自动对焦装置、图像捕获装置和自动对焦方法

专利名称：自动对焦装置、图像捕获装置和自动对焦方法
技术领域：
本发明涉及用于利用通过图像数据处理生成的评价值自动调整物体上 的焦距，从而使得物体图像处于焦点对准状态(在下文中称为"焦点对 准")的自动对焦装置、图像捕获装置和自动对焦方法。
背景技术：
典型的图像捕获装置(例如摄像机或数字静态照相机)包括用于自动
调整相对物体的焦距的自动对焦或AF (自动调整焦点)单元。例如，日 本未审查专利申请公开No. 10-213736公开了用于提高自动对焦机构的精 确性的各种技术的示例。
用于根据相关技术的摄像机的典型对焦控制装置的要点下面将描述。 图1示出根据相关技术的典型摄像机的配置。图1所示的摄像机利用通过 图像处理生成的评价值来执行自动对焦操作。摄像机的透镜模块(block) 包括透镜组，该透镜组具有图像捕获透镜101c和对焦透镜101;位置检测 器101a;透镜机构101b;和透镜驱动器102。该摄像机模块还包括图像捕 获器件103、图像捕获器件驱动器104、图像信号发生器105、图像信号处 理器106、评价值计算器107、控制单元109、存储器110和开关113。
已经通过移动对焦透镜101相对其调整过焦距的物体图像被形成在图 像捕获器件103上，例如该摄像机中的CCD (电荷耦合器件)。物体图像 随后被图像捕获器件103光电转换成电信号，并输出所述信号到图像信号 发生器105。对焦透镜101从透镜驱动器102接收指令并被透镜驱动机构 101b所移动。透镜驱动器102包括透镜CPU和透镜驱动电路，并且输出 用于基于来自控制单元109的指令来移动对焦透镜101并对焦(焦点)的 指令。对焦透镜101的位置或对焦位置被位置检测器101a所检测。
图像捕获器件驱动器104驱动图像捕获器件103对形成在图像捕获器
件103上的物体图像进行光电转换并生成经光电转换的电信号。图像信号 发生器105对从图像捕获器件103输出的电信号执行适当的信号处理，并
生成遵循指定标准的图像信号。图像信号在输入到评价值计算器107的同 时被发送到一个电路组(图像信号处理器106)。评价值计算器107过滤 出图像信号中在成像帧(imaging frame)内限定的特定区域中的高频分 量，以计算与图像对比度相关的评价值。当捕获典型物体的图像时，评价 值在图像接近焦点对准状态时增大，并且评价值在图像处于焦点对准时具 有相对最大值。前述评价值对于一场(field)图像信号被更新一次。
控制单元109包括CPU (中央处理单元)等，其针对一场接收一次由 评价值计算器107计算出的评价值，并操作以搜索评价值的峰值。
存储器IIO包括半导体存储器(例如RAM)，并且存储对焦透镜101 的对焦位置和诸如评价值之类的信息。
开关113指示单触(one-shot)开关，用于直接激活自动对焦操作。
在前述摄像机的配置中，控制单元109利用通过图像处理获得的评价 值移动对焦透镜，并控制评价值达到相对最大值(焦点对准状态)；就是 说，控制单元109操作以搜索评价值的峰值，以便获得评价值的相对最大 值。因此，无论高对比度还是低对比度的物体图像，评价值的峰值都可以 被检测到。

发明内容
当利用评价值判断物体图像是处于焦点对准状态还是焦点未对准状态 时，如果对焦透镜驱动机构101b包括由于老化而造成的缺陷，或者输入 到评价值计算器107的图像信号的SNR (信噪比)降低，则获得精确的对 焦状态的可能性可能降低。
由于对焦透镜驱动机构的缺陷所造成的自动对焦操作中的故障将通过 参考图2A、 2B来描述。图2A、 2B分别示出当对焦透镜驱动机构包括某 些缺陷(例如对焦透镜驱动机构中的故障和性能恶化)时，评价值的波动 和对焦透镜的移动。图表2A、 2B的纵轴分别指示评价值和对焦透镜的移 动，而横轴都指示时间。图表中所示曲线针对一场图像信号或不规则地获
得的多个数据被绘制一次。图2B示出在t0到tl之间的时间间隔中以超高 速度执行对焦，在tl到t2之间的时间间隔中以高速度执行对焦，并且在
t2到t3之间的时间间隔中以低速度执行对焦，并且在t3到t4之间执行评 价峰值搜索操作。
图2A、 2B示出如下情况虽然在检测到(t3)评价值的相对最大值 之后，控制单元9指示透镜驱动器102使对焦透镜返回到与检测到相对最 大值的点(t2)相对应的对焦位置，但控制单元9无法使对焦透镜返回到 与检测到相对最大值的点相对应的位置。在图2B中，虚线代表在检测到 评价值的相对最大值之后由控制单元指导的对焦透镜的被指示的移动，而 实线代表对焦透镜的实际移动；从而表明对焦透镜的移动没有遵循控制单 元109提供的指令。
在此情况下，用户可以通过显示指示在对焦透镜机构中发生故障的警 告符号而得到通知。如果这种故障频繁或持续发生，则用户通常会通过警 告符号注意到发生在自动对焦装置或摄像机中的故障，因此可以准备某种 修复来修改该故障。
另一方面，如果故障的发生不太频繁，用户则通常不被通知该故障， 并因此不修复自动对焦装置。结果，前述故障可能在实际成像过程中发 生。
由于图像信号的SNR降低而造成的自动对焦操作中的故障将通过参考 图3A、 3B和图4A、 4B来描述。图3A、 3B是示出由于存在或不存在 SNR的降低而造成的评价值的波动的图表。在图3A、 3B中，横轴指示对 焦透镜的移动，而纵轴指示评价值。图4A、 4B是分别示出当图像信号的 SNR (信噪比)降低时评价值的波动和对焦透镜的移动的图表。图表 4A、 4B的纵轴分别指示评价值和对焦透镜的移动，而横轴都指示时间。
一般而言，当图像信号的SNR降低时，评价值的量值和波动一般在与 捕获的物体图像被模糊的点相对应的对焦透镜位置上增大。参考图3A和 3B，包括SNR降低的评价值曲线122示出所获得的评价值和波动量123 (噪声)都在远离检测到评价值的相对最大值的对焦位置(焦点对准位 置)的位置上大大增大；就是说，在该对焦位置上，与没有SNR降低的评价值曲线121相比，物体图像被模糊。评价值是通过过滤图像信号的对比 度(高频分量)而获得的，并因此高频分量根据噪声的增大而增大。
图4A、 4B示出如下情况由于图像信号的SNR降低，在搜索评价值
峰值时，在远离检测到评价值的相对最大值的对焦位置(焦点对准位置) 的位置上错误地检测到相对最大值。在此情况下，虽然对焦透镜被返回到
检测到(t2)评价值的相对最大值的对焦位置，但是返回的位置不对应于
物体图像焦点对准的位置，因此在使对焦透镜返回到对焦位置之后获得的 评价值小于上述评价值的相对最大值。在此情况下生成的相对最大值是由 于图像信号中的噪声。这种不正确的检测可能由于各种原因所导致，例如 信号放大器的恶化。
如果评价信号的SNR对用户而言大到足以在对物体进行成像的同时通 知由SNR导致的图像恶化，用户则可以让修理工修复对焦机构。但是，如 果SNR对用户而言没有大到足以用于通知，用户则通常无法通知故障，并 因此保持具有某种故障的自动对焦的操作，其原因无法被检测。因此，自 动对焦的操作在图像质量(SNR)以这种方式恶化的情况下可能被不利地 影响。
根据本发明实施例，当自动对焦装置利用从物体图像的图像信号获得 的评价值来执行自动对焦操作时，该自动对焦装置利用由图像捕获单元捕 获的物体图像的特定区域中的图像信号的高频分量来周期性地计算评价 值，并且在移动对焦透镜的位置的同时搜索评价值的峰值。在检测到评价 值的相对最大值之后，该自动对焦装置通过使对焦透镜返回到与检测到相 对最大值的点相对应的位置来计算评价值，判断评价值是否满足指定条 件，并且随后基于多个判断结果来判断所述自动对焦装置是否包括异常部 分。
