JP2997785B2 - 内視鏡画像処理装置および内視鏡画像処理方法 - Google Patents

内視鏡画像処理装置および内視鏡画像処理方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は色信号に分解された内視鏡画像に適当なフィ
ルタリング処理を行う内視鏡画像処理装置および内視鏡
画像処理方法に関する。
[従来の技術] 近年、細長の挿入部を体腔内に挿入する事によって、
切開を必要とする事無く、体腔内の患部等を観察した
り、必要に応じ処置具を用いて治療処置のできる内視鏡
が広く用いられるようになった。
上記内視鏡には、イメージガイドを像伝送手段に用い
た光学式の内視鏡(ファイバースコープ)の他に、最近
CCD等の固体撮像手段を用いた電子式の内視鏡(以下、
電子内視鏡又はスコープ)が実用化されるようになっ
た。
また、ファイバースコープの接眼部にCCD等の固体撮
像手段を用いた撮像カメラを接続してモニタでカラー表
示できるようにしたものもある。
さらに、最近ではこの様な内視鏡から得られる映像信
号に対し、様々な処理を施す事により、人間の認識を補
助し、診断能を向上させる試みが成されている。
例えば、米国特許4819077によれば、3原色を表わす
映像信号RGBを比較的簡単な座標変換によりHSI(色相、
彩度、輝度)と呼ばれる人間の色知覚に比較的近い信号
に変換し、HSIの各信号に対して適当な強調処理を施し
た後、逆変換によって再びRGBに戻し、結果を表示する
装置が開示されている。
また、例えば特開平1−138877によれば、画像信号を
より人間の色知覚に近いLu色空間に変換してから
各種強調を行い、逆変換を行う装置が開示されている。
本出願人もまた特願61−169057において映像信号をLa
、あるいはLu色空間における信号に返還
し、その輝度Lに対し強調処理を施す装置を開示してい
る。
これらの従来例においては、カラー画像の輪郭あるい
は細かい模様を強調する為に、輝度に対する高周波成分
の強調処理を行っている。これは輝度と色相、彩度を分
離する事により、色調を変化させる事無く、強調を行う
事ができるからである。これに対しRGB各プレーンに対
して独立して強調処理を行うと色調が変化して不自然な
画像になることがあった。
ところで、内視鏡による生体観察においては、その機
材に対する制約条件ゆえ、観察対象によっては解像力、
明るさ、コントラスト等で十分な観察能が得られない事
も起こる。特に良性病変と悪性病変の鑑別診断に重要な
情報となる粘膜表面の微細模様(胃腺、脹腺等の腺腔、
無名溝、毛細血管、あるいは染色剤等により形成され
る)の観察の為には、現在最高水準の解像力を有する内
視鏡を用いても、診断に対し十分な画像は得られない事
が多い。
この為、より優れた解像力をもつスコープが切望され
るのはもちろんの事であるが、さらに、コントラスト不
足、解像力不足を補い、より診断を容易ならしめる画像
処理手法と、装置の開発が望まれてきた。
[発明が解決しようとする問題点] 例えば通常の(染色法を用いない)内視鏡画像におけ
る粘膜表面の微細模様は、その模様を形成する変動情報
の殆どをG,Bの信号の変動によっている。これはおそら
く血液中のヘモグロビンによる吸光の性質を反映してい
るものと考えられている。
また、染色法を用いた画像では生体固有の反射、ある
いは吸光に加えて、染色剤による吸光が加わる為、これ
らの性質により画像が形成するデータ変動が決定され
る。
これらの画像の強調の為に、従来試みらてきた色空間
における高周波強調処理を用いても結果は良好ではなか
った。この理由は以下の様な事であると推定される。
微細模様を形成するデータ変動が形成するデータ分布
は、当然の事ながら人間の色知覚における輝度、色相、
彩度の何れかの変動と一致するものではない。
観察者は画像からまず大局的な情報を把握する。次に
微細模様を明瞭に観察する事により、より精細な情報を
得ようとする。この段階では、観察者の注意はその画像
中に認められる。生体に起因する何等かの情報に対し
て、集中的に注意を払う事になる。これらの情報が輝度
により表現されるものであるか、彩度あるい色相で表現
されるものであるか、あるいはその両方であるのかとい
