DE102009053507A1

DE102009053507A1 - Endoskopsystem mit Abtastfunktion

Info

Publication number: DE102009053507A1
Application number: DE102009053507A
Authority: DE
Inventors: Yuichi Shibasaki
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2008-11-14
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2010-05-20
Also published as: JP5467756B2; US8947514B2; US20100123775A1; JP2010115391A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Endoskopsystem mit einem Lichtquellensystem (16, 17, 8), das Beleuchtungslicht auf einen Zielbereich (S) abgibt, und mit einem Abtaster (18), der das Beleuchtungslicht periodisch in vorbestimmten Intervallen über den Zielbereich (S) führt. Ein Bilderzeuger (30) empfängt das an den Zielbereich (S) reflektierte Beleuchtungslicht und erzeugt nacheinander eine Folge von Bildpixelsignalen. Ferner hat das Endoskopsystem einen Luminanzdetektor (32) zum Erfassen einer Folge von Luminanzdaten eines Objektbildes aus der Folge der Bildpixelsignale und einen Helligkeitseinsteller (40) zum Einstellen der Helligkeit eines Objektbildes abhängig von der Folge der Luminanzdaten durch Einstellen der Beleuchtungslichtmenge an der jeweiligen Abtastposition.

Description

Die Erfindung betrifft ein Endoskopsystem, bei dem Beleuchtungslicht abtastend über ein zu betrachtendes Objekt wie z. B. Gewebe geführt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung die Helligkeitseinstellung eines betrachteten Bildes.
Ein Endoskopsystem mit Abtastfunktion enthält einen Abtast-Faserlichtleiter wie eine Einzelmode-Faser, die in einem Endoskop angeordnet ist. Wie das US-Patent 6,294,775 beschreibt, wird die Spitze des Faserlichtleiters mit einem Antrieb wie z. B. einer piezoelektrischen Vorrichtung gehalten, der die Spitze auf einer Spiralbahn schwingungsartig bewegt, wozu ihre Vibration moduliert und verstärkt wird. Dabei wird über den Abtast-Faserlichtleiter übertragenes Beleuchtungslicht spiralförmig abtastend über einen Betrachtungsbereich geführt.
Das an dem Betrachtungsbereich reflektierte Licht tritt in einem Bildlichtleiter ein und wird über diesen einem Prozessor zugeführt. Das übertragene Licht wird durch Fotosensoren in Bildpixelsignale umgesetzt, und es werden nacheinander jeweils Felder mit einem Bildinhalt erzeugt. Die spiralförmige Abtastung wird periodisch in vorbestimmten Intervallen (Bild frequenz) durchgeführt, und die Bildpixelsignale werden von den Fotosensoren entsprechend jeweils einem Bildfeld mit der Bildfrequenz gelesen.
Üblicherweise ist die Menge des Beleuchtungslichts für ein Bildfeldintervall über dem gesamten Betrachtungsbereich nahezu gleichmäßig. Wenn die Tiefe von der Spitze des Endoskops zu einem Betrachtungsbereich aber ungleichmäßig ist, wird ein Teil des Objektbildes möglicherweise extrem hell und/oder dunkel. Wenn z. B. die Innenfläche eines Organs aufgenommen wird und die Spitze des Endoskops auf eine Achse des Organs zeigt, wird der mittlere Bereich des Bildes zu dunkel, während der umgebende Bereich zu hell wird, sodass hier ein sogenannter Lichthof auftritt. Andererseits verschlechtert sich die Bildqualität, wenn zur Helligkeitskorrektur eines betrachteten Bildes eine Bildbearbeitung vorgenommen wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Endoskopsystem anzugeben, bei dem eine Helligkeitseinstellung eines betrachteten Bildes ohne Bildbearbeitung möglich ist.
Die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen 1, 10, 11 oder 12 beschrieben. Vorteilhafte Weiterbildungen sin Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein Endoskopsystem nach der Erfindung hat ein Lichtquellensystem, das Beleuchtungslicht auf einen Zielbereich abgibt, einen Abtaster zum periodischen Abtasten des Beleuchtungslichts in dem Zielbereich in vorbestimmten Intervallen und einen Bilderzeuger zur Aufnahme des an dem Zielbereich reflektierten Lichtes und zur Abgabe einer Folge von Bildpixelsignalen.
Es kann eine Lichtquelle zur Abgabe roten, grünen und blauen Lichtes als Beleuchtungslicht zusammen mit einem Lichtquellentreiber vorgesehen sein, der die Beleuchtungslichtstärke steuert. Das rote, das blaue und das grüne Licht können gleichzeitig abgeben werden. Als Abtaster kann ein Lichtleiterantrieb vorgesehen sein, der die Spitze eines Abtastlichtleiters in zwei Dimensionen schwingungsartig bewegt, um das Beleuchtungslicht abtastend zu führen. Das reflektierte Licht kann durch Fotosensoren in der Spitze des Endoskops erfasst werden.
Das Endoskopsystem hat einen Luminanzdetektor, der eine Folge von Luminanzdaten des Objektbildes aus der Folge der Bildpixelsignale erfasst. Ferner hat es einen Helligkeitseinsteller, der die Helligkeit eines betrachteten Bildes abhängig von der Luminanzdatenfolge einstellt. Diese kann nacheinander in jedem Bildfeldintervall erfasst werden, und die Helligkeit wird in jedem dieser Intervalle abhängig von den in einem vorhergehenden Intervall erfassten Luminanzdaten eingestellt.
