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JP2004272039A - 自動焦点調節装置 - Google Patents

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JP2004272039A
JP2004272039A JP2003064516A JP2003064516A JP2004272039A JP 2004272039 A JP2004272039 A JP 2004272039A JP 2003064516 A JP2003064516 A JP 2003064516A JP 2003064516 A JP2003064516 A JP 2003064516A JP 2004272039 A JP2004272039 A JP 2004272039A
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JP2003064516A
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Shigeru Wakashiro
滋 若代
Noriko Ota
紀子 太田
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Pentax Corp
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Pentax Corp
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Abstract

【目的】被写体の色状態(着色、染色または変色状態)に適したモードで高精度に焦点調節可能な自動焦点調節装置を得る。
【構成】所定の演算により算出したAF評価値に基づいてフォーカスレンズをピント位置に移動させる自動焦点調節装置において、撮像手段の画素群から画像データ群を得る画像取得手段と、この画像データ群をHSIデータ群に変換し、このHSIデータ群を用いてAF評価値を算出する評価値算出手段と、着色及び変色していない被写体を焦点調節する通常モードと、着色又は変色させた被写体を焦点調節する色素モードとを手動で切替設定するためのモード手動切替手段とを備える。上記評価値算出手段は、モード手動切替手段で設定されたモードに応じてAF評価値の算出方法を切り替える。例えば、通常モードではHSIデータ群の明度データ群Iを用いてAF評価値を算出し、色素モードではHSIデータ群の色相データ群H及び彩度データ群Sの一方又は両方を用いてAF評価値を算出する。
【選択図】 図3

Description

【0001】
【発明の技術分野】
本発明は、特に電子内視鏡に適した自動焦点調節装置に関する。
【0002】
【従来技術およびその問題点】
近年では、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は、一般に、内視鏡の挿入部先端に設けられた撮像素子(CCD)からの画像データに基づき、フォーカスレンズの位置を調節する。具体的には、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、被写体の焦点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】
ところで、内視鏡検査の際には、通常観察よりもより詳細な所見を得ることあるいは通常観察では得られない所見を得ることを目的として、色素剤を用いて観察を行なうことがある。このような色素内視鏡検査(色素法)では、色素剤によって被写体が特定の色に変色、染色または着色されるため、色素剤を用いない通常観察時よりも輝度差(コントラスト)が少なくなる傾向にあることが知られている。
【0004】
しかしながら、上述したような従来の方法では画像データの輝度情報に基づいてAF評価値を算出しているため、色素観察時には正確なAF評価値が得られない虞があり、高精度な焦点調節を実現することが難しかった。
【0005】
【特許文献】
特開2001−154085号公報
【0006】
【発明の目的】
本発明は、被写体の色状態(着色、染色または変色状態)に適したモードで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。
【0007】
【発明の概要】
本発明は、従来方法において色素観察時に正確なAF評価値が得られない要因が、被写体を着色又は変色させているか否かに拘わらず同一の算出方法でAF評価値を算出していたためであることに着眼したものである。
【0008】
すなわち、本発明は、所定の演算により算出したAF評価値に基づいてフォーカスレンズをピント位置に移動させる自動焦点調節装置において、撮像手段の画素群から画像データ群を得る画像取得手段と、この画像データ群を用いてAF評価値を算出する評価値算出手段と、着色及び変色させていない被写体を焦点調節する通常モードと、着色又は変色させた被写体を焦点調節する色素モードとを手動で切替設定するためのモード手動切替手段とを備え、前記評価値算出手段は、このモード手動切替手段によって設定されたモードに応じて、前記AF評価値の算出方法を切り替えることを特徴としている。
