JP2007236415A - 生体観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で生体の構造を識別し易くする画像の画像信号を生成する生体観察装置を提供する。
【解決手段】 ランプ１１からの白色光は、回転フィルタ１４のＲ，Ｇ，Ｂフィルタを経て広帯域のＲ，Ｇ，Ｂの面順次照明光となり、電子内視鏡２を経て体腔内の生体粘膜に照射され、ＣＣＤ２５により順次撮像される。ＣＣＤ２５の出力信号は、フィルタ回路３６内においてセレクタで順次切り替えられ、Ｒ信号に対してはスルー、Ｇ信号に対してはＢＰＦ、Ｂ信号に対してはＨＰＦにより生体粘膜の構造の空間周波数成分に対応した信号成分に分離される。この分離により生体粘膜の構造を識別し易くする画像の画像信号が生成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、体腔内等の生体粘膜等を観察する内視鏡装置等の生体観察装置に関する。

内視鏡及び光源装置等を有する内視鏡装置は、従来より、医療分野等において広く用いられている。
医療分野における内視鏡装置においては、例えば、白色光を生体内粘膜等の被写体に照射し、肉眼による観察と略同様の該被写体の像を撮像する通常観察の他に、通常観察における照射光よりも狭い帯域を有する光である狭帯域光を該被写体に照射して観察を行うことにより、通常観察に比べ、生体における粘膜表層の血管等をコントラスト良く撮像することが可能である狭帯域光観察（ＮＢＩ： Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ Ｉｍａｇｉｎｇ）がある。この狭帯域光観察を行う装置の第１の従来例として、例えば特開２００２−０９５６３５号公報がある。

前述した狭帯域光観察において用いられる狭帯域光は、照明光を狭帯域化する必要がある。このため、通常観察に用いられる広帯域の照明光に対してフィルタを介挿する等の必要がある。
これに対して、第２の従来例としての特開２００３−９３３３６号公報には、通常の照明光により得られる画像信号に対して信号処理し離散的な分光画像を生成し、生体組織の所望の深部の組織情報を得る狭帯域光内視鏡装置が開示されている。
特開２００２−０９５６３５号公報 特開２００３−９３３３６号公報

上記第２の従来例では、分光画像を得るための推定処理の他に、例えば撮像された信号が飽和しないように光量制御を行うことが必要になる等、構成が複雑になる欠点がある。（発明の目的）
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で表層側と深層側の粘膜構造等、生体の構造を識別し易くする画像の画像信号を生成する生体観察装置を提供することを目的とする。

本発明は、生体に照射される広帯域の照明光のもとで撮像を行う撮像素子の出力信号に対して信号処理を行い、生成した画像信号を表示装置側に出力可能とする信号処理手段を具備する生体観察装置において、
前記信号処理手段は、前記出力信号に対して、前記生体の構造に対応した空間周波数成分に分離する分離手段を具備することを特徴とする。
上記構成により、撮像素子の出力信号に対して分離手段により生体の構造に対応した空間周波数成分に分離した画像信号を生成することにより、簡単な構成で表層側と深層側の粘膜構造等、生体の構造を識別し易くする画像の画像信号を生成できるようにしている。

本発明によれば、簡単な構成で表層側と深層側の粘膜構造等、生体の構造を識別し易くする画像の画像信号を生成できる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１ないし図９は本発明の実施例１に係り、図１は本発明の実施例１の内視鏡装置の全体構成を示し、図２は回転フィルタの構成を示し、図３は回転フィルタに設けられたＲ、Ｇ、Ｂフィルタの分光特性を示し、図４はフィルタ回路周辺部の構成を示す。
図５はフィルタ回路を構成するＢＰＦの周波数特性を示し、図６はフィルタ回路を構成するＨＰＦの周波数特性を示し、図７は第２観察モード時に設定されるγ補正回路の入出力特性を示し、図８は図５のＢＰＦを用いた場合の作用説明図を示し、図９は図６のＨＰＦを用いた場合の作用説明図を示す。
図１に示すように本発明の生体観察装置の実施例１としての内視鏡装置１は、体腔内に挿入され、該体腔内において、生体組織等の被写体の像を撮像して撮像信号として出力する電子内視鏡２と、この電子内視鏡２に対し、被写体側を照明するための広帯域の照明光を出射する光源装置３と、電子内視鏡２に内蔵された撮像手段を駆動すると共に、電子内視鏡２から出力された撮像信号に対して信号処理を行い、画像信号（生体信号ともいう）としての映像信号を生成する信号処理手段としてのビデオプロセッサ４と、ビデオプロセッサ４から出力される映像信号に基づき、被写体の画像を表示する表示装置としてのモニタ５とを有する。

電子内視鏡２は、体腔内に挿入される細長の挿入部７を有し、この挿入部７の後端には操作部８が設けてある。また、挿入部７内には照明光を伝送するライトガイド９が挿通され、このライトガイド９の後端（基端）は、光源装置３に着脱自在に接続される。
光源装置３は、ランプ点灯回路１０からの点灯電力の供給により、可視領域をカバーする広帯域の照明光を発生する例えばキセノンランプ等のランプ１１と、照明光における熱線を遮断する熱線カットフィルタ１２と、熱線カットフィルタ１２を経た照明光の光量を制御する絞り装置１３と、照明光を面順次光に変換する回転フィルタ１４と、電子内視鏡２内に配設されたライトガイド９の入射面に回転フィルタ１４を介した面順次光を集光して供給する集光レンズ１５と、回転フィルタ１４の回転を制御する制御回路１６とを備えている。
回転フィルタ１４は、図２に示すように、円板の周方向に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の波長の光を広帯域で透過するＲフィルタ１４Ｒ、Ｇフィルタ１４Ｇ、Ｂフィルタ１４Ｂの３つが扇状に設けてある。

