JP2009273676A - 色むらを検出可能な内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色むらを自動的に検出し、色再現性の優れたカラー画像を維持する。
【解決手段】電子内視鏡装置の出荷時において、基準となる参照画像がメモリ３０に記録される。ある程度の使用経過後に色むら診断ボタン２９が操作されると、撮影画像を検査画像として獲得する。そして、参照画像と検査画像とを比較し、色むらが生じているか否かを判断する。色むらが生じている場合、ＬＥＤランプ２４の配光特性データに基づき、色むら発生原因のＬＥＤ素子を特定する。そして、色むらを解消するように、特定したＬＥＤ素子の電流量を調整することによって発光調整を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、体内器官などを観察、処置可能な内視鏡装置に関し、特に、光源に起因する色むらの検出に関する。

内視鏡装置では、キセノンランプなどの光源から放射される光をライトガイドによってスコープ先端部へ伝達し、被写体に照射する。被写体からの反射光によってモザイクフィルタ付き撮像素子の受光面に被写体像が形成され、画像信号に基づいてフルカラー画像が得られる。

キセノンランプの場合、経時変化によって光出力が変化する。その結果、カラー画像の明るさが光源劣化に伴って変化し、輝度むらが生じる。これを防ぐため、絞りを制御して光量調整を行う方法が知られている（特許文献１参照）。

一方、複数のＬＥＤを光源として使用する内視鏡装置では、スコープ先端部にＬＥＤが配置され、指向性の強い光を先端部に向けて照射する（特許文献２参照）。あるいは、プロセッサのライトガイド入射端付近にＬＥＤを配置することも可能であり、例えば、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ素子を凹状保持板の放物面に沿って同心円状に複数配置する（特許文献３参照）。
特開平６−２８１８６８号公報 特開平７−２７５２００号公報 特開２００３−４７５９１号公報

ＬＥＤ光源も経時変化によって光出力が劣化するが、各ＬＥＤの発光素子を載せたチップによって劣化度合いが異なる。そのため、使用時間の経過に伴い、カラー画像のカラーバランスが崩れて色むらが生じる。

このような色むらは、器官内壁など赤味を帯びた観察画像の撮影時に発見することが難しく、交換、修理の必要な光源であっても長期間使用することになる。そのため、色再現性の低下したカラー画像によって処置、診断が行われ、内視鏡作業に支障が生じる。

本発明の内視鏡装置は、色むらを自動的に検出可能な内視鏡装置であり、それぞれ所定の色の光を放射する複数のＬＥＤ素子から構成されるＬＥＤ光源を備える。ＬＥＤ光源として、例えばＲ、Ｇ、Ｂの発光ダイオードあるいは白色発光ダイオードによって構成される。

本発明の内視鏡装置は、ＬＥＤ光源の経時変化が生じていない状態において、基準となる被写体を撮影することによって得られる参照画像をメモリに記録可能な記録手段を備える。基準となる被写体（以下、基準被写体という）としては、例えば白色被写体（チャート）など色が全体的に一様な被写体が用いられ、工場出荷時など使用開始前に参照画像を撮影すればよい。そして、内視鏡装置は、基準となる被写体を撮影することによって得られる検査画像と、参照画像とを比較し、検査画像に色むらが生じているか否かを判断する色むら判定手段とを備える。

経時変化によって光源の色特性変化が生じると、同じ基準被写体を撮影しているのにもかかわらず、参照画像と検査画像に差が生じ、部分的に色相に関して差異が生じる。本発明では、参照画像と検査画像を比較することによって色むらを検出する。

さらに、本発明の内視鏡装置は、色むらのエリアを特定し、各ＬＥＤ素子の配光特性データからそのエリアに応じたＬＥＤを特定するＬＥＤ特定手段と、特定されたＬＥＤに対し、発光調整を行う発光調整手段とを備える。例えば、ＬＥＤ特定手段は、画面上での色むらの発生位置に応じた指向性を有するＬＥＤ素子を特定する。配光特性データとしては、所定のＬＥＤ素子と、所定のＬＥＤ素子を点灯させたときの画面表示位置と、発光色とを対応づけたデータであればよい。

