JPWO2017072837A1 - 光走査型内視鏡装置および光走査型内視鏡装置の制御方法 - Google Patents
光走査型内視鏡装置および光走査型内視鏡装置の制御方法 Download PDFInfo
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Abstract
本発明の光走査型内視鏡装置(100)は、光を被写体上で走査する光走査部(2)と、被写体からの信号光を光電変換し、生成された電子の増倍率を変更可能である光検出部(3)と、該光検出部(3)からの電気信号の大きさに基づいて被写体の画像データを形成する画像形成部(4)と、画像データの複数の色の信号の比に基づいて当該画像データの色を調整するための調整係数を算出する色設定部(5)と、調整係数を増倍率と対応付けて記憶する記憶部(7)と、入力部(40)に入力された取得指示に応答して、複数組の調整係数および増倍率が記憶部(7)に記憶されるように、光検出部(3)および色設定部(5)を制御する制御部(6)とを備える。
Description
本発明は、光走査型内視鏡装置および光走査型内視鏡装置の制御方法に関するものである。
従来、被写体上でレーザ光をスパイラル状の軌跡に沿って走査し、被写体からの信号光を検出する走査型内視鏡装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
被写体の反射率や、被写体から内視鏡の先端までの距離に応じて、検出される信号光の強度が変化するため、画像の明るさも変化する。画像の明るさを一定に維持する方法として、画像の明るさに応じて光検出器のゲインを調整するオートゲインコントロールが一般に用いられている。
被写体の反射率や、被写体から内視鏡の先端までの距離に応じて、検出される信号光の強度が変化するため、画像の明るさも変化する。画像の明るさを一定に維持する方法として、画像の明るさに応じて光検出器のゲインを調整するオートゲインコントロールが一般に用いられている。
しかしながら、光検出器として、逆バイアス電圧の印加によって光電流を増倍するアバランシェフォトダイオード(APD)を使用する場合、APDの増倍率が変化したときに、画像の色が変化する。
すなわち、カラー画像を取得するときには、複数の色の信号光がAPDによって検出される。APDの増倍率は波長依存性を有し、逆バイアス電圧と増倍率との関係は入射光の波長に応じて異なる。したがって、逆バイアス電圧が変化したときに、複数の色の信号光の間で増倍率の変化量に差異が生じ、逆バイアス電圧の変化の前後で画像の色が維持されない。
すなわち、カラー画像を取得するときには、複数の色の信号光がAPDによって検出される。APDの増倍率は波長依存性を有し、逆バイアス電圧と増倍率との関係は入射光の波長に応じて異なる。したがって、逆バイアス電圧が変化したときに、複数の色の信号光の間で増倍率の変化量に差異が生じ、逆バイアス電圧の変化の前後で画像の色が維持されない。
赤(R)、緑(G)、青(B)の光を被写体に照射して白色光画像を取得する場合を例にとって考える。APDの増倍率を50に設定して白い被写体を撮影したときのAPDからのR、G、Bの出力信号の大きさの比が、R:G:B=120:100:78であったとする。次に、APDの増倍率を3に変更して同一の白い被写体を撮影したとする。このときのR、G、Bの出力信号の大きさの比は、120:100:78ではなく、別の比、例えば、125:100:75となってしまう。これは、増倍率の変化の前後で白色光画像のホワイトバランスが変化して白色光画像内の被写体の色が変化することを意味する。
したがって、画像の色を調整するための条件は、APDの増倍率毎に異なるという問題がある。
したがって、画像の色を調整するための条件は、APDの増倍率毎に異なるという問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、光検出器の増倍率の変更に伴う画像の色の変化を調整するためのデータを簡便な操作のみで取得することができる光走査型内視鏡装置および光走査型内視鏡装置の制御方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第1の態様は、光を走査しながら被写体に照射する光走査部と、前記光の照射によって被写体において生じた信号光を受光し、受光された前記信号光を光電変換して電子を生成し、生成された電子を電気信号として出力する光検出部であって、前記光電変換によって生成された電子を増倍可能であるとともに前記電子の増倍率を変更可能である光検出部と、該光検出部から出力された前記電気信号の大きさおよび前記光走査部による前記光の照射位置に基づいて前記被写体の画像データを形成する画像形成部と、該画像形成部によって形成された前記画像データの赤、緑および青の信号の比に基づいて当該画像データのホワイトバランスを調整するための調整係数を算出する色設定部と、該色設定部によって算出された前記調整係数を前記光検出部の増倍率と対応付けて記憶する記憶部と、ユーザによる操作に基づいて前記調整係数の取得指示が入力される入力部と、該入力部への前記調整係数の取得指示に応答して、複数組の前記調整係数および前記増倍率が前記記憶部に記憶されるように、前記光検出部および前記色設定部を制御する制御部とを備える光走査型内視鏡装置を提供する。
