JP6937150B2 - 内視鏡制御装置、電子内視鏡装置及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、体内を撮像する電子内視鏡の動作を制御する内視鏡制御装置、電子内視鏡装置及び制御プログラムに関する。

患者の消化管、体腔等を観察する医療用機器として、電子内視鏡装置が実用化されている。電子内視鏡装置は、体内の被写体を照明して撮像する電子内視鏡と、電子内視鏡による照明及び撮像等を制御し、撮像画像を外部モニタへ出力する内視鏡制御装置とを備える。
内視鏡制御装置は、電子内視鏡へ照明光を供給するキセノンランプ等の光源を備える。内視鏡制御装置は、撮像画像の輝度と、術者によって設定された目標輝度との差分量に応じて絞りを開閉させることにより、照明光の光量を調整する（例えば、特許文献１、特許文献２）。具体的には、現在の撮像画像の輝度が目標輝度よりも小さい場合、画像が明るくなるように絞りが開き、撮像画像の輝度が目標輝度よりも大きい場合、画像の明るさが抑えられるように絞りが閉じる。光量の調整は常時行われており、内視鏡制御装置は、目標輝度を有する撮像画像を外部モニタへ出力することができる。

特開平１１−７６１５７号公報 特開２０００−１３４６１０号公報

しかしながら、従来の電子内視鏡装置においては、設定可能な輝度範囲の中央値から極端に離れた値が目標輝度として設定された場合、調光制御が適切に行われなくなる場合があった。
例えば、撮像画像はガンマ補正が行われていることが多く、出力モニタに表示される撮像画像の輝度を丁度良い明るさに設定しようとすると、目標輝度が上記輝度範囲の下限側に設定されることが多い。下限に近い値が目標輝度として設定された場合、撮像画像の輝度が目標輝度未満になっても、撮像画像の輝度と目標輝度との差分量の絶対値そのものが小さいため、調光速度が遅くなるという問題が生ずる。また、下限に近い値が目標輝度として設定された場合、目標輝度よりも上限側の輝度範囲が広くなるため、撮像画像の輝度と目標輝度との差分量の絶対値が過大となる状況が増加する傾向にある。この場合、過大な差分量によって調光速度が高速となり、ハンチング又は収束異常等の問題が生ずる。
また、調光制御以外にも、上記差分量に基づく各種制御、例えば撮像素子の感度又は電子シャッタ速度を制御する際にも同様の問題が生ずる。

本願の目的は、設定可能な輝度範囲の中央値から離れた値が目標輝度として設定された場合であっても、過大又は過小となった調光等の制御量を適宜抑制し又は促進させることができる内視鏡制御装置、電子内視鏡装置及び制御プログラムを提供することにある。

本態様に係る内視鏡制御装置は、体内を撮像する撮像素子を備えた電子内視鏡及び体内を照明する光源の動作を制御する内視鏡制御装置であって、撮像画像の目標輝度を受け付ける受付部と、撮像画像の輝度を取得し、取得した輝度及び前記受付部にて受け付けた前記目標輝度の差分量に応じて前記光源の光量、又は前記撮像素子の感度若しくは電子シャッタ速度を増減させる制御部とを備え、前記制御部は、前記受付部にて受け付けた前記目標輝度が所定の輝度範囲の下限側である場合、撮像画像の輝度が前記目標輝度より大きく（又は小さく）、前記差分量が前記目標輝度に応じた特定の範囲内にあるとき、前記光量、前記感度又は前記電子シャッタ速度の制御量の絶対値を減少（又は増加）させる。

本態様に係る制御プログラムは、体内を撮像する撮像素子を備えた電子内視鏡及び体内を照明する光源の動作を制御する内視鏡制御装置の制御部に、撮像画像の目標輝度を受け付け、撮像画像の輝度を取得し、取得した輝度及び受け付けた前記目標輝度の差分量に応じて前記光源の光量、又は前記撮像素子の感度若しくは電子シャッタ速度を増減させるための制御プログラムであって、前記内視鏡制御装置に、受け付けた前記目標輝度が所定の輝度範囲の下限側である場合、撮像画像の輝度が前記目標輝度より大きく（又は小さく）、前記差分量が前記目標輝度に応じた特定の範囲内にあるとき、前記光量、前記感度又は前記電子シャッタ速度の制御量の絶対値を減少（又は増加）させる処理を実行させる。

本態様によれば、設定可能な輝度範囲の中央値から離れた値が目標輝度として設定された場合であっても、過大又は過小となった調光等の制御量を適宜抑制し又は促進させることができる。

実施形態１に係る電子内視鏡装置の一構成例を示すブロック図である。 実施形態１に係る調光等制御のフローチャートである。 差分量の増減処理を示す模式図である。 差分量の増減要否判定及び増減取り消し処理を示す模式図である。 調光制御の抑制効果を示す模式図である。 調光制御の促進効果を示す模式図である。 目標輝度として中央値が設定されたときの最大制御量を特定する方法を示す模式図である。 任意の値が設定されたときの最大制御量を特定する方法を示す模式図である。 目標輝度及び減少制御係数の関係を示すグラフである。 目標輝度及び増加制御係数の関係を示すグラフである。 増加制御閾値及び減少制御閾値の決定方法を示す模式図である。 実施形態２に係る調光等制御のフローチャートである。 実施形態２に係る差分量の増減処理を示す模式図である。

以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る電子内視鏡装置１の一構成例を示すブロック図である。電子内視鏡装置１は、電子内視鏡１０と、光源装置２５を内蔵した内視鏡制御装置２０とを備える。

＜電子内視鏡の構成＞
電子内視鏡１０は、患者の体内に挿入される可撓性の挿入管１０ａを備える。挿入管１０ａの一端部には硬質樹脂製の先端部１０ｂが設けられている。挿入管１０ａと先端部１０ｂとの連結箇所は、挿入管１０ａの他端部に設けられた図示しない手元操作部の操作によって湾曲自在に構成されている。手元操作部にはユニバーサルチューブの一端部が接続され、ユニバーサルチューブの他端部には、電子内視鏡１０と、内視鏡装置とを接続するためのコネクタ部１０ｃが設けられている。

