(57)【要約】【課題】高周波ノイズの影響を考慮した山登り方式のオートフォーカス制御を効率的かつ精度良く行える電子カメラの提供。【解決手段】デジタルビデオカメラ１０は、初期化処理中に映像信号の黒レベルを取得しておく。そして、オートフォーカス処理を開始すると、現在のコンペンセータレンズ１５０の位置におけるＡＦ評価値及び輝度評価値を取得し、ＡＦ評価値最大値とその時のコンペンセータレンズ１５０の位置を更新する。また、ＡＧＣゲインを取得し、これと輝度評価値と黒レベルとを用いて、ＡＦ評価値のオフセット値を算出し、その値とＡＦ評価値最大値とに基づいて閾値を算出する。ＡＦ評価値が閾値よりも小さくなれば、ＡＦ評価値最大値を検出したレンズ位置を合焦位置として制御する。一方、閾値以上であれば、コンペンセータレンズ１５０を所定ステップ数だけ移動させて、再度、上述の処理を行う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合焦状態を調整可能な光学系を介して得られた光学像を撮像手段により映像信号に変換する撮像装置であって、
前記映像信号を撮像条件によって制御された所定のゲインで調整し、該調整された映像信号から、少なくとも、前記光学系を介して得られた光学像が合焦した際に得られる高周波成分を含む帯域の信号の強度を検出する高周波成分抽出手段と、
前記光学系を介して得られた光学像が合焦していない際に前記検出された信号の強度をオフセット値として学習する学習手段と、
前記学習されたオフセット値を参照することにより、前記検出された信号の強度がピークとなる前記光学系の調整方向を推定し、該光学系を合焦の状態に制御する光学系制御手段と
を備えた撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記光学系制御手段は、前記光学系を合焦の状態に制御する際、前記検出された信号の強度のピークを、前記学習されたオフセット値を参照して特定し、該信号の強度がピークとなるように、前記光学系の合焦の状態を特定する合焦状態特定手段を有し、該特定された合焦の状態に前記光学系を制御する撮像装置。
【請求項３】
請求項２記載の撮像装置であって、
前記光学系制御手段は、前記推定された調整方向に前記光学系の合焦の状態を制御する中で、前記信号の強度が、前記学習されたオフセット値と前記制御の中で検出された前記信号の強度の最大値とを基に算出される閾値よりも小さくなったときに、該検出された信号の強度の最大値を前記信号の強度のピークとして特定する撮像装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか記載の撮像装置であって、
前記光学系は、
該光学系を構成する複数のレンズのうち少なくとも一枚のレンズの位置を移動することにより、焦点距離を調整可能なレンズユニットと、
前記少なくとも一枚のレンズを移動する移動用アクチュエータと
を備え、
前記光学系制御手段は、前記移動用アクチュエータを制御して、前記レンズユニットが合焦する位置に前記少なくとも一枚のレンズを移動する
撮像装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか記載の撮像装置であって、
前記学習手段は、前記高周波成分抽出手段が、被写界の光を所定以上含まない黒レベルの前記映像信号を所定のゲインで調整し、該調整された映像信号から検出する黒レベル信号強度を少なくとも用いて、前記合焦していない際の信号の強度を検出し、該信号の強度をオフセット値として学習する撮像装置。
【請求項６】
請求項５記載の撮像装置であって、
更に、前記撮像条件によって制御された所定のゲインで調整された映像信号の輝度信号の強度を検出する手段を備え、
前記学習手段は、前記検出された黒レベル信号強度と前記ゲインと前記検出された輝度信号の強度とを用いて、前記合焦していない際の信号の強度を検出し、該信号の強度をオフセット値として学習する撮像装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の撮像装置であって、
前記高周波成分抽出手段は、前記黒レベル信号強度を複数回数検出し、
前記学習手段は、前記複数回数検出された黒レベル信号強度の平均値及び標準偏差を少なくとも用いて、前記合焦していない際の信号の強度を検出し、該信号の強度をオフセット値として学習する撮像装置。
【請求項８】
請求項５ないし請求項７のいずれか記載の撮像装置であって、
更に、前記光学系が前記合焦の状態への制御を開始するために必要な初期化を行う初期化手段を備え、
前記高周波成分抽出手段は、前記初期化の間に前記黒レベル信号強度を検出する
撮像装置。
【請求項９】
請求項５ないし請求項８のいずれか記載の撮像装置であって、
前記光学系は、更に前記光学像の光量を調節する絞り機構を備え、
前記高周波成分抽出手段は、前記絞り機構を所定以下に閉じた状態で前記信号の強度を検出することで、前記黒レベル信号強度を検出する
撮像装置。
【請求項１０】
合焦の状態を調整可能な光学系の焦点自動調節方法であって
前記光学系を介して得られた光学像を撮像手段により変換した映像信号から、少なくとも、前記光学系を介して得られた光学像が合焦した際に得られる高周波成分を含む帯域の信号の強度を検出し、
