JPWO2019208235A1 - 医療画像処理システム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、観察対象の照明に用いる短波長の狭帯域光の発光量の制御を行う医療画像処理システムに関する。
医療分野では、光源装置、内視鏡、プロセッサ装置を備える内視鏡システムが広く用いられている。内視鏡システムでは、内視鏡から観察対象に照明光を照射し、その照明光で照明中の観察対象を内視鏡の撮像センサで撮像して得られるRGB画像信号に基づいて、観察対象の画像をモニタ上に表示する。
また、内視鏡を用いる診断においては、撮像センサを有する内視鏡の先端部と観察対象との距離が変化することによって観察対象の明るさが変わることから、観察対象の明るさ情報の変化に合わせて、照明光の発光量を制御することが行われている。また、粘膜組織の深い位置ある血管を観察するために、照明光として、複数の赤色帯域(540nm、600nm、630nm)の光を用いる場合には、それら複数の赤色帯域の光に対応させた観察対象の明るさ情報(調光基準信号)を算出して、照明光の発光量の制御を行うようにしている(特許文献1参照)。
近年の内視鏡診断においては、表層血管や赤血球など特定の構造を観察するために、中心波長が410nm、450nm前後の短波長の狭帯域光が観察対象の照明に用いられつつある。このような短波長の狭帯域光が照明された観察対象を用いる場合においても、観察対象の明るさ情報を正確に算出し、短波長の狭帯域光の発光量の制御を安定的に行うことが求められていた。
本発明は、観察対象の照明に短波長の狭帯域光を用いた場合において、短波長の狭帯域光の発光量の制御を安定的に行うことができる医療画像処理システムを提供することを目的とする。
本発明の医療画像処理システムは、短波長の特定狭帯域光を発する光源部と、特定狭帯域光で照明された観察対象を撮像する撮像センサであって、第1画素を含む第1画素群と、第2画素を少なくとも含む第2画素群とを備える撮像センサと、特定狭帯域光の発光量を制御する光源制御部とを備え、第1画素は、第2画素よりも特定狭帯域光への感度が高く、第2画素は、特定狭帯域光よりも長波の第1長波光と特定狭帯域光に対して感度を有し、光源制御部は、第1画素にて得られる第1画素の画素値及び第2画素にて得られる第2画素の画素値に基づいて、特定狭帯域光の発光量の制御を行う。
第2画素群には、特定狭帯域光及び第1長波光を含む広帯域の照明光に感度を有する第3画素が含まれ、光源制御部は、第1画素の画素値及び第2画素の画素値に加えて、第3画素の画素値に基づいて、特定狭帯域光の発光量の制御を行うことが好ましい。第2画素群には、第1長波光よりも長波の第2長波光と特定狭帯域光に対して感度を有する第4画素が含まれ、光源制御部は、第1画素の画素値及び第2画素の画素値に加えて、第4画素の画素値に基づいて、特定狭帯域光の発光量の制御を行うことが好ましい。
第1画素用の明るさ調整係数を掛け合わせた第1画素の画素値と第2画素用の明るさ調整係数を掛け合わせた第2画素の画素値とに基づいて、観察対象の明るさを示す明るさ情報を算出する明るさ情報算出部を有し、光源制御部は、明るさ情報に基づいて、特定狭帯域光の発光量の制御を行い、第1画素用の明るさ調整係数と第2画素用の明るさ調整係数の比率は、第1画素の感度のうち特定狭帯域光を含む短波長の光に対する短波長側感度と第2画素の短波長側感度に基づいて定められることが好ましい。
第2画素の短波長側感度は、第2画素の最高感度の10%以上、又は、第1画素の短波長側感度の10%以上であることが好ましい。第2画素の短波長側感度は、第2画素の最高感度の35%以下、又は、第1画素の短波長側感度の35%以下であることが好ましい。
第1画素用の明るさ調整係数を掛け合わせた第1画素の画素値、第2画素用の明るさ調整係数を掛け合わせた第2画素の画素値、及び第3画素用の明るさ調整係数を掛け合わせた第3画素の画素値に基づいて、観察対象の明るさを示す明るさ情報を算出する明るさ情報算出部を有し、光源制御部は、明るさ情報に基づいて、特定狭帯域光の発光量の制御を行い、第1画素用の明るさ調整係数、第2画素用の明るさ調整係数、及び第3画素用の明るさ調整係数の比率は、第1画素の感度のうち特定狭帯域光を含む短波長の光に対する短波長側感度、第2画素の短波長側感度、及び第3画素の短波長側感度に基づいて定められることが好ましい。
第1画素用の明るさ調整係数を掛け合わせた第1画素の画素値、第2画素用の明るさ調整係数を掛け合わせた第2画素の画素値、及び第4画素用の明るさ調整係数を掛け合わせた第4画素の画素値に基づいて、観察対象の明るさを示す明るさ情報を算出する明るさ情報算出部を有し、光源制御部は、明るさ情報に基づいて、特定狭帯域光の発光量の制御を行い、第1画素用の明るさ調整係数、第2画素用の明るさ調整係数、及び第4画素用の明るさ調整係数の比率は、第1画素の感度のうち特定狭帯域光を含む短波長の光に対する短波長側感度、第2画素の短波長側感度、及び第4画素の短波長側感度に基づいて定められることが好ましい。
第2画素群の画素数は第1画素群の画素数よりも多いことが好ましい。特定狭帯域光の中心波長は400nm以上450nm以下に含まれ、特定狭帯域光の半値幅は40nm以下であることが好ましい。
本発明によれば、観察対象の照明に短波長の狭帯域光を用いた場合において、短波長の狭帯域光の発光量の制御を安定的に行うことができる。
[第1実施形態]
