JP2004205982A

JP2004205982A - 自動焦点調節装置

Info

Publication number: JP2004205982A
Application number: JP2002377548A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Wakashiro; 滋若代
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【目的】電子内視鏡使用中に自動焦点調節装置をオン／オフ操作するスイッチが不要であり、しかも不必要な自動焦点調節動作をせず、迅速な焦点調節が可能な自動焦点調節装置を提供する。
【構成】焦点調節用の可動レンズ系３ｂを含む撮像光学系３と、該撮像光学系３によって形成される光学像を電気的な映像信号に変換する撮像素子３ｃとを備え、前記撮像素子３ｃから出力される映像信号から輝度信号を分離し、前後の画面における前記輝度信号に基づいてオプティカルフローを算出し、前記オプティカルフローが放射しているときは、可動レンズ系３ｂを至近距離合焦方向に駆動し、前記オプティカルフローが集束しているときは、可動レンズ系３ｂを遠距離合焦方向に駆動するシステムコントローラ１１を備えた。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、特に電子内視鏡に適した自動焦点調節装置に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
近年、自動焦点調節装置を備えた電子内視鏡が開発されている。このような従来の自動焦点調節装置の焦点検出は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ型撮像素子により撮像した映像信号中、高周波成分に関する評価値が最大、例えば被写体像の輪郭部の高周波成分が最多になるときをピント位置（合焦位置）として焦点調節をしていた。電子内視鏡による診断中は内視鏡操作により焦点検出対象が頻繁に変わるので、自動焦点調節装置を常時起動していると、焦点調節光学系がハンチング状態になる、などの問題を生じていた。一方、焦点調節が必要なときにだけ自動焦点調節装置を起動する構成にするためには、別個自動焦点調節装置を起動するスイッチが必要であり、さらに起動、停止するためにはこのスイッチを操作しなければならなかった。
【０００３】
自動焦点調節装置を備えた電子内視鏡として、特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４等が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開2001-154085号公報
【特許文献２】
特開2000-5127号公報
【特許文献３】
特開2000-197604号公報
【特許文献４】
特開2000-342533号公報
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の電子内視鏡における自動焦点調節装置の問題に鑑みてなされたもので、電子内視鏡使用中に自動焦点調節装置をオン／オフ操作するスイッチが不要であり、しかも不必要な自動焦点調節動作をせず、迅速な焦点調節が可能な自動焦点調節装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
この目的を達成する本発明は、撮像光学系と、該撮像光学系によって形成される光学像を電気的な画像信号に変換する撮像手段と、焦点調節手段とを備え、前記撮像手段から出力される映像信号から輝度信号を分離し、時間的前後の画面における前記輝度信号に基づいてオプティカルフローを算出する演算手段と、前記オプティカルフローが放射しているときは、前記焦点調節手段を至近距離合焦方向に駆動し、前記オプティカルフローが集束しているときは、前記焦点調節手段を遠距離合焦方向に駆動する制御手段を備えたこと、に特徴を有する。
