(57)【要約】【課題】光学系を複雑化することなく、生体組織の表面からの深さが異なる血管を識別可能な撮影画像を生成する電子内視鏡システムを提供する。【解決手段】電子内視鏡システムを、生体組織のカラー撮影画像を撮影して、画像信号を生成する撮影手段と、画像信号から、生体組織の表層血管を表す表層血管成分と、生体組織の深層血管を表す深層血管成分を生成する血管成分生成手段と、表層血管成分と深層血管成分を合成して、表層血管と深層血管を識別可能な合成画像信号を生成する合成画像生成手段と、から構成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体組織のカラー撮影画像を撮影して、画像信号を生成する撮影手段と、
前記画像信号から、前記生体組織の表層血管を表す表層血管成分と、該生体組織の深層血管を表す深層血管成分を生成する血管成分生成手段と、
前記表層血管成分と前記深層血管成分を合成して、前記表層血管と前記深層血管を識別可能な合成画像信号を生成する合成画像生成手段と、
を備える、
電子内視鏡システム。
【請求項２】
前記画像信号の各画素について、前記表層血管成分及び前記深層血管成分をそれぞれ、該表層血管成分の信号レベル及び該深層血管成分の信号レベルに応じて増幅する、血管成分増幅手段を更に備える、
請求項１に記載の電子内視鏡システム。
【請求項３】
前記血管成分増幅手段は、
前記表層血管成分の信号レベルが大きいほど、大きい増幅率で該表層血管成分を増幅し、
前記深層血管成分の信号レベルが大きいほど、大きい増幅率で該深層血管成分を増幅する、
請求項２に記載の電子内視鏡システム。
【請求項４】
前記画像信号を輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｂ、色差信号Ｃｒに分離する画像信号分離手段を更に備え、
前記血管成分生成手段は、前記色差信号Ｃｂ及び前記色差信号Ｃｒを、前記表層血管成分及び前記深層血管成分に変換する、
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電子内視鏡システム。
【請求項５】
前記血管成分生成手段は、
前記色差信号Ｃｂ及び前記色差信号ＣｒをＣｂＣｒ色平面内で座標変換することにより、前記表層血管成分及び前記深層血管成分を生成する、
請求項４に記載の電子内視鏡システム。
【請求項６】
前記血管成分生成手段は、前記ＣｂＣｒ色平面内において、Ｃｂ軸及びＣｒ軸を原点の周りで回転させることにより、前記色差信号Ｃｂ及び前記色差信号Ｃｒから前記表層血管成分及び前記深層血管成分を生成する、
請求項５に記載の電子内視鏡システム。
【請求項７】
前記合成画像信号は、輝度信号Ｙ´、色差信号Ｃｂ´、色差信号Ｃｒ´を含み、
前記色差信号Ｃｒ´は、前記表層血管成分と前記表層血管成分の線形結合を含む、
請求項４から請求項６の何れか一項に記載の電子内視鏡システム。
【請求項８】
前記色差信号Ｃｂ´は、前記色差信号Ｃｂを所定倍したものである、
請求項７に記載の電子内視鏡システム。
【請求項９】
前記輝度信号Ｙに対して強調処理を施して、前記輝度信号Ｙ´を生成する輝度信号強調手段を更に備える、
請求項７又は請求項８に記載の電子内視鏡システム。
【請求項１０】
前記輝度信号強調手段は、前記画像信号の対象画素の前記輝度信号Ｙと該対象画素の周囲の画素の前記輝度信号Ｙとの間に信号レベル差がある場合に、該信号レベル差が大きくなるように該対象画素の該輝度信号Ｙを増幅して前記輝度信号Ｙ´を生成する、
請求項９に記載の電子内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子内視鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人体内部の観察や治療に電子内視鏡が使用されている。電子内視鏡観察では、照明光が生体組織に照射され、生体組織における反射光が撮像される。この反射光には、生体組織の表層部や深層部など、様々な深さで反射された光が含まれる。そのため、術者にとって、撮影された生体組織の画像が、どの深さの生体組織の画像であるかを識別するのが困難であった。
【０００３】
