CN102186401B - 图像生成装置、内窥镜系统以及图像生成方法 - Google Patents

图像生成装置、内窥镜系统以及图像生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一个方式所涉及的图像生成装置以及内窥镜系统具备：普通图像生成电路(21)，其基于作为获取到的多个颜色元素信息的RGB数据生成作为白色图像的普通图像；色调计算电路(22)，其对RGB数据的色调进行计算；黄色成分检测电路(23)，其基于计算出的色调对黄色成分进行检测；黄色成分去除电路(24)以及光谱图像生成电路(25)。黄色成分去除电路(24)生成从G数据中去除了由黄色成分检测电路(23)检测出的黄色成分后的黄色成分去除G数据(GY)。光谱图像生成电路(25)基于黄色成分去除G数据(GY)和B数据来生成作为血管图像的光谱图像。

Description

图像生成装置、内窥镜系统以及图像生成方法
技术领域
本发明涉及一种能够针对同一被摄体同时获取位置关系一致的普通图像和光谱图像的图像生成装置、内窥镜系统以及图像生成方法，上述普通图像是由白色光照明的被摄体的彩色图像，上述光谱图像是基于特定的颜色成分生成的图像。
背景技术
近年来，在内窥镜领域中，提出一种设有摄像功能和无线通信功能的胶囊型被检体内导入装置(例如胶囊型内窥镜)，并开发出一种使用该胶囊型内窥镜来获取被检体内的图像的被检体内导入系统。胶囊型内窥镜以如下的方式发挥功能：为了对被检体内进行观察(检查)而在例如从被检体的口中吞服该胶囊型内窥镜之后直到自然排出为止的期间，该胶囊型内窥镜在体腔内、例如胃、小肠等脏器的内部随着其蠕动运动而进行移动，并且以例如0.5秒钟为间隔对被检体内的图像进行拍摄。
在胶囊型内窥镜在被检体内移动的期间，由该胶囊型内窥镜拍摄得到的图像通过配置在被检体的身体表面上的天线被外部的图像显示装置接收。该图像显示装置具有与胶囊型内窥镜进行无线通信的功能和存储图像的功能，将从被检体内的胶囊型内窥镜接收到的图像依次保存到存储器中。通过将存储在上述图像显示装置中的图像即被检体的消化管道内的图像显示到显示器上，从而医生或者护士能够对被检体内进行观察(检查)并进行诊断。
在此，在专利文献1中记载了如下一种方案：在获取体内图像时，为得到清晰的图像使用彩色滤镜阵列(CFA：Color FilterArray)，上述彩色滤镜阵列将蓝色灵敏度元件的比例扩大为比红色灵敏度元件的比例以及绿色灵敏度元件的比例更大。这是利用蓝色光比其它光的波长短，因而不能透过体内组织内部进行散射，而是在体内组织表面上反射。
专利文献1：日本特开2006-297093号公报
专利文献2：日本特开平5-332838号公报
专利文献3：日本特开2007-195023号公报
专利文献4：日本特开2006-33639号公报
发明内容
发明要解决的问题
另外，在内窥镜等的领域内，虽然得到由白色光照明的被摄体的彩色图像即普通图像和基于特定颜色成分而生成的光谱图像的多个图像来进行诊断等，但却不能对同一被摄体同时得到位置关系一致的普通图像和光谱图像。
即，对于同一被摄体的普通图像和光谱图像是将普通图像用的各个摄像元件以及光谱图像用的各个摄像元件配置在不同的临近位置上并交替地获取各个图像，或者将普通图像用的照明装置以及光谱图像用的照明装置配置在不同的位置上，切换各个照明装置并通过一个摄像元件获取各个图像。在任一种情况下，也不能说各个图像是针对同一被摄体的位置关系一致的图像。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种图像生成装置、内窥镜系统以及图像生成方法，通过简单的结构能够同时得到针对同一被摄体的位置关系一致的普通图像和光谱图像。