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{Technisches Gebiet}
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bildverarbeitungsgerät, ein medizinisches Beobachtungssystem und ein Bildverarbeitungsprogramm.
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{Stand der Technik}
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Ein bekanntes Hilfs-Diagnosegerät für ein Endoskop verbessert die Unterscheidbarkeit eines Subjekts in einem Endoskopiebild durch Konvertieren der Farbinformationen jedes Pixels eines Endoskopiebildes vom RGB-Format in das HSV-Format und Kodierung der Farbinformationen auf der Grundlage eines erhaltenen Farbtonwerts, Chromawerts und Helligkeitswerts (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1).
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{Literaturliste}
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{Patentliteratur}
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{PTL 1}
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- Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 2013-094562
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{Zusammenfassung der Erfindung}
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{Technische Aufgabe}
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Da die Kodierung der Farbinformationen zu einem Verlust von morphologischen Informationen des Subjekts im Endoskopiebild führt, besteht jedoch ein Problem darin, dass die Morphologie des Subjekts nicht vom kodierten Bild beobachtet werden kann.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Umstände gemacht und eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Bildverarbeitungsgeräts, eines medizinischen Beobachtungssystems und eines Bildverarbeitungssystems, das ein Bild bereitstellen kann, in dem eine hohe Unterscheidbarkeit eines Subjekts sichergestellt wird, während gleichzeitig die morphologischen Informationen des Subjekts, die in einem Originalbild enthalten sind, erhalten bleiben.
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{Lösung der Aufgabe}
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Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung die folgenden Lösungen bereit.
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Bildverarbeitungsgerät bereit, das eine Farbtonerfassungseinheit umfasst, die Farbtoninformationen jedes Pixels aus einem Originalfarbbild erfasst, das von einem externen Gerät empfangen wurde; eine Helligkeitserfassungseinheit, die Helligkeitsinformationen jedes Pixels aus dem Originalbild erfasst; eine Farbkomponenten-Auswahleinheit, die eine Konversionszielfarbkomponente jedes Pixels des Originalbilds aus einer Vielzahl von vorgegebenen Farbkomponenten auf der Grundlage der Farbtoninformationen auswählt; sowie eine Einheit zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes, die ein farbkonvertiertes Bild erzeugt, indem die Helligkeitsinformation jedes Pixels des Originalbildes der Konversionszielfarbkomponente zugewiesen wird, die von der Farbkomponenten-Auswahleinheit ausgewählt wird. Die Farbkomponenten-Auswahleinheit wählt die Konversionszielfarbkomponente aus, die mit einem Farbtonbereich assoziiert ist, dem die Farbtoninformationen jedes Pixels zugehören, wobei der Farbtonbereich in einer Vielzahl von Farbtonbereichen enthalten ist, die durch Aufteilung der Farbtöne auf der Grundlage eines Farbton-Schwellwertes erhalten werden. Die Einheit zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes erzeugt das farbkonvertierte Bild, indem sie einen Abstufungswert auf der Grundlage der von der Helligkeitserfassungseinheit erfassten Helligkeitsinformationen auf jeden Pixel anwendet, der der ausgewählten Konversionszielfarbkomponente im farbkonvertierten Bild entspricht.
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Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden, wenn das Originalbild von außen eingegeben wird, die Farbtoninformationen jedes Pixels des Originalbildes von der Farbtonerfassungseinheit erfasst; die Konversionszielfarbkomponente jedes Pixels wird von der Farbkomponenten-Auswahleinheit auf der Grundlage des erfassten Farbtons ausgewählt, und der Farbton jedes Pixels wird von der Einheit zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes in einen Farbton entsprechend der ausgewählten Konversionszielfarbkomponente konvertiert. Somit wird ein farbkonvertiertes Bild, in dem nur die Konversionszielfarbkomponente verwendet wird, vom vollfarbigen Originalbild erzeugt.
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In diesem Fall ist der Farbton von Subjekt zu Subjekt unterschiedlich, selbst wenn eine Vielzahl von Subjekten, die im Originalbild enthalten sind, ähnliche Farben aufweisen. Daher gehören die Farbtoninformationen der Pixel, die einem Subjekt entsprechen, und die Farbtoninformationen der Pixel, die einem anderen Subjekt entsprechen, verschiedenen Farbtonbereichen an, so dass die Vielzahl von Subjekttypen mit verschiedenen Konversionszielfarbkomponenten im farbkonvertierten Bild angezeigt werden. Daher kann eine hohe Unterscheidbarkeit der Subjekte im farbkonvertierten Bild sichergestellt werden.
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Des Weiteren bleiben morphologische Informationen eines Subjekts im Originalbild von den drei Elementen Farbton, Chroma und Helligkeit, die die Farbe eines jeden Pixels des Originalbilds bilden, hauptsächlich in der Helligkeit erhalten. Durch Einstellung des Abstufungswertes jedes Pixels im farbkonvertierten Bild auf einen Wert, der auf den von der Helligkeitserfassungseinheit erfassten Helligkeitsinformationen jedes Pixels des Originalbilds basiert, kann daher ein farbkonvertiertes Bild, in dem die im Originalbild enthaltenen morphologischen Informationen des Subjekts erhalten bleiben, erzeugt werden.
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Im ersten Aspekt kann das Bildverarbeitungsgerät weiterhin eine Chromaerfassungseinheit umfassen, die die Chromainformationen jedes Pixels vom Originalbild erfasst. Die Farbkomponenten-Auswahleinheit kann die Konversionszielfarbkomponente auswählen, die mit einem Chromabereich verbunden ist, dem die Chromainformationen jedes Pixels angehören, wobei der Chromabereich in einer Vielzahl von Chromabereichen enthalten ist, die durch Aufteilung eines Bereichs erhalten werden, in dem die von der Chromaerfassungseinheit erfassten Chromainformationen auf der Grundlage eines vorher festgelegten Chromaschwellwerts verteilt sind.