特許文献１には、フィルタによって生体組織に照射する照明光の波長帯域を切り替えることにより、生体組織の表面からの深さが異なる血管を識別可能な電子内視鏡システムが記載されている。特許文献１に記載の電子内視鏡システムでは、血管の吸収スペクトルが深さによって変わることを利用し、生体組織に照射する照明光のスペクトルを切り替えることにより、深さ毎の血管の撮影画像を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２１８２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の電子内視鏡システムでは、照明光のスペクトルを切り替えるために波長フィルタが使用されるため、光学系が複雑化し、電子内視鏡システムの大型化や製造コストが増加するという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、光学系を複雑化することなく、生体組織の表面からの深さが異なる血管を識別可能な撮影画像を生成する電子内視鏡システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態の電子内視鏡システムは、生体組織のカラー撮影画像を撮影して、画像信号を生成する撮影手段と、画像信号から、生体組織の表層血管を表す表層血管成分と、生体組織の深層血管を表す深層血管成分を生成する血管成分生成手段と、表層血管成分と深層血管成分を合成して、表層血管と深層血管を識別可能な合成画像信号を生成する合成画像生成手段と、を備える。
【０００８】
このような構成によれば、一つの画像信号から表層血管成分と深層血管成分が生成されて、表層血管と深層血管を識別可能な画像信号が生成される。そのため、表層血管と深層血管を識別するために、照明光のスペクトルを変えながら複数の画像信号を生成する必要が無い。これにより、撮影手段の光学系の構成を簡素化できる。
【０００９】
また、本発明の一実施形態によれば、電子内視鏡システムは、例えば、画像信号の各画素について、表層血管成分及び深層血管成分をそれぞれ、表層血管成分の信号レベル及び深層血管成分の信号レベルに応じて増幅する、血管成分増幅手段を更に備える。
【００１０】
また、本発明の一実施形態によれば、血管成分増幅手段は、例えば、表層血管成分の信号レベルが大きいほど、大きい増幅率で表層血管成分を増幅し、深層血管成分の信号レベルが大きいほど、大きい増幅率で深層血管成分を増幅する。
【００１１】
また、本発明の一実施形態によれば、電子内視鏡システムは、例えば、画像信号を輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｂ、色差信号Ｃｒに分離する画像信号分離手段を更に備える。この場合、血管成分生成手段は、色差信号Ｃｂ及び色差信号Ｃｒを、表層血管成分及び深層血管成分に変換する。
【００１２】
また、本発明の一実施形態によれば、血管成分生成手段は、例えば、色差信号Ｃｂ及び色差信号ＣｒをＣｂＣｒ色平面内で座標変換することにより、表層血管成分及び深層血管成分を生成する。
【００１３】
また、本発明の一実施形態によれば、血管成分生成手段は、例えば、ＣｂＣｒ色平面内において、Ｃｂ軸及びＣｒ軸を原点の周りで回転させることにより、色差信号Ｃｂ及び色差信号Ｃｒから表層血管成分及び深層血管成分を生成する。
【００１４】
また、本発明の一実施形態によれば、合成画像信号は、例えば、輝度信号Ｙ´、色差信号Ｃｂ´、色差信号Ｃｒ´を含む。また、色差信号Ｃｒ´は、表層血管成分と表層血管成分の線形結合を含む。
【００１５】
また、本発明の一実施形態によれば、色差信号Ｃｂ´は、例えば、色差信号Ｃｂを所定倍したものである。
【００１６】
また、本発明の一実施形態によれば、電子内視鏡システムは、例えば、輝度信号Ｙに対して強調処理を施して、輝度信号Ｙ´を生成する輝度信号強調手段を更に備える。
【００１７】
また、本発明の一実施形態によれば、輝度信号強調手段は、例えば、画像信号の対象画素の輝度信号Ｙと対象画素の周囲の画素の輝度信号Ｙとの間に信号レベル差がある場合に、信号レベル差が大きくなるように対象画素の輝度信号Ｙを増幅して輝度信号Ｙ´を生成する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光学系を複雑化することなく、生体組織の表面からの深さが異なる血管を識別可能な撮影画像を生成する電子内視鏡システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態における電子内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態における前段信号処理回路の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態におけるモニタに表示される生体組織のカラー撮影画像の例である。