前記光学系を介して得られた光学像が合焦していない際に前記検出された信号の強度をオフセット値として学習し、
前記学習されたオフセット値を参照することにより、前記検出された信号の強度がピークとなる前記光学系の調整方向を推定し、該光学系を合焦の状態に制御する
焦点自動調節方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合焦位置を調整可能な光学系を介して得られた光学像を撮像手段により映像信号に変換する撮像装置のオートフォーカス技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタル技術の発展に伴い、デジタルビデオカメラなどの電子カメラが普及している。これらの電子カメラには、通常、被写体に対してフォーカスレンズを自動合焦させるオートフォーカス機構が設けられている。このようなオートフォーカス機構のひとつに、いわゆる山登り方式と呼ばれる方式がある。この山登り方式では、フォーカスレンズの位置を光軸方向に前後に動作させながら、ＣＣＤなどの撮像素子から得られる輝度信号の高周波成分を検波回路で検波した評価値（以下、「ＡＦ評価値」という）を取得し、このＡＦ評価値がピークとなるフォーカスレンズの位置が合焦位置であるとしてフォーカスレンズの位置が制御される。このように高周波成分を合焦評価に用いるのは、撮像画像のエッジを形成する部分は高周波成分を多く含むので、同じ被写界から得られた撮像画像であれば、ＡＦ評価値が大きいほどエッジが強い、すなわち合焦度が高いといえるからである。こうした制御機構を備えた電子カメラとしては、例えば、下記文献のものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１−１２５０６５号公報
【特許文献２】特開平７−８７３７７号公報
【特許文献３】特開２００６−７９０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、こうした山登り方式のＡＦ評価値には、高周波ノイズが含まれてしまうため、正確なオートフォーカス制御が行えないことがあった。そこで、このノイズの影響を考慮したフォーカスレンズ制御を効率的かつ精度良く行える技術が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する本発明の撮像装置は、
合焦位置を調整可能な光学系を介して得られた光学像を撮像手段により映像信号に変換する撮像装置であって、
前記映像信号を撮像条件によって制御された所定のゲインで調整し、該調整された映像信号から、少なくとも、前記光学系を介して得られた光学像が合焦した際に得られる高周波成分を含む帯域の信号の強度を検出する高周波成分抽出手段と、
前記光学系を介して得られた光学像が合焦していない際に前記検出された信号の強度をオフセット値として学習する学習手段と、
前記学習されたオフセット値を参照することにより、前記検出された信号の強度がピークとなる前記光学系の調整方向を推定し、該光学系を合焦の状態に制御する光学系制御手段と
を備えたことを要旨とする。
【０００６】
かかる構成の撮像装置は、光学像が合焦していない際に検出された信号の強度をオフセット値として学習し、このオフセット値を参照して、検出された信号の強度がピークとなる光学系の調整方向を推定し、該光学系を合焦の状態に制御するので、ノイズの影響を受けやすい低コントラスト、低照度の被写界であっても、精度の高いオートフォーカス制御が行える。
【０００７】
また、かかる構成の撮像装置において、光学系制御手段は、光学系を合焦の位置に制御する際、検出された信号の強度のピークを、学習されたオフセット値を参照して特定し、該信号の強度がピークとなるように、光学系の合焦の状態を特定する合焦状態特定手段を有し、該特定された合焦の状態に前記光学系を制御するものとしてもよい。
【０００８】
このような構成によれば、信号のピークを、オフセット値を参照して特定し、信号強度がピークとなる合焦の状態に光学系を制御するので、ノイズの影響を考慮した精度の高いオートフォーカス制御が行える。
【０００９】
また、かかる構成の撮像装置において、光学系制御手段は、推定された調整方向に光学系の合焦の状態を制御する中で、信号の強度が、学習されたオフセット値と前記制御の中で検出された信号の強度の最大値とを基に算出される閾値よりも小さくなったときに、該検出された信号の強度の最大値を信号の強度のピークとして特定するものとしてもよい。
【００１０】
このような構成によれば、オフセット値と信号の強度の最大値とを基に算出される閾値を用いて信号の強度のピークを特定するので、ノイズの影響を考慮して正確にピークを特定することができる。
【００１１】
また、かかる構成の撮像装置において、光学系は、該光学系を構成する複数のレンズのうち少なくとも一枚のレンズの位置を移動することにより、焦点距離を調整可能なレンズユニットと、少なくとも一枚のレンズを移動する移動用アクチュエータとを備え、光学系制御手段は、移動用アクチュエータを制御して、レンズユニットが合焦する位置に少なくとも一枚のレンズを移動するものとしてもよい。
【００１２】
