JP6949134B2 - 電子内視鏡用プロセッサ及び電子内視鏡システム - Google Patents
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Description
この電子内視鏡装置は、スコープの先端に設けた固体撮像素子から読み出される1フレーム分の色画素信号に基づいてビデオカラー信号を生成する。電子内視鏡装置は、1フレーム分の色画素信号に含まれる特定画素に対応する色画素信号の信号レベル値を、所定の画素配列方向において特定画素の周囲に近接する全ての近接周囲画素に対応する色画素信号の信号レベル値と比較する比較手段と、比較手段による比較結果に応じて特定画素に対応する色画素信号の信号レベル値を変更処理することによりビデオカラー信号のカラーバランスを変更させるカラーバランス変更手段と、を備える。
一方、浅い凹部の強調を深い凹部に比べて強くするように調整すると、強調処理された画像において、浅い凹部と深い凹部との間の信号レベル値の差が小さくなり、結果として表面凹凸の立体感が失われ易い。
生体組織の撮像画像に強調処理を行うように構成された強調処理部を備える。
前記強調処理部は、
撮像画像の各画素である注目画素1の信号レベル値と前記注目画素1の周りに位置する複数の近接画素の信号レベル値の代表値との差分に基づいて前記注目画素1における生体組織の凹部の深さの情報を表すデータ値を生成することにより、撮像画像全体の深さデータDを生成するように構成された深さデータ生成部と、
生体組織の表面凹凸の凹部と凸部の境目における前記撮像画像の信号レベル値の変化を急傾斜にした情報を有する、前記撮像画像の画素毎の起伏強調データSの値を、前記深さデータDから生成するように構成された起伏強調データ生成部と、
前記撮像画像の強調処理を行う処理対象画素の信号レベル値に、少なくとも、前記処理対象画素における前記深さデータDの値を定数倍した値と、前記処理対象画素における前記起伏強調データSの値を定数倍した値とを加減算して、強調処理画像を生成するように構成された強調処理実行部と、を備える。
前記強調処理実行部は、前記赤、緑、青の3色の色成分の信号レベル値Ikに対して共通した前記深さデータDの値及び前記起伏強調データSの値を用いて前記強調処理画像を生成する、ことが好ましい。
前記強調処理実行部は、前記強調処理画像の信号レベル値Ik *を、Ik *=Ik−αk・Ik−βk・D−γk・S(αk,βk,γkは定数)にしたがって生成するように構成され、
前記αk,βk,γkは、3色の色成分の間で異なる値である、ことが好ましい。
前記電子内視鏡用プロセッサに接続されて、生体組織の前記撮像画像を出力する電子内視鏡と、を備える電子内視鏡システムである。
本実施形態のプロセッサは、撮像画像の強調処理を行う処理対象画素の信号レベル値に、処理対象画素における深さデータDの値と、処理対象画素における起伏強調データSの値とを、少なくとも加減算して、強調処理画像を生成する。
ここで、深さデータDは、撮像画像の各画素を注目画素1として、この注目画素1の信号レベル値とこの注目画素1の周りに位置する近接画素の信号レベルの代表値との差分に基づいて作成される、生体組織の凹部の深さの情報を表すデータである。処理対象画素における起伏強調データSの値は、生体組織の表面凹凸の凹部と凸部の境目における信号レベル値の変化を急傾斜にした情報を有する。処理対象画素における起伏強調データSの値は、深さデータDから生成される。深さデータD及び起伏強調データSは、撮像画像の画素毎に生成される。
具体的には、プロセッサは、撮像画像の処理対象画素の信号レベル値Iij(i,jは画素位置を表す情報であり、0または自然数である)に、処理対象画素における深さデータDの値Dijに定数倍したものと、処理対象画素における起伏強調データSの値Sijに定数倍したものと、を加減算することにより、強調処理画像の各画素の信号レベル値I* ijを算出する。
このように、プロセッサは、凹部と凸部との境目の傾斜を急傾斜にした情報を有する起伏強調データSに基づいて強調処理を行う。この強調処理では、浅い凹部を目立たせるために浅い凹部に対して強調の程度を高めた強調処理を行うことで立体感が失い易くなるが、起伏強調データSを用いて凹部と凸部の境目の急傾斜な部分がさらに急に見えるように、信号レベルを調整するので、表面凹凸の立体感の低下を抑制することができる。
図1は、本実施形態の電子内視鏡システム1の構成の一例を示すブロック図である。図1に示されるように、電子内視鏡システム1は、医療用に特化されたシステムであり、電子スコープ(電子内視鏡)100、プロセッサ200及びモニタ300を備えている。
画像信号に対してデモザイク処理、マトリックス演算、Y/C分離等の所定の信号処理を施して、画像メモリ27に出力する。
