WO2017203585A1

WO2017203585A1 - 補正値取得装置、画像処理装置、光走査型観察システム、補正値取得方法および画像処理方法

Info

Publication number: WO2017203585A1
Application number: PCT/JP2016/065225
Authority: WO
Inventors: 西村　淳一
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2017-11-30
Also published as: JPWO2017203585A1

Abstract

本発明の補正値取得装置（１０）は、被写体上の渦巻き状の走査軌跡の各周において照明光の照射位置を検出する照射位置検出部（１１）と、照明光の理論的な照射位置を計算する照射位置計算部（１３）と、理論的な照射位置と検出された照射位置との差を乖離値として算出する乖離値算出部（１４）と、走査軌跡の同一の周における理論的な照射位置から算出された乖離値から各周用の補正値を算出する補正値算出部（１５）とを備える。

Description

補正値取得装置、画像処理装置、光走査型観察システム、補正値取得方法および画像処理方法

　本発明は、補正値取得装置、画像処理装置、光走査型観察システム、補正値取得方法および画像処理方法に関するものである。

　従来、光ビームを被写体上で渦巻き状の走査軌跡に沿ってスパイラル走査して被写体の画像を取得する光走査型観察装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。光走査型観察装置は、光ビームの照射によって被写体で発生した光を検出し、光の検出信号を光ビームの照射位置に対応する画素に割り当てることによって画像を形成する。このような光走査型観察装置によって取得される画像には、光ビームの実際の照射位置が理論的な照射位置からずれることに起因する像の歪みが生じることがある。特許文献１においては、時刻と光ビームの実際の照射位置とを対応付けたルックアップテーブルをメモリに記憶し、光の検出信号を、ルックアップテーブル内の実際の照射位置と対応する画素に割り当てることによって、像の歪みを低減している。

特表２００８－５１４３４２号公報

　しかしながら、特許文献１の光走査型観察装置においては、画像の全画素に関する照射位置および時刻の情報をメモリに記憶する必要がある。したがって、メモリに記憶すべきデータ量が多くなるという問題がある。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、像の歪みの補正に必要な補正値のデータ量を低減することができる補正値取得装置、画像処理装置、光走査型観察システム、補正値取得方法および画像処理方法を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
　本発明の第１の態様は、駆動信号に従って照明光を被写体上において渦巻き状の走査軌跡に沿って走査し、前記照明光の照射位置において発生する観察光を検出する光走査型観察装置に適用され、前記照明光の照射位置を補正するための補正値を取得する補正値取得装置であって、前記被写体上の前記渦巻き状の走査軌跡の各周において少なくとも１つの前記照明光の照射位置を検出する照射位置検出部と、前記光走査型観察装置から前記駆動信号を受信し、前記照射位置検出部によって検出された前記照射位置の理論的な照射位置を前記駆動信号に基づいて計算する照射位置計算部と、前記照射位置計算部によって算出された前記理論的な照射位置と前記照射位置検出部によって検出された照射位置との差を乖離値として算出する乖離値算出部と、前記渦巻き状の走査軌跡の同一の周における少なくとも１つの前記理論的な照射位置から算出された乖離値から前記走査軌跡の各周用の補正値を算出する補正値算出部とを備える補正値取得装置である。

　本発明の第１の態様によれば、被写体に照射された照明光の実際の照射位置が照射位置検出部によって検出され、照明光の理論的な照射位置が照射位置計算部によって算出され、理論的な照射位置の実際の照射位置からのずれが乖離値として乖離値算出部によって算出され、乖離値に基づいて理論的な照射位置を実際の照射位置に補正するための補正値が補正値算出部によって算出される。

　この場合に、渦巻き状の走査軌跡に沿って照明光を走査するスパイラル走査方式において、同一の周上に位置する複数の実際の照射位置には、理論的な照射位置からのずれが、走査軌跡の中心を原点する極座標系において同一方向に生じる。さらに、同一の周上に位置する実際の照射位置の理論的な照射位置からのずれ量は、互いに略等しくなる。したがって、同一の周上に位置する複数の理論的な照射位置を同一の補正値に基づいて補正することができるので、少なくとも走査軌跡の周の数の補正値を準備すれば足り、補正値のデータ量を低減することができる。

　上記第１の態様においては、前記照射位置検出部が、前記走査軌跡の各周において複数の前記照明光の照射位置を検出し、前記補正値算出部が、前記走査軌跡の同一の周上に位置する複数の前記照明光の前記理論的な照射位置から算出される乖離値の平均値を前記補正値として算出してもよい。
　様々な要因によって局所的に異常な照射位置が照射位置検出部によって検出され得る。同一の周上の複数の理論的な照射位置から算出された乖離値を平均化することによって、異常な実際の照射位置の影響が抑制されたより適切な補正値を算出することができる。

