JP2013144008A - 内視鏡装置及び調光制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】観察対象に対して最適に調光することが可能な内視鏡装置及び調光制御方法等を提供すること。
【解決手段】内視鏡装置は、観察範囲の少なくとも中央部における観察倍率が可変である対物光学系２０１と、観察倍率の制御を行う倍率制御部２０８と、観察倍率が、第１の倍率よりも高い第２の倍率である場合には、観察倍率が第１の倍率である場合に比べて、観察範囲の中央部に対応する画像の中央部をより重視した測光処理を行い、測光処理の結果に基づいて画像の明るさを調整する制御を行う調光制御部２１０と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡装置及び調光制御方法等に関する。

内視鏡装置では、被写体の広い範囲を観察する必要があるため、広角の光学系が用いられている。例えば、特許文献１には、観察範囲の中央部及び中央部よりも外側の範囲の両方を同時に観察できる状態と、中央部のみを観察できる状態とを、可変絞りにより切換える広角光学系が開示されている。内視鏡装置に用いる場合には、中央部及びその外側の範囲の両方を観察できる状態は、大腸のヒダ裏観察に有効であり、今まで見落としていた病変の発見を期待できる。

特開２０１０−１１７６６５号公報

さて、内視鏡装置では、画像全体の状況を俯瞰的に確認するために、画像全体の明るさを考慮して照明光の調光が行われる。しかしながら、広角の光学系では、画像全体の明るさを考慮した調光は必ずしも適切ではないという課題がある。例えば、観察倍率を増加させて拡大観察を行う際には、ユーザーは観察範囲の中央部を観察対象としている場合が多いが、画像全体の明るさを考慮してしまうと観察対象に対して最適に調光されないという課題がある。

本発明の幾つかの態様によれば、観察対象に対して最適に調光することが可能な内視鏡装置及び調光制御方法等を提供できる。

本発明の一態様は、観察範囲の少なくとも中央部における観察倍率が可変である対物光学系と、前記観察倍率の制御を行う倍率制御部と、前記観察倍率が、第１の倍率よりも高い第２の倍率である場合には、前記観察倍率が前記第１の倍率である場合に比べて、前記観察範囲の中央部に対応する画像の中央部をより重視した測光処理を行い、前記測光処理の結果に基づいて前記画像の明るさを調整する制御を行う調光制御部と、を含む内視鏡装置に関係する。

本発明の一態様によれば、観察倍率が第１の倍率である場合よりも、観察倍率が第１の倍率より高い第２の倍率である場合の方が、画像の中央部をより重視した測光処理が行われる。これにより、観察対象に対して最適に調光することが可能になる。

また本発明の他の態様は、観察範囲の少なくとも中央部における観察倍率が可変である対物光学系の前記観察倍率の制御を行い、前記観察倍率が、第１の倍率よりも高い第２の倍率である場合には、前記観察倍率が前記第１の倍率である場合に比べて、前記観察範囲の中央部に対応する画像の中央部をより重視した測光処理を行い、前記測光処理の結果に基づいて前記画像の明るさを調整する制御を行う調光制御方法に関係する。

第１の実施形態における内視鏡装置の構成例。 撮像画像の構成例。 対物光学系の詳細な構成例。 第１の実施形態における倍率制御部の詳細な構成例。 調光制御部の詳細な構成例。 サンプリング処理についての説明図。 サンプリング処理についての説明図。 サンプリング処理についての説明図。 調光処理部の詳細な構成例。 第２の実施形態における内視鏡装置の構成例。 第２の実施形態における倍率制御部の詳細な構成例。

以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．第１の実施形態
１．１．内視鏡装置
図１に、第１の実施形態における内視鏡装置の構成例を示す。内視鏡装置は、挿入部１０２（広義には撮像部）、制御装置１０００（プロセッサ部）を含む。

挿入部１０２は、消化管等の体腔内の撮像を行う。挿入部１０２は、ライトガイド１０３、対物光学系２０１、撮像素子２０３を含む。

制御装置１０００は、内視鏡装置の制御や画像処理を行う。制御装置１０００は、光源部１０４、Ａ／Ｄ変換部２０４、デジタルゲイン制御部２０５、画像処理部２０６、表示部２０７、倍率制御部２０８、光源制御部２０９、調光制御部２１０、制御部２１１、外部Ｉ／Ｆ部２１２を含む。

Ａ／Ｄ変換部２０４は、デジタルゲイン制御部２０５および調光制御部２１０へ接続している。デジタルゲイン制御部２０５は、画像処理部２０６を介して表示部２０７へ接続している。倍率制御部２０８は、調光制御部２１０、対物光学系２０１へ接続している。調光制御部２１０は、デジタルゲイン制御部２０５へ接続しており、光源制御部２０９と双方向に接続している。光源制御部２０９は、光源部１０４へ接続している。制御部２１１は、Ａ／Ｄ変換部２０４、デジタルゲイン制御部２０５、画像処理部２０６、表示部２０７、倍率制御部２０８、光源制御部２０９、調光制御部２１０、及び外部Ｉ／Ｆ部２１２と双方向に接続している。

