JP4390440B2 - 内視鏡用自動調光装置および電子内視鏡装置 - Google Patents
内視鏡用自動調光装置および電子内視鏡装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子を有するビデオスコープとビデオスコープが接続されるプロセッサとを備えた電子内視鏡装置に関する。特に、観察部位を照射する光の光量を調整し、あるいは、撮像素子のシャッタスピードに基づく電荷蓄積量を調整することにより、表示される被写体像の明るさを適正に維持する明るさ処理に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電子内視鏡装置では、被写体像に応じた画像信号がビデオスコープ内の撮像素子から読み出されると、被写体像の明るさを示す輝度値が算出される。そして、この輝度値と適正な明るさを示す参照輝度値との差に基づいて、例えば、絞りの開閉によって患部に照射される光の光量が調整される。輝度値を算出する測光方式としては、画面全体の明るさ平均を求める平均測光や、画面全体の中で比較的輝度値の高い値を被写体像の明るさとするピーク測光があり、医師などのオペレータは必要に応じて測光方式を選択する。
【0003】
ところで、患部とビデオスコープの先端部とが近接した場合や、鉗子などの処置具の先端部が観察画像に現われた場合、観察画像の周辺領域ではハレーションが発生しやすい。ピーク測光方式を適用している状態で周辺領域にハレーションが発生すると、画面全体としては適正な明るさであるにも関らず、照射光量が減少するように光量調整が行われる。そのため、観察画像の中心付近のエリアをピーク測光領域、周辺エリアを平均測光領域に設定する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−333901号公報(第3図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
一方、体内の粘膜や観察部位の微小な凹凸の起因して、観察画像の中で微小領域内の画素の輝度値が周囲に比べて極端に高くなる場合がある。中央付近のピーク測光領域にこのような高輝度の微小領域が存在すると、ピーク値がその高輝度微小領域に基づいて検出されてしまうため、観察画像全体の明るさを抑えるように光量調整が行われてしまう。その結果、観察画像の明るさを適正に維持できず、処置、手術等に影響してしまう。
【0006】
そこで本発明では、高輝度値をもつ微小な画素領域の存在に関らず、観察画像の明るさを適正に維持することが可能な電子内視鏡装置を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子内視鏡装置は、被写体像を撮像するための撮像素子を有するビデオスコープとビデオスコープが接続されるプロセッサとを備えた電子内視鏡装置であって、被写体を照明するための照明光を放射する光源と、撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、被写体像を構成する複数の画素それぞれの輝度値を検出する画素輝度検出手段とを備える。ここでの被写体像は、表示装置等に表示され、オペレータ等に観察される像を示す。
【0008】
さらに、本発明の電子内視鏡装置は、分割設定手段と、輝度平均算出手段と、ピーク値決定手段と、代表輝度値算出手段と、光量調整手段とを備える。分割設定手段は、被写体像を、それぞれ所定の数の画素によって構成される複数のブロックに分割設定する。例えば、正方形状のブロックとなるように縦横同数の画素によってブロックを構成すればよい。この場合、被写体像はブロックがマトリクス状に並ぶことによって構成される。輝度平均算出手段は、複数のブロック各々に対し、ブロックの平均的な輝度値を示すブロック輝度平均値を算出する。ブロック輝度平均値は、輝度値の総和を画素数で割ることにより算出すればよい。あるいは、度数分布に基づいて、各輝度値とその輝度値をもつ画素の数とを乗じた総和を画素数で割ることによって算出してもよい。ピーク値決定手段は、複数のブロックそれぞれのブロック輝度平均値を比較して、実質的に最大となるブロック輝度平均値をピーク値として決定する。例えば、実際に最大となるブロック輝度平均値をピーク値としてもよいが、それより小さいブロック輝度平均値をもつブロックが所定の数を超える場合、そのブロック輝度平均値を実質的にピーク値とみなすようにしてもよい。
【0009】
代表輝度値算出手段は、ピーク値に基づいて、被写体像の代表的明るさを示す代表輝度値を算出する。例えば、被写体像全体に対してピーク測光を実行する場合、ピーク値がそのまま代表輝度値となる。すなわち、ピーク値決定手段が、そのまま代表輝度値算出手段となる。そして、光量調整手段は、代表輝度値に基づいて、被写体へ照射される光の光量を調整する。例えば、絞りの開閉によって光量調整をすればよい。一方、本発明の他の電子内視鏡装置は、光量調整手段の代わりに、代表輝度値に基づいて、撮像素子から読み出される画像信号の輝度レベルを調整する画像信号調整手段を備える。例えば撮像素子が電子シャッタ機能を有する場合、画像信号調整手段は、電子シャッタ機能を制御して、撮像素子から読み出される画像信号の輝度レベルを調整する。
【0010】
体内の粘膜や患部の微小な凹凸により、局所的に微小領域内の画素のみ高輝度値になった場合でも、まずブロックの輝度平均値が算出されてからそのブロック輝度平均値に基づいてピーク値が決定されるため、微小領域の画素の輝度値がそのままピーク値とはならない。したがって、被写体像の明るさが適正に維持される。被写体像を構成するブロックに関しては、微小領域を十分取り込めるような画素数、サイズを設定すればよい。例えば、画素数は30〜120の範囲で定めればよい。
【0011】
中心付近のみピーク測光を行う場合、電子内視鏡装置は、被写体像に対し、被写体像の中央部にピーク測光領域を定めるピーク測光領域設定手段を備えるのがよい。ピーク値決定手段は、ピーク測光領域内に配置されるブロックを対象にしてピーク値を決定する。被写体像の周辺領域はハレーションが発生しやすいため、中心付近に映し出される注目すべき部位の輝度値のみに基づいて自動調光処理が行われる。
【0012】
