(57)【要約】【課題】  従来技術のフォーカス制御システムは、テレビジョンカメラの映像処理とは別にフォーカスを制御するための映像処理が必要となる課題があった。  本発明の目的は、テレビジョンカメラの映像処理の中で映像の輪郭補償用に検出している輪郭信号をフォーカスの制御信号に使用して、オートフォーカス制御システムの回路規模を小さくすることにある。【解決手段】  本発明は、画像の輪郭検出機能を有するテレビジョンカメラシステムにおいて、前記輪郭検出機能から出力される輪郭信号をフィールドまたはフレーム毎に積算する積算手段を有することを特徴とするテレビジョンカメラである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像の輪郭検出機能を有するテレビジョンカメラにおいて、前記輪郭検出機能から出力される輪郭信号をフィールド毎またはフレーム毎に積算する積算手段を有することを特徴とするテレビジョンカメラ。
【請求項２】
請求項１に記載のテレビジョンカメラにおいて、前記輪郭信号は所定の領域から検出する検出手段を有することを特徴とするテレビジョンカメラ。
【請求項３】
画像の輪郭検出機能を有するテレビジョンカメラシステムにおいて、前記輪郭検出機能から出力される輪郭信号をフィールドまたはフレーム毎に積算する積算手段と、該積算手段から出力される積算値に基づいてフォーカス機構を制御するフォーカス制御手段を有することを特徴とするテレビジョンカメラシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のテレビジョンカメラシステムにおいて、前記輪郭信号は所定の領域から検出する検出手段を有することを特徴とするテレビジョンカメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレビジョンカメラシステムに関し、特にオートフォーカス制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テレビジョンカメラを用いて撮像する際、焦点距離を合わせる必要がある。放送用、業務用テレビジョンカメラにおいては、カメラマンがマニュアル調整するケースが多いが、産業用、民生用途では、これを自動化している。その方式としては、テレビジョンカメラの出力映像を取り込み、バンドパスフィルタもしくはハイパスフィルタを用いて信号の高周波成分を抽出し、これを合焦点の度合いを示す評価値とし、評価値が最大となるように、レンズのフォーカス位置、もしくはレンズおよびカメラが固定されたステージの位置を調整するものが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２４５１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述の従来技術のフォーカス制御システムは、テレビジョンカメラの映像処理とは別にフォーカスを制御するための映像処理が必要となる課題があった。
本発明の目的は、テレビジョンカメラの映像処理の中で映像の輪郭補償用に検出している輪郭信号をフォーカスの制御信号に使用して、オートフォーカス制御システムの回路規模を小さくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、画像の輪郭検出機能を有するテレビジョンカメラシステムにおいて、前記輪郭検出機能から出力される輪郭信号をフィールドまたはフレーム毎に積算する積算手段を有することを特徴とするテレビジョンカメラである。
【０００５】
また、本発明は、上記のテレビジョンカメラにおいて、前記輪郭信号は所定の領域から検出する検出手段を有することを特徴とするテレビジョンカメラである。
さらに、本発明は、画像の輪郭検出機能を有するテレビジョンカメラシステムにおいて、前記輪郭検出機能から出力される輪郭信号をフィールドまたはフレーム毎に積算する積算手段と、該積算手段から出力される積算値に基づいてフォーカス機構を制御するフォーカス制御手段を有することを特徴とするテレビジョンカメラシステムである。
【０００６】
