JP2013090884A - 色調調整装置および電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明用光源の経時的な分光分布の変化による撮影画像の色調変化を防止する。
【解決手段】光源２１の光を照明として撮像素子１４において画像を撮影し、前段映像信号処理回路１８において撮影画像のホワイトバランスを調整する。光源２１からライトガイド２２に至る光路上にビームスプリッタ３１を配置し、光源２１の光束の一部を受光センサ３２において受光する。受光センサ３２で実測された３刺激値とメモリ３４に記録された３刺激値の基準値とを比較し、光源２１の分光分布変化を検出する。これに基づきホワイトバランス処理におけるＲ、Ｂゲインを補正し、分光分布が変化したことによる撮影画像の色調の変化を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮影された画像の色調を調整するための色調整装置に関する。

一般に内視鏡では、光源の光をライトガイドを通して挿入部先端へと導き照明光として利用している。そのため光源の分光分布が変化すると、取得画像のカラーバランスが変化して診察等に悪影響を及ぼす。例えば、切替え可能な２つの光源を備えた電子内視鏡装置では、光源の切替えにより分光分布が変化する。このような電子内視鏡としては、光源毎に予めホワイトバランス調整時の補正データを用意し、切り替えられた光源に合わせてホワイトバランス処理を補正しカラーバランスを一定に維持する構成が知られている（特許文献１）。

また内視鏡装置における照明光の分光分布の変化としては、光量調整用の絞りによる影響も知られている。すなわち内視鏡では、一般的光量調整用の絞りを通してライトガイドに光束が入射されるが、光束の分光分布は空間的に一様ではなく、光束の中心ほど色温度が高い。そのため絞りの大きさによりライトガイドへ入射する光の分光分布が変化し、取得画像のカラーバランスが一定しない。このような問題に対しては、絞りの大きさに応じて光路上に補正フィルタを挿脱し、ライトガイドに入射する光の分光分布の変動を抑える構成が知られている（特許文献２）。

特開２００４−１２１５４９号公報 特開平７−２９９０２８号公報

ところで光源の分光分布の変化には上述したものの他、経時的なものが存在する。例えば、光源は経時劣化によりその分光分布が変化する。また、照明用の光源には一般的にハロゲンランプやメタルハライドランプ、キセノンランプなどが用いられるが、これらのランプの分光分布は点灯直後から安定するわけではなく、安定するまで一定の時間が掛かる。

本発明は、照明光の分光分布の経時変化にかかわらず撮影される画像の色調を一定に維持することを課題としている。

本発明の色調調整装置は、光源からの光束の一部を受光し、光束の分光分布を表すパラメータを検出する測色手段と、パラメータの基準値を保持するメモリと、検出されたパラメータと基準値とに基づいてこの光源を照明光として撮影された画像のホワイトバランス処理におけるゲインの補正を行い、光源の分光分布の変化に起因する画像の色調の変化を防止するホワイトバランス調整手段とを備えることを特徴としている。

パラメータは、３刺激値ＸＹＺであることが好ましく、ゲインの補正がＲ成分、Ｂ成分の補正であることが好ましい。ホワイトバランス調整手段は、基準とされる３刺激値と検出された３刺激値のＸ／Ｙ、Ｚ／Ｙを比較し、この比較に基づきＲ成分またはＢ成分のゲイン調整を行うことが好ましい。

測色手段で受光される光は、例えばビームスプリッタにより上記光束から分岐される。またあるいは、光束はライトガイドに入射され、この光束の一部がライトガイドの分岐ファイバ束を介して測色手段において受光され構成であってもよい。

例えば光源の点灯から光源が安定するまでの所定時間に亘ってのみ連続してホワイトバランス調整手段によるゲインの補正が行われる構成としてもよい。基準値は、例えば前回使用終了時のパラメータの値であることが好ましい。

本発明の電子内視鏡装置は、上記色調調整装置を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、光源の分光分布を経時的に一定に維持することができる。

第１実施形態の色調調整装置を搭載した電子内視鏡装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態の色調調整処理のフローチャートである。 ホワイトバランス調整処理のフローチャートである。 Δ（Ｘ／Ｙ）、Δ（Ｚ／Ｙ）とＲ、Ｂゲインの対応を示すルックアップテーブルの模式図である。 第２実施形態の色調調整装置を搭載した電子内視鏡装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態の色調調整装置を搭載した電子内視鏡装置の構成を示すブロック図である。なお、図１では、照明系と撮像系に関する一部の構成のみが示され、その他の多くの構成は省略されている。

