JP2015020003A - 画像歪み補正装置及び画像歪み補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】渦巻状に走査されることによって複雑に歪んだ画像を補正するには多くの時間を必要とする。
【解決手段】画像歪み補正装置を、渦巻状に走査された、複数の指標が規則的に配列された被写体からの戻り光を受光することによって検出された被写体の画像信号を取得する手段と、取得された画像信号に対し、走査光による走査領域内の走査位置と対応する位置関係にある二次元画素配列内の画素位置を、画像信号の検出タイミングに応じて割り当て、割り当てられた画素位置に各画像信号を配列することにより被写体の画像を生成する手段と、生成された画像内における各指標の画素位置を検出する手段と、検出された各指標の画素位置に基づいて複数の指標を並べた指標画像配列を作成する手段と、作成された指標画像配列を所定の理想配列と比較し、比較結果に基づいて画像内における各指標の歪みを補正する手段から構成する。
【選択図】図９

Description

この発明は、渦巻状に走査された被写体の画像の歪みを補正する画像歪み補正装置及び画像歪み補正方法に関する。

被写体を周期的に走査することにより得た信号を画像化する走査型イメージシステムが知られている（例えば特許文献１）。この種の走査型イメージシステムは、シングルモード型の光ファイバ及び二軸アクチュエータを有する走査型プローブを備えている。走査型プローブ内部において、光ファイバは、基端部が二軸アクチュエータによって片持ち梁状に保持されている。二軸アクチュエータは、振動の振幅を変調及び増幅させながら、光ファイバの先端部分を所定の周波数で二次元的に振動（例えば固有振動数で二次元的に共振）させることにより、光ファイバの先端を所定の面上で渦巻状に移動させる。これにより、光ファイバによって光源から伝送された走査光が被写体を渦巻状に走査する。走査型イメージシステムは、走査光により走査された被写体からの戻り光を検出し、検出された戻り光から走査領域の画像を生成し、生成された画像をモニタの表示画面に表示させる。

より詳細には、この種の走査型イメージシステムは、走査光により走査された被写体からの戻り光を被写体情報をなす信号として検出する。走査型イメージシステムは、検出された信号に対し、信号の検出タイミングに応じて、走査領域内の走査位置と対応する位置関係にある二次元画素配列内の画素位置を割り当てる。走査型イメージシステムは、割り当てられた画素位置に各信号による被写体情報を配列して画像化し、画像化された被写体をモニタの表示画面に表示させる。

この種の走査型イメージシステムでは、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等を搭載する一般的な電子スコープと異なり、走査誤差による画像の歪みが問題となる。走査誤差による画像の歪みを抑えるには、例えば、各画素位置に対応する走査光の位置をモニタの表示座標系に精確に合わせるといった方法が考えられる。特許文献１には、この方法の具体例が記載されている。

特許文献１では、キャリブレーション治具を用いて走査光の軌跡をキャリブレーションする。特許文献１では、光ファイバより射出される走査光をキャリブレーション治具のＰＳＤ（Position Sensitive Detector）に受光させることにより走査光の軌跡を検出し、検出された軌跡と理想的な軌跡との差を二軸アクチュエータへの印加電圧の振幅、位相、周波数など、各種パラメータを調節することにより所定の許容差内に収束させる。実測の軌跡と理想的な軌跡との差が所定の許容差内に収束した時点で、各画素位置に対応する走査光の位置がモニタの表示座標系に精確に合う。

特表２００８−５１４３４２号公報

特許文献１に例示される走査型イメージシステムは、ラスタ走査のような単純な走査を行うものではなく、点光源（光ファイバの先端）を所定の面上で回転させることにより被写体を渦巻状に走査するという複雑な構成となっている。そのため、走査誤差による画像の歪みは単純な歪みではなく、複数の因子が組み合わさることによって生じる複雑な歪みとなっている。特許文献１では、キャリブレーションの際、このように画像が複雑に歪む特性を持つ走査型イメージシステムに対して各種パラメータが闇雲に調整されているものと考えられる。そのため、特許文献１に記載された画像の歪みを補正する方法では、パラメータ調整と走査軌跡の検出とを実測の軌跡と理想的な軌跡との差が所定の許容差内に収束するまで相当数繰り返す必要がある。そのため、特許文献１に記載の方法では、キャリブレーションに時間が掛かるという問題が指摘される。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、画像の歪みを時間的負荷の軽い処理で補正することが可能な画像歪み補正装置及び画像歪み補正方法を提供することである。

本実施形態に係る画像歪み補正装置は、所定の走査光により略円形の走査領域内で中心及び周辺の一方から他方に向かい所定の回転周期で渦巻状に走査された、複数の指標が規則的に配列された被写体からの戻り光を受光することによって検出された被写体の画像信号を取得する画像信号取得手段と、取得された画像信号に対し、走査光による走査領域内の走査位置と対応する位置関係にある二次元画素配列内の画素位置を、画像信号の検出タイミングに応じて割り当て、割り当てられた画素位置に各画像信号を配列することにより被写体の画像を生成する画像生成手段と、生成された画像内における各指標の画素位置を検出する指標位置検出手段と、検出された各指標の画素位置に基づいて複数の指標を並べた指標画像配列を作成する指標画像配列作成手段と、作成された指標画像配列を所定の理想配列と比較し、比較結果に基づいて画像内における各指標の歪みを補正する歪み補正手段とを備える。

本実施形態に係る画像歪み補正装置を用いることにより、被写体画像の歪みが少なくとも指標の配置間隔に相当する細かい領域単位で補正される。そのため、被写体画像は、複雑な歪みを持つものであっても高い精度で補正される。また、歪みの補正は指標画像配列と理想配列との比較結果に基づいて補正される。本実施形態では、特許文献１に記載された方法のように、キャリブレーション作業を繰り返す必要がないため、歪み補正に必要な時間的負荷が軽い。

また、画像歪み補正装置は、画像内における各指標について、指標を始点としかつ指標に対して所定の方向に位置する少なくとも一つの隣接指標を終点とする直線を定義し、定義された直線の長さ及び傾きを算出する長さ傾き算出手段と、各指標に対して算出された直線の長さの出現回数を分布化したときの長さピーク及び直線の傾きの出現回数を分布化したときの傾きピークを検出するピーク検出手段と、傾きピークに対応する傾きの方向に長さピークに対応する長さの配置間隔で複数の指標を並べることにより理想配列を作成する理想配列作成手段とを備える構成としてもよい。

指標画像配列作成手段は、
（１ａ）指標画像配列内から注目指標を決定し、
（２ａ）決定された注目指標に指標画像配列内における配列位置情報を割り当て、
（３ａ）配列位置情報が割り当てられた注目指標を始点とする所定の長さ及び所定の傾きを持つ少なくとも一本の基準直線を定義し、定義された基準直線の終点を含む所定範囲内に位置する指標に対して注目指標に隣接する配列位置情報を割り当て、
（４ａ）全ての指標に配列位置情報が割り当てられるまで（１ａ）〜（３ａ）を繰り返す、
構成としてもよい。

理想配列作成手段は、
（１ｂ）理想配列内から注目指標を決定し、
（２ｂ）決定された注目指標に指標画像配列に対応する配列位置情報を割り当て、
（３ｂ）配列位置情報が割り当てられた注目指標を始点とする所定の長さ及び所定の傾きを持つ少なくとも一本の基準直線を定義し、定義された基準直線の終点を含む所定範囲内に位置する指標に対して注目指標に隣接する配列位置情報を割り当て、
（４ｂ）全ての指標に指標画像配列に対応する配列位置情報が割り当てられるまで（１ｂ）〜（３ｂ）を繰り返す、
構成としてもよい。

