JP4694336B2 - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子内視鏡装置に関し、詳しくは内視鏡撮影により得られる画像の画像処理に関する。

電子内視鏡は、先端から照明光を照射して被観察体（例えば胃壁）からの反射光を先端に備え付けられた撮像素子（例えばＣＣＤ）で受光することにより被観察体の画像を取得する。光が無い閉じられた空間での撮影であるため、診断に適した画像を得るためには、照明はある程度明るくする必要がある。しかし、照明が明るすぎると被観察体や処置具（例えば鉗子）からの強い反射光により、画像の一部が真っ白になり、その部分については被観察体の画像が得られないことがある（いわゆるハレーション）。

上記問題の解決方法としては、撮像素子の各画素値から算出した平均輝度値や濃度ヒストグラムに基づいてハレーションを検出し、照明の絞り（アイリス）を調整して照射光の光量を落とすことによりハレーションを抑制する方法が提案されている（例えば特許文献１、２）。
特開２００３−２５０７６１号公報 特開２０００−８１５７７号公報

上記方法はハレーションを確実に抑制できるものの、光量を大幅に落とさないとハレーションを抑制できない場合には、得られる画像は暗く観難いものとなる。このため、必ずしも、診断に適した画像が得られるとは限らない。

一方、ハレーションが生じていても、診断に適した画像と言える場合もある。例えば何らかの理由（水滴による鏡面反射など）により一点においてのみ斑点状のハレーションが生じたとしても、その点を除いた範囲の画像が適切な明るさであれば、その画像は診断に適した画像と認められる。すなわち、ハレーションをなくすことと、診断に適した画像を得ることとは、必ずしも同じではない。

本発明は、内視鏡撮影におけるハレーションの問題を解決するものであるが、ハレーションを完全になくすことを目的とするものではなく、電子内視鏡装置により真に診断に適した画像を得ることを目的とするものである。

本発明は、電子内視鏡と、電子内視鏡により取得された画像を処理する処理装置とを備えた電子内視鏡装置を提供する。この電子内視鏡装置の処理装置は、光源と、その光源から発せられ、内視鏡の先端へと導かれる照明光の光量を制御する照明光量制御手段を備える。また、画像の輝度分布を表す輝度画像を生成する輝度画像生成手段と、輝度画像の中から、輝度値が所定値を越える画素が所定数以上並んで配置された高輝度画素群を検出する高輝度画素群検出手段と、高輝度画素群検出手段により高輝度画素群が検出されたときに、照明光量制御手段に対し、高輝度画素群検出手段により高輝度画素群が検出されなくなるまで光量の低減を指示する光量調整手段とを備える。

さらに、この処理装置は、輝度画像を構成する画素のうち輝度値が所定値以下の画素の輝度値が前記所定値以上になるように、前記画像の輝度を変換する変換手段を備える。変換手段は、例えば、輝度画像の低周波成分を表す輝度ボケ画像を生成し、輝度ボケ画像を構成する画素のうち輝度値が所定値を越える画素の輝度値をゼロ値に置換し、輝度画像に置換処理後の輝度ボケ画像を加算することにより、画像の輝度を変換する。この際、輝度ボケ画像を構成する画素のうち輝度値が所定値を越える画素の輝度値をゼロ値に置換するとともに、前記輝度ボケ画像を構成する画素のうち輝度値が所定値以下画素の輝度値を、輝度値が小さい画素の値ほど大きな輝度値となるように値を置換すれば、なお好ましい。

上記構成では、高輝度画素群検出手段と光量調整手段により、画像中に所定の大きさよりも大きい白色部分が存在するときには照明光の光量が低減されるが、画像中に白色部分が存在しても、その部分の大きさが所定の大きさ以下であれば照明光の光量は調整されない。すなわち、ハレーションが発生しても、診断に支障をきたすほどでなければ、無闇に光量を低減することはしない。

