自动聚焦装置和方法

专利名称：自动聚焦装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于成像设备的自动聚焦装置和方法、及其程序产品。
背景技术：
诸如摄像机和数字静态照相机的成像设备已配备有自动聚焦在主体上的任意自动聚焦机构。自动聚焦机构使用在成像帧(取景器的视野)中提供的特定区域中的图像信号的频率分量，而计算聚焦估计值，并驱动聚焦镜头，以便给出最大聚焦估计值(参见日本专利申请公开第H10-213736号)。由此，如果在成像帧的中心上设置这样的特定区域之后进行成像，并固定成像帧的组成(composition)，以将主体置于成像帧的中心，则有可能在聚焦镜头的焦点的位置与其对焦(in-focus)位置相符时自动地聚焦在主体上。

发明内容
如果在成像帧中提供的特定区域中存在两个主体、且进行自动聚焦操作以对所述主体中的任一个聚焦，则也许不能容易地切换自动聚焦操作，以对特定区域中的另一个主体聚焦。
例如，如图1A所示，如果成像设备90对主体人OB1和背景树OB2同时成像，则特定区域包括主体人OB1和背景树OB2。当在此情形下成像设备90对树OB2聚焦时，即使在自动聚焦机构尝试对人OB1聚焦时，也可能基于任何“后焦点”而不能容易地自动对人OB1聚焦。注意，后焦点意味着被聚焦的主要主体未被对焦(out of focus)，而背景被对焦。
也就是说，如图1A所示，如果成像设备90对主体人OB1和背景树OB2同时成像，那么，如图1B所示，聚焦估计值指示它们在与人OB1的位置FPob1和树OB2的位置FPob2相对应的聚焦镜头的焦点位置上的最大值。在自动聚焦操作中，通过控制聚焦镜头的位置，而进行自动聚焦调节，以便可给出最大聚焦估计值。因此，当将聚焦镜头从聚焦镜头的焦点位置FPt朝向位置FPob1而驱动时，由于聚焦估计值减小，所以，可能确定聚焦镜头的焦点经过了其对焦位置，由此导致聚焦镜头的反向驱动。由此，这未能将聚焦镜头从聚焦镜头的焦点位置FPt朝向位置FPob1驱动。
如果镜头在自动聚焦操作的开始处摆动，并且曾经确定了对焦位置为镜头的焦点位置FPob2，那么，例如，执行自动聚焦控制，以将位置FPob2保持为对焦位置。这也未能自动地将对焦位置从位置FPob2切换到位置FPob1。作为其结果，如图1C所示，保持出现近处人OB1的模糊图像(通过远处的树的对焦图像)，由此，缺乏对“后焦点”的问题的任何解决方案。如果曾经确定了对焦位置为镜头的焦点的位置FPob1，即出现近处人OB1的对焦图像，则也许不可能从这样的情形得到解除。
因此，期望提供这样的自动聚焦装置和方法、及其程序产品，其可根据自动聚焦装置已经对另一个主体聚焦的情形，而自动地对期望主体聚焦。
根据本发明的实施例，提供了一种自动聚焦装置，其具有镜头驱动单元，其驱动镜头；焦点位置检测单元，其检测镜头的焦点位置。该装置还具有距离测量传感器，其测量到主体的距离；以及控制单元，其执行聚焦操作，以控制镜头驱动单元来驱动镜头，由此使由焦点检测单元检测出的镜头的焦点位置与其对焦位置相符。
如果在使镜头的焦点位置与其对焦位置相符之后尚未满足聚焦操作的重新启动条件以停止聚焦操作，则控制单元基于由焦点检测单元检测出的镜头的焦点位置、以及距离测量传感器的测量距离结果，而确定对主体聚焦的切换。
随后，控制单元基于切换确定的结果，而重新启动聚焦操作，由此，基于距离测量传感器的测量距离结果而驱动镜头，以使镜头的焦点位置与其对焦位置相符。
根据本发明的实施例，提供了一种自动聚焦方法。该方法包括焦点位置检测步骤，用于检测镜头的焦点位置；距离测量步骤，用于测量到主体的距离；以及主体切换确定步骤，如果在使镜头的焦点位置与其对焦位置相符之后尚未满足聚焦操作的重新启动条件，以停止曾经使镜头的焦点位置与其对焦位置相符的聚焦操作，则基于在焦点检测步骤中检测出的镜头的焦点位置、以及在距离测量步骤中测量的测量距离结果，而确定对主体聚焦的切换。该方法还包括聚焦重新调节步骤，基于在主体切换确定步骤中对主体聚焦的切换的确定结果而重新启动聚焦操作，以基于距离测量传感器的测量距离结果，而将镜头的焦点位置驱动到其对焦位置。
根据本发明的再一个实施例，提供了计算机程序产品，其允许计算机执行以上自动聚焦方法。
在本发明的任意实施例中，如果在使镜头的焦点位置与其对焦位置相符之后尚未满足重新启动条件(如使用在图像帧中提供的第一特定区域中的图像信号的频率分量的任意聚焦估计值的变化、以及计算在图像帧中提供的第二特定区域中的图像信号的亮度分量值的任意亮度积分值的变化)，以停止聚焦操作，则可基于由焦点检测单元检测出的镜头的焦点位置、以及距离测量传感器的测量距离结果，而进行对主体聚焦的切换的任意确定。
如果基于距离测量传感器的测量距离结果的、对焦位置和镜头的焦点位置之间的差超过用于切换的确定的预定距离时的确定时间周期比用于对主体聚焦的切换的参考时间周期长，则确定已切换了要对焦的主体。随后，重新启动聚焦操作。基于距离测量传感器的新测量的距离结果，而使镜头的焦点位置与其对焦位置相符。
由此，根据本发明的任意实施例，如果在使镜头的焦点位置与其对焦位置相符之后尚未满足聚焦操作的重新启动条件以停止曾经的聚焦操作，则可基于镜头的焦点位置、以及距离测量传感器的测量距离结果，而进行对主体聚焦的切换的确定。随后，聚焦操作基于对主体聚焦的切换的确定结果而重新启动，以基于距离测量传感器的新测量的距离结果，使镜头的焦点位置与其对焦位置相符。因此，在另一个主体被对焦时，通过测量直到期望主体的距离的距离测量传感器，而进行聚焦操作。如果是这样，那么，当确定已切换了要对焦的主体时，可基于距离测量传感器的新测量的距离结果，而使焦点位置与对焦位置相符，由此，允许自动地对期望主体对焦。
此说明书的结束部分特别指出并直接要求了本发明的主体的权利。然而，本领域的技术人员通过参照附图来读取本说明书的剩余部分，而最佳地理解本发明的操作方法和组织、以及其进一步的优点和目的，附图中，相同的附图标记表示相同的元素。


图1A至1C是用于图解根据相关技术的自动聚焦操作的图；图2是用于示出根据本发明的摄像机的实施例的配置的框图；
