電子内視鏡装置
【課題】カラー撮像素子の出力画像信号から所定波長域の分光画像を形成する電子内視鏡装置において、被観察体の分光画像をその実物の色相で表示する。
【解決手段】被観察体に白色光を照射する光源１４と、被観察体を撮像するカラー撮像素子１５と、該素子１５が出力したＹ（輝度）／Ｃ（色差）信号を変換して得たＲ、Ｇ、Ｂ３色画像信号から所定波長域の分光画像を形成する分光画像形成回路２９とを有する電子内視鏡装置において、分光画像形成回路２９を、指定された波長域の色で分光画像を示す分光画像信号を生成するように構成する。
【解決手段】被観察体に白色光を照射する光源１４と、被観察体を撮像するカラー撮像素子１５と、該素子１５が出力したＹ（輝度）／Ｃ（色差）信号を変換して得たＲ、Ｇ、Ｂ３色画像信号から所定波長域の分光画像を形成する分光画像形成回路２９とを有する電子内視鏡装置において、分光画像形成回路２９を、指定された波長域の色で分光画像を示す分光画像信号を生成するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子内視鏡装置に関し、特に詳細には、被観察体のカラー画像を担持する画像信号を演算処理することによって、特定の波長域の分光画像（映像）を形成、表示可能とした電子内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子を用いた電子内視鏡装置の分野では、近年、胃粘膜等の消化器官における分光反射率に基づいて、狭帯域バンドパスフィルタを組み合わせた分光イメージングを行う装置、すなわち狭帯域フィルタ内蔵電子内視鏡装置(Narrow Band Imaging-NBl)が注目されている。この装置は、面順次式のＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の回転フィルタの代わりに、３つの狭（波長）帯域のバンドパスフィルタを設け、これら狭帯域バンドパスフィルタを介して照明光を順次出力し、これらの照明光で得られた３つの信号に対しそれぞれの重み付けを変えながらＲ，Ｇ，Ｂ（ＲＧＢ）信号の場合と同様の処理を行うことにより、分光画像を形成するものである。このような分光画像によれば、胃、大腸等の消化器において、従来では得られなかった微細構造等が抽出される。
【０００３】
一方、上記の狭帯域バンドパスフィルタを用いる面順次式のものではなく、特許文献１、２や非特許文献１に示されるように、固体撮像素子に微小モザイクの色フィルタを配置する同時式において、白色光が照射された被観察体を撮像して得た画像信号を基に、演算処理にて分光画像を形成することが提案されている。これは、ＲＧＢのそれぞれのカラー感度特性を数値データ化したものと、特定の狭帯域バンドパスの分光特性を数値データ化したものとの関係をマトリクスデータ（係数セット）として求め、このマトリクスデータとＲＧＢ信号との演算により、狭帯域バンドパスフィルタを介して得られる分光画像を推定した分光画像信号を得るものである。このような演算によって分光画像を形成する場合は、所望の波長域に対応した複数のフィルタを用意する必要がなく、またこれらの交換配置が不要となるので、装置の大型化が避けられ、低コスト化を図ることができる。
【特許文献１】特公平７−９６００５号公報
【特許文献２】特開２００３−９３３３６号公報
【非特許文献１】三宅洋一著「デジタルカラー画像の解析・評価」東京大学出版会、 ２０００年、ｐ．１４８〜１５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述の演算によって分光画像を得る従来の電子内視鏡装置は、分光画像をモノクロ画像として表示したり、あるいは予め指定した特定の３色を基に構成されるカラー画像として表示するように構成されていたので、例えば正常な部分と病巣部分との区別は明確になるものの、表示部位が実際とは異なる色で表示されることもあり、その点が、装置を使い慣れていない医師等には戸惑いを感じさせるものとなっていた。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、前述の演算によって分光画像を得るようにした電子内視鏡装置において、分光画像中の部位を、実際と同じような色相で表示可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による電子内視鏡装置は、
被観察体に白色光を照射する光源と、
この白色光の照射を受けた前記被観察体を撮像するカラー撮像素子と、
このカラー撮像素子の出力に基づくＲＧＢ３色画像信号と、所定のマトリクスデータとの演算により、指定された波長の分光画像を示す分光画像信号を形成する分光画像形成回路とを備えてなる電子内視鏡装置において、
前記分光画像形成回路が前記分光画像信号を、それぞれ前記指定された波長の色で分光画像を示す信号として、互いに異なる少なくとも３波長について生成するように構成されたことを特徴とするものである。
【０００７】
なお上記の３波長はそれぞれ、赤、緑、青領域の波長であることが望ましい。
【０００８】
また前記指定された波長の色で分光画像を示す分光画像信号を生成するためのマトリクスデータは、予め作成されて記憶手段に記憶されていることが望ましい。
【０００９】
また前記分光画像形成回路は、前記分光画像信号として、それぞれ固定の色で前記分光画像を示す信号も生成可能とされた上で、該固定の色で前記分光画像を示す信号と、前記指定された波長の色で分光画像を示す信号とを、選択的に切り換えて出力可能に構成されることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電子内視鏡装置においては、分光画像形成回路が、互いに異なる少なくとも３波長についての分光画像信号を生成するように構成されているので、これらの分光画像信号に基づけば、カラーの分光画像を形成することができる。そしてこれらの分光画像信号は、それぞれ指定された波長の色で分光画像を示す信号とされているので、該分光画像信号に基づいてディスプレイ手段に表示されたり、あるいは画像記録手段で記録されたりする分光画像は、カラー撮像素子によって撮像された部分を、基本的に実物と同じ色相で示すものとなる。
【００１１】
また本発明の電子内視鏡装置において、特に上記のようなマトリクスデータが予め作成されて記憶手段に記憶されている場合は、この演算処理を迅速に行って分光画像を短時間で表示あるいは記録可能となる。
【００１２】
また本発明の電子内視鏡装置において、特に分光画像形成回路が、分光画像信号として、それぞれ固定の色で分光画像を示す信号も生成可能とされた上で、該固定の色で分光画像を示す信号と、前記指定された波長の色で分光画像を示す信号とを、選択的に切り換えて出力可能に構成された場合は、分光画像を医師等の要求に応じて、上述のように実物と同じ色相で表示または記録したり、あるいは固定の色相で表示または記録することを随意に選択実行可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態による電子内視鏡装置の基本構成を示すものである。本実施形態の電子内視鏡装置は、後述のようにして形成される被観察体の分光画像を表示するモードと、被観察体の通常画像を表示するモードのどちらかに設定され、さらに分光画像表示モード下では、分光画像を固定の３色画像信号に基づくカラー画像として表示するモードと、実物通りの（実物に近い）色相で被観察体を示すカラー画像として表示するモードの一方に選択的に設定されるように構成されている。最初に、分光画像表示モードおよびそのための構成について説明する。
【００１５】
図示の通りこの電子内視鏡装置は、スコープ１０すなわち内視鏡本体部分と、このスコープ１０が着脱自在に接続されるプロセッサ装置１２とから構成され、プロセッサ装置１２内には白色光を発する光源装置１４が配置されている。スコープ１０の先端には照明窓２３が設けられ、この照明窓２３には、一端が上記光源装置１４に接続されたライトガイド２４の他端が対面している。なお光源装置１４は、プロセッサ装置１２とは別体の部分に配置されてもよい。
【００１６】
上記スコープ１０の先端部には、固体撮像素子であるＣＣＤ１５が設けられている。このＣＣＤ１５としては、例えば撮像面にＭｇ（マゼンタ），Ｙｅ（イエロー），Ｃｙ（シアン），Ｇ（グリーン）の色フィルタを有する補色型、あるいはＲＧＢの色フィルタを有する原色型が用いられる。
【００１７】
