CN103795916A - 摄像设备以及用于摄像设备的调焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摄像设备以及用于摄像设备的调焦方法，包括：用于控制引导向被检体的光的光强度的光强度控制单元；用于对由光照明的被检体摄像的摄像单元；用于基于摄像单元的输出，检测摄像单元相对于被检体的调焦状态的调焦状态检测单元；用于基于调焦状态检测单元所检测到的调焦状态，驱动调焦透镜的调焦透镜驱动单元；以及用于控制调焦透镜驱动单元按照光强度控制单元改变光的光强度的时刻操作的驱动控制单元。

Description

摄像设备以及用于摄像设备的调焦方法

技术领域

本发明涉及一种摄像设备，例如诸如眼科医院和大规模筛查所使用的眼底照相机等的、用于观察或者拍摄被检眼的眼底的具有自动调焦功能的眼科摄像设备，并且涉及一种用于诸如眼科摄像设备等的摄像设备的调焦方法。

背景技术

迄今为止，自动调焦设备已广泛采用配置为检测被摄体图像的视频信号的对比度以进行聚焦操作的对比度检测系统。对比度检测系统利用了视频信号的对比度随着透镜聚焦而变得更高的特征。也就是说，该系统是通过在移动调焦透镜的情况下同时检测与该对比度值的峰值相对应的调焦透镜位置来搜索最佳透镜位置的控制系统。使用诸如CCD和CMOS等的固态摄像元件作为将被摄体图像的光学信号转换为电视频信号的元件，并且可以通过从该视频信号中检测高频分量获得对比度值。

如图1A至图1C中所示，日本特开2006-280477提出了一种眼底照相机，其判断聚焦指标图像190a’的轮廓或者聚焦指标光学图像的轮廓的对比度，并且判断调焦透镜的调焦状态，由此进行自动调焦。

顺便提及，几乎所有在眼科摄像设备中用作摄像照相机的照相机都是一般所使用的数字照相机。

此外，日本特开2008-276131提出一种用于以照相机控制部向透镜控制部发送定时信号、并且透镜控制部与定时信号同步地获得调焦透镜的位置的方式，在对比度系统的自动调焦操作中正确地获得聚焦点的方法。

对比度系统的自动调焦操作通过从照相机控制部向透镜控制部发送定时信号将照相机控制部与透镜控制部同步。然而，因为需要通过在与定时信号相关的时刻曝光来计算自动调焦评价值、需要根据对定时信号的获取来检测调焦透镜位置并且需要将评价值与调焦透镜位置相关联，所以系统变得复杂。此外，在没有接收到定时信号的情况下，不能够将评价值与调焦透镜的位置正确地相关联，并且因此可能会拍摄未聚焦的被摄体。

此外，几乎所有用作眼科摄像设备中的摄像照相机的照相机都是一般使用的数字照相机。在数字照相机和眼科设备中，除非存在来自数字照相机的同步信号，否则难以正确地将对比度评价值与调焦透镜的位置相关联。即使在接收到来自数字照相机的同步信号的情况下，在眼科设备中用于从数字照相机获得同步信号的结构也变得复杂，并且因此设备变得昂贵。

发明内容

考虑到上述问题提出本发明，并且本发明提供一种摄像设备和用于摄像设备的调焦方法，其能够通过简单的结构将聚焦评价值和调焦透镜的位置彼此相关联并且由此获得聚焦的被摄体图像。

为了解决上述问题，根据本发明的一个实施例的具有自动调焦功能的摄像设备包括：用于控制引导向被检物的光的光强度的光强度控制单元；用于对由光照明的被检物摄像的摄像单元；用于基于来自摄像单元的输出检测摄像单元相对于被检物的调焦状态的调焦状态检测单元；用于基于调焦状态检测单元所检测到的调焦状态驱动调焦透镜的调焦透镜驱动单元；以及用于根据光强度控制单元改变光的光强度的时刻控制调焦透镜驱动单元进行操作的驱动控制单元。

根据本发明的其它实施例的一种用于摄像设备的调焦方法，其中，所述摄像设备被配置为：将光引导至被检物；用摄像单元拍摄由所述光照明的所述被检物；基于来自所述摄像单元的输出检测所述摄像单元相对于所述被检物的调焦状态；以及基于检测到的调焦状态驱动调焦透镜，所述调焦方法包括在将所述光引导至所述被检物时改变所述光的光强度，以及根据改变所述光强度的时刻开始驱动所述调焦透镜。