ピーク測光と平均測光を併用する場合、被写体像に対し、被写体像の中央部にピーク測光領域を定めるピーク測光領域設定手段と、被写体像に対し、被写体像の周辺部を含むように平均測光領域を定める平均測光領域設定手段と、平均測光領域内に配置されたブロックに基づいて、ブロック輝度平均値の平均値を示す平均輝度値を算出する平均輝度値算出手段とを設ければよい。ピーク値決定手段は、ピーク測光領域内に配置されるブロックを対象にしてピーク値を決定する。代表輝度値算出手段は、ピーク値および平均輝度値に基づいて、代表輝度値を算出する。例えば、代表輝度値算出手段は、ピーク値および平均輝度値に対してそれぞれピーク重み付け係数および平均重み付け係数を乗じることにより、代表輝度値を算出する。
【0013】
ピーク測光領域を2つに分けて設定する場合、被写体像に対し、被写体像の中央部に第1のピーク測光領域を定め、第1のピーク測光領域周りに第2のピーク測光領域を定めるピーク測光領域設定手段を設ければよい。ピーク値決定手段は、第1のピーク測光領域内に配置されるブロックを対象にして第1のピーク値を決定するとともに、第2のピーク測光領域内に配置されるブロックを対象にして第2のピーク値を決定し、代表輝度値算出手段は、第1のピーク値および第2のピーク値とに基づいて、代表輝度値を算出する。例えば、代表輝度値算出手段は、第1のピーク値および第2のピーク値に対してそれぞれ第1のピーク重み付け係数および第2のピーク重み付け係数を乗じることにより、代表輝度値を算出する。中心付近のピーク測光領域を重視して行うため、第1のピーク重み付け係数が第2のピーク重み付け係数よりも大きく設定するのがよい。
【0014】
さらに平均測光も併用する場合、被写体像に対し、被写体像の周辺部を含むように平均測光領域を定める平均測光領域設定手段と。平均測光領域内に配置されたブロックに基づいて、ブロック輝度平均値の平均値を示す平均輝度値を算出する平均輝度値算出手段とを設けるのがよい。代表輝度値算出手段は、第1のピーク値、第2のピーク値および平均輝度値とに基づいて、代表輝度値を算出する。
【0015】
分割設定手段は、画素数およびサイズに関してそれぞれ実質的に等しい複数のブロックを設定してもよいが、局所的に高輝度となる画素領域が大きくなる場合においても適正な光量調整を行うため、分割設定手段は、画素数およびサイズの異なる複数の種類のブロックを分割設定するのがよい。例えば、分割設定手段は、第1の画素数によって構成される第1のブロックと、第1の画素数より多い第2の画素数によって構成される第2のブロックとを分割設定する。特に、ピーク測光領域内において周辺領域に近いエリアについては、ハレーションの発生を考慮して、第2のブロックを設定するのがよい。例えば、第2のピーク測光領域を第2のブロックで構成してもよい。
【0016】
鉗子等の処置具を使用する場合にも適正に光量調整を行うため、ビデオスコープ内に設けられた鉗子チャンネルを利用して処置具が使用されているか否かを検出する処置具使用検出手段を設けるのがよく、分割設定手段は、処置具の使用が検出された場合、被写体像において処置具先端部が表示される処置具表示領域を除いてピーク測光領域を設定する。
【0017】
本発明の内視鏡用自動調光装置は、ビデオスコープの撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、それぞれ輝度値を持つ複数の画素によって構成される被写体像を、それぞれ所定数の画素によって構成される複数のブロックに分割設定する分割設定手段と、複数のブロック各々に対し、所定数の画素の輝度値からブロックの平均的な輝度値を示すブロック輝度平均値を算出する輝度平均算出手段と、複数のブロックそれぞれのブロック輝度平均値を比較して、実質的に最大となるブロック輝度平均値をピーク値として決定するピーク値決定手段と、ピーク値に基づいて、被写体像の代表的明るさを示す代表輝度値を算出する代表輝度値算出手段と、代表輝度値に基づいて、被写体へ照射される光の光量を調整する光量調整手段とを備えたことを特徴とする。あるいは、本発明の内視鏡用被写体像明るさ自動調整装置は、デオスコープの撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、それぞれ輝度値を持つ複数の画素によって構成される被写体像を、それぞれ所定数の画素によって構成される複数のブロックに分割設定する分割設定手段と、複数のブロック各々に対し、所定数の画素の輝度値からブロックの平均的な輝度値を示すブロック輝度平均値を算出する輝度平均算出手段と、複数のブロックそれぞれのブロック輝度平均値を比較して、実質的に最大となるブロック輝度平均値をピーク値として決定するピーク値決定手段と、ピーク値に基づいて、被写体像の代表的明るさを示す代表輝度値を算出する代表輝度値算出手段と、代表輝度値に基づいて、撮像素子から読み出される画像信号の輝度レベルを調整する画像信号調整手段とを備えたことを特徴とする。
【0018】
本発明の自動調光プログラムは、電子内視鏡装置において表示される被写体像の明るさを調整するためのプログラムであって、ビデオスコープの撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、それぞれ輝度値を持つ複数の画素によって構成される被写体像を、それぞれ所定数の画素によって構成される複数のブロックに分割設定する分割設定手段と、複数のブロック各々に対し、所定数の画素の輝度値からブロックの平均的な輝度値を示すブロック輝度平均値を算出する輝度平均算出手段と、複数のブロックそれぞれのブロック輝度平均値を比較して、実質的に最大値となるブロック輝度平均値をピーク値として決定するピーク値決定手段と、ピーク値に基づいて、被写体像の代表的明るさを示す代表輝度値を算出する代表輝度値算出手段と、代表輝度値に基づいて、被写体へ照射される光の光量を調整する光量調整手段とを機能させることを特徴とする。あるいは、本発明の画素信号調整プログラムは、電子内視鏡装置において表示される被写体像の明るさを調整するためのプログラムであって、ビデオスコープの撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、それぞれ輝度値を持つ複数の画素によって構成される被写体像を、それぞれ所定数の画素によって構成される複数のブロックに分割設定する分割設定手段と、複数のブロック各々に対し、所定数の画素の輝度値からブロックの平均的な輝度値を示すブロック輝度平均値を算出する輝度平均算出手段と、複数のブロックそれぞれのブロック輝度平均値を比較して、実質的に最大値となるブロック輝度平均値をピーク値として決定するピーク値決定手段と、ピーク値に基づいて、被写体像の代表的明るさを示す代表輝度値を算出する代表輝度値算出手段と、代表輝度値に基づいて、撮像素子から読み出される画像信号の輝度レベルを調整する画像信号調整手段とを機能させることを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態である電子内視鏡装置について説明する。
