JP2013000175A - 内視鏡システム、プロセッサ装置及び画像補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】励起光と蛍光の配光分布の違いによって生じる観察画像内の色むらを低減する。
【解決手段】照射部は、青色のレーザ光を発光するレーザ光源と、レーザ光によって励起されて、緑色〜赤色の蛍光を発光する蛍光体とからなり、蛍光と蛍光体を透過する青色レーザ光の一部の混色により白色の照明光を照射する。レーザ光は指向性が高く、蛍光は拡散性が高いため、両者の配光分布には違いが生じる。観察画像に対して画像処理を施すことにより、両者の配光分布の違いによって観察画像に生じる色むらを補正する。
【選択図】図５

Description

本発明は、被検体内を観察するための内視鏡システム、及びそれに用いられるプロセッサ装置、画像補正方法に関するものである。

医療分野においては、内視鏡を用いた被検体内の診断が広く行われている。内視鏡は、被検体に挿入される挿入部を備えており、挿入部の先端部には、被検体内の観察部位に向けて照明光を照射する照明窓と、観察部位を撮影するための観察窓とが設けられている。観察窓の奥には、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子が設けられており、撮像素子によって、照明された観察部位が撮像されて、観察画像を表す画像信号が出力される。観察画像はモニタに表示される。

照明光の光源としては、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプなどの白色光源が用いられることが多いが、特許文献１及び２に示すように、ＬＥＤやレーザ光源などの半導体光源も用いられるようになってきている。

特許文献１には、Ｂ（青）、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）の三色のＬＥＤを組み合わせて、三色の光の混合により白色光を生成する内視鏡システムが開示されており、特許文献２には、青色の励起光を発光するＬＥＤと、青色の励起光の一部を吸収して黄色の蛍光を励起発光し、残りの励起光を透過する蛍光体とを組み合わせて、補色関係にある青色と黄色の光の混合により白色光を生成する内視鏡システムが開示されている。

半導体光源は、キセノンランプ等の白色光源と比較して、小型であること、消費電力が小さいこと、発光量の制御がしやすいことなどのメリットがあるが、特許文献１に記載されているように改善すべき問題もある。具体的には、キセノンランプ等の白色光の色分布は、青色から赤色の全域に渡って光強度が比較的フラットな色分布であるのに対して、三色のＬＥＤで生成される白色光の色分布は、Ｂ、Ｇ、Ｒのそれぞれの波長域に光強度のピークを持つ偏りのある色分布となる。こうした色分布の違いは、観察画像の全域において一様な色調の変化として現れる。特許文献１の内視鏡システムでは、三色のＬＥＤによる白色光の偏りのある色分布を、キセノンランプ等のフラットな色分布に近付けるように、観察画像を画像処理によって補正している。

特開２０１０−４５６１５号公報 特開平１０−２１６０８５号公報

本出願人は、特許文献２に記載されているような、励起光を発光する半導体光源と蛍光体の組み合わせによって白色光を生成する内視鏡システムを開発している。開発の過程において、特許文献１で指摘された半導体光源の問題に加えて、励起光と蛍光の配光分布（空間的な光強度の分布）の違いによって観察画像内に色むらが生じるという新たな問題があることが明らかになってきた。

図５に示すように、励起光（青色レーザ光）Ｎ１の配光分布と蛍光ＦＬの配光分布は、ともに、配光角が０°の照射エリアの照射中心ＯＩで光強度が最大となり、配光角の絶対値が大きな周辺に向かうにつれて光強度が低下する山形の配光分布となる。図５において、両者の配光分布は、照射中心ＯＩにおける両者の光強度を一致させて規格化した相対強度で表されている。両者の光強度の差ΔＩは、照射中心ＯＩから周辺まで一定ではなく、周辺に向かうにつれて大きくなる。

励起光と蛍光の配光分布が変化する原因は、励起光と蛍光の波長域が異なるため、照明窓などの光学部材において屈折率差が生じることに加えて、励起光が、蛍光体を透過する指向性（拡散せずに直進する）の高い光であるのに対して、蛍光は、蛍光体が励起発光する拡散性の高い光であることが原因と考えられるが、特に、励起光と蛍光の拡散性の違いによる影響が大きい。

励起光と蛍光の配光分布の違いは、観察画像においては、領域によって色調が変化する色むらとして現れる。診断においては、観察画像の微妙な色味の変化をもとに、病変部か否かの判別が行われるため、観察画像内の領域によって色調が変化することは好ましくない。

また、このような色むらの防止策としては、照明光学系の改良によって、両者の配光分布を一致させることが考えられるが、照明光学系を改良するとなると、光学部材などの部品構成が複雑化する懸念がある。

上記問題及びその解決策については、特許文献１及び２のいずれにも明示も示唆もない。特許文献１では、キセノンランプ等の白色光の色分布との対比において、半導体光源の白色光の色分布の偏りによって生じ、観察画像の全域における一様な色調変化を問題にしているが、これは、励起光と蛍光の配光分布の違いによって生じ、観察画像において領域によって色調が変化する色むらの問題とは明らかに異なる。

本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、その目的は、励起光と蛍光によって白色光を生成する場合において、照明光学系の構成を複雑化することなく、励起光と蛍光の配光分布の違いによって生じる観察画像内の色むらを低減することにある。

上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、被検体に挿入される挿入部を有し、前記挿入部の先端部に前記被検体内の観察部位に対して照明光を照射する照明窓と、前記観察部位を撮影するための観察窓とを有する内視鏡と、励起光を発する第１の半導体光源と、前記励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体とを有しており、前記照明窓から、前記蛍光体を透過する前記励起光の一部と前記蛍光とを混合した光を前記照明光として照射する照射手段と、前記観察窓を通じて前記観察部位で反射した前記照明光を受光して前記観察部位の観察画像を撮像する撮像手段と、前記励起光と前記蛍光の配光分布の違いによって生じる、前記観察画像内の色むらを補正するための補正データを記憶する記憶手段と、前記補正データに基づいて、前記観察画像に対して画像処理を施して前記色むらを補正する色むら補正手段とを備えていることを特徴とする。