このような構成によれば、光学系は複数のレンズにより構成され、レンズを移動することにより焦点距離を調整する撮像装置についても、精度の高いオートフォーカス制御が行える。
【００１３】
また、かかる構成の撮像装置において、学習手段は、高周波成分抽出手段が、被写界の光を所定以上含まない黒レベルの映像信号を所定のゲインで調整し、該調整された映像信号から検出する黒レベル信号強度を少なくとも用いて、合焦していない際の信号の強度を検出し、該信号の強度をオフセット値として学習するものとしてもよい。
【００１４】
このような構成によれば、全く合焦していない状態と見なすことができる黒レベル信号強度を用いて、オフセット値を学習するので、精度の高いオフセット値を得ることができる。
【００１５】
また、かかる構成の撮像装置において、更に、撮像条件によって制御された所定のゲインで調整された映像信号の輝度信号の強度を検出する手段を備え、学習手段は、検出された黒レベル信号強度とゲインと検出された輝度信号の強度とを用いて、合焦していない際の信号の強度を検出し、該信号の強度をオフセット値として学習するものとしてもよい。
【００１６】
このような構成によれば、黒レベル信号強度に加えて、ノイズに大きな影響を与えるゲインと輝度信号の強度とを用いてオフセット値を学習するため、ノイズの影響を精度良く反映して、精度の高いオートフォーカス制御が行える。
【００１７】
また、かかる構成の撮像装置において、高周波成分抽出手段は、黒レベル信号強度を複数回数検出し、学習手段は、複数回数検出された黒レベル信号強度の平均値及び標準偏差を少なくとも用いて、合焦していない際の信号の強度を検出し、該信号の強度をオフセット値として学習するものとしてもよい。
【００１８】
このような構成によれば、複数回数検出された黒レベル信号強度を基にオフセット値を学習するので、黒レベルの変動を十分に反映することができ、精度の高いオフセット値を得ることができる。
【００１９】
また、かかる構成の撮像装置において、更に、光学系が合焦の状態への制御を開始するために必要な初期化を行う初期化手段を備え、高周波成分抽出手段は、初期化の間に黒レベル信号強度を検出するものとしてもよい。
【００２０】
このような構成によれば、初期化の間に黒レベル信号強度を検出するために、黒レベル信号強度を検出するために余分な時間がかからないので、効率的にオートフォーカス制御の準備を行える。
【００２１】
また、かかる構成の撮像装置において、光学系は、更に前記光学像の光量を調節する絞り機構を備え、高周波成分抽出手段は、絞り機構を所定以下に閉じた状態で信号の強度を検出することで、黒レベル信号強度を検出するものとしてもよい。
【００２２】
このような構成によれば、高周波成分抽出手段は、絞り機構を所定以下に閉じた状態で信号の強度を検出することで、黒レベル信号強度を検出するので、簡単に黒レベル信号強度を検出できる。
【００２３】
なお、本発明は、上述した撮像装置としての構成のほか、焦点自動調節方法としても構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施例について次の順序で説明する。
（１）デジタルビデオカメラの概略構成：
（２）初期化処理：
（３）オートフォーカス処理：
【００２５】
（１）デジタルビデオカメラの概略構成：
図１は、本発明の実施例としてのデジタルビデオカメラ１０の概略構成を示す説明図である。デジタルビデオカメラ１０は、山登り方式のオートフォーカス機構を備えた据付式の監視カメラであり、レンズブロック１００、ＣＣＤ２００、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）及びＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路３１０、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）３２０、ＡＦ回路３３０、マイクロコンピュータ４００、レンズ等駆動モータ５１０〜５３０、レンズ等ドライバ５５０〜５７０、ＲＯＭ６００、ＲＡＭ７００、出力インターフェース８００を備えている。
【００２６】
レンズブロック１００は、固定第１レンズ１１０、変倍機能を持つ可動式のバリエータレンズ１２０、レンズを通過する光量を制御するアイリス１３０、固定第２レンズ１４０、フォーカス機能と変倍時に焦点位置補正を行う機能とを持つ可動式のコンペンセータレンズ１５０、バリエータレンズ１２０及びコンペンセータレンズ１５０の位置をそれぞれ検出する位置検出装置１７０及び１９０、アイリス１３０の絞り値を検出する絞り値検出装置１８０から構成される。これらのレンズ群は、入射された被写界の光学像の倍率、光量、焦点を調整して、ＣＣＤ２００の面上に結像させる。なお、本実施例においては、上述の各レンズは、説明の便から単一のレンズとして示しているが、複数のレンズから構成されてもよい。
【００２７】
ＣＣＤ２００は、結像された光学像を電気信号に変換する撮像素子である。なお、本実施例では、撮像素子としてＣＣＤを用いたが、ＣＭＯＳなど他の撮像素子を用いてもよい。
【００２８】
