JP2007241288A - 自動焦点実行方法及びこれを利用した自動焦点調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少数ステップで迅速に自動焦点検索を行い得、背景への焦点合せを解決できる自動焦点実行方法及び自動焦点調整装置を提供する。
【解決手段】自動焦点実行方法は、ａ）中央ウィンドウと周辺ウィンドウとで構成される複数のアクティブウィンドウを設定し、加重値を割り当て、ステップ別に自動焦点値を計算する工程Ｓ２０と、ｂ）これら自動焦点値の変化率を算出する工程と、ｃ）この変化率を所定の自動焦点基準値と比較して、ステップの大きさを変更する工程Ｓ７０と、ｄ）前記変更したステップの大きさに対応する位置にレンズを移送する工程Ｓ８０と、ｅ）前記ａ）〜ｄ）工程を、前のステップの自動焦点値が現在のステップの自動焦点値より大きくなるまで繰り返し行って、最大自動焦点値検出可否を判断する工程と、ｆ）前記最大自動焦点値に対応する位置にレンズを移送する工程Ｓ９０とを含む。
【選択図】 図５

Description

本発明は、カメラ、ビデオカメラなどのような撮像装置に用いられる自動焦点実行方法及びこれを利用した自動焦点調整装置に関し、特に、携帯用端末機などに装着されたカメラモジュールにおいて適用可能なパッシブ（ｐａｓｓｉｖｅ）方式の自動焦点実行方法及びこれを利用した自動焦点調整装置に関する。

最近、情報化社会の急激な発達は、単純に音声のみを伝達する移動通信端末機だけでなく、多様な機能が追加された複合移動通信端末機の開発が求められている。したがって、マルチメディア時代に合せて映像の送受信などの機能と音声の送受信機能が共に実現された携帯用複合移動通信端末機が実現されており、このような複合移動通信端末機には、ユーザが普段携帯している移動通信端末機（一名携帯電話ともいう）にデジタルカメラ機能を具現化しているカメラフォンがある。

一般的なカメラフォンの構成は、映像を撮影するカメラモジュール、ユーザの音声及び映像のうちの１つを伝送する送信モジュール、及び通話相手の音声及び映像のうちの何れか１つを受信する受信モジュールからなっている。

ここで、カメラモジュールは、レンズサブシステム（Ｌｅｎｓ Ｓｕｂ Ｓｙｓｔｅｍ）及び映像処理サブシステムを含んでいる。

レンズサブシステムは、ズームレンズとフォーカスレンズなどで構成されたレンズ部と、レンズ部のズームレンズまたはフォーカスレンズを駆動するためのアクチュエータ、アクチュエータドライバなどを含んでいる。

そして、映像処理サブシステムは、イメージセンサ及びＩＳＰ、自動焦点デジタル信号処理器（ＤＳＰ；Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などを含んでいる。

一方、レンズサブシステムは、外部の撮影場面に焦点を合わせ、この外部の撮影場面から範囲が決まった特定領域に入射する光（光源）が、イメージセンサに入射され得るようにする。

すると、映像処理サブシステムのイメージセンサは、特定吸収期間の間、光源が入射されることにより電荷が蓄積されるフォトセル（ｐｈｏｔｏ−ｃｅｌｌ）からなっており、蓄積された電荷をデジタル値（ピクセル値）に変換して出力する。

そして、映像処理サブシステムのＩＳＰは、獲得したピクセルに対するデジタル値を圧縮、スケーリングイメージエンハンスメント（ｓｃａｌｉｎｇ ｉｍａｇｅ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）などのような映像処理を行って、携帯電話の本体に送信する。

このとき、レンズサブシステムは、鮮明なイメージを撮影するために、レンズのフォーカス調整作業を行うようになるが、このときに用いられる装置は、一般的な写真カメラやデジタルカメラにある自動焦点（ａｕｔｏ ｆｏｃｕｓｉｎｇ）調整装置をそのまま使用し、これに対して簡略に説明すると、以下のとおりである。

一般に、写真カメラやデジタルカメラなどの自動焦点調節装置は、撮影しようとする被写体に向かって構図を設定した後、リリースボタン（ｒｅｌｅａｓｅ ｂｕｔｔｏｎ）が動作さえすれば自動に焦点を合せて撮影がなされるようにする装置である。

このような自動焦点装置は、大きくアクティブ（ａｃｔｉｖｅ）方式とパッシブ（ｐａｓｓｉｖｅ）方式に分けられる。

アクティブ方式は、カメラそのものが赤外線や超音波などを発した後、被写体に反射して入射される光や波動を感知して、被写体との距離を測定する方式である。

パッシブ方式は、光を発光する発光部が別にないから、自然的な照明下で被写体から出てくる光をレンズ部を介して受け、受けた被写体の明暗差を利用して被写体の距離を判別する方式である。

すなわち、パッシブ方式は、イメージセンサから出てくる映像信号の中で、輝度信号が高域通過フィルタを通過して得られたコントラスト（ｃｏｎｔｒａｓｔ）に比例する高域周波数信号を毎フレームごとに検出し、このとき得られたコントラストを前のフレームのコントラストと比較して、コントラストが大きくなる方向にフォーカスレンズを動き、最もコントラストの大きい地点でフォーカスレンズの回転運動を停止するようにすることによって、自動的に焦点を調節する方式である。

一般に、自動焦点カメラモジュールは、通常、携帯電話にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）またはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサを介して入手した映像をＩＳＰ処理した後、高域通過フィルタ（Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ；ＨＰＦ）を通過させて出たエッジを介して算出された焦点値を毎ピクチャー単位で抽出して、中央処理装置（ＣＰＵ）に伝達し、このとき、ＣＰＵは、算出された焦点値を基にフォーカスレンズの移動方向及び距離を判断してアクチュエータドライバに指令し、これにより、アクチュエータが駆動されてレンズが移動するに伴い、自動的に焦点が合わせられるようになる。

