JP2017217056A - Endoscope system - Google Patents

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雅明 福田
Masaaki Fukuda
雅明 福田
石井 亮
Akira Ishii
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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an endoscope system advantageous in suppressing blur of a captured image in a case where a distance from a scope to a subject changes.SOLUTION: An endoscope system includes an objective optical system for capturing a subject image, an image pickup device for generating an image signal of the subject image captured by the objective optical system, filter processing means for subjecting the image signal to correction filter processing, distance determination means for determining a distance from the objective optical system to the subject, and filter switching means for switching a correction filter used in the correction filter processing according to the distance.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、撮像した動画像の静止(フリーズ)処理を行う内視鏡システムに関する。   The present invention relates to an endoscope system that performs still (freeze) processing of a captured moving image.

人の食道や腸などの体腔内の被写体を観察するための内視鏡システムとして、スコープ部、プロセッサ部及びモニタを備える内視鏡システムが知られている。スコープ部の先端部には、対物光学系及び撮像素子が設けられている。被写体からの物体光は、対物光学系を通って撮像素子で受光され、画像信号として出力される。プロセッサ部は、スコープ部から出力された画像信号に対して所定の画像処理を施し、映像信号を生成する。モニタには、映像信号に基づいた被写体の撮影画像が表示される。この種の内視鏡システム装置では、術者が被写体を観察しやすいように、電子ズーム機能が備えられている。電子ズーム機能は、撮影画像を電気的に拡大してモニタに表示する機能である。   As an endoscope system for observing a subject in a body cavity such as a human esophagus or intestine, an endoscope system including a scope unit, a processor unit, and a monitor is known. An objective optical system and an imaging device are provided at the distal end of the scope unit. Object light from the subject passes through the objective optical system, is received by the image sensor, and is output as an image signal. The processor unit performs predetermined image processing on the image signal output from the scope unit to generate a video signal. A captured image of the subject based on the video signal is displayed on the monitor. In this type of endoscope system apparatus, an electronic zoom function is provided so that an operator can easily observe a subject. The electronic zoom function is a function for electrically enlarging a captured image and displaying it on a monitor.

また、特許文献1には、高解像な撮影画像を得るために、画像信号に対して空間周波数復元処理を施す内視鏡システムが開示されている。特許文献1に記載の内視鏡システムでは、スコープ部の対物光学系の空間周波数に応じて、画像信号に対して空間周波数復元処理が施される。これにより、撮影画像を高解像な画像に変換することができる。   Patent Document 1 discloses an endoscope system that performs spatial frequency restoration processing on an image signal in order to obtain a high-resolution captured image. In the endoscope system described in Patent Document 1, a spatial frequency restoration process is performed on an image signal in accordance with the spatial frequency of the objective optical system of the scope unit. Thereby, the captured image can be converted into a high-resolution image.

特開2000−5127号公報JP 2000-5127 A

内視鏡システムによって得られる被写体の撮影画像には、対物光学系の特性(空間周波数)や、光学系から被写体までの距離に応じてボケが発生する。特許文献1の内視鏡システムでは、画像信号に対してどのような空間周波数復元処理を施すかを、使用する対物光学系や、対物光学系の焦点距離に応じて切り替えている。しかし、対物光学系から被写体までの距離が変化することによって撮影画像にボケが発生した場合、特許文献1に記載の内視鏡システムでは、そのボケを解消し高解像な撮影画像を得ることができない場合があった。   A photographic image of a subject obtained by the endoscope system is blurred depending on the characteristics (spatial frequency) of the objective optical system and the distance from the optical system to the subject. In the endoscope system of Patent Document 1, what kind of spatial frequency restoration processing is performed on an image signal is switched according to the objective optical system to be used and the focal length of the objective optical system. However, when a blur occurs in the captured image due to a change in the distance from the objective optical system to the subject, the endoscope system described in Patent Document 1 eliminates the blur and obtains a high-resolution captured image. There was a case that could not be.

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、スコープから被写体までの距離が変化した場合において、撮影画像のボケを抑えるのに有利な内視鏡システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an endoscope system that is advantageous in suppressing blurring of a captured image when the distance from a scope to a subject changes. .

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を、被写体像を取り込む対物光学系と、対物光学系によって取り込まれた被写体像の画像信号を生成する撮像素子と、画像信号に対して補正フィルタ処理を施すフィルタ処理手段と、対物光学系から被写体までの距離を判定する距離判定手段と、距離に応じて、補正フィルタ処理で使用される補正フィルタを切り替えるフィルタ切替手段と、から構成する。   In order to achieve the above object, an endoscope system according to an embodiment of the present invention includes an objective optical system that captures a subject image, an image sensor that generates an image signal of the subject image captured by the objective optical system, and an image Filter processing means for performing correction filter processing on the signal, distance determination means for determining the distance from the objective optical system to the subject, and filter switching means for switching the correction filter used in the correction filter processing according to the distance Consists of.

このような構成によれば、補正フィルタ処理に使用される補正フィルタが、対物光学系から被写体までの距離に応じて変更されるため、距離が変更したことによって発生したボケを効果的に抑制することができる。   According to such a configuration, since the correction filter used for the correction filter process is changed according to the distance from the objective optical system to the subject, blurring caused by the change in the distance is effectively suppressed. be able to.