図1に示すように、第1実施形態の内視鏡システム10は、内視鏡12と、光源装置14と、プロセッサ装置16と、モニタ18と、ユーザーインターフェース19とを有する。内視鏡12は光源装置14と光学的に接続され、且つ、プロセッサ装置16と電気的に接続される。内視鏡12は、被検体内に挿入される挿入部12aと、挿入部12aの基端部分に設けられた操作部12bと、挿入部12aの先端側に設けられる湾曲部12c及び先端部12dを有している。操作部12bのアングルノブ12eを操作することにより、湾曲部12cは湾曲動作する。この湾曲動作に伴って、先端部12dが所望の方向に向けられる。なお、ユーザーインターフェース19は図示したキーボードの他、マウスなどが含まれる。
また、操作部12bには、アングルノブ12eの他、モード切替SW13a、静止画取得指示部13bが設けられている。モード切替SW13aは、通常観察モードと、特殊観察モードと、短波長観察モードとの切替操作に用いられる。通常観察モードは、白色光などの通常光(図9、図10参照)により観察対象の照明を行って、通常画像をモニタ18上に表示するモードである。特殊観察モードは、青色狭帯域光などの特殊光により観察対象の照明を行って、特定深さの血管などの構造を強調した特殊観察画像をモニタ18上に表示するモードである。短波長観察モードは、観察対象の照明に短波長の特定狭帯域光(後述の紫色光Vに対応する)を用いることによって、短波長の特定狭帯域光で観察可能な構造物を表す短波長観察画像をモニタ18上に表示するモードである。なお、モードを切り替えるためのモード切替部としては、モード切替SW13aの他に、フットスイッチを用いてもよい。
プロセッサ装置16は、モニタ18及びユーザーインターフェース19と電気的に接続される。モニタ18は、画像情報等を出力表示する。ユーザーインターフェース19は、機能設定等の入力操作を受け付けるUI(User Interface:ユーザーインターフェース)として機能する。なお、プロセッサ装置16には、画像情報等を記録する外付けの記録部(図示省略)を接続してもよい。
図2に示すように、光源装置14は、光源部20と、光源制御部21と、光路結合部23とを有している。光源部20は、V-LED(Violet Light Emitting Diode)20a、B-LED(Blue Light Emitting Diode)20b、G-LED(Green Light Emitting Diode)20c、R-LED(Red Light Emitting Diode)20dを有している。光源制御部21は、LED20a〜20dの駆動を制御する。光路結合部23は、4色のLED20a〜20dから発せられる4色の光の光路を結合する。光路結合部23で結合された光は、挿入部12a内に挿通されたライトガイド41及び照明レンズ45を介して、被検体内に照射される。なお、LEDの代わりに、LD(Laser Diode)を用いてもよい。
図3に示すように、V-LED20aは、中心波長が400nm以上450nm(例えば、405nm)に含まれ、且つ、半値幅が40nm以下である紫色光Vを発生する。B-LED20bは、中心波長が450nm以上500nm以下(例えば、460nm)に含まれ、且つ、半値幅が40nm以下である青色光Bを発生する。G-LED20cは、波長範囲が480〜600nmに及ぶ緑色光Gを発生する。R-LED20dは、中心波長620〜630nmで、波長範囲が600〜650nmに及ぶ赤色光Rを発生する。
光源制御部21は、通常観察モード及び特殊観察モードにおいて、V-LED20a、B-LED20b、G-LED20c、及びR-LED20dを点灯する制御を行う。また、光源制御部21は、通常観察モード時には、紫色光V、青色光B、緑色光G、及び赤色光R間の光強度比がVc:Bc:Gc:Rcとなる通常光を発光するように、各LED20a〜20dを制御する。また、光源制御部21は、特殊観察モード時には、紫色光V、青色光B、緑色光G、及び赤色光R間の光強度比がVs:Bs:Gs:Rsとなる特殊光を発光するように、各LED20a〜20dを制御する。特殊光は、特定深さの血管などの構造を強調できることが好ましい。また、光源制御部21は、図4に示すように、短波長観察モード時には、短波長の特定狭帯域光である紫色光Vを発光するように、各LED20a〜20dを制御する。
なお、本明細書において、光強度比は、少なくとも1つの半導体光源の比率が0(ゼロ)の場合を含む。したがって、各半導体光源のいずれか1つまたは2つ以上が点灯しない場合を含む。例えば、紫色光V、青色光B、緑色光G、及び赤色光R間の光強度比が1:0:0:0の場合のように、半導体光源の1つのみを点灯し、他の3つは点灯しない場合も、光強度比を有するものとする。
また、光源制御部21は、プロセッサ装置16の明るさ情報算出部54から送られる明るさ情報に基づいて、各LED20a〜20dから発せられる照明光の発光量を制御する。通常観察モードの場合であれば、光源制御部21は、通常観察モード用の明るさ情報に基づいて、下記式A)を満たすように、通常光の発光量を制御する。例えば、「通常観察モード用の明るさ情報/256」が規定数よりも低い場合には、通常光の発光量を上げる制御を行う。これに対して、「通常観察モード用の明るさ情報/256」が規定数よりも高い場合には、通常光の発光量を下げる制御を行う。
式A)通常観察モード用の明るさ情報/256=規定数
特殊観察モードの場合であれば、光源制御部21は、特殊観察モード用の明るさ情報に基づいて、下記式B)を満たすように、特殊光の発光量を制御する。例えば、「(特殊観察モード用の明るさ情報+特殊観察モード用加算係数)/256」が規定数よりも低い場合には、特殊光の発光量を上げる制御を行う。これに対して、「(特殊観察モード用の明るさ情報+特殊観察モード用加算係数)/256」が規定数よりも高い場合には、特殊光の発光量を下げる制御を行う。
式B)(特殊観察モード用の明るさ情報+特殊観察モード用加算係数)/256=規定数
