JP3894762B2

JP3894762B2 - 電子内視鏡装置

Info

Publication number: JP3894762B2
Application number: JP2001295272A
Authority: JP
Inventors: 充樋口; 大輔綾目; 一則阿部; 信次竹内
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: JP2003093338A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子内視鏡装置、特に被観察体内の毛細血管等を詳細に表示することができる電子内視鏡の画像処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子内視鏡装置は、照明光を照射して対物光学系を介して捉えられた被観察体を、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子で撮像し、この被観察体像をモニタ等に表示するものであるが、近年、この種の電子内視鏡装置では、上記対物光学系に変倍機構を組み込み、被観察体像を光学的に拡大して表示することが行われる。従って、モニタ等に表示された拡大画像により、注目部位の細部が良好に観察できるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電子内視鏡装置では、撮像対象が消化器官等、生体内であることが多く、図７に示されるように、拡大された被観察体画像１（モニタ等の表示）においては粘膜２の中に血管（毛細血管）３が存在しており、この血管３の走行状態やこの血管（血液）３の集中状況は、病巣の診断、癌組織の特定等において重要な観察対象となる。一方、生体内は桃色或いは赤みを帯びた色で構成されることから、血管３と粘膜２等の他の組織との区別が不明瞭になる傾向がある。従って、血管３を粘膜２と対比させて明確に表示できれば、生体内の観察、診断に役立つ情報を提供することが可能となる。なお、符号４は溝等の暗い部分である。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、血管を粘膜等の他の組織に対して高いコントラストにより明確に画像表示することができる電子内視鏡装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る電子内視鏡装置は、撮像素子で得られた信号に基づき所定の色信号を形成する色信号形成回路と、この色信号形成回路から出力された赤色以外の色信号を入力し、２値化画像信号を生成する２値化回路と、この２値化回路から出力された２値化信号を入力し、画像内の血管位置を検出・判定するためのエッジ検出回路と、このエッジ検出回路から出力された血管位置信号と上記色信号に基づいて血管像の彩度を調整する彩度補正回路と、を含んでなることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、上記色信号形成回路では、赤，緑，青の色信号を形成し、上記２値化回路では、緑信号又は青信号を用いて２値化画像を形成することを特徴とする。
【０００６】
請求項３に係る発明は、撮像素子で得られた信号に基づき所定の色信号を形成する色信号形成回路と、この色信号形成回路から出力された赤色以外の色信号を入力し、２値化画像信号を生成する２値化回路と、この２値化回路から出力された２値化信号を入力し、画像内の血管位置を検出・判定するためのエッジ検出回路と、このエッジ検出回路から出力された血管位置信号を画像処理クロック信号よりも遅いクロック信号で再検出する血管再検出回路と、この血管再検出回路から出力された血管位置信号と上記色信号に基づいて血管像の彩度を調整する彩度補正回路と、を含んでなることを特徴とする。
【０００７】
