JP5669529B2 - 撮像装置、プログラム及びフォーカス制御方法 - Google Patents
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Description
本実施形態が行う合焦処理の概要について説明する。まず、コントラストAF(AF:Auto-Focus)について説明する。図5に示すように、複数の焦点位置d1〜d5において画像を撮像し、その画像からコントラスト値(例えば高周波成分やエッジ量など)を求める。そして、求めた複数のコントラスト値の中で、コントラスト値が最大となる焦点位置を合焦位置とする。あるいは、d1〜d5でのコントラスト値を補間する処理を行い、補間処理後のコントラスト値が最大となる焦点位置を推定し、推定された焦点位置を合焦位置としてもよい。
2.1.内視鏡システムの第1の構成例
図1に、内視鏡システム(内視鏡装置)の第1の構成例を示す。内視鏡システムは、光源部100、撮像部200、制御装置300(画像処理部)、表示部400、外部I/F部500を含む。
次に、第1の合焦処理について詳細に説明する。図6に、第1合焦処理部の詳細な構成例を示す。図6に示すように第1合焦処理部340は、コントラスト算出部341、記憶用メモリ342(記憶部)、合焦判定部343、焦点位置制御部344を含む。コントラスト算出部341は合焦判定部343に接続されている。焦点位置制御部344は合焦判定部343と、集光レンズ230と、メモリ250に接続されている。また、記憶用メモリ342は、合焦判定部343と双方向に接続されている。
(i)まず、記憶用メモリ342の内容をすべて“0”にセットする。記憶用メモリ342には後述するように、コントラストC_memと焦点位置d_memが保持される。
一方、上式(3)の関係が成立しない場合は、以下の(vi)の処理を実行する。
次に、第2の合焦処理について詳細に説明する。まず、画像の輝度値に基づいて、撮像部と被写体との間の相対的な移動量を検出する手法について説明する。
とする。
図11に、切り替え判定部357aの詳細な構成例を示す。切り替え判定部357aは、コントラスト判定部770、経過時間判定部771、平均輝度判定部772を含む。コントラスト判定部770と、経過時間判定部771と、平均輝度判定部772はそれぞれ制御部370に接続されている。
第1の実施形態では、輝度画像の平均輝度に基づいて上式(6)を用いて初期フレームを基準とした相対的な移動量を検出する手法について説明したが、本実施形態では、輝度画像の周波数特性に基づいて移動量を検出してもよい。
第1の実施形態では、輝度画像の平均輝度に基づいて上式(6)を用いて初期フレームを基準とした相対的な移動量を検出する手法について説明したが、本実施形態では、輝度画像の局所領域より検出した動きベクトル(広義には動き情報)に基づいて移動量を検出してもよい。
上記の本実施形態では、制御装置300を構成する各部をハードウェアで構成することとしたが、これに限定されるものではない。例えば、撮像部により取得された画像に対してCPUが各部の処理を行う構成とし、CPUがプログラムを実行することによってソフトウェアとして実現することとしてもよい。あるいは、各部が行う処理の一部をソフトウェアで構成することとしてもよい。
210 ライトガイドファイバ、220 照明レンズ、230 集光レンズ、
240 撮像素子、250 メモリ、300 制御装置、310 補間処理部、
320 表示画像生成部、330 輝度画像生成部、340 第1合焦処理部、
341 コントラスト算出部、342 記憶用メモリ、343 合焦判定部、
344 焦点位置制御部、350 第2合焦処理部、
351,355,356 移動量検出部、352 経過時間算出部、
353 合焦位置算出部、354 焦点位置制御部、
357a,357b,357c 切り替え判定部、358 コントラスト算出部、
360 合焦処理切り替え部、361 動きベクトル算出部、370 制御部、
400 表示部、500 外部I/F部、
600 コンピュータシステム、610 本体部、
611 CPU、612 RAM、613 ROM、614 HDD、
615 CD−ROMドライブ、616 USBポート、
617 I/Oインターフェース、618 LANインターフェース、
620 ディスプレイ、621 表示画面、630 キーボード、640 マウス、
650 モデム、660 CD−ROM、670 USBメモリ、681 PC、
682 サーバ、683 プリンタ、
710 平均輝度算出部、711 平均輝度記憶部、712 移動量算出部、
750 周波数特性取得部、751 周波数特性記憶部、752 移動量算出部、
753 移動量積算部、760 局所領域設定部、761 動きベクトル算出部、
762 フレームメモリ、763 移動量算出部、770 コントラスト判定部、
771 経過時間判定部、772 平均輝度判定部、773,774 算出精度判定部、
A,A’,Aall 移動量、C,Cnow,Corg コントラスト、CTH 閾値、