短波長観察モードの場合であれば、光源制御部21は、短波長観察モード用の明るさ情報に基づいて、下記式C)を満たすように、短波長の特定狭帯域光の発光量を制御する。例えば、「(短波長観察モード用の明るさ情報+短波長観察モード用加算係数)/256」が規定数よりも低い場合には、短波長の特定狭帯域光の発光量を上げる制御を行う。これに対して、「(短波長観察モード用の明るさ情報+短波長観察モード用加算係数)/256」が規定数よりも高い場合には、短波長の特定狭帯域光の発光量を下げる制御を行う。式C)(短波長観察モード用の明るさ情報+短波長観察モード用加算係数)/256=規定数
なお、短波長観察モード用の明るさ情報は、B画像信号の他に、特定狭帯域光に対応する信号値を有するG画像信号を含めて、算出されたものであるため、特定狭帯域光の発光量の制御を安定して行うことができる。例えば、観察対象において青色関連の色素が散布されている場合には、短波長観察モード用の明るさ情報がB画像信号にのみ基づいて算出されているものであれば、短波長の特定狭帯域光の発光量の制御を安定的に行うことは難しい。本実施形態のように、短波長観察モード用の明るさ情報が、B画像信号の他に、G画像信号に基づいて算出されていることにより、青色関連の色素の影響を受けにくくなっているため、短波長の特定狭帯域光の発光量の制御を安定的に行うことができる。
なお、短波長観察モード用の明るさ情報がB画像信号、G画像信号、W画像信号に基づいて算出されている場合においても、W画像信号は、青色関連の色素の影響を受けにくくなっているため、特定狭帯域光の発光量の制御は、B画像信号、G画像信号、W画像信号に基づく明るさ情報に従って、安定的に行うことができる。同様にして、短波長観察モード用の明るさ情報がB画像信号、G画像信号、R画像信号に基づいて算出されている場合においても、R画像信号は、青色関連の色素の影響を受けにくくなっているため、特定狭帯域光の発光量の制御は、B画像信号、G画像信号、R画像信号に基づく明るさ情報に従って、安定的に行うことができる。
図2に示すように、ライトガイド41は、内視鏡12及びユニバーサルコード(内視鏡12と光源装置14及びプロセッサ装置16とを接続するコード)内に内蔵されており、光路結合部23で結合された光を内視鏡12の先端部12dまで伝搬する。なお、ライトガイド41としては、マルチモードファイバを使用することができる。一例として、コア径105μm、クラッド径125μm、外皮となる保護層を含めた径がφ0.3〜0.5mmの細径なファイバケーブルを使用することができる。
内視鏡12の先端部12dには、照明光学系30aと撮像光学系30bが設けられている。照明光学系30aは照明レンズ45を有しており、この照明レンズ45を介して、ライトガイド41からの光が観察対象に照射される。撮像光学系30bは、対物レンズ46及び撮像センサ48を有している。観察対象からの反射光は、対物レンズ46を介して、撮像センサ48に入射する。これにより、撮像センサ48に観察対象の反射像が結像される。
撮像センサ48はカラーの撮像センサであり、被検体の反射像を撮像して画像信号を出力する。この撮像センサ48は、CCD(Charge Coupled Device)撮像センサやCMOS
(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)撮像センサ等であることが好ましい。本発明で用いられる撮像センサ48は、R(赤)、G(緑)B(青)、及びW(白)の4色のRGBW画像信号を得るためのカラーの撮像センサである。即ち、撮像センサ48は、図
5に示すように、Rフィルタが設けられたR画素(第4画素)、Gフィルタが設けられたG画素(第2画素)、Bフィルタが設けられたB画素(第1画素)、及びWフィルタが設けられたW画素(第3画素)を備えている。なお、撮像センサ48は2つの第1画素群と第2画素群に分けられ、第2画素群の画素数は第1画素群の画素数よりも多くなっている。第1画素群にはB画素が含まれ、第2画素群にはG画素、R画素、W画素が含まれる。
撮像センサ48において、W画素は市松模様となるように配列されている。また、短波長観察モード時において撮像センサ48で得られる信号に対しては、解像度を向上させるために、後述のデモザイク化処理に示すように、G画素にも特定狭帯域光への感度を一定異常持たせて、W画素とG画素の相関を用いることによって、G画素位置においても特定狭帯域光の信号が得られるようにしている。同様にして、R画素にも特定狭帯域光への感度を一定異常持たせて、W画素とR画素の相関を用いることによって、R画素位置においても特定狭帯域光の信号が得られるようにしている。
以上のように、短波長の特定狭帯域光の照明時に、G画素位置で特定狭帯域光の信号を得るためには、図6に示すように、G画素については、500nm〜600nmの緑色帯域の光(第1長波光)に対する感度だけでなく、短波長の特定狭帯域光を含む短波長(波長帯域は450nm以下、例えば400nm〜450nm)の光に対する短波長側感度も有するように、Gフィルタの透過率を設定する。これにより、図7に示すように、特定狭帯域光とGフィルタの透過率と部位別反射率(図7の場合であれば「食道」の反射率を用いる。胃、大腸の反射率は点線で表示。)を掛け合わせた場合には、G画素の受光強度として、特定狭帯域光の波長域に対応する受光強度が得られる。なお、B画素の受光強度は、特定狭帯域光とBフィルタの透過率(400nm〜500nmの青色帯域)と部位別反射率を掛け合わせて得られ、G画素の受光強度の強度値の一定倍となっている。
