JP2004258360A - 自動焦点調節装置 - Google Patents

Abstract

【目的】ハレーションや影の影響を受けることなく、高精度に焦点調節可能な自動焦点調節装置を得る。
【構成】フォーカスレンズと；撮像手段の画素群から画像データ群を入力する画像取得手段と；この画像データ群のうち、特定の輝度範囲に含まれる画像データを用いてＡＦ評価値を算出する評価値算出手段と；ＡＦ評価値が最大となる位置に前記フォーカスレンズを移動させるレンズ駆動手段と；を備えた自動焦点調節装置。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、コントラスト焦点検出方式を用い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】
近年では、内視鏡の挿入部先端の位置に応じてフォーカスレンズの位置が自動調節されるオートフォーカス（ＡＦ）機能を備えた電子内視鏡が種々提案されている。このような電子内視鏡に備えられる自動焦点調節装置では、焦点検出方式としてコントラスト法が一般に用いられている。具体的には、電子内視鏡の撮像素子から出力された画像データの高周波成分（画像データの輝度情報）を用いて所定の演算を行ない、撮像素子上に結像された内視鏡画像のコントラスト状態を示す評価値を算出して、この評価値が最大となる位置にフォーカスレンズを移動させている（特許文献参照）。
【０００３】
しかしながら、上記従来のコントラスト法では、内視鏡画像に影やハレーションが生じていると、画像データのばらつきが大きくなることから、得られる評価値の精度が悪くなってしまうことが判明した。この影やハレーションは、特に粘膜などを観察対象とした場合に起こりやすく、電子内視鏡の照明光を光量調節（絞り調節制御）するだけでは防ぐことが難しかった。
【０００４】
【特許文献】
特開２００１−１５４０８５号公報
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、ハレーションや影の影響を受けることなく、高精度に焦点調節可能な自動焦点調節装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、フォーカスレンズと；撮像手段の画素群から画像データ群を入力する画像取得手段と；この画像データ群のうち、特定の輝度範囲に含まれる画像データを用いてＡＦ評価値を算出する評価値算出手段と；前記ＡＦ評価値が最大となる位置に前記フォーカスレンズを移動させるレンズ駆動手段と；を備えたことを特徴としている。
【０００７】
上記構成によれば、影やハレーションが生じていると考えられる低輝度側や高輝度側の画像データが除外され、特定の輝度範囲の画像データのみを用いてＡＦ評価値が算出されるので、観察対象に影やハレーションが生じている場合であっても正確なＡＦ評価値を得ることができ、このＡＦ評価値に基づく高精度な焦点調節動作を実現可能である。
【０００８】
低輝度側や高輝度側の画像データを除外し、特定の輝度範囲の画像データを抽出する際には、マスク画像を用いることができる。具体的には、画像データ群をグレースケール化して明度データ群を得るデータ変換手段と；この明度データが特定の輝度範囲に含まれる画素に対して、マスク画像を生成するマスク生成手段と；をさらに備え、入力した画像データ群のうち、マスク画像が生成されている画素の画像データのみを用いてＡＦ評価値を算出する。例えば、マスク画像の生成に使用されている各画素の画像データと、該画素に対して垂直方向及び水平方向に隣り合う画素の画像データとの差分をそれぞれ算出して積算し、この積算値をＡＦ評価値とすることが好ましい。本発明は、画角に応じてピント位置が一義的に決定されるバリフォーカスタイプにも適用可能である。バリフォーカスタイプでは、画角に応じて観察範囲及び観察対象が変動してしまうため、１画素当たりの評価値（正規化された評価値）を算出することが好ましい。すなわち、マスク画像の生成に使用されている各画素の画像データと該画素に対して垂直方向及び水平方向に隣り合う画素の画像データとの差分をそれぞれ算出して積算した後、さらに、この積算値を上記マスク画像の生成に使用された総画素数で除算して平均値を算出し、この平均値をＡＦ評価値とすることが好ましい。
【０００９】
マスク生成手段は、明度データを特定の輝度範囲と該範囲外とで二値化し、この二値化データによりマスク画像を生成することが好ましい。ＡＦ評価値算出に用いる画像データは、マスク画像の有無によって抽出される。
【００１０】
ところで、画像データは、明度データが特定の輝度範囲内であっても、ハレーションや影の影響を受けている場合がある。このような場合、上記二値化処理だけでは、ハレーションや影の影響を受けた画像データを排除することが難しい。そこで、明度データ群に輪郭強調処理を施して輪郭強調明度データ群を得る輪郭強調手段をさらに備え、輪郭強調明度データ群を特定の輝度範囲と該範囲外とで二値化し、この二値化データによりマスク画像を生成することが好ましい。輪郭強調明度データ群では、ハレーションや影の影響を受けている画素部分がより高輝度または低輝度に強調されているので特定の輝度範囲から外れやすくなり、二値化処理により該ハレーションや影の影響を受けている画素の画像データを排除することができる。特にハレーションの影響を受けた画像データを正確に排除することができる。これにより、ハレーションや影の影響が少ない画像データを用いてＡＦ評価値を正確に算出することでき、得られたＡＦ評価値を用いて高精度な焦点調節動作が可能である。
【００１１】
また、明度データ群を平滑化して平滑化明度データ群を得る平滑化手段をさらに備えることも可能である。この平滑化手段によれば、明度データ群に含まれたノイズを除去することができ、より高精度に輪郭強調処理を実行可能である。
