(57)【要約】【課題】画像の水平方向に高周波成分がない被写体の場合には、十分なコントラスト値が出力されないため合焦状態にフォーカスを制御することができない。【解決手段】被写体を撮像して得られる元の画像信号の水平および垂直方向の画素の並びに関係なくランダムに選択した画素データからコントラスト値を算出することにより、回路規模の増大を招くことなく、被写体に輪郭などのエッジがない場合や比較的コントラストが少ない被写体の場合にも合焦可能なフォーカス制御装置を提供する。【選択図】図１
2008164926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーカス制御可能なレンズユニット部と、
前記レンズユニット部を通して被写体を撮像する撮像素子部と、
前記撮像素子部の出力からフォーカス状態を評価するための画像データを生成する画像データ生成部と、
前記画像データのフォーカス状態を評価する領域を設定するフォーカス評価領域設定部と、
前記フォーカス評価領域内からコントラスト値を算出するための画素データの組をランダムに複数組選択するデータ選択部と、
前記データ選択部により選択された前記画素データの組からコントラスト値を算出するコントラスト値算出部と、
前記コントラスト値を選択した前記画素データの組全体にわたって積分してフォーカス評価値を得る積分部と、
前記フォーカス評価値によりフォーカス状態を判定して前記レンズユニット部のフォーカス制御を行うフォーカス制御部とを備えたフォーカス制御装置。
【請求項２】
前記コントラスト値算出部は、前記画素データの組に対する高周波成分を抽出して前記高周波成分の絶対値を算出する請求項１記載のフォーカス制御装置。
【請求項３】
フォーカス制御可能なレンズユニット部と、
前記レンズユニット部を通して被写体を撮像する撮像素子部と、
前記撮像素子部の出力からフォーカス状態を評価するための画像データを生成する画像データ生成部と、
前記画像データのフォーカス状態を評価する領域を設定するフォーカス評価領域設定部と、
前記フォーカス評価領域内の水平方向のライン毎に輝度の高い方からｉ個（ｉは前記フォーカス評価領域に含まれる水平方向のラインにおける画素データ総数の１／２以下の自然数）の画素データＹ1、Ｙ2、…、Ｙiと、輝度の低い方からｉ個の画素データｙ1、ｙ2、…、ｙiとをそれぞれ組にして選択するデータ選択部と、
前記データ選択部により選択された前記画素データの組の差分Ｙ1−ｙ1、Ｙ2−ｙ2、…、Ｙi−ｙiに基づいてコントラスト値を算出するコントラスト値算出部と、
ライン毎に算出された前記コントラスト値を前記領域内の全ラインにわたって積分してフォーカス評価値を得る積分部と、
前記フォーカス評価値によりフォーカス状態を判定して前記レンズユニット部のフォーカス制御を行うフォーカス制御部とを備えたフォーカス制御装置。
【請求項４】
フォーカス制御可能なレンズユニット部と、
前記レンズユニット部を通して被写体を撮像する撮像素子部と、
前記撮像素子部の出力からフォーカス状態を評価するための画像データを生成する画像データ生成部と、
前記画像データのフォーカス状態を評価する領域を設定するフォーカス評価領域設定部と、
前記フォーカス評価領域内で輝度の高い方からｊ個（ｊは前記フォーカス評価領域に含まれる画素データ総数の１／２以下の自然数）の画素データＸ1、Ｘ2、…、Ｘjと、輝度の低い方からｊ個の画素データｘ1、ｘ2、…、ｘjとをそれぞれ組にして選択するデータ選択部と、
前記データ選択部により選択された前記画素データの組の差分Ｘ1−ｘ1、Ｘ2−ｘ2、…、Ｘj−ｘjに基づいてコントラスト値を算出するコントラスト値算出部と、
前記コントラスト値を前記領域内にわたって積分してフォーカス評価値を得る積分部と、
前記フォーカス評価値によりフォーカス状態を判定して前記レンズユニット部のフォーカス制御を行うフォーカス制御部とを備えたフォーカス制御装置。
【請求項５】
前記データ選択部は、フォーカス状態を評価している間は選択する画素データの位置を最初に選択した位置から変えない請求項１乃至４記載のフォーカス制御装置。
【請求項６】
前記データ選択部は、所定の期間フォーカス状態の判定結果が変わらない場合に選択する画素データの位置を変える請求項１乃至４記載のフォーカス制御装置。
【請求項７】
