JPH10216082A - 内視鏡用画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 色フィルタを用いた単眼立体内視鏡の色再現
性を改善するための画像処理装置を提供する。 【解決手段】 観察光学系３の光路中に少なくとも３色
以上の領域を有する色フィルタ２を設けたことによって
視差を有する一対の像を得ることのできる立体内視鏡１
のための画像処理装置９であって、色フィルタ２のそれ
ぞれの領域を通過することによって得られた単色の有視
差映像８のそれぞれの輝度比分布を保持したまま、かつ
各画素毎にその色成分比率が前記色フィルタの他の領域
を通過した色成分映像を含めた情報を基に調整されるこ
とにより色再現性の改善された一対の有視差カラー映像
１１を得ることを特徴とする内視鏡用画像処理装置９。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単眼レンズで立体視可
能な立体内視鏡の色再現性を改善するための画像処理装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の内視鏡による映像は、奥行きに関
する情報が少ないため複数の観察対象物間の距離がつか
みにくく、該映像を見ながらの作業においては、誤操作
の虞があるがばかりでなく、作業者の心身にわたる疲労
も大きい等の課題を有していた。

【０００３】このような問題を解決すべく立体視可能な
立体内視鏡の開発が盛んに行われているが、その多く
は、双眼の観察レンズを用いて、左右目用の２視差像を
取り込み、２系列の光学系によってステレオ映像出力装
置等に伝達し、表示するように構成されている。しかし
ながら、このような立体視可能な内視鏡においては、輻
輳角の調整が困難である事と双眼の光学レンズ及び２系
列の光学系が併設されることにより、立体内視鏡の外径
が太くなり、体腔内等の細径の箇所への挿入が難しく、
好ましくなかった。

【０００４】この輻輳角の調整及び太径化という欠点を
解消する物として、本発明者らは特願平6-269914号にお
いて、単眼の観察レンズにて、該レンズの有効口径内の
視差像を２つの偏光像として伝達する方法を用いた立体
内視鏡について提案している。即ち、この従来例の内視
鏡は、観察レンズの絞りの位置である光軸方向に対する
実効中心またはその近傍に偏光方位角が各々異なる偏光
フィルタ対を分割して配設する。すると偏光フィルタ対
は、観察レンズの有効口径内に存する視差像を二つの偏
光像に変換して内視鏡内を伝搬させる。この２偏光像
を、時間分割もしくは時間並行に撮影して映像出力信号
に変換し、該映像出力信号をステレオ画像表示装置に入
力する。観察者は表示装置上の映像をステレオ画像とし
て観察する。

【０００５】しかしながら、観察像が前記偏光フィルタ
対を透過する事により生じる偏光特性を利用し視差像を
得るこのような立体内視鏡については、該偏光フィルタ
対と撮像素子前に設置される検光子（偏光フィルタ）と
の偏光方位角の整合性を取らないと視差像が得られな
い。また、該偏光フィルタ対から撮像素子までの内視鏡
内部での観察像伝達の際の偏光の保持の度合いによっ
て、二視差像が混ざり合うクロストークが発生するた
め、これを除去する手段を施さねばならない。これによ
り、立体内視鏡システム構成が従来の内視鏡と比べ、複
雑となり種々の調整も煩雑になる。また、従来の内視鏡
等観察システムの光学系を一部流用するといった方法で
の開発が難しいという点が、実用化が進まない要因とし
てあった。

【０００６】以上の点を鑑み、本発明者らは、特願平8-
206216号にて、３種以上の色フィルタを用いることで、
一系列の光学系で映像の取り込み及び伝達を行う内視鏡
に関して提案している。即ち、内視鏡の光学結像部材
の、一般に絞りを配置する位置である光軸方向に対する
実効中心またはその近傍に、透過波長の異なる少なくと
も３種以上の領域を有する色フィルタを設け、該色フィ
ルタを透過させることにより光束が３種以上に分離され
ることを利用して視差像を得ている。また、前記色フィ
ルタを透過することにより３種以上に分離した観察像
を、ファイバー内を伝達させた後に内視鏡撮像部に設置
された撮像素子に入射させ、所定の処理により得られた
映像信号を色成分毎に分離し、変換及び合成すること
で、左右目用の視差像の疑似カラー映像出力信号を得て
いる。

【０００７】このように、色フィルタを用いることによ
り、偏光フィルタの様な配設方位の制限がない、伝達系
の偏光保持特性が不要となる、従来の内視鏡等観察シス
テムの光学系流用が可能となる等の効果が生じたが、そ
の一方で、色フィルタにより視差情報を分離するため、
左右目用のそれぞれの視差像において完全な色再現を取
ることが難しく、課題となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みて為されたものであり、色フィルタを使用した単眼立
体視の手法を用い、かつ、その色再現性を改善するため
の内視鏡用画像処理装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した本発明の目的
は、以下の（１）の構成によって達成される。