サンプルホールド及びＡＧＣ回路３１０は、ＣＣＤ２００の出力からスイッチングノイズを除去して信号成分を取り出すとともに、出力信号レベルが一定になるようにゲインを制御する回路である。ＤＳＰ３２０は、サンプルホールド及びＡＧＣ回路３１０から出力されたアナログ信号をデジタル信号へ変換して、輝度信号やクロマ信号を生成すると共に、ガンマ補正、アパーチャ補正、ホワイトバランス調整等の処理を行う専用のプロセッサである。ＡＦ回路３３０は、ＤＳＰから出力された映像信号から、後述するＡＦ評価値や輝度評価値を検出する回路であり、ハイパスフィルタ、絶対値回路、検波回路等で構成される。
【００２９】
ズームモータ５１０，フォーカスモータ５３０は、バリエータレンズ１２０，コンペンセータレンズ１５０の位置を移動させて、倍率調整または焦点調整を行うためのステッピングモータである。また、アイリスモータ５２０は、アイリス１３０を開閉して光量を調整するためのガルバノメータである。
【００３０】
マイクロコンピュータ４００は、ＲＯＭ６００に記憶された制御プログラムを用いて、ＡＦ回路３３０から得られるＡＦ評価値が最大となるように、フォーカスドライバ５７０を介してフォーカスモータ５３０を動作させて、コンペンセータレンズ１５０の位置を移動させて、オートフォーカス制御を行うほか、デジタルビデオカメラ１０の動作全体を制御する。
【００３１】
ＲＯＭ６００には、マイクロコンピュータ４００が用いる、デジタルビデオカメラ１０の動作に必要な制御プログラムのほか、後述する閾値係数テーブル６１０が記憶されている。また、ＲＯＭ６００には、バリエータレンズ１２０及びコンペンセータレンズ１５０の初期位置を記憶するレンズ初期位置記憶部６２０が確保されている。
【００３２】
なお、本実施例のデジタルビデオカメラ１０は、デジタルビデオカメラ１０の電源を入れて撮像を開始する時に、オートフォーカス制御の開始に先立って、レンズを所定の焦点位置に移動させる。これは、山登り方式のオートフォーカス制御を効率的に行うために、一般的に焦点が合う可能性が高いと予想されるレンズの位置や、ユーザが頻繁に利用する撮像条件に適したレンズの位置を予めメーカーが設定しておき、バリエータレンズ１２０及びコンペンセータレンズ１５０を、まず、この設定位置に移動させるのである。オートフォーカス制御は、その後、開始される。このオートフォーカス制御を開始するバリエータレンズ１２０及びコンペンセータレンズ１５０の位置が上述の初期位置である。また、レンズ初期位置記憶部６２０は、ＲＯＭ６００に代えて、不揮発性ＲＡＭやＥＥＰＲＯＭに確保するものとしてもよい。この場合には、メーカー設定の初期位置だけでなく、ユーザが所望の初期位置も記憶させてもよい。
【００３３】
ＲＡＭ７００には、制御プログラムを実行するためのワークエリアのほか、ＡＦ評価値記憶部７１０、レンズ位置記憶部７２０と呼ばれる記憶領域が確保されている。なお、これらの記憶領域は、マイクロコンピュータ４００が備えるレジスタ内に確保することでもよい。
【００３４】
出力インターフェース８００は、デジタルビデオカメラ１０で撮像された映像データを出力するためのインターフェースであり、例えば、図示しないモニタに接続して、モニタ画面上で、デジタルビデオカメラ１０で撮像された映像データを見ることができる。
【００３５】
（２）初期化処理：
図２は、デジタルビデオカメラ１０の電源ＯＮ時の初期化処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、デジタルビデオカメラ１０の電源を入れた時や定期的なリフレッシュ動作を行った時などの初期化動作として、バリエータレンズ１２０及びコンペンセータレンズ１５０を予め設定された初期位置に移動させる処理と、後述するオートフォーカス制御において、ノイズの影響を考慮するための情報を取得する処理を平行して行う処理である。
【００３６】
ユーザにより、デジタルビデオカメラ１０の電源が入れられ、この処理が開始されると、マイクロコンピュータ４００は、アイリス１３０を全閉する（ステップＳ１００）。そして、マイクロコンピュータ４００は、バリエータレンズ１２０の初期位置への移動処理を開始する（ステップＳ１１０）。
【００３７】
上述の初期位置移動処理については、図３を用いて説明する。図３は、図２の初期化処理のステップＳ１１０で実行されるバリエータレンズ１２０の初期位置移動処理の手順を示すフローチャートである。この処理が開始されると、マイクロコンピュータ４００は、バリエータレンズ１２０の位置検出装置１７０が原点を検出しているか否かを判断する（ステップＳ２１０）。その結果、原点を検出していれば（ステップＳ２１０：Ｙｅｓ）、原点から所定のステップ数移動した位置として予め設定された初期位置へ移動完了しているか否かを判断する（ステップＳ２２０）。その判断の結果、初期位置へ移動完了していれば（ステップＳ２２０：Ｙｅｓ）、この処理を完了し、図２に示した初期化処理に戻る。
【００３８】
なお、上述の処理が開始された時のコンペンセータレンズ１５０の位置は、前回、電源を切った時の位置である。また、上述のステップ数とは、ズームモータ５１０の１パルス分に対応する移動距離であり、初期位置は、原点からのステップ数をレンズ初期位置記憶部６２０に記憶することで管理されている。
【００３９】
