JP2015139520A - 電子内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】垂直方向の解像度の低下を抑えると共に被写体の動き量が大きい場合の残像感や動画ぼやけを抑えることが難しかった。
【解決手段】電子内視鏡システムを、分光特性の異なる第一の光と第二の光とを所定のフィールドレートに同期したタイミングで交互に射出する光源部と、第一の光により照射される被写体の画像を第一のフィールド画像として生成し、第二の光により照射される被写体の画像を第二のフィールド画像として生成するフィールド画像生成手段と、生成された第一のフィールド画像、第二のフィールド画像の各変化率を交互に計算する変化率計算手段と、計算された一方のフィールド画像の変化率に基づいて他方のフィールド画像の変化率を推定する変化率推定手段と、推定された変化率に基づいて他方のフィールド画像のフィールドを補完する補完手段と、から構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、病変部等の被写体を観察するための電子内視鏡システムに関する。

医療機器分野においては、分光特性の異なる照射光を使用した観察を同時に行うことで病変部の診断を容易にする電子内視鏡システムが知られている。この種の電子内視鏡システムの具体的構成は、例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の電子内視鏡システムでは、システムコントロール回路（４２）は、奇数番フレームの第１フィールド及びそれに続く偶数番フレームの第２フィールドに白色光をライトガイド（１６）に導入するとともに、奇数番フレームの第２フィールドに及びそれに続く偶数番フレームの第１フィールドに励起光をライトガイド（１６）に導入する。前段処理回路（４３１）は、奇数番フレームの各フィールド及び偶数番フレームの各フィールドに得られた映像信号を各メモリ領域（４３２ａ〜ｄ）に上書きする。スキャンコンバータ（４３５）は、各フレームの第１フィールドでは、メモリ領域（４３２ａ，ｃ）のそれぞれから通常カラー画像、蛍光画像の映像信号を読み出して結合し、各フレームの第２フィールドでは、メモリ領域（４３２ｄ，ｂ）のそれぞれから通常カラー画像、蛍光画像の映像信号を読み出して結合する。これにより、垂直方向の解像度の低下が抑えられた状態で通常カラー画像と蛍光画像とが一画面内に同時に表示される。

特開２００５−３１９２１３号公報

しかし、特許文献１に記載の電子内視鏡システムでは、各フィールドの通常カラー画像及び蛍光画像は、新たなフィールド画像によって更新されるまでの間に常に２回連続で（例えば、奇数番フレームの第１フィールドと次の偶数番フレームの第１フィールドに続けて、若しくは奇数番フレームの第２フィールドと次の偶数番フレームの第２フィールドに続けて）表示されるため、フィールド単位における実質的なリフレッシュレートが低い。そのため、例えば被写体の動き量が大きい（動きが速い）場合、残像感や動画ぼやけが目立つという欠点を抱えている。

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、垂直方向の解像度の低下を抑えると共に被写体の動き量が大きい（動きが速い）場合の残像感や動画ぼやけを抑えることが可能な電子内視鏡システムを提供することである。

本発明の実施形態に係る電子内視鏡システムは、分光特性の異なる第一の光と第二の光とを所定のフィールドレートに同期したタイミングで交互に射出する光源部と、第一の光により照射される第一フィールドの被写体の画像を第一のフィールド画像として生成し、第二の光により照射される第二フィールドの被写体の画像を第二のフィールド画像として生成するフィールド画像生成手段と、フィールド画像生成手段により生成される第一のフィールド画像の変化率と第二のフィールド画像の変化率とを交互に計算する変化率計算手段と、変化率計算手段により計算された一方のフィールド画像の変化率に基づいて他方のフィールド画像の変化率を推定する変化率推定手段と、変化率推定手段により推定された変化率に基づいて他方のフィールド画像のフィールドを補完する補完手段とを備える。

変化率計算手段は、最も新しい第一のフィールド画像とその一つ前の第一のフィールド画像との比率に基づいて第一のフィールド画像の変化率を計算し、最も新しい第二のフィールド画像とその一つ前の第二のフィールド画像との比率に基づいて第二のフィールド画像の変化率を計算する構成としてもよい。この場合、変化率推定手段は、変化率計算手段により計算された第一のフィールド画像の変化率に基づいて第二のフィールド画像の変化率を推定し、変化率計算手段により計算された第二のフィールド画像の変化率に基づいて第一のフィールド画像の変化率を推定する。また、補完手段は、変化率推定手段により推定された第二のフィールド画像の変化率に基づいて第一フィールドを補完し、変化率推定手段により推定された第一のフィールド画像の変化率に基づいて第二フィールドを補完する。

