(57)【要約】  色素散布の有無等による被写体までの距離の測定値のばらつきを抑え、被写体までの距離を安定して精度よく測定するとともに、高画質の鮮明な画像による観察を行う。被写体からの光を集光して、特性が同じで焦点のみが異なる２つの光学像を同時に形成する光学系（７）と、該光学系（７）により形成された２つの光学像を撮影して２つの画像を取得する撮像素子（８，９）と、該撮像素子（８，９）により取得された２つの画像が共通してコントラストを有する範囲において、２つの画像のコントラストの比に基づいて被写体までの距離に対応する距離情報を求める演算部とを備える内視鏡装置（１）を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を集光して、特性が同じで焦点のみが異なる２つの光学像を同時に形成する光学系と、
該光学系により形成された２つの光学像を撮影して２つの画像を取得する撮像素子と、
該撮像素子により取得された２つの前記画像が共通してコントラストを有する範囲において、２つの前記画像のコントラストの比に基づいて被写体までの距離に対応する距離情報を求める演算部とを備える内視鏡装置。
【請求項２】
前記演算部は、２つの前記画像のコントラストの比と距離情報とを対応づけたマップを記憶し、２つの前記画像のコントラストの比を用いて前記マップから距離情報を求める請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項３】
前記光学系により形成される２つの光学像は、最大解像力に対応する周波数における変調伝達関数が１０％以上の範囲で重複している請求項１または請求項２に記載の内視鏡装置。
【請求項４】
前記撮像素子により取得された２つの前記画像を、コントラストが高い方の画素情報を採用することにより合成画像を生成する画像合成部と、
該画像合成部により生成された合成画像および前記演算部により求められた距離情報を併せて表示する表示部とを備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の内視鏡装置。
【請求項５】
前記撮像素子により取得された２つの前記画像の少なくとも一方に、両画像の表示上の特性を異ならせる処理を行う特性処理部を備え、
前記画像合成部が、前記特性処理部による処理が行われた後の２つの前記画像を合成し、
前記表示部が、前記画像合成部により生成された前記合成画像と、２つの前記画像の境界位置における距離情報とを併せて表示する請求項４に記載の内視鏡装置。
【請求項６】
前記光学系が、前記被写体からの光を集光する集光光学系と、該集光光学系により集光された光を分岐する分岐光学系とを備え、
前記撮像素子が前記分岐光学系による分岐点から光軸方向に異なる位置に配置されている請求項１から請求項５のいずれかに記載の内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＲＧＢ画像を取得するカメラにおいて、色収差を故意に発生させて、結像位置がずれたＲ画像、Ｇ画像およびＢ画像を取得し、各画像のＭＴＦ（Modulation transfer function：変調伝達関数）の差を距離情報に換算してオートフォーカスを行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００８−５３２４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、色収差を故意に発生させているので、取得されるＲＧＢ画像の画質が悪く、取得されたＲＧＢ画像を被写体の詳細な観察のために利用できないという不都合がある。また、内視鏡においては、被写体までの距離が同一でも、例えば、色素散布の有無によりＲＧＢ各々のコントラスト情報が変動するので、特許文献１の技術では、距離の測定値が大きくばらついてしまい、観察を精度よく行うことができないという不都合がある。【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、色素散布の有無等による被写体までの距離の測定値のばらつきを抑え、被写体までの距離を安定して精度よく測定することができるとともに、高画質の鮮明な画像による観察を行うことができる内視鏡装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、被写体からの光を集光して、特性が同じで焦点のみが異なる２つの光学像を同時に形成する光学系と、該光学系により形成された２つの光学像を撮影して２つの画像を取得する撮像素子と、該撮像素子により取得された２つの前記画像が共通してコントラストを有する範囲において、２つの前記画像のコントラストの比に基づいて被写体までの距離に対応する距離情報を求める演算部とを備える内視鏡装置を提供する。【０００７】