このように構成された電子内視鏡１０のユニバーサルチューブ及び挿入管１０ａの内部には、内視鏡制御装置２０から出力される照明光をコネクタ部１０ｃから先端部１０ｂへ導くライトガイド１１が挿通されている。ライトガイド１１は、例えば光ファイバの束で構成されている。

電子内視鏡１０の先端部１０ｂには、照明レンズ１２及び対物レンズ１３が設けられており、先端部１０ｂの内部には撮像素子１４及びアナログフロントエンド１５が収納されている。照明レンズ１２は、ライトガイド１１の出口端から出射される照明光を集光し、体内の被写体へ出射する。対物レンズ１３は、照明された被写体から反射される反射光を集光し、撮像素子１４に結像させる。撮像素子１４は、受光面に結ぶ光学像を電気信号に変換して出力するＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等である。アナログフロントエンド１５は、撮像素子１４から出力された電気信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換し、撮像素子１４の各画素の輝度を示す画像信号を出力する。

電子内視鏡１０のコネクタ部１０ｃには、内視鏡制御装置２０の制御命令に従って撮像素子１４を駆動する内視鏡駆動部１６が設けられている。内視鏡駆動部１６は、コネクタ部１０ｃを介して後述する内視鏡制御装置２０の制御部２１、タイミングコントローラ２３及び信号処理回路２４に接続される。また、内視鏡駆動部１６は、ユニバーサルチューブ及び挿入管１０ａの内部を挿通する制御線及び信号線によって、撮像素子１４及びアナログフロントエンド１５に接続されている。内視鏡駆動部１６は、タイミングコントローラ２３から出力されるクロックパルスに同期したタイミングで撮像素子１４を駆動し、画像信号を信号処理回路２４へ出力する。また、内視鏡駆動部１６は、制御部２１から出力される制御命令に従って、撮像素子１４の感度、電子シャッタ速度等を設定する。感度は、例えば撮像素子１４から出力される電気信号の増幅率である。電子シャッタ速度は、例えば撮像に係る露光時間である。撮像素子１４は、内視鏡駆動部１６にて設定された電子シャッタ速度、増幅率等に従って動作する。

＜内視鏡制御装置の構成＞
内視鏡制御装置２０は、電子内視鏡装置１の各構成部の動作を制御する制御部２１を備え、制御部２１には記憶部２２、タイミングコントローラ２３、信号処理回路２４、光源装置２５及び操作パネル２６が接続されている。

制御部２１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有するマイコンである。制御部２１は、記憶部２２が記憶する後述の制御プログラム２２ａを実行し、電子内視鏡１０及び内視鏡制御装置２０の各構成部へ制御命令を出力することによって、各部の動作を制御する。
なお、マイコンは制御部２１の一構成であり、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）で制御部２１を構成しても良い。また、汎用マイコン及びＤＳＰの組み合わせで制御部２１を構成しても良い。

記憶部２２は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。記憶部２２は、制御部２１が電子内視鏡装置１の各構成部の動作を制御することにより、信号処理回路２４、光源装置２５、電子内視鏡１０の動作、特に光源装置２５の光量、撮像素子１４の感度、電子シャッタ速度等を制御する処理を実行するための制御プログラム２２ａを記憶している。また、記憶部２２は、照明光の光量を制御するための増加制御閾値ａ、減少制御閾値ｂ、増加制御係数ｇ１及び減少制御係数ｇ２を記憶する。制御部２１は、照明光の光量を制御するための制御量を当該閾値及び係数を用いて増減させる。制御量は正負の値を取り、正の制御量は照明光の光量を増大させる方向に作用し、負の制御量は照明光の光量を減少させる方向に作用するものとする。
増加制御閾値ａは、制御量が正である場合、過小となった調光に係る制御量の絶対値を増加させるか否か（図６Ａ参照：目標輝度が下限側に設定された場合）、又は過大となった調光に係る制御量の絶対値を減少させるか否か（目標輝度が上限側に設定された場合）を判定するための閾値である。
減少制御閾値ｂは、制御量が負である場合、過大となった調光に係る制御量の絶対値を減少させるか否か（図５Ａ参照：目標輝度が下限側に設定された場合）、又は過小となった調光に係る制御量の絶対値を増加させるか否か（目標輝度が上限側に設定された場合）を判定するための閾値である。増加制御閾値ａ及び減少制御閾値ｂは定数である。
増加制御係数ｇ１は、正の値を取る差分量ないし制御量の絶対値を増加させるための係数（図６Ａ参照：目標輝度が下限側に設定された場合）、又は当該絶対値を減少させるための係数（目標輝度が上限側に設定された場合）である。
減少制御係数ｇ２は、負の値を取る差分量ないし制御量の絶対値を減少させるための係数（図５Ａ参照：目標輝度が下限側に設定された場合）、又は当該絶対値を増加させるための係数（目標輝度が上限側に設定された場合）である。
また、増加制御係数ｇ１は、撮像画像の輝度及び目標輝度の差分量と、増加制御閾値ａとの関係を、目標輝度の大きさによって補正するための係数でもある。同様に、減少制御係数ｇ２は、撮像画像の輝度及び目標輝度の差分量と、減少制御閾値ｂとの関係を、目標輝度の大きさによって補正するための係数でもある。増加制御係数ｇ１及び減少制御係数ｇ２は、例えば目標輝度に係る関数であり、正の値を取る。
増加制御閾値ａ、減少制御閾値ｂ及び増加制御係数ｇ１、減少制御係数ｇ２の詳細は後述する。

