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CN107105987B - 图像处理装置及其工作方法、记录介质和内窥镜装置 - Google Patents

图像处理装置及其工作方法、记录介质和内窥镜装置 Download PDF

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CN107105987B CN201580072238.8A CN201580072238A CN107105987B CN 107105987 B CN107105987 B CN 107105987B CN 201580072238 A CN201580072238 A CN 201580072238A CN 107105987 B CN107105987 B CN 107105987B
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Abstract

本发明的图像处理装置配置有第1像素、第2像素和第3像素，且第1像素的密度高于第2和第3像素的各密度，第1像素生成第1亮度成分的第1颜色信号，第1亮度成分是包含红色、绿色和蓝色波段的光的白色照明光的亮度成分，第2像素生成第2亮度成分的第2颜色信号，第2亮度成分是窄带照明光的亮度成分，第3像素生成颜色成分与第1和第2亮度成分不同的第3颜色信号，图像处理装置根据各像素分别生成的颜色信号对缺失的颜色成分的信号进行插值，由此生成具有各颜色成分的颜色信号的图像信号，其中，图像处理装置具有：特定频率成分提取部，其从通过插值而生成的各颜色成分的颜色信号中的第1亮度成分的颜色信号中，提取具有规定空间频率成分的特定频率成分信号；以及特定频率成分相加部，其在颜色成分与第1亮度成分不同的颜色信号中加上特定频率成分提取部提取出的特定频率成分信号。

Description

图像处理装置及其工作方法、记录介质和内窥镜装置
技术领域
本发明涉及对由摄像元件生成的摄像信号实施信号处理而生成图像信号的图像处理装置、图像处理装置的工作方法、记录介质序和具有该图像处理装置的内窥镜装置。
背景技术
以往，在医疗领域和工业领域中，广泛使用内窥镜装置以进行各种检查。其中，医疗用的内窥镜装置通过在患者等被检体内插入在前端设置具有多个像素的摄像元件的呈细长形状的挠性的插入部，即使不切开被检体，也能够取得被检体内的体内图像，所以，针对被检体的负担较少，正在普及。
作为这种内窥镜装置的观察方式，广泛公知有使用白色的照明光(白色照明光)的白色照明光观察方式和使用比白色波段窄的波段即窄带的照明光(窄带照明光)的窄带光观察方式。其中，窄带光观察方式例如能够得到对存在于活体的粘膜表层(活体表层)的毛细血管和粘膜细微图案等进行强调显示的图像。根据窄带光观察方式，能够更加可靠地发现活体的粘膜表层中的病变部。关于这种内窥镜装置的观察方式，优选切换白色照明光观察方式和窄带光观察方式来进行观察。
作为切换白色照明光观察方式和窄带光观察方式来进行观察的技术，提出了能够切换白色照明光观察模式和窄带光观察模式的内窥镜系统，在白色照明光观察模式中，依次对被检体内的组织照射R、G、B这三原色的照明光，根据它们的反射光生成白色照明光观察图像，在窄带光观察模式中，依次照射由蓝色光和绿色光的波段中分别包含的两个窄带光构成的照明光，根据它们的反射光图像生成窄带光观察图像 (例如参照专利文献1)。关于蓝色光和绿色光的波段中分别包含的两个窄带光，血管的血红蛋白的吸收特性和波长在活体的深度方向上的衰减量不同。在特殊光观察图像中，通过蓝色光的波段中包含的窄带光能够捕捉到表层的毛细血管和表层的粘膜构造，通过绿色光的波段中包含的窄带光能够捕捉到深层的更粗的血管。
为了通过单板的摄像元件取得摄像图像以按照上述观察方式生成彩色图像来进行显示，在该摄像元件的受光面上设置有滤色器，该滤色器按照每个像素排列一般被称为拜耳排列的分别透射红色(R)、绿色(G)、绿色(G)和蓝色(B)波段的光的四个滤镜，作为一个滤镜单位(单元)。该情况下，各像素接收透过滤镜的波段的光，生成与该波段的光对应的颜色成分的电信号。因此，在生成彩色图像的处理中，进行对各像素中未透过滤镜而缺失的颜色成分的信号值进行插值的插值处理。这种插值处理被称为去马赛克处理。下面，将由G像素(是指配置有G滤镜的像素。R像素、B 像素也是同样的定义)取得的信号称为G信号(R像素的情况下为R信号、B像素的情况下为B信号)。
作为去马赛克处理的一例，示出如下技术：在缺失G信号的R像素和B像素中，利用其周边的G像素的相关性对R像素和B像素中的G信号进行插值，针对使用R 像素的R信号或B像素位置的B信号计算出的色差信号(R-G信号和B-G信号)，在针对缺失色差信号的像素位置的插值处理中，使用G信号的插值时使用的周边G 像素的相关性对色差信号进行插值(例如参照专利文献2)。
但是，在根据按拜耳排列而得到的电信号进行去马赛克处理时，在白色照明光观察方式中，使用G像素的信号值进行插值处理，由此能够确保较高的分辨率，但是，在窄带光观察方式中，G像素与B像素的颜色相关性较低，所以，即使进行与上述相同的插值处理，有时也无法得到较高分辨率的图像。
作为得到基于蓝色窄带光的图像的技术，公开了射出白色照明光和蓝色波段中包含的窄带的窄带照明光的内窥镜装置(例如参照专利文献3)。在专利文献3中，设G 像素针对蓝色的窄带光稍微具有感光度，根据利用上述照明光而得到的G信号、B 信号和R信号，通过G信号与R信号的相关运算提取与由G像素捕捉到的蓝色窄带光对应的B信号成分，对该提取出的B信号成分和根据基于蓝色窄带光的B像素生成的B信号进行组合，由此生成表层的毛细血管的强调图像。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-68113号公报
专利文献2：日本特开2005-333418号公报
专利文献3：日本特开2012-170640号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，如专利文献3公开的技术那样，在一并照射蓝色的窄带光和白色照明光的情况下，血管像中的G信号与R信号的相关性不高，很难高精度地仅提取表层的毛细血管(即由于蓝色的窄带光而引起的G信号中包含的成分)。进而，G像素针对蓝色的窄带光的感光度不高，所以，即使利用G信号与R信号的相关性而从G信号中提取与蓝色的窄带光对应的B信号成分，其信号电平也较小，当放大信号电平时，噪声也被放大，画质劣化。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供在白色照明光观察方式和窄带光观察方式中的任意一种观察方式中都能够得到较高分辨率的图像的图像处理装置、图像处理装置的工作方法、图像处理装置的工作程序和内窥镜装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题并实现目的，本发明的图像处理装置呈矩阵状配置有第1像素、第2像素和第3像素，且所述第1像素的密度高于所述第2像素和第3像素的各密度，所述第1像素生成第1亮度成分的第1颜色信号，所述第1亮度成分是包含红色、绿色和蓝色波段的光的白色照明光的亮度成分，所述第2像素生成第2亮度成分的第2颜色信号，所述第2亮度成分是由波段比所述白色照明光的波段窄的光构成的窄带照明光的亮度成分，所述第3像素生成与第1亮度成分和第2亮度成分不同的颜色成分的第3颜色信号，所述图像处理装置根据各像素分别生成的颜色信号对缺失的颜色成分的信号进行插值，由此生成具有各颜色成分的颜色信号的图像信号，其特征在于，所述图像处理装置具有：特定频率成分提取部，其从通过插值而生成的所述各颜色成分的颜色信号中的所述第1亮度成分的颜色信号中，提取具有规定空间频率成分的特定频率成分信号；以及特定频率成分相加部，其在颜色成分与所述第1亮度成分不同的颜色信号中，加上所述特定频率成分提取部提取出的所述特定频率成分信号。
为了解决上述课题并实现目的，在本发明的图像处理装置的工作方法中，该图像处理装置呈矩阵状配置有第1像素、第2像素和第3像素，且所述第1像素的密度高于所述第2像素和第3像素的各密度，所述第1像素生成第1亮度成分的第1颜色信号，所述第1亮度成分是包含红色、绿色和蓝色波段的光的白色照明光的亮度成分，所述第2像素生成第2亮度成分的第2颜色信号，所述第2亮度成分是由波段比所述白色照明光的波段窄的光构成的窄带照明光的亮度成分，所述第3像素生成与第1 亮度成分和第2亮度成分不同的颜色成分的第3颜色信号，所述图像处理装置根据各像素分别生成的颜色信号对缺失的颜色成分的信号进行插值，由此生成具有各颜色成分的颜色信号的图像信号，其特征在于，所述工作方法包括以下步骤：特定频率成分提取步骤，由特定频率成分提取部从通过插值而生成的所述各颜色成分的颜色信号中的所述第1亮度成分的颜色信号中，提取具有规定空间频率成分的特定频率成分信号；以及特定频率成分相加步骤，由特定频率成分相加部在颜色成分与所述第1亮度成分不同的颜色信号中加上所述特定频率成分提取部提取出的所述特定频率成分信号。