【図４】本発明の実施形態における前段信号処理回路が備える層構造強調部の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態における座標変換部による座標変換処理を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態における色差信号Ｃｂ、Ｃｒの画像である。
【図７】本発明の実施形態における表層血管成分Ｓｓ、深層血管成分Ｓｄの画像である。
【図８】本発明の実施形態における色差信号Ｃｂ´、Ｃｒ´の画像である。
【図９】本発明の実施形態におけるＣｂ´Ｃｒ´色平面である。
【図１０】本発明の実施形態における輝度信号強調部による強調処理を説明するためのブロック図である。
【図１１】本発明の実施形態におけるモニタに表示される合成画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下においては、本発明の一実施形態として電子内視鏡システムを例に取り説明する。
【００２１】
［電子内視鏡システム１全体の構成］
図１は、本実施形態の電子内視鏡システム１の概略構成を示すブロック図である。図１に示されるように、電子内視鏡システム１は、電子スコープ１００、プロセッサ２００及びモニタ３００を備えている。
【００２２】
プロセッサ２００は、システムコントローラ２０１及びタイミングコントローラ２０２を備えている。システムコントローラ２０１は、メモリ２０６に記憶された各種プログラムを実行し、電子内視鏡システム１全体を統合的に制御する。また、システムコントローラ２０１は、操作パネル２０７に接続されている。システムコントローラ２０１は、操作パネル２０７より入力される術者からの指示に応じて、電子内視鏡システム１の各動作及び各動作のためのパラメータを変更する。タイミングコントローラ２０２は、各部の動作のタイミングを調整するクロックパルスを電子内視鏡システム１内の各回路に出力する。
【００２３】
ランプ２０４は、ランプ電源イグナイタ２０３による始動後、照射光Ｌを射出する。ランプ２０４は、例えば、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ、メタルハライドランプ等の高輝度ランプである。また、ランプ２０４は、ＬＤ（Laser Diode）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の半導体発光素子であってもよい。照射光Ｌは、主に可視光領域から不可視である赤外光領域に広がるスペクトルを持つ光（又は少なくとも可視光領域を含む白色光）である。
【００２４】
ランプ２０４より射出された照射光Ｌは、集光レンズ２０５によりＬＣＢ（Light Carrying Bundle）１０２の入射端面に集光されてＬＣＢ１０２内に入射される。
【００２５】
ＬＣＢ１０２内に入射された照射光Ｌは、ＬＣＢ１０２内を伝播して電子スコープ１００の先端に配置されたＬＣＢ１０２の射出端面より射出され、配光レンズ１０４を介して被写体に照射される。照射光Ｌにより照射された被写体からの戻り光は、対物レンズ１０６を介して固体撮像素子１０８の受光面上で光学像を結ぶ。
【００２６】
固体撮像素子１０８は、ベイヤ型画素配置を有する単板式カラーＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサである。固体撮像素子１０８は、受光面上の各画素で結像した光学像を光量に応じた電荷として蓄積して、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）の撮像信号を生成して出力する。なお、固体撮像素子１０８は、ＣＣＤイメージセンサに限らず、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやその他の種類の撮像装置に置き換えられてもよい。固体撮像素子１０８はまた、補色系フィルタを搭載したものであってもよい。
【００２７】
電子スコープ１００の接続部内には、ドライバ信号処理回路１１０が備えられている。ドライバ信号処理回路１１０には、撮像信号がフィールド周期で固体撮像素子１０８より入力される。なお、以降の説明において「フィールド」は「フレーム」に置き替えてもよい。本実施形態において、フィールド周期、フレーム周期はそれぞれ、１／６０秒、１／３０秒である。ドライバ信号処理回路１１０は、固体撮像素子１０８より入力される撮像信号に対して所定の処理を施してプロセッサ２００の前段信号処理回路２０８に出力する。