【0020】
図1は、第1の実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。検査、手術等が開始されると、ビデオスコープが体内へ挿入される。
【0021】
電子内視鏡装置には、CCD(Charge-Coupled Device)54を有するビデオスコープ50と、CCD54から読み出される信号を処理するプロセッサ10とが備えられており、被写体像を表示するモニタ32およびキーボードがプロセッサ10に接続される。ビデオスコープ50はプロセッサ10に着脱自在に接続される。
【0022】
ランプ電源スイッチ(図示せず)がONになると、ランプ制御回路11Aを含むランプ電源部11からランプ(照明用光源)12へ電源が供給され、これによりランプ12から光が放射される。ランプ12から放射された光は、集光レンズ14を介してビデオスコープ50内に設けられた光ファイバー束51の入射端51aに入射する。光ファイバー束51は、ランプ12から放射される光を観察部位Sのあるビデオスコープ50の先端部60へ光を伝達する極細の光ファイバーの束であり、光ファイバー束51を通った光は出射端51bから出射する。これにより、照明用レンズである配光レンズ52を介して被写体である観察部位Sに光が照射される。また、ビデオスコープ50には鉗子チャンネル58が形成されており、観察部位を処置等する場合、先端部が金属性の処置器具の一種である鉗子KNが鉗子チャンネル58に挿入される。
【0023】
観察部位Sにおいて反射した光は、対物レンズ53を通ってCCD54の受光領域に到達し、これにより観察部位Sの光学像がCCD54の受光領域に形成される。本実施形態では、カラー撮像方式として同時単板式が適用されており、CCDの受光面上にはイエロー(Ye)、シアン(Cy)、マゼンタ(Mg)、グリーン(G)の色要素が市松状に並べられた補色カラーフィルタ(図示せず)が受光領域の各画素位置に対応するよう配置されている。そして、CCD54では、観察部位Sの光学像が補色カラーフィルタの各色要素を通る色に応じた複数の画素信号から成る画像信号が光電変換により発生し、所定時間間隔ごとに1フレームもしくは1フィールド分の画像信号が、色差線順次方式に従って順次読み出される。本実施形態では、カラーテレビジョン方式としてNTSC方式が適用されており、1/30(1/60)秒間隔ごとに1フレーム(1フィールド)分の画像信号が順次読み出され、初期信号処理回路55へ送られる。
【0024】
初期信号処理回路55には、プリアンプ、サンプルホールド回路、画像メモリ、画像処理回路(いずれも図示せず)などが含まれており、初期信号処理回路55に入力された画像信号は、各回路処理の後デジタル画像信号に変換され、画像メモリに一時的に格納される。画像メモリから読み出されたデジタル画像信号は画像処理回路に送られ、ホワイトバランス調整、ガンマ補正などの処理が施される。処理された画像信号はプロセッサ10へ送られる。また、初期信号処理回路55に入力された画像信号の輝度成分である輝度信号が生成されて所定のタイミングで調光回路23へ送られる。ここでは、NTSC方式に従って1/30(1/60)秒間隔ごとに輝度信号が送られる。
【0025】
プロセッサ信号処理回路28では、初期信号処理回路55から送られてくる画像信号に対して所定の処理が施される。処理された画像信号は、NTSCコンポジット信号、Y/C分離信号(いわゆるSビデオ信号)、RGB分離信号などのビデオ信号(映像信号)としてモニタ32へ出力され、これにより被写体像がモニタ32に映し出される。
【0026】
システムコントロール回路22には、CPU24、ROM25、RAM26が含まれており、CPU24は、プロセッサ10全体を制御し、調光回路23、ランプ制御回路11A、プロセッサ信号処理回路28などの各回路に制御信号を出力する。タイミングコントロール回路30では、信号の処理タイミングを調整するクロックパルスがプロセッサ10内の各回路に出力され、また、ビデオ信号に付随される同期信号がプロセッサ信号処理回路28に送られる。システムコントロール回路22内のROM25には、電子内視鏡装置全体を制御するためのプログラムがあらかじめ記憶されている。
【0027】
ライトガイド51の入射端51aと集光レンズ16との間には、被写体Sに照射される光の光量を調整する絞り16が設けられており、モータ18の駆動によって開閉する。本実施形態では、DSP(Digital Signal Processor)で構成された調光回路23により、絞り16を通過する光、すなわち被写体Sへ照射される光の光量が調整される。さらに本実施形態では、後述するように、観察される被写体像が複数のブロックに分割されており、ブロック毎に輝度平均値が算出される。そして、観察画像全体に対して平均測光が実行されるとともに、観察画像中央付近ではピーク測光が実行される。平均測光による輝度値とピーク測光による輝度値とに基づいて、調光回路23からモータドライバ20へ制御信号が送られる。これにより、モータ18がモータドライバ20によって駆動され、その結果、絞り16が所定の開度となるように駆動される。
【0028】
ビデオスコープ50内には、ビデオスコープ50全体を制御するスコープ制御部56と、ビデオスコープ50に関連したデータがあらかじめ記憶されたEEPROM57とが設けられている。データには、CCD54の画素数や、先端部60における鉗子口59Aの位置に関するデータが含まれている。スコープ制御部56は、初期信号処理回路55を制御するとともに、EEPROM57からスコープ関連のデータを読み出す。ビデオスコープ50がプロセッサ10に接続されると、スコープ制御部56とシステムコントロール回路22との間でデータが送受信され、データがシステムコントロール回路22へ送られる。なお、本実施形態では、CCD54の画素数は、モニタ32の画素数よりも少なく、CCD54に形成される被写体像が実質的にそのままモニタ32に表示される画像となる。
