JP6242474B2 - 内視鏡用プロセッサ及び電子内視鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、特定の広帯域光又は狭帯域光を体腔内に照射し、これによる戻り光を画像化して観察する電子内視鏡システムに関する。

従来、医療分野において、電子内視鏡システムを利用した検査が広く普及している。電子内視鏡システムでは、キセノンランプ等の白色光源を有する光源装置からの照明光（以下、「通常光」又は「白色光」という。）を、ライトガイド等を用いて体腔内に導光し、その戻り光により被写体を撮像する撮像手段を有する電子内視鏡が用いられ、内視鏡用プロセッサによって電子内視鏡からの撮像信号を信号処理することにより、観察モニタに内視鏡画像（以下、「通常画像」という。）を表示している。

また、近年、病変の発見を容易にするために、特定の狭帯域光（以下、「狭帯域光」又は「特殊光」という。）を体腔内に照射し、これによる戻り光を画像化（以下、このようにして得られた画像を「特殊画像」という。）して観察する電子内視鏡システムも活用されている。特殊光による観察によれば、粘膜下層部の血管を強調した画像や、胃壁、腸等の臓器の表層組織を強調表示することが可能である。そして、この種の電子内視鏡システムにおいては、通常光による通常画像（通常光モード）と、特殊光による特殊画像（狭帯域光モード）とを切り替えて表示することができるように構成されている（例えば、特許文献１、２）。

このような構成の電子内視鏡システムにおいては、色再現性のよい通常画像及び特殊画像を得るために、通常画像及び特殊画像のそれぞれについてホワイトバランスが取られている。例えば、特許文献１に記載の電子内視鏡システムの場合、電子内視鏡の先端に内側を白くした筒状のホワイトキャップを装着して通常光でのホワイトバランスを取得すると共に、ホワイトキャップを装着して特殊光でのホワイトバランスを取得している。また、短時間でホワイトバランス処理を行うことができるように、通常光でのホワイトバランスにより得られた通常光用補正値に基づいて狭帯域光用（特殊光用）補正値を算出する構成も提案されている（特許文献２）。

特開２００６−６８１１３号公報 特開２００６−６８３２１号公報

特許文献２に記載の構成においては、通常光でのホワイトバランスは、通常画像の色再現性の観点から、図１３に示すような、各波長域がオーバーラップした分光特性を有するＲ１、Ｇ１、Ｂ１フィルタ介してＲ１、Ｇ１、Ｂ１信号を取得し、取得したＲ１、Ｇ１、Ｂ１信号の平均値の比Ｇ１／Ｒ１、Ｇ１／Ｂ１からＲ１及びＢ１の補正値（通常光用補正値）を算出することによって行われる。そして、観察モードが狭帯域光モードの場合には、図１４に示すような、各波長域がオーバーラップしていない離散的な分光特性を有するＲ２、Ｇ２、Ｂ２フィルタ介してＲ２、Ｇ２、Ｂ２信号を取得し、取得したＲ２、Ｇ２、Ｂ２信号に、通常光用補正値とルックアップテーブル（又は通常光用補正値と補正値係数）から求まる狭帯域光用補正値を乗算して、ホワイトバランスの補正された特殊画像を得ている。このような構成によれば、特殊光でのホワイトバランス処理が不要となり、短時間でホワイトバランス処理を行うことができる点で有効である。しかし、このように、通常光用補正値に基づいて狭帯域光用補正値を求める構成とした場合、通常光補正値のベースとなるＧ１信号がＢ１及びＲ１信号の一部を含んでいるため（図１３）、正確な狭帯域光用補正値を求めることはできず、ホワイトバランスが完全に調整された特殊画像を得ることは難しい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、通常光のホワイトバランス処理及び特殊光のホワイトバランス処理を精確かつ短時間に行うことが可能な電子内視鏡システムを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明の電子内視鏡システムは、可視光領域で連続的な分光特性を有する広帯域光を供給する広帯域光供給手段と、可視光領域で離散的な分光特性を有する狭帯域光を供給する狭帯域光供給手段と、ユーザ操作に応じて広帯域光と狭帯域光のいずれか一方を選択し選択された光を被写体に向けて照射する光照射手段と、被写体を撮像し撮像信号を出力する撮像手段と、撮像信号に対して選択された光に応じたホワイトバランス処理を行うホワイトバランス調整手段と、を備え、ホワイトバランス調整手段は、広帯域光が照射しているときに、撮像信号を第１のＲＧＢ原色信号に変換する第１のマトリックス演算手段と、狭帯域光が照射しているときに、撮像信号を第２のＲＧＢ原色信号に変換する第２のマトリックス演算手段と、広帯域光によって基準のチャートを照射したときに、第１のＲＧＢ原色信号に基づいて広帯域光に対する第１のホワイトバランス補正値を算出する第１のホワイトバランス補正値算出手段と、広帯域光によって基準のチャートを照射したときに、撮像信号を第３のＲＧＢ原色信号に変換する第３のマトリックス演算手段を有し、第３のＲＧＢ原色信号に基づいて、狭帯域光に対する第２のホワイトバランス補正値を算出する第２のホワイトバランス補正値算出手段と、広帯域光が照射しているときに、第１のＲＧＢ原色信号に第１のホワイトバランス補正値を乗算して出力する第１のゲイン調整手段と、狭帯域光が照射しているときに、第２のＲＧＢ原色信号に第２のホワイトバランス補正値を乗算して出力する第２のゲイン調整手段と、を有する。

このような構成によれば、広帯域光によって、広帯域光に対する第１のホワイトバランス補正値と狭帯域光に対する第２のホワイトバランス補正値が一度に求められるため（すなわち、両方のホワイトバランスが一度に調整されるため）、短時間でホワイトバランス調整処理が終了する。また、第２のホワイトバランス補正値は、第１のマトリックス演算手段とは異なる第３のマトリックス演算手段に基づいて求められるため、従来の構成と比較して、より精確な第２のホワイトバランス補正値（すなわち、狭帯域光に対するホワイトバランス）が得られる。

また、第２のホワイトバランス補正値算出手段は、第３のＲＧＢ原色信号と第２のＲＧＢ原色信号の相関関係に基づいて、狭帯域光に対する第２のホワイトバランス補正値を算出するように構成することができる。この場合、第３のＲＧＢ原色信号の各Ｒ、Ｇ、Ｂ信号の出力が、第２のＲＧＢ原色信号の各Ｒ、Ｇ、Ｂ信号の出力にそれぞれ比例することが望ましい。また、この場合、第３のＲＧＢ原色信号の各Ｒ、Ｇ、Ｂ信号の基準出力に対する変化量が、第２のＲＧＢ原色信号の各Ｒ、Ｇ、Ｂ信号の基準出力に対する変化量と略等しくなるように構成することができる。

また、第３のＲＧＢ原色信号の各Ｒ、Ｇ、Ｂ信号の出力分光特性における重複領域が、第１のＲＧＢ原色信号の各Ｒ、Ｇ、Ｂ信号の出力分光特性における重複領域よりも少なくなるように構成されることが好ましい。このような構成によれば、第２のホワイトバランス補正値の算出誤差が少なくなる。

また、第３のＲＧＢ原色信号のＢ信号の出力分光特性は、４５０ｎｍ以上の波長帯域における出力積分値が略ゼロとなるように設定されていることが好ましい。

また、第２のホワイトバランス補正値算出手段は、予め測定又はシミュレーションによって求められた第２のホワイトバランス補正値を算出するためのパラメータを記憶する第１の記憶手段を備えることができる。