　上記第１の態様においては、前記補正値算出部が、前記走査軌跡の中心を原点とし前記走査軌跡の周方向を偏角方向とする極座標系で表される前記補正値を算出してもよい。
　理論的な照射位置と実際の照射位置との間のずれは、走査軌跡の中心を原点する極座標系の偏角方向および動径方向に発生する。したがって、極座標系で表される補正値を用いることによって、同一の周上の複数の理論的な照射位置をさらに精度良く補正することができる。

　上記第１の態様においては、前記照射位置検出部が、前記照射位置として、前記極座標系における座標面と平行な座標面を有する２次元直交座標系における直交座標を検出し、前記照射位置計算部が、前記極座標系における極座標として前記理論的な照射位置を算出し、前記照射位置検出部によって検出された前記照射位置の直交座標を前記極座標系における極座標に変換する座標系変換部を備えていてもよい。
　このようにすることで、理論的な照射位置および実際の照射位置が同一の極座標系で表されるので、加算または減算だけの簡単な計算によって極座標系で表される乖離値を算出することができる。

　上記第１の態様においては、前記補正値算出部が、前記理論的な照射位置を偏角方向に補正するための補正値のみを算出してもよい。
　理論的な照射位置と実際の照射位置との間のずれは、特に偏角方向において顕著に発生する。したがって、理論的な照射位置の偏角方向のずれのみを補正することによって、必要な補正値のデータ量をさらに低減しつつ効果的に像の歪みを補正することができる。

　本発明の第２の態様は、駆動信号に従って照明光を被写体上において渦巻き状の走査軌跡に沿って走査し、前記照明光の照射位置において発生する観察光を検出する光走査型観察装置に適用され、前記被写体の画像を形成する画像処理装置であって、前記渦巻き状の走査軌跡の各周と対応付けて少なくとも１つずつ補正値を記憶する記憶部と、前記光走査型観察装置から前記駆動信号を受信し、前記照明光の理論的な照射位置を前記駆動信号に基づいて計算し、算出された前記理論的な照射位置および前記記憶部に記憶されている補正値に基づいて画素座標を算出する画素座標算出部と、前記観察光の検出信号を前記光走査型観察装置から受信し、前記画素座標算出部によって算出された前記画素座標および前記観察光の検出信号に基づいて画像を形成する画像形成部とを備え、前記画素座標算出部が、前記理論的な照射位置を当該理論的な照射位置が位置する周と対応付けられている前記補正値を用いて補正し、補正された前記理論的な照射位置を前記画素座標として算出する画像処理装置である。

　本発明の第２の態様によれば、光走査型観察装置によって検出された観察光の被写体上の位置に対応する画素座標が画素座標算出部によって算出され、算出された画素座標に観察光の検出信号が割り当てられることによって画像形成部により画像が形成される。ここで、記憶部に記憶されている補正値に基づいて照明光の理論的な照射位置が補正され、補正された理論的な照射位置から画素座標が算出される。このような画素座標を用いることによって、照明光の理論的な照射位置と実際の照射位置との差に起因する像の歪みが低減された画像を得ることができる。

　この場合に、渦巻き状の走査軌跡に沿って照明光を走査するスパイラル走査方式において、同一の周上に位置する複数の実際の照射位置には、理論的な照射位置からのずれが、走査軌跡の中心を原点する極座標系において同一方向に生じる。さらに、同一の周上に位置する実際の照射位置の理論的な照射位置からのずれ量は、互いに略等しくなる。したがって、同一の周上に位置する複数の理論的な照射位置を同一の補正値に基づいて補正することができるので、少なくとも走査軌跡の周の数の補正値を準備すれば足り、記憶部に記憶すべき補正値のデータ量を低減することができる。

　上記第２の態様においては、前記記憶部が、前記走査軌跡の中心を原点とし前記走査軌跡の周方向を偏角方向とする極座標系で表される前記補正値を記憶してもよい。
　理論的な照射位置と実際の照射位置との間のずれは、走査軌跡の中心を原点する極座標系の偏角方向および動径方向に発生する。したがって、極座標系で表される補正値を用いることによって、同一の周上の複数の理論的な照射位置をさらに精度良く補正することができる。

　上記第２の態様においては、前記記憶部が、前記走査軌跡の各周用に１つずつ前記補正値を記憶し、前記画素座標算出部が、前記渦巻き状の走査軌跡の同一の周上に位置する全ての前記理論的な照射位置を同一の前記補正値を用いて補正してもよい。
　このようにすることで、同一の周上に位置する全ての理論的な照射位置が同一の補正値を用いて補正される。これにより、補正値のデータ量を最小限に抑えることができる。

　本発明の第３の態様は、駆動信号を発生する駆動信号発生部と、該駆動信号発生部によって発生された前記駆動信号に従って照明光を被写体上において渦巻き状の走査軌跡に沿って走査する光走査部と、前記照明光の照射位置において発生する観察光を検出する光検出部とを備える光走査型観察装置と、上記第１の態様に係る補正値取得装置と、上記第２の態様に係る画像処理装置とを備える光走査型観察システムである。