領域検出部30は、生体組織の撮像画像の画素の情報から強調処理を行う強調処理対象領域、すなわち、凹部に対応する領域を検出するように構成されている。領域検出部30は、撮像画像の各画素を注目画素(以下、凹部に対応する領域を検出する際の注目画素を注目画素1という)とし、この注目画素1を中心として注目画素1の周囲に近接する複数の近接画素の信号レベル値と注目画素1の信号レベル値の比較を行い、注目画素1の信号レベル値が、注目画素1の周りに配列する近接画素のうち、複数の画素配列方向のうちの少なくともいずれか一つの画素配列方向にある複数の近接画素の信号レベル値の代表値よりも低い場合、注目画素1を凹部に対応する領域として設定する。例えば、代表値を複数の近接画素の信号レベル値の最小値とした場合、注目画素1の信号レベル値が、複数の近接画素のいずれの信号レベル値よりも低い場合、注目画素1を凹部に対応する領域として設定する。領域検出部30は、画素毎にフラグの情報を保持するフラグテーブルにフラグを付与する。なお、後述するように、凹部の領域として設定された画素における起伏強調データSが予め設定された値より大きな値を有するか否かを判定し、予め設定された値より大きな値を有する画素を、強調処理を行う最終的な処理対象画素とする。このため、領域検出部30で凹部の領域として設定された画素は、強調処理の処理対象画素の候補となる。
図4(a)に示す例ではmを1としている。この場合、近接画素は、注目画素Piに対して上下方向、左右方向、左上−右下方向、右上−左下方向に隣接した隣接画素P1〜P8である。具体的には、近接画素は、注目画素1に対して上下方向にある画素P2,P7であり、注目画素1に対して左右方向にある画素P4,P5であり、注目画素1に対して左上−右下方向にある画素P1,P8であり、注目画素1に対して右上−左下方向にある画素P3,P6である。
図4(b)に示す例ではmを2としている。この場合、近接画素は、注目画素Piに対して、上下方向に2画素離れた(1画素分離間した)画素P2,P7であり、左右方向に2画素離れた(1画素分離間した)画素P4,P5であり、左上−右下方向に2画素離れた(1画素分離間した)画素P1,P8であり、右上−左下方向に2画素離れた(1画素分離間した)画素P3,P6である。
強調処理は、一実施形態によれば、以下のように行われる。
強調処理実行部31cは、図5に示す信号レベル値Iijの波形Iを凹部の深さに応じて強調処理した波形I*に、後述する起伏強調データSを加減算、例えば減算することにより、強調処理画像を生成する。起伏強調処理データSは、後述する図6(c)に示すように、凹部と凸部の境目の傾斜が強い部分に対応する信号レベル値の変化(傾斜)をより急傾斜にした情報を有するデータである。波形I*は、後述する式I** ij=Iij−α・Iij−β・Dij−γ・Sijのうち、Iij−β・DijあるいはIij−α・Iij−β・Dijに対応する波形である。
例えば、図5に示す波形Iの3つの画素(近接画素、注目画素1、近接画素)の信号レベル値がそれぞれ125、52、131であり、m=1の近接画素とし、代表値を近接画素の信号レベル値の平均値とした場合、代表値は128(=(125+131)/2)であり、差分(=代表値−注目画素1の信号レベル値)は76(=128−52)となる。この数値に所定の値を乗算した値を、注目画素1の深さデータDのデータ値とする。
ここで、近接画素とは、撮像画像の各画素を注目画素1として、注目画素1に対して上下方向、左右方向、左上−右下方向、右上−左下方向にm画素(mは自然数)離れた画素を含む。例えば、mが1である場合、近接画素は、注目画素1に対して上下方向、左右方向、左上−右下方向、右上−左下方向に隣接した隣接画素を含む。ここで、mは、適宜設定される。
図6(a)には、図5に示す信号レベル値の波形Iから生成された深さデータDが示されている。深さデータ生成部31aは、このような深さデータDの生成を撮像画像全体に対して行い、撮像画像の深さデータDを取得する。図6(a)に示す例では、深さが深いほど正の値が大きくなっている。したがって、図5に示す凹部は図6(a)では凸形状をなしている。
具体的には、起伏強調データ生成部31bは、深さデータDから図6(b)に示すような処理データD*を生成する。より具体的には、起伏強調データ生成部31bは、注目画素2を囲む周辺画素における深さデータDの値の絶対値と注目画素2における深さデータDの値の絶対値との加重平均値から、注目画素2を囲む周辺画素における深さデータDの値と注目画素2における深さデータDの値との加重平均値の絶対値を減算することにより、処理データD*を生成する。周辺画素は、注目画素2を中心とした所定の範囲内の各画素、例えばs画素×s画素(sは3以上所定値以下の奇数)の範囲内の全画素をいう。上記sは例えば5である。sは、3〜9であることが、凹部と凸部の境目の画像信号レベル値の変化(傾斜)を急傾斜に調整する点から好ましい。加重平均値は、注目画素2を中心とした所定の範囲内の各画素に対応する深さデータDの値に、予め設定された重み付け係数を掛け算して加算した値である。
