JP4274590B2 - 画像処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像処理装置、更に詳しくは画像の強調処理部分に特徴のある画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＣＤなどの固体撮像素子を撮像手段として用いた電子内視鏡が広く普及している。これらの電子内視鏡の画像は、デジタル画像として記録が可能となり、また、診断能の向上の目的で各種画像処理も盛んに行われている。
【０００３】
例えば、病変部と正常粘膜との色の違いを明確にするための色彩強調や、画像のコントラストを向上させ、粘膜構造などの変化を観察容易にするコントラスト強調などがある。
【０００４】
さらに、特開平６−３３５４５１号公報に開示されているように、内視鏡画像特有の情報であるヘモグロビン量に相関するＩＨｂ（ＩＮＤＥＸ ＯＦ ＨＥＭＯＧＬＯＢＩＮ）値を画像間演算により算出し、この情報に基づき原画像に対して強調を行い、病変部と正常粘膜との血液量の違いによる色調差を強調することで明瞭にし、診断能の向上を目的とするＩＨｂ色彩強調がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来より行われている強調処理では、輝度レベルの極端に高いハレーション部周辺や輝度レベルの極端に低い暗部周辺、または出血部などの極端に赤い部分などにおいて、強調の程度が強く設定すると原画像では存在していた変化がつぶれてしまったり、ノイズが目立つ、ハレーション周辺が白飛びを起こすなどの現象が発生するといった問題がある。
【０００６】
また、染色剤が散布されている領域を含む画像などでは、ヘモグロビン色素に基づいた強調処理を行った場合、染色剤濃度による色変化をヘモグロビン色素に合わせた強調手法で強調するために色変わりが発生することがあり、その結果、画像全体より受ける印象が不自然なものとなり、特に、動画で強調画像を観察した場合に観察しづらいという欠点がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ダイナミックレンジや境界周辺や出血した領域、染色剤の散布された領域の強調係数を自動的に低く設定することで、色つぶれやハレーションの増大、ノイズの強調などを抑え、動画観察に支障のない自然な強調画像を得ることのできる画像処理装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像処理装置は、入力される画像信号に基づいて画素毎の所定の特徴量を演算する特徴量演算手段と、前記特徴量演算手段によって演算された画素毎の所定の特徴量に基づいて、入力される画像信号に係る画像における画素毎の重み付け係数を決定する重み付け回路と、少なくとも前記特徴量演算手段によって演算された画素毎の所定の特徴量を用いて、入力される画像信号に係る画像毎の強調レベルを決定する強調レベル決定回路と、前記重み付け回路の出力と前記強調レベル決定回路の出力とに基づいて、入力される画像信号に係る画像における画素毎の強調係数を決定する強調係数決定回路と、前記強調係数決定回路の出力に基づいて、入力される画像信号に対して所定の強調処理を施す強調画像処理回路と、を具備したことを特徴とする。
【０００９】
本発明の画像処理装置では、前記強調処理手段が前記特徴量演算手段で演算された特徴量及び前記強調レベル設定手段で設定された強調レベルに基づき前記画像信号の信号レベルを調整することで、色つぶれやハレーションの増大、ノイズの強調などを抑え、動画観察に支障のない自然な強調画像を得ることを可能とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【００１１】
図１ないし図７は本発明の第１の実施の形態に係わり、図１は画像処理装置の構成を示す構成図、図２は図１の強調レベル決定回路の構成を示す構成図、図３は図２の強調レベル変換部の変換特性の一例を示す特性図、図４は図１の重み付け係数決定回路の構成を示す構成図、図５は図４の重み付け係数作成部の係数特性の一例を示す特性図、図６は図１の強調処理回路の構成を示す構成図、図７は図１の画像処理装置の作用を示すフローチャートである。
【００１２】
図１に示すように、本実施の形態の画像処理装置１は、入力画像に対してコントラスト強調を行うための画像処理装置であって、入力画像の有効領域の平均輝度値とユーザにより設定された強調レベルより画像毎に強調レベルを決定する特徴量演算手段としての強調レベル決定回路２と、入力画像の輝度値より画素毎に強調程度の重み付けをする重み付け係数決定回路３と、前記強調レベル決定回路２と前記重み付け係数決定回路３の出力より画素毎の強調係数を決定する強調レベル設定手段としての強調係数決定回路４と、この強調係数決定回路４で決定された強調係数により入力画像に対して強調処理を行う強調処理手段としての強調処理回路５とにより構成されている。
【００１３】
図２に示すように、強調レベル決定回路２は、入力画像より有効領域を抽出する有効領域判別部６と、有効領域内の輝度値の平均値を算出する輝度平均値算出部７と、ユーザより設定された強調レベルと輝度平均値より画像毎の強調レベルを決定する強調レベル変換部８とによって構成されている。
【００１４】
そして、強調レベル決定回路２では、まず、有効領域判別部６で入力画像よりハレーション周辺や暗部周辺を除いた領域を有効領域として抽出する。有効領域の抽出は、画素毎の輝度値を参照する。例えば、入力画像が８ビット精度であれば２５６階調の内２３０以上をハレーション部周辺、５０以下を暗部周辺として、これらに当てはまらない領域を有効領域として抽出する。
【００１５】
続いて、有効領域と判別された画素の輝度値の平均値を輝度平均値算出部７によって算出し、強調レベル変換部８が輝度平均値算出部７で算出した輝度平均値とユーザにより設定された強調レベルにより画像毎の強調レベルを決定する。
【００１６】
図３は、強調レベル変換部８の変換特性の１例を示す図である。入力される輝度平均値によって、ユーザが設定した強調レベルを変換する。輝度平均値が２５６階調の内１００以上１５０以下であればユーザの設定した強調レベルをそのまま出力し、その他の輝度平均値を持つ画像の場合は、ユーザの設定した強調レベルの１００％〜５０％の間の値を出力する。
【００１７】
このように強調レベル決定回路２では、画像の有効領域の平均輝度を見ることにより、観察している領域が強調に適していないような極度に明るい画像の有効領域の平均輝度を見ることにより、観察している領域が強調に適していないような極度に明るい画像や暗い画像に対しての強調を抑制する動作をするようになっている。
【００１８】
また、図４に示すように、重み付け係数決定回路３は、入力画像より画素毎に輝度値を算出する輝度値算出部９と、輝度値を参照して強調係数に対して重み付けを行う重み付け係数を作成する重み付け係数作成部１０とによって構成されている。
【００１９】
輝度値算出部９では、入力画像の各画素の輝度値を算出する。算出された輝度値は重み付け係数作成部１０に入力され、例えば図５に示すような特性で輝度値を変換して重み付け係数を作成する。つまり、輝度値が２５６階調の内５０以上２００以下であれば１．０、その他の輝度値を持つ場合は、０〜１．０の間の値を出力する。
【００２０】
従って、この重み付け係数決定回路３では、画像内のハレーション周辺部や暗部周辺部などの強調に適していないような領域の強調を抑制する動作をするようになっている。
【００２１】
そして、強調係数決定回路４は、強調レベル決定回路２より出力された強調レベルと重み付け係数決定回路３より出力された重み付け係数を乗算して、各画素毎に強調係数を決定する。このブロックでは、画像全体の条件より設定された強調レベルと画素毎の条件より設定された重み付け係数により強調係数を決定するようになっている。
【００２２】
図６に示すように、強調処理回路５は、入力信号の平均値を算出する入力信号平均値算出部１１と、入力信号と前記入力信号平均値との減算を行う減算器１２と、強調係数と前記減算された値を乗算する乗算器１３と、前記入力信号平均値と前記乗算器１３の出力を加算する加算器１４とによって構成されている。
【００２３】
入力信号平均値算出部１１では、強調の中心となる入力画像信号の平均値を算出し、減算器１２によって、入力画像信号から前記平均値を減算する。減算された値は、乗算器１３によって、強調係数決定回路４より出力された強調係数と乗算され、前記平均値からの差が強調される。強調された入力画像信号と前記平均値の差は、加算器１４によって前記平均値と加算される。すなわち、強調処理回路５では、以下の（１）式を計算することとなる。
【００２４】
Ｉ0 ＝（Ｉi −Ｉa ）×α＋Ｉa …（１）
但し Ｉi ：入力画像信号
ＩO ：出力画像信号
