CN105378534B

CN105378534B - 摄像装置、摄像装置的工作方法

Info

Publication number: CN105378534B
Application number: CN201480040352.8A
Authority: CN
Inventors: 小笠原弘太郎; 藤泽丰; 藤本武秀; 菅野清贵
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2018-01-02
Anticipated expiration: 2034-09-19
Also published as: EP3015893A1; US9444994B2; WO2015050008A1; EP3015893A4; JPWO2015050008A1; US20160156835A1; CN105378534A; JP5829360B2

Abstract

摄像装置具有：物镜光学系统(3)，其包含使对焦位置变化的对焦镜头(4)，对被检体的光学像进行成像；摄像元件(5)，其对光学像进行摄像并输出图像；对比度AF部(8)，其使对焦位置变化并使摄像元件(5)取得多个图像，以使得所取得的图像的对比度评价值取得峰值的方式调整对焦位置；运动量检测部(7)，其根据按照时间序列取得的多个图像检测被检体的运动量；以及控制部(9)，其从对比度评价值的计算对象区域中排除所检测到的运动量为规定阈值以上的排除区域。

Description

摄像装置、摄像装置的工作方法

技术领域

本发明涉及摄像装置、摄像装置的作动方法，一边改变对焦位置一边取得多个图像，以使得对比度评价值取得峰值的方式调整对焦位置。

背景技术

作为取得到被检体的距离信息的测距方式，公知有如下方式：主动方式，向被检体照射红外线或超声波等，根据反射波返回为止的时间以及照射角度检测距离；以及，被动方式，不使用红外线等，利用经由光学系统取得的图像进行测距。

作为这其中的被动方式的例子，可举出在单反相机等中使用的相位差AF(AF：自动对焦)、在摄像机以及紧凑型相机等中广泛使用的对比度AF。由于相位差AF例如需要使用AF传感器等，因此，在内窥镜等小型的摄像装置中，比较广泛地采用能够利用摄像部拍摄到的图像进行AF的对比度AF。

该对比度AF是如下的AF方式：一边驱动对焦镜头使对焦位置不同一边取得多个(一般为3个以上)帧图像，将取得的图像的对比度评价值(例如、图像的高频成分)为最大(峰值)的对焦位置作为对焦点。对于这样的对比度AF技术，现有技术中提出了各种方案。

例如，在日本特开2009-133903号公报中，记载了如下技术：在被摄体的运动较快的情况下，不进行基于图像对比度的峰值位置检测，而是通过连续地实施向对焦预测位置的运动，在一定程度地确保了对焦精度的状态下，使对焦镜头的运动追随被摄体的运动。

此外，在日本特开2012-108313号公报中，记载了如下技术：具有第1对焦处理部以及第2对焦处理部，当判断为完成了第1对焦处理部的对焦时，将处理从第1对焦处理部切换到第2对焦处理部。在此，第1对焦处理部例如是通过对比度AF进行对焦处理的对焦处理部。另一方面，第2对焦处理部是进行基于图像平均亮度的AF的对焦处理部、进行基于亮度图像的频率特性的AF的对焦处理部、以及进行基于从亮度图像的局部区域检测到的运动向量的AF的对焦处理部等。

进而，在日本特开2010-204585号公报中，记载了如下技术：在进行对比度AF时还检测被摄体像的运动，对于焦点检测区域，根据运动检测结果改变位置，但是，对于AF框，根据运动检测的累计结果改变位置，以与焦点检测区域不同的特性改变AF框，从而抑制使AF框运动时的闪烁感。

此外，在想要对被检体对准对焦位置但在视野内存在运动的物体的情况下，例如，在摄像装置是电子内窥镜，且存在手术中频繁出入视野内的钳子或处置器械等运动物体的情况下，如果追随这样的运动物体进行对焦，则不能在使目标被检体对焦的状态下观察，可能给观察带来障碍。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供摄像装置、摄像装置的工作方法，能够对作为目标的被检测进行稳定地对焦。

发明内容

用于解决课题的手段

本发明的一个方式的摄像装置具有：物镜光学系统，其包含用于使对焦位置变化的对焦镜头，形成被检体的光学像；摄像元件，其对所述光学像进行摄像并输出图像；对比度AF部，其使所述对焦位置变化并使所述摄像元件取得多个图像，计算所取得的各图像的对比度评价值，以使得所述对比度评价值取得峰值的方式调整所述焦点位置；运动量检测部，其根据通过所述摄像元件按照时间序列取得的多个图像，检测图像内的各区域中的被检体的运动量；以及控制部，其使所述对比度AF部从所述对比度评价值的计算对象区域中排除所述运动量为规定阈值以上的排除区域。