　本発明の第４の態様は、駆動信号に従って照明光を被写体上において渦巻き状の走査軌跡に沿って走査し、前記照明光の照射位置において発生する観察光を検出する光走査型観察方法に適用され、前記照明光の照射位置を補正するための補正値を取得する補正値取得方法であって、前記被写体上の前記渦巻き状の走査軌跡の各周において少なくとも１つの前記照明光の照射位置を検出する照射位置検出ステップと、前記照射位置検出ステップにおいて検出された前記照射位置の理論的な照射位置を前記駆動信号に基づいて計算する照射位置計算ステップと、前記照射位置計算ステップにおいて算出された前記理論的な照射位置と前記照射位置検出ステップにおいて検出された照射位置との差を乖離値として算出する乖離値算出ステップと、前記渦巻き状の走査軌跡の同一の周における少なくとも１つの前記理論的な照射位置から算出された乖離値から前記走査軌跡の各周用の補正値を算出する補正値算出ステップとを含む補正値取得方法である。

　本発明の第５の態様は、駆動信号に従って照明光を被写体上において渦巻き状の走査軌跡に沿って走査し、前記照明光の照射位置において発生する観察光を検出する光走査型観察方法に適用され、前記被写体の画像を形成する画像処理方法であって、前記渦巻き状の走査軌跡の各周と対応付けて少なくとも１つずつ補正値を記憶する記憶ステップと、前記照明光の理論的な照射位置を前記駆動信号に基づいて計算し、算出された前記理論的な照射位置および前記記憶ステップにおいて記憶された補正値に基づいて画素座標を算出する画素座標算出ステップと、前記画素座標算出ステップにおいて算出された前記画素座標および前記観察光の検出信号に基づいて画像を形成する画像形成ステップとを備え、前記画素座標算出ステップにおいて、前記理論的な照射位置を当該理論的な照射位置が位置する周と対応付けられている前記補正値を用いて補正し、補正された前記理論的な照射位置を前記画素座標として算出する画像処理方法である。

　本発明によれば、像の歪みの補正に必要な補正値のデータ量を低減することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る補正値取得装置、画像処理装置および光走査型観察システムの全体構成図である。図１の光走査型観察装置による照明光の実際の照射位置を説明する図である。図１の光走査型観察装置による照明光の理論的な照射位置を説明する図である。図１の補正値算出装置によって取得される偏角用の補正値を示すグラフである。図１の補正値算出装置によって取得される動径用の補正値を示すグラフである。図１の画像処理装置による理論的な照射位置の補正方法を説明する図である。図１の補正値取得装置による補正値取得方法を示すフローチャートである。図１の画像処理装置による画像処理方法を示すフローチャートである。

　以下に、本発明の一実施形態に係る補正値取得装置１０、画像処理装置２０およびこれらを備える光走査型観察システム１００について図面を参照して説明する。
　本実施形態に係る光走査型観察システム１００は、図１に示されるように、照明光をスパイラル走査しながら被写体Ａに照射するとともに被写体Ａからの観察光を検出する光走査型観察装置１と、照明光の照射位置を補正するための補正値を取得する補正値取得装置１０と、被写体Ａの画像を形成する画像処理装置２０とを備えている。

　光走査型観察装置１は、例えば内視鏡装置であり、体内に挿入可能な細長い挿入部２と、該挿入部２の基端に接続された筐体３とを備えている。また、光走査型観察装置１は、光源４と、駆動信号を発生する駆動信号発生部５と、該駆動信号発生部５から供給される駆動信号に基づいて照明光を走査しながら被写体Ａに照射する光走査部６と、被写体Ａ上の照明光の照射位置において発生する観察光を検出する光検出部７とを備えている。符号９は、光走査部６から射出された照明光を被写体Ａ上で集束させるための集光レンズである。

　光源４は、照明光としてレーザ光を出力するレーザ光源であり、筐体３内に設けられている。
　駆動信号発生部５は、デジタル波形である駆動信号を発生し、駆動信号を光走査部６に送信する。符号８は、駆動信号をアナログ変換して駆動電圧を生成するＤＡ（デジタルアナログ）変換器である。駆動信号発生部５は、駆動信号を補正値取得装置１０および画像処理装置２０にも送信する。

　光走査部６は、光源４と光学的に接続され、光源４から出力された照明光を挿入部２の先端から射出する。さらに、光走査部６は、ＤＡ変換器８から供給される駆動電圧に従って照明光を渦巻き状の走査軌跡Ｂに沿ってスパイラル走査する。このような光走査部６は、例えば、挿入部２内に長手方向に沿って配置され光源４から挿入部２の先端近傍まで照明光を導光する照明用光ファイバと、該照明用光ファイバの先端を駆動電圧に従って螺旋状の振動軌跡に沿って振動させるアクチュエータとを備える光ファイバスキャナから構成される。

　光検出部７は、被写体Ａにおいて発生した観察光（例えば、照明光の反射光）を受光する受光部７１と、該受光部７１によって受光された観察光を検出する光検出器７２とを備えている。
　受光部７１は、挿入部２の内部に配置された受光用光ファイバである。受光部７１は、被写体Ａからの観察光を受光し、受光された観察光を光検出器７２へ導光する。
　光検出器７２は、受光部７１から受け取った観察光を検出し、検出された観察光の強度に応じた電気信号を検出信号として出力する。

