JP7094742B2 - 三次元内視鏡システム - Google Patents

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Description

本発明は、三次元内視鏡システムに関する。
医療用の内視鏡システムにおいて、立体視による観察の需要が高まってきている。従来、立体視用の内視鏡システムとして種々の方式が知られている。例えば、特許文献１には、左目用及び右目用の光学系を有する硬性鏡と、各光学系が集光した光をもとに左目用画像信号及び右目用画像信号をそれぞれ撮像する２つの撮像部と、を備えた立体視用の内視鏡システムが開示されている。
国際公開第２０１３／０３１５１２号
ところで、上述した立体視用の画像では、視差による右目用画像と左目用画像との相違が近点側で顕著に大きくなる。この相違が大きくなると、近点側の像が結像できずに、像がぶれてしまう。このようなぶれが生じた立体像は、術者にとって像を認識するための視覚的な負担が大きかった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、立体視用の画像において視覚的な負担を抑制することができる三次元内視鏡システムを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる三次元内視鏡システムは、互いに視差を有する第１画像及び第２画像を撮像する撮像部と、前記撮像部が撮像した前記第１画像及び前記第２画像に画像処理を施すことによって立体視用の表示画像を生成する画像生成部と、を備え、前記画像生成部は、前記第１画像と、前記第２画像の一部を、対応する位置における前記第１画像の一部に置き換えた第３画像とをもとに、前記表示画像を生成することを特徴とする。
また、本発明にかかる三次元内視鏡システムは、上記発明において、前記第３画像における前記第２画像と前記第１画像との境界は、予め設定されていることを特徴とする。
また、本発明にかかる三次元内視鏡システムは、上記発明において、前記画像生成部は、前記第１画像に写る被写体に応じて前記第３画像における前記第２画像と前記第１画像との境界を設定する境界設定部、を有することを特徴とする。
また、本発明にかかる三次元内視鏡システムは、上記発明において、前記境界設定部は、前記被写体の先端位置に応じて前記境界を設定することを特徴とする。
また、本発明にかかる三次元内視鏡システムは、上記発明において、前記境界設定部は、前記撮像部と前記被写体との距離に応じて前記境界を設定することを特徴とする。
また、本発明にかかる三次元内視鏡システムは、上記発明において、前記境界設定部は、前記第１画像における被写体の長手軸と直交する方向の長さを算出し、算出した長さに基づいて前記境界を設定するか否かを判断することを特徴とする。
また、本発明にかかる三次元内視鏡システムは、上記発明において、前記撮像部と、処置具を挿通する処置具チャンネルとを有する内視鏡を備え、前記境界設定部は、前記第１画像における前記処置具の像と、前記処置具チャンネルからの前記処置具の延出方向とに基づいて前記境界を設定することを特徴とする。
また、本発明にかかる三次元内視鏡システムは、上記発明において、前記撮像部と、処置具を挿通する処置具チャンネルとを有する内視鏡を備え、前記処置具チャンネルには、前記処置具の通過を検出するセンサが設けられ、前記境界設定部は、前記センサの検出結果に基づいて前記境界を設定することを特徴とする。
また、本発明にかかる三次元内視鏡システムは、上記発明において、前記画像生成部は、前記第１画像における被写体の動きの有無を判断し、動きがあると判断した場合、前記第３画像を生成し、動きがないと判断した場合、前記第１画像と前記第２画像とを並べた前記表示画像を生成することを特徴とする。
また、本発明にかかる三次元内視鏡システムは、上記発明において、前記被写体は、処置具であることを特徴とする。
本発明によれば、立体視用の画像において視覚的な負担を抑制することができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る医療用内視鏡システムの概略構成を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る医療用内視鏡システムが備える硬性鏡及びカメラヘッドの内部構成を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態１にかかる医療用内視鏡システムが備える制御装置の構成を説明するブロック図である。 図４は、本発明の実施の形態１にかかる医療用内視鏡システムにおける表示画像の一例であって、表示画面上に表示される画像を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態１にかかる医療用内視鏡システムにおける画像信号の読出し方法を説明する図である。 図６は、本発明の実施の形態１にかかる医療用内視鏡システムにおける画像信号の読出し方法を説明する図である。 図７は、本発明の実施の形態１にかかる医療用内視鏡システムにおける表示画像の一例であって、偏光板メガネを介して視覚的に認識される画像を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態１の変形例１にかかる医療用内視鏡システムにおける表示画像の一例であって、表示画面上に表示される画像を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態１の変形例２にかかる医療用内視鏡システムにおける表示画像の一例であって、表示画面上に表示される画像を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態２に係る医療用内視鏡システムが備える硬性鏡及びカメラヘッドの内部構成を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態２にかかる医療用内視鏡システムにおける表示画像の一例であって、偏光板メガネを介して視覚的に認識される画像を示す図である。 