なお、G画素で得られる信号値が小さいとノイズの影響が大きくなり、デモザイク化処理後の画像の画質が悪化するため、例えば、G画素の短波長側感度については、400〜450nmにおいてG画素の最高感度の10%以上とすることが好ましい。即ち、Gフィルタにおいて、400〜450nmの透過率を、G画素の最高感度に対応する波長範囲(例えば、540〜560nm)の透過率の10%以上とすることが好ましい。もしくは、G画素の短波長側感度については、B画素の短波長側感度の10%以上とすることが好ましい。即ち、Gフィルタにおいて、400〜450nmの透過率を、Bフィルタの400〜450nmの透過率の10%以上とすることが好ましい。なお、G画素の最高感度とは、Gカラーフィルタの透過率が一定以上(例えば、70%)である波長域の光に対する感度のことをいう。R画素の最高感度についても同様である。
一方、G画素の短波長側感度が高くなりすぎると、通常画像における色再現性が低下するため、G画素の短波長側感度については、400〜450nmにおいてG画素の最高感度の35%以下とすることが好ましい。即ち、Gフィルタにおいて、400〜450nmの透過率を、G画素の最高感度に対応する波長範囲(例えば、540〜560nm)の透過率の35%以下とすることが好ましい。もしくは、G画素の短波長側感度については、B画素の短波長側感度の35%以下とすることが好ましい。即ち、Gフィルタにおいて、400〜450nmの透過率を、Bフィルタの400〜450nmの透過率の35%以下とすることが好ましい。
また、短波長の特定狭帯域光の照明時に、R画素位置で特定狭帯域光の信号を得るためには、図6に示すように、R画素については、600nm〜700nmの赤色帯域の光(第2長波光)に対する感度だけでなく、短波長の特定狭帯域光を含む短波長の光(400nm〜450nm)に対する短波長側感度も有するように、Rフィルタの透過率を設定する。これにより、図8に示すように、特定狭帯域光とRフィルタの透過率と部位別反射率
(図8の場合であれば「食道」の反射率を用いる。胃、大腸の反射率は点線で表示。)を掛け合わせた場合には、R画素の受光強度として、特定狭帯域光の波長域に対応する受光強度が得られる。なお、B画素の受光強度は、R画素の受光強度の一定倍となっている。
ただし、R画素で得られる信号値が小さいとノイズの影響が大きくなり、デモザイク化処理後の画像の画質が悪化するため、例えば、R画素の短波長側感度については、400〜450nmにおいてR画素の最高感度の10%以上とすることが好ましい。即ち、Rフィルタにおいて、400〜450nmの透過率を、R画素の最高感度に対応する波長範囲(例えば、640〜660nm)の透過率の10%以上とすることが好ましい。もしくは、R画素の短波長側感度については、B画素の短波長側感度の10%以上とすることが好ましい。即ち、Rフィルタにおいて、400〜450nmの透過率を、Bフィルタの400〜450nmの透過率の10%以上とすることが好ましい。
一方、R画素の短波長側感度が高くなりすぎると、通常画像における色再現性が低下するため、R画素の短波長側感度については、400〜450nmにおいてR画素の最高感度の35%以下とすることが好ましい。即ち、Rフィルタにおいて、400〜450nmの透過率を、R画素の最高感度に対応する波長範囲(例えば、640〜660nm)の透過率の35%以下とすることが好ましい。もしくは、R画素の短波長側感度については、B画素の短波長側感度の35%以下とすることが好ましい。即ち、Rフィルタにおいて、400〜450nmの透過率を、Bフィルタの400〜450nmの透過率の35%以下とすることが好ましい。
撮像センサ48において、W画素については、短波長の特定狭帯域光、緑色帯域の光、赤色帯域の光を含むように、青色帯域から赤色帯域に至るまでの広帯域光の照明光に分光感度を有していることから、B画素、G画素、R画素など他の画素と比較して、画素値の飽和が速い。したがって、W画素の感度は、B画素、G画素、R画素など他の画素の感度よりも低く設定されている。具体的には、W画素の感度は、B画素の最高感度(例えば、440〜460nmの感度)又はG画素の最高感度(例えば、540〜560nmの感度)に対して、30%〜50%とすることが好ましい。
例えば、W画素とG画素との感度に関する関係においては、図9に示すように、通常光の光源スペクトルとWフィルタの透過率とを掛け合わせて得られるW画素の受光強度が、通常光の光源スペクトルとGフィルタの透過率とを掛け合わせて得られるG画素の受光強度の50%程度(例えば、45%〜55%)となるように、Wフィルタの透過率を設定する。もしくは、W画素とB画素との感度に関する関係においては、図10に示すように、通常光の光源スペクトルとWフィルタの透過率とを掛け合わせて得られるW画素の受光強度が、通常光の光源スペクトルとBフィルタの透過率と食道の反射率とを掛け合わせて得られるB画素の受光強度の50%程度(例えば、45%〜55%)となるように、Wフィルタの透過率を設定する。
なお、撮像センサ48としては、RGBWのカラーの撮像センサの代わりに、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)及びG(緑)の補色フィルタを備えた、いわゆる補色撮像センサであっても良い。補色撮像センサを用いる場合には、CMYGの4色の画像信号が出力されるため、補色−原色色変換によって、CMYGの4色の画像信号をRGBの3色の画像信号に変換する必要がある。また、撮像センサ48はカラーフィルタを設けていないモノクロ撮像センサであっても良い。
