JP4512294B2

JP4512294B2 - 電子内視鏡装置

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Publication number: JP4512294B2
Application number: JP2001193134A
Authority: JP
Inventors: 了小澤
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2021-06-26
Also published as: JP2003000535A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スコープの先端に固体撮像素子を設け、体内器官等の被写体像に対応したビデオカラー信号を生成し、ビデオカラー信号に基づいてモニタ装置の画面に被写体のカラー画像を再現する電子内視鏡装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子内視鏡装置はカラー画像を再生するものが主流であり、これに伴い、電子内視鏡装置を用いる医療分野では、カラー画像再生に基づく新たな医療検査法として色素内視鏡検査法等が開発されるに至った。例えば、内視鏡診断の補助診断法として、胃内壁や大腸内壁等に適当な色素溶液を撒布して粘膜の微妙な凹凸を強調して、その形態観察を行い易くするという検査法が知られている。
【０００３】
詳述すると、胃内壁や大腸内壁は全体的に赤橙系を呈し、その微妙な凹凸の形態観察を行いにくいものとなっている。このような場合には、赤橙系色に対して明瞭な色コントラストを発揮する青色系の色素溶液、例えばインジゴカルミン溶液がスコープの鉗子孔を通して粘膜壁に撒布されると、その色素溶液は粘膜壁の凹部に集まる傾向にあるのに対し、粘膜壁の凸部からは排除される傾向にあり、このため粘膜壁面の微妙な凹凸形態が色コントラストにより非常に観察し易くなる。
【０００４】
しかし、上述したような色素内視鏡検査法では、人体に無害でかつ安価な色素を用意しなければならず、また色素撒布のために検査時間が長くなり患者の苦痛が増大する、あるいは一旦色素撒布を行った直後にはその粘膜壁を元の状態で観察することができない等の問題点がある。この問題を改善するために、最近では特開２００１−２５０２５号に示されるように、画像処理によってあたかも色素撒布したかのような色コントラストで再現しうる電子内視鏡装置が考えられている。
【０００５】
具体的には、特定の画素の信号レベル値とその周囲８画素の平均信号レベル値とを比較し、特定画素の信号レベル値が低い場合には被写体の対応部位は周囲から窪んでいると判断して、赤色画素信号および緑色画素信号の信号レベル値を低減することにより青色を強調する擬似色素撒布処理を行う。これにより、モニタ装置に再現されるカラー画像は、あたかも青色系色素溶液を撒布したかのような色コントラストを呈する。
【０００６】
しかし上記のような擬似色素撒布処理では、モニタ装置で再現されるカラー画像の輝度が全体に低下して見難い画像となるという新たな問題点が生じる。なぜなら、輝度信号は例えばＮＴＳＣ方式では赤色画素信号、緑色画素信号および青色画素信号を０．３：０．５９：０．１１の割合で混合して生成されるので赤色画素信号および緑色画素信号に大きく依存しており、このため赤色および緑色画素信号を低減する方式では輝度信号が低減され易い傾向があるためである。従って、画像全体の輝度を向上させるために光量を上げる調光がさらに必要となり、結果として検査に時間がかかって患者の負担が大きくなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑み、再現カラー画像の輝度を低減させることなく擬似色素撒布処理を行う電子内視鏡装置を得ることを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電子内視鏡装置は、スコープの先端に設けた固体撮像素子から得られる１フレーム分の第１色画素信号、第２色画素信号および第３色画素信号に基づいてビデオカラー信号を生成し、このビデオカラー信号に基づいてモニタ装置の画面に再現カラー画像を表示する。かかる電子内視鏡装置において、１フレーム分の第１色画素信号に含まれる特定画素における色画素信号の信号レベル値をその特定画素の近接周囲画素の平均信号レベル値と比較する第１の比較手段と、第１の比較手段によって特定画素の信号レベル値が近接周囲画素の平均信号レベル値より小さいと判定された時に、特定画素の信号レベル値を増加するレベル増加手段と、１フレーム分の第２または第３色画素信号に含まれる特定画素における色画素信号の信号レベル値をその特定画素の近接周囲画素の平均信号レベル値と比較する第２の比較手段と、第２の比較手段によって特定画素の信号レベル値が近接周囲画素の平均信号レベル値より小さいと判定された時に、特定画素の信号レベル値を低減するレベル低減手段と、レベル増加手段から得られた第１色画素信号と、レベル低減手段から得られた第２色画素信号および第３色画素信号に基づいてカラーバランスを変更したビデオカラー信号を生成するビデオカラー信号生成手段とを備えることを最も主要な特徴とする。
