JP3081618B2 - 内視鏡の暗部領域の検出方法 - Google Patents
内視鏡の暗部領域の検出方法Info
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- JP3081618B2 JP3081618B2 JP02024964A JP2496490A JP3081618B2 JP 3081618 B2 JP3081618 B2 JP 3081618B2 JP 02024964 A JP02024964 A JP 02024964A JP 2496490 A JP2496490 A JP 2496490A JP 3081618 B2 JP3081618 B2 JP 3081618B2
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
- A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
- A61B1/042—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances characterised by a proximal camera, e.g. a CCD camera
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- G—PHYSICS
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- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
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- G01S3/786—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system the desired condition being maintained automatically
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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、内視鏡の暗部領域の検出方法に係り、特に
大腸検査分野における内視鏡の自動挿入に適した内視鏡
の暗部領域の検出方法に関する。
大腸検査分野における内視鏡の自動挿入に適した内視鏡
の暗部領域の検出方法に関する。
［従来の技術と発明が解決しようとする課題］ 近年、体腔内に細長の挿入部を挿入することにより、
体腔内臓器等を観察したり、必要に応じチャンネル内に
挿通した処置具を用いて各種治療処置のできる内視鏡が
広く利用されている。
体腔内臓器等を観察したり、必要に応じチャンネル内に
挿通した処置具を用いて各種治療処置のできる内視鏡が
広く利用されている。
ところで、従来の内視鏡検査では、医師が内視鏡像を
観察することにより、内視鏡（挿入部）の進行方向を判
断して、内視鏡を挿入していた。
観察することにより、内視鏡（挿入部）の進行方向を判
断して、内視鏡を挿入していた。
しかしながら、大腸検査における内視鏡の挿入には、
高度な技術と熟練を要していた。
高度な技術と熟練を要していた。
そこで、本出願人は、先に提出した特願平１−23450
号において、内視鏡画像における暗い領域を抽出して、
この暗い領域を内視鏡の挿入方向とみなす内視鏡の挿入
方向の検出方法を提案している。この出願に記載された
方法では、まず、前記出願の第９図に示される手順で、
明るさレベル（グレイレベル）に関するクォドツリー
（quadtree）を作成する。これは、原画の全画素がｎ×
ｎで構成されている場合、２×２画素の領域のグレーレ
ベルの平均を求め、n/2×n/2画素の画像を得る作業を、
画素数が１になるまで続けることにより作成される。こ
のように、グレイレベルに関するクォドツリーを作成し
た後、前記出願の第14図に示す手順で、暗い領域の抽出
を行う。すなわち、クォドツリーの上の階層から順に、
求めるグレーレベルに最も近い値のノードを抽出し、次
に、この抽出されたノードの４つの子ノードの中から求
めるグレーレベルに最も近い値のノードを抽出するとい
う作業を行う。そして、抽出されたノードが所定の階層
内で且つそのグレーレベルが求めるグレーレベル範囲内
に入っている場合に、抽出されたノードの４つの子ノー
ドのグレーレベルの差が一定値以内に入っているか否か
を調べ、一定値以内に入っている場合は、そのノードを
求める暗い領域とする。一方、４つの子ノードのグレー
レベルの差が一定値以内に入っていない場合で、且つ、
終結して良い階層の底である場合には、バックトラック
を行う。このバックトラックとは、一段上の階層に戻
り、抽出されたノードと同じ親ノードに属する残りの３
つの子ノードを検査することである。
号において、内視鏡画像における暗い領域を抽出して、
この暗い領域を内視鏡の挿入方向とみなす内視鏡の挿入
方向の検出方法を提案している。この出願に記載された
方法では、まず、前記出願の第９図に示される手順で、
明るさレベル（グレイレベル）に関するクォドツリー
（quadtree）を作成する。これは、原画の全画素がｎ×
ｎで構成されている場合、２×２画素の領域のグレーレ
ベルの平均を求め、n/2×n/2画素の画像を得る作業を、
画素数が１になるまで続けることにより作成される。こ
のように、グレイレベルに関するクォドツリーを作成し
た後、前記出願の第14図に示す手順で、暗い領域の抽出
を行う。すなわち、クォドツリーの上の階層から順に、
求めるグレーレベルに最も近い値のノードを抽出し、次
に、この抽出されたノードの４つの子ノードの中から求
めるグレーレベルに最も近い値のノードを抽出するとい
う作業を行う。そして、抽出されたノードが所定の階層
内で且つそのグレーレベルが求めるグレーレベル範囲内
に入っている場合に、抽出されたノードの４つの子ノー
ドのグレーレベルの差が一定値以内に入っているか否か
を調べ、一定値以内に入っている場合は、そのノードを
求める暗い領域とする。一方、４つの子ノードのグレー