图3是用于示出聚焦估计值计算单元的配置的框图；图4是用于示出估计窗的大小的图；图5是示出用于对水平方向聚焦估计值进行滤波的计算滤波器的配置的框图；图6是示出用于对水平方向聚焦估计值进行滤波的水平和垂直方向积分方案的计算滤波器的配置的框图；图7是示出用于对垂直方向聚焦估计值进行滤波的计算滤波器的配置的框图；图8是用于示出摄像机的自动聚焦操作的流程图；图9是用于示出镜头驱动设置处理的流程图；图10是用于说明使用测量距离结果的自动聚焦操作的图；图11A至11C是用于图解后聚焦求解(back-focus-solving)操作的图；以及图12是用于示出另一个自动聚焦操作的流程图；具体实施方式
下面将通过参照附图来描述本发明的实施例。图2示出了具有自动聚焦机构的例如摄像机10的成像设备的总体配置。
摄像机10的镜头块20由成像镜头、检测成像镜头的位置的镜头位置检测单元、驱动成像镜头的镜头驱动单元等组成。注意，在图2中示出的镜头块20中，作为成像镜头，图解了用于将主体的图像聚焦在成像元件的成像表面上的聚焦镜头21、以及用于利用聚焦镜头21的驱动方向的确定而使其焦点的位置与对焦位置相符的摆动镜头22。
对于聚焦镜头21，提供了检测聚焦镜头21的位置的镜头位置检测单元21a，即，检测聚焦镜头21的焦点的位置的焦点位置检测单元；以及驱动聚焦镜头21沿其光轴移动镜头位置的镜头驱动单元21b。
类似地，对于摆动镜头21，提供了检测摆动镜头22的位置的镜头位置检测单元22a；以及镜头驱动单元21b，其驱动摆动镜头22沿其光轴移动镜头位置，以便执行任意适当的摆动。
镜头块20具有光圈23，用来控制入射光量。对于光圈23，还提供了检测光圈23的口径的打开级别的光圈位置检测单元23a；以及光圈驱动单元23b，其驱动光圈23，使其被打开或关闭。
镜头块控制单元51分别从镜头位置检测单元21a接收指示聚焦镜头21的焦点的位置的检测信号RSf，从镜头位置检测单元22a接收指示摆动量的检测信号RSw，从光圈位置检测单元23a接收指示光圈23的口径的打开级别的检测信号RSi。镜头块控制单元51连接到用于设置自动聚焦操作模式、并开始自动聚焦操作的用户接口55。根据用户接口55的用户操控，镜头块控制单元51可接收任意操控信号PSL。镜头块控制单元51还可具有未示出的存储单元，其由只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)等构成。存储单元可存储有关聚焦镜头21和摆动镜头22中的每个的焦距的数据和有关口径比的数据、以及有关制造商的名称和镜头块的系列号的任意信息等。
镜头块控制单元51基于所存储的信息、检测信号RSf、RSw和RSi、以及操控信号PSL和从将在后面描述的相机块控制单元52接收的聚焦控制信号CTf和摆动控制信号CTw，而生成镜头驱动信号RDf、RDw。镜头块控制单元51还将所生成的镜头驱动信号RDf提供到镜头驱动单元21b，以驱动聚焦镜头21，由此允许期望的主体处于对焦状态。另外，镜头块控制单元51还将所生成的镜头驱动信号RDw提供到镜头驱动单元22b，以驱动摆动镜头22，由此允许检测到聚焦镜头21的对焦位置的方向。镜头块控制单元51还生成光圈控制信号RDi，并将其提供到光圈驱动单元23b，由此允许控制光圈23的口径的打开级别。
相机块30中的分色棱镜31将来自镜头块20的入射光分离为三基色红(R)、绿(G)和蓝(B)，并分别将其R分量提供到图像拾取装置32R，将其G分量提供到图像拾取装置32G，并将其B分量提供到图像拾取装置32B。
图像拾取装置32R通过光电转换而生成与R分量相对应的图像信号SR，并将其提供到预放大器33R。图像拾取装置32G通过光电转换而生成与G分量相对应的图像信号SG，并将其提供到预放大器33G。图像拾取装置32B通过光电转换而生成与B分量相对应的图像信号SB，并将其提供到预放大器33B。
预放大器33R放大图像信号SR的电平，对其执行相关双采样，以减小任何复位噪声(reset noise)，并将减小了噪声的图像信号SR提供到A/D转换器34R。A/D转换器34R接收图像信号SR，将其转换为数字图像信号DRa，并将其提供到预处理单元35。
预放大器33G放大图像信号SG的电平，对其执行相关双采样，以减小任何复位噪声，并将减小了噪声的图像信号SG提供到A/D转换器34G。A/D转换器34G接收图像信号SG，将其转换为数字图像信号DGa，并将其提供到预处理单元35。
预放大器33B放大图像信号SB的电平，对其执行相关双采样，以减小任何复位噪声，并将减小了噪声的图像信号SB提供到A/D转换器34B。A/D转换器34B接收图像信号SB，将其转换为数字图像信号DBa，并将其提供到预处理单元35。
预处理单元35接收图像信号DRa、DGa和DBa，以调节它们的增益，并执行黑电平的稳定化、以及其动态范围的调节等，生成图像信号DRb、DGb和DBb，并将由此生成的图像信号DRb、DGb和DBb提供到信号处理单元36、以及聚焦估计值计算单元37。
信号处理单元36接收图像信号DRb、DGb和DBb，以对它们执行各种信号处理，由此生成图像输出信号DVout。例如，执行用于压缩具有超过设置电平(set level)的电平的图像信号的拐点补偿(knee compensation)、用于根据各种任意设置伽玛曲线而校正图像信号的电平的伽玛校正、以及用于将图像信号的电平限制为处于设置区域中的白和黑限幅(clipping)。信号处理单元36还执行边缘增强处理、线性矩阵处理、用于生成具有期望格式的图像输出信号DVout的编码处理等。
聚焦估计值计算单元37基于从预放大器35接收的图像信号DRb、DGb和DBb，而生成亮度信号DY，并使用亮度信号DY计算任意聚焦估计值ID。随后，聚焦估计值计算单元37将聚焦估计值ID提供到相机块控制单元52。
图3示出了聚焦估计值计算单元37的配置。聚焦估计值计算单元37具有亮度信号生成电路371，用于基于图像信号DRb、DGb和DBb，而生成亮度信号DY；聚焦估计值生成电路372-ID0至372-ID13，用于生成将在后面描述的14种聚焦估计值ID0至ID13；以及接口电路373，用于与相机块控制单元52通信，并根据来自相机块控制单元52的任意请求，而将所生成的聚焦估计值ID0至ID13提供到相机块控制单元52。
通过使用从预放大器35接收的图像信号DRb、DGb和DBb，亮度信号生成电路371通过如下计算而生成亮度信号DY
DY＝0.30DRb+0.59DGb+0.11DBb。
这是因为，确定对比度是高还是低以便确定是否实现了聚焦是足够的，并且，检测亮度信号DY的电平随着对比度的变化的变化也是足够的。