った事は観察者にとっては何等意味をもたない。
もっとも良好に受入れられ、観察の補助となり得る強
調手法は、関心領域内で注目しているデータ変動が増幅
され、それ以外は抑制されるものでなければならない
が、色空間上で処理を行う事は必ずしもこの条件を満た
さない。
これ故、色空間における強調処理は、微細模様の観察
者にとっては必ずしも最適な強調結果を提供しない。
さらに、内視鏡画像全体におけるデータの変動は照明
あるいは対象の形状等による大局的な変動に支配される
事が多い。輝度に対する強調はこの大局的変動により形
成される輪郭等をより明瞭にしてしまう傾向がある為、
微細な模様はかえって観察しづらい状況になってしまう
事もある。
本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、粘
膜表面等の微細模様を明瞭に観察することを可能とする
内視鏡画像処理装置および内視鏡画像処理方法を提供す
ることを目的とする。
[問題点を解決する手段及び作用] 本発明による内視鏡画像処理装置は、撮像手段で撮像
した内視鏡画像を複数の色信号に分解して記憶する記憶
手段と、前記記憶手段に記憶された複数の色信号各々を
2次元離散的フーリエ変換する2次元離散的フーリエ変
換手段と、前記2次元離散的フーリエ変換手段で2次元
離散的フーリエ変換された前記複数の色信号に対して、
該複数の色信号の空間周波数平面上における中心位置か
ら所定距離離れた点を最高点とする重み付け関数で重み
付け処理するフィルタリング手段と、前記フィルタリン
グ手段で重み付け処理された前記複数の色信号各々を2
次元離散的フーリエ逆変換する2次元離散的フーリエ逆
変換手段と、前記2次元離散的フーリエ逆変換手段で2
次元離散的フーリエ逆変換された前記複数の色信号に基
づき、前記内視鏡画像を再生する内視鏡画像表示手段と
を具備したことを特徴とする。
また、本発明による内視鏡画像処理方法は、撮像手段
で撮像した内視鏡画像を複数の色信号に分解して記憶手
段に記憶する記憶工程と、前記記憶手段に記憶された複
数の色信号各々を2次元離散的フーリエ変換する2次元
離散的フーリエ変換工程と、前記2次元離散的フーリエ
変換工程で2次元離散的フーリエ変換された前記複数の
色信号に対して、該複数の色信号の空間周波数平面上に
おける中心位置から所定距離離れた点を最高点とする重
み付け関数で重み付け処理するフィルタリング工程と、
前記フィルタリング工程で重み付け処理された前記複数
の色信号各々を2次元離散的フーリエ逆変換する2次元
離散的フーリエ逆変換工程と、前記2次元離散的フーリ
エ逆変換工程で2次元離散的フーリエ逆変換された前記
複数の色信号に基づき、前記内視鏡画像を再生する内視
鏡画像表示工程とを具備したことを特徴とする。
[実施例] 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
第1図ないし第5図は本発明の第1実施例に係り、第
1図は内視鏡装置の構成を示すブロック図、第2図は画
像処理装置の構成を示すブロック図、第3図は内視鏡装
置の全体を示す側面図、第4図は画像処理装置の動作を
説明するためのフローチャート、第5図はフィルタリン
グを行うのに用いる重み付け関数を示す説明図である。
本実施例に係る内視鏡装置は、第3図に示すように、
電子内視鏡1を備えている。この電子内視鏡1は、細長
で例えば可撓性の挿入部2を有し、この挿入部2の後端
に太径の操作部3が連設されている。前記操作部3の後
端部からは側方に可撓性のユニバーサルコード4が延設
され、このユニバーサルコード4の先端部にコネクタ5
が設けられている。前記電子内視鏡1は、前記コネクタ
5を介して、光源装置及び信号処理回路が内蔵されたビ
デオプロセッサ6に接続されるようになっている。さら
に、前記ビデオプロセッサ6には、モニタ7が接続され
るようになっている。
前記挿入部2の先端側には、硬性の先端部9及びこの
先端部9に隣接する後方側に湾曲可能な湾曲部10が順次
設けられている。また、前記操作部3に設けられた湾曲
操作ノブ11を回動操作することによって、前記湾曲部10
を左右方向あるいは上下方向に湾曲できるようになって
いる。また、前記操作部3には、前記挿入部2内に設け