上記請求項１の構成によれば、色信号形成回路によりＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色信号が形成され、例えばＧ信号（Ｂ信号でもよい）を用いて画像の２値化信号、即ち白か黒の信号が生成される。このＧ信号による２値化信号は、赤色が含まれていないため、黒の信号部分に血管が存在し、白の信号部分に粘膜が存在することになる。即ち、本発明は血管の主要色である赤色以外の画像信号から血管の存在を検知するようにしている。次に、この２値化信号に対してはエッジ検出が行われ、白黒が急激に変化する部分が血管位置信号として抽出され、その他の大きな領域部分が除去される。そして、上記血管位置信号により血管像を構成するＲＧＢ信号が取り出され、これらの信号が増幅された（彩度が上げられた）後、原画のＲＧＢ信号に加えられることになり、この結果、血管が粘膜の中にあっても高いコントラストで表示される。
【０００８】
上記請求項３の構成によれば、上記エッジ検出回路で得られた血管位置信号が、例えば画像処理クロック信号を２分周した遅いクロック信号で再検出され、これによって２倍の太さの血管像が形成される。この血管像は、彩度補正回路で彩度が上げられることになり、この結果、２倍の太さの血管が粘膜の中に高いコントラストで表示される。
【０００９】
上記の構成において、上記彩度補正回路では信号増幅により血管像の彩度を上げたが、上記エッジ検出回路又は血管再検出回路から出力された血管位置信号以外の信号を取り出し、この血管以外の画像の彩度を下げることにより、両者のコントラストが高くなるようにすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１には、第１実施例に係る電子内視鏡装置の一部の構成が示されており、この電子内視鏡装置は例えば同時式とされ、スコープ、プロセッサ装置、光源装置、モニタ及び記録装置等を有する。この図１において、撮像素子であるＣＣＤ１０がスコープ先端部に設けられ、このＣＣＤ１０では画素単位の色フィルタ［例えばＭｇ（マゼンタ），Ｇ（グリーン），Ｃｙ（シアン），Ｙｅ（イエロー）］を介して被観察体像が捉えられる。即ち、上記光源装置からの光がライトガイドを介してスコープ先端から被観察体に照射されることにより、この被観察体がＣＣＤ１０で撮像される。また、このＣＣＤ１０の前方に、変倍レンズが移動可能に組み込まれた対物光学系を設ければ、この変倍レンズを駆動することによって被観察体の拡大像を得ることができる。
【００１１】
上記ＣＣＤ１０の後段には、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling−相関二重サンプリング）／ＡＧＣ（Automatic Gain Control−自動利得制御回路）１２が配置されており、このＣＤＳ／ＡＧＣ１２はＣＣＤ１０の出力信号に対し相関二重サンプリングを施すと共に、所定の増幅処理をする。このＣＤＳ／ＡＧＣ１２には、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１４を介して、ＤＳＰ（Digital Signal Processor−デジタル信号プロセッサ）１６が設けられている。
【００１２】
このＤＳＰ１６では、ホワイトバランス、ガンマ補正等の各種の処理を施すと共に、Ｙ（輝度）信号とＲ（赤）−Ｙ及びＢ（青）−Ｙの色差（Ｃ）信号が形成されており、このＤＳＰ１６の後段に、上記Ｙ信号とＣ信号をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の信号に変換する色変換回路１７が設けられる。即ち、当該例では、上記ＤＳＰ１６では、Ｍｇ，Ｇ，Ｃｙ，Ｙｅの各色フィルタを介して得られた信号から色変換演算によってＹ信号とＲ−Ｙ及びＢ−ＹのＣ信号が形成されるが、このＹ，Ｃ信号を更に色変換演算することによりＲ，Ｇ，Ｂの各色信号が得られる。なお、上記ＤＳＰ１６内にて色差信号ではなく、ＲＧＢ信号を直接形成することもできる。
【００１３】
そして、第１実施例では、Ｒ信号以外のＧ信号又はＢ信号を用いて血管を明確にするための処理が行われる。このために、まず上記色変換回路１７から出力されたＧ信号を入力し、この信号レベルを調整し、２値化するための平均値合わせをするレベル調整（ゲインアップ）回路１８、このレベル調整回路１８の出力信号を２値化信号に変換する２値化回路２０、この２値化回路２０の出力信号が急激に変化する部分を検出して（信号の低い周波数成分を除去して）、血管位置信号を取り出すエッジ検出回路２２が設けられる。