当在自动对焦操作中检测到某种异常(例如自动对焦操作的性能恶化 或图像质量恶化)时，对焦判断的结果可能波动。在前述方法中，波动因 子可被用于利用评价值判断自动对焦装置是否表现出异常操作。控制单元 9分析在相对最大值处的评价值和在对焦透镜返回到与检测到评价值的峰 值的点相对应的对焦位置时的评价值之间的关系，并评价物体图像处于焦点对准状态的确信度。因此，物体图像处于焦点对准状态的确信度是利用 由于对焦透镜的移动生成的评价值的波动来评价的，从而提高了判断自动 对焦操作是否包括异常操作的精确性。
根据本发明实施例，当自动对焦装置利用从物体图像的图像信号获得 的评价值来执行自动对焦操作时，该自动对焦装置利用由图像捕获单元捕 获的物体图像的特定区域中的图像信号的高频分量来周期性地计算评价 值，通过对特定区域中的图像信号的亮度求积分来计算亮度添加值，并且 在移动对焦透镜的位置的同时搜索评价值的峰值。随后，在检测到评价值 的相对最大值之后，该自动对焦装置通过使对焦透镜返回到与检测到相对 最大值的点相对应的位置来计算评价值，判断所述评价值和所述亮度添加 值是否满足指定条件，并且随后基于多个判断结果来判断自动对焦装置是 否包括异常部分。
当在自动对焦操作中检测到某种异常(例如自动对焦操作的性能恶化 或图像质量恶化)时，对焦判断的结果可能波动。在前述方法中，波动因 子可被用于利用评价值判断自动对焦装置是否表现出异常操作。由于自动 对焦装置分析在相对最大值处的评价值和在对焦透镜返回到与检测到评价 值的峰值的点像对应的对焦位置时的评价值之间的关系，并评价物体图像 处于焦点对准状态的确信度，因此，可以在不受由于对焦透镜的移动导致 的评价值波动的影响的情况下评价确信度。此外，物体图像处于焦点对准 状态的确信度可以通过设置多个阈值而利用更具体的方式来评价。
根据本发明的实施例，可以利用通过图像处理获得的评价值来执行指 定的评价或判断，基于评价值来判断自动对焦装置是否包括异常操作。因 此，虽然该装置只具有简单的配置，但是当前的自动对焦操作状态可以被 评价。此外，由于该自动对焦装置被配置为使得用户可以得到关于自动对 焦操作性能恶化、图像质量恶化等的通知(警告)，因此用户可以识别出 异常的自动对焦操作，并因此可以准备某种修复，以便修正摄像机的故 障。


图1是示出根据相关技术的摄像机的配置的图。
图2A、 2B是分别示出根据本发明实施例，当自动对焦处理未能终止 时评价值的波动和对焦透镜的移动的第一图。
图3A、 3B是示出由于存在或不存在SNR的降低而引起的评价值波动 的图。
图4A、 4B是分别示出根据本发明实施例，当自动对焦处理无法终止 时评价值的波动和对焦透镜的移动的第二图。
图5是示出根据本发明第一实施例的摄像机的配置的图。
图6是示出根据本发明实施例的评价值计算器的配置的图。
图7是示出根据本发明实施例用于评价图像所使用的区域的图。
图8是示出根据本发明实施例的水平方向评价值计算过滤器的配置的图。
图9是示出根据本发明实施例的具有全积分系统(whole integration system)的水平方向评价值计算过滤器的配置的图。
图10是示出根据本发明实施例的垂直方向评价值计算过滤器的配置 的图。
图11A、 11B、 11C是分别示出根据本发明实施例，当自动对焦处理 正常或成功终止时亮度添加值的波动、评价值以及对焦透镜的移动的图。
图12A、 12B、 12C是分别示出根据本发明实施例，当自动对焦处理 无法终止时亮度添加值的波动、评价值以及对焦透镜的移动的图。
图13是示出根据本发明实施例，可被用于判断物体图像是焦点对准 还是焦点未对准的评价值的示例的图。
图14是示出根据本发明实施例，可被用于判断物体图像是焦点对准 还是焦点未对准的评价值的示例的图。
图15A、 15B是示出根据本发明实施例在使用亮度添加值和评价值时 判断物体图像是焦点对准还是焦点未对准的过程的图。
图16是示出根据本发明实施例的自动对焦处理的流程图。
图17是示出根据本发明实施例的背景处理的流程图。
具体实施例方式
下面将根据附图来详细描述本发明的优选实施例。
图5示出根据本发明第一实施例的包括自动对焦机构的图像捕获装置 (例如摄像机)的配置。图5所示摄像机除了图l所示的配置之外还包括 亮度添加值计算器、接口 (IF)单元和监视器，其中所述亮度添加值计算 器被配置用于生成通过对图像信号的某一特定区域(中心部分)中的亮度 求积分而获得的亮度添加值。
该摄像机的透镜模块包括这样的透镜组其具有被配置用于将入射在 图像捕获透镜lc上的物体图像对焦到图像捕获器件的图像捕获表面上的 对焦透镜1、被配置用于检测每个透镜的位置的位置检测器、被配置用于 驱动每个透镜的透镜驱动机构，以及被配置用于控制透镜驱动机构的移动 的透镜驱动器。图5所示的透镜模块中省略了除对焦透镜1和图像捕获透 镜lc之外的透镜，例如用于确定对焦位置的方向的摆动透镜。
对焦透镜1包括被配置用于检测对焦透镜1的位置或对焦位置的位置
检测器la、被配置用于在光轴方向上移动对焦透镜的位置的透镜驱动机 构lb，以及被配置用于移动透镜驱动机构的透镜驱动器2。同样的，摆动
透镜(未示出)包括被配置用于在光轴方向上移动位置检测器和透镜位置 以便执行适当的摆动的摆动透镜驱动机构。透镜模块包括被配置用于限制 可以穿过的光量的孔径光阑(未示出)；并且该孔径光阑包括被配置用于 检测孔径光阑的孔径大小的孔径光阑位置检测器和被配置用于打开和关闭 孔径光阑的孔径光阑驱动机构。
透镜驱动器2从位置检测器la收到各个检测到的信号，包括用于
指示对焦位置的信号、用于指示摆动量的信号和用于指示孔径光阑的孔径
大小的信号。包括透镜CPU和透镜驱动电路的透镜驱动器2被配置用于 根据从控制单元9发送的指令来移动对焦透镜1的焦距(焦点)。透镜驱 动器2与被配置用于设置自动对焦的模式或发起启动对焦操作的用户接口 (未示出)相连，从而使得透镜驱动器2根据用户接口的操作来接收操作 信号。透镜驱动器2包括具有ROM或EEPROM的存储装置(未示 出)，其上存储有信息，例如对焦透镜1和摆动透镜的的焦距长度数据、
孔径比率数据、制造商的名称和制造商的序列号。
透镜驱动器2基于从控制单元9提供的对焦控制信号或摆动控制信号 (随后将描述)、各个检测到的信号和存储的信息来生成透镜驱动信号。 透镜驱动器2还将生成的透镜驱动信号提供到透镜驱动机构lb以将对焦 透镜1移动到所需的对焦位置。透镜驱动器2将生成的透镜驱动信号提供 到摆动透镜驱动机构以使摆动透镜摆动，从而使对焦透镜l可以检测对焦 位置的方向。透镜驱动器2还生成孔径光阑驱动信号，以控制孔径光阑的 孔径大小。
在图5所示的摄像机中，物体图像经由对焦透镜l被形成在图像捕获 器件3上，该物体图像随后被图像捕获器件3光电转换成电信号并被输出 到图像信号发生器5。图像捕获器件3可以包括CCD (电荷耦合器件)、 CMOS (互补金属氧化物半导体)等等。图像捕获器件驱动器4是图像捕 获器件驱动电路的一个示例，其向图像捕获器件3提供用于将形成在图像 捕获器件3上的物体图像光电转换成信号的驱动信号。驱动信号是基于垂 直方向同步信号、水平方向同步信号和从时钟信号发生器生成的时钟信号 来提供的，所有这些信号被用于摄像机的每个单元的标准操作。