聚焦估计值生成电路372-ID0生成以下聚焦估计值ID0。类似的，聚焦估计值生成电路372-ID1至372-ID13的每一个生成以下聚焦估计值ID1至ID13。
聚焦估计值ID0聚焦估计值的名称，“IIR1_W1_HPeak”；聚焦估计值ID1聚焦估计值的名称，“IIR1_W2_HPeak”；聚焦估计值ID2聚焦估计值的名称，“IIR1_W2_HPeak”；聚焦估计值ID3聚焦估计值的名称，“IIR4_W3_HPeak”；聚焦估计值ID4聚焦估计值的名称，“IIR0_W1_VIntg”；聚焦估计值ID5聚焦估计值的名称，“IIR3_W1_VIntg”；聚焦估计值ID6聚焦估计值的名称，“IIR1_W1_HIntg”；聚焦估计值ID7聚焦估计值的名称，“Y_W1_HIntg”；聚焦估计值ID8聚焦估计值的名称，“Y_W1_Saul”；聚焦估计值ID9聚焦估计值的名称，“IIR1_W3_HPeak”；聚焦估计值ID10聚焦估计值的名称，“IIR1_W4_HPeak”；聚焦估计值ID11聚焦估计值的名称，“IIR1_W5_HPeak”；聚焦估计值ID12聚焦估计值的名称，“Y_W3_HIntg”；以及聚焦估计值ID13聚焦估计值的名称，“Y_W3_HIntg”。
这里，分别对以上聚焦估计值ID0至ID13提供了指示其属性的聚焦估计值的名称，即“使用数据估计窗的大小聚焦估计值的计算方法”。估计窗是在图像帧中提供的特定区域。
基本上，通过在估计窗中将图像信号的频率分量加到一起，而得到这些聚焦估计值ID0至ID13，并且，聚焦估计值ID0至ID13指示与图像中的任意模糊相对应的值。
在聚焦估计值的名称的“使用数据”中存在“IIR”和“Y”。“IIR”使用有关通过使用高通滤波器(HPF)而从亮度信号DY中滤出的高频分量的数据。“Y”使用在未使用任何HPF情况下的亮度信号DY的频率分量。
在使用HPF时，可使用无限冲击响应(IIR)型HPF。基于HPF的种类，将IIR分类为IIR0、IIR1、IIR3、以及IIR4，其表示具有不同截止频率的HPF。设置HPF使得具有不同截止频率，例如，这允许在使用了具有高截止频率的HPF的情况下，在对焦位置的附近位置上，聚焦估计值的变化增大，这与使用了具有低截止频率的HPF的情况相反。如果几乎不能聚焦，则可在使用具有低截止频率的HPF时增大聚焦估计值的变化，这与使用了具有高截止频率的HPF的情况相反。由此，可将HPF设置为具有不同的截止频率，以便在自动聚焦操作期间，根据任意聚焦情形而选择最适合的聚焦估计值。
估计窗的大小是要用于生成聚焦估计值的图像区域的大小。在此实施例中，估计窗的大小例示了以下五种估计窗的大小W1至W5。
估计窗的大小W1116像素乘60像素；估计窗的大小W296像素乘60像素；估计窗的大小W3232像素乘120像素；估计窗的大小W4192像素乘120像素；以及估计窗的大小W5576像素乘180像素。
这些估计窗中的每个的中心与图像帧的中心对齐。应注意，在图4中，图解了在一个场的帧大小是768像素乘240像素的情况下的估计窗的大小W1至W5。
由此，将估计窗设置为其具有各种大小，这允许产生适于估计窗的任意大小的任意聚焦估计值。这允许在聚焦估计至ID0至ID13之中选择任意适合的聚焦估计值，以符合目标主体所具有的任意大小。
作为聚焦估计值的计算方法，可例示HPeak方案、HIntg方案、VIntg方案、以及Satul方案。HPeak方案是相对于任意峰值的水平方向聚焦估计值的计算方法。HIntg方案是相对于任意水平和垂直积分的水平方向聚焦估计值的计算方法。VIntg方案是相对于任意积分的垂直方向聚焦估计值的计算方法。Satul方案是计算其亮度饱和的像素的数目的计算方法。
HPeak方案也是用于使用HPF而从水平方向图像信号得到任意高频分量的聚焦估计值的计算方法。在此实施例中，其用于计算聚焦估计值ID0、ID1、ID2、ID3、ID9、ID10、以及ID11。
图5示出了用于对要用于HPeak方案的水平方向聚焦估计值进行滤波的计算滤波器的配置，其可用于聚焦估计值计算单元37。用于对水平方向聚焦估计值进行滤波的此计算滤波器具有HPF 381，用于仅对来自亮度信号生成电路的亮度信号DY的高频分量进行滤波；绝对值处理电路382，用于计算这些高频分量的绝对值；乘法电路383，用于将这些高频分量的绝对值乘以水平方向窗控制信号WH；行峰值保持电路384，用于保持每行的峰值；以及垂直方向积分电路386，用于对估计窗内的所有行的峰值进行垂直积分。
HPF 381从亮度信号DY中滤出高频分量，而绝对值处理电路382计算这些高频分量的绝对值。
乘法电路383将所述绝对值乘以水平方向窗控制信号WH，以得到估计窗内的高频分量的绝对值。换句话说，如果向乘法电路383提供其在估计窗之外的相乘值变为0的窗控制信号WH，则有可能仅向行峰值保持电路384提供估计窗内的高频分量的水平方向绝对值。此外，如果将窗控制信号WH设置为使得相乘值可在估计窗中临近窗的位置上变得更小，则有可能基于存在于估计窗的窗附近的任何额外边缘(具有高亮度的任何边缘)到估计窗中的浸入(invasion)的影响、以及随着主体的任何滚动(rolling)和/或倾斜(pitching)而带来的聚焦估计值的急剧变化，而消除聚焦估计值中的任何噪声，其中，所述浸入响应于聚焦的进展而出现。
行峰值保持电路384可保持每行的峰值，垂直方向积分电路386基于垂直方向窗控制信号WV，对估计窗内的每行的已保持的峰值进行垂直相加或积分，以生成任意聚焦估计值ID。注意，因为将水平方向峰值保持一次，所以此方案被称为“HPeak”。
HIntg方案是用于使用垂直和水平积分而得到水平方向聚焦估计值的聚焦估计值的计算方法。图6示出了用于根据垂直和水平积分而对水平方向聚焦估计值进行滤波的计算滤波器的配置，其可用于聚焦估计值计算单元37。除了使用水平方向相加电路385、而不是行峰值保持电路之外，此计算滤波器具有类似于上面如图5所示的HPeak方案的计算滤波器的配置。在图6示出的此计算滤波器中，水平方向相加电路385对估计窗内的高频分量的所有绝对值进行水平相加，而垂直方向积分电路386对估计窗中的所有行的相加结果进行垂直积分。
在此实施例中，用于根据垂直和水平积分而对水平方向聚焦估计值进行滤波的这样的计算滤波器用于计算聚焦估计值ID6、ID7、ID12、以及ID13。