Bei der Erfindung stellt der Helligkeitseinsteller die Beleuchtungslichtmenge an jeder Abtastposition des Beleuchtungslichtes ein. Der zeitliche Verlauf der Änderung der Beleuchtungslichtmenge kann in jedem Bildfeldintervall geändert werden, was gegenüber konventionellen Endoskopen mit Abtastfunktion neu ist. Die Beleuchtungslichtmenge kann durch Steuern der Lichtintensität oder durch Öffnen/Schließen einer Blende eingestellt werden.
Da sich der Grad der Beleuchtung bei jeder Abtastposition ändern kann, wird die Helligkeit eines betrachteten Bildes für jedes Pixel eingestellt. Ein Teil des betrachteten Bildes kann nämlich ohne Bildbearbeitung korrigiert werden.
Die Helligkeitseinstellung kann neben einer Störsignalverringerung auch andere Zwecke erfüllen. Beispielsweise kann der Helligkeitseinsteller die Menge des Beleuchtungslichtes an einer Abtastposition in einem Randbereich eines betrachteten Bildes besonders einstellen.
Üblicherweise wird der Zentralbereich des Bildes zu dunkel, während der ihn umgebende Bereich zu hell erscheint. Deshalb kann der Helligkeitseinstellter die Beleuchtungslichtmenge an der Abtastposition eines Pixels relativ geringen Luminanzwertes erhöhen und die Beleuchtungslichtmenge an der Abtastposition eines Pixels relativ hohen Luminanzwertes verringern. Insbesondere kann der Helligkeitseinstellter die Beleuchtungslichtmenge so einstellen, dass der Änderungsbereich des Luminanzwertes schmal ist. In diesem Fall wird die Grauskala eines betrachteten Bildes vor und nach der Helligkeitskorrektur gleich gehalten.
Zur allmählichen Helligkeitsänderung von dem Zentralbereich zum Umgebungsbereich kann der Helligkeitseinsteller das Beleuchtungslicht um einen hohen Betrag verstärken, wenn ein an einer Abtastposition erfasster Luminanzwert in einem relativ niedrigen Wertebereich niedrig ist, und die Beleuchtungslichtmenge um einen hohen Betrag verringern, wenn ein an einer Abtastposition erfasster Luminanzwert in einem relativ hohen Wertebereich hoch ist. Der Helligkeitseinsteller erhöht oder verringert die Beleuchtungslichtmenge an jeder Abtastposition z. B. entsprechend der Dif ferenz eines an der Abtastposition erfassten Luminanzwertes und eines vorbestimmten Luminanzzielwertes.
Wenn die Helligkeit eines betrachteten Bildes nahezu stimmt, soll die Helligkeit nicht eingestellt werden. Der Helligkeitseinsteller unterbricht die Einstellung der Beleuchtungslichtmenge in einem nachfolgenden Abtastintervall, wenn der Prozentwert der Luminanzdaten außerhalb eines oberen oder unteren Toleranzgrenzwertes einen Schwellenwert überschreitet (z. B. um 10%).
Eine Einrichtung zum Einstellen der Helligkeit eines betrachteten Bildes hat gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung einen Luminanzdetektor, der eine Folge von Luminanzdaten des Objektbildes aus einer Folge von Bildpixelsignalen erfasst, die durch Reflexion des Beleuchtungslichtes an dem Zielbereich bei dessen periodischer Abtastung nacheinander auftreten; einen Determinator, der abhängig von der Folge der Luminanzdaten bestimmt, ob eine Helligkeitseinstellung erforderlich ist; und einen Helligkeitseinsteller der die Helligkeit eines betrachteten Bildes abhängig von der Folge von Luminanzdaten einstellt, wenn die Helligkeitseinstellung erforderlich ist. Der Helligkeitseinsteller stellt eine Beleuchtungslichtmenge an jeweils einer Abtastposition des Beleuchtungslichtes ein.
Ein computerlesbares Medium, das ein Programm zum Einstellen der Helligkeit eines betrachteten Bildes enthält, hat gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein Codesegment zur Luminanzerfassung, das eine Folge von Luminanzdaten des Objektbildes nacheinander aus einer Folge von Bildpixelsignalen erfasst, die nacheinander durch an dem Zielbereich reflektiertes Beleuchtungslicht erhalten werden, wenn dieser mit dem Beleuchtungslicht periodisch abgetastet wird; ein Bestimmungscodesegment zum Bestimmen, ob eine Helligkeitseinstellung erforderlich ist, aus der Folge von Luminanzdaten; und ein Codesegment zum Einstellen der Helligkeit, das die Helligkeit eines betrachteten Bildes abhängig von der Folge der Luminanzdaten einstellt, wenn die Helligkeitseinstellung erforderlich ist. Das Codesegment zur Helligkeitseinstellung stellt die Beleuchtungslichtmenge an jeweils einer Abtastposition des Beleuchtungslichtes ein.