【００１０】（１）単一の光路中に透過波長の異なる少
なくとも３種以上の領域を有する色フィルタを設けたこ
とによって視差を有する一対の像を得ることのできる立
体内視鏡のための画像処理装置であって、前記色フィル
タのそれぞれの領域を通過することによって得られた単
色の有視差映像それぞれの輝度比分布を保持したまま、
かつ各画素毎にその色成分比率が前記色フィルタの他の
領域を通過した色成分映像を含めた情報を基に調整され
ることにより色再現性の改善された一対の有視差カラー
映像を得ることを特徴とする内視鏡用画像処理装置。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に基づく立体内視鏡
の要旨を更に明確にするために、図面を利用して実施の
形態を説明する。

【００１２】図１は本発明における画像処理装置と立体
内視鏡の相関的な作用を説明する概略構成図である。図
１において、１は単一の光学系および光路のみを有する
立体内視鏡である。２は立体内視鏡１の単一の観察光学
系３の中の光線が平行となる位置（一般に絞りを配置す
る位置）設置される色フィルタである。色フィルタ２
は、図２に示すような光の３原色（赤：Ｒ、青：Ｂ、
緑：Ｇ）のそれぞれに近い透過波長を有する３領域から
なる。図２における色フィルタ２の各領域は、観察光学
系３の有効口径内の伝搬光の内で、ステレオ像の構成に
必要な視差をより多く含む領域が、ＢおよびＧの帯域の
透過光となるように、また、視差をあまり含まない領域
はＲ帯域の透過光となるように設定される。観察光学系
３への入射光は、色フィルタ２を透過することによりＲ
ＧＢ各波長の３つの光束に分離され、特にＢとＧは領域
が離間しているため大きく視差を有する映像となる。そ
れぞれの映像は、色フィルタ２の透過部位毎で異なる色
（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を帯びた観察像となり、複数枚のレンズ
やイメージファイバーバンドルにて構成される単一の光
路である伝達光学系４を介して撮像素子であるＣＣＤ５
まで伝達され、映像出力信号６（例えばＮＴＳＣ信号ま
たはＲＧＢ信号）に変換される。該映像出力信号６が、
信号が変調等の処理を受けたものであれば色成分分離回
路７によりＲＧＢ色成分信号８に復調され、本発明の画
像処理装置である色再現性改善ステレオ映像作成回路９
により左右目用の２視差映像出力信号１１を発生させ
る。２視差映像出力信号１１は、左右目用映像信号とし
て、図示しないモニタ装置に出力される。モニタ装置と
しては、公知の時分割方式のモニタを液晶シャッタ眼鏡
を用いて観察することが出来る。または、公知の時間並
行表示可能なレンチキュラ式立体画像表示装置やパララ
ックスバリア式立体画像表示装置、特開平７−１４０４
１８号公報に記載された方式の立体画像表示装置等を用
いれば、眼鏡無しで立体画像を観察することもできる。

【００１３】前記色再現性改善ステレオ映像作成回路９
は、例えば図２の様にＣＣＤ素子側から見た色フィルタ
が右からＧＲＢの順で並んでいるとすると、右目用映像
を得るには前記ＲＧＢ色成分信号８のＧ成分（右目用の
視差情報を持つ映像）の輝度比分布と同じ輝度比分布を
保持したままで、各画素毎にその色成分比率をＲＧＢ色
成分信号８のそれぞれの比と同じになるように変換す
る。この変換式は、ＲＧＢ色成分信号８の出力強度をそ
れぞれγ、α、βとすると、人の各色に対する比視感度
ｒ：ｇ：ｂ（ｒ＋ｇ＋ｂ＝１）を考慮して、下式（１）
乃至（３）を用いるのが好ましい。尚、ｒ：ｇ：ｂとし
ては、ＮＴＳＣ信号の場合具体的には、0.3：0.59：0.1
1が用いられる。

【００１４】

【数１】

【００１５】ここで、Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１は、補正後の右
目用視差を持った映像信号のＲＧＢ各色の色成分強度で
ある。

【００１６】色再現性改善ステレオ映像作成回路９は、
同様の処理をＢ成分についても行い、左目用映像出力信
号を得る。補正後の左目用視差を持った映像信号の各色
成分強度Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２は、上記右目用の各式にβ／
αを乗じたものであり、下式（４）乃至（６）で表され
る。

【００１７】

【数２】

【００１８】以上の方法により、左右の視差情報をそれ
ぞれ保持したまま、カラー再現性に優れた左右目用の２
視差映像出力信号１１を得ることが出来る。

【００１９】また、前記色再現性改善ステレオ映像作成
回路９は、静止画はもちろん動画にも利用可能であり、
必要に応じてＮＴＳＣ信号等に変調して出力する。色再
現性改善ステレオ映像作成回路９は、上述の通り一般的
な加算回路、乗除算回路により構成されるため、デジタ
ル手段でもでもアナログ手段でも、ハードウエアでもソ
フトウエアでも、実現可能である。更に、色フィルタ２
の各成分の面積比は通常同じに設定しているが、視感度
補正のため、その面積比あるいは透過効率を調整しても
構わない。その場合には、変換式はフィルタ特性を考慮
したものに変更する。

