JP2015116328A - 内視鏡装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】白色照明光観察方式および狭帯域光観察方式のどちらの観察方式においても高い解像度の画像を得ることができる内視鏡装置を提供すること。【解決手段】白色照明光または狭帯域照明光を出射する光源部と、複数の画素を有する撮像素子と、青色の光を透過するフィルタと、青色の光と緑色および赤色のうち少なくとも一方の色の光とを透過するフィルタとを有する複数のフィルタで構成され、緑色の光を透過するフィルタ数が、全フィルタ数の半数以上であり、かつ青色の光を透過するフィルタ数が緑色の光を透過するフィルタ数以上であるフィルタユニットを、複数の画素に対応させて配置したカラーフィルタと、輝度成分画素を照明光に応じて選択する輝度成分画素選択部と、輝度成分画素に基づいてカラー画像信号を生成するデモザイキング処理部と、を備えた。【選択図】図２

Description

本発明は、生体内に導入され、該生体内の画像を取得する内視鏡装置に関する。
従来、医療分野および工業分野において、各種検査のために内視鏡装置が広く用いられている。このうち、医療用の内視鏡装置は、患者等の被検体の体腔内に、複数の画素を有する撮像素子が先端に設けられた細長形状をなす可撓性の挿入部を挿入することによって、被検体を切開しなくても体腔内の体内画像を取得できるため、被検体への負担が少なく、普及が進んでいる。
このような内視鏡装置の観察方式として、白色の照明光（白色照明光）を用いた白色光観察（ＷＬＩ：White Light Imaging）方式と、青色光および緑色光の波長帯域にそれぞれ含まれる二つの狭帯域光からなる照明光（狭帯域照明光）を用いた狭帯域光観察（ＮＢＩ：Narrow Band Imaging）方式とが該技術分野では既に広く知られている。このうち、狭帯域光観察方式は、生体の粘膜表層（生体表層）に存在する毛細血管および粘膜微細模様等を強調表示する画像を得ることができる。このような狭帯域光観察方式によれば、生体の粘膜表層における病変部をより的確に発見することができる。このような内視鏡装置の観察方式に関して、白色照明光観察方式と、狭帯域光観察方式とを切り替えて観察することが望まれている。
上述した観察方式でカラー画像を生成して表示するため、単板の撮像素子により撮像画像を取得すべく、当該撮像素子の受光面上には、一般的にベイヤ配列と呼ばれる赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の波長帯域の光を各々透過するフィルタを１つのフィルタ単位（ユニット）として画素毎に配列されてなるカラーフィルタが設けられている。この場合、各画素は、フィルタを透過した波長帯域の光を受光し、その波長帯域の光に応じた色成分の電気信号を生成する。このため、カラー画像を生成する処理では、各画素においてフィルタを透過せずに欠落した色成分の信号値を補間する補間処理が行われる。このような補間処理は、デモザイキング処理と呼ばれる（例えば、特許文献１）。
特開平８−２３７６７２号公報
上述したデモザイキング処理において、白色照明光観察方式では、フィルタを透過した緑色成分の光を受光する画素の信号値を用いて補間処理を行うことによって高い解像度を確保することができるものの、狭帯域光観察方式では、緑色成分の光を受光する画素と、青色成分の光を受光する画素との色相関が低いために、上記と同様の補間処理を行っても高い解像度の画像を得ることができない場合があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、白色照明光観察方式および狭帯域光観察方式のどちらの観察方式においても高い解像度の画像を得ることができる内視鏡装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる内視鏡装置は、赤色、緑色および青色の波長帯域の光を含む白色照明光、または前記青色および前記緑色の波長帯域にそれぞれ含まれる狭帯域の光からなる狭帯域照明光を出射する光源部と、格子状に配置された複数の画素がそれぞれ受光した光を光電変換し、電気信号を生成する撮像素子と、前記青色の波長帯域の光を透過するフィルタと、前記青色の波長帯域と前記緑色および前記赤色のうち少なくとも一方の波長帯域との光を透過するフィルタと、を少なくとも有する複数のフィルタで構成され、前記緑色の波長帯域の光を透過するフィルタ数が、当該フィルタユニットの全フィルタ数の半数以上であり、かつ、前記青色の波長帯域の光を透過するフィルタ数が前記緑色の波長帯域の光を透過するフィルタ数以上であるフィルタユニットを、前記複数の画素に対応させて配置したカラーフィルタと、前記複数の画素から輝度成分の光を受光する輝度成分画素を前記光源部が出射する照明光の種類に応じて選択する輝度成分画素選択部と、前記輝度成分画素選択部が選択した前記輝度成分画素に基づいて複数の色成分を有するカラー画像信号を生成するデモザイキング処理部と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、白色照明光観察方式および狭帯域光観察方式のどちらの観察方式においても高い解像度の画像を得ることができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡装置の概略構成を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡装置の概略構成を示す模式図である。 図３は、本発明の実施の形態にかかる撮像素子の画素の構成を示す模式図である。 