JPWO2012098791A1 - カプセル型内視鏡 - Google Patents

Abstract

観察に適した明るさの画像を取得できるカプセル型内視鏡を提供する。本発明にかかるカプセル型内視鏡２は、ＬＥＤ２２ａと、受光値に応じた出力レベルで画像信号を出力する画素を複数有するＣＣＤアレイ２３ａと、ＣＣＤアレイ２３ａから出力された画像信号を処理する画像信号処理部２４と、１枚の画像を取得するために設定されたフレーム期間において、画像取得のための本露光処理の前に事前露光を行なわせ、複数の画素の一部の画素の事前露光に対する出力結果を用いて、当該フレーム期間で取得する明るさパラメータを設定する設定部２１ｂと、を備え、ＬＥＤ２２ａおよび画像信号処理部２４の少なくとも一方は、設定部２１ｂによって設定されたパラメータにしたがって、当該フレーム期間で取得する画像取得に関する処理を行う。

Description

本発明は、生体内に導入されるカプセル型内視鏡に関する。

従来から、内視鏡分野においては、カプセル型の筐体内部に撮像機能と無線通信機能とを備えた飲込み型の内視鏡であるカプセル型内視鏡が登場し、かかるカプセル型内視鏡を被検体の臓器内部に導入して取得した臓器内部の画像（以下、体内画像という）を表示する内視鏡システムが提案されている。カプセル型内視鏡は、患者等の被検体の臓器内部を観察するために被検体に経口摂取され、その後、蠕動運動等によって臓器内部を移動して、最終的に、この被検体の外部に排出される。かかるカプセル型内視鏡は、被検体に経口摂取されてから被検体外部に排出されるまでの期間、例えば０．５秒間隔で体内画像を撮像し、得られた体内画像を被検体外部に順次無線送信する。

このようなカプセル型内視鏡によって時系列順に無線送信された各体内画像は、被検体外部の受信装置に順次受信される。この受信装置は、予め挿着された記録媒体内に、カプセル型内視鏡から時系列順に受信した体内画像群を保存する。この受信装置内の記録媒体は、カプセル型内視鏡による体内画像群を十分に蓄積した後、受信装置から取り外されて画像表示装置に挿着される。画像表示装置は、この挿着した記録媒体内の体内画像群を取り込み、得られた各体内画像をディスプレイに順次表示する。医師または看護師等のユーザは、かかる画像表示装置に順次表示された各体内画像を観察し、この体内画像の観察を通して被検体の臓器内部を観察（検査）することができる。

カプセル型内視鏡には、生体内を撮像するために、ＬＥＤ等の照明と、集光レンズ等の光学系と、ＣＣＤセンサあるいはＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子とが設けられる。従来のカプセル型内視鏡では、一つ前のフレーム期間における輝度値を算出し、算出した輝度値と、観察に適した明るさに対応する目標輝度値との差が少なくなるように次のフレーム期間における発光時間を決定して、観察に適した明るさを有する画像を取得できるようにしている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１０−５１２９号公報

カプセル型内視鏡は、蠕動運動等によって臓器内部を移動するため、１つ前のフレーム期間における位置から位置が変わり、観察対象の生体組織との距離が変わってしまう場合が多い。このように前後のフレーム期間でカプセル型内視鏡と生体組織との距離が変わってしまった場合、特許文献１記載のカプセル型内視鏡のように前フレームの輝度値をもとにフレーム期間における発光時間を決めると、白く光った画像や暗い黒沈み画像となってしまう。特許文献１記載の方法で観察に適した明るさの画像を取得するためには、フレームレートを上げて応答性を高める必要があるものの、カプセル型内視鏡では、得られた体内画像を被検体外部に順次無線送信する処理が必要であるため、この無線送信処理に要する時間を考慮すると、高フレームレート化にも限界があるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、観察に適した明るさの画像を取得できるカプセル型内視鏡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、本発明にかかるカプセル型内視鏡は、光を発する発光手段と、受光値に応じた出力レベルで画像信号を出力する画素を複数有し、画像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段から出力された画像信号を処理する画像信号処理手段と、１枚の画像を取得するために設定されたフレーム期間において、画像取得のための本露光処理の前に前記発光手段および前記撮像手段に事前露光を行なわせ、前記複数の画素の一部の画素の前記事前露光に対する出力結果を用いて、当該フレーム期間で取得する画像の明るさに関する明るさパラメータを設定する設定手段と、を備え、前記発光手段および前記画像信号処理手段の少なくとも一方は、前記設定手段によって設定された明るさパラメータにしたがって、当該フレーム期間で取得する画像の取得処理に関する処理を行うことを特徴とする。

また、本発明にかかるカプセル型内視鏡は、前記設定手段は、前記一部の画素の事前露光に対する出力結果を用いて算出された前記パラメータの値が所定の許容範囲内である場合には該算出されたパラメータを前記画像の明るさに関するパラメータとして設定し、前記一部の画素の事前露光に対する出力結果を用いて算出された前記パラメータの値が前記所定の許容範囲外である場合には予め設定された基準パラメータを前記画像の明るさに関するパラメータとして設定することを特徴とする。

また、本発明にかかるカプセル型内視鏡は、前記設定手段は、前記一部の画素の事前露光に対する出力結果とともに、１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光に対する前記複数の画素の出力結果を用いて前記明るさパラメータを設定することを特徴とする。

また、本発明にかかるカプセル型内視鏡は、前記設定手段は、前記一部の画素の事前露光に対する出力結果を用いて算出されたパラメータの値が所定の許容範囲内である場合には該算出されたパラメータを前記明るさパラメータとして設定し、前記一部の画素の事前露光に対する出力結果を用いて算出されたパラメータの値が前記所定の許容範囲外である場合には前記１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光に対する複数の画素の出力結果を用いて前記明るさパラメータを設定することを特徴とする。