在将HIntg方案与HPeak方案相比时，它们彼此之间的不同之处在于，在HPeak方案中，对于每行计算峰值，并将所计算的峰值垂直相加，而在HIntg中，将估计窗内的每行中的高频分量的所有绝对值水平相加，并对相加的值进行垂直积分。
HIntg方案被分类为在其使用数据中使用高频分量的“IIR1”、以及在其中使用原始的亮度信号DY自身的“Y”。注意，作为从图6示出的计算滤波器中移除HPF 381的滤波器电路的亮度相加值计算滤波器电路可获得亮度相加值。
VIntg方案是用于使用垂直积分而得到垂直方向聚焦估计值的聚焦估计值的计算方法。在此实施例中，其用于计算聚焦估计值ID4和ID5。HPeak和HIntg方案两者均执行水平相加，以产生聚焦估计值，而VIntg方案将高频分量垂直相加，以产生聚焦估计值。如果仅存在垂直高频分量、而不存在水平高频分量，例如，场景的上半部为白色而场景的下半部为黑色的图像、地平线的图像等，那么，根据HPeak方案的水平方向聚焦估计值的计算方法不会有效地起作用。VIntg方案的聚焦估计值用于在这样的场景中有效地起作用的自动聚焦。
图7示出了用于对垂直方向聚焦估计值进行滤波的计算滤波器的配置，其可用于聚焦估计值计算单元37。用于对垂直方向聚焦估计值进行滤波的计算滤波器具有用于计算水平方向平均值的计算电路391、IIR型的HPF 392、绝对值处理电路393、以及积分电路394。
计算电路391基于窗控制信号WHc，从每行的亮度信号DY中选择位于估计窗沿水平方向的中心部分的任意像素(例如，63个像素)的亮度信号，并计算其平均值，以将其作为每一个水平周期的一个输出而传送。选择估计窗的中心部分的64个像素的原因是消除了在估计窗的外围存在的任何噪声。在此实施例中，由于依次存储64个像素的数据，并最终输出一个平均值，所以，可实现不需要任何存储装置的简单的配置，如行存储器或帧存储器。接下来，IIR型的HPF 392对高频分量进行滤波，其中，它与行频同步。随后，绝对值处理电路393计算高频分量的绝对值。积分电路394基于垂直方向窗控制信号WV，而对估计窗内的所有行进行垂直积分。
Satul方案是用于得到估计窗中的亮度信号DY中的饱和像素的数目(具体地，其亮度电平变为超过预定电平的像素的数目)的计算方法。在此实施例中，Satul方案用于计算聚焦估计值ID8。在聚焦估计值ID8的计算中，通过将亮度信号DY与阈值α相比较，计算有多少超过阈值α的像素存在于每个场的估计窗中，来确定聚焦估计值ID8，
回来参照图2，参考信号产生单元40产生垂直同步信号VD、水平同步信号HD、以及参考时钟信号CLK，摄像机10中的每个单元基于所述信号而操作。参考信号产生单元40将这些信号提供到图像拾取装置驱动单元42。图像拾取装置驱动单元42基于由此提供的垂直同步信号VD、水平同步信号HD、以及参考时钟信号CLK，而生成驱动信号RIR，以将其提供到图像拾取装置32R，以便驱动它。类似地，图像拾取装置驱动单元42还分别生成驱动信号RIG、RIB，以将它们提供到图像拾取装置32G、32B，以便驱动它们。注意，预放大器33R、33G和33B、A/D转换器34R、34G和34B、预处理单元35、信号处理单元36、聚焦估计值计算单元37等使用与从它们各自的先前单元接收的图像信号相同步的垂直同步信号VD、水平同步信号HD、以及参考时钟信号CLK，而执行各种处理。可从参考信号产生单元40、或从它们各自的先前单元与图像信号一起接收这些信号。
响应于来自相机块控制单元52的请求，距离测量传感器45执行任意测量，以向相机块控制单元52提供指示到主体的距离的测量距离结果Mag。当未能执行任何测量时，距离测量传感器45传送指示不能执行任何测量的数据(下文中称为“无能力(inability)数据NG”)，作为测量距离结果Mag。距离测量传感器45例示了主动方案的距离测量传感器，在照射它时，其通过利用红外线、电波等的反射，而测量到主体的距离。距离测量传感器45还例示了被动方案的距离测量传感器，其利用通过使用传感器检测有关主体的亮度信息而得到的亮度信号的偏移、锐度等，来测量到主体的距离。
相机块控制单元52连接到用户接口56。相机块控制单元52基于从用户接口56接收的操控信号PSC，而生成任意控制信号，并将控制信号提供到相应的单元，以控制它们，使得摄像机10可基于操控信号PSC等而操作。
镜头块控制单元51和相机块控制单元52可使用预先设置的格式和/或预先设置的协议而相互通信。镜头块控制单元51和相机块控制单元52对自动聚焦操作执行任意控制。
镜头块控制单元51还响应于来自相机块控制单元52的请求，而向相机块控制单元52提供各种信息QF(例如，有关镜头的焦点的位置、光圈值等的信息)。
镜头块控制单元51还基于从相机块控制单元52接收的聚焦控制信号CTf、摆动控制信号CTw等，而生成镜头驱动信号RDf、RDw，并控制镜头驱动单元21b、22b来驱动聚焦镜头21和摆动镜头22。
相机块控制单元52基于在聚焦估计值计算单元37中计算的聚焦估计值ID、由距离测量传感器45得到的测量距离结果Mag、以及从镜头块控制单元51读取的各种信息，而生成用于执行聚焦镜头21的驱动控制的聚焦控制信号CTf、以及用于执行摆动镜头22的驱动控制的摆动控制信号CTw。相机块控制单元52将它们提供到镜头块控制单元51。
镜头块控制单元51和相机块控制单元52可被嵌入在一起。在下面的描述中，控制器50将表示镜头块控制单元51和相机块控制单元52的组合。控制器50可由微计算机、存储器等构成，并通过运行从存储器读取的各种程序，而执行自动聚焦操作。
下面将描述摄像机10的自动聚焦操作。图8示出了自动聚焦操作的流程图。
在步骤ST1，控制器50控制距离测量传感器45测量到主体的距离，并从其传送测量距离结果Mag。
在步骤ST2，控制器50基于从镜头位置检测单元21a接收的检测信号RSf，而检测聚焦镜头21的焦点FPs的当前位置。
在步骤ST3，控制器50执行任意镜头驱动设置处理。在这样的镜头驱动设置处理中，基于焦点FPs的当前位置和测量距离结果Mag，而设置聚焦镜头21的驱动方向和驱动速度。
图9示出了镜头驱动设置处理的流程图。
在步骤ST51，控制器50确定测量距离结果Mag是否是无能力数据NG。如果不是无能力数据NG，则该处理转到步骤ST52，而如果是无能力数据NG，则该处理转到步骤ST56。
