摄像装置、摄像方法以及摄像系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种摄像装置、摄像方法以及摄像系统，使得能够从透镜可移动范围中选择适合进行对焦的透镜位置范围，从而能高精度且快速地进行对焦。本发明的摄像装置进行聚焦控制，具有：信号转换处理部分，将被拍摄体图像转换为视频信号；图像获取部分，获取从信号转换处理部分输出的视频信号；对焦区域设定部分，在图像获取部分获取的拍摄画面中设定成为评价值计算区域的对焦区域；有效范围选择部分，一边使透镜移动，一边针对各个透镜位置求出对焦区域中的图像的有效代码密度，根据有效代码密度判断透镜的位置是否在适合对焦的有效范围内；焦点对准度计算部分，在有效范围选择部分判断为透镜的位置位于有效范围内时求出透镜位置的焦点对准度。
【专利说明】摄像装置、摄像方法以及摄像系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种摄像装置、摄像方法以及摄像系统。
【背景技术】
[0002] 自动聚焦是指使照相机的对焦（使焦点对准）实现自动化的功能。
[0003] 自动聚焦由大体可分成两个步骤的控制动作进行。
[0004] 首先，在第一步骤中计测用于判断焦点是否对焦的对焦区域中的焦点对准度。
[0005] 接着，在第二步骤中使用在第一步骤测得的焦点对准度搜索焦点对准度成为最大 值的焦点对准位置。在现有技术中通常采用爬山搜索方式。在该搜索方法中，采用决定焦 点对准度在规定阈值水平以上的透镜位置的区域，并根据其范围使透镜朝向焦点对准度的 值的梯度增加的方向移动的方法。此后，在峰值附近仔细搜索，由此来搜索成为峰值的透镜 位置。
[0006] 作为本【技术领域】的【背景技术】，在特开2009-42621号公报（专利文献1)中公开了 一种方案，其中具有摄像单元和焦点调节机构，摄像单元用于将被拍摄体图像转换为电信 号，焦点调节机构根据表示图像清晰度的评价值来调节透镜的焦点位置，该评价值根据从 摄像单元输出的信号算出。此外，还具有：聚焦区域设定单元，其在拍摄画面中设定成为评 价值计算区域的聚焦区域；透镜移动单元，其使透镜在焦点调节范围内移动；以及评价值 计算单元，其针对每个通过透镜移动单元移动到的透镜位置计算评价值，在该方案中，一边 使透镜移动，一边从近距离侧开始进行在各个透镜位置获取评价值的评价值获取动作，并 在评价值大于或者等于规定的阈值的透镜位置进行拍摄。
[0007] 在先技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1 :日本特开2009-42621号公报
【发明内容】
[0010] 上述专利文献1所公开的自动聚焦控制中存在以下问题。
[0011] 首先，在低照明度的场合等对比度值低的拍摄环境中，焦点对准度的值容易受到 杂波（Noise)的影响，可能会因为杂波而识别不到真正的峰值位置。此时，无法将透镜位置 控制在适当的焦点对准位置，导致被拍摄体图像模糊。
[0012] 本发明的目的在于实现一种摄像装置、摄像方法以及摄像系统，使得能够从透镜 可移动范围中选择适合进行对焦的透镜位置范围，从而能够高精度地进行对焦。
[0013] 解决方案
[0014] 为了解决上述课题，本发明提供一种摄像装置，其是进行聚焦控制的摄像装置，该 摄像装置的特征在于，具有：信号转换处理部分，其将被拍摄体图像转换为视频信号；图像 获取部分，其获取从信号转换处理部分输出的视频信号；对焦区域设定部分，其在图像获取 部分获取的拍摄画面中设定成为评价值计算区域的对焦区域；有效范围选择部分，其一边 使透镜移动，一边针对各个透镜位置求出对焦区域中的图像的有效代码密度，并根据有效 代码密度判断透镜的位置是否在适合对焦的有效范围内；焦点对准度计算部分，在有效范 围选择部分判断为透镜的位置位于所述有效范围内时，该焦点对准度计算部分求出透镜位 置的焦点对准度。
[0015] 发明效果
[0016] 根据本发明，能够实现一种摄像装置、摄像方法以及摄像系统，使得能够从透镜可 移动范围中选择适合进行对焦的透镜位置范围，能够高精度地进行对焦。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本实施例的摄像装置的结构图的示例。
[0018] 图2是说明在本实施例的对焦区域设定部分中进行的图像处理的说明图。
[0019] 图3是表示焦点对准位置为48step时的照相机的透镜的可移动范围内的焦点对 准度、可移动范围内的（1)有效范围和（2)无效范围以及任意的透镜位置处的获取图像的 示例的图。
[0020] 图4是对任意评价区域（X，y)中的任意像素 P(x，y)进行方向编码的示例图。
[0021] 图5是基于有效代码、无效代码的方向代码图像。