在图像信号发生器5中，从图像捕获器件3输出的电信号经历适当的 信号处理，并且生成遵循指定标准的图像信号。图像信号被发送到一个电 路组(图像信号处理器6)，并且还被输入到评价值计算器7。该评价值 计算器7被配置用于过滤出在所捕获的图像帧中提供的特定区域中的图像 信号的高频分量，并计算与图像对比度相关的评价值。在对典型的物体进 行成像时，评价值一般在物体图像接近焦点对准状态时增大，并且当物体 图像焦点对准时，评价值具有相对最大值。评价值对于一场图像信号被更 新一次。利用评价值的自动对焦操作是本领域中的公知技术，其一个示例 在本发明的申请人早先公开的日本未审査专利申请公开No. 10-213736中 被详细描述。
前述处理是针对三原色R (红)、G (绿)和B (蓝)中的每一个被 执行的。例如，摄像机模块包括颜色分离棱镜(未示出)。该颜色分离棱 镜将从透镜模块入射的光分离成三原色R、 G和B，并分别将R分量光提供到R分量图像捕获器件，将G分量光提供到G分量图像捕获器件并将
B分量光提供到B分量图像捕获器件。在图5中，三个R、 G和B分量图 像捕获器件被表示为图像捕获器件3。
针对形成在图像捕获器件3上的每种颜色的物体图像经历指定处理， 然后再被图像捕获器件3光电转换成信号并被输出到图像信号发生器5。 例如，图像信号发生器5包括前置放大器(未示出)和A/D (模拟/数 字)转换器。输入到图像信号发生器5的电信号的电平被前置放大器放 大，并对信号执行相关双采样，以消除复位噪声，并且A/D转换器将模 拟信号转换成数字图像信号。
此外，图像信号发生器5被配置用于对所提供的每种颜色的图像信号 执行增益控制、黑电平均衡或动态范围控制等等，并将这样获得的图像信 号提供到图像信号处理器6、评价值计算器7和亮度添加值计算器8。
图像信号处理器6对从图像信号发生器5提供的图像信号执行各种信 号处理并生成输出图像信号。例如，图像信号处理器6执行knee校正以 在某一电平处或之上压縮图像信号，执行gamma校正以根据配置的 gamma曲线设置针对图像信号的校正电平，并且执行白电平限幅处理或黑 电平限幅处理以将图像信号电平限制在指定范围。图像信号处理器6还执 行边缘增强处理或线性矩阵处理、编码处理等等以按所需格式生成输出图 像信号。
评价值计算器7利用捕获的图像信号的图像帧内设置的特定区域中的 图像信号来过滤出高频分量，以计算与图像对比度相对应的评价值ID， 并将计算出的评价值ID提供到控制单元9。
具有例如前置放大器和A/D转换器的图像信号发生器5、图像信号处 理器6、评价值计算器7等等利用与从单元、图像信号处理器6、评价值 计算器7提供的图像信号同步的垂直方向同步信号VD、水平方向同步信 号HD和时钟信号CLK来执行各自的处理。垂直方向同步信号VD、水平 方向同步信号HD和时钟信号CLK可以交替地从时钟信号发生器获得。
下面更详细描述评价值计算器7。图6示出评价值计算器7的配置。 评价值计算器7包括被配置用于基于每种颜色的图像信号生成亮度信号DY的亮度信号生成电路21、用于生成14种评价值IDO到ID13 (下面将 描述)的评价值生成电路22以及接口电路23。接口电路23被配置为与控 制单元9通信，并根据来自控制单元9的请求提供生成的评价值。
亮度信号生成电路21利用从图像信号发生器5提供的图像信号R、 G、 B执行以下运算DY = 0.30R + 0.59G + O.llG，并生成亮度信号 DY。该亮度信号DY以这种方式生成，因为其足以简单地检测对比度水 平的改变，并判断对比度是高还是低，以便判断物体图像是焦点对准的还 是焦点未对准的。
评价值生成电路22生成评价值IDO到ID13。评价值IDO到ID13是 通过对在捕获的图像帧中设置的特定区域(在下文中被称为"评价帧") 中的图像信号的频率分量求和而获得的，并且提供与图像的模糊程度 (blurring)相对应的值。
评价值IDO:评价值名称"IIR1—Wl_HPeak"
评价值ID1:评价值名称"IIR1—W2—HPeak"
评价值ID2:评价值名称"IIR1—W2—HPeak"
评价值ID3:评价值名称"IIR4—W3一HPeak"
评价值ID4:评价值名称"IIRO—W1—VMg"
评价值ID5:评价值名称"IIR3—W1—VIntg"
评价值ID6:评价值名称"IIR1_W1—HIntg"
评价值ID7:评价值名称"Y一WlJHntg"
评价值ID8:评价值名称"Y一Wl一Satul"
评价值ID9:评价值名称"IIR1—W3—HPeak"
评价值ID10:评价值名称"mU_W4_HPeak"
评价值ID11:评价值名称"IIR1_W5—HPeak"
评价值ID12:评价值名称"Y—W3—HIntg"
评价值ID13:评价值名称"Y_W3_fflntg"
指示属性的评价值名称(所用数据—评价帧大小—评价计算方法)被与 评价值IDO到ID 13 —起提供。
在评价值名称中的所用数据被广义地分成"IIR"和"Y" 。 "IIR"
指包括利用HPF (高通滤波器)从亮度信号DY获得的高频分量的数据；
而"Y"指使用亮度信号DY的原始频率分量而不使用HPF的数据。
当使用HPF时，IIR类型(无限冲激响应类型)HPF被使用。根据 HPF的类型，评价值被分成IIRO、 IIRl、 1IR3禾niIR4;这些代表具有各自 不同的截止频率的HPF。因此，通过设置具有不同截止频率的HPF，例 如通过在焦点对准位置附近使用具有高截止频率的HPF，与使用具有低截 止频率的HPF的情况相比，评价值中的改变可以被增大。此外，当捕获 的图像焦点极不对准时，利用具有低截止频率的HPF与利用具有高截止 频率的HPF的情况相比，评价值中的改变可被增大。以这种方式，在自 动对焦操作期间可以根据对焦状态来设置具有不同截止频率的HPF，以便 选择最佳的评价值。
评价帧大小指在评价值生成中使用的图像区域的大小。如图4所示， 例如可以提供五种评价帧大小Wl到W5;每个评价帧的中心对应于捕获 的图像的中心。在图4中，当一场的图像大小为768像素x240像素时评 价帧大小Wl到W5被示出。
评价帧大小W1: 116像素x60像素
评价帧大小W2: 96像素x60像素
评价帧大小W3: 232像素x 120像素
评价帧大小W4: 192像素x 120像素
评价帧大小W5: 576像素x 180像素
因此，通过设置多种帧大小之一，可以生成对应于帧大小的不同评价 值。因此，无论目标物体的大小怎样，都可以通过设置评价值IDO到 ID13之一来获得适当的评价值。
评价值计算方法包括HPeak、 HIntg、 VIntg禾n Satul方法。HPeak系统 指利用峰值系统计算水平评价值；HIntg系统包括利用全积分系统计算水 平评价值；VIntg系统包括利用积分系统计算垂直方向评价值；并且Satul 系统包括饱和亮度的数目。
HPeak方法是这样一种评价值计算方法，其中HPF被用于从水平方向 图像信号确定高频分量并被用于计算评价值IDO、 ID1、 ID2、 ID3、 ID9、ID10和IDU。图8示出HPeak方法所使用的水平方向评价值过滤器的配 置。该水平方向评价值过滤器包括HPF31，其只过滤来自亮度信号生成 电路21的亮度信号DY的高频分量；绝对值处理电路32，其选择高频分 量的绝对值；乘法电路33，其将高频分量的绝对值与水平方向帧控制信 号WH相乘；行峰值保存电路34，其针对每行保存一个峰值；以及垂直 方向积分电路35，其在垂直方向上对评价帧中的所有行的峰值求积分。
