JP2009273684A - 色むらを検出可能な内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色むらを自動的に検出し、色再現性の優れたカラー画像を表示する。
【解決手段】電子内視鏡装置の出荷時において、基準となる参照画像がメモリ３０に記録される。そして、ある程度の使用経過後に色むら診断ボタン２９が操作されると、撮影画像を検査画像として取得する。参照画像と検査画像とを比較し、差分のヒストグラムデータをＲ，Ｇ，Ｂ色成分ごとに生成する。ヒストグラムデータの標準偏差が閾値以上の場合、色むらが生じていると判断し、ランプ交換を知らせる文字情報をモニタ４０に表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、体内器官などを観察、処置可能な内視鏡装置に関し、特に、光源に起因する色むらの検出に関する。

内視鏡装置では、キセノンランプなどの光源から放射される光をライトガイドによってスコープ先端部へ伝達し、被写体に照射する。被写体からの反射光によってモザイクフィルタ付き撮像素子の受光面に被写体像が形成され、画像信号に基づいてフルカラー画像が得られる。

光源としては、キセノンランプなどの放電ランプ、あるいはＬＥＤランプなどが用いられる。ＬＥＤを光源として使用する内視鏡装置では、スコープ先端部にＬＥＤが配置され、指向性の強い光が先端部に向けて照射される（例えば、特許文献１参照）。

キセノンランプの場合、経時変化によって光出力が変化する。その結果、カラー画像の明るさが光源劣化に伴って変化し、輝度むらが生じる。これを防ぐため、絞りを制御して光量調整を行う方法が知られている（特許文献２参照）。
特開平７−２７５２００号公報 特開平６−２８１８６８号公報

ＬＥＤ光源も経時変化によって光出力が劣化し、各ＬＥＤの発光素子を載せたチップによって劣化度合いが異なる。そのため、使用時間の経過に伴い、撮影画像のカラーバランスが崩れて色むらが生じる。また、キセノンランプなどの放電ランプでも、光源の経時変化によって色温度が変化し、カラー画像に色むらが生じる。

このような色むらは、器官内壁など赤味を帯びた観察画像の撮影時に発見することが難しく、交換、修理の必要な光源であっても長期間使用することになる。そのため、色再現性の低下したカラー画像によって処置、診断が行われ、内視鏡作業に支障が生じる。

本発明の内視鏡装置は、色むらを自動的に検出可能な内視鏡装置であり、被写体を照明する光を放射する光源を備える。光源として、例えば白色もしくはＲ，Ｇ，Ｂの光を放射するＬＥＤが使用される。あるいは、キセノンランプ、ハロゲンランプなどの放電ランプであってもよい。

本発明の内視鏡装置は、光源の経時変化が生じていない状態において、基準となる被写体を撮影することによって得られる参照画像をメモリに記録可能な記録手段を備える。基準となる被写体（以下、基準被写体という）としては、例えば白色被写体（チャート）など色が全体的に一様な被写体が用いられ、工場出荷時など使用開始前に参照画像を撮影すればよい。そして、本発明の内視鏡装置は、基準被写体を撮影することによって得られる検査画像と、参照画像とを比較し、検査画像に色むらが生じているか否かを判断する色むら判定手段と、色むらが生じている場合、色むらを報知する報知手段とを備える。

経時変化によって光源の色特性変化が生じると、同じ基準被写体を撮影しているのにもかかわらず、参照画像と検査画像に差が生じ、部分的に色相に関して差異が生じる。本発明では、参照画像と検査画像を比較することによって色むらを検出し、オペレータに色むら発生を知らせる。

様々な色成分について異なった色むら生じることを考慮し、Ｒ，Ｇ，Ｂなど色成分ごとに色むらを検出するのがよい。Ｒ，Ｇ，Ｂの光を同時発光するＬＥＤの場合、色むらの生じているＬＥＤ素子が検出可能となる。色によっては光源を交換、修理せずに内視鏡作業を継続することが可能である。例えば報知手段は、色むらの生じている色を報知するのがよい。

色むらを検出する構成として、色むら判定手段は、参照画像と検査画像との各画素の差分を検出し、差の生じた画素のヒストグラムに基づいて色むらを判断すればよい。例えば、色むら判定手段が、参照画像と検査画像との各画素の差分から標準偏差を算出し、標準偏差が所定値以上であるか否かを判断する。ただし、基準被写体に基づいた画素値を基準として標準偏差を算出する。