[0022] 图6是将评价区域中的部分区域内的有效代码密度标绘在透镜的可移动范围而 得到的图。
[0023] 图7是说明由焦点对准度计算部分求出的评价区域的焦点对准度以及统计焦点 对准度的说明图。
[0024] 图8是使用黄金分割法搜索最大值的搜索方法的说明图。
[0025] 图9表示本实施例的处理流程。
[0026] 图10表示采用了第二实施例所涉及的发明的监视系统。
【具体实施方式】
[0027] 第一实施例
[0028] 以下参照附图对实施例进行说明。
[0029] 在本实施例中说明摄像装置的示例。
[0030] 图1是本实施例的摄像装置的结构图的示例。
[0031] 摄像装置具有照相机信号处理部分10、透镜单元11、摄像器件12、杂波除去部分 13、A/D转换部分14、透镜控制部分17以及电动机驱动部分18。
[0032] 透镜单元11具有透镜20和驱动透镜20用的电动机19,通过驱动透镜20来进行 聚焦控制。
[0033] 从透镜20入射的图像被输入到摄像器件12中，摄像器件12对形成在受光面上的 被拍摄体的光学图像进行光电转换，并将所得的摄像信号发送到杂波除去部分13。此后，在 杂波除去部分13中进行规定的杂波除去处理，在A/D转换部分14中进行数字转换后，作为 数字摄像信号发送到照相机信号处理部分10。
[0034] 照相机信号处理部分10具有信号转换处理部分15和图像处理部分16。信号转换 处理部分15通过对供应来的数字摄像信号实施规定的信号处理而将数字摄像信号例如转 换成基于NTSC(National Television Standards Committee，国家电视标准委员会）制式 或者PAL (Phase Alternating Line,逐行倒相）制式等的标准的信号形式的视频信号后输 出到外部或者图像处理部分16。
[0035] 图像处理部分16由图像获取部分16A、对焦区域设定部分16B、有效范围选择部分 16C以及焦点对准度计算部分16D构成。
[0036] 图像获取部分16A是监视用摄像机等的摄像器件，其获取由照相机拍摄的图像， 并且将视频信号输入到对焦区域设定部分16B。
[0037] 对焦区域设定部分16B在所输入的照相机的图像视频信号的区域中设定用于评 价焦点是否对准的评价区域，并将该评价区域的图像信息输出到有效范围选择部分16C和 焦点对准度计算部分16D。
[0038] 有效范围选择部分16C使用从对焦区域设定部分16B获得的对焦区域的信息以及 从图像获取部分16A获得的图像信息，来判断当前的透镜位置是适合进行对焦（以下称为 "有效范围"）还是不适合进行对焦（以下称为"无效范围"）。关于该判断方法的详细内容 在后述部分说明。判断结果被输出到焦点对准度计算部分16D或者/以及透镜控制部分 17。
[0039] 焦点对准度计算部分16D根据在对焦区域设定部分16B中设定的对焦区域的图像 信息，计测由照相机拍摄的图像的焦点对准度。所测得的焦点对准度被输出到透镜控制部 分17。
[0040] 透镜控制部分17根据从有效范围选择部分16C输入的有效范围和无效范围的信 息、以及从焦点对准度计算部分16D输入的焦点对准度的结果来控制透镜位置（这一内容在 后述部分进行详细说明）。具体来说是，在当前的透镜位置不在有效范围内时，在不求取焦点 对准度的情况下使透镜移动，在透镜位置位于有效范围内时，在有效范围内搜索焦点对准度 的最大值，并将透镜移动到焦点对准位置。通过采用本结构，从透镜可移动范围选择适合进行 对焦的透镜位置范围，从而能够高精度地进行对焦，并且能够快速进行用于决定焦点对准位 置的控制。此外，也可以构造成在透镜位置不位于有效范围内时也求取焦点对准度。
[0041] 从透镜控制部分17输出的透镜控制指令被输出到电动机驱动器18。电动机驱动 器18根据透镜控制指令对用于驱动透镜20的电动机19进行驱动，由此来进行聚焦控制。
[0042] 以下对设置在图像处理部分16内的图像获取部分16A、对焦区域设定部分16B、有 效范围选择部分16C以及焦点对准度计算部分16D进行详细说明。
[0043] 首先参照图2并且适当参照图1说明对焦区域设定部分16B。
[0044] 图2是说明在本实施例的对焦区域设定部分16B中进行的图像处理的说明图。
[0045] 图2(a)示出了从图像获取部分16A获取的图像20中的对焦区域21和取样点 22 (以三角形表示的点）。图2 (b)示出了取样点22中的采用各种方法选择出的评价点23。 图2(c)示出了以选择出的评价点23为中心设定的评价区域24。
[0046] 在对焦区域设定部分16B中，首先如图2(a)所示，输入由图像输入部分10获取的 图像20,设定进行对焦时使用的对焦区域21。该对焦区域21可以任意设定。接着，设定对 焦区域21中的取样点22。作为取样点22的设定方法，例如可以如图2(a)所示，在对焦区 域21中设定网格状的取样点22。不过，取样点22的设定方法不在此限。