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Subjekte, die ähnliche Farbtöne aufweisen, so dass eine Trennung aufgrund des Farbtons allein schwierig ist, können somit auf der Grundlage des Unterschieds im Chroma voneinander unterschieden werden, und sie können mit verschiedenen Farbtönen im farbkonvertierten Bild angezeigt werden.
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Im oben beschriebenen ersten Aspekt kann das Bildverarbeitungsgerät weiterhin eine Überlagerungsbild-Erzeugungseinheit umfassen, die ein Überlagerungsbild erzeugt, in dem das Originalbild und das farbkonvertierte Bild überlagert sind.
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Somit kann ein Überlagerungsbild erzeugt werden, das eindeutigere morphologische Informationen des Subjekts enthält.
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Im oben beschriebenen ersten Aspekt kann die Überlagerungsbild-Erzeugungseinheit das Originalbild und das farbkonvertierte Bild überlagern, während jeweils Gewichtungen auf diese angewandt werden, so dass die Gewichtung für das Originalbild größer ist als die Gewichtung für das farbkonvertierte Bild.
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Somit kann eine Veränderung der Farbe des Subjekts im Überlagerungsbild, die durch die Überlagerung des farbkonvertierten Bildes auf dem Originalbild verursacht wird, unterdrückt werden.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein medizinisches Beobachtungssystem bereit, einschließlich eines Beobachtungsgeräts, das ein biologisches Farbbild durch Fotografieren eines biologischen Organismus erfasst, und des oben erwähnten Bildverarbeitungsgeräts, das das biologische Bild als Originalbild vom Beobachtungsgerät empfängt.
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Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein farbkonvertiertes Bild im Bildverarbeitungsgerät vom biologischen Bild erzeugt, das vom Beobachtungsgerät erfasst wird. In diesem Fall umfasst das biologische Bild eine Vielzahl von Gewebe- und Organarten mit rotbasierten Farben. Da diese Vielzahl von Gewebe- und Organarten, die ähnliche Farben aufweisen, mit verschiedenen Farbtönen im farbkonvertierten Bild angezeigt werden, können die Vielzahl von Gewebe- und Organarten, die im biologischen Bild schwer voneinander unterscheidbar sind, im farbkonvertierten Bild leicht voneinander unterschieden werden. Weiterhin kann die Morphologie des Subjekts auch durch Verwendung des farbkonvertierten Bilds beobachtet werden.
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Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Bildverarbeitungsprogramm bereit, das bewirkt, dass ein Computer einen Prozess ausführt, einschließlich eines Farbtonerfassungsschritts zur Erfassung von Farbtoninformationen jedes Pixels aus einem Originalfarbbild, eines Helligkeitserfassungsschritts zur Erfassung von Helligkeitsinformationen jedes Pixels aus dem Originalbild, eines Farbkomponenten-Auswahlschritts zur Auswahl einer Konversionszielfarbkomponente jedes Pixels des Originalbildes aus einer Vielzahl von vorher festgelegten Farbkomponenten auf der Grundlage der Farbtoninformationen; und eines Schritts der Erzeugung eines farbkonvertierten Bildes zur Erzeugung eines farbkonvertierten Bildes durch Zuweisung der Helligkeitsinformationen jedes Pixels des Originalbildes zur Konversionszielfarbkomponente, die von der Farbkomponenten-Auswahleinheit ausgewählt wird. Der Schritt der Farbkomponentenauswahl umfasst die Auswahl der Konversionszielfarbkomponente, die mit einem Farbtonbereich assoziiert ist, dem die Farbtoninformationen jedes Pixels angehören, wobei der Farbtonbereich in einer Vielzahl von Farbtonbereichen enthalten ist, die durch Aufteilung der Farbtöne auf der Grundlage eines Farbtonschwellwerts erhalten werden. Der Schritt der Erzeugung des farbkonvertierten Bildes umfasst die Erzeugung des farbkonvertierten Bildes durch Anwendung eines Abstufungswerts auf der Grundlage der Helligkeitsinformationen, die im Helligkeitserfassungsschritt für jeden Pixel entsprechend der ausgewählten Konversionszielfarbkomponente im farbkonvertierten Bild erfasst werden.
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{Vorteilhafte Effekte der Erfindung}
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Die vorliegende Erfindung ist vorteilhaft, da sie ein Bild bereitstellen kann, in dem eine hohe Unterscheidbarkeit eines Subjekts sichergestellt wird, während gleichzeitig in einem Originalbild enthaltene morphologische Informationen des Subjekts erhalten bleiben.
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{Kurze Beschreibung der Zeichnungen}
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1 veranschaulicht die Gesamtkonfiguration eines medizinischen Beobachtungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionen eines Bildverarbeitungsgeräts im medizinischen Beobachtungssystem in 1 illustriert.
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3 illustriert einen Farbraum, der durch Farbton, Chroma und Helligkeit gebildet wird.
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4 veranschaulicht ein Beispiel der Verteilung von Farben eines biologischen Bildes in einer Farbton-Chroma-Ebene.
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5 veranschaulicht ein Beispiel des biologischen Bildes.
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6 veranschaulicht ein Beispiel eines farbkonvertierten Bildes, das vom biologischen Bild in 5 erzeugt wurde.
