焦点位置制御装置、内視鏡装置及び焦点位置制御方法
【課題】撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の状況情報を判定することにより、状況に応じた焦点位置の制御が可能な焦点位置制御装置、内視鏡装置及び焦点位置制御方法等を提供する。
【解決手段】焦点位置制御装置は、撮像光学系を介した体内被写体の撮像によって、体内被写体の像を含む体内画像を取得する画像取得部（Ａ／Ｄ変換部３１０に相当）と、取得された体内画像に基づいて、撮像時の撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の状況情報を判定する判定部（正対判定部、静止判定部に相当）と、判定部における判定結果に基づいて、撮像光学系の駆動を制御することで、撮像光学系の焦点位置を制御する焦点位置制御部を含む。
【解決手段】焦点位置制御装置は、撮像光学系を介した体内被写体の撮像によって、体内被写体の像を含む体内画像を取得する画像取得部（Ａ／Ｄ変換部３１０に相当）と、取得された体内画像に基づいて、撮像時の撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の状況情報を判定する判定部（正対判定部、静止判定部に相当）と、判定部における判定結果に基づいて、撮像光学系の駆動を制御することで、撮像光学系の焦点位置を制御する焦点位置制御部を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点位置制御装置、内視鏡装置及び焦点位置制御方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡のような撮像装置においては、術者の診断に支障をきたさないため、パンフォーカスの画像が求められる。このため、内視鏡では比較的Ｆナンバーが大きい光学系を使用して被写界深度を深くすることでこのような性能を達成している。しかし近年、内視鏡システムにおいても数十〜百万画素程度の高画素の撮像素子が使用されるようになっている。光学系が一定の場合、その被写界深度は許容錯乱円の大きさによって決定されるが、高画素の撮像素子では画素ピッチと共に許容錯乱円も小さくなるため撮像装置の被写界深度は狭くなる。このため、特許文献１には内視鏡の撮像部に対物光学系の焦点位置を駆動する焦点位置駆動部を設け、被写体に対してオートフォーカス（以下、ＡＦ）を行う内視鏡装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１０６０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内視鏡における通常観察では、図８（Ａ）に示すように奥行きのある消化管を観察するため、取得される画像上の位置により、対応する被写体までの距離が大きく異なる。そのため、ＡＦを動作させたとしてもピントが合うのは画像の一部分であり、他の部分はぼけてしまう。よって、ユーザーが観察したい領域（例えば病変部等）にピントが合わずユーザーの観察に支障をきたす可能性がある。つまり、ＡＦ動作が効果的でない場合もありうるため、ＡＦ動作の停止／起動を適切に制御する必要がある。
【０００５】
特許文献１では、ＡＦ動作の停止／起動の切り替えを操作部に設けられたスイッチで制御する。このため、術者は従来の内視鏡操作に加えて、ＡＦ動作の停止／起動の操作を行う必要があり、作業の煩雑性が増すことになる。
【０００６】
本発明の幾つかの態様によれば、撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の状況情報を判定することにより、状況に応じた焦点位置の制御が可能な焦点位置制御装置、内視鏡装置及び焦点位置制御方法等を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、撮像光学系を介した体内被写体の撮像によって、前記体内被写体の像を含む体内画像を取得する画像取得部と、取得された前記体内画像に基づいて、撮像時の前記撮像光学系の撮像方向に対する前記体内被写体の状況情報を判定する判定部と、前記判定部における判定結果に基づいて、前記撮像光学系の駆動を制御することで、前記撮像光学系の焦点位置を制御する焦点位置制御部と、を含む焦点位置制御装置に関係する。
【０００８】
本発明の一態様では、体内画像に基づいて撮像方向に対する体内被写体の状況情報を判定する。そして、判定結果に基づいて撮像光学系の焦点位置を制御するため、撮像光学系の撮像方向と体内被写体との相対的な状況に応じた焦点位置制御ができ、ユーザーにとって見やすい画像を提供すること等が可能になる。
【０００９】
また、本発明の他の態様は、撮像光学系を介した体内被写体の撮像によって、前記体内被写体の像を含む体内画像を取得する画像取得部と、取得された前記体内画像に基づいて、撮像時の前記撮像光学系の撮像方向に対する前記体内被写体の状況情報を判定する判定部と、前記判定部における判定結果に基づいて、前記撮像光学系の駆動を制御することで、前記撮像光学系の焦点位置を制御する焦点位置制御部と、前記焦点位置制御部の制御に基づいて前記撮像光学系を駆動する焦点位置駆動部と、を含む内視鏡装置に関係する。
【００１０】
また、本発明の他の態様は、撮像光学系を介した体内被写体の撮像によって、前記体内被写体の像を含む体内画像を取得し、取得された前記体内画像に基づいて、撮像時の前記撮像光学系の撮像方向に対する前記体内被写体の状況情報を判定し、判定結果に基づいて、前記撮像光学系の駆動を制御することで、前記撮像光学系の焦点位置を制御する焦点位置制御方法に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態にかかる焦点位置制御装置を含む内視鏡装置の構成例。
【図２】回転色フィルターの構成例。
【図３】回転色フィルターの分光特性例。
【図４】画像処理部の構成例。
【図５】フォーカスレンズ制御部の構成例。
【図６】評価領域の設定例。
【図７】コントラスト値算出部の構成例。
【図８】図８（Ａ）〜図８（Ｆ）は撮像光学系と体内被写体との位置関係、及び当該位置関係において取得される体内画像の例。
【図９】正対判定部の構成例。
【図１０】体内画像に対する画像処理に用いられるゲインマップの例。
【図１１】図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）はゲインマップによる処理後の体内画像の例。
【図１２】図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は低域抽出後の体内画像の例。
【図１３】分割部における体内画像の領域分割例。
【図１４】分割された領域と当該領域で算出された輝度値の対応関係を説明する図。
【図１５】図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）は撮像光学系と体内被写体との位置関係に応じた明るさ分布の違いと、分割領域との関係を説明する図。
【図１６】本実施形態にかかる焦点位置制御装置を含む内視鏡装置の他の構成例。
【図１７】フォーカスレンズ制御部の他の構成例。
【図１８】フォーカスレンズ制御部の他の構成例。
【図１９】静止判定部の構成例。
【図２０】フォーカスレンズ制御部の他の構成例。
【図２１】体内画像上での代表点の設定例。
【図２２】図２２（Ａ）〜図２２（Ｄ）は消失点の検出手法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１３】
本出願人は、撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の状況情報を判定することにより、適切な状態においてＡＦを実行可能な手法を提案するものであり、具体的には第１の実施形態において、体内被写体が撮像光学系に正対しているか否かを状況情報として用いる。第２の実施形態では、体内被写体が撮像光学系に正対しているか否かに加えて、撮像光学系（具体的には撮像光学系に含まれるズームレンズ等）が望遠端にあるか否かに応じてＡＦを制御する。第３の実施形態では、体内被写体が撮像光学系に対して相対的に静止しているか否か、及び撮像光学系が望遠端にあるか否かに応じてＡＦを制御する。第４の実施形態では、体内被写体が撮像光学系に正対しているか否か、体内被写体が撮像光学系に対して相対的に静止しているか否か、及び撮像光学系が望遠端にあるか否かに応じてＡＦを制御する。
【００１４】
１．第１の実施形態
図１に、本実施形態にかかる焦点位置制御装置を含む内視鏡装置の構成例を示す。内視鏡装置は、光源部１００、撮像部２００、制御装置３００（プロセッサ部）、表示部４００、外部Ｉ／Ｆ部５００を含む。本実施形態にかかる焦点位置制御装置は、例えば制御装置３００に対応する。
【００１５】
光源部１００は、白色光源１１０と、複数の分光透過率のフィルターを有する回転色フィルター１２０を有する。また光源部１００は、回転色フィルター１２０を駆動させる回転駆動部１３０と、回転色フィルター１２０を透過した光をライトガイドファイバー２１０の入射端面に集光させる集光レンズ１４０を含む。図２に回転色フィルター１２０の詳細な構成例を示す。回転色フィルター１２０は、三原色の赤色（以下Ｒと略す）フィルター７０１と、緑色（以下Ｇと略す）フィルター７０２と、青色（以下Ｂと略す）フィルター７０３と、回転モーター７０４と、から構成されている。図３に、これらの色フィルター７０１〜７０３の分光特性例を示す。回転駆動部１３０は、制御部３４０からの制御信号に基づいて、撮像素子２６０の撮像期間と同期して回転色フィルター１２０を所定回転数で回転させる。例えば、回転色フィルター１２０を１秒間に２０回転させると、各色フィルターは６０分の１秒間隔で入射白色光を横切ることになる。この場合、撮像素子２６０は、６０分の１秒間隔で画像信号の撮像と転送を完了することになる。ここで、撮像素子２６０は例えばモノクロ用撮像素子である。即ち、本実施形態では、３原色の各色光（Ｒ或はＧ或はＢ）の画像が６０分の１秒間隔で撮像される面順次方式の撮像が行われる。
【００１６】
撮像部２００は、例えば、体腔への挿入を可能にするため細長くかつ湾曲可能に形成されている。撮像部２００は、光源部１００で集光された光を照明レンズ２２０に導くためのライトガイドファイバー２１０と、そのライトガイドファイバー２１０により先端まで導かれてきた光を拡散させて観察対象（被写体、具体的には体内被写体）に照射する照明レンズ２２０を含む。また、撮像部２００は、観察対象から戻る反射光を集光する対物レンズ２３０と、焦点位置を調整するための焦点調整レンズ２４０と、焦点調整レンズ２４０を駆動するための焦点位置駆動部２５０と、集光した反射光を検出するための撮像素子２６０を備えている。焦点位置駆動部２５０は例えばステッピングモーターであり、焦点調整レンズ２４０と接続されている。焦点位置駆動部２５０は焦点調整レンズ２４０の位置を変更することで焦点位置を調整する。撮像素子２６０は、例えばモノクロ単板撮像素子であり、例えばＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサー等により構成される。
【００１７】
制御装置３００は、内視鏡装置の各部の制御や画像処理を行う。制御装置３００は、Ａ／Ｄ変換部３１０（広義には画像取得部）と、フォーカスレンズ制御部３２０と、画像処理部３３０と、制御部３４０を含む。
【００１８】
Ａ／Ｄ変換部３１０によりデジタル信号に変換された画像信号は、画像処理部３３０に転送される。画像処理部３３０により処理された画像信号は、フォーカスレンズ制御部３２０と、表示部４００に転送される。フォーカスレンズ制御部３２０は、焦点位置駆動部２５０に制御信号を転送することで、焦点調整レンズ２４０の位置を変更する。制御部３４０は、内視鏡装置の各部の制御を行う。具体的には制御部３４０は、回転駆動部１３０と、フォーカスレンズ制御部３２０と、画像処理部３３０の同期を行う。また、外部Ｉ／Ｆ部５００に接続されており、外部Ｉ／Ｆ部５００からの入力に基づき、フォーカスレンズ制御部３２０と、画像処理部３３０の制御を行う。
【００１９】
表示部４００は、動画表示可能な表示装置であり、例えばＣＲＴや液晶モニター等により構成される。
【００２０】
外部Ｉ／Ｆ部５００は、内視鏡装置に対する術者からの入力等を行うためのインターフェースである。外部Ｉ／Ｆ部５００は、例えば電源のオン／オフを行うための電源スイッチや、撮影モードやその他各種のモードを切り換えるためのモード切換ボタンなどを含む。外部Ｉ／Ｆ部５００は、入力された情報を制御部３４０へ転送する。
【００２１】
図４に、本実施形態における画像処理部３３０の詳細な構成例を示す。画像処理部３３０は、前処理部３３１と、同時化部３３２と、後処理部３３３と、を含む。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換部３１０は、前処理部３３１に接続される。前処理部３３１は、同時化部３３２に接続される。同時化部３３２は、後処理部３３３と、フォーカスレンズ制御部３２０に接続される。後処理部３３３は、表示部４００に接続される。制御部３４０は、前処理部３３１と、同時化部３３２と、後処理部３３３と、に接続されており、これらの制御を行う。
【００２３】
前処理部３３１は、Ａ／Ｄ変換部３１０から入力される画像信号に対して、制御部３４０に予め保存されているＯＢクランプ値、ゲイン補正値、ＷＢ係数値を用いて、ＯＢクランプ処理、ゲイン補正処理、ＷＢ補正処理を行う。前処理部３３１は、前処理後の画像信号を同時化部３３２へ転送する。
【００２４】
同時化部３３２は、前処理部３３１により処理された画像信号に対して、制御部３４０の制御信号に基づいて、面順次の画像信号を同時化する。具体的には、同時化部３３２は、面順次で入力された各色光（Ｒ或はＧ或はＢ）の画像信号を１フレーム分ずつ蓄積し、蓄積した各色光の画像信号を同時に読み出す。同時化部３３２は、同時化された画像信号を、後処理部３３３とフォーカスレンズ制御部３２０へ転送する。
【００２５】
後処理部３３３は、同時化後の画像信号に対して、制御部３４０に予め保存されている階調変換係数や色変換係数、輪郭強調係数を用いて、階調変換処理や色処理、輪郭強調処理を行う。後処理部３３３は、後処理後の画像信号を表示部４００へ転送する。
【００２６】
図５に、本実施形態におけるフォーカスレンズ制御部３２０の詳細な構成例を示す。フォーカスレンズ制御部３２０は正対判定部３２１と、評価領域設定部３２２と、コントラスト値算出部３２３と、合焦位置検出部３２４と、焦点位置制御部３２５を含む。
【００２７】
画像処理部３３０は、正対判定部３２１と、評価領域設定部３２２に接続される。正対判定部３２１は、焦点位置制御部３２５に接続される。評価領域設定部３２２は、コントラスト値算出部３２３に接続される。コントラスト値算出部３２３は、合焦位置検出部３２４に接続される。合焦位置検出部３２４は、焦点位置制御部３２５に接続される。焦点位置制御部３２５は、合焦位置検出部３２４と、焦点位置駆動部２５０に接続される。制御部３４０は、正対判定部３２１と、評価領域設定部３２２と、コントラスト値算出部３２３と、合焦位置検出部３２４と、焦点位置制御部３２５と、に接続されており、これらの制御を行う。
【００２８】
正対判定部３２１は、画像処理部３３０から転送された画像信号に基づいて、被写体が撮像部２００に正対しているか否かを判定する。正対判定部３２１は、被写体が撮像部２００に正対していると判定した場合は、ＡＦ動作を開始する制御信号を、焦点位置制御部３２５に転送する。一方、被写体が撮像部２００に正対していないと判定した場合は、ＡＦ動作を停止する制御信号を、焦点位置制御部３２５に転送する。正対判定部３２１が行う処理については、詳細に後述する。
【００２９】
評価領域設定部３２２は、画像処理部３３０から転送された画像信号に対して、コントラスト値を算出するための評価領域を設定する。ここでは図６に示すように、事前に設定した領域を評価領域として設定してもよいし、外部Ｉ／Ｆ部５００から術者が評価領域に関する情報を入力し、これに基づいて画像に任意の評価領域を設定するようにしてもよい。その後、評価領域設定部３２２は、設定された評価領域情報と画像信号をコントラスト値算出部３２３に転送する。
【００３０】
コントラスト値算出部３２３は、評価領域情報と画像信号から、評価領域のコントラスト値を算出する。本実施形態では、評価領域設定部３２２から転送される画像信号は、任意のチャンネルに対してコントラスト値を算出すればよい。また、Ｒ，Ｇ，Ｂの３チャンネルの画素値から輝度信号を生成し、生成した輝度信号の画素値に対してコントラスト値を算出してもよい。ここでは例えばコントラスト値算出部３２３は、評価領域に含まれるすべての画素に対して任意のハイパスフィルター処理を行い、各画素のハイパスフィルター出力値をすべて加算することでコントラスト値を算出すればよい。また、コントラスト値算出部３２３は、例えば図７に示すようにハイパスフィルター処理を行う高域抽出部３２３２の前段に輝点除去部３２３１を備えるような構成としてもよい。ここで例えば輝点除去部３２３１は、評価領域に含まれるすべての画素における任意のチャンネルもしくは輝度信号の画素値に対して閾値処理を行い、画素値が閾値以上の場合は、輝点と判断して後段のハイパスフィルター処理の出力値を０とする制御信号を転送することで、輝点がコントラスト値に与える影響を低減することができる。その後、コントラスト値算出部３２３は合焦位置検出部３２４に評価領域のコントラスト値を転送する。
【００３１】
合焦位置検出部３２４は、焦点位置制御部３２５から合焦位置を検出する制御信号が転送されると、コントラスト値算出部３２３から転送されたコントラスト値に基づき、合焦位置を検出する。ここで合焦位置とは、被写体にピントが合っていると考えられる焦点調整レンズ２４０の位置情報のことである。ここで合焦位置を検出するには、コントラスト値算出部３２３から順次転送されるコントラスト情報を用いて、コントラスト値のピークを検出する。合焦位置検出部３２４は、コントラスト値のピーク位置を合焦位置として焦点位置制御部３２５に転送する。
【００３２】
焦点位置制御部３２５は、位置情報を焦点位置駆動部２５０に転送し、焦点調整レンズ２４０の位置を変更する。具体的には、焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１からＡＦ動作を開始する制御信号が転送されると、合焦位置検出部３２４に合焦位置を検出する制御信号を転送する。さらに、公知の山登り法などのＡＦ手法を用いて、焦点調整レンズ２４０の位置を少しずつ変位させるよう焦点位置駆動部２５０を制御する。焦点位置制御部３２５は、合焦位置検出部３２４から合焦位置情報が転送されると、焦点調整レンズ２４０を合焦位置に移動させ、ＡＦ動作を終了する。一方、焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１からＡＦ動作を停止する制御信号が転送された場合は、制御部３４０に予め保存されている所定の位置に焦点調整レンズ２４０を移動するよう、焦点位置駆動部２５０を制御する。
【００３３】
図８（Ａ）〜図８（Ｆ）を用いて、被写体と撮像部の相対的な位置関係と、画像信号の関係について詳細に説明する。
【００３４】
図８（Ａ）に示すように、管腔状の被写体（臓器）において病変をスクリーニングする場合、スコープを被写体と平行にし、スコープを挿入又は抜去しながら観察を行う。しかし、このように奥行きのある被写体に対してＡＦ動作を行うと、術者の関心のある領域と合焦位置が一致するとは限らないため、ＡＦ動作は行わないことが望ましい。このときの画像信号は、図８（Ｂ）に示すように、画像の中心が暗く、画像周辺にいくほど明るい画像となる。一方、図８（Ｃ）に示すように、術者が被写体に関心のある領域が存在する場合、術者はスコープを被写体に近づけるため、スコープを被写体に正対する方向に傾ける。このような場合も、撮像部に対して被写体は奥行きをもつことから、ＡＦ動作は行わないことが望ましい。このときの画像信号は、図８（Ｄ）に示すように、画像の対角線上で明暗差のある画像となる。また、図８（Ｅ）に示すように、術者が被写体を精査する場合は、術者はスコープを被写体に対して正対させる。このような場合は、撮像部に対して被写体の奥行きが十分に小さくなることから、ＡＦ動作を行うことが望ましい。このときの画像信号は、図８（Ｆ）に示すように、画像の中心が明るく、画像周辺にいくほど暗い画像となる。
【００３５】
図９に、本実施形態における正対判定部３２１の詳細な構成例を示す。正対判定部３２１は補正部３２１１と、低域抽出部３２１２と、分割部３２１３と、明るさ算出部３２１４と、比較部３２１５と、判定部３２１６を含む。
【００３６】
補正部３２１１は、画像処理部３３０から転送された画像信号に対して、光学系のシェーディングを補正する。一般的に、内視鏡の光学系は、画像の中心から離れるほど暗くなるシェーディング特性を有する。ここでは、制御部３４０に予め保存されているゲインマップを、画像信号に乗算することで、シェーディング補正を行う。シェーディン補正に用いるゲインマップを図１０に示す。また、図８（Ｂ）等で示した各画像信号に対して、シェーディング補正を施した画像信号を図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に示す。管腔状の被写体に対して撮像部２００が平行に位置する場合は、図１１（Ａ）に示すように、画像信号の明暗差は、補正前に比べて大きくなる。また、被写体が撮像部２００に対して斜めに位置する場合は、図１１（Ｂ）に示すように、画像信号の明暗差は解消されない。一方、被写体が撮像部２００に正対している場合は、図１１（Ｃ）に示すように、画像信号の明るさは均一になる。シェーディング補正後の画像信号は、低域抽出部３２１２に転送される。
【００３７】