また、本発明の一実施形態において、内視鏡システムは、例えば、被写体を照明する照明光を放射する光源部と、光源部から放射された照明光を調光する調光手段と、を更に備える。この場合、距離判定手段は、調光手段による調光の度合いに基づいて、距離を判定する。   In one embodiment of the present invention, the endoscope system further includes, for example, a light source unit that emits illumination light that illuminates a subject, and a dimming unit that dimmes the illumination light emitted from the light source unit. Prepare. In this case, the distance determination unit determines the distance based on the degree of dimming by the dimming unit.

また、本発明の一実施形態において、調光手段は、例えば、照明光の光量を調整する可変絞りを有し、画像信号の輝度に基づいて可変絞りの開度を制御する。この構成において、距離判定手段は、開度に基づいて、距離を判定する。   In one embodiment of the present invention, the light control means has, for example, a variable diaphragm that adjusts the amount of illumination light, and controls the opening of the variable diaphragm based on the luminance of the image signal. In this configuration, the distance determination unit determines the distance based on the opening degree.

また、本発明の一実施形態において、距離判定手段は、例えば、測定光を放射する発光素子と、被写体で反射された測定光を受光する受光素子とを有する。この構成において、距離判定手段は、受光素子で受光された測定光に基づいて、距離を判定する。   In one embodiment of the present invention, the distance determination unit includes, for example, a light emitting element that emits measurement light and a light receiving element that receives the measurement light reflected by the subject. In this configuration, the distance determination unit determines the distance based on the measurement light received by the light receiving element.

また、本発明の一実施形態において、補正フィルタ処理は、例えば、ウィナーフィルタを用いた画像補正処理である。   In one embodiment of the present invention, the correction filter process is an image correction process using a Wiener filter, for example.

また、本発明の一実施形態において、例えば、対物光学系は交換可能であり、フィルタ切替手段は、使用する対物光学系及び距離に応じて、補正フィルタ処理で使用される補正フィルタを切り替える。   In one embodiment of the present invention, for example, the objective optical system can be exchanged, and the filter switching unit switches the correction filter used in the correction filter processing according to the objective optical system to be used and the distance.

また、本発明の一実施形態において、内視鏡システム、例えば、補正フィルタ処理が施された画像信号の電気的な拡大処理を行う電子拡大処理手段を更に備える。   In an embodiment of the present invention, an endoscope system, for example, further includes an electronic enlargement processing unit that performs an electrical enlargement process on the image signal that has been subjected to the correction filter process.

本発明によれば、スコープ部から被写体までの距離が変化した場合において、撮影画像のボケを抑えるのに有利な内視鏡システムが提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when the distance from a scope part to a to-be-photographed object changes, the endoscope system advantageous for suppressing the blur of a picked-up image is provided.

本発明の実施形態における内視鏡システムのブロック図である。It is a block diagram of an endoscope system in an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における対物光学系の合焦位置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the focus position of the objective optical system in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における対物光学系のPSFを説明するための図である。It is a figure for demonstrating PSF of the objective optical system in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における対物光学系のPSFを説明するための図である。It is a figure for demonstrating PSF of the objective optical system in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における対物光学系のPSFを説明するための図である。It is a figure for demonstrating PSF of the objective optical system in embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態における内視鏡システム100の構成を示すブロック図である。本実施形態の内視鏡システム100は、人の体腔内の被写体を観察するために用いられる医療用の撮像システムである。図1に示されるように、内視鏡システム100は、スコープ部110、プロセッサ部120及びモニタ130を備えている。スコープ部110は、プロセッサ部120に着脱可能に接続されている。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an endoscope system 100 according to an embodiment of the present invention. The endoscope system 100 of this embodiment is a medical imaging system used for observing a subject in a human body cavity. As shown in FIG. 1, the endoscope system 100 includes a scope unit 110, a processor unit 120, and a monitor 130. The scope unit 110 is detachably connected to the processor unit 120.

スコープ部110は、コネクタ部111及び挿入管112を有している。挿入管112の先端部には、撮像ユニット10及び配光レンズ11が設けられている。また、スコープ部110内には、コネクタ部111から先端部にかけて、ライトガイドファイバ13及び複数の配線14が設けられている。   The scope unit 110 includes a connector unit 111 and an insertion tube 112. An imaging unit 10 and a light distribution lens 11 are provided at the distal end portion of the insertion tube 112. In the scope section 110, a light guide fiber 13 and a plurality of wirings 14 are provided from the connector section 111 to the tip section.

プロセッサ部120は、光源ユニット121、光源駆動回路122、画像処理ユニット123、コントローラ124、入力デバイス125、撮像素子ドライバ126及びメモリ127を備えている。   The processor unit 120 includes a light source unit 121, a light source driving circuit 122, an image processing unit 123, a controller 124, an input device 125, an image sensor driver 126, and a memory 127.