为了解决上述课题并实现目的，在本发明的图像处理装置的工作程序中，该图像处理装置呈矩阵状配置有第1像素、第2像素和第3像素，且所述第1像素的密度高于所述第2像素和第3像素的各密度，所述第1像素生成第1亮度成分的第1颜色信号，所述第1亮度成分是包含红色、绿色和蓝色波段的光的白色照明光的亮度成分，所述第2像素生成第2亮度成分的第2颜色信号，所述第2亮度成分是由波段比所述白色照明光的波段窄的光构成的窄带照明光的亮度成分，所述第3像素生成与第1 亮度成分和第2亮度成分不同的颜色成分的第3颜色信号，所述图像处理装置根据各像素分别生成的颜色信号对缺失的颜色成分的信号进行插值，由此生成具有各颜色成分的颜色信号的图像信号，其特征在于，所述工作程序使所述图像处理装置执行以下步骤：特定频率成分提取步骤，由特定频率成分提取部从通过插值而生成的所述各颜色成分的颜色信号中的所述第1亮度成分的颜色信号中，提取具有规定空间频率成分的特定频率成分信号；以及特定频率成分相加步骤，由特定频率成分相加部在颜色成分与所述第1亮度成分不同的颜色信号中加上所述特定频率成分提取部提取出的所述特定频率成分信号。
为了解决上述课题并实现目的，本发明的内窥镜装置的特征在于，内窥镜装置具有光源部，其射出包含红色、绿色和蓝色波段的光的白色照明光以及由波段比所述白色照明光的波段窄的光构成的窄带照明光中的任意一方；摄像元件，其呈矩阵状配置有第1像素、第2像素和第3像素，且所述第1像素的密度高于所述第2像素和第3 像素的各密度，所述第1像素生成第1亮度成分的第1颜色信号，所述第1亮度成分是包含红色、绿色和蓝色波段的光的白色照明光的亮度成分，所述第2像素生成第2 亮度成分的第2颜色信号，所述第2亮度成分是由波段比所述白色照明光的波段窄的光构成的窄带照明光的亮度成分，所述第3像素生成与第1亮度成分和第2亮度成分不同的颜色成分的第3颜色信号；以及上述发明的图像处理装置。
发明效果
根据本发明，发挥在白色照明光观察方式和窄带光观察方式中的任意一种观察方式中都能够得到较高分辨率的图像的效果。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式的内窥镜装置的概略结构的图。
图2是示出本发明的一个实施方式的内窥镜装置的概略结构的示意图。
图3是示出本发明的一个实施方式的摄像元件的像素的结构的示意图。
图4是示出本发明的一个实施方式的滤色器的结构的一例的示意图。
图5是示出本发明的一个实施方式的内窥镜装置的照明部射出的照明光的波长与光量的关系的曲线图。
图6是示出基于本发明的一个实施方式的内窥镜装置的照明部所具有的切换滤镜的照明光的波长与透射率的关系的曲线图。
图7是说明本发明的一个实施方式的处理器部的预处理部的结构的框图。
图8是说明本发明的一个实施方式的插值处理部进行的插值滤波处理的频率特性的示意图。
图9是说明本发明的一个实施方式的处理器部的插值处理部的主要部分的结构的框图。
图10是说明本发明的一个实施方式的处理器部进行的去马赛克处理的示意图。
图11是说明本发明的一个实施方式的处理器部进行的去马赛克处理的示意图。
图12是说明本发明的一个实施方式的处理器部的插值处理部的主要部分的结构的框图。
图13是说明本发明的一个实施方式的滤波处理部进行的滤波处理的频率特性的示意图。
图14是说明本发明的一个实施方式的滤波处理部进行的滤波处理的频率特性的示意图。
图15是说明本发明的一个实施方式的滤波处理部进行滤波处理后的信号的示意图。
图16是说明本发明的一个实施方式的限幅处理部的限幅处理后的信号的示意图。
图17是说明本发明的一个实施方式的增益处理部进行的增益处理的示意图。
图18是说明本发明的一个实施方式的处理器部的插值处理部的主要部分的结构的框图。
图19是说明本发明的一个实施方式的处理器部进行的信号处理的流程图。
图20是示出本发明的实施方式的变形例的内窥镜装置的概略结构的示意图。
图21是示出本发明的实施方式的变形例的光源部的旋转滤镜的结构的示意图。
图22是示出基于本发明的实施方式的变形例的内窥镜装置的照明部所具有的滤镜的照明光的波长与透射率的关系的曲线图。
具体实施方式
下面，对用于实施本发明的方式(以下称为“实施方式”)进行说明。在实施方式中，包含本发明的图像处理装置在内，说明对患者等被检体内的图像进行摄像来进行显示的医疗用的内窥镜装置。并且，本发明不由该实施方式进行限定。进而，在附图的记载中，对相同部分标注相同标号进行说明。
另外，在以下的实施方式中，将呈白色光的光的波段中的一部分波段作为“窄带”进行说明，但是，该窄带只要是比白色光的波段窄的范围的波段即可，并且，也可以包含白色光(可视光)的波段的范围外的波段(例如红外、紫外等)。
(实施方式)
图1是示出本发明的一个实施方式的内窥镜装置1的概略结构的图。图2是示出本发明的一个实施方式的内窥镜装置1的概略结构的示意图。图1和图2所示的内窥镜装置1具有：内窥镜2，其通过将插入部21插入到被检体内，对观察部位的体内图像进行摄像而生成电信号；光源部3，其产生从内窥镜2的前端射出的照明光；处理器部4，其对内窥镜2取得的电信号实施规定图像处理，并且对内窥镜装置1整体的动作进行总括控制；以及显示部5，其显示处理器部4实施了图像处理后的体内图像。内窥镜装置1将插入部21插入到患者等被检体内，取得被检体内的体内图像。医师等手术医生进行所取得的体内图像的观察，由此检查有无检测对象部位即出血部位或肿瘤部位。
内窥镜2具有：插入部21，其具有挠性且呈细长形状；操作部22，其与插入部 21的基端侧连接，受理各种操作信号的输入；以及通用软线23，其从操作部22向与插入部21延伸的方向不同的方向延伸，内置有与光源部3和处理器部4连接的各种缆线。
插入部21具有：前端部24，其内置有摄像元件202，该摄像元件202呈格子(矩阵)状排列接收光的像素(光电二极管)，通过对该像素接收到的光进行光电转换而生成图像信号；弯曲自如的弯曲部25，其由多个弯曲块构成；以及具有挠性的长条状的挠性管部26，其与弯曲部25的基端侧连接。
操作部22具有：弯曲旋钮221，其使弯曲部25向上下方向和左右方向弯曲；处置器械插入部222，其将活体钳子、电刀和检查探针等处置器械插入到被检体内；以及多个开关223，其输入用于使光源部3进行照明光的切换动作的指示信号、处置器械和与处理器部4连接的外部设备的操作指示信号、用于进行送水的送水指示信号和用于进行抽吸的抽吸指示信号等。从处置器械插入部222插入的处置器械经由设置在前端部24前端的处置器械通道(未图示)而从开口部(未图示)露出。
通用软线23至少内置有光导203和汇集一个或多个信号线而得到的集合缆线。集合缆线是在内窥镜2和光源部3与处理器部4之间发送接收信号的信号线，包含用于发送接收设定数据的信号线、用于发送接收图像信号的信号线、用于发送接收对摄像元件202进行驱动的驱动用时刻信号的信号线等。
并且，内窥镜2具有摄像光学系统201、摄像元件202、光导203、照明用透镜 204、A/D转换部205和摄像信息存储部206。
摄像光学系统201设置在前端部24上，至少使来自观察部位的光会聚。摄像光学系统201使用一个或多个透镜构成。另外，也可以在摄像光学系统201中设置使视场角变化的光学变焦机构和使焦点变化的对焦机构。
摄像元件202相对于摄像光学系统201的光轴垂直设置，对由摄像光学系统201 形成的光的像进行光电转换，生成电信号(图像信号)。摄像元件202使用CCD(Charge CoupledDevice：电荷耦合器件)图像传感器或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)图像传感器等实现。
图3是示出摄像元件202的像素的结构的示意图。摄像元件202呈格子(矩阵) 状排列有接收来自摄像光学系统201的光的多个像素。而且，摄像元件202对各个像素接收到的光进行光电转换，由此生成电信号(也称为图像信号等)。在该电信号中包含各像素的像素值(亮度值)和像素的位置信息等。在图3中，将配置在第i行第 j列的像素记载为像素Pij(i、j为自然数)。
