JPWO2017051557A1 - 画像較正用検具および内視鏡システム - Google Patents

Abstract

画像較正用検具４は、直交する２つの辺Ｖ１、Ｖ２、Ｈ１、Ｈ２を円弧状の曲線で接続された略矩形状の複数の指標４１と、複数の指標４１を金属板上に機械加工、レーザマーキングなどによって対角方向の２つの指標４１を所定の距離で離間させて形成した較正チャート４０と、を備えている。

Description

本発明は、観察系の補正を行う画像較正用検具および内視鏡システムに関する。

従来から、観察者が直接目視できない被検体を観察可能するための被検体に挿入可能な挿入部を有する内視鏡が利用されている。このような内視鏡の中には、２つの観察画像を組み合わせて３Ｄ画像を生成して、被検体を立体視できる２眼式の３Ｄ内視鏡が登場している。

このような内視鏡は、撮像装置によって電子的な取得映像が期待通りの画像としてモニタに表示されるように調整するための較正（補正）を行う必要がある。特に、３Ｄ内視鏡は、左右２つの観察光学系を有しているため、これら観察光学系による撮像光軸のずれを較正する必要がある。

３Ｄ内視鏡は、生体内に挿入して検査、治療などする医療用の場合、従来の内視鏡と同様に、使用前に過酸化水素滅菌、オートクレーブ滅菌などの滅菌消毒処理がされ、この滅菌消毒処理による熱膨張、冷却、圧力などの負荷により、左右２つの観察光学系の撮像光軸にずれが生じてしまう場合がある。

このような内視鏡の撮像光軸の較正を行うため、例えば、日本国特開２００８−１０４８７７号公報には、画像ピックアップデバイスにより記録された画像を較正し、市松模様状の較正マトリックス（較正指標）を用いて固有パラメータおよび外部パラメータを修正する処理装置が知られている。

ところで、使用前に滅菌消毒処理が行なわれ、撮像光軸にずれを生じた場合、従来のような処理装置が内視鏡に装着して取得画像を較正する検具も滅菌消毒耐性を有する必要がある。

そのため、従来のような較正指標をクロム蒸着、アルマイト処理、紙印刷などを用いることができず、過酸化水素滅菌、オートクレーブ滅菌などの滅菌消毒処理に対応するように、検具に設ける較正指標を各種機械加工、レーザマーキングなどで形成する必要がある。

なお、検具に設ける較正指標を各種機械加工、レーザマーキングなどで形成すると、内視鏡の照明光が較正指標で回折してしまい、膨張像となり、正確な較正が行えない可能性がある。

さらに、内視鏡の照明光により、較正指標の形成する検具の較正チャート面による反射光が対物光学系に入射すると、較正指標を正確に観察できないという問題もある。

そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、滅菌消毒耐性を備え、正確に画像を較正できる較正用検具および内視鏡システムを提供することである。

本発明の一態様の画像較正用検具は、直交する２つの辺を円弧状の曲線で接続された略矩形状の複数の指標と、前記複数の指標を金属板上に機械加工、レーザマーキングなどによって対角方向の２つの前記指標を所定の距離で離間させて形成した較正チャートと、を備えている。

本発明の一態様の内視鏡システムは、直交する２つの辺を円弧状の曲線で接続された略矩形状の複数の指標と、前記複数の指標を金属板上に機械加工、レーザマーキングなどによって対角方向の２つの前記指標を所定の距離で離間させて形成した較正チャートと、を備えている画像較正用検具と、前記画像較正用検具に挿入部の先端部が着脱自在な内視鏡と、前記内視鏡により撮影された前記画像較正用検具の前記較正チャートによって前記内視鏡によって取得する観察画像を補正する制御部と、を備えている。