前記第１の半導体光源は、例えばレーザ光源である。

前記照明窓は２つ設けられており、前記色むら補正手段は、前記２つの照明窓のそれぞれの照射エリアの重なり方に応じて前記色むらを補正することが好ましい。

前記先端部と前記観察部位までの距離である観察距離を測定する観察距離測定手段を備えており、前記色むら補正手段は、測定された前記観察距離に基づいて、２つの前記照射エリアの重なり方を求めることが好ましい。

前記補正データは、前記照射エリアのうち一部の領域の配光分布に対応する部分データであり、前記色むら補正部は、前記部分データに基づいて、前記照射エリアの全域の配光分布に対応する全域データを生成することが好ましい。

例えば、前記励起光及び前記蛍光は、それぞれの照射エリアがほぼ円形であり、かつ、それぞれの配光分布における光強度の差は、照射中心からの径方向の距離により異なり、前記部分データは、前記照射中心から径方向に延びる一次元方向の配光分布に対応する一次元データであり、前記色むら補正手段は、前記一次元データを円周方向に展開することにより、前記全域データを生成する。

前記記憶手段は、前記内視鏡に設けられていることが好ましい。

前記励起光は青色光で、前記蛍光は緑色から赤色光であり、前記励起光及び前記蛍光が混合されることにより白色の前記照明光が生成されることが好ましい。

前記照射手段は、前記励起光とは波長域が異なる光を発する第２の半導体光源を有しており、前記第２の半導体光源が発する光を、前記蛍光体を透過させて前記照明窓から照射してもよい。

前記補正データは、前記励起光及び前記蛍光のみを照射する場合の第１補正データと、前記励起光及び前記蛍光に加えて、前記第２の半導体光源からの光を照射する場合の第２補正データの２種類の補正データを有しており、前記色むら補正手段は、前記第２の半導体光源からの光の照射の有無に応じて前記第１及び第２補正データのいずれかを選択することが好ましい。

前記第１の半導体光源は、例えば、中心波長が４４５ｎｍの狭帯域光を発し、前記第２の半導体光源は、例えば、中心波長が４０５ｎｍの狭帯域光を発する。

本発明のプロセッサ装置は、励起光を発する第１の半導体光源と、前記励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体とを有しており、内視鏡の照明窓から、前記蛍光体を透過する前記励起光の一部と前記蛍光とを混合した光を照明光として照射する照射手段を有する内視鏡システムに用いられるプロセッサ装置において、前記内視鏡によって撮影された観察画像において、前記励起光と前記蛍光の配光分布の違いによって生じる色むらを補正するための補正データを記憶手段から読み出す手段と、前記補正データに基づいて、前記観察画像に対して画像処理を施して前記色むらを補正する色むら補正手段とを備えていることを特徴とする。

本発明の画像補正方法は、励起光を発する第１の半導体光源と、前記励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体とを有しており、内視鏡の照明窓から、前記蛍光体を透過する前記励起光の一部と前記蛍光とを混合した光を照明光として照射する照射手段を有する内視鏡システムに用いられる画像補正方法において、前記内視鏡によって撮影された観察画像において、前記励起光と前記蛍光の配光分布の違いによって生じる色むらを補正するための補正データを記憶手段から読み出すステップと、前記補正データに基づいて、前記観察画像に対して画像処理を施して前記色むらを補正する色むら補正ステップとを備えていることを特徴とする。

内視鏡システムに示す図である。 電子内視鏡の先端部の先端面を示す図である。 電子内視鏡の先端部の断面を示す図である。 投光ユニットの分光スペクトルを示すグラフである。 投光ユニットの配光分布を示すグラフである。 照射エリアと撮影エリアの関係を示す説明図である。 観察距離が長い場合の照射エリアと撮影エリアの重なり方の様子を示す説明図である。 観察距離が短い場合の照射エリアと撮影エリアの重なり方の様子を示す説明図である。 内視鏡システムの電気構成の概略を示すブロック図である。 画像処理部の構成図である。 色むら補正手順を示すフローチャートである。 レーザ光源を２つ有する投光ユニットの構成図である。 図１１の投光ユニットの分光スペクトルを示すグラフである。 図１１の投光ユニットの配光分布を示すグラフである。 一次元補正データの展開処理の説明図である。 電子内視鏡に補正データ記憶部を設けた例の説明図である。

［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２は、被検体内に挿入される挿入部２０を有し、被検体内の観察部位を撮影する電子内視鏡１０と、電子内視鏡１０が撮影した観察画像を表す撮像信号に対して画像処理を施すプロセッサ装置１２と、プロセッサ装置１２内に設けられ、観察部位に対して照明光を照射するための光源装置１３と、観察画像を表示するモニタ１４と、被検体内に送り込む水を貯留する送水タンク１６とを備えている。

電子内視鏡１０は、患者の体腔内に挿入される挿入部２０と、挿入部２０の基端部分に連設され、医師や技師などの術者が操作を行なう操作部２２と、操作部２２から延びるユニバーサルコード２４とからなる。挿入部２０は、先端から順に、先端部２６、湾曲部２７、及び可撓管部２８で構成されている。先端部２６は、硬質な樹脂材料で形成されている。可撓管部２８は、可撓性を有する長尺な管状部材であり、操作部２２と湾曲部２７とを接続する。

操作部２２には、挿入部２０に挿通された操作ワイヤを押し引きして湾曲部２７を上下左右方向に湾曲させることにより先端部２６の向きを変えるためのアングルノブ３０や、送気・送水ノズル４４（図２参照）からエアー、水を噴出させるための送気・送水ボタン３１の他、観察画像を静止画記録するためのレリーズボタンといった操作部材が設けられている。

