JP7374600B2 - 医療用画像処理装置及び医療用観察システム - Google Patents
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Description
第1の波長帯域の光は、白色光である。すなわち、撮像素子は、白色光が観察対象に照射され、当該観察対象で反射された白色光を撮像して第1のRAW画像信号を出力する。
第2の波長帯域の光は、インドシアニングリーン等の蛍光物質を励起させる励起光が観察対象に照射された際に、当該観察対象から発せられた蛍光である。そして、撮像素子は、当該蛍光を撮像して第2のRAW画像信号を出力する。
なお、当該撮像素子の受光面には、互いに異なる分光特性を有するR(赤),G(緑),B(青)のフィルタ群が特定の形式で配列されたカラーフィルタが設けられている。すなわち、第1,第2のRAW画像信号は、画素毎に、R,G,Bの各フィルタ群に対応するR,G,Bのいずれかの成分情報(画素データ)を含む。以下、Rの成分情報をr値と記載し、Gの成分情報をg値と記載し、Bの成分情報をb値と記載する。
ここで、第1のRAW画像信号に対しては、1画素毎に補間によりr値、g値、及びb値の全てをそれぞれ持たせるデモザイク処理を実行するとともに、当該デモザイク処理後の画像信号を用いて輝度色差信号を生成するYC処理を実行することが考えられる。一方、第2のRAW画像信号についても、第1のRAW画像信号と同様に、デモザイク処理及びYC処理を実行することが考えられる。しかしながら、第2のRAW画像信号についてデモザイク処理を実行した場合には、輝度色差信号を生成する際、補間により生成された画素データ(実際に撮像素子にて検出されたr値、g値、b値ではない画素データ)を用いることになるため、当該第2のRAW画像信号に基づく画像であって、観察に用いられる蛍光画像の鮮鋭度が低下してしまう。そこで、観察に適した画像を生成することができる技術が要望されている。
図1は、本実施の形態に係る医療用観察システム1の構成を示す図である。
医療用観察システム1は、医療分野において用いられ、被写体となる生体内(観察対象)を撮像(観察)するシステムである。この医療用観察システム1は、図1に示すように、挿入部2と、光源装置3と、ライトガイド4と、カメラヘッド5と、第1伝送ケーブル6と、表示装置7と、第2伝送ケーブル8と、制御装置9と、第3伝送ケーブル10とを備える。
第1の光源31は、可視の波長帯域である第1の波長帯域の通常光を出射(発光)する。本実施の形態では、第1の光源31は、白色光を発光するLED(Light Emitting Diode)で構成されている。
なお、本実施の形態では、光源装置3は、制御装置9とは別体で構成されているが、これに限らず、当該制御装置9内部に設けられた構成を採用しても構わない。
なお、カメラヘッド5の詳細な構成については、後述する。
なお、第1伝送ケーブル6を介したカメラヘッド5から制御装置9への画像信号等の伝送は、当該画像信号等を光信号で伝送してもよく、あるいは、電気信号で伝送しても構わない。第1伝送ケーブル6を介した制御装置9からカメラヘッド5への制御信号、同期信号、クロックの伝送も同様である。
第2伝送ケーブル8は、一端が表示装置7に着脱自在に接続され、他端が制御装置9に着脱自在に接続される。そして、第2伝送ケーブル8は、制御装置9にて処理された映像信号を表示装置7に伝送する。
なお、制御装置9の詳細な構成については、後述する。
第3伝送ケーブル10は、一端が光源装置3に着脱自在に接続され、他端が制御装置9に着脱自在に接続される。そして、第3伝送ケーブル10は、制御装置9からの制御信号を光源装置3に伝送する。
次に、カメラヘッド5の構成について説明する。
図2は、カメラヘッド5及び制御装置9の構成を示すブロック図である。
なお、図2では、説明の便宜上、制御装置9及びカメラヘッド5と第1伝送ケーブル6との間のコネクタCN1,CN2、制御装置9及び表示装置7と第2伝送ケーブル8との間のコネクタ、制御装置9及び光源装置3と第3伝送ケーブル10との間のコネクタの図示を省略している。