ＣＣＤ１５には、同期信号に基づいて駆動パルスを形成するＣＣＤ駆動回路１６が接続されると共に、このＣＣＤ１５が出力した画像（映像）信号をサンプリングして増幅するＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）回路１７が接続されている。またＣＤＳ／ＡＧＣ回路１７には、そのアナログ出力をデジタル化するＡ／Ｄ変換器１８が接続されている。さらにスコープ１０内には、そこに設けられた各種回路を制御するとともに、プロセッサ装置１２との間の通信制御を行うマイコン２０が配設されている。
【００１８】
一方プロセッサ装置１２には、Ａ／Ｄ変換器１８によりデジタル化された画像信号に対して各種の画像処理を施すＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）２５が設けられている。このＤＳＰ２５は、上記画像信号から輝度（Ｙ）信号と色差［Ｃ（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）］信号で構成されるＹ／Ｃ信号を生成し、それを出力するものであり、該ＤＳＰ２５には第１色変換回路２８が接続されている。この第１色変換回路２８は、ＤＳＰ２５から出力されたＹ／Ｃ信号をＲ、Ｇ、Ｂの３色画像信号に変換する。なお、ＤＳＰ２５はスコープ１０側に配置してもよい。
【００１９】
上記第１色変換回路２８の後段側には、分光画像形成のためのマトリクス演算を行って、選択された波長域λ１，λ２，λ３による分光画像を示す画像信号を出力する色空間変換処理回路２９、１つの狭波長帯域の分光画像を形成する単色モードと、３つの波長域からなる分光画像を形成する３色モードとのいずれかを選択するモードセレクタ３０、１つの波長域または３つの波長域の画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓを、ＲＧＢ信号に対応させた処理をするためにＲｓ，Ｇｓ，Ｂｓ信号として入力し、このＲｓ，Ｇｓ，Ｂｓ信号をＹ／Ｃ信号に変換する第２色変換回路３１、鏡像処理，マスク発生、キャラクタ発生等のその他の各種信号処理を行う信号処理回路３２、およびＤ／Ａ変換器３３が逐次この順に接続されている。そして最後段のＤ／Ａ変換器３３は、プロセッサ装置１２外に配置された例えば液晶表示装置やＣＲＴ等からなるモニタ３４および、光走査記録装置等からなる画像記録装置４５に接続されている。なお、モードセレクタ３０が選択する３色モードに代えて、２つの波長域からなる分光画像を形成する２色モードを設定するようにしてもよい。
【００２０】
またプロセッサ装置１２内には、スコープ１０との間の通信を行うと共に、該装置１２内の各回路を制御し、またメモリ３６に記憶されているマトリクス（係数）データを上記色空間変換処理回路２９に入力する等の機能を有するマイコン３５が設けられている。上記メモリ３６には、ＲＧＢ信号に基づいて分光画像を形成するためのマトリクスデータがテーブルの形で記憶されている。本実施形態において、このメモリ３６に格納されているマトリクスデータの一例は次の表１のようになる。
【表１】
【００２１】
この表１のマトリクスデータは、例えば４００ｎｍから７００ｎｍの波長域を５ｎｍ間隔で分けた６１の波長域パラメータ（係数セット）ｐ１〜ｐ６１および、通常画像形成のためのパラメータＰ１〜Ｐ３からなる。パラメータｐ１〜ｐ６１は各々、マトリクス演算のための係数ｋｐｒ，ｋｐｇ，ｋｐｂ（ｐ＝１〜６１）から構成され、他方パラメータＰ１は係数(1.00000，0.00000，0.00000)から、パラメータＰ２は(係数0.00000，1.00000，0.00000)から、パラメータＰ３は係数(0.00000，0.00000，1.00000)からそれぞれ構成されている。
【００２２】
そして色空間変換処理回路２９において、上記係数ｋｐｒ，ｋｐｇ，ｋｐｂと第１色変換回路２８から出力されたＲＧＢ信号とにより次式で示すマトリクス演算が行われて、分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓが形成される。
【数１】
【００２３】
すなわち、分光画像を構成する波長域λ１，λ２，λ３としてそれぞれ例えば５００ｎｍ，６２０ｎｍ，６５０ｎｍが選択される場合は、係数（ｋｐｒ，ｋｐｇ，ｋｐｂ）として、表１の６１のパラメータのうち、中心波長５００ｎｍに対応するパラメータｐ２１の係数（-0.00119，0.002346，0.0016）、中心波長６２０ｎｍに対応するパラメータｐ４５の係数（0.004022，0.000068，‐0.00097）、および中心波長６５０ｎｍに対応するパラメータｐ５１の係数（0.005152，-0.00192，0.000088）を用いて上記マトリクス演算がなされる。
【００２４】
なお色空間変換処理回路２９は、後述するようにして通常画像表示あるいは記録の指示が与えられた際には、パラメータＰ１〜Ｐ３の係数を用いて上記マトリクス演算を行う。したがってその場合は、第１色変換回路２８から出力されたＲＧＢ信号がそのまま該色空間変換処理回路２９から出力される。
【００２５】
マイコン３５には前記メモリ３６に加えて、操作パネル４１、画像記録コントローラ４２、およびキーボード等からなる入力部４３が接続されている。図２は上記操作パネル４１を詳しく示すものであり、該操作パネル４１には、併せて概略図示する例えばａ〜ｈの波長セットを選択するためのセット選択スイッチ４１ａ、波長域λ１，λ２，λ３のそれぞれの中心波長を選択するため波長選択スイッチ４１ｂ、この波長選択スイッチ４１ｂによりなされる波長切換えの幅を設定する切換え幅設定スイッチ４１ｃ、前述した単色モードと３色モードとの切換えを行う単色−３色モード切換えスイッチ４１ｄおよび、分光画像形成を指示する分光画像形成スイッチ４１ｊが設けられている。
【００２６】
なお上記分光画像形成スイッチ４１ｊは、スコープ１０側に設けることもできる。また、この分光画像形成スイッチ４１ｊの下側には、固定色モードスイッチ４１ｅおよび実色モードスイッチ４１ｆが設けられているが、それらについては後述する。
【００２７】
以下、上記構成を有する本実施形態の電子内視鏡装置の作用について説明する。まず分光画像形成スイッチ４１ｊが押された場合、つまり分光画像の形成から説明する。
【００２８】
この分光画像を形成する際には、図１に示す光源装置１４が駆動され、そこから発せられた白色光がライトガイド２４に入射し、スコープ１０内に配されたライトガイド２４の先端から出射した白色光が被観察体に照射される。そして、ＣＣＤ駆動回路１６によって駆動されたＣＣＤ１５がこの被観察体を撮像し、撮像信号を出力する。この撮像信号はＣＤＳ／ＡＧＣ回路１７で相関二重サンプリングと自動利得制御による増幅を受けた後、Ａ／Ｄ変換器１８でＡ／Ｄ変換されて、デジタル信号としてプロセッサ装置１２のＤＳＰ２５に入力される。
【００２９】
ＤＳＰ２５では、スコープ１０からの出力信号に対してガンマ処理が行われると共に、Ｍｇ，Ｙｅ，Ｃｙ，Ｇの色フィルタを介して得られた信号に対して色変換処理が行われ、前述の通りのＹ／Ｃ信号が形成される。このＤＳＰ２５が出力するＹ／Ｃ信号は第１色変換回路２８に入力され、そこでＲＧＢ信号に変換される。このＲＧＢ信号は色空間変換処理回路２９に入力され、この色空間変換処理回路２９においてＲＧＢ信号とマトリクスデータとにより、分光画像形成のためのマトリクス演算がなされる。
【００３０】
以下、この演算について詳しく説明する。図２に示す操作パネル４１の分光画像形成スイッチ４１ｊが押された場合、色空間変換処理回路２９は前述のメモリ３６に記憶されているマトリクスデータを用いて、それと各画素毎のＲＧＢ信号とにより、分光画像形成のための前記（数１）式のマトリクス演算を行う。すなわち、この場合は操作パネル４１の操作によってλ１，λ２，λ３の３つの波長域が設定され、マイコン３５はそれらの３つの選択波長域に対応するマトリクスデータをメモリ３６から読み出し、それらを色空間変換処理回路２９に入力する。
【００３１】
例えば、３つの波長域λ１，λ２，λ３として波長５００ｎｍ，６２０ｎｍ，６５０ｎｍが選択された場合は、それぞれの波長に対応する（表１）のパラメータｐ２１，ｐ４５，ｐ５１の係数が用いられて、各画素毎のＲＧＢ信号から次の（数２）式のマトリクス演算によって分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓが形成される。
【数２】
【００３２】
