(57)【要約】【課題】  回折限界の影響を考慮した上で、撮像素子が持つ解像度の画像も撮像でき、被写界深度幅を広くすることもできる内視鏡システム、制御方法、撮像装置等の提供。【解決手段】  内視鏡システムは、光学系と撮像素子を有する撮像部２００と、観察モードを設定する観察モード設定部３０４と、観察モードに基づいて、絞り状態を選択制御する絞り制御部２０４と、撮像部２００により撮像された撮像画像に対して画像処理を施す画像処理部３０１と、を含み、絞り制御部２０４は、第１の観察モードである場合は、光学系の絞りによる回折限界により決まる解像度が、撮像素子により決まる解像度に比べて低くなる第１の絞り状態を選択し、第２の観察モードである場合は、光学系の絞りによる回折限界により決まる解像度が、前記撮像素子により決まる解像度と同等以上になる第２の絞り状態を選択する。【選択図】      図１２
2011193983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系と撮像素子を有する撮像部と、
被写体の観察モードを設定する観察モード設定部と、
前記観察モード設定部によって設定された前記観察モードに基づいて、絞り状態を選択制御する絞り制御部と、
前記撮像部により撮像された撮像画像に対して画像処理を施す画像処理部と、
を含み、
前記絞り制御部は、
前記観察モードが第１の観察モードである場合は、前記光学系の絞りによる回折限界により決まる解像度が、前記撮像素子により決まる解像度に比べて低くなる第１の絞り状態を選択し、
前記観察モードが第２の観察モードである場合は、前記光学系の絞りによる回折限界により決まる解像度が、前記撮像素子により決まる解像度と同等以上になる第２の絞り状態を選択することを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記画像処理部は、
前記観察モードが前記第１の観察モードである場合は、前記観察モードが前記第２の観察モードである場合に比べて、より高周波を低減する画像処理を行うことを特徴とする内視鏡システム。
【請求項３】
請求項１において、
前記画像処理部は、
前記観察モードが前記第１の観察モードである場合は、前記観察モードが前記第２の観察モードである場合に比べて、ノイズ低減量を大きくする画像処理を行うことを特徴とする内視鏡システム。
【請求項４】
請求項１において、
前記画像処理部は、
前記観察モードが前記第２の観察モードである場合は、所定の高周波帯域を強調する輪郭強調処理を行い、前記観察モードが前記第１の観察モードである場合は、前記高周波成分よりも低い周波数帯域を強調する輪郭強調処理を行うことを特徴とする内視鏡システム。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれかにおいて、
前記第１の観察モードは、
遠景観察モードであり、
前記第２の観察モードは、
近接観察モードであることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項６】
請求項１において、
前記撮像画像から病変位置を検出する病変位置検出部を含み、
前記観察モード設定部は、
前記病変位置が検出された場合には、前記観察モードを前記第２の観察モードに設定することを特徴とする内視鏡システム。
【請求項７】
請求項６において、
前記画像処理部は、
白色光の波長帯域に比べて狭帯域である特定波長帯域における情報を有した被写体像を含む第１の撮像画像を取得し、
前記病変位置検出部は、
前記第１の撮像画像に基づいて、前記病変位置を検出することを特徴とする内視鏡システム。
【請求項８】
請求項６において、
所定の位置に焦点を合わせるフォーカス位置制御部を含み、
前記フォーカス位置制御部は、
前記観察モードが前記第２の観察モードである場合に、焦点位置の制御を行うことを特徴とする内視鏡システム。
【請求項９】
請求項８において、
前記フォーカス位置制御部は、
予め決められた固定の位置に焦点を合わせることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項１０】
請求項８において、
前記フォーカス位置制御部は、