図４は、本発明の実施の形態にかかるカラーフィルタの構成の一例を示す模式図である。 図５は、本発明の実施の形態にかかるカラーフィルタの各フィルタの特性の一例を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡装置のプロセッサ部が行う信号処理を示すフローチャートである。 図７は、本発明の実施の形態の変形例１にかかるカラーフィルタの構成を示す模式図である。 図８は、本発明の実施の形態の変形例２にかかるカラーフィルタの構成を示す模式図である。 図９は、本発明の実施の形態の変形例３にかかるカラーフィルタの構成を示す模式図である。 図１０は、本発明の実施の形態の変形例４にかかるカラーフィルタの構成を示す模式図である。 図１１は、本発明の実施の形態の変形例５にかかるカラーフィルタの構成を示す模式図である。
以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。実施の形態では、患者等の被検体の体腔内の画像を撮像して表示する医療用の内視鏡装置について説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる内視鏡装置の概略構成を示す図である。図２は、本実施の形態にかかる内視鏡装置の概略構成を示す模式図である。図１および図２に示す内視鏡装置１は、被検体の体腔内に挿入部２１を挿入することによって観察部位の体内画像を撮像して電気信号を生成する内視鏡２と、内視鏡２の先端から出射する照明光を発生する光源部３と、内視鏡２が取得した電気信号に所定の画像処理を施すとともに、内視鏡装置１全体の動作を統括的に制御するプロセッサ部４と、プロセッサ部４が画像処理を施した体内画像を表示する表示部５と、を備える。内視鏡装置１は、患者等の被検体の体腔内に、挿入部２１を挿入して体腔内の体内画像を取得する。医師等の使用者は、取得した体内画像の観察を行うことによって、検出対象部位である出血部位や腫瘍部位（病変部Ｓ）の有無を検査する。
内視鏡２は、可撓性を有する細長形状をなす挿入部２１と、挿入部２１の基端側に接続され、各種の操作信号の入力を受け付ける操作部２２と、操作部２２から挿入部２１が延びる方向と異なる方向に延び、光源部３およびプロセッサ部４に接続する各種ケーブルを内蔵するユニバーサルコード２３と、を備える。
挿入部２１は、光を受光する画素(フォトダイオード)が格子（マトリックス）状に配列され、当該画素が受光した光に対して光電変換を行うことにより画像信号を生成する撮像素子２０２を内蔵した先端部２４と、複数の湾曲駒によって構成された湾曲自在な湾曲部２５と、湾曲部２５の基端側に接続され、可撓性を有する長尺状の可撓管部２６と、を有する。
操作部２２は、湾曲部２５を上下方向および左右方向に湾曲させる湾曲ノブ２２１と、被検体の体腔内に生体鉗子、電気メスおよび検査プローブ等の処置具を挿入する処置具挿入部２２２と、光源部３に照明光の切替動作を行わせるための指示信号、処置具や、プロセッサ部４と接続する外部機器の操作指示信号、送水を行うための送水指示信号、および吸引を行うための吸引指示信号などを入力する複数のスイッチ２２３と、を有する。処置具挿入部２２２から挿入される処置具は、先端部２４の先端に設けられる処置具チャンネル（図示せず）を経由して開口部（図示せず）から表出する。
ユニバーサルコード２３は、ライトガイド２０３と、一または複数の信号線をまとめた集合ケーブルと、を少なくとも内蔵している。集合ケーブルは、内視鏡２および光源部３とプロセッサ部４との間で信号を送受信する信号線であって、設定データを送受信するための信号線、画像信号を送受信するための信号線、撮像素子２０２を駆動するための駆動用のタイミング信号を送受信するための信号線などを含む。
また、内視鏡２は、撮像光学系２０１、撮像素子２０２、ライトガイド２０３、照明用レンズ２０４、Ａ／Ｄ変換部２０５および撮像情報記憶部２０６を備える。
撮像光学系２０１は、先端部２４に設けられ、少なくとも観察部位からの光を集光する。撮像光学系２０１は、一または複数のレンズを用いて構成される。なお、撮像光学系２０１には、画角を変化させる光学ズーム機構および焦点を変化させるフォーカス機構が設けられていてもよい。
撮像素子２０２は、撮像光学系２０１の光軸に対して垂直に設けられ、撮像光学系２０１によって結ばれた光の像を光電変換して電気信号(画像信号)を生成する。撮像素子２０２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等を用いて実現される。
図３は、本実施の形態にかかる撮像素子の画素の構成を示す模式図である。撮像素子２０２は、撮像光学系２０１からの光を受光する複数の画素が、格子（マトリックス）状に配列されている。そして、撮像素子２０２は、それぞれの画素が受光した光に対して光電変換を行うことにより電気信号（画像信号等とも呼ばれる）を生成する。この電気信号には、各画素の画素値（輝度値）や画素の位置情報などが含まれる。図３では、ｉ行ｊ列目に配置されている画素を画素Ｐijと記している。
撮像素子２０２は、撮像光学系２０１と当該撮像素子２０２との間に設けられ、各々が個別に設定される波長帯域の光を透過する複数のフィルタを有するカラーフィルタ２０２ａを備える。カラーフィルタ２０２ａは、撮像素子２０２の受光面上に設けられる。
