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JP2006113265A - オートフォーカスシステム - Google Patents

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JP2006113265A JP2004300121A JP2004300121A JP2006113265A JP 2006113265 A JP2006113265 A JP 2006113265A JP 2004300121 A JP2004300121 A JP 2004300121A JP 2004300121 A JP2004300121 A JP 2004300121A JP 2006113265 A JP2006113265 A JP 2006113265A
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Abstract

【課題】オートフォーカス(AF)の対象範囲であるAFエリアを所定の被写体に自動追尾させている場合にマニュアル操作が行われると、その操作に従ってAFエリアを移動させることによって、自動追尾中でもAFの対象とする被写体を瞬時に変更可能とする。
【解決手段】AFエリアコントローラ14には、AFエリアの位置をマニュアル操作で移動させるためのトラックボール40が設けられている。追尾装置16は、AFエリアを所定の対象物に自動追尾させるためのAFエリアの位置をAFエリアコントローラ14に与える。AFエリアコントローラ14は、追尾装置16から与えられたAFエリアの位置を、AFを行うレンズ装置12のAF処理部22に与えることによってAFエリアを所定の対象物に自動追尾させると共に、トラックボール40が操作されると、追尾装置16よりもその操作を優先し、その操作に基づくAFエリアの位置をAF処理部22に与える。
【選択図】 図1

Description

本発明はオートフォーカスシステムに係り、特にカメラの撮影範囲のうちオートフォーカス(AF)の対象とする位置(範囲)を自動で移動させて所望の対象被写体を追尾しながらピント合わせすることができるオートフォーカスシステムに関する。
テレビカメラのように撮像素子(CCD等)により被写体の画像を電気信号(画像信号)に変換する撮像システムでは、オートフォーカス(以下、AFという)の方式として一般的にコントラスト方式が採用されている。コントラスト方式は、撮像素子により取り込まれた画像信号から被写体画像のコントラストを検出し、そのコントラストが最も高くなるように撮影レンズのフォーカスを制御することによって最良ピント状態に自動でピント合わせを行う方式である。
コントラスト方式のようなAFでは、カメラの撮影範囲内にある被写体の全体をAFの対象とするのではなく、撮影範囲のうちの一部の範囲にある被写体のみを対象とすることが多い。コントラスト方式のAFでは、撮像素子の撮像エリア全体により取り込まれた画像信号のうち、AFの対象とする範囲の画像信号を抽出し、その抽出した範囲の画像信号のコントラストが最も高くなるようにフォーカスを制御することによってAFの対象を一部の範囲の被写体のみに限定している。尚、本明細書ではカメラの撮影範囲のうちAFの対象とする被写体の範囲、又はカメラの撮影画像を再生した場合の撮影画像の画面範囲のうちAFの対象とする被写体の画面上での範囲をAFエリアといい、そのAFエリアの輪郭を示す枠をAF枠というものとする。
また、単一のAFエリアが撮影範囲内の所定位置に固定して設定される場合、標準的には矩形のAFエリアが撮影範囲の中央部に設定されるが、操作者の指定によってAFエリアの位置を変更可能にしたものも知られている。テレビカメラ等において操作装置を用いてAFエリアの位置を変更する場合には、AFエリアの縦横への移動を指示することができるトラックボールやジョイスティック等の操作装置が用いられている(例えば、特許文献1参照)。また、画面上で移動する被写体に追従させてAFエリアの位置を自動で移動(自動追尾)させるようにしたシステムも提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2002−365519号公報 特開平5−80248号公報