【０００９】
上記電子内視鏡装置においては、第１色画素信号が青色画素信号であり、第２および第３色画素信号がそれぞれ赤色画素信号および緑色画素信号である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は本発明に係る電子内視鏡装置の第１実施形態を示すブロック図である。電子内視鏡装置は、可撓管２０を有するスコープ１０と、スコープ１０に着脱自在な電子内視鏡用のプロセッサ１００と、プロセッサ１００に接続されるモニタ装置２００とを備える。
【００１２】
スコープ１０には光ファイバ束から成る光ガイド部材１２が可撓管先端部２０ａにまで挿通しており、光ガイド部材１２の基端側はスコープ１０のプロセッサ１００への装着時にプロセッサ１００に設けられた光源１０２に光学的に接続される。光源１０２は、例えばキセノンランプやハロゲンランプなどの白色光源ランプである。
【００１３】
光源１０２の光射出側（図中左側）には絞り１１２が設けられ、この絞り１１２は図示しない絞り調整回路によりその開度が調整され、これにより光ガイド部材１２に供給する照明光の光量が適宜調節される。
【００１４】
本実施形態ではカラー画像を再現するために面順次方式が採用されるので、絞り１１２のさらに光ガイド部材１２側には回転式のカラーフィルタ１１４が設けられる。このカラーフィルタ１１４は円板状を呈し、白色光に含まれる赤色光成分のみを透過する赤色フィルタ、緑色光成分のみを透過する緑色フィルタおよび青色光成分のみを透過する青色フィルタが円周方向に沿って等間隔に配されている。各色フィルタの間は遮光領域とされる。カラーフィルタ１１４は一定速度で回転させられ、光源１０２から供給された白色照明光が、各色フィルタを透過することによって赤色（Ｒ）照明光、緑色（Ｇ）照明光および青色（Ｂ）照明光に順次変換される。
【００１５】
カラーフィルタ１１４を経た赤色照明光、緑色照明光または青色照明光は集光レンズ１１６によって光ガイド部材１２の入射端面１２ａに集光させられ、さらに光ガイド部材１２によって可撓管先端部２０ａへ導かれる。このようにカラーフィルタ１１４が一定速度で回転することにより、可撓管先端部２０ａからは赤色照明光、緑色照明光および青色照明光が一定時間だけ間欠的に射出され、その前方に位置する被写体、例えば消化器官の内壁Ｘが各色照明光により順次照明される。
【００１６】
可撓管先端部２０ａには固体撮像素子例えばＣＣＤから成る撮像センサ１４が設けられ、この撮像センサ１４は対物レンズ系１６と組み合わされる。３色照明光は被写体により反射され、対物レンズ系１６によってＣＣＤの受光面に結像される。各色照明光により被写体が照明されている間は撮像センサ１４によって各色の光学的被写体像が１フレーム分のアナログ電気信号、即ちアナログ画素信号に光電変換され、その後に続く遮光期間においてこのアナログ画素信号が撮像センサ１４から読み出される。これにより、各色照明光に対応したアナログ画素信号がそれぞれ１フレーム分だけ順に読み出される。
【００１７】
撮像センサ１４から読み出された３色のアナログ画素信号は、プロセッサ１００のＣＣＤプロセス回路１２０に順次入力され、ここで撮像センサ１４の特性やスコープ１０の光学特性に応じた処理、例えばクランプ処理やサンプルホールド処理、ガンマ補正処理、ホワイトバランス補正処理、輪郭強調処理および増幅処理等が施される。ＣＣＤプロセス回路１２０で処理された３色のアナログ画素信号はＡ／Ｄ変換器１２２に送られ、そこで例えば８ビットのデジタル画素信号に変換されて、次いでフレームメモリ１２４に書き込まれて一時的に格納される。従ってこのフレームメモリ１２４には赤色デジタル画素信号、緑色デジタル画素信号および青色画素信号がそれぞれ１フレーム分だけ格納される。
【００１８】
これら１フレーム分のデジタル画素信号は、撮像センサ１４の受光面にマトリクス状に配された多数個の画素のそれぞれについて例えば２５６階調で表された信号レベル値による画素データの画素数分の集合であり、この信号レベル値には輝度情報と光の３原色に関する色濃度情報とが含まれる。信号レベル値が大きいほど輝度が高く（明るい）、色濃度が低い（色が薄い）ことを示している。凹凸形状の被写体を撮像した場合には、凹部は周囲より暗いため、その凹部に相当する画素の信号レベル値は相対的に小さくなり、逆に凸部に相当する画素の信号レベル値は相対的に大きくなる。
【００１９】
図２にはフレームメモリ１２４に格納された１フレーム分の赤色デジタル画素信号がｍ×ｎのマトリクス状に配置された８ビット構成の赤色画素データｒ₁₁〜ｒ_mnとして模式的に示され、各赤色画素データｒ₁₁〜ｒ_mnはその該当赤色画素信号のレベル値を示す。図２に示すように、フレームメモリ１２４からの個々の赤色画素データの読み出しはライン読み出し方向および画素読み出し方向に従って行われる。具体的には、第１ラインに含まれる赤色画素データｒ₁₁〜ｒ_1nが画素読み出し方向に沿って一画素ずつ読み出され、第１ラインの全画素データの読み出しが終了すると、第２ラインに含まれる赤色画素データｒ₂₁〜ｒ_2nが画素読み出し方向に沿って一画素ずつ読み出される。同様にして、第ｍラインまでの赤色画素データが読み出される。