また、本発明は、上記のテレビジョンカメラシステムにおいて、前記輪郭信号は所定の領域から検出する検出手段を有することを特徴とするテレビジョンカメラシステムである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、テレビジョンカメラの映像処理の中で映像の輪郭補償用に検出している輪郭信号をフォーカスの制御信号に使用することにより、オートフォーカス制御システムの回路規模を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明によるテレビジョンカメラの一実施例について図１を用いて説明する。
図１は本発明のテレビジョンカメラの一実施例を示すブロック図である。
図１において、１はフォーカス機構を内蔵したレンズ部、２はレンズ部１から入射した光を映像信号に変換する撮像部、２５は撮像部２から出力される映像信号を表示するモニタである。３はレンズ部１から入射した光を電気信号に変換するＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子、４はＣＣＤ撮像素子３から出力されるアナログ映像信号をデジタル映像信号に変換するＡ／Ｄ変換部、５はＡ／Ｄ変換部４から出力されるデジタル映像信号ａにブラックバランス処理やホワイトバランス処理等の映像処理を施す映像処理部、８は映像処理部５から出力されるデジタル映像信号ｂから輪郭補償信号ｃを生成する輪郭補償信号生成部、６は映像処理部５から出力されるデジタル映像信号ｄに輪郭補償信号生成部８から出力される輪郭補償信号ｃを加算する加算部、７は加算部６から出力されるデジタル映像信号ｅをモニタ２５に表示可能な映像信号１９に変換する映像信号出力部、９は輪郭補償信号生成部８から出力されるデジタル信号ｆが輪郭信号の場合と映像信号の場合でフィルタ特性を変更可能なフィルタ部、１０は負の値の輪郭信号を正の値に変換する絶対値変換部、１１は映像処理部５から出力される輝度信号のレベルにより輪郭信号の増幅率を変更する演算部、１２はフォーカスする領域の輪郭信号のみを通過させるゲート部、１５はゲート部１２のエリア（領域）を指定する指定部、１３はゲート部１２を通過した輪郭信号値を積算する積算部、１３は積算部１３で積算したデジタル値をアナログ値に変換するＤ／Ａ変換部、１６は積算部１３から出力される輪郭信号の積算値からフォーカスを制御する制御信号の生成やエリア指定部１５の制御およびフィルタ部９のフィルタ特性の設定等を行うＣＰＵ（マイクロコンピュータ）、１７はレンズ部１のフォーカスを制御するためのフォーカス制御部、１８は撮像部２と外部機器等を接続するためのインターフェース、１９はモニタ２５に表示するための映像信号、２０はアナログの輪郭信号積算値出力信号、２１はレンズ部１のフォーカスを制御するためのフォーカス制御信号、２２はＣＰＵ１６と外部のＣＰＵと交信するための送受信信号、２４はレンズ部１のフォーカス機構部、２３はフォーカス機構部２４を駆動するためのフォーカス駆動部である。
【０００９】
次に本発明の動作を図１から図４を用いて詳細に説明する。
図２は一般的な映像信号の輪郭補償を説明するための図であり、図３は輪郭信号の積算値の積算方法を説明するための図であり、図４は最良のフォーカス点を求める方法について説明するための図である。
【００１０】
図１において、図示していない被写体からの光はレンズ部１に入射する。レンズ部１は入射された光を撮像部２のＣＣＤ撮像素子３の受光面に結像する。ＣＣＤ撮像素子３は結像された光を光電変換してＡ／Ｄ変換部４に出力する。Ａ／Ｄ変換部４は入力されたアナログ映像信号をデジタル映像信号ａに変換して映像処理部５に出力する。映像処理部５は入力されたデジタル映像信号ａにブラックバランス処理やホワイトバランス処理等の映像処理を施して加算部６と輪郭補償信号生成部８に出力する。輪郭補償信号生成部８は入力されたデジタル映像信号ｂから輪郭補償信号ｃを生成（後述）して加算部６に出力する。加算部６は映像処理部５から出力されたデジタル映像信号ｄに輪郭補償信号生成部８から出力された輪郭補償信号ｃを加算して映像信号出力部７に出力する。映像信号出力部７は加算部６から出力されるデジタル映像信号ｅをモニタ２５に表示可能な映像信号１９に変換してインターフェース１８に出力する。インターフェース１８は映像信号１９をモニタ２５に出力する。モニタ２５は入力された映像信号１９を表示する。
【００１１】