歪み補正手段は、指標画像配列内の各指標について、対応する配列位置情報が割り当てられた理想配列内の指標との画素位置の差に基づいて補正ベクトルを計算し、計算された補正ベクトルに基づいて各指標の歪みを補正する構成としてもよい。

被写体は、例えば、黒色の背景に白色の正方形の升目をマトリックス状に並べたものである。

本実施形態に係る画像歪み補正方法は、所定の走査光により略円形の走査領域内で中心及び周辺の一方から他方に向かい所定の回転周期で渦巻状に走査された、複数の指標が規則的に配列された被写体からの戻り光を受光することによって検出された被写体の画像信号を取得する画像信号取得ステップと、取得された画像信号に対し、走査光による走査領域内の走査位置と対応する位置関係にある二次元画素配列内の画素位置を、画像信号の検出タイミングに応じて割り当て、割り当てられた画素位置に各画像信号を配列することにより被写体の画像を生成する画像生成ステップと、生成された画像内における各指標の画素位置を検出する指標位置検出ステップと、検出された各指標の画素位置に基づいて複数の指標を並べた指標画像配列を作成する指標画像配列作成ステップと、作成された指標画像配列を所定の理想配列と比較し、比較結果に基づいて画像内における各指標の歪みを補正する歪み補正ステップとを含む。

本実施形態によれば、画像の歪みを時間的負荷の軽い処理で補正することが可能な画像歪み補正装置及び画像歪み補正方法が提供される。

本発明の実施形態の走査型共焦点内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態の共焦点光学ユニットの構成を概略的に示す図（図２（ａ））と、共焦点光学ユニットに備えられる二軸アクチュエータの構成を概略的に示す図（図２（ｂ））である。 ＸＹ近似面上における共焦点光学ユニットの光ファイバの先端の回転軌跡を示す。 本発明の実施形態の治具の内部構成を示す側断面図（図４（ａ））、チャートを示す図（図４（ｂ））及び撮影チャート画像を示す図（図４（ｃ））である。 撮影チャート画像に写る升目の中心座標を採取する升目中心座標採取処理のフローチャートを示す図である。 図５の升目中心座標採取処理の説明を補助する説明補助図である。 中心座標が採取された升目に対してラベリングを行う升目ラベリング処理のフローチャートを示す図である。 図７の升目ラベリング処理の説明を補助する説明補助図である。 ラベリングされた中心座標の画素を含むチャート画像内の全画素に対応する歪み補正テーブルを作成する歪み補正テーブル作成処理のフローチャートを示す図である。 図９の歪み補正テーブル作成処理の説明を補助する説明補助図である。 歪み補正ベクトルの概念図である。 歪み補正テーブルを用いて実行される画像歪み補正処理のフローチャートを示す図である。 撮影チャート画像内の歪みを比較する比較図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下においては、本発明の一実施形態として走査型共焦点内視鏡システムを例に取り説明する。

［走査型共焦点内視鏡システム１の構成］
図１は、本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム１は、共焦点顕微鏡の原理を応用して設計されたシステムであり、高倍率かつ高解像度の被写体を観察するのに好適に構成されている。図１に示されるように、走査型共焦点内視鏡システム１は、システム本体１００、共焦点プローブ２００及びモニタ３００を有している。走査型共焦点内視鏡システム１を用いた共焦点観察は、可撓性を有する管状の共焦点プローブ２００の先端面を被写体に当て付けた状態で行う。

システム本体１００は、光源１０２、光分波合波器（フォトカップラ）１０４、ダンパ１０６、ＣＰＵ１０８、ＣＰＵメモリ１１０、光ファイバ１１２、受光器１１４、映像信号処理回路１１６、画像メモリ１１８、映像信号出力回路１２０、レーザ制御回路１２２、リマップテーブル用メモリ１２４、操作パネル１２６及びＡ／Ｄ変換回路１２８を有している。共焦点プローブ２００は、光ファイバ２０２、共焦点光学ユニット２０４、サブＣＰＵ２０６、サブメモリ２０８及び走査ドライバ２１０を有している。

光源１０２は、レーザ制御回路１２２による駆動制御に従い、患者の体腔内に投与された薬剤に含有されている蛍光物質を励起する励起光（連続光又はパルス光）を射出する。光源１０２より射出された励起光は、光分波合波器１０４に入射される。光分波合波器１０４のポートの一つには、光コネクタ１５２が結合している。光分波合波器１０４の不要ポートには、光源１０２から射出された励起光を無反射終端するダンパ１０６が結合している。前者のポートに入射された励起光は、光コネクタ１５２を介して共焦点プローブ２００内に配置された光学系に入射される。

光ファイバ２０２の基端は、光コネクタ１５２を通じて光分波合波器１０４と光学的に結合している。光ファイバ２０２の先端部分は、共焦点プローブ２００の先端部に組み込まれた共焦点光学ユニット２０４内に収められている。光分波合波器１０４より射出された励起光は、光コネクタ１５２を介して光ファイバ２０２の基端に入射されると、光ファイバ２０２内を伝送される。

図２（ａ）は、共焦点光学ユニット２０４の構成を概略的に示す図である。以下、共焦点光学ユニット２０４を説明する便宜上、共焦点光学ユニット２０４の軸線方向（長手方向）をＺ方向と定義し、Ｚ方向に直交しかつ互いに直交する二方向をそれぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向と定義する。

図２（ａ）に示されるように、共焦点光学ユニット２０４は、各種構成部品を収容する金属製の外筒２０４Ａを有している。外筒２０４Ａは、外筒２０４Ａの内壁面形状に対応する外壁面形状を持つ内筒２０４Ｂを同軸（Ｚ方向）にスライド可能に保持している。光ファイバ２０２の先端２０２ａは、外筒２０４Ａ、内筒２０４Ｂの各基端面に形成された開口を通じて内筒２０４Ｂに収容支持されている。先端２０２ａは、光ファイバ２０２内を伝送された励起光を射出する、走査型共焦点内視鏡システム１の二次的な点光源として機能する。点光源である先端２０２ａの位置は、ＣＰＵ１０８による制御に基づいて周期的に変化する。なお、図２（ａ）中、中心軸ＡＸは、共焦点光学ユニット２０４の中心軸を示す。光ファイバ２０２が初期位置にあるときは（光ファイバ２０２が振動されていない状態では）、中心軸ＡＸと光ファイバ２０２の軸心とが一致する。

サブメモリ２０８は、共焦点プローブ２００の識別情報や各種プロパティ等のプローブ情報を格納している。サブＣＰＵ２０６は、システム起動時にサブメモリ２０８からプローブ情報を読み出し、読み出されたプローブ情報をシステム本体１００と共焦点プローブ２００とを電気的に接続する電気コネクタ１５４を介してＣＰＵ１０８に送信する。ＣＰＵ１０８は、サブＣＰＵ２０６より受信したプローブ情報をＣＰＵメモリ１１０に格納する。ＣＰＵ１０８は、ＣＰＵメモリ１１０に格納されたプローブ情報を必要時に読み出して共焦点プローブ２００の制御に必要な制御信号を生成し、生成された制御信号をサブＣＰＵ２０６に送信する。サブＣＰＵ２０６は、ＣＰＵ１０８より受信した制御信号に従って走査ドライバ２１０に必要な設定値を指定する。