【００２０】
赤色画素データｒ₁₁〜ｒ_mnが読み出された後、所定時間をおいて緑色画素データｇ₁₁〜ｇ_mnが同様の方法で読み出され、さらにその後、所定時間をおいて青色画素データｂ₁₁〜ｂ_mnが同様の方法で順次読み出される。
【００２１】
再び図１を参照すると、フレームメモリ１２４の後段にはデマルチプレクサ１２８および擬似色素撒布処理回路１３０を介して３つのフレームメモリ、即ちＲ信号用メモリ１４０ｒ、Ｇ信号用メモリ１４０ｇおよびＢ信号用メモリ１４０ｂが接続される。デマルチプレクサ１２８は１つの入力端子ＩＮと２つの出力端子ＯＵＴ１およびＯＵＴ２とを備え、入力端子ＩＮに入力された画素データを、システムコントロール回路１５０からの選択信号に基づいて第１または第２出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２のいずれか一方に振り分けて出力するスイッチ機能を有する。デマルチプレクサ１２８の第１出力端子ＯＵＴ１は３つのメモリ１４０ｒ、１４０ｇ、１４０ｂに直接接続され、第２出力端子ＯＵＴ２は擬似色素撒布処理回路１３０を介して３つのメモリ１４０ｒ、１４０ｇ、１４０ｂに間接的に接続される。
【００２２】
本実施形態のプロセッサ１００においては、あたかも青色系色素溶液を撒布したかの様に赤色、緑色および青色のカラーバランスを変更する擬似色素撒布モードと、そのようなカラーバランス変更を行わない通常モードとのいずれか一方を選択可能であり、モード選択はプロセッサ１００の表面に設けられた操作パネル１１８のモード切替スイッチＳＷ（図１参照）により設定される。電源を投入した直後の初期状態では通常モードが自動的に選択される。
【００２３】
通常モードが選択されているときには、デマルチプレクサ１２８において実線で示すように第１出力端子ＯＵＴ１が選択され、フレームメモリ１２４から読み出された各色画素データはそのまま３つのメモリ１４０ｒ、１４０ｇ、１４０ｂにそれぞれ書き込まれる。即ち、赤色画素データはＲ信号用メモリ１４０ｒに格納され、緑色画素データはＧ信号用メモリ１４０ｇに、青色画素データはＢ信号用メモリ１４０ｂにそれぞれ格納される。
【００２４】
Ｒ信号用メモリ１４０ｒ、Ｇ信号用メモリ１４０ｇおよびＢ信号用メモリ１４０ｂに格納された３色の画素データは、これらメモリ１４０ｒ、１４０ｇ、１４０ｂから同時に読み出され、Ｄ／Ａ変換器１４２によりアナログ信号に変換され、ビデオプロセス回路１４４に送られる。ビデオプロセス回路１４４はカラーエンコーダを備え、ここで３色アナログ画素信号から輝度信号、色差信号、および色差信号を変調したクロマ信号が生成され、さらに輝度信号とクロマ信号と同期信号とを多重したＮＴＳＣ方式のコンポジットビデオ信号などのアナログビデオカラー信号が生成される。
【００２５】
アナログビデオカラー信号はプロセッサ１００からモニタ装置２００に出力される。モニタ装置２００ではアナログビデオカラー信号に基づいて画面上にカラーの被写体像が再現される。ここで再現されるカラー画像は、白色光で照明した被写体を肉眼で見たときのカラーバランスに極めて近いカラーバランスを有する。
【００２６】
プロセッサ１００にはキーボードやマウス等の外部入力装置３００が接続され、この外部入力装置３００から入力された患者名や図示しないタイマ回路から得られる検査日時等の文字情報はシステムコントロール回路１５０により文字パターン信号に変換されてビデオプロセス回路に出力され、ここで３色画素データに付加される。これにより、モニタ装置２００の画面上には光学的被写体像の再現カラー画像と共に文字情報が表示される。
【００２７】
一方、擬似色素撒布モードが設定されているときには、デマルチプレクサ１２８は破線で示すように第２出力端子ＯＵＴ２を選択し、赤色画素データ、緑色画素データおよび青色画素データは擬似色素撒布処理回路１３０に入力される。擬似色素撒布処理回路１３０では、赤色画素データおよび緑色画素データについて、全画素のうち、近接する周囲画素の平均信号レベル値より低い信号レベル値を持つ画素はその信号レベル値が低減される。一方、青色画素データについて、全画素のうち、近接する周囲画素の平均信号レベル値より低い信号レベル値を持つ画素はその信号レベル値が増大させられる。
【００２８】
このように、擬似色素撒布モードを設定すると、凹部や窪み部に対応する画素について赤色成分および緑色成分が抑えられるとともに青色成分が強調され、モニタ装置２００の画面には、あたかもインジゴカルミン溶液等の赤橙色系に対して明瞭な色コントラストを発揮する青色系の色素溶液を被写体に撒布したときに得られるような再現カラー画像が表示され、凹凸形態が容易に観察できる。特に、信号レベル値が周囲より低い画素はいっそう強調の度合いが大きくなるため、色コントラストが大きくなって、胃内壁や大腸内壁などの微妙な凹凸が強調され得る。
【００２９】