図４は、本実施の形態にかかるカラーフィルタの構成の一例を示す模式図である。カラーフィルタ２０２ａは、本実施形態では例えば、２×２のマトリックス状に並べられた四つのフィルタからなるフィルタユニットＵ１を画素Ｐijの配置に応じて二次元的（マトリックス状）に並べて配置したものである。フィルタが設けられた画素Ｐijは、フィルタが透過する波長帯域の光を受光する。例えば、青色の波長帯域の光を透過するフィルタが設けられた画素Ｐijは、青色の波長帯域の光を受光する。以下、青色の波長帯域の光を受光する画素ＰijをＢ画素という。同様に、緑色の波長帯域の光を受光する画素をＧ画素、赤色の波長帯域の光を受光する画素をＲ画素という。
ここでのフィルタユニットＵ１は、青色（Ｂ）の波長帯域ＨB、緑色（Ｇ）の波長帯域ＨGおよび赤色（Ｒ）の波長帯域ＨRの光を透過する。加えて、フィルタユニットＵ１は、波長帯域ＨGの光を透過するフィルタの数が、フィルタユニットＵ１を構成する全フィルタの数の半数以上であって、かつ波長帯域ＨBの光を透過するフィルタの数が、波長帯域ＨGの光を透過するフィルタの数以上となるように複数のフィルタが選択され、配置される。青色、緑色および赤色の波長帯域ＨB，ＨGおよびＨRは、例えば、波長帯域ＨBが３９０ｎｍ〜５００ｎｍ、波長帯域ＨGが５００ｎｍ〜６００ｎｍ、波長帯域ＨRが６００ｎｍ〜７００ｎｍである。
この図４に示されるとおり、本実施の形態にかかるフィルタユニットＵ１は、波長帯域ＨBの光を透過するＢフィルタが一つと、波長帯域ＨGの光を透過するＧフィルタが二つと、波長帯域ＨBおよび波長帯域ＨRの光を透過するＭｇフィルタが一つと、で構成されている。以下、画素Ｐijに対応する位置にＢフィルタが設けられる場合、このＢフィルタをＢijと記す。同様に画素Ｐijに対応する位置にＧフィルタが設けられる場合、Ｇij、Ｍｇフィルタが設けられる場合、Ｍｇijと記す。
フィルタユニットＵ１は、波長帯域ＨGの光を透過するフィルタ（Ｇフィルタ）の数が二つであり、波長帯域ＨBの光を透過するフィルタ（ＢフィルタおよびＭｇフィルタ）の数が二つとなっている。
図５は、本実施の形態にかかるカラーフィルタの各フィルタの特性の一例を示す図であって、光の波長と各フィルタの透過率との関係を示す図である。図５では、各フィルタの透過率の最大値が等しくなるように透過率曲線を規格化している。図５に示す曲線Ｌb（実線）はＢフィルタの透過率曲線を示し、曲線Ｌg（破線）はＧフィルタの透過率曲線を示し、曲線Ｌm（一点鎖線）はＭｇフィルタの透過率曲線を示す。
Ｂフィルタは、波長帯域ＨBの光を透過する。Ｍｇフィルタは、緑色の補色であるマゼンダ色の波長帯域の光を透過する。換言すれば、Ｍｇフィルタは、波長帯域ＨGの光を吸収し、波長帯域ＨBの光を透過するとともに、波長帯域ＨRの光を透過する。Ｇフィルタは、波長帯域ＨGの光を透過する。なお、本明細書において、補色とは、波長帯域ＨB，ＨG，ＨRのうち少なくとも二つの波長帯域を含む光により構成される色のことをいう。
図１および図２の説明に戻り、ライトガイド２０３は、グラスファイバ等を用いて構成され、光源部３が出射した光の導光路をなす。
照明用レンズ２０４は、ライトガイド２０３の先端に設けられ、ライトガイド２０３により導光された光を拡散して先端部２４の外部に出射する。
Ａ／Ｄ変換部２０５は、撮像素子２０２が生成した電気信号をＡ／Ｄ変換し、該変換した電気信号をプロセッサ部４に出力する。
撮像情報記憶部２０６は、内視鏡２を動作させるための各種プログラム、内視鏡２の動作に必要な各種パラメータおよび当該内視鏡２の識別情報等を含むデータを記憶する。また、撮像情報記憶部２０６は、識別情報を記憶する識別情報記憶部２６１を有する。識別情報には、内視鏡２の固有情報（ＩＤ）、年式、スペック情報、伝送方式およびカラーフィルタ２０２ａにかかるフィルタの配列情報等が含まれる。撮像情報記憶部２０６は、フラッシュメモリ等を用いて実現される。
つぎに、光源部３の構成について説明する。光源部３は、照明部３１および照明制御部３２を備える。
照明部３１は、照明制御部３２の制御のもと、波長帯域が互いに異なる複数の照明光を切り替えて出射する。照明部３１は、光源３１ａ、光源ドライバ３１ｂ、切替フィルタ３１ｃ、駆動部３１ｄ、駆動ドライバ３１ｅおよび集光レンズ３１ｆを有する。
光源３１ａは、照明制御部３２の制御のもと、赤色、緑色および青色の波長帯域ＨB，ＨGおよびＨRの光を含む白色照明光を出射する。光源３１ａが発生した白色照明光は、切替フィルタ３１ｃや、集光レンズ３１ｆおよびライトガイド２０３を経由して先端部２４から外部に出射される。光源３１ａは、白色ＬＥＤや、キセノンランプなどの白色光を発する光源を用いて実現される。
光源ドライバ３１ｂは、照明制御部３２の制御のもと、光源３１ａに対して電流を供給することにより、光源３１ａに白色照明光を出射させる。
切替フィルタ３１ｃは、光源３１ａが出射した白色照明光のうち青色の狭帯域光および緑色の狭帯域光のみを透過する。切替フィルタ３１ｃは、照明制御部３２の制御のもと、光源３１ａが出射する白色照明光の光路上に挿脱自在に配置されている。切替フィルタ３１ｃは、白色照明光の光路上に配置されることにより、二つの狭帯域光のみを透過する。具体的には、切替フィルタ３１ｃは、波長帯域ＨBに含まれる狭帯域ＴB（例えば、３９０ｎｍ〜４４５ｎｍ）の光と、波長帯域ＨGに含まれる狭帯域ＴG（例えば、５３０ｎｍ〜５５０ｎｍ）の光と、からなる狭帯域照明光を透過する。この狭帯域ＴB，ＴGは、血液中のヘモグロビンに吸収されやすい青色光および緑色光の波長帯域である。なお、狭帯域ＴBとして少なくとも４０５ｎｍ〜４２５ｎｍが含まれていればよい。この帯域に制限されて射出される光を狭帯域照明光といい、当該狭帯域照明光による画像の観察をもって狭帯域光観察（ＮＢＩ）方式という。