Ein Verfahren zum Einstellen der Helligkeit eines betrachteten Bildes hat gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung die folgenden Schritte:

a) sukzessives Erfassen einer Folge von Luminanzdaten des Objektbildes aus einer Folge von Bildpixelsignalen, die sukzessiv durch an dem Zielbereich reflektiertes Licht erhalten werden, wenn dieser mit dem Beleuchtungslicht periodisch abgetastet wird,
b) Bestimmen, ob eine Helligkeitseinstellung erforderlich ist, abhängig von der Folge der Luminanzdaten, und
c) erforderlichenfalls Einstellen der Helligkeit eines betrachteten Bildes aus der Folge der Luminanzdaten durch Einstellen der Beleuchtungslichtmenge jeweils an einer Abtastposition des Beleuchtungslichtes.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 das Blockdiagramm eines Endoskopsystems als erstes Ausführungsbeispiel,
2 eine Abtasteinheit mit einem optischen Faserlichtleiter und einem spiralförmigen Abtastmuster,
3 das Zeitdiagramm einer Helligkeitseinstellung,
4 ein auf einem Bildschirm zur Betrachtung dargestelltes Bild,
5 das Flussdiagramm einer Helligkeitseinstellung durch eine Systemsteuerung,
6A und 6B den Zusammenhang eines in einem Bildintervall erfassten Luminanzwertes und eines Luminanzzielwertes für ein nachfolgendes Bildfeldintervall,
7 die Helligkeitseinstellung bei Überschreiten einer Grenzhelligkeit, und
8 das Zeitdiagramm eines Luminanzwertes und einer Beleuchtungslichtmenge gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
1 zeigt das Blockdiagramm eines Endoskopsystems als erstes Ausführungsbeispiel. 2 zeigt einen optischen Faserlichtleiter, eine Abtasteinheit und ein spiralförmiges Abtastmuster.
Das Endoskopsystem hat einen Prozessor 30 und ein Endoskop 10 mit einem Singlemode-Abtast-Faserlichtleiter 17 und einem Bildlichtleiter 14. Der Abtastlichtleiter 17 überträgt Beleuchtungslicht, während der Bildlichtleiter 14 Licht nach Reflexion an einem Betrachtungsbereich S z. B. eines Gewebes überträgt. Das Endoskop 10 ist an dem Prozessor 30 lösbar befestigt, und ein Monitor 60 ist mit dem Prozessor 30 verbunden.
Der Prozessor 30 enthält drei Laser 20R, 20G und 20B, die Rotlicht, Grünlicht und Blaulicht abgegeben. Die Laser 20R, 20G und 20B werden durch drei Lasertreiber 22r, 22g, 22b angesteuert. Das gleichzeitig abgegebene Rotlicht, Grünlicht und Blaulicht wird durch halbdurchlässige Spiegel 24 und eine Sammellinse 25 aufgenommen. Somit tritt in den Abtastlichtleiter 17 Weißlicht ein und wird zur Spitze 10T des Endoskops 10 übertragen. Das aus dem Abtastlichtleiter 17 austretende Licht beleuchtet den Zielbereich S.
Wie 2 zeigt, ist in der Spitze 10T des Endoskops 10 eine Abtasteinheit 16 angeordnet. Diese hat einen zylindrischen Antrieb 18 und führt Beleuchtungslicht abtastend über den Zielbereich S. Der Abtastlichtleiter 17 ist durch die Achse des Antriebs 18 hindurchgeführt. Seine Spitze 17A steht aus dem Antrieb 18 hervor und wird von ihm getragen oder gehalten.
Der an der Spitze 10T des Endoskops 10 befestigte Antrieb 18 ist ein piezoelektrischer rohrförmiger Antrieb, der die Spitze 17A des Abtastlichtleiters 17 in zwei Richtungen schwingungsartig bewegt. Genauer gesagt, bewegt der Antrieb 18 die Spitze 17A in einem Resonanzbetrieb in Richtung zweier zueinander senkrechter Achsen. Die Schwingung der Spitze 17A verlagert die Stirnfläche 17S des Abtastlichtleiters 17 gegenüber seiner Achsrichtung auf einer Spiralbahn.
Das an der Stirnfläche 17S des Abtastlichtleiters 17 austretende Licht wird durch eine Objektivlinse 19 auf den Zielbereich S gerichtet. Der von dem Abtastlichtstrahl durchlaufene Weg, also die Abtastlinie PT, folgt einer Spiralbahn (siehe 2). Da das radiale Spiralintervall AT schmal ist, wird der gesamte Betrachtungsbereich S von spiralförmig auftreffendem Licht ausgeleuchtet.
Das an dem Zielbereich S reflektierte Licht tritt in den Bildlichtleiter 14 ein und wird dem Prozessor 30 zugeführt. Wenn das reflektierte Licht aus dem Bildlichtleiter 14 austritt, wird es durch eine Linse 26 und halbdurchlässige Spiegel 27 in einen roten, einen grünen und einen blauen Lichtanteil zerlegt, die dann jeweils einem Fotosensor 28R, 28G und 28B (PMT) zugeführt werden. Dieser setzt das jeweils empfangene Rotlicht, Grünlicht und Blaulicht in Pixelsignale der Farben R, G und B um.
Die so erzeugten analogen Bildpixelsignale werden durch A/D-Umsetzer 29R, 29G und 29B in digitale Bildpixelsignale umgesetzt und dann einem Signalprozessor 32 zugeführt, mit dem ein Mapping-Prozess ausgeführt wird. Die sukzessiv erzeugten digitalen R-, G- und B-Bildpixelsignale werden entsprechend einem spiralförmigen Abtastmuster angeordnet. In dem Mapping-Prozess wird jedes digitale R, G- und B-Bildpixelsignal einer ihm entsprechenden Abtastposition zugeordnet, so dass sich rasterförmig angeordnete Bildpixelsignale ergeben. Die Pixelposition eines jeden digitalen R-, G- und B-Bildpixelsignals wird gemäß dieser Ordnung identifiziert, und es werden nacheinander die digitalen R-, G- und B-Bildpixelsignale jeweils eines Bildfeldes erzeugt.
