JPH07107363A - 自動焦点合わせ方法 - Google Patents
自動焦点合わせ方法Info
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- JPH07107363A JPH07107363A JP5251374A JP25137493A JPH07107363A JP H07107363 A JPH07107363 A JP H07107363A JP 5251374 A JP5251374 A JP 5251374A JP 25137493 A JP25137493 A JP 25137493A JP H07107363 A JPH07107363 A JP H07107363A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 顕微鏡等の光学系において、対象物に対する
自動焦点合わせを迅速に行うことを目的とする。 【構成】 第１工程として、背景を含む対象物を対物レ
ンズを通してＴＶカメラにて撮像し、その画像データか
ら輝度ヒストグラムを求め、第２工程として、しきい値
を基準として前記輝度ヒストグラムの輝度分布を背景と
対象物の２つのクラスに分離し、前記両クラスのクラス
内散とクラス間分散との比Ｒを求め、コントラストの良
悪を数値化することを特徴とする。焦点合わせ工程では
前記第１工程と前記第２工程を現在のカメラ位置（Ｓ
１）と、焦点深度ｄだけ移動した位置（Ｓ２）で実行し
て合焦位置の方向を判定（Ｓ３）した後、Ｒが最大にな
るようにカメラ位置をｄだけ移動させつつ前記第１工程
と前記第２工程を実行（Ｓ７〜Ｓ９）し、対象物に対す
る焦点を自動的に合わせる。
自動焦点合わせを迅速に行うことを目的とする。 【構成】 第１工程として、背景を含む対象物を対物レ
ンズを通してＴＶカメラにて撮像し、その画像データか
ら輝度ヒストグラムを求め、第２工程として、しきい値
を基準として前記輝度ヒストグラムの輝度分布を背景と
対象物の２つのクラスに分離し、前記両クラスのクラス
内散とクラス間分散との比Ｒを求め、コントラストの良
悪を数値化することを特徴とする。焦点合わせ工程では
前記第１工程と前記第２工程を現在のカメラ位置（Ｓ
１）と、焦点深度ｄだけ移動した位置（Ｓ２）で実行し
て合焦位置の方向を判定（Ｓ３）した後、Ｒが最大にな
るようにカメラ位置をｄだけ移動させつつ前記第１工程
と前記第２工程を実行（Ｓ７〜Ｓ９）し、対象物に対す
る焦点を自動的に合わせる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡等の光学系にお
いて、対象物に対する焦点を自動的に合わせる方法に関
するものである。
いて、対象物に対する焦点を自動的に合わせる方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、顕微鏡等の光学系において、対象
物に対する焦点を自動的に合わせる方法としては、合焦
位置では対象物と背景とのコントラストが最も明瞭にな
ることを利用し、背景を含む対象物を光学系レンズを通
してカメラにて撮像し、その画像データを数値処理する
ことにより焦点の合った位置を求める方法が種々提案さ
れている。例えば、特開昭６３−１０１１７号公報に開
示されているように、前記画像データから輝度に対する
画素数を表す輝度ヒストグラムを求め、しきい値となる
輝度レベルを基準として輝度ヒストグラムの輝度分布を
背景の輝度分布と対象物の輝度分布の２つに分離し、各
輝度分布を正規分布で近似した後、２つの正規分布の重
なる部分の面積を求め、前記面積が最も小さくなるよう
に光学系の位置を制御することにより、対象物に対する
焦点を自動的に合わせる方法が考案されている。
物に対する焦点を自動的に合わせる方法としては、合焦
位置では対象物と背景とのコントラストが最も明瞭にな
ることを利用し、背景を含む対象物を光学系レンズを通
してカメラにて撮像し、その画像データを数値処理する
ことにより焦点の合った位置を求める方法が種々提案さ
れている。例えば、特開昭６３−１０１１７号公報に開