挿入部１０２は、内視鏡診察や治療に適用するため、体内に挿入できるように湾曲が可能で細長い形状になっている。挿入部１０２は、制御装置３００に対して着脱可能となっている。医師（広義にはユーザー、観察者）は、診察目的に応じて複数種類のスコープ（挿入部１０２）の中から必要なスコープを選択し、選択したスコープを制御装置３００に装着して診察或は治療を行う。

光源部１０４が出射する光は、湾曲可能なライトガイド１０３を経由して被写体１０１へ照射される。挿入部１０２の先端部には、対物光学系２０１が配置されており、被写体１０１からの反射光は、対物光学系２０１を介して撮像素子２０３に入射される。

対物光学系２０１は、中央視野（観察範囲の中央部）を観察するための第１光学系と、側方視野（観察範囲の中央部以外の部分、観察範囲の周辺部）を観察するための第２光学系との二系統から構成される広角光学系である。対物光学系２０１を通して２つの異なる範囲の視野を同時に撮像できる。対物光学系２０１については、詳細に後述する。

中央視野及び側方視野における被写体１０１からの反射光は、対物光学系２０１を介して、撮像素子２０３に光学像として結像する。撮像素子２０３により出力されたアナログ画像信号はＡ／Ｄ変換部２０４へ転送される。例えば、撮像素子２０３は、ＲＧＢ３チャンネルの撮像素子であり、ＲＧＢ３チャンネルのアナログ画像信号を出力する。Ａ／Ｄ変換部２０４は、撮像素子２０３からのアナログ画像信号をデジタル化してデジタル画像信号（以下、適宜「撮像画像」又は単に「画像」と呼ぶ）としてデジタルゲイン制御部２０５および調光制御部２１０へ転送する。

図２に、本実施形態により撮像される画像の構成例を示す。画像中央部の領域である中央領域Ｒ１（広義には第１領域）は、第１光学系の観察範囲である中央視野に対応する領域である。画像中央部以外（周辺部）の領域である周辺領域Ｒ２（広義には第２領域）は、第２光学系の観察範囲である側方視野に対応する領域である。

倍率制御部２０８は、挿入部１０２の観察倍率（撮像倍率）を制御する。倍率制御部２０８の詳細については後述する。調光制御部２１０は、観察倍率及び撮像画像に基づいて調光制御を行う。具体的には、観察倍率が所定倍率よりも高い場合には、画像の中央領域Ｒ１を重視した調光を行う。例えば、中央領域Ｒ１を重視した調光として、中央重点測光処理を行う。ここで、中央重点測光処理とは、観察範囲の中央部を重点的に測光する処理のことであり、少なくとも本明細書に記載する測光処理（明るさ評価値を求める処理）を含むものとする。調光制御部２１０の詳細については後述する。

光源制御部２０９は、調光制御部２１０による制御に基づいて、光源部１０４が出射する光量を調整する。デジタルゲイン制御部２０５は、調光制御部２１０による制御に基づいて、撮像画像に対してデジタルゲインによる明るさ（例えば輝度）調整を行う。

画像処理部２０６は、制御部２１１による制御に基づいて、デジタルゲイン制御部２０５により処理された画像に対して画像処理（例えば公知の画像処理）を行う。例えば、画像処理部２０６は、ホワイトバランス処理、カラーマネージメント処理、階調変換処理などを行う。画像処理部２０６は、処理後のＲＧＢ画像を表示部２０７へ転送する。表示部２０７は、そのＲＧＢ画像を表示する。

制御部２１１は内視鏡装置の各部の制御を行う。外部Ｉ／Ｆ部２１２には、医師からの操作情報が入力され、その操作情報は制御部２１１に対して出力される。

１．２．対物光学系
図３に、対物光学系２０１の詳細な構成例を示す。対物光学系２０１は、部材ＬＢ１〜ＬＢ３により構成される。観察範囲の中央部に対応する中央視野から部材ＬＢ１に入射する光は、部材ＬＢ１〜ＬＢ３により屈折され、撮像素子２０３に結像される。この中央視野を結像する光学系が、上述した第１光学系に対応する。また、観察範囲の周辺部に対応する側方視野から部材ＬＢ２に入射する光は、部材ＬＢ３、ＬＢ２により反射され、撮像素子２０３に結像される。この側方視野を結像する光学系が、上述した第２光学系に対応する。倍率制御部２０８により、中央視野（第１光学系）の観察倍率のみが制御され、側方視野（第２光学系）の観察倍率は制御されない。

なお、第１光学系と第２光学系は、必ずしも別個の構成要素として区別される必要はなく、図３に示すように共通の構成要素により実現されてもよい。また、中央視野だけでなく側方視野の観察倍率が制御されてもよい。この場合、観察倍率と所定倍率の比較は、少なくとも中央視野の観察倍率と所定倍率とを比較すればよい。

１．３．倍率制御部
図４に、倍率制御部２０８の詳細な構成例を示す。倍率制御部２０８は、光学系倍率制御部３０１、倍率判断部３０２、ＲＯＭ３０３（広義にはメモリー、記憶部）を含む。