前記フォーカス制御部は、前記フォーカス評価値によるフォーカス状態の判定結果を表示することにより前記レンズユニット部の手動によるフォーカス制御をアシストする請求項１乃至４記載のフォーカス制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子により撮像された画像信号のコントラスト値によりフォーカス評価値を算出し、フォーカス制御を行う撮像装置のフォーカス制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、撮像装置のオートフォーカスには様々な方式が提案、実用されている。その中でも撮像素子により撮像された画像信号に様々な処理を施し、画像信号のコントラストを検出するコントラスト検出方式が一般に広く利用されている。被写体を撮像した時に輪郭部分などに存在する画像信号の高周波成分は、フォーカスが合うほど大きくなる。これは被写体の輪郭部分の明部と暗部の輝度レベル差、すなわちコントラストが大きくなることを意味する。コントラスト検出方式は、この性質を利用するものである。すなわち、所望の被写体にフォーカスを合わせるためには、その画像信号の高周波成分が大きくなるようにフォーカスレンズを自動または手動により制御すればよいことになる。ここでコントラストを検出する方法としては、画像信号に所定の周波数特性を有するハイパスフィルタによるフィルタ処理を施すことで、高周波成分をコントラスト値として抽出する方法が多く利用されている。
【０００３】
従来のフォーカス制御装置としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。図４は従来のフォーカス制御装置の構成を示す図である。図４において、１は被写体に対するフォーカス制御可能なレンズユニット部、２はレンズユニット部１を通して被写体を撮像する撮像素子部、３３は撮像素子部２の出力からフォーカス状態を評価するための輝度信号を生成する輝度信号分離部、３６は輝度信号分離部３３により生成された輝度信号を微分することにより高域成分を抽出し、その絶対値をコントラスト値として算出するコントラスト値算出部、３４は画像のフォーカス状態を評価する領域を設定して領域内のコントラスト値を抽出するゲート部、３５は領域内のライン毎にコントラスト値の最大値を検出するライン最大値検出部、７はライン毎のコントラスト値の最大値を領域内にわたって積分してフォーカス評価値を得る積分部、８はフォーカス評価値によりフォーカス状態を判定してレンズユニット部１のフォーカス制御を行うフォーカス制御部である。
【０００４】
図６は一般的なコントラスト検出方式の動作を説明する図である。
【０００５】
以下、従来のオートフォーカス制御装置のオートフォーカス動作について図４および図６を用いて説明する。図４に示すフォーカス制御装置を含んだ撮像装置を用いて図６（ａ）に示すような被写体を撮像する場合、レンズユニット部１を通して入射された光は撮像素子部２によって電気信号に変換される。輝度信号分離部３３は、この電気信号に種々の信号処理を施した後、フォーカス状態を評価するための信号として任意のラインＬ１における図６（ｂ）に示すような輝度信号を生成する。そしてコントラスト値算出部３６は、この輝度信号にハイパスフィルタによる微分処理等を施すことで高周波成分を抽出する。ラインＬ１上のＡ点およびＢ点は、被写体の輪郭部を示している。フォーカスが合っているときには、Ａ点およびＢ点における輝度信号には垂直方向のエッジが存在する。したがって、高周波成分の振幅レベルは、被写体にフォーカスが合っていない場合には図６（ｃ）に示すように小さな値となっているが、フォーカスが合うにつれて大きくなり、合焦時には図６（ｄ）に示すように極大値をとるようになる。この性質を利用して、コントラスト値算出部３６でコントラスト値として高周波成分の絶対値を算出し、ゲート部３４で設定されたフォーカス評価領域ＦＲ内において所定の方法で積分した値が極大となるようにフォーカスを制御すれば、合焦させることが可能となる。図４に示す従来のフォーカス制御装置では、ライン最大値検出部３５においてフォーカス評価領域ＦＲ内のライン毎のコントラスト値の最大値を検出し、これを積分部７で積分することでフォーカス評価値を得る。フォーカス制御部８ではこのフォーカス評価値が極大値をとるようにレンズユニット部１を制御することにより、オートフォーカス動作を実現している。
【０００６】
