JPH10276974A - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】撮影画像の輝度変化による色分布変化が起こっ
ても、色抽出能力が低下したり、ノイズを拾ったりする
ことなく、色マーカを確実に抽出できる内視鏡装置を提
供する。 【解決手段】内視鏡の観察像を撮像する撮像手段からの
画像信号に基づいて処置部に設けられた色マーカの位置
を検出し、検出された位置情報に基づき内視鏡の視野変
換を行う内視鏡装置において、画像信号の輝度を推定す
る輝度推定回路２０と、推定された輝度情報に応じて色
抽出しきい範囲を選択する色抽出しきい範囲選択回路２
１と、選択されたしきい範囲に基づき画像中の特定色を
抽出する色抽出回路２３と、この色抽出結果に基づき色
マーカの位置を特定する重心位置算出回路２４とを具備
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内視鏡装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、手術器具としての処置具の先
端に設けられた色マーカの位置を検出し、この検出位置
に基づいて内視鏡の視野変換を行なう内視鏡装置が知ら
れている。

【０００３】特開平６−３０８９６号公報は色マーカが
設けられた処置具で対象組織を指し示し、このときの画
像中の色マーカの位置を画像処理により検出し、検出位
置に基づいて内視鏡を保持している電動マニピュレータ
を移動させて色マーカが画面中央に移動するように視野
変換を行っている。

【０００４】また、特願平７−１４２１３３号明細書や
特願平７−１４３６６７号明細書は、色マーカの位置検
出方法は特源平６−３０８９６号公報と同一であるが、
内視鏡で得られた像を撮像するＴＶカメラに接続された
視野変換手段を備え、内視鏡を固定した状態で視野変換
を行なう内視鏡装置を開示している。

【０００５】上記した画像処理は色抽出処理と位置検出
処理とから構成される。色抽出処理は撮像した映像信号
を色空間データに変換し、そのデータがあらかじめ設定
された色マーカの特定色を表すしきい値の範囲内にある
かどうかを判断し、判断結果として２値画像（例えば抽
出部を白とし、それ以外を黒とする）を出力している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、体腔内の画
像は内視鏡と観察対象との距離変化や、内視鏡から出射
される照明光の配光ムラ等の照明条件によって明るさ
（輝度）が変化する。この変化する輝度と色（色度、彩
度）が独立している色空間を用いれば、理論的には輝度
が変化しても色分布は不変である。しかしながら、実際
には輝度が上がると彩度も上昇する。また、撮像素子の
ダイナミックレンジを越える高輝度像が入力されると、
色度も変化してしまう。また、しきい値が固定されてい
るので、色度の変化に対応できず色抽出能力が低下して
しまう。一方、この変動を見越してしきい値の範囲を大
きくすると、色マーカ以外の部分までノイズとして抽出
されてしまうという問題があった。

【０００７】本発明の内視鏡装置はこのような課題に着
目してなされたものであり、その目的とするところは、
撮影画像の輝度変化による色分布変化が起こっても、色
抽出能力が低下したり、ノイズを拾ったりすることな
く、色マーカを確実に抽出可能な画像処理手段を備えた
内視鏡装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の内視鏡装置は、内視鏡と、特定色を持つ
色マーカが設けられた手術器具と、前記内視鏡の観察像
を撮像する撮像手段と、この撮像手段からの画像信号に
基づいて前記色マーカの位置を検出する位置検出手段
と、検出された位置情報に基づき内視鏡の視野変換を行
う視野変換手段とを具備する内視鏡装置において、前記
位置検出手段は、前記画像信号の輝度を検出する輝度検
出手段と、検出された輝度情報に応じて色抽出しきい範
囲を設定するしきい範囲設定手段と、設定されたしきい
範囲に基づき画像中の特定色を抽出する色抽出手段と、
この色抽出結果に基づき前記色マーカの位置を特定する
色マーカ位置特定手段とを具備する。

【０００９】すなわち、本発明は、内視鏡の観察像を撮
像して得られる画像信号に基づいて手術器具に設けられ
た色マーカの位置を検出し、この位置情報に基づいて内
視鏡の視野変換を行なう内視鏡装置において、色マーカ
の位置を検出するにあたって、まず、前記画像信号の輝
度を検出して、検出された輝度情報に応じて色抽出しき
い範囲を設定する。そして、この設定されたしきい範囲
に基づき画像中の特定色を抽出し、この色抽出結果に基
づき前記色マーカの位置を特定するようにする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００１１】図１（ａ）は本実施形態に係る内視鏡装置
全体の概略構成を示す図である。この内視鏡装置には患
者の体腔内を観察する例えば腹腔鏡等の直視型の硬性の
スコープ（内視鏡）１が設けられている。このスコープ
１には患者の体腔内に挿入される挿入部２と、この挿入
部２の基端部に配設された接眼部３とが設けられてい
る。

【００１２】また、スコープ１の挿入部２は予め例えば
患者の腹壁１０等に穿刺されたトラカール９内に挿通さ
れ、体腔内に挿入されている。ここで、スコープ１の挿
入部２の接眼部３側は多関節構造、本実施例では３関節
構造のスコープ保持具８によって移動可能に保持されて
いる。なお、このスコープ保持具（内視鏡保持手段）８
には定位置に固定される基台部８ａと、回動可能に連結
されたスコープホルダ８ｂとが設けられている。

【００１３】また、患者の腹壁１０等には処置具である
鉗子１１がスコープ１の挿入場所とは別の挿入場所から
体腔内に挿入されている。この鉗子１１には体腔内に挿
入される挿入部１２の先端部に処置部１３が配設されて
いる。この処置部１３には後述する色マーカ１４が設け
られている。なお、処置具としては鉗子１１の代わりに
剥離鉗子、ハサミ、レーザープローブ、縫合器、電気メ
ス、持針器、超音波吸引器等の他の構成の処置具を使用
してもよい。

【００１４】また、スコープ１の接眼部３にはこのスコ
ープ１の観察像の一部又は全部を撮像するＴＶカメラ
（撮像手段）４が取付けられている。このＴＶカメラ４
のケーシング内にはレンズ、プリズム、ミラー、ズーム
レンズ等からなる光学素子５や、固体撮像素子であるＣ
ＣＤ６等の撮像光学系の各光学部品が設けられている。
ズームレンズは図示しないズーム駆動部により光軸方向
に進退される。このズームレンズの移動により、スコー
プ１の接眼部３で得られるスコープ１の観察像の一部又
は全部が光学素子５を経てＣＣＤ６に撮像されるように
なっている。

【００１５】さらに、ＴＶカメラ４内にはＣＣＤ６をそ
の光軸方向に対して直交する平面内に沿って直交する２
方向、例えば上下方向および左右方向に駆動するＣＣＤ
駆動部７が設けられている。

【００１６】また、ＴＶカメラ４には画像処理を行なう
鉗子追尾装置（位置検出手段）１６が接続されている。
この鉗子追尾装置１６には例えばフットスイッチ、ハン
ドスイッチ等の操作スイッチ１５および例えばＴＶモニ
タ、ＨＭＤ（ＨＥＡＤ ＭＯＵＴＥＤ ＤＩＳＰＬＡ
Ｙ：頭部装着型ディスプレー）等の表示モニタ１７がそ
れぞれ接続されている。

【００１７】さらに、鉗子追尾装置３７にはＣＣＤ６お
よび表示モニタ１７がそれぞれ接続されている。

【００１８】また、操作スイッチ１５には鉗子１１の先
端の追尾機能のオン／オフの切り換え操作を行う操作ボ
タンが設けられている。そして、この操作スイッチ１５
は例えば、操作ボタンの押下操作時のみ、鉗子追尾装置
１６の画像演算処理により検出された鉗子１１の先端位
置が表示モニタ１７の概ね中央に配置されるように、鉗
子１１の先端位置に追従してＣＣＤ６の移動位置が制御
されるようになっている。ここで、図１（ｂ）に示すよ
うに表示モニタ１７の概ね中央位置に鉗子１１の先端位
置が表示されていない状態で、操作スイッチ１５の操作
ボタンを押した場合には、鉗子１１の先端部分が予め指
定された速度で表示モニタ１７の中央位置に移動するよ
うに、ＣＣＤ６の移動制御が行われるようになってい
る。