【００１２】
マスク画像を生成する際、より好ましくは二値化データに収縮処理を施す。
【００１３】
上記自動焦点調節装置には、さらに、前記明度データ群の分散値を算出するばらつき算出手段を備え、算出された分散値が所定の閾値以上であるとき、入力した画像データ群から特定の輝度範囲に含まれる画像データのみを抽出してＡＦ評価値を算出し、分散値が所定の閾値未満であるとき、入力した画像データ群をすべて用いてＡＦ評価値を算出することが好ましい。明度データ群の分散値が小さければ、影やハレーション等が生じていないと考えられるので、入力した画像データ群を全て用いても正確なＡＦ評価値を算出することができる。
【００１４】
上記マスク画像を用いてＡＦ評価値算出に用いる画像データを抽出する場合には、マスク画像を生成した後に、画像データを入力してからＡＦ評価値を算出し、該評価値に基づいてフォーカスレンズを移動させるまでの動作を繰り返し実行して最大ＡＦ評価値を検出し、この最大ＡＦ評価値が得られるレンズ位置にフォーカスレンズを移動させる。
【００１５】
画像取得手段の入力する画像データ群は、ＲＧＢ画像データ群であっても補色画像データ群であってもよい。ただし、補色画像データ群である場合には、ＲＧＢ画像データに変換してＡＦ評価値を算出する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施形態による自動焦点調節装置を備えた医療用内視鏡装置の主要構成を示すブロック図である。内視鏡装置１００は、患者の体腔内を撮像する電子内視鏡１０、電子内視鏡１０の撮像画像を加工するプロセッサ３０及びプロセッサ３０から出力された映像信号を表示するＴＶモニタ６０によって構成されている。
【００１７】
電子内視鏡１０は、患者の体腔内に挿入する柔軟な挿入部１１と、この電子内視鏡１０の操作者が把持する把持操作部１２と、把持操作部１２の側部に延設されたユニバーサルチューブ１３と、このユニバーサルチューブ１３の先端に設けたコネクタ部１４とを有し、コネクタ部１４を介してプロセッサ３０に着脱可能である。
【００１８】
挿入部１１の先端１１ａには、図２に示すように、対物レンズ１５、一対の照明レンズ１６、送気送水ノズル１７、処置具挿通チャンネル出口部１８ａが配置されている。対物レンズ１５の後方には、該対物レンズ１５の光軸方向に沿って可動可能なフォーカスレンズＬ及びＣＣＤ２０が配置されている。フォーカスレンズＬは、コネクタ部１４に設けたＡＦモータ１９からの駆動力を受けて移動する。本実施形態では、無限遠端から至近端までの可動領域に複数のステップ位置を設け、このステップ位置単位でフォーカスレンズＬを移動させる。対物レンズ１５及びフォーカスレンズＬによって結像された像は、ＣＣＤ（撮像素子）２０で撮像され、プロセッサ３０を介してＴＶモニタ６０上で観察することができる。照明レンズ１６には、ユニバーサルチューブ１３から把持操作部１２及び挿入部１１内を通るライトガイドＬＧ１を介して、プロセッサ３０に備えられたランプ光源３３からの照明光が与えられる。把持操作部１２には、ＡＦ動作を開始させるＡＦ開始スイッチＳＷＡＦを含む種々の操作スイッチが設けられていて、把持操作部１２と挿入部１１の間に位置する連結部には、処置具挿通チャンネル出口部１８ａに通じる処置具挿通口１８が設けられている。
【００１９】
プロセッサ３０には、ＣＣＤ２０及びＣＣＤプロセス回路２２に同期信号を出力し、この同期信号に基づいてＣＣＤ２０を走査させるＣＣＤ駆動回路２１が備えられている。ＣＣＤ２０は、いわゆる原色ＣＣＤであり、ＲＧＢ画像信号を出力する。ＣＣＤプロセス回路２２は、ＣＣＤ駆動回路２１から入力された同期信号に同期して、ＣＣＤ２０のＲＧＢ画像信号を読み込み、該読み込んだ信号を前処理（信号増幅処理やノイズ除去処理など）する回路である。このＣＣＤプロセス回路２２から出力された信号は、Ａ／Ｄ変換回路２３にてデジタル信号に変換され、画素単位のＲＧＢ画像データ群（ＲＧＢ画像データ配列）ｉ［ｘ］［ｙ］（ｘ、ｙ；自然数）となる。このＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］は、γ補正回路２４にてγ特性が補正され、映像信号処理回路２５にてホワイトバランス等の各種画像処理が施された後、Ｄ／Ａ変換回路２６にてアナログ信号に変換されてＴＶモニタ６０へ出力される。またＡ／Ｄ変換回路２３から出力されたＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］は、マイコン２７にも入力される。
【００２０】
マイコン２７は、入力したＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］を用いて所定の演算を行ない、観察対象のコントラスト状態を示すＡＦ評価値を算出する。このＡＦ評価値はモータ制御回路３１へ出力される。モータ制御回路３１は、マイコン２７から入力したＡＦ評価値に基づき、電子内視鏡１０内に備えられたＡＦモータ１９の駆動量を算出し、この算出した駆動量分だけ、モータ駆動回路３２を介してＡＦモータ１９を駆動させてフォーカスレンズＬを移動させる。以上のＲＧＢ画像データ入力及びＡＦ評価値算出は、フォーカスレンズＬを移動させながらフォーカスレンズＬの各ステップ位置で実行される。そして、フォーカスレンズＬは最終的に、ＡＦ評価値が最大となるステップ位置（ピント位置）へ移動される。本実施形態では、モータ制御回路３１、モータ駆動回路３２及びＡＦモータ１９によってレンズ駆動手段が構成されている。またマイコン２７には、各種動作に必要な情報をメモリしておく外部メモリ２８が接続されている。
【００２１】