【００１４】
即ち、上記レベル調整回路１８では、所定のゲインアップを行うことにより、Ｇ信号の平均値（又はその他のレベル値でもよい）が２値化の平均（中間）値に一致するようにする。例えば、信号のレベルを２５６のデジタル値で表し、中間値１２８よりも大きい場合に“１”（白）、この中間値１２８以下を“０”（黒）とする場合、Ｇ信号の平均値が中間値１２８に一致するようにＧ信号が増幅される。また、エッジ検出回路２２は、上記２値化信号の急激な変化をするエッジ部分を取り出す（画像信号の周波数が低い部分を除去する）ことにより、血管の位置情報（血管が存在する位置の情報）を抽出する。
【００１５】
上記色変換回路１７の後段には、ここで得られたＲ₀，Ｇ₀，Ｂ₀の色信号を入力すると共に上記エッジ検出回路２２からの出力信号を入力する３ステートバッファ２６と、アンプ（増幅器）２８が配置されており、これらの回路が彩度補正回路となる。即ち、上記３ステートバッファ２６では、エッジ検出回路２２から出力された血管位置信号（例えばHigh信号）に基づき、その血管位置に該当する各色信号を取り出し、上記アンプ２８ではこの血管位置に対応するＲ₀，Ｇ₀，Ｂ₀の各信号を所定の増幅率で増幅する。
【００１６】
上記アンプ２８の後段には、上記色変換回路１７から出力されたＲ₀，Ｇ₀，Ｂ₀の信号と上記アンプ２８から出力されたＲ₁，Ｇ₁，Ｂ₁の各信号をそれぞれにおいて加算し、Ｒ₂，Ｇ₂，Ｂ₂の各信号を出力する加算器３０が設けられ、この加算器３０にはモニタ出力するための各種処理を施す信号処理回路３２が設けられる。
【００１７】
第１実施例は以上の構成からなり、その作用につき図２を参照しながら説明する。まず、スコープ先端部からの照射光により照明された被観察体がＣＣＤ１０で撮像されると、このＣＣＤ１０からの出力信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ１２でサンプリングされると共に増幅され、Ａ／Ｄ変換器１４を介してデジタル信号としてＤＳＰ１６へ供給される。上述したように、このＤＳＰ１６では、各種の画像処理が施されたＹ信号とＲ−Ｙ及びＢ−ＹのＣ（色差）信号が形成され、このＹ信号とＣ信号は色変換回路１７によりＲ₀，Ｇ₀，Ｂ₀の各色信号に変換される。そして、これらの信号は３ステートバッファ２６に供給されると共に、その中のＧ₀信号がレベル調整回路１８に入力される。
【００１８】
このレベル調整回路１８では、Ｇ₀信号が所定の増幅率でゲインアップされ、例えば図７に示した被観察体では図２（Ａ）に示される画像７ａが得られる。ここで、図７の画像１では血管３が赤く表示されるが、図２（Ａ）の画像７ａでは血管色に緑色成分が少ないことから血管３は黒く表示される。次に、レベル調整されたＧ信号が２値化回路２０に供給されると、そのレベルが１２８以下のとき“０”、この１２８よりも大きいとき“１”の２値に置き換えられる。この状態が図２（Ｂ）の画像７ｂに示されており、粘膜２は白（１）、血管３や溝等の暗い部分４は黒（０）となる。
【００１９】
上記２値化回路２０の出力は、エッジ検出回路２２へ供給されており、ここでは信号レベルが緩やかに変化する部分（低い周波数成分）を除去することにより、信号レベルが急激に変化する部分が検出され、これによって図２（Ｃ）の画像７ｃに示される血管３の位置信号が抽出される。そして、このエッジ検出回路２２の出力は、３ステートバッファ２６のゲートへ供給される。
【００２０】
この３ステートバッファ２６では、上記エッジ検出回路２２で検出された血管位置信号に基づいて血管像を構成するＲ₀，Ｇ₀，Ｂ₀信号が取り出され、この血管像の各色信号はアンプ２８にて所定増幅率でゲインアップされる。即ち、この増幅率がａであるとすると、アンプ２８からは、Ｒ₁＝ａＲ₀、Ｇ₁＝ａＧ₀、Ｂ₁＝ａＢ₀が出力される。その後、これらの各色信号Ｒ₁，Ｇ₁，Ｂ₁，は加算器３０にて、原画の信号であるＲ₀，Ｇ₀，Ｂ₀と加算される。