摄像元件202具有滤色器202a，该滤色器202a设置在摄像光学系统201与该摄像元件202之间，具有分别透射单独设定的波段的光的多个滤镜。滤色器202a设置在摄像元件202的受光面上。
图4是示出滤色器202a的结构的一例的示意图。滤色器202a根据像素Pij的配置，呈矩阵状并列配置滤镜单元U1，该滤镜单元U1由呈2行2列的矩阵状排列的4 个滤镜构成。换言之，滤色器202a将滤镜单元U1的滤镜排列作为基本图案，按照该基本图案反复配置。在各像素的受光面上分别配置有透射规定波段的光的一个滤镜。因此，设置有滤镜的像素Pij接收该滤镜透射的波段的光。例如，设置有透射绿色波段的光的滤镜的像素Pij接收绿色波段的光。下面，将接收绿色波段的光的像素 Pij称为G像素。同样，将接收蓝色波段的光的像素称为B像素，将接收红色波段的光的像素称为R像素。
这里的滤镜单元U1透射蓝色(B)的波段HB、绿色(G)的波段HG和红色(R) 的波段HR的光。而且，滤镜单元U1使用透射波段HB的光的蓝色滤镜(B滤镜)、透射波段HG的光的绿色滤镜(G滤镜)、透射波段HR的光的红色滤镜(R滤镜)构成，呈在对角配置两个G滤镜、并且在对角配置B滤镜和R滤镜的所谓的拜耳排列。在滤镜单元U1中，G滤镜的密度高于B滤镜和R滤镜的密度。换言之，在摄像元件 202中，G像素的密度高于B像素和R像素的密度。关于蓝色、绿色和红色的波段 HB、HG和HR，例如波段HB为380nm～500nm、波段HG为480nm～600nm、波段 HR为580nm～650nm。
返回图1和图2的说明，光导203使用玻璃纤维等构成，构成光源部3射出的光的导光路。
照明用透镜204设置在光导203的前端，对由光导203引导的光进行扩散使其向前端部24的外部射出。
A/D转换部205对摄像元件202生成的电信号进行A/D转换，将该转换后的电信号输出到处理器部4。A/D转换部205将摄像元件202生成的电信号转换为例如12 位的数字数据(图像信号)。
摄像信息存储部206存储用于使内窥镜2进行动作的各种程序、包含内窥镜2 的动作所需要的各种参数和该内窥镜2的识别信息等在内的数据。并且，摄像信息存储部206具有存储识别信息的识别信息存储部261。识别信息中包含内窥镜2的固有信息(ID)、年代型号、规格信息、传送方式和滤色器202a中的滤镜的排列信息等。摄像信息存储部206使用闪存等实现。
接着，对光源部3的结构进行说明。光源部3具有照明部31和照明控制部32。
照明部31在照明控制部32的控制下，切换射出波段相互不同的多个照明光。照明部31具有光源31a、光源驱动器31b、切换滤镜31c、驱动部31d、驱动器31e和会聚透镜31f。
光源31a在照明控制部32的控制下，射出包含红色、绿色和蓝色波段HR、HG和HB的光的白色照明光。光源31a产生的白色照明光经由切换滤镜31c、会聚透镜 31f和光导203从前端部24向外部射出。光源31a使用白色LED、氙灯等发出白色光的光源来实现。
光源驱动器31b在照明控制部32的控制下，对光源31a供给电流，由此使光源 31a射出白色照明光。
切换滤镜31c仅透射光源31a射出的白色照明光中的蓝色的窄带光和绿色的窄带光。切换滤镜31c在照明控制部32的控制下，以进出自如的方式配置在光源31a射出的白色照明光的光路上。切换滤镜31c配置在白色照明光的光路上，由此仅透射两个窄带光。具体而言，切换滤镜31c透射由波段HB中包含的窄带TB(例如400nm～ 445nm)的光和波段HG中包含的窄带TG(例如530nm～550nm)的光构成的窄带照明光。该窄带TB、TG是容易被血液中的血红蛋白吸收的蓝色光和绿色光的波段。另外，窄带TB至少包含405nm～425nm即可。将限制在该频带内而射出的光称为窄带照明光，将基于该窄带照明光的图像的观察称为窄带光观察(NBI)方式。
驱动部31d使用步进马达或DC马达等构成，使切换滤镜31c相对于光源31a的光路进行进出动作。
驱动器31e在照明控制部32的控制下，对驱动部31d供给规定电流。
会聚透镜31f使光源31a射出的白色照明光或透过切换滤镜31c的窄带照明光会聚，向光源部3的外部(光导203)射出。
照明控制部32对光源驱动器31b进行控制，使光源31a进行开闭动作，并且对驱动器31e进行控制，使切换滤镜31c相对于光源31a的光路进行进出动作，由此，对由照明部31射出的照明光的种类(频带)进行控制。
具体而言，照明控制部32进行如下控制：使切换滤镜31c相对于光源31a的光路进行进出动作，由此，将从照明部31射出的照明光切换为白色照明光和窄带照明光中的任意一种。换言之，照明控制部32进行切换为白色照明光观察(WLI)方式和窄带光观察(NBI)方式中的任意一种观察方式的控制，所述白色照明光观察(WLI) 方式使用包含波段HB、HG和HR的光的白色照明光，所述窄带光观察(NBI)方式使用由窄带TB、TG的光构成的窄带照明光。
这里，在白色照明光观察(WLI)方式中，绿色成分(波段HG)成为亮度成分 (第1亮度成分)，在窄带光观察(NBI)方式中，蓝色成分(窄带TB)成为亮度成分 (第2亮度成分)。因此，在本实施方式的摄像元件202中，G像素相当于第1像素， B像素相当于第2像素，R像素相当于第3像素。另外，本发明中的亮度成分例如是指作为后述XYZ表色系的亮度信号Y的主要成分的颜色成分。例如，在白色照明光观察中，人的眼睛的比视感度最高，能清楚描绘出活体的血管和腺管构造的绿色成分成为亮度成分。另一方面，在窄带照明光观察中，由被摄体选择的亮度成分不同，有时与白色照明光观察同样选择绿色成分，有时亮度成分与白色光观察时不同。具体而言，在窄带光观察中，作为蓝色成分或红色成分成为亮度成分的代表例，存在上述 NBI观察，该情况下，能清楚描绘出活体表层的血管和腺管构造的蓝色成分成为亮度成分。在本实施方式中，在白色照明光观察中，设绿色成分为亮度成分，在窄带光观察中，设蓝色成分为亮度成分。
图5是示出照明部31射出的照明光的波长与光量的关系的曲线图。图6是示出基于照明部31所具有的切换滤镜31c的照明光的波长与透射率的关系的曲线图。当通过照明控制部32的控制而从光源31a的光路中移除切换滤镜31c时，如图5所示的白色光光谱那样，照明部31射出包含波段HB、HG和HR的光的白色照明光。与此相对，当通过照明控制部32的控制而在光源31a的光路中插入切换滤镜31c时，照明部31射出由窄带TB、TG的光构成的窄带照明光(参照图6)。
接着，对处理器部4的结构进行说明。处理器部4具有图像处理部41、输入部 42、存储部43和控制部44。
图像处理部41根据来自内窥镜2(A/D转换部205)的电信号执行规定图像处理，生成显示部5显示的图像信息。图像处理部41具有预处理部411、插值处理部412 和显示图像生成处理部413。
预处理部411对来自A/D转换部205的电信号进行光学黑体(Optical Black：OB)钳位处理、噪声降低(Noise Reduction：NR)处理和白平衡(White Balance：WB) 处理，将该信号处理后的图像信号输出到插值处理部412。
图7是说明预处理部411的结构的框图。预处理部411具有OB处理部4111、 NR处理部4112和WB处理部4113。
OB处理部4111对从A/D转换部205输入的图像信号的R信号、G信号和B信号分别进行OB钳位处理。在OB钳位处理中，根据从内窥镜2(A/D转换部205) 输入的电信号，计算与光学黑体区域对应的规定区域的平均值，从电信号中减去该平均值，由此将黑电平校正为零值。
NR处理部4112从控制部44取得与当前的观察方式是WLI方式还是NBI方式有关的观察方式信息，根据该观察方式信息对噪声降低量进行变更，对实施了OB钳位处理后的图像信号进行噪声降低处理。
WB处理部4113对实施了噪声降低处理后的图像信号实施基于观察方式信息的白平衡处理，将白平衡处理后的图像信号输出到插值处理部412。另外，WB处理部 4113在通过窄带光观察(NBI)方式得到的通道(颜色成分)的信号为两个(G信号和B信号)的情况下，成为2两通道间信号的平衡校正处理，其余一个通道(在本实施方式1中为R信号)乘以零。
插值处理部412根据从预处理部411输入的图像信号，根据多个像素的颜色信息(像素值)的相关性判别插值方向，根据在判别出的插值方向上排列的像素的颜色信息进行插值，由此生成具有至少两个颜色成分的信号的彩色图像信号。插值处理部 412具有G插值色差计算部412a、色差插值部412b、彩色图像信号生成部412c、G 信号特定频率成分提取部412d和特定频率成分相加部412e。
