JP2015150138A - 内視鏡システム、画像生成装置およびマウスピース - Google Patents

内視鏡システム、画像生成装置およびマウスピース Download PDF

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Abstract

【課題】ホワイトバランス調整が容易な内視鏡システムおよび画像生成装置、ならびに、ホワイトバランス調整を容易に行うのに好適な内視鏡用マウスピースを提供する。【解決手段】内視鏡システムを、被写体を撮像して画像信号を生成する電子スコープと、画像信号に基づいて表示装置上で表示可能な画像を生成する画像生成手段と、マーカが付された画像調整治具と、電子スコープにより撮像されたマーカを検知するマーカ検知手段と、検知されたマーカに基づいて画像生成手段の動作モードをホワイトバランス調整モードに切り替えるモード切替手段と、から構成する。この構成において、画像生成手段は、動作モードがホワイトバランス調整モードに切り替わると、電子スコープにより撮像された被写体の画像信号に基づいてホワイトバランス調整を行う。【選択図】図2

Description

本発明は、ホワイトバランス調整機能を有する内視鏡システムおよび画像生成装置ならびに内視鏡用マウスピースに関する。
撮像素子を有する電子スコープと、電子スコープによって生成された画像信号を処理してモニタに表示可能な画像を生成する内視鏡用プロセッサとを備えた内視鏡システムが知られている。
電子スコープには、観察する部位に応じた種々のタイプのものがある。術者は、観察する部位に適した電子スコープを選択し、内視鏡用プロセッサに接続する。術者は、内視鏡システムによる観察を行う際、電子スコープが有する撮像素子の分光感度特性のバラツキや、内視鏡用プロセッサに内蔵される光源装置のフィルタ、レンズ等の光学的特性のバラツキを調整するため、観察に先立って内視鏡システムのホワイトバランス調整を行う。ホワイトバランス調整では、まず、内視鏡システムによって白色の被写体(チャート)が撮像され、赤(R)、緑(G)、青(B)の各色に対応した画像信号が生成される。次に、生成された各画像信号の信号強度が同じになるように、各画像信号に対するゲイン(増幅率)が調整される(例えば、特許文献1)。
特開2006−314616号公報
ホワイトバランス調整を正確に行うためには、術者は、ホワイトバランス調整中に内視鏡の先端部と白色の被写体(チャート)との相対位置を維持しておく必要がある。そのため、術者は、内視鏡システムの動作モードをホワイトバランス調整モードに切り替える際、この相対位置を維持しながらモード切替操作を行う必要がある。このように、既存の構成は、ホワイトバランス調整について操作性が悪いという問題点を抱えていた。
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、ホワイトバランス調整が容易な内視鏡システムおよび画像生成装置ならびにホワイトバランス調整を術者に容易に行わせるのに好適な内視鏡用マウスピースを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の実施形態の内視鏡システムは、被写体を撮像して画像信号を生成する電子スコープと、画像信号に基づいて表示装置上で表示可能な画像を生成する画像生成手段と、マーカが付された画像調整治具と、電子スコープにより撮像されたマーカを検知するマーカ検知手段と、検知されたマーカに基づいて画像生成手段の動作モードをホワイトバランス調整モードに切り替えるモード切替手段と、を備える。画像生成手段は、動作モードがホワイトバランス調整モードに切り替わると、電子スコープにより撮像された被写体の画像信号に基づいてホワイトバランス調整を行う。
このような構成によれば、ホワイトバランス調整は、画像調整治具のマーカを撮像することによって自動で行われる。そのため、術者は、ホワイトバランス調整を行うためにモード切替操作を行う必要がなくなり、ホワイトバランス調整を容易に行うことができる。
また、画像調整治具は、ホワイトバランスを調整するためのホワイトバランス調整用チャートを有してもよい。
また、画像調整治具は、電子スコープが差し込まれる凹状の差込穴を有してもよい。この場合、差込穴を規定する内壁面の少なくとも一部にホワイトバランス調整用チャートが形成される。
また、画像調整治具は、被検者の口に装着され電子スコープを被検者の体腔内に挿入するためにガイドする内視鏡用マウスピースであってもよい。