　補正値取得装置１０は、光走査型観察装置１と接続して使用される。補正値取得装置１０は、被写体Ａ上における照明光の照射位置を検出する照射位置検出部１１と、該照射位置検出部１１によって検出された照射位置の座標系を変換する座標系変換部１２と、光走査型観察装置１の駆動信号発生部５から駆動信号を受信し、照射位置検出部１１によって検出される照射位置の理論的な照射位置を駆動信号に基づいて計算する照射位置計算部１３と、照射位置検出部１１によって検出された実際の照射位置と照射位置計算部１３によって算出された理論的な照射位置との差を乖離値として算出する乖離値算出部１４と、該乖離値算出部１４によって算出された乖離値に基づいて理論的な照射位置を補正するための補正値を算出する補正値算出部１５とを備えている。

　照射位置検出部１１は、光走査型観察装置１の挿入部２の先端に取り付けられたＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）１１１を備えている。ＰＳＤ１１１は、図２に示されるように、被写体Ａ上の照明光のスポットの位置を検出することによって、照明光の実際の照射位置を検出する。図２において、黒いスポットが実際の照射位置を示している。照射位置検出部１１は、走査軌跡Ｂの各周上において複数の照射位置をＰＳＤ１１１によって検出する。好ましくは、照射位置検出部１１は、画像処理装置２０による画像形成において観察光が検出される全ての照射位置を検出する。ＰＳＤ１１１から電気信号として出力される照明光の照射位置の情報は、ＡＤ（アナログデジタル）変換器１１２によってデジタル値に変換され、座標系変換部１２に送信される。ここで、ＰＳＤ１１１は、後述する極座標系における座標平面と平行な座標平面を有する２次元直交座標系おける直交座標として照明光の照射位置を検出する。

　座標系変換部１２は、照射位置検出部１１から受信した実際の照射位置の直交座標を極座標（ｒ，θ）に変換する。極座標（ｒ，θ）は、図２に示されるように、走査軌跡Ｂの中心を原点とし、走査軌跡Ｂの径方向を動径方向（ｒ方向）とし、走査軌跡Ｂの周方向を偏角方向（θ方向）とする極座標系における座標である。ｒは動径であり、θは偏角である。座標系変換部１２は、実際の照射位置の極座標（ｒ，θ）を乖離値算出部１４に送信する。

　照射位置計算部１３は、駆動信号発生部５から受信した駆動信号から、図３に示されるように、照射位置検出部１１によって実際の照射位置が検出される時刻における照明光の走査軌跡Ｂ上の理論的な照射位置を計算する。図３において、白いスポットが理論的な照射位置を示している。このときに、照射位置計算部１３は、実際の照射位置の極座標（ｒ，θ）と同一の極座標系における極座標（ｒ’，θ’）として理論的な照射位置を算出する。照射位置計算部１３は、算出された理論的な照射位置の極座標（ｒ’，θ’）を乖離値算出部１４に送信する。

　乖離値算出部１４は、座標系変換部１２から受信した実際の照射位置の極座標（ｒ，θ）と、照射位置計算部１３から受信した理論的な照射位置の極座標（ｒ’，θ’）との差（Δｒ，Δθ）を乖離値として求める。Δｒは、ｒとｒ’との差であり、Δθは、θとθ’との差である。

　補正値算出部１５は、走査軌跡Ｂの同一の周上に位置する複数の理論的な照射位置（ｒ’，θ’）から得られた乖離値（Δｒ，Δθ）の平均値を補正値（Ｒ，Θ）として算出する。Ｒは、Δｒの平均値であり、理論的な照射位置の動径ｒ’用の補正値である。Θは、Δθの平均値であり、理論的な照射位置の偏角θ’用の補正値である。これにより、補正値算出部１５は、図４および図５に示されるように、走査軌跡Ｂ内の各周用に１つずつ補正値（Ｒ，Θ）を算出する。したがって、走査軌跡Ｂにおける周の数（巻き数）と等しい数の補正値（Ｒ，Θ）が得られる。補正値算出部１５は、算出された補正値（Ｒ，Θ）を画像処理装置２０に送信する。

　画像処理装置２０は、光走査型観察装置１の光検出器７２から観察光の検出信号を受信し該検出信号をＡＤ（アナログデジタル）変換するＡＤ変換器２１と、補正値取得装置１０の補正値算出部１５から受信した補正値（Ｒ，Θ）を走査軌跡Ｂの周と対応付けて記憶する記憶部２２と、観察光の検出信号を対応付ける画素の座標を算出する画素座標算出部２３と、画像形成部２４とを備えている。