ところで、実際の撮影では、一つの被写体だけを常にAFの対象とするのではなく、カメラマンの判断により瞬時に他の被写体にAFの対象を切り替えたい場合がある。AFエリアの位置をトラックボールなどのマニュアル操作部材を操作して移動させる場合には、カメラマンの判断でAFの対象を瞬時に変更することができるが、AFエリアの位置を所定の被写体に自動追尾させている場合には、従来のシステムでは、一旦自動追尾動作を停止し、マニュアル操作に切り換える操作が必要になり、AFの対象を瞬時に変更することができないという問題があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、AFエリアを所定の被写体に自動追尾させている場合にAFの対象とする被写体を瞬時に変更することができるオートフォーカスシステムを提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、請求項1に記載のオートフォーカスシステムは、カメラの撮影範囲のうちの一部の範囲であるAFエリアの範囲の被写体に自動でピント合わせを行うオートフォーカス手段と、前記オートフォーカス手段でのピント合わせの対象とする被写体の移動に追従させて前記AFエリアの位置を自動で移動させる自動追尾の制御を行うAFエリア制御手段とを備えたオートフォーカスシステムにおいて、前記AFエリアの位置をマニュアル操作部材の操作に従って移動させるAFエリア操作手段を備え、前記AFエリア制御手段は、前記AFエリア操作手段のマニュアル操作部材が操作されると、該操作に従ってAFエリアの位置を移動させることを特徴としている。
本発明によれば、自動追尾の制御によって所定の被写体に追従してAFエリアが移動している場合にAFエリア操作手段のマニュアル操作部材を操作すると、その操作に従ってAFエリアが移動するため、操作者の意図によってAFの対象を瞬時に切り替えることができる。
請求項2に記載のオートフォーカスシステムは、請求項1に記載の発明において、前記AFエリア制御手段は、前記AFエリア操作手段のマニュアル操作部材の操作が終了した後、所定の操作が行われるまで前記自動追尾の制御を停止することを特徴としている。本発明では、自動追尾の制御によって所定の被写体に追従してAFエリアが移動している場合にAFエリア操作手段のマニュアル操作部材を一旦操作すると、自動追尾の制御が自動では再開されず、所定の操作によって再開される。
請求項3に記載のオートフォーカスシステムは、請求項1に記載の発明において、前記AFエリア制御手段は、前記AFエリア操作手段のマニュアル操作部材の操作が終了すると、該操作によって移動したAFエリアの範囲の被写体を自動追尾の対象として自動追尾の制御を開始することを特徴としている。本発明では、自動追尾の制御によって所定の被写体に追従してAFエリアが移動している場合にAFエリア操作手段のマニュアル操作部材を操作してAFエリアを移動させ、その操作を停止すると、自動追尾の制御が再開され、そのときのAFエリアの被写体に追従してAFエリアが移動するようになる。従って、自動追尾する対象の被写体を瞬時に切り替えることができる。
本発明に係るオートフォーカスシステムによれば、AFエリアを所定の被写体に自動追尾させている場合であってもAFの対象とする被写体を瞬時に変更することができる。
以下、添付図面に従って本発明に係るオートフォーカスシステムの好ましい実施の形態について詳説する。
図1は、本発明に係るオートフォーカスシステムが適用される撮像システムの全体構成を示したブロック図である。同図に示す撮像システムは、例えば放送用テレビカメラでの撮影に用いられる撮像システムであり、同図にはレンズ交換可能なカメラヘッド10、カメラヘッド10のレンズマウントに装着される撮影レンズ(光学系)を備えたレンズ装置12、AFエリアコントローラ14、追尾装置16等が示されている。
