JP4190221B2

JP4190221B2 - 画像輪郭強調装置

Info

Publication number: JP4190221B2
Application number: JP2002199803A
Authority: JP
Inventors: 努滝沢
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2022-07-09
Also published as: JP2004046329A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば内視鏡によって得られる画像に対して輪郭強調を施す輪郭強調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像処理において、輪郭強調は画面領域全体に対して均等に施されている。すなわち、隣接画素との輝度差が小さい領域では、輪郭強調量が小さく掛けられ、得られる画像データの輝度値も元データに比べあまり増大させられない。一方、隣接画素との輝度差が大きい領域では、輪郭強調量が大きく掛けられ、得られる画像データの輝度値も増大させられる。これにより、領域ごとの輝度差が明確にされ、シャープな画像が得られる。
【０００３】
しかし、輝度差が非常に大きくなると、輪郭強調量もそれに併せて大きく掛けられるので、画像データの輝度値が大きくなりすぎて、その領域にはハレーションなどの擬似信号が発生することがある。
【０００４】
特に内視鏡によって得られる画像データは、その光学特性から暗い領域と明るい領域が混在しており、輝度差が大きい領域が多い。また、内視鏡の被観察体は体液等の液体が付着したものが多く、これらに光が照射された場合、光が過度に反射され、その近傍部分との輝度差が非常に大きくなることがある。したがって、内視鏡によって得られる画像は擬似信号が多く発生するため、不自然な画像になることが多い。また、輝度差が少ない暗い領域においては、ノイズが多く、この領域に輪郭強調が均等に施されると、ノイズが強調され、画質が劣化することがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、輪郭強調による擬似信号の発生を防止して、鮮明で観察しやすい画像を得ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像輪郭強調装置は、画像データを構成する各画素に対して隣接画素との輝度差に応じた輪郭強調を行う輪郭強調手段と、輝度差が予め設定されている基準輝度差となる領域において、輪郭強調における輪郭強調量を最大にする輪郭強調調整手段とを備える。輪郭強調調整手段は輝度差と基準輝度差との差が相対的に大きくなる領域において輪郭強調量を相対的に小さくすることが好ましい。これにより、輝度差が大きくなりすぎる領域において、輪郭強調量が抑制され、擬似信号の発生が防止される。
【０００７】
画像データの輝度値は一定の範囲内で量子化され、基準輝度差は一定の範囲内の略中間値であることが好ましい。好ましくは、輪郭強調手段は、隣接画素との輝度差のうち基準輝度差との差が最も小さい輝度差に応じて輪郭強調を行う。画像データを得るための撮像装置は内視鏡であることが好ましい。
【０００８】
輪郭強調調整手段は、輝度差が基準輝度差よりも小さいと検出される領域においてのみ輪郭強調を行うことが好ましい。また、輪郭強調調整手段は、輝度差が基準輝度差よりも大きいと検出される領域においてのみ輪郭強調を行ってもよい。これにより、必要に応じて、輝度差が大きい領域若しくは、小さい領域にて、輪郭強調を掛けないことが可能である。
【０００９】
本発明に係る画像輪郭強調装置画像は、データに対して輪郭強調を行う輪郭強調手段と、隣接画素との輝度差が予め設定されている基準輝度差よりも小さいと検出される領域においてのみ輪郭強調を行う輪郭強調調整手段を備える。また、本発明に係る画像輪郭強調装置は、画像データに対して輪郭強調を行う輪郭強調手段と、隣接画素との輝度差が予め設定されている基準輝度差よりも大きいと検出される領域においてのみ輪郭強調を行う輪郭強調調整手段とを備える。