図３はＲフィルタ１４Ｒ、Ｇフィルタ１４Ｇ、Ｂフィルタ１４Ｂの分光透過特性を示す。Ｒフィルタ１４Ｒ、Ｇフィルタ１４Ｇ、Ｂフィルタ１４Ｂは、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの波長域の光を広帯域で透過する特性を示す。
この回転フィルタ１４は、制御回路１６により駆動制御されるモータ１７により所定の回転速度で回転され、この回転により、照明光路中にＲフィルタ１４Ｒ、Ｇフィルタ１４Ｇ、Ｂフィルタ１４Ｂが順次配置され、ライトガイド９の入射面にＲ，Ｇ，Ｂの光が集光レンズ１５で集光されて順次入射される。
そして、このライトガイド９により伝送され、挿入部７の先端部２２の照明窓に取り付けられた照明レンズ２３を経て、体腔内組織側に照明光として照射される。

この照明窓に隣接して設けられた観察窓には対物レンズ２４が取り付けてあり、その結像位置には、撮像素子として電荷結合素子（ＣＣＤと略記）２５が配置されており、このＣＣＤ２５は、結像された光学像を光電変換する。
このＣＣＤ２５は信号線２６を介してビデオプロセッサ４内のＣＣＤドライバ２９と、プリアンプ３０に接続される。なお、信号線２６は、実際には、図示しないコネクタを介してビデオプロセッサ４と着脱自在に接続される。
ＣＣＤドライバ２９からのＣＣＤドライブ信号の印加によりＣＣＤ２５により光電変換された撮像信号は、プリアンプ３０により増幅された後、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）及びノイズ除去等を行うプロセス回路３１を経てＡ／Ｄ変換回路３２に入力されると共に、調光回路３３に入力される。

このＡ／Ｄ変換回路３２によりアナログ信号からデジタル信号の画像データに変換された後、ホワイトバランス回路３４に入力され、ホワイトバランスの処理が行われた後、オートゲインコントロール回路（ＡＧＣ回路と略記）３５に入力され、所定レベルまで増幅される。
なお、ＡＧＣ回路３５は、光源装置３の絞り装置１３による照明光量での調光動作が優先して行われ、この絞り装置１３の開口が開放状態に達した後、その開放状態の情報に基づいて、ＡＧＣ回路３５により不足する信号レベルが増大するように増幅する動作を行う。
また、調光回路３３は、プロセス回路３１の出力信号から、光源装置３の絞り装置１３の開口量を調整して適正な照明光量に制御する調光信号を生成する。

上記ＡＧＣ回路３５の出力データは、本実施例における分離手段を形成するフィルタ回路３６に入力されると共に、切替スイッチ４０を介してγ補正回路４１に入力される。 また、電子内視鏡２には、術者等の操作により、例えば、通常観察モードとなる第１観察モードと、生体粘膜の構造を強調して観察モードする生体粘膜強調観察モードとしての第２観察モードとの２つの観察モードを選択して観察できるように、モード切替スイッチ２０が有けてある。
そして、モード切替スイッチ２０によりなされた観察モード切替の指示は、ビデオプロセッサ４のモード切替回路２１に入力され、モード切替回路２１はモード切替指示に対応して切替スイッチ４０の切替を行うと共に、タイミングジェネレータ４９にモード切替信号を送る。

なお、モード切替スイッチ２０は、電子内視鏡２に設けられているものに限らず、例えば、ビデオプロセッサ４の図示しないフロントパネルに設けられていても良いし、ビデオプロセッサ４に接続可能な図示しないキーボードにおける所定のキーとして構成されていても良い。
切替スイッチ４０は、モード切替スイッチ２０の操作により、モード切替回路２１を介して通常観察に対応する第１観察モード時には、接点ａが選択され、第２観察モード時には接点ｂが選択される。
従って、第２観察モードが選択された場合には、ＡＧＣ回路３５の出力信号は、観察対象の生体が持つ主要な構造、具体的には細かい粘膜構造及び粗い粘膜構造の空間周波数成分を分離抽出する分離手段を形成するフィルタ回路３６を経て、さらに同時化回路３７、色変換回路３８及び面順次回路３９での処理が行われた後、切替スイッチ４０を経てγ補正回路４１に入力される。

フィルタ回路３６は、図４に示すようにタイミングジェネレータ４９からのタイミング信号により切り替えられるセレクタ５１と、生体の主要な粘膜構造に対応する空間周波数成分を分離抽出できるようにする、周波数特性が設定されたバンドパスフィルタ（ＢＰＦと略記）５２及びハイパスフィルタ（ＨＰＦと略記）５３とから構成される。
図４に示すようにフィルタ回路３６に、広帯域のＲ、Ｇ、Ｂ信号が面順次で入力されるタイミングでセレクタ５１がタイミングジェネレータ４９により切り替えられる。
そして、Ｒ信号はスルーして同時化回路３７のＲメモリ３７ａに格納され、Ｇ信号はＢＰＦ５２を経てＧメモリ３７ｂに格納され、Ｂ信号はＨＰＦ５３を経てＢメモリ３７ｃに格納される。

つまり、Ｒ信号はそのままＲメモリ３７ａに格納され、Ｇ信号はＢＰＦ５２によりフィルタ処理されてＧメモリ３７ｂに格納され、Ｂ信号はＨＰＦ５３でフィルタ処理されてＢメモリ３７ｃに格納される。
この場合、ＢＰＦ５２は、図５に示すように中ないしは中低域部Ｆａの周波数成分に対しては、その振幅が１より大きくなるように増強し、高域部Ｆｂを抑圧するフィルタ特性（周波数特性）に設定されている。また、ＨＰＦ５３は、図６に示すように高域部Ｆｃの周波数成分に対しては、振幅が１より大きくなるように増強するフィルタ特性に設定されている。なお、ＢＰＦ５２、ＨＰＦ５３のいずれもＤＣ成分は、その値が変化しないようにその振幅が１となるように設定されている。
本実施例における分離手段を構成するフィルタ回路３６は、生体における細かい粘膜構造と粗い粘膜構造とを分離すると共に、さらにそれらの構造を識別し易くするためにγ補正回路４１において後述するコントラスト変換処理を施すようにしている。

