JP2006115964A

JP2006115964A - 電子内視鏡装置

Info

Publication number: JP2006115964A
Application number: JP2004305040A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Abe; 一則阿部; Yoshibumi Dounomae; 義文堂之前
Original assignee: Fujinon Corp; Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp; Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2006-05-11
Also published as: EP1649801A1; US20060082646A1; DE602005003749D1; DE602005003749T2; US7924308B2; EP1649801B1

Abstract

【課題】電子内視鏡装置によって得られる画像を、ハレーションが抑制され、かつ、暗部が少ない観察に適した画像にする。
【解決手段】ハレーション検出手段（１９）が、撮像素子１１によって得られる信号に基づいて、当該信号が表す画像に発生した所定レベル以上のハレーションを検出し、照明光量調整手段（１９，２７，２８，２９，３０）が、このハレーションが所定レベル以下となるまで照明手段（２５，１５）の射出光量を減少させ、輝度変換手段（２３，２４）が、上記画像が、当該画像における上記射出光量の減少により所定の輝度以下となった暗部のみがより高い輝度に変換された輝度変換画像となるように、上記信号を処理する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子内視鏡装置に関し、詳しくは、電子内視鏡装置によって得られた画像の画質向上のための制御に関するものである。

電子内視鏡装置を用いて被観察体を観察する場合、スコープの照明（光射出部）に近接する部分はその照明の反射光量が多く、当該内視鏡装置によって得られた画像においては、そのような部分にハレーション（白とび）が発生し易い。これは、スコープの先端にあるＣＣＤ等の撮像素子の受光量がそのダイナミックレンジを超えることに起因する。このハレーションの存在は、モニタに表示された画像が見づらいだけでなく、観察対象物の形体とスコープの構造とに起因する観察の必然的な態様により、とかく関心が持たれるいわゆる観察関心領域に発生しやすく、観察・診断に支障をきたすという問題がある。

例えば、人体の胃の入口付近の内壁は、潰瘍等の炎症が起きやすい観察関心領域であるが、この胃の入口付近の内壁を観察する際には、一般的に、内視鏡を胃の入口側から挿入しスコープの先端を折り返すようにして胃の入口側に向け観察する。このとき、胃の入口付近の内壁のうちスコープの照明に近接する上壁側もしくは下壁側にハレーションが発生しやすくなるが、胃の入口付近全体を観察するためには、観察したい部分にハレーションが発生しないように、先端を折り返したスコープを捻るように回転させて移動させるか（胃の形状と内視鏡の構造による制約からスコープ先端の折り返し方向を自由に変えられないため）、もしくは、観察したい部分とスコープとの距離をその都度変化させ、照度を調整する必要がある。しかし、このようにスコープを幾度も移動させる作業は被検者への負担を増大させることとなり望ましくない。

そこで、このような診断に悪影響を及ぼすハレーションを抑えるべく、ＣＣＤで得られた画像における輝度平均値や濃度ヒストグラム等に基づいてハレーションの有無を自動検出し、ハレーションが検出された場合に照明の光射出側に設けられた絞り（アイリス）の開閉状態を制御して照明の光量を下げ、ハレーションを抑制する手法が提案されている（例えば、特許文献１，２，３等）。
特開２０００−８１５７７号公報特開２００３−２５０７６１号公報特開平６−７８３１２号公報

しかしながら、上記のような、ハレーション発生時に単に光量を下げる手法によれば、ハレーションは抑制できる反面、照明が届き難い部分はより暗くなり、その部分については逆に観察し辛くなってしまう。結局、観察場所に応じてその都度、観察場所とスコープとの距離を調整したり、照明の照度の調整を手動で行わなければならず、スコープの頻繁な移動により被検体に負担を与えたり、照度調整作業の煩雑さに悩まされるという問題がある。

したがって、電子内視鏡装置によって得られる画像の好ましい条件は、一度に観察できる領域が広い画像であること、すなわち、ハレーションが抑制され、かつ、暗部が少ない画像であることであり、このような画像であれば、被検体への負担および照度調整作業の煩雑さが軽減される。