プロセッサ３０には、さらに、ランプ光源３３が備えられている。ランプ光源３３から射出された照明光は、不図示の絞りによって最適光量に調整された後、集光レンズ３４及びライトガイドＬＧ２を介して照明レンズ１６に供給される。
【００２２】
上記全体構成を有する内視鏡装置１００において、マイコン２７は、入力したＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］のうち、ＡＦ評価値算出に用いるＲＧＢ画像データを画素単位で選択している。別言すれば、影が生じていると考えられる低輝度側のＲＧＢ画像データ又は／及びハレーションが生じていると考えられる高輝度側のＲＧＢ画像データを除外し、特定の輝度範囲のＲＧＢ画像データのみを用いてＡＦ評価値を算出する。
【００２３】
具体的にマイコン２７は、先ず、入力したＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］をグレースケール化により明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］に変換する。次に、この明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］を、特定の輝度範囲（α≦Ｉ≦β）が“１”、特定の輝度範囲よりも低輝度側（Ｉ＜α）及び高輝度側（Ｉ＞β）が“０”となるように二値化してマスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］を生成する。ここで、αは、低輝度側（影の部分）の閾値を表す最低輝度値以上（例えば、α≧０）の値であり、βは、高輝度側（ハレーションの部分）の閾値を表す最高輝度値以下（例えば、β≦２５５）の値である。そして、新たなＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］を入力し、マスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］が生成されている画素（Ｍ［ｘ］［ｙ］＝１である画素）のＲＧＢ画像データを用いてＡＦ評価値を算出する。このように特定の輝度範囲のＲＧＢ画像データのみを用いれば、ＲＧＢ画像データのばらつきが抑えられ、観察対象に影やハレーションが生じてしまっている場合にもＡＦ評価値を高精度に算出することが可能となる。
【００２４】
次に、図３〜図５を参照し、内視鏡装置１００のＡＦ動作をより詳細に説明する。図３は、内視鏡装置１００のＡＦ動作に関するフローチャートである。このＡＦ動作は、ＡＦ開始スイッチＳＷＡＦがオン操作されたときに開始され、マイコン２７により制御される。
【００２５】
ＡＦ動作に入ると先ず、Ａ／Ｄ変換回路２３からＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］を入力し（Ｓ１）、入力したＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］を明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］に変換する（Ｓ３）。ＲＧＢ画像データから明度データの変換には、例えばグレースケール処理を用いることができる。
【００２６】
次に、明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］を用いてマスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］を生成する（Ｓ５）。マスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］は、ＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］に画素単位で対応していて、その明度データが特定の輝度範囲（α≦Ｉ≦β）内である画素部分に生成されている。このマスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］は、ＡＦ評価値を演算する際に、どのＲＧＢ画像データを使用するかを画素単位で識別するためのものであり、ＡＦ動作開始時に生成された後は外部メモリ２８内にメモリされる。
【００２７】
マスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］を生成したら、最大ＡＦ評価値を示す変数Ｃｍａｘに０をセットし（Ｓ７）、モータ制御回路３１及びモータ駆動回路３２を介してＡＦモータ１９を駆動させ、フォーカスレンズＬを無限遠端に移動させる（Ｓ９）。
【００２８】
そして、フォーカスレンズＬが至近端に達するまでＳ１１〜Ｓ２１の処理を繰り返し、最大ＡＦ評価値を検出する。すなわち、先ず、Ｓ１１ではフォーカスレンズＬが至近端に達しているか否かをチェックする。フォーカスレンズＬの位置は、例えば、ＡＦモータ１９の駆動量を換算して検出するか、あるいはフォーカスレンズＬに位置検出手段（位置検出センサやコード板等）を設けて該位置検出手段からの出力信号に基づいて検出する。
【００２９】
フォーカスレンズＬが至近端に達していなければ（Ｓ１１；Ｎ）、Ａ／Ｄ変換回路２３から再度、新たなＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］を入力して（Ｓ１３）、ＡＦ評価値を算出する（Ｓ１５）。Ｓ１５のＡＦ評価値算出処理では、入力した全ＲＧＢ画像データの中から、Ｓ５でマスク画像が生成された画素のＲＧＢ画像データのみを抽出し、該抽出したＲＧＢ画像データからＡＦ評価値を算出する。この算出したＡＦ評価値と該ＡＦ評価値を得たレンズ位置は、マイコン２７内にメモリされる。
【００３０】