また、マーカは、画像生成手段の動作モードをホワイトバランス調整モードに切り替えるためのコマンドを符号化した二次元コードであってもよい。この場合、マーカ検知手段は、電子スコープにより撮像された二次元コードからコマンドを復号し、モード切替手段は、復号されたコマンドに従い画像生成手段の動作モードをホワイトバランス調整モードに切り替える。
本発明の実施形態の画像生成装置は、撮像装置により生成された被写体の画像信号に基づいて表示装置上で表示可能な画像を生成する画像生成手段と、撮像装置により撮像された所定のマーカを検知するマーカ検知手段と、検知されたマーカに基づいて画像生成手段の動作モードをホワイトバランス調整モードに切り替えるモード切替手段と、を備える。画像生成手段は、動作モードがホワイトバランス調整モードに切り替わると、撮像装置により撮像された被写体の画像信号に基づいてホワイトバランス調整を行う。
本発明の実施形態の内視鏡用マウスピースは、被検者の口に装着され電子スコープを被検者の体腔内に挿入するためにガイドする内視鏡用マウスピースであって、所定の内視鏡システムの動作モードをホワイトバランス調整モードに切り替えるためのコマンドを示すマーカと、ホワイトバランス調整モードに切り替えられた内視鏡システムのホワイトバランス調整に用いられるホワイトバランス調整用チャートと、を備える。
本発明の実施形態によれば、ホワイトバランス調整が容易な内視鏡システムおよび画像生成装置ならびにホワイトバランス調整を術者に容易に行わせるのに好適な内視鏡用マウスピースを提供することができる。
本発明の第1の実施形態にかかる内視鏡システムのブロック図である。 本発明の第1の実施形態にかかるホワイトバランス調整治具の説明図である。 本発明の第2の実施形態にかかるホワイトバランス調整治具の斜視図である。 本発明の第2の実施形態の変形例にかかるホワイトバランス調整治具の斜視図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる内視鏡システム1のブロック図である。図1に示されるように、第1の実施形態の内視鏡システム1は、電子スコープ(電子内視鏡)100、プロセッサ(内視鏡用プロセッサ)200およびモニタ300を有する。
電子スコープ100は、対物光学系101、撮像素子102、電気コネクタ103、撮像素子ドライバ104、サブCPU105、サブメモリ106、電気コネクタ107、照明光学系108、ライトガイド109および光コネクタ110を備えている。対物光学系101、撮像素子102および照明光学系108は、電子スコープ100の可撓管の先端部100a内に設けられている。
プロセッサ200は、CPU201、タイミングコントローラ202、光源203、光源ドライバ204、メモリ205、フロントパネル206、画像信号処理回路207、メモリ208R、メモリ208G、メモリ208B、映像信号生成回路209、電気コネクタ210、二次元コード検出回路211および演算回路212を備えている。
CPU201は、内視鏡システム1を構成する各要素を制御する。タイミングコントローラ202は、信号の処理タイミングを調整するクロックパルスを内視鏡システム1内の各回路へ送信する。
光源203は、光源ドライバ204によって駆動制御され、白色光を放射する。光源203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用いられる。光源203から放射された照明光は、光コネクタ110を介して電子スコープ100に入射される。
電子スコープ100に入射された照明光は、ライトガイド109および照明光学系108を介して電子スコープ100の先端部100aから射出され、被写体を照明する。被写体で反射された照明光(反射光)は、対物光学系101を介して撮像素子102の受光面上の各画素で光学像を結ぶ。
撮像素子102は、受光面上の各画素で結像した被写体像を光量に応じた電荷として蓄積して、赤(R)、緑(G)、青(B)の各色に対応した画像信号(R画像信号、G、画像信号、B画像信号)に変換する。変換された各画像信号は、撮像素子ドライバ104によってAD変換や信号増幅等の処理が施され、電気コネクタ103を介して画像信号処理回路207へ送信される。
サブCPU105は、サブメモリ106にアクセスして電子スコープ100の固有情報を読み出す。サブメモリ106に記憶されている電子スコープ100の固有情報には、例えば撮像素子102の画素数や感度、対応可能なフレームレートまたは型番等が含まれる。サブCPU105は、サブメモリ106から読み出した固有情報を電気コネクタ107を介してCPU201へ送信する。