カメラヘッド10には、撮像素子(例えばCCD)や所要の信号処理回路等が搭載されており、レンズ装置12の撮影レンズにより結像された像は、撮像素子により光電変換された後、信号処理回路によって所要の信号処理が施される。信号処理回路によって生成される所定形式の映像信号は、カメラヘッド10の映像信号出力端子等から外部機器に出力される。また、カメラヘッド10には、構図の確認等のためのビューファインダ(モニタ)18が設置されており、そのビューファインダ18にカメラヘッド10からの映像信号が与えられ、カメラヘッド10で撮影されているリアルタイムの画像(映像)がビューファインダ18の画面上に表示されるようになっている。また、ビューファインダ18の画面上にはオートフォーカス(AF)の対象とするAFエリアの範囲を示すAF枠等の情報も表示される。
レンズ装置12は、カメラヘッド10のレンズマウントに装着される図示しない撮影レンズ(光学系)を備えており、その撮影レンズにより被写体の像がカメラヘッド10の撮像素子の撮像面に結像される。撮影レンズには、その構成部としてフォーカスレンズ群、ズームレンズ群、絞りなどの撮影条件を調整するための可動部が設けられており、それらの可動部は、図示しないモータ(サーボ機構)によって電動駆動されるようになっている。例えば、フォーカスレンズ群やズームレンズ群は光軸方向に移動し、フォーカスレンズ群が移動することによってフォーカス(被写体距離)調整が行われ、ズームレンズ群が移動することによって焦点距離(ズーム倍率)調整が行われる。尚、本実施の形態のようにオートフォーカスに関するシステムにおいては、少なくともフォーカスレンズ群が電動で駆動できればよく、その他の可動部は手動でのみ駆動可能であってもよい。また、所定の可動部を操作者の操作に従って電動駆動する場合には、図示しない操作部(レンズ装置12に接続されるコントローラの操作部等)から操作者の操作に従って出力されるコントロール信号に基づいて可動部の動作が制御されるが詳細は省略する。
また、同図に示すように、レンズ装置12には、レンズ装置12全体を統括制御するレンズCPU20、オートフォーカス(AF)処理を実行するAF処理部22、AF用撮像回路24等が搭載されている。AF用撮像回路24は、AF処理用の映像信号を取得するためにレンズ装置12に配置されており、撮像素子(CCD等)や撮像素子の出力信号を所定形式の映像信号として出力する処理回路等を備えている。尚、AF用撮像回路24の撮像素子をAF用撮像素子という。また、AF用撮像回路24から出力される映像信号は輝度信号とする。
AF用撮像素子の撮像面には、撮影レンズの光路上に配置されたハーフミラー等によってカメラヘッド10の撮像素子に入射する被写体光から分岐された被写体光が結像するようになっている。AF用撮像素子の撮像エリアに対する撮影範囲及び被写体距離(ピントが合う被写体の距離)は、カメラヘッド10の撮像素子の撮像エリアに対する撮影範囲及び被写体距離に一致するように構成されており、AF用撮像素子により取り込まれる被写体画像は、カメラヘッド10の撮像素子により取り込まれる被写体画像と一致している。尚、両者の撮影範囲に関しては完全に一致している必要はなく、例えば、AF用撮像素子の撮影範囲の方がカメラヘッド10の撮像素子の撮影範囲を包含する大きな範囲であってもよい。また、AF用撮像素子を設けることなくカメラ10からの映像信号をAF処理部22に与えるようにしてもよい。
AF処理部22は、AF用撮像回路24から映像信号を取得し、その映像信号に基づいて被写体画像のコントラストの高低を示す焦点評価値を算出する。例えば、AF用撮像素子から得られた映像信号の高域周波数成分の信号をハイパスフィルタによって抽出した後、その高域周波数成分の信号のうちAFの対象とするAFエリアに対応する範囲の信号を1画面分ずつ積算する。このようにして1画面分ごとに得られる積算値は被写体画像のコントラストの高低を示し、焦点評価値としてレンズCPU20に与えられる。尚、AFエリアの範囲は後述のようにレンズCPU20により指定される。
レンズCPU20は、詳細を後述するようにAFエリアの範囲を示す情報(AFエリア情報)をAFエリアコントローラ14から取得してそのAFエリア情報により指定されたAFエリアの範囲をAF処理部22に指定する。そして、そのAFエリアの画像(映像信号)により求められる焦点評価値をAF処理部22から取得すると共に、取得した焦点評価値が最大(極大)、即ち、AFエリアの被写体画像のコントラストが最大となるようにフォーカスレンズ群を制御する。例えば、焦点評価値に基づくフォーカスレンズ群の制御方式として山登り方式が一般的に知られており、フォーカスレンズ群を焦点評価値が増加する方向に移動させていき、焦点評価値が減少し始める点を検出すると、その位置にフォーカスレンズ群を設定する。これにより、AFエリア内の被写体に自動でピントが合わせられる。