図１２は、本発明の実施の形態２にかかる医療用内視鏡システムにおける表示画像の一例であって、偏光板メガネを介して視覚的に認識される画像を示す図である。 図１３は、本発明の実施の形態２にかかる医療用内視鏡システムにおける表示画像の一例であって、偏光板メガネを介して視覚的に認識される画像を示す図である。 図１４は、本発明の実施の形態２の変形例１にかかる医療用内視鏡システムにおける表示画像の一例であって、偏光板メガネを介して視覚的に認識される画像を示す図である。 図１５は、本発明の実施の形態２の変形例２にかかる医療用内視鏡システムにおける表示画像の一例であって、偏光板メガネを介して視覚的に認識される画像を示す図である。 図１６は、本発明の実施の形態２の変形例４に係る医療用内視鏡システムが備える硬性鏡及びカメラヘッドの内部構成を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。実施の形態では、本発明にかかる三次元内視鏡システムの一例として、患者等の被検体内の画像を撮像して表示する医療用内視鏡システムについて説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る医療用内視鏡システム１の概略構成を示す図である。同図に示す医療用内視鏡システム１は、生体内を立体視観察するシステムである。医療用内視鏡システム１は、先端部が生体内に挿入されて生体内の光を集光するとともに生体を照明する硬性鏡２と、硬性鏡２が集光した生体からの光を撮像して互いに視差を有する２つの画像信号を生成するカメラヘッド３と、カメラヘッド３の動作を制御するとともに硬性鏡２に供給する照明光を発生する制御装置４と、制御装置４に接続され、画像等の情報を表示する表示装置５と、カメラヘッド３と制御装置４とを接続し、電気信号等を伝送する伝送ケーブル６と、硬性鏡２と制御装置４とを接続し、照明光を伝送するライトガイドケーブル７と、制御装置４と表示装置５とを接続し、画像等の情報を伝送する映像ケーブル８とを備える。硬性鏡２及びカメラヘッド３は、撮像装置１０１を構成する。
図２は、硬性鏡２及びカメラヘッド３の内部構成を示す図である。図２は、図１に示す硬性鏡２及びカメラヘッド３を、長手軸を回転軸として９０°回転させた図である。
まず、硬性鏡２の構成を説明する。硬性鏡２は、硬質の細長形状をなす挿入管２１と、挿入管２１の内部に並設される第１集光光学系２２及び第２集光光学系２３と、を有する。また、硬性鏡２には、制御装置４がそれぞれ有する光源からの照明光を伝播して生体に照射する照明光学系が設けられている。硬性鏡２は、カメラヘッド３に対して着脱自在かつ回転不能に接続される。
挿入管２１の外周部には、ライトガイドケーブル７の先端部を装着する装着部２１１が設けられている。装着部２１１は、挿入管２１の中心軸Ｏと直交する向きに延びている。装着部２１１は、挿入管２１の内部で照明光学系に接続している。照明光学系は、装着部２１１から入射された光を挿入管２１の先端まで導光し、挿入管２１の外部に出射する。装着部２１１は、ライトガイドポストとも呼ばれる。
第１集光光学系２２は、挿入管２１の先端部側から順に、第１対物光学系２２１と、第１リレー光学系２２２とを有する。第１対物光学系２２１は、挿入管２１の先端部に設けられ、生体内の観察部位からの第１観察光を集光する。第１リレー光学系２２２は、第１対物光学系２２１が集光した第１観察光を挿入管２１の基端（図２中、右端部）まで導光する。第１観察光は、挿入管２１の基端からカメラヘッド３に射出される。
第２集光光学系２３は、第１集光光学系２２と同様、先端側から順に、第２対物光学系２３１と、第２リレー光学系２３２とを有する。第２集光光学系２３が集光する第２観察光は、挿入管２１の基端からカメラヘッド３に射出される。第２集光光学系２３は、挿入管２１の内部において、挿入管２１の径方向に第１集光光学系２２と離間している。第２集光光学系２３の光軸ＯＰ２は、挿入管２１の中心軸Ｏに対して第１集光光学系２２の光軸ＯＰ１と対称な位置にある。第２集光光学系２３は、視差を有している以外、イメージサークルの大きさ及び焦点位置が第１集光光学系２２と同じである。
次に、図２を参照してカメラヘッド３の構成を説明する。カメラヘッド３は、第１集光光学系２２からの第１観察光の光路と第２集光光学系２３からの第２観察光の光路とを分離する光路分離部３１と、第１及び第２観察光をそれぞれ撮像して２つの画像信号を生成する撮像部３２とを有する。
光路分離部３１は、第１及び第２観察光をそれぞれ反射して互いの光路を反対方向に変更する三角プリズム３１１と、三角プリズム３１１によって反射された第１及び第２観察光をそれぞれ反射して互いの光路を平行にする一対のミラー３１２及び３１３と、ミラー３１２及び３１３でそれぞれ反射された第１及び第２観察光を撮像部３２へそれぞれ射出する一対の接眼光学系３１４及び３１５とを有する。
三角プリズム３１１は、底面が直角二等辺三角形である三角柱状をなしており、互いに面積が等しく直交する第１側面３１１ａ及び第２側面３１１ｂが、カメラヘッド３に装着された硬性鏡２における第１集光光学系２２の光軸ＯＰ１及び第２集光光学系２３の光軸ＯＰ２とそれぞれ４５度をなして配置されている。第１側面３１１ａは、第１観察光を反射し、その光路を９０度曲げて図２中の上方とする。第２側面３１１ｂは、第２観察光を反射し、その光路を９０度曲げて図２中の下方とする。
ミラー３１２及びミラー３１３は、カメラヘッド３に接続された硬性鏡２の挿入管２１の中心軸Ｏに対して対称な位置にある。ミラー３１２の表面は、第１側面３１１ａで反射された第１観察光が入射する方向に対して４５度の角度をなしており、第１観察光を中心軸Ｏと平行な方向へ反射する。ミラー３１３の表面は、第２側面３１１ｂで反射された第２観察光が入射する方向に対して４５度の角度をなしており、第２観察光を中心軸Ｏと平行な方向へ反射する。