【0009】
評価値算出手段は、画像取得手段により得られた画像データ群をHSIデータ群に変換するデータ変換手段を備え、このHSIデータ群を用いてAF評価値を算出することが好ましい。HSIデータ群を用いれば、明度だけでなく色相及び彩度が演算パラメータとして加味されるので、着色又は変色等により被写体の輝度差が小さくなっている場合であっても正確なAF評価値が得られ、高精度なAF動作が実現可能である。
【0010】
通常モードが設定されている場合は、被写体を着色も変色もさせていない状態であるから、通常は被写体の輝度差を十分な精度で検出可能である。よって、AF評価値は、HSIデータ群の明度データ群Iを用いて算出することが好ましい。例えば、明度データ群Iの全画素に対して、各画素の明度データと該画素の垂直方向及び水平方向に隣り合う画素の明度データとの差分を算出し、さらに、この差分を積算して明度差分を算出し、この明度差分をAF評価値として得ることができる。
【0011】
色素モードが設定されている場合は、被写体を着色又は変色させているから、通常は、被写体の輝度差が小さくなっている。よって、AF評価値は、HSIデータ群の色相データ群H及び彩度データ群Sの少なくとも一方を用いて算出することが好ましい。例えば、色相データ群H及び彩度データ群Sの全画素に対して、各画素の色相データ及び彩度データと該画素の垂直方向及び水平方向に隣り合う画素の色相データ及び彩度データとの差分をそれぞれ算出した後、この差分をそれぞれ積算して色相差分及び彩度差分を算出し、この色相差分と彩度差分の合計値をAF評価値として得ることができる。あるいは、上記色相差分及び彩度差分のいずれか一方をAF評価値として得てもよい。
【0012】
またAF評価値は、HSIデータ群の全画素に対して、各画素の色相データ、彩度データ及び明度データと該画素の水平方向及び垂直方向に隣り合う画素の色相データ、彩度データ及び明度データとの差分をそれぞれ算出し、さらに、この差分を各データ毎に積算して色相差分、彩度差分及び明度差分をそれぞれ算出し、これら色相差分、彩度差分及び明度差分それぞれに重み付けを付与して積算した値としてもよい。この場合、評価値算出手段は、モード手動切替手段によって設定されたモードに応じて色相差分、彩度差分及び明度差分の重み付けを変更することが好ましい。具体的には、通常モードであるとき明度差分の重み付けを色相差分及び彩度差分の重み付けよりも大きくし、色素モードであるとき色相差分及び彩度差分のいずれか一方または両方の重み付けを明度差分の重み付けよりも大きくする。
【0013】
画像取得手段が撮像手段から得る画像データ群は、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。補色画像データ群である場合には、データ変換手段が該補色画像データ群を画素単位でRGB画像データ群に変換した後、さらにRGB画像データ群をHSIデータ群に変換するのが実際的である。
【0014】
本発明は、別の実施態様によれば、所定の演算により算出したAF評価値に基づいてフォーカスレンズをピント位置に移動させる自動焦点調節装置において、撮像手段の画素群からRGB画像データ群を得る画像取得手段と、このRGB画像データ群に基づきAF評価値を算出する評価値算出手段と、焦点調節モードを手動で切替設定するモード手動切替手段とを備え、この焦点調節モードには、赤褐色系に着色又は変色させた被写体を焦点調節する第1色素モードと、青色系に着色又は変色させた被写体を焦点調節する第2色素モードと、着色及び変色させていない被写体を焦点調節する通常モードとが含まれていて、前記AF評価値算出の際には、第1色素モードであるとき前記RGB画像データ群のRデータ群が用いられ、第2色素モードであるとき前記RGB画像データ群のBデータ群が用いられ、通常モードであるとき前記RGB画像データ群のGデータ群が用いられることを特徴としている。
【0015】
このように被写体が着色、染色又は変色させられる色素毎に焦点調節モードを設け、撮像手段からのRGB画像データ群のうち、被写体に多く含まれる色成分のデータを用いてAF評価値を算出すれば、高精度のAF評価値を得ることができる。
【0016】
上記自動焦点調節装置では、撮像手段による画像データ群を取得してから、AF評価値を算出して該評価値に基づき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ている。
【0017】
以上の自動焦点調節装置は、特に、観察対象を色素剤により着色又は変色させて観察する場合がある電子内視鏡に適している。
【0018】
【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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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や使用者が焦点調節モードを手動で切替可能なモード手動切替スイッチSWMo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。本実施形態では、モード手動切替スイッチSWMoのスイッチ状態に応じて、色素剤により着色及び変色されていない被写体を焦点調節する通常モードと、色素剤により着色又は変色させた被写体を焦点検出する色素モードとが切り替わる構成にしてある。
