JP5326065B2 - 内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、狭帯域光観察に好適な内視鏡装置に関する。

医療用内視鏡は観察対象部位が生体の内部であるので、体内を照明する光源装置が必要である。光源装置が発生した照明光は、内視鏡の挿入部を挿通したライトガイドを介して撮像部のある先端部から観察対象組織に照射される。

内視鏡による観察としては、可視光を用いた通常光観察（白色光観察：White Light Imaging：ＷＬＩ）が広く行われている。面順次式の内視鏡装置では、回転フィルタに白色光の光源を透過させることで、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の照明光を体腔内の組織に対して順次照射する。そして、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の照明光に対応する反射光画像を時分割に取得して、各反射光画像から通常光観察を行うためのカラー画像を生成する。

また、従来、照射光の波長特性を利用した種々の特殊光観察も行われている。例えば、ＷＯ２０１０／１３１６２０号公報（以下、文献１）には、特殊光観察として、狭帯域光観察（Narrow Band Imaging：ＮＢＩ）を行うための面順次方式の撮像装置が開示されている。狭帯域光観察では、血管を高いコントラストで観察するために、血液に強く吸収され、かつ粘膜表層で強く反射・散乱される、という特長を併せ持つ光の利用に着目し、青色狭帯域光と緑色狭帯域光とを順次、生体組織に照射することにより、粘膜表層の毛細血管と深部の太い血管とのコントラストを強調表示する。

文献１の発明では、緑色の狭帯域光Ｇと青色の２つの狭帯域光Ｂ１，Ｂ２を順次照射可能に構成されている。文献１の撮像装置では、狭帯域光Ｇ，Ｂ１，Ｂ２に対応する反射光画像（狭帯域画像）から作成した狭帯域光観察画像を用いて狭帯域光観察を行うようになっている。

しかしながら、文献１の発明では、撮像画像の平均の明るさに基づいて合成比率を決定している。撮像画像の平均の明るさは、人が感じる明るさとは必ずしも同じではなく、文献１の発明では、術者の感覚に合った調光制御が行われないという問題があった。また、狭帯域光Ｂ１，Ｂ２は時間的にずれて生体組織に照射される。従って、狭帯域光Ｂ１，Ｂ２に基づく画像を合成すると、合成画像にはぶれが生じることがあるという問題があった。

本発明は、画質劣化を抑制しつつ、術者の感覚に対応した調光制御を可能にすることができる内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る内視鏡装置は、所定の時間内に、第１の帯域の照明光による照明を行うと共に、第２の帯域の照明光による照明を２回以上の第１の回数行う照明手段と、前記照明手段により照明された被写体を撮像し、前記第１の帯域の照明光の照明に基づく第１の撮像画像及び前記第２の帯域の照明光の照明に基づく第２の撮像画像を出力する撮像手段と、前記第１の帯域の照明光による照明に基づく第１の撮像信号と前記第１の回数のうちの第１の所定回の照明に基づく第２の撮像信号とを用いた色変換マトリクス処理によって第１の明るさを算出し、前記第１の帯域の照明光による照明に基づく第１の撮像信号と前記第１の回数のうちの前記第１の所定回以外の照明に基づく第２の撮像信号とを用いた色変換マトリクス処理によって第２の明るさを算出する明るさ算出手段と、前記第２の明るさの元となる前記第１及び第２の撮像信号に、前記第１の明るさと目標明るさとの差分と前記第２の明るさとの比に基づく係数を乗算した後、前記第１の明るさの元となる前記第１及び第２の撮像信号に合成する合成手段と、を備える。

本発明の一実施の形態に係る内視鏡装置を示すブロック図。 回転フィルタ３３の一例を示す説明図。 明るさ算出処理部４４の具体的な構成を示すブロック図。 本発明の第２の実施の形態を示すブロック図。 本発明の第１の実施の形態に係る内視鏡装置を示すブロック図。 図１中の明るさ算出処理部４４における各照明光に基づく撮像画像の明るさ検出処理を説明するための説明図。 図１中の明るさ算出処理部４４における各照明光に基づく撮像画像の明るさ検出処理を説明するための説明図。 モードによって変化する重みを説明するためのグラフ。 モードによって変化する重みを説明するためのグラフ。 本発明の第２の実施の形態を示すブロック図。 ホワイトバランス調整を行う一般的な回路を示すブロック図。 インターレースからプログレッシブに変換する様子を示すタイミングチャート。 メディアンフィルタの作用を説明するための説明図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る内視鏡装置を示すブロック図である。
図１に示すように、内視鏡装置１は、被検体としての生体の内部を観察するための内視鏡２と、生体の内部の観察を行うために狭帯域の照明光を照射する光源装置３と、狭帯域の照明光の下で撮像された撮像信号に対する信号処理を行う画像処理装置４とを備えている。画像処理装置４により生成された狭帯域画像はモニター５に供給されるようになっている。モニター５としては通常のカラーモニターを採用することができる。即ち、モニター５は、ＲＧＢ入力端子（図示省略）を備えており、ＲＧＢ入力端子に、Ｒ画像、Ｇ画像及びＢ画像の信号が供給されてカラー表示を行う。

内視鏡２は、体腔内に挿入できる程度の外径を有する可撓性の挿入部２１を有し、挿入部２１の内部には、光源装置３から照射される光を導光するための、石英ファイバ等により構成されたライトガイドファイバ２６が挿通されている。ライトガイドファイバ２６の一端は、光源装置３に対して着脱自在に接続されるコネクタ２７に接続される。ライトガイドファイバ２６の他端は、挿入部２１の先端の先端部２２に設けられた照明レンズ２３の近傍に配置されている。なお、コネクタ２７は光源装置３に接続されると共に後述する画像処理装置４にも接続される。

光源装置３からの照明光は、ライトガイドファイバ２６により挿入部２１の先端部２２に導かれ、照明レンズ２３によって拡散されて被検体に照射される。また、先端部２２には、被検体からの戻り光により被検体の光学像を結ぶための対物レンズ２４と、その結像位置に配置された撮像素子としてのＣＣＤ（電荷結合素子）２５とが設けられている。撮像手段を構成するＣＣＤ２５は、画像処理装置４に設けられた図示しないＣＣＤ駆動回路によって駆動され（図示省略）、被検体を撮像し、撮像した被検体の光学像を映像信号に変換して、画像処理装置４に出力する。

光源装置３は、キセノンランプ等により構成される光源３１を備える。光源３１は、白色光に近い波長帯域の光を発光する。光源３１の照射光路上には、狭帯域フィルタ３２、回転フィルタ３３及び絞り３４が配設されている。

狭帯域フィルタ３２は、光源３１から発光される光の帯域を狭帯域にして回転フィルタ３３に出射する。回転フィルタ３３は狭帯域フィルタ３２を通過した光の帯域を、狭帯域光観察に必要な波長帯域に制限する。絞り３４は、回転フィルタ３３を通過した光の光量を制限することにより、光量を調整する。絞り３４は、後述する調光制御部４９によって絞り量が制御されるようになっている。

図２は回転フィルタ３３の一例を示す説明図である。
回転フィルタ３３は、円板形状で、周方向には、３つの開口が等しい角度で設けられており、３つの開口には、夫々フィルタ３３Ｇ，３３Ｂ１，３３Ｂ２が取り付けられている。フィルタ３３Ｇは、緑（Ｇ）の波長帯域を透過帯域とし、フィルタ３３Ｂ１，３３Ｂ２は、青（Ｂ）の波長帯域を透過帯域としている。

狭帯域フィルタ３２及び回転フィルタ３３によって、フィルタ３３Ｇからは、例えば、５４０ｎｍを中心とした５３０−５５０ｎｍの狭帯域のＧ照明光が透過し、フィルタ３３Ｂ１からは、例えば４１５ｎｍを中心とした４００−４３０ｎｍの狭帯域のＢ照明光（以下、Ｂ１照明光という）が透過し、フィルタ３３Ｂ２からは、フィルタ３３Ｂ１と同様に、例えば４１５ｎｍを中心とした４００−４３０ｎｍの狭帯域のＢ照明光（以下、Ｂ２照明光という）が透過する。このように、フィルタ３３Ｂ１，３３Ｂ２を透過した狭帯域のＢ１照明光，Ｂ２照明光は、同じ波長帯域である。

この回転フィルタ３３は、中心が図示しない回転用モータの回転軸に取り付けられて、回転駆動されるようになっている。回転用モータの回転軸等には、図示しないエンコーダが取り付けられており、エンコーダによって回転用モータの回転、即ち、回転フィルタ３３の回転が検出可能である。後述する画像処理装置４は、回転フィルタ３３の回転速度が一定となるように、回転用モータの回転を制御するようになっている（図示省略）。

このように本実施形態においては、光源装置３からは狭帯域の照明光を用いて、被検体に対する撮像を行う。このため、通常広く用いられる広帯域の照明光を用いた場合に比較すると、照明光量が不足しがちになることがある。特に、ライトガイドファイバ２６による光学的伝送特性上から、短波長Ｂ側での伝送ロスがより大きくなる傾向があり、先端部２２の照明レンズ２３から照明光として出射する場合におけるＢ照明光の出射光量は小さくなりやすい。