本発明によれば、滅菌消毒耐性を備え、正確に画像を較正できる較正用検具および内視鏡システムを提供することができる。

本発明の一態様に係る内視鏡システムの構成を示す斜視図 同、画像較正用検具の構成を示す斜視図 同、画像較正用検具の構成を示す断面図 同、内視鏡の挿入部に装着された画像較正用検具の構成を示す断面図 同、較正チャート板の較正チャート面に設けられた較正チャートを示す平面図 同、較正チャートを拡大して示した平面図 同、２つの観察光学系によってイメージセンサで検出される２つの画像領域を示す図 同、２つの指標から交点を検出する状態を説明するための図 同、取得画像領域を補正する状態を説明するための図 同、図９とは異なる取得画像領域を補正する他の例を説明するための図 同、図９および図１０とは異なる取得画像領域を補正する他の例を説明するための図 同、２つの取得画像領域を合成した状態の図 同、較正チャート板の較正チャート面に形成した指標の第１例を示す図 同、較正チャート板の較正チャート面に形成した指標の第２例を示す図 同、較正チャート板の較正チャート面に形成した指標の第３例を示す図 同、較正チャート板の較正チャート面に形成した指標の第４例を示す図

以下に、本発明について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、および各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。

図面は本発明の一態様に係わり、図１は内視鏡システムの構成を示す斜視図、図２は画像較正用検具の構成を示す斜視図、図３は画像較正用検具の構成を示す断面図、図４は内視鏡の挿入部に装着された画像較正用検具の構成を示す断面図、図５は較正チャート板の較正チャート面に設けられた較正チャートを示す平面図、図６は較正チャートを拡大して示した平面図、図７は２つの観察光学系によってイメージセンサで検出される２つの画像領域を示す図、図８は２つの指標から交点を検出する状態を説明するための図、図９は取得画像領域を補正する状態を説明するための図、図１０は図９とは異なる取得画像領域を補正する他の例を説明するための図、図１１は図９および図１０とは異なる取得画像領域を補正する他の例を説明するための図、図１２は２つの取得画像領域を合成した状態の図、図１３は較正チャート板の較正チャート面に形成した指標の第１例を示す図、図１４は較正チャート板の較正チャート面に形成した指標の第２例を示す図、図１５は較正チャート板の較正チャート面に形成した指標の第３例を示す図、図１６は較正チャート板の較正チャート面に形成した指標の第４例を示す図である。

内視鏡システム１は、図１に示すように、内視鏡２と、ビデオシステムセンタ３と、較正用検具である画像較正用検具４と、を有して構成されている。なお、ここでの内視鏡２は、２つの観察画像を組み合わせて３Ｄ画像を生成して、被検体を立体視できる２眼式の３Ｄ内視鏡である。

内視鏡２は、挿入部１１と、挿入部の基端に連設された操作部１２と、操作部１２から延出するユニバーサルコード１３と、を有して構成されている。

挿入部１１は、先端から順に、先端部１４、湾曲部１５および硬質管部１６が連接されている。なお、ここでの内視鏡２は、挿入部１１が硬質管部１６を有する外科用に用いられる所謂硬性内視鏡として例示しているが、これに限定されることなく、挿入部１１が可撓性を備えた所謂軟性内視鏡としてもよい。

先端部１４は、先端面に２つの観察窓および照明窓が設けられ、２つの観察窓から入光する２つの観察光が複数の対物光学系を介して撮像装置に設けられたＣＣＤ、ＣＭＯＳなどのイメージセンサによって検出される（何れも不図示）。

操作部１２には、医師である操作者の操作を受けて挿入部１１の湾曲部１５を第１の方向としての観察像における上下方向（ＵＤ方向）および第１の方向とは異なる、ここでは略直交する第２の方向としての観察像における左右方向（ＲＬ方向）に操作する２つの湾曲操作レバー１７を有している。

さらに、操作部１２には、レリーズスイッチなどの観察画像を操作するためのボタン類１８が設けられている。

ビデオシステムセンタ３は、トロリー２０に搭載された各種内視鏡２の機能を制御する制御装置としてのビデオプロセッサ２１と、内視鏡２の先端部１４の照明窓から被検体に向けて照射する照明光の光源が内蔵された光源装置２２と、キーボード２３と、モニタ２４と、を主に有して構成されている。