また従来、他のフォーカス制御装置としては、特許文献２に記載されたものも知られている。図５は従来のフォーカス制御装置の構成を示す図である。図５において、図４における構成要素と同じものについては同じ番号を付し、説明は省略する。４３は撮像素子部２の出力からフォーカス状態を評価するための輝度信号を生成する輝度信号分離部、４６は輝度信号分離部４３により生成された輝度信号を微分する等により高域成分を抽出してその絶対値をコントラスト値として算出するコントラスト値算出部、４４は画像のフォーカス状態を評価する領域を設定して領域内のコントラスト値を抽出するゲート部、４５は領域内のコントラスト値の中からランダムに値を選択して積分部７に出力するランダムデータ選択部である。
【０００７】
以下、従来のフォーカス制御装置のオートフォーカス動作について図５および図６を用いて説明する。図５に示すオートフォーカス制御装置を用いて図６（ａ）に示すような被写体を撮像する場合も同様に、輝度信号分離部４３ではレンズユニット部１、撮像素子部２を介して得られた電気信号に種々の信号処理を施した後、フォーカス状態を評価するための信号として図６（ｂ）に示すような輝度信号を生成し、コントラスト値算出部４６では、この輝度信号にハイパスフィルタによる微分処理等を施すことで高周波成分を抽出する。そしてランダムデータ選択部４５においてゲート部４４で設定されたフォーカス評価領域ＦＲ内のコントラスト値の中からランダムに間引いて複数個のコントラスト値を選択し、これを積分部７で積分することでフォーカス評価値を得る。フォーカス制御部８ではこのフォーカス評価値が極大値をとるようにレンズユニット部１を制御することにより、オートフォーカス動作を実現している。
【特許文献１】特開平３−２６１２７７号公報
【特許文献２】特開２０００−１４７３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら上記従来のフォーカス制御装置では、撮像した画像の水平方向に高周波成分がないような被写体の場合、すなわち被写体の垂直方向に輪郭などのエッジが存在しない場合には、合焦状態であってもコントラスト値算出部３６および４６からは十分なコントラスト値が出力されないため、合焦状態となるようにフォーカスを制御することができない。
【０００９】
例えば図７（ａ）に示すように水平方向にグラデーション的に明るさが変化する被写体の場合、輝度信号分離部３３および４３により生成される輝度信号は、任意のラインＬ２では図７（ｂ）に示すように水平方向に連続的に輝度レベルが変化するランプ波形となる。このような輝度信号にハイパスフィルタなどを用いて微分処理を施しても図７（ｅ）に示すように高周波成分は０となる。
【００１０】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、回路規模の増大を招くことなく、垂直方向に輪郭などのエッジが存在しない被写体の場合にも有効なコントラスト値を算出してフォーカス評価値を得ることが可能なフォーカス制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記問題点を解決するために本発明のフォーカス制御装置は、フォーカス制御可能なレンズユニット部と、レンズユニット部を通して被写体を撮像する撮像素子部と、撮像素子部の出力からフォーカス状態を評価するための画像データを生成する画像データ生成部と、画像データのフォーカス状態を評価する領域を設定するフォーカス評価領域設定部と、フォーカス評価領域内からコントラスト値を算出するための画素データの組をランダムに複数組選択するデータ選択部と、データ選択部により選択された画素データの組からコントラスト値を算出するコントラスト値算出部と、コントラスト値を選択した画素データの組全体にわたって積分してフォーカス評価値を得る積分部と、フォーカス評価値によりフォーカス状態を判定してレンズユニット部のフォーカス制御を行うフォーカス制御部とを備えた構成とした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は上記構成により、被写体を撮像して得られる元の画像信号の水平および垂直方向の画素の並びに関係なく選択した画像データからコントラスト値を算出するため、被写体に輪郭などのエッジがない場合や比較的コントラストが低い被写体の場合にも有効なフォーカス評価値を得ることができるので、被写体の種類や条件を選ばないフォーカス制御装置を提供することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図１、図２、図３、図７および図８を用いて説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１のフォーカス制御装置の概略構成を示す図であり、１、２、７および８は図４および図５の従来のフォーカス制御装置における１、２、７および８と同様である。