JP5885652B2

JP5885652B2 - 撮像装置、内視鏡装置、及び生体パターン強調処理方法

Info

Publication number: JP5885652B2
Application number: JP2012285465A
Authority: JP
Inventors: 淳也福元
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2016-03-15
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: JP2014124484A

Description

本発明の実施形態は、イメージセンサから出力される画像信号に対して、特に生体を撮
像する場合に適する強調処理を行う撮像装置、内視鏡装置、及び生体パターン強調処理方
法に関する。

従来の撮像装置、例えば、内視鏡装置では、スコープを患者の体内へ挿入し、光源で患
部を照らしながら撮像を行う。しかしながら、患部等の生体を撮像する場合、全体が赤み
を帯びていてコントラストが低くなるため、体表面の凹凸や血管などのパターン（以下、
生体パターンという）の識別が難しくなる。

生体パターンを撮影する際に、生体パターンを強調する内視鏡技術に関する技術として
は、ある特定の狭帯域光を使用してコントラストを補う方法が考えられている。これらの
方法は、青色の光（415nm付近）や緑色の光（540nm付近）などの狭帯域光で体内を観察す
ると体表面の凹凸や血管などのパターンが見やすくなるという原理を利用しているもので
ある。具体的には、青色の光（415nm付近）は、血液に強く吸収されるため、生体の表面
凹凸や毛細血管の特徴をよく捕らえることができる。また、緑色の光（540nm付近）は、
生体内部深部の太い血管観察と粘膜表層の毛細血管とのコントラストを強調することがで
きる傾向にある。

特開２００６−３２５９７４号公報特開２００４−１６７００８号公報特公平６−２４５０５号公報

しかしながら、特定の狭帯域光を用いて観察する方法では、通常のRGBカメラに加え
て狭帯域用の光学機構が必要なこと、また狭帯域化に伴う光量低下が問題であった。

本実施形態は、生体を撮像した場合でも、RGBカメラ以外に別の光学機構が不要で、体
表面の凹凸や血管などのパターンを見ることができる撮像装置及び内視鏡装置を提供する
ことを目的とする。

実施形態に係る撮像装置は、ホワイトバランス部と、生体パターン強調処理部を具備する。ここで、ホワイトバランス部は、入力されたＲＧＢの映像信号に対して、色合いを調整するもので、生体パターン強調処理部は、ホワイトバランス部からの出力に対し、三原色の青色または緑色を強調する強調処理を行うことで生体パターンを強調するものである。さらに、前記生体パターン強調処理部は、Ｇの映像信号またはＢの映像信号についての、Ｒの映像信号に対する比率を基準とした輪郭強調手段である。

実施形態に係る内視鏡装置の構成図。第１の実施の形態における映像処理部のブロック構成図。実施形態に係る生体強調マトリクス回路の設定例を示す図。第２の実施の形態における映像処理部のブロック構成図。第３の実施の形態における映像処理部３２のブロック構成図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

この実施形態では、撮像装置として硬性内視鏡装置を例に、その構成を説明する。図１
は、実施形態に係る内視鏡装置１（以下、内視鏡装置１と記載する）の構成を示す図であ
る。この実施形態では、撮像素子としてＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semicond
uctor）イメージセンサを採用した実施形態について説明するが、ＣＣＤ（Charge Couple
d Device）イメージセンサを採用しても構わない。なお、以下の説明では、画像には、動
画および静止画が含まれるものとする。

内視鏡装置１は、先端に対物レンズ１０ａが設けられ、被検査体内へ挿入されるスコー
プ１０と、対物レンズ１０ａの結像面に位置するＣＭＯＳイメージセンサ２０ａ（以下、
単にイメージセンサ２０ａと記載する）により撮像されるＲＧＢ画像信号（以下、単に画
像信号と記載する）をＣＣＵへカメラケーブル５０を介して出力するヘッド２０と、ヘッ
ド２０から出力される画像信号を処理するＣＣＵ（camera control unit）３０と、撮像
範囲を照らすライトソース４０（光源）と、ライトソース４０からの光をスコープ１０の
先端部へ導入するための光ファイバ６０と、撮像された画像信号に対応する画像を表示す
るモニタ７０とを具備する。

ヘッド２０は、イメージセンサ２０ａ、接続端子２１、Ｉ／Ｆ回路２２及びメモリ２３
を具備する。イメージセンサ２０ａは、フルＨＤ（high density）に対応したデジタルカ
ラーＣＭＯＳイメージセンサである。この実施形態では、イメージセンサ２０ａは、プロ
グレッシブスキャンで駆動されるが、インターレーススキャンで駆動してもよい。

