JP2005258420A - Device and method for automatic focusing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動焦点装置、及び画像処理システムに関し、特に透過光を用いた自動焦点装置、及び自動焦点方法に関する。 The present invention relates to an autofocus device and an image processing system, and more particularly to an autofocus device and an autofocus method using transmitted light.
従来の自動焦点装置は、カメラのイメージからフォーカスがどの程度あっているかを求めるために、カメラで撮影したイメージデータをハイパスフィルタを用いて高域強調を行い、該ハイパスフィルタの出力値の絶対値、あるいは該出力値を2乗したものを平均化して得られる指標値に基づいてフォーカス位置を決定し、該決定したフォーカス位置に対物レンズを移動させて、自動焦点動作を行っていた(例えば、特許文献1参照)。 The conventional autofocus device performs high-frequency emphasis on the image data captured by the camera using a high-pass filter in order to determine how much the focus is from the image of the camera, and the absolute value of the output value of the high-pass filter Alternatively, the focus position is determined based on an index value obtained by averaging the squares of the output values, and the objective lens is moved to the determined focus position to perform an autofocus operation (for example, Patent Document 1).
特に精密な分析を行う顕微鏡等ではフォーカスを観察対象に正確に合わせることが求められている。 In particular, a microscope or the like that performs precise analysis is required to accurately focus on the observation target.
しかしながら、上記従来の技術では塵等のノイズの影響によって、観察対象の自動焦点を正確に行うことが困難な場合がある。 However, in the above-described conventional technique, it may be difficult to accurately perform autofocus on the observation target due to the influence of noise such as dust.
そこで、ノイズの影響を軽減した自動焦点方法として、透過光を用いて自動焦点を行う場合に、カメラで撮影される全視野の中から自動焦点を行う範囲を観察対象が存在する範囲に限定し、その範囲のイメージデータのみを自動焦点の演算対象とする方法が提案されている。 Therefore, as an autofocus method that reduces the influence of noise, when autofocus is performed using transmitted light, the range of autofocus from the entire field of view captured by the camera is limited to the range where the observation target exists. A method has been proposed in which only image data within the range is subjected to autofocus calculation.
図9は、従来の自動焦点装置の構成を示す図である。
図9に示す自動焦点装置は、光源901、フィルム902、レンズユニット903、イメージセンサ904、A/D変換器905、演算部906、制御部907、範囲指定手段908、ステッピングモータ909、及びセンサ駆動部910を有している。
上記光源901は、フィルム902に光を照射する。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional autofocus device.
9 includes a
The
上記レンズユニット903は、フィルム902に撮影された画像に対しズーミングとフォーカシングを行う。このレンズユニット903は、ステッピングモータ909の駆動により移動制御される。
The
上記イメージセンサ904は、上記レンズユニット903の結象面に設けられた固体撮像素子で、フィルム画像を読み取る。このイメージセンサ904は、センサ駆動部910の駆動により移動制御される。
The
上記A/D変換器905は、上記イメージセンサ904で読み取った画像データのA/D変換を行う。
上記演算部906は、上記A/D変換された画像データに対するフォーカス値を演算する。
The A /
The
上記制御部907は、上記範囲指定手段908からの出力、及び上記演算部906からの出力に基づいて、ステッピングモータ909及びセンサ駆動部910を制御する。
上記範囲指定手段908は、予め画像範囲を指定する。
The
The
このような構成の自動焦点装置の動作について説明する。
まず、光源901からフィルム902に対して光を照射し、レンズユニット903を介して透過光をイメージセンサ904で読み取る。
The operation of the autofocus device having such a configuration will be described.
First, light is irradiated from the
そして、A/D変換器905では、イメージセンサ904から出力される画像データを量子化する。制御部907では、演算部906の出力信号と範囲指定手段908の出力信号に基づいて、レンズユニット903を駆動するステッピングモータ909、およびイメージセンサ904を駆動するセンサ駆動部910を制御する。
The A /
自動焦点は、範囲指定手段908により予め指定される有効な画像が存在している可能性の高い範囲のイメージデータを用いて実行され、これにより、最適な焦点位置を演算部906によって得ている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上記従来の自動焦点装置では、自動焦点を行う範囲を観察対象周辺に限定しているために、観察対象と塵等が入り混じって存在する場合などは範囲を設定することが難しく、観察対象が塵等に対して十分に大きい場合でも正確に自動焦点を行うことが出来ないという課題を有していた。 However, since the conventional autofocus device limits the autofocus range to the periphery of the observation target, it is difficult to set the range when there is a mixture of the observation target and dust. Even when the object is sufficiently large with respect to dust or the like, there is a problem that it is not possible to perform autofocus accurately.
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、観察対象と塵等が混在している場合でも確実かつ高速に自動焦点を行うことが出来る自動焦点装置、及び自動焦点方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides an autofocus device and an autofocus method capable of performing autofocus reliably and at high speed even when an observation object and dust are mixed. The purpose is to provide.
上記従来の課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の自動焦点装置は、観察対象に光を照射する光源と、上記光源から上記観察対象に光を照射することにより生じる透過光を撮影し、イメージデータとして出力する撮影手段と、上記撮影手段から出力されるイメージデータから背景色情報を求め、該背景色情報に基づいて上記観察対象の焦点情報をあらわす指標値を演算する指標値演算手段と、上記指標値に基づいて上記観察対象の最適な焦点位置を得るように上記撮影手段の焦点を制御する焦点制御手段とを備えた、ことを特徴とする。
In order to solve the above-described conventional problems, an autofocus device according to
これにより、観察対象に塵等が混在していても、正確な自動焦点を行える自動焦点装置を提供することができる。 Accordingly, it is possible to provide an autofocus device that can perform accurate autofocus even when dust or the like is mixed in the observation target.
また、本発明の請求項2に記載の自動焦点装置は、請求項1に記載の自動焦点装置において、上記指標値演算手段は、上記イメージデータから上記背景色情報を求める背景色演算手段と、上記背景色情報から上記イメージデータのしきい値を求めるしきい値演算手段と、上記イメージデータを上記しきい値でクリップ処理するクリップ手段と、上記クリップ手段の出力信号から上記イメージデータの高周波成分を抽出するハイパスフィルタと、上記ハイパスフィルタ出力信号から上記指標値を求める演算手段とを備えた、ことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the automatic focusing apparatus according to the first aspect, wherein the index value calculation means includes a background color calculation means for obtaining the background color information from the image data, Threshold value calculation means for obtaining a threshold value of the image data from the background color information, clip means for clipping the image data with the threshold value, and a high frequency component of the image data from an output signal of the clip means And a calculation means for obtaining the index value from the high-pass filter output signal.
これにより、背景色情報から観察対象と塵とを簡単に判別し、観察対象に塵等が混在していても、塵による影響を受けることなく、適切な自動焦点を行うことができる。 As a result, it is possible to easily discriminate between the observation object and dust from the background color information, and even if dust or the like is mixed in the observation object, appropriate automatic focusing can be performed without being affected by the dust.
また、本発明の請求項3に記載の自動焦点装置は、請求項1に記載の自動焦点装置において、上記指標値演算手段は、上記イメージデータから上記背景色情報を求める背景色演算手段と、上記背景色情報から上記イメージデータのしきい値を求めるしきい値演算手段と、上記イメージデータを上記しきい値でクリップ処理するクリップ手段と、上記イメージデータ、あるいは上記クリップ手段によりクリップ処理されたイメージデータのいずれかを選択して出力する選択手段と、上記選択手段の出力信号から上記イメージデータの高周波成分を抽出するハイパスフィルタと、上記ハイパスフィルタ出力信号から上記指標値を求める演算手段とを備えた、ことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the automatic focusing apparatus according to the first aspect, wherein the index value calculation means includes a background color calculation means for obtaining the background color information from the image data, Threshold calculation means for obtaining a threshold value of the image data from the background color information, clip means for clipping the image data with the threshold value, and clipped by the image data or the clip means Selection means for selecting and outputting any of the image data, a high-pass filter for extracting a high-frequency component of the image data from the output signal of the selection means, and a calculation means for obtaining the index value from the high-pass filter output signal It is characterized by having.
これにより、背景色情報から観察対象と塵とを簡単に判別することができ、観察対象に塵等が混在していても、塵による影響を受けることなく、適切な自動焦点を行うことができる。 As a result, the observation object and dust can be easily discriminated from the background color information, and even if dust or the like is mixed in the observation object, appropriate automatic focusing can be performed without being affected by the dust. .
また、本発明の請求項4に記載の自動焦点装置は、請求項3に記載の自動焦点装置において、上記焦点制御手段は、少なくとも粗調整、微調整の2段階の焦点制御モードを有するもので、上記選択手段は、上記焦点制御手段が粗調整を行うとき、上記イメージデータを選択し、上記焦点制御手段が微調整を行うとき、上記クリップ手段によりクリップ処理されたイメージデータを選択する、ことを特徴とする。
これにより、観察対象と塵が混在していても、正確な自動焦点を行うことができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the automatic focusing device according to the third aspect, the focus control means has at least two stages of focus control modes of coarse adjustment and fine adjustment. The selection means selects the image data when the focus control means performs coarse adjustment, and selects the image data clipped by the clip means when the focus control means performs fine adjustment; It is characterized by.
