JPH11510973A

JPH11510973A - 内視鏡用ビデオシステム

Info

Publication number: JPH11510973A
Application number: JP9508836A
Authority: JP
Inventors: イリオン．クラウス．エム; ストボル．カール．ハインツ; ファウスト．ウベ; シャンテネバー．ディビッド
Original assignee: カール．ストルツ．ゲゼルシャフト．ミット．ベシュレンクテル．ハフツング．ウント．コンパニー
Priority date: 1995-08-17
Filing date: 1996-08-19
Publication date: 1999-09-21
Also published as: WO1997007627A2; WO1997007627A3; EP0845187A2; US6190308B1

Abstract

(57)【要約】本発明の内視鏡用ビデオシステムは、内視鏡、照射した光を光ファイバーにより前記内視鏡に設けた１個または複数個の光出口孔に導くようにした照明装置、前記内視鏡の端部に設けられ、前記照明装置により照明された対象物を画像する内視鏡レンズ、該内視鏡レンズによる画像を記録し、かつ画像記録制御ユニットを制御する複数の画像エレメントを持った電子画像記録装置、および該画像記録装置からの画像信号をモニターのような表示装置にリアルタイムで描き出し、修正し、さらに処理を行う画像処理ユニットからなり、該画像処理ユニットは、「学習モード」および「記録モード」を備えており、かつ前記「学習モード」において前記照明装置または他の照明装置により照明された少なくとも１個の既知のテスト物体の画像が記録され、さらに前記画像処理ユニットは、前記「学習モード」において前記画像記録装置の各画像エレメントからの出力信号を前記テスト物体に予め定められた所望の出力信号と比較し、その比較結果から変則的な照明、対象物画像の不鮮明さ、光ファイバーの伝達エラー、画像記録装置の感度不良などによって生ずる前記各画像エレメントの光力および色調についての補正値を測定し、前記画像処理ユニットは、「記録モード」において各画像エレメントからの出力信号を、前記画像エレメントについての前記補正値によって補正することを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】内視鏡用ビデオシステム発明の技術分野本発明は、請求の範囲における請求項１の上位概念部分に総括して記載されたような内視鏡用ビデオシステムおよび該内視鏡用ビデオシステムによる測定方法に関するものである。本発明の型式の内視鏡用ビデオシステムは工業的分野および医学的分野で広く採用されるものである。従来の技術本発明の請求項１に記載されるような型式の内視鏡ビデオシステムは、ドイツ連邦共和国特許第ＤＥ−Ａ−３２０４３１６号記載により知られている。このドイツ連邦共和国特許記載の内視鏡ビデオシステムには、照明用光ファイバー束および画像用光ファイバー束が備えられている。照明用光ファイバー束は、内視鏡の末端における光出口孔へ照明装置の光を導入する。内視鏡の末端に備えられた内視鏡レンズは、前記照明装置により照明された目的物の映像を画像するためのものである。この目的物の画像は、画像用光ファイバーによってビディコン撮像管または電荷結合素子（ＣＣＤ）チップのような電荷結合装置が配置された本体中央の電子画像記録装置に送られる。ここでは、内視鏡における画像用光ファイバー束としては「定序的（オーダード）」で、かつ「干渉的（コヒーレント）」な光ファイバー束が採用される。それは、光ファイバー束の各光ファイバーにおける光入口面と光出口面が、レンズ面（内視鏡レンズの画像面）と画像面（画像記録装置のレンズ面）に対して常に同一側面の関係に配置されることを意味している。しかしながら、定序的光ファイバーは、製造法が複雑なので高価であり、特に製造過程でのファイバーの折損や損傷による不良率が高く、またファイバーの選り分けを常に適切に行うことができないという問題がある。ドイツ連邦共和国特許第ＤＥ−Ａ−３２０４３１６号記載の内視鏡用ビデオシステムにおいて用いられる画像用光ファイバー束は、「非干渉的」なファイバー束である。そのことは、光ファイバー束の各光ファイバーにおける光入口端と光出口端が、内視鏡レンズの画像面と画像記録装置のレンズ面に対して同一側面にないことを意味するので、画像記録装置のレンズ面に送られた画像は、「混乱状態」となる。