システムコントロール回路１５０はプロセッサ１００の全動作を制御するマイクロコンピュータであり、中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）、種々のルーチンを実行するためのプログラムやパラメータを格納する読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、データ等を一時的に格納する書き込み／読み出し自在なメモリ（ＲＡＭ）、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）を備える。
【００３０】
タイミングジェネレータ１５２では基本クロック発生回路（不図示）から得られる基本クロックパルス及びシステムコントロール回路１５０からの制御信号に基づいて種々の制御クロックパルスが生成され、これら制御クロックパルスによりスコープ１０およびプロセッサ１００の各回路が動作させられる。具体的には、撮像センサ１４からのアナログ画素信号の読み出し、ＣＣＤプロセス回路１２０の処理、Ａ／Ｄ変換器１２２のサンプリング、フレームメモリ１２４に対する画素データの書き込み／読み出し、デマルチプレクサ１２８の切替え、擬似色素撒布処理回路１３０における擬似色素撒布処理等を制御する。なお、図１では図の複雑化を避けるために、タイミングジェネレータ１５２と、Ｄ／Ａ変換器１４２およびビデオプロセス回路１４４との接続関係は省略される。
【００３１】
操作パネル１１８はプロセッサ１００の筐体の外側壁面に取付けられ、前述のモード切替スイッチＳＷの他にホワイトバランスや光量などを手動で調整するスイッチや、種々のモードを設定するためのスイッチを複数個備えている。また、その側方には電源回路１５４のＯＮ／ＯＦＦを切替える主電源ボタン１５６が設けられる。電源回路１５４は図示しない商用電源に接続され、主電源スイッチ１５６をＯＮに切替えると、プロセッサ１００の各回路や光源１０２およびスコープ１０へ給電され、プロセッサ１００およびスコープ１０は作動可能状態となる。
【００３２】
擬似色素撒布処理回路１３０はプログラミング可能な集積回路、例えばＰＬＤ（Programmable Logic Device）から成り、特定の画素を中心としてその画素と近接する周囲の８画素の信号レベル値とにそれぞれ重み付けを行って積和演算によって求めた値を中心の特定画素の信号レベル値とするいわゆる空間フィルタリング処理を行う。
【００３３】
図３を参照して、擬似色素撒布処理回路１３０の構成および作用について詳述する。図３は擬似色素撒布処理回路１３０の回路構成を詳細に示すブロック図である。
【００３４】
擬似色素撒布処理回路１３０は、互いに直列に接続された２つの一ライン遅延回路Ｄ１およびＤ２を備える。第１の一ライン遅延回路Ｄ１の入力端子はデマルチプレクサ１２８の第２出力端子ＯＵＴ２に接続され、第１の一ライン遅延回路Ｄ１の出力端子は第２の一ライン遅延回路Ｄ２の入力端子に接続される。各一ライン遅延回路Ｄ１およびＤ２は、赤色画素データ、緑色画素データまたは青色画素データが入力されると、それぞれ一ライン分の転送時間に相当する時間だけ遅らせて出力する。
【００３５】
また、第２出力端子ＯＵＴ２には互いに直列に接続された１組の一画素遅延回路ＤＬ１およびＤＬ２が接続される。第１の一画素遅延回路ＤＬ１の入力端子はデマルチプレクサ１２８の第２出力端子ＯＵＴ２に接続され、第１の一画素遅延回路ＤＬ１の出力端子は第２の一画素遅延回路ＤＬ２の入力端子に接続される。各一画素遅延回路ＤＬ１およびＤＬ２は、赤色画素データ、緑色画素データまたは青色画素データが入力されると、それぞれ一画素分の転送時間に相当する時間だけ遅らせて出力する。
【００３６】
同様に、第１の一ライン遅延回路Ｄ１の出力端子には第３の一画素遅延回路ＤＬ３および第４の一画素遅延回路ＤＬ４が順に接続され、第２の一ライン遅延回路Ｄ２の出力端子には第５の一画素遅延回路ＤＬ５および第６の一画素遅延回路ＤＬ６が順に接続され、それぞれの一画素遅延回路ＤＬ３、ＤＬ４、ＤＬ５およびＤＬ６では各色画素データは一画素分の転送時間に相当する時間だけ遅れて出力される。
【００３７】
フレームメモリ１２４から前述したような順序で赤色画素データｒ₁₁〜ｒ_mn（図２参照）が読み出されると、ディマルチプレクサ１２８の出力端子ＯＵＴ２を介して擬似色素撒布処理回路１３０に一画素ずつ入力される。例えば出力端子ＯＵＴ２から赤色画素データｒ₃₃が入力された段階では、係数器１３１１には画素データｒ₁₁、ｒ₁₃、ｒ₃₁およびｒ₃₃の総和が、係数器１３１２には画素データｒ₁₂、ｒ₂₁、ｒ₂₃およびｒ₃₂の総和が、係数器１３１３には画素データｒ₂₂がそれぞれ入力されることになる。
【００３８】
即ち、係数器１３１１、１３１２および１３１３にそれぞれ入力された９個の赤色画素データは、図２に示したｍ×ｎのマトリクス状に配置された赤色画素データから抽出された３×３のマトリクス状の赤色画素データを構成することになり、係数器１３１３に入力される赤色画素データは、係数器１３１１および１３１２に入力された赤色画素データに囲まれる。言い換えると、係数器１３１１および１３１２に入力された８個の赤色画素データｒ₁₁、ｒ₁₂、ｒ₁₃、ｒ₂₁、ｒ₂₃、ｒ₃₁、ｒ₃₂およびｒ₃₃は、係数器１３１３に入力される赤色画素データｒ₂₂に対する近接周囲画素データとなる。