Thereby, even if an observation object and dust are mixed, accurate autofocus can be performed.
また、本発明の請求項5に記載の自動焦点装置は、請求項3に記載の自動焦点装置において、上記焦点制御手段は、上記粗調整を行った後、上記微調整を行うものである、ことを特徴とする。
これにより、適切な焦点位置を正確かつ高速に求めることができる。
The autofocus device according to
Thereby, an appropriate focal position can be obtained accurately and at high speed.
また、本発明の請求項6に記載の自動焦点装置は、請求項2または3に記載の自動焦点装置において、上記背景色演算手段は、上記イメージデータのヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段を備え、上記ヒストグラムの最大値に対応するイメージ強度値を、背景色情報として出力する、ことを特徴とする。
The autofocus device according to claim 6 of the present invention is the autofocus device according to
これにより、CCD素子の暗電流ノイズ等による背景色情報の誤検出を防いで、性能を劣化させることなく、できる限り塵の影響を削減し、適切な自動焦点を実行可能である。 This prevents erroneous detection of background color information due to dark current noise or the like of the CCD element, reduces the influence of dust as much as possible without degrading the performance, and can perform appropriate autofocus.
また、本発明の請求項7に記載の自動焦点装置は、請求項2または3に記載の自動焦点装置において、上記背景色演算手段は、上記イメージデータのイメージ強度の最大値を求める最大値演算手段を備え、該最大値演算手段により求めたイメージ強度の最大値を、背景色情報として出力する、ことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the automatic focusing apparatus according to the second or third aspect, wherein the background color calculation means calculates the maximum value of the image intensity of the image data. And a maximum value of the image intensity obtained by the maximum value calculation means is output as background color information.
これにより、CCD素子の暗電流ノイズ等による背景色情報の誤検出を防いで、性能を劣化させることなく、できる限り塵の影響を削減し、適切な自動焦点を実行可能である。 This prevents erroneous detection of background color information due to dark current noise or the like of the CCD element, reduces the influence of dust as much as possible without degrading the performance, and can perform appropriate autofocus.
また、本発明の請求項8に記載の自動焦点装置は、請求項2または3に記載の自動焦点装置において、上記背景色演算手段は、上記イメージデータのイメージ強度の平均値を求める平均値演算手段を備え、該平均値演算手段により求めたイメージ強度の平均値を、背景色情報として出力する、ことを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the automatic focusing apparatus according to the second or third aspect, wherein the background color calculation means calculates an average value of an image intensity of the image data. And an average value of the image intensity obtained by the average value calculation means is output as background color information.
これにより、CCD素子の暗電流ノイズ等による背景色情報の誤検出を防いで、性能を劣化させることなく、できる限り塵の影響を削減し、適切な自動焦点を実行可能である。 This prevents erroneous detection of background color information due to dark current noise or the like of the CCD element, reduces the influence of dust as much as possible without degrading the performance, and can perform appropriate autofocus.
また、本発明の請求項9に記載の自動焦点装置は、請求項2または3に記載の自動焦点装置において、上記背景色演算手段は、上記イメージデータを複数の領域に分け、該各領域のヒストグラムを作成する領域別ヒストグラム生成手段を備え、上記各領域のヒストグラムの最大値に対応するイメージ強度値を、各々の領域の背景色情報として出力する、ことを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the automatic focusing apparatus according to the second or third aspect, the background color calculation means divides the image data into a plurality of regions, A histogram generating unit for each region for generating a histogram is provided, and an image intensity value corresponding to the maximum value of the histogram of each region is output as background color information of each region.
これにより、各領域毎に背景色情報を求めることができるため、イメージデータ全体の背景色のムラに対応することができ、またCCD素子の暗電流ノイズ等による背景色情報の誤検出を防いで、性能を劣化させることなく、できる限り塵の影響を削減し、観察対象に正確に焦点を合わせることができる。 As a result, background color information can be obtained for each region, so that it is possible to cope with uneven background colors in the entire image data, and to prevent erroneous detection of background color information due to dark current noise or the like of the CCD element. The effect of dust can be reduced as much as possible without degrading performance, and the object to be observed can be accurately focused.
また、本発明の請求項10に記載の自動焦点装置は、請求項2または3に記載の自動焦点装置において、上記背景色演算手段は、上記イメージデータを複数の領域に分け、該各領域におけるイメージ強度の最大値を求める領域別最大値演算手段を備え、上記領域別最大値演算手段により求めた上記各領域のイメージ強度の最大値を、各々の領域の背景色情報として出力する、ことを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the automatic focusing device according to the second or third aspect, the background color calculation means divides the image data into a plurality of areas, A region-specific maximum value calculating means for obtaining a maximum value of the image intensity, and outputting the maximum value of the image intensity of each region obtained by the region-specific maximum value calculating means as background color information of each region; Features.
これにより、各領域毎に背景色情報を求めることができるため、イメージデータ全体の背景色のムラに対応することができ、またCCD素子の暗電流ノイズ等による背景色情報の誤検出を防いで、性能を劣化させることなく、できる限り塵の影響を削減し、観察対象に正確に焦点を合わせることができる。 As a result, background color information can be obtained for each region, so that it is possible to cope with uneven background colors in the entire image data, and to prevent erroneous detection of background color information due to dark current noise or the like of the CCD element. The effect of dust can be reduced as much as possible without degrading performance, and the object to be observed can be accurately focused.
また、本発明の請求項11に記載の自動焦点装置は、請求項10に記載の自動焦点装置において、上記背景色演算手段は、上記領域別最大値演算手段により求めた上記複数のイメージ強度の最大値のうち、最も小さいイメージ強度値を、背景色情報として出力する、ことを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the autofocus device according to the tenth aspect, the background color calculation means has the plurality of image intensities obtained by the region-specific maximum value calculation means. The smallest image intensity value among the maximum values is output as background color information.
これにより、イメージデータ全体の背景色のムラに対応することができ、またCCD素子の暗電流ノイズ等による背景色情報の誤検出を防いで、性能を劣化させることなく、できる限り塵の影響を削減し、観察対象に正確に焦点を合わせることができる。 As a result, the background color unevenness of the entire image data can be dealt with, and the background color information due to the dark current noise of the CCD element is prevented from being erroneously detected. And focus accurately on the observation target.
また、本発明の請求項12に記載の自動焦点装置は、請求項2または3に記載の自動焦点装置において、上記背景色演算手段は、上記イメージデータを複数の領域に分け、該各領域におけるイメージ強度の平均値を求める領域別平均値演算手段を備え、上記領域別平均値演算手段により求めた上記各領域におけるイメージ強度の平均値を、各々の領域の背景色情報として出力する、ことを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the autofocus device according to the second or third aspect, the background color calculation means divides the image data into a plurality of regions, An average value calculation means for each area for obtaining an average value of the image intensity, and outputting the average value of the image intensity in each area obtained by the average value calculation means for each area as background color information of each area; Features.
これにより、各領域毎に背景色情報を求めることができるため、イメージデータ全体の背景色のムラに対応することができ、またCCD素子の暗電流ノイズ等による背景色情報の誤検出を防いで、性能を劣化させることなく、できる限り塵の影響を削減し、観察対象に正確に焦点を合わせることができる。 As a result, background color information can be obtained for each region, so that it is possible to cope with uneven background colors in the entire image data, and to prevent erroneous detection of background color information due to dark current noise or the like of the CCD element. The effect of dust can be reduced as much as possible without degrading performance, and the object to be observed can be accurately focused.
また、本発明の請求項13に記載の自動焦点装置は、請求項1ないし10に記載の自動焦点装置において、上記観察対象は、所定の大きさであり、かつ上記イメージデータに混入するノイズよりも大きいものである、ことを特徴とする。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the autofocus device according to any one of the first to tenth aspects of the present invention, the observation object is of a predetermined size and is less than noise mixed in the image data. Is also large.
また、本発明の請求項14に記載の自動焦点方法は、観察対象に光を照射することにより生じる透過光を撮像素子を用いて撮影し、撮影した画像から得られるイメージデータから上記撮像素子のピント合わせを行う自動焦点方法であって、上記イメージデータから背景色情報を演算する背景色情報演算ステップと、上記背景色情報から上記イメージデータの閾値を演算する閾値演算ステップと、上記イメージデータを、上記閾値でクリップ処理するクリップ処理ステップと、上記クリップ処理されたイメージデータの高周波成分を抽出する高周波成分抽出ステップと、上記抽出した高周波成分から、上記観察対象の焦点情報をあらわす指標値を演算する指標値演算ステップと、上記指標値に基づいて上記観察対象の最適な焦点位置を得るように上記撮像素子の焦点を制御する焦点制御ステップと、を含む、ことを特徴とする。 According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided an autofocus method according to the present invention, wherein transmitted light generated by irradiating light on an observation target is photographed using an image sensor, and image data obtained from the photographed image is used for the image sensor. An autofocus method for focusing, a background color information calculation step for calculating background color information from the image data, a threshold calculation step for calculating a threshold value of the image data from the background color information, and the image data A clip processing step for clipping with the threshold value, a high frequency component extracting step for extracting a high frequency component of the clipped image data, and an index value representing the focus information of the observation target is calculated from the extracted high frequency component An index value calculation step to perform, and obtaining an optimum focus position of the observation target based on the index value Including a focus control step of controlling the focus of the image pickup device, characterized in that.