本発明の第1の態様は、光を走査しながら被写体に照射する光走査部と、前記光の照射によって被写体において生じた信号光を受光し、受光された前記信号光を光電変換して電子を生成し、生成された電子を電気信号として出力する光検出部であって、前記光電変換によって生成された電子を増倍可能であるとともに前記電子の増倍率を変更可能である光検出部と、該光検出部から出力された前記電気信号の大きさおよび前記光走査部による前記光の照射位置に基づいて前記被写体の画像データを形成する画像形成部と、該画像形成部によって形成された前記画像データの赤、緑および青の信号の比に基づいて当該画像データのホワイトバランスを調整するための調整係数を算出する色設定部と、該色設定部によって算出された前記調整係数を前記光検出部の増倍率と対応付けて記憶する記憶部と、ユーザによる操作に基づいて前記調整係数の取得指示が入力される入力部と、該入力部への前記調整係数の取得指示に応答して、複数組の前記調整係数および前記増倍率が前記記憶部に記憶されるように、前記光検出部および前記色設定部を制御する制御部とを備える光走査型内視鏡装置を提供する。
本発明によれば、光走査部によって被写体に光が照射されることによって信号光が生じると、該信号光が光検出部によって検出されて信号光の強度に基づく電気信号が生成される。そして、画像形成部によって、電気信号が光の照射位置と対応付けられることによって、被写体の画像データが形成される。
ここで、画像データの色を調整するための調整係数を設定したい場合に、ユーザは、白い被写体の画像データが取得されている状態で、入力部を操作し、調整係数の取得動作を実行させる。調整係数の取得動作において、制御部は、光検出部の増倍率を変更しながら画像データを取得させ、各増倍率の下で取得された画像データから調整係数を色設定部に算出させるように、光検出部および色設定部を制御する。これにより、複数組の増倍率および調整係数のデータが記憶部内に生成される。
これにより、増倍率の変更に伴う色の変化を調整するためのデータを簡便な操作のみで取得することができる。
これにより、増倍率の変更に伴う色の変化を調整するためのデータを簡便な操作のみで取得することができる。
上記第1の態様においては、前記制御部が、前記画像形成部に前記画像データを取得させる第1のステップと、該第1のステップにおいて取得された前記画像データに基づいて前記色設定部に前記調整係数を算出させる第2のステップと、該第2のステップにおいて算出された前記調整係数を前記第1のステップにおける前記光検出部の増倍率と対応付けて前記記憶部に記憶させる第3のステップと、前記光検出部に前記増倍率を変更させる第4のステップと、前記第1のステップから前記第4のステップまでを繰り返す第5のステップとを実行してもよい。
このようにすることで、増倍率の変更および各増倍率の下で取得された画像データからの調整係数の算出が、制御部によって自動的に実行される。これにより、複数組の増倍率および調整係数のデータをさらに簡便に取得することができる。
このようにすることで、増倍率の変更および各増倍率の下で取得された画像データからの調整係数の算出が、制御部によって自動的に実行される。これにより、複数組の増倍率および調整係数のデータをさらに簡便に取得することができる。
上記第1の態様においては、前記制御部は、前記第4のステップにおいて、前記第1のステップにおいて取得された前記画像データの前記電気信号の大きさに基づいて前記光検出部の増倍率の設定値を決定し、前記増倍率を決定された設定値と一致させるように前記光検出部に前記増倍率を変更させてもよい。
このようにすることで、調整係数の取得動作において、光検出部によって受光される信号光の強度が変化すると、電気信号の大きさが変化し、制御部が光検出部の増倍率を変化させる。したがって、ユーザが、被写体までの距離や被写体に照射する光の強度などを変化させる簡単な操作を行うことによって、増倍率毎の調整係数を取得することができる。
このようにすることで、調整係数の取得動作において、光検出部によって受光される信号光の強度が変化すると、電気信号の大きさが変化し、制御部が光検出部の増倍率を変化させる。したがって、ユーザが、被写体までの距離や被写体に照射する光の強度などを変化させる簡単な操作を行うことによって、増倍率毎の調整係数を取得することができる。
上記第1の態様においては、前記制御部は、前記第2のステップにおいて、前記電気信号が所定の範囲内の大きさを有する設定領域を前記画像データ内に設定し、設定された前記設定領域内の複数の色の信号の比に基づいて前記色設定部に前記調整係数を算出させてもよい。
このようにすることで、画像データの内、調整係数の算出に適した範囲の複数の色の信号のみを用いて、より適切な調整係数を算出することができる。
このようにすることで、画像データの内、調整係数の算出に適した範囲の複数の色の信号のみを用いて、より適切な調整係数を算出することができる。
上記第1の態様においては、前記光検出部の増倍率と対応する調整係数を前記記憶部から選択し、選択された調整係数を用いて前記画像データの色を調整する色調整部を備えていてもよい。
このようにすることで、色調整部が、光検出部の増倍率に対応する調整係数を用いて画像データの複数の色の信号の各々を補正することによって画像データの色を調整する。これにより、光検出部の増倍率の変更の前後で像の色に変化が無い画像を提供を提供することができる。
このようにすることで、色調整部が、光検出部の増倍率に対応する調整係数を用いて画像データの複数の色の信号の各々を補正することによって画像データの色を調整する。これにより、光検出部の増倍率の変更の前後で像の色に変化が無い画像を提供を提供することができる。
本発明の第2の態様は、被写体からの信号光を光電変換して電子を生成し、生成された電子を電気信号として出力する光検出部であって、前記光電変換によって生成された電子を増倍可能であるとともに前記電子の増倍率を変更可能である光検出部を備える光走査型内視鏡装置の制御方法であって、前記光検出部から出力された前記電気信号の大きさに基づいて前記被写体の画像データを形成し、形成された前記画像データの複数の色の信号の比に基づいて当該画像データの色を調整するための調整係数を算出し、算出された前記調整係数を前記光検出部の増倍率と対応付けて記憶し、ユーザによる操作に基づく前記調整係数の取得指示に応答して、複数組の前記調整係数および前記増倍率が前記記憶部に記憶されるように、前記光検出部の増倍率の変更および前記調整係数の算出を行う光走査型内視鏡装置の制御方法である。
