JP2009273676A - 色むらを検出可能な内視鏡装置 - Google Patents
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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
【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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008127973A JP2009273676A (ja) | 2008-05-15 | 2008-05-15 | 色むらを検出可能な内視鏡装置 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011108179A1 (ja) * | 2010-03-01 | 2011-09-09 | パナソニック株式会社 | カプセル型投薬装置 |
WO2015060347A1 (ja) * | 2013-10-25 | 2015-04-30 | オリンパスメディカルシステムズ株式会社 | 内視鏡装置 |
WO2022122725A1 (de) * | 2020-12-08 | 2022-06-16 | Karl Storz Se & Co. Kg | Verfahren zum kalibrieren einer medizinischen bildgebungsvorrichtung sowie medizinische bildgebungsvorrichtung |
-
2008
- 2008-05-15 JP JP2008127973A patent/JP2009273676A/ja active Pending
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