(57)【要約】【課題】  光学系に複雑な構造を設ける必要がないとともに、明度やコントラスト量等の影響を受けにくく、画像データを演算処理するだけで合焦状態を精度よく迅速に検出することができる合焦検出装置、合焦検出方法および合焦検出プログラムを提供する。【解決手段】  光電変換手段３から画像データを取得して画像データ記憶部７２に記憶する画像データ取得部８１と、画像データにおける所定の領域を参照画像として取得する参照画像取得部８２と、参照画像の一部を含むように所定の画素数分だけ位置をずらした領域を対象画像として順次、取得する対象画像取得部８３と、参照画像に対する各対象画像の類似度を算出する類似度算出部８４と、各対象画像の類似度の分布における急峻度合に基づいて画像データの合焦状態に関する評価値を算出する評価値算出部８５とを有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学像を電気信号に変換する光電変換手段から画像データを取得して画像データ記憶部に記憶する画像データ取得部と、
前記画像データ記憶部から画像データを読み出し、この画像データにおける所定の領域を参照画像として取得する参照画像取得部と、
前記参照画像に対して当該参照画像の一部を含むように所定の画素数分だけ位置をずらした領域を対象画像として順次、取得する対象画像取得部と、
前記参照画像に対する各対象画像の類似度を算出する類似度算出部と、
前記類似度算出部が算出した各対象画像の類似度の分布における急峻度合に基づいて前記画像データの合焦状態に関する評価値を算出する評価値算出部と
を有していることを特徴とする合焦検出装置。
【請求項２】
請求項１において、前記評価値算出部により算出された評価値と、この評価値に係る現画像データより前に取得された前画像データに関する評価値とを比較する評価値比較部と、
この評価値比較部による比較結果に基づき、現画像データが前画像データに対して合焦状態に近づいたか否かの合焦情報を出力する合焦情報出力部と
を有していることを特徴とする合焦検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記類似度算出部は、参照画像および対象画像を構成する各画素につき、当該画素の近傍における明度変化が最大となる勾配方向を方向符号として取得し、参照画像の方向符号と対象画像の方向符号に関する残差絶対値の総和を前記類似度として算出することを特徴とする合焦検出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかにおいて、前記評価値算出部は、前記類似度の分布における頭頂部領域の体積を算出し、この体積値に基づいて合焦状態に関する前記評価値を算出することを特徴とする合焦検出装置。
【請求項５】
画像データの合焦状態を検出するため演算処理手段を用いた合焦検出方法であって、
前記演算処理手段が、
光学像を電気信号に変換する光電変換手段から画像データを取得して画像データ記憶部に記憶する画像データ取得ステップと、
前記画像データ記憶部から画像データを読み出し、この画像データにおける所定の領域を参照画像として取得する参照画像取得ステップと、
前記参照画像に対して当該参照画像の一部を含むように所定の画素数分だけ位置をずらした領域を対象画像として順次、取得する対象画像取得ステップと、
前記参照画像に対する各対象画像の類似度を算出する類似度算出ステップと、
前記類似度算出部が算出した各対象画像の類似度の分布における急峻度合に基づいて前記画像データの合焦状態に関する評価値を算出する評価値算出ステップと
を実行することを特徴とする合焦検出方法。
【請求項６】
請求項５において、前記演算処理手段は、前記評価値算出ステップにおいて算出された評価値と、この評価値に係る現画像データより前に取得された前画像データに関する評価値とを比較する評価値比較ステップと、
この評価値比較ステップにおける比較結果に基づき、現画像データが前画像データに対して合焦状態に近づいたか否かの合焦情報を出力する合焦情報出力ステップと
を実行することを特徴とする合焦検出方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６において、前記演算処理手段は、前記類似度算出ステップにおいて、参照画像および対象画像を構成する各画素につき、当該画素の近傍における明度変化が最大となる勾配方向を方向符号として取得し、参照画像の方向符号と対象画像の方向符号に関する残差絶対値の総和を前記類似度として算出することを特徴とする合焦検出方法。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれかにおいて、前記演算処理手段は、前記評価値算出ステップにおいて、前記類似度の分布における頭頂部領域の体積を算出し、この体積値に基づいて合焦状態に関する前記評価値を算出することを特徴とする合焦検出方法。
