JP2018007880A - Endoscope apparatus and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内視鏡装置および制御方法に関する。 The present invention relates to an endoscope apparatus and a control method.
従来から、細長の挿入部を備える内視鏡装置が医療分野において利用されている。挿入部には、先端に照明と撮像部が設置され、処置具チャンネルが挿通されることがある。撮像部が体腔内に挿入されることで、例えば、内臓器などの被検体の観察に用いられる。処置具チャンネルには、各種の処置具が挿通され各種の治療処置に用いられる。また、工業分野においても、内視鏡装置は、ボイラ、タービン、エンジン、化学プラント、その他の構造物の内部における損傷、腐食等の観察、検査等のために用いられる。このような内視鏡装置は、一般に観察等の対象物が様々である。そのため、観察条件に応じて画面の明るさを制御する自動露光(Automatic Exposure)制御機構が搭載されている内視鏡装置がある。 Conventionally, an endoscope apparatus provided with an elongated insertion portion has been used in the medical field. The insertion unit may be provided with illumination and an imaging unit at the tip, and the treatment instrument channel may be inserted therethrough. When the imaging unit is inserted into the body cavity, for example, it is used for observation of a subject such as an internal organ. Various treatment tools are inserted into the treatment tool channel and used for various therapeutic treatments. Also in the industrial field, the endoscope apparatus is used for observation, inspection, and the like of damage, corrosion, and the like inside boilers, turbines, engines, chemical plants, and other structures. Such an endoscope apparatus generally has various objects such as observation. Therefore, there is an endoscope apparatus equipped with an automatic exposure control mechanism that controls the brightness of the screen according to the observation conditions.
AE制御は、撮像される画像の明るさと目標の明るさとの差分をフィードバックして、明るさの制御パラメータを定めるフィードバック制御を含む。制御パラメータには、例えば、シャッター速度がある。シャッター速度は、露光時間の逆数に相当する。制御パラメータには、さらにゲインが含まれることがある。ゲインは、画素ごとの信号レベルに乗算される増幅率である。撮像時にAE制御が行われると、制御パラメータが収束せずにハンチングが発生することがある。ハンチングとは、明るさの発振現象を意味する。ハンチングが発生すると、撮影された画像の明るさが適切な明るさに定まらないので観察に支障を生じることがある。かかる状況を防止する内視鏡装置として、特許文献1には、ハンチングを検出するときAE制御を停止する電子内視鏡装置について開示されている。
The AE control includes feedback control that determines the brightness control parameter by feeding back the difference between the brightness of the captured image and the target brightness. An example of the control parameter is a shutter speed. The shutter speed corresponds to the reciprocal of the exposure time. The control parameter may further include a gain. The gain is an amplification factor multiplied by the signal level for each pixel. If AE control is performed during imaging, hunting may occur without the control parameters converging. Hunting means an oscillation phenomenon of brightness. When hunting occurs, the brightness of the photographed image is not set to an appropriate brightness, which may hinder observation. As an endoscope apparatus for preventing such a situation,
しかしながら、AE制御を完全に停止してしまうと、ハレーションがより頻繁に発生する傾向がある。ハレーションとは、画素ごとに検出された輝度が信号値として表現可能な所定の最大値を超えるために、信号値がその最大値に制限される現象である。ハレーションは、白飛びとも呼ばれる。ハレーションが発生すると、ユーザが被検体を観察できず所望の作業を行うことができなくなる。特に、画像の観察中に航空機のエンジンなど光の反射率が高い金属の被検体の内部に挿入される場合に、ハレーションが頻繁に発生する。 However, if AE control is completely stopped, halation tends to occur more frequently. The halation is a phenomenon in which the signal value is limited to the maximum value because the luminance detected for each pixel exceeds a predetermined maximum value that can be expressed as a signal value. Halation is also called whitening. When halation occurs, the user cannot observe the subject and cannot perform a desired operation. In particular, halation frequently occurs when an object is inserted into a metal object having a high light reflectance such as an aircraft engine during image observation.
本発明は、上記の課題に基づいてなされたものであり、ハンチングとハレーションの発生を極力抑制することができる内視鏡装置および制御方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made based on the above problems, and an object of the present invention is to provide an endoscope apparatus and a control method that can suppress the occurrence of hunting and halation as much as possible.
本発明の一態様は、先端に撮像部を備える挿入部と、前記撮像部からの画像の輝度に基づいてハンチング状態を検出するハンチング検出部と、前記画像のハレーション状態を検出するハレーション検出部と、前記ハンチング状態および前記ハレーション状態に基づいて前記輝度を制御する撮像制御部と、を備える内視鏡装置である。 One aspect of the present invention includes an insertion unit including an imaging unit at a tip, a hunting detection unit that detects a hunting state based on luminance of an image from the imaging unit, and a halation detection unit that detects a halation state of the image. An imaging control unit that controls the luminance based on the hunting state and the halation state.
本発明によれば、ハンチングとハレーションの発生を極力抑制することができる。 According to the present invention, generation of hunting and halation can be suppressed as much as possible.