色むらを生じさせているＬＥＤを容易に特定するため、色むら判定手段が、色成分ごとに、参照画像と検査画像との差を検出して色むらを判断するのが望ましい。

本発明の内視鏡用色むら検出装置は、それぞれ所定の色の光を放射する複数のＬＥＤ素子から構成されるＬＥＤ光源の経時変化が生じていない状態において、基準となる被写体を撮影することによって得られる参照画像と、基準となる被写体を撮影することによって得られる検査画像とを比較し、検査画像に色むらが生じているか否かを判断する色むら判定手段と色むらのエリアを特定し、各ＬＥＤ素子の配光特性データからそのエリアに応じたＬＥＤを特定するＬＥＤ特定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の内視鏡用色むら検出方法は、それぞれ所定の色の光を放射する複数のＬＥＤ素子から構成されるＬＥＤ光源の経時変化が生じていない状態において、基準となる被写体を撮影することによって得られる参照画像と、基準となる被写体を撮影することによって得られる検査画像とを比較し、検査画像に色むらが生じているか否かを判断し、色むらのエリアを特定し、各ＬＥＤ素子の配光特性データからそのエリアに応じたＬＥＤを特定することを特徴とする。

本発明によれば、色むらを自動的に検出し、色再現性の優れたカラー画像を維持することができる。

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。図２は、ＬＥＤランプの一部回路図である。

電子内視鏡装置は、ビデオスコープ１０とプロセッサ２０とを備え、プロセッサ２０には、モニタ４０が接続される。ビデオスコープ１０は、プロセッサ２０に着脱自在に接続される。

プロセッサ２０内には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光を発光するＬＥＤ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂをそれぞれ複数配置させたＬＥＤランプ２４が設けられている。ＬＥＤランプ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂは、それぞれｘｒ個、ｘｇ個、ｘｖ個用意され、放物面となる凹状曲面を有する保持器２４Ｔに規則的に配列されている。具体的には、放物面中心から全放射方向に沿って所定間隔に配置されている。

図２に示すように、ＬＥＤランプ２４の各ＬＥＤ素子は、それぞれ可変抵抗ＲＴｎと接続されており、抵抗値を変えることによってＬＥＤ素子の電流量、すなわち光量が変化する。ＬＥＤ駆動部２７は、各ＬＥＤ素子を駆動するとともに、可変抵抗値を変えることによってＬＥＤ素子の出力を制御可能である。

ＬＥＤランプ２４が同時点灯すると、ＬＥＤランプ２４から放射された光は、絞り（図示せず）、集光レンズ２６を介して、ライトガイド１２の入射端１２Ａに入射する。ライトガイド１２を通った光は、配光レンズ１１を介してスコープ先端部から射出する。これにより、観察部位が白色の照明光によって照射される。

観察部位において反射した光は、対物レンズ１３を通り、ＣＣＤ１４の受光面に到達する。その結果、被写体像がＣＣＤ１４に形成され、被写体像に応じた画像信号が生成される。画像信号はＣＣＤ１４から一定の時間間隔で読み出され、初期回路１５を経てプロセッサ２０の画像信号処理回路２２へ送られる。

画像信号処理回路２２では、ホワイトバランス調整、ガンマ補正など画像信号に対して様々な処理が施され、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像信号が生成される。生成されたＲ、Ｇ、Ｂの信号は映像信号処理回路２３を介してモニタ４０へ出力される。これにより、フルカラー画像がモニタ４０に表示される。

ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むシステムコントロール回路２１は、プロセッサ２０の動作を制御し、画像信号処理回路２２、ＬＥＤ駆動部２７などの回路へ制御信号を出力する。ＲＯＭには、動作制御に関するプログラムが格納されている。

キャラクタ信号生成回路２８では、システムコントロール回路２１からのキャラクタコードに基づき、キャラクタ信号が生成される。映像信号処理回路２３では、キャラクタ信号が所定のタイミングで画像信号に間挿される。これにより、文字情報が観察画像にスーパーインポーズされる。

色むら診断ボタン２９は、色むら検出するときユーザによって操作される。後述するように、白色被写体のチャートＴを用いた撮影によって得られた画像（以下、参照画像という）があらかじめメモリ３０に記憶されており、同じ白色被写体チャートＴを撮影し、色むら診断ボタン２９が操作されると、色むら検出処理が実行される。

色むらが検出されると、色むらを解消するように発光調整処理が行われる。すなわち、ＬＥＤ駆動部２７が、システムコントロール回路２１からの制御信号に基づき、所定のＬＥＤ素子の光量を制御する。

