JP6257475B2 - Scanning endoscope device - Google Patents
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Description
本発明は、走査型内視鏡装置に関し、特に、被写体を走査して画像を取得する走査型内視鏡装置に関する。 The present invention relates to a scanning endoscope apparatus, and more particularly to a scanning endoscope apparatus that acquires an image by scanning a subject.
従来より、医療分野の内視鏡装置においては、被検者の負担を軽減するために、当該被検者の体腔内に挿入される挿入部を細径化するための種々の技術が提案されている。その提案の一つに、例えば、前述の挿入部に相当する部分に固体撮像素子を有しない走査型内視鏡装置がある。 Conventionally, in an endoscope apparatus in the medical field, various techniques for reducing the diameter of an insertion portion to be inserted into a body cavity of a subject have been proposed in order to reduce the burden on the subject. ing. As one of the proposals, for example, there is a scanning endoscope apparatus that does not have a solid-state imaging device in a portion corresponding to the above-described insertion portion.
走査型内視鏡装置における明るさ調整を行う方法として、特開2010−131112号公報には、リアルタイムで観察画像を迅速に調整するために、円状走査と螺旋状走査とを1周ずつ交互に行い、1周分の円状走査ラインに応じた画素に対して、直前の1周分の螺旋状走査ラインの画像信号に基づいて、観察画像の明るさなどの画像調整する方法が提案されている。具体的には、前回の奇数ラインの走査によって上限閾値と下限閾値を超える許容範囲外の輝度データが検出された走査位置に対して、偶数ラインの照明光量の増減が行われる。 As a method for adjusting the brightness in a scanning endoscope apparatus, Japanese Patent Laid-Open No. 2010-131112 discloses that circular scanning and spiral scanning are alternately performed one round at a time in order to quickly adjust an observation image in real time. Then, a method is proposed for adjusting the image of the observation image, such as brightness, based on the image signal of the spiral scan line for the previous round for pixels corresponding to the circular scan line for one round. ing. Specifically, the illumination light amount of the even line is increased or decreased at the scanning position where the luminance data outside the allowable range exceeding the upper threshold and the lower threshold is detected by the previous scanning of the odd line.
また、特開2010−268961号公報には、白飛びや黒潰れをはじめとする異常画像に対する処理を行うために、光が異常画素に対応する部位に向けて射出されるタイミングで減光あるいは増光されるように光源を制御する走査型内視鏡装置が提案されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2010-268961 discloses dimming or brightening at the timing when light is emitted toward a portion corresponding to an abnormal pixel in order to perform processing for abnormal images such as whiteout or blackout. Thus, a scanning endoscope apparatus that controls a light source has been proposed.
しかし、これら提案にかかる走査型内視鏡装置では、例えば許容範囲外の輝度データが検出された走査位置において照明光量が許容範囲内になるように調整されるため、生成される内視鏡画像のダイナミックレンジが狭くなってしまうという問題がある。 However, in the scanning endoscope apparatuses according to these proposals, for example, the amount of illumination light is adjusted to be within the allowable range at the scanning position where the luminance data outside the allowable range is detected. There is a problem that the dynamic range of the camera becomes narrow.
また、得られる内視鏡画像が、通常の見た目とは異なる画像になってしまい、見る者に違和感を感じさせるという問題もある。
例えば、得られた内視鏡画像は、黒潰れしないまでも暗いはずの部位が明るくなり、白飛びしないまでも明るいはずの部位が暗くなって、画像全体に明暗の差が少なくなり、内視鏡画像のダイナミックレンジが狭くなり、かつ得られた画像は、実際の見た目とは異なって見える。
In addition, the obtained endoscopic image is different from a normal appearance, and there is a problem that the viewer feels uncomfortable.
For example, in the obtained endoscopic image, the part that should be dark before darkening is brightened, and the part that should be bright even when not whitening is darkened. The dynamic range of the mirror image is narrowed and the resulting image looks different from the actual appearance.
また、従来の画像合成技術の中には、複数枚の画像からダイナミックレンジの広い画像を生成する技術もあるが、取得された複数枚の画像から画像の生成が行われるため、表示される内視鏡画像の表示におけるリアルタイム性がなくなるため、そのような画像合成技術を使用することはできない。 In addition, some of the conventional image composition techniques generate images with a wide dynamic range from a plurality of images. However, since images are generated from a plurality of acquired images, Since the real-time property in the display of the endoscopic image is lost, such an image composition technique cannot be used.
そこで、本発明は、画像のリアルタイム性を確保しつつ、ダイナミックレンジの広い内視鏡画像を生成することができる走査型内視鏡装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a scanning endoscope apparatus that can generate an endoscopic image with a wide dynamic range while ensuring the real-time property of the image.
本発明の一態様によれば、第1の照明光と、前記第1の照明光とは光量が異なる第2の照明光とを出射可能な光源と、前記第1の照明光と前記第2の照明光を基端から先端へ導光する光ファイバと、前記第1の照明光と前記第2の照明光が被写体上の所定の範囲について1回の走査をするために、走査開始位置から走査終了位置まで前記光ファイバの先端を駆動する駆動部と、前記1回の走査のために前記光ファイバの先端が前記走査開始位置から前記走査終了位置まで駆動される間に、前記第1の照明光と前記第2の照明光を離散的に順次出射するように前記光源を制御する光源制御部と、前記1回の走査において前記被写体からの前記第1の照明光の第1の戻り光から生成された第1の受光データからなる第1の画像信号を生成する第1画像信号生成部と、前記1回の走査において前記被写体からの前記第2の照明光の第2の戻り光から生成された第2の受光データからなる第2の画像信号を生成する第2画像信号生成部と、前記第1の画像信号と前記第2の画像信号を用いて、合成画像を生成する画像合成部と、を備え、前記光源制御部は、前記第1の画像信号の画素毎の輝度値あるいは所定の領域毎の明るさが第1の閾値以下であるときは、前記第1の閾値以下の画素あるいは領域の明るさを増すように前記第1の照明光の光量を増加し、かつ前記第2の画像信号の画素毎の輝度値あるいは所定の領域毎の明るさが第2の閾値以上であるときは、前記第2の閾値以上の画素あるいは領域の明るさを減らすように前記第2の照明光の光量を減少するように、前記光源を制御する。
また、本発明の他の態様によれば、第1の照明光と、前記第1の照明光とは光量が異なる第2の照明光とを出射可能な光源と、前記第1の照明光と前記第2の照明光を基端から先端へ導光する光ファイバと、前記第1の照明光と前記第2の照明光が被写体上の所定の範囲について1回の走査をするために、走査開始位置から走査終了位置まで前記光ファイバの先端を駆動する駆動部と、前記1回の走査のために前記光ファイバの先端が前記走査開始位置から前記走査終了位置まで駆動される間に、前記第1の照明光と前記第2の照明光を離散的に順次出射するように前記光源を制御する光源制御部と、前記1回の走査において前記被写体からの前記第1の照明光の第1の戻り光および前記第2の照明光の第2の戻り光のそれぞれの受光信号の中から第1の受光データおよび第2の受光データを選択する受光データ選択部と、前記第1の受光データからなる第1の画像信号を生成する第1画像信号生成部と、前記第2の受光データからなる第2の画像信号を生成する第2画像信号生成部と、前記第1の画像信号と前記第2の画像信号とを用いて合成画像を生成する画像合成部と、を備え、前記受光データ選択部は、前記第1の戻り光と前記第2の戻り光のそれぞれの前記受光信号の中から選択すべき前記第1の受光データと前記第2の受光データの情報を格納したテーブルを参照することにより、前記第1の受光データと前記第2の受光データを選択する。
さらに、本発明の他の態様によれば、第1の照明光と、前記第1の照明光とは光量が異なる第2の照明光とを出射可能な光源と、前記第1の照明光と前記第2の照明光を基端から先端へ導光する光ファイバと、前記第1の照明光と前記第2の照明光が被写体上の所定の範囲について1回の走査をするために、走査開始位置から走査終了位置まで前記光ファイバの先端を駆動する駆動部と、前記1回の走査のために前記光ファイバの先端が前記走査開始位置から前記走査終了位置まで駆動される間に、前記第1の照明光と前記第2の照明光を離散的に順次出射するように前記光源を制御する光源制御部と、前記1回の走査において前記被写体からの前記第1の照明光の第1の戻り光から生成された第1の受光データからなる第1の画像信号を生成する第1画像信号生成部と、前記1回の走査において前記被写体からの前記第2の照明光の第2の戻り光から生成された第2の受光データからなる第2の画像信号を生成する第2画像信号生成部と、前記第1の画像信号と前記第2の画像信号を用いて、ハイダイナミックレンジ合成により、合成画像を生成する画像合成部と、を備える。
According to one aspect of the present invention, a light source capable of emitting first illumination light and second illumination light having a light amount different from that of the first illumination light, the first illumination light, and the second illumination light. An optical fiber that guides the illumination light from the proximal end to the distal end, and the first illumination light and the second illumination light from the scanning start position in order to scan once within a predetermined range on the subject. A driving unit that drives the tip of the optical fiber to a scanning end position; and the first end of the optical fiber is driven from the scanning start position to the scanning end position for the one scan. A light source control unit that controls the light source so as to emit discretely and sequentially the illumination light and the second illumination light; and a first return light of the first illumination light from the subject in the one scan. Generating a first image signal composed of the first received light data generated from An image signal generation unit and a second image for generating a second image signal composed of second received light data generated from the second return light of the second illumination light from the subject in the one scan. A signal generation unit; and an image synthesis unit that generates a synthesized image using the first image signal and the second image signal , wherein the light source control unit is configured for each pixel of the first image signal. When the brightness value or the brightness of each predetermined area is less than or equal to the first threshold value, the amount of the first illumination light is increased so as to increase the brightness of the pixels or areas less than or equal to the first threshold value. When the luminance value for each pixel of the second image signal or the brightness for each predetermined area is greater than or equal to the second threshold, the brightness of the pixel or area greater than or equal to the second threshold is reduced. Controlling the light source so as to reduce the amount of the second illumination light; .
