JP2015134110A - 内視鏡装置及び色ムラ低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一定の色分布を有する照明光を生成する内視鏡装置及び色ムラ低減方法を得る。【解決手段】色ムラを検出する対象となる画像は、全面が白色で塗りつぶされた色ムラ検出板を撮像することにより得られる。第２のモータ制御回路１２４は、画像に含まれる各画素における色及び輝度成分をＲ−Ｙ／Ｂ−Ｙ色空間に変換する。Ｒ−Ｙ／Ｂ−Ｙ色空間に示した色分布において、最も原点から離れた点と原点との距離を、その画像における色ムラとして評価する。この色ムラを、最大彩度差Ｃと呼ぶ。そこで、ライトガイド１４６の回転角度毎に、画像に含まれる最大彩度差Ｃ（色ムラ）を検出し、最大彩度差Ｃが最も小さい画像に対応する角度を求める。この角度でライトガイド１４６を固定すれば、最も照明光の色ムラが少ない状態でライトガイド１４６とランプ１１１とを接続させることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、ライトガイドを挿抜可能な内視鏡装置、及び照明光の色ムラを低減する方法に関する。

人体に挿入されて体内の画像を撮像する内視鏡スコープと、内視鏡スコープから画像を受信して画像処理する内視鏡装置とが知られている。内視鏡スコープはライトガイドを備え、内視鏡装置は、光源とガラスロッドとを備える。光源が生成した照明光は、ガラスロッドを介してライトガイドに入射する。ライトガイドは、光源から照明光を受光して被写体に照射する。ガラスロッドは、一方の端面に拡散面を備え、角度成分の偏りのない光をライトガイドに供給する（特許文献１）。

特開２０１１−１２０６２７号公報

しかし、ガラスロッドが照明光を減衰させることがある。ガラスロッドによる減衰分を補償するため、光源は減衰分だけ多くの光量で照明光を生成しなければならず、光源の消費電力が嵩むおそれがある。また、光源が生成する照明光をガラスロッドで受光すると、ガラスロッドと光源との位置関係によって被写体における照明光の色分布が変化することがある。被写体における照明光の色分布が所定の範囲よりも広い状態、すなわち被写体の位置によって照明光の色が所定値以上異なる状態を色ムラが生じている状態という。内視鏡装置に対してライトガイドが周方向に回転可能な状態で取り付けられる場合、光源、ガラスロッド、及びライトガイドの接続状態によって、照明光の色分布が変化する。すなわち、ライトガイドが内視鏡装置に対して回転する度に、照明光の色分布が変化する。そのため、検査毎に照明光の色分布が異なり、患部の画像を比較することが困難になるおそれがある。さらに、ガラスロッドは、通過する照明光の色ムラを多少低減できるが、色ムラを充分に低減できるものではない。

本発明はこれらの問題に鑑みてなされたものであり、一定の色分布を有する照明光を生成する内視鏡装置及び観察時の色ムラ低減方法を得ることを目的とする。

本願第１の発明による内視鏡装置は、棒状のライトガイドに照明光を提供する光源と、ライトガイドを周方向に所定の角度ずつ回転させる回転部と、ライトガイドが所定の角度だけ回転される毎に照明光を用いて被写体を撮像し、画像を出力する撮像部と、画像に含まれる色ムラを検出する検出部とを備え、回転部は、色ムラが最も少ない画像に対応する角度で、ライトガイドを周方向に固定することを特徴とする。

回転部は、ライトガイドと係合し、あるいは係合しないことが可能であって、ライトガイドが内視鏡装置に装着されたことを検知する検知部と、ライトガイドが内視鏡装置に装着されたことを検知部が検知したとき、回転部をライトガイドに係合させる駆動部とをさらに備えることが好ましい。ライトガイドが内視鏡装置に挿入されているときは、ライトガイドを内視鏡装置に固定し、検査を行っていないときに、ライトガイドを内視鏡装置から抜くことができる。