根据本发明，能够将对比度评价值与调焦透镜位置彼此相关联，并且因此能够拍摄聚焦的被摄体图像。

通过以下参考附图对典型实施例的描述，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1A、1B和1C是表示日本特开2006-280477中公开的内容的图。

图2是根据本发明第一实施例的眼科摄像设备的结构图。

图3是本发明的第一实施例中的聚焦检测部的结构图。

图4是放大示出投影至监视器的眼底图像的图。

图5是示出本发明的第一实施例中的聚焦检测部的聚焦位置检测的图。

图6A、6B、6C、6D、6E以及6F是示出对比度检测的原理的示意图。

图7是示出在本发明的第一实施例中调暗观察光强度的情况下通过聚焦检测部的聚焦位置检测的特征图。

图8是本发明的第一实施例中的特征性控制方法的流程图。

具体实施方式

将通过参考示例的实施例详细说明本发明。

(第一实施例)

图2示出了作为代表本发明的眼科摄像设备的眼底照相机的第一结构示例。

在光轴L1上配置有诸如卤素灯等的用于发射静态光的观察光源1、聚光透镜2、透过红外线并且遮断可见光的滤波器3、诸如电子闪光灯等的摄像光源4、透镜5以及镜6。此外，在镜6的反射方向上的光轴L2上顺次配置有具有环形开口的环形光圈7、中继透镜8以及具有中央部开口的穿孔镜9。这些元件用作用于观察眼底的单元。

此外，在穿孔镜9的反射方向上的光轴L3上配置有放置为与被检眼E相对的物镜10。穿孔镜9的孔与摄像光圈11、用于通过移动其在光轴L3上的位置调节焦点的调焦透镜12以及摄像透镜13顺次配置。在摄像透镜13前，顺次配置有不仅用于在摄像照相机C内观察运动图像而且还用于拍摄静止图像的摄像元件14。摄像元件14的输出连接至图像处理部17，并且图像处理部17的输出连接至系统控制部18。图像处理部17将由摄像元件14所拍摄到的观察图像投影至监视器15。这些元件用作用于对眼底摄像的单元。

同时，在光轴L2上的环形光圈7和中继透镜8之间配置有聚焦指标投影部22。注意，调焦透镜驱动部19和聚焦指标驱动部20基于来自系统控制部18的控制在光轴L2和光轴L3的方向上同时分别移动聚焦指标投影部22和调焦透镜12。在手动聚焦模式中，该系统控制部18根据操作输入部21的操作输入控制调焦透镜驱动部19和聚焦指标驱动部20。此时，聚焦指标投影部22和摄像元件14在光学上具有共轭关系。此外，在自动调焦模式中，系统控制部18基于系统控制部18中的聚焦检测部30的检测结果来控制调焦透镜驱动部19和聚焦指标驱动部20。

此外，系统控制部18对观察光源1的光强度调整和开启/关闭进行控制，并且还对摄像光源4的光强度调整和开启/关闭进行控制。注意，在本发明中，这些光源可以共用它们的功能，并且用于控制光源的光强度调整和开启/关闭的系统控制部18包括用作用于控制被引导至被检眼眼底的光的光强度的光强度控制单元的区域。

下面，说明在本实施例中的操作。

系统控制部18开启观察光源1。聚光透镜2收集由观察光源1发射出的光束。滤波器3遮断其可见光，并且仅透过红外光。接着，光束透过诸如电子闪光灯等的摄像光源4以使得经由透镜5、镜6以及环形光圈7转换成环形光束。之后，光线通过中继透镜8以及穿孔镜9偏转到光轴L3的方向，并且通过物镜10照明被检眼E的眼底Er。到达眼底Er的光束被反射和散射，并从被检眼E发射出并且在通过物镜10、摄像光圈11、调焦透镜12以及摄像透镜13之后在摄像元件14上成像。接着，系统控制部18将摄像元件所拍摄到的眼底图像投影至监视器15。