この構成によれば、オプティカルフローが放射しているときは被写体との間隔が狭まったときであり、この場合は前記焦点調節手段を至近距離合焦方向に駆動し、前記オプティカルフローが集束しているときは被写体のとの間隔が拡がったときであり、この場合は前記焦点調節手段を遠距離合焦方向に駆動するので、被写体が接近しているのか離反しているのかを確実に検知して対応する方向に焦点調節手段を駆動できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明を説明する。図１は、本発明の自動焦点調節装置を搭載した電子内視鏡装置の実施形態をブロックで示す図である。
【０００８】
電子内視鏡装置は、撮像光学系３で被写体の像を撮像素子３ｃの撮像面に形成して被写体の像を電気的な映像信号に変換する内視鏡１と、撮像素子３ｃによって変換された映像信号を処理するとともに装置全体を制御するためのプロセッサ２とを組合せて構成されている。
【０００９】
前記内視鏡１は、体腔内に挿入可能な可撓性の細長の挿入管１ａと、挿入管１ａの体外端部に設けられた操作部１ｂと、プロセッサ２に接続するためのケーブルコネクタ１ｃを備えていて、その挿入管１ａの体内挿入部先端部に撮像光学系３および撮像素子３ｃが組込まれている。
【００１０】
図２および図３に示すように、撮像光学系３は、先端側から順に、固定位置に設けた固定レンズ系３ａと、この固定レンズ系３ａに対して接離移動可能な可動レンズ系３ｂと、固定レンズ系３ａ及び前記可動レンズ系３ｂに対して相対移動可能であって、固定レンズ系３ａ及び可動レンズ系３ｂにより形成された光学像を電気信号に変換する撮像素子３ｃとを含んでいる。
この実施形態は、可動レンズ系３ｂの光軸に沿った移動および撮像素子３ｃの光軸に沿った移動により、焦点距離可変および焦点調節する構成である。この実施形態は、可動レンズ系３ｂおよび撮像素子３ｃの相対移動領域を二つの領域に分け、この二つの領域を、焦点距離を短焦点距離側領域と長焦点距離側領域の二つに分ける領域とし、さらに各領域内における相対接離移動により焦点調節する構成としてある。
【００１１】
ズーム機能を備えた撮像光学系３の一例を図２及び図３に基いて説明する。図２及び図３に示すように、内視鏡１の挿入管１ａ先端部内には筒状をなす固定レンズ枠３ｄが設置され、固定レンズ枠３ｄに撮像光学系３の固定レンズ系３ａを固定してある。また固定レンズ枠３ｄの内側に筒状をなすガイド枠３ｅを設け、ガイド枠３ｅには光軸（図２の左右方向）と平行に直線案内溝３ｆ、３ｇを設けている。
【００１２】
ガイド枠３ｅの内側には可動レンズ枠３ｈが光軸方向に移動可動に嵌め込まれており、可動レンズ枠３ｈのキー３ｉとガイド枠３ｅの直線案内溝３ｆ（図２において上部に位置）との嵌め合せにより可動レンズ枠３ｈを光軸の周りに回転させることなく光軸に沿って直線移動させる。またガイド枠３ｅの外側にはリング３ｊが嵌め込まれており、リング３ｊと可動レンズ枠３ｈとはガイド枠３ｅの直線案内溝３ｇ（図２において下部に位置）を貫通したネジ３ｋで締結されている。なお、後端部にバネ座３ｎを有し、撮像素子枠３ｐとガイド枠３ｅとの間に嵌合された筒状部材３ｌには、ネジ３ｋの光軸方向の移動きを許容する図示しないスリットが設けられている。
【００１３】
またリング３ｊの鍔部３ｍには連結部材４ａを介して図１のステッピングモータ４が連動されており、ステッピングモータ４により可動レンズ枠３ｈを光軸方向に直線移動させる。可動レンズ枠３ｈには可動レンズ系３ｂが固定レンズ系３ａに対峙して搭載され、可動レンズ枠３ｈが直線移動することにより固定レンズ系３ａと可動レンズ系３ｂとの相対距離が可変する。この実施例は、固定レンズ系３ａと可動レンズ系３ｂとの相対距離の変更により、焦点調節する構成である。