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题并达到目的，本发明所涉及的图像生成装置具备：第一图像信息生成单元，其基于获取到的多个颜色元素信息生成第一图像信息；颜色成分检测单元，其基于各个颜色元素信息对规定的颜色成分进行检测；颜色成分去除单元，其从上述多个颜色元素信息中的规定的颜色元素信息中去除由上述颜色成分检测单元检测出的规定的颜色成分；以及第二图像信息生成单元，其基于由上述颜色成分去除单元去除了颜色成分后的颜色元素信息和其它的颜色元素信息来生成第二图像信息。
另外，在上述发明中，本发明所涉及的图像生成装置的特征在于，上述多个颜色元素信息是红色数据、绿色数据和蓝色数据这三个数据，上述颜色成分检测单元对黄色的颜色成分进行检测，上述颜色成分去除单元生成从上述绿色数据中去除了上述黄色的颜色成分后得到的黄色去除绿色数据，上述第二图像信息生成单元基于上述黄色去除绿色数据和上述蓝色数据来生成上述第二图像信息。
另外，在上述发明中，本发明所涉及的图像生成装置的特征在于，上述颜色成分检测单元对波长大于等于黄色波长的颜色成分进行检测，上述颜色成分去除单元生成从上述绿色数据中去除了上述波长大于等于上述黄色波长的颜色成分后得到的黄色去除绿色数据。
另外，在上述发明中，本发明所涉及的图像生成装置的特征在于，上述第二图像信息生成单元通过使上述黄色去除绿色数据与上述第一图像信息的红色数据相对应，使上述蓝色数据与上述第一图像信息的绿色数据以及上述第一图像信息的蓝色数据分别相对应，来生成第二图像信息。
另外，在上述发明中，本发明所涉及的图像生成装置的特征在于，上述第二图像信息生成单元基于上述黄色去除绿色数据以及上述蓝色数据的各个对比度信息来生成上述第二图像信息。
另外，本发明所涉及的内窥镜系统具备上述发明中的任一项所记载的图像生成装置。
另外，在上述发明中，本发明所涉及的内窥镜系统具备：内窥镜装置，其对被检体的体内图像进行拍摄；以及显示装置，其对由上述图像生成装置生成的第一图像信息以及第二图像信息进行显示。
另外，在上述发明中，本发明所涉及的内窥镜系统中的上述内窥镜装置是胶囊型内窥镜。
另外，本发明所涉及的图像生成方法的特征在于，包括以下步骤：第一图像信息生成步骤，基于获取到的红色数据、绿色数据以及蓝色数据来生成第一图像信息；颜色成分检测步骤，对上述第一图像信息的色调进行计算，基于计算出的该色调对黄色成分进行检测；颜色成分去除步骤，从上述绿色数据中去除上述黄色成分；以及第二图像信息生成步骤，基于在上述颜色成分去除步骤中去除了上述黄色成分后的绿色数据即黄色去除绿色数据以及上述蓝色数据，来生成第二图像信息。
发明的效果
根据本发明，第一图像生成单元基于获取到的多个颜色元素信息生成作为白色图像等的普通图像的第一图像信息，并且颜色成分检测单元基于各个颜色元素信息对规定的颜色成分进行检测，颜色成分去除单元从上述多个颜色元素信息中的规定的颜色元素信息中去除由上述颜色成分检测单元检测出的规定的颜色成分，第二图像信息生成单元基于由上述颜色成分去除单元去除了颜色成分后的颜色元素信息和其它的颜色元素信息来生成作为血管图像等的光谱图像的第二图像信息，因此以简单的结构能够同时得到位置关系与同一被摄体一致的普通图像等的第一图像信息和光谱图像等的第二图像信息。
附图说明
图1是表示作为本发明的实施方式的内窥镜系统的胶囊型内窥镜系统的整体概要结构的图。
图2是表示装载在胶囊型内窥镜中的摄像元件的像素阵列的一例的图。
图3是表示图像生成装置的结构的框图。
图4是表示图像生成电路的结构的详细框图。
图5是表示体腔内壁的光谱特性、血液的吸光特性、发光元件的放射亮度以及摄像元件的光谱灵敏度的各个波长依赖性的图。
图6是表示光对于体腔内壁和血管进入和反射之间的关系的示意图。