【請求項９】
光学像を電気信号に変換する光電変換手段から画像データを取得して画像データ記憶部に記憶する画像データ取得部と、
前記画像データ記憶部から画像データを読み出し、この画像データにおける所定の領域を参照画像として取得する参照画像取得部と、
前記参照画像に対して当該参照画像の一部を含むように所定の画素数分だけ位置をずらした領域を対象画像として順次、取得する対象画像取得部と、
前記参照画像に対する各対象画像の類似度を算出する類似度算出部と、
前記類似度算出部が算出した各対象画像の類似度の分布における急峻度合に基づいて前記画像データの合焦状態に関する評価値を算出する評価値算出部と
してコンピュータを機能させることを特徴とする合焦検出プログラム。
【請求項１０】
請求項９において、前記評価値算出部により算出された評価値と、この評価値に係る現画像データより前に取得された前画像データに関する評価値とを比較する評価値比較部と、
この評価値比較部による比較結果に基づき、現画像データが前画像データに対して合焦状態に近づいたか否かの合焦情報を出力する合焦情報出力部と
してコンピュータを機能させることを特徴とする合焦検出プログラム。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０において、前記類似度算出部が、参照画像および対象画像を構成する各画素につき、当該画素の近傍における明度変化が最大となる勾配方向を方向符号として取得し、参照画像の方向符号と対象画像の方向符号に関する残差絶対値の総和を前記類似度として算出するようにコンピュータを機能させることを特徴とする合焦検出プログラム。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１のいずれかにおいて、前記評価値算出部が、前記類似度の分布における頭頂部領域の体積を算出し、この体積値に基づいて合焦状態に関する前記評価値を算出するようにコンピュータを機能させることを特徴とする合焦検出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像データの合焦状態を検出するための合焦検出技術に関し、特に、カメラ、ビデオ、画像センサ等のように、画像データを処理する小型機器に組み込むのに好適な合焦検出装置、合焦検出方法および合焦検出プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラ、ビデオ、画像センサ等の小型機器における合焦検出技術として、画像データのコントラスト値を利用したコントラスト検出法が知られている。このコントラスト検出法は、画像データのコントラスト値が合焦状態において最も大きくなるという現象を利用して合焦検出を行う方法である。ただし、コントラスト値の大きさは、対象とする画像データ毎によって異なるため、単一の画像データによる絶対的な評価はできない。このため、結像位置の異なる複数の画像データについてコントラスト値を比較し、最大のコントラスト値を持った画像データを合焦状態と判断するようになっている。
【０００３】
上記コントラスト検出法に関する技術として、例えば、特開昭６３−７４２７３号公報には、画像データの高周波成分を積算した値をコントラスト値として用いるオートフォーカス装置が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
また、他の合焦検出技術として、画像データ間の類似度を求める相関処理が知られている。この相関処理においては、基準となる参照画像と、比較対象となる対象画像とを設定する。そして、両画像において対応する画素間の積の画像全体の総和を類似度として算出するようになっている。この類似度は、参照画像と対象画像における各画素間の違いが小さいほど大きな値をとり、同一の画像間において最も大きな値となる。
【０００５】
上記相関処理に関する技術として、例えば、特開平７−１５４６６８号公報に記載の自動焦点調節装置が提案されている（特許文献２）。この発明は、撮影光学系内に２つの開口部を有する絞りを入れ、非合焦状態での２つの光路による結像のずれ量を相関処理により検出するものである。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−７４２７３号公報
