JP2014108193A - Image processing device and endoscope - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image processing device capable of obtaining both an image highlighting a concave area on a surface of a subject and a stereoscopic image.SOLUTION: In a polarization imaging mode, an image processing device obtains: a first polarization image formed by a signal of light after penetrating a polarizer having a polarization transmission axis in a direction intersecting with a first direction when a subject is exposed to first illumination light polarized in the first direction; and a second polarization image formed by a signal of light after penetrating the polarizer having the polarization transmission axis in a direction intersecting with a second direction intersecting with the first direction when the subject is exposed to second illumination light polarized in the second direction. Then, the device detects a concave area on a surface of the subject on the basis of at least one of the polarization images, and obtains an image highlighting the concave area by combining the polarization image with a normally-taken image. In a stereoscopic imaging mode, the device obtains a stereoscopic image by combining multiple parallax images formed by a signal of light after penetrating the polarizer or each transparent area.

Description

本開示は、画像処理装置および当該画像処理装置に使用される内視鏡に関する。   The present disclosure relates to an image processing device and an endoscope used in the image processing device.

粘膜で覆われた、生体の臓器器官の壁表面に対して照明光を照射して撮像を行う内視鏡の分野では、被写体の表面の色の変化と同時に、表面の微細な凹凸のテクスチャを確認する必要がある。この表面テクスチャは、たとえば胃における胃小区のように平均サイズが0.5〜1.0mm、深さが0.1〜0.2mm程度の半透明の微細な凹凸である。これを内視鏡によって輝度の陰影でとらえることは非常に難しいため、現在はインジゴカルミン溶液など青色色素液体を粘膜上に撒布して、液体が溝にたまる状態を輝度で観察している。   In the field of endoscopes that illuminate the wall surface of living organ organs covered with mucous membranes and perform imaging, the texture of the surface of the subject is changed at the same time as the color of the subject surface changes. It is necessary to confirm. The surface texture is semi-transparent fine irregularities having an average size of 0.5 to 1.0 mm and a depth of about 0.1 to 0.2 mm, for example, like a stomach subdivision in the stomach. Since it is very difficult to capture this with a shadow of luminance by an endoscope, a blue pigment liquid such as an indigo carmine solution is distributed on the mucous membrane, and the state where the liquid accumulates in the groove is observed with luminance.

しかし、この処理では、粘膜上に液体を吹き付けるために出血したり、粘膜の色が変わってしまうなどの問題があった。このように表面の凹凸を観察したいという課題に対して偏光照明と偏光撮像を用いた偏光内視鏡が特許文献1に記載されている。   However, this treatment has problems such as bleeding because the liquid is sprayed on the mucous membrane and the color of the mucous membrane changing. A polarization endoscope using polarization illumination and polarization imaging is described in Patent Document 1 for the problem of observing surface irregularities in this way.

特開2009−246770号公報JP 2009-246770 A 特開2009−210780号公報JP 2009-210780 A

Viktor Gruev, Rob Perkins, and Timothy York ,"CCD polarization imaging sensor with aluminum nanowire optical filters", 30 August 2010 / Vol. 18, No. 18 / OPTICS EXPRESS PP.19087-19094Viktor Gruev, Rob Perkins, and Timothy York, "CCD polarization imaging sensor with aluminum nanowire optical filters", 30 August 2010 / Vol. 18, No. 18 / OPTICS EXPRESS PP. 19087-19094

特許文献1に開示されているような偏光を使う従来技術では、特定の偏光成分の照明光を物体に照射し、物体からの戻り光において、照明と平行な偏光成分、および直交する偏光成分それぞれの画像を撮像し、それらに基づいて表面の形状変化を算出している。   In the prior art using polarized light as disclosed in Patent Document 1, illumination light of a specific polarization component is irradiated onto an object, and in the return light from the object, a polarization component parallel to illumination and a polarization component orthogonal to each other The surface shape change is calculated based on these images.

本開示の画像処理装置の実施形態は、偏光撮像モードにおいて、被写体の表面における凹領域を検出し、非偏光撮像モードにおいては非偏光画像を得ることにより、被写体の表面における前記凹領域を強調して示す画像および非偏光画像の両方を得ることができる。   Embodiments of the image processing apparatus of the present disclosure enhance the concave region on the surface of the subject by detecting a concave region on the surface of the subject in the polarization imaging mode and obtaining a non-polarized image in the non-polarization imaging mode. Both an unillustrated image and a non-polarized image can be obtained.

本開示の画像処理装置は、偏光撮像モードにおいて、第1の方向に偏光した状態にある第1の照明光、および、前記第1の方向と交差する第2の方向に偏光した状態にある第2の照明光で、順次、被写体を照射し、非偏光撮像モードにおいては、非偏光照明光で前記被写体を照射する照明部であって、前記第1の照明光の波長域が前記第2の照明光の波長域に重複しない部分を有するように前記第1および第2の照明光を順次出射する照明部と、偏光子および透明領域が設けられた開口領域と、前記開口領域の偏光子または透明領域を透過した光を受けて信号を出力する光検知素子アレイを有する撮像素子であって、各々が複数の光検知素子を覆う複数のマイクロレンズを有する撮像素子と、前記偏光撮像モードにおいては、前記第1の照明光で前記被写体が照射されているときに前記第1の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第1の偏光画像および/または前記被写体が前記第2の照明光で照射されているときに前記第2の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第2の偏光画像を得て、前記非偏光撮像モードにおいては、前記非偏光照明光で前記被写体が照射されているときに偏光子または透明領域を透過した光の信号によって構成される非偏光画像を得て、立体撮像モードにおいては偏光子または透明領域を透過した光の信号によって構成される複数の視差画像を得る画素選択再集積部と、前記第1および第2の偏光画像の少なくとも一方に基づいて前記被写体の表面における凹領域を検出する凹領域検出部と、前記被写体の表面における前記凹領域を強調して示す画像を形成する画像合成部と、前記視差画像を時間的に交互に再現する視差画像合成部とを備える。   In the polarization imaging mode, the image processing apparatus according to the present disclosure includes the first illumination light that is polarized in the first direction and the first illumination light that is polarized in the second direction that intersects the first direction. The illumination unit sequentially irradiates the subject with the illumination light of 2 and irradiates the subject with the unpolarized illumination light in the non-polarization imaging mode, wherein the wavelength range of the first illumination light is the second An illumination unit that sequentially emits the first and second illumination lights so as to have a portion that does not overlap in the wavelength range of the illumination light, an aperture region provided with a polarizer and a transparent region, and a polarizer in the aperture region or In the imaging device having a photodetecting device array that receives light transmitted through the transparent region and outputs a signal, each having a plurality of microlenses covering a plurality of photodetecting devices, and in the polarization imaging mode The first illumination When the subject is irradiated with the first polarized image and / or the subject composed of a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction crossing the first direction. Obtaining a second polarization image composed of a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction intersecting the second direction when irradiated with the second illumination light; In the non-polarized imaging mode, a non-polarized image composed of a signal of light transmitted through a polarizer or a transparent region is obtained when the subject is illuminated with the non-polarized illumination light. A pixel selective re-integration unit that obtains a plurality of parallax images composed of light signals transmitted through a child or a transparent region, and the subject based on at least one of the first and second polarization images A concave area detection unit that detects a concave area on a surface, an image synthesis unit that forms an image showing the concave area on the surface of the subject in an emphasized manner, and a parallax image synthesis unit that alternately reproduces the parallax image temporally With.

本開示の他の画像処理装置は、偏光撮像モードにおいて、第1の方向に偏光した状態にある第1の白色照明光、および、前記第1の方向と交差する第2の方向に偏光した状態にある第2の白色照明光で、順次、被写体を照射し、非偏光撮像モードにおいては、非偏光白色照明光で前記被写体を照射する照明部と、偏光透過軸の方向が異なる複数の偏光子および透明領域が設けられた開口領域と、光透過特性が異なるカラーフィルタが配列されたカラーモザイクフィルタを有し、前記開口領域の各偏光子または各透明領域を透過した後、更に各カラーフィルタを透過した光を受けて信号を出力する光検知素子アレイを有する撮像素子であって、各々が複数の光検知素子を覆う複数のマイクロレンズを有する撮像素子と、前記偏光撮像モードにおいては、前記第1の白色照明光で前記被写体が照射されているときに前記第1の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第1の偏光画像と、前記被写体が前記第2の白色照明光で照射されているときに前記第2の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第2の偏光画像とを、各マイクロレンズに覆われた前記複数の光検知素子から選択した一部の光検知素子からの信号に基づいて形成し、前記非偏光撮像モードにおいては、前記非偏光白色照明光で前記被写体が照射されているときに各偏光子を透過した光の信号によって構成される非偏光画像を得て、立体撮像モードにおいては各透明領域を透過した光の信号によって構成される複数の視差画像を得る画素選択再集積部と、前記第1および第2の偏光画像の少なくとも一方に基づいて前記被写体の表面における凹領域を検出する凹領域検出部と、前記被写体の表面における前記凹領域を強調して示す画像を形成する画像合成部と、前記視差画像を時間的に交互に再現する視差画像合成部とを備える。   Another image processing apparatus of the present disclosure includes a first white illumination light that is polarized in a first direction and a polarization that is polarized in a second direction that intersects the first direction in the polarization imaging mode. A plurality of polarizers having different directions of polarization transmission axes from the illumination unit that sequentially irradiates the subject with the second white illumination light and irradiating the subject with the non-polarized white illumination light in the non-polarized imaging mode And a color mosaic filter in which color filters having different light transmission characteristics are arranged, and after passing through each polarizer or each transparent region of the opening region, each color filter An image sensor having a photo-detecting element array that receives transmitted light and outputs a signal, the image sensor having a plurality of microlenses each covering a plurality of photo-detecting elements, and the polarization imaging mode. The first white light is configured by a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction intersecting the first direction when the subject is irradiated with the first white illumination light. And a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction crossing the second direction when the subject is illuminated with the second white illumination light. A second polarization image is formed based on signals from a part of the light detection elements selected from the plurality of light detection elements covered by each microlens, and in the non-polarization imaging mode, the non-polarization image When the subject is illuminated with white illumination light, a non-polarized image composed of light signals transmitted through each polarizer is obtained, and in stereoscopic imaging mode, it is composed of light signals transmitted through each transparent area. Multiple A pixel selection / reintegration unit that obtains a parallax image, a concave region detection unit that detects a concave region on the surface of the subject based on at least one of the first and second polarization images, and the concave region on the surface of the subject An image composition unit that forms an image showing the emphasis on the image, and a parallax image composition unit that reproduces the parallax image alternately in time.

本開示の更に他の画像処理装置は、偏光撮像モードにおいて、第1の方向に偏光した状態にある第1の照明光、および、前記第1の方向と交差する第2の方向に偏光した状態にある第2の照明光で、順次、被写体を照射し、非偏光撮像モードにおいては、非偏光照明光で前記被写体を照射する照明部であって、前記第1の照明光の波長域が前記第2の照明光の波長域に重複しない部分を有するように前記第1および第2の照明光を順次出射する照明部と、偏光透過軸の方向が異なる複数の偏光子および複数の透明領域が設けられた複眼レンズ部であって、各々に偏光子または透明領域が設けられた複数のレンズを有する複眼レンズ部と、前記複眼レンズ部の各偏光子または各透明領域を透過した光を受けて信号を出力する光検知素子アレイを有する撮像素子と、前記偏光撮像モードにおいては、前記第1の照明光で前記被写体が照射されているときに前記第1の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第1の偏光画像と、前記被写体が前記第2の照明光で照射されているときに前記第2の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第2の偏光画像とを得て、前記非偏光撮像モードにおいては前記非偏光照明光で前記被写体が照射されているときに各偏光子を透過した光の信号によって構成される非偏光画像を得て、立体撮像モードにおいては各透明領域を透過した光の信号によって構成される複数の視差画像を得る画素選択再集積部と、前記第1および第2の偏光画像の少なくとも一方に基づいて前記被写体の表面における凹領域を検出する凹領域検出部と、前記被写体の表面における前記凹領域を強調して示す画像を形成する画像合成部と、前記視差画像を時間的に交互に再現する視差画像合成部とを備える。   Still another image processing apparatus of the present disclosure includes a first illumination light that is polarized in a first direction and a polarization that is polarized in a second direction that intersects the first direction in the polarization imaging mode. In the non-polarization imaging mode, the illumination unit irradiates the subject with non-polarized illumination light, and the wavelength range of the first illumination light is An illumination unit that sequentially emits the first and second illumination lights so as to have a portion that does not overlap with the wavelength range of the second illumination light, and a plurality of polarizers and a plurality of transparent regions having different directions of polarization transmission axes A compound eye lens unit provided with a compound eye lens unit having a plurality of lenses each provided with a polarizer or a transparent region, and receiving light transmitted through each polarizer or each transparent region of the compound eye lens unit Photodetector array that outputs signals In the polarization imaging mode, the light transmitted through the polarizer having the polarization transmission axis in the direction intersecting the first direction when the subject is irradiated with the first illumination light. A first polarized image constituted by the signal of the first and the polarizer having the polarization transmission axis in a direction intersecting the second direction when the subject is illuminated with the second illumination light. A second polarization image constituted by light signals, and in the non-polarization imaging mode, constituted by light signals transmitted through the respective polarizers when the subject is irradiated with the non-polarization illumination light. A non-polarized image to be obtained, and in a stereoscopic imaging mode, a pixel selective re-integration unit that obtains a plurality of parallax images composed of light signals transmitted through the transparent regions, and the first and second polarized images Less A concave region detection unit that detects a concave region on the surface of the subject based on the other, an image composition unit that forms an image that highlights the concave region on the surface of the subject, and temporally converts the parallax image And a parallax image synthesizing unit that reproduces alternately.

本開示の他の画像処理装置は、偏光撮像モードにおいて、第1の方向に偏光した状態にある第1の白色照明光、および、前記第1の方向と交差する第2の方向に偏光した状態にある第2の白色照明光で、順次、被写体を照射し、非偏光撮像モードにおいては、非偏光白色照明光で前記被写体を照射する照明部と、偏光透過軸の方向が異なる複数の偏光子および複数の透明領域が設けられた複眼レンズ部であって、各々に偏光子または透明領域が設けられた複数のレンズを有する複眼レンズ部と、光透過特性が異なるカラーフィルタが配列されたカラーモザイクフィルタを有し、前記複眼レンズ部の各偏光子または各透明領域を透過した後、更に各カラーフィルタを透過した光を受けて信号を出力する光検知素子アレイを有する撮像素子光と、前記偏光撮像モードにおいては、前記第1の照明光で前記被写体が照射されているときに前記第1の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第1の偏光画像と、前記被写体が前記第2の照明光で照射されているときに前記第2の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第2の偏光画像とを得て、前記非偏光撮像モードにおいては前記非偏光照明光で前記被写体が照射されているときに各偏光子を透過した光の信号によって構成される非偏光画像を得て、立体撮像モードにおいては各透明領域を透過した光の信号によって構成される複数の視差画像を得る画素選択再集積部と、前記第1および第2の偏光画像の少なくとも一方に基づいて前記被写体の表面における凹領域を検出する凹領域検出部と、前記被写体の表面における前記凹領域を強調して示す画像を形成する画像合成部と、前記視差画像を時間的に交互に再現する視差画像合成部とを備える。   Another image processing apparatus of the present disclosure includes a first white illumination light that is polarized in a first direction and a polarization that is polarized in a second direction that intersects the first direction in the polarization imaging mode. A plurality of polarizers having different directions of polarization transmission axes from the illumination unit that sequentially irradiates the subject with the second white illumination light and irradiating the subject with the non-polarized white illumination light in the non-polarized imaging mode And a compound eye lens portion provided with a plurality of transparent regions, each having a plurality of lenses each provided with a polarizer or a transparent region, and a color mosaic in which color filters having different light transmission characteristics are arranged An image sensor light having a filter, and having a light detection element array that outputs a signal after receiving light transmitted through each color filter after passing through each polarizer or each transparent region of the compound eye lens unit; The polarization imaging mode is configured by a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction crossing the first direction when the subject is irradiated with the first illumination light. And a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction crossing the second direction when the subject is illuminated with the second illumination light. A non-polarized image composed of a signal of light transmitted through each polarizer when the subject is illuminated with the non-polarized illumination light in the non-polarized imaging mode. And in a stereoscopic imaging mode, based on at least one of the first and second polarization images, a pixel selection re-integration unit that obtains a plurality of parallax images composed of light signals transmitted through the transparent regions A concave area detecting unit for detecting a concave area on the surface of the subject, an image composition unit for forming an image showing the concave area on the surface of the subject in an emphasized manner, and parallax for alternately reproducing the parallax image temporally An image composition unit.

本開示の他の画像処理装置は、偏光撮像モードにおいて、第1の方向に偏光した状態にある第1の白色照明光、および、前記第1の方向と交差する第2の方向に偏光した状態にある第2の白色照明光で、順次、被写体を照射し、非偏光撮像モードにおいては、非偏光白色照明光で前記被写体を照射する照明部と、偏光透過軸の方向が異なる複数の偏光子が設けられた開口領域と、光透過特性が異なるカラーフィルタが配列されたカラーモザイクフィルタを有し、前記開口領域の各偏光子を透過した後、更に各カラーフィルタを透過した光を受けて信号を出力する光検知素子アレイを有する撮像素子と、各偏光子を透過した光の信号によって構成される時分割の複数の視差画像を得る画素選択再集積部と、
前記視差画像を時間的に交互に再現する視差画像合成部とを備える。
Another image processing apparatus of the present disclosure includes a first white illumination light that is polarized in a first direction and a polarization that is polarized in a second direction that intersects the first direction in the polarization imaging mode. A plurality of polarizers having different directions of polarization transmission axes from the illumination unit that sequentially irradiates the subject with the second white illumination light and irradiating the subject with the non-polarized white illumination light in the non-polarized imaging mode And a color mosaic filter in which color filters having different light transmission characteristics are arranged, and after passing through each polarizer of the opening region, further receiving light transmitted through each color filter and receiving a signal An image sensor having a photo-detecting element array that outputs a signal, a pixel selective reintegrating unit that obtains a plurality of time-division parallax images composed of light signals transmitted through each polarizer,
A parallax image synthesizing unit that alternately reproduces the parallax images in terms of time.

本開示の実施形態によれば、偏光撮像モードにおいて、第1の方向に偏光した状態にある第1の照明光、および、第1の方向と交差する第2の方向に偏光した状態にある第2の照明光で、順次、被写体を照射し、非偏光撮像モードにおいては、非偏光照明光で前記被写体を照射するため、通常の被写体像とは別に、被写体表面の凹凸情報や傾斜情報を得ることができる。このため、たとえばインジゴカルミン溶液など青色色素液体を粘膜上に撒布した画像に類似する画像(凹領域が強調された画像)を合成することが可能になる。また、視差画像を得ることができるため、立体画像の表示を行うことができる。   According to the embodiment of the present disclosure, in the polarization imaging mode, the first illumination light that is polarized in the first direction and the first illumination light that is polarized in the second direction that intersects the first direction. The object is sequentially irradiated with the illumination light of 2 and the object is irradiated with the non-polarized illumination light in the non-polarization imaging mode, so that unevenness information and inclination information on the object surface are obtained separately from the normal object image. be able to. For this reason, it is possible to synthesize an image similar to an image in which a blue pigment liquid such as an indigo carmine solution is distributed on the mucous membrane (an image in which the concave region is emphasized). In addition, since a parallax image can be obtained, a stereoscopic image can be displayed.

(a)および(b)は、いずれも、胃粘膜の内視鏡画像の図(A) and (b) are both endoscopic images of gastric mucosa. 輝度による半透明凹凸部の観測状態を示す図The figure which shows the observation state of the translucent uneven part by brightness (a)および(b)は、偏光観測の原理を示す図(A) And (b) is a figure which shows the principle of polarization observation 光が媒質から出射する際の出射角と透過率を示すグラフGraph showing the emission angle and transmittance when light exits the medium (a)および(b)は、アクリル製レンチキュラー板の直交ニコル撮像の際のアクリル板上の溝と偏光照明の方向性の関係を示す図(A) And (b) is a figure which shows the groove | channel on the acrylic board in the case of crossed nicols imaging of an acrylic lenticular board, and the directionality of polarized light illumination 本開示の第1の実施形態の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of 1st Embodiment of this indication. (a)から(c)は、本開示の第1の実施形態におけるカラーホイールを示す図(A) to (c) is a diagram showing a color wheel in the first embodiment of the present disclosure. 本開示の第1の実施形態における照明フィルタの特性を示す図The figure which shows the characteristic of the illumination filter in 1st Embodiment of this indication. (A)から(C)は、本開示の第1の実施形態でのモノクロ広帯域偏光撮像素子を形成するワイヤグリッドの平面構造と透過軸方向を示す図FIGS. 4A to 4C are diagrams illustrating a planar structure and a transmission axis direction of a wire grid forming a monochrome broadband polarization imaging device according to the first embodiment of the present disclosure. FIGS. 本開示の第1の実施形態でのモノクロ広帯域偏光撮像素子の断面構造を示す図The figure which shows the cross-section of the monochrome broadband polarization | polarized-light imaging element in 1st Embodiment of this indication. 本開示の第1の実施形態における通常撮像モードの動作を示す図FIG. 10 is a diagram illustrating an operation in a normal imaging mode according to the first embodiment of the present disclosure. 本開示の第1の実施形態での通常撮像モードのタイミングチャートTiming chart of normal imaging mode in the first embodiment of the present disclosure 本開示の第1の実施形態での偏光撮像モードの偏光モザイク処理部202の動作を示す図The figure which shows operation | movement of the polarization mosaic process part 202 of the polarization imaging mode in 1st Embodiment of this indication. 本開示の第1の実施形態での偏光撮像モードのタイミングチャートTiming chart of polarization imaging mode in the first embodiment of the present disclosure 本開示の第1の実施形態での偏光撮像モードの偏光モザイク処理部202の動作を示す図The figure which shows operation | movement of the polarization mosaic process part 202 of the polarization imaging mode in 1st Embodiment of this indication. 本開示の第1の実施形態での偏光撮像モードのタイミングチャートTiming chart of polarization imaging mode in the first embodiment of the present disclosure 本開示の第1の実施形態での凹領域検出部204と画像合成部206の処理を説明するブロック図The block diagram explaining the process of the recessed area detection part 204 and the image synthetic | combination part 206 in 1st Embodiment of this indication 凹領域検出部204で用いる微分処理マスクの例Example of differential processing mask used in concave region detection unit 204 凹領域検出部204で用いる青色強調処理の例Example of blue emphasis processing used in the concave area detection unit 204 (A)から(C)は、ラット胃の粘膜を用いた実験結果(A) to (C) are experimental results using rat gastric mucosa. 本開示の第2の実施形態の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of 2nd Embodiment of this indication. 本開示の第2の実施形態における内視鏡先端部と偏光回転照明を示す図The figure which shows the endoscope front-end | tip part and polarization | polarized-light rotation illumination in 2nd Embodiment of this indication. (A)および(B)は、本開示の第2の実施形態における偏光回転照明の別の構成を示す図(A) And (B) is a figure showing another composition of polarization rotation illumination in a 2nd embodiment of this indication. 本開示の第2の実施形態におけるカラー偏光撮像素子の断面構造を示す図The figure which shows the cross-section of the color polarization image pick-up element in 2nd Embodiment of this indication. (A)から(C)は、本開示の第2の実施形態におけるカラーモザイクと偏光モザイクの平面配置を示す図FIGS. 9A to 9C are diagrams illustrating a planar arrangement of a color mosaic and a polarization mosaic according to the second embodiment of the present disclosure. FIGS. 本開示の第2の実施形態における通常撮像モードの偏光モザイク処理部202の動作を示す図The figure which shows operation | movement of the polarization mosaic process part 202 of the normal imaging mode in 2nd Embodiment of this indication. 本開示の第2の実施形態における通常撮像モードのタイミングチャートTiming chart of normal imaging mode in the second embodiment of the present disclosure 本開示の第2の実施形態における偏光撮像モードの偏光モザイク処理部202の動作を示す図The figure which shows operation | movement of the polarization mosaic process part 202 of the polarization imaging mode in 2nd Embodiment of this indication. 本開示の第2の実施形態における偏光撮像モードのタイミングチャートTiming chart of polarization imaging mode in the second embodiment of the present disclosure (A)から(C)は、本開示の第2の実施形態の変形例1におけるカラーモザイクと偏光モザイクの平面配置を示す図FIGS. 9A to 9C are diagrams illustrating a planar arrangement of a color mosaic and a polarization mosaic in Modification 1 of the second embodiment of the present disclosure. FIGS. 本開示の第2の実施形態の変形例1における通常撮像モードの偏光モザイク処理部202の動作を示す図The figure which shows operation | movement of the polarization mosaic process part 202 of the normal imaging mode in the modification 1 of 2nd Embodiment of this indication. 本開示の第2の実施形態の変形例1における偏光撮像モードの偏光モザイク処理部202の動作を示す図The figure which shows operation | movement of the polarization mosaic process part 202 of the polarization imaging mode in the modification 1 of 2nd Embodiment of this indication. (A)から(C)は、本開示の第2の実施形態の変形例2におけるカラーモザイクと偏光モザイクの平面配置を示す図FIGS. 9A to 9C are diagrams illustrating planar arrangements of a color mosaic and a polarization mosaic in Modification 2 of the second embodiment of the present disclosure. FIGS. 本開示の第2の実施形態の変形例2における通常撮像モードの偏光モザイク処理部202の動作を示す図The figure which shows operation | movement of the polarization mosaic process part 202 of the normal imaging mode in the modification 2 of 2nd Embodiment of this indication. 本開示の第2の実施形態の変形例2における偏光撮像モードの偏光モザイク処理部202の動作を示す図The figure which shows operation | movement of the polarization mosaic process part 202 of the polarization imaging mode in the modification 2 of 2nd Embodiment of this indication. 本開示の第3の実施形態の構成を示すブロック図A block diagram showing composition of a 3rd embodiment of this indication. 本開示の第3の実施形態における内視鏡の先端部を示す図The figure which shows the front-end | tip part of the endoscope in 3rd Embodiment of this indication. 本開示の第3の実施形態におけるマイクロレンズアレイ型カラー偏光撮像部の構成を示す図The figure which shows the structure of the micro lens array type | mold color polarization imaging part in 3rd Embodiment of this indication. 本開示の第3の実施形態における開口部のカラー偏光フィルタ領域の構成を示す図The figure which shows the structure of the color polarizing filter area | region of the opening part in 3rd Embodiment of this indication. 本開示の第3の実施形態における画素選択再集積部210の処理を説明する図6A and 6B are diagrams for describing processing of the pixel selective re-integration unit 210 according to the third embodiment of the present disclosure. 本開示の第3の実施形態における通常撮像モードと偏光撮像モードで取得される画像を説明する図6A and 6B are diagrams illustrating images acquired in the normal imaging mode and the polarization imaging mode according to the third embodiment of the present disclosure. 本開示の第4の実施形態の構成を説明する図The figure explaining the structure of 4th Embodiment of this indication 本開示の第4の実施形態におけるマイクロレンズアレイ型カラー偏光撮像素子の構成図Configuration diagram of microlens array type color polarization imaging device according to the fourth embodiment of the present disclosure 本開示の第4の実施形態におけるマイクロレンズアレイ型カラー偏光撮像部の断面構成図Cross-sectional configuration diagram of a microlens array type color polarization imaging unit in the fourth embodiment of the present disclosure 本開示の第4の実施形態における開口部の偏光フィルタ領域Polarization filter region of the opening in the fourth embodiment of the present disclosure 本開示の第4の実施形態における画素選択再集積部210の処理を説明する図6A and 6B are diagrams for describing processing of the pixel selective re-integration unit 210 according to the fourth embodiment of the present disclosure. 本開示の第5の実施形態の構成を示す図The figure which shows the structure of 5th Embodiment of this indication. (A)から(D)は、本開示の第5の実施の形態における内視鏡の先端部を示す図(A) to (D) is a diagram showing a distal end portion of an endoscope according to a fifth embodiment of the present disclosure. 本開示の第5の実施形態における画素選択再修正部の処理を説明する図FIG. 10 is a diagram for describing processing of a pixel selection recorrection unit according to the fifth embodiment of the present disclosure. 本開示の第5の実施形態における視差を有する左右画像と被写体距離との関係の図The figure of the relation between the right-and-left image which has parallax, and subject distance in a 5th embodiment of this indication. 本開示の第5の実施形態の立体視モードにおける立体観察を説明する図The figure explaining the stereoscopic observation in the stereoscopic mode of the fifth embodiment of the present disclosure 本開示の第6の実施形態の構成を説明ずる図The figure explaining the structure of 6th Embodiment of this indication (A)から(D)は、本開示の第6の実施形態の内視鏡の先端部を示す図FIGS. 9A to 9D are diagrams illustrating a distal end portion of an endoscope according to a sixth embodiment of the present disclosure; FIGS. 本開示の第6の実施形態における開口部の偏光フィルタと撮像面上のカラーモザイクフィルタとの関係を示す図The figure which shows the relationship between the polarizing filter of the opening part in the 6th Embodiment of this indication, and the color mosaic filter on an imaging surface. 本開示の第6の実施形態における画素選択再集積部の処理を説明する図6A and 6B are diagrams for describing processing of a pixel selection reintegration unit according to the sixth embodiment of the present disclosure. (A)から(C)は、本開示の第6の実施の形態における変形例の図(A)-(C) are figures of the modification in a 6th embodiment of this indication. 本開示の第7の実施形態の構成図Configuration diagram of the seventh embodiment of the present disclosure (A)から(C)は、本開示の第7の実施形態の内視鏡の先端部の図FIGS. 9A to 9C are views of a distal end portion of an endoscope according to a seventh embodiment of the present disclosure. FIGS. 本開示の第7の実施形態における画像分離部の処理を示す図The figure which shows the process of the image separation part in 7th Embodiment of this indication. 本開示の第8の実施形態の構成図Configuration diagram of the eighth embodiment of the present disclosure (A)から(C)は、本開示の第8の実施形態の内視鏡の先端部の図FIGS. 9A to 9C are views of a distal end portion of an endoscope according to an eighth embodiment of the present disclosure. FIGS. 本開示の第8の実施形態における画像分離部の処理を示す図The figure which shows the process of the image separation part in 8th Embodiment of this indication. 本開示の第9の実施形態の構成図Configuration diagram of ninth embodiment of the present disclosure (A)から(C)は、本開示の第9の実施形態の内視鏡の先端部の図FIGS. 9A to 9C are views of a distal end portion of an endoscope according to a ninth embodiment of the present disclosure; FIGS. 本開示の第9の実施形態における画素選択再集積部の処理を示す図The figure which shows the process of the pixel selection re-integration part in 9th Embodiment of this indication. (A)および(B)は、本開示の第9の実施形態の変形例を示す図(A) And (B) is a figure showing a modification of a ninth embodiment of this indication. 本開示の第10の実施形態の構成図Configuration diagram of tenth embodiment of the present disclosure (A)から(C)は、本開示の第10の実施形態の内視鏡の先端部の図(A) to (C) are views of the distal end portion of the endoscope according to the tenth embodiment of the present disclosure. 本開示の第10の実施形態における画素選択再集積部の処理を示す図The figure which shows the process of the pixel selection re-integration part in 10th Embodiment of this indication. 本開示の第11の実施形態の構成図Configuration diagram of eleventh embodiment of the present disclosure 本開示の第11の実施形態の内視鏡の先端部の図The figure of the front-end | tip part of the endoscope of 11th Embodiment of this indication 本開示の第11の実施形態の時分割立体視原理図Time division stereoscopic vision principle diagram of eleventh embodiment of the present disclosure

図1は、ヒトの胃の表面粘膜を内視鏡で観察した画像を示す。図1(a)は、通常でのカラー画像を示しており表面にはなだらかな起伏しか感じられない。すなわち消化器などを検察する内視鏡が、臓器表面の透明または半透明で形成された凹凸を検出することは通常のカラー画像処理では困難である。ここで、通常のカラー画像処理とは、非偏光の白色光を照射して得られるカラーの輝度画像を得るための処理である。こうして得られたカラー画像を「カラー輝度画像」と称し、また、カラー輝度画像を得るための撮影をカラー輝度撮影とする場合がある。   FIG. 1 shows an image obtained by observing the surface mucosa of a human stomach with an endoscope. FIG. 1A shows a normal color image, and only a gentle undulation is felt on the surface. In other words, it is difficult for an endoscope for probing the digestive organ or the like to detect irregularities formed on a transparent or translucent surface of an organ by ordinary color image processing. Here, normal color image processing is processing for obtaining a color luminance image obtained by irradiating non-polarized white light. The color image thus obtained is referred to as a “color luminance image”, and photographing for obtaining a color luminance image may be referred to as color luminance photographing.