またリング３ｊとバネ座３ｎとの間には可動レンズ枠３ｈを可動レンズ系３ｂが固定レンズ系３ａに接近する方向に押すスプリング３ｏが設けられ、スプリング３ｏは、可動レンズ枠３ｈを常時固定レンズ系３ａ側に常時付勢していて、ステッピングモータ４による可動レンズ枠３ｈへの力が解除された際に可動レンズ枠３ｈを固定レンズ系３ａ側に押し戻して可動レンズ系３ｂを所定の初期位置に復帰させるように作用する（図３（ａ））。この初期位置が最遠合焦位置であり、パンフォーカス位置でもある。
【００１４】
またガイド枠３ｅの内側には撮像素子枠３ｐが嵌め込まれている。撮像素子枠３ｐには撮像素子３ｃが、可動レンズ系３ｂに対峙させて搭載されている。また撮像素子枠３ｐと可動レンズ枠３ｈとの間にはスプリング３ｒが設けられ、スプリング３ｒは、可動レンズ系３ｂを撮像素子３ｃから離反する方向に付勢して、可動レンズ系３ｂが撮像素子３ｃの受光面が接触するのを防止する。１９はＯリング形状のシール材である。
【００１５】
また撮像素子枠３ｐには、撮像素子３ｃを駆動制御して撮像光学系３により形成された光学像を電気的な電気信号に変換して出力させる撮像素子駆動回路３ｓ等の回路と、撮像素子３ｃからの電気信号を伝送する信号ケーブル３ｔ等が搭載される。信号ケーブル３ｔは、撮像素子３ｃからの電気的な映像信号を後述の初段映像信号処理回路６に伝送し、かつ初段映像信号処理回路６で信号処理された信号を撮像素子駆動回路３ｓ等に伝送する双方向性のものである。後述するタイミングコントローラ１０による時間制御の下に双方向性の信号伝送が制御される。
【００１６】
また挿入管１ａには送光光路５が撮像光学系３に隣接して設置されている。この送光光路５は光源部９から射出された照明光を挿入管１ａに導く導光路として作用し、挿入管１ａの先端端面に位置する送光レンズ５ａを通して被写体を照明する。なお、挿入管１ａは体腔内に挿入するものであるから細径である必要があり、送光光路５は光ファイバーを束ねた光ファイバー束として構成することが望ましい。
【００１７】
一方、図１に示すようにプロセッサ２には、初段映像信号処理回路６と、画像メモリ７と、後段映像信号処理回路８と、光源部９と、タイミングコントローラ１０と、システムコントローラ１１と、フロントパネルスイッチ１２と、電源部１３とが搭載されている。
【００１８】
初段映像信号処理回路６は、信号ケーブル３ｔを通して伝送される撮像素子３ｃからの電気信号を信号処理し、その映像信号を画像メモリ７に逐次記憶させる。また後段映像信号処理回路８は、画像メモリ７に蓄積された映像信号を逐次読み出して信号処理を行い、その映像信号をモニタ１４に出力する。モニタ１４は後段映像信号処理回路８から出力される映像信号を表示面に可視画像として表示する。
【００１９】
またシステムコントローラ１１はキーボード１１ａから入力される指令データ及び図示しないメモリに記憶されたプログラムに基いてプロセッサ２の全体的な動作を制御し、タイミングコントローラ１０はシステムコントローラ１１からの指令に基いてプロセッサ２の各ブロックの動作タイミングを制御する。またプロセッサ２は電源部１３から電力供給を受ける。
【００２０】
また光源部９は、信号ケーブル３ｔを通して伝送される撮像素子３ｃからの電気信号に基いて撮像画像の明るさを検出して調光制御信号を得て、その調光制御信号に基いて絞りの開閉度合を制御し、その開閉度が制御された絞りに光源からの光を通過させ、光量が調節された光を送光光路５に出力する。
【００２１】
自動焦点調節部１５は、合焦検知回路部を含み、合焦検知回路部が検知した合焦状態に基づいてステッピングモータ駆動回路２１を介してステッピングモータ４を駆動制御する。ステッピングモータ駆動回路２１は、ステッピングモータ４を駆動して可動レンズ系３ｂを撮像光学系３の可変焦点調節範囲内で移動させる。