フィールド画像生成手段は、透過特性の異なるフィルタが設けられた複数種類のカラー画素が規則的に配列された撮像素子を有する構成としてもよい。この場合、変化率計算手段は、フィルタの透過特性と第一の光の分光特性に基づいて決定された第一の係数、及びフィルタの透過特性と第二の光の分光特性に基づいて決定された第二の係数を保持している。変化率計算手段は、各カラー画素の出力レベルに、当該カラー画素に設けられたフィルタの透過特性に応じた第一の係数を掛け、第一の係数を掛けることによって得られた値に基づいて第一のフィールド画像の変化率を計算する。また、変化率計算手段は、各カラー画素の出力レベルに、当該カラー画素が持つフィルタの透過特性に応じた第二の係数を掛け、第二の係数を掛けることによって得られた値に基づいて第二のフィールド画像の変化率を計算する。

本発明の実施形態に係る電子内視鏡システムは、被写体の動き量を検出する動き量検出手段と、検出された動き量が大きいか否かを判定する動き量判定手段とを備える構成としてもよい。この場合、補完手段は、動き量判定手段により被写体の動き量が大きいと判定されたときには、変化率推定手段により推定された変化率に基づいて他方のフィールド画像のフィールドを補完し、動き量判定手段により被写体の動き量が小さいと判定されたときには、他方のフィールド画像のフィールドを補完しない。

動き量検出手段は、最も新しい第一のフィールド画像とその一つ前の第一のフィールド画像との差分又は最も新しい第二のフィールド画像とその一つ前の第二のフィールド画像との差分に基づいて被写体の動き量を検出する構成としてもよい。

本発明の実施形態に係る電子内視鏡システムは、フィールド画像生成手段により生成された第一及び第二のフィールド画像の一方と、補完手段によりフィールドが補完された第一及び第二のフィールド画像の他方を所定のフィールドレートで一画面内に同時に表示させる表示手段を備える構成としてもよい。

本発明の実施形態によれば、垂直方向の解像度の低下を抑えると共に被写体の動き量が大きい（動きが速い）場合の残像感や動画ぼやけを抑えることが可能な電子内視鏡システムが提供される。

本発明の実施形態の電子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プロセッサに備えられる回転フィルタ部を集光レンズ側から見た正面図である。 特殊光及び通常光に関する各種処理のタイミング及び期間を示すシーケンス図である。 最も新しいフィールドの特殊観察画像とその一つ前のフィールドの特殊観察画像との比率計算を概念的に示す図である。

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電子内視鏡システムを例に取り説明する。

［電子内視鏡システム１の全体構成］
図１は、本実施形態の電子内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、電子内視鏡システム１は、電子スコープ１００、プロセッサ２００及びモニタ３００を備えている。

プロセッサ２００は、システムコントローラ２０２及びタイミングコントローラ２０４を備えている。システムコントローラ２０２は、メモリ２０３に記憶された各種プログラムを実行し、電子内視鏡システム１全体を統合的に制御する。また、システムコントローラ２０２は、操作パネル２１８に接続されている。システムコントローラ２０２は、操作パネル２１８より入力されるユーザからの指示に応じて、電子内視鏡システム１の各動作及び各動作のためのパラメータを変更する。タイミングコントローラ２０４は、各部の動作のタイミングを調整するクロックパルスを電子内視鏡システム１内の各回路に出力する。

ランプ２０８は、ランプ電源イグナイタ２０６による始動後、白色光束Ｌを射出する。ランプ２０８には、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプ等の高輝度ランプが適している。ランプ２０８より射出された白色光束Ｌは、回転フィルタ部２６０に入射される。

図２は、回転フィルタ部２６０を集光レンズ２１０側から見た正面図である。回転フィルタ部２６０は、回転式ターレット２６１、ＤＣモータ２６２、ドライバ２６３及びフォトインタラプタ２６４を備えている。図２に示されるように、回転式ターレット２６１には、一対の特殊光用フィルタＦｓ及び一対の通常光（白色光）用フィルタＦｎが円周方向に順に並べて配置されている。各光学フィルタは、フィールド周期（本実施形態では１／６０秒）に応じた角度範囲（ここでは約９０°の角度範囲）に広がる扇形状を有している。

ドライバ２６３は、システムコントローラ２０２による制御下でＤＣモータ２６２を駆動する。回転フィルタ部２６０は、回転式ターレット２６１がＤＣモータ２６２によって回転動作することにより、ランプ２０８より入射された白色光束Ｌから、スペクトルの異なる二種類の照射光（特殊光と通常光）の一方を、撮像と同期したタイミングで取り出す。具体的には、回転式ターレット２６１は、回転動作中、特殊光用フィルタＦｓより特殊光を、通常光用フィルタＦｎより通常光を、交互に取り出す。回転式ターレット２６１の回転位置や回転の位相は、回転式ターレット２６１の外周付近に形成された開口（不図示）をフォトインタラプタ２６４によって検出することにより制御される。

特殊光用フィルタＦｓは、例えば表層付近の血管構造（又は深層の血管構造、特定の病変部など）の分光画像を撮影するのに適した分光特性を持つ。通常光用フィルタＦｎは、白色光束Ｌを減光する減光フィルタであるが、単なる開口（光学フィルタの無いもの）や絞り機能を兼ねたスリット（光学フィルタの無いもの）に置き換えてもよい。

