(57)【要約】【課題】精度の高いフォーカス動作が可能となるオートフォーカス装置、及びＡＦ評価値取得方法を提供する。【解決手段】コントラスト検出方式のオートフォーカス制御において所定のサイクルでＡＦ評価値を算出するとき、被写体画像における所定の評価範囲を構成する各画素についてコントラスト値を算出し、それに基づき、各画素における周辺画素との相対的なコントラスト関係を８方向で示すコントラストベクトル（図で矢印）を算出する。しかる後、コントラストベクトルの方向の違いによって各画素をグループ分けし、所定の条件で選択されたベクトルグループの要素（図で塗りつぶされた箇所の画素）で、かつ当該グループ内で孤立化した画素（５，１２）を除く画素のコントラスト値に基づきＡＦ評価値を算出する。ＡＦ評価値に、被写体画像のノイズ成分が混入することを阻止したり、ノイズ成分が混入する確率を極めて低くすることができる。【選択図】　　図８
2004029105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系を光軸方向に移動させながら被写体を撮像し、撮像した被写体画像の画素毎のコントラスト値に基づきＡＦ評価値を取得し、取得したＡＦ評価値に基づき光学系の合焦位置を判定するオートフォーカス装置において、
前記被写体画像を構成する画素毎のコントラスト値に基づき、各画素について周辺画素とのコントラスト値の高低関係を方向で示すベクトルデータを取得する取得手段と、
この取得手段により取得された複数画素のベクトルデータに基づき前記ＡＦ評価値の算出対象となる画素を決定する決定手段と、
この決定手段により決められた画素のコントラスト値に基づき前記ＡＦ評価値を算出する算出手段と
を備えたことを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２】
前記決定手段は、ＡＦ評価値の算出対象となる画素の決定に際し、前記ベクトルデータにより示される方向が同一である画素のうち、互いに隣接しあう画素の数が所定数以下である画素を除外することを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。
【請求項３】
前記決定手段は、被写体画像を構成する画素を前記ベクトルデータの方向別のベクトルグループに分けるとともに、所定の条件に基づき選択したベクトルグループに含まれる画素を、ＡＦ評価値の算出対象となる画素として決定することを特徴とする請求項１又は２記載のオートフォーカス装置。
【請求項４】
前記所定の条件は、互いに隣接した前記ベクトルデータが同一である複数画素からなる集合体の大きさを含むことを特徴とする請求項３記載のオートフォーカス装置。
【請求項５】
前記所定の条件は、前記ベクトルデータにより示される方向が同一である画素の数を含むことを特徴とする請求項３又は４記載のオートフォーカス装置。
【請求項６】
前記所定の条件は、ベクトルグループ毎のコントラスト値の大きさを含むことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のオートフォーカス装置。
【請求項７】
前記決定手段は、所定の条件に基づき選択したベクトルグループに含まれる画素のうち、互いに隣接しあう画素が最も多い集合部分を構成している画素を、ＡＦ評価値の算出対象となる画素として決定することを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載のオートフォーカス装置。
【請求項８】
前記取得手段は、前記被写体画像中のＡＦ評価エリアに含まれる画素毎のコントラスト値に基づき、ＡＦ評価エリア内の各画素について周辺画素とのコントラスト値の高低関係を方向で示すベクトルデータを取得し、
前記決定手段は、前記取得手段により取得された複数画素のベクトルデータに基づき、前記ＡＦ評価エリア内において前記ＡＦ評価値の算出対象となる画素を決定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のオートフォーカス装置。
【請求項９】
前記被写体画像の画素毎のコントラスト値は、該画素の輝度値とその周辺画素の輝度値との差を示す値であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のオートフォーカス装置。
【請求項１０】
光学系を光軸方向に移動させながら被写体を撮像し、撮像した被写体画像の画素毎のコントラスト値に基づきＡＦ評価値を取得し、取得したＡＦ評価値に基づき光学系の合焦位置を判定するオートフォーカス装置において、
前記被写体画像を構成する画素毎のコントラスト値に基づき、各画素について周辺画素とのコントラスト値の高低関係を方向で示すベクトルデータを取得する取得手段と、
この取得手段により取得された複数画素のベクトルデータに基づき前記ＡＦ評価値の算出対象となる前記被写体画像のＡＦ評価範囲を設定する設定手段と、
この設定手段により設定された前記ＡＦ評価範囲の画素のコントラスト値に基づき前記ＡＦ評価値を算出する算出手段と
を備えたことを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項１１】
前記設定手段は、被写体画像を構成する画素を前記ベクトルデータの方向別のベクトルグループに分けるとともに、所定の条件に基づき選択したベクトルグループに含まれる画素のうち、互いに隣接しあう画素が最も多い集合部分ををＡＦ評価範囲として設定することを特徴とする請求項１０記載のオートフォーカス装置。
【請求項１２】
光学系を光軸方向に移動させながら被写体を撮像し、撮像した被写体画像の画素毎のコントラスト値に基づきＡＦ評価値を取得し、取得したＡＦ評価値に基づき光学系の合焦位置を判定するオートフォーカス制御において前記ＡＦ評価値を取得する方法であって、