前記病変位置に焦点を合わせることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項１１】
請求項６において
所定の位置に焦点を合わせるフォーカス位置制御部を含み、
前記画像処理部は、
白色光の波長帯域に比べて狭帯域である特定波長帯域における情報を有した被写体像を含む第１の撮像画像と、白色光の波長帯域における情報を有した被写体像を含む第２の撮像画像を取得し、
前記第２の撮像画像は、
前記第１の撮像画像において検出された前記病変位置を含む画像であり、
前記フォーカス位置制御部は、
前記第２の撮像画像の所定領域のコントラストに基づいて焦点を合わせることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項１２】
請求項１１において、
撮像された画像を拡大表示する電子ズーム部を含み、
前記電子ズーム部は、
前記第２の撮像画像において、前記フォーカス位置制御部が焦点を合わせた前記病変位置を含む周辺領域を所定倍率で拡大表示することを特徴とする内視鏡システム。
【請求項１３】
請求項１において、
前記画像処理部は、
白色光の波長帯域に比べて狭帯域である特定波長帯域における情報を有した被写体像を含む第１の撮像画像と、白色光の波長帯域における情報を有した被写体像を含む第２の撮像画像を取得することを特徴とする内視鏡システム。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記第１の撮像画像及び前記第２の撮像画像は生体内を写した生体内画像であり、
前記生体内画像に含まれる前記特定波長帯域は、血液中のヘモグロビンに吸収される波長帯域であることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記特定波長帯域は、３９０ナノメータ〜４４５ナノメータ、または５３０ナノメータ〜５５０ナノメータであることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項１６】
請求項１３において、
前記第１の撮像画像及び前記第２の撮像画像は生体内を写した生体内画像であり、
前記生体内画像に含まれる前記特定波長帯域は、蛍光物質が発する蛍光の波長帯域であることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記特定波長帯域は、４９０ナノメータ〜６２５ナノメータの波長帯域であることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項１８】
請求項１３において、
前記第１の撮像画像及び前記第２の撮像画像は生体内を写した生体内画像であり、
前記生体内画像に含まれる前記特定波長帯域は、赤外光の波長帯域であることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記特定波長帯域は、７９０ナノメータ〜８２０ナノメータ、または９０５ナノメータ〜９７０ナノメータの波長帯域であることを特徴とする内視鏡システム。
【請求項２０】
被写体の観察モードを設定し、
前記観察モードが第１の観察モードである場合は、絞り値として、光学系の絞りによる回折限界により決まる解像度が、撮像素子により決まる解像度よりも低くなる第１の絞り状態を選択し、
前記観察モードが第２の観察モードである場合は、前記絞り値として、前記光学系の絞りによる回折限界により決まる解像度が、前記撮像素子により決まる解像度と同等以上になる第２の絞り状態を選択することを特徴とする制御方法。
【請求項２１】
光学系と撮像素子を有する撮像部と、
被写体の観察モードを設定する観察モード設定部と、
前記観察モード設定部によって設定された前記観察モードに基づいて、絞り値を選択制御する絞り制御部と、
を含み、
前記絞り制御部は、
前記観察モードが第１の観察モードである場合は、前記絞り値として、前記光学系の絞りによる回折限界により決まる解像度が、前記撮像素子により決まる解像度に比べて低くなる第１の絞り状態を選択し、