光学系倍率制御部３０１は、対物光学系２０１及び倍率判断部３０２へ接続している。倍率判断部３０２は、調光制御部２１０へ接続している。ＲＯＭ３０３は倍率判断部３０２へ接続している。制御部２１１は、光学系倍率制御部３０１、倍率判断部３０２及びＲＯＭ３０３と双方向に接続している。

ユーザーは、外部Ｉ／Ｆ部２１２を介して観察倍率を調整する。制御部２１１は、その情報を受けて光学系倍率制御部３０１を制御し、光学系倍率制御部３０１が対物光学系２０１の観察倍率を制御する。上述のように、中央視野に対応する第１光学系の観察倍率が調整される。

倍率判断部３０２は、光学系倍率制御部３０１からの観察倍率と、ＲＯＭ３０３からの拡大倍率閾値（所定閾値）を、制御部２１１からの制御に基づいて取得する。倍率判断部３０２は、観察倍率と拡大倍率閾値を比較し、その結果を調光制御部２１０へ転送する。なお、装着されたスコープ（挿入部１０２）の種類に応じて、拡大倍率閾値は異なる。

１．４．調光制御部
図５に、調光制御部２１０の詳細な構成例を示す。調光制御部２１０は、調光切替部４０１、サンプリング部４０２、ゲイン算出部４０３、調光処理部４０４（明るさ制御部）、ＲＯＭ４０５を含む。

倍率判断部３０２は、調光切替部４０１、サンプリング部４０２、ゲイン算出部４０３及び調光処理部４０４を介してデジタルゲイン制御部２０５へ接続している。調光処理部４０４は、光源制御部２０９と双方向に接続している。ＲＯＭ４０５は、サンプリング部４０２、ゲイン算出部４０３、及び調光処理部４０４へ接続している。Ａ／Ｄ変換部２０４は、サンプリング部４０２へ接続している。制御部２１１は、調光切替部４０１、サンプリング部４０２、ゲイン算出部４０３、調光処理部４０４、ＲＯＭ４０５と双方向に接続している。

調光切替部４０１は、制御部２１１からの制御に基づいて、倍率判断部３０２からの観察倍率と拡大倍率閾値の比較情報を用いて、調光の制御を切り替える。具体的には、調光切替部４０１は、観察倍率が拡大倍率閾値より小さい場合には、画像全体（画像の中央部、及び画像の周辺部）の明るさを考慮した調光処理に切り替える。一方、観察倍率が拡大倍率閾値より大きい又は同一である場合には、画像の中央部の明るさを重視した調光処理に切り替える。調光切替部４０１は、これらの切り替えを指示する信号を、サンプリング部４０２に対して出力する。

図６に示すように、サンプリング部４０２は、観察倍率が拡大倍率閾値より小さい場合には、画像全体から均等に明るさ情報をサンプリングする。なお以下では、サンプリング対象が、画像の中のＧ信号であり、明るさ情報が画素値である場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定されない。

サンプリング部４０２は、サンプリング対象となる領域ＳＡ（以下、サンプリング領域と呼ぶ）を、所定の間隔Ｄで画像全体に設定する。１つのサンプリング領域ＳＡは、１画素であってもよいし、複数画素を含む領域であってもよい。間隔Ｄの情報は、予めＲＯＭ４０５に保存されており、サンプリング部４０２がＲＯＭ４０５から読み出す。サンプリング部４０２は、各サンプリング領域ＳＡから画素値を取得し、その画素値を加算平均した値Ａｖｇを算出する。

図７に示すように、サンプリング部４０２は、観察倍率が拡大倍率閾値より大きい又は同一である場合には、画像の中央領域Ｒ１のみから画素値をサンプリングする。具体的には、サンプリング部４０２は、サンプリング領域ＳＡを、所定の間隔Ｄで中央領域Ｒ１に設定し、各サンプリング領域ＳＡから画素値を取得し、その画素値を加算平均した値Ａｖｇを算出する。画像の中央部に対応する中央領域Ｒ１の情報は、予めＲＯＭ４０５に保存されており、サンプリング部４０２がＲＯＭ４０５から読み出す。サンプリング部４０２は、加算平均値Ａｖｇをゲイン算出部４０３へ転送する。

なお、観察倍率が拡大倍率閾値より小さい場合における加算平均値Ａｖｇの算出手法は、上記に限定されず、画像の中央部を重視する種々の手法を適用できる。例えば、以下に述べる変形例のように加算平均値Ａｖｇを算出してもよい。

第１の変形例では、図８に示すように、サンプリング部４０２は、中央領域Ｒ１と周辺領域Ｒ２とで異なる間隔でサンプリング領域ＳＡを設定してもよい。即ち、中央領域Ｒ１では間隔Ｄでサンプリング領域ＳＡを設定し、周辺領域Ｒ２では、間隔２Ｄでサンプリング領域ＳＡを設定してもよい。

第２の変形例では、下式（１）に示すように、中央領域Ｒ１からサンプリングした画素値と、周辺領域Ｒ２からサンプリングした画素値とに対して、それぞれ異なる重み係数を乗算し、加算平均を行ってもよい。下式（１）において、Ｗｃは、中央領域Ｒ１における重み係数であり、Ｗｓは、周辺領域Ｒ２における重み係数であり、Ｗｃ＞Ｗｓである。