【００３９】
各一画素遅延回路の後段には係数器１３１が設けられ、この係数器１３１には固定値’−１／８’が重み係数として設定されている第１の係数器１３１１および第２の係数器１３１２と、重み係数’１’が設定されている第３の係数器１３１３とを備える。第１の係数器１３１１には出力端子ＯＵＴ２、第２の一画素遅延回路ＤＬ２、第２の一ライン遅延回路Ｄ２および第６の一画素遅延回路ＤＬ６からの出力を加算した信号が入力され、この入力に重み係数’−１／８’を乗算して加算器１３３に出力する。第２の係数器１３１２には第１の一画素遅延回路ＤＬ１、第１の一ライン遅延回路Ｄ１、第４の一画素遅延回路ＤＬ４および第５の一画素遅延回路ＤＬ５からの出力を加算した信号が入力され、この入力に重み係数’−１／８’を乗算して加算器１３３に出力する。第３の係数器１３１３には第３の一画素遅延回路ＤＬ３の出力が入力され、この入力に重み係数’１’を乗算する即ち同じ値のまま加算器１３３に出力する。各係数器１３１１、１３１２、１３１３の入力画素データは一画素の転送時間毎に画素読み出し順に更新される。加算器１３３では係数器１３１１、１３１２および１３１３の各出力を全て加算し、その結果をクリップ回路１３４へ出力する。
【００４０】
このように、２個の一ライン遅延回路Ｄ１およびＤ２、６個の一画素遅延回路ＤＬ１〜ＤＬ６、係数器１３１および加算器１３３によって、中心画素の信号レベル値とその近接周囲画素の平均信号レベル値との差ΔＲが算出される。即ち、図２で示されるように３×３のマトリクスで表される９画素の赤色画素データのレベル値をそれぞれｒ₁₁、ｒ₁₂、・・・・、ｒ₃₂、ｒ₃₃とすると、それら信号レベル値にはそれぞれ重み係数が乗算されて、総和が算出される。このとき、中心画素の信号レベル値ｒ₂₂には常に重み係数’１’が乗算され、近接周囲画素の各信号レベル値には負の重み係数’−１／８’が乗算される。これにより、中心画素の赤色画素データｒ₂₂とその近接周囲画素の赤色画素データｒ₁₁、ｒ₁₂、ｒ₁₃、ｒ₂₁、ｒ₂₃、ｒ₃₁、ｒ₃₂およびｒ₃₃の相加平均値との赤色差データΔＲが算出される。なお、緑色差データΔＧおよび青色差データΔＢも同様に算出される。
【００４１】
クリップ回路１３４のクリップ値には０が設定されており、差データΔＲ（またはΔＧ、ΔＢ）の正負が判定される。差データΔＲがクリップ値０以上であった場合には出力値は０となり、差データΔＲがクリップ値０より小さい、即ち負の値であった場合には入力値である差データΔＲがそのまま出力される。このように、２個の一ライン遅延回路Ｄ１およびＤ２、６個の一画素遅延回路ＤＬ１〜ＤＬ６、係数器１３１、加算器１３３およびクリップ回路１３４は、特定画素の信号レベル値を近接周囲画素の平均信号レベル値と比較する比較手段としての機能を有する。
【００４２】
係数器１３６は、第１の濃度係数ｋ１が設定される係数器１３６１と、第２の濃度係数ｋ２が設定される係数器１３６２とを備えており、これら係数器１３６１および１３６２の双方にはクリップ回路１３４から出力された差データΔＲ（ΔＧ、ΔＢ）または０が入力され、それぞれに濃度係数ｋ１およびｋ２が掛け合わせられて選択器１３８へ出力される。
【００４３】
第１の濃度係数ｋ１および第２の濃度係数ｋ２は、システムコントロール回路１５０によりそれぞれ独立して値が設定される。第１の濃度係数ｋ１は、通常モード設定時には’０’に設定され、擬似色素撒布モード設定時には適当な正の値例えば’２０’に設定される。クリップ回路１３４の出力は負の値である差データΔＲまたは０であるから、係数器１３６１の出力は負の値もしくは０となる。一方、第２の濃度係数ｋ２は、通常モード設定時には’０’に設定され、擬似色素撒布モード設定時には適当な負の値例えば’−２０’に設定される。クリップ回路１３４の出力は負の値である差データΔＲ（ΔＧ、ΔＢ）または０であるから、係数器１３６２の出力は正の値もしくは０となる。
【００４４】
選択器１３８は、係数器１３６１および１３６２の出力のいずれか一方を選択して加算器１４０に出力する。加算器１４０には、選択器１３８の出力値と、第３の一画素遅延回路ＤＬ３の出力である中心画素の信号レベル値とが入力され、両者の和が出力される。選択器１３８はタイミングジェネレータ１５２から出力される選択パルス信号に基づいて、何れの係数器の出力を選択するかを決定する。
【００４５】
図４は、擬似色素撒布モード設定時における選択器１３８の動作を具体的に説明するためのタイミングチャートである。図４の（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ図３の（ａ）〜（ｄ）に対応している。
【００４６】