電子内視鏡装置１０は、可撓管状の挿入部を備えるスコープ１１と、スコープ１１が着脱自在に接続されるプロセッサ装置１２と、プロセッサ装置１２に着脱自在に接続されるモニタ１３から主に構成される。

スコープ１１の挿入部先端には例えばＣＣＤなどの撮像素子１４が設けられる。撮像素子１４の駆動は例えばスコープ１１内に設けられた撮像素子駆動回路１５からの駆動信号に基づき制御され、撮像素子駆動回路１５は、プロセッサ装置１２内に設けられたタイミングコントローラ１６からのクロック信号に基づいて駆動信号を生成する。撮像素子１４の撮像面には撮像レンズ１４Ａを介して被写体像が形成され、被写体像の画像信号が生成される。

撮像素子１４から出力される画像信号は、例えばスコープ１１内のアナログフロントエンド（ＡＦＥ）１７を介してデジタル信号に変換され、プロセッサ装置１２内の前段映像信号処理回路１８に送られる。前段映像信号処理回路１８では、ホワイトバランス処理を含む従来周知の所定の画像処理が映像信号に施され、画像メモリ１９に一時的に保持される。

画像メモリ１９に保持された映像信号は、所定のタイミングで後段映像信号処理回路２０へと出力される。後段映像信号処理回路２０において映像信号は所定規格の映像信号へと変換され、例えばモニタ１３へと出力される。なお、前段信号処理回路１８、画像メモリ１９、後段映像信号処理回路２０における一連の処理は、タイミングコントローラ１６からのクロック信号に基づいて行われる。

被写体像の撮影に必要な照明光は、例えばプロセッサ装置１２内に設けられた光源２１から、スコープ１１内に配設されたライトガイド（光ファイバ）２２を通してスコープ１１の挿入部先端まで伝送される。挿入部先端まで伝送された光は照明レンズ２２Ａを介して被写体に向けて照射される。また本実施形態では、光源２１とライトガイド２２の入射端との間の光路上に、ビームスプリッタ３１、集光レンズ２５などの光学素子が配置される。

光源２１から照射された光束は、ビームスプリッタ３１によりその一部が反射され分岐される。ビームスプリッタ３１を透過する主光束は集光レンズ２５を通してライトガイド２２の入射端に集光される一方、分岐された光束はプロセッサ装置１２に設けられた受光センサ３２において受光される。

受光センサ３２は、分光分布に対応するパラメータ出力するセンサであり、本実施形態では例えばパラメータとして３刺激値ＸＹＺを出力する色彩計が用いられる。受光センサ３２から出力される３刺激値ＸＹＺは、前段映像信号処理回路１８に入力される。また、メモリ３４には上記パラメータの基準値（基準３刺激値）が保存されており、前段映像信号処理回路１８において受光センサ３２から出力されたパレメータ（３刺激値）の値と比較される。すなわち前段映像信号処理回路１８では、基準パラメータと実測されたパラメータの値に基づいてＲＧＢゲインが変更され、光源の色変化に合わせたホワイトバランス処理の補正が行われる。基準値としては、例えば前回使用終了時のパラメータの値（実測された３刺激値）が用いられる。

なお光源２１には、例えばハロゲンランプやメタルハライドランプ、キセノンランプなどが用いられる。また、ビームスプリッタ３１、集光レンズ２５の光路上の配置は、図１の配置に限定されるものではなく、例えばビームスプリッタ３１を集光レンズ２５とライトガイド２２の間に配置することも可能である。

次に図２、図３のフローチャート（および図１）を参照して、本実施形態の色調整処理について説明する。

図２は、本実施形態の色調整処理全体のフローを示すもので、光源２１が点灯されると所定の時間間隔で繰り返し実行される。ステップＳ１００では、メモリ３４から基準光源色（基準分光分布）に対応する基準パラメータ値、すなわち本実施形態では基準３刺激値（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）が前段映像信号処理回路１８に読み出される。ステップＳ１０２では、色彩センサである受光センサ３２で検出された３刺激値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）が前段映像信号処理回路１８に入力される。

ステップＳ１０２では、光源２１から出射された光の測色が受光センサ３２において行われ、実際の３刺激値が計測され、ステップＳ１０４では、前段映像信号処理回路１８において、入力された基準３刺激値（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）と実測された３刺激値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）とに基づきホワイトバランス調整処理が実行され、その後処理はステップＳ１０２に戻り、同様の処理が繰り返される。