このことに関しては、ドイツ連邦共和国特許第ＤＥ−Ａ−３２０４３１６号の第７頁、第７行乃至第１４行の記載を参照されたい。画像処理装置の自動解読装置（デコーダー）は、上記したような画像記録装置からの「非干渉的」画像信号を修正して、画像を「干渉的」画像にしてモニター上に表示する。ドイツ連邦共和国特許第ＤＥ−Ａ−３２０４３１６号記載の内視鏡用ビデオシステムにおいては、内視鏡中に光ファイバー束を挿入する前の画像側端への非干渉的光ファイバー束のレンズ側端の配置は、一度のみで固定される（ドイツ連邦共和国特許第ＤＥ−Ａ−３２０４３１６号の第８頁、第２６行参照）方式が採られている。発明の詳細な説明本発明は、一般的なビデオシステムにおいて画像用光ファイバー束の「非干渉性」の修正のみならず、内視鏡用ビデオシステムにおける典型的な画像エラーの排除が可能であることの認識に基づいてなされたものである。また本発明は、画像の歪曲性または変異性の主な原因が、照明装置および下流の照明用光ファイバー束による目的物の画像お適否によるものであることの認識に基づいてなされたものである。本発明は、内視鏡における画像の歪曲性または変異性を起こすような内視鏡用ビデオシステムを改善することを目的とするものでる。上記の目的を達成するための本発明は、包括的には請求の範囲における請求項１の特徴部分に記載した通りである。また本発明のさらに具体的な実施態様については請求項２以下に示した。またさらに、上記本発明の内視鏡用ビデオシステムによる画像修正のための測定方法を請求項２５以下に示した。本発明の主要点は、ビデオシステムいおける画像の必要な補正値の検出およびその蓄積は内視鏡の組み立て前には行わずに、むしろ組み立てに要求されるすべての構成材、好ましくは主として内視鏡画像を記録するために採用される照明装置を用いた内視鏡ビデオシステムの運転中に行う点にある。そのために、本発明で採用される画像処理ユニットにおいては「学習モード」および「記録モード」が設けられる。「学習モード」においては、好ましくは照明ユニットによって照明された少なくとも１個の既知のテスト物体（テスト図表）の画像が記録される。画像処理ユニットは、「学習モード」において画像記録装置からの画像の各画像エレメント（画素）の出力信号とテスト物体からの予め定められた所望の出力信号とを比較し、これから各画像エレメントについて、記録された画像の強さおよび色調のレンズ端カットオフや画像伝達装置の伝達エラー、および画像記録装置の感度の変化に基づく照明の変化から生ずるテスト物体の画像の強さおよび色調に対する変化を測定し、そしてこれらの変化から各画像エレメントについての補正値を定める。「記録モード」においては、画像処理ユニットは、各画像エレメントからの出力信号を当該画像エレメントについての補正値にしたがって修正する。本発明の内視鏡用ビデオシステムの利点は、実際の使用条件において画像の明るさが全物体の画像にわたって平均していることである。従来の殆どの内視鏡画像は、その明るさが基本的に中心部での明るさが強調され半径方向端部に向かって明るさが減衰するので一様でない。これには以下１〜４に示すような幾つかの理由がある。１．螺旋状ランプにより焦点設定が行われること、照明装置と内視鏡間の光ケーブル束における光ファイバーの配置が均一でなくまた内視鏡内の光ファイバーの配置や端末の光出口孔の配置が一様でないことなどにより、内視鏡レンズの物体画像は不規則な変化が重複する光の放射分布で照明されること。また、従来の多数の特許出願において、内視鏡端末側の光ファイバーの配置の改善によって、より均一な光分布が得られることが記載されているが、これらに記載された従来の既知の配置によるのみでは、十分に均一な照明は得られていないこと。２．また大部分の内視鏡レンズは、光の伝達機能中に「端末カットオフ部」を有するが、一般的に「端末カットオフ部」の形状はｒ⁴より大きいこと。３．画像伝達システムにおいても、中継レンズまたは勾配レンズ（請求項４参照）を採用している場合には「端末カットオフ部」が存在すること。画像用光ファイバー束を用いる場合には（請求項５参照）、折損光ファイバーまたは全体的に画像伝達力の低下した光ファイバーまた使用される大部分の光ファイバーに比べて異なるスペクトル伝達特性を持つ光ファイバーの混在によって画像の伝達に付加的な変動を生ずること。４．画像記録装置の個々の画像エレメントは、常に異なる光感受性を持っていること。本発明においては、内視鏡画像において上記した原因で起こる不均一な明度の画像や、発生する他の画像エラーを改善するために、以下の手段を採用した。