光源ユニット121は、光源20、調光部22及び集光レンズ23を備えている。光源20は光源駆動回路122によって駆動され、白色の照明光を射出する。光源20から射出された照明光は、調光部22に入射される。   The light source unit 121 includes a light source 20, a light control unit 22, and a condenser lens 23. The light source 20 is driven by a light source driving circuit 122 and emits white illumination light. The illumination light emitted from the light source 20 is incident on the light control unit 22.

調光部22は可変絞りを有している。調光部22を通る照明光の光量(調光の度合い)は、可変絞りの開度(絞り値又はF値)によって調節される。調光部22で調光された照明光は、集光レンズ23によってライトガイドファイバ13の端面に集光され、ライトガイドファイバ13内へ入射される。ライトガイドファイバ13内に入射された照明光は、挿入管112の先端部まで導光される。挿入管112の先端部まで導光された照明光は、配光レンズ11を介して挿入管112の先端部から射出され、体腔内の被写体に照射される。被写体に照射された照明光は、被写体で反射され、物体光として撮像ユニット10に入射される。   The dimmer 22 has a variable aperture. The amount of illumination light passing through the light control unit 22 (the degree of light control) is adjusted by the opening of the variable aperture (aperture value or F value). The illumination light modulated by the light control unit 22 is collected on the end surface of the light guide fiber 13 by the condenser lens 23 and is incident on the light guide fiber 13. The illumination light that has entered the light guide fiber 13 is guided to the tip of the insertion tube 112. The illumination light guided to the distal end portion of the insertion tube 112 is emitted from the distal end portion of the insertion tube 112 via the light distribution lens 11 and is irradiated onto the subject in the body cavity. The illumination light applied to the subject is reflected by the subject and enters the imaging unit 10 as object light.

撮像ユニット10は、対物光学系10a及び撮像素子10bを備えている。撮像素子10bは、ベイヤ型画素配置を有する単板式カラーCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサである。撮像素子10b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、R(Red)、G(Green)、B(Blue)の画像信号を生成して出力する。なお、撮像素子10b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に置き換えられてもよい。撮像素子10bはまた、補色系フィルタを搭載したものであってもよい。   The imaging unit 10 includes an objective optical system 10a and an imaging element 10b. The image sensor 10b is a single-plate color CCD (Charge Coupled Device) image sensor having a Bayer pixel arrangement. The image sensor 10b accumulates the subject image formed by each pixel on the light receiving surface as a charge corresponding to the amount of light, and generates and outputs R (Red), G (Green), and B (Blue) image signals. To do. The imaging element 10b is not limited to a CCD image sensor, and may be replaced with a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor or other types of imaging devices. The image sensor 10b may also be one having a complementary color filter.

撮像ユニット10に入射された物体光は、対物光学系10aを介して撮像素子10bで受光される。撮像素子10bで受光された物体光は、所定のフレームレートで画像信号に変換され、配線14を介してプロセッサ部120の画像処理ユニット123に送信される。   The object light incident on the imaging unit 10 is received by the imaging device 10b via the objective optical system 10a. The object light received by the image sensor 10 b is converted into an image signal at a predetermined frame rate and transmitted to the image processing unit 123 of the processor unit 120 through the wiring 14.

画像処理ユニット123は、プリプロセス部40、画像処理部42、ポストプロセス部44を備える。   The image processing unit 123 includes a preprocessing unit 40, an image processing unit 42, and a post processing unit 44.

プリプロセス部40は、撮像素子10bから受信した画像信号に対してホワイトバランスの調整処理や色補間処理、マトリックス演算処理等の所定の信号処理を施して、画像処理部42に出力する。   The preprocessing unit 40 performs predetermined signal processing such as white balance adjustment processing, color interpolation processing, matrix calculation processing, and the like on the image signal received from the image sensor 10 b and outputs the processed signal to the image processing unit 42.

画像処理部42は、補正フィルタ処理部42a及び拡大処理部42bを有している。補正フィルタ処理部42aは、画像信号に対して補正フィルタ処理を行う。拡大処理部42bは、画像信号に対して電気的な拡大処理を行う。補正フィルタ処理及び拡大処理の詳細については後述する。   The image processing unit 42 includes a correction filter processing unit 42a and an enlargement processing unit 42b. The correction filter processing unit 42a performs correction filter processing on the image signal. The enlargement processing unit 42b performs an electric enlargement process on the image signal. Details of the correction filter process and the enlargement process will be described later.

ポストプロセス部44は、画像処理部42から出力された画像信号に対して、ガンマ補正処理や、映像信号への変換処理を行う。ガンマ補正処理では、モニタ130の特性に合わせたガンマ補正が行われる。映像信号への変換処理では、画像信号に基づいてモニタ表示用の画面データが生成され、生成されたモニタ表示用の画面データが所定のビデオフォーマットの映像信号に変換される。変換された映像信号は、モニタ130に出力される。モニタ130は、映像信号に基づいて、被写体の撮影画像を表示する。   The post-processing unit 44 performs gamma correction processing and conversion processing to a video signal on the image signal output from the image processing unit 42. In the gamma correction processing, gamma correction that matches the characteristics of the monitor 130 is performed. In the conversion process to the video signal, monitor display screen data is generated based on the image signal, and the generated monitor display screen data is converted into a video signal of a predetermined video format. The converted video signal is output to the monitor 130. The monitor 130 displays a captured image of the subject based on the video signal.