In dem Signalprozessor 32 werden die erzeugten Bildpixelsignale zweier Dimensionen verschiedenen Bildbearbeitungen unterzogen, hierzu gehört ein Weißausgleichsprozess, und es werden Videosignale erzeugt. Diese werden dem Monitor 60 über einen Codierer 37 zugeführt, so dass ein Bild auf dem Monitor 60 dargestellt wird.
Eine Systemsteuerung 40 mit einer ROM-Einheit, einer RAM-Einheit und einer CPU steuert die Arbeitsweise des Videoprozessors 30 und des Endoskops 10 durch Abgabe von Steuersignalen an den Signalprozessor 32, die Lasertreiber 22R, 22G und 22B usw. In der ROM-Einheit ist ein Steuerprogramm gespeichert. Eine Zeitsteuerung 34 gibt Synchronisiersignale an die Lichtleitertreiber 36a, 36b zum Antrieb der Abtasteinheit 16, an die Lasertreiber 22R, 22G und 22B zum Synchronisieren der Schwingungsbewegung der Spitze 17A des Abtastlichtleiters 17 und zur zeitlichen Steuerung der Lichtabgabe ab. Die Systemsteuerung 40 liest Daten eines Helligkeitseinstellprozesses aus einem Bildspeicher 30 und einem Laserausgabespeicher 33.
Die Lichtabgabe der Laser 20R, 20G und 20B wird durch Treibersignale der Lasertreiber 22R, 22G und 22B gesteuert, um die Beleuchtungslichtmenge (Lichtintensität) an dem Zielbereich S einzustellen. In dem Signalprozessor 32 werden Luminanzsignale aus den digitalen Bildpixelsignalen erzeugt und der Systemsteuerung 40 zugeführt. Diese gibt Steuersignale an die Lasertreiber 22R, 22G und 22B ab, um die Beleuchtungslichtmenge an der jeweiligen Abtastposition des Beleuchtungslichtstrahls einzustellen.
3 zeigt ein Zeitdiagramm einer Helligkeitseinstellung. 4 zeigt ein auf einem Bildschirm dargestelltes Bild. Unter Bezugnahme auf 3 und 4 wird nun die Einstellung der Beleuchtungslichtmenge beschrieben.
3 zeigt den Zeitverlauf der Abgabe einer Beleuchtungslichtmenge LM durch die Laser 20R, 20G und 20B mit den Amplituden der Spitze 17A des Abtastlichtleiters 17 und der Luminanzdaten PL. In einem Intervall RA werden die Bildpixelsignale eines Bildfeldes erfasst, über das die Spitze des Lichtleiters 17 längs der Spiralbahn (2) innerhalb eines Bildfeldintervalls bewegt wird. Die Spitze 17A des Abtastlichtleiters 17 kehrt in einem Intervall RB innerhalb desselben Bildfeldintervalls zu der Zentralposition zurück.
Ein in 4 dargestellter Bildschirm zeigt ein betrachtetes Bild, wenn die Spitze 17A des Abtastlichtleiters 17 der Mitte eines internen Organs z. B. eines Verdauungsorgans, gegenübersteht. Die Luminanzdaten PL in dem Bildfeldintervall (A) gemäß 3 ergeben sich aus dem in 4 dargestellten Bild. Eine Beleuchtungslichtmenge LM wird zur leichteren Erklärung für das Bildfeldintervall (A) als konstant vorausgesetzt. Der Wert der Luminanzdaten wird z. B. in 256 Schritten angezeigt (d. h. ein Wert liegt im Bereich von 0 bis 255).
Bei dem in 4 dargestellten Bild nimmt der Wert der Luminanzdaten PL für Bildschirmpositionen, die von einem Zentralbereich A1 weiter entfernt sind und einem Umgebungsbereich A2 näher liegen, allmählich zu. Der Zentralbereich A1 des Bildschirms wird extrem dunkel, während der Umgebungsbereich A2 sehr hell wird, so dass ein sogenannter Lichthof teilweise in dem Umgebungsbereich A2 auftritt. Da die Abtastlinie einer Spiralbahn folgt, liegt der Luminanzwert eines Intervalls Q1 im Zentralbereich A1 des Bildes in der Folge der Luminanzdaten PL nahe einem Minimalwert, während der Luminanzwert eines Intervalls Q2 im Umgebungsbereich A2 nahe einem Maximalwert liegt.
Entsprechend ändert die Systemsteuerung 40 bei der Abtastung in dem nächsten Bildfeldintervall (B) die Beleuchtungslichtmenge an einer Abtastposition (Bildpunktposition), um die Bildhelligkeit an jeder Abtastposition einzustellen, d. h. für jedes Pixel des zu betrachtenden Bildes. Wie 3 zeigt, ändert sich in dem nächsten Bildfeldintervall (B) die Beleuchtungslichtmenge LM für jede Abtastposition. Konkret nimmt die Beleuchtungslichtmenge LM in dem Zentralbereich A1 relativ zu und in dem Umgebungsbereich A2 relativ ab.
Somit wird in dem Bildfeldintervall (B) der Bereich RR der Luminanzwerte PL schmal, verglichen mit demjenigen des Bildfeldintervalls (A). Somit wird eine Luminanzwertdifferenz zwischen einem hellen Bereich und einem dunklen Bereich des betrachteten Bildes nicht zu groß, sie wird hingegen begrenzt. In 4 ist ein Bild mit der Helligkeitseinstellung in dem Bildfeldintervall (B) gezeigt. Die Helligkeiten in dem Zentralbereich A1 und in dem Umgebungsbereich A2 werden auf einem geeigneten Wert gehalten. In dem zu betrachtenden Bild existiert kein extrem dunkler Bereich und keine Lichthofbildung. Diese Helligkeitseinstellung wird für jedes Bildfeldintervall ausgeführt.