低域抽出部３２１２は、補正部３２１１から転送された画像信号に対して低周波成分を抽出する。ここでは、画像信号に対してローパスフィルターを施すことで、画像信号の低周波成分を抽出する。具体的には、画像信号に対してガウシアンフィルターを施す。図１１で示した各画像信号に対して、低周波成分を抽出した画像信号を図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）に示す。低周波成分を抽出した画像信号は、画像信号に含まれる（例えば血管のような）微細な構造が除かれ、被写体の明るさ分布を示す画像となる。ここでは、低周波成分を抽出する処理としてガウシアンフィルターを施したが、これに限らず、例えば、平均化フィルターやメディアンフィルター等の公知の平滑化フィルターを用いてもよい。また、画像信号を縮小することで高周波成分を除去し、縮小した画像信号を元の大きさに拡大することで低周波成分を抽出してもよい。低周波成分を抽出した画像信号は、分割部３２１３に転送される。
【００３８】
分割部３２１３は、低域抽出部３２１２から転送された画像信号を領域分割する。具体的には、図１３に示すように、画像信号を画像中心領域と、その外周に位置する領域とで、９分割する。ここでは、分割する領域を９分割としたが、これに限らず、５分割や１７分割としてもよい。領域分割された画像信号は、明るさ算出部３２１４に転送される。
【００３９】
明るさ算出部３２１４は、分割部３２１３から転送された画像信号の各領域について明るさを算出する。具体的には、各領域に含まれる画素（ｘ，ｙ）の輝度値Ｙ（ｘ，ｙ）を平均した値を、領域の明るさＹとして算出する。ここでは、図１４に示すように、領域ｉの明るさをＹｉと表記する。算出した各領域の明るさＹｉは比較部３２１５に転送される。
【００４０】
比較部３２１５は、明るさ算出部３２１４から転送された明るさＹｉを比較することで、領域間の明暗差の最大値を算出する。具体的には、まず下式（１）に示すように画像中心と周辺の明暗差Ｄ１を算出する。
【００４１】
【数１】
【００４２】
続いて、下式（２）に示すように画像周辺の対角方向の明暗差Ｄ２〜Ｄ５を算出する。
【００４３】
【数２】
【００４４】
上式（２）において、ａｂｓ(Ａ)は、Ａの絶対値を返す関数である。その後、各領域間の明暗差Ｄ１〜Ｄ５の最大値Ｄｍａｘを算出する。ここで、管腔状の被写体に対して撮像部２００が平行に位置する場合は、図１５（Ａ）に示すように、画像中心と周辺の明暗差が最大値Ｄｍａｘとなる。また、被写体が撮像部２００に対して斜めに位置する場合は、図１５（Ｂ）に示すように、対角方向の明暗差が最大値Ｄｍａｘとなる。一方、被写体が撮像部２００に正対している場合は、図１５（Ｃ）に示すように、明暗差Ｄ１〜Ｄ５のいずれかが最大値Ｄｍａｘとなるが、最大値Ｄｍａｘの値は図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）の場合に比べ十分に小さな値となる。明暗差の最大値Ｄｍａｘは、判定部３２１６に転送される。
【００４５】
判定部３２１６は、比較部３２１５から転送された明暗差の最大値Ｄｍａｘに基づき、被写体が撮像部に対して正対しているか否かの判定を行う。具体的には、明暗差の最大値Ｄｍａｘが制御部３４０に予め保存されている閾値ＴｈＤより小さい場合、被写体は撮像部２００に正対していると判定する。判定部３２１６は、被写体が撮像部２００に正対していない状態から正対している状態へ変わった場合、焦点位置制御部３２５にＡＦ動作を開始する制御信号を転送する。一方、判定部３２１６は、被写体が撮像部に正対している状態から正対していない状態へ変わった場合、焦点位置制御部３２５にＡＦ動作を停止する制御信号を転送する。ここで、ＡＦ動作を安定して行うため、被写体の状態が変わってから、数フレームその状態が保持された場合に、制御信号を転送してもよい。
【００４６】
以上のように、本実施形態では、画像信号から撮像部が被写体に正対しているか否かの判定を行い、撮像部が被写体に正対していると判定した場合は、ＡＦ動作を開始する。一方、撮像部が被写体に正対していないと判定した場合は、ＡＦ動作を停止する。これにより、術者はＡＦ動作の開始／停止の操作を行う必要がなく、シーンに応じた好適な画像を得ることができる。
【００４７】
なお、以上ではＡＦの動作としてシングルＡＦを想定していたが、これに限定されるものではなく、例えばＡＦの動作としてコンティニュアスＡＦを用いてもよい。この場合、全体構成は上述の場合と同様であるが、フォーカスレンズ制御部３２０の動作が異なる。
【００４８】
焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１からＡＦ動作を開始する制御信号が転送された場合は、コンティニアスＡＦを開始する。一方、焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１からＡＦ動作を停止する制御信号が転送された場合は、制御部３４０に予め保存されている所定の位置に焦点調整レンズ２４０を移動するよう、焦点位置駆動部２５０を制御する。
【００４９】
以下に、本実施形態のコンティニアスＡＦの流れを記載する。ここで、ウォブリング時の往復幅を±ｄｗとし、焦点調整レンズ２４０の移動幅（焦点位置の更新値）をｄｎとして説明する。まず、焦点位置制御部３２５が、焦点位置駆動部２５０を介して、焦点調整レンズ２４０の焦点位置をｄｓ−ｄｗに変更する（ｄｓは焦点調整レンズ２４０の初期位置）。また、焦点位置制御部３２５は、焦点調整レンズ２４０の位置情報ｄｓ−ｄｗを、合焦位置検出部３２４に転送する。そして、コントラスト値算出部３２３が、コントラスト値Ｃ-ｄｗを算出する。算出したコントラスト値Ｃ-ｄｗを、合焦位置検出部３２４に転送する。次に、焦点位置制御部３２５が、焦点位置駆動部２５０を介して、焦点調整レンズ２４０の焦点位置をｄｓ＋ｄｗに変更する。また、焦点位置制御部３２５は、焦点調整レンズ２４０の位置情報ｄｓ＋ｄｗを、合焦位置検出部３２４に転送する。そして、コントラスト値算出部３２３が、コントラスト値Ｃ+ｄｗを算出する。算出したコントラスト値Ｃ+ｄｗを、合焦位置検出部３２４に転送する。
【００５０】
Ｃ-ｄｗ及びＣ+ｄｗを算出したら、合焦位置検出部３２４は、焦点位置制御部３２５から転送された位置情報と、コントラスト値算出部３２３から転送されたコントラスト値に基づき、焦点位置の初期値ｄｓを以下の条件に従って更新する。Ｃ-ｄｗ＞Ｃ+ｄｗの場合にはｄｓの値をｄｎだけ小さくし、Ｃ+ｄｗ＞Ｃ-ｄｗの場合にはｄｓの値をｄｎだけ大きくする。
【００５１】
更新された焦点調整レンズ２４０の初期位置ｄｓからウォブリング時の往復幅ｄｗを減算した、焦点位置をｄｓ−ｄｗを焦点位置制御部３２５に転送する。その後、同様の処理を繰り返す。
【００５２】
なお、上述のｄｗ及びｄｎの値は、予め一定の値を設定しておいても良いし、外部Ｉ／Ｆ部５００よりユーザーが任意の値を設定する構成としても良い。
【００５３】
また、コンティニュアスＡＦを行う場合には、正対判定部３２１の動作も異なり、コンティニアスＡＦのため正対している間は常にＡＦ動作を行う制御信号を送ることになる。判定部３２１６は、被写体が撮像部２００に正対していると判定した場合、焦点位置制御部３２５にＡＦ動作を開始する制御信号を転送する。一方、判定部３２１６は、被写体が撮像部に正対していないと判定した場合、焦点位置制御部３２５にＡＦ動作を停止する制御信号を転送する。
【００５４】
なお、本実施形態にかかる焦点位置制御装置で制御される撮像光学系は、ズームレンズを動作させることにより、画角（撮像倍率）を変化させると同時にフォーカスの調整も行うレンズ一群駆動のものを想定している。ただし、これに限定されるものではなく、ズームレンズとフォーカスレンズの位置を独立に調整可能なレンズ二群駆動の撮像光学系を用いてもよい。
【００５５】
以上の本実施形態では、焦点位置制御装置は、撮像光学系（図１における対物レンズ２３０及び焦点調整レンズ２４０等を含む）を介した体内被写体の像を含む体内画像を取得する画像取得部（図１におけるＡ／Ｄ変換部３１０に相当）と、体内画像に基づいて、撮像時の撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の状況情報を判定する判定部（図５における正対判定部３２１や図１８における静止判定部３２６に相当）と、判定部における判定結果に基づいて撮像光学系の焦点位置を制御する焦点位置制御部３２５（図５）を含む。
【００５６】
ここで、撮像光学系の撮像方向とは、撮像光学系を用いて撮像している方向のことであり、撮像光学系の光軸方向であってもよい。また、撮像方向に対する体内被写体の状況情報とは、撮像方向に対して体内被写体がどのような状況にあるかを表す情報である。よって、撮像方向に依存しない体内被写体の状態（例えば、病変部を含むか否か、或いは血管構造が集中しているか否か等の状態）は、本実施形態における状況情報には含まれない。ただし、病変部等の情報は必ずしも状況情報に含まれないものではなく、例えば撮像方向に応じて病変部の大きさや形状が変化し、当該変化に基づいて焦点位置制御に必要な判定が行えるのであれば、病変部の情報が状況情報に含まれることもあり得る。
【００５７】
これにより、撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の状況情報に基づいて、撮像光学系の焦点位置を制御することが可能になる。焦点位置の制御とは、具体的には後述するように体内被写体に焦点を合わせる動作（ＡＦ動作）であってもよい。この場合には、ＡＦ動作を状況情報に応じて制御することが可能になり、適切な状況においてＡＦを動作させることができる。上述したように、図８（Ａ）のような状況では、体内画像（撮像画像）の画像上位置に応じて、撮像光学系から被写体までの距離が大きく異なることになる。その場合には、ＡＦを動作させたとしても体内画像の一部にしかピントが合わず、ユーザーの観察したい領域がぼけてしまう可能性がある。よって、ＡＦは常に動作させるのではなく、状況情報に基づいてＡＦが効果的な状況であると判定された場合に動作させるようにするとよい。
【００５８】
また、判定部は、撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の姿勢情報、及び、撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の動き情報の少なくとも一方を、体内被写体の状況情報として判定してもよい。
【００５９】
ここで姿勢情報とは、例えば撮像方向に対して、体内被写体（撮像対象となる生体の表面）がなす角度等を表す情報であってもよい。例えば、図８（Ａ）は撮像方向に対して体内被写体が平行な姿勢である状況であり、図８（Ｂ）は撮像方向に対して体内被写体が斜めの姿勢を取っている。図８（Ｃ）は撮像方向に対して体内被写体が垂直或いはそれに近い姿勢を取っている（後述するように、この状態を「正対している」と呼ぶ）。このような姿勢の違いを表す情報が姿勢情報である。また、動き情報とは、撮像光学系と体内被写体の相対的な動きを、撮像方向に関連づけて表した情報である。具体的には動きの方向と動きの量を表す情報等が考えられる。その際には撮像方向を基準方向として、当該基準方向に対する方向として、動きの方向を表現することになる。
【００６０】
これにより、体内被写体の状況情報として、具体的に姿勢情報及び動き情報の少なくとも一方を用いることが可能になる。つまり、本実施形態においては、状況情報として撮像光学系と体内被写体の相対的な位置関係情報（位置関係そのものの情報であってもよいし、位置関係の変化を表す情報であってもよい）を用いる。図８（Ａ）等を用いて上述したように、焦点位置の制御（特にＡＦ動作）が効果的であるか否かは、位置関係情報に応じて決まることが想定されるため、状況情報として位置関係情報を用いることで、状況に応じた適切な焦点位置制御が可能となる。
【００６１】
また、判定部は、体内被写体が撮像光学系に正対しているか否かに関する情報を、上述した姿勢情報として用いて判定を行う正対判定部３２１を含んでもよい。そして焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１における判定結果に基づいて、撮像光学系の焦点位置を制御する。
【００６２】
ここで、体内被写体が撮像光学系に正対しているとは、撮像光学系の撮像方向（光軸方向）と、体内被写体（例えば、生体表面を平面と見なせるのであれば当該平面）とが直交する状態を表すものとする。ただし、必ずしも直交している状態に限定されるものではなく、所与の角度閾値をｘ（°）とした場合に、撮像方向と体内被写体のなす角度が９０±ｘ（°）の範囲に収まっていれば、正対していると判定してもよい。角度閾値ｘは、システムにより決定されてもよいし、外部Ｉ／Ｆ部５００等からユーザーが入力してもよい。なお本実施形態では、上述したように分割された領域ごとの明るさ情報を用いて正対しているか否かの判定を行っており、判定に用いられる閾値は明るさ情報により表される値の差分値に関するものである。つまり、本実施形態の焦点位置制御装置においては、上述の角度閾値ｘを用いないケースも十分考えられることになるが、その場合にも、正対しているか否かは、撮像方向と体内被写体が直交或いは直交に近い角度状態にあるか否かに基づいて判定されることに変わりはない。
【００６３】
これにより、体内被写体が撮像光学系に正対していると判定されたか否かに基づいて、撮像光学系の焦点位置の制御を行うことが可能になる。図８（Ａ）等の例で言えば、図８（Ａ）及び図８（Ｃ）の状態は正対していないと判定され、図８（Ｅ）の状態は正対していると判定される。各図において２本の点線の内側に対応する領域が体内画像として撮像されることに鑑みれば、正対している場合には正対していない場合に比べて、体内画像上の画素位置に応じた被写体までの距離の差が小さくなる。つまり、正対している場合には体内画像の広い領域にピントを合うのに対し、正対していない場合には体内画像の狭い領域にしかピントが合わないことが想定される。よって、このような状況の差に応じて適切に焦点位置を制御することで、ユーザーにとって見やすい画像を提供することが可能になる。
【００６４】
また、焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１において体内被写体が撮像光学系に正対していると判定された場合には、体内被写体に対して焦点を合わせる動作（合焦動作）を開始してもよい。また、体内被写体が撮像光学系に正対していないと判定された場合には、合焦動作を停止して、撮像光学系（具体的には撮像光学系に含まれるズームレンズ等）を所与の位置に移動させてもよい。
【００６５】
ここで、正対していない場合に撮像光学系が移動される所与の位置とは、システムによって決定されてもよいし、外部Ｉ／Ｆ部５００等からユーザーが入力してもよい。正対していない場合とは図８（Ａ）のようなケースであり、内視鏡装置を用いたスクリーニング等の状況であることが想定される。この場合、上述したように近い被写体から遠い被写体まで撮像しており、画像上位置に応じた被写体距離差が大きいため、パンフォーカスが必要になる。また、スクリーニングであればズーム倍率はそれほど必要とされない。つまり、撮像光学系を所与の位置に移動させる処理の一例としては、パンフォーカス及び低倍率を実現する位置への移動であり、レンズ一群駆動であれば、ズームレンズ（図１における焦点調整レンズ２４０に対応）の位置をある程度望遠側（例えば望遠端）に移動させる処理となる。なお、所与の位置に移動されるのはズームレンズに限定されるものではなく、ズームレンズ位置を移動させるとともに、撮像光学系に含まれる他のレンズを移動させてもよい。レンズ二群駆動であれば、ズームレンズとは独立してフォーカスレンズ位置を制御することで、焦点位置を制御することができる。上述したスクリーニング等の場合には、病変部等を発見するためにある程度広い範囲を撮像することが想定され、撮像光学系と体内被写体との距離は、拡大観察時等に比べて大きくなる。よって、ズームレンズ位置の移動により被写界深度を広くしたとしても、当該被写界深度が撮像光学系に近い位置に設定されていたのでは、被写体にピントが合わず観察が困難になる可能性がある。このようなケースに対応するために、レンズ二群駆動ではズームレンズ位置を移動させるとともに、フォーカスレンズ位置も移動させ、撮像光学系からある程度離れた位置に被写界深度を設定するとよい。
【００６６】
これにより、正対しているか否かに応じて、撮像している体内被写体への合焦動作を制御する（つまり、ＡＦの制御に相当する）ことが可能になる。上述したように、図８（Ａ）のような状況では、ＡＦを実行したとしても画像上の一部領域にしかピントが合わないところ、ユーザーの観察したい領域を画像から判定すること等は困難であることからＡＦを実行しても効果的でない。つまり、正対しているか否かの判定に基づいてＡＦの動作を制御することで、ＡＦが有効な状況においてはＡＦを動作させ、ＡＦが有効でない状況においてはＡＦを動作させないことが可能になり、ユーザーの観察（内視鏡装置を用いた診断等）をスムーズにすることができる。
【００６７】
また、正対判定部３２１は、体内画像の画像信号に基づいて、明るさ情報を算出する明るさ算出部３２１４を含んでもよい。そして、正対判定部３２１は、明るさ情報に基づいて、体内被写体が撮像光学系に正対しているか否かの判定を行う。
【００６８】
ここで、明るさ情報とは、画像信号に含まれる画素の輝度値に基づいて求められる値であるが、これに限定されるものではない。Ｒ，Ｇ，Ｂの３チャンネルを用いるのであれば、どれか１つのチャンネルの画素値に基づいて求められてもよいし、他の手法により求められてもよい。
【００６９】
これにより、正対しているか否かの判定を画像信号の明るさ情報に基づいて行うことが可能になる。上述したように、正対している状態とは、撮像方向と体内被写体が直交或いはそれに近い（所与の角度範囲内にある）場合を指すものとするが、撮像方向と体内被写体のなす角度を実際に求めることは困難である。明るさ情報を用いることで、厳密な角度の値を求めることなく、撮像方向（光軸）と体内被写体との位置関係を推定することが可能になるため、処理を容易にすることができる。
【００７０】
また、正対判定部３２１は、体内画像を複数の領域に分割する分割部３２１３を含んでもよい。そして明るさ算出部３２１４は、分割された領域ごとに明るさ情報を算出する。正対判定部３２１は、領域ごとに算出された明るさ情報に基づいて、体内被写体が撮像光学系に正対しているか否かの判定を行う。
【００７１】
ここで、分割部３２１３における体内画像の分割は、例えば図１３に示したような９領域への分割が考えられる。また、９領域に限定されるものではなく、異なる分割を行ってもよい。
【００７２】
これにより、体内画像を複数の領域に分割した上で明るさ情報を求め、正対判定に用いることが可能になる。図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）に示したように、正対しているか否かによって、体内画像における明るさの分布傾向が変化する。なお、図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、図１０のゲインマップによる処理や、低域抽出処理が行われた後のものである。正対している場合には、図１２（Ｃ）のように明るさは均一に近くなるのに対して、正対していない場合には、図１２（Ａ）のように、中心と周縁で明るさが大きく異なったり、図１２（Ｂ）のように、上部と下部で明るさが大きく異なったりする（図１２（Ｂ）については左右、或いは斜め方向における明るさの差であってもよい）。つまり、正対しているか否かの判定は、体内画像上のある領域と、他の領域との明るさ情報の差分値を見ればよいことになり、実際の手法としては分割部３２１３による領域分割を行うことになる。
【００７３】
また、分割部３２１３は、体内画像を中心領域と少なくとも１つの周縁領域に分割してもよい。そして、中心領域の明るさ情報と、周縁領域の明るさ情報の比較処理に基づいて、体内被写体と撮像光学系の正対判定を行う。
【００７４】
ここで例えば、中心領域とは図１３における領域１に相当し、周縁領域とは図１３における領域２〜９に相当する。ただし、体内画像の全領域が中心領域及び周縁領域のいずれかに含まれるケースに限定されるものではなく、中心領域にも周縁領域にも含まれない領域があってもよいものとする。
【００７５】
これにより、中心領域と周縁領域に基づく正対判定が可能になる。具体的には、図１２（Ａ）のような状況を、正対していないものと判定することが可能になる。図８（Ａ）のように管空の壁面と撮像方向が平行になる場合には、体内画像の中心領域は撮像光学系からの距離が遠い被写体に対応するため暗くなり、周縁領域は距離が近い被写体に対応するため明るくなることから、中心領域と周縁領域の明るさ情報の比較結果（具体的には明るさ情報により表される値の差が所与の閾値よりも大きいか否かの比較結果）に基づいて、正対している場合（図１２（Ｃ））と区別可能となる。具体的には式（１）のＤ１を判定に用いることに相当する。
【００７６】
また、分割部３２１３は、体内画像を中心領域と、第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の周縁領域に分割してもよい。そして、正対判定部３２１は、第１〜第Ｎの周縁領域のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ＜Ｎの整数）〜第ｊ（ｊはｉ≦ｊ＜Ｎの整数）の周縁領域における明るさ情報と、第１〜第Ｎの周縁領域のうちの第ｋ（ｋはｊ＜ｋ≦Ｎの整数）〜第ｍ（ｍはｋ≦ｍ≦Ｎの整数）の周縁領域における明るさ情報の比較処理に基づいて、体内被写体と撮像光学系の正対判定を行う。
【００７７】