図１ａは、ピクチャー１００内のウィンドウ１０１領域を示した図であって、図１ａに示すように、通常、ウィンドウ１０１領域として画面の中央部を指定し、それは、写真を撮影するユーザのほとんどが画面の中央部に関心を有するためである。

また、自動焦点デジタル信号処理器からウィンドウ１０１の開始位置と最後の位置が伝送されて、ピクチャー１００内のウィンドウ１０１領域を設定し、前記設定したウィンドウ１０１領域の高域通過フィルタ出力値は、積分器で累算される。

このように累算された焦点値は、カメラモジュールで焦点を調節する基準となる。通常、停止画の場合、レンズを移動して焦点を合せるが、このとき、同じ画像であっても焦点がよく合う場合は高い焦点値が出、焦点がよく合わない場合は低い焦点値が出る。通常、カメラの焦点は、ユーザのほとんどが関心を有する中央に基準をおいて調整する。

前記焦点値を探すアルゴリズムは、自動焦点デジタル信号処理器内のＣＰＵで行われ、前記ＣＰＵは、レンズをどの方向へ移動させるかを判断して、アクチュエータドライバを介してアクチュエータを駆動させる。

図１ｂは、レンズの移動距離に応じる焦点値を示すグラフである。

図１ｂに示すように、カメラに同じイメージが入力されても焦点がよく合わない場合、「Ａ」部分のように焦点値が低く出るので、このときには、「Ｂ」地点でレンズの移動方向を決定して、焦点値の高い「Ｃ」方向にレンズを移動させ、前記「Ｃ」方向にレンズを移動させ続ける途中で、最大焦点値を有した「Ｅ」部分を過ぎるようになると、再度レンズを反対方向の「Ｄ」方向へ移動させて、「Ｅ」部分でレンズを固定させることによって、最大焦点値を探す。

従来では、毎ピクチャー単位で前記焦点値を算出するが、その理由は、ユーザが関心を有するウィンドウ部分のエッジ成分を全て加算した値が毎ピクチャー単位で出力されるためである。

したがって、従来において最大焦点値を探すプロセスは、ピクチャーの焦点値を各々算出した後、算出した焦点値に応じて方向を決定し、その方向にレンズを移動させる過程を繰り返すようになる。

一方、従来の技術においては、最大焦点値を検索する過程で、レンズの移動範囲をファインスキャン領域（ｆｉｎｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ）とコーススキャン領域（ｃｏａｒｓｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ）に区分して、各領域に適用されるレンズ移送大きさ、すなわちステップの大きさを各々区分して、一定のステップの大きさが適用されるようにした。

すなわち、最大焦点値検索過程においては、初期に各々設定されたステップの大きさがファインスキャン領域に遷移される過程でのみ変わり、ファインスキャン領域に進入した後にはステップの大きさは変化せず行われた。このような作動方式においては、狭いピーク部分を看過しないようにするために、コーススキャン領域ですらやむを得ず微細なステップの大きさで作動されるしかなく、これにより、最大焦点値を検索する時間とパワーを消費するという問題点があった。

特に、最近にＣＭＯＳイメージセンサの改善された画質により、電力消費が少なく、小型化に有利なＣＭＯＳイメージセンサが携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡなどに多く用いられることによって、最大焦点値を探す時間、すなわち、自動焦点調節時間が増えるという問題が発生している。すなわち、ＣＭＯＳイメージセンサのフレームレートは、秒当たり３０枚程度で極めて低く、ユーザは、ますます高解像度の画質を要求する伴い、前記ＣＭＯＳイメージセンサのフレームレートはさらに低くなって、自動焦点調節時間が相当に増加するという問題があった。

なお、図２に示すようなフラット形状のピークを有する曲線においては、従来の技術によれば不要で無意味なファインステップの大きさの検索作業が繰り返されることにより、焦点調整時間が長くなり、パワーが消費されるという問題があった。

また、従来のパッシブ自動焦点方式においては、被写体でないバックグラウンドに焦点が合わせる可能性が大きいという問題がある。被写体から隔てられた高いコントラストバックグラウンドが存在する場合、ほとんどの自動焦点アルゴリズムは、バックグラウンドに対応する最大値に収斂するという傾向がある。このようなバックグラウンド焦点を防止するために、複数の自動焦点測定領域（１つの小さなウィンドウと１つの大きなウィンドウ）を画定するのが一般的な方法である。この方法は、互いに異なる面積を使用してコーススキャン及びファインスキャンを行う。

しかしながら、被写体のピークとバックグラウンドのピークが一致しない場合、ファインスキャンは、第２スキャンを要求する結果を引き起こすことができるだけでなく、小さなウィンドウにあるシーン（ｓｃｅｎｅ）が略フラットな場合には、充分なコントラストを含まないから、ファインスキャンが正しく行われることができないという問題があった。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、より少ない数のステップで速い時間内に自動焦点検索を行うことができるだけでなく、バックグラウンド光景に焦点が合せられる問題点を解決することができる自動焦点実行方法及びこれを利用した自動焦点調整装置を提供することにある。

上記の目的を達成すべく、本発明に係る自動焦点実行方法は、ａ）中央ウィンドウと、該中央ウィンドウの周囲を取り囲む形状の複数の周辺ウィンドウとで構成される複数のアクティブウィンドウを設定し、前記複数のアクティブウィンドウに対して加重値を割り当てて、ステップ別に自動焦点値を計算するステップと、ｂ）前記ステップ別に計算された自動焦点値から、前のステップの自動焦点値と現在のステップの自動焦点値の変化率を算出するステップと、ｃ）前記算出した自動焦点値の変化率と予め設定された自動焦点基準値とを互いに比較して、比較結果に応じてステップの大きさを変更するステップと、ｄ）前記変更したステップの大きさに対応する位置にレンズを移送させるステップと、ｅ）前記ａ）〜ｄ）ステップを、前のステップの自動焦点値が現在のステップの自動焦点値より大きくなるまで繰り返し行って、最大自動焦点値検出可否を判断するステップと、ｆ）前記最大自動焦点値に対応する位置にレンズを移送させるステップとを含む。