5 zeigt das Flussdiagramm einer Helligkeitseinstellung mit der Systemsteuerung 40. Dieser Prozess wird während eines jeden Abtastzyklus ausgeführt (z. B. 1/30 Zeitintervall). 6A und 6B zeigen den Zusammenhang eines erfassten Luminanzwertes in einem Bildfeldintervall und eines Luminanzzielwertes in einem nachfolgenden Bildfeldintervall. 7 zeigt eine Helligkeitseinstellung bei Überschreiten eines Grenzwertes der Beleuchtungslichtmenge. Der Helligkeitseinstellungsprozess wird nun unter Bezugnahme auf 5 bis 7 erläutert.
In Schritt S101 werden Merker fH und fL auf Null gesetzt. Diese Merker sind variable Zahlen zum Bestimmen, ob die Beleuchtungslichtmenge in einem nachfolgenden Bildfeldintervall eingestellt werden sollte. Jeder Merker wird entweder auf 0 oder 1 gesetzt. In Schritt S102 wird entschie den, ob die Luminanzdaten und die Beleuchtungslichtdaten eines vorherigen Bildfeldintervalls in dem Bildspeicher 31 und in dem Laserausgabespeicher 33 gespeichert sind. Wenn die Daten nicht in diesen Speichern gespeichert sind, geht der Prozess zu Schritt S109.
Wird aber festgestellt, dass die Daten des vorherigen Bildfeldintervalls in den Speichern 31 und 33 gespeichert sind, geht der Prozess zu Schritt S103, wo gefragt wird, ob der Merker fH oder der Merker fL den Wert 1 hat. Wie noch beschrieben wird, werden die Merker fH und fL auf 0 gesetzt, wenn die Beleuchtungslichtmenge nicht eingestellt werden muss. Ist diese Einstellung aber für ein nachfolgendes Bildfeldintervall nötig, wurde einer der Merker fH und fL auf 1 gesetzt.
In Schritt 104 wird die Beleuchtungslichtmenge, die die Laser 20R, 20G und 20B abgeben sollen, mit den folgenden Formeln ermittelt. Darin ist L_n+1 ein Ausgabewert in dem Bildfeldintervall n + 1 und L_n ein Ausgabewert in dem Bildfeldintervall n. Ln+1 = Ln – Ln(Yn – Yn+1)/100 (1)(Y > Y_max/2) Ln+1 = Ln + Ln(Yn – Yn+1)/100 (2)(Y_n ≤ Y_max/2)
Y_n ist ein erfasster Luminanzwert einer jeden Abtastposition (Pixel), in dem Bildfeldintervall n. Andererseits ist Y_n+1 ein Luminanzzielwert eines jeden Pixels in dem Bildintervall n + 1. Wie in der folgenden Formel gezeigt, wird Y_n+1 als Funktion von Y_n repräsentiert. Yn+1 = Yn(3/5) + 20 (3)
Es wird nun eine Helligkeitskorrektur gemäß den Formeln (1) bis (3) erläutert. Die in 6A dargestellte Graphik zeigt den Zusammenhang von Y_n und Y_n+1, wenn die Helligkeitseinstellung nicht erforderlich ist. Die vertikale Achse zeigt einen Luminanzzielwert Y_n+1 für das Bildfeldintervall n + 1. Der Luminanzzielwert wird in Prozent eines maximalen Luminanzwertes angegeben. Die horizontale Achse zeigt einen erfassten Luminanzwert Y_n (gleichfalls als Prozentwert des Maximalwertes) für das Bildfeldintervall n.
Wird in dem Bildfeldintervall n + 1 keine Helligkeitseinstellung vorgenommen, so wird ein Luminanzzielwert Y_n+1 direkt auf den erfassten Luminanzwert Y_n gesetzt. Da bei einem vorgegebenen Pixel ein Luminanzzielwert Y_n+1 mit einem entsprechenden erfassten Luminanzwert Y_n übereinstimmt, ist der Zusammenhang eines Luminanzzielwertes Y_n+1 und eines erfassten Luminanzwertes Y_n durch eine gerade Linie KL dargestellt. Deshalb wird ein Laserausgabewert L_n+1 für das Bildfeldintervall n + 1 direkt auf den Laserausgabewert des Bildfeldintervalls n gesetzt, wie es den Formeln (1) und (2) entnommen werden kann. Die Ausgabewerte der Laser 20R, 20G und 20B stimmen überein.
Wenn andererseits eine Helligkeitskorrektur erfolgt, wird der Luminanzwert Y_n+1 für das Bildfeldintervall n + 1 mit der Formel (3) ermittelt. In 6B ist eine gerade Linie KL1 gezeigt. Der Laserausgabewert L_n+1 wird mit der Formel (1) oder (2) berechnet. Abhängig von dem erfassten Luminanzwert Y_n+1 wird bestimmt, ob die Beleuchtungslichtmenge erhöht oder verringert werden muss. Ist ein erfasster Luminanzwert Y_n+1 größer als 50% des maximalen Luminanzwertes Y_max, wird die Beleuchtungs lichtmenge gemäss der Formel (1) erhöht. Ist der Luminanzwert Y_n gleich oder kleiner als 50% des maximalen Luminanzwertes Y_max, wird die Beleuchtungslichtmenge gemäß der Formel (2) verringert.