また、上記構成では、輝度値が所定値以下の画素の輝度値は変換手段により前記所定値以上の輝度値に補正されるため、光量を低減したことにより照明光が十分に行き渡らなくなってしまった領域があったとしても、その領域を含め全体的に明るく見やすい画像を得ることができる。

図１は、本発明の一実施形態における電子内視鏡装置の概略構成を示す図である。電子内視鏡装置は、電子内視鏡１（以下、スコープ１）と処理装置２（以下、プロセッサ２）により構成される。また、処理装置２には、モニタや図示されないプリンタが接続されている。

スコープ１は、対物レンズ１１、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）１２、ＣＣＤ１２により取得された信号を処理する信号処理回路１３および各種制御処理を行うマイコン１４を備える。ＣＣＤ１２は、対物レンズ１１とともにスコープ２の先端に取り付けられ、観察対象からの反射光を取得し、電気信号に変換する。本実施形態では、ＣＣＤ１２にモザイクフィルタを備え、被観察体からの反射光をモザイクフィルタを介して取得することによって被観察体の各色の情報をまとめて取得する同時式を採用する。但し、モノクロＣＣＤを用いて、後述する光源の光を光の射出方向に設けられた回転式フィルタを回転させながら、各色で照明された観察対象からの反射光を順次取得する面順次式を採用してもよい。

信号処理回路１３は、ＣＣＤ１２から、図示されないタイミングジェネレータにより制御される時間間隔で１フレーム分の画像信号を読み出し、相関二重サンプリング、自動利得制御およびＡ／Ｄ変換などの信号処理を施す。信号処理回路１３により処理された画像信号はフレームごとにプロセッサ２へと送出される。この信号処理回路１３の動作やプロセッサ２へのデータ伝送は、マイコン１４により制御される。スコープ１は、このほか、プロセッサ２から供給される照明光をスコープ１の先端まで誘導するライトガイド１５およびプロセッサ２に接続されるコネクタ部（図示せず）を備える。

プロセッサ２は、図示されないコネクタ部を備える。プロセッサ２のコネクタ部は、スコープ１のコネクタ部を簡単に接続したり取り外したりできる構造となっている。また、プロセッサ２は、スコープ１の信号処理回路１３から、コネクタ部を介して入力される画像信号に対しガンマ補正、画素数変換、Ｄ／Ａ変換などの処理を施して、モニタに出力する信号を生成する信号処理回路２１を備える。信号処理回路２１は、モニタ出力用画像を生成する過程で、後述する輝度画像の生成処理、高輝度画素群の検出処理、輝度の変換処理も行なう。

また、プロセッサ２は、光源２３、光源２３の光の射出方向に設けられたアイリス（絞り）２４、アイリス２４を開閉するモータ２５、モータ２５の駆動を制御する駆動回路２６を備える。光源２４からアイリス２４を経て出力される光は、前述のスコープ１のライトガイド１５を通ってスコープ１の先端へと導かれ、被観察体に照射される。すなわち、照明光の光量は、アイリス２４、モータ２５および駆動回路２６により制御される。

さらに、プロセッサ２は、信号処理回路２１の動作、スコープ１との通信および駆動回路２６を制御するマイコン２２を備える。マイコン２２は、信号処理回路２１から供給される信号に基づいて光量の調整の要否を判断し、調整が必要な場合に駆動回路２６に指示信号を送出する。すなわち、光量の調整は、マイコン２２が行なう。

図２は、信号処理回路２１が行なう処理のうち、画像の明るさを調整するための処理を抜粋して示したフローチャートである。信号処理部２１は、スコープ１から入力されたフレーム画像を取得すると（Ｓ１０１）、その画像に対しＲＧＢ-ＹＣＣ変換を施して輝度成分Ｙのみからなる輝度画像を生成する（Ｓ１０２）。続いて、その輝度画像を用いて、図３に示す高輝度画素群検出処理を行なう。