ここで、前記（ｆ）ステップにおいて、前記最大自動焦点値が、前記前のステップの自動焦点値に該当するように設定し、前記前のステップの自動焦点値に対応する位置にレンズを移送させることを特徴とする。

また、前記（ｆ）ステップにより、最大自動焦点値に対応する位置にレンズが移送されたか否かを判断するステップをさらに含むことが好ましい。

前記（ｂ）ステップの前のステップの自動焦点値（ＡＦ_PREV）と現在のステップの自動焦点値（ＡＦ_CUR）の変化率の算出が、

により行われることを特徴とする。

好ましくは、前記予め設定された自動焦点基準値が、互いに異なる２個のしきい値に該当し、前記（ｃ）ステップが、前記算出した自動焦点値の変化率と前記しきい値とを互いに比較して、比較結果に応じてステップの大きさをファイン（ｆｉｎｅ）ステップの大きさと、ミディアム（ｍｅｄｉｕｍ）ステップの大きさ、及びコース（ｃｏａｒｓｅ）ステップの大きさのうちの何れか１つに選択する。

また、前記（ｃ）ステップが、前記前のステップの自動焦点値と現在のステップの自動焦点値の変化率が負の値を有する場合、ピークを過ぎたか否かを判定するステップをさらに含むことが好ましい。

なお、前記レンズが移送される場合、前記移送されたレンズの位置を検出して保存することがさらに好ましい。

また、前記複数のアクティブウィンドウのうち、中央ウィンドウが、複数の領域に分割された複数のウィンドウで構成されていることが好ましい。

そして、前記複数の中央ウィンドウに該当する全ての領域に加重値が割り当てられ、複数の周辺ウィンドウのうち、少なくとも何れか１つの領域に加重値が割り当てられたことがさらに好ましい。

さらに好ましくは、前記アクティブウィンドウに割り当てられた加重値を互いに異なるように設定する。

一方、上記の目的を達成すべく、本発明による自動焦点調整装置は、光信号が入射され、焦点調整のために上下移動可能なフォーカスレンズを含むレンズ部と、前記レンズ部に入射された光信号を受けて、電気的信号に変換した後に、デジタル化した映像データを出力するイメージセンサ及びＩＳＰ部と、前記イメージセンサ及びＩＳＰ部から映像データを受けて、所定のイメージ成分を抽出した後に、中央ウィンドウと、該中央ウィンドウの周囲を取り囲む形状の複数の周辺ウィンドウとで構成される複数のアクティブウィンドウを設定し、前記複数のアクティブウィンドウに対して加重値を割り当てて、前記所定のイメージ成分値を積分して自動焦点値を算出する光検出モジュールと、前記光検出モジュールから自動焦点値を受け、前記自動焦点値に応じてレンズ部のフォーカスレンズを上下駆動しながら最大自動焦点値を算出しながら、前のステップの自動焦点値と現在のステップの自動焦点値の変化率を算出し、前記算出した自動焦点値の変化率と予め設定された自動焦点基準値とを互いに比較して、前記比較結果に応じてステップの大きさを可変的に制御する自動焦点アルゴリズムを行う中央処理装置とで構成される自動焦点デジタル信号処理部と、前記自動焦点デジタル信号処理部の制御信号に応じて、前記レンズ部のフォーカスレンズを駆動させる駆動部とを含む。

ここで、前記光検出モジュールは、前記イメージセンサ及びＩＳＰ部から映像データを受けて、所定のイメージ成分を抽出する高域通過フィルタと、前記高域通過フィルタから抽出された前記所定のイメージ成分を受信し、前記中央ウィンドウ及び周辺ウィンドウで構成される複数のアクティブウィンドウ各々に対して、所定のイメージ成分を積分して出力する積分器と、前記積分器に、設定された複数のアクティブウィンドウのスタートアドレスとエンドアドレスを伝送するアクティブ領域設定部と、を含むことを特徴とする。

好ましくは、前記最大自動焦点値に対応する位置にレンズが移送されたか否かを判断するための位置検出センサをさらに含むことである。

また、前記所定のイメージ成分は、エッジ成分、Ｙ成分、及び最大値を有するＹ成分のうち、少なくとも何れか１つであることを特徴とする。

本発明による自動焦点実行方法及びこれを利用した自動焦点調整装置によれば、より少ない数のステップで短時間に自動焦点検索を行って、自動焦点調節時間を減らすことができるという利点がある。

特に、最近、ＣＭＯＳイメージセンサの改善された画質により、電力消費が少なく、小型化に有利なＣＭＯＳイメージセンサが携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡなどに多く用いられている現実において、本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサの低いフレームレートにより、自動焦点調節時間が遅くなるという問題を一挙に解決できるという点で、従来の技術より顕著な効果がある。

また、加重値が割り当てられた複数のアクティブウィンドウを設定して、自動焦点値を計算することにより、バックグラウンド光景に焦点が合せられるという問題を解決することができるという利点がある。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。

＜自動焦点調整装置＞
図３は、本発明に係る自動焦点調整装置３００のブロック図を示し、図４ａは、図３の自動焦点デジタル信号処理部３０３の構成図であり、図４ｂは、図４ａの自動焦点デジタル信号処理部３０３に用いられる光検出モジュールの内部ブロック図を示す。

図３に示すように、本発明に係る自動焦点調整装置３００は、光信号が入射され、焦点調整のために上下移動可能なフォーカスレンズを含むレンズ部３０１と、前記レンズ部３０１に入射された光信号を受けて、電気的信号に変換した後に、デジタル化した映像データを出力するイメージセンサ及びＩＳＰ部３０２と、前記イメージセンサ及びＩＳＰ部３０２から映像データを受けて、自動焦点アルゴリズムを行って最大自動焦点値を算出する自動焦点デジタル信号処理部３０３と、前記レンズ部３０１のフォーカスレンズを駆動させるアクチュエータ３０４ｂと前記アクチュエータ３０４ｂを駆動させるアクチュエータドライバ３０４ａとからなる駆動部３０４とで構成されている。

