(57)【要約】【課題】ＨＤＲ画像に基づいてＨＤＲモニタに画像表示を行わせる場合に、ＨＤＲモニタによる出力画像に対してユーザが感じる眩しさを低減することが可能な技術が提供されることが望まれる。【解決手段】生体内の被写体を照射する光源と、前記光源の光軸と同軸で前記被写体を撮像する撮像部と、前記光源と前記撮像部を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記撮像部より取得した第１の画像信号に対して階調の調整を行い、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した信号を出力するよう制御する医療用システムが提供される。【選択図】図１
2018230066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内の被写体を照射する光源と、
前記光源の光軸と同軸で前記被写体を撮像する撮像部と、
前記光源と前記撮像部を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記撮像部より取得した第１の画像信号に対して階調の調整を行い、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した信号を出力するよう制御する
医療用システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１の画像信号に含まれる画素信号の全ての輝度値が第１の輝度値以下となるように、前記第１の画像信号の階調を調整するよう制御する、
請求項１に記載の医療用システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１の画像信号のうち、
輝度値が第２の輝度値より大きい画素信号に対して、前記第１の輝度値以下となるように階調を調整し、
輝度値が前記第２の輝度値以下の画素信号に対して、階調を調整しないよう制御する、
請求項２に記載の医療用システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１の画像信号に対する物体認識の結果に基づき第１の領域を決定し、
前記第１の領域に含まれる画素信号の階調を調整し、
前記第１の領域以外に含まれる画素信号の階調を調整しないよう制御する、
請求項１に記載の医療用システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記物体認識にて、マスク、術具、ガーゼ、または生体組織を含む第２の領域を特定し、前記第２の領域に基づき前記第１の領域を決定する
請求項４に記載の医療用システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１の画像信号のうち、
特定の色の画素信号に対して、階調を調整し、
それ以外の色の画素信号に対して、階調を調整しないよう制御する、
請求項１に記載の医療用システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１の画像信号の、輝度が第２の輝度値より大きい画素に基づいて、前記第１の画像信号に対して階調を調整するよう制御する、
請求項１に記載の医療用システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記第１の画像信号のうち輝度が前記第２の輝度値より大きい画素の数に基づいて第１の輝度値を決定し、前記第１の画像信号の全ての画素信号の輝度値が前記第１の輝度値以下となるよう階調を調整するよう制御する、
請求項７に記載の医療用システム。
【請求項９】
前記制御部は、前記第１の画像信号のうち輝度が前記第２の輝度値より大きい画素の数が所定の数より多い場合に、前記第１の画像信号のうち第３の輝度値より輝度が小さい画素信号の輝度を大きくするように制御する、
請求項７に記載の医療用システム。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第３の輝度値より輝度が小さい画素信号に対して、同じ調整量を用いて輝度を大きくするよう制御する、
請求項９に記載の医療用システム。
【請求項１１】
前記制御部は、前記第１の画像信号の輝度値が所定の範囲内の値を示す第１の期間に応じて、前記第１の画像信号の輝度値を、前記範囲内に含まれる値に対応する輝度に維持する第２の期間を決定する
請求項１に記載の医療用システム。
【請求項１２】
前記制御部は、
前記第１の画像信号を構成する各画素信号の輝度の加算値または平均値に基づき、階調の調整の度合または階調を調整する領域を決定し、
前記第１の画像信号に対して、前記度合または前記領域に基づき階調を調整するよう制御する、
請求項１に記載の医療用システム。
【請求項１３】
前記制御部は、ユーザに指定された明るさに関する情報、またはユーザに指定された観察モード情報に基づいて、前記第１の画像信号に対して階調を調整するよう制御する、
請求項１２に記載の医療用システム。
【請求項１４】
前記明るさに関する情報とは、画像信号の最大の輝度値、最小の輝度値、または画像信号の階調の調整率である
請求項１３に記載の医療用システム。
【請求項１５】
前記観察モードとは、特殊光観察モード、または通常光モードである
請求項１３に記載の医療用システム。
【請求項１６】
前記制御部は、表示部の明るさ設定情報に基づいて、前記第１の画像信号に対して階調を調整するよう制御する、
請求項１に記載の医療用システム。
【請求項１７】
生体内の被写体を撮像して第１の画像信号を取得し、
前記第１の画像信号に基づいて、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した第１のダイナミックレンジを有する第２の画像信号を生成し、
前記第１の画像信号に基づいて、前記第１のダイナミックレンジより輝度の最大値と輝度の最小値の差の小さい第３の画像信号とを生成し、
前記第２の画像信号、または前記第３の画像信号を出力するよう制御する制御部
を有する医療用装置。
【請求項１８】
生体内の被写体を照射する光源と前記光源の光軸と同軸で前記被写体を撮像する撮像部を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記撮像部より取得した第１の画像信号に対して階調の調整を行い、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した信号を出力するよう制御する
医療用装置。
【請求項１９】
生体内の被写体を照射する光源と前記光源の光軸と同軸で前記被写体を撮像する撮像部を制御することを含み、
前記撮像部より取得した第１の画像信号に対して階調の調整を行い、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した信号を出力するよう制御することを含む、
制御方法。
【請求項２０】
前記制御部は、前記第１の画像信号に含まれる画素信号の最大値が所定の値より大きい場合は、前記第１の画像信号に基づいて生成される、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した第１のダイナミックレンジを有する第２の画像信号を出力し、所定の値以下の場合は、前記第１の画像信号を出力するよう制御する、
請求項１に記載の医療用システム。
【請求項２１】
前記制御部は、前記第１の画像信号、および、前記第１の画像信号に基づいて生成される、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した第１のダイナミックレンジを有する第２の画像信号を表示部の同一画面上に表示するよう制御する、
請求項１に記載の医療用システム。
【請求項２２】
前記医療用システムは、内視鏡システム、または顕微鏡システムである、
請求項１に記載の医療用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、医療用システム、医療用装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療現場において内視鏡が用いられることがある。内視鏡によって撮像が行われる場合、近距離に存在する被写体であり、かつ、奥行きのある被写体に対して、正面から照明光が照射されて撮像が行われるのが一般的である。そのため、内視鏡によって撮像された画像（以下、「内視鏡画像」とも言う。）には、被写体の手前側が白飛びしやすいといった特徴、被写体の奥側および被写体のうち影が写っている部分が黒潰れしやすいといった特徴がある。【０００３】
このような現象は、内視鏡が用いられる場合に限らず、顕微鏡が用いられる場合など、医療現場において様々な医療用装置が用いられる場合にも同様に起こり得る。これらの白飛びおよび黒潰れを軽減する方法として、暗部から明部までの広い明るさ範囲の情報を取得するＨＤＲ（Ｈｉｇｈ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｇｅ）画像を取得する技術がある（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
しかし、画像を表示するモニタは、表現できる明るさ範囲が上記のように取得されたＨＤＲ画像の明るさ範囲よりも狭いモニタであるのが一般的である。以下では、ＨＤＲ画像の明るさ範囲よりも狭い明るさ範囲を「ＳＤＲ（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｇｅ）」とも言う。一般的には、ＨＤＲ画像そのものをＳＤＲモニタに出力するのではなく、上記のように取得されたＨＤＲ画像の階調を圧縮してＳＤＲ画像に変換してからＳＤＲモニタに出力する。しかし、そうした場合には、ＨＤＲ画像の持つ豊富な明るさ情報を十分に活用することができない。【０００５】
一方、近年においては、暗部から明部まで広い明るさ範囲の情報を表示できるＨＤＲモニタが開発されている。そこで、上記のように取得されたＨＤＲ画像に対して、階調圧縮を行わずに、ＨＤＲ画像をそのままの明るさでＨＤＲモニタに出力することによって、ＨＤＲ画像の豊富な明るさ情報を十分に活用できるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２３１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、他方で、内視鏡によって取得されたＨＤＲ画像をそのままの明るさでＨＤＲモニタに表示させた場合、表示されたＨＤＲ画像のうち、手前側の照明光が強く当たる部分および鏡面反射によって生じる非常に明るい部分などに対してユーザが眩しさを感じることがある。また、特に内視鏡を用いた診断または手術において、術者が長時間これらのＨＤＲ画像を見続けることで苦痛を感じてしまうが、診断または手術の施行の妨げとなる可能性がある。【０００８】
そこで、ＨＤＲ画像に基づいてＨＤＲモニタに画像表示を行わせる場合に、ＨＤＲモニタによる出力画像に対してユーザが感じる眩しさを低減することが可能な技術が提供されることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示によれば、生体内の被写体を照射する光源と、前記光源の光軸と同軸で前記被写体を撮像する撮像部と、前記光源と前記撮像部を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記撮像部より取得した第１の画像信号に対して階調の調整を行い、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した信号を出力するよう制御する医療用システムが提供される。【００１０】
本開示によれば、生体内の被写体を撮像して第１の画像信号を取得し、前記第１の画像信号に基づいて、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した第１のダイナミックレンジを有する第２の画像信号を生成し、前記第１の画像信号に基づいて、前記第１のダイナミックレンジより輝度の最大値と輝度の最小値の差の小さい第３の画像信号とを生成し、前記第２の画像信号、または前記第３の画像信号を出力するよう制御する制御部を有する医療用装置が提供される。【００１１】
本開示によれば、生体内の被写体を照射する光源と前記光源の光軸と同軸で前記被写体を撮像する撮像部を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記撮像部より取得した第１の画像信号に対して階調の調整を行い、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した信号を出力するよう制御する医療用装置が提供される。【００１２】
本開示によれば、生体内の被写体を照射する光源と前記光源の光軸と同軸で前記被写体を撮像する撮像部を制御することを含み、前記撮像部より取得した第１の画像信号に対して階調の調整を行い、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した信号を出力するよう制御することを含む、制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本開示によれば、ＨＤＲ画像に基づいてＨＤＲモニタに画像表示を行わせる場合に、ＨＤＲモニタによる出力画像に対してユーザが感じる眩しさを低減することが可能な技術が提供されることが可能な技術が提供されることが可能な技術が提供される。なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【図２】図１に示すカメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
【図３】内視鏡が用いられる場合における撮像環境を模式的に示す図である。
【図４】内視鏡によって撮像された画像の例を示す図である。
【図５】ＨＤＲ画像に対して階調圧縮がなされた後に得られるＳＤＲ画像の例を示す図である。
【図６】ＨＤＲ画像に対して階調圧縮がなされずに出力されるＨＤＲ画像そのものの例を示す図である。
【図７】本開示の実施形態に係るＣＣＵが有する制御部の機能構成例を示すブロック図である。
【図８】本開示の第１の実施形態に係る制御部の構成例を示す図である。
【図９】ユーザによって明るさの最大値が指定される場合における出力画像の例を示す図である。
【図１０】ユーザによって明るさの最大値が指定される場合における出力画像の例を示す図である。
【図１１】本開示の第２の実施形態に係る制御部の構成例を示す図である。
【図１２】手術器具が写る内視鏡画像の例を示す図である。
【図１３】物体認識結果に基づいて階調圧縮がなされた後に得られる出力画像の例を示す図である。
【図１４】本開示の第３の実施形態に係る制御部の構成例を示す図である。
【図１５】Ｂ信号に対する階調圧縮がなされる前後の内視鏡画像の例を示す図である。
【図１６】階調調整がなされていないＲＧ信号と階調調整がなされた後のＢ信号の例を示す図である。
【図１７】本開示の第４の実施形態に係る制御部の構成例を示す図である。
【図１８】各高輝度面積に応じて階調調整がされた後における出力画像の例を示す図である。
【図１９】本開示の第５の実施形態に係る制御部の構成例を示す図である。
【図２０】各高輝度面積に応じて階調調整がされた後における出力画像の例を示す図である。
【図２１】本開示の第６の実施形態に係る制御部の構成例を示す図である。
【図２２】各輝度平均値に応じて階調調整がされた後における出力画像の例を示す図である。
【図２３】本開示の第７の実施形態に係る制御部の構成例を示す図である。
【図２４】各明るさ設定情報に応じて階調調整がされた後における出力画像の例を示す図である。