【００１９】次に、上記構成の作用について説明する。
まず、本実施例の内視鏡装置の使用時には図１（ａ）に
示すように予め例えば患者の腹壁１０等に穿刺されたト
ラカール９内にスコープ１の挿入部２が挿通され、体腔
内に挿入される。さらに、患者の腹壁１０等にはスコー
プ１の挿入場所とは別の挿入場所から鉗子１１が体腔内
に挿入される。このとき、鉗子１１の先端の処置部１３
がスコープ１の接眼部３による視野範囲Ｒ1 内に挿入さ
れる状態にセットされる。

【００２０】そして、スコープ１の観察像の一部がＴＶ
カメラ４によって撮像され、表示モニタ１７に表示され
る。ここで、ＴＶカメラ４の光学素子５を経てＣＣＤ６
に撮像される観察像の視野範囲Ｒ2 はスコープ１の接眼
部３による視野範囲Ｒ1 より小さくなっており、スコー
プ１の接眼部３による視野範囲Ｒ1 の一部の観察像がＣ
ＣＤ６によって撮像される。

【００２１】そして、ＴＶカメラ４によるスコープ１の
観察像の撮像中、操作スイッチ１５の操作ボタンが押下
操作された場合には鉗子追尾装置１６による鉗子１１の
先端の追尾機能が作動する。この鉗子追尾機能の作動時
にはＣＣＤ６からの画像信号が鉗子追尾装置１６に送ら
れ、この鉗子追尾装置１６で画像処理が行われ、鉗子１
１の先端の位置が求められる。

【００２２】ここでは、鉗子１１の位置を検出するため
に鉗子１１の処置部１３の先端に色マーカ１４を設けて
いる。

【００２３】以下に本発明の第１実施形態を説明する。
まず、第１実施形態の概略を説明する。

【００２４】画像処理による色マーカ１４の色抽出を行
なう場合、画像を色空間と呼ばれる特徴空間に変換し、
この特徴空間で特定色の領域を抽出する方法がしばしば
用いられる。色空間としては、輝度と２つの色度とで表
わすもの（ＹＩＱ、ＨＳＩ色空間など）がよく用いられ
る。これら色空間における色度、色相等の要素は輝度に
対する独立性が高いために照明条件の変化に対して抽出
範囲を設定して色抽出を行なうのが一般的である。図２
はＹＩＱ色空間を用いた場合の色抽出設定の様子を示し
ている。

【００２５】ところが実際には、輝度に完全に独立した
要素を持つ色空間は存在しない。従って、色度及び色相
は輝度変化に伴って変化する。ＹＩＱ色空間における色
度Ｉ及びＱも通常、図３に示すように変化する。すなわ
ち、輝度が高くなるとＩ、Ｑ色度平面上で原点から遠い
方向へシフトする（色飽和度、すなわち彩度が高くな
る）。

【００２６】図３の場合、色相角は不変で、色飽和度だ
けが変化している。しかし、撮像系のダイナミックレン
ジの影響等によって図４に示すように色相も変化する場
合がある。したがって、従来のように固定の色抽出範囲
を用いる方法では色抽出性能が低下してしまう。そこ
で、第１実施形態では、色抽出しきい範囲を図５に示す
ように輝度に応じて変化させるようにする。ここで輝度
毎の色抽出範囲はあらかじめ設定しておく。このような
方法を用いることによって、色マーカ１４の色変化に応
じて最適な色抽出しきい範囲の設定が可能となり、色抽
出性能が向上する。

【００２７】図６は図１に示す鉗子追尾装置１６の第１
実施形態に係る構成とその周辺を示すブロック図であ
る。ＣＣＵ１８の出力は表示モニタ１７の他に、Ａ／Ｄ
変換部１９を介して、輝度検出手段としての輝度推定回
路２０と色変換回路２２とに接続されている。輝度推定
回路２０はしきい範囲設定手段としての色抽出しきい範
囲選択回路２１を介して色抽出回路２３の第１の入力に
接続されている。また、色変換回路２２は色抽出回路２
３の第２の入力に接続されている。色変換回路２２及び
色抽出回路２３は色抽出手段を構成する。色抽出回路２
３の出力は色マーカ位置特定手段としての重心位置算出
回路２４と、視野変換手段としてのＣＣＤ駆動部制御回
路２５とを介してＴＶカメラ４に接続されている。

【００２８】上記した構成において、ＴＶカメラ４から
の画像信号はＣＣＵ１８でＴＶ信号化されてＡ／Ｄ変換
部１９でデジタル信号に変換される。このデジタル信号
は輝度推定回路２０と色変換回路２２に同時に入力され
て処理される。輝度推定回路２０はデジタル信号から画
像の輝度を検出して色抽出しきい範囲選択回路２１に出
力する。色抽出しきい範囲選択回路２１は検出された輝
度に対応するしきい範囲を選択して色抽出回路２３に出
力する。一方、色変換回路２２は入力されたデジタル信
号を色空間に変換して色抽出回路２３に出力する。色抽
出回路２３は選択されたしきい範囲に基づいて色空間中
の特定色を抽出し、例えば抽出された部分を黒、それ以
外は白とする２値画像を作成する。重心位置算出回路２
４は抽出された黒の部分の重心位置を求めて、黒の画像
の中心と、この重心位置との距離を求める。ＣＣＤ駆動
部制御回路２５はこの距離情報に基づいてＣＣＤ駆動部
７へＣＣＤ６の駆動量に関する制御信号を送る。

【００２９】以下に上記した輝度推定回路２０の輝度推
定方法について説明する。第１の推定方法では、まず、
画像をブロックに分割して、各ブロックの平均輝度を算
出する。この算出結果に基づいてブロック毎に色抽出し
きい範囲選択回路２１で色抽出しきい範囲を選択する。

【００３０】図７は５１２×５１２画素の画像をそれぞ
れが１２８×１２８画素からなる１６個のブロックに分
割した例を示している。さらに、細かく輝度の推定を行
なうためには、６４×６４画素のブロックを６４個、３
２×３２画素のブロックを２５６個、…というように細
かく分割していけばよい。

【００３１】第２の推定方法として、図８に示すよう
に、着目する１画素ごとに周囲の画素を参照して輝度を
算出し、この算出結果に基づいて色抽出しきい範囲選択
回路２１で色抽出しきい範囲を選択するようにする。参
照画素としては、例えば図９に示すように着目画素を中
心にして５×５の近傍画素を参照して、合計２５画素の
平均輝度を算出する。

【００３２】上記した第１の推定方法ではブロック内の
色抽出領域は固定であるのに対して、第２の推定方法で
は画素毎に最適な色抽出範囲を選択できるため、色抽出
能がより向上する。

【００３３】上記した第１実施形態によれば、撮影画像
の輝度変化による色分布変化が起こっても、色抽出能力
が低下したり、ノイズを拾ったりすることなく、色マー
カを確実に抽出することができる。

【００３４】以下に本発明の第２実施形態を説明する。
色マーカの色は色マーカ自体の劣化や、ＣＣＵ１８での
ユーザによる色設定、生体内の色特性等によって変化す
るものである。このことより、実際の画像中の色マーカ
の色に基づいて色抽出範囲を定めるのが望ましい。そこ
で第２実施形態では図１０に示すような構成を用いる。
図１０の構成は、図６に示す第１実施形態の構成におい
て、Ａ／Ｄ変換部１９の後段に切替回路２６をさらに設
け、輝度推定回路２０及び色抽出しきい範囲選択回路２
１を、マーカ色分析回路（色分析手段）２７と色抽出し
きい範囲設定回路（しきい範囲設定手段）２８とからな
るキャリブレーション部（キャリブレーション手段）２
９に置き換えた点が異なっているが、他の構成は図６の
構成と同様である。

【００３５】第２実施形態では装置の動作に先だってマ
ーカ色分析回路２７で処置具先端の色マーカ部分の色分
析を行い、その結果に基づいて色抽出しきい範囲設定回
路２８で色抽出しきい範囲を設定するものである。すな
わち、まず、Ａ／Ｄ変換部１９から出力されるデジタル
映像信号（例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ、ＮＴＳＣ）がキャリブ
レーション部２９に入力されるように切替回路２６を手
動で切り替えた後、マーカ色分析回路２７で色分析対象
を指摘する。第１の指摘方法では、図１１に示すような
表示モニタ１７中のカーソル１００を色マーカ１０１へ
と移動して、この移動した位置を中心とする例えば５×
５などの近傍エリア内の画像信号から色分析を行なう。

【００３６】また、第２の指摘方法では、図１２に示す
ような表示モニタ１７中にあらかじめ設定されたウィン
ドウ１０２（図では画面の中心に設定されている）に色
マーカ１０１を移動させるようにする。