Ｉa ：入力画像信号平均値
α ：強調係数
このように構成された本実施の形態の画像処理装置１では、まず、強調レベル決定回路２で入力画像より画像全体の強調レベルを決定する。強調レベルの決定は、ユーザにより設定された強調レベルと、画像の有効領域の平均輝度値または輝度値のヒストグラム、入力画像より求めた特徴量などを参照して行う。
【００２５】
例えば、画像の平均輝度値が著しく高く、ユーザにより設定された強調レベルが大きい場合にそのまま強調を行うと、明るい領域が多いために白飛びを起こす領域が目立ち、観察しづらい画像となる可能性がある。そこで、図７に示すように、ステップＳ１で強調レベル決定回路２によりユーザにより設定された強調レベルより低めの強調レベルに自動的に再設定を行う。
【００２６】
また、重み付け係数決定回路３で入力画像より画素毎の強調係数の重み付けを行うために重み付け係数を決定する。これは、画像内でハレーション周辺や暗部周辺など、強調程度を強く設定した場合に原画像での変化がつぶれてしまうことは避けるために行う。ここでもステップＳ１と同様に、ステップＳ２で各画素の輝度値などを参照し、ハレーション部周辺や暗部周辺の領域を抽出して重み付けを行う。
【００２７】
次に、ステップＳ１、Ｓ２で設定された強調レベル並びに重み付け係数より、ステップＳ３で強調係数決定回路４が画素毎に強調係数を決定する。例えば、画素毎の強調係数をステップＳ１で決定された強調レベルにステップＳ２で決定された重み付け係数を乗算することで画素毎の強調係数を決定する。
【００２８】
この後、ステップＳ４で強調処理回路５により画素毎に決定された強調係数により入力画像に対して強調が行われる。
【００２９】
以上のフローにより画像毎に強調の程度が異なる強調処理が実現され、強調に適さない著しく明るい画像もしくは暗い画像や、ハレーション部周辺、暗部周辺などでも強調レベルを再設定することなく観察に耐え得る強調画像を得ることが可能である。
【００３０】
つまり、本実施の形態の画像処理装置１では、強調することによって色つぶれを起こしやすいハレーション周辺部や暗部周辺部の強調係数が自動的に低く設定されるため、主に観察している領域は強調レベルを下げることなく強調することができる。
【００３１】
また、ハレーション周辺と暗部周辺を除いた有効領域の平均輝度値が著しく高い、もしくは著しく低い場合でも、画像全体の強調レベルが自動的に低く設定されるため、強調レベルの再設定をせずに観察に耐え得る強調画像を得ることができる。
【００３２】
図８ないし図１０は本発明の第２の実施の形態に係わり、図８は画像処理装置の構成を示す構成図、図９は図８の強調レベル決定回路の構成を示す構成図、図１０は図８の強調処理回路の構成を示す構成図である。
【００３３】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００３４】
本実施の形態では、重み付け係数決定回路３、強調係数決定回路４は第１の実施の形態と同様の内部構成であり、その他の強調レベル決定回路、強調処理回路は第１の実施の形態と異なる構成になっている。つまり、第１の実施の形態において重み付けの指標としていた輝度の平均値の代わりに、輝度のヒストグラムより求めた最多頻度値を用いて重み付け係数を決定するようになっている。
【００３５】
詳細には、図８に示すように、本実施の形態の画像処理装置２１の強調レベル決定回路２２は、輝度ヒストグラム算出部２３と強調レベル変換部２４及び強調レベル平滑部２５とから構成される。
【００３６】
そして、強調レベル決定回路２２では、輝度ヒストグラム算出部２３にて入力画像の輝度ヒストグラムが算出される。算出されたヒストグラムより頻度の最も高い輝度値を検出し、後段の強調レベル変換部２４へ出力する。
【００３７】
強調レベル変換部２４では、ユーザにより設定された強調レベルと前記輝度ヒストグラム算出部２３にて算出された最多頻度輝度値に基づいて強調レベルの変換を行う。第１の実施の形態と同様に、例えば図９に示すように、入力画像が８ビットの場合、２５６階調の内５０〜２００までの最多頻度輝度値を検出すると、ユーザの設定した強調レベルをそのまま出力する。その他の最多頻度輝度値を検出した場合は、ユーザの設定した強調レベルの５０％〜１００％の値を出力する。なお、本実施の形態においては、５０以下、２００以上の最多頻度輝度値を検出した場合は二次関数を持つ特性にて変換を行うものとする。
【００３８】
強調レベル変換部２４より出力された強調レベルは、強調レベル平滑部２５に入力される。強調レベル平滑部２５は、リカーシブフィルタ等を用いて、画像毎に変化する強調レベルを時間的に平滑化し、被写体の動きが激しい場合などに発生する急激な強調レベルの変化を抑制する。
【００３９】
強調処理回路２６は、図１０に示すように、第１の実施の形態の入力信号平均値算出部１１の代わりに入力信号ヒストグラム算出部２７によって強調の中心を算出する構成になっている。入力信号ヒストグラム算出部２７では、入力信号のヒストグラムを計算し、最も頻度の高い入力信号値を検出する。検出した最多頻度入力信号値は後段の減算器１２に入力され、入力信号との差分が計算される。以降の処理は第１の実施の形態と同様の構成、動作をし、入力信号の最多頻度値を中心としたコントラスト強調が行われる。
【００４０】
従って、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得る画像処理装置を実現することが可能となる。
【００４１】
また、第２の実施の形態では、強調レベルの決定にリカーシブフィルタを用い、時間方向に強調レベルを平滑化し、被写体の動きが激しい場合などに発生する急激な強調レベルの変化を抑制するため、動画でのコントラスト強調処理を行う場合に適している。
【００４２】
なお、本実施の形態においては、強調レベルを時間方向に平滑化したが、空間フィルタを用い、周囲画素の強調レベルを参照して平滑化を行っても良い。
【００４３】
図１１ないし図１７は本発明の第３の実施の形態に係わり、図１１は画像処理装置の構成を示す構成図、図１２は図１１のＩＨｂ値算出回路の構成を示す構成図、図１３は図１１のＩＨｂ平均値算出回路の構成を示す構成図、図１４は図１１の重み付け係数決定回路の重み付け係数を決定する第１の変換特性の一例を示す特性図、図１５は図１１の重み付け係数決定回路の重み付け係数を決定する第２の変換特性の一例を示す特性図、図１６は図１１の強調レベル決定回路の強調レベルを決定するための変換特性の一例を示す特性図、図１７は図１１の強調ＩＨｂ算出回路の構成を示す構成図である。
【００４４】
本実施の形態の画像処理装置は、内視鏡画像の色調に大きな影響を与えているヘモグロビン色素に相関する値（以下、ＩＨｂ値と記す。）を入力される内視鏡画像より算出し、前記ＩＨｂ値を強調して原画像に反映させる（強調されたＩＨｂ値を持つ画像に変換する）ことによって、病変部と正常粘膜とのヘモグロビン量の違い、すなわち色調の違いを強調することで診断能を向上させる画像処理装置である。
【００４５】
つまり、図１１に示すように、本実施の形態の画像処理装置３１は、Ａ／Ｄ変換部３２、逆ガンマ補正部３３、ＩＨｂ値算出回路３４、ＩＨｂ平均値算出回路３５、重み付け係数決定回路３６、強調レベル決定回路３７、強調係数決定回路３８、強調ＩＨｂ算出回路３９、強調画像変換回路４０、ガンマ補正部４１、Ｄ／Ａ変換部４２により構成されている。
【００４６】
Ａ／Ｄ変換部３１は、入力画像をアナログ信号よりディジタル信号に変換し、逆ガンマ補正部３２は、表示装置に出力したときの画像データをリニアにするためかけられているガンマ補正を解除してリニアな画像データへ変換する。
【００４７】
ＩＨｂ値算出回路３４では、逆ガンマ補正部３３を介した入力内視鏡画像より画素毎のＩＨｂ値を算出し、ＩＨｂ平均値算出回路３５、重み付け係数決定回路３へ出力する。ＩＨｂ値は、以下の（２）式に示されるように入力画像のＲ信号とＧ信号との画像間演算によって求めることが可能である。
【００４８】
ＩＨｂ＝３２×Ｌｏｇ10（Ｒ／Ｇ） …（２）
なお、ＩＨｂ値算出回路３４は、図１２に示すように、除算器５１、ＲＯＭ５２、乗算器５３にて構成されており、逆ガンマ補正部３３にてリニアなデータに変換された画像データのうち、Ｒ信号とＧ信号が除算器５１に入力され、Ｒ／Ｇが算出される。この出力は、ＲＯＭ５２に入力され、対数変換が行われる。対数変換された信号は、乗算器５３にて所定の係数との乗算が行われ、前記（２）式の計算が行われ、画素毎のＩＨｂ値が算出されることになる。
【００４９】
図１３に示すように、ＩＨｂ平均値算出回路３５は、有効領域判定部６１、ゲート６２、累積加算器６３、カウンタ６４、除算器６５、平均値出力部６６から構成されており、１フレーム分のＩＨｂ値の平均値を算出するようになっている。
【００５０】