図３は、ホワイトバランス調整処理（ステップＳ１０４）における処理内容を示すフローチャートである。

ホワイトバランス調整処理では、まずステップＳ２００において基準３刺激値のＸ０、Ｙ０の比Ｘ０／Ｙ０の値が、実測された３刺激値のＸ１、Ｙ１の比Ｘ１／Ｙ１と異なるか否かが判定される。すなわち、Δ（Ｘ／Ｙ）＝Ｘ０／Ｙ０−Ｘ１／Ｙ１＝０であるか否か（あるいはその絶対値が所定値以下か否か）が判定される。

Δ（Ｘ／Ｙ）＝０と判断されるときには、ステップＳ２０２において基準３刺激値のＺ０、Ｙ０の比Ｚ０／Ｙ０の値が、実測された３刺激値Ｚ１、Ｙ１の比Ｚ１／Ｙ１と異なるか否かが判定される。すなわちΔ（Ｚ／Ｙ）＝Ｚ０／Ｙ０−Ｚ１／Ｙ１＝０であるか否か（あるいはその絶対値が所定値以下か否か）が判定される。Δ（Ｚ／Ｙ）＝０と判断されるのときには、基準３刺激値（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）の比と実測された３刺激値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）の比が等しく、実測された分光分布が略基準値に等しいと考えられるので、本処理はホワイトバランス処理の調整（補正）を行うことなく終了し、図２のステップＳ１０２において測色が行われた後、本処理が繰り返される。

ステップＳ２００において、Δ（Ｘ／Ｙ）が０でないと判定されるとき、すなわち光源２１のＧ成分を基準にしたＲ成分に変化があるとき、ステップＳ２０４において、Δ（Ｘ／Ｙ）の値に基づきホワイトバランス処理におけるＲゲインが変更され、この処理は終了する。一方、ステップＳ２００においてΔ（Ｘ／Ｙ）が０に等しいと判断されるとともにステップＳ２０２において、Δ（Ｚ／Ｙ）が０でないと判定されるとき、すなわち光源２１のＧ成分を基準にしたＢ成分に変化があるとき、ステップＳ２０６において、Δ（Ｚ／Ｙ）の値に基づきホワイトバランス処理におけるＢゲインが変更され、この処理は終了する。

なお、Δ（Ｘ／Ｙ）、Δ（Ｚ／Ｙ）の各値に対応するＲ、Ｂゲインの値は、予め実験等により求められ、例えば図４に示されるようなルックアップテーブルとしてメモリ３４に記憶されている。各ゲインの値は、照明光の分光分布の変化により撮影画像の色調が極力変化しないように設定される。

以上のように、第１実施形態によれば、光源の経時的な分光分布の変化に合わせてホワイトバランス処理におけるゲインが補正され、光源の経時的な分光分布の変化による撮影画像の色調の変化を防止できる。また本実施形態では受光センサに３刺激値を出力する色彩計を用いることで、より低価格で本発明を構成することができる。

なお本実施形態では、明るさに最も影響する緑色（Ｇ）に対応するＹ値を基準として分光分布の調整を行い、Ｇ成分の明るさを一定に維持することで、本処理による明るさへの影響を低減している。

次に図５を参照して本発明の第２実施形態の色調調整装置を搭載した電子内視鏡装置について説明する。なお、図５は第２実施形態の電子内視鏡装置の構成を示すブロック図であり、図５では、照明系と撮像系に関する一部の構成のみが示され、その他の多くの構成は省略されている。

第１実施形態では、ビームスプリッタ３１（図１参照）で主光束から分岐された光束を受光センサ３２で検知した。しかし、第２実施形態では、ライトガイド４２を介した照明光を受光センサ３２で検知して撮影画像の色調調整が行われる。なお、その他の構成に関しては第１実施形態と同様であり、同一の構成については同一参照符号を用いその説明を省略する。

図５に示されるように、第２実施形態において、ライトガイド４２は、その一部のファイバ束４２Ａが例えばスコープ４０のプロセッサ装置４１との接続に用いられるコネクタ４０Ａ内で分岐され、ライトガイド４２に入射された光の一部がコネクタ４０Ａ内に設けられた受光センサ３２に照射される。なお受光センサ３２は、コネクタ４０Ａを介して電気的にプロセッサ装置４１内の前段映像信号処理回路１８に接続される。