また、本発明にかかるカプセル型内視鏡は、当該カプセル型内視鏡の移動状態を検出する検出手段をさらに備え、前記設定手段は、前記検出手段の検出結果に応じて、前記一部の画素の事前露光に対する出力結果と、前記１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光に対する複数の画素の出力結果とのいずれかを選択して前記明るさパラメータを設定することを特徴とする。

また、本発明にかかるカプセル型内視鏡は、前記画像信号処理手段は、前記事前露光に対して前記一部の画素から出力された画像信号を画素ごとに異なる増幅率で増幅し、前記設定手段は、前記画像信号処理手段によって画素ごとに異なる増幅率で増幅された画像信号のうち、前記画像信号処理手段の出力可能範囲内である画像信号を用いて前記明るさパラメータを設定することを特徴とする。

また、本発明にかかるカプセル型内視鏡は、前記設定手段は、前記明るさパラメータとして前記発光手段の発光時間を設定し、前記発光手段は、前記設定手段によって設定された発光時間で前記生体内に光を発することを特徴とする。

また、本発明にかかるカプセル型内視鏡は、前記設定手段は、前記明るさパラメータとして前記発光手段の発光強度を設定し、前記発光手段は、前記設定手段によって設定された発光強度で前記生体内に光を発することを特徴とする。

また、本発明にかかるカプセル型内視鏡は、前記画像信号処理手段が行う処理は、前記撮像手段から出力された画像信号を増幅する処理を含み、前記設定手段は、前記明るさパラメータとして前記画像信号処理手段が行なう増幅処理の増幅率を設定し、前記画像信号処理手段は、前記設定手段によって設定された増幅率で前記撮像手段から出力された画像信号を増幅処理することを特徴とする。

本発明によれば、同じフレーム期間の中で事前露光を行い、一部の画素の事前露光に対する測光結果を用いて画像の明るさに関する明るさパラメータを設定し、設定したパラメータをそのまま同フレーム期間において反映させるため、観察に適した明るさの画像を取得できる。

図１は、実施の形態１にかかるカプセル型内視鏡を用いた内視鏡システムの一構成例を示す模式図である。 図２は、図１に示すカプセル型内視鏡の一構成例を模式的に示すブロック図である。 図３は、図２に示すカプセル型内視鏡における明るさパラメータの設定を説明する図である。 図４は、従来のカプセル型内視鏡における明るさパラメータの設定を説明する図である。 図５は、図２に示すカプセル型内視鏡の画像取得処理の処理手順を示すフローチャートである。 図６は、図５に示す明るさパラメータ設定処理の処理手順を示すフローチャートである。 図７は、図２に示すＣＣＤセンサの画素領域を説明する図である。 図８は、図２に示す増幅部が事前測光処理に対応する画像信号の増幅を行う場合の増幅率を説明する図である。 図９は、図２に示す画像信号処理部の出力可能範囲を説明する図である。 図１０は、実施の形態２にかかるカプセル型内視鏡の一構成例を模式的に示すブロック図である。 図１１は、図１０に示すカプセル型内視鏡における明るさパラメータの設定を説明する図である。 図１２は、図１０に示すカプセル型内視鏡における明るさパラメータの設定を説明する図である。 図１３は、図１０に示すカプセル型内視鏡の明るさパラメータ設定処理の各処理手順を示すフローチャートである。 図１４は、実施の形態３にかかるカプセル型内視鏡の一構成例を模式的に示すブロック図である。 図１５は、図１４に示すカプセル型内視鏡の明るさパラメータ設定処理の各処理手順を示すフローチャートである。

以下に、図面を参照して、本発明にかかるカプセル型内視鏡の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかるカプセル型内視鏡を用いた内視鏡システムの一構成例を示す模式図である。図１に示すように、この実施の形態における内視鏡システムは、被検体１の体内画像群を撮像するカプセル型内視鏡２と、カプセル型内視鏡２によって無線送信された画像信号を受信する受信装置３と、カプセル型内視鏡２によって撮像された体内画像群を表示するワークステーション４と、受信装置３とワークステーション４との間におけるデータの受け渡しを行うための可搬型の記録媒体５とを備える。

カプセル型内視鏡２は、カプセル型の筐体内部に照明、撮像部および無線通信部を備える。カプセル型内視鏡２は、経口摂取等によって被検体１の臓器内部に導入され、その後、蠕動運動等によって被検体１の臓器内部を移動しつつ、所定の間隔（例えば０．５秒間隔）で被検体１の体内画像を順次撮像する。カプセル型内視鏡２は、臓器内部において被写体に白色光等の照明光を照射し、この照明光によって照明された被写体の画像、すなわち被検体１の体内画像を撮像する。カプセル型内視鏡２は、このように撮像した被検体１の体内画像の画像信号に撮像時刻などを対応付けて、外部の受信装置３に無線送信する。カプセル型内視鏡２は、被検体１の臓器内部に導入されてから被検体１の外部に排出されるまでの期間、体内画像の撮像動作および無線送信動作を順次繰り返す。

受信装置３は、例えば被検体１の体表上に分散配置される複数の受信アンテナ３ａ〜３ｈを備え、複数の受信アンテナ３ａ〜３ｈのうちの少なくとも一つを介して被検体１内部のカプセル型内視鏡２からの無線信号を受信する。受信装置３は、受信した無線信号から画像信号を抽出し、この抽出した画像信号に含まれる体内画像の画像データを取得する。受信装置３は、カプセル型内視鏡２から１フレーム分の体内画像を取得すると、予め挿着された記録媒体５に画像を順次保存する。また、受信装置３は、各画像に、体内画像の撮像時刻および露光時間データ等を各々対応付ける。なお、受信装置３の受信アンテナ３ａ〜３ｈは、図１に示したように被検体１の体表上に配置してもよいし、被検体１に着用させるジャケットに配置されてもよい。また、受信装置３の受信アンテナ数は、１以上であればよく、特に８つに限定されない。