在本发明的一个方式的摄像装置的工作方法中，具有以下步骤：包含用于使对焦位置变化的对焦镜头的物镜光学系统形成被检体的光学像；摄像元件对所述光学像进行摄像并输出图像；对比度AF部使所述对焦位置变化并使所述摄像元件取得多个图像，计算所取得的各图像的对比度评价值，以使得所述对比度评价值取得峰值的方式调整所述对焦位置；运动量检测部根据通过所述摄像元件按照时间序列取得的多个图像，检测图像内的各区域中的被检体的运动量；以及控制部使所述对比度AF部从所述对比度评价值的计算对象区域中排除所述运动量为规定阈值以上的排除区域。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1中的摄像装置的结构的框图。

图2是示出上述实施方式1中存在移动物体时的图像的例子的图。

图3是示出上述实施方式1中将移动物体从对比度评价值的计算对象区域中排除的情况的图。

图4是示出上述实施方式1中的摄像装置的对比度AF处理的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

实施方式1

图1-图4是示出本发明的实施方式1的图，图1为示出摄像装置的结构的框图。

本实施方式的摄像装置适用于电子内窥镜系统，具有电子内窥镜1和视频处理器2。

电子内窥镜1具有对被检体的光学像进行成像的物镜光学系统3以及对物镜光学系统3所成像出的光学像进行拍摄并输出图像的摄像元件5。

在此，物镜光学系统3包含用于改变对焦位置的对焦镜头4。此外，物镜光学系统3也可以构成为包含变焦镜头的变焦光学系统。

如后所述，摄像元件5根据对比度AF部8的控制按照时间序列取得多个图像。

此外，视频处理器2具有信号处理部6、运动量检测部7、对比度AF部8、以及控制部9。

信号处理部6对从摄像元件5输出的图像进行如下的图像信号处理：相关双采样(CDS)、增益调节、从模拟信号向数字信号的转换、同时化处理(从一个像素中仅存在构成彩色图像的三个颜色成分中的一个颜色成分的状态，插值为一个像素中存在全部三个颜色成分的状态的处理)、白平衡调整、γ校正处理、颜色空间变换处理等。将为了显示而通过该信号处理部6进行处理后的图像输出到显示器等，将为了记录而进行处理后的图像输出到记录装置等。

运动量检测部7根据通过摄像元件5按照时间序列取得的多个图像(该图像也可以兼用作为了供后述的对比度AF部8计算对比度评价值而取得的图像)，检测图像内的各区域中的被检体的运动量。对于该运动量检测部7，参考图2进一步进行说明。在此，图2是示出存在移动物体时的图像的例子的图。

在图2所示的例子中，在作为目标的被检体(想要对准对焦位置的被检体，例如体腔内)的图像11中，假设存在钳子以及处置器械等移动物体12的情况。

运动量检测部7首先对按时间序列取得的第1图像和第2图像(这些第1图像和第2图像是按照该顺序取得的图像)进行匹配处理，估计两个图像中同一物体。接着，运动量检测部7根据匹配处理结果，计算第1图像和第2图像的图像整体的运动向量(运动量以及运动方向)作为被认为是由于相机抖动等影响引起的整体运动向量。进而，运动量检测部7从第2图像中去除整体运动向量分量，在去除后的第2图像中，将从第1图像产生移动的物体估计为移动物体12。并且，运动量检测部7检测所估计出的移动物体12的移动量以及运动方向作为移动物体12的运动向量。

控制部9判断通过运动量检测部7检测出的移动物体12的运动量(运动向量的大小)是否为规定阈值以上。然后，控制部9使对比度AF部8从对比度评价值的计算对象区域中排除运动量为规定阈值以上的排除区域。

图3是示出从对比度评价值的计算对象区域中排除移动物体的情况的图。

关于对比度AF部8进行的对比度评价值的计算，例如，将图像11分割为多个区域11a，按照所分割的每个区域11a进行计算。因此，控制部9设定由包含移动物体12的区域11a的集合所构成的区域(剖面线所示出的区域)作为排除区域。

此外，控制部9控制对比度AF部8，一边移动对焦镜头4的位置一边通过摄像元件5按照时间序列取得多个图像。

对比度AF部8计算改变焦点位置并取得的多个图像11的对比度评价值，以使得计算出的对比度评价值取得峰值的方式，使对焦镜头4的位置移动，调整物镜光学系统3的焦点位置。