このような加重平均値は、深さデータDに、空間フィルタであってローパスフィルタlpfとして機能させるので、加重平均をする処理をlpf(D)と表し、正負の値の絶対値をabs( )と表したとき、処理データD*は、lpf(abs(D))−abs(lpf(D))と表すことができる。
I** ij=Iij−α・Iij−β・Dij−γ・Sij
ここで、α、β、γは、設定された定数である。ここで、Iijからα・Iijを減算するのは、浅い凹部に対応する領域を強調するためである。浅い凹部に対応する画素の信号レベル値は、凹部が浅いため深い凹部に対応する画素の信号レベル値に比べて高い。このため、Iijからα・Iijを減算することにより、浅い凹部に対応する領域を強調することができる。しかし、浅い凹部に対応する領域を強調すると、浅い凹部に対応する画素と深い凹部に対応する画素との間で、信号レベル値の差が小さくなり、凹部の深さの程度が強調され難くなり、画像において被写体である生体組織の表面凹凸の立体感が失われ易い。しかし、強調処理実行部31cは、γ・Sijを用いてさらに強調処理を行うので、凹部と凸部の境目の傾斜が急な部分の信号レベル値の変化を一層急にするので、表面凹凸の立体感の低下を抑制することができる。
ここで、領域検出部30でフラグの付与された凹部に対応する画素であって、起伏強調データ生成部31bでフラグの付与されない画素に対しては、γはゼロとし、領域検出部30でフラグの付与された凹部に対応する画素であって、起伏強調データ生成部31bでフラグの付与された画素に対しては、γはある所定の値(非ゼロの値)とする。
また、深さデータD及び起伏強調データSは、一実施形態によれば、撮像画像の輝度成分の信号レベル値を用いて生成されたデータであることが好ましい。撮像画像が、赤、緑、及び青色等の複数の色成分からなるカラー画像である場合、生体組織の光吸収の分光特性に起因して、凹部がなくてもある色成分の信号レベル値だけが低くなり易く、色成分を用いた深さデータD及び起伏強調データSは、光吸収の分光特性の影響を受け易い。このため、生体組織の光吸収の分光特性の影響を相対的に小さくできる輝度成分の信号レベル値を用いて深さデータD及び起伏強調データSを作成することが好ましい。
演算部29は、電子スコープ100で撮像されて画像メモリ27に記憶された現フレームの撮像画像を、システムコントローラ21を介して呼び出して、撮像画像を取得する(ステップS100)。
起伏データ生成部31bは、撮像画像に対してS=lpf(abs(D))−abs(lpf(D))を計算する(ステップS104)。このとき、起伏データ生成部31bは、起伏強調データSにおいて予め設定された値より大きな値を有する画素を処理対象画素とし、この画素に対応するフラグテーブルにフラグを付与する。これにより、凹部及び凹部と凸部の境目の場所に対応したフラグテーブルの位置にフラグが付与される。こうして、撮像画像の各画素について起伏強調データSが生成される。
強調処理実行部31cは、RGB色成分の各色成分の信号レベル値Ik(kは、R成分、G成分、あるいはB成分を識別する自然数)に対して、Ik−αk・Ik−βk・D−γk・Sを計算する。ここで、上記式では、I,D,Sにおける画素位置(i,j)を示すi,jの表記は省略されている代わりに、色成分を識別する自然数の変数が表記されている。αk,βk,γkは、色成分毎に設定される定数である。
この判定で否定(No)される場合、強調処理実行部31は、処理をステップS104に戻し、他のフラッグの付与された場所に対応する画素に移動して、ステップS106に処理を進める。
このようにして、ステップS110における判定で肯定(Yes)される場合、強調処理は終了する。このように、凹部フラグの付与された処理対象画素に対して強調処理を行う。
11 LCB
12 配光レンズ
13 対物レンズ
14 固体撮像素子
15 ドライバ信号処理回路
16 メモリ
21 システムコントローラ
22 タイミングコントローラ
24 操作パネル
25 集光レンズ
26 前段信号処理回路
27 画像メモリ
28 後段信号処理回路
29 演算部
30 領域検出部
31 強調処理部
100 電子スコープ
200 プロセッサ
300 モニタ
Claims (12)
- 生体組織の撮像画像を取得して強調処理を施す電子内視鏡用プロセッサであって、
生体組織の撮像画像に強調処理を行うように構成された強調処理部を備え、
前記強調処理部は、
