(57)【要約】【課題】比較的簡単な構成で、合焦の検出感度が高く、かつ、ノイズの影響を受けにくいオートフォーカスを可能とする。【解決手段】  フォーカスレンズの位置を制御するレンズ制御部と、映像信号中の注目画素及びその近傍の一定領域の画像が、ノイズレベルと同等の小レベルの予め設定した所定パターンの映像内容をどの程度の強さで含むかの複数の相関検出結果を、感度の高い相関検出方向が互いに異なるフィルタ演算により数値化してそれぞれ求める検出手段と、記検出手段の複数の相関検出結果の絶対値を加算する加算手段と、加算値を１画面分、又は１画面内の所定領域分積算する積算部(16)と、を有し、前記レンズ制御部は、前記積算部から出力される積算値を前記コントラスト方式のフォーカス制御用の信号として用いる。【選択図】図１
2015038593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントラスト方式のフォーカス制御を行なうフォーカス制御装置であって、
フォーカスレンズを備える撮像部と、
前記フォーカスレンズの位置を制御するレンズ制御部と、
前記撮像部から供給される映像信号中の注目画素及びその近傍の一定領域の画像が、ノ
イズレベルと同等の小レベルの予め設定した所定パターンの映像内容をどの程度の強さで
含むかの複数の相関検出結果を、感度の高い相関検出方向が互いに異なるフィルタ演算に
より数値化してそれぞれ求める検出手段と、
前記検出手段の複数の相関検出結果の絶対値を加算する加算手段と、
前記加算手段から出力される加算値を１画面分、又は１画面内の所定領域分積算する積
算部と、
を有し、
前記レンズ制御部は、前記積算部から出力される積算値を前記コントラスト方式のフォ
ーカス評価値として用いる
ことを特徴とするフォーカス制御装置。
【請求項２】
前記検出手段は、
前記一定領域が２次元マトリクス配置された複数の画素からなる領域であるとき、前記
一定領域の縦横斜めの各方向のうち互いに異なる方向に対して相関係数が高く、かつ、簡
単な整数で構成され、総和がゼロである、マトリクス配置された複数のフィルタ係数に基
づいてフィルタ演算を行う複数の２次元ハイパスフィルタ(11,12)であることを特徴とす
る請求項１記載のフォーカス制御装置。
【請求項３】
コントラスト方式のフォーカス制御を行なうフォーカス制御装置が実行するフォーカス
制御方法であって、
前記フォーカス制御装置の撮像部が備えるフォーカスレンズの位置を制御するレンズ制
御ステップと、
前記撮像部から供給される映像信号中の注目画素及びその近傍の一定領域の画像が、ノ
イズレベルと同等の小レベルの予め設定した所定パターンの映像内容をどの程度の強さで
含むかの複数の相関検出結果を、感度の高い相関検出方向が互いに異なるフィルタ演算に
より数値化してそれぞれ求める検出ステップと、
前記検出ステップの複数の相関検出結果の絶対値を加算する加算ステップと、
前記加算ステップから出力される加算値を１画面分、又は１画面内の所定領域分積算す
る積算ステップと、
を含み、
前記レンズ制御ステップは、前記積算ステップから出力される積算値を前記コントラス
ト方式のフォーカス評価値として用いる
ことを特徴とするフォーカス制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフォーカス制御装置及びフォーカス制御方法に係り、特に映像信号の高周波成
分を利用するコントラスト方式のフォーカス制御装置及びフォーカス制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラのフォーカス制御方式の一つにコントラスト方式と呼ばれるものがある。これ
は、撮影画像の画面全体又は画面内の所定領域から抽出したコントラスト値を積算したも
のをコントラスト評価値（以下、評価値と呼ぶ）とし、フォーカスレンズの位置を少しず
つ動かして、評価値が最大になる位置を見つけ、この位置を最適フォーカス位置とする方
式である。ここで用いる評価値としては、撮影画像からＨＰＦlang=EN-US>(High Pass Filter)を用い