一方、図1(b)は、インジゴカルミン液を撒布した後のカラー画像を示しており、表面の微細な凹凸のテクスチャ(サイズが0.5〜1.0mm、深さが0.1〜0.2mm程度)が明瞭に確認できる。   On the other hand, FIG. 1 (b) shows a color image after the indigo carmine solution has been distributed, and the texture of fine irregularities on the surface (size is 0.5 to 1.0 mm, depth is 0.1 to 0). .About 2 mm) can be clearly confirmed.

図2は、胃や腸の臓器表面に形成された凹凸断面を簡略化して示している。胃や腸の表面に存在する凹凸は、一般的には上に凸のカマボコ状の形状の繰り返し配列によって形成されていると考えられる。隣接する2つの凸部の間に位置する凹領域は、典型的には、ある方向に延びる小さな「溝」である。複数の溝は、局所的には略同じ方向に揃っているが、大局的には複雑な曲線状または他のパターンを示し得る。現実の被写体表面の凹凸は、ドット状の凹部または凸部を含み得るが、本明細書では、このような凹凸の凹部を単に「溝」または「溝領域」と称する場合がある。図2は、被写体の表面部における狭い領域内に存在する幾つかの溝を横切る断面を模式的に示している。簡単のため、以下の説明では、図2に示されるような凹部および凸部が図の紙面に対して垂直な方向に延びていると仮定してよい。   FIG. 2 shows a simplified cross section formed on the surface of an organ of the stomach or intestine. The unevenness present on the surface of the stomach or intestine is generally considered to be formed by a repetitive array of upward convex convex shapes. A concave region located between two adjacent convex portions is typically a small “groove” extending in a certain direction. The plurality of grooves are locally aligned in substantially the same direction, but can generally exhibit a complex curvilinear shape or other pattern. The actual unevenness on the surface of the subject may include a dot-like recess or protrusion, but in this specification, such an uneven recess may be simply referred to as a “groove” or “groove region”. FIG. 2 schematically shows a cross section across several grooves existing in a narrow region on the surface of the subject. For simplicity, in the following description, it may be assumed that the concave and convex portions as shown in FIG. 2 extend in a direction perpendicular to the drawing sheet.

内視鏡による観察は、撮影光軸の近傍に光源が配置された同軸照明であるため、図2に示された被写体に対して、その略直上から照明光を照射し、おなじく被写体の略直上から撮影が行われる。このような同軸照明を用いた通常のカラー輝度撮影にて観察できる反射光には大きく2種ある。1つは表面にて光が反射する鏡面反射光であり、もう1つは媒質内部に浸透し、より下層で反射して戻って表面から再出射される内部拡散光である。鏡面反射光は、照射される光と撮影光軸とが正反射の条件に近い場合に限って発生するため、内視鏡の撮影シーンではごく局所的にしか発生しない。鏡面反射光の色は、照明の色すなわち白色であり、輝度は非常に強い。鏡面反射光による被写体像は、前記の正反射条件から、一般に被写体表面における凹凸の凸部にて強く明るく、凹部では弱く暗い。一方、内部拡散光は、撮影シーンの全域に渡って観測される。内部拡散光の色は、媒質の色自身であり、輝度はそれほど強くならずに媒質全体が光る。内部拡散光による被写体像は、媒質の厚みの厚い凸部において暗く、厚みの薄い凹部において明るくなる傾向がある。すなわち、鏡面反射光と内部拡散光との間では、輝度の高低と被写体表面の凹凸との対応関係が反対になる。   The observation by the endoscope is coaxial illumination in which a light source is arranged in the vicinity of the photographing optical axis. Therefore, the illumination light is irradiated on the subject shown in FIG. Shooting starts from. There are two types of reflected light that can be observed in normal color luminance photography using such coaxial illumination. One is specular reflection light that reflects light on the surface, and the other is internal diffusion light that permeates into the medium, reflects off the lower layer, returns, and is re-emitted from the surface. Since the specular reflection light is generated only when the irradiated light and the photographing optical axis are close to the specular reflection condition, the specular reflection light is generated only very locally in the photographing scene of the endoscope. The color of the specular reflected light is the color of illumination, that is, white, and the luminance is very strong. The subject image by the specular reflection light is generally strong and bright at the convex and concave portions on the surface of the subject, and weak and dark at the concave portion due to the above-described regular reflection conditions. On the other hand, the internal diffused light is observed over the entire area of the photographing scene. The color of the internal diffused light is the color of the medium itself, and the whole medium shines without the luminance being so strong. The subject image by the internal diffused light tends to be dark at the thick convex portion of the medium and bright at the thin concave portion. That is, the correspondence between the brightness level and the unevenness of the subject surface is opposite between the specular reflection light and the internal diffused light.

通常の撮影では、上記の2種の反射光が重ねあわされて1つの輝度画像(撮影シーン)が形成される。そのため、撮影シーンの中で、2種の反射光の輝度の差がほぼ拮抗する領域には、凹凸部で輝度の明暗差がほとんど無くなる。従って、通常の輝度画像では、被写体の表面凹凸において輝度の差がほとんど無くなる。もし明暗の輝度差があったとしても、その情報に基づいて、たとえば周囲が画素よりも輝度の低い画素を凹部としてそれを検出する処理をすると、鏡面反射部と内部拡散反射部によって凹凸の位置関係にズレを生じてしまう弊害があり、輝度画像処理は非常に困難である。   In normal shooting, the above two types of reflected light are superimposed to form one luminance image (shooting scene). For this reason, in an area where the difference in luminance between the two types of reflected light almost antagonizes in the shooting scene, there is almost no difference in luminance between the uneven portions. Therefore, in a normal luminance image, there is almost no difference in luminance in the surface unevenness of the subject. Even if there is a brightness difference between light and dark, based on that information, for example, if processing is performed by detecting a pixel having a lower brightness than the pixel as a recess, the position of the unevenness by the specular reflection part and the internal diffuse reflection part There is a detrimental effect on the relationship, and luminance image processing is very difficult.

図3(a)および(b)は、偏光を用いた観察を説明するための図である。図3(a)の例では、表面凹凸に平行な方向の偏光照明を照射した場合、図3(b)は表面凹凸に垂直な方向の偏光照明を照射した場合におけるそれぞれ直交ニコル状態の偏光画像を取得している。   FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining observation using polarized light. In the example of FIG. 3 (a), when polarized illumination in a direction parallel to the surface irregularities is irradiated, FIG. 3 (b) shows a polarized image in a crossed Nicol state when irradiated with polarized illumination in a direction perpendicular to the surface irregularities. Is getting.

図3(a)の設定では、臓器表面の凹凸断面を示す模式的なモデル301に対して、照明300とP偏光フィルタ302が配置されている。これにより、モデル301の凹凸が延びる方向(図の紙面に垂直な方向)に対して平行に偏光した光(P偏光またはP波)でモデル301が照射される。一方、直交ニコル状態を形成するように観察側偏光フィルタ303(S)が配置され、撮像装置304が画像を取得する。   In the setting of FIG. 3A, an illumination 300 and a P-polarization filter 302 are arranged with respect to a schematic model 301 showing an uneven surface of the organ surface. As a result, the model 301 is irradiated with light (P-polarized light or P-wave) polarized in parallel with the direction in which the unevenness of the model 301 extends (direction perpendicular to the drawing sheet). On the other hand, the observation-side polarizing filter 303 (S) is arranged so as to form an orthogonal Nicol state, and the imaging device 304 acquires an image.

図3(b)の設定では、S偏光照明の偏光フィルタ309(S)が配置され、直交ニコル状態を形成するように観察側偏光フィルタ310(P)が配置される。なお、図3の例では、偏光フィルタの偏光透過軸が図の紙面に垂直であるときの偏光をP偏光、紙面に平行であるときの偏光をS偏光(S波)としている。   In the setting of FIG. 3B, the polarizing filter 309 (S) for S-polarized illumination is arranged, and the observation-side polarizing filter 310 (P) is arranged so as to form a crossed Nicols state. In the example of FIG. 3, the polarized light when the polarization transmission axis of the polarizing filter is perpendicular to the paper surface of the drawing is P-polarized light, and the polarized light when the polarization filter is parallel to the paper surface is S-polarized light (S wave).

直線偏光照明305、311を用いた撮影において観察できる反射光は大きく2種あり、1つは凸部で光が正反射する鏡面反射成分306、312であり、もう1つは媒質内部に浸透し、より下層で非偏光の散乱光307となり、撮像系に対して傾斜した斜面から表面から再度出射される内部拡散光の偏光308、313である。内部拡散光は、境界面法線と視線との傾きである出射角が大きい場合に偏光が顕著になる。   There are two types of reflected light that can be observed in photographing using the linearly polarized illumination 305, 311. One is a specular reflection component 306, 312 in which light is regularly reflected by a convex portion, and the other is penetrating into the medium. In the lower layer, the non-polarized scattered light 307 is polarized light 308 and 313 of internally diffused light that is emitted again from the surface from the inclined surface inclined with respect to the imaging system. The internally diffused light becomes significantly polarized when the emission angle, which is the inclination between the boundary surface normal and the line of sight, is large.

次に反射光の偏光の方向について、定性的な説明を行う。   Next, a qualitative explanation will be given regarding the direction of polarization of the reflected light.

まず、鏡面反射成分306、312は同軸照明状態での正反射であるから、照射された偏光の偏光状態と同じ偏光状態を維持する。このため、鏡面反射成分306は紙面に垂直な偏光、鏡面反射成分312は紙面に平行な偏光になる。   First, since the specular reflection components 306 and 312 are regular reflection in the coaxial illumination state, the same polarization state as the polarization state of the irradiated polarized light is maintained. Therefore, the specular reflection component 306 is polarized light perpendicular to the paper surface, and the specular reflection component 312 is polarized light parallel to the paper surface.

一方、内部拡散光の偏光308、313の偏光方向は、屈折率が1より大きい媒質から空気中へ出射する際の偏光について、フレネル理論で決定される。図4は、フレネル理論に基づいて求められた屈折率が1より大きい媒質から空気中へ出射する際の偏光の状態を示すグラフである。横軸の出射角に対して透過率は常にT‖>T⊥すなわちP偏光>S偏光となる。従って、内部拡散光の偏光308、313ともに、モデル301の表面の傾斜に対してP偏光が強い偏光となる。   On the other hand, the polarization direction of the polarized light 308 and 313 of the internally diffused light is determined by Fresnel theory with respect to the polarized light emitted from the medium having a refractive index larger than 1 into the air. FIG. 4 is a graph showing the state of polarization when light is emitted from a medium having a refractive index greater than 1 determined based on Fresnel theory into the air. The transmittance is always T‖> T⊥, that is, P-polarized light> S-polarized light with respect to the emission angle on the horizontal axis. Accordingly, both the internally diffused light polarizations 308 and 313 are polarized light having strong P-polarized light with respect to the inclination of the surface of the model 301.

次に、これらの反射光を撮像装置304で観察する場合、図3(a)では、反射光306がP偏光(紙面に垂直)、反射光308がS偏光(紙面内)である状態をS偏光フィルタ303で観測するので、反射光306は遮断状態にて暗くなり、反射光308は透過状態にて明るくなる。つまり301のカマボコ形を直上から観察した場合、画像314のように中心軸付近が暗く斜面付近が明るくなる縞模様となって明瞭に観測される。図3(b)では、反射光312、313ともS(紙面内)である状態を撮像装置304のP偏光フィルタ310で観測するので、反射光312、313とも遮断状態となって暗くなる。つまりモデル301のカマボコ形を直上から観察した場合、画像315のように全体的に暗くなり凹凸が不明瞭になる。   Next, when observing these reflected lights with the imaging device 304, in FIG. 3A, the reflected light 306 is P-polarized light (perpendicular to the paper surface), and the reflected light 308 is S-polarized light (within the paper surface). Since the light is observed by the polarizing filter 303, the reflected light 306 becomes dark in the blocked state, and the reflected light 308 becomes bright in the transmitted state. That is, when the 301 scallop shape is observed from directly above, it is clearly observed as a striped pattern in which the vicinity of the central axis is dark and the vicinity of the slope is bright as in an image 314. In FIG. 3B, since the reflected light 312 and 313 are both in S (in the paper plane), the P-polarization filter 310 of the imaging device 304 is observed, so that the reflected lights 312 and 313 are both blocked and darkened. That is, when the kamaboko shape of the model 301 is observed from directly above, it becomes dark as a whole as in the image 315 and the unevenness becomes unclear.

図5は、実際にアクリル板表面に縞状に凹凸(多数の溝)が形成されたレンチキュラー板を用いて、この偏光撮像を実行した結果を示す図である。被写体は、完全拡散板上に血管を模した透明シートを置き、その上に乳白色の2mm厚のアクリル製レンチキュラー板を載せたものである。この被写体を直上から観察した。レンチキュラー板の溝は、図の紙面内における水平方向に対して0°の方向に平行に配置された。図5(a)と図5(b)は、それぞれ、偏光照明がP、Sになった状態で撮影した像を示している。すなわち、図5(a)では、偏光照明の偏光方向と被写体表面の溝方向とが平行であり、図5(b)では、偏光照明の偏光方向と被写体表面の溝方向とが直交している。図5(a)、(b)の偏光撮像は、両者とも直交ニコル状態で行われた。このときに撮像された直交ニコル画像を観察すると、図5(a)ではP方向に明暗の縞が明瞭に観察される。一方、図5(b)では明暗が不明瞭になる。   FIG. 5 is a diagram showing a result of executing this polarization imaging using a lenticular plate in which irregularities (many grooves) are actually formed in stripes on the acrylic plate surface. The subject is a transparent sheet imitating a blood vessel placed on a complete diffusion plate and a milky white 2 mm thick acrylic lenticular plate placed thereon. This subject was observed from directly above. The grooves of the lenticular plate were arranged parallel to the direction of 0 ° with respect to the horizontal direction in the drawing sheet. FIG. 5A and FIG. 5B show images taken in a state where the polarized illumination is P and S, respectively. That is, in FIG. 5A, the polarization direction of the polarized illumination and the groove direction of the subject surface are parallel, and in FIG. 5B, the polarization direction of the polarized illumination and the groove direction of the subject surface are orthogonal. . Both the polarization imaging in FIGS. 5A and 5B were performed in a crossed Nicols state. When the orthogonal Nicol image captured at this time is observed, bright and dark stripes are clearly observed in the P direction in FIG. On the other hand, the brightness becomes unclear in FIG.

上記のとおり、偏光撮像モードにおいて直交ニコル状態の偏光を撮像すると、偏光照明の偏光方向が被写体の凹部(溝)と平行に近い場合には輝度が周囲よりも明るくなり、凹部を明瞭に検出できる。そこで、被写体の凹凸の向きが未知の場合においては、少なくとも偏光照明が直交した2種類の直交ニコル画像を得ることができれば、微分フィルタ処理などの画像処理によって表面の凹部を検出することができる。検出された凹部に対して、カラーデジタル画像処理でBlue(青く)に着色することで、インジゴカルミン溶液など青色色素液体を粘膜上に撒布した画像と類似の画像を再現することができる。   As described above, when polarized light in the crossed Nicols state is imaged in the polarization imaging mode, if the polarization direction of the polarized illumination is nearly parallel to the concave portion (groove) of the subject, the brightness becomes brighter than the surroundings, and the concave portion can be detected clearly. . Therefore, when the direction of the unevenness of the subject is unknown, the concave portion on the surface can be detected by image processing such as differential filter processing if at least two types of orthogonal Nicol images in which polarized illuminations are orthogonal can be obtained. An image similar to an image in which a blue pigment liquid such as an indigo carmine solution is distributed on the mucous membrane can be reproduced by coloring the detected recesses in blue (blue) by color digital image processing.

本発明者の実験によると、内視鏡のような同軸照明状態では、鏡面反射の輝度は完全拡散板を1とした場合に10から100程度ときわめて高くなる。このため、この高い輝度を撮像素子が飽和しない範囲にまで低下させるように減光し、直交ニコル画像を撮像する場合、100:1以上の消光比性能を有する偏光フィルタを用いることができる。   According to the experiments of the present inventor, in the coaxial illumination state like an endoscope, the brightness of the specular reflection is extremely high as about 10 to 100 when the complete diffusion plate is 1. For this reason, when this high luminance is reduced so that the image pickup device is not saturated, and a crossed Nicols image is picked up, a polarizing filter having an extinction ratio performance of 100: 1 or more can be used.

以下、本開示の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described.

(第1の実施形態)
図6は、本開示の実施形態1における画像処理装置の全体構成を模式的に示す図である。本画像処理装置は、内視鏡101と、制御装置102と、表示部114とを備える。
(First embodiment)
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating the overall configuration of the image processing apparatus according to the first embodiment of the present disclosure. The image processing apparatus includes an endoscope 101, a control device 102, and a display unit 114.

内視鏡101は、モノクロ広帯域偏光撮像素子115を有する先端部106、および、ライトガイド105と映像信号線108とを内部に有する挿入部103を有している。内視鏡101の挿入部103は、図示されているように左右に長く、フレキシブルに曲がり得る構造を有している。ライトガイド105は曲がった状態でも光を伝達することができる。   The endoscope 101 has a distal end portion 106 having a monochrome broadband polarization imaging device 115 and an insertion portion 103 having a light guide 105 and a video signal line 108 inside. The insertion portion 103 of the endoscope 101 has a structure that is long to the left and right and can be bent flexibly as shown. The light guide 105 can transmit light even in a bent state.

制御装置102は、光源装置104と画像プロセッサ110とを備える。光源装置104内には、たとえばキセノン光源、ハロゲン光源、LED光源、またはレーザ光源であり得る光源118が備えられている。光源118から発した非偏光の光は、回転するRGBフィルタを有するカラーホイール116(a〜b)を通過した場合、順次、Rレッド、Gグリーン、Bブルーの光になる。これらの光は、ライトガイド105を経由して先端部106に導かれ、照明用フィルタ200を透過する際に、偏光または非偏光の光となる。そして照明レンズ107から、偏光または非偏光の照明光117となって、被写体である内臓粘膜表面111を照射する。被写体からの反射光113は、対物レンズ109を通ってモノクロ広帯域偏光撮像素子115上に結像する。   The control device 102 includes a light source device 104 and an image processor 110. Within the light source device 104 is provided a light source 118 which can be, for example, a xenon light source, a halogen light source, an LED light source, or a laser light source. When the non-polarized light emitted from the light source 118 passes through the color wheel 116 (ab) having a rotating RGB filter, it sequentially becomes R red, G green, and B blue light. These lights are guided to the distal end portion 106 via the light guide 105 and become polarized or non-polarized light when passing through the illumination filter 200. Then, the illumination lens 107 irradiates the visceral mucosa surface 111 which is a subject as polarized or non-polarized illumination light 117. The reflected light 113 from the subject passes through the objective lens 109 and forms an image on the monochrome broadband polarization image sensor 115.

同期装置112は、カラーホイール106aの回転と同期しながら、モノクロ広帯域偏光撮像素子115に撮影開始信号を送って反射光による映像を取得する。撮像された映像信号は、映像信号線108を経由して画像プロセッサ110に送られる。   The synchronizer 112 sends an imaging start signal to the monochrome broadband polarization image sensor 115 in synchronization with the rotation of the color wheel 106a to acquire an image by reflected light. The imaged video signal is sent to the image processor 110 via the video signal line 108.

以上の処理をRGBの面順次方式で連続して実行してカラー撮像と偏光撮像を実行する。以下、通常のカラー撮像を実行するモード「非偏光撮像モード」または「通常撮像モード」と称し、偏光撮像を実行するモードを「偏光撮像モード」と称することがある。   The above processing is continuously executed by the RGB frame sequential method to execute color imaging and polarization imaging. Hereinafter, a mode for performing normal color imaging may be referred to as a “non-polarized imaging mode” or a “normal imaging mode”, and a mode for performing polarized imaging may be referred to as a “polarized imaging mode”.

照明制御部120は、外部から、内視鏡の動作モードが通常撮像モードおよび偏光撮像モードのいずれであるかを示す信号が入力されると、それに対応して、それぞれに対応したカラーホイールを照明光の光路121に挿入する。そうすることにより、面順次照射に用いる照明の分光特性を変化させる。   When a signal indicating whether the operation mode of the endoscope is the normal imaging mode or the polarization imaging mode is input from the outside, the illumination control unit 120 illuminates the color wheel corresponding to each of the signals. It is inserted into the optical path 121 of light. By doing so, the spectral characteristic of the illumination used for the surface sequential irradiation is changed.

通常撮像モードの場合には、偏光モザイク処理部202にて処理されたカラー画像が画像合成部206にてフルカラー動画に組み立てられ、表示部114にたとえば動画で表示される。また偏光撮像モードにおいては、同じく偏光モザイク処理部202にて処理された画像が凹領域検出部204にて表面の凹領域を検出され、画像合成部206にて青色強調された表示部にたとえば動画で表示される。   In the normal imaging mode, the color image processed by the polarization mosaic processing unit 202 is assembled into a full-color moving image by the image combining unit 206 and displayed on the display unit 114 as, for example, a moving image. Further, in the polarization imaging mode, an image processed by the polarization mosaic processing unit 202 is detected on the display unit in which the concave region on the surface is detected by the concave region detection unit 204 and is highlighted in blue by the image composition unit 206. Is displayed.

図7(a)〜(c)は、照明に使われ得るカラーホイールの例を示している。図7(a)に示される通常撮像用カラーホイール116aは、回転軸の周りに設けられた3つの扇形状の領域を有している。この3つの扇形状領域は、それぞれ、R1R2で示すほぼ同色のレッド波長域を同時に透過するレッドフィルタ、G1G2で示すほぼ同色のグリーン波長域を同時に透過するグリーンフィルタ、B1B2で示すほぼ同色のブルー波長域を同時に透過するブルーフィルタとから構成されている。ここで、「R1R2」のR1およびR2は、それぞれ、レッド(R)の波長域、たとえば600nm〜700nmの短波長側の半分および長波長側の半分の波長域を示す。図7(a)のカラーフィルタ116aにおいて、「R1R2」と記載された扇形状の領域は、R1の波長域およびR2の波長域の両方の光を透過する領域であり、「R」と記載しても良い。他の記号、「G1G2」および「B1B2」も同様である。本明細書では、「R1」などの符号を、特定の波長域を示すために用いたり、そのような波長域の光を選択的に透過するフィルタを示すために使用する場合がある。   FIGS. 7A to 7C show examples of color wheels that can be used for illumination. The normal imaging color wheel 116a shown in FIG. 7A has three fan-shaped regions provided around the rotation axis. The three fan-shaped regions are respectively a red filter that transmits the substantially same red wavelength region indicated by R1R2 simultaneously, a green filter that transmits the substantially same green wavelength region indicated by G1G2, and a blue wavelength of substantially the same color indicated by B1B2. It consists of a blue filter that transmits through the area simultaneously. Here, R1 and R2 of “R1R2” indicate the wavelength range of red (R), for example, the short wavelength side half of 600 nm to 700 nm and the long wavelength side half wavelength range, respectively. In the color filter 116a of FIG. 7A, the fan-shaped region described as “R1R2” is a region that transmits light in both the wavelength region of R1 and the wavelength region of R2, and is described as “R”. May be. The same applies to the other symbols “G1G2” and “B1B2”. In this specification, a symbol such as “R1” may be used to indicate a specific wavelength range, or may be used to indicate a filter that selectively transmits light in such a wavelength range.

偏光撮像用カラーホイール116bは、偏光撮像を実行する波長域の設定により種々の構成を有し得る。図7(b)は、グリーンとブルーを混合した2種類の波長帯域の光を順次透過するカラーホイール116bの例を示している。このカラーホイール116bは、表面凹凸テクスチャを検出するために適した波長域を選択することが可能である。一方、図7(c)は、6個の異なる波長域の光を順次透過するカラーホイール116bの他の例を示している。このような構成を有するカラーホイール116bは、フルカラーの直交ニコル画像を取得するに適している。なお、図7(a)のカラーホイール116aおよび図7(b)または(c)のカラーホイール116bの一方が、外部からの信号によって指定されて選択的に使用される。より具体的には、非偏光撮像モードまたは通常撮像モードではカラーホイール116aが使用され、偏光撮像モードではカラーホイール116bが使用される。   The polarization imaging color wheel 116b may have various configurations depending on the setting of the wavelength range for performing polarization imaging. FIG. 7B shows an example of a color wheel 116b that sequentially transmits light of two types of wavelength bands in which green and blue are mixed. The color wheel 116b can select a wavelength range suitable for detecting the surface uneven texture. On the other hand, FIG. 7C shows another example of the color wheel 116b that sequentially transmits light of six different wavelength ranges. The color wheel 116b having such a configuration is suitable for acquiring a full-color orthogonal Nicol image. Note that one of the color wheel 116a of FIG. 7A and the color wheel 116b of FIG. 7B or 7C is designated by an external signal and selectively used. More specifically, the color wheel 116a is used in the non-polarization imaging mode or the normal imaging mode, and the color wheel 116b is used in the polarization imaging mode.