タイミングコントローラ２３は、画像信号等、各種信号の処理タイミングを調整するクロックパルスを内視鏡制御装置２０の各構成部及び電子内視鏡１０へ出力する。

信号処理回路２４は、例えばＤＳＰであり、電子内視鏡１０から出力された画像信号を入力する。信号処理回路２４は、入力した画像信号に対してγ補正、補間処理等の各種画像処理、各種文字及び画像の重畳処理等を実行し、所定の規格に準拠した映像信号に変換して外部モニタＡへ出力する。外部モニタＡは、内視鏡制御装置２０から出力された映像信号に基づいて、電子内視鏡１０で撮像された画像を表示する液晶モニタ、有機ＥＬディスプレイモニタ、プラズマディスプレイモニタ、ＣＲＴモニタ等である。
また、信号処理回路２４は、電子内視鏡１０へ供給する光量等を制御するための情報として、撮像画像の輝度を示す輝度情報を制御部２１へ出力する。当該輝度は、撮像画像を構成する各画素の輝度を代表する値である。例えば、輝度情報は、撮像画像を構成する各画素の輝度の平均値を示す情報である。なお、平均する画素は撮像画像を構成する画素の一部であっても良いし、全部であっても良い。また、各画素の輝度の平均値は、各画素の輝度に重み付けを行って平均化したものであっても良い。輝度の平均値は、撮像画像の輝度を代表する値の一例であり、撮像画像の明るさを示すことができる情報であれば、その内容は特に限定されるものでは無い。

光源装置２５は、光源２５ａ、集光レンズ２５ｂ、光源駆動部２５ｃ、絞り２５ｄ、モータ２５ｅ及びモータ駆動部２５ｆを備える。

光源２５ａは、例えばキセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等の高輝度ランプであり、少なくとも可視光領域を含む照射光を放射する。

光源駆動部２５ｃは、光源２５ａの点灯を始動させるイグナイタ、ランプ点灯後の電流制御を行う安定化電源装置等を備える。光源駆動部２５ｃは、制御部２１から出力される制御命令に従って光源２５ａを点灯及び消灯させる。

集光レンズ２５ｂは、光源２５ａから放射された照射光を集光し、絞り２５ｄを介してライトガイド１１の入口端へ導く光学素子である。

絞り２５ｄは、光源２５ａからライトガイド１１へ至る光路上に配置され、光源２５ａからライトガイド１１へ入射する光量を調整する遮蔽体である。遮蔽体は、例えば板状であり、照射光の遮蔽面積が変化するように回転軸によって回転可能に支持されている。回転軸は、図示しない歯車機構等を介してモータ２５ｅに接続されている。

モータ２５ｅは、正回転又は逆回転することによって遮蔽板を回転させることができ、光源２５ａから電子内視鏡１０へ供給される照射光の光量を増減させる。つまり、モータ２５ｅは、絞り２５ｄの開度を変化させる動力源である。

モータ駆動部２５ｆは、制御部２１から出力される絞り２５ｄの制御量に応じてモータ２５ｅを正回転又は逆回転させる。つまり、モータ駆動部２５ｆは、制御量の大きさに応じて照射光が増減するように、モータ２５ｅを回転させる。

操作パネル２６は、内視鏡制御装置２０の筐体正面に設けられた各種操作ボタン、タッチパネル式ＧＵＩ（Graphical User Interface）等を備える。術者は、操作パネル２６を操作することによって、撮像画像の目標輝度を、所定の輝度範囲内で任意に設定することができる。例えば輝度範囲が８ビットで表される場合、０〜２５５の輝度範囲内で目標輝度を設定することができる。以下、上記輝度範囲を適宜、所定輝度範囲と呼ぶ。制御部２１は、操作パネル２６を介して目標輝度を受け付け、受け付けた目標輝度を記憶部２２に記憶させる。操作パネル２６は、撮像画像の目標輝度を受け付ける受付部の一例である。

＜調光等制御＞
図２は、実施形態１に係る調光等制御のフローチャートである。電子内視鏡装置１を用いて消化管、体腔等の撮像が行われているとき、制御部２１は以下の処理を繰り返し実行することによって、照明光の調光制御を行う。例えば、撮像画像１フレーム毎に、調光制御処理を実行する。調光制御を適切に行うことによって、所要の目標輝度を有する撮像画像を外部モニタＡへ出力することが可能になる。
また、制御部２１は、調光制御と同様にして、撮像素子１４の感度、電子シャッタ速度を増減させることもできる。以下では、主に調光制御を抑制及び促進させる処理を説明するが、撮像素子１４の感度、電子シャッタ速度の調整制御も同様である。

まず、制御部２１は、信号処理回路２４から出力される輝度情報を取得し（ステップＳ１１）、撮像画像の輝度と、記憶部２２が記憶する目標輝度との差分量を算出する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２で算出する差分量は１フレームの撮像画像における輝度と、目標輝度との差分である。ここでは、目標輝度から撮像画像の輝度を減算して得た値を差分量とする。
そして、制御部２１は、差分量が正であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。差分量が正であると判定した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、制御部２１は、記憶部２２が記憶する増加制御係数ｇ１を差分量に乗算する（ステップＳ１４）。差分量が正で無いと判定した場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、制御部２１は、記憶部２２が記憶する減少制御係数ｇ２を差分量に乗算する（ステップＳ１５）。

図３は、差分量の増減処理を示す模式図である。図３Ａ及び図３Ｂの横軸は時間を示す。図３Ａの縦軸は差分量を示し、図３Ｂの縦軸は増加制御係数ｇ１又は減少制御係数ｇ２を差分量に乗算して得られた値を示している。
増加制御係数ｇ１は、目標輝度が小さい程、増加する係数であって、上記所定輝度範囲の下限側で１より大きな値となり、目標輝度が所定の輝度範囲の上限側で１未満となる係数である（図１０参照）。目標輝度が上記所定輝度範囲の中央値であるとき、増加制御係数ｇ１は「１」となる。
減少制御係数ｇ２は、目標輝度が小さい程、減少する係数であって、目標輝度が上記所定輝度範囲の下限側で１未満の値となり、目標輝度が所定の輝度範囲の上限側で１より大きな値となる係数である（図９参照）。目標輝度が上記所定輝度範囲の中央値であるとき、減少制御係数ｇ２は「１」となる。

目標輝度として上記所定輝度範囲の下限側の値が設定されている場合、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、正の差分量は増加制御係数ｇ１が乗算されることによって、当該差分量の絶対値は増加し、負の差分量は減少制御係数ｇ２が乗算されることによって、当該差分量の絶対値は減少している。