て高域成分であるコントラスト値を抽出し、この抽出したコントラスト値の絶対値を積算
した値を用いるのが一般的である。
【０００３】
フォーカス制御（以下オートフォーカスと呼ぶこともある）の性能は、上記ＨＰＦの特
性に左右される。ＨＰＦのカットオフ周波数が低い場合は、低い周波数のエッジ成分を取
り出せるため、合焦の検出感度が高くなるが、画像ノイズも低い周波数から取り出されて
しまうため、ノイズの多い画像には不利になる。ＨＰＦのカットオフ周波数を高くすると
、低い周波数のノイズの影響は受けにくくなるが、エッジ成分も高い周波数のみになるた
め、合焦の検出感度が低くなる。
【０００４】
この問題点を解決するための手法として、例えば特許文献１や特許文献２等に記載の技
術がある。特許文献１記載の技術は、特性の異なる評価値算出用のＨＰＦを複数用意して
おき、入力画像の状態によって適応的に切り替えるというものである。また、特許文献２
記載の技術は、評価値を積算する際にコントラストのベクトルマップを作成し、隣接する
画素のベクトルがある程度そろっている部分だけを選択して積算することにより、ランダ
ムノイズの影響を避けるというものである。
【特許文献１】特許４６７９１７９
【特許文献２】特開２００４−０２９１０５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の技術は、フィルタ特性の切り替えアルゴリズムが複雑
であるという問題が残る。また、特許文献２記載の技術は、ベクトルマップの作成のため
のハードウェアリソースが大きくなるという問題が残る。
【０００６】
本願発明は上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、比較的簡単な
構成で、合焦の検出感度が高く、かつ、ノイズの影響を受けにくいオートフォーカスを可
能とするフォーカス制御装置及びフォーカス制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、下記の装置、方法を提供するものである。
（１）コントラスト方式のフォーカス制御を行なうフォーカス制御装置であって、
フォーカスレンズを備える撮像部（lang=EN-US>10）と、
前記フォーカスレンズの位置を制御するレンズ制御部(17)と、
前記撮像部から供給される映像信号中の注目画素及びその近傍の一定領域の画像が、ノ
イズレベルと同等の小レベルの予め設定した所定パターンの映像内容をどの程度の強さで
含むかの複数の相関検出結果を、感度の高い相関検出方向が互いに異なるフィルタ演算に
より数値化してそれぞれ求める検出手段lang=EN-US>(11,12)と、
前記検出手段の複数の相関検出結果の絶対値を加算する加算手段lang=EN-US>(13〜15)と、
前記加算手段から出力される加算値を１画面分、又は１画面内の所定領域分積算する積
算部lang=EN-US>(16)と、
を有し、
前記レンズ制御部は、前記積算部から出力される積算値を前記コントラスト方式のフォ
ーカス評価値として用いる
ことを特徴とするフォーカス制御装置。
（２）前記検出手段は、
前記一定領域が２次元マトリクス配置された複数の画素からなる領域であるとき、前記
一定領域の縦横斜めの各方向のうち互いに異なる方向に対して相関係数が高く、かつ、簡
単な整数で構成され、総和がゼロである、マトリクス配置された複数のフィルタ係数に基
づいてフィルタ演算を行う複数の２次元ハイパスフィルタlang=EN-US>(11,12)であることを特徴とす
る（１）記載のフォーカス制御装置。
（３）コントラスト方式のフォーカス制御を行なうフォーカス制御装置が実行するフォー
カス制御方法であって、
前記フォーカス制御装置の撮像部が備えるフォーカスレンズの位置を制御するレンズ制
御ステップと、
前記撮像部から供給される映像信号中の注目画素及びその近傍の一定領域の画像が、ノ
イズレベルと同等の小レベルの予め設定した所定パターンの映像内容をどの程度の強さで
含むかの複数の相関検出結果を、感度の高い相関検出方向が互いに異なるフィルタ演算に
より数値化してそれぞれ求める検出ステップと、
前記検出ステップの複数の相関検出結果の絶対値を加算する加算ステップと、