【特許文献２】特開平７−１５４６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載された発明を含め、コントラスト検出法を用いた従来技術では、合焦しようとしている画像領域において、明暗差の小さい被写体である場合、高い輝度の光源などが含まれている場合、あるいは十分な照明が被写体に当たっていない場合等には、光学系の結像位置に関わらず、得られるコントラストの評価値が低くなり合焦状態の検出が正確に行えないという問題がある。
【０００８】
また、コントラスト検出法により合焦させるには、まず、結像手段である光学系の結像位置を粗いステップで一方向にスキャンし、最も大きなコントラスト値の得られた結像位置を記録する。そして、記録した結像位置付近へ光学系を駆動し、当該結像位置近傍のコントラスト値を細かいステップで再スキャンすることで合焦位置を探索するようになっている。このため、合焦位置を検出するまでに相当な時間がかかるという問題もある。
【０００９】
また、上記特許文献２に記載された発明においては、合焦時に光路を分割するための遮蔽物を光学系に挿入する構造が必要となる他、合焦点付近では２つの像が大きく重なってしまうため、相関処理が困難になるという問題点がある。もとより、上記特許文献２に記載の合焦検出方法は、二重に投影された像のずれ量を求めるために相関処理を利用しており、画像間の類似度として利用する方法とは本質的に異なるものである。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、光学系に複雑な構造を設ける必要がないとともに、明度やコントラスト量等の影響を受けにくく、画像データを演算処理するだけで合焦状態を精度よく迅速に検出することができる合焦検出装置、合焦検出方法および合焦検出プログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る合焦検出装置および合焦検出プログラムの特徴は、光学像を電気信号に変換する光電変換手段から画像データを取得して画像データ記憶部に記憶する画像データ取得部と、前記画像データ記憶部から画像データを読み出し、この画像データにおける所定の領域を参照画像として取得する参照画像取得部と、前記参照画像に対して当該参照画像の一部を含むように所定の画素数分だけ位置をずらした領域を対象画像として順次、取得する対象画像取得部と、前記参照画像に対する各対象画像の類似度を算出する類似度算出部と、前記類似度算出部が算出した各対象画像の類似度の分布における急峻度合に基づいて前記画像データの合焦状態に関する評価値を算出する評価値算出部とを有している点にある。
【００１２】
また、本発明において、前記評価値算出部により算出された評価値と、この評価値に係る現画像データより前に取得された前画像データに関する評価値とを比較する評価値比較部と、この評価値比較部による比較結果に基づき、現画像データが前画像データに対して合焦状態に近づいたか否かの合焦情報を出力する合焦情報出力部とを有していることが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明において、前記類似度算出部は、参照画像および対象画像を構成する各画素につき、当該画素の近傍における明度変化が最大となる勾配方向を方向符号として取得し、参照画像の方向符号と対象画像の方向符号に関する残差絶対値の総和を前記類似度として算出することが好ましい。
【００１４】
また、本発明において、前記評価値算出部は、前記類似度の分布における頭頂部領域の体積を算出し、この体積値に基づいて合焦状態に関する前記評価値を算出することが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る合焦検出方法の特徴は、画像データの合焦状態を検出するため演算処理手段を用いた合焦検出方法であって、前記演算処理手段が、光学像を電気信号に変換する光電変換手段から画像データを取得して画像データ記憶部に記憶する画像データ取得ステップと、前記画像データ記憶部から画像データを読み出し、この画像データにおける所定の領域を参照画像として取得する参照画像取得ステップと、前記参照画像に対して当該参照画像の一部を含むように所定の画素数分だけ位置をずらした領域を対象画像として順次、取得する対象画像取得ステップと、前記参照画像に対する各対象画像の類似度を算出する類似度算出ステップと、前記類似度算出部が算出した各対象画像の類似度の分布における急峻度合に基づいて前記画像データの合焦状態に関する評価値を算出する評価値算出ステップとを実行する点にある。