ワークステーション４は、記録媒体５を介して被検体１の体内画像群等の各種データを取り込み、取り込んだ体内画像群等の各種データを表示する。ワークステーション４は、受信装置３から取り外された記録媒体５を挿着され、この記録媒体５の保存データを取り込むことによって、被検体１の体内画像の画像データ等の各種データを取得する。ワークステーション４は、取得した体内画像をディスプレイに表示する。

記録媒体５は、上述した受信装置３とワークステーション４との間におけるデータの受け渡しを行うための可搬型の記録メディアである。記録媒体５は、受信装置３およびワークステーション４に対して着脱可能であって、両者に対する挿着時にデータの出力および記録が可能な構造を有する。記録媒体５は、受信装置３に挿着された場合、受信装置３によって画像処理された体内画像群および各画像の時間データ等を記録する。一方、受信装置３から取り外された記録媒体５がワークステーション４に挿着された場合、この記録媒体５の保存データ（体内画像群等）は、ワークステーション４に取り込まれる。

次に、図１に示すカプセル型内視鏡２の構造について詳細に説明する。図２は、図１に示すカプセル型内視鏡２の一構成例を模式的に示すブロック図である。図２に示すように、カプセル型内視鏡２は、制御部２１、発光部２２、撮像部２３、画像信号処理部２４、無線送信部２５、カプセル型内視鏡２の各構成部に対して駆動電力を供給する電源回路２６および電池２７を有する。

制御部２１は、カプセル型内視鏡２の各構成部位の駆動を制御し各構成部位における信号の入出力制御を行う。制御部２１は、撮像部２３から出力された画像信号をもとに、この画像信号に対応する画像の明るさレベルを算出する明るさ算出部２１ａと、明るさ算出部２１ａによって算出された明るさレベルをもとに、画像の明るさに関する明るさパラメータを設定する設定部２１ｂと、各部を制御するために用いられるプラグラムやパラメータなどのデータを記憶するメモリ２１ｃとを有する。設定部２１ｂは、明るさパラメータとして、例えば発光部２２のＬＥＤ２２ａにおける発光時間を設定する。

発光部２２は、被検体１内部を照射するために被検体１内部に光を発するＬＥＤ２２ａと、ＬＥＤ２２ａの駆動状態を制御するＬＥＤ駆動回路２２ｂとを有する。なお、発光部２２の発光素子には、ＬＥＤ２２ａに限らず、種々の発光素子を用いることができる。

撮像部２３は、撮像視野からの反射光を結像するレンズ等の光学系（図示しない）と、たとえば、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素がマトリックス状に配置されたＣＣＤアレイ２３ａと、ＣＣＤアレイ２３ａの駆動状態を制御するＣＣＤ駆動回路２３ｂとを有し、ＬＥＤ２２ａによって照射された領域の少なくとも一部を撮像する。ＣＣＤアレイ２３ａの各画素は、撮像視野の光束を受光し、光電変換することで、受光値に応じた出力レベルで画像信号を出力する。

画像信号処理部２４は、撮像部２３から出力されたアナログの画像信号に所定の信号処理を施してデジタルの画像信号を無線送信部２５に出力する。画像信号処理部２４は、撮像部２３から出力されたアナログの画像信号に色バランス調整やガンマ補正等のアナログ信号処理を行う処理回路（図示しない）と、このアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するＡ／Ｄ変換部２４ａと、変換されたデジタルの画像信号を増幅する増幅部２４ｂと、増幅部２４ｂから出力されたデジタル信号を所定ビット数のデジタルデータに変調した後にパラレルデータからシリアルデータに変換するＰ／Ｓ変換部２４ｃと、シリアルデータに変換された画像データに対して水平同期信号および垂直同期信号を合成する同期信号合成部２４ｄとを備える。さらに、画像信号処理部２４は、撮像部２３から出力された画像信号における輝度値を測定して測定結果を制御部２１に出力する測光部２４ｅを有する。明るさ算出部２１ａは、測光部２４ｅから出力された測光結果をもとに、この画像信号に対応する画像の明るさレベルを算出する。

無線送信部２５は、画像信号処理部２４から出力された画像信号を無線信号として送信する。無線送信部２５は、画像信号処理部２４から出力された画像信号を含む無線信号を作成して送信する送信回路２５ａと、送信回路２５ａから出力された無線信号を無線電波として外部に出力する送信アンテナ２５ｂと、を有する。

このカプセル型内視鏡２では、１枚の画像を取得するために設定されたフレーム期間において、画像取得のための本露光処理の前に事前露光処理を行ない、複数の画素の一部の画素の事前露光に対する出力結果を用いて、当該フレーム期間で取得する画像の明るさパラメータを設定することによって、観察に適した明るさの画像を取得できるようにしている。具体的には、図３に示すように、実際に１枚の画像取得のために行う本露光処理の前であって同じフレーム期間の中で、発光部２２および撮像部２３に事前露光処理を行わせる。設定部２１ｂは、測光部２４ｅに、撮像部２３から出力された事前露光に対する画像信号における輝度値を測定させる事前測光処理を行わせる。この場合、測光部２４ｅは、ＣＣＤアレイ２３ａの全画素の画像信号に対して測光処理を行うのではなく、一部の画素の画像信号に対してのみ測光処理を行う。