上記同時化回路３７のＲ，Ｇ，ｂメモリ３７ａ、３７ｂ、３７ｃにそれぞれ格納されたＲ，Ｇ，Ｂ信号データは、同時に読み出されて同時化されたＲ，Ｇ，Ｂ信号となり、色調整手段としての色変換回路３８に入力されて色変換される。なお、図４に示すようにＧ，Ｂの信号は、それぞれフィルタＢＰＦ５２，ＨＰＦ５３によるフィルタ処理がされているので、ＢＰＦ（Ｇ）、ＨＰＦ（Ｂ）で示している。
色変換回路３８は、同時化されたＲ、ＢＰＦ（Ｇ）、ＨＰＦ（Ｂ）の画像情報を３×３のマトリクスにより色変換する。これにより、粘膜の表層側の細かい構造部分と深層側の粗い構造部分とをそれぞれ異なる色調で表示するように色変換処理する。このように色変換処理を行うことにより、分離された粘膜構造を表示される色調が異なることにより、より識別し易い画像にしている。

この場合におけるＲ、ＢＰＦ（Ｇ）、ＨＰＦ（Ｂ）からＲ′、Ｇ′、Ｂ′に色変換する変換式は、３行３列のマトリクスＫを用いて、以下の式（１）としている。

ここで、マトリクスＫは、例えば３個の実数成分ｍ１〜ｍ３（その他の成分は０）からなり、この式（１）ような変換式により、Ｒ、ＢＰＦ（Ｇ）、ＨＰＦ（Ｂ）のカラー信号におけるＢＰＦ（Ｇ）及びＨＰＦ（Ｂ）の色信号の重み付け（比率）を大きくしている。ここでは、長波長となるＲの色信号を抑圧している。

この色変換回路３８の出力信号（Ｒ′、Ｇ′、Ｂ′に変換されたものとなるが、以下では紛らわしくなる場合を除き、簡単化のためＲ、Ｇ、Ｂを用いて説明する）は、面順次回路３９に入力される。
面順次回路３９は、フレームメモリにより構成され、同時に格納されたＲ、Ｇ、Ｂの画像データを色成分画像として順次読み出すことにより面順次の画像データに変換される。この面順次のＲ，Ｇ，Ｂの画像データは、切替スイッチ４０を経てγ補正回路４１に入力され、γ補正される。
このγ補正回路４１は、例えばその内部にγ補正の入出力特性を格納したγテーブルを有し、タイミングジェネレータ４９により、γ補正の入出力特性が切り替えられる。

第１観察モードでは、このγ補正回路４１は、面順次に入力されるＲ、Ｇ、Ｂ信号に対して共通のγ補正を行う入出力特性に設定されるが、第２観察モードにおいては、面順次に入力されるＲ、Ｇ、Ｂ信号毎にγ補正の入出力特性が切り替えられる。
具体的には、γ補正回路４１は、Ｒ信号に対しては、図７の実線で示すｇａｍｍａ１の入出力特性に設定するのに対して、このＲ信号よりも粘膜表層の微細な構造情報を再現するＧ及びＢ信号に対しては、図７の点線で示すｇａｍｍａ２の入出力特性に設定して、コントラスト変換処理を行うようにしている。
ｇａｍｍａ２の入出力特性は、小さい入力域においては、ｇａｍｍａ１の入出力特性の場合よりも小さな出力となり、大きな入力域においては、ｇａｍｍａ１の入出力特性の場合よりも大きな出力となるように設定されている。

このような入出力特性でＧ及びＢ信号に対してγ補正を行うことにより、画像信号に再現される微細な粘膜構造情報のコントラストを高めることができるようにしている。
このγ補正回路４１によりγ補正された後、拡大回路４２に入力されて拡大補間処理された後、強調回路４３に入力される。
この強調回路４３により、構造強調或いは輪郭強調が行われた後、セレクタ４４を経て同時化回路４５に入力される。この同時化回路４５は、３つのメモリ４５ａ、４５ｂ、４５ｃにより形成されている。
同時化回路４５により同時化されたＲ，Ｇ，Ｂの画像データは、画像処理回路４６に入力され、動画の色ずれ補正等の画像処理が施された後、Ｄ／Ａ変換回路４７ａ、４７ｂ、４７ｃに入力される。そして、Ｄ／Ａ変換回路４７ａ、４７ｂ、４７ｃによりアナログの映像信号若しくは画像信号（広義の生体信号）に変換された後、表示装置としてのモニタ５に入力される。 モニタ５は、入力される映像信号に対応した内視鏡画像を表示する。 また、ビデオプロセッサ４内には、タイミングジェネレータ４９が設けてあり、光源装置３の制御回路１６からの回転フィルタ１４の回転に同期した同期信号が入力され、この同期信号と同期した各種タイミング信号を上記各回路に出力する。
また、調光回路３３は、光源装置３の絞り装置１３を制御し、観察に適した適正な明るさの画像となるように照明光量を制御する。
次にこのような構成の本実施例の内視鏡装置１による作用を説明する。
図１に示すように電子内視鏡２を光源装置３やビデオプロセッサ４に接続して、電源を投入する。また、電子内視鏡２を体腔内に挿入して体腔内の観察対象部位の生体組織を観察する。初期状態では、例えば通常観察としての第１観察モードの状態に設定されている。

照明光の光路上で回転フィルタ１４が一定速度で回転し、Ｒ、Ｇ、Ｂの照明光が集光レンズ１５により集光されてライトガイド９に入射される。図３に示したように広帯域のＲ、Ｇ、Ｂの各照明光は、ライトガイド９の先端面からさらに照明レンズ２３を経て、生体組織に順次照射される。
そして、広帯域のＲ、Ｇ、Ｂの各照明光のもとでＣＣＤ２５により撮像され、ＣＣＤ２５により光電変換されたＣＣＤ出力信号は、ビデオプロセッサ４内のプリアンプ３０で増幅された後、プロセス回路３１内のＣＤＳ回路により信号成分が抽出される。プロセス回路３１の出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路３２によりデジタル信号に変換され、（上記のように第１観察モードの時には）ホワイトバランス回路３４、ＡＧＣ回路３５を経て切替スイッチ４０からγ補正回路４１に入力される。