G插值色差计算部412a针对从预处理部411输入的图像信号，生成根据其周边像素对缺失G信号的像素(R像素或B像素)进行插值而得到的G信号(以下称为插值G信号)，输出全部像素位置具有G信号或插值G信号的G信号图像。即，通过G插值色差计算部412a的插值处理，生成构成一张图像的图像信号，这张图像的各像素具有G成分的像素值或插值值。
并且，G插值色差计算部412a根据R像素或B像素的位置，生成取各颜色成分的信号与插值G信号的色差的色差信号即R-G信号或B-G信号，作为色差图像信号进行输出。G插值色差计算部412a将所生成的G信号图像输出到彩色图像信号生成部412c，将色差图像信号输出到色差插值部412b。
色差插值部412b针对从G插值色差计算部412a输入的色差图像信号，对各像素位置缺失的色差信号进行插值，将全部像素位置具有色差信号的色差图像信号输出到彩色图像信号生成部412c。即，通过色差插值部412b的插值处理，生成构成一张图像的图像信号，这张图像的各像素具有色差信号R-G或B-G的值。
彩色图像信号生成部412c针对由G插值色差计算部412a和色差插值部412b生成的G信号、R-G信号和B-G信号发挥插值滤波器的作用。图8是说明本发明的一个实施方式的插值处理部412进行的插值滤波处理的频率特性的示意图，是示出信号相对于频率的响应的曲线图。彩色图像信号生成部412c在水平方向和垂直方向的1/2 像素位置处发挥成为图8所示的低通滤波器特性的插值滤波器的作用，以对奈奎斯特频率NF进行截止。通过该插值滤波处理，在摄像元件202本来具有的像素位置的信号和使用周边像素的信号值通过插值处理生成的信号中，在空间上对频率特性周期性不同(特别是G信号成为奈奎斯特频率NF的周期)的信号进行均匀化。
彩色图像信号生成部412c在上述插值滤波处理后，分别对各像素位置处的G信号(包含插值G信号)和色差信号(B-G信号或R-G信号)进行相加，由此生成RGB 信号或GB信号，作为彩色图像信号输出到显示图像生成处理部413。具体而言，彩色图像信号生成部412c在观察方式为WLI方式的情况下，从色差插值部412b取得具有B-G信号的色差图像信号和具有R-G信号的色差图像信号，生成R成分、G成分和B成分的信号(RGB信号)。另一方面，彩色图像信号生成部412c在观察方式为NBI方式的情况下，由于不存在R成分的光，所以，从B-G插值部4004仅取得具有B-G信号的色差图像信号，生成G成分和B成分的信号(GB信号)。
G信号特定频率成分提取部412d针对具有通过插值而生成的红色、绿色和蓝色作为成分的各信号中的、作为WLI方式的亮度成分的信号的G信号，提取具有颜色信号中的规定空间频率成分作为成分的特定频率成分信号。具体而言，G信号特定频率成分提取部412d被输入彩色图像信号生成部412c生成的RGB信号中的G信号，针对该G信号，提取特定频率成分信号，该特定频率成分信号具有与作为构造物的血管区域或凹部的暗区域(暗部)对应的频率成分。这里，空间频率成分例如是将构成R、G、B等规定表色系的颜色空间转换为频率空间而得到的每个空间频带的像素值的振幅信息。
特定频率成分相加部412e被输入彩色图像信号生成部412c生成的R信号和/或 B信号以及G信号特定频率成分提取部412d提取出的特定频率成分信号，在R信号或B信号中加上与各个颜色成分对应的特定频率成分信号。具体而言，特定频率成分相加部412e取得观察模式信息(表示照明方式是白色照明光观察(WLI)方式和窄带光观察(NBI)方式中的哪个方式的信息)，如果照明方式是WLI方式，则在R 信号和B信号中的至少任意一个信号中加上与各个颜色成分对应的特定频率成分信号，如果是NBI方式，则在B信号中加上与B成分对应的特定频率成分信号。
显示图像生成处理部413针对由插值处理部412生成的彩色图像信号，在显示部 5的色域即例如sRGB(XYZ表色系)的颜色空间中进行颜色转换处理，实施基于规定灰度转换特性的灰度转换、放大处理、或粘膜表层的毛细血管或粘膜细微图案等构造的构造强调处理等。显示图像生成处理部413在实施了规定处理后，将该处理后的信号作为显示用的显示图像信号输出到显示部5。
输入部42是用于供手术医生等对处理器部4进行输入等的接口，构成为包含用于进行电源的接通/断开的电源开关、用于切换摄影模式和其他各种模式的模式切换按钮、用于切换光源部3的照明光的照明光切换按钮等。
存储部43记录用于使内窥镜装置1进行动作的各种程序、以及包含内窥镜装置 1的动作所需要的各种参数等的数据、与观察方式对应的白平衡系数等图像处理所需要的数据、用于执行本发明的图像处理的程序等。并且，存储部43也可以存储内窥镜2的信息，例如内窥镜2的固有信息(ID)与滤色器202a的滤镜配置信息的关系表等。存储部43使用闪存或DRAM(Dynamic Random Access Memory：动态随机存取存储器)等半导体存储器实现。
控制部44使用CPU等构成，进行包含内窥镜2和光源部3的各结构部的驱动控制、以及针对各结构部的信息的输入输出控制等。控制部44经由规定信号线向内窥镜2发送存储部43中记录的摄像控制用的设定数据(例如读出对象的像素等)、摄像时刻的时刻信号等。控制部44将经由摄像信息存储部206取得的滤色器信息(识别信息)输出到图像处理部41，并且将切换滤镜31c的进出动作(配置)的信息输出到光源部3。
接着，对显示部5进行说明。显示部5经由影像缆线接收处理器部4生成的显示图像信号，显示与该显示图像信号对应的体内图像。显示部5使用液晶或有机EL (ElectroLuminescence：电致发光)构成。
接着，参照附图对插值处理部412的色差插值部412b的结构进行说明。图9是说明插值处理部412的主要部分的结构的框图，是示出G插值色差计算部412a、色差插值部412b和彩色图像信号生成部412c的结构的图。色差插值部412b具有色差分离部4001、B-G相关判别部4002、B-G插值方向判别部4003、B-G插值部4004、 R-G相关判别部4005、R-G插值方向判别部4006和R-G插值部4007。
色差分离部4001将从G插值色差计算部412a输出的色差图像信号分离成B-G 信号和R-G信号，将B-G信号输出到B-G相关判别部4002和B-G插值方向判别部 4003，另一方面，将R-G信号输出到R-G相关判别部4005和R-G插值方向判别部 4006。
图10是说明处理器部(插值处理部412)进行的去马赛克处理的示意图。如图 10所示的示意图那样，根据B像素位置和R像素位置分别配置分离后的B-G信号和 R-G信号。
B-G相关判别部4002针对从色差分离部4001输出的B-G信号，将具有R-G信号的R像素作为关注像素，计算与该关注像素相邻的像素的B-G信号的相关性。图 11是说明处理器部(插值处理部412)进行的去马赛克处理的示意图。具体而言，如图11所示，当设关注像素(像素Pij)的坐标为(k、l)，设相邻的4个像素位置处的B-G信号的色差信号值为fB-G(k-1、l-1)、fB-G(k+1、l-1)、fB-G(k-1、l+1)、fB-G(k+1、 l+1)时，B-G相关判别部4002根据下式(1)计算斜上方向的相关值Ss。下面，斜上方向设为图3所示的像素的配置中从左下朝向右上的方向，斜下方向设为图3所示的像素的配置中从左上朝向右下的方向。并且，在位于外缘的像素等不存在相邻的像素的情况下，例如使用位于折返位置的像素的信号值。
【数学式1】
Ss＝|fB-G(k-1，l+1)-fB-G(k+1，l-1)| …(1)
并且，B-G相关判别部4002根据下式(2)计算斜下方向的相关值Sb。
【数学式2】
Sb＝|fB-G(k-1，l-1)-fB-G(k+1，l+1)| …(2)
另外，在上述式(1)和(2)中，使用位于倾斜方向的两个像素的信号值进行计算，但是不限于此。通过利用以关注像素为中心在同一方向上进一步分离的像素的 B-G信号，能够提高计算出的相关值的可靠度。
B-G相关判别部4002在相关值Ss和Sb的差分绝对值|Ss-Sb|大于预先指定的阈值的情况下，判定为相关值Ss和Sb中的较小的值即相关值的方向是相关性较高的方向。另一方面，B-G相关判别部4002在差分绝对值|Ss-Sb|小于阈值的情况下，判定为不存在特定方向的相关性。B-G相关判别部4002将表示“斜上方向”、“斜下方向”和“不存在特定方向的相关性”中的任意一方的判定信息输出到B-G插值方向判别部4003。另外，阈值设定为考虑了信号中包含的噪声的值。
B-G插值方向判别部4003使用来自B-G相关判别部4002的判定信息和B-G信号的色差信号值，根据下式(3)～(5)所示的任意一个式子计算关注像素(k、l) 中的B-G信号的插值色差信号值fB-G(k、l)。