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7 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess veranschaulicht, der vom Bildverarbeitungsgerät in 1 ausgeführt wird.
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8 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionen eines Bildverarbeitungsgeräts in einem medizinischen Beobachtungssystem entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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9 veranschaulicht ein weiteres Beispiel des biologischen Bildes.
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10 veranschaulicht ein Beispiel eines farbkonvertierten Bildes, das vom biologischen Bild in 9 erzeugt wurde.
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11 veranschaulicht ein weiteres Beispiel der Verteilung von Farben des biologischen Bildes in der Farbton-Chroma-Ebene.
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12 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess veranschaulicht, der vom Bildverarbeitungsgerät in 8 ausgeführt wird.
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13 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionen eines Bildverarbeitungsgeräts in einem medizinischen Beobachtungssystem entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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{Beschreibung der Ausführungsformen}
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Erste Ausführungsform
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Ein Bildverarbeitungsgerät 1 und ein medizinisches Beobachtungssystem 100, das mit dem Bildverarbeitungsgerät 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist, wird nachfolgend mit Bezug auf 1 bis 7 beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt umfasst das medizinische Beobachtungssystem 100 gemäß dieser Ausführungsform eine Lichtquelle 2, die Beleuchtungslicht ausgibt, ein Endoskop (externes Gerät; Beobachtungsgerät), das in einen biologischen Organismus eingeführt wird, um zur Beobachtung des Inneren des biologischen Organismus verwendet zu werden; das Bildverarbeitungsgerät 1, das ein biologisches Bild verarbeitet, das vom Endoskop 3 erfasst wird; und eine Anzeigeeinheit 4, die das vom Bildverarbeitungsgerät 1 ausgegebene Bild anzeigt.
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Das Endoskop 3 umfasst eine Beleuchtungslinse 31 und eine Objektivlinse 32, die an einem distalen Ende 3a von ihm vorgesehen sind, und es umfasst ferner ein Bildgebungselement 33. Die Beleuchtungslinse 31 gibt das von der Lichtquelle 2 gelieferte Beleuchtungslicht über eine Lichtführung 34 zur vorderen Seite des distalen Endes 3a aus. Die Objektivlinse 32 fokussiert eingegebenes Licht von einem biologischen Gewebe S, das dem distalen Ende 3a zugewandt ist, auf eine Bildgebungsoberfläche des Bildgebungselements 33, das am unteren Ende der Objektivlinse 32 vorgesehen ist.
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Das Bildgebungselement 33 ist beispielsweise ein Farb-CCD oder ein Farb-CMOS, und die Pixel eines ganzfarbigen biologischen RGB-Bildes, das vom Bildgebungselement 33 erfasst wird, weisen jeweils Farbinformationen im RGB-Format auf. Insbesondere haben die Pixel des biologischen Bildes jeweils einen R-Kanal, einen G-Kanal und einen B-Kanal, und jeder Kanal weist eine vorher festgelegte Zahl von Abstufungen auf (z. B. 256 Abstufungen). Das Bildgebungselement 33 überträgt das erfasste biologische Bild an das Bildverarbeitungsgerät 1.
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Wie in 2 gezeigt umfasst das Bildverarbeitungsgerät 1 eine Empfangseinheit 11, die das biologische Bild (d. h. das Originalbild) vom Bildgebungselement 33 empfängt; eine Farbtonerfassungseinheit 12, die Farbtoninformationen jedes Pixels vom biologischen Bild erfasst; eine Helligkeitserfassungseinheit 13, die Helligkeitsinformationen jedes Pixels vom biologischen Bild erfasst; eine Farbkomponenten-Auswahleinheit 14, die eine Konversionszielfarbkomponente jedes Pixels des biologischen Bildes aus zwei Farbkomponenten auswählt; eine Einheit 15 zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes, die den Farbton jedes Pixels des biologischen Bildes in die Konversionszielfarbkomponente konvertiert, um so ein farbkonvertiertes Bild zu erzeugen; sowie eine Übertragungseinheit 16, die das farbkonvertierte Bild an die Anzeigeeinheit 4 überträgt.
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Das Bildverarbeitungsgerät 1 ist beispielsweise ein Allzweckcomputer und umfasst eine Zentralrecheneinheit (CPU), eine Hauptspeichereinheit, wie z. B. einen RAM-Speicher, sowie eine Hilfsspeichereinheit. Die Hilfsspeichereinheit ist ein nicht-transitorisches, computerlesbares Speichermedium, in dem ein Bildverarbeitungsprogramm gespeichert ist. Die CPU lädt das Bildverarbeitungsprogramm aus der Hilfsspeichereinheit in die Hauptspeichereinheit und führt das Bildverarbeitungsprogramm aus, um die Funktionen der Farbtonerfassungseinheit 12, der Helligkeitserfassungseinheit 13, der Farbkomponenten-Auswahleinheit 14 und der Einheit 15 zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes zu realisieren. Alternativ kann das Bildverarbeitungsgerät 1 dedizierte Hardware (ASIC) umfassen, die weiter unten beschriebene Prozesse ausführt, die von den Einheiten 12, 13, 14 und 15 auszuführen sind.
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Die Farbtonerfassungseinheit 12 konvertiert die Farbinformationen jedes Pixels des biologischen Bildes, das von der Empfangseinheit 11 empfangen wurde, vom RGB-Format in Farbraumkoordinaten, die von einem zylindrischen Koordinatensystem gebildet werden, einschließlich Farbton, Chroma und Helligkeit, wodurch ein Farbtonwert jedes Pixels bezogen wird. Die Farbtonerfassungseinheit 12 überträgt die erhaltenen Farbtonwerte aller Pixel in die Farbkomponenten-Auswahleinheit 14.