　ＡＤ変換器２１は、所定のサンプリングタイミングで光検出器７２からの検出信号をそれぞれデジタル変換することによって、観察光の強度を示すデジタル値を得る。得られたデジタル値は、画像形成部２４によって形成される画像の各画素の階調値である。ＡＤ変換器２１は、得られた階調値を画像形成部２４に送信する。
　記憶部２２は、補正値取得装置１０から受信した補正値（Ｒ，Θ）を走査軌跡Ｂの周の順番と対応付けて記憶する。したがって、記憶部２２には、走査軌跡Ｂの各周に１つずつ補正値（Ｒ，Θ）が対応付けられたデータが生成される。

　画素座標算出部２３は、駆動信号発生部５から受信した駆動信号から、ＡＤ変換器２１による検出信号のサンプリングタイミングにおける照明光の走査軌跡Ｂ上の理論的な照射位置を計算する。このときに、画素座標算出部２３は、照射位置計算部１３と同様に、実際の照射位置の極座標（ｒ，θ）と同一の極座標系における極座標（ｒ’，θ’）として理論的な照射位置を算出する。

　次に、画素座標算出部２３は、記憶部２２から補正値（Ｒ，Θ）を読み出し、算出された理論的な照射位置を、その照射位置が位置する周に対応付けれられている補正値（Ｒ，Θ）を用いて補正する。具体的には、画素座標算出部２３は、理論的な照射位置の極座標（ｒ’，θ’）に補正値（Ｒ，Θ）を加算（または減算）することによって、図６に示されるように、実際の照射位置（ｒ，θ）と一致するように補正された理論的な照射位置（ｒ’＋Ｒ，θ’＋Θ）（または（ｒ’－Ｒ，θ’－Θ））を得る。図６において、白いスポットが理論的な照射位置を示し、黒いスポットが補正された理論的な照射位置を示している。

　次に、画素座標算出部２３は、補正された理論的な照射位置の極座標（ｒ’＋Ｒ，θ’＋Θ）を直交座標（ｘ，ｙ）に変換する。直交座標（ｘ，ｙ）は、画像形成部２４によって形成される画像内の画素の位置を表す画素座標であり、画像の横方向のＸ軸および縦方向のＹ軸を有する２次元直交座標系における座標である。画素座標算出部２３は、補正された理論的な照射位置の画素座標（ｘ，ｙ）を画像形成部２４に送信する。

　画像形成部２４は、ＡＤ変換器２１から受信した階調値を、該階調値と同一のサンプリングタイミングにおける理論的な照射位置から算出された画素座標（ｘ，ｙ）に割り当てることによって、被写体Ａの画像を形成する。画像形成部２４は、形成された画像を、画像処理装置２０に接続された表示装置３０に送信して表示させる。

　次に、このように構成された光走査型観察システム１００の作用について説明する。
　本実施形態に係る光走査型観察システム１００は、図７に示される補正値取得動作を実行し、その後に図８に示される画像処理動作を実行する。
　補正値取得動作において、光走査型観察装置１が、光源４からの照明光の出力および駆動信号発生部５から光走査部６への駆動信号の供給を開始すると、被写体Ａ上において照明光がスパイラル走査され、照明光の照射位置において観察光が発生する。光走査型観察装置１は、照明光を走査軌跡Ｂ全体にわたって少なくとも１回走査する。

　補正値取得装置１０は、被写体Ａ上における照明光の実際の照射位置（ｒ，θ）および理論的な照射位置（ｒ’，θ’）を得て、実際の照射位置と理論的な照射位置との差に基づいて理論的な照射位置を実際の照射位置に補正するための補正値（Ｒ，Θ）を算出する。具体的には、図７に示されるように、照射位置検出部１１において、走査軌跡Ｂの各周上において照明光の実際の照射位置の直交座標が検出され（照射位置検出ステップＳＡ２）、座標系変換部１２において、実際の照射位置の直交座標が極座標（ｒ，θ）に変換される（ステップＳＡ３）。上記の照明光の実際の照射位置の検出と並行して、照射位置計算部１３において、駆動信号発生部５から受信した駆動信号から（ステップＳＡ１）、実際の照射位置が検出された時刻における照明光の理論的な照射位置の極座標（ｒ’，θ’）が照射位置計算部１３によって算出される（照射位置計算ステップＳＡ４）。

　次に、乖離値算出部１４において、実際の照射位置と理論的な照射位置との差が乖離値（Δｒ，Δθ）として乖離値算出部１４によって算出される（乖離値算出ステップＳＡ５）。次に、補正値算出部１５において、走査軌跡Ｂの同一の周上に位置する複数の理論的な照射位置に基づく乖離値の平均値が補正値（Ｒ，Θ）として算出される（補正値算出ステップＳＡ６）。算出された各周用の補正値（Ｒ，Θ）は、補正値取得装置１０から画像処理装置２０に送信され、画像処理装置２０内の記憶部２２に記憶される（記憶ステップＳＡ７）。走査軌跡Ｂ内の全ての周用の補正値（Ｒ，Θ）が記憶部２２に記憶されると、補正値取得動作が終了する。