(判定信息为“斜上方向”的情况)
B-G插值方向判别部4003在判定信息为“斜上方向”的情况下，根据下式(3) 计算关注像素(k、l)中的B-G信号的插值色差信号值fB-G(k、l)。
【数学式3】
fB-G(k，l)＝{fB-G(k-1，l+1)+fB-G(k+1，l-1)}/2 …(3)
(判定信息为“斜下方向”的情况)
B-G插值方向判别部4003在判定信息为“斜下方向”的情况下，根据下式(4) 计算关注像素(k、l)中的B-G信号的插值色差信号值fB-G(k、l)。
【数学式4】
fB-G(k，l)＝{fB-G(k-1，l-1)+fB-G(k+1，l+1)}/2 …(4)
(判定信息为“不存在特定方向的相关性”的情况)
B-G插值方向判别部4003在判定信息为“不存在特定方向的相关性”的情况下，根据下式(5)计算关注像素(k、l)中的B-G信号的插值色差信号值fB-G(k、l)。
【数学式5】
另外，上述式(5)设为周边四个像素的B-G信号的平均值，但是，也可以使用能够保持更高空间频率的周边十六个像素以上的B-G信号进行插值。
B-G插值方向判别部4003通过针对关注像素(k、l)的插值色差信号值fB-G(k、 l)的计算，将色差B-G的色差信号输出到B-G插值部4004，该色差B-G的色差信号是呈格子状配置有包含被插值的色差信号在内的B-G信号而成的。
B-G插值部4004在缺失了来自B-G插值方向判别部4003的色差信号(B-G信号)的像素位置，计算B-G信号的插值色差信号值。B-G插值部4004例如根据下式 (6)计算图11所示的像素的配置中缺失的像素位置(k、l-1)的插值值fB-G(k、l-1)。
【数学式6】
另外，上述式(6)设为周边四个像素的B-G信号的平均值，但是，也可以使用能够保持更高空间频率的周边十六个像素以上的B-G信号进行插值。
B-G插值部4004通过针对B-G信号的缺失像素位置计算插值色差信号值，将全部像素位置具有B-G信号的色差图像信号输出到彩色图像信号生成部412c。即，通过B-G插值部4004的插值处理，生成构成一张图像的色差信号，这张图像的各像素具有色差B-G的色差信号值或插值色差信号值。
R-G相关判别部4005与B-G相关判别部4002同样，针对从色差分离部4001输出的R-G信号，将具有B-G信号的B像素作为关注像素，计算与该关注像素相邻的像素的R-G信号的相关性。R-G相关判别部4005在式(1)和(2)中将B改称为R，计算相关值Ss和Sb。R-G相关判别部4005根据相关值Ss、相关值Sb、差分绝对值 |Ss-Sb|和阈值，判定“斜上方向”、“斜下方向”和“不存在特定方向的相关性”中的任意一方，将表示该判定结果的判定信息输出到R-G插值方向判别部4006。
R-G插值方向判别部4006与B-G插值方向判别部4003同样，使用来自R-G相关判别部4005的判定信息和R-G信号的色差信号值，根据上式(3)～(5)所示的任意一个式子，在关注像素(k、l)计算R-G信号的插值色差信号值fR-G(k、l)。R-G插值方向判别部4006在式(3)～(5)中将B改称为R，计算插值色差信号值 fR-G(k、l)。R-G插值方向判别部4006通过针对关注像素(k、l)计算插值色差信号值fR-G(k、l)，将色差R-G的色差信号输出到R-G插值部4007，该色差R-G的色差信号是呈格子状配置有包含被插值的色差信号在内的R-G信号而成的。
R-G插值部4007与B-G插值部4004同样，在缺失了来自R-G插值方向判别部 4006的色差信号(R-G信号)的像素位置，计算R-G信号的插值色差信号值。R-G 插值部4007通过针对R-G信号的缺失像素位置计算插值色差信号值，将全部像素位置具有R-G信号的色差图像信号输出到彩色图像信号生成部412c。即，通过R-G插值部4007的插值处理，生成构成一张图像的色差信号，这张图像的各像素具有色差 R-G的色差信号值或插值色差信号值。
色差插值部412b通过上述插值处理，将色差信号输出到彩色图像信号生成部412c。这里，在观察方式为WLI方式的情况下，从B-G插值部4004和R-G插值部 4007分别输出具有B-G信号的色差图像信号和具有R-G信号的色差图像信号。另一方面，在观察方式为NBI方式的情况下，由于不存在R成分的光，所以，从B-G插值部4004对彩色图像信号生成部412c仅输入具有B-G信号的色差图像信号。
接着，参照附图对插值处理部412的G信号特定频率成分提取部412d的结构进行说明。图12是说明插值处理部412的主要部分的结构的框图，是示出彩色图像信号生成部412c、G信号特定频率成分提取部412d和特定频率成分相加部412e的结构的图。G信号特定频率成分提取部412d具有滤波处理部4101、限幅处理部4102和增益处理部4103。
滤波处理部4101被输入彩色图像信号生成部412c生成的RGB信号中的G信号，进行基于高通滤波器的滤波处理。图13、图14是说明本发明的一个实施方式的滤波处理部4101进行的滤波处理的频率特性的示意图。图15是说明本发明的一个实施方式的滤波处理部4101进行的滤波处理后的信号的示意图。另外，在图15中，示出图 3所示的像素排列的某一行(例如水平方向)的像素位置处的信号电平。这里，G信号成为通过彩色图像信号生成部412c的插值滤波处理而限制为图8所示的频率特性的信号。滤波处理部4101针对彩色图像信号生成部412c生成的G信号，通过具有图13所示的响应特性(频率特性)的高通滤波器进行滤波处理。
通过滤波处理部4101进行了高通滤波处理后的G信号成为图8所示的频率特性与图13所示的频率特性的合成特性，其结果，成为具有限制为图14所示的频率特性的带通特性的信号(响应信号)。由此，如图15所示，从滤波处理部4101输出的带通特性的信号成为以截止了低频成分的零电平为基准而具有正负值的特定频率成分信号。特别地，成为正值的区域Rs对应于小亮点等明亮小区域、活体的凸部的明亮区域、血红蛋白含有量局部少于周边区域的粘膜区域等，成为负值的区域Rv1、Rv2 对应于血管或凹部的暗区域。
这里，粘膜内的血管通过血液中含有的血红蛋白吸收窄带TG的光，在粘膜表层的细径血管、粘膜中层的中径血管、粘膜深层的粗径血管中，成为反射光较少的暗区域。血红蛋白的量越多(即血管越粗)，则窄带TG的光的吸收量越多。在血管以外的区域中，血红蛋白的含有量较少，所以，与血管区域相比，反射光较多，平均成为明亮(高亮度值的)区域。图15所示的零电平大致对应于血管以外的区域的信号电平。特别地，设计高通滤波器的特性，使得深层血管即粗径血管由于滤波处理部4101中进行处理的高通滤波器的特性而大致被截止，而中层和表层的血管被提取。这里，G 信号中的血管的频率特性依赖于内窥镜2(插入部21)的观察距离和像素数而变化。通过根据规定观察距离和像素数来决定高通滤波器特性，在比规定观察距离更近的情况下，能够维持从特定频率成分信号中截止粗径血管的状态。特别是在NBI方式中，在远景时主要进行更宽区域的色调(呈现表层血管密集的褐色的区域)的观察，在接近状态下进行着眼于判定表层血管的走行状态的诊断，能够设定上述规定观察距离。
限幅处理部4102被输入从滤波处理部4101输出的图15所示的特定频率成分信号，生成通过在正值和负值中不同的预先设定的限幅阈值进行了限制后的特定频率成分信号。图16是说明本发明的一个实施方式的限幅处理部4102的限幅处理后的信号的示意图。限幅处理部4102例如根据将限幅上限值设定为零电平、将限幅下限值设定为规定负值的范围(限幅范围)进行提取。本实施方式中的限幅下限值的绝对值大于上述区域Rv1、Rv2的绝对值。限幅处理部4102截止亮点等区域Rs，仅提取血管区域或凹部的暗区域即区域Rv1、Rv2。由限幅处理部4102进行了限幅处理后的特定频率成分信号被输出到增益处理部4103。另外，在上述限幅处理中，设限幅处理部 4102通过2个阈值来提取血管区域进行了说明，但是不限于此，也可以将限幅上限值作为规定正值，能够提取表层的粘膜的变化。并且，例如通过组合形态学这样的非线性低通处理，能够仅提取规定宽度以下的凹部。并且，上述限幅范围可以与观察方式无关地设为相同范围，也可以设为根据观察方式而不同的范围。该情况下，限幅处理部4102从控制部44取得观察模式信息，判断观察方式，在与该判断出的观察方式对应的限幅范围内进行信号提取。