【００２８】
ドライバ信号処理回路１１０はまた、メモリ１１２にアクセスして電子スコープ１００の固有情報を読み出す。メモリ１１２に記録される電子スコープ１００の固有情報には、例えば、固体撮像素子１０８の画素数や感度、動作可能なフィールドレート、型番等が含まれる。ドライバ信号処理回路１１０は、メモリ１１２より読み出された固有情報をシステムコントローラ２０１に出力する。
【００２９】
システムコントローラ２０１は、電子スコープ１００の固有情報に基づいて各種演算を行い、制御信号を生成する。システムコントローラ２０１は、生成された制御信号を用いて、プロセッサ２００に接続されている電子スコープ１００に適した処理がなされるようにプロセッサ２００内の各種回路の動作やタイミングを制御する。
【００３０】
タイミングコントローラ２０２は、システムコントローラ２０１によるタイミング制御に従って、ドライバ信号処理回路１１０にクロックパルスを供給する。ドライバ信号処理回路１１０は、タイミングコントローラ２０２から供給されるクロックパルスに従って、固体撮像素子１０８をプロセッサ２００側で処理される映像のフィールドレートに同期したタイミングで駆動制御する。
【００３１】
前段信号処理回路２０８は、ドライバ信号処理回路１１０より１フィールド周期で入力される画像信号に対して色補間、マトリックス演算、Ｙ／Ｃ分離等の所定の信号処理を施して、後段信号処理回路２０９に出力する。前段信号処理回路２０８の詳細は後述する。
【００３２】
後段信号処理回路２０９は、前段信号処理回路２０８より入力される画像信号を処理してモニタ表示用の画面データを生成し、生成されたモニタ表示用の画面データを所定のビデオフォーマットのビデオ信号に変換する。変換されたビデオ信号は、モニタ３００に出力される。これにより、被写体のカラー画像がモニタ３００の表示画面に表示される。
【００３３】
本実施形態のプロセッサ２００は、２つの動作モードで動作する。一つは、通常観察画像をモニタ３００の画面に表示する通常表示モードであり、もう一つは、層構造強調処理が施された層構造強調画像をモニタ３００の画面に表示する層構造強調表示モードである。前段信号処理回路２０８による信号処理は、動作モードに応じて変化する。まず、通常表示モードにおける前段信号処理回路２０８の処理内容について説明する。
【００３４】
［前段信号処理回路２０８の構成］
図２は、本実施形態の前段信号処理回路２０８の構成を示すブロック図である。前段信号処理回路２０８は、クランプ処理部２２１、欠陥補正処理部２２２、デモザイク処理部２２３、リニアマトリックス処理部２２４、ホワイトバランス処理部２２５、輪郭補正処理部２２６、ＹＣ分離処理部２２７及び層構造強調部２２８を備えている。
【００３５】
クランプ処理部２２１は、画像信号からオフセット成分を除去するクランプ処理を行う機能ブロックである。
【００３６】
欠陥補正処理部２２２は、欠陥画素の画素値をその周囲の画素の画素値を用いて補正する欠陥補正処理を行う機能ブロックである。
【００３７】
デモザイク処理部２２３は、単色の色情報を有する画素からなる撮像データ（ＲＡＷデータ）をフルカラーの画素値を有する画素からなる画像データに変換するデモザイク処理（補間処理）を行う機能ブロックである。
【００３８】
リニアマトリックス処理部２２４は、カラーマトリックスを用いて撮像素子の分光特性を補正するリニアマトリックス処理を行う機能ブロックである。
【００３９】
ホワイトバランス処理部２２５は、照明光のスペクトル特性を補正するホワイトバランス処理を行う機能ブロックである。
【００４０】
輪郭補正処理部２２６は、画像信号の空間周波数特性の劣化を補償する輪郭補正処理を行う機能ブロックである。
【００４１】
ＹＣ分離処理部２２７は、輪郭補正処理部２２６から出力されたＲＧＢ信号に対して色空間の変換を行って、輝度信号Ｙ及び色信号Ｃ（色差信号Ｃｂ、Ｃｒ）を生成する機能ブロックである。
【００４２】
数式１は、ＹＣ分離処理部２２７において行われる、カラーマトリックスＭ１を使用した信号変換を表す変換式である。
【数１】
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【００４３】
