JP5963839B2 - 眼科撮影装置及び画像合成方法 - Google Patents

Description

本発明は、眼科医院等において用いられる眼科撮影装置及び画像合成方法に関するものである。

従来から赤外光で観察する無散瞳カメラが糖尿病健診等の用途に使われている。また加齢性黄班変性症では、リポフスチンなる物質が眼底網膜の黄班部に蓄積する。この蓄積物質のリポフスチンは一種の蛍光物質であるので、所定の波長の５７５〜５８５ｎｍの可視光が照射されると、自発蛍光（又は自然蛍光）を発する。この眼底網膜からの自発蛍光の光量を測定し、グレード分けすれば、加齢性黄班変性症の早期診断が可能であると考えられる。

しかし、眼底からの自発蛍光の光量は非常に微弱であり、撮影に対して充分な光量が得られないことがある。複数枚の画像を合成しノイズ低減効果を得ることは、天体写真の分野ではコンポジットとして知られている。

また特許文献１では、赤外観察画像と、光を感じない乳頭部を可視光で照明した画像とを嵌め込み合成して、ピント合わせ等に利用する眼科撮影装置が提案されている。

特開２００３−１０１３４号公報

しかし、無散瞳カメラでの自発蛍光撮影の露出改善に、複数画像合成を応用しようとすると被検者の縮瞳が問題となる。

無散瞳撮影では被検者に散瞳剤を投与しないが、無散瞳撮影の観察時は赤外光を用いるため縮瞳することはない。しかし、自発蛍光撮影時は可視波長光を励起光として照射するため、連続撮影時に縮瞳が発生する。

近年の眼科撮影装置では、撮影にはデジタル一眼レフカメラを取り付けて使用することが多いが、眼科撮影装置で使用されるデジタル一眼レフの連写速度は毎秒５コマクラスである。従って、例えば４枚撮影して画像合成しようとしても、１枚目から４枚目の撮影までに０．６秒必要とし、縮瞳が避けられない。

特許文献１では、被検者に蛍光剤を投与し眼底の蛍光剤からの蛍光を測定、撮影することには言及されているが、自発蛍光には触れていない。また、特許文献１では、画像の嵌め込み合成を観察時に用いるもので、撮影時の露出改善に画像の加算合成を行うものではない。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、得られる光量が微弱な画像から必要な明るさの画像が得られる眼科撮影装置及び画像合成方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る眼科撮影装置は、励起光を眼底に照射することにより得られる自発蛍光により、前記眼底の眼底画像を撮影する眼科撮影装置であって、複数の眼底画像を取得する取得手段と、所定の基準に基づき、前記複数の眼底画像から合成に使用する画像を選択する選択手段と、前記選択された複数の眼底画像間の位置ずれを求める演算手段と、前記位置ずれを補正した前記複数の眼底画像を、１つの眼底画像に合成する合成手段と、前記合成された眼底画像の明るさをチェックするチェック手段と、前記チェックにより充分な明るさの眼底画像が得られるまで、又は、前記合成に使用できる眼底画像がなくなるまで、前記演算手段及び前記合成手段による処理の繰り返しを制御する制御手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、得られる光量が微弱な画像から必要な明るさの画像を得ることができる。

無散瞳型眼底カメラの構成図である。 黒点板の正面図である。 撮影モード切換時の動作フローチャート図である。 撮影時の動作フローチャート図である。 動きベクトル検知回路の一例を示す図である。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は本実施例で眼科撮影装置として用いられる無散瞳型眼底カメラの構成図である。被検眼Ｅの前方には、対物レンズ１、孔あきミラー２、撮影絞り３、光路方向に移動可能なフォーカスレンズ４、結像レンズ５、跳ね上げミラー６、デジタル一眼レフカメラ７が順次に配列され、撮影光学系が構成されている。フォーカスレンズ４と結像レンズ５の間には、自発蛍光撮影時に励起光波長をカットし、自発蛍光の波長は透過するバリアフィルタ８が光路内に挿脱可能に配置されている。

また、跳ね上げミラー６の反射方向には、反射ミラー９、フィールドレンズ１０、リレーレンズ１１、近赤外に感度を有する撮像素子１２が順次に配置され、観察光学系が構成されている。

観察光源１３から孔あきミラー２に至る光路には、観察光源１３、瞳絞り１４、水晶体絞り１５、ダイクロイックミラー１６、リレーレンズ１７、黒点板１８、リレーレンズ１９、角膜絞り２０が配列されている。また、ダイクロイックミラー１６とリレーレンズ１７の間には、自発蛍光撮影時に照明光から励起光波長成分のみを透過するようなエキサイタフィルタ２１が、光路内に挿脱可能に配置されている。観察光源１３は波長が８５０ｎｍ付近の近赤外光を発光する近赤外ＬＥＤを有し、無散瞳眼底観察に必要な近赤外光を発光するようにされている。