【００３７】次に、色抽出しきい範囲設定回路２８での
色抽出しきい範囲の設定は以下のようにして行なう。こ
こでは簡単のためにＩＱ２次元平面を考える。

【００３８】第１の設定方法では、ＩＱ平面図により色
分布を表示モニタ１７上に表示させた状態で、色抽出し
きい範囲を定める直線の傾き及び円の直径をマウス操作
や数値入力により変更して、分析したマーカー部がノイ
ズ成分を含まず適切に抽出されるようにする。すなわ
ち、図１３（ａ）に示すような色分布１０３において、
この色分布１０３を包含するような２つの直線Ａ、Ｂに
挟まれるとともに、図１３（ｂ）に示すように、ＩＱ座
標の原点からの径方向距離を半径とする下限円１０４
（この部分は低彩度領域であり、ノイズを含んでいる）
を除去した部分を色抽出しきい範囲１０５として定め
る。

【００３９】第２の設定方法は、図１４（ａ）に示すよ
うにエリア内の画像信号についての画素ごとの分布を表
示モニタ１７上に表示させた状態で、分布１０６の輪郭
線１０７を検出する（図１４（ｂ））。そして、この輪
郭線１０７で囲まれた範囲を色抽出しきい範囲１０８と
して定める（図１４（ｃ））。第２の設定方法において
もノイズを含む下限円１０の部分を除去する。

【００４０】第２の設定方法によれば、第１の設定方法
よりもさらに色分布形状に適応した色抽出しきい範囲を
自動的に設定することができる。

【００４１】なお、上記した第１、第２の設定方法にお
いては、実際は輝度Ｙを含む３次元色空間で色抽出しき
い範囲の設定を行なうものとする。これによって、輝度
変化に頑健な色抽出が可能となる。

【００４２】第３の設定方法では、複数の色抽出しきい
範囲をテンプレートとしてあらかじめ用意しておき、そ
の中から最適なものを選択するようにする。例えば、図
１５において、複数の色抽出しきい範囲１１０〜１１５
において、表示されている色分布１０９の領域を最も多
く含む色抽出しきい範囲（図では１１０）を最適なもの
として選択する。あるいは、色分布１０９の全分布数の
うち、どの色抽出しきい範囲が最も多く色分布１０９の
分布数を含んでいるかを計算により求めて最適なものを
選択するようにしてもよい。第３の設定方法においても
ノイズを含む下限円１０の部分を除去する。

【００４３】なお、エリア内の色分析結果が全て色抽出
しきい範囲外になった場合にはその色分布はノイズを発
生する下限円１０４に含まれていると判断して抽出不可
の警告を出力するようにする。

【００４４】第３の設定方法によれば、あらかじめ色抽
出しきい範囲を複数用意しておいて選択するので、しき
い範囲の計算処理のための回路構成が簡単である効果が
ある。

【００４５】次に、切替回路２６を切り替えてＡ／Ｄ変
換部１９からの出力が色変換回路２２に入力されるよう
にする。この後の処理は上記した第１実施形態と同様で
ある。なお、切替回路２６での切替えは自動で行なって
もよい。

【００４６】上記した第２実施形態によれば、色マーカ
の劣化、光学系のバラツキ、映像信号処理系の設定等に
よる色マーカの色変化が起こっても、色抽出能力を落と
すことなく色マーカを抽出することができる。

【００４７】以下に本発明の第３実施形態を説明する。
第３実施形態では上記した第１、第２実施形態のように
色抽出しきい範囲を変更するのではなく、色抽出をより
確実に行うために複数の色をもつマーカを用い、複数の
色の抽出結果に基づいて色マーカ位置を特定するもので
ある。図１６は本発明の第３実施形態に係る鉗子追尾装
置１６の構成を示す図であり、ＣＣＵ１８からのＴＶ信
号が入力されるＡ／Ｄ変換部１９と、色変換回路２２
と、色抽出回路３０と、マーカ位置検出回路３１と、Ｃ
ＣＤ駆動部制御回路２５とが順に接続されている。

【００４８】図１７（ａ）はマーカ配置の第１の例とし
て、色の異なる２つのマーカ１２０（マーカ１）とマー
カ１２１（マーカ２）を交互に配置した例を示してい
る。ここで、色抽出領域を無彩度領域にまで拡大して抽
出すると、色抽出結果は図１７（ｂ）に示すように色マ
ーカが確実に検出される反面、マーカ１の誤抽出による
ノイズ１２２やマーカ２の誤抽出によるノイズ１２３も
検出されてしまう。

【００４９】そこで、マーカ位置検出回路３１は、色抽
出回路３０によって抽出された抽出色１、２、３、…ｎ
に基づいて、マーカ１とマーカ２の抽出領域が交互に並
んたパターンであるか否かを判断し、この判断に基づい
て色マーカの検出を行なう。このような判断では、マー
カ１の誤抽出によるノイズ１２２やマーカ２の誤抽出に
よるノイズ１２３は当該パターンであるとはみなされな
いので除去され（図１７（ｃ））、これによって色マー
カのみを確実に検出することができる。

【００５０】図１８（ａ）は図１８（ｂ）に示すような
マンセル表色系の色相環上で、１０Ｇから１０ＧＹまで
の５種類の色相を色マーカに配置したマーカ配置の第２
の例を示す図である。

【００５１】以下にこのような色マーカを用いた場合の
利点を説明する。色マーカが１種類の色からなる場合に
は、その色に対応して図１９（ａ）に示す色相環上のあ
るマーカ色相が抽出しきい範囲となるが、色調が変化し
た場合には、図１９（ｂ）に示すように、マーカ色相は
抽出しきい範囲からはずれた位置にシフトしてしまい、
色の抽出ができなくなってしまう。

【００５２】これに対して、図１９（ｃ）に示すように
５種類の色相をもつ色マーカを用いることにより、色調
が変化して図１９（ｄ）に示すようにマーカ色相がシフ
トしても、いずれかのマーカ色相が抽出しきい範囲に属
している可能性が高いので色マーカの抽出が可能であ
る。

【００５３】図２０は第３のマーカ配置例として、１０
Ｇ、５Ｇ、１０ＧＹの３種類の色相を配置し、各色相に
ついて２種類の異なる明度を色マーカとして用いた例を
示している。このような構成によれば、色調の変化とと
もに輝度が変化した場合でも頑健な色の抽出が可能であ
る。

【００５４】上記した第３実施形態によれば、ノイズ抽
出を防いで高精度で色マーカを抽出でき、色マーカ位置
を検出できる。

【００５５】以下に本発明の第４実施形態を説明する。
第４実施形態では色マーカ検出画像処理において、色情
報の加えて色情報以外の画像情報をも用いることにより
検出精度をさらに上げることを意図している。

【００５６】図２１は第４実施形態に係る鉗子追尾装置
１６の構成を示す図であり、Ａ／Ｄ変換部１９の後段に
は色抽出回路２３と直線抽出回路（直線抽出手段）４４
とが並列に接続され、これらの後段にはマーカ位置決定
回路４５を介して重心位置算出回路２４が接続されてい
る。重心位置算出回路２４はＴＶカメラ４に接続されて
いるＣＣＤ駆動部制御回路２５に接続されている。

【００５７】上記した構成において、色抽出回路２３は
図２２（ａ）に示すような色マーカ１４を有する処置部
の原画像から色マーカ１４の色の抽出を行って図２２
（ｂ）に示すような画像を得る。同時に直線抽出回路４
４は原画像から色マーカ１４のエッジ部の２直線を抽出
して図２２（ｃ）に示すような画像を得る。マーカ位置
決定回路４５は色抽出回路２３で抽出された画像のう
ち、直線抽出回路４４で抽出された２直線に挟まれる画
像のみをマーカ位置決定のための画像とする（図２２
（ｄ））。

【００５８】また、色マーカ１４は処置部の先端より多
少手前の位置に設けられているが、処置部の最先端に設
けたい場合がある。このような場合は図２３（ａ）に示
すように直線抽出回路４４で求めた２直線の相対角度
θ、及び２直線間の距離などの情報に基づいて先端位置
を求めることができる。

【００５９】また、色マーカ１４の形状の変形例とし
て、図２３（ｂ）に示すように、鉗子軸方向に平行な直
線を用いてマーカを形成することにより、上記した２直
線の情報に鉗子方向の直線情報を追加する。これによっ
て鉗子方向を表す直線情報の検出がより確実になる。