被写体は、全面が白色から成る板状の部材であることが好ましい。色ムラを確実に検出できる。

検出部は、画像の色分布の広がりに基づいて色ムラを検出することが好ましい。色ムラを確実に検出できる。

検出部は、画像が有する各画素における色及び輝度成分を所定の色空間に示した色分布を作成し、色分布における広がりに基づいて色ムラを検出することが好ましい。色ムラを確実に検出できる。

本願第２の発明による色ムラ低減方法は、棒状のライトガイドに照明光を提供するステップと、ライトガイドを周方向に所定の角度ずつ回転させるステップと、ライトガイドが所定の角度だけ回転される毎に照明光を用いて被写体を撮像し、画像を出力するステップと、画像に含まれる色ムラを検出するステップと、色ムラが最も少ない画像に対応する角度で、ライトガイドを周方向に固定するステップとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、一定の色分布を有する照明光を生成する内視鏡装置及び観察時の色ムラ低減方法を得る。

本願発明による内視鏡装置の外観を概略的に示した図である。 本願発明による内視鏡装置を示したブロック図である。 画像の色分布を示した図である。 検査処理を示したフローチャートである。 最小色ムラ検出処理を示したフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態による内視鏡装置１００について説明する。

図１は、内視鏡装置１００、及び内視鏡装置１００に接続されて使用されるスコープ１３０の外観を概略的に示す。内視鏡装置１００は、ライトガイドジャック１０２と、通信ジャック１０１と、フロントパネルランプスイッチ１０３と、色ムラ検出スイッチ１０４とを外面に主に備える。スコープ１３０は、挿入部１３１と、把持部１３２と、接続ケーブル１３３と、通信プラグ１３４と、ライトガイドプラグ１３５とを主に備える。挿入部１３１は、人体の内部に挿入される。把持部１３２は、使用時にユーザによって把持される。接続ケーブル１３３は、いわゆる二股ケーブルであって、把持部１３２から出た１本のケーブルが二股に分かれて通信プラグ１３４とライトガイドプラグ１３５とに各々接続される。通信プラグ１３４は、通信ジャック１０１に挿入されて接続される。通信プラグ１３４及び通信ジャック１０１は、スコープ１３０と内視鏡装置１００とを電気的に接続し、スコープ１３０が被写体像を撮像して得られた画像データを伝達する。ライトガイドプラグ１３５及びライトガイドジャック１０２は、内視鏡装置１００が生成した照明光を伝達するコネクタである。ライトガイドプラグ１３５は、ライトガイドジャック１０２に挿入され、ライトガイドジャック１０２に対して、周方向に回転可能となるように接続される。フロントパネルランプスイッチ１０３及び色ムラ検出スイッチ１０４に関しては、後述される。

次に、図２を用いて、内視鏡装置１００及びスコープ１３０の構成について説明する。

スコープ１３０は、挿入部１３１の先端に格納されて観察対象物を撮像するＣＣＤ１４２と、ＣＣＤ１４２を駆動するＣＣＤ駆動回路１４３と、ＣＣＤ１４２に被写体像を結像させる撮像レンズ１４１と、内視鏡装置１００が生成した照明光を受光するライトガイド１４６と、ライトガイド１４６から挿入部１３１の先端まで照明光を伝達する照明光ファイバ１４５とを主に備える。ＣＣＤ１４２は、観察対象物を撮像して画像データを出力する。画像データは、ＣＣＤ駆動回路１４３を経て、内視鏡装置１００に送信される。ＣＣＤ１４２及びＣＣＤ駆動回路１４３は撮像部の一部を成す。

ライトガイド１４６は、円柱の棒状に形成された、無色透明なガラス材料から成り、ライトガイドプラグ１３５の先端から突出する。ライトガイドプラグ１３５がライトガイドジャック１０２に挿入されたとき、ライトガイド１４６は内視鏡装置１００の内部に挿入され、周方向に回転可能となるように接続される。