ダイクロイックミラー１６への照明光の入射方向には撮影照明光学系が配置され、被検眼Ｅの水晶体からの反射光が撮影絞り３に入射しないように、照明光束と撮影光束を分離するための水晶体絞り２２、被検眼Ｅの瞳位置と略共役の位置に瞳絞り２３が配置されている。更に瞳絞り２３の後方には、白色ＬＥＤを有する撮影光源２４が配置されている。

角膜絞り２０は被検眼Ｅの瞳位置と光学的に略共役位置に配置され、照明光による被検眼Ｅの角膜からの有害反射光が撮影絞り３に入射しないように、照明光束と撮影光束を分離するためのリング状の開口部を有している。また図２に示すように、黒点板１８は表面反射に関して撮影絞り３と共役な位置に、黒点と呼ばれる小さな遮蔽物１８ａを有しているガラス板である。

デジタル一眼レフカメラ７は受像部７ａを有し、通常の静止画像モードでは横６，１４４画素×縦４，０９６画素の画像を毎秒５コマで撮影可能である。また動画像モードを有し、動画像モードでは横１９２０画素×縦１０８０画素の画像を毎秒３０コマで記録できる。

受像部７ａの出力は制御部３１に接続され、制御部３１には操作パネル３２、バリアフィルタ８用の駆動回路３３、観察光源１３用の駆動回路３４、エキサイタフィルタ２１用の駆動回路３５、撮影光源２４用の駆動回路３６が接続されている。操作パネル３２には、観察光量調整つまみ３７、撮影光量調整つまみ３８、撮影スイッチ３９と共に、状態を表示する表示器４０、及びカラー撮影モードと自発蛍光撮影モードの撮影モード切換スイッチ４１が設けられている。

制御部３１は操作パネル３２の観察光量調整つまみ３７、撮影光量調整つまみ３８、撮影スイッチ３９、撮影モード切換スイッチ４１の信号に応じて、各種の撮影動作に必要となる制御信号を、デジタル一眼レフカメラ７、駆動回路３３〜３６に出力する。

眼底観察時には、操作パネル３２上の観察光量調整つまみ３７を回すことにより、制御部３１は駆動回路３４を介して電源の供給量を増減し、観察光源１３の近赤外光ＬＥＤの発光光量を変化させる。この観察光源１３から発光した近赤外光はダイクロイックミラー１６を透過し、リレーレンズ１７、黒点板１８、リレーレンズ１９、角膜絞り２０を経て、孔あきミラー２により反射され、対物レンズ１を介して被検眼Ｅの眼底Ｅｒを照射する。

照射された眼底Ｅｒでの近赤外光による反射光は、対物レンズ１、孔あきミラー２の孔部、撮影絞り３、フォーカスレンズ４、結像レンズ５を経て、跳ね上げミラー６により上方に反射される。そして、反射ミラー９、フィールドレンズ１０、リレーレンズ１１を介して撮像素子１２上に結像される。

検者はこの撮像素子１２により撮像された眼底像を、図示しないモニタにより観察しながら、アライメント操作、フォーカス操作を行った後に、操作パネル３２の撮影スイッチ３９を押すことにより撮影動作が行われる。

本実施例の無散瞳眼底カメラでは、カラー撮影モードと自発蛍光撮影モードとを有し、撮影モード切換スイッチ４１の操作によって撮影モードを切換えることができる。

図３は撮影モード切換時の制御部３１の動作フローチャート図である。カラー撮影モードと自発蛍光撮影モードとを切換える撮影モード切換スイッチ４１が操作されることで、このシークエンスは開始される。始めに、どのモードに切換えられたかが判別される（ステップＳ１０１）。カラー撮影モードに設定された場合に進み、カラー撮影モードに設定されたことを制御部３１内の図示しないメモリ部に記憶する（ステップＳ１０２）。静止画像モードと動画像モードとを切換えるための図示しない画像モード切換手段により、デジタル一眼レフカメラ７を通常の静止画像モードに設定し（ステップＳ１０３）、シークエンスを終了する。

ステップＳ１０１において、自発蛍光撮影モードに設定された場合はステップＳ１０４に進み、自発蛍光撮影モードに設定されたことを制御部３１内の図示しないメモリ部に記憶する。次いで、デジタル一眼レフカメラ７を動画像モードに設定し（ステップＳ１０５）、シークエンスを終了する。

図４は撮影スイッチ３９が押されたときの制御部３１の動作フローチャート図である。撮影スイッチ３９が押されると、制御部３１は駆動回路３４により観察光源１３の近赤外ＬＥＤの電源供給を停止し（ステップＳ２０１）、同時に跳ね上げミラー６を光路外に退避させる（ステップＳ２０２）。