これにより、観察対象と塵が混在している場合にも、観察対象に正確に焦点を合わせることができる。 Thereby, even when the observation object and dust are mixed, the observation object can be accurately focused.
また、本発明の請求項15に記載の自動焦点方法は、観察対象に光を照射することにより生じる透過光を撮像素子を用いて撮影し、撮影した画像から得られるイメージデータから上記撮像素子のピント合わせを行う自動焦点方法であって、上記イメージデータから背景色情報を演算する背景色情報演算ステップと、上記背景色情報から上記イメージデータの閾値を演算する閾値演算ステップと、上記イメージデータを上記閾値でクリップ処理するクリップ処理ステップと、上記イメージデータ、あるいは上記クリップ処理後のデータの高周波成分を抽出する高周波成分抽出ステップと、上記撮像素子のピントを粗調整するときには上記イメージデータから抽出した高周波成分を選択し、上記撮像素子のピントを微調整するときには上記クリップ処理後のイメージデータから抽出した高周波成分を選択し、該選択した高周波成分から、上記観察対象の焦点情報をあらわす指標値を演算する指標値演算ステップと、上記指標値に基づいて上記観察対象の最適な焦点位置を得るように上記撮像素子の焦点を制御する焦点制御ステップと、を含む、ことを特徴とする。 In the autofocus method according to the fifteenth aspect of the present invention, the transmitted light generated by irradiating the observation target with light is photographed by using the image sensor, and the image sensor of the image sensor is obtained from image data obtained from the photographed image. An autofocus method for focusing, a background color information calculation step for calculating background color information from the image data, a threshold calculation step for calculating a threshold value of the image data from the background color information, and the image data A clip processing step for clipping with the threshold value, a high frequency component extraction step for extracting the high frequency component of the image data or the data after the clip processing, and a rough adjustment of the focus of the image sensor are extracted from the image data. Select the high frequency component and finely adjust the focus of the image sensor. An index value calculation step for selecting a high-frequency component extracted from the processed image data, calculating an index value representing the focus information of the observation target from the selected high-frequency component, and the observation target based on the index value And a focus control step for controlling the focus of the image sensor so as to obtain an optimal focus position.
これにより、観察対象と塵が混在している場合にも、高速かつ正確に観察対象に正確に焦点を合わせることができる。 Thereby, even when the observation target and dust are mixed, it is possible to accurately focus on the observation target at high speed and accurately.
本発明の自動焦点装置によれば、観察対象に光を照射する光源と、上記光源から上記観察対象に光を照射することにより生じる透過光を撮影し、イメージデータとして出力する撮影手段と、上記撮影手段から出力されるイメージデータから背景色情報を求め、該背景色情報に基づいて上記観察対象の焦点情報をあらわす指標値を演算する指標値演算手段と、上記指標値に基づいて上記観察対象の最適な焦点位置を得るように上記撮影手段の焦点を制御する焦点制御手段とを備えているため、観察対象に塵等が混在していても、正確な自動焦点を行える自動焦点装置を提供することができる。 According to the autofocus device of the present invention, a light source that irradiates light to the observation target, a photographing unit that captures the transmitted light generated by irradiating the observation target with light from the light source, and outputs it as image data; Index value calculation means for obtaining background color information from image data output from the photographing means and calculating an index value representing the focus information of the observation target based on the background color information; and the observation target based on the index value A focus control unit that controls the focus of the photographing unit so as to obtain the optimum focus position of the above-mentioned, provides an autofocus device that can perform accurate autofocus even if dust or the like is mixed in the observation target can do.
以下に、本発明の自動焦点装置、及び自動焦点方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。 Embodiments of an autofocus device and an autofocus method of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における自動焦点装置の構成を示す図である。
図1に示す自動焦点装置は、光源101、プレート102、撮影手段100、カメラコントローラ107、メモリコントローラ108、メモリ109、指標値演算手段120、及び焦点制御手段122を有している。
上記光源101は、プレート102に光を照射する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an autofocus device according to
The automatic focusing apparatus shown in FIG. 1 includes a
The
上記プレート102は、その底が、無色透明な物質、例えばガラスやプラスチックからなる。本実施の形態では、プレート102の下方にCCDカメラ105を配置しているため、CCDカメラ105で撮影されるイメージデータは、プレート102上の観察対象の透過光ということになる。
The bottom of the
上記撮影手段100は、上記光源101から上記プレート102上の観察対象に光を照射することにより透過光を撮影するものであり、ズーミングとフォーカシングを行う対物レンズユニット103と、上記対物レンズユニット103を透過した光を集光する集光レンズ104と、上記光源101がプレート102上の観察対象に光を照射することにより生じる透過光を撮影するCCDカメラ105と、上記対物レンズユニット103の位置を移動させるフォーカスモータ106とを備えたものである。
The photographing means 100 photographs transmitted light by irradiating light onto the observation target on the
上記カメラコントローラ107は、CCDカメラ105を制御する。
上記メモリコントローラ108は、メモリ109を制御する。
上記メモリ109は、CCDカメラ105で撮影したイメージデータを格納する。
The
The
The
上記指標値演算手段120は、上記イメージデータから上記観察対象の焦点情報を表す指標値を演算するものである。この指標値演算手段120は、上記イメージデータから背景色情報を求める背景色演算手段110と、上記背景色情報から上記イメージデータの閾値を求めるしきい値演算手段111と、上記イメージデータを上記閾値でクリップ処理するクリップ手段112と、上記クリップ手段112の出力信号から上記イメージデータの高周波成分を抽出するハイパスフィルタ113と、指標値を演算する演算手段121とを備えている。なお、上記背景色演算手段110は、上記イメージデータのヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段を備え、該ヒストグラムの最大値に対応するイメージ強度を背景色情報として出力する。また、上記演算手段121は、上記ハイパスフィルタ113の出力信号を整流する整流手段114、上記整流手段114の出力信号を積分演算処理して指標値を求める積分手段115を備えている。なお、上記積分手段115による積分演算とは、整流手段114の出力信号から1イメージの全てのピクセルについての平均値を求め、これを指標値とすることをいう。また、指標値は焦点が合っているほど大きな値を示す。
The index value calculation means 120 calculates an index value representing the focus information of the observation object from the image data. The index value calculation means 120 includes a background color calculation means 110 for obtaining background color information from the image data, a threshold value calculation means 111 for obtaining a threshold value of the image data from the background color information, and the image data as the threshold value. Clip means 112 for clipping processing, a high-
上記焦点制御手段122は、上記指標値演算手段120にて得られた指標値に基づいて上記観察対象の最適な焦点位置を得るように上記撮影手段100の焦点を制御するものである。この焦点制御手段122は、上記指標値演算手段120で得られた指標値に基づいてどの位置が最も焦点が合っているかを判断し、対物レンズユニット103の移動量、及び移動方向を決定する移動量・移動方向決定手段116と、上記移動量・移動方向決定手段116の出力に基づいて上記フォーカスモータ106を制御するメカコントローラ117とを備えたものである。
The
以下に、上記構成で実現される自動焦点方法の動作例を示す。ここでは、焦点位置を検索する範囲を100μm、その検索の細かさ(ステップ)を10μmとして予め設定しておく。また、プレート102に載せられた観察対象は、所定の大きさで、かつ、イメージデータに混入するノイズよりも大きいものである。
An example of the operation of the autofocus method realized with the above configuration is shown below. Here, the range for searching the focal position is set to 100 μm, and the fineness (step) of the search is set to 10 μm in advance. Further, the observation target placed on the
自動焦点動作開始時には、まず、対物レンズユニット103の位置を、上記設定された焦点位置検索範囲の値の半分に相当する50μmだけ下方向に移動させる。そして、光源101を点灯し、観察対象が載せられたプレート102に光を照射する。プレート102に照射された光は透過し、対物レンズユニット103で定倍される。対物レンズユニット103を通り抜けた透過光は、集光レンズ104を通ることによって、CCDカメラ105のCCD素子に像を結ぶ。CCDカメラ105のCCD素子に結ばれた像(イメージ)は、カメラコントローラ107、メモリコントローラ108を介し、メモリ109にイメージデータとして格納され、メモリ109に格納されたイメージデータから後に指標値Aを算出する。なお、指標値の演算方法については後述する。
At the start of the automatic focus operation, first, the position of the
移動量・移動方向決定手段116では、上記算出された指標値Aが入力されると、予め設定されたステップ10μmに対応する移動量の値と、上方向に対応する移動方向の値ををメカコントローラ117に出力し、メカコントローラ117では、上記移動量及び移動方向を示す信号をフォーカスモータ106に出力して、対物レンズユニット103を所定の位置に移動させる。なお、上方向とは、対物レンズユニット103をプレート102に近づける方向を指し、下方向とは、対物レンズユニット103をプレート102から遠ざける方向を指す。
When the calculated index value A is input, the moving amount / moving direction determining means 116 calculates the moving amount value corresponding to the preset step 10 μm and the moving direction value corresponding to the upward direction. The
その後、上記移動させた対物レンズユニット103の位置を、さらに、ステップ10μm分上方向に移動させて、CCDカメラ105で撮影を行い、撮影されたイメージから上述したのと同様の方法で指標値Bを算出する。これを順に繰り返し、指標値C、D、Eを算出していく。ここで、CCDカメラ105による撮影回数は、焦点位置検索範囲が100μmであり、ステップ10μm毎に検索するよう予め設定されていることから、11回となる。
Thereafter, the position of the moved
CCDカメラ105による11回分の撮影が終了すると、移動量・移動方向決定手段116では、上記11回分に対応する指標値のうち、最も大きかった指標値に対応する対物レンズユニット103の位置が最も焦点の合っていた位置であると判断し、その位置に対物レンズユニット103を移動するようにメカコントローラ117に移動量と方向を示す信号を出力し、メカコントローラ117では、対物レンズユニット103を所定の位置に移動させ、自動焦点動作を終了する。
When the photographing of 11 times by the
以下に、指標値演算手段120による指標値の演算について図2を用いて詳細に説明する。
まず、CCDカメラ105で撮影されたイメージは、カメラコントローラ107、メモリコントローラ108を介してイメージデータとしてメモリ109に格納される。例えば、撮影されたイメージが図2(a)に示すようなものであった場合、図2(a)に示すイメージは、観察対象の他にも塵が背景に比べて暗く写っている箇所がある。このときの走査線上のイメージデータの強度は、図2(b)のようになり、塵が観察対象に比べて十分小さい場合は、塵の透過光は回り込み光の影響で、観察対象の透過光に比べて明るく写るため、観察対象と塵との間には、強度レベルの差が現れる。従って、この強度レベルの差を利用することで、塵の影響を削減することが可能である。
Hereinafter, the calculation of the index value by the index value calculation means 120 will be described in detail with reference to FIG.