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Die Helligkeitserfassungseinheit 13 konvertiert die Farbinformationen jedes Pixels des biologischen Bildes, das von der Empfangseinheit 11 empfangen wurde, vom RGB-Format in die oben erwähnten Farbraumkoordinaten, einschließlich Farbton, Chroma und Helligkeit, wodurch ein Helligkeitswert jedes Pixels bezogen wird. Die Helligkeitserfassungseinheit 13 überträgt die erhaltenen Helligkeitswerte aller Pixel in die Einheit 15 zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes.
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3 illustriert einen zylindrischen Raum, der den Farbton-Chroma-Helligkeits-Farbraum ausdrückt. In diesem Farbraum umfasst die Farbe jedes Pixels einen Farbtonwert, einen Helligkeitswert und einen Chromawert, und die Farbe jedes Pixels wird als Position eines einzelnen Punktes innerhalb des Farbraums ausgedrückt. Ein Farbton entspricht einem Winkel um die Mittelachse des zylindrischen Raums und liegt im Bereich von einschließlich 0 bis ausschließlich 360. Ein Helligkeitswert entspricht einer Höhe entlang der Mittelachse des zylindrischen Raums und liegt im Bereich von 0 bis einschließlich 1. Ein Chromawert entspricht einer Entfernung von der Mittelachse des zylindrischen Raums in der radialen Richtung und ist größer als oder gleich 0.
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Eine Farbton-Chroma-Ebene des biologischen Bildes im Farbraum wird nun erörtert. Fotografiertes Gewebe und Organe (im Folgenden einfach als „Organe” bezeichnet) im biologischen Bild haben jeweils eine rotbasierte Farbe. Wie in 4 gezeigt, sind die Farbtonwerte, die von der Empfangseinheit 11 erfasst werden, daher begrenzt in einem partiellen Bereich der rotbasierten Farbe verteilt. Der Farbton variiert jedoch von einem Organ zum anderen. Zum Beispiel hat ein Fettgewebe eine gelbstichige rote Farbe, und die Leber hat eine violettstichige rote Farbe. Wie in 5 gezeigt, sind daher in einem Fall, wo zwei Arten von Organen A und B im biologischen Bild P enthalten sind, ein Farbtonwert der Pixel, die dem Organ A entsprechen, und ein Farbtonwert der Pixel, die dem Organ B entsprechen, in verschiedenen Regionen der Farbton-Chroma-Ebene verteilt.
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Die Farbkomponenten-Auswahleinheit 14 hat einen vorher festgelegten Farbtonschwellwert Tθ für die Farbtonwerte. Der Farbtonschwellwert Tθ ist ein Wert, der der Grenze zwischen der Region, wo der Farbtonwert der dem Organ A entsprechenden Pixel verteilt ist, und der Region, wo der Farbtonwert der dem Organ B entsprechenden Pixel verteilt ist, im Farbton-Chroma-Raum entspricht. Auf der Grundlage des Farbtonschwellwertes Tθ ist daher der Bereich, in dem die Farbtonwerte des biologischen Bildes P verteilt sind, in einen ersten Farbtonbereich, in dem die Farbtonwerte der dem Organ A entsprechenden Pixel verteilt sind, und einen zweiten Farbtonbereich, in dem die Farbtonwerte der dem Organ B entsprechenden Pixel verteilt sind, aufgeteilt. Zum Beispiel wird der Farbtonschwellwert Tθ eingestellt, indem ein Grenzwert zwischen den Verteilungsregionen der Farbtonwerte der Pixel, die den Organen A und B entsprechen, unter Verwendung eines vorläufig erfassten biologischen Bildes P gemessen wird.
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In dieser Ausführungsform wird angenommen, dass das Subjekt biologisches Gewebe mit einer rotbasierten Farbe ist und dass die Farbtonwerte begrenzt innerhalb der rotbasierten Farbregion verteilt sind. Auf der Grundlage eines einzigen Farbtonschwellwertes Tθ können daher die Farbtonwerte aller Pixel zuverlässig entweder im ersten Farbtonbereich oder im zweiten Farbtonbereich eingestuft werden. Wenn das Subjekt jedoch verschiedene Farbtöne aufweist und die Farbtonwerte über einen breiten Bereich verteilt sind, kann eine Vielzahl von Farbtonschwellwerten so eingestellt werden, dass ein unterer Grenzwert und ein oberer Grenzwert jedes Farbtonbereichs klar definiert sind.
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Die Farbkomponenten-Auswahleinheit 14 speichert Grün (G) als Konversionszielfarbkomponente des ersten Farbtonbereichs und sie speichert Blau (B) als Konversionszielfarbkomponente des zweiten Farbtonbereichs. Die Farbkomponenten-Auswahleinheit 14 bestimmt, ob jeder Pixel-Farbtonwert, der von der Farbtonerfassungseinheit 12 empfangen wird, dem ersten Farbtonbereich oder dem zweiten Farbtonbereich angehört, und sie wählt G als Konversionszielfarbkomponente eines Pixels mit einem Farbtonwert aus, der dem ersten Farbtonbereich angehört, und sie wählt B als Konversionszielfarbkomponente eines Pixels mit einem Farbtonwert aus, der dem zweiten Farbtonbereich angehört.