Der Laserausgabewert L_n+1 wird so gesetzt, dass die Beleuchtungslichtmenge kleiner wird, wenn ein erfasster Luminanzwert Y_n ansteigt, und größer wird, wenn der erfasste Luminanzwert Y_n abfällt, wie es die gerade Linie KL1 zeigt. Der Betrag der Abnahme/Zunahme hängt von dem Unterschied von Y_n und Y_n+1 ab.
Diese Helligkeitskorrektur verringert den Bereich der Luminanzzielwerte. Gemäß 6B ändert sich dieser Bereich von 0 bis 100% bis zu 20 bis 80%. Somit kann ein extrem dunkler Bereich oder eine Lichthofbildung nicht auftreten. Die Helligkeitskorrektur wird an jeder Abtastposition oder für jedes Pixel ausgeführt. Nach dem Schritt S104 geht der Prozess zu Schritt S105.
Hier wird entschieden, ob ein Laserausgabewert gemäß Formel (1) oder (2) größer als oder gleich einem oberen Grenzwert TL ist. Dieser Grenzwert TL ist durch die Leistung der Laser 20R, 20G und 20B bestimmt. Wird festgestellt, dass der berechnete Laserausgabewert größer als der obere Grenzwert TL ist, wird er auf den oberen Grenzwert TL gesetzt (S106).
In Schritt S107 wird geprüft, ob ein Laserausgabewert gemäß Formel (1) oder (2) kleiner als oder gleich einem unteren Grenzwert TU ist. Wird festgestellt, dass der berechnete Laserausgabewert kleiner als der untere Grenzwert TU ist, wird er auf den unteren Grenzwert gesetzt (S108).
Es werden nun die Prozesse der Schritte S105 bis S108 erläutert. In 7 ist eine Änderung der Beleuchtungslichtmenge dargestellt. In dem ersten Bildfeldintervall ist die Beleuchtungslichtmenge konstant. Die horizontale Achse gibt die Abtastzeit für ein Bildfeldintervall an. In dem nächsten Bildfeldintervall wird die Beleuchtungslichtmenge auf einem Wert gemäß Formel (1) oder (2) eingestellt, wobei sie allmählich abnimmt. Die Beleuchtungslichtmenge nimmt nämlich zu, je näher sie der Mitte eines Bildes liegt, sie nimmt jedoch ab, wenn sie dem Umgebungsbereich näher kommt.
Muss die Helligkeit weiter korrigiert werden, so könnte die Beleuchtungslichtmenge in dem nächsten Bildfeldintervall in dem zentralen Bereich A1 oder dem Umgebungsbereich A2 des betrachteten Bildes zu stark zunehmen oder abnehmen. In diesem Fall ist der berechnete Laserausgabewert entweder größer als der obere Grenzwert TL oder kleiner als der untere Grenzwert TU. Deshalb wird der berechnete Laserausgabewert im Zentralbereich A1 oder im Umgebungsbereich A2 des betrachteten Bildes auf den oberen Grenzwert TL oder den unteren Grenzwert TU geändert oder korrigiert.
Nachdem die Beleuchtungslichtmenge für jedes Pixel in den Schritten S104 bis S108 bestimmt wurde, werden in Schritt S109 die Ausgabewerte der Laser 20R, 20G und 20B entsprechend dem bestimmten Betrag eingestellt. Die Beleuchtungslichtmenge in einem nachfolgenden Bildfeldintervall wird in Zuordnung zu der Schwingung der Spitze 17A des Abtastlichtleiters 17 eingestellt.
In Schritt S110 werden die in Schritt S104 erhaltenen Laserausgabewerte in dem Laser-Ausgabespeicher 33 gespeichert. Ferner wird ein Lumi nanzwert für jeden Bildpunkt oder Pixel während eines spiralförmigen Abtastvorgangs erfasst. Die Luminanzwerte eines erfassten Bildfeldes werden in dem Bildspeicher 31 gespeichert. Die Histogrammdaten der Luminanzwerte und der Laserausgabewerte werden erzeugt und in den Bildspeicher 31 und den Laser-Ausgabespeicher 33 eingeschrieben.
In Schritt S111 wird gefragt, ob ein Prozentwert von Luminanzwerten eines Bildfeldes, die einen oberen. Toleranzgrenzwert WU überschreiten, gleich oder größer als 10% ist. Der obere Toleranzgrenzwert WU repräsentiert einen oberen Wert des Luminanzwertebereichs, der eine Bildbetrachtung nicht stört. Wenn der Prozentwert gleich oder größer als 10% ist, wird entschieden, dass für das nächste Bildfeldintervall eine Helligkeitskorrektur erforderlich ist, und der Merker fH wird auf 1 gesetzt (Schritt S112). Wenn der Prozentwert andererseits kleiner als 10% ist, wird die im nächsten Bildfeldintervall keine Helligkeitskorrektur vorgenommen, und der Merker fH wird auf 0 gesetzt (Schritt S113).
In Schritt S114 wird gefragt, ob der Prozentwert der Luminanzwerte eines Bildfeldes, die einem unteren Luminanzgrenzwert WL unterschreiten, gleich oder größer als 10% ist und ob der Prozentwert der berechneten Laserausgabewerte, die den oberen Grenzwert TL (Schritt S105) überschreiten, kleiner als 50% ist. Der untere Toleranzgrenzwert WL ist ein Grenzwert, der die Bildbetrachtung nicht stört.