回転フィルタ部２６０より取り出された照射光は、集光レンズ２１０によって集光されながら羽根絞り（不図示）を介して適正な光量に制限されて、ＬＣＢ（Light Carrying Bundle）１０２の入射端に入射される。

入射端よりＬＣＢ１０２内に入射された照射光は、ＬＣＢ１０２内を伝播して電子スコープ１００の先端に配置されたＬＣＢ１０２の射出端より射出され、配光レンズ１０４を介して被写体に照射される。被写体は、特殊光と通常光とによって交互に照射される。照射光により照射された被写体からの戻り光は、対物レンズ１０６を介して固体撮像素子１０８の受光面上で光学像を結ぶ。

固体撮像素子１０８は、補色市松型画素配置を有するインターレース方式の単板式カラーＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサである。固体撮像素子１０８は、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、イエローＹｅ、シアンＣｙ、グリーンＧ、マゼンタＭｇの各補色信号を生成し、生成された垂直方向に隣接する２つの画素の補色信号を加算し混合して出力する。以下、固体撮像素子１０８より出力される混合後の信号を「撮像信号」と記す。なお、固体撮像素子１０８は、ＣＣＤイメージセンサに限らず、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやその他の種類の撮像装置を採用してもよい。固体撮像素子１０８はまた、原色系フィルタ（ベイヤ配列フィルタ）を搭載したものであってもよい。

回転フィルタ部２６０による特殊光と通常光との切り換えのタイミングは、固体撮像素子１０８における撮像期間（フィールド期間）の切り換えのタイミングと同期している。従って、固体撮像素子１０８は、１フィールド期間中、特殊光を受光して特殊光観察像の撮像信号を生成して出力し、続く１フィールド期間中、通常光を受光して通常光観察像の撮像信号を生成して出力する。固体撮像素子１０８は、上記を繰り返すことにより、各観察像の撮像信号を交互に出力する。

電子スコープ１００の接続部内には、ドライバ信号処理回路１１２が備えられている。ドライバ信号処理回路１１２には、特殊光観察像、通常光観察像の各撮像信号が固体撮像素子１０８よりフィールド周期で入力される。ドライバ信号処理回路１１２は、固体撮像素子１０８より入力される撮像信号に対して色補完、マトリクス演算、Ｙ／Ｃ分離等の所定の信号処理を施して画像信号（輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｂ、Ｃｒ）を生成し、生成された画像信号をプロセッサ２００の前段信号処理回路２２０に出力する。

ドライバ信号処理回路１１２はまた、メモリ１１４にアクセスして電子スコープ１００の固有情報を読み出す。メモリ１１４に記録される電子スコープ１００の固有情報には、例えば、固体撮像素子１０８の画素数や感度、動作可能なフィールドレート、型番等が含まれる。ドライバ信号処理回路１１２は、メモリ１１４より読み出された固有情報をシステムコントローラ２０２に出力する。

システムコントローラ２０２は、電子スコープ１００の固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ２０２は、生成された制御信号を用いて、プロセッサ２００に接続されている電子スコープに適した処理がなされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。

タイミングコントローラ２０４は、システムコントローラ２０２によるタイミング制御に従って、ドライバ信号処理回路１１２にクロックパルスを供給する。ドライバ信号処理回路１１２は、タイミングコントローラ２０４から供給されるクロックパルスに従って、固体撮像素子１０８をプロセッサ２００側で処理される映像のフィールドレートに同期したタイミングで駆動制御する。

前段信号処理回路２２０は、ドライバ信号処理回路１１２より１フィールド周期で入力される特殊光観察像、通常光観察像の各画像信号に対して所定の信号処理を施してフィールド画像処理回路２３０に出力する。

フィールド画像処理回路２３０は、第一フィールドメモリ２３０ｍＡ、第二フィールドメモリ２３０ｍＢを有している。各フィールドメモリには、前段信号処理回路２２０より入力される各画像信号が書き込まれる（上書きされる）。具体的には、第一フィールドメモリ２３０ｍＡには、前段信号処理回路２２０より入力される特殊光観察像の画像信号（奇数フィールドに表示されるもの）が書き込まれる。また、第二フィールドメモリ２３０ｍＢには、前段信号処理回路２２０より入力される通常光観察像の画像信号（偶数フィールドに表示されるもの）が書き込まれる。

フィールド画像処理回路２３０は、フィールド画像補完回路２３０Ｃを有している。フィールド画像補完回路２３０Ｃは、各フィールドメモリより入力される画像信号と補完処理（詳しくは後述）の実行により補完されたフィールドの画像信号を、タイミングコントローラ２０４からのクロックパルスに同期させて後段信号処理回路２４０に順次出力する。