図2に示すように、撮像センサ48から出力される画像信号は、CDS・AGC回路50に送信される。CDS・AGC回路50は、アナログ信号である画像信号に相関二重サンプリング(CDS(Correlated Double Sampling))や自動利得制御(AGC(Auto Gain Control))を行う。CDS・AGC回路50を経た画像信号は、A/D変換器(A/D(Analog /Digital)コンバータ)52により、デジタル画像信号に変換される。A/D変換されたデジタル画像信号は、プロセッサ装置16に入力される。
プロセッサ装置16は、画像取得部53と、明るさ情報算出部54と、DSP(Digital Signal Processor)56と、ノイズ除去部58と、画像処理部60と、パラメータ切替部62と、表示制御部64とを備えている。
画像取得部53は、内視鏡12において観察対象を撮像することにより得られた観察画像を取得する。具体的には、観察画像として、内視鏡12からのデジタルのカラー画像信号が画像取得部53に入力される。カラー画像信号は、撮像センサ48のR画素から出力されるR画像信号(R画素の画素値)と、撮像センサ48のG画素から出力されるG画像信号(G画素の画素値)と、撮像センサ48のB画素から出力されるB画像信号(B画素の画素値)と、撮像センサ48のW画素から出力されるW画像信号(W画素の画素値)から構成されるRGBW画像信号である。
明るさ情報算出部54は、画像取得部53から入力されるRGBW画像信号に基づいて、観察モード毎に、観察対象の明るさを示す明るさ情報を算出する。算出した明るさ情報は光源制御部21に送られ、照明光の発光量の制御に用いられる。明るさ情報は、例えば、ビット数などで表される。
通常観察モードの場合であれば、下記式K)によって、通常観察モード用の明るさ情報が算出される。
式K)通常観察モード用の明るさ情報=明るさ調整係数kcr×R画像信号+明るさ調整係数kcg×G画像信号+明るさ調整係数kcb×B画像信号+明るさ調整係数kcw×W画像信号
特殊観察モードの場合であれば、下記式L)によって、特殊観察モード用の明るさ情報が算出される。
式L)特殊観察モード用の明るさ情報=明るさ調整係数ksr×R画像信号+明るさ調整係数ksg×G画像信号+明るさ調整係数ksb×B画像信号+明るさ調整係数ksw×W画像信号
短波長観察モードの場合であれば、下記式M)によって、短波長観察モード用の明るさ情報が算出される。
式M)短波長観察モード用の明るさ情報=明るさ調整係数ktr×R画像信号+明るさ調整係数ktg×G画像信号+明るさ調整係数ktb×B画像信号+明るさ調整係数ktw×W画像信号
短波長観察モードにおいては、短波長の特定狭帯域光のみの照明であるため、短波長観察モード用の明るさ情報の算出において、短波長の特定狭帯域光に対応する画素値を有するB画像信号とW画像信号のみを用いればよいが、本実施形態においては、G画素及びR画素において短波長側感度を有しているため、短波長観察モード用の明るさ情報の算出に、G画像信号及びR画像信号も合わせて用いる。
短波長の特定狭帯域光のみの照明に対応する短波長観察モード用の明るさ情報を正確に算出するために、明るさ調整係数ktr(第4画素用の明るさ調整係数)、明るさ調整係数ktg(第2画素用の明るさ調整係数)、明るさ調整係数ktb(第1画素用の明るさ調整係数)、明るさ調整係数ktw(第3画素用の明るさ調整係数)の比率については、R画素、G画素、B画素、W画素の短波長側感度と粘膜の反射率に基づいて、定めることが好ましい。
ここで、式M)を用いる場合、W画素の分光感度をB画素の420〜420nmの分光感度の45%程度、G画素及びR画素の400〜420nmの分光感度の15〜20%とする場合には、粘膜の反射率も考慮し、明るさ調整係数ktr、明るさ調整係数ktg、明るさ調整係数ktb、及び明るさ調整係数ktwの比率を、「2:2:5:4」とすることが好ましい。
なお、短波長観察モード用の明るさ情報については、少なくともB画像信号とG画像信号の2つの画像信号に基づいて算出することが好ましい。B画像信号とG画像信号に基づいて、短波長観察モード用の明るさ情報を算出する場合には、式M1)により算出を行う。式M1)短波長観察モード用の明るさ情報=明るさ調整係数ktg×G画像信号+明るさ調整係数ktb×B画像信号ここで、式M1)を用いる場合には、G画素の400〜420nmの分光感度を、B画素の400〜420nmの分光感度の15〜20%とする場合には、粘膜の反射率も考慮し、明るさ調整係数ktgと明るさ調整係数ktbとの比率を「2:5」にすることが好ましい。
また、B画像信号、G画像信号、W画像信号に基づいて、短波長観察モード用の明るさ情報を算出する場合には、式M2)により算出を行う。
式M2)短波長観察モード用の明るさ情報=明るさ調整係数ktg×G画像信号+明るさ調整係数ktb×B画像信号+明るさ調整係数kgw×W画像信号
ここで、式M2)を用いる場合、W画素の分光感度を、B画素の400〜420nmの分光感度を45%程度とする場合には、粘膜の反射率も考慮し、明るさ調整係数ktg、明るさ調整係数ktb、及び明るさ調整係数ktwの比率を、「2:5:4」にすることが好ましい。
また、B画像信号、G画像信号、R画像信号に基づいて、短波長観察モード用の明るさ情報を算出する場合には、式M3)により算出を行う。
式M3)短波長観察モード用の明るさ情報=明るさ調整係数ktr×R画像信号+明るさ調整係数ktg×G画像信号+明るさ調整係数ktb×B画像信号ここで、式M3)を用いる場合には、G画素及びR画素の400〜420nmの分光感度
を、B画素の400〜420nmの分光感度の15〜20%とする場合には、粘膜の反射率も考慮し、明るさ調整係数ktr、明るさ調整係数ktg、及び明るさ調整係数ktbの比率を、「2:2:5」にすることが好ましい。