示されているように、前記画像データから輝度に対する
画素数を表す輝度ヒストグラムを求め、しきい値となる
輝度レベルを基準として輝度ヒストグラムの輝度分布を
背景の輝度分布と対象物の輝度分布の２つに分離し、各
輝度分布を正規分布で近似した後、２つの正規分布の重
なる部分の面積を求め、前記面積が最も小さくなるよう
に光学系の位置を制御することにより、対象物に対する
焦点を自動的に合わせる方法が考案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術のような方法では輝度分布を正規分布で近似し、２つ
の正規分布の重なる部分の面積を求めるための演算が複
雑であり、前記面積が最小になるように光学系の位置を
少しづつ移動させて対象物に対して焦点を合わせる場
合、光学系の位置を移動させる毎に前記演算を行う必要
があるため、焦点合わせに要する時間を短縮するのが困
難であった。
術のような方法では輝度分布を正規分布で近似し、２つ
の正規分布の重なる部分の面積を求めるための演算が複
雑であり、前記面積が最小になるように光学系の位置を
少しづつ移動させて対象物に対して焦点を合わせる場
合、光学系の位置を移動させる毎に前記演算を行う必要
があるため、焦点合わせに要する時間を短縮するのが困
難であった。
【０００４】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、比較的簡単な演算により、迅速
に焦点を合わせるための方法を提供するものである。
になされたものであり、比較的簡単な演算により、迅速
に焦点を合わせるための方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の自動焦点合わせ方法は、画像データから輝度
に対する画素数を表す輝度ヒストグラムを求める第１工
程と、しきい値となる輝度レベルを基準として前記輝度
ヒストグラムの輝度分布を背景の輝度分布クラスと対象
物の輝度分布クラスの２つのクラスに分離し、前記両ク
ラスのクラス内散とクラス間分散の比を求める第２工程
と、前記第１工程と前記第２工程を実行し、前記クラス
内散とクラス間分散の比が最大となる位置を合焦位置と
して光学系の距離を設定する焦点合わせ工程とからなる
ことを特徴としている。
に本発明の自動焦点合わせ方法は、画像データから輝度
に対する画素数を表す輝度ヒストグラムを求める第１工
程と、しきい値となる輝度レベルを基準として前記輝度
ヒストグラムの輝度分布を背景の輝度分布クラスと対象
物の輝度分布クラスの２つのクラスに分離し、前記両ク
ラスのクラス内散とクラス間分散の比を求める第２工程
と、前記第１工程と前記第２工程を実行し、前記クラス
内散とクラス間分散の比が最大となる位置を合焦位置と
して光学系の距離を設定する焦点合わせ工程とからなる
ことを特徴としている。
【０００６】
【作用】上記の構成を有する本発明の自動焦点合わせ方
法において、第１工程では画像データから輝度に対する
画素数を表わす輝度ヒストグラムが求められる。第２工
程ではしきい値となる輝度レベルを基準として前記輝度
ヒストグラムの輝度分布が背景の輝度分布クラスと対象
物の輝度分布クラスに分離され、前記両クラスのクラス
内散とクラス間分散の比が求められる。焦点合わせ工程
では前記第１工程と前記第２工程を実行し、前記クラス
内散とクラス間分散の比が最大となる位置を合焦位置と
することにより、対象物に対する光学系の焦点が自動的
に合わせられる。
法において、第１工程では画像データから輝度に対する
画素数を表わす輝度ヒストグラムが求められる。第２工
程ではしきい値となる輝度レベルを基準として前記輝度
ヒストグラムの輝度分布が背景の輝度分布クラスと対象
物の輝度分布クラスに分離され、前記両クラスのクラス
内散とクラス間分散の比が求められる。焦点合わせ工程
では前記第１工程と前記第２工程を実行し、前記クラス
内散とクラス間分散の比が最大となる位置を合焦位置と
することにより、対象物に対する光学系の焦点が自動的
に合わせられる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。
