JPWO2018181156A1 - 電子内視鏡システム - Google Patents
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Abstract
Description
当該技術では、画像信号をRGB信号に変換するRGB変換手段と、RGB信号のR信号を一定のゲインで増大または減少するR信号増幅手段と、RGB信号のG信号およびB信号を非線形に増大または減少するGB信号増幅手段とを備える。このとき、R信号増幅手段およびGB信号増幅手段におけるゲインが、観察対象となる部位毎に特有な値として記憶され、ゲインが観察対象となる部位に基づいて選択される。
しかし、この強調処理では、色信号の値が所定の範囲内にある部分では、色信号の値は値が大きいほど強調のための値の増大量を大きくして値間の格差を増大させる強調を行うことができるが、色信号の値が所定の範囲を外れた部分では、色信号の値間の差を圧縮するので、この部分の像はつぶれて表示画像上で識別不能になり易い。
特に、画像中に、色成分が他の部分と異なる特徴部分の像はあるが、暗い部分にあるために識別がしにくい場合、この特徴部分を識別可能にする一方、他の部分の階調数が圧縮されて識別不能になることを抑制できるような強調処理をすること、すなわち、1つの画像において、画像中の色成分に特徴のある特徴部分と特徴部分以外の部分の強調処理の程度を変えることが好ましい。
生体組織を撮像するように構成された撮像素子を備える電子内視鏡と、
撮像した前記生体組織の画像を画像処理するように構成されたプロセッサと、
画像処理した前記画像を表示するように構成されたディスプレイと、を備え、
前記プロセッサは、前記画像の各画素の複数の色信号のうちの2つの色信号の値の基準値からの差分同士の比率を特徴量として算出するように構成された特徴量算出部と、前記画像を強調するために、算出した前記比率に基づいて前記2つの色信号の少なくとも一方の値の増減の程度を定めることにより、前記画像の強調処理を行うように構成された画像強調処理部と、
を備える。
前記比率は、前記第1の色信号の値の、前記第1の色信号に対応する前記基準値からの第1の差分に対する、前記第2の色信号の値の、前記第2の色信号に対応する前記基準値からの第2の差分の比率であって、
前記画像強調処理部は、前記比率が大きいほど、前記第2の色信号の値の増加量を大きくすること、及び、前記第1の色信号の値の減少量を大きくすること、の少なくともいずれか一方を行うように構成されている、ことが好ましい。
前記特徴量算出部及び前記画像強調処理部は、前記動画のそれぞれの画像を順次処理するように構成され、
前記基準値の設定のために用いる前記輝度情報は、前記動画中の、時系列で前記強調処理を行う画像の1つ前の画像全体の輝度情報である、ことが好ましい。
前記比率は、R信号の値の前記R信号に対応する前記基準値からの差分に対する、G信号の値の前記G信号に対応する前記基準値からの差分の比率、及び、R信号の値の、前記R信号に対応する前記基準値からの差分に対する、B信号の値の前記B信号に対応する前記基準値からの差分の比率、の一方を含む、ことが好ましい。
以下、本実施形態の電子内視鏡システムについて詳細に説明する。図1は、本実施形態の電子内視鏡システム1の外観斜視図であり、図2は、電子内視鏡システム1の主な構成を示すブロック構成図である。
電子内視鏡システム1は、プロセッサ2、光源装置3、電子内視鏡4、ディスプレイ5、を主に備える。光源装置3、電子内視鏡4、及びディスプレイ5は、それぞれプロセッサ2に接続される。なお、光源装置3とプロセッサ2とは別体で構成されているが、光源装置3がプロセッサ2内に設けられて構成されてもよい。
電子内視鏡4の先端部46は、図示されないが、ライトガイド48の先端の前方に設けられた配光レンズ、生体組織の像を結像する対物レンズ46B(図2参照)、結像した像を受光する撮像素子46A(図2参照)、及び撮像素子46Aから出力した画像信号を増幅する図示されないアンプ等を備える。