図8は、照明用フィルタ200の透過特性を示す図である。B、G、Rの各可視光波長範囲をP偏光とS偏光が交互に透過する櫛型の透過特性を有している。たとえば図8に示す例において、波長域B1(400〜450nmの範囲)でP偏光のみを透過し、波長域B2(450〜500nmの範囲)でS偏光のみを透過する。このため、光源からライトガイドを経由してくる光の波長が波長域B1に含まれる場合には、その光は照明用フィルタ200によってP偏光の偏光照明光に変換される。同様に、光源からライトガイドを経由してくる光の波長が波長域B2に含まれる場合には、その光は照明用フィルタ200によってS偏光の偏光照明光に変換される。なお、通常撮像モードおいて、光源からライトガイドを経由してくる光の波長が波長域B1B2の全体に広がる場合には、P偏光とS偏光が混合されるため非偏光の照明光が得られる。   FIG. 8 is a diagram illustrating the transmission characteristics of the illumination filter 200. It has comb-shaped transmission characteristics in which P-polarized light and S-polarized light are transmitted alternately in the visible light wavelength ranges of B, G, and R. For example, in the example shown in FIG. 8, only the P-polarized light is transmitted in the wavelength region B1 (range of 400 to 450 nm), and only the S-polarized light is transmitted in the wavelength region B2 (range of 450 to 500 nm). For this reason, when the wavelength of light passing through the light guide from the light source is included in the wavelength band B1, the light is converted into P-polarized polarized illumination light by the illumination filter 200. Similarly, when the wavelength of light passing through the light guide from the light source is included in the wavelength band B2, the light is converted into S-polarized polarized illumination light by the illumination filter 200. In the normal imaging mode, when the wavelength of light passing from the light source through the light guide spreads over the entire wavelength band B1B2, unpolarized illumination light is obtained because P-polarized light and S-polarized light are mixed. .

図8に示されるような特性を有するフィルタは、多層膜偏光子として実現することが可能であり、たとえば、特許文献2にその例が記載されている。   The filter having the characteristics as shown in FIG. 8 can be realized as a multilayer polarizer. For example, Patent Document 2 describes an example thereof.

図9は、モノクロ広帯域偏光撮像素子115の撮像面のパターン偏光子(偏光モザイクまたは偏光モザイクアレイ)の構造の例を模式的に示す図である。図9(A)に示すように撮像面には、画素が行および列状(X−Y方向)に規則的に配列されている。   FIG. 9 is a diagram schematically illustrating an example of the structure of the pattern polarizer (polarization mosaic or polarization mosaic array) on the imaging surface of the monochrome broadband polarization imaging device 115. As shown in FIG. 9A, pixels are regularly arranged in rows and columns (XY directions) on the imaging surface.

本撮像素子115は、照明光の色がR、G、Bに順次変化する面順次方式で用いられるため、その撮像面上にはカラーモザイクフィルタが配列されていない。すなわち、撮像素子115そのものは、モノクロ撮像素子であり、各画素に偏光子が配列されている。個々の画素には、可視光の波長域に含まれる光が順次入射するため、本実施形態で用いられる偏光子の偏光選択特性は可視光帯域で実現する。具体的には、400nm〜800nmの帯域において、本実施形態の偏光子の偏光取得性能を示す消光比が100:1以上である。このため、本実施形態では、可視光帯域の一部を占める特定波長のみで偏光特性を呈する偏光子を用いず、その代わり、広い波長域で高い偏光取得性能を示し得る金属ワイヤグリッド偏光子を用いている。   Since the imaging element 115 is used in a surface sequential method in which the color of illumination light sequentially changes to R, G, and B, no color mosaic filter is arranged on the imaging surface. That is, the image sensor 115 itself is a monochrome image sensor, and a polarizer is arranged in each pixel. Since light contained in the visible light wavelength range sequentially enters each pixel, the polarization selection characteristics of the polarizer used in the present embodiment are realized in the visible light band. Specifically, in the band of 400 nm to 800 nm, the extinction ratio indicating the polarization acquisition performance of the polarizer of the present embodiment is 100: 1 or more. For this reason, this embodiment does not use a polarizer that exhibits polarization characteristics only at a specific wavelength that occupies a part of the visible light band, but instead uses a metal wire grid polarizer that can exhibit high polarization acquisition performance in a wide wavelength range. Used.

図9(B)は、2行2列に配列された4個の画素(2×2ブロック)に対応する偏光フィルタの1単位801を示している。この1単位801の中では、平面内に90°ずつ回転させた偏光フィルタ(4個の偏光子)が配置されている。図9(B)では、各偏光フィルタ上に示された複数の直線が偏光の透過軸の方向を示している。   FIG. 9B shows one unit 801 of a polarizing filter corresponding to four pixels (2 × 2 blocks) arranged in 2 rows and 2 columns. In this unit 801, polarizing filters (four polarizers) rotated by 90 ° in a plane are arranged. In FIG. 9B, a plurality of straight lines shown on each polarizing filter indicate the direction of the transmission axis of polarized light.

図9(C)は、図9(B)に対応して金属ワイヤグリッドで実現する場合のワイヤ配置が図示されている。ワイヤグリッドでは金属ワイヤの方向と垂直な方向(TE軸)が偏光の透過軸となるため、模式図でワイヤを直線で表現すると、図9(B)の偏光軸の向きと、図9(C)の金属ワイヤの直線の向きとが90度異なる。この混乱を避けるため、本開示の実施形態で利用する偏光フィルタの透過軸の向きを表現する場合、常に図9(B)の直線(偏光透過軸に平行)を使用するものとし、ワイヤグリッドのワイヤ方向を直接描く平面図は使用しないものとする。   FIG. 9C shows a wire arrangement in the case of realizing with a metal wire grid corresponding to FIG. 9B. In the wire grid, the direction perpendicular to the direction of the metal wire (TE axis) is the polarization transmission axis. Therefore, when the wire is represented by a straight line in the schematic diagram, the direction of the polarization axis in FIG. ) Is 90 degrees different from the direction of the straight line of the metal wire. In order to avoid this confusion, when expressing the direction of the transmission axis of the polarization filter used in the embodiment of the present disclosure, the straight line (parallel to the polarization transmission axis) in FIG. Plan views that directly depict the wire direction shall not be used.

後述するように、この金属ワイヤグリッドの配置面は撮像素子の最上面から下層までの範囲内においてさまざまな位置をとり得る。ワイヤグリッドは平面的には他画素との干渉を回避するため、画素単位領域の外縁よりも余裕度Δだけ内側の領域内にされている。例えば正方形である1画素領域の一辺の長さDを3〜4μmとすると、Δは0.2μm=200nm以上に設定され得る。ワイヤグリッドを構成する各ワイヤの幅Lと間隔Sのデユーティ比は、透過率と消光比のトレードオフになる。本開示の実施形態において、幅Lと間隔Sとは等しいものとする。後述するようにL=S=0.1μm=100nmとして、Δ=0.2μm=200nmのとき、ワイヤグリッドの本数は、ワイヤ方向が撮像面内の垂直軸または水平軸に対して0°と90°の角度を形成する場合には17本である。   As will be described later, the arrangement plane of the metal wire grid can take various positions within the range from the uppermost surface of the imaging device to the lower layer. In order to avoid interference with other pixels in a plane, the wire grid is set in a region that is on the inner side by a margin Δ from the outer edge of the pixel unit region. For example, if the length D of one side of a square pixel region is 3 to 4 μm, Δ can be set to 0.2 μm = 200 nm or more. The duty ratio between the width L and the interval S of each wire constituting the wire grid is a trade-off between the transmittance and the extinction ratio. In the embodiment of the present disclosure, the width L and the interval S are assumed to be equal. As will be described later, when L = S = 0.1 μm = 100 nm and Δ = 0.2 μm = 200 nm, the number of wire grids is 0 ° and 90 ° with respect to the vertical axis or horizontal axis in the imaging plane. In the case of forming an angle of °, the number is 17.

従来、アルミニウム製ワイヤグリッド偏光子を用いた偏光撮像素子で実際に試作され消光比の性能測定がされた例が非特許文献1に開示されている。非特許文献1によると、画素サイズ=7.4×7.4μmの領域内にピッチP=140nmm、高さH=70nmで配置された微細ワイヤグリッド偏光子の消光比は450、580、700nmの各波長でそれぞれ30:1、45:1、60:1程度であった。この実例から、ワイヤグリッドを微細化して撮像素子に実装しても、消光比性能として100:1を実現するのは困難であると予測される。そこで本実施形態においては、ワイヤグリッドを2層構造として高消光比を実現する構造をとっている。   Conventionally, Non-Patent Document 1 discloses an example in which a prototype of a polarization imaging device using an aluminum wire grid polarizer was actually manufactured and performance of extinction ratio was measured. According to Non-Patent Document 1, the extinction ratio of a fine wire grid polarizer arranged with a pitch P = 140 nmm and a height H = 70 nm in a region of pixel size = 7.4 × 7.4 μm is 450, 580, 700 nm. It was about 30: 1, 45: 1, and 60: 1 at each wavelength. From this example, even if the wire grid is miniaturized and mounted on the image sensor, it is predicted that it is difficult to realize 100: 1 as the extinction ratio performance. Therefore, in the present embodiment, the wire grid has a two-layer structure to achieve a high extinction ratio.

図10を参照して、撮像素子115の断面構成例を説明する。   A cross-sectional configuration example of the image sensor 115 will be described with reference to FIG.

入射光は、撮像素子115の上方に配置される対物レンズ109から撮像面に到達する。撮像素子115において、光が到達する構造を順次説明すると、まず最上面にはマイクロレンズ220が配置される。このマイクロレンズ220の役割は光の効率的なPD(フォトダイオード)232への集光である。マイクロレンズ220は、斜め入射光の光路をまげて撮像面に対して垂直に近い角度にするため、特に内視鏡のように広角撮影が多用されるケースでは有効である。また、マイクロレンズ220があると、ワイヤグリッド層222、224に対してほぼ直上から光を入射させることができるため、TM透過率と消光比の低下を防ぐ効果を有する。マイクロレンズ220の下には平坦化層226がある。その下層に第1ワイヤグリッド層222が配置されている。第1ワイヤグリット層222は、撮像面内において90°ずつ回転した特定の方向の偏光だけが透過し、それ以外の光は反射または吸収する。   Incident light reaches the imaging surface from the objective lens 109 disposed above the imaging element 115. In the image sensor 115, the structure in which light reaches will be described in order. First, the microlens 220 is disposed on the uppermost surface. The role of the microlens 220 is to condense light onto an efficient PD (photodiode) 232. The microlens 220 is effective particularly in a case where wide-angle shooting is frequently used like an endoscope because the optical path of obliquely incident light is turned to an angle close to perpendicular to the imaging surface. In addition, the presence of the microlens 220 has the effect of preventing the TM transmittance and the extinction ratio from being lowered because light can be incident on the wire grid layers 222 and 224 from almost right above. Below the microlens 220 is a planarization layer 226. A first wire grid layer 222 is disposed in the lower layer. The first wire grid layer 222 transmits only polarized light in a specific direction rotated by 90 ° in the imaging plane, and reflects or absorbs other light.

本実施形態における第1ワイヤグリッド層222は、金属ワイヤ間に中空構造を有しており、各金属ワイヤは空気と接している状態がつくられる。このため、消光比の性能低下を防ぐ効果を有する。   The first wire grid layer 222 in the present embodiment has a hollow structure between metal wires, and each metal wire is in contact with air. For this reason, it has the effect which prevents the performance fall of an extinction ratio.

第1ワイヤグリッド層222の下方には第2ワイヤグリッド層224が配置される。この第2ワイヤグリッド層224は、基本的には第1ワイヤグリッド層222と配置方向、サイズ、材質同一であり、同じ中空構造を持っている。   A second wire grid layer 224 is disposed below the first wire grid layer 222. The second wire grid layer 224 is basically the same arrangement direction, size, and material as the first wire grid layer 222 and has the same hollow structure.

第1および第2ワイヤグリッド層222、224を重ねて用いることにより、各々の消光比が10:1程度に低下した微細ワイヤグリッドであっても、2層全体の消光比を100:1程度までに向上させることができる。第2ワイヤグリッド224の下層には、平坦化層228と配線230とが設けられている。光の透過部分には配線230は配置されていないため、遮光されることなく、その下層にあるPD(フォトダイオード)232に到達する。撮像面では、多数のPD232が行および列状に配列され、光感知セルアレイを形成している。   By using the first and second wire grid layers 222 and 224 in an overlapping manner, the extinction ratio of the entire two layers can be reduced to about 100: 1 even in a fine wire grid in which each extinction ratio is reduced to about 10: 1. Can be improved. A planarizing layer 228 and wiring 230 are provided below the second wire grid 224. Since the wiring 230 is not disposed in the light transmitting portion, the light reaches the PD (photodiode) 232 in the lower layer without being shielded from light. On the imaging surface, a number of PDs 232 are arranged in rows and columns to form a photosensitive cell array.

撮像素子では、マイクロレンズ220からPD232までの距離を短くする低背化が重要である。本実施形態の偏光撮像素子においても、マイクロレンズ220からPD232までの距離が長い場合、画素間クロストークが発生して偏光特性、特に消光比を低下させてしまう。低背化のため、本実施形態においては、ワイヤグリッドからPDまでの距離を2〜3μm程度に設定している。また、ワイヤグリッド偏光子では、透過するTM波に対して偏光方向が直交するTE波は反射されるため、これが迷光となり性能劣化の原因となり得る。これを回避するためには、ワイヤグリッド222、224を単層ではなく多層構造として吸収作用を設けることが有効である。   In the imaging device, it is important to reduce the height of the microlens 220 to the PD 232 by shortening the distance. Also in the polarization imaging device of the present embodiment, when the distance from the microlens 220 to the PD 232 is long, crosstalk between pixels occurs and the polarization characteristics, particularly the extinction ratio, are reduced. In order to reduce the height, in this embodiment, the distance from the wire grid to the PD is set to about 2 to 3 μm. Also, in the wire grid polarizer, TE waves whose polarization direction is orthogonal to the transmitted TM waves are reflected, which becomes stray light and may cause performance deterioration. In order to avoid this, it is effective to provide the wire grids 222 and 224 with an absorption action as a multilayer structure instead of a single layer.

以下、本実施形態における画像処理装置の撮像動作を説明する。   Hereinafter, the imaging operation of the image processing apparatus in the present embodiment will be described.

まず、図11Aおよび図11Bを参照して、通常撮像モードの動作を説明する。   First, the operation in the normal imaging mode will be described with reference to FIGS. 11A and 11B.

図11Aおよび図11Bは、それぞれ、通常撮像モードにおける照明と撮像の動作を示す図およびタイミングチャートである。図11Aの左段は、面順次照明の分光スペクトルを示している。B色の照明は、B1(P偏光)とB2(S偏光)という厳密には異なる色の異なる偏光の混合光からなる。このことは、G、R色の照明光でも同様である。これらの照明光は、照射時には、それぞれ、B、G、Rの非偏光とみなすことができる。このため、実質的には公知の面順次照明と変わらなくなる。   FIG. 11A and FIG. 11B are a diagram and a timing chart showing the illumination and imaging operations in the normal imaging mode, respectively. The left side of FIG. 11A shows a spectrum of frame sequential illumination. B-color illumination is composed of mixed light of B1 (P-polarized light) and B2 (S-polarized light), which are strictly different colors and different polarized lights. The same applies to G and R illumination lights. These illumination lights can be regarded as non-polarized light of B, G, and R, respectively, at the time of irradiation. For this reason, it is substantially the same as the known frame sequential illumination.

照明光が被写体に照射されるとき、被写体で反射された戻り光は、モノクロ広帯域偏光撮像素子105にて観察される。図11Aでは、偏光撮像素子105が有する偏光モザイクの基本単位801のみを記載している。この基本単位801に含まれる4個の偏光子のうち、左上および右下に位置する2個の偏光子(Pの偏光フィルタ)は、撮像面内で水平な方向に偏光したP偏光を透過し、右上および左下に位置する2個の偏光子(Sの偏光フィルタ)は、撮像面内で垂直な方向に偏光したS偏光を透過する。   When illumination light is applied to the subject, the return light reflected by the subject is observed by the monochrome broadband polarization image sensor 105. In FIG. 11A, only the basic unit 801 of the polarization mosaic included in the polarization imaging device 105 is shown. Of the four polarizers included in the basic unit 801, two polarizers (P polarization filters) positioned at the upper left and lower right transmit P-polarized light polarized in the horizontal direction within the imaging surface. The two polarizers (S polarization filters) located in the upper right and lower left transmit S-polarized light polarized in the direction perpendicular to the imaging surface.

モノクロ広帯域偏光撮像素子115の偏光動作は、可視光領域の全体に相当する400nm〜800nmにわたって機能するので、B、G、R色の照明光で被写体が照射されるときのいずれであっても1個の撮像素子で対応できる。   Since the polarization operation of the monochrome broadband polarization imaging device 115 functions over a range of 400 nm to 800 nm corresponding to the entire visible light region, it is 1 regardless of whether the subject is irradiated with B, G, or R color illumination light. A single image sensor can be used.

得られる撮像画像は、非偏光の照明を受けた被写体からの戻り光を、Pの偏光フィルタまたはSの偏光フィルタを介して受光する。このため、得られた画素値を2×2の4画素領域で平均化することにより、非偏光画像を取得できる。平均化された画素値は、仮想的には、2×2の4画素の中心に位置する。このため、図11Aの最も右側では、点線で示す画素領域にNP(非偏光)と記載されている。2×2の4画素を1画素単位でシフトさせることにより、解像度低下は実質的に発生しない。   The obtained captured image receives return light from a subject that has received non-polarized illumination through a P polarizing filter or an S polarizing filter. For this reason, a non-polarized image can be acquired by averaging the obtained pixel values in a 2 × 2 four-pixel region. The averaged pixel value is virtually located at the center of 2 × 2 4 pixels. For this reason, on the rightmost side of FIG. 11A, NP (non-polarized light) is described in the pixel region indicated by the dotted line. By shifting 2 × 2 4 pixels in units of 1 pixel, resolution degradation does not substantially occur.

このようにB、G、Rの非偏光の面順次照明に対して、それぞれ、非偏光撮像が実現される。カラー画像バッファメモリへ3原色画像を順次蓄積し、3原色の画像を得られたときに、これらの画像を合成することにより、フルカラー動画を生成することができる。上記の処理を、本明細書では「偏光モザイク画素の平均化処理」と称する。偏光モザイク画素の平均化処理は図6の偏光モザイク処理部202にて実行され、フルカラー動画の生成は、画像合成部206にて実行される。   In this way, non-polarized imaging is realized for the non-polarized plane sequential illumination of B, G, and R, respectively. When the three primary color images are sequentially stored in the color image buffer memory and the three primary color images are obtained, these images are combined to generate a full-color moving image. The above processing is referred to as “polarization mosaic pixel averaging processing” in this specification. Polarization mosaic pixel averaging processing is executed by the polarization mosaic processing unit 202 in FIG. 6, and full-color moving image generation is executed by the image composition unit 206.

図11Bは、以上の動作をタイミングチャートで示している。図11Bの上段から照明の発光動作、撮像動作、そして偏光モザイク処理部202において処理されるカラー成分画像を示している。このタイミングの各動作は、同期回路112が、照明制御部120、モノクロ広帯域偏光撮像素子115、偏光モザイク処理部202を制御して実現する。   FIG. 11B shows the above operation in a timing chart. FIG. 11B illustrates a color component image processed in the light emission operation, the imaging operation, and the polarization mosaic processing unit 202 from the upper part of FIG. 11B. Each operation at this timing is realized by the synchronization circuit 112 controlling the illumination control unit 120, the monochrome broadband polarization imaging device 115, and the polarization mosaic processing unit 202.

次に、図12および図13を参照して、偏光撮像モードの動作を説明する。   Next, the operation in the polarization imaging mode will be described with reference to FIGS.

図12および図13は、それぞれ、偏光撮像モードにおける照明と撮像の動作概要を示す図およびタイミングチャートである。この例では、図7(a)の偏光撮撮像用カラーホイールを使用する。   FIG. 12 and FIG. 13 are a diagram and a timing chart showing an outline of operation of illumination and imaging in the polarization imaging mode, respectively. In this example, the polarization imaging color wheel shown in FIG. 7A is used.

図12の左段は、面順次照明の分光スペクトルを示している。このB色とG色の照明は、被写体となる消化器などの粘膜の特性を考慮して決められている。B、G帯域は、R帯域に比べて短波長のため表面散乱されやすく、表面テクスチャでの光散乱を観察するのに適している。また、B、G帯域には、生体粘膜の反射特性に強い吸収が存在するため、コントラストが高くなり、表面凹凸テクスチャの観察に適している。   The left side of FIG. 12 shows the spectrum of frame sequential illumination. The illumination of B color and G color is determined in consideration of characteristics of mucous membranes such as a digestive organ that is a subject. Since the B and G bands are shorter in wavelength than the R band, they are more likely to be surface scattered, and are suitable for observing light scattering on the surface texture. In the B and G bands, since strong absorption exists in the reflection characteristics of the biological mucous membrane, the contrast becomes high, and it is suitable for observing the surface uneven texture.

本実施形態では、偏光撮撮像用カラーホイールの回転により、P偏光であるB1G1とS偏光であるB2G2が交互に被写体に照射される。照明光が被写体に照射され、被写体から反射された戻り光は、モノクロ広帯域偏光撮像素子105にて観察される。偏光モザイクの基本単位801で異なる偏光成分が測定される。P偏光照明における直交ニコル(P⊥)および平行ニコル(P‖)、ならびに、S偏光照明における直交ニコル(S⊥)および平行ニコル(S‖)の合計4通りの画素情報が得られる。ただし、画素情報として空間的に不足している★で表示した画素の値は、その周囲に位置する画素の値に基づいて補間する必要がある。この補間処理は、周囲4画素からの簡単な平均化処理で実現できる。   In the present embodiment, B1G1 that is P-polarized light and B2G2 that is S-polarized light are alternately irradiated on the subject by rotation of the color wheel for polarization imaging. The illumination light is applied to the subject, and the return light reflected from the subject is observed by the monochrome broadband polarization image sensor 105. Different polarization components are measured in the basic unit 801 of the polarization mosaic. A total of four types of pixel information of orthogonal Nicols (P⊥) and parallel Nicols (P‖) in P-polarized illumination and orthogonal Nicols (S⊥) and parallel Nicols (S‖) in S-polarized illumination are obtained. However, it is necessary to interpolate the values of the pixels displayed with ★ which are spatially insufficient as pixel information based on the values of the pixels located in the surrounding area. This interpolation process can be realized by a simple averaging process from four surrounding pixels.

図13は、以上の動作を示すタイミングチャートである。図13の上段から照明の発光動作、撮像動作、そしてモザイク処理部において処理されるカラー成分画像が示されている。このタイミングの動作は、同期回路112が制御する。P偏光とS偏光の交互照射のタイミングで、それぞれに対応する直交ニコル(P⊥)(S⊥)画像と平行ニコル(P‖)(S⊥)画像とがモノクロ画像として出力される。ここで「モノクロ画像」とは、BおよびGの波長帯における偏光情報を示す輝度画像である。直交ニコル(P⊥)(S⊥)を交互に連続的に表示することにより、図5に示されたような不可視な表面凹凸を明瞭化した画像を得ることができる。   FIG. 13 is a timing chart showing the above operation. From the upper part of FIG. 13, a light emission operation, an imaging operation, and a color component image processed in the mosaic processing unit are shown. The synchronization circuit 112 controls the operation at this timing. At the timing of alternately irradiating P-polarized light and S-polarized light, orthogonal Nicol (P⊥) (S さ れ る) images and parallel Nicol (P‖) (S⊥) images corresponding to each are output as monochrome images. Here, the “monochrome image” is a luminance image indicating polarization information in the B and G wavelength bands. By displaying the orthogonal Nicols (P⊥) (S⊥) alternately and continuously, an image in which the invisible surface irregularities as shown in FIG. 5 are clarified can be obtained.

図14および図15は、それぞれ、図7(c)の偏光撮撮像用カラーホイールを使用した場合の偏光撮像モードにおける照明と撮像の動作概要を示す図およびタイミングチャートである。この場合は、BGRの面順次カラー照明が行われる。このような撮像は、粘膜表面を、鏡面反射などを除去しつつ目視で観察する場合に特に有効である。また、生体粘膜内部の偏光特性を狭帯域の波長域として観察したい用途にも適する。   FIG. 14 and FIG. 15 are a diagram and a timing chart, respectively, showing an outline of illumination and imaging operations in the polarization imaging mode when the polarization imaging color wheel of FIG. 7C is used. In this case, BGR frame sequential color illumination is performed. Such imaging is particularly effective when the mucosal surface is visually observed while removing specular reflection and the like. It is also suitable for applications in which the polarization characteristics inside the biological mucous membrane are to be observed as a narrow wavelength band.

照明光は、図7(c)の偏光撮撮像用カラーホイールの回転により、P偏光であるB1G1R1とS偏光であるB2G2R2が順番に被写体に照射される。被写体で反射された戻り光は、モノクロ広帯域偏光撮像素子105にて観察され、偏光モザイクの基本単位801で異なる成分が撮像される。得られる撮像画像は、P偏光照明においてRGBフルカラーの直交ニコル(P⊥)、平行ニコル(P‖)、S偏光照明においてRGBの各波長域について直交ニコル(S⊥)、平行ニコル(S‖)の合計12通りの画像情報となる。この場合も画素情報として不足分があるため、★で表示した画素は周囲から補間する必要がある。このような構成を採用すれば、内視鏡でのリアルタイムの観察時に、粘膜表面から鏡面反射等を除去して粘膜状態を観察しやすい。この例では、動画として高速再現を可能にするため、ホイール上の円周上のフィルタ並びの順番が、B1−G2−R1−B2−G1−R2となるようにし、RGBのカラーと偏光のPとSの種類が交番になる。   As for the illumination light, the subject is sequentially irradiated with B-polarized B1G1R1 and S-polarized B2G2R2 by the rotation of the color wheel for polarization imaging in FIG. 7C. The return light reflected by the subject is observed by the monochrome broadband polarization imaging device 105, and different components are imaged by the basic unit 801 of the polarization mosaic. The obtained captured images are RGB full-color orthogonal Nicols (P⊥) and parallel Nicols (P‖) in P-polarized illumination, and orthogonal Nicols (S⊥) and parallel Nicols (S‖) for each wavelength band of RGB in S-polarized illumination. A total of 12 types of image information. In this case as well, since there is a shortage of pixel information, it is necessary to interpolate the pixels displayed with ★ from the surroundings. By adopting such a configuration, it is easy to observe the mucosal state by removing specular reflection and the like from the mucosal surface during real-time observation with an endoscope. In this example, in order to enable high-speed reproduction as a moving image, the order of the filter arrangement on the circumference on the wheel is B1-G2-R1-B2-G1-R2, and RGB colors and polarization P And the type of S are alternating.

図15は、以上の動作を示すタイミングチャートで示ある。図15の上段から照明の発光動作、撮像動作、そしてモザイク処理部において処理されるカラー成分画像が示されている。このタイミングの動作は同期回路112が制御する。P偏光とS偏光の交互照射のタイミングでそれぞれに対応する直交ニコル(P⊥)(S⊥)画像と平行ニコル(P‖)(S⊥)画像とが出力される。ただし直交ニコル(P⊥)または(S⊥)のRGBフルカラー画像を得るためには、偏光照明を固定状態でB、G、Rの面順次光が照射される期間であるTpsの時間が必要になる。従って、この時間を動画として表示できない。これは、偏光とカラーの両方の照明を面順次にて実現しているため、全ての種類の照明を照射し終わるのに時間がかかるのが原因である。内視鏡での観察では、動作の再現にリアルタイム性が要求される。そこで、実施形態では、直交ニコル画像の動画表示の目的のため、(P⊥)と(S⊥)をなるべく混合した画像をパイプライン方式に処理・表示をする。たとえば、図15のRGBフルカラー直交ニコル画像1510は、B1(P)照明下での画像1501、G2(S)照明下での画像1502、R1(P)照明下での画像1503というP偏光とS偏光が混在した直交ニコル画像で、次のタイミングで処理・表示される画像1511は、G2(S)照明下での画像1502、R1(P)照明下での画像1503、B2(S)照明下での画像1504というP偏光とS偏光とが混合した直交ニコル画像である。   FIG. 15 is a timing chart showing the above operation. The upper part of FIG. 15 shows the light emission operation of the illumination, the imaging operation, and the color component image processed in the mosaic processing unit. The synchronization circuit 112 controls the operation at this timing. A crossed Nicol (P⊥) (S⊥) image and a parallel Nicol (P‖) (S⊥) image corresponding to the P-polarized light and S-polarized light are output at the timing of alternate irradiation. However, in order to obtain an RGB full-color image of crossed Nicols (P⊥) or (S⊥), it is necessary to have a time of Tps, which is a period in which B, G, R frame sequential light is irradiated with polarized illumination fixed. Become. Therefore, this time cannot be displayed as a moving image. This is because both polarized light and color illumination are realized in a frame sequential manner, and it takes time to finish irradiating all types of illumination. In observation with an endoscope, real-time performance is required to reproduce the motion. Therefore, in the embodiment, for the purpose of displaying moving images of orthogonal Nicol images, an image in which (P () and (S⊥) are mixed as much as possible is processed and displayed in a pipeline manner. For example, the RGB full-color orthogonal Nicol image 1510 in FIG. 15 includes an image 1501 under B1 (P) illumination, an image 1502 under G2 (S) illumination, and an image 1503 under R1 (P) illumination. An image 1511 processed and displayed at the next timing in a crossed Nicol image in which polarization is mixed includes an image 1502 under G2 (S) illumination, an image 1503 under R1 (P) illumination, and under B2 (S) illumination. This is an orthogonal Nicol image in which P-polarized light and S-polarized light are mixed as image 1504 in FIG.