参照して説明する。
【０００８】図１は本発明の自動焦点合わせ方法を用い
る撮像装置の構成図である。顕微鏡１１のテーブル１２
の上には撮像すべき対象物１３が載せられ、その表面を
照明１４の光を利用して対物レンズ１５を通してＴＶカ
メラ１６にて撮像する。ＴＶカメラ１６が取り付けられ
ているステージ１７はモータ１８により駆動され、対物
レンズ１５とＴＶカメラ１６を含む顕微鏡１１の光学系
を上下に移動させ、対象物１３に対して合焦するための
機械的部分である。ＴＶカメラ１６により撮像された画
像信号はデジタル画像データに変換された後、フレーム
メモリ１９に入力される。処理装置２０は周知のＣＰＵ
２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３などから構成されてお
り、フレームメモリ１９に入力された画像データを後述
のように数値処理することにより合焦位置を求め、図５
に示すフローチャートに沿ってモータドライバ２４に信
号を与えることによりモータ１８を回転させ、ステージ
１７を動かして対象物１３に対する顕微鏡１１（ＴＶカ
メラ１６）の焦点を自動的に合わせる。
る撮像装置の構成図である。顕微鏡１１のテーブル１２
の上には撮像すべき対象物１３が載せられ、その表面を
照明１４の光を利用して対物レンズ１５を通してＴＶカ
メラ１６にて撮像する。ＴＶカメラ１６が取り付けられ
ているステージ１７はモータ１８により駆動され、対物
レンズ１５とＴＶカメラ１６を含む顕微鏡１１の光学系
を上下に移動させ、対象物１３に対して合焦するための
機械的部分である。ＴＶカメラ１６により撮像された画
像信号はデジタル画像データに変換された後、フレーム
メモリ１９に入力される。処理装置２０は周知のＣＰＵ
２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３などから構成されてお
り、フレームメモリ１９に入力された画像データを後述
のように数値処理することにより合焦位置を求め、図５
に示すフローチャートに沿ってモータドライバ２４に信
号を与えることによりモータ１８を回転させ、ステージ
１７を動かして対象物１３に対する顕微鏡１１（ＴＶカ
メラ１６）の焦点を自動的に合わせる。
【０００９】図２は合焦を目的とする対象物と光学系と
の位置関係を示すものであり、光学系（ＴＶカメラ１
６）は対象物１３の表面から距離ｘだけ離れた地点Ｐx
にあるものと仮定する。また、この光学系の焦点深度を
ｄとし、Ｐxからｄだけ離れた地点をＰx+d、Ｐx-dとす
る。
の位置関係を示すものであり、光学系（ＴＶカメラ１
６）は対象物１３の表面から距離ｘだけ離れた地点Ｐx
にあるものと仮定する。また、この光学系の焦点深度を
ｄとし、Ｐxからｄだけ離れた地点をＰx+d、Ｐx-dとす
る。
【００１０】今、点Ｐxにある光学系を対象物１３に合
焦させる場合、処理装置２０は第１工程として、フレー
ムメモリ１９に記録されている画像データから図３に示
すような入力画像の輝度ヒストグラムを作成する。この
輝度ヒストグラムは各輝度レベルに対する画素数を表し
ており、おおまかにみると対象物と背景との輝度の相違
により２つの山が現れる。そこで、処理装置２０では次
の第２工程として、図４に示すように、しきい値となる
輝度レベルｋを基準に輝度分布をｋ以上の輝度値を持つ
画素の分布と、それより小さい輝度値を持つ画素の分布
の２つに分け、それぞれクラス１、クラス２とし、両ク
ラスのクラス内散とクラス間分散の比Ｒの演算を行う。
なお、クラス１、クラス２に含まれる画素数をそれぞれ
Ｎ1、Ｎ2、平均輝度をＭ1、Ｍ2、分散をσ1、σ2とし、
全画素の平均輝度をＭＴとすると、クラス内散は、 σω2 ＝ Ｎ1σ1 2 ＋ Ｎ2σ2 2 クラス間分散は、 σβ2 ＝ Ｎ1（Ｍ1 − ＭＴ）2 ＋ Ｎ2（Ｍ2 − ＭＴ）2 ＝ Ｎ1Ｎ2（Ｍ1 − Ｍ2）2 クラス内散とクラス間分散の比は、 Ｒ ＝ σβ ／ σω で与えられる。ここで、この２つのクラスは一方が背
景、他方が対象物の分布を表しているとみなすことがで