AFエリアコントローラ14は、上記AFエリアの位置、形状、大きさ等のAFエリアの範囲を操作者が指定するためのマニュアル操作部材を備えている。尚、AFエリアは、図2に示すようにカメラヘッド10の撮像素子での撮影範囲又は撮影画像の画面に対してAFの対象範囲を示し、その輪郭を示す枠がAF枠となる。AFエリアコントローラ14は、そのマニュアル操作部材が操作者により操作されると、その操作に従ってAFエリアの範囲(位置等)を設定、変更する。
尚、本実施の形態ではAFエリアの形状は矩形に制限され、AFエリアの大きさも一定であるものとし、AFエリアの位置のみを変更するためのマニュアル操作部材としてトラックボール40のみが設けられているものとする。AFエリアの位置を変更するマニュアル操作部材としてはトラックボール以外にジョイスティックなどの方向指示部材を使用することができる。また、AFエリアコントローラ14のトラックボール40によるAFエリアの位置の変更は、操作前におけるAFエリアの設定内容を基準にしてその後のトラックボール40の回転方向及び回転量に対応する方向及び移動量分だけ縦横方向に変位する。また、撮影範囲(撮影画像の画面)内におけるAFエリアの位置(本実施の形態では矩形のAFエリアの中心位置)を決める点をAFポイントというものとすると、AFエリアの位置はAFポイントの位置を設定することによって決定される。
一方、AFエリアコントローラ14のトラックボール40が操作されず、操作者によってAFエリアの位置の変更が指示されてない状態では、追尾装置16から与えられるAFエリア情報によりAFエリアの範囲(位置)を設定、変更する。後述する追尾装置16は、操作者が指定した対象の被写体(対象物)を画面上で追尾しながらその対象物に移動に追従させてAFエリアの位置(AFポイント)を自動で移動させる自動追尾のための装置であり、操作者によるAFエリアの変更操作が行われていない場合には自動でAFエリアの位置が変更され、操作者によるAFエリアの変更操作が行われた場合にはその操作が追尾装置16よりも優先されて操作者の操作に従ってAFエリアの位置が変更されるようになっている。
また、AFエリアコントローラ14には、自動追尾ON/OFFスイッチ42からオン/オフ状態信号が与えられており、自動追尾ON/OFFスイッチ42がオフのときには、追尾装置16からのAFエリア情報が無効となり、自動追尾の機能がオフされるようになっている。この場合には、操作者の操作のみによってAFエリアの位置が変更される。尚、自動追尾ON/OFFスイッチ42は、AFエリアコントローラ14に配置されていてもよいし、他の装置に配置されていてもよい。
AFエリアコントローラ14は、操作者の操作又は追尾装置16からのAFエリア情報により設定、変更したAFエリアの範囲を示すAFエリア情報をレンズCPU20からの要求に従ってレンズCPU20に送信する。これによってAFの対象範囲がAFエリアコントローラ14において設定、変更されたAFエリアの範囲に設定される。
また、AFエリアコントローラ14は、上記AFエリア情報をカメラヘッド10にも送信し、そのAF枠をビューファインダ18の画面上の対応する位置に表示させる。これによって操作者がビューファインダ18を見ながらその時のAFエリアの位置等を認識することができる。
追尾装置16は、画像処理部26、画像入力部28、シリアル通信インターフェース30等を備えている。画像入力部28は、上記AF用撮像回路24により得られた映像信号(輝度信号)をAF処理部22を介して取得し、画像処理部26からの要求に応じてその映像信号から得られる撮影画像の画像データを画像処理部26に与える。
画像処理部26は、画像入力部28から取得した画像データに基づいて、操作者によって指定された対象物を自動追尾処理により画面上で追尾し、その対象物の移動に追従させてAFエリアの位置(AFポイント)を移動させる。そして、そのAFエリアの位置を示すAFエリア情報をシリアル通信インターフェース30を介して上記AFエリアコントローラ14に送信し、AFエリアを自動で変更する際のその位置を指定する。尚、シリアル通信インターフェース30を介してAFエリアコントローラ14と画像処理部26との間でAFエリア情報以外の情報のやり取りも行われる。