　続いて、光走査型観察システム１００は画像処理動作を開始する。
　画像取得動作において、光走査型観察装置１が、光源４からの照明光の出力および駆動信号発生部５から光走査部６への駆動信号の供給を開始すると、被写体Ａ上において照明光がスパイラル走査され、照明光の照射位置において観察光が発生する。発生した観察光は、光検出部７によって検出され、観察光の強度を示す検出信号が光走査型観察装置１から画像処理装置２０へ送信される。

　画像処理装置２０は、観察光の検出信号から得た階調値と、駆動信号から算出した画素座標（ｘ，ｙ）とに基づいて、被写体Ａの画像を形成する。具体的には、図８に示されるように、検出信号がＡＤ変換器２１によってＡＤ変換されることによって階調値が取得される（ステップＳＢ２）。これと並行して、画素座標算出部２３において、駆動信号発生部５から受信した駆動信号から（ステップＳＢ１）、検出信号のサンプリングタイミングにおける照明光の理論的な照射位置の極座標（ｒ’，θ’）が算出される（画素座標算出ステップＳＢ３）。

　次に、理論的な照射位置が位置する周と対応する補正値（Ｒ，Θ）が記憶部２２から読み出され（ステップＳＢ４）、画素座標算出部２３において、理論的な照射位置の極座標（ｒ’，θ’）が補正値（Ｒ，Θ）を用いて補正され（画素座標算出ステップＳＢ５）、補正された極座標（ｒ’＋Ｒ，θ’＋Θ）が直交座標である画素座標（ｘ，ｙ）に変換される（画素座標算出ステップＳＢ６）。次に、画像形成部２４において、階調値が画素座標（ｘ，ｙ）と対応付けられて画像が形成される（画像形成ステップＳＢ７）。
　形成された画像は、画像処理装置２０から表示装置３０に送信され、表示装置３０に表示される（ステップＳＢ８）。

　この場合に、照明光をスパイラル走査して取得される画像において、像の歪みはｒ方向およびθ方向に生じる。本実施形態によれば、走査軌跡Ｂ上の理論的な照射位置が、実際の照射位置と一致するように補正値Ｒ，Θによってｒ方向およびθ方向に補正され、補正された理論的な照射位置から画素座標が算出される。したがって、観察光の強度を示す階調値は、観察光が実際に発生した被写体Ａ上の位置と正確に対応する画素に割り当てられる。これにより、被写体Ａの像のθ方向およびｒ方向における歪みが低減された画像を得ることができるという利点がある。

　また、走査軌跡Ｂの同一の周上に位置する理論的な照射位置の実際の照射位置に対するｒ方向およびθ方向のずれ量は、互いに略等しい。したがって、同一の周上に位置する全ての理論的な照射位置を同一の補正値（Ｒ，Θ）を用いて補正することができる。特に、極座標系で表される補正値（Ｒ，Θ）を用いることによって、走査軌跡Ｂ上の同一の周上に位置する全ての理論的な照射位置を同一の計算方法によって高い精度で補正することができるという利点がある。
　また、記憶部２２に記憶すべき補正値（Ｒ，Θ）の組の数は、走査軌跡Ｂ内の周の数と等しい数で足りる。これにより、全ての理論的な照射位置用に個別に補正値を準備する場合と比べて、記憶部２２に記憶すべき補正値（Ｒ，Θ）のデータ量を大幅に低減することができるという利点がある。

　さらに、画像内の被写体Ａの像に生じる歪みには、上述したｒ方向およびθ方向の全体的な歪みの他に、局所的な歪みもある。局所的な歪みは、例えば、図２において点Ｐで示されるように、局所的な迷光等が原因でＰＳＤ１１１によって検出される照射位置に誤差が生じることに因る。局所的な迷光とは、例えば、ＰＳＤ１１１の受光面上に付着した微小な塵による散乱や、ＰＳＤ１１１に設けられたレンズによる反射によって生じるゴースト等である。本実施形態によれば、同一の周上に位置する複数の理論的な照射位置の乖離値を平均化することによって、局所的に発生する異常な実際の照射位置の影響が抑制された補正値（Ｒ，Θ）が得られる。このような補正値（Ｒ，Θ）を用いることによって、図６において点Ｐ’で示されるように、理論的な照射位置の補正において、実際の照射位置の誤差の影響が排除される。これにより、被写体Ａの像の局所的な歪みも低減された画像を得ることができるという利点がある。

　本実施形態においては、偏角用の補正値Θおよび動径用の補正値Ｒの両方を算出してθ方向およびｒ方向の両方の歪みを補正することとしたが、これに代えて、補正値Θのみを算出してθ方向の歪みのみを補正してもよい。スパイラル走査方式において取得される画像においては、θ方向の歪みが特に顕著である。したがって、歪みの補正対象をθ方向のみとすることによって、記憶部２２に記憶される補正値の数および補正に要する処理量を低減しながら、歪みを効果的に低減することができる。