このような処理を行うと、直交ニコル画像の照明にP⊥とS⊥がバランスよく含まれ、後段の凹領域検出に対して有利である。また、BGRのカラー面順次の変化を偏光の変化よりも早く変化させることにより、人間が観察する動画とした場合にカラー画像としての認識が崩れない。   When such processing is performed, the illumination of the orthogonal Nicol image includes P⊥ and S⊥ in a well-balanced manner, which is advantageous for detection of a concave region in the subsequent stage. In addition, by changing the color plane sequential change of BGR faster than the change of polarization, recognition as a color image is not lost when a moving image is observed by a human.

図16は、凹領域検出部204、および画像合成部206での処理を説明するための図である。図17は、凹領域検出部204において、中心画素値と周辺画素平均値との差分に用いる周辺部の画素位置のマスクパターンを示す図である。凹領域検出部204には、以上の処理で生成された直交ニコル画像が入力される。   FIG. 16 is a diagram for explaining processing in the recessed area detection unit 204 and the image composition unit 206. FIG. 17 is a diagram illustrating a mask pattern of peripheral pixel positions used for the difference between the central pixel value and the peripheral pixel average value in the concave area detection unit 204. The concave area detection unit 204 receives the orthogonal Nicol image generated by the above processing.

以下、図14および図15を参照しながら説明したフルカラーの直交ニコル画像が毎フレーム取得される場合の処理を例に説明する。フルカラーであるR、G、B成分からなる直交ニコル画像は、ここでは、G成分を抜き出し、図16に示す平滑化処理、微分処理、および青色強調処理の順に処理される。   Hereinafter, an example of processing when a full-color orthogonal Nicol image described with reference to FIGS. 14 and 15 is acquired for each frame will be described. Here, an orthogonal Nicol image composed of full-color R, G, and B components is extracted from the G component and processed in the order of smoothing processing, differentiation processing, and blue enhancement processing shown in FIG.

(1)平滑化処理
入力された画像は、次段の微分処理を実行する前に、画像から強調したいテクスチャの周波数より高域の雑音成分を除去する。具体的には、雑音成分を除去するため、平滑化フィルタ処理が実行される。本実施形態では、一般的なガウス型フィルタを用いる。フィルタのマスクサイズを、後述する微分マスクフィルタのマスクサイズと同一にすることにより、細かい粒状ノイズの強調を回避できる。
(1) Smoothing process The input image is subjected to removal of noise components in a higher frequency range than the frequency of the texture to be emphasized before executing the subsequent differentiation process. Specifically, smoothing filter processing is executed to remove noise components. In this embodiment, a general Gaussian filter is used. By making the mask size of the filter the same as the mask size of the differential mask filter described later, emphasis of fine granular noise can be avoided.

(2)微分処理
平滑化フィルタ処理がなされたG成分画像に対して、周囲よりも明るい画素領域を検出するため以下のような微分マスク処理を行う。周囲より明るい画素領域を検出する理由は、図3〜図5を参照しながら説明したとおり、偏光照明の偏光方向が被写体の表面溝と平行に近い場合、輝度が周囲よりも明るくなるためである。実際には、被写体の表面凹凸の向きは未知である。しかし、本開示の実施形態では、偏光照明の偏光方向が、直交する2つの方向の間で交互に変わり、(P⊥)と(S⊥)の2種類の直交ニコル画像を交互に取得できるため、問題はない。微分処理は、平滑化処理後の画像に、図17に示すような中心画素と周辺画素とを指定するマスク(ここでは3×3、5×5、7×7画素の例を示す)を設定し、周辺の周囲N=8画素、N=16画素、もしくはN=24画素の画素値Vklの平均値と中心画素値Cijとの差分値Δを算出する。こうして得られる差分値Δは、以下の数1の式で示される。

Figure 2014108193
(2) Differentiation Processing The following differentiation mask processing is performed on the G component image that has been subjected to the smoothing filter processing in order to detect a pixel region brighter than the surroundings. The reason why the pixel area brighter than the surroundings is detected is that, as described with reference to FIGS. 3 to 5, when the polarization direction of the polarized illumination is close to parallel to the surface groove of the subject, the brightness becomes brighter than the surroundings. . Actually, the direction of the surface unevenness of the subject is unknown. However, in the embodiment of the present disclosure, the polarization direction of the polarized illumination is alternately changed between two orthogonal directions, and two types of orthogonal Nicols images (P⊥) and (S⊥) can be obtained alternately. ,No problem. In the differentiation process, a mask (in this example, 3 × 3, 5 × 5, and 7 × 7 pixels) for specifying the center pixel and the peripheral pixels as shown in FIG. 17 is set in the smoothed image. Then, a difference value Δ between the average value of the pixel values Vkl of the peripheral surrounding N = 8 pixels, N = 16 pixels, or N = 24 pixels and the central pixel value Cij is calculated. The difference value Δ thus obtained is expressed by the following equation (1).
Figure 2014108193

次に、中心画素値が周囲より明るい場合、以下の数2に示すように、差分値Δをk倍に増幅した値をΔCとする。もし暗い場合にはΔCは0とする。
(数2)
If (Δ>0) ΔC=k*Δ
else ΔC=0
Next, when the central pixel value is brighter than the surroundings, ΔC is a value obtained by amplifying the difference value Δ by k times as shown in the following formula 2. If it is dark, ΔC is 0.
(Equation 2)
If (Δ> 0) ΔC = k * Δ
else ΔC = 0

(3)青色成分の強調
ΔC値をR、G成分から減算することにより、青色を強調する。ここで、R、G成分が0以下になる場合、その不足分を他の色成分から減算して連続性を維持する。このため、Δの大きさで色相は変化するが、滑らかに接続されるようにすることができる。R、G成分のうちで値が小さいものをC1、大きいものをC2とおいて、以下のように3種類に場合分けをする。
(3) Enhancement of blue component Blue is emphasized by subtracting the ΔC value from the R and G components. Here, when the R and G components become 0 or less, the shortage is subtracted from other color components to maintain continuity. For this reason, although the hue changes depending on the magnitude of Δ, the connection can be made smoothly. Of the R and G components, the smaller value is C1, and the larger value is C2, and the three types are classified as follows.

図18は、以下の3通りの場合を示している。   FIG. 18 shows the following three cases.

まず1)ΔCが小さい場合には、R、G信号から減算する処理を実行する。次に2)でΔCがC1を超える値になった場合には、最も小さい信号がゼロになり、残りが中間となる信号から減算される。次に、3)でR、G信号からの減算がゼロになった場合には、B信号から残りの信号が減算される。以上の処理で、中心画素が周辺画素よりも明るい画素領域のカラー信号が、その程度に応じて青色強調され、インジゴカルミン撒布に類似したカラー画像が生成される。
(数3)
1)ΔC≦C1の場合
C1=C1−ΔC
C2=C2−ΔC

2)C1<ΔC≦(C1+C2)/2の場合
C1=0 C2=(C1+C2)−(2ΔC)

3)(C1+C2)/2<(ΔC)の場合
C1=0C2=0
B=B−((2ΔC)−C1−C2)
First, 1) When ΔC is small, a process of subtracting from the R and G signals is executed. Next, when ΔC becomes a value exceeding C1 in 2), the smallest signal becomes zero and the remainder is subtracted from the intermediate signal. Next, when the subtraction from the R and G signals becomes zero in 3), the remaining signals are subtracted from the B signal. With the above processing, the color signal of the pixel area where the center pixel is brighter than the surrounding pixels is blue-enhanced according to the degree, and a color image similar to the indigo carmine distribution is generated.
(Equation 3)
1) When ΔC ≦ C1 C1 = C1−ΔC
C2 = C2-ΔC

2) When C1 <ΔC ≦ (C1 + C2) / 2 C1 = 0 C2 = (C1 + C2) − (2ΔC)

3) When (C1 + C2) / 2 <(ΔC) C1 = 0 C2 = 0
B = B-((2ΔC) -C1-C2)

(4)画像合成部の処理
画像合成部206は、図15に示すように、面順次照明で取得される画像をR、G、B3枚分蓄積する。そして、R、G、Bの3枚の画像を1フレーム毎に合成してリアルタイム表示可能なフルカラー画像を合成する。更に、表面テクスチャの凹部に青色成分強調を施したフルカラー画像を、1フレーム時間ごとに遅延なく動画表示する。
(4) Processing of Image Composition Unit As shown in FIG. 15, the image composition unit 206 accumulates R, G, and B images acquired by frame sequential illumination. Then, the three images R, G, and B are synthesized for each frame to synthesize a full-color image that can be displayed in real time. Furthermore, a full-color image in which the blue component enhancement is applied to the concave portion of the surface texture is displayed as a moving image without delay every frame time.

図19は、本実施形態の画像処理装置によって得られた画像の例を示す図である。被写体はラットを解剖して胃を開いて、コルク板上に伸展固定した粘膜である。図19(A)および図19(B)は、それぞれ、この被写体の平行ニコル画像および直交ニコル画像を示す。図19(C)は、本実施形態に示した凹部検出処理を実行した画像を示す。図19(C)では、モノクロ画像が表示されているが、実際に得られる画像はフルカラー画像であり、胃の表面粘膜上に存在する表面凹凸テクスチャを検出して擬似的に青く着色している状態を示す。   FIG. 19 is a diagram illustrating an example of an image obtained by the image processing apparatus of the present embodiment. The subject is a mucous membrane obtained by dissecting a rat, opening a stomach, and extending and fixing it on a cork board. FIGS. 19A and 19B show a parallel Nicol image and an orthogonal Nicol image of the subject, respectively. FIG. 19C shows an image obtained by executing the recess detection process shown in the present embodiment. In FIG. 19C, a monochrome image is displayed, but the actually obtained image is a full-color image, and the surface uneven texture existing on the surface mucosa of the stomach is detected and colored pseudo blue. Indicates the state.

(第2の実施形態)
図20は、本開示の実施形態2における画像処理装置の全体構成を模式的に示す図である。本実施形態では、白色(ホワイト)光を照射して単板カラー撮像素子119にてカラー撮像を行う。本実施形態では、白色光を被写体に照射する際、偏光回転照明を実現する。この目的のため、本実施形態では、光源装置104には照明制御部のみを配置し、内視鏡の先端部に配置したLED、あるいは有機EL面光源などで照明光を生成する。
(Second Embodiment)
FIG. 20 is a diagram schematically illustrating the overall configuration of the image processing apparatus according to the second embodiment of the present disclosure. In this embodiment, white (white) light is irradiated and color imaging is performed by the single plate color imaging device 119. In the present embodiment, polarization rotation illumination is realized when irradiating a subject with white light. For this purpose, in this embodiment, only the illumination control unit is arranged in the light source device 104, and the illumination light is generated by the LED arranged at the distal end portion of the endoscope or the organic EL surface light source.

本実施形態においては、例えば図21に示すように、内視鏡の先端に偏光面が0°(P)、90°(S)の照明光の照射口が交互に多数(ここでは16分割で)配列されている。この例では、交互に隣接しない同種の8個のLEDが選択されて点灯することによってP偏光とS偏光の交互の偏光照明が実現される。   In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 21, a large number of illumination light irradiation apertures having a polarization plane of 0 ° (P) and 90 ° (S) are alternately arranged at the distal end of the endoscope (here, in 16 divisions). ) Is arranged. In this example, eight identical types of LEDs that are not adjacent to each other are selected and turned on to realize alternately polarized illumination of P-polarized light and S-polarized light.

図22(A)は、偏光回転照明の別の例を示している。この例では、順次点灯する照明画素単位を十分小さく、数量を多くすることにより、点灯する光源位置の変動が撮像側で1画素以内に抑制され得る。図22(B)は、この面照明の全体構成を示す図であり、面照明のX軸とY軸の各軸に順次点灯を制御するためのデータドライバが用意されており、X軸とY軸でアドレスされる画素が一斉に点灯する。たとえば、ここではX軸とY軸の両方が偶数の画素(X2mとY2m)が一斉に点灯すると、それは偏光面が0°の照明光となる。そしてX軸とY軸のデータドライバの偶数、奇数の組みあわせによって、0°(P)、90°(S)の偏光透過面を有する照明光が得られることになる。 FIG. 22A shows another example of polarization rotation illumination. In this example, the illumination pixel unit that is sequentially turned on is sufficiently small and the quantity is increased, so that the fluctuation of the light source position that is turned on can be suppressed within one pixel on the imaging side. FIG. 22B is a diagram showing the overall configuration of this surface illumination, and a data driver for sequentially controlling lighting is prepared for each of the X-axis and Y-axis of the surface illumination. Pixels addressed by the axis are lit all at once. For example, here, if pixels with an even number on both the X axis and the Y axis (X 2m and Y 2m ) are turned on all at once, it becomes illumination light with a polarization plane of 0 °. Then, illumination light having a polarization transmission plane of 0 ° (P) and 90 ° (S) can be obtained by combining the even and odd numbers of the X-axis and Y-axis data drivers.

このような面照明を使う利点は、全体の照度や配光状態が一定のまま照明の偏光状態だけが変化できることである。照明に面光源を使用することにより、照明光の均一性が良くなる。その結果、臓器の表面粘膜における非常に強い正反射輝度を低下させ、撮像を良好に行うことができる。   An advantage of using such surface illumination is that only the polarization state of the illumination can be changed while the overall illuminance and light distribution state are constant. By using a surface light source for illumination, the uniformity of illumination light is improved. As a result, a very strong specular brightness on the surface mucosa of the organ can be reduced, and imaging can be performed satisfactorily.

図23は、本実施形態で用いるカラー偏光撮像素子119の断面構造の例を示す図である。図10に示したモノクロ広帯域偏光画像撮像素子115と異なるのは、カラーフィルタ240がワイヤグリッド層224からPD(フォトダイオード)232までの間に配置されることである。このカラーフィルタ240は、有機物から形成されても良いし、フォトニック結晶または金属から形成されてもよい。光の入射側からPD232までの光の進行方向からみた場合、マイクロレンズ220、第1ワイヤグリッド層222、第2ワイヤグリッド層224、カラーフィルタ240の配置の取りえる順序は計6通りあり、各々でその利点が異なる。ワイヤグリッド224とPD232との間の距離DEPTHは、カラーフィルタ240が入る分長くなるため、典型的には4〜6μmである。   FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional structure of the color polarization image sensor 119 used in the present embodiment. A difference from the monochrome broadband polarization image pickup device 115 shown in FIG. 10 is that a color filter 240 is disposed between a wire grid layer 224 and a PD (photodiode) 232. The color filter 240 may be formed of an organic material, or may be formed of a photonic crystal or a metal. When viewed from the light traveling direction from the light incident side to the PD 232, there are a total of six possible arrangement orders of the micro lens 220, the first wire grid layer 222, the second wire grid layer 224, and the color filter 240, The advantages are different. Since the distance DEPTH between the wire grid 224 and the PD 232 becomes longer as the color filter 240 enters, it is typically 4 to 6 μm.

図23の構成(最上層からマイクロレンズ220・第1ワイヤグリッド層222・第2ワイヤグリッド層224・カラーフィルタ240)では、マイクロレンズ220が最上層に位置するため、ワイヤグリッドに垂直に光を入射させやすい。   In the configuration of FIG. 23 (from the top layer, the microlens 220, the first wire grid layer 222, the second wire grid layer 224, and the color filter 240), since the microlens 220 is located on the top layer, light is emitted perpendicularly to the wire grid. Easy to enter.

図24は、図23のカラー偏光撮像素子119の平面構造を示す図である。図24(A)はカラー単板撮像素子と同じ平面構造を示す。図24(A)の構成例では、4×4画素領域を拡大し、直上から観察して、図24(B)のカラーモザイク構造と図24(C)の偏光モザイク構造とが、画素ごとに重なった状態にある。   FIG. 24 is a diagram showing a planar structure of the color polarization image sensor 119 of FIG. FIG. 24A shows the same planar structure as the color single-plate image sensor. In the configuration example of FIG. 24A, the 4 × 4 pixel region is enlarged and observed from directly above, and the color mosaic structure of FIG. 24B and the polarization mosaic structure of FIG. Overlapping condition.

図24(B)は、カラーモザイクフィルタの1例を示しているが、本開示の実施形態で使用され得るカラーモザイクフィルタは、この例に限定されない。ベイヤーモザイク以外の他のモザイク構造でも構わない。この例では、カラーモザイクに含まれる1色のフィルタが、2行2列に配置された4個の画素(4個のフォトダイオード)の領域をカバーする。2×2画素領域は、図24(C)の4種類の偏光モザイク領域に相当する。すなわち、サブ画素を基準にすると、イメージセンサの解像度は本来の画素の1/2×1/2となって画素数は低下するが、1画素内で偏光処理をすることにより偏光処理の結果発生するアーティファクトを低減させることができる。   FIG. 24B illustrates an example of the color mosaic filter, but the color mosaic filter that can be used in the embodiment of the present disclosure is not limited to this example. Other mosaic structures other than the Bayer mosaic may be used. In this example, one color filter included in the color mosaic covers an area of four pixels (four photodiodes) arranged in two rows and two columns. The 2 × 2 pixel region corresponds to the four types of polarization mosaic regions in FIG. That is, when the sub-pixel is used as a reference, the resolution of the image sensor is 1/2 × 1/2 of the original pixel and the number of pixels is reduced. However, the polarization processing is generated by performing the polarization processing within one pixel. Artifacts to be reduced.

次に図25を参照して、本実施形態における通常撮像モードの動作を説明する。被写体には、White(白色)のP偏光とWhite(白色)のS偏光とが交互に照射され、その都度、偏光カラーモザイク画像が取得される。P偏光の照射時には、偏光モザイク2502によって偏光画素パターン2503が、S偏光の照射時には、偏光画素パターン2504が取得される。ここで、P‖およびP⊥は、それぞれ、P偏光の照射時における平行ニコル状態および直交ニコル状態の画素を示している。同様に、S‖およびS⊥は、それぞれ、S偏光照射時における平行ニコル状態および直交ニコル状態の画素を示す。偏光モザイク処理部202では、この偏光画素パターン2503と偏光画素パターン2504の画像を画素毎に加算平均を実行する。偏光画素パターン2503と偏光画素パターン2504において、各カラー画素での加算平均処理を行うと、平行ニコル状態の画素値と直交ニコル状態の画素値とが以下のように均等に混合される。
(数4)
(NP)=(P‖+P⊥+S‖+S⊥)/4
Next, the operation in the normal imaging mode in this embodiment will be described with reference to FIG. The subject is irradiated with white (white) P-polarized light and white (white) S-polarized light alternately, and a polarized color mosaic image is acquired each time. A polarized pixel pattern 2503 is acquired by the polarization mosaic 2502 when the P-polarized light is irradiated, and a polarized pixel pattern 2504 is acquired when the S-polarized light is irradiated. Here, P‖ and P⊥ indicate pixels in the parallel Nicols state and the orthogonal Nicols state at the time of irradiation of P-polarized light, respectively. Similarly, S‖ and S⊥ denote pixels in the parallel Nicols state and the orthogonal Nicols state at the time of S-polarized light irradiation, respectively. The polarization mosaic processing unit 202 performs addition averaging of the images of the polarization pixel pattern 2503 and the polarization pixel pattern 2504 for each pixel. In the polarization pixel pattern 2503 and the polarization pixel pattern 2504, when the averaging process is performed on each color pixel, the pixel value in the parallel Nicol state and the pixel value in the orthogonal Nicol state are evenly mixed as follows.
(Equation 4)
(NP) = (P‖ + P⊥ + S‖ + S⊥) / 4

加算平均の結果Vは、元々の解像度からは1/2×1/2に低下した非偏光(NP)のカラーモザイク画像2505が得られる。この非偏光カラーモザイク画像2505からフルカラー画像を生成する処理は、通常のカラーモザイク補間によって行われ得る。   As a result V of the addition average, a non-polarized (NP) color mosaic image 2505 is obtained which is reduced to 1/2 × 1/2 from the original resolution. The process of generating a full color image from the non-polarized color mosaic image 2505 can be performed by normal color mosaic interpolation.

図26は、以上の動作を示すタイミングチャートである。図26の上段から照明の発光動作、撮像動作、そして偏光モザイク処理部202において処理されるカラー成分画像を示している。このタイミングの動作は、同期回路112が制御する。P偏光とS偏光の交互照射のタイミングでそれぞれに対応する偏光画素パターン2503、2504が撮像される。偏光モザイク処理部202では、図25に示された偏光画素パターン2503、2504の加算平均処理を実行して非偏光カラーモザイク画像2505が得られる。次に、カラーモザイク補間処理にて、RGBフルカラー画像を得る。したがって、P偏光照明とS偏光照明とが照射されて1枚のRGBフルカラー画像を得ることが可能になる。実際には、図26に示すように、時間的に隣接するP偏光照明およびS偏光照明の処理を連続することによって1フレーム時間毎に画像が遅延なく動画として生成される。   FIG. 26 is a timing chart showing the above operation. 26 shows the light emission operation of the illumination, the imaging operation, and the color component image processed in the polarization mosaic processing unit 202 from the upper part of FIG. The synchronization circuit 112 controls the operation at this timing. Polarized pixel patterns 2503 and 2504 corresponding to the P-polarized light and S-polarized light are alternately imaged at the timing of alternate irradiation. In the polarization mosaic processing unit 202, an addition average processing of the polarization pixel patterns 2503 and 2504 shown in FIG. 25 is executed to obtain a non-polarization color mosaic image 2505. Next, an RGB full-color image is obtained by color mosaic interpolation processing. Therefore, it is possible to obtain a single RGB full-color image by irradiation with P-polarized illumination and S-polarized illumination. In practice, as shown in FIG. 26, an image is generated as a moving image without delay for each frame time by continuously processing the P-polarized illumination and the S-polarized illumination that are temporally adjacent.

図27は、本実施形態における偏光撮像モードの動作を説明するための図である。偏光撮像モードでは、P偏光とS偏光が交互に被写体に照射され、その都度、偏光のカラーモザイク画像が取得される。ここで得られる偏光画素パターン2503、2504は、図25の偏光画素パターン2503、2504と同一である。偏光モザイク処理部202では、画素パターン2503、2504の両方を使って、該当する画素ごとに、P‖とS‖、およびP⊥とS⊥を選択・集積処理する。こうすることによって、PS偏光混合の平行ニコル画像2701とPS偏光混合の直交ニコル画像2702を分離して生成する。そして同一カラー画素内の4画素を以下のように加算平均する。
(数5)
(PS‖)=(P‖+S‖+P‖+S‖)/4
(PS⊥)=(P⊥+S⊥+P⊥+S⊥)/4
FIG. 27 is a diagram for explaining the operation in the polarization imaging mode in the present embodiment. In the polarization imaging mode, P-polarized light and S-polarized light are alternately irradiated on the subject, and a polarized color mosaic image is acquired each time. Polarized pixel patterns 2503 and 2504 obtained here are the same as the polarized pixel patterns 2503 and 2504 in FIG. The polarization mosaic processing unit 202 uses both the pixel patterns 2503 and 2504 to select and accumulate P‖ and S‖ and P⊥ and S⊥ for each corresponding pixel. In this way, a parallel Nicol image 2701 with PS polarization mixing and an orthogonal Nicol image 2702 with PS polarization mixing are generated separately. Then, the four pixels in the same color pixel are added and averaged as follows.
(Equation 5)
(PS‖) = (P‖ + S‖ + P‖ + S‖) / 4
(PS⊥) = (P⊥ + S⊥ + P⊥ + S⊥) / 4

この処理の結果得られる偏光画像は、元々の解像度からは1/2×1/2に低下したカラーモザイク画像2703、2704である。カラーモザイク画像2703および2704内の同一カラー画素は、P偏光照明とS偏光照明を均等に含んだ状態での平行ニコル画像PS‖と直交ニコル画像PS⊥を構成している。直交ニコル画像PS⊥について、カラーモザイク補間が実行され、フルカラーの直交ニコル画像が生成される。この直交ニコル画像に対しては、凹領域検出部204および画像合成部206で第1の実施形態について説明した処理と同様の処理が行われる。   Polarized images obtained as a result of this processing are color mosaic images 2703 and 2704 that have been reduced to ½ × ½ from the original resolution. The same color pixel in the color mosaic images 2703 and 2704 constitutes a parallel Nicol image PS‖ and an orthogonal Nicol image PS⊥ in a state where P-polarized illumination and S-polarized illumination are equally included. Color orthogonal interpolation is performed on the orthogonal Nicol image PS 、 to generate a full-color orthogonal Nicol image. For the orthogonal Nicol image, the concave region detection unit 204 and the image composition unit 206 perform the same processing as that described in the first embodiment.

図28は、以上の動作を示すタイミングチャートである。図28は、上段から照明の発光動作、撮像動作、そして偏光モザイク処理部202、カラーモザイク補間部208、凹領域検出部204、画像合成部206において処理されるカラー画像を示している。照明と撮像の動作までは、図26の通常撮像モードのタイミングチャートと同一である。偏光モザイク処理部202での動作では、P偏光照明とS偏光照明の撮像画像をフレームごとに用いてPS混合偏光での平行ニコル画像2701とPS偏光混合の直交ニコル画像2702を生成する。すなわち、フレームごとに同時に2種の偏光画素パターン2701、2702が生成される。また、それらを加算平均したカラーモザイク画像2703とカラーモザイク画像2704も同時に生成される。カラーモザイク画像2703、2704の解像度は1/2×1/2に低下している。直交ニコル画像2704は、第1の実施形態に関する図16を参照しながら説明したように、凹領域検出部204と画像合成部206において表面テクスチャの凹部で青色成分強調を施したフルカラー画像として毎フレームごとに表示部114で動画表示される。   FIG. 28 is a timing chart showing the above operation. FIG. 28 shows a color image processed by the light emission operation, the imaging operation, and the polarization mosaic processing unit 202, the color mosaic interpolation unit 208, the concave region detection unit 204, and the image composition unit 206 from the top. The operation up to the illumination and imaging is the same as the timing chart in the normal imaging mode in FIG. In the operation of the polarization mosaic processing unit 202, a parallel Nicol image 2701 with PS mixed polarization and a crossed Nicol image 2702 with PS polarized light are generated by using captured images of P polarization illumination and S polarization illumination for each frame. That is, two types of polarized pixel patterns 2701 and 2702 are generated simultaneously for each frame. In addition, a color mosaic image 2703 and a color mosaic image 2704 obtained by averaging these are also generated at the same time. The resolutions of the color mosaic images 2703 and 2704 are reduced to ½ × ½. As described with reference to FIG. 16 relating to the first embodiment, the orthogonal Nicol image 2704 is a full-color image obtained by emphasizing the blue component in the concave portion of the surface texture in the concave region detection unit 204 and the image synthesis unit 206 every frame. A moving image is displayed on the display unit 114 every time.

(第2の実施形態の変形例1)
図29は、本開示の実施形態2の変形例1を示す図である。図29(A)は、図23に示された第2の実施形態におけるカラー偏光撮像素子119の平面構造を示す図である。図29(A)は、カラー単板撮像素子と同じ平面構造を示している。図29(B)は、カラーモザイクにおける4×4個のカラーフィルタの配置例を示し、図29(C)は、偏光モザイクにおける8個の偏光子の配置例を示している。これらのカラーモザイクおよび偏光モザイクは、4×4個の画素(PD:フォトダイオード)をカバーするように積層されている。
(Modification 1 of 2nd Embodiment)
FIG. 29 is a diagram illustrating a first modification of the second embodiment of the present disclosure. FIG. 29A is a diagram showing a planar structure of the color polarization image sensor 119 in the second embodiment shown in FIG. FIG. 29A shows the same planar structure as that of the color single plate image sensor. FIG. 29B shows an arrangement example of 4 × 4 color filters in the color mosaic, and FIG. 29C shows an arrangement example of eight polarizers in the polarization mosaic. These color mosaic and polarization mosaic are stacked so as to cover 4 × 4 pixels (PD: photodiode).

本実施形態では、カラーモザイクの2色のカラーフィルタと1個の長方形の偏光子とが対応している。他の構成は、第2の実施形態の構成と変わらない。   In the present embodiment, two color filters of a color mosaic correspond to one rectangular polarizer. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

図29(C)における角度表示の0°の偏光子が位置する画素が、P偏光の透過画素であり、90°の偏光子が位置する画素がS偏光の透過画素である。0°の偏光子と90°の偏光子とが市松配列を形成していない。すなわち、撮像面内において垂直方向または水平方向に隣接する2個の画素に同一の偏光が入射するように偏光モザイクが構成されている。これは、RGB画素のうち2画素を占めるG画素に必ず0°の偏光子と90°の偏光子が割り当てられるようにするためである。このような構成によれば、0°の偏光子が、RGの2画素とBGの2画素に割り当てられ、90°の偏光子がGBの2画素とGRの2画素に割り当てられている。   In FIG. 29C, the pixel where the 0 ° polarizer of angle display is located is a P-polarized transmission pixel, and the pixel where the 90 ° polarizer is located is an S-polarized transmission pixel. The 0 ° polarizer and the 90 ° polarizer do not form a checkered array. That is, the polarization mosaic is configured such that the same polarized light is incident on two pixels adjacent in the vertical or horizontal direction within the imaging surface. This is because a 0 ° polarizer and a 90 ° polarizer are always assigned to G pixels that occupy two of the RGB pixels. According to such a configuration, a 0 ° polarizer is assigned to two RG pixels and two BG pixels, and a 90 ° polarizer is assigned to two GB pixels and two GR pixels.