また、操作部２２の先端側には、電気メス等の処置具が挿通される鉗子口３２が設けられている。鉗子口は、挿入部２０内の鉗子チャンネルを通して、先端部２６に設けられた鉗子出口４３（図２参照）に連通している。

ユニバーサルコード２４には、光ファイバからなるライトガイド２４ａ、及び電子内視鏡１０とプロセッサ装置１２間で電気信号を伝送する信号ケーブルが内蔵されている。ユニバーサルコード２４の一端には、プロセッサ装置１２と着脱自在に接続するためのコネクタ３６が設けられている。ライトガイド２４ａ及び信号ケーブルの一端は、操作部２２及び挿入部２０内を挿通されて先端部２６まで延びている。

プロセッサ装置１２は、内視鏡システム２の動作を統括的に制御する。プロセッサ装置１２は、信号ケーブルを介して電子内視鏡１０に給電を行い、先端部２６に搭載された撮像素子６６（図８参照）の駆動を制御する。また、プロセッサ装置１２は、信号ケーブルを介して撮像素子６６から出力された撮像信号を受信し、受信した撮像信号に各種処理を施して画像データを生成する。プロセッサ装置１２で生成された画像データは、プロセッサ装置１２にケーブル接続されたモニタ１４に出力されて、モニタ１４に観察画像として表示される。

光源装置１３は、中心波長が４４５ｎｍの青色レーザ光を発するレーザ光源１５を備えている。青色レーザ光は、レーザ光源１５からライドガイド２４ａに入射して、ライトガイド２４ａによって、電子内視鏡の先端部２６まで導光される。青色レーザ光は、先端部２６に設けられた蛍光体５０を励起発光させる励起光であり、蛍光体５０（図２参照）が発する黄色の蛍光との混合により白色光を生成する。白色光は、照明光として観察部位に照射される。本例のようにレーザ光源１５と蛍光体５０を組み合わせて白色光を照射する照射装置は、マイクロホワイト（登録商標）などの名称で製品化されている。なお、本例において、光源装置１３をプロセッサ装置１２に内蔵した例で説明しているが、光源装置１３とプロセッサ装置１２は別体で構成されてもよい。

図２において、先端部２６の先端面２６ａには、観察窓４１、２つの照明窓４２、鉗子出口４３、および送気・送水ノズル４４が設けられている。観察窓４１は、先端面２６ａの左右方向においてほぼ中央に位置し、上下方向においては中心よりも若干上方よりに配置されている。２つの照明窓４２は、観察窓４１を挟んで左右対称な位置に配されている。

図３に示すように、観察窓４１の奥には、観察部位を撮像する撮像ユニット４６が配置されている。撮像ユニット４６は、対物光学系６７（図８参照）と、対物光学系６７によって結像された像光を撮像する撮像素子６６からなる（図８参照）。対物光学系６７は、例えば、２ｍｍから１０ｃｍ程度の観察距離の範囲で撮影が可能な固定焦点式のレンズ群と、プリズムとからなる。プリズムはレンズ群が収容される鏡筒の後端に固着され、観察部位の像を９０°屈折させて撮像素子６６の撮像面に導く。

各照明窓４２の奥には、照明窓４２とともに投光ユニット４７を構成する、蛍光体５０及びライトガイド２４ａの先端部が配置されている。投光ユニット４７とレーザ光源１５によって照射手段が構成される。蛍光体５０は、ライトガイド２４ａによって導光されるレーザ光源１５からの青色レーザ光の一部を吸収して、残りの吸収されない青色レーザ光を透過する。蛍光体５０は、無機ガラスなどの基材内に、青色レーザ光で励起されて緑色から赤色の蛍光を発する蛍光物質を含有したものであり、全体として黄色の蛍光を発光する。図４において、投光ユニット４７の分光スペクトルを示すように、青色レーザ光Ｎ１と、補色関係にある黄色（緑色〜赤色）の蛍光ＦＬとの混合により、白色光の照明光が生成される。

また、レーザ光は、一般に、単色性が高く（スペクトル幅が非常に狭い狭帯域光である）、かつ、指向性が高い（拡散せずに直進する）という特徴を持っており、青色レーザ光Ｎ１もこうした特徴を有している。青色レーザ光Ｎ１は指向性が高いため、蛍光体５０内には、蛍光物質で吸収されない青色レーザ光Ｎ１を拡散させるフィラーが混入されている。さらに、照明窓４２は、凹レンズで構成されており、蛍光体５０から出射される照明光の配光角を拡大する。照明光は、照明窓４２から円錐状に広がって観察部位に照射される。

投光ユニット４７は、フェルール５５とスリーブ６０とを有している。フェルール５５は、蛍光体５０とライトガイド２４ａを、互いに光学的に接続した状態で保持する。フェルール５５には、軸方向に延びた細径の貫通孔５５ａと、貫通孔５５ａの先端と連通し、貫通孔５５ａよりも大径の先端格納部５５ｂが形成されている。貫通孔５５ａにはライトガイド２４ａが挿通され、先端格納部５５ｂ内には蛍光体５０が収容される。蛍光体５０は接着剤５６によって先端格納部５５ｂに固定され、ライトガイド２４ａは、先端が蛍光体５０の後端と接触する位置で固定される。

スリーブ６０は、フェルール５５よりも一回り大径の円筒部材であり、先端において照明窓４２を保持し、照明窓４２の後方に蛍光体５０が位置するように、フェルール５５を保持する。

図５に示すように、１つの照明窓４２から照射される照明光（青色レーザ光と蛍光）の配光分布は、配光角が「０」の照明光軸に対応する照射中心ＯＩにおいて光強度が最大となり、配光角が広がるほど（照射中心ＯＩから離れるほど）、光強度が低下する山形形状である。照明光の照射エリアＡＩにおいては、照射中心ＯＩが最も明るく、周辺に向かうほど暗くなる。