すなわち、光源２１からの光は集光レンズ２５によりライトガイド４２の入射端に集光される。前述したように、ライトガイド４２を構成する光ファイバ束の一部は、スコープ４０のコネクタ４０Ａ内において分岐ファイバ束４２Ａとして分岐され、その出射端からは、受光センサ３２に入射された光の一部が照射される。一方、分岐ファイバ束４２Ａ以外のファイバ束（ライトガイド本体）は、スコープ４０の挿入部先端にまで配設され、その先端からは被写体に向け照明光が照射される。

そして受光センサ３２で実測された３刺激値（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）は、前段映像信号処理回路１８へ入力され、メモリ３４の基準３刺激値（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）との比較により、第１実施形態と同様の方法で、前段映像信号処理回路１８におけるホワイトバランス処理のＲ、ＢゲインがΔ（Ｘ／Ｙ）、Δ（Ｚ／Ｙ）の値に応じて調整（補正）される。

以上のように、第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第２実施形態では、ライトガイドを通した光を受光センサで測色しているので、ライトガイドの劣化による分光分布の変化も補正することができる。

なお、第２実施形態ではライトガイドを通した光を測色するので、基準パラメータ値（３刺激値）として、前回使用終了時のパラメータ値（実測３刺激値）を用いる代わりに、スコープのシリアル番号を取得し、シリアル番号に対応した基準値をメモリから読み出す構成とすることもできる。

なお、本実施形態では、分光分布を表すパラメータとして３刺激値ＸＹＺを用いたが、分光分布を表すパラメータであれば３刺激値以外のものも利用可能である。また受光センサには、色彩計の他、例えば分光測色計も利用できる。

なお、図１では、ビームスプリッタが光源からの光束全体を横切るように描かれているが、光束の中心の一部分のみを横切る構成とすることも可能である。また、第２実施形態の分岐ファイバ束および受光センサをプロセッサ装置内に配置することも可能である。

本実施形態の色調調整処理は、点灯開始から光源が安定するまでの所定時間に亘ってのみ実行する構成とすることもできる。また、この所定時間内のみ連続的に実行し、その後は光源やライトガイドの経時劣化による変動を補正するために５分〜１０分など、一定間隔をおいて調整する構成であってもよく、この場合、補正が行われる頻度（間隔）を調整可能としてもよい。

１０ 電子内視鏡装置
１１ スコープ
１２ プロセッサ装置
１３ モニタ
１４ 撮像素子
１８ 前段映像信号処理回路
２１ 光源
２２、４２ ライトガイド
３１ ビームスプリッタ
３２ 受光センサ
３４ メモリ
４２Ａ 分岐ファイバ束

Claims (9)

1. 光源からの光束の一部を受光し、前記光束の分光分布を表すパラメータを検出する測色手段と、
   前記パラメータの基準値を保持するメモリと、
   検出された前記パラメータと前記基準値とに基づいて前記光源を照明光として撮影された画像のホワイトバランス処理におけるゲインの補正を行い、前記光源の分光分布の変化に起因する前記画像の色調の変化を防止するホワイトバランス調整手段と
   を備えることを特徴とする色調調整装置。
2. 前記パラメータが３刺激値ＸＹＺであることを特徴とする請求項１に記載の色調調整装置。
3. 前記ゲインの補正がＲ成分、Ｂ成分の補正であることを特徴とする請求項２に記載の色調調整装置。
4. 前記ホワイトバランス調整手段が、基準とされる３刺激値と検出された３刺激値のＸ／Ｙ、Ｚ／Ｙを比較し、前記比較に基づき前記Ｒ成分またはＢ成分のゲイン調整を行うことを特徴とする請求項３に記載の色調調整装置。
5. 前記測色手段で受光される光がビームスプリッタにより前記光束から分岐されることを特徴とする請求項３に記載の色調調整装置。
6. 前記光束がライトガイドに入射され、前記光束の一部が前記ライトガイドの分岐ファイバ束を介して前記測色手段において受光されることを特徴とする請求項３に記載の色調調整装置。
7. 前記光源の点灯から前記光源が安定するまでの所定時間に亘ってのみ連続して前記ホワイトバランス調整手段による前記ゲインの補正が行われることを特徴とする請求項３に記載の色調調整装置。
8. 前記基準値が、前回使用終了時のパラメータの値であることを特徴とする請求項１に記載の色調調整装置。
9. 請求項１に記載の色調調整装置を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。

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