According to another aspect of the present invention, a light source capable of emitting first illumination light and second illumination light having a light amount different from that of the first illumination light, and the first illumination light An optical fiber for guiding the second illumination light from the proximal end to the distal end, and the first illumination light and the second illumination light are scanned in order to scan once for a predetermined range on the subject. A drive unit that drives the tip of the optical fiber from a start position to a scan end position, and the tip of the optical fiber is driven from the scan start position to the scan end position for the one scan. A light source control unit that controls the light source so as to sequentially and sequentially emit the first illumination light and the second illumination light; and a first of the first illumination light from the subject in the one scan. Of the return light and the second return light of the second illumination light. A first received light data selection unit for selecting first received light data and second received light data, a first image signal generating unit for generating a first image signal composed of the first received light data, and the second received light. A second image signal generation unit that generates a second image signal composed of data, and an image synthesis unit that generates a synthesized image using the first image signal and the second image signal, A light reception data selection unit stores information on the first light reception data and the second light reception data to be selected from the light reception signals of the first return light and the second return light, respectively. , The first light reception data and the second light reception data are selected.
Furthermore, according to the other aspect of this invention, the light source which can radiate | emit the 1st illumination light and the 2nd illumination light from which the said 1st illumination light differs in light quantity, The said 1st illumination light, An optical fiber for guiding the second illumination light from the proximal end to the distal end, and the first illumination light and the second illumination light are scanned in order to scan once for a predetermined range on the subject. A drive unit that drives the tip of the optical fiber from a start position to a scan end position, and the tip of the optical fiber is driven from the scan start position to the scan end position for the one scan. A light source control unit that controls the light source so as to sequentially and sequentially emit the first illumination light and the second illumination light; and a first of the first illumination light from the subject in the one scan. A first image signal composed of first received light data generated from the return light of A first image signal generation unit configured to generate a second image signal including second received light data generated from the second return light of the second illumination light from the subject in the one scan. A second image signal generation unit; and an image synthesis unit that generates a synthesized image by high dynamic range synthesis using the first image signal and the second image signal.
本発明によれば、画像のリアルタイム性を確保しつつ、ダイナミックレンジの広い内視鏡画像を生成することができる走査型内視鏡装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the scanning endoscope apparatus which can produce | generate an endoscopic image with a wide dynamic range, ensuring the real-time property of an image can be provided.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本実施の形態に関わる内視鏡装置1の構成を示す構成図である。内視鏡装置1は、図1に示すように、被検者の体腔内に挿入される走査型内視鏡(以下、内視鏡という)2と、内視鏡2を接続可能な本体装置3とを有して構成される走査型内視鏡装置である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an
本体装置3には、内視鏡画像を表示するためのモニタ4が接続されている。本体装置3には、操作指示及び各種設定のための入力装置(図示せず)が接続されており、ユーザは、その入力装置から、内視鏡画像の表示、撮影、記録などの各種動作指示を内視鏡装置1に与えることができる。
The main unit 3 is connected to a monitor 4 for displaying an endoscopic image. An input device (not shown) for operating instructions and various settings is connected to the main body device 3, and the user instructs various operation such as display, photographing, and recording of endoscopic images from the input device. Can be given to the
内視鏡2は、被検者の体腔内に挿入可能な細長形状及び可撓性を備えて形成された挿入部11を有して構成されている。挿入部11の基端部は、本体装置3に着脱自在に構成されている。
The endoscope 2 includes an
挿入部11は、照明用ファイバ12と、受光用ファイバ13と、集光光学系14と、アクチュエータ15とを有している。集光光学系14は、レンズ14aと14bとを有している。
The
本体装置3は、光源ユニット21と、ドライバユニット22と、検出ユニット23と、メモリ24と、コントローラ25とを有して構成されている。
光源ユニット21は、3つの光源31a、31b、31cと、合波器32を有し、照明光を出射する光源である。後述するように、光源ユニット21は、コントローラ25の制御の下、露出がややオーバーな明るい画像(以下、オーバー画像という)を得るための離散的な明るい照明スポット光と、露出がややアンダーな暗い画像(以下、アンダー画像という)を得るための離散的な暗い照明スポット光とを交互に出力する。すなわち、光源ユニット21は、アンダー画像のためのスポット光である照明光と、アンダー画像のためのスポット光とは光量が異なるオーバー画像を得るためのスポット光である照明光とを出射可能な光源である。
The main device 3 includes a
The
ドライバユニット22は、信号発生器33と、2つのデジタル・アナログ変換器(以下、D/A器という)34a、34bと、2つのアンプ35a、35bを有している。
検出ユニット23は、分波器36と、検出部37と、アナログ・デジタル変換部(以下、A/D変換部という)38を有している。
The
The
メモリ24は、フラッシュメモリなどの書き換え可能な不揮発性メモリである。
コントローラ25は、後述する各種機能のためのハードウエア回路と、中央処理装置(CPU)、ROM、RAMを含んで構成される。コントローラ25は、ROMあるいはメモリ24に記憶された所定のソフトウエアプログラムを読み出して実行することにより、各種機能を実現する。
なお、コントローラ25の各種機能は、ハードウエア回路と、ソフトウエアプログラムにより実現されるが、全てをハードウエア回路により実現してもよい。
The
The
The various functions of the
照明用ファイバ12と受光用ファイバ13は、挿入部11の内部に基端部から先端部にかけて挿通されている。すなわち、照明用ファイバ12は、内視鏡2の挿入部11内に挿通され、照明光を基端から先端へ導光する光ファイバである。
照明用ファイバ12は、本体装置3の光源ユニット21から供給された照明光を集光光学系14へ導く導光部材である。
The
The
受光用ファイバ13は、被写体からの戻り光を受光して本体装置3の検出ユニット23へ導く導光部材である。すなわち、受光用ファイバ13は、内視鏡2の挿入部11内に挿通され、被写体からの戻り光を先端から基端へ導光する光ファイバである。
照明用ファイバ12の光入射面を含む端部は、本体装置3の内部に設けられた合波器32の出力端に配設されている。また、照明用ファイバ12の光出射面を含む端部12aは、挿入部11の先端部に設けられたレンズ14aの光入射面の近傍に配置されている。
The
The end including the light incident surface of the
受光用ファイバ13の光入射面を含む端部13aは、挿入部11の先端部の先端面における、レンズ14bの光出射面の周囲に配置され固定されている。また、受光用ファイバ13の光出射面を含む端部は、本体装置3の内部に設けられた分波器36の入力端に接続されている。
The
集光光学系14は、照明用ファイバ12の光出射面を経た照明光が入射されるレンズ14aと、レンズ14aを経た照明光を被写体へ出射するレンズ14bと、を有して構成されている。
The condensing
挿入部11の先端部側における照明用ファイバ12の中途部には、アクチュエータ15が取り付けられている。アクチュエータ15は、本体装置3のドライバユニット22から供給される駆動信号に基づいて駆動される。
An
以下、挿入部11の長手方向の軸に相当する挿入軸(または集光光学系14の光軸)に対して垂直な仮想の平面を、図2に示すようなXY平面として、被写体の表面に設定する場合を例に挙げて説明を進める。
Hereinafter, an imaginary plane perpendicular to the insertion axis (or the optical axis of the condensing optical system 14) corresponding to the longitudinal axis of the
図2は、被写体の表面に設定される仮想的なXY平面の一例を示す図である。
具体的には、図2のXY平面上の点SAを、紙面手前側から奥側に相当する方向に挿入部11の挿入軸が存在する位置として仮想的に設定した場合における、当該挿入軸と紙面との交点として示している。また、図2のXY平面におけるX軸方向は、紙面左側から右側に向かう方向として設定されている。また、図2のXY平面におけるY軸方向は、紙面下側から上側に向かう方向として設定されている。また、図2のXY平面を構成するX軸及びY軸は、点SAにおいて交差している。点SAは、照明用ファイバ12の端部12aが静止しているときの中心位置Oにあるときにおける照明光の照射点である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a virtual XY plane set on the surface of the subject.