図30は、本実施形態における通常撮像モードの動作を示す図である。通常撮像モードでは、White(白色)のP偏光とS偏光とが交互に照射され、その都度画像が取得され、偏光のカラーモザイク画像が取得される。偏光モザイクが3001のような配列であるため、P偏光の照射時には、3002で示す偏光画素パターンが、S偏光の照射時には3003で示す偏光画素パターンが取得される。ここで、P‖、P⊥はP偏光照射時における平行ニコル状態とは直交ニコル状態の画素を示し、同様に、S‖、S⊥はS偏光照射時における平行ニコル状態とは直交ニコル状態の画素を示す。偏光モザイク処理部202では、この偏光画素パターン3002、3003を画素毎に加算平均をする。加算平均処理は、平行ニコルと直交ニコル状態の画素が以下のように均等に混合されると考えられる。
(数6)
(NP)=(P⊥+S‖)/2
(NP)=(P‖+S⊥)/2
FIG. 30 is a diagram illustrating the operation in the normal imaging mode in the present embodiment. In the normal imaging mode, white (white) P-polarized light and S-polarized light are alternately irradiated, and an image is acquired each time, and a polarized color mosaic image is acquired. Since the polarization mosaic has an arrangement such as 3001, a polarization pixel pattern indicated by 3002 is acquired when P-polarized light is irradiated, and a polarization pixel pattern indicated by 3003 is acquired when S-polarized light is irradiated. Here, P‖ and P⊥ indicate pixels in a crossed Nicols state when irradiated with P-polarized light, and similarly, S‖ and S⊥ indicate a crossed Nicols state when irradiated with S-polarized light. Indicates a pixel. In the polarization mosaic processing unit 202, the polarization pixel patterns 3002 and 3003 are averaged for each pixel. In the averaging process, it is considered that pixels in the parallel Nicols state and the orthogonal Nicols state are evenly mixed as follows.
(Equation 6)
(NP) = (P⊥ + S‖) / 2
(NP) = (P‖ + S⊥) / 2

加算平均の結果Vは、非偏光のカラーモザイク画像3004が得られる。この際に第2の実施形態にあったような解像度の低下がない。この非偏光カラーモザイク画像3004からフルカラー画像を生成する処理は、通常のカラーモザイク補間によって行われ得る。   As a result V of the addition averaging, a non-polarized color mosaic image 3004 is obtained. At this time, there is no reduction in resolution as in the second embodiment. The process of generating a full color image from the non-polarized color mosaic image 3004 can be performed by normal color mosaic interpolation.

図31は、本実施形態における偏光撮像モードの動作を説明する図である。偏光照明はP偏光とS偏光が交互照射され、その都度画像が取得され、偏光画像パターン3102、3103が取得される。偏光モザイク処理部202では、この偏光画素パターン3102、3103を両方使って、該当する画素ごとに、P‖とS‖、およびP⊥とS⊥を収集し埋め込み処理をする。こうすることによって、PS偏光混合の平行ニコル画像3104とPS偏光混合の直交ニコル画像3105とを分離生成する。この処理の結果得られる偏光画像は、カラーモザイク画像3106、3107であり、それぞれ、P偏光照明とS偏光照明を均等に含んだ状態での平行ニコル画像PS‖と直交ニコル画像PS⊥である。直交ニコル画像PS⊥について、カラーモザイク補間が実行されフルカラーの直交ニコル画像が生成される。この直交ニコル画像は、凹領域検出部204、画像合成部206において第1の実施形態について説明した処理と同様の処理が行われる。なお、この実施形態に関するタイミングチャートは、第2の実施形態に関するタイミングチャートと同様である。   FIG. 31 is a diagram for explaining the operation in the polarization imaging mode in the present embodiment. In the polarized illumination, P-polarized light and S-polarized light are alternately irradiated, and an image is acquired each time, and polarized image patterns 3102 and 3103 are acquired. The polarization mosaic processing unit 202 collects P‖ and S‖ and P⊥ and S⊥ for each corresponding pixel by using both of the polarization pixel patterns 3102 and 3103 and performs the embedding process. In this way, a parallel Nicol image 3104 with PS polarization mixing and an orthogonal Nicol image 3105 with PS polarization mixing are generated separately. Polarized images obtained as a result of this processing are color mosaic images 3106 and 3107, which are a parallel Nicol image PS‖ and an orthogonal Nicol image PS⊥ in a state where P-polarized illumination and S-polarized illumination are equally included, respectively. For the orthogonal Nicol image PS 画像, color mosaic interpolation is performed to generate a full-color orthogonal Nicol image. The orthogonal Nicol image is subjected to processing similar to the processing described in the first embodiment in the concave area detection unit 204 and the image synthesis unit 206. The timing chart related to this embodiment is the same as the timing chart related to the second embodiment.

(第2の実施形態の変形例2)
図32は、本開示の実施形態2の変形例2を示す図である。図32(A)は、図23のカラー偏光撮像素子119の平面構造を示す図である。図32(B)は、カラーモザイクにおける4×4個のカラーフィルタの配置例を示し、図32(C)は、偏光モザイクにおける4個の偏光子の配置例を示している。これらのカラーモザイクおよび偏光モザイクは、4×4個の画素(PD:フォトダイオード)をカバーするように積層されている。
(Modification 2 of the second embodiment)
FIG. 32 is a diagram illustrating a second modification of the second embodiment of the present disclosure. FIG. 32A is a diagram showing a planar structure of the color polarization image sensor 119 of FIG. FIG. 32B shows an arrangement example of 4 × 4 color filters in the color mosaic, and FIG. 32C shows an arrangement example of four polarizers in the polarization mosaic. These color mosaic and polarization mosaic are stacked so as to cover 4 × 4 pixels (PD: photodiode).

本実施形態では、カラーベイヤ・モザイクの1単位の4画素と偏光モザイクの1単位とが対応している。他の構成は、第2の実施形態と変わらない。図32(C)における角度表示の0°の偏光子が位置する画素がP偏光の透過画素であり、90°の偏光子が位置する画素がS偏光の透過画素である。偏光モザイクの0°の偏光子と90°の偏光子とは市松配列を形成している。各々に同一のカラーベイヤ・モザイクが包含される配列としている。   In the present embodiment, one unit of four pixels of the color Bayer mosaic corresponds to one unit of the polarization mosaic. Other configurations are the same as those of the second embodiment. In FIG. 32C, the pixel where the 0 ° polarizer in the angle display is located is a P-polarized transmission pixel, and the pixel where the 90 ° polarizer is located is an S-polarized transmission pixel. The 0 ° polarizer and the 90 ° polarizer of the polarization mosaic form a checkered arrangement. Each array includes the same color Bayer mosaic.

図33は、本実施形態における通常撮像モードの動作を示す図である。通常撮像モードでは、White(白色)のP偏光とS偏光とが交互に照射され、その都度、画像が取得され、偏光のカラーモザイク画像が取得される。偏光モザイクが配列3301を有するため、P偏光の照射時には、偏光画素パターン3302が、S偏光の照射時には偏光画素パターン3303が取得される。ここで、P‖、P⊥、S‖、S⊥は既出の意味を持つ。偏光モザイク処理部202では、この偏光画素パターン3302、3303を有する画像について、画素毎に加算平均を実行する。加算平均処理では、平行ニコルと直交ニコル状態の画素が均等に混合される(数6)。   FIG. 33 is a diagram illustrating the operation in the normal imaging mode in the present embodiment. In the normal imaging mode, white (white) P-polarized light and S-polarized light are alternately irradiated, and an image is acquired each time, and a polarized color mosaic image is acquired. Since the polarization mosaic has the arrangement 3301, the polarization pixel pattern 3302 is acquired when the P-polarized light is irradiated, and the polarization pixel pattern 3303 is acquired when the S-polarized light is irradiated. Here, P‖, P⊥, S‖ and S⊥ have the meanings already mentioned. The polarization mosaic processing unit 202 executes addition averaging for each pixel with respect to the image having the polarization pixel patterns 3302 and 3303. In the averaging process, parallel Nicols and orthogonal Nicols pixels are evenly mixed (Equation 6).

加算平均の結果Vは、非偏光のカラーモザイク画像3304が得られる。この際に第2の実施形態にあったような解像度の低下がない点が特徴である。この非偏光カラーモザイク画像からフルカラー画像を生成する処理は、通常のカラーモザイク補間によって行われ得る。   As a result V of the addition averaging, a non-polarized color mosaic image 3304 is obtained. In this case, the feature is that there is no reduction in resolution as in the second embodiment. The process of generating a full color image from this non-polarized color mosaic image can be performed by normal color mosaic interpolation.

図34は、本実施形態における偏光撮像モードの動作を説明する図である。偏光照明はP偏光とS偏光が交互照射され、その都度画像が取得され、偏光画素パターン3402、3403が取得される。   FIG. 34 is a diagram for explaining the operation in the polarization imaging mode in the present embodiment. Polarized illumination is alternately irradiated with P-polarized light and S-polarized light, and an image is acquired each time, and polarized pixel patterns 3402 and 3403 are acquired.

偏光モザイク処理部202では、偏光画素パターン3402、3403を両方使って、該当する画素ごとに、P‖とS‖、およびP⊥とS⊥を収集し埋め込み処理することによってPS偏光混合の平行ニコル画像3404とPS偏光混合の直交ニコル画像3405を分離生成する。この処理の結果得られる偏光画像は3406と3407のようなカラーモザイク画像であり、それぞれ、P偏光照明とS偏光照明を均等に含んだ状態での平行ニコル画像PS‖、と直交ニコル画像PS⊥である。直交ニコル画像PS⊥について、カラーモザイク補間が実行されフルカラーの直交ニコル画像が生成される。この直交ニコル画像は、凹領域検出部204、画像合成部206において第1の実施形態について説明した処理と同様の処理が行われる。なお、この実施形態に関するタイミングチャートは第2の実施形態のタイミングチャートと同様である。   The polarization mosaic processing unit 202 collects and embeds P‖ and S‖ and P ご と and S⊥ for each corresponding pixel using both of the polarized pixel patterns 3402 and 3403, thereby performing parallel Nicols of PS polarization mixing. An image 3404 and a PS polarized mixed orthogonal Nicol image 3405 are separately generated. The polarization images obtained as a result of this processing are color mosaic images such as 3406 and 3407, and the parallel Nicol image PS‖ and the orthogonal Nicol image PS⊥ with the P polarization illumination and S polarization illumination included equally, respectively. It is. For the orthogonal Nicol image PS 画像, color mosaic interpolation is performed to generate a full-color orthogonal Nicol image. The orthogonal Nicol image is subjected to processing similar to the processing described in the first embodiment in the concave area detection unit 204 and the image synthesis unit 206. The timing chart relating to this embodiment is the same as the timing chart of the second embodiment.

(第3の実施形態)
図35は本発明の第3の実施形態の構成を示す図である。本実施形態も、白色(ホワイト)光を被写体に照射して単板カラー撮像素子にてカラー撮像を行う。第2の実施形態と異なるのは、レンズ開口部に偏光板とカラーフィルタが配置されている点、撮像面上にマイクロレンズアレイが配置されたマイクロレンズアレイ型カラー偏光撮像部3501を備えている点、および、マイクロレンズアレイ型素子特有の画像処理を行うための画素選択再集積部210を備えている点である。
(Third embodiment)
FIG. 35 is a diagram showing the configuration of the third exemplary embodiment of the present invention. Also in this embodiment, white (white) light is irradiated onto a subject and color imaging is performed with a single-plate color imaging device. The difference from the second embodiment is that a polarizing plate and a color filter are arranged in the lens opening, and a microlens array type color polarization imaging unit 3501 in which a microlens array is arranged on the imaging surface. And a pixel selection / re-integration unit 210 for performing image processing unique to the microlens array type element.

図36は、本実施形態における内視鏡先端部を正面から拡大した図である。内視鏡先端には偏光面が0°(P)、90°(S)の異なる照明光の照射口が交互に多数(ここでは16分割で)配置されている。この照明にて交互に隣接しない同種の8個のLEDが選択されて点灯し、撮像をすることによってPとSの交互の偏光照明が実現される。開口部となる対物レンズ3502上には、図で示すように2×2合計4種類のカラーと偏光の複合フィルタ領域が配置されている。これらはRとBの非偏光カラーフィルタ領域とGの0°(P)および、Gの90°(S)の2種類の直交したカラー偏光フィルタ領域である。   FIG. 36 is an enlarged view of the distal end portion of the endoscope in the present embodiment from the front. A large number (in this case, 16 divisions) of illumination light irradiation ports having different polarization planes of 0 ° (P) and 90 ° (S) are arranged at the distal end of the endoscope. With this illumination, eight LEDs of the same type that are not adjacent to each other are selected and turned on, and P and S alternately polarized illumination is realized by imaging. On the objective lens 3502 serving as the opening, there are arranged 2 × 2 total four types of color and polarized composite filter regions as shown in the figure. These are the R and B non-polarized color filter regions and two orthogonal color polarizing filter regions of G 0 ° (P) and G 90 ° (S).

図37は、このマイクロレンズアレイ型カラー偏光撮像部3501の構成例を示す図である。図37では、説明図の都合上、対物レンズ3502上の4領域のうち、図36におけるGフィルタの2領域、すなわち、Gフィルタと0°(P)偏光フィルタを配置した領域3701とおなじくGフィルタと90°(S)偏光フィルタを配置した領域3702の2つの領域のみを記載している。   FIG. 37 is a diagram illustrating a configuration example of the microlens array type color polarization imaging unit 3501. In FIG. 37, for convenience of illustration, among the four regions on the objective lens 3502, two regions of the G filter in FIG. 36, that is, the G filter similar to the region 3701 in which the G filter and the 0 ° (P) polarizing filter are arranged. And only two regions 3702 in which a 90 ° (S) polarizing filter is arranged.

図37に示されるように、被写体上の1点3700から発散した光は、対物レンズ3502上の2領域3701、3702をそれぞれ透過しアレイ状光学素子3703を経由してモノクロ撮像素子の撮像面3704に到達する。この際対物レンズ上の領域の像が異なる2個の画素3705に到達するため、撮像面3704上に形成される像は、全体としては被写体の像であるが、詳細には異なる2領域の像から成立する画像となる。ここから画素を選択して集積するデジタル画像処理を行うことによって、2領域を透過した画像を分離生成することができ、同時にモノクロ撮像素子を用いながらカラー画像を得ることができる。   As shown in FIG. 37, the light diverging from one point 3700 on the subject passes through two regions 3701 and 3702 on the objective lens 3502, respectively, and passes through the arrayed optical element 3703, thereby taking an imaging surface 3704 of the monochrome imaging element. To reach. At this time, since the image of the region on the objective lens reaches two different pixels 3705, the image formed on the imaging surface 3704 is the image of the subject as a whole, but in detail, the images of two different regions From this, the image is established. By performing digital image processing for selecting and accumulating pixels from here, it is possible to separate and generate an image that has passed through two regions, and at the same time, it is possible to obtain a color image using a monochrome imaging device.

図38は、開口部のカラー偏光フィルタ領域3701、3701の断面構造を示す図である。この例では、偏光フィルタとして金属ワイヤグリッド層3801が用いられている。ワイヤグリッド層3801は、例えばピッチが100nm程度の金属ワイヤが透明基盤3802上に形成され得る。その下層にはカラーフィルタ3803が配置されている。カラーフィルタ3803の次の段に対物レンズ3502が配置される。ここでカラーフィルタ、ワイヤグリッド層、対物レンズの配置順番、レンズとの間隙の有無は任意である。また、偏光板としてはワイヤグリッド以外のポリマー系偏光板、フォトニック結晶を用いた偏光板、構造服屈折を用いた偏光板など既存の技術を利用可能である。   FIG. 38 is a diagram showing a cross-sectional structure of the color polarizing filter regions 3701 and 3701 in the opening. In this example, a metal wire grid layer 3801 is used as a polarizing filter. For the wire grid layer 3801, for example, a metal wire having a pitch of about 100 nm can be formed on the transparent substrate 3802. A color filter 3803 is disposed in the lower layer. An objective lens 3502 is arranged at the next stage of the color filter 3803. Here, the arrangement order of the color filter, the wire grid layer, the objective lens, and the presence or absence of a gap with the lens are arbitrary. Further, as the polarizing plate, existing techniques such as a polymer polarizing plate other than the wire grid, a polarizing plate using a photonic crystal, and a polarizing plate using structural clothing refraction can be used.

図39は、このマイクロレンズアレイ型カラー偏光撮像素子を用いた撮像結果からカラー偏光画像を生成する画素選択再集積部210での処理を説明するための図である。撮像素子3704上のイメージから2×2の画素ユニットごとにそれぞれ左上、右上、左下、右下の画素を全画像にわたって選択し再度集積することによって、解像度は1/2×1/2に低下するが、それぞれGのP(0°)偏光画像3901、Rの非偏光画像3902、Bの非偏光画像3903、GのS(90°)偏光画像とを分離することができる。ここから、RGBの非偏光カラー画像、およびG波長領域におけるP/S偏光画像を得ることができる。   FIG. 39 is a diagram for explaining processing in the pixel selection / re-integration unit 210 that generates a color polarization image from an imaging result using the microlens array type color polarization imaging device. By selecting the upper left, upper right, lower left, and lower right pixels for each 2 × 2 pixel unit from the image on the image sensor 3704 over the entire image and integrating them again, the resolution is reduced to ½ × ½. However, it is possible to separate the P (0 °) polarization image 3901 of G, the non-polarization image 3902 of R, the non-polarization image 3903 of B, and the S (90 °) polarization image of G, respectively. From this, an RGB non-polarized color image and a P / S polarized image in the G wavelength region can be obtained.

図40は、本実施形態における内視鏡において通常撮像モードと偏光撮像モードで取得される画像を示している。通常撮像モードでも偏光撮像モードにおいてもWhite(白色)の偏光照明はP偏光とS偏光が交互に照射され、その都度画像が取得され、図39の処理を得て1回の同一シーン撮像につき4種のカラー偏光画像が分離取得される。この分離取得される4種のカラー偏光画像を4001のように表示する。この表示方法は従来のように個々の画素を表現するものではなく4枚の画像全体を表現している。P偏光の照射時には、偏光画像4002が、S偏光の照射時には偏光画像4003が取得される。ここで、P‖、P⊥、S‖、S⊥は前述の意味を持つが、PまたはSは、P偏光照明またはS偏光照明下にて特別な偏光フィルタなしに非偏光で撮像された画像という意味を持つ。通常撮像モードでは、この画像4002、4003について、画素毎に加算平均をする。加算平均処理は、平行ニコルと直交ニコル状態の画素が以下のように均等に混合されると考えられ、この結果は近似的には非偏光画像になる。
(数7)
(NP)=(P⊥+S‖)/2
(NP)=(P‖+S⊥)/2
(NP)=P+S
FIG. 40 shows images acquired in the normal imaging mode and the polarization imaging mode in the endoscope according to the present embodiment. In both the normal imaging mode and the polarization imaging mode, the white (white) polarized illumination is alternately irradiated with P-polarized light and S-polarized light, and an image is acquired each time, and the process of FIG. A seeded color polarization image is acquired separately. The four types of color polarization images obtained separately are displayed as 4001. This display method does not represent individual pixels as in the prior art, but represents the entire four images. A polarized image 4002 is acquired when P-polarized light is irradiated, and a polarized image 4003 is acquired when S-polarized light is irradiated. Here, P‖, P⊥, S‖, and S⊥ have the above-mentioned meanings, but P or S is an image captured in a non-polarized light without a special polarizing filter under P-polarized illumination or S-polarized illumination. It has the meaning. In the normal imaging mode, the images 4002 and 4003 are averaged for each pixel. In the averaging process, pixels in the parallel Nicols state and the orthogonal Nicols state are considered to be evenly mixed as follows, and this result is approximately an unpolarized image.
(Equation 7)
(NP) = (P⊥ + S‖) / 2
(NP) = (P‖ + S⊥) / 2
(NP) = P + S

加算平均の結果Vは、非偏光カラーモザイク画像4004が得られる。この非偏光カラーモザイク画像からフルカラー画像を生成する処理は、通常のカラーモザイク補間によって行われ得る。   As a result V of the addition average, a non-polarized color mosaic image 4004 is obtained. The process of generating a full color image from this non-polarized color mosaic image can be performed by normal color mosaic interpolation.

偏光撮像モードにおいても画像4002と画像4003とが交互に取得される段階までは同様であるが、G画像のみで平行ニコルと直交ニコル画像を集めることによりG波長域においてPS‖4005とPS⊥4006の2種類の偏光画像を生成することができ、第1の実施形態における図13のように出力画像はモノクロ画像となる。   Even in the polarization imaging mode, the same process is performed until the image 4002 and the image 4003 are alternately acquired. However, by collecting parallel Nicols and orthogonal Nicols images using only the G image, PS‖4005 and PS⊥4006 are collected in the G wavelength region. These two types of polarization images can be generated, and the output image is a monochrome image as shown in FIG. 13 in the first embodiment.

本実施形態のようなマイクロレンズアレイ型偏光撮像素子の利点は、レンズ開口部に偏光板を配置できるため、個々の偏光モザイク素子のサイズが撮像素子上へ配置するよりもサイズ的に大きくできることである。たとえば、実施形態1、2で用いた偏光モザイク型の撮像素子では、偏光モザイク単位を形成する金属ワイヤ長は撮像素子の画素サイズに等しく2〜3μmである。このような微細サイズではたとえワイヤグリッド個々の金属線のピッチは微細であってもワイヤグリッド長さや繰り返し本数が制限されるため偏光板としての消光比性能は10:1程度に低下するとされている。本実施形態では、レンズ開口部のサイズである0.5mm=500μm程度の比較的大判のワイヤグリッド偏光板を用いることができ、100:1程度の高い消光比を実現することができ、内視鏡における表面微細パターンの観察の明瞭化で極めて有利となる。   The advantage of the microlens array type polarization imaging device as in the present embodiment is that a polarizing plate can be arranged in the lens opening, so that the size of each polarization mosaic element can be made larger than that arranged on the imaging device. is there. For example, in the polarization mosaic type image sensor used in Embodiments 1 and 2, the length of the metal wire forming the polarization mosaic unit is equal to the pixel size of the image sensor and is 2 to 3 μm. With such a fine size, even if the pitch of each metal wire of the wire grid is fine, the wire grid length and the number of repetitions are limited, so that the extinction ratio performance as a polarizing plate is reduced to about 10: 1. . In the present embodiment, a relatively large wire grid polarizer having a lens opening size of about 0.5 mm = 500 μm can be used, and a high extinction ratio of about 100: 1 can be realized. This is extremely advantageous in clarifying the observation of the surface fine pattern in the mirror.

(第4の実施形態)
図41は、本発明の第4の実施形態の構成を示す図である。本実施形態も第2の実施形態と同様、白色(ホワイト)光を照射して単板カラー撮像素子にてカラー撮像を行う。第2の実施形態とは、マイクロレンズアレイ型カラー偏光撮像部4101を用いている点が異なる。本実施形態におけるマイクロレンズアレイ型カラー偏光撮像部4101は、以下の構成において第3の実施形態に用いられたマイクロレンズアレイ型カラー偏光撮像部から異なる。
(Fourth embodiment)
FIG. 41 is a diagram showing the configuration of the fourth exemplary embodiment of the present invention. Similarly to the second embodiment, the present embodiment performs white-white light irradiation and performs color imaging with a single-plate color imaging device. This embodiment is different from the second embodiment in that a microlens array type color polarization imaging unit 4101 is used. The microlens array type color polarization imaging unit 4101 in the present embodiment is different from the microlens array type color polarization imaging unit used in the third embodiment in the following configuration.

図42Aは、このマイクロレンズアレイ型カラー偏光撮像部4101の構成例を示す図である。レンズ開口部には、広帯域型の0°(P)透過軸と90°(S)透過軸を有する偏光フィルタ4103のみを配置し、カラー化はベイヤーモザイク4105を有する単板カラー撮像素子4104で実行する。こうすることにより、偏光とカラーの動作を分離している。これによってRGBのフルカラーの平行・直交ニコル画像を得ることができる。後述するように、マイクロレンズ3703の作用によって、偏光フィルタ4103の4種の領域(UL)(UR)(DL)(DR)を透過した光線は、カラーモザイクフィルタ4105の(UL1)(UR1)(DL1)(DR1)の4領域にそれぞれ結像する。   FIG. 42A is a diagram illustrating a configuration example of the microlens array type color polarization imaging unit 4101. In the lens opening, only a polarizing filter 4103 having a broadband type 0 ° (P) transmission axis and 90 ° (S) transmission axis is arranged, and colorization is performed by a single-plate color imaging device 4104 having a Bayer mosaic 4105. To do. By doing so, the operation of polarization and color is separated. As a result, RGB full-color parallel / orthogonal Nicol images can be obtained. As will be described later, the light transmitted through the four regions (UL), (UR), (DL), and (DR) of the polarizing filter 4103 by the action of the microlens 3703 causes (UL1) (UR1) ( Each of the images is formed in four areas DL1) and DR1.

図42Bは、マイクロレンズアレイ型カラー偏光撮像部4101の断面構成の例を模式的に示している。図42Bでは、対物レンズ3502上の4領域のうち図41における90°偏光フィルタを配置した領域4201とおなじく0°偏光フィルタを配置した領域4202の2つの領域のみを記載している。被写体上の1点3700から発散した光は、対物レンズ3502上の2領域4201、4202をそれぞれ透過し、アレイ状光学素子3703を経由してカラーモザイクを配置したカラー撮像素子面4203に到達する。この際、対物レンズ上の2つの領域4201、4202を通過する光線による像が、異なる画素4204に到達する。このため、撮像面4203上に形成される像は、全体としては被写体の像であるが、詳細には異なる0°と90°の偏光領域の像から成立する。各領域4201、4202の像は、カラー撮像素子4203上のカラーモザイク2画素に対応している。   FIG. 42B schematically illustrates an example of a cross-sectional configuration of the microlens array type color polarization imaging unit 4101. FIG. 42B shows only two areas of the four areas on the objective lens 3502, the area 4202 where the 90 ° polarization filter is arranged in FIG. 41 and the area 4202 where the 0 ° polarization filter is arranged. The light diverging from one point 3700 on the subject passes through the two areas 4201 and 4202 on the objective lens 3502 and reaches the color imaging element surface 4203 where the color mosaic is arranged via the arrayed optical element 3703. At this time, an image formed by light rays passing through the two areas 4201 and 4202 on the objective lens reaches different pixels 4204. For this reason, the image formed on the imaging surface 4203 is an image of the subject as a whole, but in detail, is formed from images of different polarization regions of 0 ° and 90 °. The images of the areas 4201 and 4202 correspond to two color mosaic pixels on the color image sensor 4203.

図43は、本実施形態における開口部の偏光フィルタ領域4201、4202の断面構造を示す図である。この例では、偏光フィルタとして金属ワイヤグリッド層3801が用いられている。ワイヤグリッド層3801は、例えばピッチが100nm程度の金属ワイヤが透明基盤3802上に形成され得る。このようなワイヤグリッド層3801によれば、可視光範囲の広帯域で偏光動作を実現できる。   FIG. 43 is a diagram showing a cross-sectional structure of the polarizing filter regions 4201 and 4202 in the opening according to the present embodiment. In this example, a metal wire grid layer 3801 is used as a polarizing filter. For the wire grid layer 3801, for example, a metal wire having a pitch of about 100 nm can be formed on the transparent substrate 3802. According to such a wire grid layer 3801, a polarization operation can be realized in a wide band in the visible light range.

次の段には対物レンズ3502が配置される。ここで、ワイヤグリッド層3801と対物レンズ3502の配置順番、ワイヤグリッド層3801と対物レンズ3502との間隙の有無は任意である。偏光板は、可視光帯域の広い範囲にて偏光動作を実現するであれば、ワイヤグリッド偏光板以外のポリマー系偏光板であっても良い。   In the next stage, an objective lens 3502 is arranged. Here, the arrangement order of the wire grid layer 3801 and the objective lens 3502 and the presence or absence of a gap between the wire grid layer 3801 and the objective lens 3502 are arbitrary. The polarizing plate may be a polymer polarizing plate other than the wire grid polarizing plate as long as the polarizing operation is realized in a wide range of the visible light band.

図44は、画素選択再集積部210の処理を説明する図である。撮像素子4203上のイメージから2×2の画素単位ごとにそれぞれ左上、右上、左下、右下の画素を全画像にわたって選択し、再度集積することによって、解像度は1/2×1/2に低下するが、それぞれP(0°)偏光カラー画像4401、S(90°)偏光カラー画像4402、S(90°)偏光カラー画像4403、P(0°)偏光カラー画像4404とを分離することができる。これ以降はカラーモザイク補間部208の処理を行う。   FIG. 44 is a diagram for explaining the processing of the pixel selective re-integration unit 210. By selecting the upper left, upper right, lower left, and lower right pixels from the image on the image sensor 4203 for each 2 × 2 pixel unit over the entire image and integrating them again, the resolution is reduced to 1/2 × 1/2. However, the P (0 °) polarized color image 4401, the S (90 °) polarized color image 4402, the S (90 °) polarized color image 4403, and the P (0 °) polarized color image 4404 can be separated, respectively. . Thereafter, the processing of the color mosaic interpolation unit 208 is performed.