前記加算ステップから出力される加算値を１画面分、又は１画面内の所定領域分積算す
る積算ステップと、
を含み、
前記レンズ制御ステップは、前記積算ステップから出力される積算値を前記コントラス
ト方式のフォーカス評価値として用いる
ことを特徴とするフォーカス制御方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、比較的簡単な構成で、合焦の検出感度が高く、かつ、ノイズの影響を
受けにくいオートフォーカスが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施例のフォーカス制御装置を含む撮像装置全体のブロック図である。
【図２】図１中の２次元ＨＰＦ１１のフィルタ係数の一例を示す図である。
【図３】図１中の２次元ＨＰＦ１２のフィルタ係数の一例を示す図である。
【図４】図１中の混合比計算部の入出力特性の一例を示す図である。
【図５】変形例のフォーカス制御装置を含む撮像装置全体のブロック図である。
【図６】図５中の混合比計算部の入出力特性の一例を示す図である。
【図７】図５中の周波数フィルタ部の入出力特性の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に詳細に説明する。
【００１１】
本発明の実施の形態に係るフォーカス制御装置は、本出願人による既出願の特願２０１
２−０３１５６０で第４の実施の形態として提案した映像ノイズ低減装置のＨＰＦがフォ
ーカス制御用としても有用であることを見出してなしたものである。
［実施例］
図１は、本実施例のフォーカス制御装置、及び上記した映像ノイズ低減装置を含む撮像
装置の内部構成を示すブロック図である。
【００１２】
撮像装置１００は、撮像部１０、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１、遅延回路部（ＤＬ
）２２、２次元ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１１、２次元ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１
２、絶対値化部１３、絶対値化部１４、加算器１５、積算部１６、レンズ制御部１７、混
合比計算部２６、乗算器２３、乗算器２４、及び加算器２５を含んで構成される。
【００１３】
このうち、本実施例のフォーカス制御装置は、撮像部１０、２次元ハイパスフィルタ（
ＨＰＦ）１１、２次元ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１２、絶対値化部１３、絶対値化部１
４、加算器１５、積算部１６、及びレンズ制御部１７を含んで構成される。また、映像ノ
イズ低減装置は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１、遅延回路部（ＤＬ）２２、２次元ハ
イパスフィルタ（ＨＰＦ）１１、２次元ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１２、絶対値化部１
３、絶対値化部１４、加算器１５、混合比計算部２６、乗算器２３、乗算器２４、及び加
算器２５を含んで構成される。
＜映像ノイズ低減装置＞
まず、映像ノイズ低減装置について説明する。
【００１４】
撮像部１０は、フォーカスレンズなどで構成される光学系（図示せず）と、この光学系
を通して撮像素子（図示せず）に結像される被写体を光電変換して映像信号を生成する撮
像信号処理部（図示せず）などから構成される。撮像部１０は、生成した映像信号を、Ｌ
ＰＦ２１、ＤＬ２２、２次元ＨＰＦ１１、及び２次元ＨＰＦ１２へ供給する。なおこれら
へ供給される映像信号には、一般的に様々な映像ノイズが含まれている。
【００１５】
ＬＰＦ２１は、供給される映像信号から注目画素及びその近傍の一定領域の複数の画素
の信号を加算平均して、予め設定したカットオフ周波数以下の映像ノイズ成分が抑制され
た低域信号を周波数選択して出力する。ＤＬ２２は、供給される映像信号に対して、ＬＰ