前記観察モードが第２の観察モードである場合は、前記絞り値として、前記光学系の絞りによる回折限界により決まる解像度が、前記撮像素子により決まる解像度と同等以上になる第２の絞り状態を選択することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡システム、撮像装置及び制御方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡のような撮像装置においては、ドクターの診断に支障をきたさないようにするために、体腔内で撮像される画像はパンフォーカスの画像が求められる。このため、内視鏡では比較的絞り値（以降、Ｆナンバーとも記す）が大きい光学系を使用して被写界深度を深くすることでこのような性能を達成している。
【０００３】
一方、近年、内視鏡システムにおいても数十万画素程度の高画素の撮像素子が使用されるようになっている。光学系が一定の場合、その被写界深度は許容錯乱円の大きさによって決定されるが、高画素の撮像素子では画素ピッチと共に許容錯乱円も小さくなるため撮像装置の被写界深度は狭くなる。このような場合には光学系の絞り値を増大させることで被写界深度を維持することが考えられるが、光学系が暗くなりノイズが増加することで画質が劣化する。また、絞り値が大きくなると回折の影響も大きくなり、結像性能が劣化することで撮像素子を高画素化しても高い解像力の画像が得られないという問題が発生する。
【０００４】
上記問題を抱える可変絞りを備えた内視鏡システムに対して被写界深度と光量の両立を図る例が特許文献１に示されている。
【０００５】
特許文献１は、実用的な被写界深度を得るためにその絞り値の変更に伴い許容錯乱円の大きさを大きく設定し撮像素子の読み出し画素サイズを前記許容錯乱円と同等のサイズに変更する。こうする事で光量を確保したいような暗い被写体の場合に十分な光量を確保しつつ被写界深度も確保する事ができるというものである。
【０００６】
また絞り値に基づき変化する解像度の変化を抑える例としては、特許文献２に示されている。この例では光学系の絞り値を小さくした場合は輪郭強調を弱め、光学系の絞り値を大きくした場合は輪郭強調を強める事で、絞り値に依存せずに一定の解像度を得ようというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２２５４２７号公報
【特許文献２】特開平８−１８１９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の方法は、蛍光像の観察を前提としたものであり、一般に蛍光像は高い解像度を必要としないのでこの仮定が成り立つ場合には有効な方法となる。しかし白色光照明下では被写界深度と共に解像度が重視されるが、撮像素子の画素ピッチが小さくなると実用的な被写界深度となる許容錯乱円に収める為にＦナンバーを大きくしても回折の影響からその錯乱円が前記許容錯乱円以下に収まらず、本来撮像素子が持つ解像度を得る事ができない状態となる。特許文献１の方法はこのような条件ではまったく機能しない。
【０００９】
特許文献２の方法は、上記回折の影響が無視できないＦナンバーで撮像された撮像画像に対して適用する事である程度の解像度回復は可能であるがそもそも高周波成分に十分なエネルギーを持っていないために、高周波を極端に持ち上げる処理となりノイズが増大してしまうという課題が発生する。
【００１０】
本発明の幾つかの態様によれば、回折限界の影響を考慮した上で、撮像素子が持つ解像度の画像も撮像でき、被写界深度幅を広くすることもできる内視鏡システム、制御方法、撮像装置等を提供できる。
【００１１】
また、本発明の幾つかの態様によれば、実用的な被写界深度を得る為にＦナンバーを大きくすることで回折の影響からその錯乱円が目標とする許容錯乱円以下に収まらない画素ピッチの撮像素子を用いた場合であっても、本来撮像素子が持つ解像度の画像を撮像でき、またノイズを増大させない可変絞りを有する内視鏡システム、制御方法及び撮像装置等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、光学系と撮像素子を有する撮像部と、被写体の観察モードを設定する観察モード設定部と、前記観察モード設定部によって設定された前記観察モードに基づいて、絞り状態を選択制御する絞り制御部と、前記撮像部により撮像された撮像画像に対して画像処理を施す画像処理部と、を含み、前記絞り制御部は、前記観察モードが第１の観察モードである場合は、前記光学系の絞りによる回折限界により決まる解像度が、前記撮像素子により決まる解像度に比べて低くなる第１の絞り状態を選択し、前記観察モードが第２の観察モードである場合は、前記光学系の絞りによる回折限界により決まる解像度が、前記撮像素子により決まる解像度と同等以上になる第２の絞り状態を選択する内視鏡システムに関係する。