また、ホワイトバランス調整手段が、第１のホワイトバランス補正値及び第２のホワイトバランス補正値を記憶する第２の記憶手段を備えるように構成することができる。

本発明によれば、通常光のホワイトバランス処理及び特殊光のホワイトバランス処理を精確かつ短時間に行うことが可能な電子内視鏡システムが提供される。

本発明の第１の実施の形態に係る電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る電子内視鏡システムが有するプロセッサに搭載された回転式フィルタターレットの構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る電子内視鏡システムが有する電子スコープから出射される通常光及び特殊光の分光特性を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る電子内視鏡システムが有するカラーバランス回路のブロック図である。 図４のカラーバランス回路のＲＧＢゲイン調整回路から出力される通常画像の画像信号の出力分光特性を示す図である。 図４のカラーバランス回路のＲＧＢゲイン調整回路から出力される特殊画像の画像信号の出力分光特性を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る電子内視鏡システムで実行されるホワイトバランス調整処理のフローチャートである。 図４のカラーバランス回路の補正マトリックス演算回路から出力される原色信号に基づいた画像信号の出力分光特性を示す図である。 図６に示される画像信号の出力分光特性と図８に示される画像信号の出力分光特性との関係を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る電子内視鏡システムが有するカラーバランス回路のブロック図である。 本発明の第２の実施形態における画像信号の関係を説明するグラフである。 従来の電子内視鏡システムに用いられる通常光用カラーフィルタの分光特性を示す図である。 従来の電子内視鏡システムに用いられる狭帯域光用カラーフィルタの分光特性を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る電子内視鏡システムについて説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態の電子内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、本実施形態の電子内視鏡システム１は、医療用の撮像システムであり、電子スコープ１００、プロセッサ２００、モニタ３００を有している。電子スコープ１００の基端は、プロセッサ２００と接続されている。プロセッサ２００は、電子スコープ１００が出力する画像信号を処理して画像を生成する画像信号処理装置と、自然光の届かない体腔内を電子スコープ１００を介して照明する光源装置とを一体に備えた装置である。別の実施形態では、画像信号処理装置と光源装置とを別体で構成してもよい。

図１に示されるように、プロセッサ２００は、システムコントローラ２０２、タイミングコントローラ２０４を有している。システムコントローラ２０２は、電子内視鏡システム１を構成する各要素を制御する。タイミングコントローラ２０４は、信号の処理タイミングを調整するクロックパルスを電子内視鏡システム１内の各回路に出力する。

ランプ２０８は、ランプ電源イグナイタ２０６による始動後、主に可視光領域から不可視である赤外領域に広がる波長域の照明光を放射する。ランプ２０８には、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプ等の高輝度ランプが適している。ランプ２０８から放射された照明光は、集光レンズ２１０によって集光されつつ、熱吸収フィルタ２１１ａ及びＩＲカットフィルタ（赤外カットフィルタ）２１１ｂで構成されるフィルタ２１１を通り、絞り２１２を介して適正な光量に制限される。なお、別の実施形態としては、ＩＲカットフィルタは必ずしも必要ではなく、例えば、後述する固体撮像素子１０８の前面に取付けられてもよい。

絞り２１２には、図示省略されたアームやギヤ等の伝達機構を介してモータ２１４が機械的に連結している。モータ２１４は例えばＤＣモータであり、ドライバ２１６のドライブ制御下で駆動する。絞り２１２は、モニタ３００の表示画面に表示される映像を適正な明るさにするため、モータ２１４によって動作して開度が変化して、ランプ２０８から放射された照明光の光量を開度に応じて制限する。適正とされる映像の明るさの基準は、術者によるフロントパネル２１８に対する輝度調節操作に応じて設定変更される。

フロントパネル２１８の構成には種々の形態を採用することができる。例えば、フロントパネル２１８は、プロセッサ２００のフロント面に実装された機能毎のハードウェアキーや、タッチパネル式ＧＵＩ（Graphical User Interface）、ハードウェアキーとＧＵＩとの組合せによって構成することができる。

絞り２１２を通過した照射光は、回転式フィルタターレット２１３に入射する。図２は、回転式フィルタターレット２１３の構成を示す図である。図２に示されるように、回転式フィルタターレット２１３は、回転式フィルタターレット２１３の回転軸ＡＸを挟んで対称に配置された２枚の光学フィルタＦ１、Ｆ２を有しており、いずれか一方が照明光路内に配置されるようになっている。光学フィルタＦ１は、可視光領域全域の光を透過させるフィルタであり、光学フィルタＦ１を通過した照明光は、白色光（すなわち、通常光（広帯域光））となる。また、光学フィルタＦ２は、三つの波長域に半値幅の狭い透過ピークを持つ狭帯域光フィルタであり、光学フィルタＦ２を通過した照明光は、狭帯域光（すなわち、特殊光）となる。

モータ２１５は、例えばドライバ２１６のドライブ制御下で駆動するステップモータであり、図示省略されたアームやギヤ等の伝達機構を介して回転式フィルタターレット２１３と機械的に連結している。モータ２１５は、回転式フィルタターレット２１３を印加電圧（パルス数）に応じた角度だけ回転させる。

術者は、フロントパネル２１８に対するフィルタ切替操作又は電子スコープ１００の手元操作部に設置されたフィルタ切替ボタン１１４の操作を通じて回転式フィルタターレット２１３を回転させることができ、これにより通常光を用いた内視鏡画像の観察（すなわち、通常光モード）と、特殊光を用いた内視鏡画像の観察（すなわち、特殊光モード）とを切り替えることができるようになっている。なお、図１中、図面を簡明化するため、フィルタ切替ボタン１１４と他のブロックとの結線は省略している。

回転式フィルタターレット２１３は、フィルタ切替操作が行われる毎に１８０°回転し、内視鏡画像の観察モードに応じた光学フィルタＦ１又はＦ２が照明光路に選択的に挿入、配置される。回転式フィルタターレット２１３の外周縁付近には、ホームポジションを検出するための位置検出用穴Ｈが開けられている。

システムコントローラ２０２は、フォトインタラプタＦＩを通じた位置検出用穴Ｈの検出とモータ２１５への印加パルス数を基に、照明光路に何れの光学フィルタが配置されているかを認識する。

照射光は、照明光路に配置されている光学フィルタＦ１又はＦ２を透過し、ＬＣＢ（Light Carrying Bundle）１０２の入射端に入射する。すなわち、光学フィルタＦ１が照明光路に配置されている場合は、通常光がＬＣＢ１０２の入射端に入射し、光学フィルタＦ２が照明光路に配置されている場合は、特殊光がＬＣＢ１０２の入射端に入射する。

ＬＣＢ１０２の入射端に入射した照射光は、ＬＣＢ１０２内を全反射を繰り返すことによって伝播する。ＬＣＢ１０２内を伝播した照射光は、電子スコープ１００の先端に配されたＬＣＢ１０２の射出端から射出する。ＬＣＢ１０２の射出端から射出した照射光は、配光レンズ１０４を介して被写体を照射する。図３は、配光レンズ１０３から射出する照明光の分光特性図であり、破線は、通常光の分光特性を示し、実線は特殊光の分光特性を示している。図３に示すように、本実施形態の特殊光は、主に３９０〜４５０ｎｍの波長域の青色の光と、５２０〜５９０ｎｍの波長域の緑色の光と、６３０〜６７０ｎｍの波長域の赤色の光で構成されている。