操作员在观察投影至监视器15的眼底图像的同时进行对在被检眼E与由上述光学元件所形成的光学单元之间的定位的微调，接着，在进行聚焦调整后，通过按下摄像开关(未示出)进行摄像。本实施例中描述的设备具有自动执行该聚焦调整的自动调焦功能。

下面，参考图3描述作为第一实施例的构成元件的聚焦检测部30。聚焦检测部30包含聚焦用的对比度检测部301。对比度检测部301与观察图像用的摄像元件14相连接。

下面，参考图4描述对比度检测部301所检测到的被摄体。图4是放大地示出投影至监视器15的眼底图像的图。图中区域A401是对比度检测部的聚焦检测位置和范围。注意，图中的图像402a和402b表示用于在眼底照相机和被检眼之间进行定位的对齐指标图像。此外，图中的图像403表示眼底的乳头部。这些对齐指标图像402a和402b以及乳头部并不是在本实施例中的特征点，因此，省略对其的详细说明。

现在参考图5详细说明对比度检测部301。

首先，对比度检测部301中执行的聚焦检测范围是图4的区域A401中的视网膜上的中大动脉。图5示出的图像表示对比度值相对于由调焦透镜驱动部19所移动的调焦透镜12的位置的变化。

下面参考图6A到6F说明对比度值的计算方法。这里，对比度是指相邻像素之间的亮度差，并且对比度值是指在扫描线的亮度数据中的最大亮度差。此外，扫描线Sc1至Sc4的箭头标记表示其方向，并且根据图6A中例示的图像i601的图像大小沿水平方向对线进行扫描，其中，这些线与从上部到下部在垂直方向上的图像的数量相对应。整个图像i601的对比度值计算为通过扫描与从上部到下部在垂直方向上的图像的数量相对应的线而获得的各个线的对比度值的和。

为了容易理解，例如，将图像i601中的图像61的部分的亮度设置为100，除该图像之外的部分的亮度设置为0。首先，在扫描线Sc1中，图像61没有包括在扫描线中，并且因此所有的亮度都彼此相等，并且作为结果，扫描线Sc1中的对比度值计算为0。图6B表示从扫描线Sc1所见的亮度变化，并且识别出将扫描线S1中的对比度值计算为0的状态。接着，在扫描线Sc2中，图像61包括在扫描线中，并且因此将在除图像以外的部分的亮度与图像61的左侧面的亮度之间的差计算为在扫描线Sc2中的对比度值。这里在两个亮度之间的差为100，并且因此对比度值为100。图6C表示从扫描线C2所见的亮度变化。

接着，将整个图像i601的对比度值计算为通过扫描与从上部到下部在垂直方向上的图像的数量相对应的线、针对各个线所获得的对比度值的和。例如，假定一个图像61的纵向长度与10个扫描线相对应，对比度评价值表示为100×10=1,000。

按照这种方式，对比度检测部301获得整个图像的对比度值。

下面说明在对比度值与聚焦之间的关系

在图6D所示例的图像i602中的图像62是使图i601中的图像61散焦的图像。观察表示从图i602中的扫描线Sc5所见的亮度变化的图6E，可见其波形与扫描线Sc2的亮度变化相比发生变形。按照已经说明的对比度值计算方法，因为对比度值是在相邻像素之间的亮度差的最大值，所以扫描线Sc5具有比扫描线Sc2小的计算出的对比度值。

按照这种方式，在图像处于最佳调焦状态的情况下，对比度值大，并且随着图像逐渐散焦，对比度值变小。

在图5中，计算在视网膜上除中大动脉以外的部分与中大动脉的两端部分之间的亮度差作为对比度值。在处于最佳调焦状态中的聚焦位置M2，在除中大动脉以外的部分与中大动脉的两端部分之间的亮度差大，并且因此对比度值变成最大。在显著散焦的位置M1，在除中大动脉以外的部分与中大动脉的两端部分之间的亮度差小，并且因此对比度值变小。

下面说明在传统的调焦透镜的驱动与对比度值之间的关系。

在传统的对比度系统的自动调焦中，如日本特开2008-276131中所说明的，将调焦透镜与作为摄像单元中的光学信号的曝光开始定时的同步信号同步驱动，以使得良好地掌握对比度评价值以及调焦透镜的位置。然而，在未接收到同步信号的情况下，不能够良好地掌握对比度评价值和调焦透镜的位置。因此，不能将对比度评价值与调焦透镜的位置相关联，并且因此可能拍摄到没有聚焦的被摄体。