ここで例えば、中心領域とは図１３における領域１に相当し、第１〜第Ｎの周縁領域とは図１３における領域２〜９に相当する（つまりＮ＝８であり、第ｚの周縁領域とは図１３における領域ｚ＋１になる）。１≦ｉ≦ｊ＜ｋ≦ｍ≦Ｎであることから、例えばｉ＝１、ｊ＝４、ｋ＝５、ｍ＝８の場合には、領域２〜５の明るさ情報と、領域６〜９の明るさ情報の比較となり、右側と左側の明るさの差を判定することになる。なお、第１〜第Ｎの周縁領域の始点（第１の周縁領域の位置）は図１３のものに限定されず、任意の位置から開始してもよい。例えば、図１３を基準にして９０°時計回りに回転させてもよく、その場合には、領域２〜５が下半分に相当し、領域６〜９が上半分に相当することになり、上下の明るさの差を判定することになる。同様に時計回りの回転を４５°或いは１３５°にすることで、右下と左上、左下と右上といった斜め方向の比較も可能となる。また、ｉ、ｊ、ｋ、ｍについては上述の条件を満たせばよい。そのため、第ｉ〜第ｊの周縁領域に含まれる周縁領域の数と、第ｋ〜第ｍの周縁領域に含まれる周縁領域の数が一致する必要はないし、第１〜第Ｎの周縁領域の中に、第ｉ〜第ｊ及び第ｋ〜第ｍの周縁領域に含まれない周縁領域があってもよい。
【００７８】
これにより、第１〜第Ｎの周縁領域に基づく正対判定が可能になる。具体的には上述したように、左右方向・上下方向・斜め方向等、特定の方向における明るさの分布を判定することになる。よって、図１２（Ｂ）のような状況を、正対していないものと判定することが可能になる。図８（Ｂ）のように体内被写体と撮像方向が斜めになる場合には、体内画像の周縁領域の第１の部分（図８（Ｃ）では上側）は撮像光学系からの距離が遠い被写体に対応するため暗くなり、周縁領域の第２の部分（図８（Ｃ）では下側）は距離が近い被写体に対応するため明るくなる。よって、周縁領域内の第１の部分と第２の部分の明るさ情報の比較結果（具体的には明るさ情報により表される値の差が所与の閾値よりも大きいか否かの比較結果）に基づいて、正対している場合（図１２（Ｃ））と区別可能となる。上述した本実施形態においては、式（２）のＤ２〜Ｄ５を判定に用いることに相当する。
【００７９】
また、正対判定部３２１は、分割部３２１３で分割された領域ごとに算出された明るさ情報により表される値が、所与の閾値よりも小さい場合には、体内被写体が撮像光学系に正対していると判定する。
【００８０】
これにより、領域ごとに算出された明るさ情報により表される値（例えば輝度値の平均値等）と、所与の閾値との比較処理により正対判定が可能になる。正対している場合には、図１２（Ｃ）に示したように、体内画像全体において明るさが均一に近くなるため、領域ごとの明るさの差は小さくなる。よって、一例としては、複数の領域の中から２つの領域を抽出し、抽出した領域の明るさ情報により表される値の差分値と閾値との比較処理を、すべての領域抽出の組み合わせ（体内画像がＭ個の領域に分割されたとすれば、Ｍ×（Ｍ−１）／２通り）について行う手法が考えられる。ただし、正対しない場合の特徴的な明るさ分布として、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）が考えられるため、比較処理の処理負担を軽減することも可能である。例えば、上述したように体内画像を中心領域と周縁領域に分割し、中心領域の明るさ情報により表される値と、周縁領域の明るさ情報により表される値から差分値を求め、所与の閾値との比較処理を行ってもよい。また、体内画像を中心領域と第１〜第Ｎの周縁領域に分割し、第ｉ〜第ｊの周縁領域の明るさ情報により表される値と、第ｋ〜第ｍの周縁領域の明るさ情報により表される値から差分値を求め、所与の閾値と比較処理を行ってもよい。
【００８１】
また、焦点位置制御装置は、図５に示したように体内画像に対して評価領域を設定する評価領域設定部３２２と、設定された評価領域のコントラスト値を算出するコントラスト値算出部３２３とを含んでもよい。そして、焦点位置制御部３２５は、コントラスト値に基づいて撮像光学系の焦点位置を制御する。
【００８２】
ここで、評価領域とは、コントラスト値の算出対象となる領域のことであり、評価領域の位置や大きさ等は、システムによって決定されてもよいし、外部Ｉ／Ｆ部５００等からユーザーが入力してもよい。
【００８３】
これにより、コントラスト値を用いた、撮像光学系の焦点位置制御が可能になる。具体的にはコントラストＡＦ等として実現される。
【００８４】
また、コントラスト値算出部３２３は、図７に示したように評価領域に含まれる輝点を除去する輝点除去部３２３１を含んでもよい。そして、コントラスト値算出部３２３は、輝点を除去した評価領域のコントラスト値を算出する。
【００８５】
これにより、輝点が存在することにより、焦点位置制御への悪影響を抑止することが可能になる。コントラスト値の算出は、例えば評価領域に対してハイパスフィルターを施すことにより求めることが考えられる。つまり、高周波成分が存在するほど、コントラスト値が高くなる。コントラストＡＦは、本来、被写体に起因する高周波成分（例えば被写体の構造が鮮明である場合に画像信号に含まれる成分等）に基づきコントラスト値を算出し、コントラスト値が高い状態を合焦状態であると判定し、焦点位置を制御する。しかし、輝点が存在してしまうと、輝点は周辺画素との画素値の差が大きい点であるため、被写体の合焦状態とは関係なく高周波成分が現れてしまう。よって、被写体にピントが合っていない状態でもコントラスト値が大きくなる可能性があり、焦点位置制御（ＡＦ動作）が適切に行えなくなってしまう。以上の理由から、評価領域に含まれる輝点は、コントラスト値の算出前に除去することが望ましい。
【００８６】
また、以上の本実施形態は、撮像光学系（図１における対物レンズ２３０及び焦点調整レンズ２４０等を含む）を介した体内被写体の像を含む体内画像を取得する画像取得部（図１におけるＡ／Ｄ変換部３１０に相当）と、体内画像に基づいて、撮像時の撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の状況情報を判定する判定部（図５における正対判定部３２１や図１８における静止判定部３２６に相当）と、判定部における判定結果に基づいて撮像光学系の焦点位置を制御する焦点位置制御部３２５と、焦点位置制御部３２５の制御に基づいて撮像光学系を駆動する焦点位置駆動部２５０を含む内視鏡装置に関係する。
【００８７】
これにより、撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の状況情報に基づいて、焦点位置の制御し、制御に従って撮像光学系を駆動する内視鏡装置を実現することが可能になる。状況情報とは、上述したように姿勢情報（具体的には正対しているか否か）であってもよいし、動き情報（具体的には第３、第４の実施形態で後述するように、相対的に静止しているか否か）であってもよい。
【００８８】
２．第２の実施形態
図１６に、本実施形態にかかる焦点位置制御装置を含む内視鏡装置の構成例を示す。第１の実施形態では、焦点調整レンズ２４０を焦点位置駆動部２５０で駆動することで、焦点位置及び画角を調整していたが、本実施形態においては図１６に示したように、焦点調整レンズ２４０（狭義にはフォーカスレンズ）を焦点位置駆動部２５０で駆動して焦点位置を調整するとともに、ズームレンズ２７０をズームレンズ駆動部２８０で駆動して画角を調整するものとする。ただし、本実施形態ではレンズ二群駆動の撮像光学系を用いて説明するが、撮像光学系はレンズ一群駆動のものであってもよい。
【００８９】
図１７に、第２の実施形態におけるフォーカスレンズ制御部３２０の詳細な構成例を示す。第１の実施の形態とは、焦点位置制御部３２５の機能が異なる。ズームレンズ制御部３５０は、焦点位置制御部３２５に接続される。
【００９０】
焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１からＡＦ動作を開始する制御信号が転送され、かつ、ズームレンズ制御部３５０からズームレンズ２７０が望遠端にあることを示す制御信号が転送された場合は、合焦位置検出部３２４から転送された合焦位置情報に基づき、焦点位置駆動部２５０を制御する。一方、焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１からＡＦ動作を停止する制御信号が転送された場合、または、ズームレンズ制御部３５０からズームレンズ２７０が望遠端にないことを示す制御信号が転送された場合は、制御部３４０に予め保存されている所定の位置に焦点調整レンズ２４０を移動するよう、焦点位置駆動部２５０を制御する。
【００９１】
なお、ここではズームレンズ２７０が望遠端にあることが、合焦動作を行う１つの条件であるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、望遠端を含む所与の範囲内にズームレンズ２７０が位置した場合に合焦動作を行う１つの条件を満たしたと判断してもよい。具体的には後述するように、ズームレンズが基準点よりも望遠側にあり、かつ、正対している場合に合焦動作を行ってもよい。
【００９２】
以上のように、本実施形態では、光学系の被写界深度が狭い場合に限り、撮像部が被写体に正対するとＡＦ動作を開始する。これにより、被写体が奥行きをもっている場合はパンフォーカスで観察を行い、拡大観察時等の被写界深度が狭くなる条件ではＡＦ動作を行うことで、シーンに応じた好適な画像を得ることができる。
【００９３】
以上の本実施形態では、焦点位置制御部３２５は、ズームレンズ２７０（撮像光学系に含まれる）の可動範囲における望遠端と広角端の間に位置する基準点に対して、ズームレンズ２７０が望遠側に位置し、かつ、正対判定部３２１において体内被写体と撮像光学系が正対していると判定された場合には、合焦動作を開始する。
【００９４】
これにより、第１の実施形態における正対判定に加えて、ズームレンズ２７０と基準点との位置関係も考慮した上で、合焦動作を行うか否かの制御を行うことが可能になる。一般的な光学特性として、画角が狭くなるほど（ズームレンズ２７０が望遠端に移動し、倍率が高くなるほど）被写界深度は狭くなる。被写界深度が狭くなれば、ユーザーが手動でピントを合わせることが困難になるため、システムによる自動的な合焦動作（ＡＦ動作）を行う利点が大きくなる。逆にズームレンズ２７０が広角側にある場合には、比較的被写界深度が広いため、ＡＦを用いなくとも手動でピント合わせが行える可能性が高い。また、ＡＦではピントを合わせる領域（コントラストＡＦであればコントラスト値を算出する評価領域）とユーザーの観察したい領域とが一致せず、ＡＦを行うことでむしろ観察を妨げてしまうことがあることを考慮すれば、ＡＦを動作させないことも選択肢に含めることが望ましい。以上のことから、ズームレンズ２７０と基準点との位置関係を焦点位置制御の判定条件とすることで、ズームレンズ位置（つまりは被写界深度の幅）を考慮した適切なＡＦ動作を実現することが可能になる。
【００９５】
３．第３の実施形態
本実施形態にかかる焦点位置制御装置を含む内視鏡装置の構成例は、第２の実施形態と同様に図１６に示したものである。図１６に示したように、本実施形態においてはレンズ二群駆動の撮像光学系を用いて説明するが、撮像光学系はレンズ一群駆動のものであってもよい。
【００９６】
本実施形態では、第２の実施形態とは、フォーカスレンズ制御部３２０の動作が異なる。図１８に、本実施形態におけるフォーカスレンズ制御部３２０の詳細な構成例を示す。第２の実施形態から正対判定部３２１が除かれ、静止判定部３２６が追加される。画像処理部３３０は、評価領域設定部３２２と、静止判定部３２６に接続される。静止判定部３２６は、焦点位置制御部３２５に接続される。
【００９７】
図１９に、静止判定部３２６の詳細な構成例を示す。静止判定部３２６は、記憶部３２６１と、動き検出部３２６２と、判定部３２６３を含む。画像処理部３３０は、記憶部３２６１と、動き検出部３２６２に接続されている。記憶部３２６１は、動き検出部３２６２に接続されている。動き検出部３２６２は、判定部３２６３に接続されている。判定部３２６３は、焦点位置制御部３２５に接続されている。
【００９８】
記憶部３２６１は、画像処理部３３０から転送された画像信号を記憶する。動き検出部３２６２は、画像信号から被写体と撮像部との相対的な動きを検出する。具体的には、動き検出部３２６２は、画像処理部３３０から入力された画像信号と、記憶部３２６１に記憶された１フレーム前に取得された画像信号の特徴点をマッチングし、マッチングした特徴点の動きベクトルから動き量Ｍｖを算出する。例えば、動き量Ｍｖは、画像全体の特徴点の動きベクトルの平均である。算出された動き量Ｍｖは判定部３２６３に転送される。
【００９９】
判定部３２６３は、算出された動き量Ｍｖと所定の閾値ＴｈＭｖ１とを比較し、画像上での被写体の動きが大きいか否かの判定を行う。閾値ＴｈＭｖ１は、予め設定された値を用いてもよいし、制御部３４０により自動的に設定されてもよい。判定部３２６３は、動き量Ｍｖ１が閾値ＴｈＭｖ１より小さい場合、すなわち被写体の動きが少ない場合には、術者が被写体を詳細に観察している状態であると判断する。この場合、判定部３２６３は、ＡＦ動作を開始する制御信号を焦点位置制御部３２５に転送する。一方、判定部３２６３は、動き量Ｍｖ１が閾値ＴｈＭｖ１以上である場合、すなわち被写体の動きが大きい場合には、術者が被写体をスクリーニングしている状態であると判断する。この場合、判定部３２６３はＡＦ動作を停止する制御信号を焦点位置制御部３２５に転送する。
【０１００】
焦点位置制御部３２５は、静止判定部３２６からＡＦ動作を開始する制御信号が転送され、かつ、ズームレンズ制御部３５０からズームレンズ２７０が望遠端にあることを示す制御信号が転送された場合は、合焦位置検出部３２４から転送された合焦位置情報に基づき、焦点位置駆動部２５０を制御する。一方、焦点位置制御部３２５は、静止判定部３２６からＡＦ動作を停止する制御信号が転送された場合、または、ズームレンズ制御部３５０からズームレンズ２７０が望遠端にないことを示す制御信号が転送された場合は、制御部３４０に予め保存されている所定の位置に焦点調整レンズ２４０を移動するよう、焦点位置駆動部２５０を制御する。
【０１０１】
以上のように、本実施の形態では、画像信号から撮像部と被写体が相対的に静止しているか否かの判定を行い、撮像部が被写体に対して静止していると判定した場合は、ＡＦ動作を開始する。一方、撮像部が被写体に対して静止していないと判定した場合は、ＡＦ動作を停止する。これにより、術者はＡＦ動作の開始／停止の操作を行う必要がなく、シーンに応じた好適な画像を得ることができる。
【０１０２】
なお、以上の説明においては、静止判定部３２６は静止しているか否かの判定を行っているものであり、動きの方向については考慮していなかった。しかし、撮像部２００と被写体との相対的な動きには、撮像部２００の撮像方向（光軸方向）に沿った方向での第１の動きと、撮像方向に交差する（狭義には直交する）方向での第２の動きが考えられる。第１の動きがある場合には、撮像部２００と被写体との相対的な距離が変動することになるため、被写体が被写界深度から外れてしまう可能性が高くなる。また、撮像されている被写体自体は大きく変化するものではない。よって、この場合には動き量が大きく、静止していないと判定された場合にも、ＡＦが効果的であることが考えられる。つまり、第２の動きについては、上述の通り動き量が小さい（静止している）場合にＡＦを動作させればよいが、第１の動きについては上述の手法とは異なる動作を行った方がよいケースが考えられる。以上のことから、本実施形態の変形例として、静止判定部３２６における判定に用いられる動き量として、第１の動きに起因するものは除外し、第２の動きに起因するものを用いる手法について説明する。
【０１０３】
動き検出部３２６２は、上述した動きベクトルを算出する際に、現フレーム画像（画像処理部３３０から出力された画像）の画素に対し一定間隔かつ格子状に代表点を設定する。図２１にて代表点を黒丸で示す。そして、代表点における現フレーム画像および前フレーム画像（記憶部３２６１に記憶された画像）の局所的な動きベクトルを、公知の技術であるブロックマッチング等を用いて検出する。設定した代表点の座標および各代表点において検出した動きベクトルは、判定部３２６３に出力される。
【０１０４】
次に判定部３２６３において、動きベクトルにより表される動きが、第１の動きであるか第２の動きであるかの判定を行う。具体的な判定手法について、図２２（Ａ）〜図２２（Ｄ）を用いて説明する。まず、代表点における動きベクトルに基づいて、前記動きベクトルの消失点を検出する。
【０１０５】
図２２（Ａ）において、黒丸が代表点、実線矢印が動きベクトル、バツ印が消失点をそれぞれ示す。消失点とは、各代表点を始点として各代表点における前記動きベクトルの方向にそれぞれ延長した直線の交点である。観察対象が内径の一定な円筒状であり、前記動きベクトルが撮像部２００の動きのみにより生じる場合、第１の動きのときには、直線は消失点において一点で交わる。実際には、観察対象である管腔状臓器の内径は一定ではなく、また動きベクトルは生体拍動によっても生じるため、第１の動きが生じているであっても前記直線が消失点において一点で交わらない。このため、全ての直線からの距離の和を第１の評価値とし、該第１の評価値が最も小さい点をまず消失点候補とする。
【０１０６】
次に、消失点候補における第１の評価値が所定の第１の閾値以下の場合、かつ消失点候補が画像内に存在する場合には、当該消失点候補を消失点とし、そうでない場合には消失点が検出できないと判定する。ここで、説明のため内視鏡先端の動く方向を図２２（Ｂ）のように定義する。各ｘ，ｙ，ｚ方向は画像上でそれぞれ、水平方向、鉛直方向、水平方向および鉛直方向と直交する奥行きの方向に対応する。さらに各ｘ，ｙ，ｚ方向について矢印に沿う動きを正の動き、反対の動きを負の動きと定義する。第１の動きがあるでは、撮像部２００の先端はｚ方向負の動きを示す。第１の動きではない場合（例えば第２の動きの場合）、例えば撮像部２００の先端の動きがｘ方向正の動きとなり、図２２（Ｃ）に示すように前記動きベクトルはほぼ平行となるため、該消失点候補は画像外に存在するか、画像内に存在したとしても当該消失点候補における第１の評価値は大きな値となる。よって消失点の存在を、消失点候補の位置および第１の評価値に基づき検出することで、ｚ方向の動きを検出することができる。但し、図２２（Ｄ）に示すように、内視鏡を挿入した場合でも該消失点を検出できるため、各代表点から消失点へのベクトル（破線矢印）および前記動きベクトル（実線矢印）に基づいた判定をさらに行う。具体的には、消失点へのベクトルと前記動きベクトルとの内積が負となる代表点が所定の個数以上あれば、消失点が検出できないと判定する。消失点が検出できない場合、その際の動きは第１の動きではないと判定する。
【０１０７】
以上の本実施形態では、判定部は、体内被写体が撮像光学系に対して相対的に静止しているか否かに関する情報を、第１の実施形態において上述した動き情報として用いて判定を行う静止判定部３２６を含んでもよい。そして焦点位置制御部３２５は、静止判定部３２６における判定結果に基づいて、撮像光学系の焦点位置を制御する。
【０１０８】
ここで、体内被写体が撮像光学系に対して相対的に静止しているとは、相対的な動きが全くない状態に限定されるものではなく、動きを表す指標値が所与の閾値以下であるような小さな動きがある場合も含むものとする。動きを表す指標値としては、例えば上述したように動き量が用いられることが考えられる。
【０１０９】
これにより、体内被写体が撮像光学系に相対的に静止していると判定されたか否かに基づいて、撮像光学系の焦点位置の制御を行うことが可能になる。静止していない場合とは、例えば内視鏡装置におけるスクリーニング等の状況が想定される。この場合、ズーム倍率は低くても十分であるため、被写界深度は広くなり焦点位置制御（特にＡＦ動作）を行う利点は大きくない。また、撮像される被写体は短時間の間に大きく変化するため、そのたびに焦点位置制御を行うことになり効率的ではない。よって、静止しているか否かの判定を行うことで、状況に応じた適切な焦点位置制御が可能になる。
【０１１０】
また、焦点位置制御部３２５は、静止判定部３２６において体内被写体が撮像光学系に対して相対的に静止していると判定された場合には、体内被写体に対して焦点を合わせる動作（合焦動作）を開始してもよい。また、体内被写体が相対的に静止していないと判定された場合には、合焦動作を停止して、撮像光学系（具体的には撮像光学系に含まれるズームレンズ２７０等）を所与の位置に移動させてもよい。
【０１１１】
ここで、静止していない場合に撮像光学系が移動される所与の位置とは、第１の実施形態で上述した正対していない場合と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０１１２】
これにより、静止しているか否かに応じて、撮像している体内被写体への合焦動作を制御する（つまり、ＡＦの制御に相当する）ことが可能になる。上述したように、静止していない状態では、ＡＦを実行しても効果的でない。つまり、静止しているか否かの判定に基づいてＡＦの動作を制御することで、ＡＦが有効な状況においてはＡＦを動作させ、ＡＦが有効でない状況においてはＡＦを動作させないことが可能になり、ユーザーの観察（内視鏡装置を用いた診断等）をスムーズにすることができる。
【０１１３】
また、静止判定部３２６は、図１９に示したように、記憶部３２６１と、動き検出部３２６２を含んでもよい。記憶部３２６１は、第１のタイミングで取得された第１の体内画像と、第１のタイミングとは異なる第２のタイミングで取得された第２の体内画像を記憶する。動き検出部３２６２は、第１の体内画像と第２の体内画像に基づいて、体内被写体と撮像光学系の相対的な動き量を検出する。そして、静止判定部３２６は、動き量が所与の閾値よりも小さい場合には、体内被写体が撮像光学系に対して相対的に静止していると判定する。
【０１１４】
ここで、動き量とは２つの体内画像間での体内被写体の動きの程度を表すものであり、例えば、第１の体内画像と第２の体内画像から求められた動きベクトルの平均値であってもよい。動きベクトルは、例えばマッチング処理等により求められる。
【０１１５】