ここでは、適切な調光制御を実現するために差分量の増減処理が必要か否かを判定すること無く、全ての差分量に対して一律に増加制御係数ｇ１又は減少制御係数ｇ２の乗算を行っている。
一般的に当該要否判定を行うための閾値は、目標輝度の値によって変動するものであるところ、ステップＳ１４及びステップＳ１５の処理は、定数である増加制御閾値ａ及び減少制御閾値ｂを用いて当該要否判定を行うことを可能にするための処理である。
いわば、差分量の大きさを、定数である増加制御閾値ａ及び減少制御閾値ｂの大きさに合わせるための処理である。

次いで、制御部２１は、ステップＳ１４で調整された差分量が増加制御閾値ａ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。当該差分量が増加制御閾値ａ未満であると判定した場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、当該差分量を増加制御係数ｇ１で除する（ステップＳ１７）。つまり、差分量をステップＳ１４処理前の差分量の値に戻す。当該差分量が増加制御閾値ａ未満で無いと判定した場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、制御部２１は、ステップＳ１７の処理を実行せず、処理をステップＳ２０へ進める。

同様に、ステップＳ１５の処理を終えた制御部２１は、ステップＳ１５で調整された差分量が減少制御閾値ｂ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１８）。当該差分量が減少制御閾値ｂ未満で無いと判定した場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、当該差分量を減少制御係数ｇ２で除する（ステップＳ１９）。つまり、差分量をステップＳ１５処理前の差分量の値に戻す。当該差分量が減少制御閾値ｂ未満であると判定した場合（ステップＳ１８：：ＹＥＳ）、制御部２１はステップＳ１９の処理を実行せず、処理をステップＳ２０へ進める。

図４は、差分量の増減要否判定及び増減取り消し処理を示す模式図である。図４Ａ〜図４Ｃの横軸は時間を示す。図４Ａは、ステップＳ１４及びステップＳ１５の処理で増減した差分量をタイミングチャートで示している。図４Ｂは、差分量の絶対値を増加させるべき範囲、及び差分量の絶対値を減少させるべき範囲を、タイミングチャート上にハッチングで示している。図４Ｃは、増減処理の要否判定に基づいて、一部の差分量に対して増減処理の取り消しが行われた後の差分量をタイミングチャートで示している。

図４Ｂ中、ハッチングで示すように、制御部２１は、増減処理後の正の差分量が増加制御閾値ａより大きい場合、つまり正の差分量の絶対値が増加制御閾値ａの絶対値より大きい場合は、差分量を増加させる処理を実行すべきであると判定する。また、制御部２１は、増減処理後の負の差分量が減少制御閾値ｂ未満である場合、つまり負の差分量の絶対値が減少制御閾値ｂの絶対値より大きい場合、差分量を減少させる処理を実行すべきであると判定する。
そして制御部２１は、図４Ｃに示すように、減少制御閾値ｂと、増加制御閾値ａとの間にある差分量については、ステップＳ１４又はステップＳ１５の増加処理又は減少処理の取り消しを行い、元の差分量に戻す。一方、増加制御閾値ａより大きな差分量、及び減少制御閾値ｂ未満の差分量については、増減処理が保持されたままとなる。つまり、その絶対値が増加制御閾値ａの絶対値又は減少制御閾値ｂの絶対値を超える差分量については、増減処理が保持されたままとなる。

ステップＳ１７又はステップＳ１９の処理を終えた制御部２１は、ステップＳ１３〜ステップＳ１９の処理によって増減処理が施された差分量に基づいて、照明光の光量を制御するための制御量を算出する（ステップＳ２０）。制御部２１は、例えば、ＰＩ制御、ＰＤ制御、ＰＩＤ制御にて、撮像画像の輝度を目標輝度に近づけるようにモータ駆動部２５ｆを動作させる制御量を算出する。そして、制御部２１は、算出して得た制御量をモータ駆動部２５ｆへ出力（ステップＳ２１）。当該制御量をモータ２５ｅへ出力することによって、照明光の調光制御が行われる。

このように目標輝度に応じて補正された差分量の絶対値が増加制御閾値ａ及び減少制御閾値ｂの絶対値を超えないときは、従来と同様の制御によって調光制御が行われる。例えば、内壁面が一様で湾曲していない食道部等を観察する場合、側面鏡による平坦で均一な消化管内壁を観察する場合等がこのような状況となる。
一方、目標輝度に応じて補正された差分量の絶対値が増加制御閾値ａ及び減少制御閾値ｂの絶対値を超えて変動すると、増加制御係数ｇ１及び減少制御係数ｇ２が差分量に乗算され、増減処理が施された差分量に基づく制御量が出力される。この場合、調光制御が促進され又は抑制される。補正後の差分量の絶対値が増加制御閾値ａ及び減少制御閾値ｂの絶対値を超えるということは、現状の撮像画像の輝度が目標輝度から乖離していることを意味し、制御量を増減させても制御安定性上、差し障りのない状況が多い。例えば、狭い食道部で比較的絞られた撮像状態から、噴門を通過して急に広い領域の胃角へ侵入した場合等、絞り２５ｄを一気に開きたいような場合がこの状況に相当する。

図５は、調光制御の抑制効果を示す模式図である。図５Ａは、制御量の抑制効果を示すタイミングチャート、図５Ｂは撮像画像の輝度の変化を示すタイミングチャートである。上記所定輝度範囲の下限側の値が目標輝度として設定された場合、目標輝度に対して撮像画像の輝度が過大になる傾向があり、絞り２５ｄの制御量は図５Ａ中、破線で示すように負側に過大となることがある。この場合、図５Ｂ中、破線で示すようにハンチング等が発生するおそれがある。
しかし、本実施形態１によれば、図３Ａに示すように負側に大きく振れた差分量に対して減少制御係数ｇ２を乗算することによって、図４Ｃに示すように、差分量の絶対値を減少させ、結果として図５Ａに示すように過大となった調光制御を抑制することができる。過大となる調光制御を抑制することによって、図５Ｂ中、実線で示すように、画像輝度の変化速度を抑え、ハンチングの発生を防ぐことができる。