ここで、ｉ，ｊはそれぞれ、中央領域Ｒ１においてサンプリング対象となる画素の横軸座標、縦軸座標である。ｋ，ｌはそれぞれ、周辺領域Ｒ２においてサンプリング対象となる画素の横軸座標、縦軸座標である。Ｖｃは、中央領域Ｒ１からサンプリングした画素値である。Ｖｓは、周辺領域Ｒ２からサンプリングした画素値である。ｍは、中央領域Ｒ１においてサンプリング対象となる画素の数である。ｎは、周辺領域Ｒ２においてサンプリング対象となる画素の数である。

第３の変形例では、サンプリング部４０２は、画像の中心画素からの距離に比例した重み係数を設定してもよい。この場合、サンプリング部４０２は、画像の中心画素からサンプリング領域ＳＡまでの距離が大きいほど、重み係数を小さくする。

ゲイン算出部４０３は、制御部２１１からの制御に基づいて、サンプリング部４０２からの加算平均値ＡｖｇとＲＯＭ４０５からの調光基準値Ｂｖとを用いて、下式（２）により明るさゲイン値Ｇｖを算出し、Ｇｖを調光処理部４０４へ転送する。
Ｇｖ＝Ｂｖ／Ａｖｇ （２）

調光処理部４０４は、照明光の強度、及び画像に対するデジタルゲインの少なくとも一方を、明るさゲイン値Ｇｖに基づいて調整することにより、画像の明るさを調整する。図９に、調光処理部４０４の詳細な構成例を示す。調光処理部４０４は、光源強度倍率算出部５０１、デジタルゲイン算出部５０２を含む。

ゲイン算出部４０３は、光源強度倍率算出部５０１、デジタルゲイン算出部５０２を介してデジタルゲイン制御部２０５へ接続している。ＲＯＭ４０５は、光源強度倍率算出部５０１、デジタルゲイン算出部５０２へ接続している。光源強度倍率算出部５０１は、光源制御部２０９と双方向に接続している。制御部２１１は、光源強度倍率算出部５０１、デジタルゲイン算出部５０２と双方向に接続している。

光源強度倍率算出部５０１は、制御部２１１からの制御に基づいて、現在の光源強度Ｌｖと、光源部１０４の最大強度ＭＡＸｖとから、下式（３）に示す最大倍率Ｒｍを算出する。現在の光源強度Ｌｖは、光源制御部２０９から出力される。最大強度ＭＡＸｖは、ＲＯＭ４０５に記憶されている。
Ｒｍ＝ＭＡＸｖ／Ｌｖ （３）

光源強度倍率算出部５０１は、最大倍率Ｒｍと明るさゲイン値Ｇｖを比較する。最大倍率Ｒｍが明るさゲイン値Ｇｖより大きい又は同一である場合、光源強度倍率をＧｖに設定する。この場合、デジタルゲイン算出部５０２は、制御部２１１からの制御に基づいて、デジタルゲイン値Ｄｖを１に設定する。一方、光源強度倍率算出部５０１は、最大倍率Ｒｍが明るさゲイン値Ｇｖより小さい場合、光源強度倍率をＲｍに設定する。この場合、デジタルゲイン算出部５０２は、制御部２１１からの制御に基づいて、下式（４）によりデジタルゲイン値Ｄｖを算出する。光源強度倍率算出部５０１は、光源強度倍率を光源制御部２０９へ転送し、デジタルゲイン値Ｄｖをデジタルゲイン制御部２０５へ転送する。
Ｄｖ＝Ｇｖ／Ｒｍ （４）

光源制御部２０９は、光源強度倍率に基づいて、光源部１０４から出射される光の強度を調整する。

デジタルゲイン制御部２０５は、制御部２１１からの制御に基づいて、下式（５）に示すように画像に対してデジタルゲイン値Ｄｖを乗算する処理を行う。デジタルゲイン制御部２０５は、乗算処理後の画像を画像処理部２０６へ転送する。
Ｒ’（ｑ，ｐ）＝Ｒ（ｑ，ｐ）＊Ｄｖ，
Ｇ’（ｑ，ｐ）＝Ｇ（ｑ，ｐ）＊Ｄｖ，
Ｂ’（ｑ，ｐ）＝Ｂ（ｑ，ｐ）＊Ｄｖ （５）

ここで、ｑは、画像における画素の横軸座標である。ｐは、画像における画素の縦軸座標である。Ｒ、Ｇ、Ｂは乗算処理前の画素値である。Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’は乗算処理後の画素値である。

上記では、観察倍率に応じて自動的に調光手法を切り替える場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、医師が外部Ｉ／Ｆ部２１２を介して、観察状況に応じて手動で調光手法を制御する構成にしてもよい。

以上の実施形態によれば、図１に示すように、内視鏡装置は、対物光学系２０１と、倍率制御部２０８と、調光制御部２１０を含む。対物光学系２０１は、観察範囲の少なくとも中央部における観察倍率が可変である。倍率制御部２２１は、観察倍率の制御を行う。調光制御部２１０は、観察倍率が、第１の倍率よりも高い第２の倍率である場合には、観察倍率が第１の倍率である場合に比べて、観察範囲の中央部に対応する画像の中央部をより重視した測光処理を行い、測光処理の結果に基づいて画像の明るさを調整する制御を行う。