Specifically, when the point SA on the XY plane in FIG. 2 is virtually set as a position where the insertion axis of the
図1に戻り、アクチュエータ15は、本体装置3のドライバユニット22から供給される第1の駆動信号に基づき、照明用ファイバ12の光出射面を含む端部をX軸方向に揺動させるように動作するX軸用のアクチュエータ15Xと、本体装置3のドライバユニット22から供給される第2の駆動信号に基づき、照明用ファイバ12の光出射面を含む端部をY軸方向に揺動させるように動作するY軸用のアクチュエータ15Yと、を有して構成されている。
Returning to FIG. 1, the
X軸用のアクチュエータ15X及びY軸用のアクチュエータ15Yの各々は、例えば、1以上の圧電素子をそれぞれ具備して構成されている。ここでは、アクチュエータ15X及び15Yは、強誘電体を用いたアクチュエータである。そして、照明用ファイバ12の光出射面を含む端部12aは、前述のようなアクチュエータ15X及び15Yの動作に伴い、点SAを中心として渦巻状に揺動される。すなわち、アクチュエータ15は、駆動電圧が印加されることにより、照明用ファイバ12から出射される照明光が被写体上で走査を行うように、照明用ファイバ12の先端である端部12aを駆動する誘電アクチュエータである。そして、アクチュエータ15は、照明用ファイバ12の先端を、互いに直交する2つの方向に動かすための2つのアクチュエータ15X及び15Yを有する。
Each of the
X軸用のアクチュエータ15Xは、例えば、分極方向がX軸の負方向(図2の紙面右から左へ向かう方向)に一致するように予め分極処理が施された圧電素子により形成されており、ドライバユニット22から出力される第1の駆動信号に応じ、正の値の電圧が印加された際に(駆動信号の供給に伴って発生する電界の方向が分極方向に対して順方向である場合に)Z軸方向(紙面の法線方向)に沿って収縮するとともに、負の値の電圧が印加された際に(駆動信号の供給に伴って発生する電界の方向が分極方向に対して逆方向である場合に)Z軸方向に沿って伸長するように構成されている。
The
Y軸用のアクチュエータ15Yは、例えば、分極方向がY軸の負方向(図2の紙面上から下へ向かう方向)に一致するように予め分極処理が施された圧電素子により形成されており、ドライバユニット22から出力される第2の駆動信号に応じ、正の値の電圧が印加された際にZ軸方向に沿って収縮するとともに、負の値の電圧が印加された際にZ軸方向に沿って伸長するように構成されている。
The Y-
光源ユニット21の光源31aは、例えばレーザ光源等を具備し、コントローラ25の制御により発光された際に、赤色の波長帯域の光(以降、R光とも称する)を合波器32へ出射するように構成されている。
The
光源31bは、例えばレーザ光源等を具備し、コントローラ25の制御により発光された際に、緑色の波長帯域の光(以降、G光とも称する)を合波器32へ出射するように構成されている。
The light source 31b includes a laser light source, for example, and is configured to emit light in a green wavelength band (hereinafter also referred to as G light) to the
光源31cは、例えばレーザ光源等を具備し、コントローラ25の制御により発光された際に、青色の波長帯域の光(以降、B光とも称する)を合波器32へ出射するように構成されている。
The
合波器32は、光源31aから発せられたR光と、光源31bから発せられたG光と、光源31cから発せられたB光と、を合波して照明用ファイバ12の光入射面に供給するように構成されている。
The
ドライバユニット22の信号発生器33は、コントローラ25の制御に基づき、照明用ファイバ12の光出射面を含む端部12aをX軸方向に揺動させる第1の駆動制御信号として、例えば、下記数式(1)により示されるような波形を具備する信号を生成してD/A変換器34aに出力するように構成されている。なお、下記数式(1)において、X(t)は時刻tにおける信号レベルを表し、aは時刻tに依存しない振幅値を表し、G(t)は正弦波sin(2πft)の変調に用いられる所定の関数を表すものとする。
Based on the control of the
X(t)=a×G(t)×sin(2πft) ・・・(1)
また、信号発生器33は、コントローラ25の制御に基づき、照明用ファイバ12の光出射面を含む端部12aをY軸方向に揺動させる第2の駆動制御信号として、例えば、下記数式(2)により示されるような波形を具備する信号を生成してD/A変換器34bに出力するように構成されている。なお、下記数式(2)において、Y(t)は時刻tにおける信号レベルを表し、bは時刻tに依存しない振幅値を表し、G(t)は正弦波sin(2πft+φ)の変調に用いられる所定の関数を表し、φは位相を表すものとする。
X (t) = a × G (t) × sin (2πft) (1)
Further, the
Y(t)=b×G(t)×sin(2πft+φ) ・・・(2)
D/A変換器34aは、信号発生器33から出力されたデジタルの第1の駆動制御信号をアナログの電圧信号である第1の駆動信号に変換してアンプ35aへ出力するように構成されている。
Y (t) = b × G (t) × sin (2πft + φ) (2)
The D /
D/A変換器34bは、信号発生器33から出力されたデジタルの第2の駆動制御信号をアナログの電圧信号である第2の駆動信号に変換してアンプ35bへ出力するように構成されている。
The D / A converter 34b is configured to convert the digital second drive control signal output from the
アンプ35aは、D/A変換器34aから出力された第1の駆動信号を増幅してX軸用のアクチュエータ15Xへ出力するように構成されている。
アンプ35bは、D/A変換器34bから出力された第2の駆動信号を増幅してY軸用のアクチュエータ15Yへ出力するように構成されている。
The
The amplifier 35b is configured to amplify the second drive signal output from the D / A converter 34b and output it to the Y-
ここで、例えば、上記数式(1)及び(2)において、a=bかつφ=π/2に設定され、第1の駆動信号がX軸用のアクチュエータ15Xに供給されるとともに、第2の駆動信号がY軸用のアクチュエータ15Yに供給される。
Here, for example, in the above formulas (1) and (2), a = b and φ = π / 2 are set, the first drive signal is supplied to the
図3は、図2のような仮想的なXY平面に照明光が照射された場合における、点SAから点YMAXに至るまでの照明光の照射点座標の時間的な変位を説明するための模式図である。図4は、図2のような仮想的なXY平面に照明光が照射された場合における、点YMAXから点SAに至るまでの照明光の照射点座標の時間的な変位を説明するための模式図である。なお、図3と図4では、見易くするため、照明光の軌跡の間隔が拡げて示している。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining temporal displacement of illumination point coordinates of illumination light from point SA to point YMAX when illumination light is illuminated on a virtual XY plane as shown in FIG. FIG. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining temporal displacement of the irradiation point coordinates of the illumination light from the point YMAX to the point SA when the illumination light is irradiated on the virtual XY plane as shown in FIG. FIG. In FIGS. 3 and 4, the interval of the locus of the illumination light is shown enlarged for easy viewing.
