JP2008035892A

JP2008035892A - 内視鏡装置

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Publication number: JP2008035892A
Application number: JP2006209738A
Authority: JP
Inventors: Koji Ose; 浩司大瀬
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2006-08-01
Filing date: 2006-08-01
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】撮像素子の劣化を容易な構成で検出する。
【解決手段】撮像素子１２は、内視鏡スコープ１１の先端部で得られる被写体像の画像信号を生成する。２次元ＦＦＴ部２０は、撮像素子１２が略一様な濃淡を有する被写体像を撮像したときの画像信号をフーリエ変換し、パワースペクトル算出部２２がパワースペクトルを算出する。比較器２５は、パワースペクトルの直流成分及び直流成分付近の成分を除いた成分を、基準データと比較することにより、撮像素子１２の劣化の有無を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡スコープの滅菌若しくは洗浄、又は経年等による撮像素子の劣化を検知することが可能な内視鏡装置に関する。

内視鏡装置では、スコープの先端部に設けられた撮像素子（例えばＣＣＤ）によって映像信号が得られ、その映像信号は適宜映像処理された後、モニタに動画像として出力されて、体内等の様子が医師等の使用者によって観察される。

撮像素子で生成される映像信号には種々のノイズが発生することがあり、例えばスコープ先端部の観察窓に付着した汚れに起因して発生する場合がある。このようなノイズを検知する方法としては、例えば特許文献１に記載されるように、映像信号のパワースペクトルを算出し、そのパワースペクトルの低周波成分を所定値と比較することにより行われることが知られている。

特開平６−９８８５４号公報

ところで、近年、内視鏡スコープを使用した後にオートクレーブやＥＯＧ（エチレンオキサイドガス）等によって滅菌処理されることがある。しかし、これら滅菌処理においては、内視鏡スコープは高温高圧下や活性ガス雰囲気下に晒されることとなるので、活性ガスや水蒸気が僅かな隙間からスコープ内に浸入し、撮像素子を劣化させることがある。

滅菌処理における撮像素子の劣化は、映像信号にノイズを発生させることとなるが、このノイズは、病変部に起因して発生する画像変化と区別がつきにくく、特許文献１に記載される方法等では、撮像素子の劣化に起因するノイズを検知することができない。

そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、撮像素子の劣化を簡単な方法で検出することができる内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内視鏡装置は、内視鏡スコープの先端部で得られる被写体像の画像信号を生成する撮像素子と、撮像素子が略一様な濃淡を有する被写体像を撮像したときの画像信号をフーリエ変換し、パワースペクトルを算出するパワースペクトル算出部と、パワースペクトルの直流成分と直流成分付近の成分とを除いた成分を、基準データと比較することにより、撮像素子の劣化の有無を検出する比較部とを備える。

パワースペクトル算出部は、ホワイトバランス調整をするときに撮像される被写体像から生成される画像信号をフーリエ変換し、パワースペクトルを算出することが好ましい。

基準データは、例えば基準パワースペクトルであって、基準パワースペクトルの直流成分と直流成分付近の成分とを除いた成分に対する、パワースペクトルの直流成分と直流成分付近の成分とを除いた成分の増加量が、閾値以上であるとき、撮像素子が劣化されていると検知されることが好ましい。

基準パワースペクトルは、略一様な濃淡を有する被写体像を、基準となる撮像素子によって撮像したときに生成される画像信号をフーリエ変換して、算出されるパワースペクトルであることが好ましい。そして、パワースペクトルは例えば、画像信号の３原色ＲＧＢ信号のうち、Ｇ信号に関するパワースペクトルである。また、例えば前記画像信号の輝度信号に関するパワースペクトルである。

本発明によれば、例えばホワイトバランスのときに得られる濃淡が略一様な被写体像のパワースペクトルを、標準データと比較することにより撮像素子の劣化を検出するので、簡単な処理で撮像素子の劣化を検出することができる。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る内視鏡システムのブロック図である。内視鏡システム１０は、体内に挿入され体内を観察するための内視鏡スコープ１１が、プロセッサ３０に接続されて構成される。