そこで、本実施の形態においては、回転フィルタ３３の周方向に同一透過特性のフィルタ３３Ｂ１，３３Ｂ２を２つ配置し、これらの２つのフィルタ３３Ｂ１，３３Ｂ２を用いて回転フィルタ３３が１回転される毎に、観察対象となる被検体の同一部位にＢ照明光を２回照射し、その戻り光によりＢ照明光に基づく２回の撮像を行う。例えば、１．５フレーム期間に回転フィルタ３３を１回転させ、Ｂ照明光による撮像を２回行う。そして、２回の撮像を合成することにより、Ｂ照明光に基づく撮像画像（Ｂ撮像画像）の明るさを向上させるようになっている。

なお、１．５フレーム期間にＧ照明光による撮像を１回、Ｂ照明光による撮像を２回行う例について説明するが、各色の狭帯域光による撮像を行う周期及び回数は適宜設定可能である。

しかしながら、狭帯域のＢ１照明光の戻り光に基づくＢ１撮像画像とＢ２照明光の戻り光に基づくＢ２撮像画像は時間的にずれた画像であり、これらの画像を合成することによって画質が劣化する虞がある。そこで、本実施の形態においては、狭帯域のＢ１照明光，Ｂ２照明光の一方の光のみによって十分な明るさの撮像画像が得られる場合には合成を行わない。また、狭帯域のＢ１照明，Ｂ２照明光の一方の光のみでは十分な明るさの撮像画像が得られない場合には、明るさに応じて他方のＢ照明光に基づく撮像画像を合成することにより、画質劣化を抑制しながら、十分な明るさの撮像画像を得るようにしている。

この場合において、本実施の形態においては、画像処理装置４は、色変換マトリクス処理によって撮像画像の明るさを求めることにより、術者の感覚に応じた明るさ制御を行うようになっている。

画像処理装置４は、アナログ処理部４１を有している。アナログ処理部４１は、内視鏡２からの映像信号に対して増幅処理等の所定のアナログ信号処理を施してＡ／Ｄ変換器４２に出力する。Ａ／Ｄ変換器４２は、アナログ処理部４１の出力をデジタル信号に変換した後、デジタル処理部４３に出力する。

内視鏡２のＣＣＤ２５は、Ｇ照明光の戻り光に基づくＧ撮像画像をＧ信号として出力し、Ｂ１照明光の戻り光に基づくＢ１撮像画像をＢ１信号として出力し、Ｂ２照明光の戻り光に基づくＢ２撮像画像をＢ２信号として出力する。内視鏡２からの映像信号は、これらのＧ信号、Ｂ１信号及びＢ２信号を含む。同時化制御部４０は、これらのＧ信号、Ｂ１信号及びＢ２信号を、Ｒ画像、Ｇ画像及びＢ画像を記憶する同時化メモリ４０ａに記憶させる。なお、同時化メモリ４０ａには、例えば夫々３０フレーム分のＧ信号、Ｂ１信号及びＢ２信号が記憶される。そして、色ズレが最小となるよう、Ｇ，Ｂ１，Ｂ２の信号を同時化メモリ４０ａから読み出す。

明るさ算出処理部４４は、同時化メモリ４０ａに記録する前に、Ｇ信号、Ｂ１信号及びＢ２信号に基づいて、０．５フレーム毎に順番に撮像画像の明るさを算出する。本実施の形態においては、撮像画像の明るさをモニター５に実際に表示させた場合の明るさで評価するために、モニター５への表示に際して行われるマトリクス処理と同様のマトリクス処理を実施して明るさを求める。更に、本実施の形態においては、Ｇ照明光及びＢ１照明光による照明を、撮像に必ず用いるマスター照明とし、Ｇ照明光及びＢ２照明光による照明を、画像の明るさが暗い場合に補助的に用いるスレーブ照明とする。マスター照明による撮像画像の明るさを求めるために、明るさ算出処理部４４は、Ｇ信号及びＢ１信号に基づいて、マトリクス処理部５２によるマトリクス処理を利用してマスター照明による輝度Ｙ１を求める。また、スレーブ照明による撮像画像の明るさを求めるために、明るさ算出処理部４４は、Ｇ信号及びＢ２信号に基づいて、マトリクス処理部５２によりマトリクス処理を利用してスレーブ照明による輝度Ｙ２を求める。

図３は明るさ算出処理部４４の具体的な構成を示すブロック図である。平均値算出部５０はＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画素に相当する信号の平均値である／Ｂ１信号、／Ｇ信号、／Ｂ２信号を算出する。Ｒ画像明るさ算出部５１Ｒ、Ｇ画像明るさ算出部５１Ｇ、Ｂ画像明るさ算出部５１Ｂは、／Ｂ１信号、／Ｇ信号、／Ｂ２信号によって、それぞれ明るさを求める。なお、本実施の形態においては、Ｒ画像の信号としてＢ１信号が用いられ、Ｇ画像の信号としてＧ信号が用いられ、Ｂ画像の信号としてＢ２信号が用いられる。明るさ算出部５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂは、／Ｂ１信号、／Ｇ信号、／Ｂ２信号を保持してからＲｆ，Ｇｆ，Ｂｆとしてマトリクス処理部５２に出力する。

マトリクス処理部５２は、下記（１）式のマトリクス演算によって、入力されたＲ，Ｇ，Ｂ画像の信号の色変換を行う。この場合には、マトリクス処理部５２は、下記（１）式のマトリクス演算によって、マスター照明及びスレーブ照明の夫々に対してマトリクス処理を行う。なお、（１）式のα，β，γはマトリクス係数である。マトリクス処理部５２からは、マスター照明に対するマトリクス処理又はスレーブ照明に対するマトリクス処理によって得られた出力Ｒｍ，Ｇｍ，Ｂｍが輝度算出部５３に供給される。なお、本実施の形態においては、出力ＲｍとしてＧ信号が、出力ＧｍとてＢ信号が、出力ＢｍとしてＢ信号が輝度算出部５３に供給される。

輝度算出部５３は、入力された信号Ｒｍ（Ｇ信号）、信号Ｇｍ（Ｂ信号）及び信号Ｂｍ（Ｂ信号）に対する演算によって輝度を求める。即ち、輝度算出部５３は、マスター照明による輝度Ｙ１を、例えば、下記（２）式の演算によって得る。Ｙ１＝０．３Ｒｍ＋０．５９Ｇｍ＋０．１１Ｂｍ
＝０．３（α・／Ｇ）＋０．５９（β・／Ｂ１）＋０．１１（γ・／Ｂ１） …（２）
また、輝度算出部５３は、スレーブ照明による輝度Ｙ２を、輝度算出部５３に入力されたＢ２信号のレベルをＢ２として、例えば、下記（３）式の演算によって得る。Ｙ２＝０．３Ｒｍ＋０．５９Ｇｍ＋０．１１Ｂｍ
＝０．３（α・／Ｇ）＋０．５９（β・／Ｂ２）＋０．１１（γ・／Ｂ２） …（３）
ここで、上記（２）式及び（３）式のＧはＧ＝Ｒｍ＝αＧｆである。αは後述の（６）式のαと同じである。後述の（５）式によれば、Ｇｔ＝（１＋ａ）Ｇとなり、ａ＝１の時には、Ｇｔ＝２Ｇとなる。従って、αに１／２を加味しておくことが重要である。
明るさ算出処理部４４は、求めた輝度Ｙ１，Ｙ２及びΔＹ１を明るさの情報として調光制御部４９に出力する。調光制御部４９は、目標とする明るさ（輝度）Ｙｓと、輝度Ｙ１との差（Ｙｓ−Ｙ１）＝ΔＹ１を求める。ΔＹ１≦０の場合には、マスター照明のみによって目標とする明るさが得られているので、調光制御部４９は、スレーブ照明による撮像画像の合成比率（係数）ａを０とする。また、ΔＹ１＞０の場合には、調光制御部４９は、下記（４）式によって合成比率ａを求める。調光制御部４９は、求めた合成比率ａを合成処理部４５に出力する。

ΔＹ１＝Ｙ２×ａ ａ＝ΔＹ１／Ｙ２ …（４）
狭帯域光観察においては、狭帯域のＧ照明光及びＢ照明光の各戻り光に基づく撮像画像を用いる。後述するマトリクス処理部４６は、狭帯域光を用いた撮像によって得たＧ撮像画像及びＢ撮像画像からＲＧＢ画像の信号成分をマトリクス処理（色変換マトリクス処理）によって生成する。

明るさ算出処理部４４のマトリクス処理部５２におけるマトリクス処理は、マトリクス処理部４６におけるマトリクス処理と同様の処理である。即ち、明るさ算出処理部４４によるマトリクス演算は、モニター５のＲ，Ｇ，Ｂ入力に対応した信号を得るためのものであり、明るさ算出処理部４４によって得られる輝度は、モニター上に表示される画像の輝度に対応したものであって、術者がモニター５を観察した場合に感じられる画像の明るさに対応するものである。

なお、明るさ算出処理部４４における上記（２）式及び（３）式の係数は、モニター５に表示する狭帯域光観察画像として希望する色調に応じて、変更可能であることは明らかである。

また、調光制御部４９は、入力された明るさの情報に基づいて、目標とする明るさが得られるように、絞り３４を制御する。例えば、調光制御部４９は、撮像画像の明るさが目標値以上の場合には、絞り３４の開き量を絞るための調光信号を出力し、撮像画像の明るさが目標値未満の場合には、絞り３４を開くための調光信号を出力する。