次に、画像処理部42における補正フィルタ処理及び拡大処理について説明する。   Next, correction filter processing and enlargement processing in the image processing unit 42 will be described.

本実施形態のプロセッサ部120は、電子ズーム機能を有している。電子ズーム機能は、モニタ130に表示される被写体の撮影画像を拡大して表示する機能である。術者が入力デバイス125に対して、撮影画像を拡大する割合(倍率)を指定する操作を行うと、拡大処理部42bは、指定された倍率に応じて、画像信号を電気的に拡大する。この電子ズーム機能により、術者にとって、被写体の所望の箇所を見やすくすることができる。   The processor unit 120 of this embodiment has an electronic zoom function. The electronic zoom function is a function for enlarging and displaying a captured image of a subject displayed on the monitor 130. When the surgeon performs an operation for designating a ratio (magnification) for enlarging the captured image on the input device 125, the enlargement processing unit 42b electrically enlarges the image signal according to the designated magnification. This electronic zoom function makes it easier for the surgeon to see a desired part of the subject.

しかし、撮像ユニット10から被写体までの距離が変化して撮像ユニット10のピントが被写体に合わなくなると、撮影画像にボケが発生する場合があった。更に、撮影画像がボケを含んでいる場合、拡大処理部42bにより、撮影画像はボケを含んだ状態で拡大される。そのため、撮影画像に対して拡大処理が施されたとしても、術者にとって見やすい画像が得られない場合があった。そこで、本実施形態の内視鏡システム100では、補正フィルタ処理部42aにおいて、画像信号に対して補正フィルタ処理を行うことにより、撮影画像に含まれるボケを除去している。   However, when the distance from the imaging unit 10 to the subject changes and the focus of the imaging unit 10 does not match the subject, blurring may occur in the captured image. Further, when the photographed image includes blur, the magnified processing unit 42b enlarges the photographed image in a state including blur. For this reason, even if enlargement processing is performed on the captured image, an image that is easy to see for the surgeon may not be obtained. Therefore, in the endoscope system 100 of the present embodiment, the correction filter processing unit 42a performs correction filter processing on the image signal, thereby removing blur included in the captured image.

補正フィルタ処理部42aは、補正フィルタ処理として、例えば、ウィナーフィルタ(Wiener Filter)処理を行う。ウィナーフィルタ処理は、対物光学系10aの伝達関数(OTF:Optical Transfer Function)及び画像信号に重畳する固有ノイズのパワースペクトルを用いたフィルタ処理であり、画像信号のボケやノイズ、アーチファクトを抑制することができる。ここで、対物光学系10aのOTFは、対物光学系10aの点拡がり関数(PSF:Point Spread Function)から算出される。また、固有ノイズのパワースペクトルには、例えば、使用する撮像素子10bの固定パターンノイズが使用される。対物光学系10aのPSF及び撮像素子10bの固定パターンノイズは、使用するスコープ部110によって異なっており、スコープ部110毎に予め測定されている。   The correction filter processing unit 42a performs, for example, a Wiener Filter process as the correction filter process. The Wiener filter process is a filter process that uses a transfer function (OTF: Optical Transfer Function) of the objective optical system 10a and a power spectrum of inherent noise superimposed on an image signal, and suppresses blurring, noise, and artifacts of the image signal. Can do. Here, the OTF of the objective optical system 10a is calculated from a point spread function (PSF) of the objective optical system 10a. Further, for example, fixed pattern noise of the imaging device 10b to be used is used for the power spectrum of the inherent noise. The PSF of the objective optical system 10a and the fixed pattern noise of the imaging device 10b differ depending on the scope unit 110 to be used, and are measured in advance for each scope unit 110.

対物光学系10aのPSFは、点光源の被写体を撮像する場合における、撮像素子10b上での被写体像に相当する。対物光学系10aのPSFは、対物光学系10aから被写体までの距離に応じて変化する。   The PSF of the objective optical system 10a corresponds to an object image on the image sensor 10b when an object of a point light source is imaged. The PSF of the objective optical system 10a changes according to the distance from the objective optical system 10a to the subject.

図2は、対物光学系10aの合焦位置を説明するための図である。図2において、軸Oは、対物光学系10aの光軸を示しており、位置Fが対物光学系10aの合焦位置を示している。被写体が合焦位置Fにある場合、対物光学系10aは、被写体にピントが合った状態となる。図3から図5は、対物光学系10aのPSFを説明するための図である。図3は、点光源の被写体の輝度分布を示している。図4は、被写体が合焦位置Fにある場合の対物光学系10aのPSFを示している。図5は、被写体が合焦位置Fよりも対物光学系10aに近い位置にある場合の対物光学系10aのPSFを示している。図3〜図5において、X軸、Y軸は、対物光学系10aの光軸Oに垂直な面内における位置を示している。Z軸は被写体の輝度を示しており、XY面内における輝度の積分値が1となるように規格化されている。   FIG. 2 is a diagram for explaining a focus position of the objective optical system 10a. In FIG. 2, the axis O indicates the optical axis of the objective optical system 10a, and the position F indicates the in-focus position of the objective optical system 10a. When the subject is in the focus position F, the objective optical system 10a is in focus. 3 to 5 are diagrams for explaining the PSF of the objective optical system 10a. FIG. 3 shows the luminance distribution of the subject of the point light source. FIG. 4 shows the PSF of the objective optical system 10a when the subject is at the in-focus position F. FIG. 5 shows the PSF of the objective optical system 10a when the subject is closer to the objective optical system 10a than the in-focus position F. 3 to 5, the X axis and the Y axis indicate positions in a plane perpendicular to the optical axis O of the objective optical system 10a. The Z axis indicates the luminance of the subject and is normalized so that the integrated value of the luminance in the XY plane is 1.