内視鏡装置１００は、前段映像信号処理回路１０５と、メモリ１０６と、後段映像信号処理回路１０７と、光源を成すランプ１１１と、光源レンズ１１２と、第１のモータ１２１と、第１のモータ制御回路１２２と、第２のモータ１２３と、検出部を成す第２のモータ制御回路１２４と、ベルト１２５と、検知部を成す検知スイッチ１２６とを主に備える。前段映像信号処理回路１０５は撮像部の一部を成し、第１のモータ１２１と第１のモータ制御回路１２２とが駆動部を成し、第２のモータ１２３とベルト１２５とが回転部を成す。

前段映像信号処理回路１０５は、ＣＣＤ駆動回路１４３から画像データを受信して、所定の画像処理を施し、画像を出力する。また、前段映像信号処理回路１０５は、後述する検査処理及び最小色ムラ検出処理の一部を実行する。

メモリ１０６は、最小色ムラ検出処理を実行することにより得られた最小色ムラ角や、画像を記憶する。

後段映像信号処理回路１０７は、メモリ１０６から画像を読み出して、モニタ１６０が表示可能なフォーマットに変換して出力する。内視鏡装置１００に接続されたモニタ１６０は、後段映像信号処理回路１０７から画像を受信して表示する。

ランプ１１１は、フロントパネルランプスイッチ１０３のオン及びオフに応じて、所定の波長を有する照明光を生成する。光源レンズ１１２は、照明光をライトガイド１４６の端面に入射させる。

検出部及び回転部の構成について説明する。検出部は、第２のモータ制御回路１２４を主に備え、回転部は、第２のモータ１２３とベルト１２５とを主に備える。

第２のモータ制御回路１２４は、第２のモータ１２３、メモリ１０６、及び色ムラ検出スイッチ１０４に接続され、後述する検査処理及び最小色ムラ検出処理の一部を実行する。第２のモータ１２３は、第２のモータ制御回路１２４からの指示に応じて回転、あるいは停止する。第２のモータ１２３が停止したとき、外力を加えても第２のモータ１２３は回転しない。ベルト１２５は、第２のモータ１２３とライトガイド１４６とに掛け回され、第２のモータ１２３による回転力をライトガイド１４６に伝達する。すなわち、第２のモータ１２３が回転すると、ライトガイド１４６が周方向に回転する。

検知部と駆動部の構成について説明する。検知部は、検知スイッチ１２６を主に備え、駆動部は、第１のモータ１２１と第１のモータ制御回路１２２とを主に備える。

検知スイッチ１２６は、モメンタリスイッチであって、ライトガイド１４６が内視鏡装置１００に装着されたことを検知する。ライトガイドプラグ１３５がライトガイドジャック１０２に挿入されると、検知スイッチ１２６はライトガイドプラグ１３５によって押圧され、オンになる。また、ライトガイドプラグ１３５がライトガイドジャック１０２に挿入されていないとき、検知スイッチ１２６はライトガイドプラグ１３５によって押圧されず、オフになる。

第１のモータ制御回路１２２は、検知スイッチ１２６及び第１のモータ１２１に接続され、検知スイッチ１２６がオンになったときに、後述する検査処理の一部を実行する。第１のモータ１２１は、第１のモータ制御回路１２２からの指示に応じて回転、あるいは停止する。ベルト１２５がライトガイド１４６に係合していないときに第１のモータ１２１が回転すると、ベルト１２５に張力が加えられて、ベルト１２５がライトガイド１４６に係合する。他方、ベルト１２５がライトガイド１４６に係合しているときに第１のモータ１２１が回転すると、ベルト１２５に加えられている張力が弱められ、ベルト１２５がライトガイド１４６から離れる。これにより、ライトガイド１４６が内視鏡装置１００に挿入されているときは、ライトガイド１４６を内視鏡装置１００に固定できる。また、検査を行っていないときに、ライトガイド１４６を内視鏡装置１００から抜くことができる。