例えば本実施形態では、観察範囲の中央部に対応する中央視野の観察倍率が可変である。又は、第２の実施形態で後述するように、観察範囲全体の観察倍率が可変であってもよい。また本実施形態では、第１の倍率は所定倍率（拡大倍率閾値）よりも小さい倍率であり、第２の倍率は、所定倍率よりも大きい倍率である。なお本実施形態はこれに限定されず、中央部を重視する度合いが観察倍率に応じて連続的に変化し、第１の倍率より第２の倍率の方が重視する度合いが大きくなるように調光してもよい。

ここで、「画像の中央部を重視した測光処理」とは、画像の明るさが測光処理の結果（例えば加算平均値Ａｖｇ）に与える影響が、画像の周辺部よりも画像の中央部の方が大きい測光処理のことである。例えば、観察範囲の中央部により重点をおいた測光処理（中央重点測光処理）、あるいは、観察範囲の中央部における測光の重み付けをより高くした測光処理である。

このようにすれば、医者の観察状況に応じて適応的に調光処理を行うことができるため、病変部の視認性の向上に貢献できる。即ち、観察倍率が大きい場合には、医師が病変部（広義には注目領域）を拡大観察したいと考え、病変部を視野中央部に納めている状況が想定される。この場合、視野全体で調光を行うと、例えば周辺部に暗い領域があると明るい中央部が飽和するという課題がある。この点、本実施形態によれば、観察倍率が大きい場合に中央部を重視するため、視野中央部を適切な明るさに調光できる。特に図３の光学系では、視野中央部のみが拡大されるため、医師の関心が視野中央部にある可能性が非常に高い。

また本実施形態では、調光制御部２１０は、評価値取得部（図５のサンプリング部４０２）を有する。図６等で説明したように、評価値取得部は、明るさの評価値（加算平均値Ａｖｇ）を取得するための取得対象画素又は取得対象領域（サンプリング領域ＳＡ）を画像に設定し、設定した取得対象画素又は取得対象領域の画素値に基づいて評価値を取得する。図７、図８、第１〜第３の変形例で説明したように、評価値取得部は、観察倍率が第２の倍率である場合、画像の少なくとも中央部に取得対象画素又は取得対象領域を設定して評価値を取得する処理を、測光処理として行う。調光制御部２１０は、評価値に基づいて画像の明るさを調整する制御を行う。

このようにすれば、画像の少なくとも中央部に取得対象画素又は取得対象領域を設定して評価値を取得することにより、画像の中央部を重視した測光処理が可能となる。即ち、取得対象画素又は取得対象領域の設定手法を観察倍率に応じて制御することで、画像の中央部を重視した評価値を取得できる。

具体的には、評価値取得部（サンプリング部４０２）は、観察倍率が第２倍率である場合、画像の中央部において、画像の中央部以外の部分よりも、取得対象画素又は取得対象領域（サンプリング領域ＳＡ）の数を多く設定する。

例えば、調光制御部２１０は、領域設定部（図５のサンプリング部４０２）を有する。図７で説明したように、領域設定部は、画像の中央部に対応する領域である中央領域Ｒ１と、中央領域Ｒ１よりも外側の領域である周辺領域Ｒ２とを画像に設定する。評価値取得部は、所定倍率（拡大倍率閾値）よりも低い第１の倍率である場合には、中央領域Ｒ１及び周辺領域Ｒ２に取得対象画素又は取得対象領域を設定し、所定倍率よりも高い第２の倍率である場合には、周辺領域Ｒ２に取得対象画素又は取得対象領域を設定せずに中央領域Ｒ１に取得対象画素又は取得対象領域を設定する。

このようにすれば、サンプリングする取得対象画素又は取得対象領域の数を制御することにより、画像の中央部を重視した調光を実現できる。例えば、周辺領域Ｒ２に設定する取得対象画素又は取得対象領域の数を、正の数とゼロで切り替えることにより、画像全体を考慮した調光と中央部を重視した調光を切り替えることができる。

又は、評価値取得部は、観察倍率が第２倍率である場合、画像の中央部において、画像の中央部以外の部分よりも、取得対象画素又は取得対象領域の密度を大きく（間隔を小さく）設定する。

ここで、取得対象画素又は取得対象領域の密度とは、領域に設定された取得対象画素又は取得対象領域の個数と、その領域の面積との比である。あるいは、領域に設定された取得対象画素又は取得対象領域に含まれる画素の数と、その領域に含まれる画素の総数との比である。

例えば、第１の変形例（図８）で説明したように、評価値取得部は、所定倍率よりも低い第１の倍率である場合には、中央領域Ｒ１及び周辺領域Ｒ２において同一の密度（間隔Ｄ）を設定し、所定倍率よりも高い第２の倍率である場合には、周辺領域Ｒ２よりも中央領域Ｒ１における密度を大きくする（間隔２Ｄ）。