本発明によれば、被写体からの光が光学系に入射すると、特性が同じで焦点のみが異なる２つの光学像が形成され、形成された２つの光学像が撮像素子により撮影されることにより、２つの画像が取得される。２つの画像は、光学像の焦点が異なっているために、各画素毎に異なるコントラストを有する。したがって、これらのコントラストの比に基づくことにより、演算部において、被写体までの距離に対応する距離情報を容易に求めることができる。【０００８】
この場合に、距離情報を求めるために用いる２つの画像は、特性が同じで焦点のみ異なる２つの光学像を撮影して取得されたものである。したがって、色素散布の有無による２つの画像の変化は同等であり、２つの画像のコントラストの比に基づいて求められる距離情報は変化しない。また、特性が同じで焦点のみ異なる２つの光学像から取得された２つの画像は、色収差を故意に発生させている従来の画像と比較して高画質であり、鮮明な画像によって被写体の詳細な観察を行うことができる。【０００９】
上記発明においては、前記演算部は、２つの前記画像のコントラスト比と距離情報とを対応づけたマップを記憶し、２つの前記画像のコントラスト比を用いて前記マップから距離情報を求めてもよい。
このようにすることで、近似式により表すことが困難な２つの画像のコントラスト比と距離情報との関係をマップにより簡易に特定することができ、コントラスト比から被写体までの距離に対応する距離情報を簡易かつ迅速に求めることができる。【００１０】
上記発明においては、前記光学系により形成される２つの光学像は、最大解像力に対応する周波数における変調伝達関数が１０％以上の範囲で重複していることが好ましい。
このようにすることで、２つの画像が共通して十分な変調伝達関数を有する範囲におけるコントラストから、正確なコントラスト比を求めることができ、そのコントラスト比に基づいて正確な距離に対応する距離情報を求めることができる。【００１１】
上記発明においては、前記撮像素子により取得された２つの前記画像を、コントラストが高い方の画素情報を採用することにより合成画像を生成する画像合成部と、該画像合成部により生成された合成画像および前記演算部により求められた距離情報を併せて表示する表示部とを備えた構成であってもよい。【００１２】
このようにすることで、画像合成部により生成された合成画像は、各画像の焦点深度より深い焦点深度を有する画像となり、広い範囲にわたってピントのあった鮮明な画像により、被写体の詳細な観察を行うことができる。そして、表示部に、合成画像とともに距離情報を表示することにより、被写体の大きさを簡易に把握することができる。【００１３】
この構成においては、前記撮像素子により取得された２つの前記画像の少なくとも一方に、両画像の表示上の特性を異ならせる処理を行う特性処理部を備え、前記画像合成部が、前記特性処理部による処理が行われた後の２つの前記画像を合成し、前記表示部が、前記画像合成部により生成された前記合成画像と、２つの前記画像の境界位置における距離情報とを併せて表示してもよい。【００１４】
このようにすることで、特性処理部により表示上の特性を異ならされた２つの画像が合成されることにより、表示部に表示される合成画像において２つの画像の境界位置が明確となる。この境界位置における距離情報を併せて表示することにより、境界位置における被写体の大きさを簡易に把握することができる。【００１５】
上記発明においては、前記光学系が、前記被写体からの光を集光する集光光学系と、該集光光学系により集光された光を分岐する分岐光学系とを備え、前記撮像素子が前記分岐光学系による分岐点から光軸方向に異なる位置に配置されていてもよい。
このようにすることで、特性が同じで焦点のみが異なる２つの光学像を簡易に形成することができ、そのようにして形成された２つの光学像から２つの画像を簡易に取得することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、色素散布の有無等による被写体までの距離の測定値のばらつきを抑え、被写体までの距離を安定して精度よく測定することができるとともに、高画質の鮮明な画像による観察を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る内視鏡装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の内視鏡装置の画像処理部を示す機能ブロック図である。
【図３】図１の内視鏡装置の２つの撮像素子により取得される２つの画像のコントラスト値と距離との関係を示すグラフである。
【図４】画像の距離とコントラスト比、および距離と倍率との関係を示すグラフである。
【図５】図１の内視鏡装置のマップ記憶部に記憶されるコントラスト比と倍率との関係を示すルックアップテーブルの一例である。
【図６】図１の内視鏡装置の表示部により表示される画像の一例を示す図である。
【図７】図１の内視鏡装置の光学系の変形例を示す図である。