接眼光学系３１４及び接眼光学系３１５は、挿入管２１の中心軸Ｏに対して対称な位置にある。ミラー３１２によって反射された第１観察光は、接眼光学系３１４を通過して撮像部３２に入射する。また、ミラー３１３によって反射された第２観察光は、接眼光学系３１５を通過して撮像部３２へ入射する。
撮像部３２は、第１観察光を撮像して画像信号（右目用画像信号）を生成する第１撮像部３２１と、第２観察光を撮像して画像信号（左目用画像信号）を生成する第２撮像部３２２とを有する。
第１撮像部３２１は、接眼光学系３１４から射出された第１観察光を集光する第１撮像光学系３２３と、第１撮像光学系３２３が集光した第１観察光を光電変換して右目用画像信号を生成する第１撮像素子３２４とを有する。第１撮像光学系３２３は、光軸ＯＰ１に沿って移動可能な１又は複数のレンズを用いて構成され、制御装置４の制御のもとで画角を変化させる光学ズーム機構（図示略）や焦点を変化させるフォーカス機構（図示略）を有する。第１撮像素子３２４は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサを用いて構成される。
第２撮像部３２２は、接眼光学系３１５から射出された第２観察光を集光する第２撮像光学系３２５と、第２撮像光学系３２５が集光した第２観察光を光電変換して左目用画像信号を生成する第２撮像素子３２６とを有する。第２撮像光学系３２５の光軸ＯＰ２は、第１撮像光学系３２３の光軸ＯＰ１と平行である。第２撮像光学系３２５及び第２撮像素子３２６の構成は、第１撮像光学系３２３及び第１撮像素子３２４の構成とそれぞれ同様である。第２撮像部３２２は、撮像領域の大きさが、第１撮像部３２１の撮像領域と同じである。第２撮像光学系３２５が有する光学ズーム機構やフォーカス機構は、制御装置４の制御のもとで駆動する。
次に、図３を参照して制御装置４の構成を説明する。図３は、本発明の一実施の形態にかかる医療用内視鏡システム１が備える制御装置４の構成を説明するブロック図である。制御装置４は、第１撮像部３２１が生成した右目用画像信号と、第２撮像部３２２が生成した左目用画像信号とを受信し、表示用画像信号（三次元画像信号）を生成して表示装置５に出力する。
制御装置４は、信号処理部４１と、画像生成部４２と、通信モジュール４３と、入力部４４と、記憶部４５と、制御部４６と、光源部４７とを備える。なお、制御装置４には、制御装置４及びカメラヘッド３を駆動するための電源電圧を生成し、制御装置４の各部にそれぞれ供給するとともに、伝送ケーブル６を介してカメラヘッド３に供給する電源部（図示略）などが設けられていてもよい。
信号処理部４１は、カメラヘッド３が出力した右目用画像信号及び左目用画像信号に対してノイズ除去や、必要に応じてＡ／Ｄ変換等の信号処理を行うことによって、デジタル化された撮像信号（パルス信号）を画像生成部４２に出力する。
また、信号処理部４１は、カメラヘッド３及び制御装置４の同期信号、及びクロックを生成する。カメラヘッド３への同期信号（例えば、カメラヘッド３の撮像タイミングを指示する同期信号等）やクロック（例えばシリアル通信用のクロック）は、図示しないラインでカメラヘッド３に送られ、この同期信号やクロックを基に、カメラヘッド３は駆動する。
画像生成部４２は、右目用画像信号及び左目用画像信号に対して、同時化処理、ホワイトバランス（ＷＢ）調整処理、ゲイン調整処理、ガンマ補正処理、フォーマット変換処理等の画像処理を行う。画像生成部４２は、上述した画像処理を施した右目用画像信号及び左目用画像信号を記憶部４５に記憶させる。画像生成部４２は、記憶部４５に記憶された画像処理後の右目用画像信号及び左目用画像信号を読み出すことによって、表示装置５の表示方式に対応した三次元画像信号を表示用画像信号として生成する。画像生成部４２は、第１撮像部３２１及び第２撮像部３２２による撮像領域のうち、設定されている領域を切り出し、切り出し後の右目用画像信号及び左目用画像信号を合成することによって三次元画像信号を生成する。本実施の形態１において、画像生成部４２は、トップアンドボトム方式に準じた三次元画像信号を生成する。
ここで、画像生成部４２は、切り出し後の右目用画像信号及び左目用画像信号に対し、アップコンバートを行った後に合成して三次元画像信号を生成するようにしてもよい。具体的には、標準解像度（Standard definition：ＳＤ）の画像に応じたサイズに切り出した場合、より高精細度（High definition：ＨＤ）の画像にアップコンバートする。また、ＨＤの画像に応じたサイズに切り出した場合には、より精細度の高い４Ｋの画像にアップコンバートする。さらに、４Ｋの画像に応じたサイズに切り出した場合、より精細度の高い８Ｋの画像にアップコンバートする。ここで、ＳＤの画像とは、例えば、行方向に７２０、列方向に４８０前後の解像度を有する画像である。ＨＤの画像とは、例えば、行方向に１９２０、列方向に１０８０前後の解像度を有する画像である。４Ｋの画像とは、例えば、行方向に３８４０、列方向に２１６０前後の解像度を有する画像である。８Ｋの画像とは、例えば、行方向に７６８０、列方向に４３２０前後の解像度を有する画像である。
通信モジュール４３は、制御装置４からの信号をカメラヘッド３に出力する。また、カメラヘッド３からの信号を受信する。つまり通信モジュール４３は、カメラヘッド３へ出力する制御装置４の各部からの信号を出力し、またカメラヘッド３から入力される信号を制御装置４の各部に出力する、中継デバイスである。
入力部４４は、制御装置４を含む医療用内視鏡システム１に関する各種操作信号の入力を受け付けるユーザインタフェースである。入力部４４は、キーボード、マウス、タッチパネル等のユーザインタフェースを用いて実現される。
記憶部４５は、制御装置４が動作するための各種プログラムを記憶する。このプログラムの中には、制御装置４がマスターとして医療用内視鏡システム１を統括して制御するためのプログラムも含まれる。記憶部４５は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリやＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリを用いて構成される。