図３は、ＬＥＤ素子の配光特性データベース化処理を示したフローチャートである。図４は、ＬＥＤ点灯エリアの位置検出を示した図である。図３の処理は、ここでは電子内視鏡装置の出荷時に行われる。

ＬＥＤランプ２４を構成する一連のＬＥＤ素子は、あらかじめ順序づけされている。ステップＳ１０１では、番号を示す変数ｉ（ｉ＝１、２、・・・）が１に設定される。ステップＳ１０２では、ｉ番目（最初は１番目）のＬＥＤ素子が点灯される。

図４には、ｉ番目ＬＥＤ素子のみを発光したときの投影像Ｐが表示された画面を示している。黒色被写体に対してｉ番目のＬＥＤ素子を点灯させたとき、画面上での投影像Ｐの位置は、そのＬＥＤ素子の保持器２４Ｔの放物面上における位置に従う。ステップＳ１０３では、ｉ番目のＬＥＤ素子を発光させたときの画像が取り込まれ、ステップＳ１０４では、画面上で輝度の高い領域を検出することによって、投影像Ｐの画面位置が抽出される。

ステップＳ１０５では、投影像Ｐの画面上での位置、すなわち、ｉ番目のＬＥＤ素子の配光分布位置が検出される。ここでは、矩形状のエリアによって投影像Ｐの位置を指定する。そして、ステップＳ１０６では、配光分布位置、ｉ番目のＬＥＤ素子、およびその発光色が対応づけられる。対応づけられたデータＭは、メモリ３０に格納される。図４には、１番目のＬＥＤ素子に関する発光色、エリアがテーブル化されている。

ステップＳ１０６では、変数ｉが１だけインクリメントされ、対象ＬＥＤ素子が１つ移動する。ステップＳ１０７では、すべてのＬＥＤ素子についてデータベース化が終了したか否かが判断され、終了していない場合、ステップＳ１０２へ戻る。すべてのＬＥＤ素子についてデータベース化されるまで、ステップＳ１０２〜Ｓ１０７が繰り返し実行される。

図５は、システムコントロール回路２１によって実行される参照画像の記録処理を示したフローチャートである。ここでは、電子内視鏡装置の出荷時に処理が行われる。

電子内視鏡装置の出荷時において、ホワイトバランス調整にも使用可能な白色被写体のチャートＴが用意され、ビデオスコープ１０によって被写体が撮影される（Ｓ２０１）。そして、システムコントロール回路２１は、撮影によって静止画像をメモリ３０に記録する（Ｓ２０２）。ここでは、プロセッサ２０にコンピュータを接続させ、コンピュータから撮影画像の記録が指示される。

図６は、システムコントロール回路２１によって実行される色むら検出処理を示したフローチャートである。電子内視鏡装置の出荷後、所定の使用期間が経過した状態であり、内視鏡作業開始時、あるいは工場検査時に色むら診断ボタン２９が操作されると、色むら検出処理が開始される。

図６のステップＳ３０１では、白色被写体のチャートＴによる撮影によって静止画像データが生成され、ステップＳ３０２では、撮影による静止画像データがメモリ３０に一時的に格納される。

ステップＳ３０３では、出荷時の撮影によってメモリ３０に格納されていた参照画像と、ステップＳ３０２で得られた現在の画像（以下、検査画像という）がメモリ３０から読み出される。そして、ステップＳ３０４では、参照画像と検査画像との差分が検出される。すなわち、参照画像と検査画像に対し、各画素の差分が算出される。

図７は、参照画像、検査画像、およびＲの画像信号に応じたヒストグラムを示した図である。参照画像は、ＬＥＤランプ２４がまだ経時変化のない状態で撮影された画像であるため、色むら生じていない。すなわち、各画素の画素値が実質的に同じ値になっている。各画素のＲ、Ｇ、Ｂのグレースケールレベルを０〜２５５の２５６段階で表すと、参照画像では、実質的にすべての画素値が２５５で表される。

一方、検査画像では、ＬＥＤランプ２４の経時変化に伴って光量低下、あるいは色変化の生じているＬＥＤ素子が存在し、その劣化具合はＬＥＤ素子ごとに異なる。また、ライトガイド１２に起因する色収差によって、照明光の色変化はスコープ先端部で増長し、色むらが大きくなる。その結果、検査画像の一部は、赤色、青色など白色でない色によって表示される。すなわち、Ｒ、Ｇ、Ｂいずれかの色に対して２５５より小さい画素値をもつ画素が存在する。