図3に示されているように、点光源の被写体は、(X,Y)=(0,0)における輝度が1であり、それ以外の箇所における輝度はゼロである。この点光源の被写体が対物光学系10aの合焦位置Fにある場合、対物光学系10aのPSFは、図4に示されるように、(X,Y)=(0,0)に急峻なピークを有するガウス分布となる。対物光学系10aのPSFは、対物光学系10aの倍率に依存する。また、対物光学系10aに製造誤差や収差が含まれていると、PSFの半値幅は大きくなる。そのため、被写体が合焦位置Fにあったとしても、図4に示されるPSFは、図3に示される分布と同一とはならない。点光源の被写体が合焦位置Fよりも対物光学系10aに近い位置にある場合、対物光学系10aのPSFは、図5に示されるように、(X,Y)=(0,0)にピークを有するガウス分布となる。ただし、PSFの半値幅は、図4に示される分布よりも大きくなっている。   As shown in FIG. 3, the subject of the point light source has a luminance of 1 at (X, Y) = (0, 0) and zero at other locations. When the object of the point light source is at the in-focus position F of the objective optical system 10a, the PSF of the objective optical system 10a has a steep peak at (X, Y) = (0, 0) as shown in FIG. A Gaussian distribution with The PSF of the objective optical system 10a depends on the magnification of the objective optical system 10a. If the objective optical system 10a includes manufacturing errors and aberrations, the full width at half maximum of the PSF increases. Therefore, even if the subject is at the in-focus position F, the PSF shown in FIG. 4 is not the same as the distribution shown in FIG. When the subject of the point light source is located closer to the objective optical system 10a than the in-focus position F, the PSF of the objective optical system 10a is (X, Y) = (0, 0) as shown in FIG. Gaussian distribution with peaks. However, the half width of PSF is larger than the distribution shown in FIG.

対物光学系10aのPSFの半値幅は、被写体が対物光学系10aの合焦位置Fにあるときに極小値を取る。被写体が合焦位置Fから対物光学系10aに近付くほど、或いは、離れるほど、PSFの半値幅は大きくなる。このPSFの半値幅の広がりが、被写体像においてボケとなって表れる。本実施形態の内視鏡システム100では、対物光学系10aから被写体までの距離に応じた対物光学系10aのPSFの変化が予め測定されている。   The half width of the PSF of the objective optical system 10a takes a minimum value when the subject is at the in-focus position F of the objective optical system 10a. The closer the subject is to the objective optical system 10a from the in-focus position F, or the farther the subject is, the larger the half width of the PSF becomes. This widening of the half width of the PSF appears as blur in the subject image. In the endoscope system 100 of the present embodiment, a change in the PSF of the objective optical system 10a according to the distance from the objective optical system 10a to the subject is measured in advance.

プロセッサ部120のメモリ127には、使用するスコープ部110毎に、複数の補正フィルタが記録されている。各補正フィルタは、対物光学系10aのPSFと撮像素子10bの固定パターンノイズを用いて決定されたものである。スコープ部110がプロセッサ部120に接続されると、コントローラ124は、スコープ部110内の不図示のメモリから、スコープ部110の固有情報を読み出す。スコープ部110の固有情報には、撮像素子10bの画素数や感度、動作可能なフレームレート、型番等が含まれる。なお、補正フィルタは、スコープ部110の固有情報の1つとして、スコープ部110内の上記メモリに記録されていてもよい。   In the memory 127 of the processor unit 120, a plurality of correction filters are recorded for each scope unit 110 to be used. Each correction filter is determined using the PSF of the objective optical system 10a and the fixed pattern noise of the image sensor 10b. When the scope unit 110 is connected to the processor unit 120, the controller 124 reads out unique information of the scope unit 110 from a memory (not shown) in the scope unit 110. The unique information of the scope unit 110 includes the number of pixels and sensitivity of the image sensor 10b, an operable frame rate, a model number, and the like. Note that the correction filter may be recorded in the memory in the scope unit 110 as one of the unique information of the scope unit 110.

