JP2016120185A - 内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】外光の遮断が不十分な環境下においてホワイトバランス調整を行った場合でも、色再現性の高い画像を得る。
【解決手段】 内視鏡システムは、ビデオプロセッサを具備し、前記ビデオプロセッサは、ホワイトバランス調整作業時に被検体に外光が照射される環境において、光源装置からの照明光の出射と遮断とを制御する光源制御部と、画像信号の色成分毎の輝度値を求める輝度値取得部と、前記照明光の出射時において前記輝度値取得部が求めた輝度値と、前記照明光の遮断時において前記輝度値取得部が求めた輝度値との差分を色成分毎に求める輝度値演算部と、前記照明光の出射時と遮断時とで、前記画像信号に基づく画像の明るさを調整可能な明るさ調整部と、前記明るさ調整部及び輝度値演算部を制御して、前記光源装置の照明光のみに基づく画像信号に対応する前記ホワイトバランス調整値を算出可能にする制御部とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、外光環境下において正確なホワイトバランス調整が可能な内視鏡システムに関する。

近年、内視鏡は医療分野における診断や処置具を用いた治療等に広く用いられるようになった。特に、電荷結合素子（ＣＣＤ）等の撮像素子を設けた電子内視鏡装置が普及している。電子内視鏡によって撮像された観察像は、ビデオプロセッサによって信号処理され、テレビモニタに映出される。

内視鏡等の撮像装置においては、例えば、被写体を撮像して得られる画像の色合いを、当該被写体を肉眼で見た場合と同様の自然な色合いに近づけるためのホワイトバランス調整が行われる。例えば、特許文献１においては、フラッシュ発光時の露光制御値と非発光時の露光制御値とを用いることで、少ない撮影回数でフラッシュ発光時と非発光時とのいずれにおいても適切なホワイトバランスを得る撮像装置が開示されている。

なお、体腔内を撮影する内視鏡においては、内視鏡の照明光学系を経て出射された照明光（以下、自照明光ともいう）のみを用いて撮影を行っており、特許文献１に開示されたホワイトバランス調整は有効ではない。

内視鏡のホワイトバランス調整においては、体外において、自照明光以外の外的要因により発生する光（以下、単に外光ともいう）を遮断した環境下で白色の被写体を撮像することを可能にする専用の器具、例えばホワイトバランス調整用補助具等を用いた作業が行われることが多い。しかし、手術室内への持ち込みの制限等の理由により、前述の専用の器具を用いたホワイトバランス調整作業が実質的に困難な場合がある。この場合には、例えば、ガーゼまたは白色の紙等の代用の被写体を体外で撮影してホワイトバランス調整値を求めるホワイトバランス調整作業が行われる。

特開２０１１−１３５３７８号公報

しかしながら、上述した代用の被写体を用いたホワイトバランス調整では、自照明光だけでなく外光の影響を受けることになり、ホワイトバランス調整の調整結果を適用した画像の色再現性が低下してしまうという問題点がある。

本発明は、外光の遮断が不十分な環境下においてホワイトバランス調整を行った場合でも、色再現性の高い画像を得ることができる内視鏡システムを提供することを目的とする。

本発明に係る内視鏡システムは、光源装置の照明光によって照明された被検体の光学像に基づく画像信号を得る撮像部を有する内視鏡から前記画像信号が与えられて所定の信号処理を行うビデオプロセッサを具備する内視鏡システムであって、前記ビデオプロセッサは、ホワイトバランス調整作業時に前記被検体に前記照明光以外の外光が照射される環境において、前記光源装置からの照明光の出射と遮断とを制御する光源制御部と、前記画像信号の色成分毎の輝度値を求める輝度値取得部と、前記照明光の出射時において前記輝度値取得部が求めた輝度値と、前記照明光の遮断時において前記輝度値取得部が求めた輝度値との差分を色成分毎に求める輝度値演算部と、前記輝度値演算部の演算結果に基づいてホワイトバランス調整値を求めるホワイトバランス変更部と、前記照明光の出射時と遮断時とで、前記画像信号に基づく画像の明るさを調整可能な明るさ調整部と、前記明るさ調整部及び輝度値演算部を制御して、前記光源装置の照明光のみに基づく画像信号に対応する前記ホワイトバランス調整値を算出可能にする制御部とを具備する。

本発明によれば、外光の遮断が不十分な環境下においてホワイトバランス調整を行った場合でも、色再現性の高い画像を得ることができるという効果を有する。

本発明の第１の実施の形態に係る内視鏡システムを示すブロック図。 本実施の形態における内視鏡システムの外観を説明するための説明図。 ホワイトバランス調整作業時における処理の流れを示すフローチャート。 本発明の第２の実施の形態において採用される動作フローを示すフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る内視鏡システムを示すブロック図である。また、図２は本実施の形態における内視鏡システムの外観を説明するための説明図である。

図１及び図２に示すように、内視鏡システム１は、被検体内に挿入されるとともに、当該被検体内における生体組織等の被写体を撮像して画像信号として出力するように構成された内視鏡２と、当該被写体を照明するための照明光として白色光を内視鏡２に供給するように構成された光源装置３と、内視鏡２から出力される画像信号に対して信号処理を施すことにより映像信号を生成して出力するように構成されたビデオプロセッサ４と、ビデオプロセッサ４から出力される映像信号に応じた画像等を画面上に表示するように構成されたモニタ５と、を有している。

図２に示すように、内視鏡２は、細長の挿入部６を備えた光学視管２Ａと、光学視管２Ａの接眼部７に対して着脱可能なカメラユニット２Ｂと、を有して構成されている。光学視管２Ａは、被検体内に挿入される細長の挿入部６と、挿入部６の基端部に設けられた把持部８と、把持部８の基端部に設けられた接眼部７と、を有して構成されている。

