JP2013048819A - 観察装置、画像処理方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】走査位置間に隙間が生じる場合であっても、演算時間を増大させることなく走査位置間の隙間を補完し、生成する画像の画質を向上させる。
【解決手段】光源から出射された照明光Ｌを導光して観察対象に照射する導光部と、導光部を周期的に振動させることにより観察対象において照明光Ｌを２次元走査させる駆動部と、観察対象における各走査位置からの照明光Ｌの戻り光Ｌ’を所定のサンプリング周期で検出する光検出部と、光検出部により検出された各走査位置からの戻り光Ｌ’の強度を有する一以上の画素からなる描画ブロックを導光部の振動の振幅及び位相に基づいて描画ブロックが相互に部分的に重なるように複数配列した描画ブロック群を生成すると共に、描画ブロック群を各走査位置に対応する位置関係で、隣接する各描画ブロック群が相互に部分的に重なるように配列することにより観察対象の画像を生成する画像生成部９と、を備えた観察装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、観察装置、画像処理方法及びプログラムに関するものである。

従来、照明光を導光する光ファイバを駆動させることによって渦巻き状の軌跡に沿って照明光を観察対象に走査させ、この照明光に対する走査位置からの戻り光を検出して走査位置における画像情報を取得することにより観察対象の画像を生成する観察装置が知られている。このような観察装置においては、１周期を複数に時分割して照明光を走査しながら戻り光を検出するため、走査位置の密度が走査軌跡の中心から外側に向かうほど疎となる。走査位置の密度が疎になると走査位置間に隙間が生じ、この隙間には画像情報が存在しないことから、観察対象の画像を生成した際に、この隙間が例えば黒い領域（画像の皺）となって画質を低下させることとなる。

このため、例えば特開昭６３−３７２２２号公報（特許文献１）には、走査位置間の隙間を各走査位置の輝度を用いて直線的に補完することにより画像の皺を防止する技術が開示されている。

特開昭６３−３７２２２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、走査位置間の各画素に与える輝度値を逐一算出する必要があるため、画像作成のために演算時間がかかるという不都合がある。特に、高速度の動画の場合にはフレームレートを向上できないという課題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、走査位置間に隙間が生じる場合であっても、演算時間を増大させることなく走査位置間の隙間を補完し、生成する画像の画質を向上させることのできる観察装置、画像処理方法及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、光源から出射された照明光を導光して観察対象に照射する導光部と、該導光部を周期的に振動させることにより前記観察対象において前記照明光を２次元走査させる駆動部と、前記観察対象における各走査位置からの前記照明光の戻り光を所定のサンプリング周期で検出する光検出部と、該光検出部により検出された各前記走査位置からの前記戻り光の強度を有する一以上の画素からなる描画ブロックを前記導光部の振動の振幅及び位相に基づいて前記描画ブロックが相互に部分的に重なるように複数配列した描画ブロック群を生成すると共に、該描画ブロック群を各前記走査位置に対応する位置関係で、隣接する各前記描画ブロック群が相互に部分的に重なるように配列することにより前記観察対象の画像を生成する画像生成部と、を備えた観察装置を提供する。

本発明によれば、画像生成部は、光検出部が戻り光を検出した走査位置を含む複数画素からなる領域を該走査位置からの戻り光の強度を有する描画ブロックとし、該描画ブロックを各走査位置に対して複数生成する。そして、これらの複数の描画ブロックを導光部の振幅及び位相に基づいて描画ブロック同士が相互に部分的に重なるように配列して描画ブロック群を生成する。すなわち、導光部の振幅が大きい箇所では描画ブロック同士の間隔を疎に、振幅が小さい箇所では描画ブロック同士の間隔を密にしつつ、描画ブロック同士に隙間ができないよう相互に重なるように配列して描画ブロック群を生成する。このため、描画ブロック群に含まれる全画素、つまり、走査位置を含む所定の領域全体がこの走査位置からの戻り光と同一の輝度で補完されることとなる。