これにより、動き量に基づいた静止判定が可能になる。動き量は上述したようにマッチング処理等の比較的単純なアルゴリズムから求めることができるため、動き量に基づいた静止判定は容易に実現可能である。
【０１１６】
また、撮像光学系の撮像方向（光軸方向）に沿った、体内被写体の撮像光学系に対する相対的な動きである第１の動きと、撮像光学系の撮像方向（光軸方向）に交差する方向に沿った、体内被写体の撮像光学系に対する相対的な動きである第２の動きを考える。この場合に、静止判定部３２６は、第１の動きと第２の動きのうち、第２の動きに基づいて、体内被写体が撮像光学系に対して相対的に静止しているか否かの判定を行ってもよい。
【０１１７】
ここで、第１の動きとは、狭義には撮像光学系の光軸方向の動きを表すものであるが、光軸方向となす角度が所与の角度閾値以下となる動きも含むものとする。同様に、第２の動きとは、狭義には撮像光学系の光軸方向に直交する方向での動きを表すものであるが、光軸に直交する方向となす角度が所与の角度閾値以下となる動きも含むものとする。
【０１１８】
これにより、第１の動きと第２の動きがあった場合に、第２の動きに基づいて静止判定を行うことが可能になる。第２の動きがある（第２の動きに起因する動き量が閾値よりも大きい）場合とは、上述したとおり撮像対象となる被写体が大きく変化したり、内視鏡装置によるスクリーニングが想定されたりする状況に対応するため、本実施形態で述べたとおりに静止判定に用いても（具体的には静止している場合にＡＦを動作させ、静止していない場合にはＡＦを動作させない等の処理を行っても）問題ない。しかし、第１の動きとは、撮像対象となる被写体は大きく変化せず、体内画像における被写体の大きさが変化するものである。よって、第１の動きがある場合とは、ユーザーは同一の被写体の継続的な観察を望んでいることが想定される。さらに、動きにより体内被写体と撮像光学系の距離が変化するため、体内被写体が被写界深度の範囲から外れ、ぼけてしまう可能性も高い。つまり、第１の動きとは動きが大きい（静止していない）と判定された場合にも、積極的に焦点位置の制御を行う（例えばＡＦを動作させる）ことが望ましい。以上の理由から、静止判定部３２６において実行される本実施形態の静止判定においては、第１の動きと第２の動きのうちの第２の動きを用いるとよい。
【０１１９】
また、静止判定部３２６は、体内画像上に設定された複数の代表点における複数の動きベクトルに基づいて、消失点の検出処理を行い、消失点の検出結果に基づいて、体内被写体が撮像光学系に対して相対的に静止しているか否かを判定してもよい。
【０１２０】
これにより、体内画像において消失点の検出処理を行うことで、静止判定を行うことが可能になる。消失点の有無により、体内被写体と撮像光学系の相対的な動きの方向が推定できるため、推定した相対的な動きの方向を考慮した静止判定を行うことができる。具体的には、消失点の検出処理により、体内被写体と撮像光学系との相対的な動きが、第１の動きに属する動きであるか第２の動きに属する動きであるかを判定し、第２の動きに属する動きであると判定された場合に、静止判定を行ってもよい。例えば、図２２（Ａ）、図２２（Ｄ）に示したように、消失点が検出された場合の動きを第２の動きと判定し、図２２（Ｃ）に示したように、消失点が検出されなかった場合の動きを第１の動きと判定する。なお消失点の検出処理は、上述したように、動きベクトルを延長した直線との距離の総和が最も小さい点を消失点候補とした場合に、消失点候補が体内画像内に存在し、かつ、第１の評価値が閾値以下であるか否かの判定によって行ってもよい。この際、第１の評価値とは、動きベクトルを延長した直線との距離の総和をそのまま用いればよい。
【０１２１】
また、焦点位置制御部３２５は、ズームレンズ２７０（撮像光学系に含まれる）の可動範囲における望遠端と広角端の間に位置する基準点に対して、ズームレンズ２７０が望遠側に位置し、かつ、静止判定部３２６において体内被写体と撮像光学系が相対的に静止していると判定された場合には、合焦動作を開始してもよい。
【０１２２】
これにより、静止判定に加えて、ズームレンズ２７０と基準点との位置関係も考慮した上で、合焦動作を行うか否かの制御を行うことが可能になる。ズームレンズ位置を考慮することの利点については、第２の実施形態の場合と同様であるため詳細な説明は省略する。
【０１２３】
４．第４の実施形態
本実施形態にかかる焦点位置制御装置を含む内視鏡装置の構成例は、第２の実施形態と同様に図１６に示したものである。図１６に示したように、本実施形態においてはレンズ二群駆動の撮像光学系を用いて説明するが、撮像光学系はレンズ一群駆動のものであってもよい。
【０１２４】
本実施形態では、第２の実施の形態とは、フォーカスレンズ制御部３２０の動作が異なる。図２０に、第４の実施形態におけるフォーカスレンズ制御部３２０の詳細な構成例を示す。第２の実施形態に静止判定部３２６が追加される。画像処理部３３０は、正対判定部３２１と、評価領域設定部３２２と、静止判定部３２６に接続される。静止判定部３２６は、焦点位置制御部３２５に接続される。
【０１２５】
静止判定部３２６の構成、動作は第３の実施形態と同様である。焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１からＡＦ動作を開始する制御信号が転送され、かつ、静止判定部３２６からＡＦ動作を開始する制御信号が転送され、かつ、ズームレンズ制御部３５０からズームレンズ２４０が望遠端にあることを示す制御信号が転送された場合は、合焦位置検出部３２４から転送された合焦位置情報に基づき、焦点位置駆動部２５０を制御する。一方、焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１からＡＦ動作を停止する制御信号が転送された場合、または、静止判定部３２６からＡＦ動作を停止する制御信号が転送された場合、または、ズームレンズ制御部３５０からズームレンズ２７０が望遠端にないことを示す制御信号が転送された場合は、制御部３４０に予め保存されている所定の位置に焦点調整レンズ２４０を移動するよう、焦点位置駆動部２５０を制御する。
【０１２６】
以上の本実施形態では、判定部は、体内画像に基づいて、体内被写体が撮像光学系に正対しているか否かを、姿勢情報として判定する正対判定部３２１と、体内画像に基づいて、体内被写体が撮像光学系に対して相対的に静止しているか否かを、動き情報として判定する静止判定部３２６を含む。そして、焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１において正対していると判定され、かつ、静止判定部３２６において静止していると判定された場合に、合焦動作を開始する。
【０１２７】
これにより、第１の実施形態において述べた正対判定と、第３の実施形態において述べた静止判定の両方の判定を行った上で、合焦動作を開始させる（ＡＦを動作させる）ことが可能になる。よって、ＡＦが効果的ではない或いはＡＦが不要である状況において、ＡＦを動作させてしまうことを抑止することができ、ユーザーにとって見やすい画像を提供することが可能になる。
【０１２８】
また、焦点位置制御部３２５は、ズームレンズ２７０（撮像光学系に含まれる）の可動範囲における望遠端と広角端の間に位置する基準点に対して、ズームレンズ２７０が望遠側に位置し、かつ、正対判定部３２１において体内被写体と撮像光学系が正対していると判定され、かつ、静止判定部３２６において体内被写体と撮像光学系が相対的に静止していると判定された場合には、合焦動作を開始してもよい。
【０１２９】
これにより、正対判定・静止判定に加えて、ズームレンズ２７０と基準点との位置関係も考慮した上で、合焦動作を行うか否かの制御を行うことが可能になる。ズームレンズ位置を考慮することの利点については、第２の実施形態の場合と同様であるため詳細な説明は省略する。
【０１３０】
以上、本発明を適用した４つの実施の形態１〜４およびその変形例について説明したが、本発明は、各実施の形態１〜４やその変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階では、発明の要旨を逸脱しない範囲内で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記した各実施の形態１〜４や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成することができる。例えば、各実施の形態１〜４や変形例に記載した全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態や変形例で説明した構成要素を適宜組み合わせてもよい。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能である。
【符号の説明】
【０１３１】
１００ 光源部、１１０ 白色光源、１２０ 回転色フィルター、１３０ 回転駆動部、
１４０ 集光レンズ、２００ 撮像部、２１０ ライトガイドファイバー、
２２０ 照明レンズ、２３０ 対物レンズ、２４０ 焦点調整レンズ、
２５０ 焦点位置駆動部、２６０ 撮像素子、２７０ ズームレンズ、
２８０ ズームレンズ駆動部、３００ 制御装置、３１０ Ａ／Ｄ変換部、
３２０ フォーカスレンズ制御部、３２１ 正対判定部、３２２ 評価領域設定部、
３２３ コントラスト値算出部、３２４ 合焦位置検出部、
３２５ 焦点位置制御部、３２６ 静止判定部、３３０ 画像処理部、
３３１ 前処理部、３３２ 同時化部、３３３ 後処理部、３４０ 制御部、
３５０ ズームレンズ制御部、４００ 表示部、５００ 外部Ｉ／Ｆ部、
３２１１ 補正部、３２１２ 低域抽出部、３２１３ 分割部、
３２１４ 明るさ算出部、３２１５ 比較部、３２１６ 判定部、
３２３１ 輝点除去部、３２３２ 高域抽出部、３２６１ 記憶部、
３２６２ 検出部、３２６３ 判定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点位置制御装置、内視鏡装置及び焦点位置制御方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡のような撮像装置においては、術者の診断に支障をきたさないため、パンフォーカスの画像が求められる。このため、内視鏡では比較的Ｆナンバーが大きい光学系を使用して被写界深度を深くすることでこのような性能を達成している。しかし近年、内視鏡システムにおいても数十〜百万画素程度の高画素の撮像素子が使用されるようになっている。光学系が一定の場合、その被写界深度は許容錯乱円の大きさによって決定されるが、高画素の撮像素子では画素ピッチと共に許容錯乱円も小さくなるため撮像装置の被写界深度は狭くなる。このため、特許文献１には内視鏡の撮像部に対物光学系の焦点位置を駆動する焦点位置駆動部を設け、被写体に対してオートフォーカス（以下、ＡＦ）を行う内視鏡装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１０６０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内視鏡における通常観察では、図８（Ａ）に示すように奥行きのある消化管を観察するため、取得される画像上の位置により、対応する被写体までの距離が大きく異なる。そのため、ＡＦを動作させたとしてもピントが合うのは画像の一部分であり、他の部分はぼけてしまう。よって、ユーザーが観察したい領域（例えば病変部等）にピントが合わずユーザーの観察に支障をきたす可能性がある。つまり、ＡＦ動作が効果的でない場合もありうるため、ＡＦ動作の停止／起動を適切に制御する必要がある。
【０００５】
特許文献１では、ＡＦ動作の停止／起動の切り替えを操作部に設けられたスイッチで制御する。このため、術者は従来の内視鏡操作に加えて、ＡＦ動作の停止／起動の操作を行う必要があり、作業の煩雑性が増すことになる。
【０００６】
本発明の幾つかの態様によれば、撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の状況情報を判定することにより、状況に応じた焦点位置の制御が可能な焦点位置制御装置、内視鏡装置及び焦点位置制御方法等を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、撮像光学系を介した体内被写体の撮像によって、前記体内被写体の像を含む体内画像を取得する画像取得部と、取得された前記体内画像に基づいて、撮像時の前記撮像光学系の撮像方向に対する前記体内被写体の状況情報を判定する判定部と、前記判定部における判定結果に基づいて、前記撮像光学系の駆動を制御することで、前記撮像光学系の焦点位置を制御する焦点位置制御部と、を含む焦点位置制御装置に関係する。
【０００８】
本発明の一態様では、体内画像に基づいて撮像方向に対する体内被写体の状況情報を判定する。そして、判定結果に基づいて撮像光学系の焦点位置を制御するため、撮像光学系の撮像方向と体内被写体との相対的な状況に応じた焦点位置制御ができ、ユーザーにとって見やすい画像を提供すること等が可能になる。
【０００９】
また、本発明の他の態様は、撮像光学系を介した体内被写体の撮像によって、前記体内被写体の像を含む体内画像を取得する画像取得部と、取得された前記体内画像に基づいて、撮像時の前記撮像光学系の撮像方向に対する前記体内被写体の状況情報を判定する判定部と、前記判定部における判定結果に基づいて、前記撮像光学系の駆動を制御することで、前記撮像光学系の焦点位置を制御する焦点位置制御部と、前記焦点位置制御部の制御に基づいて前記撮像光学系を駆動する焦点位置駆動部と、を含む内視鏡装置に関係する。
【００１０】
また、本発明の他の態様は、撮像光学系を介した体内被写体の撮像によって、前記体内被写体の像を含む体内画像を取得し、取得された前記体内画像に基づいて、撮像時の前記撮像光学系の撮像方向に対する前記体内被写体の状況情報を判定し、判定結果に基づいて、前記撮像光学系の駆動を制御することで、前記撮像光学系の焦点位置を制御する焦点位置制御方法に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態にかかる焦点位置制御装置を含む内視鏡装置の構成例。
【図２】回転色フィルターの構成例。
【図３】回転色フィルターの分光特性例。
【図４】画像処理部の構成例。
【図５】フォーカスレンズ制御部の構成例。
【図６】評価領域の設定例。
【図７】コントラスト値算出部の構成例。
【図８】図８（Ａ）〜図８（Ｆ）は撮像光学系と体内被写体との位置関係、及び当該位置関係において取得される体内画像の例。
【図９】正対判定部の構成例。
【図１０】体内画像に対する画像処理に用いられるゲインマップの例。
【図１１】図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）はゲインマップによる処理後の体内画像の例。
【図１２】図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は低域抽出後の体内画像の例。
【図１３】分割部における体内画像の領域分割例。
【図１４】分割された領域と当該領域で算出された輝度値の対応関係を説明する図。
【図１５】図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）は撮像光学系と体内被写体との位置関係に応じた明るさ分布の違いと、分割領域との関係を説明する図。
【図１６】本実施形態にかかる焦点位置制御装置を含む内視鏡装置の他の構成例。
【図１７】フォーカスレンズ制御部の他の構成例。
【図１８】フォーカスレンズ制御部の他の構成例。
【図１９】静止判定部の構成例。
【図２０】フォーカスレンズ制御部の他の構成例。
【図２１】体内画像上での代表点の設定例。
【図２２】図２２（Ａ）〜図２２（Ｄ）は消失点の検出手法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１３】
本出願人は、撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の状況情報を判定することにより、適切な状態においてＡＦを実行可能な手法を提案するものであり、具体的には第１の実施形態において、体内被写体が撮像光学系に正対しているか否かを状況情報として用いる。第２の実施形態では、体内被写体が撮像光学系に正対しているか否かに加えて、撮像光学系（具体的には撮像光学系に含まれるズームレンズ等）が望遠端にあるか否かに応じてＡＦを制御する。第３の実施形態では、体内被写体が撮像光学系に対して相対的に静止しているか否か、及び撮像光学系が望遠端にあるか否かに応じてＡＦを制御する。第４の実施形態では、体内被写体が撮像光学系に正対しているか否か、体内被写体が撮像光学系に対して相対的に静止しているか否か、及び撮像光学系が望遠端にあるか否かに応じてＡＦを制御する。
【００１４】
１．第１の実施形態
図１に、本実施形態にかかる焦点位置制御装置を含む内視鏡装置の構成例を示す。内視鏡装置は、光源部１００、撮像部２００、制御装置３００（プロセッサ部）、表示部４００、外部Ｉ／Ｆ部５００を含む。本実施形態にかかる焦点位置制御装置は、例えば制御装置３００に対応する。
【００１５】
光源部１００は、白色光源１１０と、複数の分光透過率のフィルターを有する回転色フィルター１２０を有する。また光源部１００は、回転色フィルター１２０を駆動させる回転駆動部１３０と、回転色フィルター１２０を透過した光をライトガイドファイバー２１０の入射端面に集光させる集光レンズ１４０を含む。図２に回転色フィルター１２０の詳細な構成例を示す。回転色フィルター１２０は、三原色の赤色（以下Ｒと略す）フィルター７０１と、緑色（以下Ｇと略す）フィルター７０２と、青色（以下Ｂと略す）フィルター７０３と、回転モーター７０４と、から構成されている。図３に、これらの色フィルター７０１〜７０３の分光特性例を示す。回転駆動部１３０は、制御部３４０からの制御信号に基づいて、撮像素子２６０の撮像期間と同期して回転色フィルター１２０を所定回転数で回転させる。例えば、回転色フィルター１２０を１秒間に２０回転させると、各色フィルターは６０分の１秒間隔で入射白色光を横切ることになる。この場合、撮像素子２６０は、６０分の１秒間隔で画像信号の撮像と転送を完了することになる。ここで、撮像素子２６０は例えばモノクロ用撮像素子である。即ち、本実施形態では、３原色の各色光（Ｒ或はＧ或はＢ）の画像が６０分の１秒間隔で撮像される面順次方式の撮像が行われる。
【００１６】
撮像部２００は、例えば、体腔への挿入を可能にするため細長くかつ湾曲可能に形成されている。撮像部２００は、光源部１００で集光された光を照明レンズ２２０に導くためのライトガイドファイバー２１０と、そのライトガイドファイバー２１０により先端まで導かれてきた光を拡散させて観察対象（被写体、具体的には体内被写体）に照射する照明レンズ２２０を含む。また、撮像部２００は、観察対象から戻る反射光を集光する対物レンズ２３０と、焦点位置を調整するための焦点調整レンズ２４０と、焦点調整レンズ２４０を駆動するための焦点位置駆動部２５０と、集光した反射光を検出するための撮像素子２６０を備えている。焦点位置駆動部２５０は例えばステッピングモーターであり、焦点調整レンズ２４０と接続されている。焦点位置駆動部２５０は焦点調整レンズ２４０の位置を変更することで焦点位置を調整する。撮像素子２６０は、例えばモノクロ単板撮像素子であり、例えばＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサー等により構成される。
【００１７】
制御装置３００は、内視鏡装置の各部の制御や画像処理を行う。制御装置３００は、Ａ／Ｄ変換部３１０（広義には画像取得部）と、フォーカスレンズ制御部３２０と、画像処理部３３０と、制御部３４０を含む。
【００１８】
Ａ／Ｄ変換部３１０によりデジタル信号に変換された画像信号は、画像処理部３３０に転送される。画像処理部３３０により処理された画像信号は、フォーカスレンズ制御部３２０と、表示部４００に転送される。フォーカスレンズ制御部３２０は、焦点位置駆動部２５０に制御信号を転送することで、焦点調整レンズ２４０の位置を変更する。制御部３４０は、内視鏡装置の各部の制御を行う。具体的には制御部３４０は、回転駆動部１３０と、フォーカスレンズ制御部３２０と、画像処理部３３０の同期を行う。また、外部Ｉ／Ｆ部５００に接続されており、外部Ｉ／Ｆ部５００からの入力に基づき、フォーカスレンズ制御部３２０と、画像処理部３３０の制御を行う。
【００１９】
表示部４００は、動画表示可能な表示装置であり、例えばＣＲＴや液晶モニター等により構成される。
【００２０】
外部Ｉ／Ｆ部５００は、内視鏡装置に対する術者からの入力等を行うためのインターフェースである。外部Ｉ／Ｆ部５００は、例えば電源のオン／オフを行うための電源スイッチや、撮影モードやその他各種のモードを切り換えるためのモード切換ボタンなどを含む。外部Ｉ／Ｆ部５００は、入力された情報を制御部３４０へ転送する。
【００２１】
図４に、本実施形態における画像処理部３３０の詳細な構成例を示す。画像処理部３３０は、前処理部３３１と、同時化部３３２と、後処理部３３３と、を含む。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換部３１０は、前処理部３３１に接続される。前処理部３３１は、同時化部３３２に接続される。同時化部３３２は、後処理部３３３と、フォーカスレンズ制御部３２０に接続される。後処理部３３３は、表示部４００に接続される。制御部３４０は、前処理部３３１と、同時化部３３２と、後処理部３３３と、に接続されており、これらの制御を行う。
【００２３】
前処理部３３１は、Ａ／Ｄ変換部３１０から入力される画像信号に対して、制御部３４０に予め保存されているＯＢクランプ値、ゲイン補正値、ＷＢ係数値を用いて、ＯＢクランプ処理、ゲイン補正処理、ＷＢ補正処理を行う。前処理部３３１は、前処理後の画像信号を同時化部３３２へ転送する。
【００２４】