駆動部３１ｄは、ステッピングモータやＤＣモータ等を用いて構成され、切替フィルタ３１ｃを光源３１ａの光路から挿脱動作させる。
駆動ドライバ３１ｅは、照明制御部３２の制御のもと、駆動部３１ｄに所定の電流を供給する。
集光レンズ３１ｆは、光源３１ａが出射した白色照明光、または切替フィルタ３１ｃを透過した狭帯域照明光を集光して、光源部３の外部（ライトガイド２０３）に出射する。
照明制御部３２は、光源ドライバ３１ｂを制御して光源３１ａをオンオフ動作させ、および駆動ドライバ３１ｅを制御して切替フィルタ３１ｃを光源３１ａの光路に対して挿脱動作させることによって、照明部３１により出射される照明光の種類(帯域)を制御する。
具体的には、照明制御部３２は、切替フィルタ３１ｃを光源３１ａの光路に対して挿脱動作させることによって、照明部３１から出射される照明光を、白色照明光および狭帯域照明光のいずれかに切り替える制御を行う。換言すれば、照明制御部３２は、波長帯域ＨB，ＨGおよびＨRの光を含む白色照明光を用いた白色照明光観察（ＷＬＩ）方式と、狭帯域ＴB，ＴGの光からなる狭帯域照明光を用いた狭帯域光観察（ＮＢＩ）方式とのいずれかの観察方式に切り替える制御を行う。
次に、プロセッサ部４の構成について説明する。プロセッサ部４は、画像処理部４１、入力部４２、記憶部４３および制御部４４を備える。
画像処理部４１は、内視鏡２（Ａ／Ｄ変換部２０５）からの電気信号をもとに所定の画像処理を実行して、表示部５が表示する画像情報を生成する。画像処理部４１は、輝度成分画素選択部４１１、デモザイキング処理部４１２および表示画像生成処理部４１３を有する。
輝度成分画素選択部４１１は、照明制御部３２による照明光の切替動作、すなわち照明部３１が出射する照明光が、白色照明光および狭帯域照明光のうちのどちらであるかを判断する。輝度成分画素選択部４１１は、判断した照明光に応じて、デモザイキング処理部４１２で用いる輝度成分画素（輝度成分の光を受光する画素）の選択を行う。
デモザイキング処理部４１２は、輝度成分生成部４１２ａ、色成分生成部４１２ｂおよびカラー画像生成部４１２ｃを有する。デモザイキング処理部４１２は、輝度成分画素選択部４１１が選択した輝度成分画素に基づいて、複数の画素の色情報（画素値）の相関から補間方向を判別し、判別した補間方向に並んだ画素の色情報に基づいて補間を行うことによって、カラー画像信号を生成する。
輝度成分生成部４１２ａは、輝度成分画素選択部４１１により選択された輝度成分画素が生成した画素値を用いて補間方向を判別し、該判別した補間方向に基づき輝度成分画素以外の画素における輝度成分を補間して、各画素が輝度成分の画素値または補間された画素値（以下、補間値という）を有する一枚の画像を構成する画像信号を生成する。
輝度成分生成部４１２ａによる輝度成分を生成する処理の一例を説明する。輝度成分生成部４１２ａは、例えば輝度成分画素が、緑色の波長帯域の光を受光するＧ画素である場合、Ｇ画素が欠落している補間対象画素（Ｂ画素、またはマゼンダ色の波長帯域の光を受光するＭｇ画素）における緑成分の補間方向を、補間対象画素に隣接する位置のＧ画素の画素値をもとに算出された補間候補値を用いて判別する。本実施の形態では、補間方向を垂直方向、水平方向および、斜め方向あるいは方向無し（以下、単に斜め方向と記す）のいずれかとする。例えば、Ｍｇ画素である画素Ｐ22を補間対象画素とすると、四つのＧ画素である画素Ｐ12、画素Ｐ21、画素Ｐ23および画素Ｐ32の画素値をもとに補間候補値を算出する。この場合、垂直方向の欠落Ｇ画素の補間候補値ｇv22は、画素Ｐ12の画素値をｇ12、画素Ｐ32の画素値をｇ32とすると、ｇv22＝（ｇ12＋ｇ32）／２で求まる。同様に水平方向の欠落Ｇ画素の補間候補値ｇh22は、画素Ｐ21の画素値をｇ21、画素Ｐ23の画素値をｇ23とすると、ｇh22＝（ｇ21＋ｇ23）／２で求まる。画素Ｐ22の斜め方向の欠落Ｇ画素の補間候補値ｇa22は、周囲に位置する四つのＧ画素（画素Ｐ12、画素Ｐ21、画素Ｐ23および画素Ｐ32）を用いてｇa22＝（ｇ12＋ｇ21＋ｇ23＋ｇ32）／４で求まる。
この後、輝度成分生成部４１２ａは、補間対象画素の画素値と、上述した補間候補値との差をとって色差を算出するとともに、該補間対象画素からみて近傍８方向（垂直方向、水平方向または斜め方向）に位置する同種の画素（例えば、図３では画素Ｐ24、画素Ｐ42および画素Ｐ44が該当）の画素値と、補間候補値との差をとって色差を算出する。例えば、画素Ｐ22の画素値をｍ22とすると、垂直方向の補間候補値ｇv22との色差は、ｍ22−ｇv22となる。輝度成分生成部４１２ａは、補間対象画素について各補間候補値との色差を求めるとともに、近傍８方向に位置する同種の画素と各補間候補値との色差を算出する。
その後、輝度成分生成部４１２ａは、補間対象画素の色差と、近傍８方向の同種の画素の色差とをもとに、補間対象画素と同種の画素との差分絶対値和（例えば補間対象画素からの距離により方向ごとに重み付けを行った値）を垂直方向、水平方向および斜め方向ごとに求め、該差分絶対値和に基づいて垂直方向、水平方向および斜め方向の周辺類似度（相関値）を算出する。輝度成分生成部４１２ａは、算出された周辺類似度が最も小さい値の方向（垂直方向、水平方向および斜め方向のいずれかの方向）を補間方向として判別し、該判別した補間方向に基づき輝度成分（緑色成分の画素値）を補間して、各画素が緑色成分についての画素値ｇijまたは補間値ｇ’ijを有する一枚の画像を構成する画像信号を生成する。例えば、図３に示す画素Ｐ22において補間方向を垂直方向と判別した場合、補間値ｇ’22は、ｇ’22＝ｇv22となる。
