JPWO2017141544A1 - 画像処理装置、画像処理方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
1.内視鏡システムの構成例
2.CCUの構成例
3.本実施形態に係るHDR撮像について
4.光量決定処理について
5.本実施形態の異なる態様について
6.長蓄画素と短蓄画素の混合について
7.本実施形態と比較例との比較
まず、図1を参照して、本開示の一実施形態に係る内視鏡システム1000の概略構成について説明する。近年、医療現場において従来の開腹手術に代わって、内視鏡下手術が行われている。たとえば、腹部の手術を行う場合、図1で示されるような手術室に配置される内視鏡手術システム1を用いる。従来のように腹壁を切って開腹する代わりに、トロッカ12a,12bと称される開孔器具が腹壁に数か所取り付けられ、トロッカ12a,12bに設けられている孔から腹腔鏡(以下、内視鏡とも称する)2、エネルギ処置具3や鉗子4等が体内に挿入される。内視鏡2は、画像を撮像する撮像素子を含むカメラヘッド200を有している。そして、内視鏡2によってビデオ撮像された患部(腫瘍等)16の画像をリアルタイムに見ながら、エネルギ処置具3等によって患部16を切除するなどの処置が行われる。内視鏡2、エネルギ処置具3や鉗子4は、術者、助手、スコピスト、またはロボット等が保持している。
図2は、CCU(画像処理装置)5とその周辺の構成を示す模式図である。CCU5は、画像処理部100、光量決定部110、露光比決定部120、を有して構成される。CCU5には、カメラヘッド200、表示装置(モニタ)9、光源装置6が接続されている。図2に示す構成では、光源装置6から被写体に照射する光量で撮像素子への入射光量が制御される。なお、図2に示すCCU5の各構成要素は、CPUなどの中央演算処理装置と、これを機能させるためのプログラム(ソフトウェア)から構成されることができる。
図3は、通常撮像、HDR撮像(空間分割多段階露光)、HDR撮像(時間分割多段階露光)を比較して示す模式図である。通常撮像では、全画素の露光時間(シャッター開放時間)が同一とされ、フレーム毎に同じ露光時間で全画素に露光が行われる。
次に、光量決定処理について説明する。図8は、光量決定処理を示すフローチャートである。光量の決定は、図2に示す光量決定部110によって行われる。先ず、ステップS10では、カメラヘッド200の撮像素子から画像データを取得し、各画素の画素値を示すヒストグラムを取得する。また、ステップS10では、画素値0〜1023を正規化して、0〜1.0の値に変換する。変換により得られた値0〜0.1は、撮像素子の飽和画素値に対する比率である。
次に、露光比決定処理について説明する。図9は、露光比決定処理を示すフローチャートである。露光比の決定は、図2に示す露光比決定部120によって行われる。先ず、ステップS30では、飽和画素の頻度を取得する。飽和画素の頻度は、図10及び図11に示すように、画素値を横軸とし、飽和している画素と飽和していない画素の数を示すデータである。次のステップS32では、飽和画素の構成比が第1の閾値を超えているか否かを判定し、飽和画素の構成比が第1の閾値を超えている場合はステップS34へ進み、露光比が上限値と一致したか否かを判定する。そして、ステップS34で露光比が上限値と一致しない場合はステップS36へ進み、露光比を上げる。一方、ステップS34で露光比が上限値と一致する場合は処理を終了する。
次に、本実施形態のいくつかの異なる態様について説明する。図12は、図2の構成に対してズーム領域設定部130を追加した例を示している。内視鏡システムが電子ズーム機能を有する場合、図12に示すように、光量決定部110と露光比決定部120がズーム領域設定部130からズーム対象領域を取得する。これにより、図2では光量決定部110及び露光比決定部120が参照する領域は画像のマスク内全域であったが、図12では実際に表示装置9に表示される領域(電子ズームの切り出し領域)のみ光量決定部110及び露光比決定部120が参照することになる。従って、表示装置9に表示される領域に基づいて、光量決定部110におけるヒストグラムの取得の対象領域、及び露光比決定部120における飽和画素頻度の取得の対象領域を設定することが可能である。