　本実施形態においては、補正値算出部１５によって算出された補正値（Ｒ，Θ）を、多項式フィッティングのような近似を利用してさらに補正してもよい。
　図４および図５に示されるように、横軸に周の順番を設定し、縦軸に補正値Ｒ，Θを設定したグラフを考えると、補正値は、周軸（横軸）方向に滑らかに変化する。しかしながら、上述したような迷光等に因る異常な実際の照射位置を含む周の補正値は、近傍の補正値とは大きく異なり得る。したがって、周軸方向に並ぶ補正値Ｒ，Θの列のフィッティングによって列の形状の近似式を求め、近似式から各周の補正値を再度算出することによって、より適切な補正値が得られる。このようなより適切な補正値を理論的な照射位置の補正に用いることによって、画像の歪みをさらに精度良く低減することができる。

　本実施形態においては、同一の周上の全ての理論的な照射位置について実際の照射位置からの乖離値（Δｒ，Δθ）を求め、乖離値（Δｒ，Δθ）の平均値を補正値（Ｒ，Θ）として算出することとしたが、補正値はこれに限定されるものではなく、同一の周上に位置する少なくとも１つの理論的な照射位置の乖離値に基づく他の値を補正値として用いてもよい。
　例えば、各周について、１つのみの理論的な照射位置の乖離値を求め、算出された乖離値を補正値として用いてもよい。あるいは、各周上の理論的な照射位置の一部を間引きし、残りの理論的な照射位置の乖離値の平均値を補正値として用いてもよい。

　さらに、走査軌跡Ｂの周毎に補正値を設定するのではなく、１周よりも小さい単位（例えば、半周または４分の１周）毎に補正値を設定してもよい。このようにすることで、補正の精度をさらに向上することができる。

　本実施形態においては、補正値として、ＰＳＤ１１１によって検出された実際の照射位置と理論的な照射位置との乖離値に基づく値を求めたが、補正値の具体例はこれに限らず、走査軌跡の中心を原点とし走査軌跡の周方向を偏角方向とする極座標系で表される補正値であれば、他の値を補正値として用いてもよい。
　例えば、コンピュータでの力学的計算によって算出される補正値や、照明用光ファイバの振動方向を変化させて得られる複数の画像の差分に基づく補正値を用いてもよい。

　本実施形態においては、理論的な照射位置の補正に極座標で表される補正値（Ｒ，Θ）を用いることとしたが、本実施形態において用いることができる補正値はこれに限定されるものではなく、他の形式の補正値を用いてもよい。
　例えば、下式（１）に示されるような回転行列を含む補正値を用いてもよい。式（１）において、（ｘ，ｙ）は、理論的な照射位置であり、（Ｘ，Ｙ）は、補正後の理論的な照射位置である。（ｘ、ｙ）および（Ｘ，Ｙ）は、走査軌跡Ｂの中心を原点とする２次元直交座標系における座標である。ｄ（＝√（ｘ^２＋ｙ^２））は、原点からの座標（ｘ，ｙ）の距離である。

　式（１）によれば、理論的な照射位置（ｘ、ｙ）は、θ方向にφだけ、ｒ方向にΔｄだけ、補正される。したがって、このようにしても、走査軌跡Ｂの同一の周上に位置する複数の理論的な照射位置（ｘ，ｙ）を、同一の補正値を用いてθ方向およびｒ方向に補正することができる。ここで、φとしてΘを用い、ΔｄとしてＲを用いればよい。

１　光走査型観察装置
２　挿入部
３　筐体
４　光源
５　駆動信号発生部
６　光走査部
７　光検出部
７１　受光部
７２　光検出器
８　ＤＡ変換器
９　集光レンズ
１０　補正値取得装置
１１　照射位置検出部
１１１　ＰＳＤ
１１２　ＡＤ変換器
１２　座標系変換部
１３　照射位置計算部
１４　乖離値算出部
１５　補正値算出部
２０　画像処理装置
２１　ＡＤ変換器
２２　記憶部
２３　画素座標算出部
２４　画像形成部
３０　表示装置
１００　光走査型観察システム
Ａ　被写体
Ｂ　走査軌跡