【0029】
フロントパネル46には、自動調光において基準となる参照輝度値Yrの設定をするための設定スイッチ46Aが設けらており、オペレータがスイッチを操作すると、操作に応じた信号がシステムコントロール回路22へ送られる。参照輝度値のデータは、RAM26へ一時的に格納されるとともに、必要に応じてシステムコントロール回路22から調光回路23へ送られる。
【0030】
図2は、調光回路23において実行される自動調光処理を示したフローチャートであり、NTSC方式に従って1/30(1/60)秒毎に実行される処理ルーチンである。また、図3、図4は、複数のブロックにより構成される観察画像および拡大された1つのブロックを示した図である。図2〜図4を用いて、本実施形態の自動調光処理について説明する。
【0031】
ステップS101では、図3に示すように、観察画像Aを複数のブロックBxyに分割設定するとともに、ピーク測光領域A1および平均測光領域A2が設定される。
【0032】
図3に示す観察画像Aはモニタ32に表示される被写体像に対応しており、8×8=64個のブロックBxy(x=0〜7、y=0〜7)がマトリクス状に並ぶような状態で観察画像Aが構成される。ここでは添字xはモニタ32の画面水平方向、添字yはモニタ32の画面垂直方向を表す。さらに、各ブロックBxyは、8×8の画素Pij(i=0〜7、j=0〜7)によって構成されており、観察画像全体は、64×64(=4096)個の画素によって構成されている。ただし、添字iは水平方向、添字jは垂直方向表す。各画素Pijはそれぞれ輝度値Yijを持っており、各画素Pijの輝度値に応じた輝度信号がビデオスコープ50から調光回路23へ送られてくる。本実施形態では、被写体像の明るさを256段階に分けており、輝度値は輝度レベルとして0〜255のいずれかの値に定められる。
【0033】
観察画像Aに対しては、中心周りに境界線が描かれるピーク測光領域A1と観察画像全体からなる平均測光領域A2とが規定されており、ここでは、ピーク測光領域A1と平均測光領域A2の面積比は約1:3である。ピーク測光領域A1ではピーク測光、平均測光領域A2では平均測光が実行される。観察画像Aに対するピーク測光領域A1の範囲は、注目したい部位を観察画像Aの中央に映し出すこと、その部位全体に対してピーク測光を実行できることなどを考慮して定められる。
【0034】
大腸などの体内器官は管状になっているため、ビデオスコープ50の先端部60が器官内の中心方向を向いている場合、先端部60の周縁部が器官と近接している。言い換えれば、観察画像Aの周辺領域に映し出される部分が、器官内において先端部60と近接している部位となる。また、先端が金属製の処置具を使用した場合、処置具先端部の画像が観察画像Aの周辺領域に現われる。したがって、周辺領域においてハレーションが発生しやすいため、ピーク測光が実行されるピーク測光領域A1には周辺領域が含まれていない。これにより、中央付近にあって注目する部位全体を比較的高輝度の状態で観察することが可能となる。ステップS101が実行されると、ステップS102へ移る。
【0035】
ステップS102では、64個のブロックBxyそれぞれについて、輝度の平均値(以下では、ブロック輝度平均値という)YBxyが算出される。
YBxy=ΣYij/(i×j) ・・・・(1)
各ブロックBxyのブロック輝度平均値YBxyが求められると、ステップS103へ進む。ステップS103では、ピーク測光領域A1に対してピーク輝度値Ypが算出され、平均測光領域A2に対して平均輝度値Javeが算出される。
【0036】
平均輝度値Javeは、各ブロックBxyのブロック輝度平均値YBxyに基づき、以下の式によって求められる。
Jave=ΣYBxy/(x×y) ・・・・・(2)
一方、ピーク値Ypの場合、ピーク測光領域A1内の各ブロックBxyの輝度平均値Yxyがそれぞれ比較され、その中で最大となる輝度平均値YBxyがピーク値Ypとして定められる。ステップS103が実行されると、ステップS104へ進む。
【0037】
ステップS104では、自動調光処理において参照輝度値Yrと比較される観察画像Aの輝度値Iが、以下の式に基づいて算出される。以下では、輝度値Iを代表輝度値という。
I=α×Jave+β×Yp ・・・・・(3)
ただし、α、βは重み付け係数である。重み付け係数α、βの値は使用状況に合わせて設定すればよいが、ここではαはβに比べて十分小さい値に設定される。ステップS104が実行されると、ステップS105へ進む。
【0038】
ステップS105では、代表輝度値Iと参照輝度値Yrとの差が比較される。参照輝度値Yrは、ここでは128に設定されている。代表輝度値Iと参照輝度値Yrとの差が許容差Cより大きい場合、ステップS106へ進み、その差に応じた制御信号が調光回路23からモータドライバ20へ送られる。その結果、被写体像の明るさが適正となるように絞り16が所定量だけ駆動される。ステップS106が実行されると、処理ルーチンが終了する。一方、代表輝度値Iと参照輝度値Yrとの差が許容差C以下である場合、被写体像の明るさは実質的には適正であると判断され、そのまま処理ルーチンが終了する。
【0039】
図4では、一部の画素のみ高輝度である観察画像を示している。注目すべき部位がピーク測光領域A1内に映し出されている状態において、体内の粘膜や部位の微小な凹凸により、ブロックBxyの中で画素Pij(図4では、i=j=4)のみ高輝度の状態にある。ブロックBxyの中で画素Pij以外の画素については参照輝度値Yr(=128)と等しく、画素Pijのみ高輝度値(=255)になっている。本実施形態では、ブロックBxyに対するブロック輝度平均値YBxyが算出され、他のブロックの輝度平均値YBxyと比較されながらピーク値Ypが決定される。したがって、画素Pijの輝度値がそのままピーク値と算出されることはない。算出されるブロック輝度平均値YBxyは、高輝度の画素Pij以外の画素に基づいて実質的に算出される。
【0040】