γ補正回路４１によりγ補正された後、拡大回路４２に入力されて拡大補間処理された後、強調回路４３に入力され、この強調回路４３により、構造強調或いは輪郭強調が行われた後、セレクタ４４を経て同時化回路４５に入力される。この同時化回路４５により同時化された画像データは、画像処理回路４６に入力され、動画の色ずれ補正等の画像処理が施された後、Ｄ／Ａ変換回路４７ａ、４７ｂ、４７ｃによりアナログの映像信号に変換された後、モニタ５に出力される。そして、モニタ５は、入力される映像信号に対応した内視鏡画像を表示する。
この第１観察モードにおいては、可視領域の照明光による通常のカラー画像がモニタ５に表示される。
一方、電子内視鏡２のモード切替スイッチ２０が操作されて第２観察モードへの切替指示が行われると、その信号がビデオプロセッサ４のモード切替回路２１に入力される。

モード切替回路２１は、タイミングジェネレータ４９に対して第２観察モードへの切替指示が行われたモード切替信号を送ると共に、切替スイッチ４０の接点ｂがＯＮするように切り替える。
タイミングジェネレータ４９は、図４に示すようにフィルタ回路３６に広帯域のＲ，Ｇ，Ｂの各信号が入力されるタイミングでセレクタ５１を順次切り替える。この場合、Ｒ信号は、フィルタ処理が行われないでフィルタ回路３６をスルーして同時化回路３７のＲメモリ３７ａに格納される。
これに対して、Ｇ信号はＢＰＦ５２により、図５に示すように高域部Ｆｂを抑圧し、中低域部Ｆａを増強する周波数特性に設定されており、中低域部Ｆａの周波数成分を抽出（分離）する。

また、Ｂ信号はＨＰＦ５３により、図６に示すように高域部Ｆｃを増強する特性に設定されており、高域部Ｆｃの周波数成分を抽出（分離）する。
このように生体粘膜の表層側及びこの表層よりも深層側の構造、具体的には血管走行の構造に対応する空間周波数成分をそれぞれ分離抽出する周波数分離特性と共に、それらを識別し易くする特性に設定されたフィルタ回路３６のＢＰＦ５２及びＨＰＦ５３により、以下に説明するようにそれらの構造を視認し易くする信号を生成する。
図８は、図５のＢＰＦ５２を用いることにより、狭帯域のＧの照明光のもとで撮像したＧ信号と類似のＧ信号成分を分離抽出することを示すための説明図である。
図８の台形は、広帯域のＧの照明光を示し、このＧの照明光は、中央付近の帯域制限され、粗い粘膜構造を得るのに適した波長域Ｇ０と共に、これより短波長側の短波長域Ｇａと、波長域Ｇ０より長波長側の長波長域Ｇｂとを含む。短波長域Ｇａは、ヘモグロビンの吸光度が低いため、ＣＣＤ２５により撮像されたＧ信号中において、波長域Ｇ０よりは血管像などのコントラストが低くなるが、浅層（表層）の細かい粘膜構造の画像に寄与する。

この細かい粘膜構造は、高周波成分として現れるため、ＢＰＦ５２の特性として、高域側を抑圧した特性にして、その再現を抑制している。
長波長域Ｇｂは、波長域Ｇ０よりも深層の情報を再現するが、その多くは深層の太い血管の構造であり、隣接する波長域Ｇ０の再現情報と大きな差がないと考えられる。寧ろ、ヘモグロビンの吸光度がより低くなるため、コントラストが低く、波長域Ｇ０によるハイコントラストの画像情報と重ね合わされ、平均化されるため、全体としてはコントラストが低下する。
このため、図５に示すように低〜中域の周波数成分に対してコントラスト増強する周波数特性に設定することにより、低〜中域の周波数成分の信号を増強して抽出することにより、深層側の粗い粘膜構造の画像に対応するＧ信号成分が得られる。

また、図９は、図６のＨＰＦ５３を用いることにより、狭帯域のＢの照明光のもとで撮像したＢ信号と類似のＢ信号成分を抽出することを示すための説明図である。
図９に示す台形は、広帯域のＢの照明光を示し、このＢの照明光は、狭帯域に帯域制限され、細かい粘膜構造を得るのに適した波長域Ｂ０と、これより長波長側の長波長域Ｂａを含む。長波長域Ｂａは、波長域Ｂ０よりも波長が長いため、波長域Ｂ０よりも若干深層の粘膜情報も再現するのに寄与する。
そして、この長波長域Ｂａで得られるＢの画像データは、中域の周波数成分となり、抑制対象となるため、図６に示すようにその帯域を抑圧した特性に設定されている。
また、この長波長域Ｂａは、波長域Ｂ０と同じ粘膜情報の再現に寄与するが、ヘモグロビンの吸光度が低いため、コントラストが低くなる。この情報は、コントラストが高い波長域Ｂ０と平均化された画像になるため、波長域Ｂ０のみを照射した場合よりも画像のコントラストを低くする。

このため、本実施例では撮像された信号に対して、ＨＰＦ５３により高域を増強した周波数特性にして、高域でのコントラストを増強する。このようにして、表層側の細かい粘膜構造が視認し易くなるようなＢ画像を生成することができる。
このようにして、狭帯域のＧ信号及びＢ信号に類似の粘膜構造を反映するＧ信号及びＢ信号は、Ｒ信号と共に同時化された後、色変換回路３８により色変換されて、粘膜構造をより識別し易い色調に変換される。さらに面順次の信号に変換された後、γ補正回路４１において、Ｇ信号及びＢ信号に対して小さい入力域と大きい入力域における夫々の出力の差を増大するコントラスト変換処理を施すようにしているので、表層側における粘膜構造を視認し易い状態の画像でモニタ５に表示される。

このようにしてモニタ５に表示される画像は、生体における細かい粘膜構造部分と粗い粘膜構造部分とはそれらの空間周波数に対応した周波数特性で分離され、かつ異なる色調でより識別し易い画像として表示される。
このため、本実施例によれば、簡単な構成により、生体における細かい粘膜構造部分と粗い粘膜構造部分とを識別し易い画像として観察することができる。従って、診断を行い易い画像を提供できる効果もある。