【００１３】
本発明の一態様では、観察モードを設定し、第１の観察モードでは第１の絞り状態を選択し、第２の観察モードでは第２の絞り状態を選択する。第１の絞り状態では、光学系の絞りによる回折限界により決まる解像度が、撮像素子により決まる解像度に比べて低くなる。また、第２の絞り状態では、光学系の絞りによる回折限界により決まる解像度が、撮像素子により決まる解像度と同等以上になる。
【００１４】
よって、観察モードに応じて絞り状態を適切に決めることができ、絞り状態として、回折限界の影響を強く受け解像度が低くなる状態と、回折限界の影響を受けずに解像度を高く保てる状態とを設定することができる。
【００１５】
本発明の他の態様は、被写体の観察モードを設定し、前記観察モードが第１の観察モードである場合は、絞り値として、光学系の絞りによる回折限界により決まる解像度が、撮像素子により決まる解像度よりも低くなる第１の絞り状態を選択し、前記観察モードが第２の観察モードである場合は、前記絞り値として、前記光学系の絞りによる回折限界により決まる解像度が、前記撮像素子により決まる解像度と同等以上になる第２の絞り状態を選択する制御方法に関係する。
【００１６】
本発明の他の態様によれば、観察モードに応じて絞り状態を適切に決めることができ、絞り状態として、回折限界の影響を強く受け解像度が低くなる状態と、回折限界の影響を受けずに解像度を高く保てる状態とを設定することができる制御方法を実現できる。
【００１７】
本発明の他の態様は、光学系と撮像素子を有する撮像部と、被写体の観察モードを設定する観察モード設定部と、前記観察モード設定部によって設定された前記観察モードに基づいて、絞り値を選択制御する絞り制御部と、を含み、前記絞り制御部は、前記観察モードが第１の観察モードである場合は、前記絞り値として、前記光学系の絞りによる回折限界により決まる解像度が、前記撮像素子により決まる解像度に比べて低くなる第１の絞り状態を選択し、前記観察モードが第２の観察モードである場合は、前記絞り値として、前記光学系の絞りによる回折限界により決まる解像度が、前記撮像素子により決まる解像度と同等以上になる第２の絞り状態を選択する撮像装置に関係する。
【００１８】
本発明の他の態様によれば、観察モードに応じて絞り状態を適切に決めることができ、絞り状態として、回折限界の影響を強く受け解像度が低くなる状態と、回折限界の影響を受けずに解像度を高く保てる状態とを設定することができる撮像装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１（Ａ）は回折限界を考慮しないときの光の収束の例、図１（Ｂ）は回折限界を考慮したときの光の収束の例。
【図２】エアリーディスク径ｄとＦナンバーの値Ｆの関係図。
【図３】被写界深度の説明図。
【図４】許容錯乱円の大きさＫ・Ｐよりもエアリーディスク径ｄが小さい場合の例。
【図５】図５（Ａ）は被写界深度の遠点の説明図、図５（Ｂ）は被写界深度の近点の説明図。
【図６】許容錯乱円の大きさＫ・Ｐよりもエアリーディスク径ｄが大きい場合の例。
【図７】図７（Ａ）は被写界深度の遠点の説明図、図７（Ｂ）は被写界深度の近点の説明図。
【図８】第１の観察モードと第２の観察モードの関係図。
【図９】Ｆナンバーの値Ｆと許容錯乱円の大きさの関係図。
【図１０】被写界深度幅とＦナンバーの値Ｆの関係図。
【図１１】被写界深度幅Ｄを実現するためのＦナンバーの値Ｆの説明図。
【図１２】本実施形態のシステム構成例。
【図１３】回転色フィルタの構成例。
【図１４】色フィルタの分光特性。
【図１５】図１５（Ａ）は遠景観察モードを選択した場合の絞りと許容錯乱円の説明図。図１５（Ｂ）は近接観察モードを選択した場合の絞りと許容錯乱円の説明図。
【図１６】画像処理部の構成例。