また、図4に示すように、体内の粘膜や部位の微小な凹凸の影響により、1画素だけでなく複数の画素による微小領域VSが高輝度状態にある場合においても、ブロックBxy毎にブロック輝度平均値YBxyが算出され、他のブロック輝度平均値YBxyと比較されながらピーク値Ypが算出されるため、高輝度状態となった画素のある微小領域VSの影響でそのままピーク値Ypが高輝度値に決定されることはない。
【0041】
このように本実施形態によれば、ブロックBxyのブロック輝度平均値YBxyがそれぞれ算出される。また、ピーク測光領域A1内のブロック輝度平均値YBxyが比較され、最大値となるピーク値Ypが算出される。また、平均測光領域A2のブロック輝度平均値YBxyの平均値である平均輝度値Javeが算出される。そして、平均輝度値Javeとピーク値Ypに基づいて代表輝度値Iが算出され、代表輝度値Iと参照輝度値Yrとの差に基づいて絞り16が駆動される。
【0042】
なお、α=0に設定し、ピーク値Ypをそのまま代表輝度値Iとしてもよい。ピーク測光領域A1は図示した以外の範囲に設定してもよく、観察画像Aの領域すべてをピーク測光領域A1に設定してもよい。また、平均測光領域A2は、観察画像Aの全体でなく、ピーク測光領域A1を除く周辺領域だけに定めてもよい。
【0043】
本実施形態では、自動調光処理ルーチンの最初にピーク測光領域A1、平均測光領域A2、およびブロックBxyの設定が実行されるが、プロセッサ10の電源をON状態にした時の初期設定の中で実行してもよい。
【0044】
ブロックBxyのサイズ、ブロックBxyを構成する画素数に関しては、図示した以外のサイズ、画素数に定めてもよい。
【0045】
CCD54から読み出された画像信号の処理は、ビデオスコープ50内で実行する代わりにプロセッサ内で実行してもよい。
【0046】
ランプ12及び絞り16を使用する代わりに、発光ダイオードなどの光源に対する発光量を調整するように構成してもよい。
【0047】
CCD54の画素数がモニタ32の画素数より多い場合、モニタ32に表示される被写体像を構成する画素に基づいて自動調光処理を行えばよい。
【0048】
ブロック輝度平均値YBxyに関しては、1つのブロックに対する度数分布に基づいて輝度平均値を算出してもよい。例えば、各輝度値に対してその輝度値となる画素の数に輝度値を乗じ、その総和を画素数で割ることにより輝度平均値を算出してもよい。
【0049】
次に、図5、図6を用いて、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態では、ピーク測光の実行される領域が2つ設定されている。
【0050】
図5は、第2の実施形態における自動調光処理を示したフローチャートである。図6は、第2の実施形態における観察画像を示した図である。
【0051】
ステップS201では、観察画像AがブロックBxy毎に分割設定されるとともに、第1のピーク測光領域A’1、第2のピーク測光領域A’2、平均測光領域A3が定められる。
【0052】
図6に示すように、観察画像Aに対し、第1のピーク測光領域A’1が中央部に設けられ、その周りに第2のドーナツ状のピーク測光領域A’2が規定されている。さらに、第2のピーク測光領域周りに平均測光領域A’3が規定されている。第1の実施形態同様に、平均測光領域A’3は観察画像Aの全体領域に相当する。
【0053】
ステップS202の実行は図2のステップS102の実行と同じであり、ブロック輝度平均値YBxyが算出される。そして、ステップS203では、第1のピーク測光領域A’1、第2のピーク測光領域A’2、平均測光領域A’3に対し、それぞれ第1のピーク値Yp1、第2のピーク値Yp2、平均輝度値Javeが算出される。ステップS203が実行されると、ステップS204へ進む。
【0054】
ステップS204では、代表輝度値Iが以下の式に基づいて算出される。
I=α’×Jave+β’×Yp1+γ’×Yp2 ・・・(4)
ただし、β’はγ’よりも大きい。
【0055】
上述したように、観察画像Aの中心から周辺領域へ向かうほど、器官内壁との距離が接近する。そのため、ビデオスコープ50の先端部60が進行方向(器官の中心軸方向)を向いている場合、観察画像Aの輝度は、中心から周辺領域へ向かうほど高くなる傾向にある。本実施形態では、そのような特性に応じて、第1のピーク測光領域A’1および第2のピーク測光領域A’2が定められており、第1のピーク値Yp1が第2のピーク値Yp2より重視される。ステップS204が実行されると、ステップS205へ進む。
【0056】
ステップS205〜S206の実行は、図2のステップS105〜S106の実行と同じであり、代表輝度値Iが参照輝度値Yrと比較され、その差が許容差Cより大きい場合、絞り16が所定量だけ駆動される。
【0057】
次に、図7〜図9を用いて第3の実施形態について説明する。第3の実施形態では、金属製の処置具の使用に応じてピーク測光領域が変更設定される。他の構成に関しては、第2の実施形態と実質的に同じである。
【0058】
図7は、第3の実施形態における電子内視鏡装置のブロック図である。
【0059】
ビデオスコープ50’には、処置具センサSEが鉗子チャンネル58に設置されており、処置具センサSEはスコープ制御部56に接続されている。処置具センサSEは、処置具KWが鉗子チャンネル58に挿入されたことを検出し、検出信号をスコープ制御部56へ送る。スコープ制御部56では、処置具KWの使用を伝える制御信号がプロセッサ10のシステムコントロール回路22へ送られ、さらにはシステムコントロール回路22から調光回路23へ処置具使用の検出信号が送られる。
【0060】
EEPROM57には、先端部60における鉗子口59Aの位置に関する鉗子データがあらかじめ記憶されており、ビデオスコープ50’がプロセッサ10に接続されると、鉗子口59Aに関するデータが他のデータとともにシステムコントロール回路22、そして調光回路23へ送られる。
【0061】
図8は、第3の実施形態における自動調光処理を示したフローチャートである。図9は、第3の実施形態における観察画像の測光領域を示した図である。
【0062】
ステップS301では、処置具KWが使用されているか否かが判断される。調光回路23において処置具使用KNの検出信号が入力されず、処置具KWは使用されていないと判断された場合、ステップS302へ進む。ステップS302では、図5のステップS201と同様に、第1および第2のピーク測光領域A’1、A’2、および平均測光領域A’3が設定される。ステップS302が実行されると、ステップS304へ移る。