上記配光レンズは、ライトガイド48の先端面と対向して配置され、ライトガイド48の先端面から射出される照射光を発散させて、被写体である生体組織を照明する。
対物レンズ46Bは、生体組織からの散乱光あるいは反射光を集光して、撮像素子46Aの受光面上で被写体の像を結像させる。
撮像素子46Aは、CCD撮像素子、あるいはCMOS撮像素子が好適に用いられる。
撮像素子46Aから出力された撮像信号は図示されないアンプによって増幅された後、コネクタ部49へ順次伝送される。
プロセッサ2には、電子内視鏡4と接続するための図示されないコネクタ部が設けられている。このコネクタ部とコネクタ部49が機械的に接続されることにより、電子内視鏡4とプロセッサ2とが電気的に接続され、光源装置3と電子内視鏡4が光学的に接続される。
さらに、画像メモリ22に記憶された画像は、強調処理のために呼び出され、システムコントローラ24の指示により、システムコントローラ24を介して演算部25に送られる。演算部25における処理については後述する。
演算部25で処理された画像は、再度画像メモリ22に送られて記憶される。
特徴量算出部25Aは、画像の複数の色信号のうちの2つの色信号の値の基準値からの差分同士の比率を算出するように構成される。
図3(a),(b)は、本実施形態の電子内視鏡システム1のプロセッサ2で行う強調処理の一例を説明する図である。図3(a)は、強調処理に用いる比率を説明している。図3(a)に示す例では、特徴量算出部25Aは、R信号及びG信号で形成される色空間において、色空間の原点、すなわち、R信号の値=G信号の値=0を基準値Svとして、基準値SvからのR信号の値の差分と基準値SvからのG信号の値の差分の比率を算出する。図3(a),(b)中の“●”の分布は、画像中の画素におけるR信号とG信号の分布を示す。図3(a)に示す画素S1の比率は小さく、画素S2の比率は大きい。生体組織の画像では、赤味が強く、基本的にR信号の値が大きい画素が多数を占めるが、生体組織中の病変部や血管等の強調したい部分では、G成分やB成分はそれ以外の部分に比べて相対的に少ない。このため、特徴量算出部25Aは、上記比率の大きい画素のG信号やB信号の値の増大量を大きくし、上記比率の小さい画素のG信号やB信号の値の増大量を小さくすることにより、G信号やB信号の値が異なる画素間で、その値の差が広がるように調整する。これにより、G成分やB成分において階調数が少なく画像が潰れていた部分の像を識別可能に強調させることができる。
このような強調処理を行うために、特徴量算出部25Aは、2つの色信号の値の基準値Svからの差分同士の比率を算出する。この比率が、生体組織の特徴量の指標といえる。比率が異なれば色信号に対応した色成分の特徴が異なるといえるので、生体組織中の病変部や血管等の強調したい部分のような小さな比率を有する画素はそれ以外の画素と区別することが可能な特徴部分といえる。したがって、特徴部分が識別可能な像を作成するには、この特徴部分をそれ以外の部分に対して目立つように強調することが好ましい。生体組織中の病変部や血管等の、G成分やB成分がその他の部分に比べて相対的に少ない部分は、それ以外の部分に比べてG信号やB信号の値の増大量を小さくすることにより、画像において、それ以外の部分に対して目立ち易くなる。このようにして生体組織中の病変部や血管等の特徴部分を識別可能に強調することができる。
図3(b)に示す例では、算出した上記比率が大きいほど増加量が大きくなるように、G信号を調整する。どのように信号の値を増加させるかについては、特に限定されない。
一実施形態によれば、上記比率に一定の係数を掛け算した結果をG信号の値に加算して調整後の値とする。一実施形態によれば、上記比率に一定の係数を掛け算した結果をG信号の値に掛け算して調整後の値とする。一実施形態によれば、上記比率に一定の係数を掛け算した結果を指数とした値、例えば、指数をxとし、aを底としたときの値axをG信号の値に掛け算して調整後の値とする。一実施形態によれば、上記比率が大きくなるほど大きな出力値を返す関数式を用いて出力値を算出し、この出力値をG信号の値に掛け算した値を、調整後の信号の値とする。