本発明によれば、光検出器の増倍率の変更に伴う画像の色の変化を調整するためのデータを簡便な操作のみで取得することができるという効果を奏する。
以下に、本発明の一実施形態に係る光走査型内視鏡装置に100ついて図面を参照して説明する。
本実施形態に係る光走査型観察装置100は、図1に示されるように、体内に挿入可能な細長い挿入部20と、該挿入部20の基端に接続された制御装置本体30と、該制御装置本体30に接続されたユーザインタフェース(UI、入力部)40およびディスプレイ50とを備えている。
本実施形態に係る光走査型観察装置100は、図1に示されるように、体内に挿入可能な細長い挿入部20と、該挿入部20の基端に接続された制御装置本体30と、該制御装置本体30に接続されたユーザインタフェース(UI、入力部)40およびディスプレイ50とを備えている。
また、光走査型観察装置100は、レーザ光Lを出力する光源部1と、レーザ光Lを被写体A上でスパイラル走査する光走査部2と、被写体Aからのレーザ光Lの反射光(信号光)L’を検出する光検出部3と、反射光L’の強度およびレーザ光Lの照射位置に基づいて被写体Aの画像データを形成する画像形成部4と、画像データの色を調整するための調整係数を設定する色設定部5と、光源部1、光走査部2、光検出部3、画像形成部4および色設定部5を制御する制御部6と、記憶部7とを備えている。
光源部1は、赤(R)、緑(G)、青(B)のレーザ光をそれぞれ発生する3個のレーザ光源8R,8G,8Bと、該3個のレーザ光源8R,8G,8Bから出力されたR、G、Bのレーザ光Lを同軸に合成する結合器9とを備えている。
3個のレーザ光源8R,8G,8Bは、R、G、Bのパルス状のレーザ光Lを順番に繰り返し出力するように、制御部6によって制御される。これにより、結合器9からはR、G、Bのレーザ光Lが順番に出力され、被写体AにおいてはR、G、Bの反射光L’が順番に発生する。
3個のレーザ光源8R,8G,8Bは、R、G、Bのパルス状のレーザ光Lを順番に繰り返し出力するように、制御部6によって制御される。これにより、結合器9からはR、G、Bのレーザ光Lが順番に出力され、被写体AにおいてはR、G、Bの反射光L’が順番に発生する。
光走査部2は、挿入部20内に長手方向に沿って配置された照明用の光ファイバ10と、該光ファイバ10の先端を該光ファイバ10の長手方向に交差する方向に振動させるアクチュエータ11と、該アクチュエータ11を駆動するアクチュエータドライバ12とを備えている。
光ファイバ10の基端は、結合器9に接続されている。結合器9から光ファイバ10の基端に入射されたレーザ光Lは、光ファイバ10の内部を基端から先端まで導光し、光ファイバ10の先端から挿入部20の先端前方へ向かって射出されるようになっている。
光ファイバ10の基端は、結合器9に接続されている。結合器9から光ファイバ10の基端に入射されたレーザ光Lは、光ファイバ10の内部を基端から先端まで導光し、光ファイバ10の先端から挿入部20の先端前方へ向かって射出されるようになっている。
アクチュエータ11は、例えば、圧電素子を備える圧電アクチュエータであり、光ファイバ10の先端部に取り付けられている。
アクチュエータドライバ12は、光ファイバ10の先端を該光ファイバ10の長手方向に交差する略平面内においてスパイラル状の軌跡に沿ってスパイラル振動させるための駆動信号を制御部6から受信する制御信号に従って生成し、該駆動信号をアクチュエータ11に供給する。これにより、光ファイバ10の先端がスパイラル振動し、該光ファイバ10の先端から射出されるレーザ光Lが所定のスパイラル状の走査軌跡に沿ってスパイラル走査されるようになっている。
アクチュエータドライバ12は、光ファイバ10の先端を該光ファイバ10の長手方向に交差する略平面内においてスパイラル状の軌跡に沿ってスパイラル振動させるための駆動信号を制御部6から受信する制御信号に従って生成し、該駆動信号をアクチュエータ11に供給する。これにより、光ファイバ10の先端がスパイラル振動し、該光ファイバ10の先端から射出されるレーザ光Lが所定のスパイラル状の走査軌跡に沿ってスパイラル走査されるようになっている。
光検出部3は、アバランシェフォトダイオード(APD。以下、「APD3」ともいう。)であり、受光用の光ファイバ13によって受光された反射光を検出する。
光ファイバ13は、挿入部20内に長手方向に沿って配置されている。光ファイバ13の先端は挿入部20の先端面に配置され、光ファイバ13の基端はAPD3に接続されている。被写体Aから光ファイバ13の先端に入射した反射光は、該光ファイバ13の内部を先端から基端まで導光し、APD3に入射する。図1には、光ファイバ13が1本のみ図示されているが、複数本の光ファイバ13が設けられていてもよい。
光ファイバ13は、挿入部20内に長手方向に沿って配置されている。光ファイバ13の先端は挿入部20の先端面に配置され、光ファイバ13の基端はAPD3に接続されている。被写体Aから光ファイバ13の先端に入射した反射光は、該光ファイバ13の内部を先端から基端まで導光し、APD3に入射する。図1には、光ファイバ13が1本のみ図示されているが、複数本の光ファイバ13が設けられていてもよい。
APD3は、該APD3に入射した反射光L’を光電変換することによって反射光L’の入射光量に応じた量の電荷を生成し、生成された電荷量に応じた大きさの電気信号を出力する。ここで、APD3は、光電変換によって生成された電荷を逆バイアス電圧の印加によって増倍することにより、電気信号を増倍する機能を有する。逆バイアス電圧が大きくなる程、電気信号の増倍率も大きくなる。APD3は、例えば、1倍から100倍の間で段階的に増倍率を変更することができる。APD3の増倍率は、後述するように制御部6によって制御される。