続いて、Ｓ１５で算出したＡＦ評価値が変数Ｃｍａｘよりも大きいか否かをチェックし（Ｓ１７）、変数Ｃｍａｘよりも大きい場合は（Ｓ１７；Ｙ）、該変数ＣｍａｘにＳ１５で算出したＡＦ評価値を上書メモリして（Ｓ１９）、フォーカスレンズＬを至近側へ１ステップ移動させ（Ｓ２１）、Ｓ１１へ戻る。一方、Ｓ１５で算出したＡＦ評価値が変数Ｃｍａｘよりも大きくなかった場合は（Ｓ１７；Ｎ）、変数Ｃｍａｘを変更せずに、フォーカスレンズＬを至近側へ１ステップ移動させ（Ｓ２１）、Ｓ１１へ戻る。
【００３１】
上記Ｓ１１〜Ｓ２１の処理は、フォーカスレンズＬが至近端に達するまで（至近端に達してそれ以上至近側に移動できなくなるまで）繰り返し実行される。つまり、フォーカスレンズＬの全ステップ位置（無限遠端及び至近端を含む）においてそれぞれＡＦ評価値が算出され、該ＡＦ評価値と変数Ｃｍａｘとが比較されて変数Ｃｍａｘはより大きい値に更新され、最終的に変数Ｃｍａｘにメモリされている値が最大ＡＦ評価値となる。そして、フォーカスレンズＬが至近端に達していた場合は（Ｓ１１；Ｙ）、モータ制御回路３１及びモータ駆動回路３２を介してＡＦモータ１９を駆動させ、変数ＣｍａｘにメモリされていたＡＦ評価値が得られるレンズ位置にフォーカスレンズＬを移動させる（Ｓ２３）。
【００３２】
図４を参照し、図３のＳ５で実行されるマスク画像生成処理について、より詳細に説明する。このマスク画像生成処理では、先ず、図３のＳ３で得られた明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］の分散値を算出する（Ｓ３１）。次に、算出した分散値が所定の閾値Ａよりも大きいか否かをチェックする（Ｓ３３）。この閾値Ａは、要求されるＡＦ評価値の算出精度に応じて適宜設定可能である。
【００３３】
そして、明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］の分散値が上記閾値Ａよりも大きかった場合は（Ｓ３３；Ｙ）、特定の輝度範囲（α≦Ｉ≦β）を指定する２つの異なる閾値α、βを用いて明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］を各画素毎に二値化する（Ｓ３５）。具体的にＳ３５の二値化処理では、特定の輝度範囲（α≦Ｉ≦β）に含まれる明度データを１にし、この特定の輝度範囲よりも低輝度側（Ｉ＜α）及び高輝度側（Ｉ＞β）の明度データを０にする。本実施形態では、検出可能な輝度範囲を０〜２５５階調に変換し、例えば、低輝度側の閾値αを５０、高輝度側の閾値βを２００に設定する。上記二値化処理を行なったら、該二値化処理で得た二値化データが１となる画素に対して収縮処理を施す（Ｓ３７）。このＳ３５及びＳ３７により、特定の輝度範囲内の画素部分にマスク画像が生成される。
【００３４】
一方、明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］の分散値が閾値Ａよりも大きくなかった場合は（Ｓ３３；Ｎ）、全明度データを１に設定する（Ｓ３９）。このＳ３９により、全ての画素部分にマスク画像が生成される。
【００３５】
Ｓ３７またはＳ３９によりマスク画像が生成されたら、このマスク画像生成処理を抜け、図３のＳ７に進む。
【００３６】
図５を参照し、図３のＳ１５で実行される評価値算出処理について、より詳細に説明する。この処理に入ると、先ず、ＡＦ評価値を格納する変数Ｃに０をセットし（Ｓ４１）、ＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］の行（垂直方向位置）を指定する変数ｙ（１≦ｙ≦ＩＨ−２）に１をセットする（Ｓ４３）。次に、変数ｙが（ＩＨ−１）未満か否かをチェックする（Ｓ４５）。
【００３７】
変数ｙが（ＩＨ−１）未満であったときは（Ｓ４５；Ｙ）、ＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］の列（水平方向位置）を指定する変数ｘ（１≦ｘ≦ＩＷ−２）に１をセットする（Ｓ４７）。続いて、変数ｘが（ＩＷ−１）未満であるか否かをチェックし（Ｓ４９）、変数ｘが（ＩＷ−１）未満であれば、変数ｘ及び変数ｙにより指定される画素のマスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］が１であるか否かをチェックする（Ｓ４９；Ｙ、Ｓ５１）。上述したようにマスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］には、同一画素の明度データＩ［ｘ］［ｙ］が特定の輝度範囲内であったとき、あるいは明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］の分散値が閾値Ａ未満であったときに、１が設定されている。
【００３８】
マスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］が１であれば（Ｓ５１；Ｙ）、Ｓ１３で入力したＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］において、変数ｘ及び変数ｙで指定される画素と隣り合う画素とのＲＧＢ画像データ差分｜Δｘ｜、｜Δｙ｜を変数Ｃに積算し、この積算値を変数Ｃに上書メモリしてＳ５５へ進む（Ｓ５３）。ここで、｜Δｘ｜は水平方向（ｘ座標方向）に隣り合う画素のＲＧＢ画像データ差分（｜Δｘ｜＝｜Ｉ［ｘ＋１］［ｙ］−Ｉ［ｘ−１］［ｙ］｜）であり、｜Δｙ｜は垂直方向（ｙ座標方向）に隣り合う画素のＲＧＢ画像データ差分（｜Δｙ｜＝｜Ｉ［ｘ］［ｙ＋１］−Ｉ［ｘ］［ｙ−１］｜）である。一方、マスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］が１でなければ、Ｓ５３をスキップしてＳ５５へ進む（Ｓ５１；Ｎ）。このようにＳ５１ではマスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］が１となる画素のＲＧＢ画像データが抽出され、抽出されたＲＧＢ画像データのみがＳ５３にて評価値算出に用いられる。別言すれば、マスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］が１ではない画素のＲＧＢ画像データは除外され、Ｓ５３の評価値算出には用いられない。