先端２０２ａ付近の光ファイバ２０２の外周面には、二軸アクチュエータ２０４Ｃが接着固定されている。図２（ｂ）は、二軸アクチュエータ２０４Ｃの構成を概略的に示す図である。図２（ｂ）に示されるように、二軸アクチュエータ２０４Ｃは、走査ドライバ２１０と接続された一対のＸ軸用電極（図中「Ｘ」、「Ｘ’」）及びＹ軸用電極（図中「Ｙ」、「Ｙ’」）を圧電体上に形成した圧電アクチュエータである。

走査ドライバ２１０は、サブＣＰＵ２０６により指定される設定値に応じたドライブ信号を生成し、生成されたドライブ信号によって二軸アクチュエータ２０４Ｃを駆動制御する。より詳細には、走査ドライバ２１０は、交流電圧Ｘを二軸アクチュエータ２０４ＣのＸ軸用電極間に印加して圧電体をＸ方向に振動させると共に、交流電圧Ｘと同一周波数であって位相が直交する交流電圧ＹをＹ軸用電極間に印加して圧電体をＹ方向に振動させる。交流電圧Ｘ、Ｙはそれぞれ、振幅が時間に比例して線形に増加して、時間（Ｘ）、（Ｙ）かけて実効値（Ｘ）、（Ｙ）に達する電圧として定義される。光ファイバ２０２の先端２０２ａは、二軸アクチュエータ２０４ＣによるＸ方向、Ｙ方向への運動エネルギーが合成されることにより、Ｘ−Ｙ平面に近似する面（以下、「ＸＹ近似面」と記す。）上において中心軸ＡＸを中心に渦巻状のパターンを描くように移動する。先端２０２ａの移動軌跡は、印加電圧に比例して大きくなり、実効値（Ｘ）、（Ｙ）の交流電圧が印加された時点で最も大きい径を有する円の軌跡を描く。図３に、ＸＹ近似面上の先端２０２ａの回転軌跡を示す。

励起光は、二軸アクチュエータ２０４Ｃへの交流電圧の印加開始直後から印加停止までの期間中、光ファイバ２０２の先端２０２ａより射出される。以下、説明の便宜上、この期間を「サンプリング期間」と記す。先端２０２ａより射出される励起光は、先端２０２ａがサンプリング期間中にＸＹ近似面上で渦巻状に移動することにより、中心軸ＡＸを中心とした所定の略円形の走査領域を渦巻状に走査する。

サンプリング期間が経過して二軸アクチュエータ２０４Ｃへの交流電圧の印加が停止すると、光ファイバ２０２の振動が減衰する。ＸＹ近似面上における光ファイバ２０２の先端２０２ａの運動は、光ファイバ２０２の振動の減衰に伴って収束し、所定時間後にほぼゼロとなる（すなわち、先端２０２ａは、中心軸ＡＸ上でほぼ停止する）。以下、説明の便宜上、サンプリング期間が終了してから先端２０２ａが中心軸ＡＸ上にほぼ停止するまでの期間を「ブレーキング期間」と記す。ブレーキング期間の経過後、更に所定時間待機してから、次のサンプリング期間が開始される。以下、説明の便宜上、ブレーキング期間が終了してから次のサンプリング期間の開始までの期間を「セトリング期間」と記す。セトリング期間は、先端２０２ａを中心軸ＡＸ上に完全に停止させるための待機時間である。セトリング時間を設定することにより、先端２０２ａの移動軌跡を安定させることができる。先端２０２ａの移動軌跡を安定させることにより、被写体に対する走査の精度を保証できるようになる。また、一フレームに対応する期間は、サンプリング期間、ブレーキング期間及びセトリング期間で構成されている。フレームレートは、セトリング期間を調整することにより、柔軟に設定変更することができる。このように、セトリング期間は、先端２０２ａが完全に停止するまでの時間とフレームレートとの関係から適宜設定することが可能となっている。なお、ブレーキング期間を短縮するため、ブレーキング期間の初期段階に二軸アクチュエータ２０４Ｃに逆相電圧を印加して制動トルクを積極的に加えてもよい。

光ファイバ２０２の先端２０２ａの前方には、対物光学系２０４Ｄが設置されている。対物光学系２０４Ｄは、複数枚の光学レンズで構成されており、図示省略されたレンズ枠を介して外筒２０４Ａに保持されている。対物光学系２０４Ａの光軸は、中心軸ＡＸと一致する。レンズ枠は、外筒２０４Ａの内部において、内筒２０４Ｂと相対的に固定され支持されている。そのため、レンズ枠に保持された光学レンズ群は、外筒２０４Ａの内部を内筒２０４Ｂと一体となってＺ方向にスライドする。

内筒２０４Ｂの基端面と外筒２０４Ａの内壁面との間には、圧縮コイルばね２０４Ｅ及び形状記憶合金２０４Ｆが取り付けられている。圧縮コイルばね２０４Ｅは、自然長からＺ方向に初期的に圧縮挟持されている。形状記憶合金２０４Ｆは、Ｚ方向に長尺な棒形状を持ち、常温下で外力が加わると変形して、一定温度以上に加熱されると形状記憶効果で所定の形状に復元する性質を有している。形状記憶合金２０４Ｆは、形状記憶効果による復元力が圧縮コイルばね２０４Ｅの復元力より大きくなるように設計されている。走査ドライバ２１０は、サブＣＰＵ２０６により指定される設定値に応じたドライブ信号を生成し、生成されたドライブ信号によって形状記憶合金２０４Ｆを通電し加熱することにより、形状記憶合金２０４Ｆの伸縮量を制御する。形状記憶合金２０４Ｆは、伸縮量に応じて内筒２０４Ｂを光ファイバ２０２ごとＺ方向に進退させる。具体的には、形状記憶合金２０４Ｆは、加熱されてＺ方向に延びる（復元する）ことにより、内筒２０４Ｂを光ファイバ２０２ごと前方（Ｚ方向）に押し出す。形状記憶合金２０４Ｆはまた、徐冷が進むにつれて形状記憶効果による復元力が低下することに伴い、圧縮コイルばね２０４ＥによりＺ方向に圧縮されて、内筒２０４Ｂを光ファイバ２０２ごと後方（Ｚ方向）に引っ込める。

光ファイバ２０２の先端２０２ａから射出された励起光は、対物光学系２０４Ｄを透過して被写体の表面又は表層でスポットを形成する。スポット形成位置は、点光源である先端２０２ａの進退に応じてＺ方向に変位する。すなわち、共焦点光学ユニット２０４は、二軸アクチュエータ２０４Ｃによる先端２０２ａのＸＹ近似面上の周期的な円運動とＺ方向の進退を併せることで、被写体を三次元走査する。

光ファイバ２０２の先端２０２ａは、対物光学系２０４Ｄの前側焦点位置に配置されているため、共焦点ピンホールとして機能する。先端２０２ａには、励起光により励起された被写体より発せられる蛍光のうち先端２０２ａと光学的に共役な集光点からの蛍光のみが入射される。先端２０２ａより光ファイバ２０２内に入射された蛍光は、光ファイバ２０２を伝送された後、光コネクタ１５２を介して光分波合波器１０４に入射される。光分波合波器１０４は、入射された蛍光を光源１０２から射出される励起光と分離して光ファイバ１１２に導く。蛍光は、光ファイバ１１２内を伝送して受光器１１４により検出される。受光器１１４は、微弱な光を低ノイズで検出するため、例えば光電子増倍管等の高感度光検出器である。受光器１１４による検出信号は、図示省略された回路にて一定のレートでサンプルホールド及びＡＤ変換される。ＡＤ変換後のデジタル検出信号は、被写体の共焦点画像をなす画像情報であり、以下、「共焦点画像検出信号」と記す。共焦点画像検出信号は、映像信号処理回路１１６に入力される。