APD3から出力された電気信号は、増幅器15によって増幅され後に、ADC16に入力される。
ADC16は、増幅器15からの電気信号をサンプリングしてAD変換することによって、電気信号の大きさに相当するデジタル値を得る。得られたデジタル値は、画像形成部4に送信される。
ADC16は、増幅器15からの電気信号をサンプリングしてAD変換することによって、電気信号の大きさに相当するデジタル値を得る。得られたデジタル値は、画像形成部4に送信される。
ここで、R、G、Bの反射光L’が順番に光ファイバ13によって受光されるので、APD3は、R信号、G信号およびB信号を順番に生成して出力する。R信号、G信号、B信号はそれぞれ、R、G、Bの反射光L’に基づく電気信号である。したがって、ADC16により、R信号値、G信号値およびB信号値が順番にデジタル値として得られる。
画像形成部4は、ADC16から受信した時間軸方向に並ぶ1組のR、G、Bの信号値を1つの画素の画素値とし、該画素値を制御部6から受信したレーザ光Lの照射位置(後述)と対応付けることによって、レーザ光Lが所定の走査軌跡全体の走査を完了する毎に生画像データを形成する。形成された生画像データは、白色光画像データである。
次に、画像形成部(色調整部)4は、生画像データに対して色調整処理を実行する。具体的には、画像形成部4は、生画像データが形成されたときのAPD3の増倍率の設定値を制御部6から取得し、増倍率の設定値と対応付けられている調整係数を記憶部7に記憶されているテーブル(後述)から取得し、各画素のR信号値、G信号値、B信号値に調整係数Cr,Cg,Cbをそれぞれ乗算することによって、出力画像データを生成する。画像形成部4は、色調整処理に加えて、任意の画像処理を生画像データに施してもよい。
出力画像データは、ディスプレイ50に送信され、該ディスプレイ50に表示される。
出力画像データは、ディスプレイ50に送信され、該ディスプレイ50に表示される。
色設定部5は、制御部6から色設定実行信号(後述)を受信したときに、制御部6を介して画像形成部4から生画像データを受信し、受信した生画像データに基づいて調整係数を設定する。具体的には、色設定部5は、生画像データのR信号値Vr、G信号値VgおよびB信号値Vbの比Vr:Vg:Vbを算出する。信号値Vr,Vg,Vbはそれぞれ、例えば、生画像データの全画素または中心部の画素のR信号値、G信号値、B信号値の平均値である。生画像データの中心部においては明るさの変化が小さいため、中心部の画素の信号値を用いることにより、より安定した信号値Vr,Vg,Vbを得ることができる。
次に、色設定部5は、Vr×Cr:Vg×Cg:Vb×Cb=1:1:1を満たすような調整係数Cr,Cg,Cbを算出する。算出された調整係数Cr,Cg,Cbの値は、制御部6を介して、APD3の増倍率と対応付けて記憶部7に記憶される。
次に、色設定部5は、Vr×Cr:Vg×Cg:Vb×Cb=1:1:1を満たすような調整係数Cr,Cg,Cbを算出する。算出された調整係数Cr,Cg,Cbの値は、制御部6を介して、APD3の増倍率と対応付けて記憶部7に記憶される。
ここで、APD3に設定されている増倍率と、APD3によるR、G、B信号の実際の増倍率との関係について説明する。
APD3に設定されている増倍率が大きい程、R信号、G信号、B信号の実際の増倍率も大きくなる。ただし、APD3による電気信号の増倍率は波長依存性を有し、APD3に設定されている増倍率が同一であったとしても、R信号、G信号、B信号の実際の増倍率はそれぞれ異なる。さらに、APD3の増倍率が変化したときに、R信号の増倍率の変化量と、G信号の増倍率の変化量と、B信号の増倍率の変化量は、それぞれ異なる。したがって、異なる増倍率で取得された生画像データの色、特にホワイトバランスは、互いに異なり、最適な調整係数Cr,Cg,Cbも、生画像データがいずれの増倍率で取得されたかに応じて異なる。
APD3に設定されている増倍率が大きい程、R信号、G信号、B信号の実際の増倍率も大きくなる。ただし、APD3による電気信号の増倍率は波長依存性を有し、APD3に設定されている増倍率が同一であったとしても、R信号、G信号、B信号の実際の増倍率はそれぞれ異なる。さらに、APD3の増倍率が変化したときに、R信号の増倍率の変化量と、G信号の増倍率の変化量と、B信号の増倍率の変化量は、それぞれ異なる。したがって、異なる増倍率で取得された生画像データの色、特にホワイトバランスは、互いに異なり、最適な調整係数Cr,Cg,Cbも、生画像データがいずれの増倍率で取得されたかに応じて異なる。
制御部6は、レーザ光源8R,8G,8Bが一定の時間間隔をあけて順番にレーザ光Lを出力するように、レーザ光源8R,8G,8Bを制御する。また、制御部6は、ADC16がレーザ光源8R,8G,8Bからのレーザ光Lの出力と同期して電気信号をサンプリングするように、ADC16を制御する。また、制御部6は、レーザ光Lの照射位置を制御信号から演算し、算出された照射位置の情報を画像形成部4に送信する。
さらに、制御部6は、画像形成部4によって生画像データが形成される度に、生画像データを画像形成部4から受信し、生画像データの明るさを測定する。生画像データの明るさは、例えば、全ての画素または中心部の画素の画素値の平均値である。平均値に代えて最大値を算出してもよい。さらに、R、GおよびB信号値の内、G信号値のみを用いて平均値または最大値を算出してもよい。G信号値は、人間の目が感じる明るさにより近い。したがって、G画素値のみを用いることによって、生画像データの明るさをより適切に評価することができる。