【００１０】
また、本発明に係る画像輪郭強調方法は画像データを構成する各画素に対して隣接画素との輝度差に応じた輪郭強調を行う輪郭強調ステップと、輝度差が予め設定されている基準輝度差となる領域において、輪郭強調における輪郭強調量を最大にする輪郭強調調整ステップとを備える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施形態である画像輪郭強調装置を備えた内視鏡システムを示し、内視鏡システムは、内視鏡１０および画像処理装置から成る。内視鏡１０は被写体から画像データを得るための撮像装置であり、画像処理装置は内視鏡１０によって得られた画像データを画像として出力できるように処理するための装置である。
【００１２】
ＣＰＵ１２では、制御情報が生成され、生成された制御情報はマスク生成回路１３、輪郭強調回路１４に送られる。マスク生成回路１３と輪郭強調回路１４は生成された制御情報に基づき制御される。
【００１３】
内視鏡１０によって得られた画像データは映像信号に変換され、映像信号は、加算器１１に送られる。加算器１１では、送られてきた映像信号に、マスク生成回路１３で生成されたマスク情報が加算される。マスク情報が加算された映像信号は輪郭強調回路１４に送られ、輪郭強調が掛けられる。
【００１４】
輪郭強調が掛けられた映像信号は、映像信号処理回路１５に送られ、映像信号処理回路１５でＡ／Ｄ変換されるとともに、ＲＧＢに分離され、それぞれＲメモリ１６ａ、Ｇメモリ１６ｂ、Ｂメモリ１６ｃに格納される。格納されたそれぞれの映像信号はビデオ画像処理回路１７に入力され、Ｄ／Ａ変換された後、出力モニタに画像として出力される。同期信号生成部１８では同期信号が生成される。同期信号は、タイミング回路１９に送られ、映像処理回路１５、ビデオ処理回路１７の動作タイミングの制御と、メモリ１６ａ、１６ｂ、１６ｃに対する書込みおよび読み出し制御に用いられる。
【００１５】
図２は輪郭強調回路１４を示す。輪郭強調回路１４では、画像データを構成する各画素に対して、隣接画素との輝度差に応じた輪郭強調が行なわれる。なお、ここでは、輝度差は８ビット（２５６段階）で量子化され演算が行なわれているが、目的に応じて、分解能を変更してもよい。
【００１６】
入力信号ａは、遅延器２０に送られると共に減算器２１および加算器２２に送られる。遅延器２０では、入力信号ａが１画素遅延させられ、１画素遅延信号ｂが得られる。１画素遅延信号ｂは、遅延器２３に送られると共に、減算器２１、２４、２６および加算器２７に送られる。遅延器２３では、１画素遅延信号ｂが１画素遅延させられ２画素遅延信号ｃが得られ、２画素遅延信号ｃは、加算器２２および減算器２４に送られる。
【００１７】
加算器２２では、入力信号ａと２画素遅延信号ｃが加算された後、係数（１／２）が乗じられ、加算信号ｄ（＝（ａ＋ｃ）／２）が得られる。減算器２６では、１画素遅延信号ｂから加算器２２より送られてきた加算信号ｄが減ぜられ、輪郭強調信号ｅ（＝ｂ−（ａ＋ｃ）／２）が得られる。得られた輪郭強調信号ｅは、乗算器２８に送られる。
【００１８】
減算器２１では、１画素遅延信号ｂから入力信号ａが減ぜられ、その絶対値（｜ｂ−ａ｜）が求められる。減算器２４でも同様に１画素遅延信号ｂから２画素遅延信号ｃが減ぜられ、その絶対値（｜ｂ−ｃ｜）が求められる。減算器２１、２４で求められた絶対値は隣接画素との輝度差としてフィルタ２５に送られる。フィルタ２５では、各画素における隣接画素との輝度差（｜ｂ−ａ｜若しくは｜ｂ−ｃ｜）のうち基準輝度差との差が小さい輝度差が選択される。なお、｜ｂ−ａ｜と｜ｂ−ｃ｜の値が等しくなった場合は、輝度差の値の大きい方が選択される。その選択された値は，フィルタ２９に送られ、フィルタ２９で基準輝度差より大きいか否かが読み取られ、基準輝度差以下であるならば、変換器３０へ、基準輝度差より大きければ変換器３１へと送られる。なお、基準輝度差は輪郭強調が最も必要とされる輝度差に設定される。本実施形態では、基準輝度差は、輝度差が量子化された範囲内の中間値である１２７と予め設定されている。
【００１９】
