JP4464103B2 - 画像表示システム - Google Patents

Description

本発明は、広角画像と広角画像の一部の領域の拡大画像を表示する画像表示システムに関する。

従来、内視鏡システムや監視システムでは、対物光学系や撮影光学系により得られる広角画像を表示するためのモニタと、広角画像の一部領域を拡大して表示するためのモニタとを備えたものがある。拡大画像用モニタで現在表示されている画像が、広角画像用モニタで表示されている画像のどの領域に相当するのかを示すために、広角画像用モニタにおいて拡大画像の視野位置が例えば矩形の枠で示される。（例えば特許文献１）。
特開２００２−２４５４４２号公報

このような矩形の枠の表示は、拡大画像の位置を把握できる点では一定の効果を奏するが、拡大画像と広角画像の相対的な倍率関係の把握は困難である。例えば、胃壁のように拡大画像モニタの全域に同様の映像が再現され、他にサイズを比較できるような物体が映されない場合、上述の矩形枠が表示されても広角画像と拡大画像の倍率関係の把握は極めて困難である。

本発明は、以上の問題を解決するものであり、広角画像と拡大画像を表示する画像表示システムにおいて、両画像の相対的な関係をより明確に示し、利便性を向上させることを目的としている。

本発明に係る画像表示システムは、対物光学系により形成される広角画像の一部の領域を拡大して結像する拡大光学系と、対物光学系から導かれる光束の光軸に対して垂直方向に移動することにより、拡大光学系により拡大される領域を抽出するシフト光学系と、広角画像を撮影するための第１の撮影手段と、シフト光学系により抽出された領域の拡大画像を撮影するための第２の撮影手段と、第１の撮影手段により撮影された広角画像を表示するための広角画像表示手段と、第２の撮影手段により撮影された拡大画像を表示するための拡大画像表示手段と、広角画像において、領域の位置を示す拡大領域位置表示手段と、広角画像と拡大画像の倍率関係を示す倍率関係表示手段とを備えることを特徴とする。

好ましくは、倍率関係表示手段は、所定の目盛りを有する第１の座標スケールを広角画像に表示し、倍率関係と第１の座標スケールの目盛りに基づいて決定される目盛りを有する第２の座標スケールを拡大画像に表示する。

拡大領域位置表示手段は、例えば拡大される領域の境界を表示してもよく、若しくは拡大される領域の中心を表示してもよい。

拡大領域位置表示手段が拡大される領域の中心を表示する場合、第１の座標スケールが拡大領域位置表示手段を兼用してもよい。

本発明によれば、広角画像において拡大領域位置が表示されると共に、広角画像と拡大画像の倍率関係が示される。従って、拡大して示される位置を移動しても、被観察体の大きさを容易に把握することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る実施形態が適用される内視鏡システムの外観及び内部構成を概略的に示す図である。硬性内視鏡１０は患者の腹壁に嵌め込まれたトラカール等を介して体内に挿入される。硬性内視鏡１０の先端には対物光学系１１が配設され、硬性内視鏡１０の内部には長手方向に沿ってリレー光学系１２が配設される。対物光学系１１は、広い範囲の視野像を形成可能なレトロフォーカス型の光学系である。硬性内視鏡１０は像分離装置２０に接続されている。対物光学系１１により結像された被観察体像は、リレー光学系１２を介して像分離装置２０内の分岐光学系２１に導かれる。分岐光学系２１は、対物光学系からの光束の光路上に配設され、この光束の一部を反射し、残りを透過させる。

分岐光学系２１により反射された光束は、広角光学系２２を介して広角用ＣＣＤカメラ２３に導かれ、広角用ＣＣＤカメラ２３に設けられる撮像素子（図示せず）の撮像領域に入射する。

分岐光学系２１を透過した光束は、反射プリズム２４で反射し、拡大光学系２５に入射する。拡大光学系２５は、シフト光学系２６、フォーカシングレンズ２７、及びズーミングレンズ群２８で構成される。シフト光学系２６は例えばペシャンプリズムで構成され、反射プリズム２４からの光束の光軸ＯＡ１に対し垂直方向に移動可能に保持される。シフト光学系２６を適宜移動することにより、光軸ＯＡ１に対し、フォーカシングレンズ２７に入射する光束の光軸ＯＡ２を変位させることが可能である。

拡大光学系２５から出射する光束は、拡大用ＣＣＤカメラ２９に導かれ、拡大用ＣＣＤカメラ２９に設けられる撮像素子（図示せず）の撮像領域に垂直に入射する。従って、シフト光学系２６を駆動することにより広角画像内における拡大画像の位置が変更される。また、ズーミングレンズ群２８を適宜駆動することにより被観察体像が所定の拡大率で拡大される。