【００６０】上記した第４実施形態によれば、ノイズ抽
出を防いで高精度で色マーカを抽出でき、色マーカ位置
を検出できる。

【００６１】図２４は本発明の第５実施形態に係る鉗子
追尾装置１６及び鉗子１１の構成を示す図であり、Ａ／
Ｄ変換部１９の後段には順に色変換回路２２、色抽出回
路２３、重心位置算出回路５３、ＣＣＤ駆動部制御回路
２５が接続されている。また、鉗子１１の柄の部分には
ジャイロ及び加速度センサからなるマーカ位置センサ５
１が設けられ、このマーカ位置センサ５１はマーカ位置
候補領域設定回路（候補領域設定手段）５２を介して重
心位置算出回路５３に接続されている。

【００６２】上記した構成において、図２５（ａ）に示
すような原画像から色抽出回路２３で色抽出を行って図
２５（ｂ）に示すような画像を得る。同時にマーカ位置
センサ５１によって色マーカ１４の位置が検出されたと
き、マーカ位置候補領域設定回路５２は検出されたマー
カ位置に対応するマーカ位置候補領域を設定する（図２
５（ｃ））。重心位置算出回路５３はこのマーカ位置候
補領域に入る画像のみを色マーカ１４の領域とし、その
他の画像はノイズとして除去する（図２５（ｄ））。

【００６３】上記した第５実施形態によれば、ノイズ抽
出を防いで高精度で色マーカを抽出でき、色マーカ位置
を検出できる。また、マーカ位置センサ５１によって検
出されるのが点ではなく範囲でよく、高い検出精度が必
要ではないため、センサのコストを低減することができ
る。

【００６４】以下に本発明の第６実施形態を説明する。
画面中における処置部の先端に設けられた色マーカの大
きさはスコープからの鉗子の距離によって変化する。例
えば、鉗子が遠くにあるときには鉗子に設けられた色マ
ーカからの反射光量が微弱になり色の検出ができなくな
ってしまう。そこで、色マーカの大きさを大きくするこ
とが考えられるが、今度は鉗子が近くにある場合に画面
に占める面積が大きくなって適切な視野変換ができなく
なってしまう。

【００６５】第６実施形態ではこのような問題を考慮し
て、図２６に示すように大きさの異なる複数のマーカ
（マーカ１、マーカ２）を用いて、スコープと鉗子との
距離に応じて、視野変換の目標として最適なものを選択
するようにする。

【００６６】図２７は第６実施形態に係る鉗子追尾装置
１６の構成を示す図であり、ＣＣＵ１８からのＴＶ信号
が入力されるＡ／Ｄ変換部１９と、色変換回路２０と、
色抽出回路３２と、マーカ選択回路３３と、重心位置算
出回路２４と、ＣＣＤ駆動部制御回路２５とが順に接続
されている。

【００６７】色抽出回路３２はマーカ１及びマーカ２の
色を抽出し、位置・面積検出手段としてのマーカ選択回
路３３はこの色抽出結果に基づいてマーカ１とマーカ２
の位置及び面積を検出する。そして、目標位置決定手段
としての重心位置算出回路２４は、抽出された各マーカ
の面積から鉗子−スコープ間距離を求め、図２８に示す
ように、その距離がしきい値よりも大きい場合には面積
の小さいマーカ２をターゲットして選択し、その距離が
しきい値よりも小さい場合には面積の大きいマーカ１を
ターゲットして選択する。

【００６８】すなわち、鉗子−スコープ間距離が小さく
近接している場合には、図２９（ａ）に示すように面積
の小さいマーカ２をターゲットとすることにより、重心
位置算出回路２４で算出されるマーカ重心位置と、鉗子
先端位置との誤差が小さくなるようにする。また、鉗子
−スコープ間距離が大きく鉗子が遠点にある場合には、
図２９（ｂ）に示すように面積の大きいマーカ１をター
ゲットとすることにより、十分なマーカ抽出面積を確保
して先端位置の推定を確実に行なうようにする。

【００６９】上記した第６実施形態によれば、内視鏡と
色マーカとの距離が大きく変化する場合でも、適切な面
積の色マーカを抽出でき、これによって安定した色抽
出、色マーカ位置の検出が可能となる。

【００７０】以下に、本発明の第７実施形態を説明す
る。第７実施形態は色マーカとして蛍光マーカを用い、
色マーカの検出をより確実に行なうことを目的としてい
る。蛍光マーカは、特定波長の光が照射されている間に
吸収した光エネルギーを変換して可視光を発光する蛍光
体を用いたマーカである。蛍光体の例としては、ローダ
ミンＢ、ブリリアントスルホフラビンＦＦなどがある。

【００７１】図３０は本発明の第７実施形態の構成を示
す図である。図３０において、画像処理装置４０は観察
画像生成回路（観察画像生成手段）４２と、切替回路
（信号経路切替手段）４１と、マーカ位置検出回路４３
とから構成される。また、照明手段としての光源３５
は、ランプ３４と、回転フィルタ３６と、モータ３８
と、タイミングコントローラ３７とから構成される。画
像処理装置４０の観察画像生成回路４２は表示モニタ１
７に接続され、画像処理装置４０の切替回路４１は光源
３５のタイミングコントローラ３７に接続されている。

【００７２】また、光学素子５とＣＣＤ６とＣＣＤ駆動
部７とから構成されるＴＶカメラ４には、スコープ１が
接続されるとともに、画像処理回路４０が接続されてい
る。さらに、光源３５はライトガイドケーブル３４を介
してスコープ１に接続されている。

【００７３】図３１（ａ）は上記した回転フィルタ３６
の構成を示す図である。図３１（ａ）に示すように、３
／４円領域の通常照明光用フィルタ３６ａと、蛍光マー
カを有して励起光のみを透過する１／４円領域のフィル
タ３６ｂとから構成される。以下に上記した構成の作用
を図３２のタイミングチャートに基づいて説明する。タ
イミングコントローラ３７による制御の下にモータ３８
が駆動され、これによって回転フィルタ３６が４フレー
ムの画像につき１回転される。この回転によってフィル
タ３６ａ、３６ｂからは図３２の（ａ）、（ｂ）で示す
ような光が出力される。したがって、ランプ３４からの
照明光がフィルタ３６ａを通過したときには、通常照明
光が色マーカ１４に、フィルタ３６ｂを通過したときに
は励起光が色マーカ１４に時分割的に供給される。本実
施形態では色マーカ１４として図３１（ｂ）に示す蛍光
マーカを用いているので、図３１（ｃ）に示すような特
性により、色マーカ１４は励起光が供給されたときにの
み蛍光を発する。

【００７４】信号経路切替手段としての切替回路４１の
切替え動作はタイミングコントローラ３７によって以下
のように制御される。すなわち、ＴＶカメラ４による撮
像により得られる画像信号（図３２の（ｃ））は、通常
照明光の供給時には観察画像生成回路４２に送信され、
励起光供給時（色マーカ１４から蛍光が発生されている
とき）には位置検出手段としてのマーカ位置検出回路４
３に送信されるように制御される。

【００７５】マーカ位置検出回路４３は励起光供給のタ
イミングで入力される画像信号（図３２の（ｆ））に基
づいて色マーカ１４の位置を検出して、検出された位置
に基づいて内視鏡の視野を変換すべく図３２の（ｇ）に
示すようなＣＣＤ駆動制御信号を生成してＴＶカメラ４
のＣＣＤ駆動部７に供給する。

【００７６】また、観察画像生成回路４２には切替回路
４１の切替動作により図３２の（ｄ）に示すように一部
が欠落した画像信号が入力されるので、観察画像生成回
路４２はこの欠落画像を予測生成（この実施形態では１
つ前の画像信号を用いて補間）する（図３２の
（ｅ））。これによって表示モニタ１７には画像の切れ
目のない表示がなされる。

【００７７】上記した第７実施形態によれば、照明条
件、体腔内組織の状態によらず、確実に色マーカの抽
出、色マーカの位置検出が可能となる。

【００７８】以下に本発明の第８実施形態を説明する。
第８実施形態の基本的回路構成は第７実施形態と同様で
あるが、回転フィルタ３６と色マーカ１４の構成が異な
っている。すなわち、第６実施形態の回転フィルタ３
６′は図３３（ａ）に示すように、３／４円領域の通常
照明用フィルタ３６ａ′と１／４円領域の遮光部３６
ｂ′とから構成される。また、第８実施形態では色マー
カとして図３３（ｂ）に示すような発光マーカ１４′を
用いることを特徴とする。発光マーカ１４′は光照射後
も発光を持続する燐光体を用いたマーカである。ここで
は図３３（ｃ）に示すように、発光期間が画像１フレー
ムに相当する１／３０秒よりも長い燐光材料を用いる。
燐光体の例としては、硫化カルシウム系（ＣａＳ／Ｂ
ｉ、Ｃａ・Ｓｒ・Ｓ／Ｂｉ）や、硫化亜鉛系（ＺｎＳ／
Ｃｕ、Ｚｎ・Ｃｄ・Ｓ／Ｃｕ）などがある。