カメラヘッド5は、図2に示すように、レンズユニット51と、撮像部52と、通信部53とを備える。
撮像部52は、制御装置9による制御の下、生体内を撮像する。この撮像部52は、図2に示すように、励起光カットフィルタ521と、撮像素子522と、信号処理部523とを備える。
ここで、カット帯域は、近赤外励起光の波長帯域の少なくとも一部を含む。本実施の形態では、カット帯域は、近赤外励起光の波長帯域の全てを含む。また、長波側透過帯域は、蛍光の波長帯域を含む。さらに、短波側透過領域は、通常光(白色光)の波長帯域を含む。
カラーフィルタ522aは、透過させる光(R(赤),G(緑),B(青))の波長帯域に応じてグループ分けされた3つのフィルタ群が特定の形式(例えば、ベイヤ配列)で配列されたカラーフィルタである。
なお、R,G,Bの各フィルタ群522r,522g,522bは、図4に示すように、蛍光の波長帯域(第2の波長帯域、例えば850nm~900nm程度の波長帯域)において、略同一の分光特性を有する。そして、撮像素子522は、R,G,Bの波長帯域の光のみならず、蛍光の波長帯域(第2の波長帯域)に対しても感度を有する。
なお、R,G,Bの各フィルタ群522r,522g,522bは、本発明に係る第1,第2のフィルタ群に相当する。
信号処理部523は、撮像素子522にて生成されたRAW撮像画像(アナログ信号)に対して信号処理を行ってRAW撮像画像(デジタル信号)を出力する。
次に、制御装置9の構成について図2を参照しながら説明する。
制御装置9は、図2に示すように、通信部91と、メモリ92と、観察画像生成部93と、制御部94と、入力部95と、出力部96と、記憶部97とを備える。
通信部91は、第1伝送ケーブル6を介して、カメラヘッド5(通信部53)から出力されるRAW撮像画像を受信するレシーバとして機能する。この通信部91は、例えば、通信部53との間で、1Gbps以上の伝送レートでRAW撮像画像の通信を行う高速シリアルインターフェースで構成されている。すなわち、通信部91は、本発明に係る画像信号取得部に相当する。
メモリ92は、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等で構成されている。このメモリ92は、カメラヘッド5(通信部53)から順次、出力されるRAW撮像画像を複数フレーム分、一時的に記憶可能とする。
なお、本実施の形態では、撮像部52にて生成されたRAW撮像画像がそのまま画像処理部932に入力される構成としているが、画像処理部932に入力される画像としてはRAW撮像画像に限らず、デモザイク処理前の画像であれば、その他の画像でもよい。
画像処理部932は、入力したRAW撮像画像D0(被写体画像及び蛍光画像)にそれぞれ画像処理を実行する。この画像処理部932は、図5に示すように、WB処理部9321と、デモザイク処理部9322と、セレクタ9323と、3つのガンマ処理部9324R,9324G,9324Bと、YC処理部9325とを備える。
ここで、RAW撮像画像D0は、図6に示すように、画素毎に、R,G,Bの各フィルタ群522r,522g,522bに対応するR,G,Bのいずれかの成分情報(画素データ)を含む。なお、図6では、Rの成分情報(以下、r値と記載)を含む画素には「R」の文字を付し、Gの成分情報(以下、g値と記載)を含む画素には「G」の文字を付し、Bの成分情報(以下、b値と記載)を含む画素には「B」の文字を付している。
デモザイク処理部9322は、WB処理後の被写体画像から、補間により全ての画素についてr値をそれぞれ持たせたR撮像画像DR(図7)と、補間により全ての画素についてg値をそれぞれ持たせたG撮像画像DG(図8)と、補間により全ての画素についてb値をそれぞれ持たせたB撮像画像DB(図9)とを生成する。
以上説明したR,G,B撮像画像DR,DG,DBは、本発明に係るデモザイク画像信号に相当する。