【００１６】
また、本発明において、前記演算処理手段は、前記評価値算出ステップにおいて算出された評価値と、この評価値に係る現画像データより前に取得された前画像データに関する評価値とを比較する評価値比較ステップと、この評価値比較ステップにおける比較結果に基づき、現画像データが前画像データに対して合焦状態に近づいたか否かの合焦情報を出力する合焦情報出力ステップとを実行することが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明において、前記演算処理手段は、前記類似度算出ステップにおいて、参照画像および対象画像を構成する各画素につき、当該画素の近傍における明度変化が最大となる勾配方向を方向符号として取得し、参照画像の方向符号と対象画像の方向符号に関する残差絶対値の総和を前記類似度として算出することが好ましい。
【００１８】
また、本発明において、前記演算処理手段は、前記評価値算出ステップにおいて、前記類似度の分布における頭頂部領域の体積を算出し、この体積値に基づいて合焦状態に関する前記評価値を算出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光学系に複雑な構造を設ける必要がないとともに、明度やコントラスト量等の影響を受けにくく、画像データを演算処理するだけで合焦状態を精度よく迅速に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る合焦検出装置、合焦検出方法および合焦検出プログラムの実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本実施形態の合焦検出装置１およびこれを搭載した画像処理装置１０を示すブロック図である。
【００２１】
本実施形態の画像処理装置１０は、カメラやビデオ等のように画像データを入力し、各種の処理を行うものであり、図１に示すように、主として、被写体像を結像させる結像手段２と、この結像手段２からの光学像を電気信号に変換する光電変換手段３と、キーボードやマウス等からなる入力手段４と、液晶ディスプレイ等からなる表示手段５と、結像手段２の結像位置を調節する結像位置調節手段６と、各種のデータ等を記憶する記憶手段７と、これら各構成手段を制御するとともに各種のデータを取得して演算処理を実行する演算処理手段８とから構成されている。
【００２２】
以上において、本実施形態の合焦検出装置１は、記憶手段７と演算処理手段８とによって構成されている。そして、光電変換手段３から得られた画像データについて、本実施形態による演算処理を実行し、当該画像データに関する合焦状態を検出するようになっている。
【００２３】
以下、本実施形態の画像処理装置１０の各構成手段について説明する。結像手段２は、光学レンズ等から構成されており、被写体からの光束を光電変換手段３へ導くものである。本実施形態において、結像手段２は、光学レンズが光軸方向にスライド自在に設けられている。そして、光学レンズの光軸方向位置を変更することで、光電変換手段３における結像位置を変化させて合焦状態を実現しうるようになっている。
【００２４】
例えば、図２（ａ）に示すように、被写体の１点から発した光束が、光電変換手段３上の１点に集光する場合、結像位置と光電変換手段３の位置が一致しており、合焦状態となる。一方、図２（ｂ）に示すように、結像手段２を介した光束が、光電変換手段３から前後にずれた位置に集光する場合、光電変換手段３上では、そのずれ量に応じた径に広がって投影される。このため、光電変換手段３における各画素は、合焦位置からのずれ量に応じた範囲で影響し合った明度情報を受け、非合焦状態、いわゆるピンぼけの状態となる。
【００２５】
また、光電変換手段３は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサデバイスから構成されており、結像手段２からの光学像を電気信号に変換するものである。本実施形態において、光電変換手段３は、光学像を受光するための受光面３１を有しており、この受光面３１に投影された光の明暗を電荷量に光電変換し、画像データとして出力するようになっている。
【００２６】