被写体からの反射光は、対物レンズ１０６を介して固体撮像素子１０８の受光面上の各画素で光学像を結ぶ。固体撮像素子１０８は、例えば補色市松型画素配置を有するインターレース方式の単板式カラーＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサである。固体撮像素子１０８の受光面上には、ＩＲカットフィルタ１０８ａ、及びイエローＹｅ、シアンＣｙ、グリーンＧ、マゼンタＭｇの各補色フィルタで構成されるカラーフィルタ１０８ｂが配置されている。固体撮像素子１０８は、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、イエローＹｅ、シアンＣｙ、グリーンＧ、マゼンタＭｇの各補色に対応する画像信号を得る。

固体撮像素子１０８は、感度やフレームレートを実質的に向上させるため、垂直方向に隣接する２つの画素の画像信号を加算して混合信号Ｗｒ、Ｇｂ、Ｗｂ、Ｇｒを生成し出力する。混合信号Ｗｒ、Ｇｂ、Ｗｂ、Ｇｒは、プリアンプ１１０による信号増幅後、内視鏡側信号処理回路１２０に入力する。なお、固体撮像素子１０８のカラー配列は、例えばベイヤ型であってもよい。また、固体撮像素子１０８は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサに置き換えてもよい。

タイミングコントローラ２０４は、システムコントローラ２０２によるタイミング制御に従って、内視鏡側信号処理回路１２０にクロックパルスを供給する。内視鏡側信号処理回路１２０は、タイミングコントローラ２０４から供給されるクロックパルスに従って、固体撮像素子１０８をプロセッサ２００側で処理される映像のフレームレートに同期したタイミングで駆動制御する。

内視鏡側信号処理回路１２０に入力した混合信号Ｗｒ、Ｇｂ、Ｗｂ、Ｇｒは、所定のアナログ信号処理の後、ＡＤ変換等されて、プロセッサ側信号処理回路２２０に出力される。また、内視鏡側信号処理回路１２０は、メモリ１２２にアクセスして電子スコープ１００の識別情報を読み出す。電子スコープ１００の識別情報には、例えば固体撮像素子１０８の画素数や感度、対応可能なレート、型番等が含まれており、この識別情報に基づいて電子スコープ１００による観察対象等（上部消化管内視鏡観察と下部消化管内視鏡観察の区別等）も特定することができる。内視鏡側信号処理回路１２０は、メモリ１２２から読み出した識別情報をシステムコントローラ２０２に出力する。

プロセッサ側信号処理回路２２０は、カラーバランス回路２２２、画像処理回路２２６を有している。カラーバランス回路２２２は、所定のカラーマトリクス係数を用いてプロセッサ側信号処理回路２２０に入力された混合信号Ｗｒ、Ｇｂ、Ｗｂ、Ｇｒを原色信号Ｒ、Ｇ、Ｂに変換し画像処理回路２２６に出力する。なお、後述するように、本実施形態のカラーバランス回路２２２は、ホワイトバランス調整機能を有しており、ホワイトバランスの調整された原色信号が画像処理回路２２６に出力されるようになっている。画像処理回路２２６は、入力された原色信号に対してγ補正や輪郭強調等の所定の画像処理を行い、各色信号別にフレーム単位でＲ、Ｇ、Ｂの各色対応のフレームメモリ（不図示）にバッファリングする。画像処理回路２２６は、バッファリングされた各色信号をタイミングコントローラ２０４によって制御されたタイミングでフレームメモリから掃き出して、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）やＰＡＬ（Phase Alternating Line）等の所定の規格に準拠した映像信号に変換する。変換された映像信号がモニタ３００に順次入力することにより、被写体の画像（すなわち、通常画像又は特殊画像）がモニタ３００の表示画面に表示される。

上述したように、本実施形態のカラーバランス回路２２２は、ホワイトバランス調整機能を有しているため、色再現性に優れた通常画像又は特殊画像がモニタ３００上に表示される。カラーバランス回路２２２のホワイトバランス調整機能は、電子スコープ１００を用いた手技に先だって行われる、後述のホワイトバランス調整処理に基づいて機能し、内視鏡画像観察時（すなわち、手技中）、カラーバランス回路２２２は、術者によって選択される内視鏡画像の観察モード（すなわち、通常光モード又は特殊光モード）に応じた所定の演算処理を行う。図４は、本実施形態のカラーバランス回路２２２のブロック図である。図４に示すように、カラーバランス回路２２２は、セレクタ２２２ａ、通常光マトリックス演算回路２２２ｂ、特殊光マトリックス演算回路２２２ｃ、補正マトリックス演算回路２２２ｄ、ゲイン値計算回路２２２ｅ、ＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇで構成されている。

セレクタ２２２ａは、システムコントローラ２０２から入力される制御信号（不図示）に応じて、内視鏡側信号処理回路１２０から入力される混合信号Ｗｒ、Ｇｂ、Ｗｂ、Ｇｒを通常光マトリックス演算回路２２２ｂ、特殊光マトリックス演算回路２２２ｃ又は補正マトリックス演算回路２２２ｄに切り替えて出力する回路である。システムコントローラ２０２は、後述のホワイトバランス調整処理時、セレクタ２２２ａの出力を通常光マトリックス演算回路２２２ｂ又は補正マトリックス演算回路２２２ｄに切り替える。また、システムコントローラ２０２は、内視鏡画像観察時、術者によるフィルタ切替ボタン１１４の操作に応じて（すなわち、観察モードに応じて）、セレクタ２２２ａの出力を通常光マトリックス演算回路２２２ｂ又は特殊光マトリックス演算回路２２２ｃに切り替える。

内視鏡画像観察時に通常光モードが選択されると、システムコントローラ２０２はセレクタ２２２ａを切り替えて、混合信号Ｗｒ、Ｇｂ、Ｗｂ、Ｇｒを通常光マトリックス演算回路２２２ｂに出力する。通常光マトリックス演算回路２２２ｂ（第１のマトリックス演算手段）は、内部に通常光用のマトリックス係数Ｍ１を有しており、セレクタ２２２ａから入力される混合信号Ｗｒ、Ｇｂ、Ｗｂ、Ｇｒに対してマトリックス演算を行い、原色信号Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎ（第１のＲＧＢ原色信号）に変換して出力する。なお、本実施形態においては、マトリックス係数Ｍ１は、ランプ２０８、フィルタ２１１、光学フィルタＦ１、ＬＣＢ１０２、ＩＲカットフィルタ１０８ａ、カラーフィルタ１０８ｂ、固体撮像素子１０８の画素等の光学部品の光学特性を想定し、この時に得られる原色信号Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎに所定のゲイン（後述するＲＧＢゲイン値Ｇ_１の基準のゲイン）を掛けたときに、理想撮像特性に近くなるように設定された３行４列の所定のマトリックス係数である。通常光マトリックス演算回路２２２ｂは、このようなマトリックス係数Ｍ１を用いて下式に示す演算を行い、入力される混合信号Ｗｒ、Ｇｂ、Ｗｂ、Ｇｒを原色信号Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎに変換して出力する。