図５において、青色レーザ光Ｎ１と蛍光ＦＬの光強度は、照射中心ＯＩにおける両者の光強度を一致させて規格化した相対強度で表されている。青色レーザ光Ｎ１の配光分布と、蛍光ＦＬの配光分布は、完全に一致せず、両者を比較すると、青色レーザ光Ｎ１の配光分布の方が、照射中心ＯＩから周辺に向かって光強度が減少する減少率が大きい。そのため、照射中心ＯＩからの径方向の距離が順に大きくなるＰ１、Ｐ２、Ｐ３の各位置における両者の光強度の差ΔＩ１、ΔＩ、ΔＩ３も、その順に大きくなる。そして、Ｐ３の位置よりも外側の領域では、青色レーザ光Ｎ１の光強度はほぼ０に近くなり、蛍光ＦＬのみが照射される領域となる。

こうした配光分布の違いによって、照射エリアＡＩ内において、青色レーザ光Ｎ１と蛍光ＦＬの光の割合である混合率が照射中心ＯＩから周辺に向かって変化し、照明光の色むらが生じる。照明光の色むらは、観察画像においても領域によって色調が変化する色むらとして現れる。

青色レーザ光Ｎ１と蛍光ＦＬの各配光分布に違いが生じる原因は、青色レーザ光Ｎ１と蛍光ＦＬは波長域が異なるため、凹レンズで構成される照明窓４２において屈折率差が生じること、さらに、青色レーザ光Ｎ１が、指向性の高い光であるのに対して、蛍光ＦＬは、蛍光体が励起発光する拡散性の高い光であることが原因と考えられている。

図６に示すように、左右の各照明窓４２から照射される照明光は、照明窓４２を基点として円錐状に広がる。そのため、観察部位Ｓと、先端部２６の先端面との間の観察距離Ｌが変化すると、左右の照明窓４２の照射エリアＡＩの重なり方も変化する。図７にも示すように、具体的には、観察距離ＬがＬ１のときには、撮影エリアＡＰはＡＰ１となり、左右の照明窓４２の照射エリアＡＩはＡＩ１となる。符号ＯＰは、撮影光軸ＰＡに対応する撮影エリアＡＰの中心を示す。一方、観察距離ＬがＬ１よりも短いＬ２となると、撮影エリアＡＰは、ＡＰ１よりも小さいＡＰ２となり、左右の照明窓４２の照射エリアＡＩも、ＡＩ１よりも小さいＡＩ２となる。

図７において、各照射エリアＡＩ内の点線で示す円は、図５に示すＰ１、Ｐ２、Ｐ３の各位置に対応している。上述のとおり、１つの照射エリアＡＩにおいては、照射中心ＯＩに近いＰ１から周辺位置のＰ３に向かって、青色レーザ光と蛍光の混合率が変化するので照明むらが生じる。そして、照明光は円錐状に広がるため、観察距離Ｌの変化により、照射エリアＡＩの大きさが変化すると、その比率に応じて、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に対応する円の大きさも変化する。

撮影エリアＡＰの大半は、左右の２つの照射エリアＡＩが重なった領域となるため、観察画像に生じる色むらは、各照射エリアＡＩの照明むらが合成されたものになる。観察距離ＬがＬ１のときの撮影エリアＡＰ１内の各照射エリアＡＩの重なり方の様子を示す図７Ａと、観察距離がＬ１よりも短いＬ２のときの撮影エリアＡＰ２内の各照射エリアＡＩの重なり方の様子を示す図７Ｂから明らかなように、観察距離Ｌが変化すると、各照射エリアＡＩの重なり方が変化するため、撮影エリアＡＰに対応する観察画像に現れる色むらの態様も、観察距離Ｌによって変化する。

図８おいて、撮像素子６６は、観察窓４１、対物光学系６７を経由した被検体内の観察部位の像が撮像面に入射するように配置されている。撮像面には複数の色セグメントからなるカラーフイルタ、例えばベイヤー配列の原色（ＲＧＢ）カラーフイルタが形成されている。撮像素子６６は回路基板に電気的に接続されており、伝送ケーブルを介して撮像信号が後段の処理回路に向けて送信される。

電子内視鏡１０には、例えば操作部２２内に、アナログ信号処理回路（以下、ＡＦＥと略す）７６、駆動回路７７、およびＣＰＵ７８が設けられている。ＡＦＥ７６は、相関二重サンプリング回路（以下、ＣＤＳと略す）、自動ゲイン制御回路（以下、ＡＧＣと略す）、およびアナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄと略す）から構成されている。ＣＤＳは、撮像素子６６から出力される撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、撮像素子６６で生じるリセット雑音およびアンプ雑音の除去を行う。ＡＧＣは、ＣＤＳによりノイズ除去が行われた撮像信号を、プロセッサ装置１２から指定されるゲイン（増幅率）で増幅する。Ａ／Ｄは、ＡＧＣにより増幅された撮像信号を所定のビット数のデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄでデジタル化された撮像信号は、伝送ケーブルを介してプロセッサ装置１２の画像処理部８４に入力される。

駆動回路７７は、撮像素子６６の駆動パルス（垂直／水平走査パルス、電子シャッタパルス、読み出しパルス、リセットパルス等）とＡＦＥ７６用の同期パルスとを発生する。撮像素子６６は、駆動回路７７からの駆動パルスに応じて撮像動作を行い、撮像信号を出力する。ＡＦＥ７６の各部は、駆動回路７７からの同期パルスに基づいて動作する。

ＣＰＵ７８は、電子内視鏡１０とプロセッサ装置１２とが接続された後、プロセッサ装置１２のＣＰＵ８０からの動作開始指示に基づいて、駆動回路７７を駆動させるとともに、駆動回路７７を介してＡＦＥ７６のＡＧＣのゲインを調整する。