検査処理及び最小色ムラ検出処理の概略について説明する。最小色ムラ検出処理は、検査処理において実行される処理であって、照明光をライトガイド１４６に供給しながらライトガイド１４６を所定の角度ずつ回転させ、ライトガイド１４６を所定の角度ずつ回転させる度に照明光を用いて撮像された画像を取得し、取得した画像に含まれる色ムラを検出し、最も色ムラが少ない画像に対応する角度を求める処理である。検査処理は、ベルト１２５をライトガイド１４６に係合させた後に、最小色ムラ検出処理によって求められた、最も色ムラが少ない画像に対応する角度でライトガイド１４６を固定する処理である。

次に、図３を用いて、最小色ムラ検出処理の原理について説明する。

色ムラを検出する対象となる画像は、全面が白色で塗りつぶされた、図示しない平板形状の色ムラ検出板を撮像することにより得られる。白色の色ムラ検出板を用いることにより、色ムラを確実に検出できる。画像は、メモリ１０６に記憶される。第２のモータ制御回路１２４は、この画像をメモリ１０６から取得し、画像に含まれる各画素における色及び輝度成分をＲ−Ｙ／Ｂ−Ｙ色空間に変換する。

各画素における色及び輝度成分をＲ−Ｙ／Ｂ−Ｙ色空間に示した色分布を図３に示す。色ムラが大きい画素では、彩度が大きくなるため、原点から離れた位置にプロットされる。そのため、Ｒ−Ｙ／Ｂ−Ｙ色空間に示した色分布において、最も原点から離れた点と原点との距離を、その画像における色ムラとして評価できる。この色ムラを、最大彩度差Ｃと呼ぶ。そこで、ライトガイド１４６の回転角度毎に、画像に含まれる最大彩度差Ｃ（色ムラ）を検出し、最大彩度差Ｃ（色ムラ）が最も小さい画像に対応する角度を求める。この角度を最適角度という。そして最適角度でライトガイド１４６を固定すれば、最も照明光の色ムラが少ない状態でライトガイド１４６とランプ１１１とを接続させることができる。

次に、図４を用いて、検査処理について説明する。検査処理は、所定の時間間隔で周期的に実行される。

始めのステップＳ４１では、検知スイッチ１２６が押圧されたか否かを判断する。検知スイッチ１２６が押圧された場合、処理はステップＳ４２に進み、押圧されていない場合、処理はステップＳ４１を繰り返す。

次のステップＳ４２では、第１のモータ制御回路１２２が第１のモータ１２１を駆動させる。第１のモータ１２１は、第１のモータ制御回路１２２からの指示に応じて回転し、ベルト１２５に張力が加えられて、ベルト１２５がライトガイド１４６に係合する。

次のステップＳ４３では、色ムラ検出スイッチ１０４が押圧されたか否かを判断する。色ムラ検出スイッチ１０４が押圧された場合、処理はステップＳ４４に進み、押圧されていない場合、処理はステップＳ４３を繰り返す。

次のステップＳ４４では、最小色ムラ検出処理を実行する。これにより、最大彩度差Ｃ（色ムラ）が最も小さい画像に対応する角度、すなわち最適角度が求められる。

次のステップＳ４５では、ライトガイド１４６を内視鏡装置１００に対して最適角度で固定する。すなわち、最適角度で第２のモータ１２３が回転を停止する。第２のモータ１２３は、停止したとき、外力を加えても第２のモータ１２３は回転しないため、ライトガイド１４６は内視鏡装置１００に対して最適角度で固定される。

次のステップＳ４６では、前段映像信号処理回路１０５が、撮像された画像を用いて、画像のホワイトバランスを調整する。

次のステップＳ４７では、スコープ１３０を用いて、観察対象物に対する検査を行う。

次のステップＳ４８では、フロントパネルランプスイッチ１０３がオフにされたか否かを判断する。オフにされた場合、処理はステップＳ４９に進み、オフにされていない場合、処理はステップＳ４７に戻って検査を継続する。

ステップＳ４９では、第１のモータ１２１が回転して、ベルト１２５に加えられている張力が弱められ、ベルト１２５がライトガイド１４６から離れる。これにより、ライトガイド１４６を内視鏡装置１００から抜くことができる。