把持部８にはライトガイド口金１２が設けられており、ケーブル１３ａの一方の端部に設けられた図示しない接続部材によって、ライトガイド口金１２とケーブル１３ａとが着脱自在に接続されるようになっている。また、ケーブル１３ａの他方の端部にはライトガイドコネクタ１４が設けられており、ケーブル１３ａは、ライトガイドコネクタ１４によって光源装置３に対して着脱自在に接続されるようになっている。

図１に示すように、ケーブル１３ａの内部には、光源装置３から供給される照明光を伝送するためのライトガイド１３が挿通されている。また、挿入部６の内部には、ケーブル１３ａを介して供給される照明光を挿入部６の先端に伝送するためのライトガイド１１が挿通されている。ライトガイド１１の入射端部は把持部８に設けられたライトガイド口金１２に配置されており、ライトガイド１１の出射端部は挿入部６の先端部における照明レンズ１５の近傍に配置されている。

挿入部６の先端面には、ライトガイド１１により伝送された照明光を外部へ出射するための照明レンズ１５が配置された図示しない照明窓と、外部から入射される光に応じた光学像を得るための対物レンズ１７が配置された図示しない対物窓とが相互に隣接して設けられている。挿入部６の先端の対物窓には対物レンズ１７が配設されており、対物レンズ１７には、被写体を照明する光が被写体によって反射して戻り光として入射するようになっている。

挿入部６の内部には、対物レンズ１７に入射した戻り光に基づく光学像を接眼部７へ伝送するためのリレーレンズ１８が設けられている。接眼部７の内部には、リレーレンズ１８により伝送された光学像を肉眼で観察可能とするための接眼レンズ１９が設けられている。

カメラユニット２Ｂは、接眼レンズ１９を経て形成された光学像を結像するための結像レンズ２１と、結像レンズ２１の結像位置に撮像面が配置されたＣＣＤイメージセンサ（以下、ＣＣＤという）２２と、を有して構成されている。また、カメラユニット２Ｂは、ビデオプロセッサ４に対して着脱可能な信号コネクタ２８を端部に設けた信号ケーブル２７を有している。

ＣＣＤ２２は、信号ケーブル２７内の信号線を介してビデオプロセッサ４に接続されるように構成されている。また、ＣＣＤ２２は、結像レンズ２１により結像された光学像を光電変換するための複数の画素（不図示）と、当該複数の画素を２次元状に配置した撮像面上に設けられた原色カラーフィルタ２４と、を具備して構成されている。また、ＣＣＤ２２は、ビデオプロセッサ４から出力されるＣＣＤ駆動信号に応じ、結像レンズ２１により結像された光学像を撮像する際の露光期間及び読出期間を設定するように構成されている。また、ＣＣＤ２２は、結像レンズ２１によって撮像面に結像された光学像を光電変換することにより画像信号を生成し、生成した画像信号を信号ケーブル２７を介してビデオプロセッサ４に出力するようになっている。

原色カラーフィルタ２４は、例えば、赤色域の光を透過するＲフィルタと、緑色域の光を透過するＧフィルタと、青色域の光を透過するＢフィルタと、をＣＣＤ２２の各画素に対応する位置に例えばベイヤ配列で配置することにより形成されている。これにより、ＣＣＤ２２は、結像レンズ２１により結像された光学像を、赤色、緑色及び青色の波長帯域毎に分離して撮像することができるようになっている。

光源装置３は、白色光を発生する白色ＬＥＤ３１と、白色ＬＥＤ３１から発せられた白色光を集光してライトガイド１３へ出射する集光レンズ３２と、ビデオプロセッサ４の制御に応じて白色ＬＥＤ３１を駆動するＬＥＤドライバ３３と、を有して構成されている。

ＬＥＤドライバ３３は、ビデオプロセッサ４の制御に応じて、白色ＬＥＤ３１の動作状態をオン状態（光の出射状態）またはオフ状態（光の遮断状態）のいずれかに切り替えるように構成されている。また、ＬＥＤドライバ３３は、オン状態の白色ＬＥＤ３１から発せられる白色光の光量を、ビデオプロセッサ４の制御に応じた設定光量に変化させることができるように構成されている。白色ＬＥＤ３１からの光は、集光レンズ３２、ライトガイド１３，１１及び照明レンズ１５を介して自照明光として被写体に照射されるようになっている。

なお、本実施の形態においては、白色ＬＥＤ３１の代わりに、例えば、キセノンランプ等の他の光源を用いて光源装置３を構成してもよい。

ビデオプロセッサ４は、ＣＣＤドライバ４１と、アンプ４２と、プリプロセス回路４３と、Ａ／Ｄ変換回路４４と、色分離回路４５と、ホワイトバランス調整回路４６と、画像処理回路４７と、映像信号生成回路４８と、制御部５０と、メモリ５６と、操作パネル５７と、を有して構成されている。

ＣＣＤドライバ４１は、ＣＣＤ２２を駆動すると共に露光期間及び読出期間を設定するためのＣＣＤ駆動信号を生成して出力するようになっている。アンプ４２は、信号ケーブル２７を介して入力された画像信号を増幅してプリプロセス回路４３に出力するようになっている。プリプロセス回路４３は、アンプ４２から出力される画像信号に対して相関二重サンプリング処理等の信号処理を施すことにより当該画像信号に含まれる信号成分を抽出し、さらに、抽出した信号成分に応じた画像信号を生成してＡ／Ｄ変換回路４４に出力するようになっている。

Ａ／Ｄ変換回路４４は、プリプロセス回路４３から出力されるアナログの画像信号に対してＡ／Ｄ変換処理を施すことによりデジタルの画像信号を生成し、当該生成したデジタルの画像信号を色分離回路４５に出力するように構成されている。