明るさ算出部２１ａは、測光部２４ｅから出力された事前露光に対する測光結果をもとに画像の明るさレベルを算出する。設定部２１ｂは、この事前露光に対する画像の明るさレベルの算出結果をもとに、観察に適した明るさの画像を取得できるように、このフレームにおける本露光処理のＬＥＤ２２ａの発光時間を設定し、矢印Ｙ１のように同フレーム期間の本露光処理にそのまま反映させる。この結果、ＬＥＤ２２ａは、設定部２１ｂによって設定された発光時間で発光する本露光処理を行い、その後、ＣＣＤアレイ２３ａによる撮像処理、画像信号処理部２４における信号処理が行われ、１枚の画像に対応する画像信号が取得される。なお、実施の形態１においては、図３のように、この本露光処理後にＣＣＤアレイ２３ａによって撮像された画像信号に対しても、測光処理および明るさレベル算出処理を行ってもよく、また、省略することも可能である。測光部２４ｅによる露光処理後の測光結果は、メモリ２１ｃに記憶され、フレーム期間ごとに更新される。

ここで、従来のカプセル型内視鏡では、図４に示すように、１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光処理後にＣＣＤアレイの全画素の画像信号に対して測光処理を行い、この測光結果をもとに画像の明るさレベルを算出して、次のフレーム期間における本露光処理の発光時間を設定し、矢印Ｙ２のように反映させていた。しかしながら、この従来の方法では、１枚前の画像に対するフレーム期間における測光結果をもとに、次のフレーム期間における発光時間を決めると、カプセル型内視鏡の移動によって、前後のフレーム期間の間で観察対象の生体組織との距離が変わってしまった場合には、設定した発光時間と観察に適した明るさに対応する発光時間とがずれてしまい、観察に適した明るさの画像が得られない場合があった。そして、従来の方法では、応答性を高めようにも高フレームレート化にも限界があり、設定した発光時間と観察に適した明るさに対応する発光時間とのずれを解消することができなかった。

これに対し、本実施の形態１にかかるカプセル型内視鏡２においては、同じフレーム期間の中で事前露光処理を行い、一部の画素の事前露光に対する測光結果を用いて発光時間を設定し、設定した発光時間をそのまま同フレーム期間の本露光処理に反映させている。このため、実施の形態１によれば、高フレームレート化を行った場合と同様に、設定した発光時間と観察に適した明るさに対応する発光時間とのずれを低減でき、観察に適した明るさの画像を円滑に取得することができる。また、カプセル型内視鏡２では、事前露光においては、全ての画素ではなく一部の画素のみに対して測光処理を行うため、明るさパラメータを短時間で設定でき、同フレーム期間の本露光処理にも十分に反映することができる。

次に、本実施の形態１にかかるカプセル型内視鏡２の画像取得処理について説明する。図５は、図２に示すカプセル型内視鏡２の画像取得処理の処理手順を示すフローチャートである。図５は、カプセル型内視鏡２が１枚の画像を取得し、受信装置３に送信するまでの処理手順を示している。カプセル型内視鏡２は、図５に示す各処理を繰り返すことによって、一連の体内画像を撮像および無線送信する。

まず、図５に示すように、カプセル型内視鏡２においては、制御部２１の制御のもと、実際の画像取得のために行う本露光処理の前に事前に露光する事前露光処理が行われる（ステップＳ１）。この事前露光処理は本露光処理よりも短い時間に設定され、本露光処理よりも短い時間、発光部２２が光を発光し、撮像部２３のＣＣＤアレイ２３ａの各画素は、受光値に応じた出力レベルで画像信号を画像信号処理部２４に出力する。

測光部２４ｅは、事前露光処理において撮像部２３から出力された画像信号における輝度値を測定して測光結果を制御部２１に出力する事前測光処理（ステップＳ２）を行う。測光部２４ｅは、ＣＣＤアレイ２３ａの全画素の画像信号に対して測光処理を行うのではなく、一部の画素の画像信号に対してのみ測光処理を行う。

続いて、明るさ算出部２１ａは、測光部２４ｅから出力された事前露光処理における一部の画素の測定結果を用いて、この画像信号に対応する画像の明るさレベルを算出する事前明るさ算出処理（ステップＳ３）を行う。

設定部２１ｂは、この事前明るさ算出処理における画像の明るさレベルの算出結果をもとに、観察に適した明るさの画像を取得できるように、このフレーム期間における明るさパラメータを設定する明るさパラメータ設定処理（ステップＳ４）を行う。この明るさパラメータとして、ＬＥＤ２２ａの発光時間が設定される。

続いて、カプセル型内視鏡２においては、明るさパラメータ設定処理において設定された明るさパラメータにしたがって、１枚の画像取得のために、発光部２２による発光処理が行われる本露光処理（ステップＳ５）、撮像部２３が本露光処理に対応して画像信号を出力する撮像処理（ステップＳ６）、画像信号処理部２４が撮像部２３から出力された画像信号に所定の信号処理を施してデジタルの画像信号を出力する画像信号処理（ステップＳ７）、および、無線送信部２５が画像信号処理部２４から出力された画像信号を無線信号として送信する画像信号送信処理（ステップＳ８）が行われ、１枚の画像に対する処理が終了する。