ＣＰＵ８０は、プロセッサ装置１２全体の動作を統括的に制御する。ＣＰＵ８０は、図示しないデータバスやアドレスバス、制御線を介して各部と接続している。ＲＯＭ８１には、プロセッサ装置１２の動作を制御するための各種プログラム（ＯＳ、アプリケーションプログラム等）やデータ（グラフィックデータ等）が記憶されている。ＣＰＵ８０は、ＲＯＭ８１から必要なプログラムやデータを読み出して、作業用メモリであるＲＡＭ８２に展開し、読み出したプログラムを逐次処理する。また、ＣＰＵ８０は、検査日時、患者や術者の情報等の文字情報といった検査毎に変わる情報を、プロセッサ装置１２の操作パネルやＬＡＮ(Local Area Network)等のネットワークより得て、ＲＡＭ８２に記憶する。

操作部８３は、プロセッサ装置１２の筐体に設けられる操作パネル、あるいは、マウスやキーボード等の周知の入力デバイスである。ＣＰＵ８０は、操作部８３、および電子内視鏡１０の操作部２２にあるレリーズボタン等からの操作信号に応じて、各部を動作させる。

画像処理部８４は、電子内視鏡１０から入力された撮像信号に対して、色補間、ホワイトバランス調整、ガンマ補正、画像強調、画像用ノイズリダクション、色変換等の各種画像処理を施して観察画像を生成する。また、後述するように、画像処理部８４は、観察画像に対して画像処理を施すことにより、青色レーザ光と蛍光の配光分布の違いによって生じる色むらを補正する。

表示制御部８５は、ＣＰＵ８０からＲＯＭ８１およびＲＡＭ８２のグラフィックデータを受け取る。グラフィックデータには、観察画像の無効画素領域を隠して有効画素領域のみを表示させる表示用マスク、検査日時、あるいは患者や術者、現在選択されている観察モード等の文字情報、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ；Graphical User Interface）等がある。表示制御部８５は、画像処理部８４からの画像に対して、表示用マスク、文字情報、ＧＵＩの重畳処理、モニタ１４の表示画面への描画処理等の各種表示制御処理を施す。

表示制御部８５は、画像処理部８４からの画像を一時的に格納するフレームメモリを有する。表示制御部８５は、フレームメモリから画像を読み出し、読み出した画像をモニタ１４の表示形式に応じたビデオ信号（コンポーネント信号、コンポジット信号等）に変換する。これにより、モニタ１４に観察画像が表示される。

プロセッサ装置１２には、上記の他にも、画像に所定の圧縮形式（例えばＪＰＥＧ形式）で画像圧縮を施す圧縮処理回路や、圧縮された画像をＣＦカード、光磁気ディスク（ＭＯ）、ＣＤ−Ｒ等のリムーバブルメディアに記録するメディアＩ／Ｆ、ＬＡＮ等のネットワークとの間で各種データの伝送制御を行うネットワークＩ／Ｆ等が設けられている。これらはデータバス等を介してＣＰＵ８０と接続されている。

光源装置１３は、レーザ光源１５の他、レーザ光源１５を駆動する光源ドライバ９２、集光レンズ９３、ＣＰＵ９６を備えている。光源ドライバ９２は、レーザ光源１５の点灯及び光量を制御する。集光レンズ９３は、レーザ光源１５から発せられた各光を集光して、ライトガイド２４ａの入射端に導光する。ＣＰＵ９６は、プロセッサ装置１２のＣＰＵ８０と通信し、光源ドライバ９２の動作制御を行う。

図９に示すように、画像処理部８４には、観察距離測定部８４ａ、色むら補正部８４ｂ、補正データ記憶部８４ｃが設けられている。観察距離測定部８４ａは、撮像信号に基づいて生成される観察画像のデータに基づいて、観察距離Ｌを測定する。具体的には、観察画像の画素値から平均露光量を求めて、平均露光量から観察距離Ｌを算出する。照明光の光量を一定とすれば、観察距離Ｌが長いと、観察部位からの反射光量は少なく、観察距離Ｌが短いと多くなるので、観察距離Ｌが変化すると、撮像素子６６が受光する平均露光量も変化する。

観察距離測定部８４ａは、こうした観察距離Ｌと平均露光量との相関関係を利用して、平均露光量に応じて観察距離Ｌを測定する。なお、平均露光量は、観察画像の全画素の平均値でもよいし、中央付近の画素の平均値でもよい。

補正データ記憶部８４ｃは、例えばＲＯＭで構成されており、青色レーザ光Ｎ１と蛍光ＦＬの配光分布の違い（図５参照）によって生じる色むらを補正するための補正データを記憶する。上述のとおり、青色レーザ光Ｎ１と蛍光ＦＬの光強度の差ΔＩは、照射エリアＡＩの照射中心ＯＩからの径方向の距離に応じて変化する。本例においては、光強度の差ΔＩは、照射中心ＯＩから周辺に向かって徐々に大きくなっている。

補正データは、照射エリアＡＩの径方向における複数の位置の光強度の差ΔＩに応じた色むらを補正するための複数の補正係数の集まりである。補正係数は、例えば、観察画像の画素値において青色レーザ光Ｎ１に対応する青色成分を補正する係数である。この場合には、図５に示す位置Ｐ１よりも位置Ｐ２の方が、差ΔＩは大きいので、位置Ｐ１に対応する補正係数の値よりも位置Ｐ２に対応する補正係数の値が大きくなる。

補正データは、左右の照射エリアＡＩ毎に用意されている。補正データは、製造時やメインテナンス時に測定された、左右の照明窓４２の照明光の配光分布に基づいて作成される。補正データは、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）の形態でもよいし、関数の形態でもよい。