色分離回路４５は、Ａ／Ｄ変換回路４４から出力される画像信号を、原色カラーフィルタ２４のＲフィルタを透過した光を撮像して得られる赤色の色成分の輝度値Ｒｓ、原色カラーフィルタ２４のＧフィルタを透過した光を撮像して得られる緑色の色成分の輝度値Ｇｓ、及び、原色カラーフィルタ２４のＢフィルタを透過した光を撮像して得られる青色の色成分の輝度値Ｂｓに分離するための色分離処理を行うように構成されている。また、色分離回路４５は、前述の色分離処理より得られた各色成分の輝度値に対応する画像信号を生成し、当該生成した画像信号をホワイトバランス調整回路４６及び制御部５０に出力するようになっている。

ホワイトバランス調整回路４６は、アンプ４６ａ、４６ｂ及び４６ｃの３つのアンプを具備し、当該３つのアンプにおけるゲイン値を制御部５０の制御に基づいて個別に設定することができるように構成されている。アンプ４６ａは、色分離回路４５から出力される赤色の色成分の画像信号に対し、ゲイン値Ｇｒを乗じて画像処理回路４７及び制御部５０に出力する。アンプ４６ｂは、色分離回路４５から出力される緑色の色成分の画像信号に対し、ゲイン値Ｇｇを乗じて画像処理回路４７及び制御部５０に出力する。また、アンプ４６ｃは、色分離回路４５から出力される青色の色成分の画像信号に対し、ゲイン値Ｇｂを乗じて画像処理回路４７及び制御部５０に出力するようになっている。

すなわち、ホワイトバランス調整回路４６は、後述するように、制御部５０によって設定されるホワイトバランス調整値であるゲイン値Ｇｒ、Ｇｇ及びＧｂを用いて、色分離回路４５から出力される画像信号のホワイトバランス調整を行うようになっている。

画像処理回路４７は、制御部５０に制御されて、ホワイトバランス調整回路４６から出力される各色成分の画像信号に対して、例えば、ガンマ補正処理及び強調処理等の所定の画像処理を施して映像信号生成回路４８に出力するように構成されている。

映像信号生成回路４８は、画像処理回路４７から出力される各色成分の画像信号に基づいて、赤色の色成分の画像信号をモニタ５のＲ（赤色）チャンネルに割り当て、緑色の色成分の画像信号をモニタ５のＧ（緑色）チャンネルに割り当て、青色の色成分の画像信号をモニタ５のＢ（青色）チャンネルに割り当てるための処理を行うことにより映像信号を生成し、当該生成した映像信号をモニタ５に出力するように構成されている。

制御部５０は、図示しないＣＰＵ等のプロセッサによって構成することができ、図示しないプログラムメモリに記憶されたプログラムに従って動作して各部を制御するものであってもよい。ビデオプロセッサ４には、操作パネル５７が設けられている。操作パネル５７は、ユーザの操作に応じた指示を行うことが可能な１以上の入力装置を具備して構成されている。操作パネル５７はユーザのパネル操作に基づく操作信号を発生して制御部５０に出力するようになっている。制御部５０は、操作パネル５７からの操作信号に基づいて各部を制御することができるようになっている。例えば、操作パネル５７は、色分離回路４５から出力される画像信号のホワイトバランス調整を行わせるための指示を行うことが可能なホワイトバランススイッチ（不図示）等のスイッチを有していてもよい。また、例えば、制御部５０は、操作パネル５７の操作に基づいて、画像処理回路４７の画像処理に用いられるパラメータを変更するための制御を行うようになっていてもよい。

本実施の形態においては、制御部５０は、補助具を用いることなく体外で内視鏡のホワイトバランス調整作業を行った場合でも、ホワイトバランス調整回路４６において正しくホワイトバランス調整を行うことを可能にするホワイトバランス調整値を求めることができるようになっている。上述したように、体外において、補助具を用いることなく内視鏡のホワイトバランス調整作業を行った場合には、画像信号は自照明光だけでなく外光の影響を受け、正しいホワイトバランス調整値を求めることができない。そこで、本実施の形態においては、画像信号から外光の影響を除去することで、適切なホワイトバランス調整値を求めるようになっている。

このような適切なホワイトバランス調整値を求めるために、本実施の形態においては、制御部５０には平均値算出部５１、輝度値演算部５２、ホワイトバランス（ＷｈＢ）変更部５３、撮像制御部５４及び光源制御部５５が設けられている。制御部５０は、ホワイトバランス調整作業時には、外光の影響を除去するために、自照明光を点灯及び非点灯（消灯）させた２回の撮像を行う。

輝度値取得部として機能する平均値算出部５１は、色分離回路４５の出力が与えられて、白色ＬＥＤ３１を点灯させて自照明光を被写体に照射しながら行う撮像（以下、点灯撮像という）におけるＲ，Ｇ，Ｂ色成分毎の平均輝度値Ｒａ１，Ｇａ１，Ｂａ１と、白色ＬＥＤ３１を消灯させて自照明光を被写体に照射せずに行う撮像（以下、非点灯撮像という）におけるＲ，Ｇ，Ｂ色成分毎の平均輝度値Ｒａ２，Ｇａ２，Ｂａ２をそれぞれ求める。例えば、平均値算出部５１は、ＣＣＤ２２の撮像面の中央と周辺とにおける感度が異なることを考慮して、ＣＣＤ２２の撮像面の所定領域に対応する輝度値の平均値を平均輝度値として求めてもよい。平均値算出部５１は、求めた平均輝度値Ｒａ１，Ｇａ１，Ｂａ１，Ｒａ２，Ｇａ２，Ｂａ２をメモリ５６に記憶させる。