内視鏡スコープ１１の先端部には、ＣＣＤ等から構成される撮像素子１２が配設される。プロセッサ３０には不図示の光源部が設けられ、光源部から発せられる照明光は、内視鏡スコープ１１の先端部から体内（被写体）に照射される。照明光が照射された被写体は撮像素子１２によって撮像され、撮像素子１２では撮像された被写体像に対応するアナログ画像信号が生成する。アナログ画像信号は、アナログフロントエンド１３でノイズ処理等所定の処理が施された後、Ａ／Ｄ変換器１４において、デジタル画像信号に変換され、映像信号生成部１５に入力される。

映像信号生成部１５では、デジタル画像信号から３原色ＲＧＢ信号が生成される。３原色ＲＧＢ信号は、映像信号生成部１５でゲイン調整等の所定の映像処理が施された後、映像信号としてプロセッサ３０に入力される。映像信号は、プロセッサ３０でＤ／Ａ変換等所定の処理が施され、不図示のモニタに動画像として出力される。映像信号生成部１５は、不図示のマイコンによって制御され、ホワイトバランス調整等も実施する。

プロセッサ３０には、電源スイッチ、ホワイトバランススイッチ(以下、ＷＢスイッチという)等の各種スイッチ３１が設けられる。電源スイッチが入力されると、内視鏡システム１０全体の動作が開始され、撮像素子１２では画像信号の生成が開始される。また、ＷＢスイッチが入力されると、ホワイトバランス調整が行われる。

ホワイトバランス調整が行われるとき、内視鏡スコープ１１の先端部は、通常、医師等の使用者によって、例えば内周面全体が白色であるホワイトバランス調整管（不図示）内に挿入された状態に置かれる。したがって、ＷＢスイッチ入力時、撮像素子１２は、ホワイトバランス調整管の底面を撮像することとなる。調整管の底面は平坦で、かつ光源部によって略一様に照明光が照射されているので、ＷＢスイッチ入力時、撮像素子１２では略一様な濃淡を有する被写体像が撮像され、その被写体像に基づき、１フレーム分の画像信号（白色一様画像信号）が生成される。１フレーム分の白色一様画像信号は、映像信号生成部１５で３原色ＲＧＢ信号に変換される。

映像信号生成部１５では、白色一様画像信号の３原色ＲＧＢ信号に基づいてＲＧＢゲインデータ（ホワイトバランス値）が変更され、ホワイトバランス調整が行われる。変更されたＲＧＢゲインデータは、映像信号生成部１５で実施されるゲイン調整において使用される。

白色一様画像信号から変換された３原色ＲＧＢ信号のうち、Ｇ信号は２次元ＦＦＴ部２０にも入力される。Ｇ信号は、２次元ＦＦＴ部２０において、離散的なフーリエ変換である２次元高速フーリエ変換が施された後、パワースペクトル算出部２２においてそのパワースペクトルＸ１が算出され、一時記憶部２３に一旦格納される（図２、３参照）。

メモリ２４には、図２、３に示す基準パワースペクトルＸ０のデータが、予め記憶されている。基準パワースペクトルＸ０は、基準となる正常な撮像素子１２によって生成された白色一様画像信号から算出された基準パワースペクトルである。すなわち、例えば一様な照明光が照射された白色の平坦な被写体（例えばホワイトバランス調整管の底面）が、基準となる撮像素子１２によって撮像されたとき、その撮像素子１２で生成された白色一様画像信号のＧ信号から算出されたパワースペクトルである。なお、基準となる撮像素子１２とは、例えば製品出荷時の撮像素子１２である。

基準となる撮像素子１２は劣化しておらず、そこで生成される画像信号は理想的にはノイズが発生しない。したがって、基準パワースペクトルＸ０は、理想的には、図４に示すように直流成分のみから成るが、実際には、撮像素子の各画素間の微妙な特性の違い等により、基準パワースペクトルＸ０には図２、３に示すように、直流成分以外の成分も含まれることとなる。