次いで、駆動回路３６を介して撮影光源２４の白色ＬＥＤに電源を供給して白色光を発光させ（ステップＳ２０３）、白色光は瞳絞り２３、水晶体絞り２２を経てダイクロイックミラー１６に入射する。ダイクロイックミラー１６で反射された白色光は、観察光の近赤外光と同じ経路を経て眼底Ｅｒを照明する。そして、眼底Ｅｒで反射された反射光は、対物レンズ１、孔あきミラー２、撮影絞り３、フォーカスレンズ４、結像レンズ５を経て、デジタル一眼レフカメラ７の受像部７ａに入射する。

続いて、ステップＳ２０４において、制御部３１内のメモリ部の記憶を参照し、現在設定されている撮影モードが何であるかが判別される。自発蛍光撮影モードに設定されている場合はステップＳ２０５に進み、自発蛍光撮影用に先ずエキサイタフィルタ２１を駆動回路３５によって光路内に挿入する。次に、バリアフィルタ８を駆動回路３３によって光路内に挿入する（ステップＳ２０６）。これにより、白色光の内の自発蛍光用の励起光成分が、エキサイタフィルタ２１を介して眼底Ｅｒに照射され、そこで発生した自発蛍光がバリアフィルタ８を介してデジタル一眼レフカメラ７に入射する。

制御部３１はデジタル一眼レフカメラ７に対して動画撮影信号を送出し（ステップＳ２０７）、デジタル一眼レフカメラ７は横１，９２０画素×縦１，０８０画素の画像を秒３０コマのフレームレートで蛍光像による動画撮影を行う。自発蛍光の励起光は波長５７５〜５８５ｎｍの可視光であり、被検眼Ｅに照射が開始されると被検眼Ｅは縮瞳を開始する。人眼が光照射に反応して瞳径が開放状態から、瞳径が半分になるまでに約３００ｍ秒、開放状態から最も縮瞳するまでには約１秒である。

本実施例では、縮瞳するまでの動画を記録するために、光照射から１．５秒間待って（ステップＳ２０８）、動画像の記録を開始する。そして、１．５秒経過した時点で、デジタル一眼レフカメラ７に対して動画撮影停止信号を送出する（ステップＳ２０９）。制御部３１は撮影光源２４を消灯し（ステップＳ２１０）、跳ね上げミラー６を光路内に復帰し（ステップＳ２１１）、観察光源１３の近赤外ＬＥＤを点灯する（ステップＳ２１２）。ここから記録した動画像の個々のフレームを読み出してゆく（ステップＳ２１３）。この場合は、毎秒３０コマで１．５秒の撮影なので約４５フレームとなる。

これらのフレーム画像を合成して１枚の画像を生成する。撮影中に徐々に縮瞳が生ずるが、例えば半分に縮瞳するまでの画像を使って合成するとしても、前述したように光刺激から瞳径が半分に縮瞳するまでに約３００ｍ秒なので、縮瞳前の約９フレームの画像を合成に使用することができる。つまり、撮影開始動作から縮瞳するまでに至る期間に、加算合成に必要な複数枚の画像の連続撮影を終了する。

読み出した画像は被検眼Ｅの眼球の動きに応じて多少のずれが生ずるため、フレーム毎に位置合わせを行い（ステップＳ２１４）、連続撮影した画像を露光量を稼ぐために加算合成してゆく（ステップＳ２１５）。位置合わせの方法としては、フレーム間の動きベクトルを検知して、それを基に位置合わせを行う。動きベクトルの検知方法としては様々な手法が公知であり、種々の手法が使用できる。

図５は動きベクトル検知方法の一例の説明図である。図５（ａ）は画面を小ブロックに分割する様子を示し、撮影画像は横１，９２０画素、縦１，０８０画素、総画素数２，０７３，６００画素から成る。動きベクトルを求めるために、画面全体を横１２０画素、縦１２０画素の小ブロックに分割すると、横１６ブロック、縦９ブロックに分割される。

各小ブロックごとに動きベクトルを求めるために、更に１枚の画像との二次元相関値を求めてゆく。相関値としては、小ブロックを画素単位でずらしながら、対応する各画素間の差の絶対値の和を次々に求めてゆき、その和が最小となるずらし量をその小ブロックの動きベクトルとする。このようにして、図５（ｂ）に示すように、全ての小ブロックにおいてその動きベクトルを求める。

次に、図５（ｃ）に示すように、頻度を最頻値から順にプロットしたヒストグラムにより、動きベクトルの頻度を調べる。求めた最頻値、この例では（２，１）が、この２画像間の動きベクトルとなる。

動きベクトルの検知方法について簡単に述べたが、小ブロックの分割画素数は、例えば６０画素×６０画素など任意の大きさのブロックでも支障はない。画面全体の動きベクトルも、例えば頻度順に２〜３の動きベクトル候補値を選択し、それらから補間によって求めるようにしてもよい。