図６は、調光制御の促進効果を示す模式図である。図６Ａは、制御量の抑制効果を示すタイミングチャート、図６Ｂは撮像画像の輝度の変化を示すタイミングチャートである。上記所定輝度範囲の下限側の値が目標輝度として設定された場合、撮像画像の輝度が目標輝度未満にあるとき、外部モニタＡに映し出される撮像画像が暗くても、目標輝度に対して撮像画像の輝度が過小になる傾向があり、絞り２５ｄの制御量は図６Ａ中、破線で示すように正側に小さいままであることがある。この場合、図６Ｂ中、破線で示すように、調光制御が遅々として進まないおそれがある。
しかし、本実施形態１によれば、図３Ａに示すように正側にある程度の大きさを有する差分量に対して増加制御係数ｇ１を乗算することによって、図４Ｃに示すように、差分量の絶対値を増加させ、結果として図６Ａに示すように過小となった調光制御を促進させることができる。調光制御を促進させることによって、図６Ｂ中、実線で示すように、画像輝度の変化速度を加速させ、撮像画像の輝度を速やかに目標輝度へ調光することができる。

以上の説明は、上記所定輝度範囲の下限側の値が目標輝度として設定された場合を主に説明したが、上記所定輝度の上限側の値が設定された場合の処理内容も同様である。この場合、増加制御係数ｇ１は１未満（図１０参照）、減少制御係数ｇ２は１より大きな値となり（図９参照）、目標輝度が下限側に設定されたときの処理と対称的な処理となる。つまり、目標輝度が上限側に設定された場合、撮像画像の輝度と目標輝度との差分量は正側に過大となる傾向があるため、制御部２１は正側に過大な差分量の絶対値は適宜減少させ、調光制御を抑制する。逆に、負側の差分量は過小となる傾向があるため、制御部２１は負側に過小な差分量の絶対値を適宜増加させ、調光制御を促進させる。

また、上記説明では主に、差分量に基づいて照明光の光量を制御する例を説明したが、ステップＳ２０及びステップＳ２１の処理によって、撮像素子１４の感度又は電子シャッタ速度を制御しても良い。つまり、制御部２１は、撮像画像の輝度が目標輝度よりも大きい場合、撮像素子１４の感度が低く、電子シャッタ速度が速くなるように制御する。また、撮像画像の輝度が目標輝度よりも小さい場合、撮像素子１４の感度が高く、また電子シャッタ速度が遅くなるように制御する。なお、言うまでも無く、記憶部２２は、撮像素子１４の感度又は電子シャッタ速度を制御するための増加制御閾値ａ、減少制御閾値ｂ、増加制御係数ｇ１及び減少制御係数ｇ２を記憶する。
なお、電子シャッタ速度を遅くする際、撮像画像のフレームレートを下げても良い。

＜閾値及び係数の決定方法＞
まず、増加制御係数ｇ１及び減少制御係数ｇ２の決定方法を説明する。
図７は、目標輝度として中央値が設定されたときの最大制御量を特定する方法を示す模式図である。横軸は時間、図７Ａの縦軸は撮像画像の輝度、図７Ｂの縦軸は照明光の光量に係る制御量を示す。
まず、調光チューニングが仕上がった内視鏡制御装置２０を用意し、上記所定輝度範囲の中央値を目標輝度として設定する。輝度範囲が８ビットで表される場合、所定輝度範囲は０〜２５５であり、中央値１２７を目標輝度として設定する。そして、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、撮像画像の輝度が最大となる完全なハレーション状態を引き起こす被写体を電子内視鏡１０で撮像し、その時に観測可能な最大制御量Ｐｍａｘを特定する。最大制御量Ｐｍａｘは、制御量の絶対値であり、正の値である。

図８は、任意の値が設定されたときの最大制御量を特定する方法を示す模式図である。次に、目標輝度の値として、所定輝度範囲内の任意の値を設定する。例えば、図８中、レベル［２］で表される下限側の値を目標輝度として設定する。そして、上記同様の手順で、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、撮像画像の輝度を最大にする被写体を電子内視鏡１０で撮像し、その時に観測可能な最大制御量Ｐｍａｘ［２］を特定する。最大制御量Ｐｍａｘ［２］は、制御量の絶対値であり、正の値である。そして、目標輝度がレベル［２］のときの減少制御係数ｇ２を、Ｐｍａｘ／Ｐｍａｘ［２］とする。
以下、同様にして、目標輝度の値として他の任意の値、例えば図８中、レベル［３］、レベル［４］、レベル［５］等で表される値を設定し、同様にして最大制御量Ｐｍａｘ［ｎ］を特定する。最大制御量Ｐｍａｘ［ｎ］は、制御量の絶対値であり、正の値である。ｎは整数である。そして、目標輝度のレベル［ｎ］に対応する減少制御係数ｇ２を、Ｐｍａｘ／Ｐｍａｘ［ｎ］とする。
次いで、複数の目標輝度の値、即ちレベル［ｎ］と、Ｐｍａｘ／Ｐｍａｘ［ｎ］とに基づいて、目標輝度の値と、減少制御係数ｇ２との関係を示す近似線を求める。

図９は、目標輝度及び減少制御係数ｇ２の関係を示すグラフである。横軸は目標輝度、縦軸は減少制御係数ｇ２である。図９に示すように減少制御係数ｇ２は、増加関数であり、目標輝度が所定輝度範囲の中央値であるとき「１」、目標輝度が下限側であるとき１未満、上限側であるとき１以上の値となる。
以上の手順で求められた目標輝度の関数である減少制御係数ｇ２を記憶部２２に記憶させる。なお、減少制御係数ｇ２の表現態様は特に限定されるものでは無く、記憶部２２は、関数を規定する係数として記憶しても良いし、配列等のテーブルとして記憶しても良いし、制御プログラム２２ａに組み込んでも良い。

増加制御係数ｇ１も同様にして特定することができる。例えば、上記所定輝度範囲の中央値を目標輝度として設定し、撮像画像の輝度が最小となる完全な遮蔽状態とし、その時に観測可能な最大制御量Ｐｍａｘを特定する。次に、目標輝度の値として任意の値を設定し、その時の最大制御量を特定する。複数の目標輝度の値、即ちレベル［ｎ］と、Ｐｍａｘ／Ｐｍａｘ［ｎ］とに基づいて、目標輝度の値と、増加制御係数ｇ１との関係を示す近似線を求める事ができる。増加制御係数ｇ１も、減少制御係数ｇ２と同様にして記憶部２２に記憶させる。