【図２５】本開示の第８の実施形態の第１の例に係る制御部の構成例を示す図である。
【図２６】各モニタ用の階調変換がされた後における出力画像の例を示す図である。
【図２７】本開示の第８の実施形態の第２の例に係る制御部の構成例を示す図である。
【図２８】ＳＤＲ用追加階調変換がされた後における出力画像の例を示す図である。
【図２９】本開示の第８の実施形態の第３の例に係る制御部の構成例を示す図である。
【図３０】顕微鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【図３１】図３０に示す顕微鏡手術システムを用いた手術の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
また、本明細書および図面において、実質的に同一または類似の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なる数字を付して区別する場合がある。ただし、実質的に同一または類似の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。また、異なる実施形態の類似する構成要素については、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合がある。ただし、類似する構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。
【００１７】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．システム構成例
２．概要
３．基本構成
４．各実施形態
４．１．第１の実施形態
４．２．第２の実施形態
４．３．第３の実施形態
４．４．第４の実施形態
４．５．第５の実施形態
４．６．第６の実施形態
４．７．第７の実施形態
４．８．第８の実施形態
５．応用例
６．むすび
【００１８】
＜＜１．システム構成例＞＞
まず、図面を参照しながら、本開示の実施形態に係る医療用システムの一例の構成例について説明する。本開示の実施形態に係る医療用システムの例としては様々なシステムが想定される。ここでは、本開示の実施形態に係る医療用システムの一例として、内視鏡手術システムの構成例について主に説明する。
【００１９】
図１は、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システム５０００の概略的な構成の一例を示す図である。図１では、術者（医師）５０６７が、内視鏡手術システム５０００を用いて、患者ベッド５０６９上の患者５０７１に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム５０００は、内視鏡５００１と、その他の術具５０１７と、内視鏡５００１を支持する支持アーム装置５０２７と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート５０３７と、から構成される。
【００２０】
内視鏡手術では、腹壁を切って開腹する代わりに、トロッカ５０２５ａ〜５０２５ｄと呼ばれる筒状の開孔器具が腹壁に複数穿刺される。そして、トロッカ５０２５ａ〜５０２５ｄから、内視鏡５００１の鏡筒５００３や、その他の術具５０１７が患者５０７１の体腔内に挿入される。図示する例では、その他の術具５０１７として、気腹チューブ５０１９、エネルギー処置具５０２１及び鉗子５０２３が、患者５０７１の体腔内に挿入されている。また、エネルギー処置具５０２１は、高周波電流や超音波振動により、組織の切開及び剥離、又は血管の封止等を行う処置具である。ただし、図示する術具５０１７はあくまで一例であり、術具５０１７としては、例えば攝子、レトラクタ等、一般的に内視鏡下手術において用いられる各種の術具が用いられてよい。
【００２１】
内視鏡５００１によって撮影された患者５０７１の体腔内の術部の画像が、表示装置５０４１に表示される。術者５０６７は、表示装置５０４１に表示された術部の画像をリアルタイムで見ながら、エネルギー処置具５０２１や鉗子５０２３を用いて、例えば患部を切除する等の処置を行う。なお、図示は省略しているが、気腹チューブ５０１９、エネルギー処置具５０２１及び鉗子５０２３は、手術中に、術者５０６７又は助手等によって支持される。
【００２２】
（支持アーム装置）
支持アーム装置５０２７は、ベース部５０２９から延伸するアーム部５０３１を備える。図示する例では、アーム部５０３１は、関節部５０３３ａ、５０３３ｂ、５０３３ｃ、及びリンク５０３５ａ、５０３５ｂから構成されており、アーム制御装置５０４５からの制御により駆動される。アーム部５０３１によって内視鏡５００１が支持され、その位置及び姿勢が制御される。これにより、内視鏡５００１の安定的な位置の固定が実現され得る。
【００２３】
（内視鏡）
内視鏡５００１は、先端から所定の長さの領域が患者５０７１の体腔内に挿入される鏡筒５００３と、鏡筒５００３の基端に接続されるカメラヘッド５００５と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒５００３を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡５００１を図示しているが、内視鏡５００１は、軟性の鏡筒５００３を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
【００２４】
鏡筒５００３の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡５００１には光源装置５０４３が接続されており、当該光源装置５０４３によって生成された光が、鏡筒５００３の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者５０７１の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡５００１は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
【００２５】
カメラヘッド５００５の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：Camera  Control  Unit）５０３９に送信される。なお、カメラヘッド５００５には、その光学系を適宜駆動させることにより、倍率及び焦点距離を調整する機能が搭載される。
【００２６】
なお、例えば立体視（３Ｄ表示）等に対応するために、カメラヘッド５００５には撮像素子が複数設けられてもよい。この場合、鏡筒５００３の内部には、当該複数の撮像素子のそれぞれに観察光を導光するために、リレー光学系が複数系統設けられる。
【００２７】
（カートに搭載される各種の装置）
ＣＣＵ５０３９は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）やＧＰＵ（Graphics  Processing  Unit）等によって構成され、内視鏡５００１及び表示装置５０４１の動作を統括的に制御する。具体的には、ＣＣＵ５０３９は、カメラヘッド５００５から受け取った画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。ＣＣＵ５０３９は、当該画像処理を施した画像信号を表示装置５０４１に提供する。また、ＣＣＵ５０３９は、カメラヘッド５００５に対して制御信号を送信し、その駆動を制御する。当該制御信号には、倍率や焦点距離等、撮像条件に関する情報が含まれ得る。
【００２８】
表示装置５０４１は、ＣＣＵ５０３９からの制御により、当該ＣＣＵ５０３９によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。内視鏡５００１が例えば４Ｋ（水平画素数３８４０×垂直画素数２１６０）又は８Ｋ（水平画素数７６８０×垂直画素数４３２０）等の高解像度の撮影に対応したものである場合、及び／又は３Ｄ表示に対応したものである場合には、表示装置５０４１としては、それぞれに対応して、高解像度の表示が可能なもの、及び／又は３Ｄ表示可能なものが用いられ得る。４Ｋ又は８Ｋ等の高解像度の撮影に対応したものである場合、表示装置５０４１として５５インチ以上のサイズのものを用いることで一層の没入感が得られる。また、用途に応じて、解像度、サイズが異なる複数の表示装置５０４１が設けられてもよい。
【００２９】
光源装置５０４３は、例えばＬＥＤ（light  emitting  diode）等の光源から構成され、術部を撮影する際の照射光を内視鏡５００１に供給する。
【００３０】
アーム制御装置５０４５は、例えばＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、所定のプログラムに従って動作することにより、所定の制御方式に従って支持アーム装置５０２７のアーム部５０３１の駆動を制御する。
【００３１】
入力装置５０４７は、内視鏡手術システム５０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置５０４７を介して、内視鏡手術システム５０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、入力装置５０４７を介して、患者の身体情報や、手術の術式についての情報等、手術に関する各種の情報を入力する。また、例えば、ユーザは、入力装置５０４７を介して、アーム部５０３１を駆動させる旨の指示や、内視鏡５００１による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示、エネルギー処置具５０２１を駆動させる旨の指示等を入力する。
【００３２】
入力装置５０４７の種類は限定されず、入力装置５０４７は各種の公知の入力装置であってよい。入力装置５０４７としては、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、スイッチ、フットスイッチ５０５７及び／又はレバー等が適用され得る。入力装置５０４７としてタッチパネルが用いられる場合には、当該タッチパネルは表示装置５０４１の表示面上に設けられてもよい。
【００３３】
あるいは、入力装置５０４７は、例えばメガネ型のウェアラブルデバイスやＨＭＤ（Head  Mounted  Display）等の、ユーザによって装着されるデバイスであり、これらのデバイスによって検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。また、入力装置５０４７は、ユーザの動きを検出可能なカメラを含み、当該カメラによって撮像された映像から検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。更に、入力装置５０４７は、ユーザの声を収音可能なマイクロフォンを含み、当該マイクロフォンを介して音声によって各種の入力が行われる。このように、入力装置５０４７が非接触で各種の情報を入力可能に構成されることにより、特に清潔域に属するユーザ（例えば術者５０６７）が、不潔域に属する機器を非接触で操作することが可能となる。また、ユーザは、所持している術具から手を離すことなく機器を操作することが可能となるため、ユーザの利便性が向上する。
【００３４】
処置具制御装置５０４９は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具５０２１の駆動を制御する。気腹装置５０５１は、内視鏡５００１による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者５０７１の体腔を膨らめるために、気腹チューブ５０１９を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ５０５３は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ５０５５は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
【００３５】
以下、内視鏡手術システム５０００において特に特徴的な構成について、更に詳細に説明する。
【００３６】
（支持アーム装置）
支持アーム装置５０２７は、基台であるベース部５０２９と、ベース部５０２９から延伸するアーム部５０３１と、を備える。図示する例では、アーム部５０３１は、複数の関節部５０３３ａ、５０３３ｂ、５０３３ｃと、関節部５０３３ｂによって連結される複数のリンク５０３５ａ、５０３５ｂと、から構成されているが、図１では、簡単のため、アーム部５０３１の構成を簡略化して図示している。実際には、アーム部５０３１が所望の自由度を有するように、関節部５０３３ａ〜５０３３ｃ及びリンク５０３５ａ、５０３５ｂの形状、数及び配置、並びに関節部５０３３ａ〜５０３３ｃの回転軸の方向等が適宜設定され得る。例えば、アーム部５０３１は、好適に、６自由度以上の自由度を有するように構成され得る。これにより、アーム部５０３１の可動範囲内において内視鏡５００１を自由に移動させることが可能になるため、所望の方向から内視鏡５００１の鏡筒５００３を患者５０７１の体腔内に挿入することが可能になる。
【００３７】
関節部５０３３ａ〜５０３３ｃにはアクチュエータが設けられており、関節部５０３３ａ〜５０３３ｃは当該アクチュエータの駆動により所定の回転軸まわりに回転可能に構成されている。当該アクチュエータの駆動がアーム制御装置５０４５によって制御されることにより、各関節部５０３３ａ〜５０３３ｃの回転角度が制御され、アーム部５０３１の駆動が制御される。これにより、内視鏡５００１の位置及び姿勢の制御が実現され得る。この際、アーム制御装置５０４５は、力制御又は位置制御等、各種の公知の制御方式によってアーム部５０３１の駆動を制御することができる。
【００３８】
例えば、術者５０６７が、入力装置５０４７（フットスイッチ５０５７を含む）を介して適宜操作入力を行うことにより、当該操作入力に応じてアーム制御装置５０４５によってアーム部５０３１の駆動が適宜制御され、内視鏡５００１の位置及び姿勢が制御されてよい。当該制御により、アーム部５０３１の先端の内視鏡５００１を任意の位置から任意の位置まで移動させた後、その移動後の位置で固定的に支持することができる。なお、アーム部５０３１は、いわゆるマスタースレイブ方式で操作されてもよい。この場合、アーム部５０３１は、手術室から離れた場所に設置される入力装置５０４７を介してユーザによって遠隔操作され得る。
【００３９】
また、力制御が適用される場合には、アーム制御装置５０４５は、ユーザからの外力を受け、その外力にならってスムーズにアーム部５０３１が移動するように、各関節部５０３３ａ〜５０３３ｃのアクチュエータを駆動させる、いわゆるパワーアシスト制御を行ってもよい。これにより、ユーザが直接アーム部５０３１に触れながらアーム部５０３１を移動させる際に、比較的軽い力で当該アーム部５０３１を移動させることができる。従って、より直感的に、より簡易な操作で内視鏡５００１を移動させることが可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。
【００４０】
ここで、一般的に、内視鏡下手術では、スコピストと呼ばれる医師によって内視鏡５００１が支持されていた。これに対して、支持アーム装置５０２７を用いることにより、人手によらずに内視鏡５００１の位置をより確実に固定することが可能になるため、術部の画像を安定的に得ることができ、手術を円滑に行うことが可能になる。
【００４１】