亮度信号DY的高频分量被HPF 31过滤，并且由绝对值处理电路32 选择绝对值。随后，乘法电路33乘上水平方向帧控制信号WH以获得评 价帧内的高频分量的绝对值。就是说，如果评价帧之外的乘法值等于 "0"的帧控制信号WH被提供到乘法电路33，则只有评价帧内的水平方 向高频分量的绝对值被提供到行峰值保存电路34。这里，在垂直方向中 的帧控制信号WH形成方波；但是，在水平方向上的帧控制信号WH不 仅仅包括单纯方波的特性，而是包括三角波的特性，因此帧控制信号WII 的乘法值在帧外围(两端)被减小。因此，当帧内的物体图像接近焦点对 准状态时，有可能减小由干扰围绕帧外围的外部边缘(在评价帧中的高亮 度边缘，包括评价值的噪声、剧烈变化等等)的物体图像所导致的影响， 或者由物体的移动所导致的评价值的可变性可被降低。行峰值保存电路 34保存每行的峰值。垂直方向积分电路35基于垂直方向帧控制信号WV 在垂直方向上将针对评价帧内每行保存的峰值相加，从而获得评价值。该 方法被称为HPeak方法，因为水平方向(H)的峰值被暂时保存。
HIntg方法被定义为总积分型水平方向评价值计算方法。图9示出总
积分型水平方向评价值计算过滤器的配置。该总积分型水平方向评价值计 算过滤器被用于计算评价值ID6、 ID7、 ID12和ID13。与图8的HPeak方 法水平方向评价帧控制信号WH计算过滤器相比，HIntg方法过滤器被配 置为包括HPF41、绝对值处理电路42和乘法电路43，这三个单元与图8 中的31到33类似；但是不同于图8，在水平方向加法电路44中，评价帧 中的水平方向高频分量的绝对值全部被相加，然后，在垂直方向积分电路 45中，在评价帧中垂直方向上所有行的相加结果在垂直方向上被积分。 此外，HPeak方法和HIntg方法之间还存在以下区别在HPeak方法中，
每行确定一个峰值，并且所获得的峰值在垂直方向上被相加，而在HIntg 方法中，每行的水平方向高频分量的绝对值都被相加，随后所获得的高频 分量在垂直方向上被相加。
HIntg方法被分成IIRl和Y。 IIRl采用高频分量作为数据，而Y采用 原始亮度信号DY。亮度添加值是利用亮度添加值计算过滤器电路获得 的，所述亮度添加值计算过滤器电路是通过从图9的总积分型水平方向评 价值计算过滤器中删除HPF 41而得到的。
VIntg方法是一种总积分型垂直方向评价值计算方法，被用于获得评 价值ID4禾Q ID5。在HPeak方法和HIntg方法中，都是在水平方向上将值 相加以生成评价值；但是，在VIntg方法中，高频分量是在垂直方向上相 加的，以生成评价值。例如，在上半部分为白色而下半部分为黑色的图像 (例如具有地平线或其他场景的图像)的情况下，使得只在垂直方向上存 在高频分量而在水平方向上不存在高频分量，在此情况下，HPeak方法水 平方向评价值不能有效地工作。因此，VIntg方法中的评价值被使用，以 使得AF有效地作用于这样的场景。
图10示出计算垂直方向评价值的垂直方向评价值计算过滤器的配 置。该垂直方向评价值计算过滤器具有水平方向平均值计算过滤器51、 IIR型HPF 52、绝对值处理电路53和积分电路54。水平方向平均值计算 过滤器51基于帧控制信号WHc从每行的亮度信号DY中选择在水平方向 上位于评价帧中心部分的多个像素(例如64个像素)的亮度信号，并利 用所选亮度信号计算平均值(或总值)。水平方向平均值计算过滤器51 随后将一个结果输出一个水平周期。这里，中心部分的64个像素被指定 用于去除评价帧外围部分中的噪声。在该垂直方向评价值计算过滤器中， 每64个像素的亮度信号被顺序累积，并最终输出每64个像素的亮度信号 的一个平均值，从而该垂直方向评价值计算过滤器可能不需要包括行存储 器、帧存储器或其他存储器件，从而使得配置简单。随后，该水平方向平 均值被与行频率同步，并且由HPF 52过滤出高频分量，并且绝对值处理 电路53被用于将过滤出的高频分量转换成高频分量的绝对值。此外，积 分电路54基于垂直方向帧控制信号WV在垂直方向上对评价帧中的所有
行求积分。
Satnl方法是这样一种计算方法，其中饱和的亮度信号DY的数目，即 评价帧中等于或大于预定水平(level)的亮度水平被确定，并且结果被用 于计算评价值ID8。在计算评价值ID8时，亮度信号DY的亮度水平与阈 值a相比较，并且针对每一场，评价帧中亮度信号DY的亮度水平等于或 大于阈值a的像素的数目被计数，并且其结果被确定作为评价值ID8。
摄像机的配置通过返回参考图6来描述。亮度添加值计算器8是这样 的电路，其被配置用于对由图像捕获器件获得的特定区域(中心部分)中 的图像信号的亮度求积分并生成亮度添加值。亮度添加值计算器8针对从 图像信号发生器5输入的每种颜色将从图像信号获得的特定区域中的亮度 信号相加，并将相加的结果输出到控制单元9作为亮度添加值。
控制单元9例如包括CPU (中央处理单元)、RAM (随机访问存储 器)和ROM (只读存储器)，并且将存储在ROM中的计算机程序获取 到RAM上以运行该程序，并因此执行指定控制和处理，例如自动对焦操 作。控制单元9对于一场接收一次由评价值计算器7计算出的评价值，并 搜索评价值的峰值。自动对焦操作是利用来自单触开关13的指令作为触 发而被执行的，所述单触开关13指示自动对焦操作的激活。控制单元9 和透镜模块的透镜驱动器2被配置为使得控制单元9和透镜驱动器2可以 利用预定格式和协议彼此通信并协作控制自动对焦操作。透镜驱动器2将 诸如对焦位置或指示孔径光阑大小的值之类的各种信息提供到控制单元 9。透镜驱动器2基于从控制单元9提供的对焦控制信号或摆动控制信号 来生成透镜驱动信号，以在对焦透镜1和摆动透镜上执行驱动处理。控制 单元9基于评价计算器计算出的评价值ID和从驱动器2取得的各种信息 来生成并提供用于控制以驱动对焦透镜1的对焦控制信号或用于控制以驱 动摆动透镜的摆动控制信号到透镜驱动器2。
透镜驱动器2和控制单元9中的每一个并入了微型计算机和存储器， 以通过获取以运行存储在非易失性存储器中的程序来执行自动对焦操作。
存储器10是控制单元9向其写入数据并从其读出数据的存储单元。 该存储单元被配置用于存储诸如对焦透镜1的对焦位置和在评价值计算器7处计算出的评价值之类的信息。存储器IO包括非易失性存储器，例如半 导体存储器。
指示器IIG、 IIR实现是显示单元的一个示例；其中每一个分别包括
发光二极管(LED)(绿、红)。指示器UG或IIR基于控制单元9评 价的物体图像处于焦点对准状态的确信度结果而点亮。很明显，指示器的 类型和颜色都可以不局限于上述示例。
接口 12 (在下文中称为"IF单元")是信号输出单元的一个示例。 IF单元12将根据焦点对准的物体图像的被评价的确信度的结果的信号输 出到自动对焦装置或摄像机外部。从外部输入的操作信号被从IF单元12 发送到控制单元9，以使得基于从外部获取的操作信号来控制摄像机的移 动。
液晶监视器驱动器14被配置用于生成从信号处理器6输出的图像信 号并驱动信号在控制单元9的指导下在监视器15上显示字符、图标等 等。驱动信号基于包括在图像信号中的时钟信号和相应的同步信号被提供 到监视器15。