なお、図２の単色−３色モード切換えスイッチ４１ｄに接続されたモードセレクタ３０にて３色モードが選択されている場合は、上記分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓが各々Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓの３色画像信号として第２色変換回路３１に入力され、また単色モードが選択されている場合は分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓのいずれか１つがＲｓ，Ｇｓ，Ｂｓの信号として第２色変換回路３１に入力される。以下、上記３色モードが選択されている場合について詳しく説明する。
【００３３】
上記第２色変換回路３１では、Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓの３色画像信号がＹ／Ｃ信号（Ｙ，Ｒｓ−Ｙ，Ｂｓ−Ｙ）に変換され、このＹ／Ｃ信号が信号処理回路３２およびＤ／Ａ変換器３３を介して前述のモニタ３４および画像記録装置４５へ入力される。
【００３４】
上記Ｙ／Ｃ信号に基づいてモニタ３４に表示される分光画像は、図４および図５で示すような波長域の色成分で構成されるカラー画像となる。すなわち図４は、原色型ＣＣＤ１５の色フィルタの分光感度特性Ｒ，Ｇ，Ｂに、分光画像を形成する３つの波長域λ１，λ２，λ３を重ねた概念図であり、また図５は、生体の反射スペクトルに３つの波長域λ１，λ２，λ３を重ねた概念図である。先に例示したパラメータｐ２１，ｐ４５，ｐ５１による分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓは、図５に示されるように各々５００ｎｍ、６２０ｎｍ、６５０ｎｍを中心波長とする±１０ｎｍ程度の範囲の波長域の分光画像を示す信号であり、これら３つの信号の組合せから構成されるカラー分光画像（動画あるいは静止画）が表示あるいは記録されることになる。
【００３５】
なおこのようなカラー分光画像は、図２に示す固定色モードスイッチ４１ｅが押されている場合は、固定の３色画像信号に基づくカラー画像となり、その一方、同図に示す実色モードスイッチ４１ｆが押されている場合は被観察体を実物の色（実物に近い色）で表示あるいは記録するカラー画像となるが、その点については後に詳しく説明する。
【００３６】
次に、上記波長域λ１，λ２，λ３の選択について説明する。本実施形態では図２に示すように、λ１，λ２，λ３の波長セットとして、例えば４００，５００，６００（ｎｍ、以下同様）の標準セットａ、血管を描出するための４７０，５００，６７０の血管Ｂ１セットｂ、同じく血管を描出するための４７５，５１０，６８５の血管Ｂ２セットｃ、特定組織を描出するための４４０，４８０，５２０の組織Ｅ１セットｄ、同じく特定組織を描出するための４８０，５１０，５８０の組織Ｅ２セットｂ、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの差を描出するための４００，４３０，４７５のヘモグロビンセットｆ、血液とカロテンとの差を描出するための４１５，４５０，５００の血液‐カロテンセットｇ、血液と細胞質の差を描出するための４２０，５５０，６００の血液‐細胞質セットｈの８つの波長セットが、デフォルト波長セットとして、図１に示すメモリ３６の一部に記憶されている。
【００３７】
電子内視鏡装置の工場出荷後、最初に電源を入れて装置を立ち上げると、上記デフォルト波長セットがマイコン３５によって選択される。そして、図２に示す操作パネル４１の分光画像形成スイッチ４１ｊが押されると、上記選択された波長セットの中の標準セットａが、図３のモニタ３４において波長情報表示領域３４ｓに表示される。このとき、モード切換えスイッチ４１ｄが押されて３色モードが選択されていれば、標準セットａのλ１＝４００ｎｍ，λ２＝５００ｎｍ，λ３＝６００ｎｍに対応する各パラメータがメモリ３６から読み出され、それらのパラメータが色空間変換処理回路２９に入力される。色空間変換処理回路２９は、こうして入力されたパラメータを用いて前述のマトリクス演算を行う。
【００３８】
また臨床医師等の装置操作者は、図２の操作パネル４１に有るセット選択スイッチ４１ａを操作することにより、デフォルト波長セットにおけるその他の波長セットｂ〜ｈを任意に選択することができ、マイコン３５はこうして選択された波長セットを、図３のモニタ３４において波長情報表示領域３４ｓに表示させる。それとともにこの場合も、選択された波長セットの波長域λ１，λ２，λ３に対応する各パラメータがマイコン３５によってメモリ３６から読み出され、それらのパラメータが色空間変換処理回路２９に入力される。色空間変換処理回路２９は、こうして入力されたパラメータを用いて前述のマトリクス演算を行う。
【００３９】
なおセット選択スイッチ４１ａは図２に示す通り、上向きの三角形の操作部を有する上行スイッチと、下向きの三角形の操作部を有する下行スイッチとからなり、前者が１回押される毎に波長セットはａ→ｈ→ｇ・・・と逐次選択され、それに対して後者が１回押される毎に波長セットはａ→ｂ→ｃ・・・と逐次選択される。
【００４０】
また、上記波長セットａ〜ｈのうちの１つが選択されているとき、操作者が波長選択スイッチ４１ｂを操作することにより、その選択されている波長セットの波長域λ１，λ２，λ３のそれぞれを任意の値に変更することができる。この波長域の変更に際しては、波長切換え幅を、切換え幅設定スイッチ４１ｃによって変えることができる。すなわち、切換え幅設定スイッチ４１ｃのツマミを回転させることにより、連続的切換えに近い１ｎｍ幅、ステップ切換えである５ｎｍ幅、１０ｎｍ幅、２０ｎｍ幅というように、連続的または段階的な切換えを設定することができる。なお、例えば１ｎｍ幅で切り換える場合は、４００〜７００ｎｍの範囲において３０１の波長域を設定し、この３０１の波長域に対応したマトリクスデータ（ｐ′１〜ｐ′３０１）を作成することになる。
【００４１】
図６はこの波長域の選択を示すものであり、上記５ｎｍ幅を設定したときは、λ１の切換えで示されるように、４００→４０５→４１０というように切り換えられ、上記２０ｎｍ幅を設定したときは、λ３の切換えで示されるように、６００→６２０→６４０というように切り換えられ、この値がモニタ３４の波長情報表示領域３４ｓに表示される。
【００４２】
図３には、上記波長情報表示領域３４ｓにおける表示状態を詳しく示してある。本実施形態では、前記信号処理回路３２内のキャラクタ発生等によって、図３（Ａ）に示すように、モニタ３４の右下部等に設定された波長情報表示領域３４ｓに波長情報が表示される。すなわち、この波長情報表示領域３４ｓには、図３（Ｂ）に示すように、λ１，λ２，λ３等の文字の下に、選択された波長の値（ｎｍ）が表示される。あるいは図３（Ｃ）に示すように、横軸を波長目盛、縦軸を感度とし、選択された波長域を可動グラフ（図４に対応したもの）でビジュアル表示してもよい。
【００４３】
図２に示すモード切換えスイッチ４１ｄは単色モードと３色モードの切換えを行うものであり、３色モード動作時にこのモード切換えスイッチ４１ｄを押すと、単色モードへ切り換えられ、マイコン３５により波長域λ１，λ２，λ３の全てが、４７０，４７０，４７０というように同一の値に設定される。そしてモニタ３４には、図７に示すように、共通の波長域が表示される。なおこの共通の波長域についても、上記波長選択スイッチ４１ｂによって任意の値を選択することができる。
【００４４】
ここで、上記８つの波長セットとして、前述したようなデフォルト波長セットの他に、装置使用者である医師の要望等に応じて別のセットを用意し、それらをメモリに記憶しておいて適宜選択使用できるようにしてもよい。また、上記の操作パネル４１上のスイッチ類の一部機能をキーボードのキー機能に置き換えたり、全部の機能をキーボードのキー機能に置き換えたりしてもよい。
【００４５】