すなわち、画像処理ユニットの「学習モード」においては、１個のテスト物体または複数個のテスト物体が内視鏡の物体画像中に連続的に設置される。これらのテスト物体は艶消し白色ガラス製であって、該テスト物体は後方から照明され、均一な灰色または白色の画面、特に純粋な白色の均一な画面および／またはレンズや画像伝達装置および画像記録装置からなる全システムの変化を十分に検出することができるような画面が得られる（請求項８参照）。これらの画面は、内視鏡の観察方向に垂直に一定の間隔をおいて配置される。これらの条件に正確に適合するためには、請求項９に示されるようにテスト空洞が備えられることが好ましく、「学習モード」において内視鏡装置の端末部が該テスト空洞に挿入され、かつ該テスト空洞中には、内視鏡レンズの物体画像中に配置することができるテスト物体（テスト図表）が常に配設されているようにすればよい。若し、全システムにおける画像修正が必要であれば、レンズの物体視野に配置された各テスト図表は、内視鏡の端末における光出口孔から放射された光により照明される。実際にさらに内視鏡画像を記録するためには照明装置および光ケーブルを利用することが好ましい。一方、若し画像システム中の「画像エラー」が修正すべきものであれば、テスト図表には均一に照明された艶消しガラスを採用することが好ましい。画像処理ユニットでは、各テスト図表の画像から適切な二次元フィルターマトリックスを計算する。白色の図面を均一な灰色の画像にするためには、フィルターマトリックスは基本的に「内視鏡の白色画像」に対して逆フィルターマトリックスにするのがよい。記録用電子装置によるノイズを最小限にしようとするならば、幾つかの「内視鏡白色画像」を逆フィルターマトリックスの決定のために検出して平均化させることが好ましい。ある不特定な「画像エラー」を修正するために、各画像エラーに対し採用されるそれぞれ種類の異なる測定を画像処理ユニットによって行うことができる。請求項１０によれば画像処理ユニットは、すべての画像エレメントについて行われる画像明度の標準化によって内視鏡の端末部に対する半径方向での明度分布の減衰を補正することができるので、これによって極めて一様で明るい画像を得ることができる。その上、画像処理ユニットにおいては、比較的伝達損失の少ない光ファイバーを適用した画像エレメントからの信号を、これらの画像エレメントの明度が隣接する画像エレメントの明度に一致するようにして増幅することができる（請求項１３参照）。照明における「暗黒点」を修正するためには、請求項１１によるように画像処理ユニットは、画像エレメント群中の個々の画像からの信号を、物体画像の照明の変化が補正されるようにして増幅することができる。加えて、画像処理ユニットは、大部分の光ファイバー束とは異なるスペクトル光伝達特性を持った光ファイバーが存在する場合に、その光ファイバーから得られる画像エレメントからの出力信号によるカラー情報を、その画像エレメントのカラー情報が隣接する画像のカラー情報と一致するようにカラー尺度で変換させることにより修正することができる（請求項１４参照）。カラー尺度による修正は、Ｈがカラー価、Ｓがカラー飽和度、Ｉが強さを表すＨＳＩ中の変態点ＲＧＢ（赤、黄、青）を用いて行われる。これによって往々にして起こる上記したような光ファイバーでの「黄色味」を修正することができる。本発明は、画像処理ユニットに対して、「学習モード」において内視鏡画像の個々の画像エレメントの修正を、画像の全システム、特に目視不可能な光ファイバー束の伝達特性の欠陥によって生ずる伝達エラーを、個々の画像エレメントの明るさのみならず、他の「画像エラー」の補正をも同時に達成できるように電子操作により「学習」を行わせるようにすることを基本的な技術思想とするものである。画像処理ユニットは、個々の画像エレメントからの出力信号のみならず、画像エレメントの部分的な「再配分」までも行うことができる。また、本発明においては、テスト物体、すなわち格子線を有するテスト図表を使用することにより全システムの画像歪みの測定を可能にしたものである。画像処理ユニットは、全ての画像エレメントのそれぞれについて伝達された画像について、部分的画像転換手段を採用することによって全システムの歪みの修正を行うことができる（請求項２１参照）。画像用光ファイバー束の老化、特に柔軟性の老化による損傷によって個々の光ファイバーに欠陥を生ずる。そしてそれによってごく一部であるが、画像を伝達している光ファイバーと欠損光ファイバーの画像間に非常に高いコントラストを生じる（その部分が黒くなる）ことがあるが、そのような画像欠陥は極めて使用上煩わしいものである。