なお、アーム制御装置５０４５は必ずしもカート５０３７に設けられなくてもよい。また、アーム制御装置５０４５は必ずしも１つの装置でなくてもよい。例えば、アーム制御装置５０４５は、支持アーム装置５０２７のアーム部５０３１の各関節部５０３３ａ〜５０３３ｃにそれぞれ設けられてもよく、複数のアーム制御装置５０４５が互いに協働することにより、アーム部５０３１の駆動制御が実現されてもよい。
【００４２】
（光源装置）
光源装置５０４３は、内視鏡５００１に術部を撮影する際の照射光を供給する。光源装置５０４３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成される。このとき、ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置５０４３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド５００５の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
【００４３】
また、光源装置５０４３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド５００５の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
【００４４】
また、光源装置５０４３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow  Band  Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察するもの（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得るもの等が行われ得る。光源装置５０４３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
【００４５】
（カメラヘッド及びＣＣＵ）
図２を参照して、内視鏡５００１のカメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９の機能についてより詳細に説明する。図２は、図１に示すカメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９の機能構成の一例を示すブロック図である。
【００４６】
図２を参照すると、カメラヘッド５００５は、その機能として、レンズユニット５００７と、撮像部５００９と、駆動部５０１１と、通信部５０１３と、カメラヘッド制御部５０１５と、を有する。また、ＣＣＵ５０３９は、その機能として、通信部５０５９と、画像処理部５０６１と、制御部５０６３と、を有する。カメラヘッド５００５とＣＣＵ５０３９とは、伝送ケーブル５０６５によって双方向に通信可能に接続されている。
【００４７】
まず、カメラヘッド５００５の機能構成について説明する。レンズユニット５００７は、鏡筒５００３との接続部に設けられる光学系である。鏡筒５００３の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド５００５まで導光され、当該レンズユニット５００７に入射する。レンズユニット５００７は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。レンズユニット５００７は、撮像部５００９の撮像素子の受光面上に観察光を集光するように、その光学特性が調整されている。また、ズームレンズ及びフォーカスレンズは、撮像画像の倍率及び焦点の調整のため、その光軸上の位置が移動可能に構成される。
【００４８】
撮像部５００９は撮像素子によって構成され、レンズユニット５００７の後段に配置される。レンズユニット５００７を通過した観察光は、当該撮像素子の受光面に集光され、光電変換によって、観察像に対応した画像信号が生成される。撮像部５００９によって生成された画像信号は、通信部５０１３に提供される。
【００４９】
撮像部５００９を構成する撮像素子としては、例えばＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）タイプのイメージセンサであり、Ｂａｙｅｒ配列を有するカラー撮影可能なものが用いられる。なお、当該撮像素子としては、例えば４Ｋ以上の高解像度の画像の撮影に対応可能なものが用いられてもよい。術部の画像が高解像度で得られることにより、術者５０６７は、当該術部の様子をより詳細に把握することができ、手術をより円滑に進行することが可能となる。
【００５０】
また、撮像部５００９を構成する撮像素子は、３Ｄ表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成される。３Ｄ表示が行われることにより、術者５０６７は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部５００９が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット５００７も複数系統設けられる。
【００５１】
また、撮像部５００９は、必ずしもカメラヘッド５００５に設けられなくてもよい。例えば、撮像部５００９は、鏡筒５００３の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
【００５２】
駆動部５０１１は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部５０１５からの制御により、レンズユニット５００７のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部５００９による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
【００５３】
通信部５０１３は、ＣＣＵ５０３９との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部５０１３は、撮像部５００９から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル５０６５を介してＣＣＵ５０３９に送信する。この際、術部の撮像画像を低レイテンシで表示するために、当該画像信号は光通信によって送信されることが好ましい。手術の際には、術者５０６７が撮像画像によって患部の状態を観察しながら手術を行うため、より安全で確実な手術のためには、術部の動画像が可能な限りリアルタイムに表示されることが求められるからである。光通信が行われる場合には、通信部５０１３には、電気信号を光信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。画像信号は当該光電変換モジュールによって光信号に変換された後、伝送ケーブル５０６５を介してＣＣＵ５０３９に送信される。
【００５４】
また、通信部５０１３は、ＣＣＵ５０３９から、カメラヘッド５００５の駆動を制御するための制御信号を受信する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。通信部５０１３は、受信した制御信号をカメラヘッド制御部５０１５に提供する。なお、ＣＣＵ５０３９からの制御信号も、光通信によって伝送されてもよい。この場合、通信部５０１３には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられ、制御信号は当該光電変換モジュールによって電気信号に変換された後、カメラヘッド制御部５０１５に提供される。
【００５５】
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ５０３９の制御部５０６３によって自動的に設定される。つまり、いわゆるＡＥ（Auto  Exposure）機能、ＡＦ（Auto  Focus）機能及びＡＷＢ（Auto  White  Balance）機能が内視鏡５００１に搭載される。
【００５６】
カメラヘッド制御部５０１５は、通信部５０１３を介して受信したＣＣＵ５０３９からの制御信号に基づいて、カメラヘッド５００５の駆動を制御する。例えば、カメラヘッド制御部５０１５は、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報及び／又は撮像時の露光を指定する旨の情報に基づいて、撮像部５００９の撮像素子の駆動を制御する。また、例えば、カメラヘッド制御部５０１５は、撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報に基づいて、駆動部５０１１を介してレンズユニット５００７のズームレンズ及びフォーカスレンズを適宜移動させる。カメラヘッド制御部５０１５は、更に、鏡筒５００３やカメラヘッド５００５を識別するための情報を記憶する機能を備えてもよい。
【００５７】
なお、レンズユニット５００７や撮像部５００９等の構成を、気密性及び防水性が高い密閉構造内に配置することで、カメラヘッド５００５について、オートクレーブ滅菌処理に対する耐性を持たせることができる。
【００５８】
次に、ＣＣＵ５０３９の機能構成について説明する。通信部５０５９は、カメラヘッド５００５との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部５０５９は、カメラヘッド５００５から、伝送ケーブル５０６５を介して送信される画像信号を受信する。この際、上記のように、当該画像信号は好適に光通信によって送信され得る。この場合、光通信に対応して、通信部５０５９には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。通信部５０５９は、電気信号に変換した画像信号を画像処理部５０６１に提供する。
【００５９】
また、通信部５０５９は、カメラヘッド５００５に対して、カメラヘッド５００５の駆動を制御するための制御信号を送信する。当該制御信号も光通信によって送信されてよい。
【００６０】
画像処理部５０６１は、カメラヘッド５００５から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。当該画像処理としては、例えば現像処理、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ（Noise  reduction）処理及び／又は手ブレ補正処理等）、並びに／又は拡大処理（電子ズーム処理）等、各種の公知の信号処理が含まれる。また、画像処理部５０６１は、ＡＥ、ＡＦ及びＡＷＢを行うための、画像信号に対する検波処理を行う。
【００６１】
画像処理部５０６１は、ＣＰＵやＧＰＵ等のプロセッサによって構成され、当該プロセッサが所定のプログラムに従って動作することにより、上述した画像処理や検波処理が行われ得る。なお、画像処理部５０６１が複数のＧＰＵによって構成される場合には、画像処理部５０６１は、画像信号に係る情報を適宜分割し、これら複数のＧＰＵによって並列的に画像処理を行う。
【００６２】
制御部５０６３は、内視鏡５００１による術部の撮像、及びその撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部５０６３は、カメラヘッド５００５の駆動を制御するための制御信号を生成する。この際、撮像条件がユーザによって入力されている場合には、制御部５０６３は、当該ユーザによる入力に基づいて制御信号を生成する。あるいは、内視鏡５００１にＡＥ機能、ＡＦ機能及びＡＷＢ機能が搭載されている場合には、制御部５０６３は、画像処理部５０６１による検波処理の結果に応じて、最適な露出値、焦点距離及びホワイトバランスを適宜算出し、制御信号を生成する。
【００６３】
また、制御部５０６３は、画像処理部５０６１によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部の画像を表示装置５０４１に表示させる。この際、制御部５０６３は、各種の画像認識技術を用いて術部画像内における各種の物体を認識する。例えば、制御部５０６３は、術部画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具５０２１使用時のミスト等を認識することができる。制御部５０６３は、表示装置５０４１に術部の画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させる。手術支援情報が重畳表示され、術者５０６７に提示されることにより、より安全かつ確実に手術を進めることが可能になる。
【００６４】
カメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９を接続する伝送ケーブル５０６５は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
【００６５】
ここで、図示する例では、伝送ケーブル５０６５を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド５００５とＣＣＵ５０３９との間の通信は無線で行われてもよい。両者の間の通信が無線で行われる場合には、伝送ケーブル５０６５を手術室内に敷設する必要がなくなるため、手術室内における医療スタッフの移動が当該伝送ケーブル５０６５によって妨げられる事態が解消され得る。
【００６６】
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システム５０００の構成例について説明した。
【００６７】
＜＜２．概要＞＞
続いて、本開示に係る技術の概要について説明する。医療現場において内視鏡が用いられることがある。ここで、内視鏡によって撮像が行われる場合についてさらに詳細に説明する。
【００６８】
図３は、内視鏡５００１が用いられる場合における撮像環境を模式的に示す図である。図４は、内視鏡５００１によって撮像された画像の例を示す図である。図３を参照すると、内視鏡５００１と被写体Ｂ１１〜Ｂ１３とが示されている。被写体Ｂ１１〜Ｂ１３は内視鏡５００１から近距離に存在し、かつ、被写体Ｂ１１〜Ｂ１３には奥行きがある。内視鏡５００１からは、被写体Ｂ１１〜Ｂ１３に光ＬＴが照射される。光ＬＴが照射された被写体Ｂ１１〜Ｂ１３は、内視鏡５００１によって撮像される。
【００６９】
このように、内視鏡５００１によって撮像される場合には、被写体が内視鏡５００１から近距離に存在し、かつ、被写体に奥行きがあるのが一般的である。そのため、内視鏡５００１によって撮像された画像（以下、「内視鏡画像」とも言う。）には、被写体の手前側が白飛びしやすいといった特徴、被写体の奥側および被写体の影が写っている部分が黒潰れしやすいといった特徴がある。図４に示した内視鏡画像Ｇ１では、被写体Ｂ１２および被写体Ｂ１３の手前側が白飛びしており、被写体Ｂ１２および被写体Ｂ１３の奥側が黒潰れしてしまっている。
【００７０】
このような現象は、内視鏡５００１が用いられる場合に限らず、顕微鏡が用いられる場合など、医療現場において様々な医療用装置が用いられる場合にも同様に起こり得る。これらの白飛びおよび黒潰れを軽減する方法として、暗部から明部までの広い明るさ範囲の情報を取得するＨＤＲ（Ｈｉｇｈ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｇｅ）画像を取得する技術がある。
【００７１】
しかし、画像を表示するモニタは、表現できる明るさ範囲が上記のように取得されたＨＤＲ画像の明るさ範囲よりも狭いモニタであるのが一般的である。以下では、ＨＤＲ画像の明るさ範囲よりも狭い明るさ範囲を「ＳＤＲ（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｇｅ）」とも言う。一般的には、ＨＤＲ画像そのものをＳＤＲモニタに出力するのではなく、上記のように取得されたＨＤＲ画像の階調を圧縮してＳＤＲ画像に変換してからＳＤＲモニタに出力する。しかし、そうした場合には、ＨＤＲ画像の持つ豊富な明るさ情報を十分に活用することができない。