本発明は、上記事情に鑑み、ハレーションが抑制され、かつ、暗部が少ない画像を得ることが可能な電子内視鏡装置を提供することを目的とするものである。

なお、ハレーションが検出された場合に照明の照度を下げた後、ＣＣＤによって得られた信号にガンマ処理を施して輝度レベルを調整する手法が一般的に知られているが、この手法は、得られた信号に線形な輝度の画像が得られるように、スコープのＣＣＤによって得られた信号に対して、画像表示装置における信号対輝度の非線形な特性とは逆の特性を有するガンマ値のガンマ処理を施すことにより、上記非線形な成分を相殺する技術に関するものであり、本発明とは全く異なる技術である。上記ガンマ処理は、画像における全輝度レベルの画素の信号に対して輝度を一方向に変換する処理であるため、このガンマ処理をＣＣＤの信号に施しても、輝度変換を望まない中間輝度レベルの画素の信号が輝度変換されたり、ハレーション部分がより高輝度側に輝度変換されたりするなど、上記目的を達成することはできない。

本発明の電子内視鏡装置は、被観察体に光を照射する照明手段と被観察体を撮像する撮像素子とを有するスコープを備えた電子内視鏡装置において、上記撮像素子によって得られた画像信号に基づいて、当該画像信号が表す画像に発生した所定レベル以上のハレーションを検出するハレーション検出手段と、ハレーション検出手段によるハレーションの検出に応じて、当該ハレーションが所定レベル以下となるまで上記照明手段からの射出光量を減少させる照明光量調整手段と、上記画像信号が表す画像が、当該画像における、上記射出光量の減少により所定の輝度以下となった暗部のみがより高い輝度に変換された輝度変換画像となるように、上記画像信号を処理する輝度変換手段とを備えたことを特徴とするものである。

ここで、「所定レベル以上のハレーション」としては、例えば、撮像素子によって得られた画像信号が表す画像において、占有する割合が所定の割合以上のハレーションとすることができる。

また、同様に、「所定のレベル以下のハレーション」とは、撮像素子によって得られた画像信号が表す画像において、占有する割合が所定の割合以下のハレーションとすることができる。

なお、「所定レベル以上のハレーション」における「所定レベル」と、「所定レベル以下のハレーション」における「所定レベル」とは、同じレベルとは限らない。

本発明の電子内視鏡装置において、上記輝度変換手段は、上記画像信号を用いて当該画像信号が表す原画像の低周波成分を表すボケ画像を生成し、当該ボケ画像において所定の輝度を超える部分の輝度をゼロ輝度に変換するとともに上記所定の輝度以下の部分の輝度を所定の正の輝度に変換して非線形変換画像を得、上記原画像に上記非線形変換画像を加算して上記輝度変換画像を得るものであってもよい。

また、この場合において、上記ボケ画像の上記所定の正の輝度への変換は、上記ボケ画像における上記所定の輝度以下の部分の輝度を、当該輝度が上記所定の輝度から低くなるに連れて、ゼロ輝度から徐々に高い輝度となるように変換するものであってもよい。

本発明の電子内視鏡装置によれば、ハレーション検出手段が、撮像素子によって得られる画像信号に基づいて、当該画像信号が表す画像における所定レベル以上のハレーションを検出し、照明光量調整手段が、このハレーションの検出に応じて、ハレーションが所定レベル以下となるまで照明手段からの射出光量を減少させ、輝度変換手段が、上記画像信号が表す画像が、当該画像における上記射出光量の減少により所定の輝度以下となった暗部のみがより高い輝度に変換された輝度変換画像となるように、上記画像信号を処理するので、画像情報が失われたハレーション部分を、照明の光量減少によって画像情報を有する部分に移行させ、また、照明の光量減少に伴ってより暗くなって見辛くなった所定の暗部を、輝度変換によって明るく補正することができ、ハレーションが抑制され、かつ、暗部が少ない観察により適した画像を得ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である電子内視鏡装置の概略構成を示す図である。この電子内視鏡装置は、主に被観察体を撮像するためのスコープ１と、スコープ１と接続して、主にスコープ１で得られた信号を処理しモニタに表示するための信号を生成するプロセッサ装置２から構成される。

スコープ１は、その先端に設けられたＣＣＤ（撮像素子）１１と、ＣＣＤ１１の駆動信号を含むスコープ１側の各種のタイミング信号を発生・出力する第１のタイミングジェネレータ１２と、スコープ１内の各種回路を制御する第１のマイコン１３と、ＣＣＤ１１から出力されるアナログ電気信号である撮像信号（画像信号）に対して相関二重サンプリングと自動利得制御を行う相関二重サンプリング／自動利得制御（ＣＤＳ／ＡＧＣ）回路１４と、デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０と、プロセッサ装置２内の後述のライトガイド１５Ｂと接続してランプ２５から射出された光をスコープ１の先端に導くためのライトガイド１５Ａとから構成される。