つまり、ＩＨｂ平均値算出回路３５では、画素毎に算出されたＩＨｂ値は、有効領域判定部６１に入力され、出血部位や染色剤の散布されている領域などをＩＨｂ値をもとにして検出する。
【００５１】
出血している領域では、算出されるＩＨｂ値が極端に高い値を示し、メチレンブルーのようなヘモグロビン色素と補色関係にある染色剤が散布されいる領域では、算出されるＩＨｂ値が負の値もしくは極端に低い値を示すため、これを検出すれば出血部位や染色剤の散布された領域を判定することが可能である。また、ハレーションを起こしている部分はＲ、Ｇ信号が白で飽和しているためＩＨｂ≒０となる。よって、ハレーション部も検出することが可能である。
【００５２】
有効領域判定部６１では、前記方法にて検出した領域判別信号を画素毎にゲート６２とカウンタ６４に出力する。ゲート６２では、前記領域判別信号をもとにして有効領域と判定された画素のＩＨｂ値のみを累積加算器６３へ出力する。また、カウンタ６４は、有効領域と判別された画素数をカウントし、カウント数を除算器６５へ出力する。累積加算器６３は、入力される有効領域のＩＨｂ値を加算し、加算結果を除算器６５へ出力する。また、１フレーム毎にその演算結果はリセットされる。
【００５３】
除算器６５は、累積結果されたＩＨｂ値を有効領域の画素数にて除算を行う。この結果は、平均値出力部６６へ出力され、平均値出力部６６では、１フレーム毎に次段の強調レベル決定回路３７及び強調ＩＨｂ値算出回路３９へ、算出されたＩＨｂ平均値を出力する。以上により、１フレーム毎の有効領域内のＩＨｂ平均値が算出される。
【００５４】
重み付け係数決定回路３６は、画素毎に算出されたＩＨｂ値を参照して強調の重み付けを決定する重み付け係数を算出する。重み付け係数は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の所定の変換特性を持つデータを記憶しておき、入力されるＩＨｂ値に従って０〜１の間の値に決定される。図１４は、重み付け係数を決定する変換特性の一例であり、出血部位やハレーション部、染色領域を示すＩＨｂ値が入力されると０を出力するような二次関数を用いた変換特性になっている。
【００５５】
なお、この他、１フレーム中の最多頻度値であるＩＨｂ値が入力されると１を出力するような二次関数や１フレーム中のＩＨｂ平均値が入力されると１を出力するような二次関数、第１の実施の形態の図６に示すような特性、図１５に示すような特性を用いても良く、本実施の形態で述べる以外の種々の特性を用いることが可能である。
【００５６】
重み付け係数決定回路３６が上記方法によって、画素毎にＩＨｂ値を参照して重み付け係数を算出するため、出血部や染色剤が散布されている領域などの強調に適さない領域の強度程度を自動的に抑制することが可能である。
【００５７】
なお、この重み付け係数を用いて、画素毎の強調係数が後に述べる強調係数決定回路３８で決定される。
【００５８】
強調レベル決定回路３７は、ユーザが設定した強調レベルと入力画像のＩＨｂ平均値をもとにして画像毎の強調レベルを決定する。強調レベルの決定は、前記重み付け係数決定回路３６と同様に所定の変換特性を記憶しておいたＲＯＭなどを用いて行い、入力されるＩＨｂ平均値に従ってユーザの設定した強調レベルの１００％〜３０％の値に決定される。
【００５９】
図１６は、強調レベルを決定するための変換特性の一例であり、ＩＨｂ平均値が理論上取り得る値の最小値と最大値を示すときにはユーザの設定した強調レベルの３０％を出力するような二次関数を用いた変換特性である。重み付け係数決定回路３６と同様に、強調レベル決定部３１に用いる特性は前記変換特性に限られたものではなく種々の特性を特性を用いることが可能である。また、強調レベルの抑制量も上記１００％〜３０％に限られたものではない。出血している領域が多い画像は算出されるＩＨｂ平均値が高い値を示し、染色剤が多く散布されている画像は算出されるＩＨｂ平均値が低い値を示す傾向にある。そのため、本方法によってＩＨｂ平均値を参照して強調レベルを決定することで、出血している領域が多い画像や染色剤が散布されている領域が多い画像に対して強調レベルを自動的に抑制することが可能である。
【００６０】
強調係数決定回路３８は、前記強調レベル決定回路３７で決定された画像毎の強調レベルと前記重み付け係数決定回路３６で決定された画素毎の重み付け係数に基づいて画素毎に強調係数を決定する。強調係数決定回路３８は、主に乗算器などによって構成され、強調レベルと重み付け係数を乗算することで画素毎の強調係数を決定する。
【００６１】
強調ＩＨｂ算出回路３９は、算出された画素毎のＩＨｂ値に対して１フレーム内のＩＨｂ平均値を中心として強調を行う。図１７は、強調ＩＨｂ算出回路３９を具体的に実現した回路の一例であり、減算器７１、乗算器７２、加算器７３によって構成されている。
【００６２】
強調ＩＨｂ算出回路３９では、以下の（３）式によって計算される強調ＩＨｂ値が出力される。
【００６３】
強調ＩＨｂ＝（ＩＨｂ−ＡＶＧ）×強調係数＋ＡＶＧ …（３）
ＡＶＧ：ＩＨｂ平均値
つまり、強調ＩＨｂ算出回路３９では、減算器７１によって画素毎のＩＨｂ値のＩＨｂ平均値からの差を算出する。算出されたＩＨｂ平均値からの差は、乗算器７２によって前記強調係数決定回路３８にて決定された強調係数によってその差を強調される。強調されたＩＨｂ平均値からの差は、加算器７３でＩＨｂ平均値との加算が行われる。以上の手順によって（３）式に記される計算が行われる。これによって正常粘膜とは微妙に異なる色調を持つ病変部のＩＨｂ値が強調されることになる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、（３）式に基づいてＩＨｂ値の強調を行ったが、ヒストグラムのフラットニングや周波数強調などを行うことも可能である。
【００６５】
強調画像変換回路４０は、前記強調ＩＨｂ算出回路３９にて算出された画素毎の強調ＩＨｂ値に基づいて入力原画像に対して変換を行う。画像変換は、以下の式に基づいて行う。
【００６６】
Ｒ’＝Ｒ×１０＾（εr ×（ＩＨｂ−強調ＩＨｂ）／（εg −εr ））…（４）
Ｇ’＝Ｇ×１０＾（εg ×（ＩＨｂ−強調ＩＨｂ）／（εg −εr ））…（５）
Ｂ’＝Ｂ×１０＾（εb ×（ＩＨｂ−強調ＩＨｂ）／（εg −εr ））…（６）
Ｒ：入力画像（Ｒ）
Ｇ：入力画像（Ｇ）
Ｂ：入力画像（Ｂ）
Ｒ’：出力画像（Ｒ）
Ｇ’：出力画像（Ｇ）
Ｂ’：出力画像（Ｂ）
εr ：Ｒ領域でのヘモグロビン色素の吸光係数
εg ：Ｇ領域でのヘモグロビン色素の吸光係数
εb ：Ｂ領域でのヘモグロビン色素の吸光係数
なお、記号「＾」はべき乗を示す。また、上記（４），（５），（６）式による変換は、例えば、ＲＯＭ，ＲＡＭなどを用いて行う。
【００６７】
以上の変換によれば、ＩＨｂ値が平均値である領域（正常粘膜）は、入力画像信号がそのまま出力され、平均値より差がある領域（病変部など）は、強調されたＩＨｂ値を持つ画像信号に変換される。すなわち、平均値より多いＩＨｂ値を示した領域は赤く強調され、平均値より少ないＩＨｂ値を示した領域は白く強調される。変換された画像は、血液の多い領域はより血液が多いように、血液の少ない領域はより血液の少ないように強調されるため、自然な色調の強調画像を得ることが可能である。
【００６８】
以上の構成にて作成された強調画像は、ガンマ補正部４１によって画像データに対してモニタに表示した際にリニアな特性になるよう補正がかけられ、Ｄ／Ａ変換部４２でディジタル信号からアナログ信号に変換されてモニタなどに表示される。
【００６９】
従って、本実施の形態によれば、出血している領域や染色剤が散布されている領域などが広く存在している画像など、強調程度の強い処理を行うと色つぶれが発生する領域が多いため観察しづらい画像となってしまったり、染色されている領域などの色調が本来の色調と異なってしまうような画像でも、強調レベル決定部３１によってＩＨｂ平均値を参照して強調レベルを抑制するため、色つぶれの発生や色変わりなどを抑制することができる。
【００７０】
また、重み付け係数決定部３０によっても、出血している領域や染色剤が散布されている領域の強調係数が抑制されるため、前述した領域が多くない場合で画像全体の強調レベルがあまり抑制されなくても、領域毎に強調レベルが抑制され、色つぶれ、色変わりなどの発生を抑制することができる。
【００７１】
なお、本発明の各実施の形態では、コントラスト強調、内視鏡画像特有のヘモグロビン色素に基づいた強調について述べたが、ＨＳＩ、ＨＳＶ空間など各種色空間を用いた色彩強調や色相の変換などにも適用することが可能である。
【００７２】
また、強調レベルを決定するまたは重み付け係数を決定するために参照する入力画像の特徴は、上記各実施の形態に述べたものに限らず、入力画像より得られる特徴量であればどんなものでも良い。
【００７３】