係数器１３６１からは、最初のフレームに対応する各色画素データについて、赤色画素データの差データΔＲと係数ｋ１（＝２０）との積Ｒ１１、緑色画素データの差データΔＧと係数ｋ１との積Ｇ１１、青色画素データの差データΔＢと係数ｋ１との積Ｂ１１が順に出力され、これら１フレーム分の３色画素データに対応する積データが出力されると、次フレームに対応する積データＲ１２、Ｇ１２およびＢ１２が順次出力される（図４（ａ）参照）。
【００４７】
一方、係数器１３６２からは、最初のフレームに対応する各色画素データについて、赤色差データΔＲと係数ｋ２（＝−２０）との積Ｒ２１、緑色差データΔＧと係数ｋ２との積Ｇ２１、青色差データΔＢと係数ｋ２との積Ｂ２１が順に出力され、この出力タイミングはＲ１１、Ｇ１１およびＢ１１の出力タイミングと同じである。これら１フレーム分の３色画素データに対応する積データが出力されると、次フレームに対応する積データＲ２２、Ｇ２２およびＢ２２が順次出力される（図４（ｂ）参照）。
【００４８】
選択パルス信号（ｃ）は、少なくとも赤色および緑色積データ（最初のフレームではＲ１１およびＲ２１、Ｇ１１およびＧ２１）が出力される間ハイレベル（Ｈ）となり、青色積データ（最初のフレームではＢ１１、Ｂ２１）が出力される間ローレベル（Ｌ）となる。選択器１３８は、選択パルス信号（ｃ）がＨのときは係数器１３６１からの出力を選択して加算器１４０に出力し、選択パルス信号（ｃ）がＬのときは係数器１３６２からの出力を選択して加算器１４０に出力する。
【００４９】
従って、加算器１４０に入力される積データは、順にＲ１１、Ｇ１１、Ｂ２１、Ｒ１２、Ｇ１２、Ｂ２２、Ｒ１３、Ｇ１３・・・となる（図４（ｄ）参照）。加算器１４０からの出力、即ち擬似色素撒布処理回路１３０から出力される赤色画素データＲ_ij、緑色画素データＧ_ijおよび青色画素データＢ_ijは以下の（１）〜（３）式で表される。加算器１４０は各色画素信号の信号レベル値を変更するカラーバランス変更手段としての機能を有する。なお、パラメータｉおよびｊは条件１≦ｉ≦ｍ、１≦ｊ≦ｎを満たすものである。
【００５０】
【数１】

【００５１】
ΔＲ＜０の時に入力赤色画素データｒ_ijに加算されるべきデータ’ｋ１・ΔＲ’は上述したように負の値であるため、出力赤色画素データＲ_ijは入力赤色画素データｒ_ijよりもレベル値が低減される。これは出力緑色画素データＧ_ijについても同様である。一方、ΔＢ＜０の時に入力青色画素データｂ_ijに加算されるべきデータ’ｋ２・ΔＢ’は上述したように正の値であるため、出力青色画素データＢ_ijは入力青色画素データｂ_ijよりもレベル値が増加させられる。
【００５２】
このように、擬似色素撒布モードが選択されているときには、擬似色素撒布処理回路１３０において中心画素の赤色信号レベル値が近接周囲画素の画素平均値よりも低い場合（ΔＲ＜０）には被写体の凹部に相当する箇所であると判断され、中心画素の赤色信号レベル値は低減されて出力される。一方、中心画素の赤色信号レベル値が近接周囲画素の画素平均値と同じまたは高い場合（ΔＲ≧０）には被写体の平坦部または凸部に相当する箇所であると判断され、中心画素の信号レベル値はなんら変更されることなく出力される。このような擬似色素撒布処理は、緑色画素データに対しても施される。
【００５３】
一方、中心画素の青色信号レベル値が近接周囲画素の画素平均値よりも低い場合（ΔＢ＜０）には被写体の凹部に相当する箇所であると判断され、中心画素の青色信号レベル値は増加されて出力される。中心画素の青色信号レベル値が近接周囲画素の画素平均値と同じまたは高い場合（ΔＢ≧０）には被写体の平坦部または凸部に相当する箇所であると判断され、中心画素の信号レベル値はなんら変更されることなく出力される。
【００５４】
従って、擬似色素撒布モードが選択されると、凹凸のある被写体を撮像すれば、凹部に相当する画素についてのみ赤色成分および緑色成分のレベルが低減され、青色成分のレベルが高められ、その再現カラー画像においてはあたかも青色系色素溶液を撒布したかのような様相を呈する。
【００５５】
特に、各色の画素データの差データΔＲ、ΔＧおよびΔＢの絶対値が大きいほど、即ち当該画素に対応する箇所の窪み量が大きいほど信号レベル値から減算されるべき値’ｋ１・ΔＲ’または’ｋ１・ΔＧ’、あるいは加算されるべき値’ｋ２・ΔＢ’が大きくなり、再現カラー画像における該当箇所の青色成分がいっそう強調される。実際に青色色素溶液を撒布した場合には、凹部が深いほどそこに溜まる色素溶液の量は多くなるので再現カラー画像においても青色濃度が濃くなる。従って、本実施形態における擬似色素撒布処理で得られる再現カラー画像は、色素溶液を実際に撒布した時に得られる再現カラー画像に極めて近いものとみなせる。
【００５６】
従来では、青色デジタル画素信号には何ら処理を施すことはなく、赤色および緑色デジタル画素信号を低減することによって相対的に青色成分を強調していた。しかし、赤色および緑色デジタル画素信号が輝度信号に寄与する割合が高いため、輝度信号レベル自体が低下する要因となって、結果として暗く観察し難い再現カラー画像しか得られなかった。しかし、本実施形態の電子内視鏡装置では青色デジタル画素信号のレベルを向上させることにより、輝度信号レベルを向上させることができ、観察し易い再現カラー画像を得ることができる。