カラーマトリックスＭ１は、例えば、標準ＹＣ分離処理に使用される一般的なカラーマトリックスであり、ITU-R BT.601規格に準拠するものである。なお、カラーマトリックスＭ１は、数式１に記載のマトリックスに限定されない。カラーマトリックスＭ１は、使用する固体撮像素子１０８やモニタ３００の仕様に応じて、適宜変更されてもよい。
【００４４】
ＹＣ分離処理部２２７によって生成されたＹＣｂＣｒ信号は、層構造強調部２２８に入力される。層構造強調部２２８は、通常表示モードでは信号処理を行わず、入力された信号をそのまま後段信号処理回路２０９出力する。
【００４５】
ＹＣ分離処理部２２７によって生成されたＹＣｂＣｒ信号は、後段信号処理回路２０９によりビデオ信号に変換されて、モニタ３００へ出力される。モニタ３００には、ビデオ信号に基づく生体組織のカラー撮影画像が表示される。
【００４６】
図３は、モニタ３００に表示される生体組織のカラー撮影画像の例を示す。図３において、比較的細い線として表れているのは、生体組織の表層部に含まれる血管（表層血管）である。また、図３において、比較的太い線として表れているのは、生体組織の深層部に含まれる血管（深層血管）である。表層血管及び深層血管以外の箇所は、生体組織に含まれる粘膜である。
【００４７】
生体組織に発生する病変部には、その種類に応じて、生体組織の表層部分にのみに現れるものや、表層部分から深層部分にかけて現れるもの等がある。そのため、生体組織の病変部と健常部を識別するためには、表層血管と深層血管を区別して観察できることが望ましい。しかし、通常のカラー撮影画像では、表層血管と深層血管を識別することが困難であった。カラー撮影画像から表層血管と深層血管を識別することが困難である理由について、以下に説明する。
【００４８】
生体組織に白色の照明光が照射された場合について考える。生体組織の表層血管に照明光が照射されると、照明光に含まれる青色の光や緑色の光は表層血管に含まれるヘモグロビンによって吸収される。一方、照明光に含まれる赤色の光は吸収されず、ヘモグロビンで反射される。そのため、表層血管は、カラー撮影画像では赤色（或いは、褐色や橙色等の赤味を有する色）として観察される。これに対し、深層血管に照明光が照射されると、青色の光は、深層血管に到達する前に粘膜によって反射される。また、深層血管に到達した赤色の光はヘモグロビンで反射される。また、青色と赤色の中間の波長を有する緑色の光は、血管に含まれるヘモグロビンによって吸収される。そのため、深層血管は、カラー撮影画像では、反射された青色の光と赤色の光とが混ざったマゼンタ（或いは、紫色）として観察される。
【００４９】
このように、表層血管と深層血管は、光の吸収スペクトルの違いにより、カラー撮影画像では異なる色として表示される。しかし、表層血管と深層血管は何れも赤色の成分を有している。そのため、術者が表層血管と深層血管の色の違いを熟知していない場合や、照明光のスペクトルや粘膜の特性等によっては、カラー撮影画像から表層血管と深層血管を識別することが困難な場合があった。例えば、図３に示されるカラー撮影画像では、表層血管と深層血管がほぼ同じ色として表示されてしまい、両者を識別することができなかった。
【００５０】
そこで、本実施形態の電子内視鏡システム１は、層構造強調モードにおいて、表層血管と深層血管との違いを強調し、術者が表層血管と深層血管を識別し易い撮影画像を生成する。以下で、層構造強調モードにおける前段信号処理回路２０８の処理内容について説明する。
【００５１】
電子内視鏡システム１の動作モードは、術者が操作パネル２０７を操作することによって切り替え可能である。電子内視鏡システム１の動作モードが層構造強調モードに切り替えられると、層構造強調部２２８によってＹＣｂＣｒ信号に対する層構造強調処理が行われる。
【００５２】
［層構造強調部２２８の構成］
図４は、前段信号処理回路２０８が備える層構造強調部２２８の構成を示すブロック図である。層構造強調部２２８は、座標変換部２３１、レンジ拡張部２３２、色差信号合成部２３３、輝度信号強調部２３４を備える。
【００５３】
座標変換部２３１は、ＹＣ分離処理部２２７から出力されたＹＣｂＣｒ信号のうち、ＣｂＣｒ信号に対する座標変換処理を行う。図５は、この座標変換処理を説明するための図である。図５は、ＣｂＣｒ色平面を示しており、大まかには、第１象限がマゼンタ、第２象限が赤色、第３象限が緑色、第４象限がシアンに対応する。表層血管は赤味を帯びているため、表層血管に対応する画素のＣｂＣｒ信号は、ＣｂＣｒ色平面の第２象限に表れやすい。一方、深層血管はマゼンタを有しているため、深層血管に対応する画素のＣｂＣｒ信号は、ＣｂＣｒ色平面の第１象限に表れやすい。