【００２２】
自動焦点調節部１５の合焦検知回路部は、撮像素子３ｃが出力する映像信号に基いて評価値を検出する。図３（ａ）及び（ｃ）に示すように撮像光学系３による被写体撮像画像の焦点（ピント）がぼけていた場合には、自動焦点調節部１５は、ステッピングモータ駆動回路２１を介してステッピングモータ４を右回転或いは左回転させ、可動レンズ系３ｂを前後動させて合焦位置で止める。この可動レンズ系３ｂと固定レンズ系３ａおよび撮像素子３ｃの間の相対的な位置調節により、焦点調節が行われる。
【００２３】
自動焦点調節部１５は、撮像光学系３の焦点合せを、撮像素子３ｃが出力する信号の所定周波数成分を評価値として行うものであり、具体的には自動焦点調節部１５は、撮像光学系３の合焦度合に応じて撮像素子３ｃが出力する信号の高周波成分が増減することを利用し、図３に示すように前記高周波成分を評価値Ｓとして焦点位置の調節を行う。
【００２４】
自動焦点調節部１５は、撮像光学系３の合焦度合に応じて撮像素子３ｃが出力する信号の高周波成分が増減することを利用して合焦位置を検知する。高周波成分が最大の位置が評価値最大で、合焦位置である。
図３（ｂ）に示す合焦状態から被写体までの距離が変わると、図３（ａ）または図３（ｃ）と同様の状態になる。この場合、撮像素子３ｃが出力する信号の高周波成分の増減を検知しているだけでは、被写体が接近したのか離反したのか特定できない。
【００２５】
そこで本発明の実施形態では、撮像素子３ｃが出力する映像信号から複数の特徴点についてオプティカルフローを求め、オプティカルフローが放射しているのか集束しているのかそのいずれでも無いのか、その方向性を判定し、放射しているときは接近したと判定し、集束しているときは離反したと判定することにより焦点調節の方向を特定し、しかも放射または集束し、かつその量が所定値以上の場合のみ焦点調節処理をすることに特徴を有する。
【００２６】
次に、本発明の特徴である自動焦点調節装置の焦点検出に係る構成について説明する。本実施形態は、撮像光学系３を通常はパンフォーカス状態に維持しておいて撮像処理を継続しながら、撮影した画像に基づいて特徴点のオプティカルフローを測定し、特徴点のオプティカルフローが放射または集束する場合は、その量および方向に応じて自動焦点調節装置を作動させることに特徴を有する。この実施例のパンフォーカス状態は、最遠合焦状態であって、可動レンズ系３ｂが最も前進している。
【００２７】
図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）には、３個の特徴点ａ、ｂ、ｃについて（Ａ）、オプティカルフローが放射する場合（Ｂ）、集束する場合（Ｃ）、放射でも集束でも無い場合（移動する場合）（Ｄ）を示している。オプティカルフローが放射する場合は被写体に接近している場合であり、オプティカルフローが集束する場合は被写体から遠ざかっている場合である。本明細書において、オプティカルフローはベクトルとして扱う。
ここで、フロー大きさはベクトルの大きさの総和であって、フロー大きさが小さいときは、ファイバー先端部の動きが小さいので、じっくり観察したいときと判断する。本実施の形態ではこのような場合のみ、ゆっくり近付いているのか、遠ざかっているのか、どちらでもないのか判断し、どちらでもない場合は何もしない。
【００２８】
本発明におけるオプティカルフローの算出方法（推定方法）として、例えば勾配法、ブロックマッチング法が知られている。本実施形態では、勾配法を適用したものとする。
【００２９】