請求項１５に示す実施態様は、画像処理ユニットが欠陥のある光ファイバーによる画像エレメントからの信号を隣接した欠陥のない光ファイバーによる画像情報に置き換えるものである。しかしながら、それを行う前に欠陥のある光ファイバーの電子画像情報を制限しておかなければならない。このことは、均質なテスト物質の画像において行い得ることである。それ故にビデオヴ内視鏡の長期使用中に起こる煩わしい画像エラーは、簡単にテスト画面の「学習モード」および「記録モード」への切り替えによって排除することができる。請求項１６の実施態様に示すように、上記と同様のことが、光ファイバー間の空隙から生ずる画像エレメントの信号についても適用できる。この場合においても画像処理ユニットは、これらの画像エレメントからの信号を光伝達用光ファイバーによって得られる隣接の画像エレメントの画像情報と置き換えることができる。一般には内視鏡レンズには、調整絞り調整機能は付いていない。したがって露光調整は、照明装置の光力の調整および／または画像記録装置のシャッター速度によって行われる。特に画像記録制御ユニットは、個々の画像エレメントに対する「光子統合時間」を変化させることにより電子的に画像記録装置における異なったシャッター速度を形成することができる。若し、放射されランプの光力が変われば、ランプ光によって励起されるスペクトルも部分的に変化する。ランプの老化は、ランプ光、特に排出するランプのランプ光によって励起されるスペクトルをも変化させる可能性がある。請求項２０によれば画像処理装置は、異なる放射光力および／またはランプの老化によって生ずる照明装置におけるランプ光の色温度のバラツキからくる画像の色調変化を補正することができる。請求項１８の実施態様によれば画像処理ユニットは、「学習モード」において補正係数を計算し、これを経て「記録モード」において光ファイバー束の個々の光ファイバーにおける光不透過性被覆物によって生ずる画像中での擾乱グリッドラインを無視し得る程度にする。該グリッドラインは、局部的にその周波数における補正係数としてサイン関数を介して補正される周期的な二次元パターンを示す。勿論、本発明の内視鏡ビデオシステムは、本明細書で述べられているように画像用光ファイバー束を用いることができるが、該画像用光ファイバー束は、少なくとも部分的には無秩序に束ねられている。画像処理ユニットは、再生された画像が光ファイバー束の導入側画像に一致するようにして、電子的に個々の画像エレメントの配列を変えることができる（請求項１７参照）。元の画象配置に対する画像記録装置の個々の画像エレメントの配分、すなわち「学習」プロセスにおける望まれる配分に対する現実の配分は、画像テスト図面が記録され、それが明白に各画像エレメントにおける望まれる配置の配分をすることができ、かつ画像処理ユニットが望まれる配置に対する現実の配置を定めることができるようにして実施される。画像処理ユニットは、テスト画像を用いて配分を編集し、表の形式でそれを蓄積する。請求項２２によれば、照明の均一性の変化、画像用光ファイバーによる画像伝達特性の変化あるいは内視鏡の屈曲による変形などによって生ずる可撓性内視鏡の屈曲に基づく種々な画像エラーについて、画像処理ユニットは内視鏡の屈曲に対応する補正値を測定することができる。さらに本発明の内視鏡ビデオシステムにおいては、画像処理ユニットは、内視鏡における画像用シャッターよりも小さい電子画像シャッターを形成させることができるので、画像の直端部でのカットオフ擾乱を無視できるような程度にすることができる（請求項２３参照）。その上、画像処理ユニットは、画像を、例えば電子画像装置、電子反転装置（反転ビデオ）のような他の手段で得ることができる。本発明は、他の種々の形式の内視鏡装置に利用できることはいうまでもない。したがって、画像記録装置は、１種の探索用装置として、かつ内視鏡レンズの画像が直接的に、または画像伝装置としては機能しない光学的装置を介して端末に画像されるように配置することができる（請求項２参照）。勿論、該画像記録装置は内視鏡装置本体中に配置することもできる。画像記録装置は、内視鏡中に「常設」の形で組み込むか、一般的に知られた方法でビデオカメラ中に組み込むようにして、内視鏡の対眼レンズにフランジにより取り付けることができる。特にこのようにした場合においては、修正すべき画像の修正が容易になる。