图7是表示作为本发明的实施方式的图像生成处理过程的流程图。
附图标记说明
1：被检体；2：胶囊型内窥镜；2a：像素阵列；3：接收装置；3a～3h：接收天线；4：图像显示装置；5：记录介质；10：图像生成装置；11：预处理电路；12：图像生成电路；13：普通图像调整电路；14：光谱图像调整电路；21：普通图像生成电路；22：色调计算电路；23：黄色成分检测电路；24：黄色成分去除电路；25：光谱图像生成电路；40：粘膜表层；41：粘膜深部；42：内部组织；50：毛细血管；51：血管。
具体实施方式
以下参照附图对本发明所涉及的图像生成装置以及使用该图像生成装置的内窥镜系统、图像生成方法的优选实施方式进行详细地说明。此外，在本实施方式中，作为内窥镜系统中的内窥镜装置的一例对胶囊型内窥镜进行了例示，但是本发明并不仅限于该实施方式。
(实施方式)
图1是表示本发明的实施方式所涉及的内窥镜系统的结构的示意图。如图1所示，本实施方式所涉及的内窥镜系统具备：胶囊型内窥镜2，其对被检体1的体内图像进行拍摄；接收装置3，其接收由胶囊型内窥镜2无线发送的图像信号；图像显示装置4，其显示由胶囊型内窥镜2所拍摄的体内图像；便携式记录介质5，其用于在接受装置3与图像显示装置4之间进行数据的交换。
胶囊型内窥镜2是对被检体1的体内图像进行拍摄的内窥镜装置的一例，在胶囊型壳体内部具有摄像功能和无线通信功能。通过口服摄取等胶囊型内窥镜2被导入被检体1的脏器内部，然后由于脏器的蠕动运动等在被检体1的脏器内部移动，并以规定的间隔(例如0.5秒钟的间隔)对被检体1的体内图像依次进行摄像。具体地，胶囊型内窥镜2在脏器内部以白色光等照明光对被摄体进行照射，对被该照明光照明的被摄体的图像即被检体1的体内图像进行摄像。胶囊型内窥镜2将以上述方式拍摄到的被检体1的体内图像的图像信号无线发送到外部的接收装置3。在从导入到被检体1的脏器内部直到排出到被检体1外部的期间，胶囊型内窥镜2顺次重复上述体内图像的摄像动作以及无线发送动作。此外，胶囊型内窥镜2的摄像部使用配置了如图2所示的红(R)、绿(G)、蓝(B)的像素的摄像元件。在此，使用如图2的像素阵列2a例示的拜尔阵列的摄像元件，G数据具有R数据以及B数据两倍的受光灵敏度，成为通常的摄像元件的阵列，能够直接得到上述RGB数据的普通图像(白色光图像)。另外，胶囊型内窥镜的发光部使用发出白色光的LED。
接收装置3具备例如在被检体1的身体表面上分散配置的多个接收天线3a～3h，通过多个接收天线3a～3h中的至少一个天线接收来自被检体1内部的胶囊型内窥镜2的无线信号。接收装置3从来自胶囊型内窥镜2的无线信号中提取出图像信号，并获取包含在提取出的该图像信号中的体内图像的图像数据。
另外，接收装置3具备图像生成功能，该图像生成功能通过不同的图像处理生成被摄体的位置关系彼此一致的两种图像。接收装置3基于从胶囊型内窥镜2获取到的一帧量的体内图像的颜色数据来进行不同的图像处理，生成被摄体的位置关系一致且图像处理不同的两种图像、例如白色光图像等的普通图像以及光谱图像。由接收装置3生成的普通图像以及光谱图像是绘制方式彼此不同的同一被摄体的体内图像。接收装置3每次从胶囊型内窥镜2获取一帧量的体内图像，依次生成基于获取到的一帧量体内图像的同一被摄体的普通图像以及光谱图像。接收装置3将普通图像群以及光谱图像群存储到预先插入的记录介质5中。在这种情况下，接收装置3将基于同一体内图像的同一被摄体的普通图像以及光谱图像作为图像处理不同的同一帧编号的体内图像来依次存储到记录介质5中。另外，接收装置3将原来的体内图像的摄像时刻或者接收时刻等的时间数据分别与白色光图像群以及光谱图像群的各个图像相对应。
此外，接收装置3的接收天线3a～3h也可以如图1所示配置在被检体1的身体表面上，也可以配置在穿在被检体1身上的夹克上。另外，接收装置3的接收天线数量是一个以上即可，并没有被特别限定为8个。