此时，如上所述，对比度AF部8的对比度评价值的计算对象是排除区域13以外的区域。

即，对比度AF部8通过对图像11例如施加高通滤波，从而提取高频成分图像。然后，对比度AF部8针对排除区域13以外的所有的计算对象区域11a，将各区域11a高频成分值相加。

将此时计算出的相加值(对比度相加值)设为SumC，在计算对象区域中存在排除区域13的情况下，与不存在排除区域13的情况相比，对比度相加值SumC成为较小的值，考虑排除区域13的小大可能对对比度AF的精度有影响。

因此，将图像11中的计算对象区域的整体面积设为S0、排除区域13以外的计算对象区域的面积设为S1时，控制部9如下计算校正系数R。

R＝S0/S1

然后，对比度AF部8根据下述公式计算对比度评价值CEV作为不依存于对象区域大小的评价值。

CEV＝R×SumC

利用这样计算出的对比度评价值CEV，一边改变焦点位置一边对图像进行拍摄，，进行搜索对比度评价值CEV的峰值位置的扫描，向搜索到的峰值位置驱动对焦镜头4从而进行对焦。

另外，在求对比度相加值SumC时，虽然可以使用按照每个计算对象区域11a进行加权相加的方法代替单纯的相加，但是，在这种情况下，在计算校正系数R时，也同样使用进行加权后的面积S0、S1。

此外，虽然在此使用校正系数R计算对比度评价值CEV，但是，在不需要计算以及计算的必要性比较低的情况下，也可以不计算校正系数R。在此，不需要计算校正系数R情况是例如即使图像11中存在移动物体12，其存在位置是对比度评价值的计算对象区域(该计算对象区域并不局限于图像11整体，也可以为图像11中的一部分(例如，中央部分等))以外的情况等。此外，校正系数R的计算的必要性比较低的情况是例如，排除区域13占计算对象区域的面积比例小到能够忽略对对比度评价值CEV的影响的程度的情况等。

进而，作为计算不依存于计算对象区域大小的评价值的方法，也可以采用使用每单位面积的平均对比度相加值作为对比度评价值的方法来代替上述使用校正系数R的方法。或者，在时间上接近而取得的过去图像中具有不存在移动物体12的图像的情况下，也可以采用下述方法：使用相当于处理对象图像的排除区域13的该过去图像的区域(该过去图像中的对象区域可以通过上述匹配处理进行估计)的高频成分代替排除区域13的高频成分。

接着，图4是示出摄像装置的对比度AF处理的流程图。

在开始该处理后，首先，判断物镜光学系统3是否是包含变焦镜头的变焦光学系统(步骤S1)。

在此，在判断为是变焦光学系统的情况下，取得变焦倍率(步骤S2)，根据取得的变焦倍率，设定检测运动量时的阈值(步骤S3)。

在此，即使移动物体12的速度恒定，在变焦位置位于视场角比较宽的广角区域时，图像中的运动量也变小，反之，在位于视场角比较窄的望远区域时，图像中的运动量变大。因此，为了准确判断移动物体12的运动量是否是应设定为排除区域13的运动量，在此，设定与变焦倍率相应的阈值。因此，一般将阈值设定为，如果变焦倍率较高(如果是望远侧)则阈值越大，如果变焦倍率较低(如果是广角侧)则阈值越小。

在该步骤S3的处理完成，或者在步骤S1中判断为不是变焦光学系统的情况下，驱动对焦镜头4，通过摄像元件5取得图像(步骤S4)。通过从后述的步骤S9的处理返回并重复进行该步骤S4，成为一边驱动对焦镜头4一边通过摄像元件5按时间序列取得多个图像的扫描。

并且，根据按时间序列取得的多个图像，通过运动量检测部7如上所述检测运动量(步骤S5)。

控制部9判断所检测的运动量是否为规定阈值(在物镜光学系统3是变焦光学系统时，在步骤3中所设定的阈值)以上(步骤S6)。

在此，在运动量为规定的阈值以上的情况下，控制部9使对比度AF部8从对比度评价值的计算对象区域中排除成为规定阈值以上的排除区域13(步骤S7)。

在进行了步骤S7的处理的情况下，对比度AF部8针对除去了排除区域13的计算对象区域取得对比度评价值，另一方面，在步骤S6中判断为运动量小于规定阈值的情况下，对比度AF部8针对所有的计算对象区域取得对比度评价值(步骤S8)。