広角用ＣＣＤカメラ２３及び拡大用ＣＣＤカメラ２９はそれぞれビデオケーブルにより、外部モニタ３１、３２に接続される。これにより、外部モニタ３１には被観察体の広角画像が表示され、外部モニタ３２には広角画像の一部の領域の拡大画像が表示される。

図２は、内視鏡システムのブロック図である。コントローラ１００は、内視鏡システム全体を制御するマイクロコンピュータである。広角用ＣＣＤカメラ２３から出力される広角画像の画像信号は、広角画像処理回路１０１において所定の画像処理が施され、外部モニタ３１に出力される。また、拡大用ＣＣＤカメラ２９から出力される拡大画像の画像信号は、拡大画像処理回路１０２において所定の画像処理が施され、外部モニタ３２に出力される。

操作スイッチ群１０３は、拡大して示される領域の広角画像における中心位置を変更するためのスイッチ、拡大画像の広角画像に対する拡大率を指定するためのスイッチを有する。

中心位置変更の制御信号がコントローラ１００に入力されと、コントローラ１００はこの制御信号に基づいて、駆動信号をＸ方向駆動モータ２６１、Ｙ方向駆動モータ２６２へ出力する。拡大光学系２５のシフト光学系２６（図１参照）は、Ｘ方向駆動モータ２６１及びＹ方向駆動モータ２６２により、反射プリズム２４からの光束の光軸ＯＡ１に垂直な面内の直交するＸ方向及びＹ方向に沿って駆動される。Ｘ方向駆動モータ２６１、Ｙ方向駆動モータ２６２の駆動方向及び駆動量は、それぞれＸ方向エンコーダ２６３、Ｙ方向エンコーダ２６４により検出される。

フォーカシングレンズ２７（図１参照）は、合焦モータ２７１により、光軸ＯＡ１に沿って駆動される。合焦モータ２７１の駆動方向及び駆動量は、合焦エンコーダ２７２により検出される。

ズーミングレンズ群２８はカム環（図示せず）に保持される。カム環はカム環駆動モータ２８１により駆動される。操作スイッチ群１０３から拡大率変更の制御信号がコントローラ１００に入力されると、コントローラ１００はこの制御信号に基づいて、駆動信号をカム環駆動モータ２８１へ出力する。その結果、カム環が駆動され、ズーミングレンズ群２８が光軸ＯＡ１に沿って変位され、拡大率に応じた拡大画像が形成される。カム環駆動モータ２８１の駆動方向及び駆動量は、カム環エンコーダ２８２により検出される。

モータ２６１、２６２、２７１、及び２８１は、コントローラ１００から出力される駆動信号に基づいて駆動される。また、エンコーダ２６３、２６４、２７２、及び２８２の検出結果はコントローラ１００に入力される。

コントローラ１００には表示データ作成回路１０４が接続されており、エンコーダ２６３、２６４、２７２、及び２８２の検出結果が入力される。また、ＥＥＰＲＯＭ１０５には、カム環エンコーダ２８２の出力値と拡大画像の拡大率との関係を示すレコードが格納されている。表示データ作成回路１０４では、これらのエンコーダの検出結果に基づき、ＥＥＰＲＯＭ１０５に格納されたデータを参照しながら、外部モニタ３１及び３２に表示されるデータのうち画像以外のデータを作成し、広角画像処理回路１０１及び拡大画像処理回路１０２に出力する。

図３は、外部モニタ３１に表示される広角画像の一例を示す図である。外部モニタ３１には病変部位と鉗子が表示されている。広角画像には表示領域の中心を原点とする２次元座標である広角画像座標が設定されている。外部モニタ３１には、この広角画像座標のＸ軸の座標スケールＳＣ１１とＹ軸の座標スケールＳＣ１２がスーパーインポーズされている。また、外部モニタ３２において拡大表示される領域を示す拡大表示領域が破線Ｌ１で表示されている。

図４は、外部モニタ３２に表示される拡大画像の一例を示す図である。外部モニタ３２には、外部モニタ３１において破線Ｌ１で囲まれた領域が拡大されて表示される。外部モニタ３２の拡大画像の拡大倍率は、ズーミングレンズ群２８の駆動量に基づいて定まる。図４に示す例では、図３に示す広角画像に対して、縦横それぞれ２倍に拡大された拡大画像が表示されている。拡大画像には、表示領域の中心を原点とする２次元座標である拡大画像座標が設定されている。外部モニタ３２には、この拡大画像座標のＸ軸の座標スケールＳＣ２１とＹ軸の座標スケールＳＣ２２がスーパーインポーズされている。外部モニタ３２では、拡大表示領域の中心が拡大画像座標の原点と一致するよう、画像が表示される。