従来、中間階調レベルを一律強調する場合が多いので、画像中に、中間階調レベルより暗い部分に強調したい部分があっても、暗い部分の、特定の色の強調処理は難しかった。しかし、本実施形態では、暗い部分であっても、比率に基づいて強調の程度が設定されるので、暗い部分でも強調処理を行うことができる。
図4に示す例では、原点Oから基準点Spを移動することにより、R信号に対応する第1基準値の変化量に比べて、G信号に対応する第2基準値の変化量は大きい。そして、R信号の値及びG信号の値が小さな画素S3の比率は、R信号の値及びG信号の値が大きな画素S4の比率に比べて大きくなるので、画素S3の強調処理のためのG信号の値の増加量は、画素S4の強調処理のためのG信号の値の増加量に比べて大きくなる。すなわち、暗い部分の画素S3及びその周辺の画素は、明るい部分の画素S4及びその周辺の画素に比べてG成分が強くなり、画素S3及びその周辺の画素における信号の値間の差が広がるように強調されるので、暗い部分を明るくしつつ、暗い部分の像を識別可能になるように強調処理することができる。
このような基準点Spの移動は、一実施形態によれば、R信号及びG信号の色空間と、R信号及びB信号の色空間の少なくともいずれか一方の色空間内において行うことが好ましい。
図5は、電子内視鏡システム1で行う強調処理の流れの一例を説明する図である。図5に示す例では、動画の各画像を強調処理する例を示す。
特徴量算出部25Aは、画像を取得した後、メモリに記憶された前フレームの画像の輝平均値を読み出す(ステップST12)。特徴量算出部25Aは、この輝度平均値は、上述したように、比率を定める基準値Sv(基準点Sp)の位置を定めるために用いられる。すなわち、特徴量算出部25Aは、輝度平均値に応じて、図4に示すように、基準点Spの位置(基準値Sv)を自動的に調整する(ステップST14)。
特徴量算出部25Aは、画像の各画素を注目画素として、注目画素の特徴量、すなわち、R信号の値のR信号に対応する基準値Svからの差分に対する、G信号の値のG信号に対応する基準値Svからの差分の比率G/R、及び、R信号の値のR信号に対応する基準値Svからの差分に対する、B信号の値のB信号に対応する基準値Svからの差分の比率B/Rを計算する(ステップST16)。
画像強調処理部25Bは、比率G/R及び比率B/Rに基づいて、注目画素のR信号の値を減少させる減少量を定めて、R信号の値を減少させる(ステップST20)。
画像強調処理部25Bは、画像中の画素全てを、注目画素として上記計算を終了したか否かを判定する(ステップST22)。演算部25は、全画素の計算が終了するまで、ステップST16〜ST20を繰り返す。
全画素の計算が終了すると、特徴量算出部25Aは、現フレームにおける強調処理をする前の画像の輝度平均値を算出してメモリに記憶させる(ステップST24)。
演算部25は、動画が終了したか否かを判定し(ステップST28)、演算部25は、動画が終了するまでステップST10〜ステップST28を繰り返す。
図7に示す例では、画像中の明るい部分に強調したい部分Ob1がある画像に、図5に示す流れに沿った強調処理をした結果の一例を示す。この場合、基準点Spを色空間上の原点にした状態で強調処理がされている。処理前画像中の明るい部分にある部分Ob1は、処理画像において、強調処理により、より鮮明に識別できる部分として再現される。図7中のTCは、処理前画像と処理画像の間のR信号、G信号、及びB信号における入力−出力関係を示す図であり、この入力−出力関係は、従来のトーンカーブに対応するものである。このように、図7に示す本実施形態の強調処理の入力−出力関係は、1本のトーンカーブではなく、種々のトーンカーブを用いた処理結果に対応する。すなわち、図7に示す本実施形態の強調処理は、画素の特徴量(比率)に応じて、強調処理の強調を変化させているので、画像中の特徴量に応じて異なる複数のトーンカーブを用いたことことに相当する。図7に示す例では、R信号の入力−出力関係における出力レベルと、G信号及びB信号の入力−出力関係における出力レベルとを比較すると、R信号の低階調レベル〜中間階調レベルの階調数を少なくし(階調レベルが低〜〜中間の範囲にある入力信号に対して、階調数を少なくして出力信号とし)、相対的にG信号及びB信号の低階調レベル〜中間階調レベルの階調数を多くした(階調レベルが低〜〜中間の範囲にある入力信号に対して、階調数を多くして出力信号とした)ことを表す。