【００２１】
従って、加算器３０からは、Ｒ₂＝（ａ＋１）Ｒ₀、Ｇ₂＝（ａ＋１）Ｇ₀、Ｂ₂＝（ａ＋１）Ｂ₀が得られ、信号処理回路３２を介して図２（Ｄ）に示される被観察体画像７ｄがモニタに表示される。この画像７ｄでは、（ａ＋１）倍の彩度を持つ血管（毛細血管）３が粘膜２中に良好なコントラストにて明瞭に表示されることになり、この結果、血管３の走行状態や集中状況が良好に観察でき、またこの血管３の走行状態等を参考に病巣の診断、癌組織の特定等も良好に行われる。
【００２２】
図３には、本発明の第２実施例の構成が示されており、この第２実施例は血管以外の像の彩度を低下させたものである。即ち、図３に示されるように、エッジ検出回路２２と３ステートバッファ２６との間にインバータ２３を挿入し、エッジ検出回路２２の出力を反転させて３ステートバッファ２６に供給する。そして、この３ステートバッファ２６の後段に、増幅率ａが０から１の範囲にあるアンプ２９と減算器３１が設けられる。
【００２３】
このような第２実施例によれば、インバータ２３の反転動作によって血管以外の像の信号（位置信号）が抽出されるので、３ステートバッファ２６からは血管以外の像を構成するＲ₀，Ｇ₀，Ｂ₀信号が取り出され、この各色信号はアンプ２９にて増幅率ａ（０＜ａ＜１）でゲインアップされる。即ち、アンプ２９からは、Ｒ₃＝ａＲ₀、Ｇ₃＝ａＧ₀、Ｂ₃＝ａＢ₀が出力され、その後、これらの各色信号Ｒ₃，Ｇ₃，Ｂ₃，は減算器３１にて、原画信号Ｒ₀，Ｇ₀，Ｂ₀から減算される。
【００２４】
従って、減算器３１からは、Ｒ₄＝（１−ａ）Ｒ₀、Ｇ₄＝（１−ａ）Ｇ₀、Ｂ₄＝（１−ａ）Ｂ₀が出力され、信号処理回路３２を介して被観察体画像がモニタに表示される。この画像では、（１−ａ）倍の彩度を持つ粘膜２や暗い部分４の中に、第１実施例の場合と同様に、血管３が良好なコントラストにて明瞭に表示される。
【００２５】
図４には、本発明の第３実施例の構成が示されており、この第３実施例は血管を太くして表示させたものである。図４に示されるように、第３実施例は第１実施例の構成に加えて、クロック信号を分周して遅いクロック信号を生成する分周回路２４と、この遅いクロック信号とエッジ検出回路２２の出力により血管像を構成するＲ₀，Ｇ₀，Ｂ₀信号をラッチするラッチ回路２５を設けたものである。即ち、上記分周回路２４は入力したクロック信号（周波数ｆ₁）を例えば２分周し、上記ラッチ回路２５では２倍の周期［周波数（ｆ₁／２）］のクロック信号と血管信号により、血管の太さを２倍にするためのラッチ信号を３ステートバッファ２６へ与える。
【００２６】
このような第３実施例によれば、第１実施例の場合と同様に、色変換回路１７から出力されたＧ₀信号がレベル調整回路１８でゲインアップされた後、２値化回路２０にて２値化信号へ変換され、エッジ検出回路２２ではこの２値化信号に基づいて血管位置信号が抽出される。そして、ラッチ回路２５は、２倍の周期の遅いクロック信号と血管位置信号に基づいて、３ステートバッファ２６に供給されるＲ₀，Ｇ₀，Ｂ₀信号の血管部分をラッチする。
【００２７】
図５には、この３ステートバッファ２６で得られる血管像を構成するＲ₀信号が示されており（Ｇ₀，Ｂ₀についても同様）、図５（Ａ）に示される色変換回路１７の出力データに対し、図５（Ｂ）に示される画像処理クロック信号に基づいて血管部分をラッチした場合は、図５（Ｃ）に示されるように、図５（Ａ）と同一周期でＲ₀₂，Ｒ₀₃，Ｒ₀₄の信号が出力される。これに対し、第３実施例では、図５（Ｄ）に示される遅いクロック信号に基づいて血管部分がラッチされることになり、図５（Ｅ）のように、通常の２倍の周期でＲ₀₂，Ｒ₀₄の信号が出力される。
【００２８】
このようにして、太さが２倍となる血管像を構成するＲ₀，Ｇ₀，Ｂ₀信号が３ステートバッファ２６から取り出されると、これらの信号は、第１実施例の場合と同様にアンプ２８で増幅率ａでゲインアップされ、このアンプ２８の出力であるＲ₁，Ｇ₁，Ｂ₁信号は加算器３０にて原画のＲ₀，Ｇ₀，Ｂ₀信号と加算される。
【００２９】