後段信号処理回路２４０は、フィールド画像補完回路２３０Ｃより入力される各画像信号を処理してモニタ表示用の画面データを生成し、生成されたモニタ表示用の画面データを所定のビデオフォーマット信号に変換する。変換されたビデオフォーマット信号は、モニタ３００に出力される。これにより、被写体の特殊観察画像や通常観察画像がモニタ３００の表示画面に表示される。

ユーザは、操作パネル２１８を操作することにより、観察画像の表示形態を設定することができる。観察画像の表示形態としては、例えば、同一サイズの特殊観察画像と通常観察画像とを並べて一画面に表示させる形態、一方の観察画像を親画面表示し、他方の観察画像を子画面表示する形態、ユーザの操作に従って選択された一方の観察画像を全画面表示させる形態がある。また、表示中の観察画像には、操作パネル２１８によって入力された内視鏡観察に関する情報（例えば、術者名、患者名、観察日時、観察に使用した照射光の種別等）をスーパーインポーズ表示させることができる。

図３（ａ）〜図３（ｅ）は、特殊観察画像と通常観察画像とを並べて一画面に表示させる際の、特殊光及び通常光に関する各種処理のタイミング及び期間を示すシーケンス図である。図３（ａ）は、特殊光又は通常光により被写体（体腔内）が照射されるタイミング及び期間を示す。図３（ａ）に示されるように、特殊光は、奇数フィールドに対応する期間中、被写体に照射され、通常光は、偶数フィールドに対応する期間中、被写体に照射される。図３（ｂ）は、第一フィールドメモリ２３０ｍＡへの特殊光観察像の画像信号の書込みタイミング及び保持期間を示す。図３（ｃ）は、第二フィールドメモリ２３０ｍＢへの通常光観察像の画像信号の書込みタイミング及び保持期間を示す。図３（ｄ）、図３（ｅ）はそれぞれ、特殊観察画像、通常観察画像の出力タイミング及び表示期間を示す。

なお、図３（ａ）〜図３（ｅ）の各図において、各種処理のタイミング及び期間は、便宜上、「回転式ターレット２６１のフィルタの符号（序数）」の表記で示される。例えば、図３（ａ）の「Ｆｓ１」は、特殊光用フィルタＦｓにより取り出された特殊光による初回の照射タイミング及び照射期間を示す。また、例えば、図３（ｂ）の「Ｆｓ１」は、特殊光（初回）により照射された被写体の画像信号を第一フィールドメモリ２３０ｍＡへ書き込むタイミング及び書き込まれた画像信号を保持する期間を示す。また、例えば、図３（ｄ）の「Ｆｓ１」は、第一フィールドメモリ２３０ｍＡより入力される画像信号（初回）を用いて生成された特殊観察画像がモニタ３００に出力されるタイミング及びモニタ３００にて表示される期間を示す。また、図３（ｄ）及び図３（ｅ）中、「’」が付された表記は、フィールド画像補完回路２３０Ｃにより補完されたフィールドの観察画像がモニタ３００に出力されるタイミング及びモニタ３００にて表示される期間を示す。なお、図３（ａ）〜図３（ｅ）に示される各種処理間の遅延は無視しても差し支えない程度に極僅かな時間である。従って、図３（ａ）〜図３（ｅ）に示されるように、本実施形態では、便宜上、各種処理間の遅延を考慮しない。

図３（ａ）に示されるように、特殊光、通常光はそれぞれ、被写体に２フィールド周期で照射される。そのため、全フィールドにおいて特殊観察画像と通常観察画像の両方を欠落させることなく一画面に並べて表示させるには、例えば、特殊観察画像、通常観察画像のそれぞれにおいて、同じ観察画像を２フィールド続けて表示させることが考えられる。しかし、この場合、特殊観察画像については、奇数フィールドと偶数フィールド（欠落フィールド）とで同じ画像が表示されるため、垂直方向の解像度が低下する。通常観察画像についても、偶数フィールドと奇数フィールド（欠落フィールド）とで同じ画像が表示されるため、垂直方向の解像度が低下する。また、何れの観察画像においても被写体の動き量が大きい（動きが速い）場合は、残像感や動画ぼやけが顕著に現れる虞がある。そこで、本実施形態では、フィールド画像処理回路２３０において次に説明される処理が行われることにより、垂直方向の解像度の低下が抑えられつつ被写体の動き量が大きい場合の残像感や動画ぼやけが抑えられる。

［フィールド画像処理回路２３０において行われるフィールド画像出力処理］
フィールド画像出力処理については、図３の「フレーム（ｎ＋１）」に着目して説明する。

［フレーム（ｎ＋１）の奇数フィールド（特殊観察画像）］
フレーム（ｎ＋１）の奇数フィールドに切り替わると、図３（ｂ）に示されるように、特殊光観察像の画像信号Ｆｓ２が第一フィールドメモリ２３０ｍＡに書き込まれて、フィールド画像補完回路２３０Ｃに入力される。フィールド画像補完回路２３０Ｃは、入力された画像信号Ｆｓ２をそのまま、タイミングコントローラ２０４からのクロックパルスに同期させて後段信号処理回路２４０に出力する。これにより、図３（ｄ）に示されるように、後段信号処理回路２４０にて処理された特殊観察画像Ｆｓ２がモニタ３００に出力され表示される。