本実施形態では、1種の偏光フィルタ内にRGBGという2×2カラーベイヤ・モザイク単位が含まれるため、第2の実施形態の変形例2と同様の情報が得られる。さらにマイクロレンズ型偏光撮像素子の利点として、レンズ開口部に偏光板を配置できるため、サイズが大判のワイヤグリッド偏光素子を用いることができ、100:1程度の高い消光比を実現することができる利点を有する。   In this embodiment, since a 2 × 2 color Bayer mosaic unit called RGBG is included in one type of polarizing filter, the same information as that of the second modification of the second embodiment can be obtained. Further, as a merit of the micro lens type polarization imaging device, since a polarizing plate can be disposed in the lens opening, a large size wire grid polarizing device can be used, and a high extinction ratio of about 100: 1 can be realized. Have advantages.

上述の画像4401、4404と画像4402、4403とは、ほとんど同一の画像であるため、情報に冗長性を有している。しかし、これらの画像は、レンズの異なる位置を透過した光線から形成されるため、被写体までの距離が近い場合には、視差が存在する。以下の実施形態では、視差を利用して立体視を可能にする。   The above-mentioned images 4401 and 4404 and images 4402 and 4403 are almost the same image, and thus have redundancy in information. However, since these images are formed from light rays that have passed through different positions of the lens, parallax exists when the distance to the subject is short. In the following embodiments, stereoscopic viewing is enabled using parallax.

(第5の実施形態)
図45は、本開示の第5の実施形態における画像処理装置の全体構成を示す図である。本実施形態では、被写体表面の凹凸テクスチャを観察できる機能を有し、更に視差を利用した立体視をも可能になる。本実施形態が第1の実施形態と異なる部分は、モノクロ広帯域偏光撮像素子115がマイクロレンズアレイ型モノクロ偏光撮像部4501に変更されていること、画像プロセッサ110内に画素選択集積部210、視差画像合成部250を有すること、画像表示部114が立体画像表示部4501に変更されていること、および、画像観察時に立体メガネ4502を利用することである。
(Fifth embodiment)
FIG. 45 is a diagram illustrating an overall configuration of an image processing device according to the fifth embodiment of the present disclosure. In the present embodiment, it has a function of observing the uneven texture on the surface of the subject, and further enables stereoscopic viewing using parallax. This embodiment is different from the first embodiment in that the monochrome broadband polarization imaging device 115 is changed to a microlens array type monochrome polarization imaging unit 4501, a pixel selection / integration unit 210, a parallax image in the image processor 110. It is to have the composition unit 250, to change the image display unit 114 to a stereoscopic image display unit 4501, and to use stereoscopic glasses 4502 at the time of image observation.

マイクロレンズアレイ型モノクロ偏光撮像部4501は、基本的には、図37に示したマイクロレンズアレイ型カラー偏光撮像部3501と同じ構成を有しているが、開口部には図43に示されるように偏光板のみ設けられ、カラーフィルタが設けられていない。   The microlens array type monochrome polarization imaging unit 4501 basically has the same configuration as the microlens array type color polarization imaging unit 3501 shown in FIG. 37, but the opening is as shown in FIG. Only a polarizing plate is provided, and no color filter is provided.

検査用の内視鏡では、微細な鉗子を用いた粘膜の採集(いわゆる生検)や粘膜の除去治療を行う手術などにおいて、鉗子と粘膜との距離を認識するための立体視が有効である。本実施形態では、前述の実施形態で用いた開口型偏光撮像部の一部に左右の透明(スルー)領域を設けることによってレンズ内の左右領域の重心どうしの間隔を基線長とするステレオ視入力系を形成する。すなわち、左右の領域を透過した光線から、マイクロレンズアレイ型光学系を用いて視差画像を生成する。視差画像は、立体画像表示部4501に表示される。視差画像を交互が表示される場合、左右に設けたシャッタが交互に開閉する立体メガネ4502を装着すれば、表示された画像を立体的に視認することが可能になる。なお、立体画像表示4501の構成によっては、立体メガネ4502が無くても立体像を視認することが可能になる。   For inspection endoscopes, stereoscopic vision for recognizing the distance between the forceps and the mucosa is effective in collecting mucous membranes using so-called fine forceps (so-called biopsy) or performing surgery to remove the mucosa. . In this embodiment, a stereo vision input in which the distance between the centers of gravity of the left and right regions in the lens is set as the base line length by providing left and right transparent (through) regions in a part of the aperture-type polarization imaging unit used in the previous embodiment. Form a system. That is, a parallax image is generated from light rays that have passed through the left and right regions using a microlens array type optical system. The parallax image is displayed on the stereoscopic image display unit 4501. When parallax images are displayed alternately, if the 3D glasses 4502 in which shutters provided on the left and right are alternately opened and closed are mounted, the displayed image can be viewed in 3D. Note that depending on the configuration of the stereoscopic image display 4501, a stereoscopic image can be visually recognized without the stereoscopic glasses 4502.

図46は、内視鏡先端部における開口部と対物レンズ、レンズ上のフィルタ配置等を説明する図である。図46(A)は内視鏡先端部の斜視図であり、鉗子口から手術時に鉗子4604がせり出した状態を示している。図46(B)は、内視鏡先端部を正面から見た拡大図である。図46(B)に示されるように、内視鏡先端部は、照明レンズ107、開口部4602、および鉗子口4603を有する。開口部4602には、対物レンズが設けられている。鉗子4604は、図46(A)に示すように、手術時に鉗子口4603から突出するが、通常は、内視鏡内部に格納されている。図46(C)は、開口部4602の拡大図である。図46(C)に示されるように、照明レンズ107上には2行2列に配列された4個の領域が設けられている。   FIG. 46 is a diagram for explaining an opening at the distal end portion of the endoscope, an objective lens, a filter arrangement on the lens, and the like. FIG. 46A is a perspective view of the distal end portion of the endoscope, and shows a state where the forceps 4604 protrudes from the forceps opening during the operation. FIG. 46B is an enlarged view of the distal end portion of the endoscope as viewed from the front. As shown in FIG. 46B, the distal end portion of the endoscope has an illumination lens 107, an opening 4602, and a forceps port 4603. An objective lens is provided in the opening 4602. As shown in FIG. 46 (A), the forceps 4604 protrudes from the forceps opening 4603 during the operation, but is usually stored inside the endoscope. FIG. 46C is an enlarged view of the opening 4602. As shown in FIG. 46C, four regions arranged in two rows and two columns are provided on the illumination lens 107.

図46(D)は、開口部4602の拡大図である。開口部4602上に配置された2行2列の4個の領域のうち、第1行の左上(UL)および右上(UR)の2領域は透明(スルー)であり、第2行の左下(DL)および右下(DR)の2領域は、ぞれぞれ、P(0°)偏光透過領域およびS(90°)偏光透過領域である。これら偏光透過領域には、偏光透過軸の方向が交差している2個の偏光フィルタが配置されている。このような偏光フィルタは、例えば図38に示したようなワイヤグリッドから構成され得る。   FIG. 46D is an enlarged view of the opening 4602. Of the four regions of 2 rows and 2 columns arranged on the opening 4602, the upper left (UL) and upper right (UR) of the first row are transparent (through), and the lower left of the second row ( The two regions (DL) and lower right (DR) are a P (0 °) polarized light transmission region and an S (90 °) polarized light transmission region, respectively. In these polarization transmission regions, two polarization filters whose polarization transmission axis directions intersect are arranged. Such a polarizing filter may be composed of, for example, a wire grid as shown in FIG.

本実施形態によれば、開口部4602の左側の列に位置する領域(左側領域)を通過した光線による画像と、右側の列に位置する領域(右側領域)を通過した画像とを分離して取得することができる。それらの2種類の画像の間には、開口部4602の左側領域の重心と右側領域の重心との距離(DIS)だけ視差が発生する。   According to the present embodiment, the image by the light beam that has passed through the region located in the left column (left region) of the opening 4602 and the image that has passed through the region located in the right column (right region) are separated. Can be acquired. A parallax is generated between the two types of images by a distance (DIS) between the center of gravity of the left region of the opening 4602 and the center of gravity of the right region.

図47は、画素選択再集積部210の画像処理を模式的に示す図である。本実施形態によれば、被写体の一点で反射された光線が、開口部4602の領域UL、UR、DL,DRの各々を透過した後、撮像面3704の近傍のマイクレンズによって異なる光検知セルに入射するようにマイクロレンズアレイが構成されている。すなわち、個々のマイクロレンズが撮像面3704における4個の光検知素子からなる単位構造をカバーするよう配置されている。図46(D)に示される4個の領域を通過した光線は、それぞれ、図47の上部に示す撮像面3704の各単位構造に含まれる4個の光検知セルに入射する。このため、マイクロレンズアレイ型モノクロ偏光撮像部4501の開口部4602における領域UL、UR、DL,DRの各々を透過した光線による4種類の画像が、図47に示されるように、分離して生成され得る。その結果、透明な領域ULを通過した光線から得られる画像と、透明な領域URを通過した画像とからなる左右の視差画像が得られ、また、偏光フィルタが配置された2個の領域DL、DRからは、前述した処理により、P偏光の画像およびS偏光の画像が得られる。   FIG. 47 is a diagram schematically illustrating image processing of the pixel selection / re-integration unit 210. According to the present embodiment, the light beam reflected at one point of the subject passes through each of the regions UL, UR, DL, and DR of the opening 4602 and then passes to different light detection cells depending on the microphone lens in the vicinity of the imaging surface 3704. A microlens array is configured to be incident. That is, each microlens is arranged so as to cover a unit structure composed of four photodetecting elements on the imaging surface 3704. The light rays that have passed through the four regions shown in FIG. 46D are incident on the four light detection cells included in each unit structure of the imaging surface 3704 shown in the upper part of FIG. For this reason, four types of images generated by light rays that have passed through each of the regions UL, UR, DL, and DR in the opening 4602 of the microlens array type monochrome polarization imaging unit 4501 are separately generated as shown in FIG. Can be done. As a result, left and right parallax images consisting of an image obtained from a light beam that has passed through the transparent area UL and an image that has passed through the transparent area UR are obtained, and two areas DL in which polarization filters are arranged, From the DR, a P-polarized image and an S-polarized image are obtained by the above-described processing.

なお、領域DL、DRからえられる偏光画像の間に大きな視差が発生すると、前述した処理によって被写体表面の溝部を検知することが難しくなる。しかし、偏光画像を取得するモードでは、このような視差が問題にならない。以下、この理由を説明する。   If a large parallax occurs between the polarization images obtained from the regions DL and DR, it becomes difficult to detect the groove on the subject surface by the above-described processing. However, such parallax is not a problem in the mode of acquiring a polarization image. Hereinafter, the reason will be described.

図48の上側は、内視鏡を用いて手術を行うときの内視鏡先端部から被写体までの距離(被写体距離)を示している。図48の下側は、内視鏡を用いて検査を行うときの内視鏡先端部から被写体までの距離を示している。手術時において鉗子を用いて粘膜表面を切除する際、内視鏡先端部から被写体粘膜までの距離は、おおよそ5〜20mm程度である。一般にステレオ視では、基線長さの15から30倍程度の被写体距離を立体視できるとされている。内視鏡の対物レンズの直径は1mm程度であるから、透明領域間の重心距離DISは約0.5mm程度になり、ちょうど上記被写体距離の立体視に最適な視差が得られる。これは左右画像上では、たとえば距離X1と距離X2との差に相当する距離だけ、シーンの画素ズレが発生し得る。一方、検査時では、臓器表面の広い領域を観察する必要から被写体距離は50mm〜100mm程度である。この場合、内視鏡先端部から被写体までの距離が長いため、視差は発生せず、左右画像で画素ズレは実質的に0とみなすことができる。   The upper side of FIG. 48 shows the distance (subject distance) from the distal end portion of the endoscope to the subject when performing an operation using the endoscope. The lower side of FIG. 48 shows the distance from the distal end portion of the endoscope to the subject when the inspection is performed using the endoscope. When excising the mucosal surface using forceps during surgery, the distance from the endoscope tip to the subject mucosa is approximately 5 to 20 mm. In general, in stereoscopic vision, a subject distance of about 15 to 30 times the baseline length can be stereoscopically viewed. Since the diameter of the objective lens of the endoscope is about 1 mm, the center-of-gravity distance DIS between the transparent regions is about 0.5 mm, and an optimal parallax for stereoscopic viewing of the subject distance is obtained. On the left and right images, for example, a pixel shift of the scene can occur by a distance corresponding to the difference between the distance X1 and the distance X2. On the other hand, at the time of examination, the subject distance is about 50 mm to 100 mm because it is necessary to observe a wide area on the organ surface. In this case, since the distance from the distal end portion of the endoscope to the subject is long, no parallax occurs, and the pixel shift can be regarded as substantially zero in the left and right images.

したがって、被写体距離が長い検査時には、偏光撮像モードにおいて、被写体表面の凹凸テクスチャを検出して、溝部を擬似的に青く着色する画像を確認しておき、次に被写体距離を短くして立体観察モードに移行してからは、立体視を行いながら、被写体の粘膜表面を切除するようにすればよい。手術中には、視差が大きくなって偏光撮像の処理が実現しにくいが、近接距離であればインジゴカルミン溶液を実際に撒布できるので表面テクスチャ観察には問題ない。   Therefore, when the subject distance is long, in the polarization imaging mode, the uneven texture on the subject surface is detected, an image that artificially colors the groove is confirmed, and then the subject distance is shortened to reduce the subject distance. After shifting to, the mucosal surface of the subject may be excised while performing stereoscopic viewing. During the operation, the parallax becomes large and it is difficult to realize the polarization imaging process. However, since the indigo carmine solution can be actually distributed at a close distance, there is no problem in surface texture observation.

図48に示された視差を有する左右画像は、本実施形態では動画として立体画像表示部4501に再現される。画像観察時には立体メガネ4502を利用することで再現される。   The left and right images having parallax shown in FIG. 48 are reproduced on the stereoscopic image display unit 4501 as moving images in the present embodiment. The image is reproduced by using stereoscopic glasses 4502 at the time of image observation.

図49は、視差画像の左画像LL、右画像RRを立体画像表示部4501に交互に表示することにより、使用者が立体画像を観察している様子を示す図である。立体画像表示部4501には、期間T1の間にはLL画像のみが示され、次の期間T2の間にはRR画像のみが示される。この映像は偏光フィルタ板などを透過させることによって直線または円偏光の光4903として発光する。観察者は液晶シャッタなどから構成される立体メガネ4502をかけてこれを観察する。立体メガネの液晶シャッタは、立体画像表示部4501に同期して偏光4903に対してオープン(透過)とクローズ(遮断)を繰り返す。すなわち、期間T1の間はL液晶シャッタがオープンでR液晶シャッタがクローズとなり、期間T2の間はL液晶シャッタがクローズでR液晶シャッタがオープンとなる。期間T1、T2を十分に短く設定し、これらの期間を繰り返すことにより、人間の視覚系では立体視が成立する。   FIG. 49 is a diagram illustrating a state in which the user observes the stereoscopic image by alternately displaying the left image LL and the right image RR of the parallax image on the stereoscopic image display unit 4501. In the stereoscopic image display unit 4501, only the LL image is shown during the period T1, and only the RR image is shown during the next period T2. This image is emitted as linearly or circularly polarized light 4903 by passing through a polarizing filter plate or the like. An observer observes this by wearing stereoscopic glasses 4502 composed of a liquid crystal shutter or the like. The liquid crystal shutter of the stereoscopic glasses repeatedly opens (transmits) and closes (blocks) the polarized light 4903 in synchronization with the stereoscopic image display unit 4501. That is, during the period T1, the L liquid crystal shutter is open and the R liquid crystal shutter is closed, and during the period T2, the L liquid crystal shutter is closed and the R liquid crystal shutter is open. By setting the periods T1 and T2 sufficiently short and repeating these periods, stereoscopic vision is established in the human visual system.

本実施形態では、1つのシーンに対して、同時に0°(P)と90°(S)の2種の偏光画像が得られる。これは、第1の実施形態の装置で得られる偏光画像に相当するため、第1の実施形態について説明した面順次照明と組み合わせることにより、通常撮像モードおよび偏光撮像モードを実現でき、更に本実施形態では立体撮像モードが付加される。   In the present embodiment, two types of polarized images of 0 ° (P) and 90 ° (S) are obtained simultaneously for one scene. Since this corresponds to the polarization image obtained by the apparatus of the first embodiment, the normal imaging mode and the polarization imaging mode can be realized by combining with the field sequential illumination described in the first embodiment. In the form, a stereoscopic imaging mode is added.

(第6の実施形態)
図50は、本開示の第6の実施形態における画像処理装置の全体構成を示す図である。本画像処理装置は、第2の実施形態と同様、白色(ホワイト)光を照射して単板カラー撮像素子にてカラー撮像を行う。本実施形態でも、表面凹凸テクスチャを観察できる機能を有したまま、視差を利用した立体視をも可能にする。
(Sixth embodiment)
FIG. 50 is a diagram illustrating an overall configuration of an image processing device according to the sixth embodiment of the present disclosure. As in the second embodiment, the image processing apparatus irradiates white light and performs color imaging with a single-plate color imaging device. Even in the present embodiment, stereoscopic viewing using parallax is also possible while maintaining the function of observing the textured surface texture.

本実施形態が第4の実施形態と異なる点は、マイクロレンズアレイ型カラー偏光撮像部4101に用いる開口部のフィルタの左右領域に透明(スルー)領域が設けられていることと、画像プロセッサ110内に視差画像合成部250を有すること、画像表示部114が立体画像表示部4501に変更されていること、画像観察時には立体メガネ4502を利用することである。マイクロレンズアレイ型カラー偏光撮像部4101の構成は、対物レンズ3502の前に一対の透明領域が設けられている点を除けば、図42Bに示される構成と同じである。本実施形態でも、図42Bに示されるマイクロレンズアレイ3703に含まれる個々のマイクロレンズが、撮像面4203における4×4個の光検知セルを覆っている。   This embodiment is different from the fourth embodiment in that transparent (through) regions are provided in the left and right regions of the filter of the aperture used in the microlens array type color polarization imaging unit 4101, and in the image processor 110. A parallax image synthesizing unit 250, the image display unit 114 is changed to a three-dimensional image display unit 4501, and three-dimensional glasses 4502 are used for image observation. The configuration of the microlens array type color polarization imaging unit 4101 is the same as the configuration shown in FIG. 42B except that a pair of transparent regions is provided in front of the objective lens 3502. Also in this embodiment, each microlens included in the microlens array 3703 shown in FIG. 42B covers 4 × 4 light detection cells on the imaging surface 4203.

図51は、本実施形態における内視鏡先端部の構成例を示す図である。図51(A)は、内視鏡先端部の斜視図であり、鉗子口4603から手術時にせり出した鉗子4604が記載されている。図51(B)は、内視鏡先端部を正面から見た拡大図であり、照明レンズ107、開口部4602、鉗子口4603が示されている。図51(C)は開口部4602の拡大図である。図51(D)は、開口部4602上の2行2列に設けられた4個の領域の拡大図である。開口部4602の構成は、第5の実施形態における開口部4602の構成と同一である。   FIG. 51 is a diagram illustrating a configuration example of the endoscope distal end portion in the present embodiment. FIG. 51A is a perspective view of the distal end portion of the endoscope, and shows a forceps 4604 protruding from the forceps opening 4603 during surgery. FIG. 51B is an enlarged view of the front end portion of the endoscope as viewed from the front, and shows the illumination lens 107, the opening 4602, and the forceps port 4603. FIG. 51C is an enlarged view of the opening 4602. FIG. 51D is an enlarged view of four regions provided in two rows and two columns on the opening 4602. The configuration of the opening 4602 is the same as the configuration of the opening 4602 in the fifth embodiment.

図52は、開口部4602の領域DL、DRに設けられた一対の偏光フィルタと、撮像面4203上のカラーモザイクフィルタとの対応関係の一例を示している。マイクロレンズアレイ3703の作用により、開口部4602の領域UL、UR、DL、DRの各々を透過した光線は、カラーモザイクフィルタの4個の単位領域UL1、UR1、DL1、DR1にそれぞれ結像する。4個の単位領域UL1、UR1、DL1、DR1は、それぞれ、異なる色のカラーフィルタを含んでいる。本実施形態では、各単位領域がベイヤ配列を形成している。   FIG. 52 illustrates an example of a correspondence relationship between a pair of polarizing filters provided in the regions DL and DR of the opening 4602 and the color mosaic filter on the imaging surface 4203. Due to the action of the microlens array 3703, light rays that have passed through the regions UL, UR, DL, and DR of the opening 4602 are respectively imaged on the four unit regions UL1, UR1, DL1, and DR1 of the color mosaic filter. The four unit areas UL1, UR1, DL1, and DR1 each include color filters of different colors. In the present embodiment, each unit region forms a Bayer array.

図53は、画素選択再集積部での画像処理を説明するための図である。撮像面4023上に形成されたイメージから2行2列に配置された4個の画素単位ごとに、それぞれ、左上、右上、左下、右下の画素を全画像にわたって選択し、再度集積する。こうすることにより、解像度は1/2×1/2に低下するが、それぞれ、左カラー画像LL5301、右カラー画像RR5302、S(90°)偏光カラー画像5303、P(0°)偏光カラー画像5304を分離することができる。   FIG. 53 is a diagram for explaining image processing in the pixel selective re-integration unit. For each of four pixel units arranged in 2 rows and 2 columns from the image formed on the imaging surface 4023, the upper left, upper right, lower left, and lower right pixels are selected over the entire image and accumulated again. By doing so, the resolution is reduced to 1/2 × 1/2, but the left color image LL5301, right color image RR5302, S (90 °) polarized color image 5303, and P (0 °) polarized color image 5304, respectively. Can be separated.

本実施の形態では、各偏光フィルタに対応してRGBGという2×2ベイヤカラーモザイク単位が含まれるため、第4の実施形態の装置で得られた情報と同等の情報が得られ、かつ、視差画像を取得することもできる。   In the present embodiment, since 2 × 2 Bayer color mosaic units called RGBG are included corresponding to each polarization filter, information equivalent to the information obtained by the apparatus of the fourth embodiment can be obtained, and parallax can be obtained. Images can also be acquired.

(第6の実施の形態の変形)
図54を参照して第6の実施形態の変形例を説明する。マイクロレンズアレイ型カラー偏光撮像素子4101の開口部4602における偏光透過領域および透明領域の配列は、図51(C)に示された例に限定されない。図54(A)の例は、2行2列の4個の領域の対角位置に0°と90°の偏光フィルタが配置され、他の2個の領域は透明領域である。この配列では、透明領域の重心間距離DISを、前述の配置例における重心間距離DISの1.4倍程度に拡大できる。このため、左右画像の視差を大きくできる。
(Modification of the sixth embodiment)
A modification of the sixth embodiment will be described with reference to FIG. The arrangement of the polarization transmission region and the transparent region in the opening 4602 of the microlens array type color polarization imaging device 4101 is not limited to the example shown in FIG. In the example of FIG. 54A, polarization filters of 0 ° and 90 ° are arranged at diagonal positions of four regions of 2 rows and 2 columns, and the other two regions are transparent regions. In this arrangement, the center-of-gravity distance DIS of the transparent region can be increased to about 1.4 times the center-of-gravity distance DIS in the above-described arrangement example. For this reason, the parallax of the left and right images can be increased.

図51(B)の例では、開口部4602に2行3列に配置された6個の領域が設けられている。開口部4602の中心付近の視差が少ない領域に0°と90°の偏光フィルタが設けられ、開口部4602内の左右の離れた位置に透明領域が設けられている。この配置により、重心間距離DISをさらに大きくすることができる。この配置を採用すれば、被写体距離が短い場合においても、偏光撮像時で左右画像の画素ズレが少なくなり、より長い被写体距離でも立体視が可能になる。   In the example of FIG. 51B, six regions arranged in two rows and three columns are provided in the opening 4602. Polarization filters of 0 ° and 90 ° are provided in a region with little parallax near the center of the opening 4602, and transparent regions are provided in left and right positions within the opening 4602. By this arrangement, the center-of-gravity distance DIS can be further increased. By adopting this arrangement, even when the subject distance is short, the pixel shift between the left and right images is reduced during polarization imaging, and stereoscopic viewing is possible even with a longer subject distance.

図51(C)の例では、開口部4602に4行4列に配置された16個の領域が設けられている。開口部4602の中心付近の視差が少ない領域に0°と90°の偏光フィルタが配置され、開口部4602内の左右上下の離れた位置に透明領域が設けられている。従って、偏光撮像時の画像の画素ズレが少なくなり、立体視が左右のみならず上下でも可能になる。なお、図54(B)、(C)の例では、開口部4602の配列パターンに整合するように、マイクロレンズアレイ3703の配列を設定する。すなわち、撮像面において、それぞれ、2行3列の6個の光検知セルおよび4行4列の16個の光検知セルが各基本単位を構成する。   In the example of FIG. 51C, 16 regions arranged in 4 rows and 4 columns are provided in the opening 4602. Polarization filters of 0 ° and 90 ° are arranged in a region with little parallax near the center of the opening 4602, and transparent regions are provided at left and right and up and down positions in the opening 4602. Therefore, the pixel shift of the image during polarization imaging is reduced, and stereoscopic viewing is possible not only on the left and right but also on the top and bottom. In the examples of FIGS. 54B and 54C, the arrangement of the microlens array 3703 is set so as to match the arrangement pattern of the openings 4602. That is, on the imaging surface, 6 photodetecting cells in 2 rows and 3 columns and 16 photodetecting cells in 4 rows and 4 columns constitute each basic unit.

従来、内視鏡の光学系は、フォーカス合わせを不必要にするため、焦点深度を深く設定してきた。このような光学系では、ボケ量が少なく、対物レンズの左右領域の各々を透過した光線は撮像面上で大きな画素ズレを発生しない。そのため、従来の内視鏡では単眼立体視が困難である。本開示の実施形態では、焦点深度が浅い光学系を用いて、単眼立体視を有効にすることができる。マイクロレンズアレイ型の撮像素子を用いる場合、焦点深度が深い画像を必要とするときには、画素選択によってレンズ中心付近のみを透過した光線による信号を集積すれば、レンズを絞った効果と同様の効果を得ることができ、焦点深度が深い画像を生成できる。   Conventionally, endoscope optical systems have set the depth of focus deep in order to make focusing unnecessary. In such an optical system, the amount of blur is small, and light rays that have passed through each of the left and right regions of the objective lens do not cause a large pixel shift on the imaging surface. Therefore, monocular stereoscopic vision is difficult with a conventional endoscope. In the embodiment of the present disclosure, monocular stereoscopic vision can be validated using an optical system with a shallow depth of focus. When using a microlens array-type image sensor, if an image with a deep focal depth is required, if the signals from the light rays that have passed through only the vicinity of the lens center are integrated by pixel selection, the same effect as the effect of narrowing the lens can be obtained. And an image with a deep focal depth can be generated.

(第7の実施形態)
図55は、本開示の第7の実施形態における画像処理装置の全体構成を示す図である。本画像処理装置は、第1、第5の実施形態と同様、面順次方式で動作する。本実施形態では、表面凹凸テクスチャを観察できる機能を有しつつ、視差を利用した立体視をも可能にする。本実施形態の特徴点は、第5の実施形態におけるマイクロレンズアレイ型カラー偏光撮像部の代わりに複眼レンズ型カラー撮像部を搭載している点にある。複眼型カラー撮像部とは、複眼カメラと同様に複数のロッドレンズを備える複眼レンズ部5601が内視鏡先端部に配置され、被写体の複数の像がカラー撮像素子5503の撮像面上に結像する。
(Seventh embodiment)
FIG. 55 is a diagram illustrating an overall configuration of an image processing device according to the seventh embodiment of the present disclosure. As in the first and fifth embodiments, the image processing apparatus operates in a frame sequential manner. In the present embodiment, a stereoscopic view using parallax is also possible while having a function of observing the textured surface texture. The feature of this embodiment is that a compound eye lens type color image pickup unit is mounted instead of the micro lens array type color polarization image pickup unit in the fifth embodiment. In the compound eye type color imaging unit, a compound eye lens unit 5601 including a plurality of rod lenses is arranged at the distal end of the endoscope as in the compound eye camera, and a plurality of images of the subject are formed on the imaging surface of the color imaging element 5503. To do.

図56は、内視鏡先端部を示す拡大図である。図56(A)は内視鏡先端部の斜視図を示し、図56(B)は先端部の正面図を示す。複眼レンズ部5601を拡大した図が図56(C)である。本実施形態では、複眼レンズ部5601に4個のロッドレンズUL、UR、DL、DRが配置されている。ロッドレンズUL、URは透明領域であるが、ロッドレンズDLには0°(P)透過軸を有する偏光フィルタが設けられており、ロッドレンズDRには90°(S)透過軸を有する偏光フィルタが設けられている。   FIG. 56 is an enlarged view showing the distal end portion of the endoscope. 56A shows a perspective view of the distal end portion of the endoscope, and FIG. 56B shows a front view of the distal end portion. FIG. 56C is an enlarged view of the compound eye lens portion 5601. In the present embodiment, four rod lenses UL, UR, DL, DR are arranged in the compound eye lens portion 5601. The rod lenses UL and UR are transparent regions, but the rod lens DL is provided with a polarizing filter having a 0 ° (P) transmission axis, and the rod lens DR is a polarizing filter having a 90 ° (S) transmission axis. Is provided.