追尾する対象物の指定は、例えば、操作者がビューファインダ18の画面に表示された映像及びAF枠を見ながらAFエリアコントローラ14のトラックボール40を操作し、自動追尾させる(ピントを合わせたい)対象物の全体又は一部をAF枠に納め、その状態で操作を停止することによって行われる。即ち、AFエリアコントローラ14でのトラックボール40の操作後、自動追尾を開始する際のAFエリアの範囲内の画像が追尾する対象物の画像として認識される。AFエリアコントローラ14のトラックボール40の操作が停止した際には、例えば、AFエリアコントローラ14から画像処理部26に初期化の指示がシリアル通信インターフェース30を介して与えられるようになっており、画像処理部26は、その初期化の指示が与えられた際に同時にAFエリアコントローラ14からAFエリア情報を読み取り、レンズ装置12のAF処理部22から画像入力部28に与えられている映像信号(撮影範囲全体の1画面分の画像)のうち、AFエリア情報によって取得したAFエリアの範囲の画像(画像データ)を追尾する対象物の画像として認識する。
画像処理部26での追尾処理は例えばパターンマッチング方式によって行われる。パターンマッチング方式の場合、画像処理部26は、上述のようにAFエリアコントローラ14から初期化の指示が与えられたときに画像入力部28から取り込んだAFエリアの範囲の画像を追尾する対象物の画像として認識し、その画像を基準パターンとして設定、登録(記憶)する。そして、それ以後、レンズ装置12のAF処理部22から画像入力部28を介して取り込んだ撮影画像の中から基準パターンの画像に合致する画像の位置を周知のパターンマッチング処理により検出する。そして、検出した基準パターンの画像の撮影画像内での位置に応じてAFエリア(AFポイント)の位置を移動させ、そのAFエリアの位置を示すAFエリア情報をAFエリアコントローラ14に送信する。これによって対象物を自動で追尾する際のAFエリアの位置がAFエリアコントローラ14で設定される。AFエリアコントローラ14は、上述のように追尾装置16からのAFエリア情報により設定、変更したAFエリアの範囲を示すAFエリア情報をレンズCPU20からの要求に従ってレンズCPU20に送信する。これによってAFエリアが自動追尾の対象とした対象物に追従して移動する。尚、画像処理部26での追尾処理はパターンマッチング方式以外の方式であってもよく、例えば、順次得られる映像信号のフレーム画像の差分によってAFエリア内の画像の移動を検出するフレーム間差分抽出方式等でもよい。
続いて、AFの対象物(自動追尾する対象物)を操作者の操作によって瞬時に変更できるようにしたAFエリアコントローラ14(AFエリアコントローラ14内に搭載されたCPU)での処理について図3のフローチャートを用いて説明する。AFエリアコントローラ14は、所要の初期設定を行った後(ステップS10)、自動追尾ON/OFFスイッチ42がオンか否かを判定する。NO(オフ)と判定した場合には、トラックボール40の操作に基づいてAFエリアの位置を決定し、その他の要素(大きさや形状)も考慮してAFエリアの範囲を設定する(ステップS16)。そして、設定したAFエリアの範囲を示すAFエリア情報をレンズ装置12及びカメラヘッド10に送信する(ステップS16)。即ち、自動追尾ON/OFFスイッチ42がオフの場合にはAFエリアコントローラ14でのマニュアル操作によってのみAFエリアの位置が変更される。
一方、ステップS12においてYES、即ち、自動追尾ON/OFFスイッチ42がオンと判定した場合には、追尾装置16での自動追尾により求められたAFエリアの位置を示すAFエリア情報を取得する(ステップS18)。続いて、トラックボール40の操作が行われているか否かを判定する(ステップS20)。YESと判定した場合には、そのトラックボール40の操作に基づいてAFエリアの位置を決定し、その他の要素も考慮してAFエリアの範囲を設定する(ステップS22)。そして、設定したAFエリアの範囲を示すAFエリア情報をレンズ装置12及びカメラヘッド10に送信する(ステップS16)。