First, an image photographed by the
背景色演算手段110では、イメージデータから次のようにして背景色を求める。
まず、上記CCDカメラ105で撮影されたイメージのヒストグラムを生成し、そのヒストグラムが最大値を指し示すイメージ強度値を背景色とする。それは、イメージデータにおける背景色が観察対象、塵などに比べて多くの領域を占めるため、そのピクセル数が最大になるからである。図3を用いて説明すると、例えば、イメージのヒストグラムが図3(a)に示すようなものである場合、このヒストグラムは、図3(b)に示す塵の成分と、図3(c)に示す観察対象の成分と、図3(d)に示す背景の成分の合成結果と考えることができる。つまり、背景はイメージ中で最もピクセル数が多いため、該イメージのヒストグラムが最大値を示すイメージ強度を背景色として判断することができる。
The background color calculation means 110 obtains the background color from the image data as follows.
First, a histogram of an image photographed by the
このようにして求められた背景色は、しきい値演算手段111に入力される。観察対象より小さい塵の成分は回り込み光の影響によって、観察対象よりも明るく写るため、しきい値演算手段111では、上記ヒストグラムから求めた背景色を元に、その背景色に任意の割合nを適用したものを閾値とする。背景色に対する閾値の割合nの具体的な演算方法は後述する。
The background color obtained in this way is input to the threshold value calculation means 111. Since the dust component smaller than the observation target appears brighter than the observation target due to the influence of the wraparound light, the threshold
クリップ手段112では、しきい値演算手段111から得た閾値を用いてクリップ処理し、図2(c)の斜線部分を取り除く、つまり、イメージデータの強度を閾値を用いて制限する。これにより、図3(b)を参照すると、閾値より強度の高い部分に相当する塵の成分を大幅に削減できていることが分かる。
The
クリップ手段112の出力はハイパスフィルタ113に入力され、イメージデータの高域成分が強調され、図2(d)に示すようなものとなる。
The output of the clip means 112 is input to the high-
演算手段121を構成する整流手段114では、上記ハイパスフィルタ113の出力信号の絶対値をとる。この整流手段114から出力されるイメージデータは、図2(e)に示すようなものとなる。このようにすると、ハイパスフィルタ113で強調した成分をさらに強調することができ、演算精度をより向上させることが可能となる。なお、ここでは、整流手段114による整流方法として、ハイパスフィルタ113の出力信号の絶対値をとる方法を採用しているが、ハイパスフィルタ113の出力信号を2乗して出力する方法を採用しても良い。
The rectifying means 114 constituting the calculation means 121 takes the absolute value of the output signal of the
整流手段114の出力信号は、積分手段115に入力され、積分演算処理され、指標値が得られる。
The output signal of the rectifying
以上のようにして得られた指標値は、塵の影響が効果的に削減されているため、塵に焦点が合ってしまう可能性を減少させることができる。 The index value obtained as described above can reduce the possibility that the dust will be focused because the influence of the dust is effectively reduced.
次に、塵の影響を減少させる閾値の設定方法について、より詳細に説明する。
上述したように、背景色に対する閾値の割合nを小さくするほど塵の成分を削除することができる一方、閾値の割合nを小さくしすぎると、観察対象の成分をも大きく除いてしまい、適切な焦点位置を得られなくなる可能性がある。従って、観察対象の成分をどの程度まで取り除けば、性能が劣化するのか見極めつつ、出来るだけ閾値を小さくして塵の成分を取り除き、しかも性能を劣化させない閾値の割合nを求めることが重要となる。
Next, a threshold value setting method for reducing the influence of dust will be described in more detail.
As described above, the dust component can be deleted as the threshold ratio n with respect to the background color is reduced. On the other hand, if the threshold ratio n is too small, the component to be observed is largely removed, and an appropriate value is obtained. There is a possibility that the focal position cannot be obtained. Accordingly, it is important to determine how much the component to be observed should be removed to determine whether the performance deteriorates, to reduce the threshold as much as possible to remove dust components, and to obtain the threshold ratio n that does not deteriorate the performance. .
以下に、背景色に対する閾値の割合nの求め方について、具体的に説明する。
まず、自動焦点に許されるばらつきの性能を決定する。
ここでは、観察対象を直径10μmの球状の物体とする。また、焦点位置は、プレート102の歪みによって80μm程度ずれるので、100μmの範囲を自動焦点の位置合わせの検索範囲とする。なお、球状の観察対象の中心部から3μm以内に焦点が合うときが適切な焦点とする。
Hereinafter, a method for obtaining the threshold ratio n with respect to the background color will be specifically described.
First, the performance of variation allowed for autofocus is determined.
Here, the observation target is a spherical object having a diameter of 10 μm. Further, since the focal position is shifted by about 80 μm due to the distortion of the
新品のプレート102に新鮮な観察対象を置き、背景色に対する閾値の割合nを、例えば200%に設定、つまり、閾値を背景色の2倍の値に設定し、塵が入らないようにして、例えば100回の自動焦点を行い、焦点位置のばらつきを測定する。背景色に対する閾値の割合nが200%ということは、閾値によるクリップ処理をほとんど行わない設定である。観察対象に塵が混入していない状態で自動焦点を行っているので、塵の影響による焦点位置のずれは無く、クリップ処理を行わなくても焦点位置のばらつきを必要最小限、例えば、2.0μm程度に抑えて、適切な焦点位置を得ることができる。
Place a fresh observation target on a
次に、背景色に対する閾値の割合nを100%に設定し、同様に100回の自動焦点を繰り返し、焦点位置のばらつきを求める。同様に90%、80%、70%、60%、50%と閾値の割合nを変更して、それぞれの割合における焦点位置のばらつきを求める。割合nをある設定以下にしたときに、焦点位置のばらつきが3μmを超えてしまい、焦点合わせのエラーが起こった場合は、観察対象の成分を閾値によって削減しすぎたと判断する。例えば、割合を40%に設定したときに、自動焦点後の焦点位置のばらつきが3.2μmになった場合は、性能を満たさなくなったと判断し、マージンをとって閾値の割合nを50%に決定する。このようにして決定された背景色に対する閾値の割合nは、性能を保持しつつ、出来る限り塵の影響を削減できる設定になっている。 Next, the ratio n of the threshold value with respect to the background color is set to 100%, and the automatic focusing is repeated 100 times to obtain the variation in the focal position. Similarly, the threshold value ratio n is changed to 90%, 80%, 70%, 60%, and 50%, and the variation of the focal position at each ratio is obtained. If the variation in the focal position exceeds 3 μm and the focusing error occurs when the ratio n is set to a certain value or less, it is determined that the component to be observed has been reduced too much by the threshold value. For example, when the ratio is set to 40%, if the variation in focus position after autofocus becomes 3.2 μm, it is determined that the performance is not satisfied, and the threshold ratio n is set to 50% by taking a margin. decide. The threshold ratio n to the background color determined in this way is set to reduce the influence of dust as much as possible while maintaining the performance.