CPU201は、メモリ205に接続され、メモリ205に記憶された各種プログラムを実行することにより、電子スコープ100の固有情報に基づいた各種演算処理や内視鏡システム1を構成する各要素の制御信号の生成等を行う。CPU201は、生成された制御信号を用いて、プロセッサ200内の各回路の動作や動作タイミングを制御する。また、CPU201は、フロントパネル206に接続されている。フロントパネル206は、術者が内視鏡システム1の各種設定や各種パラメータを変更するためのユーザインターフェースである。CPU201は、術者によるフロントパネル206への入力操作に基づいて各回路の処理に用いるパラメータや生成する制御信号等を変更する。
タイミングコントローラ202は、CPU201によるタイミング制御に従って、サブCPU105にクロックパルスを送信する。サブCPU105は、タイミングコントローラ202から受信したクロックパルスに従って、撮像素子ドライバ104を駆動制御する。
画像信号処理回路207は、撮像素子ドライバ104から受信したR、G、Bの画像信号をそれぞれ、メモリ208R、メモリ208G、メモリ208Bへ送信する。各メモリ(メモリ208R、メモリ208G、メモリ208B)は、画像信号処理回路207から受信した画像信号を記憶し、所定のタイミングで映像信号生成回路209へ送信する。映像信号生成回路209は、各メモリから受信した画像信号に対して、所定のゲイン(増幅率)で増幅する増幅処理や輪郭強調処理などの画像処理を施す。また、映像信号生成回路209は、増幅処理および画像処理が施された画像信号を所定の形式の映像信号(例えば、NTSC形式)に変換し、演算回路212へ送信する。演算回路212は受信した映像信号に対して調整処理を施し、電気コネクタ210を介してモニタ300へ送信する。演算回路212における調整処理では、例えば、映像信号の彩度やコントラストなどが調整される。この調整処理は、術者によってフロントパネル206に入力されたパラメータに基づいて行われる。モニタ300は、受信した映像信号に基づく映像または画像を表示する。なお、上記の画像信号処理回路207、各メモリ、映像信号生成回路209および演算回路212の各動作はそれぞれ、タイミングコントローラ202から受信したクロックパルスに従って制御される。
次に、第1の実施形態の内視鏡システム1のホワイトバランス調整について説明する。ホワイトバランス調整は、内視鏡システム1を用いた被写体の観察に先立ち、ホワイトバランス調整治具を電子スコープ100で撮像することによって行われる。
図2は、第1の実施形態のホワイトバランス調整治具400の説明図である。図2(a)はホワイトバランス調整治具400の斜視図、図2(b)は正面図を示している。図2(a)に示されるように、ホワイトバランス調整治具400は凹状の差込穴401を有している。差込穴401の底面には白色の調整領域(チャート)402が形成されている。また、チャート402の一部には二次元コード403が付されている。二次元コード403は、CPU201の動作モードを切り替えるためのモード切替コマンドを符号化したものである。二次元コード403として、例えば、QRコード(登録商標)が用いられる。また、二次元コード403の代わりに、一次元コードであるバーコードが用いられてもよい。
術者は、ホワイトバランス調整を行うために、電子スコープ100の先端部100aをホワイトバランス調整治具400の差込穴401に差し込み、電子スコープ100によってチャート402を撮像する。ホワイトバランス調整治具400は光を透過させない材質で形成されているため、先端部100aが差込穴401に差し込まれると、外光から遮蔽された状態でホワイトバランス調整を行うことができる。
電子スコープ100の先端部100aが差込穴401に差し込まれると、電子スコープ100によって二次元コード403を含むチャート402が撮像される。チャート402の画像信号は、撮像素子ドライバ104、電気コネクタ103および画像信号処理回路207を介して各メモリ(メモリ208R、メモリ208G、メモリ208B)に記憶される。映像信号生成回路209は、各メモリに記憶された画像信号に基づいて映像信号を生成する。生成された映像信号はモニタ300へ送信されると共に、二次元コード検出回路211へ送信される。二次元コード検出回路211は、受信した映像信号から二次元コード403を検出する。二次元コード検出回路211は、検出した二次元コード403からモード切替コマンドを復号し、CPU201へ送信する。CPU201は、モード切替コマンドを受信すると動作モードが通常モードからホワイトバランス調整モードに切り替わる。ここで、通常モードは被写体の観察を行うモードであり、ホワイトバランス調整モードは内視鏡システム1のホワイトバランス調整を行うモードである。