また、本実施例においては、上述の位置検出装置１７０は、バリエータレンズ１２０の原点位置にフォトセンサを備えており、このフォトセンサの発光部と受光部の間を、バリエータレンズ１２０に固定された遮光板がバリエータレンズ１２０の移動に応じて進退し、受光部の出力が変化した位置を原点として検出するものとしたが、これに限られるものではなく、電気、静電容量、磁気等を用いた別の方法によってもよい。
【００４０】
一方、位置検出装置１７０が原点を検出していなければ（ステップＳ２１０：Ｎｏ）、マイクロコンピュータ４００は、ズームドライバ５５０に指令を出して、ズームモータ５１０を動作させ、バリエータレンズ１２０を原点方向へ１ステップ移動させ（ステップＳ２３０）、図２に示した初期化処理に戻る。
【００４１】
また、初期位置へ移動完了していなければ（ステップＳ２２０：Ｎｏ）、マイクロコンピュータ４００は、ズームドライバ５５０に指令を出して、ズームモータ５１０を動作させ、バリエータレンズ１２０を初期位置方向へ１ステップ移動させ（ステップＳ２４０）、図２に示した初期化処理に戻る。
【００４２】
次に、マイクロコンピュータ４００は、コンペンセータレンズ１５０の初期位置移動処理を開始する（ステップＳ１２０）。この処理は、上述のバリエータレンズ１２０の初期位置移動処理と同様の処理である。
【００４３】
次に、マイクロコンピュータ４００は、ステップＳ１１０，Ｓ１２０において移動したバリエータレンズ１２０，コンペンセータレンズ１５０の位置において、ＡＦ評価値ＡＦ０を取得する（ステップＳ１３０）。このＡＦ評価値は、まず、ＡＦ回路３３０を用いて、ハイパスフィルタにより輝度信号の高周波成分を取り出し、取り出した高周波成分を絶対値回路により絶対値化し、更にゲート回路により測距枠として設定された範囲に該当する信号のみを抽出し、検波回路によりピーク検波することで取得される。なお、本実施例では、このハイパスフィルタは、様々な被写界に対応できるように遮断周波数を１ＭＨｚと数十ｋＨｚの２種類から選択できるようにしているが、単一の遮断周波数を用いたり、他の遮断周波数を用いたりしてもよい。また、本実施例においては、このＡＦ評価値は、６０Ｈｚの垂直同期信号に応答して取得されるものとした。
【００４４】
通常、上述のＡＦ評価値は、オートフォーカス制御の過程において、コンペンセータレンズ１５０を移動させながら所定の移動位置毎に取得され、このＡＦ評価値がピークとなるコンペンセータレンズ１５０の位置を合焦位置として制御するものであるが、ここでのＡＦ評価値ＡＦ０は、アイリス１３０を全閉した状態で取得されたものであるため、映像信号の黒レベルである。この黒レベルは、被写界に対して全く合焦していない際の映像信号と捉えることができる。
【００４５】
なお、上述の黒レベルの取得の際には、固定された条件下で黒レベルを取得するために、ＡＧＣゲインを所定値に固定した状態で行うことが望ましい。本実施例においては、黒レベル取得時のＡＧＣゲインは０ｄＢとしたが、他の固定値であってもよい。
【００４６】
次に、マイクロコンピュータ４００は、バリエータレンズ１２０及びコンペンセータレンズ１５０が共に初期位置に移動を完了したか否かを判断する（ステップＳ１４０）。その結果、少なくとも一方が初期位置に移動を完了していなければ（ステップＳ１４０：Ｎｏ）、処理を上記ステップＳ１１０に戻し、バリエータレンズ１２０，コンペンセータレンズ１５０の位置を１ステップ移動させ、ＡＦ評価値ＡＦ０を取得する。
【００４７】
上記の処理を繰り返し、バリエータレンズ１２０及びコンペンセータレンズ１５０の移動位置毎にＡＦ評価値ＡＦ０を取得しながら、バリエータレンズ１２０及びコンペンセータレンズ１５０が共に初期位置に移動を完了すると（ステップＳ１４０：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ４００は、これまでに取得されたＡＦ評価値ＡＦ０を基に、オフセット係数Ｍ，ＳＤを算出する（ステップＳ１５０）。このオフセット係数Ｍ，ＳＤは、後述するオートフォーカス処理において、ノイズの影響を考慮した合焦位置を特定するために、ＡＦ評価値のノイズレベルであるオフセット値ＯＦＦを算出するための係数であり、ステップＳ１３０において取得されたＮ個のＡＦ評価値ＡＦ０（ｉ）（ｉは１〜Ｎの整数）の平均値、標準偏差として与えられる。すなわち、オフセット係数Ｍ，ＳＤは次式（１），（２）で表される。
【００４８】
【数１】
2008170507.tif 000003
【数２】
2008170507.tif 000004
【００４９】
以上により、一連の初期化処理は完了し、デジタルビデオカメラ１０は、オートフォーカス制御による撮像が行える状態となる。かかるデジタルビデオカメラ１０は、アイリス１３０を全閉した状態で合焦していない場合の映像信号としての黒レベルを取得するため、レンズブロック１００の状態に関係なく、黒レベルを精度良く検出できる。また、黒レベルを複数個取得することで、黒レベルの変動を十分に反映することができ、後述するオートフォーカス処理の精度を向上させることができる。
【００５０】