３は撮像素子部２の出力からフォーカス状態を評価するための画像データを生成する画像データ生成部、４は画像データのフォーカス状態を評価する領域を設定するフォーカス評価領域設定部、５は領域内の画像データをランダムに間引いてコントラスト値を算出するための元になる画像データを選択するランダムデータ選択部、６はランダムデータ選択部５により選択された画像データからコントラスト値を算出するコントラスト値算出部である。
【００１５】
図７（ａ）及び図８（ａ）は、画像データ生成部３で生成された１画面分の画像データの一例を示している。図中の濃淡は、淡色であるほど高輝度であることを示している。図７（ｂ）は、図７（ａ）の画像データ中のラインＬ２における輝度信号を示している。図７（ｃ）は、図７（ａ）の画像データ中のラインＬ３における輝度信号を示している。図７（ｄ）は、図７（ａ）の画像データ中のラインＬ４における輝度信号を示している。図８（ｂ）は、図８（ａ）の画像データ中のラインＬ５における輝度信号を示している。図８（ｃ）は、図８（ａ）の画像データ中のラインＬ６における輝度信号を示している。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態１のフォーカス制御装置について図１、図７および図８を用いて説明する。
【００１７】
本発明の実施の形態１のフォーカス制御装置を用いて図７（ａ）に示すような被写体を撮像する場合について説明する。図４および図５の従来のフォーカス制御装置と同様に、画像データ生成部３ではレンズユニット部１、撮像素子部２を介して得られた電気信号に種々の信号処理を施して輝度信号を生成する。フォーカス評価領域設定部４ではこの画像のフォーカス状態を評価する領域として、図７（ａ）に示すようなフォーカス評価領域ＦＲを設定する。ランダムデータ選択部５は、フォーカス評価領域ＦＲに含まれる画像データから水平および垂直方向の画素の並びに無関係な組合せで、ランダムに２つの画素位置を選択する。この結果、例えばラインＬ３上のＥ点、ラインＬ４上のＦ点の画素位置が選択されたとする。コントラスト値算出部６は、選択された画素位置Ｅ点、Ｆ点における画素データ間の輝度レベルのコントラスト値を、ハイパスフィルタ等を用いて抽出した高周波成分の絶対値として算出する。同様に、ランダムデータ選択部５は上記Ｅ点、Ｆ点以外にも複数の画素位置の組をランダムに選択し、コントラスト値算出部６は、それらの画素データのコントラスト値を算出する。画素位置の選択の仕方としては、フォーカス評価領域ＦＲ内のすべての画素位置を重複なく一通り選択するようにしてもよいし、所定のサンプル数の組を選択するようにしてもよい。後者の場合、画素位置の重複の有無は問わない。そして積分部７により、選択した画素位置の組全体にわたってこのコントラスト値を積分してフォーカス評価値を算出し、フォーカス制御部８ではこのフォーカス評価値の増減を基に、フォーカス評価値が極大値、即ち合焦状態となるようにレンズユニット部１を制御する。またはフォーカス評価値を加工してモニタ等に表示し、ユーザがそれを参照しながら手動で制御して合焦状態に導くようにしてもよい。
【００１８】
この一連の動作はランダムに選択された画素位置における画素データに対するフォーカス評価値の増減に基づいて行われる。すなわち前回評価時のフォーカス評価値と今回のフォーカス評価値とを比較するため、フォーカス制御動作中は選択する画素位置を変えない方が正確なフォーカス評価値の評価が可能となる。即ち、まずフォーカス評価領域ＦＲにおいて２つの画素位置の組を複数選択する。次に、選択した画素位置の組み合わせで複数のコントラスト値を算出し、これらの積分値をフォーカス評価値とする。フォーカス評価値を基にレンズユニット１を制御し（同じ画素位置における画素データが変化する）、再び同じ画素位置の組み合わせでフォーカス評価値を算出し、合焦状態となるまでこの動作を繰り返す。
【００１９】
また、フォーカス評価値が極大値に達した、即ち合焦状態に達したと判定してフォーカス制御動作が収束してから所定の時間経過した場合には、強制的に選択する画素位置の組を変更する。このようにすることにより、仮にフォーカス評価値の偽の極大値を合焦点と誤認識して収束している状態であっても、その状態から抜け出して真の合焦点を再探索することが可能となる。