前記被写体画像を構成する画素毎のコントラスト値に基づき、各画素について周辺画素とのコントラスト値の高低関係を方向で示すベクトルデータを取得する工程と、
取得した複数画素のベクトルデータに基づき前記ＡＦ評価値の算出対象となる画素を決める工程と、
決めた画素のコントラスト値に基づき前記ＡＦ評価値を算出する工程と
からなることを特徴とするＡＦ評価値取得方法。
【請求項１３】
光学系を光軸方向に移動させながら被写体を撮像し、撮像した被写体画像の画素毎のコントラスト値に基づきＡＦ評価値を取得し、取得したＡＦ評価値に基づき光学系の合焦位置を判定するオートフォーカス装置が有するコンピュータを、
前記被写体画像を構成する画素毎のコントラスト値に基づき、各画素について周辺画素とのコントラスト値の高低関係を方向で示すベクトルデータを取得する取得手段と、
この取得手段により取得された複数画素のベクトルデータに基づき前記ＡＦ評価値の算出対象となる画素を決定する決定手段と、
この決定手段により決められた画素のコントラスト値に基づき前記ＡＦ評価値を算出する算出手段と
して機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルカメラ等のカメラ装置に用いて好適なオートフォーカス装置、及びＡＦ評価値取得方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＣＤ型やＭＯＳ型の固体撮像素子を用いて被写体を撮像し、それを画像データに変換し記録するデジタルカメラのオートフォーカス制御（ＡＦ制御）には、コントラスト検出方式が多く採用されている。かかる方式はデジタルビデオカメラや、ＣＣＤをセンサとして使用する銀塩カメラ等においても採用されている。
【０００３】
コントラスト検出方式のＡＦ制御では、フォーカスレンズを光軸方向に何点かに移動させ、各位置で撮像した被写体画像の所定範囲におけるコントラスト値（ＡＦ評価値）を算出する。例えば所定範囲の各画素について周囲の画素との輝度差であるコントラスト値を求め、それらの合計値を算出する。そして、複数点で算出したＡＦ評価値の大小の比較や、変化するコントラスト値の傾きから、コントラスト値が最大となるピーク位置を判断し、そのピーク位置を合焦位置としてフォーカスレンズを移動させている。また、係るＡＦ制御では、被写体画像における評価範囲、つまりＡＦ評価値の算出対象となる範囲をスポットやワイド等のように、その大きさを予め設定された中から選択可能とする場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のオートフォーカス方法にあっては、仮に評価範囲の大きさや位置を選択可能としても、評価範囲内の全てのコントラスト値が評価値に関わってくる。そのため、例えば低照度時のように被写体画像にノイズが多い場合には、そのノイズ成分がＡＦ評価値に混入しやすく、そのピーク位置の検出精度が低下するという問題があった。
【０００５】
また、ピーク位置の検出途中においては、評価範囲が被写体画像内である程度（評価範囲のコントラストの高い部分が評価範囲にあり続ける程度）位置固定されている必要がある。このため、ピーク位置の検出期間内に被写体が移動したり手ぶれ等で装置本体が動いたりした場合には、ＡＦ評価値が最大となるピーク位置と合焦位置とにズレが生じるという問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、精度の高いフォーカス動作が可能となるオートフォーカス装置、及びＡＦ評価値取得方法、それらの実現に使用するプログラムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために請求項１の発明にあっては、光学系を光軸方向に移動させながら被写体を撮像し、撮像した被写体画像の画素毎のコントラスト値に基づきＡＦ評価値を取得し、取得したＡＦ評価値に基づき光学系の合焦位置を判定するオートフォーカス装置において、前記被写体画像を構成する画素毎のコントラスト値に基づき、各画素について周辺画素とのコントラスト値の高低関係を方向で示すベクトルデータを取得する取得手段と、この取得手段により取得された複数画素のベクトルデータに基づき前記ＡＦ評価値の算出対象となる画素を決定する決定手段と、この決定手段により決められた画素のコントラスト値に基づき前記ＡＦ評価値を算出する算出手段とを備えたものとした。
【０００８】
かかる構成において、光学系を光軸方向に移動させる間に逐次取得されるＡＦ評価値は、被写体画像を構成する画素のうち、各々の画素に関する周辺画素とのコントラスト値の高低関係を方向で示すベクトルデータに応じて決められる所定の画素のみのコントラスト値に基づき算出される。したがって、光学系の合焦位置の判定に使用するＡＦ評価値に、被写体画像のノイズ成分が混入することを阻止したり、ノイズ成分が混入する確率を極めて低くすることができる。
【０００９】
また、請求項２の発明にあっては、前記決定手段は、ＡＦ評価値の算出対象となる画素の決定に際し、前記ベクトルデータにより示される方向が同一である画素のうち、互いに隣接しあう画素の数が所定数以下である画素、すなわち方向が同一である画素が全く隣接していないもの（孤立画素）と、方向が同一である画素が所定数以下だけ隣接しているもの（連結画素）とを除外するものとした。
【００１０】
かかる構成においては、ＡＦ評価値が、被写体画像を構成する画素のうち、ノイズの影響を受けている可能性が高いものを除外された画素のみのコントラスト値に基づき算出される。したがって、ＡＦ評価値において被写体画像のノイズ成分の混入を阻止することができる。
【００１１】