図１０のフローチャートに示すように、観察距離測定部８４ａが観察距離Ｌを算出すると（ステップ（Ｓ）１０１）、観察距離Ｌが色むら補正部８４ｂに入力される。そして、色むら補正部８４ｂは、入力された観察距離Ｌに基づいて、左右の照射エリアＡＩの重なり方を求める（Ｓ１０２）。具体的には、まず、図７に示す撮影エリアＡＰに対応する観察画像内における、左右の照射エリアＡＩのそれぞれの照射中心ＯＩの位置を求める。そして、算出した観察距離Ｌにおける、左右の照射エリアＡＩ及び撮影エリアＡＰの大きさに基づいて、各照射エリアＡＩの位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３（図５参照）など、照射エリアＡＩの径方向の各位置が、観察画像内のどの画素に対応しているかを求める。

左右の照射エリアＡＩの重なり方を決定するパラメータは、観察距離Ｌを除いて、観察窓４１、照明窓４２の相対的な位置関係、及びそれらの視野角や配光角など電子内視鏡１０に固有の値として予め決まっている。これらのパラメータは、色むら補正部８４ｂ内のメモリやＲＯＭ８１内などに予め格納されている。

そして、色むら補正部８４ｂは、左右の照射エリアＡＩの重なり方に応じて観察画像の色むらを補正する（Ｓ１０３）。具体的には、色むら補正部８４ｂは、補正データ記憶部８４ｃから補正データを読み出し、位置毎に用意されている補正係数に基づいて、観察画像内の対応する画素の画素値を補正する。補正データは、左右の照射エリアＡＩ毎に用意されているので、色むら補正部８４ｂは、左右の補正データに基づいて、観察画像の画素値を補正する。

こうした色むら補正を実行するタイミングとしては、内視鏡システム２を起動して電子内視鏡１０で観察を行っている間、常時行ってもよいし、常時行わずに、マニュアル操作によって指示されたときにのみ行ってもよい。マニュアルの操作指示は、電子内視鏡１０の操作部２２やプロセッサ装置１２の操作部８３などに色むら補正ボタンなどの操作ボタンを設けて、操作ボタンの押下操作によりプロセッサ装置１２のＣＰＵ８０が入力を受け付ける。ＣＰＵ８０は、操作指示の入力を受け付けたときに色むら補正を実行する。

青色レーザ光Ｎ１と蛍光ＦＬの配光分布の違いによって生じる色むらは、観察距離Ｌを長くとり、管道（食道、胃、腸など）内の観察部位の全体的な様子を遠景から観察する場合においては、それほど目立たないため、問題とならないが、観察距離Ｌを短くして、管道の内壁など観察部位の性状を子細に観察する場合に問題となる場合が多い。そのため、マニュアル操作によって指示されたときにのみ色むら補正を行っても実用上支障はない。画像処理部８４における処理の負荷という観点で言えば、指示されたときにのみ色むら補正が行われるため、常時色むら補正を行っている場合と比較して、負荷軽減にもなる。

本発明は、観察画像に対して画像処理を施すことにより、青色レーザ光Ｎ１と蛍光ＦＬの配光分布の違いによって生じる観察画像内の色むらを補正するので、色むらを低減することができる。また、画像処理によって色むらの補正を行うため、青色レーザ光Ｎ１と蛍光ＦＬの配光分布が一致するように照明光学系を改良する必要もないため、構造が複雑化することもない。

上記実施形態では、観察距離測定部８４ａによって観察距離Ｌを測定して、観察距離Ｌに応じて２つの照射エリアＡＩの重なり方を求めているが、観察距離Ｌが一定である場合には、観察距離測定部８４ａを設けなくてもよい。観察距離Ｌを一定にする方法としては、挿入部２０の先端部２６に着脱自在な円筒状のフードを使用する方法がある。フードの先端を観察部位と接触させた状態にして観察を行えば、観察距離Ｌはフードの長さに固定される。上述のとおり、色むらが特に問題となるのは近景観察の場合であるので、フードによって観察距離Ｌを固定する方法も有効である。

この場合には、画像処理部８４内のメモリには、フードの長さに対応する観察距離Ｌが予め記憶される。色むら補正部８４ｂは、その観察距離Ｌに応じて２つの照射エリアＡＩの重なり方を求めて、色むらを補正する。

［第２実施形態］
上記第１実施形態の内視鏡システム２では、１つのレーザ光源と蛍光体によって白色の照明光のみを照射する例で説明したが、白色以外の特殊光を照射可能な内視鏡システムに本発明を適用してもよい。内視鏡診断においては、白色光の下で観察部位を観察する通常観察に加えて、特殊光を用いる特殊光観察が行われている。特殊光観察には、例えば、波長帯域が狭い狭帯域光を使用して、粘膜表層の血管を強調表示する狭帯域光観察などがある。

狭帯域光観察を行う場合の内視鏡システムの１例としては、図１１及び図１２に示すように、第１実施形態の青色レーザ光Ｎ１を発するレーザ光源１５に加えて、中心波長が４０５ｎｍであり、青色レーザ光Ｎ１よりも短波長の青色レーザ光Ｎ２を発するレーザ光源９８を設ける。血液中のヘモグロビンは、波長が４０５ｎｍ付近の青色光に対して高い吸光度を示すため、青色レーザ光Ｎ２を照射することにより、表層血管のコントラストが向上して、観察画像において表層血管が強調表示される。第２実施形態と第１実施形態の違いは、レーザ光源９８の有無のみであり、他の構成は同様である。共通部分については説明を省略して、以下相違点のみ説明する。

レーザ光源９８が発する青色レーザ光Ｎ２は、青色レーザ光Ｎ１と同様に、ライトガイド２４ａによって投光ユニット４７に導光されて、照射窓４２から照射される。青色レーザ光Ｎ２も蛍光体５０を励起発光させるが、青色レーザ光Ｎ１と比べると、励起効率は低く（蛍光体５０に吸収される割合が少ない）、青色レーザ光Ｎ２のほとんどは蛍光体５０を透過する。青色レーザ光Ｎ２は、通常観察のときには照射されず、狭帯域光観察を行う場合にのみ、青色レーザ光Ｎ１に加えて照射される。

