JP5244455B2 - 内視鏡プロセッサおよび内視鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、励起光および参照光を照射されたときの被写体の画像に基づいて、被写体の観察に寄与する画像を生成する内視鏡プロセッサに関する。

生体組織に蛍光を発光させる励起光を照射して、生体組織の自家蛍光を撮像する蛍光内視鏡システムが知られている。病変部における自家蛍光の強度は、健常部における自家蛍光の強度より低いことが多い。この性質を利用して、白色光を照射するときの白色光画像および励起光を照射するときの蛍光画像のいずれか一方の画像の輝度情報を他方の画像に反映させた画像を作成することが提案されていた（特許文献１、特許文献２参照）。

ところで、病変部などの異常生体組織における自家蛍光の色は健常部と異なることがある。しかし、自家蛍光は主に緑色がかっており、健常部との僅かな色の差異を判別することは困難であった。特許文献１および特許文献２の蛍光内視鏡システムでは、このような色の差異を明確にすることが出来なかった。
特開２００２−１４３０７９号公報 特開２００６−１９２０５８号公報

したがって、本発明では、自家蛍光画像において、領域毎の色の差異を明確にするための処理を行う内視鏡プロセッサの提供を目的とする。

本発明の内視鏡プロセッサは、被写体を撮像することにより撮像素子によって生成され、前記被写体の光学像を形成する複数の画素に対応する複数の画素信号によって構成される画像信号を受信する受信部と、受信部が受信する画像信号が生体組織に蛍光を生じさせる励起光を被写体に対して照射したときに生成される蛍光画像信号であるときに複数の画像信号に対応する複数の色差に基づいて求められる代表値を基準値に合致させるように画素信号に信号処理を施す基準値補正部とを備えることを特徴としている。

なお、基準値補正部は、画素信号に基づいて色差に相当する色差信号を生成する色差生成部と、単一の画像信号を構成する複数の画素に対応する色差信号に基づいて代表値を算出する代表値算出部と、代表値を基準値に合致させるように画素毎の色差信号を補正する補正部とを備えることが好ましい。

また、代表値は、複数の色差の度数分布が最大となる色差、または複数の色差の度数分布の平均となる色差であることが好ましい。

また、基準値は、補正部による補正後の色差信号に相当する色を無彩色にする値であることが好ましい。

また、画素信号に基づいて画素信号に対応する輝度信号を生成する輝度生成部と、同じ画素における励起光より帯域の広い参照光を照射したときの被写体を撮像するときに撮像素子が生成する参照画像信号に基づく輝度信号と蛍光画像信号に基づく輝度信号との差である輝度差を算出する輝度差算出部と、輝度差に基づいて基準値補正部により信号処理を施された画素信号である基準補正画素信号を調整することにより色強調画素信号を生成する色強調処理部とを備えることが好ましい。

また、色強調処理部は、基準補正画素信号の色差と基準値との差である調整色差を増加させることにより基準補正画素信号を調整することが好ましい。

また、色強調処理部は、輝度差が大きくなるほど調整色差を大きく増加させることが好ましい。

また、色強調処理部による調整色差の増加率を変更する入力をするための入力部を備えることが好ましい。

また、色強調処理部は、生成させた色強調画素信号に対応する画素である注目画素の周囲の画素である周囲画素における輝度差を用いて色強調画素信号を生成することにより色強調画素信号を微調整することが好ましい。

また、周囲画素の輝度差を用いて注目画素の輝度差に微分フィルタ処理、ラプラシアンフィルタ処理、またはメディアンフィルタ処理を施して求めた輝度差に基づいて、色強調処理部は基準補正画素信号を調整することにより色強調画素信号が微調整することが好ましい。

また、色強調処理部は、複数の周囲画素の輝度差の中央値からの注目画素の輝度差のズレ量に応じて色強調画像信号を微調整することが好ましい。

また、色強調画素信号を微調整するために用いられる周囲画素の数を変更することが可能であることが好ましい。

本発明の内視鏡システムは、照射した生体組織に蛍光を発光させる励起光を被写体に供給する励起光源と、被写体を撮像することにより被写体の光学像を形成する複数の画素に対応する複数の画素信号によって構成される画像信号を生成する電子内視鏡と、内視鏡が生成する画像信号が励起光を被写体に対して照射したときに生成される蛍光画像信号であるときに複数の画素信号に対応する複数の色差に基づいて求められる代表値を基準値に合致させるように画素信号に信号処理を施す基準値補正部とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、自家蛍光画像における蛍光の色の差異を明確に表示させることが可能になる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を適用した内視鏡プロセッサを有する内視鏡システムの内部構成を概略的に示すブロック図である。

内視鏡システム１０は、内視鏡プロセッサ２０、電子内視鏡３０、およびモニタ１１によって構成される。内視鏡プロセッサ２０は、電子内視鏡３０、およびモニタ１１に接続される。

内視鏡プロセッサ２０から被写体を照明するための照明光が供給される。照明された被写体が電子内視鏡３０により撮像される。電子内視鏡３０の撮像により生成する画像信号が内視鏡プロセッサ２０に送信される。