レベルの差が一定値以内に入っていない場合で、且つ、
終結して良い階層の底である場合には、バックトラック
を行う。このバックトラックとは、一段上の階層に戻
り、抽出されたノードと同じ親ノードに属する残りの３
つの子ノードを検査することである。
このように、前記出願に記載された方法では、暗い領
域を抽出する際に、内視鏡のイメージガイドを構成する
光ファイバの折れやノイズ等に起因した暗い領域を挿入
方向と誤って判断することを防止している。
域を抽出する際に、内視鏡のイメージガイドを構成する
光ファイバの折れやノイズ等に起因した暗い領域を挿入
方向と誤って判断することを防止している。
しかしながら、内視鏡画像によっては、前記バックト
ラックを何度か繰り返し処理時間が長くなる場合があ
り、改善の余地があった。
ラックを何度か繰り返し処理時間が長くなる場合があ
り、改善の余地があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、
短い処理時間で、内視鏡画像中の暗部領域を検出するこ
とができる暗部領域検出方法および暗部領域検出装置を
提供することを目的としたものである。
短い処理時間で、内視鏡画像中の暗部領域を検出するこ
とができる暗部領域検出方法および暗部領域検出装置を
提供することを目的としたものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明による内視鏡画像の暗部領域検出方法は、同一
の内視鏡画像に基づき、階層ごとに解像度の異なる複数
のプレーン画像からなる画像系列を作成する画像系列作
成手順と、前記複数のプレーン画像において、該プレー
ン画像各々の平均の明るさレベルを演算する平均グレイ
レベル演算手順と、前記複数のプレーン画像において、
該プレーン画像各々の明るさレベルの分散値を演算する
分散値演算手順と、前記平均グレイレベル演算手順で演
算された各々の平均グレイレベル、および前記分散値演
算手順で演算された各々の分散値に基づき、前記内視鏡
画像中の暗部領域に相当する前記プレーン画像を特定す
る暗部領域特定手順とを具備したことを特徴とする。
の内視鏡画像に基づき、階層ごとに解像度の異なる複数
のプレーン画像からなる画像系列を作成する画像系列作
成手順と、前記複数のプレーン画像において、該プレー
ン画像各々の平均の明るさレベルを演算する平均グレイ
レベル演算手順と、前記複数のプレーン画像において、
該プレーン画像各々の明るさレベルの分散値を演算する
分散値演算手順と、前記平均グレイレベル演算手順で演
算された各々の平均グレイレベル、および前記分散値演
算手順で演算された各々の分散値に基づき、前記内視鏡
画像中の暗部領域に相当する前記プレーン画像を特定す
る暗部領域特定手順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の暗部領域検出装置
は、同一の内視鏡画像に基づき、階層ごとに解像度の異
なる複数のプレーン画像からなる画像系列を作成する画
像系列作成手段と、前記複数のプレーン画像において、
該プレーン画像各々の平均の明るさレベルを演算する平
均グレイレベル演算手段と、前記複数のプレーン画像に
おいて、該プレーン画像各々の明るさレベルの分散値を
演算する分散値演算手段と、前記平均グレイレベル演算
手段で演算された各々の平均グレイレベル、および前記
分散値演算手段で演算された各々の分散値に基づき、前
記内視鏡画像中の暗部領域に相当する前記プレーン画像
を特定する暗部領域特定手段とを具備したことを特徴と
する。
は、同一の内視鏡画像に基づき、階層ごとに解像度の異
なる複数のプレーン画像からなる画像系列を作成する画
像系列作成手段と、前記複数のプレーン画像において、
該プレーン画像各々の平均の明るさレベルを演算する平
均グレイレベル演算手段と、前記複数のプレーン画像に
おいて、該プレーン画像各々の明るさレベルの分散値を
演算する分散値演算手段と、前記平均グレイレベル演算
手段で演算された各々の平均グレイレベル、および前記
分散値演算手段で演算された各々の分散値に基づき、前
記内視鏡画像中の暗部領域に相当する前記プレーン画像
を特定する暗部領域特定手段とを具備したことを特徴と
する。
［作用］ 本発明の暗部領域検出方法では、同一の内視鏡画像に
基づき、階層ごとに解像度の異なる複数のプレーン画像
からなる画像系列を作成し、次いで前記複数のプレーン
画像において、該プレーン画像各々の平均の明るさレベ
ルを演算すると共に、前記複数のプレーン画像におい
て、該プレーン画像各々の明るさレベルの分散値を演算
する。そして、前記平均グレイレベル演算手順で演算さ
れた各々の平均グレイレベル、および前記分散値演算手
順で演算された各々の分散値に基づき、前記内視鏡画像
中の暗部領域に相当する前記プレーン画像を特定する。
基づき、階層ごとに解像度の異なる複数のプレーン画像
からなる画像系列を作成し、次いで前記複数のプレーン
画像において、該プレーン画像各々の平均の明るさレベ
ルを演算すると共に、前記複数のプレーン画像におい
て、該プレーン画像各々の明るさレベルの分散値を演算
する。そして、前記平均グレイレベル演算手順で演算さ
れた各々の平均グレイレベル、および前記分散値演算手
順で演算された各々の分散値に基づき、前記内視鏡画像
中の暗部領域に相当する前記プレーン画像を特定する。
また、本発明の暗部領域検出装置では、同一の内視鏡
画像に基づき、階層ごとに解像度の異なる複数のプレー
ン画像からなる画像系列を画像系列作成手段で作成し、
そして、前記複数のプレーン画像において、該プレーン
画像各々の平均の明るさレベルを平均グレイレベル演算
手段で演算すると共に、前記複数のプレーン画像におい
て、該プレーン画像各々の明るさレベルの分散値を分散
値演算手段で演算する。そして、前記平均グレイレベル
演算手段で演算された各々の平均グレイレベル、および
前記分散値演算手段で演算された各々の分散値に基づ
き、前記内視鏡画像中の暗部領域に相当する前記プレー
ン画像を暗部領域特定手段で特定する。
画像に基づき、階層ごとに解像度の異なる複数のプレー
ン画像からなる画像系列を画像系列作成手段で作成し、