なお、3つのWB処理後の蛍光画像D0´は、デモザイク処理が実行されておらず、1画素にr値、g値、及びb値のいずれか一つのみを持つ画像であって、3つ全てが同一の画像である。また、当該3つのWB処理後の蛍光画像D0´は、本発明に係る第2の画像信号に相当する。
以上説明した3つのガンマ処理部9324R,9324G,9324BとYC変換部9325とは、本発明に係る信号生成部9326(図5)に相当する。そして、セレクタ9323は、デモザイク処理部9322と信号生成部9326との間に設けられている。
以下では、説明の便宜上、上述した第1の信号経路を辿る画像処理を第1の画像処理と記載し、上述した第2の信号経路を辿る画像処理を第2の画像処理と記載する。
表示制御部934は、重畳画像生成部933にて生成された重畳画像に基づいて、表示用の映像信号を生成する。そして、表示制御部934は、第2伝送ケーブル8を介して、当該映像信号を表示装置7に出力する。
出力部96は、スピーカやプリンタ等を用いて構成され、各種情報を出力する。
記憶部97は、制御部94が実行するプログラムや、制御部94の処理に必要な情報等を記憶する。
次に、上述した制御装置9の動作について説明する。
図10は、制御装置9の動作を示すフローチャートである。図11ないし図13は、制御装置9の動作を説明する図である。具体的に、図11は、第1の画像処理が実行された後の1フレームの被写体画像WLIを示す図である。図12は、第2の画像処理が実行された後の1フレームの蛍光画像IRを示す図である。なお、図12に示した蛍光画像IRは、グレースケールで表現されており、黒に近付くにしたがって撮像された蛍光成分の強度が高い(輝度値が高い)ものである。図13は、重畳画像生成部933にて生成された1フレームの重畳画像D1を示す図である。
ステップS5の後、画像処理部932は、以下の処理を実行する(ステップS6)。
すなわち、画像処理部932は、メモリコントローラ931によってメモリ92から順次、読み出された各RAW撮像画像D0(被写体画像)に対して順次、第1の画像処理を実行する。また、画像処理部932は、メモリコントローラ931によってメモリ92から順次、読み出された各RAW撮像画像D0(蛍光画像)に対して順次、第2の画像処理を実行する。
ステップS7の後、表示制御部934は、重畳画像生成部933にて順次、生成された各重畳画像(例えば、図13に示した重畳画像SI)を表示するための映像信号を順次、生成し、当該映像信号を表示装置7に順次、出力する(ステップS8)。これにより、表示装置7には、重畳画像(例えば、図8に示した重畳画像SI)が順次、表示される。
本実施の形態に係る制御装置9では、画像処理部932には、入力したRAW撮像画像D0(被写体画像)に第1の画像処理を実行する第1の信号経路と、入力したRAW撮像画像D0(蛍光画像)に第2の画像処理を実行する第2の信号経路とが設けられている。そして、当該第2の信号経路は、デモザイク処理部9322の経路前段で当該第1の信号経路から分岐し、デモザイク処理を実行しない経路である。
したがって、蛍光画像に基づく輝度色差信号を生成する際、補間により生成された画素データを用いることなく、実際に撮像素子522にて検出されたr値、g値、b値を用いることができるため、蛍光画像IRの鮮鋭度が低下してしまうことがない。すなわち、観察に適した画像(蛍光画像IR)を生成することができる。
このため、セレクタ9323の数を最小限の数とし、画像処理部932の回路規模を増加させることなく、当該画像処理部932にて2種類のRAW撮像画像D0(被写体画像及び蛍光画像)を処理することができる。
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。
図14は、本実施の形態の変形例を示す図である。具体的に、図14は、本変形例に係る画像処理部932Aの構成を示すブロック図である。
上述した実施の形態において、画像処理部932の代わりに図14に示した画像処理部932Aを採用しても構わない。