【0022】
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から入力し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、映像信号処理回路24にてホワイトバランスやガンマ補正などの各種画像処理が施された後、D/A変換回路25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CCD20のRGB画像信号は、上記CCDプロセス回路22及びA/D変換回路23を介して、色分離変換回路26にも入力される。色分離変換回路26は、入力したRGB画像信号に対して各画素毎に色分離を行ない、RGB(赤、緑、青)のデータ配列(RGB画像データ群)を生成する。色分離変換回路26から出力されるRGB画像データ群RGB[x][y](x、y;自然数)は、RGBマトリックス回路27を通ってRデータ群R[x][y]、Gデータ群G[x][y]及びBデータ群B[x][y]に分けられ、それぞれが独立してマイコン28に出力される。この第1実施形態では、上記CCDプロセス回路22、A/D変換回路23、色分離変換回路26及びRGBマトリックス回路27によって画像取得手段が構成される。
【0023】
マイコン28は、入力したRデータ群R[x][y]、Gデータ群G[x][y]、Bデータ群B[x][y]をHSIデータ群HSI[x][y](色相H、彩度S、明度I)に変換する。RGBからHSIの変換には、周知のように、6角錐カラーモデルの変換式を用いることができる。さらにマイコン28は、このHSIデータ群H[x][y]、S[x][y]、I[x][y]に基づいて所定の演算を行ない、被写体の焦点状態を示す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28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。
【0024】
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。
【0025】
以上の全体構成を有する内視鏡装置100では、使用者がモード手動切替スイッチSWMoを手動操作し、被写体の色状態(着色、染色または変色状態)に応じた焦点調節モードを設定する。すると、マイコン28は、モード手動切替スイッチSWMoのスイッチ状態を検出する。このとき通常モードが設定されていれば、被写体を着色、染色及び変色させていないため、HSIデータ群H[x][y]、S[x][y]、I[x][y]のうち、被写体の輝度に対応する明度データ群I[x][y]を用いてAF評価値が算出される。一方、色素モードが設定されていれば、被写体を着色、染色及び変色させているために輝度変化が少ないので、HSIデータ群H[x][y]、S[x][y]、I[x][y]のうち色相データ群H[x][y]及び彩度データ群S[x][y]のいずれか一方または両方を用いてAF評価値が算出される。このように本実施形態では、被写体を着色、染色または変色させたか否かに応じて(電子内視鏡10が通常観察時か色素観察時かに応じて)AF評価値算出に用いるデータを切り替え、電子内視鏡10がいずれの観察状態にあっても正確なAF評価値を算出する。
【0026】
次に、図3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28により制御される。
【0027】
AF動作に入ると先ず、最大AF評価値を示す変数Cmaxに0をセットし(S1)、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を駆動させてフォーカスレンズLを無限遠端に移動させる(S3)。次に、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(S5)。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。
【0028】
フォーカスレンズLが至近端に達していなければ(S5;N)、RGBマトリックス回路27からRGB画像データ群R[x][y]、G[x][y]、B[x][y]をそれぞれ独立に入力して(S7)、モード手動切替スイッチSWMoのスイッチ状態を検出する(S9)。本実施形態でマイコン28は、モード手動切替スイッチSWMoがオンしているとき焦点調節モードは色素モードであると認識し、オフしているとき焦点調節モードは通常モードであると認識する。
【0029】
モード手動切替スイッチSWMoがオンしていれば色素モード用のアルゴリズムに従ってAF評価値を算出し(S9;Y、S11)、オフしていれば通常モード用のアルゴリズムに従ってAF評価値を算出する(S9;N、S13)。算出されたAF評価値と該AF評価値を得たレンズ位置は、マイコン28内に保持される。