本実施の形態においては、合成処理部４５は、マスター照明による撮像画像とスレーブ照明による撮像画像とを、合成比率ａに基づいて合成する。即ち、合成処理部４５は、合成比率ａが０の場合には、デジタル処理部４３からマスター照明による撮像画像、即ち、Ｇ信号及びＢ１信号のみを用いた信号をマトリクス処理部４６に出力する。また、合成処理部４５は、合成比率ａが０でない場合には、スレーブ照明による撮像画像、即ち、Ｇ信号及びＢ２信号と合成比率ａとによって得た信号を、マスター照明による撮像画像に基づく信号と合成する。

また、例えば、Ｇ照明光の明るさがＢ照明光よりも極めて明るいことで、合成比率ａが１になった時に、電気的に余剰な乗算が無くノイズの増加を抑えられる。下記（５）式は、ａによる合成信号を示している。なお、（５）式のＲｉｎ，Ｇｉｎ，Ｂｉｎは、夫々Ｒ画像、Ｇ画像、Ｂ画像の入力を示し、本実施の形態における狭帯域光観察においては、夫々Ｂ２、Ｇ、Ｂ１である。また、（５）式のＲｔ，Ｇｔ，Ｂｔは、合成信号のＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像の出力を示している。なお、（５）式ではＲ画像の出力はＢ２であるが、後述するマトリクス処理によってモニター５に供給されるＲ画像の出力は略０となる。

合成処理部４５は、例えば、（５）式の演算によって合成信号を求め、求めた合成信号をマトリクス処理部４６に出力する。マトリクス処理部４６は、マトリクス処理によって、モニター５のＲＧＢ入力に対応した信号を得る。下記（６）式は、マトリクス処理部４６によるマトリクス処理の一例を示している。なお、（６）式のα，β，γはマトリクス係数であり、Ｒｏｕｔ，Ｇｏｕｔ，Ｂｏｕｔは、マトリクス処理後のＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像の出力を示している。
α、β、γは、狭帯域光観察として希望する色調に応じて変更できる。これらは、大き過ぎず小さ過ぎないように、例えば、０．７〜１．５の範囲で求めておき、複数の候補から選択する。この範囲を超えてしまうと、ノイズが増えたり、飽和しやすくなる。この条件の下で、αだけは上記（５）式の（１＋ａ）を考慮し、０．３５〜０．７５の範囲で決めておく。当然、この考慮があるので、ノイズ増加や飽和増加は無いが、ダイナミックレンジが欠落しないようビット幅の拡張は必要である。

上記（６）式ではＲｔに対して０が乗算される。従って上記（５）式でＲｔ＝Ｂ２と示されているが、Ｒｔ＝０でも構わない。
Ｄ／Ａ変換器４７は、マトリクス処理部４６の出力をアナログ信号に変換してモニター５に出力する。即ち、（６）式のＲｏｕｔ，Ｇｏｕｔ，Ｂｏｕｔが、ＲＧＢ入力としてモニター５に与えられる。モニター５は、入力されたＲＧＢ入力に応じて撮像画像をカラー表示する。こうして、モニター５の表示画面上において、狭帯域光観察が可能となる。

次に、このように構成された実施の形態の動作について説明する。

術者は、内視鏡装置１を使用する際には、図１に示すように、内視鏡２のコネクタ２７を光源装置３及び画像処理装置４に接続する。これにより、図１に示す接続状態が得られる。術者は、図示しない電源スイッチを操作して光源装置３、画像処理装置４、モニター５それぞれを動作状態として、狭帯域光観察のための操作を行う。

光源３１から照射される光は、狭帯域フィルタ３２及び回転フィルタ３３によって、狭帯域のＧ照明光、Ｂ１照明光及びＢ２照明光に変換され、絞り３４によって明るさが調整された後、内視鏡２に供給される。各照明光は、ライトガイドファイバ２６を介して、例えば、１／２０秒の周期において順次かつ略連続的に照明レンズ２３から被検体側に照射される。

Ｇ照明光、Ｂ１照明光及びＢ２照明光が被検体の同一の部位に対して照射されたそれぞれのタイミングにおいて、ＣＣＤ２５は、その部位からの戻り光による光学像を撮像する。ＣＣＤ２５の光電変換によって、Ｇ照明光、Ｂ１照明光及びＢ２照明光の夫々の戻り光に対応したＧ信号、Ｂ１信号及びＢ２信号が得られる。Ｇ信号、Ｂ１信号及びＢ２信号を含む映像信号は、内視鏡２から画像処理装置４に与えられる。

なお、Ｂ１信号、Ｂ２信号は、同一波長帯域の照明光を用いて同一の露光量で撮像されて得られる信号であり、１フレーム内で短いタイミングずれがあることを除けば、略同一の条件で得られるものである。

画像処理装置４に入力された映像信号は、アナログ処理部４１によって所定のアナログ処理が施された後、Ａ／Ｄ変換器４２によってデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器４２からのデジタル映像信号は、デジタル処理部４３において、Ｇ信号、Ｂ１信号及びＢ２信号に分離されて同時化メモリ４０ａに記憶される。

明るさ算出処理部４４は、同時化メモリ４０ａから読み出されたＧ信号、Ｂ１信号及びＢ２信号が与えられ、マスター照明による輝度Ｙ１とスレーブ照明による輝度Ｙ２とをマトリクス処理部５２のマトリクス処理を利用して算出する。次に、調光制御部４９は、目標輝度Ｙｓと輝度Ｙ１との差分ΔＹ１を求め、合成比率ａを求める。上述したように、輝度Ｙ１，Ｙ２は、マトリクス処理を利用して算出されており、モニター５に表示した場合の明るさと同様の明るさを示すものとなっている。

合成比率ａは合成処理部４５に供給され、合成処理部４５は、マスター照明による撮像画像に、合成比率ａに基づく割合だけスレーブ照明による撮像画像を合成する。例えば、合成処理部４５は上記（５）式を用いて合成信号を得る。（５）式において合成比率ａが０、即ち、輝度Ｙ１が目標輝度Ｙｓ以上である場合には、スレーブ照明による撮像画像の合成は行われない。従って、この場合には、合成信号に基づく合成画像にはぶれが生じておらず画質劣化は生じない。また、スレーブ照明による撮像画像を合成する場合でも、合成比率ａに応じた割合で合成が行われることになり、必要な明るさを得るために必要な最低限の合成が行われることになり、合成画像の画質の劣化を抑制することができる。

合成処理部４５からの合成信号は、マトリクス処理部４６に与えられてマトリクス処理され、表示系におけるＲ画像、Ｇ画像及びＢ画像の信号が得られる。マトリクス処理部４６の出力はＤ／Ａ変換器４７によってアナログ信号に戻された後、モニター５に供給される。こうして、モニター５の表示画面上において、十分な明るさで且つ画質劣化が抑制された狭帯域光観察画像が表示される。

このように本実施の形態によれば、１フレーム期間等の所定期間内において、観察対象となる同一部位に対して、同一の狭帯域の照明光を複数回照射して合成することにより、狭帯域光観察における画像の明るさを向上させる。この場合において、画像の明るさをマトリクス処理を利用して求めることで、実際にモニターに表示される画像の明るさに対応した明るさ検出が可能であり、術者の希望する明るさでの観察が可能である。また、検出した画像の明るさに応じた合成比率を用いて同一の狭帯域照明光による撮像画像の合成を制御して、設定した明るさを得るための最低限の合成処理を行っており、画質の劣化を抑制することができる。

なお、上記実施の形態においては、合成処理を合成処理部４５により行い、マトリクス処理をマトリクス処理部４６により行う例を説明したが、合成処理及びマトリクス処理をまとめて１回のマトリクス処理によって行うことも可能である。また、更に、マトリクス処理を行った後、合成処理を行ってもよい。

（第２の実施の形態）
図４は本発明の第２の実施の形態を示すブロック図である。図４において図１と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

第１の実施の形態においては、狭帯域観察のための回転フィルタ３３を採用する例について説明したが、本発明は狭帯域観察だけでなく蛍光観察等の特殊光観察にも適用することができる。本実施の形態は、種々の観察モード及びこれらの観察モードを実現するための光源装置の構成等に応じて、合成比率ａを制御するようにしたものである。光源装置の構成に応じるには光源装置との通信によって判断することが考えられる。

本実施の形態に係る内視鏡装置１００は、画像処理装置４に代えて、制御部１０５を備えた画像処理装置１０４を採用すると共に、光源装置３に代えて、光源制御部１０６及び回転フィルタ１１３を備えた光源装置１０３を採用した点が第１の実施の形態と異なる。

回転フィルタ１１３としては、第１の実施の形態の回転フィルタ３３だけでなく、蛍光観察等の特殊観察用の回転フィルタを採用することもできる。例えば、回転フィルタ１１３として、１つ又は２つの励起光用のフィルタが設けられた回転フィルタが採用可能であり、また、１つ又は２つの狭帯域観察用のフィルタが設けられた回転フィルタが採用可能である。