図３（ａ）、（ｂ）は輝度画像３を示す図である。格子上に区切られた各枠は輝度画像を構成する画素を示しており、斜線が付された画素は値が所定の閾値以上の画素を示している。本実施形態では、各画素の値は８ビットで表され、したがって０〜２５５の範囲の値をとる。また、本実施形態では閾値は２５５、すなわち画素がとり得る最大値とする。但し、２５５以外の値を閾値に設定してもよいことは言うまでもない。

信号処理回路２１は、フレーム画像を構成する各画素の値を順次閾値と比較し、値が閾値以上（２５５）の画素を検出すると、その画素を基準として隣接する画素についても同様の閾値判定を行なう。図３（ａ）に示す画像群４ａのように、隣接する１０個以上の画素の値が閾値以上であった場合には、その画素群を高輝度画素群として検出する。但し、高輝度画素群と判定する条件、すなわち画素群を構成する画素の数は、抑制したいハレーションの度合いによって定めればよく、必ずしも１０個である必要はない。

信号処理回路２１は、高輝度画素群を検出した場合には、図２のステップＳ１０３に示すようにマイコン２２に高輝度画素群の検出を通知する信号を送出する。一方、図３（ａ）、（ｂ）に示す画素４ｂのように、値が閾値以上の画素は検出されたものの周辺の画素の値が閾値より小さい場合、あるいは周辺に値が閾値以上の画素があっても画素の総数が１０に満たない場合には、マイコン２２への通知は行なわれない。

マイコン２２は、高輝度画素群の検出を伝える信号を受信すると、検出された高輝度画素群の数を予め設定してある設定値（例えば１、または２以上）と比較し、設定値を超えたときに、図１の駆動回路２６に対し光量を一定量下げるよう指示する指示信号を送出する。駆動回路２６は指示信号を受信するとモータ２５を駆動させてアイリス２４の開口度を狭める。これにより、光源２３からの光は、より絞り込まれ、ライトガイド１５を通じて被観察体に照射される光は弱まる。この場合、次に信号処理回路２１がステップＳ１０１において取得する画像は、前回よりも弱い照射光のもとで撮影された画像となる。そのフレーム画像に対し、前回と同様ステップＳ１０２、Ｓ１０３の処理が施され、再び高輝度画素群が検出されれば、再びマイコン２２による光量調整が行なわれ、同様の処理がステップＳ１０３において高輝度画素群が検出されなくなるまで繰り返される。

最初の高輝度画素群検出処理において、もしくはマイコン２２による光量調整が行なわれた結果、画像の全領域において高輝度画素群が存在しないことが判明すると、次に信号処理回路２１は、ステップＳ１０２において生成した輝度画像から輝度ボケ画像を生成する（Ｓ１０４）。輝度ボケ画像は、輝度画像の低周波成分のみからなる画像で、輝度画像に対しローパスフィルタを用いたフィルタリング処理を施すことにより生成される。

続いて信号処理回路２１は、その輝度ボケ画像を構成する画素の値を、図４に示すテーブルを用いて変換する。すなわち、所定の輝度値以上の画素については値をゼロ値に置き換え、さらに所定の輝度値以下の画素については小さい輝度値ほど大きな輝度値に置き換える（Ｓ１０５）。続いて、信号処理回路２１は、置換処理された輝度ボケ画像を輝度画像に加算することにより、輝度画像の輝度変換を行なう（Ｓ１０６）。そして、輝度画像を変換後の輝度画像と置き換えてＹＣＣ―ＲＧＢ変換を行なってＲＧＢ画像を生成し（Ｓ１０７）、モニタに出力する。

図５は、図２のフローチャートに示される処理の効果について説明するための図である。ＣＣＤ１２の各画素の受光量とモニタに出力される映像信号強度との関係は、ハレーションが発生している状態では、図５（ａ）の実線で表される関係となる。すなわち、一定量以上の光が入射した場合には、その光が入射した位置の画素値は最大値Ｘに飽和する。ここで、画素値の飽和は、その画素に対応する画像情報が失われてしまったことを意味する。