次に、制御部6は、測定された明るさに基づいてAPD3の増倍率の設定値を決定する。具体的には、制御部6は、生画像データの明るさが所定の適正範囲内である場合には、現在の増倍率の設定値を維持し、生画像データの明るさが所定の範囲よりも大きい場合には、APD3の増倍率の設定値を現在の設定値よりも小さな値に変更し、生画像データの明るさが所定の範囲よりも小さい場合には、APD3の増倍率の設定値を現在の設定値よりも大きな値に変更する。制御部6は、決定された設定値に増倍率を設定させるようにAPD3を制御する。
制御部6は、UI40と接続されている。UI40は、ユーザが色設定動作(調整係数の取得動作)の実行を指示するための色設定ボタン(図示略)を有し、色設定ボタンが押下されたときに色設定信号を制御部6に送信する。制御部6は、色設定信号をUI40から受信したときに、色設定動作を実行することによってテーブルを作成する。色設定動作については、後で詳述する。
記憶部7は、最初の色設定動作が実行される前の初期状態において、図2に示されるように、APD3が設定し得る全ての増倍率の各々を任意の調整係数Cr,Cg,Cb(例えば、Cr=Cg=Cb=1)と対応付けたテーブルを記憶している。記憶部7は、色設定動作の実行によって新しいテーブルが作成されたときに、それまでのテーブルを新しいテーブルに置換することによって、テーブルを更新する。
本実施形態において、画像形成部4、色設定部5および制御部6の上述の機能は、例えば、汎用または専用のコンピュータによって実現される。具体的には、コンピュータは、中央演算処理装置(CPU)と、RAMのような主記憶装置と、ハードディスクや各種メモリのような補助記憶装置とを備え、該補助記憶装置に、上述した各部4,5,6の処理をCPUに実行させるためのプログラムが記憶されている。このプログラムが補助記憶装置から主記憶装置にロードされて実行されることによって、CPUが各部4,5,6の処理を実現するようになっている。
次に、このように構成された光走査型観察装置100の作用について説明する。
アクチュエータドライバ12からアクチュエータ11への駆動信号の供給およびレーザ光源8R,8G,8Bからからのレーザ光Lの出力が開始されると、R、G、Bのレーザ光Lが、スパイラル振動する光ファイバ10の先端から順番に射出される。これにより、挿入部20の先端面に対向する被写体Aの表面において、スパイラル状の走査軌跡に沿ってR、G、Bのレーザ光Lが順番に照射される。
アクチュエータドライバ12からアクチュエータ11への駆動信号の供給およびレーザ光源8R,8G,8Bからからのレーザ光Lの出力が開始されると、R、G、Bのレーザ光Lが、スパイラル振動する光ファイバ10の先端から順番に射出される。これにより、挿入部20の先端面に対向する被写体Aの表面において、スパイラル状の走査軌跡に沿ってR、G、Bのレーザ光Lが順番に照射される。
被写体Aの表面において反射されたレーザ光Lの反射光L’は、光ファイバ13によって受光され、APD3によって光電変換され、さらにADC16によってデジタル変換される。これにより、R、G、Bの反射光L’の強度を示すR、G、Bの信号値が順番に得られる。得られたR、G、Bの信号値は、画像形成部4においてレーザ光Lの照射位置と対応付けられることによって、図3に示されるように、被写体Aの生画像データが生成される(ステップS3)。次に、画像形成部4において生画像データに対して色調整処理が施され(ステップS4)、色、具体的にはホワイトバランスが調整された出力画像データがディスプレイ50に表示される(ステップS6)。
具体的には、図4に示されるように、色調整処理において、制御部6は、生画像データの取得時のAPD3の増倍率を該APD3から取得し(ステップS41)、取得された増倍率と対応する調整係数を、記憶部7内のテーブルから選択し(ステップS42)、選択された調整係数を用いて生画像データの色調整処理を画像形成部4に実行させる(ステップS43)。
光ファイバ13によって受光される反射光L’の光量は、被写体Aの表面の反射率および被写体Aから挿入部20の先端までの距離に依存する。したがって、体内での挿入部20の移動に伴って生画像データの明るさが変化する。ステップS4の次に、制御部6は、生画像データの明るさが所定の適正範囲内となるように、生画像データの明るさに基づいて次の生画像データの取得におけるAPD3の増倍率を調整する(ステップS5)。
具体的には、図5に示されるように、制御部6は、新しい生画像データが生成される度に、生画像データの明るさを算出する(ステップS51)。制御部6は、生画像データの明るさが所定の適正範囲内である場合(ステップS52のYES)、APD3の現在の増倍率の設定値を維持する。これにより、同程度の明るさの生画像データが次も取得される。一方、生画像データの明るさが所定の適正範囲よりも暗い場合(ステップS52のNOかつステップS53のNO)、制御部6は、APD3の増倍率の設定値を増大させる(ステップS54)。これにより、APD3による電気信号の増倍率が増大され、明るさが増大された生画像データが次に取得される。一方、生画像データの明るさが所定の適正範囲よりも明るい場合(ステップS52のNOかつステップS53のYES)、制御部6は、APD3の増倍率の設定値を低減させる(ステップS55)。これにより、APD3による電気信号の増倍率が低減され、明るさが低減された生画像データが次に取得される。
ここで、ユーザは、新しいテーブルを取得したいときに、白い被写体Aを挿入部20の先端と対向するように設置し、白い被写体Aの出力画像データがディスプレイ50に表示されている状態でUI40の色設定ボタンを押下する。新しいテーブルの取得は、例えば、光走査型内視鏡装置100の出荷前に一度だけ実行されてもよく、観察を行う前に毎回実行されてもよい。色設定ボタンが押下されると、色設定ボタンから制御部6に色設定信号が送信され(ステップS1のYES)、制御部6が色設定動作を実行する(ステップS2)。