内視鏡プロセッサ２０では、電子内視鏡３０から得られた画像信号に対して所定の信号処理が施される。所定の信号処理を施した画像信号に基づいてビデオ信号が生成される。ビデオ信号はモニタ１１に送信され、ビデオ信号に相当する画像がモニタ１１に表示される。

内視鏡プロセッサ２０には、光源ユニット４０、画像信号処理ユニット５０、システムコントローラ２１、タイミングコントローラ２２、および入力部２３などが設けられる。後述するように、光源ユニット４０は被写体を照明するための白色光および／または生体組織に蛍光を発せさせる励起光を発光する。また、後述するように、画像信号処理ユニット５０において画像信号に所定の信号処理が施される。

なお、光源ユニット４０、画像信号処理ユニット５０、および内視鏡システム１０全体の動作は、システムコントローラ２１により制御される。また、タイミングコントローラ２２により内視鏡システム１０の各部位における動作のタイミングが調整される。なお、キーボード（図示せず）などにより構成される入力部２３により、使用者によるコマンド入力が可能である。

内視鏡プロセッサ２０と電子内視鏡３０とを接続すると、光源ユニット４０と電子内視鏡３０に設けられるライトガイド３１とが光学的に接続される。また、内視鏡プロセッサ２０と電子内視鏡３０とを接続すると、画像信号処理ユニット５０およびタイミングコントローラ２２と電子内視鏡３０に設けられる撮像素子３２とが電気的に接続される。

図２に示すように、光源ユニット４０は、白色光源４１、励起光源４２、シャッタ４３、絞り４４、集光レンズ４５、白色光源電源回路４６、励起光源制御回路４７、シャッタ駆動回路４８、および絞り駆動回路４９などによって構成される。なお、白色光源４１から白色光が発光される。励起光源４２から紫色光などの特定の波長の励起光が発光される。

白色光源４１とライトガイド３１との間に、絞り４４、シャッタ４３、ダイクロイックミラーＭＲ、および集光レンズ４５が設けられる。白色光源４１から出射する白色光は、ダイクイロックミラーＭＲを透過し、集光レンズ４５で集光されてライトガイド３１の入射端に入射される。白色光源４１への電力は、白色光源電源回路４６によって供給される。

絞り４４の開口率を調整することにより、被写体に照射される白色光の光量が調整される。絞り４４の開口率調整は、第１モータＭ１を駆動することにより実行される。第１モータＭ１の駆動は、絞り駆動回路４９により制御される。絞り駆動回路４９は、システムコントローラ２１を介して画像信号処理ユニット５０に接続される。

後述するように撮像素子が生成する画像信号に基づき、撮像した画像の輝度が画像信号処理ユニット５０によって検出される。検出された画像全体の輝度は、システムコントローラ２１を介して絞り駆動回路４９に通知される。第１モータＭ１の駆動量は、画像全体の受光量に応じて絞り駆動回路４９により求められる。

シャッタ４３は、円盤上に開口部（図示せず）と遮光部（図示せず）とを有するロータリーシャッタであり、入射端への白色光の通過と遮光とが切替えられる。白色光を通過させる場合は、開口部が白色光の光路中に挿入される。白色光を遮光する場合は、遮光部が白色光の光路中に挿入される。シャッタ４３は、シャッタ駆動回路４８により動作が制御される第２モータＭ２により駆動される。

励起光源４２から照射される励起光はダイクロイックミラーＭＲにより反射され、集光レンズ４５で集光されてライトガイド３１の入射端に入射される。励起光源４２の発光および消灯動作は励起光源制御回路４７によって制御される。

シャッタ駆動回路４８および励起光源制御回路４７は、タイミングコントローラ２２に接続される。シャッタ４３による白色光の通過と遮光のタイミングを制御するための白色光信号が、タイミングコントローラ２２からシャッタ駆動回路４８に出力される。また、励起光源４２の発光と消灯のタイミングを制御するための励起光信号が、タイミングコントローラ２２から励起光源制御回路４７に出力される。なお、白色光信号および励起光信号は、タイミングコントローラ２２によりＨＩＧＨ／ＬＯＷ状態のいずれかに切替えられる信号である。

白色光信号がＨＩＧＨであるときには、シャッタ駆動回路４８はシャッタ４３を駆動して、白色光を通過させる。白色光信号がＬＯＷであるときには、シャッタ駆動回路４８はシャッタ４３を駆動して、白色光を遮光させる。

励起光信号がＨＩＧＨであるときには、励起光源制御回路４７は励起光源４２を発光させる。励起光信号がＬＯＷであるときには、励起光源制御回路４７は励起光源４２を消灯させる。

タイミングコントローラ２２は、白色光信号と励起光信号とのＨＩＧＨ／ＬＯＷが互いに逆になるように、ＨＩＧＨ／ＬＯＷの切替を行なう。従って、白色光信号がＨＩＧＨ、すなわち励起光信号がＬＯＷのときに、光源ユニット４０からライトガイド３１に白色光が供給される。一方、白色光信号がＬＯＷすなわち励起光信号がＨＩＧＨのときに、光源ユニット４０からライトガイド３１に励起光が供給される。