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Ein farbkonvertiertes Bild ist ein zweifarbiges Bild, das unter Verwendung von zwei Farbtönen, G und B, ausgedrückt wird. Jedes Pixel eines farbkonvertierten Bildes weist einen G-Kanal und einen B-Kanal auf, der jeweils eine vorher festgelegte Zahl von Abstufungen (z. B. 256 Abstufungen) aufweist. Die Einheit 15 zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes empfängt einen Helligkeitswert jedes Pixels von der Helligkeitserfassungseinheit 13 und konvertiert den empfangenen Helligkeitswert in einen Wert in der vorher festgelegten Zahl von Abstufungen des farbkonvertierten Bildes. Folglich wird ein Wert auf der Grundlage des Helligkeitswerts im Originalbild als Abstufungswert jedes Pixels des farbkonvertierten Bildes erhalten.
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Anschließend stellt die Einheit 15 zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes den erhaltenen Abstufungswert auf einen Abstufungswert eines Farbkomponentenkanals ein, der von der Farbkomponenten-Auswahleinheit 14 zwischen dem G-Kanal und dem B-Kanal jedes Pixels des farbkonvertierten Bildes ausgewählt wird. Zum Beispiel wird der Helligkeitswert eines Pixels mit einem Farbtonwert, der dem ersten Farbtonbereich im biologischen Bild P angehört, in einen Abstufungswert im G-Kanal eines Pixels in der gleichen Position innerhalb des farbkonvertierten Bildes konvertiert. Wie in 6 gezeigt, erzeugt daher die Einheit 15 zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes ein farbkonvertiertes Bild Q, in dem die Region des Organs A in Grün und die Region des Organs B in Blau angezeigt wird. In 6 zeigt der Unterschied der Schraffurrichtungen den Unterschied bei den Farbtönen an. Das erzeugte farbkonvertierte Bild Q wird von der Übertragungseinheit 16 an die Anzeigeeinheit 4 übertragen, um auf der Anzeigeeinheit 4 angezeigt zu werden.
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Als Nächstes wird der Betrieb des Bildverarbeitungsgeräts 1 und des medizinischen Beobachtungssystems 100, das die oben beschriebene Konfiguration aufweist, beschrieben.
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Um das Innere eines biologischen Organismus mittels des medizinischen Beobachtungssystems 100 gemäß dieser Ausführungsform zu beobachten, wird das Endoskop 3 in den biologischen Organismus eingeführt, das distale Ende 3a wird zum biologischen Gewebe S weisend angeordnet und das Beleuchtungslicht wird von der Beleuchtungslinse 31 am distalen Ende 3a auf das biologische Gewebe S abgestrahlt. Das auf der Oberfläche des biologischen Gewebes S reflektierte Beleuchtungslicht wird durch die Objektivlinse 32 auf die Bildgebungsoberfläche des Bildgebungselements 33 fokussiert, so dass ein biologisches Bild P vom Bildgebungselement 33 erfasst wird. Das erfasste biologische Bild P wird vom Endoskop 3 an das Bildverbeitungsgerät 1 übertragen.
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7 veranschaulicht einen Prozess, der vom Bildverarbeitungsgerät 1 ausgeführt wird.
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Wenn das biologische Bild P über die Empfangseinheit 11 in das Bildverarbeitungsgerät 1 eingegeben wird, werden die Farbinformationen jedes Pixels des biologischen Bildes P vom RGB-Format in die Farbton-Chroma-Hellligkeit-Farbraumkoordinaten konvertiert, so dass ein Farbtonwert von der Farbtonerfassungseinheit 12 (Farbtonerfassungsschritt S1) und ein Helligkeitswert von der Helligkeitserfassungseinheit 13 (Helligkeitserfassungsschritt S2) erfasst werden. Dann wählt die Farbkomponenten-Auswahleinheit 14 eine Konversionszielfarbkomponente jedes Pixels des biologischen Bildes P aus G und B auf der Grundlage des Farbtonwerts des Pixels (Farbkomponentenauswahlschritt S3) aus. Anschließend erzeugt die Einheit 15 zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes ein farbkonvertiertes Bild Q, in dem der Helligkeitswert jedes Pixels des biologischen Bildes P als Abstufungswert des Kanals der gleichen Farbkomponente wie die von der Farbkomponenten-Auswahleinheit 14 ausgewählte Farbkomponente eingestellt wird (Schritt S4 der Erzeugung des farbkonvertierten Bildes).
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In diesem Fall weist die Vielzahl der Arten von Organen im Innern des biologischen Organismus ähnliche Farben auf. Daher ist es in einem normalen biologischen Farbbild P schwierig, die Vielzahl der Arten von Organen voneinander zu unterscheiden. Da Organe jedoch unterschiedliche Farbtöne aufweisen, kann die Vielzahl der Arten von Organen auf der Grundlage der Farbtonwerte voneinander unterschieden werden. In dieser Ausführungsform wird bestimmt, welcher der Vielzahl der Arten von Organen jedes Pixel entspricht, und zwar auf der Grundlage des Farbtonwerts des Pixels, der vom biologischen Bild P erfasst wird, und der Farbton des Pixels wird in einen mit jedem Organtyp assoziierten Farbton konvertiert. Somit ergibt sich ein farbkonvertiertes Bild Q, in dem die Organe mit verschiedenen Farbtönen entsprechend den Organtypen angezeigt werden. Das ist vorteilhaft, da ein Beobachter die Beobachtung ausführen kann, während die Vielzahl der Organtypen im farbkonvertierten Bild Q leicht voneinander unterscheidbar sind.