光源制御部１０６は、光源装置１０３に関する種々の情報、例えば、回転フィルタ１１３の構成に関する情報を保持すると共に、保持している情報を制御部１０５との間で送受する。また、光源制御部１０６は、制御部１０５に制御されて、光源３１の点灯制御及び回転フィルタ１１３の回転制御を行う。例えば、光源制御部１０６は、回転フィルタ１１３として、狭帯域観察用フィルタ又は励起光用フィルタが２つ設けられている回転フィルタが採用された場合には、第１の実施の形態と同様の制御を行い、回転フィルタ１１３として、狭帯域観察用フィルタ又は励起光用フィルタが１つしか設けられていない回転フィルタが採用された場合には、２チャンネルの撮像信号を取り込むタイミングでこれらのフィルタの透過光を出射させるように、光源３１及び回転フィルタ１１３を制御する。

制御部１０５は、光源装置１０３に関する種々の情報及び操作者の操作によって指定された観察モードに関する情報に基づいて、合成処理部４５及び調光制御部４９を制御するようになっている。また、制御部１０５は、観察モードに応じて、光源制御部１０６を制御するようになっている。

次に、このように構成された実施の形態の作用について説明する。

例えば、制御部１０５は、回転フィルタ１１３として、第１の実施の形態の回転フィルタ３３が採用された場合には、第１の実施の形態と同様の動作が行われるように各部を制御する。なお、制御部１０５は、合成比率ａが０≦ａ＜１の場合には、調光制御部４９が輝度Ｙ１と目標輝度Ｙｓとの比較に基づいて調光制御するように、調光制御部４９を制御してもよい。

また、制御部１０５は、回転フィルタ１１３として、蛍光観察用の励起光を照射するためのフィルタが採用された場合には、光源制御部１０６からの情報に基づいて、回転フィルタ１１３の構成に基づいて各部を制御する。例えば、回転フィルタ１１３が２つの励起光用のフィルタを有している場合には、制御部１０５は明るさ算出処理部４４の出力に拘わらず、合成処理部４５の合成比率ａを１とする。また、この場合には、制御部１０５は、調光制御部４９が輝度（Ｙ１＋Ｙ２）と目標輝度Ｙｓとの比較に基づいて調光制御するように、調光制御部４９を制御してもよい。

また、例えば、回転フィルタ１１３として励起光用のフィルタが１つしか設けられていないフィルタを採用した場合には、十分な明るさが得られないことを考慮して、制御部１０５は画像処理装置１０４の各部を制御して、蛍光観察モードの動作を停止させる。この場合には、制御部１０５は、指定された観察モードでの動作を禁止することを示すメッセージをモニター５上に表示させるようにしてもよい。

また、例えば、回転フィルタ１１３として狭帯域観察用のフィルタが１つしか設けられていないフィルタを採用した場合には、制御部１０５は、合成比率ａを０とする。同様に、回転フィルタ１１３として特殊光観察用のフィルタが１つしか設けられていないフィルタを採用した場合には、制御部１０５は、合成比率ａを０とする。

なお、制御部１０５は、操作者の設定に応じて、合成比率及び調光制御を設定するようにしてもよい。

このように本実施の形態においては、光源装置の種類、観察モード等に応じて、合成比率を制御するようになっており、第１の実施の形態と同様の効果が得られるだけでなく、光源装置や観察モードに応じた最適な明るさ制御を行うことができる。

（第３の実施の形態）
図５は本発明の第１の実施の形態に係る内視鏡装置を示すブロック図である。図５において図１と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

本実施の形態は明るさ算出処理部４４に代えて明るさ算出処理部２４４を採用した点が第１の実施の形態と異なる。明るさ算出処理部２４４は、明るさ算出処理部４４と同様に、求めた明るさを調光制御部４９に出力する。本実施の形態においても、調光制御部４９は、明るさ算出処理部２４４によって得られた輝度Ｙ１と目標とする明るさ（輝度）Ｙｓとの差（Ｙｓ−Ｙ１）＝ΔＹ１を求める。ΔＹ１≦０の場合には、マスター照明のみによって目標とする明るさが得られているので、調光制御部４９は、スレーブ照明による撮像画像の合成比率（係数）ａを０とする。また、ΔＹ１＞０の場合には、調光制御部４９は、所定の合成比率ａ（０＜ａ≦１）を決定する。調光制御部４９は、合成比率ａを合成処理部４５に出力する。

例えば、調光制御部４９は、合成比率ａが０≦ａ＜１の場合には、輝度Ｙ１と目標輝度Ｙｓとの比較に基づいて調光制御し、合成比率ａが１の場合には、輝度Ｙ１＋Ｙ２と目標輝度Ｙｓとの比較に基づいて調光制御してもよい。

本実施の形態においても、合成処理部４５は、マスター照明による撮像画像とスレーブ照明による撮像画像とを、合成比率ａに基づいて合成して合成撮像画像（合成信号）を出力する。即ち、合成処理部４５は、スレーブ照明による撮像画像、即ち、Ｇ信号及びＢ２信号と合成比率ａとによって得た信号を、マスター照明による撮像画像に基づく信号と合成する。なお、合成比率ａが０の場合には、合成処理部４５は、デジタル処理部４３からマスター照明による撮像画像、即ち、Ｇ信号及びＢ１信号のみを用いた信号をマトリクス処理部４６に出力することになる。

本実施の形態における内視鏡装置１は、合成比率ａが例えば０の第１のモードと、合成比率ａが例えば１の第２のモードと、スレーブ照明による撮像画像に合成比率ａ（０＜ａ＜１）を乗算してマスター照明による撮像画像と合成する第３のモードとを有している。なお、第１,第２のモードでは合成比率ａが０又は１であるとして説明したが、第１，第２のモードにおいて、合成比率ａを０又は１以外の値に設定してもよい。また、第１から第３の３つのモードを有する例について説明するが、合成比率ａとして３種類以上の固定の合成比率を設定して、４つ以上のモードで動作させるようにしてもよい。

ところで、第１のモードにおける合成比率ａは０で第２のモードにおける合成比率ａは１であり、調光制御部４９による絞り量の制御は、第１のモードと第２のモードとで著しく異なることとなることが考えられる。即ち、この場合には、第１のモードと第２のモードとで、出射光量が著しく異なり、ＣＣＤ２５の出力レベルが著しく相違する。このため、明るさ算出処理部２４４において、第１のモードと第２のモードとで、各照明光に基づく撮像画像の明るさ検出処理が同一の場合には、実際の明るさに対応しない検出結果が得られることが考えられる。

また、調光制御部４９は、撮像画像の明るさに基づいて調光制御を行うのに対し、モニター５に表示される観察画像の明るさは合成信号に基づくものとなる。このため、調光制御のための明るさ検出ではハレーションが生じていないと判定された場合、モニター５上の観察画像にハレーションが生じる可能性もある。また、明るさ算出処理部２４４の明るさ算出とは無関係に動作するＡＧＣ回路４８のゲイン量によっては、同様の問題が生じる可能性がある。

そこで、本実施の形態においては、ＣＣＤ２５の出力レベルが著しく異なる場合でも、明るさ検出を確実に行うことができるように、各照明光に基づく撮像画像の明るさ検出処理に用いる閾値を第１のモードと第２のモードとの間で変化させるようになっている。

また、本実施の形態においては、合成比率ａの大小に拘わらず、或いはＡＧＣ回路４８の利得の大小に拘わらず、表示に対応した明るさ検出を確実に行うことができるように、各照明光に基づく撮像画像の明るさ検出処理に用いる閾値を、合成比率ａやＡＧＣ回路４８の利得の値に応じて変化させるようになっている。

図６及び図７は図５中の明るさ算出処理部２４４における各照明光に基づく撮像画像の明るさ検出処理を説明するための説明図である。明るさ算出処理部２４４は、例えば、１画面を所定の画素数のブロックに分割して、画面の明るさを求める。なお、明るさ算出処理部２４４は、各照明光に基づく撮像信号毎に画面の明るさを求める。

図６は明るさ算出処理部２４４によって、有効画素領域２５１が１０×１０のブロック２５２に分割されたことを示している。各ブロック２５２には、水平及び垂直方向に所定の画素数の画素が含まれる。明るさ算出処理部２４４は、各ブロック毎に明るさを求める。例えば、明るさ算出処理部２４４は、各ブロックに含まれる画素の画素値の平均を各ブロックの明るさ（ブロック明るさ）とする。いま、１画面に含まれる１００個のブロックをブロックＢ１〜Ｂ１００とし、各ブロックＢ１〜Ｂ１００の明るさをＢｓ１〜Ｂｓ１００とする。

図７（ａ）は明るさ算出処理部２４４により検出された各ブロックＢ１〜Ｂ１００の明るさＢｓ１〜Ｂｓ１００をブロック順に配列したことを示している。明るさ算出処理部２４４は、図７（ｂ）に示すように、明るさＢｓ１〜Ｂｓ１００を値の大きさ順に配列する。図７（ｂ）の例では、ブロックＢ１０の明るさＢｓ１０が最も明るく、次いで、Ｂｓ２０、Ｂｓ９、…と明るさが暗くなっており、ブロックＢ９１が最も暗い明るさＢｓ９１のブロックである。

次に、明るさ算出処理部２４４は、図７（ｃ）の太線破線で囲った領域、即ち、明るさ順で２〜５番目の明るさと、明るさ順で９４〜９７番目の明るさを選択する。そして、明るさ算出処理部２４４は、明るさ順で２〜５番目の明るさの平均値を、画面内で明るい領域の代表値（以下、高輝度検波値という）Ａｓｈとし、明るさ順で９４〜９７番目の明るさの平均値を、画面内で暗い領域の代表値（以下、低輝度検波値という）Ａｓｄとする。なお、高輝度検波値及び低輝度検波値を求めるために、上位及び下位のいずれの明るさを選択するかは適宜設定可能である。