【図１７】第１の観察モードと第２の観察モードでの画像データの空間周波数特性の例。
【図１８】図１８（Ａ）はラプラシアンピラミッドによる処理の説明図、図１８（Ｂ）は複数の周波数帯域に分割した例。
【図１９】輪郭強調処理部の構成例。
【図２０】輪郭強調処理における強調周波数特性。
【図２１】本実施形態の他のシステム構成例。
【図２２】回転色フィルタの他の構成例。
【図２３】通常光画像用の色フィルタの分光特性。
【図２４】特殊光画像用の色フィルタの分光特性。
【図２５】図２５（Ａ）はベイヤ配列の原色単板素子の説明図、図２５（Ｂ）はＲ信号の画像データの説明図。
【図２６】画像処理部の他の構成例。
【図２７】表示画像生成部の構成例。
【図２８】フォーカス位置制御部の構成例。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２１】
１．本実施形態の手法
【００２２】
まず、回折限界とエアリーディスクについて説明する。光は波動としての性質を持つため回折現象があり、そのため光が１点に収束したとしても（焦点が合っていたとしても）、図１（Ａ）のように無限小の点に収まるということはなく、図１（Ｂ）のようにある程度の大きさを持つことになる。この限界のことを回折限界と呼び、収束点の大きさのことをエアリーディスクと呼ぶ。図１（Ｂ）において、ｄはエアリーディスク径を表す。
【００２３】
エアリーディスク径ｄはＦナンバーを大きくするほど（絞りを絞るほど）大きくなり、図２に示すような関係になる。
【００２４】
続いて被写界深度について図３を用いて詳細に説明する。ここで右向きの矢印は正の値のベクトルを表し、左向きの矢印は負の値のベクトルを表している。まず光学系の後側焦点位置からＸＢ’の位置に画素ピッチ（１画素の縦横の寸法）がＰの撮像素子を配置した場合を考える。この時、撮像素子の撮像面上で光学系の結像性能が最も良くなる被写体の位置（フォーカス位置）は、光学系の前側焦点位置からＸＢの位置として表される。ＸＢは以下のニュートンの結像式からＸＢ’が決まると一義的に算出される。ここでｆは光学系の焦点距離である。
【００２５】
XB・XB’=-f2  ・・・・・（１）
【００２６】
被写体をＸＢからＸＮの位置まで移動させると、その時の像面位置ＸＮ’は撮像面から光学系と反対方向に移動する。しかし撮像面における錯乱円の直径が、撮像装置の分解能Ｋ・Ｐ（ただしＫはフィルタ配列や補間処理によって決まる係数）より小さい場合、ＸＮの物体はピントが合っていると見なすことができる。この時の分解能Ｋ・Ｐを許容錯乱円とする。
【００２７】
撮像面における錯乱円の直径がＫ・Ｐ以下になる範囲を近点側の被写界深度と定義し、錯乱円の直径がＫ・Ｐと一致する被写体の位置を近点と呼ぶことにする。今後は近点の位置を、前側焦点位置からＸＮの位置として表す。遠点側も被写界深度の定義は同様であり、遠点側で錯乱円の直径がＫ・Ｐと一致する被写体の位置を遠点と呼ぶ。今後は遠点の位置を、前側焦点位置からＸＦの位置として表す。
【００２８】
被写体が近点にある時の撮像面における錯乱円の直径は、光学系の開口数ＮＡ’＝ｓｉｎ（ｕ’）(ここでｕ’は図３に示す撮像面へ入射する光線と光軸のなす角)を用いて、錯乱円の直径＝２（ＸＮ’−ＸＢ’）・ＮＡ’と近似することができる。
【００２９】
近点で錯乱円の直径はＫ・Ｐに一致するため、下式（２）が成り立つ。
【００３０】
2(XN’-XB’)・NA’=K・P  ・・・・・（２）
【００３１】
Ｆナンバーと開口数の関係式である下式（３）を用いて上式（２）を変形すると、下式(４)となる。ここでＦは光学系のＦナンバーである。
【数１】
2011193983.tif 000003
【００３２】
XN’-XB’=K・P・F  ・・・・・（４）
【００３３】
さらに(１)式で示したニュートンの式を用いて(４)式を変形すると、(５)式に示す近点側の被写界深度の関係式が成立する。
【数２】
2011193983.tif 000004
【００３４】
近点側と同様の方法で遠点側の被写界深度の関係式を算出すると以下の(６)式のようになる。
【数３】
2011193983.tif 000005
【００３５】
上式(５)、(６)はさらに以下のように変形でき、これらを用いて近点の位置ＸＮ及び遠点の位置ＸＦを算出できる。