レンズ部３０１は、ズームレンズ（Ｚｏｏｍ Ｌｅｎｓ）、フォーカスレンズ（Ｆｏｃｕｓ Ｌｅｎｓ）で構成され、ズームレンズは、映像を拡大するレンズであり、フォーカスレンズは、映像の焦点を合せるレンズである。本発明に係る自動焦点実行方法のためのアルゴリズムの作動により、前記フォーカスレンズを上下に移動して最適のフォーカシングのためのレンズ位置が決定される。

イメージセンサとＩＳＰ（Ｉｍａｇｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ）部３０２は、イメージセンサとＩＳＰとで構成されるが、このうち、イメージセンサは、光学信号を電気信号に変換するＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサを使用することができるが、特に、本発明は、自動焦点調節時間を短縮させるための目的を持っているので、ＣＭＯＳイメージセンサが用いられるカメラモジュールに利用されることがさらに好ましい。

また、ＩＳＰは、人の視覚に合うようにイメージデータを変換するように、オートホワイトバランス（Ａｕｔｏ Ｗｈｉｔｅ Ｂａｌａｎｃｅ）やオートエクスポージャー（Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）、ガンマコレクション（Ｇａｍｍａ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）などで信号処理を行って画質を改善し、改善した画質のイメージデータを出力する機能を果たす。

そして、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサは、その種類が多様なので、各製造社に応じてＩＳＰのためのインターフェス及び特性もそれぞれ異なり、これにより、ＩＳＰはイメージセンサの種類に応じて異なるように製作される。

ここで、ＩＳＰにより色フィルタ配列補間（ｃｏｌｏｒ ｆｉｌｔｅｒ ａｒｒａｙ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）、色マトリックス（ｃｏｌｏｒ ｍａｔｒｉｘ）、色補正（ｃｏｌｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）、色向上（ｃｏｌｏｒ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）などの映像処理を行う。

そして、モバイル端末機の場合に、映像処理されたデータは、ＣＣＩＲ６５６、またはＣＣＩＲ６０１フォーマット（ＹＵＶ ｓｐａｃｅ）に変換された後、携帯電話ホスト３０６でマスタークロック（Ｍａｓｔｅｒ Ｃｌｏｃｋ）を受けて、垂直同期信号、水平同期信号、ピクセルクロック信号とともに、Ｙ／Ｃｂ／ＣｒまたはＲ／Ｇ／Ｂにデータを出力する。

自動焦点デジタル信号処理器（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓｉｎｇ ＤＳＰ）３０３は、図４ａに示すように、自動焦点値を算出する光検出モジュール４０１と、前記光検出モジュール４０１から自動焦点値を受けて、前記自動焦点値に応じてレンズ部のフォーカスレンズを上下駆動しながら最大自動焦点値を算出するための自動焦点アルゴリズムを行う中央処理装置（ＣＰＵ）４０２とで構成される。

一方、本発明による光検出モジュール４０１は、前記イメージセンサ及びＩＳＰ部３０２から映像データを受けて、所定のイメージ成分を抽出した後、焦点対象になる中央ウィンドウと該中央ウィンドウの周囲を取り囲む形状の複数の周辺ウィンドウとで構成される複数のアクティブウィンドウを設定し、前記複数のアクティブウィンドウのうち、中央ウィンドウと周辺ウィンドウに対して互いに異なる加重値を割り当てて、前記所定のイメージ成分値を積分して自動焦点値を算出する。

ここで、前記光検出モジュール４０１は、前記イメージセンサ及びＩＳＰ部３０２から映像データを受けて所定のイメージ成分を抽出する高域通過フィルタ４０１ａ、前記高域通過フィルタ４０１ａから抽出された前記所定のイメージ成分を受け、前記中央ウィンドウ及び周辺ウィンドウで構成される複数のアクティブウィンドウ各々に対して所定のイメージ成分を積分して出力する積分器４０１ｂ、及び前記積分器４０１ｂに、設定された複数のアクティブウィンドウのスタートアドレスとエンドアドレスを伝送するアクティブ領域設定部４０１ｃで構成される。

前記イメージセンサ及びＩＳＰ部３０２から伝送されるイメージデータは、前記自動焦点デジタル信号処理部３０３に入力された後に前記高域通過フィルタ４０１ａを通過させれば、イメージの所定成分のみが抽出され、このとき抽出されるイメージの所定成分には、エッジ成分、Ｙ成分、最大値を有するＹ成分などがある。

また、アクティブ領域設定部４０１ｃでピクチャー内アクティブ領域のスタート（ｓｔａｒｔ）位置とエンド（ｅｎｄ）位置を送信すると、高域通過フィルタ４０１ａを介して抽出された成分値を積分器４０１ｂで累算するようになる。このように累算された焦点値は、カメラモジュールで焦点を調節する基準データとなる。

前記光検出モジュール４０１による加重値が与えられた自動焦点値の算出方法について後述する。

通常、停止画の場合、レンズ部３０１を移動して焦点を合せるが、同じ画像でも焦点がよく合う場合は焦点値が高く出、焦点がよく合わない場合は焦点値が低く出る。これにより、最大焦点値を探すためには、アクチュエータドライバ３０４ａを介してアクチュエータ３０４ｂを動いてレンズ３０１を移動させながら、焦点値の最も大きい所を探さなければならない。

上記のように焦点値を探すアルゴリズムは、中央処理装置４０２で行われ、このとき、中央処理装置４０２は、レンズ部３０１をどの方向へ移動させるかを判断して、アクチュエータドライバ３０４ａとアクチュエータ３０４ｂとで構成されている駆動部３０４を制御する。また、このような駆動部には、好ましく前記最大自動焦点値に対応する位置にレンズが移送されたか否かを判断するための位置検出センサ３０５がさらに含まれることができ、前記位置検出センサ３０５は、レンズが移送される毎にその移送位置をデータとして保存している。