イメージセンサ２０ａから出力される画像信号をデジタル信号のまま、カメラケーブル
５０を介してＣＣＵ３０へ送信する。この際、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各
画像信号（具体的には、画面を構成する画素の濃度値（階調）のデータ）は、別々の信号
線を使って伝送される。このため、従来のアナログＲＧＢ伝送に比べて高品質の画像を表
示することができる。

ＣＣＵ３０は、Ｉ／Ｆ部３１、映像処理部３２、画像出力部３３等を具備する。画像信
号処理回路３３は、画像信号処理部３３ａと同期信号生成部３３ｂを具備する。画像信号
処理部３３ａは、Ｉ／Ｆ回路３２から出力される画像信号を処理して画像出力回路３３へ
出力する。

画像出力回路３３は、モニタ７０に適合する画像信号に変換するもので、例えば、デジ
タルのＲＧＢ画像信号や、ＤＶＩ（digital visual interface）等に変換して、モニタ７
０へ出力する。

カメラケーブル５０は、ヘッド２０とＣＣＵ３０との間で画像信号及び制御信号を送受
信するための信号線およびＣＣＵ３０からヘッド２０へ電力を供給するための電力線など
を収容する。

（第１の実施形態）
本実施例では、内視鏡用の３バンドカメラ（ＲＧＢカメラ）における生体パターン強調
処理を行うため、映像処理部３２は、ホワイトバランス（以下、ＷＢ）と、生体パターン
を強調するためのマトリクス処理を組み合わせた構成となっている。

図２は、第１の実施の形態における映像処理部３２のブロック構成図である。

３４はホワイトバランス調整回路である。ホワイトバランス調整回路３４は、ＣＣＵ３
０のＩＦ部３１を介して入力されたＲ、Ｇ、Ｂ信号間の、ホワイトバランス調整を行う。
ホワイトバランス調整回路３４は、ワンタッチＷＢあるいは自動追尾ＷＢのどちらでも適
用できる。ワンタッチＷＢあるいは自動追尾ＷＢを実行することで、被写体におけるＲＧ
Ｂ信号のそれぞれの映像信号の値を、おおよその値に揃えることができる。これによりラ
イトソース４０の分光強度や各chの分光感度のばらつきを、おおよそ正規化することがで
きる。一般に、生体は赤みが強いため、一般には自動追尾ＷＢなどの収束対象とされない
ことが多い。このため、本実施の形態のホワイトバランス調整回路３４は、生体に対して
十分な収束範囲を持つような構成とする。

３５は、生体強調マトリクス回路である。一般に、生体を撮像したときの時の特性とし
て、青色の光が生体の表面凹凸や毛細血管はその特徴をよく捕らえ、また緑色の光が生体
内部の深層血管の特徴をよく捕らえる傾向にある。このため、この生体強調マトリクス回
路３５のマトリクス処理の係数は、赤色（Ｒ）に対して緑色（Ｇ）や青色（Ｂ）を強調す
るような処理を行うようになっている。生体強調マトリクス回路３５の係数の一例として
、リニアマトリクス（例えば、G’ = G + α*(R-G) + β*(B-G) ）とすると、被写体の平
均的な部分はＷＢが保たれ無彩色となる。そしてＲＧＢのバランスが異なる部位には色が
つくこととなるので、生体パターンがより見やすくなる。

３６はスイッチ回路である。モニタ７０へ出力する映像信号を、生体強調マトリクス回
路３５の出力信号である、生体強調モードの映像信号とするか、ホワイトバランス調整回
路３４の出力をそのまま出力するか（通常モード）を切り替える回路である。スイッチ回
路３６は、図示しない操作部により、生体パターンを強調する「生体パターン強調モード
」と、生体パターンを強調しない「通常モード」を切り替えることができるようになって
いる。

図３は、生体強調マトリクス回路３５の具体的な設定例を示す図である。

ここでは、生体強調マトリクス回路３５を２つに分離し、Ｇ強調マトリクス回路３７と
Ｂ強調マトリクス回路３８に分離している。

まず、Ｇ強調リニアマトリクス回路３７は、係数の設定例として“3*G-R-B”を考える
（上記式にα＝−１、β＝−１を代入した場合）。これは深層血管があるような場合にＲ
出力、Ｂ出力に比べてＧ出力が低くなり、それを強調することを期待したフィルタとなる
。

一方、Ｂ強調リニアマトリクス回路３８はの係数の設定例としては、“3*B-R-G” （上
記式にα＝−１、β＝−３を代入した場合）を考える。この設定によって、表面の凹凸や
毛細血管を強調することができる。