図１０は、目標輝度及び増加制御係数ｇ１の関係を示すグラフである。横軸は目標輝度、縦軸は増加制御係数ｇ１である。図１０に示すように増加制御係数ｇ１は、減少関数であり、目標輝度が上記所定輝度範囲の中央値であるとき「１」、目標輝度が下限側であるとき１より大きく、上限側であるとき１未満となる。

なお、図９及び図１０では近似性の一例として一次直線を示したが、近似線は１次直線に限定されるものでは無い。

次に、増加制御閾値ａ及び減少制御閾値ｂの決定方法を説明する。
図１１は、増加制御閾値ａ及び減少制御閾値ｂの決定方法を示す模式図である。まず、調光チューニングが仕上がった内視鏡制御装置２０を用意し、図１１Ａに示すように、上記所定輝度範囲の中央値を目標輝度として設定する。上記同様、輝度範囲が０〜２５５であれば、１２７の値を目標輝度として設定する。
そして、実際に観察するシチュエーションで撮像を行い、撮像中の調光に係る制御量又は差分量の変動を記録する。例えば、食道、腸管等の消化管のように、調光制御が安定するようなシチュエーションで撮影を行うと良い。図１１Ｂは、上記シチュエーションで撮影されたときの差分量の変化を示すタイミングチャートである。
差分量の記録を終えたら、上記シチュエーションで変動する差分量が超えないような正側の閾値を、増加制御閾値ａとして特定し、負側の閾値を減少制御閾値ｂとして特定する。なお、実験結果に対して、差分量が超えない限界の値を増加制御閾値ａ及び減少制御閾値ｂとして設定しても良いが、必要に応じて２０％〜５０％のマージンをもって各閾値を設定しても良い。ただし増加制御閾値ａ及び減少制御閾値ｂは、最大制御量Ｐｍａｘを超えるような値に設定してはならない。
以上の通り求められた増加制御閾値ａ及び減少制御閾値ｂを記憶部２２に記憶させる。

なお、このように求められた増加制御閾値ａ及び減少制御閾値ｂは、目標輝度として上記中央値が設定された場合に機能する閾値である。目標輝度として他の値が設定された場合、差分量の変動幅が変化し、閾値も変化する。そこで、本実施形態１では各目標輝度に対応する閾値を用意する代わりに、目標輝度に応じて差分量を補正することによって対応している。具体的には、内視鏡制御装置２０は、差分量と増加制御閾値ａ及び減少制御閾値ｂとの比較処理に先立って、ステップＳ１４及びステップＳ１５で差分量に増加制御係数ｇ１又は減少制御係数ｇ２を乗算することによって、差分量と閾値との大小関係を先に補正し、そして、補正後の差分量と、増加制御閾値ａ及び減少制御閾値ｂとの比較処理をステップＳ１７及びステップＳ１９で行っている。

以上の通り、本実施形態１に係る電子内視鏡装置１、内視鏡制御装置２０及び制御プログラム２２ａによれば、上記所定輝度範囲の中央値から離れた値が目標輝度として設定された場合であっても、過大又は過小となった調光等の制御量を適宜抑制し又は促進させることができる。

具体的には、上記所定輝度範囲の下限側の値が目標輝度として設定された場合、撮像画像の輝度が目標輝度よりも大きく、調光制御量が過大となったときであっても、調光制御を抑制し、ハンチング等の不具合を防ぐことができ、適切な調光制御を行うことができる。

また、上記所定輝度範囲の下限側の値が目標輝度として設定された場合、撮像画像の輝度が目標輝度よりも小さく撮像画像が暗い状態にあるにも拘わらず調光制御量が過小となった場合であっても、調光制御を促進させ、撮像画像の輝度を速やかに目標輝度へ調光することができる。つまり、撮像画像の輝度が目標輝度に収束するまでの時間を短縮することができる。

更に、撮像素子１４の感度及び電子シャッタ速度を制御する際も同様にして制御量を抑制及び促進させることができ、目標輝度の設定値に拘わらず、撮像素子１４の感度及び電子シャッタ速度の適切な制御が可能になる。

（実施形態２）
実施形態２に係る電子内視鏡装置１、内視鏡制御装置２０及び制御プログラム２２ａは、制御部２１の処理手順のみが実施形態１と異なるため、以下では主にかかる相違点について説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態１と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

図１２は、実施形態２に係る調光等制御のフローチャートである。まず、制御部２１は、実施形態１のステップＳ１１〜ステップＳ１３と同様の処理をステップＳ２１１〜ステップＳ２１３にて実行し、輝度情報の取得、差分量の算出、差分量の正負判定を行う。差分量が正であると判定した場合（ステップＳ２１３：ＹＥＳ）、制御部２１は、増加制御閾値ａを増加制御係数ｇ１で除算する（ステップＳ２１４）。差分量が正で無いと判定した場合（ステップＳ２１３：ＮＯ）、制御部２１は、減少制御閾値ｂに、減少制御係数ｇ２で除算する（ステップＳ２１５）。

ステップＳ２１４の処理を終えた制御部２１は、取得した差分量が補正後の増加制御閾値ａ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２１６）。当該差分量が増加制御閾値ａ未満で無いと判定した場合（ステップＳ２１６：ＮＯ）、制御部２１は、差分量に増加制御係数ｇ１を乗算する（ステップＳ２１７）。当該差分量が増加制御閾値ａ未満であると判定した場合（ステップＳ２１６：ＹＥＳ）、制御部２１は、ステップＳ２１７の処理を実行せず、処理をステップＳ２２０へ進める。

同様に、ステップＳ２１５の処理を終えた制御部２１は、取得した差分量が補正後の減少制御閾値ｂ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２１８）。当該差分量が減少制御閾値ｂ未満であると判定した場合（ステップＳ２１８：ＹＥＳ）、制御部２１は、差分量に減少制御係数ｇ２を乗算する（ステップＳ２１９）。当該差分量が減少制御閾値ｂ未満でないと判定した場合（ステップＳ２１８：ＮＯ）、制御部２１は、ステップＳ２１９の処理を実行せず、処理をステップＳ２２０へ進める。