DSP56は、受信した画像信号に対して、欠陥補正処理、オフセット処理、ゲイン補正処理、リニアマトリクス処理、又はガンマ変換処理等の各種信号処理を施す。欠陥補正処理では、撮像センサ48の欠陥画素の信号が補正される。オフセット処理では、欠陥補正処理が施された画像信号から暗電流成分が除かれ、正確な零レベルが設定される。ゲイン補正処理では、オフセット処理後の画像信号に特定のゲインを乗じることにより信号レベルが整えられる。ゲイン補正処理後の画像信号には、色再現性を高めるためのリニアマトリクス処理が施される。その後、ガンマ変換処理によって明るさや彩度が整えられる。
リニアマトリクス処理後の画像信号には、デモザイク化処理部56aにおいて、デモザイク化処理(等方化処理、同時化処理とも言う)が施される。通常観察モードと特殊観察モードにおいては、各画素で不足した色の信号が補間によって生成される。このデモザイク処理によって、全画素がRGB各色の信号を有するようになる。なお、RGBW画像信号を得るためのカラーの撮像センサを用いる場合のデモザイク処理については、例えば、特開2011−55038号公報に記載の方法を用いることができる。
短波長観察モードでは、短波長の特定狭帯域光のみが観察対象に照明されるが、通常のRGBの撮像センサ(R画素、G画素、B画素からなる撮像センサ)は、図18に示すように、Gフィルタ及びRフィルタは特定狭帯域においてほとんど透過率を有さず、G画素及びR画素は特定狭帯域光に感度がほとんどない。このため、短波長の特定狭帯域光に基づいて得られる短波長観察画像は、特定狭帯域光に感度を有するB画素及びW画素から信号が得られるのみで、G画素とR画素からはほとんど信号が得られない。このためW画素との相関に基づくデモザイク処理を行っても、解像度の高い短波長観察画像は得られない。しかし、本実施形態に示すように、特定狭帯域光に対する感度をG画素とR画素に持たせることで、G画素とR画素からも特定狭帯域光に対応する一定の信号が得られるようになり、W画素との相関に基づくデモザイク処理により、解像度の高い短波長観察画像が得られる。なお、通常のRGBの撮像センサは、図18に示すように、Gフィルタ及びRフィルタが青色帯域においてほとんど透過率を有しないことから、G画素及びR画素が青色帯域に感度がほとんどない。
なお、以下において、短波長観察モードにて、B画素及びW画素から得られる信号と、W画素との相関に基づくデモザイク処理により、G画素とR画素から得られる信号については、特定狭帯域光に対応する一定の信号を有していることから、それぞれの信号を短波長観察信号という。
W画素の画素値との相関に基づくデモザイク化処理により、短波長観察信号として、G画素位置におけるB画素の画素値を算出する方法については、以下のとおりである。例えば、図11に示すように、撮像センサ48から出力される画像信号80において、特定位置SPにあるG画素位置のB画素の画素値Bdを算出する場合には、画像信号80に含まれる離散的なW画素信号に対して、近傍のW画素値に応じた方向判別補間によって全画素位置におけるW画素値を算出し、算出されたW画素値に対してウィナーフィルタ処理によって画像ぼけを削減する画像ぼけ削減処理を行い、画像ぼけ削減処理後のW画素信号(=Wd)(画像ぼけ削減処理済みの信号)を算出する。次に、図12に示すように、5×5の画素領域(特定の画素領域)の画素値に対して、第1平滑化フィルタ82を掛け合わせることにより、低周波成分mW(第1平滑化フィルタ済みの成分)を得る。第1平滑化フィルタ82は、画像信号80のうちW画素がある位置に対して、フィルタ係数(「1」や「2」など)を設けている。
次に、図13に示すように、5×5の画素領域の画素値に対して、第2平滑化フィルタ84を掛け合わせることにより、低周波成分mBx(第2平滑化フィルタ済みの成分)を得る。第2平滑化フィルタ84は、G画素が特定位置SPに位置する5×5の画素領域毎に施されるフィルタであって、画像信号80のうちB画素がある位置に対して、フィルタ係数(「1」)を設けている。この第2平滑化フィルタ84では、特定位置SPに近い位置のB画素の画素値を均等に取得する設定としたフィルタ係数設定が行われている。そして、以下の式X)により、G画素位置におけるB画素の画素値Bdを算出する。
式X)Bd=(mBx/mW)×Wd
W画素の画素値との相関に基づくデモザイク化処理により、短波長観察信号として、R画素位置におけるB画素の画素値を算出する方法については、以下のとおりである。上記の場合と同様に、ぼけ補正ホワイト(W)信号(=Wd)と、低周波成分mWを取得する。そして、図14に示すように、5×5の画素領域の画素値に対して、第3平滑化フィルタ86を掛け合わせることにより、低周波成分mBy(第3平滑化処理済みの成分)を取得する。第3平滑化フィルタ86は、R画素が特定位置SPに位置する5×5の画素領域毎に施されるフィルタであって、画像信号80のうちB画素がある位置に対して、フィルタ係数(「1」)を設けている。そして、以下の式Y)により、R画素位置におけるB画素の画素値Bdを算出する。
式Y)Bd=(mBy/mW)×Wd
ノイズ除去部58は、DSP56でガンマ補正等が施された画像信号に対してノイズ除去処理(例えば移動平均法やメディアンフィルタ法等)を施すことによって、RGB画像信号からノイズを除去する。ノイズが除去された画像信号は、画像処理部60に送信される。