图像显示装置4具有如下工作站这样的结构：该工作站通过记录介质5读取被检体1的体内图像群等各种数据，并将读取到的体内图像群等的各种数据进行显示。具体来说，从接收装置3取下的记录介质5插入到图像显示装置4，该图像显示装置4通过取入该记录介质5的保存数据能够获取被检体1的体内图像群(普通图像群以及光谱图像群)等的各种数据。图像显示装置4具有显示切换功能，将获取到的体内图像显示到显示器上，并将显示出的该体内图像所指定的期望的图像区域切换为不同图像处理的同一被摄体图像。通过该图像显示装置4的图像显示进行诊断等。
记录介质5是用于在上述接收装置3和图像显示装置4之间交换数据的便携式记录介质。记录介质5相对于接收装置3以及图像显示装置4可拆卸，具有在插入到以上两者时能够输出数据和记录数据的结构。具体来说，在记录介质5被插入到接收装置3的情况下，记录介质5对由接收装置3进行图像处理后的体内图像群以及各个图像的时间数据等进行记录。
接着，参照图3对安装到接收装置3中的图像生成装置10进行说明。图像生成装置10具备：预处理电路11，其对从无线发送的无线信号被切换为基带信号的数据D进行预处理，并输出RGB的各个颜色数据；图像生成电路12，其基于RGB的各个颜色数据生成普通图像D1和光谱图像D2；普通图像调整电路13，其对普通图像D1进行规定的图像调整等后处理，并输出最终的普通图像D10；以及光谱图像调整电路14，其对光谱图像D2进行规定的图像调整等后处理，并输出最终的光谱图像D20。特别是，图像生成电路12根据所输入的RGB各个颜色数据来检测黄色成分，基于从G数据中去除了该黄色成分数据的数据和B数据来生成光谱图像。
图4是表示图像生成电路12的详细结构的框图。图像生成电路12具有普通图像生成电路21、色调计算电路22、黄色成分检测电路23、黄色成分去除电路24以及光谱图像生成电路25。普通图像生成电路21是将输入的RGB各个颜色数据暂时分别存储到R数据存储器、G数据存储器、B数据存储器中，并将这些数据进行合成作为一帧的普通图像数据D1而输出。
色调计算电路22基于从普通图像生成电路21输出的普通图像数据D1计算出色调。黄色成分检测电路23基于色调计算电路22计算出的色调来检测黄色成分数据DY。另一方面，黄色成分去除电路24生成从输入到普通图像生成电路21中的G数据中去除了黄色成分数据DY的黄色去除G数据GY。
光谱图像生成电路25基于从黄色成分去除电路24输出的黄色去除G数据以及输入到普通图像生成电路21中的B数据，来生成并输出使用了绿色以及蓝色的对比度信息的光谱图像数据D2。光谱图像生成电路25将黄色去除G数据暂时存储到R数据存储器中，将B数据暂时存储到G数据存储器以及B数据存储器中，并使使用了对比度信息的光谱图像数据D2对应于各个RGB数据并输出光谱图像数据D2。
在此，参照图5以及图6对光谱图像进行说明。如图5的(a)中的光谱特性L1所示，在黄色(580nm)～红色(680nm)及其以上的范围内，体腔内壁的光谱特性等级都很高。另一方面，如图5的(b)中的吸光特性L2所示，除了415nm(蓝色)和540nm(绿色)具有峰以外血液的吸光特性等级都很低。即，体腔内壁图像一般都是全部为红色的图像，体腔内壁的光谱特性的颜色、亮度的对比度信息在G像素(G数据)和R像素(R数据)处较多出现，血液的吸光特性的亮度的对比度信息在B像素(B数据)和G像素(G数据)处较多出现。