次に、本発明の特徴である自動焦点調節装置の焦点検出に係る構成について説明する。本実施形態は、撮像光学系３を通常はパンフォーカス状態に維持しておいて撮像処理を継続しながら、撮影した画像に基づいてオプティカルフローを測定し、特徴点のオプティカルフローが放射しているときは、至近距離合焦方向に焦点調節し、特徴点のオプティカルフローが集束しているときは、遠距離合焦方向に焦点調節し、特徴点のオプティカルフローが放射、集束していないか、放射または集束していてもその大きさが小さいときは、焦点調節しないことに特徴を有する。
本発明におけるオプティカルフローの算出方法（推定方法）として、例えば勾配法、ブロックマッチング法が知られている。本実施形態では、勾配法を適用したものとする。
【００３０】
この実施例における撮像光学系３および撮像素子３ｃのパンフォーカス状態は最遠合焦状態であって、撮像素子３ｃが最も前進している。また、オプティカルフローが放射する場合は、撮像光学系３と被写体との間隔が狭まった場合であり、オプティカルフローが集束する場合は撮像光学系３と被写体との間隔が拡がった場合である。
【００３１】
図５乃至図８は、この実施形態において、システムコントローラ１１によって制御される処理である。図５は、オプティカルフロー算出処理に関するメインフローチャートである。この処理は、自動焦点調節装置が起動されている間、繰り返し実行される。なお、本明細書および図面において、ステップは「Ｓ」と省略する。
【００３２】
このフローチャートに入ると、撮像素子３ｃから出力された映像信号から評価値を求め、評価値が最大になる位置に焦点調節する（Ｓ１０１）。これは、初期調節であり、動作開始時に１回だけ実行する。
次に、撮像素子３ｃが出力した１画面（１フレームまたは１フィールド）分の映像信号から輝度信号を抽出して画面中の特徴点を抽出する（Ｓ１０３）。特徴点は、例えば、その画素の左右、上下あるいは斜め方向においてコントラストが急激に変化する点、輪郭などから抽出する。
【００３３】
特徴点が得られたら、その特徴点についてオプティカルフローを算出する（Ｓ１０５）。このオプティカルフローは、２画面またはそれ以上の画面の映像信号から算出する。
プティカルフローを算出できなかった場合は、Ｓ１０３に戻ってＳ１０３からの処理を繰り返す（Ｓ１０７；Ｎ、Ｓ１０３）。オプティカルフローを算出できたときは、以下の処理を実行する（Ｓ１０７；Ｙ）。
【００３４】
まず、オプティカルフローの大きさＬを集計する（Ｓ１０９）。そして、そのオプティカルフローの大きさＬが所定の閾値未満のときは、Ｓ１０３に戻ってＳ１０３以降の処理を繰り返す（Ｓ１１１；Ｙ、Ｓ１０３）。
なお、オプティカルフローの大きさＬの集計は、その絶対値の和を求める処理である。オプティカルフローの大きさが閾値未満のときは、、被写体がほとんど移動していない状態と推測されるからである。
【００３５】
被写体フローの大きさが閾値以上のときは、オプティカルフローの方向を集計する（Ｓ１１１；Ｎ、Ｓ１１３）。オプティカルフローの方向の集計は、各オプティカルフローをベクトルとして中心に向かうベクトルと中心から出て行くベクトルの個数を数えるする処理である。
【００３６】
そして、オプティカルフローに方向性が無かった場合は、Ｓ１０３に戻ってＳ１０３以降の処理を繰り返す（Ｓ１１５；Ｎ、Ｓ１０３）。オプティカルフローに方向性が無かった場合とは、例えば被写体が光軸と直交するいずれかの方向に移動していた場合等である。オプティカルフローに方向性があった場合、つまり、放射していたとき、または集束していた場合は（Ｓ１１５；Ｙ）、図６のＳ１１７以降の焦点調節に進む。
Ｓ１１７では、オプティカルフローの方向性を判定する。
【００３７】
「オプティカルフローが放射」
オプティカルフローが放射していたと判定した場合、つまり被写体に接近していた場合（Ｓ１１７；放射）は、以下の処理を実行する
可動レンズ系３ｂが最至近点に位置しているかどうかを判定し（Ｓ１１９）、最至近点に位置していた場合はＳ１０３に戻る（Ｓ１１９；Ｙ、Ｓ１０３）。これ以上近距離合焦方向に可動レンズ系を移動できないからである。