また、プロセッサ装置２は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１４から送られる信号に基づいてＹ（輝度）信号及びＣ（色差）信号等の映像信号を形成するとともに、当該映像信号に対してカラー映像形成のための各種処理を施す第１のＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）回路１７と、第１のタイミングジェネレータ１２と同期して第１のＤＳＰ回路１７の駆動信号を含むプロセッサ装置２側の各種のタイミング信号を発生・出力する第２のタイミングジェネレータ１８と、第１のマイコン１３からスコープ１側の情報を受け取って、当該情報に基づいてプロセッサ装置２側の各回路を制御する第２のマイコン１９と、第１のＤＳＰ回路１７から送られるＹ信号とＣ信号に基づいてＲＧＢモニタ用のＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）信号を形成する第２のＤＳＰ回路２０と、当該ＲＧＢ信号をモニタ用のアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器２１と、当該モニタ用のアナログ信号を増幅するアンプ２２と、第１のＤＳＰ回路１７で得られた信号に対して、当該信号が表す画像における所定の輝度以下の暗部をより高い輝度に変換して輝度を局所的に引き上げるためのハイパートーン処理を施す第３のＤＳＰ回路２３と、その第３のＤＳＰ回路２３を制御する第３のマイコン２４と、被観察体に照射するための光を射出するランプ２５と、ランプ２５の電源装置２６と、ランプ２５の光射出側に設けられたアイリス（絞り）２７と、アイリス２７を開閉するモータ２８と、モータ２８を駆動・制御するドライバ２９と、電源装置２６やドライバ２９を制御する第４のマイコン３０と、ランプ２５から射出された光をスコープ１に導くために、スコープ１側のライトガイド１５Ａに接続するライトガイド１５Ｂとから構成される。

なお、第１のＤＳＰ回路１７と第２のＤＳＰ回路２０との間には、信号の伝送経路を切り替えるためのスイッチα、βが挿入されており、これらのスイッチを切り替えることにより、第１のＤＳＰ回路１７から第２のＤＳＰ回路２０に送られる信号に対して第３のＤＳＰ回路２３を経由させるか否か、すなわち、当該信号に対してハイパートーン処理を施すか否かを選択することができる。

また、スコープ１とプロセッサ装置２とは、互いにコネクタ１６で接続されており、ＣＣＤ１１で得られた信号や各制御信号等がスコープ１とプロセッサ装置２との間で伝達されるようになっている。

また、各回路は不図示の電力供給回路から電力の供給を受けるようになっており、この電力供給回路は商用電源と接続されている。

上記構成においては、第２のマイコン１９が本発明におけるハレーション検出手段として機能し、第４のマイコン３０、ドライバ２９、モータ２８およびアイリス２７が本発明における照明光量調整手段として機能し、第３のマイコン２４および第３のＤＳＰ回路２３が本発明における輝度変換手段として機能し、ランプ２５およびライトガイド１５Ａ，１５Ｂが本発明における照明手段として機能する。

なお、上記ハイパートーン処理とは、特開平９−１８７０４号公報等にて提案されている表現濃度レンジの圧縮処理を応用したものであり、ＣＣＤ１１によって得られた信号を用いてこの信号が表す原画像の低周波成分を表すボケ画像を生成し、このボケ画像において所定の輝度を超える部分の輝度をゼロ輝度に変換するとともに、上記所定の輝度以下の部分の輝度を所定の正の輝度に変換して非線形変換画像を得、上記原画像にこの非線形変換画像を加算して暗部の輝度がより高い輝度へ変換された画像を得る処理である。ここでは、上記ボケ画像の上記所定の正の輝度への変換は、上記ボケ画像における上記所定の輝度以下の部分の輝度を、当該輝度が上記所定の輝度から低くなるに連れて、ゼロ輝度から徐々に高い輝度となるように変換するものとする。例えば、ボケ画像から非線形変換画像を得るための輝度変換は、図２に示すようなルックアップテーブル（ＬＵＴ）によって変換がなされるものとする。

次に、この電子内視鏡装置の動作について説明する。

本電子内視鏡装置の電源を投入すると、電力供給回路から電力が各回路へ供給される。そして、第１のタイミングジェネレータ１２から出力された駆動信号によってＣＣＤ１１が駆動され、このＣＣＤ１１では被観察体が撮像され、この撮像信号はＣＤＳ／ＡＧＣ回路１４へ供給される。このＣＤＳ／ＡＧＣ回路１４では、撮像信号が相関二重サンプリングされるとともに所定のゲインで増幅され、映像信号として第１のＤＳＰ回路１７へ供給される。

ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１４から出力された映像信号は、第１のＤＳＰ回路１７で所定の処理が施された後に第２のＤＳＰ回路２０に直接送られるか、または、第３のＤＳＰ回路２３を経由して第２のＤＳＰ回路２０へ送られる。第３のＤＳＰ回路２３では送られてきた信号に対して上記ハイパートーン処理が施される。第２のＤＳＰ回路２０では送られてきた信号に対してさらに各種の処理が施された後、Ｄ／Ａ変換器２１、アンプ２２を経てモニタ用の映像信号が出力され、この映像信号によってモニタ等に被観察体の映像が表示される。第３のＤＳＰ回路２３を経由するか否かは、第２のマイコン１９がスイッチα、βを切り替えることにより選択される。なお、ここでは、スイッチα、βは第１のＤＳＰ回路１７から出力された信号が第３のＤＳＰ回路２３を経由するように設定され、映像信号に対して常にハイパートーン処理が施され、第３のマイコン２４がそのハイパートーン処理を施す程度を必要に応じて変化させる制御を行う。

第４のマイコン３０は、被観察体に照射される光の量が設定された所定の光量となるようにドライバ２９に制御信号を送り、ドライバ２９はその制御信号を受けてモータ２８を駆動し、アイリス２７の開閉状態を変化させる。これにより、ランプ２５から射出された光はアイリス２７で所定の光量に絞られ、ライトガイド１５Ｂ、１５Ａを通ってスコープ１の先端から被観察体に向けて照射される。

第１のマイコン１３は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１４からＣＣＤ１１の映像信号を取得し、Ａ／Ｄ変換器１０でデジタル信号に変換して第１のＤＳＰ回路１７に受け渡す。第１のＤＳＰ回路１７では受け取った信号の例えば輝度情報を第２のマイコン１９に受け渡し、第２のマイコン１９は、その輝度情報に基づいて、撮像された画像における輝度が所定の値以上のものがその画像において占める割合が所定の割合以上であるか否かを判別してハレーションを検出し、そのハレーションの検出に応じて被観察体へ照射する光の量を減少させるべく第４のマイコン３０に制御信号を送る。第２のマイコン１９は、上記のような所定レベル以上のハレーションが検出されない場合には、第４のマイコン３０に被観察体へ照射する光の量を維持もしくは上げるよう制御信号を送り、所定レベル以上のハレーションが検出された場合には、そのハレーションが所定レベル以下となるまで、すなわち、画像におけるハレーションの占める割合がある一定レベル以下になるまで、第４のマイコン３０に被観察体へ照射する光の量を下げるよう制御信号を送る。また、第２のマイコン１９は、第３のマイコン２４に、照明の光量をどの程度調整する制御をしたかを表す光量制御情報を送る。第４のマイコン３０は送られてきた制御信号に基づいてドライバ２９にモータ２８の制御信号を送り、ドライバ２９がモータ２８を駆動してアイリス２７の開閉状態を制御する。一方、第３のマイコン２４は、その光量制御情報に基づいて、被観察体へ照射される光量が下がるほど、第３のＤＳＰ回路２３におけるハイパートーン処理の程度が強く掛かるように、すなわち所定の暗部の信号がより高輝度を表す信号に変換されるように、また、当該光量が元の設定された量であるときには、ハイパートーン処理の程度が当該処理を施していないのと同等となるように、第３のＤＳＰ回路２３を制御する。

一般に、ＣＣＤ１１における受光量と映像信号強度との関係は図３（１）の破線で表される関係となるが、ハレーションが発生している状態では、ＣＣＤ１１における各画素の受光量とその映像信号強度の範囲は実線ａで示す範囲となり、ある一定レベル以上の受光量に対しては映像信号強度が飽和している。つまり、この範囲の受光量の画素に対応する画像情報が失われていることになる。ここで、被観察体へ照射される光量を下げると、ＣＣＤ１１における各画素の受光量とその映像信号強度の範囲は図３（２）の実線ｂで示す範囲となり、全体として映像信号強度は下がるが、受光量の全範囲に対して画像情報が保たれる。しかし、このままでは、もともと暗かった暗部が光量の減少でより暗くなり、表示画像上での観察がし辛い。そこで、ＣＣＤ１１で得られた映像信号に対して、ハイパートーン処理のような、映像信号が表す画像において輝度が一定レベル以下の所定の範囲にある暗部のみをより高い輝度に変換する（信号強度を上げる）処理を施すことで、ＣＣＤ１１における各画素の受光量とその映像信号強度との関係は、図３（３）の実線ｃで示すような関係となり、ハレーションが抑制され、かつ、暗部が少ない観察に適した画像を得ることが可能となる。