制御部４６は、制御装置４を含む医療用内視鏡システム１の動作を制御する。制御部４６は、信号処理部４１、画像生成部４２及び光源部４７の動作を制御するとともに、カメラヘッド３の動作を制御することにより、医療用内視鏡システム１を統括して制御する。制御部４６は、例えば画像から検出される明るさ情報を用いて光源制御を行う。
光源部４７は、照明光を発生してライトガイドケーブル７に供給する。光源部４７は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）又はハロゲンランプ等を用いて構成される光源と、制御部４６の制御のもとで光源を駆動する光源ドライバと、光源が発生した光を集光してライトガイドへ出射する出射光学系とを有する。
以上の機能構成を有する制御装置４において、信号処理部４１、画像生成部４２及び制御部４６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の汎用プロセッサや、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の特定の機能を実行する専用の集積回路等を用いて構成される。
表示装置５は、例えば、液晶又は有機ＥＬ（Electro Luminescence）等を用いたインテグラル・イメージング方式又は多眼方式等の３次元ディスプレイであり、制御装置４が生成した３次元画像信号に基づく３次元画像を表示する。
伝送ケーブル６は、カメラヘッド３と制御装置４との間の通信をそれぞれ行う。伝送ケーブル６は、電気信号を伝送するメタルケーブルである。なお、伝送ケーブル６を、光信号を伝送するファイバケーブルとしてもよい。この場合には、カメラヘッド３に電光（Ｅ／Ｏ）変換機能を具備させるとともに、制御装置４に光電（Ｏ／Ｅ）変換機能をそれぞれ具備させればよい。また、メタルケーブルとファイバケーブルを組み合わせることによって伝送ケーブル６を構成し、画像信号のみを光信号によって伝送し、それ以外の信号は電気信号によって伝送するようにしてもよい。さらに、カメラヘッド３と制御装置４との通信を無線で行うようにしてもよい。
ライトガイドケーブル７は、複数の光ファイバを束ねて構成される。ライトガイドケーブル７は、一端が制御装置４に接続されるとともに他端が硬性鏡２の装着部２１１に装着され、制御装置４が発生した照明光をライトガイドに導く。
続いて、本実施の形態１における三次元画像の生成処理について、図４～図７を参照して説明する。図４は、本発明の実施の形態１にかかる医療用内視鏡システムにおける表示画像の一例であって、表示画面上に表示される画像を示す図である。画像生成部４２は、上述したように、トップアンドボトム方式に準じた三次元画像ＩＤ１を生成する（図４参照）。三次元画像ＩＤ１は、左目用画像ＩＤL１と右目用画像ＩＤR１とが上下に並べて配置される。左目用画像ＩＤL１は、左目用画像信号から設定されている領域を切り出した画像である。右目用画像ＩＤR１は、上下方向の中間領域ＤR１が右目用画像信号から設定されている領域を切り出した領域であり、中間領域ＤR１の上下に位置する上部領域ＤL１、下部領域ＤL２が左目用画像信号から切り出した画像である。すなわち、右目用画像ＩＤR１は、上から順に、左目用画像、右目用画像、左目用画像が並んだ画像である。右目用画像ＩＤR１の上部領域ＤL１、下部領域ＤL２の画像は、右目用画像ＩＤR１と左目用画像ＩＤL１とを重ねた際に、左目用画像ＩＤL１と一致する。すなわち、右目用画像ＩＤR１の上部領域ＤL１の画像と、左目用画像ＩＤL１の対応する位置の画像とは、互いに同じである。また、右目用画像ＩＤR１の下部領域ＤL２の画像と、左目用画像ＩＤL１の対応する位置の画像とは、互いに同じである。ここでいう「位置」とは、画像の画素値の配列に付された位置情報（座標）に相当する。さらに、「対応する位置」とは、左目用画像ＩＤL１と右目用画像ＩＤR１とを重ねた際に一致する位置に相当する。また、右目用画像ＩＤR１の中間領域ＤR１の画像は、右目用画像ＩＤR１と左目用画像ＩＤL１とを重ねた際に、左目用画像ＩＤL１とは視差を有する画像となっている。
図５及び図６は、本発明の実施の形態１にかかる医療用内視鏡システムにおける画像信号の読出し方法を説明する図である。画像処理後の右目用画像信号（右目用画像ＩＤR１０）及び左目用画像信号（左目用画像ＩＤL１０）は、一旦記憶部４５に記憶され、画像生成部４２によって所定の条件に従って読み出される（図５参照）。具体的に、画像生成部４２は、図４に示すトップアンドボトム方式の三次元画像ＩＤ１を生成する場合、図４の左上に対応する画素の画素値から画素の水平ラインに沿って順次読み出す。左目用画像ＩＤL１０では、最上段から順に読み出す場合、最上段のラインに対応する第１ラインＤL１１から第２ラインＤL１２、第３ラインＤL１３、・・・と続く。また、右目用画像ＩＤR１０では、最上段から順に読み出す場合、最上段のラインに対応する第１ラインＤL２１から第２ラインＤL２２、第３ラインＤL２３、・・・と続く。
画像生成部４２は、例えば、左目用画像ＩＤL１０の左目用画像ＩＤL１（図６の（ａ）参照）を読み出した後、左目用画像ＩＤL１０の上部領域ＤL１を読み出し、その後、右目用画像ＩＤR１０の中間領域ＤR１（図６の（ｂ）参照）を読出し、最後に、左目用画像ＩＤL１０の上部領域ＤL２（図６の（ａ）参照）を読み出す。このように、記憶部４５に記憶されている画像信号から、各画像の対象領域を順次読み出すことによって、図４に示すような三次元画像ＩＤ１を生成することができる。