【００３８】
可動レンズ系３ｂが最至近点に位置していない場合は、評価値を算出してから、可動レンズ系を１ステップ分至近側へ移動する（Ｓ１１９；Ｎ、Ｓ１２１、Ｓ１２３）。移動後評価値を算出し、評価値が増加したかどうかを判定する（Ｓ１２５、Ｓ１２７）。評価値が増加していた場合は、Ｓ１１９に戻ってＳ１１９以降の処理を繰り返す（Ｓ１２７；Ｙ、Ｓ１１９）。評価値が増加していた場合は、可動レンズ系を合焦位置方向に移動したことになるが、合焦位置かどうかは不明だからである。評価値が増加していなかった場合は、可動レンズ系３ｂを遠点合焦側に１ステップ移動させてＳ１０３に戻る（Ｓ１２７；Ｎ、Ｓ１２９、Ｓ１０３）。評価値が増加しなかったということは、合焦点は至近合焦側にある可能性が高いからである。
【００３９】
以上の処理により、オプティカルフローが放射しているときは、可動レンズ系３ｂを近距離合焦方向に移動し、迅速に合焦位置方向に移動することができる。
【００４０】
「オプティカルフローが集束」
オプティカルフローの方向性判定において、オプティカルフローが集束していた場合（Ｓ１１７；集束）は、以下の処理を実行する。
可動レンズ系３ｂが最遠点に位置しているかどうかを判定し（Ｓ１３１）、最遠点に位置していた場合はＳ１０３に戻る（Ｓ１３１；Ｙ、Ｓ１０３）。これ以上遠距離合焦方向に可動レンズ系を移動できないからである。
【００４１】
可動レンズ系３ｂが最遠点に位置していない場合は、評価値を算出してから、可動レンズ系を１ステップ分遠点側へ移動する（Ｓ１３１；Ｎ、Ｓ１３３、Ｓ１３５）。移動後評価値を算出し、評価値が増加したかどうかを判定する（Ｓ１３７、Ｓ１３９）。評価値が増加していた場合は、Ｓ１３１に戻ってＳ１３１以降の処理を繰り返す（Ｓ１３９；Ｙ、Ｓ１３１）。評価値が増加していた場合は、可動レンズ系を合焦位置方向に移動したことになるが、合焦位置かどうかは不明だからである。評価値が増加していなかった場合は、可動レンズ系を近距離合焦側に１ステップ移動させてからＳ１０３に戻る（Ｓ１３９；Ｎ、Ｓ１４１、Ｓ１０３）。評価値が増加しなかったということは、合焦点は遠点合焦側にある可能性が高いからである。以上の処理により、オプティカルフローが集束しているときは、可動レンズ系３ｂを遠距離合焦方向に移動し、迅速に合焦位置方向に移動することができる。
【００４２】
以上の処理を繰り返すことにより、撮像した映像からオプティカルフローを検出し、オプティカルフローが放射または集束し、しかもその値が所定値よりも大きい場合に焦点調節処理を実行するので、滑らかな焦点調節処理を実現し、自然で見やすい映像を供給できる。
【００４３】
次に、Ｓ１０９におけるオプティカルフロー大きさＬ集計処理の詳細について、図７を参照して説明する。
この処理に入ると、先ず、変数SUMに０をセット、つまり変数SUMをクリアし（Ｓ２０１）、変数Iに０をセット、つまり変数Iをクリアする。ここで、変数SUMは、オプティカルフローの大きさＬの和を表す変数であり、変数Iは繰り返し数を表す変数である。これらの変数SUMおよび変数Iをクリアすると、Ｓ２０５〜Ｓ２０９の処理を、変数Iがオプティカルフロー数Fcntになるまで繰り返す。Ｓ２０５では、変数Iがオプティカルフロー数Fcnt未満かどうかをチェックし、未満であれば、変数SUMにＩ番目のオプティカルフローFlow[I]の大きさを加算した和で、変数SUMを書き換える（Ｓ２０５；Ｙ、Ｓ２０７）。さらに、変数Iに１加算した合計で変数Iを書き換える（Ｓ２０９）。
なお、Flow[I]の[]は配列の添え字であって、ベクトルの和ではなく、ベクトルの大きさの和を意味する。
【００４４】
変数Iがオプティカルフロー数Fcnt未満でなくなったら、つまり、１画面分の全てのオプティカルフローを加算したらこのループを抜ける（Ｓ２０５；Ｎ、Ｓ２１１）。Ｓ２１１では、オプティカルフローの合計Ｌに、変数SUMをオプティカルフロー数Fcntで割った値を代入する。そうして、さらに合計Ｌに、式