【００３９】
Ｓ５５では、変数ｘに１加算して上書メモリし、Ｓ４９へ戻る。そしてＳ４９に戻ったら、変数ｘが（ＩＷ−１）になるまで該Ｓ４９からＳ５５までの処理を繰り返す。このＳ４９〜Ｓ５５を１回実行することにより、ＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］の１行分（ｉ［１］［ｙ］〜ｉ［ＩＷ−２］［ｙ］）に対して評価値算出が行われる。
【００４０】
そして、変数ｘが（ＩＷ−１）未満でなくなったら（Ｓ４９；Ｎ）、すなわちＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］の１行分の評価値算出が終了したら、変数ｙに１加算して上書メモリし、Ｓ４５へ戻る（Ｓ５７）。Ｓ４５へ戻ったら、変数ｙが（ＩＨ−１）になるまで、該Ｓ４５からＳ５７までの処理を繰り返し実行する。このＳ４５〜５７の繰り返しにより、ＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］の全画素分（ｉ［１］［１］〜ｉ［ＩＷ−２］［ＩＨ−２］）に対して評価値算出が行われ、フォーカスレンズＬの現在位置におけるＡＦ評価値が変数Ｃにメモリされる。そして変数ｙが（ＩＨ−１）未満でなくなったら（Ｓ４５；Ｎ）、この処理から抜けて図３のＳ１７へ進む。
【００４１】
以上のように本実施形態では、入力したＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］のうち、影やハレーションが生じていると考えられる低輝度側や高輝度側のＲＧＢ画像データを除外し、特定の輝度範囲のＲＧＢ画像データのみを用いてＡＦ評価値を算出する。このように特定の輝度範囲のＲＧＢ画像データのみを用いれば、ＲＧＢ画像データのばらつきが抑えられ、観察対象に影やハレーションが生じてしまっている場合にもＡＦ評価値を高精度に算出することが可能となる。これにより、より高精度なＡＦ動作を実現可能である。
【００４２】
本実施形態では、ＲＧＢ画像データ差分からＡＦ評価値を算出しているが、ＲＧＢ画像データ差分の替わりに、グレースレール画像におけるデータ差分または単色画像（Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれか）におけるデータ差分を用いてもよい。
【００４３】
本実施形態では、ＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］の明度データＩ［ｘ］［ｙ］を二値化してマスク画像を生成し、このマスク画像に基づきＲＧＢ画像データを選別しているので、ＡＦ評価値算出に用いるＲＧＢ画像データの抽出処理が容易になる。生成したマスク画像は外部メモリ２８にて保持されるが、マイコン２７内のメモリに保持してもよい。また、マスク画像を用いずに、特定の輝度範囲のＲＧＢ画像データを個々に抽出してメモリしておく態様でもよいのは勿論である。
【００４４】
また本実施形態では、マスク画像を生成する際に、明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］の分散値が閾値Ａ以下であれば、観察対象に影やハレーションなどが生じていないと考えられるので、全画素に対してマスク画像を生成している。この態様によれば、明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］の二値化処理（Ｓ３５）や収縮処理（Ｓ３７）を行なわずに済み、処理を簡略化することができる。勿論、明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］の分散値に拘わらず、明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］を二値化及び収縮処理してマスク画像を生成してもよい。
【００４５】
次に、本発明の第２実施形態による自動焦点調節装置を備えた医療用内視鏡装置について説明する。第２実施形態は、マスク画像生成処理（図６）において、明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］を二値化する前に、平滑化処理及び輪郭強調処理を行なう点が第１実施形態とは異なる。この第２実施形態による内視鏡装置の構成及びＡＦ動作は、上述した第１実施形態（図１〜図５）と同一である。
【００４６】
図６は、第２実施形態によるマスク画像生成処理に関するフローチャートである。このマスク画像生成処理では、先ず、図３のＳ３で得られた明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］の分散値を算出する（Ｓ６１）。次に、算出した分散値が所定の閾値Ａよりも大きいか否かをチェックする（Ｓ６３）。この閾値Ａは、要求されるＡＦ評価値の算出精度に応じて適宜設定可能である。
【００４７】