【００７２】
図５は、ＨＤＲ画像に対して階調圧縮がなされた後に得られるＳＤＲ画像の例を示す図である。図５を参照すると、内視鏡によって撮像された内視鏡画像の明るさが「撮影した明るさ」として横軸に示されている。また、図５を参照すると、内視鏡画像の表示の明るさが「表示する明るさ」として縦軸に示されている。図５に示した例では、内視鏡画像の高輝度側に対して階調圧縮がなされた結果として、内視鏡画像の表示の明るさ範囲がＳＤＲに収まるようにされている。
【００７３】
一方、近年においては、暗部から明部まで広い明るさ範囲の情報を表示できるＨＤＲモニタが開発されている。そこで、上記のように取得されたＨＤＲ画像に対して、階調圧縮を行わずに、ＨＤＲ画像をそのままの明るさでＨＤＲモニタに出力することによって、ＨＤＲ画像の豊富な明るさ情報を十分に活用できるようになる。
【００７４】
図６は、ＨＤＲ画像に対して階調圧縮がなされずに出力されるＨＤＲ画像そのものの例を示す図である。図６を参照すると、図５と同様に、内視鏡によって撮像された内視鏡画像の明るさが「撮影した明るさ」として横軸に示されている。また、図６を参照すると、図５と同様に、内視鏡画像の表示の明るさが「表示する明るさ」として縦軸に示されている。図６に示した例では、内視鏡画像に対して階調圧縮がなされないために、内視鏡画像の表示の明るさ範囲がＨＤＲとなっている。
【００７５】
しかし、他方で、内視鏡によって取得されたＨＤＲ画像をそのままの明るさでＨＤＲモニタに表示させた場合、表示されたＨＤＲ画像のうち、手前側の照明光が強く当たる部分および鏡面反射によって生じる非常に明るい部分などに対してユーザが眩しさを感じることがある。また、特に内視鏡を用いた診断または手術において、術者が長時間これらのＨＤＲ画像を見続けることで苦痛を感じてしまうが、診断または手術の施行の妨げとなる可能性がある。
【００７６】
さらに、明るい表示部分が増えることで、相対的に暗い部分の視認性が低下することがある。また、複数のモニタが内視鏡に接続されており、複数のモニタの中に、ＳＤＲモニタとＨＤＲモニタが混在している場合、ＨＤＲモニタに合わせてＨＤＲモニタに出力された信号をそのままＳＤＲモニタに出力したとしても、ＳＤＲモニタにおいては適切な画像が表示されない。
【００７７】
そこで、本明細書においては、ＨＤＲ画像を適切な出力画像に適応的に変換してから、ＨＤＲモニタに出力する技術を主に提案する。より具体的には、本明細書においては、ＨＤＲ画像に基づいてＨＤＲモニタに画像表示を行わせる場合に、ＨＤＲモニタによる出力画像に対してユーザが感じる眩しさを低減することが可能な技術を提案する。
【００７８】
その他、本明細書においては、ＨＤＲモニタによる出力画像の暗部から明部までに対するユーザの視認性を向上させる技術を提案する。また、本明細書においては、内視鏡に接続されるモニタに適切な出力画像を出力する技術を提案する。
【００７９】
以上、本開示に係る技術の概要について説明した。
【００８０】
＜＜３．基本構成＞＞
続いて、本開示の実施形態に係るＣＣＵが有する制御部の構成例について説明する。図７は、本開示の実施形態に係るＣＣＵが有する制御部の機能構成例を示すブロック図である。図７に示すように、本開示の実施形態に係るＣＣＵが有する制御部２０は、ＨＤＲ画像生成部２１および階調変換部２２を有する。ＨＤＲ画像生成部２１には、撮像部１０が接続されている。階調変換部２２には、ＨＤＲ表示部（ＨＤＲモニタ）３０−１が接続されている。
【００８１】
撮像部１０は、イメージセンサを含んで構成されており、イメージセンサによって被写体を撮像する。より詳細には、図示しない光源によって生体内の被写体に光が照射されており、撮像部１０は、図示しない光源の光軸と同軸で被写体を撮像する。例えば、図示しない光源は、図１に示した光源装置５０４３に相当し得る。また、撮像部１０は、イメージセンサを用いて被写体の明るさを画素値情報として取得する。撮像部１０は、図２に示した撮像部５００９に相当し得る。なお、イメージセンサは、３板式の撮像素子を有していてもよい。
【００８２】
制御部２０は、図示しない光源を制御する。また、制御部２０は、撮像部１０およびＨＤＲ表示部３０−１を制御する。なお、図７に示した制御部２０は、図２に示した制御部５０６３に相当し得る。
【００８３】
ＨＤＲ画像生成部２１は、撮像部１０によって得られた画素値情報を用いてＨＤＲ画像を生成する。ここで、ＨＤＲ画像は様々に定義され得る。例えば、ＨＤＲ画像は、ＨＤＲ規格に準拠した信号であればよい。より具体的に、ＨＤＲ規格した信号は、ＨＬＧ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｌｏｇ−Ｇａｍｍａ）に対応した信号であってもよいし、ＰＱ（Ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌ  Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ）に対応した信号であってもよい。
【００８４】
あるいは、画像の明るさ範囲が所定の明るさ以上であれば、その画像はＨＤＲ画像であると言ってもよい。ここで、所定の明るさは具体的にどのような値であってもよい。一例として、画像の明るさ範囲が１０００［ｃｄ／ｍ２］以上であれば、その画像はＨＤＲ画像であると言ってよい。
【００８５】
画像を表示するモニタは、表現できる明るさ範囲が上記のように取得されたＨＤＲ画像の明るさ範囲よりも狭いモニタであるのが一般的である。以下では、ＨＤＲ画像の明るさ範囲よりも狭い明るさ範囲を「ＳＤＲ（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｇｅ）」とも言う。一般的には、ＨＤＲ画像そのものをＳＤＲモニタに出力するのではなく、上記のように取得されたＨＤＲ画像の階調を圧縮してＳＤＲ画像に変換してからＳＤＲモニタに出力する。しかし、そうした場合には、ＨＤＲ画像の持つ豊富な明るさ情報を十分に活用することができない。
【００８６】
図５は、ＨＤＲ画像に対して階調圧縮がなされた後に得られるＳＤＲ画像の例を示す図である。図５を参照すると、内視鏡によって撮像された内視鏡画像の明るさが「撮影した明るさ」として横軸に示されている。また、図５を参照すると、内視鏡画像の表示の明るさが「表示する明るさ」として縦軸に示されている。図５に示した例では、内視鏡画像の高輝度側に対して階調圧縮がなされた結果として、内視鏡画像の表示の明るさ範囲がＳＤＲに収まるようにされている。
【００８７】
ＨＤＲ画像を生成する手法は特に限定されない。例えば、ＨＤＲ画像を生成する手法としては、時間で交互に露出を変えて明るい画像と暗い画像を取得してそれらを合成する手法が採用されてもよいし、イメージセンサ上に露出の異なる明るい画素と暗い画素を配置してそれらを合成する手法が採用されてもよい。
【００８８】
なお、本開示の実施形態においては、ＨＤＲ画像生成部２１が、イメージセンサによって得られた画素値情報を用いてＨＤＲ画像を生成する場合を主に説明する。しかし、イメージセンサが元からＨＤＲ画像（暗部から明部まで広い明るさ情報）を取得できる場合は、ＨＤＲ画像生成部２１は必要なく、イメージセンサによって得られた画素値情報がそのまま階調変換部２２によって用いられてもよい。
【００８９】
階調変換部２２は、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）に対して階調の調整を行う。階調変換部２２によって階調の調整が行われた結果、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像が出力画像に変換される。出力画像もＨＤＲ規格に準拠した画像（ＨＤＲ画像）である。階調変換部２２は、ＨＤＲ規格に準拠した出力画像をＨＤＲ表示部３０−１に出力することによって、ＨＤＲ表示部３０−１によってＨＤＲ規格に準拠した出力画像が表示されるよう制御する。
【００９０】
かかる構成によれば、ＨＤＲ画像に基づいてＨＤＲ表示部３０−１に画像表示を行わせる場合に、階調調整後のＨＤＲ画像がＨＤＲ表示部３０−１に出力される。したがって、ＨＤＲ表示部３０−１による出力画像に対してユーザが感じる眩しさを低減することが可能となる。
【００９１】
例えば、図７に示したように、階調変換部２２は、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）に対して、各種情報に基づいて、階調を調整する。ここで、各種情報については、以下に説明する各実施形態において具体的に説明する。
【００９２】
ＨＤＲ表示部３０−１は、ＨＤＲ画像を表示可能なディスプレイによって構成される（すなわち、ＨＤＲ表示部３０−１は、ＨＤＲ規格に準拠したディスプレイによって構成される）。ＨＤＲ表示部３０−１は、階調変換部２２によって階調の調整がされた後のＨＤＲ画像（出力画像）を出力（表示）する。
【００９３】
以上、本開示の実施形態に係るＣＣＵが有する制御部の構成例について説明した。
【００９４】
＜＜４．各実施形態＞＞
以下では、上記の「３．基本構成」において説明した、制御部の構成例を前提とした、各実施形態について説明する。
【００９５】
＜４−１．第１の実施形態＞
まず、本開示の第１の実施形態について説明する。
【００９６】
図８は、本開示の第１の実施形態に係る制御部２０−１の構成例を示す図である。図８に示したように、本開示の第１の実施形態に係る制御部２０−１は、図７に示した制御部２０と比較して、明るさ入力部２３を有する点、および、階調変換部２２の代わりに階調変換部２２−１を有する点が異なる。したがって、以下では、本開示の第１の実施形態に係る制御部２０−１のうち、明るさ入力部２３および階調変換部２２−１について主に説明し、他の構成の詳細な説明は省略する。
【００９７】
ここで、内視鏡画像を表示する場合には、ＴＶ等の観賞用の画像を表示する場合とは異なり、忠実に明るさを表現するよりも、長時間見続けても眩しさによる苦痛を感じない画像を表示することが重要な場合がある。そこで、本開示の第１の実施形態においては、出力画像をＨＤＲ表示部３０−１に表示させるときに、ユーザが長時間出力画像を見続けても苦痛を感じずに済むように、ユーザが明るさに関する情報を指定できるようにする。ここでは、明るさに関する情報の例として、明るさの最大値（画像信号の最大の輝度値）を指定できるようにする場合を説明する。
【００９８】
明るさ入力部２３は、ユーザによって指定された明るさの最大値を受け付ける。例えば、ユーザによって指定された明るさの最大値の入力は、図１に示した入力装置５０４７によって直接受け付けられ、入力装置５０４７によって入力が受け付けられた明るさの最大値が、明るさ入力部２３によって受け付けられてよい。ここでは、明るさの最大値として、三つの段階（「高」「中」「低」）のいずれかが選択される場合を想定するが、明るさの最大値は、いくつの選択から指定されてもよいし、数値によって直接指定されてもよい。
【００９９】
階調変換部２２−１は、ユーザによって指定された明るさの最大値に基づいて、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）に対して階調の調整を行う。
【０１００】
図９および図１０それぞれは、ユーザによって明るさの最大値が指定される場合における出力画像の例を示す図である。図９を参照すると、ユーザによって指定された明るさの最大値の例として「最大明るさ指定値Ａ」（＝第１の輝度値）が示されている。階調変換部２２−１は、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）の全ての明るさ（輝度値）が、この「最大明るさ指定値Ａ」以下となるように、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）の階調を調整する。例えば、図９に示すように、階調変換部２２−１は、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）の階調をなだらかに圧縮する。
【０１０１】
ここで、階調変換部２２−１は、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）の全体の階調を圧縮するのではなく、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）の明部のみを圧縮するのが望ましい。すなわち、階調変換部２２−１は、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）のうち、輝度値が第２の輝度値より大きい画素信号に対しては、「最大明るさ指定値Ａ」以下となるように階調を調整するが、輝度値が第２の輝度値以下の画素信号に対しては、階調を調整しないのがよい。これにより、通常の明るさ部分の見え方は変えずに、眩しさを感じる非常に明るい部分の明るさだけを低くすることができる。
【０１０２】
図１０を参照すると、ユーザによって指定された明るさの最大値の例として、図９に示した「最大明るさ指定値Ａ」よりも小さい「最大明るさ指定値Ｂ」が示されている。かかる場合においても、階調変換部２２−１は、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像の全ての明るさ（輝度値）が、この「最大明るさ指定値Ｂ」以下となるように、ＨＤＲ画像の階調を調整する。
【０１０３】
また、かかる場合においても、階調変換部２２−１は、ＨＤＲ画像の全体の階調を圧縮するのではなく、ＨＤＲ画像の明部のみを圧縮するのが望ましい。すなわち、階調変換部２２−１は、ＨＤＲ画像のうち、輝度値が第２の輝度値より大きい画素信号に対しては、「最大明るさ指定値Ｂ」以下となるように階調を調整するが、輝度値が第２の輝度値以下の画素信号に対しては、階調を調整しないのがよい。
【０１０４】
なお、ここでは、明るさに関する情報の例として、明るさの最大値を指定できるようにする場合を説明した。しかし、明るさに関する情報は、明るさの最大値に限定されない。
【０１０５】
例えば、明るさに関する情報の例として、明るさの最小値（画像信号の最小の輝度値）を指定できるようにしてもよい。このとき、階調変換部２２−１は、ユーザによって指定された明るさの最小値に基づいて、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）に対して階調の調整を行えばよい。
【０１０６】
あるいは、明るさに関する情報の例として、画像信号の階調の調整率を指定できるようにしてもよい。このとき、階調変換部２２−１は、ユーザによって指定された階調の調整率に基づいて、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）に対して階調の調整を行えばよい。
【０１０７】
また、階調変換部２２−１は、ユーザによって指定された明るさに関する情報の代わりに、ユーザによって指定された観察モード情報に基づいて、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）に対して階調の調整を行ってもよい。例えば、観察モードは、特殊光観察モード（例えば、赤外光観察モード、狭帯域光観察モードなど）および通常光観察モードから選択可能であってよい。
【０１０８】
例えば、階調変換部２２−１は、ユーザによって特殊光観察モードが指定された場合には、ユーザによって通常光観察モードが指定された場合よりも、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）に対して階調圧縮を強く行ってもよい。上記した例で言えば、図９に示された階調圧縮よりも、図１０に示された階調圧縮のほうが強くなっている。また、階調変換部２２−１は、ユーザによって観察モードが指定されない場合には、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）に対して階調圧縮を行わなくてもよい。