在步骤ST52，控制器50基于测量距离结果Mag，而确定焦点FPs的当前位置是否离开对焦区域FJA，其中，焦点FPs的当前位置进一步远离第一确定距离LD1。如果基于测量距离结果Mag的从焦点FPs的当前位置到对焦区域FJA的距离LE比第一确定距离LD1长，则该处理转到步骤ST53，而如果不是这样，则该处理转到步骤ST54。
相对于测量距离结果Mag而设置对焦区域FJA，使得可将与测量距离结果Mag相对应的主体上的对焦位置FPj包括在其中。例如，将基于测量距离结果Mag的距离测量的错误区域设为对焦区域FJA。可替换地，将比基于测量距离结果Mag的距离测量的错误区域宽大的区域设为对焦区域FJA。可通过考虑聚焦镜头21的控制便利性(facility)而设置第一确定距离LD1的量。也就是说，如果尝试以将在后面描述的第一驱动速度Va来驱动聚焦镜头21，则当第一确定距离LD1过短时，聚焦镜头会在其到达第一驱动速度Va之前便已经到达了对焦位置FPj。如果以非常高的速度驱动聚焦镜头21，则可能花费很多时间来停止聚焦镜头21，使得如果在聚焦镜头21到达接近对焦位置FPj时尝试停止聚焦镜头21，则聚焦镜头21可能会经过对焦位置FPj，由此导致不良的聚焦操作。因此，可基于在驱动聚焦镜头21时的最大速度和控制便利性而设置第一确定距离LD1。由于这样的最大速度和控制便利性基于聚焦长度和光圈值而不同，所以，可基于聚焦长度和光圈值而调节第一确定距离LD1。
在步骤ST53，控制器50将聚焦镜头21的驱动速度设为第一驱动速度Va，以使聚焦镜头21的焦点FPs迅速到达对焦位置FPj，这是因为聚焦镜头21的焦点FPs的当前位置离开对焦区域FJA，其中，焦点的位置进一步远离第一确定距离LD1。控制器50还将聚焦镜头21的驱动方向设为基于测量距离结果Mag的方向。换句话说，将驱动方向设为使得可朝向由测量距离结果Mag指示的焦点FPm的位置的方向，而驱动聚焦镜头21的焦点FPs。由于有可能基于距离测量传感器45的测量距离结果Mag而正确地确定聚焦镜头21的驱动方向，所以，对于确定其驱动方向来说，不需要任何摆动。
聚焦镜头21的第一驱动速度Va用于允许聚焦镜头21的焦点迅速接近对焦位置。不需要限制其驱动速度来防止其焦点经过聚焦估计值的曲线中的峰值，这是因为，每一个聚焦估计值仅在每一场被修改一次。由此，在驱动聚焦镜头21时，第一驱动速度Va可为可允许的驱动速度中最大的一个。
随后，处理从步骤ST52转到步骤ST54，其中，控制器50确定聚焦镜头21的焦点FPs的当前位置是否处于对焦区域FJA内。如果焦点FPs的位置不处于对焦区域FJA内，则该处理转到步骤ST55，而如果焦点FPs的位置处于对焦区域FJA内，则该处理转到步骤ST56。
在步骤ST55，控制器50将聚焦镜头21的驱动速度设为比第一驱动速度Va慢的第二驱动速度Vb。控制器50还将其驱动方向设为基于测量距离结果Mag的方向。换句话说，将其驱动方向设为使得可朝向由测量距离结果Mag指示的焦点FPm的位置的方向，而驱动聚焦镜头21的焦点FPs。将此第二驱动速度Vb设为允许平滑地实现从第二驱动速度Vb到比第二驱动速度Vb慢的第三驱动速度Vc的速度改变，以便防止在驱动聚焦镜头21时指示聚焦估计值的变化的聚焦估计值的曲线不健全(dwarfed)。
例如，估计场的深度为Fs，将第二驱动速度Vb设为12Fs/场。注意，将第三驱动速度Vc设为能够精确地检测聚焦估计值的曲线的峰值的速度，例如，2Fs/场。如果在驱动聚焦镜头21时的可允许的速度中最大的一个不大于12Fs/场，则第一驱动速度Va等于第二驱动速度Vb。
当该处理从步骤ST51或ST54转到步骤ST56时，控制器50执行类似于过去的情况的摆动，并且，在驱动摆动镜头22时，基于聚焦估计值的变化而设置聚焦镜头21的驱动方向。在此情况下，控制器50将聚焦镜头21的驱动速度设为其第二驱动速度Vb。如果焦点FPs的当前位置和焦点FPm的位置之间的距离较短，则控制器50可将聚焦镜头21的驱动速度设为其第三驱动速度Vc，这是因为焦点FPs的当前位置接近对焦位置FPj。
之后，在图8中示出的步骤ST4，控制器50执行镜头驱动处理。在镜头驱动处理中，执行类似于过去情况的爬山法控制处理以及聚焦镜头21的驱动速度的切换，使得聚焦镜头21被驱动为使其焦点FPs的位置与对焦位置FPj相符。
如果从焦点FPs的位置到对焦区域FJA的距离比短于第一确定距离LD1的第二确定距离LD2短，则将聚焦镜头21的驱动速度从第一驱动速度Va切换到第二驱动速度Vb。将第二确定距离LD2设为使得例如，在与对焦区域FJA离开第二确定距离LD2的位置上，在将聚焦镜头21的驱动速度从第一驱动速度Va切换到第二驱动速度Vb时(这将在后面描述)，聚焦镜头21的驱动速度可在对焦区域FJA内减小到第二驱动速度Vb。这样的设置可防止由于较少的聚焦估计值的数目而造成的聚焦镜头21的焦点经过对焦区域FJA中的聚焦估计值的曲线的峰值。
在爬山法控制处理中，检测由聚焦估计值计算单元37计算的聚焦估计值的任何增大和减小，并且，驱动聚焦镜头21的焦点FPs，使得这个检测到的聚焦估计值可为最大值，由此使焦点FPs的位置与对焦位置FPj相符。在此实施例中的使用聚焦估计值的爬山法控制处理中，驱动聚焦镜头21，使得以上聚焦估计值ID0、ID2等可为最大值。如果具有较大亮度的像素增加，则将估计窗大小W1切换为估计窗大小W5，并通过使用聚焦估计值ID8而计算聚焦估计值，以便防止聚焦镜头21被驱动到出现模糊的方向。此外，通过使用聚焦估计值ID0和其它聚焦估计值ID1至ID7和ID9至ID13，可确定聚焦镜头21的驱动速度的改变，可确定主体的滚动和/或倾斜，可确定聚焦镜头21的保留驱动，并可确定聚焦镜头21到达其近点或远点。基于这些确定结果，将聚焦镜头21的驱动操作控制为实现优异的精确聚焦。由此，执行这样的爬山法控制处理，以使聚焦镜头21的焦点的位置与对焦位置FPj相符。自动聚焦操作完成。