次に、図５に示す明るさパラメータ設定処理について説明する。図６は、図５に示す明るさパラメータ設定処理の処理手順を示すフローチャートである。図６に示すように、設定部２１ｂは、事前明るさ算出処理において明るさ算出部２１ａによって算出された画像の明るさレベルの算出結果を用いてパラメータの値、たとえばＬＥＤ２２ａの発光時間を取得する（ステップＳ１１）。たとえば、メモリ２１ｃは、事前明るさ算出処理において算出される画像の明るさレベルとＬＥＤ２２ａの発光時間との関係式を記憶しており、設定部２１ｂは、メモリ２１ｃ内のテーブルを参照してＬＥＤ２２ａの発光時間を算出する。また、メモリ２１ｃは、事前明るさ算出処理で算出される画像の各明るさレベルと、画像の明るさレベルに対応するＬＥＤ２２ａの発光時間とを対応付けたテーブルを記憶しており、設定部２１ｂは、メモリ２１ｃ内のテーブルを参照してＬＥＤ２２ａの発光時間を取得する。

続いて、設定部２１ｂは、ステップＳ１１において取得したパラメータの値が、このパラメータの所定の許容範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。設定部２１ｂは、ステップＳ１１において取得したＬＥＤ２２ａの発光時間が、ＬＥＤ２２ａの発光時間の所定の許容範囲内である否かを判断する。

設定部２１ｂは、ステップＳ１１において取得したパラメータの値が、このパラメータの所定の許容範囲内であると判断した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、そのまま、本露光処理における明るさパラメータを、ステップＳ１１において取得したパラメータの値に設定する（ステップＳ１３）。設定部２１ｂは、ステップＳ１１において取得したＬＥＤ２２ａの発光時間が、ＬＥＤ２２ａの発光時間の所定の許容範囲内であると判断した場合には、本露光におけるＬＥＤ２２ａの発光時間を、ステップＳ１１において取得した発光時間に設定する。

これに対し、設定部２１ｂは、ステップＳ１１において取得したパラメータの値が、このパラメータの所定の許容範囲内でないと判断した場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、本露光処理における明るさパラメータを、予め設定された基準値に設定する（ステップＳ１４）。たとえば、設定部２１ｂは、ステップＳ１１において取得したＬＥＤ２２ａの発光時間がＬＥＤ２２ａの発光時間の許容範囲上限を上回っていた場合には、本露光におけるＬＥＤ２２ａの発光時間を許容範囲の上限時間に設定する。また、設定部２１ｂは、ステップＳ１１において取得したＬＥＤ２２ａの発光時間が許容範囲下限を下回っていた場合には、本露光におけるＬＥＤ２２ａの発光時間を許容範囲の下限時間を設定する。

このように、実施の形態１にかかるカプセル型内視鏡２においては、この図５および図６に示す各処理手順を行うことによって、設定した発光時間と観察に適した明るさに対応する発光時間とのずれを低減しながら、明るさパラメータを適切に設定することができる。すなわち、実施の形態１にかかるカプセル型内視鏡２においては、白く光った画像や暗い黒沈み画像が減り、白く光った画像や暗い黒沈み画像があった場合であっても適切な明るさの画像に復帰するまでの画像数を減らすことができるため、観察に適した明るさの画像を増やすことができる。

なお、事前測光処理において測光処理が行われる画素は、たとえば、図７に示すように、ＣＣＤアレイ２３ａの画素領域のうち、画像生成のために使用される画素領域Ｓｐのほぼ中央に位置する領域Ｓ１であってもよく、画素領域Ｓｐの角近辺に位置する領域Ｓ２であってもよい。また、事前測光処理において測光処理が行われる画素は、画素領域Ｓｐの周辺であって外部からの光を受光可能である領域Ｓ３であってもよい。もちろん、事前測光処理において測光処理が行われる画素領域は、領域Ｓ１、領域Ｓ２のいずれか一つの領域であってもよく、領域Ｓ１〜Ｓ３の任意の複数の領域であってもよい。複数の画素の測光結果を用いる場合には、この複数の画素における測光結果の平均値を用いて明るさパラメータを設定してもよい。また、設定部２１ｂは、複数の画素の測定結果を用いる場合には、最大値あるいは最小値を用いて明るさパラメータを設定してもよい。

また、カプセル型内視鏡２においては、増幅部２４ｂは、事前測光処理において使用される一部の画素の画像信号の増幅率を画素ごとに変えて各画素の画像信号を出力してもよい。設定部２１ｂは、画像信号処理部２４の増幅部２４ｂによって画素ごとに異なる増幅率で増幅された画像信号のうち、画像信号処理部２４の出力可能範囲内にある画像信号を用いて明るさパラメータを設定する。

たとえば、図８に示すように、増幅部２４ｂは、事前測光処理における測光対象の画素の画像信号を、画素Ｐごとに、０倍、６倍、１２倍または１８倍に増幅して出力する。測光部２４ｅは、増幅部２４ｂから入力された増幅後の各画像信号のうち、画像信号処理部２４の出力可能範囲内の値を有する画像信号を選択して測光処理を行う。図９に示すように、測光部２４ｅは、出力可能範囲を下回っている増幅倍率（増幅率の一例）が０倍のもの、および、出力範囲内であるものの出力範囲の上限および下限に近い増幅倍率６倍および１８倍のものではなく、出力可能範囲のうち安定した出力のために設定された目標値に近い増幅倍率１２倍のものを選択する。このように画素ごとに異なる増幅率で増幅された画像信号のうち、画像信号処理部２４の出力可能範囲を超えて飽和した値を有する画像信号や出力可能範囲を下回る値を有する画像信号ではなく、出力可能範囲内であって正しい値で出力された画素信号を選択することによって、パラメータを正確に設定することができる。

また、実施の形態１では、設定部２１ｂが、明るさパラメータとしてＬＥＤ２２ａの発光時間を設定する場合を例に説明したが、もちろんこれに限らず、ＬＥＤ２２ａの発光強度を設定してもよい。この場合には、ＬＥＤ２２ａは、設定部２１ｂによって設定された発光強度で発光する本露光処理を行う。また、設定部２１ｂは、明るさパラメータとして、ＣＣＤアレイ２３ａから出力された画像信号の増幅部２４ｂにおける増幅率を設定してもよい。この場合には、増幅部２４ｂは、設定部２１ｂによって設定された増幅率でＣＣＤアレイ２３ａから出力された画像信号を増幅する。