【０１０９】
以上、本開示の第１の実施形態について説明した。
【０１１０】
＜４−２．第２の実施形態＞
続いて、本開示の第２の実施形態について説明する。
【０１１１】
図１１は、本開示の第２の実施形態に係る制御部２０−２の構成例を示す図である。図１１に示したように、本開示の第２の実施形態に係る制御部２０−２は、図７に示した制御部２０と比較して、物体認識部２４を有する点、および、階調変換部２２の代わりに階調変換部２２−２を有する点が異なる。したがって、以下では、本開示の第２の実施形態に係る制御部２０−２のうち、物体認識部２４および階調変換部２２−２について主に説明し、他の構成の詳細な説明は省略する。
【０１１２】
ここで、内視鏡画像に映っている物体には、忠実に明るさを表現したほうがよい物体と、その必要がない物体がある。例えば、体内の臓器はその状態を正確に把握するために忠実にその明るさを再現することが望まれる。一方、手術器具は忠実にその明るさを再現する必要がない。特に、金属製の手術器具は高い反射率を持つため非常に高輝度になり目の疲労に繋がる。そこで、第２の実施形態においては、内視鏡画像に映っている物体を認識し、その認識結果に基づいてＨＤＲ画像の階調を変換する場合を説明する。
【０１１３】
物体認識部２４は、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）に対して物体認識を行う。図１２は、手術器具が写る内視鏡画像の例を示す図である。図１２を参照すると、内視鏡画像Ｇ２に手術器具Ｂ２１の例として、鉗子が写っている。また、内視鏡画像Ｇ２に臓器Ｂ２２が写っている。物体認識部２４によって、手術器具Ｂ２１および臓器Ｂ２２が認識される。
【０１１４】
階調変換部２２−２は、物体認識部２４による物体認識の結果に基づき、階調調整を行う領域（第１の領域）を決定し、階調調整を行う領域に含まれる画素信号の階調を調整し、階調調整を行う領域以外に含まれる画素信号の階調を調整しないよう制御する。例えば、階調変換部２２−２は、物体認識部２４による物体認識結果に基づいて、マスク、術具、ガーゼ、ミスト、または生体組織を含む領域（第２の領域）を特定し、第２の領域に基づき、階調調整を行う領域を決定する。
【０１１５】
図１３は、物体認識結果に基づいて階調圧縮がなされた後に得られる出力画像の例を示す図である。図１２に示した例では、物体認識部２４によって手術器具Ｂ２１および臓器Ｂ２２が認識される。階調変換部２２−２は、手術器具Ｂ２１の認識結果に基づき、手術器具領域を特定し、手術器具領域を、階調調整を行う領域として決定してもよい。あるいは、階調変換部２２−２は、臓器Ｂ２２の認識結果に基づき、臓器領域を特定し、臓器領域以外を、階調調整を行う領域として決定してもよい。
【０１１６】
図１３を参照すると、臓器領域に含まれる画像信号の階調は圧縮されておらず、手術器具領域に含まれる画像信号の階調は圧縮されている。階調変換部２２−２は、手術器具領域に含まれる画像信号の明るさ（輝度値）が、「最大明るさ制限値」以下となるように、画像信号の階調を調整する。図１３に示した例では、「最大明るさ制限値」が、ＨＤＲの範囲内に設定されているが、ＳＤＲの範囲内に設定されてもよい。
【０１１７】
なお、ここでは、術具の例として手術器具が認識される例を説明したが、マスク、ガーゼ、またはミストなどが認識される場合もあり得る。マスクまたはガーゼなどは、金属製の手術器具と比較して明るくなりにくいことが想定されるため、マスクまたはガーゼの領域に含まれる画像信号は、金属製の手術器具の領域に含まれる画像信号よりも弱めに階調圧縮されるのがよい。一方、ミストの明るさは、ミストを構成する粒の大きさによって変化し得るため、ミストの領域に含まれる画像信号の階調圧縮の強さはミストを構成する粒の大きさに依存するのがよい。
【０１１８】
以上、本開示の第２の実施形態について説明した。
【０１１９】
＜４−３．第３の実施形態＞
続いて、本開示の第３の実施形態について説明する。
【０１２０】
図１４は、本開示の第３の実施形態に係る制御部２０−３の構成例を示す図である。図１４に示したように、本開示の第３の実施形態に係る制御部２０−３は、図７に示した制御部２０と比較して、階調変換部２２の代わりに、Ｒ，Ｇ用階調変換部２２−３ａおよびＢ用階調変換部２２−３ｂを有する点が異なる。したがって、以下では、本開示の第３の実施形態に係る制御部２０−３のうち、Ｒ，Ｇ用階調変換部２２−３ａおよびＢ用階調変換部２２−３ｂについて主に説明し、他の構成の詳細な説明は省略する。
【０１２１】
ここで、人の眼は、波長３８０ｎｍ〜５００ｎｍの光を特に眩しいと感じる傾向にある。この波長は青色の領域となる。そこで、第３の実施形態においては、内視鏡画像の高輝度部分の青色の成分を他の色よりも暗くすることで眩しさを感じにくくする場合を説明する。
【０１２２】
Ｂ用階調変換部２２−３ｂは、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）のうち、特定の色の画素信号に対して、階調を調整する。より具体的には、Ｂ用階調変換部２２−３ｂは、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）を構成する、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つの色成分の中から、Ｂ信号に対して階調圧縮を行う。
【０１２３】
Ｒ，Ｇ用階調変換部２２−３ａは、特定の色以外の色の画素信号に対して、Ｂ用階調変換部２２−３ｂによる特定の色の画像信号に対する階調圧縮よりも弱めの階調圧縮を行い、または、特定の色以外の色の画素信号に対して階調を調整しない。より具体的には、Ｒ，Ｇ用階調変換部２２−３ａは、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）を構成する、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つの色成分の中から、Ｒ信号とＧ信号に対して、Ｂ信号に対する階調圧縮よりも弱めの階調圧縮を行い、または、Ｒ信号とＧ信号に対して階調圧縮を行わない。
【０１２４】
図１５は、Ｂ信号に対する階調圧縮がなされる前後の内視鏡画像の例を示す図である。内視鏡画像Ｇ３１は、Ｂ信号に対する階調圧縮がなされる前における内視鏡画像である。内視鏡画像Ｇ３２は、Ｂ信号に対する階調圧縮がなされた後における内視鏡画像である。
Ｂ信号に対する階調圧縮がなされる前と比較して、Ｂ信号に対する階調圧縮がなされた後は、色の忠実な再現はできなくなっているが、眩しさが軽減されて見やすい画像になっている。
【０１２５】
図１６は、階調調整がなされていないＲＧ信号と階調調整がなされた後のＢ信号の例を示す図である。図１６に示すように、Ｂ信号に対する階調圧縮がなされることによって、Ｂ信号に対する階調圧縮がなされる前と比較して、高輝度の青色の成分による眩しさが軽減される。
【０１２６】
以上、本開示の第３の実施形態について説明した。
【０１２７】
＜４−４．第４の実施形態＞
続いて、本開示の第４の実施形態について説明する。
【０１２８】
図１７は、本開示の第４の実施形態に係る制御部２０−４の構成例を示す図である。図１７に示したように、本開示の第４の実施形態に係る制御部２０−４は、図７に示した制御部２０と比較して、高輝度面積算出部２５を有する点、階調変換部２２の代わりに階調変換部２２−４を有する点が異なる。したがって、以下では、本開示の第４の実施形態に係る制御部２０−４のうち、高輝度面積算出部２５および階調変換部２２−４について主に説明し、他の構成の詳細な説明は省略する。
【０１２９】
ここで、人の眼は、画像の中で非常に明るい領域の面積が広い程、眩しいと感じやすい傾向がある。そこで、本開示の第４の実施形態においては、内視鏡画像の中で非常に明るい領域を算出して、その算出結果に基づいて内視鏡画像の階調を調整する場合を説明する。より具体的に、本開示の第４の実施形態においては、内視鏡画像の中で非常に明るい領域の面積を算出して、算出した面積に応じて明るさの最大値を制御する階調調整を行う場合を主に説明する。
【０１３０】
高輝度面積算出部２５は、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）の中で、非常に明るい部分の面積を算出する。非常に明るい部分の面積の算出手法としては、輝度値がある閾値（第２の輝度値）よりも大きい画素の数を計測する手法などが採用され得る。以下では、輝度値がある閾値（第２の輝度値）よりも大きい画素の数を、単に「高輝度面積」とも言う。
【０１３１】
階調変換部２２−４は、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）のうち、輝度が第２の輝度値より大きい画素に基づいて、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）に対して階調を調整する。より具体的に、階調変換部２２−４は、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）のうち、輝度が第２の輝度値より大きい画素の数に基づいて明るさの最大値（第１の輝度値）を決定し、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）の全ての画素信号の輝度値が、明るさの最大値以下となるよう階調を調整する。
【０１３２】
図１８は、各高輝度面積に応じて階調調整がされた後における出力画像の例を示す図である。図１８を参照すると、高輝度面積が「小」「中」「大」それぞれに対応する出力画像の例が示されている。高輝度面積「中」「大」に示されるように、階調変換部２２−４は、高輝度面積が大きいほど、明るさの最大値を下げることによって、強く階調圧縮を行って、眩しさを軽減するとよい。また、高輝度面積が「小」に示されるように、階調変換部２２−４は、高輝度面積がある面積よりも小さい場合には、階調圧縮を行わなくてもよい。
【０１３３】
以上、本開示の第４の実施形態について説明した。
【０１３４】
＜４−５．第５の実施形態＞
続いて、本開示の第５の実施形態について説明する。
【０１３５】
図１９は、本開示の第５の実施形態に係る制御部２０−５の構成例を示す図である。図１９に示したように、本開示の第５の実施形態に係る制御部２０−５は、図１７に示した制御部２０−４と比較して、階調変換部２２−４の代わりに階調変換部２２−５を有する点が異なる。したがって、以下では、本開示の第５の実施形態に係る制御部２０−５のうち、階調変換部２２−５について主に説明し、他の構成の詳細な説明は省略する。
【０１３６】
人の眼は、非常に明るいものを見ると瞳孔が閉じて、明るい部分が見えやすくなる反面、暗い部分が見えにくくなる特性がある。これにより、内視鏡によって撮像されたＨＤＲ画像の中に非常に明るい部分が多くあると、画像を見ているユーザの瞳孔が閉じて、画像の中の暗い部分が見えにくくなる可能性がある。そこで、本開示の第５の実施形態においては、内視鏡画像の中で非常に明るい領域の面積を算出して、算出した面積に応じて暗い部分を見えやすくする階調調整を行う場合を主に説明する。
【０１３７】
階調変換部２２−５は、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）のうち、輝度が第２の輝度値より大きい画素の数が所定の数より多い場合に、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）のうち第３の輝度値より輝度が小さい画素信号の輝度を大きくする。
【０１３８】
図２０は、各高輝度面積に応じて階調調整がされた後における出力画像の例を示す図である。図２０を参照すると、高輝度面積が「小」「大」それぞれに対応する出力画像の例が示されている。高輝度面積「大」は、輝度が第２の輝度値より大きい画素の数が所定の数より多い場合に相当する。かかる場合には、階調変換部２２−５は、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）のうち第３の輝度値より輝度が小さい画素信号の輝度を大きくする。一方、高輝度面積「小」は、輝度が第２の輝度値より大きい画素の数が所定の数以下である場合に相当する。かかる場合には、階調変換部２２−５は、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）の輝度を変化させなくてよい。
【０１３９】
なお、階調変換部２２−５は、内視鏡画像の中の高輝度面積の時間変化に伴って、暗部の明るさが急激に変化することを避けるように暗部の明るさを変化させてもよい。すなわち、階調変換部２２−５は、暗部の明るさの変化量に制限をかけて時間方向でなだらかに暗部の明るさが変化するようにしてもよい。
【０１４０】
例えば、階調変換部２２−５は、第３の輝度値より輝度が小さい画素信号に対して、同じ調整量を用いて輝度を大きくしてもよい。このときの調整量は、想定される高輝度面積の平均的な量に基づいて決められてもよい。
【０１４１】
また、階調変換部２２−５は、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）の輝度値が所定の範囲内の値を示す期間（第１の期間）に応じて、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）の輝度値を、その範囲内に含まれる値に対応する輝度に維持する期間（第２の期間）を決定してもよい。例えば、階調変換部２２−５は、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）の輝度値が所定の範囲内の値を示す期間（第１の期間）が長いほど、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）の輝度値を、その範囲内に含まれる値に対応する輝度に維持する期間（第２の期間）を長く決定してもよい。
【０１４２】
以上、本開示の第５の実施形態について説明した。
【０１４３】
＜４−６．第６の実施形態＞
続いて、本開示の第６の実施形態について説明する。
【０１４４】
図２１は、本開示の第６の実施形態に係る制御部２０−６の構成例を示す図である。図２１に示したように、本開示の第６の実施形態に係る制御部２０−６は、図７に示した制御部２０と比較して、輝度平均値算出部２６を有する点、階調変換部２２の代わりに階調変換部２２−６を有する点が異なる。したがって、以下では、本開示の第６の実施形態に係る制御部２０−６のうち、階調変換部２２−６について主に説明し、他の構成の詳細な説明は省略する。
【０１４５】
本開示の第４の実施形態においては、内視鏡画像の中で非常に明るい領域の面積を算出して、算出した面積に応じて明るさの最大値を制御する階調調整を行う場合を説明した。また、本開示の第５の実施形態においては、内視鏡画像の中で非常に明るい領域の面積を算出して、算出した面積に応じて暗い部分を見えやすくする階調調整を行う場合を説明した。
【０１４６】
本開示の第６の実施形態においては、本開示の第４の実施形態および本開示の第５の実施形態において用いられた「非常に明るい領域の面積（高輝度面積）」の代わりに、「輝度の平均値」を用いる場合を主に説明する。
【０１４７】