图10示出了使用测量距离结果的自动聚焦操作。当聚焦镜头21的焦点FPs的当前位置离开基于测量距离结果Mag的对焦区域FJA、且其焦点的位置进一步远离第一确定距离LD1时，即，当基于测量距离结果Mag的从焦点FPs的当前位置到对焦区域FJA的距离LE比第一确定距离LD1长时，以第一驱动速度Va驱动聚焦镜头21，而无任何摆动。随后，以第二驱动速度Vb和第三驱动速度Vc驱动聚焦镜头21。当经过了时间周期Tafu时，焦点FPs的位置与对焦位置FPj相符。这允许当将聚焦时间周期与过去的自动聚焦操作相比时，它会短得多，如在图10中用虚线示出的，使得执行摆动来确定驱动聚焦镜头的方向，随后，以第二驱动速度Vb驱动聚焦镜头21，并且，当经过了时间周期Tafv时，焦点FPs的位置与对焦位置FPj相符。
当焦点FPa的当前位置比第一确定距离LD1更接近基于测量距离结果Mag的对焦区域FJA、且焦点的位置位于对焦区域FJA之外时，以第二驱动速度Vb驱动聚焦镜头21，而无任何摆动。这允许当将聚焦时间周期与过去的自动聚焦操作相比时，它会被缩短，使得在自动聚焦操作的开始点执行摆动。
之后，在图8中示出的步骤ST5，控制器50确定是否已满足了重新启动自动聚焦操作的任何重新启动条件。如果已满足了重新启动条件，则该处理转回到步骤ST1，其中，将重复以上处理，以便将聚焦镜头21驱动为使镜头21的焦点的位置与其对焦位置相符。如果尚未满足重新启动条件，则该处理转到步骤ST6。
下面将描述重新启动条件。在此实施例中，存在两种模式，即场景稳定模式和场景不稳定模式。如果亮度的变化超过了预定阈值，则确定摄像机10在其水平面中摇摄(pan)、或主体大规模移动，以将模式切换为场景不稳定模式。如果亮度的变化变得较小，以满足用于将模式从场景不稳定模式切换到场景稳定模式的任何变换条件，则将场景不稳定模式切换到场景稳定模式。在其中亮度变化小的此场景稳定模式中，则确定摄像机10不摇摄或缓慢摇摄(如果有的话)，或主体不移动。在此实施例中，这样进行设置，使得在场景不稳定模式中停止重新启动，而可在将场景不稳定模式切换到场景稳定模式时执行重新启动。
由此，使用这种亮度变化的重新启动避免了重新启动的任何错误确定，这是因为，如果镜头的焦点的位置在自动聚焦操作期间接近其对焦位置、从而使其亮度积分值几乎不改变，则不会改变视场。
这里，作为亮度积分值，示意性地使用了亮度积分的正规化的差p0。可根据以下等式而计算正规化的差p0p0＝(Yadd_W5_f0-Yadd_W5_f1)/Ynow_W5_f0/N1 ...(1)其中，项“Yadd_W5_f0”指示在从先前场N1到当前场的时间周期内，图像信号相对于估计窗W5的亮度积分值的总和；项“Yadd_W5_f1”指示在从场N1+1到先前场2*N1的时间周期内，图像信号相对于估计窗W5的亮度积分值的总和；并且，项“Ynow_W5_f0”指示在当前场中，图像信号相对于估计窗W5的亮度积分值。
当在场景稳定模式中，正规化的差p0的绝对值ABS(p0)超过了预定阈值β1时，将模式从场景稳定模式切换到场景不稳定模式。当在场景不稳定模式中，绝对值ABS(p0)下降到预定阈值β2以下时，将模式从场景不稳定模式切换到场景稳定模式，以重新启动自动聚焦操作，并使镜头的焦点的位置与其对焦位置相符，以完成自动聚焦操作。
可替换地，作为重新启动条件，可使用聚焦估计值的变化。在此实施例中，如果在场景稳定模式期间，聚焦估计值ID0沿其时间方向的平均值从自动聚焦操作完成(恰好在使聚焦镜头的焦点的位置与其对焦位置相符之后)的聚焦估计值起增大了其设置比率，则可执行重新启动。
如果稳固地设置了摄像机10、且场景改变很小，例如，主体朝向由此设置的摄像机10的场景，那么，亮度积分值几乎不改变，使得如果仅考虑亮度积分的正规化的差，则未能执行重新启动。然而，如果考虑聚焦估计值沿其时间方向的平均，则还有可能重新启动自动聚焦操作。
可根据以下等式而计算聚焦估计值的变化q0q0＝Hadd_W1_f1/Hadd_W1_f0 ...(2)
其中，项“Hadd_W1_f0”指示所计算的聚焦估计值的总和，例如，所述总和即在从场景稳定的时间到场M的时间周期内、通过使用图像信号相对于估计窗W1的频率分量而将聚焦估计值相加的总和；并且，项“Hadd_W1_f1”指示在从当前场到先前场M的时间周期内的聚焦估计值的总和。
在此实施例中，如果聚焦估计值的变化q0下降到1/γ以下、或超过γ，则自动聚焦操作重新启动(γ和M分别为常量)。
由此，使用聚焦估计值沿其时间方向的平均中的变化允许在没有有关主体的任何滚动和/或倾斜、和/或相机的任何振动的任何影响的情况下的重新启动。
在使用任何正规化的差时，重新启动自动聚焦操作并不容易，因为如果相机非常慢地摇摄，则几乎不显示出正规化的差的变化。由此，在此实施例中，如果亮度积分值从自动聚焦操作完成(恰好在使聚焦镜头的焦点的位置与其对焦位置相符之后)的聚焦估计值起增大了其设置比率，则可执行重新启动。
可根据以下等式而计算亮度积分值的变化r0r0＝Y_now/Y_jp ...(3)其中，项“Y_now”指示当前亮度积分值；并且，项“Y_jp”指示恰好在完成自动聚焦操作之后的亮度积分值。
在此实施例中，如果亮度积分值的变化r0下降到1/δ以下、或超过δ，则自动聚焦操作重新启动(δ为常量)。由此，使用亮度积分值的变化允许即使相机非常慢地摇摄，也能重新启动自动聚焦操作。
之后，该处理从图8中示出的步骤ST5转到步骤ST6，其中，控制单元50控制距离测量传感器45测量到主体的距离，并且，类似于步骤ST1，从其传送测量距离结果Mag。
在步骤ST7，控制单元50确定是否已切换了要对焦的主体。如果已切换了要对焦的主体，则该处理转回到步骤ST3，其中，执行镜头驱动设置处理和镜头驱动处理，由此，再次允许自动聚焦处理操作，使得所切换的主体可被对焦(in focus)。如果尚未切换要对焦的主体，则该处理转回到步骤ST5。
通过确定是否可对存在于与具有与镜头的焦点FPs的位置不同的距离的位置中的主体成像，而切换要对焦的主体，其中，在镜头的焦点FPs的位置中，当在步骤ST4完成了镜头驱动处理时，主体被对焦。例如，如果在镜头的焦点FPs的当前位置和基于测量距离结果Mag的镜头的焦点FPm的位置之间的差超过了预定阈值的确定时间周期持续比用于对主体聚焦的切换的参考时间周期长的时间，则确定已切换了要被对焦的主体。并且，如果在镜头的焦点FPs的当前位置和基于测量距离结果Mag的镜头的焦点FPm的位置之间的差在预定阈值以下、或该差超过预定阈值的确定时间周期比用于对主体聚焦的切换的参考时间周期短，则确定尚未切换要被对焦的主体。将用于对主体聚焦的切换的参考时间周期设为使得，如果在用于由距离测量传感器45进行的距离测量的视场内短暂地包括期望主体之外的另一个主体，则不重新启动自动聚焦操作。例如，如果将参考时间周期设为2或3秒，那么，即使在摄像机10之前经过了任何人，也有可能防止重新启动经过的人被对焦的自动聚焦操作。