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Ferner bleiben, wenn die Farbinformationen jedes Pixels des biologischen Bildes P vom RGB-Format in die Farbton-Chroma-Helligkeit-Farbraumkoordinaten konvertiert werden, die im biologischen Bild P enthaltenen morphologischen Informationen des biologischen Gewebes S aus den Elementen Farbton, Chroma und Helligkeit hauptsächlich in der Helligkeit erhalten. Folglich können die morphologischen Informationen des biologischen Gewebes S im biologischen Bild P durch Einstellung des Abstufungswertes jedes Pixels des farbkonvertierten Bildes Q auf einen Wert auf der Grundlage des Helligkeitswerts im biologischen Bild P bewahrt werden. Das ist von Vorteil, da die Morphologie des biologischen Gewebes S ebenfalls durch Verwendung des farbkonvertierten Bildes Q beobachtet werden kann.
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Zweite Ausführungsform
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Als Nächstes werden unten ein Bildverarbeitungsgerät 10 und ein medizinisches Beobachtungssystem, das mit dem Bildverarbeitungsgerät 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist, mit Bezug auf 8 bis 12 beschrieben. In dieser Ausführungsform werden Komponenten, die denen in der ersten Ausführungsform ähnlich sind, die gleichen Referenzsymbole zugeordnet, und deren Beschreibungen werden weggelassen.
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Das medizinische Beobachtungssystem gemäß dieser Ausführungsform umfasst das Bildverarbeitungsgerät 10 in 8 an Stelle des Bildverarbeitungsgeräts 1 in 2.
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Das Bildverarbeitungsgerät 10 umfasst ferner eine Chromaerfassungseinheit 17, die einen Chromawert jedes Pixels aus dem biologischen Bild P erfasst. Die Chromaerfassungseinheit 17 konvertiert die Farbinformationen jedes Pixels des biologischen Bildes P, das von der Empfangseinheit 11 empfangen wurde, vom RGB-Format in die Farbton-Chroma-Helligkeit-Farbraumkoordinaten, wodurch ein Chromawert jedes Pixels bezogen wird. Die Chromaerfassungseinheit 17 überträgt die erhaltenen Chromawerte aller Pixel an die Farbkomponenten-Auswahleinheit 14.
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In einem Fall, wo das biologische Bild P zusätzlich zu den Organen A und B Blut enthält, wie in 9 gezeigt, sind die Farbtonwerte der den Organen A und B entsprechenden Pixel in der Farbton-Chroma-Ebene ungleichgewichtig zur Seite mit dem geringeren Chroma verteilt, während der Farbtonwert der Pixel, die dem Blut entsprechen, ungleichgewichtig zur Seite mit dem höheren Chroma verteilt ist, wie in 11 gezeigt. Das liegt darin begründet, dass die rote Farbe des Bluts kräftiger ist als die rote Farbe der Organe A und B.
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Die Farbkomponenten-Auswahleinheit 14 hat weiterhin einen vorher festgelegten Chromaschwellwert Tr für den Chromawert. Der Chromaschwellwert Tr ist ein Wert, der der Grenze zwischen der Region, wo die Farbtonwerte der dem Blut entsprechenden Pixel verteilt sind, und der Region, wo die Chromawerte der den Organen A und B entsprechenden Pixel verteilt sind, im Farbton-Chroma-Raum entspricht. Auf der Grundlage des Chromaschwellwertes Tr ist daher der Bereich, in dem die Chromawerte des biologischen Bildes P verteilt sind, in einen ersten Chromabereich, in dem die Chromawerte der dem Blut entsprechenden Pixel verteilt sind, und einen zweiten Chromabereich, in dem die Chromawerte der den Organen A und B entsprechenden Pixel verteilt sind, aufgeteilt. Zum Beispiel wird der Chromaschwellwert Tr eingestellt, indem ein Grenzwert zwischen den Verteilungsregionen der Chromawerte der Pixel, die dem Blut und den Organen A und B entsprechen, unter Verwendung eines vorläufig erfassten biologischen Bildes P gemessen wird.
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Die Farbkomponenten-Auswahleinheit 14 speichert Rot (R) als Konversionszielfarbkomponente des ersten Chromabereichs. Die Farbkomponenten-Auswahleinheit 14 bestimmt zuerst, ob jeder von der Farbtonerfassungseinheit 12 erhaltene Pixel-Chroma-Wert zum ersten Chromabereich oder zum zweiten Chromabereich gehört, und wählt dann Rot (R) als Konversionszielfarbkomponente eines Pixels mit einem Chromawert, der dem ersten Chromabereich angehört. Von den Pixeln mit Chromawerten, die dem zweiten Chromabereich angehören, wählt die Farbkomponenten-Auswahleinheit 14 anschließend G als Konversionszielfarbkomponente eines Pixels mit einem Farbtonwert, der dem ersten Farbtonbereich angehört, und sie wählt B als Konversionszielfarbkomponente eines Pixels mit einem Farbtonwert, der dem zweiten Farbtonbereich angehört.
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In dieser Ausführungsform ist das farbkonvertierte Bild Q ein dreifarbiges Bild, das mit drei Farbtönen – G, B und R – ausgedrückt wird. Jedes Pixel eines farbkonvertierten Bildes weist einen G-Kanal, einen B-Kanal und einen R-Kanal auf, die jeweils eine vorher festgelegte Zahl von Abstufungen (z. B. 256 Abstufungen) haben. Ähnlich wie in der ersten Ausführungsform bezieht die Einheit 15 zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes einen Abstufungswert jedes Pixels des farbkonvertierten Bildes vom Helligkeitswert im Originalbild.