【図８】図７の光学系を備える本実施形態に係る内視鏡装置により取得される画像例を示す図である。
【図９】図１の内視鏡装置の変形例の表示部により表示される画像の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態に係る内視鏡装置１について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る内視鏡装置１は、図１に示されるように、観察対象内部に挿入される細長い挿入部２の先端に配置された撮像部３と、該撮像部３に接続された画像処理部４と、該画像処理部４により処理された画像を表示する表示部５とを備えている。
【００１９】
撮像部３は、挿入部２の先端に配置され、被写体からの光を集光する対物レンズ６と、該対物レンズ６により集光された光を２つに分岐するハーフプリズム７と、該ハーフプリズム７の互いに直交する側面に撮像面を配置するように固定された２つの撮像素子８，９とを備えている。
【００２０】
ハーフプリズム７は、入射されてきた光の半分を反射し他の半分を透過させる半透過面７ａを、対物レンズ６の光軸に対して４５°の角度で配置している。また、ハーフプリズム７は、対物レンズ６により集光された被写体からの光が入射する入射面７ｂから、撮像素子８，９がそれぞれ固定される２つの側面までの光軸に沿う距離を異ならせるように、寸法が設定されている。
【００２１】
画像処理部４は、図２に示されるように、２つの撮像素子８，９から出力された画像情報をそれぞれ記憶する２つのメモリ１０，１１と、各メモリ１０，１１に記憶された画像情報からコントラスト値を算出するコントラスト算出部１２，１３と、２つの画像の同一座標に対応する画素毎にコントラスト値を比較するコントラスト比較部１４と、比較の結果、コントラスト値が大きい方の画像の画素値を採用して合成画像を生成する画像合成部１５とを備えている。
【００２２】
コントラスト算出部１２，１３は、撮像素子８，９のナイキスト周波数における変調伝達関数（ＭＴＦ）をコントラスト値として算出するようになっている。
コントラスト比較部１４には、コントラスト値を比較する画素どうしの座標が一致するように、ハーフプリズム７や撮像素子８，９固有の位置ズレを補正するための補正情報を記憶する補正情報記憶部１６が接続されている。コントラスト比較部１４は、比較に際して、補正情報記憶部１６に記憶されている補正情報を参照し、座標が正確に一致する画素のコントラスト値どうしを比較するようになっている。
【００２３】
また、画像処理部４は、コントラスト算出部１２，１３により算出された、画像の中央におけるコントラスト値の比を算出するコントラスト比算出部１７と、算出されたコントラスト比に基づいて倍率を求める倍率演算部１８とを備えている。倍率演算部１８には、コントラスト比と倍率（距離情報）とを対応づけて記憶するルックアップテーブル（マップ）を記憶するマップ記憶部１９が接続されており、コントラスト比算出部１７から入力されてきたコントラスト比に対応する倍率をルックアップテーブルから検索して出力するようになっている。
【００２４】
具体的には、図４に示されるように、距離とコントラスト比との関係および距離と倍率との関係は予め求めることができる。したがって、コントラスト比と倍率との関係も、図５に示されるように予め求めておくことができる。これらの関係の近似曲線を数式化することは困難であるので、ルックアップテーブルにより記憶することが現実的である。
【００２５】
コントラスト比算出部１７は、画面の中央における２つの画像のコントラスト値が、図３に示されるように、ともに１０％以上の値となっている範囲において、両コントラスト値の比をコントラスト比として算出するようになっている。
【００２６】
また、画像処理部４は、画像合成部１５により生成された合成画像と、倍率演算部１８により求められた倍率とから表示部５に表示させる表示画像を生成する表示画像生成部２０を備えている。
具体的には、表示画像生成部２０は、合成画像中に倍率演算部１８により求められた倍率を数字により表示したり、基準スケールＢ、例えば、図６に示されるように、一辺が１０ｍｍの枠やゲージを、倍率に対応した大きさで、合成画像Ｇの中央に表示したりするようになっている。
【００２７】
このように構成された本実施形態に係る内視鏡装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る内視鏡装置１を用いて被写体を観察するには、挿入部２の先端を被写体に対向させ、被写体からの光を対物レンズ６により集光する。集光された光はハーフプリズム７に入射面７ｂから入射し、半透過面７ａにおいて２つに分岐される。半透過面７ａにおいて反射した光は、短い光路を経て一方の撮像素子８に入射さる。半透過面７ａを透過した光は、長い光路を経て他方の撮像素子９に入射される。
【００２８】
