(57)【要約】【課題】  低照度下では信号レベルが低いことから映像信号を増幅するが、信号と同時にノイズも増幅され、合焦が困難であるという課題があった。【解決手段】  撮像素子の撮像面に被写体像を結像させるレンズと、このレンズを駆動する駆動回路と、撮像素子の出力信号に対して、被写体の照度に応じた所定の増幅率で信号増幅を行うアンプと、映像信号の水平方向の高周波成分量を検出する検波回路と、この検波回路により得られた高周波成分をもとに合焦の判定を行い、駆動回路に対して前記レンズの位置を動かす制御信号を発生することによりオートフォーカス制御を行う制御部と、アンプで増幅された増幅信号をデジタル変換したデジタル信号に対して、各画素ごとに垂直方向Ｎ画素を平均化するとともに、平均化した信号を前記検波回路に出力する平均化回路とを設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子の撮像面に被写体像を結像させるレンズと、
このレンズを駆動する駆動回路と、
前記撮像素子の出力信号に対して、被写体の照度に応じた所定の増幅率で信号増幅を行うアンプと、
映像信号の水平方向の高周波成分量を検出する検波回路と、
この検波回路により得られた高周波成分をもとに合焦の判定を行い、前記駆動回路に対して前記レンズの位置を動かす制御信号を発生することによりオートフォーカス制御を行う制御部と、
前記アンプで増幅された増幅信号をデジタル変換したデジタル信号に対して、各画素ごとに垂直方向Ｎ画素を平均化するとともに、平均化した信号を前記検波回路に出力する平均化回路とを設けたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
平均化回路は、アンプで増幅された増幅信号をデジタル変換したデジタル信号に対して、前記アンプの増幅率に応じて異なる画素数で平均化を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
アンプが映像信号を増幅する増幅率と平均化回路が平均化に使用する画素数Ｎの関係を記憶するデータテーブルを設けたことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコントラスト検出方式によるオートフォーカスを行う撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラのオートフォーカス方式には、合焦方式の原理から分類すると、測距方式とピント検出方式がある。測距方式は、被写体までの距離を測距し、これに応じてレンズを位置制御するものである。ピント検出方式は、撮像面でのピントを検出し、ピントが合った位置にレンズを位置制御するものである。
【０００３】
ピント検出方式に分類されるもののひとつにコントラスト検出方式があり、数枚のレンズ群の中にあるフォーカス用レンズを光軸方向にレンズ駆動回路によってフォーカスが合う（合焦）位置まで動かすことでなされる。合焦の判定には、合焦位置では映像信号中の高周波成分が最大になることを利用し、高周波信号成分が最大となる位置にレンズポジションが来るよう制御する。コントラスト検出方式は、焦点調節用の赤外線や超音波を発射する発信器、受信機、特殊な光学部材が不要であり、また被写体像の鮮鋭度に基づいて焦点検出を行っているため、被写体が遠くでも至近でも、距離によらずに正確にピントを合わせることができる等の長所を有する。
【０００４】
コントラスト検出方式のオートフォーカスにおける課題は、撮影被写体のコントラストの弱い場合や特殊な被写体に対してはフォーカスが合わない場合があることであるが、特許文献１には被写体や環境の状況に影響されず、被写体の変化に迅速かつ確実にフォーカス情報を検出し、あらゆる被写体や撮影条件で安定に合焦させる自動焦点調節装置が述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２９８１２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のオートフォーカスは、水平方向の高周波成分が最大となったときを合焦点として判断しており、コントラストの弱い被写体であっても合焦を可能にする装置が報告されている。しかし、低照度下では信号レベルが低いことから映像信号処理部６で映像信号を増幅しており、信号と同時にノイズも増幅されて信号成分とノイズ成分の差が少なくなることから、合焦が困難であるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る撮像装置は、撮像素子の撮像面に被写体像を結像させるレンズと、このレンズを駆動する駆動回路と、撮像素子の出力信号に対して、被写体の照度に応じた所定の増幅率で信号増幅を行うアンプと、映像信号の水平方向の高周波成分量を検出する検波回路と、この検波回路により得られた高周波成分をもとに合焦の判定を行い、駆動回路に対して前記レンズの位置を動かす制御信号を発生することによりオートフォーカス制御を行う制御部と、アンプで増幅された増幅信号をデジタル変換したデジタル信号に対して、各画素ごとに垂直方向Ｎ画素を平均化するとともに、平均化した信号を前記検波回路に出力する平均化回路とを設けたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る撮像装置は、撮像素子の撮像面に被写体像を結像させるレンズと、このレンズを駆動する駆動回路と、撮像素子の出力信号に対して、被写体の照度に応じた所定の増幅率で信号増幅を行うアンプと、映像信号の水平方向の高周波成分量を検出する検波回路と、この検波回路により得られた高周波成分をもとに合焦の判定を行い、駆動回路に対して前記レンズの位置を動かす制御信号を発生することによりオートフォーカス制御を行う制御部と、アンプで増幅された増幅信号をデジタル変換したデジタル信号に対して、各画素ごとに垂直方向Ｎ画素を平均化するとともに、平均化した信号を前記検波回路に出力する平均化回路とを設けたので、垂直方向に境目を持つ映像のノイズが減少し、水平方向では信号レベルはそのままにノイズが減少し、低照度環境下であっても高精度なオートフォーカス機能を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】オートフォーカスの動作を説明する図である。
【図３】極低照度時におけるオートフォーカスの動作を説明する図である。
【図４】平均化回路の動作を説明する図である。
【図５】実施の形態１の撮像装置におけるオートフォーカスの動作を説明する図である。
【図６】実施の形態２の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図７】一般的な撮像装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図７は一般的な撮像装置の構成を示すブロック図である。図７に示す撮像装置は、撮像素子より得られる画像信号を基にしたオートフォーカスシステムを有する。図７において、レンズ群１はＣＣＤ（Charge Coupled Device）２の撮像面に被写体像を結像させるものである。レンズ群１の中にはフォーカス用レンズがあり、レンズ駆動回路１２によって移動され、フォーカシングが行われる。ＣＣＤ２の出力信号はＣＤＳ(Correlated Double Sampling  相関二重サンプリング)３により２重相関サンプリングがなされ、アンプ４により信号増幅され、Ａ／Ｄ変換器５によりデジタル信号に変換される。アンプ４は、照度が十分である場合には、低い増幅率で信号増幅を行い、照度が十分に得られない環境下では、高い増幅率で信号増幅を行う。
【００１１】
デジタル信号は映像信号処理部６により信号処理され、映像信号出力部７にて出力される。また、デジタル信号は検波回路９にも入力され、バンドパスフィルタを用いて特定帯域の高周波成分が得られる。この高周波成分を元に、マイクロプロセッサ１０は合焦の判定を行い、レンズ駆動回路１２に対してフォーカス用レンズの位置を動かす制御信号を発生することにより、オートフォーカス制御を行う。このようなフィードバックする制御ループが形成され、フォーカス用レンズが合焦点に移動するまで繰り返される。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態１に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。図１に示す撮像装置は、図７に示す撮像装置に新たに平均化回路８が搭載されている。平均化回路８を搭載することにより、映像信号処理部６から検波回路９へ出力していた信号を平均化回路８にて平均化することが可能となる。なお、図１において図７と同一の符号は同一又は相当部分を示すので説明は省略する。
【００１３】
図２は、オートフォーカスの動作を説明する説明図である。図１に示す検波回路９は、映像信号の水平方向の高周波成分量を検出する装置である。検波回路９は図２で示される輝度の境目を検出するものである。オートフォーカス動作では、マイクロプロセッサ１０は、図２に示される境目の高周波成分が最大となったときを合焦と判断する。極低照度下における映像信号の信号レベルは低いので、映像信号を増幅する必要がある。しかし、映像信号を増幅するとノイズも同時に増幅される。このとき、信号レベルとノイズレベルが近くなることから、図３に示すとおり高周波成分の検出が困難となる。なお、極低照度時に発生するノイズはランダムノイズが主である。
【００１４】
上記課題を解決するため、本撮像装置は次のように動作する。ＣＣＤ２の出力信号はＣＤＳ(Correlated Double Sampling  相関二重サンプリング)３により２重相関サンプリングがなされ、アンプ４により信号増幅され、Ａ／Ｄ変換器５によりデジタル信号に変換される。デジタル信号は映像信号処理部６により信号処理され、映像信号出力部７にて出力される。映像信号処理部６で信号処理されたデジタル信号は、高周波成分の検出を行う検波回路９に映像信号を入力される前に、平均化処理を行う平均化回路８に入力される。
【００１５】