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る内視鏡装置1の構成例を示すブロック図である。
本実施形態に係る内視鏡装置1は、挿入部10と、本体部11とを含んで構成される。挿入部10は、被検体の内部に挿入され、少なくとも被検体の内部の画像を取得する。被検体の種類は、特に限定されない。被検体は、例えば、エンジン、タービン、ボイラ、などの産業用機器であってもよいし、生体であってもよい。挿入部10は、屈曲可能であり細長い管状の形状を有する。挿入部10の長さは、例えば、1〜30mである。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an
The
挿入部10は、その先端部において、CCD(Charge Coupled Device;電荷結合素子)撮像素子104、対物レンズ105、LED(Light Emitting Diode、発光ダイオード)106、サーミスタ107、加速度センサ108、ワイヤー固定部109、ワイヤー連結部124および着脱コネクタ134を備える。挿入部10の長手方向には、4本の湾曲用ワイヤー126が挿通されている。
The
CCD撮像素子104は、被検体からの光を光電変換する。CCD撮像素子104の撮像面には、画素ごとに受光素子が配列され、各受光素子は到来した光の強度に応じた電圧を生じる。CCD撮像素子104は、本体部11から入力される駆動信号が指示するタイミングに基づいて、光電変換により得られる電圧値から画素ごとの信号値を示す撮像信号を生成する。CCD撮像素子104は、生成した撮像信号を本体部11に出力する。
The
対物レンズ105は、挿入部10の先端部に入射する光を収束し、被検体の像をCCD撮像素子の撮像面に結像する。対物レンズ105は、当該先端部の受光窓(図示せず)に対向して配置される。
The
LED106は、本体部11から供給される駆動電力に基づいて光を発光する光源である。LED106は、発光した光を被検体に照射する。
The
サーミスタ107は、挿入部10の先端部における温度を検出する温度センサである。サーミスタ107は、検出した温度を示すサーミスタ信号を生成し、生成したサーミスタ信号を本体部11に出力する。
The
加速度センサ108は、挿入部10の先端部における加速度を検出する。加速度センサ108は、例えば、3軸加速度センサである。3軸加速度センサは、3次元空間における互いに直交する3方向のそれぞれの加速度を検出する。加速度センサ108は、検出した加速度を示す加速度信号を本体部11に出力する。
The
ワイヤー固定部109は、挿入部10の先端部に設置されている。ワイヤー固定部109には、4本の湾曲用ワイヤー126の先端が、挿入部10の長手方向に直交する2軸方向に交互に傾動可能に接続されている。2軸のそれぞれの方向は、相互に直交する。2軸の方向には、UD(Up−Down)方向とRL(Right−Left)方向がある。UD方向、RL方向は、撮像面に配列された画素の垂直方向、水平方向に相当する。UD、RL方向の湾曲に係る各2本の湾曲用ワイヤーを、それぞれUD、RLワイヤーと呼ぶ。
The
ワイヤー連結部124は、挿入部10の基端部に設置されている。ワイヤー連結部124は、本体部11が備えるワイヤー連結部125との連結時において、ワイヤー連結部125による牽引に応じて、各湾曲用ワイヤー126を挿入部10の長手方向に牽引する。
The
着脱コネクタ134は、挿入部10の基端部に設置されている。着脱コネクタ134は、本体部11が備える着脱コネクタ135と着脱可能な機構を備える。着脱コネクタ134は、例えば、着脱コネクタ135と相互に嵌合する形状を有する。
The
なお、挿入部10には、撮像制御信号、撮像信号、駆動電力、サーミスタ信号および加速度信号のそれぞれを伝送する接続ケーブルが挿通されている。これらの接続ケーブルは、着脱コネクタ134が本体部11の着脱コネクタ135に装着されているときに、それぞれの送信元ならびに送信先の構成要素と電気的に接続される。これらの接続ケーブルは、例えば、複合同軸線である。着脱コネクタ134、135は、各接続ケーブルの基端と電気的に接続する接点を備える。
The
本体部11は、挿入部10の基端部と当接されうる端部にワイヤー連結部125と着脱コネクタ135を備える。本体部11は、システム制御部110、ユーザインタフェース部111、記憶媒体112、パラメータ記憶部113、タイミングジェネレータ114、CCDドライブ回路115、LCD(Liquid Crystal Display、液晶ディスプレイ)118、LED駆動回路119、湾曲制御部121、UD湾曲モータ122、RL湾曲モータ123、プリアンプ136、AFE(Analog Front End)137および画像処理部140を含んで構成される。
The
システム制御部110は、内視鏡装置1の全体の動作制御を行う構成要素である。システム制御部110には、ユーザインタフェース部111、記憶媒体112、パラメータ記憶部113、CCDドライブ回路115、LCD118、LED駆動回路119、湾曲制御部121、着脱コネクタ135の接点および画像処理部140と接続されている。システム制御部110は、ユーザインタフェース部111から入力された操作信号、パラメータ記憶部113に記憶された各種のパラメータなどに基づいて、内視鏡装置1の各構成要素の動作を制御する。システム制御部110は、例えば、LED106の点灯/消灯制御、CCD撮像素子104の撮像動作制御、湾曲制御部121の湾曲制御、温度検出制御、などがある。温度検出制御において、システム制御部110は、サーミスタ107から入力されるサーミスタ信号が示す現在の温度を示す情報をLCD118にLCDコントローラ110bを介して表示させる。また、システム制御部110は、パラメータ記憶部113に予め記憶した許容温度の上限または下限に基づいて、現在の温度が、その上限または下限から所定範囲内である場合、上限よりも高い場合または下限よりも低い場合、LCD118に所定の警告メッセージを表示させる。システム制御部110は、画像記録部110aとLCDコントローラ110bを含んで構成される。
The
画像記録部110aは、ユーザインタフェース部111から入力された制御信号に基づいて、画像処理部140から入力される画像信号を記憶媒体112に記憶する。例えば、画像記録部110aは、制御信号で指示される記録開始時から記録終了時までの画像信号を記憶媒体112に記憶する。
The
LCDコントローラ110bは、ユーザインタフェース部111から入力された制御信号に基づいて、画像処理部140から画像記録部110aを介して入力される画像信号をLCD118に出力する。これにより、LCD118は、画像処理部140が取得した各種の動画像、静止画像を表示することができる。静止画像を表示させる場合、LCDコントローラ110bは、その時点で取得されるフレームの画像信号を継続してLCD118に出力する。画像記録部110aは、静止画像として取得される画像信号を記憶媒体112に記録してもよい。LCDコントローラ110bは、その他、各種の表示情報を示す画像信号をLCD118に出力する。表示情報には、例えば、操作入力等に必要な情報の案内画面などがある。
The
ユーザインタフェース部111は、操作部を含んで構成される。操作部は、ユーザによる操作入力を受け付ける。操作部は、例えば、ジョイスティック、操作スイッチ、操作ボタンなどの部材である。ユーザインタフェース部111は、受け付けた操作入力に応じた制御信号を生成し、生成した制御信号をシステム制御部110に出力する。
The
記憶媒体112は、画像信号を記憶する記憶媒体である。記憶媒体112には、例えば、画像処理部140により得られる動画像、静止画像などの画像を示す画像信号が記憶される。
The storage medium 112 is a storage medium that stores image signals. In the storage medium 112, for example, an image signal indicating an image such as a moving image or a still image obtained by the
パラメータ記憶部113は、ユーザインタフェース部111への操作入力、画像処理部140が実行する各種の画像処理に用いる画像処理パラメータ、湾曲制御部121による湾曲制御に関する湾曲制御パラメータなど、ユーザの操作により変更される各種のパラメータを記憶する。また、パラメータ記憶部113には、非撮像信号の伝送路長とCCDドライブ回路115のドライブ処理のパラメータとの関係などが記憶されている。
The
タイミングジェネレータ114は、システム制御部110から入力された撮像制御信号に基づいてCCD撮像素子を駆動するタイミング信号を生成する。撮像制御信号には、画像処理部140から通知された露光時間などの情報が含まれる。露光時間は、各画素における露光開始から露光終了までの時間であり、シャッター速度の逆数に相当する。従って、露光時間が長いほど1回の読取で得られる信号レベルが高くなる。露光時間は、撮像される画像の明るさを制御するための制御パラメータとして用いられる。ここで、露光時間が長いほど輝度が高くなり、露光時間が短いほど輝度が低くなる。タイミングジェネレータ114は、生成したタイミング信号をCCDドライブ回路115に出力する。
The
CCDドライブ回路115は、タイミングジェネレータ114から入力されたタイミング信号と、システム制御部110からの制御信号に基づいて駆動信号を生成する。システム制御部110からの制御信号は、撮像動作制御を示す信号である。撮像動作制御として撮像開始、撮像停止、ズーム、輝度調整などが指示される。CCDドライブ回路115は、生成した駆動信号をCCD撮像素子104に出力する。駆動信号により、フレームレート、各フレームにおいて信号レベルを取得する画素の順序、画素ごとの露光開始ならびに露光終了が指示される。
The
LCD118は、システム制御部110から入力される画像信号に基づく画像を表示する画像表示部である。
The LCD 118 is an image display unit that displays an image based on an image signal input from the
LED駆動回路119は、システム制御部110から入力される制御信号に基づいてLED106の点灯/消灯制御を行う。LED駆動回路119は、点灯が指示されるときLED106への駆動電力の供給を開始し、消灯が指示されるとき駆動電力の供給を停止する。
The
湾曲制御部121は、システム制御部110から入力される制御信号に基づいてUD湾曲モータ122、RL湾曲モータ123の一方または両方を駆動する。制御信号は、例えば、ユーザインタフェース部111が検出した2方向の操作量のそれぞれに対応する湾曲方向ごとの湾曲量を示す。湾曲方向は、上述したUD方向、RL方向に相当する。湾曲制御部121は、制御信号が示すUD方向の湾曲量に対応する駆動量、RL方向の湾曲量に対応する駆動量をUD湾曲モータ122、RL湾曲モータ123に指示する。
The bending
UD湾曲モータ122、RL湾曲モータ123は、それぞれの回転により湾曲制御部121が指示した駆動量でUDワイヤー、RLワイヤーをそれぞれ牽引する。
ワイヤー連結部125は、着脱コネクタ135が挿入部10の着脱コネクタ134に装着された状態であるとき、挿入部10のワイヤー連結部124に連結されたUDワイヤー、RLワイヤーを連結する。UDワイヤー、RLワイヤーは、UD湾曲モータ122、RL湾曲モータ123によって牽引される。これにより、ユーザの操作に応じて挿入部10の先端部が湾曲する。
The
When the
着脱コネクタ135は、挿入部10の基端部に当接にされる位置に設置されている。着脱コネクタ135は、挿入部10の着脱コネクタ134と着脱可能な機構を備える。着脱コネクタ135は、例えば、着脱コネクタ134と相互に嵌合する形状を有する。
The
プリアンプ136は、CCD撮像素子104から入力される撮像信号を増幅し、増幅した撮像信号をAFE137に出力する。この増幅は、伝送により減衰した信号レベルを補うために行われる。
The
AFE137は、プリアンプから入力されたアナログの撮像信号に対して、CDS(Correlated Double Sampling、相関二重サンプリング)処理、AGC(Automatic Gain Control、自動利得制御)処理およびAD(Analog−to−Digital、アナログ/ディジタル)変換処理を行ってディジタルの撮像信号を生成する。AFE137は、生成したディジタルの撮像信号を画像処理部140に出力する。
The
画像処理部140は、黒補正部142、画素補間・輝度色差変換部143、補正処理部144、ハンチング検出部145、ハレーション検出部146および撮像制御部147を含んで構成される。
The
黒補正部142は、入力された撮像信号が示す画素ごとの信号レベルから黒レベルを差し引いて補正後の信号レベルを算出する。黒補正部142は、黒レベルとして、例えば、LED106の消灯期間中における信号レベル、各フレームまたは所定の期間内における信号レベルの画素間の最低値などを用いてもよい。黒補正部142は、画素ごとの補正後の信号レベルを示す撮像信号を画素補間・輝度色差変換部143に出力する。
The