[0047] 此后，如图2(b)所示，在取样点22中设定对所获得的图像20进行对焦评价用的 评价点23。在此，作为评价点23的设定方法，可以使用通过sobel方式获得的图像上的被 拍摄体的边缘信息来进行设定。以下说明采用sobel方式来设定评价点23的方法。
[0048] 首先，根据式（1)对图像进行取样，以设定处理图像20。
[0049] [式 1]
[0050] X = aXSx, y = bXSy··· (1)
[0051] [式 2]
[0052]
【权利要求】
1. 一种摄像装置，其是进行聚焦控制的摄像装置，该摄像装置的特征在于，具有： 信号转换处理部分，其将被拍摄体图像转换为视频信号； 图像获取部分，其获取从所述信号转换处理部分输出的视频信号； 对焦区域设定部分，其在所述图像获取部分获取的拍摄画面中设定成为评价值计算区 域的对焦区域； 有效范围选择部分，其一边使透镜移动，一边针对各个透镜位置求出所述对焦区域中 的图像的有效代码密度，并根据所述有效代码密度判断所述透镜的位置是否在适合对焦的 有效范围内； 焦点对准度计算部分，在所述有效范围选择部分判断为所述透镜的位置位于所述有效 范围内时，所述焦点对准度计算部分求出所述透镜位置的焦点对准度；以及 透镜控制部分，其根据所述焦点对准度控制所述透镜位置。
2. 如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于， 在所述有效范围选择部分判断为透镜的位置位于所述有效范围以外时，所述焦点对准 度计算部分不求出所述透镜位置的焦点对准度。
3. 如权利要求1或者2所述的摄像装置，其特征在于， 所述有效范围选择部分不根据所述有效代码密度，而是根据有效代码的大小来判断所 述透镜的位置是否在适合对焦的有效范围内。
4. 如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于， 将对任意像素与位于任意像素附近的附近像素之间的明亮度变化变得最大的亮度梯 度方向进行量化而得到的方向代码中的、所述任意像素与位于所述任意像素附近的附近像 素之间的亮度差分大于阈值的代码作为有效代码，所述有效代码密度是所述对焦区域中的 所述有效代码的密度的值。
5. 如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于， 所述焦点对准度计算部分在根据所述焦点对准度求出焦点对准位置时，采用黄金分割 法来求出焦点对准位置。
6. -种摄像装置，其是进行聚焦控制的摄像装置，该摄像装置的特征在于，具有： 信号转换处理部分，其将被拍摄体图像转换为视频信号； 图像获取部分，其获取从所述信号转换处理部分输出的视频信号； 对焦区域设定部分，其在所述图像获取部分获取的拍摄画面中设定成为评价值计算区 域的对焦区域； 有效范围选择部分，其一边使透镜移动，一边针对各个透镜位置求出所述对焦区域中 的图像的有效代码密度，并根据所述有效代码密度判断所述透镜的位置是否在适合对焦的 第一范围内； 焦点对准度计算部分，在所述有效范围选择部分判断为所述透镜的位置位于所述第一 范围内时，所述焦点对准度计算部分求出所述透镜位置的焦点对准度；以及 透镜控制部分，其根据所述焦点对准度控制所述透镜位置。
7. -种摄像方法，其是进行聚焦控制的摄像方法，该摄像方法的特征在于，包括： 将被拍摄体图像转换为视频信号的步骤； 在根据所述视频信号获取的拍摄画面中设定成为评价值计算区域的对焦区域的步 骤； 一边使透镜移动，一边针对各个透镜位置求出所述对焦区域中的图像的有效代码密 度，并根据所述有效代码密度判断所述透镜的位置是否在适合对焦的有效范围内的步骤； 在判断为所述透镜的位置位于所述有效范围内时，求出所述透镜位置的焦点对准值的 步骤。
8. -种摄像系统，其特征在于，具有： 对监视区域内进行拍摄的摄像装置； 信号转换处理部分，其将被拍摄体图像转换为视频信号； 图像获取部分，其获取从所述信号转换处理部分输出的视频信号； 对焦区域设定部分，其在所述图像获取部分获取的拍摄画面中设定成为评价值计算区 域的对焦区域； 有效范围选择部分，其一边使透镜移动，一边针对各个透镜位置求出所述对焦区域中 的图像的有效代码密度，并根据所述有效代码密度判断所述透镜的位置是否在适合对焦的 有效范围内；以及 焦点对准度计算部分，在所述有效范围选择部分判断为所述透镜的位置位于所述有效 范围内时，所述焦点对准度计算部分求出所述透镜位置的焦点对准值。
【文档编号】G02B7/28GK104301603SQ201410330933
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2013年7月18日
【发明者】李媛, 三好雅则, 西口友明 申请人:日立产业控制解决方案有限公司