また、請求項３の発明にあっては、前記決定手段は、被写体画像を構成する画素を前記ベクトルデータの方向別のベクトルグループに分けるとともに、所定の条件に基づき選択したベクトルグループに含まれる画素を、ＡＦ評価値の算出対象となる画素として決定するものとした。
【００１２】
かかる構成においては、ＡＦ評価値が、被写体画像を構成する画素のうち、光学系の合焦位置の判定に寄与する度合いが大きい画素のみのコントラスト値に基づき算出される。したがって、ＡＦ評価値に被写体画像のノイズ成分が混入する確率を極めて低くすることができる。
【００１３】
また、請求項４の発明にあっては、前記所定の条件は、互いに隣接した前記ベクトルデータが同一である複数画素からなる集合体の大きさを含むであるものとした。
【００１４】
かかる構成においても、ＡＦ評価値に被写体画像のノイズ成分が混入する確率を極めて低くすることができる。
また、請求項５の発明にあっては、前記所定の条件は、前記ベクトルデータにより示される方向が同一である画素の数を含むものとした。
【００１５】
かかる構成においても、ＡＦ評価値に被写体画像のノイズ成分が混入する確率を極めて低くすることができる。
【００１６】
また、請求項６の発明にあっては、前記所定の条件は、ベクトルグループ毎のコントラスト値の大きさを含むものとした。
【００１７】
かかる構成においても、ＡＦ評価値に被写体画像のノイズ成分が混入する確率を極めて低くすることができる。
【００１８】
また、請求項７の発明にあっては、前記決定手段は、所定の条件に基づき選択したベクトルグループに含まれる画素のうち、互いに隣接しあう画素が最も多い集合部分を構成している画素を、ＡＦ評価値の算出対象となる画素として決定するものとした。
【００１９】
かかる構成においても、ＡＦ評価値に被写体画像のノイズ成分が混入する確率を極めて低くすることができる。
【００２０】
また、請求項８の発明にあっては、前記取得手段は、前記被写体画像中のＡＦ評価エリアに含まれる画素毎のコントラスト値に基づき、ＡＦ評価エリア内の各画素について周辺画素とのコントラスト値の高低関係を方向で示すベクトルデータを取得し、前記決定手段は、前記取得手段により取得された複数画素のベクトルデータに基づき、前記ＡＦ評価エリア内において前記ＡＦ評価値の算出対象となる画素を決定するものとした。
【００２１】
かかる構成において、光学系を光軸方向に移動させる間に逐次取得されるＡＦ評価値は、被写体画像中のＡＦ評価エリアを構成する画素のうち、各々の画素に関する周辺画素とのコントラスト値の高低関係を方向で示すベクトルデータに応じて決められる所定の画素のみのコントラスト値に基づき算出される。したがって、光学系の合焦位置の判定に使用するＡＦ評価値に、ＡＦ評価エリアのノイズ成分が混入することを阻止したり、ノイズ成分が混入する確率を極めて低くすることができる。
【００２２】
また、請求項９の発明にあっては、前記被写体画像の画素毎のコントラスト値は、該画素の輝度値とその周辺画素の輝度値との差を示す値であるものとした。
【００２３】
また、請求項１０の発明にあっては、光学系を光軸方向に移動させながら被写体を撮像し、撮像した被写体画像の画素毎のコントラスト値に基づきＡＦ評価値を取得し、取得したＡＦ評価値に基づき光学系の合焦位置を判定するオートフォーカス装置において、前記被写体画像を構成する画素毎のコントラスト値に基づき、各画素について周辺画素とのコントラスト値の高低関係を方向で示すベクトルデータを取得する取得手段と、この取得手段により取得された複数画素のベクトルデータに基づき前記ＡＦ評価値の算出対象となる前記被写体画像のＡＦ評価範囲を設定する設定手段と、この設定手段により設定された前記ＡＦ評価範囲の画素のコントラスト値に基づき前記ＡＦ評価値を算出する算出手段とを備えたものとした。
【００２４】
かかる構成においては、光学系を光軸方向に移動させる間に被写体が相対的に移動するとき、被写体画像におけるＡＦ評価範囲の位置が、被写体の移動に追随して設定つまり更新され、更新されたＡＦ評価範囲の画素のコントラスト値に基づきＡＦ評価値が算出される。
【００２５】
また、請求項１１の発明にあっては、前記設定手段は、被写体画像を構成する画素を前記ベクトルデータの方向別のベクトルグループに分けるとともに、所定の条件に基づき選択したベクトルグループに含まれる画素のうち、互いに隣接しあう画素が最も多い集合部分ををＡＦ評価範囲として設定するものとした。
【００２６】
かかる構成においては、被写体画像におけるＡＦ評価範囲の位置を、被写体の移動に、より確実に追従させることができる。
【００２７】
また、請求項１２の発明にあっては、光学系を光軸方向に移動させながら被写体を撮像し、撮像した被写体画像の画素毎のコントラスト値に基づきＡＦ評価値を取得し、取得したＡＦ評価値に基づき光学系の合焦位置を判定するオートフォーカス制御において前記ＡＦ評価値を取得する方法であって、前記被写体画像を構成する画素毎のコントラスト値に基づき、各画素について周辺画素とのコントラスト値の高低関係を方向で示すベクトルデータを取得する工程と、取得した複数画素のベクトルデータに基づき前記ＡＦ評価値の算出対象となる画素を決める工程と、決めた画素のコントラスト値に基づき前記ＡＦ評価値を算出する工程とからなる方法とした。
【００２８】
かかる方法によれば、光学系を光軸方向に移動させる間に逐次取得されるＡＦ評価値は、被写体画像を構成する画素のうち、各々の画素に関する周辺画素とのコントラスト値の高低関係を方向で示すベクトルデータに応じて決められる所定の画素のみのコントラスト値に基づき算出される。したがって、光学系の合焦位置の判定に使用するＡＦ評価値に、被写体画像のノイズ成分が混入することを阻止したり、ノイズ成分が混入する確率を極めて低くすることができる。
【００２９】