そして、前記複数のプレーン画像において、該プレーン
画像各々の平均の明るさレベルを平均グレイレベル演算
手段で演算すると共に、前記複数のプレーン画像におい
て、該プレーン画像各々の明るさレベルの分散値を分散
値演算手段で演算する。そして、前記平均グレイレベル
演算手段で演算された各々の平均グレイレベル、および
前記分散値演算手段で演算された各々の分散値に基づ
き、前記内視鏡画像中の暗部領域に相当する前記プレー
ン画像を暗部領域特定手段で特定する。
［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14図は本発明の一実施例に係り、第１
図は大腸への内視鏡の挿入を示す説明図、第２図は内視
鏡挿入部の先端部を示す斜視図、第３図は大腸の屈曲部
分への内視鏡の挿入を示す説明図、第４図は第３図の状
態における内視鏡像を示す説明図、第５図は大腸の直線
部分への内視鏡の挿入を示す説明図、第６図は第５図の
状態における内視鏡像を示す説明図、第７図はファイバ
スコープと外付けテレビカメラを用いた内視鏡装置の例
を示す説明図、第８図はビデオスコープを用いた内視鏡
装置の例を示す説明図、第９図は本実施例の方法を示す
フローチャート、第10図は内視鏡画像のグレイレベルに
関する代表的なヒストグラム、第11図はクォドツリーに
基づくピラミッドを示す説明図、第12図はステップ２の
作業（２−ａ）を示すフローチャート、第13図はステッ
プ２の作業（２−ｂ）を示すフローチャート、第14図は
ｕ−リンクの説明図である。
図は大腸への内視鏡の挿入を示す説明図、第２図は内視
鏡挿入部の先端部を示す斜視図、第３図は大腸の屈曲部
分への内視鏡の挿入を示す説明図、第４図は第３図の状
態における内視鏡像を示す説明図、第５図は大腸の直線
部分への内視鏡の挿入を示す説明図、第６図は第５図の
状態における内視鏡像を示す説明図、第７図はファイバ
スコープと外付けテレビカメラを用いた内視鏡装置の例
を示す説明図、第８図はビデオスコープを用いた内視鏡
装置の例を示す説明図、第９図は本実施例の方法を示す
フローチャート、第10図は内視鏡画像のグレイレベルに
関する代表的なヒストグラム、第11図はクォドツリーに
基づくピラミッドを示す説明図、第12図はステップ２の
作業（２−ａ）を示すフローチャート、第13図はステッ
プ２の作業（２−ｂ）を示すフローチャート、第14図は
ｕ−リンクの説明図である。
まず、第１図ないし第６図を参照して、本発明の概要
を説明する。
を説明する。
第１図に示すように、内視鏡（ファイバスコープ）１
は、細長で可撓性を有する挿入部２を備え、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からは、側方に、可撓性を有するユニバーサルコー
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。このコネクタ５は、
光源装置６に接続されるようになっている。また、前記
操作部３の後端部には、接眼部８が設けられている。
は、細長で可撓性を有する挿入部２を備え、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からは、側方に、可撓性を有するユニバーサルコー
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。このコネクタ５は、
光源装置６に接続されるようになっている。また、前記
操作部３の後端部には、接眼部８が設けられている。
第２図に示すように、前記挿入部２の先端側には、硬
性の先端部11及びこの先端部11に隣接する後方側に湾曲
可能な湾曲部12が順次設けられている。また、前記操作
部３には、図示しない湾曲操作ノブが設けられ、この湾
曲操作ノブを回動操作することによって、前記湾曲部12
を上下／左右方向に湾曲できるようになっている。
性の先端部11及びこの先端部11に隣接する後方側に湾曲
可能な湾曲部12が順次設けられている。また、前記操作
部３には、図示しない湾曲操作ノブが設けられ、この湾
曲操作ノブを回動操作することによって、前記湾曲部12
を上下／左右方向に湾曲できるようになっている。
前記先端部11には、照明光学系の照明レンズ15と観察
光学系の対物レンズ16とが、略同一方向に向けられて配
設されている。前記照明レンズ15の後端側には、例えば
ファイババンドルからなる図示しないライトガイドが連
設されている。このライトガイドは、前記挿入部2,操作
部３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。そして、このコネクタ５を
前記光源装置６に接続すると、この光源装置６内のラン
プ6aから出射された照明光が、前記ライトガイドの入射
端に入射するようになっている。この照明光は、前記ラ
イトガイドによって、先端部11に導かれ先端面から出射
され、前記照明レンズ15を通して被写体に照射されるよ
うになっている。尚、第２図中、符号17は、照明光の照
明範囲を示している。
光学系の対物レンズ16とが、略同一方向に向けられて配
設されている。前記照明レンズ15の後端側には、例えば
ファイババンドルからなる図示しないライトガイドが連
設されている。このライトガイドは、前記挿入部2,操作
部３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。そして、このコネクタ５を
前記光源装置６に接続すると、この光源装置６内のラン
プ6aから出射された照明光が、前記ライトガイドの入射
端に入射するようになっている。この照明光は、前記ラ
イトガイドによって、先端部11に導かれ先端面から出射
され、前記照明レンズ15を通して被写体に照射されるよ
うになっている。尚、第２図中、符号17は、照明光の照
明範囲を示している。
一方、前記対物レンズ16の結像位置には、例えばファ
イババンドルからなる図示しないイメージガイドの先端
面が配置されている。このイメージガイドは、前記挿入
部２内に挿通されて、前記接眼部８まで延設されてい
る。そして、前記対物レンズ16によって結像された被写
体像は、前記イメージガイドによって、前記接眼部８に