そして、明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］の分散値が上記閾値Ａよりも大きかった場合は（Ｓ６３；Ｙ）、明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］に平滑化処理を実行する（Ｓ６５）。平滑化処理では、画素［ｘ］［ｙ］と該画素［ｘ］［ｙ］に対して水平方向、垂直方向及び斜方向で隣り合う画素の合計９画素分の明度データＩの平均値を算出し、該平均値を平滑化明度データＩ’［ｘ］［ｙ］として得る。この平滑化により、明度データＩ［ｘ］［ｙ］に含まれていたノイズ成分は除去される。平滑化明度データＩ’［ｘ］［ｙ］は、式；Ｉ’［ｘ］［ｙ］＝（Ｉ［ｘ−１］［ｙ−１］＋Ｉ［ｘ］［ｙ−１］＋Ｉ［ｘ＋１］［ｙ−１］＋Ｉ［ｘ−１］［ｙ］＋Ｉ［ｘ］［ｙ］＋Ｉ［ｘ＋１］［ｙ］＋Ｉ［ｘ−１］［ｙ＋１］＋Ｉ［ｘ］［ｙ＋１］＋Ｉ［ｘ＋１］［ｙ＋１］）／９により算出される。
【００４８】
続いて、平滑化明度データＩ’［ｘ］［ｙ］に輪郭強調処理を実行する（Ｓ６７）。輪郭強調処理では、画素［ｘ］［ｙ］と該画素［ｘ］［ｙ］に対して水平方向、垂直方向及び斜方向で隣り合う画素との合計９画素分の明度データＩを用いて、輪郭強調明度データＩ’’［ｘ］［ｙ］を得る。輪郭強調データＩ’’［ｘ］［ｙ］は、式；Ｉ’’［ｘ］［ｙ］＝９Ｉ［ｘ］［ｙ］−（Ｉ［ｘ−１］［ｙ−１］＋Ｉ［ｘ］［ｙ−１］＋Ｉ［ｘ＋１］［ｙ−１］＋Ｉ［ｘ−１］［ｙ］＋Ｉ［ｘ＋１］［ｙ］＋Ｉ［ｘ−１］［ｙ＋１］＋Ｉ［ｘ］［ｙ＋１］＋Ｉ［ｘ＋１］［ｙ＋１］）により算出される。この輪郭強調によれば、画像内の輪郭が明瞭となり、ハレーションが生じている画素の輪郭強調明度データはより高輝度に、影が生じている画素の輪郭強調明度データはより低輝度となる。
【００４９】
続いて、特定の輝度範囲（α≦Ｉ≦β）を指定する２つの異なる閾値α、βを用いて輪郭強調明度データ群Ｉ’’［ｘ］［ｙ］を各画素毎に二値化し、マスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］を得る（Ｓ６９）。具体的にＳ３５の二値化処理では、特定の輝度範囲（α≦Ｉ≦β）に含まれる輪郭強調明度データを１にし、この特定の輝度範囲よりも低輝度側（Ｉ＜α）及び高輝度側（Ｉ＞β）の輪郭強調明度データを０にする。本実施形態では、検出可能な輝度範囲を０〜２５５階調に変換し、例えば、低輝度側の閾値αを５０、高輝度側の閾値βを２００に設定する。このＳ６９により、特定の輝度範囲内の画素部分にマスク画像が生成される。
【００５０】
二値化処理を行なったら、該二値化処理で得たマスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］に対して収縮処理を施す（Ｓ７１）。収縮処理では、先ず、画素［ｘ］［ｙ］に対して水平方向、垂直方向及び斜方向に隣り合う画素（合計８画素分）のマスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］をすべて掛け合わせ、その乗算値を変数ｎｕｍにメモリする。変数ｎｕｍには、画素［ｘ］［ｙ］に隣り合う画素のマスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］がすべて１であれば１がメモリされ、画素［ｘ］［ｙ］に隣り合う画素のマスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］が１つでも０であれば０がメモリされる。次に、変数ｎｕｍが０であるか否か及びＭ［ｘ］［ｙ］＝１であるか否かをチェックする。そして、変数ｎｕｍが０であってＭ［ｘ］［ｙ］＝１であった場合に、マスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］に１１をメモリする。ここまでの処理を各画素に対して実行し、全画素分終了したら、マスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］＝１１である画素に対してマスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］＝０に置換する。
【００５１】
一方、明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］の分散値が閾値Ａよりも大きくなかった場合は（Ｓ６３；Ｎ）、全明度データを１に設定する（Ｓ７３）。このＳ７３によれば、全ての画素部分にマスク画像が生成される。Ｓ６９及びＳ７１またはＳ７３によりマスク画像が生成されたら、このマスク画像生成処理を抜けて図３のＳ７に進む。
【００５２】
以上の第２実施形態では、画像内の輪郭を明瞭にした輪郭強調明度データ群Ｉ’’［ｘ］［ｙ］を二値化してマスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］を生成している。この輪郭強調明度データ群Ｉ’’［ｘ］［ｙ］は、ハレーションの影響を受けている画素でより高輝度に、影の影響を受けている画素でより低輝度に強調されるので、該ハレーションや影の影響を受けている画素の輪郭強調明度データＩ’’が特定の輝度範囲から外れやすくなる。別言すれば、輪郭強調処理及び二値化処理により、影やハレーションが生じていると考えられる低輝度側や高輝度側の画像データだけでなく、明度データＩが特定の輝度範囲内にあっても影やハレーションの影響を受けている画素の画像データを除外することができる。これにより、ハレーションや影の影響が少ない画像データを用いてＡＦ評価値を正確に算出することができ、このＡＦ評価値に基づく高精度なＡＦ動作を実現可能である。
【００５３】
また第２実施形態では、輪郭強調処理の前に平滑化処理を実行している。この平滑化処理によれば、明度データ群Ｉからノイズを除去することができ、高精度な輪郭強調処理を実現可能である。この平滑化処理は省略し、明度データ群Ｉに対して直接輪郭強調処理を実行してもよい。
【００５４】