由此，当通过设置用于对主体聚焦的切换的参考时间周期、以及阈值而确定已切换了要被对焦的主体时，如果通过使用测量距离结果Mag而再次执行自动聚焦操作，则可解决后焦点(back focus)的任何问题。例如，如图11A所示，如果成像设备10对主体人OB1和背景树OB2同时成像，那么，如图11B所示，当使树OB2对焦时，出现主体人OB1的模糊图像。在此情形下，将用于由距离测量传感器45进行的距离测量的视场设为存在于背景树OB2之前的主体人OB1。此时，如果镜头的焦点FPs的当前位置和基于测量距离结果Mag的镜头的焦点FPm的位置之间的差超过了用于确定切换的预定距离时的确定时间周期持续了比用于对主体聚焦的切换的参考时间周期长，则将镜头的焦点FPs的当前位置移入到基于测量的距离结果Mag的对焦区域FJA，由此，允许进行爬山法处理。如图11所示，这允许在使主体人OB1对焦时出现背景树OB2的模糊图像。由此，在此实施例中，可解决后焦点的问题。
距离测量传感器45中的距离测量所需的时间周期可基于要成像的图像等的亮度而变化。距离测量传感器的测量时间可根据任意距离测量方案或任意距离测量特性的差异而变化。由此，用于对主体聚焦的切换的参考时间周期可基于要成像的图像的亮度和/或距离测量传感器的测量时间而延长或缩短。例如，如果距离测量传感器45基于主体的对比度的差而生成信号，并使用该信号而执行任意距离测量，则该信号中的电平可能很小，这是因为，在对暗主体成像时，存在主体的对比度的小量的差异。由此，为了将信号的电平提升，可通过延长测量时间而执行任意距离测量。然而，如果延长测量时间，则要在用于对主体聚焦的切换的参考时间周期内得到的测量距离结果减少，使得可能没有正确地确定已切换了要对焦的主体。由此，如果延长测量时间，则用于对主体聚焦的切换的参考时间周期也延长，并且，利用很多测量的距离结果，使得可能正确地确定已切换了要对焦的主体，由此解决后焦点的问题。
可替换地，当对亮主体成像时，测量时间很短。由此，在此情况下，如果用于对主体聚焦的切换的参考时间周期缩短，则有可能在用于对主体聚焦的切换的参考时间周期内得到期望数目的测量距离结果，由此允许短暂地确定对主体聚焦的切换。由此，用于对主体聚焦的切换的参考时间周期可基于要成像的图像的亮度和/或距离测量传感器的测量时间而延长或缩短，使得有可能增加对主体聚焦的切换的确定的精确度，并对其实现快速切换。
在此实施例中，可使用角速度传感器，该角速度传感器生成指示由沿主体的方向延伸的线和延其成像方向延伸的线组成的相对角的变化的参数，其中所述参数例如为指示由主体的移动或摄像机10的振动而引起的图像内的主体的滚动和/或倾斜的参数。在此实施例中，可使用以上亮度积分值和聚焦估计值，作为用来检测相对角的变化的参数，并且，可基于其检测结果，而改变用于切换的确定的距离、对主体聚焦的切换的参考时间周期、以及确定操作中的任一个。这允许减少任何错误操作。例如，如果在相对角的变化大时，将用于对主体聚焦的切换的参考时间周期设为延长、或将用于切换的确定的距离设为延长，则有可能减少基于摄像机10的任何振动或主体的任何移动的任何错误操作。如果相对角的变化大，则即使在不执行是否已改变了要对焦的主体的确定时，也有可能减少基于摄像机10的任何振动或主体的任何移动的任何错误操作。
在此实施例中，类似于过去的技术，有可能通过利用聚焦估计值ID0和ID7的任何正规化的差、使用亮度积分值或聚焦估计值而确定主体的滚动和/或倾斜。
将聚焦估计值ID0的正规化的差p0
％定义为p0
＝50*|e0
-e2
|/e0
，其中，e0
指示当前场的值，而e2
指示之前两场(previous field of two)的值。类似地，将聚焦估计值ID7的正规化的差p0[7]％定义为p0[7]＝50*|e0[7]-e2[7]|/e0[7]，其中，e0[7]指示当前场的值，而e2[71指示之前两场的值。
正规化的差表示每一场的聚焦估计值的变化率。在此实施例中，通过将当前场的聚焦估计值与之前两场的聚焦估计值相比较，而在奇数场和偶数场中的任一个中进行比较。这允许消除基于奇数场和偶数场中的差的聚焦估计值的变化的任何影响。对这样的情况应用相似性，其中，尽管在以上等式中使用了百分比，但还在其中执行乘以50倍。
三个场的移动平均值可分别用作e0
、e2
、e0[7]、以及e2[7]。在此情况下，例如，当房间中的荧光灯使用具有50Hz的商用电源工作，且摄像机10以60Hz操作、从而由荧光灯生成具有20Hz的闪烁时，可消除此影响。
在用于主体中的滚动和/或倾斜确定的12个场的时间周期内，使用聚焦估计值ID0计算正规化的差，以将相应的正规化的差的最大值估计为最大正规化的差(下文中，称为“ndiff_e
”)。可使用最大正规化的差ndiff_e
而执行滚动和/或倾斜确定。
然而，如果聚焦估计值ID0的值小，则即使在由于固定噪声变化而没有主体滚动和/或倾斜时，ndiff_e
也呈现为较大，由此，导致ndiff_e
超过滚动和/或倾斜确定的阈值。
由此，如果聚焦估计值ID0的值很小，则在12个场的时间周期内，使用聚焦估计值ID7而计算正规化的差，以将相应的正规化的差的最大值估计为最大正规化的差“ndiff_e[7]”。随后，使用最大正规化的差ndiff_e[7]执行滚动和/或倾斜确定。
由此，在此实施例中，不对所有情况都使用聚焦估计值ID0的最大正规化的差ndiff_e
。这是因为，可以想象，ndiff_e[7]更适于在聚焦估计值ID0下降到阈值以下时主体滚动或倾斜的情况。
对于滚动和/或倾斜确定，应用以下标准；如果聚焦估计值ID0的平均值(在用于主体中的滚动和/或倾斜确定的12个场的时间周期内)超过了200、且ndiff_e
＜3％，则设置固定模式；如果聚焦估计值ID0的平均值超过了200、且ndiff_e
≥3％，则设置滚动和/或倾斜模式1，但是，如果ndiff_e
≥30％，则设置滚动和/或倾斜模式2，其指示主体中的滚动和/或倾斜大于滚动和/或倾斜模式1中的主体中的滚动和/或倾斜的情形；如果聚焦估计值ID0的平均值下降到200以下，且ndiff_e[7]＜7％，则设置固定模式；以及如果聚焦估计值ID0的平均值下降到200以下，且ndiff_e[7]≥7％，则设置滚动和/或倾斜模式1，但是，如果ndiff_e[7]≥12.5％，则设置滚动和/或倾斜模式2。