【数４】
2011193983.tif 000006
【数５】
2011193983.tif 000007
【００３６】
上式（７）、（８）は光学系の焦点距離ｆ、ＦナンバーＦ、係数Ｋ、フォーカス位置ＸＢが一定の場合、撮像装置の分解能Ｋ・Ｐが小さくなるに従って近点及び遠点がフォーカス位置に近づき、被写界深度の幅が狭くなることを示している。
【００３７】
逆に撮像装置の分解能Ｋ・ＰのＫ、或いはＦナンバーＦを大きく設定すれば、被写界深度の幅は広くできる事を示している。本実施形態においては、Ｋは一定であり、Ｆを変化させることで被写界深度を変化させる手法について考える。
【００３８】
次に、許容錯乱円とエアリーディスクの関係について説明する。図４に示すように許容錯乱円の大きさＫ・Ｐよりも、エアリーディスク径ｄが小さい場合は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、被写界深度は上述の考え方によって求めることができる。
【００３９】
一方、図６に示すように許容錯乱円の大きさＫ・Ｐよりも、エアリーディスク径ｄが大きい場合は、被写界深度はＫ・Ｐではなくｄによって決められる。図から明らかなように錯乱円の大きさはｄ以上になるため、焦点が合っている状態であっても、Ｋ・Ｐ以下になることがないからである。つまり、このときの許容錯乱円の大きさはＫ・Ｐではなくｄになると言ってもよい。
【００４０】
許容錯乱円が大きくなるため、分解能は低くなる（解像度が落ちる）ことになるが、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、被写界深度は広くすることが可能になる。
【００４１】
本出願人は、Ｋ・Ｐよりもｄが大きい場合を第１の観察モード、Ｋ・Ｐよりもｄが小さい場合を第２の観察モードとし、２つの観察モードを用いることで、撮像装置の能力を最大限生かした解像度の画像を取得しつつ、パンフォーカス（被写界深度が広い状態）を実現する手法を提案している。
【００４２】
具体的には、第１の観察モードにおいては、Ｆナンバーを大きくし（絞りを絞り）、あえて回折限界による影響を大きくすることで、解像度は低下するが被写界深度を広くするモードを実現している。また、第２の観察モードにおいては、Ｆナンバーを小さくし、回折限界による影響を受けない状態にすることで、被写界深度は狭いが、撮像装置により決められる高解像度の画像を取得するモードを実現している。
【００４３】
第１の観察モード及び第２の観察モードを表したものが図８である。例えばｄ＝Ｋ・Ｐとなる点を境に、第１の観察モードか第２の観察モードかが決定される。
【００４４】
パンフォーカスを実現するに当たって、第１の観察モードを利用することの利点についてさらに説明する。
【００４５】
第１の観察モードと第２の観察モードの境界でのＦナンバーをＦ’としたとき、Ｆナンバーと許容錯乱円の関係は図９に示したようになる。ＦがＦ’よりも小さい場合には、許容錯乱円の大きさはＫ・Ｐで一定である。また、ＦがＦ’よりも大きい場合には、許容錯乱円の大きさはｄで決まるが、図８に示したようにｄはＦが大きくなるに従い大きくなる性質を持つため、図９のように第１の観察モードではＦが大きくなるに従い許容錯乱円も大きくなる。
【００４６】
上述したように被写界深度幅はＦナンバーが大きくなるほど広くなる性質があり、また、許容錯乱円が大きくなるほど広くなる。つまり、被写界深度幅とＦナンバーの関係を図示すると図１０のようになる。ＦがＦ’よりも小さい（第２の観察モード）の場合には、Ｆが大きくなるに従い、Ｆナンバーの増大の影響で、ある傾きＳ１で被写界深度幅も大きくなる。そしてＦがＦ’よりも大きい（第１の観察モード）の場合には、Ｆナンバーの増大の影響と、許容錯乱円の増大の影響の両方を受けるために、Ｓ２＞Ｓ１となる傾きＳ２で被写界深度幅は大きくなる。
【００４７】
よって回折限界の影響を受けないモード（第２の観察モード）のみを用いた場合に比べ、Ｆナンバーの増大に対する被写界深度幅の増大率を大きくすることが可能になる。そのため、ある被写界深度幅が必要になったとき、第２の観察モードのみを用いた場合に比べ、小さいＦナンバーでその被写界深度幅を実現することが可能になる。これを図示したものが図１１である。被写界深度幅Ｄが必要なとき、第２の観察モードのみを用いた場合はＦナンバーをＦ２にする必要があるが、第１の観察モードを用いれば、Ｆ１＜Ｆ２となるＦ１を用いて実現できる。