同時化部３３２は、前処理部３３１により処理された画像信号に対して、制御部３４０の制御信号に基づいて、面順次の画像信号を同時化する。具体的には、同時化部３３２は、面順次で入力された各色光（Ｒ或はＧ或はＢ）の画像信号を１フレーム分ずつ蓄積し、蓄積した各色光の画像信号を同時に読み出す。同時化部３３２は、同時化された画像信号を、後処理部３３３とフォーカスレンズ制御部３２０へ転送する。
【００２５】
後処理部３３３は、同時化後の画像信号に対して、制御部３４０に予め保存されている階調変換係数や色変換係数、輪郭強調係数を用いて、階調変換処理や色処理、輪郭強調処理を行う。後処理部３３３は、後処理後の画像信号を表示部４００へ転送する。
【００２６】
図５に、本実施形態におけるフォーカスレンズ制御部３２０の詳細な構成例を示す。フォーカスレンズ制御部３２０は正対判定部３２１と、評価領域設定部３２２と、コントラスト値算出部３２３と、合焦位置検出部３２４と、焦点位置制御部３２５を含む。
【００２７】
画像処理部３３０は、正対判定部３２１と、評価領域設定部３２２に接続される。正対判定部３２１は、焦点位置制御部３２５に接続される。評価領域設定部３２２は、コントラスト値算出部３２３に接続される。コントラスト値算出部３２３は、合焦位置検出部３２４に接続される。合焦位置検出部３２４は、焦点位置制御部３２５に接続される。焦点位置制御部３２５は、合焦位置検出部３２４と、焦点位置駆動部２５０に接続される。制御部３４０は、正対判定部３２１と、評価領域設定部３２２と、コントラスト値算出部３２３と、合焦位置検出部３２４と、焦点位置制御部３２５と、に接続されており、これらの制御を行う。
【００２８】
正対判定部３２１は、画像処理部３３０から転送された画像信号に基づいて、被写体が撮像部２００に正対しているか否かを判定する。正対判定部３２１は、被写体が撮像部２００に正対していると判定した場合は、ＡＦ動作を開始する制御信号を、焦点位置制御部３２５に転送する。一方、被写体が撮像部２００に正対していないと判定した場合は、ＡＦ動作を停止する制御信号を、焦点位置制御部３２５に転送する。正対判定部３２１が行う処理については、詳細に後述する。
【００２９】
評価領域設定部３２２は、画像処理部３３０から転送された画像信号に対して、コントラスト値を算出するための評価領域を設定する。ここでは図６に示すように、事前に設定した領域を評価領域として設定してもよいし、外部Ｉ／Ｆ部５００から術者が評価領域に関する情報を入力し、これに基づいて画像に任意の評価領域を設定するようにしてもよい。その後、評価領域設定部３２２は、設定された評価領域情報と画像信号をコントラスト値算出部３２３に転送する。
【００３０】
コントラスト値算出部３２３は、評価領域情報と画像信号から、評価領域のコントラスト値を算出する。本実施形態では、評価領域設定部３２２から転送される画像信号は、任意のチャンネルに対してコントラスト値を算出すればよい。また、Ｒ，Ｇ，Ｂの３チャンネルの画素値から輝度信号を生成し、生成した輝度信号の画素値に対してコントラスト値を算出してもよい。ここでは例えばコントラスト値算出部３２３は、評価領域に含まれるすべての画素に対して任意のハイパスフィルター処理を行い、各画素のハイパスフィルター出力値をすべて加算することでコントラスト値を算出すればよい。また、コントラスト値算出部３２３は、例えば図７に示すようにハイパスフィルター処理を行う高域抽出部３２３２の前段に輝点除去部３２３１を備えるような構成としてもよい。ここで例えば輝点除去部３２３１は、評価領域に含まれるすべての画素における任意のチャンネルもしくは輝度信号の画素値に対して閾値処理を行い、画素値が閾値以上の場合は、輝点と判断して後段のハイパスフィルター処理の出力値を０とする制御信号を転送することで、輝点がコントラスト値に与える影響を低減することができる。その後、コントラスト値算出部３２３は合焦位置検出部３２４に評価領域のコントラスト値を転送する。
【００３１】
合焦位置検出部３２４は、焦点位置制御部３２５から合焦位置を検出する制御信号が転送されると、コントラスト値算出部３２３から転送されたコントラスト値に基づき、合焦位置を検出する。ここで合焦位置とは、被写体にピントが合っていると考えられる焦点調整レンズ２４０の位置情報のことである。ここで合焦位置を検出するには、コントラスト値算出部３２３から順次転送されるコントラスト情報を用いて、コントラスト値のピークを検出する。合焦位置検出部３２４は、コントラスト値のピーク位置を合焦位置として焦点位置制御部３２５に転送する。
【００３２】
焦点位置制御部３２５は、位置情報を焦点位置駆動部２５０に転送し、焦点調整レンズ２４０の位置を変更する。具体的には、焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１からＡＦ動作を開始する制御信号が転送されると、合焦位置検出部３２４に合焦位置を検出する制御信号を転送する。さらに、公知の山登り法などのＡＦ手法を用いて、焦点調整レンズ２４０の位置を少しずつ変位させるよう焦点位置駆動部２５０を制御する。焦点位置制御部３２５は、合焦位置検出部３２４から合焦位置情報が転送されると、焦点調整レンズ２４０を合焦位置に移動させ、ＡＦ動作を終了する。一方、焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１からＡＦ動作を停止する制御信号が転送された場合は、制御部３４０に予め保存されている所定の位置に焦点調整レンズ２４０を移動するよう、焦点位置駆動部２５０を制御する。
【００３３】
図８（Ａ）〜図８（Ｆ）を用いて、被写体と撮像部の相対的な位置関係と、画像信号の関係について詳細に説明する。
【００３４】
図８（Ａ）に示すように、管腔状の被写体（臓器）において病変をスクリーニングする場合、スコープを被写体と平行にし、スコープを挿入又は抜去しながら観察を行う。しかし、このように奥行きのある被写体に対してＡＦ動作を行うと、術者の関心のある領域と合焦位置が一致するとは限らないため、ＡＦ動作は行わないことが望ましい。このときの画像信号は、図８（Ｂ）に示すように、画像の中心が暗く、画像周辺にいくほど明るい画像となる。一方、図８（Ｃ）に示すように、術者が被写体に関心のある領域が存在する場合、術者はスコープを被写体に近づけるため、スコープを被写体に正対する方向に傾ける。このような場合も、撮像部に対して被写体は奥行きをもつことから、ＡＦ動作は行わないことが望ましい。このときの画像信号は、図８（Ｄ）に示すように、画像の対角線上で明暗差のある画像となる。また、図８（Ｅ）に示すように、術者が被写体を精査する場合は、術者はスコープを被写体に対して正対させる。このような場合は、撮像部に対して被写体の奥行きが十分に小さくなることから、ＡＦ動作を行うことが望ましい。このときの画像信号は、図８（Ｆ）に示すように、画像の中心が明るく、画像周辺にいくほど暗い画像となる。
【００３５】
図９に、本実施形態における正対判定部３２１の詳細な構成例を示す。正対判定部３２１は補正部３２１１と、低域抽出部３２１２と、分割部３２１３と、明るさ算出部３２１４と、比較部３２１５と、判定部３２１６を含む。
【００３６】
補正部３２１１は、画像処理部３３０から転送された画像信号に対して、光学系のシェーディングを補正する。一般的に、内視鏡の光学系は、画像の中心から離れるほど暗くなるシェーディング特性を有する。ここでは、制御部３４０に予め保存されているゲインマップを、画像信号に乗算することで、シェーディング補正を行う。シェーディン補正に用いるゲインマップを図１０に示す。また、図８（Ｂ）等で示した各画像信号に対して、シェーディング補正を施した画像信号を図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に示す。管腔状の被写体に対して撮像部２００が平行に位置する場合は、図１１（Ａ）に示すように、画像信号の明暗差は、補正前に比べて大きくなる。また、被写体が撮像部２００に対して斜めに位置する場合は、図１１（Ｂ）に示すように、画像信号の明暗差は解消されない。一方、被写体が撮像部２００に正対している場合は、図１１（Ｃ）に示すように、画像信号の明るさは均一になる。シェーディング補正後の画像信号は、低域抽出部３２１２に転送される。
【００３７】
低域抽出部３２１２は、補正部３２１１から転送された画像信号に対して低周波成分を抽出する。ここでは、画像信号に対してローパスフィルターを施すことで、画像信号の低周波成分を抽出する。具体的には、画像信号に対してガウシアンフィルターを施す。図１１で示した各画像信号に対して、低周波成分を抽出した画像信号を図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）に示す。低周波成分を抽出した画像信号は、画像信号に含まれる（例えば血管のような）微細な構造が除かれ、被写体の明るさ分布を示す画像となる。ここでは、低周波成分を抽出する処理としてガウシアンフィルターを施したが、これに限らず、例えば、平均化フィルターやメディアンフィルター等の公知の平滑化フィルターを用いてもよい。また、画像信号を縮小することで高周波成分を除去し、縮小した画像信号を元の大きさに拡大することで低周波成分を抽出してもよい。低周波成分を抽出した画像信号は、分割部３２１３に転送される。
【００３８】
分割部３２１３は、低域抽出部３２１２から転送された画像信号を領域分割する。具体的には、図１３に示すように、画像信号を画像中心領域と、その外周に位置する領域とで、９分割する。ここでは、分割する領域を９分割としたが、これに限らず、５分割や１７分割としてもよい。領域分割された画像信号は、明るさ算出部３２１４に転送される。
【００３９】
明るさ算出部３２１４は、分割部３２１３から転送された画像信号の各領域について明るさを算出する。具体的には、各領域に含まれる画素（ｘ，ｙ）の輝度値Ｙ（ｘ，ｙ）を平均した値を、領域の明るさＹとして算出する。ここでは、図１４に示すように、領域ｉの明るさをＹｉと表記する。算出した各領域の明るさＹｉは比較部３２１５に転送される。
【００４０】
比較部３２１５は、明るさ算出部３２１４から転送された明るさＹｉを比較することで、領域間の明暗差の最大値を算出する。具体的には、まず下式（１）に示すように画像中心と周辺の明暗差Ｄ１を算出する。
【００４１】
【数１】
【００４２】
続いて、下式（２）に示すように画像周辺の対角方向の明暗差Ｄ２〜Ｄ５を算出する。
【００４３】
【数２】
【００４４】
上式（２）において、ａｂｓ(Ａ)は、Ａの絶対値を返す関数である。その後、各領域間の明暗差Ｄ１〜Ｄ５の最大値Ｄｍａｘを算出する。ここで、管腔状の被写体に対して撮像部２００が平行に位置する場合は、図１５（Ａ）に示すように、画像中心と周辺の明暗差が最大値Ｄｍａｘとなる。また、被写体が撮像部２００に対して斜めに位置する場合は、図１５（Ｂ）に示すように、対角方向の明暗差が最大値Ｄｍａｘとなる。一方、被写体が撮像部２００に正対している場合は、図１５（Ｃ）に示すように、明暗差Ｄ１〜Ｄ５のいずれかが最大値Ｄｍａｘとなるが、最大値Ｄｍａｘの値は図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）の場合に比べ十分に小さな値となる。明暗差の最大値Ｄｍａｘは、判定部３２１６に転送される。
【００４５】
判定部３２１６は、比較部３２１５から転送された明暗差の最大値Ｄｍａｘに基づき、被写体が撮像部に対して正対しているか否かの判定を行う。具体的には、明暗差の最大値Ｄｍａｘが制御部３４０に予め保存されている閾値ＴｈＤより小さい場合、被写体は撮像部２００に正対していると判定する。判定部３２１６は、被写体が撮像部２００に正対していない状態から正対している状態へ変わった場合、焦点位置制御部３２５にＡＦ動作を開始する制御信号を転送する。一方、判定部３２１６は、被写体が撮像部に正対している状態から正対していない状態へ変わった場合、焦点位置制御部３２５にＡＦ動作を停止する制御信号を転送する。ここで、ＡＦ動作を安定して行うため、被写体の状態が変わってから、数フレームその状態が保持された場合に、制御信号を転送してもよい。
【００４６】
以上のように、本実施形態では、画像信号から撮像部が被写体に正対しているか否かの判定を行い、撮像部が被写体に正対していると判定した場合は、ＡＦ動作を開始する。一方、撮像部が被写体に正対していないと判定した場合は、ＡＦ動作を停止する。これにより、術者はＡＦ動作の開始／停止の操作を行う必要がなく、シーンに応じた好適な画像を得ることができる。
【００４７】
なお、以上ではＡＦの動作としてシングルＡＦを想定していたが、これに限定されるものではなく、例えばＡＦの動作としてコンティニュアスＡＦを用いてもよい。この場合、全体構成は上述の場合と同様であるが、フォーカスレンズ制御部３２０の動作が異なる。
【００４８】
焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１からＡＦ動作を開始する制御信号が転送された場合は、コンティニアスＡＦを開始する。一方、焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１からＡＦ動作を停止する制御信号が転送された場合は、制御部３４０に予め保存されている所定の位置に焦点調整レンズ２４０を移動するよう、焦点位置駆動部２５０を制御する。
【００４９】
以下に、本実施形態のコンティニアスＡＦの流れを記載する。ここで、ウォブリング時の往復幅を±ｄｗとし、焦点調整レンズ２４０の移動幅（焦点位置の更新値）をｄｎとして説明する。まず、焦点位置制御部３２５が、焦点位置駆動部２５０を介して、焦点調整レンズ２４０の焦点位置をｄｓ−ｄｗに変更する（ｄｓは焦点調整レンズ２４０の初期位置）。また、焦点位置制御部３２５は、焦点調整レンズ２４０の位置情報ｄｓ−ｄｗを、合焦位置検出部３２４に転送する。そして、コントラスト値算出部３２３が、コントラスト値Ｃ-ｄｗを算出する。算出したコントラスト値Ｃ-ｄｗを、合焦位置検出部３２４に転送する。次に、焦点位置制御部３２５が、焦点位置駆動部２５０を介して、焦点調整レンズ２４０の焦点位置をｄｓ＋ｄｗに変更する。また、焦点位置制御部３２５は、焦点調整レンズ２４０の位置情報ｄｓ＋ｄｗを、合焦位置検出部３２４に転送する。そして、コントラスト値算出部３２３が、コントラスト値Ｃ+ｄｗを算出する。算出したコントラスト値Ｃ+ｄｗを、合焦位置検出部３２４に転送する。
【００５０】
Ｃ-ｄｗ及びＣ+ｄｗを算出したら、合焦位置検出部３２４は、焦点位置制御部３２５から転送された位置情報と、コントラスト値算出部３２３から転送されたコントラスト値に基づき、焦点位置の初期値ｄｓを以下の条件に従って更新する。Ｃ-ｄｗ＞Ｃ+ｄｗの場合にはｄｓの値をｄｎだけ小さくし、Ｃ+ｄｗ＞Ｃ-ｄｗの場合にはｄｓの値をｄｎだけ大きくする。
【００５１】
更新された焦点調整レンズ２４０の初期位置ｄｓからウォブリング時の往復幅ｄｗを減算した、焦点位置をｄｓ−ｄｗを焦点位置制御部３２５に転送する。その後、同様の処理を繰り返す。
【００５２】
なお、上述のｄｗ及びｄｎの値は、予め一定の値を設定しておいても良いし、外部Ｉ／Ｆ部５００よりユーザーが任意の値を設定する構成としても良い。
【００５３】
また、コンティニュアスＡＦを行う場合には、正対判定部３２１の動作も異なり、コンティニアスＡＦのため正対している間は常にＡＦ動作を行う制御信号を送ることになる。判定部３２１６は、被写体が撮像部２００に正対していると判定した場合、焦点位置制御部３２５にＡＦ動作を開始する制御信号を転送する。一方、判定部３２１６は、被写体が撮像部に正対していないと判定した場合、焦点位置制御部３２５にＡＦ動作を停止する制御信号を転送する。
【００５４】
なお、本実施形態にかかる焦点位置制御装置で制御される撮像光学系は、ズームレンズを動作させることにより、画角（撮像倍率）を変化させると同時にフォーカスの調整も行うレンズ一群駆動のものを想定している。ただし、これに限定されるものではなく、ズームレンズとフォーカスレンズの位置を独立に調整可能なレンズ二群駆動の撮像光学系を用いてもよい。
【００５５】
以上の本実施形態では、焦点位置制御装置は、撮像光学系（図１における対物レンズ２３０及び焦点調整レンズ２４０等を含む）を介した体内被写体の像を含む体内画像を取得する画像取得部（図１におけるＡ／Ｄ変換部３１０に相当）と、体内画像に基づいて、撮像時の撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の状況情報を判定する判定部（図５における正対判定部３２１や図１８における静止判定部３２６に相当）と、判定部における判定結果に基づいて撮像光学系の焦点位置を制御する焦点位置制御部３２５（図５）を含む。
【００５６】
ここで、撮像光学系の撮像方向とは、撮像光学系を用いて撮像している方向のことであり、撮像光学系の光軸方向であってもよい。また、撮像方向に対する体内被写体の状況情報とは、撮像方向に対して体内被写体がどのような状況にあるかを表す情報である。よって、撮像方向に依存しない体内被写体の状態（例えば、病変部を含むか否か、或いは血管構造が集中しているか否か等の状態）は、本実施形態における状況情報には含まれない。ただし、病変部等の情報は必ずしも状況情報に含まれないものではなく、例えば撮像方向に応じて病変部の大きさや形状が変化し、当該変化に基づいて焦点位置制御に必要な判定が行えるのであれば、病変部の情報が状況情報に含まれることもあり得る。
【００５７】
これにより、撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の状況情報に基づいて、撮像光学系の焦点位置を制御することが可能になる。焦点位置の制御とは、具体的には後述するように体内被写体に焦点を合わせる動作（ＡＦ動作）であってもよい。この場合には、ＡＦ動作を状況情報に応じて制御することが可能になり、適切な状況においてＡＦを動作させることができる。上述したように、図８（Ａ）のような状況では、体内画像（撮像画像）の画像上位置に応じて、撮像光学系から被写体までの距離が大きく異なることになる。その場合には、ＡＦを動作させたとしても体内画像の一部にしかピントが合わず、ユーザーの観察したい領域がぼけてしまう可能性がある。よって、ＡＦは常に動作させるのではなく、状況情報に基づいてＡＦが効果的な状況であると判定された場合に動作させるようにするとよい。
【００５８】
また、判定部は、撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の姿勢情報、及び、撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の動き情報の少なくとも一方を、体内被写体の状況情報として判定してもよい。
【００５９】
ここで姿勢情報とは、例えば撮像方向に対して、体内被写体（撮像対象となる生体の表面）がなす角度等を表す情報であってもよい。例えば、図８（Ａ）は撮像方向に対して体内被写体が平行な姿勢である状況であり、図８（Ｂ）は撮像方向に対して体内被写体が斜めの姿勢を取っている。図８（Ｃ）は撮像方向に対して体内被写体が垂直或いはそれに近い姿勢を取っている（後述するように、この状態を「正対している」と呼ぶ）。このような姿勢の違いを表す情報が姿勢情報である。また、動き情報とは、撮像光学系と体内被写体の相対的な動きを、撮像方向に関連づけて表した情報である。具体的には動きの方向と動きの量を表す情報等が考えられる。その際には撮像方向を基準方向として、当該基準方向に対する方向として、動きの方向を表現することになる。
【００６０】
これにより、体内被写体の状況情報として、具体的に姿勢情報及び動き情報の少なくとも一方を用いることが可能になる。つまり、本実施形態においては、状況情報として撮像光学系と体内被写体の相対的な位置関係情報（位置関係そのものの情報であってもよいし、位置関係の変化を表す情報であってもよい）を用いる。図８（Ａ）等を用いて上述したように、焦点位置の制御（特にＡＦ動作）が効果的であるか否かは、位置関係情報に応じて決まることが想定されるため、状況情報として位置関係情報を用いることで、状況に応じた適切な焦点位置制御が可能となる。
【００６１】
また、判定部は、体内被写体が撮像光学系に正対しているか否かに関する情報を、上述した姿勢情報として用いて判定を行う正対判定部３２１を含んでもよい。そして焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１における判定結果に基づいて、撮像光学系の焦点位置を制御する。
【００６２】
ここで、体内被写体が撮像光学系に正対しているとは、撮像光学系の撮像方向（光軸方向）と、体内被写体（例えば、生体表面を平面と見なせるのであれば当該平面）とが直交する状態を表すものとする。ただし、必ずしも直交している状態に限定されるものではなく、所与の角度閾値をｘ（°）とした場合に、撮像方向と体内被写体のなす角度が９０±ｘ（°）の範囲に収まっていれば、正対していると判定してもよい。角度閾値ｘは、システムにより決定されてもよいし、外部Ｉ／Ｆ部５００等からユーザーが入力してもよい。なお本実施形態では、上述したように分割された領域ごとの明るさ情報を用いて正対しているか否かの判定を行っており、判定に用いられる閾値は明るさ情報により表される値の差分値に関するものである。つまり、本実施形態の焦点位置制御装置においては、上述の角度閾値ｘを用いないケースも十分考えられることになるが、その場合にも、正対しているか否かは、撮像方向と体内被写体が直交或いは直交に近い角度状態にあるか否かに基づいて判定されることに変わりはない。
【００６３】
これにより、体内被写体が撮像光学系に正対していると判定されたか否かに基づいて、撮像光学系の焦点位置の制御を行うことが可能になる。図８（Ａ）等の例で言えば、図８（Ａ）及び図８（Ｃ）の状態は正対していないと判定され、図８（Ｅ）の状態は正対していると判定される。各図において２本の点線の内側に対応する領域が体内画像として撮像されることに鑑みれば、正対している場合には正対していない場合に比べて、体内画像上の画素位置に応じた被写体までの距離の差が小さくなる。つまり、正対している場合には体内画像の広い領域にピントを合うのに対し、正対していない場合には体内画像の狭い領域にしかピントが合わないことが想定される。よって、このような状況の差に応じて適切に焦点位置を制御することで、ユーザーにとって見やすい画像を提供することが可能になる。