监视器15是显示单元的一个示例，对于显示单元，可以使用液晶显 示器件。监视器15接收从监视器驱动器14提供的驱动信号以根据提供的 信号显示图像。监视器15可以是摄像机的取景器。
在根据这种配置的摄像机中，当焦点在摄像机操作搜索评价值的峰值 的同时在评价值的峰值处会聚时，评价值的历史记录被搜索并且该信息被 提供到用户。例如，如果评价值的历史记录满足指定条件，绿色指示器 11G则点亮以指示物体图像处于焦点对准状态。另一方面，如果评价值的 历史记录不满足指定条件，红色指示器IIR则点亮以指示物体图像可能处 于焦点未对准状态。根据该实施例，在已经通过自动对焦操作会聚焦点之
后，判断物体图像是处于焦点对准状态还是焦点未对准状态，并且通过点 亮指示器IIG、 IIR、在监视器15上显示结果等等来将判断结果告知用 户。
可替换地，作为表示特定计算机处理或项目的小图片的特殊图标16 可被提供在监视器15的屏幕上或用于显示获取的结果的取景器上。这些图标的形状和颜色可以根据结果而改变以用于分辨。
此外，结果可被划分成如下的三个阶段或四个更多阶段，这些阶段可 以利用三个指示器(例如绿、黄和红)示出
"高度确信将获取精确的焦点对准状态"， "一般确信将获取精确的焦点对准状态"，以及 "不确信将获取精确的焦点对准状态"。 判断物体图像处于焦点对准状态还是焦点未对准状态的确信度的方法 随后将参考图11到图15来描述。
图IIA、 IIB、 11C分别示出在摄像机的对焦透镜搜索与检测到评价 值的峰值的点相对应的位置时亮度添加值、评价值和焦点的波动。
图IIA、 IIB和IIC中的图表的纵轴分别指示亮度添加值、评价值和
对焦透镜的移动，而三张图表的横轴都指示时间。
图表上所示的曲线针对一场的图像信号或不规则地获得的多个数据被
绘制一次。图11C示出在t0到tl之间的时间间隔中以超高速度执行对 焦，在tl到t2之间的时间间隔中以高速度执行对焦，并且在t2到t3之间 的时间间隔中以低速度执行对焦，并且在t3到t4之间执行评价值峰值搜 索操作。
在此实施例中，对焦的速度随焦点位置和评价值变化；但是，对焦的 速度并不限于这种方法，并且对焦的速度可被配置为无论距离多远都保持 恒定。
图11A示出当由摄像机以典型的静态方式对几乎没有摆动的物体进 行成像时，无论对焦透镜如何移动，亮度添加值都几乎不改变。这种结果 是因为以下事实到达摄像机的光通量一般不会随着对焦状态的变化而发 生很大波动。
相反，评价值可能根据对焦状态的变化而变化。图11C示出当在代表 初始增大的点和代表检测到相对最大值的点之间(在t0和t3之间)移动 对焦透镜时的结果。在检测到相对最大值(t3)之后，利用上山和下山评 价，对焦透镜使对焦方向反向并将透镜返回到与检测到相对最大值的点相 对应的位置(t3到t4)。
当透镜返回到与检测到相对最大值的点相对应的位置时，获得的评价 值一般大于图IIB所示的相对最大值。具体而言，在移动对焦透镜的同时 获得的评价值一般小于对焦透镜返回并停在与检测到相对最大值的点相对 应的位置上时获得的值，这是因为物体图像对比度的改变在移动对焦透镜 时一般很小。就是说，无法获得精确的对比度，这是因为对焦透镜在与检 测到相对最大值的点相对应的位置上仍然在移动。
因此，在对焦透镜返回并停在与检测到相对最大值的点相对应的位置 上时获得的评价值一般小于在对焦透镜穿过检测到相对最大值的对焦位置 时获得的评价值。
图12A、 12B、 12C分别示出当摄像机的对焦透镜搜索与可能判断不 精确的对焦的评价值的峰值相对应的位置时亮度添加值、评价值和焦点的 波动。图9A和9B代表当捕获具有物体摆动或摄像机摆动的图像时亮度 添加值和评价值的行为。图12B示出虽然对焦透镜返回到与检测到相对最 大值的点相对应的位置，但是物体图像处于焦点未对准时，评价值很小。 这种结果的原因在于由于在物体或摄像机摆动时评价值发生改变而生成 不适当的相对最大值。另外，如图12A所示，当物体或摄像机摆动时亮 度添加值剧烈变化。
根据本发明的实施例，通过如上所述检查评价值和亮度添加值的历史 记录，来高度确信地判断在由自动对焦单元计算出的对焦位置上物体图像 是处于焦点对准还是焦点未对准状态。
第一对焦判断方法被定义为如下过程存储器IO在每次自动对焦处 理终止之后存储基于条件A判断的结果；就是说，在控制单元9确定对焦
位置已经会聚到物体图像处于焦点对准状态的点处之后存储基于条件A 判断的结果。条件A被用于利用评价值的历史记录来判断自动对焦操作 是否正常终止。 条件A
在条件A中，如果评价值的相对最大值被定义为ea并且当对焦透镜 返回并停在与检测到相对最大值的点相对应的位置上时获得的评价值被定 义为eb，通过将评价值eb除以相对最大值ea获得的值大于预定阈值。条
件A由以下等式1表示。
0! Seb/ea (1)
其中"代表一个常数。
前述的a是基于通过执行的实验或测试获得的结果来定义的。 例如，当如图13所示(如同图11B)评价值eb除以相对最大值ea获 得的值大于预定阈值(满足等式1)时，物体图像被确定处于焦点对准状
相反，当如图14所示(如同图12B)评价值eb除以相对最大值ea获 得的值小于预定阈值(由以下等式表示a<eb/ea)时，物体图像被确定 处于焦点未对准状态。
第二对焦判断方法被定义为一种积分判断，其中基于以下条件B判断 的结果结合基于第一对焦判断方法(条件A)所判断的结果被用于判断物 体图像是处于焦点对准状态还是焦点未对准状态。如果第一对焦判断是通 过计算等式1来执行的，物体图像则很可能被确定为处于焦点未对准状 态，因此通过以下等式获得的比率可能不是正确的比率
物体图像处于焦点对准状态被确定为不确信的的次数/物体图像处于 焦点对准状态被确定为确信的的次数
为了消除该不利影响，第二对焦判断是通过利用亮度添加值计算等式 2来执行的，并且第一对焦判断(所获得的结果是否满足等式1)仅仅在 所获得的结果满足等式2的情况下才被执行。随后，通过计算等式l和等 式2获得的结果被存储在存储器10中。换言之，等式2被用于从比率中 消除可能影响结果的无关因素(例如摆动)，并获得仅仅从摄像机装置的 图像处理中产生的结果。
具体而言，在第二判断方法中，仅当结果满足条件(B)时，存储器 10才存储根据条件A判断的结果。条件B被用于判断物体是否摆动。如 果条件B被满足，则确定物体图像没有摆动，并因此通过在无摆动的情况
下使得自动对焦的位置会聚到该点而获得的结果可以被记录。 条件B
根据条件B，如图15A、 15B所示，当在当前场中获得的亮度添加值
被确定为Y0并且在当前场之前两场获得的亮度添加值被确定为Y2时， 通过将在当前场获得的亮度添加值除以在当前场之前两场获得的亮度添加
值所获得的值处于预定范围内。条件B由以下等式1和2表示。 7l<Y2/Y0<72 (2) 其中71和72代表常数。
条件B包括用于判断指示亮度改变的值是否在指定范围内的条件(等 式2)。如果条件B没有满足(例如参见图12A)，自动对焦单元则确定 物体或摄像机在对焦物体时已经摆动。因此，获得更精确的对焦调整结果 和更高的确信度是通过在消除物体或摄像机的摆动的同时判断物体图像是 处于焦点对准还是焦点未对准状态来确保的。在该实施例中，在等式2中 使用的亮度添加值被定义为在当前场之前两场获得的亮度值。但是，在等 式2中使用的亮度添加值并不局限于此；并且在当前场之前的指定场获得 的任意亮度添加值都可被适当地使用。前述值和72是基于从执行的实 验或测试中获得的结果来适当地确定的。