内視鏡システム１０には、被写体を観察するための動作モードとして、白色光画像観察モード、第１、第２の蛍光画像観察モードが設けられる。白色光画像観察モードに設定されると、白色光が連続的に被写体に照射されるように、タイミングコントローラ２２は光源ユニット４０を制御する。第１の蛍光画像観察モードに設定されると、励起光が連続的に被写体に照射されるように、タイミングコントローラ２２は光源ユニット４０を制御する。また、第２の蛍光画像観察モードに設定されると、白色光と励起光とが交互に繰返し照射されるように、タイミングコントローラ２２を制御する。

なお、動作モードの切替は、電子内視鏡３０に設けられる切替スイッチなどの入力機器（図示せず）および入力部２３への入力により実行される。

白色光源電源回路４６および励起光源制御回路４７は、システムコントローラ２１に接続される。システムコントローラ２１によって白色光源電源回路４６および励起光源制御回路４７の起動と停止とが切替えられる。

次に電子内視鏡３０の構成について詳細に説明する。図１に示すように、電子内視鏡３０には、ライトガイド３１、撮像素子３２、および励起光カットフィルタ３４などが設けられる。

ライトガイド３１は、内視鏡プロセッサ２０との接続部分から挿入管３７の先端まで延設される。前述のように、光源ユニット４０から出射される白色光または励起光が、ライトガイド３１の入射端に入射する。入射端に入射した光は、出射端まで伝達される。ライトガイド３１の出射端から出射する光が、配光レンズ３５を介して挿入管３７先端付近に照射される。

挿入管３７の先端には、対物レンズ３６、励起光カットフィルタ３４、および撮像素子３２も設けられる。なお、励起光カットフィルタ３４は、対物レンズ３６と撮像素子３２との間に設けられる。

白色光または励起光が照射された被写体からの反射光は、対物レンズ３６および励起光カットフィルタ３４を介して撮像素子３２の受光面に入射して被写体の光学像が形成される。励起光カットフィルタ３４は、励起光源４２が出射する励起光の全帯域の光成分をカットするフィルタである。

励起光カットフィルタ３４により、白色光または励起光を照射したときの被写体の光学像から励起光の反射光成分が減衰される。励起光カットフィルタを透過した光学像が撮像素子３２に形成される。

撮像素子３２は、受光面に入射した光学像を１フィールド期間、例えば１／６０秒毎に撮像するように駆動される。撮像素子３２の駆動は、タイミングコントローラ２２によって制御される。なお、第２の蛍光画像観察モードでは、撮像素子３２による１／６０秒の撮像に同期して白色光と励起光との照射が交互に切替えられる。

撮像動作の実行により、撮像素子３２は受光する光学像に基づいた画像信号を生成する。生成した画像信号は、１フィールド期間毎に画像信号処理ユニット５０に送信される。なお、撮像素子３２の受光面には、複数の画素（図示せず）が設けられる。各画素において受光量に応じた画素信号が生成される。画像信号は、受光面に配置された複数の画素が出力した複数の画素信号によって構成される。

また、各画素はベイヤー方式で配置されたＲＧＢカラーフィルタにより覆われる。画素信号は覆うカラーフィルタに対応する色の光の受光量に応じており、したがって、各画素に対応する画素信号は、Ｒ信号成分、Ｇ信号成分、Ｂ信号成分のいずれかである。

次に図３を用いて、画像信号処理ユニット５０の構成について説明する。画像信号処理ユニット５０は、前段信号処理回路（受信部）５１、輝度／色差マトリックス回路（色差生成部、輝度生成部）５２、色差ヒストグラム回路（代表値算出部）５３、輝度差ヒストグラム回路（輝度差算出部）５４、色差基準補正回路（補正部）５５、強調パラメータ算出回路５６、色相強調処理回路（色強調処理部）５７、および後段信号処理回路５８などによって構成される。なお、画像信号処理ユニット５０は作業メモリとしてＲＡＭ（図示せず）に接続される。以下に説明する各回路において実行される信号処理にＲＡＭが用いられる。

画像信号処理ユニット５０は、タイミングコントローラ２２に接続される。タイミングコントローラ２２から白色光信号および励起光信号が、画像信号処理ユニット５０に送信される。画像信号処理ユニット５０において、白色光信号がＨＩＧＨであるときに受信する画像信号は、白色光画像信号として認識される。また、画像信号処理ユニット５０において、励起光信号がＨＩＧＨであるときに受信する画像信号は、蛍光画像信号として認識される。

画像信号処理ユニット５０に送信される白色光画像信号および蛍光画像信号は、前段信号処理回路５１に入力される。前段信号処理回路５１において白色光画像信号および蛍光画像信号に対してＡ／Ｄ変換およびゲインコントロール、例えば画像信号全体の実際の輝度の中央値を輝度信号の全階調の中央値に一致させる正規化が行なわれる。また、色補間処理により、各画素に対応する他の色信号成分が補間される。さらに、他の所定の信号処理が施される。