結像位置調節手段６は、ステッピングモータ等から構成されており、結像手段２の結像位置を変化させ合焦状態を調節するものである。本実施形態において、結像位置調節手段６は、後述する合焦情報出力部８７からの出力信号に基づいて光学レンズを駆動し、その結像位置を受光面３１に一致させるように制御される。
【００２７】
記憶手段７は、ハードディスクやＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されており、各種のデータ等を記憶するためのものである。本実施形態において、記憶手段７は、図１に示すように、プログラム記憶部７１と、画像データ記憶部７２とを有している。
【００２８】
プログラム記憶部７１には、本実施形態の合焦検出プログラム１ａがインストールされている。そして、演算処理手段８によって実行されることにより、本実施形態の合焦検出装置１として機能させ、本実施形態の合焦検出方法を実現するようになっている。また、画像データ記憶部７２は、光電変換手段３により光電変換された画像データを記憶するものである。
【００２９】
演算処理手段８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成されており、プログラム記憶部７１にインストールされた合焦検出プログラム１ａを実行させることにより、画像データの合焦状態を検出するものである。
【００３０】
ここで、本実施形態の演算処理手段８が実行する主な処理について説明する。まず、光電変換手段３から得られた画像データにおいて、基準となる参照画像と、比較対象となる対象画像とを取得し、両画像間の類似度を算出する。そして、当該画像データにおける類似度の分布に基づいて評価値を算出し、この評価値を前の画像データの評価値と比較することにより、合焦状態を検出するようになっている。
【００３１】
以上において、本実施形態の演算処理手段８は、プログラム記憶部７１にインストールされた合焦検出プログラム１ａを実行させることにより、図１に示すように、画像データ取得部８１と、参照画像取得部８２と、対象画像取得部８３と、類似度算出部８４と、評価値算出部８５と、評価値算出部８６と、合焦情報出力部８７としてコンピュータを機能させるものである。
【００３２】
以下、演算処理手段８の各構成部についてより詳細に説明する。
【００３３】
画像データ取得部８１は、結像手段２により結像された被写体の画像データを取得するものである。本実施形態において、画像データ取得部８１は、光電変換手段３から出力された画像データを取得し、画像データ記憶部７２に記憶させるようになっている。そして、結像手段２による結像位置が変更される度に、当該結像位置における画像データを取得するように設定されている。
【００３４】
参照画像取得部８２は、画像データにおける所定の領域を参照画像として取得するものである。本実施形態では、図３に示すように、画像データ取得部８１により取得された画像データが表示手段５に表示され、当該画像データ内で合焦させようとする合焦エリアが入力手段４によって指定される。したがって、参照画像取得部８２は、画像データ記憶部７２から読み出された画像データにおいて、入力手段４により指定された合焦エリアを参照画像として取得する。なお、合焦エリアは、入力手段４で指定せず、予め所定の領域として設定してもよい。
【００３５】
対象画像取得部８３は、参照画像の一部を含有する領域を対象画像として取得するものである。本実施形態において、対象画像取得部８３は、図３に示すように、参照画像に対して、当該参照画像の一部を含むように所定の画素数分だけ位置をずらした領域を対象画像として取得するようになっている。そして、１つの対象画像について後述する類似度が算出される度に、水平方向および垂直方向の少なくとも一方にずらされた他の対象画像を順次、取得するように設定されている。
【００３６】
類似度算出部８４は、参照画像に対する各対象画像の類似度を算出するものである。本実施形態において、類似度算出部８４は、方向符号照合法を用いて両画像間の類似度を算出するようになっている。具体的には、まず、参照画像および対象画像を構成する各画素につき、当該画素の近傍における明度変化が最大となる勾配方向を量子化した値（整数値）を方向符号として取得する。以下、この処理について詳細する。
【００３７】
参照画像の画素（ｘ，ｙ）における明度をＩ（ｘ，ｙ）とし、水平方向勾配を∇Ｉｘ＝∂Ｉ（ｘ，ｙ）／∂ｘ、垂直方向勾配を∇Ｉｙ＝∂Ｉ（ｘ，ｙ）／∂ｙとすると、明度の勾配方向θ（ｘ，ｙ）は次式（１）で表される。
θ（ｘ，ｙ）＝ｔａｎ−１（∇Ｉｘ／∇Ｉｙ）  ・・・式（１）