Ｆ２１で発生する遅延時間と同じ時間遅延して、ＬＰＦ２１から出力される低域信号と時
間合わせされた遅延映像信号を出力する。
【００１６】
２次元ＨＰＦ１１、及び２次元ＨＰＦ１２は、構成は同じだがフィルタ特性が異なるフ
ィルタである。
【００１７】
図２は、２次元ＨＰＦ１１のフィルタ係数の一例を示す図である。この図２に示すフィ
ルタ係数は、平面領域上の注目画素を中心とする５×５画素に対応する計２５個のフィル
タ係数を示し、縦横のテクスチャに対して感度が高く、斜めのテクスチャに対して感度が
低い配置とされている。
【００１８】
図３は、２次元ＨＰＦ１２のフィルタ係数の一例を示す図である。この図３に示すフィ
ルタ係数は、平面領域上の注目画素を中心とする５×５画素に対応する計２５個のフィル
タ係数を示し、斜めのテクスチャに対して感度が高く、縦横のテクスチャに対して感度が
低い配置とされている。
【００１９】
図２及び図３に示すフィルタ係数は、それぞれできるだけ演算量が小さくなるように「
１」、「０」、「−１」の３種類の整数のみで構成されており、また、総和がゼロである
。図２及び図３に示すフィルタ係数の総和がゼロであるので、入力される映像信号の５×
５画素の画像内容が輝度値が一様な平坦部分で映像ノイズのみ重畳されているときには、
２次元ＨＰＦ６１及び６２の検出結果の値は「０」又はほぼ「０」となる。
【００２０】
図１において、２次元ＨＰＦ１１及び１２は、それぞれ入力される映像信号の５×５画
素の画像内容と一般的な模様を代表するパターンとを、感度の高い相関検出方向が互いに
異なるフィルタ演算により相関検出した数値化された検出結果を出力する。
【００２１】
ここでは、２次元ＨＰＦ１１は、供給される映像信号の５×５画素の画像内容のうち、
図２に示したフィルタ係数を用いたフィルタ演算により、特に縦横方向の画像の輝度差が
ノイズレベルと同等の小レベルの模様のようなパターンの映像部分（すなわち、テクスチ
ャ部分）と一致又はほぼ一致した場合に、相関が最も強いことを示す値の相関検出結果を
出力する。
【００２２】
一方、２次元ＨＰＦ１２は、供給される映像信号の５×５画素の画像内容のうち、図３
に示したフィルタ係数を用いたフィルタ演算により、特に斜め方向の画像の輝度差がテク
スチャ部分と一致又はほぼ一致した場合に、相関が最も強いことを示す値の相関検出結果
を出力する。
【００２３】
絶対値化部１３は、２次元ＨＰＦ１１から出力された相関検出結果を示す信号の絶対値
をとり、その絶対値信号を加算器１５へ出力する。絶対値化部１４は、２次元ＨＰＦ１２
から出力された相関検出結果を示す信号の絶対値をとり、その絶対値信号を加算器１５へ
出力する。加算器１５は、絶対値化部１３から出力された第１の絶対値信号と、絶対値化
部１４から出力された第２の絶対値信号とを加算し、その加算信号を混合比計算部２６へ
出力する。なお、加算器１５は、単純に信号を加算するのではなく、入力される２つの信
号のうち、いずれか大きいほうを選択する構成としても良い。
【００２４】
混合比計算部２６は、２次元ＨＰＦ１１及び１２によりそれぞれ検出された２つの検出
結果の加算値に応じた混合比αを出力する。図４は、混合比計算部２６の入出力特性の一
例で、横軸は入力信号の値、縦軸は出力信号（すなわち混合比α）の値を示す。図４に示
すように、混合比計算部２６は、２次元ＨＰＦ１１及び１２によりそれぞれ検出された２
つの検出結果の加算値である加算器１５から供給される入力信号の値が「０」からＴＨ１
１までの範囲では値が「０」の混合比αを出力し、入力信号の値がＴＨ１２以上の範囲で
は値が「１」の混合比αを出力する。また、混合比計算部２６は、入力信号の値がＴＨ１
１以上ＴＨ１２以下の範囲では、入力信号の値に応じて値が「０」から「１」の範囲を直
線状に増加する特性の混合比αを出力する。上記の閾値ＴＨ１１及びＴＨ１２は所望のノ
イズ低減効果が得られるように実験などにより適切に設定される。混合比計算部２６は、
図４に示した入出力特性に従って計算した混合比αを乗算器２３及び２４にそれぞれ供給
する。
【００２５】
これにより、映像ノイズ低減装置は、混合比αが「１」であるときは、映像信号の注目