また、請求項１３の発明にあっては、光学系を光軸方向に移動させながら被写体を撮像し、撮像した被写体画像の画素毎のコントラスト値に基づきＡＦ評価値を取得し、取得したＡＦ評価値に基づき光学系の合焦位置を判定するオートフォーカス装置が有するコンピュータを、前記被写体画像を構成する画素毎のコントラスト値に基づき、各画素について周辺画素とのコントラスト値の高低関係を方向で示すベクトルデータを取得する取得手段と、この取得手段により取得された複数画素のベクトルデータに基づき前記ＡＦ評価値の算出対象となる画素を決定する決定手段と、この決定手段により決められた画素のコントラスト値に基づき前記ＡＦ評価値を算出する算出手段として機能させるためのプログラムとした。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図にしたがって説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態を示すデジタルカメラ１のブロック図である。このデジタルカメラ１はＡＦ機能を備えたものであって、フォーカスレンズ２、ズームレンズ３、ＣＣＤ４、ＣＤＳ／ＡＤブロック５、ＴＧ（Ｔｉｍｉｎｇ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）６、ＣＣＤデータ前処理ブロック７、色処理（ＣＰ）ブロック８、ＪＰＥＧ符号化器９、ＤＲＡＭ１０、ＲＯＭ１１、ＲＡＭ１２、ＣＰＵ１３、画像表示部１４、キーブロック１５、カード・インターフェイス１６、モータ駆動ブロック１７を備えており、カード・インターフェイス１６には、図示しないカメラ本体のカードスロットに着脱自在に装着されたメモリカード１８が接続されている。
【００３１】
フォーカスレンズ２及びズームレンズ３はそれぞれが図示しないレンズ群から構成されるものである。モータ駆動ブロック１７は、フォーカスレンズ２を光軸方向に駆動するフォーカスモータ１７０ａ、及びズームレンズ３を光軸方向に駆動するズームモータ１７０ｂと、ＣＰＵ１３から送られる制御信号に従いフォーカスモータ１７０ａ及びズームモータ１７０ｂをそれぞれ駆動するモータドライバ１７１ａ，１７１ｂとから構成されている。
【００３２】
ＣＣＤ４は、フォーカスレンズ２とズームレンズ３を介して投影された被写体像を光電変換し撮像信号として出力する。ＴＧ６は、所定周波数のタイミング信号を生成してＣＣＤ４を駆動する。ＣＤＳ／ＡＤブロック５は、ＣＣＤ４からの出力信号をサンプリングしてノイズを除去しデジタル信号に変換する。ＣＣＤデータ前処理ブロック７は、デジタル信号に変換された撮像信号に対し輝度信号処理等のデータ処理を行う。色処理（ＣＰ）ブロック８は、輝度信号処理等が行われた画像信号に対して色分離等の色処理を行い、Ｙ，Ｃｂ，Ｃｒの画像データを生成する。ＤＲＡＭ１０は、色処理後のＹ，Ｃｂ，Ｃｒの画像データを逐次記憶する。
【００３３】
画像表示部１４は、カラーＬＣＤと、それを駆動する駆動回路等からなり、撮影モードが設定された状態でシャッターキーが押されていない間（撮影待機状態）には、ＣＣＤ４から取り込まれＤＲＡＭ１０に蓄積された１フレーム（画面）分の画像データに基づくスルー画像を表示し、再生モードが設定された状態では、メモリカード１８から読み出されるとともに伸張された画像データに基づく記録画像を表示する。ＪＰＥＧ符号化器９は、画像記録時には、色処理（ＣＰ）ブロック８から入力した画像データをＪＰＥＧ圧縮する。メモリカード１８は、カード・インターフェイス１６を介して送られた圧縮後の画像データを記録する。記録された画像データは、記録画像の再生時に読み出され、ＪＰＥＧ符号化器９により伸張された後、画像表示部１４において表示される。また、キーブロック１５は、撮影モードと再生モードとの動作切り替えに使用される切替キーや、シャッターキー等の各種の操作キーを含み、キー操作に応じた操作信号をＣＰＵ１３へ送る。
【００３４】
そして、ＲＯＭ１１には、ＣＰＵ１３によるデジタルカメラ１の制御、すなわちＡＦ制御、ＡＥ制御、ＡＷＢ制御等に必要なプログラムと各種データが格納されており、ＣＰＵ１３は、キーブロック１５からの操作信号と前記プログラムに従いＲＡＭ１２を作業用メモリとして動作することにより、本発明の取得手段、決定手段、算出手段、設定手段として機能する。
【００３５】
なお、上記プログラムは、必ずしもＲＯＭ１１に格納されている必要はなく、例えば前記メモリカード１８の所定領域に格納された構成であってもよい。また、前記メモリカード１８以外にもＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能なメモリを備えた構成であれば、上記プログラムがそれらのメモリに他の装置から通信等の任意の方法で供給される構成としてもよい。
【００３６】
次に、以上の構成からなるデジタルカメラ１の動作を説明する。図２は、デジタルカメラ１におけるＡＦ処理の概略を示すフローチャートである。本実施の形態におけるＡＦ処理は、従来技術で述べたコントラスト検出方式によるものであり、ＡＦ処理に際しては、フォーカスレンズの移動範囲を近接方向の端点から無限遠方向の端点までの全域とし、フォーカスレンズの移動、ＣＣＤ等による撮像（露光）、画像信号の転送及びＡＤ変換、ＡＦ評価値（コントラスト値）の算出といった一連の処理を繰り返し行う（ステップＳＡ１〜ＳＡ４）。なお、図３は、その間における動作タイミングを示すタイミングチャートであり、上記一連の処理は図示したＡＦ評価サイクルで行われる。そして、各ポイントについてＡＦ評価値の算出が終了したら（ステップＳＡ５でＹＥＳ）、その時点でＡＦ評価値が最大となるピーク位置を算出し（ステップＳＡ６）、ピーク位置へフォーカスレンズを移動する（ステップＳＡ７）。
【００３７】