さらに、本発明の各実施の形態では信号のタイミングを調整するためのメモリなどについて説明を省略したが、各部において信号のタイミングを調整することは当然なされるものである。
【００７４】
［付記］
（付記項１） 入力される画像信号の特徴量を演算する特徴量演算手段（例えば図１の強調レベル決定回路２）と、
前記画像信号の信号レベルを強調するための強調レベルを設定する強調レベル設定手段（例えば図１の強調係数決定回路４）と、
前記特徴量演算手段で演算された特徴量及び前記強調レベル設定手段で設定された強調レベルに基づき前記画像信号の信号レベルを調整する強調処理手段（例えば図１の強調処理回路５）と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
【００７５】
（付記項２） 入力される画像信号の信号レベルの平均値を演算する演算手段（例えば図２の輝度平均値算出部７）と、
前記画像信号の信号レベルを強調するための強調レベルを設定する強調レベル設定手段と、
前記演算手段で演算された平均値及び前記強調レベル設定手段で設定された強調レベルに基づき前記画像信号の信号レベルを調整する強調処理手段と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
【００７６】
（付記項３） 入力される画像信号における画素毎の特徴量を演算する演算手段（例えば図１の重み付け係数決定回路３）と、
前記画像信号の信号レベルを強調するための強調レベルを設定する強調レベル設定手段と、
前記演算手段で演算された画素毎の特徴量及び前記強調レベル設定手段で設定された強調レベルに基づき前記画像信号における画素毎の信号レベルを調整する強調処理手段と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
【００７７】
（付記項４） 入力される画像信号の信号レベルの平均値を演算する平均値演算手段と、
前記画像信号における画素毎の特徴量を演算する画素特徴量演算手段と、
前記画像信号の信号レベルを強調するための強調レベルを設定する強調レベル設定手段と、
前記平均値演算手段で演算された平均値、前記画素特徴量演算手段で演算された画素毎の特徴量及び前記強調レベル設定手段で設定された強調レベルに基づき前記画像信号の信号レベルを調整する強調処理手段と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
【００７８】
（付記項５） 前記強調処理手段は、前記強調レベルを任意に可変設定可能な強調レベル可変手段を有する
ことを特徴とする付記項１、２、３または４のいずれか１つに記載の画像処理装置。
【００７９】
（付記項６） 入力画像により求められる特徴量に基づいて、予め決定された強調レベルを可変させる強調レベル可変手段と、
前記強調レベル可変手段により可変された強調レベルに基づいて、前記入力画像に対して強調処理を行う強調処理手段と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
【００８０】
（付記項７） 前記強調レベル可変手段は、画素毎に強調レベルを可変する
ことを特徴とする付記項６に記載の画像処理装置。
【００８１】
（付記項８） 前記入力画像により求められる特徴量は、輝度信号である
ことを特徴とする付記項６に記載の画像処理装置。
【００８２】
（付記項９） 前記入力画像により求められる特徴量は、ヘモグロビン色素に関する特徴量である
ことを特徴とする付記項６に記載の画像処理装置。
【００８３】
（付記項１０） 前記入力画像により求められる特徴量は、メチレンブルーに関する特徴量である
ことを特徴とする付記項６に記載の画像処理装置。
【００８４】
（付記項１１） 入力画像により求められる特徴量に基づいて、予め決定された強調レベルを画素毎に可変させる画素毎強調レベル可変手段と、
前記入力画像により求められる特徴量に基づいて、画素毎の強調係数を決定するための重み付け係数を算出する重み付け係数決定手段と、
前記画素毎強調レベル可変手段によって決定された画素毎強調レベルと前記重み付け係数決定手段によって算出された重み付け係数に基づいて、画素毎に強調係数を決定する強調係数決定手段と、
前記強調係数決定手段によって決定された強調係数に基づいて、前記入力画像に対して強調処理を行う強調処理手段と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
【００８５】
（付記項１２） 前記画素毎強調レベル可変手段は、前記入力画像により求められる輝度信号に基づいて強調レベルを可変させる
ことを特徴とする付記項１１に記載の画像処理装置。
【００８６】
（付記項１３） 前記画素毎強調レベル可変手段は、前記入力画像により求められる色素に関する情報に基づいて強調レベルを可変させる
ことを特徴とする付記項１１に記載の画像処理装置。
【００８７】
（付記項１４） 前記入力画像により求められる色素に関する情報は、ヘモグロビン色素に関する情報である
ことを特徴とする付記項１３に記載の画像処理装置。
【００８８】
（付記項１５） 前記入力画像により求められる色素に関する情報は、メチレンブルーに関する情報である
ことを特徴とする付記項１３に記載の画像処理装置。
【００８９】
（付記項１６） 前記重み付け係数決定手段は、記入力画像により求められる輝度信号に基づいて重み付け係数を決定する
ことを特徴とする付記項１１に記載の画像処理装置。
【００９０】
（付記項１７） 前記重み付け係数決定手段は、前記入力画像により求められる色素に関する情報に基づいて重み付け係数を決定する
ことを特徴とする付記項１１に記載の画像処理装置。
【００９１】
（付記項１８） 前記入力画像により求められる色素に関する情報は、ヘモグロビン色素に関する情報である
ことを特徴とする付記項１７に記載の画像処理装置。
【００９２】
（付記項１９） 前記入力画像により求められる色素に関する情報は、メチレンブルーに関する情報である
ことを特徴とする付記項１７に記載の画像処理装置。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の画像処理装置によれば、強調処理手段が特徴量演算手段で演算された特徴量及び強調レベル設定手段で設定された強調レベルに基づき画像信号の信号レベルを調整するので、色つぶれやハレーションの増大、ノイズの強調などを抑え、動画観察に支障のない自然な強調画像を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る画像処理装置の構成を示す構成図
【図２】図１の強調レベル決定回路の構成を示す構成図
【図３】図２の強調レベル変換部の変換特性の一例を示す特性図
【図４】図１の重み付け係数決定回路の構成を示す構成図
【図５】図４の重み付け係数作成部の係数特性の一例を示す特性図
【図６】図１の強調処理回路の構成を示す構成図
【図７】図１の画像処理装置の作用を示すフローチャート
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る画像処理装置の構成を示す構成図
【図９】図８の強調レベル決定回路の構成を示す構成図
【図１０】図８の強調処理回路の構成を示す構成図
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る画像処理装置の構成を示す構成図
【図１２】図１１のＩＨｂ値算出回路の構成を示す構成図
【図１３】図１１のＩＨｂ平均値算出回路の構成を示す構成図
【図１４】図１１の重み付け係数決定回路の重み付け係数を決定する第１の変換特性の一例を示す特性図
【図１５】図１１の重み付け係数決定回路の重み付け係数を決定する第２の変換特性の一例を示す特性図
【図１６】図１１の強調レベル決定回路の強調レベルを決定するための変換特性の一例を示す特性図
【図１７】図１１の強調ＩＨｂ算出回路の構成を示す構成図
【符号の説明】
１…画像処理装置
２…強調レベル決定回路
３…重み付け係数決定回路
４…強調係数決定回路
５…強調処理回路
６…有効領域判別部
７…輝度平均値算出部
８…強調レベル変換部
９…輝度値算出部
１０…重み付け係数作成部
１１…入力信号平均値算出部
１２…減算器
１３…乗算器
１４…加算器
【発明の属する技術分野】
本発明は画像処理装置、更に詳しくは画像の強調処理部分に特徴のある画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＣＤなどの固体撮像素子を撮像手段として用いた電子内視鏡が広く普及している。これらの電子内視鏡の画像は、デジタル画像として記録が可能となり、また、診断能の向上の目的で各種画像処理も盛んに行われている。
【０００３】