制御装置であるビデオプロセッサ２１は、光源装置２２を点灯制御すると共に、内視鏡２を通して撮影された被検体の画像を画像処理してモニタ２４に表示する。

なお、内視鏡２のユニバーサルコード１３の延出端には、光源装置２２と着脱自在に接続される光源コネクタ２５が設けられている。

この光源コネクタ２５からは、ここでは２本の電気ケーブル２６が延設され、これら電気ケーブル２６の延出端のそれぞれに、ビデオプロセッサ２１と着脱自在に接続される電気コネクタ２７が設けられている。

なお、３Ｄ内視鏡である内視鏡２の内部構成要素については、従来と同様であるため、それら構成要素についての詳細な説明を省略する。また、内視鏡２は、３Ｄ内視鏡に限定されることなく、２Ｄ内視鏡としてもよい。

次に、図２から図４に基いて、画像較正用検具４の構成について、以下に詳しく説明する。
図２および図３に示すように、画像較正用検具４は、オートクレーブ滅菌耐性を備えるようにステンレスなどの錆びにくい金属や耐熱性、対薬品耐性のある樹脂によって全体が形成され、両側部に開口部３２が設けられた矩形状の検具本体部３１と、この検具本体部３１の基端側に螺着固定された筒状の内視鏡接続部３３と、検具本体部３１の先端壁に螺着固定された円板状の較正チャート板３４と、を有して主に構成されている。
このように開口部３２があることで、洗浄が容易になり、検具本体部３１の両側部での照明光の不要な反射を防ぐことができる。

内視鏡接続部３３は、ここでは３つの開口部３５が周方向に略等間隔で形成され、これら開口部３５内のそれぞれには内径方向に傾斜された爪部３６が設けられている。

これら爪部３６は、内視鏡接続部３３に内視鏡２の先端部１４が挿入されると内視鏡接続部３３の外径方向に弾性変形して、先端部１４の基端周方向を係止して所謂スナップフィット方式によって機械的に固定する（図４参照）。

なお、先端部１４は、先端面が検具本体部３１の基端開口部３７の周囲の当接部としての壁部３８に当接するように内視鏡接続部３３で固定される。このように爪部３６が３点あることで、先端部１４は安定的に当接することができる。

これにより、画像較正用検具４に装着された内視鏡２の先端部１４は、先端面から較正チャート板３４までの所定の距離Ｌが常に一定となる。即ち、内視鏡２は、画像較正用検具４に装着時に、較正チャート板３４の較正チャート面３４ａとの所定の距離Ｌが常に一定となり、較正チャート面３４ａに設けられた後述の較正チャート４０を撮影して取得画像の較正を正確に行うことができる。

検具本体部３１の先端面に配設される較正チャート板３４は、検具本体部３１へ螺着固定する際に治具が挿入される２つの凹部３９が正面となる先端面側に設けられている。

この較正チャート板３４は、図５および図６に示すように、背面である基端面の較正チャート面３４ａに機械加工、レーザマーキングなどによって形成された略矩形状の複数の指標４１が所謂、格子模様市松模様状に配列された較正指標である較正チャート４０が設けられている。
それぞれの指標４１は、隣接する対角方向の指標４１同士が所定の距離離間するように、直交する２つの辺を接続するように、角部が円弧状の曲線に形成されている。

これにより、隣接する対角方向の指標４１同士の角部に潰れ、エッジなどによる歪な形状が発生させることなく、指標４１を種々の機械加工、レーザマーキングなどによって形成することができる。

即ち、隣接する対角方向の指標４１同士の角部を忠実に形成しようと種々の機械加工、レーザマーキングなどによって市松模様状の較正チャート４０を形成すると、２つの指標４１の角部が重なり合ってしまい、潰れ、エッジなどによる歪な形状が発生してしまう。

このように較正チャート４０に潰れ、エッジなどによる歪な形状が生じると、内視鏡２の照明光が反射して、正確に所望の観察画像を得ることができなくなってしまう。あるいは、角部がつぶれてしまい、角部の検出精度が悪化する。