なお、本実施例においては、バリエータレンズ１２０及びコンペンセータレンズ１５０が初期位置に移動するまでのステップ位置全てにおいて、ＡＦ評価値ＡＦ０を取得するものとした。上述の初期化処理は、通常、デジタルビデオカメラ１０の電源ＯＮ時のバリエータレンズ１２０及びコンペンセータレンズ１５０の位置に応じて、概ね１〜５秒程度を要するため、この間に、概ね６０〜３００程度のＡＦ評価値ＡＦ０が得られることとなる。しかし、ＡＦ評価値ＡＦ０の取得は、このような態様に限られるものではない。例えば、所定数（例えば３０）のＡＦ評価値ＡＦ０を取得した段階で、ステップＳ１３０において新たなＡＦ評価値ＡＦ０の取得を打ち切るものとしたり、バリエータレンズ１２０及びコンペンセータレンズ１５０が所定のステップ数移動する毎にＡＦ評価値ＡＦ０を取得したりしてもよい。こうすれば、上記ステップＳ１５０の係数算出処理を高速化することができる。
【００５１】
また、本実施例においては、アイリス１３０を全閉した状態での映像信号から黒レベルを取得したが、これに限られるものではなく、ＣＣＤ２００のオプチカルブラックから得られる信号から黒レベルを取得するなど、別の方法を用いてもよい。
【００５２】
（３）オートフォーカス処理：
図４は、デジタルビデオカメラ１０のオートフォーカス処理の手順を示すフローチャートである。この処理が開始されると、マイクロコンピュータ４００は、ウォブリングによる山登り方向の検出を行う（ステップＳ３００）。このウォブリングとは、コンペンセータレンズ１５０を前後に動かしてＡＦ評価値を取得し、そのＡＦ評価値の大小関係から、コンペンセータレンズ１５０を前後どちらの方向に移動させると、ＡＦ評価値のピークに近づけるのかを判断して、ＡＦ評価値のピークが得られる方向を山登り方向として検出する動作である。
【００５３】
山登り方向の検出を行うと、マイクロコンピュータ４００は、現在のコンペンセータレンズ１５０の位置において、ＡＦ回路３３０を用いて、ＡＦ評価値ＡＦｊ及び輝度評価値Ｌｊを取得する（ステップＳ３１０）。なお、輝度評価値Ｌｊは、ＡＦ回路３３０を用いて、輝度信号を１フィールドに渡り積分することで取得される。また、ＡＦ評価値ＡＦｊ及び輝度評価値Ｌｊは、６０Ｈｚの垂直同期信号に応答して取得されるものとした。
【００５４】
ＡＦ評価値ＡＦｊを取得すると、マイクロコンピュータ４００は、これまでに取得したＡＦ評価値の最大値ＡＦｍａｘと、その最大値を検出したコンペンセータレンズ１５０の位置をＲＡＭ７００に確保したＡＦ評価値記憶部７１０及びレンズ位置記憶部７２０に記憶させる（ステップＳ３２０）。なお、初めてＡＦ評価値ＡＦｊを取得した場合は、当然、その値とその値に対応したコンペンセータレンズ１５０の位置とを記憶させることとなる。
【００５５】
ＡＦ評価値最大値ＡＦｍａｘ等を記憶させると、マイクロコンピュータ４００は、サンプルホールド及びＡＧＣ回路３１０からＡＧＣゲインＧｊを取得する（ステップＳ３３０）。
【００５６】
ＡＧＣゲインＧｊを取得すると、マイクロコンピュータ４００は、上記ステップＳ３１０で取得した輝度評価値Ｌｊと、上記ステップＳ３３０で取得したＡＧＣゲインＧｊを用いて、ＡＦ評価値ＡＦｊのノイズレベルであるオフセット値ＯＦＦを算出し、このオフセット値ＯＦＦを用いて、ＡＦ評価値のピークを検出するための閾値ＴＨを算出する（ステップＳ３４０）。
【００５７】
この閾値ＴＨの算出方法については、以下に詳述する。まず、閾値係数テーブル６１０を参照して、ＡＦ評価値ＡＦｊのノイズレベルであるオフセット値ＯＦＦを算出するための係数α，βが抽出される。オフセット値ＯＦＦは、黒レベル（ＡＦ評価値ＡＦ０）の他に、ＡＧＣゲインＧｊと輝度評価値Ｌｊの影響を受けて変動するため、これらをパラメータとして、係数α，βを抽出するのである。図５は、閾値係数テーブル６１０の一例を示す説明図である。この閾値係数テーブル６１０は、上記ステップＳ３１０で取得した輝度評価値Ｌｊ及び上記ステップＳ３３０で取得したＡＧＣゲインＧｊと上述の係数α，βとを関係付けるテーブルであり、取得されたＡＧＣゲインＧｊと輝度評価値Ｌｊの範囲によって、係数α，βが一意に定まるものである。この例では、例えば、ＡＧＣゲインＧｊが６ｄＢ≦Ｇｊ＜１２ｄＢ、輝度評価値Ｌｊが２５５≦Ｌｊ＜５１２の範囲にあれば、α＝１．８、β＝３．６として与えられる。このようなＡＧＣゲインＧｊ及び輝度評価値Ｌｊと係数α，βとの関係は、実験データやカメラの特性から設定されるものであり、図示した例に限らず、別の値を用いたり、ＡＧＣゲインＧｊや評価輝度値Ｌｊの範囲の分類を変えたり、もとより、ＡＧＣゲインＧｊや輝度評価値Ｌｊをパラメータとした関数により求めてもよい。
【００５８】
係数α，βが抽出されると、上記ステップＳ１５０で算出されたオフセット係数Ｍ，ＳＤを用いて、次式（３）によりオフセット値ＯＦＦが算出される。
ＯＦＦ＝α・Ｍ＋β・ＳＤ・・・（３）
【００５９】
そして、オフセット値ＯＦＦが算出されると、上記ステップ３２０においてＡＦ評価値記憶部７１０に記憶されたＡＦ評価値最大値ＡＦｍａｘと係数γを用いて、次式（４）により閾値ＴＨが算出される。なお、係数γは、ＡＦ評価値最大値ＡＦｍａｘに対してノイズによるＡＦ評価値の誤差の影響を受けることなく、ＡＦ評価値のピーク位置、すなわち合焦位置を判別できる値として設定される値であり、例えば、０．８といった値である。
ＴＨ＝（ＡＦｍａｘ−ＯＦＦ）・γ＋ＯＦＦ・・・（４）
【００６０】