【0030】
AF評価値を算出したら、該AF評価値が変数Cmaxよりも大きいか否かをチェックする(S15)。変数Cmaxよりも大きい場合は(S15;Y)、該変数CmaxにS11またはS13で算出したAF評価値を上書メモリして(S17)、フォーカスレンズLを至近側へ1ステップ移動させ(S19)、S5へ戻る。一方、S11またはS13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(S15;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(S19)、S5へ戻る。
【0031】
上記S5〜S19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(S5;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(S21)。
【0032】
次に、図4を参照し、図3のS11で実行される色素モード用のAF評価値算出処理について詳細に説明する。色素モード用のAF評価値算出処理では、入力したRGB画像データ群RGB[x][y]をHSIデータ群HSI[x][y]に変換し、このHSIデータ群の色相データ群H[x][y]及び彩度データ群S[x][y]を用いてAF評価値を算出する。
【0033】
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(S31)、RGB画像データ群RGB[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(S33)。次に、変数yが(IH−1)未満か否かにより、規定の最大垂直位置IH−2を超えていないかどうかをチェックする(S35)。変数yが(IH−1)未満であったときは(S35;Y)、RGB画像データ群RGB[x][y]の列(水平方向位置)を指定する変数x(1≦x≦IW−2)に1をセットし(S37)、変数xが(IW−1)未満であるか否かにより規定の最大水平位置IW−2を超えていないかどうかをチェックする(S39)。変数xが(IW−1)未満であれば、上記変数x、yで指定される画素[x][y]に隣り合う画素のRGB画素データをHSIデータに変換する(S41)。すなわち、垂直方向で隣り合う画素[x][y+1]、[x][y−1]と、水平方向で隣り合う画素[x−1][y]、[x+1][y]との計4画素について、RGB画像データをHSIデータに変換する。
【0034】
そして、S41で変換した4画素分の色相データH[x][y+1]、H[x][y−1]、H[x−1][y]、H[x+1][y]を用いて、画素[x][y]に対する色相差分H’を算出する(S43)。色相差分H’は、画素[x][y]に対する水平方向の色相差分|ΔHx|と画素[x][y]に対する垂直方向の色相差分|ΔHy|の積算値である。ここで、水平方向の色相差分|ΔHx|は式;|ΔHx|=|H[x+1][y]−H[x−1][y]|から算出し、垂直方向の色相差分|ΔHy|は式;|ΔHy|=|H[x][y+1]−H[x][y−1]|により算出する。なお、上記式により算出した色相差分H’が360以上である場合には、0≦H’<360となるように換算する。
【0035】
色相差分H’を算出したら、S31で変換した4画素分の彩度データS[x][y+1]、S[x][y−1]、S[x−1][y]、S[x+1][y]を用いて、画素[x][y]の垂直方向の彩度差分S’を算出する(S45)。彩度差分S’は、画素[x][y]に対する水平方向の彩度差分|ΔSx|と画素[x][y]に対する垂直方向の彩度差分|ΔSy|の積算値である。ここで、水平方向の彩度差分|ΔSx|は式;|ΔSx|=|S[x+1][y]−S[x−1][y]|から算出し、垂直方向の彩度差分|ΔSy|は式;|ΔSy|=|S[x][y+1]−S[x][y−1]|により算出する。
【0036】
続いて、S43及びS45で算出した色相差分H’及び彩度差分S’を変数Cに加算して上書きメモリする(S47)。変数Cを更新したら、変数xに1加算して上書きメモリし、S39へ戻る(S49)。S39へ戻ったら、変数xが(IW−1)になるまで上記S39からS49までの処理を繰り返す。このS39〜S49を1回実行することにより、RGB画像データ群RGB[x][y]の1行分(RGB[1][y]〜RGB[IW−2][y])に対して処理(HSIデータ変換及びAF評価値算出)が行われる。
【0037】
S39のチェックにて変数xが(IW−1)未満でなくなったら(S39;N)、すなわちRGB画像データ群RGB[x][y]の1行分の処理が終了したら、変数yに1加算して上書メモリし、S35へ戻る(S51)。S35へ戻ったら、変数yが(IH−1)になるまで、該S35からS51までの処理を繰り返し実行する。このS35〜51の繰り返しにより、RGB画像データ群の全画素分RGB[1][1]〜RGB[IW−2][IH−2]に対してHSIデータ変換及びAF評価値算出が行なわれ、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(S35;N)、この処理から抜けて図3のS15へ進む。