きるので、入力画像のコントラストが良いほど、すなわ
ち対象物に合焦しているほど２つの分布は離れ、クラス
内散とクラス間分散の比Ｒは大きくなる。このことか
ら、光学系の可動範囲内でこのＲが最大となる点を合焦
位置とすれば良く、比較的簡単な演算のみで済むため、
迅速に焦点を合わせることができる。
焦させる場合、処理装置２０は第１工程として、フレー
ムメモリ１９に記録されている画像データから図３に示
すような入力画像の輝度ヒストグラムを作成する。この
輝度ヒストグラムは各輝度レベルに対する画素数を表し
ており、おおまかにみると対象物と背景との輝度の相違
により２つの山が現れる。そこで、処理装置２０では次
の第２工程として、図４に示すように、しきい値となる
輝度レベルｋを基準に輝度分布をｋ以上の輝度値を持つ
画素の分布と、それより小さい輝度値を持つ画素の分布
の２つに分け、それぞれクラス１、クラス２とし、両ク
ラスのクラス内散とクラス間分散の比Ｒの演算を行う。
なお、クラス１、クラス２に含まれる画素数をそれぞれ
Ｎ1、Ｎ2、平均輝度をＭ1、Ｍ2、分散をσ1、σ2とし、
全画素の平均輝度をＭＴとすると、クラス内散は、 σω2 ＝ Ｎ1σ1 2 ＋ Ｎ2σ2 2 クラス間分散は、 σβ2 ＝ Ｎ1（Ｍ1 − ＭＴ）2 ＋ Ｎ2（Ｍ2 − ＭＴ）2 ＝ Ｎ1Ｎ2（Ｍ1 − Ｍ2）2 クラス内散とクラス間分散の比は、 Ｒ ＝ σβ ／ σω で与えられる。ここで、この２つのクラスは一方が背
景、他方が対象物の分布を表しているとみなすことがで
きるので、入力画像のコントラストが良いほど、すなわ
ち対象物に合焦しているほど２つの分布は離れ、クラス
内散とクラス間分散の比Ｒは大きくなる。このことか
ら、光学系の可動範囲内でこのＲが最大となる点を合焦
位置とすれば良く、比較的簡単な演算のみで済むため、
迅速に焦点を合わせることができる。
【００１１】次に、図１に示す撮像装置において、ＴＶ
カメラ１６の合焦位置を発見する方法を図５に示すフロ
ーチャートを参照して説明する。まず、処理装置２０は
ステップＳ１を実行し、フレームメモリ１９に記録され
た画像データから前記第１工程と前記第２工程を行っ
て、ＴＶカメラ１６の現在の位置である点Ｐxにおける
クラス内散とクラス間分散の比Ｒxを求める。ステップ
Ｓ２ではモータドライバ２４に信号を与えてＴＶカメラ
１６を対象物１３に対して焦点深度ｄだけ離れる上方向
に移動させ、点Ｐx+dにおけるクラス内散とクラス間分
散の比Ｒx+dを同様にして求める。
カメラ１６の合焦位置を発見する方法を図５に示すフロ
ーチャートを参照して説明する。まず、処理装置２０は
ステップＳ１を実行し、フレームメモリ１９に記録され
た画像データから前記第１工程と前記第２工程を行っ
て、ＴＶカメラ１６の現在の位置である点Ｐxにおける
クラス内散とクラス間分散の比Ｒxを求める。ステップ
Ｓ２ではモータドライバ２４に信号を与えてＴＶカメラ
１６を対象物１３に対して焦点深度ｄだけ離れる上方向
に移動させ、点Ｐx+dにおけるクラス内散とクラス間分
散の比Ｒx+dを同様にして求める。
【００１２】いま光学系と対象物との間の距離と、各距
離におけるクラス内散とクラス間分散の比Ｒとの関係
は、図６に示すように合焦位置Ｆを頂上とした山型の関
係を示すので、Ｒx、Ｒx+dの大小を比較することにより
合焦位置Ｆの方向を予測することができる。すなわち、
図６のようにＲx＜Ｒx+dの関係にあれば、合焦位置Ｆは
点Ｐxよりもっと対象物１３から離れた位置にあり、逆
にＲx＞Ｒx+dであればもっと対象物１３に近い位置に存
在する。
離におけるクラス内散とクラス間分散の比Ｒとの関係
は、図６に示すように合焦位置Ｆを頂上とした山型の関
係を示すので、Ｒx、Ｒx+dの大小を比較することにより
合焦位置Ｆの方向を予測することができる。すなわち、
図６のようにＲx＜Ｒx+dの関係にあれば、合焦位置Ｆは
点Ｐxよりもっと対象物１３から離れた位置にあり、逆
にＲx＞Ｒx+dであればもっと対象物１３に近い位置に存
在する。
【００１３】そこで、ステップＳ３でＲx＜Ｒx+dである
かどうかを判定し、そうであればステップＳ４で移動量