さらに、この描画ブロック群を走査位置に対応する位置関係で隣接する描画ブロック群が相互に部分的に重なるように配列するので、各走査位置間に隙間があっても、この走査位置間の隙間にはいずれか描画ブロック群が配列され、この描画ブロック群に含まれる走査位置からの戻り光の強度、すなわち、走査位置からの戻り光と同一の輝度で補完されることとなる。従って、観察対象の画像を生成した場合に、走査位置間の隙間を演算等によって補完をしなくとも、背景色のままの箇所や皺が生じたりすることがなく、画質を向上させることができる。

本発明において、前記導光部は、前記駆動部によって渦巻き状に変位するように走査され、前記画像生成部は、前記渦巻き状の変位軌跡の中心からの距離に基づいて前記描画ブロックの配列間隔を決定することが好ましい。

導光部が駆動部によって渦巻き状に変位する場合、渦巻き状の変位軌跡においては、その中心から離れるほど走査位置間が疎となる一方、その中心に近い側の走査位置間は密となる。従って、渦巻き状の変位軌跡の中心からの距離に応じて描画ブロックの配列間隔を決定することで、生成された描画ブロック群によってより容易に走査位置間の隙間を補完して画質を向上させることができる。

本発明において、前記導光部は、前記駆動部によって渦巻き状に変位するように走査され、前記画像生成部は、前記渦巻き状の変位軌跡の中心からの角度に基づいて前記描画ブロックの配列方向を決定することが好ましい。

この場合、渦巻き状の変位軌跡の中心からの角度に応じて描画ブロックの配列方向を定めることで、描画ブロックをより変位軌跡に沿って配列することができ、生成された描画ブロック群によってより容易に走査位置間の隙間を補完して画質を向上させることができる。

さらに、本発明において、前記画像生成部は、前記渦巻き状の変位軌跡の中心に近いほど描画ブロック群に含まれる描画ブロック数を減少させることが好ましい。

この場合、渦巻き状の変位軌跡の中心に近いほど描画ブロック群に含まれる描画ブロック数を減少させることで、描画ブロック同士の重なりを少なくすることができるので、画像を生成するための演算時間を増大させることなく、各走査位置の本来の戻り光の輝度を得ることができ、画質を向上させることができる。

さらにまた、本発明において、前記画像生成部は、前記渦巻き状の変位軌跡の中心に近いほど前記描画ブロック群に含まれる前記描画ブロック同士の配列間隔を小さくすることが好ましい。

この場合、渦巻き状の変位軌跡の中心に近い箇所は走査位置間が密であるので、描画ブロック同士の配列間隔を小さすることで描画ブロック群の領域が小さくなる。従って、走査位置及び走査位置を含む領域に対して、より細かく走査位置の本来の戻り光の輝度を得ることができ、画質を向上させることができる。

本発明は、観察対象における各走査位置に対応する画素位置に、各前記走査位置における振幅及び位相情報と各前記走査位置からの戻り光の強度情報とを含む画像情報が入力され、該画像情報の前記強度情報を有する各前記画素位置を特定し、特定された各前記画素位置の各前記画素と同一の強度情報を有する一以上の画素からなる描画ブロックを生成し、前記振幅及び位相情報に基づいて各該描画ブロックが相互に重なるように該描画ブロックを複数配列して描画ブロック群を生成し、各該描画ブロック群を各前記走査位置に対応する位置関係で隣接する前記描画ブロック群が相互に重なるように配列する画像処理方法を提供する。

本発明は、観察対象における各走査位置に対応する画素位置に、各前記走査位置における振幅及び位相情報と各前記走査位置からの戻り光の強度情報とを含む画像情報が入力され、該画像情報の前記強度情報を有する各前記画素位置を特定するステップと、特定された各前記画素位置の各前記画素と同一の強度情報を有する一以上の画素からなる描画ブロックを生成するステップと、前記振幅及び位相情報に基づいて各該描画ブロックが相互に重なるように該描画ブロックを複数配列して描画ブロック群を生成するステップと、各該描画ブロック群を各前記走査位置に対応する位置関係で隣接する前記描画ブロック群が相互に重なるように配列するステップと、をコンピュータに実行させる画像処理プログラムを提供する。