また、前述のように他の公知な方法によってもよく、例えば画面から特徴点を抽出し、それとの対応点を探し出すことで動きベクトルを求めるようにすることもできる。更には、画面全体を調べるのではなく、演算量を減らすために小ブロックを一部選択して、それらについての動きベクトルから求めてもよい。このように、様々な手法が公知であるが、それらのどの方法によって動きベクトルを求めてもよく、また直線状の動きだけではなく、アフィン変換など回転を考慮するようにしてもよいことは云うまでもない。

さて、制御部３１はステップＳ２１５で加算合成した画像の明るさをチェックし（ステップＳ２１６）、合成により充分な明るさの画像が得られれば、そこで処理を停止し、撮影シークエンスを終了する。

ステップＳ２１６で充分な明るさの画像が得られていない場合には、動画像として撮影された次フレームを読み出す（ステップＳ２１７）。読み出した画像に縮瞳による蹴られなどがないかをチェックし（ステップＳ２１８）、使用する画像を選択する。蹴られが発生している場合は、以降の画像も縮瞳の影響により使用不可と判断できるので、明るさとして不足する部分はデジタル的にゲインアップすることでゲイン調整を行い（ステップＳ２１９）、得られた画像を最終出力として撮影シークエンスを終了する。

ステップＳ２１８で縮瞳の影響がないと判断された場合は、ステップＳ２１４に戻り、位置合わせ、ステップＳ２１５の加算合成を繰り返す。このようにして、適切な露光量の画像が得られるか、縮瞳の影響が出るかまで、位置合わせ、加算合成を繰り返す。

ステップＳ２０４で、撮影モードがカラー撮影モードと判断された場合には、ステップＳ２２０に進み、制御部３１はデジタル一眼レフカメラ７に対してレリーズ信号を送信し、眼底像の撮影、記録を行う。ここでは、静止画像モードなので横６，１４４画素×縦４，０９６画素の画像を撮影する。また、自発蛍光撮影ではないので、加算合成を行うことなく１枚の画像で適切露光の画像を得ることができる。

制御部３１は撮影光源２４を消灯し（ステップＳ２２１）、跳ね上げミラー６を光路内に復帰させ（ステップＳ２２２）、観察光源１３を点灯し（ステップＳ２２３）、撮影シークエンスを終了する。

本実施例では、充分な光量が得られるカラー撮影モードでは、大サイズの画像を１枚撮影する。また、得られる光量が微弱な自発複数枚の画像を蛍光撮影では動画撮影を利用し、サイズが小さい画像を縮瞳が影響しないように高フレームレートで撮影する。得られた個々の画像を必要な露光量が得られるまで加算合成することによって、無散瞳の自発蛍光撮影でも縮瞳の影響がなく、かつ必要な明るさの画像が得られる。

本発明においては、特許請求の範囲の要旨内において、本実施例で説明した以外にも種々の変形が可能である。

Claims (4)

1. 励起光を眼底に照射することにより得られる自発蛍光により、前記眼底の眼底画像を撮影する眼科撮影装置であって、
   複数の眼底画像を取得する取得手段と、
   所定の基準に基づき、前記複数の眼底画像から合成に使用する画像を選択する選択手段と、
   前記選択された複数の眼底画像間の位置ずれを求める演算手段と、
   前記位置ずれを補正した前記複数の眼底画像を、１つの眼底画像に合成する合成手段と、
   前記合成された眼底画像の明るさをチェックするチェック手段と、
   前記チェックにより充分な明るさの眼底画像が得られるまで、又は、前記合成に使用できる眼底画像がなくなるまで、前記演算手段及び前記合成手段による処理の繰り返しを制御する制御手段と
   を有することを特徴とする眼科撮影装置。
2. 前記演算手段は、前記眼底画像を複数の領域に分割し、分割された領域毎に相関を求めることを特徴とする請求項１に記載の眼科撮影装置。
3. 前記所定の基準は縮瞳による影響の有無であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の眼科撮影装置。
4. 励起光を眼底に照射することにより得られる自発蛍光により得られる前記眼底の眼底画像を合成する画像合成方法であって、
   複数の眼底画像を取得する取得工程と、
   所定の基準に基づき、前記複数の眼底画像から合成に使用する画像を選択する選択工程と、
   前記選択された複数の眼底画像間の位置ずれを求める演算工程と、
   前記位置ずれを補正した前記複数の眼底画像を、１つの眼底画像に合成する合成工程と、
   前記合成された眼底画像の明るさをチェックするチェック工程と、
   前記チェックにより充分な明るさの眼底画像が得られるまで、又は、前記合成に使用できる眼底画像がなくなるまで、前記演算工程及び前記合成工程による処理の繰り返しを制御する制御工程と
   を有することを特徴とする画像合成方法。

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