これにより、２つの撮像素子８，９の撮像面には、特性が同じで焦点のみが異なる２つの光学像が形成され、各光学像が２つの撮像素子８，９によって別々に撮影されて２つの画像が取得される。各撮像素子８，９から出力された画像情報は、画像処理部４に入力され、別々のメモリ１０，１１に記憶されるとともに、コントラスト算出部１２，１３において、各画素毎にコントラスト値が算出される。
【００２９】
２つの画像の同一の座標に配置される画素のコントラスト値は、コントラスト比較部１４に入力されて比較され、画像合成部１５において、高い方のコントラスト値を有する画素の画素値を採用することにより合成画像が生成される。これにより、近点から遠点まで幅広い範囲でピントの合った鮮明な画像を得ることができる。
【００３０】
また、各画像の中央に同一の座標に配置される画素のコントラスト値は、コントラスト比算出部１７に送られる。コントラスト比算出部１７においては、送られてきたコントラスト値が、いずれも１０％を越える場合に、コントラスト比が算出される。
【００３１】
コントラスト比が算出された場合には、算出されたコントラスト比は倍率演算部１８に送られて、マップ記憶部１９に記憶されているルックアップテーブル内から倍率が検索される。そして、倍率演算部１８から出力された倍率および画像合成部１５から出力された合成画像Ｇは、表示画像生成部２０に送られて、表示画像が生成される。
【００３２】
表示画像は、図６に示されるように合成画像Ｇの中央付近に、倍率に応じた基準スケールＢを表示したものであり、合成画像Ｇの中央付近に存在する注目部位Ｄの大きさを基準スケールＢによって簡易に確認することができる。
このように、本実施形態に係る内視鏡装置１によれば、コントラスト比によって倍率を求めるので、色素散布等が行われても、被写体までの距離の測定値がばらつくことを抑制し、被写体までの距離を安定して精度よく測定することができる。また、高画質の鮮明な画像による観察を行うことができる。
【００３３】
特に、近点から遠点までの広い範囲にわたってピントが合った鮮明な画像での観察を行いながら、特別な距離測定手段を設けることなく、被写体の大きさを確認することができ、装置を簡易かつ小型化することができるという利点もある。
【００３４】
なお、本実施形態においては、ハーフプリズム７によって分岐した２つの光学像をそれぞれ別々の撮像素子８，９により撮影することにより２つの画像を取得することとしたが、これに代えて、図７に示されるように、偏光ビームスプリッタ２１、λ／４板２２、ミラー２３およびプリズム２４を組み合わせて、分岐した２つの光をプリズム２４の単一の側面に導くことにより単一の撮像素子２５によって２つの光学像を別々の領域において撮影することにしてもよい。
【００３５】
図７に示される光学系によれば、図８に示される画像が取得されるので、この画像のエリアＡ１，Ａ２に対してそれぞれ回転および倍率を補正するとともに、いずれか一方のエリアの画像を反転して、２つの画像を一致させればよい。
【００３６】
また、本実施形態においては、図３に示されるように、２つの画像のＭＴＦができるだけ広い範囲にわたって重なるように調節したが、これに代えて、できるだけ狭い範囲で、究極には１つの距離で重なるように調節してもよい。このようにすると２つの画像の画素が存在する領域が明確に分かれるので、表示画像生成部２０において、一方の画像に表示上の特性を変化させる処理を行うことにより、図９に示されるように、表示画像上において２つの画像の境界線Ｃを明確に表示することができる。
【００３７】
表示上の特性を変化させる処理としては、例えば、一方の画像の明るさを変える、あるいは、一方の画像に色を付ける等の処理を挙げることができる。
一方の画像の明るさを変えることにより、明るさの異なる領域が隣接して配置された合成画像Ｇが生成される。
【００３８】
この境界線Ｃにおける距離は、上述のようにコントラスト比を演算しなくても予めわかっている。したがって、倍率を示す基準スケールＢを表示画像上に表示しておくことで、境界線Ｃが画像の中央を通過するように挿入部２を移動することにより、画像の中央に配置される注目部位Ｄの大きさを簡易に知ることができる。
【００３９】
また、本実施形態においては、挿入部２に配置された撮像素子８，９に接続された画像処理部４によって合成画像Ｇを生成することとした。したがって、内視鏡装置１を操作する観察者が、観察時にリアルタイムに被写体の大きさを知ることができる。
これに代えて、撮像素子８，９により取得された２つの画像を記憶媒体に記憶しておき、後にコンピュータによって画像処理することにより、オフラインで被写体の大きさを測定することにしてもよい。
【００４０】
また、本実施形態においては、倍率演算部１８により、コントラスト比から距離に対応する倍率を距離情報として求めることとしたが、これに代えて、距離そのものを演算して、表示画像上に表示することとしてもよい。
【００４１】