画像処理部60は、各観察モードに対応する画像処理を行う。画像処理の方法としては、例えば、各観察モードに対応する階調処理や彩度強調などの画像処理パラメータを用意しておき、各観察モードに応じて画像信号に掛け合わせる方法がある。通常観察モードの場合であれば、通常観察モード用パラメータをRGB画像信号に掛け合わせ、特殊観察モードの場合でれば、特殊観察モード用パラメータをRGB画像信号に掛け合わせる。また、短波長観察モードの場合であれば、短波長観察モード用パラメータをB画像信号に掛け合わせる。以上の通常観察モード用パラメータ、特殊観察モード用パラメータ、及び短波長観察用パラメータは、モード切替SW13aのモード切替に伴って、パラメータ切替部62により切り替えられる。
表示制御部64は、画像信号から入力された画像信号を、モニタ18で表示可能な画像として表示するための制御を行う。通常観察モードの場合であれば、R画像信号をモニタ18のRチャンネルに、G画像信号をモニタ18のGチャンネルに、B画像信号をモニタ18のBチャンネルに割り当てることによって、通常画像をモニタ18に表示する。また、特殊光観察モードの場合であれば、G画像信号をモニタ18のRチャンネルに、B画像信号をモニタ18のGチャンネル及びBチャンネルに割り当てることによって、特殊観察画像をモニタ18に表示する(割り当てる際には、階調処理、彩度強調を行うことが好ましい)。一方、短波長観察モードの場合であれば、短波長観察信号をモニタ18のR、G、Bの各チャンネルに割り当てて、短波長観察画像をモニタ18に表示する。短波長観察信号を割り当てる際には、短波長観察画像にR、G、Bの各チャンネル用のゲイン等を掛け合わせてから各チャンネルに割り当てる。これにより、短波長の特定狭帯域光で観察可能な構造物が表された短波長観察画像を、グレー画像よりも、血管などの構造の視認性が良い特定背景色を持つ画像としてモニタ18に表示することができる。
[第2実施形態]
第1実施形態では、撮像センサ48として、RGBWの撮像センサを用いているが、図15に示すように、G画素、B画素、R画素の画素数の比率が2:1:1であるベイヤー配列の撮像センサを用いるようにしてもよい。ベイヤー配列の撮像センサを用いる場合には、全画素位置においてモノクロのB画像信号を得るための短波長観察モードのデモザイク化処理としては、以下のようにして、G画素位置におけるB画素の画素値BgとR画素位置におけるB画素の画素値Brを算出することが好ましい。
例えば、図16に示すように、特定位置SPにあるG画素(G22)の画素位置におけるB画素の画素値Bg(22)を算出する場合には、式Z1)によって算出を行う。
式Z1)Bg(22)=
G22×2(B21+B23)/(G11+G13+G31+G33)
この式Z1)によれば、特定位置SPの周辺のB画素の画素値だけでなく、G画素の画素値を用いることで、Bg(22)についてより現実に近い画素値を得ることができる。
なお、図17に示すように、特定位置SPにあるR画素(G32)の画素位置におけるB画素の画素値Br(32)を算出する場合には、式Z2)によって算出を行う。
式Z2)Br(32)=(B21+B23+B41+B43)/4
なお、上記第1及び第2実施形態では、短波長観察モードにおけるデモザイク化処理は、G画素位置及びR画素位置におけるB画素の画素値(B画像信号)を算出するようにしているが、通常観察モード又は特殊観察モードと同様にして、各画素位置においてR画素、G画素、B画素の画素値をそれぞれ算出するようにしてもよい。
上記実施形態において、画像取得部53、明るさ情報算出部54、DSP56、ノイズ除去部58、画像処理部60、パラメータ切替部62、表示制御部64など、プロセッサ装置16に含まれる処理部(processing unit)のハードウェア的な構造は、次に示すような各種のプロセッサ(processor)である。各種のプロセッサには、ソフトウエア(プログラム)を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるCPU(Central Processing Unit)、FPGA (Field Programmable Gate Array) などの製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス(Programmable Logic Device:PLD)、各種の処理を実行するために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路などが含まれる。
1つの処理部は、これら各種のプロセッサのうちの1つで構成されてもよいし、同種または異種の2つ以上のプロセッサの組み合せ(例えば、複数のFPGAや、CPUとFPGAの組み合わせ)で構成されてもよい。また、複数の処理部を1つのプロセッサで構成してもよい。複数の処理部を1つのプロセッサで構成する例としては、第1に、クライアントやサーバなどのコンピュータに代表されるように、1つ以上のCPUとソフトウエアの組み合わせで1つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第2に、システムオンチップ(System On Chip:SoC)などに代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を1つのIC(Integrated Circuit)
チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサを1つ以上用いて構成される。
さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子などの回路素子を組み合わせた形態の電気回路(circuitry)である。
なお、上記実施形態では、医療画像の一つである内視鏡画像の処理を行う内視鏡システムに対して、本発明の適用を行っているが、内視鏡画像以外の医療画像を処理する医療画像処理システムに対しても本発明の適用は可能である。