座標スケールＳＣ１１の目盛り幅及びその数値と、座標スケールＳＣ２１の目盛り幅及びその数値を比較すれば、図４の拡大画像が横方向、すなわちＸ軸に沿った方向に２倍に拡大されていることが明確に把握される。同様に、座標スケールＳＣ１２の目盛り幅及びその数値と、座標スケールＳＣ２２の目盛り幅及びその数値を比較すれば、図４の拡大画像が縦方向、すなわちＹ軸に沿った方向に２倍に拡大されていることが明確に把握される。

操作スイッチ群１０３を操作し、拡大表示領域を図３に示される位置から右上に移動させ、かつ縦横の拡大率を４倍としたとき、外部モニタ３１、３２に表示される状態を図５及び図６に示す。図５において破線Ｌ２で示されるように、拡大表示領域の中心は右上に移動している。また、縦横の拡大率が４倍に拡大されたことに伴い、破線Ｌ２で囲まれる領域は、図３において破線Ｌ１で囲まれる領域よりも狭められている。また、図６に示されるように、座標スケールＳＣ３１、ＳＣ３２の目盛りの数値も拡大率の拡大に対応して変更されている。

図７は、外部モニタ３１、３２の画面表示の処理手順を示すフローチャートである。尚、以下の処理は、内視鏡システムの稼動中、常時実行される。ステップＳ１００〜Ｓ１０４において、上述の各エンコーダの出力に基づく処理が実行される。ステップＳ１００では、シフト光学系２６のＸ方向エンコーダ２６３、Ｙ方向エンコーダ２６４の出力に基づいて、光軸ＯＡ２の広角画像における位置、すなわち拡大表示領域の中心位置が演算される。ステップＳ１０２では、ズーミングレンズ群２８のカム環エンコーダ２８２の出力に基づいて、外部モニタ３２に表示される拡大画像の拡大率が算出される。拡大率の算出は、ＥＥＰＲＯＭ１０５に記憶された上述のデータを参照して行われる。ステップＳ１０４では、フォーカシングレンズ２７の合焦エンコーダ２７２の出力に基づいて、拡大光学系２５の焦点距離が算出される。

次いで、ステップＳ１０６において、被観察体までの距離と対物光学系１１の視野角に基づいて、外部モニタ３１の広角画像に座標スケールをスーパーインポーズするためのデータ作成処理が実行される。被観察体までの距離は、ステップＳ１０４で算出された焦点距離に基づいて算出される。

ステップＳ１０８において、ステップＳ１００で算出された光軸ＯＡ２の広角画像における位置と、ステップＳ１０２で算出された拡大率とに基づいて、外部モニタ３１に拡大表示領域（図３の破線Ｌ１、図５の破線Ｌ２）を表示するためのデータ作成処理が実行される。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１０６で作成された座標スケールを表示するためのデータと、ステップＳ１０８で作成された拡大表示領域を表示するためのデータとに基づいて、座標スケール及び拡大表示領域を示す破線の矩形が、外部モニタ３１に表示されている画像にスーパーインポーズされる。

次いでステップＳ１１２において、外部モニタ３２の拡大画像に座標スケールをスーパーインポーズするためのデータ作成処理が実行される。このデータ作成処理は、被観察体までの距離と、対物光学系１１の視野角と、ステップＳ１０４で算出された焦点距離と、ステップＳ１００で算出された光軸ＯＡ２の広角画像における位置情報と、ステップＳ１０２で算出された拡大率とに基づいて行われる。光軸ＯＡ２の広角画像における位置情報により、外部モニタ３１に表示される座標スケールと、外部モニタ３２に表示される座標スケールの整合性が図られる。また、拡大率を参照することにより、座標スケールの目盛りの数値を適正なものとすることができる。

ステップＳ１１４では、ステップＳ１１２で作成された座標スケールを表示すためのデータに基づいて、座標スケールが外部モニタ３２に表示されている画像にスーパーインポーズされる。