次に、以上のようにして長蓄画素と短蓄画素の画像データ(画素値)を取得した後、長蓄画素と短蓄画素を混合(ブレンド)して画像データを生成する処理について説明する。上述したように、長蓄画素を用いることでs/nが良くなるため、被写体の明度が比較的低く、長蓄画素が飽和していない場合は、長蓄画素の比率を大きくし、短蓄画素の比率を小さくして両者を混合する。従って、長蓄画素と短蓄画素から算出される任意の画素の画素値POは、以下の式で表すことができる。
PO=a*PL+(1−a)*PS
図20は、同一の被写体を撮像した場合に、通常撮像(A)と、本実施形態に係るHDR撮像(E)と、比較例(前述した特許文献1に記載された技術)と、を比較して示す模式図である。ここで、図20は、飽和が無い被写体の場合を示している。以下、本実施形態と比較例との相違について説明する。
(1) 撮像画像の各画素の画素値に基づいて、前記撮像画像の光量を決定する光量決定部と、
前記撮像画像の領域に含まれる画素のうち前記画素値が飽和している画素の比率に基づいて、短時間露光画素の露光量に対する長時間露光画素の露光量の比を決定する露光比決定部と、
を備える、画像処理装置。
(2) 前記光量及び前記露光量の比に基づいて前記長時間露光画素と前記短時間露光画素の画素値を調整する画像処理部を更に備える、前記(1)に記載の画像処理装置。
(3) 前記光量決定部は、前記撮像画像の前記領域に含まれる画素のうち所定の画素値よりも小さい画素値を有する画素の比率に基づいて、前記光量を決定する、前記(1)又は(2)に記載の画像処理装置。
(4) 前記露光比決定部は、前記比率が第1の閾値より大きい場合は、前記露光量の比を増加させる、前記(3)に記載の画像処理装置。
(5) 前記露光比決定部は、前記比率が前記第1の閾値以下の場合は、前記撮像画像の領域に含まれる画素のうち所定の画素値から飽和画素値までの画素値を有する画素の比率に基づいて、当該比率が第2の閾値よりも小さい場合は、前記露光比を減少させる、前記(4)に記載の画像処理装置。
(6) 前記所定の画素値は飽和画素値の1/2である、前記(5)に記載の画像処理装置。
(7) 前記撮像画像を撮像するカメラのズーミングに応じて前記撮像画像の前記領域が設定される、前記(1)〜(6)のいずれかに記載に画像処理装置。
(8) 術具の先端領域に応じて前記撮像画像の前記領域が設定される、前記(1)〜(6)のいずれかに記載に画像処理装置。
(9) 術者の視線の領域に応じて前記撮像画像の前記領域が設定される、前記(1)〜(6)のいずれかに記載に画像処理装置。
(10) 前記光量決定部は、被写体を照射する光源に前記光量を送る、前記(1)〜(9)のいずれかに記載の画像処理装置。
(11) 前記光量決定部は、前記撮像画像を撮像するカメラのF値を調整するため、前記光量を前記カメラに送る、前記(1)〜(10)のいずれかに記載の画像処理装置。
(12) 前記光量決定部は、前記撮像画像を撮像するカメラの露光時間を調整するため、前記光量を前記カメラに送る、前記(1)〜(11)のいずれかに記載の画像処理装置。
(13) 前記露光比決定部は、前記撮像画像を撮像する撮像素子に前記長時間露光画素と前記短時間露光画素の露光時間を調整させるため、前記撮像画像を撮像するカメラに前記露光量の比を送る、前記(1)〜(12)のいずれかに記載の画像処理装置。
(14) 前記長時間露光画素と前記短時間露光画素は前記撮像画像の同一フレームの空間内に配置される、前記(1)〜(13)のいずれかに記載の画像処理装置。
(15) 前記長時間露光画素と前記短時間露光画素は前記撮像画像の時間的に異なるフレームにそれぞれ配置される、前記(1)〜(13)のいずれかに記載の画像処理装置。
(16) 前記長時間露光画素と前記短時間露光画素を混合した画素を生成する処理を行う画像処理部を備え、
前記画像処理部は、前記長時間露光画素の画素値に基づいて、当該画素値が小さいほど前記短時間露光画素に対する前記長時間露光画素の割合を大きくして前記混合した画素を生成する、前記(1)〜(15)のいずれかに記載の画像処理装置。
(17) 撮像画像の各画素の画素値に基づいて、前記撮像画像の光量を決定することと、
前記撮像画像の領域に含まれる画素のうち前記画素値が飽和している画素の比率に基づいて、短時間露光画素の露光量に対する長時間露光画素の露光量の比を決定することと、
を備える、画像処理方法。
(18) 撮像画像の各画素の画素値に基づいて、前記撮像画像の光量を決定する手段、
前記撮像画像の領域に含まれる画素のうち前記画素値が飽和している画素の比率に基づいて、短時間露光画素の露光量に対する長時間露光画素の露光量の比を決定する手段、
としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