次のステップＳ５０では、検査を終了する。そして処理が終了する。

次に、図５を用いて、最小色ムラ検出処理について説明する。最小色ムラ検出処理は、検査処理のステップＳ４４において実行される。

始めのステップＳ５１では、現在のライトガイド１４６の周方向における角度θを０度とし、０度でライトガイド１４６を内視鏡装置１００に対して周方向に固定する。

次のステップＳ５２では、ランプ１１１をオンにする。これにより、挿入部１３１の先端から照明光が出射され、観察対象物を照らす。

次のステップＳ５３では、ＣＣＤ１４２、ＣＣＤ駆動回路１４３、及び前段映像信号処理回路１０５を用いて撮像が行われ、画像がメモリ１０６に保存される。

次のステップＳ５４では、画像に含まれる各画素における色及び輝度成分をＲ−Ｙ／Ｂ−Ｙ色空間に変換し、最大彩度差Ｃ０を算出する。

次のステップＳ５５では、現在の角度θ＝０度を最適角度θｂｅｓｔに代入する。

次のステップＳ５６からＳ６２では、ライトガイド１４６を所定の角度ずつ回転させて画像を撮像し、画像に含まれる色ムラを検出し、最適角度θｂｅｓｔを求める。

まず、ステップＳ５６では、角度θを４５度増やし、ライトガイド１４６を４５度だけ周方向時計回りに回転させる。

次のステップＳ５７では、ＣＣＤ１４２、ＣＣＤ駆動回路１４３、及び前段映像信号処理回路１０５を用いて撮像が行われ、画像がメモリ１０６に保存される。

次のステップＳ５８では、画像に含まれる各画素における色及び輝度成分をＲ−Ｙ／Ｂ−Ｙ色空間に変換し、最大彩度差Ｃを算出する。

次のステップＳ５９では、現在の最適角度θｂｅｓｔに対応する最大彩度差Ｃ０が、ステップＳ５８において算出された最大彩度差Ｃよりも大きいか否かを判断する。

最大彩度差Ｃ０が最大彩度差Ｃよりも大きい場合、処理はステップＳ６２に進む。そして、角度θが３６０度を超えるまで、すなわちライトガイド１４６が内視鏡装置１００に対して周方向に１回転するまで、ステップＳ５６からＳ６２を反復する。最大彩度差Ｃ０が最大彩度差Ｃよりも大きいとは、最大彩度差Ｃ０に対応する画像の色ムラが、ステップＳ５８において算出された最大彩度差Ｃに対応する画像の色ムラよりも大きいことを意味する。よって、ステップＳ５６からＳ６２を再度実行して、最大彩度差Ｃ０よりも大きい最大彩度差Ｃを探索する。

最大彩度差Ｃ０が最大彩度差Ｃよりも大きくない場合、処理はステップＳ６０に進む。この場合、最大彩度差Ｃ０に対応する画像の色ムラが、ステップＳ５８において算出された最大彩度差Ｃに対応する画像の色ムラよりも小さい。そこで、ステップＳ６０及びＳ６１を実行して、最大彩度差Ｃ０及び最適角度θｂｅｓｔを更新する。

ステップＳ６０では、ステップＳ５８において算出された最大彩度差Ｃを最大彩度差Ｃ０に代入する。

ステップＳ６１では、ステップＳ５８において算出された最大彩度差Ｃに対応する角度を最適角度θｂｅｓｔに代入する。そして、ステップＳ５６からＳ６２を再度実行して、ライトガイド１４６が内視鏡装置１００に対して周方向に１回転するまで、最大彩度差Ｃ０よりも大きい最大彩度差Ｃをさらに探索する。

ライトガイド１４６が内視鏡装置１００に対して周方向に１回転するまでステップＳ５６からＳ６２を実行すると、最適角度θｂｅｓｔが求められる。そこで、ステップＳ６３において、最適角度θｂｅｓｔまでライトガイド１４６を回転させ、固定する。そして、処理を終了する。