比較器２５では、基準パワースペクトルＸ０の直流成分と直流成分付近の成分とを除いた成分に対する、パワースペクトルＸ１の直流成分と直流成分付近の成分とを除いた成分の増加量が算出され、その増加量が閾値以上か否かが検出される。なお、増加量は、例えば、直流成分及び直流成分付近の成分を除いた両パワースペクトルＸ０、Ｘ１の成分がそれぞれ積分され、その積分値の差として算出される。また、例えば直流成分及び直流成分付近の成分を除いた両パワースペクトルＸ０、Ｘ１の成分の平均値がそれぞれ求められ、その平均値の差として算出される。

撮像素子１２が劣化すると、撮像素子１２で生成される画像信号にはノイズが増加するので、パワースペクトルにおける、直流成分以外の成分が、増加することとなる。したがって、比較器２５で算出される増加量が閾値以上である場合には、撮像素子１２が劣化していると判断され、警告コマンドがプロセッサに送出される。なお、直流成分付近の成分とは、図２、３に示すように、パワースペクトル像において、直流成分の座標（Ｕ，Ｖ）が（Ｕ_０，Ｖ_０）であるとすると、（Ｕ_０−Ａ）≦Ｕ≦（Ｕ_０＋Ａ）、及び（Ｖ_０−Ａ）≦Ｖ≦（Ｖ_０＋Ａ）の範囲内にある成分をいう。ここで、Ｕは垂直周波数軸、Ｖは水平周波数軸である。また、Ａは、例えば、パワースペクトル像において、直流成分のパワーの４０〜６０％のパワーを有する周波数である。

図５は、本実施形態に係る画像劣化検出ルーチンである。図５に示すように本実施形態においては、ＷＢスイッチが入力されると、本実施形態に係る画像劣化検出ルーチンが開始される。

ＷＢスイッチが入力されると、ステップＳ１１０において、撮像素子１２によって、１フレーム分の画像信号が生成される。ＷＢスイッチが入力された状態では、上述したように、撮像素子１２は、通常、一様な照明光が照射された白色の被写体を撮像するので、ステップＳ１１０では、１フレーム分の白色一様画像信号の３原色ＲＧＢ信号が生成される。

ステップＳ１２０では、白色一様画像信号の３原色ＲＧＢ信号を用いて、ホワイトバランス調整が行われ、ゲインデータが変更される。ホワイトバランス調整後、ステップＳ１３０では、ステップＳ１１０で生成された白色一様画像信号の３原色ＲＧＢ信号のうち、Ｇ信号について２次元高速フーリエ変換が行われ、ステップＳ１４０では、そのＧ信号に関するパワースペクトルＸ１が算出される。

次いで、ステップＳ１５０では、ステップＳ１４０で算出したパワースペクトルＸ１と、メモリ２４に格納される基準パワースペクトルＸ０とが比較される。そして、上述したように、基準パワースペクトルＸ０に対するパワースペクトルＸ１の、直流成分と直流成分付近の成分とを除く成分の増加量が閾値以上である場合には、撮像素子１２が劣化していると検知され、ステップＳ１６０では、警告コマンドがプロセッサ３０に伝送される。プロセッサ３０はその警告コマンドに基づき、ステップＳ１７０において警告を発し、これにより、使用者は撮像素子１２に異常があったことを認知することができる。

一方、ステップＳ１５０でパワースペクトルＸ１が基準パワースペクトルＸ０から変化がないと判定されると、撮像素子１２の劣化はないと検知され、警告コマンドがプロセッサに伝送されない。したがって、プロセッサでは警告が発せられず、これにより使用者は撮像素子１２に異常がなかったことを認知することができる。

以上のように、本実施形態では、ホワイトバランスのときに得られる白色一様画像信号のパワースペクトルによって、撮像素子１２の劣化の有無を検知できるので、特別な処理を経ることなく、撮像素子１２の劣化の有無を検知できる。したがって、撮像素子１２が、滅菌処理によって劣化しても、容易に検知することができる。また、同様に撮像素子１２は、スコープ洗浄時の水又は水蒸気の浸入、又は経年によって劣化することも考えられるが、これら劣化も容易に検知することができる。