【００７９】なお、発光マーカ１４′を用いた場合の信
号処理の流れは、上記した図２３のタイミングチャート
において、蛍光励起用照明を除いたものと同一である。

【００８０】上記した第８実施形態によれば、照明条
件、体腔内組織の状態によらず、確実に色マーカの抽
出、色マーカの位置検出が可能となる。

【００８１】以下に本発明の第９実施形態を説明する。
画像中に色マーカが存在しない状態でノイズを誤抽出し
てしまうことがある。このような状況において操作スイ
ッチを誤って押してしまうと、抽出されたノイズを色マ
ーカであるとみなして誤動作を起こしてしまう。第８実
施形態はこのような不具合を防止することを意図してい
る。

【００８２】図３４は本発明の第９実施形態に係る鉗子
追尾装置１６の構成を示す図であり、Ａ／Ｄ変換部１９
の後段には、色変換回路２２を介して色抽出回路２３が
接続されている。色抽出回路２２は色マーカ認識手段と
しての抽出画素数計数回路４６を介してＣＣＤ駆動部制
御回路４７の第１の入力に接続されるとともに、重心位
置算出回路（色マーカ位置特定手段）２４を介してＣＣ
Ｄ駆動部制御回路４７の第２の入力に接続されている。

【００８３】この実施形態では抽出画素数計数回路４６
は、色抽出回路２３にて抽出された色に基づいて画素数
を計数して、所定の画素数以上である場合に色マーカが
存在するものと認識してＣＣＤ駆動部制御回路４７に信
号を送って視野変換動作を行なう。また、色マーカが存
在しないと判断された場合には視野変換動作を行わない
ようにする。

【００８４】図３５は色マーカが存在しない場合の誤動
作を防止する第２の構成を示す図であり、Ａ／Ｄ変換部
１９の後段には、色変換回路２２を介して色抽出回路２
３が接続されている。色抽出回路２２は重心位置算出回
路２４を介してＣＣＤ駆動部制御回路４７の第１の入力
に接続されている。ＣＣＤ駆動部制御回路４７の第２の
入力にはマーカ存在判定回路４９を介して鉗子１１の柄
の部分に設けられ、ジャイロと加速度センサとからなる
鉗子先端位置センサ（色マーカ位置センサ）４８が接続
されている。

【００８５】この構成では鉗子の先端位置がどこにある
のかを鉗子先端位置センサ４８によって検出して、検出
された位置情報に基づいてマーカ存在判定回路４９で色
マーカ１４が視野内にあるか否かを判定する。そして、
色マーカ１４が視野内にあるときのみＣＣＤ駆動部制御
回路５０に視野変換動作のための信号を送るようにす
る。

【００８６】上記した第９実施形態によれば、ノイズ抽
出を防ぎ、高精度での色マーカの抽出、色マーカ位置の
検出が可能となる。

【００８７】以下に本発明の第１０実施形態を説明す
る。第１０実施形態はノイズの誤抽出は、輝度が高く白
とびの部分（ハイライト部）において発生しやすいの
で、これを抑制することを意図している。

【００８８】図３６は本発明の第１０実施形態の構成を
示す図であり、ＴＶカメラ４とスコープ１との間には偏
光フィルタ５５ｂが設けられている。また、スコープ１
にはランプ３４と偏光フィルタ５５ａを備えた照明手段
としての光源５４が接続されている。さらに、ＴＶカメ
ラ４は鉗子追尾装置１６を介して表示モニタ１７に接続
されている。

【００８９】上記した構成において、光源５４の偏光フ
ィルタ５５ａとＴＶカメラ４とスコープ１の間の偏光フ
ィルタ５５ｂの位相を、調節手段としての偏光フィルタ
回転操作部６を手動操作することにより調節してハイラ
イト部の発生を抑制する。

【００９０】上記した第１０実施形態によれば、特にハ
イライト部のノイズ抽出を防ぎ、高精度での色マーカの
抽出、色マーカ位置の検出が可能となる。

【００９１】以下に、本発明の第１１実施形態を説明す
る。第１１実施形態では、上記した実施形態のようにす
べての画像について色抽出を行なうのではなく、予測に
よって得られるマーカ位置領域についてのみ色抽出を行
なう。これによって色抽出画像処理における画像操作方
法を色抽出処理に最適なものとすることにより、色抽出
性能を向上することを意図している。

【００９２】図３７は第１１実施形態に係る鉗子追尾装
置１６の構成を示す図であり、Ａ／Ｄ変換部１９の後段
には、フレームメモリ５７、メモリ読み出し回路５８、
色変換回路２２、色抽出回路２３が順に接続されてい
る。色抽出回路２３は重心位置算出回路（位置算出手
段）５９とデータバッファ１（６１）とを介して重心位
置予測回路（位置予測手段）６３に接続されるととも
に、面積算出回路（面積算出手段）６０とデータバッフ
ァ２（６２）とを介して面積予測回路６４に接続されて
いる。重心位置予測回路（面積予測回路）６３はメモリ
読み出し回路５８に接続されている。

【００９３】面積比較回路６５の入力は面積算出回路６
０と面積予測回路６４とに接続されるとともに、その出
力はメモリ読み出し回路５８とＣＣＤ駆動部制御回路６
６とに接続されている。さらに、このＣＣＤ駆動部制御
回路６６は重心位置算出回路５９とデータバッファ１
（６１）の接続点に接続されている。

【００９４】以下に上記した構成の作用を説明する。

【００９５】まず、例えば図３８に示すような過去の３
枚のフレーム、ｎ−３、ｎ−２、ｎ−１をあらかじめデ
ータバッファ１（６１）に記憶し、これら３枚のフレー
ムから重心位置予測回路６３でマーカ重心位置を予測す
る。同様に、過去の３枚のフレーム、ｎ−３、ｎ−２、
ｎ−１をあらかじめデータバッファ２（６２）に記憶
し、これら３枚のフレームから面積予測回路６４でマー
カ面積を予測する。次に、メモリ読み出し回路５８は重
心位置予測回路６３によって予測された重心位置に対応
する読み出し位置指示信号に基づいて、予測マーカ重心
位置に近い所定エリアの画素を読み出す（図３９
（ａ））。読み出された画素に対して色変換回路２２で
色変換を行い、色抽出回路２３で色抽出を行った後、重
心位置算出回路５９で重心位置を算出するとともに、面
積算出回路６０で面積の算出を行なう。

【００９６】面積比較回路６５はこの算出された面積と
面積予測回路６４で予測された面積とを比較して予測マ
ーカ面積に到達したか否かを判断する。到達していなけ
れば、さらに読み出し画素領域を増やして再度色抽出回
路２３で色抽出を行って（図３９（ｂ））、面積算出回
路６０で面積を算出し、面積比較回路６５で面積予測回
路６４で予測した面積と比較する。このように、予測マ
ーカ位置に近い画素から順に色抽出処理を行って面積を
算出し、算出面積が予測マーカ面積に達したときに（図
３９（ｃ））、メモリ読み出し回路５８に処理終了信号
を供給してマーカ抽出を終了する。

【００９７】上記した第１１実施形態によれば、背景の
ノイズを誤抽出することなく、高精度での色マーカの抽
出、色マーカ位置の検出が可能となる。

【００９８】以下に本発明の第１２実施形態を説明す
る。上記した実施形態では色変換回路と色抽出回路と別
個に構成している。このような構成では色空間を変更す
る場合には双方の回路を変更する必要がある。また、色
変換回路と色空間回路とを各々ＬＵＴによって構成した
場合も双方のテーブルを書き換える必要がある。

【００９９】そこで、第１２実施形態では図４０（ａ）
に示すようなルックアップテーブル（ＬＵＴ）を用い
て、ＲＧＢの映像信号をＹＩＱの色空間に変換する処理
と、しきい値を用いた色抽出処理とを１つの素子で行な
うことを意図している。この場合、ＬＵＴ１００はＲＯ
Ｍで構成される。