增益处理部4103针对限幅处理部4102进行限幅处理后的G信号的信号值计算增益量，将计算出的增益量与特定频率成分信号相乘。图17是说明本发明的一个实施方式的增益处理部4103进行的增益处理的示意图。具体而言，对增益处理部4103 输入从限幅处理部4102输出的限幅处理后的特定频率成分信号和从彩色图像信号生成部412c输出的G信号。增益处理部4103计算图17所示的与G信号的信号电平对应的增益量，将计算出的增益量与特定频率成分信号相乘，将所得到的最终的特定频率成分信号输出到特定频率成分相加部412e。这里，设为具有图17所示的特性的增益量的目的在于，抑制暗部中的噪声量的增加，将规定以上的明亮度的区域中提取出的血管区域的振幅放大为α倍。这里的α被事先决定为对B信号或R信号中描绘的血管由于前级的插值处理而衰减的量进行补偿的量。
接着，参照附图对插值处理部412的特定频率成分相加部412e的结构进行说明。图18是说明插值处理部412的主要部分的结构的框图，是示出彩色图像信号生成部 412c、G信号特定频率成分提取部412d、特定频率成分相加部412e和显示图像生成处理部413的结构的图。特定频率成分相加部412e具有第1切换部4201、第1相加部4202、第2切换部4203和第2相加部4204。
从彩色图像信号生成部412c对第1切换部4201输入B信号，在取得了照明方式为WLI方式的意思的观察模式信息的情况下，将所输入的B信号输出到显示图像生成处理部413。另一方面，第1切换部4201在取得了照明方式为NBI方式的意思的观察模式信息的情况下，将所输入的B信号输出到第1相加部4202。这样，第1切换部4201根据观察模式信息(照明方式)来切换所输入的B信号的输出目的地。
第1相加部4202被输入从第1切换部4201输出的B信号和从G信号特定频率成分提取部412d输出的特定频率成分信号，在B信号中加上特定频率成分信号。第 1相加部4202将通过相加而得到的相加B信号输出到显示图像生成处理部413。
从彩色图像信号生成部412c对第2切换部4203输入R信号，在取得了照明方式为NBI方式的意思的观察模式信息的情况下，将所输入的R信号输出到显示图像生成处理部413。另一方面，第2切换部4203在取得了照明方式为WLI方式的意思的观察模式信息的情况下，将所输入的R信号输出到第2相加部4204。这样，第2切换部4203根据观察模式信息(照明方式)来切换所输入的R信号的输出目的地。
第2相加部4204被输入从第2切换部4203输出的R信号和从G信号特定频率成分提取部412d输出的特定频率成分信号，在R信号中加上特定频率成分信号。第 2相加部4203将通过相加而得到的相加R信号输出到显示图像生成处理部413。
这里，对在照明方式为NBI方式的情况下在B信号中加上特定频率成分信号的含义进行说明。表层血管的血红蛋白量较少，所以，窄带TG的光的吸收量较少，与周边粘膜之间的信号值的差较小。另一方面，中径血管的血红蛋白量比表层血管多，所以，窄带TG的光的吸收量更多，得到与周边粘膜之间的信号值的差。
与此相对，如上所述，通过色差插值部412b或彩色图像信号生成部412c对B 信号进行尽可能维持频带的插值处理，但是，插值处理自身具有低通滤波器特性，所以，高频成分衰减，成为细径血管像或中径血管像的对比度(信号振幅)降低的像。
在从G信号提取出的特定频率成分信号中，不提取与粗径血管像对应的信号，仅提取与中径血管像和细径血管像对应的信号作为特定频率成分信号。另外，通过限幅处理，不提取血管以外的区域，进而，能够抑制在特定频率成分信号中混入不必要的噪声。
通过在B信号中加上这种特定频率成分信号，能够在B信号的细径血管像或中径血管像中加上细径血管的特定频率成分像或中径血管的特定频率成分像，与仅B 信号的情况相比，能够提高B信号中的血管像的对比度。
并且，在照明方式为NBI方式的情况下，有时粘膜表层的毛细血管仅吸收窄带 TB的光，几乎不吸收窄带TG的光。这种情况下，无法通过G信号描绘毛细血管像，无法在G信号中加上G信号的特定频率成分。该情况下，通过色差插值部412b进行针对B-G信号的方向判别插值，由此能够将B信号的分辨率降低抑制为最小限度。
显示图像生成处理部413对从彩色图像信号生成部412c输出的G信号和从特定频率成分相加部412e输出的B信号(或相加B信号)和R信号(或相加R信号)实施上述处理后，将该处理后的信号作为显示用的显示图像信号输出到显示部5。
接着，参照附图对处理器部4进行的信号处理(图像处理方法)进行说明。图 19是说明处理器部4进行的信号处理的流程图。处理器部4从内窥镜2(前端部24) 取得电信号后，将该电信号输出到预处理部411(步骤S101)。来自内窥镜2的电信号是包含通过摄像元件202生成并通过A/D转换部205转换为数字信号的RAW图像数据的信号。
电信号被输入到预处理部411后，预处理部411进行上述OB钳位处理、噪声降低处理和白平衡处理，将该信号处理后的图像信号输出到插值处理部412(步骤 S102)。
由预处理部411实施了信号处理后的电信号被输入到插值处理部412后，G插值色差计算部412a针对缺失了G信号的像素(R像素或B像素)生成插值G信号，将全部像素位置具有G信号(像素值)或插值G信号(插值值)的G信号图像输出到彩色图像信号生成部412c。(步骤S103)。
然后，G插值色差计算部412a取得观察模式信息，判断所输入的电信号是通过白色照明光观察方式和窄带光观察方式中的哪个观察方式(照明方式)生成的(步骤 S104)。具体而言，G插值色差计算部412a根据来自控制部44的控制信号(例如照明光的信息、表示观察方式的信息)，判断通过哪个观察方式生成。
G插值色差计算部412a判断为所输入的电信号是通过白色照明光观察方式生成的后(步骤S104；WLI)，根据R像素和B像素的位置，生成取各颜色成分的信号与插值G信号的色差而得到的色差信号即R-G信号和B-G信号，作为色差图像信号输出到色差插值部412b(步骤S105)。
与此相对，G插值色差计算部412a判断为所输入的电信号是通过窄带光观察方式生成的后(步骤S104；NBI)，根据B像素的位置，生成取B成分的信号与插值G 信号的色差而得到的色差信号即B-G信号，作为色差图像信号输出到色差插值部412b (步骤S106)。
色差插值部412b根据从G插值色差计算部412a取得的色差图像信号进行色差插值处理(步骤S107)。具体而言，色差插值部412b针对从G插值色差计算部412a 输入的色差图像信号，对各像素位置处缺失的色差信号进行插值，将全部像素位置具有色差信号的色差图像信号输出到彩色图像信号生成部412c。即，通过色差插值部 412b的插值处理，如果是白色照明光观察方式，则生成构成一张图像的图像信号，这张图像的各像素具有色差信号R-G和B-G的值，如果是窄带光观察方式，则生成构成一张图像的图像信号，这张图像的各像素具有色差信号B-G的值。
彩色图像信号生成部412c使用由G插值色差计算部412a生成的G成分的像素值和插值值、以及由色差插值部412b生成的色差图像信号的信号值，生成构成彩色图像的彩色图像信号(步骤S108)。具体而言，彩色图像信号生成部412c分别对各像素位置处的G信号或插值G信号加上色差信号(B-G信号或R-G信号)，由此生成RGB信号或GB信号，将G信号输出到G信号特定频率成分提取部412d和显示图像生成处理部413，并且将RB信号输出到特定频率成分相加部412e。
然后，G信号特定频率成分提取部412d针对彩色图像信号生成部412c生成的 RGB信号中的G信号，提取特定频率成分信号。具体而言，首先，滤波处理部4101 被输入彩色图像信号生成部412c生成的RGB信号中的G信号，进行利用高通滤波器的滤波处理(步骤S109)。
限幅处理部4102对从滤波处理部4101输出的特定频率成分信号(参照图15) 实施限幅处理，生成通过预先设定的限幅下限值和限幅上限值进行了限制的特定频率成分信号(步骤S110：特定频率成分提取步骤)。
增益处理部4103针对限幅处理部4102进行限幅处理后的G信号的信号值计算增益量，将计算出的增益量与特定频率成分信号相乘(步骤S111)。
然后，特定频率成分相加部412e被输入彩色图像信号生成部412c生成的R信号和B信号、以及G信号特定频率成分提取部412d提取出的特定频率成分信号，根据观察模式信息，在R信号和B信号中加上与各个颜色成分对应的特定频率成分信号 (步骤S112：特定频率成分相加步骤)。特定频率成分相加部412e参照上述观察模式信息，如果照明方式为WLI方式，则在R信号和B信号中加上与各个颜色成分对应的特定频率成分信号，如果是NBI方式，则在B信号中加上与B成分对应的特定频率成分信号。