次に図１０を参照して、本発明の実施例２を説明する。図１０は本発明の実施例２の内視鏡装置１Ｂを示す。実施例１の内視鏡装置１は、面順次式内視鏡装置であったが、本実施例では同時式の内視鏡装置１Ｂとなっている。
この内視鏡装置１Ｂは、電子内視鏡２Ｂと光源装置３Ｂと、ビデオプロセッサ４Ｂとモニタ５とから構成される。
電子内視鏡２Ｂは、図１に示す電子内視鏡２において、ＣＣＤ２５の撮像面に光学的に色分離する色分離フィルタ６０として例えば補色系フィルタが各画素単位で取り付けてある。図示しないがこの補色系フィルタは、各画素の前に、マゼンタ（Ｍｇ）、グリーン（Ｇ）、シアン（Ｃｙ）、イエロ（Ｙｅ）の４色のカラーチップが、水平方向には、ＭｇとＧとが交互に配置され、縦方向には、Ｍｇ、Ｃｙ、Ｍｇ、ＹｅとＧ、Ｙｅ、Ｇ、Ｃｙとの配列順で、それぞれ配置されている。

そして、この補色系フィルタを用いたＣＣＤ２５の場合、縦方向に隣接する２列の画素を加算して順次読み出すが、このとき奇数フィールドと偶数フィールドで画素の列をずらして読み出すようにする。そして、後段側での色分離回路により、公知のように輝度信号と色差信号とを生成できることになる。
また、電子内視鏡２Ｂにおける例えば操作部８内には、ＩＤ発生回路６１が設けてある。このＩＤ発生回路６１のＩＤ情報を利用することにより、例えば電子内視鏡２ＢのＣＣＤ２５の色分離フィルタ６０の種類、バラツキ等に応じて、信号処理する際の特性を変更することにより、より適切な信号処理を行えるようにしている。
また、光源装置３Ｂは、図１の光源装置３において回転フィルタ１４、モータ１７及び制御回路１６を除去した構成である。

つまり、この光源装置３Ｂは、白色の照明光を集光レンズ１５により集光してライトガイド９の基端面に入射する。そして、この照明光はライトガイド９の先端面からさらに照明レンズ２３を経て体腔内の観察対象部位の生体粘膜に照射される。そして、照明された生体粘膜の光学像が色分離フィルタ６０により補色系に分離され、ＣＣＤ２５により撮像される。
ＣＣＤ２５の出力信号は、ビデオプロセッサ４Ｂ内のＣＤＳ回路６２に入力される。このＣＤＳ回路６２により、出力信号から信号成分が抽出されてベースバンドの信号に変換された後、Ａ／Ｄ変換回路６３に入力され、デジタル信号に変換されると共に、明るさ検波回路６４に入力され、明るさ（信号の平均輝度）が検出される。

明るさ検波回路６４により検出された明るさ信号は、調光回路３３に入力され、基準の明るさ（調光の目標値）との差分により調光するための調光信号が生成される。この調光回路３３からの調光信号は、光源装置３Ｂの絞り装置１３を制御し、観察に適した照明光量となるように調光する。
Ａ／Ｄ変換回路６４から出力されるデジタル信号は、Ｙ／Ｃ分離回路６５に入力され、輝度信号Ｙと（広義の色信号Ｃとしての）線順次の色差信号Ｃｒ（＝２Ｒ−Ｇ），Ｃｂ（＝２Ｂ−Ｇ）が生成される。輝度信号Ｙは、γ回路６６を介してセレクタ６７に入力される（この輝度信号をＹｈと記す）と共に、信号の通過帯域を制限するＬＰＦ７１に入力される。
このＬＰＦ７１は、輝度信号Ｙに対応して広い通過帯域に設定されており、このＬＰＦ７１の通過帯域特性により設定された帯域の輝度信号Ｙｌが、第１マトリクス回路７２に入力される。

また、色差信号Ｃｒ，Ｃｂは、信号の通過帯域を制限する第２のＬＰＦ７３を介して（線順次）同時化回路７４に入力される。
この場合、第２のＬＰＦ７３は、制御回路６８により、観察モードに応じてその通過帯域特性が変更される。具体的には、通常観察に対応する第１の観察モード時には、第２のＬＰＦ７３は、第１のＬＰＦ７１より低い通過帯域（低帯域）に設定される。
一方、粘膜強調観察を行う第２観察モード時には、第２のＬＰＦ７３は、通常観察用の第１観察モード時における低帯域よりも広い帯域に変更される。例えば第２のＬＰＦ７３は、第１のＬＰＦ４１とほぼ同様に広帯域に設定（変更）される。このように第２のＬＰＦ７３は、観察モードの切替に連動して、色差信号Ｃｒ，Ｃｂに対する通過帯域を変更する。なお、この観察モードの切替に連動した第２のＬＰＦ７３の特性の変更は、制御回路６８の制御で行われる。

同時化回路７４は、同時化された色差信号Ｃｒ，Ｃｂを生成し、この色差信号Ｃｒ，Ｃｂは、第１マトリクス回路７２に入力される。
第１マトリクス回路７２は、輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｒ，ＣｂからＲ１、Ｇ１、Ｂ１の色信号に変換する。
この第１マトリクス回路７２は、制御回路６８によって制御され、ＣＣＤ２５の色分離フィルタ６０の特性に応じて（変換特性を決定する）マトリクス係数の値を変更して、混色の無い或いは混色を殆ど解消したＲ１，Ｇ１，Ｂ１の色信号に変換する。
例えば、ビデオプロセッサ４Ｂに実際に接続される電子内視鏡２Ｂにより、その電子内視鏡２Ｂに搭載されているＣＣＤ２５の色分離フィルタ６０の特性が異なる場合があり、制御回路６８は、ＩＤ情報により実際に使用されているＣＣＤ２５の色分離フィルタ６０の特性に応じて第１マトリクス回路７２の係数を変更する。

このようにすることにより、実際に使用される撮像手段の種類が異なる場合にも適切に対応でき、偽色の発生を防止したり、混色の無いＲ１，Ｇ１，Ｂ１の３原色信号に変換することができる。
この第１マトリクス回路７２により生成されたＲ１、Ｇ１、Ｂ１の色信号は、実施例１におけるフィルタ回路３６に対応するフィルタ回路３６Ｂを経て、ホワイトバランス回路８６に出力される。
実施例１では、フィルタ回路３６には面順次でＲ、Ｇ、Ｂの信号が入力される構成であったため図４に示すようにセレクタ５１を用いていたが、本実施例ではＲ１、Ｇ１、Ｂ１の色信号が同時に入力される構成であるため、図４のセレクタ５１を不要にしている。