図57は、画像分離部260の処理を示す図であり、撮像面4203上の上下左右の画像が分離される。この4枚の画像への分離により、1種類の照明光の照射に対して、視差を有する非偏光画像5701、5702および、P偏光画像5703とS偏光画像5704が得られる。これらの処理は、第5の実施形態について説明した通りである。   FIG. 57 is a diagram illustrating processing of the image separation unit 260, and the upper, lower, left, and right images on the imaging surface 4203 are separated. By separation into four images, unpolarized images 5701 and 5702 having parallax, a P-polarized image 5703, and an S-polarized image 5704 are obtained for one type of illumination light irradiation. These processes are as described in the fifth embodiment.

(第8の実施形態)
図58は、本開示の第8の実施形態における画像処理装置の全体構成を模式的に示す図である。本画像処理装置は、第2、第4、第6の実施形態と同様、白色(ホワイト)光を照射して単板カラー撮像素子にてカラー撮像を行う。本実施形態でも、被写体の表面凹凸テクスチャを観察できる機能を有しつつ、視差を利用した立体視が可能になる。
(Eighth embodiment)
FIG. 58 is a diagram schematically illustrating an overall configuration of an image processing device according to the eighth embodiment of the present disclosure. As in the second, fourth, and sixth embodiments, this image processing apparatus irradiates white light and performs color imaging with a single-plate color imaging device. Even in the present embodiment, stereoscopic viewing using parallax is possible while having the function of observing the texture of the surface of the subject.

本実施形態の特徴点は、マイクロレンズアレイ型カラー偏光撮像部の代わりに複眼レンズ型カラー撮像部5502を搭載する。   A feature point of this embodiment is that a compound eye lens type color imaging unit 5502 is mounted instead of the micro lens array type color polarization imaging unit.

図59(A)は内視鏡先端部の斜視図であり、図59(B)は内視鏡先端部の正面拡大図である。複眼レンズ部5601を拡大した図が図59(C)である。照明光を出射する構成以外は、図56を参照して説明した第7の実施形態の構成と同一である。   FIG. 59 (A) is a perspective view of the distal end portion of the endoscope, and FIG. 59 (B) is an enlarged front view of the distal end portion of the endoscope. FIG. 59C is an enlarged view of the compound eye lens portion 5601. Except for the configuration for emitting illumination light, the configuration is the same as that of the seventh embodiment described with reference to FIG.

図60は、画像分離部260の処理を示す図であり、撮像面4203上の上下左右の画像が分離され、後段のカラーモザイク補間部208へ処理が進む。カラーモザイク補間部208の処理も前述した通りである。   FIG. 60 is a diagram illustrating processing of the image separation unit 260, and the upper, lower, left, and right images on the imaging surface 4203 are separated, and the processing proceeds to the subsequent color mosaic interpolation unit 208. The processing of the color mosaic interpolation unit 208 is also as described above.

なお、第1の実施形態および第7の実施形態では、面順次方式の照明光照射を行い、それらの実施形態以外の実施形態では、白色の偏光照明を行い、直交ニコル画像(P⊥)、(S⊥)を取得している。偏光照明の偏光方向を45度づつ回転させ、4種類の偏光照明について、直交ニコル状態の画像(0°⊥)、(45°⊥)、(90°⊥)、(135°⊥)を取得してもよい。その場合、偏光照明の偏光方向を45°づつ回転できるようにし、同時に偏光撮像素子でも45°づつ回転させた偏光モザイクアレイを使用する。4種類の偏光画像を取得するため、1回の撮像に時間がかかるが、表面凹凸テクスチャをより高精度に取得できる。   In the first embodiment and the seventh embodiment, the illumination light irradiation of the frame sequential method is performed, and in the embodiments other than those embodiments, the white polarized illumination is performed, and the orthogonal Nicol image (P⊥), (S⊥) has been acquired. The polarization direction of the polarized illumination is rotated by 45 degrees, and images (0 ° ⊥), (45 ° ⊥), (90 ° ⊥), (135 ° ⊥) are obtained for the four types of polarized illumination. May be. In this case, a polarization mosaic array is used in which the polarization direction of the polarized illumination can be rotated by 45 °, and at the same time, the polarization imaging device is also rotated by 45 °. Since four types of polarized images are acquired, it takes time for one imaging, but the surface uneven texture can be acquired with higher accuracy.

(第9の実施形態)
図61は、本開示の第9の実施形態における画像処理装置の全体構成を模式的に示す図である。本実施形態は、基本的には、本開示の第5の実施形態と同一の表面凹凸テクスチャを観察できる機能を有したまま、視差を利用した立体視をも可能にする面順次式の内視鏡である。
(Ninth embodiment)
FIG. 61 is a diagram schematically illustrating an overall configuration of an image processing device according to the ninth embodiment of the present disclosure. This embodiment basically has a function of observing the same surface uneven texture as that of the fifth embodiment of the present disclosure, and is also capable of stereoscopic viewing using parallax. It is a mirror.

本実施形態が、第5の実施形態と異なる部分は、マイクロレンズアレイ型モノクロ広帯域偏光撮像部6101の開口領域の構成と、パンフォーカス画像表示部6102を備えている点にある。マイクロレンズアレイ型モノクロ広帯域偏光撮像部6101は、基本的には、図37に示されているマイクロレンズアレイ型モノクロ広帯域偏光撮像部3501と同じである。本実施形態でも、撮像面3704にはカラーモザイクフィルタは設けられておらず、対物レンズ3502の4個の領域が撮像面3704の2行2列に配置された4個の画素に対応する。   This embodiment is different from the fifth embodiment in that it includes a configuration of an opening area of a microlens array type monochrome broadband polarization imaging unit 6101 and a pan focus image display unit 6102. The micro lens array type monochrome broadband polarization imaging unit 6101 is basically the same as the micro lens array type monochrome broadband polarization imaging unit 3501 shown in FIG. Also in this embodiment, the imaging surface 3704 is not provided with a color mosaic filter, and the four regions of the objective lens 3502 correspond to the four pixels arranged in two rows and two columns of the imaging surface 3704.

本実施形態の画像処理装置は、直交ニコル、平行ニコルの単眼立体視画像を取得できる特性を持ちながら、深い被写界深度のパンフォーカス画像を得ることが可能である。通常の内視鏡によるカラー画像観察では、被写体までの距離にかかわらずに焦点が合うパンフォーカス特性の光学系が使われている。しかし、このような光学特性では、対物レンズの左右の領域を透過した光線が撮像面上ではあまり大きくずれない。そのため、単眼立体視自身は困難になる。   The image processing apparatus according to the present embodiment can obtain a pan-focus image having a deep depth of field while having a characteristic capable of acquiring orthogonal Nicol and parallel Nicol monocular stereoscopic images. In color image observation with a normal endoscope, an optical system having a pan-focus characteristic that focuses regardless of the distance to the subject is used. However, with such optical characteristics, the light beam that has passed through the left and right regions of the objective lens does not deviate significantly on the imaging surface. Therefore, monocular stereoscopic vision itself becomes difficult.

本実施形態では、単眼立体視が可能な焦点ボケを有する対物レンズを用いながら、被写界焦点深度の深いパンフォーカス画像を得ることができる。このようなパンフォーカス画像を表示するため、本実施形態では、画像合成部206の出力を受け取るパンフォーカス画像表示部6102を備えている。パンフォーカス画像表示部6102は、通常の2次元表示を行うための表示装置であり、立体表示部4503が2次元表示機能を有している場合には、立体表示部4503がパンフォーカス表示6102を兼用し得る。   In the present embodiment, a pan-focus image having a deep depth of field can be obtained while using an objective lens having a focal blur that enables monocular stereoscopic vision. In order to display such a pan-focus image, the present embodiment includes a pan-focus image display unit 6102 that receives the output of the image composition unit 206. The pan focus image display unit 6102 is a display device for performing normal two-dimensional display. When the stereoscopic display unit 4503 has a two-dimensional display function, the stereoscopic display unit 4503 displays the pan focus display 6102. Can be combined.

図62は、本実施形態における内視鏡先端部の構成例を示す図である。図62(A)は、内視鏡先端部の斜視図であり、鉗子口4603から手術時にせり出した鉗子4604が記載されている。図62(B)は、内視鏡先端部を正面から見た拡大図であり、照明レンズ107、開口部4602、鉗子口4603が示されている。開口部4602には対物レンズが配置され得る。図62(C)は開口部4602の拡大図である。開口部4602には、2×2=4個の領域が設けられている。この2×2領域は、基本的には、図46に示す構成を同じ構成を備えているが、左上の領域ULおよび右上の領域URが遮光部から構成されており、これらの領域UL、URの各々における中心付近に視差距離DISだけ離れた微小開口部(透明部)が設けられている点で異なっている。左下の領域DLおよび右下の領域DRは、それぞれ、P(0°)偏光透過領域およびS(90°)偏光透過領域である。偏光透過領域は、例えばワイヤグリッドから形成され得る。   FIG. 62 is a diagram illustrating a configuration example of the endoscope distal end portion in the present embodiment. FIG. 62 (A) is a perspective view of the distal end portion of the endoscope, and describes a forceps 4604 protruding from the forceps opening 4603 during the operation. FIG. 62 (B) is an enlarged view of the front end portion of the endoscope as seen from the front, and shows the illumination lens 107, the opening 4602, and the forceps port 4603. An objective lens may be disposed in the opening 4602. FIG. 62C is an enlarged view of the opening 4602. The opening 4602 is provided with 2 × 2 = 4 regions. This 2 × 2 region basically has the same configuration as that shown in FIG. 46, but the upper left region UL and the upper right region UR are formed of a light shielding portion, and these regions UL, UR Are different in that a minute opening (transparent part) separated by a parallax distance DIS is provided in the vicinity of the center of each. The lower left region DL and the lower right region DR are a P (0 °) polarized light transmission region and an S (90 °) polarized light transmission region, respectively. The polarized light transmission region can be formed from, for example, a wire grid.

上記の構成によれば、4領域を透過した光線のうち、ULおよびUR領域では光線が微小開口部により絞られるため、それぞれの位置から観察した被写体のパンフォーカス画像(UL画像、UR画像)、すなわち被写界深度の深い2D画像が得られ、それらの2枚を左右眼で観察すれば、3Dの立体視も可能になる。   According to the above configuration, among the light beams that have passed through the four regions, the light beams are narrowed by the minute openings in the UL and UR regions, so that the pan focus image (UL image, UR image) of the subject observed from each position, That is, a 2D image having a deep depth of field is obtained, and if these two images are observed with the left and right eyes, 3D stereoscopic vision is also possible.

図63は、画素選択再集積部210の画像処理を示す。図61の画素選択再集積部210の働きにより、領域UL、UR、DL,DRを透過した光線による画像が分離生成される。その結果、領域UL、URの微細開口部を透過した光線から左右の視差画像が得られる。また、領域DL、DRを透過した光線からは、P偏光の画像およびS偏光の画像が得られる。   FIG. 63 shows image processing of the pixel selection re-integration unit 210. The image of the light rays that have passed through the regions UL, UR, DL, and DR are separated and generated by the operation of the pixel selective re-integration unit 210 in FIG. As a result, left and right parallax images are obtained from the light rays that have passed through the fine openings in the regions UL and UR. A P-polarized image and an S-polarized image are obtained from the light rays that have passed through the regions DL and DR.

パンフォーカス撮像モードにおいては、図63に示すUL画像またはUR画像のいずれか一方が選択されて2D画像が表示される。なお、遮光部および微細開口部は、領域DL、DRに設けてもよいが、その場合、遮光部による光量減少と偏光フィルタによる光量減少とが重なる。   In the pan focus imaging mode, either the UL image or the UR image shown in FIG. 63 is selected and a 2D image is displayed. In addition, although the light shielding part and the fine opening part may be provided in the regions DL and DR, in that case, the light quantity reduction by the light shielding part and the light quantity reduction by the polarizing filter overlap.

本実施形態では、面順次方式で照明を行うが、第6の実施形態が備える照明部(図51)を採用してもよい。その場合、撮像面上の2×2領域とカラーモザイクとの対応関係を図52に示す構成に変更すればよい。本実施形態における撮像モードと、その場合の照明光、得られる画像は、以下のようにまとめることができる。

Figure 2014108193
In the present embodiment, illumination is performed in a frame sequential manner, but an illumination unit (FIG. 51) provided in the sixth embodiment may be employed. In that case, the correspondence relationship between the 2 × 2 region on the imaging surface and the color mosaic may be changed to the configuration shown in FIG. The imaging mode in this embodiment, the illumination light in that case, and the obtained image can be summarized as follows.
Figure 2014108193

(第9の実施形態の変形例)
図64は、第9の実施形態の変形例における開口部4603の構成を示す。この変形例では、第9の実施形態の構成のうち、開口部4603の構成以外に変更は無い。図64(A)の例では、レンズ開口部を分割した4領域のうちの領域URのみに遮光部および微小開口部が設けられている。領域ULは透明部であり、領域DL、DRには透過軸0°の偏光フィルタが設けられている。この例では、照射する照明光を、(1)通常撮像モードの非偏光、(2)偏光撮像モードの0°直線偏光、(3)偏光撮像モードの90°直線偏光の間で切り替えることにより、以下のように、各領域を透過した光線から異なる画像が得られる。ただし、平行、直交ニコル画像についてはP/Sの両方を得ることはできない。また立体撮像は、(2)の偏光撮像モードで得られる平行ニコル画像のR画像およびL画像を用いて実行することが望ましい。この例では、以下の画像が得られる。

Figure 2014108193
(Modification of the ninth embodiment)
FIG. 64 shows the configuration of the opening 4603 in a modification of the ninth embodiment. In this modification, there is no change other than the configuration of the opening 4603 in the configuration of the ninth embodiment. In the example of FIG. 64A, the light shielding portion and the minute opening portion are provided only in the region UR among the four regions obtained by dividing the lens opening portion. The region UL is a transparent portion, and a polarizing filter having a transmission axis of 0 ° is provided in the regions DL and DR. In this example, the illumination light to be irradiated is switched between (1) non-polarized light in the normal imaging mode, (2) 0 ° linearly polarized light in the polarized imaging mode, and (3) 90 ° linearly polarized light in the polarized imaging mode. Different images are obtained from light rays that have passed through each region as follows. However, both P / S cannot be obtained for parallel and orthogonal Nicol images. Further, it is desirable that the stereoscopic imaging is executed using the R image and the L image of the parallel Nicol image obtained in the polarization imaging mode of (2). In this example, the following image is obtained.
Figure 2014108193

図64(B)の例では、レンズ開口部を分割した2領域のうちの領域Rのみに遮光部および開口部を設けている。また領域Lには透過軸0°の偏光フィルタを配置している。この場合、照明光を、(1)通常撮像モードの非偏光、(2)偏光撮像モードの0°直線偏光、(3)偏光撮像モードの90°直線偏光の間で切り替えることにより、以下のように各領域を透過した光線から異なる画像が得られる。立体撮像は、領域Rのパンフォーカス画像と領域Lの偏光フィルタ透過画像とを用いて実現され得る。この例では、以下の画像が得られる。

Figure 2014108193
In the example of FIG. 64B, the light shielding portion and the opening are provided only in the region R of the two regions obtained by dividing the lens opening. In the region L, a polarizing filter having a transmission axis of 0 ° is arranged. In this case, the illumination light is switched between (1) non-polarized light in the normal imaging mode, (2) 0 ° linearly polarized light in the polarized imaging mode, and (3) 90 ° linearly polarized light in the polarized imaging mode as follows. Different images are obtained from the light rays transmitted through each region. The stereoscopic imaging can be realized using the pan-focus image in the region R and the polarization filter transmission image in the region L. In this example, the following image is obtained.
Figure 2014108193

(第10の実施形態)
図65は、第10の実施形態にかかるマイクロレンズアレイ型モノクロ広帯域偏光撮像部6101を示す。本実施形態の基本構成は、図61を参照して説明した第9実施形態の構成と同一である。異なる点は、マイクロレンズ3703が対物レンズ3502の上下左右に位置する2行2列の領域を撮像面3704における2行2列の画素に対応させるのではなく、対物レンズ3502の3行3列の領域6501〜6503を撮像面3704上の3×3画素6504に対応させている点である。図65では、簡単のため、3個の領域6501〜6503だけが記載されている。
(Tenth embodiment)
FIG. 65 shows a microlens array type monochrome broadband polarization imaging unit 6101 according to the tenth embodiment. The basic configuration of the present embodiment is the same as the configuration of the ninth embodiment described with reference to FIG. The difference is that the micro lens 3703 does not correspond to the 2 rows and 2 columns of pixels on the imaging surface 3704 in the 2 rows and 2 columns area where the objective lens 3502 is located on the top, bottom, left and right, but instead of the 3 rows and 3 columns of the objective lens 3502. The area 6501 to 6503 corresponds to the 3 × 3 pixels 6504 on the imaging surface 3704. In FIG. 65, only three regions 6501 to 6503 are shown for simplicity.

図66(A)〜(C)は、本実施形態の内視鏡先端部を示す図である。対物レンズ4602は、図66(C)に示すように、3行3列に配置された9個の領域a〜iに分けられている。領域aおよび領域bは透明領域であり、重心距離DISの視差を形成する。領域eはレンズ中心部に位置する。領域gおやよび領域iは、偏光透過軸が90°異なる偏光フィルタ領域であり、重心距離DISの視差を形成する。   66 (A) to 66 (C) are views showing the endoscope distal end portion of the present embodiment. As shown in FIG. 66C, the objective lens 4602 is divided into nine regions a to i arranged in 3 rows and 3 columns. Regions a and b are transparent regions and form a parallax with a center-of-gravity distance DIS. Region e is located at the center of the lens. The region g and the region i are polarization filter regions having different polarization transmission axes by 90 °, and form a parallax with a center-of-gravity distance DIS.

図67は、画素選択再集積部210の画像処理を示すである。マイクロレンズ3703および画素選択再集積部210の働きにより、9個の領域a〜iを透過した光線による画像が分離生成される。領域aと領域cから左右の視差画像が得られ、領域gと領域iからP偏光とS偏光の撮像画像が得られる。   FIG. 67 shows image processing of the pixel selection / re-integration unit 210. The microlens 3703 and the pixel selection / re-integration unit 210 function to separate and generate images of light rays that have passed through the nine regions a to i. Left and right parallax images are obtained from the areas a and c, and P-polarized and S-polarized captured images are obtained from the areas g and i.

パンフォーカス撮像モードにおいて、領域eのレンズ中心のみを透過した光線で生成される画像が選択されて2D画像表示される。   In the pan focus imaging mode, an image generated by a light beam that has passed through only the center of the lens in the region e is selected and a 2D image is displayed.

本実施形態では、レンズ開口領域が撮像面上で3×3=9領域に分割されるため、個々の画像解像度が低下するが、レンズ中心部を透過したパンフォーカス画像、すなわち十分絞った状態の全画像に焦点の合った画像を得られる。   In this embodiment, since the lens aperture area is divided into 3 × 3 = 9 areas on the imaging surface, the individual image resolution is reduced, but the pan-focus image that is transmitted through the center of the lens, that is, in a sufficiently narrowed state. An image in focus on all images can be obtained.

(第11の実施形態)
図68は、本開示の第11の実施形態を示すブロック図である。この実施形態では、マイクロレンズアレイ型カラー偏光撮像素子および複眼レンズ型カラー撮像素子は搭載されておらず、通常のカラー撮像素子を備え、それによって立体視を実現する。本実施形態では、第2の実施形態と同じように、白色(ホワイト)光を被写体に照射し、単板カラー撮像素子でカラー撮像を行う(同時方式)。本実施形態は、レンズ開口部に設けられた偏光フィルタ6802と、カラー偏光撮像素子6801とを備えている。
(Eleventh embodiment)
FIG. 68 is a block diagram illustrating an eleventh embodiment of the present disclosure. In this embodiment, the microlens array type color polarization image pickup device and the compound eye lens type color image pickup device are not mounted, but a normal color image pickup device is provided, thereby realizing stereoscopic viewing. In the present embodiment, as in the second embodiment, the subject is irradiated with white light and color imaging is performed with a single-plate color imaging device (simultaneous method). The present embodiment includes a polarizing filter 6802 provided in the lens opening and a color polarization imaging element 6801.

図69に示すように、内視鏡先端では、偏光面が0°(P)、90°(S)の異なる照明光を出射する多数の照射口が交互に配置されている。隣接しない同種の8個のLEDからなる2組が交互に選択されて点灯することによって、P偏光およびS偏光の照明が交互に実現し、この照明に同期してカラー撮像が行われる。   As shown in FIG. 69, at the distal end of the endoscope, a large number of irradiation ports for emitting illumination lights having different polarization planes of 0 ° (P) and 90 ° (S) are alternately arranged. By alternately lighting two sets of eight LEDs of the same type that are not adjacent to each other, lighting of P-polarized light and S-polarized light is realized alternately, and color imaging is performed in synchronization with the lighting.

対物レンズ3502の開口部は左右に2分割され、L領域には0°、R領域には90°の偏光フィルタが設けられている。これらの偏光フィルタは、ポリマー系フィルムや、ワイヤグリッド等で形成されてよい。   The opening of the objective lens 3502 is divided into right and left, and a 0 ° polarizing filter is provided in the L region and a 90 ° polarizing filter is provided in the R region. These polarizing filters may be formed of a polymer film, a wire grid, or the like.

直線偏光を粘膜などの非常に滑らかな面に照射すれば、直線偏光は、ほぼそのまま戻ってくる。図70は、この状況を示す。受光側のレンズ面が2つの領域に分割されていると、直線偏光が0°の時にはレンズの左側の領域Lのみを透過した光線による画像が、直線偏光が90°の時にはレンズの右側の領域Rのみを透過した光線による画像が交互に時分割で得られる。実際には、被写体からの反射光に含まれる非偏光成分が反対側の領域を透過するため、視野の半分が暗くなることはない。従って、交互に得られるL画像およびR画像を時分割で表示することにより、立体画像を表示できる。   If linearly polarized light is irradiated onto a very smooth surface such as a mucous membrane, the linearly polarized light returns almost as it is. FIG. 70 illustrates this situation. When the lens surface on the light receiving side is divided into two regions, an image by a light beam that has passed through only the region L on the left side of the lens when the linearly polarized light is 0 °, and a region on the right side of the lens when the linearly polarized light is 90 ° Images by light rays that have passed through only R are alternately obtained in a time-sharing manner. Actually, since the non-polarized light component included in the reflected light from the subject passes through the opposite region, half of the field of view does not become dark. Therefore, a stereoscopic image can be displayed by displaying the L image and the R image obtained alternately in time division.

本実施形態では、偏光撮像が立体視のみに用いられるため、直交ニコル画像などを画像処理することはできない。また撮像する被写体が偏光を崩さないなめらかな表面を持つ場合に有効である。しかし、本実施形態の構成は、例えばカプセル内視鏡のような小型または簡単な構造を持つ装置に適用することが可能である。本実施形態の構成によれば、照明光量が少ない場合でも、画像が明るくなるため、焦点ボケを発生しやすい内視鏡でも有効な単眼立体視を実現できる。   In the present embodiment, since polarization imaging is used only for stereoscopic vision, it is not possible to perform image processing on a crossed Nicols image or the like. It is also effective when the subject to be imaged has a smooth surface that does not break the polarization. However, the configuration of the present embodiment can be applied to a device having a small or simple structure such as a capsule endoscope. According to the configuration of the present embodiment, even when the amount of illumination light is small, the image becomes bright, so that effective monocular stereoscopic vision can be realized even with an endoscope that is likely to generate defocus.

本開示の実施形態は、消化器内科向け医療用内視鏡、皮膚科、歯科、眼科、外科などのメディカル用途のカメラ、工業用内視鏡、指紋撮像装置、さらに工場などにおける表面検査装置など被写体の表面凹凸の観察、検査、認識を必要とする画像処理分野に広く適用可能である。本開示の実施形態によれば、なめらかな透明物体または半透明物体の表面の凹凸を正しく検出でき、人間に判別しやすい形での強調表示をすることができる。このため、本開示の実施形態は、輝度観察では困難な凹凸の検査に最適である。   Embodiments of the present disclosure include medical endoscopes for gastrointestinal internal medicine, cameras for medical use such as dermatology, dentistry, ophthalmology, and surgery, industrial endoscopes, fingerprint imaging devices, and surface inspection devices in factories, etc. The present invention is widely applicable to the field of image processing that requires observation, inspection, and recognition of surface irregularities of a subject. According to the embodiment of the present disclosure, it is possible to correctly detect irregularities on the surface of a smooth transparent object or a semi-transparent object, and it is possible to perform highlighting in a form that is easy for humans to distinguish. For this reason, the embodiment of the present disclosure is optimal for inspection of unevenness that is difficult in luminance observation.

また、本開示の画像処理装置は、デジタルカメラやビデオカメラ、監視カメラなどに適用でき、水面や空撮影におけるコントラスト向上やガラス越しの撮影等に広く利用可能である。   In addition, the image processing apparatus of the present disclosure can be applied to a digital camera, a video camera, a surveillance camera, and the like, and can be widely used for improving contrast on a water surface or aerial photography, photographing through glass, and the like.