次に、輪郭補償信号生成部８の動作について図２を用いて説明する。図２は、中央が白の四角で周辺が黒の映像信号に輪郭補償する過程を示している。図２の映像を水平方向で見ると映像信号（ａ）となる。この映像信号（ａ）に微分等を施すと輪郭信号（ｂ）が得られる。得られた輪郭信号（ｂ）を更に微分等を施すと輪郭補償信号（ｃ）が得られる。映像信号（ａ）に輪郭補償信号（ｃ）を加算すると輪郭補償後の映像信号（ｄ）となる。同様に図２の映像を垂直方向で見ると映像信号（ｅ）となる。この映像信号（ｅ）から図示していない１走査線遅延させた映像信号（ｅ）’を引算すると輪郭信号（ｆ）が得られる。また、映像信号（ｅ）から図示していない１走査線進相させた映像信号（ｅ）’’を引算してから輪郭信号（ｆ）を加算すると輪郭補償信号（ｇ）が得られる。映像信号（ｅ）に輪郭補償信号（ｇ）を加算すると輪郭補償後の映像信号（ｈ）となる。
【００１２】
図１において、輪郭補償信号生成部８からフィルタ部９に出力する信号は、図２の輪郭補償信号（ｃ）または輪郭補償信号（ｃ）と輪郭補償信号（ｇ）を加算した信号である。フィルタ部９は、入力される信号が輪郭補償信号の場合は何の処理も施さず通過させ、映像信号の場合は所定周波数のみを信号を通過させるバンドパスフィルタまたは所定周波数以上の信号を通過させるハイパスフィルタに設定変更する。設定変更の指示は、ＣＰＵ１６から行う。フィルタ部９から出力された輪郭補償信号または輪郭信号は絶対値変換部１０に入力され、絶対値変換部１０で絶対値に変換される。輪郭補償信号または輪郭信号は正と負の値があり、負の値は正の値に変換しておかないと後段の積算部１３で正しい積算値を得ることができない。絶対値変換部１０から出力された輪郭補償信号または輪郭信号は演算部１１に入力される。演算部１１は映像処理部５から出力される輝度信号のレベルにより輪郭補償信号または輪郭信号をフォーカス制御に必要なレベルまで増幅してゲート部１２に出力する。ゲート部１２はフォーカスする領域の信号のみを通過させ、積算部１３に出力する。ゲート部１２の領域はＣＰＵ１６の指示によりエリア指定部１５から領域が設定される。積算部１３に入力させる信号の一例を図３に示す。図３は１水平期間の輪郭補償信号または輪郭信号を示している。図３の横軸はＡ／Ｄ変換部４のサンプリング周波数の周期を示し、縦軸は輪郭補償信号または輪郭信号のレベルを示している。積算部１３はゲート部１２から出力された信号をフィールドまたはフレーム毎に積算してＤ／Ａ変換部１４およびＣＰＵ１６に出力する。例えば、図３に示す信号を積算部１３で積算すると積算値は１８０となる。Ｄ／Ａ変換部１４は入力されたデジタルの積算値信号をアナログの積算値信号に変換し、インターフェース１８を介して外部に輪郭信号積算値出力２０を出力する。ＣＰＵ１６は入力されたデジタルの積算値信号をフォーカス制御部１７に出力する。フォーカス制御部１７は入力されたデジタルの積算値信号をフォーカス制御信号２１に変換し、インターフェース１８を介してレンズ部１のフォーカス駆動部２３に出力する。フォーカス駆動部２３に入力されたフォーカス制御信号２１はフォーカス駆動部２３でフォーカス機構部２４を駆動する信号に変換され、フォーカス機構部２４を動作させる。フォーカス機構部２４を動作させることによりＣＣＤ撮像素子３に結像される入射光のフォーカス点が変更される。フォーカス点が変更されると輪郭信号積算値出力２０は図４に示す特性となる。図４は一例としてレンズ部１のフォーカスを１フィールドまたは１フレーム毎に動かした場合の積算値を示している。図４の横軸はレンズフォーカスの近点(ＮＥＡＲ)から遠点（ＦＡＲ)までの範囲であり、縦軸は積算値を示している。ＣＰＵ１６は図４に示すフォーカス特性から山登り方式と一般的に呼ばれる周知の方法で積算値がａ〜ｓの範囲で最大となるジャストフォーカス点Ｊを探し、レンズ１のフォーカスを積算値が最大となるジャストフォーカス点に移動させる。上記の構成によりオートフォーカスを実現することができる。
【００１３】
次に、本発明の他の一実施例として、顕微鏡または検査装置を使用した場合のオートフォーカスについて図５を用いて説明する。
図５の２〜１８は、図１と同じであるため説明を省略する。
【００１４】