このようにすれば、サンプリングする取得対象画素又は取得対象領域の密度を制御することにより、画像の中央部を重視した調光を実現できる。例えば、中央領域Ｒ１での密度と周辺領域Ｒ２での密度との比（本実施形態では、１：１、２：１）を切り替えることにより、画像全体を考慮した調光と中央部を重視した調光を切り替えることができる。

又は、評価値取得部は、観察倍率が第２倍率である場合、画像の中央部において、画像の中央部以外の部分よりも、取得対象画素又は取得対象領域の画素値に対する重み係数を大きくし、重み係数により重み付けされた画素値に基づいて評価値を取得する。

例えば、第２の変形例（上式（１））で説明したように、評価値取得部は、所定倍率よりも低い第１の倍率である場合には、中央領域Ｒ１及び周辺領域Ｒ２において同一の重み係数を設定し、所定倍率よりも高い第２の倍率である場合には、周辺領域Ｒ２よりも中央領域Ｒ１における重み係数を大きくする。

あるいは、第３の変形例で説明したように、評価値取得部は、観察倍率が第２倍率である場合、画像の中心に近いほど大きくなる重み係数を設定する。

このようにすれば、サンプリングした画素値に乗じる重み係数を制御することにより、画像の中央部を重視した調光を実現できる。例えば、中央領域Ｒ１での重み係数と周辺領域Ｒ２での重み係数との比（本実施形態では、Ｗｃ：Ｗｓ）を変更すること、又は、画像中心からの距離に対する重み係数の分布を変更することにより、画像全体を考慮した調光と中央部を重視した調光を切り替えることができる。

また本実施形態では、調光制御部２１０は、照明光の強度、及び画像のデジタルゲインの少なくとも一方を、測光処理の結果に基づいて制御することにより、画像の明るさを調整する。

例えば本実施形態では、上式（２）、（３）で説明したように、光源制御部２０９が、光源部１０４の出射光量を制御することにより、照明光の強度を制御する。上式（４）で説明したように、デジタルゲイン制御部２０５がデジタルゲインを制御する。

このようにすれば、画像の中央部を重視して求めた評価値（加算平均値Ａｖｇ）に基づいて、調光処理を行うことができる。また、デジタルゲインを併用した場合、照明光の強度が最大となる場合であっても、さらに画像を明るくすることが可能である。

２．第２の実施形態
２．１．内視鏡装置
図１０に、第２の実施形態における内視鏡装置の構成例を示す。内視鏡装置は、挿入部１０２、制御装置１０００を含む。挿入部１０２は、ライトガイド１０３、撮像素子２０３、対物光学系２２０（対物レンズ）を含む。制御装置１０００は、光源部１０４、Ａ／Ｄ変換部２０４、デジタルゲイン制御部２０５、画像処理部２０６、表示部２０７、光源制御部２０９、調光制御部２１０、制御部２１１、外部Ｉ／Ｆ部２１２、倍率制御部２２１を含む。

なお以下では、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

デジタルゲイン制御部２０５は、画像処理部２０６、倍率制御部２２１を介して表示部２０７へ接続している。倍率制御部２２１は、調光制御部２１０へ接続している。制御部２１１は、Ａ／Ｄ変換部２０４、デジタルゲイン制御部２０５、画像処理部２０６、表示部２０７、倍率制御部２２１、光源制御部２０９、調光制御部２１０、及び外部Ｉ／Ｆ部２１２と双方向に接続している。

対物光学系２２０は、撮像できる範囲が空間的に１８０度を超える魚眼レンズである。第１の実施形態では、画像の中央領域と画像の周辺領域は、それぞれ第１光学系の視野と第２光学系の視野に対応していたが、第２の実施形態では、画像の中央領域と画像の周辺領域は、画像の中央部と画像の周辺部を所定の境界線で分割した領域である。

倍率制御部２２１は、画像に対して電子ズームを行うことにより、観察倍率を制御する。図１２に、倍率制御部２２１の詳細な構成例を示す。倍率制御部２２１は、倍率判断部３０２、ＲＯＭ３０３、電子ズーム倍率制御部６０１を含む。

画像処理部２０６は、電子ズーム倍率制御部６０１、倍率判断部３０２を介して調光制御部２１０へ接続している。ＲＯＭ３０３は倍率判断部３０２へ接続している。電子ズーム倍率制御部６０１は、表示部２０７へ接続している。制御部２１１は、電子ズーム倍率制御部６０１、倍率判断部３０２及びＲＯＭ３０３と双方向に接続している。

電子ズーム倍率制御部６０１は、画像処理部２０６からの画像を拡大縮小する画像処理を行い、処理後の画像を表示部２０７へ転送する。拡大縮小の倍率は観察倍率に対応しており、観察倍率は、ユーザーが外部Ｉ／Ｆ部２１２を介して指示する。制御部２１１は、その指示に基づいて電子ズーム倍率制御部６０１を制御する。倍率判断部３０２は、制御部２１１からの制御に基づいて、電子ズーム倍率制御部６０１からの観察倍率と、ＲＯＭ３０３からの拡大倍率閾値とを比較する。倍率判断部３０２は、比較結果を調光制御部２１０へ転送する。なお、内視鏡スコープの種類に応じて、拡大倍率閾値は異なる。