101 内視鏡
102 制御装置
103 挿入部
104 光源装置
105 ライトガイド
106 先端部
107 照明レンズ
108 映像信号線
109 対物レンズ
110 画像プロセッサ
111 内臓粘膜表面(凹凸あり)
112 同期装置
113 反射光
114 表示部
115 モノクロ広帯域偏光撮像素子
116 カラーホイール
117 偏光または非偏光照明光
118 光源
119 カラー偏光撮像素子
120 照明回転制御部
200 照明用フィルタ
202 偏光モザイク処理部
204 凹領域検出部
206 画像合成部
208 カラーモザイク補間部
210 画素選択再集積部
220 マイクロレンズ
222 第1ワイヤグリッド層
224 第2ワイヤグリッド層
226 平坦化層
228 平坦化層
230 配線
232 PD(フォトダイオード)
240 カラーフィルタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Endoscope 102 Control apparatus 103 Insertion part 104 Light source device 105 Light guide 106 Front-end | tip part 107 Illumination lens 108 Video signal line 109 Objective lens 110 Image processor 111 Visceral mucosal surface (with unevenness)
112 Synchronizer 113 Reflected Light 114 Display Unit 115 Monochrome Broadband Polarized Image Sensor 116 Color Wheel 117 Polarized or Unpolarized Illumination Light 118 Light Source 119 Color Polarized Image Sensor 120 Illumination Rotation Control Unit 200 Illumination Filter 202 Polarization Mosaic Processing Unit 204 Concave Area Detection Unit 206 image composition unit 208 color mosaic interpolation unit 210 pixel selective re-integration unit 220 microlens 222 first wire grid layer 224 second wire grid layer 226 planarization layer 228 planarization layer 230 wiring 232 PD (photodiode)
240 color filter

Claims (19)

偏光撮像モードにおいて、第1の方向に偏光した状態にある第1の照明光、および、前記第1の方向と交差する第2の方向に偏光した状態にある第2の照明光で、順次、被写体を照射し、非偏光撮像モードにおいては、非偏光照明光で前記被写体を照射する照明部であって、前記第1の照明光の波長域が前記第2の照明光の波長域に重複しない部分を有するように前記第1および第2の照明光を順次出射する照明部と、
偏光子および透明領域が設けられた開口領域と、
前記開口領域の偏光子または透明領域を透過した光を受けて信号を出力する光検知素子アレイを有する撮像素子であって、各々が複数の光検知素子を覆う複数のマイクロレンズを有する撮像素子と、
前記偏光撮像モードにおいては、前記第1の照明光で前記被写体が照射されているときに前記第1の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第1の偏光画像および/または前記被写体が前記第2の照明光で照射されているときに前記第2の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第2の偏光画像を得て、前記非偏光撮像モードにおいては、前記非偏光照明光で前記被写体が照射されているときに偏光子または透明領域を透過した光の信号によって構成される非偏光画像を得て、立体撮像モードにおいては偏光子または透明領域を透過した光の信号によって構成される複数の視差画像を得る画素選択再集積部と、
前記第1および第2の偏光画像の少なくとも一方に基づいて前記被写体の表面における凹領域を検出する凹領域検出部と、
前記被写体の表面における前記凹領域を強調して示す画像を形成する画像合成部と、
前記視差画像を時間的に交互に再現する視差画像合成部と、
を備える画像処理装置。
In the polarization imaging mode, the first illumination light that is polarized in the first direction and the second illumination light that is polarized in the second direction intersecting the first direction, sequentially, In the non-polarization imaging mode, the illumination unit irradiates the subject with non-polarized illumination light, and the wavelength range of the first illumination light does not overlap the wavelength range of the second illumination light. An illumination unit that sequentially emits the first and second illumination lights to have a portion;
An aperture region provided with a polarizer and a transparent region;
An image pickup device having a light detection element array that receives a light transmitted through a polarizer or a transparent region in the aperture region and outputs a signal, each having a plurality of microlenses covering a plurality of light detection devices; ,
The polarized imaging mode is configured by a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction crossing the first direction when the subject is irradiated with the first illumination light. A first polarization image and / or a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction intersecting the second direction when the subject is illuminated with the second illumination light. A second polarized image obtained is obtained, and in the non-polarized imaging mode, it is constituted by a light signal transmitted through a polarizer or a transparent region when the subject is irradiated with the non-polarized illumination light. A pixel selective re-integration unit that obtains a non-polarized image and obtains a plurality of parallax images composed of light signals transmitted through a polarizer or a transparent region in the stereoscopic imaging mode;
A concave area detection unit that detects a concave area on the surface of the subject based on at least one of the first and second polarization images;
An image composition unit that forms an image that highlights and shows the concave region on the surface of the subject;
A parallax image synthesizing unit that alternately reproduces the parallax images in time, and
An image processing apparatus comprising:
前記開口領域には、偏光透過軸の方向が異なる複数の偏光子および複数の透明領域が設けられており、
前記画素選択再集積部は、前記偏光撮像モードにおいては、前記第1の照明光で前記被写体が照射されているときに前記第1の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第1の偏光画像と、前記被写体が前記第2の照明光で照射されているときに前記第2の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第2の偏光画像とを得る、請求項1に記載の画像処理装置。
The opening region is provided with a plurality of polarizers and a plurality of transparent regions having different directions of the polarization transmission axis,
In the polarization imaging mode, the pixel selective re-integration unit includes a polarizer having the polarization transmission axis in a direction intersecting the first direction when the subject is irradiated with the first illumination light. A polarizer having a first polarization image composed of a signal of transmitted light and the polarization transmission axis in a direction intersecting the second direction when the subject is illuminated with the second illumination light The image processing apparatus according to claim 1, wherein a second polarization image configured by a signal of light transmitted through the image is obtained.
前記開口領域の前記複数の透明領域は、それぞれ、遮光領域によって囲まれて微小開口部を形成しており、
前記画素選択再集積部は、各微小開口部を透過した光の信号によって構成されるパンフォーカス画像を得る、請求項2に記載の画像処理装置。
Each of the plurality of transparent regions of the opening region is surrounded by a light shielding region to form a minute opening,
The image processing apparatus according to claim 2, wherein the pixel selective re-integration unit obtains a pan-focus image composed of a signal of light transmitted through each minute opening.
前記開口領域の透明領域は、遮光領域によって囲まれて1つの微小開口部を形成しており、
前記画素選択再集積部は、前記微小開口部を透過した光の信号によって構成されるパンフォーカス画像を得る、請求項1に記載の画像処理装置。
The transparent area of the opening area is surrounded by a light shielding area to form one minute opening,
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the pixel selective re-integration unit obtains a pan-focus image configured by a signal of light transmitted through the minute opening.
前記開口領域の前記透明領域の一部は、前記開口領域の中心を含むように拡がっており、 前記複数のマイクロレンズの各々は、3行3列に配置された複数の光検知素子アレイを覆うように配置されており、
前記開口領域の中心を透過した光は、前記3行3列に配置された複数の光検知素子アレイの中央に位置する光検知素子アレイに入射する請求項1に記載の画像処理装置。
A part of the transparent region of the opening region extends so as to include the center of the opening region, and each of the plurality of microlenses covers a plurality of light detection element arrays arranged in three rows and three columns. Are arranged so that
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the light transmitted through the center of the opening region is incident on a light detection element array positioned at the center of the plurality of light detection element arrays arranged in the 3 rows and 3 columns.
偏光撮像モードにおいて、第1の方向に偏光した状態にある第1の白色照明光、および、前記第1の方向と交差する第2の方向に偏光した状態にある第2の白色照明光で、順次、被写体を照射し、非偏光撮像モードにおいては、非偏光白色照明光で前記被写体を照射する照明部と、
偏光透過軸の方向が異なる複数の偏光子および透明領域が設けられた開口領域と、
光透過特性が異なるカラーフィルタが配列されたカラーモザイクフィルタを有し、前記開口領域の各偏光子または各透明領域を透過した後、更に各カラーフィルタを透過した光を受けて信号を出力する光検知素子アレイを有する撮像素子であって、各々が複数の光検知素子を覆う複数のマイクロレンズを有する撮像素子と、
前記偏光撮像モードにおいては、前記第1の白色照明光で前記被写体が照射されているときに前記第1の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第1の偏光画像と、前記被写体が前記第2の白色照明光で照射されているときに前記第2の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第2の偏光画像とを、各マイクロレンズに覆われた前記複数の光検知素子から選択した一部の光検知素子からの信号に基づいて形成し、前記非偏光撮像モードにおいては、前記非偏光白色照明光で前記被写体が照射されているときに各偏光子を透過した光の信号によって構成される非偏光画像を得て、立体撮像モードにおいては各透明領域を透過した光の信号によって構成される複数の視差画像を得る画素選択再集積部と、
前記第1および第2の偏光画像の少なくとも一方に基づいて前記被写体の表面における凹領域を検出する凹領域検出部と、
前記被写体の表面における前記凹領域を強調して示す画像を形成する画像合成部と、
前記視差画像を時間的に交互に再現する視差画像合成部と、
を備える画像処理装置。
In the polarization imaging mode, the first white illumination light in a state polarized in a first direction and the second white illumination light in a state polarized in a second direction intersecting the first direction, Sequentially illuminating the subject, and in the non-polarization imaging mode, an illumination unit that irradiates the subject with non-polarized white illumination light; and
An aperture region provided with a plurality of polarizers and transparent regions having different directions of polarization transmission axes;
Light that has a color mosaic filter in which color filters having different light transmission characteristics are arranged, passes through each polarizer or each transparent region of the aperture region, and then receives light transmitted through each color filter and outputs a signal An imaging device having a sensing element array, each having a plurality of microlenses covering a plurality of light sensing elements;
In the polarization imaging mode, it is configured by a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction intersecting the first direction when the subject is irradiated with the first white illumination light. And a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction crossing the second direction when the subject is illuminated with the second white illumination light. And forming a second polarized image based on signals from a part of the light detection elements selected from the plurality of light detection elements covered by each microlens, in the non-polarization imaging mode , To obtain a non-polarized image composed of a signal of light transmitted through each polarizer when the subject is illuminated with the non-polarized white illumination light, and in the stereoscopic imaging mode, the light transmitted through each transparent region signal Thus a pixel selection re stacking unit to obtain a plurality of parallax images constituted,
A concave area detection unit that detects a concave area on the surface of the subject based on at least one of the first and second polarization images;
An image composition unit that forms an image that highlights and shows the concave region on the surface of the subject;
A parallax image synthesizing unit that alternately reproduces the parallax images in time, and
An image processing apparatus comprising:
偏光撮像モードにおいて、第1の方向に偏光した状態にある第1の照明光、および、前記第1の方向と交差する第2の方向に偏光した状態にある第2の照明光で、順次、被写体を照射し、非偏光撮像モードにおいては、非偏光照明光で前記被写体を照射する照明部であって、前記第1の照明光の波長域が前記第2の照明光の波長域に重複しない部分を有するように前記第1および第2の照明光を順次出射する照明部と、
偏光透過軸の方向が異なる複数の偏光子および複数の透明領域が設けられた複眼レンズ部であって、各々に偏光子または透明領域が設けられた複数のレンズを有する複眼レンズ部と、
前記複眼レンズ部の各偏光子または各透明領域を透過した光を受けて信号を出力する光検知素子アレイを有する撮像素子と、
前記偏光撮像モードにおいては、前記第1の照明光で前記被写体が照射されているときに前記第1の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第1の偏光画像と、前記被写体が前記第2の照明光で照射されているときに前記第2の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第2の偏光画像とを得て、前記非偏光撮像モードにおいては前記非偏光照明光で前記被写体が照射されているときに各偏光子を透過した光の信号によって構成される非偏光画像を得て、立体撮像モードにおいては各透明領域を透過した光の信号によって構成される複数の視差画像を得る画素選択再集積部と、
前記第1および第2の偏光画像の少なくとも一方に基づいて前記被写体の表面における凹領域を検出する凹領域検出部と、
前記被写体の表面における前記凹領域を強調して示す画像を形成する画像合成部と、
前記視差画像を時間的に交互に再現する視差画像合成部と、
を備える画像処理装置。
In the polarization imaging mode, the first illumination light that is polarized in the first direction and the second illumination light that is polarized in the second direction intersecting the first direction, sequentially, In the non-polarization imaging mode, the illumination unit irradiates the subject with non-polarized illumination light, and the wavelength range of the first illumination light does not overlap the wavelength range of the second illumination light. An illumination unit that sequentially emits the first and second illumination lights to have a portion;
A compound eye lens unit provided with a plurality of polarizers and a plurality of transparent regions having different directions of polarization transmission axes, each having a plurality of lenses each provided with a polarizer or a transparent region; and
An image pickup device having a light detection element array that receives light transmitted through each polarizer or each transparent region of the compound eye lens unit and outputs a signal;
The polarized imaging mode is configured by a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction crossing the first direction when the subject is irradiated with the first illumination light. And a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction crossing the second direction when the subject is illuminated with the second illumination light. A non-polarized image composed of a signal of light transmitted through each polarizer when the subject is illuminated with the non-polarized illumination light in the non-polarized imaging mode. Obtaining a plurality of parallax images composed of light signals transmitted through the transparent regions in the stereoscopic imaging mode;
A concave area detection unit that detects a concave area on the surface of the subject based on at least one of the first and second polarization images;
An image composition unit that forms an image that highlights and shows the concave region on the surface of the subject;
A parallax image synthesizing unit that alternately reproduces the parallax images in time, and
An image processing apparatus comprising:
偏光撮像モードにおいて、第1の方向に偏光した状態にある第1の白色照明光、および、前記第1の方向と交差する第2の方向に偏光した状態にある第2の白色照明光で、順次、被写体を照射し、非偏光撮像モードにおいては、非偏光白色照明光で前記被写体を照射する照明部と、
偏光透過軸の方向が異なる複数の偏光子および複数の透明領域が設けられた複眼レンズ部であって、各々に偏光子または透明領域が設けられた複数のレンズを有する複眼レンズ部と、
光透過特性が異なるカラーフィルタが配列されたカラーモザイクフィルタを有し、前記複眼レンズ部の各偏光子または各透明領域を透過した後、更に各カラーフィルタを透過した光を受けて信号を出力する光検知素子アレイを有する撮像素子光と、
前記偏光撮像モードにおいては、前記第1の照明光で前記被写体が照射されているときに前記第1の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第1の偏光画像と、前記被写体が前記第2の照明光で照射されているときに前記第2の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第2の偏光画像とを得て、前記非偏光撮像モードにおいては前記非偏光照明光で前記被写体が照射されているときに各偏光子を透過した光の信号によって構成される非偏光画像を得て、立体撮像モードにおいては各透明領域を透過した光の信号によって構成される複数の視差画像を得る画素選択再集積部と、
前記第1および第2の偏光画像の少なくとも一方に基づいて前記被写体の表面における凹領域を検出する凹領域検出部と、
前記被写体の表面における前記凹領域を強調して示す画像を形成する画像合成部と、
前記視差画像を時間的に交互に再現する視差画像合成部と、
を備える画像処理装置。
In the polarization imaging mode, the first white illumination light in a state polarized in a first direction and the second white illumination light in a state polarized in a second direction intersecting the first direction, Sequentially illuminating the subject, and in the non-polarization imaging mode, an illumination unit that irradiates the subject with non-polarized white illumination light; and
A compound eye lens unit provided with a plurality of polarizers and a plurality of transparent regions having different directions of polarization transmission axes, each having a plurality of lenses each provided with a polarizer or a transparent region; and
It has a color mosaic filter in which color filters having different light transmission characteristics are arranged, and after passing through each polarizer or each transparent region of the compound eye lens unit, further receives light transmitted through each color filter and outputs a signal. Image sensor light having a light sensing element array;
The polarized imaging mode is configured by a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction crossing the first direction when the subject is irradiated with the first illumination light. And a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction crossing the second direction when the subject is illuminated with the second illumination light. A non-polarized image composed of a signal of light transmitted through each polarizer when the subject is illuminated with the non-polarized illumination light in the non-polarized imaging mode. Obtaining a plurality of parallax images composed of light signals transmitted through the transparent regions in the stereoscopic imaging mode;
A concave area detection unit that detects a concave area on the surface of the subject based on at least one of the first and second polarization images;
An image composition unit that forms an image that highlights and shows the concave region on the surface of the subject;
A parallax image synthesizing unit that alternately reproduces the parallax images in time, and
An image processing apparatus comprising:
偏光撮像モードにおいて、第1の方向に偏光した状態にある第1の白色照明光、および、前記第1の方向と交差する第2の方向に偏光した状態にある第2の白色照明光で、順次、被写体を照射し、非偏光撮像モードにおいては、非偏光白色照明光で前記被写体を照射する照明部と、
偏光透過軸の方向が異なる複数の偏光子が設けられた開口領域と、
光透過特性が異なるカラーフィルタが配列されたカラーモザイクフィルタを有し、前記開口領域の各偏光子を透過した後、更に各カラーフィルタを透過した光を受けて信号を出力する光検知素子アレイを有する撮像素子と、
各偏光子を透過した光の信号によって構成される時分割の複数の視差画像を得る画素選択再集積部と、
前記視差画像を時間的に交互に再現する視差画像合成部と、
を備える画像処理装置。
In the polarization imaging mode, the first white illumination light in a state polarized in a first direction and the second white illumination light in a state polarized in a second direction intersecting the first direction, Sequentially illuminating the subject, and in the non-polarization imaging mode, an illumination unit that irradiates the subject with non-polarized white illumination light; and
An aperture region provided with a plurality of polarizers having different directions of polarization transmission axes;
A photo-detecting element array having a color mosaic filter in which color filters having different light transmission characteristics are arranged, and further transmitting light after passing through each polarizer in the aperture region and receiving light transmitted through each color filter. An imaging device having
A pixel selective re-integration unit that obtains a plurality of time-division parallax images configured by light signals transmitted through each polarizer;
A parallax image synthesizing unit that alternately reproduces the parallax images in time, and
An image processing apparatus comprising:
前記第1の照明光の波長域は、B(ブルー)およびG(グリーン)の少なくとも一方の波長域に含まれ、
前記第2の照明光の波長域は、B(ブルー)およびG(グリーン)の少なくとも一方の波長域に含まれている、請求項1に記載の画像処理装置。
The wavelength range of the first illumination light is included in at least one wavelength range of B (blue) and G (green),
The image processing apparatus according to claim 1, wherein a wavelength range of the second illumination light is included in at least one of a wavelength range of B (blue) and G (green).
前記第1の照明光の波長域は、B(ブルー)の波長域の一部およびG(グリーン)の波長域の一部に含まれ、
前記第2の照明光の波長域は、B(ブルー)の波長域の他の一部およびG(グリーン)の波長域の他の一部に含まれる、請求項1に記載の画像処理装置。
The wavelength range of the first illumination light is included in a part of the B (blue) wavelength range and a part of the G (green) wavelength range,
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the wavelength range of the second illumination light is included in another part of the B (blue) wavelength range and another part of the G (green) wavelength range.
前記第1の照明光の波長域は、B(ブルー)の波長域の一部、G(グリーン)の波長域の一部、およびR(レッド)の波長域の一部に含まれ、
前記第2の照明光の波長域は、B(ブルー)の波長域の他の一部、G(グリーン)の波長域の他の一部、およびR(レッド)の波長域の他の一部に含まれ、請求項1に記載の画像処理装置。
The wavelength range of the first illumination light is included in a part of the wavelength range of B (blue), a part of the wavelength range of G (green), and a part of the wavelength range of R (red),
The wavelength range of the second illumination light includes another part of the B (blue) wavelength range, another part of the G (green) wavelength range, and another part of the R (red) wavelength range. And an image processing apparatus according to claim 1.
前記照明部は、前記第1の照明光として、B(ブルー)の波長域の一部に含まれる光、G(グリーン)の波長域の一部に含まれる光、およびR(レッド)の波長域の一部に含まれる光を、それぞれ異なるタイミングで出射し、また、前記第2の照明光として、B(ブルー)の波長域の他の一部に含まれる光、G(グリーン)の波長域の他の一部に含まれる光、およびR(レッド)の波長域の他の一部に含まれる光を、それぞれ異なるタイミングで出射する、請求項8に記載の画像処理装置。   The illumination unit includes, as the first illumination light, light included in a part of a B (blue) wavelength range, light included in a part of a G (green) wavelength range, and a wavelength of R (red). The light included in a part of the region is emitted at different timings, and as the second illumination light, the light included in the other part of the B (blue) wavelength region, the wavelength of G (green) The image processing apparatus according to claim 8, wherein light included in another part of the region and light included in the other part of the R (red) wavelength region are emitted at different timings. 前記照明部は、前記第1の照明光および第2の照明光を交互に出射し、かつ、R(レッド)、G(グリーン)、およびB(ブルー)の各波長域に含まれる光を順次出射する、請求項13に記載の画像処理装置。   The illuminating unit emits the first illumination light and the second illumination light alternately, and sequentially includes light included in each wavelength region of R (red), G (green), and B (blue). The image processing apparatus according to claim 13, which emits light. 請求項1から5のいずれかに記載の画像処理装置に用いられる内視鏡であって、
偏光撮像モードにおいて、第1の方向に偏光した状態にある第1の照明光、および、前記第1の方向と交差する第2の方向に偏光した状態にある第2の照明光で、順次、被写体を照射し、非偏光撮像モードにおいては、非偏光照明光で前記被写体を照射する照明部であって、前記第1の照明光の波長域が前記第2の照明光の波長域に重複しない部分を有するように前記第1および第2の照明光を順次出射する照明部と、
偏光子および透明領域が設けられた開口領域と、
前記開口領域の偏光子または透明領域を透過した光を受けて信号を出力する光検知素子アレイを有する撮像素子であって、各々が複数の光検知素子を覆う複数のマイクロレンズを有する撮像素子と、
前記偏光撮像モードにおいては、前記第1の照明光で前記被写体が照射されているときに前記第1の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第1の偏光画像および/または前記被写体が前記第2の照明光で照射されているときに前記第2の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第2の偏光画像を得て、前記非偏光撮像モードにおいては、前記非偏光照明光で前記被写体が照射されているときに偏光子または透明領域を透過した光の信号によって構成される非偏光画像を得て、立体撮像モードにおいては偏光子または透明領域を透過した光の信号によって構成される複数の視差画像を得る画素選択再集積部と、
を備える内視鏡。
An endoscope used in the image processing apparatus according to any one of claims 1 to 5,
In the polarization imaging mode, the first illumination light that is polarized in the first direction and the second illumination light that is polarized in the second direction intersecting the first direction, sequentially, In the non-polarization imaging mode, the illumination unit irradiates the subject with non-polarized illumination light, and the wavelength range of the first illumination light does not overlap the wavelength range of the second illumination light. An illumination unit that sequentially emits the first and second illumination lights to have a portion;
An aperture region provided with a polarizer and a transparent region;
An image pickup device having a light detection element array that receives a light transmitted through a polarizer or a transparent region in the aperture region and outputs a signal, each having a plurality of microlenses covering a plurality of light detection devices; ,
The polarized imaging mode is configured by a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction crossing the first direction when the subject is irradiated with the first illumination light. A first polarization image and / or a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction intersecting the second direction when the subject is illuminated with the second illumination light. A second polarized image obtained is obtained, and in the non-polarized imaging mode, it is constituted by a light signal transmitted through a polarizer or a transparent region when the subject is irradiated with the non-polarized illumination light. A pixel selective re-integration unit that obtains a non-polarized image and obtains a plurality of parallax images composed of light signals transmitted through a polarizer or a transparent region in the stereoscopic imaging mode;
An endoscope comprising:
請求項6に記載の画像処理装置に用いられる内視鏡であって、
偏光撮像モードにおいて、第1の方向に偏光した状態にある第1の白色照明光、および、前記第1の方向と交差する第2の方向に偏光した状態にある第2の白色照明光で、順次、被写体を照射し、非偏光撮像モードにおいては、非偏光白色照明光で前記被写体を照射する照明部と、
偏光透過軸の方向が異なる複数の偏光子および透明領域が設けられた開口領域と、
光透過特性が異なるカラーフィルタが配列されたカラーモザイクフィルタを有し、前記開口領域の各偏光子または各透明領域を透過した後、更に各カラーフィルタを透過した光を受けて信号を出力する光検知素子アレイを有する撮像素子であって、各々が複数の光検知素子を覆う複数のマイクロレンズを有する撮像素子と、
前記偏光撮像モードにおいては、前記第1の白色照明光で前記被写体が照射されているときに前記第1の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第1の偏光画像と、前記被写体が前記第2の白色照明光で照射されているときに前記第2の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第2の偏光画像とを、各マイクロレンズに覆われた前記複数の光検知素子から選択した一部の光検知素子からの信号に基づいて形成し、前記非偏光撮像モードにおいては、前記非偏光白色照明光で前記被写体が照射されているときに各偏光子を透過した光の信号によって構成される非偏光画像を得て、立体撮像モードにおいては各透明領域を透過した光の信号によって構成される複数の視差画像を得る画素選択再集積部と、
を備える内視鏡。
An endoscope used in the image processing apparatus according to claim 6,
In the polarization imaging mode, the first white illumination light in a state polarized in a first direction and the second white illumination light in a state polarized in a second direction intersecting the first direction, Sequentially illuminating the subject, and in the non-polarization imaging mode, an illumination unit that irradiates the subject with non-polarized white illumination light; and
An aperture region provided with a plurality of polarizers and transparent regions having different directions of polarization transmission axes;
Light that has a color mosaic filter in which color filters having different light transmission characteristics are arranged, passes through each polarizer or each transparent region of the aperture region, and then receives light transmitted through each color filter and outputs a signal An imaging device having a sensing element array, each having a plurality of microlenses covering a plurality of light sensing elements;
In the polarization imaging mode, it is configured by a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction intersecting the first direction when the subject is irradiated with the first white illumination light. And a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction crossing the second direction when the subject is illuminated with the second white illumination light. And forming a second polarized image based on signals from a part of the light detection elements selected from the plurality of light detection elements covered by each microlens, in the non-polarization imaging mode , To obtain a non-polarized image composed of a signal of light transmitted through each polarizer when the subject is illuminated with the non-polarized white illumination light, and in the stereoscopic imaging mode, the light transmitted through each transparent region signal Thus a pixel selection re stacking unit to obtain a plurality of parallax images constituted,
An endoscope comprising:
請求項7に記載の画像処理装置に用いられる内視鏡であって、
偏光撮像モードにおいて、第1の方向に偏光した状態にある第1の照明光、および、前記第1の方向と交差する第2の方向に偏光した状態にある第2の照明光で、順次、被写体を照射し、非偏光撮像モードにおいては、非偏光照明光で前記被写体を照射する照明部であって、前記第1の照明光の波長域が前記第2の照明光の波長域に重複しない部分を有するように前記第1および第2の照明光を順次出射する照明部と、
偏光透過軸の方向が異なる複数の偏光子および複数の透明領域が設けられた複眼レンズ部であって、各々に偏光子または透明領域が設けられた複数のレンズを有する複眼レンズ部と、
前記複眼レンズ部の各偏光子または各透明領域を透過した光を受けて信号を出力する光検知素子アレイを有する撮像素子と、
前記偏光撮像モードにおいては、前記第1の照明光で前記被写体が照射されているときに前記第1の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第1の偏光画像と、前記被写体が前記第2の照明光で照射されているときに前記第2の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第2の偏光画像とを得て、前記非偏光撮像モードにおいては前記非偏光照明光で前記被写体が照射されているときに各偏光子を透過した光の信号によって構成される非偏光画像を得て、立体撮像モードにおいては各透明領域を透過した光の信号によって構成される複数の視差画像を得る画素選択再集積部と、
を備える内視鏡。
An endoscope used in the image processing apparatus according to claim 7,
In the polarization imaging mode, the first illumination light that is polarized in the first direction and the second illumination light that is polarized in the second direction intersecting the first direction, sequentially, In the non-polarization imaging mode, the illumination unit irradiates the subject with non-polarized illumination light, and the wavelength range of the first illumination light does not overlap the wavelength range of the second illumination light. An illumination unit that sequentially emits the first and second illumination lights to have a portion;
A compound eye lens unit provided with a plurality of polarizers and a plurality of transparent regions having different directions of polarization transmission axes, each having a plurality of lenses each provided with a polarizer or a transparent region; and
An image pickup device having a light detection element array that receives light transmitted through each polarizer or each transparent region of the compound eye lens unit and outputs a signal;
The polarized imaging mode is configured by a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction crossing the first direction when the subject is irradiated with the first illumination light. And a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction crossing the second direction when the subject is illuminated with the second illumination light. A non-polarized image composed of a signal of light transmitted through each polarizer when the subject is illuminated with the non-polarized illumination light in the non-polarized imaging mode. Obtaining a plurality of parallax images composed of light signals transmitted through the transparent regions in the stereoscopic imaging mode;
An endoscope comprising:
請求項8に記載の画像処理装置に用いられる内視鏡であって、
偏光撮像モードにおいて、第1の方向に偏光した状態にある第1の白色照明光、および、前記第1の方向と交差する第2の方向に偏光した状態にある第2の白色照明光で、順次、被写体を照射し、非偏光撮像モードにおいては、非偏光白色照明光で前記被写体を照射する照明部と、
偏光透過軸の方向が異なる複数の偏光子および複数の透明領域が設けられた複眼レンズ部であって、各々に偏光子または透明領域が設けられた複数のレンズを有する複眼レンズ部と、
光透過特性が異なるカラーフィルタが配列されたカラーモザイクフィルタを有し、前記複眼レンズ部の各偏光子または各透明領域を透過した後、更に各カラーフィルタを透過した光を受けて信号を出力する光検知素子アレイを有する撮像素子光と、
前記偏光撮像モードにおいては、前記第1の照明光で前記被写体が照射されているときに前記第1の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第1の偏光画像と、前記被写体が前記第2の照明光で照射されているときに前記第2の方向に交差する方向に前記偏光透過軸を有する偏光子を透過した光の信号によって構成される第2の偏光画像とを得て、前記非偏光撮像モードにおいては前記非偏光照明光で前記被写体が照射されているときに各偏光子を透過した光の信号によって構成される非偏光画像を得て、立体撮像モードにおいては各透明領域を透過した光の信号によって構成される複数の視差画像を得る画素選択再集積部と、
を備える内視鏡。
An endoscope used in the image processing apparatus according to claim 8,
In the polarization imaging mode, the first white illumination light in a state polarized in a first direction and the second white illumination light in a state polarized in a second direction intersecting the first direction, Sequentially illuminating the subject, and in the non-polarization imaging mode, an illumination unit that irradiates the subject with non-polarized white illumination light; and
A compound eye lens unit provided with a plurality of polarizers and a plurality of transparent regions having different directions of polarization transmission axes, each having a plurality of lenses each provided with a polarizer or a transparent region; and
It has a color mosaic filter in which color filters having different light transmission characteristics are arranged, and after passing through each polarizer or each transparent region of the compound eye lens unit, further receives light transmitted through each color filter and outputs a signal. Image sensor light having a light sensing element array;
The polarized imaging mode is configured by a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction crossing the first direction when the subject is irradiated with the first illumination light. And a signal of light transmitted through a polarizer having the polarization transmission axis in a direction crossing the second direction when the subject is illuminated with the second illumination light. A non-polarized image composed of a signal of light transmitted through each polarizer when the subject is illuminated with the non-polarized illumination light in the non-polarized imaging mode. Obtaining a plurality of parallax images composed of light signals transmitted through the transparent regions in the stereoscopic imaging mode;
An endoscope comprising:
請求項9に記載の画像処理装置に用いられる内視鏡であって、
偏光撮像モードにおいて、第1の方向に偏光した状態にある第1の白色照明光、および、前記第1の方向と交差する第2の方向に偏光した状態にある第2の白色照明光で、順次、被写体を照射し、非偏光撮像モードにおいては、非偏光白色照明光で前記被写体を照射する照明部と、
偏光透過軸の方向が異なる複数の偏光子設けられた開口領域と、
光透過特性が異なるカラーフィルタが配列されたカラーモザイクフィルタを有し、前記開口領域の各偏光子を透過した後、更に各カラーフィルタを透過した光を受けて信号を出力する光検知素子アレイを有する撮像素子と、
各偏光子を透過した光の信号によって構成される時分割の複数の視差画像を得る画素選択再集積部と、
を備える内視鏡。
An endoscope used in the image processing device according to claim 9,
In the polarization imaging mode, the first white illumination light in a state polarized in a first direction and the second white illumination light in a state polarized in a second direction intersecting the first direction, Sequentially illuminating the subject, and in the non-polarization imaging mode, an illumination unit that irradiates the subject with non-polarized white illumination light; and
An aperture region provided with a plurality of polarizers having different directions of polarization transmission axes;
A photo-detecting element array having a color mosaic filter in which color filters having different light transmission characteristics are arranged, and further transmitting light after passing through each polarizer in the aperture region and receiving light transmitted through each color filter. An imaging device having
A pixel selective re-integration unit that obtains a plurality of time-division parallax images configured by light signals transmitted through each polarizer;
An endoscope comprising:
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