本発明によれば、走査位置間に隙間が生じる場合であっても、演算時間を増大させることなく走査位置間の隙間を補完し、生成する画像の画質を向上させることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る観察装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る観察装置において、画像を生成する場合に設定される描画ブロック及び描画ブロック群を示す概念図である。 本発明の一実施形態に係る観察装置における画像生成処理を示すフローチャートである。

以下に、本発明の一実施形態に係る観察装置について図面を参照して説明する。本実施形態においては、観察装置を所謂走査型内視鏡装置に適用した例について説明する。
図１は、本実施形態に係る観察装置としての走査型内視鏡装置１の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、走査型内視鏡装置１は、照明ファイバ２、受光ファイバ３及び照明ファイバ２の先端部を振動させるアクチュエータ４を有する光走査部５と、照明ファイバ２に照明光Ｌを供給する照明ユニット６と、アクチュエータ４を駆動させる駆動ユニット７と、受光ファイバ３によって受光された照明光Ｌの戻り光Ｌ’を検出する検出ユニット８と、検出ユニット８により検出された戻り光Ｌ’に基づいて画像を生成する画像生成部９と、照明ユニット６及び駆動ユニット７の作動を制御すると共に画像生成部９により生成された画像をモニタ１０に出力する制御ユニット１１とを備えている。

光走査部５の内部には、照明ファイバ２及び受光ファイバ３が長手方向に沿って配置され、照明ファイバ２の先端側には照明光学系１２が設けられている。照明ファイバ２は、基端側において照明ユニット６から供給された照明光Ｌを導光してその先端面から射出する。該先端面から射出された照明光Ｌは、照明光学系１２によって集束された後、光走査部５の先端から観察対象の観察面Ａである組織表面に照射される。受光ファイバ３は、その先端面からなる受光面によって、観察面Ａからの戻り光Ｌ’を受光して検出ユニット８へ導光する。

アクチュエータ４は、例えば、電磁式またはピエゾ式である。アクチュエータ４は、駆動ユニット７から駆動電圧（後述）としてＸ方向及びＹ方向の交流電圧を印加されることにより、駆動電圧に応じた振幅及び周波数で照明ファイバ２の先端部分を、該照明ファイバ２の長手方向に交差し互いに直交する２軸方向（Ｘ方向及びＹ方向）に振動させる。これにより、照明ファイバ２の先端面が２軸方向に揺動させられて、該先端面から射出される照明光Ｌが観察面Ａ上において２次元走査される。本実施形態においては、スパイラル方式が適用され、光走査部５が渦巻き状の軌跡を変位する例について説明する。なお、走査方式は、特に限定されるものでなくラスタ方式なども適用することができる。

照明ユニット６は、後述する制御ユニット１１からの指令信号に従って所定の波長の照明光Ｌを出射する。照明ユニット６から出射された照明光Ｌは、照明ファイバ２の基端に入射される。

駆動ユニット７は、アクチュエータ４を駆動させる駆動信号をデジタル信号として生成する信号生成部７１と、該信号生成部７１によって生成された駆動信号をアナログ信号に変換する２つのＤ／Ａ変換部７２と、該Ｄ／Ａ変換部７２の出力を増幅する信号増幅部７３とを備えている。

信号生成部７１は、後述する制御ユニット１１からの指定信号に従って、Ｘ方向及びＹ方向の２つの駆動信号を生成し、２つの駆動信号を別々のＤ／Ａ変換部７２に入力する。
信号増幅部７３は、各Ｄ／Ａ変換部７２によって生成されたアナログ信号、つまり、駆動電圧を、アクチュエータ４の駆動に適した大きさまで増幅してアクチュエータ４に出力する。