輝度値演算部５２は、メモリ５６から平均輝度値を読み出して平均輝度値Ｒａ１，Ｇａ１，Ｂａ１と平均輝度値Ｒａ２，Ｇａ２，Ｂａ２との差分を色成分毎に求める。平均輝度値Ｒａ１，Ｇａ１，Ｂａ１は、自照明光及び外光による戻り光に基づくものであり、平均輝度値Ｒａ２，Ｇａ２，Ｂａ２は外光の戻り光のみに基づくものである。ＣＣＤ２２によって得られるＲ，Ｇ，Ｂ光に対応する各色の画像信号のレベルが被写体を照明するＲ，Ｇ，Ｂ光成分の光量に比例し、また、点灯撮像時と非点灯撮像時とで外光の光量には変化がないものとする。この場合には、自照明光の戻り光のＲ，Ｇ，Ｂ成分に基づく平均輝度値をそれぞれＲａ０，Ｇａ０，Ｂａ０とすると、Ｒａ０＝Ｒａ１−Ｒａ２、Ｇａ０＝Ｇａ１−Ｇａ２、Ｂａ０＝Ｂａ１−Ｂａ２が成立する。

輝度値演算部５２は、点灯撮像時と非点灯撮像時における平均輝度値の差分を各色毎に求めることで、自照明光のみの戻り光に基づく色成分毎の平均輝度値を得る。ＷｈＢ変更部５３は、輝度値演算部５２が求めた各色の平均輝度値Ｒａ０，Ｇａ０，Ｂａ０に基づいて、所定の白色の被写体を撮像した場合におけるアンプ４６ａ〜４６ｃの出力レベルの比が１：１：１となるように、アンプ４６ａ〜４６ｃにそれぞれ設定するゲイン値であるホワイトバランス調整値を求める。ＷｈＢ変更部５３は、求めたホワイトバランス調整値をアンプ４６ａ〜４６ｃに設定するようになっている。

本実施の形態においては、制御部５０の撮像制御部５４は、画像信号に基づく画像の明るさを調整する明るさ調整部としても機能し、ホワイトバランス調整作業中における点灯撮像時と非点灯撮像時とで、ＣＣＤ２２の露光時間が同一となるように、ＣＣＤドライバ４１を制御するようになっている。例えば、撮像制御部５４は、点灯撮像時と非点灯撮像時とにおけるＣＣＤ２２のシャッター速度を同一とする。これにより、ＣＣＤ２２の撮像条件が点灯撮像時と非点灯撮像時とで等しくなり、自照明光の戻り光に基づく各色の平均輝度値を確実に求めることが可能となる。

更に、本実施の形態においては、制御部５０の光源制御部５５は、明るさ調整部としても機能し、ＬＥＤドライバ３３を制御して点灯撮像時と非点灯撮像時とで、白色ＬＥＤ３１の点灯及び消灯を制御すると共に、点灯撮像時において求める平均輝度値Ｒａ１，Ｇａ１，Ｂａ１のいずれも飽和しないように、白色ＬＥＤ３１の出射光量を制御するようになっている。これにより、平均輝度値Ｒａ１，Ｇａ１，Ｂａ１は、戻り光の各色成分に対応したものとなり、自照明光及び外光の戻り光に基づく平均輝度値の比を正確に求めることができる。なお、光源制御部５５は、点灯撮像時における平均輝度値Ｒａ１，Ｇａ１，Ｂａ１のレベルが、所定の閾値よりも大きくなるように白色ＬＥＤ３１の出射光量を制御することで、ノイズの影響を受け難くするようにしてもよい。これにより、平均輝度値Ｒａ１，Ｇａ１，Ｂａ１は、戻り光の各色成分に対応したものとなり、自照明光及び外光の戻り光に基づく各色成分の平均輝度値の比を確実に求めることができる。

なお、明るさ調整部は、画像信号に基づく画像の明るさを調整する種々の機構によって構成することができ、例えば撮像制御部５４及び光源制御部５５だけでなく、ビデオプロセッサ４中のアンプ等によって構成することもできる。明るさ調整部は、自照明光の光量の設定、ＣＣＤ２２の受光時の設定及びビデオプロセッサ４における信号処理の設定を制御することで画像の明るさを調整可能であるが、本実施の形態においては、出射光量及び露光時間以外の設定値については、点灯撮像時と非点灯撮像時において共通の設定を用いるものとする。

また、本実施例のカメラユニット２Ｂは、１つのＣＣＤを具備する単板のカメラユニットとして構成されたものに限らず、例えば、結像レンズ２１を通過した光をＲＧＢの色毎に分光するためのダイクロイックプリズム等の分光光学系と、当該分光光学系を経て出射されるＲ光の光学像を撮像するための第１のＣＣＤと、当該分光光学系を経て出射されるＧ光の光学像を撮像するための第２のＣＣＤと、当該分光光学系を経て出射されるＢ光の光学像を撮像するための第３のＣＣＤと、を具備する３板のカメラユニットとして構成されたものであってもよい。また、カメラユニット２Ｂが３板のカメラユニットとして構成されている場合には、色分離回路４５が不要となるため、例えば、Ａ／Ｄ変換回路４４から出力される画像信号をホワイトバランス調整回路４６及び制御部５０に出力されるようにすればよい。

また、本実施の形態のＣＣＤ２２は、原色カラーフィルタ２４を撮像面上に具備する原色ＣＣＤとして構成されたものに限らず、例えば、結像レンズ２１により結像された光学像を、シアン、マゼンタ、黄色及び緑色の波長帯域毎に分離して撮像するための補色カラーフィルタを撮像面上に具備する補色ＣＣＤとして構成されたものであってもよい。また、ＣＣＤ２２が補色ＣＣＤとして構成されている場合には、例えば、Ａ／Ｄ変換回路４４から出力される画像信号に応じた輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｂ及び色差信号Ｃｒが色分離回路４５において生成され、当該輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｂ及び色差信号Ｃｒに応じた赤、緑及び青の色成分の画像信号がＲＧＢ変換回路において生成され、当該画像信号がホワイトバランス調整回路４６及び制御部５０に出力されるようにすればよい。