次に、分光画像を固定の３色に基づいてカラー表示するモードと、被観察体の実物の色（実物に近い色）でカラー表示するモードに関して説明する。まず前者のモード、つまり図２に示す固定色モードスイッチ４１ｅが押されている場合について説明する。この場合、色空間変換処理回路２９は分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓを、波長λ１，λ２，λ３の如何に拘わらず、それぞれ固定の色（例えば４００ｎｍ，５００ｎｍ，６００ｎｍ等の波長の色）に対応したＲｓ，Ｇｓ，Ｂｓの信号として第２色変換回路３１に入力する。それにより、モニタ３４に表示され、あるいは画像記録装置４５で記録される分光画像は、上記固定の３色に基づいて構成されるカラー画像となる。なお、モードセレクタ３０にて単色モードが選択されている場合は、上記固定の３色のうちの１つによって分光画像を示す分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓまたはλ３ｓがＲｓ，ＧｓまたはＢｓの信号として第２色変換回路３１に入力される。
【００４６】
次に、図２に示す実色モードスイッチ４１ｆが押されている場合について説明する。この場合、色空間変換処理回路２９は分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓを、それぞれ波長λ１，λ２，λ３の色で分光画像を示すＲｓ，Ｇｓ，Ｂｓの信号として第２色変換回路３１に入力する。それにより、モニタ３４に表示され、あるいは画像記録装置４５で記録される分光画像は、ＣＣＤ１５によって撮像された被観察体の部分を、基本的に実物と同じ色相で示すものとなる。
【００４７】
以下、このような実色モードを実現する分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓの生成について詳しく説明する。先に述べた固定色モードにおいては色空間変換処理回路２９が、（数２）式のマトリクス演算によって形成した分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓをそれぞれ、例えば４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍの波長色の輝度（画像表示の場合）を担持するＲｓ，Ｇｓ，Ｂｓの３色画像信号として出力するが、この実色モードの場合は、Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓを同様に例えば４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍの波長色の輝度を担持するものとしたとき、色空間変換処理回路２９は分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓをそれぞれ次の演算により形成して出力する。
【００４８】
λ１ｓ＝ａＲｓ＋ｂＧｓ＋ｃＢｓ
λ２ｓ＝ｄＲｓ＋ｅＧｓ＋ｆＢｓ
λ３ｓ＝ｇＲｓ＋ｈＧｓ＋ｉＢｓ
上記９個の係数ａ〜ｉは下記の通りにして定められて、例えば前記メモリ３６に波長λ１，λ２，λ３の組み合わせ毎にテーブルの形で記憶されており、上記演算に際してはそれらがマイコン３５によって読み出され、色空間変換処理回路２９に入力される。これらの係数ａ〜ｉが波長λ１，λ２，λ３の組み合わせ毎に適切に定められていれば、モニタ３４に表示され、あるいは画像記録装置４５で記録される分光画像が、ＣＣＤ１５によって撮像された被観察体の部分を、基本的に実物と同じ色相で示すものとなる。
【００４９】
次に、上記係数ａ〜ｉを求める方法について説明する。ここでは、等色関数を用いて、三刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が同じであれば、例えばモニタ３４に表示される画像中の部分が実物と同じ色相で表示されると考える。以下、ベクトルを小文字、行列を大文字で示すものとし、波長λについての等色関数を
【数３】
【００５０】
とし、またモニタ３４の発色を
【数４】
【００５１】
とする。そして前述の３つの波長λ１，λ２，λ３における色度をそれぞれ（ｘ1，ｙ1，ｚ1）、（ｘ2，ｙ2，ｚ2）、（ｘ3，ｙ3，ｚ3）とする。
【００５２】
色度値が同じであれば人間の目には同じ色として見えるので、上記９つの係数ａ〜ｉにより下記式が成立すれば、モニタ３４に表示される画像中の部分が実物と同じ色相で表示される。
【数５】
【００５３】
ここで
【数６】
【００５４】
とし、転置を〜で表すと、
【数７】
【００５５】
で、
【数８】
【００５６】
は３×３となって、逆行列が存在することになる。したがって
【数９】
【００５７】
として求めることができる。ただし、
【数１０】
【００５８】
の要素に負は無いので、計算の結果生じた負の要素は強制的に０（ゼロ）として係数ａ〜ｊを求める。
【００５９】
なお、以上は３色の画像信号λ１ｓ、λ２ｓ、λ３ｓに基づいてカラー画像を表示あるいは記録する場合について説明したが、４色以上の画像信号に基づいてカラー画像を表示あるいは記録する場合も、基本的には同様の考えに基づいて、分光画像を実物と同じ色相で示す信号を形成することができる。
【００６０】
次に、被観察体の通常画像を表示するモードについて説明する。以上述べたようにして分光画像が形成、表示されているときに、図２に示した操作パネル４１の分光画像形成スイッチ４１ｊが再度押された場合、あるいは最初から分光画像形成スイッチ４１ｊが押されない場合は、色空間変換処理回路２９におけるマトリクス演算の係数として、前述のパラメータＰ１〜Ｐ３の係数が選択され、それにより該色空間変換処理回路２９からは第１色変換回路２８が出力したＲＧＢ信号がそのまま出力される。そしてこのＲＧＢ信号が第２色変換回路３１でＹ／Ｃ信号に変換され、このＹ／Ｃ信号が信号処理回路３２およびＤ／Ａ変換器３３を介してモニタ３４へ入力されるので、該モニタ３４においては被観察体の通常カラー画像（動画あるいは静止画）が表示される。
【００６１】
なお本実施形態においては、上記Ｄ／Ａ変換器３３の出力がモニタ３４の他に画像記録装置４５にも入力されるようになっており、マイコン３５によって制御される画像記録コントローラ４２が画像記録装置４５に画像記録の指示を与えた場合は、その指示で指定されたシーンの通常カラー画像あるいは分光画像のハードコピーがこの画像記録装置４５から出力される。
【００６２】
なお従来の内視鏡では、被観察体にインディゴやピオクタニン等の色素散布を行い、色素散布によって着色した組織を撮像することが行われているが、上記λ１，λ２，λ３の波長セットとして、色素散布によって着色する組織が描出できる波長域を選択することにより、色素散布をすることなく、色素散布時の画像と同等の分光画像を得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子内視鏡装置の構成を示すブロック図
【図２】図１の電子内視鏡装置を構成するプロセッサ装置の操作パネルの構成、および波長セットの例を示す図
【図３】図１の電子内視鏡装置のモニタにおける波長情報表示領域、およびその表示例を示す図
【図４】分光画像の波長域の一例を、原色型ＣＣＤの分光感度特性と共に示すグラフ
【図５】分光画像の波長域の一例を、生体の反射スペクトルと共に示すグラフ
【図６】図１の電子内視鏡装置の波長切換えスイッチで操作される波長切換え状態を示す図
【図７】図１の電子内視鏡装置において、単色モードで選択される波長セットを示す図
【符号の説明】
【００６４】
１０ スコープ（電子内視鏡本体部）
１２ プロセッサ装置
１４ 光源装置
１５ ＣＣＤ
１７ ＣＤＳ／ＡＧＣ回路
２０，３５ マイコン
２５ ＤＳＰ
２８ 第１色変換回路
２９ 色空間変換処理回路
３０ モードセレクタ
３１ 第２色変換回路
３２ 信号処理回路
３４ モニタ
３４ｓ 波長情報表示領域
３６ メモリ
４１ 操作パネル
４３ 入力部
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子内視鏡装置に関し、特に詳細には、被観察体のカラー画像を担持する画像信号を演算処理することによって、特定の波長域の分光画像（映像）を形成、表示可能とした電子内視鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子を用いた電子内視鏡装置の分野では、近年、胃粘膜等の消化器官における分光反射率に基づいて、狭帯域バンドパスフィルタを組み合わせた分光イメージングを行う装置、すなわち狭帯域フィルタ内蔵電子内視鏡装置(Narrow Band Imaging-NBl)が注目されている。この装置は、面順次式のＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の回転フィルタの代わりに、３つの狭（波長）帯域のバンドパスフィルタを設け、これら狭帯域バンドパスフィルタを介して照明光を順次出力し、これらの照明光で得られた３つの信号に対しそれぞれの重み付けを変えながらＲ，Ｇ，Ｂ（ＲＧＢ）信号の場合と同様の処理を行うことにより、分光画像を形成するものである。このような分光画像によれば、胃、大腸等の消化器において、従来では得られなかった微細構造等が抽出される。