根据本发明的实施例，控制单元9基于根据存储在存储器10中的多 个结果中的各个项目(两个或更多个)计算出的比率来判断自动对焦装置 是否表现出异常操作。例如，控制单元9基于评价值和亮度添加值将判断 的各个结果存储在存储器10中，并在各个值被存储的次数达到指定数目 (例如1000次)时获取结果。此外，控制单元9通过将物体图像处于焦 点对准状态被确定为不确信的的次数除以物体图像处于焦点对准状态被确 定为确信的的次数来计算比率，并且基于所产生的比率值来判断位于自动 对焦装置和相关单元中的电路是否包括异常部分。根据该方法，可以判断 该比率是否大于等于指定值，并且还可以检查由先前判断的结果获得的多 个比率的历史记录。
例如，如果在检查通过先前判断的结果获得的多个比率的历史记录的 过程中该比率表示以下改变0.01 (第一次)、0.02 (第二次)、0.011 (第三次)和0.04 (当前)，控制单元9则由于当前所产生的比率中的激 烈增大而确定在装置(位于自动对焦装置、对焦驱动机构和图像信号处理 器等中的电路)中已经发生异常处理，并警告用户在装置中已经发生某种
异常操作。
用于向用户提供信息或通知用户的多个方法可以通过改变条件(等式 l和等式2)和显示方法(如下所示)的组合来准备。 对焦判断的条件
-等式l
-等式1和等式2 提供信息的方法 -指示器
-在取景器或监视器屏幕上的图标
-信号输出(通过分配特定信号线将信号从摄像机发送到外部设 备)
接下来，利用根据本实施例的摄像机的自动对焦处理将通过参考图
16所示的流程图来描述。在根据本实施例的自动对焦处理中，控制单元9
搜索评价值的峰值。如果检测到相对最大值，则在对焦透镜返回与检测到
评价值的峰值的点相对应的对焦位置时计算评价值。控制单元9分析评价 值的历史记录。就是说，控制单元9分析处于相对最大值的评价值和在对 焦透镜返回与检测到评价值的峰值的点相对应的对焦位置时的评价值之间 的关系，评价物体图像处于焦点对准状态的确信度并将确信度判断的结果 提供给用户。
在图16中，摄像机的控制单元9 (参见图2)利用某种触发(例如由 开关13生成的指定定时或操作信号)发起一个周期的自动对焦操作，然 后搜索从评价值计算器7输出的评价值的峰值(步骤S1)。
控制单元9周期性地存储评价值和对焦位置到存储器10中作为背景 处理；就是说，控制单元9将评价值和对焦位置存储在背景中，并操作以 基于存储的信息搜索评价值的峰值。如图17的流程图所示，控制单元9 基于包含在图像信号中的同步信号或基于从时钟信号发生器(未示出)输 入的时钟信号来判断当前时间是否匹配周期性的启动时间(步骤S21)。 根据本实施例，周期性的启动时间的一个示例被定义为一场。如果控制单 元9确定当前时间匹配启动时间之一，控制单元9则发起AF1周期操作，
并将由评价值计算器7计算出的评价值和从位置检测器la发送的对焦位 置存储在存储器10中(步骤S22)。当控制单元9确定当前时间不匹配 周期性的启动时间之一时，控制单元9在步骤S22处终止判断处理。
在发起AF1周期操作之后，控制单元9取得存储在存储器10中的评 价值和对焦位置，并基于取得的评价值和对焦位置来设置对焦透镜1的移 动方向。
控制单元9随后判断相对最大值是否已经被检测到(步骤S2)，如 图16的流程图所示。当控制单元9尚未检测到相对最大值时，控制单元 9继续搜索评价值的峰值，直到最大值被检测到为止(步骤S3)。
在步骤S2中的判断处理中，当检测到相对最大值时，控制单元9控 制透镜驱动器2使对焦透镜返回到与检测到相对最大值的点相对应的位置 (步骤S4)。
控制单元9分析评价值的历史记录。就是说，控制单元9分析处在相 对最大值上的评价值和处在对焦透镜的当前位置上的评价值之间的关系， 并利用前述条件A和B来判断物体图像是处于焦点对准状态还是焦点未 对准状态(步骤S5)。
控制单元9基于前述步骤S5中关于物体图像是处于焦点对准状态还 是焦点未对准状态的结果来提供信息(步骤S6)。
随后，控制单元9更新结果在存储器10中被存储的次数(+1)(步 骤S7)。更新的次数被存储在存储器10或控制单元9中的RAM中。由 于执行的对焦判断(关于物体图像是处于焦点对准还是焦点未对准状态) 处理的次数被存储，因此物体图像处于焦点未对准状态的次数可以通过将 执行的对焦判断处理的次数减去物体图像处于焦点对准状态的次数来计算 出。
随后，控制单元9判断更新的次数是否达到指定数目(例如1000 次)(步骤S8)。如果更新的次数尚未达到指定数目，则在步骤S8处的 处理将终止。
在步骤S8处的判断处理中，当更新的次数已经达到指定数目时，控 制单元9从存储器10取得多个判断结果，并计算取得的结果的比率(比
例)(步骤S9)。判断结果的比率(比例)以上述方式被计算出。随 后，控制单元9基于该比率(比例)来判断自动对焦装置是否包括异常部 分。包括在自动对焦装置中的异常部分的存在或不存在可以通过检查获得 的比率是否超过指定值，或者通过检查通过先前判断的结果所获得的多个 比率的历史记录来确定。
此外，控制单元9基于计算出的比率或比例来生成警告信号(判断信 号)，所述警告信号随后经由各个显示单元(例如指示器或监视器)或IF
单元12被发送到外部设备(步骤S9)。
最后，控制单元9重置(初始化)更新次数并终止处理(歩骤 Sll)。
当在自动对焦操作中检测到某种异常时，例如自动对焦操作的性能恶 化或图像质量恶化，对焦判断的结果可能波动。在前述方法中，自动对焦 装置是否表现异常操作可以利用波动因子来确定。由于自动对焦装置分析 在相对最大值处获得的评价值和当对焦透镜被返回到与检测到评价值的峰 值的点相对应的对焦位置时获得的评价值之间的关系，并且评价物体图像 处于焦点对准状态的确信度，因此确信度可以根据由与物体移动所导致的 评价值的波动来评价，从而提高了判断自动对焦装置是否表现异常自动对 焦操作的精确度。
向用户提供信息的方法可能如下所述。如图5所示，当控制单元9确 定在自动对焦装置中"未检测到异常"时，绿色指示器IIG将点亮。或 者，当控制单元9确定在自动对焦装置中"检测到异常"时，红色指示器 IIR将点亮。可替换地，除了点亮指示器11G禾n IIR之外，用户还可能 通过从控制单元9向监视器驱动器14输出判断物体图像是处于焦点对准 状态还是焦点未对准状态的结果(对焦判断信号)从而在显示器15等的 屏幕上显示指定图标16而被通知或通告。此外，对焦判断信号或警告信 号可以通过被用作信号输出单元的IF单元12从控制单元9输出到外部设 备，并且用户可以通过某些其他的显示方式利用外部设备得到通知。
此外，警告信号可被配置为保持从控制单元9输出到各个单元，或者 可被配置为在指定时间段中保持警告而不受用户干扰，直到用户利用用户
接口 (或操作设备)取消警告为止。此外，通过根据用户设置进行切换， 警告可以是有效的或无效的。
在图16中，控制单元9检查用于判断自动对焦操作中是否存在异常
操作的条件是否满足；就是说，控制单元9检査更新的次数是否已经达到
指定数目。如果条件满足，控制单元9则发起对焦判断处理；但是，在步
骤S8之后的处理可能不需要与自动对焦操作的启动同步。因此，在步骤 S8之后的处理可以在与自动对焦操作的启动时间点不同的时间点上执行。
此外，作为提供信息的方法，除了等式l之外，还可以利用相对不太