なお、本実施形態では、Ｓｏｂｅｌ演算子を用いて対象画素の８近傍の画素に対して演算を行い勾配方向θ（ｘ，ｙ）を求めている。
【００３８】
以上において、勾配方向θ（ｘ，ｙ）の量子化数をＮとすると、方向符号Ｃ（ｘ，ｙ）は、勾配方向θ（ｘ，ｙ）を量子化幅Δθ（＝２π／Ｎ）で量子化した値であり、次式（２）で表される。
2008281887.tif 000003
【００３９】
なお、上記閾値Γは、低コントラストな画像を排除するための閾値である。水平方向勾配、垂直方向勾配の絶対値の和が閾値Γより大きい場合には０〜Ｎ−１に符号化され、小さい場合にはＮに符号化される。この閾値Γを導入することにより、対象画素近傍におけるコントラストの低い画素を排除し、安定して勾配方向が算出されるようになっている。ただし、閾値Γの値を大きくし過ぎると方向符号の情報が抑制されるので注意が必要である。
【００４０】
上記式（２）で算出される方向符号Ｃ（ｘ，ｙ）は、量子化幅をΔθ＝π／８とした場合、図４に示すような０〜１５の値をとる。この方向符号の分布は、画像毎の固有性が高いため各画像を表現する特徴量となる。また、明度の勾配方向は明度変化の影響が小さいことから、明度変化に対してロバスト（不変）な特徴量である。したがって、明度変化、遮蔽、ノイズ等の不良条件が多数存在する画像対に関しても、類似度として利用するのに好適な値といえる。
【００４１】
そして、類似度算出部８４は、参照画像の方向符号Ｃ（ｘ，ｙ）、および対象画像の方向符号Ｃ’（ｘ，ｙ）を算出した後、次式（３）に示すように、参照画像の方向符号Ｃ（ｘ，ｙ）と対象画像の方向符号Ｃ’（ｘ，ｙ）に関する残差絶対値ｄの総和Ｄを類似度として算出するようになっている。
2008281887.tif 000004
【００４２】
この残差絶対値ｄの総和Ｄは、その大きさが非類似度に比例するため、最大値からの減算により類似度として利用しうる。すなわち、残差絶対値ｄの総和Ｄが小さいものほど、参照画像と対象画像との類似度が高いといえる。
【００４３】
つぎに評価値算出部８５は、画像データの合焦状態に関する評価値を算出するものである。本実施形態において、評価値算出部８５は、参照画像に対する各対象画像の類似度を類似度算出部８４から取得し、この類似度の分布における急峻度合に基づいて評価値を算出するようになっている。ここで、類似度の分布は、図５に示すように、参照画像位置に対する対象画像位置のずれ量をｘ，ｙ軸にとり、類似度をｚ軸にとると、参照画像位置を頂点とする凸状の類似度分布が得られる。
【００４４】
具体的には、非合焦の状態で得られた画像データの場合、上述したように、合焦位置からのずれ量に応じて隣接画素が互いに影響し合う。このため、類似度分布の断面は、図６に示すように、参照画像の切り出し位置では同一の画像であるため最も大きな類似度を示し、当該参照画像の位置から離れるに従って対象画像の類似度がなだらかに緩い傾斜で低減する。すなわち、結像位置のずれ量が大きいほど類似度の分布が広がり急峻度合の小さいものとなる。
【００４５】
一方、合焦状態で得られた画像データの場合、上述したように、被写体の一点から発した光束が受光面３１上の一点に集光するため、隣接画素は互いに独立した被写体の点を表す。したがって、類似度分布の断面は、図７に示すように、参照画像の切り出し位置では、上記と同様に同一画像であるから最大の類似度を示すが、参照画像位置から少しでもずれると、その位置での対象画像に関する類似度は急激に低下する傾向を示す。すわなち、合焦状態における類似度の分布は、参照画像を切り出した位置を中心として最も急峻度合の大きい分布を示すようになっている。
【００４６】
以上のように、画像データに関する類似度の分布状態は、合焦状態から非合焦状態へと外れるに従ってなだらかに広がることがわかる。したがって、本実施形態では、評価値算出部８５が、前記類似度の分布における急峻度合を求めて当該画像データの合焦状態に関する評価値として算出する。
【００４７】
また、本実施形態において、評価値算出部８５は、評価値を算出するに際し、類似度の分布における頭頂部領域（すなわち、参照画像位置を中心とする周辺領域）の体積を算出する。具体的には、体積として演算する周辺の画素数をｘ方向およびｙ方向に±１画素で処理する場合、図８に示すように、類似度の最大値を１とし、頭頂部領域の類似度をｈｉで表すと、その頭頂部領域の体積値Ｖは、次式（４）により算出される。
2008281887.tif 000005
【００４８】