そして、Ｒ１信号は、フィルタ回路３６Ｂをスルーして、ホワイトバランス回路８６に入力され、Ｇ１信号及びＢ１信号は、それぞれＢＰＦ５２及びＨＰＦ５３を経て、Ｇ１′信号及びＢ１′信号になり、それぞれ、ホワイトバランス回路８６に入力される。
本実施例においては、このフィルタ回路３６Ｂにより実質的に実施例１と同様の信号処理が施される。また、このフィルタ回路３６Ｂを通したＲ１信号、Ｇ１′信号及びＢ１′信号が入力される、ホワイトバランス回路８６及びその出力信号が入力されるγ回路７５は、制御回路６８により制御される。

ホワイトバランス回路８６は、入力されＲ１信号、Ｇ１′信号、Ｂ１′信号に対してホワイトバランス調整を行い、ホワイトバランス調整されたＲ１信号、Ｇ１′信号、Ｂ１′信号をγ回路７５に出力する。
本実施例においても、撮像された信号に対してγ回路７５により、実施例１のγ補正回路４１と基本的に同様のコントラスト変換処理を施す。つまり、第１観察モードでは、共通の入出力特性でγ補正されるが、第２観察モード時にはＲ１、Ｇ１，Ｂ１毎に異なる入出力特性でγ補正される。

この場合、実施例１では先に色変換された後にγ補正回路４１でγ補正していたのに対して、本実施例ではγ補正された後、後述する第２マトリクス回路７６において色変換を行う構成に変更されている。

このため、本実施例では、第２観察モード時には、Ｒ１、Ｇ１信号に対しては、図７のｇａｍｍｍａ１の入出力特性で、そしてＢ１信号に対しては図７のｇａｍｍａ２の入出力特性で（この場合には同時に）γ補正するようにしている。

このように本実施例におけるγ回路７５によって、第２観察モード時には、第１観察モード時よりもγ補正の特性を強調したγ特性に変更されて、コントラスト変換処理が施され、これにより、コントラストが強調され、より識別し易い表示になる。
γ回路７５によりγ補正されたＲ２、Ｇ２、Ｂ２の色信号は第２マトリクス回路７６により、輝度信号Ｙと、色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙに変換される。

この場合、制御回路６８は、第１観察モード時には、Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２信号から輝度信号Ｙと、色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙに単に変換するように第２マトリクス回路７６のマトリクス係数を設定する。
また、制御回路６８は、第２観察モード時には、第２マトリクス回路７６のマトリクス係数を実施例１の色変換回路３８による色変換、つまり色調整手段の機能も兼ねるマトリクス係数に変更する。
第２マトリクス回路７６により出力される輝度信号Ｙｎは、セレクタ６７に入力される。このセレクタ６７は、制御回路６８により切替が制御される。つまり、第１観察モード時には輝度信号Ｙｈが選択され、第２観察モード時には、輝度信号Ｙｎが選択される。

第２マトリクス回路７６から出力される色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙは、セレクタ６７を通った輝度信号Ｙｈ又はＹｎ（Ｙｈ／Ｙｎと表記）と共に、拡大回路７７に入力される。 この拡大回路７７により拡大処理された輝度信号Ｙｈ／Ｙｎは、強調回路７８により輪郭強調された後、第３マトリクス回路７９に入力され、拡大回路７７により拡大処理された色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙは、強調回路７８を通さないで第３マトリクス回路７９に入力される。
そして、第３マトリクス回路７９によりＲ，Ｇ，Ｂの３原色信号に変換された後、さらにＤ／Ａ変換回路８０によりアナログの３原色信号に変換されて映像信号出力端からモニタ５に出力される。

なお、強調回路７８による輪郭強調もＣＣＤ２５及び色分離フィルタ６０等の種類に応じてその強調特性（強調帯域が中低帯域にするか中高帯域にするか）等を変更しても良い。
このような構成による本実施例は、基本的に実施例１の面順次により撮像された信号に対して空間周波数成分でＣＣＤ２５で撮像された信号を分離することを、同時式の場合に適用した作用となる。
つまり、実施例１では、面順次で撮像されて順次入力されるＲ，Ｇ，Ｂの信号に対してフィルタ回路３６により、空間周波数成分で分離等する処理を行っていたが、本実施例では同時に入力されるＲ，Ｇ，Ｂの信号に対してフィルタ回路３６Ｂにより、空間周波数成分で分離等する処理を行っている。

従って、本実施例によれば、同時式の場合においても順次式の場合の実施例１とほぼ同様の効果を有する。
つまり、通常観察時と同じ照明状態において、狭帯域光の下で撮像した場合と類似の生体粘膜の表層側の細かい粘膜構造と深層側の粗い粘膜構造とを識別し易い画像として観察することができる。
なお、上述した実施例１及び２においては、フィルタ回路３６、３６Ｂにより、周波数で分離すると共に、生体粘膜の反射特性（吸光特性）を考慮してコントラスト変換処理も行うようにしているが、本発明は、単に生体の構造における分離しようとする空間周波数で分離（抽出）するものも含む。
例えば表層側の細かい粘膜構造と粗い粘膜構造にそれぞれ対応する両空間周波数成分の間の空間周波数をカットオフ周波数としたＨＰＦ或いはＬＰＦ等を用いて両粘膜構造の少なくとも一方の粘膜構造に対応する生体信号に分離するものを含む。

次に図１１から図１３を参照して、本発明の実施例３を説明する。図１１は本発明の実施例３における分離手段としてのウェーブレット変換部３６Ｃを示す。本実施例の内視鏡装置は、例えば図１０の内視鏡装置１Ｂにおいて、フィルタ回路３６Ｂの代わりに図１１に示すウェーブレット変換部３６Ｃを用いた構成である。
図１１に示すようにこのウェーブレット変換部３６Ｃは、図１０に示すＧ１信号とＢ１信号に対して２次元の離散ウェーブレット変換を行うウェーブレット変換回路（以下、ＤＷＴと略記）８１と、このＤＷＴ８１から出力されるウェーブレット変換係数に所定の重み付け処理を行う係数変換回路８２と、この係数変換回路８２の出力に対して２次元の逆離散ウェーブレット変換を行う逆ウェーブレット変換回路（ＩＤＷＴと略記）８３とからなる。