一方、本発明による中央処理装置４０２は、前記光検出モジュール４０１から自動焦点値を受け、前記自動焦点値に応じてレンズ部のフォーカスレンズを上下駆動しながら最大自動焦点値を算出しながら、前のステップの自動焦点値と現在のステップの自動焦点値の変化率を算出し、前記算出した自動焦点値の変化率と予め設定された自動焦点基準値とを互いに比較して、前記比較結果に応じてステップの大きさを可変的に制御する。

前記中央処理装置（ＣＰＵ）４０２によるこのような自動焦点アルゴリズムについては後述する。

＜自動焦点アルゴリズム＞
図５は、本発明に係る自動焦点アルゴリズムのフローチャートであり、図６は、図５の自動焦点値計算（Ｓ２０）のフローチャートであり、図７は、本発明に係る自動焦点値計算のために割り当てられた複数のアクティブウィンドウ７０を示し、図８は、図５のステップの大きさ調整（Ｓ７０）のフローチャートである。

図５に示すように、本発明に係る自動焦点アルゴリズムは、次のような方式で行われる。図５に示す図面符号のうち、ＡＦ_prevは、前のステップの自動焦点値、ＡＦ_curは、現在のステップの自動焦点値、ＡＦ_maxは、最大自動焦点値、ｄは、初期状態からのレンズ位置、Ｌは、全体レンズの移送範囲、及び下添字ｉは、自動焦点アクティブウィンドウに割り当てられたカウンタを意味する。

まず、ステップの大きさ、ＡＦ_prev、ＡＦ_cur、ＡＦ_max、ｄ、Ｌ、及びｉ変数に対して初期化する（Ｓ１０）。

次に、前記初期化した変数により、現在のステップの自動焦点値のＡＦ_cur値を計算する（Ｓ２０）。前記現在のステップのＡＦ_cur値は、図６に示すフローチャート（Ｓ２１〜Ｓ２４）により計算され、前記現在のステップのＡＦ_cur値を計算するための複数のアクティブウィンドウ７０が、図７に例示的に示されている。

すなわち、図７に示すように、本発明によるアクティブウィンドウ７０は、主に焦点対象になる中央ウィンドウ７１と前記中央ウィンドウ７１の周囲を取り囲む形状の複数の周辺ウィンドウ７２とで構成されるように設定する。

図６に示すように、このような複数のアクティブウィンドウ７０を構成する中央ウィンドウ７１及び周辺ウィンドウ７２を選択した後（Ｓ２１）、各々のアクティブウィンドウに対してまず自動焦点値を読み取った後（Ｓ２２）、次の式１のように、加重値ω_iを割り当てて、複数のアクティブウィンドウ全体に対する毎ステップ別自動焦点値を計算する（Ｓ２３）。一方、図６において、図面符号ｎｗは、自動焦点アクティブウィンドウの全体個数、ＷＡＦ_iはｉ番目のアクティブウィンドウの自動焦点値を、そして、ω_iは、ｉ番目のアクティブウィンドウに割り当てられた加重値をそれぞれ示す。

一方、前記複数のアクティブウィンドウ７０のうち、中央ウィンドウ７１は、複数の領域に分割された複数のウィンドウで構成されたことが好ましい。なお、前記複数の中央ウィンドウ７１に該当する領域に加重値が割り当てられ、複数の周辺ウィンドウ７２のうち、少なくとも何れか１つの領域に加重値が割り当てられたことがさらに好ましい。

これは、従来の技術におけるバックグラウンド光景に焦点が合せられる問題を解決するためのものであって、このような加重値が割り当てられた複数のアクティブウィンドウ７０により、一回のスキャン（ｓｉｎｇｌｅ ｓｃａｎ）で所望の被写体に焦点が合わせられることを達成することができる。また、複数の周辺ウィンドウ７２により、加重値が割り当てられても、中央ウィンドウ７１に充分なエッジ（ｅｄｇｅ）成分が存在しない場合にも、焦点位置を検索するのに役に立つ。

その後、図６に示す方法により計算された現在のステップでのＡＦ_cur値と最大自動焦点値のＡＦ_max値との大小を判断する（Ｓ３０）。判断結果、現在のステップで計算されたＡＦ_cur値がＡＦ_max値より大きい場合には、現在のステップで計算されたＡＦ_cur値が最大自動焦点値に更新及び保存される（Ｓ４０）。反面、万一、現在のステップで計算されたＡＦ_cur値がＡＦ_max値より小さい場合には、レンズの移送曲線におけるピーク（最大値）を過ぎたものと判断して（Ｓ９０）、レンズ部を前記ピークに後方移送した後、レンズの位置を確認するようになる（Ｓ１００）。ここで、好ましくは、最上の焦点位置は、位置センサからの値で記録されているので、オーバーシュートの補償におけるバックラッシュ（ｂａｃｋｌａｓｈ）という問題を解決することができる。

その後、現在のステップで計算されたＡＦ_cur値に対応する累積されたレンズの移動距離ｄを計算した後（Ｓ５０）、全体レンズの移送範囲Ｌとその大きさを比較判断し（Ｓ６０）、万一、累積されたレンズの移動距離ｄが全体レンズの移送範囲Ｌより大きい場合には、既存に計算された値のうち、最大自動焦点値に該当する位置にレンズを移送させた後（Ｓ１１０）、レンズの位置を確認する（Ｓ１２０）。反面、累積されたレンズの移動距離ｄが全体レンズの移送範囲Ｌより大きい場合には、レンズを移送するためのステップの大きさを調整するステップ（Ｓ７０）を経るようになる。