一方、図４は、ＡＦ評価サイクル毎に行われるＡＦ評価値の算出処理（ステップＳＡ４）の詳細を示すフローチャートである。以下、ステップＳＡ２において図５に示したような画像（以下、元画像）１００が撮像されたものとして説明する。係る処理では、まず元画像１００から所定の位置及び大きさの（ＡＦエリア）評価範囲（図で、画面中央部分）の画素データを切り出す（ステップＳＡ１０１）。なお、この評価範囲（サーチエリア）は固定的に設定されているエリアや、予め用意されている複数エリアからユーザーにより（又は自動的に）選択されたエリアである。
【００３８】
次に、図６（ａ）に示したような切り出した評価範囲の画像１０１（以下、評価画像）の各画素の輝度成分データに基づき、各画素のコントラスト値を算出する（ステップＳＡ１０２）。具体的には、上記評価画像１０１をいったん白黒化（輝度信号のみを抽出）した後、各画素について周囲の画素との間の輝度差であるコントラスト値を算出し、さらに明暗比化によって各画素のコントラスト値の大小を輝度の明暗で表したコントラスト画像１０２を取得する。図６（ｂ）は、評価画像１０１の一部（Ａ部）に対応する上記コントラスト画像１０２の部分拡大図である。なお、明暗比化によりコントラスト画像１０２を取得するといった画像処理を行わず、単に各画素のコントラスト値を算出するのみでもよい。また、白黒化した画像からコントラスト値を算出せずに、他の方法によってコントラスト値を取得しても構わない。
【００３９】
引き続き、ステップＳＡ１０２で算出した、評価画像１０１における各画素のコントラスト値（コントラスト画像１０２）に基づき、コントラストベクトルを算出する（ステップＳＡ１０３）。なお、コントラスト画像１０２に基づき、コントラストベクトルを算出することを考えた場合、コントラストベクトルは、各画素における周辺画素との相対的な輝度関係を方向（輝度方向）で示すデータであって、本実施の形態では、注目画素とその８近傍画素との輝度関係に基づき算出する。すなわち図７（ａ）は、３×３［（０，０）〜（２，２）］の画素エリアで、（１，１）の輝度が他の８近傍要素の輝度より高い場合における輝度方向（ベクトル）の表示規則を表したものであり、本実施の形態において、各画素の取り得る輝度方向は図示した８方向である。また、図８は、図６（ｂ）に対応する領域内の各画素のコントラストベクトルを示した模式図であり、被写体のエッジ付近において互いに隣接する画素にあっては、それらのコントラストベクトルが同一方向となる傾向にある。
【００４０】
次に、算出した各画素のコントラストベクトルをベクトル（輝度）方向別にグループ分けし（ステップＳＡ１０４）、グループ分けした８つのベクトルグループの中で、その範囲が広く（同一方向のベクトルを有する画素数が多く）、且つコントラスト（グループ内の全画素のコントラスト値の合計）が高いベクトルグループを選択する（ステップＳＡ１０５）。引き続き、選択したベクトルグループの要素（輝度方向が同一である各画素）の中に孤立点、つまり周辺に同一の輝度方向を有する画素が１つも存在しない孤立点があるか否かを判別する（ステップＳＡ１０６）。
【００４１】
なお、先に示した図８は、ステップＳＡ１０５における選択条件と合致するベクトルグループの輝度方向が「左下」であったとき、そのベクトルグループの要素（画素）を塗りつぶしたものであり、図示した画素エリアでは（０，０）〜（１８，１８）の画素のうち（５，１２）の画素が孤立点であり、かかる孤立点は、被写体のエッジ部分とは異なる部分で、かつノイズが存在する部分に現れることとなる。
【００４２】
そして、上記の場合ように孤立点があれば（ステップＳＡ１０６でＹＥＳ）、孤立点となる画素のコントラスト値を、ＡＦ評価値の算出に用いるデータから除外し（ステップＳＡ１０７）、ステップＳＡ１０５で所定の選択条件に基づき選択したベクトルグループの（孤立点を除く）画素のコントラスト値を所定の条件式を用いて加算することによりＡＦ評価値を算出する（ステップＳＡ１０８）。また、孤立点がなければ（ステップＳＡ１０６でＮＯ）、選択したベクトルグループの全ての画素のコントラスト値を所定の条件式を用いて加算することによりＡＦ評価値を算出する（ステップＳＡ１０８）。
【００４３】
以上のように本実施の形態においては、ＡＦ評価値の算出には、前述した条件で選択されたベクトルグループの要素で、かつそのグループ内で孤立点となる画素を除外した残りの画素のコントラスト値だけを使用するようにした。ここで、前記孤立点は、前述したように元画像１００の評価範囲内において被写体のエッジ部分とは異なる部分で、かつノイズが存在する部分に現れることから、例えば低照度時のように元画像１００にノイズが多く含まれている場合であっても、そのノイズ成分が算出したＡＦ評価値に混入しにくくなる。よって、ＡＦ評価値のピーク位置を高精度で検出することができ、その結果、精度の高いフォーカス動作が可能となる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、図４に示したＡＦ評価値の算出処理において、８種類のベクトルグループの中からＡＦ評価値の算出対象となるベクトルグループを選択するとき（ステップＳＡ１０５）、「範囲が広く、且つコントラストが高いベクトルグループ」を選択するようにしたが、例えば単純に「範囲が一番広いベクトルグループ」や「コントラストが一番高いベクトルグループ」を選択するようにしてもよい。また、「範囲の広さ」と「コントラストの高さ」の一方または双方を基準として各グループにランク付けを行い、ランクが上位側に位置する複数のベクトルグループを選択するようにしてもよく、双方の基準によるランク付けでは、一方の基準に重みをつけるようにしてもよい。さらには、ここで述べた以外の１又は複数の基準によって、ＡＦ評価値の算出対象となるベクトルグループを１又は複数選択するようにしてもよい。但し、複数のベクトルグループをＡＦ評価値の算出対象とする場合には、各ベクトルグループについてステップＳＡ１０７で説明した孤立画素の除外処理を行う必要がある。さらに、各ベクトルグループにおいて複数の画素（同一方向のコントラストベクトルを有する画素）が連続している範囲が最も広い集合部分を特定し、特定した各ベクトルグループの集合部分の大きさをそれぞれ比較し、一番大きい集合部分を有するベクトルグループを選択するようにしてもよい。