ステップS20において、NO、即ち、トラックボール40の操作が行われていないと判定した場合には、ステップS18で追尾装置16から取得したAFエリア情報に基づいてAFエリアの位置を決定し、その他の要素も考慮してAFエリアの範囲を設定する(ステップS24)。そして、その設定したAFエリアの範囲を示すAFエリア情報をレンズ装置12及びカメラヘッド10に送信する(ステップS16)。
ステップS16の処理が終了するとステップS12に戻り、ステップS12からの処理を繰り返す。
この処理によれば、追尾装置16の追尾処理によって特定の対象物の移動に追従してAFエリアが移動している場合に、トラックボール40を操作すると、それに従ってAFエリアが移動し、他の対象物にAFエリアの位置を合わせると、自動追尾する対象が他の対象物に切り替わる。従って自動追尾する対象を操作者の意思で瞬時に切り替えることができる。
以上、上記実施の形態では、所定の対象物を自動追尾している際に、トラックボール40を操作してAFエリアの位置を移動させると、その操作後のAFエリアの範囲の対象物が自動追尾の対象物として自動で設定され、その対象物の自動追尾が自動で再開されるようになっているが、トラックボール40を操作してAFエリアの位置を移動させた後は、自動追尾が自動で再開されないようにしてもよい。例えば、所定のスタートスイッチをオンすると自動追尾が再開されるようにしてもよい。また、自動追尾する対象物の設定を自動ではなく、所定の操作によって対象物を指定することによって設定できるものとし、トラックボール40を操作してAFエリアの位置を移動させた後、少なくともその対象物を指定が行われるまで自動追尾を停止するようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、レンズ装置12、AFエリアコントローラ14、追尾装置16は別体の装置として図示したが、いずれか2つ又は全ては一体の装置であってもよい。
また、上記実施の形態では、AF用に映像信号をカメラヘッド10の撮像素子とは別のAF専用の撮像素子により取得するようにしたが、AF用としてカメラヘッド10の撮像素子により得られる映像信号を用いてもよい。
図1は、本発明に係るオートフォーカスシステムが適用される撮像システムの全体構成を示したブロック図である。 図2は、AF枠を示した図である。 図3は、自動追尾する対象物を操作者の操作によって瞬時に変更できるようにしたAFエリアコントローラでの処理手順を示したフローチャートである。
符号の説明
10…カメラヘッド、12…レンズ装置、14…AFエリアコントローラ、16…追尾装置、18…ビューファインダ、20…レンズCPU、22…AF処理部、24…AF用撮像回路、26…画像処理部、28…画像入力部、30…シリアル通信インターフェース、40…トラックボール、42…自動追尾ON/OFFスイッチ

Claims (3)

  1. カメラの撮影範囲のうちの一部の範囲であるAFエリアの範囲の被写体に自動でピント合わせを行うオートフォーカス手段と、前記オートフォーカス手段でのピント合わせの対象とする被写体の移動に追従させて前記AFエリアの位置を自動で移動させる自動追尾の制御を行うAFエリア制御手段とを備えたオートフォーカスシステムにおいて、
    前記AFエリアの位置をマニュアル操作部材の操作に従って移動させるAFエリア操作手段を備え、
    前記AFエリア制御手段は、前記AFエリア操作手段のマニュアル操作部材が操作されると、該操作に従ってAFエリアの位置を移動させることを特徴とするオートフォーカスシステム。
  2. 前記AFエリア制御手段は、前記AFエリア操作手段のマニュアル操作部材の操作が終了した後、所定の操作が行われるまで前記自動追尾の制御を停止することを特徴とする請求項1のオートフォーカスシステム。
  3. 前記AFエリア制御手段は、前記AFエリア操作手段のマニュアル操作部材の操作が終了すると、該操作によって移動したAFエリアの範囲の被写体を自動追尾の対象として自動追尾の制御を開始することを特徴とする請求項1のオートフォーカスシステム。
JP2004300121A 2004-10-14 2004-10-14 オートフォーカスシステム Withdrawn JP2006113265A (ja)

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