显示图像生成处理部413对从彩色图像信号生成部412c输出的G信号、以及从特定频率成分相加部412e输出的B信号(或相加B信号)和R信号(或相加R信号) 实施灰度转换、放大处理、或粘膜表层的毛细血管和粘膜细微图案等构造的构造强调处理等，生成显示用的显示图像信号(步骤S113)。显示图像生成处理部413实施了规定处理后，将其作为显示图像信号输出到显示部5。
根据上述本实施方式，在能够切换WLI方式和NBI方式的内窥镜装置中，针对由彩色图像信号生成部412c生成的彩色图像信号，G信号特定频率成分提取部412d 从彩色图像信号生成部412c生成的RGB信号中的G信号中提取特定频率成分信号，特定频率成分相加部412e在B信号中加上特定频率成分信号，所以，能够改善与插值处理相伴的血管对比度的降低。在本实施方式中，在WLI方式的情况下，使用G 像素的信号值进行插值处理，由此确保较高分辨率，并且，在NBI方式的情况下，在蓝色成分的信号中加上特定频率成分信号，对与血管或凹部的暗区域对应的区域进行补偿，所以，在将绿色成分作为亮度成分的白色光观察和将蓝色成分作为亮度成分的窄带观察中的任意一方中，都能够提高亮度成分的分辨率。
并且，根据上述本实施方式，针对B-G信号或R-G信号，在上述关注像素位置仅使用其周边的B-G信号或R-G信号来决定更高的相关方向，使用所决定的相关性较高的方向的B-G信号或R-G信号进行插值，所以，能够将与G信号几乎不存在相关性的毛细血管或深部血管等构造物的分辨率的降低抑制为最小限度。
(实施方式的变形例)
图20是示出本发明的实施方式的变形例的内窥镜装置1a的概略结构的示意图。在上述实施方式中，设光源部3具有切换滤镜31c，通过该切换滤镜31c的进出来切换为白色照明光观察方式和窄带光观察方式中的任意一种观察方式进行了说明，所述窄带光观察方式使用由窄带TB、TG的光构成的窄带照明光，但是，在本变形例中，代替光源部3而具有光源部3a，通过旋转滤镜31g来切换观察方式。
本变形例的内窥镜装置1a具有上述内窥镜2、处理器部4、显示部5以及产生从内窥镜2的前端射出的照明光的光源部3a。光源部3a具有照明部31和照明控制部 32。照明部31在照明控制部32的控制下，切换射出波段相互不同的多个照明光。照明部31具有上述光源31a、光源驱动器31b、驱动部31d、驱动器31e和会聚透镜31f 以及旋转滤镜31g。
图21是示出本发明的实施方式的变形例的光源部3a的旋转滤镜31g的结构的示意图。旋转滤镜31g具有旋转轴310和支承在旋转轴310上的呈圆板状的旋转部311。旋转部311具有三个滤镜(滤镜312～314)，这三个滤镜(滤镜312～314)分别配置在将主面分割成三个而得到的区域内。
滤镜312透射包含红色、绿色和蓝色的波段HR、HG和HB的光的白色照明光。
滤镜313透射由波段HB中包含的窄带TB(例如400nm～445nm)的光和波段 HG中包含的窄带TG(例如530nm～550nm)的光构成的窄带照明光(在本变形例中设为第1窄带照明光)。由滤镜313透射的光相当于上述窄带光观察(NBI)方式的窄带照明光。
图22是示出基于本发明的实施方式的变形例的内窥镜装置1a的照明部31所具有的滤镜的照明光的波长与透射率的关系的曲线图。滤镜314透射由波段HR中包含的窄带TR的光和波段HG中包含的窄带TG的光构成的窄带照明光(在本变形例中设为第2窄带照明光)。另外，滤镜314透射的窄带TG的光可以与上述窄带光观察(NBI) 方式的窄带TG的光相同，也可以是不同频带的光。在第2窄带照明光中，选择红色成分(窄带TR)和绿色成分(窄带TG)中的例如变化较大的颜色成分作为亮度成分。
照明控制部32对光源驱动器31b进行控制，使光源31a进行开闭动作，并且对驱动器31e进行控制，使旋转滤镜31g(旋转轴310)旋转，将滤镜312～314中的任意一个滤镜配置在光源31a的光路上，由此，对由照明部31射出的照明光的种类(频带)进行控制。
在本变形例中，图像处理部41也实施上述信号处理，生成显示图像信号。另外，在基于第2窄带照明光的观察的情况下，由于不存在B成分的光，所以，从R-G插值部4007对彩色图像信号生成部412c仅输入具有R-G信号的色差图像信号，通过彩色图像信号生成部412c生成R成分和G成分的信号(RG信号)。
滤波处理部4101被输入彩色图像信号生成部412c生成的RGB信号中的G信号，进行利用规定高通滤波器的滤波处理。另外，在本变形例中，滤波处理部4101也可以提取具有根据观察方式而不同的带通特性的信号。具体而言，滤波处理部4101也可以在观察方式为NBI方式的情况下，提取具有被限制为图14所示的频率特性的带通特性的信号，在基于第2窄带照明光的观察方式的情况下，通过规定带通滤波处理来提取具有规定范围的频率特性的信号。在基于第2窄带照明光的观察方式的情况下，代替高通滤波器而设为带通滤波器，对较高频率进行截止，由此，能够截止在基于第2窄带照明光的观察中不需要的粘膜表层的细径血管。
限幅处理部4102根据观察模式信息(观察方式)来切换限幅处理的阈值(信号振幅的范围)。关于每个观察方式的阈值，可以参照预先存储在存储部43中的阈值，也可以使用手术医生等经由输入部42输入的阈值进行限幅处理。
这里，从彩色图像信号生成部412c对第1切换部4201输入B信号，在取得了照明方式为WLI方式或基于第2窄带照明光的方式的意思的观察模式信息的情况下，将所输入的B信号输出到显示图像生成处理部413。另一方面，第1切换部4201在取得了照明方式为NBI方式的意思的观察模式信息的情况下，将所输入的B信号输出到第1相加部4202。
与此相对，从彩色图像信号生成部412c对第2切换部4203输入R信号，在取得了照明方式为NBI方式的意思的观察模式信息的情况下，将所输入的R信号输出到显示图像生成处理部413。另一方面，第2切换部4203在取得了照明方式为WLI方式或基于第2窄带照明光的方式的意思的观察模式信息的情况下，将所输入的R信号输出到第2相加部4204。
并且，在上述实施方式中，说明了在摄像元件202的受光面上设置有滤色器202a，该滤色器202a具有分别透射规定波段的光的多个滤镜的情况，但是，也可以在摄像元件202的各像素中单独设置各滤镜。
另外，设上述实施方式的内窥镜装置1、1a针对从一个光源31a射出的白色光、通过切换滤镜31c的进出或旋转滤镜31g的旋转将从照明部31射出的照明光切换为白色照明光和窄带照明光进行了说明，但是，也可以切换分别射出白色照明光和窄带照明光的两个光源而射出白色照明光和窄带照明光中的任意一方。在切换两个光源而射出白色照明光和窄带照明光中的任意一方的情况下，例如能够应用于具有光源部、滤色器和摄像元件且导入到被检体内的胶囊型内窥镜。
并且，设上述实施方式和变形例的内窥镜装置1、1a中A/D转换部205设置于前端部24进行了说明，但是，也可以设置在处理器部4中。并且，也可以在内窥镜 2、连接内窥镜2和处理器部4的连接器、操作部22等中设置图像处理的结构。并且，在上述内窥镜装置1、1a中，设使用摄像信息存储部206中存储的识别信息等识别与处理器部4连接的内窥镜2进行了说明，但是，也可以在处理器部4与内窥镜2的连接部分(连接器)设置识别单元。例如，在内窥镜2侧设置识别用的销(识别单元)，识别与处理器部4连接的内窥镜2。
并且，在上述实施方式中，设G插值色差计算部412a生成根据其周边像素对缺失了G信号的像素(R像素或B像素)进行插值而得到的G信号进行了说明，但是，也可以是判别插值方向来进行插值处理的线性插值，还可以通过三次多项式插值或其他非线性插值进行插值处理。
并且，在上述实施方式中，设第2切换部4203在取得了照明方式为WLI方式的意思的观察模式信息的情况下将所输入的R信号输出到第2相加部4204进行了说明，但是，也可以将所输入的R信号输出到显示图像生成处理部413。即，在WLI方式中，也可以不进行特定频率成分信号的相加处理。当进行控制以在WLI方式中不加上特定频率成分时，能够抑制血管的色调变化。
并且，在上述实施方式中，也可以不进行利用限幅处理部4102的限幅处理，将由滤波处理部4101提取出的响应信号作为特定频率成分信号输出到增益处理部 4103。
并且，在上述实施方式中，设滤色器202a中呈矩阵状排列有拜耳排列的滤镜单元U1进行了说明，但是，不限于拜耳排列。例如，在切换WLI方式和上述NBI方式的情况下，只要是G成分的密度高于B成分的滤镜排列的滤镜单元即可。只要是生成白色照明光的亮度成分的电信号的像素的密度高于生成窄带照明光的亮度成分的电信号的像素的密度的滤镜排列，则能够应用。
另外，在上述实施方式中，以包含图像处理装置的内窥镜装置为例进行了说明，但是，例如，还能够应用于显微镜装置等进行图像处理的摄像装置。
产业上的可利用性