次に、このように構成された実施の形態の作用について図３を参照して説明する。図３はホワイトバランス調整作業時における処理の流れを示すフローチャートである。

術者は、内視鏡システム１の各部を接続して電源を投入した後、挿入部６の先端面をガーゼ等の白色の被写体に対向する位置に配置した状態にして、ホワイトバランス調整作業を開始する。例えば、術者は操作パネル５７のホワイトバランススイッチを操作する。これにより、制御部５０は、ホワイトバランス調整値の算出のための処理を開始する。

制御部５０は、自照明光を用いた点灯撮像と自照明光を用いない非点灯撮像との２回の撮像を行う。なお、点灯撮像と非点灯撮像のいずれを先に行ってもよい。先ず、撮像制御部５４は、図３のステップＳ１において、点灯撮像及び非点灯撮像に共通の露光時間を設定する。なお、撮像制御部５４は、非点灯撮像時においても十分な露光が行われると共に、各色の画像信号が飽和しないように露光時間の設定を行う。

図３のステップＳ２〜Ｓ４は非点灯撮像の処理を示し、ステップＳ５〜Ｓ９は点灯撮像の処理を示している。ステップＳ２では、光源制御部５５はＬＥＤドライバ３３を制御して、白色ＬＥＤ３１を点灯させない状態とする。この状態で、撮像制御部５４は、ＣＣＤドライバ４１を制御して、非点灯撮像を行う（ステップＳ３）。

被写体は外光のみにより照明され、この外光による被写体からの戻り光が対物レンズ１７に入射する。対物レンズ１７に入射した光は、リレーレンズ１８、接眼レンズ１９、結像レンズ２１、カラーフィルタ２４を介してＣＣＤ２２の撮像面に結像する。ＣＣＤ２２はＣＣＤドライバ４１によって所定のシャッター速度に制御されており、撮像面に所定の露光時間で露光された光学像を光電変換して、画像信号を出力する。

この画像信号は信号ケーブル２７を介してビデオプロセッサ４のアンプ４２に供給される。画像信号はアンプ４２によって増幅された後プリプロセス回路４３に供給され、プリプロセス回路４３によって相関二重サンプリング処理等の信号処理が施される。プリプロセス回路４３の出力はＡ／Ｄ変換回路４４によってデジタル信号に変換された後、色分離回路４５に与えられる。色分離回路４５は、入力された画像信号の赤色成分の輝度値Ｒｓ２、緑色成分の輝度値Ｇｓ２、及び青色成分の輝度値Ｂｓ２を分離する色分離処理を行う。色分離回路４５は、色分離処理より得られた各色成分の輝度値に対応する画像信号を生成して制御部５０に出力する。

平均値算出部５１は、ステップＳ４において、色分離回路４５の出力に基づいて輝度値の平均値を算出して、メモリ５６に記憶させる。例えば、平均値算出部５１は、各色成分の輝度値Ｒｓ２，Ｇｓ２，Ｂｓ２を画面の所定領域について平均した平均輝度値Ｒａ２，Ｇａ２，Ｂａ２を求める。平均値算出部５１は、求めた平均輝度値Ｒａ２，Ｇａ２，Ｂａ２をメモリ５６に記憶させる。

次に、制御部５０は、点灯撮像を行う。この場合には、光源制御部５５は、ステップＳ５において、ＬＥＤドライバ３３を制御して白色ＬＥＤ３１を点灯させると共に、その出射光量が所定の出射光量となるように制御する（ステップＳ６）。白色ＬＥＤ３１からの光は、ライトガイド１３，１１及び照明レンズ１５を介して自照明光として被写体に照射される。こうして、この場合には、被写体は、自照明光及び外光によって照明されることになり、これらの光による被写体からの戻り光が対物レンズ１７に入射する。こうして、この場合には、ＣＣＤ２２の撮像面には、自照明光及び外光の影響を受けた被写体光学像が結像する。ＣＣＤ２２はＣＣＤドライバ４１によって非点灯撮像時と同じシャッター速度に制御されており、撮像面に非点灯撮像時と同じ露光時間で露光された光学像を光電変換して、画像信号を出力する（ステップＳ７）。

この画像信号は信号ケーブル２７を介してビデオプロセッサ４に供給される。画像信号は、増幅及び相関二重サンプリング処理等の信号処理が施された後、デジタル信号に変換されて色分離回路４５に与えられる。色分離回路４５は、入力された画像信号の赤色成分の輝度値Ｒｓ１、緑色成分の輝度値Ｇｓ１、及び青色成分の輝度値Ｂｓ１を分離する色分離処理を行い、各色成分の輝度値に対応する画像信号を生成して制御部５０に出力する。

平均値算出部５１は、ステップＳ８において、非点灯撮像時と同様の手法によって輝度値の平均値を算出して、メモリ５６に記憶させる。例えば、平均値算出部５１は、各色成分の輝度値Ｒｓ１，Ｇｓ１，Ｂｓ１を画面の所定領域について平均した平均輝度値Ｒａ１，Ｇａ１，Ｂａ１を求める。平均値算出部５１は、求めた平均輝度値Ｒａ１，Ｇａ１，Ｂａ１をメモリ５６に記憶させる。