【００２０】また、前記色フィルタは図３や図４に示す
様に、良好な立体知覚を得るために各色フィルタの位
置、大きさ、形状等を変更する事も可能である。更に、
各フィルタの境に遮光域を設け、視差特性を改善するこ
とも可能である。図３、図４でＲ（赤）をフィルタの中
心部に配置したのは、体腔内のようにＲ帯域の光が支配
的な観察空間を想定したためであるが、もちろんこの配
置も任意である。また、本実施例においては、色フィル
タとしてＲ、Ｇ、Ｂの３色を用いたが、有効に分離可能
であれば任意の色（波長）を選択することが出来る。色
フィルタは、複数のフィルタを適当な形状に成形し、組
み合わせて作製しても良く、１枚の基材上に透過波長の
異なる複数の材料を塗装または蒸着して構成しても良
い。また、各構成部材の位置、大きさ、形状は本発明の
趣旨に反しない限り任意である。

【００２１】図５は、立体内視鏡の先端部の他の構造の
実施例を示す構造図である。本実施例において、基本的
な撮像部分及び映像信号処理については前記の実施例と
同一であるため説明を省略する。本実施例においては、
光ファイババンドルからなる被写体照明用のライトガイ
ド１２を立体内視鏡に配設する事により、暗所でも立体
視が可能となる。但し、ライトガイド１２の大きさ、形
状、および位置は被写体照明の可能な範囲において任意
である。なお、光源はメタルハライド等の白色光源に限
定される物ではなく、赤外や紫外領域の光源を用いても
よく、適当な光源を選択する事で被写体由来の励起光の
観察を可能にできる利点がある。また、その際には励起
光の波長に合わせて色フィルターの選択を行なう。

【００２２】図６は、立体内視鏡の基部側構造の他の実
施例を示す概略図である。本実施例においては、照明用
光学系を有している事に特徴がある点で、図５に示した
実施例と同じであるが、図５のものは観察および伝達光
学系と、照明光学系（ライトガイド）が別個であるのに
対して、前記観察および伝達光学系が照明光学系を兼ね
る。基本的な撮像部分及び映像信号処理については前記
の図１に示したと同一であるため説明を省略する。伝達
光学系３と撮像部CCD５の間に、ハーフミラーやプリズ
ム等により構成された、ビームスプリッタ１３を配置
し、光源１４からの照明光を入射させる。観察光学系３
透過後に物体に照射された光は、反射後に再び観察光学
系３に入射し、伝達光学系４を通過後、ビームスプリッ
タ１３を透過し、CCD５にて撮影される。但し、ビーム
スプリッタ１３の大きさ、形状、および位置は被写体照
明の可能な範囲において任意である。なお、光源はメタ
ルハライド等の白色光源に限定される物ではなく、赤外
や紫外領域の光源を用いてもよく、適当な光源を選択す
る事で被写体由来の励起光の観察を可能にできる利点が
ある。また、その際には励起光の波長に合わせて色フィ
ルタの選択を行なう。

【００２３】図７は、立体内視鏡の先端部の他の構造の
実施例を示す概略図である。本実施例において、基本的
な撮像部分及び映像信号処理については前記の図１に示
す実施例と同一であるため説明を省略する。本実施例に
おいて、本体の先端部に鏡面を有するプリズム１５を設
けることで、内視鏡長尺方向に対して側方にある物体を
観察することが可能である。但し、前記プリズム１５の
大きさ、形状、および位置は側方観察の可能な範囲にお
いて任意である。

【００２４】

【発明の効果】本発明の立体内視鏡は、上述のごとく構
成されることにより、単一の観察光学系および伝達系の
みを有する通常の内視鏡とかわらない外径やコストに
て、良好なカラー立体映像を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１における立体内視鏡の概略
構成図である。

【図２】 本発明の実施例１における色フィルタの構成
例である。

【図３】 本発明の実施例１の変形例における色フィル
タの構成例である。

【図４】 本発明の実施例１の変形例における色フィル
タの構成図である。

【図５】 本発明の実施例２における立体内視鏡の先端
部の構成の説明図である。

【図６】 本発明の実施例３における立体内視鏡の構造
の説明図である。

【図７】 本発明の実施例４における立体内視鏡の先端
部の構成のの説明図である。

【符号の説明】

１：立体内視鏡、２：色フィルタ、３：観察光学系、
４：内視鏡内部の伝達光学系、５：ＣＣＤ、６：映像出
力信号、７：色成分分離回路、８：ＲＧＢ色成分信号、
９：色再現性改善ステレオ映像作成回路、１１：２視差
映像出力信号、１２：被写体照明用ライトガイド、１
３：ビームスプリッタ、１４：光源、１５：プリズム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一の光路中に透過波長の異なる少なく
   とも３種以上の領域を有する色フィルタを設けたことに
   よって視差を有する一対の像を得ることのできる立体内
   視鏡のための画像処理装置であって、前記色フィルタの
   それぞれの領域を通過することによって得られた単色の
   有視差映像それぞれの輝度比分布を保持したまま、かつ
   各画素毎にその色成分比率が前記色フィルタの他の領域
   を通過した色成分映像を含めた情報を基に調整されるこ
   とにより、色再現性の改善された一対の有視差カラー映
   像を得ることを特徴とする内視鏡用画像処理装置。