【００４８】
つまり、同じ被写界深度幅Ｄを実現する際に、小さいＦナンバーを用いることができるため、より明るい画像を得ることが可能になる。これは、内視鏡システムにおける狭帯域光観察（例えばＮＢＩ等）など、元々の光量が少なく、暗い画像になりがちなシステムにおいては特に効果を発揮することになる。
【００４９】
以上の手法を実現するために本実施形態の内視鏡システムは、撮像部と、観察モードを設定する観察モード設定部と、観察モードに基づいて絞り状態を選択制御する絞り制御部と、画像処理部とを含む。第１の観察モードにおいては、絞り制御部は、絞りを絞り（Ｆナンバーを大きくし）撮像素子の能力をフルに発揮した場合よりも解像度が低くなる状態に制御する。また、第２の観察モードにおいては、絞りを開き、撮像素子の能力をフルに発揮した解像度を実現する絞り状態を選択する。
【００５０】
これにより、複数の観察モードを設定した上で、観察モードに応じた絞り状態を選択することが可能になる。具体的には、第１の観察モードでは、あえて回折限界の影響を大きくすることで、解像度は落ちるものの被写界深度幅を広くすることが可能な、Ｆナンバーの大きい状態を設定できる。また、第２の観察モードでは、回折限界の影響を受けないようにすることで、被写界深度幅は狭いが、撮像素子の能力をフルに発揮する解像度の画像を取得可能な、Ｆナンバーの小さい状態を設定できる。
【００５１】
また、本実施形態は、観察モードを設定し、第１の観察モードの場合には、絞りを絞り（Ｆナンバーを大きくし）撮像素子の能力をフルに発揮した場合よりも解像度が低くなる状態を選択し、第２の観察モードにおいては、絞りを開き、撮像素子の能力をフルに発揮した解像度を実現する絞り状態を選択する制御方法であってもよい。
【００５２】
これにより、内視鏡システムにとどまらず、制御方法にも本実施形態の手法を適用し、上述の効果を得ることが可能になる。
【００５３】
また、本実施形態は内視鏡システムに限定されるものではなく、撮像装置に用いられてもよい。具体的には、撮像部と、観察モードを設定する観察モード設定部と、観察モードに基づいて絞り状態を選択制御する絞り制御部とを含む撮像装置である。そして、絞り制御部は、第１の観察モードにおいては、絞りを絞り（Ｆナンバーを大きくし）撮像素子の能力をフルに発揮した場合よりも解像度が低くなる状態に制御し、また、第２の観察モードにおいては、絞りを開き、撮像素子の能力をフルに発揮した解像度を実現する絞り状態を選択する。
【００５４】
これにより、内視鏡システムにとどまらず、一般的な撮像装置にも本実施形態の手法を適用し、上述の効果を得ることが可能になる。
【００５５】
また、本出願人は、観察モードに応じたノイズ低減処理及び輪郭強調処理の手法も提案している。詳細は第１の実施形態において説明する。一方、第２の実施形態においては、第１の実施形態に加え、通常光画像と特殊光画像を取得し、特殊光画像から病変部を検出した上で、通常光画像の病変部を強調表示する手法について説明する。
【００５６】
２．第１の実施形態
【００５７】
図１２は第１の実施形態の内視鏡システム（撮像装置）の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の内視鏡システムは光源部１００と撮像部２００とプロセッサ部３００と表示部４００と外部Ｉ／Ｆ部５００を含む。
【００５８】
光源部１００は白色光源１０１と、複数の分光透過率を持った回転色フィルタ１０２と、回転色フィルタ１０２を駆動させる回転駆動部１０３と、回転色フィルタ１０２からの分光特性を持った光をライトガイドファイバ２０１の入射端面に集光させる集光レンズ１０４を含む。
【００５９】
回転色フィルタ１０２は例えば図１３に示すように三原色の赤の色フィルタ６０１と緑の色フィルタ６０２と青の色フィルタ６０３と回転モータ８０３とから構成されている。これら３つの色フィルタの分光特性は図１４に示した通りである。
【００６０】
