JP2015164518A - 画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1照明光と第2照明光の照明光軸が画像処理装置の撮像光軸に対し略同軸で、第1方向に偏光した第1照明光、第1方向に交差し第2方向に偏光した第2照明光で、交互に、被写体を照射する照明部(103)、戻り光を少なくとも2つに分離するスプリッタ(109)、分離された戻り光が入射する2つの偏光撮像素子(110、111)を備え、第1偏光撮像素子は、被写体が第1照明光で照射されている時に第1方向に偏光した第1偏光画像を取得、第2照明光で照射されている時に第1方向に偏光した第2偏光画像を取得、第2偏光撮像素子は、被写体が第1照明光で照射されている時に第2方向に偏光した第3偏光画像を取得、第2照明光で照射されている時に第2方向に偏光した第4偏光画像を取得する。
【選択図】図7
Description
入射した直線偏光のエネルギーを1とし、この偏光が媒質内で拡散して非偏光になる割合をd1とすると(SR)(SR1)のように偏光を維持して反射する割合は(1−d1)となる。次に媒質中の非偏光光が媒質から空気中に再出射する際、直線偏光となる割合をp、非偏光のままの割合を(1−p)とする。これらの反射光をC0、すなわち0°の偏光板を用いて観測すると、平行な直線偏光のエネルギーは完全透過するが、直交する直線偏光はゼロになり、非偏光の場合は、直線偏光板による観測でエネルギーは1/2になるから、L0での平行ニコル(‖)画像輝度は、以下のように表される。
L0C0=(1−d1)+d1(1−p)/2 = 1−d1(1+p)/2・・・(式1)
L0C90= d1 p +d1(1−p)/2=d1(1+p)/2・・・・・(式2)
この場合の偏光が媒質内で拡散して非偏光になる割合をd2とすると、同様に平行ニコル(‖)画像の輝度は、以下のように表される。
L90C90=(1−d2)+ d2p+ d2(1−p)/2 =1−d2(1−p)/2・・・・・(式3)
L90C0=d2(1−p)/2・・・(式4)
この場合は、偏光を0°と45°に1/2のエネルギーで分解した後に、(式1)から(式4)を用いればよい。マリュスの法則よりcos245°を用いて、平行ニコル(‖)画像の輝度は、以下のように表される。
L45C45=1/2×[cos245°×{d1p+(1−d1)+d2p+(1−d2)}
+d1/2×(1−p)+d2/2×(1−p)]=1/2・・・・・・(式5)
L45C135=1/2・・・・・(式6)
L(NP)P(θ)=
1/2×[(1−d1)cos2θ+d1 p sin2θ]
+1/2×[(d2psin2θ+(1−d2) sin2θ]
+(1−p)(d1+d2)/4・・・・・・(式7)
L(NP)S(θ+90°)=
1/2×[(1−d1)sin2θ+ d1 p cos2θ]
+1/2×[d2pcos2θ+(1−d2) cos2θ]
+(1−p)(d1+d2)/4 ・・・・・・(式8)
となる。輝度観測では検光子を有しないので、P+Sが観測される。一方、平坦部では、もともと異方性を有しないので表1のままでよい。
(i)溝部と平坦部を識別する場合、非偏光の照明と輝度の観測では輝度コントラストが低く困難である。
(ii)偏光照明と偏光撮像を用いて偏光差分値(‖−⊥)を計算すると、溝部と平坦部との輝度コントラストを大きく向上できる。
(iii)ただし輝度コントラストは入射照明と溝部とが平面内でなす角度に依存し角度差=45°(L45)の場合に最大、角度差=90°(L90)の場合に最低、角度差=0°(L0)ではその中間となる。
(iv)90°異なる直交した2種類の照明を使って偏光差分値を計算し、最後に平均化する処理で溝部の検出については検出漏れのない良好な結果が得られる。
図6は、本開示の実施形態1における画像処理方法の処理の流れを示す図である。
Iav(‖)=[L0C0+L90C90]/2
Iav(⊥)=[L0C90+L90C0]/2 ・・・(式9)
Idif=Iav(‖)−Iav(⊥) ・・・(式10)
Iad=[Iav(‖)+Iav(⊥)]/2=[L0C0+L0C90+L90C0+L90C90]/4