［フレーム（ｎ＋１）の奇数フィールド（通常観察画像）］
また、フレーム（ｎ＋１）の奇数フィールドへの切り替わり時、第二フィールドメモリ２３０ｍＢに保持されている通常光観察像の画像信号Ｆｎ１（図３（ｃ）参照）は、フィールド画像補完回路２３０Ｃに入力されている。本フィールドにおいても、フレーム（ｎ）の偶数フィールドで表示された通常観察画像Ｆｎ１を続けて表示させると、通常観察画像について垂直方向の解像度が低下すると共に被写体の動き量が大きい（動きが速い）場合に残像感や動画ぼやけが顕著に現れる虞がある。そこで、フィールド画像補完回路２３０Ｃは、直前の特殊観察画像の画像信号Ｆｓ１を保持しており、これを用いて本フィールドの通常観察画像を補完する。

具体的には、フィールド画像補完回路２３０Ｃは、最も新しいフィールドの特殊観察画像Ｆｓ２とその一つ前のフィールドの特殊観察画像Ｆｓ１との比率に基づいて直近の特殊観察画像の変化率を計算する。ここでは、中間画像（特殊観察画像Ｆｓ２とＦｓ１との中間画像）が特殊観察画像Ｆｓ１に対してどの程度変化したか、つまり、直近の特殊観察画像が１フィールドでどの程度変化したかが計算される。また、特殊光観察の撮影範囲と通常光観察の撮影範囲とが実質的に同じであることから、通常観察画像は、特殊観察画像と同じように変化するものと考えられる。そのため、フィールド画像補完回路２３０Ｃは、計算された直近１フィールドにおける特殊観察画像の変化率を、直近１フィールドにおける通常観察画像の変化率と推定する。フィールド画像補完回路２３０Ｃは、推定された通常観察画像の変化率と、直前のフィールドの通常観察画像Ｆｎ１とを乗算することにより、本フィールドを補完する画像（通常観察画像Ｆｎ１’）を生成する。下記に、この処理内容を数式的に表現したものを示す。
補完フィールドの通常観察画像＝補完フィールド直前の通常観察画像×直近１フィールドにおける通常観察画像の変化率（直近１フィールドにおける特殊観察画像の変化率）

更に、下記に、上記数式的表現を数式化させたものを示す。
Ｆｎ_（Ｎ）’＝Ｆｎ_（Ｎ）×｛［（Ｆｓ_{（Ｎ＋１）}／Ｆｓ_（Ｎ））−１］／２＋１｝
なお、下付き文字の「Ｎ」は、図３の表記「回転式ターレット２６１のフィルタの符号（序数）」の「序数」を示す。そのため、本例に上記数式を適用させると、次式に示す通りとなる。
Ｆｎ１’＝Ｆｎ１×｛［（Ｆｓ２／Ｆｓ１）−１］／２＋１｝

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、最も新しいフィールドの特殊観察画像Ｆｓ２とその一つ前のフィールドの特殊観察画像Ｆｓ１との比率計算を概念的に示す図である。特殊観察画像Ｆｓ２と特殊観察画像Ｆｓ１との比率は、例えば図４（ａ）に示されるように、特殊観察画像間の同一画素同士を比較（Ｆｓ２をＦｓ１で除算）することにより求められる。または、例えば図４（ｂ）に示されるように、特殊観察画像間の所定の同一画素群同士（同一画素同士及びその上下左右に位置する周辺画素同士のそれぞれ）を比較することにより求められる。なお、後者の場合、比率計算の際、中央の画素の出力レベルに係数０．５が乗算され、上下左右に位置する各周辺画素の出力レベルに係数０．１２５が乗算される。

フィールド画像補完回路２３０Ｃは、生成された通常観察画像Ｆｎ１’を、タイミングコントローラ２０４からのクロックパルスに同期させて後段信号処理回路２４０に出力する。これにより、図３（ｅ）に示されるように、後段信号処理回路２４０にて処理された通常観察画像Ｆｎ１’がモニタ３００に出力され表示される。

［フレーム（ｎ＋１）の偶数フィールド（通常観察画像）］
フレーム（ｎ＋１）の偶数フィールドに切り替わると、図３（ｃ）に示されるように、通常光観察像の画像信号Ｆｎ２が第二フィールドメモリ２３０ｍＢに書き込まれて、フィールド画像補完回路２３０Ｃに入力される。フィールド画像補完回路２３０Ｃは、入力された画像信号Ｆｎ２をそのまま、タイミングコントローラ２０４からのクロックパルスに同期させて後段信号処理回路２４０に出力する。これにより、図３（ｅ）に示されるように、後段信号処理回路２４０にて処理された通常観察画像Ｆｎ２がモニタ３００に出力され表示される。