具体的には、ある時刻T1においては、被写体の表面の点SAに相当する位置に照明光が照射される。その後、第1及び第2の駆動信号の振幅値が時刻T1から時刻T2にかけて増加するに伴い、図3に示すように、被写体の表面における所定の範囲内において照明光の照射座標が点SAを起点として外側へ第1の渦巻状の軌跡を描くように変位し、さらに、時刻T2に達すると、被写体の表面における所定の範囲内において照明光の照射座標の点SAからの最外点である点YMAXに照明光が照射される。時刻T1から時刻T2に達するまでの間に、X軸の負方向における点SAからの最外点である点XMAXに照明光が照射される。時刻T1から時刻T2に達するまでの間に、照明光の照射座標は、図3の走査ラインSL1で示すように渦巻き状に移動する。 Specifically, at a certain time T1, illumination light is irradiated to a position corresponding to the point SA on the surface of the subject. Thereafter, as the amplitude values of the first and second drive signals increase from time T1 to time T2, as shown in FIG. 3, the illumination light irradiation coordinates within the predetermined range on the surface of the subject are point SA. It is displaced so as to draw a first spiral trajectory outward as a starting point, and when time T2 is reached, it is the outermost point from the point SA of the illumination light irradiation coordinates within a predetermined range on the surface of the subject. Illumination light is irradiated to the point YMAX. Between the time T1 and the time T2, the illumination light is irradiated to the point XMAX that is the outermost point from the point SA in the negative direction of the X axis. From the time T1 to the time T2, the illumination light irradiation coordinates move spirally as indicated by the scanning line SL1 in FIG.
そして、第1及び第2の駆動信号の振幅値が時刻T2から時刻T3にかけて減少するに伴い、図4に示すように、被写体の表面における照明光の照射座標が点YMAXを起点として内側へ第2の渦巻状の軌跡を描くように変位し、さらに、時刻T3に達すると、被写体の表面における点SAに照明光が照射される。時刻T2から時刻T3に達するまでの間に、照明光の照射座標は、図4の走査ラインSL2で示すように渦巻き状に移動する。
すなわち、各1回の走査が行われる所定の範囲は略円形であり、その各1回の走査は、所定の範囲について渦巻き状に行われる。
Then, as the amplitude values of the first and second drive signals decrease from time T2 to time T3, as shown in FIG. 4, the illumination light irradiation coordinates on the surface of the subject are moved inward starting from the point YMAX. When the time T3 is reached, illumination light is applied to the point SA on the surface of the subject. From the time T2 to the time T3, the illumination light irradiation coordinates move in a spiral shape as indicated by the scanning line SL2 in FIG.
That is, the predetermined range in which each one scan is performed is substantially circular, and each one scan is performed in a spiral shape with respect to the predetermined range.
アクチュエータ15は、ドライバユニット22から供給される第1及び第2の駆動信号に基づき、集光光学系14を経て被写体へ照射される照明光の照射位置が図3及び図4に例示した渦巻状の走査パターンに応じた軌跡を描くように、照明用ファイバ12の光出射面を含む端部を揺動させることが可能な構成を具備している。
Based on the first and second drive signals supplied from the
ここでは、走査ラインSL1,SL2に沿って照明光である複数のスポット光が照射されるが、アンダー画像のためのスポット光とオーバー画像のためのスポット光とが、交互に出射される。
すなわち、コントローラ25とドライバユニット22は、アンダー画像のためのスポット光である照明光とオーバー画像を得るためのスポット光が被写体上の所定の範囲について渦巻き状に1回の走査をするために、所定の走査開始位置から所定の走査終了位置まで照明用ファイバ12の先端である端部12aを駆動する駆動部を構成する。
Here, a plurality of spot lights, which are illumination lights, are irradiated along the scanning lines SL1, SL2, but spot light for an under image and spot light for an over image are emitted alternately.
That is, the
コントローラ25は、ドライバユニット22の駆動に同期して光源ユニット21を制御して、オーバー画像と、オーバー画像とは露出すなわち明るさが異なるアンダー画像とを生成するために、各走査中に、オーバー画像を得るための複数のスポット光と、アンダー画像を得るための複数のスポット光とが含まれるように、離散的な複数のスポット光を光源ユニット21から出力させる。
The
そして、コントローラ25は、1回の走査のために照明用ファイバ12の先端である端部12aが所定の走査開始位置から所定の走査終了位置まで駆動される間に、アンダー画像のためのスポット光とオーバー画像を得るためのスポット光を離散的に順次出射するように光源ユニット21を制御する光源制御部を構成する。
Then, the
なお、渦巻き状に照射される複数のスポット光により、略円形の照明領域が形成されるが、円形の照明領域の周辺部の光量は、中央部の光量に比べて減少し、周辺部の輝度値が低下する。そこで、コントローラ25は、照明領域の周辺部に出射されるスポット光の光量を、周辺部において位置に応じて増加して、シェーディング補正するように光源ユニット21を制御する。
Note that a plurality of spot lights irradiated in a spiral form a substantially circular illumination area. However, the amount of light at the periphery of the circular illumination area is reduced compared to the amount of light at the center, and the brightness of the periphery is reduced. The value drops. Therefore, the
そのため、メモリ24には、略円形の照明領域の中心(点SAの位置)から周辺部に掛けて発生する輝度シェーディング情報が格納されている。コントローラ25は、その輝度シェーディング情報に基づいて、アンダー画像のためのスポット光とオーバー画像のためのスポット光の光量を変更するように、光源ユニット21を制御する。
For this reason, the
このとき、アンダー画像のためのスポット光とオーバー画像のためのスポット光の両方の光量を制御するのではなく、アンダー画像のためのスポット光とオーバー画像のためのスポット光のいずれか一方でもよい。 At this time, instead of controlling both the spot light for the under image and the spot light for the over image, either the spot light for the under image or the spot light for the over image may be used. .
すなわち、メモリ24は、1回の走査における所定の範囲の中心の点SAから周辺部にかけて発生する輝度シェーディング情報を記憶する記憶部を構成する。そして、コントローラ25は、メモリ24に記憶された輝度シェーディング情報に基づいて、光源ユニット21から出射されるアンダー画像のためのスポット光の光量とーバー画像のためのスポット光の光量の少なくとも1つを制御する。
That is, the
受光用ファイバ13の光出射面は、受光用ファイバ13の光出射面から出射された戻り光を分波器36へ出射するように配設されている。
検出ユニット23の分波器36は、ダイクロイックミラー等を具備し、受光用ファイバ13の光出射面から出射された戻り光をR(赤)、G(緑)及びB(青)の色成分毎の光に分離して検出部37へ出射するように構成されている。
The light emitting surface of the
The
検出部37は、分波器36から出力されるR光、G光及びB光の各強度を検出し、当該検出した各光の強度に応じたアナログ信号を生成してA/D変換部38へ出力する。
A/D変換部38は、検出部37から出力された各スポット光のアナログ信号をデジタル信号、すなわち輝度値データ、に変換してコントローラ25へ出力する。
The detection unit 37 detects the intensities of the R light, the G light, and the B light output from the
The A / D conversion unit 38 converts the analog signal of each spot light output from the detection unit 37 into a digital signal, that is, luminance value data, and outputs the digital signal to the
そして、コントローラ25は、時刻T1から時刻T2までの走査と時刻T2から時刻T3までの走査を交互に繰り返し、時刻T1から時刻T2までの1回の走査毎に、1枚のフレーム画像を生成し、時刻T2から時刻T3までの1回の走査毎に、1枚のフレーム画像を生成する。
メモリ24には、本体装置3の各種機能を実現するためのプログラム等が格納されている。