図５において、５１はフォーカス機構がないレンズ部である。５２は被写体の試料であり、５３は試料５２を固定しＸＹ方向に移動させるためのＸＹ方向移動試料台であり、５４はＸＹ方向移動試料台５３をＺ方向に移動させるためのＺ方向移動機構であり、５５はＸＹ方向移動試料台５３を上下に移動させる駆動モータである。５６はＸＹ方向移動試料台５３の移動方向を示す矢印である。５８は駆動モータ５５を制御するための制御部であり、５７は撮像部２と制御部５８を電気的に接続するためのケーブルであり、５９は制御部５８と外部機器と接続するためのインターフェースであり、６０は制御部５８を制御するためのＣＰＵであり、６１はＸＹ方向移動試料台５３を上下に動かしてレンズ部５１のフォーカスを合わせるためのフォーカス制御部であり、６２は駆動モータ５５を駆動するためのモータ駆動部であり、６３は撮像部２のＤ／Ａ変換部１４から出力された輪郭信号積算値である。図５では、試料５２に照射する光源、他に照射するためのレンズ、ミラー、ガイド等、及び電源部は、本発明の説明に重要な部分でないので省略している。
【００１５】
次に図５の動作について図５と図４を用いて説明する。
図５において、図示しない光源からの光が試料５２を照射し、被写体の試料５２からの透過光または反射光の少なくとも一方の光はレンズ部５１に入射する。レンズ部５１は入射された光を撮像部２のＣＣＤ撮像素子３に結像する。ＣＣＤ撮像素子３は結像された光を光電変換する。そして図１で説明した同様の順で輪郭信号積算値出力２０を生成し、制御部５８に入力する。制御部５８に入力された輪郭信号積算値出力２０はインターフェース５９で輪郭信号積算値６３に変換されフォーカス制御部６１に入力される。フォーカス制御部６１に入力された輪郭信号積算値６３はモータ駆動部６２を動作させる信号に変換され、モータ駆動部６２に入力される。モータ駆動部６２は入力された信号に基づいて駆動モータ５５を駆動し、ＸＹ方向移動試料台５３を上または下に移動させる。ＸＹ方向移動試料台５３が移動するとレンズ部５１のフォーカス点が変更される。フォーカス点が変更されると輪郭信号積算値６３は図４に示す特性となる。図４は一例としてフォーカス点を１フィールドまたは１フレーム毎に動かした場合の積算値を示している。フォーカス制御部６１は図４に示すフォーカス特性から山登り方式と呼ばれる方法で積算値が最大となるジャストフォーカス点Ｊを探し、レンズ５１のフォーカスを積算値が最大となるジャストフォーカス点に移動させる。上記の構成によりオートフォーカスを実現することができる。
【００１６】
図５の説明では被写体を試料５２としたが、フォーカスを調整するための専用チャートを使用しても良い。また、ジャストフォーカス点を探すのをＣＰＵ６０で行っても良い。
図１の実施例において、動作の説明を簡潔にするためＣＣＤ撮像素子を１ケとしたが、ＣＣＤ撮像素子またはＣＣＤ撮像素子以外の撮像素子を複数使用しても同様である。
【００１７】
以上本発明について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載されたテレビジョンカメラやテレビジョンカメラシステムに限定されるものではなく、上記以外のテレビジョンカメラやテレビジョンカメラシステムに広く適用することができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のテレビジョンカメラの一実施例を示すブロック図。
【図２】映像信号に輪郭補償する過程を説明する図。
【図３】輪郭信号の積算を説明する図。
【図４】輪郭信号の積算値をフォーカス制御に使用できることを説明する図。
【図５】本発明のテレビジョンカメラシステムの一実施例を示すブロック図。
【符号の説明】
【００１９】
１，５１：レンズ部、２：撮像部、３：ＣＣＤ撮像素子、４：Ａ／Ｄ変換部、５：映像処理部、６：加算部、７：映像信号出力部、８：輪郭補償信号生成部、９：フィルタ部、１０：絶対値変換部、１１：演算部、１２：ゲート部、１３：積算部、１４：Ｄ／Ａ変換部、１５：エリア指定部、１６，６０：ＣＰＵ、１７，６１：フォーカス制御部、１８，５９：インターフェース、１９：映像信号、２０：輪郭信号積算値出力、２１：フォーカス制御信号、２２：送受信信号、２３：フォーカス駆動部、２４：フォーカス機構部、２５：モニタ、５２：試料、５３：ＸＹ方向移動試料台、５４：Ｚ方向移動機構、５５：駆動モータ、５６：移動方向、５７：ケーブル、５８：制御部、６２：モータ駆動部、６３：輪郭信号積算値。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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