導かれ、この接眼部８から図示しない接眼レンズを介し
て観察されるようになっている。尚、第２図中、符号18
は、観察光学系の視野範囲を示している。
イババンドルからなる図示しないイメージガイドの先端
面が配置されている。このイメージガイドは、前記挿入
部２内に挿通されて、前記接眼部８まで延設されてい
る。そして、前記対物レンズ16によって結像された被写
体像は、前記イメージガイドによって、前記接眼部８に
導かれ、この接眼部８から図示しない接眼レンズを介し
て観察されるようになっている。尚、第２図中、符号18
は、観察光学系の視野範囲を示している。
ところで、内視鏡１の照明光学系と観察光学系とは、
第２図に示すように、近接して存在し、且つ略同一方向
を向いていることから、内視鏡像の暗いところが遠いと
ころであるということが言える。従って、第１図に示す
ように、大腸20等の管腔へ、内視鏡１（の挿入部２）を
挿入する場合、得られた内視鏡像の最も暗い方向に、内
視鏡１を挿入すれば良い。このことを、第３図ないし第
６図を参照して説明する。尚、第４図及び第６図は、明
るさの等しい部分を線で結んで示したものであり、符号
21,22,23で示す領域は、この順に暗い部分を示してい
る。
第２図に示すように、近接して存在し、且つ略同一方向
を向いていることから、内視鏡像の暗いところが遠いと
ころであるということが言える。従って、第１図に示す
ように、大腸20等の管腔へ、内視鏡１（の挿入部２）を
挿入する場合、得られた内視鏡像の最も暗い方向に、内
視鏡１を挿入すれば良い。このことを、第３図ないし第
６図を参照して説明する。尚、第４図及び第６図は、明
るさの等しい部分を線で結んで示したものであり、符号
21,22,23で示す領域は、この順に暗い部分を示してい
る。
第３図は、内視鏡１の挿入部２を、大腸20の上方に屈
曲した部分へ挿入する場合を示している。この場合、第
４図に示すように、内視鏡像において暗い部分は、上方
に偏って存在する。従って、この場合には、内視鏡１の
先端部11を、上方向に湾曲させ、上方向に挿入部２を挿
入して行けば良い。
曲した部分へ挿入する場合を示している。この場合、第
４図に示すように、内視鏡像において暗い部分は、上方
に偏って存在する。従って、この場合には、内視鏡１の
先端部11を、上方向に湾曲させ、上方向に挿入部２を挿
入して行けば良い。
また、第５図は、内視鏡１の挿入部２を、大腸20の直
線状の部分へ挿入する場合を示している。この場合、第
６図に示すように、内視鏡像において暗い部分は、中央
に存在する。従って、この場合には、内視鏡１の挿入部
２を、まっすぐそのまま挿入して行けば良い。
線状の部分へ挿入する場合を示している。この場合、第
６図に示すように、内視鏡像において暗い部分は、中央
に存在する。従って、この場合には、内視鏡１の挿入部
２を、まっすぐそのまま挿入して行けば良い。
このように、本発明は内視鏡像の暗い領域を抽出する
ことによって、内視鏡の挿入方向を検出するものであ
り、更に、内視鏡像の暗い領域を正確に抽出する方法で
ある。
ことによって、内視鏡の挿入方向を検出するものであ
り、更に、内視鏡像の暗い領域を正確に抽出する方法で
ある。
次に、第７図ないし第14図を参照して、本発明の一実
施例を説明する。
施例を説明する。
本実施例の内視鏡の挿入方向の検出方法は、例えば、
第７図または第８図に示す内視鏡装置に適用される。
第７図または第８図に示す内視鏡装置に適用される。
第７図に示す内視鏡装置は、光源装置６によって照明
光が供給されるファイバスコープ１と、このファイバス
コープ１の接眼部８に取付けられた外付けテレビカメラ
30とを備えている。前記ファイバスコープ１の構成は、
第１図に示すものと同様であり、説明を省略する。前記
外付けテレビカメラ30は、例えば、前記接眼部８からの
光を結像する図示しない結像レンズと、この結像レンズ
の結像位置に配設された図示しない固体撮像素子を備え
ている。また、この外付けテレビカメラ30は、前記固体
撮像素子を駆動すると共に、この固体撮像素子の出力信
号を映像信号処理する信号処理装置31に接続されるよう
になっている。前記信号処理装置31から出力される映像
信号は、モニタ32に入力されると共に、A/D変換器33に
よってデジタル量に変換された後、電子計算機35に入力
され、この電子計算機35内の図示しないメモリ内に取り
込まれるようになっている。そして、前記モニタ32に、
内視鏡像が表示されると共に、前記電子計算機35によっ
て、本実施例における内視鏡の挿入方向の検出方法が実
行される。
光が供給されるファイバスコープ１と、このファイバス
コープ１の接眼部８に取付けられた外付けテレビカメラ
30とを備えている。前記ファイバスコープ１の構成は、
第１図に示すものと同様であり、説明を省略する。前記
外付けテレビカメラ30は、例えば、前記接眼部８からの
光を結像する図示しない結像レンズと、この結像レンズ
の結像位置に配設された図示しない固体撮像素子を備え
ている。また、この外付けテレビカメラ30は、前記固体
撮像素子を駆動すると共に、この固体撮像素子の出力信
号を映像信号処理する信号処理装置31に接続されるよう
になっている。前記信号処理装置31から出力される映像
信号は、モニタ32に入力されると共に、A/D変換器33に
よってデジタル量に変換された後、電子計算機35に入力
され、この電子計算機35内の図示しないメモリ内に取り
込まれるようになっている。そして、前記モニタ32に、
内視鏡像が表示されると共に、前記電子計算機35によっ
て、本実施例における内視鏡の挿入方向の検出方法が実
行される。
また、第８図に示す内視鏡装置は、ファイバスコープ
１及び外付けテレビカメラ30の代わりに、ビデオスコー
プ41を備えている。このビデオスコープ41は、前記ファ
イバスコープ１と同様に、細長で可撓性の挿入部２と、
この挿入部２の後端に連設された操作部３とを備えてい
る。前記操作部３からは、側方に、可撓性を有するユニ
バーサルコード42が延設され、このユニバーサルコード
42の先端部に、コネクタ43が設けられている。このコネ
クタ43は、光源装置６と映像信号処理回路46とを内蔵し
た制御装置45に接続されるようになっている。前記ビデ