画像処理部932Aでは、セレクタ9323の代わりに、第1~第4のセレクタ9323A~9323Dが採用されている。
第2のセレクタ9323Bは、YC処理部9325の経路後段に設けられている。そして、第2のセレクタ9323Bは、制御部94による制御の下、ガンマ処理が実行された3つのR,G,B撮像画像DR,DG,DBを用いてYC処理部9325にて特定の演算式にて演算を行うことにより生成された輝度信号Y1(図14)と、蛍光画像D0´に対してガンマ処理部9324Bにてガンマ処理が実行された後の蛍光画像Y2(図14)とのうち、一方を輝度信号Yとして出力する。なお、蛍光画像Y2を輝度信号Yとして出力する場合には、1画素毎に持っているr値、g値、及びb値のいずれかを輝度値としてそのまま出力することとなる。
なお、上述した変形例では、第1のセレクタ9323Aは、B撮像画像DB及び蛍光画像D0´を入力し、一方の画像をガンマ処理部9324Bに出力していたが、これに限らない。例えば、第1のセレクタ9323Aは、R撮像画像DR及び蛍光画像D0´を入力し、一方の画像をガンマ処理部9324Rに出力するように構成しても構わない。この際、第2のセレクタ9323Bは、輝度信号Y1と、蛍光画像D0´に対してガンマ処理部9324Rにてガンマ処理が実行された後の蛍光画像とを入力し、一方を輝度信号Yとして出力する。また、例えば、第1のセレクタ9323Aは、G撮像画像DG及び蛍光画像D0´を入力し、一方の画像をガンマ処理部9324Gに出力するように構成しても構わない。この際、第2のセレクタ9323Bは、輝度信号Y1と、蛍光画像D0´に対してガンマ処理部9324Gにてガンマ処理が実行された後の蛍光画像とを入力し、一方を輝度信号Yとして出力する。
上述した実施の形態において、カラーフィルタ522aを構成する各フィルタ群の分光特性は、図4に示した分光特性に限らず、その他の分光特性を有するカラーフィルタを採用しても構わない。
上述した実施の形態において、カメラヘッド5の一部の構成や制御装置9の一部の構成を例えばコネクタCN1やコネクタCN2に設けても構わない。
2 挿入部
3 光源装置
4 ライトガイド
5 カメラヘッド
6 第1伝送ケーブル
7 表示装置
8 第2伝送ケーブル
9 制御装置
10 第3伝送ケーブル
21 接眼部
31 第1の光源
32 第2の光源
51 レンズユニット
52 撮像部
53 通信部
91 通信部
92 メモリ
93 観察画像生成部
94 制御部
95 入力部
96 出力部
97 記憶部
521 励起光カットフィルタ
522 撮像素子
522a カラーフィルタ
522b Bフィルタ群
522g Gフィルタ群
522r Rフィルタ群
523 信号処理部
931 メモリコントローラ
932 画像処理部
934 重畳画像生成部
935 表示制御部
941 光源制御部
942 撮像制御部
9321 WB処理部
9322 デモザイク処理部
9323 セレクタ
9323A 第1のセレクタ
9323B 第2のセレクタ
9323C 第3のセレクタ
9323D 第4のセレクタ
9324B,9324G,9324R ガンマ処理部
9325 YC処理部
9326 信号生成部
Cb,Cb1,Cb2,Cr,Cr1,Cr2 色差信号
CB,CG,CR 曲線
CN1,CN2 コネクタ
D0 RAW撮像画像
D0´ WB処理後の蛍光画像
DB B撮像画像
DG G撮像画像
DR R撮像画像
IR 蛍光画像
SI 重畳画像
WLI 被写体画像
Y,Y1 輝度信号
Y2 ガンマ処理が実行された後の蛍光画像
Claims (4)
- 互いに異なる分光特性を有する複数のフィルタ群が特定の形式で配列されたカラーフィルタが受光面に設けられた撮像素子によって可視の波長帯域である第1の波長帯域の光が撮像されることで生成されるデモザイク処理されていない第1の画像信号、及び前記撮像素子によって前記第1の波長帯域とは異なる可視域以外の波長帯域である第2の波長帯域の光が撮像されることで生成されるデモザイク処理されていない第2の画像信号をそれぞれ取得する画像信号取得部と、