Then, the
The
コントローラ25は、ROMあるいはメモリ24に格納された光源制御及びアクチュエータ駆動制御のための制御プログラムを読み出し、当該読み出した制御プログラムに基づいて光源ユニット21及びドライバユニット22の制御を行う。
The
コントローラ25は、時刻T1から時刻T2に相当する期間に検出ユニット23から出力されるR信号、G信号及びB信号に基づいて1フレーム分の画像を生成するために、アンダー画像とオーバー画像の2枚の画像を用いる。同様に、コントローラ25は、時刻T2から時刻T3に相当する期間に検出ユニット23から出力されるR信号、G信号及びB信号に基づいて1フレーム分の画像を生成するために、アンダー画像とオーバー画像の2枚の画像を用いる。
The
次に、コントローラ25の構成について説明する。
(コントローラの構成)
図5は、コントローラ25の構成を示すブロック図である。なお、図5は、本実施の形態に関わる構成要素のみを示している。
Next, the configuration of the
(Configuration of controller)
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the
コントローラ25は、スポット光判別部41と、ルックアップテーブル(以下、LUTと略す)42と、アンダー画像記憶部43と、オーバー画像記憶部44と、アンダー画像明るさ測定部45と、オーバー画像明るさ測定部46と、2つのラスター変換部47,48と、ハイダイナミックレンジ合成部(以下、HDR合成部という)49と、明るさ判定部50と、光量制御部51とを含む。
The
検出ユニット23のA/D変換部38から出力されたデジタル信号である各受光データは、スポット光判別部41に入力される。スポット光判別部41は、LUT42を参照して、受信した受光データが、内視鏡画像を生成するために使用すべき画像データであるかを判別して選択して出力する回路である。
Each received light data that is a digital signal output from the A / D conversion unit 38 of the
後述するように、HDR合成部49において、アンダー画像とオーバー画像が合成されるが、そのアンダー画像の画像データとして使用する受光データと、オーバー画像の画像データとして使用する受光データを判別するためのデータが、LUT42に格納されている。
As will be described later, the
LUT42は、XY平面上に出射される複数のスポット光の中で、内視鏡画像を生成するために使用すべきすなわち選択すべきスポット光の情報(以下、選択情報ともいう)を格納するテーブルである。選択情報は、XY平面上の位置あるいは出射の順番と、各位置あるいは各順番のスポット光がオーバー画像のスポット光かアンダー画像のスポット光かを示す情報(以下、明暗情報ともいう)を含む。
The
例えば、走査ラインSL1あるいはSL2に沿って形成される各スポット光の出射の順番が予め決められている場合は、内視鏡画像を生成するために使用すなわち選択すべきスポット光の順番情報と、明暗情報とが、LUT42に記憶される。
For example, when the order of emission of each spot light formed along the scanning line SL1 or SL2 is predetermined, the order information of the spot light to be used, that is, to be used for generating an endoscope image, Brightness / darkness information is stored in the
離散的な各スポット光は、図3及び図4に示したように、所定の渦巻き形状の走査ラインSL1又はSL2に沿ったXY平面上の所定の位置に照射される。よって、スポット光判別部41は、LUT42を参照して、検出ユニット23から受信した受光データが、内視鏡画像を生成するために使用すべきスポット光の受光データであるか、及びその受光データが明るいスポット光(すなわちオーバー画像のためのスポット光)又は暗いスポット光(すなわちアンダー画像のためのスポット光)のいずれの受光データであるかを判別する。
As shown in FIGS. 3 and 4, each discrete spot light is irradiated to a predetermined position on the XY plane along a scanning line SL1 or SL2 having a predetermined spiral shape. Therefore, the spot
すなわち、スポット光判別部41は、1回の走査において受光したアンダー画像のためのスポット光の戻り光とオーバー画像のためのスポット光の戻り光のそれぞれの受光信号の中から使用すべきスポット光の受光データを選択する受光データ選択部を構成する。そして、受光データ選択部であるスポット光判別部41は、アンダー画像のためのスポット光の戻り光とオーバー画像のためのスポット光の戻り光のそれぞれの受光信号の中から選択すべき受光データの情報を格納したLUT42を参照することにより、アンダー画像のためのスポット光の受光データとオーバー画像のためのスポット光の受光データを選択する。
That is, the spot
スポット光判別部41は、受信した受光データが、内視鏡画像を生成するために使用すべきスポット光の受光データでかつアンダー画像のためのスポット光についての受光データであるときは、アンダー画像記憶部43に出力し、受信した受光データが、内視鏡画像を生成するために使用すべきスポット光の受光データでかつオーバー画像のためのスポット光についての受光データであるときは、オーバー画像記憶部44に出力する。
When the received light reception data is the light reception data of the spot light to be used for generating the endoscopic image and the light reception data of the spot light for the under image, the spot
アンダー画像記憶部43は、アンダー画像の受光データを記憶するメモリ回路である。オーバー画像記憶部44は、オーバー画像の受光データを記憶するメモリ回路である。すなわち、アンダー画像記憶部43とオーバー画像記憶部44は、一回の走査により生成されたアンダー画像の画像信号とオーバー画像の画像信号を記憶する記憶部を構成する。
The under
スポット光判別部41とアンダー画像記憶部43により、1回の走査において被写体からのアンダー画像のためのスポット光の戻り光から生成された受光データからなるアンダー画像の画像信号を生成する画像信号生成部を構成される。スポット光判別部41とオーバー画像記憶部44により、1回の走査において被写体からのオーバー画像のためのスポット光の戻り光から生成された受光データからなるオーバー画像の画像信号を生成する画像信号生成部を構成される。
Image signal generation by the spot
アンダー画像明るさ測定部45は、アンダー画像記憶部43に記憶されたアンダー画像の受光データから、アンダー画像の明るさを測定する回路であり、ここでは、各受光データの輝度値からアンダー画像の明るさを算出して測定し、明るさ判定部50へ出力する。
The under image
具体的には、アンダー画像明るさ測定部45は、アンダー画像記憶部43に記憶された1フレームの画像の全画素値から、アンダー画像全体の明るさを測定する。
オーバー画像明るさ測定部46は、オーバー画像記憶部44に記憶されたオーバー画像の受光データから、オーバー画像の明るさを測定する回路であり、ここでは、各受光データの輝度値からオーバー画像の明るさを算出して測定し、明るさ判定部50へ出力する。
Specifically, the under image
The over image
具体的には、オーバー画像明るさ測定部46は、オーバー画像記憶部44に記憶された1フレームの画像の全画素値から、オーバー画像全体の明るさを測定する。
すなわち、図3及び図4のそれぞれに示すフレーム毎に、アンダー画像記憶部43と、オーバー画像記憶部44には、各フレーム画像を構成するアンダー画像とオーバー画像の画像データが記憶される。アンダー画像明るさ測定部45とオーバー画像明るさ測定部46は、フレーム毎に、各フレーム画像を構成するアンダー画像とオーバー画像のそれぞれの光量を測定し、明るさ判定部50へ出力する。
Specifically, the over image
That is, for each frame shown in FIGS. 3 and 4, the under
さらに、アンダー画像明るさ測定部45は、各受光データが、所定の閾値TH1以下の輝度値を示すか否かを判定し、その受光データが所定の閾値TH1以下である場合、その受光データの位置あるいは順番と、所定の閾値TH1以下であることを示すデータduとを、明るさ判定部50へ出力する。
Further, the under image
同様に、オーバー画像明るさ測定部46は、各受光データが、所定の閾値TH2以上の輝度値を示すか否かを判定し、その受光データが所定の閾値TH2以上である場合、その受光データの位置あるいは順番と、所定の閾値TH2以上であることを示すデータdoとを、明るさ判定部50へ出力する。
Similarly, the over-image
ラスター変換部47は、アンダー画像明るさ測定部45において光量が測定されたアンダー画像の受光データを、ラスター変換し、HDR合成部49へ出力する回路である。
ラスター変換部48は、オーバー画像明るさ測定部46において光量が測定されたオーバー画像の受光データを、ラスター変換し、HDR合成部49へ出力する回路である。
The
The
ラスター変換部47と48は、それぞれ、アンダー画像記憶部43に記憶されたアンダー画像の受光データと、オーバー画像記憶部44に記憶されたオーバー画像の受光データに対して、モニタ4においてラスタースキャン走査により内視鏡画像を表示するために、ラスタースキャンデータへのデータ変換を行う回路である。
The
HDR合成部49は、ラスター変換部47と48からの2枚の画像を用いて、ハイダイナミックレンジ合成(以下、HDR合成と略す)を行って合成画像を生成する回路である。
The
HDR合成部49は、露出の異なる複数の画像データを合成して、広いダイナミックレンジの画像を生成する処理を実行する。ここでは、スポット光判別部41において選択された受光データからなるアンダー画像とオーバー画像の2枚の画像が合成されて、1枚の画像が生成される。
The
すなわち、ラスター変換部47と48は、一回の走査により生成されたアンダー画像の画像信号とオーバー画像の画像信号をラスタースキャン形式へのデータ変換を行うデータ変換部を構成する。そして、HDR合成部49は、データ変換されたアンダー画像の画像信号とオーバー画像の画像信号を用いて、ハイダイナミック合成により合成画像を生成する画像合成部を構成する。
That is, the
なお、ここでは、アンダー画像とオーバー画像を、それぞれラスター変換してから、HDR合成を行っているが、アンダー画像とオーバー画像のHDR合成を行ってから、ラスター変換するようにしてもよい。 Here, the HDR conversion is performed after raster conversion of the under image and the over image. However, the raster conversion may be performed after the HDR combination of the under image and the over image.