【0038】
図5は、図3のS13で実行される通常モード用のAF評価値算出処理に関するフローチャートである。通常モード用のAF評価値算出処理では、入力したRGB画像データ群RGB[x][y]をHSIデータ群HSI[x][y]に変換し、このHSIデータ群の明度データI[x][y]に基づいてAF評価値を算出する。別言すれば、図5のフローチャートは、図4のS43、S45及びS47の替わりにS44及びS46が備えられている以外は図4と同一である。すなわち、S44では、S41で変換した4画素分の色相データH[x][y+1]、H[x][y−1]、H[x−1][y]、H[x+1][y]を用いて、画素[x][y]に対する明度差分I’を算出する。そして、算出した明度差分I’を変数Cに加算して(S46)、AF評価値を算出する。明度差分I’は、画素[x][y]に対する水平方向の明度差分|ΔIx|と画素[x][y]に対する垂直方向の明度差分|ΔIy|の積算値であって、水平方向の明度差分|ΔIx|は式;|ΔIx|=|I[x+1][y]−I[x−1][y]|から算出し、垂直方向の明度差分|ΔIy|は式;|ΔIy|=|I[x][y+1]−I[x][y−1]|により算出する。
【0039】
以上の第1実施形態によれば、被写体の色状態(着色、染色または変色状態)に応じて焦点調節モードが使用者により設定され、この焦点調節モードにより、CCD20からのRGB画像データ群RGB[x][y]の中からAF評価値算出に用いる画像データ群が切り替えられる。すなわち、被写体の色状態に応じた最適な画像データ群を用いてAF評価が算出される。よって、電子内視鏡10のいずれの観察状態においても正確なAF評価値を得ることができ、高精度なAF動作を実現可能である。
【0040】
上記第1実施形態では、色素モードにおいて、色相データ群H[x][y]及び彩度データ群S[x][y]の両方を用いてAF評価値を算出しているが、色相データ群H[x][y]及び彩度データ群S[x][y]のいずれか一方のみを用いてAF評価値を算出してもよい。また、色相差分H’または彩度差分S’をそのままAF評価値として求めても、色素モードにおいて正確なAF評価値が得られる。
【0041】
上記AF評価値は、HSIデータ群HSI[x][y](色相データH[x][y]、彩度データS[x][y]、明度データI[x][y])をすべて用いて算出してもよい。具体的には、図4のS43、S45及び図5のS44で算出した色相差分H’、彩度差分S’及び明度差分I’のそれぞれに特定の重み付け(α、β、γ)を付与して積算し、この積算値(α×H’+β×S’+γ×I’)を変数Cに加算していくことで、AF評価値を得る。このとき、通常モードが設定されていれば、明度差分I’の重み付け係数γを色相差分H’の重み付け係数α及び彩度差分S’の重み付け係数βよりも大きく設定することが好ましい。一方、色素モードが設定されていれば、色相差分H’の重み付け係数α及び彩度差分S’の重み付け係数βを明度差分I’の重み付け係数γよりも大きく設定することが好ましい。
【0042】
図6〜図8は本発明の第2実施形態を示している。この第2実施形態では、焦点調節モードとして、色素剤により赤褐色系に着色、染色又は変色された被写体を焦点調節する第1色素モードと、色素剤により青色系に着色、染色又は変色された被写体を焦点調節する第2色素モードと、着色及び変色していない被写体を焦点調節する通常モードと設ける。そして、これら焦点調節モードを使用者が手動で切替設定するためのモード手動切替部50を備え、この設定された焦点調節モードに応じて、RGB画像データ群RGB[x][y]の中からAF評価値算出に用いるデータを切り替えている。
【0043】
図6は、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の主要構成を示すブロック図である。第2実施形態による内視鏡装置200では、モード手動切替スイッチSWMoに替えて上記モード手動切替部50が設けられている点と、RGBマトリックス回路27とマイコン28の間にデータ切替スイッチ29が介在している点が第1実施形態(図1)と異なる。図6において、第1実施形態と実質的に同様の機能を有する構成要素には、図1と同一符号を付してある。
【0044】
モード手動切替部50は、1回押される毎に通常モード、第1色素モード、第2色素モード、通常モードと切り替えるスイッチ手段であって、上記3つの焦点調節モードのうちいずれか1つが常に設定されている。本第2実施形態では、上記第1色素モードとして、色素剤と反応して被写体が褐色に変色する又は変色した状態を観察するルゴール染色モードを設け、上記第2色素モードとして、被写体にインジゴカルミン(青色系色素剤)を散布した状態で観察するインジゴ染色モードを設けてある。
【0045】