画素補間・輝度色差変換部143は、黒補正部142から入力された撮像信号について画素補間処理を行う。入力される撮像信号は、画素ごとに赤(R)、緑(G)、青(B)のいずれかの色成分の信号レベルを有する。赤、緑、青に係る画素は、画素が2次元空間内で周期的に配列されている。この配列は、例えば、べイヤー配列である。以下、各1周期の色成分に係る画素の組を画素周期と呼ぶ。画素補間処理において、画素補間・輝度色差変換部143は、対象画素ごとに当該対象画素から所定範囲内に配置され、当該対象画素と同一の色成分に係る画素ごとの信号レベルを補間して当該対象画素の信号レベルを算出する。対象画素とは、その時点における処理対象の画素である。フレーム内の各画素が対象画素として扱われる。補間において、例えば、バイリニア補間、バイキュービック補間などの手法を用いることができる。
The pixel interpolation / luminance color
画素補間・輝度色差変換部143は、補間により得られる色成分ごとの各画素の信号レベルについて色空間変換を行って、画素周期ごとの輝度レベル(Y)と2つの色差レベル(Cr)、(Cb)を算出する。つまり、画素補間・輝度色差変換部143は、色空間変換において、RGB表色系で表されたRGB値をYCrCb表色系で表されたYCrCb値に変換する。色空間変換において、例えば、ITU−R BT.601に規定の変換式を用いることができる。色差レベル(Cr)、(Cb)は、それぞれ赤系統、青系統の色の色相と彩度を示す。画素補間・輝度色差変換部143は、画素周期ごとの輝度レベルを示す輝度信号を補正処理部144、ハンチング検出部145、ハレーション検出部146および撮像制御部147に出力する。画素補間・輝度色差変換部143は、画素周期ごとの2つの色差レベル(Cr)、(Cb)を示す色差信号を補正処理部144に出力する。
The pixel interpolation / luminance /
補正処理部144は、画素補間・輝度色差変換部143から入力された輝度信号、2つの色差信号のそれぞれについて各種の補正処理を行う。補正処理には、例えば、収差補正、ノイズ軽減処理などが含まれる。補正処理部144は、補正処理により得られた輝度信号、2つの色差信号のそれぞれについて、色空間変換を行って補正後の画素ごとの信号レベルを示す画像信号を生成する。つまり、補正処理部144は、色空間変換において、YCrCb表色系で表されたYCrCb値をRGB表色系で表されたRGB値に変換する。この色空間変換処理は、画素補間・輝度色差変換部143における色空間変換の逆変換に相当する。補正処理部144は、生成した画像信号をシステム制御部110に出力する。
The
ハンチング検出部145は、画素補間・輝度色差変換部143から入力された輝度信号に基づいてハンチング状態を検出する。ハンチング検出部145は、輝度信号に基づいて輝度の変動を解析して、ハンチング状態としてハンチングの検出の有無と、発生した場合におけるハンチング強度とを示すハンチング状態情報を生成し、生成したハンチング状態情報を撮像制御部147に出力する。ハンチングならびにハンチング強度の検出例については、後述する。
The
ハレーション検出部146は、画素補間・輝度色差変換部143から入力された輝度信号に基づいてハレーション状態を検出する。ここで、ハレーション検出部146は、輝度信号に基づいてフレーム内の一部の領域であるブロックごとに輝度に基づいて、ハレーションの発生の有無を判定する。ハレーション検出部146は、ハレーション状態として、ハレーションの検出の有無と、検出された場合におけるハレーション強度を示すハレーション状態情報を生成する。ハレーション検出部146は、ハレーション状態情報を撮像制御部147に出力する。
The
撮像制御部147には、画素補間・輝度色差変換部143から輝度信号が、ハンチング検出部145からハンチング状態情報が、ハレーション検出部146からハレーション検出情報が、それぞれ入力される。撮像制御部147は、ハンチング状態情報およびハレーション検出情報に基づいて入力される輝度信号が示す輝度レベルを制御する。輝度レベルの制御において、撮像制御部147は、例えば、AE制御を行う。
The
AE制御では、ハンチングならびにハレーションが検出されていないとき、撮像制御部147は、制御量として代表輝度から目標量として所定の目標輝度の差である輝度差の絶対値が小さくなるように露光時間を定める。撮像制御部147は、代表輝度として、例えば、その時点(現在)までの所定期間(例えば、1〜3秒)内における輝度レベルの平均値を算出する。所定の目標輝度として、例えば、予めパラメータ記憶部113に記憶された目標輝度が用いられてもよいし、ユーザの操作入力により指示された目標輝度が用いられてもよい。撮像制御部147は、定めた露光時間をタイミングジェネレータ114に通知する。これにより、定めた露光時間がCCD撮像素子104による画像の撮像に用いられる。他方、撮像制御部147は、ハンチングの検出時において、ハンチングが検出されていないときよりも露光時間の制御速度を低くする。また、撮像制御部147は、ハンチングを検出している間にハレーションを検出した場合は、ハンチングのみ、つまり、ハンチングを検出している間にハレーションを検出していない場合における露光時間の制御速度に比べて露光時間の制御速度を高くする。露光時間に基づくAE制御の例については、後述する。
In the AE control, when hunting and halation are not detected, the
(ハンチングの検出例)
次に、本実施形態に係るハンチングとハンチング強度の検出例について説明する。
ハンチング検出部145は、例えば、各フレームの輝度信号が示す輝度レベルの画素周期間の平均値または積算値(総和)について、その時点(現在)までの所定の期間ごとにフーリエ変換を行い、周波数ごとの強度を算出する。所定の期間は、例えば、1〜3秒である。図2に示すように、強度が所定の強度の閾値Ith以上となる周波数frが存在するとき、ハンチング検出部145は、ハンチングを検出したと判定する。この判定条件は、輝度の主成分の変動が周波数frの周期性を有することを示す。そして、ハンチング検出部145は、この強度をハンチング強度として定める。ハンチング強度は、撮像された画像の輝度の変動の周期性の度合を示す指標である。強度が所定の強度の閾値Ith以上となる周波数frが存在しないとき、ハンチング検出部145は、ハンチングを検出していないと判定する。ハンチング強度の閾値は、例えば、所定の期間内の周波数間のパワーの総和の0.3〜0.6倍である。なお、以下の説明では、ハンチングの検出に係る周波数frをハンチング周波数と呼ぶことがある。
(Example of hunting detection)
Next, a detection example of hunting and hunting strength according to the present embodiment will be described.