ここで説明を図４に戻す。閾値ＴＨを算出すると、マイクロコンピュータ４００は、上記ステップＳ３１０で取得された現在のコンペンセータレンズ１５０の位置におけるＡＦ評価値ＡＦｊが閾値ＴＨより小さいか否かを判断する（ステップＳ３５０）。その結果、ＡＦ評価値ＡＦｊが閾値ＴＨよりも小さければ（ステップＳ３５０：Ｙｅｓ）、マイクロコンピュータ４００は、レンズ位置記憶部７２０に記憶された、ＡＦ評価値最大値ＡＦｍａｘが取得されたコンペンセータレンズ１５０の位置を合焦位置と判断し、この位置を読み出して、フォーカスドライバ５７０を介してフォーカスモータ５３０に指令を与えて、コンペンセータレンズ１５０を合焦位置に移動させる。
【００６１】
一方、ＡＦ評価値ＡＦｊが閾値ＴＨ以上であれば（ステップＳ３５０：Ｎｏ）、コンペンセータレンズ１５０を所定ステップ数だけ山登り方向に移動させ（ステップＳ３７０）、上記ステップＳ３１０に処理を戻し、上記ステップＳ３５０においてＡＦ評価値ＡＦｊが閾値ＴＨより小さくなるまでこの一連の処理を繰り返す。
【００６２】
上記ステップＳ３５０〜Ｓ３７０の処理については、図６を用いて説明を補完する。図６（ａ）は、コンペンセータレンズ１５０の位置Ｐ１で上記ステップＳ３１０のＡＦ評価値取得処理が開始され、その後、上記ステップＳ３１０〜３５０，３７０の処理が繰り返され、６０Ｈｚの垂直同期信号に対応する時間Ｔ１〜Ｔ４の経過に合わせて、コンペンセータレンズ１５０の位置を位置Ｐ１〜Ｐ４の順に移動させ、その各位置において、ＡＦ評価値ＡＦ１〜ＡＦ４が取得されている状況である。このとき、ＡＦ評価値記憶部７１０には、ＡＦ評価値ＡＦ１〜ＡＦ４のうちの最大値ＡＦ３が、レンズ位置記憶部７２０には、最大値ＡＦ３を取得した位置Ｐ３が記憶されている。
【００６３】
この状況では、上記ステップＳ３５０において、最新のＡＦ評価値ＡＦ４が閾値ＴＨ以上であると判断される。このことは、すなわち、最大値ＡＦ３からのＡＦ評価値の低下量が僅かであるということである。ＡＦ評価値の低下量が僅かである場合には、その低下の原因が、撮像信号が表す画像の合焦度が低下したことに起因するものであるのか、それともオフセット値ＯＦＦの変動によるものであるのかを判断できない。したがって、コンペンセータレンズ１５０位置を図中の右方向にさらに移動していった場合、現在の最大値ＡＦ３以上のＡＦ評価値が取得されるか否かを判断できないため、ステップＳ３７０において、コンペンセータレンズ１５０の位置を図中の右方向にさらに移動させて、その後のＡＦ評価値の変動を確認するのである。
【００６４】
また、図６（ｂ）に示すように、コンペンセータレンズ１５０を次の移動位置Ｐ５に移動させてＡＦ評価値ＡＦ５を取得し、上記ステップＳ３５０において、最新のＡＦ評価値ＡＦ５が閾値ＴＨより小さいと判断されれば、オフセット値ＯＦＦの変動以外の要因でＡＦ評価値が低下している、すなわち、撮像信号が表す画像の合焦度が低下していると判断できる。したがって、現在の最大値ＡＦ３以上のＡＦ評価値は今後取得されないと判断できるため、この時点で処理を打ち切り、ＡＦ評価値のピークとなる最大値ＡＦ３を取得した位置Ｐ３を合焦位置と判断して、時間Ｔ６，Ｔ７の経過に合わせて、コンペンセータレンズ１５０を位置Ｐ５から位置Ｐ３に移動させるのである。なお、図中においては、時間Ｔ６，Ｔ７において取得されるＡＦ評価値ＡＦｊは、便宜的に、被写界に変化がないものとして、時間Ｔ４，Ｔ３において取得されたＡＦ４，ＡＦ３と同じ値としたが、被写界に変化があれば、当然、別の値を取得することとなる。
【００６５】
かかる構成のデジタルビデオカメラ１０は、ＡＦ評価値とオフセット値ＯＦＦに基づいた閾値ＴＨとの比較により、ＡＦ評価値のピークを判断するため、図７（ａ）に示すような、ＡＦ評価値の変動がオフセット値ＯＦＦに対して大きく、ノイズの影響を受けにくい場合のみならず、図７（ｂ）に示すような、ＡＦ評価値の変動がオフセット値ＯＦＦに対して小さく、ノイズの影響を受けやすい場合、例えば、低コントラストや低照度の被写界についても、精度良くＡＦ評価値のピークを検出することが可能であり、精度の高いオートフォーカス制御が行える。
【００６６】
また、上述のように閾値ＴＨを用いて、ＡＦ評価値のピークを判断する方法において、オフセット値ＯＦＦの影響を考慮しているので、オフセット値ＯＦＦの影響を考慮しない場合と比べて、上式（４）の係数γを大きくすることができるので、ＡＦ評価値のピークの検出を高速化することができる。
【００６７】
また、全く合焦していない状態と見なすことができる黒レベルと、ノイズに影響するＡＧＣゲイン及び輝度評価値とに基づきオフセット値ＯＦＦを算出しているので、精度の高いオフセット値ＯＦＦを算出できる。また、このオフセット値ＯＦＦは、ＡＦ評価値の最小値としてとらえることができ、取得されたＡＦ評価値とオフセット値ＯＦＦの大小関係により、オートフォーカスの制御が可能な状態か、不可能な状態かも正確に判断可能である。
【００６８】
さらに、かかるデジタルビデオカメラ１０は、バリエータレンズ１２０及びコンペンセータレンズ１５０を初期位置へ移動させる初期化処理中に黒レベルを取得するため、黒レベルの取得のための余分な時間が不要であり、オートフォーカス処理の準備を効率的に行える。
【００６９】