また、指標４１の角部の円弧を大きくして、隣接する対角方向の指標４１同士の距離を長くすると、指標４１の直線状の各辺が短くなってしまい、較正チャート４０の検出精度が悪化してしまう。

なお、隣接する対角方向の指標４１同士の角部を重ねるように形成すると、２つの指標４１の辺が直線状とならず、重ねた幅の分の差が生じるため、直交性がなくなり、較正チャート４０としての正確な機能を有さなくなってしまう。

そのため、較正チャート４０を形成する複数の指標４１は、それぞれの直線状の各辺が直線上に配列されて直交性を有すると共に、内視鏡２の観察性能によって検出できる十分な長さを有するよう角部を最適な曲率半径の円弧状に設定された形状となるように種々の機械加工、レーザマーキングなどによって較正チャート板３４の較正チャート面３４ａ上に形成されている。

また、複数の指標４１を配列することで欠損や劣化などにより一部の指標４１が検出できなくても、他の指標４１により検出が可能になる。このとき、指標４１の大きさは、別の指標と誤認識しないように、想定されるずれ量よりも大きく設定する必要がある。

したがって、複数の指標４１を配列した較正チャート４０は、内視鏡２の照明光が不要に反射する歪な部分がなく、各指標４１の各辺を正確に検出することができるように較正チャート板３４の較正チャート面３４ａ上に形成される。

以上のように構成された内視鏡システム１の内視鏡２の観察画像の較正方法について、以下に詳しく説明する。なお、ここでの内視鏡２は、３Ｄ内視鏡であるため、観察光学系による撮像光軸のずれを較正する方法について説明する。

先ず、内視鏡２の挿入部１１の先端部１４に画像較正用検具４が装着される。そして、内視鏡２によって、画像較正用検具４の較正チャート４０が撮影される。

図７に示すように、内視鏡２の撮像装置のイメージセンサで検出される、例えば、第１の観察光学系による第１の取得画像領域Ｉｍｇ１と第２の観察光学系による第２の取得画像領域Ｉｍｇ２がビデオプロセッサ２１に入力される。

このとき、ビデオプロセッサ２１内の制御部は、第１の取得画像領域Ｉｍｇ１から切り出す第１の画像領域Ｃｕｔ１および第２の取得画像領域Ｉｍｇ２から切り出す第２の画像領域Ｃｕｔ２のそれぞれの中心Ｏ１，Ｏ２が一致するように設定する。

この状態からビデオプロセッサ２１内の制御部は、第１の画像領域Ｃｕｔ１および第２の画像領域Ｃｕｔ２から較正チャート４０の２つの指標４１（Ａ，Ｂ）を選択する。

なお、観察光学系の光学特性上、ディストーションが存在する場合、選択する指標４１は、それぞれの画像領域の中心Ｏ１、Ｏ２に近い指標から選択するほうが較正精度上好ましい。

そして、制御部は、図８に示すように、第１の指標４１（Ａ）の直線状の２つの辺Ｖ１，Ｈ１と第２の指標４１（Ｂ）の直線状の２つの辺Ｖ２，Ｈ２を検出する。

なお、ここでは、位置を検出するプログラムとして、２つの指標４１（Ａ，Ｂ）の直線状のそれぞれの辺Ｖ１，Ｖ２，Ｈ１，Ｈ２を検出するように、ドーナッツ状の探索範囲Ｓのアルゴリズムが設定されている。

制御部は、第１の指標４１（Ａ）の垂直方向の辺Ｖ１と第２の指標４１（Ｂ）の垂直方向の辺Ｖ２の延長線と第１の指標４１（Ａ）の水平方向の辺Ｈ１と第２の指標４１（Ｂ）の水平方向の辺Ｈ２の延長線が直交する交点Ｐの位置をドーナッツ状の探索範囲Ｓを用いて検出する。