［フレーム（ｎ＋１）の偶数フィールド（特殊観察画像）］
また、フレーム（ｎ＋１）の偶数フィールドへの切り替わり時、第一フィールドメモリ２３０ｍＡに保持されている特殊光観察像の画像信号Ｆｓ２（図３（ｂ）参照）は、フィールド画像補完回路２３０Ｃに入力されている。本フィールドにおいても、フレーム（ｎ＋１）の奇数フィールドで表示された特殊観察画像Ｆｓ２を続けて表示させると、特殊観察画像について垂直方向の解像度が低下すると共に被写体の動き量が大きい（動きが速い）場合に残像感や動画ぼやけが顕著に現れる虞がある。そこで、フィールド画像補完回路２３０Ｃは、直前の通常観察画像の画像信号Ｆｎ１を保持しており、これを用いて本フィールドの特殊観察画像を補完する。

具体的には、フィールド画像補完回路２３０Ｃは、最も新しいフィールドの通常観察画像Ｆｎ２とその一つ前のフィールドの通常観察画像Ｆｎ１との比率に基づいて直近の通常観察画像の変化率を計算する。ここでは、中間画像（通常観察画像Ｆｎ２とＦｎ１との中間画像）が通常観察画像Ｆｎ１に対してどの程度変化したか、つまり、直近の通常観察画像が１フィールドでどの程度変化したかが計算される。また、特殊光観察の撮影範囲と通常光観察の撮影範囲とが実質的に同じであることから、特殊観察画像は、通常観察画像と同じように変化するものと考えられる。そのため、フィールド画像補完回路２３０Ｃは、計算された直近１フィールドにおける通常観察画像の変化率を、直近１フィールドにおける特殊観察画像の変化率と推定する。フィールド画像補完回路２３０Ｃは、推定された特殊観察画像の変化率と、直前のフィールドの特殊観察画像Ｆｓ１とを乗算することにより、本フィールドを補完する画像（特殊観察画像Ｆｓ２’）を生成する。下記に、この処理内容を数式的に表現したものを示す。
補完フィールドの特殊観察画像＝補完フィールド直前の特殊観察画像×直近１フィールドにおける特殊観察画像の変化率（直近１フィールドにおける通常観察画像の変化率）

更に、下記に、上記数式的表現を数式化させたものを示す。
Ｆｓ_（Ｎ）’＝Ｆｓ_（Ｎ）×｛［（Ｆｎ_{（Ｎ＋１）}／Ｆｎ_（Ｎ））−１］／２＋１｝
なお、本例に上記数式を適用させると、次式に示す通りとなる。
Ｆｓ２’＝Ｆｓ２×｛［（Ｆｎ２／Ｆｎ１）−１］／２＋１｝

最も新しいフィールドの通常観察画像Ｆｎ２とその一つ前のフィールドの通常観察画像Ｆｎ１との比率計算の例としては、図４（ａ）と図４（ｂ）と同様のものが考えられる。

フィールド画像補完回路２３０Ｃは、生成された特殊観察画像Ｆｓ２’を、タイミングコントローラ２０４からのクロックパルスに同期させて後段信号処理回路２４０に出力する。これにより、図３（ｄ）に示されるように、後段信号処理回路２４０にて処理された特殊観察画像Ｆｓ２’がモニタ３００に出力され表示される。

本実施形態によれば、上記のフィールド画像出力処理（フレーム（ｎ＋１）に着目して説明した一連の処理）が以降のフレームにおいても実行されることにより、特殊光及び通常光が被写体に２フィールド周期で照射される構成であるにも拘わらず、特殊観察画像、通常観察画像の実質的なリフレッシュレートが「６０フィールド／秒」に改善する。そのため、垂直方向の解像度の低下が抑えられると共に被写体の動き量が大きい（動きが速い）場合の残像感や動画ぼやけが抑えられる。

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形態等又は自明な実施形態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。例として、光源装置は、回転フィルタ部を備える構成に限らず、特許文献１の同様に、分光特性の異なる光を射出する別個独立した２つの光源を備える構成に置き換えてもよい。

また、上記の実施形態では、光源装置をプロセッサ２００に内蔵しているが、別の実施形態では、プロセッサ２００と光源装置とを分離した構成としてもよい。この場合、プロセッサ２００と光源装置との間でタイミング信号を送受信するための有線又は無線の通信手段が設けられる。

また、被写体に照射される光は、特殊光と通常光との組み合わせに限らない。被写体に照射される光は、例えば赤外光観察のための赤外光と蛍光観察のための励起光との組み合わせであってもよい。