これらを出力への割り付けを行う。具体的には、Ｇ強調リニアマトリクス回路３７の出
力は、深層血管は太いので色としても判別しやすいことからＲchに入れる（これにより深
層血管は暗いシアン系の色出力となる）。一方、Ｂ強調リニアマトリクス回路３８の出力
は、凹凸や毛細血管は細いので輝度情報に近くなるようにＢ’chとＧ’chに割り付け（こ
れにより毛細血管は輝度情報に近い茶褐色の出力となる）、
このＷＢとマトリクスの組み合わせを、ステッチ回路３６をＯＮすれば生体パターン強
調カメラ（生体強調モード）、ＯＦＦすれば通常のＲＧＢカメラ（通常モード）となる。

以上説明したように、本実施の形態では、人体において赤色光は散乱しがちで輝度成分
以外の精細な情報量は少ないことを考慮して、Ｇ強調マトリクスとＢ強調マトリクスを用
いることで、生体パターンを強調して表示する事が出来る。また、スイッチ回路３６のON
/OFF、あるいは強調量調整パラメータのみ操作する、などのように簡便に機能実現するこ
とが可能である。

この実施の形態では、最も簡便なスイッチ回路３６のON/OFFのみの設定が可能で、リニ
アマトリクス回路が２パラメータ（Ｇ強調側：１パラメータ、Ｂ強調側：１パラメータ）
の場合について説明したがこれに限られない。例えば、リニアマトリクス回路に更に自由
度を持たせ、４パラメータ（Ｇ強調側：２パラメータ、Ｂ強調側：２パラメータ）で強調
量を可変にしても良い。この場合の設定例としては、Ｇ強調＝“G + k1*(G-R) + k2*(G-B
)”，Ｂ強調＝“B + k3*(B-R) + k4*(B-G)”とすることが考えられる。

また、４パラメータの別の設定方法としては、Ｇ強調＝“G + k1*(G-R) + k1*(G-B)”
，Ｂ強調＝“B + k2*(B-R) + k2*(B-G)”とことも可能である。

また、別の設定方法では、Ｇ強調＝“G + k1*(G-R)”，Ｂ強調＝“B + k2*(B-R)”のよ
うに２パラメータで強調量を可変にすることも可能である。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態として、生体パターン強調処理に輪郭強調処理の応用する実施の形態
を説明する。

一般に輪郭強調処理は、輝度信号Ｙが大きく値を変える部分を強調するもので、回路と
しては「輝度信号ＹをＨＰＦに通して高周波成分を抽出し、それに増幅係数を掛けて元の
信号に加算する」といった構成である。特に内視鏡においては、スコープによる高周波信
号の劣化を補う必要があるため、輪郭強調処理が強く使われる傾向にある
本実施の形態では、その強調を輝度信号Ｙでなく、「Ｇ／Ｒ信号」,「Ｂ／Ｒ信号」に
対して実行する。

図４は、第２の実施の形態における映像処理部３２のブロック構成図である。なお、図
２と同様な部分については、説明を省略する。

本実施の形態では、生体パターンにあまり左右されずにぼんやりと拡散しやすい赤色（
Ｒ）を基準とし、相対的な緑色（Ｇ）や青色（Ｂ）の値変化が大きい部分を強調すること
で、生体パターンの強調を行う。

具体的な回路としては、まず、輪郭基準生成部７１でＧ／Ｒを求める。ここで、除算は
処理が重いため、輪郭基準生成部７１にあるように、ＬＯＧテーブルを用いてＧ強調を実
現した構成としている。この輪郭基準生成部７１の出力に対して、輪郭抽出ＨＰＦ７２で
輪郭を抽出し、所定の係数Ｋを乗算して信号Ｒに加算する。

Ｂ／Ｒ信号も同様に、輪郭基準生成部７３、輪郭抽出ＨＰＦ７４、係数Ｋを乗算する。
求められた輪郭抽出信号は、信号Ｇ及び信号Ｂにそれぞれ加算される。ここで、増幅係数
Ｋを操作することで、深層血管などの強調量を変化させることが可能となる。

本実施の形態においても、後段にスイッチ回路３６を有しているため、モニタ７０へ出
力する映像信号を、生体強調マトリクス回路３５の出力信号である、生体強調モードの映
像信号とするか、ホワイトバランス調整回路３４の出力をそのまま出力するか（通常モー
ド）を切り替えることができる。このスイッチ回路３６も、図２と同様に、図示しない操
作部により、生体パターンを強調する「生体パターン強調モード」と、生体パターンを強
調しない「通常モード」を切り替えることができるようになっている。