【００２０】
さらに本発明の実施の形態１のフォーカス制御装置を用いて、図８（ａ）に示すように窓のブラインドのように垂直方向にのみ明るさが変化する被写体を撮像する場合も同様に、画像データ生成部３ではレンズユニット部１、撮像素子部２を介して得られた電気信号に種々の信号処理を施して輝度信号を生成する。ランダムデータ選択部５はフォーカス評価領域設定部４で設定されたフォーカス評価領域ＦＲに含まれる画像データから水平および垂直方向の画素の並びに無関係な組合せで、ランダムに２つの画素位置を選択する。この結果、例えばラインＬ５上のＨ点、Ｌ６上のＧ点の画素位置が選択されたとする。コントラスト値算出部６は、選択された画素位置Ｇ点、Ｈ点における画素データ間の輝度レベルのコントラスト値を、ハイパスフィルタ等を用いて抽出した高周波成分の絶対値として算出する。同様に、ランダムデータ選択部５は上記Ｇ点、Ｈ点以外にも複数の画素位置の組をランダムに選択し、コントラスト値算出部６は、それらの画素データのコントラスト値を算出する。以下同様にして、レンズユニット部１を制御して合焦状態に導く。
【００２１】
図７（ａ）および図８（ａ）のような被写体の場合、本発明の実施の形態１のフォーカス制御装置では、Ｅ点における画素データの輝度レベルｍｎおよびＦ点における画素データの輝度レベルＭｎ、Ｇ点における画素データの輝度レベルｍｏおよびＨ点における画素データの輝度レベルＭｏの各々にレベル差があるため、これにハイパスフィルタを適用することによりコントラスト値を算出することが可能となる。またハイパスフィルタの周波数特性が固定である場合、抽出される高周波成分の周波数も固定となるため、従来のフォーカス制御装置では被写体に含まれる周波数成分によって抽出されるコントラスト値の大きさが左右されるが、本発明の実施の形態１のフォーカス制御装置では、ハイパスフィルタに入力される画素データが被写体の水平および垂直方向の位置と無関係であるため被写体に含まれる周波数成分とも無関係となり、被写体の種類に影響されずにフォーカス制御を行うことができる。すなわち、コントラスト値を隣接する画素間のコントラストとして算出するのではなく、コントラスト値を算出するための元になる画像データを水平垂直の画素位置に無関係な組合せでランダムに選択することにより、被写体の水平方向に高周波成分が存在しない場合でも有効なコントラスト値を算出することが可能である。
【００２２】
さらに垂直方向にしか輝度レベルの変化が無い被写体を撮像する場合に、従来のフォーカス制御装置では、垂直方向のコントラスト値を抽出するためのハイパスフィルタの構成要素として、１ライン分の遅延を実現するためのラインメモリ等の遅延器がフィルタのタップ数に応じた数だけ必要であったが、本発明の実施の形態１のフォーカス制御装置では、垂直方向のハイパスフィルタは不要であるため、回路規模の増大を招くことなくこのような被写体にも対応できる。
【００２３】
なお、ここではフォーカス状態を評価するための信号として画像データ生成部３で輝度信号を生成したが、例えば画像信号の緑チャンネル（Ｇｃｈ）、青チャンネル（Ｂｃｈ）、赤チャンネル（Ｒｃｈ）の特定の色チャンネル信号等、他の信号であっても良い。
【００２４】
なお、ここでは画素間のコントラスト値を算出する手段としてハイパスフィルタを用いる場合について説明したが、単純に画素間の輝度レベルの差分、すなわち図７の例ではＭｎ−ｍｎ、図８の例ではＭｏ−ｍｏを算出してコントラスト値を算出しても良いし、画素間の輝度レベルのコントラストを抽出できる手段であれば他の方法を用いても構わない。
【００２５】
なお、ここではランダムに２つの画素位置を選択してペアとし、その画素データの差分をコントラスト値として算出する方法について説明したが、さらに多くの画素位置を選択して１グループとし、それらの画素データを順次ハイパスフィルタ回路に入力することにより、連続して入力された画素データ間のコントラスト値を算出しても良い。
【００２６】
以上のように本実施の形態によれば、回路規模の増大を招くことなく、被写体の種類によらずにコントラスト値を抽出することができるため、安定した動作のフォーカス制御装置を実現することができる。