られた処置具チャンネルに連通する挿入口12が設けられ
ている。
第1図に示すように、電子内視鏡1の挿入部2内に
は、照明光を伝達するライトガイド14が挿通されてい
る。このライトガイド14の先端面は、挿入部2の先端部
9に配置され、この先端部9から照明光を出射できるよ
うになっている。また、前記ライトガイド14の入射端側
は、ユニバーサルコード4内に挿通されてコネクタ5に
接続されている。また、前記先端部9には、対物レンズ
系15が設けられ、この対物レンズ系15の結像位置に、固
体撮像素子16が配設されている。この固体撮像素子16
は、可視領域を含め紫外領域から赤外領域に至る広い波
長域で感度を有している。前記固体撮像素子16には、信
号線26,27が接続され、これら信号線26,27は、前記挿入
部2及びユニバーサルコード4内に挿通されて前記コネ
クタ5に接続されている。
一方、ビデオプロセッサ6内には、紫外光から赤外光
に至る広帯域の光を発光するランプ21が設けられてい
る。このランプ21としては、一般的なキセノンランプや
ストロボランプ等を用いることができる。前記キセノン
ランプやストロボランプは、可視光のみならず紫外光及
び赤外光を大量に発光する。このランプ21は、電源22に
よって電力が供給されるようになっている。前記ランプ
21の前方には、モータ23によって回転駆動される回転フ
ィルタ50が配設されている。この回転フィルタ50には、
通常観察用の赤(R),緑(G),青(B)の各波長領
域の光を透過するフィルタが、周方向に沿って配列され
ている。
また、前記モータ23は、モータドライバ25によって回
転が制御されて駆動されるようになっている。
前記回転フィルタ50を透過し、R,G,Bの各波長領域の
光に時系列的に分離された光は、前記ライトガイド14の
入射端に入射され、このライトガイド14を介して先端部
9に導かれ、この先端部9から出射されて、観察部位を
照明するようになっている。
この照明光による観察部位からの戻り光は、対物レン
ズ系15によって、固体撮像素子16上に結像され、光電変
換されるようになっている。この固体撮像素子16には、
前記信号線26を介して、前記ビデオプロセッサ6内のド
ライブ回路31からの駆動パルスが印加され、この駆動パ
ルスによって読み出し、転送が行われるようになってい
る。この固体撮像素子16から読み出された映像信号は、
前記信号線27を介して、前記ビデオプロセッサ6内また
は電子内視鏡1内に設けられたプリアンプ32に入力され
るようになっている。このプリアンプ32で増幅された映
像信号は、プロセス回路33に入力され、γ補正及びホワ
イトバランス等の信号処理を施され、A/Dコンバータ34
によって、デジタル信号に変換されるようになってい
る。このデジタルの映像信号は、セレクト回路35によっ
て、例えば赤(R),緑(G),青(B)各色に対応す
るメモリ(1)36a,メモリ(2)36b,メモリ(3)36c
に選択的に記憶されるようになっている。前記メモリ
(1)36a,メモリ(2)36b,メモリ(3)36cは、同時
に読み出され、D/Aコンバータ37によって、アナログ信
号に変換され、入出力インターフェース38を介して、R,
G,B信号として、カラーモニタ7に入力され、このカラ
ーモニタ7によって、観察部位がカラー表示されるよう
になっている。
また、前記ビデオプロセッサ6内には、システム全体
のタイミングを作るタイミングジェネレータ42が設けら
れ、このタイミングジェネレータ42によって、モータド
ライバ25、ドライブ回路31、セレクト回路35等の各回路
間の同期が取られている。
本実施例では、前記メモリ(1〜3)36a〜36cの出力
端は、画像処理装置104に接続されている。また、前記
画像処理装置104には、入出力インターフェース105を介
して、モニタ106が接続され、このモニタ106に、前記画
像処理装置104による演算処理結果が表示されるように
なっている。
前記画像処理装置104は、第2図に示すような構成に
なっている。
すなわち、画像処理装置104は、CPU121、情報入力装
置122、RAMからなる主記憶装置123、画像入力インター
フェース125及び表示インターフェース128を備え、これ
らは、バスによって互いに接続されている。前記情報入