本実施形態の評価値算出部８５は、上記頭頂部領域の体積値Ｖを評価値として使用することにより、類似度分布の広がりがわずかな差の場合であっても急峻度合の差として算出することが可能であり、精度よくその大小を検出しうるようになっている。
【００４９】
評価値算出部８６は、各画像データに関する評価値を比較するものである。本実施形態において、評価値算出部８６は、評価値算出部８５により算出された評価値と、この評価値に係る画像データ（現画像データ）よりも前に取得された画像データ（前画像データ）の評価値とを比較する。そして、両画像データに関する評価値の大小を判別するようになっている。なお、現画像データは、画像データ取得部８１によって、前画像データの結像位置とは異なる結像位置で取得されるようになっている。
【００５０】
合焦情報出力部８７は、現画像データが前画像データに対して合焦状態に近づいたか否かの合焦状態を出力するものである。本実施形態において、合焦情報出力部８７は、評価値算出部８６による比較結果に基づき、合焦情報を表示手段５および結像位置調節手段６へ出力するようになっている。具体的には、現画像データの評価値が前画像データの評価値よりも大きいとき、より合焦状態に近づいた旨の情報を出力する。一方、現画像データの評価値が前画像データの評価値よりも小さいとき、合焦状態から離れた旨の情報を出力する。
【００５１】
つぎに、本実施形態の合焦検出プログラム１ａによって実行される合焦検出装置１およびこれを搭載した画像処理装置１０の作用、および本実施形態の合焦検出方法について、図９を用いて説明する。
【００５２】
まず、本実施形態の合焦検出装置１によって、画像処理装置１０に入力された画像データの合焦状態を検出する場合、結像手段２の光学レンズを所定の光軸方向位置に設定し、被写体からの光束を光電変換手段３の受光面３１に結像させる。これにより、画像データ取得部８１が、光電変換手段３から当該被写体の画像データを取得する（ステップＳ１）。このとき、画像データ取得部８１は、当該画像データを画像データ記憶部７２に格納する。
【００５３】
つづいて、画像データ記憶部７２に取り込まれた画像データは表示手段５に表示される。このため、ユーザは、その画面表示を視認しながら入力手段４を用いて合焦エリアを指定する。これにより、参照画像取得部８２が、当該画像データにおいて指定された合焦エリアを参照画像として取得する（ステップＳ２）。
【００５４】
つぎに、参照画像が取得されると、対象画像取得部８３が、当該参照画像に対して、水平方向および垂直方向に所定画素数だけずらした領域を対象画像として取得する（ステップＳ３）。このとき、参照画像に対する対象画像のずれ量をより小さい画素単位に設定するほど、より高精度な合焦検出が可能となる。なお、前記対象画像は水平方向と垂直方向にそれぞれ１画素分ずつずらした画像領域から取得してもよく、水平方向のみあるいは垂直方向のみに１画素分ずらした画像領域を順次取得するようにしてもよい。
【００５５】
つづいて、類似度算出部８４が、方向符号照合法に基づいて、参照画像に対する対象画像の類似度を算出した後（ステップＳ４）、他の全ての対象画像について類似度の算出が完了したか否かを判別する（ステップＳ５）。この判別の結果、類似度の算出が完了していなければ（ステップＳ５：ＮＯ）、ステップＳ３へと戻る。そして、対象画像取得部８３によって、さらに所定画素だけずらされた他の対象画像が取得され、この対象画像について類似度が算出される。
【００５６】
一方、全ての対象画像について、類似度の算出が完了した場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、評価値算出部８５が、類似度の分布における急峻度合に基づき、当該画像データに関する評価値を算出する（ステップＳ６）。このとき、本実施形態では、類似度の分布における頭頂部領域の体積を評価値として算出するため、類似度分布の急峻度合がわずかな差であっても十分に比較可能な評価値が算出される。
【００５７】
画像データに関する評価値が算出されると、評価値算出部８６が、当該画像データ（現画像データ）の評価値と、前画像データの評価値とを比較する（ステップＳ７）。そして、現画像データの評価値が前画像データの評価値よりも大きいとき（ステップＳ７：大きい）、合焦情報出力部８７が合焦状態に近づいた旨の情報を出力する（ステップＳ８）。一方、現画像データの評価値が前画像データの評価値よりも小さいとき（ステップＳ７：小さい）、合焦情報出力部８７が合焦状態から離れた旨の情報を出力する（ステップＳ９）。
【００５８】