另一方面，发光元件的放射亮度等级如图5的(c)中的发光特性L3所示，峰波长位于与血液的吸光特性的峰波长相同的415nm的附近，整体上不偏离蓝色(B)、绿色(G)、红色(R)，实际表现白色光。在此，如图5的(d)所示，摄像元件的光谱灵敏度等级具有分布特性L4B、L4G、L4R，上述分布特性L4B、L4G、L4R具有各个B、G、R像素大致以415nm(蓝色)、540nm(绿色)以及680nm(红色)为中心的峰。但是，各个分布特性L4B、L4G、L4R存在各个分布重复的区域，例如分布特性L4G、L4R在580nm(黄色)上重复。即黄色成分分别包含在G数据以及R数据中。
另外，如图6所示，在体腔内壁上，在粘膜表层40上存在毛细血管50，在粘膜深部41上还存在较粗的血管51。照射到体腔内壁上的415nm(蓝色)的光因为波长较短而不能透射到组织内部，并由于上述血液的吸光特性而被毛细血管50吸收(参照图6的30B)。另外，540nm(绿色)的光因为比蓝色的波长要长而能够透过粘膜深部41，并由于上述血液的吸光特性而被较粗的血管51吸收(参照图6的30G)。另一方面，红色的光透过内部组织42，大部分作为散射光被反射(参照图6的30R)。因此，只要具有415nm(蓝色)以及540nm(绿色)的受光灵敏度，就能够得到毛细血管50以及较粗的血管51等的血管图像的对比度信息。
因此，虽然仅利用B数据以及G数据也能基于血管的对比度信息来得到血管图像作为上述光谱图像，但是根据如图5的(d)所示的摄像元件的光谱灵敏度的分布特性可知由于在G数据中包含有黄色成分，因而光谱图像的分辨率会变低。
为此，通过上述图像生成电路12根据各个RGB数据计算出色调，根据该色调检测出黄色成分，将该黄色成分从G数据中删除，由此能够得到仅绿色(540nm)的对比度信息。另一方面，根据B数据能够得到仅蓝色(415nm)的对比度信息。此外，在B数据中也可以包含有少量的G数据的短波长成分，在G数据中也可以包含有少量的B数据的长波长成分。总之仅仅通过415nm(蓝色)和540nm(绿色)的成分的对比度信息也可以生成光谱图像。
此外，在上述实施方式中，从G数据中去除黄色成分，但是也可以去除波长在黄色成分以上的包含有红色成分的长波长成分。通过将这种波长在黄色成分以上的长波长成分从G数据中去除，G数据成为仅绿色区域的狭窄带域数据，能够得到清晰的光谱图像。
另外，在上述实施方式中，将图像生成装置10配置在接收装置3中，但并不限于此，也可以配置在图像显示装置4一侧。在这种情况下，接收装置3仅生成普通图像，记录介质5仅记录普通图像，图像显示装置4内的图像生成装置10也可以基于形成普通图像的RGB数据来生成光谱图像。另外，必要时该光谱图像也可以基于生成指示而根据期望的普通图像来生成。
并且，在上述实施方式中，以电路结构示出了图像生成装置10，但是也可以由软件通过图像处理来生成普通图像以及光谱图像。即如图7所示，首先根据形成普通图像的RGB数据来生成普通图像(步骤S101)。然后，根据该普通图像的数据计算出色调，根据该色调检测黄色成分(步骤S102)。然后，从G数据中去除黄色成分(步骤S103)。最后，根据B数据以及去除了黄色成分的G数据生成光谱图像(步骤S104)，终止本处理。在这种情况下，也可以省略步骤S101，通过步骤S102～S104得到普通图像或光谱图像。
在本实施方式中，根据获取到的各个RGB数据得到白色光的普通图像，并且同时能够得到位置关系与普通图像一致的血管图像等的光谱图像。其结果是，因为普通图像和光谱图像的位置关系一致，因此在进行诊断等时，能够轻松并高精确度地对关心对象进行确定等。
此外，在上述实施方式中，如图2所示使用了拜尔阵列的摄像元件，但并不限于此，为了提高R数据和B数据的分辨率，也可以将在R、G、G、B的阵列中的两个G像素中的一个像素变为品红(Mg)像素。通过变为Mg像素能够使R成分和B成分具有灵敏度，并能够提高R数据和B数据的分辨率。
产业上的可利用性