赤外光観察では、実質的に赤外光の波長域の生体構造の情報しか得られない。具体的には、赤外光により照射された被写体を撮像した際、Ｙｅ（イエロー）画素及びＭｇ（マゼンタ）画素から生体構造の情報が得られるが、Ｃｙ（シアン）画素及びＧ（グリーン）画素からは生体構造の情報が実質的に得られない。一方、蛍光観察では、実質的に蛍光の波長域の生体構造の情報しか得られない。具体的には、蛍光により照射された被写体を撮像した際、Ｍｇ画素及びＣｙ画素から生体構造の情報が得られるが、Ｙｅ画素及びＧ画素からは生体構造の情報が実質的に得られない。

ここで、生体構造の情報が実質的に得られない画素の情報を用いて観察画像の変化率を計算し、計算された変化率から他方の観察画像の変化率を推定すると、その推定精度が低いものと考えられる。そこで、フィールド画像補完回路２３０Ｃは、イエローＹｅ、シアンＣｙ、グリーンＧ、マゼンタＭｇの各カラーフィルタの透過特性と赤外光の分光特性との関係を考慮して決定された第一の係数を保持している。具体的には、第一の係数は、赤外光の波長域に高い透過特性を持つカラーフィルタが設けられた画素ほど高い重み付けを行うものとなっている。フィールド画像補完回路２３０Ｃは、最も新しいフィールドの赤外観察画像の各画素に対し該画素に設けられたフィルタの透過特性に応じた第一の係数を掛けることにより、最も新しいフィールドの赤外観察画像を調整すると共に、その一つ前のフィールドの赤外観察画像の各画素に対し該画素に設けられたフィルタの透過特性に応じた第一の係数を掛けることにより、その一つ前のフィールドの赤外観察画像を調整する。フィールド画像補完回路２３０Ｃは、調整された２つの赤外観察画像の比率に基づいて直近１フィールドにおける赤外観察画像の変化率を計算し、それを直近１フィールドにおける蛍光観察画像の変化率と推定する。本例では、生体構造の情報が得られる画素ほど重視されて赤外観察画像の変化率が計算されるため、蛍光観察画像の変化率の推定精度が向上する。

フィールド画像補完回路２３０Ｃは、イエローＹｅ、シアンＣｙ、グリーンＧ、マゼンタＭｇの各カラーフィルタの透過特性と蛍光の分光特性との関係を考慮して決定された第二の係数を保持している。具体的には、第二の係数は、蛍光の波長域に高い透過特性を持つカラーフィルタが設けられた画素ほど高い重み付けを行うものとなっている。フィールド画像補完回路２３０Ｃは、最も新しいフィールドの蛍光観察画像の各画素に対し該画素に設けられたフィルタの透過特性に応じた第二の係数を掛けることにより、最も新しいフィールドの蛍光観察画像を調整すると共に、その一つ前のフィールドの蛍光観察画像の各画素に対し該画素に設けられたフィルタの透過特性に応じた第二の係数を掛けることにより、その一つ前のフィールドの蛍光観察画像を調整する。フィールド画像補完回路２３０Ｃは、調整された２つの蛍光観察画像の比率に基づいて直近１フィールドにおける蛍光観察画像の変化率を計算し、それを直近１フィールドにおける赤外観察画像の変化率と推定する。本例では、生体構造の情報が得られる画素ほど重視されて蛍光観察画像の変化率が計算されるため、赤外観察画像の変化率の推定精度が向上する。

また、フィールド画像補完回路２３０Ｃは、被写体の動き量に応じて補完画像を生成するか否かを決定する構成であってもよい。

この場合、被写体の動き量が検出される。一例として、被写体画像の差分の平均値が求められる。各画素について、最も新しい奇数フィールドの特殊観察画像とその一つ前の奇数フィールドの特殊観察画像との差分（又は最も新しい偶数フィールドの通常観察画像とその一つ前の偶数フィールドの通常観察画像との差分）が計算され、計算された各画素における差分が積算される。積算された値が画素の総数で除算されることにより、被写体画像の差分の平均値が求まる。次いで、検出された被写体の動き量が所定の閾値より大きいか否かが判定される。なお、ユーザは、操作パネル２１８を操作することにより、上記閾値を設定変更することができる。

被写体の動き量が所定の閾値より大きいと判定された場合、被写体の動き量が大きい（動きが速い）。この場合、上記のフィールド画像出力処理（フレーム（ｎ＋１）に着目して説明した一連の処理）が実行されるため、特殊観察画像、通常観察画像の実質的なリフレッシュレートが「６０フィールド／秒」に改善する。従って、垂直方向の解像度の低下が抑えられると共に被写体の動き量が大きい場合の残像感や動画ぼやけが抑えられる。

被写体の動き量が所定の閾値以下であると判定された場合、被写体の動き量が小さい（動きが遅い）。この場合、上記のフィールド画像出力処理が実行されない。そのため、特殊観察画像、通常観察画像のそれぞれにおいて、同じ観察画像が２フィールド続けて表示される。従って、フィールド単位における実質的なリフレッシュレートが低下する。但し、被写体の動き量が小さいため、残像感や動画ぼやけは目立ち難い。