調光制御部２１０は、第１の実施形態と同様に、観察倍率が拡大倍率閾値より大きい又は同一である場合には、画像の中央部を重視した調光処理を行う。魚眼レンズを用いるため観察範囲には境界がないが、画像には、中央部に対応する中央領域Ｒ１と、周辺部に対応する周辺領域Ｒ２とを設定する。領域を設定する情報は、例えばＲＯＭ４０５に予め記憶しておき、サンプリング部４０２が、その情報を読み出してサンプリング処理を行えばよい。なお、中央領域Ｒ１を設定する調光制御に限定されず、第１実施形態の第３変形例で説明したように、画像の中心画素に近いほど重み係数を大きくする調光制御を行ってもよい。

ここで、第１、第２の実施形態では対物光学系の画角が１８０度を超えるとしたが、本実施形態は、画角が１８０度以下の対物光学系にも適用可能である。

以上の実施形態によれば、魚眼レンズを用いた場合に、観察倍率が大きいときに画像の中央部を重視した調光を行うことで、視野中央部を適切な明るさに調光できる。これにより、医者の観察状況に応じて適応的に調光処理を行うことができるため、病変部の視認性の向上に貢献できる。

また本実施形態では、倍率制御部２０８は、対物光学系の観察倍率を制御する光学系倍率制御部３０１（図４）と、画像に対する電子ズームの拡大倍率を制御する電子ズーム倍率制御部６０１（図１１）と、のうち少なくとも一方を有する。

これにより、光学ズーム及び電子ズームの少なくとも一方により、観察倍率を可変に制御できる。なお、第１、第２の実施形態では、図３の光学系と光学ズーム、又は魚眼レンズと電子ズームの組み合わせを例に説明したが、これに限定されず、図３の光学系と電子ズーム、又は魚眼レンズと光学ズームを組み合わせてもよい。また、光学ズームと電子ズームを組み合わせてもよい。この場合、観察倍率は、光学ズームと電子ズームの倍率を乗算した値となる。

以上、本発明を適用した実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は、各実施形態やその変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階では、発明の要旨を逸脱しない範囲内で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記した各実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成することができる。例えば、各実施形態や変形例に記載した全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態や変形例で説明した構成要素を適宜組み合わせてもよい。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能である。

また、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。

１０１ 被写体、１０２ 挿入部、１０３ ライトガイド、１０４ 光源部、
２０１，２２０ 対物光学系、２０３ 撮像素子、２０４ Ａ／Ｄ変換部、
２０５ デジタルゲイン制御部、２０６ 画像処理部、２０７ 表示部、
２０８，２２１ 倍率制御部、２０９ 光源制御部、２１０ 調光制御部、
２１１ 制御部、２１２ 外部Ｉ／Ｆ部、３００ 制御装置、
３０１ 光学系倍率制御部、３０２ 倍率判断部、４０１ 調光切替部、
４０２ サンプリング部、４０３ ゲイン算出部、４０４ 調光処理部、
５０１ 光源強度倍率算出部、５０２ デジタルゲイン算出部、
６０１ 電子ズーム倍率制御部、
Ａｖｇ 加算平均値、Ｂｖ 調光基準値、Ｄ 間隔、Ｄｖ デジタルゲイン値、
Ｇｖ 明るさゲイン値、ＬＢ１〜ＬＢ３ 部材、Ｌｖ 光源強度、
ＭＡＸｖ 最大強度、Ｒ１ 中央領域、Ｒ２ 周辺領域、Ｒｍ 最大倍率、
ＳＡ サンプリング領域

Claims (18)