本発明の内視鏡用色むら検出装置は、基準となる被写体を撮影することによって得られる検査画像と、光源の経時変化が生じていない状態で基準となる被写体を撮影することによって得られる参照画像との差を検出する差分検出手段と、差から検査画像に色むらが生じているか否かを判断する色むら判定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の内視鏡用色むら検出方法は、光源の経時変化が生じていない状態において、基準となる被写体を撮影することによって得られる参照画像をメモリに記録させ、内視鏡作業可能な状態で、基準となる被写体を撮影して検査画像を獲得し、メモリから参照画像を読み出して検査画像と参照画像とを比較し、検査画像と参照画像との差から、色むらが生じているか否かを判断することを特徴とする。

本発明によれば、色むらを検出し、色再現性の優れたカラー画像を表示することができる。

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。

電子内視鏡装置は、ビデオスコープ１０とプロセッサ２０とを備え、プロセッサ２０には、モニタ４０が接続される。ビデオスコープ１０は、プロセッサ２０に着脱自在に接続される。

プロセッサ２０内には、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の光を発光するＬＥＤ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃをそれぞれ複数配置させたＬＥＤランプ２４が設けられている。ＬＥＤランプ２４が同時点灯すると、ＬＥＤランプ２４から放射された光は、絞り（図示せず）、集光レンズ２６を介してライトガイド１２の入射端１２Ａに入射する。ライトガイド１２を通った光は、配光レンズ１１を介してスコープ先端部から射出する。これにより、観察部位が白色の照明光によって照射される。

観察部位において反射した光は、対物レンズ１３を通り、ＣＣＤ１４の受光面に到達する。その結果、被写体像がＣＣＤ１４に形成され、被写体像に応じた画像信号が生成される。画像信号はＣＣＤ１４から一定の時間間隔で読み出され、初期回路１５を経てプロセッサ２０の画像信号処理回路２２へ送られる。

画像信号処理回路２２では、ホワイトバランス調整、ガンマ補正など画像信号に対して様々な処理が施され、Ｒ，Ｇ，Ｂの画像信号が生成される。生成されたＲ，Ｇ，Ｂの画像信号は映像信号処理回路２３を介してモニタ４０へ出力される。これにより、フルカラー画像がモニタ４０に表示される。

ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むシステムコントロール回路２１は、プロセッサ２０の動作を制御し、画像信号処理回路２２、ＬＥＤ駆動部２７などの回路へ制御信号を出力する。ＬＥＤ駆動部２７は、システムコントロール回路２１からの制御信号に基づき、ＬＥＤランプ２４へ供給する電流量を調整する。なお、システムコントロール回路２１のＲＯＭには、動作制御に関するプログラムが格納されている。

キャラクタ信号生成回路２８では、システムコントロール回路２１からのキャラクタコードに基づき、キャラクタ信号が生成される。映像信号処理回路２３では、キャラクタ信号が所定のタイミングで画像信号に間挿される。これにより、文字情報が観察画像にスーパーインポーズされる。

色むら診断ボタン２９は、色むら検出するときオペレータによって操作される。後述するように、白色被写体であるチャートＴを撮影した静止画像（以下、参照画像という）があらかじめメモリ３０に記憶されており、同じ白色被写体チャートＴを用意した状態で色むら診断ボタン２９が操作されると、色むら検出処理が実行される。

図２は、システムコントロール回路２１によって実行される参照画像の記録処理を示したフローチャートである。ここでは、電子内視鏡装置の出荷時に処理が行われる。

電子内視鏡装置の出荷時において、ホワイトバランス調整にも使用可能な白色のチャートＴが用意され、ビデオスコープ１０によって被写体が撮影される（Ｓ１０１）。そして、システムコントロール回路３４は、撮影した静止画像をメモリ３０に記録する（Ｓ１０２）。ここでは、プロセッサ２０にコンピュータを接続させ、コンピュータから撮影画像の記録が指示される。