なお、本実施形態のパワースペクトル算出部２２では、白色一様画像信号の３原色ＲＧＢ信号のうち、Ｇ信号についてのパワースペクトルが算出されたが、Ｒ又はＢ信号についてのパワースペクトルが算出され、そのパワースペクトルを用いて撮像素子１２の劣化が検出されても良い。また、白色一様画像信号から輝度信号が生成され、輝度信号から算出されたパワースペクトルを用いて撮像素子１２の劣化の有無が検知されても良い。但し、Ｒ又はＢ信号に比べてＧ信号は、輝度成分が多く含まれ、撮像素子１２の劣化の影響によりノイズが発生しやすいので、Ｇ信号を用いたほうが撮像素子１２の劣化の有無を検知しやくなる。同様の理由により、輝度信号のパワースペクトルを用いても、撮像素子１２の劣化の有無を検知しやくなる。

さらには、１つの色信号のみではなく、全ての色信号から算出されたパワースペクトルを用いて撮像素子１２の劣化の有無を検知しても良い。なお、パワースペクトル算出部２２で、Ｇ信号以外の画像信号のパワースペクトルＸ１が算出される場合、基準パワースペクトルＸ０もその信号に応じて変更される。

なお、本実施形態では、パワースペクトルＸ１と、基準パワースペクトルＸ０が比較されるとき、積分値、又は平均値同士が比較されたが、パワースペクトルＸ１の各々の周波数成分について、基準パワースペクトルＸ０の各々の周波数成分に対する増加量を算出し、その増加量のうち、最大値を閾値と比較しても良い。

なお、本実施形態では、基準パワースペクトルＸ０は、正常な撮像素子１２で生成された白色一様画像信号から算出される構成を示したが、実際に算出されず経験値等から設定されても良い。

さらには本実施形態では、撮像素子の劣化の有無を検出するためのパワースペクトルＸ１は、ホワイトバランス調整時に生成される白色一様画像信号から算出されたが、略一様な濃淡を有する被写体像を撮像したときに生成される画像信号から算出されるものであれば、ホワイトバランス調整時に生成される信号から算出されなくても良い。

本発明の一実施形態に係る内視鏡システムのブロック図である。パワースペクトル像のＵ＝Ｕ_０におけるＶ軸断面を示すグラフである。パワースペクトル像のＶ＝Ｖ_０におけるＵ軸断面を示すグラフである。平坦な被写体に照明光が一様に照射されたときの理想的なパワースペクトル像である。本発明の一実施形態に係る画像劣化検出ルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０内視鏡システム
１１内視鏡スコープ
１２撮像素子
２０２次元ＦＦＴ部
２２パワースペクトル算出部
２３一時記憶部
２４メモリ
２５比較器
３０プロセッサ

Claims

内視鏡スコープの先端部で得られる被写体像の画像信号を生成する撮像素子と、
前記撮像素子が略一様な濃淡を有する被写体像を撮像したときの前記画像信号をフーリエ変換し、パワースペクトルを算出するパワースペクトル算出部と、
前記パワースペクトルの直流成分と直流成分付近の成分とを除いた成分を、基準データと比較することにより、前記撮像素子の劣化の有無を検出する比較部と
を備える内視鏡装置。
前記パワースペクトル算出部は、ホワイトバランス調整をするときに撮像される被写体像から生成される前記画像信号をフーリエ変換し、パワースペクトルを算出することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記基準データは、基準パワースペクトルであって、
前記基準パワースペクトルの直流成分と直流成分付近の成分とを除いた成分に対する、前記パワースペクトルの直流成分と直流成分付近の成分とを除いた成分の増加量が、閾値以上であるとき、前記撮像素子が劣化されていると検知されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記基準パワースペクトルは、略一様な濃淡を有する被写体像を、基準となる撮像素子によって撮像したときに生成される前記画像信号をフーリエ変換して、算出されるパワースペクトルであることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡装置。
前記パワースペクトルは、前記画像信号の３原色ＲＧＢ信号のうち、Ｇ信号に関するパワースペクトルであり、又は前記画像信号の輝度信号に関するパワースペクトルであること特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。