なお、前述のようにゲインコントロールを行なう前の白色光画像信号に基づいて、白色光画像信号の平均輝度が検出される。検出した平均輝度がシステムコントローラ２１を介して、前述のように絞り制御回路４９に通知され、絞り４４の開口度の算出に用いられる。

内視鏡システム１０の動作モードが、白色光画像観察モードまたは第１の蛍光画像観察モードに設定されている場合、連続的に前段信号処理回路５１に入力される白色光画像信号（Ｒｗ、Ｇｗ、Ｂｗ）または蛍光画像信号（Ｒｆ、Ｇｆ、Ｂｆ）が後段信号処理回路５８に送信される。

色ガンマ補正処理の施された白色光画像信号および／または蛍光画像信号は、後段信号処理回路５８に送信される。後段信号処理回路５８では、クランプ、ブランキング処理などの所定の信号処理、およびＤ／Ａ変換が行なわれる。Ｄ／Ａ変換の行なわれた画像信号に基づいて生成されるビデオ信号が、モニタ１１に送信される。送信されたビデオ信号に相当する画像がモニタ１１に表示される。すなわち、白色光を照射した時の白色光画像または励起光を照射した時の自家蛍光画像が表示される。

内視鏡システム１０の動作モードが、第２の蛍光画像観察モードに設定されている場合、交互に繰返し前段信号処理回路５１に入力される白色光画像信号（Ｒｗ、Ｇｗ、Ｂｗ）および蛍光画像信号（Ｒｆ、Ｇｆ、Ｂｆ）は輝度／色差マトリックス回路５２に送信される。

輝度／色差マトリックス回路５２では、白色光画像信号および蛍光画像信号を構成する各画素のＲ、Ｇ、Ｂ信号成分に対して、所定のマトリックスを用いて輝度信号成分Ｙおよび色差信号成分Ｃｒ、Ｃｂが生成される。

すなわち、白色光画像信号を構成するＲ、Ｇ、Ｂ信号成分Ｒｗ、Ｇｗ、Ｂｗから、白色光画像信号における輝度信号成分Ｙｗおよび色差信号成分Ｃｒｗ、Ｃｂｗが生成され、蛍光画像信号を構成するＲ、Ｇ、Ｂ信号成分Ｒｆ、Ｇｆ、Ｂｆから、自家蛍光画像信号における輝度信号成分Ｙｆおよび色差信号成分Ｃｒｆ、Ｃｂｆが生成される。

白色光画像信号における色差信号成分Ｃｒｗ、Ｃｂｗは、破棄される。一方、蛍光画像信号における色差信号成分Ｃｒｆ、Ｃｂｆは、色差ヒストグラム作成回路５３に送信される。色差信号ヒストグラム５３では、１フィールドの画像信号を構成する各画素信号の色差信号成分Ｃｒｆ、ＣｂｆのヒストグラムＨｃｒ、Ｈｃｂが作成される。

作成されたヒストグラム信号Ｈｃｒ、Ｈｃｂは、蛍光画像信号における色差信号成分Ｃｒｆ、Ｃｂｆとともに、色差基準補正回路５５に送信される。色差基準補正回路５５では、色差信号成分Ｃｒｆ、Ｃｂｆに対してそれぞれのヒストグラムＨｃｒ、Ｈｃｂに基づいて補正が施され、基準補正色差信号成分Ｃｒ１、Ｃｂ１が生成される。以下に、色差基準補正回路５５で施される補正について説明する。

生体が発する自家蛍光は主に緑色であり、色差信号成分Ｃｒｆの度数分布において、図４に示すように、マイナス側の色差の度数が高くなる。ヒストグラム信号Ｈｃｒに基づいて、最大度数となる色差（代表値）Ｃｒｐが求められる。

次に、補正後の色差信号成分Ｃｒ１の度数分布の最大度数となる色差がゼロ、すなわち、無彩色に相当する色差に一致するように、色差信号成分Ｃｒｆが補正され、基準補正色差信号成分Ｃｒ１として生成される（図５参照）。同様に、色差信号成分Ｃｂｆも補正され、基準補正色差信号成分Ｃｂ１として生成される。

図６に示すＣｒ−Ｃｂ色空間グラフにおいて、色差信号のヒストグラムの度数が上位８０％となる色差の領域である中心領域Ｃが、補正前の色差信号成分Ｃｒｆ、Ｃｂｆでは左下、すなわち緑色の領域に位置する。一方、補正により、補正後の基準補正色差信号成分Ｃｒ１、Ｃｂ１では中央、すなわち無彩色の領域に変位する。このような変位により、補正前の色差信号成分を用いて作成した画像において埋もれていた色が、基準補正色差信号成分を用いて作成した画像では周囲と明確に異なる色で表示されるようになる。

例えば、図７に示すように、Ｃｒ−Ｃｂ色空間グラフにおいて、中心領域Ｃから離れた位置に色差信号の分布がある場合であっても、例えば、第１、第２の領域α、βのように同じ緑色の領域にある場合には、表示する画像において明確な色の差異が生じにくい。