【0063】
一方、ステップS301において検出信号が調光回路23へ入力され、処置具KWが使用されていると判断された場合、ステップS303へ進む。ステップS303では、各ブロックBxyが分割設定されるとともに、処置具の使用に応じて第1および第2のピーク測光領域A”1、A”2および平均測光領域A”3が設定される(図9参照)。鉗子KNが使用されている場合、第2のピーク測光領域A”2は、円環状の領域から一部領域KA(以下では鉗子領域という)を取り除くように規定される。処置具領域KAは、EEOROM57に記憶されていた鉗子口59Aの位置に従って定められる。それ以外の第1のピーク測光領域A”1、平均測光領域A”3は、第2の実施形態と同じである。
【0064】
処置具KWを使用した場合、処置具KWの像が処置具領域KA付近に映し出される。しかしながら、処置具領域KAは、ピーク測光領域A”1、A”2に含まれないため、金属製の処置具KWによる光の反射によってハレーションが発生しても、ピーク値として算出されない。ステップS303が実行されると、ステップS304へ進む。
【0065】
ステップS304〜S308の実行は、図5のステップS202〜S206の実行に対応する。すなわち、ブロック輝度平均値YBxyが算出され、第1および第2のピーク値Yp1、Yp2および平均輝度値Javeが算出され、代表輝度値Iが算出される。そして、代表輝度値Iと参照輝度値Yrとの差に基づいて、絞り16が駆動される。
【0066】
本実施形態では、処置具センサSEを鉗子チャンネル58に設けているが、それ以外の方法で処置具KWの使用を検出してもよい。
【0067】
次に、図10を用いて第4の実施形態である電子内視鏡装置について説明する。第4の実施形態では、サイズおよび画素数などタイプの異なる複数の種類のブロックによって観察画像Aが構成される。それ以外の構成に関しては、第2の実施形態と同じである。
【0068】
図10は、第4の実施形態における観察画像Aを示した図である。
【0069】
第2のピーク測光領域A’2は、8つのタイプのブロックB’1〜B’8によって構成されており、ブロックB’1〜B’8のサイズ、画素数は、第1〜第3の実施形態で示されたブロックBxyと異なる。ブロックB’1〜B’8を構成する画素の数は、ブロックBxyを構成する画素の数より多い。
【0070】
第4の実施形態における自動調光処理は、第2の実施形態における自動調光処理と実質的に同じである。すなわち、ブロックB’1〜B’8を含めて各ブロックに対し輝度平均値を算出し、第1、第2のピーク値Yp1、Yp2および平均輝度値Javeを算出する。そして、(4)式に基づいて代表輝度値Iを算出し、代表輝度値Iと参照輝度値Yrとの差に基づいて絞り16が駆動される。
【0071】
ブロックB’1〜B’8を構成する画素の数が他のブロックに比べて多いため、図4で示したように多数の画素が周囲の画素に比べて極端に高輝度状態になった場合においても、第2のピーク測光領域A’2における輝度平均値は、その高輝度画素に影響されず、代表輝度値Iの値も局所的な高輝度画素に影響されない。
【0072】
ブロックB’1〜B’8のサイズ、画素数は、図示されたものに限定されない。また、第2のピーク測光領域A’2の代わりに第1のピーク測光領域A’1内においてブロックを変更してもよい。
【0073】
次に、図11、図12を用いて第5の実施形態である電子内視鏡装置について説明する。第5の実施形態では、絞り機構を用いる代わりに、撮像素子から読み出される画像信号の輝度レベルを調整する。すなわち、絞りの開閉によって被写体へ照射される光の光量を調整する代わりに、電子シャッタ機能を有する撮像素子のシャッタスピードを増減して受光部に蓄積される電荷量を制御し、表示される被写体像の明るさを調整する。それ以外の構成に関しては、第1の実施形態と実質的に同じである。
【0074】
図11は、第5の実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。CCD54は電子シャッタ機能を有しており、スコープ制御部56から送られてくる制御信号に基づいて電荷蓄積時間が調整される。システムコントロール回路22からスコープ制御部56へ明るさ調整に関する制御信号が送られると、シャッタスピード制御信号がCCD54へ送られる。これにより、電子シャッタ機能が制御され、被写体像の明るさが適正となるように所定量の電荷がCCD54から読み出される。
【0075】
図12は、第5の実施形態における被写体像の明るさを調整する処理を示したフローチャートである。ステップS401〜405の実行は、第1の実施形態におけるステップS101〜S105(図2参照)の実行と同じである。そして、ステップS406では、被写体像の明るさが適正になるように、スコープ制御部56からCCD54へシャッタスピードの制御信号が送られる。
【0076】
なお、第2の実施形態から第4の実施形態に関しても、観察画像の明るさを適正に維持するために、絞り機構の代わりに撮像素子から読み出される画像信号の輝度レベルを調整する構成に置き換えてもよい。
【0077】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、高輝度値をもつ微小な画素領域の存在に関らず、観察画像の明るさを適正に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。
【図2】自動調光処理を示したフローチャートである。
【図3】複数のブロックにより構成される観察画像および拡大された1つのブロックを示した図である。
【図4】高輝度の微小領域が存在した状態における観察画像および拡大された1つのブロックを示した図である。
【図5】第2の実施形態における自動調光処理を示したフローチャートである。
【図6】第2の実施形態における測光領域の設定された観察画像を示した図である。
【図7】第3の実施形態における電子内視鏡装置のブロック図である。
【図8】第3の実施形態における自動調光処理を示したフローチャートである。
【図9】第3の実施形態における測光領域の設定された観察画像を示した図である。
【図10】第4の実施形態における複数のブロックから構成された観察画像を示した図である。