図７は、本発明の実施の形態１にかかる医療用内視鏡システムにおける表示画像の一例であって、偏光板メガネを介して視覚的に認識される画像を示す図である。本実施の形態１では、三次元画像ＩＭ１において、三次元表示される三次元表示領域Ｅ3D１と、二次元表示領域Ｅ2D１、Ｅ2D２と、を有する。三次元表示領域Ｅ3D１と、二次元表示領域Ｅ2D１、Ｅ2D２とは、それぞれ帯状に延びる領域である。三次元画像ＩＭ１では、二次元表示領域Ｅ2D１、Ｅ2D２が、三次元表示領域Ｅ3D１の上下にそれぞれ配置される。このため、三次元画像ＩＭ１に写る処置具の像（以下、処置具像ともいう）ＳNは、二次元表示領域Ｅ2D１では平面的（二次元的）に表示され、三次元表示領域Ｅ3D１では立体的（三次元的）に表示される。通常、処置具は、硬性鏡２側から観察対象に向かって延びるため、三次元画像の処置具像ＳNは、外縁側が内部側よりも近点に位置する。図７では三次元画像ＩＭ１の上方向から処置具像ＳNが進入しており、処置具像ＳNは、上側ほど近点に位置する。なお、三次元画像ＩＭ１の少なくとも上側の領域を二次元表示領域とすることで、近点側における処置具像ＳNのぶれが抑制される。
上述した実施の形態１によれば、三次元的に画像表示する際に、近点側に位置する物体の表示を二次元的に表示するようにしたので、立体視用の画像において視覚的な負担を抑制することができる。
なお、本実施の形態１において、画像生成部４２は、左目用画像に写る被写体の動きを検出し、被写体が動いていると判断した場合、二次元及び三次元の混在表示に切り替えるようにしてもよい。これに対し、画像生成部４２は、被写体に動きがないと判断した場合、左目用画像と、右目用画像（すべてが右目用画像信号からなる画像）とを並べた三次元画像を生成する。被写体の動きは、パターンマッチングなど公知の方法を用いて検出することができる。
（実施の形態１の変形例１）
次に、本発明の実施の形態１の変形例１について説明する。図８は、本発明の実施の形態１の変形例１にかかる医療用内視鏡システムにおける表示画像の一例であって、表示画面上に表示される画像を示す図である。上述した実施の形態１では、右目用画像のうち上部領域と下部領域とを左目用画像に置き換えるものとして説明したが、本変形例１では、右目用画像のうち、外周に沿った外環領域を左目用画像に置き換える。
本変形例１にかかる画像生成部４２は、上述したように、トップアンドボトム方式に準じた三次元画像ＩＤ２を生成する。三次元画像ＩＤ２は、上述した左目用画像ＩＤL１と、右目用画像ＩＤR２とが上下に並べて配置される。右目用画像ＩＤR２は、中央領域ＤR２が右目用画像信号から設定されている領域を切り出した領域であり、中央領域ＤR２の周囲に位置する外環領域ＤL３が左目用画像信号から切り出した画像である。すなわち、右目用画像ＩＤR２は、右目用画像の周囲に左目用画像が配置された画像である。右目用画像ＩＤR２の外環領域ＤL３の画像は、右目用画像ＩＤR２と左目用画像ＩＤL１とを重ねた際に、左目用画像ＩＤL１と一致する。また、右目用画像ＩＤR２の中央領域ＤR２の画像は、右目用画像ＩＤR２と左目用画像ＩＤL１とを重ねた際に、左目用画像ＩＤL１とは視差を有する画像となっている。
本変形例１においても、上述した実施の形態１と同様に、三次元的に画像表示する際に、近点側に位置する物体の表示を二次元的に表示するようにしたので、立体視用の画像において視覚的な負担を抑制することができる。本変形例１では、画像の外周のどの位置から処置具が進入してきた場合であっても、視覚的な負担を抑制することができる。
（実施の形態１の変形例２）
次に、本発明の実施の形態１の変形例２について説明する。図９は、本発明の実施の形態１の変形例２にかかる医療用内視鏡システムにおける表示画像の一例であって、表示画面上に表示される画像を示す図である。上述した実施の形態１では、右目用画像のうち上部領域と下部領域とを左目用画像に置き換えるものとして説明したが、本変形例１では、右目用画像のうち、左部領域と右部領域とを左目用画像に置き換える。
本変形例２にかかる画像生成部４２は、上述したように、トップアンドボトム方式に準じた三次元画像ＩＤ３を生成する。三次元画像ＩＤ３は、上述した左目用画像ＩＤL１と、右目用画像ＩＤR３とが上下に並べて配置される。右目用画像ＩＤR３は、水平方向の中間領域ＤR３が右目用画像信号から設定されている領域を切り出した領域であり、中間領域ＤR３の左右に位置する左部領域ＤL４、右部領域ＤL５が左目用画像信号から切り出した画像である。すなわち、右目用画像ＩＤR３は、右目用画像の左右に左目用画像が配置された画像である。右目用画像ＩＤR３の左部領域ＤL４及び右部領域ＤL５の画像は、右目用画像ＩＤR３と左目用画像ＩＤL１とを重ねた際に、左目用画像ＩＤL１と一致する。また、右目用画像ＩＤR３の中間領域ＤR３の画像は、右目用画像ＩＤR３と左目用画像ＩＤL１とを重ねた際に、左目用画像ＩＤL１とは視差を有する画像となっている。
本変形例２においても、上述した実施の形態１と同様に、三次元的に画像表示する際に、近点側に位置する物体の表示を二次元的に表示するようにしたので、立体視用の画像において視覚的な負担を抑制することができる。本変形例２では、画像の左右から処置具が進入してきた場合に、視覚的な負担を抑制することができる。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図１０は、本発明の実施の形態２に係る医療用内視鏡システムが備える硬性鏡及びカメラヘッドの内部構成を示す図である。なお、上述した構成と同一の構成には同一の符号を付して説明する。本実施の形態２では、上述した実施の形態１の構成に対し、画像生成部が境界設定部を有している。
本実施の形態２にかかる医療用内視鏡システム１Ａは、上述した硬性鏡２及びカメラヘッド３と、カメラヘッド３の動作を制御するとともに硬性鏡に供給する照明光を発生する制御装置４Ａと、画像等の情報を表示する表示装置５と、カメラヘッド３と制御装置４Ａとを接続し、電気信号等を伝送する伝送ケーブル６と、硬性鏡２と制御装置４Ａとを接続し、照明光を伝送するライトガイドケーブル７と、制御装置４Ａと表示装置５とを接続し、画像等の情報を伝送する映像ケーブル８とを備える。以下、実施の形態１と構成が異なる制御装置４Ａについて説明する。