ステップＳ２１７又はステップＳ２１９の処理を終えた制御部２１は、ステップＳ１３〜ステップＳ１９の処理によって増減処理が施された差分量に基づいて、光量を制御するための制御量を算出し（ステップＳ２２０）、算出して得た制御量をモータ駆動部２５ｆへ出力する（ステップＳ２２１）。当該制御量をモータ２５ｅへ出力することによって、調光制御が行われる。

図１３は、実施形態２に係る差分量の増減処理を示す模式図である。横軸は時間である。図１３Ａは、増加制御閾値ａ及び減少制御閾値ｂの補正方法を示し、図１３Ｂの縦軸は差分量を示す。
ステップＳ２１４及びステップＳ２１５の処理によって、図１３Ａに示すように目標輝度が中央値であるときに機能する増加制御閾値ａ及び減少制御閾値ｂは、現在設定されている目標輝度で機能する閾値に補正される。
そして、制御部２１は、図１３Ｂに示すように、補正後の増加制御閾値ａ及び減少制御閾値ｂと、差分量とを比較し、差分量が増加制御閾値ａを超えている場合、差分量を増加させ、差分量が減少制御閾値ｂを下回っている場合、差分量を減少させる。つまり、差分量が正の場合、当該差分量の絶対値が増加制御閾値ａの絶対値を超えているとき、差分量を増加させる。差分量が負の場合、当該差分量の絶対値が減少制御閾値ｂの絶対値を超えているとき、差分量を減少させる。

以上の通り、本実施形態２では、増加制御閾値ａ及び減少制御閾値ｂに対応する閾値を用意する代わりに、目標輝度に応じて各閾値を補正することによって対応することができる。実施形態２に係る電子内視鏡装置１、内視鏡制御装置２０及び制御プログラム２２ａの主たる作用及び効果は実施形態１と同様である。

なお、実施の形態１，２では制御プログラム２２ａが内視鏡制御装置２０の記憶部２２に記憶されている態様を説明したが、本実施形態１及び２に係る制御プログラム２２ａ、増加制御閾値ａ、減少制御閾値ｂ及び増加制御係数ｇ１、減少制御係数ｇ２は、図示しない記録媒体にコンピュータ読み取り可能に記録された態様でも良い。記憶部２２は、図示しない読出装置によって記録媒体から読み出された制御プログラム２２ａを記憶する。記録媒体はＣＤ（Compact Disc）−ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）−ＲＯＭ、ＢＤ（Blu-ray(登録商標) Disc）等の光ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク等の磁気ディスク、磁気光ディスク、半導体メモリ等である。また、図示しない通信網に接続されている図示しない外部コンピュータから本実施形態１に係る制御プログラム２２ａをダウンロードし、記憶部２２に記憶させても良い。

また、差分量が増加制御閾値ａより大きい場合、又は差分量が減少制御閾値ｂ未満である場合に制御量を増減させる例を説明したが、制御量を増減させる処理を要する範囲の決定方法はこれに限定されるものでは無い。差分量が、目標輝度に応じて決定される特定の範囲内にあるか否かに応じて、差分量を増減させるか否かを判定するように構成しても良い。

更に、増加制御係数ｇ１及び減少制御係数ｇ２が目標輝度に応じて、それぞれ減少及び増加する例を説明したが、乗除演算を逆に設定することによって、増減特性を逆にすることも可能であり、実体的に本発明と同様の効果が得られる範囲において、各種係数、閾値及び演算方法を適宜変形しても良い。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 電子内視鏡装置
１０ 電子内視鏡
１０ａ 挿入管
１０ｂ 先端部
１０ｃ コネクタ部
１１ ライトガイド
１２ 照明レンズ
１３ 対物レンズ
１４ 撮像素子
１５ アナログフロントエンド
１６ 内視鏡駆動部
２０ 内視鏡制御装置
２１ 制御部
２２ 記憶部
２２ａ 制御プログラム
２３ タイミングコントローラ
２４ 信号処理回路
２５ 光源装置
２５ａ 光源
２５ｂ 集光レンズ
２５ｃ 光源駆動部
２５ｄ 絞り
２５ｅ モータ
２５ｆ モータ駆動部
２６ 操作パネル
Ａ 外部モニタ
ａ 増加制御閾値
ｂ 減少制御閾値
ｇ１ 増加制御係数
ｇ２ 減少制御係数

Claims (11)