明るさ算出処理部２４４は、高輝度検波値及び低輝度検波値の少なくとも一方に、モードによって変化する重みを付して加算することにより、画面の明るさを求めるようになっている。図８及び図９はモードによって変化する重みを説明するためのグラフである。図８は横軸に割合をとり縦軸に重みをとって、重みの変化を示している。また、図９は横軸にモード（合成比率）をとり縦軸に閾値をとって、モード及び合成比率に対する閾値の変化を示している。なお、図８及び図９は高輝度検波値に与える重みを説明するためのものである。

明るさ算出処理部２４４には、各画面の全画素の画素値も与えられる。明るさ算出処理部２４４は、全画素のうち画素値が閾値以上となる画素の割合を求める。例えば閾値として、画素にハレーションが生じているか否かのハレーション判定に用いる値を設定する。この場合には、明るさ算出処理部２４４は、全画素のうちハレーションが生じている画素の割合を求めることになる。図８の例では、明るさ算出処理部２４４は、ハレーションが生じている場合のように、画素値が閾値以上となる画素（以下、高輝度画素という）の割合が高い程、重みを大きくする。

明るさ算出処理部２４４は、図８に基づく重みを、高輝度検波値に乗算した後、低輝度検波値に加算して得られた値を、画面の明るさとする。従って、ハレーションが生じている場合のように画素値が閾値以上となる高輝度画素の割合が高いほど、大きい重みが高輝度検波値に乗算されて、より明るい画面であることを示す検出結果が得られる。

本実施の形態においては、高輝度画素の割合を求めるための閾値を、モード、合成比率及びＡＧＣ回路４８の利得に応じて変化させる。なお、図８ではモード及び合成比率に対する閾値の変化のみを示している。例えば、図８では、合成比率ａが０の第１のモード時における閾値をＴとすると、合成比率ａが１の第２のモード時における閾値をＴ／２とする。また、合成比率ａが０＜ａ＜１の第３のモード時における閾値Ｔ’は、Ｔ’＝Ｔ／（１＋ａ）とする。

第１のモードにおいては、例えば、マスター照明による撮像画像しか得られない。このため、調光制御部４９は、絞り量を小さくして、光源装置３の出射光量を増大させる。従って、この場合には、ＣＣＤ２５の出力は高レベルとなる。一方、第２のモードにおいては、マスター照明及びスレーブ照明による撮像画像が合成される。このため、比較的明るい（合成）撮像画像が得られるので、調光制御部４９は、絞り量を大きくして、光源装置３の出射光量を減少させる。従って、この場合には、ＣＣＤ２５の出力は比較的低レベルとなる。

従って、第２のモード時には、Ｂ１，Ｂ２照明光による撮像画像が合成されることを考慮して、高輝度画素の割合を求めるための閾値を第１のモード時よりも低く設定する。これにより、明るさ算出処理部２４４は、モードに拘わらず、高輝度画素の割合を適正に判定して、正確な明るさ検出を行うことができる。

また、第３のモード時には、合成比率ａが大きくなるほど、閾値Ｔ’を低くする。これにより、第３のモード時においても、明るさ算出処理部２４４は、合成比率ａに拘わらず、高輝度画素の割合を適正に判定して、正確な明るさ検出を行うことができる。

また、第３のモード時には、ＡＧＣ回路４８の利得をｇとして、閾値Ｔ’をＴ’＝Ｔ／ｇにより制御してもよい。この場合には、ＡＧＣ回路４８の利得ｇが大きくなるほど、閾値Ｔ’が小さくなる。これにより、第３のモード時においても、明るさ算出処理部２４４は、ＡＧＣ回路４８の利得ｇに拘わらず、高輝度画素の割合を適正に判定して、正確な明るさ検出を行うことができる。

明るさ算出処理部２４４は、このようにして各画面毎に各照明光に基づく撮像画像の明るさを求めた後、上述した、（１）式のマトリクス演算及び（２），（３）式の演算によって、輝度Ｙ１，Ｙ２を算出する。

なお、高輝度検波値に重みを付す例を説明したが、低輝度検波値に乗算する重みを求めるようにしてもよい。この場合には、例えば、明るさ算出処理部２４４は、全画素のうち画素値が閾値以下となる画素（以下、低輝度画素という）の割合を求める。そして、明るさ算出処理部２４４は、モードに応じて、低輝度画素の割合を求めるための閾値を変化させればよい。

次に、このように構成された実施の形態の動作について説明する。

術者は、内視鏡装置１を使用する際には、図５に示すように、内視鏡２のコネクタ２７を光源装置３及び画像処理装置２０４に接続する。これにより、図５に示す接続状態が得られる。術者は、図示しない電源スイッチを操作して光源装置３、画像処理装置２０４、モニター５それぞれを動作状態として、狭帯域光観察のための操作を行う。

光源３１から照射される光は、狭帯域フィルタ３２及び回転フィルタ３３によって、狭帯域のＧ照明光、Ｂ１照明光及びＢ２照明光に変換され、絞り３４によって明るさが調整された後、内視鏡２に供給される。各照明光は、ライトガイドファイバ２６を介して、例えば、１／２０秒の周期において順次かつ略連続的に照明レンズ２３から被検体側に照射される。

Ｇ照明光、Ｂ１照明光及びＢ２照明光が被検体の同一の部位に対して照射されたそれぞれのタイミングにおいて、ＣＣＤ２５は、その部位からの戻り光による光学像を撮像する。ＣＣＤ２５の光電変換によって、Ｇ照明光、Ｂ１照明光及びＢ２照明光の夫々の戻り光に対応したＧ信号、Ｂ１信号及びＢ２信号が得られる。Ｇ信号、Ｂ１信号及びＢ２信号を含む映像信号は、内視鏡２から画像処理装置２０４に与えられる。

なお、Ｂ１信号、Ｂ２信号は、同一波長帯域の照明光を用いて同一の露光量で撮像されて得られる信号であり、１フレーム内で短いタイミングずれがあることを除けば、略同一の条件で得られるものである。

画像処理装置２０４に入力された映像信号は、アナログ処理部４１によって所定のアナログ処理が施された後、Ａ／Ｄ変換器４２によってデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器４２からのデジタル映像信号は、デジタル処理部４３において、Ｇ信号、Ｂ１信号及びＢ２信号に分離されて同時化メモリ４０ａに記憶される。

明るさ算出処理部２４４は、同時化メモリ４０ａから読み出されたＧ信号、Ｂ１信号及びＢ２信号が与えられ、各画面毎に各照明光に基づく撮像画像の明るさを求める。明るさ算出処理部２４４は、各照明光に基づく撮像画像の各画面について、ブロック毎の明るさを求める。明るさ算出処理部２４４は、ブロック明るさが比較的明るい、明るさが上位のブロック明るさの平均を求めて高輝度検波値とし、ブロック明るさが比較的暗い、明るさが下位のブロック明るさの平均を求めて低輝度検波値とする。明るさ算出処理部２４４は、高輝度検波値及び低輝度検波値の少なくとも一方に、モード、合成比率ａ又はＡＧＣ回路４８の利得に応じて求めた重みを乗算して加算することで、各照明光に基づく撮像画像について各画面毎の明るさを求める。

いま、マスター照明による撮像画像のみを用いた第１のモードであるものとする。この場合には、明るさ算出処理部２４４は、例えば、高輝度画素の割合を求めるための閾値として比較的高い値を用いる。これにより、高輝度画素を高精度に検出することができる。明るさ算出処理部２４４は、高輝度画素の割合が高いほど、高輝度検波値に乗算する重みを大きくする。明るさ算出処理部２４４は、高輝度検波値に求めた重みを乗算した後、低輝度検波値と加算して、画面の明るさを求める。

一方、マスター照明及びスレーブ照明による撮像画像を合成比率ａ＝１で合成する第２のモードの場合には、明るさ算出処理部２４４は、例えば、高輝度画素の割合を求めるための閾値として比較的低い値を用いる。これにより、高輝度画素を高精度に検出することができる。明るさ算出処理部２４４は、高輝度画素の割合が高いほど、高輝度検波値に乗算する重みを大きくする。明るさ算出処理部２４４は、高輝度検波値に求めた重みを乗算した後、低輝度検波値と加算して、画面の明るさを求める。

また、合成比率ａが０＜ａ＜１の範囲の第３のモードの場合には、合成比率ａに応じて閾値を変化させる。これにより、高輝度画素を高精度に検出することができる。明るさ算出処理部２４４は、高輝度画素の割合が高いほど、高輝度検波値に乗算する重みを大きくする。明るさ算出処理部２４４は、高輝度検波値に求めた重みを乗算した後、低輝度検波値と加算して、画面の明るさを求める。

また、明るさ算出処理部２４４は、ＡＧＣ回路４８の利得に基づいて閾値を変化させてもよい。この場合にも、高輝度画素を高精度に検出することができる。明るさ算出処理部２４４は、高輝度画素の割合が高いほど、高輝度検波値に乗算する重みを大きくする。明るさ算出処理部２４４は、高輝度検波値に求めた重みを乗算した後、低輝度検波値と加算して、画面の明るさを求める。