【０１００】また、従来では色変換回路をハードウェア
で構成する場合、特定の色空間に対してそのハードウェ
ア構成が特定されてしまい、複数の異なる色空間に対し
てそれぞれのハードウェア構成が必要になる。そこで、
第１２実施形態では、ＬＵＴ１００に不揮発性のメモリ
を用い、図４０（ｂ）に示すようにＹＩＱ、ＨＣＶ、Ｌ
^* ａ^* ｂ^* などの各色空間に応じて書き換えるようにす
る。このようにすれば、いかなる色空間でもＬＵＴ１０
０の入出力パターンを書き換えるだけで用いることがで
きる。

【０１０１】なお、上記した具体的実施形態には以下の
構成１乃至４２を有する発明が含まれている。

【０１０２】１．内視鏡と、特定色を持つ色マーカが設
けられた手術器具と、前記内視鏡の観察像を撮像する撮
像手段と、この撮像手段からの画像信号に基づいて前記
色マーカの位置を検出する位置検出手段と、検出された
位置情報に基づき内視鏡の視野変換を行う視野変換手段
とを具備する内視鏡装置において、前記位置検出手段
は、前記画像信号の輝度を検出する輝度検出手段と、検
出された輝度情報に応じて色抽出しきい範囲を設定する
しきい範囲設定手段と、設定されたしきい範囲に基づき
画像中の特定色を抽出する色抽出手段と、この色抽出結
果に基づき前記色マーカの位置を特定する色マーカ位置
特定手段と、を具備することを特徴とする内視鏡装置。

【０１０３】２．１において、前記輝度検出手段は、画
像を複数のブロックに分割した後に各ブロック毎に輝度
を検出し、前記しきい範囲設定手段は、検出された輝度
に基づきブロック毎にしきい範囲を定める。

【０１０４】３．１において、前記輝度検出手段は、画
素毎に近傍画素を参照して輝度を検出し、前記しきい範
囲設定手段は、検出された輝度に基づき画素毎にしきい
範囲を定める。

【０１０５】４．２、３において、前記しきい範囲設定
手段で設定されるしきい範囲は、検出された輝度に応じ
てその位置・大きさが定められている色度平面上の長方
形領域である。

【０１０６】５．内視鏡と、特定色を持つ色マーカが設
けられた手術器具と、前記内視鏡の観察像を撮像する撮
像手段と、この撮像手段からの画像信号に基づいて前記
色マーカの位置を検出する位置検出手段と、検出された
位置情報に基づき内視鏡の視野変換を行う視野変換手段
とを具備する内視鏡装置において、前記位置検出手段
は、色抽出しきい範囲を定めるキャリブレーション手段
と、このキャリブレーション手段によって設定されたし
きい範囲に基づき画像中の特定色を抽出する色抽出手段
と、色抽出結果に基づき色マーカの位置を特定する色マ
ーカ位置特定手段とを有する。

【０１０７】６．５において、前記キャリブレーション
手段は、画像中の色マーカの色を分析する色分析手段
と、色分析結果に基づき色抽出しきい範囲を定めるしき
い範囲設定手段とを有する。

【０１０８】７．６において、前記色分析手段は、画像
中に表示された位置可変のカーソルを中心とする所定エ
リアの画像信号を画素毎に色空間に変換し、前記しきい
範囲設定手段は、色空間の色度平面上で２直線に挟ま
れ、かつ色空間原点からの距離が所定値以上となる領域
を色抽出しきい範囲とする。

【０１０９】８．６において、前記色分析手段は、画像
中に表示された位置可変のカーソルを中心とする所定エ
リアの画像信号を画素毎に色空間に変換し、前記しきい
範囲設定手段は、色空間原点からの距離が所定値以上と
なる領域で、かつ色空間に変換された分析対象画素の色
分布の輪郭線に囲まれた閉領域を色抽出しきい範囲とす
る。

【０１１０】９．６において、前記色分析手段は、画像
中に表示されたウィンドウ内の画像信号を画素毎に色空
間に変換し、前記しきい範囲設定手段は、色空間の色度
平面上で２直線に挟まれ、かつ色空間原点からの距離が
所定値以上となる領域を色抽出しきい範囲とする。

【０１１１】１０．６において、前記色分析手段は、画
像中に表示されたウィンドウ内の画像信号を画素毎に色
空間に変換し、前記しきい範囲設定手段は、色空間原点
からの距離が所定値以上となる領域で、かつ色空間に変
換された分析対象画素の色分布の輪郭線に囲まれた閉領
域を色抽出しきい範囲とする。

【０１１２】１１．６において、前記色分析手段は、画
像中に表示された位置可変のカーソルを中心とする所定
エリアの画像信号を画素毎に色空間に変換し、前記しき
い範囲設定手段は、色分析結果に基づきあらかじめ定め
られた複数の色抽出しきい範囲の中から最適なものを選
択する。

【０１１３】１２．６において、前記色分析手段は、画
像中に表示されたウィンドウ内の画像信号を画素毎に色
空間に変換し、前記しきい範囲設定手段は、色分析結果
に基づきあらかじめ定められた複数の色抽出しきい範囲
の中から最適なものを選択する。

【０１１４】１３．１１、１２においてしきい範囲設定
手段は、色分析結果に基づき複数の色抽出しきい範囲の
中で適したものがない場合に警告を発する。

【０１１５】１４．内視鏡と、特定色を持つ色マーカが
設けられた手術器具と、前記内視鏡の観察像を撮像する
撮像手段と、この撮像手段からの画像信号に基づいて前
記色マーカの位置を検出する位置検出手段と、検出され
た位置情報に基づき内視鏡の視野変換を行う視野変換手
段とを具備する内視鏡装置において、前記位置検出手段
は、色マーカが持つ複数の特定色を抽出する色抽出手段
と、複数の色抽出結果に基づき色マーカの位置を特定す
る色マーカ位置特定手段を有する。

【０１１６】１５．１４において、前記色マーカは、色
特性の異なる複数のマーカを近接して配置してなる。

【０１１７】１６．１４において、前記色マーカは、色
特性の異なる２つのマーカを交互に並べて配置してな
る。 １７．１５、１６において、前記色特性は、色相及び／
または明度である。

【０１１８】１８．１５、１７において、前記色マーカ
位置特定手段は、複数の特定色が近接して抽出された領
域のみを色マーカと判定し、その他の領域をノイズとし
て色抽出領域から除外する。

【０１１９】１９．１６、１７において、前記色マーカ
位置特定手段は、２種類の特定色が交互に並んで抽出さ
れた領域のみを色マーカと判定し、その他の領域をノイ
ズとして色抽出領域から除外する。

【０１２０】２０．内視鏡と、特定色を持つ色マーカが
設けられた手術器具と、前記内視鏡の観察像を撮像する
撮像手段と、この撮像手段からの画像信号に基づいて前
記色マーカの位置を検出する位置検出手段と、検出され
た位置情報に基づき内視鏡の視野変換を行う視野変換手
段とを具備する内視鏡装置において、前記位置検出手段
は、画像中の特定色を抽出する色抽出手段と、画像中の
直線を抽出する直線抽出手段と、色抽出結果と直線抽出
結果を統合して色マーカ位置を特定する色マーカ位置特
定手段とを有する。

【０１２１】２１．２０において前記色マーカの一部
は、鉗子軸方向に平行に直線状に施される。

【０１２２】２２．２０、２１において、前記色マーカ
位置検出手段は、所定の間隔及び相対角度を有する２直
線に挟まれた色抽出領域を色マーカと判定する。

【０１２３】２３．２２において、前記色マーカ位置検
出手段は、２直線の間隔及び相対角度から鉗子先端位置
を推定する。

【０１２４】２４．内視鏡と、特定色を持つ色マーカが
設けられた手術器具と、色マーカ位置センサと、前記内
視鏡の観察像を撮像する撮像手段と、この撮像手段から
の画像信号に基づいて前記色マーカの位置を検出する位
置検出手段と、検出された位置情報に基づき内視鏡の視
野変換を行う視野変換手段とを具備する内視鏡装置にお
いて、前記位置検出手段は、画像中の特定色を抽出する
色抽出手段と、前記色マーカ位置センサの出力に基づき
画像中の色マーカ位置の候補領域を設定する候補領域設
定手段と、候補領域内の色抽出領域を色マーカと判定す
る色マーカ位置特定手段とを有する。