また、設定部２１ｂは、明るさパラメータとして、ＬＥＤ２２ａの発光時間、ＬＥＤ２２ａの発光強度および増幅部２４ｂにおける増幅率の全てあるいはいずれか二つを設定してもよい。

また、ＣＣＤアレイ２３ａから出力された画像信号を増幅する増幅部として、デジタル変換後の画像信号を増幅する増幅部２４ｂを例に説明したが、もちろんこれに限らず、デジタル変換前のアナログである画像信号を増幅する増幅部であってもよい。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２では、一部の画素の同フレーム期間内での事前露光に対する出力結果とともに、１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光に対する複数の画素の出力結果を用いて明るさに関するパラメータを設定する場合について説明する。

図１０は、実施の形態２にかかるカプセル型内視鏡の一構成例を模式的に示すブロック図である。図１０に示すように、実施の形態２にかかるカプセル型内視鏡２０２は、図２に示す制御部２１に代えて制御部２２１を有する。制御部２２１は、図２に示す設定部２１ｂに代えて、設定部２２１ｂを有する。

設定部２２１ｂは、ＣＣＤアレイ２３ａの一部の画素の事前露光に対する出力結果とともに、１枚前の画像取得時の本露光に対するＣＣＤアレイ２３ａにおける全画素の出力結果を用いて明るさパラメータを設定する。なお、実施の形態２においては、本露光処理後にＣＣＤアレイ２３ａによって撮像された画像信号に対しても、測光部２４ｅによる測光処理および明るさ算出部２１ａによる明るさレベル算出処理が行われる。

図１１および図１２を参照して、設定部２２１ｂによる明るさパラメータの設定について説明する。なお、設定部２２１ｂが、明るさパラメータとして、ＬＥＤ２２ａの発光時間を設定する場合を例に説明する。

図１１（１）に示すように、設定部２２１ｂは、ＣＣＤアレイ２３ａの全画素のうちの一部の画素の事前露光に対する算出結果をもとに取得したＬＥＤ２２ａの発光時間が所定の許容範囲内である場合には、発光時間でＬＥＤ２２ａを発光させても特に問題ないため、この取得された発光時間を図１２の矢印Ｙ１１のようにそのまま同フレーム期間の本露光処理に反映させる。この場合には、１枚前の画像取得時の本露光に対する全画素の測光結果は使用しない。なお、ここでいう算出結果は、測光部２４ｅから出力された露光処理に対する測光結果をもとに明るさ算出部２１ａが算出した画像の明るさレベルを示す。

これに対し、図１１（２）に示すように、ＣＣＤアレイ２３ａの全画素のうちの一部の画素の事前露光に対する算出結果をもとに取得されたＬＥＤ２２ａの発光時間が所定の許容範囲外である場合には、許容範囲外の発光時間でＬＥＤ２２ａを発光させることは望ましくないため、一部の画素の事前露光に対する算出結果をもとに取得したＬＥＤ２２ａの発光時間を使用しない。そして、設定部２２１ｂは、１枚前の画像取得時の本露光に対する全画素の測光結果をもとにＬＥＤ２２ａの発光時間を取得する。その後、設定部２２１ｂは、１枚前の画像取得時の本露光に対する全画素の測光結果をもとに取得したＬＥＤ２２ａの発光時間が所定の許容範囲内である場合には、この発光時間を図１２の矢印Ｙ２１のように同フレーム期間の本露光処理に反映させる。

一方、設定部２２１ｂは、図１１（３）に示すように、１枚前の画像取得時の本露光に対する全画素の測光結果をもとに取得したＬＥＤ２２ａの発光時間が所定の許容範囲外である場合には、いずれの発光時間も用いず、ＬＥＤ２２ａの発光時間を所定の基準時間に設定する。

このように、本実施の形態２にかかるカプセル型内視鏡２０２においては、一部の画素の事前露光に対する測光結果を用いて取得したパラメータの値が適切でない場合には、１枚前の画像取得時の本露光に対する全画素の測光結果をもとに高精度で取得したパラメータの値を用いて、観察に適した明るさの画像をさらに円滑に取得できるようにしている。

次に、本実施の形態２にかかるカプセル型内視鏡２０２の画像取得処理について説明する。カプセル型内視鏡２０２は、図５に示す各処理と同様の処理を行うことによって１枚の画像を取得し、受信装置３に送信する。ここで、図１３を参照して、実施の形態２における明るさパラメータ設定処理について説明する。図１３は、図１０に示すカプセル型内視鏡２０２の明るさパラメータ設定処理の各処理手順を示すフローチャートである。

図１３に示すように、設定部２２１ｂは、図６に示すステップＳ１１と同様に、事前明るさ算出処理において明るさ算出部２１ａによって算出された画像の明るさレベルの算出結果を用いてパラメータの値、たとえばＬＥＤ２２ａの発光時間を取得する（ステップＳ２１）。続いて、設定部２２１ｂは、図６に示すステップＳ１２と同様に、ステップＳ２１において取得したパラメータの値が、このパラメータの所定の許容範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ２２）。

設定部２２１ｂは、ステップＳ２１において取得したパラメータの値が、このパラメータの所定の許容範囲内であると判断した場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、本露光処理における明るさパラメータを、ステップＳ２１において取得した事前明るさ算出結果を用いて取得したパラメータの値に設定する（ステップＳ２３）。