次に、制御部５０は、メモリ５６に記憶された平均輝度値Ｒａ１，Ｇａ１，Ｂａ１の各値のいずれかが飽和しているか否かを判定する（ステップＳ９）。飽和している場合には、光源制御部５５は、白色ＬＥＤ３１の出射光量を低下させる光量制御を行う。こうして、自照明光の光量を低下させた状態で、ステップＳ７，Ｓ８の処理を行って、自照明光及び外光の戻り光に基づく画像信号の平均輝度値Ｒａ１，Ｇａ１，Ｂａ１を求めてメモリ５６の内容を更新する。以後、ステップＳ６〜Ｓ９を繰り返す。こうして、メモリ５６には、飽和していない平均輝度値Ｒａ１，Ｇａ１，Ｂａ１が記憶される。これにより、メモリ５６に記憶された平均輝度値Ｒａ１，Ｇａ１，Ｂａ１は、戻り光の各色成分に対応したものとなり、自照明光及び外光に基づく各色成分の平均輝度値の比を正確に求めることが可能となる。

ステップＳ９において、平均輝度値Ｒａ１，Ｇａ１，Ｂａ１の各値が飽和していないと判定された場合には、制御部５０は次のステップＳ１０に処理を移行する。ステップＳ１０では、輝度値演算部５２によって輝度値の差分演算が行われる。輝度値演算部５２は、メモリ５６から平均輝度値Ｒａ１，Ｇａ１，Ｂａ１，Ｒａ２，Ｇａ２，Ｂａ２を読み出し、各色毎に点灯撮像時と非点灯撮像時の平均輝度値の差分を求める。

差分（Ｒａ１−Ｒａ２）、（Ｇａ１−Ｇａ２）、（Ｂａ１−Ｂａ２）は、それぞれ、自照明光のみの戻り光に基づく画像信号の各色成分の平均輝度値Ｒａ０，Ｇａ０，Ｂａ０に対応する。ＷｈＢ変更部５３は、ステップＳ１１において、輝度値演算部５２によって算出された平均輝度値Ｒａ０，Ｇａ０，Ｂａ０に基づいてホワイトバランス調整値を算出する。例えば、ＷｈＢ変更部５３は、輝度値がＲａ０，Ｇａ０，Ｂａ０の各色成分がアンプ４６ａ〜４６ｃに入力された場合に、各アンプ４６ａ〜４６ｃの出力の比が１：１：１になるように、各アンプ４６ａ〜４６ｃに設定するゲインを求め、このゲインをホワイトバランス調整値としてアンプ４６ａ〜４６ｃに設定する（ステップＳ１２）。

ＷｈＢ変更部５３が設定するホワイトバランス調整値は、自照明光のみによって被写体が照明されている場合において、白色の被写体からの戻り光に基づく画像信号の各色成分のレベル比をホワイトバランス調整回路４６によって１：１：１にするものである。即ち、体外においてホワイトバランス調整作業を行った場合でも、体内で使用する場合において適切なホワイトバランス調整が可能である。

このように本実施の形態においては、体外においてホワイトバランス調整作業を行う場合には、自照明光を用いた点灯撮像と外光のみによる非点灯撮像との２回の撮像を行うと共に、点灯撮像による画像信号の平均輝度値と非点灯撮像による画像信号の平均輝度値とについて各色毎に差分を求めることで、自照明光のみに基づく各色成分の平均輝度値を得る。この平均輝度値に基づいてホワイトバランス調整値を求めることで、外光の影響を除き自照明光のみによる照明が行われている場合と同様のホワイトバランス調整値を得ることができる。しかも、点灯撮像時と非点灯撮像時とで同一の露光時間を設定し、また、点灯撮像時においては自照明光の出射光量を調整して各色成分の平均輝度値が飽和しないように制御しており、自照明光の戻り光に基づく画像信号の各色成分の比を正確に求めることが可能であり、高精度のホワイトバランス調整が可能である。こうして、外光の遮断が不十分な環境下、例えば体外において補助具を用いることなくホワイトバランス調整作業を行う場合でも、適切なホワイトバランス調整値の算出を高精度に行うことが可能であり、実使用時において確実なホワイトバランス調整を行うことができ、高い色再現性の画像を得ることができる。

（第２の実施の形態）
図４は本発明の第２の実施の形態において採用される動作フローを示すフローチャートである。図４において図３と同一の手順には同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態におけるハードウェア構成は第１の実施の形態と同様である。

第１の実施の形態においては、点灯撮像と非点灯撮像の２回の撮像における撮像条件を一致させるために露光時間の制御を行うと共に、平均輝度値が飽和しないように自照明光の出射光量の制御を行った。しかし、外光が暗すぎる場合や明るすぎる場合等においては、露光時間等の撮像条件を決定する各種設定値（以下、撮像条件設定値という）を調整した方が各色成分の平均輝度値の比を正確に検出することができることがある。本実施の形態においては、点灯撮像と非点灯撮像の２回の撮像において撮像条件設定値を変えて撮像条件を変化させた場合でも、確実に自照明光のみによる戻り光に対応したホワイトバランス調整値を取得することを可能にしたものである。

一般的に、ビデオプロセッサは色分離回路の前段までにＡＧＣ回路が設けられている。例えば、図１のアンプ４２がＡＧＣ回路として機能するように構成してもよい。この場合には、アンプ４２は、入力信号のレベルが比較的低い場合にはゲインが高くなり、入力信号のレベルが比較的低い場合にはゲインが低くなるように作用する。これにより、色分離回路４５に十分で且つ飽和しないレベルの画像信号を与えることが可能となる。

また、外光が比較的暗い場合にはＣＣＤ２２の露光時間を比較的長くし、外光が比較的明るい場合にはＣＣＤ２２の露光時間を比較的短くするように、ＣＣＤドライバ４１が制御するようにしてもよい。この場合にも、色分離回路４５に十分で且つ飽和しないレベルの画像信号を与えることが可能となる。また、例えば、ＣＣＤドライバ４１は、外光が比較的暗い場合には、複数の画素を加算して読み出すピニング処理を行うようにしてもよい。更に、ＣＣＤ２２の感度を変更可能な場合には、ＣＣＤドライバ４１は、外光の明るさに応じて感度を変更するようにしてもよい。