Wenn der Prozentwert der Luminanzwerte unter dem unteren Toleranzgrenzwert WL gleich oder größer als 10% ist und 50% oder weniger der berechneten Laserausgabewerte den oberen Grenzwert TL überschreiten, wird entschieden, dass eine Helligkeitskorrektur in dem nächsten Bildfeldintervall vorzunehmen ist, und der Merker f_L wird auf 1 gesetzt (Schritt S115). Wenn andererseits festgestellt wird, dass der Prozentwert der Luminanzwerte kleiner als 10% ist oder mehr als 50% der berechneten Laserausgabewerte den oberen Grenzwert TL überschreiten, wird entschieden, dass in dem nächsten Bildfeldintervall keine Helligkeitskorrektur erforderlich ist, und der Merker fL wird auf 0 gesetzt (Schritt S116).
In Schritt S117 wird bestimmt, ob die Bildbetrachtung beendet wurde. Trifft dies zu, so wird der Prozess beendet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Spitze 17A des Abtastlichtleiters 17 in jedem Bildfeldintervall auf einer Spiralbahn schwingungsartig bewegt, und das Beleuchtungslicht tastet ein Objekt ab, das nachfolgend betrachtet wird. Somit werden dann die Luminanzdaten eines Bildfeldes erfasst. Wenn in einem betrachteten Bild ein extrem dunkler Bereich und/oder eine Lichthofbildung auftritt, wodurch ein Toleranzwert überschritten wird (Schritte S111 und S113), wird eine Helligkeitskorrektur in dem nächstfolgendem Bildfeldintervall durchgeführt (Schritte S112 und S115).
In dem nächsten Bildfeldintervall wird die Beleuchtungslichtmenge, nämlich die Ausgabewerte der Laser 20R, 20G und 20B, mit den Formeln (1) bis (3) berechnet (Schritte S104, S106 und S108). Eine abnehmende oder zunehmende Beleuchtungslichtmenge wird aus der Differenz eines Luminanzzielwertes und eines erfassten Luminanzwertes bei jedem Pixel bestimmt. Dann werden die Laser 20R, 20G und 20B an einer Abtastposition oder Pixelposition so gesteuert, dass der Laserausgabewert für ein Pixel verringert wird, bei dem in dem vorherigen Bildfeldintervall ein relativ hoher Luminanzwert erfasst wurde, während der Laserausgabewert für ein Pixel erhöht wird, das einen relativ geringen Luminanzwert hatte (Schritt S109). Wenn eine Helligkeitskorrektur nicht erforderlich ist, wird in dem nachfolgenden Bildfeldintervall keine Helligkeitseinstellung vorgenommen (Schritte S103, S113 und S116).
Die Helligkeitskorrektur gemäß den Formeln (1) bis (3) berücksichtigt einen Grad einer Grauskala in einem Objektbild vor und nach der Helligkeitskorrektur. Zusätzlich ändert die Helligkeitskorrektur die Helligkeit von dem Zentralbereich zu dem Umgebungsbereich allmählich. Durch die Helligkeitskorrektur kann ein Benutzer ein Gewebe leicht diagnostizieren.
Unter Bezugnahme auf 8 wird nun das zweite Ausführungsbeispiel beschrieben. Dieses unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass eine Helligkeitseinstellung durchgeführt wird, um den Rand oder eine Kontur eines betrachteten Bildes zu verbessern.
8 zeigt ein Zeitdiagramm eines Luminanzwertes und einer Beleuchtungslichtmenge für das zweite Ausführungsbeispiel. Die in 8 gezeigten Luminanzdaten enthalten einen Randbereich E, der einer Grenze zwischen einem dunklen Bereich P und einem hellen Bereich Q entspricht. Der dunkle Bereich P liegt in dem Zentralbereich eines betrachteten Bildes, während der helle Bereich Q in dem Umgebungsbereich liegt. In diesem Fall werden die Laserausgabewerte der Laser 20R, 20G und 20B so gesteuert, dass der Randbereich E bei einem nachfolgenden Bildfeldintervall hervorgehoben wird. Der Laserausgabewert wird dabei so gesteuert, dass eine Differenz vor und nach einem Randbereich E auftritt, wie es ein Pfeil ZZ zeigt. Somit wird ein Unterschied eines hohen Luminanzwertes P' und eines geringen Luminanzwertes Q' in dem Randbereich E vergrößert, und die Konturen eines Objektbildes werden schärfer dargestellt.
Bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Helligkeit für jedes Bildfeldintervall eingestellt. Ein Luminanzwerterfassungsprozess und ein Ausgabeeinstellprozess können aber auch über zwei Bildfeldintervalle abwechselnd ausgeführt werden. Hierbei wird z. B. ein Luminanzwert in dem ersten Bildfeldintervall bei konstanter Beleuchtung erfasst, und in dem zweiten Bildfeldintervall wird ein Laserausgabewert eingestellt.
Die Helligkeitskorrektur kann wahlweise auch zu einem anderen Zweck als zur Störsignalverringerung zum Beseitigen einer Lichthofbildung oder extremer Dunkelheit oder zur Randverbesserung durchgeführt werden, wie es jeweils beschrieben wurde. Ferner kann ein Laserausgabewert nach einem anderen Verfahren als nach den Formeln (1) bis (3) berechnet werden. Beispielsweise kann eine Helligkeitseinstellung nur für Pixel vorgenommen werden, die in einem Lichthofbereich liegen.