また、本実施例においては、デジタルビデオカメラ１０の電源を入れた際に、図３に示した初期位置移動処理を行ったが、これに限られるものではない。長期的に連続使用する監視カメラであれば、定期的に、例えば１日１回リフレッシュ動作を行い、その際にも、この初期位置移動処理を行うなど、別の契機にも行うこととしてもよい。こうすれば、オートフォーカス制御に用いる閾値ＴＨを算出するためのＡＦ評価値ＡＦ０（黒レベル）を定期的に更新することになるので、精度良くオートフォーカス制御を行うことができる。
【００７０】
また、本実施例においては、ステップＳ３１０でＡＦ評価値を取得する度に、輝度評価値とＡＧＣゲインを取得して、ステップＳ３４０において閾値ＴＨを算出し、ステップＳ３５０においてＡＦ評価値と閾値ＴＨとを比較するものとしたが、合焦位置を特定するまでの手順は、これに限られるものではない。例えば、ステップＳ３２０でＡＦ評価値最大値が書き換えられなかった場合のみ、実施例に示した手順で処理を行い、ＡＦ評価値最大値が書き換えられた場合には、コンペンセータレンズ１５０を所定ステップ数だけ移動してステップＳ３１０に戻るものとしてもよい。こうすれば、ＡＦ評価値のピークが特定できない段階であることが明らかな場合まで、ステップＳ３３０〜Ｓ３５０の処理を行う必要がなく、処理を高速化できる。
【００７１】
また、本実施例においては、オフセット値ＯＦＦを算出するための黒レベルの取得は、バリエータレンズ１２０及びコンペンセータレンズ１５０を予め設定された初期位置に移動させる初期化処理中に行うものとしたが、このような態様に限られるものではない。例えば、ユーザによりデジタルビデオカメラ１０の電源を切る操作がなされたときに、黒レベルを取得して、その結果を不揮発性メモリに記憶しておき、再び電源が入れられたときに、記憶された黒レベルを用いるなど、撮像に影響を与えない他の場面で取得する態様とすればよい。
【００７２】
また、本実施例においては、黒レベルを用いてオフセット値ＯＦＦを算出したが、デジタルビデオカメラ１０の撮像時の実際のオフセット値ＯＦＦは、光量が増加するに従ってノイズが増加することに影響され、上述の数式（３）で算出した値よりも大きくなる。したがって、撮像時の光量に応じて、取得された黒レベルを大きくするような補正を行い、補正後の黒レベルを用いてオフセット値ＯＦＦを算出してもよい。あるいは、このような影響を考慮してオフセット係数α，βを設定してもよい。こうすれば、オフセット値ＯＦＦを精度よく算出することができる。
【００７３】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を脱しない範囲において、種々なる態様で実施できることは勿論である。例えば、実施例においては、コンペンセータレンズ１５０の位置を移動させることによりオートフォーカス制御を行うデジタルビデオカメラについて例示したが、ＣＣＤ２００を移動させたり、固定第２レンズ１４０の形状を電圧で変化させたりして、オートフォーカス制御を行うデジタルビデオカメラに対しても適用可能である。もとより、実施例に示した監視用のカメラに限らず、業務用のデジタルビデオカメラ、民生用のハンディデジタルビデオカメラ、携帯電話搭載のデジタルビデオカメラ、ネットワークカメラなど、種々の撮像装置として実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施例としてのデジタルビデオカメラ１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】デジタルビデオカメラ１０の電源ＯＮ時の初期化処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】初期化処理で実行されるバリエータレンズ１２０の初期位置移動処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】デジタルビデオカメラ１０のオートフォーカス処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】閾値係数テーブル６１０の一例を示す説明図である。
【図６】閾値ＴＨを用いてＡＦ評価値のピークを検出する方法の説明図である。
【図７】ＡＦ評価値のピークと閾値ＴＨとオフセット値ＯＦＦとの関係の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０…デジタルビデオカメラ
１００…レンズブロック
１１０…固定第１レンズ
１２０…バリエータレンズ
１３０…アイリス
１４０…固定第２レンズ
１５０…コンペンセータレンズ
１７０，１９０…位置検出装置
１８０…絞り値検出装置
２００…ＣＣＤ
３１０…サンプルホールド及びＡＧＣ回路
３２０…ＤＳＰ
３３０…ＡＦ回路
４００…マイクロコンピュータ
５１０…ズームモータ
５２０…アイリスモータ
５３０…フォーカスモータ
５５０…ズームドライバ
５６０…アイリスドライバ
５７０…フォーカスドライバ
６００…ＲＯＭ
６１０…閾値係数テーブル
６２０…レンズ初期位置記憶部
７００…ＲＡＭ
７１０…ＡＦ評価値記憶部
７２０…レンズ位置記憶部
８００…出力インターフェース
【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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