然后，判定是否已经对焦，即，判定对焦位置是否位于对比度评价值的峰值位置(步骤S9)，在还没有对焦的情况下，转至步骤S4，驱动对焦镜头4进行如上所述的处理。

这样，在步骤S9中判定为已经对焦时，该对比度AF处理完成。

另外，上述内容中假设了钳子或处置器械等人工制品作为移动物体12，但是不限于此，例如，也可以将进行拍动或脉动的被检体部位作为移动物体12来处理。

此外，在上述内容中，说明了摄像装置适用于电子内窥镜系统的例子，但是不限于此，可以广泛适用于具有摄像功能的装置。

根据这样的实施方式1，由于从对比度AF部8的对比度评价值的计算对象区域中排除了运动量为规定阈值以上的排除区域13，因此即使移动物体12进入视野内，也不会产生由移动物体12引起的对焦偏离，能够对作为目标的被检体进行稳定的对焦。

此时，在将对比度评价值作为不依存于计算对象区域大小的评价值的情况下，能够良好地抑制由于存在排除区域13而引起的对焦位置检测精度的降低。

尤其是，在使用根据存在排除区域13的情况与不存在排除区域13的情况的对象区域的面积比求出的校正系数R来计算对比度评价值CEV的情况下，仅进行比较简单且低负荷的运算，就能够抑制对焦位置检测精度的降低。

此外，通过将用于运动量检测部7的检测的图像兼用作为了供对比度AF部8计算对比度评价值而取得的图像，能够降低拍摄所需的图像的帧数。

另外，虽然上述主要对摄像装置进行了说明，但是也可以是摄像装置的工作方法、用于使计算机执行摄像装置的工作方法的处理程序、通过记录该处理程序的计算机能够进行读取的非临时性的记录介质等。

另外，本发明不限于上述实施方式，能够在实施阶段在不改变本发明主旨的范围内对结构要素进行变形，使其具体化。此外，能够通过适当组合上述实施方式中公开的多个结构要素，形成各种发明形式。例如，可以从实施方式中所示的全部结构要素中删除几个结构要素。进而，可以适当组合不同实施方式中的结构要素。由此，可以在不改变本发明主旨的范围内进行各种变形以及应用。

本申请以2013年10月4日在日本申请的日本特愿2013-209386号为优先权主张的基础进行申请，上述公开内容被引用到本申请说明书，权利要求书、附图中。

Claims

1.一种摄像装置，其特征在于，该摄像装置具有：

物镜光学系统，其包含用于使对焦位置变化的对焦镜头，形成被检体的光学像；

摄像元件，其对所述光学像进行摄像并输出图像；

对比度AF部，其使所述对焦位置变化并使所述摄像元件取得多个图像，计算所取得的各图像的对比度评价值，以使得所述对比度评价值取得峰值的方式调整所述对焦位置；

运动量检测部，其根据通过所述摄像元件按照时间序列取得的多个图像，检测图像内的各区域中的被检体的运动量；以及，

控制部，其检测所述运动量为规定阈值以上的排除区域，并且控制所述对比度AF部，

并且所述对比度AF部针对从所述对比度评价值的计算对象区域中排除所述排除区域后的区域计算所述对比度评价值。

2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，

所述控制部计算整个所述计算对象区域的面积除以排除所述排除区域后的所述计算对象区域的面积而得到的校正系数，

所述对比度AF部针对排除所述排除区域后的所述计算对象区域计算对比度相加值，将所述对比度相加值与所述校正系数相乘，从而计算不依存于计算对象区域的大小的所述对比度评价值。

3.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，

用于所述运动量检测部的检测的图像是为了计算对比度评价值而取得的图像。

4.一种摄像装置的工作方法，其特征在于，该摄像装置的工作方法具有以下步骤：

包含用于使对焦位置变化的对焦镜头的物镜光学系统形成被检体的光学像；

摄像元件对所述光学像进行摄像并输出图像；

对比度AF部使所述对焦位置变化并使所述摄像元件取得多个图像，计算所取得的各图像的对比度评价值，以使得所述对比度评价值取得峰值的方式调整所述对焦位置；

运动量检测部根据通过所述摄像元件按照时间序列取得的多个图像，检测图像内的各区域中的被检体的运动量；

控制部检测所述运动量为规定阈值以上的排除区域，并且控制所述对比度AF部；以及

所述对比度AF部针对从所述对比度评价值的计算对象区域中排除所述排除区域后的区域计算所述对比度评价值。