制御装置４Ａは、信号処理部４１と、画像生成部４２Ａと、通信モジュール４３と、入力部４４と、記憶部４５と、制御部４６と、光源部４７とを備える。制御装置４Ａは、上述した制御装置４の画像生成部４２に代えて、画像生成部４２Ａを有する。
画像生成部４２Ａは、上述した画像生成部４２と同様に、右目用画像信号及び左目用画像信号に対して画像処理を行う。また、画像生成部４２は、上述した画像処理を施した右目用画像信号及び左目用画像信号を記憶部４５に記憶させる。画像生成部４２は、記憶部４５に記憶された画像処理後の右目用画像信号及び左目用画像信号を読み出すことによって、表示装置５の表示方式に対応した三次元画像信号を表示用画像信号として生成する。画像生成部４２は、第１撮像部３２１及び第２撮像部３２２による撮像領域のうち、設定されている領域を切り出し、切り出し後の右目用画像信号及び左目用画像信号を合成することによって三次元画像信号を生成する。本実施の形態２において、画像生成部４２は、トップアンドボトム方式に準じた三次元画像信号を生成する。
画像生成部４２Ａは、二次元的に表示する二次元表示領域と、三次元的に表示する三次元表示領域との境界を設定する境界設定部４２ａを有する。境界設定部４２ａは、二次元表示のベースを左目用画像とする場合、左目用画像の画素値（輝度値）から処置具を検出し、検出した処置具の先端位置に基づいて二次元表示領域と三次元表示領域との境界を設定する。本実施の形態２では、処置具（処置具像）が被写体に相当する。
図１１～図１３は、本発明の実施の形態２にかかる医療用内視鏡システムにおける表示画像の一例であって、偏光板メガネを介して視覚的に認識される画像を示す図である。三次元画像中に処置具（処置具像）が進入すると、境界設定部４２ａが、左目用画像の輝度値から処置具の先端位置を検出する。例えば、図１１に示すように、三次元画像ＩＭ２において処置具像ＳNが進入した際、境界設定部４２ａは、輝度値をもとに処置具ＳNの先端位置Ｐ1を検出する。ここで検出する先端位置Ｐ1は、画像の垂直方向（上下方向）の最も中央側に位置する端部の位置である。境界設定部４２ａは、先端位置Ｐ1を検出すると、この先端位置Ｐ1を通過し、水平方向（左右方向）に延びる境界Ｂ11、Ｂ21を設定する。境界Ｂ11は、画像の上部の二次元表示領域と三次元表示領域との境界である。境界Ｂ21は、画像の下部の二次元表示領域と三次元表示領域との境界である。これにより、三次元画像ＩＭ２において、境界Ｂ11、Ｂ21を境界とする、三次元表示領域Ｅ3D２と、二次元表示領域Ｅ2D２１、Ｅ2D２２とが設定される。ここで、図１１に示す境界ＢD１、ＢD２は、それぞれ上部の下限、及び下部の上限を示している。
なお、垂直方向及び水平方向は、画素配列の垂直方向及び水平方向に対応する。また、本実施の形態２では、下部の境界Ｂ21を設定しているが、処置具像ＳNと直接的に関係する境界Ｂ11のみを設定するようにしてもよい。
境界設定部４２ａは、予め設定された間隔で、処置具像ＳNの先端位置の検出を行う。境界設定部４２ａは、先端位置が変化し、図１１に示す状態からさらに処置具像ＳNが画像内に進入していると判断すると、境界の設定を変更する（図１２参照）。境界設定部４２ａは、左目用画像の輝度値から処置具像ＳNの先端位置を検出する。境界設定部４２ａは、三次元画像ＩＭ３において、輝度値をもとに処置具像ＳNの先端位置Ｐ2を検出する。境界設定部４２ａは、先端位置Ｐ2を検出すると、この先端位置Ｐ2を通過し、水平方向に延びる境界Ｂ12、Ｂ22を設定する。これにより、三次元画像ＩＭ３において、境界Ｂ12、Ｂ22を境界とする、三次元表示領域Ｅ3D３と、二次元表示領域Ｅ2D３１、Ｅ2D３２とが設定される。
ここで、境界設定部４２ａは、検出した先端位置が境界ＢD1、ＢD2を超えて中央側に位置している場合は、三次元表示領域と二次元表示領域との境界を境界ＢD１、ＢD２に設定する（図１３参照）。これにより、三次元画像ＩＭ４において、境界ＢD１、ＢD２を境界とする、三次元表示領域Ｅ3D４と、二次元表示領域Ｅ2D４１、Ｅ2D４２とが設定される。
上述した実施の形態２によれば、三次元的に画像表示する際に、近点側に位置する物体の表示を二次元的に表示するようにしたので、立体視用の画像において視覚的な負担を抑制することができる。
本実施の形態２では、処置具の進入度合いに応じて二次元表示領域と三次元表示領域との境界を変更するようにしたので、近点側に物体の進入がなければ、画像全体を三次元表示とすることができる。このように、実施の形態２では、術者にかかる負担に応じた画像表示を行うことができる。
（実施の形態２の変形例１）
次に、本発明の実施の形態２の変形例１について説明する。図１４は、本発明の実施の形態２の変形例１にかかる医療用内視鏡システムにおける表示画像の一例であって、偏光板メガネを介して視覚的に認識される画像を示す図である。上述した実施の形態２では、処置具像ＳNの先端位置に応じて境界を設定するものとして説明したが、本変形例１では、画像に写る処置具像ＳNの直径に基づいて、三次元表示と、二次元及び三次元の混在表示とを切り替える。本変形例１にかかる医療用内視鏡システムの構成は、上述した医療用内視鏡システム１Ａの構成と同じである。以下、実施の形態２とは異なる処理について説明する。
本変形例１にかかる境界設定部４２ａは、左目用画像の輝度値から処置具像ＳNの長手軸Ｎを検出する。境界設定部４２ａは、例えば、処置具像ＳNの輪郭や、予め設定されている処置具の進入方向などに基づいて、処置具像ＳNの長手軸Ｎを検出する。その後、境界設定部４２ａは、検出した長手軸Ｎと直交する方向の処置具像ＳNの長さＬを算出する。長さＬは、例えば、長手軸Ｎ方向に沿って設定される複数点について算出される長さのうちの最大値である。この長さＬは、画像における処置具像ＳNの直径を表している。長さＮが大きいほど、処置具が硬性鏡２に対して近点側にあると言える。