このように、高輝度画素の割合を求めるための閾値がモード、合成比率ａ又はＡＧＣ回路４８の利得に応じて変化しているので、モードに拘わらず、画面の明るさを高精度に求めることができる。

明るさ算出処理部２４４は、各照明光に基づく撮像画像について各画面毎に求めた明るさを用いて、例えば上記（１）式によるマトリクス演算及び上記（２），（３）式により、マスター照明による輝度Ｙ１とスレーブ照明による輝度Ｙ２とを算出する。上述したように、輝度Ｙ１，Ｙ２は、マトリクス処理を利用して算出されており、モニター５に表示した場合の明るさと同様の明るさを示すものとなっている。次に、調光制御部４９は、目標輝度Ｙｓと輝度Ｙ１との差分ΔＹ１を求め、合成比率ａを決定する。

合成比率ａは合成処理部４５に供給され、合成処理部４５は、マスター照明による撮像画像に、合成比率ａに基づく割合だけスレーブ照明による撮像画像を合成する。例えば、合成処理部４５は上記（５）式を用いて合成信号を得る。（５）式において合成比率ａが０、即ち、輝度Ｙ１が目標輝度Ｙｓ以上である場合には、スレーブ照明による撮像画像の合成は行われない。従って、この場合には、合成信号に基づく合成撮像画像にはぶれが生じておらず画質劣化は生じない。

合成処理部４５からの合成信号は、マトリクス処理部４６に与えられてマトリクス処理され、表示系におけるＲ画像、Ｇ画像及びＢ画像の信号が得られる。マトリクス処理部４６の出力はＤ／Ａ変換器４７によってアナログ信号に戻された後、モニター５に供給される。こうして、モニター５の表示画面上において、十分な明るさで且つ画質劣化が抑制された狭帯域光観察画像が表示される。

このように本実施の形態によれば、１フレーム期間等の所定期間内において、観察対象となる同一部位に対して、同一の狭帯域の照明光を複数回照射して合成することにより、狭帯域光観察における画像の明るさを向上させる。この場合において、モード、合成比率又はＡＧＣ利得に応じた閾値を用いて画面の明るさを求めており、高精度に画面の明るさを求めることができる。更に、各照明光に基づく撮像画像による画像の明るさをマトリクス処理を利用して求めることで、実際にモニターに表示される画像の明るさに対応した明るさ検出が可能であり、術者の希望する明るさでの観察が可能である。また、画像の明るさが十分に明るい場合には、同一の狭帯域照明光による撮像画像の合成を行わないので、画質の劣化を抑制することができる。

なお、上記実施の形態においては、合成処理を合成処理部４５により行い、マトリクス処理をマトリクス処理部４６により行う例を説明したが、合成処理及びマトリクス処理をまとめて１回のマトリクス処理によって行うことも可能である。また、更に、マトリクス処理を行った後、合成処理を行ってもよい。

また、上記実施の形態においては、高輝度画素の割合を求めるための閾値をモード等に応じて変化させる例について説明したが、画面の明るさを求めるための種々の閾値をモード、合成比率又はＡＧＣ利得に応じて変化させるようにしてもよい。

例えば、上記実施の形態においては、画面を複数のブロックに分割し、各ブロック毎に明るさを求め、複数のブロック明るさの代表値に重みを付す場合において、モード等に応じた閾値を用いて重みを算出する例について説明したが、複数のブロック明るさの代表値を求める場合に、モード等に応じた閾値以下の明るさのブロック明るさを除去した複数のブロック明るさについて代表値を求める場合のように、ブロック明るさの代表値の決定に用いる閾値をモード、合成比率又はＡＧＣ利得に応じて変化させることも可能である。

即ち、モード等に応じて撮像素子の出力レベルが変化するので、画面の明るさを求める場合において、撮像素子の出力レベルに関する閾値、即ち、画素単位或いはブロック単位において高輝度であるか低輝度であるかを判別するための閾値を設定する必要があるときには、モード、合成比率又はＡＧＣ利得に応じて閾値を変化させるようにすればよい。

なお、上記実施の形態においては、狭帯域光観察の例について説明したが、本発明は蛍光観察においても同様に適用可能であり、蛍光観察を行うための励起光用のフィルタを２つ有する回転フィルタを用いた場合に、上記実施の形態と同様の合成処理及び明るさ算出処理を行うようにすることができる。

（第４の実施の形態）
図１０は本発明の第４の実施の形態を示すブロック図である。図１０において図５と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
狭帯域光観察を行うための内視鏡装置においても、通常光観察を行う内視鏡装置と同様に、モニターに表示される色合いが所望の状態となるように、ホワイトバランス調整が必要である。例えば、上述した第３の実施の形態においては、モードに応じて或いは合成比率ａに応じて、絞り量が著しく変化することがある。そうすると、絞り量の変化によって、光源装置３からの出射光の色が変化することがある。従って、モードや合成比率ａに対応したホワイトバランス調整が必要である。

図１１はホワイトバランス調整を行う一般的な回路を示すブロック図である。Ｒ画像の信号Ｒｃｈ、Ｇ画像の信号Ｇｃｈ、Ｂ画像の信号Ｂｃｈは夫々Ｒ画像検波部７１Ｒ、Ｇ画像検波部７１Ｇ、Ｂ画像検波部７１Ｂに与えられて検波される。なお、本実施の形態における狭帯域観察には、Ｒ，Ｇ，Ｂ画像の信号として、Ｂ信号、Ｇ信号、Ｂ信号が用いられる。

図１１の回路においては、例えば、Ｇ照明光の明るさがＢ照明光よりも極めて明るい場合を考慮して、乗算器７２において、Ｇ信号に所定の係数、例えば１／２を乗算する。Ｒ画像検波部７１ＲからのＢ信号、乗算器７２からのＧ信号及びＢ画像検波部７１ＢからのＢ信号は、ホワイトバランス調整部７３に与えられて、所定のゲインが掛けられて、ホワイトバランス調整される。

なお、狭帯域光観察におけるホワイトバランス調整を示したが、蛍光観察においても図１１と同様の回路を用いて同様の色バランス調整を行うことができる。例えば、励起光用の２つのフィルタを有する回転フィルタを採用した場合には、Ｒ画像の信号を得るタイミングでＧ光を照射し、Ｇ画像の信号を得るタイミングで第１の励起光を照射し、Ｂ画像の信号を得るタイミングで第２の励起光を照射する。Ｇ光の照射に基づくＧ信号については検波結果を１／２にし、第１，第２の励起光に基づく第１，第２の蛍光信号については検波結果をそのまま用いて色バランス調整を行う。

しかしながら、図１１の回路に対応させてホワイトバランス調整値を各狭帯域照明光に基づく撮像信号に対する信号ゲインの調整のみによって取得する方法を採用すると、狭帯域フィルタ３２の特性によっては、光源装置３から出射されるＢ照明光に対してＧ照明光の光量が極めて大きいことがある。この場合には、例えば、Ｂ１，Ｂ２信号のゲインをＧ信号のゲインに比べて極めて大きくする必要がある。そうすると、Ｂ１，Ｂ２信号として有効なレベル範囲が狭くなり、ダイナミックレンジが狭くなってしまう。

そこで、本実施の形態においては、ホワイトバランス調整値の取得に際して、モードに応じて各帯域の出射光量を制御することにより、ダイナミックレンジが狭くなることを防止するようになっている。

本実施の形態は画像処理装置２０４に代えて画像処理装置２６０を採用した点が第３の実施の形態と異なる。画像処理装置２６０は、調光制御部４９に代えて調光制御部６１を採用すると共に、調整値メモリ６２及びホワイトバランス処理部６３を付加した点が第３の実施の形態の画像処理装置２０４と異なる。

調光制御部６１は、第３の実施の形態の調光制御部４９と同様の機能を有すると共に、ホワイトバランス調整値の取得処理を制御する機能を有する。第１のモードと第２のモードとでは合成比率ａが異なる。例えば、第１のモードにおける合成比率ａを０とし、第２のモードにおける合成比率ａが１であるものとする。この場合には、第１のモードでは、Ｇ照明光及びＢ１照明光による撮像画像が得られる。狭帯域フィルタ３２の特性等によって、Ｇ照明光の光量がＢ１照明光の光量よりも大きくなりやすい場合には、調光制御部６１は、第１のモードに対応したホワイトバランス調整値取得時に、光源３１からの光が回転フィルタ３３のフィルタ３３Ｇを通過するタイミングにおいて、絞り３４の絞り量を大きくし、光源３１からの光が回転フィルタ３３のフィルタ３３Ｂ１を通過するタイミングにおいて、絞り３４の絞り量を小さくする。

また、第２のモードでは、Ｇ照明光、Ｂ１照明光及びＢ２照明光による撮像画像が合成される。従って、Ｂ照明光に基づく撮像画像についてもＧ撮像画像に対して十分なレベルが得られると考えられるので、調光制御部６１は、第２のモードに対応したホワイトバランス調整値取得時において、光源３１からの光が回転フィルタ３３のフィルタ３３Ｇを通過するタイミング及びフィルタ３３Ｂ１，Ｂ２を通過するタイミングにおいて、絞り３４の絞り量を例えば同一とする。