輝度平均値算出部２６は、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）を構成する各画素信号の輝度の平均値を算出する。なお、ここでは、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）を構成する各画素信号の輝度の平均値を算出する場合を主に想定するが、輝度平均値算出部２６は、平均値の代わりに加算値を算出してもよい。このとき、階調変換部２２−６においても平均値の代わりに加算値が利用されてもよい。
【０１４８】
階調変換部２２−６は、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）を構成する各画素信号の輝度の平均値に基づいて、階調の調整の度合または階調を調整する領域を決定し、決定した階調の調整の度合または階調を調整する領域に基づいて、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）に対して、階調を調整する。
【０１４９】
図２２は、各輝度平均値に応じて階調調整がされた後における出力画像の例を示す図である。図２２を参照すると、平均輝度値が「小」「大」それぞれに対応する出力画像の例が示されている。階調変換部２２−６は、平均輝度値が大きいほど、明るさの最大値を下げることによって、強く階調圧縮を行って、眩しさを軽減するとよい。また、輝度平均値「小」に示されるように、階調変換部２２−６は、平均輝度値がある輝度値よりも小さい場合には、階調圧縮を行わなくてもよい。
【０１５０】
なお、ここでは、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）の全ての画素信号の輝度値を調整する場合を想定したが、階調を調整する領域は、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）の全ての画素ではなくてもよく、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）の一部の画素であってもよい。このとき、階調を調整する領域は、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）における所定の領域（例えば、中央領域など）に固定的に決められていてもよい。
【０１５１】
階調変換部２２−６は、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）を構成する各画素信号の輝度の平均値に基づいて、階調を調整する領域を決定し、決定した階調を調整する領域に基づいて、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）に対して、階調を調整してもよい。例えば、階調変換部２２−６は、各画素信号の輝度の平均値が小さいほど、階調を調整する領域を狭く決定してもよい。
【０１５２】
以上、本開示の第６の実施形態について説明した。
【０１５３】
＜４−７．第７の実施形態＞
続いて、本開示の第７の実施形態について説明する。
【０１５４】
図２３は、本開示の第７の実施形態に係る制御部２０−７の構成例を示す図である。図２３に示したように、本開示の第７の実施形態に係る制御部２０−７は、図７に示した制御部２０と比較して、階調変換部２２の代わりに階調変換部２２−７を有する点が異なる。したがって、以下では、本開示の第７の実施形態に係る制御部２０−７のうち、階調変換部２２−７について主に説明し、他の構成の詳細な説明は省略する。
【０１５５】
ここで、ＨＤＲ表示部３０−１によって表示される出力画像の明るさは、ＨＤＲ表示部３０−１の明るさ設定情報によって変化する。例えば、ＨＤＲ表示部３０−１が明るく設定されているほど、ＨＤＲ表示部３０−１によって表示される内視鏡画像の明るい部分が多くなってしまい、ユーザが眩しさを感じやすくなる。そこで、本開示の第７の実施形態においては、ＨＤＲ表示部３０−１の明るさ設定情報に基づいて、眩しさを軽減するための階調調整を行う場合を主に説明する。
【０１５６】
階調変換部２２−７は、ＨＤＲ表示部３０−１の明るさ設定情報を取得し、ＨＤＲ表示部３０−１の明るさ設定情報に基づいて、ＨＤＲ画像（第１の画像信号）に対して階調を調整する。より具体的に、階調変換部２２−７は、ＨＤＲ表示部３０−１の明るさ設定が明るいほど、輝度が小さい領域から階調圧縮を開始するのがよい。なお、図２３に示したように、階調変換部２２−７は、ＨＤＲ表示部３０−１に設定されている明るさ設定情報に基づいてＨＤＲ表示部３０−１が動作している場合、ＨＤＲ表示部３０−１から明るさ設定情報を取得すればよい。
【０１５７】
図２４は、各明るさ設定情報に応じて階調調整がされた後における出力画像の例を示す図である。図２４を参照すると、明るさ設定が「明」「中」「暗」それぞれに対応する出力画像の例が示されている。明るさ設定「明」「中」に示すように、階調変換部２２−７は、明るさ設定が明るいほど、輝度が小さい領域から階調圧縮を開始するのがよい。また、明るさ設定「暗」に示すように、階調変換部２２−７は、明るさ設定が所定の明るさよりも暗い場合、階調圧縮を行わなくてもよい。
【０１５８】
以上、本開示の第７の実施形態について説明した。
【０１５９】
＜４−８．第８の実施形態＞
続いて、本開示の第８の実施形態について説明する。
【０１６０】
図２５は、本開示の第８の実施形態の第１の例に係る制御部２０−８の構成例を示す図である。図２５に示したように、本開示の第８の実施形態の第１の例に係る制御部２０−８は、図７に示した制御部２０と比較して、階調変換部２２の代わりに、ＨＤＲモニタ用階調変換部２２−８ａおよびＳＤＲモニタ用階調変換部２２−８ｂを有する点が異なる。したがって、以下では、本開示の第８の実施形態の第１の例に係る制御部２０−８のうち、ＨＤＲモニタ用階調変換部２２−８ａおよびＳＤＲモニタ用階調変換部２２−８ｂについて主に説明し、他の構成の詳細な説明は省略する。
【０１６１】
ここで、内視鏡画像を見るメインのモニタがＨＤＲモニタ（ＨＤＲ表示部３０−１）であっても、その他のサブモニタとしては、ＳＤＲモニタ（ＳＤＲ表示部３０−２）が制御部２０−８に接続されることがある。この場合、ＨＤＲモニタに合わせた階調調整が行われた画像と同じをＳＤＲモニタに出力しても、ＳＤＲモニタにおいては適切な画像が表示されない。そこで、本開示の第８の実施形態の第１の例においては、制御部２０−８に接続されるモニタの種類に応じて階調調整を変える場合を主に説明する。
【０１６２】
第１の例においては、制御部２０−８がモニタごとに階調変換部を有する。ＨＤＲモニタ用階調変換部２２−８ａは、ＨＤＲ表示部３０−１に接続されており、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）に基づいて、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した第１のダイナミックレンジを有するＨＤＲ画像（第２の画像信号）を生成する。
【０１６３】
このとき、ＨＤＲモニタ用階調変換部２２−８ａは、上記の各実施形態において既に説明したように、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）に対して、ＨＤＲモニタ用の階調圧縮を行ってもよいし、階調圧縮を行わなくてもよい。ＨＤＲモニタ用階調変換部２２−８ａは、生成したＨＤＲ画像（第２の画像信号）を出力するようＨＤＲ表示部３０−１を制御する。
【０１６４】
ＳＤＲモニタ用階調変換部２２−８ｂは、ＳＤＲ表示部３０−２に接続されており、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）に基づいて、第１のダイナミックレンジより輝度の最大値と輝度の最小値の差の小さいＳＤＲ画像（第３の画像信号）を生成する。
【０１６５】
このとき、ＳＤＲモニタ用階調変換部２２−８ｂは、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）に対して、明るさ最大値がＳＤＲに収まるように階調圧縮を行う。ＳＤＲモニタ用階調変換部２２−８ｂは、生成したＳＤＲ画像（第３の画像信号）を出力するようＳＤＲ表示部３０−２を制御する。
【０１６６】
図２６は、各モニタ用の階調変換がされた後における出力画像の例を示す図である。図２６を参照すると、ＨＤＲ用階調変換がなされた後における出力画像とＳＤＲ用階調変換がなされた後における出力画像の例が示されている。図２６に示した例では、本開示の第１の実施形態において既に説明したように、ＨＤＲ用階調変換において、明るさの最大値が「最大明るさ指定値」として指定されている。
【０１６７】
図２７は、本開示の第８の実施形態の第２の例に係る制御部２０−９の構成例を示す図である。図２７に示したように、本開示の第８の実施形態の第２の例に係る制御部２０−９は、図７に示した制御部２０と比較して、階調変換部２２の代わりに、ＨＤＲモニタ用階調変換部２２−９ａおよびＳＤＲモニタ用追加階調変換部２２−９ｂを有する点が異なる。したがって、以下では、本開示の第８の実施形態の第２の例に係る制御部２０−９のうち、階調変換部２２−９ａおよびＳＤＲモニタ用追加階調変換部２２−９ｂについて主に説明し、他の構成の詳細な説明は省略する。
【０１６８】
本開示の第８の実施形態の第２の例においても、制御部２０−９に接続されるモニタの種類に応じて階調調整を変える場合を主に説明する。階調変換部２２−９ａは、ＨＤＲ表示部３０−１に接続されており、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）に基づいて、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した第１のダイナミックレンジを有するＨＤＲ画像（第２の画像信号）を生成する。
【０１６９】
このとき、階調変換部２２−９ａは、上記の各実施形態において既に説明したように、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）に対して、ＨＤＲモニタ用の階調圧縮を行ってもよいし、階調圧縮を行わなくてもよい。階調変換部２２−９ａは、生成したＨＤＲ画像（第２の画像信号）を出力するようＨＤＲ表示部３０−１を制御する。また、階調変換部２２−９ａは、生成したＨＤＲ画像（第２の画像信号）をＳＤＲモニタ用追加階調変換部２２−９ｂにも出力する。
【０１７０】
ＳＤＲモニタ用追加階調変換部２２−９ｂは、ＳＤＲ表示部３０−２に接続されており、階調変換部２２−９ａによって生成されたＨＤＲ画像（第２の画像信号）に基づいて、ＨＤＲ画像（第２の画像信号）のダイナミックレンジ（第１のダイナミックレンジ）より輝度の最大値と輝度の最小値の差の小さいＳＤＲ画像（第３の画像信号）を生成する。
【０１７１】
このとき、ＳＤＲモニタ用追加階調変換部２２−９ｂは、階調変換部２２−９ａによって生成されたＨＤＲ画像（第２の画像信号）に対して、明るさ最大値がＳＤＲに収まるように階調圧縮を行う。ＳＤＲモニタ用追加階調変換部２２−９ｂは、生成したＳＤＲ画像（第３の画像信号）を出力するようＳＤＲ表示部３０−２を制御する。
【０１７２】
図２８は、ＳＤＲ用追加階調変換がされた後における出力画像の例を示す図である。図２８を参照すると、階調変換部２２−９ａによって生成されたＨＤＲ画像（第２の画像信号）の明るさが「入力された明るさ」として示され、ＳＤＲ用追加階調変換がされた後における出力画像の明るさが「表示する明るさ」として示されている。図２８に示すように、ＳＤＲモニタ用追加階調変換部２２−９ｂは、階調変換部２２−９ａによって生成されたＨＤＲ画像（第２の画像信号）に対して、明るさ最大値がＳＤＲに収まるように階調圧縮を行う。
【０１７３】
図２９は、本開示の第８の実施形態の第３の例に係る制御部２０−１０の構成例を示す図である。図２９に示したように、本開示の第８の実施形態の第３の例に係る制御部２０−１０は、図７に示した制御部２０と比較して、階調変換部２２の代わりに、階調変換部２２−１０ａおよびＳＤＲ記録用追加階調変換部２２−１０を有する点が異なる。したがって、以下では、本開示の第８の実施形態の第３の例に係る制御部２０−１０のうち、階調変換部２２−１０ａおよびＳＤＲ記録用追加階調変換部２２−１０ｂについて主に説明し、他の構成の詳細な説明は省略する。
【０１７４】
ここで、制御部２０−１０には、レコーダが接続されることがある。図２９に示すように、制御部２０−１に接続されるレコーダがＳＤＲ用である場合（ＳＤＲ記録部４０）、本開示の第８の実施形態の第２の例に示したような、制御部２０−８にＳＤＲ表示部３０−２が接続される場合と同様に、ＳＤＲ記録用追加階調変換部２２−１０ｂによってＳＤＲ記録用の追加階調変換が行われればよい（図２７に示したＳＤＲモニタ用追加階調変換部２２−９ｂと同様の機能を有していればよい）。なお、階調変換部２２−１０ａも図２７に示した階調変換部２２−９ａと同様の機能を有していればよい。
【０１７５】
以上、本開示の第８の実施形態について説明した。
【０１７６】
＜＜５．応用例＞＞
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システム５０００の一例について説明した。なお、ここでは、一例として内視鏡手術システム５０００について説明したが、本開示に係る技術が適用され得るシステムはかかる例に限定されない。例えば、本開示に係る技術は、検査用軟性内視鏡システムや顕微鏡手術システムに適用されてもよい。以下では、本開示に係る技術が適用され得る顕微鏡手術システムについて説明する。
【０１７７】
図３０は、本開示に係る技術が適用され得る顕微鏡手術システム５３００の概略的な構成の一例を示す図である。図３０を参照すると、顕微鏡手術システム５３００は、顕微鏡装置５３０１と、制御装置５３１７と、表示装置５３１９と、から構成される。なお、以下の顕微鏡手術システム５３００についての説明において、「ユーザ」とは、術者及び助手等、顕微鏡手術システム５３００を使用する任意の医療スタッフのことを意味する。
【０１７８】
顕微鏡装置５３０１は、観察対象（患者の術部）を拡大観察するための顕微鏡部５３０３と、顕微鏡部５３０３を先端で支持するアーム部５３０９と、アーム部５３０９の基端を支持するベース部５３１５と、を有する。
【０１７９】
顕微鏡部５３０３は、略円筒形状の筒状部５３０５と、当該筒状部５３０５の内部に設けられる撮像部（図示せず）と、筒状部５３０５の外周の一部領域に設けられる操作部５３０７と、から構成される。顕微鏡部５３０３は、撮像部によって電子的に撮像画像を撮像する、電子撮像式の顕微鏡部（いわゆるビデオ式の顕微鏡部）である。
【０１８０】
筒状部５３０５の下端の開口面には、内部の撮像部を保護するカバーガラスが設けられる。観察対象からの光（以下、観察光ともいう）は、当該カバーガラスを通過して、筒状部５３０５の内部の撮像部に入射する。なお、筒状部５３０５の内部には例えばＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）等からなる光源が設けられてもよく、撮像時には、当該カバーガラスを介して、当該光源から観察対象に対して光が照射されてもよい。
【０１８１】
撮像部は、観察光を集光する光学系と、当該光学系が集光した観察光を受光する撮像素子と、から構成される。当該光学系は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成され、その光学特性は、観察光を撮像素子の受光面上に結像するように調整されている。当該撮像素子は、観察光を受光して光電変換することにより、観察光に対応した信号、すなわち観察像に対応した画像信号を生成する。当該撮像素子としては、例えばＢａｙｅｒ配列を有するカラー撮影可能なものが用いられる。当該撮像素子は、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）イメージセンサ又はＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）イメージセンサ等、各種の公知の撮像素子であってよい。撮像素子によって生成された画像信号は、ＲＡＷデータとして制御装置５３１７に送信される。ここで、この画像信号の送信は、好適に光通信によって行われてもよい。手術現場では、術者が撮像画像によって患部の状態を観察しながら手術を行うため、より安全で確実な手術のためには、術部の動画像が可能な限りリアルタイムに表示されることが求められるからである。光通信で画像信号が送信されることにより、低レイテンシで撮像画像を表示することが可能となる。