明るさ判定部50は、アンダー画像明るさ測定部45において得られた1フレーム中のアンダー画像の明るさと、オーバー画像明るさ測定部46において得られた1フレーム中のオーバー画像の明るさを判定し、判定して得られたそれぞれの明るさデータを光量制御部51へ出力する。
The
光量制御部51は、明るさ判定部50からの明るさデータに基づき、オーバー画像とアンダー画像がそれぞれ所定の明るさの画像になるように、光源ユニット21を制御する処理部である。オーバー画像についての所定の明るさとは、例えば、アンダー画像が適正露出の露光量に対して1段アンダーな露光量に対応する明るさであり、オーバー画像についての所定の明るさとは、例えば、オーバー画像が適正露出の露光量に対して1段オーバーな露光量に対応する明るさである。
The light
以上のように、光量制御部51は、アンダー画像の画像信号の明るさとオーバー画像の画像信号の明るさが、それぞれ所定の明るさになるように、光源ユニット21から出射されるアンダー画像のためのスポット光の光量とオーバー画像のためのスポット光の光量を制御する。
As described above, the light
また、明るさ判定部50は、アンダー画像明るさ測定部45から、所定の閾値TH1以下であることを示すデータduを受信すると、所定の閾値TH1以下である受光データの位置あるいは順番の情報を、光量制御部51へ出力する。
In addition, when the
光量制御部51は、受信した所定の閾値TH1以下である受光データに対応する位置あるいは順番のスポット光(アンダー画像に対応するスポット光)の光量だけを、所定量Uだけ増加させるように、光源ユニット21を制御する。
The light
同様に、明るさ判定部50は、オーバー画像明るさ測定部46から、所定の閾値TH2以上であることを示すデータdoを受信すると、所定の閾値TH2以上である受光データの位置あるいは順番の情報を、光量制御部51へ出力する。
Similarly, when the
光量制御部51は、受信した所定の閾値TH2以上である受光データに対応する位置あるいは順番のスポット光(オーバー画像に対応するスポット光)の光量だけを、所定量Dだけ減少させるように、光源ユニット21を制御する。
The light
以上のように、光量制御部51は、アンダー画像の画像信号の画素毎の輝度値が所定の閾値TH1以下であるときは、所定の閾値TH1以下の画素の明るさを増すようにアンダー画像に対応するスポット光の光量を増加し、かつオーバー画像の画像信号の画素毎の輝度値が所定の閾値TH2以上であるときは、所定の閾値TH2以上の画素の明るさを減らすようにオーバー画像に対応するスポット光の光量を減少するように、光源ユニット21を制御する。
As described above, when the luminance value for each pixel of the image signal of the under image is equal to or lower than the predetermined threshold value TH1, the light
なお、ここでは、画素毎に、各閾値TH1,TH2との比較を行っているが、アンダー画像及びオーバー画像を複数の所定の領域に分割し、アンダー画像の画像信号の所定の領域毎の明るさが所定の閾値TH1以下であるとき、所定の閾値TH1以下の領域の明るさを増すようにアンダー画像に対応するスポット光の光量を増加し、オーバー画像の画像信号の所定の領域毎の明るさが所定の閾値TH2以上であるとき、所定の閾値TH2以上の領域の明るさを減らすようにオーバー画像に対応するスポット光の光量を減少するように、光量制御部51が光源ユニット21を制御するようにしてもよい。
(作用)
次に、コントローラ25の動作について説明する。
Here, the comparison with the threshold values TH1 and TH2 is performed for each pixel. However, the under image and the over image are divided into a plurality of predetermined regions, and the brightness of each predetermined region of the image signal of the under image is determined. When the brightness is less than or equal to the predetermined threshold TH1, the amount of spot light corresponding to the under image is increased so as to increase the brightness of the area below the predetermined threshold TH1, and the brightness for each predetermined area of the image signal of the over image Is equal to or greater than a predetermined threshold value TH2, the light
(Function)
Next, the operation of the
内視鏡2が本体装置3に接続され、内視鏡2による被写体の観察が行われるとき、コントローラ25は、光源ユニット21とドライバユニット22を制御し、検出ユニット23からの画像信号に基づいて、内視鏡画像を生成し、モニタ4に出力することにより、被写体の画像、すなわち内視鏡画像、を表示する。
When the endoscope 2 is connected to the main body device 3 and the subject is observed by the endoscope 2, the
はじめに、スポット光の軌跡について説明する。図6は、1フレームの画像を生成するときにおけるスポット光の軌跡を説明するための図である。
図6は、図3に対応し、中心の点SAから点YMAXに至るまで外側に向かって渦巻き状に走査されて、複数のスポット光が被写体上に照射される状態を示している。図6において点線で示す略円形の範囲IBは、点SAを中心に外側に向かって渦巻き状に照射される複数のスポット光の照射範囲を示す。
なお、図6では、スポット光の軌跡は一部のみ示し、点SAの中心付近の軌跡と、左上の外周部近傍の一部の軌跡だけが模式的に示されている。
First, the locus of the spot light will be described. FIG. 6 is a diagram for explaining the locus of the spot light when generating an image of one frame.
FIG. 6 corresponds to FIG. 3 and shows a state in which a plurality of spot lights are irradiated onto the subject by being scanned outwardly from the center point SA to the point YMAX. A substantially circular range IB indicated by a dotted line in FIG. 6 indicates an irradiation range of a plurality of spot lights irradiated in a spiral shape around the point SA toward the outside.
In FIG. 6, only a part of the locus of the spot light is shown, and only a locus near the center of the point SA and a portion of the locus near the upper left outer peripheral part are schematically shown.
図6は、点SAから渦巻き状に照射されたスポット光の一部を拡大して、8つの領域61の中央部の4つの領域に照射された複数のスポット光を示している。図6では、略円形の範囲IB中の2点鎖線で示す領域IBrが拡大され、白丸がオーバー画像のためのスポット光SPoを示し、黒丸がアンダー画像のためのスポット光SPuを示している。
FIG. 6 shows a plurality of spot lights irradiated to four regions at the center of the eight
図6は、オーバー画像のためのスポット光SPoとアンダー画像のためのスポット光SPuが、走査ラインSL1に沿って交互に出射されている例を示している。各領域61には、複数のスポット光SPoと、複数のスポット光SPuが含まれる。
FIG. 6 shows an example in which spot light SPo for the over image and spot light SPu for the under image are emitted alternately along the scanning line SL1. Each
上述したように、内視鏡画像を生成するために使用すべきスポット光は、LUT42において予め決められている。ここでは、各領域61が、生成される内視鏡画像を構成する1つの画素に対応している。よって、各領域61には、複数のスポット光SPoと複数のスポット光SPuが含まれるが、各領域61において、画像合成に用いられるアンダー画像のスポット光と、オーバー画像のスポット光は、予め決められている。
As described above, the spot light to be used for generating the endoscopic image is determined in advance in the
すなわち、領域61毎に、複数のスポット光SPoと複数のスポット光SPuの中から、画像合成に用いられるアンダー画像のためのスポット光とオーバー画像のためのスポット光が予め決められる。
That is, for each
例えば、図6の右下寄りの領域61kについては、領域61k内の、スポット光SPokとスポット光SPuKとが、それぞれオーバー画像のためのスポット光とアンダー画像のためのスポット光として決められる。
For example, in the lower
そして、領域61毎にすなわち画素毎に予め決められたスポット光についての戻り光から、オーバー画像とアンダー画像の受光データが、それぞれ選択されて、アンダー画像記憶部43とオーバー画像記憶部44に記憶され、その結果、点SAを中心に外側に向かって渦巻き状に照射された複数のスポット光から、アンダー画像とオーバー画像の2枚の画像が取得される。
Then, the received light data of the over image and the under image is selected from the return light for the spot light determined in advance for each
図3に示した渦巻き状の1回の走査により、オーバー画像とアンダー画像が生成される。同様に、図4に示した渦巻き状の1回の走査により、オーバー画像とアンダー画像が生成される。 An over image and an under image are generated by one spiral scan shown in FIG. Similarly, an over image and an under image are generated by one spiral scan shown in FIG.