现在参考图7说明在本实施例中的特征性控制。

图7表示对比度值相对于由调焦透镜驱动部19所移动的调焦透镜12的位置的变化。图7中的特征点C1表示观察光源1调暗，并且允许对比度检测部301所计算出的对比度值计算特征点。

为了容易理解，参考图6A的图像i601和图6F的图像i603说明在关闭观察光源1并且将图像i601中的图像61作为聚焦对象拍摄的情况下的对比度评价值。

对比度评价值的计算方法如前所述。假定将图像i601中的图像61的部分的亮度设置为100，除该图像以外的部分的亮度设置为0，并且一个图像61的纵向长度与10个扫描线相对应，则对比度评价值表示为100×10=1,000。然而，如图i603中所示，在观察光源1关闭的情况下，图像61的亮度和除图像61以外的部分的亮度变得相等，并且对比度评价值变成0。注意，在调暗的时间过长的情况下，就会形成对比度值顺次变化的区域。因此，优选将诸如调暗等的改变照明光的光强度的时间设置为比检测对比度评价值时的帧频短的时间。

执行上述操作能够有意地产生对比度评价值中的特征点。此外，在实施例中，尽管说明了观察光源1关闭的情况，但是即使在观察光源闪烁或者光强度增加的情况下也能够产生对比度评价值中的特征点。此外，不言而喻，可以通过使用亮度评价值代替对比度值来计算特征点。

下面说明调焦透镜的驱动的开始时刻。

可以在调暗观察光源1并且在对比度检测部301所计算出的对比度评价值中产生特征点后的可选时刻进行调焦透镜的驱动的开始。此外，在调暗光源并且经过预定时间段后，可以进行调焦透镜的驱动。图8示出例如调暗观察光源1并且在100ms后开始对调焦透镜的驱动的流程图。

首先，在步骤1中，开始针对眼底的中大动脉的聚焦检测。在步骤2中，由观察光强度控制单元调暗观察光源1。对比度检测部301执行步骤3以计算对比度，并且对比度检测部301执行步骤4以记录在步骤3中计算出的值。调焦透镜驱动单元执行步骤5来以预定的量驱动调焦透镜。如上所述，在100ms内执行步骤1至步骤5的情况下，在对比度值中产生特征点，并且可以知道聚焦驱动的正确开始时刻。在步骤6中，由作为调焦透镜驱动单元的调焦透镜驱动部19临时停止调焦透镜。在步骤7中在调焦透镜的驱动没有终止的情况下，再次以预定量驱动调焦透镜。这里，调焦透镜驱动量是指在一个方向上所要驱动的预定量。

在步骤7中调焦透镜的驱动终止的情况下，处理进入步骤8。

在步骤8中，从由对比度检测部301与对比度值一起记录的特征点开始执行分析。首先，检测在步骤2中调暗观察光源1的情况下所计算出的特征点，接着，判断是否存在对比度值的局部最大值。

由对比度检测部执行步骤9，并且进行条件分支。这里，在检测到局部最大值的情况下，处理进入步骤10。由对比度检测部301执行步骤10以计算调焦透镜移动的距离。这里，步骤10中的调焦透镜移动的距离是指调焦透镜到局部最大值的检测位置的驱动量。下面，在步骤11中，根据步骤10中所计算出的调焦透镜的移动距离进行对调焦透镜的驱动，并且将调焦透镜12的位置移动至对比度值的局部最大值的位置。

在步骤9中没有检测到局部最大值的情况下，处理进入步骤13。这里，步骤13中调焦透镜的移动距离是指调焦透镜到步骤1中针对眼底的中大动脉的聚焦检测开始位置的驱动量。

在对比度系统进行自动调焦的情况下，在调焦透镜的位置和对比度值无法通过接收摄像单元中的光学信号的曝光开始同步信号来相连接的眼底照相机中，这些操作特别有效。即使在眼底照相机不能够从摄像单元接收到同步信号的情况下，仍然可以通过改变照明被检眼的观察光的强度来在对比度值中产生特征点。因此，在从改变观察光强度的时刻起经过预定时间段的情况下进行调焦透镜的驱动的情况下，能够得知调焦透镜驱动的开始时刻，并且能够把调焦透镜的位置和对比度值相连接。此外，不言而喻，可以通过使用亮度评价值代替对比度值来计算特征点。