変換器３０、３１では、フィルタ２５で選択された輝度差が基準輝度差となる領域において輪郭強調量が最大になり、さらに選択された輝度差と基準輝度差との差が相対的に大きくなる領域において輪郭強調量が相対的に小さくなるように輪郭強調係数が設定される。すなわち、変換器３０では、選択された輝度差が大きくなる領域の輪郭強調係数は大きくなるように、変換器３１では、選択された輝度差の値が大きくなる領域の輪郭強調係数は小さくなるように設定されている。また、本実施形態では、選択された輝度差と輪郭強調係数の関係が比例関係となるように設定され、かつ輪郭強調係数の最小値は０で、最大値は１となるように設定されている。
【００２０】
例えば、変換器３０では、選択された輝度差が０となる画素の輪郭強調係数は０に、輝度差が１となる画素の輪郭強調係数は１／１２７に、輝度差が１２６となる画素の輪郭強調係数は１２６／１２７に、輝度差が１２７となる画素の輪郭強調係数は１となるように設定される。一方、変換器３１では、輝度差が１２８となる画素の輪郭強調係数は１に、輝度差が１２９となる画素の輪郭強調係数は１２６／１２７に、輝度差が２５４となる画素の輪郭強調係数は１／１２７に、輝度差が２５５となる画素の輪郭強調係数は０となるように設定される。
【００２１】
変換器３０，３１で求められた輪郭強調係数は、乗算器２８に送られ、乗算器２８では、輪郭強調信号ｅに輪郭強調係数が乗じられ、強調係数乗算信号ｆ（＝ｅ×輪郭強調係数）が求められる。強調係数乗算信号ｆは加算器２７に送られ、加算器２７では、１画素遅延信号ｂに強調係数乗算信号ｆが加算され、出力信号ｇが得られる。
【００２２】
図３から図５に輪郭強調回路１４で得られる信号例を示す。
図３は入力信号ａの各画素の輝度値が０、２５５、２５５、２５５、２５５、０、０であるとき、輪郭強調回路１４で得られる信号例を示す。例えば、各画素の輝度差（｜ｂ−ａ｜、｜ｂ−ｃ｜）は、左から１画素目の輝度差が０、０となり、２画素目が２５５、０となる。この場合において、フィルタ２５（図２参照）では、例えば左から１画素目の２つの輝度差がそれぞれ０であるので、この画素における輝度差は０と選択される。２画素目の輝度差は２５５、０であるので、１２７との差が小さい０が選択される。以下の全ての画素についても同様に輝度差が選択され、本実施例においては、全ての画素における輝度差が０として選択される。
【００２３】
選択された輝度差に応じて変換器３０、３１（図２参照）において各画素の輪郭強調係数が求められる。図３に示す信号では選択された輝度差がすべて０であるので、すべての画素における輪郭強調係数は０となる。
【００２４】
加算器２２（図２参照）では、加算信号ｄが求められ、減算器２６で輪郭強調信号ｅが求められる。輪郭強調信号ｅは乗算器２８に送られ、輪郭強調係数が乗ぜられる。図３の信号例の全ての画素において、輪郭強調係数は０となる。したがって、強調係数乗算信号ｆは、すべての画素の輝度値が０となり、出力信号ｇは１画素遅延信号ｂと同一の信号となる。このようにして、輝度差が最大（２５５）の画素には、輪郭強調が全く掛けられず、擬似信号の発生が防止される。
【００２５】
図４は入力信号の各画素の輝度値が０、１２７、１２７、１２７、１２７、０、０のときの輪郭強調回路１４で得られる信号例を示す。例えば、各画素の輝度差｜ｂ−ａ｜、｜ｂ−ｃ｜は、左から１画素目の輝度差が０、０となり、２画素目が１２７，０となる。フィルタ２５（図２参照）では、例えば、２画素目の輝度差は１２７、０であるので、１２７との差が小さい１２７が選択される。以下の全ての画素についても同様に輝度差が選択され、本実施例においては、左から０、１２７、１２７、０、０、１２７、１２７、０が各画素の輝度差として選択される。
【００２６】