内視鏡レンズにより得られた画像を内視鏡装置本体の端末に伝達するための伝達画像装置は、若し画像記録装置が端末部に設けられているときは、中継のレンズシステム、特に棒状レズシステムおよび／または非均一反射係数を要素とする可撓性ないしは薄肉の非可撓性内視鏡で採用されるような画像用光ファイバー束からなる中継レンズシステムを設けることが必要である。画像記録装置には、記録チューブなどの種々の形式の記録装置が使用できる。画像記録装置は、少なくとも１個のＣＣＤ装置を備えるものであることが望ましい。何故ならばこの種のセンサーは、センサーエレメントの数が光ファイバー束の光ファイバーの数より多いのが特徴であるからである。図面の簡単な説明図１は本発明の内視鏡用ビデオシステムの好ましい実施例を示すものの概略説明図である。図２は図１の内視鏡用ビデオシステムに採用されるテスト図表装置の概略説明図である。好適な実施例の説明図１は、本発明の一実施例における内視鏡装置１の概略構造を示すものであり、内視鏡装置１は、可撓性挿入部２と本体３とからからなっている。可撓性挿入部２は、図示されない牽引手段などを用いて接線方向に曲げながら挿入することができる。可撓性挿入部２の本体３の反対側端末には内視鏡レンズ４が設置される。該内視鏡レンズ４は、本発明の内視鏡の目的に利用できるものであれば特に限定はなく、図示する実施例においては「前方視野レンズ」、すなわち可撓性挿入部２の縦軸と一致する光軸を持ったレンズが使用されている。勿論、本発明の意図する範囲内であれば、可撓性挿入部２の縦軸と一定の角度を持ったレンズを使用することも可能である。内視鏡レンズ４による画像は、本体３に設置された接眼レンズ６を介して観察ができるように、画像用光ファイバー束５によって本体３の端部方向に伝達される。内視鏡レンズ４で得られた物体の画像を照明するためにランプ（図示せず）を有する照明装置７が設けられている。ランプ光は、光ケーブル８により光ケーブル本体３に付設された光接合部９に運ばれる。光接合部９は、照明用光ケーブル束１０を介して端末における光出口孔１０に接続されている。そして光出口孔１０から出た光は、内視鏡レンズ４の物体画像を照明することができる。この図１の好ましい実施例においては、必要に応じ画像記録装置１５として必要に応じＣＣＤチップを用いたビデオカメラ１３を、フランジ１２により接眼レンズ収納部フラジ６´と接合して取り付けてある。なお、１４はビデオレンズである。勿論、画像記録装置はＣＣＤチップを用いたものに限られることなく、本発明の意図する範囲内において、他の画像記録装置あるいは異なる原色用の多種のチップを用いたものを使用することが可能である。ビデオカメラ１３は、公知のＲＧＢ信号によるビデオ出力信号を発生する制御装置１６により制御される。制御装置１６は、制御ライン１７を介して照明装置７に接続され、光量調整のために該照明装置７により供給される光出力を制御する。上記した内視鏡装置１の構成はすでに公知である。本発明に対応する内視鏡およびビデオユニットは、本出願人であるカール．シュトルツ．ゲゼルシャフト．ミット．ベシュレンクテル．ハフツング．ウント．カンパニーによってシリーズで製造販売されている。制御装置１６のビデオ信号出力はライン１９を介して画像処理ユニット１８の入力連結部に連結される。該画像処理ユニット１８は修正とさらなる処理、特にモニター２０におけるビデオ出力をリアルタイムで示す。本発明で採用する画像処理ユニット１８は、公知の工業規格ＰＣの画像処理装置か、または特別な画像処理装置が使用される。本実施例においては、好ましい画像処理装置として「ツインビデオ」（“ＴｗｉｎＶｉｄｅｏ”）なる商標名のものが使用された。該画像処理装置は、画像回転とを行うものである。これに加うるに、制御ライン１７への信号は画像処理ユニト１８へも適用される。以下に、本発明による画像処理ユニット１８の操作について説明する。画像処理ユニット１８は、画像エラーの重要情報についてリアルタイムで画像処理をすることができる。オフライン処理では、修正すべき画像伝達特性は、電子的に検出され、逆像操作が計算され蓄積される。そして本発明においては、画像処理ユニット１８は「学習モード」および「記録モード」が与えられる。「学習モード」においては、少なくとも１個の既知のテスト物質の画像が記録される。そしてこれは好ましくは照明装置により照明される。画像処理ユニット１８は、画像記録装置１５の各画像エレメントの出力信号を、上記テスト物体において予め定められた望ましい出力信号と比較して、これから各画像エレメントについてテスト物体と比較した照明の変化、レンズの端部切捨て、画像伝達装置における画像移送エラーおよび画像記録装置における感度の変化などによる画像の強さおよび色彩の変化を測定し、これによって各画像エレメントについての修正値を定める。