一方、図８に示すように、補正により、第１、第２の領域α、βはそれぞれ左上、右上の領域、すなわち赤色、および赤紫色の領域に変位する。したがって、表示する画像において中心領域Ｃの色と明確な差異が生じることになる。

このように生成した基準補正色差信号Ｃｒ１、Ｃｂ１は色相強調処理回路５７に送信される。

輝度／色差マトリックス回路５２において生成された、白色光画像信号における輝度信号成分Ｙｗおよび蛍光画像信号における輝度信号成分Ｙｆは、輝度差ヒストグラム回路５４に送信される。

輝度差ヒストグラム作成回路５４では、先ず、同一の画素に対応する白色光画像信号における輝度信号成分Ｙｗと蛍光画像信号における輝度信号成分Ｙｆとの差である輝度差ΔＹが算出される。次に、注目画素として選択された画素の周囲の８画素を周囲画素として、注目画素と周囲画素の中での輝度差ΔＹのヒストグラムＨΔＹが作成される。全画素が順番に注目画素として選択され、各画素に対応する輝度差ΔＹのヒストグラムが作成される。なお、注目画素に対する周囲画素の数は、入力部２３への入力により変更可能である。

作成されたヒストグラム信号ＨΔＹは、蛍光画像信号における輝度信号成分Ｙｆおよび輝度差ΔＹとともに、強調パラメータ算出回路５６に送信される。強調パラメータ算出回路５６では、各画素の輝度差ΔＹに基づいて、色相を強調するために基準補正色差信号成分Ｃｒ１、Ｃｂ１に乗じる強調パラメータＰが算出される。

輝度差ΔＹの絶対値が大きくなるほど、強調パラメータＰが大きくなる関数によって強調パラメータＰが算出される。例えば、図９に示すように、輝度差ΔＹの絶対値に所定の係数ｋを乗じることにより強調パラメータＰは算出される。なお、輝度差ΔＹに対応する強調パラメータＰが予め対応表データとして格納され、入力される輝度差ΔＹに応じて強調パラメータＰが算出される構成でもよい。また、輝度差ΔＹの絶対値に乗じる係数ｋは、入力部２３への入力により変更可能である。ただし、１を超える値に設定される。

さらに、強調パラメータ算出回路５６において、強調パラメータＰはヒストグラム信号ＨΔＹに基づいて、微調整される。微調整のために、先ずヒストグラム信号により、注目画素と周囲画素の合計９画素の輝度差ΔＹの中における、注目画素の輝度差ΔＹの順番が求められる。

注目画素の輝度差ΔＹの順番に応じて定められる微調整補正値が、強調パラメータＰに乗じられる。微調整補正値は、輝度差ΔＹの順番が中央、すなわち５番目において１であり、中央から離れるほど小さくなるように定められる。例えば、１、９番目、２、８番目、３、７番目、および４、６番目の場合には、０．６、０．７、０．８、および０．９になるように定められる。

微調整補正値が乗じられた強調パラメータ信号Ｐ’が、強調パラメータ算出回路５６から色相強調処理回路５７に送信される。また、強調パラメータ算出回路５６が受信した蛍光画像信号における輝度信号成分Ｙｆが後段信号処理回路５８に送信される。

色相強調処理回路５７は、強調パラメータ信号Ｐ’とともに、前述のように基準補正色差信号Ｃｒ１、Ｃｂ１を受信する。色相強調処理回路５７において、基準補正色差信号Ｃｒ１、Ｃｂ１に強調パラメータ信号Ｐ’が乗じられ、強調色差信号Ｃｒ２、Ｃｂ２が生成される。生成された強調色差信号Ｃｒ２、Ｃｂ２が後段信号処理回路５８に送信される。

前述のように、後段信号処理回路５８は、蛍光画像信号における輝度信号成分Ｙｆおよび強調色差信号Ｃｒ２、Ｃｂ２を受信する。後段信号処理回路５８では、受信した輝度信号成分Ｙｆおよび強調色差信号成分Ｃｒ２、Ｃｂ２に対して、所定の信号処理が施され、Ｄ／Ａ変換が行なわれる。Ｄ／Ａ変換の行なわれた画像信号に基づいて生成されるビデオ信号が、モニタ１１に送信される。送信されたビデオ信号に相当する画像がモニタ１１に表示される。

第２の蛍光画像表示モードにおいて表示される画像は、前述のように周囲と異なるパターンで発光する自家蛍光の領域は、周囲と明確に差異のある色に色付けられる。

また、輝度差ΔＹの絶対値が大きくなるほど、基準補正色差信号Ｃｒ１、Ｃｂ１により大きな強調パラメータＰ’が乗じられる。乗じられる強調パラメータＰ’が大きくなるほど、彩度が高くなる。すなわち、強調パラメータＰ’が乗じられることにより、図８における変位された第１、第２の領域α、βと原点との距離がさらに離され、彩度が高くなることにより、周囲の色との差異がさらに明確になる。

また、強調パラメータＰ’は微調整補正値によって微調整されている。それゆえ、輝度差ΔＹがノイズの影響を受けた場合であっても、周囲画素の輝度差ΔＹから大きく変位している場合には、元の強調パラメータＰより小さくなるように微調整される。したがって、ノイズの影響が低減化される。