次いで、コントローラ124は、接続されているスコープ部110、及び、対物光学系10aから被写体までの距離に基づいて、メモリ127に記録されている複数の補正フィルタの中から、補正フィルタ処理に使用する補正フィルタを選択する。上述のように、複数の補正フィルタはそれぞれ、対物光学系10aのPSFに対応している。また、対物光学系10aのPSFは対物光学系10aから被写体までの距離に応じで変化する。そのため、対物光学系10aから被写体までの距離に基づいて、その距離に応じた補正フィルタを選択することができる。補正フィルタ処理部42aは、コントローラ124によって選択された補正フィルタを用いて画像信号に対して補正フィルタ処理を行う。   Next, the controller 124 is used for correction filter processing from among the plurality of correction filters recorded in the memory 127 based on the connected scope unit 110 and the distance from the objective optical system 10a to the subject. Select a correction filter. As described above, each of the plurality of correction filters corresponds to the PSF of the objective optical system 10a. Further, the PSF of the objective optical system 10a changes according to the distance from the objective optical system 10a to the subject. Therefore, a correction filter corresponding to the distance can be selected based on the distance from the objective optical system 10a to the subject. The correction filter processing unit 42 a performs correction filter processing on the image signal using the correction filter selected by the controller 124.

次に、対物光学系10aから被写体までの距離の判定方法について説明する。本実施形態の内視鏡システム100では、対物光学系10aから被写体までの距離は、調光部22に使用される可変絞りの開度(絞り値)に基づいて推定される。   Next, a method for determining the distance from the objective optical system 10a to the subject will be described. In the endoscope system 100 of the present embodiment, the distance from the objective optical system 10a to the subject is estimated based on the opening (aperture value) of the variable diaphragm used in the light control unit 22.

本実施形態の内視鏡システム100では、可変絞りの開度は、スコープ部110から出力される画像信号の輝度に応じて自動で変更される。詳しくは、画像信号の輝度が目標値よりも大きい場合は、可変絞りの開度が小さくなるように(絞り値が大きくなるように)制御され、画像信号の輝度が目標値よりも小さい場合は、可変絞りの開度が大きくなるように(絞り値が小さくなるように)制御される。このように、可変絞りの開度を変更して、被写体に照射される照明光の光量を調整することにより、画像信号の輝度の変動を抑制することができる。   In the endoscope system 100 of the present embodiment, the opening of the variable diaphragm is automatically changed according to the luminance of the image signal output from the scope unit 110. Specifically, when the brightness of the image signal is larger than the target value, the variable aperture is controlled so that the opening of the variable aperture is decreased (so that the aperture value is increased), and when the brightness of the image signal is smaller than the target value The opening of the variable throttle is controlled to be large (so that the throttle value is small). In this way, by changing the opening of the variable aperture and adjusting the amount of illumination light applied to the subject, fluctuations in the luminance of the image signal can be suppressed.

配光レンズ11を介して被写体に照射された照明光のうち、被写体で反射され、対物光学系10aで取り込まれる照明光(物体光)の割合は、対物光学系10aから被写体までの距離に応じて変化する。例えば、対物光学系10aから光学系までの距離が短くなると、対物光学系10aで取り込まれる照明光の割合が大きくなる。また、対物光学系10aから被写体までの距離が長くなると、対物光学系10aで取り込まれる照明光の割合は小さくなる。そのため、対物光学系10aから被写体までの距離が短い場合は、対物光学系10aで取り込まれる照明光の割合が大きいため、画像信号の輝度を下げるために可変絞りの開度が小さくなっている。また、対物光学系10aから被写体までの距離が長い場合は、対物光学系10aで取り込まれる照明光の割合が小さいため、画像信号の輝度を上げるために開度が大きくなっている。このことから、可変絞りの開度によって、対物光学系10aから被写体までの距離を推定することができる。   The ratio of the illumination light (object light) that is reflected by the subject and captured by the objective optical system 10a out of the illumination light irradiated to the subject via the light distribution lens 11 depends on the distance from the objective optical system 10a to the subject. Change. For example, when the distance from the objective optical system 10a to the optical system is shortened, the proportion of illumination light captured by the objective optical system 10a increases. Further, as the distance from the objective optical system 10a to the subject increases, the proportion of illumination light captured by the objective optical system 10a decreases. For this reason, when the distance from the objective optical system 10a to the subject is short, the ratio of the illumination light captured by the objective optical system 10a is large, so that the opening of the variable aperture is small in order to reduce the luminance of the image signal. Further, when the distance from the objective optical system 10a to the subject is long, the ratio of the illumination light captured by the objective optical system 10a is small, so the opening degree is large in order to increase the luminance of the image signal. From this, the distance from the objective optical system 10a to the subject can be estimated from the opening of the variable aperture.

なお、対物光学系10aで取り込まれる照明光の割合は、被写体の反射率や反射特性(反射光分布)の変化にも依存する。ただし、スコープ部110は、通常、用途(被写体)に応じて使い分けられるため、一つのスコープ部110を使用して観察を行う場合、被写体の反射率や反射特性が撮影箇所によって急激に変化することは考えにくい。そのため、被写体の反射率や反射特性の変化を考慮しなくても、可変絞りの開度を用いて、対物光学系10aから被写体までの距離を高い精度で推定することができる。   Note that the proportion of illumination light captured by the objective optical system 10a also depends on changes in the reflectance and reflection characteristics (reflected light distribution) of the subject. However, since the scope unit 110 is normally used depending on the application (subject), when observation is performed using one scope unit 110, the reflectance and reflection characteristics of the subject change rapidly depending on the shooting location. Is hard to think. For this reason, the distance from the objective optical system 10a to the subject can be estimated with high accuracy using the opening of the variable aperture without considering the change in the reflectance and reflection characteristics of the subject.