Ｌ×（Scnt − Snum）/Scnt
により算出される値を代入してリターンする（Ｓ２１３、RETURN）。ここで、Scntは最遠状態から最至近状態まで可動レンズ系３ｂを動かすために必要な全ステップ数、Snumは最遠状態からの可動レンズ系３ｂの移動ステップ数である。上記式は、被写体までの距離が近いほど、被写体および内視鏡先端部の相対的な微小な動きでもオプティカルフローが大きくなるので、距離に関わりなくオプティカルフローの合計Ｌを同一の基準で評価可能にするための重みづけである。
【００４５】
Ｓ１１３のオプティカルフロー方向集計処理の詳細について、図８に示したフローチャートを参照して説明する。本実施形態のオプティカルフロー方向集計処理は、オプティカルフローをベクトルとし、ベクトルの方向を、各特徴点について、画像中心を原点とした座標系に変換して、中心に向かうベクトルと中心から出て行くベクトルの個数を数える処理である。
【００４６】
このフローチャートに入ると、まず、放射変数Crおよび集束変数Ccをクリアし（Ｓ３０１）、変数Iをクリアする（Ｓ３０３）。ここで、放射変数Crは、放射しているオプティカルフローの総数、集束変数Ccは集束しているオプティカルフローの総数である。そうして、変数Ｉがオプティカルフロー数Fcnt以上になるまで、つまりオプティカルフロー数FcntだけＳ３０５〜Ｓ３１５の処理を繰り返す。
【００４７】
Ｓ３０５では、変数Iがオプティカルフロー数Fcnt未満かどうかチェックし、未満であればＳ３０７に進み（Ｓ３０５；Ｙ、Ｓ３０７）、未満でなければＳ３１７に飛ぶ（Ｓ３０５；Ｎ、Ｓ３１７）。変数Iがオプティカルフロー数Fcnt未満のとき（Ｓ３０５；Ｙ）、つまり各オプティカルフローについて、ベクトルVpにオプティカルフロー始点の位置ベクトルを代入する（Ｓ３０７）。次に、オプティカルフローとベクトルVpの関係をチェックする（Ｓ３０９）。同一方向のときは、放射変数Crに１加算してＳ３１５に進み（Ｓ３０９；同一方向、Ｓ３１１、Ｓ３１５）、反対方向のときは集束変数Ccに１加算してＳ３１５に進み（Ｓ３０９；反対方向、Ｓ３１３、Ｓ３１５）、いずれでもない場合はそのままＳ３１５に進む（Ｓ３０９；ELSE、Ｓ３１５）。そして、Ｓ３１５において変数Iに１加算し、Ｓ３０５に戻る。
【００４８】
以上のＳ３０５〜Ｓ３１５の処理をオプティカルフロー数Fcnt繰り返すことにより、オプティカルフローが放射しているか、集束しているか、そのいずれでもないかが求まる。オプティカルフローが放射している場合は被写体に近づいている状態、集束している場合は被写体から遠ざかっている状態、そのいずれでも無い状態は、被写体が動いていない状態または光軸に対して略直交する方向に移動している場合である。
【００４９】
Ｓ３０５〜Ｓ３１５の処理をオプティカルフロー数Fcnt回だけ繰り返すと、Ｓ３１７に進む（Ｓ３０５；Ｎ、Ｓ３１７）。Ｓ３１７では、式
ｍ＝max(Cr/Fcnt, Cc/Fcnt)
を演算する。つまり、放射変数Crの平均値または集束変数Ccの平均値のいずれか大なる値を変数mに入れる。そして、変数mが所定の閾値よりも大きいかどうかをチェックする（Ｓ３１９）。変数mが閾値よりも大きくないとき、つまり被写体間の距離の変動が小さいときは、方向は無しに設定してリターンする（Ｓ３１９；Ｎ、Ｓ３２１、RETURN）。
【００５０】
変数mが閾値よりも大きければ、放射変数Crと集束変数Ccの大小関係を判定する（Ｓ３１９；Ｙ、Ｓ３２３）。放射変数Crの方が大きければ、方向は放射と設定してリターンする（Ｓ３２３；Ｙ、Ｓ３２５、RETURN）。集束変数Ccの方が大きくなければ、方向は集束と設定してリターンする（Ｓ３２３；Ｎ、Ｓ３２７、RETURN）。