図８に示すようなステップの大きさの調整（Ｓ７０）及び調整されたステップの大きさ分の移動（Ｓ８０）のために、本発明では、前のステップのＡＦ値（ＡＦ_PREV）と現在のステップのＡＦ値（ＡＦ_CUR）を考慮してＡＦ値変化率、すなわち次の式２により傾き（ｓｌｏｐｅ）を算出しなければならない（Ｓ７１、Ｓ７２）。

ここで、ステップの大きさ（Ｓｔｅｐ＿Ｓｉｚｅ）は、次の式で表すことができる。

前記式３で一定変位（Ｃｏｎｓｔａｎｔ＿Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）と、コース（Ｃｏａｒｓｅ）、ミディアム（ｍｅｄｉｕｍ）及びファイン（ｆｉｎｅ）ステップそれぞれに対するステップ数（＃＿ｏｆ＿ｓｔｅｐ）は、任意に指定し得る。

また、図８に示すしきい値Ａ、Ｂは、計算された傾きに応じて適切なステップの大きさを割り当てるための基準値に該当するものであって、前記傾きとしきい値とを比較し（Ｓ７３）、その比較結果に応じて適正ステップの大きさを割り当てる（Ｓ７４）。

すなわち、計算された傾き値がＡより小さければ（Ｓ７３ａ）、コースステップ「Ｃ」に該当するステップの大きさにレンズが移送され（Ｓ７４ａ）、計算された傾き値がＡ以上でＢより小さければ（Ｓ７３ｂ）、中間ステップ「Ｍ」に該当するステップの大きさにレンズが移送され（Ｓ７４ｂ）、計算された傾き値がＢ以上であれば（Ｓ７３ｃ）、ファインステップ「Ｆ」に該当するステップの大きさにレンズが移送される（Ｓ７４ｃ）。一方、万一、計算された傾きが負の値を有する場合（Ｓ７３ｄ）、ピークが検出されたか否かを確認した後（Ｓ７５）、ピークが検出されない場合、コースステップ「Ｃ」に該当するステップの大きさにレンズが移送され、ピークが検出されると、反対方向にレンズを移送させる（Ｓ７６）。

上述のステップＳ２０〜ステップＳ８０は、前のステップの自動焦点値が現在のステップの自動焦点値より大きくなるまで繰り返して行われる。すなわち、レンズが所定大きさのステップにさらに移動したとき、万一、ＡＦ_max値がＡＦ_CUR値より大きいものと判断される場合、本発明によるアルゴリズムは、ピークを検出したものと判断され、これ以上、前方へのステップ進行はないので、傾きを計算する必要もない。

最後に、前記最大自動焦点値に対応する位置（ピーク）にレンズを逆方向へ移送させて、焦点実行を終える（Ｓ９０、Ｓ１００）。ここで、前記最大自動焦点値は、前のステップの自動焦点値に該当するように設定し、前記前のステップの自動焦点値に対応する位置にレンズを移送させることができる。また、上述のように、位置センサからレンズの位置値を持続的に保存しているから、前記保存した位置値に対するデータのうち、最大自動焦点値に対応する位置データを利用して、レンズが移送されることもできる。位置センサを使用する場合には、オーバーシュートの補償において、アクチュエータのバックラッシュという問題点を解決することができるという利点がある。

図９は、本発明による典型的な焦点検索プロセスを概括的に示す。すなわち、２個の大きいステップを取った後、傾きの急激な変化は、ステップの大きさをさらに小さくし、このような最後の小さなステップ分だけ後方に進行されて、ピーク値に戻ってくるようになる。

上述の本発明は、以下で説明される具体的な一実施の形態により、さらに明確に理解できるであろう。したがって、添付した図面を参照して、本発明による好ましい実施の形態について、さらに詳細に説明する。

＜実施の形態＞
以下、本発明の自動焦点検索実行方法に対する実施の形態を具体的な数値を例に挙げて、関連図面と共に説明する。

図１０は、本発明の一実施の形態に適用される８個のアクティブウィンドウを示し、図１１は、図１０に示す８個のアクティブウィンドウそれぞれでのレンズ位置別ＡＦ値の変化を示し、図１２は、本発明の一実施の形態による毎ステップ別全体ＡＦ値の変化を示し、図１３は、本発明の一実施の形態による自動焦点アルゴリズムの作動例を示したグラフである。

図１０は、本実施の形態に適用される複数のアクティブウィンドウＷ１１、Ｗ１４、Ｗ２２、Ｗ２３、Ｗ３２、Ｗ３３、Ｗ４１、Ｗ４４を示し、前記複数のアクティブウィンドウ各々で自動焦点値のＡＦ値を測定する。レンズ位置に該当するステップに対して、各々のアクティブウィンドウでＡＦ値を測定した結果が、下記の表１に表されている。

前記表１において、列（ｃｏｌｕｍｎ）は、ＡＦ値測定のためのアクティブウィンドウを示し、行（ｒｏｗ）は、前記アクティブウィンドウで測定されたレンズ位置、すなわちステップに対応される。ここで、最後の列に記載のＡＦ値は、図６に示すフローチャートにより計算された自動焦点値を意味する。

図１１は、図１０に示す８個のアクティブウィンドウそれぞれでのレンズ位置別ＡＦ値の変化を示す。同様に、図１２は、本発明による最大の自動焦点値のピーク値を検索するための曲線であって、このようなアクティブウィンドウでの測定を利用して計算されたＡＦ値の変化を示す（表１の最後の列に対応）。

表１の最後の列に該当するＡＦ値は、上述の式１により計算され、本実施の形態の場合、各ステップ別ＡＦ値は、次のような式４で表すことができる。本実施の形態では、加重値ωを全てのアクティブウィンドウに同様に「１」と定義して計算し、式４においてＷ_ijは、関連アクティブウィンドウでのＡＦ測定値に該当する。

下記の表２には、図８に示すフローチャートにより計算されたＡＦ値変化率に該当する傾きが記載されている。

初期化ステップ以後、はじめには傾き値を計算せず、小さなステップが選択される。

第２ステップにおいて、ＡＦ値（１．６３６）は、第１ステップでのＡＦ値（１．６２）より大きい。したがって、ＡＦ_max値は、「１．６３６」に更新され、位置センサからの位置値は記録される。