ここで、サンプリング期間中の光ファイバ２０２の先端２０２ａの位置（軌跡）が決まると、先端２０２ａがある位置に来た時に射出される励起光による走査領域内の位置（スポット形成位置）と、このスポット形成位置からの戻り光（蛍光）を受光器１１４で受光して共焦点画像検出信号を得る信号取得タイミング（以下、「サンプリング点」と記す。）とがほぼ一義的に決まる。そこで、本実施形態では、設計データに基づいてスポット形成位置とサンプリング点との対応関係が定義され、その上で、各サンプリング点に対応する画素の位置（共焦点画像をなす各画素の画素アドレス）が定義される。リマップテーブル用メモリ１２４には、サンプリング点と画素アドレスとの対応関係（リマップテーブル）が格納されている。リマップテーブルでは、共焦点画像をなす全ての画素アドレスのそれぞれについて、対応するサンプリング点が１対１で対応付けられている。なお、リマップテーブルは、時間的要素（サンプリング点）を空間的要素（画素アドレス）に変換するものであるが、別の表現によれば、第一の空間的要素（スポット形成位置）を第二の空間的要素（画素アドレス）に変換するものである。

映像信号処理回路１１６は、リマップテーブルを参照して、各サンプリング点で得られる共焦点画像検出信号に対して画素アドレスを割り当てる。以下、この割り当て作業を「リマッピング」と記す。リマッピングを行うことにより、各共焦点画像検出信号によって表現される点像を画素アドレスに従って二次元に配列したもの（共焦点画像）の生成が可能となる。

リマッピング後（より正確には、後述の再リマッピング後）の共焦点画像検出信号は、画像メモリ１１８にフレーム単位でバッファリングされる。バッファリングされた共焦点画像検出信号は、所定のタイミングで画像メモリ１１８から映像信号出力回路１２０に掃き出されて、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）やＰＡＬ（Phase Alternating Line）等の所定の規格に準拠した映像信号に変換されてモニタ３００に出力される。これにより、高倍率かつ高解像度の被写体の共焦点画像がモニタ３００の表示画面に表示される。

［共焦点画像の歪み補正］
このように、本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム１は、点光源（光ファイバ２０２の先端２０２ａ）をＸＹ近似面上で円周方向に周期的に移動させることにより被写体を渦巻状に走査するという複雑な構成となっている。そのため、走査誤差による画像の歪みは単純な歪みではなく、複数の因子が組み合わさることによって生じる複雑な歪みとなっている。本実施形態では、このような複雑な歪みを時間的負荷の軽い処理で補正することができる。

［チャートの撮影］
走査型共焦点内視鏡システム１は、共焦点画像の歪みを補正するため、治具４００にセットされる。図４（ａ）は、治具４００の内部構成を示す側断面図であり、治具４００に共焦点プローブ２００をセットした状態を示している。図４（ａ）に示されるように、治具４００は、箱状（例えば直方体状）の筐体４０２を有している。筐体４０２は、対向する壁部４０２ａと４０２ｂを含む複数の壁部を有しており、これら複数の壁部によって、外部より実質遮光された内部空間を規定している。

壁部４０２ａの内部空間側の面には、チャートＣＨＴがプリントされている。図４（ｂ）に、チャートＣＨＴを示す。チャートＣＨＴは、図４（ｂ）に示されるように、白色の下地に黒色のグリッド線（互いに直交する縦線及び横線）が等間隔に配置されることにより、白色の正方形の升目がマトリックス状に並んだものとなっている。なお、チャートＣＨＴには、光源１０２より射出される励起光に対応する蛍光剤が塗布されていてもよい。

筐体４０２は、壁部４０２ｂのほぼ中央であってチャートＣＨＴと正対する位置に保持部４０４が形成されている。保持部４０４は、壁部４０２ｂの外壁面上に形成された凹部であり、チャートＣＨＴと正対する面（凹部をなす底面）に開口Ａが形成されている。また、保持部４０４の凹形状は、共焦点プローブ２００の先端部の外形状に対応する。そのため、保持部４０４には、図４（ａ）に示されるように、共焦点プローブ２００の先端部を差し込むことができる。保持部４０４は、差し込まれた共焦点プローブ２００の先端部を保持する。保持部４０４に保持された共焦点プローブ２００の先端部は、チャートＣＨＴに対して中心軸ＡＸ（及び対物光学系１３２Ｄの光軸）が垂直となる姿勢となり、かつチャートＣＨＴ上に走査光を走査することが可能な位置に決まる。

なお、本撮影ステップでは、走査型共焦点内視鏡システム１とチャートＣＨＴとの相対位置の固定及び暗室での撮影が必ずしも必要というわけではない。本撮影ステップでは、最低限、走査型共焦点内視鏡システム１によってチャートＣＨＴを撮影することができればよい。作業者は、例えば、作業室内の壁面にチャートＣＨＴがプリントされたシートを貼り、それを走査型共焦点内視鏡システム１によって撮影するだけでもよい。このように、本撮影ステップでは、大掛かりな治具は必須ではない。

図４（ｃ）は、走査型共焦点内視鏡システム１により撮影されたチャートＣＨＴの一例を示す。図４（ｃ）に示されるように、撮影されたチャートＣＨＴの画像（以下、「撮影チャート画像」と記す。）は複雑に歪んだものとなる。

［升目中心座標の採取フロー］
システム本体１００は、撮影チャート画像の歪みを補正するために必要な情報として、撮影チャート画像内に写る各升目の中心の座標（画素位置）を採取する。採取される中心座標は、升目の位置を示す情報として扱われる。図５に、システム本体１００のＣＰＵ１０８によって実行される升目中心座標採取処理のフローチャートを示す。また、図６（ａ）〜図６（ｄ）に、升目中心座標採取処理の説明を補助する説明補助図を示す。

［図５のＳ１１（撮影チャート画像の二値化）］
本処理ステップＳ１１では、撮影チャート画像を二値化することにより撮影チャート画像内のノイズが除去される。二値化処理の閾値には、升目を白と判定しかつグリッド線を黒と判定するための適切な値が設定される。設定される値は、例えば経験的に決められた固定値である。また、升目の輝度値及びグリッド線の輝度値から２つを分離する適切な閾値を自動的に決定してもよい。

［図５のＳ１２（升目画像の収縮）］
本処理ステップＳ１２では、撮影チャート画像内の全ての升目に対して収縮（Erosion）をかけることにより、隣接する升目の間隔が広げられる（図６（ａ）参照）。具体的には、注目画素の周辺に１画素でも黒い画素がある場合に黒に置き換える処理（Erosion）を所定回数繰り返す。隣接する升目の間隔を広げることにより、隣接する升目の影響を受けることなく、升目の中心座標を検出できるようになる。

［図５のＳ１３（升目の探索）］
本処理ステップＳ１３では、所定サイズの正方形のウィンドウＷが撮影チャート画像内の所定位置に配置される。ウィンドウＷは、撮影チャート画像の重心Ｇの計算領域を規定するものであり、収縮（Erosion）後の升目よりも大きい。ウィンドウＷが所定位置に配置されると、ウィンドウＷ内に升目（すなわち白色の画素）が含まれるか否かが判定される。本フローチャートは、ウィンドウＷ内に升目（白色の画素）が含まれる場合（図５のＳ１３：ＹＥＳ）、同図の処理ステップＳ１６（升目中心の検出）に進む。ウィンドウＷ内に升目（白色の画素）が含まれない場合には（図５のＳ１３：ＮＯ）、同図の処理ステップＳ１４（走査完了判定）に進む。