如上所述，本发明所涉及的图像生成装置、内窥镜系统以及图像生成方法对于获取由白色光照明被摄体的彩色图像即普通图像和基于特定的颜色成分而生成的光谱图像是有用的，特别是适用于通过简单的结构能够同时获取位置关系与同一被摄体一致的普通图像和光谱图像的图像生成装置、内窥镜系统以及图像生成方法。

Claims (6)

1.一种图像生成装置，其特征在于，具备：
第一图像信息生成单元，其基于获取到的多个颜色元素信息生成第一图像信息；
颜色成分检测单元，其基于各个颜色元素信息对规定的颜色成分进行检测；
颜色成分去除单元，其从上述多个颜色元素信息中的规定的颜色元素信息中去除由上述颜色成分检测单元检测出的规定的颜色成分；以及
第二图像信息生成单元，其基于由上述颜色成分去除单元去除了颜色成分后的颜色元素信息和其它的颜色元素信息来生成第二图像信息，
其中，上述多个颜色元素信息是红色数据、绿色数据和蓝色数据这三个数据，
上述颜色成分检测单元对黄色成分以及波长在黄色成分以上的包含红色成分的长波长成分进行检测，
上述颜色成分去除单元生成从上述绿色数据中去除了上述黄色成分以及上述长波长成分后得到的颜色数据，
上述第二图像信息生成单元基于上述颜色成分去除单元生成的颜色数据和上述蓝色数据的各个对比度信息来生成上述第二图像信息。
2.根据权利要求1所述的图像生成装置，其特征在于，
上述第二图像信息生成单元通过使上述颜色成分去除单元生成的颜色数据与上述第一图像信息的红色数据相对应，使上述蓝色数据与上述第一图像信息的绿色数据以及上述第一图像信息的蓝色数据分别相对应，来生成第二图像信息。
3.一种内窥镜系统，其特征在于，具备如下图像生成装置，
该图像生成装置具备：第一图像信息生成单元，其基于获取到的多个颜色元素信息生成第一图像信息；颜色成分检测单元，其基于各个颜色元素信息对规定的颜色成分进行检测；颜色成分去除单元，其从上述多个颜色元素信息中的规定的颜色元素信息中去除由上述颜色成分检测单元检测出的规定的颜色成分；以及第二图像信息生成单元，其基于由上述颜色成分去除单元去除了颜色成分后的颜色元素信息和其它的颜色元素信息来生成第二图像信息，
其中，上述多个颜色元素信息是红色数据、绿色数据和蓝色数据这三个数据，
上述颜色成分检测单元对黄色成分以及波长在黄色成分以上的包含红色成分的长波长成分进行检测，
上述颜色成分去除单元生成从上述绿色数据中去除了上述黄色成分以及上述长波长成分后得到的颜色数据，
上述第二图像信息生成单元基于上述颜色成分去除单元生成的颜色数据和上述蓝色数据的各个对比度信息来生成上述第二图像信息。
4.根据权利要求3所述的内窥镜系统，其特征在于，还具备：
内窥镜装置，其对被检体的体内图像进行拍摄；以及
显示装置，其对由上述图像生成装置生成的第一图像信息以及第二图像信息进行显示。
5.根据权利要求4所述的内窥镜系统，其特征在于，
上述内窥镜装置是胶囊型内窥镜。
6.一种图像生成方法，其特征在于，包括：
第一图像信息生成步骤，基于获取到的红色数据、绿色数据以及蓝色数据生成第一图像信息；
颜色成分检测步骤，对上述第一图像信息的色调进行计算，基于计算出的该色调对黄色成分进行检测；
颜色成分去除步骤，从上述绿色数据中去除上述黄色成分；以及
第二图像信息生成步骤，基于在上述颜色成分去除步骤中去除了上述黄色成分后的绿色数据即黄色去除绿色数据以及上述蓝色数据，来生成第二图像信息，
其中，上述颜色成分检测步骤中，对黄色成分以及波长在黄色成分以上的包含红色成分的长波长成分进行检测，
上述颜色成分去除步骤中，生成从上述绿色数据中去除了上述黄色成分以及上述长波长成分后得到的颜色数据，
上述第二图像信息生成步骤中，基于上述颜色成分去除步骤中生成的颜色数据和上述蓝色数据的各个对比度信息来生成上述第二图像信息。
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