また、対物光学系10aから被写体までの距離と可変絞りの開度との関係は、使用するスコープ部110によって異なる。例えば、配光レンズ11の特性、照明光の配光分布、対物光学系10aの特性等により、距離と対物光学系10aで取り込まれる照明光の割合との関係が変化し、それに応じて可変絞りの開度も変化する。そのため、可変絞りの開度を使用した対物光学系10aから被写体までの距離の推定方法(計算式)は、使用するスコープ部110毎に異なっている。   Further, the relationship between the distance from the objective optical system 10a to the subject and the opening of the variable aperture differs depending on the scope unit 110 to be used. For example, the relationship between the distance and the ratio of the illumination light captured by the objective optical system 10a changes depending on the characteristics of the light distribution lens 11, the distribution of illumination light distribution, the characteristics of the objective optical system 10a, etc. The degree of opening also changes. Therefore, the estimation method (calculation formula) for the distance from the objective optical system 10a to the subject using the opening of the variable aperture differs for each scope unit 110 to be used.

対物光学系10aから被写体までの距離が推定されると、距離に対応した補正フィルタがメモリ127から読み出され、補正フィルタ処理に使用される。これにより、対物光学系10aから被写体までの距離が変化することによって画像信号に生じたボケが除去され、術者にとって見やすい撮影画像を得ることができる。また、電子ズーム機能によって画像信号の拡大処理を行う場合、補正フィルタ処理によってボケが除去された画像信号が拡大される。これにより、術者にとって更に見やすい拡大された撮影画像を得ることができる。   When the distance from the objective optical system 10a to the subject is estimated, a correction filter corresponding to the distance is read from the memory 127 and used for correction filter processing. As a result, the blur generated in the image signal due to the change in the distance from the objective optical system 10a to the subject is removed, and a captured image that is easy for the operator to view can be obtained. Further, when the image signal enlargement process is performed by the electronic zoom function, the image signal from which the blur is removed by the correction filter process is enlarged. As a result, it is possible to obtain an enlarged photographed image that is easier for the operator to view.

また、内視鏡システム100を用いて被写体の観察を行っている間、対物光学系10aから被写体までの距離は常に変化する。そのため、対物光学系10aから被写体までの距離を常時推定しておき、距離の変化に応じて、使用する補正フィルタを切り替えることにより、リアルタイムで最適な補正フィルタを適用することができる。例えば、適用する補正フィルタは、1フレーム毎に切り替えられてもよい。   Further, while the subject is observed using the endoscope system 100, the distance from the objective optical system 10a to the subject always changes. Therefore, the optimal correction filter can be applied in real time by always estimating the distance from the objective optical system 10a to the subject and switching the correction filter to be used according to the change in distance. For example, the correction filter to be applied may be switched for each frame.

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発明の実施形態に含まれる。   The above is the description of the exemplary embodiments of the present invention. Embodiments of the present invention are not limited to those described above, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the embodiment of the present invention also includes contents appropriately combined with embodiments or the like clearly shown in the specification or obvious embodiments.

例えば、上述の実施形態では、内視鏡システム100は、電子ズーム機能を有しているが、本発明はこれに限定されない。内視鏡システム100は、光学ズーム機能を有していてもよく、光学ズーム機能と電子ズーム機能の両方を有していてもよい。光学ズーム機能は、対物光学系10aにズームレンズを使用することによって実現される。対物光学系10aにズームレンズを使用する場合、ズームレンズの倍率によって対物光学系10aのPSFは変化する。そのため、補正フィルタ処理部42aにおける補正フィルタ処理では、使用するスコープ部110(対物光学系10a)と対物光学系10aから被写体までの距離に加え、ズームレンズの倍率に応じて、使用する補正フィルタが切り替えられる。   For example, in the above-described embodiment, the endoscope system 100 has an electronic zoom function, but the present invention is not limited to this. The endoscope system 100 may have an optical zoom function, or may have both an optical zoom function and an electronic zoom function. The optical zoom function is realized by using a zoom lens for the objective optical system 10a. When a zoom lens is used for the objective optical system 10a, the PSF of the objective optical system 10a varies depending on the magnification of the zoom lens. Therefore, in the correction filter processing in the correction filter processing unit 42a, the correction filter to be used depends on the magnification of the zoom lens in addition to the scope unit 110 (objective optical system 10a) to be used and the distance from the objective optical system 10a to the subject. Can be switched.