【０１２５】２５．２４において、色マーカ位置センサ
は、ジャイロ及び加速度センサからなる。

【０１２６】２６．内視鏡と、特定色を持つ色マーカが
設けられた手術器具と、前記内視鏡の観察像を撮像する
撮像手段と、この撮像手段からの画像信号に基づいて前
記色マーカの位置を検出する位置検出手段と、検出され
た位置情報に基づき内視鏡の視野変換を行う視野変換手
段とを具備する内視鏡装置において、前記位置検出手段
は、複数の特定色を抽出する色抽出手段と、複数の色抽
出結果に基づき、複数の色マーカ各々の位置及び面積を
検出する位置・面積検出手段と、検出された複数の色マ
ーカ各々の面積に基づき、視野変換の目標位置を決定す
る目標位置決定手段とを有する。

【０１２７】２７．２６において前記複数の色マーカ
は、色特性及び大きさが異なる。

【０１２８】２８．２７において前記目標位置決定手段
は、前記色マーカ検出手段にて検出された面積に基づい
て内視鏡先端と鉗子先端との距離を推定し、距離が大き
い場合には面積が小さい色マーカ、距離が小さいときに
は面積が大きい色マーカの位置を目標位置とする。

【０１２９】２９．内視鏡と、通常照明光と蛍光励起光
を時分割的に供給する照明手段と、前記励起光に対して
蛍光を発する蛍光マーカが設けられた手術器具と、前記
内視鏡の観察像を撮像する撮像手段と、この撮像手段か
らの画像信号に基づいて前記色マーカの位置を検出する
位置検出手段と、モニタに表示する観察画像を生成する
観察画像生成手段と、前記内視鏡から得られた画像信号
を、通常照明光供給時には観察画像生成手段に送信し、
励起光供給時には位置検出手段に送信する信号経路切換
手段と、検出された位置情報に基づき内視鏡の視野変換
を行う視野変換手段と、を具備する内視鏡装置。

【０１３０】３０．２９において、前記照明手段は、通
常照明用フィルタと励起光透過フィルタからなる回転フ
ィルタを有する。

【０１３１】３１．２９、３０において前記観察画像生
成手段は、励起光供給時には過去の画像信号に基づき予
測処理により観察画像を生成する。

【０１３２】３２．内視鏡と、一定周期で照明点灯と消
灯を繰り返す照明手段と、所定時間以上の発光期間を有
する発光マーカが設けられた手術器具と、前記内視鏡の
観察像を撮像する撮像手段と、この撮像手段からの画像
信号に基づいて前記色マーカの位置を検出する位置検出
手段と、モニタに表示する観察画像を生成する観察画像
生成手段と、前記内視鏡から得られた画像信号を、照明
点灯時には観察画像生成手段に送信し、照明消灯時には
位置検出手段に送信する信号経路切換手段と、検出され
た位置情報に基づき内視鏡の視野変換を行う視野変換手
段と、を具備する内視鏡装置。

【０１３３】３３．３２において前記照明手段は、照明
光透過と遮断とを切り替える回転フィルタを有する。

【０１３４】３４．３２、３３において、前記観察画像
生成手段は、照明消灯時には過去の画像信号に基づき予
測処理により観察画像を生成する。

【０１３５】３５．３２、３３、３４において、前記発
光マーカの発光期間は少なくとも画像１フレームに相当
する時間である。

【０１３６】３６．内視鏡と、特定色を持つ色マーカが
設けられた手術器具と、前記内視鏡の観察像を撮像する
撮像手段と、この撮像手段からの画像信号に基づいて前
記色マーカの位置を検出する位置検出手段と、検出され
た位置情報に基づき内視鏡の視野変換を行う視野変換手
段とを具備する内視鏡装置において、前記位置検出手段
は、画像中の特定色を抽出する色抽出手段と、色抽出結
果に基づき色マーカ位置を特定する色マーカ位置特定手
段と、画像中の色マーカの存在を認識する色マーカ認識
手段とを有し、前記色マーカ認識手段が画像中に色マー
カが存在しないと判定した場合には、視野変換動作を停
止する。

【０１３７】３７．３６において前記色マーカ認識手段
は、前記色抽出手段の抽出画素数が所定値以下の場合
に、色マーカが画像中に存在しないと判定する。

【０１３８】３８．３４において前記手術器具には色マ
ーカ位置センサが設けられ、前記色マーカ認識手段は、
この色マーカ位置センサの出力に基づき、画像中の色マ
ーカの存在を判定する。 ３９．３８において前記色マーカ位置センサは、ジャイ
ロ及び加速度センサからなる。

【０１３９】４０．内視鏡と、照明光を偏向させる第１
の偏光フィルタを有する照明手段と、特定色を持つ色マ
ーカが設けられた手術器具と、前記内視鏡の観察像を撮
像する撮像手段と、この撮像手段からの画像信号に基づ
いて前記色マーカの位置を検出する位置検出手段と、前
記撮像手段に設けた第２の偏光フィルタの偏光方向を調
節する調節手段と、検出された位置情報に基づき内視鏡
の視野変換を行う視野変換手段と、を具備する内視鏡装
置。

【０１４０】４１．内視鏡と、特定色を持つ色マーカが
設けられた手術器具と、前記内視鏡の観察像を撮像する
撮像手段と、この撮像手段からの画像信号に基づいて前
記色マーカの位置を検出する位置検出手段と、検出され
た位置情報に基づき内視鏡の視野変換を行う視野変換手
段とを具備する内視鏡装置において、前記位置検出手段
は、１画面を記憶するフレームメモリと、画像中の特定
色を抽出する色抽出手段と、色抽出結果に基づき色マー
カの位置及び面積を求める位置・面積算出手段と、過去
の画像の色マーカの位置及び面積から、現在の画像の色
マーカの位置及び面積を予測する位置・面積予測手段と
を有し、予測した色マーカ位置と距離が近い画素から順
にフレームメモリより読み出し色抽出手段に入力し、色
抽出面積が予測した色マーカ面積に達した時点でマーカ
位置検出処理を完了とする。

【０１４１】４２．内視鏡と、特定色を持つ色マーカが
設けられた手術器具と、前記内視鏡の観察像を撮像する
撮像手段と、この撮像手段からの画像信号に基づいて前
記色マーカの位置を検出する位置検出手段と、検出され
た位置情報に基づき内視鏡の視野変換を行う視野変換手
段とを具備する内視鏡装置において、前記画像信号を所
定の色空間に変換する色変換手段と、色変換された画像
中の特定色を抽出する色抽出手段と、を具備し、前記色
変換手段と色抽出手段とを１つの素子で構成する。

【０１４２】上記した構成１乃至４２に対する従来技
術、発明の目的は以下の通りである。 １乃至４（第１実施形態） 従来技術 従来より、手術器具としての処置具の先端に設けられた
色マーカの位置を検出し、この検出位置に基づいて内視
鏡の視野変換を行なう内視鏡装置が知られている。

【０１４３】特開平６−３０８９６号公報は色マーカが
設けられた処置具で対象組織を指し示し、このときの画
像中の色マーカの位置を画像処理により検出し、検出位
置に基づいて内視鏡を保持している電動マニピュレータ
を移動させて色マーカが画面中央に移動するように視野
変換を行っている。

【０１４４】また、特願平７−１４２１３３号明細書や
特願平７−１４３６６７号明細書は、色マーカの位置検
出方法は特源平６−３０８９６号公報と同一であるが、
内視鏡で得られた像を撮像するＴＶカメラに接続された
視野変換手段を備え、内視鏡を固定した状態で視野変換
を行なう内視鏡装置を開示している。

【０１４５】上記した画像処理は色抽出処理と位置検出
処理とから構成される。色抽出処理は撮像した映像信号
を色空間データに変換し、そのデータがあらかじめ設定
された色マーカの特定色を表すしきい値の範囲内にある
かどうかを判断し、判断結果として２値画像（例えば抽
出部を白とし、それ以外を黒とする）を出力している。

【０１４６】ところで、体腔内の画像は内視鏡と観察対
象との距離変化や、内視鏡から出射される照明光の配光
ムラ等の照明条件によって明るさ（輝度）が変化する。
この変化する輝度と色（色度、彩度）が独立している色
空間を用いれば、理論的には輝度が変化しても色分布は
不変である。しかしながら、実際には輝度が上がると彩
度も上昇する。また、撮像素子のダイナミックレンジを
越える高輝度像が入力されると、色度も変化してしま
う。また、しきい値が固定されているので、色度の変化
に対応できず色抽出能力が低下してしまう。一方、この
変動を見越してしきい値の範囲を大きくすると、色マー
カ以外の部分までノイズとして抽出されてしまうという
問題があった。

【０１４７】発明の目的 撮像画像の輝度変化による色分布変化が起こっても、色
抽出能力が落ちたりノイズを拾ったりすることなく、色
マーカを抽出可能である画像処理手段を備えた内視鏡装
置の提供。