なお、本実施形態におけるマトリックス係数値Ｍ１の具体例は、以下の通りである。

図４に示すように、通常光マトリックス演算回路２２２ｂから出力される原色信号Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎは、ゲイン値計算回路２２２ｅとＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇに出力される。ゲイン値計算回路２２２ｅ（第１のホワイトバランス補正値算出手段）は、原色信号Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎをバランスさせるために必要なホワイトバランス補正値（第１のホワイトバランス補正値）を求める。原色信号Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎのホワイトバランス補正値は、ＲＧＢゲイン値Ｇ_１（すなわち、Ｒｎのゲイン値Ｒｇａｉｎ、Ｇｎのゲイン値Ｇｇａｉｎ及びＢｎのゲイン値Ｂｇａｉｎ）を求めることにより求められる。本実施形態においては、原色信号Ｇｎを基準としてＲｎのゲイン値Ｒｇａｉｎ及びＢｎのゲイン値Ｂｇａｉｎを求めるように構成されており、ゲイン値計算回路２２２ｅは、入力される原色信号Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎの平均値の比Ｇｎ／Ｒｎ、Ｇｎ／Ｇｎ、Ｇｎ／Ｂｎを求め、それぞれＲｎのゲイン値Ｒｇａｉｎ、Ｇｎのゲイン値Ｇｇａｉｎ、Ｂｎのゲイン値ＢｇａｉｎとしてＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇに出力する。なお、Ｇｎのゲイン値Ｇｇａｉｎについては、平均値の比が固定（すなわち、Ｇｎ／Ｇｎ＝１）となるため、ＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇに出力するデータから省略することも可能である。

ＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇ（第１のゲイン調整手段）は、後述のホワイトバランス調整処理時にゲイン値計算回路２２２ｅから入力されるＲＧＢゲイン値Ｇ_１（すなわち、Ｒｎのゲイン値Ｒｇａｉｎ、Ｇｎのゲイン値Ｇｇａｉｎ及びＢｎのゲイン値Ｂｇａｉｎ）を内部に記憶する。そして、内視鏡画像観察時に通常光モードが選択されると、下式で示す演算を行い、通常光マトリックス演算回路２２２ｂから入力される原色信号Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎを、Ｒｎのゲイン値Ｒｇａｉｎ、Ｇｎのゲイン値Ｇｇａｉｎ及びＢｎのゲイン値Ｂｇａｉｎで補正し（乗算し）出力する。従って、ＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇからは、原色信号Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎの出力バランスが調整された（すなわち、ホワイトバランスが調整された）通常画像の画像信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１が出力される。

図５は、本実施形態のＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇから出力される通常画像の画像信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１の出力分光特性である。なお、図５は、ランプ２０８、フィルタ２１１、光学フィルタＦ１、ＬＣＢ１０２、ＩＲカットフィルタ１０８ａ、カラーフィルタ１０８ｂ、固体撮像素子１０８の画素等の光学部品の光学特性を想定したときの理想的な特性（すなわち、Ｒ１：Ｇ１：Ｂ１＝１：１：１となる基準の出力特性）を示しており、このときのＲＧＢゲイン値Ｇ_１（基準のゲイン）は、例えば、以下の通りである。

図５に示すように、通常画像の画像信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１の出力分光特性は、白色光が照射されたときの被写体の色再現性を考慮して、各画像信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１の出力分光特性が一部重複するように設定されている。このため、本実施形態の画像信号Ｂ１には画像信号Ｇ１の一部が入り込み、画像信号Ｇ１には画像信号Ｂ１の一部と画像信号Ｒ１の一部が入り込み、画像信号Ｒ１には画像信号Ｇ１の一部が入り込んで出力される。

内視鏡画像観察時に特殊光モードが選択されると、システムコントローラ２０２はセレクタ２２２ａを切り替えて、混合信号Ｗｒ、Ｇｂ、Ｗｂ、Ｇｒを特殊光マトリックス演算回路２２２ｃに出力する。特殊光マトリックス演算回路２２２ｃ（第２のマトリックス演算手段）は、内部に特殊光用のマトリックス係数Ｍ２を有しており、セレクタ２２２ａから入力される混合信号Ｗｒ、Ｇｂ、Ｗｂ、Ｇｒに対してマトリックス演算を行い、原色信号Ｒｏ、Ｇｏ、Ｂｏ（第２のＲＧＢ原色信号）に変換して出力する。マトリックス係数Ｍ２は、マトリックス係数Ｍ１と同様、ランプ２０８、フィルタ２１１、光学フィルタＦ２、ＬＣＢ１０２、ＩＲカットフィルタ１０８ａ、カラーフィルタ１０８ｂ、固体撮像素子１０８の画素等の光学部品の光学特性を想定し、この時に得られる原色信号Ｒｏ、Ｇｏ、Ｂｏに所定のゲイン（後述するＲＧＢゲイン値Ｇ２の基準のゲイン）を掛けたときに、所定の特殊画像のカラーバランスに近くなるように設定された３行４列の所定のマトリックス係数である。特殊光マトリックス演算回路２２２ｃは、このようなマトリックス係数値Ｍ２を用いて下式に示す演算を行い、混合信号Ｗｒ、Ｇｂ、Ｗｂ、Ｇｒを原色信号Ｒｏ、Ｇｏ、Ｂｏに変換して出力する。

なお、本実施形態におけるマトリックス係数値Ｍ２の具体例は、以下の通りである。

図４に示すように、特殊光マトリックス演算回路２２２ｃから出力される原色信号Ｒｏ、Ｇｏ、Ｂｏは、ＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇに出力される。ＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇは、後述のホワイトバランス調整処理時に、補正マトリックス演算回路２２２ｄとゲイン値計算回路２２２ｅによって求められる、ＲＧＢゲイン値Ｇ_２（すなわち、Ｒｏのゲイン値ＲＯｇａｉｎ、Ｇｏのゲイン値ＧＯｇａｉｎ、及びＢｏのゲイン値ＢＯｇａｉｎ）を内部に記憶している。そして、内視鏡画像観察時に特殊光モードが選択されると、ＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇは、下式で示す演算を行い、特殊光マトリックス演算回路２２２ｃから入力される原色信号Ｒｏ、Ｇｏ、ＢｏをＲｏのゲイン値ＲＯｇａｉｎ、Ｇｏのゲイン値ＧＯｇａｉｎ及びＢｏのゲイン値ＢＯｇａｉｎで補正し（乗算し）出力する（第２のゲイン調整手段）。従って、ＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇからは、原色信号Ｒｏ、Ｇｏ、Ｂｏの出力バランスが調整された（すなわち、ホワイトバランスが調整された）特殊画像の画像信号Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２が出力される。

なお、本実施形態においては、Ｒｏのゲイン値ＲＯｇａｉｎ及びＢｏのゲイン値ＢＯｇａｉｎは、原色信号Ｇｏの信号を基準にしたゲイン値であり、それぞれＧｏ／Ｒｏ及びＧｏ／Ｂｏで表すことができ、また、ＧＯｇａｉｎ＝Ｇｏ／Ｇｏ＝１となる。

図６は、ＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇから出力される特殊画像の画像信号Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２の出力分光特性である。なお、図６は、ランプ２０８、フィルタ２１１、光学フィルタＦ２、ＬＣＢ１０２、ＩＲカットフィルタ１０８ａ、カラーフィルタ１０８ｂ、固体撮像素子１０８の画素等の光学部品の光学特性を想定したときの理想的な特性（すなわち、Ｒ２：Ｇ２：Ｂ２＝１：１：１となる基準の出力特性）を示しており、このときのＲＧＢゲイン値Ｇ_２（基準のゲイン）は、例えば、以下の通りである。

以上説明したように、本実施形態においては、内視鏡画像観察時（すなわち、手技中）、カラーバランス回路２２２が、術者によって選択される内視鏡画像の観察モード（すなわち、通常光モード又は特殊光モード）に応じた所定の演算処理を行うことにより、観察モードに応じてホワイトバランスが調整された通常画像又は特殊画像が得られる。