これに対し、設定部２２１ｂは、ステップＳ２１において取得したパラメータの値が、このパラメータの所定の許容範囲内でないと判断した場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）、測光部２４ｅによって測光された１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光における全画素の測光結果をもととした画像の明るさの算出結果を用いてパラメータの値を取得する（ステップＳ２４）。なお、この算出結果は、測光部２４ｅから出力された露光処理に対する測光結果をもとに明るさ算出部２１ａが算出した画像の明るさレベルを示す。

続いて、設定部２２１ｂは、ステップＳ２４において取得したパラメータの値が、このパラメータの所定の許容範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ２５）。

設定部２２１ｂは、ステップＳ２４において取得したパラメータの値が、このパラメータの所定の許容範囲内であると判断した場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、本露光処理における明るさパラメータを、ステップＳ２４において取得した１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光に対する明るさ算出結果を用いて取得したパラメータの値に設定する（ステップＳ２６）。

これに対し、設定部２２１ｂは、ステップＳ２４において取得したパラメータの値が、このパラメータの所定の許容範囲内でないと判断した場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、本露光処理における明るさパラメータを、予め設定された基準値に設定する（ステップＳ２７）。

このように、実施の形態２にかかるカプセル型内視鏡２０２においては、この図１３に示す各処理手順を行うことによって、観察に適した明るさの画像をさらに円滑に取得できるようにしている。

なお、図１３に示す各処理は、実施の形態２における明るさパラメータ設定処理の処理手順の一例を示すものであり、実施の形態２における明るさパラメータ設定処理は、これに限るものではない。たとえば、設定部２２１ｂは、事前明るさ算出処理における算出結果に対応して取得したパラメータの値と、１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光の測光結果をもとに取得したパラメータの値との平均値を求めて、この平均値を明るさパラメータとして設定してもよい。また、設定部２２１ｂは、事前明るさ算出処理における算出結果に対応して取得したパラメータの値と所定の基準値との差分、および、１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光の測光結果をもとに取得したパラメータの値と所定の基準値との差分を取得し、差分がより少ない方の値を明るさパラメータとして設定してもよい。また、設定部２２１ｂは、事前明るさ算出処理における算出結果に対応して取得したパラメータの値と所定の基準値との差分、および、１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光の測光結果をもとに取得したパラメータの値と所定の基準値との差分が、所定範囲内に入る方の値を明るさパラメータとして設定してもよい。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３について説明する。実施の形態３においては、カプセル型内視鏡の移動状態に応じて、明るさパラメータ設定のために使用する測光結果を事前測光処理における測光結果および１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光の測光結果との間で選択する場合について説明する。

図１４は、実施の形態３にかかるカプセル型内視鏡の一構成例を模式的に示すブロック図である。図１４に示すように、実施の形態３にかかるカプセル型内視鏡３０２は、図２に示すカプセル型内視鏡２と比して、図２に示す制御部２１に代えて制御部３２１を有するとともに、カプセル型内視鏡３０２の加速度を検出して制御部３２１に出力する加速度センサ３２８をさらに備える。この加速度センサ３２８は、カプセル型内視鏡３０２の移動状態を検出する機能を有する。

制御部３２１は、図２に示す設定部２１ｂに代えて、設定部３２１ｂを有する。設定部３２１ｂは、加速度センサ３２８の検出結果に応じて、事前露光に対する出力結果と１枚前の画像取得時の本露光に対する複数の画素の出力結果とのいずれかを選択して、明るさパラメータを設定する。

次に、本実施の形態３にかかるカプセル型内視鏡３０２の画像取得処理について説明する。カプセル型内視鏡３０２は、図５に示す各処理と同様の処理を行うことによって１枚の画像を取得し、受信装置３に送信する。ここで、図１５を参照して、実施の形態３における明るさパラメータ設定処理について説明する。図１５は、図１４に示すカプセル型内視鏡３０２の明るさパラメータ設定処理の各処理手順を示すフローチャートである。

まず、図１５に示すように、設定部３２１ｂは、加速度センサ３２８の検出値を取得する（ステップＳ３１）。続いて、設定部３２１ｂは、取得した加速度センサ３２８の検出値が所定の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ３２）。この閾値は、カプセル型内視鏡３０２が観察に適した明るさの画像取得に支障がない程度の距離を前後のフレーム期間の間で移動する場合の移動速度をもとに設定される。

設定部３２１ｂが、取得した加速度センサ３２８の検出値が所定の閾値以上であると判断した場合は（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）、１枚前の画像に対するフレーム期間における位置からカプセル型内視鏡３０２が大きく移動した場合に対応する。したがって、１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光における全画素の測光結果を使用して、このフレーム期間に対応する明るさパラメータを設定すると、設定した発光時間と観察に適した明るさに対応する発光時間とのずれが生じ、観察に適した明るさの画像を取得できない。このため、設定部３２１ｂは、設定した発光時間と観察に適した明るさに対応する発光時間とのずれを低減するため、１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光における全画素の測光結果ではなく、事前明るさ算出処理における算出結果を使用して（ステップＳ３３）、この事前明るさ算出処理における算出結果に対応する明るさパラメータを取得し、設定する（ステップＳ３４）。なお、ここでいう算出結果は、測光部２４ｅから出力された露光処理に対する測光結果をもとに明るさ算出部２１ａが算出した画像の明るさレベルを示す。