オスコープ41の挿入部２の先端部では、対物レンズの結
像位置に、図示しない固体撮像素子が配設されている。
この固体撮像素子は、前記挿入部2,操作部３及びユニバ
ーサルコード42内に挿通された信号線、及び前記コネク
タ43を介して、前記制御装置45内の映像信号処理回路46
に接続されるようになっている。尚、前記ビデオスコー
プ41の照明光学系は、ファイバスコープ１と同様であ
り、ライトガイドの入射端には、前記制御装置45内の光
源装置６のランプ6aから出射された照明光が入射される
ようになっている。前記固体撮像素子は、前記映像信号
処理回路46によって駆動されると共に、この固体撮像素
子の出力信号は、前記映像信号処理回路46で信号処理さ
れるようになっている。この映像信号処理回路46から出
力される映像信号は、ファイバスコープ１を用いた内視
鏡装置の場合と応用に、モニタ32に入力されると共に、
A/D変換器33によってデジタル量に変換された後、電子
計算機35に入力され、この電子計算機35内の図示しない
メモリ内に取り込まれるようになっている。そして、前
記モニタ32に、内視鏡像が表示されると共に、前記電子
計算機35によって、本実施例における内視鏡の挿入方向
の検出方法実行される。
１及び外付けテレビカメラ30の代わりに、ビデオスコー
プ41を備えている。このビデオスコープ41は、前記ファ
イバスコープ１と同様に、細長で可撓性の挿入部２と、
この挿入部２の後端に連設された操作部３とを備えてい
る。前記操作部３からは、側方に、可撓性を有するユニ
バーサルコード42が延設され、このユニバーサルコード
42の先端部に、コネクタ43が設けられている。このコネ
クタ43は、光源装置６と映像信号処理回路46とを内蔵し
た制御装置45に接続されるようになっている。前記ビデ
オスコープ41の挿入部２の先端部では、対物レンズの結
像位置に、図示しない固体撮像素子が配設されている。
この固体撮像素子は、前記挿入部2,操作部３及びユニバ
ーサルコード42内に挿通された信号線、及び前記コネク
タ43を介して、前記制御装置45内の映像信号処理回路46
に接続されるようになっている。尚、前記ビデオスコー
プ41の照明光学系は、ファイバスコープ１と同様であ
り、ライトガイドの入射端には、前記制御装置45内の光
源装置６のランプ6aから出射された照明光が入射される
ようになっている。前記固体撮像素子は、前記映像信号
処理回路46によって駆動されると共に、この固体撮像素
子の出力信号は、前記映像信号処理回路46で信号処理さ
れるようになっている。この映像信号処理回路46から出
力される映像信号は、ファイバスコープ１を用いた内視
鏡装置の場合と応用に、モニタ32に入力されると共に、
A/D変換器33によってデジタル量に変換された後、電子
計算機35に入力され、この電子計算機35内の図示しない
メモリ内に取り込まれるようになっている。そして、前
記モニタ32に、内視鏡像が表示されると共に、前記電子
計算機35によって、本実施例における内視鏡の挿入方向
の検出方法実行される。
次に、本実施例の内視鏡の挿入方向の検出方法につい
て説明する。
て説明する。
本実施例の内視鏡の挿入方向の検出方法は、第９図に
示すように、電子計算機35に取り込まれた内視鏡画像か
ら、求める領域のグレイレベル（gray level;明るさレ
ベル）を推定するステップ１と、前記ステップ１で求め
たグレイレベルを用いて、内視鏡の挿入方向となる核
（seed）領域を検出するステップ２と、前記ステップ２
で検出された核領域の隣接部分を核領域に併合するステ
ップ３とを備えている。
示すように、電子計算機35に取り込まれた内視鏡画像か
ら、求める領域のグレイレベル（gray level;明るさレ
ベル）を推定するステップ１と、前記ステップ１で求め
たグレイレベルを用いて、内視鏡の挿入方向となる核
（seed）領域を検出するステップ２と、前記ステップ２
で検出された核領域の隣接部分を核領域に併合するステ
ップ３とを備えている。
前記ステップ１を第10図を参照して説明する。
内視鏡画像についてグレイレベルに関するヒストグラ
ムを作成すると、多くの内視鏡画像で第10図に示すよう
な分布を示し、このヒストグラム上のファーストピーク
（first peak）、すなわち暗い方から見て最初のピー
クが、内視鏡を挿入すべき暗い領域に対応することが分
った。尚、第10図に示す例では、グレイレベルの階調は
256としている。そこで、ステップ１では、求める領域
のグレイレベルを推定するために、グレイレベルに関す
るヒストグラムを作成し、ファーストピークのグレイレ
ベルを求める。そして、求めたグレイレベルがgp1であ
れば、グレイレベルの階調が256の場合、求める領域の
グレイレベルをgp1±５と設定する。尚、このように求
める領域のグレイレベルに±５程度の幅をもたせるのが
良いが、幅は±５に限定されるものではない。
ムを作成すると、多くの内視鏡画像で第10図に示すよう
な分布を示し、このヒストグラム上のファーストピーク
（first peak）、すなわち暗い方から見て最初のピー
クが、内視鏡を挿入すべき暗い領域に対応することが分
った。尚、第10図に示す例では、グレイレベルの階調は
256としている。そこで、ステップ１では、求める領域
のグレイレベルを推定するために、グレイレベルに関す
るヒストグラムを作成し、ファーストピークのグレイレ
ベルを求める。そして、求めたグレイレベルがgp1であ
れば、グレイレベルの階調が256の場合、求める領域の
グレイレベルをgp1±５と設定する。尚、このように求
める領域のグレイレベルに±５程度の幅をもたせるのが
良いが、幅は±５に限定されるものではない。
次に、第11図ないし第14図を参照して、ステップ２に
ついて説明する。
ついて説明する。
ステップ２は、大きく分けると、次の２つの作業から
なる。
なる。
作業（２−ａ）…クォドツリーに基づく画像のピラミ
ッドを作成し、各ノードの分散と平均グレイレベルを求
める。
ッドを作成し、各ノードの分散と平均グレイレベルを求
める。
作業（２−ｂ）…ｕ−リンクを用いて核領域を抽出す
る。
る。
尚、作業（２−ａ）と（２−ｂ）は、ピラミッドを構