6 光源装置
100 画像処理部
110 光量決定部
120 露光比決定部
200 カメラヘッド
Claims (18)
- 撮像画像の各画素の画素値に基づいて、前記撮像画像の光量を決定する光量決定部と、
前記撮像画像の領域に含まれる画素のうち前記画素値が飽和している画素の比率に基づいて、短時間露光画素の露光量に対する長時間露光画素の露光量の比を決定する露光比決定部と、
を備える、画像処理装置。 - 前記光量及び前記露光量の比に基づいて前記長時間露光画素と前記短時間露光画素の画素値を調整する画像処理部を更に備える、請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記光量決定部は、前記撮像画像の前記領域に含まれる画素のうち所定の画素値よりも小さい画素値を有する画素の比率に基づいて、前記光量を決定する、請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記露光比決定部は、前記比率が第1の閾値より大きい場合は、前記露光量の比を増加させる、請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記露光比決定部は、前記比率が前記第1の閾値以下の場合は、前記撮像画像の領域に含まれる画素のうち所定の画素値から飽和画素値までの画素値を有する画素の比率に基づいて、当該比率が第2の閾値よりも小さい場合は、前記露光量の比を減少させる、請求項4に記載の画像処理装置。
- 前記所定の画素値は飽和画素値の1/2である、請求項5に記載の画像処理装置。
- 前記撮像画像を撮像するカメラのズーミングに応じて前記撮像画像の前記領域が設定される、請求項1に記載に画像処理装置。
- 術具の先端領域に応じて前記撮像画像の前記領域が設定される、請求項1に記載に画像処理装置。
- 術者の視線の領域に応じて前記撮像画像の前記領域が設定される、請求項1に記載に画像処理装置。
- 前記光量決定部は、被写体を照射する光源に前記光量を送る、請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記光量決定部は、前記撮像画像を撮像するカメラのF値を調整するため、前記光量を前記カメラに送る、請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記光量決定部は、前記撮像画像を撮像するカメラの露光時間を調整するため、前記光量を前記カメラに送る、請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記露光比決定部は、前記撮像画像を撮像する撮像素子に前記長時間露光画素と前記短時間露光画素の露光時間を調整させるため、前記撮像画像を撮像するカメラに前記露光量の比を送る、請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記長時間露光画素と前記短時間露光画素は前記撮像画像の同一フレームの空間内に配置される、請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記長時間露光画素と前記短時間露光画素は前記撮像画像の時間的に異なるフレームにそれぞれ配置される、請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記長時間露光画素と前記短時間露光画素を混合した画素を生成する処理を行う画像処理部を備え、
前記画像処理部は、前記長時間露光画素の画素値に基づいて、当該画素値が小さいほど前記短時間露光画素に対する前記長時間露光画素の割合を大きくして前記混合した画素を生成する、請求項1に記載の画像処理装置。 - 撮像画像の各画素の画素値に基づいて、前記撮像画像の光量を決定することと、
前記撮像画像の領域に含まれる画素のうち前記画素値が飽和している画素の比率に基づいて、短時間露光画素の露光量に対する長時間露光画素の露光量の比を決定することと、
を備える、画像処理方法。 - 撮像画像の各画素の画素値に基づいて、前記撮像画像の光量を決定する手段、
前記撮像画像の領域に含まれる画素のうち前記画素値が飽和している画素の比率に基づいて、短時間露光画素の露光量に対する長時間露光画素の露光量の比を決定する手段、
としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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