次に、内視鏡プロセッサ２０によって実行される第２の蛍光画像表示モードにおいて表示される画像に対応するビデオ信号を生成するための処理について図１０のフローチャートを用いて説明する。なお、ビデオ信号生成処理は、内視鏡システム１０の動作モードが第２の蛍光画像観察モードに切替えられるときに開始し、他の動作モードに切替えられるときに終了する。

ステップＳ１００において、光源ユニット４０に白色光を照射させる。ステップＳ１０１において、白色光の照射された被写体を撮像させ、白色光画像信号を生成させる。白色光画像信号を生成させると、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、白色光画像信号のＲ信号成分、Ｇ信号成分、Ｂ信号成分に基づいて、輝度信号成分Ｙｗ、色差信号成分Ｃｒｗ、Ｃｂｗを生成する。ステップＳ１０３において、生成した輝度信号成分Ｙｗ、色差信号成分Ｃｒｗ、ＣｂｗをＲＡＭに格納する。

次のステップＳ１０４において、光源ユニット４０に励起光を照射させる。ステップＳ１０５において、励起光の照射された被写体を撮像させ、自家蛍光画像信号を生成させる。自家蛍光画像信号を生成させると、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、自家蛍光画像信号のＲ信号成分、Ｇ信号成分、Ｂ信号成分に基づいて、輝度信号成分Ｙｆ、色差信号成分Ｃｒｆ、Ｃｂｆを生成する。ステップＳ１０７において、生成した輝度信号成分Ｙｆ、色差信号成分Ｃｒｆ、ＣｂｆをＲＡＭに格納する。ＲＡＭへの格納後、ステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、自家蛍光画像信号の色差信号成分Ｃｒｆ、Ｃｂｆに基づいて色差ヒストグラムＨｃｒ、Ｈｃｂを作成する。作成した色差ヒストグラムＨｃｒ、Ｈｃｂに基づいて、ステップＳ１０９では、自家蛍光画像信号の色差信号成分Ｃｒｆ、Ｃｂｆに色差基準補正処理を施して基準補正色差信号成分Ｃｒ１、Ｃｂ１を生成する。

基準補正色差信号成分Ｃｒ１、Ｃｂ１の生成後、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、白色光画像信号と蛍光画像信号とにおける輝度信号成分Ｙｗ、Ｙｆの輝度差ΔＹを計算する。計算した輝度差ΔＹに基づいて、輝度差ヒストグラムＨΔＹを作成する。輝度差ヒストグラムＨΔＹを作成すると、ステップＳ１１１に進む。

ステップＳ１１１では、ステップＳ１１０で計算した輝度差ΔＹと輝度差ヒストグラムΔＹとに基づいて、強調パラメータＰ’を算出する。算出した強調パラメータＰ’を用いて、ステップＳ１１２では、基準補正色差信号成分Ｃｒ１、Ｃｂ１に色相強調処理を施して強調色差信号Ｃｒ２、Ｃｂ２を生成する。

次のステップＳ１１３では、ステップＳ１０７で格納された蛍光画像信号における輝度信号成分Ｙｆと、ステップＳ１１２で生成された強調色差信号Ｃｒ２、Ｃｂ２とを用いて、ビデオ信号を生成する。ビデオ信号の生成後、ステップＳ１００に戻る。

以上のように、第１の実施形態の内視鏡プロセッサによれば、周囲と異なるパターンの自家蛍光を発している領域および健常部に比べて輝度の低い領域が明確に判別可能になるように色付けた画像を作成することが可能になる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、輝度ヒストグラムを作成すること無くフィルタ処理をかけることにより、ノイズの影響を低減化させる点において、第１の実施形態と異なっている。以下に、第１の実施形態と異なっている点を中心に説明する。なお、以下の説明において、第１の実施形態と同じ機能を有する部位には同じ符号を付する。

第２の実施形態の内視鏡プロセッサ２０において、画像信号処理ユニット以外の構成はすべて、第１の実施形態と同じである。

図１１に示すように、画像信号処理ユニット５００は、第１の実施形態と同様に、前段信号処理回路５１、輝度／色差マトリックス回路５２、色差ヒストグラム回路５３、色差基準補正回路５５、強調パラメータ算出回路５６０、色相強調処理回路５７、および後段信号処理回路５８を有する。また、第１の実態形態と異なり、画像信号処理ユニット５００には、輝度差フィルタ処理回路５９が設けられる。

前段信号処理回路５１、輝度／色差マトリックス回路５２、色差ヒストグラム回路５３、色差基準補正回路５５、色相強調処理回路５７、および後段信号処理回路５８の機能は第１の実施形態と同じである。

輝度／色差マトリックス回路５２によって生成された白色光画像信号および蛍光画像信号における輝度信号成分Ｙｗ、Ｙｆが輝度差フィルタ処理回路５９に送信される。輝度差フィルタ処理回路５９では、先ず、同一の画素に対応する白色光画像信号および蛍光画像信号における輝度信号成分Ｙｗ、Ｙｆとの差である輝度差ΔＹが算出される。次に、注目画素として選択された画素の周囲の８画素を周囲画素の輝度差ΔＹを用いて、注目画素の輝度差ΔＹにラプラシアンフィルタ処理、またはメディアンフィルタ処理が施される。