For example, the
(ハレーションの検出例)
次に、本実施形態に係るハレーションとハレーション強度の検出例について説明する。ハレーション検出部146は、例えば、輝度信号が示す画素周期ごとの輝度レベルについて、ブロックBkごとの輝度レベルの積算値を算出する。ブロックBkは、各フレームの画像Imの一部の領域であって、複数の画素周期を含む。ブロックBkの大きさは、例えば、水平方向、垂直方向の画素数が、9×9〜24×24である。ブロックBkにおいてハレーションを検出したと判定する。ハレーション検出部146は、算出した積算値が所定の積算値の閾値を超えないブロックBkにおいてハレーションを検出していないと判定する。所定の積算値の閾値は、例えば、1ブロック内に含まれる画素周期に輝度値の上限を乗じて得られる値の0.6〜0.9倍である。輝度値の上限とは、所定のビット数のもとで表現可能な輝度値の最大値を意味する。画素周期ごとの輝度値が10ビットで表される場合には、輝度値の上限は、1023(=210−1)である。図3において破線の矢印で示すように、ハレーション検出部146は、ハレーションの検出対象とするブロックBkを所定の順序(例えば、ラスタースキャン順)で逐次変更し、各フレームの全体にわたりハレーションの検出の有無を判定する。ハレーション検出部146は、フレームごとにハレーションを検出した領域の大きさをハレーション強度として定める。この大きさは、例えば、ハレーションを検出したブロックの数、それらのブロック内の画素単位数などで表される。
(Example of detecting halation)
Next, an example of detecting halation and halation intensity according to this embodiment will be described. For example, the
(AE制御の例)
次に、AE制御について、制御パラメータとして露光時間を用いる場合を例にして説明する。露光時間を定める際、撮像制御部147は、例えば、比例制御(Proportional Control、P制御)を行う。P制御では、撮像制御部147には、制御量と目標量の差分である輝度差に所定の比例ゲインを乗じて露光時間の変化量をフレームごとに算出する。比例ゲインは、制御速度の制御パラメータである。比例ゲインが大きいほど制御速度が高く、比例ゲインが小さいほど制御速度が低い。撮像制御部147は、もとの露光時間に算出した変化量を加算してその露光時間を更新する。なお、以下の説明では、ハンチングならびにハレーションが検出されていないときに用いられる比例ゲインを、基準ゲインと呼ぶ。
(Example of AE control)
Next, AE control will be described using an example in which exposure time is used as a control parameter. When determining the exposure time, the
撮像制御部147は、ハンチングの検出時において、ハンチングならびにハレーションが検出されていないときよりも露光時間の制御速度を低くする。また、撮像制御部147は、ハンチングを検出している間にハレーションを検出した場合は、ハンチングのみ、つまりハンチングを検出している間にハレーションを検出しない場合における露光時間の制御速度に比べて露光時間の制御速度を高くする。そこで、撮像制御部147は、ハンチングの検出時またはハレーションの検出時における比例ゲインとして基準ゲインよりも小さい一定値を用いる。その比例ゲインは、例えば、基準ゲインの0〜0.5倍である。
The
また、撮像制御部147は、ハンチング強度が高いほど比例ゲインを小さくしてもよい。この場合には、ハンチング強度が高いほど露光時間の制御速度が低くなる。撮像制御部147は、ハレーション強度が高いほど比例ゲインを小さくしてもよい。この場合には、ハレーション強度が高いほど露光時間の制御速度が低くなる。ハレーション強度が所定のハレーション強度の閾値よりも高いとき、またはハンチング強度が所定のハンチング強度の閾値よりも高いとき、撮像制御部147は、比例ゲインを0としてもよい。この場合には、露光時間が変化せず一定値となる。
In addition, the
より具体的には、撮像制御部147は、正規化したハンチング強度と正規化したハレーション強度を加算して評価値を算出する。撮像制御部147は、正規化において、ハンチング強度、ハレーション強度がそれぞれ取り得る上限値と下限値に基づいて、所定の値域内の値をとるようにハンチング強度、ハレーション強度をスケーリングする。図4は、評価値と比例ゲインの関係の例を示す図である。太い実線は、撮像制御部147がハンチングのみを検出している場合において算出した評価値を示す。一点破線は、撮像制御部147が、ハンチングを検出している間にハレーションを検出した場合において算出した評価値を示す。図4に示すように、ハンチングのみを検出している場合、ハンチングを検出している間にハレーションを検出した場合のいずれも、撮像制御部147は、算出した評価値が大きいほど、比例ゲインを小さくする。但し、ハレーションのみを検出している場合における評価値と、ハンチングを検出している間にハレーションを検出した場合における評価値が同程度の場合、撮像制御部147は、後者の比例ゲインを高くする。具体的には、図4に示すように、ハレーションのみを検出している場合における評価値とハンチングを検出している間にハレーションを検出した場合における評価値がいずれもSnと等しい場合、ハンチングのみを検出している場合に算出される比例ゲインK1、ハンチングとハレーションを検出している場合に算出される比例ゲインK2よりも小さい(K1<K2)。評価値Snは、所定の第1閾値S1よりも小さく所定の第0閾値S0よりも大きい(S0<Sn<S1)。但し、ハレーションのみを検出している場合における評価値が第1閾値S1以上となる場合には、撮像制御部147は、比例ゲインを0と定める。同様に、ハンチングを検出している間にハレーションを検出した場合における評価値が所定の第2閾値S2以上となる場合には、撮像制御部147は、比例ゲインを0と定める。第2閾値S2は、第1閾値S1よりも大きい実数である(S2>S1)。ハンチングを検出している場合における評価値、またはハンチングを検出している間にハレーションを検出した場合における評価値が、第0閾値S0よりも小さい場合には、撮像制御部147は、比例ゲインを基準ゲインK0と定める。評価値が第0閾値S0以下である場合は、ハンチングもハレーションも検出されていないことに相当するためである。つまり、評価値が第0閾値S0に等しいことは、ハンチング強度がハンチングの検出に用いたハンチング強度の閾値に等しいことを示す。