この検出方法により、内視鏡２に対して画像較正用検具４の回転方向の位置が定まらなくてもドーナッツ状の探索範囲Ｓにより指標４１の交点Ｐを検出することができる。

次に、制御部は、交点Ｐの位置と第１の画像領域Ｃｕｔ１の中心Ｏ１の位置に対する交点Ｐの位置と第２の画像領域Ｃｕｔ２の中心Ｏ２の位置のずれを検出して一方の画像領域を他方の画像領域と一致するように補正する。

例えば、図９に示すように、制御部は、第１の画像領域Ｃｕｔ１の中心Ｏ１と第２の画像領域Ｃｕｔ２の中心Ｏ２とが一致する位置に補正して第２の取得画像領域Ｉｍｇ２から切り出す位置を変更する。

なお、上記の制御例は一例であり、例えば、図１０に示すように、第１の画像領域Ｃｕｔ１を第２の画像領域Ｃｕｔ２に合わせて第１の取得画像領域Ｉｍｇ１から切り出す位置を変更してもよいし、例えば、図１１に示すように、第１の画像領域Ｃｕｔ１および第２の画像領域Ｃｕｔ２の位置を共に変更してもよい。
なお、共に変更したほうが、切り出し量が少なくて済むので、切り出し範囲を有効活用できる。

さらに、ビデオプロセッサ２１による制御例を説明したが、これに限定されることなく、例えば、内視鏡２の操作部１２に制御部を設けて、上記制御を行う構成としてもよい。

このようにして、例えば、図１２に示すように、ビデオプロセッサ２１は、第１の画像領域Ｃｕｔ１および第２の画像領域Ｃｕｔ２を合成した３Ｄ映像を生成してモニタ２４に表示させる。

なお、上述では３Ｄ内視鏡である内視鏡２の画像較正の制御例を説明したが、画像較正用検具４によって２Ｄ内視鏡の画像較正も行えることは勿論である。

ここで、較正チャート４０を形成する複数の指標４１を各種機械加工、レーザマーキングなどによって較正チャート板３４の較正チャート面３４ａ上に形成する一例を説明する。

図１３に示すように、複数の指標４１は、較正チャート板３４の較正チャート面３４ａ上に各種機械工、レーザマーキングなどによって複数の線状に削り取って断面三角形の凹凸形成し、光の反射と焼け（着色）によって較正チャート４０のコントラストを生じさせるほうが好ましい。

即ち、複数の指標４１は、較正チャート板３４の較正チャート面３４ａを削り取るように線描写加工されることで、照明光の反射成分を減衰させるため照明光の反射による回折像が改善され、輪郭を正確に表示させることができる。

詳述すると、複数の指標４１に照射された照明光は、反射光Ｒとして内視鏡２の観察窓から対物光学系に入射されて反射像を形成する。

このとき、内視鏡２の先端部１４の観察窓との距離Ｌに対して指標４１を形成する線状に形成された断面三角形の凹凸の深さｄを最適なものとして、複数の指標４１による較正チャート４０のコントラストがはっきり撮影できるようにすることで、正確な画像補正を行うことができる。

また、複数の指標４１は、各種機械加工、レーザマーキングの他、エッチング、ワイヤ放電加工などによって線描写加工によって形成してもよい。なお、クロム蒸着、黒アルマイトなどによって、複数の指標４１を形成してしまうと、過酸化水素滅菌、オートクレーブ滅菌によって変色を起こして、較正チャート４０の所望のコントラストが得られない構成となってしまう。

また、例えば、図１４に示すように、複数の指標４１を単に凹部状に形成すると、照明光による回折の影響を受けやすく、反射光Ｒが指標４１の範囲を超えて内視鏡２の観察窓から対物光学系に入射されて膨張像として反射像を形成してしまう。

さらに、例えば、図１５に示すように、複数の指標４１を形成する線状に形成された断面三角形の凹凸の深さｄが浅すぎても、反射光Ｒが指標４１の範囲を超えて内視鏡２の観察窓から対物光学系に入射されて膨張像として反射像を形成してしまう。