【０００３】
一方、上記の狭帯域バンドパスフィルタを用いる面順次式のものではなく、特許文献１、２や非特許文献１に示されるように、固体撮像素子に微小モザイクの色フィルタを配置する同時式において、白色光が照射された被観察体を撮像して得た画像信号を基に、演算処理にて分光画像を形成することが提案されている。これは、ＲＧＢのそれぞれのカラー感度特性を数値データ化したものと、特定の狭帯域バンドパスの分光特性を数値データ化したものとの関係をマトリクスデータ（係数セット）として求め、このマトリクスデータとＲＧＢ信号との演算により、狭帯域バンドパスフィルタを介して得られる分光画像を推定した分光画像信号を得るものである。このような演算によって分光画像を形成する場合は、所望の波長域に対応した複数のフィルタを用意する必要がなく、またこれらの交換配置が不要となるので、装置の大型化が避けられ、低コスト化を図ることができる。
【特許文献１】特公平７−９６００５号公報
【特許文献２】特開２００３−９３３３６号公報
【非特許文献１】三宅洋一著「デジタルカラー画像の解析・評価」東京大学出版会、 ２０００年、ｐ．１４８〜１５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述の演算によって分光画像を得る従来の電子内視鏡装置は、分光画像をモノクロ画像として表示したり、あるいは予め指定した特定の３色を基に構成されるカラー画像として表示するように構成されていたので、例えば正常な部分と病巣部分との区別は明確になるものの、表示部位が実際とは異なる色で表示されることもあり、その点が、装置を使い慣れていない医師等には戸惑いを感じさせるものとなっていた。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、前述の演算によって分光画像を得るようにした電子内視鏡装置において、分光画像中の部位を、実際と同じような色相で表示可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による電子内視鏡装置は、
被観察体に白色光を照射する光源と、
この白色光の照射を受けた前記被観察体を撮像するカラー撮像素子と、
このカラー撮像素子の出力に基づくＲＧＢ３色画像信号と、所定のマトリクスデータとの演算により、指定された波長の分光画像を示す分光画像信号を形成する分光画像形成回路とを備えてなる電子内視鏡装置において、
前記分光画像形成回路が前記分光画像信号を、それぞれ前記指定された波長の色で分光画像を示す信号として、互いに異なる少なくとも３波長について生成するように構成されたことを特徴とするものである。
【０００７】
なお上記の３波長はそれぞれ、赤、緑、青領域の波長であることが望ましい。
【０００８】
また前記指定された波長の色で分光画像を示す分光画像信号を生成するためのマトリクスデータは、予め作成されて記憶手段に記憶されていることが望ましい。
【０００９】
また前記分光画像形成回路は、前記分光画像信号として、それぞれ固定の色で前記分光画像を示す信号も生成可能とされた上で、該固定の色で前記分光画像を示す信号と、前記指定された波長の色で分光画像を示す信号とを、選択的に切り換えて出力可能に構成されることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電子内視鏡装置においては、分光画像形成回路が、互いに異なる少なくとも３波長についての分光画像信号を生成するように構成されているので、これらの分光画像信号に基づけば、カラーの分光画像を形成することができる。そしてこれらの分光画像信号は、それぞれ指定された波長の色で分光画像を示す信号とされているので、該分光画像信号に基づいてディスプレイ手段に表示されたり、あるいは画像記録手段で記録されたりする分光画像は、カラー撮像素子によって撮像された部分を、基本的に実物と同じ色相で示すものとなる。
【００１１】
また本発明の電子内視鏡装置において、特に上記のようなマトリクスデータが予め作成されて記憶手段に記憶されている場合は、この演算処理を迅速に行って分光画像を短時間で表示あるいは記録可能となる。
【００１２】
また本発明の電子内視鏡装置において、特に分光画像形成回路が、分光画像信号として、それぞれ固定の色で分光画像を示す信号も生成可能とされた上で、該固定の色で分光画像を示す信号と、前記指定された波長の色で分光画像を示す信号とを、選択的に切り換えて出力可能に構成された場合は、分光画像を医師等の要求に応じて、上述のように実物と同じ色相で表示または記録したり、あるいは固定の色相で表示または記録することを随意に選択実行可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態による電子内視鏡装置の基本構成を示すものである。本実施形態の電子内視鏡装置は、後述のようにして形成される被観察体の分光画像を表示するモードと、被観察体の通常画像を表示するモードのどちらかに設定され、さらに分光画像表示モード下では、分光画像を固定の３色画像信号に基づくカラー画像として表示するモードと、実物通りの（実物に近い）色相で被観察体を示すカラー画像として表示するモードの一方に選択的に設定されるように構成されている。最初に、分光画像表示モードおよびそのための構成について説明する。
【００１５】
図示の通りこの電子内視鏡装置は、スコープ１０すなわち内視鏡本体部分と、このスコープ１０が着脱自在に接続されるプロセッサ装置１２とから構成され、プロセッサ装置１２内には白色光を発する光源装置１４が配置されている。スコープ１０の先端には照明窓２３が設けられ、この照明窓２３には、一端が上記光源装置１４に接続されたライトガイド２４の他端が対面している。なお光源装置１４は、プロセッサ装置１２とは別体の部分に配置されてもよい。
【００１６】
上記スコープ１０の先端部には、固体撮像素子であるＣＣＤ１５が設けられている。このＣＣＤ１５としては、例えば撮像面にＭｇ（マゼンタ），Ｙｅ（イエロー），Ｃｙ（シアン），Ｇ（グリーン）の色フィルタを有する補色型、あるいはＲＧＢの色フィルタを有する原色型が用いられる。
【００１７】
ＣＣＤ１５には、同期信号に基づいて駆動パルスを形成するＣＣＤ駆動回路１６が接続されると共に、このＣＣＤ１５が出力した画像（映像）信号をサンプリングして増幅するＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／自動利得制御）回路１７が接続されている。またＣＤＳ／ＡＧＣ回路１７には、そのアナログ出力をデジタル化するＡ／Ｄ変換器１８が接続されている。さらにスコープ１０内には、そこに設けられた各種回路を制御するとともに、プロセッサ装置１２との間の通信制御を行うマイコン２０が配設されている。
【００１８】
一方プロセッサ装置１２には、Ａ／Ｄ変換器１８によりデジタル化された画像信号に対して各種の画像処理を施すＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）２５が設けられている。このＤＳＰ２５は、上記画像信号から輝度（Ｙ）信号と色差［Ｃ（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）］信号で構成されるＹ／Ｃ信号を生成し、それを出力するものであり、該ＤＳＰ２５には第１色変換回路２８が接続されている。この第１色変換回路２８は、ＤＳＰ２５から出力されたＹ／Ｃ信号をＲ、Ｇ、Ｂの３色画像信号に変換する。なお、ＤＳＰ２５はスコープ１０側に配置してもよい。
【００１９】
上記第１色変換回路２８の後段側には、分光画像形成のためのマトリクス演算を行って、選択された波長域λ１，λ２，λ３による分光画像を示す画像信号を出力する色空間変換処理回路２９、１つの狭波長帯域の分光画像を形成する単色モードと、３つの波長域からなる分光画像を形成する３色モードとのいずれかを選択するモードセレクタ３０、１つの波長域または３つの波長域の画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓを、ＲＧＢ信号に対応させた処理をするためにＲｓ，Ｇｓ，Ｂｓ信号として入力し、このＲｓ，Ｇｓ，Ｂｓ信号をＹ／Ｃ信号に変換する第２色変換回路３１、鏡像処理，マスク発生、キャラクタ発生等のその他の各種信号処理を行う信号処理回路３２、およびＤ／Ａ変換器３３が逐次この順に接続されている。そして最後段のＤ／Ａ変換器３３は、プロセッサ装置１２外に配置された例えば液晶表示装置やＣＲＴ等からなるモニタ３４および、光走査記録装置等からなる画像記録装置４５に接続されている。なお、モードセレクタ３０が選択する３色モードに代えて、２つの波長域からなる分光画像を形成する２色モードを設定するようにしてもよい。