［図５のＳ１４（走査完了判定）］
本処理ステップＳ１４では、ウィンドウＷにより撮影チャート画像内の全ての領域を走査したか否かが判定される。本フローチャートは、ウィンドウＷにより撮影チャート画像内の全ての領域が走査された場合（図５のＳ１４：ＹＥＳ）、終了する。ウィンドウＷにより走査されていない領域が残っている場合には（図５のＳ１４：ＮＯ）、同図の処理ステップＳ１５（ウィンドウＷによる撮影チャート画像の走査）に進む。

［図５のＳ１５（ウィンドウＷによる撮影チャート画像の走査）］
本処理ステップＳ１５では、ウィンドウＷが一画素走査される（すなわち、ウィンドウＷの位置が一画素シフトする。）。本フローチャートは、ウィンドウＷの走査後、同図の処理ステップＳ１３（升目の探索）に戻る。処理ステップＳ１３（升目の探索）では、一画素走査後のウィンドウＷ内に升目（白色の画素）が含まれるか否かが判定される。

［図５のＳ１６（升目の中心座標の検出）］
本処理ステップＳ１６では、平均値シフト法（Mean-Shift）を用いて升目の中心座標が検出される。まず、ウィンドウＷによって囲われた撮影チャート画像内の領域の重心Ｇが計算される。重心Ｇの計算は、図６（ｂ）〜図６（ｄ）に示されるように、ウィンドウＷの中心Ｃと重心Ｇとが一致するまで繰り返される。ここで、升目は、黒いグリッド線で囲われた白色の正方形である。そのため、重心Ｇは、重心計算を繰り返して中心Ｃと一致する位置に収束したとき、升目の中心とも一致する（図６（ｄ）参照）。そのため、重心Ｇが中心Ｃと一致する位置に収束した時点の中心Ｃの座標は、升目の中心座標としてＣＰＵメモリ１１０に保存される。

［図５のＳ１７（升目の擬似的消去）］
本処理ステップＳ１７では、処理の便宜上、中心座標が保存された升目を擬似的に消去する。

本フローチャートは次いで、同図の処理ステップＳ１４（走査完了判定）に進み、ウィンドウＷにより走査されていない領域が残っている場合には（図５のＳ１４：ＮＯ）、同図の処理ステップＳ１５（ウィンドウＷによる撮影チャート画像の走査）の実行後、同図の処理ステップＳ１３（升目の探索）に戻る。処理ステップＳ１３（升目の探索）では、一画素走査後のウィンドウＷ内に升目（白色の画素）が含まれるか否かが判定される。ウィンドウＷに囲われていた升目は消去されているため、一画素走査後のウィンドウＷ内にも升目（白色の画素）は含まれない。そのため、次の升目が検出されるまで、処理ステップＳ１４（走査完了判定）、処理ステップＳ１５（ウィンドウＷによる撮影チャート画像の走査）及び処理ステップＳ１３（升目の探索）が繰り返される。

図５のフローチャートの処理を実行することにより、撮影チャート画像内に含まれる全ての升目の中心座標が採取される。

［升目のラベリングフロー］
システム本体１００は、撮影チャート画像の歪みを補正するために必要な処理として、升目に対するラベリングを行う。図７に、システム本体１００のＣＰＵ１０８によって実行される升目ラベリング処理のフローチャートを示す。また、図８（ａ）〜図８（ｄ）に、升目ラベリング処理の説明を補助する説明補助図を示す。

［図７のＳ２１（注目中心座標の決定）］
本処理ステップＳ２１では、ＣＰＵメモリ１１０に保存されている全ての升目の中心座標（画素位置）を配列したもの（以下、「中心座標配列」と記す。）が走査され、走査により検出された升目の中心座標が注目中心座標に決定される。

［図７のＳ２２（中心座標の位置関係の計算）］
本処理ステップＳ２２では、中心座標配列において注目中心座標に近い近傍中心座標と注目中心座標とを結ぶ直線が定義され、定義された直線の長さと傾きが計算される。近傍中心座標は、典型的には、注目中心座標の升目に隣接する升目の中心座標である。そのため、計算される直線の長さと傾きは、隣接する升目同士の位置関係（配置間隔、並び方向）を表す。ここで、直線は注目中心座標を始点とし、近傍中心座標を終点とする。直線の傾きは始点から終点への変化率であるため、始点である注目中心座標を基準に計算される。

直線は、注目中心座標に対して規定の方向に位置する一つの近傍中心座標との間に引けばよい。規定の方向の位置の一例として、注目中心座標に対して−Ｙ方向の位置であって、Ｘ座標は変わらずＹ座標だけ変わる位置が挙げられる。以下、この方向の位置を「−Ｙ方向位置」と記す。他の方向の位置についても同様に記す。本実施形態では、直線は、歪み補正の精度を向上させるため、注目中心座標に対して＋Ｙ方向位置、−Ｙ方向位置、＋Ｘ方向位置、−Ｘ方向位置にある４つの近傍中心座標との間に引かれる。歪み補正の精度を更に向上させるため、斜め方向位置（Ｘ方向又はＹ方向に対して４５°又は−４５°をなす方向の位置）も含めた８つの近傍中心座標との間に直線を引いてもよい。

−Ｙ方向位置の近傍中心座標を特定する場合を例に取り、本処理ステップＳ２２の説明を補足する。撮影チャート画像は歪みを持つため、図８（ａ）に示されるように、−Ｙ方向位置に近傍中心座標があるケースは殆ど無い。そのため、Ｙ方向位置側（注目中心座標に対して−Ｙ方向側の位置であり、Ｙ座標だけでなくＸ座標も変わる位置）にある複数の近傍中心座標のうち−Ｙ方向位置に最も近い近傍中心座標が−Ｙ方向位置の近傍中心座標として特定される。

［図７のＳ２３（走査完了判定）］
本処理ステップＳ２３では、中心座標配列内の全ての中心座標が注目中心座標として検出されたか否かが判定される。本フローチャートは、中心座標配列内の全ての中心座標が注目中心座標として検出されるまで、同図の処理ステップＳ２１（注目中心座標の決定）から本処理ステップＳ２３までのループを繰り返す（図７のＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３：ＮＯ）。本フローチャートは、中心座標配列内の全ての中心座標が注目中心座標として検出された場合（図７のＳ２３：ＹＥＳ）、上記ループから抜けて、同図の処理ステップＳ２４（基準長Ｌの決定）に進む。

［図７のＳ２４（基準長Ｌの決定）］
本処理ステップＳ２４では、同図の処理ステップＳ２２（中心座標の位置関係の計算）にて計算された全ての直線の長さがヒストグラム化される。すなわち、直線の長さを横軸に取り、直線の長さの出現回数を縦軸に取る統計グラフが作成される。本処理ステップＳ２４では次いで、作成されたヒストグラムからピークを検出することにより、ピークに対応する（すなわち、出現回数が最も多い）直線の長さが特定され、特定された長さが基準長Ｌと定義される。

走査誤差による撮影チャート画像の歪みは不可避ではあるが、あくまで画像全体に対する割合は高くない。そのため、本実施形態では、出現回数の最も多い基準長Ｌが升目の理想的な配置間隔（走査誤差による撮影チャート画像の歪みがない状態での配置間隔）に近似するものとして扱われる。