ホワイトバランス処理部６３は、ホワイトバランス調整値取得時において、Ａ／Ｄ変換器４２の出力に基づいて、第１及び第２のモード用の各ホワイトバランス調整値を求めて、調整値メモリ６２に記憶させる。調光制御部６１は、第１及び第２のモードに対応したホワイトバランス調整値取得時の絞り量に基づいて、第１及び第２のモード用の各ホワイトバランス調整値を補正して調整値メモリ６２に記憶させる。

なお、ホワイトバランス調整値取得時における絞り量の制御は、Ｇ照明光に基づく撮像画像のレベルとＢ照明光に基づく撮像画像のレベルとに基づいて決定すればよい。Ｂ照明光に基づく撮像画像は、Ｂ１照明光に基づく撮像画像とＢ２照明光に基づく撮像画像を合成比率ａに応じて合成して得られる。従って、第１及び第２のモードに対応したホワイトバランス調整値取得時の絞り量は、第１及び第２のモード時の合成比率ａに基づいて設定すればよい。

なお、調光制御部６１は、絞り量を制御することで光量を調整したが、光源３１の出射光量を調整するようにしてもよい。

このように構成された実施の形態においては、モード毎にホワイトバランス調整値が決定される。第１のモードに対応したホワイトバランス調整値取得時には、調光制御部６１は、第１のモードに設定された合成比率ａに基づく絞り量で、Ｇ照明光及びＢ照明光の光量を制限する。ホワイトバランス処理部６３は、ホワイトバランス調整値を算出して、調整値メモリ６２に出力する。調光制御部６１は、調整値メモリ６２に記憶された第１のモード用のホワイトバランス調整値を読み出し、絞り量に応じて補正した後、調整値メモリ６２に記憶させる。

また、第２のモードに対応したホワイトバランス調整値取得時には、調光制御部６１は、第２のモードに設定された合成比率ａに基づく絞り量で、Ｇ照明光及びＢ照明光の光量を制限する。ホワイトバランス処理部６３は、ホワイトバランス調整値を算出して、調整値メモリ６２に出力する。調光制御部６１は、調整値メモリ６２に記憶された第２のモード用のホワイトバランス調整値を読み出し、絞り量に応じて補正した後、調整値メモリ６２に記憶させる。

実使用時には、ホワイトバランス処理部６３は、モードに応じて、調整値メモリ６２に記憶された第１又は第２のモード用のホワイトバラス調整値を読み出して、撮像信号を増幅する。他の作用は第３の実施の形態と同様である。

このように本実施の形態においては、各モードに対応したホワイトバランス調整を行う共に、ホワイトバランス調整値取得時には各モードの合成比率に対応して各帯域の照明光の光量を制限しており、ダイナミックレンジを確保しつつ、各モードのホワイトバランス調整値を取得することができる。

なお、上記説明では、第１，第２のモードについて説明したが、第３のモードの合成比率ａ毎に、上述した手法によりホワイトバランス調整値を算出するようにしもよいことは明らかである。

また、狭帯域光観察の例について説明したが、蛍光観察の色バランス調整においても同様に適用可能であることは明らかである。

ところで、内視鏡には、カスタムスイッチが設けられており、測光、コントラストのトグル、フォーカス等を１スイッチで切換え可能である。即ち、フロントパネルやキーボードなどには各種操作スイッチが設けられており、任意の機能を割付可能なカスタムスイッチが存在する。従来では光学拡大機能のスコープについて、専用の操作レバーによってのみ光学拡大操作をしていたが、カスタムスイッチに割り付けることで、操作方法の自由度を向上できる。操作レバーを用いない２焦点切替のスコープについても、２焦点切替をカスタムスイッチに割り付けられる。なお、光学拡大や２焦点切替については、操作した後にどの状態になっているか表示するとよい。例えば、２焦点の中から、近接（Ｎｅａｒ）と通常（Ｆａｒ）を示す為に、画面上にＮｅａｒ又はＦａｒと示すと良い。この時、患者名等の表示と明確に区別するように、白と黒を反転させたり、大きなフォントにしたりすることで、認識性を向上できる。

また、それぞれの機能において、複数のモードやレベルをトグルで切り替えることもある。その際に、複数のモードやレベルから少なくとも１つ以上を選択しておくことで、測光やコントラストをカスタムスイッチで容易に切り替えることができる。例えば、測光には平均、ピーク、オートの３モードがあり、ピークとオートを事前にメニューで設定しておけば、カスタムスイッチでピークとオートをいつでも切替可能である。同様に、コントラストにはガンマ補正のテーブルから、ノーマル、ハイ、ロー、補正無しといった種類から、ノーマルとハイを設定しておけば、切替が容易になる。また、コントラスト＝ノーマルを必ず１つの候補とするように、設定ではハイとローの２者択一としておくことでもよい。このときは、ノーマルとスペシャルの切替操作としておき、スペシャルにはハイとローから設定するようにする。これらは、カスタムスイッチに限定されること無く、機能を操作する測光やコントラストなどの各種機能スイッチにおいて、実施されても良い。その際には、測光の３モードがフロントパネルに示され、切替可能の２モードが順次光ると共に、切替不能のモードは光らない。また、切替可能の２モードが分かるように切替不能のモードとは識別できるよう、光らせ方を工夫してもよい。選択中のモードを強く光らせ選択可能のもう１つのモードを弱く光らせ、切替不可のモードは消しておく。

また、観察モードに応じて、１つのカスタムスイッチ乃至は１つの機能スイッチにおいて、実現する機能や画像処理を変えても良い。例えば、色彩という機能スイッチについては、通常観察モードであれば色彩強調のレベル、ＮＢＩ観察モードであれば色調モードを変更する操作になる。

スコープＩＤにはスコープの種類やＮＢＩ色調モードの番号が記憶されている。スコープの種類が大腸内視鏡であるか、もしくはＮＢＩ色調モードが３となっていたら、ＮＢＩ用のマトリックスからＮＢＩ色調モード＝３に対応したパラメータを読み出す。スコープＩＤの通信方式毎にスコープの種類から実施したり、ＮＢＩ色調モードから実施してもよい。前者の場合は、スコープの種類からＮＢＩ色調モードの番号を自動的に対応させることとなる。また、スコープＩＤが無い場合は、ＮＢＩ色調モード＝２とすることで、大腸にも食道にも適用可能な色調を実現できる。

また、ＮＢＩ色調モードを可変スイッチにより、ＮＢＩ色調モードを３から１にしたり、１から２に変更したりできる。これにより、食道ではＮＢＩ色調モードを１とし、胃では２に変更することができる。ユーザーの好みに応じることができる。また、スコープＩＤによるＮＢＩ色調モードの設定をさせず、ユーザーがあらかじめ設定したＮＢＩ色調モードを用いることでも良い。例えば、ユーザーがＮＢＩ色調モードを２にした後で、システムをＯＦＦし、再びＯＮした時には前回使用した２を呼び出せばよい。スコープＩＤを用いるか否かをメニューで設定しておけばよい。

プロセッサには複数種の光源を組み合わせることができる。光源によって対応できる観察モードが異なることが挙げられる。光源の種類によってはプロセッサとの通信部が異なるので、プロセッサには、それぞれの光源に対応した通信部を持つと良い。プロセッサには１つのコネクタで２つの通信部を対応しておけばよい。より具体的には、コネクタ内の複数のピンを使い分けることが良く、共有できるピンも含めるとなお良い。光源に対応してプロセッサの通信部を変えると共に、信号規格を変えればよい。例えば、同期信号を複合同期信号とするか垂直同期信号とすることが挙げられる。

スコープをプロセッサとケーブルで電気的接続したり、光源を介してからケーブルで電気的接続したりする。その際、プロセッサの電源をＯＮしたままスコープを付け直したり、交換することが有り得る。その場合、スコープ未接続の状態からスコープ接続の状態に推移した際に、光源のカラーフィルターの回転位置が不適切になってから適切になるまで時間がかかることがある。その場合、観察画面が乱れることになる。そこで、スコープ未接続になった場合、未接続になる直前のカラーフィルターの回転位置を保つことで、常に適切な観察が可能となる。ここで示すカラーフィルターの回転位置とは広い意味で、ＣＣＤに対する露光タイミングと言える。つまり、カラーフィルターと組み合わせる開口調整器がカラーフィルターとの回転方向における相対位置を適正にすれば、ＣＣＤに対する露光タイミングが正しくなるので、それらを含めて位置を保つことが重要である。

フロントパネルに設けられたスイッチを押すことで、ホワイトバランスを操作することが可能である。ホワイトバランスは、通常観察モードとＮＢＩ観察モードのそれぞれに対して実行されなければならず、例えば、スイッチを４秒ほど押し続けることで、順次、通常観察モードとＮＢＩ観察モードのそれぞれに対して、ホワイトバランスを取得することができる。しかしながら、スイッチを押し続けることは手間になることもあるので、設定によってスイッチを押し続けなくても良いこととしても良い。具体的には、「ホワイトバランススイッチ保持＝ＯＮ／ＯＦＦ」のように設定をさせる。設定をＯＦＦにすれば、スイッチを１秒程度押したところで、通常観察モードのホワイトバランスを取り始め、それを示す報知がなされれば、ユーザーはスイッチの保持をやめてもホワイトバランスを中断することなく、ＮＢＩ観察モードのホワイトバランスを自動的に取ることができる。設定をＯＮにした場合で、ユーザーがスイッチの保持をすることをホワイトバランスが全て完了する前にやめてしまったら、ホワイトバランスは正しく完了できなかったこととなり、ホワイトバランス値を取得できなかったことになる。