【００２０】
またプロセッサ装置１２内には、スコープ１０との間の通信を行うと共に、該装置１２内の各回路を制御し、またメモリ３６に記憶されているマトリクス（係数）データを上記色空間変換処理回路２９に入力する等の機能を有するマイコン３５が設けられている。上記メモリ３６には、ＲＧＢ信号に基づいて分光画像を形成するためのマトリクスデータがテーブルの形で記憶されている。本実施形態において、このメモリ３６に格納されているマトリクスデータの一例は次の表１のようになる。
【表１】
【００２１】
この表１のマトリクスデータは、例えば４００ｎｍから７００ｎｍの波長域を５ｎｍ間隔で分けた６１の波長域パラメータ（係数セット）ｐ１〜ｐ６１および、通常画像形成のためのパラメータＰ１〜Ｐ３からなる。パラメータｐ１〜ｐ６１は各々、マトリクス演算のための係数ｋｐｒ，ｋｐｇ，ｋｐｂ（ｐ＝１〜６１）から構成され、他方パラメータＰ１は係数(1.00000，0.00000，0.00000)から、パラメータＰ２は(係数0.00000，1.00000，0.00000)から、パラメータＰ３は係数(0.00000，0.00000，1.00000)からそれぞれ構成されている。
【００２２】
そして色空間変換処理回路２９において、上記係数ｋｐｒ，ｋｐｇ，ｋｐｂと第１色変換回路２８から出力されたＲＧＢ信号とにより次式で示すマトリクス演算が行われて、分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓが形成される。
【数１】
【００２３】
すなわち、分光画像を構成する波長域λ１，λ２，λ３としてそれぞれ例えば５００ｎｍ，６２０ｎｍ，６５０ｎｍが選択される場合は、係数（ｋｐｒ，ｋｐｇ，ｋｐｂ）として、表１の６１のパラメータのうち、中心波長５００ｎｍに対応するパラメータｐ２１の係数（-0.00119，0.002346，0.0016）、中心波長６２０ｎｍに対応するパラメータｐ４５の係数（0.004022，0.000068，‐0.00097）、および中心波長６５０ｎｍに対応するパラメータｐ５１の係数（0.005152，-0.00192，0.000088）を用いて上記マトリクス演算がなされる。
【００２４】
なお色空間変換処理回路２９は、後述するようにして通常画像表示あるいは記録の指示が与えられた際には、パラメータＰ１〜Ｐ３の係数を用いて上記マトリクス演算を行う。したがってその場合は、第１色変換回路２８から出力されたＲＧＢ信号がそのまま該色空間変換処理回路２９から出力される。
【００２５】
マイコン３５には前記メモリ３６に加えて、操作パネル４１、画像記録コントローラ４２、およびキーボード等からなる入力部４３が接続されている。図２は上記操作パネル４１を詳しく示すものであり、該操作パネル４１には、併せて概略図示する例えばａ〜ｈの波長セットを選択するためのセット選択スイッチ４１ａ、波長域λ１，λ２，λ３のそれぞれの中心波長を選択するため波長選択スイッチ４１ｂ、この波長選択スイッチ４１ｂによりなされる波長切換えの幅を設定する切換え幅設定スイッチ４１ｃ、前述した単色モードと３色モードとの切換えを行う単色−３色モード切換えスイッチ４１ｄおよび、分光画像形成を指示する分光画像形成スイッチ４１ｊが設けられている。
【００２６】
なお上記分光画像形成スイッチ４１ｊは、スコープ１０側に設けることもできる。また、この分光画像形成スイッチ４１ｊの下側には、固定色モードスイッチ４１ｅおよび実色モードスイッチ４１ｆが設けられているが、それらについては後述する。
【００２７】
以下、上記構成を有する本実施形態の電子内視鏡装置の作用について説明する。まず分光画像形成スイッチ４１ｊが押された場合、つまり分光画像の形成から説明する。
【００２８】
この分光画像を形成する際には、図１に示す光源装置１４が駆動され、そこから発せられた白色光がライトガイド２４に入射し、スコープ１０内に配されたライトガイド２４の先端から出射した白色光が被観察体に照射される。そして、ＣＣＤ駆動回路１６によって駆動されたＣＣＤ１５がこの被観察体を撮像し、撮像信号を出力する。この撮像信号はＣＤＳ／ＡＧＣ回路１７で相関二重サンプリングと自動利得制御による増幅を受けた後、Ａ／Ｄ変換器１８でＡ／Ｄ変換されて、デジタル信号としてプロセッサ装置１２のＤＳＰ２５に入力される。
【００２９】
ＤＳＰ２５では、スコープ１０からの出力信号に対してガンマ処理が行われると共に、Ｍｇ，Ｙｅ，Ｃｙ，Ｇの色フィルタを介して得られた信号に対して色変換処理が行われ、前述の通りのＹ／Ｃ信号が形成される。このＤＳＰ２５が出力するＹ／Ｃ信号は第１色変換回路２８に入力され、そこでＲＧＢ信号に変換される。このＲＧＢ信号は色空間変換処理回路２９に入力され、この色空間変換処理回路２９においてＲＧＢ信号とマトリクスデータとにより、分光画像形成のためのマトリクス演算がなされる。
【００３０】
以下、この演算について詳しく説明する。図２に示す操作パネル４１の分光画像形成スイッチ４１ｊが押された場合、色空間変換処理回路２９は前述のメモリ３６に記憶されているマトリクスデータを用いて、それと各画素毎のＲＧＢ信号とにより、分光画像形成のための前記（数１）式のマトリクス演算を行う。すなわち、この場合は操作パネル４１の操作によってλ１，λ２，λ３の３つの波長域が設定され、マイコン３５はそれらの３つの選択波長域に対応するマトリクスデータをメモリ３６から読み出し、それらを色空間変換処理回路２９に入力する。
【００３１】
例えば、３つの波長域λ１，λ２，λ３として波長５００ｎｍ，６２０ｎｍ，６５０ｎｍが選択された場合は、それぞれの波長に対応する（表１）のパラメータｐ２１，ｐ４５，ｐ５１の係数が用いられて、各画素毎のＲＧＢ信号から次の（数２）式のマトリクス演算によって分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓが形成される。
【数２】
【００３２】
なお、図２の単色−３色モード切換えスイッチ４１ｄに接続されたモードセレクタ３０にて３色モードが選択されている場合は、上記分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓが各々Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓの３色画像信号として第２色変換回路３１に入力され、また単色モードが選択されている場合は分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓのいずれか１つがＲｓ，Ｇｓ，Ｂｓの信号として第２色変換回路３１に入力される。以下、上記３色モードが選択されている場合について詳しく説明する。
【００３３】
上記第２色変換回路３１では、Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓの３色画像信号がＹ／Ｃ信号（Ｙ，Ｒｓ−Ｙ，Ｂｓ−Ｙ）に変換され、このＹ／Ｃ信号が信号処理回路３２およびＤ／Ａ変換器３３を介して前述のモニタ３４および画像記録装置４５へ入力される。
【００３４】
上記Ｙ／Ｃ信号に基づいてモニタ３４に表示される分光画像は、図４および図５で示すような波長域の色成分で構成されるカラー画像となる。すなわち図４は、原色型ＣＣＤ１５の色フィルタの分光感度特性Ｒ，Ｇ，Ｂに、分光画像を形成する３つの波長域λ１，λ２，λ３を重ねた概念図であり、また図５は、生体の反射スペクトルに３つの波長域λ１，λ２，λ３を重ねた概念図である。先に例示したパラメータｐ２１，ｐ４５，ｐ５１による分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓは、図５に示されるように各々５００ｎｍ、６２０ｎｍ、６５０ｎｍを中心波長とする±１０ｎｍ程度の範囲の波長域の分光画像を示す信号であり、これら３つの信号の組合せから構成されるカラー分光画像（動画あるいは静止画）が表示あるいは記録されることになる。