色成分生成部４１２ｂは、輝度成分画素として選択されていない画素の画素値を少なくとも用いて輝度成分以外の色成分を生成する。色成分生成部４１２ｂは、例えば輝度成分画素がＧ画素である場合、画素値ｇ、輝度成分生成部４１２ａにより生成された補間値ｇ’、Ｂ画素の画素値ｂおよびＭｇ画素の画素値ｍをもとに、青色成分およびマゼンダ色成分の画素値または補間値を有する一枚の画像を構成する画像信号を色成分ごとに生成する。上述した輝度成分処理および色成分生成処理の詳細については、特開２００８−３５４７０号公報に記載されている方法を用いる。なお、Ｍｇ画素の画像信号の生成は、該公報に記載のＲ画素をＭｇ画素に置き換えて行う。
カラー画像生成部４１２ｃは、輝度成分生成部４１２ａで生成された輝度成分の画素値および補間値、ならびに色成分生成部４１２ｂで生成された色成分の画素値および補間値を用いてカラー画像を構成するカラー画像信号を生成する。カラー画像生成部４１２ｃでは、カラーフィルタ２０２ａが透過する光に補色が存在する場合は、該補色の色分離処理が含まれる。具体的には、本実施の形態ではマゼンダ色が存在するため、白色照明光観察方式の場合、このマゼンダ色成分のうち、青色成分を減算して赤色成分を分離する。
一方、カラー画像生成部４１２ｃは、狭帯域光観察方式の場合、Ｍｇフィルタが狭帯域Ｔbの狭帯域光のみを透過するため、青色成分および緑色成分を用いて、成分間のゲイン補正処理などを施してカラー画像を構成するカラー画像信号を生成する。
表示画像生成処理部４１３は、カラー画像生成部４１２ｃにより生成されたカラー画像信号に対して、階調変換、拡大処理、または粘膜表層の毛細血管や粘膜微細模様などの構造の構造強調処理などを施す。表示画像生成処理部４１３は、所定の処理を施した後、表示用の表示画像信号として表示部５に出力する。
画像処理部４１は、上述したデモザイキング処理のほか、ＯＢクランプ処理や、ゲイン調整処理などを行う。ＯＢクランプ処理では、内視鏡２（Ａ／Ｄ変換部２０５）から入力された電気信号に対し、黒レベルのオフセット量を補正する処理を施す。ゲイン調整処理では、デモザイキング処理を施した画像信号に対し、明るさレベルの調整処理を施す。
入力部４２は、プロセッサ部４に対するユーザからの入力等を行うためのインターフェースであり、電源のオン／オフを行うための電源スイッチ、撮影モードやその他各種のモードを切り替えるためのモード切替ボタン、光源部３の照明光を切り替えるための照明光切替ボタンなどを含んで構成されている。
記憶部４３は、内視鏡装置１を動作させるための各種プログラム、および内視鏡装置１の動作に必要な各種パラメータ等を含むデータを記録する。また、記憶部４３は、内視鏡２にかかる情報、例えば内視鏡２の固有情報（ＩＤ）とカラーフィルタ２０２ａのフィルタ配置にかかる情報との関係テーブルなどを記憶してもよい。記憶部４３は、フラッシュメモリやＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の半導体メモリを用いて実現される。
制御部４４は、ＣＰＵ等を用いて構成され、内視鏡２および光源部３を含む各構成部の駆動制御、および各構成部に対する情報の入出力制御などを行う。制御部４４は、記憶部４３に記録されている撮像制御のための設定データ（例えば、読み出し対象の画素など）や、撮像タイミングにかかるタイミング信号等を、所定の信号線を介して内視鏡２へ送信する。制御部４４は、撮像情報記憶部２０６を介して取得したカラーフィルタ情報（識別情報）を輝度成分画素選択部４１１に出力するとともに、切替フィルタ３１ｃの挿脱動作（配置）にかかる情報を光源部３に出力する。
次に、表示部５について説明する。表示部５は、映像ケーブルを介してプロセッサ部４が生成した表示画像信号を受信して該表示画像信号に対応する体内画像を表示する。表示部５は、液晶または有機ＥＬ（Electro Luminescence）を用いて構成される。
図６は、本実施の形態にかかる内視鏡装置１のプロセッサ部４が行う信号処理を示すフローチャートである。プロセッサ部４は、内視鏡２（先端部２４）から電気信号を取得すると、この電気信号を、デモザイキング処理部４１２（輝度成分生成部４１２ａおよび色成分生成部４１２ｂ）に出力する（ステップＳ１０１）。内視鏡２からの電気信号は、撮像素子２０２により生成され、Ａ／Ｄ変換部２０５によってデジタル信号に変換されたＲａｗ画像データを含む信号である。
電気信号がデモザイキング処理部４１２に入力されると、輝度成分画素選択部４１１は、入力された電気信号が、白色照明光観察方式および狭帯域光観察方式のうちどちらの観察方式により生成されたものかを判断する（ステップＳ１０２）。具体的には、輝度成分画素選択部４１１は、制御部４４からの制御信号（例えば、照明光にかかる情報や、観察方式を示す情報）に基づいて、どちらの観察方式により生成されたものかを判断する。
輝度成分画素選択部４１１は、入力された電気信号が、白色照明光観察方式により生成されたものであると判断すると（ステップＳ１０２；ＷＬＩ）、輝度成分画素としてＧ画素を選択して設定し、該設定した設定情報をデモザイキング処理部４１２に出力する（ステップＳ１０３）。具体的には、輝度成分画素選択部４１１は、識別情報（カラーフィルタ２０２ａの情報）に基づいて輝度成分画素として設定するＧ画素の位置情報、例えばＧ画素の行および列に関する情報を出力する。
これに対し、輝度成分画素選択部４１１は、入力された電気信号が、狭帯域光観察方式により生成されたものであると判断すると（ステップＳ１０２；ＮＢＩ）、輝度成分画素としてＢ画素を選択して設定し、該設定した設定情報をデモザイキング処理部４１２に出力する（ステップＳ１０４）。