ステップＳ１０３の処理で高輝度画素群が検出されマイコン２２の光量調整機能により照明が弱められると、ＣＣＤ１２が受光する光量は低減する。この場合、ＣＣＤ１２の各画素の受光量とモニタに出力される映像信号強度との関係は、図５（ｂ）の実線で表される関係となる。この関係では、画素値の飽和は生じないため、全範囲に対して画像情報が保たれる。しかし、暗部は光量の低減でより暗くなるため、暗部にも関心領域がある場合には、その画像を使った診断は困難になる。これに対し、ステップＳ１０４〜Ｓ１０６の処理を施せば、図５（ｃ）の実線で表されるように暗部の輝度のみがより高い輝度値に変換される。このため、暗くて観難い部分はなくなり、診断に適した明るい画像をモニタ出力することができる。

以上に説明したように、本実施形態の電子内視鏡装置によれば、図３（ａ）に示す画像のように、診断に支障をきたすほどの広い領域でハレーションが発生した場合には、信号処理回路２１がその領域を高輝度画素群として検出し、マイコン２２の制御によりアイリス２４の開口度が調整される。これにより、ハレーションが抑制された診断に適した画像を得ることができる。一方、図３（ｂ）に示す画像のように、診断に支障がない範囲でハレーションが発生している場合には、マイコン２２による光量調整は行なわれない。このため、不必要に光量が制限されることがなく、診断に適した明るい画像を得ることができる。

さらに、ハレーション抑制のために光量を落とす必要がある場合でも、図２のステップＳ１０４〜Ｓ１０６の処理により暗い部分のみ、画素の輝度値がより高い輝度値に置き換えられるため、光量を低減したことにより画像の一部が診難くなる心配もない。すなわち、常に、診断に適した明るい画像を、モニタに出力することができる。

本発明の一実施形態における電子内視鏡装置の概略構成を示す図 信号処理回路の明るさ調整に関わる処理を示すフローチャート 高輝度画素群検出処理について説明するための図 輝度ボケ画像の輝度値変換テーブルを示す図 信号処理回路による処理結果について説明するための図

符号の説明

１ スコープ（電子内視鏡）、１１ 対物レンズ、 １５ ライトガイド
２ プロセッサ（処理装置）、２４ アイリス（絞り）
３ 輝度画像

Claims (3)

1. 電子内視鏡および該電子内視鏡により取得された画像を処理する処理装置を備えた電子内視鏡装置であって、前記処理装置が、
   光源と、
   前記光源から発せられ前記内視鏡の先端へと導かれる照明光の光量を制御する照明光量制御手段と、
   前記画像の輝度分布を表す輝度画像を生成する輝度画像生成手段と、
   前記輝度画像の中から、輝度値が所定値を越える画素が所定数以上並んで配置された高輝度画素群を検出する高輝度画素群検出手段と、
   前記高輝度画素群検出手段により高輝度画素群が検出されたときに、前記照明光量制御手段に対し、前記高輝度画素群検出手段により高輝度画素群が検出されなくなるまで光量の低減を指示する光量調整手段と、
   前記輝度画像を構成する画素のうち輝度値が所定値以下の画素の輝度値が前記所定値以上になるように、前記画像の輝度を変換する変換手段とを備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 前記変換手段は、
   前記輝度画像の低周波成分を表す輝度ボケ画像を生成し、
   前記輝度ボケ画像を構成する画素のうち輝度値が所定値を越える画素の輝度値をゼロ値に置換し、
   前記輝度画像に前記置換処理後の輝度ボケ画像を加算することにより、前記画像の輝度を変換することを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡装置。
3. 前記変換手段は、
   前記輝度ボケ画像を構成する画素のうち輝度値が所定値を越える画素の輝度値をゼロ値に置換するとともに、前記輝度ボケ画像を構成する画素のうち輝度値が所定値以下画素の輝度値を、輝度値が小さい画素の値ほど大きな輝度値となるように値を置換することを特徴とする請求項２記載の電子内視鏡装置。

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