一方、設定部３２１ｂが、取得した加速度センサ３２８の検出値が所定の閾値以上でないと判断した場合は（ステップＳ３２：Ｎｏ）、１枚前の画像に対するフレーム期間における位置からカプセル型内視鏡３０２があまり移動していない場合に対応する。したがって、１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光における全画素の測光結果を使用して、このフレーム期間に対応する明るさパラメータを設定しても、時間的なずれの影響が少なく、観察に適した明るさの画像の取得も十分可能である。さらに、１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光における全画素の測光結果を使用するため、このフレーム期間に対応する明るさパラメータを高精度に設定できる。このため、設定部３２１ｂは、事前明るさ算出処理における算出結果ではなく、１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光における全画素の測光結果をもととした画像の明るさの算出結果を使用して（ステップＳ３５）、この算出結果に対応する明るさパラメータを取得し、設定する（ステップＳ３６）。

このように、実施の形態３においては、加速度センサ３２８の検出結果に応じて、使用する測光結果を事前測光処理における測光結果および１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光の測光結果との間で選択しており、カプセル型内視鏡３０２の移動状態に応じて、観察に適した明るさの画像を適切に取得できるようにしている。

なお、実施の形態１〜３においては、いわゆる単眼のカプセル型内視鏡について説明したが、もちろん、発光部２２および撮像部２３を複数有するカプセル型内視鏡についても適用可能である。この場合には、フレーム期間ごとに各発光部２２および各撮像部２３にそれぞれ事前露光処理を行わせ、各撮像部２３からの出力結果をもとに、明るさパラメータをそれぞれ設定すればよい。

１ 被検体
２，２０２，３０２ カプセル型内視鏡
３ａ〜３ｈ 受信アンテナ
３ 受信装置
４ ワークステーション
５ 記録媒体
２１，２２１，３２１ 制御部
２１ａ 明るさ算出部
２１ｂ，２２１ｂ，３２１ｂ 設定部
２１ｃ メモリ
２２ 発光部
２２ａ ＬＥＤ
２２ｂ ＬＥＤ駆動回路
２３ 撮像部
２３ａ ＣＣＤアレイ
２３ｂ ＣＣＤ駆動回路
２４ 画像信号処理部
２４ａ Ａ／Ｄ変換部
２４ｂ 増幅部
２４ｃ Ｐ／Ｓ変換部
２４ｄ 同期信号合成部
２４ｅ 測光部
２５ 無線送信部
２５ａ 送信回路
２５ｂ 送信アンテナ

Claims (9)

1. 生体内に導入されるカプセル型内視鏡において、
   光を発する発光手段と、
   受光値に応じた出力レベルで画像信号を出力する画素を複数有し、画像を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段から出力された画像信号を処理する画像信号処理手段と、
   １枚の画像を取得するために設定されたフレーム期間において、画像取得のための本露光処理の前に前記発光手段および前記撮像手段に事前露光を行なわせ、前記複数の画素の一部の画素の前記事前露光に対する出力結果を用いて、当該フレーム期間で取得する画像の明るさに関する明るさパラメータを設定する設定手段と、
   を備え、前記発光手段および前記画像信号処理手段の少なくとも一方は、前記設定手段によって設定された明るさパラメータにしたがって、当該フレーム期間で取得する画像の取得処理に関する処理を行うことを特徴とするカプセル型内視鏡。
2. 前記設定手段は、前記一部の画素の事前露光に対する出力結果を用いて算出されたパラメータの値が所定の許容範囲内である場合には該算出されたパラメータを前記明るさパラメータとして設定し、前記一部の画素の事前露光に対する出力結果を用いて算出されたパラメータの値が前記所定の許容範囲外である場合には予め設定された基準パラメータを前記明るさパラメータとして設定することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡。
3. 前記設定手段は、前記一部の画素の事前露光に対する出力結果とともに、１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光に対する前記複数の画素の出力結果を用いて前記明るさパラメータを設定することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡。
4. 前記設定手段は、前記一部の画素の事前露光に対する出力結果を用いて算出されたパラメータの値が所定の許容範囲内である場合には該算出されたパラメータを前記明るさパラメータとして設定し、前記一部の画素の事前露光に対する出力結果を用いて算出されたパラメータの値が前記所定の許容範囲外である場合には前記１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光に対する複数の画素の出力結果を用いて前記明るさパラメータを設定することを特徴とする請求項３に記載のカプセル型内視鏡。
5. 当該カプセル型内視鏡の移動状態を検出する検出手段をさらに備え、
   前記設定手段は、前記検出手段の検出結果に応じて、前記一部の画素の事前露光に対する出力結果と、前記１枚前の画像に対するフレーム期間において行われた本露光に対する複数の画素の出力結果とのいずれかを選択して前記明るさパラメータを設定することを特徴とする請求項３に記載のカプセル型内視鏡。
6. 前記画像信号処理手段は、前記事前露光に対して前記一部の画素から出力された画像信号を画素ごとに異なる増幅率で増幅し、
   前記設定手段は、前記画像信号処理手段によって画素ごとに異なる増幅率で増幅された画像信号のうち、前記画像信号処理手段の出力可能範囲内である画像信号を用いて前記明るさパラメータを設定することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡。
7. 前記設定手段は、前記明るさパラメータとして前記発光手段の発光時間を設定し、
   前記発光手段は、前記設定手段によって設定された発光時間で光を発することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡。
8. 前記設定手段は、前記明るさパラメータとして前記発光手段の発光強度を設定し、
   前記発光手段は、前記設定手段によって設定された発光強度で前記生体内に光を発することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡。
9. 前記画像信号処理手段が行う処理は、前記撮像手段から出力された画像信号を増幅する処理を含み、
   前記設定手段は、前記明るさパラメータとして前記画像信号処理手段が行なう増幅処理の増幅率を設定し、
   前記画像信号処理手段は、前記設定手段によって設定された増幅率で前記撮像手段から出力された画像信号を増幅処理することを特徴とする請求項１に記載のカプセル型内視鏡。

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