例えば、病変部と正常粘膜との色の違いを明確にするための色彩強調や、画像のコントラストを向上させ、粘膜構造などの変化を観察容易にするコントラスト強調などがある。
【０００４】
さらに、特開平６−３３５４５１号公報に開示されているように、内視鏡画像特有の情報であるヘモグロビン量に相関するＩＨｂ（ＩＮＤＥＸ ＯＦ ＨＥＭＯＧＬＯＢＩＮ）値を画像間演算により算出し、この情報に基づき原画像に対して強調を行い、病変部と正常粘膜との血液量の違いによる色調差を強調することで明瞭にし、診断能の向上を目的とするＩＨｂ色彩強調がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来より行われている強調処理では、輝度レベルの極端に高いハレーション部周辺や輝度レベルの極端に低い暗部周辺、または出血部などの極端に赤い部分などにおいて、強調の程度が強く設定すると原画像では存在していた変化がつぶれてしまったり、ノイズが目立つ、ハレーション周辺が白飛びを起こすなどの現象が発生するといった問題がある。
【０００６】
また、染色剤が散布されている領域を含む画像などでは、ヘモグロビン色素に基づいた強調処理を行った場合、染色剤濃度による色変化をヘモグロビン色素に合わせた強調手法で強調するために色変わりが発生することがあり、その結果、画像全体より受ける印象が不自然なものとなり、特に、動画で強調画像を観察した場合に観察しづらいという欠点がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ダイナミックレンジや境界周辺や出血した領域、染色剤の散布された領域の強調係数を自動的に低く設定することで、色つぶれやハレーションの増大、ノイズの強調などを抑え、動画観察に支障のない自然な強調画像を得ることのできる画像処理装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像処理装置は、入力される画像信号に基づいて画素毎の所定の特徴量を演算する特徴量演算手段と、前記特徴量演算手段によって演算された画素毎の所定の特徴量に基づいて、入力される画像信号に係る画像における画素毎の重み付け係数を決定する重み付け回路と、少なくとも前記特徴量演算手段によって演算された画素毎の所定の特徴量を用いて、入力される画像信号に係る画像毎の強調レベルを決定する強調レベル決定回路と、前記重み付け回路の出力と前記強調レベル決定回路の出力とに基づいて、入力される画像信号に係る画像における画素毎の強調係数を決定する強調係数決定回路と、前記強調係数決定回路の出力に基づいて、入力される画像信号に対して所定の強調処理を施す強調画像処理回路と、を具備したことを特徴とする。
【０００９】
本発明の画像処理装置では、前記強調処理手段が前記特徴量演算手段で演算された特徴量及び前記強調レベル設定手段で設定された強調レベルに基づき前記画像信号の信号レベルを調整することで、色つぶれやハレーションの増大、ノイズの強調などを抑え、動画観察に支障のない自然な強調画像を得ることを可能とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【００１１】
図１ないし図７は本発明の第１の実施の形態に係わり、図１は画像処理装置の構成を示す構成図、図２は図１の強調レベル決定回路の構成を示す構成図、図３は図２の強調レベル変換部の変換特性の一例を示す特性図、図４は図１の重み付け係数決定回路の構成を示す構成図、図５は図４の重み付け係数作成部の係数特性の一例を示す特性図、図６は図１の強調処理回路の構成を示す構成図、図７は図１の画像処理装置の作用を示すフローチャートである。
【００１２】
図１に示すように、本実施の形態の画像処理装置１は、入力画像に対してコントラスト強調を行うための画像処理装置であって、入力画像の有効領域の平均輝度値とユーザにより設定された強調レベルより画像毎に強調レベルを決定する特徴量演算手段としての強調レベル決定回路２と、入力画像の輝度値より画素毎に強調程度の重み付けをする重み付け係数決定回路３と、前記強調レベル決定回路２と前記重み付け係数決定回路３の出力より画素毎の強調係数を決定する強調レベル設定手段としての強調係数決定回路４と、この強調係数決定回路４で決定された強調係数により入力画像に対して強調処理を行う強調処理手段としての強調処理回路５とにより構成されている。
【００１３】
図２に示すように、強調レベル決定回路２は、入力画像より有効領域を抽出する有効領域判別部６と、有効領域内の輝度値の平均値を算出する輝度平均値算出部７と、ユーザより設定された強調レベルと輝度平均値より画像毎の強調レベルを決定する強調レベル変換部８とによって構成されている。
【００１４】
そして、強調レベル決定回路２では、まず、有効領域判別部６で入力画像よりハレーション周辺や暗部周辺を除いた領域を有効領域として抽出する。有効領域の抽出は、画素毎の輝度値を参照する。例えば、入力画像が８ビット精度であれば２５６階調の内２３０以上をハレーション部周辺、５０以下を暗部周辺として、これらに当てはまらない領域を有効領域として抽出する。
【００１５】
続いて、有効領域と判別された画素の輝度値の平均値を輝度平均値算出部７によって算出し、強調レベル変換部８が輝度平均値算出部７で算出した輝度平均値とユーザにより設定された強調レベルにより画像毎の強調レベルを決定する。
【００１６】
図３は、強調レベル変換部８の変換特性の１例を示す図である。入力される輝度平均値によって、ユーザが設定した強調レベルを変換する。輝度平均値が２５６階調の内１００以上１５０以下であればユーザの設定した強調レベルをそのまま出力し、その他の輝度平均値を持つ画像の場合は、ユーザの設定した強調レベルの１００％〜５０％の間の値を出力する。
【００１７】
このように強調レベル決定回路２では、画像の有効領域の平均輝度を見ることにより、観察している領域が強調に適していないような極度に明るい画像の有効領域の平均輝度を見ることにより、観察している領域が強調に適していないような極度に明るい画像や暗い画像に対しての強調を抑制する動作をするようになっている。
【００１８】
また、図４に示すように、重み付け係数決定回路３は、入力画像より画素毎に輝度値を算出する輝度値算出部９と、輝度値を参照して強調係数に対して重み付けを行う重み付け係数を作成する重み付け係数作成部１０とによって構成されている。
【００１９】
輝度値算出部９では、入力画像の各画素の輝度値を算出する。算出された輝度値は重み付け係数作成部１０に入力され、例えば図５に示すような特性で輝度値を変換して重み付け係数を作成する。つまり、輝度値が２５６階調の内５０以上２００以下であれば１．０、その他の輝度値を持つ場合は、０〜１．０の間の値を出力する。
【００２０】
従って、この重み付け係数決定回路３では、画像内のハレーション周辺部や暗部周辺部などの強調に適していないような領域の強調を抑制する動作をするようになっている。
【００２１】
そして、強調係数決定回路４は、強調レベル決定回路２より出力された強調レベルと重み付け係数決定回路３より出力された重み付け係数を乗算して、各画素毎に強調係数を決定する。このブロックでは、画像全体の条件より設定された強調レベルと画素毎の条件より設定された重み付け係数により強調係数を決定するようになっている。
【００２２】
図６に示すように、強調処理回路５は、入力信号の平均値を算出する入力信号平均値算出部１１と、入力信号と前記入力信号平均値との減算を行う減算器１２と、強調係数と前記減算された値を乗算する乗算器１３と、前記入力信号平均値と前記乗算器１３の出力を加算する加算器１４とによって構成されている。
【００２３】
入力信号平均値算出部１１では、強調の中心となる入力画像信号の平均値を算出し、減算器１２によって、入力画像信号から前記平均値を減算する。減算された値は、乗算器１３によって、強調係数決定回路４より出力された強調係数と乗算され、前記平均値からの差が強調される。強調された入力画像信号と前記平均値の差は、加算器１４によって前記平均値と加算される。すなわち、強調処理回路５では、以下の（１）式を計算することとなる。
【００２４】
Ｉ0 ＝（Ｉi −Ｉa ）×α＋Ｉa …（１）
但し Ｉi ：入力画像信号
ＩO ：出力画像信号
Ｉa ：入力画像信号平均値
α ：強調係数
このように構成された本実施の形態の画像処理装置１では、まず、強調レベル決定回路２で入力画像より画像全体の強調レベルを決定する。強調レベルの決定は、ユーザにより設定された強調レベルと、画像の有効領域の平均輝度値または輝度値のヒストグラム、入力画像より求めた特徴量などを参照して行う。
【００２５】
例えば、画像の平均輝度値が著しく高く、ユーザにより設定された強調レベルが大きい場合にそのまま強調を行うと、明るい領域が多いために白飛びを起こす領域が目立ち、観察しづらい画像となる可能性がある。そこで、図７に示すように、ステップＳ１で強調レベル決定回路２によりユーザにより設定された強調レベルより低めの強調レベルに自動的に再設定を行う。