上記第１及び第２実施形態は、ズーミング機能を有さない内視鏡装置（図１〜図６）に本自動焦点調節装置を適用してあるが、本自動焦点調節装置は、画角に応じてピント位置を変化させる拡大内視鏡装置（バリフォーカスタイプ）にも適用可能である。バリフォーカスタイプでは、画角に応じて観察範囲（観察対象）が変化することから、１画素当たりのＡＦ評価値に基づいてＡＦ動作することが好ましい。
【００５５】
図７は、バリフォーカスタイプの自動焦点調節装置（本発明の第３実施形態）のＡＦ評価値算出処理に関するフローチャートである。この処理に入ると先ず、ＡＦ評価値を格納する変数Ｃに０をセットし、マスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］＝１である画素数をカウントする変数ｐｉｘｎｕｍに０をセットする（Ｓ８１）。次に、ＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］の行（垂直方向位置）を指定する変数ｙ（１≦ｙ≦ＩＨ−２）に１をセットし（Ｓ８３）、ＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］の列（水平方向位置）を指定する変数ｘ（１≦ｘ≦ＩＷ−２）に１をセットする（Ｓ８５）。
【００５６】
そして、変数ｘ及び変数ｙにより指定される画素のマスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］が１であるか否かをチェックする（Ｓ８７）。マスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］には、同一画素の明度データＩ［ｘ］［ｙ］（又は輪郭強調明度データＩ’’［ｘ］［ｙ］）が特定の輝度範囲内であったとき、あるいは明度データ群Ｉ［ｘ］［ｙ］の分散値が閾値Ａ未満であったときに、１が設定されている。マスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］が１であれば（Ｓ８７；Ｙ）、画素［ｘ］［ｙ］と該画素［ｘ］［ｙ］に対して水平方向及び垂直方向に隣り合う画素とのＲＧＢ画像データ差分｜Δｘ｜、｜Δｙ｜を変数Ｃに積算し、この積算値を変数Ｃに上書メモリし（Ｓ８９）、変数ｐｉｘｎｕｍに１加算する（Ｓ９１）。ここで、｜Δｘ｜は水平方向に隣り合う画素のＲＧＢ画像データ差分（｜Δｘ｜＝｜Ｉ［ｘ＋１］［ｙ］−Ｉ［ｘ−１］［ｙ］｜）であり、｜Δｙ｜は垂直方向に隣り合う画素のＲＧＢ画像データ差分（｜Δｙ｜＝｜Ｉ［ｘ］［ｙ＋１］−Ｉ［ｘ］［ｙ−１］｜）である。一方、マスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］が１でなければ、Ｓ８９及びＳ９１をスキップする（Ｓ８７；Ｙ）。
【００５７】
続いて、変数ｘに１加算し（Ｓ９３）、変数ｘが（ＩＷ−１）未満か否かをチェックする（Ｓ９５）。変数ｘが（ＩＷ−１）未満であれば（Ｓ９５；Ｙ）、Ｓ８７へ戻り、Ｓ８７〜Ｓ９５の処理を繰り返し実行する。Ｓ８７〜Ｓ９５を１回実行することにより、ＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］の１行分（ｉ［１］［ｙ］〜ｉ［ＩＷ−２］［ｙ］）に対して評価値算出が行われる。
【００５８】
そして、変数ｘが（ＩＷ−１）未満でなくなったら（Ｓ９５；Ｎ）、すなわちＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］の１行分の評価値算出が終了したら、変数ｙに１加算して（Ｓ９７）、変数ｙが（ＩＨ−１）未満であるか否かをチェックする（Ｓ９９）。変数ｙが（ＩＨ−１）未満であれば、Ｓ８５へ戻り、Ｓ８５〜Ｓ９９の処理を繰り返し実行する（Ｓ９９；Ｙ）。Ｓ８５〜Ｓ９５の繰り返しにより、ＲＧＢ画像データ群ｉ［ｘ］［ｙ］の全画素分（ｉ［１］［１］〜ｉ［ＩＷ−２］［ＩＨ−２］）に対して評価値算出が行われる。変数ｙが（ＩＨ−１）未満でなくなったら（Ｓ９９；Ｎ）、変数Ｃ（マスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］＝１である画素のＲＧＢ画像データ差分｜Δｘ｜、｜Δｙ｜の積算値）を変数ｐｉｘｎｕｍ（マスク画像Ｍ［ｘ］［ｙ］＝１である画素の総数）で除算して変数Ｃの平均値を算出し、該平均値を変数Ｃに上書きメモリしてＡＦ評価値を得る（Ｓ１０１）。
【００５９】
以上のようにバリフォーカスタイプでは、１画素当たりのＡＦ評価値が算出され、該１画素当たりのＡＦ評価値に基づいてＡＦ動作が実行される。よって、画角によって観察対象が変化しても、良好にＡＦ動作可能である。
【００６０】
上記各実施形態では、ＣＣＤ２０に原色ＣＣＤを用いているが、原色ＣＣＤに替えて、補色ＣＣＤを用いることも可能である。補色ＣＣＤを用いる場合には、該補色ＣＣＤから出力される補色画像データをＲＧＢ画像データに変換するＲＧＢ変換回路を備える必要がある。
【００６１】
また上記第１〜第３実施形態では、マイコン２７が画像取得手段、評価値算出手段、データ変換手段、マスク生成手段、ばらつき算出手段（及び平滑化手段、輪郭強調手段）として機能しているが、マイコン２７とは別に独立して上記各手段を設けることも可能である。
【００６２】
以上では、本発明の自動焦点調節装置を内視鏡装置に適用した実施形態について説明したが、本発明は内視鏡装置に限らず、カメラや望遠鏡など種々の光学機器にも適用可能である。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の自動焦点調節装置によれば、特定の輝度範囲の画像データのみを用いてＡＦ評価値を算出するので、ハレーションや影が生じていてもその影響を受けることなく正確なＡＦ評価値が得られ、高精度に焦点調節可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自動焦点調節装置を備えた内視鏡装置の主要構成を示すブロック図である。