色設定動作において、制御部6は、図6に示されるように、ステップS3と同様に画像形成部4に生画像データを取得させ(第1のステップS201)、現在の増倍率をAPD3から取得し(ステップS202)、生画像データに基づいて色設定部5に調整係数Cr,Cg,Cbを算出させる(第2のステップS205)。
次に、制御部6は、ステップ205において算出された調整係数Cr,Cg,Cbを、ステップS202において取得された増倍率と対応付けて記憶部7に記憶させる(第3のステップS206)。次に、制御部6は、記憶部7に新しく記憶された調整係数Cr,Cg,Cbを用いて生画像データの色調整を画像形成部4に実行させ(ステップS207)、出力画像データをディスプレイ50に表示させる(ステップS208)。したがって、ユーザは、新しく算出された調整係数Cr,Cg,Cbが適用された出力画像データをディスプレイ50で確認することができる。
ここで、ステップS205に先立って、制御部6は、ステップS51,S52と同様にして生画像データの明るさが適正か否かを判断し(ステップS203,S204)、生画像データの明るさが適正である場合にのみ(ステップ204のYES)、ステップ205からS207を実行する。ステップS204において生画像データの明るさが適正でない場合、制御部6は、ステップS53からS55と同様にして、生画像データの明るさに基づいてAPD3の増倍率を変更させる(第4のステップS209からS211)。
制御部6は、APD3が設定し得る全ての増倍率と調整係数Cr,Cg,Cbとの組み合わせが記憶部7に記憶されたか否かを確認する(第5のステップS212)。未だ記憶部7に記憶されていない増倍率と調整係数Cr,Cg,Cbとの組み合わせが残っている場合には(ステップS212のNO)、制御部6は、ステップS201からステップ211を繰り返す。一方、全ての増倍率と調整係数Cr,Cg,Cbとの組み合わせが記憶部7に記憶された場合には(ステップS212のYES)、制御部6は、テーブルが取得された旨を示す終了メッセージをディスプレイに表示し(ステップS213)、色設定動作を終了する。
ここで、ユーザは、UI40の色設定ボタンを押下した後、挿入部20の先端を被写体Aの近傍に配置し、続いて、挿入部20を被写体Aから徐々に遠ざける。挿入部20と被写体Aとの間の観察距離が増大するのに伴って、ステップS201において取得される生画像データの明るさが漸次低下し、生画像の明るさが適正範囲を下回ったときに(ステップS204のNO、かつ、ステップS209のNO)、制御部6は、APD3の増倍率を1段階増大させる(ステップS210)。挿入部20が被写体Aから遠ざかる方向に移動している間、ステップS201からS211が繰り返される。これにより、全ての増倍率と調整係数Cr,Cg,Cbとの組み合わせが取得される。
このように、本実施形態によれば、色設定動作において、挿入部20を被写体Aから遠ざけるだけの簡単な操作のみで、APD3の各増倍率に対する最適な調整係数Cr,Cg,Cbを自動的に取得することができるという利点がある。新しいテーブルが取得された後は、APD3の増倍率にかかわらず、同一のホワイトバランスを有する画像データが取得される。つまり、従来は増倍率の変更に伴うホワイトバランスの変化により、同一の被写体の像であっても色の変化が生じていた。これに対し、本実施形態によれば、被写体Aの像の色の変化が無い出力画像データをユーザに提供することができるという利点がある。
なお、ユーザは、UI40の色設定ボタンを押下した後、挿入部20の先端を被写体Aから離間した位置に配置し、続いて、挿入部20を被写体Aに向かって徐々に近付けてもよい。この場合、挿入部20と被写体Aとの間の観察距離が減少するのに伴って、ステップS201において取得される生画像データの明るさが漸次増大し、生画像の明るさが適正範囲を上回ったときに(ステップS204のNO、かつ、ステップS209のYES)、制御部6は、APD3の増倍率を1段階低下させる(ステップS211)。挿入部20が被写体Aに近づく方向に移動している間、ステップS201からステップS211が繰り返される。したがって、このようにしても、全ての増倍率と調整係数Cr,Cg,Cbとの組み合わせを取得することができる。
本実施形態においては、ユーザが観察距離を変化させることによってAPD3の増倍率が変化することとしたが、これに代えて、制御部6がレーザ光Lの強度を変化させてもよい。
この場合、制御部6は、レーザ光Lの強度を段階的に増大または低下させ、レーザ光Lの強度の変化と逆比例するように、APD3の増倍率を段階的に変化させる。例えば、R、G、Bのレーザ光Lの強度を5mW、0.5mW、0.05mWと順番に変化させ、増倍率を1倍、10倍、100倍と順番に変化させる。このようにしても、各増倍率に対する調整係数を取得することができる。
この場合、制御部6は、レーザ光Lの強度を段階的に増大または低下させ、レーザ光Lの強度の変化と逆比例するように、APD3の増倍率を段階的に変化させる。例えば、R、G、Bのレーザ光Lの強度を5mW、0.5mW、0.05mWと順番に変化させ、増倍率を1倍、10倍、100倍と順番に変化させる。このようにしても、各増倍率に対する調整係数を取得することができる。
本実施形態においては、色設定ボタンが押下されたときに、制御部6が全ての増倍率に対応する調整係数を取得することとしたが、これに代えて、色設定ボタンが押下された時点でのAPD3の増倍率に対応する調整係数を取得してもよい。
この場合、ユーザは、観察距離を段階的に変更し、各観察距離において色設定ボタンを押下する。制御部6は、色設定信号を受信したときに、その時点における増倍率をAPD3から取得するとともに調整係数を算出し、算出された調整係数を増倍率と対応付けて記憶部7に記憶させる。