［図７のＳ２５（基準角度θ_ｈ及びθ_ｖの決定）］
傾きは最大で∞の値を取るため、処理上不都合なことが多い。本処理ステップＳ２５では、処理の便宜上、同図の処理ステップＳ２２（中心座標の位置関係の計算）にて計算された全ての直線の傾きが角度（−π〜π）に変換される。本実施形態において、角度は、＋Ｘ方向の軸を基準（＝０）としたものであり、第１象限及び第２象限の範囲で０〜πの値を取り、第３象限及び第４象限の範囲で０〜−πの値を取る。角度πと角度−πは処理の便宜上等しい角度とする。変換後の直線の角度はヒストグラム化される。すなわち、直線の角度を横軸に取り、直線の角度の出現回数を縦軸に取る統計グラフが作成される。

直線の角度として、図８（ａ）に示されるように、注目中心座標と±Ｘ方向位置の近傍中心座標の各々とを接続する水平方向に近いものと、注目中心座標と±Ｙ方向位置の近傍中心座標の各々とを接続する垂直方向に近いものが多く現れる。そのため、ヒストグラムには、図８（ｂ）に示されるように、前者に対応するピークと後者に対応するピークの２つのピークが現れる。前者のピークに対応する角度は基準角度θ_ｈと定義され、後者のピークに対応する角度は基準角度θ_ｖと定義される。

基準角度θ_ｈ、基準角度θ_ｖはそれぞれ理想的には角度ゼロ、π／２であるが、撮影チャート画像が大なり小なり歪みを持つため、理想値と一致することは無い。そのため、小さい方の角度を基準角度θ_ｈとしかつ大きい方の角度を基準角度θ_ｖとするような単純な条件では、判断誤差が生じることが懸念される。そこで、本実施形態では、次の条件（１）及び（２）を導入することにより、判断精度を向上させている。
（１）２つのピークに対応する角度が｜π／４｜以上離れている。
（２）角度｜π／４｜より小さい方を基準角度θ_ｈとし、それ以外を基準角度θ_ｖとする。

本実施形態では、基準長Ｌと同様の理由により、基準角度θ_ｈに対応する傾き方向が水平方向（Ｘ方向）に隣接する升目の理想的な並び方向（走査誤差による撮影チャート画像の歪みがない状態での並び方向）に近似するものとして扱われる。また、基準角度θ_ｖに対応する傾き方向が垂直方向（Ｙ方向）に隣接する升目の理想的な並び方向に近似するものとして扱われる。

［図７のＳ２６（注目中心座標の再設定）］
本処理ステップＳ２６では、以降の処理ステップを実行するため、注目中心座標が改めて設定される。

本フローチャートにおいて、本処理ステップＳ２６から同図の処理ステップＳ３０（基準直線の更新）までの処理ステップ群はループする。そのため、本処理ステップＳ２６は、ループを抜けるまで複数回実行される。初回の実行時には、撮影チャート画像の中心に最も近い中心座標に対してラベル（ｉ（＝０），ｊ（＝０））が割り当てられる。ラベル（ｉ（＝０），ｊ（＝０））が割り当てられた中心座標が注目中心座標として設定される。本処理ステップＳ２６が再び実行されるときには、中心座標（ｉ（＝０），ｊ（＝０））から＋Ｘ方向に隣接する中心座標が注目中心座標として順に設定され、続いて、中心座標（ｉ（＝０），ｊ（＝０））から−Ｘ方向に隣接する中心座標が注目中心座標として順に設定される。それが完了すると、中心座標（ｉ（＝０），ｊ（＝１））から＋Ｘ方向に隣接する中心座標が注目中心座標として順に設定され、続いて、中心座標（ｉ（＝０），ｊ（＝１））から−Ｘ方向に隣接する中心座標が注目中心座標として順に設定される。それが完了すると、中心座標（ｉ（＝０），ｊ（＝２））から＋Ｘ方向に隣接する中心座標が注目中心座標として順に設定され、続いて、中心座標（ｉ（＝０），ｊ（＝２））から−Ｘ方向に隣接する中心座標が注目中心座標として順に設定される。上記の処理は、全ての中心座標が注目中心座標として再設定されるまで繰り返し実行される。

［図７のＳ２７（探索範囲の設定）］
本処理ステップＳ２７では、図８（ｃ）に示されるように、直前の処理ステップＳ２６（注目中心座標の再設定）にて設定された注目中心座標を始点とする直線が４方向に引かれる。以下、「直前の処理ステップＳ２６（注目中心座標の再設定）にて設定された注目中心座標」を「最新注目中心座標」と記す。具体的には、最新注目中心座標を始点として、基準長Ｌを持ちかつ基準角度θ_ｈに対応する傾きを持つ直線が＋Ｘ方向位置側と−Ｘ方向位置側に引かれると共に、基準長Ｌを持ちかつ基準角度θ_ｖに対応する傾きを持つ直線が＋Ｙ方向位置側と−Ｙ方向位置側に引かれる。本処理ステップＳ２７では次いで、この４本の直線（以下、「基準直線」と記す。）の各々の終点を中心とした所定範囲が探索範囲（図８（ｃ）中、点線）として設定される。

［図７のＳ２８（隣接中心座標へのラベリング）］
本処理ステップＳ２８では、同図の処理ステップＳ２７（探索範囲の設定）にて設定された４つの探索範囲に属するそれぞれの中心座標が最新注目中心座標に隣接する隣接中心座標としてラベリングされる。＋Ｘ方向位置側の隣接中心座標にはラベル（ｉ＋１，ｊ）が割り当てられ、−Ｘ方向位置側の隣接中心座標にはラベル（ｉ−１，ｊ）が割り当てられる。また、＋Ｙ方向位置側の隣接中心座標にはラベル（ｉ，ｊ＋１）が割り当てられ、−Ｙ方向位置側の隣接中心座標にはラベル（ｉ，ｊ−１）が割り当てられる。なお、探索範囲に中心座標が存在しない場合は、ラベリングしない。又は、基準直線の終点を隣接中心座標とみなしてラベリングしてもよい。また、探索範囲に属する中心座標が既にラベリングされている場合は、再度のラベリングを行わない。

［図７のＳ２９（走査完了判定）］
本処理ステップＳ２９では、中心座標配列内の全ての中心座標に対してラベリングが行われたか否かが判定される。本フローチャートは、中心座標配列内の全ての中心座標に対してラベリングが行われた場合（図７のＳ２９：ＹＥＳ）、終了する。ラベリングが行われていない中心座標が残っている場合には（図７のＳ２９：ＮＯ）、同図の処理ステップＳ３０（基準直線の更新）に進む。

［図７のＳ３０（基準直線の更新）］
探索範囲に属する隣接中心座標と基準直線の終点との画素位置の差は、最新注目中心座標に対応する升目とその隣接中心座標に対応する升目との撮影チャート画像上の歪みの差に相当する。また、光ファイバ２０２は、一定の共振周波数で動作制御される。そのため、走査領域の周辺ほど走査速度が高速である。本発明者は、これらの点を踏まえて実験及び検討を重ねた結果、走査速度が高速な走査領域の周辺に近付くにつれて歪みが徐々に大きくなるという知見を得た。

上記知見に基づき、本処理ステップＳ３０では、図８（ｄ）に示されるように、各基準直線の終点が同図の処理ステップＳ２８（隣接中心座標へのラベリング）にてラベリングされた隣接中心座標に修正される。各基準直線は、終点位置の修正により更新されることにより、最新注目中心座標に対応する升目とその隣接中心座標に対応する升目との撮影チャート画像上の歪みの差に相当する分だけ長さ及び傾きが変わる。基準直線は、本処理ステップＳ３０が実行される毎に上記歪みの差に応じて徐々に修正・更新される。

図７の処理ステップＳ２６（注目中心座標の再設定）から本処理ステップＳ３０までのループが繰り返されることにより、中心座標配列内の全ての中心座標に対してラベル（ｉ，ｊ）が割り当てられる。