入力された画像は、次段の微分処理を実行する前に、画像から強調したいテクスチャの周波数より高域の雑音成分を除去する。具体的には、雑音成分を除去するため、平滑化フィルタ処理が実行される。本実施形態では、一般的なガウス型フィルタを用いる。フィルタのマスクサイズを、後述する微分マスクフィルタのマスクサイズと同一にすることにより、細かい粒状ノイズの強調を回避できる。図13(A)に5×5サイズの平滑化フィルタの一例を示す。この平滑化フィルタを用いて1024×768画素の画像を512×384画素に縮小するなどしてもよい。
平滑化フィルタ処理がなされたG成分画像に対して、周囲よりも暗い画素領域を検出するため以下のような微分マスク処理を行う。周囲より暗い画素領域を検出する理由は、表1を参照しながら説明したとおり、偏光照明の偏光方向が被写体の表面溝と0°〜45°近傍の角度差をなす場合に、輝度コントラストが高くなり周囲よりも暗くなるためである。微分処理は、平滑化処理後の画像に、図13(B)に示すような中心画素と周辺画素を指定する微分フィルタ(ここでは5×5画素の例を示す)を設定する。微分フィルタは各種多様なものがあるが、ここでは表面を走行する網目状の溝を連続性よく強調するのに適したものを選択している。5×5画素領域で、以下の処理を実施する。
(i)水平(■)、垂直(★)、斜め右上(▲)、斜め右下(●)の4方向において、周囲2画素と中心画素値Rijを比較して差分をとる。
(ii)4方向のいずれか1方向において中心画素が周囲2画素両方より大きい場合は中心画素が凹と判断。
(iii)4方向で最大の差分値の絶対値をΔとし、これに一定の定数を乗じたものをΔCとする。これを空間微分処理結果とする。
ΔC値をR、G成分から減算することにより、青色を強調する。ここで、R、G成分が0以下になる場合、その不足分を他の色成分から減算して連続性を維持する。このため、Δの大きさで色相は変化するが、滑らかに接続されるようにすることができる。R、G成分のうちで値が小さいものをC1、大きいものをC2とおいて、以下のように3種類に場合分けをする。
1)ΔC≦C1の場合
C1=C1−ΔC
C2=C2−ΔC
2)C1<ΔC≦(C1+C2)/2の場合
C1=0 C2=(C1+C2)−(2ΔC)
3)(C1+C2)/2<(ΔC)の場合
C1=0 C2=0
B=B−((2ΔC)−C1−C2)
図16(A)、(B)は、本開示の第1の実施形態の変形例1を示す。本実施形態では、図7の内視鏡101が軟性内視鏡から硬性内視鏡に替わっている点が異なる。図16(A)に示されるように、この変形例における硬性内視鏡1605は、内部にリレーレンズを含むパイプで構成される先端部1601、接続光学系1602、手元偏光カメラ1603の3つの部分から構成されている。手元偏光カメラ1603は、被写体のカラー画像と偏光画像を同時取得するため、第1の実施形態と同じビームスプリッタで光路を分割する。図16(B)は、先端部1601の内部構造を示している。先端部1601は、光源103および偏光板104を含む照明部と、戻り光を受ける対物レンズ108と、画像を光学的に手元偏光カメラに導くための複数のリレーレンズ1604とを備えている。被写体からの戻り光は、このリレーレンズ1604によって偏光状態を維持しつつ、先端部1601内を伝播する。そして、接続光学系1602によってイメージサークルが拡大補正されて、手元偏光カメラ1603で撮像される。図10と同一構成には同一番号を記載して再度の説明は省略する。本変形例においても、図10、図11のタイミングチャートに示されるタイミングで通常撮像モードと偏光撮像モードが実現される。
1〜3000:1以上が必要である。それが満たされないと、たとえば消光比80:1程度の系では、ハレーション除去が不完全となり滑らかな被写体表面に光源のイメージが画像として残留してしまう。
図19は、本開示の第1の実施形態の変形例2を示す。図6を参照して説明した実施形態では、受光側Cの偏光板の透過軸の方位が0°と90°の2種類だった。この変形例では、受光側Cの偏光板の透過軸の方位が0°と45°と90°の3種類から構成されている点が異なる。すなわち、図6の実施形態では、照明の偏光方向と撮像の偏光板の偏光方向(透過軸方向)とが平行状態の画像L0C0、L90C90を平行ニコル画像として用いていたのに対して、変形例2では、偏光方向が45度をなす画像L0C45、L90C45を使用する。これらの画像を「傾斜ニコル画像」と称してもよい。これにより、偏光撮像モードにおいて、被写体の表面の傾きや平面度のため、偏光差分画像内に平行ニコル画像のハレーションが多すぎる場合、それを減少させることができる。