ｍに焦点深度ｄをセットする。一方、前記ステップＳ３
において、Ｒx＞Ｒx+dであると判定された場合には焦点
位置Ｆは逆方向に存在するのでステップＳ５を実行し、
モータドライバ２４に信号を与えてＴＶカメラ１６を対
象物１３へ近づく下方向へ移動させて点Ｐxに戻し、ス
テップＳ６で移動量ｍに−ｄをセットする。
かどうかを判定し、そうであればステップＳ４で移動量
ｍに焦点深度ｄをセットする。一方、前記ステップＳ３
において、Ｒx＞Ｒx+dであると判定された場合には焦点
位置Ｆは逆方向に存在するのでステップＳ５を実行し、
モータドライバ２４に信号を与えてＴＶカメラ１６を対
象物１３へ近づく下方向へ移動させて点Ｐxに戻し、ス
テップＳ６で移動量ｍに−ｄをセットする。
【００１４】ステップＳ７ではＴＶカメラ１６と対象物
１３との間の現在の距離ｘをｘ＋ｍに更新するとともに
ＲxをＲx+mに更新し、ステップＳ８では前記移動量ｍの
内容に応じてモータドライバ２４に信号を与えてＴＶカ
メラ１６を対象物１３から離れる上方向、または対象物
１３に近づく下方向の点Ｐx+mまで移動させ、点Ｐx+mに
おけるクラス内散とクラス間分散の比Ｒx+mを求める。
続いて、ステップＳ９においてＲx＞Ｒx+mであるかどう
かの判定を行い、そうであれば点Ｐxを合焦位置として
処理を終了し、そうでなければステップＳ７から処理を
繰り返す。
１３との間の現在の距離ｘをｘ＋ｍに更新するとともに
ＲxをＲx+mに更新し、ステップＳ８では前記移動量ｍの
内容に応じてモータドライバ２４に信号を与えてＴＶカ
メラ１６を対象物１３から離れる上方向、または対象物
１３に近づく下方向の点Ｐx+mまで移動させ、点Ｐx+mに
おけるクラス内散とクラス間分散の比Ｒx+mを求める。
続いて、ステップＳ９においてＲx＞Ｒx+mであるかどう
かの判定を行い、そうであれば点Ｐxを合焦位置として
処理を終了し、そうでなければステップＳ７から処理を
繰り返す。
【００１５】以上のようにすれば、対象物１３に対する
ＴＶカメラ１６の合焦位置を効率的に発見することがで
きる。
ＴＶカメラ１６の合焦位置を効率的に発見することがで
きる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の自動焦点合わせ方法によれば、対象物と背景との
コントラストを利用し、カメラにて撮像した画像データ
から輝度ヒストグラムを求め、輝度ヒストグラムのクラ
ス内散とクラス間分散の比が最大となるように光学系の
距離を設定することにより迅速に合焦位置が求められ、
鮮明な画像を得ることができる。
発明の自動焦点合わせ方法によれば、対象物と背景との
コントラストを利用し、カメラにて撮像した画像データ
から輝度ヒストグラムを求め、輝度ヒストグラムのクラ
ス内散とクラス間分散の比が最大となるように光学系の
距離を設定することにより迅速に合焦位置が求められ、
鮮明な画像を得ることができる。
【図１】本発明の自動焦点合わせ方法を用いる撮像装置
の構成図である。
の構成図である。
【図２】対象物と光学系との位置関係を示す図である。
【図３】画像データの輝度ヒストグラムを示す図であ
る。
る。
【図４】本発明の自動焦点合わせ方法の原理を示す図で
ある。
ある。
【図５】合焦位置を発見するためのフローチャートであ
る。
る。
【図６】光学系と対象物との間の距離に対するＲの変化
を示す図である。
を示す図である。
１１ 顕微鏡 １３ 対象物 １４ 照明 １５ 対物レンズ １６ ＴＶカメラ １７ ステージ １８ モータ １９ フレームメモリ ２０ 処理装置 ２４ モータドライバ
Claims (1)
- 【請求項１】 背景を含む対象物をカメラにて撮像する
ための光学系と、前記光学系を対象物に対して合焦させ
るための駆動手段とを備え、カメラにて撮像した画像デ
ータを数値処理することにより焦点の合った位置を求
め、前記駆動手段に信号を与えて前記光学系を対象物に
対して合焦させる自動焦点合わせ方法において、 前記画像データから輝度に対する画素数を表す輝度ヒス
トグラムを求める第１工程と、しきい値となる輝度レベ
ルを基準として前記輝度ヒストグラムの輝度分布を背景