【図２】図１の電子内視鏡の挿入部先端を示す平面図である。
【図３】図１に示す内視鏡用装置のＡＦ動作に関するフローチャートである。
【図４】図３のＳ５で実行されるマスク画像生成処理に関するフローチャートである。
【図５】図３のＳ１５で実行される評価値算出処理に関するフローチャートである。
【図６】第２実施形態によるマスク画像生成処理に関するフローチャートである。
【図７】第３実施形態による評価値算出処理に関するフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 電子内視鏡
１１ 体内挿入部
１２ 把持操作部
１３ ユニバーサルチューブ
１４ コネクタ部
１５ 対物レンズ
１６ 照明レンズ
１７ 送気送水ノズル
１８ 処置具挿通口
１９ ＡＦモータ
２０ ＣＣＤ
２１ ＣＣＤ駆動回路
２２ ＣＣＤプロセス回路
２３ Ａ／Ｄ変換回路
２４ γ補正回路
２５ 映像信号処理回路
２６ Ｄ／Ａ変換回路
２７ マイコン
２８ 外部メモリ
３０ プロセッサ
３１ モータ制御回路
３２ モータ駆動回路
３３ ランプ光源
３４ 集光レンズ
６０ ＴＶモニタ
１００ 内視鏡装置
Ｌ フォーカスレンズ
ＬＧ１ ライトガイド（電子内視鏡側）
ＬＧ２ ライトガイド（プロセッサ側）

Claims (12)

1. フォーカスレンズと；
   撮像手段の画素群から画像データ群を入力する画像取得手段と；
   この画像データ群のうち、特定の輝度範囲に含まれる画像データを用いてＡＦ評価値を算出する評価値算出手段と；
   前記ＡＦ評価値が最大となる位置に前記フォーカスレンズを移動させるレンズ駆動手段と；
   を備えたことを特徴とする自動焦点調節装置。
2. 請求項１記載の自動焦点調節装置において、さらに、
   前記画像データ群をグレースケール化して明度データ群を得るデータ変換手段と；この明度データが前記特定の輝度範囲に含まれる画素に対して、マスク画像を生成するマスク生成手段と；が備えられ、
   入力した画像データ群のうち、前記マスク画像が生成されている画素の画像データのみを用いてＡＦ評価値が算出される自動焦点調節装置。
3. 請求項２記載の自動焦点調節装置において、前記マスク画像の生成に使用されている各画素の画像データと、該画素に対して垂直方向及び水平方向に隣り合う画素の画像データとの差分をそれぞれ算出し、この差分を積算して前記ＡＦ評価値とする自動焦点調節装置。
4. 請求項２記載の自動焦点調節装置において、前記マスク画像の生成に使用されている各画素の画像データと該画素に対して垂直方向及び水平方向に隣り合う画素の画像データとの差分をそれぞれ算出して積算し、この積算値を前記マスク画像の生成に使用された総画素数で除算して平均値を算出し、この平均値を前記ＡＦ評価値とする自動焦点調節装置。
5. 請求項２ないし４のいずれか一項に記載の自動焦点調節装置において、前記マスク生成手段は、前記明度データ群を前記特定の輝度範囲と該範囲外とで二値化し、この二値化データによりマスク画像を生成する自動焦点調節装置。
6. 請求項２ないし４のいずれか一項に記載の自動焦点調節装置において、さらに、前記明度データ群に輪郭強調処理を施して輪郭強調明度データ群を得る輪郭強調手段を備え、
   前記マスク生成手段は、この輪郭強調明度データ群を前記特定の輝度範囲と該範囲外とで二値化し、この二値化データによりマスク画像を生成する自動焦点調節装置。
7. 請求項２ないし４のいずれか一項に記載の自動焦点調節装置において、さらに、前記明度データ群を平滑化して平滑化明度データ群を得る平滑化手段と、この平滑化明度データ群に輪郭強調処理を施して輪郭強調明度データ群を得る輪郭強調手段とを備え、
   前記マスク生成手段は、この輪郭強調明度データ群を前記特定の輝度範囲と該範囲外とで二値化し、この二値化データによりマスク画像を生成する自動焦点調節装置。
8. 請求項５ないし７のいずれか一項に記載の自動焦点調節装置において、前記マスク画像は、前記二値化データにさらに収縮処理を施して生成される自動焦点調節装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の自動焦点調節装置において、さらに、前記明度データ群の分散値を算出するばらつき算出手段が備えられ、
   この算出された分散値が所定の閾値以上であるとき、入力した画像データ群から特定の輝度範囲に含まれる画像データのみを抽出してＡＦ評価値が算出され、前記分散値が所定の閾値未満であるとき、入力した画像データ群をすべて用いてＡＦ評価値が算出される自動焦点調節装置。
10. 請求項２ないし９のいずれか一項に記載の自動焦点調節装置において、前記マスク画像を生成した後に、前記画像データを入力してから前記ＡＦ評価値を算出し、該評価値に基づいて前記フォーカスレンズを移動させるまでの動作を繰り返し実行して最大ＡＦ評価値を検出し、この最大ＡＦ評価値が得られるレンズ位置に前記フォーカスレンズを移動させる自動焦点調節装置。
11. 請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の自動焦点調節装置において、前記画像取得手段の入力する画像データ群がＲＧＢ画像データ群である自動焦点調節装置。
12. 請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の自動焦点調節装置において、前記画像取得手段の入力する画像データ群が補色画像データ群であって、該画像取得手段は、前記補色画像データ群をＲＧＢ画像データ群に変換する自動焦点調節装置。

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