Claims

　駆動信号に従って照明光を被写体上において渦巻き状の走査軌跡に沿って走査し、前記照明光の照射位置において発生する観察光を検出する光走査型観察装置に適用され、前記照明光の照射位置を補正するための補正値を取得する補正値取得装置であって、
　前記被写体上の前記渦巻き状の走査軌跡の各周において少なくとも１つの前記照明光の照射位置を検出する照射位置検出部と、
　前記光走査型観察装置から前記駆動信号を受信し、前記照射位置検出部によって検出された前記照射位置の理論的な照射位置を前記駆動信号に基づいて計算する照射位置計算部と、
　前記照射位置計算部によって算出された前記理論的な照射位置と前記照射位置検出部によって検出された照射位置との差を乖離値として算出する乖離値算出部と、
　前記渦巻き状の走査軌跡の同一の周における少なくとも１つの前記理論的な照射位置から算出された乖離値から前記走査軌跡の各周用の補正値を算出する補正値算出部とを備える補正値取得装置。
　前記照射位置検出部が、前記走査軌跡の各周において複数の前記照明光の照射位置を検出し、
　前記補正値算出部が、前記走査軌跡の同一の周上に位置する複数の前記照明光の前記理論的な照射位置から算出される乖離値の平均値を前記補正値として算出する請求項１に記載の補正値取得装置。
　前記補正値算出部が、前記走査軌跡の中心を原点とし前記走査軌跡の周方向を偏角方向とする極座標系で表される前記補正値を算出する請求項１または請求項２に記載の補正値取得装置。
　前記照射位置検出部が、前記照射位置として、前記極座標系における座標面と平行な座標面を有する２次元直交座標系における直交座標を検出し、
　前記照射位置計算部が、前記極座標系における極座標として前記理論的な照射位置を算出し、
　前記照射位置検出部によって検出された前記照射位置の直交座標を前記極座標系における極座標に変換する座標系変換部を備える請求項３に記載の補正値取得装置。
　前記補正値算出部が、前記理論的な照射位置を偏角方向に補正するための補正値のみを算出する請求項３または請求項４に記載の補正値取得装置。
　駆動信号に従って照明光を被写体上において渦巻き状の走査軌跡に沿って走査し、前記照明光の照射位置において発生する観察光を検出する光走査型観察装置に適用され、前記被写体の画像を形成する画像処理装置であって、
　前記渦巻き状の走査軌跡の各周と対応付けて少なくとも１つずつ補正値を記憶する記憶部と、
　前記光走査型観察装置から前記駆動信号を受信し、前記照明光の理論的な照射位置を前記駆動信号に基づいて計算し、算出された前記理論的な照射位置および前記記憶部に記憶されている補正値に基づいて画素座標を算出する画素座標算出部と、
　前記観察光の検出信号を前記光走査型観察装置から受信し、前記画素座標算出部によって算出された前記画素座標および前記観察光の検出信号に基づいて画像を形成する画像形成部とを備え、
　前記画素座標算出部が、前記理論的な照射位置を当該理論的な照射位置が位置する周と対応付けられている前記補正値を用いて補正し、補正された前記理論的な照射位置を前記画素座標として算出する画像処理装置。
　前記記憶部が、前記走査軌跡の中心を原点とし前記走査軌跡の周方向を偏角方向とする極座標系で表される前記補正値を記憶する請求項６に記載の画像処理装置。
　前記記憶部が、前記走査軌跡の各周用に１つずつ前記補正値を記憶し、
　前記画素座標算出部が、前記渦巻き状の走査軌跡の同一の周上に位置する全ての前記理論的な照射位置を同一の前記補正値を用いて補正する請求項６または請求項７に記載の画像処理装置。
　駆動信号を発生する駆動信号発生部と、該駆動信号発生部によって発生された前記駆動信号に従って照明光を被写体上において渦巻き状の走査軌跡に沿って走査する光走査部と、前記照明光の照射位置において発生する観察光を検出する光検出部とを備える光走査型観察装置と、
　請求項１から請求項５のいずれかに記載の補正値取得装置と、
　請求項６から請求項８のいずれかに記載の画像処理装置とを備える光走査型観察システム。
　駆動信号に従って照明光を被写体上において渦巻き状の走査軌跡に沿って走査し、前記照明光の照射位置において発生する観察光を検出する光走査型観察方法に適用され、前記照明光の照射位置を補正するための補正値を取得する補正値取得方法であって、
　前記被写体上の前記渦巻き状の走査軌跡の各周において少なくとも１つの前記照明光の照射位置を検出する照射位置検出ステップと、
　前記照射位置検出ステップにおいて検出された前記照射位置の理論的な照射位置を前記駆動信号に基づいて計算する照射位置計算ステップと、
　前記照射位置計算ステップにおいて算出された前記理論的な照射位置と前記照射位置検出ステップにおいて検出された照射位置との差を乖離値として算出する乖離値算出ステップと、
　前記渦巻き状の走査軌跡の同一の周における少なくとも１つの前記理論的な照射位置から算出された乖離値から前記走査軌跡の各周用の補正値を算出する補正値算出ステップとを含む補正値取得方法。
　駆動信号に従って照明光を被写体上において渦巻き状の走査軌跡に沿って走査し、前記照明光の照射位置において発生する観察光を検出する光走査型観察方法に適用され、前記被写体の画像を形成する画像処理方法であって、
　前記渦巻き状の走査軌跡の各周と対応付けて少なくとも１つずつ補正値を記憶する記憶ステップと、
　前記照明光の理論的な照射位置を前記駆動信号に基づいて計算し、算出された前記理論的な照射位置および前記記憶ステップにおいて記憶された補正値に基づいて画素座標を算出する画素座標算出ステップと、
　前記画素座標算出ステップにおいて算出された前記画素座標および前記観察光の検出信号に基づいて画像を形成する画像形成ステップとを備え、
　前記画素座標算出ステップにおいて、前記理論的な照射位置を当該理論的な照射位置が位置する周と対応付けられている前記補正値を用いて補正し、補正された前記理論的な照射位置を前記画素座標として算出する画像処理方法。