築していく作業の中で並行して行われる。
築していく作業の中で並行して行われる。
まず、第11図及び第12図を参照して、作業（２−ａ）
について説明する。
について説明する。
画像のピラミッドとは、画像の解像度を次々と減少さ
せて得られる画像の系列であり、クォドツリーに基づく
画像のピラミッドでは、ある階層の４つの子ノードに、
その階層の１つ上の階層の１つの親ノードが対応する。
せて得られる画像の系列であり、クォドツリーに基づく
画像のピラミッドでは、ある階層の４つの子ノードに、
その階層の１つ上の階層の１つの親ノードが対応する。
クォドツリーに基づくピラミッドは、原画像のピクセ
ルレベルから始めて、次々と1/2の解像度の画像を作成
していくことで構築される。
ルレベルから始めて、次々と1/2の解像度の画像を作成
していくことで構築される。
例えば、第11図に示すように原画像が2N×2Nピクセル
の場合、まず、第12図のステップS1で、２×２ピクセル
の領域を１つのノードとする2N-1×2N-1個のノードから
なるプレーンを作成する。
の場合、まず、第12図のステップS1で、２×２ピクセル
の領域を１つのノードとする2N-1×2N-1個のノードから
なるプレーンを作成する。
次に、ステップS2で、ノードの数が１つか否かを判断
し、NOの場合は、前記ステップS1へ戻り、前記プレーン
における２×２個のノードを１つのノードとする2N-2×
2N-2個のノードからなるプレーンを作成する。YESの場
合は、終了する。すなわち、前記ステップS1の作業を、
ノードの数が１つになるまで続ける。
し、NOの場合は、前記ステップS1へ戻り、前記プレーン
における２×２個のノードを１つのノードとする2N-2×
2N-2個のノードからなるプレーンを作成する。YESの場
合は、終了する。すなわち、前記ステップS1の作業を、
ノードの数が１つになるまで続ける。
第11図に示すように、原画像が2N×2Nピクセルの場
合、クォドツリーに基づくピラミッドは、（Ｎ＋１）個
のプレーンで構成され、ノード数が2n×2nのプレーンの
レベルＬは、次式で与えられる。
合、クォドツリーに基づくピラミッドは、（Ｎ＋１）個
のプレーンで構成され、ノード数が2n×2nのプレーンの
レベルＬは、次式で与えられる。
Ｌ＝Ｎ−ｎ 本実施例では、第12図のステップS1に示すように、ピ
ラミッドを作成する際に、４つの子ノードの平均グレイ
レベルとグレイレベルの分散とを用いて、親ノードの平
均グレイレベルとグレイレベルの分散を計算する。
ラミッドを作成する際に、４つの子ノードの平均グレイ
レベルとグレイレベルの分散とを用いて、親ノードの平
均グレイレベルとグレイレベルの分散を計算する。
ここで、レベルｋにおける４つのノードの分散をvk1,
vk2,vk3,vk4とし、平均グレイレベルをμk1,μk2,μk3,
μk4とすると、前記４つのノードを子として持つ親ノー
ドの分散vk+1は、次式で与えられる。
vk2,vk3,vk4とし、平均グレイレベルをμk1,μk2,μk3,
μk4とすると、前記４つのノードを子として持つ親ノー
ドの分散vk+1は、次式で与えられる。
vk+1＝1/4［vk1＋vk2＋vk3＋vk4 ＋μk1 2＋μk2 2＋μk3 2＋μk4 2］ −［1/4（μk1＋μk2＋μk3＋μk4）］２ …（１） 同様に、平均グレイレベルは、次式で与えられる。
μk+1＝1/4［μk1＋μk2＋μk3＋μk4］ …（２） 従って（１）式は、次のようにも表現することができ
る。
る。
vk+1＝1/4［vk1＋vk2＋vk3＋vk4 ＋μk1 2＋μk2 2＋μk3 2＋μk4 2］ −μk+1 2 …（３） すなわち、レベル（ｋ＋１）のノードの分散vk+1と平
均グレイレベルμk+1は、そのノードが持つ４つの子ノ
ード分散vk1,vk2,vk3,vk4と平均グレイレベルμk1,
μk2,μk3,μk4から計算することができる。
均グレイレベルμk+1は、そのノードが持つ４つの子ノ
ード分散vk1,vk2,vk3,vk4と平均グレイレベルμk1,
μk2,μk3,μk4から計算することができる。
尚、レベルＯの場合の分散はＯであり、平均グレイレ
ベルは各ピクセルのグレイレベルそのものである。
ベルは各ピクセルのグレイレベルそのものである。
以上のように、作業（２−ａ）では、ボトムレベル
（レベルＬ＝Ｏ）から始めてルート（root）レベル（レ
ベルＬ＝Ｎ）に至るまで、クォドツリーに基づくピラミ
ッドを作成し、各ノードの分散と平均グレイレベルを計
算していく。
（レベルＬ＝Ｏ）から始めてルート（root）レベル（レ
ベルＬ＝Ｎ）に至るまで、クォドツリーに基づくピラミ
ッドを作成し、各ノードの分散と平均グレイレベルを計
算していく。
次に、第13図及び第14図を参照して、作業（２−ｂ）
について説明する。
について説明する。
ここでは、前記作業（２−ａ）の過程の中で、各ノー
ドの平均グレイレベルはステップ１で設定したレンジの
中に入っているか、また、分散は予め設定したしきい値
Vmax以下かを検査し、暗く且つむらのない領域を検出す
る。
ドの平均グレイレベルはステップ１で設定したレンジの
中に入っているか、また、分散は予め設定したしきい値
Vmax以下かを検査し、暗く且つむらのない領域を検出す
る。
本実施例では、前記暗く且つむらのない領域の核を示
すために、核ノードの属する特別な指針であるｕ−リン
クを導入する。このｕ−リンクは、以下のルールで設定
する。
すために、核ノードの属する特別な指針であるｕ−リン
クを導入する。このｕ−リンクは、以下のルールで設定
する。
ルール１…もし、あるノードの平均グレイレベルと分
散が上記条件を満たす場合は、自分自身のノードを指す
形でｕ−リンクを設定する。そして、そのノードを核領
域とする。
散が上記条件を満たす場合は、自分自身のノードを指す
形でｕ−リンクを設定する。そして、そのノードを核領
域とする。
あるノードの平均グレイレベルと分散が上記条件を満
たさない場合は、次のルール２または３に従う。
たさない場合は、次のルール２または３に従う。
ルール２…そのノードの４つの子ノードを調べ、空間
的に最大の核領域を持っているものを選び、親ノードか