CPU201の動作モードがホワイトバランス調整モードに切り替わると、映像信号生成回路209における増幅処理のゲインが調整される。具体的には、ホワイトバランス調整モードでは、チャート402を撮像して生成されたR、G、Bの画像信号の信号強度の比が1:1:1となるように、R画像信号に対するゲインG、B画像信号に対するゲインGが調整される。調整されたゲインG、ゲインGはホワイトバランス調整パラメータとしてメモリ205に記憶される。
なお、二次元コード403は、二次元コード検出回路211で検出できるように、白色のチャート402とは異なる色で形成されている。そのため、ホワイトバランス調整パラメータは、二次元コード403の色の影響を受ける可能性がある。しかし、二次元コード403の大きさを、二次元コード検出回路211によって検出可能な最小の大きさに設定することにより、二次元コード403によるホワイトバランス調整への影響を最小限に抑えることができる。また、二次元コード403の色を白色以外の無彩色(例えば、灰色や黒色)とすることで、有彩色であるR、G、Bの画像信号の信号強度の比に与える影響を小さくすることができる。
ホワイトバランス調整が行われた内視鏡システム1を用いた観察では、メモリ205に記憶されたホワイトバランス調整パラメータ(ゲインG、ゲインG)が読み出され、映像信号生成回路209による増幅処理に使用される。これにより、チャート402の色を基準にホワイトバランス調整がなされた被写体の映像または画像がモニタ300に表示される。
以上のように、第1の実施形態の内視鏡システム1およびホワイトバランス調整治具400を用いたホワイトバランス調整は、ホワイトバランス調整治具400に付された二次元コード403が電子スコープ100によって撮像されることにより自動で開始される。そのため、術者は、CPU201の動作モードの切替操作を行うことなく、ホワイトバランス調整を容易に行うことができる。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態にかかる内視鏡システム1について説明する。第2の実施形態の内視鏡システム1は、ホワイトバランス調整治具の構成が異なること以外は、第1の実施形態の内視鏡システム1と同じである。
図3は、第2の実施形態にかかるホワイトバランス調整治具500の斜視図である。図3に示されるように、第2の実施形態にかかるホワイトバランス調整治具500は、被検者の口に装着される内視鏡用マウスピースを兼ねている。以下では、説明の便宜上、ホワイトバランス調整治具500をマウスピース500と記す。図3に示されるように、マウスピース500は、柱状部501とつば部502とを備えている。被検者が柱状部501を咥えることにより、マウスピース500は被検者の口に固定される。つば部502は、マウスピース500が被検者の口に装着される際に、被検者の口の外側に配置される。マウスピース500には、つば部502から柱状部501まで貫通する開口503が設けられている。開口503は、電子スコープ100を被検者の体腔内にガイドするために用いられる。つば部502は表面に白色の領域504を有しており、この領域504はホワイトバランス調整に用いる調整領域(チャート)として機能する。以下では、説明の便宜上、つば部502の白色の領域504をチャート504と記す。チャート504の一部には二次元コード505が付されている。
第2の実施形態にかかる内視鏡システム1では、ホワイトバランス調整は、内視鏡システム1を用いた観察に先立って、マウスピース500が被検者の口に装着された状態で行われる。二次元コード505を含むチャート504が内視鏡システム1によって撮像されると、内視鏡システム1のホワイトバランス調整が行われる。ホワイトバランス調整が終了すると、術者は電子スコープ100の先端部100aをマウスピース500の開口503に挿入し、被検者の体腔内の観察を行う。
以上のように、第2の実施形態の内視鏡システム1およびマウスピース500を用いたホワイトバランス調整は、マウスピース500に付された二次元コード505が電子スコープ100によって撮像されることにより自動で開始される。そのため、術者は、CPU201の動作モードの切替操作を行うことなく、ホワイトバランス調整を容易に行うことができる。