More specifically, the
なお、撮像制御部147は、ハンチング強度とハレーション強度とを重み付け加算して評価値を算出し、この評価値を比例ゲインの決定に用いてもよい。具体的には、撮像制御部147は、正規化したハンチング強度と正規化したハレーション強度のそれぞれに、予め設定した互いに異なる重み係数を乗じて得られる乗算値の総和を評価値として算出する。これにより、撮像された画像の観察を妨げる原因として、ハンチングとハレーションを重視する度合いが設定される。
Note that the
撮像制御部147は、ハンチング周波数が所定の範囲内の周波数である場合において、AE制御を停止してもよい。AE制御を停止する際、撮像制御部147は、比例ゲインを0と定める。所定の範囲内の周波数として、ユーザインタフェース部111から入力された制御信号が示すユーザ指定周波数が用いられてもよい。より具体的には、図5に示す手順に従って制御を行う。
The
図5は、本実施形態に係るAE制御の一例を示すフローチャートである。
(ステップS101)システム制御部110は、ユーザインタフェース部111から入力された制御信号が示すユーザ指定周波数を撮像制御部147に設定する。その後、ステップS102の処理に進む。
(ステップS102)撮像制御部147は、システム制御部110からの制御信号が撮像開始を示すときAE制御を開始する。その後、ステップS103の処理に進む。
FIG. 5 is a flowchart showing an example of AE control according to the present embodiment.
(Step S <b> 101) The
(Step S102) The
(ステップS103)ハンチング検出部145は、各フレームの輝度信号に基づいてハンチングを検出したか否かを判定する。検出したと判定するとき(ステップS103 YES)、ステップS104の処理に進む。検出していないと判定するとき(ステップS103 NO)、ステップS106の処理に進む。
(ステップS104)撮像制御部147は、ハンチング周波数が、設定されたユーザ指定周波数の範囲内であるか否かを判定する。ユーザ指定周波数の範囲内であると判定するとき(ステップS104 YES)、ステップS105の処理に進む。ユーザ指定周波数の範囲外であると判定するとき(ステップS104 NO)、ステップS106の処理に進む。
(Step S103) The
(Step S104) The
(ステップS105)撮像制御部147は、AE制御を停止する。具体的には、撮像制御部は、比例ゲインを0と定める。その後、ステップS103の処理に進む。
(ステップS106)撮像制御部147は、AE制御を通常に行う。具体的には、撮像制御部は、基準ゲインK0を比例ゲインとして定める。その後、ステップS103の処理に進む。システム制御部110から撮像停止を示す制御信号が入力されるまで、ステップS103〜S106に示す処理を繰り返す。
(Step S105) The
(Step S106) The
これにより、被検体がその特有の条件により輝度が周期的に変動する場合でも、その変動によるハンチングを抑止することができる。例えば、航空機エンジンの検査において、ターニングツールを用いて主軸から放射状に配置されたタービンブレードを一定の回転速度で主軸を中心に回転させることがある。このとき、撮像されるタービンブレードの画像の輝度が回転に伴って一定の周波数で変動する。また、その輝度の変動自体が検査の対象になることがある。このような変動の周波数の範囲をユーザ指定周波数として予め設定しておき、その範囲内の周波数での輝度の変動についてAE制御を停止することで、検査の妨げとなるハンチングが抑止される。そのような周波数として、例えば、蛍光灯などの光源の輝度の変動の周波数などにも適用される。 Thereby, even when the luminance of the subject periodically varies depending on the specific conditions, hunting due to the variation can be suppressed. For example, in inspection of an aircraft engine, a turning tool may be used to rotate turbine blades arranged radially from the main shaft about the main shaft at a constant rotational speed. At this time, the brightness of the image of the turbine blade to be imaged varies at a constant frequency as it rotates. In addition, the luminance fluctuation itself may be an inspection target. A range of such a variation frequency is set in advance as a user-specified frequency, and hunting that hinders the inspection is suppressed by stopping the AE control with respect to the variation in luminance at the frequency within the range. As such a frequency, for example, it is also applied to a frequency of luminance variation of a light source such as a fluorescent lamp.