【００５４】
座標変換処理では、表層血管と深層血管の違いを強調するように座標変換が行われる。座標変換処理では、ＣｂＣｒ色平面に表層血管軸と深層血管軸が定義される。表層血管軸は、表層血管に対応する画素のＣｂＣｒ信号が表れる第２象限を通るように定義される。また、深層血管軸は、深層血管に対応する画素のＣｂＣｒ信号が表れる第１象限を通るように定義される。座標変換処理では、Ｃｂ軸及びＣｒ軸から表層血管軸及び深層血管軸への座標軸の変換が行われる。
【００５５】
座標変換部２３１で実行される座標変換処理は、例えば、数式２によって示される座標軸の回転処理である。
【数２】
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ここで、Ｃｂ、Ｃｒはそれぞれ、各画素の色差信号Ｃｂ、色差信号Ｃｂの値（信号レベル）である。θは座標軸の回転角度である。Ｓｓ、Ｓｄはそれぞれ、座標軸回転後の各画素の表層血管成分、深層血管成分の値である。表層血管成分Ｓｓ、深層血管成分Ｓｄはそれぞれ、生体組織に含まれる表層血管、深層血管を表す成分である。図５に示す例では、深層血管軸及び表層血管軸はそれぞれ、Ｃｂ軸及びＣｒ軸を原点の周りで１３５°だけ回転させたものである。これにより、表層血管軸は、ＣｂＣｒ色平面内において、第４象限から第２象限に向かう軸となる。また、深層血管軸は、ＣｂＣｒ色平面内において、第１象限から第２象限に向かう軸となる。
【００５６】
図５に示す例では、表層血管は赤味を有する（ＣｂＣｒ色平面の第２象限に表れる）ため、表層血管に対応する画素の表層血管成分Ｓｓは正の値を取る。また、深層血管はマゼンタを有する（ＣｂＣｒ色平面の第１象限に表れる）ため、深層血管に対応する画素の深層血管成分Ｓｄは負の値を取る。
【００５７】
図６は、座標変換処理が行われる前の色差信号Ｃｂ、Ｃｒの画像を示す。図７は、座標変換によって得られた表層血管成分Ｓｓ、深層血管成分Ｓｄの画像を示す。表層血管と深層血管は、元のカラー撮影画像では同系色の色であり、識別が困難である。そのため、撮影画像を色差信号Ｃｂ、Ｃｒに分けたとしても、表層血管と深層血管を容易に識別可能な画像を得ることができない。これに対し、表層血管成分Ｓｓ、深層血管成分Ｓｄはそれぞれ、表層血管、深層血管に対応する画素においてその絶対値が大きくなる。そのため、図７に示すように、表層血管成分Ｓｓの画像では表層血管が強調され、深層血管成分Ｓｄの画像では深層血管が強調される。
【００５８】
レンジ拡張部２３２は、座標変換処理によって得られた表層血管成分Ｓｓ及び深層血管成分Ｓｄに対してレンジ拡張処理を行う。レンジ拡張処理では、表層血管成分Ｓｓ又は深層血管成分Ｓｄの絶対値が所定の閾値よりも大きい場合に、その成分を増幅する処理である。詳しくは、レンジ拡張部２３２は、各画素の表層血管成分Ｓｓの閾値判定を行い、表層血管成分Ｓｓの絶対値が閾値Ｔｓ以上であれば、表層血管成分Ｓｓを所定の倍率で増幅する。一方、表層血管成分Ｓｓの絶対値が閾値Ｔｓ未満であれば、表層血管成分Ｓｓは増幅されずに値が維持される。同様に、レンジ拡張部２３２は、各画素の深層血管成分Ｓｄの閾値判定を行い、深層血管成分Ｓｄの絶対値が閾値Ｔｄ以上であれば、深層血管成分Ｓｄを所定の倍率で増幅する。一方、深層血管成分Ｓｄの絶対値が閾値Ｔｄ未満であれば、深層血管成分Ｓｄは増幅されずに値が維持される。
【００５９】
このレンジ拡張処理により、生体組織の表層血管や深層血管が無い部分（例えば、粘膜）に対応する画素の表層血管成分Ｓｓ、深層血管成分Ｓｄは、その値が維持される。また、表層血管に対応する画素の表層血管成分Ｓｓ、及び、深層血管に対応する画素の深層血管成分Ｓｄが増幅される。これにより、粘膜に対して表層血管と深層血管が強調された信号が得られる。
【００６０】
なお、レンジ拡張部２３２による表層血管成分Ｓｓ及び深層血管成分Ｓｄの増幅処理の率（増幅率）はそれぞれ、表層血管成分Ｓｓ及び深層血管成分Ｓｄの大きさに応じて変更されてもよい。例えば、表層血管成分Ｓｓの絶対値が大きいほど、その表層血管成分Ｓｓは大きい増幅率で増幅される。同様に、深層血管成分Ｓｄの絶対値が大きいほど、その深層血管成分Ｓｄは大きい増幅率で増幅される。各血管成分に対する増幅率は、各血管成分の絶対値に応じて線形に増加してもよく、非線形に増加してもよい。このように、増幅率を変更した場合においても、粘膜に対して表層血管と深層血管が強調された信号が得られる。