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Anschließend stellt die Einheit 15 zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes den erhaltenen Abstufungswert auf einen Abstufungswert eines Farbkomponentenkanals ein, der von der Farbkomponenten-Auswahleinheit 14 aus dem G-Kanal, dem B-Kanal und dem R-Kanal jedes Pixels des farbkonvertierten Bildes ausgewählt wird. Wie in 10 gezeigt, erzeugt daher die Einheit 15 zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes ein farbkonvertiertes Bild Q, in dem die Region des Organs A in Grün und die Region des Organs B in Blau angezeigt wird, und die Region des Bluts wird in Rot angezeigt. In 10 zeigt der Unterschied der Schraffurrichtungen den Unterschied bei den Farbtönen an. Das erzeugte farbkonvertierte Bild Q wird von der Übertragungseinheit 16 an die Anzeigeeinheit 4 übertragen, um auf der Anzeigeeinheit 4 angezeigt zu werden.
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12 veranschaulicht einen Prozess, der vom Bildverarbeitungsgerät 10 ausgeführt wird.
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Wenn – gemäß dem Bildverarbeitungsgerät 10 und dem medizinischen Beobachtungssystem mit der oben beschriebenen Konfiguration – das biologische Bild P über die Empfangseinheit 11 in das Bildverarbeitungsgerät 10 eingegeben wird, werden die Farbinformationen jedes Pixels des biologischen Bildes P vom RGB-Format in die Farbton-Chroma-Hellligkeit-Farbraumkoordinaten konvertiert, so dass ein Farbtonwert von der Farbtonerfassungseinheit 12 (Farbtonerfassungsschritt S1), ein Helligkeitswert von der Helligkeitserfassungseinheit 13 (Helligkeitserfassungsschritt S2) und ein Chromawert von der Chromaerfassungseinheit 17 (Chromaerfassungsschritt S5) erfasst werden. Dann wählt die Farbkomponenten-Auswahleinheit 14 eine Konversionszielfarbkomponente jedes Pixels des biologischen Bildes P aus G, B und R auf der Grundlage des Chromawerts und des Farbtonwerts (Farbkomponentenauswahlschritt S3') aus. Anschließend erzeugt die Einheit 15 zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes ein farbkonvertiertes Bild Q, in dem der Helligkeitswert jedes Pixels des biologischen Bildes P als Abstufungswert des Kanals der von der Farbkomponenten-Auswahleinheit 14 ausgewählten Farbkomponente (Schritt S4' der Erzeugung des farbkonvertierten Bildes) eingestellt wird.
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Da das Blut eine rote Farbe aufweist, die kräftiger ist als die Organe A und B, lässt sich das Blut klar von den Organen A und B auf der Grundlage der Chromawerte unterscheiden. Gemäß dieser Ausführungsform wird bestimmt, welchem der Organe A und B und Blut jedes Pixel entspricht, und zwar auf der Grundlage des Chromawertes des Pixels, der vom biologischen Bild P erfasst wird, und der Farbton des Pixels, der dem Blut entspricht, wird in einen Farbton konvertiert, der sich von denen der Pixel, die den Organen A und B entsprechen, unterscheidet. Somit erhält man ein farbkonvertiertes Bild Q, in dem das Blut und die Organe A und B mit verschiedenen Farbtönen angezeigt werden. Das ist vorteilhaft, da ein Beobachter die Beobachtung ausführen kann, während nicht nur die Vielzahl der Organtypen sondern auch das Blut im farbkonvertierten Bild Q leicht voneinander unterscheidbar sind.
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Dritte Ausführungsform
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Als nächstes werden ein Bildverarbeitungsgerät 20 und ein medizinisches Beobachtungssystem, das mit dem Bildverarbeitungsgerät 20 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist, mit Bezug auf 13 beschrieben. In dieser Ausführungsform werden Komponenten, die denen in der ersten Ausführungsform ähnlich sind, die gleichen Referenzsymbole zugeordnet, und deren Beschreibungen werden weggelassen.
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Das medizinische Beobachtungssystem gemäß dieser Ausführungsform umfasst das Bildverarbeitungsgerät 20 in 13 an Stelle des Bildverarbeitungsgeräts 1 in 2.
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Das Bildverarbeitungsgerät 20 umfasst weiterhin eine Einheit 18 zur Erzeugung eines Überlagerungsbilds, die ein Überlagerungsbild erzeugt, indem das von der Empfangseinheit 11 erhaltene biologische Bild P und das von der Einheit 15 zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes erzeugte farbkonvertierte Bild Q überlagert werden. Im Einzelnen addiert die Einheit 18 zur Erzeugung des Überlagerungsbildes den Abstufungswert des R-Kanals jedes Pixels des biologischen Bildes P und den Abstufungswert des R-Kanals jedes Pixels des farbkonvertierten Bildes Q und stellt die erhaltene Summe als Abstufungswert des R-Kanals jedes Pixels des Überlagerungsbildes ein. In ähnlicher Weise berechnet die Einheit 18 zur Erzeugung des Überlagerungsbildes die Abstufungswerte des G-Kanals und des B-Kanals jedes Pixels des Überlagerungsbildes.
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In dieser Ausführungsform wird das von der Einheit 18 zur Erzeugung des Überlagerungsbildes erzeugte Überlagerungsbild von der Übertragungseinheit 16 an die Anzeigeeinheit 4 übertragen, um auf der Anzeigeeinheit 4 angezeigt zu werden.