また、マウスピース500を用いたホワイトバランス調整が終了すると、術者は、電子スコープ100の持ち替えや内視鏡システム1に対する設定変更などの入力操作を行うことなく、被検者の体腔内の観察を開始することができる。そのため、内視鏡システム1を用いた観察を行うための手間や時間を省くことができる。
以上が、本発明の実施形態の説明であるが、本発明は、上述した実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。
(変形例)
第1の実施形態では二次元コード403はチャート402の一部に付され、第2の実施形態では二次元コード505はチャート504の一部に付されているが、本発明はこれに限定されない。
例えば、第1の実施形態において、二次元コード403はホワイトバランス調整治具400のチャート402とは異なる箇所(例えば、ホワイトバランス調整治具400の外側の面)に形成されていてもよい。この場合、CPU201は、二次元コード検出回路211からモード切替コマンドを受信すると所定時間(例えば、5秒程度)待機する。CPU201は、所定時間の待機後に動作モードが通常モードからホワイトバランス調整モードに切り替わる。術者は、CPU201が待機している間に、電子スコープ100の先端部100aをホワイトバランス調整治具400の差込穴401に挿入する。これにより、ホワイトバランス調整は、白色のチャート403のみを撮像して生成された画像信号を用いて行われるため、二次元コード403の色が、ホワイトバランス調整パラメータ(ゲインG、ゲインG)に影響を与えることを防止できる。
また、第1の実施形態のチャート402および第2の実施形態のチャート504はいずれも白色であるが、本発明はこれに限定されない。例えば、チャート402、チャート504はそれぞれ、白色以外の無彩色(例えば、灰色)であってもよい。
また、第1の実施形態におけるホワイトバランス調整治具400にはチャート402が一つのみ設けられており、第2の実施形態におけるマウスピース500にはチャート504が一つのみ設けられているが、本発明はこれに限定されない。ホワイトバランス調整に用いられるチャートは、ホワイトバランス調整治具の複数個所に形成されていてもよい。
図4は、第2の実施形態の変形例におけるマウスピース500の斜視図である。図4に示されるように、第2の実施形態の変形例におけるマウスピース500は、つば部502にそれぞれ色の異なる2つの領域506a、領域506bを有している。領域506aは赤みを帯びた白色(例えば、ピンク色)に着色され、領域506bは青みを帯びた白色(例えば、水色)に着色されている。領域506a、領域506bはいずれも、ホワイトバランス調整に用いるチャートとして機能する。領域506a、領域506bにはそれぞれ、二次元コード507a、二次元コード507bが付されている。
術者は、領域506aを撮像してホワイトバランス調整を行う場合は二次元コード507aを電子スコープ100によって撮像する。また、術者は、領域506bを撮像してホワイトバランス調整を行う場合は二次元コード507bを電子スコープ100によって撮像する。
領域506aを用いてホワイトバランス調整が行われた場合、領域506aの赤みを帯びた白色が、モニタ300で白色として表示されるように、映像信号生成回路209のゲインG、ゲインGが調整される。具体的には、領域506aを用いてホワイトバランス調整が行われた場合、白色のチャート504を用いてホワイトバランス調整が行われた場合と比べてゲインGが小さく調整される。そのため、領域506aを用いてホワイトバランス調整が行われた内視鏡システムを用いて体腔内を観察すると、モニタ300には、体腔内のうち赤みを帯びた箇所の彩度が低く表示され、青みを帯びた箇所の彩度が相対的に高く表示される。これにより、術者は、モニタ300上で、体腔内の比較的青みを帯びた組織(例えば、静脈など)を視認し易くなる。
他方、領域506bを用いてホワイトバランス調整が行われた内視鏡システムで体腔内を観察すると、モニタ300には、体腔内のうち青みを帯びた箇所の彩度が低く表示され、赤みを帯びた箇所の彩度が相対的に高く表示される。これにより、術者は、モニタ300上で、体腔内の比較的赤みを帯びた組織(例えば、出血部位など)を視認し易くなる。