（第３の実施の形態）
生体パターン強調処理に輪郭強調処理の応用する別の方法を第３の実施の形態として説
明する。

図５は、第３の実施の形態における映像処理部３２のブロック構成図である。なお、図
２、図４と同様な部分については、説明を省略する。

本実施の形態では、信号Ｇと信号Ｂの平均：（Ｇ＋Ｂ）／２を、信号Ｒで除算し、輪郭
抽出を行う実施の形態である。

図において、信号Ｇと信号Ｂを加算し、１／２とすることで、信号Ｇと信号Ｂの平均：
（Ｇ＋Ｂ）／２を求めている。この（Ｇ＋Ｂ）／２に対し、輪郭基準生成部７４により、
信号Ｒで除算している。除算の方法は、図４と同様にＬＯＧをとることにより行っている
。その後、輪郭抽出ＨＰＦ７５で輪郭抽出を行い、所定の係数を乗算して、信号Ｒ、信号
Ｇ、信号Ｂにそれぞれ加算している。

本実施の形態では、加算の対象はＧ信号だけでなく、Ｒ信号とＢ信号にも同じ値を加え
ているため、無彩色の輪郭になり効果的である。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要
旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。上記実施形態は、その他の様々
な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換
え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれ
ると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…内視鏡装置、１０…スコープ、２０…ヘッド、３０…ＣＣＵ、３１…Ｉ／Ｆ部、３
２…映像信号処理部、３３…画像出力回路、４０…ライトソース、５０…カメラケーブル
、６０…光ファイバ、７０…モニタ、３４…ホワイトバランス調整回路、３５…生体強調
マトリクス回路、３６…スイッチ回路、３７…Ｇ強調Matrix、３８…Ｂ強調Matrix、７１
、７３、７５…輪郭基準生成部、７２、７４，７６…輪郭抽出ＨＰＦ

Claims

入力されたＲＧＢの映像信号に対して、色合いを調整するホワイトバランス部と、
前記ホワイトバランス部からの出力に対し、三原色の青色または緑色を強調する強調処理を行うことで生体パターンを強調する生体パターン強調処理部とを具備し、
前記生体パターン強調処理部は、
Ｇの映像信号またはＢの映像信号についての、Ｒの映像信号に対する比率を基準とした輪郭強調手段である撮像装置。
前記輪郭強調手段は、Ｇ信号をＲ信号で除算した信号、及びＢ信号をＲ信号で除算した信号に対して輪郭を検出し、抽出した輪郭を強調する請求項１記載の撮像装置。
前記輪郭強調手段は、Ｇ信号とＲ信号の平均信号に対し、Ｒ信号で除算した信号に対して輪郭を検出し、抽出した輪郭を強調する請求項１記載の撮像装置。
入力されたＲＧＢの映像信号に対して、色合いを調整するホワイトバランス部と、
前記ホワイトバランス部からの出力に対し、三原色の青色または緑色を強調する強調処理を行うことで生体パターンを強調する生体パターン強調処理部とを具備し、
前記生体パターン強調処理部は、
Ｇの映像信号またはＢの映像信号についての、Ｒの映像信号に対する比率を基準とした輪郭強調手段である内視鏡装置。
前記輪郭強調手段は、Ｇ信号をＲ信号で除算した信号、及びＢ信号をＲ信号で除算した信号に対して輪郭を検出し、抽出した輪郭を強調する請求項４記載の内視鏡装置。
前記輪郭強調手段は、Ｇ信号とＲ信号の平均信号に対し、Ｒ信号で除算した信号に対して輪郭を検出し、抽出した輪郭を強調する請求項４記載の内視鏡装置。
入力されたＲＧＢの映像信号に対して、ホワイトバランス部が、ホワイトバランスを調整し、
前記ホワイトバランス部からの出力に対し、生体パターン強調処理部が、三原色の青色または緑色を強調することで強調処理を行い、
さらに、前記生体パターン強調処理部が、
Ｇの映像信号またはＢの映像信号についての、Ｒの映像信号に対する比率を基準とした輪郭強調を行う
生体パターン強調処理方法。
前記生体パターン強調処理部が、Ｇ信号をＲ信号で除算した信号、及びＢ信号をＲ信号で除算した信号に対して輪郭を検出し、抽出した輪郭を強調する請求項７記載の生体パターン強調処理方法。
前記生体パターン強調処理部が、Ｇ信号とＲ信号の平均信号に対し、Ｒ信号で除算した信号に対して輪郭を検出し、抽出した輪郭を強調する請求項７記載の生体パターン強調処理方法。