撮像画像の各画素である注目画素1の信号レベル値と前記注目画素1の周りに位置する複数の近接画素の信号レベル値の代表値との差分に基づいて前記注目画素1における生体組織の凹部の深さの情報を表すデータ値を生成することにより、撮像画像全体の深さデータDを生成するように構成された深さデータ生成部と、
生体組織の表面凹凸の凹部と凸部の境目における前記撮像画像の信号レベル値の変化を急傾斜にした情報を有する、前記撮像画像の画素毎の起伏強調データSの値を、前記深さデータDから生成するように構成された起伏強調データ生成部と、
前記撮像画像の強調処理を行う処理対象画素の信号レベル値に、少なくとも、前記処理対象画素における前記深さデータDの値を定数倍した値と、前記処理対象画素における前記起伏強調データSの値を定数倍した値とを加減算して、強調処理画像を生成するように構成された強調処理実行部と、を備え、
前記起伏強調データ生成部は、前記撮像画像の各画素である注目画素2を囲む周辺画素における前記深さデータDの値の絶対値と前記注目画素2における前記深さデータDの値の絶対値との加重平均値から、前記注目画素2を囲む周辺画素における前記深さデータDの値と前記注目画素2における前記深さデータDの値との加重平均値の絶対値を減算した結果に、前記注目画素2における前記深さデータDの正負の符号を付加した値を計算することにより、前記起伏強調データSを生成するように構成されている、ことを特徴とする電子内視鏡用プロセッサ。 - 前記周辺画素は、前記注目画素2を中心とした、s画素×s画素(sは3以上のある奇数)の範囲内の前記注目画素2を除く全画素である、請求項1に記載の電子内視鏡用プロセッサ。
- 前記sは、3〜9の範囲の奇数である、請求項2に記載の電子内視鏡用プロセッサ。
- 前記起伏強調データSにおいて予め設定された値より大きな値を有する画素を、前記処理対象画素とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電子内視鏡用プロセッサ。
- 前記近接画素は、前記注目画素1を中心として、上下方向、左右方向、左上−右下方向、及び、右上−左下方向の4方向の少なくとも1つの画素配列方向において、m画素(mは1以上の自然数)離れた画素である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電子内視鏡用プロセッサ。
- 前記注目画素1の信号レベル値が、前記m画素離れた画素の信号レベル値の代表値に比べて低い場合、前記注目画素1を、前記処理対象画素の候補とする、請求項5に記載の電子内視鏡用プロセッサ。
- 前記代表値は、前記近接画素の信号レベル値の単純平均値、加重平均値、メデイアン値、最小値、あるいは最大値である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電子内視鏡用プロセッサ。
- 前記強調処理実行部は、前記処理対象画素の信号レベル値に対して、前記深さデータDの値を定数倍した値及び前記起伏強調データSの値を定数倍した値を加減算することに加えて、前記処理対象画素の信号レベル値に定数を乗算した値を減算するように構成されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電子内視鏡用プロセッサ。
- 前記撮像画像の信号レベル値は、赤、緑、青の3色の色成分の信号レベル値Ik(kは、赤、緑、または青の色成分を識別する変数であり、自然数である)を含み、
前記強調処理実行部は、前記赤、緑、青の3色の色成分の信号レベル値Ikに対して共通した前記深さデータDの値及び前記起伏強調データSの値を用いて前記強調処理画像を生成する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の電子内視鏡用プロセッサ。 - 前記深さデータD及び前記起伏強調データSは、前記撮像画像の輝度成分の信号レベル値を用いて生成されたデータであり、
前記強調処理実行部は、前記強調処理画像の信号レベル値Ik *を、Ik *=Ik−αk・Ik−βk・D−γk・S(αk,βk,γkは定数)にしたがって生成するように構成され、
前記αk,βk,γkは、3色の色成分の間で異なる値である、請求項9に記載の電子内視鏡用プロセッサ。 - 前記赤の色成分の前記αk及びγkは、前記緑及び前記青の色成分の少なくとも一方の前記αk及びγkに比べて大きな値を有する、請求項10に記載の電子内視鏡用プロセッサ。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の電子内視鏡用プロセッサと、
前記電子内視鏡用プロセッサに接続されて、生体組織の前記撮像画像を出力する電子内視鏡と、を備える電子内視鏡システム。
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