図６には、上記の過程で形成される画像が示されており、図６（Ａ）に示されるように、上記アンプ２８で得られる画像８Ａでは、血管３が２倍の太さとなる。また、図６（Ｂ）に示されるように、加算器３０の出力で得られる画像８Ｂでは、暗い部分４を伴った粘膜２の中に２倍の太さで、（１＋ａ）倍の彩度を持つ血管３が表示されることになる。
【００３０】
上記実施形態の各例では、Ｇ信号に基づいて血管信号を抽出するようにしたが、Ｂ信号をレベル調整回路１８に入力して血管位置信号を取り出すようにしてもよい。即ち、本発明は血管の主要色である赤色以外の画像信号から血管の位置を検出しており、Ｒ信号以外のその他の色信号を用いることが可能である。また、上記第３実施例において、血管以外の像の彩度を低下させる第２実施例の構成を採用することもできる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、血管の主要色である赤色以外の色信号から２値化画像信号を生成し、この２値化信号からエッジ検出回路により画像内の血管位置信号を抽出し、この血管位置信号に基づいて血管像の彩度を調整するようにしたので、血管を粘膜等の他の組織に対して高いコントラストにより明確にモニタ表示することができ、被観察体の観察や診断に有益な情報を提供することが可能となる。
【００３２】
また、請求項３の発明によれば、血管再検出回路によりエッジ検出回路から出力された血管位置信号を画像処理クロック信号よりも遅いクロック信号で再検出するようにしたので、血管を太く表示することができ、被観察体画像の中の血管の認識度を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る電子内視鏡装置の主要構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施例の各回路で形成される画像を示す図である。
【図３】第２実施例の主要構成を示すブロック図である。
【図４】第３実施例の主要構成を示すブロック図である。
【図５】第３実施例で実行される画像データのラッチ処理を示す説明図である。
【図６】第３実施例の各回路で形成される画像を示す図である。
【図７】電子内視鏡装置で撮像・表示される被観察体の拡大画像を示す図である。
【符号の説明】
１０…ＣＣＤ、１６…ＤＳＰ、
１７…色変換回路、１８…レベル調整回路、
２０…２値化回路、２２…エッジ検出回路、
２３…インバータ、２４…分周回路、
２５…ラッチ回路、
２６…３ステートバッファ、
２８，２９…アンプ、３０…加算器、
３１…減算器。

Claims

撮像素子で得られた信号に基づき所定の色信号を形成する色信号形成回路と、
この色信号形成回路から出力された赤色以外の色信号を入力し、２値化画像信号を生成する２値化回路と、
この２値化回路から出力された２値化信号を入力し、画像内の血管位置を検出するためのエッジ検出回路と、
このエッジ検出回路から出力された血管位置信号と上記色信号に基づいて血管像の彩度を調整する彩度補正回路と、を含んでなる電子内視鏡装置。
上記色信号形成回路は、赤，緑，青の色信号を形成し、上記２値化回路は、緑信号又は青信号を用いて２値化画像を形成することを特徴とする上記請求項１記載の電子内視鏡装置。
撮像素子で得られた信号に基づき所定の色信号を形成する色信号形成回路と、
この色信号形成回路から出力された赤色以外の色信号を入力し、２値化画像信号を生成する２値化回路と、
この２値化回路から出力された２値化信号を入力し、画像内の血管位置を検出するためのエッジ検出回路と、
このエッジ検出回路から出力された血管位置信号を画像処理クロック信号よりも遅いクロック信号で再検出する血管再検出回路と、
この血管再検出回路から出力された血管位置信号と上記色信号に基づいて血管像の彩度を調整する彩度補正回路と、を含んでなる電子内視鏡装置。
上記彩度補正回路は、血管像の彩度を上げるようにしたことを特徴とする上記請求項１乃至３記載の電子内視鏡装置。
上記エッジ検出回路又は血管再検出回路から出力された血管位置信号以外の信号を取り出す回路を備え、上記彩度補正回路は、血管以外の画像の彩度を下げるようにしたことを特徴とする上記請求項１乃至３記載の電子内視鏡装置。