ら上記子ノードに向かってｕ−リンクを設定し、その子
ノードの核領域を親の核領域として扱う。尚、いくつか
の子ノードから提供される核が同じ大きさである場合に
は、分散がより小さく、平均グレイレベルがステップ１
で設定したグレイレベルにより近い核を有する子ノード
を選ぶ。
的に最大の核領域を持っているものを選び、親ノードか
ら上記子ノードに向かってｕ−リンクを設定し、その子
ノードの核領域を親の核領域として扱う。尚、いくつか
の子ノードから提供される核が同じ大きさである場合に
は、分散がより小さく、平均グレイレベルがステップ１
で設定したグレイレベルにより近い核を有する子ノード
を選ぶ。
ルール３…そのノードの４つの子ノードのいずれもサ
ブツリーに全く核領域を持っていない場合はｕ−リンク
は何も示さない（NULLを示す）。
ブツリーに全く核領域を持っていない場合はｕ−リンク
は何も示さない（NULLを示す）。
以上のルールに従って確定されたｕ−リンクの一例
を、第14図に示す。尚、この図において破線がｕ−リン
クを示す。
を、第14図に示す。尚、この図において破線がｕ−リン
クを示す。
この作業（２−ｂ）を第13図のフローチャートを用い
て説明する。
て説明する。
まず、ステップS11で、あるノード（仮にノードＡと
する）の平均グレイレベルはgp1±５に入っていて、分
散はVmax以下か否かを判断する。YESの場合は、ステッ
プS12で、自分自身のノードを指す形でｕ−リンクを設
定して終了する。
する）の平均グレイレベルはgp1±５に入っていて、分
散はVmax以下か否かを判断する。YESの場合は、ステッ
プS12で、自分自身のノードを指す形でｕ−リンクを設
定して終了する。
NOの場合は、ステップS13で、４つの子ノードの全て
のｕ−リンクがNULLに設定されているか否かを判断す
る。YESの場合は、ステップS14で、ｕ−リンクをNULLに
向けて設定して終了する。
のｕ−リンクがNULLに設定されているか否かを判断す
る。YESの場合は、ステップS14で、ｕ−リンクをNULLに
向けて設定して終了する。
NOの場合は、ステップS15で、４つの子ノードのうち
少なくとも１つのノードのｕ−リンクは自分自身を指し
ているか否かを判断する。YESの場合は、ステップS16
で、ｕ−リンクが自分自身を指しているノードは１つか
否かを判断する。YESの場合は、ステップS17で、そのノ
ードに向けてノードＡのｕ−リンクを設定して終了す
る。ステップS16でNOの場合は、ステップS18で、分散が
より小さく、平均グレイレベルがgp1により近い子ノー
ドに向けてノードＡのｕ−リンクを設定して終了する。
少なくとも１つのノードのｕ−リンクは自分自身を指し
ているか否かを判断する。YESの場合は、ステップS16
で、ｕ−リンクが自分自身を指しているノードは１つか
否かを判断する。YESの場合は、ステップS17で、そのノ
ードに向けてノードＡのｕ−リンクを設定して終了す
る。ステップS16でNOの場合は、ステップS18で、分散が
より小さく、平均グレイレベルがgp1により近い子ノー
ドに向けてノードＡのｕ−リンクを設定して終了する。
前記ステップS15でNOの場合は、ステップS19で、最大
の核領域を持つサブツリーのノードに向けてｕ−リンク
を設定して終了する。
の核領域を持つサブツリーのノードに向けてｕ−リンク
を設定して終了する。
この作業（２−ｂ）は、既に述べたように、作業（２
−ａ）のピラミッド構築と並行して行われる。従って、
ピラミッドが完成されたとき、ピラミッドのルートノー
ドのｕ−リンクは、全体画像の中で、空間的に最大の、
最も均一であり且つステップ１で推定したグレイレベル
に近い正方形領域をポイントすることになる。すなわ
ち、ルートノードのｕ−リンクがポイントしているノー
ドの領域が、求めようとしている内視鏡の挿入方向とい
うことになる。
−ａ）のピラミッド構築と並行して行われる。従って、
ピラミッドが完成されたとき、ピラミッドのルートノー
ドのｕ−リンクは、全体画像の中で、空間的に最大の、
最も均一であり且つステップ１で推定したグレイレベル
に近い正方形領域をポイントすることになる。すなわ
ち、ルートノードのｕ−リンクがポイントしているノー
ドの領域が、求めようとしている内視鏡の挿入方向とい
うことになる。
次に、ステップ３について説明する。
ステップ２で終了しても良いが、より精度が要求され
る場合は、ステップ２で求めた核領域の隣接部分を核領
域に併合していく。この場合、下記の条件を満たすとき
に、隣接部分を併合する。
る場合は、ステップ２で求めた核領域の隣接部分を核領
域に併合していく。この場合、下記の条件を満たすとき
に、隣接部分を併合する。
条件１…平均グレイレベルが、ステップ１で推定した
グレイレベル範囲内である。
グレイレベル範囲内である。
条件２…分散が予め設定した値以下である。
尚、上記併合は、ステップ２で求めた核領域よりも、
ピラミッドにおいてより低いプレーンのノードを使え
ば、より正確な領域抽出が可能となる。
ピラミッドにおいてより低いプレーンのノードを使え
ば、より正確な領域抽出が可能となる。
このように本実施例によれば、明るさと共に分散を検
査しながら暗い領域を抽出するようにしたので、バック
トラックを行うことなく、暗く且つ明るさの均一性があ
る領域を抽出でき、短い処理時間で、内視鏡画像から暗
部領域を正確に抽出し、抽出した暗部領域に基づき内視
鏡の挿入方向を検出することができる。
査しながら暗い領域を抽出するようにしたので、バック
トラックを行うことなく、暗く且つ明るさの均一性があ
る領域を抽出でき、短い処理時間で、内視鏡画像から暗
部領域を正確に抽出し、抽出した暗部領域に基づき内視
鏡の挿入方向を検出することができる。
また、分散を検査することによって、明るさにむらが
ある領域を除いて、正確に内視鏡の挿入方向を検出する
ことができる。
ある領域を除いて、正確に内視鏡の挿入方向を検出する
ことができる。
また、挿入方向を示す領域のグレイレベルの範囲を、
原画像のグレイレベルに関するヒストグラムに基づいて
設定することにより、内視鏡画像に合わせて適切なグレ
イレベルの範囲の設定ができる。
原画像のグレイレベルに関するヒストグラムに基づいて