選択された輝度差に応じて変換器３０、３１（図２参照）において各画素の輪郭強調係数が求められる。図４に示す信号では選択された輝度差が０の画素における輪郭強調係数は０となる。一方、選択された輝度差が１２７の画素における輪郭強調係数は１となり、左から輪郭強調係数は０、１、１、０、０、１、１、０となる。減算器２６で得られた輪郭強調信号ｅのそれぞれの画素に、これらの輪郭強調係数が乗算器２８で乗ぜられ、強調係数乗算信号ｆが得られる。すなわち、選択された輝度差が基準輝度差と一致する画素では、輪郭強調信号ｅに輪郭強調係数の最大値である１が乗ぜられ強調係数乗算信号ｆが得られる。輪郭強調係数信号ｆには、一画素遅延信号ｂが加えられ出力信号ｇが得られる。このようにして、輝度差が基準輝度差となる画素においては、輪郭強調が最大に掛けられた出力信号ｇが得られる。
【００２７】
図５は入力信号の各画素の輝度値が０、６３、２５５、２５５、２５５、０、０のときの輪郭強調回路１４で得られる信号例を示す。各画素の輝度差｜ｂ−ａ｜、｜ｂ−ｃ｜は、例えば、左から１画素目の輝度差が０、０となり、２画素目が６３、０となり、３画素目が１９２、６３、４画素目が０、１９２となる。この場合において、各画素の輝度差は、１２７との差が小さい輝度差が選択されるので、それぞれ左から０、６３、６３、１９２、０、２５５、２５５が選択される。変換器３０，３１（図２参照）では、その輝度差に応じて輪郭強調係数が求められる。輪郭強調係数は、左から０、６３／１２７、６３／１２７、６３／１２７、０、０、０となり、その輪郭強調係数に応じた輪郭強調係数信号ｆが得られる。輪郭強調係数信号ｆには、一画素遅延信号ｂが加えられ出力信号ｇが得られる。このようにして、信号が複雑な波形を示した場合でも、基準輝度差との差に応じて輪郭強調量が調整される。
【００２８】
なお、本実施形態において、出力信号ｇは８ビットを超えてしまうこともあるが、その場合、出力信号における分解能が９ビット若しくは１０ビットに変更される。
【００２９】
本発明の第１の実施形態では、輝度差が大きい領域若しくは小さい領域では輪郭強調が抑制されるため、高輝度部や暗部の不自然な輪郭調教が低減できる。また、輪郭強調が必要な領域では輪郭強調が充分に掛けられるため、シャープな画像が得られる。
【００３０】
なお、フィルタ２９は図６に示すような構成にしても良い。すなわち、８ビットに量子化された輝度差がビット列に配列され、基準輝度値と比較される構成である。本実施形態においては、輝度差のデータが０であるならばすべてのビットが０にセットされる。そして、輝度差に応じて各ビットが１若しくは０にセットされていき、輝度差が２５５であるとき、すべてのビットが１にセットされる。輝度差のデータが１２７ならば、Ｄ０からＤ６ビットに１がセットされ、Ｄ７ビットに０がセットされる。輝度差のデータが１２８ならば、Ｄ７ビットに１が、Ｄ０からＤ６ビットに０がセットされる。
【００３１】
フィルタ２９では、この構成を利用して、Ｄ７ビットに１がセットされているか否かにより、フィルタ２５で選択された輝度差が基準輝度差（１２７）より大きいか否かが判定される。Ｄ７ビットに１がセットされていなければ、輝度差が基準輝度差（１２７）以下なので、輪郭強調信号ｅは変換器３０に送られる。Ｄ７ビットに１がセットされていれば、輝度差が基準輝度差（１２７）より大きいので、輪郭強調信号ｅは変換器３１に送られる。本変形例では、輝度値の判別においてＤ７ビットが０か１であるかのみを判別するのみで良く、データが基準輝度差より大きいか否かが素早く判定される。
【００３２】
図７に本発明の第２の実施形態における輪郭強調回路１４を示す。第２の実施形態が第１の実施形態と相違する点は、変換器３０、３１と乗算器２８の間にスイッチ３２が取り付けられている点である。以下相違点のみを説明する。
【００３３】
入力信号ａは、第１の実施形態と同様の処理がなされ、減算器２６で輪郭強調信号ｅ（＝ｂ−（ａ＋ｃ）／２）が得られる。また、変換器３０若しくは３１でも、輝度差に応じて輪郭強調係数が得られる。スイッチ３２は、目的に応じて、手動もしくは自動で変換器３０、３１のどちらか一方のみが、乗算回路２８に接続されるように構成されている。
【００３４】
スイッチ３２によって、変換器３０が乗算回路２８に接続されると、輝度差が基準輝度差（１２７）以下と検出される領域においてのみ輪郭強調が掛けられ、輝度差が基準輝度差（１２７）より大きい領域において、輪郭強調が掛けられない。これは輝度値が大きい領域が多い場合、出力画像全体が明るくなりすぎることを防止するのに有効な手段である。