撮像制御部147は、さらにシステム制御部110を介して加速度センサ108から入力された加速度信号に基づいてAE制御を行ってもよい。この加速度信号は、挿入部10の先端における動きの加速度を示す。例えば、ハンチングが検出されているとき、撮像制御部147は、加速度信号に基づいて挿入部10の先端部が静止しているか否かを判定する。撮像制御部147は、先端部の動作状態として静止しているか否かを、例えば、加速度信号が示す加速度の絶対値が所定の加速度の閾値以下であるか否かにより判定することができる。撮像制御部147は、先端部が動作していると判定するとき、AE制御を完全に停止せずに制御速度を通常の制御速度よりも低くする。ここで、撮像制御部147は、比例ゲインを0より大きく基準ゲインK0よりも小さい所定の値に定める。このような場合は、内視鏡を被検体の内部への挿入作業の途中に生じうるが、画像の観察が要求されるとともに一時的であるためである。撮像制御部147は、先端部が動作していないと判定するとき、制御速度をハンチングならびにハレーションが検出されていないときと同様の通常の制御速度にする。より具体的には、図6に示す手順に従って制御を行う。
The
図6は、本実施形態に係るAE制御の他の例を示すフローチャートである。図6に示す処理は、ステップS111〜S118の処理を有する。ステップS111〜S116の処理は、図5に示すステップS101〜S106の処理と同様であるため、その説明を省略する。図6に示すステップS117の処理は、ステップS113においてハンチング検出部145がハンチングを検出したと判定した後で開始される。
FIG. 6 is a flowchart showing another example of AE control according to the present embodiment. The process illustrated in FIG. 6 includes the processes of steps S111 to S118. Since the process of step S111-S116 is the same as the process of step S101-S106 shown in FIG. 5, the description is abbreviate | omitted. The process of step S117 shown in FIG. 6 is started after it is determined in step S113 that the
(ステップS117)撮像制御部147は、加速度信号に基づき挿入部10の先端部が静止しているか否かを判定する。静止していると判定するとき(ステップS117 YES)、ステップS114の処理に進む。静止していない、つまり動作中と判定するとき(ステップS117 NO)、ステップS118の処理に進む。
(ステップS118)撮像制御部147は、制御速度を通常の制御速度よりも低くする(低速制御)。撮像制御部147は、比例ゲインを0より大きく基準ゲインK0よりも小さい所定の値に定める。その後、ステップS113の処理に進む。
(Step S117) The
(Step S118) The
なお、撮像制御部147は、図6のステップS118の処理において加速度信号が示す加速度の絶対値が大きいほど、小さくなるように比例ゲインを定めてもよい。但し、定められる比例ゲインの値域は、0以上であって基準ゲインK0以下である。
Note that the
また、図5、図6の処理において、ハンチング周波数がユーザ指定周波数の範囲外であると判定された後(ステップS104、S114 NO)、撮像制御部147は、上述したようにハンチング強度とハレーション強度に基づいて評価値を算出してもよい。その後、ステップS106、S116において、撮像制御部147は、図3を用いて説明したように算出した評価値に基づいて制御速度を定めてもよい。
5 and 6, after determining that the hunting frequency is outside the range of the user-specified frequency (NO in steps S104 and S114), the
なお、上述した実施形態では、画像の明るさ制御として主に露光時間を制御する場合を例にしたが、これには限られない。例えば、露光時間と併せてフレームレートが制御パラメータとして制御されてもよい。動画像では露光時間の上限は、画素ごとのサンプリング周期となるので、露光時間がサンプリング周期と等しい場合において、さらに露光時間を長くするときにはサンプリング周期も長くする必要があるためである。また、露光時間に代えて、または露光時間と併せて、AGCにおけるゲインが制御パラメータとして制御されてもよい。
なお、上述した実施形態では、主にP制御を例にしたが、制御量と目標量の差分の大きさを小さくするように露光時間などの制御変数を算出する手法であれば、いかなる手法を用いてもよい。例えば、PI(Proportional−Integral Control)制御、PID(Proportional−Integral−Differential Control)制御が用いられてもよい。
In the above-described embodiment, the case where the exposure time is mainly controlled as the brightness control of the image is described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the frame rate may be controlled as a control parameter together with the exposure time. This is because, in a moving image, the upper limit of the exposure time is the sampling period for each pixel, and therefore when the exposure time is equal to the sampling period, it is necessary to increase the sampling period when further increasing the exposure time. Further, instead of the exposure time or in combination with the exposure time, the gain in the AGC may be controlled as a control parameter.
In the embodiment described above, P control is mainly used as an example. However, any method may be used as long as it is a method for calculating a control variable such as an exposure time so as to reduce the difference between the control amount and the target amount. It may be used. For example, PI (Proportional-Integral Control) control and PID (Proportional-Integral-Differential Control) control may be used.
以上に説明したように、本実施形態に係る内視鏡装置1は、先端部にCCD撮像素子104を備える挿入部10を備える。また、内視鏡装置1は、CCD撮像素子104からの画像の輝度に基づいてハンチング状態を検出するハンチング検出部145と、画像のハレーション状態を検出するハレーション検出部146を備える。また、内視鏡装置1は、ハンチング状態およびハレーション状態に基づいて輝度を制御する撮像制御部147を備える。
この構成により、撮像された輝度に基づいて検出したハンチング状態とハレーション状態に基づいて輝度が制御される。そのため、ハンチングとハレーションの発生が極力抑制される。
As described above, the
With this configuration, the brightness is controlled based on the hunting state and the halation state detected based on the captured brightness. Therefore, the occurrence of hunting and halation is suppressed as much as possible.
また、ハンチング検出部145は、輝度の変動の周期性に基づいてハンチング状態を検出する。
この構成により、撮像された画像の輝度の周期性に基づいてハンチング状態が検出される。被検体の画像本来の輝度の変動と混在された輝度の変動からハンチング状態を判別することができるので、的確に判別されたハンチング状態に基づいて輝度が制御される。
The
With this configuration, the hunting state is detected based on the periodicity of the luminance of the captured image. Since the hunting state can be determined from the luminance variation mixed with the original luminance variation of the subject image, the luminance is controlled based on the accurately determined hunting state.
また、ハレーション検出部146は、画像の一部の領域であるブロックごとの輝度に基づいてハレーション状態を検出する。
この構成により、画像の一部の領域ごとの輝度に基づいてハレーション状態が検出される。そのため、ハレーション状態の分布に基づいて輝度が制御される。
Further, the
With this configuration, the halation state is detected based on the luminance of each partial region of the image. For this reason, the luminance is controlled based on the distribution of the halation state.