注意，在上述结构中，摄像元件14与用于对由光照明的眼底摄像的摄像单元相对应，并且对比度检测部301与用于基于摄像单元的输出检测调焦状态的调焦状态检测单元相对应。此外，系统控制部18还包括用作本发明中的控制调焦透镜驱动单元以根据光强度控制单元改变光强度的定时操作的驱动控制单元的区域。

此外，在即使不能接收到同步信号的情况下也能立即获得对比度值的情况下，对比度评价值可以与调焦透镜位置正确地相关联。注意，有必要在系统控制部18与聚焦检测部30之间进行通信以获得对比度值。由于这个原因，生成时间延迟。因此，在这种情况下难以立即获得对比度值。

如上所述，在根据本发明的具有自动对焦功能的眼科摄像设备中，在调焦透镜驱动单元驱动调焦透镜之前由观察光强度控制单元调暗观察光强度。这样，可以在调焦状态检测单元所检测到的对比度评价值中产生特征点，并且因此可以正确地得知调焦透镜的驱动的开始时刻。因此，即使在眼科摄像设备单独设置有摄像照相机的情况下，对比度评价值和调焦透镜位置也能够正确地相关联，并且能够拍摄到聚焦的被摄体。此外，因为不需要用于从单独提供的摄像照相机中检测定时信号的结构，因此能够简化设备的结构，并且能够提供小型便宜的设备。

(其它实施例)

此外，本发明也可以通过执行以下处理实现。特别地，通过网络或者任何类型的存储介质向系统或者设备提供用于实现上述功能的软件(程序)，并且系统或设备的计算机(CPU或者MPU)读取并且执行程序。

本发明不限于上述实施例，可以在不偏离本发明的精神的范围内做出各种修改和改变。例如，上述实施例描述了被测物是眼的情况，本发明也可以应用于诸如皮肤和除眼以外的其它器官等的被测物。在这种情况下，本发明包括除了眼科设备以外的医学设备的实施例，例如内窥镜。因此，本发明期望被理解为以眼科设备作为示例的检查设备，并且被检眼及其眼底期望被理解为被检物的实施例。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

Claims (6)

1.一种具有自动调焦功能的摄像设备，包括：

光强度控制单元，用于控制引导至被检物的光的光强度；

摄像单元，用于对由所述光照明的所述被检物摄像；

调焦状态检测单元，用于基于来自所述摄像单元的输出检测所述摄像单元相对于所述被检物的调焦状态；

调焦透镜驱动单元，用于基于所述调焦状态检测单元所检测到的调焦状态驱动调焦透镜；以及

驱动控制单元，用于根据所述光强度控制单元改变所述光的光强度的时刻，控制所述调焦透镜驱动单元进行操作。

2.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述驱动控制单元在所述光强度控制单元改变所述光强度后经过预定时间段之后，控制所述调焦透镜驱动单元驱动所述调焦透镜。

3.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述摄像单元包括用于观察所述被检物的单元和用于对所述被检物摄像的单元。

4.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，所述光强度控制单元通过调暗用于发射所述光的光源来改变所述光强度。

5.根据权利要求1所述的摄像设备，其中：

所述调焦状态检测单元通过基于所述摄像单元所获得的被检物的图像中的对比度的对比度评价值来检测所述调焦状态；以及

所述光强度控制单元在比检测所述对比度评价值的帧频短的时间段内改变所述光强度。

6.一种用于摄像设备的调焦方法，

其中，所述摄像设备被配置为：

将光引导至被检物；

用摄像单元拍摄由所述光照明的所述被检物；

基于来自所述摄像单元的输出检测所述摄像单元相对于所述被检物的调焦状态；以及

基于检测到的调焦状态驱动调焦透镜，

所述调焦方法包括在将所述光引导至所述被检物时改变所述光的光强度，以及根据改变所述光强度的时刻开始驱动所述调焦透镜。

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