の輝度分布クラスと対象物の輝度分布クラスの２つのク
ラスに分離し、前記両クラスのクラス内散とクラス間分
散の比を求める第２工程と、前記第１工程と前記第２工
程を実行し、前記クラス内散とクラス間分散の比が最大
となる位置を合焦位置として前記光学系の距離を設定す
る焦点合わせ工程とからなることを特徴とする自動焦点
合わせ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5251374A JPH07107363A (ja) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | 自動焦点合わせ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5251374A JPH07107363A (ja) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | 自動焦点合わせ方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07107363A true JPH07107363A (ja) | 1995-04-21 |
Family
ID=17221889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5251374A Pending JPH07107363A (ja) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | 自動焦点合わせ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07107363A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004294965A (ja) * | 2003-03-28 | 2004-10-21 | Furoobell:Kk | オートフォーカス装置およびオートフォーカス方法 |
| JP2004361581A (ja) * | 2003-06-03 | 2004-12-24 | Olympus Corp | オートフォーカス方法及びその装置 |
| JP2010525374A (ja) * | 2007-03-08 | 2010-07-22 | セラビジョン、アクチボラグ | 合焦位置を決定する方法及びビジョン検査システム |
| JP2014222271A (ja) * | 2013-05-13 | 2014-11-27 | 株式会社キーレックス | カメラ焦点調整装置 |
-
1993
- 1993-10-07 JP JP5251374A patent/JPH07107363A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004294965A (ja) * | 2003-03-28 | 2004-10-21 | Furoobell:Kk | オートフォーカス装置およびオートフォーカス方法 |
| JP2004361581A (ja) * | 2003-06-03 | 2004-12-24 | Olympus Corp | オートフォーカス方法及びその装置 |
| JP2010525374A (ja) * | 2007-03-08 | 2010-07-22 | セラビジョン、アクチボラグ | 合焦位置を決定する方法及びビジョン検査システム |
| US10210376B2 (en) | 2007-03-08 | 2019-02-19 | Cellavision Ab | Method for determining an in-focus position and a vision inspection system |
| JP2014222271A (ja) * | 2013-05-13 | 2014-11-27 | 株式会社キーレックス | カメラ焦点調整装置 |
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