「記録モード」においては、画像処理ユニット１８は、上記した各画像エレメントについての修正値でもって各画像エレメントの出力信号を修正する。本発明の画像処理ユニット１８においては、画像エラーの重要情報についてのリアリタイム画像処理に加えて、適応したエラー修正についてのリアルタイムの画像処理も可能であり、これは先の画像エラーの重要情報についてのリアリタイム画像に重複して行うことができる。上記したように、本発明の画像処理ユニット１８において、いわゆる「学習」を行うことは、画像エラーの修正にとって欠くべからざることである。特にその方法は次のように行われる。例えば全画像システムを通じて、減衰する画像の明るさを補正するためには、内視鏡固有の証明装置が無い場合には、内視鏡後方からの照明装置で照明される白色の均一な不透明ガラスで内視鏡画像が記録されるようにする。内視鏡固有の照明装置および内視鏡固有の光伝達特性により生ずる画像明るさの不均一性を修正するためには、内視鏡の観察方向に垂直に設けられた均一で白色の表面による画像が記録される。両者の場合において、「内視鏡の白色画像」に対して逆の二次元フィルターマトリックスが算出される。記録用電子装置１６によって生ずるノイズを最小限にするためには、多数の内視鏡の白色画像は平均化される。画像用光ファイバーの老化などによって生ずる光ファイバーの欠陥がある場合の画像点の置き換えは、以下のようにして行われる。折損した光ファイバー束５による欠陥の検出は、画像の基本的な明度を均一化することにより行う。全ての黒色ピクセルは強度の臨界「しきい値」を介して検出される。ある一定の「しきい値」以下の強度で存在するピクセルは、ある検出区域内の活性ピクセルの「平均的な最大値」によって置き換えられる。これはピクセルのような個々の画像エレメントを侵す光ファイバー間の画像位置にも適用できる。画像処理ユニット１８における計算操作は公知であるので、より詳細な説明は省略する。前述したように、本発明においては画像エラーを修正するためには、「学習モード」を実施することが必須である。「学習モード」において、歪の補正を行う場合においては、テスト図面を、レンズ光軸に対して正しい角度で内視鏡レンズ表面端部から一定の距離をおいて備えておくことが必要である。このために、本発明においては、テスト空腔が設けられている（図２参照）。該空腔の中の記録ディスク２２上に複数個のテスト図表２１が、内視鏡装置１のレンズ４の物体画面中に次々と挿入されるようにして設けられる。前方観察型の内視鏡装置１は、この目的のためにこの型の内視鏡装置で定められた孔部２３₁ 内に挿入される。これに呼応して、平行観察のための孔部２３₂および背面内視鏡のための孔部２３₃が、内視鏡の観察方向に正確に垂直方向に設けられる。このようにしてテスト空腔は、内視鏡の「学習モード」を異なる観察方向で実行することができる。孔部内のストッパー２４は、定められた画像距離を正確に保つためのものである。以上本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の実施例のみに限定されるものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者ファウスト．ウベドイツ連邦共和国．デ−70182．シュツゥツガルト．アレクサンダーストラーセ．46 (72)発明者シャンテネバー．ディビッドアメリカ合衆国．93105．カリフォルニア州．サンタ．バーバラ．ノース．オンタレ．ロード．779

Claims

【特許請求の範囲】１．ａ．内視鏡、ｂ．照射した光を光ファイバーにより前記内視鏡本体に設けた１個または複数個の光出口孔に導くようにした照明装置、ｃ．前記内視鏡本体の端部に設けられ、前記照明装置により照明された対象物体を画像する内視鏡レンズ、ｄ．該内視鏡レンズによる画像を記録し、かつ画像記録制御ユニットを制御する複数の画像エレメントを持った電子画像記録装置、および、ｅ．該画像記録装置からの画像信号をモニターのような表示装置にリアルタイムで描き出し、修正し、さらに処理を行う画像処理ユニット、からなる内視鏡ビデオシステムにおいて、イ．前記画像処理ユニットは「学習モード」および「記録モード」を備えており、ロ．前記「学習モード」において、前記照明装置または他の照明装置により照明された少なくとも１個の既知のテスト物体の画像が記録され、ハ．