例えば、図7に示されるように、ユーザは、観察距離を50mm、15mm、5mmに変更し、各観察距離において色設定ボタンを押下する。これにより、例えば、増倍率が100倍、9倍、1倍のときの調整係数が得られる。
この場合、ユーザは、観察距離を段階的に変更し、各観察距離において色設定ボタンを押下する。制御部6は、色設定信号を受信したときに、その時点における増倍率をAPD3から取得するとともに調整係数を算出し、算出された調整係数を増倍率と対応付けて記憶部7に記憶させる。
例えば、図7に示されるように、ユーザは、観察距離を50mm、15mm、5mmに変更し、各観察距離において色設定ボタンを押下する。これにより、例えば、増倍率が100倍、9倍、1倍のときの調整係数が得られる。
本実施形態においては、観察距離の変化に伴う画像データの全体の明るさの変化を利用して全ての増倍率と調整係数との組み合わせを取得することとしたが、これに代えて、画像データ内の明るさの差異を利用してもよい。
図8に示されるように、被写体Aの表面に対して挿入部20を傾けて配置したときに、明るさが一方向に連続的に変化する生画像データGが取得される。制御部6は、生画像データG内に、所定の適正範囲内の画素値を有する設定領域Pを設定し、設定された設定領域P内の画素のR、G、Bの信号値から調整係数を色設定部5に算出させる。
図8に示されるように、被写体Aの表面に対して挿入部20を傾けて配置したときに、明るさが一方向に連続的に変化する生画像データGが取得される。制御部6は、生画像データG内に、所定の適正範囲内の画素値を有する設定領域Pを設定し、設定された設定領域P内の画素のR、G、Bの信号値から調整係数を色設定部5に算出させる。
設定領域Pの設定は、例えば、所定の寸法(例えば、50画素×50画素)の窓を生画像データG内で移動させ、窓内の全ての画素の画素値が最大画素値の50%〜70%となる窓の位置を探すことによって行われる。図8には、一例として正方形の設定領域Pが示されているが、設定領域Pの形状は正方形以外の形状であってもよい。
制御部6は、生画像データが取得される毎にAPD3の増倍率を1段階ずつ増大または減少させながら、設定領域Pの設定と調整係数の算出とを繰り返す。増倍率の変更によって生画像データの明るさが変化したときに、設定領域Pの位置も変化する。これにより、いずれの増倍率においても、最適な画素値を用いて調整係数を算出することができる。
本変形例によれば、ユーザによる挿入部20の移動操作が不要となり、ユーザが被写体Aに対して同一位置に挿入部20を短時間保持し続けるだけで、テーブルを作成することができる。
本変形例によれば、ユーザによる挿入部20の移動操作が不要となり、ユーザが被写体Aに対して同一位置に挿入部20を短時間保持し続けるだけで、テーブルを作成することができる。
この場合に、図9に示されるように、被写体Aに対して略垂直に挿入部20を配置してもよい。このようにしても、画像データG内には、中心から半径方向外方に向かって漸次明るさが低下する明るさの分布が生じる。したがって、被写体Aの表面に対して挿入部20を傾けて配置したときと同一の処理によって、テーブルを作成することができる。
本実施形態においては、制御部6が、生画像データの明るさに基づいて増倍率を変更するのではなく、図10に示されるように、生画像データの明るさにかかわらず生画像データが取得される毎に増倍率を1段階ずつ増大または減少させ(第4のステップS214,215)、各増倍率の下で取得された生画像データから調整係数Cr,Cg,Cbを算出することとしてもよい。
この場合、増倍率が高いときには、生画像データの一部領域において画素値が飽和し、増倍率が低いときには、生画像データ内の一部領域において画素値が略ゼロになることがある。このような画素値は、調整係数Cr,Cg,Cbの算出には適さない。したがって、制御部6は、生画像データ内に、調整係数Cr,Cg,Cbの算出に適した所定の適正範囲内の画素値を有する設定領域を設定し(ステップS216)、ステップS215においては、設定領域内のR、G、B信号値から調整係数Cr,Cg,Cbを色設定部5に算出させるようにしてもよい。
本実施形態においては、光源1が、R、G、Bの光を出力することとしたが、光の色はR、GおよびBの3つの色に限定されるものではなく、光源1は、複数の色の光を出力すればよい。例えば、光源1は、R、GおよびBの光に代えて、またはこれらに加えて、赤外光(IR)や紫外光(UV)のような可視光以外の光を出力してもよい。IR光としては、例えば805nmまたは940nmの波長の光が用いられる。UV光としては、例えば280nmの光が用いられる。
このように、3原色以外の色の光を用いることで、白色光画像以外の画像、例えば、IR画像やUV画像のような特殊光画像を取得することができ、被写体Aをより詳細に観察することができるという利点がある。
このように、3原色以外の色の光を用いることで、白色光画像以外の画像、例えば、IR画像やUV画像のような特殊光画像を取得することができ、被写体Aをより詳細に観察することができるという利点がある。
特殊光画像データは、上述した白色光画像データと重畳されてディスプレイ50に表示されてもよく、白色光画像データとは別に表示されてもよい。
IR画像データを取得する場合、画像形成部4は、IRの反射光に基づくIR信号から生のIR画像データを形成する。色設定部5は、生のIR画像データの信号値Virおよび他の信号値Vr,Vg,Vbの比に基づいて、IR画像データ用の調整係数Cirを算出する。画像形成部4は、生のIR画像データの信号値Virに調整係数Cirを乗算することによって、出力用のIR画像データを生成する。
同様に、UV画像データに関しても、調整係数Cuvが算出され、生のUV画像データの信号値Vuvに調整係数Cuvが乗算される。