ここで、狭帯域光観察方式の場合、狭帯域照明光には、波長帯域ＨRの光が含まれていない。このため、Ｍｇフィルタは、狭帯域ＴBの光のみを透過することとなり、Ｍｇフィルタが設けられたＭｇ画素は実質的にＢ画素として機能する。
したがって、輝度成分画素選択部４１１は、識別情報（先端部２４に設けられたカラーフィルタ２０２ａの情報）に基づいて輝度成分画素として設定するＢ画素およびＭｇ画素の位置情報、例えばＢ画素およびＭｇ画素の行および列に関する情報を出力する。
輝度成分生成部４１２ａは、輝度成分画素選択部４１１から取得した設定情報に基づいて輝度成分生成処理を行う（ステップＳ１０５）。具体的には、輝度成分生成部４１２ａは、白色照明光観察方式の場合、Ｇ画素の画素値を用いて補間方向を判別し、該判別した補間方向に基づきＧ画素以外の画素（Ｂ画素およびＭｇ画素）における輝度成分を補間して、各画素が緑色成分の画素値または補間値を有する一枚の画像を構成する画像信号を生成する。一方、輝度成分生成部４１２ａは、狭帯域光観察方式の場合、Ｂ画素およびＭｇ画素の画素値を用いて補間方向を判別し、該判別した補間方向に基づき輝度成分画素以外の画素（Ｇ画素）における輝度成分を補間して、各画素が青色成分の画素値または補間値を有する一枚の画像を構成する画像信号を生成する。
色成分生成部４１２ｂは、輝度成分画素選択部４１１から取得した設定情報に基づいて色成分生成処理を行う（ステップＳ１０６）。具体的には、色成分生成部４１２ｂは、白色照明光観察方式の場合、輝度成分生成部４１２ａにより生成された輝度成分の画素値および補間値、ならびにＢ画素およびＭｇ画素の画素値を用いて、青色成分およびマゼンダ色成分の画素値または補間値を有する一枚の画像を色成分ごとに生成する。一方、色成分生成部４１２ｂは、狭帯域光観察方式の場合、輝度成分生成部４１２ａにより生成された輝度成分の画素値および補間値、ならびにＧ画素の画素値を用いて、各画素が緑色成分の画素値または補間値を有する一枚の画像を構成する画像信号を生成する。
カラー画像生成部４１２ｃは、輝度成分生成部４１２ａで生成された輝度成分の画素値および補間値、ならびに色成分生成部４１２ｂで生成された色成分の画素値および補間値を用いて、カラー画像を構成するカラー画像信号を生成する（ステップＳ１０７）。具体的には、カラー画像生成部４１２ｃは、白色照明光観察方式の場合、マゼンダ色成分のうち、青色成分を減算して赤色成分を分離した後、輝度成分（緑色成分）、青色成分および赤色成分を用いて、カラー画像を構成するカラー画像信号を生成する。一方、カラー画像生成部４１２ｃは、狭帯域光観察方式の場合、輝度成分（青色成分）および緑色成分を用いて、カラー画像を構成するカラー画像信号を生成する。
表示画像生成処理部４１３は、カラー画像生成部４１２ｃにより生成されたカラー画像信号に対して、階調変換、拡大処理、または粘膜表層の毛細血管や粘膜微細模様などの構造の構造強調処理などを施して表示用の表示画像信号を生成する（ステップＳ１０８）。表示画像生成処理部４１３は、所定の処理を施した後、表示画像信号として表示部５に出力する。
狭帯域光観察方式では、輝度成分画素として空間周波数がより高周波成分を有している画素に設定することが好ましい。本信号処理では、輝度成分画素をＢ画素に設定することによって、青色の波長帯域の光が入射したＢ画素とＭｇ画素とを輝度成分画素として選択して方向判別補間を行なうこととなる。上記選択理由は、青色の狭帯域ＴBの光では生体表層の毛細血管像を、緑色の狭帯域ＴGの光では生体表層より深くにある太い血管像を描出し（透明な生体粘膜の散乱等により深層血管はその境界部のエッジも鈍る）、Ｂ画素がＧ画素より空間周波数として高周波成分を有するためである。これにより、フィルタユニットＵ１でみたときに、対角に配置されたＢ画素およびＭｇ画素を輝度成分画素として輝度成分生成処理を行うため、高い解像力で狭帯域光観察方式の画像を得ることができる。
また、本信号処理では、白色照明光観察方式において、視覚的な感度特性（緑色に対する空間周波数感度が高い）に鑑みて輝度成分画素をＧ画素に設定することが好ましく、輝度成分画素をＧ画素に設定して選択して方向判別補間を行なう。フィルタユニットＵ１でみたときに、対角に配置された二つのＧ画素を輝度成分画素として輝度成分生成処理を行うため、高い解像力で白色照明光観察方式の画像を得ることができる。
上述した本実施の形態によれば、白色照明光または狭帯域照明光を照明光として出射する光源部３と、複数の画素が配列されてなる撮像素子２０２と、所定の波長の光を透過するフィルタが配置されたカラーフィルタ２０２ａと、補間処理を施してカラー画像を生成するデモザイキング処理部４１２と、照明光に応じて輝度成分画素を選択する輝度成分画素選択部４１１と、を備え、カラーフィルタ２０２ａは、波長帯域ＨBの光を透過するＢフィルタと、波長帯域ＨGの光を透過するＧフィルタと、波長帯域ＨB，ＨRの光を透過するＭｇフィルタと、からなるフィルタユニットＵ１を単位とし、該フィルタユニットＵ１において、波長帯域ＨGの光を透過するフィルタ数が、フィルタユニットＵ１を構成するフィルタ数の半数以上であって、かつ波長帯域ＨBの光を透過するフィルタ数が、波長帯域ＨGの光を透過するフィルタ数と同数以上となるようにしたので、白色照明光観察方式および狭帯域光観察方式のどちらの観察方式においても高い解像度の画像を得ることができる。