これまでは設定によって、ホワイトバランススイッチの保持について述べたが、使用する内視鏡の種類に応じて自動的に切り替えても良い。内視鏡の種類をスコープＩＤによって検知し、外科用のスコープであることが分かった時、ホワイトバランススイッチ保持をＯＦＦするように動作しても良い。外科の分野では、スイッチを操作するユーザーと内視鏡を保持するユーザーが異なる場合、スイッチを操作するタイミングがずれ、保持をすることが困難となる場合があるからである。また、内視鏡にはＣＣＤが搭載され、そのＣＣＤの種類を示すように抵抗素子なども搭載されている場合、抵抗値を元にＣＣＤの種類を判定してから、それに応じてホワイトバランススイッチ保持をＯＦＦするように動作しても良い。また、設定とスコープＩＤを用いて実現してもよい。それは、スコープＩＤが外科を示しており、更に設定で「ホワイトバランススイッチ保持＝ＯＦＦ」となっていた場合に、ホワイトバランススイッチ保持をＯＦＦするように動作しても良い。なお、面順次式内視鏡の場合、ホワイトバランスは光源装置の色フィルターの製造バラツキを吸収し、色再現性を良くする作用がある。これに加え、内視鏡のＣＣＤが４線読み出しの際には各チャンネルのバラツキを吸収し、チャンネル間バラツキを防ぐ作用がある。この両者を加味したホワイトバランスでは、ＲＧＢの３色と、ＣＣＤの４チャンネルに対応するべく、３＋４−１＝６通りのホワイトバランス係数が挙げられる。これはチャンネルを１から４とした時、Ｒ１〜Ｒ４，Ｇ１〜Ｇ４，Ｂ１〜Ｂ４の係数が必要である。

映像出力としてＳＤＩやＤＶＩ，ＤＶ等の多種のコネクタを有している。これら映像出力には決められたフォーマットが有り、それぞれに必要な回路ブロックが存在する。ＳＤＩにはインターレース信号を、ＤＶＩにはプログレッシブ信号を出力するとした場合、ＤＶＩ用の回路ブロックとして、ＩＰ変換（インターレース−プログレッシブ変換）が必要になる。ＨＤ−ＳＤＩには水平１９２０ドット、垂直１０８０ラインのインターレースのＨＤＴＶを出力しながら、これをＩＰ変換し、ＷＵＸＧＡの１９２０×１２００のプログレッシブにしてからＤＶＩに出力する。プログレッシブにしただけでは１０８０と１２００に差があるので、黒のブランクで埋めることとする。また、ＳＸＧＡの１２８０×１０２４に合せて、切り出してもよい。また、ＩＰ変換の際にメディアンフィルタを用いることで、文字を表示した際に画質改善を図れる。

インターレースからプログレッシブに変換する様子を図１２のタイミングチャートにて説明する。図１２（ａ）はフィールドメモリへの入力フレームレート＜出力フレームレートの場合を示し、図１２（ｂ）はフィールドメモリへの入力フレームレート＞出力フレームレートの場合を示している。図１２の丸数字１はＡフィールドの画像と１つ前のＢフィールドの画像を合成処理後、出力する期間を示し、図１２の丸数字２はＢフィールドの画像と１つ前のＡフィールドの画像を合成処理後、出力する期間を示している。
プログレッシブの出力画像の周波数はインターレースよりも高い時、Ｐ５とＰ６で示される画像は全く同じになる。即ち、Ｐ２，Ｐ６等においては、同じフィールドを２回だすことで周波数ズレを吸収する。一方、プログレッシブの出力画像の周波数がインターレースよりも低い時、Ｐ１，Ｐ２間のように出力しないインターレース画像を設けて周波数ズレを吸収する。

次に、メディアンフィルタの作用を図１３の説明図にて説明する。現在の入力フィールドは出力フレームとしてはそのまま１ライン毎に出力される。出力フレームのｐ１，ｐ３，・・・については、メディアンフィルタの出力を用いる。それらは、ａ０，ｂ０，ａ１の３つにおいて、信号レベルが２番目の大きさのものを探し、ｐ１として出力することである。これは、静止している画像であれば、ｐ１としてはｂ０が最適であり、動いている画像であれば、ａ０，ａ１のいづれかが適している。これらに着眼した方法となる。メディアンフィルタは、ＲＧＢの色毎に行い、画素毎に行う。それは図１３の斜線部の画素を例にとると、Ｒ画像ならば、Ｒ画像の（ａ１，ｘ）、（ｂ１，ｘ）、（ａ２，ｘ）の３つにおいて、信号レベルが２番目の大きさのものを探して、出力を得ることとなる。

ＮＢＩ観察では光量の確保が難しかった。そこでランプを駆動する電流を増やして光量を増す案がある。一方で通常光観察では既に十分な光量が確保できている場合が多く、経鼻スコープのように細い内視鏡の場合にのみ光量を増したい場合があった。そこで、スコープＩＤにフラグを設けることで、光量を増すことを動作させたり、動作させないこととしても良い。このような動作に関して自由度を増やす為に設定を設けて、「電流制限＝ＯＮ／ＯＦＦ」のような項目で例えばＯＦＦすると、前記フラグが無効となって光量を増すことになり、ＯＮすると、前記フラグに"１"とあれば光量を増し、"０"とあれば光量を増さないように動作する。

内視鏡にはＣＣＤが欠かせない中で、内視鏡の種類は様々で、ＣＣＤを駆動する回路は、内視鏡に持ったものや、ビデオプロセッサに持たせたものがある。内視鏡内の回路でＣＣＤを駆動する場合はその回路に必要なものをビデオプロセッサから与えることとなる。それらは主に電源とクロックとグランドになる。また、ＣＣＤにも種類があって、それら電源の電圧やクロックの周波数は適したものが要求される。ＣＣＤの種類をビデオプロセッサに伝える為に、内視鏡には抵抗値を設けて、そこで電圧を認識することでＣＣＤ判別を実現する。このような内視鏡はビデオプロセッサとの接続において、一定の配慮が必要である。例えば接続をつかさどる接点ピンの長さについて、電源とクロックとグランド、ＣＣＤ判別用抵抗部を長くして、その他の信号を短くすると、ビデオプロセッサが通電している間にも、適正な接続がなされることとなる。これらに限られたことではなく、内視鏡の種類が分かる信号を長くしてもよい。これらの効果として、内視鏡を外す時に電源とクロックとグランドが同時に外れると、これらを同時に必要とするＣＣＤ用ドライバー回路やＡ／ＤやＡＦＥといった回路を安定化させることができる。また、内視鏡を接続する時に電源と抵抗部が同時に繋がると、適正なクロック周波数を準備し、内視鏡へ送ることが出来る。

内視鏡画像をフリーズして静止画を表示している間でも、コメント欄等へ文字を入力できるようにしている。このとき、患者ＩＤは入力したり変更したりできないようにしている。また、フリーズしているしていないに関わらず、内視鏡画像の色を変えるために、モニター画面にメニューとしてＧＵＩを表示させ、赤色や青色を一定量変更するようにしてもよい。

本出願は、２０１１年８月２６日に日本国に出願された特願２０１１−１８５１２７号及び特願２０１１−１８５１２８号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (4)

1. 所定の時間内に、第１の帯域の照明光による照明を行うと共に、第２の帯域の照明光による照明を２回以上の第１の回数行う照明手段と、
   前記照明手段により照明された被写体を撮像し、前記第１の帯域の照明光の照明に基づく第１の撮像画像及び前記第２の帯域の照明光の照明に基づく第２の撮像画像を出力する撮像手段と、
   前記第１の帯域の照明光による照明に基づく第１の撮像信号と前記第１の回数のうちの第１の所定回の照明に基づく第２の撮像信号とを用いた色変換マトリクス処理によって第１の明るさを算出し、前記第１の帯域の照明光による照明に基づく第１の撮像信号と前記第１の回数のうちの前記第１の所定回以外の照明に基づく第２の撮像信号とを用いた色変換マトリクス処理によって第２の明るさを算出する明るさ算出手段と、
   前記第２の明るさの元となる前記第１及び第２の撮像信号に、前記第１の明るさと目標明るさとの差分と前記第２の明るさとの比に基づく係数を乗算した後、前記第１の明るさの元となる前記第１及び第２の撮像信号に合成する合成手段と、
   を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記第１の回数は２回であって、
   前記明るさ算出手段は、前記第１の撮像信号と前記第１の回数のうちの１回目の照明に基づく第２の撮像信号とを用いた色変換マトリクス処理によって前記第１の明るさを算出し、前記第１の撮像信号と前記第１の回数のうちの２回目の照明に基づく第２の撮像信号とを用いた色変換マトリクス処理によって前記第２の明るさを算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記第１及び第２の撮像信号に基づく表示を行う表示系の入力に対応した色変換処理を行うマトリクス処理部を具備し、
   前記合成手段による合成は、前記マトリクス処理部の前段若しくは後段で行われるか又は前記マトリクス処理部の色変換処理と同時に行われる
   ことを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
4. 前記第１の帯域は、緑の帯域であり、前記第２の帯域は、青の帯域である
   ことを特徴とする請求項３に記載の内視鏡装置。

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