ステップＳ３０５では、検査画像と参照画像との差分がＲ、Ｇ、Ｂの色成分ごとに求められ、各色成分のヒストグラムデータが生成される。すなわち、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像信号に対し、各色の差分値からヒストグラムデータが生成される。そして、ヒストグラムデータに基づき、標準偏差が色成分ごとに求められる。すなわち、差分値のバラツキ具合が検出される。

図７には、Ｒの色成分に応じた差分のヒストグラムが示されている。横軸は、Ｒに応じた画素の差分値を表し、縦軸は各差分値をもつ画素数（頻度）を表す。ここでは、画素値２５５を基準とし、基準値からの差分値の分布が表されている。図７に示したＲのヒストグラムデータと同様、Ｇ、Ｂのヒストグラムデータも生成され、それぞれ標準偏差が算出される。

ステップＳ２０６では、Ｒ、Ｇ、Ｂの色成分ごとに、標準偏差が閾値以上であるか否かが判断される。すなわち、差分値のバラツキ程度が大きく、色むら生じているか否かが判断される。閾値は、色むらが生じているとみなせる画像に従って定められた値であり、Ｒ、Ｇ、Ｂの色成分ごとに定められている。

Ｒ、Ｇ、Ｂのうち少なくとも１つの色成分において標準偏差が閾値以上であると判断されると、ステップＳ３０７へ進み、発光調整処理が実行される。一方、ステップＳ３０６において、いずれの色成分についても標準偏差が閾値より小さいと判断された場合、そのまま処理は終了する。

図８は、図６のステップＳ３０７で実行される発光調整処理のサブルーチンである。

ステップＳ４０１では、色むら発生位置と、色むらを生じさせている色成分（Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれか）が検出される。色むら発生位置は、ステップＳ３０４で算出された差分画像データに基づいて検出される。そして、ステップＳ４０２では、図３のデータベース化処理によってメモリ３０に格納されているＬＥＤランプ２４の配光特性データに基づき、色むらに起因するＬＥＤ素子が特定される。ここでは、色むら発生位置に配光特性をもつ、すなわち表示位置が色むらの発生位置と一致し、発光色が色むらの色成分と同じＬＥＤ素子を色むら発生原因のＬＥＤ素子と判断する。

ＬＥＤ素子が特定されると、ステップＳ４０３〜Ｓ４０５では、色むらを解消するための発光調整処理が行われる。すなわち、図６において算出される同じ色成分の標準偏差が閾値より小さくなるまで、特定されたＬＥＤ素子の電流量を段階的に増加させる。ただし、ステップＳ４０５では、図６の処理と同様に検査画像の再取り込みを行うか、あるいは、図４の配光特性データＭからＬＥＤの電流修正量を加味して検査画像を修正加工し、比較確認を行う。標準偏差が閾値より小さくなると、発光調整処理は終了する。

このように本実施形態によれば、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を同時発光するＬＥＤランプ２４がプロセッサ２０に設けられ、白色光の照明によってカラー画像がモニタ４０に表示される。電子内視鏡装置の出荷時には、基準となる参照画像がメモリ３０に記録される。そして、ある程度の使用経過後に色むら診断ボタン２９が操作されると、撮影画像が検査画像として抽出される。

そして、参照画像と検査画像とが比較され、差分のヒストグラムデータがＲ、Ｇ、Ｂ色成分ごとに生成される。ヒストグラムデータの標準偏差が閾値以上の場合、色むらが生じていると判断される。そして、ＬＥＤランプ２４の配光特性データに基づき、色むら発生原因のＬＥＤ素子が特定される。ＬＥＤ素子が特定されると、電流量調整によって発光調整が行われる。

このように自動的に色むらが検出されるとともに、発光調整が行われるため、色再現性の優れたカラー画像の表示を維持することができる。特に、経時劣化のあるＬＥＤ素子を特定できるため、迅速に色むらを解消することができる。

なお、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像信号ごとに参照画像を記録し、特定の色について色むら検出を行ってもよい。また、Ｒ、Ｇ、Ｂ以外の色成分で色むらを検出してもよい。さらに、電子内視鏡装置が一定期間経過すると自動的に色むら検出を行うように構成してもよい。