次に、決定された割合が適切であるか確認するための実験を行う。
観察対象の入ったプレート102を塵のある空間に数日、例えば2日間放置しておき、プレート102に塵が入るようにしてから実験を開始する。まず、閾値の割合nを200%に設定して、クリップ処理を行わない場合に100回の自動焦点を行い、塵に焦点が合うことによるエラーの発生が起こるかどうかを確認する。エラーの発生を確認できなかった場合には、さらに長期間、プレート102を放置して自然に塵を混入、あるいは予想される塵をプレート102に人工的に混入し、焦点合わせのエラーの発生を起こすようにしても良い。
Next, an experiment is performed to confirm whether the determined ratio is appropriate.
The experiment is started after the
エラーの発生を確認できた場合は、閾値の割合nを上記決定された割合である50%に設定し、100回の自動焦点を行い、塵に焦点が合うことなく、適切な焦点が得られることを確認する。このようにすれば、与えられた性能を満足しつつ、塵による自動焦点のエラーを減少させる閾値の割合を実験で求めることが出来る。この割合は、観察対象やCCDカメラ105を変更しない限り、一度求めるだけでよい。
When the occurrence of an error can be confirmed, the threshold ratio n is set to 50%, which is the above-determined ratio, and automatic focusing is performed 100 times, and an appropriate focus can be obtained without focusing on dust. Make sure. In this way, it is possible to experimentally determine the ratio of the threshold that reduces the autofocus error due to dust while satisfying the given performance. This ratio only needs to be obtained once unless the observation object and the
次に、クリップ手段112によるクリップ処理の作用効果について、図5および図6を用いて説明する。図5に、クリップ手段112による制限を適用した場合と、適用しない場合の、焦点位置の変化に対する、指標値の変化を表すグラフの1例を示す。
Next, the effect of the clip process by the
クリップ手段112による制限を適用しない場合、図5(a)に示すように、塵に焦点が合う位置における指標値P1aと、観察対象に焦点が合う位置における指標値P2aは共に値が高く、その差が無い状態となる。従って、後段の焦点制御手段122において、誤って、指標値P1aの値を用いて焦点制御を行い、塵に焦点を合わせてしまう可能性がある。
When the limitation by the
一方、クリップ手段112による制限を適用した場合、図5(b)に示すように、塵に焦点が合う位置における指標値P1bは大きい値を示すことはなく、後段の焦点制御手段122では、指標値P2bを用いた正確な焦点制御を行うことができ、誤って塵に焦点が合ってしまうことを防ぐことができる。
On the other hand, when the restriction by the
さらに、図6を用いて説明する。図6は、対物レンズユニットとプレートとの距離の変化に対応する、焦点位置の変化を示すもので、図6(a)は、対物レンズユニット103を構成する対物レンズ103aの位置がP1の位置にあり、塵にフォーカスが合っている状態を示しており、図6(b)は、対物レンズユニット103を構成する対物レンズ103aの位置がP2の位置にあり、観察対象にフォーカスが合っている状態を示している。
Furthermore, it demonstrates using FIG. FIG. 6 shows the change in the focal position corresponding to the change in the distance between the objective lens unit and the plate. FIG. 6A shows the position where the position of the objective lens 103a constituting the
図6(a)に示すように、対物レンズ103aの位置がP1の位置にある場合、焦点が合っている塵の高周波成分と、焦点の合っていない観察対象の高周波成分との加算分が、位置P1における指標値となる。この指標値は、クリップ処理をしなかった場合は、図5(a)のP1aに対応し、クリップ処理をした場合は、図5(b)のP1bに対応する。 As shown in FIG. 6A, when the position of the objective lens 103a is at the position P1, the added amount of the high-frequency component of the dust that is in focus and the high-frequency component of the observation target that is not in focus is It becomes an index value at the position P1. This index value corresponds to P1a in FIG. 5A when clip processing is not performed, and corresponds to P1b in FIG. 5B when clip processing is performed.
一方、図6(b)に示すように、対物レンズ103aの位置がP2の位置にある場合、焦点が合っていない塵の高周波成分と、焦点の合っている観察対象の高周波成分との加算分が、位置P2における指標値となる。この指標値は、クリップ処理をしなかった場合は、図5(a)のP2aに対応し、クリップ処理をした場合は、図5(b)のP2bに対応する。 On the other hand, as shown in FIG. 6B, when the position of the objective lens 103a is at the position P2, the added amount of the high-frequency component of the dust that is not in focus and the high-frequency component of the observation object that is in focus. Becomes the index value at the position P2. This index value corresponds to P2a in FIG. 5A when clip processing is not performed, and corresponds to P2b in FIG. 5B when clip processing is performed.
以上のように、クリップ処理を行えば、塵に影響されず、最適な位置に焦点合わせを行うことができる。 As described above, if the clipping process is performed, focusing can be performed at an optimum position without being affected by dust.
このような実施の形態1による自動焦点装置では、撮影したイメージデータの背景色から閾値を求め、該閾値でクリップ処理し、該クリップ処理されたイメージデータから指標値を演算する指標値演算手段120と、上記指標値を元に撮影手段100の焦点を自動制御する焦点制御手段122とを備えたことより、観察対象と塵とを判別し、観察対象と塵が混在した状態であっても、誤って塵に焦点が合うのを防止し、正確に観察対象に焦点を合わせることが可能となる。
In such an autofocus device according to the first embodiment, an index
なお、本実施の形態1では、上記背景色演算手段110が上記イメージデータのヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段を備え、生成したヒストグラムの最大値に対応するイメージ強度を背景色情報として出力する場合について説明したが、以下のようにして背景色を求めても良い。
In the first embodiment, the background
例えば、上記背景色演算手段110が、イメージデータの全ピクセルのイメージ強度のうちの最大値を背景色情報とする最大値演算手段を備えるようにする。この場合、イメージ強度が大きい値を示すピクセルを背景として判断し、この判断結果を元にイメージデータの背景色を求めることができる。これは、背景は、観察対象や塵を透過していない光の撮影結果であり、観察対象や塵を透過していない分、明るく写るからである。ただし、最大値を一点のみでイメージデータの背景色を判断すると、CCD素子のピクセル不良などのノイズの影響により背景色の強度を誤って求めてしまう可能性もあるので、イメージ強度がN番目に大きい値(Nは任意の値)や、イメージ強度が一番大きい値からN番目に大きい値までのN個のイメージ強度を平均した値などを用いて背景色を判断するようにすれば、CCD素子の暗電流ノイズ等による背景色の強度の誤検出を防ぐことが出来る。
For example, the background
また、上記背景色演算手段110が、イメージデータの全ピクセルのイメージ強度の平均値を背景色情報とする平均値演算手段を備えるようにする。この場合、前述したように背景が観察対象や塵よりも多くのピクセルを占めるときには、上記全ピクセルのイメージ強度の平均値を背景色として求めることができる。ただし、観察対象や塵が多い場合には、そうでない場合に比べて平均値が小さく(暗く)なることを考慮しなければならない。これにより、背景色の強度のむらによる誤検出を防ぐことが出来る。 The background color calculation means 110 includes average value calculation means that uses the average value of image intensities of all pixels of the image data as background color information. In this case, as described above, when the background occupies more pixels than the observation target or dust, the average value of the image intensity of all the pixels can be obtained as the background color. However, when there are a lot of observation objects and dust, it must be considered that the average value is smaller (darker) than when the observation is not. As a result, erroneous detection due to uneven intensity of the background color can be prevented.
また、上記背景色演算手段110が、イメージを複数の領域に分けて、該各領域でヒストグラムを作成する領域別ヒストグラム生成手段を備えるようにする。例えば、図4(a)に示すようにイメージを15個の領域A1〜A5,B1〜B5,C1〜C5に分け、各領域におけるヒストグラムを生成する。そして、各領域のヒストグラムの最大値に対応するイメージ強度を、それぞれの領域の背景色として求める。具体的には、領域A1,A2,B3のヒストグラムが図4の(b)〜(d)に示すようなものである場合、各領域のヒストグラムの最大値となる強度I1〜I3を、各領域A1,A2,B3の背景色とすることで、背景色のむらに対応することが可能となる。なお、光源101がプレート102上の視野で輝度の均一性を欠く場合には、視野の中でも背景色の明るさが異なる。通常の光源は、光軸の中心の輝度が強く、中心から離れるにしたがって輝度が弱くなっているため、光軸の中心と視野の中心を同じ位置に調整していたとすると、視野の中心の輝度は明るく、視野の端の輝度は暗く写ることになる。そこで、イメージを複数の領域に分けて、各領域毎に背景色情報を求めるようにすれば、視野位置に対応する背景色の面を適切に求めることができる。
In addition, the background
また、上記背景色演算手段110が、イメージを図4(a)に示すように複数の領域に分けて、該各領域におけるイメージ強度の最大値を求める領域別最大値演算手段を備えるようにする。この場合、各領域のイメージ強度の最大値を、各々の領域の背景色情報として求めることができるため、背景色のむらに影響されずに適切な背景色の面を求めることができる。なお、上記領域別最大値演算手段により求めた上記複数のイメージ強度の最大値のうち、最も小さいイメージ強度値を、イメージデータ全体の背景色情報として出力するようにすれば、より背景色のむらに影響されない背景色情報を求めることができる。 Further, the background color calculation means 110 includes an area-specific maximum value calculation means for dividing the image into a plurality of areas as shown in FIG. 4A and obtaining the maximum value of the image intensity in each area. . In this case, since the maximum value of the image intensity of each region can be obtained as background color information of each region, an appropriate background color surface can be obtained without being affected by unevenness of the background color. In addition, if the smallest image intensity value is output as background color information of the entire image data among the plurality of image intensity maximum values obtained by the region-specific maximum value calculating means, the background color becomes more uneven. Unaffected background color information can be obtained.