严格的等式3的条件C来提供判断物体图像是处于焦点对准状态还是焦点 未对准状态的多个结果，所述等式3包括关于评价值比率的多个阈值。因 此，可以评价更具体的物体图像处于焦点对准状态的确信度，并且将关于 对准判断的详细信息提供给用户。 条件C
在条件C中，如果评价值的相对最大值被定义为ea，并且当对焦透 镜返回并停在与检测到相对最大值的点相对应的位置上时获得的评价值被 定义为eb，则该条件用以下等式1和3来表示。
a < eb/ea( 1)
/3<eb/ea (3)
其中a和/3代表常数(《>/3)。
因此，如果等式l和2都被用户判断，获得的结果数目则不是两个而 是三个。三个结果的示例包括
"高度确信获得精确的焦点对准状态"， "一般确信获得精确的焦点对准状态"，和 "不确信获得精确的焦点对准状态"。
根据条件C，自动对焦装置是否包括异常部分可以在指定数目个更新 被存储在存储装置中之后基于这三个结果来判断。控制单元9计算三个比 率，基于这三个比率，用户利用前述提供信息的方法被告知判断结果，所 述提供信息的方法例如是输出到指示器、监视器或外部设备。
以下是基于三个对焦判断结果来判断自动对焦装置是否包括异常部分 的方法的具体描述。判断结果例如可以被分类成以下三类。 存储在存储装置中的对焦判断结果的细节 等式l被满足
"高度确信获得精确的焦点对准状态"…A 只有等式2被满足
"一般确信获得精确的焦点对准状态"---B 等式3未被满足
"不确信获得精确的焦点对准状态"C 基于三个对焦判断来判断自动对焦装置是否包括异常部分的方法将参
考图16来描述。
当自动对焦操作终止时；就是说，当在检测到评价值的相对最大值之
后使对焦透镜返回到与检测到相对最大值的点相对应的位置时(步骤
S4)，以上判断结果A、 B和C被获得(步骤S5)，所述判断结果被存 储在存储器10中，并且随后存储在存储器10中的更新的数目被进一步更 新(步骤S7)。
当更新的数目己经达到指定数目(例如1000次)时(在步骤S8)， 控制单元9取得多个判断结果并分别检查A、 B和C的数目，并且计算取 得的结果与总数目(1000次)的相应比率(比例)(步骤S9)。相应比 率被用于下述判断。
O如果比率B大于等于指定值(或者比率C小于等于指定值)，则 对焦透镜频繁地稍微偏移离开物体图像处于焦点对准状态的位置，因此在 对焦驱动或对焦检测系统中可能存在缺陷。
<2〉如果比率C大于等于指定值，则物体图像在实际处于焦点未对准 状态或模糊状态的位置上被错误地确定为处于焦点对准状态，因此图像信 号的噪声可能已经增大。
可以通过根据前述比率改变警告的呈现(改变显示或表达等等)来向 用户提供关于自动对焦操作的异常操作的更具体信息。例如，当在对焦驱 动或对焦监测系统中存在缺陷时，如<1>所示，所使用的图标可以被设计
为指示透镜的缺陷；而当在图像信号中存在噪声增大时，如<2>所示，所 使用的图标可被设计为指示摄像机的恶化。
根据本实施例的配置，控制单元9在自动对焦处理中搜索评价值的峰 值。如果评价值的相对最大值被检测到，控制单元9则计算当对焦透镜返 回到与检测到评价值的峰值的点相对应的对焦位置时获得的值。控制单元
9随后分析评价值的历史记录。就是说，控制单元9分析在相对最大值处
的评价值与当对焦透镜返回到与检测到评价值的峰值的点相对应的对焦位 置时获得的评价值之间的关系，评价物体图像处于焦点对准状态的确信 度，并将确信度的结果存储在存储器中。根据本发明的实施例，利用评价 值(评价值和亮度添加值)进行的关于物体图像是处于焦点对准状态还是 焦点未对准状态的对焦判断被用作异常检测方法，利用该方法，用户可以 持续检测自动对焦操作的状态。作为结果，自动对焦装置是否包括异常操 作可以通过将相关领域的自动对焦装置的配置应用到本发明的实施例来确 定。
此外，由于判断自动对焦装置是否包括异常部分的结果被通知(警 告)给用户，因此用户可以获得当前自动对焦操作的状态，例如自动对焦 操作的性能恶化或者图像质量的恶化。因此，在用户实际对物体进行成像 的同时可以抑制前述失败或缺陷。此外，由于自动对焦操作的性能恶化被 通知(警告)给用户，因此用户可以准备某种修复，以便修正摄像机的故 障。
接下来，下面将描述本发明的第二实施例。根据本实施例，图5所示
的摄像机使用角速度传感器或加速度传感器作为摆动检测器，而非使用亮 度添加值来检测摄像机的摆动。下面将描述使用角速度传感器来检测摄像 机的摆动的情况。
控制单元9在图16中的步骤S4处操作用于搜索评价值的峰值并检测 评价值的局部最大值，控制单元9计算并分析当对焦透镜返回到与检测到 评价值的峰值的点相对应的对焦位置时获得的评价值。
此外，在本实施例中，控制单元9还评价在检测到评价值的相对最大 值的点上，利用角速度传感器检测到的角速度信号是否在指定量值范围
内。如果角速度信号在指定量值范围以外；就是说，角速度信号的范围不 满足条件，控制单元9则确定摄像机已经摆动，并因此获得物体图像的焦 点对准状态是不确信的的结论，而不管通过使用评价值确定结果如何。以 下是利用角速度信号判断物体图像是处于焦点对准状态还是焦点未对准状 态所使用的等式。
Vpan < Vmin或Vmax < Vpan或者
Vtilt < Vmin或Vmax < Vtilt (4)
其中Vpan和Vtilt分别代表在摇头(pan)和点头(tilt)方向上的角 速度信号，并且
Vmax禾B Vmin (Vmax > Vmin )是常数。
如果检测到的角速度信号不满足等式4，控制单元9则确定摄像机已 经摆动，并因此获得物体图像的焦点对准状态是不确信的的结论，而不管 通过使用评价值确定结果如何。因此，获得更精确的对焦调整结果和更高 确信度是通过在消除物体或摄像机的摆动的同时判断物体图像是处于焦点 对准状态还是焦点未对准状态来确保的。该实施例可以提供与第一实施例 类似的效果。
应该注意，本发明不局限于上述实施例；例如，根据本发明实施例的 图像捕获装置可被应用到数码相机以替代上述摄像机，并且在不脱离本发 明的主旨的情况下当然可以进行各种其他改变和修改。
此外，以上描述了利用单触开关13的操作信号的自动对焦操作；但 是，本发明可被应用到全自动的对焦操作，所述全自动的对焦操作持续执 行自动对焦，而不管是否收到开关13指示的指令。本领域技术人员应该 理解，取决于设计需求和其他因素，可能发生各种修改、组合、子组合和 替换，只要它们落在所附权利要求书及其等同物的范围内即可。
本发明包含与2006年6月30日递交到日本专利局的日本专利申请JP 2006-182568相关的主题，该日本专利申请的全部内容通过引用被结合于 此。
权利要求
1.一种自动对焦装置，包括评价值计算器，其被配置用于利用由图像捕获单元捕获的物体图像的特定区域中的图像信号的高频分量来周期性地计算评价值；控制单元，其被配置用于基于所述评价值输出被提供到用于驱动对焦透镜的透镜驱动器的指令值，在移动所述对焦透镜的位置的同时执行操作以搜索所述评价值的峰值，在检测到所述评价值的相对最大值之后，使所述对焦透镜返回到与检测到所述相对最大值的点相对应的位置，获得由所述评价值计算器计算出的评价值，以及判断所述评价值是否满足指定条件；以及存储装置，其被配置用于存储由所述控制单元判断出的多个判断结果，其中所述控制单元基于存储在所述存储装置中的所述多个判断结果来判断所述自动对焦装置是否包括异常部分。