検出ユニット８は、各受光ファイバ３によって導光されてきた戻り光Ｌ’を所定のサンプリング周期で検出し、検出した戻り光Ｌ’の光量に応じた大きさの光電流に光電変換する光検出器８１と、該光検出器８１から出力された光電流をデジタル信号であるサンプリングデータに変換するＡ／Ｄ変換部８２とを備えている。

画像生成部９は、検出ユニット８によって生成されたサンプリングデータを受け取り、該サンプリングデータと後述する制御ユニット１１から受け取った各照射光Ｌの出射のタイミングの情報及び照射位置の情報とに基づいて２次元画像を生成する。より詳細には、画像生成部９は以下のように２次元画像を生成する。

画像生成部９は、２次元画像を生成する際の単位として、光検出部８が戻り光Ｌ’を検出した走査位置を含む複数画素からなる所定領域を描画ブロックと定義し、描画ブロックに含まれる全画素の輝度を光検出部８によって戻り光を検出した走査位置からの戻り光Ｌ’の強度と同じ輝度とする。そして、画像生成部９は、光検出部８が戻り光Ｌ’を検出した走査位置の光走査部５の振動の振幅及び位相に基づいてこの描画ブロックが相互に部分的に重なるように複数配列することにより描画ブロック群を生成する。従って、描画ブロック群に含まれる描画ブロックは全て同一の輝度を有し、描画ブロック群の全領域に亘って同一の輝度を有することとなる。

描画ブロックの大きさや形状は、検出ユニット８によって生成されたサンプリングデータや各照射光Ｌの波長、出射のタイミング及び照射位置の情報等に基づいて適宜設定することができ、予め定めておき制御ユニット１１又は画像生成部９等がその大きさ及び形状を記憶していてもよく、また観察対象に応じて制御ユニット１１又は画像生成部９等が逐次変更する構成としてもよい。図２に、渦巻き状の変位軌跡Ｓに沿って走査された場合であって、３画素×３画素の矩形状の描画ブロック２０が設定され、３つの描画ブロックからなる描画ブロック群３０が設定された例を示す。

ここで、光走査部５は渦巻き状の変位軌跡に沿って走査されるので、光走査部５の走査位置は変位軌跡の中心に近いほど密である一方、変位軌跡の中心から離れるにつれて疎となる。そこで、描画ブロック群の生成に際して、描画ブロックの配列方向及び配列間隔を走査位置に応じて適宜定める。

すなわち、図２に示すように、描画ブロックを渦巻き状の変位軌跡の中心からの距離（走査位置の半径）に基づいて、例えば、走査位置が変位軌跡の中心に近いほど各描画ブロックの間隔を小さく、走査位置が変位軌跡の中心から離れるにつれて各描画ブロックの間隔を大きくするように配列する。また、描画ブロックを渦巻き状の変位軌跡の中心からの角度に基づいて、例えば、走査位置における接線方向又は変位軌跡に沿うように配列する。

また、画像生成部９は、このように生成された描画ブロック群を相互に部分的に重ねながら各走査位置に対応する位置関係で配列することにより、観察対象の２次元画像を生成する。そして、生成された２次元画像を図示しないメモリに一時的に記憶すると共に、２次元画像のデータを制御ユニット１１に出力する。

制御ユニット１１は、照明ユニット６に対して照明光Ｌを出射させるタイミングを指令する指令信号を出力すると共に、信号生成部７１に対して駆動信号の仕様である振動数や振幅を指定する指定信号を出力する。また、制御ユニット１１は、照明ユニット６に対する指令信号の情報（照明光Ｌの出射のタイミングの情報）及び信号生成部７１に対する指定信号の情報（駆動信号に基づく照射光Ｌの走査位置を含む情報）を画像生成部８３に出力する。一方、制御ユニット１１は、画像生成部８４から受け取った２次元画像をモニタ１０に表示させる。