前記画像処理ユニットは、前記「学習モード」において前記画像記録装置の各画像エレメントからの出力信号を前記テスト物体に予め定められた所望の出力信号と比較し、その比較結果から前記各画像エレメントの照明における変化、および／またはレンズ端のカットオフ、および／または画像移送装置の移送エラー、および／または前記画像記録装置の感度の変化によって起こる前記テスト物体と比較された記録画像の強さや色調の変化を各画像エレメントについて測定し、また前記比較結果から前記補正値は、前記画像エレメント、隣接する画像エレメントおよび／または１群の画像エレメントからの出力信号から得られる各画像エレメントについての補正値を測定し、ニ．前記「記録モード」において前記画像処理ユニットは、各画像エレメントからのそれぞれの出力信号を、前記画像エレメントについての補正値によって補正することを特徴とする内視鏡ビデオシステム。２．前記画像記録装置は、本体中に設けられ、直接または適宜の光学的装置を介して前記内視鏡レンズによる画像を記録することを特徴とする請求項１記載の内視鏡ビデオシステム。３．前記画像記録装置は内視鏡本体中央部付近に設けられ、前記画像記録装置に設けられた画像伝達装置が、前記内視鏡レンズにより生じた画像を前記画像装置の端部に伝達することを特徴とする請求項１記載の内視鏡ビデオシステム。４．前記画像伝装置は、棒状レンズシステムおよび／または非均一反射係数を持ったレンズエレメントからなる少なくとも１個の中継レンズシステムを備えていることを特徴とする請求項３記載の内視鏡ビデオシステム。５．前記画像伝装置は、画像用光ファイバー束を備えていることを特徴とする請求項３記載の内視鏡ビデオシステム。６．前記画像記録装置は、少なくとも１個のＣＣＤチップを備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の内視鏡ビデオシステム。７．複数個のテスト物体を前記内視鏡の物体視野中に連続的に設置することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の内視鏡ビデオシステム。８．前記テスト物体は、均一灰色図面、均一着色図面および／またはレンズ、画像移送装置および画像記録装置からなる全システムにおける歪検出ができる図面からなり、かつ前記テスト物体は、電子モニターとして設計されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の内視鏡ビデオシステム。９．前記「学習モード」においてテスト空腔が設けられ、前記テスト空腔中に前記内視鏡の前記端末部が挿入され、その中に前記内視鏡レンズの物体視野中に置かれ、前記内視鏡の前記端末部における前記照明光出口孔を出た照明光により照明されたテスト物体が配置されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の内視鏡ビデオシステム。１０．前記画像処理ユニットは、半径方向端部に向かって減衰する全内視鏡画像の明度分布を、すべての画像エレメントについての画像画一化を行うことにより修正を施すことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の内視鏡ビデオシステム。１１．前記画像処理ユニットは、前記内視鏡レンズの物体視野に置ける照明を修正するように個々の画像エレメントからの信号をそれぞれ単独に増幅することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載の内視鏡ビデオシステム。１２．前記画像処理ユニットは、電子的修正および／または単独の画像エレメントの仕分けにより、光ファイバー束の特性による伝達特性欠陥によって生ずる伝達エラーが殆ど目視的に検出されないように内視鏡画像を補正することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載の内視鏡ビデオシステム。１３．前記画像処理ユニットは、比較的高い伝達損失を持った光ファイバーを適用した画像エレメントからの信号を、この画像エレメントの明度が隣接する画像エレメントの明度と等しくなるように増幅することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項記載の内視鏡ビデオシステム。１４．