データ切替スイッチ29は、モード手動切替部50のスイッチ状態に応じて開閉し、RGBマトリックス回路27の3つのRGB出力端27r、27g、27bのいずれかに接続される。RGBマトリックス回路27のRGB出力端27r、27g、27bは、Rデータ群R[x][y]、Gデータ群G[x][y]、Bデータ群B[x][y]をそれぞれ出力する端子である。つまり、色分離変換回路26から出力されるRGB画像データ群RGB[x][y]は、RGBマトリックス回路27を通ってRデータ群R[x][y]、Gデータ群G[x][y]及びBデータ群B[x][y]に分けられた後、スイッチ手段29を介してマイコン28に選択的に出力される。具体的には、通常モードであるときGデータ群G[x][y]が出力され、ルゴール染色モードであるときRデータ群R[x][y]が出力され、インジゴ染色モードであるときBデータ群B[x][y]が出力される。本第2実施形態では、上記CCDプロセス回路22、A/D変換回路23、色分離変換回路26、RGBマトリックス回路27及びスイッチ手段29によって画像取得手段が構成される。
【0046】
図7は、内視鏡装置200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28により制御される。図7において、S61、S63及びS65の処理は図3のS1、S3及びS5と同一であり、S75、S77、S79及びS81の処理は図3のS15、S17、S19及びS21と同一である。以下では、図3に示す第1実施形態と同一の処理については説明を省略し、第1実施形態と異なる処理(S67〜S73)について説明する。
【0047】
S65のチェックにてフォーカスレンズLが至近端に達していなかった場合、S67へ進む。S67では、モード手動切替部50のスイッチ状態により、焦点調節モードが通常モード、ルゴール染色モード、インジゴ染色モードのいずれに設定されているかを判断する。
【0048】
そして、設定されている焦点調節モードに応じてデータ切替スイッチ29により選択されたデータ群を入力してAF評価値を算出する(S69、またはS71、あるいはS73)。すなわち、ルゴール染色モードが設定されていれば、データ切替スイッチ29がRGBマトリックス回路27のR出力端27rに接続されており、このデータ切替スイッチ29を介してRGBマトリックス回路27からRデータ群R[x][y]を入力し、Rデータ群R[x][y]を用いてAF評価値を算出する(S69)。通常モードが設定されていれば、データ切替スイッチ29がRGBマトリックス回路27のG出力端27gに接続されており、このデータ切替スイッチ29を介してRGBマトリックス回路27からGデータ群G[x][y]を入力し、Gデータ群G[x][y]を用いてAF評価値を算出する(S71)。インジゴ染色モードが設定されていれば、データ切替スイッチ29がRGBマトリックス回路27のB出力端27bに接続されており、このデータ切替スイッチ29を介してRGBマトリックス回路27からBデータ群B[x][y]を入力し、Bデータ群B[x][y]を用いてAF評価値を算出する(S73)。
【0049】
上記S69、S71及びS73の処理は、入力するデータ群が異なるが、その他の処理は同一である。S69、S71、S73のいずれかによりAF評価値を算出したら、該算出したAF評価値が変数Cmaxよりも大きいか否かをチェックし(S75)、上述した第1実施形態と同様に以降の処理を行なう。
【0050】
図8は、図7のS69、S71及びS73で実行されるデータ入力及びAF評価値算出処理に関するフローチャートである。図8において、S91、S93、S95、S97及びS99の処理は図4のS31、S33、S35、S37及びS39と同一であり、S105及びS107の処理は図4のS49及びS51と同一である。以下では、図4に示す第1実施形態と同一の処理については説明省略し、第1実施形態と異なる処理(S101及びS103)について説明する。
【0051】
S101では、変数x、yで指定される画素[x][y]に隣り合う画素の画像データを入力する(S101)。すなわち、垂直方向で隣り合う画素[x][y+1]、[x][y−1]と、水平方向で隣り合う画素[x−1][y]、[x+1][y]との計4画素について、画像データを入力する。このとき、ルゴール染色モードが設定されていればRデータが、通常モードが設定されていればGデータが、インジゴ染色モードが設定されていればBデータが入力される。
【0052】
画像データを入力したら、画素[x][y]に隣り合う画素の水平方向及び垂直方向のデータ差分|Δx|、|Δy|を算出して変数Cに積算し、この積算値を変数Cに上書メモリする(S103)。ここで、水平方向のデータ差分|Δx|は式;|Δx|=|R[x+1][y]−R[x−1][y]|(または|G[x+1][y]−G[x−1][y]|、|B[x+1][y]−B[x−1][y]|)から算出し、垂直方向のデータ差分|Δy|は式;|Δy|=|R[x][y+1]−R[x][y−1]|(または|G[x][y+1]−G[x][y−1]|、|B[x][y+1]−B[x][y−1]|)により算出する。変数Cを更新したら、上述した第1実施形態と同様に、以降の処理を行なう。
【0053】