［撮影チャート画像の歪み補正テーブルの作成フロー］
システム本体１００は、各画素における撮影チャート画像の歪みを補正するための歪み補正テーブルを作成する。図９に、システム本体１００のＣＰＵ１０８によって実行される歪み補正テーブル作成処理のフローチャートを示す。また、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に、歪み補正テーブル作成処理の説明を補助する説明補助図を示す。

［図９のＳ４１（理想的な中心座標配列の作成）］
本処理ステップＳ４１では、升目の理想的な配列に対応する中心座標配列が作成される。具体的には、撮影チャート画像に対応する所定の仮想領域の中心に一つの中心座標が配置される。次いで、図１０（ａ）に示されるように、仮想領域の中心に配置された中心座標から、所定の四方向であって基準長Ｌだけ離れた位置のそれぞれに中心座標が配置される。所定の四方向とは、具体的には、基準角度θ_ｈに対応する方向（＋Ｘ方向位置側）、基準角度θ_ｈに対応する方向（−Ｘ方向位置側）、基準角度θ_ｖに対応する方向（＋Ｙ方向位置側）、基準角度θ_ｖに対応する方向（−Ｙ方向位置側）である。次に、図１０（ｂ）に示されるように、各位置に配置された４つの中心座標のそれぞれから、所定の少なくとも一方向であって基準長Ｌだけ離れた位置に中心座標が配置される。所定の少なくとも一方向とは、上記四方向のうち既に中心座標が配置されている方向を除く方向である。図１０（ｂ）の例では、４つの中心座標のそれぞれから、既に中心座標が配置されている方向を除く三方向であって基準長Ｌだけ離れた位置のそれぞれに中心座標が配置される。

本処理ステップＳ４１では、図１０（ｃ）に示されるように、中心座標が仮想領域の全体に配置されるまで、中心座標の配置処理が繰り返される。以下、説明の便宜上、仮想領域全域に亘る中心座標の配列を「理想中心座標配列」と記す。

［図９のＳ４２（理想中心座標配列へのラベリング）］
本処理ステップ４２では、理想中心座標配列内の各中心座標に対して、撮影チャート画像の中心座標配列に対応するラベル（ｉ，ｊ）が割り当てられる。理想中心座標配列内の全ての中心座標に対してラベル（ｉ，ｊ）が割り当てられるまで、図７の処理ステップＳ２６（注目中心座標の再設定）から同図の処理ステップＳ２９（走査完了判定）までの処理ステップ群と同様の処理ステップ群がループ処理される。

［図９のＳ４３（歪み補正ベクトルの算出）］
本処理ステップ４３では、注目ラベルが決定される。次いで、決定された注目ラベルが割り当てられた撮影チャート画像の中心座標配列内の中心座標を始点とし、同じく注目ラベルが割り当てられた理想中心座標配列の中心座標を終点とするベクトルが算出される。以下、このベクトルを「歪み補正ベクトル」と記す。歪み補正ベクトルは、ＣＰＵメモリ１１０に保存される。

図１１は、歪み補正ベクトルを示す概念図である。図１１中、丸（実線）は、撮影チャート画像の中心座標配列内の中心座標を示し、丸（点線）は、理想中心座標配列の中心座標を示す。また、矢印は、対応するラベル（同一ラベル）が割り当てられた中心座標間の歪み補正ベクトルを示す。

［図９のＳ４４（歪み補正ベクトル算出完了判定）］
本処理ステップＳ４４では、ラベルが割り当てられた全ての中心座標について歪み補正ベクトルが算出されたか否かが判定される。本フローチャートは、ラベルが割り当てられた全ての中心座標について歪み補正ベクトルが算出されるまで、同図のＳ４３（歪み補正ベクトルの算出）から本処理ステップＳ４４までのループを繰り返す（図９のＳ４３、Ｓ４４：ＮＯ）。本フローチャートは、ラベルが割り当てられた全ての中心座標について歪み補正ベクトルが算出された場合（図９のＳ４４：ＹＥＳ）、上記ループから抜けて、同図の処理ステップＳ４５（補間による歪み補正ベクトルの算出）に進む。

［図９のＳ４５（補間による歪み補正ベクトルの算出）］
上記ループを抜けた時点では、ラベルが割り当てられた全ての升目の中心座標の画素について歪み補正ベクトルが算出されているものの、各中心座標の画素の間の画素については歪み補正ベクトルが算出されていない。そこで、本処理ステップＳ４５では、各中心座標の画素の間に配置されている画素について歪み補正ベクトルがスプライン補間など周知の補間法により求められる。

［図９のＳ４６（歪み補正テーブルの作成）］
本処理ステップＳ４６では、同図の処理ステップＳ４３（歪み補正ベクトルの算出）及び処理ステップＳ４５（補間による歪み補正ベクトルの算出）にて求められた全画素の歪み補正ベクトルと画素アドレスとを対応させた歪み補正テーブルが作成される。作成された歪み補正テーブルは、ＣＰＵメモリ１１０に保存される。

図９のフローチャートの処理を実行することにより、画像の歪みに対する画素単位の補正データの集合である歪み補正テーブルが作成される。

［チャート画像の歪み補正フロー］
システム本体１００は、歪み補正テーブルを用いて共焦点画像の歪みを補正する。図１２に、システム本体１００のＣＰＵ１０８によって実行される画像歪み補正処理のフローチャートを示す。

［図１２のＳ５１（リマッピング）］
本処理ステップＳ５１では、リマップテーブルを用いたリマッピングが行われる。これにより、各共焦点画像検出信号によって表現される点像を画素アドレスに従って二次元に配列した共焦点画像の生成が可能となる。しかし、この段階では、走査誤差等による歪みが残存するものが生成されてしまう。

［図１２のＳ５２（再リマッピング）］
そこで、本処理ステップＳ５２において、歪み補正テーブルを用いた再リマッピングが行われる。具体的には、同図の処理ステップＳ５１（リマッピング）にてリマッピングされた共焦点画像検出信号によって表現される点像の位置が、当該位置（走査誤差等によって歪んだ位置であって、歪み補正ベクトルの始点に対応する位置）から歪みのない位置（理想中心座標配列に対応する位置であって、歪み補正ベクトルの終点に対応する位置）へ変換される。この画素アドレスの変換は、全ての共焦点画像検出信号に対して行われる。

［図１２のＳ５３（共焦点画像の出力）］
本処理ステップＳ５３では、再リマッピング処理後の共焦点画像検出信号が画像メモリ１１８にフレーム単位でバッファリングされる。バッファリングされた共焦点画像検出信号は、所定のタイミングで画像メモリ１１８から映像信号出力回路１２０に掃き出されて、ＮＴＳＣやＰＡ等の所定の規格に準拠した映像信号に変換される。変換された映像信号がモニタ３００に出力されることにより、歪みが補正された共焦点画像がモニタ３００の表示画面に表示される。

図１３（ａ）は、図１２の処理ステップＳ５２（再リマッピング）を実行しない場合に生成される撮影チャート画像を示し、図１３（ｂ）は、処理ステップＳ５２（再リマッピング）を実行した場合に生成される撮影チャート画像を示す。図１３（ａ）と図１３（ｂ）とを比較すると、処理ステップＳ５２（再リマッピング）を実行することにより、撮影チャート画像内の歪みが補正されることが判る。

歪みの補正は、画素単位など、細かい領域単位で行われる。そのため、共焦点画像は、複雑な歪みを持つものであっても高い精度で補正される。また、歪みの補正値は歪み補正ベクトルとして簡易に算出することができる。本実施形態では、特許文献１に記載された方法のように、キャリブレーション作業を繰り返す必要がないため、歪み補正に必要な時間的負荷が軽い。また、ＰＳＤを治具に備える必要がないため、特許文献１と比べて治具の構成が簡素化される。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施例等又は自明な実施例等を適宜組み合わせた内容も本願の実施形態に含まれる。