設定することにより、内視鏡画像に合わせて適切なグレ
イレベルの範囲の設定ができる。
また、分散と平均グレイレベルが設定値以内で、空間
的に最大の領域を抽出するに当り、ｕ−リンクを導入す
ることにより、より処理時間を短縮することができる。
的に最大の領域を抽出するに当り、ｕ−リンクを導入す
ることにより、より処理時間を短縮することができる。
尚、本発明の方法によって検出された内視鏡の挿入方
向に対して、内視鏡操作者が、湾曲操作及び挿入操作に
より内視鏡を挿入しても良いし、検出された挿入方向に
対し、装置によって自動的に先端部を向け、挿入しても
良い。
向に対して、内視鏡操作者が、湾曲操作及び挿入操作に
より内視鏡を挿入しても良いし、検出された挿入方向に
対し、装置によって自動的に先端部を向け、挿入しても
良い。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、明るさと共に分
散を検査しながら暗い領域を抽出するようにしたので、
暗く且つ明るさの均一性がある領域を抽出でき、短い処
理時間で、内視鏡画像から暗部領域を抽出することがで
きるという効果がある。
散を検査しながら暗い領域を抽出するようにしたので、
暗く且つ明るさの均一性がある領域を抽出でき、短い処
理時間で、内視鏡画像から暗部領域を抽出することがで
きるという効果がある。
第１図ないし第14図は本発明の一実施例に係り、第１図
は大腸への内視鏡の挿入を示す説明図、第２図は内視鏡
挿入部の先端部を示す斜視図、第３図は大腸の屈曲部分
への内視鏡の挿入を示す説明図、第４図は第３図の状態
における内視鏡像を示す説明図、第５図は大腸の直線部
分への内視鏡の挿入を示す説明図、第６図は第５図の状
態における内視鏡像を示す説明図、第７図はファイバス
コープと外付けテレビカメラを用いた内視鏡装置の例を
示す説明図、第８図はビデオスコープを用いた内視鏡装
置の例を示す説明図、第９図は本実施例の方法を示すフ
ローチャート、第10図は内視鏡画像のグレイレベルに関
する代表的なヒストグラム、第11図はクォドツリーに基
づくピラミッドを示す説明図、第12図はステップ２の作
業（２−ａ）を示すフローチャート、第13図はステップ
２の作業（２−ｂ）を示すフローチャート、第14図はｕ
−リンクの説明図である。 １……内視鏡、２……挿入部 20……大腸、31……信号処理装置 35……電子計算機
は大腸への内視鏡の挿入を示す説明図、第２図は内視鏡
挿入部の先端部を示す斜視図、第３図は大腸の屈曲部分
への内視鏡の挿入を示す説明図、第４図は第３図の状態
における内視鏡像を示す説明図、第５図は大腸の直線部
分への内視鏡の挿入を示す説明図、第６図は第５図の状
態における内視鏡像を示す説明図、第７図はファイバス
コープと外付けテレビカメラを用いた内視鏡装置の例を
示す説明図、第８図はビデオスコープを用いた内視鏡装
置の例を示す説明図、第９図は本実施例の方法を示すフ
ローチャート、第10図は内視鏡画像のグレイレベルに関
する代表的なヒストグラム、第11図はクォドツリーに基
づくピラミッドを示す説明図、第12図はステップ２の作
業（２−ａ）を示すフローチャート、第13図はステップ
２の作業（２−ｂ）を示すフローチャート、第14図はｕ
−リンクの説明図である。 １……内視鏡、２……挿入部 20……大腸、31……信号処理装置 35……電子計算機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 豊 東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−140134（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−218330（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−85134（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 1/00 - 1/32 G02B 23/24
Claims (2)
- 【請求項１】同一の内視鏡画像に基づき、階層ごとに解
像度の異なる複数のプレーン画像からなる画像系列を作
成する画像系列作成手順と、 前記複数のプレーン画像において、該プレーン画像各々
の平均の明るさレベルを演算する平均グレイレベル演算
手順と、 前記複数のプレーン画像において、該プレーン画像各々
の明るさレベルの分散値を演算する分散値演算手順と、 前記平均グレイレベル演算手順で演算された各々の平均
グレイレベル、および前記分散値演算手順で演算された
各々の分散値に基づき、前記内視鏡画像中の暗部領域に
相当する前記プレーン画像を特定する暗部領域特定手順
と、 を具備したことを特徴とする内視鏡画像の暗部領域検出
方法。 - 【請求項２】同一の内視鏡画像に基づき、階層ごとに解
像度の異なる複数のプレーン画像からなる画像系列を作
成する画像系列作成手段と、 前記複数のプレーン画像において、該プレーン画像各々
の平均の明るさレベルを演算する平均グレイレベル演算
手段と、 前記複数のプレーン画像において、該プレーン画像各々
の明るさレベルの分散値を演算する分散値演算手段と、 前記平均グレイレベル演算手段で演算された各々の平均
グレイレベル、および前記分散値演算手段で演算された
各々の分散値に基づき、前記内視鏡画像中の暗部領域に
相当する前記プレーン画像を特定する暗部領域特定手段
と、 を具備したことを特徴とする内視鏡画像の暗部領域検出
装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8926542.5 | 1989-11-24 | ||
| GB8926542A GB2238440B (en) | 1989-11-24 | 1989-11-24 | Methods of detecting endoscope insertion direction |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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