【００４５】
また、最終的なＡＦ評価値の算出に際しては、選択されたベクトルグループ内においてその周辺に同一の輝度方向を有する画素が１つも存在しない孤立点となる画素のコントラスト値を除外するようにしたが、その周辺（８周辺画素）に存在する同一の輝度方向を有する画素の数が所定数以下である画素、例えば同一の輝度方向を有する画素が２つ隣接したもの（２連結画素）や３つ隣接したもの（３連結画素）のコントラスト値を除外するようにしてもよい。
【００４６】
また、図４に示したＡＦ評価値の算出処理において、ステップＳＡ１０６、ＳＡ１０７の処理を行なわないようにし、孤立点となる画素のコントラスト値を除外しないようにしてもよい。
【００４７】
また、これとは別に、最終的なＡＦ評価値の算出を、ステップＳＡ１０６において所定の条件で選択されたベクトルグループについて複数の画素が連続している集合部分を確認し（なお、各々が接する方向は８方向のいずれでもよい）、それらの中で範囲が最も広い（画素が最も多い）最大集合部分を特定し、それを構成している画素のコントラスト値のみを用いて、最終的なＡＦ評価値を算出するようにしてもよい。すなわち、図８に示した画素エリアを図５の元画像１００の評価範囲と仮定した場合には、（４，０）と（１２，８）とを対角点とする矩形領域内で塗りつぶされている部分が前述した集合部分であり、塗りつぶされている画素のコントラスト値のみを用いて最終的なＡＦ評価値を算出するようにしてもよい。なお、その場合、前述したようにＡＦ評価値の算出対象として複数のベクトルグループを選択するものでは、各ベクトルグループにおいて範囲が最も広い集合部分をそれぞれ構成している画素のコントラスト値を用いて最終的なＡＦ評価値を算出することとなる。
【００４８】
一方、ステップＳＡ１０３で算出するコントラストベクトル（輝度方向のデータ）を図７（ａ）に示した８種類としたが、それを同図（ｂ）に示した４種類としてもよい。すなわち同図（ｂ）は、３×３［（０，０）〜（２，２）］の画素エリアで、（１，１）の輝度が他の４近傍要素の輝度より高い場合における輝度方向（ベクトル）の表示規則を表したものであり、このように各画素の取りうる輝度方向を４方向としてもよい。その場合には、ＡＦ評価値の算出処理に関するデータ処理量を削減することにより、ＡＦ制御時にかかるＣＰＵ１３の負担を軽減させることができる。但し、その場合には前述したステップＳＡ１０４では各画素のコントラストベクトルを４つのベクトルグループに分けた後、ステップＳＡ１０５ではその４つのベクトルグループの中から所定のベクトルグループを選択することとなる。なお、その場合においても、前述した本実施の形態とは異なる選択条件（又は選択基準）を適用してもよい。
【００４９】
また、本実施の形態においては、ＡＦ処理中に、ＡＦ評価サイクル（図３参照）毎にＡＦ評価値の算出処理を実行するとき、ＡＦ評価値の算出対象とするベクトルグループの選択処理（図４のステップＳＡ１０５）を毎回実行するようにしたが、２回目以降については選択処理を省いてもよい。すなわち、２回目以降については、１回目に選択（使用）したベクトルグループ（但し、その要素となる画素は変動する）を使用することにより、２回目以降にＡＦ評価値の算出対象とするベクトルグループをロックするようにしてもよい。この場合、図４のステップＳＡ１０４において、各画素のコントラストベクトルを８つのベクトルグループに分ける処理を行なう必要がなく、単に１回目に選択したベクトルグループの画素を抽出する処理のみ行なうようにすればよい。
【００５０】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は前記デジタルカメラ１において、前述した図２のＡＦ処理中に、第１の実施の形態とは異なるＡＦ評価値の算出処理を行わせるためのプログラムがＲＯＭ１１に記録されているものである。
【００５１】
以下、本実施の形態におけるＡＦ評価値の算出処理を図９に示したフローチャートに従い説明すると、図２のステップＳＡ２で撮像した元画像１００から評価画像１０１を切り出し（ステップＳＡ２０１）、切り出した評価画像１０１における各画素のコントラスト値を算出した後（ステップＳＡ２０２）、各画素のコントラストベクトルを算出し（ステップＳＡ２０３）、算出した各画素のコントラストベクトルをベクトル方向別にグループ分けする（ステップＳＡ２０４）。ここまでは、第１の実施の形態で説明した図４のステップＳＡ１０１〜ステップＳＡ１０４の処理と同一である。
【００５２】
次に、ステップＳＡ２０４でグループ分けした８つのベクトルグループの各々について、その要素の中に、周辺に同一の輝度方向を有する画素が１つも存在しない孤立点があるか否かを判別する（ステップＳＡ２０５）。そして、孤立点があれば（ステップＳＡ２０６でＹＥＳ）、各ベクトルグループで孤立点となる画素のコントラスト値を、ＡＦ評価値の算出に用いるデータから除外した後（ステップＳＡ２０７）、全てのベクトルグループの（孤立点を除く）画素のコントラスト値、つまり評価画像１０１の全画素から各ベクトルグループ内で孤立点となる画素を除いた分の画素のコントラスト値を用いてＡＦ評価値を算出する（ステップＳＡ２０８）。また、全てのベクトルグループにおいて孤立点がなければ（ステップＳＡ２０６でＮＯ）、全てのベクトルグループの全ての画素のコントラスト値、すなわち評価画像１０１の全画素のコントラスト値を用いてＡＦ評価値を算出する（ステップＳＡ２０８）。
【００５３】