生成されたアンダー画像とオーバー画像の受光データは、それぞれラスター変換部47と48へ出力される。
ラスター変換部47は、渦巻き状のアンダー画像の受光データを、ラスタースキャン走査用の矩形形状のアンダー画像の受光データに変換し、ラスター変換部48は、渦巻き状のオーバー画像の受光データを、ラスタースキャン走査用の矩形形状のオーバー画像の受光データに変換する。
The generated light reception data of the under image and the over image is output to the
The
図7は、HDR合成部49において合成されるアンダー画像とオーバー画像の受光データのデータテーブルの例を示す図である。図7は、ラスター変換部47と48においてラスター変換された後のアンダー画像とオーバー画像の受光データのデータテーブルを示す。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a data table of light reception data of the under image and the over image synthesized by the
図7のX,Yは、ラスター変換後の画像のXY平面上の画素位置を示し、各画素に、ラスター変換後のアンダー画像の受光データと、ラスター変換後のオーバー画像の受光データが記憶される。 X and Y in FIG. 7 indicate pixel positions on the XY plane of the image after raster conversion, and light reception data of the under image after raster conversion and light reception data of the over image after raster conversion are stored in each pixel. The
HDR合成部49は、図7のデータテーブルの受光データを用いて、オーバー画像とアンダー画像の2枚の画像を合成し、白飛びや黒潰れの少なく、幅広いダイナミックレンジを有する画像を生成して、モニタ4へ出力する。
The
また、光量制御部51は、例えば、アンダー画像が適正露出の露光量に対して1段アンダーな露光量に対応する明るさを有するように、明るさ判定部50からのアンダー画像の明るさデータに基づき、アンダー画像のためのスポット光の出射光量を制御する。同様に、光量制御部51は、オーバー画像が適正露出の露光量に対して1段オーバーな露光量に対応する明るさを有するように、明るさ判定部50からのオーバー画像の明るさデータに基づき、オーバー画像のためのスポット光の出射光量を制御する。
Further, the light
すなわち、明るさ判定部50は、フレーム毎に、アンダー画像とオーバー画像のそれぞれの光量から、アンダー画像とオーバー画像の明るさを判定し、光量制御部51は、明るさ判定部50において判定されたアンダー画像とオーバー画像のそれぞれの明るさデータに基づき、アンダー画像とオーバー画像のそれぞれのためのスポット光の出射光量を制御する。
That is, the
その結果、アンダー画像記憶部43に記憶されるアンダー画像は、所定の明るさの画像(例えば、適正露出の露光量に対して1段アンダーな露光量の画像)となり、オーバー画像記憶部44に記憶されるオーバー画像は、所定の明るさの画像(例えば、適正露出の露光量に対して1段オーバーな露光量の画像)となるように、光量制御部51は、光源ユニット21を制御する。
As a result, the under image stored in the under
よって、HDR合成部49では、適切な明るさのアンダー画像と適切な明るさのオーバー画像から、ハイダイナミックレンジ合成を行うので、得られる内視鏡画像は、幅広いダイナミックレンジな画像となる。
Therefore, since the
図8は、HDR合成部49における画像合成を説明するための図である。図7に示すアンダー画像とオーバー画像の各受光データに基づいて、HDR合成部49は、合成画像を生成する。HDR合成部49は、互いに露出の異なる2枚の画像、すなわちアンダー画像とオーバー画像を合成することにより、白飛びや黒潰れの少ない幅広いダイナミックレンジを有する画像を、合成画像として生成する。
FIG. 8 is a diagram for explaining image composition in the
また、アンダー画像明るさ測定部45は、アンダー画像中、所定の閾値TH1以下の受光データについては、その受光データの位置あるいは順番の情報を、光量制御部51へ出力し、光量制御部51は、その受信した所定の閾値TH1以下である受光データに対応する位置あるいは順番のスポット光(アンダー画像に対応するスポット光)の光量だけを、所定量Uだけ増加させるように、光源ユニット21を制御する。
The under image
同様に、オーバー画像明るさ測定部46は、オーバー画像中、所定の閾値TH2以上の受光データについては、その受光データの位置あるいは順番の情報を、光量制御部51へ出力し、光量制御部51は、その受信した所定の閾値TH2以上である受光データに対応する位置あるいは順番のスポット光(オーバー画像に対応するスポット光)の光量だけを、所定量Dだけ減少させるように、光源ユニット21を制御する。
Similarly, the over-image
その結果、アンダー画像においては露出不足になっている画素あるいは領域が少なくなり、オーバー画像においては露出過多になっている画素あるいは領域が少なくなるので、アンダー画像とオーバー画像とを合成した合成画像全体においても、白飛びや黒潰れが少なくなる。 As a result, there are fewer underexposed pixels or areas in the under image, and fewer overexposed pixels or areas in the over image, so the entire composite image that combines the under image and the over image Even in this case, there is less white-out and black-out.
以上のように、上述した実施の形態によれば、1回の走査において、複数の、上記の例では2枚の、露出の異なる画像を生成して、画像合成するので、画像のリアルタイム性を確保しつつ、ダイナミックレンジの広い内視鏡画像を生成することができる走査型内視鏡装置を提供することができる。 As described above, according to the above-described embodiment, a plurality of images with different exposures in the above example are generated and combined in one scan, so that the real-time property of the image is improved. It is possible to provide a scanning endoscope apparatus that can generate an endoscopic image with a wide dynamic range while ensuring.
特に、従来のように2枚のフレーム画像を取得してから画像合成を行うのではなく、1回の走査において、アンダー画像とオーバー画像の、互いに露出が異なる2枚の画像信号を取得して画像合成を行うので、内視鏡画像のリアルタイム性を確保することができる。 In particular, instead of synthesizing images after acquiring two frame images as in the prior art, two image signals of under-exposure and over-image that are different from each other are acquired in one scan. Since image synthesis is performed, the real-time property of the endoscopic image can be ensured.
また、アンダー画像とオーバー画像が、それぞれ適切な明るさ、すなわち適切な所定の露出となるように、アンダー画像の明るさとオーバー画像の明るさを測定して、光量調整が行われるので、合成画像も適切なダイナミックレンジを有する画像となる。 In addition, the light intensity is adjusted by measuring the brightness of the under image and the brightness of the over image so that the under image and the over image each have appropriate brightness, that is, appropriate predetermined exposure. Becomes an image having an appropriate dynamic range.
さらに、取得した、互いに露出の異なる複数の画像中に、所定の閾値以上あるいは以下の受光データがあるときには、照明用のスポット光の光量を制御して、各画像中に露出不足あるいは露出過多の画素あるいは領域が少なくなるので、合成画像全体においても、白飛びや黒潰れを少なくすることができる。 Furthermore, when there are received light data that is greater than or less than a predetermined threshold in a plurality of acquired images with different exposures, the amount of illumination spot light is controlled so that each image is underexposed or overexposed. Since pixels or regions are reduced, whiteout and blackout can be reduced even in the entire composite image.
なお、上述した例では、HDR合成部49は、互いに露出が異なる2枚の画像を用いて画像合成をしているが、互いに露出が異なる3枚以上の画像を合成するようにしてもよい。その場合、LUT42には、各画素について画像合成において使用すべき3点以上のスポット光の情報が格納される。そして、互いに露出の異なる複数の画像の各々について、光量が測定されて、光量制御が行われ、各画像がラスター変換されて、HDR合成部49において画像合成される。
In the example described above, the
さらになお、上述した例では、各走査においてアンダー画像のためのスポット光とオーバー画像のためのスポット光は、光源ユニット21から交互に出射されているが、交互でない他の出射順序で出射するようにしてもよい。
Furthermore, in the above-described example, the spot light for the under image and the spot light for the over image are alternately emitted from the
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 走査型内視鏡装置、2 内視鏡、3 本体装置、4 モニタ、11 挿入部、12 照明用ファイバ、13 受光用ファイバ、14 集光光学系、14a、14b レンズ、15、15X、15Y アクチュエータ、21 光源ユニット、22 ドライバユニット、23 検出ユニット、24 メモリ、25 コントローラ、31a、31b、31c 光源、32 合波器、33 信号発生器、34a、34b D/A変換器、35a、35b アンプ、36 分波器、37 検出部、38 A/D変換部、41 スポット光判別部、43 アンダー画像記憶部、44 オーバー画像記憶部、45 アンダー画像明るさ測定部、46 オーバー画像明るさ測定部、47,48 ラスター変換部、49 HDR合成部、50 明るさ判定部、51 光量制御部、61、61k 領域。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記第1の照明光と前記第2の照明光を基端から先端へ導光する光ファイバと、
前記第1の照明光と前記第2の照明光が被写体上の所定の範囲について1回の走査をするために、走査開始位置から走査終了位置まで前記光ファイバの先端を駆動する駆動部と、
前記1回の走査のために前記光ファイバの先端が前記走査開始位置から前記走査終了位置まで駆動される間に、前記第1の照明光と前記第2の照明光を離散的に順次出射するように前記光源を制御する光源制御部と、
前記1回の走査において前記被写体からの前記第1の照明光の第1の戻り光から生成された第1の受光データからなる第1の画像信号を生成する第1画像信号生成部と、
前記1回の走査において前記被写体からの前記第2の照明光の第2の戻り光から生成された第2の受光データからなる第2の画像信号を生成する第2画像信号生成部と、
前記第1の画像信号と前記第2の画像信号を用いて、合成画像を生成する画像合成部と、
を備え、
前記光源制御部は、前記第1の画像信号の画素毎の輝度値あるいは所定の領域毎の明るさが第1の閾値以下であるときは、前記第1の閾値以下の画素あるいは領域の明るさを増すように前記第1の照明光の光量を増加し、かつ前記第2の画像信号の画素毎の輝度値あるいは所定の領域毎の明るさが第2の閾値以上であるときは、前記第2の閾値以上の画素あるいは領域の明るさを減らすように前記第2の照明光の光量を減少するように、前記光源を制御する
ことを特徴とする走査型内視鏡装置。 A light source capable of emitting a first illumination light and a second illumination light having a light quantity different from that of the first illumination light;
An optical fiber for guiding the first illumination light and the second illumination light from the proximal end to the distal end;
A driving unit that drives the tip of the optical fiber from a scanning start position to a scanning end position in order to perform one scan of the first illumination light and the second illumination light on a predetermined range on the subject;
While the tip of the optical fiber is driven from the scan start position to the scan end position for the one scan, the first illumination light and the second illumination light are discretely and sequentially emitted. A light source controller for controlling the light source,
A first image signal generation unit configured to generate a first image signal including first received light data generated from the first return light of the first illumination light from the subject in the one-time scanning;
A second image signal generation unit that generates a second image signal composed of second received light data generated from the second return light of the second illumination light from the subject in the one-time scanning;
An image composition unit that generates a composite image using the first image signal and the second image signal;
With
When the luminance value for each pixel of the first image signal or the brightness for each predetermined area is equal to or less than a first threshold, the light source control unit determines the brightness of the pixel or area equal to or less than the first threshold. When the light intensity of the first illumination light is increased so as to increase the brightness value of each pixel of the second image signal or the brightness of each predetermined area is equal to or greater than a second threshold, Controlling the light source so as to reduce the amount of the second illumination light so as to reduce the brightness of a pixel or region that is equal to or greater than a threshold value of 2.