1. 体内を撮像する撮像素子を備えた電子内視鏡及び体内を照明する光源の動作を制御する内視鏡制御装置であって、
   撮像画像の目標輝度を受け付ける受付部と、
   撮像画像の輝度を取得し、取得した輝度及び前記受付部にて受け付けた前記目標輝度の差分量に応じて前記光源の光量、又は前記撮像素子の感度若しくは電子シャッタ速度を増減させる制御部と
   を備え、
   前記制御部は、
   前記受付部にて受け付けた前記目標輝度が所定の輝度範囲の下限側である場合、撮像画像の輝度が前記目標輝度より大きく（又は小さく）、前記差分量が前記目標輝度に応じた特定の範囲内にあるとき、前記光量、前記感度又は前記電子シャッタ速度の制御量の絶対値を減少（又は増加）させるようにしてあり、
   更に、
   前記目標輝度が小さい程、減少し、前記目標輝度が所定の輝度範囲の下限側で１未満の値である減少制御係数と、前記特定の範囲を規定する減少制御閾値とを記憶する記憶部を備え、
   前記制御部は、
   撮像画像の輝度が前記目標輝度より大きい場合、前記差分量に前記減少制御係数を乗じて得た値の絶対値が前記減少制御閾値の絶対値を超えるとき、前記差分量に前記減少制御係数を乗じて得た値に基づいて、前記光量、前記感度又は前記電子シャッタ速度を制御する
   内視鏡制御装置。
2. 前記制御部は、
   撮像画像の輝度が前記目標輝度より大きい場合、前記差分量に前記減少制御係数を乗じて得た値の絶対値が前記減少制御閾値の絶対値を超えないとき、前記差分量に基づいて、前記光量、前記感度又は前記電子シャッタ速度を制御する
   請求項１に記載の内視鏡制御装置。
3. 前記減少制御係数は、
   前記目標輝度が所定の輝度範囲の上限側で１より大きな値である
   請求項１又は請求項２に記載の内視鏡制御装置。
4. 前記記憶部は、
   前記目標輝度が小さい程、増加し、前記目標輝度が所定の輝度範囲の下限側で１より大きな値である増加制御係数と、前記特定の範囲を規定する増加制御閾値とを記憶しており、
   前記制御部は、
   撮像画像の輝度が前記目標輝度より小さい場合、前記差分量に前記増加制御係数を乗じて得た値の絶対値が前記増加制御閾値の絶対値を超えるとき、前記差分量に前記増加制御係数を乗じて得た値に基づいて、前記光量、前記感度又は前記電子シャッタ速度を制御す
   る
   請求項１〜請求項３までのいずれか一項に記載の内視鏡制御装置。
5. 体内を撮像する撮像素子を備えた電子内視鏡及び体内を照明する光源の動作を制御する内視鏡制御装置であって、
   撮像画像の目標輝度を受け付ける受付部と、
   撮像画像の輝度を取得し、取得した輝度及び前記受付部にて受け付けた前記目標輝度の差分量に応じて前記光源の光量、又は前記撮像素子の感度若しくは電子シャッタ速度を増減させる制御部と
   を備え、
   前記制御部は、
   前記受付部にて受け付けた前記目標輝度が所定の輝度範囲の下限側である場合、撮像画像の輝度が前記目標輝度より大きく（又は小さく）、前記差分量が前記目標輝度に応じた特定の範囲内にあるとき、前記光量、前記感度又は前記電子シャッタ速度の制御量の絶対値を減少（又は増加）させるようにしてあり、
   更に、
   前記目標輝度が小さい程、増加し、前記目標輝度が所定の輝度範囲の下限側で１より大きな値である増加制御係数と、前記特定の範囲を規定する増加制御閾値とを記憶する記憶部を備え、
   前記制御部は、
   撮像画像の輝度が前記目標輝度より小さい場合、前記差分量に前記増加制御係数を乗じて得た値の絶対値が前記増加制御閾値の絶対値を超えるとき、前記差分量に前記増加制御係数を乗じて得た値に基づいて、前記光量、前記感度又は前記電子シャッタ速度を制御する
   内視鏡制御装置。
6. 前記制御部は、
   撮像画像の輝度が前記目標輝度より小さい場合、前記差分量に前記増加制御係数を乗じて得た値の絶対値が前記増加制御閾値の絶対値を超えないとき、前記差分量に基づいて、前記光量、前記感度又は前記電子シャッタ速度を制御する
   請求項５に記載の内視鏡制御装置。
7. 前記増加制御係数は、
   前記目標輝度が所定の輝度範囲の上限側で１未満である
   請求項５又は請求項６に記載の内視鏡制御装置。
8. 前記制御部は、
   前記受付部にて受け付けた前記目標輝度が所定の輝度範囲の上限側である場合、撮像画像の輝度が前記目標輝度より大きく（又は小さく）、前記差分量が前記目標輝度に応じた特定の範囲内にあるとき、前記光量、前記感度又は前記電子シャッタ速度の制御量の絶対値を増加（又は減少）させる
   請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の内視鏡制御装置。
9. 請求項１〜請求項８までのいずれか一項に記載の内視鏡制御装置と、
   体内を撮像する撮像素子を備えた電子内視鏡と、
   体内を照明する光源と
   を備える電子内視鏡装置。
10. 体内を撮像する撮像素子を備えた電子内視鏡及び体内を照明する光源の動作を制御する内視鏡制御装置の制御部に、撮像画像の目標輝度を受け付け、撮像画像の輝度を取得し、受け付けた前記目標輝度が所定の輝度範囲の下限側である場合、撮像画像の輝度が前記目標輝度より大きく（又は小さく）、取得した輝度及び受け付けた前記目標輝度の差分量が前記目標輝度に応じた特定の範囲内にあるとき、前記光源の光量、又は前記撮像素子の感度若しくは電子シャッタ速度の制御量の絶対値を減少（又は増加）させる処理を実行させる制御プログラムであって、
    前記目標輝度が小さい程、減少し、前記目標輝度が所定の輝度範囲の下限側で１未満の値である減少制御係数と、前記特定の範囲を規定する減少制御閾値とを記憶する記憶部を備えた前記内視鏡制御装置に、撮像画像の輝度が前記目標輝度より大きい場合、前記差分量に前記減少制御係数を乗じて得た値の絶対値が前記減少制御閾値の絶対値を超えるとき、前記差分量に前記減少制御係数を乗じて得た値に基づいて、前記光量、前記感度又は前記電子シャッタ速度を制御する処理を実行させる制御プログラム。
11. 体内を撮像する撮像素子を備えた電子内視鏡及び体内を照明する光源の動作を制御する内視鏡制御装置の制御部に、撮像画像の目標輝度を受け付け、撮像画像の輝度を取得し、受け付けた前記目標輝度が所定の輝度範囲の下限側である場合、撮像画像の輝度が前記目標輝度より大きく（又は小さく）、取得した輝度及び受け付けた前記目標輝度の差分量が前記目標輝度に応じた特定の範囲内にあるとき、前記光源の光量、又は前記撮像素子の感度若しくは電子シャッタ速度の制御量の絶対値を減少（又は増加）させる処理を実行させる制御プログラムであって、
    前記目標輝度が小さい程、増加し、前記目標輝度が所定の輝度範囲の下限側で１より大きな値である増加制御係数と、前記特定の範囲を規定する増加制御閾値とを記憶する記憶部を備えた前記内視鏡制御装置に、撮像画像の輝度が前記目標輝度より小さい場合、前記差分量に前記増加制御係数を乗じて得た値の絶対値が前記増加制御閾値の絶対値を超えるとき、前記差分量に前記増加制御係数を乗じて得た値に基づいて、前記光量、前記感度又は前記電子シャッタ速度を制御する処理を実行させる制御プログラム。

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