画素近傍の５×５画素領域の画像内容がテクスチャ成分主体であるとみなし、解像度を優
先してＤＬ２２から出力される遅延入力映像信号をそのまま出力する。また、映像ノイズ
低減装置は、混合比αが「０」であるときは、入力映像信号の注目画素近傍の５×５画素
領域の画像内容が平坦部分に映像ノイズが乗っている映像部分とみなし、解像度よりも映
像ノイズ低減効果を優先してＬＰＦ２１から出力される映像ノイズが低減された低域信号
を出力する。また、映像ノイズ低減装置は、混合比αが「０」から「１」までの範囲内の
値の時は、検出エラーの場合にも遷移を滑らかにすることで目立ちにくくするため、混合
比αの値に応じて混合されたＬＰＦ１１からの低域映像信号とＤＬ１２からの遅延映像信
号との混合信号を出力する。
【００２６】
このように、映像ノイズ低減装置は、ハードウェア規模を大きくすることなく、映像信
号の平坦部分に含まれる映像ノイズを低減しつつ、映像信号のテクスチャ部分の画質劣化
を小さくすることができ、また、エンコード情報が得られない映像信号に対しても適切な
ノイズ低減効果を得ることができる。更に、映像ノイズ低減装置は、特定方向だけのテク
スチャ部分を含む映像信号に対しても、擬似ノイズを大幅に抑圧した映像ノイズ低減映像
信号を出力することができる。
【００２７】
＜フォーカス制御装置＞
次に、本実施例に係るフォーカス制御装置について説明する。
【００２８】
フォーカス制御装置は、前述したとおり、撮像部１０、２次元ＨＰＦ１１、２次元ＨＰ
Ｆ１２、絶対値化部１３、絶対値化部１４、加算器１５、積算部１６、及びレンズ制御部
１７を含んで構成される。
【００２９】
このうち、撮像部１０、２次元ＨＰＦ１１、２次元ＨＰＦ１２、絶対値化部１３、絶対
値化部１４、加算器１５は、前述した映像ノイズ低減装置と共用されるブロックであるの
で、説明は省略する。
【００３０】
積算部１６は、加算器１５から画素毎に出力される加算信号を１画面、または１画面中
の所定の領域分積算し、この積算した値をフォーカス評価値としてレンズ制御部１７へ供
給する。
【００３１】
レンズ制御部１７は、積算部１６から供給されるフォーカス評価値に基づいて、撮像部
１０が備えるフォーカスレンズの位置を合焦位置となるように制御する。より具体的には
、レンズ制御部１７は、フォーカスレンズの位置を少しずつ振りながらレンズ可動範囲内
を移動させるとともにフォーカス評価値の大きさを監視する。そしてこのフォーカス評価
値が最大となる位置を合焦位置と判断し、常にこの合焦位置になるように、フォーカスレ
ンズを制御する。
【００３２】
上記フォーカス制御値を生成するために用いた２つの２次元ＨＰＦは、前述したとおり
、２次元ＨＰＦ１１は縦横のテクスチャに対し感度が高く、斜めのテクスチャに対し感度
が低い。また、２次元ＨＰＦ１２は、斜めのテクスチャに対し感度が高く、縦横のテクス
チャに対し感度が低い。また、２次元ＨＰＦ１１、１２とも、ランダムノイズに対しては
極めて感度が低い。係数はできるだけ演算量が小さくなるように−１、０、１のみで構成
しており、総和はゼロである。
【００３３】
従って、このような特性の２つのＨＰＦによって生成されたフォーカス評価値を用いる
ことで、本実施例のフォーカス制御装置は、比較的簡単な構成で、合焦の検出感度が高く
、かつ、ノイズの影響を受けにくいオートフォーカスが可能となる。
【００３４】
なお、図１に示したフォーカス制御装置は、２次元ＨＰＦ１１、２次元ＨＰＦ１２、絶
対値化部１３、絶対値化部１４、加算器１５を、映像ノイズ低減装置と共用する構成とし
た。このような構成とすることにより、装置の大幅なコストダウンが可能となる。しかし
、特に共用とせずフォーカス制御装置専用の構成として２次元ＨＰＦ１１、２次元ＨＰＦ
１２、絶対値化部１３、絶対値化部１４、加算器１５を用いても、比較的簡単な構成で、
合焦の検出感度が高く、かつ、ノイズの影響を受けにくいオートフォーカスが可能となる
という本願発明の効果は得られる。
【００３５】
また、図１に示したフォーカス制御装置では、２次元ＨＰＦは１１及び１２の２つとし
たが、感度の高い相関検出方向が互いに異なる３以上の２次元ＨＰＦを用いることもでき