このように複数の指標４１が膨張した状態で検出されると、較正チャート４０の交点Ｐの座標がずれるため、正確な画像の補正が行えなくなる。

そのため、本実施の形態の画像較正用検具４は、上記不具合を解消する構成として、較正チャート４０を機械加工、レーザマーキングなどによって内視鏡２との離間距離Ｌに対して最適な深さｄの線描写によって凹凸を形成して、較正チャート４０のコントラストがはっきり撮影できるようにしている。

なお、指標４１は線状に形成される場合だけでなく、例えば、深さｄの円錐状の凹部を複数形成した、図１６に示すように連続的な点状加工によって較正チャート板３４の較正チャート面３４ａ上に形成してもよい。

また、較正チャート板３４の較正チャート面３４ａは、較正チャート４０を形成する複数の指標４１以外の部分をサンドブラスト処理、ガラスビーズ処理、化学研磨、バレル処理などの表面処理を施し、照明光を散乱光にして反射を低減させる構成とするとよい。

以上に説明したように、本実施の形態の内視鏡システム１は、較正チャート４０を機械加工、レーザマーキングなどによって形成して、過酸化水素滅菌、オートクレーブ滅菌などの滅菌消毒処理に対応した画像較正用検具４を備えて、内視鏡２の正確な画像較正が行える構成となる。したがって、較正用検具である画像較正用検具４を含む内視鏡システム１は、滅菌消毒耐性を備え、正確に画像を較正できる。

上述の実施の形態に記載した発明は、その実施の形態および変形例に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得るものである。

例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、述べられている課題が解決でき、述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得るものである。

本出願は、２０１５年９月２５日に日本国に出願された特願２０１５−１８８６５８号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の内容は、本願明細書、請求の範囲、および図面に引用されたものである。

本発明の一態様の画像較正用検具は、複数の凹凸を含むとともに、直交する２つの辺を円弧状の曲線で接続された略矩形状の複数の指標と、前記複数の指標を金属面または樹脂面に形成するとともに、対角方向の２つの前記指標を所定の距離で離間させて形成した較正チャートと、を備えている。

本発明の一態様の内視鏡システムは、複数の凹凸を含むとともに、直交する２つの辺を円弧状の曲線で接続された略矩形状の複数の指標と、前記複数の指標を金属面または樹脂面に形成するとともに、対角方向の２つの前記指標を所定の距離で離間させて形成した較正チャートと、を備えている画像較正用検具と、前記画像較正用検具に挿入部の先端部が着脱自在な内視鏡と、前記内視鏡により撮影された前記画像較正用検具の前記較正チャートによって前記内視鏡によって取得する観察画像を補正する制御部と、を備えている。

Claims (8)

1. 直交する２つの辺を円弧状の曲線で接続された略矩形状の複数の指標と、
   前記複数の指標を金属板上に機械加工、レーザマーキングなどによって対角方向の２つの前記指標を所定の距離で離間させて形成した較正チャートと、
   を備えたことを特徴とする画像較正用検具。
2. 前記較正チャートを形成する前記指標が市松模様状に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の画像較正用検具。
3. 前記指標は、複数の凹凸によって前記金属板に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像較正用検具。
4. 前記指標が断面三角形状の前記複数の凹凸によって線描写加工されていることを特徴とする請求項３に記載の画像較正用検具。
5. 前記指標は、円錐状の凹部によって連続的な点状加工されていることを特徴とする請求項３に記載の画像較正用検具。
6. 前記金属板が設けられた本端部と、
   前記本体部に接続され、内視鏡の挿入部の先端部が着脱自在に装着固定される内視鏡接続部と、
   前記内視鏡接続部に固定された状態において、前記先端部の先端面に当接して前記金属板に形成された前記較正チャートと前記先端部に設けられた観察窓との所定の距離を規定する当接部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の画像較正用検具。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の画像較正用検具と、
   前記画像較正用検具に挿入部の先端部が着脱自在な内視鏡と、
   前記内視鏡により撮影された前記画像較正用検具の前記較正チャートによって前記内視鏡によって取得する観察画像を補正する制御部と、
   を備えたことを特徴とする内視鏡システム。
8. 前記内視鏡が２つの観察光学系を備えた３Ｄ内視鏡であることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡システム。

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