また、上記背景色演算手段110が、イメージを図4(a)に示すように複数の領域に分けて、該各領域におけるイメージ強度の平均値を求める領域別平均値演算手段を備えるようにする。この場合、各領域におけるイメージ強度の平均値を、各々の領域の背景色情報として求めることができるため、各視野位置の背景色のむらに影響されず適切な背景色の面を求めることができる。 Further, the background color calculation means 110 includes an average value calculation means for each area for dividing the image into a plurality of areas as shown in FIG. 4A and obtaining an average value of the image intensity in each area. . In this case, since the average value of the image intensity in each region can be obtained as background color information of each region, an appropriate background color surface can be obtained without being affected by the unevenness of the background color at each visual field position.
なお、本実施の形態1の自動焦点装置は、顕微鏡やマイクロフィルムスキャナーなど、透過光を用いて自動焦点を行う装置にはすべて有効である。 Note that the automatic focusing apparatus of the first embodiment is all effective for apparatuses that perform automatic focusing using transmitted light, such as a microscope and a microfilm scanner.
(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の形態2による自動焦点装置の構成を示す図である。なお、図中において、図1と同一の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an autofocus device according to Embodiment 2 of the present invention. In addition, in the figure, the same code | symbol is attached | subjected about the component same as FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.
本実施の形態2の自動焦点装置は、上記実施の形態1の自動焦点装置の構成に加えて、さらに、選択手段201、オートフォーカス(以下AFと略す)コントローラ202、及びパラメータ設定手段203を備えたものである。なお、本実施の形態2では、焦点制御手段122は、微調整、粗調整の2段階の焦点制御モードを有するものとする。
In addition to the configuration of the autofocus device of the first embodiment, the autofocus device of the second embodiment further includes a
上記選択手段201は、上記焦点制御手段122が微調整を行うときには、クリップ手段112の出力、つまり、クリップ処理されたイメージデータを選択し、上記焦点制御手段122が粗調整を行うときには、メモリコントローラ108の出力、つまり、クリップ処理を行っていないイメージデータを選択し、出力する。
The
上記AFコントローラ202は、設定されたパラメータに基づいて焦点位置の移動方向と移動量を移動量・移動方向決定手段116に伝達すると共に、選択手段201を制御する。
The
上記パラメータ設定手段203は、外部から検索範囲とステップなどを設定するものである。 The parameter setting unit 203 sets a search range and a step from the outside.
以下に、本実施の形態2による自動焦点方法について図8を用いて説明する。
図8は、観察対象から対物レンズ位置がある程度離れている場合の指標値と焦点位置との関係を示すもので、図8(a)には塵がありクリップ処理を行わない場合、図8(b)には塵がありクリップ処理を行う場合を示している。なお、図8において、P1c、P1dは、塵にフォーカスが合う位置の指標値を示しており、P2c、P2dは観察対象にフォーカスが合う位置の指標値を示している。
Hereinafter, the automatic focusing method according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 8 shows the relationship between the index value and the focus position when the objective lens position is away from the observation target to some extent. FIG. 8A shows a case where there is dust and clip processing is not performed. b) shows a case where there is dust and clip processing is performed. In FIG. 8, P1c and P1d indicate index values at positions where the dust is in focus, and P2c and P2d indicate index values at positions where the observation target is in focus.
まず、クリップ処理をしない場合とクリップ処理をした場合に指標値の推移を見てみると、図8(a)に示されるRange−Aの範囲における指標値の推移は、なだからな右肩上がりを示しているのに対し、図8(b)に示されるRange−A’の範囲における指標値は、ほぼ0のままであることが分かる。これは、クリップ処理をした場合の方が、焦点位置を観察対象からずらしていった時に、観察対象が写らなくなるタイミングが早いことを示している。 First, looking at the transition of the index value when the clip processing is not performed and when the clip processing is performed, the transition of the index value in the range of Range-A shown in FIG. However, the index value in the range of Range-A ′ shown in FIG. 8B remains almost zero. This indicates that when the clip process is performed, the timing at which the observation target is not captured when the focus position is shifted from the observation target is earlier.
一般的に、レンズで焦点を合わせて物を見る場合、明瞭に写すことのできる合焦点の範囲は焦点深さと呼ばれており、この焦点深さから焦点位置がはずれた範囲では、観察対象がぼやけてしまう。例えば、シルエットを観察した場合、シルエットがはっきり写っていれば、シルエットが濃く(暗く)写るが、焦点が焦点深さから外れるとシルエットが薄く(明るく)写ることがわかる。従って、焦点位置が焦点深さから外れ、観察対象のシルエットが薄くなっていくと、クリップ処理をしない場合に比べてクリップ処理をした場合の方が、観察対象が写らなくなるタイミングが早くなる。 In general, when viewing an object in focus with a lens, the range of the in-focus point that can be clearly captured is called the depth of focus, and in the range where the focus position deviates from this depth of focus, the observation target is It will be blurred. For example, when a silhouette is observed, it can be seen that if the silhouette is clearly visible, the silhouette appears dark (dark), but if the focus deviates from the depth of focus, the silhouette appears thin (bright). Therefore, when the focus position deviates from the depth of focus and the silhouette of the observation target becomes lighter, the timing at which the observation target is not captured is earlier in the case where the clip process is performed than in the case where the clip process is not performed.
また、クリップ処理をした場合、図8(b)に示すRange−A’の範囲における指標値だけを見ても、その値に差が無いため、どちらの方向に指標値のピークがあるのかが分からず、最適な焦点位置が存在するのかどうかがわからない。その結果、正確に合焦位置を決定することができない。しかし、クリップ処理をしない場合、図8(a)に示すRange−Aの範囲における指標値を見れば、指標値の推移により、図の右上方向に指標値のピーク、つまり、最適な焦点位置が存在することを推定することができる。従って、広い範囲の中から、観察対象に近い位置を探すのであれば、クリップ処理をしないほうが多くの情報を得られ、指標値のピークである最適な焦点位置の近傍を早く見つけることができる。 In addition, when clip processing is performed, even if only the index values in the range of Range-A ′ shown in FIG. 8B are viewed, there is no difference in the values, and in which direction the index value peaks. I don't know, and I don't know if there is an optimal focus position. As a result, the in-focus position cannot be determined accurately. However, in the case where the clipping process is not performed, if the index value in the range of Range-A shown in FIG. It can be estimated that it exists. Therefore, if a position close to the observation target is searched from a wide range, more information can be obtained without clipping, and the vicinity of the optimum focus position that is the peak of the index value can be quickly found.
以上のことから、自動焦点の処理を2段階の粗調整と微調整に分け、粗調整ではクリップ処理を行わず、微調整の時にクリップ処理を行うようにすることで、高速かつ正確に最適な焦点位置を見つけることができるのである。 From the above, autofocus processing is divided into two stages of coarse adjustment and fine adjustment, and clip processing is not performed in coarse adjustment, but clip processing is performed at the time of fine adjustment. The focal position can be found.
上記本実施の形態2の自動焦点方法について具体的に説明する。ここでは、粗調整の場合には、現在の焦点位置から±100μmの範囲を10μmごとに焦点位置を移動し、それぞれの焦点位置での指標値を演算し、観察対象の近くまで移動するものとし、微調整の場合には、粗調整を実行したことにより移動した焦点位置から±10μmの範囲を1μmごとに焦点位置を移動し、それぞれの焦点位置での指標値を演算し、最適な焦点位置まで移動することとする。また、焦点制御手段122は、粗調整を行った後、微調整を行うものとする。
The autofocus method of the second embodiment will be specifically described. Here, in the case of coarse adjustment, the focus position is moved every 10 μm within a range of ± 100 μm from the current focus position, the index value at each focus position is calculated, and moved to the vicinity of the observation target. In the case of fine adjustment, the focus position is moved every 1 μm within the range of ± 10 μm from the focus position moved by executing coarse adjustment, the index value at each focus position is calculated, and the optimum focus position I will move to. The
まず、自動焦点動作開始時には、パラメータ設定手段203に検索範囲とステップなどを設定する。AFコントローラ202では、設定されたパラメータを元に焦点位置の移動方向と移動量とを移動量・移動方向決定手段116に伝達する。
First, at the start of the autofocus operation, the search range and step are set in the parameter setting means 203. The
次に、メカコントローラ117及びフォーカスモータ106を介して、粗調整の設定された検索範囲の半分に相当する100μmだけ下方向に対物レンズユニット103を移動させる。そして、光源101を点灯し、その位置のイメージをCCDカメラ105で撮影する。撮影されたイメージは、カメラコントローラ107、メモリコントローラ108を通して、メモリ109にイメージデータとして格納される。
Next, the
メモリ109に格納されたイメージデータは、背景色演算手段110で背景色を演算される。演算された背景色は、しきい値演算手段111によって、背景色に対応した閾値を演算される。閾値は、クリップ手段112に入力され、該閾値でイメージデータが制限される。
The background color of the image data stored in the
本実施の形態2では、粗調整を行った後に微調整を行うよう設定されているため、まず、粗調整を行う場合の焦点制御について説明する。 In the second embodiment, since fine adjustment is performed after coarse adjustment, focus control in the case of performing coarse adjustment will be described first.