【０１４８】５乃至１３（第２実施形態） 従来技術 処置具に設けられた色マーカは、洗浄・滅菌を行ううち
に色が劣化してくる。また、内視鏡・ＴＶカメラの光学
系のバラツキ、ＣＣＵ（カメラコントロールユニット）
のユーザーによる色設定の違い、生体内色特性の固体差
等により、同じ色マーカでも違った色として認識でも違
った色として認識されることがある。これら複数の要因
による色変化がある状況では、固定されたしきい範囲で
この変化に対応し高い色抽出能力を持たせることは困難
である。

【０１４９】発明の目的 色マーカの劣化、光学系のバラツキ、映像信号処理系の
設定等による色マーカの色変化が起こっても、色抽出能
力を落とすことなく色マーカを抽出可能である画像処理
手段を備えた内視鏡装置の提供。

【０１５０】１４乃至１９（第３実施形態）、２０乃至
２３（第４実施形態）、２４、２５（第５実施形態）、
３６乃至３９（第９実施形態）、４０（第１０実施形
態）、４１（第１１実施形態） 従来技術 体腔内組織の内、腸や脂肪等の白っぽい組織は表面が濡
れていてるとハイライトになる場合がある。このハイラ
イト部が光学系・撮像素子の特性等で色が付いて撮像さ
れ、ノイズとして抽出されてしまう。また、色マーカが
内視鏡軸に対し傾いたり、内視鏡から遠くにあると色マ
ーカの彩度が下がるため、しきい範囲を低彩度側まで拡
げて抽出能を上げることが必要となる。しかし色抽出能
力が向上する反面、色マーカ以外の低彩度領域もノイズ
として抽出してしまう。

【０１５１】発明の目的 ノイズ抽出を防ぎ、高精度で色マーカを抽出可能、色マ
ーカ位置を検出可能な内視鏡装置の提供。

【０１５２】２６乃至２８（第６実施形態） 従来技術 体腔内での内視鏡先端と観察対象との距離は、症例によ
っても、また同一症例でも変化する。処置具に単一の色
マーカのみが設けられている場合は、内視鏡と色マーカ
の距離が離れてしまうと抽出しずらくなる。色マーカの
面積を大きくすれば抽出能は上がるが、距離が短くなる
と画面中に占める色マーカの面積が大きすぎて、所望の
位置への視野変換ができなくなる。

【０１５３】発明の目的 内視鏡と色マーカの距離が大きく変化する場合でも、適
切な面積の色マーカを抽出可能とすることにより、安定
した色抽出、色マーカ位置の検出が可能な内視鏡の提
供。

【０１５４】２９乃至３１（第７実施形態）、３２乃至
３５（第８実施形態） 従来技術 通常の色マーカを用い、色抽出画像処理により色マーカ
を抽出する方法では、照明条件や体腔内組織の状態によ
って抽出状態が変化するため、全ての条件において安定
した色マーカの抽出を可能にすることは難しい。

【０１５５】発明の目的 照明条件、体腔内組織の状態によらず、確実に色マーカ
の抽出、色マーカ位置の検出が可能となる内視鏡装置の
提供。

【０１５６】４２（第１２実施形態） 従来技術 色変換回路と色抽出回路と別個に構成していたので色空
間を変更する場合には双方の回路を変更する必要があ
る。また、色変換回路と色空間回路とを各々ＬＵＴによ
って構成した場合も双方のテーブルを書き換える必要が
あった。

【０１５７】発明の目的 ＲＧＢの映像信号をＹＩＱの色空間に変換する処理と、
しきい値を用いた色抽出処理とを１つの素子で行ない、
色空間に応じて入出力パターンを書き換えることができ
る内視鏡装置の提供。

【０１５８】

【発明の効果】本発明によれば、撮影画像の輝度変化に
よる色分布変化が起こっても、色抽出能力が低下した
り、ノイズを拾ったりすることなく、色マーカを確実に
抽出できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る内視鏡装置全体の概略
構成を示す図である。

【図２】ＹＩＱ色空間を用いた場合の色抽出設定の様子
を示している。

【図３】ＹＩＱ色空間における色度Ｉ及びＱの変化の様
子を示す図である。

【図４】撮像系のダイナミックレンジの影響等による色
相の変化の様子を示す図である。

【図５】色抽出しきい範囲を輝度に応じて変化させる本
実施形態の概略を説明するための図である。

【図６】本発明の第１実施形態に係る鉗子追尾装置の構
成とその周辺を示すブロック図である。

【図７】第１の輝度推定方法を説明するための図であ
る。

【図８】第２の輝度推定方法を説明するための図であ
る。

【図９】第２の輝度推定方法の具体的例を示す図であ
る。

【図１０】本発明の第１実施形態に係る鉗子追尾装置の
構成とその周辺を示すブロック図である。

【図１１】色分析対象の第１の指摘方法を説明するため
の図である。

【図１２】色分析対象の第１の指摘方法を説明するため
の図である。

【図１３】色抽出しきい範囲の第１の設定方法を説明す
るための図である。

【図１４】色抽出しきい範囲の第２の設定方法を説明す
るための図である。

【図１５】色抽出しきい範囲の第３の設定方法を説明す
るための図である。

【図１６】本発明の第３実施形態に係る鉗子追尾装置の
構成を示す図である。

【図１７】第１のマーカ配置方法を説明するための図で
ある。

【図１８】第２のマーカ配置方法を説明するための図で
ある。

【図１９】第２のマーカ配置方法の作用を従来と比較し
て説明するための図である。

【図２０】第３のマーカ配置方法を説明するための図で
ある。

【図２１】本発明の第４実施形態に係る鉗子追尾装置の
構成を示す図である。

【図２２】第４実施形態の作用を説明するための図であ
る。

【図２３】色マーカの配置及び色マーカの形状について
の変形例を示す図である。

【図２４】本発明の第５実施形態に係る鉗子追尾装置及
び鉗子の構成を示す図である。

【図２５】第５実施形態の作用を説明するための図であ
る。

【図２６】本発明の第６実施形態に係る色マーカの配置
を示す図である。

【図２７】第６実施形態に係る鉗子追尾装置の構成を示
す図である。

【図２８】抽出面積と鉗子−スコープ間距離との関係を
各マーカについて示す図である。

【図２９】鉗子−スコープ間距離に応じた色マーカの切
替について説明するための図である。

【図３０】本発明の第７実施形態の構成を示す図であ
る。

【図３１】第７実施形態に係る回転フィルタの構成及
び、蛍光マーカの特性を示す図である。

【図３２】第７実施形態の作用を示すタイミングチャー
トである。

【図３３】本発明の第８実施形態に係る回転フィルタの
構成及び、発光マーカに用いられる材料について説明す
るための図である。

【図３４】本発明の第９実施形態に係る鉗子追尾装置の
構成を示す図である。

【図３５】第９実施形態の他の構成を示す図である。

【図３６】本発明の第１０実施形態に係る鉗子追尾装置
の構成を示す図である。

【図３７】本発明の第１１実施形態に係る鉗子追尾装置
の構成を示す図である。

【図３８】第１１実施形態において、過去のフレームか
らマーカ重心位置とマーカ面積とを予測する様子を示す
図である。

【図３９】第１１実施形態の作用を説明するための図で
ある。

【図４０】本発明の第１１実施形態の構成を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１３…処置部、１４…色マーカ、１５…操作スイッチ、
１６…鉗子追尾装置、１７…表示モニタ、１８…ＣＣ
Ｕ、１９…Ａ／Ｄ、２０…輝度推定回路、２１…色抽出
しきい範囲選択回路、２２…色変換回路、２３…色抽出
回路、２４…重心位置算出回路、２５…ＣＣＤ駆動部制
御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内視鏡と、特定色を持つ色マーカが設けら
   れた手術器具と、前記内視鏡の観察像を撮像する撮像手
   段と、この撮像手段からの画像信号に基づいて前記色マ
   ーカの位置を検出する位置検出手段と、検出された位置
   情報に基づき内視鏡の視野変換を行う視野変換手段とを
   具備する内視鏡装置において、 前記位置検出手段は、 前記画像信号の輝度を検出する輝度検出手段と、 検出された輝度情報に応じて色抽出しきい範囲を設定す
   るしきい範囲設定手段と、 設定されたしきい範囲に基づき画像中の特定色を抽出す
   る色抽出手段と、 この色抽出結果に基づき前記色マーカの位置を特定する
   色マーカ位置特定手段と、を具備することを特徴とする
   内視鏡装置。