また、上述の実施形態では、対物光学系10aから被写体までの距離は、可変絞りの開度(絞り値)を用いて判定しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、スコープ部110は、挿入管112の先端部に距離測定用の測定光を放射する測定光源と、被写体で反射された測定光を受光する受光素子を備えていてもよい。測定光源は、例えば、発光ダイオードやレーザ等の固体発光素子が使用される。受光素子は、受光した測定光に応じた測定信号を出力する。この場合、コントローラ124は、受光素子から出力された測定信号に基づいて対物光学系10aから被写体までの距離を算出する。   In the above-described embodiment, the distance from the objective optical system 10a to the subject is determined using the opening (aperture value) of the variable diaphragm, but the present invention is not limited to this. For example, the scope unit 110 may include a measurement light source that emits measurement light for distance measurement at the distal end of the insertion tube 112 and a light receiving element that receives the measurement light reflected by the subject. As the measurement light source, for example, a solid light emitting element such as a light emitting diode or a laser is used. The light receiving element outputs a measurement signal corresponding to the received measurement light. In this case, the controller 124 calculates the distance from the objective optical system 10a to the subject based on the measurement signal output from the light receiving element.

10 撮像ユニット
10a 対物光学系
10b 撮像素子
11 配光レンズ
13 ライトガイドファイバ
14 配線
20 光源
22 調光部
23 集光レンズ
40 プリプロセス部
42 画像処理部
42a 補正フィルタ処理部
42b 拡大処理部
44 ポストプロセス部
100 内視鏡システム
110 スコープ部
111 コネクタ部
112 挿入管
120 プロセッサ部
121 光源ユニット
122 光源駆動回路
123 画像処理ユニット
124 コントローラ
125 入力デバイス
126 撮像素子ドライバ
127 メモリ
130 モニタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Imaging unit 10a Objective optical system 10b Image pick-up element 11 Light distribution lens 13 Light guide fiber 14 Wiring 20 Light source 22 Light control part 23 Condensing lens 40 Preprocessing part 42 Image processing part 42a Correction filter processing part 42b Enlargement processing part 44 Post process Unit 100 endoscope system 110 scope unit 111 connector unit 112 insertion tube 120 processor unit 121 light source unit 122 light source drive circuit 123 image processing unit 124 controller 125 input device 126 image sensor driver 127 memory 130 monitor

Claims (7)

被写体像を取り込む対物光学系と、
前記対物光学系によって取り込まれた被写体像の画像信号を生成する撮像素子と、
前記画像信号に対して補正フィルタ処理を施すフィルタ処理手段と、
前記対物光学系から被写体までの距離を判定する距離判定手段と、
前記距離に応じて、前記補正フィルタ処理で使用される補正フィルタを切り替えるフィルタ切替手段と、
を有する内視鏡システム。
An objective optical system for capturing a subject image;
An image sensor for generating an image signal of a subject image captured by the objective optical system;
Filter processing means for performing correction filter processing on the image signal;
Distance determining means for determining a distance from the objective optical system to a subject;
Filter switching means for switching a correction filter used in the correction filter processing according to the distance;
An endoscope system having
被写体を照明する照明光を放射する光源部と、
前記光源部から放射された照明光を調光する調光手段と、
を更に備え、
前記距離判定手段は、前記調光手段による調光の度合いに基づいて、前記距離を判定する、
請求項1に記載の内視鏡システム。
A light source that emits illumination light to illuminate the subject;
A dimming means for dimming the illumination light emitted from the light source unit;
Further comprising
The distance determination means determines the distance based on the degree of light control by the light control means.
The endoscope system according to claim 1.
前記調光手段は、
前記照明光の光量を調整する可変絞りを有し、
前記画像信号の輝度に基づいて前記可変絞りの開度を制御し、
前記距離判定手段は、
前記開度に基づいて、前記距離を判定する、
請求項2に記載の内視鏡システム。
The light control means includes
A variable aperture for adjusting the amount of illumination light;
Control the opening of the variable aperture based on the brightness of the image signal,
The distance determination means includes
Determining the distance based on the opening;
The endoscope system according to claim 2.
前記距離判定手段は、
測定光を放射する発光素子と、
前記被写体で反射された前記測定光を受光する受光素子と、を有し、
前記受光素子で受光された前記測定光に基づいて、前記距離を判定する、
請求項1に記載の内視鏡システム。
The distance determination means includes
A light emitting element that emits measurement light;
A light receiving element that receives the measurement light reflected by the subject,
Determining the distance based on the measurement light received by the light receiving element;
The endoscope system according to claim 1.
前記補正フィルタ処理は、ウィナーフィルタを用いた画像補正処理である、
請求項1から請求項4の何れか一項に記載の内視鏡システム。
The correction filter process is an image correction process using a Wiener filter.
The endoscope system according to any one of claims 1 to 4.
前記対物光学系は交換可能であり、
前記フィルタ切替手段は、使用する前記対物光学系及び前記距離に応じて、前記補正フィルタ処理で使用される補正フィルタを切り替える、
請求項1から請求項5の何れか一項に記載の内視鏡システム。
The objective optical system is replaceable,
The filter switching means switches a correction filter used in the correction filter processing according to the objective optical system to be used and the distance.
The endoscope system according to any one of claims 1 to 5.
前記補正フィルタ処理が施された画像信号の電気的な拡大処理を行う電子拡大処理手段を更に備える、
請求項1から請求項6の何れか一項に記載の内視鏡システム。
Further comprising electronic enlargement processing means for performing electrical enlargement processing of the image signal subjected to the correction filter processing.
The endoscope system according to any one of claims 1 to 6.
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