その次の傾き値は、図５に示すように、第１及び第２ステップでのＡＦ値を使用して、下記の式５により計算される。

ここで、ステップの大きさ（Ｓｔｅｐ＿Ｓｉｚｅ）は、上述の式３の「ステップの大きさ＝ステップ×一定変位」で表すことができる。

本実施の形態では、一定変位（Ｃｏｎｓｔａｎｔ＿Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を「１」と仮定しており、コース、ミディアム及びファインステップに対するステップ数（＃＿ｏｆ＿ｓｔｅｐ）は、次のとおりである。

コースステップに対するステップ数（＃ｆｏｒ Ｃｏａｒｓｅ Ｓｔｅｐ）＝３ステップ
ミディアムステップに対するステップ数（＃ｆｏｒ Ｍｅｄｉｕｍ Ｓｔｅｐ）＝２ステップ
ファインステップに対するステップ数（＃ｆｏｒ Ｆｉｎｅ Ｓｔｅｐ）＝１ステップ

一方、図８に示す基準値に該当するしきい値Ａ、Ｂを次のとおりに定義する。

Ａ＝０．０５、Ｂ＝０．１５

前記式５に計算された傾き値が「０．０１６」であるから、しきい値Ａより小さい。したがって、図８に示すように、ステップの大きさは、コースステップ「Ｃ」に選択される。すると、アルゴリズムは、「ステップの大きさ＝３」を考慮して、次の式６のように、新しい傾き値を計算するようになる。

新しいＡＦ値がその以前のＡＦ値より大きいため、最大ＡＦ値に対するレンズ位置及びＡＦ_maxは、再度新しい値に更新される。また、計算された傾き値がしきい値Ａとしきい値Ｂとの間の値に該当して、ステップの大きさが中間ステップ「Ｍ」に選択される。同様に、アルゴリズムは、「ステップの大きさ＝２」を考慮して、次の式７のように新しい傾き値を計算するようになる。

これは、ステップのＡＦ値よりさらに大きいＡＦ値に到達した後、傾き値は、次のステップの大きさを調整するために計算される。ここで、前記式７により計算された傾き値がしきい値Ｂより大きいため、ステップの大きさがファインステップ「Ｆ」に選択される。同様に、アルゴリズムは、「ステップの大きさ＝１」を考慮して新しい傾き値を計算するようになる。

しかしながら、レンズが１ステップさらに移動したとき、「ＡＦ_max＞ＡＦ_CURRENT」が検出される。すると、アルゴリズムはピークを検出する。これ以上、前方へのステップはないので、傾きを計算する必要はない。

ピークを検出した後、レンズは、最大ＡＦ値の位置に到達するまで後方へ移送される。好ましくは、最上の焦点位置は、位置センサからの値で記録されているため、オーバーシュートの補償におけるバックラッシュという問題点を解決することができる。

図１３は、上述の本実施の形態による自動焦点アルゴリズムの作動例を示す。図１３に示すように、本実施の形態による自動焦点アルゴリズムは、５ステップ（１）〜（５）ぶりに最大自動焦点値に到達することができる。最後のステップ（５）は、後方移動に該当し、このような移動時には、焦点測定を行わず、またこのような移動は、上述のように、位置センサからの出力値を利用して行うことが好ましい。

上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更を行うことが可能であり、このような置換、変形、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。

ピクチャー内ウィンドウ領域を示した図である。 一般的なレンズの移動距離に応じる焦点値を示すグラフである。 従来の技術による焦点調整方法における問題点を説明するためのグラフである。 本発明に係る自動焦点調整装置のブロック図である。 図３の自動焦点デジタル信号処理部の内部ブロック図である。 図４ａの光検出モジュールの内部ブロック図である。 本発明に係る自動焦点アルゴリズムのフローチャートである。 図５の自動焦点値計算（Ｓ２０）のフローチャートである。 本発明に係る自動焦点値を計算するために、加重値が与えられた複数のアクティブウィンドウを示した図である。 図５のステップの大きさ調整（Ｓ７０）のフローチャートである。 本発明による典型的な焦点検索プロセスを概括的に示したグラフである。 本発明の一実施の形態に適用される８個のアクティブウィンドウを示した図である。 図１０に示す８個のアクティブウィンドウそれぞれでのレンズ位置別ＡＦ値の変化を示したグラフである。 本発明の一実施の形態に係る毎ステップ別全体ＡＦ値の変化を示したグラフである。 本発明の一実施の形態に係る自動焦点アルゴリズムの作動例を示したグラフである。

符号の説明

３００ 自動焦点調整装置
３０１ レンズ部
３０２ イメージセンサ及びＩＳＰ部
３０３ 自動焦点デジタル信号処理器
３０４ 駆動部
３０４ａ アクチュエータドライバ
３０４ｂ アクチュエータ
３０６ 携帯電話ホスト
４０１ 光検出モジュール
４０１ａ 高域通過フィルタ
４０１ｂ 積分器
４０１ｃ アクティブ領域設定部
４０２ 中央処理装置
７０ アクティブウィンドウ
７１ 中央ウィンドウ
７２ 周辺ウィンドウ
ＡＦ_prev 前のステップの自動焦点値
ＡＦ_cur 現在のステップの自動焦点値
ＡＦ_max 最大自動焦点値
ｄ 初期状態からの位置
Ｌ 全体レンズの移送範囲
ω_i ｉ番目のアクティブウィンドウに割り当てられた加重値
ｎｗ 自動焦点アクティブウィンドウの全体数
ＷＡＦ_i ｉ番目のアクティブウィンドウの自動焦点値
Ａ 大きいステップを取るためのしきい値
Ｂ ファインステップを取るためのしきい値
Ｃ コースステップの大きさ（Ｃｏａｒｓｅ ｓｔｅｐ ｓｉｚｅ）
Ｍ 中間ステップの大きさ（Ｍｅｄｉｕｍ ｓｔｅｐ ｓｉｚｅ）
Ｆ ファインステップの大きさ（Ｆｉｎｅ ｓｔｅｐ ｓｉｚｅ）