2. 如权利要求1所述的自动对焦装置，其中所述指定条件包括当第一评价值被定义为所述评价值的相对最大值 并且第二评价值被定义为当所述对焦透镜返回到与检测到所述相对最大值 的点相对应的位置时获得的评价值时，通过所述第二评价值除以所述第一 评价值所获得的值大于指定阈值。
3. 如权利要求1所述的自动对焦装置，其中所述控制单元基于根据存储在所述存储装置中的所述多个判断结果的 各个项目计算出的比率来判断所述自动对焦装置是否包括异常部分。
4. 如权利要求1所述的自动对焦装置，其中所述控制单元基于根据存储在所述存储装置中的所述多个判断结果的 各个项目计算出的比率来判断所述自动对焦装置是否包括异常部分，并且 当所述判断结果被存储的次数达到指定数目时将所述判断结果显示在显示 单元上。
5. 如权利要求1所述的自动对焦装置，还包括信号输出单元，其被配置为当所述判断结果被存储的次数达到指定数 目时，输出对应于存储在所述存储装置中的多个判断结果的信号，所述控 制单元基于所述信号来判断所述自动对焦装置是否包括异常部分。
6. —种自动对焦装置，包括评价值计算器，其被配置用于利用由图像捕获单元捕获的物体图像的 特定区域中的图像信号的高频分量来周期性地计算评价值；亮度添加值计算器，其被配置用于通过对所述特定区域中的图像信号的亮度求积分来计算亮度添加值；控制单元，其被配置用于基于所述评价值输出被提供到用于驱动对焦 透镜的透镜驱动器的指令值，在移动所述对焦透镜的位置的同时执行操作 以搜索所述评价值的峰值，在检测到所述评价值的相对最大值之后，使所 述对焦透镜返回到与检测到所述相对最大值的点相对应的位置，获得由所 述评价值计算器计算出的评价值和由所述亮度添加值计算器计算出的亮度添加值，以及判断所述评价值是否满足指定条件；以及存储装置，其被配置用于存储由所述控制单元判断出的多个判断结 果，其中所述控制单元基于存储在所述存储装置中的所述多个判断结果来判断 所述自动对焦装置是否包括异常部分。
7. 如权利要求6所述的自动对焦装置，其中如果第一条件包括当第一评价值被定义为所述评价值的相对最大值并且第二评价值被定义为当所述对焦透镜返回到与检测到所述相对最大值 的点相对应的位置时获得的评价值时，通过所述第二评价值除以所述第一评价值所获得的值大于指定阈值；并且如果第二条件包括当第一亮度添加值被定义为当检测到所述相对最大值时获得的亮度添加值，并且第二亮度添加值被定义为在检测到所述相 对最大值之前指定场获得的亮度添加值时，通过所述第二亮度添加值除以 所述第一亮度添加值所获得的值落在指定阈值之内，假设所述第二条件被 满足，则所述控制单元将关于是否满足所述第一条件的判断结果存储在所 述存储装置中。
8. 如权利要求6所述的自动对焦装置，其中所述控制单元基于根据存储在所述存储装置中的所述多个判断结果的 各个项目计算出的比率来判断所述自动对焦装置是否包括异常部分。
9. 如权利要求6所述的自动对焦装置，其中所述控制单元基于根据存储在所述存储装置中的所述多个判断结果的 各个项目计算出的比率来判断所述自动对焦装置是否包括异常部分，并且 当所述判断结果被存储的次数达到指定数目时将所述判断结果显示在显示 单元上。
10. 如权利要求6所述的自动对焦装置，还包括信号输出单元，其被配置为当所述判断结果被存储的次数达到指定数 目时，输出对应于存储在所述存储装置中的多个判断结果的信号，所述控 制单元基于所述信号来判断所述自动对焦装置是否包括异常部分。
11. 一种图像捕获装置，包括自动对焦装置，其包括被配置用于对物体进行成像的图像捕获单 元；评价值计算器，其被配置用于利用由所述图像捕获单元捕获的物体图 像的特定区域中的图像信号的高频分量来周期性地计算评价值；控制单元，其被配置用于基于所述评价值输出被提供到用于驱动对焦透镜的透镜 驱动器的指令值，在移动所述对焦透镜的位置的同时执行操作以搜索所述 评价值的峰值，在检测到所述评价值的相对最大值之后，使所述对焦透镜 返回到与检测到所述相对最大值的点相对应的位置，获得由所述评价值计算器计算出的评价值，以及判断所述评价值是否满足指定条件；以及存储 装置，其被配置用于存储由所述控制单元判断出的多个判断结果，其中所述控制单元基于存储在所述存储装置中的所述多个判断结果来判断 所述自动对焦装置是否包括异常部分。
12. —种图像捕获装置，包括自动对焦装置，其包括被配置用于对物体进行成像的图像捕获单 元；评价值计算器，其被配置用于利用由所述图像捕获单元捕获的物体图 像的特定区域中的图像信号的高频分量来周期性地计算评价值；亮度添加 值计算器，其被配置用于通过对所述特定区域中的图像信号的亮度求积分 来计算亮度添加值；控制单元，其被配置用于基于所述评价值输出被提供 到用于驱动对焦透镜的透镜驱动器的指令值，在移动所述对焦透镜的位置 的同时执行操作以搜索所述评价值的峰值，在检测到所述评价值的相对最 大值之后，使所述对焦透镜返回到与检测到所述相对最大值的点相对应的 位置，获得由所述评价值计算器计算出的评价值和由所述亮度添加值计算器计算出的亮度添加值，以及判断所述评价值是否满足指定条件；以及存 储装置，其被配置用于存储由所述控制单元判断出的多个判断结果，其中 所述控制单元基于存储在所述存储装置中的所述多个判断结果来判断 所述自动对焦装置是否包括异常部分。
13. —种利用从由自动对焦装置捕获的物体图像的图像信号中获得的 评价值执行的自动对焦方法，包括以下步骤利用由图像捕获单元捕获的物体图像的特定区域中的图像信号的高频分量来周期性地计算评价值，在移动对焦透镜的位置的同时搜索所述评价值的峰值， 在检测到所述评价值的相对最大值之后，通过使所述对焦透镜返回到与检测到所述相对最大值的点相对应的位置来计算所述评价值， 执行关于所述评价值是否满足第一条件的判断，以及 基于存储在存储装置中的多个判断结果来判断所述自动对焦装置是否包括异常部分。
14. 一种利用从由自动对焦装置捕获的物体图像的图像信号中获得的评价值执行的自动对焦方法，包括以下步骤利用由图像捕获单元捕获的物体图像的特定区域中的图像信号的高频分量来周期性地计算评价值，通过对所述特定区域中的图像信号的亮度求积分来计算亮度添加值， 在移动对焦透镜的位置的同时搜索所述评价值的峰值， 在检测到所述评价值的相对最大值之后，通过使所述对焦透镜返回到与检测到所述相对最大值的点相对应的位置来计算所述评价值，执行关于所述评价值和所述亮度添加值是否满足指定条件的判断，以及 基于存储在存储装置中的多个判断结果来判断所述自动对焦装置是否 包括异常部分。
全文摘要
本发明公开了一种自动对焦装置，其包括被配置用于利用物体图像的特定区域中的图像信号的高频分量来周期性地计算评价值的评价值计算器。该自动对焦装置还包括控制单元，用于基于评价值输出提供到透镜驱动器的指令值，在移动对焦透镜的位置的同时执行操作以搜索评价值的峰值，在检测到评价值的相对最大值之后，使透镜返回到与检测到相对最大值的点相对应的位置，获得由评价值计算器计算出的评价值，以及判断所述评价值是否满足指定条件；和存储装置，用于存储判断结果。在该自动对焦装置中，控制单元基于判断结果来判断该自动对焦装置是否包括异常部分。
文档编号G02B7/00GK101098406SQ200710123238
公开日2008年1月2日 申请日期2007年7月2日 优先权日2006年6月30日
发明者伊藤雄二郎, 须藤秀和 申请人:索尼株式会社