なお、Ｒ信号はウェーブレット変換部３６Ｃをスルーして第１マトリクス回路７２に入力される。
ＤＷＴ８１では、Ｈａａｒ基底を用いて２次元の離散ウェーブレット変換を行う。この２次元の離散ウェーブレット変換は、水平方向と垂直方向とにそれぞれ適用する２つの１次元フィルタからなる分離型２次元フィルタを用いるものであり、公知であるのでその説明を省略する。
図１２はＤＷＴ８１による２次元の離散ウェーブレット変換において、分解レベル２の変換係数群の構成例である。ここで、離散ウェーブレット変換によりサブバンドに分割された変換係数（画像成分）をＨＨ１、ＬＨ１、ＨＬ１、ＨＨ２、ＬＨ２、ＨＬ２、ＬＬ２で示している。

ここで、例えばＨＨ１は、水平、垂直方向共に、高域通過フィルタを適用して得られる画像成分を示し、ＨＨｘのｘは原画像に対する分解レベルを示す。また、ＬＨ、ＨＬ、ＬＬは、それぞれ水平方向に低域通過型フィルタ、垂直方向に高域通過型フィルタを適用した画像成分、水平方向に高域通過型フィルタ、垂直方向に低域通過型フィルタを適用した画像成分、水平方向に低域通過型フィルタ、垂直方向に低域通過型フィルタを適用した画像成分を示す。また、ＬＬ２、ＨＬ２、ＬＨ２、ＬＬ２は、ＬＬ１をサブバンドに分解することで導出される。なお、分解レベル１の場合には、分解前の画像は４つの変換係数ＨＨ１、ＬＨ１、ＨＬ１、ＬＬ１に分解されることになる。

ＤＷＴ８１は、入力される（原信号の）Ｇ信号に対する分解レベルを、Ｂ信号よりも少なくし、例えば分解レベルを１として、ＨＨ１、ＬＨ１、ＨＬ１、ＬＬ１に分解する。一方、入力されるＢ信号に対しては、Ｇ信号の場合よりも分解レベルを上げて、例えば分解レベル４とし、ＨＨ１,ＬＨ１,ＨＬ１、ＨＨ２,ＬＨ２,ＨＬ２、ＨＨ３,ＬＨ３,ＨＬ３、ＨＨ４,ＬＨ４,ＨＬ４,ＬＬ４に分解する。
このようにしてＤＷＴ８１により生成された変換係数は、係数変換回路８２に入力される。
この係数変換回路８２における重み付けは、Ｇ信号に対してはＨＨ１,ＬＨ１,ＨＬ１の変換係数がより小さくなるように重み係数が乗算される。

例えば、重み係数として一律にゼロが設定される。これにより、水平方向、垂直方向、対角方向の高周波成分を抑制することができる。また、ＬＬ１には、重み係数１として１が乗算される。
一方、Ｂ信号に対しては、ＨＨ２,ＬＨ２,ＨＬ２、ＨＨ３,ＬＨ３,ＨＬ３、ＨＨ４,ＬＨ４,ＨＬ４の変換係数がより小さくなるように重み係数が乗算される。例えば、重み係数は、一律にゼロとされる。これにより、中低域の周波数成分を抑制する。また、ＨＨ１,ＬＨ１,ＨＬ１及びＬＬ４には、重み係数１が乗算される。
このようにして、係数変換回路８２により重み付け処理されて出力される係数は、ＩＤＷＴ８３に入力され、２次元の逆離散ウェーブレット変換が行われる。

この場合、Ｇ信号に対しては、重み付け処理された後のＨＨ１,ＬＨ１,ＨＬ１と、ＬＬ１を用いて逆離散ウェーブレット変換が行われる。その結果、合成される画像信号（Ｇ信号）には、細かな粘膜構造情報が抑制される。
一方、Ｂ信号に対しては、重み付け後のＨＨ２,ＬＨ２,ＨＬ２、ＨＨ３,ＬＨ３,ＨＬ３、ＨＨ４,ＬＨ４,ＨＬ４と、ＨＨ１,ＬＨ１,ＨＬ１及びＬＬ４を用いて逆離散ウェーブレット変換が行われる。その結果、合成される画像信号（Ｂ信号）には、主に細かな粘膜情報が再現される。
このように処理されたＲ．Ｇ．Ｂの信号は、図１０に示すγ回路７５に入力され、実施例２で説明したように同様の処理が行われる。

本実施例によれば、分離型の２次元フィルタを用いることにより、より画質の良い状態の粘膜構造を再現する画像が得られる。その他、実施例２と同様の作用効果が得られる。 なお、上記の説明においては、重み付けを行わない場合の重み係数として１を用いたが、１以上の重み係数を設定して、コントラストを増強するようにしても良い。すなわち、Ｇ信号の場合、ＬＬ１に１以上の重み係数を乗算して、中低域成分からなる画像成分のコントラストを増強し、またＢ信号に対しては、ＨＨ１,ＬＨ１,ＨＬ１に１以上の重み係数を乗算して、細かな粘膜情報のコントラストを増強するようにしても良い。

（変形例）
図１３は変形例におけるウェーブレット変換部３６Ｄを示す。このウェーブレット変換部３６Ｄは、図１１のウェーブレット変換部３６Ｃにおいて、Ｂ信号の明るさ平均値を算出する明るさ平均画像生成回路８４と、明るさ平均画像生成回路８４の出力信号とＩＤＷＴ８３から出力されるＢ信号とを加算する加算器８５とを設けたものである。
そして、図１１の構成の場合と同様に、Ｒ信号はこのウェーブレット変換部３６Ｄをスルーしてγ回路７５に出力され、Ｇ信号とＢ信号とはＤＷＴ８１、係数変換回路８２及びＩＤＷＴ８３へと順次入力される。さらにＢ信号は、明るさ平均画像生成回路８４に入力され、この明るさ平均画像生成回路８４の出力信号とＩＤＷＴ８３の出力信号とが加算されて、γ回路７５に出力される。