Claims (14)

1. ａ）中央ウィンドウと、該中央ウィンドウの周囲を取り囲む形状の複数の周辺ウィンドウとで構成される複数のアクティブウィンドウを設定し、前記複数のアクティブウィンドウに対して加重値を割り当てて、ステップ別に自動焦点値を計算するステップと、
   ｂ）前記ステップ別に計算された自動焦点値から、前のステップの自動焦点値と現在のステップの自動焦点値の変化率を算出するステップと、
   ｃ）前記算出した自動焦点値の変化率と予め設定された自動焦点基準値とを互いに比較して、比較結果に応じてステップの大きさを変更するステップと、
   ｄ）前記変更したステップの大きさに対応する位置にレンズを移送するステップと、
   ｅ）前記ａ）〜ｄ）ステップを、前のステップの自動焦点値が現在のステップの自動焦点値より大きくなるまで繰り返し行って、最大自動焦点値検出可否を判断するステップと、
   ｆ）前記最大自動焦点値に対応する位置にレンズを移送するステップと
   を含む自動焦点実行方法。
2. 前記（ｆ）ステップにおいて、前記最大自動焦点値は、前記前のステップの自動焦点値に該当するように設定し、前記前のステップの自動焦点値に対応する位置にレンズを移送させることを特徴とする請求項１に記載の自動焦点実行方法。
3. 前記（ｆ）ステップにより、最大自動焦点値に対応する位置にレンズが移送されたか否かを判断するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の自動焦点実行方法。
4. 前記（ｂ）ステップの前のステップの自動焦点値（ＡＦ_PREV）と現在のステップの自動焦点値（ＡＦ_CUR）の変化率の算出が、次の式
   

   

   により行われることを特徴とする請求項１に記載の自動焦点実行方法。
5. 前記予め設定された自動焦点基準値は、互いに異なる２個のしきい値に該当し、前記（ｃ）ステップが、前記算出した自動焦点値の変化率と前記しきい値とを互いに比較して、比較結果に応じてステップの大きさをファイン（ｆｉｎｅ）ステップの大きさと、ミディアム（ｍｅｄｉｕｍ）ステップの大きさ、及びコース（ｃｏａｒｓｅ）ステップの大きさのうちの何れか１つに選択することを特徴とする請求項４に記載の自動焦点実行方法。
6. 前記（ｃ）ステップは、
   前記前のステップの自動焦点値と現在のステップの自動焦点値の変化率が負の値を有する場合、ピークを過ぎたか否かを判定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の自動焦点実行方法。
7. 前記レンズが移送される場合、前記移送されたレンズの位置を検出して保存することを特徴とする請求項１に記載の自動焦点実行方法。
8. 前記複数のアクティブウィンドウのうち、中央ウィンドウが、複数の領域に分割された複数のウィンドウで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の自動焦点実行方法。
9. 前記複数の中央ウィンドウに該当する全ての領域に加重値が割り当てられ、複数の周辺ウィンドウのうち、少なくとも何れか１つの領域に加重値が割り当てられたことを特徴とする請求項８に記載の自動焦点実行方法。
10. 前記アクティブウィンドウに割り当てられた加重値を互いに異なるように設定することを特徴とする請求項１、８、９のうちの何れか１項に記載の自動焦点実行方法。
11. 光信号が入射され、焦点調整のために上下移動可能なフォーカスレンズを含むレンズ部と、
    前記レンズ部に入射された光信号を受けて、電気的信号に変換した後に、デジタル化した映像データを出力するイメージセンサ及びＩＳＰ部と、
    前記イメージセンサ及びＩＳＰ部から映像データを受けて、所定のイメージ成分を抽出した後に、中央ウィンドウと、該中央ウィンドウの周囲を取り囲む形状の複数の周辺ウィンドウとで構成される複数のアクティブウィンドウを設定し、前記複数のアクティブウィンドウに対して加重値を割り当てて、前記所定のイメージ成分値を積分して自動焦点値を算出する光検出モジュールと、
    前記光検出モジュールから自動焦点値を受け、前記自動焦点値に応じてレンズ部のフォーカスレンズを上下駆動しながら最大自動焦点値を算出しながら、前のステップの自動焦点値と現在のステップの自動焦点値の変化率を算出し、前記算出した自動焦点値の変化率と予め設定された自動焦点基準値とを互いに比較して、前記比較結果に応じてステップの大きさを可変的に制御する自動焦点アルゴリズムを行う中央処理装置と
    で構成される自動焦点デジタル信号処理部と、
    前記自動焦点デジタル信号処理部の制御信号に応じて、前記レンズ部のフォーカスレンズを駆動させる駆動部と
    を含む自動焦点調整装置。
12. 前記光検出モジュールは、
    前記イメージセンサ及びＩＳＰ部から映像データを受けて、所定のイメージ成分を抽出する高域通過フィルタと、
    前記高域通過フィルタから抽出された前記所定のイメージ成分を受信し、前記中央ウィンドウ及び周辺ウィンドウで構成される複数のアクティブウィンドウ各々に対して、所定のイメージ成分を積分して出力する積分器と、
    前記積分器に、設定された複数のアクティブウィンドウのスタートアドレスとエンドアドレスを伝送するアクティブ領域設定部と、
    を含むことを特徴とする請求項１１に記載の自動焦点調整装置。
13. 前記最大自動焦点値に対応する位置にレンズが移送されたか否かを判断するための位置検出センサをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の自動焦点調整装置。
14. 前記所定のイメージ成分は、エッジ成分、Ｙ成分、及び最大値を有するＹ成分のうち、少なくとも何れか１つであることを特徴とする請求項１１に記載の自動焦点調整装置。

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