【００２６】
また、重み付け係数決定回路３で入力画像より画素毎の強調係数の重み付けを行うために重み付け係数を決定する。これは、画像内でハレーション周辺や暗部周辺など、強調程度を強く設定した場合に原画像での変化がつぶれてしまうことは避けるために行う。ここでもステップＳ１と同様に、ステップＳ２で各画素の輝度値などを参照し、ハレーション部周辺や暗部周辺の領域を抽出して重み付けを行う。
【００２７】
次に、ステップＳ１、Ｓ２で設定された強調レベル並びに重み付け係数より、ステップＳ３で強調係数決定回路４が画素毎に強調係数を決定する。例えば、画素毎の強調係数をステップＳ１で決定された強調レベルにステップＳ２で決定された重み付け係数を乗算することで画素毎の強調係数を決定する。
【００２８】
この後、ステップＳ４で強調処理回路５により画素毎に決定された強調係数により入力画像に対して強調が行われる。
【００２９】
以上のフローにより画像毎に強調の程度が異なる強調処理が実現され、強調に適さない著しく明るい画像もしくは暗い画像や、ハレーション部周辺、暗部周辺などでも強調レベルを再設定することなく観察に耐え得る強調画像を得ることが可能である。
【００３０】
つまり、本実施の形態の画像処理装置１では、強調することによって色つぶれを起こしやすいハレーション周辺部や暗部周辺部の強調係数が自動的に低く設定されるため、主に観察している領域は強調レベルを下げることなく強調することができる。
【００３１】
また、ハレーション周辺と暗部周辺を除いた有効領域の平均輝度値が著しく高い、もしくは著しく低い場合でも、画像全体の強調レベルが自動的に低く設定されるため、強調レベルの再設定をせずに観察に耐え得る強調画像を得ることができる。
【００３２】
図８ないし図１０は本発明の第２の実施の形態に係わり、図８は画像処理装置の構成を示す構成図、図９は図８の強調レベル決定回路の構成を示す構成図、図１０は図８の強調処理回路の構成を示す構成図である。
【００３３】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００３４】
本実施の形態では、重み付け係数決定回路３、強調係数決定回路４は第１の実施の形態と同様の内部構成であり、その他の強調レベル決定回路、強調処理回路は第１の実施の形態と異なる構成になっている。つまり、第１の実施の形態において重み付けの指標としていた輝度の平均値の代わりに、輝度のヒストグラムより求めた最多頻度値を用いて重み付け係数を決定するようになっている。
【００３５】
詳細には、図８に示すように、本実施の形態の画像処理装置２１の強調レベル決定回路２２は、輝度ヒストグラム算出部２３と強調レベル変換部２４及び強調レベル平滑部２５とから構成される。
【００３６】
そして、強調レベル決定回路２２では、輝度ヒストグラム算出部２３にて入力画像の輝度ヒストグラムが算出される。算出されたヒストグラムより頻度の最も高い輝度値を検出し、後段の強調レベル変換部２４へ出力する。
【００３７】
強調レベル変換部２４では、ユーザにより設定された強調レベルと前記輝度ヒストグラム算出部２３にて算出された最多頻度輝度値に基づいて強調レベルの変換を行う。第１の実施の形態と同様に、例えば図９に示すように、入力画像が８ビットの場合、２５６階調の内５０〜２００までの最多頻度輝度値を検出すると、ユーザの設定した強調レベルをそのまま出力する。その他の最多頻度輝度値を検出した場合は、ユーザの設定した強調レベルの５０％〜１００％の値を出力する。なお、本実施の形態においては、５０以下、２００以上の最多頻度輝度値を検出した場合は二次関数を持つ特性にて変換を行うものとする。
【００３８】
強調レベル変換部２４より出力された強調レベルは、強調レベル平滑部２５に入力される。強調レベル平滑部２５は、リカーシブフィルタ等を用いて、画像毎に変化する強調レベルを時間的に平滑化し、被写体の動きが激しい場合などに発生する急激な強調レベルの変化を抑制する。
【００３９】
強調処理回路２６は、図１０に示すように、第１の実施の形態の入力信号平均値算出部１１の代わりに入力信号ヒストグラム算出部２７によって強調の中心を算出する構成になっている。入力信号ヒストグラム算出部２７では、入力信号のヒストグラムを計算し、最も頻度の高い入力信号値を検出する。検出した最多頻度入力信号値は後段の減算器１２に入力され、入力信号との差分が計算される。以降の処理は第１の実施の形態と同様の構成、動作をし、入力信号の最多頻度値を中心としたコントラスト強調が行われる。
【００４０】
従って、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得る画像処理装置を実現することが可能となる。
【００４１】
また、第２の実施の形態では、強調レベルの決定にリカーシブフィルタを用い、時間方向に強調レベルを平滑化し、被写体の動きが激しい場合などに発生する急激な強調レベルの変化を抑制するため、動画でのコントラスト強調処理を行う場合に適している。
【００４２】
なお、本実施の形態においては、強調レベルを時間方向に平滑化したが、空間フィルタを用い、周囲画素の強調レベルを参照して平滑化を行っても良い。
【００４３】
図１１ないし図１７は本発明の第３の実施の形態に係わり、図１１は画像処理装置の構成を示す構成図、図１２は図１１のＩＨｂ値算出回路の構成を示す構成図、図１３は図１１のＩＨｂ平均値算出回路の構成を示す構成図、図１４は図１１の重み付け係数決定回路の重み付け係数を決定する第１の変換特性の一例を示す特性図、図１５は図１１の重み付け係数決定回路の重み付け係数を決定する第２の変換特性の一例を示す特性図、図１６は図１１の強調レベル決定回路の強調レベルを決定するための変換特性の一例を示す特性図、図１７は図１１の強調ＩＨｂ算出回路の構成を示す構成図である。
【００４４】
本実施の形態の画像処理装置は、内視鏡画像の色調に大きな影響を与えているヘモグロビン色素に相関する値（以下、ＩＨｂ値と記す。）を入力される内視鏡画像より算出し、前記ＩＨｂ値を強調して原画像に反映させる（強調されたＩＨｂ値を持つ画像に変換する）ことによって、病変部と正常粘膜とのヘモグロビン量の違い、すなわち色調の違いを強調することで診断能を向上させる画像処理装置である。
【００４５】
つまり、図１１に示すように、本実施の形態の画像処理装置３１は、Ａ／Ｄ変換部３２、逆ガンマ補正部３３、ＩＨｂ値算出回路３４、ＩＨｂ平均値算出回路３５、重み付け係数決定回路３６、強調レベル決定回路３７、強調係数決定回路３８、強調ＩＨｂ算出回路３９、強調画像変換回路４０、ガンマ補正部４１、Ｄ／Ａ変換部４２により構成されている。
【００４６】
Ａ／Ｄ変換部３１は、入力画像をアナログ信号よりディジタル信号に変換し、逆ガンマ補正部３２は、表示装置に出力したときの画像データをリニアにするためかけられているガンマ補正を解除してリニアな画像データへ変換する。
【００４７】
ＩＨｂ値算出回路３４では、逆ガンマ補正部３３を介した入力内視鏡画像より画素毎のＩＨｂ値を算出し、ＩＨｂ平均値算出回路３５、重み付け係数決定回路３へ出力する。ＩＨｂ値は、以下の（２）式に示されるように入力画像のＲ信号とＧ信号との画像間演算によって求めることが可能である。
【００４８】
ＩＨｂ＝３２×Ｌｏｇ10（Ｒ／Ｇ） …（２）
なお、ＩＨｂ値算出回路３４は、図１２に示すように、除算器５１、ＲＯＭ５２、乗算器５３にて構成されており、逆ガンマ補正部３３にてリニアなデータに変換された画像データのうち、Ｒ信号とＧ信号が除算器５１に入力され、Ｒ／Ｇが算出される。この出力は、ＲＯＭ５２に入力され、対数変換が行われる。対数変換された信号は、乗算器５３にて所定の係数との乗算が行われ、前記（２）式の計算が行われ、画素毎のＩＨｂ値が算出されることになる。
【００４９】
図１３に示すように、ＩＨｂ平均値算出回路３５は、有効領域判定部６１、ゲート６２、累積加算器６３、カウンタ６４、除算器６５、平均値出力部６６から構成されており、１フレーム分のＩＨｂ値の平均値を算出するようになっている。
【００５０】
つまり、ＩＨｂ平均値算出回路３５では、画素毎に算出されたＩＨｂ値は、有効領域判定部６１に入力され、出血部位や染色剤の散布されている領域などをＩＨｂ値をもとにして検出する。
【００５１】
出血している領域では、算出されるＩＨｂ値が極端に高い値を示し、メチレンブルーのようなヘモグロビン色素と補色関係にある染色剤が散布されいる領域では、算出されるＩＨｂ値が負の値もしくは極端に低い値を示すため、これを検出すれば出血部位や染色剤の散布された領域を判定することが可能である。また、ハレーションを起こしている部分はＲ、Ｇ信号が白で飽和しているためＩＨｂ≒０となる。よって、ハレーション部も検出することが可能である。