（ホワイトバランス調整処理）
次に、電子スコープ１００を用いた手技に先だって行われるホワイトバランス調整処理について、さらに図１、図４、図７を用いて詳述する。図７は、本実施形態のホワイトバランス調整の処理フローを説明するフローチャートである。

ホワイトバランス調整処理は、電子スコープ１００の先端に、内側を白くした筒状のホワイトキャップ（基準のチャート）を装着し、フロントパネル２１８に対して所定の入力がなされたことを契機に開始される。ホワイトバランス調整処理が開始されると、処理はＳ１に進む。なお、説明の便宜上、本明細書中の説明並びに図面において、処理ステップは「Ｓ」と省略して記す。

＜図７のＳ１（通常光モードのホワイトバランス調整処理）＞
Ｓ１では、システムコントローラ２０２は、ドライバ２１６、モータ２１５を介して回転式フィルタターレット２１３を回転させ、光学フィルタＦ１を照明光路に配置する。これにより、電子スコープ１００の先端からは白色光（通常光）が出射され、固体撮像素子１０８の受光面上には、ホワイトキャップの内側で反射した通常光が入射する。上述したように、固体撮像素子１０８の受光面上には、ＩＲカットフィルタ１０８ａ、及びカラーフィルタ１０８ｂが配置されており、ホワイトキャップの内側で反射した通常光はこれらのフィルタを通って固体撮像素子１０８の受光面に入射する。そして、固体撮像素子１０８からは、混合信号Ｗｒ、Ｇｂ、Ｗｂ、Ｇｒが出力される。

ホワイトバランス調整処理においては、ＲＧＢゲイン値Ｇ_１及びＧ_２を精確に求めるために、固体撮像素子１０８から出力される各混合信号Ｗｒ、Ｇｂ、Ｗｂ、Ｇｒが、内視鏡側信号処理回路１２０内の積分回路（不図示）で積分され、各混合信号Ｗｒ、Ｇｂ、Ｗｂ、Ｇｒの平均値が得られるように構成されている。従って、積分された混合信号ΣＷｒ、ΣＧｂ、ΣＷｂ、ΣＧｒ（つまり、混合信号Ｗｒ、Ｇｂ、Ｗｂ、Ｇｒの平均値）が内視鏡側信号処理回路１２０からセレクタ２２２ａに出力される。

Ｓ１においては、システムコントローラ２０２は、セレクタ２２２ａを通常光マトリックス演算回路２２２ｂに切り替え、積分された混合信号ΣＷｒ、ΣＧｂ、ΣＷｂ、ΣＧｒを通常光マトリックス演算回路２２２ｂに出力する。通常光マトリックス演算回路２２２ｂは、入力される積分された混合信号ΣＷｒ、ΣＧｂ、ΣＷｂ、ΣＧｒに対して下式に示すマトリックス演算を行い、原色信号Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎに変換し、ゲイン値計算回路２２２ｅとＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇに出力する。

ゲイン値計算回路２２２ｅは、入力される原色信号Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎの比Ｇｎ／Ｒｎ、Ｇｎ／Ｇｎ、Ｇｎ／Ｂｎを求め、それぞれＲｎのゲイン値Ｒｇａｉｎ、Ｇｎのゲイン値Ｇｇａｉｎ、Ｂｎのゲイン値ＢｇａｉｎとしてＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇに出力する。そして、ＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇに出力されたＲＧＢゲイン値Ｇ_１（すなわち、Ｒｎのゲイン値Ｒｇａｉｎ、Ｇｎのゲイン値Ｇｇａｉｎ及びＢｎのゲイン値Ｂｇａｉｎ）は、ＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇの内部に記憶される。

このように、Ｓ１では、ホワイトキャップを装着した状態で白色光（通常光）を照射し、マトリックス演算して得られる原色信号Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎの最適なＲＧＢゲイン値Ｇ_１（すなわち、ホワイトバランス補正値）を求めることで、通常光に対するホワイトバランス調整処理が行われる。Ｓ１が終了すると、処理は、Ｓ２に進む。

＜図７のＳ２（特殊光モードのホワイトバランス調整処理）＞
Ｓ２では、通常光（すなわち、白色光）を用いて特殊光のホワイトバランス調整処理が行われる。つまり、本実施形態のホワイトバランス調整処理は、通常光（すなわち、白色光）のみを用いて、通常画像及び特殊画像（すなわち、通常光モード及び特殊光モード）の両方のホワイトバランスを一度に調整するように構成されている。

Ｓ２においては、システムコントローラ２０２は、セレクタ２２２ａを補正マトリックス演算回路２２２ｄに切り替え、積分された混合信号ΣＷｒ、ΣＧｂ、ΣＷｂ、ΣＧｒ（つまり、混合信号Ｗｒ、Ｇｂ、Ｗｂ、Ｇｒの平均値）を補正マトリックス演算回路２２２ｄに出力する。

補正マトリックス演算回路２２２ｄ（第３のマトリックス演算手段）は、補正用マトリックス係数Ｍ３を有しており、セレクタ２２２ａから入力される混合信号ΣＷｒ、ΣＧｂ、ΣＷｂ、ΣＧｒに対してマトリックス演算を行い、原色信号Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃ（第３のＲＧＢ原色信号）に変換して出力する。本実施形態の補正用マトリックスＭ３は、白色光によって得られる混合信号ΣＷｒ、ΣＧｂ、ΣＷｂ、ΣＧｒから、特殊光モードのホワイトバランス（すなわち、ＲＧＢゲイン値Ｇ_２）を精確に求めることができるように最適化されている。具体的には、補正用マトリックスＭ３は、ランプ２０８、フィルタ２１１、光学フィルタＦ１、Ｆ２、ＬＣＢ１０２、ＩＲカットフィルタ１０８ａ、カラーフィルタ１０８ｂ、固体撮像素子１０８の画素等の光学部品の光学特性を想定し、この時に得られる各原色信号Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃ中に、可能な限り他の原色信号の情報が入り込まないように（すなわち、各原色信号Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃが離散的な情報を有する信号となるように）設定された所定のマトリックス係数である。

補正マトリックス演算回路２２２ｄは、このようなマトリックス係数Ｍ３を用いて下式に示す演算を行い、白色光によって得られる混合信号ΣＷｒ、ΣＧｂ、ΣＷｂ、ΣＧｒを原色信号Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃに変換してゲイン値計算回路２２２ｅに出力する。

なお、本実施形態におけるマトリックス係数値Ｍ３の具体例は、以下の通りである。

図８は、下式で示すように、補正マトリックス演算回路２２２ｄから出力される原色信号Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃに対して基準のゲインを掛けて得られる画像信号Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３の出力分光特性である。すなわち、図８は、原色信号Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃに対して原色信号Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃをバランスさせるために必要なＲＧＢゲイン値Ｇ_３（すなわち、Ｒｃのゲイン値ＲＣｇａｉｎ、Ｇｃのゲイン値ＧＣｇａｉｎ、及びＢｃのゲイン値ＢＣｇａｉｎ）を掛け、ランプ２０８、フィルタ２１１、光学フィルタＦ１、ＬＣＢ１０２、ＩＲカットフィルタ１０８ａ、カラーフィルタ１０８ｂ、固体撮像素子１０８の画素等の光学部品の光学特性を想定したときの理想的な出力特性（すなわち、Ｒ３：Ｇ３：Ｂ３＝１：１：１となる基準の出力特性）を示している。