また、上述した本実施の形態によれば、輝度成分画素選択部４１１が、制御部４４からの識別情報（カラーフィルタ２０２ａの情報）に基づいて輝度成分画素として設定する画素の位置情報を取得するようにしたので、プロセッサ部４に接続する内視鏡２（先端部２４）を、カラーフィルタ２０２ａのフィルタ配置が異なる先端部２４を備えた内視鏡２に取り換えた場合であっても、設定した輝度成分画素の位置情報を正確に指定することができる。
（変形例１）
図７は、本実施の形態の変形例１にかかるカラーフィルタの構成を示す模式図である。本変形例１にかかるカラーフィルタは、２×２のマトリックス状に並べられた四つのフィルタからなるフィルタユニットＵ２を二次元的に並べて配列したものである。フィルタユニットＵ２は、波長帯域ＨBの光を透過するＢフィルタが一つと、波長帯域ＨB，ＨGの光を透過するＣｙフィルタが二つと、波長帯域ＨRの光を透過するＲフィルタが一つと、からなる。
Ｃｙフィルタは、赤色の補色であるシアン色の波長帯域の光を透過する。換言すれば、Ｃｙフィルタは、波長帯域ＨRの光を吸収し、波長帯域ＨBの光を透過するとともに、波長帯域ＨGの光を透過する。本変形例１では、輝度成分画素選択部４１１は、白色照明光観察方式の場合、例えば輝度成分画素をＣｙ画素に設定する。カラー画像生成部４１２ｃは、シアン色成分のうち、青色成分を減算して緑色成分を分離する。
フィルタユニットＵ２は、波長帯域ＨGの光を透過するフィルタ（Ｃｙフィルタ）の数が二つであり、波長帯域ＨBの光を透過するフィルタ（ＢフィルタおよびＣｙフィルタ）の数が三つである。
（変形例２）
図８は、本実施の形態の変形例２にかかるカラーフィルタの構成を示す模式図である。本変形例２にかかるカラーフィルタは、２×２のマトリックス状に並べられた四つのフィルタからなるフィルタユニットＵ３を二次元的に並べて配列したものである。フィルタユニットＵ３は、波長帯域ＨBの光を透過するＢフィルタが一つと、波長帯域ＨB，ＨGの光を透過するＣｙフィルタが二つと、波長帯域ＨB，ＨRの光を透過するＭｇフィルタが一つと、からなる。
フィルタユニットＵ３は、波長帯域ＨGの光を透過するフィルタ（Ｃｙフィルタ）の数が二つであり、波長帯域ＨBの光を透過するフィルタ（Ｂフィルタ、ＣｙフィルタおよびＭｇフィルタ）の数が四つである。
（変形例３）
図９は、本実施の形態の変形例３にかかるカラーフィルタの構成を示す模式図である。本変形例３にかかるカラーフィルタは、２×２のマトリックス状に並べられた四つのフィルタからなるフィルタユニットＵ４を二次元的に並べて配列したものである。フィルタユニットＵ４は、波長帯域ＨBの光を透過するＢフィルタが一つと、対角に配置されて波長帯域ＨB，ＨGの光を透過するＣｙフィルタが二つと、波長帯域ＨB，ＨG，ＨRの光を透過するＷフィルタが一つと、からなる。
Ｗフィルタは、白色の波長帯域の光を透過する。換言すれば、Ｗフィルタは、波長帯域ＨB，ＨG，ＨRの光（白色光）に感度を有する。なお、Ｗフィルタを設けずに、空（透明）のフィルタ領域としてもよい。本変形例３では、カラー画像生成部４１２ｃは、白色照明光観察方式の場合、白色成分のうち、青色成分および緑色成分を減算して赤色成分を分離する。
フィルタユニットＵ４は、波長帯域ＨGの光を透過するフィルタ（ＣｙフィルタおよびＷフィルタ）の数が三つであり、波長帯域ＨBの光を透過するフィルタ（Ｂフィルタ、ＣｙフィルタおよびＷフィルタ）の数が四つである。
（変形例４）
図１０は、本実施の形態の変形例４にかかるカラーフィルタの構成を示す模式図である。本変形例４にかかるカラーフィルタは、４×４のマトリックス状に並べられた十六個のフィルタからなるフィルタユニットＵ５を二次元的に並べて配列したものである。フィルタユニットＵ５は、上述したＢフィルタ、ＧフィルタおよびＭｇフィルタをそれぞれ複数有し、かつ各Ｇフィルタが対角に配置されてなる。
フィルタユニットＵ５は、波長帯域ＨGの光を透過するフィルタ（Ｇフィルタ）の数が八つであり、波長帯域ＨBの光を透過するフィルタ（ＢフィルタおよびＭｇフィルタ）の数が八つである。
（変形例５）
図１１は、本実施の形態の変形例５にかかるカラーフィルタの構成を示す模式図である本変形例５にかかるカラーフィルタは、４×４のマトリックス状に並べられた十六個のフィルタからなるフィルタユニットＵ６を二次元的に並べて配列したものである。フィルタユニットＵ６は、上述したＢフィルタ、ＭｇフィルタおよびＷフィルタをそれぞれ複数有し、かつ各Ｗフィルタが対角に配置されてなる。
フィルタユニットＵ６は、波長帯域ＨGの光を透過するフィルタ（Ｗフィルタ）の数が八つであり、波長帯域ＨBの光を透過するフィルタ（Ｂフィルタ、ＭｇフィルタおよびＷフィルタ）の数が十六個である。
なお、上述した実施の形態にかかるカラーフィルタ２０２ａは、フィルタユニットにおいて、波長帯域ＨGの光を透過するフィルタの数が、フィルタユニットを構成するフィルタの数の半数以上であって、かつ波長帯域ＨBの光を透過するフィルタの数が、波長帯域ＨGの光を透過するフィルタの数以上となればよく、上述した配列のほか、上記の条件を満たす配列であれば適用可能である。
また、上述した実施の形態では、各々が所定の波長帯域の光を透過するフィルタを複数有するカラーフィルタ２０２ａが撮像素子２０２の受光面に設けられているものとして説明したが、各フィルタが撮像素子２０２の各画素に個別に設けられているものであってもよい。
なお、上述した実施の形態にかかる内視鏡装置１は、一つの光源３１ａから出射される白色光に対して、切替フィルタ３１ｃの挿脱により照明部３１から出射される照明光を白色照明光および狭帯域照明光に切り替えるものとして説明したが、白色照明光および狭帯域照明光をそれぞれ出射する二つの光源を切り替えて白色照明光および狭帯域照明光のいずれかを出射するものであってもよい。二つの光源を切り替えて白色照明光および狭帯域照明光のいずれかを出射する場合、例えば、光源部、カラーフィルタおよび撮像素子を備え、被検体内に導入されるカプセル型の内視鏡にも適用することができる。