【０１８２】
なお、撮像部は、その光学系のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って移動させる駆動機構を有してもよい。当該駆動機構によってズームレンズ及びフォーカスレンズが適宜移動されることにより、撮像画像の拡大倍率及び撮像時の焦点距離が調整され得る。また、撮像部には、ＡＥ（Auto  Exposure）機能やＡＦ（Auto  Focus）機能等、一般的に電子撮像式の顕微鏡部に備えられ得る各種の機能が搭載されてもよい。
【０１８３】
また、撮像部は、１つの撮像素子を有するいわゆる単板式の撮像部として構成されてもよいし、複数の撮像素子を有するいわゆる多板式の撮像部として構成されてもよい。撮像部が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、当該撮像部は、立体視（３Ｄ表示）に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、当該撮像部が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、光学系も複数系統が設けられ得る。
【０１８４】
操作部５３０７は、例えば十字レバー又はスイッチ等によって構成され、ユーザの操作入力を受け付ける入力手段である。例えば、ユーザは、操作部５３０７を介して、観察像の拡大倍率及び観察対象までの焦点距離を変更する旨の指示を入力することができる。当該指示に従って撮像部の駆動機構がズームレンズ及びフォーカスレンズを適宜移動させることにより、拡大倍率及び焦点距離が調整され得る。また、例えば、ユーザは、操作部５３０７を介して、アーム部５３０９の動作モード（後述するオールフリーモード及び固定モード）を切り替える旨の指示を入力することができる。なお、ユーザが顕微鏡部５３０３を移動させようとする場合には、当該ユーザは筒状部５３０５を握るように把持した状態で当該顕微鏡部５３０３を移動させる様態が想定される。従って、操作部５３０７は、ユーザが筒状部５３０５を移動させている間でも操作可能なように、ユーザが筒状部５３０５を握った状態で指によって容易に操作しやすい位置に設けられることが好ましい。
【０１８５】
アーム部５３０９は、複数のリンク（第１リンク５３１３ａ〜第６リンク５３１３ｆ）が、複数の関節部（第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆ）によって互いに回動可能に連結されることによって構成される。
【０１８６】
第１関節部５３１１ａは、略円柱形状を有し、その先端（下端）で、顕微鏡部５３０３の筒状部５３０５の上端を、当該筒状部５３０５の中心軸と平行な回転軸（第１軸Ｏ１）まわりに回動可能に支持する。ここで、第１関節部５３１１ａは、第１軸Ｏ１が顕微鏡部５３０３の撮像部の光軸と一致するように構成され得る。これにより、第１軸Ｏ１まわりに顕微鏡部５３０３を回動させることにより、撮像画像を回転させるように視野を変更することが可能になる。
【０１８７】
第１リンク５３１３ａは、先端で第１関節部５３１１ａを固定的に支持する。具体的には、第１リンク５３１３ａは略Ｌ字形状を有する棒状の部材であり、その先端側の一辺が第１軸Ｏ１と直交する方向に延伸しつつ、当該一辺の端部が第１関節部５３１１ａの外周の上端部に当接するように、第１関節部５３１１ａに接続される。第１リンク５３１３ａの略Ｌ字形状の基端側の他辺の端部に第２関節部５３１１ｂが接続される。
【０１８８】
第２関節部５３１１ｂは、略円柱形状を有し、その先端で、第１リンク５３１３ａの基端を、第１軸Ｏ１と直交する回転軸（第２軸Ｏ２）まわりに回動可能に支持する。第２関節部５３１１ｂの基端には、第２リンク５３１３ｂの先端が固定的に接続される。
【０１８９】
第２リンク５３１３ｂは、略Ｌ字形状を有する棒状の部材であり、その先端側の一辺が第２軸Ｏ２と直交する方向に延伸しつつ、当該一辺の端部が第２関節部５３１１ｂの基端に固定的に接続される。第２リンク５３１３ｂの略Ｌ字形状の基端側の他辺には、第３関節部５３１１ｃが接続される。
【０１９０】
第３関節部５３１１ｃは、略円柱形状を有し、その先端で、第２リンク５３１３ｂの基端を、第１軸Ｏ１及び第２軸Ｏ２と互いに直交する回転軸（第３軸Ｏ３）まわりに回動可能に支持する。第３関節部５３１１ｃの基端には、第３リンク５３１３ｃの先端が固定的に接続される。第２軸Ｏ２及び第３軸Ｏ３まわりに顕微鏡部５３０３を含む先端側の構成を回動させることにより、水平面内での顕微鏡部５３０３の位置を変更するように、当該顕微鏡部５３０３を移動させることができる。つまり、第２軸Ｏ２及び第３軸Ｏ３まわりの回転を制御することにより、撮像画像の視野を平面内で移動させることが可能になる。
【０１９１】
第３リンク５３１３ｃは、その先端側が略円柱形状を有するように構成されており、当該円柱形状の先端に、第３関節部５３１１ｃの基端が、両者が略同一の中心軸を有するように、固定的に接続される。第３リンク５３１３ｃの基端側は角柱形状を有し、その端部に第４関節部５３１１ｄが接続される。
【０１９２】
第４関節部５３１１ｄは、略円柱形状を有し、その先端で、第３リンク５３１３ｃの基端を、第３軸Ｏ３と直交する回転軸（第４軸Ｏ４）まわりに回動可能に支持する。第４関節部５３１１ｄの基端には、第４リンク５３１３ｄの先端が固定的に接続される。
【０１９３】
第４リンク５３１３ｄは、略直線状に延伸する棒状の部材であり、第４軸Ｏ４と直交するように延伸しつつ、その先端の端部が第４関節部５３１１ｄの略円柱形状の側面に当接するように、第４関節部５３１１ｄに固定的に接続される。第４リンク５３１３ｄの基端には、第５関節部５３１１ｅが接続される。
【０１９４】
第５関節部５３１１ｅは、略円柱形状を有し、その先端側で、第４リンク５３１３ｄの基端を、第４軸Ｏ４と平行な回転軸（第５軸Ｏ５）まわりに回動可能に支持する。第５関節部５３１１ｅの基端には、第５リンク５３１３ｅの先端が固定的に接続される。第４軸Ｏ４及び第５軸Ｏ５は、顕微鏡部５３０３を上下方向に移動させ得る回転軸である。第４軸Ｏ４及び第５軸Ｏ５まわりに顕微鏡部５３０３を含む先端側の構成を回動させることにより、顕微鏡部５３０３の高さ、すなわち顕微鏡部５３０３と観察対象との距離を調整することができる。
【０１９５】
第５リンク５３１３ｅは、一辺が鉛直方向に延伸するとともに他辺が水平方向に延伸する略Ｌ字形状を有する第１の部材と、当該第１の部材の水平方向に延伸する部位から鉛直下向きに延伸する棒状の第２の部材と、が組み合わされて構成される。第５リンク５３１３ｅの第１の部材の鉛直方向に延伸する部位の上端近傍に、第５関節部５３１１ｅの基端が固定的に接続される。第５リンク５３１３ｅの第２の部材の基端（下端）には、第６関節部５３１１ｆが接続される。
【０１９６】
第６関節部５３１１ｆは、略円柱形状を有し、その先端側で、第５リンク５３１３ｅの基端を、鉛直方向と平行な回転軸（第６軸Ｏ６）まわりに回動可能に支持する。第６関節部５３１１ｆの基端には、第６リンク５３１３ｆの先端が固定的に接続される。
【０１９７】
第６リンク５３１３ｆは鉛直方向に延伸する棒状の部材であり、その基端はベース部５３１５の上面に固定的に接続される。
【０１９８】
第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆの回転可能範囲は、顕微鏡部５３０３が所望の動きを可能であるように適宜設定されている。これにより、以上説明した構成を有するアーム部５３０９においては、顕微鏡部５３０３の動きに関して、並進３自由度及び回転３自由度の計６自由度の動きが実現され得る。このように、顕微鏡部５３０３の動きに関して６自由度が実現されるようにアーム部５３０９を構成することにより、アーム部５３０９の可動範囲内において顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢を自由に制御することが可能になる。従って、あらゆる角度から術部を観察することが可能となり、手術をより円滑に実行することができる。
【０１９９】
なお、図示するアーム部５３０９の構成はあくまで一例であり、アーム部５３０９を構成するリンクの数及び形状（長さ）、並びに関節部の数、配置位置及び回転軸の方向等は、所望の自由度が実現され得るように適宜設計されてよい。例えば、上述したように、顕微鏡部５３０３を自由に動かすためには、アーム部５３０９は６自由度を有するように構成されることが好ましいが、アーム部５３０９はより大きな自由度（すなわち、冗長自由度）を有するように構成されてもよい。冗長自由度が存在する場合には、アーム部５３０９においては、顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢が固定された状態で、アーム部５３０９の姿勢を変更することが可能となる。従って、例えば表示装置５３１９を見る術者の視界にアーム部５３０９が干渉しないように当該アーム部５３０９の姿勢を制御する等、術者にとってより利便性の高い制御が実現され得る。
【０２００】
ここで、第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆには、モータ等の駆動機構、及び各関節部における回転角度を検出するエンコーダ等が搭載されたアクチュエータが設けられ得る。そして、第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆに設けられる各アクチュエータの駆動が制御装置５３１７によって適宜制御されることにより、アーム部５３０９の姿勢、すなわち顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢が制御され得る。具体的には、制御装置５３１７は、エンコーダによって検出された各関節部の回転角度についての情報に基づいて、アーム部５３０９の現在の姿勢、並びに顕微鏡部５３０３の現在の位置及び姿勢を把握することができる。制御装置５３１７は、把握したこれらの情報を用いて、ユーザからの操作入力に応じた顕微鏡部５３０３の移動を実現するような各関節部に対する制御値（例えば、回転角度又は発生トルク等）を算出し、当該制御値に応じて各関節部の駆動機構を駆動させる。なお、この際、制御装置５３１７によるアーム部５３０９の制御方式は限定されず、力制御又は位置制御等、各種の公知の制御方式が適用されてよい。
【０２０１】
例えば、術者が、図示しない入力装置を介して適宜操作入力を行うことにより、当該操作入力に応じて制御装置５３１７によってアーム部５３０９の駆動が適宜制御され、顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢が制御されてよい。当該制御により、顕微鏡部５３０３を任意の位置から任意の位置まで移動させた後、その移動後の位置で固定的に支持することができる。なお、当該入力装置としては、術者の利便性を考慮して、例えばフットスイッチ等、術者が手に術具を有していても操作可能なものが適用されることが好ましい。また、ウェアラブルデバイスや手術室内に設けられるカメラを用いたジェスチャ検出や視線検出に基づいて、非接触で操作入力が行われてもよい。これにより、清潔域に属するユーザであっても、不潔域に属する機器をより自由度高く操作することが可能になる。あるいは、アーム部５３０９は、いわゆるマスタースレイブ方式で操作されてもよい。この場合、アーム部５３０９は、手術室から離れた場所に設置される入力装置を介してユーザによって遠隔操作され得る。
【０２０２】
また、力制御が適用される場合には、ユーザからの外力を受け、その外力にならってスムーズにアーム部５３０９が移動するように第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆのアクチュエータが駆動される、いわゆるパワーアシスト制御が行われてもよい。これにより、ユーザが、顕微鏡部５３０３を把持して直接その位置を移動させようとする際に、比較的軽い力で顕微鏡部５３０３を移動させることができる。従って、より直感的に、より簡易な操作で顕微鏡部５３０３を移動させることが可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。
【０２０３】
また、アーム部５３０９は、ピボット動作をするようにその駆動が制御されてもよい。ここで、ピボット動作とは、顕微鏡部５３０３の光軸が空間上の所定の点（以下、ピボット点という）を常に向くように、顕微鏡部５３０３を移動させる動作である。ピボット動作によれば、同一の観察位置を様々な方向から観察することが可能となるため、より詳細な患部の観察が可能となる。なお、顕微鏡部５３０３が、その焦点距離を調整不可能に構成される場合には、顕微鏡部５３０３とピボット点との距離が固定された状態でピボット動作が行われることが好ましい。この場合には、顕微鏡部５３０３とピボット点との距離を、顕微鏡部５３０３の固定的な焦点距離に調整しておけばよい。これにより、顕微鏡部５３０３は、ピボット点を中心とする焦点距離に対応する半径を有する半球面（図３０に概略的に図示する）上を移動することとなり、観察方向を変更しても鮮明な撮像画像が得られることとなる。一方、顕微鏡部５３０３が、その焦点距離を調整可能に構成される場合には、顕微鏡部５３０３とピボット点との距離が可変な状態でピボット動作が行われてもよい。この場合には、例えば、制御装置５３１７は、エンコーダによって検出された各関節部の回転角度についての情報に基づいて、顕微鏡部５３０３とピボット点との距離を算出し、その算出結果に基づいて顕微鏡部５３０３の焦点距離を自動で調整してもよい。あるいは、顕微鏡部５３０３にＡＦ機能が設けられる場合であれば、ピボット動作によって顕微鏡部５３０３とピボット点との距離が変化するごとに、当該ＡＦ機能によって自動で焦点距離の調整が行われてもよい。
【０２０４】
また、第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆには、その回転を拘束するブレーキが設けられてもよい。当該ブレーキの動作は、制御装置５３１７によって制御され得る。例えば、顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢を固定したい場合には、制御装置５３１７は各関節部のブレーキを作動させる。これにより、アクチュエータを駆動させなくてもアーム部５３０９の姿勢、すなわち顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢が固定され得るため、消費電力を低減することができる。顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢を移動したい場合には、制御装置５３１７は、各関節部のブレーキを解除し、所定の制御方式に従ってアクチュエータを駆動させればよい。
【０２０５】