Für die Abtastung muss kein Faserlichtleiter benutzt werden. Beispielsweise kann das Beleuchtungslicht durch Bewegen einer optischen Linse in dem Lichtleiter abtastend bewegt werden. Auch kann der Laserausgabewert für jede Lichtkomponente R, G und B eingestellt werden. Schließlich kann auch eine andere Lichtquelle als ein Lasersystem benutzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6294775 [0002]

Claims

Endoskopsystem mit einem Lichtquellensystem (16, 17, 19) zur Abgabe von Beleuchtungslicht in einen Zielbereich (S), einem Abtaster (18) zum periodischen Abtasten des Zielbereichs (S) in vorbestimmten Abtastintervallen mit dem Beleuchtungslicht, einem Bilderzeuger (30) zur Aufnahme des an dem Zielbereich (S) reflektierten Beleuchtungslichtes und zum Erzeugen einer Folge von Bildpixelsignalen, einem Luminanzdetektor (32) zum Erfassen einer Folge von Luminanzdaten eines Objektbildes aus der Folge der Bildpixelsignale, und einem Helligkeitseinsteller (40) zum Einstellen der Helligkeit eines betrachteten Bildes aus der Folge von Luminanzdaten durch Einstellen der Beleuchtungslichtmenge an einer Abtastposition des Beleuchtungslichtes.
Endoskopsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Helligkeitseinsteller (40) die Beleuchtungslichtmenge an der Abtastposition eines Pixels relativ geringen Luminanzwertes erhöht und die Beleuchtungslichtmenge an der Abtastposition eines Pixels mit relativ hohem Luminanzwert verringert.
Endoskopsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Helligkeitseinsteller (40) die Beleuchtungslichtmenge so einstellt, dass sich der Bereich einer Luminanzwertänderung verringert.
Endoskopsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Helligkeitseinsteller (40) die Beleuchtungslichtmenge um einen großen Betrag erhöht, wenn der an einer Abtastposition erfasste Luminanzwert innerhalb eines relativ niedrigen Luminanzwertbereichs niedrig ist, und die Beleuchtungslichtmenge um einen großen Betrag verringert, wenn der an einer Abtastposition erfasste Luminanzwert innerhalb eines relativ hohen Luminanzwertbereichs hoch ist.
Endoskopsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Helligkeitseinsteller (40) die Beleuchtungslichtmenge an jeder Abtastposition entsprechend der Differenz eines erfassten Luminanzwertes und eines vorbestimmten Luminanzzielwertes erhöht oder verringert.
Endoskopsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Helligkeitseinsteller (409 die Einstellung der Beleuchtungslichtmenge eines nachfolgenden Abtastintervalls unterbricht, wenn der Prozentwert der Luminanzdaten außerhalb eines oberen oder unteren Toleranzgrenzwertes liegt.
Endoskopsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Helligkeitseinsteller (40) die Beleuchtungslichtmenge an Abtastpositionen in einem Randbereich eines betrachteten Bildes einstellt.
Endoskopsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Lichtquellensystem (16, 17, 19) eine Lichtquelle (20) zur Abgabe roten, grünen und blauen Lichtes als Beleuchtungslicht und einen Lichtquellentreiber (22) zum Steuern der Intensität des Beleuchtungslichtes gehört.
Endoskopsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtaster (18) einen Antrieb enthält, der die Spitze (17A) eines Abtast-Faserlichtleiters (17) schwingungsartig in zwei Richtungen bewegt, um das Beleuchtungslicht abtastend zu führen.
Einrichtung zum Einstellen der Helligkeit eines betrachteten Bildes in einem Endoskopsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: einen Luminanzdetektor (32) zum Erfassen einer Folge von Luminanzdaten eines Objektbildes aus einer Folge von Bildpixelsignalen, die nacheinander durch an einem Zielbereich (S) reflektiertes Beleuchtungslicht erhalten werden, wenn dieses den Zielbereich (S) periodisch abtastet, einen Determinator zum Bestimmen, ob eine Helligkeitseinstellung erforderlich ist, abhängig von der Folge der Luminanzdaten, und einen Helligkeitseinsteller (40) zum Einstellen der Helligkeit eines betrachteten Bildes abhängig von der Folge der Luminanzdaten, wenn die Helligkeitseinstellung erforderlich ist, wobei die Beleuchtungslichtmenge jeweils an einer eine Abtastposition des Beleuchtungslichtes eingestellt wird.
Computerlesbares Medium zum Speichern eines Programms zur Einstellung der Helligkeit eines betrachteten Bildes in einem Endoskopsystem, umfassend: ein Codesegment zum Erfassen der Luminanz in Form einer Folge von Luminanzdaten des Objektbildes abhängig von einer Folge von Bildpixelsignalen, die nacheinander durch an einem Zielbereich (S) reflektiertes Beleuchtungslicht erhalten werden, wenn dieses den Zielbereich periodisch abtastet, ein Codesegment zum Entscheiden, ob eine Helligkeitseinstellung erforderlich ist, abhängig von der Folge der Luminanzdaten, und ein Codesegment zur Helligkeitseinstellung, das die Helligkeit eines betrachteten Bildes an einer Abtastposition abhängig von der Folge der Luminanzdaten einstellt, wenn sie erforderlich ist.
Verfahren zum Einstellen der Helligkeit eines betrachteten Bildes in einem Endoskopsystem, gekennzeichnet durch Erfassen einer Folge von Luminanzdaten eines Objektbildes abhängig von einer Folge von Bildpixelsignalen, die nacheinander durch an den Zielbereich reflektiertes Beleuchtungslicht erhalten werden, wenn dieses den Zielbereich periodisch abtastet, Bestimmen, ob eine Helligkeitseinstellung erforderlich ist, abhängig von der Folge der Luminanzdaten, und Einstellen der Helligkeit eines betrachteten Bildes abhängig von der Folge der Luminanzdaten, wenn die Helligkeitseinstellung erforderlich ist, wozu die Beleuchtungslichtmenge für jede Abtastposition des Beleuchtungslichtes eingestellt wird.