【００５２】
有効領域判定部６１では、前記方法にて検出した領域判別信号を画素毎にゲート６２とカウンタ６４に出力する。ゲート６２では、前記領域判別信号をもとにして有効領域と判定された画素のＩＨｂ値のみを累積加算器６３へ出力する。また、カウンタ６４は、有効領域と判別された画素数をカウントし、カウント数を除算器６５へ出力する。累積加算器６３は、入力される有効領域のＩＨｂ値を加算し、加算結果を除算器６５へ出力する。また、１フレーム毎にその演算結果はリセットされる。
【００５３】
除算器６５は、累積結果されたＩＨｂ値を有効領域の画素数にて除算を行う。この結果は、平均値出力部６６へ出力され、平均値出力部６６では、１フレーム毎に次段の強調レベル決定回路３７及び強調ＩＨｂ値算出回路３９へ、算出されたＩＨｂ平均値を出力する。以上により、１フレーム毎の有効領域内のＩＨｂ平均値が算出される。
【００５４】
重み付け係数決定回路３６は、画素毎に算出されたＩＨｂ値を参照して強調の重み付けを決定する重み付け係数を算出する。重み付け係数は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の所定の変換特性を持つデータを記憶しておき、入力されるＩＨｂ値に従って０〜１の間の値に決定される。図１４は、重み付け係数を決定する変換特性の一例であり、出血部位やハレーション部、染色領域を示すＩＨｂ値が入力されると０を出力するような二次関数を用いた変換特性になっている。
【００５５】
なお、この他、１フレーム中の最多頻度値であるＩＨｂ値が入力されると１を出力するような二次関数や１フレーム中のＩＨｂ平均値が入力されると１を出力するような二次関数、第１の実施の形態の図６に示すような特性、図１５に示すような特性を用いても良く、本実施の形態で述べる以外の種々の特性を用いることが可能である。
【００５６】
重み付け係数決定回路３６が上記方法によって、画素毎にＩＨｂ値を参照して重み付け係数を算出するため、出血部や染色剤が散布されている領域などの強調に適さない領域の強度程度を自動的に抑制することが可能である。
【００５７】
なお、この重み付け係数を用いて、画素毎の強調係数が後に述べる強調係数決定回路３８で決定される。
【００５８】
強調レベル決定回路３７は、ユーザが設定した強調レベルと入力画像のＩＨｂ平均値をもとにして画像毎の強調レベルを決定する。強調レベルの決定は、前記重み付け係数決定回路３６と同様に所定の変換特性を記憶しておいたＲＯＭなどを用いて行い、入力されるＩＨｂ平均値に従ってユーザの設定した強調レベルの１００％〜３０％の値に決定される。
【００５９】
図１６は、強調レベルを決定するための変換特性の一例であり、ＩＨｂ平均値が理論上取り得る値の最小値と最大値を示すときにはユーザの設定した強調レベルの３０％を出力するような二次関数を用いた変換特性である。重み付け係数決定回路３６と同様に、強調レベル決定部３１に用いる特性は前記変換特性に限られたものではなく種々の特性を特性を用いることが可能である。また、強調レベルの抑制量も上記１００％〜３０％に限られたものではない。出血している領域が多い画像は算出されるＩＨｂ平均値が高い値を示し、染色剤が多く散布されている画像は算出されるＩＨｂ平均値が低い値を示す傾向にある。そのため、本方法によってＩＨｂ平均値を参照して強調レベルを決定することで、出血している領域が多い画像や染色剤が散布されている領域が多い画像に対して強調レベルを自動的に抑制することが可能である。
【００６０】
強調係数決定回路３８は、前記強調レベル決定回路３７で決定された画像毎の強調レベルと前記重み付け係数決定回路３６で決定された画素毎の重み付け係数に基づいて画素毎に強調係数を決定する。強調係数決定回路３８は、主に乗算器などによって構成され、強調レベルと重み付け係数を乗算することで画素毎の強調係数を決定する。
【００６１】
強調ＩＨｂ算出回路３９は、算出された画素毎のＩＨｂ値に対して１フレーム内のＩＨｂ平均値を中心として強調を行う。図１７は、強調ＩＨｂ算出回路３９を具体的に実現した回路の一例であり、減算器７１、乗算器７２、加算器７３によって構成されている。
【００６２】
強調ＩＨｂ算出回路３９では、以下の（３）式によって計算される強調ＩＨｂ値が出力される。
【００６３】
強調ＩＨｂ＝（ＩＨｂ−ＡＶＧ）×強調係数＋ＡＶＧ …（３）
ＡＶＧ：ＩＨｂ平均値
つまり、強調ＩＨｂ算出回路３９では、減算器７１によって画素毎のＩＨｂ値のＩＨｂ平均値からの差を算出する。算出されたＩＨｂ平均値からの差は、乗算器７２によって前記強調係数決定回路３８にて決定された強調係数によってその差を強調される。強調されたＩＨｂ平均値からの差は、加算器７３でＩＨｂ平均値との加算が行われる。以上の手順によって（３）式に記される計算が行われる。これによって正常粘膜とは微妙に異なる色調を持つ病変部のＩＨｂ値が強調されることになる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、（３）式に基づいてＩＨｂ値の強調を行ったが、ヒストグラムのフラットニングや周波数強調などを行うことも可能である。
【００６５】
強調画像変換回路４０は、前記強調ＩＨｂ算出回路３９にて算出された画素毎の強調ＩＨｂ値に基づいて入力原画像に対して変換を行う。画像変換は、以下の式に基づいて行う。
【００６６】
Ｒ’＝Ｒ×１０＾（εr ×（ＩＨｂ−強調ＩＨｂ）／（εg −εr ））…（４）
Ｇ’＝Ｇ×１０＾（εg ×（ＩＨｂ−強調ＩＨｂ）／（εg −εr ））…（５）
Ｂ’＝Ｂ×１０＾（εb ×（ＩＨｂ−強調ＩＨｂ）／（εg −εr ））…（６）
Ｒ：入力画像（Ｒ）
Ｇ：入力画像（Ｇ）
Ｂ：入力画像（Ｂ）
Ｒ’：出力画像（Ｒ）
Ｇ’：出力画像（Ｇ）
Ｂ’：出力画像（Ｂ）
εr ：Ｒ領域でのヘモグロビン色素の吸光係数
εg ：Ｇ領域でのヘモグロビン色素の吸光係数
εb ：Ｂ領域でのヘモグロビン色素の吸光係数
なお、記号「＾」はべき乗を示す。また、上記（４），（５），（６）式による変換は、例えば、ＲＯＭ，ＲＡＭなどを用いて行う。
【００６７】
以上の変換によれば、ＩＨｂ値が平均値である領域（正常粘膜）は、入力画像信号がそのまま出力され、平均値より差がある領域（病変部など）は、強調されたＩＨｂ値を持つ画像信号に変換される。すなわち、平均値より多いＩＨｂ値を示した領域は赤く強調され、平均値より少ないＩＨｂ値を示した領域は白く強調される。変換された画像は、血液の多い領域はより血液が多いように、血液の少ない領域はより血液の少ないように強調されるため、自然な色調の強調画像を得ることが可能である。
【００６８】
以上の構成にて作成された強調画像は、ガンマ補正部４１によって画像データに対してモニタに表示した際にリニアな特性になるよう補正がかけられ、Ｄ／Ａ変換部４２でディジタル信号からアナログ信号に変換されてモニタなどに表示される。
【００６９】
従って、本実施の形態によれば、出血している領域や染色剤が散布されている領域などが広く存在している画像など、強調程度の強い処理を行うと色つぶれが発生する領域が多いため観察しづらい画像となってしまったり、染色されている領域などの色調が本来の色調と異なってしまうような画像でも、強調レベル決定部３１によってＩＨｂ平均値を参照して強調レベルを抑制するため、色つぶれの発生や色変わりなどを抑制することができる。
【００７０】
また、重み付け係数決定部３０によっても、出血している領域や染色剤が散布されている領域の強調係数が抑制されるため、前述した領域が多くない場合で画像全体の強調レベルがあまり抑制されなくても、領域毎に強調レベルが抑制され、色つぶれ、色変わりなどの発生を抑制することができる。
【００７１】
なお、本発明の各実施の形態では、コントラスト強調、内視鏡画像特有のヘモグロビン色素に基づいた強調について述べたが、ＨＳＩ、ＨＳＶ空間など各種色空間を用いた色彩強調や色相の変換などにも適用することが可能である。
【００７２】
また、強調レベルを決定するまたは重み付け係数を決定するために参照する入力画像の特徴は、上記各実施の形態に述べたものに限らず、入力画像より得られる特徴量であればどんなものでも良い。
【００７３】
さらに、本発明の各実施の形態では信号のタイミングを調整するためのメモリなどについて説明を省略したが、各部において信号のタイミングを調整することは当然なされるものである。
【００７４】
［付記］
（付記項１） 入力される画像信号の特徴量を演算する特徴量演算手段（例えば図１の強調レベル決定回路２）と、
前記画像信号の信号レベルを強調するための強調レベルを設定する強調レベル設定手段（例えば図１の強調係数決定回路４）と、
前記特徴量演算手段で演算された特徴量及び前記強調レベル設定手段で設定された強調レベルに基づき前記画像信号の信号レベルを調整する強調処理手段（例えば図１の強調処理回路５）と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