図３は、システムコントロール回路２１によって実行される色むら検出処理を示したフローチャートである。電子内視鏡装置の出荷後、所定の使用期間が経過した状態であり、内視鏡作業開始時、あるいは工場検査時に色むら診断ボタン２９が操作されると、色むら検出処理が開始される。

図３のステップＳ２０１では、白色被写体Ｔによる撮影によって静止画像データが生成され、ステップＳ２０２では、撮影による静止画像データがメモリ３０に一時的に格納される。ステップＳ２０３では、出荷時の撮影によってメモリ３０に格納されていた参照画像と、ステップＳ２０２で得られた現在の画像（以下、検査画像という）がメモリ３０から読み出される。そして、ステップＳ２０４では、参照画像と検査画像との差分が検出される。すなわち、参照画像と検査画像に対し、各画素の差分が算出される。

図４は、参照画像、検査画像、およびＲの画像信号に応じたヒストグラムを示した図である。参照画像は、ＬＥＤランプ２４がまだ経時変化のない状態で撮影された画像であるため、色むら生じていない。すなわち、各画素の画素値が実質的に同じ値になっている。各画素のＲ，Ｇ，Ｂのグレースケールレベルを０〜２５５の２５６段階で表すと、参照画像では、有効な範囲において実質的に画素値が２５５、あるいは２５５付近の値で表される。ここで、有効範囲とは、内視鏡には周辺減光特性があって画面周辺になるにつれて明るさが減衰することを考慮した範囲を示す。

一方、検査画像では、ＬＥＤランプ２４の経時変化に伴って光量低下、あるいは色変化の生じているＬＥＤ素子が存在し、その劣化具合はＬＥＤ素子ごとに異なる。また、ライトガイド１２に起因する色収差によって、照明光の色変化はスコープ先端部で増長し、色むらが大きくなる。その結果、検査画像の一部は、赤色、青色など白色でない色によって表示される。すなわち、Ｒ，Ｇ，Ｂいずれかの色に対して２５５より小さい画素値をもつ画素が存在する。

ステップＳ２０５では、検査画像と参照画像との差分がＲ，Ｇ，Ｂの色成分ごとに求められ、各色成分のヒストグラムデータが生成される。すなわち、Ｒ，Ｇ，Ｂの画像信号に対し、各色の差分値からヒストグラムデータが生成される。そして、ヒストグラムデータに基づき、標準偏差が色成分ごとに求められる。すなわち、差分値のバラツキ具合が検出される。

図４には、Ｒの色成分に応じた差分のヒストグラムが示されている。横軸は、Ｒに応じた画素の差分値を表し、縦軸は各差分値をもつ画素数（頻度）を表す。ここでは、画素値２５５を基準とし、基準値からの差分値の分布が表されている。図４に示したＲのヒストグラムデータと同様、Ｇ，Ｂのヒストグラムデータも生成され、それぞれ標準偏差が算出される。

ステップＳ２０６では、Ｒ，Ｇ，Ｂの色成分ごとに、標準偏差が閾値以上であるか否かが判断される。すなわち、差分値のバラツキ程度が大きく、周辺減光に起因しない色むら生じているか否かが判断される。閾値は、色むらが生じているとみなせる画像に従って定められた値であり、Ｒ，Ｇ，Ｂの色成分ごとに定められている。

Ｒ，Ｇ，Ｂのうち少なくとも１つの色成分において標準偏差が閾値以上であると判断されると、ステップＳ２０７へ進む。ステップＳ２０７では、どの色について標準偏差が閾値以上であるかが判断される。そして、ステップＳ２０８では、ランプ交換を知らせるキャラクタ信号が生成され、「ランプ交換」の文字情報がモニタ４０に表示される。それとともに、色むらの生じているＲ，Ｇ，Ｂの色についての情報も合わせて表示される。

一方、ステップＳ２０６において、いずれの色成分についても標準偏差が閾値より小さいと判断された場合、そのまま処理が終了する。

このように本実施形態によれば、Ｒ，Ｇ，Ｂの光を同時発光するＬＥＤランプ２４がプロセッサ２０に設けられ、白色光の照明によってカラー画像がモニタ４０に表示される。電子内視鏡装置の出荷時には、基準となる参照画像がメモリ３０に記録される。そして、ある程度の使用経過後に色むら診断ボタン２９が操作されると、撮影画像が検査画像として抽出される。