【００３５】
一方、スイッチ３２によって、変換器３１が乗算器２８に接続されると、輝度差が基準輝度差（１２７）よりも大きいと検出される領域においてのみ輪郭強調が掛けられ、輝度差が基準輝度差（１２７）以下の領域において、輪郭強調が掛けられない。輝度差の小さいノイズが多い場合、そのノイズの強調を防止するのに有効な手段である。
【００３６】
以上のように第２の実施形態においては、目的に応じて、輝度差が大きい領域若しくは、小さい領域において選択的に、輪郭強調が掛けられない。これによりノイズ強調や擬似信号の抑制が効果的に抑えられる。
【００３７】
なお、本発明の第１、第２の実施形態では、１画素遅延信号および２画素遅延により、出力信号が生成されているが、１画素遅延信号のみによって出力信号ｇが生成される構成にしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明においては、基準輝度差を観察に最適と考えられる輝度差に設定することにより、それぞれの輝度差における輪郭強調量が必要に応じて抑制される。これにより、擬似信号の発生やノイズの強調が防止され、鮮明な画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態である輪郭強調装置を備えた内視鏡システムを示すブロック図である。
【図２】本発明における輪郭強調回路の第１の実施形態を示す処理ブロック図である。
【図３】輝度差最大のときに輪郭強調回路で得られる信号を示す図である。
【図４】輝度差が中間値のときに輪郭強調回路で得られる信号を示す図である。
【図５】輪郭強調回路で得られる信号を示す図である。
【図６】フィルタで行なわれている処理の変形例を示す模式図である。
【図７】本発明における輪郭強調回路の第２の実施形態を示す処理ブロック図である。
【符号の説明】
１０内視鏡
１４輪郭強調回路
２０、２３遅延器
２１、２４、２６減算器
２２、２７加算器
２５、２９フィルタ
３０、３１変換器
３２スイッチ

Claims

画像データを構成する各画素に対して隣接画素との輝度差に応じた輪郭強調を行う輪郭強調手段と、
前記輝度差が予め設定されている基準輝度差となる領域において、前記輪郭強調における輪郭強調量を最大にする輪郭強調調整手段とを備え、
前記輪郭強調手段が、隣接画素との輝度差のうち前記基準輝度差との差が最も小さい輝度差に応じて輪郭強調を行う
ことを特徴とする画像輪郭強調装置。
前記輪郭強調調整手段が前記輝度差と前記基準輝度差との差が相対的に大きくなる前記領域において前記輪郭強調量を相対的に小さくすることを特徴とする請求項１に記載する画像輪郭強調装置。
前記画像データの輝度値を一定の範囲内で量子化し、前記基準輝度差を前記範囲の略中間値とすることを特徴とする請求項１に記載する画像輪郭強調装置。
前記輪郭強調調整手段が、前記輝度差が前記基準輝度差よりも小さいと検出される前記領域においてのみ輪郭強調を行うことを特徴とする請求項１に記載する画像輪郭強調装置。
前記輪郭強調調整手段が、前記輝度差が基準輝度差よりも大きいと検出される領域においてのみ輪郭強調を行うことを特徴とする請求項１に記載する画像輪郭強調装置。
前記輪郭強調調整手段がスイッチを備え、前記スイッチの切換により前記輪郭強調調整手段は、前記輝度差が前記基準輝度差よりも小さいと検出される前記領域においてのみ、あるいは前記輝度差が基準輝度差よりも大きいと検出される領域においてのみ輪郭強調を行うことを特徴とする請求項１に記載する画像輪郭強調装置。
前記画像データを得るための撮像装置が内視鏡であることを特徴とする請求項１に記載する画像輪郭強調装置。
画像データを構成する各画素に対して隣接画素との輝度差に応じた輪郭強調を行う輪郭強調ステップと、
前記輝度差が予め設定されている基準輝度差となる領域において、前記輪郭強調における輪郭強調量を最大にする輪郭強調調整ステップとを備え、
前記輪郭強調ステップが、隣接画素との輝度差のうち前記基準輝度差との差が最も小さい輝度差に応じて輪郭強調を行う
ことを特徴とする画像輪郭強調方法。