D,A×D 距離、d1〜d5,dnow,dorg 焦点位置、dist 距離、
f 周波数軸、f,f1now,f2now,f1pre,f2pre 周波数、
FNUM フレーム数、FTH 閾値、N1 広域エリアネットワーク、
N3 公衆回線、p,q 座標、r,g,b 色フィルタ、R1,R2 周波数特性、
rdpre,rdnow 局所領域間の距離、S1,S2 局所領域、SAD 誤差値、
SADmin 誤差値の最小値、SADTH 閾値、Wnow,Wpre 周波数特性、
x 変換倍率、Y 輝度信号、Ymin,Ymax 閾値、
Ynow,Yorg 平均輝度値、ε 誤差値、εmin 誤差値の最小値、
εTH 閾値
Claims (20)
- 光学系を有し、複数の焦点位置の画像を時系列に取得する撮像部と、
時系列に取得された前記複数の焦点位置の画像のコントラスト値を算出し、算出した前記コントラスト値に基づいて第1の合焦処理を行って前記光学系の前記焦点位置を制御する第1合焦処理部と、
前記撮像部と被写体の間の相対的な移動量を検出し、前記撮像部と被写体との距離に応じて段階的に定められた焦点位置に対して前記光学系の前記焦点位置を前記検出した前記移動量に基づいて制御して、第2の合焦処理を行う第2合焦処理部と、
前記第1の合焦処理が成されたか否かを判定する合焦判定部と、
前記合焦判定部により前記第1の合焦処理が成されたと判定された場合に、前記第1の合焦処理から前記第2の合焦処理に切り替える合焦処理切り替え部と、
を備え、
前記第2合焦処理部は、
前記切り替えが行われた後に時系列に取得される前記画像の各画像に対して前記第2の合焦処理を行い、
前記第2合焦処理部は、
前記第2の合焦処理における合焦状態を評価するためのパラメータに基づいて、合焦処理を切り替えるか否かを判定する切り替え判定部を有し、
前記合焦処理切り替え部は、
前記切り替え判定部からの判定結果に基づいて、前記第2の合焦処理から前記第1の合焦処理に切り替えることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1において、
前記パラメータは、
前記第2の合焦処理に用いられる制御パラメータであることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1において、
前記第2合焦処理部は、
取得された前記画像に基づいてコントラスト値を算出するコントラスト算出部を有し、
前記切り替え判定部は、
前記コントラスト値を前記パラメータとして、合焦処理を切り替えるか否かの前記判定を行うことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1において、
前記第2合焦処理部は、
取得された前記画像の平均輝度を算出する平均輝度算出部を有し、
前記切り替え判定部は、
前記平均輝度を前記パラメータとして、合焦処理を切り替えるか否かの前記判定を行うことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1において、
前記第2合焦処理部は、
取得された前記画像の周波数特性を取得する周波数特性取得部を有し、
前記切り替え判定部は、
合焦処理を切り替えるか否かの前記判定を、前記周波数特性に基づいて行うことを特徴とする撮像装置。 - 請求項5において、
前記撮像部は、
前記画像として、時系列に第1の画像と第2の画像を取得し、
前記第2合焦処理部は、
前記第1の画像の周波数特性と前記第2の画像の周波数特性のマッチング処理を行い、マッチング誤差を表す誤差値に基づいて前記第2の合焦処理を行い、
前記切り替え判定部は、
前記パラメータとしての前記誤差値が閾値より大きい場合に、前記第2の合焦処理から前記第1の合焦処理に切り替える判定を行うことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1において、
前記撮像部は、
前記画像として、時系列に第1の画像と第2の画像を取得し、
前記第2合焦処理部は、
前記第1の画像と前記第2の画像のマッチング処理を行って被写体の動きベクトルを検出する動きベクトル検出部を有し、
前記動きベクトル検出部は、
前記マッチング処理において、マッチング誤差を表す誤差値を求め、
前記切り換え判定部は、
前記誤差値を前記パラメータとして、合焦処理を切り替えるか否かの前記判定を行うことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1において、
前記第2合焦処理部は、
前記合焦処理切り替え部により前記第2の合焦処理に切り替えられた後の経過時間を計測する経過時間算出部を有し、
前記切り替え判定部は、
前記経過時間を前記パラメータとして、合焦処理を切り替えるか否かの前記判定を行うことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1において、
前記第2合焦処理部は、
前記撮像部と被写体の間の相対的な移動量を検出する移動量検出部を有し、
前記第2合焦処理部は、
前記移動量に基づいて前記光学系の前記焦点位置を制御することを特徴とする撮像装置。 - 請求項9において、