境界設定部４２ａは、長さＬを算出すると、この長さＬに基づいて、二次元表示領域と三次元表示領域との境界を設定するか否かを判断する。境界設定部４２ａは、算出した長さＬが予め設定されている値を超える場合、二次元表示領域と三次元表示領域との境界を設定する。図１４に示す場合、境界設定部４２ａは、予め設定されている境界Ｂ13、Ｂ23を設定する。境界Ｂ13は、画像の上部の二次元表示領域と三次元表示領域との境界である。境界Ｂ23は、画像の下部の二次元表示領域と三次元表示領域との境界である。これにより、三次元画像ＩＭ５において、境界Ｂ13、Ｂ23を境界とする、三次元表示領域Ｅ3D５と、二次元表示領域Ｅ2D５１、Ｅ2D５２とが設定される。一方で、境界設定部４２ａは、算出した長さＬが予め設定されている値以下である場合、全体を三次元表示領域に設定する。
本変形例１では、処置具の近付き具合に応じて二次元表示領域と三次元表示領域との境界を設定するようにしたので、近点側に物体の進入がなければ、画像全体を三次元表示とすることができる。このように、変形例１では、術者にかかる負担に応じた画像表示を行うことができる。
なお、変形例１において、予め設定されている境界を二次元表示領域と三次元表示領域との境界に設定するほか、処置具像ＳNの先端位置に応じて境界を設定するようにしてもよい。
（実施の形態２の変形例２）
次に、本発明の実施の形態２の変形例２について説明する。図１５は、本発明の実施の形態２の変形例２にかかる医療用内視鏡システムにおける表示画像の一例であって、偏光板メガネを介して視覚的に認識される画像を示す図である。上述した実施の形態２では、処置具像ＳNの先端位置に応じて、水平方向に延びる境界を設定するものとして説明したが、本変形例２では、画像に写る処置具像ＳNを含む部分領域のみを二次元表示にする。本変形例２にかかる医療用内視鏡システムの構成は、上述した医療用内視鏡システム１Ａの構成と同じである。以下、実施の形態２とは異なる処理について説明する。
本変形例２にかかる境界設定部４２ａは、左目用画像の輝度値から処置具像ＳNの輪郭を抽出する。輪郭抽出は、エッジ検出などの公知の手法を用いて行うことができる。境界設定部４２ａは、抽出した処置具像ＳNの輪郭から予め設定された長さだけ離れた矩形の領域を二次元表示領域に設定する。すなわち、境界設定部４２ａは、処置具像ＳNの先端位置から所定の距離だけ離れ、かつ水平方向に延びる境界と、処置具像ＳNの左右方向において、処置具像ＳNからそれぞれ所定の距離だけ離れ、かつ垂直方向に延びる二つの境界とを設定する。処置具像ＳNの先端位置は、輪郭や、輝度値などから検出できる。これにより、三次元画像ＩＭ６において、三次元表示領域Ｅ3D６と、矩形の二次元表示領域Ｅ2D６とが設定される。なお、処置具像ＳNに外接する矩形の領域を三次元表示領域に設定してもよい。また、処置具像ＳNの先端位置が、上限、下限である境界ＢD１を超えている場合は、この境界ＢD１を二次元領域の境界に設定する。
本変形例２では、処置具の輪郭に応じて二次元表示領域と三次元表示領域との境界を設定するようにしたので、近点側に物体を含む最小限の領域を二次元表示とすることができる。このように、変形例１では、術者にかかる負担を抑制するとともに、実施の形態２などと比して広い領域を三次元表示とすることができる。
なお、変形例２において、抽出した処置具の輪郭を二次元表示領域に設定するようにしてもよい。
（実施の形態２の変形例３）
次に、本発明の実施の形態２の変形例３について説明する。上述した実施の形態２では、処置具像ＳNの先端位置に応じて境界を設定するものとして説明したが、本変形例３では、硬性鏡２と観察部位との距離に基づいて、三次元表示と、二次元及び三次元の混在表示とを切り替える。本変形例３にかかる医療用内視鏡システムの構成は、上述した医療用内視鏡システム１Ａの構成と同じである。以下、実施の形態２とは異なる処理について説明する。
本変形例３にかかる境界設定部４２ａは、左目用画像の輝度値から、硬性鏡２と観察部位（例えば処置具像ＳN）との距離を測定する。硬性鏡２（受光面）と観察部位との距離は、公知の方法を用いて測定することができる。例えば、フォーカス機構を駆動すると、各レンズ位置（焦点位置）において取得される検波情報（コントラストや周波数成分）から合焦評価値が得られ、合焦評価値の最も大きいレンズ位置を、合焦位置とする。この合焦位置（レンズ位置）に基づいて焦点距離が算出される。この焦点距離を、硬性鏡２と観察部位との距離とする。
境界設定部４２ａは、距離を測定した後、測定した距離に基づいて、二次元表示領域と三次元表示領域との境界を設定する。境界設定部４２ａは、例えば、距離が大きくなるほど二次元表示領域が大きくなる境界を設定する。
本変形例３では、測定される距離に基づいて二次元表示領域と三次元表示領域との境界を設定するようにしたので、近点側に位置する物体の有無に応じて三次元表示又は指示源及び三次元の混在表示とを切り替えることができる。
（実施の形態２の変形例４）
次に、本発明の実施の形態２の変形例４について説明する。図１６は、本発明の実施の形態２の変形例４に係る医療用内視鏡システムが備える硬性鏡及びカメラヘッドの内部構成を示す図である。なお、上述した構成と同一の構成には同一の符号を付して説明する。上述した実施の形態２では、処置具像ＳNの先端位置に応じて境界を設定するものとして説明したが、本変形例４では、硬性鏡２にセンサを設け、センサによる処置具の検出結果に基づいて、三次元表示と、二次元及び三次元の混在表示とを切り替える。本変形例４にかかる医療用内視鏡システムの構成は、上述した医療用内視鏡システム１Ａの構成と同じである。以下、実施の形態２とは異なる処理について説明する。
本変形例４にかかる医療用内視鏡システム１Ｂは、上述した硬性鏡２Ａ及びカメラヘッド３と、カメラヘッド３の動作を制御するとともに硬性鏡に供給する照明光を発生する制御装置４Ａと、画像等の情報を表示する表示装置５と、カメラヘッド３と制御装置４Ａとを接続し、電気信号等を伝送する伝送ケーブル６と、硬性鏡２と制御装置４Ａとを接続し、照明光を伝送するライトガイドケーブル７と、制御装置４Ａと表示装置５とを接続し、画像等の情報を伝送する映像ケーブル８とを備える。以下、実施の形態２と構成が異なる硬性鏡２Ａについて説明する。