如果确定为滚动和/或倾斜模式1或2，则停止是否已切换了要对焦的主体的确定，这允许由于摄像机10的振动和要减小的主体的移动而造成的任何错误操作。
尽管在以上实施例中，可在确定已切换了要对焦的主体时自动重新启动自动聚焦操作、以解决后焦点的问题，但本发明不限于此。可将此发明应用于根据任意用户指令而解决后焦点的问题的任意其它情况。图12示出了在这样的情况下使用的自动聚焦操作。应注意，相同的附图标记表示图8中示出的相同步骤，将省略其详细说明。
在步骤ST7，控制单元50确定是否已切换了要对焦的主体。如果确定已切换了要对焦的主体，则该处理转到步骤ST8。如果不是这样，则该处理转回到步骤ST5。
在步骤ST8，控制单元10确定是否已解决了后焦点的问题。如果用户操纵用户接口55或56，以指示解决后焦点的问题，则该处理转回到步骤ST3，并使用在步骤ST6得到的测量距离结果Mag而重复以上处理，由此，允许重新启动自动聚焦操作，以便对切换之后的主体对焦。如果他或她不指示解决后焦点的问题，则该处理转回到步骤ST5。
由此，有可能仅在用户想要解决后焦点的问题时，才会在解决后焦点的问题之后，在用于由距离测量传感器45进行的距离测量的视场内对主体聚焦。如果用户接口55或56配备有转接开关、或能够通过软件来改变模式，以选择图8和12中示出的自动聚焦操作中的任一个，则有可能呈现易用的摄像机。
尽管在以上实施例中已作为摄像机而描述了成像装置，但此发明不限于此。可将此发明应用于任意其它成像装置，如数字静态相机。
本领域的技术人员应理解，可取决于设计需要和其它因素而出现各种修改、组合、子组合、以及变化，只要它们处于所附权利要求或其等价物的范围内即可。
相关申请的交叉引用本发明包含涉及于2005年4月15日提交至日本专利局的日本专利申请第2005-119035号的主题，通过引用而将其全部内容合并于此。
权利要求
1.一种自动聚焦装置，包括镜头驱动单元，驱动镜头；焦点位置检测单元，检测镜头的焦点的位置；距离测量传感器，测量到主体的距离；以及控制单元，执行聚焦操作，以控制镜头驱动单元来驱动镜头，由此使由焦点位置检测单元检测出的镜头的焦点的位置与其对焦位置相符，其中，如果在使镜头的焦点的位置与其对焦位置相符之后尚未满足聚焦操作的重新启动条件以停止聚焦操作，则控制单元基于由焦点检测单元检测出的镜头的焦点的位置、以及距离测量传感器的测量距离结果，而确定对主体聚焦的切换，并且随后，基于对主体聚焦的切换的确定结果，而重新启动聚焦操作，由此，基于距离测量传感器的测量距离结果而驱动镜头，以使镜头的焦点的位置与其对焦位置相符。
2.如权利要求1所述的自动聚焦装置，其中，作为对主体聚焦的切换的确定，控制单元确定基于距离测量传感器的测量距离结果的、对焦位置和镜头的焦点的位置之间的差超过用于确定切换的预定距离时的确定时间周期是否比用于对主体聚焦的切换的参考时间周期长；并且，其中，当确定时间周期持续比参考时间周期长时，控制单元重新启动聚焦操作。
3.如权利要求2所述的自动聚焦装置，其中，控制单元基于要成像的图像的亮度和距离测量传感器的测量时间中的任一个，改变参考时间周期。
4.如权利要求2所述的自动聚焦装置，还包括参数生成单元，其生成指示由沿主体的方向延伸的线和沿其成像方向延伸的线组成的相对角的变化的参数，其中，基于该参数，控制单元改变用于确定切换的距离、参考时间周期、以及对主体聚焦的切换的确定操作中的任一个。
5.如权利要求1所述的自动聚焦装置，还包括用户接口，其中，控制单元在从用户接口接收到用于指示其重新启动的信号时，基于切换确定的结果而重新启动聚焦操作。
6.如权利要求1所述的自动聚焦装置，还包括聚焦估计值计算单元，其使用在图像帧中提供的第一特定区域中的图像信号的频率分量，计算聚焦估计值，其中，控制单元使用聚焦估计值的变化作为重新启动条件。
7.如权利要求1所述的自动聚焦装置，还包括亮度积分值计算单元，其计算在图像帧中提供的第二特定区域中的图像信号的亮度积分值，其中，控制单元使用亮度积分值的变化作为重新启动条件。
8.一种自动聚焦方法，包括焦点位置检测步骤，用于检测镜头的焦点的位置；距离测量步骤，用于测量到主体的距离；主体切换确定步骤，如果在使镜头的焦点位置与其对焦位置相符之后尚未满足聚焦操作的重新启动条件，以停止曾经使镜头的焦点位置与其对焦位置相符的聚焦操作，则基于在焦点检测步骤中检测出的镜头的焦点的位置以及在距离测量步骤中测量的测量距离结果，而确定对主体聚焦的切换；以及聚焦重新调节步骤，基于在主体切换确定步骤中对主体聚焦的切换的确定结果，重新启动聚焦操作，以基于距离测量传感器的测量距离结果，将镜头的焦点位置驱动到其对焦位置。
9.一种计算机程序产品，其允许计算机执行自动聚焦方法，所述方法包括焦点位置检测步骤，用于检测镜头的焦点位置；距离测量步骤，用于测量到主体的距离；主体切换确定步骤，用于如果在使镜头的焦点位置与其对焦位置相符之后尚未满足聚焦操作的重新启动条件，以停止曾经使镜头的焦点位置与其对焦位置相符的聚焦操作，则基于在焦点检测步骤中检测出的镜头的焦点位置以及在距离测量步骤中测量的测量距离结果，确定对主体聚焦的切换；以及聚焦重新调节步骤，基于在主体切换确定步骤中对主体聚焦的切换的确定结果而重新启动聚焦操作，以基于距离测量传感器的测量距离结果，而将镜头的焦点位置驱动到其对焦位置。
全文摘要
一种自动聚焦装置，其具有镜头驱动单元、焦点位置检测单元、以及测量到主体距离的距离测量传感器。该装置还包括控制单元，用于控制镜头驱动单元来驱动镜头，由此使检测出的镜头的焦点位置与对焦位置相符。如果在使焦点位置与对焦位置相符之后尚未满足重新启动条件以停止聚焦操作，则控制单元基于检测出的焦点位置、以及距离测量传感器的测量距离结果，确定对主体聚焦的切换，并且随后，基于其确定结果，重新启动聚焦操作，由此，基于距离测量传感器的测量距离结果而驱动镜头，以使焦点位置与对焦位置相符。
文档编号G03B13/36GK1847901SQ20061007435
公开日2006年10月18日 申请日期2006年4月17日 优先权日2005年4月15日
发明者伊藤雄二郎, 须藤秀和, 竹本新治 申请人:索尼株式会社