なお、本実施形態においては、Ｒｃのゲイン値ＲＣｇａｉｎ及びＢｃのゲイン値ＢＣｇａｉｎは、原色信号Ｇｃの信号を基準にしたゲイン値であり、それぞれＧｃ／Ｒｃ、及びＧｃ／Ｂｃで表すことができ、また、ＧＣｇａｉｎ＝Ｇｃ／Ｇｃ＝１となる。なお、このときのＲＧＢゲイン値Ｇ_３の具体例は、以下の通りである。

ここで、図８と図５とを比較すると、両者は共に白色光によって得られる混合信号（Ｗｒ、Ｇｂ、Ｗｂ、Ｇｒ）を原色信号（ＲＧＢ）に変換し、各原色信号をバランスさせたときの出力分光特性を示すものであるが、Ｒ１が青色の波長帯域（４８０ｎｍ付近）に負の感度を有するのに対し、Ｒ３はほぼ感度を有さないのが判る。また、Ｂ３の特性については、Ｂ１と比較してうねりの大きなものとなっているが、分光感度のばらつきの大きい４５０ｎｍよりも波長の短い波長帯域（短波長側）と、分光感度のばらつきの小さい４５０ｎｍ以上の波長帯域（長波長側）とに分け、短波長側においては、Ｂ３の感度をＢ１の感度よりも高く設定し、長波長側では波長軸における積分値が略ゼロとなるように設定されている。そして、画像信号Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３の出力分光特性（図８）は、各画像信号Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３のピーク波長がセパレートされた（すなわち、各画像信号Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３の出力分光特性の重複部分が少ない）離散的な特性を示し、図５に示される通常画像の画像信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１の出力分光特性よりも、図６に示される特殊画像の画像信号Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２の出力分光特性に比較的近い特性になっているといえる。

このように、本実施形態においては、画像信号Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３が画像信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１よりも離散的な出力分光特性を有するようにマトリックス係数値Ｍ３を設定している。そして、ゲイン値計算回路２２２ｅは、画像信号Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３と画像信号Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２との相関関係に基づいてＲＧＢゲイン値Ｇ_２（すなわち、Ｒｏのゲイン値ＲＯｇａｉｎ、Ｇｏのゲイン値ＧＯｇａｉｎ、及びＢｏのゲイン値ＢＯｇａｉｎ）を求め、ＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇに出力する（後述）。

ここで、例えば、短波長側の分光特性が変化したときに（つまり、画像信号のバランスが崩れたときに）、特殊光モードでホワイトバランスをとることを考える。説明の便宜のため、画像信号のバランスが崩れたときに、白色光を照射して補正マトリックス演算回路２２２ｄから得られる出力を原色信号Ｒｃ’、Ｇｃ’（＝１）、Ｂｃ’とし、特殊光を照射して特殊光マトリックス演算回路２２２ｄから得られる出力を原色信号Ｒｏ’、Ｇｏ’（＝１）、Ｂｏ’とする。また、原色信号Ｒｃ’、Ｇｃ’（＝１）、Ｂｃ’に対してＲＧＢゲイン値Ｇ_３（基準のゲイン）を掛けて得られる出力を画像信号Ｒ３’、Ｇ３’、Ｂ３’とし、原色信号Ｒｏ’、Ｇｏ’（＝１）、Ｂｏ’に対してＲＧＢゲイン値Ｇ_２（基準のゲイン）を掛けて得られる出力を画像信号Ｒ２’、Ｇ２’、Ｂ２’とする。

図９は、本実施形態の画像信号Ｒ３’とＲ２’の対応関係、及び画像信号Ｂ３’とＢ２’との対応関係を示すグラフである。図９の横軸は、画像信号Ｒ３’又はＢ３’の値を示し、縦軸は、画像信号Ｒ２’又はＢ２’の値を示している。なお、画像信号Ｒ３’、Ｇ３’、Ｂ３’がバランスしているときの画像信号Ｒ３’、Ｂ３’と、画像信号Ｒ２’、Ｇ２’、Ｂ２’がバランスしているときの画像信号Ｒ２’、Ｂ２’を、図９中、「１」で示し、基準出力としている。すなわち、本実施形態においては、画像信号Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３の出力分光特性（図８）が、略離散的な特性を示し、画像信号Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２の出力分光特性に近い特性になっており、画像信号Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３の基準出力からの変化量が、画像信号Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２の基準出力からの変化量に略一致するように構成されている。

そして、特殊光モードでホワイトバランスをとるということは、原色信号Ｒｏ’、Ｂｏ’が入力されたときに出力を「１」とするＲｏのゲイン値ＲＯ’ｇａｉｎ及びＢｏのゲイン値ＢＯ’ｇａｉｎ（つまり、図９における変化量）を求めることに他ならないから、実際に設定すべきＲｏのゲイン値ＲＯ’ｇａｉｎ、Ｂｏのゲイン値ＢＯ’ｇａｉｎは、図９のグラフの関係から、次式で示すことができる。

ここで、ＲＣ’ｇａｉｎ及びＢＣ’ｇａｉｎは、画像信号Ｒ３’、Ｇ３’、Ｂ３’をバランスさせたときのＲｃのゲイン値及びＢｃのゲイン値を表している。

従って、補正マトリックス演算回路２２２ｄから原色信号Ｒｃ’、Ｂｃ’が得られれば、数１４の関係から実際に設定すべきＲｏのゲイン値ＲＯ’ｇａｉｎ、Ｂｏのゲイン値ＢＯ’ｇａｉｎを求めることができる。

本実施形態においては、ゲイン値計算回路２２２ｅによって、数１４に相当する演算、すなわち、ＲＣ’ｇａｉｎ及びＢＣ’ｇａｉｎから、ＲＯ’ｇａｉｎ及びＢＯ’ｇａｉｎへの変換処理が行われる。つまり、ゲイン値計算回路２２２ｅは、補正マトリックス演算回路２２２ｄから出力される原色信号Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃを、数１４における原色信号Ｒｃ’、Ｇｃ’（＝１）、Ｂｃ’として入力し、このときの画像信号Ｒ３’、Ｇ３’、Ｂ３’をバランスさせるＲＣ’ｇａｉｎ及びＢＣ’ｇａｉｎを求める。そして、ＲＣ’ｇａｉｎ及びＢＣ’ｇａｉｎを、Ｒｏのゲイン値ＲＯ’ｇａｉｎ及びＢｏのゲイン値ＢＯ’ｇａｉｎに変換し、これをＲＧＢゲイン値Ｇ_２のＲｏのゲイン値ＲＯｇａｉｎ及びＢｏのゲイン値ＢＯｇａｉｎとして、Ｇｏのゲイン値ＧＯｇａｉｎ（＝１）と共にＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇに出力する。そして、ゲイン値計算回路２２２ｅからＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇに出力されたＲＧＢゲイン値Ｇ_２（すなわち、Ｒｏのゲイン値ＲＯｇａｉｎ、Ｇｏのゲイン値ＧＯｇａｉｎ及びＢｏのゲイン値ＢＯｇａｉｎ）は、ＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇの内部に記憶される。

このように、Ｓ２では、ホワイトキャップを装着した状態で白色光（通常光）を照射し、マトリックス演算して得られる原色信号Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃからゲイン値計算回路２２２ｅによって、最適なＲＧＢゲイン値Ｇ_２（第２のホワイトバランス補正値）を求めることで、特殊光に対するホワイトバランス調整処理が行われる。Ｓ２が終了すると、本ホワイトバランス調整処理は終了する。