そして、参照画像と検査画像とが比較され、差分のヒストグラムデータがＲ，Ｇ，Ｂ色成分ごとに生成される。ヒストグラムデータの標準偏差が閾値以上の場合、色むらが生じていると判断され、ランプ交換を知らせる文字情報がモニタ４０に表示される。

このように色むらが検出されるため、適切な時期にＬＥＤランプ２４を交換することができる。特に、経時変化のある色を特定できるため、必要最小限の修理交換で済ますことができる。

なお、Ｒ，Ｇ，Ｂの画像信号ごとに参照画像を記録し、特定の色について色むら検出を行ってもよい。また、Ｒ，Ｇ，Ｂ以外の色成分で色むらを検出してもよい。さらに、電子内視鏡装置が一定期間経過すると自動的に色むら検出を行うように構成してもよい。

色むら判断については、差分のある画素の割合を検出し、割合が所定の割合より大きいか否かによって判断してもよい。また、各画素の差分を求めずに参照画像と検査画像とを比較して色むらを検出してもよい。色むら検出する構成については、ソフトウェア処理の代わりに専用回路を設けてもよい。

白色チャート以外の被写体を用いて色むらを検出してもよく、色成分が全体的に一様な被写体を用いてもよい。また、参照画像は自ら撮影する代わりに、あらかじめ用意された基準画像データを出荷時、あるいは色むら検査時に取得するようにしてもよい。

撮像方式としては、面順次を行ってもよい。また、ＬＥＤランプをスコープ先端部に配置してもよい。ＬＥＤランプは、単体で白色光を放射するように構成してもよい。さらに、キセノンランプなど色変化の生じるランプをＬＥＤランプの代わりに適用可能である。

ランプ交換を報知する代わりに、ＬＥＤランプ２４へ供給する電流量を調整し、カラーバランスを調整するようにしてもよい。

本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。 システムコントロール回路によって実行される参照画像の記録処理を示したフローチャートである。 システムコントロール回路によって実行される色むら検出処理を示したフローチャートである。 参照画像、検査画像、およびＲの画像信号に応じたヒストグラムを示した図である。

符号の説明

１０ ビデオスコープ
１４ ＣＣＤ
２０ プロセッサ
２１ システムコントロール回路２１
２４ ＬＥＤランプ
２９ 色むら診断ボタン
３０ メモリ
Ｔ 白色チャート

Claims (7)

1. 照明光を放射する光源と、
   前記光源の経時変化が生じていない状態において、基準となる被写体を撮影することによって得られる参照画像をメモリに記録可能な記録手段と、
   前記基準となる被写体を撮影することによって得られる検査画像と、前記メモリに格納された前記参照画像とを比較し、前記検査画像に色むらが生じているか否かを判断する色むら判定手段と、
   色むらが生じている場合、色むらを報知する報知手段と
   を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記色むら判定手段が、所定の色成分ごとに、前記参照画像と前記検査画像との差を検出して色むらを判断することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記色むら判定手段が、前記参照画像と前記検査画像との各画素における差を検出し、差の生じた画素のヒストグラムに基づいて色むらを判断することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
4. 前記色むら判定段が、差の生じた画素の標準偏差を算出し、標準偏差が所定値以上であるか否かを判断することを特徴とする請求項２または３に記載の内視鏡装置。
5. 前記光源が、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内視鏡装置。
6. 基準となる被写体を撮影することによって得られる検査画像と、前記光源の経時変化が生じていない状態で前記基準となる被写体を撮影することによって得られる参照画像との差を検出する差分検出手段と、
   前記差から前記検査画像に色むらが生じているか否かを判断する色むら判定手段と
   を備えたことを特徴とする内視鏡用色むら検出装置。
7. 前記光源の経時変化が生じていない状態において、基準となる被写体を撮影することによって得られる参照画像をメモリに記録させ、
   内視鏡作業可能な状態で、基準となる被写体を撮影して検査画像を獲得し、
   前記メモリから前記参照画像を読み出して前記検査画像と前記参照画像とを比較し、
   前記検査画像と前記参照画像との差から、色むらが生じているか否かを判断することを特徴とする内視鏡用色むら検出方法。
   

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