る。
【００３６】
また、本発明は図１のフォーカス制御装置の各構成の機能を、コンピュータにより実現
させるコンピュータプログラムも包含するものである。このコンピュータプログラムは、
記録媒体からコンピュータに取り込まれてもよいし、ネットワークを介して配信されてコ
ンピュータにダウンロードするようにしてもよい。
【００３７】
また変形例として、従来のフォーカス評価値を算出するのに用いられていた周波数領域フィル
タに加えて上述した相関検出フィルタを採用することも可能である。所定の周波数領域を抽出す
る周波数領域フィルタは、低コントラストかつ画像がフィルタの通過領域の周波数成分を含む場
合、画像のノイズ部とテクスチャ部分との分離が困難である。そこで、低コントラスト時の画像ノイ
ズによる周波数領域フィルタ出力に対する影響を抑制するため、低コントラスト時は相関検出フィ
ルタ出力を使用し、高コントラスト時は周波数領域フィルタ出力を使用するように切り替えるある
いは混合比を変更するよう構成することで、フォーカス制御の性能向上を図ることが可能になる。
【００３８】
図５は、本実施例の変形例におけるフォーカス制御装置、及び上記した映像ノイズ低減
装置を含む撮像装置の内部構成を示すブロック図であり、図６は閾値と混合比の関係の一例を示
す図であり、図７は周波数領域フィルタの特性例を示す図であります。実施例と同様なブロックに
関しては同一の番号を付し説明を省略する。
【００３９】
本変形例では、まず撮像部10の出力信号が、所定の周波数領域を抽出するBPFまたはHPF
からなる周波数領域フィルタ３０を通り、絶対値部３１へ出力される。周波数領域フィルタ出力は低
コントラスト時は小さな値を出力し、高コントラスト時は大きな値を出力する。絶対値化部３１は、周
波数領域フィルタ部３０出力の絶対値を計算し、混合比計算部３２及び乗算部３４へ出力する。混
合比計算部３２では、図６に示されるように絶対値化部３１の出力と所定の閾値１と閾値２（閾値１
＜＝閾値２）とを比較し、絶対値部３１の出力が閾値１より小さい場合は混合比０（相関検出ファイ
ルタ出力を選択）を出力し、絶対値部出力が閾値2より大きい場合は混合比１（周波数領域フィル
タ出力を選択）し、絶対値部出力が閾値１より大きく閾値２より小さい場合は絶対値部３１の出力に
応じた混合比βを乗算器３３、３４へ出力する。乗算器３３は加算器１５の出力に混合比を乗算し加
算器３５へ出力する。乗算器３４は絶対値化部３１の出力に（１-混合比）を乗算し加算器３５へ出力
する。加算器３５は、乗算器３３の出力と乗算器３４の出力を加算する。加算器３５の出力を積算部
１７で１画面、または１画面中の所定の領域分積算し、フォーカス評価値を得る。このフォーカス評
価値をレンズ制御部１７へ供給する。
【００４０】
このような構成を取ることで、従来の周波数領域フィルタの特性を活かしつつ、低コントラスト時
のノイズの影響を抑えることができ、フォーカス性能を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１００  撮像装置
１０  撮像部
１１、１２  ２次元ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
１３、１４  絶対値化部
１５  加算器
１６  積算部
１７  レンズ制御部
２１  ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２２  遅延回路部（ＤＬ）
２３、２４  乗算器
２５  加算器
２６  混合比計算部
３０  周波数領域フィルタ
３１  絶対値化部
３２  混合比計算部
３３、３４  乗算器  ３５  加算器
【図１】
2015038593.tif 000003
【図２】
2015038593.tif 000004
【図３】
2015038593.tif 000005
【図４】
2015038593.tif 000006
【図５】
2015038593.tif 000007
【図６】
2015038593.tif 000008
【図７】
2015038593.tif 000009