【００２７】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２のフォーカス制御装置の概略構成を示す図であり、１、２、３、４、７および８は図１の本発明の実施の形態１における１、２、３、４、７および８と同様である。１５はフォーカス評価領域ＦＲ内の水平方向のライン毎に、最大輝度の画素データおよび最小輝度の画素データを検出するライン最大・最小値検出部、１６は上記２個の画素データの差分の絶対値をコントラスト値として算出するコントラスト値算出部である。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態２のフォーカス制御装置について、図２および図７を用いて説明する。
【００２９】
本発明の実施の形態２のフォーカス制御装置を用いて図７（ａ）に示すような被写体を撮像する場合、実施の形態１のフォーカス制御装置と同様に、画像データ生成部３ではレンズユニット部１、撮像素子部２を介して得られた電気信号に種々の信号処理を施して輝度信号を生成する。フォーカス評価領域設定部４ではこの画像のフォーカス状態を評価する領域として、図７（ａ）に示すようなフォーカス評価領域ＦＲを設定する。ライン最大・最小値検出部１５は、フォーカス評価領域ＦＲに含まれる水平方向のライン毎に、最大輝度の画素データをもつ画素位置および最小輝度の画素データをもつ画素位置を検出する。例えば、ラインＬ２上で輝度が最大である画素データをもつ画素位置をＤ点、および輝度が最小である画素データを持つ画素位置をＣ点とする。コントラスト値算出部１６は、選択されたＣ点、Ｄ点の画素データ間の輝度レベルのコントラスト値を、両者の差分Ｍｍ−ｍｍの絶対値として算出する。同様に、ライン最大・最小値検出部１５は上記Ｃ点、Ｄ点以外にも各水平方向のライン毎に、最大輝度の画素データをもつ画素位置および最小輝度の画素データをもつ画素位置を検出し、コントラスト値算出部１６は、それらの画素位置における画素データのコントラスト値を算出する。そして積分部７によりこのコントラスト値をフォーカス評価領域ＦＲ内の全ラインにわたって積分してフォーカス評価値を算出し、フォーカス制御部８ではこのフォーカス評価値の増減を基に、フォーカス評価値が極大値、即ち合焦状態となるようにレンズユニット部１を制御する。またはフォーカス評価値を加工してモニタ等に表示し、ユーザがそれを参照しながら手動で制御して合焦状態に導くようにしてもよい。
【００３０】
この一連の動作は、フォーカス制御動作開始時における、水平方向のライン毎に検出された最大輝度の画素位置における画素データおよび最小輝度の画素位置における画素データに対するフォーカス評価値の増減に基づいて行われる。すなわち前回評価時のフォーカス評価値と今回のフォーカス評価値とを比較するため、フォーカス制御動作開始時に評価する画素データの位置を決定したら、フォーカス制御動作中は選択した画素データがその後上記の条件を満たさなくなった場合にも選択する画素位置を変えない方が正確なフォーカス評価値の評価が可能となる。
【００３１】
また、フォーカス評価値が極大値に達した、即ち合焦状態に達したと判定してフォーカス制御動作が収束してから所定の時間経過した場合には、再度最大輝度の画素データをもつ画素位置および最小輝度の画素データをもつ画素位置を選択しなおして、フォーカス制御動作を行う。このようにすることにより、仮にフォーカス評価値の偽の極大値を合焦点と誤認識して収束している状態であっても、その状態から抜け出して真の合焦点を再探索することが可能となる。
【００３２】
図７（ａ）のような被写体の場合、本発明の実施の形態２のフォーカス制御装置では、被写体が全体的に暗い時などコントラストが少ない場合にも、水平方向のライン毎に、フォーカス評価領域ＦＲ中で最大輝度の画素データおよび最小輝度の画素データを検出して、そのコントラスト値を算出するため有効なコントラスト値を得やすく、被写体の種類に影響されずにフォーカス制御を行うことができる。すなわち、ライン毎に含まれる輝度の高い画素データと輝度の低い画素データの差分の絶対値をコントラスト値とするため、隣接する画素間よりも大きなコントラスト値を得ることができ、コントラストの少ない被写体に対しても合焦が可能である。
【００３３】
なお、ここではフォーカス状態を評価するための信号として画像データ生成部３で輝度信号を生成したが、例えば画像信号の緑チャンネル（Ｇｃｈ）、青チャンネル（Ｂｃｈ）、赤チャンネル（Ｒｃｈ）の特定の色チャンネル信号等、他の信号であっても良い。
【００３４】