A scanning endoscope apparatus characterized by the above .
前記第1の照明光と前記第2の照明光を基端から先端へ導光する光ファイバと、 An optical fiber for guiding the first illumination light and the second illumination light from the proximal end to the distal end;
前記第1の照明光と前記第2の照明光が被写体上の所定の範囲について1回の走査をするために、走査開始位置から走査終了位置まで前記光ファイバの先端を駆動する駆動部と、 A driving unit that drives the tip of the optical fiber from a scanning start position to a scanning end position in order to perform one scan of the first illumination light and the second illumination light on a predetermined range on the subject;
前記1回の走査のために前記光ファイバの先端が前記走査開始位置から前記走査終了位置まで駆動される間に、前記第1の照明光と前記第2の照明光を離散的に順次出射するように前記光源を制御する光源制御部と、 While the tip of the optical fiber is driven from the scan start position to the scan end position for the one scan, the first illumination light and the second illumination light are discretely and sequentially emitted. A light source controller for controlling the light source,
前記1回の走査において前記被写体からの前記第1の照明光の第1の戻り光および前記第2の照明光の第2の戻り光のそれぞれの受光信号の中から第1の受光データおよび第2の受光データを選択する受光データ選択部と、 In the one-time scanning, first received light data and first received light from first received light signals of the first illumination light and second returned light of the second illumination light from the subject. A light reception data selection unit for selecting the light reception data of 2;
前記第1の受光データからなる第1の画像信号を生成する第1画像信号生成部と、 A first image signal generation unit for generating a first image signal composed of the first light reception data;
前記第2の受光データからなる第2の画像信号を生成する第2画像信号生成部と、 A second image signal generation unit for generating a second image signal composed of the second light reception data;
前記第1の画像信号と前記第2の画像信号とを用いて合成画像を生成する画像合成部と、を備え、 An image compositing unit that generates a composite image using the first image signal and the second image signal;
前記受光データ選択部は、前記第1の戻り光と前記第2の戻り光のそれぞれの前記受光信号の中から選択すべき前記第1の受光データと前記第2の受光データの情報を格納したテーブルを参照することにより、前記第1の受光データと前記第2の受光データを選択する The received light data selection unit stores information on the first received light data and the second received light data to be selected from the received light signals of the first return light and the second return light, respectively. By referring to the table, the first received light data and the second received light data are selected.
ことを特徴とする走査型内視鏡装置。 A scanning endoscope apparatus characterized by the above.
前記第1の照明光と前記第2の照明光を基端から先端へ導光する光ファイバと、 An optical fiber for guiding the first illumination light and the second illumination light from the proximal end to the distal end;
前記第1の照明光と前記第2の照明光が被写体上の所定の範囲について1回の走査をするために、走査開始位置から走査終了位置まで前記光ファイバの先端を駆動する駆動部と、 A driving unit that drives the tip of the optical fiber from a scanning start position to a scanning end position in order to perform one scan of the first illumination light and the second illumination light on a predetermined range on the subject;
前記1回の走査のために前記光ファイバの先端が前記走査開始位置から前記走査終了位置まで駆動される間に、前記第1の照明光と前記第2の照明光を離散的に順次出射するように前記光源を制御する光源制御部と、 While the tip of the optical fiber is driven from the scan start position to the scan end position for the one scan, the first illumination light and the second illumination light are discretely and sequentially emitted. A light source controller for controlling the light source,
前記1回の走査において前記被写体からの前記第1の照明光の第1の戻り光から生成された第1の受光データからなる第1の画像信号を生成する第1画像信号生成部と、 A first image signal generation unit configured to generate a first image signal including first received light data generated from the first return light of the first illumination light from the subject in the one-time scanning;
前記1回の走査において前記被写体からの前記第2の照明光の第2の戻り光から生成された第2の受光データからなる第2の画像信号を生成する第2画像信号生成部と、 A second image signal generation unit that generates a second image signal composed of second received light data generated from the second return light of the second illumination light from the subject in the one-time scanning;
前記第1の画像信号と前記第2の画像信号を用いて、ハイダイナミックレンジ合成により、合成画像を生成する画像合成部と、 An image synthesis unit that generates a synthesized image by high dynamic range synthesis using the first image signal and the second image signal;
を備える走査型内視鏡装置。 A scanning endoscope apparatus comprising:
前記光源制御部は、前記第1の画像信号の画素毎の輝度値あるいは所定の領域毎の明るさが第1の閾値以下であるときは、前記第1の閾値以下の画素あるいは領域の明るさを増すように前記第1の照明光の光量を増加し、かつ前記第2の画像信号の画素毎の輝度値あるいは所定の領域毎の明るさが第2の閾値以上であるときは、前記第2の閾値以上の画素あるいは領域の明るさを減らすように前記第2の照明光の光量を減少するように、前記光源を制御することを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の走査型内視鏡装置。 The first illumination light has a smaller amount of light than the second illumination light,
When the luminance value for each pixel of the first image signal or the brightness for each predetermined area is equal to or less than a first threshold, the light source control unit determines the brightness of the pixel or area equal to or less than the first threshold. When the light intensity of the first illumination light is increased so as to increase the brightness value of each pixel of the second image signal or the brightness of each predetermined area is equal to or greater than a second threshold, so as to reduce the second amount of illumination light so as to reduce the brightness of the second threshold or more pixels or areas, in any one of claims 2-4, wherein the controller controls the light source The scanning endoscope apparatus described.
前記画像合成部は、前記データ変換された前記第1の画像信号と前記第2の画像信号を合成することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の走査型内視鏡装置。 A data converter that performs data conversion of the first image signal and the second image signal generated by the one-time scanning into a raster scan format;
9. The scanning endoscope according to claim 1 , wherein the image synthesis unit synthesizes the first image signal and the second image signal that have been converted into data. 10. apparatus.
前記データ変換部は、前記記憶部に記憶された前記第1の画像信号と前記第2の画像信号に対して、前記データ変換を行うことを特徴とする請求項9に記載の走査型内視鏡装置。 A storage unit for storing the first image signal and the second image signal generated by the one-time scanning;
The scanning type internal view according to claim 9 , wherein the data conversion unit performs the data conversion on the first image signal and the second image signal stored in the storage unit. Mirror device.
前記光源制御部は、前記記憶部に記憶された前記輝度シェーディング情報に基づいて、前記光源から出射される前記第1の照明光の光量と前記第2の照明光の光量の少なくとも1つを制御することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の走査型内視鏡装置。 A storage unit that stores luminance shading information generated from the center to the periphery of the predetermined range in the one scan;
The light source control unit controls at least one of a light amount of the first illumination light and a light amount of the second illumination light emitted from the light source based on the luminance shading information stored in the storage unit. The scanning endoscope apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein:
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