図１３に示すように、青色レーザ光Ｎ２が照射されると、照射窓４２から照射される照明光には、青色レーザ光Ｎ１、青色レーザ光Ｎ２及び蛍光ＦＬの３つの波長域の光が含まれる。青色レーザ光Ｎ２の配光分布は、青色レーザ光Ｎ１と同様の理由から、蛍光ＦＬの配光分布との間に違いを生じる。また、青色レーザ光Ｎ１とも波長が異なるため、青色レーザ光Ｎ１の配光分布とも異なる。このように、青色レーザ光Ｎ１、Ｎ２、蛍光ＦＬの３つの配光分布がそれぞれ異なるため、観察画像においては、各配光分布の違いによって色むらが生じる。

２つのレーザ光源１５、９８を使用する本例においては、補正データ記憶部８４ｃには、青色レーザ光Ｎ２を照射しないで観察を行う通常観察用と、青色レーザ光Ｎ２を照射して観察を行う狭帯域光観察用の２種類の補正データが格納される。通常観察用の補正データは、第１実施形態と同様であり、狭帯域光観察用の補正データは、通常観察用の補正データをベースに、青色レーザ光Ｎ２の配光分布を考慮した修正が施されたものが使用される。色むら補正部８４ｂは、レーザ光源９８の照射の有無に応じて、通常観察用の補正データと、狭帯域光観察用の補正データのいずれかを選択する。

なお、本例は、２つのレーザ光源を使用した例であるが、レーザ光源の数を３つ以上にしてもよい。また、特殊光観察として、血管を強調表示する狭帯域光観察を例示したが、生体内の蛍光物質や薬剤として投与された蛍光物質に対して励起光を照射して蛍光を観察する蛍光観察など他の特殊光観察でもよい。

さらに、本発明に係る内視鏡システムは、上記実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の構成を採り得ることはもちろんである。

上記実施形態では、２つの照射エリアの重なり方に応じた色むら補正を行う例で説明したが、さらに、電子内視鏡に、変倍が可能なズームレンズが設けられる場合には、ズーム倍率に応じた色むら補正を行うことが好ましい。観察距離Ｌが一定であれば、２つの照射エリアＡＩの重なり方に変化は生じないが、ズーム倍率が変化した場合には、照射エリアＡＩ内における撮影エリアＡＰの大きさが変化するため、観察画像内の色むらの態様も変化する。そのため、ズーム倍率に応じた色むら補正が必要になる。

上記実施形態では、半導体光源としてレーザ光源を例に説明しているが、半導体光源はＬＥＤ光源でもよい。ただし、レーザ光源が発光するレーザ光は、一般に、ＬＥＤ光源が発光するＬＥＤ光と比較して、指向性が高いため、配光分布の違いが生じやすい。というのは、上述のとおり、配光分布の違いが生じる主要な原因は、蛍光体が発する蛍光と蛍光体を透過する励起光との拡散性の違いにある。レーザ光はＬＥＤ光と比較して指向性が高く、蛍光との間で拡散性の違いが大きいため、励起光をＬＥＤ光とする場合と比較して、色むらも顕著になるからである。したがって、本発明は、ＬＥＤ光源と比較して、レーザ光源を使用する場合により効果を発揮する。

色むらを補正するための補正データとしては、照射エリアＡＩの全域の配光分布に対応する補正データ（全域データ）を、補正データ記憶部８４ｃに記憶しておかなくてもよく、照射エリアＡＩの一部の領域に対応する補正データ（部分データ）を記憶しておけばよい。部分データとしては、例えば、図１４に示すように、照射エリアＡＩにおいて照射中心ＯＩから周辺に向かって径方向に延びる一次元方向の配光分布に対応する一次元データＤである。

照射エリアＡＩはほぼ円形であり、配光分布は、照射中心ＯＩから周辺に向かって同心円状に変化する。そのため、一次元データＤを補正データ記憶部８４ｃに記憶しておけば、色むら補正部８４ｂが、一次元データＤを円周方向に展開して、照射エリアＡＩの全域の配光分布に対応する全域データを生成することができる。一次元データＤは、全域データよりもデータサイズが小さいので、補正データ記憶部８４ｃのメモリ容量を小さくできる。

なお、一次元データの代わりに、照射エリアＡＩの半円領域の部分データや、１／４円領域の部分データでもよい。こうしても、照射エリアＡＩの全域データよりはデータサイズが小さいので、補正データ記憶部９９のメモリ容量を抑える効果はある。

特に、図１５に示すように、電子内視鏡１０にＲＯＭなどの補正データ記憶部９９を設けた場合には、電子内視鏡１０の配置スペースの制約などの理由からＲＯＭの容量を大きくできない場合がある。補正データを、部分データとして記憶することは、こうした場合に有効である。

また、補正データは、電子内視鏡１０の機種や個体差によって変化するので、電子内視鏡１０の補正データ記憶部９９に、機種や個体差に応じた補正データを記憶させ、プロセッサ装置１２が、接続された電子内視鏡１０から補正データを取得するようにしてもよい。

また、プロセッサ装置内の補正データ記憶部に、複数種類の電子内視鏡１０に応じた複数種類の補正データを記憶して、プロセッサ装置のＣＰＵが、接続された電子内視鏡１０の機種に応じて補正データを選択してもよい。このようにプロセッサ装置に補正データ記憶部を設ける場合でも、補正データ記憶部には、複数種類の補正データを記憶する必要があり、メモリ容量の削減は必要になる。そのため、補正データを部分データとして記憶することは、プロセッサ装置に補正データ記憶部を設ける場合でも有効である。また、プロセッサ装置とネットワーク経由で接続される外部のデータサーバに補正データ記憶部を設けて、プロセッサ装置がネットワーク経由で補正データを読み出してもよい。