【図11】第5の実施形態における電子内視鏡装置のブロック図である。
【図12】第5の実施形態における観察画像明るさ調整処理を示したフローチャートである。
【符号の説明】
10 プロセッサ
12 ランプ(光源)
16 絞り
22 システムコントロール回路
23 調光回路
32 モニタ
50 ビデオスコープ
54 CCD(撮像素子)
55 初期信号処理回路
A 観察画像
A1 ピーク測光領域
A2 平均測光領域
A’1、A”1 第1のピーク測光領域
A’2、A”2 第2のピーク測光領域
A3、A’3、A3” 平均測光領域
Pij 画素
Bxy ブロック
YBxy ブロック輝度平均値
Yp ピーク値
Yp1 第1のピーク値
Yp2 第2のピーク値
Jave 平均輝度値
I 代表輝度値
Yr 参照輝度値
SE 処置具センサ
KW 処置具
Claims (13)
- 被写体を撮像するための撮像素子を有するビデオスコープと前記ビデオスコープが接続されるプロセッサとを備えた電子内視鏡装置であって、
前記被写体を照明するための照明光を放射する光源と、
前記撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、被写体像を構成する複数の画素それぞれの輝度値を検出する画素輝度検出手段と、
被写体像を、それぞれ所定数の画素によって構成される複数のブロックに分割設定する分割設定手段と、
前記複数のブロック各々に対し、前記所定数の画素の輝度値からブロックの平均的な輝度値を示すブロック輝度平均値を算出する輝度平均算出手段と、
前記複数のブロックそれぞれのブロック輝度平均値を比較して、実質的に最大となるブロック輝度平均値をピーク値として決定するピーク値決定手段と、
前記ピーク値に基づいて、被写体像の代表的明るさを示す代表輝度値を算出する代表輝度値算出手段と、
前記代表輝度値に基づいて、前記照明光の光量を調整する光量調整手段とを備え、
被写体像に対し、被写体像の中央部に第1のピーク測光領域を定め、前記第1のピーク測光領域周りに第2のピーク測光領域を定めるピーク測光領域設定手段をさらに有し、
前記ピーク値決定手段が、前記第1のピーク測光領域内に配置されるブロックを対象にして第1のピーク値を決定するとともに、前記第2のピーク測光領域内に配置されるブロックを対象にして第2のピーク値を決定し、
前記代表輝度値算出手段が、前記第1のピーク値および前記第2のピーク値とに基づいて、前記代表輝度値を算出することを特徴とする電子内視鏡装置。 - 被写体を撮像するための撮像素子を有するビデオスコープと前記ビデオスコープが接続されるプロセッサと前記プロセッサに接続されて被写体像を表示するための表示装置とを備えた電子内視鏡装置であって、
前記被写体を照明するための照明光を放射する光源と、
前記撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、被写体像を構成する複数の画素それぞれの輝度値を検出する画素輝度検出手段と、
被写体像を、それぞれ所定数の画素によって構成される複数のブロックに分割設定する分割設定手段と、
前記複数のブロック各々に対し、前記所定数の画素の輝度値からブロックの平均的な輝度値を示すブロック輝度平均値を算出する輝度平均算出手段と、
前記複数のブロックそれぞれのブロック輝度平均値を比較して、実質的に最大となるブロック輝度平均値をピーク値として決定するピーク値決定手段と、
前記ピーク値に基づいて、被写体像の代表的明るさを示す代表輝度値を算出する代表輝度値算出手段と、
前記代表輝度値に基づいて、前記撮像素子から読み出される画像信号の輝度レベルを調整する画像信号調整手段とを備え、
被写体像に対し、被写体像の中央部に第1のピーク測光領域を定め、前記第1のピーク測光領域周りに第2のピーク測光領域を定めるピーク測光領域設定手段をさらに有し、
前記ピーク値決定手段が、前記第1のピーク測光領域内に配置されるブロックを対象にして第1のピーク値を決定するとともに、前記第2のピーク測光領域内に配置されるブロックを対象にして第2のピーク値を決定し、
前記代表輝度値算出手段が、前記第1のピーク値および前記第2のピーク値とに基づいて、前記代表輝度値を算出することを特徴とする電子内視鏡装置。 - 前記代表輝度値算出手段が、前記第1のピーク値および前記第2のピーク値に対してそれぞれ第1のピーク重み付け係数および第2のピーク重み付け係数を乗じることにより、前記代表輝度値を算出し、
前記第1のピーク重み付け係数が前記第2のピーク重み付け係数よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載の電子内視鏡装置。 - 被写体像に対し、被写体像の周辺部を含むように平均測光領域を定める平均測光領域設定手段と、
平均測光領域内に配置されたブロックに基づいて、ブロック輝度平均値の平均値を示す平均輝度値を算出する平均輝度値算出手段とをさらに有し、
前記代表輝度値算出手段が、前記第1のピーク値、前記第2のピーク値および前記平均輝度値とに基づいて、前記代表輝度値を算出することを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載の電子内視鏡装置。 - 前記分割設定手段が、サイズおよび画素数が実質的に等しくなるように前記複数のブロックを設定することを特徴とする請求項1乃至請求項2のいずれかに記載の電子内視鏡装置。
- 前記分割設定手段が、画素数およびサイズの異なる複数の種類のブロックを分割設定することを特徴とする請求項1乃至請求項2のいずれかに記載の電子内視鏡装置。
- 前記分割設定手段が、第1の画素数によって構成される第1のブロックと、前記第1の画素数より多い第2の画素数によって構成される第2のブロックとを分割設定することを特徴とする請求項1乃至請求項2のいずれかに記載の電子内視鏡装置。
- 前記ビデオスコープ内に設けられた鉗子チャンネルを利用して処置具が使用されているか否かを検出する処置具使用検出手段をさらに有し、
前記分割設定手段が、前記処置具の使用が検出された場合、被写体像において処置具先端部が表示される処置具表示領域を除いて前記第2のピーク測光領域を設定することを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載の電子内視鏡装置。 - 前記撮像素子が電子シャッタ機能を有し、前記画像信号調整手段が前記電子シャッタ機能を制御して、前記撮像素子から読み出される画像信号の輝度レベルを調整することを特徴とする請求項2に記載の電子内視鏡装置。