【００５１】
以上のオプティカルフロー方向集計処理により、オプティカルフローの方向性が求まる。そして、Ｓ１２１において、このオプティカルフローの方向性に対応した方向に可動レンズ系３ｂを移動すべく、自動焦点調節部１５によりステッピングモータ駆動回路２１を介してステッピングモータ４を駆動させるとともに、評価値を求め、評価値が最大になる合焦位置でステッピングモータ４を停止させる。
【００５２】
以上の実施の形態では撮像光学系を短焦点距離としたが、ズームレンズにも適用できる。この場合、ズームインするとオプティカルフローが放射状態となり、ズームアウトするとオプティカルフローが集束状態となるので、ズーミングした場合は、この状態を加味して判定するか、ズーミング中、その前後のオプティカルフローは考慮しない構成とする。また、以上の実施形態は医療現場で用いる内視鏡装置を例にしたが、本発明の電子内視鏡装置は工業用の分野に用いられる同様の機能を有する装置にも同様に適用することができるものであり、医療用分野のものに限定されるものではない。
【００５３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り本発明は、電子内視鏡装置において、撮像した映像信号に基づいて複数の特徴点について集計したオプティカルフローが放射しているときは自動焦点調節装置を近距離側に起動し、集束している場合は遠距離側に起動するので、被写体との間隔の変化に対応した適切な方向に焦点調節ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自動焦点調節装置を搭載した電子内視鏡装置の実施形態をブロックで示す図である。
【図２】同電子内視鏡装置の挿入管の先端部における撮像素子と撮像光学系との関係を示す、挿入管の縦断面図である。
【図３】同撮像素子と撮像光学系との関係を示す図である。
【図４】オプティカルフローの様子を示す図である。
【図５】同自動焦点調節装置の焦点調節処理に関するメインフローチャートの前段を示す図である。
【図６】同自動焦点調節装置の焦点調節処理に関するメインフローチャートの後段を示す図である。
【図７】同自動焦点調節装置の焦点調節処理におけるオプティカルフローの大きさ集計処理に関するフローチャートを示す図である。
【図８】同自動焦点調節装置の焦点調節処理におけるオプティカルフローの方向集計処理に関するフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
１内視鏡
２プロセッサ
３撮像光学系
３ａ固定レンズ系
３ｂ可動レンズ系（フォーカシングレンズ）
４ステッピングモータ
７画像メモリ
１１システムコントローラ（演算手段）
１５自動焦点調節部
２１ステッピングモータ駆動回路

Claims

撮像光学系と、該撮像光学系によって形成される光学像を電気的な画像信号に変換する撮像手段と、焦点調節手段とを備え、
前記撮像手段から出力される映像信号から輝度信号を分離し、
時間的前後の画面における前記輝度信号に基づいてオプティカルフローを算出する演算手段と、
前記オプティカルフローが放射しているときは、前記焦点調節手段を至近距離合焦方向に駆動し、
前記オプティカルフローが集束しているときは、前記焦点調節手段を遠距離合焦方向に駆動する制御手段を備えたことを特徴とする自動焦点調節装置。
前記制御手段は、前記オプティカルフローが放射または集束していない場合で所定値よりも小さい場合は前記焦点調節手段を現状に保持する請求項１記載の自動焦点調節装置。
前記撮像光学系は、光軸に沿って移動して焦点調節する焦点調節光学系を備え、前記焦点調節手段は、該焦点調節光学系を移動させる駆動手段、および前記撮像手段から出力された映像信号に基づいて焦点状態を判定する焦点検出手段を備えている請求項１または２記載の自動焦点調節装置。