【００６４】
また、焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１において体内被写体が撮像光学系に正対していると判定された場合には、体内被写体に対して焦点を合わせる動作（合焦動作）を開始してもよい。また、体内被写体が撮像光学系に正対していないと判定された場合には、合焦動作を停止して、撮像光学系（具体的には撮像光学系に含まれるズームレンズ等）を所与の位置に移動させてもよい。
【００６５】
ここで、正対していない場合に撮像光学系が移動される所与の位置とは、システムによって決定されてもよいし、外部Ｉ／Ｆ部５００等からユーザーが入力してもよい。正対していない場合とは図８（Ａ）のようなケースであり、内視鏡装置を用いたスクリーニング等の状況であることが想定される。この場合、上述したように近い被写体から遠い被写体まで撮像しており、画像上位置に応じた被写体距離差が大きいため、パンフォーカスが必要になる。また、スクリーニングであればズーム倍率はそれほど必要とされない。つまり、撮像光学系を所与の位置に移動させる処理の一例としては、パンフォーカス及び低倍率を実現する位置への移動であり、レンズ一群駆動であれば、ズームレンズ（図１における焦点調整レンズ２４０に対応）の位置をある程度望遠側（例えば望遠端）に移動させる処理となる。なお、所与の位置に移動されるのはズームレンズに限定されるものではなく、ズームレンズ位置を移動させるとともに、撮像光学系に含まれる他のレンズを移動させてもよい。レンズ二群駆動であれば、ズームレンズとは独立してフォーカスレンズ位置を制御することで、焦点位置を制御することができる。上述したスクリーニング等の場合には、病変部等を発見するためにある程度広い範囲を撮像することが想定され、撮像光学系と体内被写体との距離は、拡大観察時等に比べて大きくなる。よって、ズームレンズ位置の移動により被写界深度を広くしたとしても、当該被写界深度が撮像光学系に近い位置に設定されていたのでは、被写体にピントが合わず観察が困難になる可能性がある。このようなケースに対応するために、レンズ二群駆動ではズームレンズ位置を移動させるとともに、フォーカスレンズ位置も移動させ、撮像光学系からある程度離れた位置に被写界深度を設定するとよい。
【００６６】
これにより、正対しているか否かに応じて、撮像している体内被写体への合焦動作を制御する（つまり、ＡＦの制御に相当する）ことが可能になる。上述したように、図８（Ａ）のような状況では、ＡＦを実行したとしても画像上の一部領域にしかピントが合わないところ、ユーザーの観察したい領域を画像から判定すること等は困難であることからＡＦを実行しても効果的でない。つまり、正対しているか否かの判定に基づいてＡＦの動作を制御することで、ＡＦが有効な状況においてはＡＦを動作させ、ＡＦが有効でない状況においてはＡＦを動作させないことが可能になり、ユーザーの観察（内視鏡装置を用いた診断等）をスムーズにすることができる。
【００６７】
また、正対判定部３２１は、体内画像の画像信号に基づいて、明るさ情報を算出する明るさ算出部３２１４を含んでもよい。そして、正対判定部３２１は、明るさ情報に基づいて、体内被写体が撮像光学系に正対しているか否かの判定を行う。
【００６８】
ここで、明るさ情報とは、画像信号に含まれる画素の輝度値に基づいて求められる値であるが、これに限定されるものではない。Ｒ，Ｇ，Ｂの３チャンネルを用いるのであれば、どれか１つのチャンネルの画素値に基づいて求められてもよいし、他の手法により求められてもよい。
【００６９】
これにより、正対しているか否かの判定を画像信号の明るさ情報に基づいて行うことが可能になる。上述したように、正対している状態とは、撮像方向と体内被写体が直交或いはそれに近い（所与の角度範囲内にある）場合を指すものとするが、撮像方向と体内被写体のなす角度を実際に求めることは困難である。明るさ情報を用いることで、厳密な角度の値を求めることなく、撮像方向（光軸）と体内被写体との位置関係を推定することが可能になるため、処理を容易にすることができる。
【００７０】
また、正対判定部３２１は、体内画像を複数の領域に分割する分割部３２１３を含んでもよい。そして明るさ算出部３２１４は、分割された領域ごとに明るさ情報を算出する。正対判定部３２１は、領域ごとに算出された明るさ情報に基づいて、体内被写体が撮像光学系に正対しているか否かの判定を行う。
【００７１】
ここで、分割部３２１３における体内画像の分割は、例えば図１３に示したような９領域への分割が考えられる。また、９領域に限定されるものではなく、異なる分割を行ってもよい。
【００７２】
これにより、体内画像を複数の領域に分割した上で明るさ情報を求め、正対判定に用いることが可能になる。図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）に示したように、正対しているか否かによって、体内画像における明るさの分布傾向が変化する。なお、図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、図１０のゲインマップによる処理や、低域抽出処理が行われた後のものである。正対している場合には、図１２（Ｃ）のように明るさは均一に近くなるのに対して、正対していない場合には、図１２（Ａ）のように、中心と周縁で明るさが大きく異なったり、図１２（Ｂ）のように、上部と下部で明るさが大きく異なったりする（図１２（Ｂ）については左右、或いは斜め方向における明るさの差であってもよい）。つまり、正対しているか否かの判定は、体内画像上のある領域と、他の領域との明るさ情報の差分値を見ればよいことになり、実際の手法としては分割部３２１３による領域分割を行うことになる。
【００７３】
また、分割部３２１３は、体内画像を中心領域と少なくとも１つの周縁領域に分割してもよい。そして、中心領域の明るさ情報と、周縁領域の明るさ情報の比較処理に基づいて、体内被写体と撮像光学系の正対判定を行う。
【００７４】
ここで例えば、中心領域とは図１３における領域１に相当し、周縁領域とは図１３における領域２〜９に相当する。ただし、体内画像の全領域が中心領域及び周縁領域のいずれかに含まれるケースに限定されるものではなく、中心領域にも周縁領域にも含まれない領域があってもよいものとする。
【００７５】
これにより、中心領域と周縁領域に基づく正対判定が可能になる。具体的には、図１２（Ａ）のような状況を、正対していないものと判定することが可能になる。図８（Ａ）のように管空の壁面と撮像方向が平行になる場合には、体内画像の中心領域は撮像光学系からの距離が遠い被写体に対応するため暗くなり、周縁領域は距離が近い被写体に対応するため明るくなることから、中心領域と周縁領域の明るさ情報の比較結果（具体的には明るさ情報により表される値の差が所与の閾値よりも大きいか否かの比較結果）に基づいて、正対している場合（図１２（Ｃ））と区別可能となる。具体的には式（１）のＤ１を判定に用いることに相当する。
【００７６】
また、分割部３２１３は、体内画像を中心領域と、第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の周縁領域に分割してもよい。そして、正対判定部３２１は、第１〜第Ｎの周縁領域のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ＜Ｎの整数）〜第ｊ（ｊはｉ≦ｊ＜Ｎの整数）の周縁領域における明るさ情報と、第１〜第Ｎの周縁領域のうちの第ｋ（ｋはｊ＜ｋ≦Ｎの整数）〜第ｍ（ｍはｋ≦ｍ≦Ｎの整数）の周縁領域における明るさ情報の比較処理に基づいて、体内被写体と撮像光学系の正対判定を行う。
【００７７】
ここで例えば、中心領域とは図１３における領域１に相当し、第１〜第Ｎの周縁領域とは図１３における領域２〜９に相当する（つまりＮ＝８であり、第ｚの周縁領域とは図１３における領域ｚ＋１になる）。１≦ｉ≦ｊ＜ｋ≦ｍ≦Ｎであることから、例えばｉ＝１、ｊ＝４、ｋ＝５、ｍ＝８の場合には、領域２〜５の明るさ情報と、領域６〜９の明るさ情報の比較となり、右側と左側の明るさの差を判定することになる。なお、第１〜第Ｎの周縁領域の始点（第１の周縁領域の位置）は図１３のものに限定されず、任意の位置から開始してもよい。例えば、図１３を基準にして９０°時計回りに回転させてもよく、その場合には、領域２〜５が下半分に相当し、領域６〜９が上半分に相当することになり、上下の明るさの差を判定することになる。同様に時計回りの回転を４５°或いは１３５°にすることで、右下と左上、左下と右上といった斜め方向の比較も可能となる。また、ｉ、ｊ、ｋ、ｍについては上述の条件を満たせばよい。そのため、第ｉ〜第ｊの周縁領域に含まれる周縁領域の数と、第ｋ〜第ｍの周縁領域に含まれる周縁領域の数が一致する必要はないし、第１〜第Ｎの周縁領域の中に、第ｉ〜第ｊ及び第ｋ〜第ｍの周縁領域に含まれない周縁領域があってもよい。
【００７８】
これにより、第１〜第Ｎの周縁領域に基づく正対判定が可能になる。具体的には上述したように、左右方向・上下方向・斜め方向等、特定の方向における明るさの分布を判定することになる。よって、図１２（Ｂ）のような状況を、正対していないものと判定することが可能になる。図８（Ｂ）のように体内被写体と撮像方向が斜めになる場合には、体内画像の周縁領域の第１の部分（図８（Ｃ）では上側）は撮像光学系からの距離が遠い被写体に対応するため暗くなり、周縁領域の第２の部分（図８（Ｃ）では下側）は距離が近い被写体に対応するため明るくなる。よって、周縁領域内の第１の部分と第２の部分の明るさ情報の比較結果（具体的には明るさ情報により表される値の差が所与の閾値よりも大きいか否かの比較結果）に基づいて、正対している場合（図１２（Ｃ））と区別可能となる。上述した本実施形態においては、式（２）のＤ２〜Ｄ５を判定に用いることに相当する。
【００７９】
また、正対判定部３２１は、分割部３２１３で分割された領域ごとに算出された明るさ情報により表される値が、所与の閾値よりも小さい場合には、体内被写体が撮像光学系に正対していると判定する。
【００８０】
これにより、領域ごとに算出された明るさ情報により表される値（例えば輝度値の平均値等）と、所与の閾値との比較処理により正対判定が可能になる。正対している場合には、図１２（Ｃ）に示したように、体内画像全体において明るさが均一に近くなるため、領域ごとの明るさの差は小さくなる。よって、一例としては、複数の領域の中から２つの領域を抽出し、抽出した領域の明るさ情報により表される値の差分値と閾値との比較処理を、すべての領域抽出の組み合わせ（体内画像がＭ個の領域に分割されたとすれば、Ｍ×（Ｍ−１）／２通り）について行う手法が考えられる。ただし、正対しない場合の特徴的な明るさ分布として、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）が考えられるため、比較処理の処理負担を軽減することも可能である。例えば、上述したように体内画像を中心領域と周縁領域に分割し、中心領域の明るさ情報により表される値と、周縁領域の明るさ情報により表される値から差分値を求め、所与の閾値との比較処理を行ってもよい。また、体内画像を中心領域と第１〜第Ｎの周縁領域に分割し、第ｉ〜第ｊの周縁領域の明るさ情報により表される値と、第ｋ〜第ｍの周縁領域の明るさ情報により表される値から差分値を求め、所与の閾値と比較処理を行ってもよい。
【００８１】
また、焦点位置制御装置は、図５に示したように体内画像に対して評価領域を設定する評価領域設定部３２２と、設定された評価領域のコントラスト値を算出するコントラスト値算出部３２３とを含んでもよい。そして、焦点位置制御部３２５は、コントラスト値に基づいて撮像光学系の焦点位置を制御する。
【００８２】
ここで、評価領域とは、コントラスト値の算出対象となる領域のことであり、評価領域の位置や大きさ等は、システムによって決定されてもよいし、外部Ｉ／Ｆ部５００等からユーザーが入力してもよい。
【００８３】
これにより、コントラスト値を用いた、撮像光学系の焦点位置制御が可能になる。具体的にはコントラストＡＦ等として実現される。
【００８４】
また、コントラスト値算出部３２３は、図７に示したように評価領域に含まれる輝点を除去する輝点除去部３２３１を含んでもよい。そして、コントラスト値算出部３２３は、輝点を除去した評価領域のコントラスト値を算出する。
【００８５】
これにより、輝点が存在することにより、焦点位置制御への悪影響を抑止することが可能になる。コントラスト値の算出は、例えば評価領域に対してハイパスフィルターを施すことにより求めることが考えられる。つまり、高周波成分が存在するほど、コントラスト値が高くなる。コントラストＡＦは、本来、被写体に起因する高周波成分（例えば被写体の構造が鮮明である場合に画像信号に含まれる成分等）に基づきコントラスト値を算出し、コントラスト値が高い状態を合焦状態であると判定し、焦点位置を制御する。しかし、輝点が存在してしまうと、輝点は周辺画素との画素値の差が大きい点であるため、被写体の合焦状態とは関係なく高周波成分が現れてしまう。よって、被写体にピントが合っていない状態でもコントラスト値が大きくなる可能性があり、焦点位置制御（ＡＦ動作）が適切に行えなくなってしまう。以上の理由から、評価領域に含まれる輝点は、コントラスト値の算出前に除去することが望ましい。
【００８６】
また、以上の本実施形態は、撮像光学系（図１における対物レンズ２３０及び焦点調整レンズ２４０等を含む）を介した体内被写体の像を含む体内画像を取得する画像取得部（図１におけるＡ／Ｄ変換部３１０に相当）と、体内画像に基づいて、撮像時の撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の状況情報を判定する判定部（図５における正対判定部３２１や図１８における静止判定部３２６に相当）と、判定部における判定結果に基づいて撮像光学系の焦点位置を制御する焦点位置制御部３２５と、焦点位置制御部３２５の制御に基づいて撮像光学系を駆動する焦点位置駆動部２５０を含む内視鏡装置に関係する。
【００８７】
これにより、撮像光学系の撮像方向に対する体内被写体の状況情報に基づいて、焦点位置の制御し、制御に従って撮像光学系を駆動する内視鏡装置を実現することが可能になる。状況情報とは、上述したように姿勢情報（具体的には正対しているか否か）であってもよいし、動き情報（具体的には第３、第４の実施形態で後述するように、相対的に静止しているか否か）であってもよい。
【００８８】
２．第２の実施形態
図１６に、本実施形態にかかる焦点位置制御装置を含む内視鏡装置の構成例を示す。第１の実施形態では、焦点調整レンズ２４０を焦点位置駆動部２５０で駆動することで、焦点位置及び画角を調整していたが、本実施形態においては図１６に示したように、焦点調整レンズ２４０（狭義にはフォーカスレンズ）を焦点位置駆動部２５０で駆動して焦点位置を調整するとともに、ズームレンズ２７０をズームレンズ駆動部２８０で駆動して画角を調整するものとする。ただし、本実施形態ではレンズ二群駆動の撮像光学系を用いて説明するが、撮像光学系はレンズ一群駆動のものであってもよい。
【００８９】
図１７に、第２の実施形態におけるフォーカスレンズ制御部３２０の詳細な構成例を示す。第１の実施の形態とは、焦点位置制御部３２５の機能が異なる。ズームレンズ制御部３５０は、焦点位置制御部３２５に接続される。
【００９０】
焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１からＡＦ動作を開始する制御信号が転送され、かつ、ズームレンズ制御部３５０からズームレンズ２７０が望遠端にあることを示す制御信号が転送された場合は、合焦位置検出部３２４から転送された合焦位置情報に基づき、焦点位置駆動部２５０を制御する。一方、焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１からＡＦ動作を停止する制御信号が転送された場合、または、ズームレンズ制御部３５０からズームレンズ２７０が望遠端にないことを示す制御信号が転送された場合は、制御部３４０に予め保存されている所定の位置に焦点調整レンズ２４０を移動するよう、焦点位置駆動部２５０を制御する。
【００９１】
なお、ここではズームレンズ２７０が望遠端にあることが、合焦動作を行う１つの条件であるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、望遠端を含む所与の範囲内にズームレンズ２７０が位置した場合に合焦動作を行う１つの条件を満たしたと判断してもよい。具体的には後述するように、ズームレンズが基準点よりも望遠側にあり、かつ、正対している場合に合焦動作を行ってもよい。
【００９２】
以上のように、本実施形態では、光学系の被写界深度が狭い場合に限り、撮像部が被写体に正対するとＡＦ動作を開始する。これにより、被写体が奥行きをもっている場合はパンフォーカスで観察を行い、拡大観察時等の被写界深度が狭くなる条件ではＡＦ動作を行うことで、シーンに応じた好適な画像を得ることができる。
【００９３】
以上の本実施形態では、焦点位置制御部３２５は、ズームレンズ２７０（撮像光学系に含まれる）の可動範囲における望遠端と広角端の間に位置する基準点に対して、ズームレンズ２７０が望遠側に位置し、かつ、正対判定部３２１において体内被写体と撮像光学系が正対していると判定された場合には、合焦動作を開始する。
【００９４】
これにより、第１の実施形態における正対判定に加えて、ズームレンズ２７０と基準点との位置関係も考慮した上で、合焦動作を行うか否かの制御を行うことが可能になる。一般的な光学特性として、画角が狭くなるほど（ズームレンズ２７０が望遠端に移動し、倍率が高くなるほど）被写界深度は狭くなる。被写界深度が狭くなれば、ユーザーが手動でピントを合わせることが困難になるため、システムによる自動的な合焦動作（ＡＦ動作）を行う利点が大きくなる。逆にズームレンズ２７０が広角側にある場合には、比較的被写界深度が広いため、ＡＦを用いなくとも手動でピント合わせが行える可能性が高い。また、ＡＦではピントを合わせる領域（コントラストＡＦであればコントラスト値を算出する評価領域）とユーザーの観察したい領域とが一致せず、ＡＦを行うことでむしろ観察を妨げてしまうことがあることを考慮すれば、ＡＦを動作させないことも選択肢に含めることが望ましい。以上のことから、ズームレンズ２７０と基準点との位置関係を焦点位置制御の判定条件とすることで、ズームレンズ位置（つまりは被写界深度の幅）を考慮した適切なＡＦ動作を実現することが可能になる。
【００９５】
３．第３の実施形態
本実施形態にかかる焦点位置制御装置を含む内視鏡装置の構成例は、第２の実施形態と同様に図１６に示したものである。図１６に示したように、本実施形態においてはレンズ二群駆動の撮像光学系を用いて説明するが、撮像光学系はレンズ一群駆動のものであってもよい。
【００９６】
本実施形態では、第２の実施形態とは、フォーカスレンズ制御部３２０の動作が異なる。図１８に、本実施形態におけるフォーカスレンズ制御部３２０の詳細な構成例を示す。第２の実施形態から正対判定部３２１が除かれ、静止判定部３２６が追加される。画像処理部３３０は、評価領域設定部３２２と、静止判定部３２６に接続される。静止判定部３２６は、焦点位置制御部３２５に接続される。
【００９７】
図１９に、静止判定部３２６の詳細な構成例を示す。静止判定部３２６は、記憶部３２６１と、動き検出部３２６２と、判定部３２６３を含む。画像処理部３３０は、記憶部３２６１と、動き検出部３２６２に接続されている。記憶部３２６１は、動き検出部３２６２に接続されている。動き検出部３２６２は、判定部３２６３に接続されている。判定部３２６３は、焦点位置制御部３２５に接続されている。
【００９８】
記憶部３２６１は、画像処理部３３０から転送された画像信号を記憶する。動き検出部３２６２は、画像信号から被写体と撮像部との相対的な動きを検出する。具体的には、動き検出部３２６２は、画像処理部３３０から入力された画像信号と、記憶部３２６１に記憶された１フレーム前に取得された画像信号の特徴点をマッチングし、マッチングした特徴点の動きベクトルから動き量Ｍｖを算出する。例えば、動き量Ｍｖは、画像全体の特徴点の動きベクトルの平均である。算出された動き量Ｍｖは判定部３２６３に転送される。
【００９９】
判定部３２６３は、算出された動き量Ｍｖと所定の閾値ＴｈＭｖ１とを比較し、画像上での被写体の動きが大きいか否かの判定を行う。閾値ＴｈＭｖ１は、予め設定された値を用いてもよいし、制御部３４０により自動的に設定されてもよい。判定部３２６３は、動き量Ｍｖ１が閾値ＴｈＭｖ１より小さい場合、すなわち被写体の動きが少ない場合には、術者が被写体を詳細に観察している状態であると判断する。この場合、判定部３２６３は、ＡＦ動作を開始する制御信号を焦点位置制御部３２５に転送する。一方、判定部３２６３は、動き量Ｍｖ１が閾値ＴｈＭｖ１以上である場合、すなわち被写体の動きが大きい場合には、術者が被写体をスクリーニングしている状態であると判断する。この場合、判定部３２６３はＡＦ動作を停止する制御信号を焦点位置制御部３２５に転送する。
【０１００】
焦点位置制御部３２５は、静止判定部３２６からＡＦ動作を開始する制御信号が転送され、かつ、ズームレンズ制御部３５０からズームレンズ２７０が望遠端にあることを示す制御信号が転送された場合は、合焦位置検出部３２４から転送された合焦位置情報に基づき、焦点位置駆動部２５０を制御する。一方、焦点位置制御部３２５は、静止判定部３２６からＡＦ動作を停止する制御信号が転送された場合、または、ズームレンズ制御部３５０からズームレンズ２７０が望遠端にないことを示す制御信号が転送された場合は、制御部３４０に予め保存されている所定の位置に焦点調整レンズ２４０を移動するよう、焦点位置駆動部２５０を制御する。