【００３５】
なおこのようなカラー分光画像は、図２に示す固定色モードスイッチ４１ｅが押されている場合は、固定の３色画像信号に基づくカラー画像となり、その一方、同図に示す実色モードスイッチ４１ｆが押されている場合は被観察体を実物の色（実物に近い色）で表示あるいは記録するカラー画像となるが、その点については後に詳しく説明する。
【００３６】
次に、上記波長域λ１，λ２，λ３の選択について説明する。本実施形態では図２に示すように、λ１，λ２，λ３の波長セットとして、例えば４００，５００，６００（ｎｍ、以下同様）の標準セットａ、血管を描出するための４７０，５００，６７０の血管Ｂ１セットｂ、同じく血管を描出するための４７５，５１０，６８５の血管Ｂ２セットｃ、特定組織を描出するための４４０，４８０，５２０の組織Ｅ１セットｄ、同じく特定組織を描出するための４８０，５１０，５８０の組織Ｅ２セットｂ、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの差を描出するための４００，４３０，４７５のヘモグロビンセットｆ、血液とカロテンとの差を描出するための４１５，４５０，５００の血液‐カロテンセットｇ、血液と細胞質の差を描出するための４２０，５５０，６００の血液‐細胞質セットｈの８つの波長セットが、デフォルト波長セットとして、図１に示すメモリ３６の一部に記憶されている。
【００３７】
電子内視鏡装置の工場出荷後、最初に電源を入れて装置を立ち上げると、上記デフォルト波長セットがマイコン３５によって選択される。そして、図２に示す操作パネル４１の分光画像形成スイッチ４１ｊが押されると、上記選択された波長セットの中の標準セットａが、図３のモニタ３４において波長情報表示領域３４ｓに表示される。このとき、モード切換えスイッチ４１ｄが押されて３色モードが選択されていれば、標準セットａのλ１＝４００ｎｍ，λ２＝５００ｎｍ，λ３＝６００ｎｍに対応する各パラメータがメモリ３６から読み出され、それらのパラメータが色空間変換処理回路２９に入力される。色空間変換処理回路２９は、こうして入力されたパラメータを用いて前述のマトリクス演算を行う。
【００３８】
また臨床医師等の装置操作者は、図２の操作パネル４１に有るセット選択スイッチ４１ａを操作することにより、デフォルト波長セットにおけるその他の波長セットｂ〜ｈを任意に選択することができ、マイコン３５はこうして選択された波長セットを、図３のモニタ３４において波長情報表示領域３４ｓに表示させる。それとともにこの場合も、選択された波長セットの波長域λ１，λ２，λ３に対応する各パラメータがマイコン３５によってメモリ３６から読み出され、それらのパラメータが色空間変換処理回路２９に入力される。色空間変換処理回路２９は、こうして入力されたパラメータを用いて前述のマトリクス演算を行う。
【００３９】
なおセット選択スイッチ４１ａは図２に示す通り、上向きの三角形の操作部を有する上行スイッチと、下向きの三角形の操作部を有する下行スイッチとからなり、前者が１回押される毎に波長セットはａ→ｈ→ｇ・・・と逐次選択され、それに対して後者が１回押される毎に波長セットはａ→ｂ→ｃ・・・と逐次選択される。
【００４０】
また、上記波長セットａ〜ｈのうちの１つが選択されているとき、操作者が波長選択スイッチ４１ｂを操作することにより、その選択されている波長セットの波長域λ１，λ２，λ３のそれぞれを任意の値に変更することができる。この波長域の変更に際しては、波長切換え幅を、切換え幅設定スイッチ４１ｃによって変えることができる。すなわち、切換え幅設定スイッチ４１ｃのツマミを回転させることにより、連続的切換えに近い１ｎｍ幅、ステップ切換えである５ｎｍ幅、１０ｎｍ幅、２０ｎｍ幅というように、連続的または段階的な切換えを設定することができる。なお、例えば１ｎｍ幅で切り換える場合は、４００〜７００ｎｍの範囲において３０１の波長域を設定し、この３０１の波長域に対応したマトリクスデータ（ｐ′１〜ｐ′３０１）を作成することになる。
【００４１】
図６はこの波長域の選択を示すものであり、上記５ｎｍ幅を設定したときは、λ１の切換えで示されるように、４００→４０５→４１０というように切り換えられ、上記２０ｎｍ幅を設定したときは、λ３の切換えで示されるように、６００→６２０→６４０というように切り換えられ、この値がモニタ３４の波長情報表示領域３４ｓに表示される。
【００４２】
図３には、上記波長情報表示領域３４ｓにおける表示状態を詳しく示してある。本実施形態では、前記信号処理回路３２内のキャラクタ発生等によって、図３（Ａ）に示すように、モニタ３４の右下部等に設定された波長情報表示領域３４ｓに波長情報が表示される。すなわち、この波長情報表示領域３４ｓには、図３（Ｂ）に示すように、λ１，λ２，λ３等の文字の下に、選択された波長の値（ｎｍ）が表示される。あるいは図３（Ｃ）に示すように、横軸を波長目盛、縦軸を感度とし、選択された波長域を可動グラフ（図４に対応したもの）でビジュアル表示してもよい。
【００４３】
図２に示すモード切換えスイッチ４１ｄは単色モードと３色モードの切換えを行うものであり、３色モード動作時にこのモード切換えスイッチ４１ｄを押すと、単色モードへ切り換えられ、マイコン３５により波長域λ１，λ２，λ３の全てが、４７０，４７０，４７０というように同一の値に設定される。そしてモニタ３４には、図７に示すように、共通の波長域が表示される。なおこの共通の波長域についても、上記波長選択スイッチ４１ｂによって任意の値を選択することができる。
【００４４】
ここで、上記８つの波長セットとして、前述したようなデフォルト波長セットの他に、装置使用者である医師の要望等に応じて別のセットを用意し、それらをメモリに記憶しておいて適宜選択使用できるようにしてもよい。また、上記の操作パネル４１上のスイッチ類の一部機能をキーボードのキー機能に置き換えたり、全部の機能をキーボードのキー機能に置き換えたりしてもよい。
【００４５】
次に、分光画像を固定の３色に基づいてカラー表示するモードと、被観察体の実物の色（実物に近い色）でカラー表示するモードに関して説明する。まず前者のモード、つまり図２に示す固定色モードスイッチ４１ｅが押されている場合について説明する。この場合、色空間変換処理回路２９は分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓを、波長λ１，λ２，λ３の如何に拘わらず、それぞれ固定の色（例えば４００ｎｍ，５００ｎｍ，６００ｎｍ等の波長の色）に対応したＲｓ，Ｇｓ，Ｂｓの信号として第２色変換回路３１に入力する。それにより、モニタ３４に表示され、あるいは画像記録装置４５で記録される分光画像は、上記固定の３色に基づいて構成されるカラー画像となる。なお、モードセレクタ３０にて単色モードが選択されている場合は、上記固定の３色のうちの１つによって分光画像を示す分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓまたはλ３ｓがＲｓ，ＧｓまたはＢｓの信号として第２色変換回路３１に入力される。
【００４６】
次に、図２に示す実色モードスイッチ４１ｆが押されている場合について説明する。この場合、色空間変換処理回路２９は分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓを、それぞれ波長λ１，λ２，λ３の色で分光画像を示すＲｓ，Ｇｓ，Ｂｓの信号として第２色変換回路３１に入力する。それにより、モニタ３４に表示され、あるいは画像記録装置４５で記録される分光画像は、ＣＣＤ１５によって撮像された被観察体の部分を、基本的に実物と同じ色相で示すものとなる。
【００４７】
以下、このような実色モードを実現する分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓの生成について詳しく説明する。先に述べた固定色モードにおいては色空間変換処理回路２９が、（数２）式のマトリクス演算によって形成した分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓをそれぞれ、例えば４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍの波長色の輝度（画像表示の場合）を担持するＲｓ，Ｇｓ，Ｂｓの３色画像信号として出力するが、この実色モードの場合は、Ｒｓ，Ｇｓ，Ｂｓを同様に例えば４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍの波長色の輝度を担持するものとしたとき、色空間変換処理回路２９は分光画像信号λ１ｓ，λ２ｓ，λ３ｓをそれぞれ次の演算により形成して出力する。