色むら判断については、差分のある画素の割合を検出し、割合が所定の割合より大きいか否かによって判断してもよい。また、各画素の差分を求めずに参照画像と検査画像とを比較して色むらを検出してもよい。色むら検出する構成については、ソフトウェア処理の代わりに専用回路を設けてもよい。

白色チャート以外の被写体を用いて色むらを検出してもよく、色成分が全体的に一様な被写体を用いてもよい。また、参照画像は自ら撮影する代わりに、あらかじめ用意された基準画像データを出荷時、あるいは色むら検査時に取得するようにしてもよい。

撮像方式としては、面順次を行ってもよい。また、ＬＥＤランプをスコープ先端部に配置してもよい。ＬＥＤランプとしては、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つのＬＥＤ素子から成るパッケージ化されたＬＥＤを用いてもよい。あるいは、単体で白色光を放射するＬＥＤ１２Ｂランプを適用してもよい。

発光調整処理については、オペレータがキーボード操作などによってマニュアル操作してもよい。また、ＬＥＤの光量を調整する代わりに、色むら原因として特定されたＬＥＤを交換するようにしてもよい。

本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。 図２は、ＬＥＤランプの一部回路図である。 ＬＥＤ素子の配光特性データベース化処理を示したフローチャートである。 ＬＥＤ点灯エリアの検出を示した図である。 システムコントロール回路によって実行される参照画像の記録処理を示したフローチャートである。 システムコントロール回路によって実行される色むら検出処理を示したフローチャートである。 参照画像、検査画像、およびＲの画像信号に応じたヒストグラムを示した図である。 図７のステップＳ３０７で実行される発光調整処理のサブルーチンである。

符号の説明

１０ ビデオスコープ
１４ ＣＣＤ
２０ プロセッサ
２１ システムコントロール回路
２４ ＬＥＤランプ
２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂ ＬＥＤ素子
２７ ＬＥＤ駆動部
２９ 色むら診断ボタン
３０ メモリ

Claims (7)

1. それぞれ所定の色の光を放射する複数のＬＥＤ素子から構成されるＬＥＤ光源と、
   前記ＬＥＤ光源の経時変化が生じていない状態において、基準となる被写体を撮影することによって得られる参照画像をメモリに記録可能な記録手段と、
   前記基準となる被写体を撮影することによって得られる検査画像と、前記参照画像とを比較し、前記検査画像に色むらが生じているか否かを判断する色むら判定手段と、
   色むらのエリアを特定し、各ＬＥＤ素子の配光特性データからそのエリアに応じたＬＥＤを特定するＬＥＤ特定手段と、
   特定されたＬＥＤに対し、発光調整を行う発光調整手段と
   を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記ＬＥＤ特定手段が、画面上での色むらの発生位置に応じたＬＥＤ素子を特定することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記発光調整手段が、特定されたＬＥＤに対する電流量を調整しながら色むらを解消することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
4. 前記配光特性データが、所定のＬＥＤ素子と、前記所定のＬＥＤ素子を点灯させたときの画面表示位置と、発光色とを対応づけたデータであることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
5. 前記色むら判定手段が、色成分ごとに、前記参照画像と前記検査画像との差を検出して色むらを判断することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
6. それぞれ所定の色の光を放射する複数のＬＥＤ素子から構成されるＬＥＤ光源の経時変化が生じていない状態において、基準となる被写体を撮影することによって得られる参照画像と、前記基準となる被写体を撮影することによって得られる検査画像とを比較し、前記検査画像に色むらが生じているか否かを判断する色むら判定手段と、
   色むらのエリアを特定し、各ＬＥＤ素子の配光特性データからそのエリアに応じたＬＥＤを特定するＬＥＤ特定手段と、
   を備えたことを特徴とする色むら検出装置。
7. それぞれ所定の色の光を放射する複数のＬＥＤ素子から構成されるＬＥＤ光源の経時変化が生じていない状態において、基準となる被写体を撮影することによって得られる参照画像と、前記基準となる被写体を撮影することによって得られる検査画像とを比較し、前記検査画像に色むらが生じているか否かを判断し、
   色むらのエリアを特定し、各ＬＥＤ素子の配光特性データからそのエリアに応じたＬＥＤを特定するＬＥＤ特定することを特徴とする色むら検出方法。

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