以上の第2実施形態によれば、被写体の色状態(着色、染色または変色状態)に応じて焦点調節モードが使用者により設定され、この焦点調節モードにより、CCD20からのRGB画像データ群RGB[x][y]の中からAF評価値算出に用いる画像データ群が切り替えられる。すなわち、色素剤を用いる色素モードでは、RGB画像データ群RGB[x][y]のうち被写体に多く含まれる色成分データを用いてAF評価値を算出し、全色成分の画像データを用いた場合よりもAF評価値(データ差分Δx、Δy)を高分解能で算出する。一方、色素剤を用いない通常モードでは、RGB画像データ群RGB[x][y]のうち輝度差を高精度に検出可能なGデータ群を用い、Rデータ群及びBデータ群を用いた場合よりも高精度にAF評価値を算出する。このように被写体の色状態に応じた最適な画像データを用いれば、電子内視鏡10のいずれの観察状態においても正確なAF評価値を得ることができる。
【0054】
本第2実施形態では、被写体が赤褐色系に着色、染色又は変色している第1色素モードの1例としてルゴール染色モードを設けたが、この第1色素モードはコンゴーレッド法(コンゴーレッド法において不変帯を観察する場合)にも適用可能である。また、被写体が青色系に着色、染色又は変色している第2色素モードの1例としてインジゴ染色モードを設けたが、この第2色素モードは、トルイジンブルー染色法、メチレンブルー染色法、アルシアンブルー染色法などにも適用可能である。また、上記第1及び第2色素モードに加えて、被写体が緑色系に着色、染色又は染色させて観察する第3色素モードを備えることも可能であり、この第3色素モードではRGB画像データ群RGB[x][y]のうちGデータ群を用いてAF評価値を算出することが好ましい。
【0055】
なお、本実施形態では、マイコン28が評価値算出手段及びデータ変換手段として機能しているが、マイコン28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。また、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。
【0056】
【発明の効果】
本発明によれば、被写体の色状態に応じて異なる焦点調節モードが備えられ、この焦点調節モードを使用者が手動で切替設定すると、該設定された焦点調節モードに応じた最適な画像データ群を用いてAF評価値が算出されるので、被写体を着色又は変色させた場合も着色及び変色させない場合でも正確なAF評価値を得ることができ、高精度なAF動作を実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】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S11で実行される色素モード用AF評価値算出処理に関するフローチャートである。
【図5】図3のS13で実行される通常モード用AF評価値算出処理に関するフローチャートである。
【図6】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内視鏡装置の主要構成を示すブロック図である。
【図7】図6に示す内視鏡装置のAF動作に関するフローチャートである。
【図8】図7のS69、S71及びS73で実行されるデータ入力及びAF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 映像信号処理回路
25 D/A変換回路
26 色分離変換回路
27 RGBマトリックス回路
28 マイコン
29 データ切替スイッチ
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
40 プロセッサ
50 モード手動切替部
60 TVモニタ
100 内視鏡装置
200 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 (16)

  1. 所定の演算により算出したAF評価値に基づいてフォーカスレンズをピント位置に移動させる自動焦点調節装置において、
    撮像手段の画素群から画像データ群を得る画像取得手段と、
    この画像データ群に基づきAF評価値を算出する評価値算出手段と、
    着色及び変色させていない被写体を焦点調節する通常モードと、着色又は変色させた被写体を焦点調節する色素モードとを手動で切替設定するためのモード手動切替手段とを備え、
    前記評価値算出手段は、このモード手動切替手段によって設定されたモードに応じて、前記AF評価値の算出方法を切り替える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、前記評価値算出手段は、前記画像データ群をHSIデータ群に変換するデータ変換手段を備え、このHSIデータ群を用いてAF評価値を算出す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、前記評価値算出手段は、前記通常モードが設定されているとき、前記HSIデータ群の明度データ群Iを用いてAF評価値を算出する内視鏡の自動焦点調節装置。