また、コントラスト比は、ＭＴＦでの値だけでなく、たとえば、ＭＴＦの低周波成分と、高周波成分の両方を用いたコントラスト情報に関連する評価値を設定し、その比としてもかまわない。このようにすると、上述したように２つの画像のＭＴＦができるだけ狭い範囲に重なるような場合でも、図３に示されるように、２つの画像のＭＴＦができるだけ広い範囲にわたって重なるように調整したことと同等な効果を発揮することができ、計測できる範囲が十分広くなるようにすることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  内視鏡装置
５  表示部
６  対物レンズ（集光光学系）
７  ハーフプリズム（光学系、分岐光学系）
８，９，２５  撮像素子
１５  画像合成部
１８  倍率演算部（演算部）
２０  表示画像生成部（特性処理部）
【図１】
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【図２】
2013046902.tif 000004
【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】
2013046902.tif 000010
【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年3月8日(2013.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体に対して焦点が合っている距離が異なる２つの光学像を形成する光学系と、
前記２つの光学像を撮影して２つの画像を取得する撮像素子と、
前記２つの画像が共通してコントラストを有する距離の範囲において、
前記２つの画像のコントラストの比に基づいて、前記被写体までの距離に対応する距離情報を求める演算部とを備える内視鏡装置。
【請求項２】
前記光学系により形成される２つの光学像は、同じ光特性を有している請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項３】
前記演算部は、２つの前記画像のコントラストの比と距離情報とを対応づけたマップを記憶し、２つの前記画像のコントラストの比を用いて前記マップから距離情報を求める請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項４】
前記光学系により形成される２つの光学像は、最大解像力に対応する周波数における変調伝達関数が１０％以上となる距離の範囲で重複する請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項５】
前記撮像素子により取得された２つの前記画像を、コントラストが高い方の画素情報を採用することにより合成画像を生成する画像合成部と、
該画像合成部により生成された合成画像および前記演算部により求められた距離情報を併せて表示する表示部とを備える請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項６】
前記撮像素子により取得された２つの前記画像の少なくとも一方に、両画像の表示上の特性を異ならせる処理を行う特性処理部を備え、
前記画像合成部が、前記特性処理部による処理が行われた後の２つの前記画像を合成し、
前記表示部が、前記画像合成部により生成された前記合成画像と、２つの前記画像の境界位置における距離情報とを併せて表示する請求項５に記載の内視鏡装置。
【請求項７】
前記光学系が、前記被写体からの光を集光する集光光学系と、該集光光学系により集光された光を分岐する分岐光学系とを備え、
前記撮像素子が前記分岐光学系による分岐点から光軸方向に異なる位置に配置されている請求項１に記載の内視鏡装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、被写体に対して焦点が合っている距離が異なる２つの光学像を形成する光学系と、前記２つの光学像を撮影して２つの画像を取得する撮像素子と、前記２つの画像が共通してコントラストを有する範囲において、前記２つの画像のコントラストの比に基づいて、前記被写体までの距離に対応する距離情報を求める演算部とを備える内視鏡装置である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記発明においては、前記光学系により形成される２つの光学像は、最大解像力に対応する周波数における変調伝達関数が１０％以上となる距離の範囲で重複していることが好ましい。
このようにすることで、２つの画像が共通して十分な変調伝達関数を有する範囲におけるコントラストから、正確なコントラスト比を求めることができ、そのコントラスト比に基づいて正確な距離に対応する距離情報を求めることができる。
【国際調査報告】
2013046902.tif 000012
2013046902.tif 000013