【００５７】
濃度係数ｋ１およびｋ２は、モード切替スイッチＳＷのＯＦＦ時即ち通常モード選択時には自動的に０に設定され、モード切替スイッチＳＷのＯＮ時即ち擬似色素撒布モード選択時には操作パネル１１８により所定値に設定される。第１の濃度係数ｋ１は赤色および緑色デジタル画素信号のレベルを低減する度合いを決定するパラメータであり、本実施形態では’２０’に設定されているが、とくにこの値に限定されることはない。第２の濃度係数ｋ２は青色デジタル画素信号のレベル増加の度合いを決定するパラメータであり、本実施形態では’−２０’に設定されているが、とくにこの値に限定されることはない。なお、２つの濃度係数ｋ１およびｋ２の絶対値が一致する必要はなく、第１の濃度係数ｋ１は正の値、第２濃度係数ｋ２は負の値であればよく、外部入力装置３００から操作者の好みに応じた値に変更することが可能である。
【００５８】
この濃度係数ｋ１、ｋ２を変えるということは、実際に色素溶液を撒布する場合に置き換えると、濃度の異なる何種類かの色素溶液を用いることに相当する。即ち、外部入力装置３００を介して濃度係数ｋ１、ｋ２を変えるという簡単な操作であたかも色素溶液の濃度を変えて撒布したような効果が得られる。
【００５９】
図５はシステムコントロール回路１５０において実行される濃度係数設定ルーチンを示すフローチャートである。この濃度係数設定ルーチンの実行はプロセッサ１００の主電源スイッチ１５６のＯＮにより開始される。
【００６０】
まず、ステップＳ１０２においてモード切替スイッチＳＷのＯＮであるか否かが判定され、モード切替スイッチＳＷがＯＦＦである場合にはさらにステップＳ１０４において外部入力装置３００の所定のキーＫＥＹがＯＮであるか否かが判定される。モード切替スイッチＳＷおよびキーＫＥＹのいずれか一方でもＯＮであれば、ステップＳ１０６において擬似色素撒布モードが設定され、ステップＳ１０８において第１の濃度係数ｋ１が’２０’、第２の濃度係数ｋ２が’−２０’に設定されてステップＳ１０２に戻る。モード切替スイッチＳＷおよびキーＫＥＹの双方がＯＦＦであると判定されると、ステップＳ１１０において通常モードが設定され、ステップＳ１１２において第１の濃度係数ｋ１および第２の濃度係数ｋ２が共に’０’に設定されてステップＳ１０２に戻る。
【００６１】
以上のように、第１実施形態の電子内視鏡装置によると、周囲より信号レベル値の低い画素については赤色成分および緑色成分を抑えるだけでなく青色成分を強調することにより、擬似色素撒布処理された再現カラー画像の輝度の低下を抑制することができる。また色コントラストの良好な観察し易い再現カラー画像を得ることができる。
【００６２】
図６および図７は本発明による電子内視鏡装置の第２実施形態を示す図であり、図６は電子内視鏡装置全体のブロック図、図７はプロセッサ１００内の第１擬似色素撒布処理回路５２７の詳細ブロック図である。第２実施形態の電子内視鏡装置は、撮像方式が面順次方式ではなく同時方式を採用している点で第１実施形態と異なっているが、その他の構成は第１実施形態と同様であり、同じ構成については同符号を付し、説明を省略する。なお、図の複雑化を避けるためにタイミングジェネレータ１５２と、第１〜第３擬似色素散布処理回路５２７、５２９、５３１、Ｄ／Ａ変換器１４２およびビデオプロセス回路１４４との接続関係は省略される。
【００６３】
撮像方式が同時方式であるため、図１に示すような回転カラーフィルタは設けられず、光源１０２から出射された白色照明光はそのまま被写体Ｘに導かれる。撮像センサ５１４は補色チップフィルタが受光面上に配されたＣＣＤを備え、撮像センサ５１４から読み出されるアナログ画素信号は補色信号である。アナログ画素信号はＣＣＤプロセス回路１２０を経てＡ／Ｄ変換器１２２によってデジタル画素信号に変換され、フレームメモリ１２４に順次１フレーム分だけ書き込まれる。フレームメモリ１２４から読み出された補色信号であるデジタル画素信号はＲＧＢ変換器５２５において原色の赤色デジタル画素信号、緑色デジタル画素信号および青色デジタル画素信号に変換され、それぞれ第１擬似色素撒布処理回路５２７、第２擬似色素撒布処理回路５２９および第３擬似色素撒布処理回路５３１に入力される。
【００６４】
第１〜第３擬似色素撒布処理回路５２７、５２９および５３１は、それぞれ赤色デジタル画素信号、緑色デジタル画素信号および青色デジタル画素信号にそれぞれ擬似色素撒布処理を施し、同一画素の赤色デジタル画素信号、緑色デジタル画素信号および青色デジタル画素信号が同時にＤ／Ａ変換器１４２に出力される。
【００６５】
図７を参照して第１擬似色素撒布処理回路５２７について説明する。第１擬似色素撒布処理回路５２７は、選択器が設けられておらずクリップ回路１３４の後段の係数器５３６には濃度係数ｋ１のみが設定されていること以外は第１実施形態の擬似色素撒布処理回路１３０と同一構成である。第１擬似色素撒布処理回路５２７には赤色デジタル画素信号のみが入力される。クリップ回路１３４から出力された差データΔＲは係数器５３６において第１の濃度係数ｋ１（正の値）と掛け合わせられ、加算器１４０に出力される。