フィルタ処理の施された輝度差ΔＹが、蛍光画像信号における輝度信号成分Ｙｆとともに強調パラメータ算出回路５６０に送信される。強調パラメータ算出回路５６０では、第１の実施形態と同様に、強調パラメータＰが算出される。ただし、第１の実施形態と異なり、強調パラメータＰの微調整は行なわれずに、色相強調処理回路５７に送信される。

以上のように、第２の実施形態の内視鏡プロセッサによっても、第１の実施形態と同じ効果を得ることができる。なお、第１の実施形態では輝度差ヒストグラムＨΔＹを用いて輝度信号成分Ｙｆのノイズの影響を低減化させるが、第２の実施形態では注目画素の輝度差にフィルタ処理をかけることによりノイズの影響を低減化させている。

なお、第１、第２の実施形態の内視鏡プロセッサでは、輝度差ΔＹの絶対値が大きくなるほど、各画素における色差信号と基準点となるゼロとの差（調整色差）が大きくなるように色差信号を強調する構成であるが、輝度差に基づく他の方法により基準補正信号成分を強調してもよい。

また、第１、第２の実施形態の内視鏡プロセッサでは、輝度差ΔＹの絶対値に応じて色相強調処理後の強調色差信号を大きく変位させる構成であるが、輝度差ΔＹが閾値以上である画素に対して一定の強調パラメータを乗じる構成であってもよい。

また、第１、第２の実施形態の内視鏡プロセッサでは、輝度差ΔＹの絶対値に基づいて基準補正信号成分を強調する構成であるが、基準補正信号成分を強調せずにビデオ信号の生成に用いてもよい。色相強調処理を行わなくても、蛍光の発光パターンの変化を明確に表示することは可能である。

また、第１、第２の実施形態の内視鏡プロセッサでは、周囲画素の輝度差ΔＹを用いて注目画素に混入するノイズの影響を低減化する構成であるが、ノイズ除去を行わなくても、周囲と異なるパターンの自家蛍光を発している領域および健常部に比べて輝度の低い領域が明確に判別可能になるように色付けた画像を作成することが可能である。

また、第１、第２の実施形態の内視鏡プロセッサでは、色差のヒストグラムにおいて最大度数となる色差をゼロに合致させるように各画素に対応する色差信号を補正する構成であるが、画像信号を構成する画素信号の色差信号成分の平均値などのように、複数の色差信号成分に基づいて求められる代表値をゼロに合致させれば、第１、第２の実施形態と同様の効果を得ることが出来る。

また、第１、第２の実施形態の内視鏡プロセッサでは、色差のヒストグラムにおいて最大度数となる色差ゼロに合致させるように各画素に対応する色差信号を補正する構成であるが、最大度数となる色差を合致させる基準値は、ゼロでなくてもよい。ゼロでなくても、例えばよりゼロに近い値に合致させるように補正すれば、第１、第２の実施形態と同様の効果を得ることが出来る。

また、第１、第２の実施形態の内視鏡プロセッサでは、輝度差ΔＹの絶対値に乗じる係数ｋは入力部２３への入力により変更可能な構成であるが、固定であってもよい。

また、第１、第２の実施形態において、Ｒ信号成分、Ｇ信号成分、およびＢ信号成分に基づいて色差信号成分を生成し、生成した色差信号成分を直接補正する構成であるが、Ｒ信号成分、Ｇ信号成分、およびＢ信号成分を直接補正してもよい。補正後のＲ信号成分、Ｇ信号成分、およびＢ信号成分から算出される色差が補正前の色差よりゼロに近付いていれば、第１、第２の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

また、第１、第２の実施形態において、撮像素子３２の受光面はＲＧＢカラーフィルタによって覆われる構成であるが、Ｍｇ、Ｃｙ、Ｙｅ、Ｇの補色カラーフィルタによって覆われる構成でもよい。輝度／色差マトリックス回路５２において別のマトリックスを用いることにより輝度信号成分Ｙおよび色差信号成分Ｃｒ、Ｃｂを生成することは可能である。

また、第２の実施形態において、注目画素の輝度差ΔＹにラプラシアンフィルタ処理、またはメディアンフィルタ処理が施される構成であるが、他のフィルタ処理によってノイズが除去される構成であってもよい。

本発明の第１、第２実施形態を適用した内視鏡プロセッサを有する内視鏡システムの内部構成を概略的に示すブロック図である。 第１、第２の実施形態の光源ユニットの内部構成を概略的に示すブロック図である。 第１の実施形態の画像信号処理ユニットの内部構成を概略的に示すブロック図である。 色差信号成分Ｃｒｆのヒストグラムである。 基準補正色差信号成分Ｃｒ１のヒストグラムである。 表示する画像の色相が補正されることを概念的に説明するためのＣｒ−Ｃｂ色空間グラフである。 色差信号の補正の効果を説明するために、補正前の色差の分布を示すＣｒ−Ｃｂ色空間グラフである。 色差信号の補正の効果を説明するために、補正後の色差の分布を示すＣｒ−Ｃｂ色空間グラフである。 輝度差に対応する強調パラメータの値を示すグラフである。 第２の蛍光画像表示モードにおいて表示される画像に対応するビデオ信号を生成するためのフローチャートである。 第２の実施形態の画像信号処理ユニットの内部構成を概略的に示すブロック図である。

