動合焦装置によると、周波数成分の抽出を、注目する周波数成分を含む複数の周波数成分について行わせるので、画像パターンの移動に対して誤動作の発生を抑止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のシステム概要を示すブロック図。
【図２】画像パターンの移動による周波数特性の変化を説明する図。
【図３】ブロック区分の実施例を示す図。
【図４】従来の直交変換の様子を示す図。
【図５】ブロック境界による死角発生の様子を示す図。
【符号の説明】
１    合焦レンズ
２    ＣＣＤ
３    プリアンプ
４    Ｙ／Ｃ分離器
５    Ａ／Ｄ変換器
６    メモリ
７    アダマール変換器
８    焦点信号検出器
９    ＣＰＵ
１０    レンズ駆動回路
【図１】
0003632134.tif 000003
【図２】
0003632134.tif 000004
【図３】
0003632134.tif 000005
【図４】
0003632134.tif 000006
【図５】
0003632134.tif 000007