このように、本実施形態の電子内視鏡装置によれば、ハレーション検出手段としての第２のマイコン２１が、撮像素子であるＣＣＤ１１によって得られる画像信号に基づいて、当該画像信号が表す画像における所定レベル以上のハレーションを検出し、照明光量調整手段としての第４のマイコン３０、ドライバ２９、モータ２８、アイリス２７が、このハレーションが所定レベル以下に抑制されるまで、照明手段としてのランプ２５、ライトガイド１５Ａ，１５Ｂからの射出光量を減少させ、輝度変換手段としての第３のマイコン２４、第３のＤＳＰ回路２３が、上記画像信号が表す画像が、当該画像における上記射出光量の減少により所定の輝度以下となった暗部のみが部分的により高い輝度に変換された輝度変換画像となるように、上記画像信号を処理するので、画像情報が失われたハレーション部分を、照明の光量減少によって画像情報を有する部分に移行させ、また、照明の光量減少に伴ってより暗くなって見辛くなった所定の暗部を、輝度変換によって明るく補正することができ、ハレーションが抑制され、かつ、暗部が少ない観察により適した画像を得ることが可能となる。

なお、上記の、所定の輝度以下の暗部のみをより高い輝度に変換する処理としては、上記ハイパートーン処理の他、１次元ルックアップテーブル（１Ｄ＿ＬＵＴ）を用いて階調変換を行う手法やＣＤＳ／ＡＧＣ回路１４等でＣＣＤ１１のゲインを、暗部に相当する信号の強度を引き上げるコントロールをする手法等を利用することもできる。

また、ＣＣＤ１１としては、原色系ＣＣＤ、補色系ＣＣＤのいずれを用いてもよい。

また、ハイパートーン処理等により、いわゆる輝度を持ち上げる範囲とその程度は、画像の観察目的、用途等、必要に応じて任意に設定することができる。

本発明の一実施形態である電子内視鏡装置の概略構成を示す図ハイパートーン処理におけるボケ画像から非線形変換画像を得るための輝度変換の基になるルックアップテーブルを示す図ＣＣＤの受光量と映像信号強度との関係を示す図

符号の説明

１スコープ
２プロセッサ装置
１１ＣＣＤ
１２第１のタイミングジェネレータ
１３第１のマイコン
１４ＣＤＳ／ＡＧＣ回路
１５Ａ，１５Ｂライトガイド
１６コネクタ
１７第１のＤＳＰ回路
１８第２のタイミングジェネレータ
１９第２のマイコン
２０第２のＤＳＰ回路
２１Ｄ／Ａ変換器
２２アンプ
２３第３のＤＳＰ回路
２４第３のマイコン
２５ランプ
２６電源装置
２７アイリス（絞り）
２８モータ
２９ドライバ
３０第４のマイコン
α，β スイッチ

Claims

被観察体に光を照射する照明手段と前記被観察体を撮像する撮像素子とを有するスコープを備えた電子内視鏡装置において、
前記撮像素子によって得られた画像信号に基づいて、該画像信号が表す画像に発生した所定レベル以上のハレーションを検出するハレーション検出手段と、
該ハレーション検出手段によるハレーションの検出に応じて、該ハレーションが所定レベル以下となるまで前記照明手段からの射出光量を減少させる照明光量調整手段と、
前記画像信号が表す画像が、該画像における前記射出光量の減少により所定の輝度以下となった暗部のみがより高い輝度に変換された輝度変換画像となるように、前記画像信号を処理する輝度変換手段とを備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
前記輝度変換手段が、前記画像信号を用いて該画像信号が表す原画像の低周波成分を表すボケ画像を生成し、該ボケ画像において所定の輝度を超える部分の輝度をゼロ輝度に変換するとともに前記所定の輝度以下の部分の輝度を所定の正の輝度に変換して非線形変換画像を得、前記原画像に前記非線形変換画像を加算して前記輝度変換画像を得るものであることを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡装置。
前記ボケ画像の前記所定の正の輝度への変換が、前記ボケ画像における前記所定の輝度以下の部分の輝度を、該輝度が前記所定の輝度から低くなるに連れて、ゼロ輝度から徐々に高い輝度となるように変換するものであることを特徴とする請求項２記載の電子内視鏡装置。