前記画像処理ユニットは、光ファイバー束のスペクトル伝達特性とは偏向したがスペクトル伝達特性を持った光ファイバーを適用した画像エレメントからの信号による色調情報を、この画像エレメントからの信号による色調情報が隣接する画像エレメントからの信号による色調情報と等しくなるように修正を施すことを特徴とする請求項１２または１３記載の内視鏡ビデオシステム。１５．前記画像処理ユニットは、欠陥のある光ファイバーを適用した画像エレメントからの信号を、健全な光ファイバーを適用した画像エレメントからの画像情報と置き換えることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項記載の内視鏡ビデオシステム。１６．前記画像処理ユニットは、光ファイバー間の空隙により生じた画像エレメントからの信号を、光ファイバーを適用した隣接する画像エレメントの画像情報と置き換えることを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１項記載の内視鏡ビデオシステム。１７．前記光ファイバー束は一部が無秩序な束であり、前記画像処理ユニットは、個々の画像エレメントの配列を、再生された画像が光ファイバー束の入口側における画像と等しくなるように電子的に修正を施すことを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか１項記載の内視鏡ビデオシステム。１８．前記画像処理ユニットは、前記「学習モード」において補正係数を計算し、これを介して光ファイバー束の個々のファイバーにおける光非透過被覆物によって引き起こされた画像中の格子線の乱れを、前記「記録モード」において無視し得るようにすることを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれか１項記載された内視鏡ビデオシステム。１９．前記格子線は、その周波数範囲における補正係数としてサイン関数により局部的に補正された周期的な二次元パターンを示すことを特徴とする請求項１８記載の内視鏡ビデオシステム。２０．前記画像処理ユニットは、ランプの変化および／または老化による照明装置の色温度のバラツキによって生ずる画像の色調変化を修正することを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項記載の内視鏡ビデオシステム。２１．前記画像処理ユニットは、全ての画像エレメントについて部分的な画像の入れ替えなどを行うことにより全システムにおける歪みの修正を施すことを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項記載の内視鏡ビデオシステム。２２．前記内視鏡は公知技術による可撓性内視鏡であり、前記画像処理ユニットは、前記可撓性内視鏡の屈曲に対応した補正値を定めることを特徴とする請求項５乃至２１のいずれか１項記載の内視鏡ビデオシステム。２３．前記画像処理ユニットは、内視鏡画像視野シャッターよりも大きい電子的画像視野シャッターを生ずることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか１項記載の内視鏡ビデオシステム。２４．前記画像処理ユニットは、画像に画像回転および／または画像反射のようなさらなる操作を行うことを特徴とする請求項１乃至２３のいずれか１項記載の内視鏡ビデオシステム。２５．前記「学習モード」において前記内視鏡はテスト図面の前方にテスト図面から一定の距離をおいて配置され、前記テスト図面の画像は記録され、前記画像処理ユニットは個々の画像エレメントの実際の出力信号をそれぞれのテスト図面に定められた所望の出力信号と比較し、かつ前記画像処理ユニットは、前記「記録モード」において各画像エレメントまたは一群の画像エレメントの出力信号について個々の実際の出力と所望の出力との間の差異から得られる補正信号および／または前記画像記録装置の一方向に沿って配置された画像エレメントまたは前記画像記録装置のある一定の区域からの実際の出力と所望の出力から得られる関数を計算することを特徴とする請求項１乃至２４のいずれか１項記載の内視鏡ビデオシステムの測定方法。２６．前記画像処理ユニットは、補正表のような補正マトリックスを計算することを特徴とする請求項２５記載の内視鏡ビデオシステムの測定方法。２７．前記テスト図面を記録するに際して前記内視鏡の光軸と前記テスト図面の中心が確実に一致し、かつある一定の距離を維持するようにして前記内視鏡を前記テスト空腔内に挿入することを特徴とする請求項２５または２６記載の内視鏡ビデオシステムの測定方法。