次に、このように構成された走査型内視鏡装置１の作用について図３のフローチャートに従って、説明する。
本実施形態に係る走査型内視鏡装置１によって観察対象である生体内の画像を取得するためには、ステップＳ１１において、照明光ユニット６１から照明光Ｌを出射させながら光走査部５を生体内に挿入して、照明光Ｌを生体内の観察面Ａ上を走査させる。

次のステップＳ１２において、検出ユニット８が所定のサンプリング周期で観察面Ａ上の走査位置における照明光Ｌの戻り光Ｌ’を検出し、該戻り光Ｌ’を光電変換してその光量に応じた光電流とし、さらにこの光電流をサンプリングデータとして画像生成部９に出力する。

次のステップＳ１３において、画像生成部９は検出ユニット８から観察面Ａのサンプリングデータを取得すると共に、制御ユニット１１から照明ユニット６に対する指令信号の情報（照明光Ｌの出射のタイミングの情報）及び信号生成部７１に対する指定信号の情報（駆動信号に基づく照射光Ｌの走査位置を含む情報）を取得する。そして、画像生成部９は、走査部分のサンプリングデータに対して、描画ブロックを設定する。

すなわち、画像生成部９は、検出ユニット８から取得した各走査位置におけるサンプリングデータの夫々に対して、予め定められた３画素×３画素の矩形状からなる描画ブロックを３つ割り当て、各描画ブロックの輝度を、該各描画ブロックの全領域に亘って光検出部８によって戻り光を検出した各走査位置からの戻り光Ｌ’の強度と同じ輝度とする。そして、画像生成部９は、各走査位置の変位軌跡の中心からの距離及び角度に応じて３つの描画ブロックの配列間隔及び配列方向を決定する。

次のステップＳ１４では、ステップＳ１３で定められた描画ブロックの配列間隔及び配列方向に従って、各走査位置に対して生成された３つの描画ブロックを相互に重ねながら配列することで描画ブロック群を生成する。続いて、ステップＳ１５において、ステップＳ１４までの描画ブロック群の生成が一画面分終了したか否かを判定し、一画面分が終了していないと判定された場合にはステップＳ１２に戻り、戻り光のサンプリング〜描画ブロック群の生成の処理を繰り返し、終了していると判定された場合には次のステップＳ１６に進む。

次のステップＳ１６において、画像生成部９は、生成された描画ブロック群を相互にかつ部分的に重ねながら各走査位置に対応する位置関係で配列して観察対象の２次元画像を生成して、本ルーチンを終了する。なお、生成された２次元画像は、制御ユニット１１に出力されモニタ１０に表示される。

このように、本発明によれば、描画ブロック群は、検出ユニット８が戻り光を検出した走査位置を含み、隣接する複数の描画ブロック同士が相互にかつ少なくとも一部が重なるように配列されて構成される。特に、描画ブロックは、渦巻き状の変位軌跡の中心からの距離に応じた間隔で、かつ、渦巻き状の変位軌跡の中心からの角度に基づいた方向で配列される。また、各描画ブロック群に含まれる描画ブロックは、いずれも走査位置からの戻り光の強度を有する領域とされている。さらに、画像生成部９は、描画ブロック群を各走査位置に対応する位置関係で相互に部分的に重なるように配列して観察対象の２次元画像を生成する。

従って、各走査位置間に隙間があっても、この走査位置間の隙間にはいずれかの描画ブロック群が配列され、走査位置からの戻り光の強度、すなわち、走査位置からの戻り光と同一の輝度で補完されることとなる。従って、走査位置間の隙間を演算等によって補完をしなくとも、背景色のままの箇所や皺が生じたりすることがなく、画質を向上させることができる。

なお、本実施形態においては、描画ブロック群に含まれる描画ブロック数は一定であるとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、渦巻き状の変位軌跡の中心に近いほど描画ブロック群に含まれる描画ブロック数を少なくし、渦巻き状の変位軌跡の中心から遠いほど描画ブロック群に含まれる描画ブロック数を多くするように設定することもできる。このようにすることで、描画ブロック同士の重なりを少なくすることができるので、画像を生成するための演算時間を増大させることなく、各走査位置の本来の戻り光の輝度を得ることができ、画質を向上させることができる。