このようにすることで、APD3の増倍率の変更の前後で、出力用の白色光画像データの信号値と特殊光画像データの信号値との間の比が一定に維持される。したがって、白色光画像データに特殊光画像を重畳した際に、APD3の増倍率の変更に伴う色の変化が無い重畳画像をユーザに提供することができる。
IR画像データを取得する場合、画像形成部4は、IRの反射光に基づくIR信号から生のIR画像データを形成する。色設定部5は、生のIR画像データの信号値Virおよび他の信号値Vr,Vg,Vbの比に基づいて、IR画像データ用の調整係数Cirを算出する。画像形成部4は、生のIR画像データの信号値Virに調整係数Cirを乗算することによって、出力用のIR画像データを生成する。
同様に、UV画像データに関しても、調整係数Cuvが算出され、生のUV画像データの信号値Vuvに調整係数Cuvが乗算される。
このようにすることで、APD3の増倍率の変更の前後で、出力用の白色光画像データの信号値と特殊光画像データの信号値との間の比が一定に維持される。したがって、白色光画像データに特殊光画像を重畳した際に、APD3の増倍率の変更に伴う色の変化が無い重畳画像をユーザに提供することができる。
1 光源部
2 光走査部
3 光検出部、アバランシェフォトダイオード
4 画像形成部(色調整部)
5 色設定部
6 制御部
7 記憶部
8R,8G,8B レーザ光源
9 結合器
10,13 光ファイバ
11 アクチュエータ
12 アクチュエータドライバ
15 増幅器
16 アナログデジタル変換器
20 挿入部
30 制御装置本体
40 ユーザインタフェース(入力部)
50 ディスプレイ
100 光走査型観察装置
A 被写体
2 光走査部
3 光検出部、アバランシェフォトダイオード
4 画像形成部(色調整部)
5 色設定部
6 制御部
7 記憶部
8R,8G,8B レーザ光源
9 結合器
10,13 光ファイバ
11 アクチュエータ
12 アクチュエータドライバ
15 増幅器
16 アナログデジタル変換器
20 挿入部
30 制御装置本体
40 ユーザインタフェース(入力部)
50 ディスプレイ
100 光走査型観察装置
A 被写体
Claims (6)
- 光を走査しながら被写体に照射する光走査部と、
前記光の照射によって被写体において生じた信号光を受光し、受光された前記信号光を光電変換して電子を生成し、生成された電子を電気信号として出力する光検出部であって、前記光電変換によって生成された電子を増倍可能であるとともに前記電子の増倍率を変更可能である光検出部と、
該光検出部から出力された前記電気信号の大きさおよび前記光走査部による前記光の照射位置に基づいて前記被写体の画像データを形成する画像形成部と、
該画像形成部によって形成された前記画像データの複数の色の信号の比に基づいて当該画像データの色を調整するための調整係数を算出する色設定部と、
該色設定部によって算出された前記調整係数を前記光検出部の増倍率と対応付けて記憶する記憶部と、
ユーザによる操作に基づいて前記調整係数の取得指示が入力される入力部と、
該入力部への前記調整係数の取得指示に応答して、複数組の前記調整係数および前記増倍率が前記記憶部に記憶されるように、前記光検出部および前記色設定部を制御する制御部とを備える光走査型内視鏡装置。 - 前記制御部が、前記調整係数の取得指示に応答して、
前記画像形成部に前記画像データを取得させる第1のステップと、
該第1のステップにおいて取得された前記画像データに基づいて前記色設定部に前記調整係数を算出させる第2のステップと、
該第2のステップにおいて算出された前記調整係数を前記第1のステップにおける前記光検出部の増倍率と対応付けて前記記憶部に記憶させる第3のステップと、
前記光検出部に前記増倍率を変更させる第4のステップと、
前記第1のステップから前記第4のステップまでを繰り返す第5のステップとを含む前記調整係数の取得動作を実行する請求項1に記載の光走査型内視鏡装置。 - 前記制御部は、前記第4のステップにおいて、前記第1のステップにおいて取得された前記画像データの前記電気信号の大きさに基づいて前記光検出部の増倍率の設定値を決定し、前記増倍率を決定された設定値と一致させるように前記光検出部に前記増倍率を変更させる請求項2に記載の光走査型内視鏡装置。
- 前記制御部は、前記第2のステップにおいて、前記電気信号が所定の範囲内の大きさを有する設定領域を前記画像データ内に設定し、設定された前記設定領域内の複数の色の信号の比に基づいて前記色設定部に前記調整係数を算出させる請求項2または請求項3に記載の光走査型内視鏡装置。
- 前記光検出部の増倍率と対応する調整係数を前記記憶部から選択し、選択された調整係数を用いて前記画像データの色を調整する色調整部を備える請求項1から請求項4のいずれかに記載の光走査型内視鏡装置。
- 被写体からの信号光を光電変換して電子を生成し、生成された電子を電気信号として出力する光検出部であって、前記光電変換によって生成された電子を増倍可能であるとともに前記電子の増倍率を変更可能である光検出部を備える光走査型内視鏡装置の制御方法であって、
前記光検出部から出力された前記電気信号の大きさに基づいて前記被写体の画像データを形成し、
形成された前記画像データの複数の色の信号の比に基づいて当該画像データの色を調整するための調整係数を算出し、
算出された前記調整係数を前記光検出部の増倍率と対応付けて記憶し、
ユーザによる操作に基づく前記調整係数の取得指示に応答して、複数組の前記調整係数および前記増倍率が前記記憶部に記憶されるように、前記光検出部の増倍率の変更および前記調整係数の算出を行う光走査型内視鏡装置の制御方法。
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