このようなブレーキの動作は、上述した操作部５３０７を介したユーザによる操作入力に応じて行われ得る。ユーザは、顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢を移動したい場合には、操作部５３０７を操作し、各関節部のブレーキを解除させる。これにより、アーム部５３０９の動作モードが、各関節部における回転を自由に行えるモード（オールフリーモード）に移行する。また、ユーザは、顕微鏡部５３０３の位置及び姿勢を固定したい場合には、操作部５３０７を操作し、各関節部のブレーキを作動させる。これにより、アーム部５３０９の動作モードが、各関節部における回転が拘束されたモード（固定モード）に移行する。
【０２０６】
制御装置５３１７は、顕微鏡装置５３０１及び表示装置５３１９の動作を制御することにより、顕微鏡手術システム５３００の動作を統括的に制御する。例えば、制御装置５３１７は、所定の制御方式に従って第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆのアクチュエータを動作させることにより、アーム部５３０９の駆動を制御する。また、例えば、制御装置５３１７は、第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆのブレーキの動作を制御することにより、アーム部５３０９の動作モードを変更する。また、例えば、制御装置５３１７は、顕微鏡装置５３０１の顕微鏡部５３０３の撮像部によって取得された画像信号に各種の信号処理を施すことにより、表示用の画像データを生成するとともに、当該画像データを表示装置５３１９に表示させる。当該信号処理では、例えば現像処理（デモザイク処理）、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ（Noise  reduction）処理及び／又は手ブレ補正処理等）及び／又は拡大処理（すなわち、電子ズーム処理）等、各種の公知の信号処理が行われてよい。
【０２０７】
なお、制御装置５３１７と顕微鏡部５３０３との通信、及び制御装置５３１７と第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆとの通信は、有線通信であってもよいし無線通信であってもよい。有線通信の場合には、電気信号による通信が行われてもよいし、光通信が行われてもよい。この場合、有線通信に用いられる伝送用のケーブルは、その通信方式に応じて電気信号ケーブル、光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルとして構成され得る。一方、無線通信の場合には、手術室内に伝送ケーブルを敷設する必要がなくなるため、当該伝送ケーブルによって医療スタッフの手術室内の移動が妨げられる事態が解消され得る。
【０２０８】
制御装置５３１７は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＧＰＵ（Graphics  Processing  Unit）等のプロセッサ、又はプロセッサとメモリ等の記憶素子が混載されたマイコン若しくは制御基板等であり得る。制御装置５３１７のプロセッサが所定のプログラムに従って動作することにより、上述した各種の機能が実現され得る。なお、図示する例では、制御装置５３１７は、顕微鏡装置５３０１と別個の装置として設けられているが、制御装置５３１７は、顕微鏡装置５３０１のベース部５３１５の内部に設置され、顕微鏡装置５３０１と一体的に構成されてもよい。あるいは、制御装置５３１７は、複数の装置によって構成されてもよい。例えば、顕微鏡部５３０３や、アーム部５３０９の第１関節部５３１１ａ〜第６関節部５３１１ｆにそれぞれマイコンや制御基板等が配設され、これらが互いに通信可能に接続されることにより、制御装置５３１７と同様の機能が実現されてもよい。
【０２０９】
表示装置５３１９は、手術室内に設けられ、制御装置５３１７からの制御により、当該制御装置５３１７によって生成された画像データに対応する画像を表示する。つまり、表示装置５３１９には、顕微鏡部５３０３によって撮影された術部の画像が表示される。なお、表示装置５３１９は、術部の画像に代えて、又は術部の画像とともに、例えば患者の身体情報や手術の術式についての情報等、手術に関する各種の情報を表示してもよい。この場合、表示装置５３１９の表示は、ユーザによる操作によって適宜切り替えられてよい。あるいは、表示装置５３１９は複数設けられてもよく、複数の表示装置５３１９のそれぞれに、術部の画像や手術に関する各種の情報が、それぞれ表示されてもよい。なお、表示装置５３１９としては、液晶ディスプレイ装置又はＥＬ（Electro  Luminescence）ディスプレイ装置等、各種の公知の表示装置が適用されてよい。
【０２１０】
図３１は、図３０に示す顕微鏡手術システム５３００を用いた手術の様子を示す図である。図３１では、術者５３２１が、顕微鏡手術システム５３００を用いて、患者ベッド５３２３上の患者５３２５に対して手術を行っている様子を概略的に示している。なお、図３１では、簡単のため、顕微鏡手術システム５３００の構成のうち制御装置５３１７の図示を省略するとともに、顕微鏡装置５３０１を簡略化して図示している。
【０２１１】
図３１に示すように、手術時には、顕微鏡手術システム５３００を用いて、顕微鏡装置５３０１によって撮影された術部の画像が、手術室の壁面に設置される表示装置５３１９に拡大表示される。表示装置５３１９は、術者５３２１と対向する位置に設置されており、術者５３２１は、表示装置５３１９に映し出された映像によって術部の様子を観察しながら、例えば患部の切除等、当該術部に対して各種の処置を行う。
【０２１２】
以上、本開示に係る技術が適用され得る顕微鏡手術システム５３００の一例について説明した。なお、ここでは、一例として顕微鏡手術システム５３００について説明したが、本開示に係る技術が適用され得るシステムはかかる例に限定されない。例えば、顕微鏡装置５３０１は、その先端に顕微鏡部５３０３に代えて他の観察装置や他の術具を支持する、支持アーム装置としても機能し得る。当該他の観察装置としては、例えば内視鏡が適用され得る。また、当該他の術具としては、鉗子、攝子、気腹のための気腹チューブ、又は焼灼によって組織の切開や血管の封止を行うエネルギー処置具等が適用され得る。これらの観察装置や術具を支持アーム装置によって支持することにより、医療スタッフが人手で支持する場合に比べて、より安定的に位置を固定することが可能となるとともに、医療スタッフの負担を軽減することが可能となる。本開示に係る技術は、このような顕微鏡部以外の構成を支持する支持アーム装置に適用されてもよい。
【０２１３】
＜６．むすび＞
以上説明したように、本開示の実施形態によれば、生体内の被写体を照射する光源と、前記光源の光軸と同軸で前記被写体を撮像する撮像部と、前記光源と前記撮像部を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記撮像部より取得した第１の画像信号に対して階調の調整を行い、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した信号を出力するよう制御する、医療用システムが提供される。かかる構成によれば、ＨＤＲ画像に基づいてＨＤＲモニタに画像表示を行わせる場合に、ＨＤＲモニタによる出力画像に対してユーザが感じる眩しさを低減することが可能となる。
【０２１４】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０２１５】
例えば、コンピュータに内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアを、上記した制御部１１０が有する機能と同等の機能を発揮させるためのプログラムも作成可能である。また、該プログラムを記録した、コンピュータに読み取り可能な記録媒体も提供され得る。
【０２１６】
例えば、上記したように、ＨＤＲ画像生成部２１によって得られたＨＤＲ画像（第１の画像信号）に基づいて、階調変換部２２によって、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した第１のダイナミックレンジを有する第２の画像信号が生成される場合を想定する。かかる場合、制御部２０は、出力する画像信号を自動的に切り替えてもよい。すなわち、制御部２０は、第１の画像信号に含まれる画素信号の最大値が所定の値より大きい場合は、第２の画像信号をＨＤＲ表示部３０−１に出力し、第１の画像信号に含まれる画素信号の最大値が所定の値以下の場合は、第１の画像信号をＨＤＲ表示部３０−１に出力するよう制御してもよい。
【０２１７】
また、制御部２０は、第１の画像信号、および第２の画像信号をＨＤＲ表示部３０−１の同一画面上に表示するよう制御してもよい。これによって、ユーザは、ダイナミックレンジの異なる二つの画像を同時に見ることが可能となる。
【０２１８】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏し得る。
【０２１９】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
生体内の被写体を照射する光源と、
前記光源の光軸と同軸で前記被写体を撮像する撮像部と、
前記光源と前記撮像部を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記撮像部より取得した第１の画像信号に対して階調の調整を行い、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した信号を出力するよう制御する
医療用システム。
（２）
前記制御部は、前記第１の画像信号に含まれる画素信号の全ての輝度値が第１の輝度値以下となるように、前記第１の画像信号の階調を調整するよう制御する、
前記（１）に記載の医療用システム。
（３）
前記制御部は、前記第１の画像信号のうち、
輝度値が第２の輝度値より大きい画素信号に対して、前記第１の輝度値以下となるように階調を調整し、
輝度値が前記第２の輝度値以下の画素信号に対して、階調を調整しないよう制御する、
前記（２）に記載の医療用システム。
（４）
前記制御部は、前記第１の画像信号に対する物体認識の結果に基づき第１の領域を決定し、
前記第１の領域に含まれる画素信号の階調を調整し、
前記第１の領域以外に含まれる画素信号の階調を調整しないよう制御する、
前記（１）に記載の医療用システム。
（５）
前記制御部は、前記物体認識にて、マスク、術具、ガーゼ、または生体組織を含む第２の領域を特定し、前記第２の領域に基づき前記第１の領域を決定する
前記（４）に記載の医療用システム。
（６）
前記制御部は、前記第１の画像信号のうち、
特定の色の画素信号に対して、階調を調整し、
それ以外の色の画素信号に対して、階調を調整しないよう制御する、
前記（１）に記載の医療用システム。
（７）
前記制御部は、前記第１の画像信号の、輝度が第２の輝度値より大きい画素に基づいて、前記第１の画像信号に対して階調を調整するよう制御する、
前記（１）に記載の医療用システム。
（８）
前記制御部は、前記第１の画像信号のうち輝度が前記第２の輝度値より大きい画素の数に基づいて第１の輝度値を決定し、前記第１の画像信号の全ての画素信号の輝度値が前記第１の輝度値以下となるよう階調を調整するよう制御する、
前記（７）に記載の医療用システム。
（９）
前記制御部は、前記第１の画像信号のうち輝度が前記第２の輝度値より大きい画素の数が所定の数より多い場合に、前記第１の画像信号のうち第３の輝度値より輝度が小さい画素信号の輝度を大きくするように制御する、
前記（７）に記載の医療用システム。
（１０）
前記制御部は、前記第３の輝度値より輝度が小さい画素信号に対して、同じ調整量を用いて輝度を大きくするよう制御する、
前記（９）に記載の医療用システム。
（１１）
前記制御部は、前記第１の画像信号の輝度値が所定の範囲内の値を示す第１の期間に応じて、前記第１の画像信号の輝度値を、前記範囲内に含まれる値に対応する輝度に維持する第２の期間を決定する
前記（１）に記載の医療用システム。
（１２）
前記制御部は、
前記第１の画像信号を構成する各画素信号の輝度の加算値または平均値に基づき、階調の調整の度合または階調を調整する領域を決定し、
前記第１の画像信号に対して、前記度合または前記領域に基づき階調を調整するよう制御する、
前記（１）に記載の医療用システム。
（１３）
前記制御部は、ユーザに指定された明るさに関する情報、またはユーザに指定された観察モード情報に基づいて、前記第１の画像信号に対して階調を調整するよう制御する、
前記（１２）に記載の医療用システム。
（１４）
前記明るさに関する情報とは、画像信号の最大の輝度値、最小の輝度値、または画像信号の階調の調整率である
前記（１３）に記載の医療用システム。
（１５）
前記観察モードとは、特殊光観察モード、または通常光モードである
前記（１３）に記載の医療用システム。
（１６）
前記制御部は、表示部の明るさ設定情報に基づいて、前記第１の画像信号に対して階調を調整するよう制御する、
前記（１）に記載の医療用システム。
（１７）
生体内の被写体を撮像して第１の画像信号を取得し、
前記第１の画像信号に基づいて、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した第１のダイナミックレンジを有する第２の画像信号を生成し、
前記第１の画像信号に基づいて、前記第１のダイナミックレンジより輝度の最大値と輝度の最小値の差の小さい第３の画像信号とを生成し、
前記第２の画像信号、または前記第３の画像信号を出力するよう制御する制御部
を有する医療用装置。
（１８）
生体内の被写体を照射する光源と前記光源の光軸と同軸で前記被写体を撮像する撮像部を制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記撮像部より取得した第１の画像信号に対して階調の調整を行い、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した信号を出力するよう制御する
医療用装置。
（１９）
生体内の被写体を照射する光源と前記光源の光軸と同軸で前記被写体を撮像する撮像部を制御することを含み、
前記撮像部より取得した第１の画像信号に対して階調の調整を行い、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した信号を出力するよう制御することを含む、
制御方法。
（２０）
前記制御部は、前記第１の画像信号に含まれる画素信号の最大値が所定の値より大きい場合は、前記第１の画像信号に基づいて生成される、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した第１のダイナミックレンジを有する第２の画像信号を出力し、所定の値以下の場合は、前記第１の画像信号を出力するよう制御する、
前記（１）に記載の医療用システム。
（２１）
前記制御部は、前記第１の画像信号、および、前記第１の画像信号に基づいて生成される、ハイダイナミックレンジ規格に準拠した第１のダイナミックレンジを有する第２の画像信号を表示部の同一画面上に表示するよう制御する、
前記（１）に記載の医療用システム。
（２２）
前記医療用システムは、内視鏡システム、または顕微鏡システムである、
前記（１）に記載の医療用システム。
【符号の説明】
【０２２０】
１０    撮像部
２０    制御部
２１    ＨＤＲ画像生成部
２２    階調変換部
２３    明るさ入力部
２４    物体認識部
２５    高輝度面積算出部
２６    輝度平均値算出部
３０−１    ＨＤＲ表示部
３０−２    ＳＤＲ表示部
４０    ＳＤＲ記録部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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