力装置122は、キーボード等であり、電子内視鏡1の種
別等のデータを入力できるようになっている。前記画像
入力インターフェース125は、メモリ(1)36a,メモリ
(2)36b,メモリ(3)36cに接続され、これらからの
画像データの受信を行うようになっている。また、前記
表示インターフェース128は、入出力インターフェース1
05に接続され、モニタ106に入力する画像データを送る
ようになっている。
本実施例では、電子内視鏡1で得た対象部位の画像に
対し、画像処理装置104で処理を行い、モニタ106に処理
結果を出力する。
次に、前記画像処理装置104の処理について説明す
る。
第1実施例では、この画像処理装置104により、第4
図に示す処理を行う。
原画像は、画像処理装置104に入力される前のステッ
プS0により、色信号R,G,Bに分離され、メモリ(1)36a
〜メモリ(3)36cに格納され、このメモリ(1)36a〜
メモリ(3)36cのR,G,B各画像に対し、ステップS1に示
すように2次元離散的フーリエ変換が行われ、実数項ar
(t)及び虚数項ai(t)が生成される。
次にステップS2に示すフィルタリング(処理)がステ
ップS1での2次元離散的フーリエ変換によって生成され
たデータの実数項ar(t)及び虚数項ai(t)に対し、
重み付け関数w(t)との乗算が行われ、フィルタリン
グ処理済の関数の実数項br(t)及び虚数項bi(t)が
生成される。
上記重み付け関数w(t)はR,G,B各画像に対し、各
々に最適なものを与える。具体的には、例えば染色法を
用いない通常の内視鏡画像の場合、Rの画像に対して
は、ノイズ抑制効果を持つフィルタリングを行い、G及
びBの各画像に対しては強調効果を持つフィルタリング
を行う様な重み付け関数を適用する。フィルタリング終
了後、ステップS3に示すように2次元離散的フーリエ逆
変換を行い、強調処理された結果のR又はG又はBの画
像が生成される。そして、ステップS4によるRGB全画像
処理終了か否かの判断により終了していない場合には、
R,G,B各画像全てが終了するまでステップS0〜S3を行
い、強調処理されたR,G,B各画像が生成され、第1図に
示すように入出力インターフェース105を経てモニタ106
に処理結果画像を表示してこの画像処理の動作を終了す
る。
ところで、上記フィルタリングに使用する重み付け関
数を作成する処理は以下のように行う。いわゆる光学的
フーリエ変換では、画像の全体的な濃度値を決定する直
流成分が空間周波数平面上の中心に位置し、その付近に
空間周波数的にいうところの低周波成分が存在する。作
成するフィルタは、中心からある距離だけ離れた点を強
調の最高点とし、その点を境界として低周波成分及び高
周波成分に対する重み付けの値を減少させるようなもの
とする。このような性質を持つ重み付け関数は種々のも
のが考えられ、以下に示すフィルタはその一例である。
空間周波数平面の中心Oの座標を(u0,v0)、同平面
上の注目点Pの座標を(u,v)とするると、OPの距離t
は t=((u−u0)+(v−v0)1/2 で表される。また、重み付けの値をwとすると、wはt
についての関数w(t)として表され、その値は0≦w
(t)≦αを満たす。αは重みの最大値である。ここで
作成するフィルタは、0を中心とし、W(t)の最大値
を与える点の集合からなる円の直径をpとすると、0≦
t<p/2及びp/2≦tのそれぞれの場合に対して別個の関
数から成るもので、0≦t<p/2においてはcos関数、p/
2≦tにおいては正規分布関数を利用する。
作成するフィルタのcos関数部において、その振幅を
Aとする。cos関数部は正規分布関数部とt=p/2におい
て連続であり、w(p/2)=αであるものとする。ま
た、t=0で極小値をとらねばならない。これらの条件
を満たす関数として、式(a)を得る。
w(t)=α−A−A・cos(t・π/(p/2)) (0≦t<p/2) (a) 式(a)の関数はt=p/2において最大値α、t=0
(空間周波数領域上の中心)において最小値α−2Aをと
る。
一方、正規分布関数部は、t=p/2において最大値α
をとり、cos関数部と連結する。このような関数におい
て座標偏差をσとすると、式(b)が得られる。