【０１０１】
以上のように、本実施の形態では、画像信号から撮像部と被写体が相対的に静止しているか否かの判定を行い、撮像部が被写体に対して静止していると判定した場合は、ＡＦ動作を開始する。一方、撮像部が被写体に対して静止していないと判定した場合は、ＡＦ動作を停止する。これにより、術者はＡＦ動作の開始／停止の操作を行う必要がなく、シーンに応じた好適な画像を得ることができる。
【０１０２】
なお、以上の説明においては、静止判定部３２６は静止しているか否かの判定を行っているものであり、動きの方向については考慮していなかった。しかし、撮像部２００と被写体との相対的な動きには、撮像部２００の撮像方向（光軸方向）に沿った方向での第１の動きと、撮像方向に交差する（狭義には直交する）方向での第２の動きが考えられる。第１の動きがある場合には、撮像部２００と被写体との相対的な距離が変動することになるため、被写体が被写界深度から外れてしまう可能性が高くなる。また、撮像されている被写体自体は大きく変化するものではない。よって、この場合には動き量が大きく、静止していないと判定された場合にも、ＡＦが効果的であることが考えられる。つまり、第２の動きについては、上述の通り動き量が小さい（静止している）場合にＡＦを動作させればよいが、第１の動きについては上述の手法とは異なる動作を行った方がよいケースが考えられる。以上のことから、本実施形態の変形例として、静止判定部３２６における判定に用いられる動き量として、第１の動きに起因するものは除外し、第２の動きに起因するものを用いる手法について説明する。
【０１０３】
動き検出部３２６２は、上述した動きベクトルを算出する際に、現フレーム画像（画像処理部３３０から出力された画像）の画素に対し一定間隔かつ格子状に代表点を設定する。図２１にて代表点を黒丸で示す。そして、代表点における現フレーム画像および前フレーム画像（記憶部３２６１に記憶された画像）の局所的な動きベクトルを、公知の技術であるブロックマッチング等を用いて検出する。設定した代表点の座標および各代表点において検出した動きベクトルは、判定部３２６３に出力される。
【０１０４】
次に判定部３２６３において、動きベクトルにより表される動きが、第１の動きであるか第２の動きであるかの判定を行う。具体的な判定手法について、図２２（Ａ）〜図２２（Ｄ）を用いて説明する。まず、代表点における動きベクトルに基づいて、前記動きベクトルの消失点を検出する。
【０１０５】
図２２（Ａ）において、黒丸が代表点、実線矢印が動きベクトル、バツ印が消失点をそれぞれ示す。消失点とは、各代表点を始点として各代表点における前記動きベクトルの方向にそれぞれ延長した直線の交点である。観察対象が内径の一定な円筒状であり、前記動きベクトルが撮像部２００の動きのみにより生じる場合、第１の動きのときには、直線は消失点において一点で交わる。実際には、観察対象である管腔状臓器の内径は一定ではなく、また動きベクトルは生体拍動によっても生じるため、第１の動きが生じているであっても前記直線が消失点において一点で交わらない。このため、全ての直線からの距離の和を第１の評価値とし、該第１の評価値が最も小さい点をまず消失点候補とする。
【０１０６】
次に、消失点候補における第１の評価値が所定の第１の閾値以下の場合、かつ消失点候補が画像内に存在する場合には、当該消失点候補を消失点とし、そうでない場合には消失点が検出できないと判定する。ここで、説明のため内視鏡先端の動く方向を図２２（Ｂ）のように定義する。各ｘ，ｙ，ｚ方向は画像上でそれぞれ、水平方向、鉛直方向、水平方向および鉛直方向と直交する奥行きの方向に対応する。さらに各ｘ，ｙ，ｚ方向について矢印に沿う動きを正の動き、反対の動きを負の動きと定義する。第１の動きがあるでは、撮像部２００の先端はｚ方向負の動きを示す。第１の動きではない場合（例えば第２の動きの場合）、例えば撮像部２００の先端の動きがｘ方向正の動きとなり、図２２（Ｃ）に示すように前記動きベクトルはほぼ平行となるため、該消失点候補は画像外に存在するか、画像内に存在したとしても当該消失点候補における第１の評価値は大きな値となる。よって消失点の存在を、消失点候補の位置および第１の評価値に基づき検出することで、ｚ方向の動きを検出することができる。但し、図２２（Ｄ）に示すように、内視鏡を挿入した場合でも該消失点を検出できるため、各代表点から消失点へのベクトル（破線矢印）および前記動きベクトル（実線矢印）に基づいた判定をさらに行う。具体的には、消失点へのベクトルと前記動きベクトルとの内積が負となる代表点が所定の個数以上あれば、消失点が検出できないと判定する。消失点が検出できない場合、その際の動きは第１の動きではないと判定する。
【０１０７】
以上の本実施形態では、判定部は、体内被写体が撮像光学系に対して相対的に静止しているか否かに関する情報を、第１の実施形態において上述した動き情報として用いて判定を行う静止判定部３２６を含んでもよい。そして焦点位置制御部３２５は、静止判定部３２６における判定結果に基づいて、撮像光学系の焦点位置を制御する。
【０１０８】
ここで、体内被写体が撮像光学系に対して相対的に静止しているとは、相対的な動きが全くない状態に限定されるものではなく、動きを表す指標値が所与の閾値以下であるような小さな動きがある場合も含むものとする。動きを表す指標値としては、例えば上述したように動き量が用いられることが考えられる。
【０１０９】
これにより、体内被写体が撮像光学系に相対的に静止していると判定されたか否かに基づいて、撮像光学系の焦点位置の制御を行うことが可能になる。静止していない場合とは、例えば内視鏡装置におけるスクリーニング等の状況が想定される。この場合、ズーム倍率は低くても十分であるため、被写界深度は広くなり焦点位置制御（特にＡＦ動作）を行う利点は大きくない。また、撮像される被写体は短時間の間に大きく変化するため、そのたびに焦点位置制御を行うことになり効率的ではない。よって、静止しているか否かの判定を行うことで、状況に応じた適切な焦点位置制御が可能になる。
【０１１０】
また、焦点位置制御部３２５は、静止判定部３２６において体内被写体が撮像光学系に対して相対的に静止していると判定された場合には、体内被写体に対して焦点を合わせる動作（合焦動作）を開始してもよい。また、体内被写体が相対的に静止していないと判定された場合には、合焦動作を停止して、撮像光学系（具体的には撮像光学系に含まれるズームレンズ２７０等）を所与の位置に移動させてもよい。
【０１１１】
ここで、静止していない場合に撮像光学系が移動される所与の位置とは、第１の実施形態で上述した正対していない場合と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０１１２】
これにより、静止しているか否かに応じて、撮像している体内被写体への合焦動作を制御する（つまり、ＡＦの制御に相当する）ことが可能になる。上述したように、静止していない状態では、ＡＦを実行しても効果的でない。つまり、静止しているか否かの判定に基づいてＡＦの動作を制御することで、ＡＦが有効な状況においてはＡＦを動作させ、ＡＦが有効でない状況においてはＡＦを動作させないことが可能になり、ユーザーの観察（内視鏡装置を用いた診断等）をスムーズにすることができる。
【０１１３】
また、静止判定部３２６は、図１９に示したように、記憶部３２６１と、動き検出部３２６２を含んでもよい。記憶部３２６１は、第１のタイミングで取得された第１の体内画像と、第１のタイミングとは異なる第２のタイミングで取得された第２の体内画像を記憶する。動き検出部３２６２は、第１の体内画像と第２の体内画像に基づいて、体内被写体と撮像光学系の相対的な動き量を検出する。そして、静止判定部３２６は、動き量が所与の閾値よりも小さい場合には、体内被写体が撮像光学系に対して相対的に静止していると判定する。
【０１１４】
ここで、動き量とは２つの体内画像間での体内被写体の動きの程度を表すものであり、例えば、第１の体内画像と第２の体内画像から求められた動きベクトルの平均値であってもよい。動きベクトルは、例えばマッチング処理等により求められる。
【０１１５】
これにより、動き量に基づいた静止判定が可能になる。動き量は上述したようにマッチング処理等の比較的単純なアルゴリズムから求めることができるため、動き量に基づいた静止判定は容易に実現可能である。
【０１１６】
また、撮像光学系の撮像方向（光軸方向）に沿った、体内被写体の撮像光学系に対する相対的な動きである第１の動きと、撮像光学系の撮像方向（光軸方向）に交差する方向に沿った、体内被写体の撮像光学系に対する相対的な動きである第２の動きを考える。この場合に、静止判定部３２６は、第１の動きと第２の動きのうち、第２の動きに基づいて、体内被写体が撮像光学系に対して相対的に静止しているか否かの判定を行ってもよい。
【０１１７】
ここで、第１の動きとは、狭義には撮像光学系の光軸方向の動きを表すものであるが、光軸方向となす角度が所与の角度閾値以下となる動きも含むものとする。同様に、第２の動きとは、狭義には撮像光学系の光軸方向に直交する方向での動きを表すものであるが、光軸に直交する方向となす角度が所与の角度閾値以下となる動きも含むものとする。
【０１１８】
これにより、第１の動きと第２の動きがあった場合に、第２の動きに基づいて静止判定を行うことが可能になる。第２の動きがある（第２の動きに起因する動き量が閾値よりも大きい）場合とは、上述したとおり撮像対象となる被写体が大きく変化したり、内視鏡装置によるスクリーニングが想定されたりする状況に対応するため、本実施形態で述べたとおりに静止判定に用いても（具体的には静止している場合にＡＦを動作させ、静止していない場合にはＡＦを動作させない等の処理を行っても）問題ない。しかし、第１の動きとは、撮像対象となる被写体は大きく変化せず、体内画像における被写体の大きさが変化するものである。よって、第１の動きがある場合とは、ユーザーは同一の被写体の継続的な観察を望んでいることが想定される。さらに、動きにより体内被写体と撮像光学系の距離が変化するため、体内被写体が被写界深度の範囲から外れ、ぼけてしまう可能性も高い。つまり、第１の動きとは動きが大きい（静止していない）と判定された場合にも、積極的に焦点位置の制御を行う（例えばＡＦを動作させる）ことが望ましい。以上の理由から、静止判定部３２６において実行される本実施形態の静止判定においては、第１の動きと第２の動きのうちの第２の動きを用いるとよい。
【０１１９】
また、静止判定部３２６は、体内画像上に設定された複数の代表点における複数の動きベクトルに基づいて、消失点の検出処理を行い、消失点の検出結果に基づいて、体内被写体が撮像光学系に対して相対的に静止しているか否かを判定してもよい。
【０１２０】
これにより、体内画像において消失点の検出処理を行うことで、静止判定を行うことが可能になる。消失点の有無により、体内被写体と撮像光学系の相対的な動きの方向が推定できるため、推定した相対的な動きの方向を考慮した静止判定を行うことができる。具体的には、消失点の検出処理により、体内被写体と撮像光学系との相対的な動きが、第１の動きに属する動きであるか第２の動きに属する動きであるかを判定し、第２の動きに属する動きであると判定された場合に、静止判定を行ってもよい。例えば、図２２（Ａ）、図２２（Ｄ）に示したように、消失点が検出された場合の動きを第２の動きと判定し、図２２（Ｃ）に示したように、消失点が検出されなかった場合の動きを第１の動きと判定する。なお消失点の検出処理は、上述したように、動きベクトルを延長した直線との距離の総和が最も小さい点を消失点候補とした場合に、消失点候補が体内画像内に存在し、かつ、第１の評価値が閾値以下であるか否かの判定によって行ってもよい。この際、第１の評価値とは、動きベクトルを延長した直線との距離の総和をそのまま用いればよい。
【０１２１】
また、焦点位置制御部３２５は、ズームレンズ２７０（撮像光学系に含まれる）の可動範囲における望遠端と広角端の間に位置する基準点に対して、ズームレンズ２７０が望遠側に位置し、かつ、静止判定部３２６において体内被写体と撮像光学系が相対的に静止していると判定された場合には、合焦動作を開始してもよい。
【０１２２】
これにより、静止判定に加えて、ズームレンズ２７０と基準点との位置関係も考慮した上で、合焦動作を行うか否かの制御を行うことが可能になる。ズームレンズ位置を考慮することの利点については、第２の実施形態の場合と同様であるため詳細な説明は省略する。
【０１２３】
４．第４の実施形態
本実施形態にかかる焦点位置制御装置を含む内視鏡装置の構成例は、第２の実施形態と同様に図１６に示したものである。図１６に示したように、本実施形態においてはレンズ二群駆動の撮像光学系を用いて説明するが、撮像光学系はレンズ一群駆動のものであってもよい。
【０１２４】
本実施形態では、第２の実施の形態とは、フォーカスレンズ制御部３２０の動作が異なる。図２０に、第４の実施形態におけるフォーカスレンズ制御部３２０の詳細な構成例を示す。第２の実施形態に静止判定部３２６が追加される。画像処理部３３０は、正対判定部３２１と、評価領域設定部３２２と、静止判定部３２６に接続される。静止判定部３２６は、焦点位置制御部３２５に接続される。
【０１２５】
静止判定部３２６の構成、動作は第３の実施形態と同様である。焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１からＡＦ動作を開始する制御信号が転送され、かつ、静止判定部３２６からＡＦ動作を開始する制御信号が転送され、かつ、ズームレンズ制御部３５０からズームレンズ２４０が望遠端にあることを示す制御信号が転送された場合は、合焦位置検出部３２４から転送された合焦位置情報に基づき、焦点位置駆動部２５０を制御する。一方、焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１からＡＦ動作を停止する制御信号が転送された場合、または、静止判定部３２６からＡＦ動作を停止する制御信号が転送された場合、または、ズームレンズ制御部３５０からズームレンズ２７０が望遠端にないことを示す制御信号が転送された場合は、制御部３４０に予め保存されている所定の位置に焦点調整レンズ２４０を移動するよう、焦点位置駆動部２５０を制御する。
【０１２６】
以上の本実施形態では、判定部は、体内画像に基づいて、体内被写体が撮像光学系に正対しているか否かを、姿勢情報として判定する正対判定部３２１と、体内画像に基づいて、体内被写体が撮像光学系に対して相対的に静止しているか否かを、動き情報として判定する静止判定部３２６を含む。そして、焦点位置制御部３２５は、正対判定部３２１において正対していると判定され、かつ、静止判定部３２６において静止していると判定された場合に、合焦動作を開始する。
【０１２７】
これにより、第１の実施形態において述べた正対判定と、第３の実施形態において述べた静止判定の両方の判定を行った上で、合焦動作を開始させる（ＡＦを動作させる）ことが可能になる。よって、ＡＦが効果的ではない或いはＡＦが不要である状況において、ＡＦを動作させてしまうことを抑止することができ、ユーザーにとって見やすい画像を提供することが可能になる。
【０１２８】
また、焦点位置制御部３２５は、ズームレンズ２７０（撮像光学系に含まれる）の可動範囲における望遠端と広角端の間に位置する基準点に対して、ズームレンズ２７０が望遠側に位置し、かつ、正対判定部３２１において体内被写体と撮像光学系が正対していると判定され、かつ、静止判定部３２６において体内被写体と撮像光学系が相対的に静止していると判定された場合には、合焦動作を開始してもよい。
【０１２９】
これにより、正対判定・静止判定に加えて、ズームレンズ２７０と基準点との位置関係も考慮した上で、合焦動作を行うか否かの制御を行うことが可能になる。ズームレンズ位置を考慮することの利点については、第２の実施形態の場合と同様であるため詳細な説明は省略する。
【０１３０】
以上、本発明を適用した４つの実施の形態１〜４およびその変形例について説明したが、本発明は、各実施の形態１〜４やその変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階では、発明の要旨を逸脱しない範囲内で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記した各実施の形態１〜４や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成することができる。例えば、各実施の形態１〜４や変形例に記載した全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態や変形例で説明した構成要素を適宜組み合わせてもよい。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能である。
【符号の説明】
【０１３１】
１００ 光源部、１１０ 白色光源、１２０ 回転色フィルター、１３０ 回転駆動部、
１４０ 集光レンズ、２００ 撮像部、２１０ ライトガイドファイバー、
２２０ 照明レンズ、２３０ 対物レンズ、２４０ 焦点調整レンズ、
２５０ 焦点位置駆動部、２６０ 撮像素子、２７０ ズームレンズ、
２８０ ズームレンズ駆動部、３００ 制御装置、３１０ Ａ／Ｄ変換部、
３２０ フォーカスレンズ制御部、３２１ 正対判定部、３２２ 評価領域設定部、
３２３ コントラスト値算出部、３２４ 合焦位置検出部、
３２５ 焦点位置制御部、３２６ 静止判定部、３３０ 画像処理部、
３３１ 前処理部、３３２ 同時化部、３３３ 後処理部、３４０ 制御部、
３５０ ズームレンズ制御部、４００ 表示部、５００ 外部Ｉ／Ｆ部、
３２１１ 補正部、３２１２ 低域抽出部、３２１３ 分割部、
３２１４ 明るさ算出部、３２１５ 比較部、３２１６ 判定部、
３２３１ 輝点除去部、３２３２ 高域抽出部、３２６１ 記憶部、
３２６２ 検出部、３２６３ 判定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系を介した体内被写体の撮像によって、前記体内被写体の像を含む体内画像を取得する画像取得部と、
取得された前記体内画像に基づいて、撮像時の前記撮像光学系の撮像方向に対する前記体内被写体の状況情報を判定する判定部と、
前記判定部における判定結果に基づいて、前記撮像光学系の駆動を制御することで、前記撮像光学系の焦点位置を制御する焦点位置制御部と、
を含むことを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記判定部は、
前記撮像光学系の前記撮像方向に対する前記体内被写体の姿勢情報及び前記撮像方向に対する前記体内被写体の動き情報の少なくとも一方を、前記体内被写体の前記状況情報として判定することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記判定部は、
前記体内画像に基づいて、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対しているか否かを、前記姿勢情報として判定する正対判定部を含み、
前記焦点位置制御部は、
前記正対判定部における判定結果に基づいて、前記撮像光学系の前記焦点位置を制御することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記焦点位置制御部は、
前記正対判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対していると判定された場合には、前記体内被写体に対して焦点を合わせる合焦動作を開始することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記焦点位置制御部は、
前記正対判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対していないと判定された場合には、前記合焦動作を停止し、前記撮像光学系に含まれるズームレンズを所与の位置に移動させることを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項６】
請求項３において、
前記焦点位置制御部は、
望遠端と広角端の間に位置する基準点に対して、前記撮像光学系に含まれるズームレンズが望遠側にあり、かつ、前記正対判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対していると判定された場合には、前記体内被写体に対して焦点を合わせる合焦動作を開始することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項７】
請求項３において、
前記正対判定部は、
前記体内画像の画像信号に基づいて、明るさ情報を算出する明るさ算出部を含み、
前記正対判定部は、
算出した前記明るさ情報に基づいて、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対しているか否かを判定することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記正対判定部は、
前記体内画像を複数の領域に分割する分割部を含み、
前記明るさ算出部は、
分割された前記領域ごとに前記明るさ情報を算出し、
前記正対判定部は、
前記領域ごとに算出された前記明るさ情報に基づいて、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対しているか否かを判定することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記分割部は、
前記体内画像を中心領域と少なくとも１つの周縁領域に分割し、
前記正対判定部は、