なお、ここでは水平方向のライン毎に最大輝度の画素データおよび最小輝度の画素データの２個のみ選択したが、水平方向のライン毎に２番目、３番目、・・・に輝度の高い画素データおよび２番目、３番目、・・・に輝度の低い画素データを検出するなど、２つ以上の画素データを用いてもよい。また、その場合のコントラスト値の算出は、（最大の輝度値）−（最小の輝度値）、（２番目に高い輝度値）−（２番目に低い輝度値）、（３番目に高い輝度値）−（３番目に低い輝度値）、…を求め、これらの和、または平均値としてコントラスト値を算出しても良い。すなわち、フォーカス評価領域ＦＲに含まれる水平方向のあるラインにおける画素データを輝度の高いほうから順にＹ1、Ｙ2、…、Ｙi、輝度の低いほうから順にｙ1、ｙ2、…、ｙi（ｉは、フォーカス評価領域ＦＲに含まれる水平方向ラインにおける画素データ総数の１／２以下の自然数）としたときに、（Ｙ1−ｙ1）、（Ｙ2−ｙ2）、…、（Ｙi−ｙi）の総和、または平均値をコントラスト値としてもよい。
【００３５】
以上のように本実施の形態によれば、回路規模の増大を招くことなく、被写体の種類によらずにコントラスト値を抽出することができるため、安定した動作のフォーカス制御装置を実現することができる。
【００３６】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３のフォーカス制御装置の概略構成を示す図であり、１、２、３、４、７および８は図１の本発明の実施の形態１における１、２、３、４、７および８と同様である。２５はフォーカス評価領域ＦＲ内で最大輝度の画素データおよび最小輝度の画素データを検出する最大・最小値検出部、２６は上記２個の画像データの差分の絶対値をコントラスト値として算出するコントラスト値算出部である。
【００３７】
以下、本発明の実施の形態３のフォーカス制御装置について図３、図７および図８を用いて説明する。
【００３８】
本発明の実施の形態３のフォーカス制御装置を用いて図７（ａ）に示すような被写体を撮像する場合、実施の形態１のフォーカス制御装置と同様に、画像データ生成部３ではレンズユニット部１、撮像素子部２を介して得られた電気信号に種々の信号処理を施して輝度信号を生成する。フォーカス評価領域設定部４ではこの画像のフォーカス状態を評価する領域として、図７（ａ）に示すようなフォーカス評価領域ＦＲを設定する。最大・最小値検出部２５は、フォーカス評価領域ＦＲに含まれる最大輝度の画素データをもつ画素位置および最小輝度の画素データをもつ画素位置を検出する。例えば、フォーカス評価領域ＦＲ中で輝度が最大である画素位置をＦ点および輝度が最小である画素位置をＥ点とする。コントラスト値算出部２６は選択されたＥ点、Ｆ点における画素データ間の輝度レベルのコントラスト値を、両者の差分Ｍｎ−ｍｎの絶対値として算出する。同様に、最大・最小値検出部２５は上記Ｅ点、Ｆ点以外にも、２番目、３番目、・・・に輝度の高い画素データおよび２番目、３番目、・・・に輝度の低い画素データを検出し、コントラスト値算出部２６は、それらのコントラスト値を同様に算出する。すなわち、フォーカス評価領域ＦＲ内で輝度の高い方からｊ個（ｊはフォーカス評価領域に含まれる画素データ総数の１／２以下の自然数）の画素データＸ1、Ｘ2、…、Ｘjと、輝度の低い方からｊ個の画素データｘ1、ｘ2、…、ｘjとをそれぞれ組にして選択する。コントラスト値算出部２６は、これら画素データの組の差分Ｘ1−ｘ1、Ｘ2−ｘ2、…、Ｘj−ｘjの絶対値としてコントラスト値を算出する。
【００３９】
そして積分部７によりこのコントラスト値を積分してフォーカス評価値を算出し、フォーカス制御部８ではこのフォーカス評価値の増減を基に、フォーカス評価値が極大値、即ち合焦状態となるようにレンズユニット部１を制御する。またはフォーカス評価値を加工してモニタ等に表示し、ユーザがそれを参照しながら手動で制御して合焦状態に導くようにしてもよい。
【００４０】
この一連の動作は、フォーカス制御動作開始時における、フォーカス評価領域ＦＲ内で検出された輝度の高い画素データおよび輝度の低い画素データに対するフォーカス評価値の増減に基づいて行われる。すなわち前回評価時のフォーカス評価値と今回のフォーカス評価値とを比較するため、フォーカス制御動作開始時に評価する画素データの位置を決定したら、フォーカス制御動作中は選択した画素データがその後上記の条件を満たさなくなった場合にも選択する画素位置を変えない方が正確なフォーカス評価値の評価が可能となる。
【００４１】