１ 電子内視鏡システム
１００ 電子スコープ
１０２ ＬＣＢ
１０４ 配光レンズ
１０６ 対物レンズ
１０８ 固体撮像素子
１１２ ドライバ信号処理回路
１１４ メモリ
２００ プロセッサ
２０２ システムコントローラ
２０３ メモリ
２０４ タイミングコントローラ
２０６ ランプ電源イグナイタ
２０８ ランプ
２１０ 集光レンズ
２１８ 操作パネル
２２０ 前段信号処理回路
２３０ フィールド画像処理回路
２３０ｍＡ 第一フィールドメモリ
２３０ｍＢ 第二フィールドメモリ
２３０Ｃ フィールド画像補完回路
２４０ 後段信号処理回路
２６０ 回転フィルタ部
２６１ 回転式ターレット
Ｆｓ 特殊光用フィルタ
Ｆｎ 通常光用フィルタ
２６２ ＤＣモータ
２６３ ドライバ
２６４ フォトインタラプタ

Claims (6)

1. 分光特性の異なる第一の光と第二の光とを所定のフィールドレートに同期したタイミングで交互に射出する光源部と、
   前記第一の光により照射される第一フィールドの被写体の画像を第一のフィールド画像として生成し、前記第二の光により照射される第二フィールドの被写体の画像を第二のフィールド画像として生成するフィールド画像生成手段と、
   前記フィールド画像生成手段により生成される第一のフィールド画像の変化率と第二のフィールド画像の変化率とを交互に計算する変化率計算手段と、
   前記変化率計算手段により計算された一方のフィールド画像の変化率に基づいて他方のフィールド画像の変化率を推定する変化率推定手段と、
   前記変化率推定手段により推定された変化率に基づいて前記他方のフィールド画像のフィールドを補完する補完手段と、
   を備える、
   電子内視鏡システム。
2. 前記変化率計算手段は、
   最も新しい第一のフィールド画像とその一つ前の該第一のフィールド画像との比率に基づいて該第一のフィールド画像の変化率を計算し、最も新しい第二のフィールド画像とその一つ前の該第二のフィールド画像との比率に基づいて該第二のフィールド画像の変化率を計算し、
   前記変化率推定手段は、
   前記変化率計算手段により計算された第一のフィールド画像の変化率に基づいて前記第二のフィールド画像の変化率を推定し、該変化率計算手段により計算された第二のフィールド画像の変化率に基づいて該第一のフィールド画像の変化率を推定し、
   前記補完手段は、
   前記変化率推定手段により推定された第二のフィールド画像の変化率に基づいて前記第一フィールドを補完し、該変化率推定手段により推定された第一のフィールド画像の変化率に基づいて前記第二フィールドを補完する、
   請求項１に記載の電子内視鏡システム。
3. 前記フィールド画像生成手段は、
   透過特性の異なるフィルタが設けられた複数種類のカラー画素が規則的に配列された撮像素子
   を有し、
   前記変化率計算手段は、
   前記フィルタの透過特性と前記第一の光の分光特性に基づいて決定された第一の係数、及び該フィルタの透過特性と前記第二の光の分光特性に基づいて決定された第二の係数を保持し、
   各前記カラー画素の出力レベルに、当該カラー画素に設けられたフィルタの透過特性に応じた第一の係数を掛け、該第一の係数を掛けることによって得られた値に基づいて前記第一のフィールド画像の変化率を計算し、当該カラー画素が持つフィルタの透過特性に応じた第二の係数を掛け、該第二の係数を掛けることによって得られた値に基づいて前記第二のフィールド画像の変化率を計算する、
   請求項１又は請求項２に記載の電子内視鏡システム。
4. 前記被写体の動き量を検出する動き量検出手段と、
   検出された動き量が大きいか否かを判定する動き量判定手段と、
   を備え、
   前記補完手段は、
   前記動き量判定手段により前記被写体の動き量が大きいと判定されたとき、前記変化率推定手段により推定された変化率に基づいて前記他方のフィールド画像のフィールドを補完し、
   前記動き量判定手段により前記被写体の動き量が小さいと判定されたとき、前記他方のフィールド画像のフィールドを補完しない、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電子内視鏡システム。
5. 前記動き量検出手段は、
   最も新しい第一のフィールド画像とその一つ前の第一のフィールド画像との差分又は最も新しい第二のフィールド画像とその一つ前の第二のフィールド画像との差分に基づいて前記被写体の動き量を検出する、
   請求項４に記載の電子内視鏡システム。
6. 前記フィールド画像生成手段により生成された第一及び第二のフィールド画像の一方と、前記補完手段によりフィールドが補完された第一及び第二のフィールド画像の他方を前記所定のフィールドレートで一画面内に同時に表示させる表示手段
   を備える、
   請求項１から請求項５の何れか一項に記載の電子内視鏡システム。

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