【００６１】
また、レンジ拡張部２３２による増幅率が、表層血管成分Ｓｓ及び深層血管成分Ｓｄの大きさに応じて変更される場合、各画素の表層血管成分Ｓｓ及び深層血管成分Ｓｄに対する閾値判定は行われなくてもよい。言い換えると、レンジ拡張部２３２は、全ての画素の表層血管成分Ｓｓ及び深層血管成分Ｓｄを増幅してもよい。
【００６２】
色差信号合成部２３３は、レンジ拡張処理が施された表層血管成分Ｓｓ及び深層血管成分Ｓｄを用いて、新たな色差信号Ｃｂ´、Ｃｒ´を合成する。色差信号Ｃｂ´、Ｃｂ´は、モニタ３００に表示した時に、表層血管と深層血管の違いが明確になるように合成される。次の数式３は、色差信号Ｃｂ´、Ｃｒ´の合成を表す式の一例である。
【数３】
2018130450.tif 000005
ここで、Ａ及びＣは所定の係数である。
【００６３】
色差信号Ｃｒ´は、表層血管成分Ｓｓと深層血管成分Ｓｄの線形結合「Ｓｓ＋Ｓｄ」を含む。表層血管成分Ｓｓは、表層血管に対応する画素において正の値を取り、深層血管に対応する画素において値が小さくなる（ゼロに近付く）。また、深層血管成分Ｓｄは、深層血管に対応する画素において負の値を取り、表層血管に対応する画素において値が小さくなる（ゼロに近付く）。従って、線形結合「Ｓｓ＋Ｓｄ」は、表層血管では正の値を取り、深層血管では負の値を取る。
【００６４】
色差信号Ｃｂ´は、元の色差信号Ｃｂを係数Ａ倍したものである。係数Ａの値を調整することより、最終的にモニタ３００に表示される画像の色味が調整される。なお、係数Ａは、色差信号Ｃｂの値に依らず一定である必要はない。係数Ａは、色差信号Ｃｂの値に応じて線形又は非線形に変更されてもよい。詳しくは、係数Ａは、色差信号Ｃｂの値に応じて非線形に変化するシグモイド関数であってもよい。
【００６５】
図８は、色差信号Ｃｂ´、Ｃｒ´の画像を示す。色差信号Ｃｂ´は、色差信号Ｃｂを係数倍しているのみであるため、表層血管と深層血管の違いは強調されていない。一方、色差信号Ｃｒ´は、表層血管か深層血管かで符号が異なる線形結合「Ｓｓ＋Ｓｄ」を含んでいるため、表層血管と深層血管の違いが強調されている。
【００６６】
図９は、新しい色差信号Ｃｂ´、Ｃｒ´に対応するＣｂ´Ｃｒ´色平面である。Ｃｂ´Ｃｒ´色平面において、大まかには、第１象限がマゼンタ、第２象限が赤色、第３象限が緑色、第４象限がシアンに対応する。本実施形態では、表層血管に対応する画素の色差信号Ｃｒ´は正の値を取り、深層血管に対応する画素の色差信号Ｃｂ´は負の値を取るように、表層血管軸、深層血管軸、レンジ拡張処理における増幅率、係数Ａ、Ｃ等のパラメータが調整されている。また、これらのパラメータを変更することにより、表層血管の色差信号Ｃｒ´Ｃｂ´が第１象限又は第２象限に表れ、深層血管の色差信号Ｃｒ´Ｃｂ´が第３象限に表れるように調整することができる。表層血管の色差信号Ｃｒ´Ｃｂ´が表れる第１象限又は第２象限は、赤やマゼンタ等の赤系の色である。また、深層血管の色差信号Ｃｒ´Ｃｂ´が表れる第３象限は、緑系の色である。そのため、新たに合成した色差信号Ｃｒ´Ｃｂ´に基づいて撮影画像を表示することにより、表層血管と深層血管が異なる色味で表示され、両者の違いを強調することができる。
【００６７】
輝度信号強調部２３４は、ＹＣ分離処理部２２７で生成された輝度信号Ｙに対して強調処理を施す。図１０は、輝度信号強調部２３４による強調処理を説明するためのブロック図である。強調処理では、輝度信号Ｙが２つに分けられ、一方の輝度信号Ｙが平均化処理部２４１に入力される。平均化処理部２４１では、処理対象である画素とその周囲の画素の計２５画素について、輝度信号Ｙの信号レベルの平均値Ｙａｖｇが計算される。次に、輝度信号Ｙの信号レベルの平均値Ｙａｖｇと、２つに分けられた輝度信号Ｙの他方の信号レベルとの差分Ｙｄｉｆｆが計算される。輝度信号Ｙの信号レベルの差分Ｙｄｉｆｆは、増幅処理部２４２で増幅されて、増幅輝度信号Ｙｇａｉｎが生成される。次いで、増幅輝度信号Ｙｇａｉｎが元の輝度信号Ｙに加算されることにより、輝度信号Ｙ´が生成される。
【００６８】
この輝度信号強調部２３４の処理により、処理対象の画素の輝度信号Ｙと周囲の画素の輝度信号Ｙとの間に信号レベル差がある場合、その信号レベル差が大きくなるように輝度信号Ｙが増幅される。例えば、血管はその周囲の粘膜に比べて光の吸収率が高いため、撮影画像において血管は暗く表示される。この撮影画像の輝度信号Ｙに対して強調処理が施されると、血管に対応する画素の輝度信号Ｙは、より暗くなるように変換される。これにより、血管と粘膜との違いが強調された撮影画像が得られる。