w(t)=α・exp(−0.5((tt−(p/2))/σ)
) (p/2≦t) (b) 式(b)においてσはσ=(CTR−(p/2))/r(CTR:
中心のx座標の値、r:実数)で与えられる。なお、p=
0の場合は式(b)のみを適用する。
式(a)及び式(b)において、α,A,p及びrをパラ
メータとすることにより強調の程度の異なるフィルタを
得ることができる。第5図は以上の条件により作成され
るフィルタの形状の例であり、α=4,A=1.5,p=60,r=
4が与えられている。ノイズ抑制効果を持つフィルタリ
ングを実現するには、ノイズ成分が多く含まれていると
考えられる高周波成分を抑制するようにし、例えば、α
=1,A=0,p=0,r=3に設定すればよい。また、画像強
調効果を持つフィルタリングを実現するためには、原画
像の構造パラメータの情報を多く含むと考えられる周波
数帯域を強調し、その帯域より高周波の成分を抑制し、
例えばα=3,A=1,p=50,r=4〜7に設定すればよい。
この第1実施例によれば、各画像を空間周波数成分に
分解して、空間周波数的にノイズ抑制機能を有するフィ
ルタ関数とか強調機能を有するフィルタ関数を設定して
空間周波数成分に分解した各画像にフィルタリング処理
を行うようにしているので、原画像の構造パターンに応
じたフィルタ関数に適切に設定することにより、ノイズ
を抑圧して、所望とする構造を鮮明化して表示できる。
従って、内視鏡画像を観察した診断を行う場合、非常に
有効となる。
次に本発明の第2実施例について説明する。
第2実施例に係る内視鏡装置の構成は第1実施例と同
様であり、又、第2実施例の画像処理装置104の構成は
第1実施例と同様であるが、その処理内容は第4図に示
すものと異なり、第6図に示す処理を行う。
第2図に示すようにメモリ(1)36a〜メモリ(3)3
6cに格納されているR,G,B画像は、第6図のステップS11
で示すように座標変換の処理が行われ、このステップS1
1によりR,G,Bに替わり、3つの軸である軸、軸、
軸のデータが生成される。そして、ステップS12によ
り、各軸のデータが順次取込まれ、取込まれた各データ
に対してステップS13に示すように2次元離散的フーリ
エ変換が行われ、実数項ar(t)及び虚数項ai(t)が
生成される。
これら実数項ar(t)及び虚数項ai(t)に対しては
第1実施例のように重み付け関数w(t)を用いてステ
ップS14に示すようにフィルタリングが行われ、フィル
タリング処理済の関数の実数項br(t)及び虚数項bi
(t)が生成される。これらの実数項br(t)及び虚数
項bi(t)に対して、ステップS15に示すように2次元
離散的フーリエ逆変換が行われる。そしてステップS16
により全軸に対する処理が終了したか否かの判断が行わ
れ、全軸に対してステップS12〜S15の処理が行われる
と、ステップS17に示すように座標逆変換の処理が行わ
れ、その後処理結果画像がモニタ106に表示されること
になる。
上記ステップS11における座標変換の一例を式(c)
又は(c′)に示す。
M1・M2=M3 (c) つまり ここで、M1は座標変換行列、M2はRGB画像による行列、M
3は座標軸変換により生成された軸、軸及び軸に
よる行列を表わす。
上記座標変換行列M1によって、新たに生成される各座
標軸において、前述のフィルタリングを適用する。具体
的には、軸のみ強調効果を持つフィルタリングを行
い、軸及び軸に対してはノイズ抑制効果を持つフィ
ルタリングを行うか、あるいは軸及び軸に対して強
調効果を持つフィルタリングを行い、軸に対してはノ
イズ抑制効果を持つフィルタリングを行う。また、座標
逆変換は、次式(d)又は(d′)に示すように、行列
M1の逆行列M4の適用により実現される。
M4・M5=M6 (d) つまり ここで、M4は座標変換行列M1の逆行列、M5は強調処理後
のデータ行列、M6は強調処理後のRGB画像による行列を
表わす。
尚、座標変換行列M1は、通常の内視鏡画像に対しての
ものであり、染色剤を使用した画像に対しての強調処理
を行う場合には異なる座標変換行列を適用することもあ
り得る。さらに、画像により適応的に決定してもよい。
この第2実施例は第1実施例とほぼ同様の作用効果を