図22は、本開示の第2の実施形態の偏光撮像方法を示す図である。本実施形態では、照明光として、直線偏光ではなく円偏光を用いている。円偏光を用いることにより、被写体表面においてランダムな方向分布を有する溝を平均的に検出することができる。
相)軸、S(Slow:遅相)軸に設定することにより、2304の矢印のようにExをさらにλ/4だけ位相を進ませて、ExとEyの位相差をλ/2すなわちπとする。これによって2303のような角度θ=135°の直線偏光が得られる。
ow:遅相)軸に設定することにより、2404の矢印のようにExをさらにλ/4だけ位相を進ませて、ExとEyの位相差を0とする。これによって2403のような角度θ=45°の直線偏光が得られる。
ルタに対して45°傾斜するように配置されたλ/4板2506によって交互に直交する直線偏光に変換される。これらの直線偏光はビームスプリッタ109で光路分割される。そして、偏光フィルタ114、113を経由して撮像素子111、110に到達して偏光撮像がされる。
図26は、本開示の第3の実施形態の撮像方法を示す図である。本実施形態では、照明光として、第2の実施形態と同じく円偏光を用いている。第2の実施形態と異なるのは、照明として1方向の回転の円偏光のみを用いる点である。これによって、内視鏡先端部の照明部の構造を簡易にしつつ被写体表面においてランダムな方向分布を有する溝を平均的に検出することができる。
遅相)軸として位相差=λ/4に設定した可変リターダを透過した場合、角度θ=135°の直線偏光2803に変換される場合を描いている。
102 制御装置
103 光源
104 偏光板
105 偏光照明光
106 光源制御信号線
107 戻り光
108 対物レンズ
109 ビームスプリッタ
110、111 単板カラー撮像素子
112 照明・撮像同期部
113、114 偏光板
115、116 平均化された平行ニコル画像または平均化された直交ニコル画像
117 差分方向信号
126 偏光差分生成部
118 表示部
Claims (22)
- 第1の照明光の照明光軸と第2の照明光の照明光軸が画像処理装置の撮像光軸に対して略同軸であって、第1の方向に偏光した前記第1の照明光、および、前記第1の方向に交差する第2の方向に偏光した前記第2の照明光で、交互に、被写体を照射する照明部と、
前記被写体からの戻り光を少なくとも2つに分離するスプリッタと、
前記スプリッタで分離された前記戻り光の一方が入射される第1の偏光撮像素子であって、前記被写体が前記第1の照明光で照射されているときに前記第1の方向に偏光した第1の偏光画像を取得し、かつ、前記被写体が前記第2の照明光で照射されているときに前記第1の方向に偏光した第2の偏光画像を取得する第1の偏光撮像素子と、
前記スプリッタで分離された前記戻り光の他方が入射される第2の偏光撮像素子であって、前記被写体が前記第1の照明光で照射されているときに前記第2の方向に偏光した第3の偏光画像を取得し、かつ、前記被写体が前記第2の照明光で照射されているときに前記第2の方向に偏光した第4の偏光画像を取得する第2の偏光撮像素子と、
前記第1および第2の偏光撮像素子から前記第1、第2、第3および第4の偏光画像を取得し、前記第1の偏光画像および前記第4の偏光画像の和と、前記第2の偏光画像および前記第3の偏光画像の和との間の差分に基づいて、前記被写体の状態を検出する処理部と、
を備える画像処理装置。 - 前記処理部は、
前記第1の偏光画像と前記第4の偏光画像とを平均化して平均化平行ニコル画像を生成する第1の処理と、
前記第2の偏光画像と前記第3の偏光画像とを平均化して平均化垂直ニコル画像を生成する第2の処理と、
前記平均化平行ニコル画像と前記平均化垂直ニコル画像との間で減算を行うことによって前記差分を生成する第3の処理と、
を実行するように構成されている請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記処理部は、前記第1、第2、第3および第4の偏光画像の加算によって輝度画像を生成するように構成されている、請求項1または2に記載の画像処理装置。
- 前記照明部は、前記第1の照明光を発する複数の第1光源と、前記第2の照明光を発する複数の第2光源とを備える、請求項1から3のいずれかに記載の画像処理装置。