１ 走査型内視鏡装置
２ 照明ファイバ
３ 受光ファイバ
４ アクチュエータ
５ 光走査部
６ 照明ユニット
７ 駆動ユニット
８ 検出ユニット
９ 画像生成部
１０ モニタ
１１ 制御ユニット
１２ 照明光学系
２０ 描画ブロック
３０ 描画ブロック群
７１ 信号生成部
７２ Ｄ／Ａ変換部
７３ 信号増幅部
８１ 光検出器
８２ Ａ／Ｄ変換部
Ａ 観察面
Ｌ 照明光
Ｌ’ 戻り光

Claims (7)

1. 光源から出射された照明光を導光して観察対象に照射する導光部と、
   該導光部を周期的に振動させることにより前記観察対象において前記照明光を２次元走査させる駆動部と、
   前記観察対象における各走査位置からの前記照明光の戻り光を所定のサンプリング周期で検出する光検出部と、
   検出された各前記走査位置からの前記戻り光の強度を有する一以上の画素からなる描画ブロックを前記導光部の振動の振幅及び位相に基づいて前記描画ブロックが相互に部分的に重なるように複数配列した描画ブロック群を生成すると共に、該描画ブロック群を各前記走査位置に対応する位置関係で、隣接する各前記描画ブロック群が相互に部分的に重なるように配列することにより前記観察対象の画像を生成する画像生成部と、
   を備えた観察装置。
2. 前記導光部は、前記駆動部によって渦巻き状に変位するように走査され、
   前記画像生成部は、前記渦巻き状の変位軌跡の中心からの距離に基づいて前記描画ブロックの配列間隔を決定する請求項１に記載の観察装置。
3. 前記導光部は、前記駆動部によって渦巻き状に変位するように走査され、
   前記画像生成部は、前記渦巻き状の変位軌跡の中心からの角度に基づいて前記描画ブロックの配列方向を決定する請求項１又は請求項２に記載の観察装置。
4. 前記画像生成部は、前記渦巻き状の変位軌跡の中心に近いほど描画ブロック群に含まれる描画ブロック数を減少させる請求項２又は請求項３に記載の観察装置。
5. 前記画像生成部は、前記渦巻き状の変位軌跡の中心に近いほど前記描画ブロック群に含まれる前記描画ブロック同士の配列間隔を小さくする請求項２乃至請求項４の何れか１項に記載の観察装置。
6. 観察対象における各走査位置に対応する画素位置に、各前記走査位置における振幅及び位相情報と各前記走査位置からの戻り光の強度情報とを含む画像情報が入力され、該画像情報の前記強度情報を有する各前記画素位置を特定し、特定された各前記画素位置の各前記画素と同一の強度情報を有する一以上の画素からなる描画ブロックを生成し、前記振幅及び位相情報に基づいて各該描画ブロックが相互に重なるように該描画ブロックを複数配列して描画ブロック群を生成し、各該描画ブロック群を各前記走査位置に対応する位置関係で隣接する前記描画ブロック群が相互に重なるように配列する画像処理方法。
7. 観察対象における各走査位置に対応する画素位置に、各前記走査位置における振幅及び位相情報と各前記走査位置からの戻り光の強度情報とを含む画像情報が入力され、該画像情報の前記強度情報を有する各前記画素位置を特定するステップと、
   特定された各前記画素位置の各前記画素と同一の強度情報を有する一以上の画素からなる描画ブロックを生成するステップと、
   前記振幅及び位相情報に基づいて各該描画ブロックが相互に重なるように該描画ブロックを複数配列して描画ブロック群を生成するステップと、
   各該描画ブロック群を各前記走査位置に対応する位置関係で隣接する前記描画ブロック群が相互に重なるように配列するステップと、
   をコンピュータに実行させる画像処理プログラム。

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