  4. 請求項3記載の自動焦点調節装置において、前記評価値算出手段は、前記通常モードが設定されているとき、前記明度データ群Iの全画素に対して、各画素の明度データと該画素の垂直方向及び水平方向に隣り合う画素の明度データとの差分を算出し、さらに、この差分を積算して明度差分を算出し、この明度差分を前記AF評価値として得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、前記評価値算出手段は、前記色素モードが設定されているとき、前記HSIデータ群の色相データ群H及び彩度データ群Sの少なくとも一方を用いてAF評価値を算出する自動焦点調節装置。
  6. 請求項5記載の自動焦点調節装置において、前記評価値算出手段は、前記色素モードが設定されているとき、前記色相データ群H及び前記彩度データ群Sの全画素に対して、各画素の色相データ及び彩度データと該画素と垂直方向及び水平方向に隣り合う画素の色相データ及び彩度データとの差分をそれぞれ算出した後、この差分をそれぞれ積算して色相差分と彩度差分を算出し、この色相差分と彩度差分の合計値を前記AF評価値として得る自動焦点調節装置。
  7. 請求項5記載の自動焦点調節装置において、前記評価値算出手段は、前記色素モードが設定されているとき、前記色相データ群Hの全画素に対して、各画素の色相データと該画素の垂直方向及び水平方向に隣り合う画素の色相データとの差分を算出し、さらに、この差分を積算して色相差分を算出し、この色相差分を前記AF評価値として得る自動焦点調節装置。
  8. 請求項5記載の自動焦点調節装置において、前記評価値算出手段は、前記色素モードが設定されているとき、前記彩度データ群Sの全画素に対して、各画素の彩度データと該画素の垂直方向及び水平方向に隣り合う画素の彩度データとの差分を算出し、さらに、この差分を積算して彩度差分を算出し、この彩度差分を前記AF評価値として得る自動焦点調節装置。
  9. 請求項2記載の自動焦点調節装置において、前記評価算出手段は、前記HSIデータ群の全画素に対して、各画素の色相データ、彩度データ及び明度データと該画素の水平方向及び垂直方向に隣り合う画素の色相データ、彩度データ及び明度データとの差分をそれぞれ算出し、さらに、この差分を各データ毎に積算して色相差分、彩度差分及び明度差分を算出し、これら色相差分、彩度差分及び明度差分それぞれに重み付けを付与して積算した値を前記AF評価値としていて、
    前記モード手動切替手段によって設定されたモードに応じて、前記色相差分、前記彩度差分及び前記明度差分の重み付けを変更する自動焦点調節装置。
  10. 請求項9記載の自動焦点調節装置において、前記評価値算出手段は、前記通常モードが設定されているとき、前記明度差分の重み付けを前記色相差分及び前記彩度差分の重み付けよりも大きくして前記AF評価値を算出し、前記色素モードが設定されているとき、前記色相差分及び前記彩度差分のいずれか一方または両方の重み付けを前記明度差分の重み付けよりも大きくして前記AF評価値を算出す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、前記画像取得手段が撮像手段の画素群から得る画像データ群はRGB画像データ群である自動焦点調節装置。
  12. 請求項2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、前記画像取得手段が撮像手段の画素群から得る画像データ群は補色画像データ群であって、前記データ変換手段は、画素単位で前記補色画像データ群をRGB画像データに色分離変換した後、さらに、このRGB画像データ群をHSIデータ群に変換する自動焦点調節装置。
  13. 所定の演算により算出したAF評価値に基づいてフォーカスレンズをピント位置に移動させる自動焦点調節装置において、
    撮像手段の画素群からRGB画像データ群を得る画像取得手段と、
    このRGB画像データ群に基づきAF評価値を算出する評価値算出手段と、
    焦点調節モードを手動で切替設定するモード手動切替手段とを備え、
    この焦点調節モードには、赤褐色系に着色又は変色させた被写体を焦点調節する第1色素モードと、青色系に着色又は変色させた被写体を焦点調節する第2色素モードと、着色及び変色させていない被写体を焦点調節する通常モードとが含まれていて、
    前記AF評価値算出の際には、第1色素モードであるとき前記RGB画像データ群のRデータ群が用いられ、第2色素モードであるとき前記RGB画像データ群のBデータ群が用いられ、通常モードであるとき前記RGB画像データ群のGデータ群が用いられることを特徴とする自動焦点調節装置。
  14. 請求項13記載の自動焦点調節装置において、前記画像取得手段は、撮像手段から補色画像データ群を入力し、この補色画像データ群を画素単位で色変換してRGB画像データ群を得る自動焦点調節装置。
  15. 請求項1ないし14のいずれか一項に記載の自動焦点調節装置において、前記画像データ群を取得してから、AF評価値を算出して該評価値に基づき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。
  16. 請求項1ないし15のいずれか一項に記載の自動焦点調節装置は、電子内視鏡に搭載される自動焦点調節装置。
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