前記画像信号取得部が取得した前記第1の画像信号が入力され、前記第1の画像信号に対してデモザイク処理を実行するデモザイク処理部を有する第1の信号経路と、
前記画像信号取得部が取得した前記第2の画像信号が入力され、前記デモザイク処理部の経路前段で前記第1の信号経路から分岐し、前記第2の画像信号に対して前記デモザイク処理を実行しない経路である第2の信号経路とを備え、
前記第1の信号経路は、
前記デモザイク処理部によりデモザイク画像信号を生成し、
前記第2の信号経路は、
前記第2の画像信号を出力する出力部を有し、前記デモザイク処理部よりも経路後段で前記第1の信号経路に合流し、
前記第1の信号経路と前記第2の信号経路とが合流した経路には、
前記デモザイク画像信号と前記第2の画像信号とが入力され、前記デモザイク画像信号と前記第2の画像信号とのうちいずれか一方の画像信号を出力する選択部と、
前記選択部によって出力された画像信号に基づき輝度色差信号を生成する信号生成部とが配置され、
前記デモザイク処理部は、
前記複数のフィルタ群の各々のフィルタ群に対応する複数の前記デモザイク画像信号を生成し、
前記出力部は、
互いに同一であり、前記デモザイク処理部が生成する前記複数のデモザイク画像信号と同数である前記第2の画像信号を出力し、
前記選択部は、
前記複数のデモザイク画像信号と前記複数のデモザイク画像信号と同数である前記第2の画像信号とのうちいずれか一方の画像信号を出力し、
前記信号生成部は、
前記選択部によって出力された前記複数のデモザイク画像信号と前記複数のデモザイク画像信号と同数である前記第2の画像信号とのうちいずれか一方に基づき前記輝度色差信号を生成し、
前記画像信号取得部は、
前記第1の波長帯域のうち第1の可視波長帯域の光を最も透過し、かつ前記第2の波長帯域の光を透過する第1のフィルタ群と、前記第1の波長帯域のうち前記第1の可視波長帯域とは異なる第2の可視波長帯域の光を最も透過し、かつ前記第2の波長帯域の光を透過する第2のフィルタ群とが前記特定の形式で配列された前記カラーフィルタを有する前記撮像素子によって前記第1の波長帯域の光が撮像されることで生成される前記第1の画像信号、及び前記撮像素子によって前記第2の波長帯域の光が撮像されることで生成される前記第2の画像信号をそれぞれ取得する医療用画像処理装置。 - 前記第1の信号経路と前記第2の信号経路とが分岐する前の経路には、
ホワイトバランス調整処理を実行するホワイトバランス調整処理部が設けられている請求項1に記載の医療用画像処理装置。 - 第1の波長帯域の光を撮像することで第1の画像信号を生成するとともに前記第1の波長帯域とは異なる第2の波長帯域の光を撮像することで第2の画像信号を生成する撮像素子、及び前記撮像素子の受光面に設けられ、互いに異なる分光特性を有する複数のフィルタ群が特定の形式で配列されたカラーフィルタを有する撮像装置と、
前記第1の画像信号及び前記第2の画像信号を処理する請求項1または2に記載の医療用画像処理装置とを備える医療用観察システム。 - 前記撮像装置は、
前記第1の波長帯域のうち第1の可視波長帯域の光を最も透過し、かつ前記第2の波長帯域の光を透過する第1のフィルタ群と、前記第1の波長帯域のうち前記第1の可視波長帯域とは異なる第2の可視波長帯域の光を最も透過し、かつ前記第2の波長帯域の光を透過する第2のフィルタ群とが前記特定の形式で配列された前記カラーフィルタを有し、
前記画像信号取得部は、
前記撮像素子によって被検体からの前記第1の可視波長帯域の光と前記第2の可視波長帯域の光とを受光して生成されるデモザイク処理されていない前記第1の画像信号と、前記撮像素子によって前記被検体からの前記可視域以外の波長帯域の光を受光して生成されるデモザイク処理されていない前記第2の画像信号とをそれぞれ取得する請求項3に記載の医療用観察システム。
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