本実施の形態においては、このようなＡＧＣ回路のゲイン値、露光時間、ピニング処理の有無等の撮像条件を決定する各種情報が撮像条件設定値としてメモリ５６に記憶されるようになっている。例えば、制御部５０は、アンプ４２のゲインを調整すると同時に、その調整値を撮像条件設定値としてメモリ５６に与えて記憶させる。また、撮像制御部５４は、ＣＣＤドライバ４１を制御すると同時に、その情報を撮像条件設定値としてメモリ５６に与えて記憶させる。

本実施の形態においては、制御部５０は、ホワイトバランス調整作業時に、必要に応じて撮像条件設定値を点灯撮像と非点灯撮像とで変化させた２回の撮像を行う。また、輝度値演算部５２は、これらの２回の撮像時の撮像条件設定値を用いて各色の平均輝度値を正規化することで、自照明光のみによる戻り光に対応した正確なホワイトバランス調整値を取得するようになっている。

このように構成された実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に、ホワイトバランス調整作業では、自照明光を用いた点灯撮像と自照明光を用いない外光のみによる非点灯撮像との２回の撮像を行う。図４のステップＳ３では、非点灯撮像が行われる。被写体は外光のみにより照明され、この外光による被写体からの戻り光に基づく画像信号がＣＣＤ２２から出力される。ＣＣＤ２２からの画像信号はビデオプロセッサ４に供給され、アンプ４２によって所定のゲインで増幅される。

アンプ４２からの画像信号は、プリプロセス回路４３によって相関二重サンプリング処理等の信号処理が施され、Ａ／Ｄ変換回路４４によってデジタル信号に変換された後、色分離回路４５に与えられる。色分離回路４５は、入力された画像信号の赤色成分の輝度値Ｒｓ２、緑色成分の輝度値Ｇｓ２、及び青色成分の輝度値Ｂｓ２を分離する色分離処理を行う。色分離回路４５は、色分離処理より得られた各色成分の輝度値に対応する画像信号を生成して制御部５０に出力する。平均値算出部５１は、ステップＳ４において、色分離回路４５の出力に基づいて各色成分の輝度値の平均値を算出して、各色成分の平均輝度値Ｒａ２，Ｇａ２，Ｂａ２をメモリ５６に記憶させる。

本実施の形態においては、制御部５０は、ステップＳ２１において、非点灯撮像時における撮像条件設定値をメモリ５６に記憶させる。例えば、メモリ５６には、ＣＣＤ２２の露光時間、アンプ４２のゲイン、ピニング処理の有無等の撮像条件設定値が記憶される。

次に、制御部５０は、ステップＳ５において白色ＬＥＤ３１を点灯させ、自照明光及び外光により被写体を照明する点灯撮像を行う（ステップＳ７）。この場合には、被写体は、自照明光及び外光によって照明されることになり、これらの光による被写体からの戻り光に基づく画像信号がＣＣＤ２２から出力される。

ＣＣＤ２２からの画像信号はビデオプロセッサ４に供給されて、アンプ４２によって所定のゲインで増幅される。更に、画像信号は、相関二重サンプリング処理等の信号処理が施され、デジタル信号に変換された後、色分離回路４５に与えられる。色分離回路４５は、入力された画像信号の各色成分の輝度値Ｒｓ１、Ｇｓ１、Ｂｓ１を分離する色分離処理を行い、各色成分の輝度値に対応する画像信号を生成して制御部５０に出力する。平均値算出部５１は、ステップＳ８において、色分離回路４５の出力に基づいて各色成分の輝度値の平均値を算出して、各色成分の平均輝度値Ｒａ１，Ｇａ１，Ｂａ１をメモリ５６に記憶させる。

本実施の形態においては、制御部５０は、ステップＳ２５において、点灯撮像時における撮像条件設定値をメモリ５６に記憶させる。例えば、メモリ５６には、ＣＣＤ２２の露光時間、アンプ４２のゲイン、ピニング処理の有無等の撮像条件設定値が記憶される。

いま、説明を簡単にするために、非点灯撮像時と点灯撮像時とでは、撮像条件設定値としてＣＣＤ２２の露光時間及びアンプ４２のゲインのみが変化するものとして説明する。例えば、非点灯撮像時における露光時間をＸ（秒）、アンプ４２のゲインをαとし、点灯撮像時における露光時間をＹ（秒）、アンプ４２のゲインをβとして、正規化した露光時間をＺ（秒）、アンプ４２のゲインをγとする。

輝度値演算部５２は、ステップＳ１０における輝度値差分演算に際して、撮像条件設定値を読み出して平均輝度値の正規化を行う（ステップＳ９）。いま、上述したように、非点灯撮像時における各色成分の平均輝度値がＲａ２，Ｇａ２，Ｂａ２で、点灯撮像時における各色成分の平均輝度値がＲａ１，Ｇａ１，Ｂａ１であるものとする。輝度値演算部５２は、下記（１）式によって、非点灯撮像時における平均輝度値を正規化した値（正規化平均輝度値）Ｒａ２ｎ，Ｇａ２ｎ，Ｂａ２ｎを求める。

Ｒａ２ｎ＝Ｒａ２・（Ｚ／Ｘ）・（γ／α）
Ｇａ２ｎ＝Ｇａ２・（Ｚ／Ｘ）・（γ／α）
Ｂａ２ｎ＝Ｂａ２・（Ｚ／Ｘ）・（γ／α） …（１）
また、同様にして、輝度値演算部５２は、下記（２）式によって、点灯撮像時における平均輝度値を正規化した値（正規化平均輝度値）Ｒａ１ｎ，Ｇａ１ｎ，Ｂａ１ｎを求める。