粗調整の場合、選択手段201によりクリップ処理を行っていないイメージデータが選択され、このイメージデータは、ハイパスフィルタ113、整流手段114を介して、積分手段115に入力され、指標値が演算される。移動量・移動方向決定手段116では、上記指標値を保存するとともに、メカコントローラ117に対し、さらに対物レンズユニット103を1ステップ移動させるよう、移動量及び移動方向に関する情報を出力する。ここでは、移動量が10μmで移動方向が上方向であることを示す情報が出力されるものとし、メカコントローラ117では、上記移動量と移動方向に関する情報に基づき、フォーカスモータ106に対し、それを実行するための信号を出力し、フォーカスモータ106により対物レンズユニット103を移動させる。このような動作を繰り返して指標値を保存していき、設定された検索範囲の指標値をすべて演算し終わると、移動量・移動方向決定手段116では、最終的に対物レンズユニット103をどこに移動させるかを決定する。
In the case of coarse adjustment, image data that has not been clipped is selected by the selection means 201, and this image data is input to the integration means 115 via the high-
以上のようにして得られた指標値の値は、自動焦点動作を開始後、少しずつ大きくなっていき、適切な合焦位置のときにピークとなり、それを過ぎると小さくなっていく。しかしながら、最後の撮影まで、つまり、自動焦点動作を終了するまで、その指標値が増加し続けている場合、移動量・移動方向決定手段116では、エラーが発生したと判断して自動焦点動作を終了し、対物レンズユニット103の位置を、例えば150μm上方向にずらして、もう一度自動焦点動作を実行する。ここで、指標値が増加しているということは、検索した範囲には観察対象に焦点が合う位置は無かったが、上方向に観察対象に焦点が合う位置がある確率が高いことが解るからである。逆に、指標値が最後まで減少し続けていたとすると、観察対象に焦点が合う位置は下方向にある確率が高いことになる。また、途中まで増加しその後減少していったとすると、最も大きい指標値に対応する焦点位置が、観察対象に焦点が合う位置の近傍である。
The index value obtained as described above gradually increases after starting the autofocus operation, reaches a peak at an appropriate in-focus position, and decreases after that. However, if the index value continues to increase until the last shooting, that is, until the autofocus operation is finished, the movement amount / movement direction determining means 116 determines that an error has occurred and performs the autofocus operation. Then, the position of the
以上のようにして粗調整によって観察対象の焦点位置の近傍を認識することができたら、その焦点位置の近傍に対物レンズユニット103を移動して、微調整を開始する。
When the vicinity of the focal position of the observation target can be recognized by the coarse adjustment as described above, the
微調整の場合、選択手段201によりクリップ処理後のイメージデータが選択され、上記実施の形態1に示した方法を用いて自動焦点が行われる。
In the case of fine adjustment, image data after clip processing is selected by the
このような本実施の形態2では、上記実施の形態1の自動焦点装置の構成に加え、クリップ手段112の出力あるいはメモリコントローラ108の出力のいずれかを選択する選択手段201と、上記選択手段201及び焦点制御手段122を制御するAFコントローラ202と、パラメータ設定手段203とを備え、透過光を用いる場合の自動焦点動作において、クリップ処理を行わない粗調整で、観察対象の焦点位置近傍に焦点位置を合わせた後、クリップ処理を行う微調整で、観察対象の焦点位置を求める自動焦点を行うようにしたので、高速かつ正確に観察対象に対する自動焦点動作を行うことが出来る。
In the second embodiment, in addition to the configuration of the autofocus device of the first embodiment, the
なお、本実施の形態2では、粗調整と微調整の2段階で自動焦点動作を行う場合について説明したが、粗調整、普通調整、微調整の3段階、またはそれ以上の段階に分けて自動焦点動作を行っても良い。粗調整の場合には、クリップ手段112によるクリップ処理を行わないイメージデータで演算する方法を用い、普通調整の場合には、検索範囲を上記粗調整の場合よりも狭く、ステップを上記粗調整の場合よりも細かく設定し、クリップ手段112によるクリップ処理を行なったイメージデータで演算する方法を用い、微調整の場合には、検索範囲を上記普通調整の場合よりも狭く、ステップを上記普通調整の場合よりもより細かく設定し、クリップ手段112によるクリップ処理を行なったイメージデータで演算する方法を用いるようにする。
In the second embodiment, the case where the autofocus operation is performed in two stages of coarse adjustment and fine adjustment has been described. However, automatic adjustment is performed in three stages of coarse adjustment, normal adjustment, and fine adjustment, or more stages. A focus operation may be performed. In the case of coarse adjustment, a method of calculating with image data that does not perform clip processing by the
また、本実施の形態2では、検索範囲とステップを設定して行う自動焦点動作について説明したが、いわゆる山登り法を用いても良く、本実施の形態に限定されるものではない。 In the second embodiment, the autofocus operation performed by setting the search range and step has been described. However, a so-called hill climbing method may be used, and the present invention is not limited to this embodiment.
また、本実施の形態2の自動焦点装置は、顕微鏡やマイクロフィルムスキャナーなど、透過光を用いて自動焦点を行う装置にはすべて有効である。 The automatic focusing apparatus according to the second embodiment is effective for all apparatuses that perform automatic focusing using transmitted light, such as a microscope and a microfilm scanner.
本発明にかかる自動焦点装置及び自動焦点方法は、観察対象と塵等が混在している場合に観察対象に正確に焦点位置を合わせる自動焦点手段を有し、顕微鏡など自動焦点を必要とする観察機器等に有用である。 An autofocus device and an autofocus method according to the present invention include an autofocus unit that accurately adjusts a focus position on an observation target when dust and the like are mixed, and an observation that requires autofocus such as a microscope. Useful for equipment.
100 撮影手段
101 光源
102 プレート
103 対物レンズユニット
104 集光レンズ
105 CCDカメラ
106 フォーカスモータ
107 カメラコントローラ
108 メモリコントローラ
109 メモリ
110 背景色演算手段
111 しきい値演算手段
112 クリップ手段
113 ハイパスフィルタ
114 整流手段
115 積分手段
116 移動量・移動方向決定手段
117 メカコントローラ
120 指標値演算手段
121 演算手段
122 焦点制御手段
201 選択手段
202 AFコントローラ
203 パラメータ設定手段
901 光源
902 フィルム
903 レンズユニット
904 イメージセンサ
905 A/D変換器
906 演算部
907 制御部
908 範囲指定手段
909 ステッピングモータ
910 センサ駆動部
DESCRIPTION OF
Claims (15)
上記光源から上記観察対象に光を照射することにより生じる透過光を撮影し、イメージデータとして出力する撮影手段と、
上記撮影手段から出力されるイメージデータから背景色情報を求め、該背景色情報に基づいて上記観察対象の焦点情報をあらわす指標値を演算する指標値演算手段と、
上記指標値に基づいて上記観察対象の最適な焦点位置を得るように上記撮影手段の焦点を制御する焦点制御手段とを備えた、
ことを特徴とする自動焦点装置。 A light source for irradiating the observation object with light;
Photographing means for photographing transmitted light generated by irradiating the observation target with light from the light source, and outputting the image data;
Index value calculating means for obtaining background color information from the image data output from the photographing means, and calculating an index value representing the focus information of the observation object based on the background color information;
A focus control means for controlling the focus of the photographing means so as to obtain an optimum focus position of the observation object based on the index value;
An autofocus device characterized by that.
上記指標値演算手段は、
上記イメージデータから上記背景色情報を求める背景色演算手段と、
上記背景色情報から上記イメージデータのしきい値を求めるしきい値演算手段と、
上記イメージデータを上記しきい値でクリップ処理するクリップ手段と、
上記クリップ手段の出力信号から上記イメージデータの高周波成分を抽出するハイパスフィルタと、
上記ハイパスフィルタ出力信号から上記指標値を求める演算手段とを備えた、
ことを特徴とする自動焦点装置。 The autofocus device according to claim 1,
The index value calculation means includes:
Background color calculation means for obtaining the background color information from the image data;
Threshold value calculating means for obtaining a threshold value of the image data from the background color information;
Clip means for clipping the image data at the threshold value;
A high-pass filter that extracts a high-frequency component of the image data from the output signal of the clip means;
Calculating means for obtaining the index value from the high-pass filter output signal,
An autofocus device characterized by that.