硬性鏡２Ａには、上述した硬性鏡２の構成に加えて、処置具を挿通して先端から延出させる処置具チャンネル２４が設けられている。処置具チャンネル２４の先端には、処置具の通過を検出するセンサ２４１が設けられている。センサ２４１は、光学式、磁気検知式などの公知のセンサを用いることができる。本変形例４にかかる境界設定部４２ａは、センサの検出結果（信号値）に基づいて、二次元表示領域と三次元表示領域との境界を設定する。境界設定部４２ａは、例えば、センサの検出値に基づいて処置具が処置具チャンネル２４の先端を通過したと判断すると、二次元及び三次元の混在表示に切り替える。境界の設定は、上述したように、予め設定されている境界を設定してもよいし、処置具の先端位置や、輪郭を検出して境界を設定してもよい。
本変形例４では、処置具チャンネル２４に設けられたセンサの検出結果に基づいて二次元表示領域と三次元表示領域との境界を設定するようにしたので、近点側に進入する物体を予測して三次元表示、又は二次元及び三次元の混在表示を切り替えることができる。
なお、本変形例４のように、処置具チャンネル２４を有する硬性鏡２Ａでは、処置具の延出方向が分かるため、例えば変形例１において、処置具像ＳNの軸Ｎを、延出方向を参照して容易に設定することができる。この際、処置具の延出方向は、長手軸Ｎと一致する。このように、本変形例４は、他の実施の形態及び変形例に適用することができる。
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。上述した実施の形態では、制御装置４が信号処理などを行うものとして説明したが、カメラヘッド３側で行うものであってもよい。
上述した実施の形態１、２では、少なくとも画像の外縁側の一部を二次元表示させる例を説明したが、被写体の近点側の像が画像の中央に存在する場合は、その被写体の近点側の像を含む中央領域を二次元的に表示し、中央領域の外周を三次元的に表示するようにしてもよい。
また、上述した実施形態１、２においては、トップアンドボトム方式に準じた三次元画像信号を生成する例を説明したが、これに限らず、例えばラインバイライン方式、サイドバイサイド方式、フレームシーケンシャル方式等の他の方式に準じた三次元画像信号を生成するようにしてもよい。
以上のように、本発明にかかる三次元内視鏡システムは、立体視用の画像において視覚的な負担を抑制するのに有用である。
１ 医療用内視鏡システム
２、２Ａ 硬性鏡
３ カメラヘッド
４、４Ａ 制御装置
５ 表示装置
２１ 挿入管
２２ 第１集光光学系
２３ 第２集光光学系
２４ 処置具チャンネル
３１ 光路分離部
３２ 撮像部
４１ 信号処理部
４２、４２Ａ 画像生成部
４２ａ 境界設定部
４３ 通信モジュール
４４ 入力部
４５ 記憶部
４６ 制御部
２４１ センサ
３１１ 三角プリズム
３１２、３１３ ミラー
３１４、３１５ 接眼光学系
３２１ 第１撮像部
３２２ 第２撮像部
３２３ 第１撮像光学系
３２４ 第１撮像素子
３２５ 第２撮像光学系
３２６ 第２撮像素子

Claims (10)

  1. 互いに視差を有する第１画像及び第２画像を撮像する撮像部と、
    前記撮像部が撮像した前記第１画像及び前記第２画像に画像処理を施すことによって立体視用の表示画像を生成する画像生成部と、
    を備え、
    前記画像生成部は、前記撮像部が撮像した画像における被写体の動きを検出し、この検出結果に応じて、前記第１画像と、前記第２画像の一部を、対応する位置における前記第１画像の一部に置き換えた第３画像とをもとに、前記表示画像を生成する
    ことを特徴とする三次元内視鏡システム。
  2. 前記第３画像における前記第２画像と前記第１画像との境界は、予め設定されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の三次元内視鏡システム。
  3. 前記画像生成部は、
    前記第１画像に写る被写体に応じて前記第３画像における前記第２画像と前記第１画像との境界を設定する境界設定部、
    を有することを特徴とする請求項１に記載の三次元内視鏡システム。
  4. 前記境界設定部は、前記被写体の先端位置に応じて前記境界を設定する
    ことを特徴とする請求項３に記載の三次元内視鏡システム。
  5. 前記境界設定部は、前記撮像部と前記被写体との距離に応じて前記境界を設定する
    ことを特徴とする請求項３に記載の三次元内視鏡システム。
  6. 前記境界設定部は、前記第１画像における被写体の長手軸と直交する方向の長さを算出し、算出した長さに基づいて前記境界を設定するか否かを判断する
    ことを特徴とする請求項５に記載の三次元内視鏡システム。
  7. 前記撮像部と、処置具を挿通する処置具チャンネルとを有する内視鏡を備え、
    前記境界設定部は、前記第１画像における前記処置具の像と、前記処置具チャンネルからの前記処置具の延出方向とに基づいて前記境界を設定する
    ことを特徴とする請求項３に記載の三次元内視鏡システム。
  8. 前記撮像部と、処置具を挿通する処置具チャンネルとを有する内視鏡を備え、
    前記処置具チャンネルには、前記処置具の通過を検出するセンサが設けられ、
    前記境界設定部は、前記センサの検出結果に基づいて前記境界を設定する
    ことを特徴とする請求項３に記載の三次元内視鏡システム。
  9. 前記画像生成部は、前記第１画像における被写体の動きの有無を判断し、動きがあると判断した場合、前記第３画像を生成し、動きがないと判断した場合、前記第１画像と前記第２画像とを並べた前記表示画像を生成する
    ことを特徴とする請求項１に記載の三次元内視鏡システム。
  10. 前記被写体は、処置具である
    ことを特徴とする請求項３～６のいずれか一つに記載の三次元内視鏡システム。
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