１ 走査型共焦点内視鏡システム
１００ システム本体
２００ 共焦点プローブ
３００ モニタ
４００ 治具

Claims (12)

1. 所定の走査光により略円形の走査領域内で中心及び周辺の一方から他方に向かい所定の回転周期で渦巻状に走査された、複数の指標が規則的に配列された被写体からの戻り光を受光することによって検出された該被写体の画像信号を取得する画像信号取得手段と、
   取得された画像信号に対し、前記走査光による走査領域内の走査位置と対応する位置関係にある二次元画素配列内の画素位置を、該画像信号の検出タイミングに応じて割り当て、該割り当てられた画素位置に各該画像信号を配列することにより前記被写体の画像を生成する画像生成手段と、
   生成された画像内における各前記指標の画素位置を検出する指標位置検出手段と、
   検出された各指標の画素位置に基づいて前記複数の指標を並べた指標画像配列を作成する指標画像配列作成手段と、
   作成された指標画像配列を所定の理想配列と比較し、比較結果に基づいて前記画像内における各指標の歪みを補正する歪み補正手段と、
   を備える、
   画像歪み補正装置。
2. 前記画像内における各指標について、該指標を始点としかつ該指標に対して所定の方向に位置する少なくとも一つの隣接指標を終点とする直線を定義し、定義された直線の長さ及び傾きを算出する長さ傾き算出手段と、
   前記各指標に対して算出された前記直線の長さの出現回数を分布化したときの長さピーク及び該直線の傾きの出現回数を分布化したときの傾きピークを検出するピーク検出手段と、
   前記傾きピークに対応する傾きの方向に前記長さピークに対応する長さの配置間隔で前記複数の指標を並べることにより前記理想配列を作成する理想配列作成手段と、
   を備える、
   請求項１に記載の画像歪み補正装置。
3. 前記指標画像配列作成手段は、
   （１ａ）前記指標画像配列内から注目指標を決定し、
   （２ａ）決定された注目指標に前記指標画像配列内における配列位置情報を割り当て、
   （３ａ）前記配列位置情報が割り当てられた注目指標を始点とする所定の長さ及び所定の傾きを持つ少なくとも一本の基準直線を定義し、定義された基準直線の終点を含む所定範囲内に位置する指標に対して前記注目指標に隣接する配列位置情報を割り当て、
   （４ａ）全ての指標に前記配列位置情報が割り当てられるまで（１ａ）〜（３ａ）を繰り返す、
   請求項１又は請求項２に記載の画像歪み補正装置。
4. 前記理想配列作成手段は、
   （１ｂ）前記理想配列内から注目指標を決定し、
   （２ｂ）決定された注目指標に前記指標画像配列に対応する配列位置情報を割り当て、
   （３ｂ）前記配列位置情報が割り当てられた注目指標を始点とする所定の長さ及び所定の傾きを持つ少なくとも一本の基準直線を定義し、定義された基準直線の終点を含む所定範囲内に位置する指標に対して前記注目指標に隣接する配列位置情報を割り当て、
   （４ｂ）全ての指標に前記指標画像配列に対応する前記配列位置情報が割り当てられるまで（１ｂ）〜（３ｂ）を繰り返す、
   請求項３に記載の画像歪み補正装置。
5. 前記歪み補正手段は、
   前記指標画像配列内の各指標について、対応する配列位置情報が割り当てられた前記理想配列内の指標との画素位置の差に基づいて補正ベクトルを計算し、
   計算された補正ベクトルに基づいて該各指標の歪みを補正する、
   請求項４に記載の画像歪み補正装置。
6. 前記被写体は、
   黒色の背景に白色の正方形の升目をマトリックス状に並べたものである、
   請求項１から請求項５の何れか一項に記載の画像歪み補正装置。
7. 所定の走査光により略円形の走査領域内で中心及び周辺の一方から他方に向かい所定の回転周期で渦巻状に走査された、複数の指標が規則的に配列された被写体からの戻り光を受光することによって検出された該被写体の画像信号を取得する画像信号取得ステップと、
   取得された画像信号に対し、前記走査光による走査領域内の走査位置と対応する位置関係にある二次元画素配列内の画素位置を、該画像信号の検出タイミングに応じて割り当て、該割り当てられた画素位置に各該画像信号を配列することにより前記被写体の画像を生成する画像生成ステップと、
   生成された画像内における各前記指標の画素位置を検出する指標位置検出ステップと、
   検出された各指標の画素位置に基づいて前記複数の指標を並べた指標画像配列を作成する指標画像配列作成ステップと、
   作成された指標画像配列を所定の理想配列と比較し、比較結果に基づいて前記画像内における各指標の歪みを補正する歪み補正ステップと、
   を備える、
   画像歪み補正方法。
8. 前記画像内における各指標について、該指標を始点としかつ該指標に対して所定の方向に位置する少なくとも一つの隣接指標を終点とする直線を定義し、定義された直線の長さ及び傾きを算出する長さ傾き算出ステップと、
   前記各指標に対して算出された前記直線の長さの出現回数を分布化したときの長さピーク及び該直線の傾きの出現回数を分布化したときの傾きピークを検出するピーク検出ステップと、
   前記傾きピークに対応する傾きの方向に前記長さピークに対応する長さの配置間隔で前記複数の指標を並べることにより前記理想配列を作成する理想配列作成ステップと、
   を備える、
   請求項７に記載の画像歪み補正方法。
9. 前記指標画像配列作成ステップにて、
   （１ａ）前記指標画像配列内から注目指標を決定し、
   （２ａ）決定された注目指標に前記指標画像配列内における配列位置情報を割り当て、
   （３ａ）前記配列位置情報が割り当てられた注目指標を始点とする所定の長さ及び所定の傾きを持つ少なくとも一本の基準直線を定義し、定義された基準直線の終点を含む所定範囲内に位置する指標に対して前記注目指標に隣接する配列位置情報を割り当て、
   （４ａ）全ての指標に前記配列位置情報が割り当てられるまで（１ａ）〜（３ａ）を繰り返す、
   請求項７又は請求項８に記載の画像歪み補正方法。
10. 前記理想配列作成ステップにて、
    （１ｂ）前記理想配列内から注目指標を決定し、
    （２ｂ）決定された注目指標に前記指標画像配列に対応する配列位置情報を割り当て、
    （３ｂ）前記配列位置情報が割り当てられた注目指標を始点とする所定の長さ及び所定の傾きを持つ少なくとも一本の基準直線を定義し、定義された基準直線の終点を含む所定範囲内に位置する指標に対して前記注目指標に隣接する配列位置情報を割り当て、
    （４ｂ）全ての指標に前記指標画像配列に対応する前記配列位置情報が割り当てられるまで（１ｂ）〜（３ｂ）を繰り返す、
    請求項９に記載の画像歪み補正方法。
11. 前記歪み補正ステップにて、
    前記指標画像配列内の各指標について、対応する配列位置情報が割り当てられた前記理想配列内の指標との画素位置の差に基づいて補正ベクトルを計算し、
    計算された補正ベクトルに基づいて該各指標の歪みを補正する、
    請求項１０に記載の画像歪み補正方法。
12. 前記被写体は、
    黒色の背景に白色の正方形の升目をマトリックス状に並べたものである、
    請求項７から請求項１１の何れか一項に記載の画像歪み補正方法。