符号の説明

１０ 内視鏡システム
２０ 内視鏡プロセッサ
２３ 入力部
３０ 電子内視鏡
４０ 光源ユニット
４１ 白色光源
４２ 励起光源
５０、５００ 画素信号処理ユニット
５１ 前段信号処理回路
５２ 輝度／色差マトリックス回路
５３ 色差ヒストグラム回路
５４ 輝度差ヒストグラム回路
５５ 色差基準補正回路
５７ 色相強調処理回路
５９ 輝度差フィルタ処理回路

Claims (13)

1. 被写体を撮像することにより撮像素子によって生成され、前記被写体の光学像を形成する複数の画素に対応する複数の画素信号によって構成される画像信号を受信する受信部と、
   前記受信部が受信する前記画像信号が生体組織に蛍光を生じさせる励起光を前記被写体に対して照射したときに生成される蛍光画像信号であるときに、複数の前記画素信号に対応する複数の色差に基づいて求められる代表値を基準値に合致させるように、前記画素信号に信号処理を施す基準値補正部とを備える
   ことを特徴とする内視鏡プロセッサ。
2. 前記基準値補正部は、
   前記画素信号に基づいて、前記色差に相当する色差信号を生成する色差生成部と、
   単一の前記画像信号を構成する複数の前記画素に対応する前記色差信号に基づいて、前記代表値を算出する代表値算出部と、
   前記代表値を前記基準値に合致させるように、前記画素毎の前記色差信号を補正する補正部とを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡プロセッサ。
3. 前記代表値は、前記複数の色差の度数分布が最大となる色差、または前記複数の色差の平均値であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内視鏡プロセッサ。
4. 前記基準値に一致する色差信号は無彩色であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の内視鏡プロセッサ。
5. 前記画素信号に基づいて、前記画素信号に対応する輝度信号を生成する輝度生成部と、
   同じ前記画素における、前記励起光より帯域の広い参照光を照射したときの被写体を撮像するときに前記撮像素子が生成する参照画像信号に基づく前記輝度信号と、前記蛍光画像信号に基づく前記輝度信号との差である輝度差を算出する輝度差算出部と、
   前記輝度差に基づいて、前記基準値補正部により信号処理を施された前記画素信号である基準補正画素信号を調整することにより、色強調画素信号を生成する色強調処理部とを備える
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の内視鏡プロセッサ。
6. 前記色強調処理部は、前記基準補正画素信号の色差と前記基準値との差である調整色差を増加させることにより、前記基準補正画素信号を調整することを特徴とする請求項５に記載の内視鏡プロセッサ。
7. 前記色強調処理部は、前記輝度差が大きくなるほど、前記調整色差を大きく増加させることを特徴とする請求項６に記載の内視鏡プロセッサ。
8. 前記色強調処理部による前記調整色差の増加率を変更する入力をするための入力部を備えることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の内視鏡プロセッサ。
9. 前記色強調処理部は、生成させた前記色強調画素信号に対応する前記画素である注目画素の周囲の前記画素である周囲画素における前記輝度差を用いて前記色強調画素信号を生成することにより、前記色強調画素信号を微調整することを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれか１項に記載の内視鏡プロセッサ。
10. 前記周囲画素の輝度差を用いて前記注目画素の輝度差に微分フィルタ処理、ラプラシアンフィルタ処理、またはメディアンフィルタ処理を施して求めた前記輝度差に基づいて、前記色強調処理部は基準補正画素信号を調整することにより前記色強調画素信号が微調整することを特徴とする請求項９に記載の内視鏡プロセッサ。
11. 前記色強調処理部は、前記注目画素の輝度の順番と前記周囲画素及び前記注目画素の集団の輝度の順番の中央値との差に応じて前記色強調画像信号を微調整することを特徴とする請求項９に記載の内視鏡プロセッサ。
12. 前記色強調画素信号を微調整するために用いられる前記周囲画素の数を変更することが可能であることを特徴とする請求項９〜請求項１１のいずれか１項に記載の内視鏡プロセッサ。
13. 照射した生体組織に蛍光を発光させる励起光を、被写体に供給する励起光源と、
    前記被写体を撮像することにより、前記被写体の光学像を形成する複数の画素に対応する複数の画素信号によって構成される画像信号を生成する電子内視鏡と、
    前記内視鏡が生成する前記画像信号が前記励起光を前記被写体に対して照射したときに生成される蛍光画像信号であるときに、複数の前記画素信号に対応する複数の色差に基づいて求められる代表値を基準値に合致させるように、前記画素信号に信号処理を施す基準値補正部とを備える
    ことを特徴とする内視鏡システム。

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