【００７５】
（付記項２） 入力される画像信号の信号レベルの平均値を演算する演算手段（例えば図２の輝度平均値算出部７）と、
前記画像信号の信号レベルを強調するための強調レベルを設定する強調レベル設定手段と、
前記演算手段で演算された平均値及び前記強調レベル設定手段で設定された強調レベルに基づき前記画像信号の信号レベルを調整する強調処理手段と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
【００７６】
（付記項３） 入力される画像信号における画素毎の特徴量を演算する演算手段（例えば図１の重み付け係数決定回路３）と、
前記画像信号の信号レベルを強調するための強調レベルを設定する強調レベル設定手段と、
前記演算手段で演算された画素毎の特徴量及び前記強調レベル設定手段で設定された強調レベルに基づき前記画像信号における画素毎の信号レベルを調整する強調処理手段と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
【００７７】
（付記項４） 入力される画像信号の信号レベルの平均値を演算する平均値演算手段と、
前記画像信号における画素毎の特徴量を演算する画素特徴量演算手段と、
前記画像信号の信号レベルを強調するための強調レベルを設定する強調レベル設定手段と、
前記平均値演算手段で演算された平均値、前記画素特徴量演算手段で演算された画素毎の特徴量及び前記強調レベル設定手段で設定された強調レベルに基づき前記画像信号の信号レベルを調整する強調処理手段と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
【００７８】
（付記項５） 前記強調処理手段は、前記強調レベルを任意に可変設定可能な強調レベル可変手段を有する
ことを特徴とする付記項１、２、３または４のいずれか１つに記載の画像処理装置。
【００７９】
（付記項６） 入力画像により求められる特徴量に基づいて、予め決定された強調レベルを可変させる強調レベル可変手段と、
前記強調レベル可変手段により可変された強調レベルに基づいて、前記入力画像に対して強調処理を行う強調処理手段と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
【００８０】
（付記項７） 前記強調レベル可変手段は、画素毎に強調レベルを可変する
ことを特徴とする付記項６に記載の画像処理装置。
【００８１】
（付記項８） 前記入力画像により求められる特徴量は、輝度信号である
ことを特徴とする付記項６に記載の画像処理装置。
【００８２】
（付記項９） 前記入力画像により求められる特徴量は、ヘモグロビン色素に関する特徴量である
ことを特徴とする付記項６に記載の画像処理装置。
【００８３】
（付記項１０） 前記入力画像により求められる特徴量は、メチレンブルーに関する特徴量である
ことを特徴とする付記項６に記載の画像処理装置。
【００８４】
（付記項１１） 入力画像により求められる特徴量に基づいて、予め決定された強調レベルを画素毎に可変させる画素毎強調レベル可変手段と、
前記入力画像により求められる特徴量に基づいて、画素毎の強調係数を決定するための重み付け係数を算出する重み付け係数決定手段と、
前記画素毎強調レベル可変手段によって決定された画素毎強調レベルと前記重み付け係数決定手段によって算出された重み付け係数に基づいて、画素毎に強調係数を決定する強調係数決定手段と、
前記強調係数決定手段によって決定された強調係数に基づいて、前記入力画像に対して強調処理を行う強調処理手段と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
【００８５】
（付記項１２） 前記画素毎強調レベル可変手段は、前記入力画像により求められる輝度信号に基づいて強調レベルを可変させる
ことを特徴とする付記項１１に記載の画像処理装置。
【００８６】
（付記項１３） 前記画素毎強調レベル可変手段は、前記入力画像により求められる色素に関する情報に基づいて強調レベルを可変させる
ことを特徴とする付記項１１に記載の画像処理装置。
【００８７】
（付記項１４） 前記入力画像により求められる色素に関する情報は、ヘモグロビン色素に関する情報である
ことを特徴とする付記項１３に記載の画像処理装置。
【００８８】
（付記項１５） 前記入力画像により求められる色素に関する情報は、メチレンブルーに関する情報である
ことを特徴とする付記項１３に記載の画像処理装置。
【００８９】
（付記項１６） 前記重み付け係数決定手段は、記入力画像により求められる輝度信号に基づいて重み付け係数を決定する
ことを特徴とする付記項１１に記載の画像処理装置。
【００９０】
（付記項１７） 前記重み付け係数決定手段は、前記入力画像により求められる色素に関する情報に基づいて重み付け係数を決定する
ことを特徴とする付記項１１に記載の画像処理装置。
【００９１】
（付記項１８） 前記入力画像により求められる色素に関する情報は、ヘモグロビン色素に関する情報である
ことを特徴とする付記項１７に記載の画像処理装置。
【００９２】
（付記項１９） 前記入力画像により求められる色素に関する情報は、メチレンブルーに関する情報である
ことを特徴とする付記項１７に記載の画像処理装置。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の画像処理装置によれば、強調処理手段が特徴量演算手段で演算された特徴量及び強調レベル設定手段で設定された強調レベルに基づき画像信号の信号レベルを調整するので、色つぶれやハレーションの増大、ノイズの強調などを抑え、動画観察に支障のない自然な強調画像を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る画像処理装置の構成を示す構成図
【図２】図１の強調レベル決定回路の構成を示す構成図
【図３】図２の強調レベル変換部の変換特性の一例を示す特性図
【図４】図１の重み付け係数決定回路の構成を示す構成図
【図５】図４の重み付け係数作成部の係数特性の一例を示す特性図
【図６】図１の強調処理回路の構成を示す構成図
【図７】図１の画像処理装置の作用を示すフローチャート
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る画像処理装置の構成を示す構成図
【図９】図８の強調レベル決定回路の構成を示す構成図
【図１０】図８の強調処理回路の構成を示す構成図
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る画像処理装置の構成を示す構成図
【図１２】図１１のＩＨｂ値算出回路の構成を示す構成図
【図１３】図１１のＩＨｂ平均値算出回路の構成を示す構成図
【図１４】図１１の重み付け係数決定回路の重み付け係数を決定する第１の変換特性の一例を示す特性図
【図１５】図１１の重み付け係数決定回路の重み付け係数を決定する第２の変換特性の一例を示す特性図
【図１６】図１１の強調レベル決定回路の強調レベルを決定するための変換特性の一例を示す特性図
【図１７】図１１の強調ＩＨｂ算出回路の構成を示す構成図
【符号の説明】
１…画像処理装置
２…強調レベル決定回路
３…重み付け係数決定回路
４…強調係数決定回路
５…強調処理回路
６…有効領域判別部
７…輝度平均値算出部
８…強調レベル変換部
９…輝度値算出部
１０…重み付け係数作成部
１１…入力信号平均値算出部
１２…減算器
１３…乗算器
１４…加算器
Claims (2)
- 入力される画像信号に基づいて画素毎の所定の特徴量を演算する特徴量演算手段と、
前記特徴量演算手段によって演算された画素毎の所定の特徴量に基づいて、入力される画像信号に係る画像における画素毎の重み付け係数を決定する重み付け回路と、
少なくとも前記特徴量演算手段によって演算された画素毎の所定の特徴量を用いて、入力される画像信号に係る画像毎の強調レベルを決定する強調レベル決定回路と、
前記重み付け回路の出力と前記強調レベル決定回路の出力とに基づいて、入力される画像信号に係る画像における画素毎の強調係数を決定する強調係数決定回路と、
前記強調係数決定回路の出力に基づいて、入力される画像信号に対して所定の強調処理を施す強調画像処理回路と、
を具備したことを特徴とする画像処理装置。 - 前記特徴量は、入力される画像信号に係る画像における画素毎のヘモグロビン量相関値または画素毎の輝度値であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
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