如上所述，在白色照明光观察方式和窄带光观察方式中的任意一种观察方式中都得到较高分辨率的图像这方面，本发明的图像处理装置、图像处理装置的工作方法、图像处理装置的工作程序和内窥镜装置是有用的。
标号说明
1、1a：内窥镜装置；2：内窥镜；3、3a：光源部；4：处理器部；5：显示部； 21：插入部；22：操作部；23：通用软线；24：前端部；31：照明部；31a：光源； 31b：光源驱动器；31c：切换滤镜；31d：驱动部；31e：驱动器；31f：会聚透镜； 31g：旋转滤镜；32：照明控制部；41：图像处理部；42：输入部；43：存储部；44：控制部；201：摄像光学系统；202：摄像元件；202a：滤色器；203：光导；204：照明用透镜；205：A/D转换部；206：摄像信息存储部；261：识别信息存储部；411：预处理部；412：插值处理部；412a：G插值色差计算部；412b：色差插值部；412c：彩色图像信号生成部；412d：G信号特定频率成分提取部；412e：特定频率成分相加部；413：显示图像生成处理部；4001：色差分离部；4002：B-G相关判别部；4003：B-G插值方向判别部；4004：B-G插值部；4005：R-G相关判别部；4006：R-G插值方向判别部；4007：R-G插值部；4101：滤波处理部；4102：限幅处理部；4103：增益处理部；4201：第1切换部；4202：第1相加部；4203：第2切换部；4204：第2 相加部；U1：滤镜单元。

Claims (8)

1.一种图像处理装置，其根据摄像元件的各像素分别生成的颜色信号对缺失的颜色成分的信号进行插值，由此生成具有各颜色成分的颜色信号的图像信号，所述摄像元件呈矩阵状配置有第1像素、第2像素和第3像素，且所述第1像素的密度高于所述第2像素和第3像素的各密度，所述第1像素生成第1亮度成分的第1颜色信号，所述第1亮度成分是包含红色、绿色和蓝色波段的光的白色照明光的亮度成分，所述第2像素生成第2亮度成分的第2颜色信号，所述第2亮度成分是由波段比所述白色照明光的波段窄的光构成的窄带照明光的亮度成分，所述第3像素生成与第1亮度成分和第2亮度成分不同的颜色成分的第3颜色信号，
其特征在于，所述图像处理装置具有：
特定频率成分提取部，其从通过插值而生成的所述各颜色成分的颜色信号中的所述第1亮度成分的颜色信号中，提取具有规定空间频率成分的特定频率成分信号；以及
特定频率成分相加部，其对于与基于所述白色照明光或所述窄带照明光的观察方式相应地决定的与所述第1亮度成分不同的颜色成分的颜色信号，加上所述特定频率成分提取部提取出的所述特定频率成分信号，
所述特定频率成分提取部具有滤波处理部，该滤波处理部通过具有规定频率特性的高通滤波器或带通滤波器，提取与该滤波器的频率特性对应的响应信号，
所述特定频率成分提取部还具有限幅处理部，该限幅处理部从所述滤波处理部提取出的响应信号中，提取具有与构造物对应的特定振幅的信号作为所述特定频率成分信号。
2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，
通过所述插值而生成的所述各颜色成分的颜色信号被实施插值滤波处理，
所述特定频率成分信号是具有所述滤波处理部的滤波器的频率特性与所述插值滤波处理后的频率特性的合成特性的信号。
3.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，
所述构造物是血管，
所述限幅处理部根据与所述血管对应的阈值，从提取出的响应信号中提取所述特定频率成分信号。
4.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，
所述图像处理装置具有：
插值色差计算部，其根据该像素位置周边的所述第1颜色信号对所述第2像素或第3像素的位置处的所述第1亮度成分的颜色信号进行插值，生成取通过该插值而生成的所述第1亮度成分的颜色信号与所述第2像素或第3像素生成的第2颜色信号或第3颜色信号之差而得到的色差信号；
色差插值部，其根据所述插值色差计算部生成的所述色差信号判别插值方向，对各像素位置处缺失的色差信号进行插值；以及
图像信号生成部，其根据所述色差插值部生成的插值后的色差信号和所述插值色差计算部生成的所述第1亮度成分的颜色信号，生成与所述第1亮度成分不同的颜色成分的颜色信号。
5.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，
所述限幅处理部根据基于所述白色照明光的观察方式或基于所述窄带照明光的观察方式来切换限幅处理。
6.一种图像处理装置的工作方法，该图像处理装置根据摄像元件的各像素分别生成的颜色信号对缺失的颜色成分的信号进行插值，由此生成具有各颜色成分的颜色信号的图像信号，所述摄像元件呈矩阵状配置有第1像素、第2像素和第3像素，且所述第1像素的密度高于所述第2像素和第3像素的各密度，所述第1像素生成第1亮度成分的第1颜色信号，所述第1亮度成分是包含红色、绿色和蓝色波段的光的白色照明光的亮度成分，所述第2像素生成第2亮度成分的第2颜色信号，所述第2亮度成分是由波段比所述白色照明光的波段窄的光构成的窄带照明光的亮度成分，所述第3像素生成与第1亮度成分和第2亮度成分不同的颜色成分的第3颜色信号，
其特征在于，所述工作方法包括以下步骤：
特定频率成分提取步骤，由特定频率成分提取部从通过插值而生成的所述各颜色成分的颜色信号中的所述第1亮度成分的颜色信号中，提取具有规定空间频率成分的特定频率成分信号；以及
特定频率成分相加步骤，由特定频率成分相加部对于与基于所述白色照明光或所述窄带照明光的观察方式相应地决定的与所述第1亮度成分不同的颜色成分的颜色信号，加上所述特定频率成分提取部提取出的所述特定频率成分信号，
所述特定频率成分提取步骤具有滤波处理步骤，该滤波处理步骤通过具有规定频率特性的高通滤波器或带通滤波器，提取与该滤波器的频率特性对应的响应信号，
所述特定频率成分提取步骤还具有限幅处理步骤，该限幅处理步骤从所述滤波处理步骤提取出的响应信号中，提取具有与构造物对应的特定振幅的信号作为所述特定频率成分信号。
7.一种计算机能够读取的记录介质，其存储有图像处理装置的工作程序，该图像处理装置根据摄像元件的各像素分别生成的颜色信号对缺失的颜色成分的信号进行插值，由此生成具有各颜色成分的颜色信号的图像信号，所述摄像元件呈矩阵状配置有第1像素、第2像素和第3像素，且所述第1像素的密度高于所述第2像素和第3像素的各密度，所述第1像素生成第1亮度成分的第1颜色信号，所述第1亮度成分是包含红色、绿色和蓝色波段的光的白色照明光的亮度成分，所述第2像素生成第2亮度成分的第2颜色信号，所述第2亮度成分是由波段比所述白色照明光的波段窄的光构成的窄带照明光的亮度成分，所述第3像素生成与第1亮度成分和第2亮度成分不同的颜色成分的第3颜色信号，
其特征在于，所述工作程序使所述图像处理装置执行以下步骤：
特定频率成分提取步骤，由特定频率成分提取部从通过插值而生成的所述各颜色成分的颜色信号中的所述第1亮度成分的颜色信号中，提取具有规定空间频率成分的特定频率成分信号；以及
特定频率成分相加步骤，由特定频率成分相加部对于与基于所述白色照明光或所述窄带照明光的观察方式相应地决定的与所述第1亮度成分不同的颜色成分的颜色信号，加上所述特定频率成分提取部提取出的所述特定频率成分信号，
所述特定频率成分提取步骤具有滤波处理步骤，该滤波处理步骤通过具有规定频率特性的高通滤波器或带通滤波器，提取与该滤波器的频率特性对应的响应信号，
所述特定频率成分提取步骤还具有限幅处理步骤，该限幅处理步骤从所述滤波处理步骤提取出的响应信号中，提取具有与构造物对应的特定振幅的信号作为所述特定频率成分信号。
8.一种内窥镜装置，其特征在于，所述内窥镜装置具有：
光源部，其射出包含红色、绿色和蓝色波段的光的白色照明光以及由波段比所述白色照明光的波段窄的光构成的窄带照明光中的任意一方；
摄像元件，其呈矩阵状配置有第1像素、第2像素和第3像素，且所述第1像素的密度高于所述第2像素和第3像素的各密度，所述第1像素生成第1亮度成分的第1颜色信号，所述第1亮度成分是包含红色、绿色和蓝色波段的光的白色照明光的亮度成分，所述第2像素生成第2亮度成分的第2颜色信号，所述第2亮度成分是由波段比所述白色照明光的波段窄的光构成的窄带照明光的亮度成分，所述第3像素生成与第1亮度成分和第2亮度成分不同的颜色成分的第3颜色信号；以及
权利要求1所述的图像处理装置。
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