【００６６】
従って、擬似色素撒布モードが選択されているときには、第１の濃度係数ｋ１には０ではない正の値（例えば２０）が設定され、擬似色素撒布処理回路１３０において中心画素の赤色信号レベル値が周囲の近接画素の画素平均値よりも低い場合（ΔＲ＜０）には被写体の凹部に相当する箇所であると判断され、中心画素の赤色信号レベル値は低減されて出力される。一方、中心画素の赤色信号レベル値が周囲の近接画素の画素平均値と同じまたは高い場合（ΔＲ≧０）には被写体の平坦部または凸部に相当する箇所であると判断され、中心画素の信号レベル値はなんら変更されることなく出力される。
【００６７】
通常モードが選択されているときには第１の濃度係数ｋ１には０が設定され、入力赤色画素データｒ_ijは何ら処理を施されずに出力赤色画素データＲ_ijとしてＤ／Ａ変換器１４２に出力される。第２擬似色素撒布処理回路５２９は第１擬似色素撒布処理回路５２７と同一の構成を有し、擬似色素撒布モードでは中心画素の緑色信号レベル値が周囲の近接画素の画素平均値よりも低い場合（ΔＧ＜０）にのみ、中心画素の緑色信号レベル値が低減される。
【００６８】
第３擬似色素撒布処理回路５３１はクリップ回路の後段の係数器に設定される濃度係数がｋ２（負の値）であること以外は第１擬似色素撒布処理回路５２７と同一の構成である。即ち、中心画素の青色信号レベル値が周囲の近接画素の画素平均値よりも低い場合（ΔＢ＜０）には被写体の凹部に相当する箇所であると判断され、中心画素の青色信号レベル値は増加されて出力される。
【００６９】
このように、第２実施形態の電子内視鏡装置においても、第１実施形態と同様、周囲の近接画素の平均信号レベル値より信号レベル値の低い画素については赤色成分および緑色成分を抑えるだけでなく青色成分を強調することにより、擬似色素撒布処理された再現カラー画像の輝度の低下を抑制することができる。また色コントラストの良好な観察し易い再現カラー画像を得ることができる。また第２実施形態においては、赤色デジタル画素信号、緑色デジタル画素信号および青色デジタル画素信号が同時に処理されるため、第１実施形態の構成に比べて処理時間が短縮される。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電子内視鏡装置は、再現カラー画像の輝度を低減させることなく擬似色素撒布処理を行うことができるので、検査時間が短くなって患者の負担が軽減するという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子内視鏡装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示す擬似色素撒布処理回路に入力されるべき赤色デジタル画素信号をマトリクス状に配列して示す模式図である。
【図３】図１に示すプロセッサ内の擬似色素撒布処理回路の詳細ブロック図である。
【図４】図３に示す選択器の擬似色素撒布モード設定時における動作を具体的に説明するためのタイミングチャートである。
【図５】プロセッサのシステムコントロール回路において実行される濃度係数設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本発明による第２実施形態の電子内視鏡装置を示すブロック図である。
【図７】図２に示す第１擬似色素撒布処理回路の詳細ブロック図である。
【符号の説明】
１０スコープ
１４固体撮像素子
１００プロセッサ
１２８デマルチプレクサ
１３０擬似色素撒布処理回路
１４０加算器
１５０システムコントロール回路
２００モニタ装置

Claims

スコープの先端に設けた固体撮像素子から得られる１フレーム分の青色画素信号、赤色画素信号および緑色画素信号に基づいてビデオカラー信号を生成し、このビデオカラー信号に基づいてモニタ装置の画面に再現カラー画像を表示する電子内視鏡装置であって、
前記１フレーム分の青色画素信号について特定の青色画素における青色画素信号の信号レベル値をその特定の青色画素の近接周囲の青色画素の平均信号レベル値と比較する第１の比較手段と、
前記第１の比較手段によって前記特定の青色画素の信号レベル値が前記近接周囲の青色画素の平均信号レベル値より小さいと判定された時に、前記特定の青色画素の信号レベル値を増加するレベル増加手段と、
前記１フレーム分の赤色または緑色画素信号について特定の赤色または緑色の画素における赤色または緑色の色画素信号の信号レベル値をその特定の赤色または緑色の画素の近接周囲の赤色または緑色の画素の平均信号レベル値と比較する第２の比較手段と、
前記第２の比較手段によって前記特定の赤色または緑色の画素の信号レベル値が前記近接周囲の赤色または緑色の画素の平均信号レベル値より小さいと判定された時に、前記特定の赤色または緑色の画素の信号レベル値を低減するレベル低減手段と、
前記レベル増加手段から得られた青色画素信号と、前記レベル低減手段から得られた赤色画素信号および緑色画素信号に基づいてカラーバランスを変更したビデオカラー信号を生成するビデオカラー信号生成手段と
を備えることを特徴とする電子内視鏡装置。