なお、領域506a、領域506bの色はそれぞれ、赤みを帯びた白色、青みを帯びた白色に限定されない。領域506aまたは領域506bは、観察する組織に合わせて、緑みを帯びた白色、白色や灰色などの無彩色またはその他の色に着色されていてもよい。また、第1の実施形態におけるホワイトバランス調整治具400のチャート402、第2の実施形態におけるホワイトバランス調整治具500のチャート500についても、白色以外の色に着色されていてもよい。
1 内視鏡システム
100 電子スコープ
100a 先端部
101 対物光学系
102 撮像素子
103 電気コネクタ
104 撮像素子ドライバ
105 サブCPU
106 サブメモリ
107 電気コネクタ
108 照明光学系
109 ライトガイド
110 光コネクタ
200 プロセッサ
201 CPU
202 タイミングコントローラ
203 光源
204 光源ドライバ
205 メモリ
206 フロントパネル
207 画像信号処理回路
208R、208G、208B メモリ
209 映像信号生成回路
210 電気コネクタ
211 二次元コード検出回路
212 演算回路
300 モニタ
400 ホワイトバランス調整治具
401 差込穴
402 調整領域(チャート)
403 二次元コード
500 マウスピース
501 柱状部
502 つば部
503 開口
504 領域(チャート)
505 二次元コード
506a 領域
506b 領域
507a 二次元コード
507b 二次元コード

Claims (7)

  1. 被写体を撮像して画像信号を生成する電子スコープと、
    前記画像信号に基づいて表示装置上で表示可能な画像を生成する画像生成手段と、
    マーカが付された画像調整治具と、
    前記電子スコープにより撮像された前記マーカを検知するマーカ検知手段と、
    検知されたマーカに基づいて前記画像生成手段の動作モードをホワイトバランス調整モードに切り替えるモード切替手段と、を備え、
    前記画像生成手段は、動作モードが前記ホワイトバランス調整モードに切り替わると、前記電子スコープにより撮像された被写体の画像信号に基づいてホワイトバランス調整を行う、
    を備える内視鏡システム。
  2. 前記画像調整治具は、ホワイトバランスを調整するためのホワイトバランス調整用チャートを有する、
    請求項1に記載の内視鏡システム。
  3. 前記画像調整治具は、前記電子スコープが差し込まれる凹状の差込穴を有し、
    前記差込穴を規定する内壁面の少なくとも一部に前記ホワイトバランス調整用チャートが形成されている、
    請求項2に記載の内視鏡システム。
  4. 前記画像調整治具は、被検者の口に装着され前記電子スコープを該被検者の体腔内に挿入するためにガイドする内視鏡用マウスピースである、
    請求項1又は請求項2に記載の内視鏡システム。
  5. 前記マーカは、前記画像生成手段の動作モードをホワイトバランス調整モードに切り替えるためのコマンドを符号化した二次元コードであり、
    前記マーカ検知手段は、前記電子スコープにより撮像された前記二次元コードから前記コマンドを復号し、
    前記モード切替手段は、前記復号されたコマンドに従い前記画像生成手段の動作モードをホワイトバランス調整モードに切り替える、
    請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の内視鏡システム。
  6. 撮像装置により生成された被写体の画像信号に基づいて表示装置上で表示可能な画像を生成する画像生成手段と、
    前記撮像装置により撮像された所定のマーカを検知するマーカ検知手段と、
    検知されたマーカに基づいて前記画像生成手段の動作モードをホワイトバランス調整モードに切り替えるモード切替手段と、を備え、
    前記画像生成手段は、動作モードが前記ホワイトバランス調整モードに切り替わると、前記撮像装置により撮像された被写体の画像信号に基づいてホワイトバランス調整を行う、
    画像生成装置。
  7. 被検者の口に装着され電子スコープを被検者の体腔内に挿入するためにガイドする内視鏡用マウスピースであって、
    所定の内視鏡システムの動作モードをホワイトバランス調整モードに切り替えるためのコマンドを示すマーカと、
    前記ホワイトバランス調整モードに切り替えられた内視鏡システムのホワイトバランス調整に用いられるホワイトバランス調整用チャートと、
    を備える、
    内視鏡用マウスピース。
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