以上のように本実施の形態においては、ＡＦ評価値の算出には、評価画像１０１の全画素（全てのベクトルグループの要素）から各ベクトルグループ内で孤立点となる画素を除いた分の画素のコントラスト値だけを使用するようにした。このため、第１の実施の形態と同様の理由により、例えば低照度時のように元画像１００にノイズが多く含まれている場合であっても、そのノイズ成分が算出したＡＦ評価値に混入しにくくなる。よって、ＡＦ評価値のピーク位置を高精度で検出することができ、その結果、精度の高いフォーカス動作が可能となる。
【００５４】
なお、本実施の形態においても、最終的なＡＦ評価値の算出に際して除外する孤立点（画素）を、同一ベクトルグループ内においてその周辺に同一の輝度方向を有する画素が１つも存在しないものとしたが、第１の実施の形態と同様に、その周辺に存在する同一のベクトル方向を有する画素が所定数（０乃至３つ等の少数）以下である画素としてもよい。
【００５５】
また、これとは別に、最終的なＡＦ評価値の算出に、全てのベクトルグループの（孤立点を除く）画素のコントラスト値を用いるようにしたが、各ベクトルグループの各々について複数の画素が連続している集合部分を確認し（なお、各々が接する方向は８方向のいずれでもよい）、それらの中で範囲が最も広い（画素が最も多い）最大集合部分を特定した後、各々のベクトルグループで最大集合部分を構成している画素のコントラスト値のみを用いて、最終的なＡＦ評価値を算出するようにしてもよい。
【００５６】
また、本実施の形態においても、第１の実施の形態で述べたように、ステップＳＡ２０３で算出するコントラストベクトル（輝度方向のデータ）を８種類とし、ステップＳＡ２０４では各画素のコントラストベクトルを８つのベクトルグループに分けるようにしたが、コントラストベクトルを４種類とし、各画素のコントラストベクトルを４つのベクトルグループに分け、それに基づきステップＳＡ２０５以後の処理を行うようにしてもよい。その場合には、ＡＦ評価値の算出処理に関するデータ処理量を削減することにより、ＡＦ制御時にかかるＣＰＵ１３の負担を軽減させることができる。
【００５７】
（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は前記デジタルカメラ１において、前述した図２のＡＦ処理中に、第１及び第２の実施の形態とは異なるＡＦ評価値の算出処理を行わせるためのプログラムがＲＯＭ１１に記録されているものである。
【００５８】
以下、本実施の形態におけるＡＦ評価値の算出処理を図１０に示したフローチャートに従い説明する。すなわち図２のステップＳＡ２で撮像した元画像１００の全領域について画素毎のコントラスト値を算出した後（ステップＳＡ３０１）、画素毎のコントラストベクトルを算出し（ステップＳＡ３０２）、算出した各画素のコントラストベクトルをベクトル方向別にグループ分けする（ステップＳＡ３０３）。
【００５９】
次に、元画像１００の全領域の中で、同一方向のコントラストベクトルを有する画素が連続する範囲が広く、且つコントラスト（範囲内の全画素のコントラスト値の合計）が高い集合部分を選択し、その集合部分に対応する画素領域を評価範囲（サーチエリア）として決定する（ステップＳＡ３０４）。しかる後、決定した評価範囲における全ての画素のコントラスト値を所定の条件式を用いて加算することによりＡＦ評価値を算出する（ステップＳＡ３０５）。
【００６０】
以上のように本実施の形態においては、ＡＦ評価値の算出対象となる評価範囲を予め設定せずに、ＡＦ評価サイクル（図３参照）毎に評価範囲を設定し、その評価範囲の各画素のコントラスト値に基づきＡＦ評価値を算出する。このため、ＡＦ処理の実行中に、被写体が移動したり手ぶれ等で装置本体が動いたりする場合であっても、評価範囲が被写体に追随することとなる。したがって、そのような場合であっても精度の高いフォーカス動作を行うことができる。
【００６１】
なお、本実施の形態においては、ＡＦ評価サイクル毎にＡＦ評価値の算出対象となる評価範囲を決定するとき（ステップＳＡ３０４）、先にグループ分けした８つのベクトルグループ（元画像１００の全領域）の中から、前述した所定の条件に応じたベクトルグループ（集合部分）を毎回選択するようにしたが、２回目以降についてはそれを省いてもよい。すなわち２回目以降については、１回目に選択した集合部分を有するベクトルグループ（但し、その要素となる画素により形成される画素領域は変動する）を使用することにより、２回目以降の評価範囲の決定に使用するベクトルグループをロックするようにしてもよい。例えば１回目のＡＦ評価値の算出時に選択されたベクトルグループの輝度方向が「左下」であった場合、２回目以降は、「左下」のコントラストベクトルを有する画素のみによって構成される複数の集合部分の中で最も大きい集合部分を評価範囲（サーチエリア）として決定する。その場合には、ＡＦ制御の開始当初に捕捉した被写体に、ＡＦ評価値の算出対象とする評価範囲をより確実に追従させることができ、フォーカス動作の精度をより一層高めることができる。
【００６２】
また、本実施の形態においても、第１及び第２の実施の形態で述べたように、ステップＳＡ３０２で算出するコントラストベクトル（輝度方向のデータ）を８種類とし、ステップＳＡ３０３では各画素のコントラストベクトルを８つのベクトルグループに分けるようにしたが、コントラストベクトルを４種類とし、各画素のコントラストベクトルを４つのベクトルグループに分けるようにしてもよい。その場合には、ＡＦ評価値の算出処理に関するデータ処理量を削減することにより、ＡＦ制御時にかかるＣＰＵ１３の負担を軽減させることができる。
【００６３】