また、上記実施形態では、２つの照明窓が設けられた２灯式の電子内視鏡を例に説明したが、照明窓の数は２灯式に限定されない。観察窓の左右に照明窓を２つずつ設けた４灯式や、照明窓が１つだけ設けられた１灯式などの電子内視鏡に本発明を適用してもよい。

また、本発明は、撮像素子と超音波トランスデューサが先端部に内蔵された超音波内視鏡等、他の形態の内視鏡にも適用することができる。また、医療用だけでなく、工業分野で利用される内視鏡に適用してもよい。ただし、色むらは、観察部位の性状に関して精緻な診断が必要な医療分野においてより問題となるので、本発明は医療用の内視鏡システムにおいてより必要性が高い。

２ 内視鏡システム
１０ 電子内視鏡
１２ プロセッサ装置
１３ 光源装置
１５、９８ レーザ光源
２６ 先端部
４１ 観察窓
４２ 照明窓
４６ 撮像ユニット
４７ 投光ユニット
５０ 蛍光体
８４ 画像処理部
８４ａ 観察距離測定部
８４ｂ 色むら補正部
８４ｃ、９９ 補正データ記憶部

Claims (13)

1. 被検体に挿入される挿入部を有し、前記挿入部の先端部に前記被検体内の観察部位に対して照明光を照射する照明窓と、前記観察部位を撮影するための観察窓とを有する内視鏡と、
   励起光を発する第１の半導体光源と、前記励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体とを有しており、前記照明窓から、前記蛍光体を透過する前記励起光の一部と前記蛍光とを混合した光を前記照明光として照射する照射手段と、
   前記観察窓を通じて前記観察部位で反射した前記照明光を受光して前記観察部位の観察画像を撮像する撮像手段と、
   前記励起光と前記蛍光の配光分布の違いによって生じる、前記観察画像内の色むらを補正するための補正データを記憶する記憶手段と、
   前記補正データに基づいて、前記観察画像に対して画像処理を施して前記色むらを補正する色むら補正手段とを備えていることを特徴とする内視鏡システム。
2. 前記第１の半導体光源は、レーザ光源であることを特徴とする請求項１記載の内視鏡システム。
3. 前記照明窓は２つ設けられており、
   前記色むら補正手段は、前記２つの照明窓のそれぞれの照射エリアの重なり方に応じて前記色むらを補正することを特徴とする請求項１又は２記載の内視鏡システム。
4. 前記先端部と前記観察部位までの距離である観察距離を測定する観察距離測定手段を備えており、
   前記色むら補正手段は、測定された前記観察距離に基づいて、２つの前記照射エリアの重なり方を求めることを特徴とする請求項３記載の内視鏡システム。
5. 前記補正データは、前記照射エリアのうち一部の領域の配光分布に対応する部分データであり、前記色むら補正部は、前記部分データに基づいて、前記照射エリアの全域の配光分布に対応する全域データを生成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
6. 前記励起光及び前記蛍光は、それぞれの照射エリアがほぼ円形であり、かつ、それぞれの配光分布における光強度の差は、照射中心からの径方向の距離により異なり、
   前記部分データは、前記照射中心から径方向に延びる一次元方向の配光分布に対応する一次元データであり、
   前記色むら補正手段は、前記一次元データを円周方向に展開することにより、前記全域データを生成することを特徴とする請求項５に記載の内視鏡システム。
7. 前記記憶手段は、前記内視鏡に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
8. 前記励起光は青色光で、前記蛍光は緑色から赤色光であり、前記励起光及び前記蛍光が混合されることにより白色の前記照明光が生成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
9. 前記照射手段は、前記励起光とは波長域が異なる光を発する第２の半導体光源を有しており、前記第２の半導体光源が発する光を、前記蛍光体を透過させて前記照明窓から照射することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
10. 前記補正データは、前記励起光及び前記蛍光のみを照射する場合の第１補正データと、前記励起光及び前記蛍光に加えて、前記第２の半導体光源からの光を照射する場合の第２補正データの２種類の補正データを有しており、
    前記色むら補正手段は、前記第２の半導体光源からの光の照射の有無に応じて前記第１及び第２補正データのいずれかを選択することを特徴とする請求項９に記載の内視鏡システム。
11. 前記第１の半導体光源は、中心波長が４４５ｎｍの狭帯域光を発し、前記第２の半導体光源は、中心波長が４０５ｎｍの狭帯域光を発することを特徴とする請求項９又は１０に記載の内視鏡システム。
12. 励起光を発する第１の半導体光源と、前記励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体とを有しており、内視鏡の照明窓から、前記蛍光体を透過する前記励起光の一部と前記蛍光とを混合した光を照明光として照射する照射手段を有する内視鏡システムに用いられるプロセッサ装置において、
    前記内視鏡によって撮影された観察画像において、前記励起光と前記蛍光の配光分布の違いによって生じる色むらを補正するための補正データを記憶手段から読み出す手段と、
    前記補正データに基づいて、前記観察画像に対して画像処理を施して前記色むらを補正する色むら補正手段とを備えていることを特徴とする内視鏡システム。
13. 励起光を発する第１の半導体光源と、前記励起光によって励起されて蛍光を発する蛍光体とを有しており、内視鏡の照明窓から、前記蛍光体を透過する前記励起光の一部と前記蛍光とを混合した光を照明光として照射する照射手段を有する内視鏡システムに用いられる画像補正方法において、
    前記内視鏡によって撮影された観察画像において、前記励起光と前記蛍光の配光分布の違いによって生じる色むらを補正するための補正データを記憶手段から読み出すステップと、
    前記補正データに基づいて、前記観察画像に対して画像処理を施して前記色むらを補正する色むら補正ステップとを備えていることを特徴とする画像補正方法。

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