本実施形態では、外部モニタ３１において、拡大表示領域を破線の矩形で示しているがこれに限るものではない。図８に示すように、拡大表示領域の中心に、中心Ｃ３を一致させた十字線Ｌ３を表示してもよい。また、図９に示すように、この十字線と座標スケールとを一致させてもよい。この場合、Ｘ軸の座標スケールＳＣ４１、Ｙ軸の座標スケールＳＣ４２の目盛りの数値は、広角画像の中心を原点とする２次元座標に対応した値が表示される。

また、拡大表示領域の中心を中心とする円形で示したり、矩形の拡大領域を広角画像内において反転表示させてもよい。

本実施形態では、外部モニタ３２において、座標スケールを座標のＸ軸、Ｙ軸に一致させているがこれに限るものではない。例えば図１０に示すように、外部モニタ３２の表示領域の右端部近傍及び下端部近傍に、それぞれＸ軸に沿ったスケール、Ｙ軸に沿ったスケールを表示してもよい。また、本実施形態では、外部モニタ３２において座標スケールのみを表示しているがこれに限るものではない。例えば、座標スケールと共に格子スケール（図１１参照）や同心円スケール（図１２参照）を表示してもよい。

尚、本実施形態では、内視鏡システムに適用される画像表示システムを例にとって説明したがこれに限るものではない。例えば、監視カメラで撮影される画像の表示システム等に適用することも可能である。

以上のように本発明によれば、広角画像と拡大画像を表示するにあたって、双方の画像に座標スケールが表示される。従って、広角画像と拡大画像の相対的関係を明確に把握することができる。

本発明に係る実施形態が適用される内視鏡システムを概略的に示す図である。 内視鏡システムのブロック図である。 広角画像を表示する外部モニタの表示の一例を示す図である。 拡大画像を表示する外部モニタの表示の一例を示す図である。 広角画像を表示する外部モニタの表示の別の例を示す図である。 拡大画像を表示する外部モニタの表示の別の例を示す図である。 画像表示の処理手順を示すフローチャートである。 広角画像に表示される拡大位置表示の別の例を示す図である。 広角画像に表示される座標スケール及び拡大位置表示の別の例を示す図であ る。 広角画像を表示する外部モニタの表示領域の右端部近傍及び下端部近傍にスケールを表示する例を示す図である。 広角画像を表示する外部モニタに座標スケールと共に格子スケールを表示する例を示す図である。 広角画像を表示する外部モニタに座標スケールと共に同心円スケールを表示する例を示す図である。

符号の説明

１０ 硬性鏡
２０ 像分離装置
２１ 分岐光学系
２２ 広角光学系
２３ 広角用ＣＣＤカメラ
２４ 反射プリズム
２５ 拡大光学系
２６ シフト光学系
２７ フォーカシングレンズ
２８ ズーミングレンズ群
３１、３２ 外部モニタ

Claims (6)

1. 対物光学系により形成される広角画像の一部の領域を拡大して結像する拡大光学系と、
   前記対物光学系から導かれる光束の光軸に対して垂直方向に移動することにより、前記拡大光学系により拡大される前記領域を抽出するシフト光学系と、
   前記広角画像を撮影するための第１の撮影手段と、
   前記シフト光学系により抽出された前記領域の拡大画像を撮影するための第２の撮影手段と、
   前記第１の撮影手段により撮影された前記広角画像を表示するための広角画像表示手段と、
   前記第２の撮影手段により撮影された前記拡大画像を表示するための拡大画像表示手段と、
   前記広角画像において、前記領域の位置を示す拡大領域位置表示手段と、
   前記広角画像と前記拡大画像の倍率関係を示す倍率関係表示手段とを備え、
   前記倍率関係表示手段は、所定の目盛りを有する第１の座標スケールを前記広角画像に表示し、前記第１の座標スケールが前記拡大領域位置表示手段を兼用することを特徴とする画像表示システム。
2. 前記倍率関係表示手段は、前記倍率関係と前記第１の座標スケールの目盛りに基づいて決定される目盛りを有する第２の座標スケールを前記拡大画像に表示することを特徴とする請求項１に記載の画像表示システム。
3. 前記拡大領域位置表示手段は、前記領域の境界を表示することを特徴とする請求項１に記載の画像表示システム。
4. 前記拡大領域位置表示手段は、前記領域の中心を表示することを特徴とする請求項１に記載の画像表示システム。
5. 前記第１の座標スケールにおいて、前記広角画像の中心を原点とする座標に対応した値が表示されることを特徴とする請求項１に記載の画像表示システム。
6. 前記第１の座標スケールは、２次元座標のスケールであり、前記２次元座標の原点は、前記領域の中心に対応していることを特徴とする請求項１に記載の画像表示システム。

Images