【００６９】
輝度信号強調部２３４で強調処理された輝度信号Ｙ´と、色差信号合成部２３３で合成された色差信号Ｃｂ´、Ｃｒ´は、後段信号処理回路２０９に入力される。
【００７０】
後段信号処理回路２０９は、前段信号処理回路２０８より入力される輝度信号Ｙ´及び色差信号Ｃｒ´、Ｃｂ´を処理してモニタ表示用の画面データを生成し、生成されたモニタ表示用の画面データを所定のビデオフォーマットのビデオ信号に変換する。変換されたビデオ信号は、モニタ３００に出力される。これにより、表層血管と深層血管の違いが強調されたカラーの合成画像がモニタ３００の表示画面に表示される。
【００７１】
図１１は、層構造強調表示モードにおいて、モニタ３００に表示される合成画像である。合成画像では、通常表示モードにおいて表示されるカラー撮影画像（図３参照）と比較して、粘膜と血管（表層血管及び深層血管）との差異が強調されている。また、合成画像では、表層血管の色味と深層血管の色味が異なるため、表層血管と深層血管を容易に識別可能である。
【００７２】
以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本発明の実施形態に含まれる。
【００７３】
また、上述の実施形態では、座標変換部２３１は数式２に基づいて、Ｃｂ軸及びＣｒ軸を表層血管軸及び深層血管軸に変換するが、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、表層血管軸と深層血管軸は、表層血管に対応する画素において表層血管成分Ｓｓの値（絶対値）が大きくなり、深層血管に対応する画素において深層血管成分Ｓｄの値（絶対値）が大きくなるように設定されていればよい。そのため、表層血管軸と深層血管軸は、ＣｂＣｒ色平面内において直交している必要はなく、ＣｂＣｒ色平面の原点を通る必要もない。
【００７４】
また、上述の実施形態では、色差信号合成部２３３において、色差信号Ｃｂ´、Ｃｒ´は、表層血管が赤系の色、深層血管が緑系の色で表示されるように合成されるが、本発明の実施形態はこれに限定されない。色差信号Ｃｂ´、Ｃｒ´は、表層血管と深層血管を識別しやすいように合成されていればよい。例えば、色差信号Ｃｂ´、Ｃｒ´は、表層血管が緑系の色、深層血管が赤系の色で表示されるように合成されてもよい。また、色差信号Ｃｂ´、Ｃｒ´は、表層血管と深層血管のうち一方が青系（例えば、シアン）、他方が緑系の色で表示されるよう合成されてもよく、一方が青系（例えば、シアン）、他方が赤系の色で表示されるよう合成されてもよい。
【００７５】
また、後段信号処理回路２０９は、ＹＣｂＣｒ信号（又は、Ｙ´Ｃｂ´Ｃｒ´信号）に基づいて画面データを生成し、モニタ３００に撮影画像を表示するためのビデオ信号に変換するが、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、電子内視鏡システム１の外部の装置に画面データを出力する場合、後段信号処理回路２０９は、必要に応じて、ＹＣｂＣｒ信号（又は、Ｙ´Ｃｂ´Ｃｒ´信号）をＲＧＢ信号に変換して出力してもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１  電子内視鏡システム
１００  電子スコープ
１０２  ＬＣＢ
１０４  配光レンズ
１０６  対物レンズ
１０８  固体撮像素子
１１０  ドライバ信号処理回路
１１２  メモリ
２００  プロセッサ
２０１  システムコントローラ
２０２  タイミングコントローラ
２０３  ランプ電源イグナイタ
２０４  ランプ
２０５  集光レンズ
２０６  メモリ
２０７  操作パネル
２０８  前段信号処理回路
２０９  後段信号処理回路
２２１  クランプ処理部
２２２  欠陥補正処理部
２２３  デモザイク処理部
２２４  リニアマトリックス処理部
２２５  ホワイトバランス処理部
２２６  輪郭補正処理部
２２７  ＹＣ分離処理部
２２８  層鏡像強調部
２３１  座標変換部
２３２  レンジ拡張部
２３３  色差信号合成部
２３４  輝度信号強調部
２４１  平均化処理部
２４２  増幅処理部
【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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