- ビデオスコープの撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、それぞれ輝度値を持つ複数の画素によって構成される被写体像を、それぞれ所定数の画素によって構成される複数のブロックに分割設定する分割設定手段と、
前記複数のブロック各々に対し、前記所定数の画素の輝度値からブロックの平均的な輝度値を示すブロック輝度平均値を算出する輝度平均算出手段と、
前記複数のブロックそれぞれのブロック輝度平均値を比較して、実質的に最大となるブロック輝度平均値をピーク値として決定するピーク値決定手段と、
前記ピーク値に基づいて、被写体像の代表的明るさを示す代表輝度値を算出する代表輝度値算出手段と、
前記代表輝度値に基づいて、被写体へ照射される光の光量を調整する光量調整手段とを備え、
被写体像に対し、被写体像の中央部に第1のピーク測光領域を定め、前記第1のピーク測光領域周りに第2のピーク測光領域を定めるピーク測光領域設定手段をさらに有し、
前記ピーク値決定手段が、前記第1のピーク測光領域内に配置されるブロックを対象にして第1のピーク値を決定するとともに、前記第2のピーク測光領域内に配置されるブロックを対象にして第2のピーク値を決定し、
前記代表輝度値算出手段が、前記第1のピーク値および前記第2のピーク値とに基づいて、前記代表輝度値を算出することを特徴とする内視鏡用自動調光装置。 - ビデオスコープの撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、それぞれ輝度値を持つ複数の画素によって構成される被写体像を、それぞれ所定数の画素によって構成される複数のブロックに分割設定する分割設定手段と、
前記複数のブロック各々に対し、前記所定数の画素の輝度値からブロックの平均的な輝度値を示すブロック輝度平均値を算出する輝度平均算出手段と、
前記複数のブロックそれぞれのブロック輝度平均値を比較して、実質的に最大となるブロック輝度平均値をピーク値として決定するピーク値決定手段と、
前記ピーク値に基づいて、被写体像の代表的明るさを示す代表輝度値を算出する代表輝度値算出手段と、
前記代表輝度値に基づいて、前記撮像素子から読み出される画像信号の輝度レベルを調整する画像信号調整手段とを備え、
被写体像に対し、被写体像の中央部に第1のピーク測光領域を定め、前記第1のピーク測光領域周りに第2のピーク測光領域を定めるピーク測光領域設定手段をさらに有し、
前記ピーク値決定手段が、前記第1のピーク測光領域内に配置されるブロックを対象にして第1のピーク値を決定するとともに、前記第2のピーク測光領域内に配置されるブロックを対象にして第2のピーク値を決定し、
前記代表輝度値算出手段が、前記第1のピーク値および前記第2のピーク値とに基づいて、前記代表輝度値を算出することを特徴とする内視鏡用被写体像明るさ自動調整装置。 - 電子内視鏡装置において表示される被写体像の明るさを調整するためのプログラムであって、
ビデオスコープの撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、それぞれ輝度値を持つ複数の画素によって構成される被写体像を、それぞれ所定数の画素によって構成される複数のブロックに分割設定する分割設定手段と、
前記複数のブロック各々に対し、前記所定数の画素の輝度値からブロックの平均的な輝度値を示すブロック輝度平均値を算出する輝度平均算出手段と、
前記複数のブロックそれぞれのブロック輝度平均値を比較して、実質的に最大値となるブロック輝度平均値をピーク値として決定するピーク値決定手段と、
前記ピーク値に基づいて、被写体像の代表的明るさを示す代表輝度値を算出する代表輝度値算出手段と、
前記代表輝度値に基づいて、被写体へ照射される光の光量を調整する光量調整手段とを機能させ、さらに、
被写体像に対し、被写体像の中央部に第1のピーク測光領域を定め、前記第1のピーク測光領域周りに第2のピーク測光領域を定めるピーク測光領域設定手段を機能させ、
前記第1のピーク測光領域内に配置されるブロックを対象にして第1のピーク値を決定するとともに、前記第2のピーク測光領域内に配置されるブロックを対象にして第2のピーク値を決定するように、前記ピーク値決定手段を機能させ、
前記第1のピーク値および前記第2のピーク値とに基づいて、前記代表輝度値を算出するように、前記代表輝度値算出手段を機能させることを特徴とする自動調光プログラム。 - 電子内視鏡装置において表示される被写体像の明るさを調整するためのプログラムであって、
ビデオスコープの撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、それぞれ輝度値を持つ複数の画素によって構成される被写体像を、それぞれ所定数の画素によって構成される複数のブロックに分割設定する分割設定手段と、
前記複数のブロック各々に対し、前記所定数の画素の輝度値からブロックの平均的な輝度値を示すブロック輝度平均値を算出する輝度平均算出手段と、
前記複数のブロックそれぞれのブロック輝度平均値を比較して、実質的に最大値となるブロック輝度平均値をピーク値として決定するピーク値決定手段と、
前記ピーク値に基づいて、被写体像の代表的明るさを示す代表輝度値を算出する代表輝度値算出手段と、
前記代表輝度値に基づいて、前記撮像素子から読み出される画像信号の輝度レベルを調整する画像信号調整手段とを機能させ、さらに、
被写体像に対し、被写体像の中央部に第1のピーク測光領域を定め、前記第1のピーク測光領域周りに第2のピーク測光領域を定めるピーク測光領域設定手段を機能させ、
前記第1のピーク測光領域内に配置されるブロックを対象にして第1のピーク値を決定するとともに、前記第2のピーク測光領域内に配置されるブロックを対象にして第2のピーク値を決定するように、前記ピーク値決定手段を機能させ、
前記第1のピーク値および前記第2のピーク値とに基づいて、前記代表輝度値を算出するように、前記代表輝度値算出手段を機能させることを特徴とする画像信号調整プログラム。
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