- 前記照明部、前記スプリッタ並びに前記第1および第2の偏光撮像素子を先端部に有する内視鏡を備え、前記処理部は、前記内視鏡に接続されている、請求項1から4のいずれかに記載の画像処理装置。
- 前記照明部を先端部に有し、かつ、偏光カメラ部を前記先端部の後方に有する内視鏡であって、前記被写体からの戻り光を前記先端部から取得して前記偏光カメラ部に案内するリレーレンズを有する内視鏡を備え、
前記偏光カメラ部は、前記リレーレンズを介して送られてきた前記戻り光を受けるように配置された前記スプリッタ並びに前記第1および第2の偏光撮像素子を含み、
前記処理部は、前記内視鏡に接続されている、請求項1から4のいずれかに記載の画像処理装置。 - 前記処理部は、前記被写体の表面における微細凹部を検出する凹領域検出部を備えている請求項1から6のいずれかに記載の画像処理装置。
- 前記処理部は、前記被写体の表面における微細凹部を強調して表示させる画像合成部を備えている請求項7に記載の画像処理装置。
- 前記第2の偏光画像と前記第3の偏光画像との間で対応する画素の輝度を比較し、輝度の低い方の画素を選択する最小化処理部と、
前記最小化処理部によって選択された画素の輝度からハレーションが抑制された直交ニコル画像を生成する画像選択部と、
を備える請求項7に記載の画像処理装置。 - 第1の照明光の照明光軸と第2の照明光の照明光軸が撮像光軸に対して略同軸であって、第1の方向に偏光した前記第1の照明光、および、前記第1の方向に交差する第2の方向に偏光した前記第2の照明光で、交互に、被写体を照射する照明部と、
前記被写体からの戻り光を第1、第2、第3の光に分離するスプリッタと、
前記スプリッタで分離された前記戻り光の前記第1の光が入射される第1の偏光撮像素子であって、前記被写体が前記第1の照明光で照射されているときに前記第1の方向に偏光した第1の偏光画像を取得し、かつ、前記被写体が前記第2の照明光で照射されているときに前記第1の方向に偏光した第2の偏光画像を取得する第1の偏光撮像素子と、
前記スプリッタで分離された前記戻り光の前記第2の光が入射される第2の偏光撮像素子であって、前記被写体が前記第1の照明光で照射されているときに前記第2の方向に偏光した第3の偏光画像を取得し、かつ、前記被写体が前記第2の照明光で照射されているときに前記第2の方向に偏光した第4の偏光画像を取得する第2の偏光撮像素子と、
前記スプリッタで分離された前記戻り光の前記第3の光が入射される第3の偏光撮像素子であって、前記被写体が前記第1の照明光で照射されているときに、前記第1の方向および前記第2の方向とは異なる第3の方向に偏光した第5の偏光画像を取得し、かつ、前記被写体が前記第2の照明光で照射されているときに前記第3の方向に偏光した第6の偏光画像を取得する第3の偏光撮像素子と、
前記第1、第2、および第3の偏光撮像素子から前記第2、第3、第5および第6の偏光画像を取得し、前記第5の偏光画像および前記第6の偏光画像の和と、前記第2の偏光画像および前記第3の偏光画像の和との間の差分に基づいて、前記被写体の状態を検出する処理部と、
を備える画像処理装置。 - 前記第1の方向と前記第2の方向とは直交しており、
前記第3の方向は、前記第1の方向に対して10度以上60度以下の範囲内の角度で傾斜している、請求項10に記載の画像処理装置。 - 前記処理部は、
前記第5の偏光画像と前記第6の偏光画像とを平均化して平均化傾斜ニコル画像を生成する第1の処理と、
前記第2の偏光画像と前記第3の偏光画像とを平均化して平均化垂直ニコル画像を生成する第2の処理と、
前記平均化傾斜ニコル画像と前記平均化垂直ニコル画像との間で減算を行うことによって前記差分を生成する第3の処理と、
を実行するように構成されている請求項10または11に記載の画像処理装置。 - 前記処理部は、前記第1、第2、第3、第4の偏光画像の加算によって輝度画像を生成するように構成されている、請求項10から12のいずれかに記載の画像処理装置。
- 前記照明部は、前記第1の照明光を発する複数の第1光源と、前記第2の照明光を発する複数の第2光源とを備える、請求項10から13のいずれかに記載の画像処理装置。
- 前記照明部、前記スプリッタ並びに前記第1および第2の偏光撮像素子を先端部に有する内視鏡を備え、前記処理部は、前記内視鏡に接続されている、請求項10から14のいずれかに記載の画像処理装置。