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Gemäß dem Bildverarbeitungsgerät 20 und dem medizinischen Beobachtungssystem, die die oben beschriebene Konfiguration haben, wird das Überlagerungsbild, in dem das biologische Bild P und das farbkonvertierte Bild Q überlagert wurden, auf der Anzeigeeinheit 4 angezeigt. Das ist von Vorteil, da eine detailliertere Morphologie des biologischen Gewebes S durch Verwendung des Überlagerungsbildes beobachtet werden kann. Da die anderen Vorteile dieser Ausführungsform die gleichen sind wie die der ersten und zweiten Ausführungsform, werden die entsprechenden Beschreibungen weggelassen.
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In dieser Ausführungsform kann die Einheit 18 zur Erzeugung des Überlagerungsbildes eine Gewichtung α (0 < α < 1) für das biologische Bild P und eine Gewichtung β (0 < β < 1) für das farbkonvertierte Bild Q haben und sie kann das biologische Bild P und das farbkonvertierte Bild Q überlagern, während jeweils die Gewichtungen α und β auf diese angewandt werden. In diesem Fall ist die Gewichtung α so eingestellt, dass sie größer als die Gewichtung β ist.
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Im Einzelnen multipliziert die Einheit 18 zur Erzeugung des Überlagerungsbildes den Abstufungswert des R-Kanals jedes Pixels des biologischen Bildes P mit der Gewichtung α, und sie multipliziert den Abstufungswert des R-Kanals jedes Pixels des farbkonvertierten Bildes Q mit der Gewichtung β und sie stellt die Summe der beiden erhaltenen Produkte als Abstufungswert des R-Kanals jedes Pixels des Überlagerungsbildes ein. In ähnlicher Weise berechnet die Einheit 18 zur Erzeugung des Überlagerungsbildes die Abstufungswerte des G-Kanals und des B-Kanals jedes Pixels des Überlagerungsbildes.
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Im Überlagerungsbild wird das Organ A insgesamt im Vergleich zu seiner ursprünglichen Farbe in einer grünstichigen Farbe angezeigt; das Organ B wird insgesamt im Vergleich zu seiner ursprünglichen Farbe in einer blaustichigen Farbe angezeigt, und das Blut wird im Vergleich zu seiner ursprünglichen Farbe in einer kräftigeren roten Farbe angezeigt. Durch Verwendung der Gewichtungen α und β zur angemessenen Anpassung des Verhältnisses zwischen dem vom biologischen Bild P abgeleiteten Abstufungswert und dem vom farbkonvertierten Bild Q abgeleiteten Abstufungswert im Überlagerungsbild wird verhindert, dass die Farben der Organe A und B und des Bluts im Überlagerungsbild übermäßig zu den Konversionszielfarbkomponenten hin tendieren, während gleichzeitig die Unterscheidbarkeit zwischen den Organen A und B und des Bluts auf der Grundlage der Konversionszielfarbkomponenten erhalten bleibt. Das ist vorteilhaft, da die Organe A und B und das Blut im Überlagerungsbild in Farben ausgedrückt werden können, die ihren Orginalfarben näher kommen.
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Als Alternative zu dieser Ausführungsform, in der die Chromaerfassungseinheit 17 bereitgestellt wird und die Einheit 15 zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes ein dreifarbiges Bild als farbkonvertiertes Bild Q erzeugt, kann auf die Chromaerfassungseinheit 17 verzichtet werden, und die Einheit 15 zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes kann ein zweifarbiges Bild, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, als farbkonvertiertes Bild Q erzeugen.
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Ferner wird in der ersten bis dritten Ausführungsform G oder B den Pixeln zugewiesen, die dem Organ A oder B entsprechen, und R wird den Pixeln zugewiesen, die dem Blut im farbkonvertierten Bild Q entsprechen. Alternativ kann die Zuweisung der Farbkomponenten im farbkonvertierten Bild Q bei Bedarf geändert werden.
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Weiterhin ist die Konversionszielfarbkomponte im farbkonvertierten Bild Q nicht auf eine von R, G und B beschränkt, und es können zwei oder mehr von ihnen sein. Zum Beispiel kann der Abstufungswert der Pixel, die dem Organ A entsprechen, auf zwei oder mehr der drei Kanäle R, G und B in einem vorgegebenen Verhältnis verteilt werden, so dass das Organ A im farbkonvertierten Bild Q in einer anderen Zwischenfarbe als die drei Grundfarben (R, G und B) angezeigt wird. Wenn vier oder mehr Arten von Organen beobachtet werden sollen, kann das farbkonvertierte Bild ein mehrfarbiges Bild sein, das mit vier oder mehr Farbtönen ausgedrückt wird.
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Obwohl das medizinische Beobachtungssystem 100, das mit dem Endoskop 3 ausgerüstet ist, in der ersten bis dritten Ausführungsform beschrieben wurde, kann auch ein anderer Typ eines Beobachtungsgeräts als ein Endoskop verwendet werden, solange ein biologisches Farbbild erfasst werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 10, 20
- Bildverarbeitungsgerät
- 2
- Lichtquelle
- 3
- Endoskop (externes Gerät, Beobachtungsgerät)
- 4
- Anzeigeeinheit
- 12
- Farbtonerfassungseinheit
- 13
- Helligkeitserfassungseinheit
- 14
- Farbkomponenten-Auswahleinheit
- 15
- Einheit zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes
- 17
- Chromaerfassungseinheit
- 18
- Einheit zur Erzeugung des Überlagerungsbildes
- 100
- Medizinisches Beobachtungssystem
- S1, S1'
- Farbtonerfassungsschritt
- S2, S2'
- Helligkeitserfassungsschritt
- S3, S3'
- Farbkomponentenauswahlschritt
- S4, S4'
- Schritt zur Erzeugung des farbkonvertierten Bildes
- S5
- Chromaerfassungsschritt