平均化回路８では、それぞれのラインごとに、各画素を中心に垂直方向Ｎ画素を用いて信号レベルを平均化する。図４は平均化回路の動作を説明する図である。図４において、黒丸が付された画素は中心画素、網掛けされた画素は中心画素と同一フィールドの画素、網掛けされていない画素は、中心画素と別フィールドの画素を示す。平均化回路８は、例えば５画素を用いて平均化を行う場合は、図４に示すように上側２画素、下側２画素を使用し、信号レベルの平均値を求める。
【００１６】
中心画素の上側１画素目と下側１画素目は、インターレース方式の場合は別フィールドであり、プログレッシブ方式の場合は同一フィールドである。図３の映像に垂直方向の平均化処理を行うと、図５のようになる。ランダムノイズの発生頻度は一様であると考えることができるため、複数画素の平均を取ることによってノイズ成分が減少する。映像の垂直方向の境目は、垂直方向の周辺画素の信号レベルをほぼ同一とみなすことができるため、平均化を行っても信号レベルはほとんど変化しない。
【００１７】
逆に映像の水平方向の境目は、垂直方向の周辺画素の信号レベルが同一とならないため、信号レベルが変化して境目が不明瞭となる。しかし、検波回路９では映像信号の水平方向のみを参照するため、垂直方向の映像信号の変化は問題とならない。映像信号の水平方向では、信号レベルはそのままにノイズ成分が減少していることから、平均化回路８を搭載しない場合と比べて、高精度でフォーカスを合焦させることが可能となる。
【００１８】
上記説明のように、高周波成分の検出を行う検波回路に映像信号を入力する前に、平均化処理を行う平均化回路による各画素毎に垂直方向の平均化処理を実行することにより、垂直方向に境目を持つ映像のノイズが減少しているので、低照度環境下であっても高精度なオートフォーカス機能を実現することができるようになった。
【００１９】
実施の形態２．
実施の形態１において、平均化回路８は、それぞれのラインごとに各画素を中心に垂直方向Ｎ画素を用いて信号レベルを平均化するものであり、例えば、５画素（上側２画素、中心画素、下側２画素）を用いて平均化を行う場合は、図４に示すように上側２画素、下側２画素を使用して信号レベルの平均値を求めていた。しかし、平均化回路８にて使用する画素数を、映像信号の増幅量に応じて変化させることも可能である。以下、実施の形態２では、平均化回路にて使用する画素数を映像信号の増幅量に応じて変化させる構成について説明する。
【００２０】
図６は、本発明の実施の形態２に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。図６に示す撮像装置は、図１に示す撮像装置に新たにデータテーブル１３が搭載されている。データテーブル１３は、映像信号の増幅率と平均化に使用する画素数Ｎの関係があらかじめ格納されている。平均化回路８は、データテーブル１３に格納されたデータより、アンプ４の増幅率に応じた画素数Ｎを用いて平均化処理を行う。なお、図６において図１と同一の符号は同一又は相当部分を示すので説明は省略する。
【００２１】
実施の形態１において、平均化回路８で平均化を行うと、垂直方向に境目を持つ映像のノイズを減少することができると説明した。しかし、映像の境目が完全に垂直ではなく斜めであった場合、信号レベルが変化してしまう場合がある。ここで、照度が十分な被写体であれば、アンプ４は低い増幅率で信号増幅を行う。低い増幅率で増幅された信号はノイズの少ない映像であり、平均化を行う必要性は低いといえる。そのため、平均化回路８は、照度が十分である場合、つまりアンプ４による映像信号の増幅率が小さいため、増幅信号のノイズが少ない場合には、アンプ４の増幅率に応じて、平均化に用いる画素数Ｎを少なくすることによって信号レベルの変化を抑制する。
【００２２】
逆に、照度が不十分な被写体であれば、アンプ４は高い増幅率で信号増幅を行う。高い増幅率で増幅された信号はノイズの多い映像であり、平均化を行う必要性は高いといえる。そのため、平均化回路８は、照度が不十分である場合、つまりアンプ４による映像信号の増幅率が大きいため、増幅信号のノイズが多い場合には、平均化に用いる画素数Ｎを多くする構成とする。データテーブル１３には、映像信号の増幅率と平均化に使用する画素数Ｎの関係が格納されており、アンプ４の増幅率に応じて平均化に使用する画素数Ｎが決定される。この値を用いて、平均化回路８は平均化を行う。映像信号の増幅にはアンプ以外、例えばＥＭＣＣＤ（Electron Multiplying CCD  電子増倍型CCD）を使用してもよい。
【符号の説明】
【００２３】
１  レンズ群、２  ＣＣＤ、３  ＣＤＳ、４  アンプ、５  Ａ／Ｄ変換器、
６  映像信号処理部、７  映像信号出力部、８  平均化回路、９  検波回路、
１０  マイクロプロセッサ、１１  Ｉ／Ｆ部、１２  レンズ駆動回路、
１３  データテーブル
【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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