この変形例においては、ＤＷＴ８１では、Ｇ信号及びＢ信号共に、同じ分解レベル、例えば分解レベル１のサブバンドに分解されるようにしている。
係数変換回路８２は、Ｇ信号に対しては、ＨＨ１,ＬＨ１,ＨＬ１の変換係数がより小さくなるように重み係数を乗算し（例えば一律にゼロの重み係数を乗算し）、ＬＬ１には１を乗算する。
一方、係数変換回路８２は、Ｂ信号におけるＬＬ１の係数には、重み係数ゼロを乗算し、ＨＨ１,ＬＨ１,ＨＬ１の係数には、１を乗算する。
この係数変換回路８２に重み付け処理された係数は、ＩＤＷＴ８３において、２次元の逆離散ウェーブレット変換される。Ｂ信号は、重み付け後のＬＬ１とＨＨ１,ＬＨ１,ＨＬ１を基に合成画像を生成する。Ｇ信号も、重み付け後のＬＬ１とＨＨ１,ＬＨ１,ＨＬ１を基に合成画像を生成する。

また、明るさ平均画像生成回路８４は、Ｂ信号の明るさ平均を算出し、全画素に対してこの明るさ平均の画素値の画像信号を出力する。この明るさ平均画像生成回路８４から出力される画像信号は加算器８５に入力され、ＩＤＷＴ８３から出力されるＢ信号と加算されたＢ２信号がこのウェーブレット変換部３６Ｄから出力される。
本変形例では、分解レベルをＧ、Ｂ信号で共通とする事により、構成を簡略化すると共に、明るさ平均画像生成手段を設ける事で、Ｂ信号における低域成分をより抑制した画像信号を簡便に生成することが可能となる。その他、実施例３と同様の効果を有する。
なお、実施例３及びその変形例として、実施例２の場合に適用した場合で説明したが、面順次方式にも同様に適用することができる。

上述した各実施例等において、生体観察装置を信号処理手段としての機能を持つビデオプロセッサ４若しくは４Ｂのみで構成しても良い。

また、上述した各実施例等においては、光源装置３若しくは３Ｂで発生した広帯域の照明光をライトガイド９により伝送し、このライトガイド９の先端面から照明レンズ２３を介して伝送した照明光を生体粘膜等に照射する構成にしていた。

本発明は、この構成に限定されるものでなく、例えば電子内視鏡２若しくは２Ｂの先端部２２に、発光ダイオード（ＬＥＤと略記）等の発光素子を配置して照明手段を形成し、この発光素子から若しくは照明レンズ２３を介して生体粘膜等の被写体を照明する構成にしても良い。
なお、上述した各実施例等を部分的に組み合わせる等して構成される実施例等も本発明に属する。

［付記］
１．請求項１において、前記撮像素子は、生体内に挿入される挿入部を有する内視鏡に設けられる。
２．請求項１において、前記分離手段は、広帯域の緑及び青の照明光のもとで前記撮像素子により撮像した広帯域のＧ信号と広帯域のＢ信号に対して、前記生体の構造に対応した空間周波数成分に分離するフィルタ回路を有する。
３．付記２において、前記フィルタ回路は、広帯域のＧ信号に対してはその中〜低域部を透過するＢＰＦを有する。
４．付記２において、前記フィルタ回路は、広帯域のＢ信号に対してはその高域部を透過するＨＰＦを有する。

生体に広帯域の照明光を照射し、その照明光のもとで撮像素子により撮像された出力信号に対して、生体の構造に対応した空間周波数成分に分離するフィルタ回路等の分離手段を設けることにより、簡単な構成で、例えば細かい粘膜と粗い粘膜とを識別し易くする画像の画像信号を生成できる。従って診断し易い画像を得ることができる。

本発明の実施例１の内視鏡装置の全体構成を示すブロック図。 回転フィルタの構成を示す図。 回転フィルタに設けられたＲ、Ｇ、Ｂフィルタの分光特性を示す特性図。 フィルタ回路周辺部の構成を示すブロック図。 フィルタ回路を構成するＢＰＦの周波数特性を示す特性図。 フィルタ回路を構成するＨＰＦの周波数特性を示す特性図。 第２観察モード時に設定されるγ補正回路の入出力特性を示す特性図。 図５のＢＰＦを用いた場合の作用説明図。 図６のＨＰＦを用いた場合の作用説明図。 本発明の実施例２の内視鏡装置の全体構成を示すブロック図。 本発明の実施例３におけるウェーブレット変換部の構成を示すブロック図。 ２次元の離散ウェーブレット変換による分解レベル２の変換係数群の構成例を示す図。 変形例におけるウェーブレット変換部の構成を示すブロック図。

符号の説明

１…内視鏡装置
２…電子内視鏡
３…光源装置
４…ビデオプロセッサ
５…モニタ
７…挿入部
１１…ランプ
１４…回転フィルタ
２０…モード切替スイッチ
２５…ＣＣＤ
２９…ＣＣＤドライバ
３６…フィルタ回路
３７…同時化回路
３８…色変換回路
３９…面順次回路
４９…タイミングジェネレータ
５１…セレクタ
５２…ＢＰＦ
５３…ＨＰＦ

Claims (6)

1. 生体に照射される広帯域の照明光のもとで撮像を行う撮像素子の出力信号に対して信号処理を行い、生成した画像信号を表示装置側に出力可能とする信号処理手段を具備する生体観察装置において、
   前記信号処理手段は、前記出力信号に対して、前記生体の構造に対応した空間周波数成分に分離する分離手段を具備することを特徴とする生体観察装置。
2. 前記分離手段は、前記生体における細かな粘膜構造および粗い粘膜構造の少なくとも一方を反映した信号に分離することを特徴とする請求項１記載の生体観察装置。
3. 前記信号処理手段は、前記分離手段から出力される分離手段出力信号に対して、色調を調整する色調整手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載の生体観察装置。
4. 前記信号処理手段は、前記分離手段から出力される分離手段出力信号に対して、コントラスト変換処理を施すコントラスト変換処理手段を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の生体観察装置。
5. 前記分離手段は、前記出力信号に対して、前記生体の構造に対応した周波数通過特性が異なるフィルタを用いて構成される請求項１から４のいずれか１つに記載の生体観察装置。
6. 前記分離手段は、前記出力信号に対して、ウェーブレット変換手段により構成される請求項１から４のいずれか１つに記載の生体観察装置。

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