以上説明したように、本実施形態のホワイトバランス調整処理においては、通常光（すなわち、白色光）のみを用いて、通常光モード（通常画像）及び特殊光モード（特殊画像）の両方のホワイトバランスを一度に調整するように構成されている。従って、通常光と特殊光とを切り替えて各モードのホワイトバランスをとる必要がないため、短時間でホワイトバランス調整処理が終了する。また、本実施形態においては、特殊光モードのホワイトバランス（すなわち、ＲＧＢゲイン値Ｇ_２）は、白色光によって得られた原色信号Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃに基づいて演算されるものであるが、原色信号Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃを得るためのマトリックス係数値Ｍ３を離散的な出力分光特性を有するように設定することで、極めて誤差が少なく、精確な特殊光モードのホワイトバランス（すなわち、ＲＧＢゲイン値Ｇ_２）を得ている。

以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば、本実施形態においては、通常光マトリックス演算回路２２２ｂ、特殊光マトリックス演算回路２２２ｃ、補正マトリックス演算回路２２２ｄ、ゲイン値計算回路２２２ｅ、ＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇをハードウェアで構成したが、これらの一部又は全部をソフトウェアで構成することも可能である。

また、本実施形態においては、Ｒｏ＝Ｇｏ＝Ｂｏ＝１となるように特殊光モードのホワイトバランスをとる構成としたが、この構成に限定されるものではなく、例えば、Ｇｏ＝１としたときに、Ｒｏ及びＢｏがそれぞれに適した比率となるように（つまり、所定の値となるように）カラーバランスをとる構成としてもよい。

また、本実施形態においては、画像信号Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３の基準出力からの変化量が、画像信号Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２の基準出力からの変化量に略一致するように構成したが（図９）、このような構成に限定されるものではなく、画像信号Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３の基準出力からの変化量と画像信号Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２の基準出力からの変化量とが異なる場合にも本発明を適用することが可能である。

＜第２の実施形態＞
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る電子内視鏡システム１Ｍの構成を示すブロック図である。図１１は、本発明の第２の実施形態のカラーバランス回路２２２Ｍのブロック図である。図１２は、本発明の第２の実施形態の画像信号Ｒ３’とＲ２’の関係、及び画像信号Ｂ３’とＢ２’との関係を示すグラフである。

図１０及び図１１に示すように、本実施形態の電子内視鏡システム１Ｍは、メモリ２２４を備えたプロセッサ側信号処理回路２２０Ｍと、補正値計算回路２２２ｆを備えたカラーバランス回路２２２Ｍを有する点で、第１の実施形態と異なる。また、原色信号Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃをバランスさせるために必要なＲＧＢゲイン値Ｇ_３（すなわち、Ｒｃのゲイン値ＲＣｇａｉｎ、Ｇｃのゲイン値ＧＣｇａｉｎ、及びＢｃのゲイン値ＢＣｇａｉｎ）が、以下のように設定されており、図１２に示すように、画像信号Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３の基準出力からの変化量が、画像信号Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２の基準出力からの変化量に略比例する関係となっている点で、第１の実施形態とは異なる。以下、第１の実施形態と異なる構成について詳述する。

本実施形態の補正値計算回路２２２ｆは、第１の実施形態のゲイン値計算回路２２２ｅに相当する機能を有した回路であり、図７のＳ２に示す特殊光モードのホワイトバランス調整処理において、画像信号Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３と画像信号Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２の相関関係を利用した演算を行うことにより、ＲＧＢゲイン値Ｇ_２（すなわち、Ｒｏのゲイン値ＲＯｇａｉｎ、Ｇｏのゲイン値ＧＯｇａｉｎ、及びＢｏのゲイン値ＢＯｇａｉｎ）を求める演算回路（第２のホワイトバランス補正値算出手段）である。また、メモリ２２４は、補正値計算回路２２２ｆが必要とする各種パラメータを記憶するメモリである。

第１の実施形態と同様、本実施形態においても、画像信号Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３が画像信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１よりも離散的な出力分光特性を有するようにマトリックス係数値Ｍ３が設定されている。従って、白色光を照射し、マトリックス係数Ｍ３によるマトリックス演算を行ったときの原色信号Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃは、数１０に示す通りである。この原色信号Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃをバランスさせるために必要なＲｃのゲイン値ＲＣｇａｉｎ及びＢｃのゲイン値ＢＣｇａｉｎは、Ｇｃ＝１とすると、以下のように表すことができる。

また、特殊光を照射し、マトリックス係数Ｍ２によるマトリックス演算を行ったときの原色信号Ｒｏ、Ｇｏ、Ｂｏは、数５に示すとおりである。この原色信号Ｒｏ、Ｇｏ、Ｂｏをバランスさせるために必要なＲｏのゲイン値ＲＯｇａｉｎ及びＢｏのゲイン値ＢＯｇａｉｎは、Ｇｏ＝１とすると、以下のように表すことができる。

次に、例えば、短波長側の分光特性が変化したときに（画像信号のバランスが崩れたときに）、白色光を照射して補正マトリックス演算回路２２２ｄから得られる出力を原色信号Ｒｃ’、Ｇｃ’（＝１）、Ｂｃ’とし、特殊光を照射して特殊光マトリックス演算回路２２２ｄから得られる出力を原色信号Ｒｏ’、Ｇｏ’（＝１）、Ｂｏ’とすると、数７及び数１２より、そのときの画像信号Ｒ３’、Ｂ３’及び画像信号Ｒ２’、Ｂ２’は、以下のように表せる。

上述したように、本実施形態においては、画像信号Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３の基準出力からの変化量が、画像信号Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２の基準出力からの変化量に略比例する関係にある（図１２）。従って、画像信号Ｒ、Ｇ、Ｂの各信号に応じて傾きはそれぞれ異なるものの、Ｒ３’及びＢ３’が求まれば、図１２に示すグラフの関係から、Ｒ２’及びＢ２’をそれぞれ容易に求めることができる。

ここで、Ｒ３’に対するＲ２’の変化量（すなわち、Ｒの傾き）をＴＲ、Ｂ３’に対するＢ２’の変化量（すなわち、Ｂの傾き）をＴＢとすると、次式が得られる。

また、ＴＲ、ＴＢは、次式で示すことができる。

ここで、特殊光モードでホワイトバランスをとるということは、原色信号Ｒｏ’、Ｂｏ’が入力されたときに出力を「１」とするＲｏのゲイン値ＲＯ’ｇａｉｎ及びＢｏのゲイン値ＢＯ’ｇａｉｎを求めることに他ならないから、実際に設定すべきＲｏのゲイン値ＲＯ’ｇａｉｎ、Ｂｏのゲイン値ＢＯ’ｇａｉｎは、次式で示すことができる。

そして、数２２に数１８〜数２０を代入すると、次式を得る。

ここで、数２３におけるＲＯｇａｉｎ及びＢＯｇａｉｎは、画像信号Ｒ２’、Ｇ２’、Ｂ２’がバランスしているときにおける（すなわち、基準出力時における）Ｒｏのゲイン値及びＢｏのゲイン値を表しているから、事前に測定又はシミュレーションを行うことによって求まる定数である。また同様に、数２３におけるＲＣｇａｉｎ及びＢＣｇａｉｎは、画像信号Ｒ３’、Ｇ３’、Ｂ３’がバランスしているときにおける（すなわち、基準出力時における）Ｒｃのゲイン値及びＢｃのゲイン値を表しているから、事前に測定又はシミュレーションを行うことによって求まる定数である。また、ＴＲ及びＴＢについても、画像信号Ｒ３’とＲ２’の関係、及び画像信号Ｂ３’とＢ２’との関係（図１２）を事前に測定又はシミュレーションを行うことによって求めることができる定数である。従って、補正マトリックス演算回路２２２ｄから原色信号Ｒｃ’、Ｂｃ’が得られれば、数２３によって実際に設定すべきＲｏのゲイン値ＲＯ’ｇａｉｎ、Ｂｏのゲイン値ＢＯ’ｇａｉｎが求められる。