前記移動量検出部は、
取得された前記画像の画像信号の時間的な変化量に基づいて前記移動量を検出することを特徴とする撮像装置。 - 請求項10において、
前記撮像部は、
前記画像として、時系列に第1の画像と第2の画像を取得し、
前記移動量検出部は、
前記第1の画像の平均輝度値と前記第2の画像の平均輝度値との比を前記画像信号の時間的な変化量として、前記移動量を検出することを特徴とする撮像装置。 - 請求項9において、
前記第2合焦処理部は、
取得された前記画像の周波数特性を取得する周波数特性取得部を有し、
前記移動量検出部は、
前記周波数特性に基づいて前記移動量を検出することを特徴とする撮像装置。 - 請求項12において、
前記撮像部は、
前記画像として、時系列に第1の画像と第2の画像を取得し、
前記移動量検出部は、
前記第2の画像の周波数特性に対して周波数軸のスケール変換を行い、前記スケール変換の変換倍率を変化させながら前記第1の画像の周波数特性と前記第2の画像の周波数特性のマッチング処理を行い、マッチング誤差を表す誤差値が最も小さい前記変換倍率に基づいて前記移動量を検出することを特徴とする撮像装置。 - 請求項9において、
前記第2合焦処理部は、
取得された前記画像から動きベクトルを検出する動きベクトル検出部を有し、
前記移動量検出部は、
検出された前記動きベクトルに基づいて前記移動量を検出することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1において、
前記光学系は、
所定数の焦点位置の中から一つの焦点位置を選択することで前記焦点位置を変更することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1において、
前記光学系は、
ズーム処理を行い、
前記第1合焦処理部は、
通常観察モードよりも前記ズーム処理の倍率が高倍率に設定された拡大観察モードにおいて、前記第1の合焦処理を行い、
前記第2合焦処理部は、
前記拡大観察モードにおいて、前記第2の合焦処理を行うことを特徴とする撮像装置。 - 請求項9において、
前記第2合焦処理部は、
前記移動量が閾値より小さい場合、前記光学系の前記焦点位置を変更しないことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1において、
前記第1合焦処理部は、
取得された前記画像から前記コントラスト値を算出するコントラスト算出部を有し、
前記第1合焦処理部は、
前記コントラスト値に基づいて前記第1の合焦処理を行って前記光学系の前記焦点位置を制御することを特徴とする撮像装置。 - 光学系を有する撮像部により時系列に取得された複数の焦点位置の画像のコントラスト値を算出し、算出した前記コントラスト値に基づいて第1の合焦処理を行って前記光学系の焦点位置を制御する第1合焦処理部と、
前記撮像部と被写体の間の相対的な移動量を検出し、前記撮像部と被写体との距離に応じて段階的に定められた焦点位置に対して前記光学系の前記焦点位置を前記検出した前記移動量に基づいて制御して、第2の合焦処理を行う第2合焦処理部と、
前記第1の合焦処理が成されたか否かを判定する合焦判定部と、
前記合焦判定部により前記第1の合焦処理が成されたと判定された場合に、前記第1の合焦処理から前記第2の合焦処理に切り替える合焦処理切り替え部として、
コンピュータを機能させ、
前記第2合焦処理部は、
前記切り替えが行われた後に時系列に取得される前記画像の各画像に対して前記第2の合焦処理を行い、
前記第2合焦処理部は、
前記第2の合焦処理における合焦状態を評価するためのパラメータに基づいて、合焦処理を切り替えるか否かを判定する切り替え判定部を有し、
前記合焦処理切り替え部は、
前記切り替え判定部からの判定結果に基づいて、前記第2の合焦処理から前記第1の合焦処理に切り替えることを特徴とするプログラム。 - 光学系を有する撮像部により時系列に取得された複数の焦点位置の画像のコントラスト値を算出し、算出した前記コントラスト値に基づいて第1の合焦処理を行って前記光学系の焦点位置を制御し、
前記撮像部と被写体の間の相対的な移動量を検出し、前記撮像部と被写体との距離に応じて段階的に定められた焦点位置に対して前記光学系の前記焦点位置を前記検出した前記移動量に基づいて制御して、第2の合焦処理を行い、
前記第1の合焦処理が成されたか否かを判定し、
前記合焦判定部により前記第1の合焦処理が成されたと判定された場合に、前記第1の合焦処理から前記第2の合焦処理に切り替え、
前記切り替えが行われた後に時系列に取得される前記画像の各画像に対して前記第2の合焦処理を行い、
前記第2の合焦処理における合焦状態を評価するためのパラメータに基づいて、合焦処理を切り替えるか否かを判定し、
前記合焦処理を切り替えるか否かの判定結果に基づいて、前記第2の合焦処理から前記第1の合焦処理に切り替える、
ことを特徴とするフォーカス制御方法。
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