これにより、最適角度θｂｅｓｔでライトガイド１４６を固定して、最も照明光の色ムラが少ない状態でライトガイド１４６とランプ１１１とを接続させ、かつその状態を維持することができる。

本実施形態によれば、常に最も照明光の色ムラが少ない状態でライトガイド１４６とランプ１１１とを接続させることができる。また、これにより、ライトガイド１４６と内視鏡装置１００との着脱を繰り返しても、着脱する毎に色ムラの状態が変化してしまうおそれが少ない。

ライトガイド１４６が内視鏡装置１００に対して周方向に回転しないため、検査中にライトガイド１４６が回転して照明光の色ムラが変化しまうおそれがない。

また、ライトガイド１４６とランプ１１１及び光源レンズ１１２との間に、照明光を減衰させる部品を介在させないため、照明光を減衰させることなく、照明光の色ムラを低減できる。

ライトガイド１４６を回転する角度は、４５度に限定されない。

最小色ムラ検出処理のステップＳ５６において、回転方向は時計回りでなく、反時計回りであってもよい。

なお、ＣＣＤ１４２でなく、他の個体撮像素子、例えばＣＭＯＳ等を用いてもよい。

色ムラ検出板は、白でなく、赤色や黄色などの他の色に塗られてもよい。また、平板形状でなく、円柱形状、又はお椀形状であってもよく、色ムラ検出板以外の物が画像に写らないような形状であればよい。

１００ 内視鏡装置
１０１ 通信ジャック
１０２ ライトガイドジャック
１０３ フロントパネルランプスイッチ
１０４ 色ムラ検出スイッチ
１０５ 前段映像信号処理回路
１０６ メモリ
１０７ 後段映像信号処理回路
１１１ ランプ
１１２ 光源レンズ
１２１ 第１のモータ
１２２ 第１のモータ制御回路
１２３ 第２のモータ
１２４ 第２のモータ制御回路
１２５ ベルト
１２６ 検知スイッチ
１３０ スコープ
１３１ 挿入部
１３２ 把持部
１３３ 接続ケーブル
１３４ 通信プラグ
１３５ ライトガイドプラグ
１４１ 撮像レンズ
１４２ ＣＣＤ
１４３ ＣＣＤ駆動回路
１４５ 照明光ファイバ
１４６ ライトガイド

Claims (6)

1. 棒状のライトガイドに照明光を提供する光源と、
   前記ライトガイドを周方向に所定の角度ずつ回転させる回転部と、
   前記ライトガイドが所定の角度だけ回転される毎に前記照明光を用いて被写体を撮像し、画像を出力する撮像部と、
   前記画像に含まれる色ムラを検出する検出部とを備え、
   前記回転部は、色ムラが最も少ない画像に対応する角度で、前記ライトガイドを周方向に固定する
   内視鏡装置。
2. 前記回転部は、前記ライトガイドと係合し、あるいは係合しないことが可能であって、
   前記ライトガイドが前記内視鏡装置に装着されたことを検知する検知部と、
   前記ライトガイドが前記内視鏡装置に装着されたことを前記検知部が検知したとき、前記回転部を前記ライトガイドに係合させる駆動部とをさらに備える請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記被写体は、全面が白色から成る板状の部材である請求項１又は２に記載の内視鏡装置。
4. 前記検出部は、前記画像の色分布の広がりに基づいて色ムラを検出する請求項１から３のいずれかに記載の内視鏡装置。
5. 前記検出部は、前記画像が有する各画素における色及び輝度成分を所定の色空間に示した色分布を作成し、前記色分布における広がりに基づいて色ムラを検出する請求項４に記載の内視鏡装置。
6. 棒状のライトガイドに照明光を提供するステップと、
   前記ライトガイドを周方向に所定の角度ずつ回転させるステップと、
   前記ライトガイドが所定の角度だけ回転される毎に前記照明光を用いて被写体を撮像し、画像を出力するステップと、
   前記画像に含まれる色ムラを検出するステップと、
   色ムラが最も少ない画像に対応する角度で、前記ライトガイドを周方向に固定するステップとを備える色ムラ低減方法。

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