- 前記照明部を先端部に有し、かつ、偏光カメラ部を前記先端部の後方に有する内視鏡であって、前記被写体からの戻り光を前記先端部から取得して前記偏光カメラ部に案内するリレーレンズを有する内視鏡を備え、
前記偏光カメラ部は、前記リレーレンズを介して送られてきた前記戻り光を受けるように配置された前記スプリッタ並びに前記第1および第2の偏光撮像素子を含み、
前記処理部は、前記内視鏡に接続されている、請求項10から14のいずれかに記載の画像処理装置。 - 前記処理部は、前記被写体の表面における微細凹部を検出する凹領域検出部を備えている請求項10から16のいずれかに記載の画像処理装置。
- 前記処理部は、前記被写体の表面における微細凹部を強調して表示させる画像合成部を備えている請求項17に記載の画像処理装置。
- 第1の照明光の照明光軸と第2の照明光の照明光軸が撮像光軸に対して略同軸であって、第1の偏光状態にある前記第1の照明光、および、前記第1の偏光状態とは異なる第2の偏光状態にある前記第2の照明光で、交互に、被写体を照射する照明部と、
前記被写体からの戻り光を少なくとも2つに分離するスプリッタと、
前記被写体からの戻り光を透過させるように配置され、右回り偏光の光および左回り偏光の光をそれぞれ第1の方向および前記第1の方向に直交する第2の方向に変換する位相差素子と、
前記スプリッタで分離された前記戻り光の一方が入射される第1の偏光撮像素子であって、前記被写体が前記第1の照明光で照射されているときに前記第1の方向に偏光した第1の偏光画像を取得し、かつ、前記被写体が前記第2の照明光で照射されているときに前記第1の方向に偏光した第2の偏光画像を取得する第1の偏光撮像素子と、
前記スプリッタで分離された前記戻り光の他方が入射される第2の偏光撮像素子であって、前記被写体が前記第1の照明光で照射されているときに前記第2の方向に偏光した第3の偏光画像を取得し、かつ、前記被写体が前記第2の照明光で照射されているときに前記第2の方向に偏光した第4の偏光画像を取得する第2の偏光撮像素子と、
前記第1および第2の偏光撮像素子から前記第1、第2、第3および第4の偏光画像を取得し、前記第1の偏光画像および前記第4の偏光画像の和と、前記第2の偏光画像および前記第3の偏光画像の和との間の差分に基づいて、前記被写体の状態を検出する処理部と、
を備える画像処理装置。 - 前記第1の偏光状態および前記第2の偏光状態の一方は右回りの円偏光または楕円偏光であり、他方は左回りの円偏光または楕円偏光である、請求項19に記載の画像処理装置。
- 前記位相差素子は4分の1波長板である、請求項20に記載の画像処理装置。
- 照明光軸が撮影光軸に対して略同軸の関係を形成するように配置された照明部であって、円偏光または楕円偏光の照明光で被写体を照射する照明部と、
前記被写体からの戻り光を少なくとも2つに分離するスプリッタと、
前記被写体からの戻り光を透過するように配置され、前記戻り光を第1の方向に偏光した第1の偏光状態の光に変換する第1モードと、前記戻り光を前記第1の方向に対して直交する第2の方向に偏光した第2の偏光状態の光に変換する第2モードとで、交互に動作する可変位相差素子と、
前記スプリッタで分離された前記戻り光の一方が入射される第1の偏光撮像素子であって、前記可変位相差素子が前記第1モードで動作しているときに前記第1の方向に偏光した第1の偏光画像を取得し、かつ、前記可変位相差素子が前記第2モードで動作しているときに前記第1の方向に偏光した第2の偏光画像を取得する第1の偏光撮像素子と、
前記スプリッタで分離された前記戻り光の他方が入射される第2の偏光撮像素子であって、前記可変位相差素子が前記第1モードで動作しているときに前記第2の方向に偏光した第3の偏光画像を取得し、かつ、前記可変位相差素子が前記第2モードで動作しているときに前記第2の方向に偏光した第4の偏光画像を取得する第2の偏光撮像素子と、
前記第1および第2の偏光撮像素子から前記第1、第2、第3および第4の偏光画像を取得し、前記第1の偏光画像および前記第4の偏光画像の和と、前記第2の偏光画像および前記第3の偏光画像の和との間の差分に基づいて、前記被写体の状態を検出する処理部と、
を備える画像処理装置。
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