【００４８】
λ１ｓ＝ａＲｓ＋ｂＧｓ＋ｃＢｓ
λ２ｓ＝ｄＲｓ＋ｅＧｓ＋ｆＢｓ
λ３ｓ＝ｇＲｓ＋ｈＧｓ＋ｉＢｓ
上記９個の係数ａ〜ｉは下記の通りにして定められて、例えば前記メモリ３６に波長λ１，λ２，λ３の組み合わせ毎にテーブルの形で記憶されており、上記演算に際してはそれらがマイコン３５によって読み出され、色空間変換処理回路２９に入力される。これらの係数ａ〜ｉが波長λ１，λ２，λ３の組み合わせ毎に適切に定められていれば、モニタ３４に表示され、あるいは画像記録装置４５で記録される分光画像が、ＣＣＤ１５によって撮像された被観察体の部分を、基本的に実物と同じ色相で示すものとなる。
【００４９】
次に、上記係数ａ〜ｉを求める方法について説明する。ここでは、等色関数を用いて、三刺激値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が同じであれば、例えばモニタ３４に表示される画像中の部分が実物と同じ色相で表示されると考える。以下、ベクトルを小文字、行列を大文字で示すものとし、波長λについての等色関数を
【数３】
【００５０】
とし、またモニタ３４の発色を
【数４】
【００５１】
とする。そして前述の３つの波長λ１，λ２，λ３における色度をそれぞれ（ｘ1，ｙ1，ｚ1）、（ｘ2，ｙ2，ｚ2）、（ｘ3，ｙ3，ｚ3）とする。
【００５２】
色度値が同じであれば人間の目には同じ色として見えるので、上記９つの係数ａ〜ｉにより下記式が成立すれば、モニタ３４に表示される画像中の部分が実物と同じ色相で表示される。
【数５】
【００５３】
ここで
【数６】
【００５４】
とし、転置を〜で表すと、
【数７】
【００５５】
で、
【数８】
【００５６】
は３×３となって、逆行列が存在することになる。したがって
【数９】
【００５７】
として求めることができる。ただし、
【数１０】
【００５８】
の要素に負は無いので、計算の結果生じた負の要素は強制的に０（ゼロ）として係数ａ〜ｊを求める。
【００５９】
なお、以上は３色の画像信号λ１ｓ、λ２ｓ、λ３ｓに基づいてカラー画像を表示あるいは記録する場合について説明したが、４色以上の画像信号に基づいてカラー画像を表示あるいは記録する場合も、基本的には同様の考えに基づいて、分光画像を実物と同じ色相で示す信号を形成することができる。
【００６０】
次に、被観察体の通常画像を表示するモードについて説明する。以上述べたようにして分光画像が形成、表示されているときに、図２に示した操作パネル４１の分光画像形成スイッチ４１ｊが再度押された場合、あるいは最初から分光画像形成スイッチ４１ｊが押されない場合は、色空間変換処理回路２９におけるマトリクス演算の係数として、前述のパラメータＰ１〜Ｐ３の係数が選択され、それにより該色空間変換処理回路２９からは第１色変換回路２８が出力したＲＧＢ信号がそのまま出力される。そしてこのＲＧＢ信号が第２色変換回路３１でＹ／Ｃ信号に変換され、このＹ／Ｃ信号が信号処理回路３２およびＤ／Ａ変換器３３を介してモニタ３４へ入力されるので、該モニタ３４においては被観察体の通常カラー画像（動画あるいは静止画）が表示される。
【００６１】
なお本実施形態においては、上記Ｄ／Ａ変換器３３の出力がモニタ３４の他に画像記録装置４５にも入力されるようになっており、マイコン３５によって制御される画像記録コントローラ４２が画像記録装置４５に画像記録の指示を与えた場合は、その指示で指定されたシーンの通常カラー画像あるいは分光画像のハードコピーがこの画像記録装置４５から出力される。
【００６２】
なお従来の内視鏡では、被観察体にインディゴやピオクタニン等の色素散布を行い、色素散布によって着色した組織を撮像することが行われているが、上記λ１，λ２，λ３の波長セットとして、色素散布によって着色する組織が描出できる波長域を選択することにより、色素散布をすることなく、色素散布時の画像と同等の分光画像を得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子内視鏡装置の構成を示すブロック図
【図２】図１の電子内視鏡装置を構成するプロセッサ装置の操作パネルの構成、および波長セットの例を示す図
【図３】図１の電子内視鏡装置のモニタにおける波長情報表示領域、およびその表示例を示す図
【図４】分光画像の波長域の一例を、原色型ＣＣＤの分光感度特性と共に示すグラフ
【図５】分光画像の波長域の一例を、生体の反射スペクトルと共に示すグラフ
【図６】図１の電子内視鏡装置の波長切換えスイッチで操作される波長切換え状態を示す図
【図７】図１の電子内視鏡装置において、単色モードで選択される波長セットを示す図
【符号の説明】
【００６４】
１０ スコープ（電子内視鏡本体部）
１２ プロセッサ装置
１４ 光源装置
１５ ＣＣＤ
１７ ＣＤＳ／ＡＧＣ回路
２０，３５ マイコン
２５ ＤＳＰ
２８ 第１色変換回路
２９ 色空間変換処理回路
３０ モードセレクタ
３１ 第２色変換回路
３２ 信号処理回路
３４ モニタ
３４ｓ 波長情報表示領域
３６ メモリ
４１ 操作パネル
４３ 入力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被観察体に白色光を照射する光源と、
この白色光の照射を受けた前記被観察体を撮像するカラー撮像素子と、
このカラー撮像素子の出力に基づくＲＧＢ３色画像信号と、所定のマトリクスデータとの演算により、指定された波長の分光画像を示す分光画像信号を形成する分光画像形成回路とを備えてなる電子内視鏡装置において、
前記分光画像形成回路が前記分光画像信号を、それぞれ前記指定された波長の色で分光画像を示す信号として、互いに異なる少なくとも３波長について生成するように構成されたことを特徴とする電子内視鏡装置。
【請求項２】
前記指定された波長の色で分光画像を示す分光画像信号を生成するためのマトリクスデータを記憶した記憶手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡装置。
【請求項３】
前記分光画像形成回路が前記分光画像信号として、それぞれ固定の色で前記分光画像を示す信号も生成可能とされた上で、
該固定の色で前記分光画像を示す信号と、前記指定された波長の色で分光画像を示す信号とを、選択的に切り換えて出力可能に構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の電子内視鏡装置。
【請求項１】
被観察体に白色光を照射する光源と、
この白色光の照射を受けた前記被観察体を撮像するカラー撮像素子と、
このカラー撮像素子の出力に基づくＲＧＢ３色画像信号と、所定のマトリクスデータとの演算により、指定された波長の分光画像を示す分光画像信号を形成する分光画像形成回路とを備えてなる電子内視鏡装置において、
前記分光画像形成回路が前記分光画像信号を、それぞれ前記指定された波長の色で分光画像を示す信号として、互いに異なる少なくとも３波長について生成するように構成されたことを特徴とする電子内視鏡装置。
【請求項２】
前記指定された波長の色で分光画像を示す分光画像信号を生成するためのマトリクスデータを記憶した記憶手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電子内視鏡装置。
【請求項３】
前記分光画像形成回路が前記分光画像信号として、それぞれ固定の色で前記分光画像を示す信号も生成可能とされた上で、
該固定の色で前記分光画像を示す信号と、前記指定された波長の色で分光画像を示す信号とを、選択的に切り換えて出力可能に構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の電子内視鏡装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−８６３４７（Ｐ２００８−８６３４７Ａ）
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６７１０４（Ｐ２００６−２６７１０４）
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
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