なお、本実施形態では、合焦情報出力部８７が、合焦情報を表示手段５および結像位置調節手段６へ出力する。このため、結像位置調節手段６は、当該合焦情報に基づいて光学レンズを駆動し、その結像位置を合焦位置へ近づくように自動的に調節する。また、表示手段５には、現画像データが前画像データと比較して、合焦状態に近づいたか否かの情報が表示される。したがって、画像センサ等のように合焦調整を頻繁に行わない装置では、当該合焦情報に基づいて、光学レンズの結像位置を手動で調節することができ、目視確認するため映像用モニタ等を別途、設ける必要がない。
【００５９】
以上のような本実施形態によれば、
１．画像データの評価値を演算処理するだけで、合焦状態を迅速に検出することができる。
２．画像データにおける明度やコントラスト量等の影響を受けにくく、高精度に合焦状態を検出することができる。
３．光学系内に複雑な構造を別途設ける必要がなく、カメラ、ビデオ、画像センサ等の小型機器に容易に組み込むことができる。
４．結像位置調節手段６を備えていないような装置であっても、手動で合焦状態を検出させることができる等の効果を奏する。
【００６０】
なお、本発明に係る合焦検出装置１、合焦検出方法および合焦検出プログラム１ａは、前述した実施形態に限定されるものではなく適宜変更することができる。
【００６１】
例えば、上述した本実施形態において、類似度算出部８４は、方向符号照合法を用いて類似度を算出しているが、これに限られるものではなく、相関処理により類似度を算出するようにしてもよい。ただし、この場合、図１０に示すように、方向符号照合法による場合に比べると類似度の分布がなだらかになってしまうのでその評価値の差が小さくなり、合焦位置が若干検出しにくくなる。
【００６２】
また、類似度に所定の閾値を設け、当該閾値を越えた部分の類似度の分布の面積（照合位置の数）を求める方法などが考えられる。いずれの評価値についても、光学系の結像位置を横軸にグラフ化すると、図１１に示すように、合焦位置で最大になるため、合焦状態に関する評価値として利用できることがわかる。
【００６３】
さらに、本実施形態では、現画像データの類似度分布と前画像データの類似度分布とを比較してその合焦状態を評価し、より合焦状態に近づける処理を実行しうるようになっているが、例えば、標準的な合焦状態の類似度分布の急峻度合を基準値として設定し、この基準値に対して取得した現画像データの急峻度合を比較し、合焦状態にあるか否かを判別するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る合焦検出装置およびこれを搭載した画像処理装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本実施形態において、被写体からの光束が、（ａ）合焦状態で結像している状況を示す図、および（ｂ）非合焦状態で結像している状況を示す図である。
【図３】本実施形態において、画像データ内に設定される参照画像および対象画像を示す模式図である。
【図４】本実施形態における方向符号を説明する図である。
【図５】本実施形態において、評価値の算出に用いられる類似度の分布を示す３次元グラフである。
【図６】本実施形態において、非合焦状態の画像データに関する類似度分布の断面を示すグラフである。
【図７】本実施形態において、合焦状態の画像データに関する類似度分布の断面を示すグラフである。
【図８】本実施形態において、評価値算出部が類似度分布における頭頂部領域の体積を算出する際の説明図である。
【図９】本実施形態の合焦検出方法を示すフローチャート図である。
【図１０】相関処理による類似度分布の断面を示すグラフである。
【図１１】類似度分布の急峻度合による評価値と、結像手段による結像位置との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
１  合焦検出装置
１ａ  合焦検出プログラム
２  結像手段
３  光電変換手段
４  入力手段
５  表示手段
６  結像位置調節手段
７  記憶手段
８  演算処理手段
１０  画像処理装置
３１  受光面
７１  プログラム記憶部
７２  画像データ記憶部
８１  画像データ取得部
８２  参照画像取得部
８３  対象画像取得部
８４  類似度算出部
８５  評価値算出部
８６  評価値算出部
８７  合焦状態出力部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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