前記中心領域の前記明るさ情報と、前記周縁領域の前記明るさ情報の比較処理を行うことで、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対しているか否かを判定することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１０】
請求項８において、
前記分割部は、
前記体内画像を中心領域と、第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の周縁領域に分割し、
前記正対判定部は、
前記第１〜第Ｎの周縁領域のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ＜Ｎの整数）〜第ｊ（ｊはｉ≦ｊ＜Ｎの整数）の周縁領域における前記明るさ情報と、前記第１〜第Ｎの周縁領域のうちの第ｋ（ｋはｊ＜ｋ≦Ｎの整数）〜第ｍ（ｍはｋ≦ｍ≦Ｎの整数）の周縁領域における前記明るさ情報の比較処理を行うことで、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対しているか否かを判定することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１１】
請求項８において、
前記正対判定部は、
前記領域ごとに算出された前記明るさ情報により表される値の差が、所与の閾値よりも小さい場合には、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対していると判定することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１２】
請求項２において、
前記判定部は、
前記体内画像に基づいて、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止しているか否かを、前記動き情報として判定する静止判定部を含み、
前記焦点位置制御部は、
前記静止判定部における判定結果に基づいて、前記撮像光学系の前記焦点位置を制御することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記焦点位置制御部は、
前記静止判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止していると判定された場合には、前記体内被写体に対して焦点を合わせる合焦動作を開始することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記焦点位置制御部は、
前記静止判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止していないと判定された場合には、前記合焦動作を停止し、前記撮像光学系に含まれるズームレンズを所与の位置に移動させることを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１５】
請求項１２において、
前記静止判定部は、
第１のタイミングで取得された第１の体内画像と、前記第１のタイミングとは異なる第２のタイミングで取得された第２の体内画像を記憶する記憶部と、
前記第１の体内画像と前記第２の体内画像とに基づいて、前記体内被写体と前記撮像光学系の相対的な動き量を検出する動き検出部を含み、
前記静止判定部は、
検出された前記動き量が所与の閾値よりも小さい場合には、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止していると判定することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記静止判定部は、
前記撮像光学系の前記撮像方向に沿った前記体内被写体の相対的な第１の動きと、前記撮像光学系の前記撮像方向に交差する方向に沿った前記体内被写体の相対的な第２の動きのうち、前記第２の動きに基づいて、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止しているか否かを判定することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記静止判定部は、
前記体内画像上に設定された複数の代表点における複数の動きベクトルに基づいて、消失点の検出処理を行い、前記消失点の検出結果に基づいて、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止しているか否かを判定することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１８】
請求項１２において、
前記焦点位置制御部は、
望遠端と広角端の間に位置する基準点に対して、前記撮像光学系に含まれるズームレンズが望遠側にあり、かつ、前記静止判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止していると判定された場合には、前記体内被写体に対して焦点を合わせる合焦動作を開始することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１９】
請求項２において、
前記判定部は、
前記体内画像に基づいて、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対しているか否かを、前記姿勢情報として判定する正対判定部と、
前記体内画像に基づいて、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止しているか否かを、前記動き情報として判定する静止判定部を含み、
前記焦点位置制御部は、
前記正対判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対していると判定され、かつ、前記静止判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止していると判定された場合には、前記体内被写体に対して焦点を合わせる合焦動作を開始することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項２０】
請求項１９において、
前記焦点位置制御部は、
望遠端と広角端の間に位置する基準点に対して、前記撮像光学系に含まれるズームレンズが望遠側にあり、かつ、前記正対判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対していると判定され、かつ、前記静止判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止していると判定された場合には、前記合焦動作を開始することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項２１】
請求項１において、
前記体内画像に対して評価領域を設定する評価領域設定部と、
設定された前記評価領域のコントラスト値を算出するコントラスト値算出部を含み、
前記焦点位置制御部は、
前記コントラスト値に基づいて前記撮像光学系の前記焦点位置を制御することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項２２】
請求項２１において、
前記コントラスト値算出部は、
前記評価領域に含まれる輝点を除去する輝点除去部を含み、
前記コントラスト値算出部は、
前記輝点を除去した前記評価領域の前記コントラスト値を算出することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項２３】
撮像光学系を介した体内被写体の撮像によって、前記体内被写体の像を含む体内画像を取得する画像取得部と、
取得された前記体内画像に基づいて、撮像時の前記撮像光学系の撮像方向に対する前記体内被写体の状況情報を判定する判定部と、
前記判定部における判定結果に基づいて、前記撮像光学系の駆動を制御することで、前記撮像光学系の焦点位置を制御する焦点位置制御部と、
前記焦点位置制御部の制御に基づいて前記撮像光学系を駆動する焦点位置駆動部と、
を含むことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２４】
撮像光学系を介した体内被写体の撮像によって、前記体内被写体の像を含む体内画像を取得し、
取得された前記体内画像に基づいて、撮像時の前記撮像光学系の撮像方向に対する前記体内被写体の状況情報を判定し、
判定結果に基づいて、前記撮像光学系の駆動を制御することで、前記撮像光学系の焦点位置を制御することを特徴とする焦点位置制御方法。
【請求項２５】
請求項２４において、
前記撮像光学系の前記撮像方向に対する前記体内被写体の姿勢情報及び前記撮像方向に対する前記体内被写体の動き情報の少なくとも一方を、前記体内被写体の前記状況情報として判定することを特徴とする焦点位置制御方法。
【請求項１】
撮像光学系を介した体内被写体の撮像によって、前記体内被写体の像を含む体内画像を取得する画像取得部と、
取得された前記体内画像に基づいて、撮像時の前記撮像光学系の撮像方向に対する前記体内被写体の状況情報を判定する判定部と、
前記判定部における判定結果に基づいて、前記撮像光学系の駆動を制御することで、前記撮像光学系の焦点位置を制御する焦点位置制御部と、
を含むことを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記判定部は、
前記撮像光学系の前記撮像方向に対する前記体内被写体の姿勢情報及び前記撮像方向に対する前記体内被写体の動き情報の少なくとも一方を、前記体内被写体の前記状況情報として判定することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記判定部は、
前記体内画像に基づいて、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対しているか否かを、前記姿勢情報として判定する正対判定部を含み、
前記焦点位置制御部は、
前記正対判定部における判定結果に基づいて、前記撮像光学系の前記焦点位置を制御することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記焦点位置制御部は、
前記正対判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対していると判定された場合には、前記体内被写体に対して焦点を合わせる合焦動作を開始することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記焦点位置制御部は、
前記正対判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対していないと判定された場合には、前記合焦動作を停止し、前記撮像光学系に含まれるズームレンズを所与の位置に移動させることを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項６】
請求項３において、
前記焦点位置制御部は、
望遠端と広角端の間に位置する基準点に対して、前記撮像光学系に含まれるズームレンズが望遠側にあり、かつ、前記正対判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対していると判定された場合には、前記体内被写体に対して焦点を合わせる合焦動作を開始することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項７】
請求項３において、
前記正対判定部は、
前記体内画像の画像信号に基づいて、明るさ情報を算出する明るさ算出部を含み、
前記正対判定部は、
算出した前記明るさ情報に基づいて、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対しているか否かを判定することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記正対判定部は、
前記体内画像を複数の領域に分割する分割部を含み、
前記明るさ算出部は、
分割された前記領域ごとに前記明るさ情報を算出し、
前記正対判定部は、
前記領域ごとに算出された前記明るさ情報に基づいて、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対しているか否かを判定することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記分割部は、
前記体内画像を中心領域と少なくとも１つの周縁領域に分割し、
前記正対判定部は、
前記中心領域の前記明るさ情報と、前記周縁領域の前記明るさ情報の比較処理を行うことで、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対しているか否かを判定することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１０】
請求項８において、
前記分割部は、
前記体内画像を中心領域と、第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の周縁領域に分割し、
前記正対判定部は、
前記第１〜第Ｎの周縁領域のうちの第ｉ（ｉは１≦ｉ＜Ｎの整数）〜第ｊ（ｊはｉ≦ｊ＜Ｎの整数）の周縁領域における前記明るさ情報と、前記第１〜第Ｎの周縁領域のうちの第ｋ（ｋはｊ＜ｋ≦Ｎの整数）〜第ｍ（ｍはｋ≦ｍ≦Ｎの整数）の周縁領域における前記明るさ情報の比較処理を行うことで、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対しているか否かを判定することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１１】
請求項８において、
前記正対判定部は、
前記領域ごとに算出された前記明るさ情報により表される値の差が、所与の閾値よりも小さい場合には、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対していると判定することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１２】
請求項２において、
前記判定部は、
前記体内画像に基づいて、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止しているか否かを、前記動き情報として判定する静止判定部を含み、
前記焦点位置制御部は、
前記静止判定部における判定結果に基づいて、前記撮像光学系の前記焦点位置を制御することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記焦点位置制御部は、
前記静止判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止していると判定された場合には、前記体内被写体に対して焦点を合わせる合焦動作を開始することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記焦点位置制御部は、
前記静止判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止していないと判定された場合には、前記合焦動作を停止し、前記撮像光学系に含まれるズームレンズを所与の位置に移動させることを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１５】
請求項１２において、
前記静止判定部は、
第１のタイミングで取得された第１の体内画像と、前記第１のタイミングとは異なる第２のタイミングで取得された第２の体内画像を記憶する記憶部と、
前記第１の体内画像と前記第２の体内画像とに基づいて、前記体内被写体と前記撮像光学系の相対的な動き量を検出する動き検出部を含み、
前記静止判定部は、
検出された前記動き量が所与の閾値よりも小さい場合には、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止していると判定することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記静止判定部は、
前記撮像光学系の前記撮像方向に沿った前記体内被写体の相対的な第１の動きと、前記撮像光学系の前記撮像方向に交差する方向に沿った前記体内被写体の相対的な第２の動きのうち、前記第２の動きに基づいて、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止しているか否かを判定することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記静止判定部は、
前記体内画像上に設定された複数の代表点における複数の動きベクトルに基づいて、消失点の検出処理を行い、前記消失点の検出結果に基づいて、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止しているか否かを判定することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１８】
請求項１２において、
前記焦点位置制御部は、
望遠端と広角端の間に位置する基準点に対して、前記撮像光学系に含まれるズームレンズが望遠側にあり、かつ、前記静止判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止していると判定された場合には、前記体内被写体に対して焦点を合わせる合焦動作を開始することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項１９】
請求項２において、
前記判定部は、
前記体内画像に基づいて、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対しているか否かを、前記姿勢情報として判定する正対判定部と、
前記体内画像に基づいて、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止しているか否かを、前記動き情報として判定する静止判定部を含み、
前記焦点位置制御部は、
前記正対判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対していると判定され、かつ、前記静止判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止していると判定された場合には、前記体内被写体に対して焦点を合わせる合焦動作を開始することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項２０】
請求項１９において、
前記焦点位置制御部は、
望遠端と広角端の間に位置する基準点に対して、前記撮像光学系に含まれるズームレンズが望遠側にあり、かつ、前記正対判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に正対していると判定され、かつ、前記静止判定部において、前記体内被写体が前記撮像光学系に対して相対的に静止していると判定された場合には、前記合焦動作を開始することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項２１】
請求項１において、
前記体内画像に対して評価領域を設定する評価領域設定部と、
設定された前記評価領域のコントラスト値を算出するコントラスト値算出部を含み、
前記焦点位置制御部は、
前記コントラスト値に基づいて前記撮像光学系の前記焦点位置を制御することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項２２】
請求項２１において、
前記コントラスト値算出部は、
前記評価領域に含まれる輝点を除去する輝点除去部を含み、
前記コントラスト値算出部は、
前記輝点を除去した前記評価領域の前記コントラスト値を算出することを特徴とする焦点位置制御装置。
【請求項２３】
撮像光学系を介した体内被写体の撮像によって、前記体内被写体の像を含む体内画像を取得する画像取得部と、
取得された前記体内画像に基づいて、撮像時の前記撮像光学系の撮像方向に対する前記体内被写体の状況情報を判定する判定部と、
前記判定部における判定結果に基づいて、前記撮像光学系の駆動を制御することで、前記撮像光学系の焦点位置を制御する焦点位置制御部と、
前記焦点位置制御部の制御に基づいて前記撮像光学系を駆動する焦点位置駆動部と、
を含むことを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２４】
撮像光学系を介した体内被写体の撮像によって、前記体内被写体の像を含む体内画像を取得し、
取得された前記体内画像に基づいて、撮像時の前記撮像光学系の撮像方向に対する前記体内被写体の状況情報を判定し、
判定結果に基づいて、前記撮像光学系の駆動を制御することで、前記撮像光学系の焦点位置を制御することを特徴とする焦点位置制御方法。
【請求項２５】
請求項２４において、
前記撮像光学系の前記撮像方向に対する前記体内被写体の姿勢情報及び前記撮像方向に対する前記体内被写体の動き情報の少なくとも一方を、前記体内被写体の前記状況情報として判定することを特徴とする焦点位置制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−４３００７（Ｐ２０１３−４３００７Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８３７６２（Ｐ２０１１−１８３７６２）
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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