Ｒａ１ｎ＝Ｒａ１・（Ｚ／Ｙ）・（γ／β）
Ｇａ１ｎ＝Ｇａ１・（Ｚ／Ｙ）・（γ／β）
Ｂａ１ｎ＝Ｂａ１・（Ｚ／Ｙ）・（γ／β） …（２）
輝度値演算部５２は、色成分毎に、点灯撮像時と非点灯撮像時の正規化平均輝度値の差分を求める。差分（Ｒａ１ｎ−Ｒａ２ｎ）、（Ｇａ１ｎ−Ｇａ２ｎ）、（Ｂａ１ｎ−Ｂａ２ｎ）は、それぞれ、自照明光のみの戻り光に基づく画像信号の各色成分の正規化平均輝度値Ｒａ０ｎ，Ｇａ０ｎ，Ｂａ０ｎに対応する。

ＷｈＢ変更部５３は、ステップＳ１１において、輝度値演算部５２によって算出された正規化平均輝度値Ｒａ０ｎ，Ｇａ０ｎ，Ｂａ０ｎに基づいてホワイトバランス調整値を算出する。例えば、ＷｈＢ変更部５３は、輝度値がＲａ０ｎ，Ｇａ０ｎ，Ｂａ０ｎの各色成分がアンプ４６ａ〜４６ｃに入力された場合に、各アンプ４６ａ〜４６ｃの出力の比が１：１：１になるように、各アンプ４６ａ〜４６ｃに設定するゲインを求め、このゲインをホワイトバランス調整値としてアンプ４６ａ〜４６ｃに設定する（ステップＳ１２）。

他の作用は第１の実施の形態と同様である。

正規化平均輝度値Ｒａ０ｎ，Ｇａ０ｎ，Ｂａ０ｎの比は、平均輝度値Ｒａ０，Ｇａ０，Ｂａ０の比と等しい。従って、正規化平均輝度値Ｒａ０ｎ，Ｇａ０ｎ，Ｂａ０ｎに基づいて求めたホワイトバランス調整値を用いることで、適切なホワイトバランス調整が可能である。

このように本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様の効果が得られると共に、自照明光を用いた点灯撮像と外光のみによる非点灯撮像との２回の撮像時における撮像条件を変更して撮像を行った場合でも、平均輝度値を正規化した後差分を求めるようにしていることから、自照明光のみの戻り光に対応したホワイトバランス調整値を正確に求めることができる。これにより、点灯撮像時と非点灯撮像時においてそれぞれ最適な撮像条件にて撮像を行うことができ、ホワイトバランス調整値の算出精度を向上させることができる。
なお、図４では、非点灯撮像時及び点灯撮像時において各撮像時の撮像条件設定値及び平均輝度値を記憶させ、ホワイトバランス調整値算出の際に撮影条件設定値を読み出して平均輝度値を正規化後に差分を求める例について説明したが、非点灯撮像及び点灯撮像毎に、各撮影時における撮影条件設定値に基づいて平均輝度値を正規化した後記憶させ、正規化された平均輝度値を読み出して差分を求めるようにしてもよいことは明らかである。

また、本発明は、上記実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい

１…内視鏡システム、２…内視鏡、３…光源装置、４…ビデオプロセッサ、５…モニタ、１１…ライトガイド、１７…対物レンズ、２２…ＣＣＤ、３３…ＬＥＤドライバ、３１…白色ＬＥＤ、４１…ＣＣＤドライバ、４５…色分離回路、４６…ホワイトバランス調整回路、５０…制御部、５１…平均値算出部、５２…輝度値演算部、５３…ＷｈＢ変更部、５４…撮像制御部、５５…光源制御部、５６…メモリ。

Claims (6)

1. 光源装置の照明光によって照明された被検体の光学像に基づく画像信号を得る撮像部を有する内視鏡から前記画像信号が与えられて所定の信号処理を行うビデオプロセッサを具備する内視鏡システムであって、
   前記ビデオプロセッサは、
   ホワイトバランス調整作業時に前記被検体に前記照明光以外の外光が照射される環境において、前記光源装置からの照明光の出射と遮断とを制御する光源制御部と、
   前記画像信号の色成分毎の輝度値を求める輝度値取得部と、
   前記照明光の出射時において前記輝度値取得部が求めた輝度値と、前記照明光の遮断時において前記輝度値取得部が求めた輝度値との差分を色成分毎に求める輝度値演算部と、
   前記輝度値演算部の演算結果に基づいてホワイトバランス調整値を求めるホワイトバランス変更部と、
   前記照明光の出射時と遮断時とで、前記画像信号に基づく画像の明るさを調整可能な明るさ調整部と、
   前記明るさ調整部及び輝度値演算部を制御して、前記光源装置の照明光のみに基づく画像信号に対応する前記ホワイトバランス調整値を算出可能にする制御部と
   を具備したことを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記明るさ調整部は、前記照明光の光量の設定、前記撮像部の受光時の設定及び前記撮像部からの画像信号に対する前記所定の信号処理の設定のうちの少なくとも１つを制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
3. 前記制御部は、前記撮像部の露光時間を前記照明光の出射時及び遮断時において同一時間に設定すると共に、前記照明光の遮断時における前記画像信号の各色成分の輝度値が飽和しないように前記照明光の光量を制限する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
4. 前記制御部は、前記照明光の出射時及び遮断時における前記明るさ調整部の設定を記憶し、前記照明光の出射時及び遮断時における前記明るさ調整部の設定の変化に応じて前記輝度値取得部が取得した輝度値を補正した後、前記輝度値演算部に与える
   ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡システム。
5. 前記ビデオプロセッサは、前記輝度値取得部が求めた前記画像信号の色成分毎の輝度値を記憶するメモリ
   を具備したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の内視鏡システム。
6. 前記内視鏡及び光源装置
   を具備したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の内視鏡システム。

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