10 内視鏡システム
12 内視鏡
12a 挿入部
12b 操作部
12c 湾曲部
12d 先端部
12e アングルノブ
13a モード切替SW13b 静止画取得指示部
14 光源装置
16 プロセッサ装置
18 モニタ
19 ユーザーインターフェース
20 光源部
20a V-LED(Violet Light Emitting Diode)
20b B-LED(Blue Light Emitting Diode)
20c G-LED(Green Light Emitting Diode)
20d R-LED(Red Light Emitting Diode)
21 光源制御部
23 光路結合部
30a 照明光学系
30b 撮像光学系
41 ライトガイド
45 照明レンズ
46 対物レンズ
48 撮像センサ
50 CDS・AGC回路
52 A/D53 画像取得部
54 明るさ情報算出部
56 DSP(Digital Signal Processor)
56a デモザイク化処理部
58 ノイズ除去部
60 画像処理部
62 パラメータ切替部
64 表示制御部
80 画像信号
82 第1平滑化フィルタ
84 第2平滑化フィルタ
86 第3平滑化フィルタ
Claims (10)
-
短波長の特定狭帯域光を発する光源部と、
前記特定狭帯域光で照明された観察対象を撮像する撮像センサであって、第1画素を含む第1画素群と、第2画素を少なくとも含む第2画素群とを備える撮像センサと、
前記特定狭帯域光の発光量を制御する光源制御部とを備え、
前記第1画素は、前記第2画素よりも前記特定狭帯域光への感度が高く、
前記第2画素は、前記特定狭帯域光よりも長波の第1長波光と前記特定狭帯域光に対して感度を有し、
前記光源制御部は、前記第1画素にて得られる前記第1画素の画素値及び前記第2画素にて得られる前記第2画素の画素値に基づいて、前記特定狭帯域光の発光量の制御を行う医療画像処理システム。
-
前記第2画素群には、前記特定狭帯域光及び第1長波光を含む広帯域の照明光に感度を有する第3画素が含まれ、
前記光源制御部は、前記第1画素の画素値及び前記第2画素の画素値に加えて、前記第3画素の画素値に基づいて、前記特定狭帯域光の発光量の制御を行う請求項1記載の医療画像処理システム。
-
前記第2画素群には、前記第1長波光よりも長波の第2長波光と前記特定狭帯域光に対して感度を有する第4画素が含まれ、
前記光源制御部は、前記第1画素の画素値及び前記第2画素の画素値に加えて、前記第4画素の画素値に基づいて、前記特定狭帯域光の発光量の制御を行う請求項1記載の医療画像処理システム。
-
第1画素用の明るさ調整係数を掛け合わせた前記第1画素の画素値と第2画素用の明るさ調整係数を掛け合わせた前記第2画素の画素値とに基づいて、前記観察対象の明るさを示す明るさ情報を算出する明るさ情報算出部を有し、
前記光源制御部は、前記明るさ情報に基づいて、前記特定狭帯域光の発光量の制御を行い、
前記第1画素用の明るさ調整係数と前記第2画素用の明るさ調整係数の比率は、前記第1画素の感度のうち前記特定狭帯域光を含む短波長の光に対する短波長側感度と前記第2画素の前記短波長側感度に基づいて定められる請求項1記載の医療画像処理システム。
-
前記第2画素の前記短波長側感度は、前記第2画素の最高感度の10%以上、又は、前記第1画素の前記短波長側感度の10%以上である請求項4記載の医療画像処理システム。
-
前記第2画素の前記短波長側感度は、前記第2画素の最高感度の35%以下、又は、前記第1画素の前記短波長側感度の35%以下である請求項4記載の医療画像処理システム。
-
第1画素用の明るさ調整係数を掛け合わせた前記第1画素の画素値、第2画素用の明るさ調整係数を掛け合わせた前記第2画素の画素値、及び第3画素用の明るさ調整係数を掛け合わせた前記第3画素の画素値に基づいて、前記観察対象の明るさを示す明るさ情報を算出する明るさ情報算出部を有し、
前記光源制御部は、前記明るさ情報に基づいて、前記特定狭帯域光の発光量の制御を行い、
前記第1画素用の明るさ調整係数、前記第2画素用の明るさ調整係数、及び前記第3画素用の明るさ調整係数の比率は、前記第1画素の感度のうち前記特定狭帯域光を含む短波長の光に対する短波長側感度、前記第2画素の前記短波長側感度、及び前記第3画素の前記短波長側感度に基づいて定められる請求項2記載の医療画像処理システム。
-
第1画素用の明るさ調整係数を掛け合わせた前記第1画素の画素値、第2画素用の明るさ調整係数を掛け合わせた前記第2画素の画素値、及び第4画素用の明るさ調整係数を掛け合わせた前記第4画素の画素値に基づいて、前記観察対象の明るさを示す明るさ情報を算出する明るさ情報算出部を有し、
前記光源制御部は、前記明るさ情報に基づいて、前記特定狭帯域光の発光量の制御を行い、
前記第1画素用の明るさ調整係数、前記第2画素用の明るさ調整係数、及び前記第4画素用の明るさ調整係数の比率は、前記第1画素の感度のうち前記特定狭帯域光を含む短波長の光に対する短波長側感度、前記第2画素の前記短波長側感度、及び前記第4画素の前記短波長側感度に基づいて定められる請求項3記載の医療画像処理システム。
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前記第2画素群の画素数は前記第1画素群の画素数よりも多い請求項1ないし6いずれか1項記載の医療画像処理システム。
-
前記特定狭帯域光の中心波長は400nm以上450nm以下に含まれ、前記特定狭帯域光の半値幅は40nm以下である請求項1ないし7いずれか1項記載の医療画像処理システム。
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