また、撮像制御部147は、ハンチングの検出時において、輝度の制御速度を、ハンチングの非検出時における制御速度よりも低くする。また、撮像制御部147は、ハンチングを検出している間にハレーションを検出した場合は、ハンチングのみを検出している場合に比べて露光時間の制御速度を高くする。 この構成により、ハンチングの検出時において、輝度の制御速度が低下する。そのため、ハンチングの検出時において、制御によりハンチングの解消が図られるとともに、過剰な制御を抑制することができる。また、撮像制御部147は、ハンチングを検出している間にハレーションを検出した場合は、ハンチングのみを検出している場合に比べて露光時間の制御速度を高くすることによって、ハレーションが発生する頻度を抑えることができる。
Further, the
また、撮像制御部147は、輝度の変動周期が所定の変動周期の範囲内であるとき制御を停止する。
この構成により、被検体に固有の輝度の変動周期を撮像制御部147に設定することで、輝度の変動周期が設定された変動周期の範囲内になるとき制御が停止される。そのため、被検体の特性に応じて輝度が変動するとき、その変動に応じた無用な制御が行われないので、ハンチングの発生が回避される。
In addition, the
With this configuration, by setting the luminance fluctuation period specific to the subject in the
内視鏡装置1は、先端の加速度を検出する加速度センサ108を備え、撮像制御部147は、加速度に基づいて輝度を制御する。
この構成により、被検体に挿入部10の先端部が挿入されるとき、その動きに伴う加速度に応じて撮像される画像の輝度が制御される。そのため、動きに伴って撮像される被検体の部位の変化によって変動する画像の輝度が、動きの状態に応じて制御される。
The
With this configuration, when the distal end portion of the
撮像制御部147は、先端部が動作中と判定されるとき、輝度の制御速度を、ハンチングまたはハレーションの非検出時における制御速度よりも低くする。
この構成により、被検体に挿入部10の先端部が挿入中であるときに、画像の輝度の制御速度が低くなる。そのため、挿入による画像の輝度の変動による影響を抑制することで、過剰な制御が行われないのでハンチングが抑制される。
When it is determined that the tip portion is in operation, the
With this configuration, when the distal end portion of the
なお、上述した実施形態に係る内視鏡装置1の一部、例えば、システム制御部110および画像処理部140をCPU、メモリ、入出力インタフェース、コンピュータ読み取り可能な記録媒体などからなるコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをこの記録媒体に記録しておき、記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、内視鏡装置1に内蔵されたコンピュータシステムであって、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
Note that a part of the
また、上述した実施形態に係る内視鏡装置1の一部、または全部は、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路として実現してもよい。内視鏡装置1の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。
Further, part or all of the
例えば、撮像素子としてCCD撮像素子に代えて、CMOS撮像素子などの他の種類の撮像素子が用いられてもよい。LED106は、本体部11に備えられてもよい。その場合には、LED106からの光を対物レンズ105に伝達し、挿入部10の先端部から出射させるライトガイドが挿入部10に備えられてもよい。また、システム制御部110からの画像信号を受信し、受信した画像信号に基づく画像を表示することができれば、LCD118は、本体部11において省略されてもよい。
For example, instead of a CCD image sensor, another type of image sensor such as a CMOS image sensor may be used as the image sensor. The
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態及びその変形例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment and its modification. Additions, omissions, substitutions, and other modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
Further, the present invention is not limited by the above description, and is limited only by the scope of the appended claims.
1…内視鏡装置、10…挿入部、11…本体部、104…CCD撮像素子、105…対物レンズ、106…LED、107…サーミスタ、108…加速度センサ、109…ワイヤー固定部、110…システム制御部、110a…画像記録部、110b…LCDコントローラ、111…ユーザインタフェース部、112…記憶媒体、113…パラメータ記憶部、114…タイミングジェネレータ、115…CCDドライブ回路、118…LCD、119…LED駆動回路、121…湾曲制御部、122…UD湾曲モータ、123…RL湾曲モータ、124、125…ワイヤー連結部、126…湾曲用ワイヤー、134、135…着脱コネクタ、136…プリアンプ、137…AFE、140…画像処理部、142…黒補正部、143…画素補間・輝度色差変換部、144…補正処理部、145…ハンチング検出部、146…ハレーション検出部、147…撮像制御部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記撮像部からの画像の輝度に基づいてハンチング状態を検出するハンチング検出部と、
前記画像のハレーション状態を検出するハレーション検出部と、
前記ハンチング状態および前記ハレーション状態に基づいて前記輝度を制御する撮像制御部と、
を備える内視鏡装置。 An insertion unit having an imaging unit at the tip;
A hunting detection unit for detecting a hunting state based on luminance of an image from the imaging unit;
A halation detector for detecting the halation state of the image;
An imaging control unit that controls the luminance based on the hunting state and the halation state;
An endoscope apparatus comprising:
前記撮像制御部は、前記加速度に基づいて前記輝度を制御する請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の内視鏡装置。 An acceleration detection unit for detecting the acceleration of the tip;
The endoscope apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the imaging control unit controls the brightness based on the acceleration.
挿入部の先端に備えられた撮像部からの画像の輝度に基づいてハンチング状態を検出するハンチング検出過程、
前記画像のハレーション状態を検出するハレーション検出過程と、
前記ハンチング状態および前記ハレーション状態に基づいて前記輝度を制御する撮像制御過程と、
を有する制御方法。 A method for controlling an endoscope apparatus, comprising:
A hunting detection process for detecting a hunting state based on the brightness of an image from an imaging unit provided at the tip of the insertion unit;
A halation detection process for detecting a halation state of the image;
An imaging control process for controlling the brightness based on the hunting state and the halation state;
A control method.
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