また、以上説明した第１〜第３の実施の形態においては、ＣＰＵ１３がＡＦ制御に際して、フォーカスレンズを近接方向から無限遠方向の全域で移動しＡＦ評価値のピーク位置（合焦位置）をサーチする全域サーチを実施する場合について説明したが、かかる制御だけでなく、例えばＡＦ時間の短縮化を目的として、フォーカスレンズを大きな移動間隔で近接方向から無限遠方向へ移動させて、いったんＡＦ評価値のピーク付近を大まかに判定した後、そのピーク付近の狭い範囲でピーク位置を検出する場合や、サーチ範囲が狭い場合に行われるピークサーチにおいても本発明は有効である。
【００６４】
すなわちピークサーチは、図１１に示したように、フォーカスレンズを小さな間隔で移動させながら、ＣＣＤ等による撮像、画像信号の転送及びＡＤ変換、ＡＦ評価値の算出といった一連の処理を繰り返し行い（ステップＳＢ１〜ＳＢ５）、その間にＡＦ評価値のピークが検出できた時点で（ステップＳＢ４でＹＥＳ）、検出したピーク位置へフォーカスレンズを移動する（ステップＳＢ６）、フォーカス動作であり、その間のステップＳＢ３におけるＡＦ評価値の算出に本発明を適用すればよい。
【００６５】
また、以上説明した第１〜第３の実施の形態において用いられている「画素」は、必ずしもＣＣＤ４を構成する画素やメモリカード１８に記録される画像データを構成する画素と一致しなくてもよく、例えば、ＣＣＤ４を構成する複数の画素を１画素（１単位）として１つのコントラスト値及びコントラストベクトルを算出するようにしてもよい。
【００６６】
また、以上の説明においては、主として静止画を撮影するデジタルカメラに本発明を採用した場合について説明したが、本発明は、ＣＣＤ及びその他の撮像素子をセンサとして使用して、コントラスト検出方式のＡＦ制御を行うムービーカメラ等の他のカメラ装置に採用してもよく、その場合においても前述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１，８，９，１２の発明においては、光学系の合焦位置の判定に使用するＡＦ評価値に、被写体画像のノイズ成分が混入することを阻止したり、ノイズ成分が混入する確率を極めて低くすることができるようにした。よって、精度の高いフォーカス動作が可能となる。
【００６８】
また、請求項２の発明においては、ＡＦ評価値において被写体画像のノイズ成分の混入を阻止することができるようにした。よって、精度の高いフォーカス動作が可能となる。
【００６９】
また、請求項３，４，５，６，７の発明においては、ＡＦ評価値に被写体画像のノイズ成分が混入する確率を極めて低くすることができるようにした。よって、精度の高いフォーカス動作が可能となる。
【００７０】
また、請求項１０の発明においては、光学系を光軸方向に移動させる間に被写体が相対的に移動するとき、被写体画像におけるＡＦ評価範囲の位置が、被写体の移動に追随して設定つまり更新され、更新されたＡＦ評価範囲の画素のコントラスト値に基づきＡＦ評価値が算出されるようにした。よって、被写体が相対的に移動する場合であっても精度の高いフォーカス動作が可能となる。
【００７１】
また、請求項１１の発明においては、被写体画像におけるＡＦ評価範囲の位置を、被写体の移動に、より確実に追従させることができるようにした。よって、被写体が相対的に移動する場合におけるフォーカス動作の精度をより一層高めることができる。
【００７２】
また、請求項１３の発明においては、それを用いることにより、コンピュータを有するオートフォーカス装置において本発明の装置及び方法の実施が可能となる。また、既存の装置においてもそれが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施の形態に共通するデジタルカメラの要部を示すブロック構成図である。
【図２】各実施の形態に共通するＣＰＵによるＡＦ処理手順を示すフローチャートである。
【図３】各実施の形態に共通するオートフォーカス制御に関する動作を示すタイミングチャートである。
【図４】第１の実施の形態におけるＣＰＵによるＡＦ評価値の算出処理手順を示すフローチャートである。
【図５】ＡＦ評価値の算出に際して使用される元画像、及びその評価範囲を示す図である。
【図６】（ａ）は元画像の評価範囲に相当する評価画像を示す図、（ｂ）は評価画像から得られるコントラスト画像の一部を示す部分拡大図である。
【図７】（ａ）はコントラストベクトルの輝度方向の表示規則を示す図、（ｂ）は他の表示規則を示す図である。
【図８】評価画像の一部における各画素のコントラストベクトルを示す図６（ｂ）に対応する模式図である。
【図９】第２の実施の形態におけるＣＰＵによるＡＦ評価値の算出処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】第３の実施の形態におけるＣＰＵによるＡＦ評価値の算出処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】ＣＰＵによる他のＡＦ処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　　デジタルカメラ
２　　フォーカスレンズ
４　　ＣＣＤ
１１　　ＲＯＭ
１２　　ＲＡＭ
１３　　ＣＰＵ
１８　　メモリカード
１００　　元画像
１０１　　評価画像
１０２　　コントラスト画像
【図１】
2004029105.tif 000003
【図２】
2004029105.tif 000004
【図３】
2004029105.tif 000005
【図４】
2004029105.tif 000006
【図５】
2004029105.tif 000007
【図６】
2004029105.tif 000008
【図７】
2004029105.tif 000009
【図８】
2004029105.tif 000010
【図９】
2004029105.tif 000011
【図１０】
2004029105.tif 000012
【図１１】
2004029105.tif 000013