1. 観察範囲の少なくとも中央部における観察倍率が可変である対物光学系と、
   前記観察倍率の制御を行う倍率制御部と、
   前記観察倍率が、第１の倍率よりも高い第２の倍率である場合には、前記観察倍率が前記第１の倍率である場合に比べて、前記観察範囲の中央部に対応する画像の中央部をより重視した測光処理を行い、前記測光処理の結果に基づいて前記画像の明るさを調整する制御を行う調光制御部と、
   を含むことを特徴とする内視鏡装置。
2. 請求項１において、
   前記調光制御部は、
   前記明るさの評価値を取得するための取得対象画素又は取得対象領域を前記画像に設定し、設定した前記取得対象画素又は前記取得対象領域の画素値に基づいて前記評価値を取得する評価値取得部を有し、
   前記評価値取得部は、
   前記観察倍率が前記第２の倍率である場合、前記画像の少なくとも中央部に前記取得対象画素又は前記取得対象領域を設定して前記評価値を取得する処理を、前記測光処理として行い、
   前記調光制御部は、
   前記評価値に基づいて前記画像の明るさを調整する制御を行うことを特徴とする内視鏡装置。
3. 請求項２において、
   前記評価値取得部は、
   前記観察倍率が前記第２倍率である場合、前記画像の中央部において、前記画像の中央部以外の部分よりも、前記取得対象画素又は前記取得対象領域の数を多く設定することを特徴とする内視鏡装置。
4. 請求項３において、
   前記調光制御部は、
   前記画像の中央部に対応する領域である中央領域と、前記中央領域よりも外側の領域である周辺領域とを前記画像に設定する領域設定部を有し、
   前記評価値取得部は、
   所定倍率よりも低い前記第１の倍率である場合には、前記中央領域及び前記周辺領域に前記取得対象画素又は前記取得対象領域を設定し、前記所定倍率よりも高い前記第２の倍率である場合には、前記周辺領域に前記取得対象画素又は前記取得対象領域を設定せずに前記中央領域に前記取得対象画素又は前記取得対象領域を設定することを特徴とする内視鏡装置。
5. 請求項２において、
   前記評価値取得部は、
   前記観察倍率が前記第２倍率である場合、前記画像の中央部において、前記画像の中央部以外の部分よりも、前記取得対象画素又は前記取得対象領域の密度を大きく設定することを特徴とする内視鏡装置。
6. 請求項５において、
   前記調光制御部は、
   前記画像の中央部に対応する領域である中央領域と、前記中央領域よりも外側の領域である周辺領域とを前記画像に設定する領域設定部を有し、
   前記評価値取得部は、
   所定倍率よりも低い前記第１の倍率である場合には、前記中央領域及び前記周辺領域において同一の前記密度を設定し、前記所定倍率よりも高い前記第２の倍率である場合には、前記周辺領域よりも前記中央領域における前記密度を大きくすることを特徴とする内視鏡装置。
7. 請求項２において、
   前記評価値取得部は、
   前記観察倍率が前記第２倍率である場合、前記画像の中央部において、前記画像の中央部以外の部分よりも、前記取得対象画素又は前記取得対象領域の前記画素値に対する重み係数を大きくし、前記重み係数により重み付けされた前記画素値に基づいて前記評価値を取得することを特徴とする内視鏡装置。
8. 請求項７において、
   前記調光制御部は、
   前記画像の中央部に対応する領域である中央領域と、前記中央領域よりも外側の領域である周辺領域とを前記画像に設定する領域設定部を有し、
   前記評価値取得部は、
   所定倍率よりも低い前記第１の倍率である場合には、前記中央領域及び前記周辺領域において同一の前記重み係数を設定し、前記所定倍率よりも高い前記第２の倍率である場合には、前記周辺領域よりも前記中央領域における前記重み係数を大きくすることを特徴とする内視鏡装置。
9. 請求項７において、
   前記評価値取得部は、
   前記観察倍率が前記第２倍率である場合、前記画像の中心に近いほど大きくなる前記重み係数を設定することを特徴とする内視鏡装置。
10. 請求項１において、
    前記調光制御部は、
    照明光の強度、及び前記画像のデジタルゲインの少なくとも一方を、前記測光処理の結果に基づいて制御することにより、前記画像の前記明るさを調整することを特徴とする内視鏡装置。
11. 請求項１において、
    前記対物光学系は、
    １８０度よりも大きい画角を有することを特徴とする内視鏡装置。
12. 請求項１１において、
    前記対物光学系は、
    魚眼レンズであることを特徴とする内視鏡装置。
13. 請求項１２において、
    前記調光制御部は、
    前記画像の中央部に対応する領域である中央領域と、前記中央領域よりも外側の領域である周辺領域とを設定するための領域設定情報を記憶する記憶部と、
    前記領域設定情報に基づいて、前記中央領域と前記周辺領域を前記画像に設定する領域設定部と、
    を有することを特徴とする内視鏡装置。
14. 請求項１１において、
    前記対物光学系は、
    前記観察範囲の中央部を結像するレンズ光学系と、
    前記観察範囲の中央部よりも外側の範囲を結像する反射光学系と、
    を有することを特徴とする内視鏡装置。
15. 請求項１４において、
    前記調光制御部は、
    前記レンズ光学系が結像する前記観察範囲に対応する領域である中央領域と、前記反射光学系が結像する前記観察範囲に対応する領域である周辺領域とを設定するための領域設定情報を記憶する記憶部と、
    前記領域設定情報に基づいて、前記中央領域と前記周辺領域を前記画像に設定する領域設定部と、
    を有することを特徴とする内視鏡装置。
16. 請求項１において、
    前記倍率制御部は、
    前記観察倍率が、所定倍率よりも低い前記第１の倍率であるか、前記所定倍率よりも高い前記第２の倍率であるかを判断する倍率判断部を有し、
    前記調光制御部は、
    前記倍率判断部での判断結果に基づいて前記測光処理を行うことを特徴とする内視鏡装置。
17. 請求項１において、
    前記倍率制御部は、
    前記対物光学系の前記観察倍率を制御する光学系倍率制御部と、
    前記画像に対する電子ズームの拡大倍率を制御する電子ズーム倍率制御部と、
    のうち少なくとも一方を有することを特徴とする内視鏡装置。
18. 観察範囲の少なくとも中央部における観察倍率が可変である対物光学系の前記観察倍率の制御を行い、
    前記観察倍率が、第１の倍率よりも高い第２の倍率である場合には、前記観察倍率が前記第１の倍率である場合に比べて、前記観察範囲の中央部に対応する画像の中央部をより重視した測光処理を行い、前記測光処理の結果に基づいて前記画像の明るさを調整する制御を行うことを特徴とする調光制御方法。

Images