上記指標値演算手段は、
上記イメージデータから上記背景色情報を求める背景色演算手段と、
上記背景色情報から上記イメージデータのしきい値を求めるしきい値演算手段と、
上記イメージデータを上記しきい値でクリップ処理するクリップ手段と、
上記イメージデータ、あるいは上記クリップ手段によりクリップ処理されたイメージデータのいずれかを選択して出力する選択手段と、
上記選択手段の出力信号から上記イメージデータの高周波成分を抽出するハイパスフィルタと、
上記ハイパスフィルタ出力信号から上記指標値を求める演算手段とを備えた、
ことを特徴とする自動焦点装置。 The autofocus device according to claim 1,
The index value calculation means includes:
Background color calculation means for obtaining the background color information from the image data;
Threshold value calculating means for obtaining a threshold value of the image data from the background color information;
Clip means for clipping the image data at the threshold value;
Selection means for selecting and outputting either the image data or the image data clipped by the clipping means;
A high pass filter for extracting a high frequency component of the image data from the output signal of the selection means;
Calculating means for obtaining the index value from the high-pass filter output signal,
An autofocus device characterized by that.
上記焦点制御手段は、少なくとも粗調整、微調整の2段階の焦点制御モードを有するもので、
上記選択手段は、
上記焦点制御手段が粗調整を行うとき、上記イメージデータを選択し、上記焦点制御手段が微調整を行うとき、上記クリップ手段によりクリップ処理されたイメージデータを選択する、
ことを特徴とする自動焦点装置。 The autofocus device according to claim 3,
The focus control means has at least two stages of focus control modes of coarse adjustment and fine adjustment.
The selection means is:
Selecting the image data when the focus control means performs coarse adjustment, and selecting the image data clipped by the clip means when the focus control means performs fine adjustment;
An autofocus device characterized by that.
上記焦点制御手段は、上記粗調整を行った後、上記微調整を行うものである、
ことを特徴とする自動焦点装置。 The autofocus device according to claim 3,
The focus control means performs the fine adjustment after the coarse adjustment.
An autofocus device characterized by that.
上記背景色演算手段は、
上記イメージデータのヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段を備え、
上記ヒストグラムの最大値に対応するイメージ強度値を、背景色情報として出力する、
ことを特徴とする自動焦点装置。 The autofocus device according to claim 2 or 3,
The background color calculation means is
A histogram generation means for generating a histogram of the image data;
The image intensity value corresponding to the maximum value of the histogram is output as background color information.
An autofocus device characterized by that.
上記背景色演算手段は、
上記イメージデータのイメージ強度の最大値を求める最大値演算手段を備え、
該最大値演算手段により求めたイメージ強度の最大値を、背景色情報として出力する、
ことを特徴とする自動焦点装置。 The autofocus device according to claim 2 or 3,
The background color calculation means is
A maximum value calculating means for obtaining a maximum value of the image intensity of the image data;
The maximum value of the image intensity obtained by the maximum value calculating means is output as background color information.
An autofocus device characterized by that.
上記背景色演算手段は、
上記イメージデータのイメージ強度の平均値を求める平均値演算手段を備え、
該平均値演算手段により求めたイメージ強度の平均値を、背景色情報として出力する、
ことを特徴とする自動焦点装置。 The autofocus device according to claim 2 or 3,
The background color calculation means is
An average value calculating means for obtaining an average value of the image intensities of the image data;
The average value of the image intensity obtained by the average value calculating means is output as background color information.
An autofocus device characterized by that.
上記背景色演算手段は、
上記イメージデータを複数の領域に分け、該各領域のヒストグラムを作成する領域別ヒストグラム生成手段を備え、
上記各領域のヒストグラムの最大値に対応するイメージ強度値を、各々の領域の背景色情報として出力する、
ことを特徴とする自動焦点装置。 The autofocus device according to claim 2 or 3,
The background color calculation means is
The image data is divided into a plurality of regions, and a histogram generation unit for each region that creates a histogram of each region is provided.
The image intensity value corresponding to the maximum value of the histogram of each area is output as background color information of each area.
An autofocus device characterized by that.
上記背景色演算手段は、
上記イメージデータを複数の領域に分け、該各領域におけるイメージ強度の最大値を求める領域別最大値演算手段を備え、
上記領域別最大値演算手段により求めた上記各領域のイメージ強度の最大値を、各々の領域の背景色情報として出力する、
ことを特徴とする自動焦点装置。 The autofocus device according to claim 2 or 3,
The background color calculation means is
The image data is divided into a plurality of regions, and a region-specific maximum value calculation means for obtaining a maximum value of image intensity in each region is provided,
The maximum value of the image intensity of each area obtained by the maximum value calculation means for each area is output as background color information of each area.
An autofocus device characterized by that.
上記背景色演算手段は、
上記領域別最大値演算手段により求めた上記複数のイメージ強度の最大値のうち、最も小さいイメージ強度値を、背景色情報として出力する、
ことを特徴とする自動焦点装置。 The autofocus device according to claim 10, wherein
The background color calculation means is
Among the maximum values of the plurality of image intensities obtained by the region maximum value calculating means, the smallest image intensity value is output as background color information.
An autofocus device characterized by that.
上記背景色演算手段は、
上記イメージデータを複数の領域に分け、該各領域におけるイメージ強度の平均値を求める領域別平均値演算手段を備え、
上記領域別平均値演算手段により求めた上記各領域におけるイメージ強度の平均値を、各々の領域の背景色情報として出力する、
ことを特徴とする自動焦点装置。 The autofocus device according to claim 2 or 3,
The background color calculation means is
The image data is divided into a plurality of regions, and each region has an average value calculation means for calculating an average value of image intensity in each region,
The average value of the image intensity in each area obtained by the average value calculation means for each area is output as background color information for each area.
An autofocus device characterized by that.
上記観察対象は、所定の大きさであり、かつ上記イメージデータに混入するノイズよりも大きいものである、
ことを特徴とする自動焦点装置。 The autofocus device according to any one of claims 1 to 10,
The observation object has a predetermined size and is larger than noise mixed in the image data.
An autofocus device characterized by that.
上記イメージデータから背景色情報を演算する背景色情報演算ステップと、
上記背景色情報から上記イメージデータの閾値を演算する閾値演算ステップと、
上記イメージデータを、上記閾値でクリップ処理するクリップ処理ステップと、
上記クリップ処理されたイメージデータの高周波成分を抽出する高周波成分抽出ステップと、
上記抽出した高周波成分から、上記観察対象の焦点情報をあらわす指標値を演算する指標値演算ステップと、
上記指標値に基づいて上記観察対象の最適な焦点位置を得るように上記撮像素子の焦点を制御する焦点制御ステップと、を含む、
ことを特徴とする自動焦点方法。 An automatic focusing method for photographing transmitted light generated by irradiating light to an observation target using an image sensor, and focusing the image sensor from image data obtained from the photographed image,
A background color information calculation step for calculating background color information from the image data;
A threshold value calculating step for calculating a threshold value of the image data from the background color information;
A clip processing step for clipping the image data with the threshold value;
A high frequency component extracting step for extracting a high frequency component of the clipped image data;
An index value calculating step for calculating an index value representing the focus information of the observation target from the extracted high frequency component;
A focus control step for controlling the focus of the image sensor so as to obtain an optimum focus position of the observation target based on the index value,
An autofocus method characterized by that.
上記イメージデータから背景色情報を演算する背景色情報演算ステップと、
上記背景色情報から上記イメージデータの閾値を演算する閾値演算ステップと、
上記イメージデータを上記閾値でクリップ処理するクリップ処理ステップと、
上記イメージデータ、あるいは上記クリップ処理後のデータの高周波成分を抽出する高周波成分抽出ステップと、
上記撮像素子のピントを粗調整するときには上記イメージデータから抽出した高周波成分を選択し、上記撮像素子のピントを微調整するときには上記クリップ処理後のイメージデータから抽出した高周波成分を選択し、該選択した高周波成分から、上記観察対象の焦点情報をあらわす指標値を演算する指標値演算ステップと、
上記指標値に基づいて上記観察対象の最適な焦点位置を得るように上記撮像素子の焦点を制御する焦点制御ステップと、を含む、
ことを特徴とする自動焦点方法。 An automatic focusing method for photographing transmitted light generated by irradiating light to an observation target using an image sensor, and focusing the image sensor from image data obtained from the photographed image,
A background color information calculation step for calculating background color information from the image data;
A threshold value calculating step for calculating a threshold value of the image data from the background color information;
A clip processing step for clipping the image data with the threshold value;
A high frequency component extracting step for extracting a high frequency component of the image data or the data after the clip processing;
When coarsely adjusting the focus of the image sensor, the high-frequency component extracted from the image data is selected. When finely adjusting the focus of the image sensor, the high-frequency component extracted from the image data after the clip processing is selected and selected. An index value calculating step for calculating an index value representing the focus information of the observation target from the high-frequency component,
A focus control step for controlling the focus of the image sensor so as to obtain an optimum focus position of the observation target based on the index value,
An autofocus method characterized by that.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2005026815A JP2005258420A (en) | 2004-02-09 | 2005-02-02 | Device and method for automatic focusing |
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