有すると共に、座標変換を行うことにより、注目する構
造等に対してより鮮明化できるフィルタリング処理画像
を得ることができる場合がある。
尚、フィルタリングを行う重み付け関数w(t)のパ
ラメータの値等を順次変えて処理画像を順次表示又は記
憶し、術者は任意の処理画像、例えば注目する部位を最
も鮮明化できる処理済画像を選択できるようにしても良
い。
尚、以上に述べた第1及び第2実施例における2次元
離散的フーリエ変換、フィルタリング、2次元離散的フ
ーリエ逆変換の処理部は、畳み込みによるマスク演算と
しても実現可能である。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、各画像に応じて
フィルタリング処理を行うことにより、ノイズを抑圧し
て所望とする構造を鮮明化できる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第5図は本発明の第1実施例に係り、第1
図は内視鏡装置の構成を示すブロック図、第2図は画像
処理装置の構成を示すブロック図、第3図は内視鏡装置
の全体を示す側面図、第4図は画像処理装置の動作を説
明するためのフローチャート、第5図は画像強調処理に
おけるフィルタリングに適用する重み付け関数の説明
図、第6図は本発明の第2実施例の画像処理装置の動作
を説明するためのフローチャートを示す。 1……電子内視鏡、16……固体撮像素子 104……画像処理装置、M1……座標変換行列 M2……RGB画像による行列 M3……座標軸変換により生成された軸、軸及び軸
による行列 M4……座標変換行列M1の逆行列 M5……強調処理後のデータ行列 M6……強調処理後のRGB画像による行列 w(t)……重み付け関数
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−38430(JP,A) 特開 昭62−266028(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 1/00 - 1/32

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】撮像手段で撮像した内視鏡画像を複数の色
    信号に分解して記憶する記憶手段と、 前記記憶手段に記憶された複数の色信号各々を2次元離
    散的フーリエ変換する2次元離散的フーリエ変換手段
    と、 前記2次元離散的フーリエ変換手段で2次元離散的フー
    リエ変換された前記複数の色信号に対して、該複数の色
    信号の空間周波数平面上における中心位置から所定距離
    離れた点を最高点とする重み付け関数で重み付け処理す
    るフィルタリング手段と、 前記フィルタリング手段で重み付け処理された前記複数
    の色信号各々を2次元離散的フーリエ逆変換する2次元
    離散的フーリエ逆変換手段と、 前記2次元離散的フーリエ逆変換手段で2次元離散的フ
    ーリエ逆変換された前記複数の色信号に基づき、前記内
    視鏡画像を再生する内視鏡画像表示手段と、 を具備したことを特徴とする内視鏡画像処理装置。
  2. 【請求項2】撮像手段で撮像した内視鏡画像を複数の色
    信号に分解して記憶手段に記憶する記憶工程と、 前記記憶手段に記憶された複数の色信号各々を2次元離
    散的フーリエ変換する2次元離散的フーリエ変換工程
    と、 前記2次元離散的フーリエ変換工程で2次元離散的フー
    リエ変換された前記複数の色信号に対して、該複数の色
    信号の空間周波数平面上における中心位置から所定距離
    離れた点を最高点とする重み付け関数で重み付け処理す
    るフィルタリング工程と、 前記フィルタリング工程で重み付け処理された前記複数
    の色信号各々を2次元離散的フーリエ逆変換する2次元
    離散的フーリエ逆変換工程と、 前記2次元離散的フーリエ逆変換工程で2次元離散的フ
    ーリエ逆変換された前記複数の色信号に基づき、前記内
    視鏡画像を再生する内視鏡画像表示工程と、 を具備したことを特徴とする内視鏡画像処理方法。
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