また、上述した実施の形態にかかる内視鏡装置１は、Ａ／Ｄ変換部２０５が先端部２４に設けられているものとして説明したが、プロセッサ部４に設けられるものであってもよい。また、輝度成分画素選択部４１１など、画像処理にかかる構成を、内視鏡２や、内視鏡２とプロセッサ部４とを接続するコネクタ、操作部２２などに設けるものであってもよい。また、上述した内視鏡装置１では、撮像情報記憶部２０６に記憶された識別情報などを用いてプロセッサ部４に接続されている内視鏡２を識別するものとして説明したが、プロセッサ部４と内視鏡２との接続部分（コネクタ）に識別手段を設けてもよい。例えば、内視鏡２側に識別用のピン（識別手段）を設けて、プロセッサ部４に接続された内視鏡２を識別する。
また、上述した実施の形態にかかる内視鏡装置１は、輝度成分生成部４１２ａが輝度成分画素について、補間方向を判別して補間処理を行う線形補間を一例として説明したが、補間処理についてはこれに限るものではなく、キュービック補間やその他の非線形補間により補間処理を行うものであってもよい。
以上のように、本発明にかかる内視鏡装置は、白色照明光観察方式および狭帯域光観察方式のどちらの観察方式においても高い解像度の画像を得るのに有用である。
１ 内視鏡装置
２ 内視鏡
３ 光源部
４ プロセッサ部
５ 表示部
２１ 挿入部
２２ 操作部
２３ ユニバーサルコード
２４ 先端部
３１ 照明部
３１ａ 光源
３１ｂ 光源ドライバ
３１ｃ 切替フィルタ
３１ｄ 駆動部
３１ｅ 駆動ドライバ
３１ｆ 集光レンズ
３２ 照明制御部
４１ 画像処理部
４２ 入力部
４３ 記憶部
４４ 制御部
２０１ 撮像光学系
２０２ 撮像素子
２０２ａ カラーフィルタ
２０３ ライトガイド
２０４ 照明用レンズ
２０５ Ａ／Ｄ変換部
２０６ 撮像情報記憶部
２６１ 識別情報記憶部
４１１ 輝度成分画素選択部
４１２ デモザイキング処理部
４１２ａ 輝度成分生成部
４１２ｂ 色成分生成部
４１２ｃ カラー画像生成部
４１３ 表示画像生成処理部
Ｕ１〜Ｕ６ フィルタユニット

Claims (6)

  1. 赤色、緑色および青色の波長帯域の光を含む白色照明光、または前記青色および前記緑色の波長帯域にそれぞれ含まれる狭帯域の光からなる狭帯域照明光を出射する光源部と、
    格子状に配置された複数の画素がそれぞれ受光した光を光電変換し、電気信号を生成する撮像素子と、
    前記青色の波長帯域の光を透過するフィルタと、前記青色の波長帯域と前記緑色および前記赤色のうち少なくとも一方の波長帯域との光を透過するフィルタと、を少なくとも有する複数のフィルタで構成され、前記緑色の波長帯域の光を透過するフィルタ数が、当該フィルタユニットの全フィルタ数の半数以上であり、かつ、前記青色の波長帯域の光を透過するフィルタ数が前記緑色の波長帯域の光を透過するフィルタ数以上であるフィルタユニットを、前記複数の画素に対応させて配置したカラーフィルタと、
    前記複数の画素から輝度成分の光を受光する輝度成分画素を前記光源部が出射する照明光の種類に応じて選択する輝度成分画素選択部と、
    前記輝度成分画素選択部が選択した前記輝度成分画素に基づいて複数の色成分を有するカラー画像信号を生成するデモザイキング処理部と、
    を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
  2. 前記輝度成分画素選択部は、
    前記光源部が前記白色照明光を出射する場合、前記緑色の波長帯域の光を透過するフィルタを介して光を受光する画素を前記輝度成分画素として選択し、
    前記光源部が前記狭帯域照明光を出射する場合、前記青色の波長帯域の光を透過するフィルタを介して光を受光する画素を前記輝度成分画素として選択する
    ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
  3. 前記フィルタユニットは、前記青色の波長帯域の光と、前記緑色または前記赤色の波長帯域の光と、を透過するフィルタを含む
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の内視鏡装置。
  4. 前記フィルタユニットは、前記赤色、緑色および青色の波長帯域の光を透過するフィルタを含む
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の内視鏡装置。
  5. 前記デモザイキング処理部は、
    前記輝度成分画素選択部により選択された前記輝度成分画素の画素値に基づき前記輝度成分画素以外の画素の輝度成分を生成する輝度成分生成部と、
    前記輝度成分生成部が生成した輝度成分をもとに輝度成分以外の色成分を生成する色成分生成部と、を有する
    ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の内視鏡装置。
  6. 前記カラーフィルタのフィルタ配列に関する識別情報を記憶する識別情報記憶部を備え、
    前記輝度成分画素選択部は、前記識別情報を参照して、選択した輝度成分画素にかかる情報を前記デモザイキング処理部に出力する
    ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の内視鏡装置。
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