また、フォーカス評価値が極大値に達した、即ち合焦状態に達したと判定してフォーカス制御動作が収束してから所定の時間経過した場合には、再度最大輝度の画素データを持つ画素位置および最小輝度の画素データをもつ画素位置を選択しなおして、フォーカス制御動作を行う。このようにすることにより、仮にフォーカス評価値の偽の極大値を合焦点と誤認識して収束している状態であっても、その状態から抜け出して真の合焦点を再探索することが可能となる。
【００４２】
さらに本発明の実施の形態３のフォーカス制御装置を用いて、図８（ａ）に示すような被写体を撮像する場合も同様に、画像データ生成部３ではレンズユニット部１、撮像素子部２を介して得られた電気信号に種々の信号処理を施して輝度信号を生成する。最大・最小値検出部２５はフォーカス評価領域設定部４で設定されたフォーカス評価領域ＦＲに含まれる最大輝度の画素データをもつ画素位置および最小輝度の画素データをもつ画素位置を検出する。例えば、フォーカス評価領域ＦＲ中で輝度が最大である画素位置をラインＬ５上のＨ点および輝度が最小である画素位置をラインＬ６上のＧ点とする。コントラスト値算出部２６は選択されたＧ点、Ｈ点における画素データ間の輝度レベルのコントラスト値を、両者の差分Ｍｏ−ｍｏの絶対値として算出して、以下同様にレンズユニット部１を制御して合焦状態に導く。
【００４３】
図７（ａ）および図８（ａ）のような被写体の場合、本発明の実施の形態３のフォーカス制御装置では、被写体が全体的に暗い時などコントラストが少ない場合にも、フォーカス評価領域ＦＲ中で最大輝度の画素データおよび最小輝度の画素データを検出して、そのコントラスト値を算出するため有効なコントラスト値を得やすく、被写体の種類に影響されずにフォーカス制御を行うことができる。さらに垂直方向にしか輝度レベルの変化が無い被写体であってもラインメモリ搭載などの回路規模の増大を招くことなく対応できる。すなわち、フォーカス評価領域内に含まれる輝度の高い画素データと輝度の低い画素データの差分の絶対値をコントラスト値とするため、隣接する画素間よりも大きなコントラスト値を得ることができ、コントラストの少ない被写体に対しても合焦が可能である。
【００４４】
なお、ここではフォーカス状態を評価するための信号として画像データ生成部３で輝度信号を生成したが、例えば画像信号の緑チャンネル（Ｇｃｈ）、青チャンネル（Ｂｃｈ）、赤チャンネル（Ｒｃｈ）の特定の色チャンネル信号等、他の信号であっても良い。
【００４５】
以上のように本実施の形態によれば、回路規模の増大を招くことなく、被写体の種類によらずにコントラスト値を抽出することができるため、安定した動作のフォーカス制御装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明にかかるフォーカス制御装置は、被写体を撮像して得られる元の画像信号の水平および垂直方向の画素の並びに関係なく選択した画像データからコントラスト値を算出するため、被写体に輪郭などのエッジがない場合や比較的コントラストが少ない被写体の場合にもフォーカス制御が可能な撮像装置のオートフォーカス機能およびマニュアルフォーカス機能として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるフォーカス制御装置の概略構成を説明する図
【図２】本発明の実施の形態２におけるフォーカス制御装置の概略構成を説明する図
【図３】本発明の実施の形態３におけるフォーカス制御装置の概略構成を説明する図
【図４】従来のフォーカス制御装置の概略構成を説明する図
【図５】従来のフォーカス制御装置の概略構成を説明する図
【図６】コントラスト方式のフォーカス制御装置の動作を説明する図
【図７】コントラスト方式のフォーカス制御装置の動作を説明する図
【図８】コントラスト方式のフォーカス制御装置の動作を説明する図
【符号の説明】
【００４８】
１  レンズユニット部
２  撮像素子部
３  画像データ生成部
４  フォーカス評価領域設定部
５、４５  ランダムデータ選択部
６、１６、２６、３６、４６  コントラスト値算出部
７  積分部
８  フォーカス制御部
１５  ライン最大・最小値検出部
２５  最大・最小値検出部
３３、４３  輝度信号分離部
３４、４４  ゲート部
３５  ライン最大値検出部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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