本実施形態においては、数２３におけるＲＯｇａｉｎ、ＢＯｇａｉｎ、ＲＣｇａｉｎ、ＢＣｇａｉｎ、ＴＲ、ＴＢの各パラメータが予め測定又はシミュレーションによって求められており、メモリ２２４に記憶されている。従って、補正値計算回路２２２ｆは、メモリ２２４にアクセスし、これらのパラメータを読み込み、上記の数２３に基づいて演算を行っている。すなわち、補正値計算回路２２２ｆは、補正マトリックス演算回路２２２ｄから出力される原色信号Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃを、数２３における原色信号Ｒｃ’、Ｇｃ’（＝１）、Ｂｃ’として入力し、Ｒｏのゲイン値ＲＯ’ｇａｉｎ及びＢｏのゲイン値ＢＯ’ｇａｉｎを求め、これをＲＧＢゲイン値Ｇ_２のＲｏのゲイン値ＲＯｇａｉｎ及びＢｏのゲイン値ＢＯｇａｉｎとして、Ｇｏのゲイン値ＧＯｇａｉｎ（＝１）と共にＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇに出力する。そして、ＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇに出力されたＲＧＢゲイン値Ｇ_２（すなわち、Ｒｏのゲイン値ＲＯｇａｉｎ、Ｇｏのゲイン値ＧＯｇａｉｎ及びＢｏのゲイン値ＢＯｇａｉｎ）は、ＲＧＢゲイン調整回路２２２ｇの内部に記憶される。

このように、本実施形態においては、ホワイトキャップを装着した状態で白色光（通常光）を照射し、マトリックス演算して得られる原色信号Ｒｃ、Ｇｃ、Ｂｃを数２３を用いて演算し、最適なＲＧＢゲイン値Ｇ_２（第２のホワイトバランス補正値）を求めることで、特殊光に対するホワイトバランス調整処理が行われる。

以上説明したように、本実施形態のホワイトバランス調整処理においても、第１の実施形態と同様、通常光（すなわち、白色光）のみを用いて、通常光モード（通常画像）及び特殊光モード（特殊画像）の両方のホワイトバランスを一度に調整するように構成されている。従って、通常光と特殊光とを切り替えて各モードのホワイトバランスをとる必要がないため、短時間でホワイトバランス調整処理が終了する。

なお、本実施形態においては、ＲＯｇａｉｎ、ＢＯｇａｉｎ、ＲＣｇａｉｎ、ＢＣｇａｉｎ、ＴＲ、ＴＢの各パラメータが予め測定又はシミュレーションによって求められており、メモリ２２４に記憶されているものとして説明したが、これらのパラメータは、電子スコープ１００に内蔵されるメモリ１２２に記憶されてもよい。

１、１Ｍ 電子内視鏡システム
１００ 電子スコープ
１２０ 内視鏡側信号処理回路
２００ プロセッサ
２０２ システムコントローラ
２２０、２２０Ｍ プロセッサ側信号処理回路
２２２、２２２Ｍ カラーバランス回路
２２２ａ セレクタ
２２２ｂ 通常光マトリックス演算回路
２２２ｃ 特殊光マトリックス演算回路
２２２ｄ 補正マトリックス演算回路
２２２ｅ ゲイン値計算回路
２２２ｆ 補正値計算回路
２２２ｇ ＲＧＢゲイン調整回路
２２４ メモリ
２２６ 画像処理回路
３００ モニタ

Claims (9)

1. 可視光領域で連続的な分光特性を有する広帯域光によって照射された基準チャートを撮像することによって得られる基準撮像信号に対して第１のマトリックス演算を行う第１マトリックス演算手段と、
   前記第１のマトリックス演算を行うことによって得られた第１の画像信号に基づいて、前記広帯域光に適する第１のホワイトバランス補正値を算出する第１ホワイトバランス補正値算出手段と、
   前記基準撮像信号に対して第２のマトリックス演算を行う第２マトリックス演算手段と、
   前記第２のマトリックス演算を行うことによって得られた第２の画像信号に基づいて、可視光領域で離散的な分光特性を有する狭帯域光に適する第２のホワイトバランス補正値を算出する第２ホワイトバランス補正値算出手段と、
   を備え、
   前記第２のマトリックス演算で用いられるマトリックス係数値は、
   前記第２の画像信号を構成する各色信号の出力分光特性における重複領域が、前記第１の画像信号を構成する各色信号の出力分光特性における重複領域よりも少なくなる値に設定されている、
   内視鏡用プロセッサ。
2. 前記狭帯域光によって照射された被写体の撮像信号に対して第３のマトリックス演算を行う第３マトリックス演算手段
   を更に備え、
   前記第２ホワイトバランス補正値算出手段は、
   前記第２の画像信号と前記第３の画像信号との相関関係に基づいて前記第２のホワイトバランス補正値を算出する、
   請求項１に記載の内視鏡用プロセッサ。
3. 前記第２の画像信号を構成する各色信号の出力が、前記第３の画像信号を構成する各色信号の出力にそれぞれ比例する、
   請求項２に記載の内視鏡用プロセッサ。
4. 前記第２の画像信号を構成する各色信号の基準出力に対する変化量が、前記第３の画像信号を構成する各色信号の基準出力に対する変化量と略等しい、
   請求項３に記載の内視鏡用プロセッサ。
5. 前記マトリックス係数値は、
   前記第２の画像信号が前記第１の画像信号よりも離散的な出力分光特性を有する信号となる値に設定されている、
   請求項１から請求項４の何れか一項に記載の内視鏡用プロセッサ。
6. 前記第２の画像信号に含まれるＢ信号の出力分光特性は、４５０ｎｍ以上の波長帯域における積分値が略ゼロとなるように設定されている、
   請求項５に記載の内視鏡用プロセッサ。
7. 前記第２ホワイトバランス補正値算出手段は、
   予め測定又はシミュレーションによって求められた前記第２のホワイトバランス補正値を算出するためのパラメータを記憶する第１の記憶手段を備える、
   請求項１から請求項６の何れか一項に記載の内視鏡用プロセッサ。
8. 前記第１のホワイトバランス補正値及び前記第２のホワイトバランス補正値を記憶する第２の記憶手段を備える、
   請求項１から請求項７の何れか一項に記載の内視鏡用プロセッサ。
9. 請求項２を引用する、請求項３から請求項８の何れか一項に記載の内視鏡用プロセッサと、
   前記広帯域光と前記狭帯域光の一方を被写体に向けて選択的に照射する光源装置と、
   前記被写体を撮像して撮像信号を出力する撮像手段と、
   を備え、
   前記内視鏡用プロセッサは、
   前記広帯域光照射時には、前記第１の画像信号に前記第１のホワイトバランス補正値を乗算すると共に、前記狭帯域光照射時には、前記第３のマトリックス演算を行うことによって得られた第３の画像信号に前記第２のホワイトバランス補正値を乗算するホワイトバランス調整手段
   を更に備える、
   電子内視鏡システム。

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