2 プロセッサ
3 光源装置
4 内視鏡
5 ディスプレイ
21 画像入力処理部
22 画像メモリ
23 結果表示部
24 システムコントローラ
25 演算部
25A 特徴量算出部
25B 画像強調処理部
42 挿入部
44 手元操作部
45 屈曲部
46 先端部
46A 対物レンズ
46B 撮像素子
48 ライトガイド
49 コネクタ部
Claims (8)
- 生体組織を撮像するように構成された撮像素子を備える電子内視鏡と、
撮像した前記生体組織の画像を画像処理するように構成されたプロセッサと、
画像処理した前記画像を表示するように構成されたディスプレイと、を備え、
前記プロセッサは、前記画像の各画素の複数の色信号のうちの2つの色信号の値の基準値からの差分同士の比率を特徴量として算出するように構成された特徴量算出部と、前記画像を強調するために、算出した前記比率に基づいて前記2つの色信号の少なくとも一方の値の増減の程度を定めることにより、前記画像の強調処理を行うように構成された画像強調処理部と、
を備える、ことを特徴とする電子内視鏡システム。 - 前記2つの色信号は、第1の色信号と第2の色信号であり、
前記比率は、前記第1の色信号の値の、前記第1の色信号に対応する前記基準値からの第1の差分に対する、前記第2の色信号の値の、前記第2の色信号に対応する前記基準値からの第2の差分の比率であって、
前記画像強調処理部は、前記比率が大きいほど、前記第2の色信号の値の増加量を大きくすること、及び、前記第1の色信号の値の減少量を大きくすること、の少なくともいずれか一方を行うように構成されている、請求項1に記載の電子内視鏡システム。 - 前記基準値は、前記第1の色信号のための第1基準値と、前記第2の色信号のための第2基準値を含み、前記第1基準値と前記第2基準値のそれぞれは、変更可能な値である、請求項2に記載の電子内視鏡システム。
- 前記特徴量算出部は、前記基準値を変更するとき、前記第1基準値と前記第2基準値の変化量が、互いに異なる量になるように設定するように構成される、請求項3に記載の電子内視鏡システム。
- 前記特徴量算出部は、前記基準値を、前記画像全体の前記2つの色信号の分布、あるいは、前記画像全体の輝度情報に応じて設定するように構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電子内視鏡システム。
- 前記画像は、生体組織の動画の1つの画像であり、
前記特徴量算出部及び前記画像強調処理部は、前記動画のそれぞれの画像を順次処理するように構成され、
前記基準値の設定のために用いる前記輝度情報は、前記動画中の、時系列で前記強調処理を行う画像の1つ前の画像全体の輝度情報である、請求項5に記載の電子内視鏡システム。 - 前記特徴量算出部は、前記基準値を、前記ディスプレイに表示された画像に対してオペレータから受けた入力値に設定するように構成され、前記画像強調処理部は、設定した前記基準値を用いて前記画像の強調処理を行うように構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電子内視鏡システム。
- 前記色信号は、RGBの色信号であり、
前記比率は、R信号の値の前記R信号に対応する前記基準値からの差分に対する、G信号の値の前記G信号に対応する前記基準値からの差分の比率、及び、R信号の値の、前記R信号に対応する前記基準値からの差分に対する、B信号の値の前記B信号に対応する前記基準値からの差分の比率、の一方を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電子内視鏡システム。
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