回転駆動部１０３はプロセッサ部３００の制御部３０２からの制御信号に基づき撮像素子２０８の撮像期間と同期して回転色フィルタ１０２を所定回転数で回転させる。例えば色フィルタを１秒間に２０回転させると、各色フィルタは６０分の１秒間隔で入射白色光を横切る事になり、撮像素子２０８は６０分の１秒間隔で３原色の各色光（Ｒ或はＧ或はＢ）での反射光の画像データの撮像と転送を完了することになる。ここで撮像素子２０８はモノクロ用とする。つまりＲ画像データ、Ｇ画像データ、Ｂ画像データが６０分の１秒間隔で面順次で撮像される内視鏡システムの例となる。
【００６１】
撮像部２００は例えば体腔への挿入を可能にするため細長くかつ湾曲可能に形成されている。撮像部２００には、光源部１００で集光された光を導くためのライトガイドファイバ２０１と、該ライトガイドファイバ２０１により先端まで導かれてきた光を拡散させて観察対象に照射する照明レンズ２０２と、観察対象から戻る反射光を集光する対物レンズ２０３と、可変絞り制御部２０４と可変絞り２０５と焦点位置制御部２０６と焦点位置調整レンズ２０７と、集光した反射光を検出するための撮像素子２０８と、撮像素子２０８からの光電変換されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２０９と、を備えている。ここで上記撮像素子２０８は前記した通りモノクロ単板撮像素子とし、ＣＣＤやＣＭＯＳ等が利用できる。
【００６２】
プロセッサ部３００は画像処理部３０１と、制御部３０２と、観察モード設定部３０４とから構成される。
【００６３】
表示部４００はＣＲＴや液晶モニタ等の動画表示可能な表示装置である。
【００６４】
外部Ｉ／Ｆ部５００は、この撮像装置に対するユーザーからの入力等を行うためのインターフェースであり、電源のオン／オフを行うための電源スイッチ、撮影操作を開始するためのシャッタボタン、撮影モードやその他各種のモードを切り換えるためのモード切換ボタンなどを含んで構成されている。そして、この外部Ｉ／Ｆ部５００は、入力された情報を制御部３０２へ出力するようになっている。
【００６５】
次に撮像部２００の構成要素である可変絞り制御部２０４と可変絞り２０５、焦点位置制御部２０６と焦点位置調整レンズ２０７と制御部３０２の関係についてその詳細を説明する。まず本実施例の内視鏡システムの２つの観察モードから説明する。その２つの観察モードの１つは高深度低解像度となる遠景観察モードであり、もう１つは低深度高解像度となる近接観察モードである。
【００６６】
このような２つのモードを切り替える為に制御部３０２は外部Ｉ／Ｆ部５００のモード切換ボタンによるユーザーからのモード切換要求に基づき可変絞り制御部２０４と焦点位置制御部２０６に制御信号を出力する。可変絞り制御部２０４では受信した制御信号を基に可変絞り２０５の絞り量を制御し、焦点位置制御部２０６では、入力された制御信号を基に焦点位置調整レンズ２０７を制御する。
【００６７】
具体的には図１５（Ｂ）に示すように近接観察モードを選択した場合には絞りを開けてレンズ開口を大きくし、その許容錯乱円を撮像素子２０８の限界解像度が得られる状態に設定する。更に予め決定された所定の焦点位置となるように焦点位置制御部２０６は焦点位置調整レンズを稼動させる。これにより被写界深度は狭く限定されるが所定の焦点位置では撮像素子の性能をフル活用した高解像度の画像を得ることができる。
【００６８】
一方、図１５（Ａ）に示すように遠景観察モードを選択した場合は絞りを絞ってレンズ開口を小さくし、実用的な解像度と被写界深度が得られる許容錯乱円の大きさに設定する。ここで実用的な解像度とは撮像素子２０８の限界解像度は得られないが例えば１世代前の古い製造プロセスで作成された撮像素子相当の解像度であり、例えば撮像素子２０８の画素ピッチに対して１.５〜２倍相当の解像度という意味である。更に実用的な被写界深度を得る為の焦点位置となるように焦点位置制御部２０６は焦点位置調整レンズを稼動させる。
【００６９】
このような２つのモードを設定しなくてはならない理由は、内視鏡としての実用的な被写界深度を得る為に光学系の絞りを絞っていくと、小開口化に伴う回折限界の影響により結像時の錯乱円が撮像素子２０８の画素ピッチに対して小さくできなくなる事に起因する。
【００７０】
つまり近年、半導体製造プロセスの微細化が進み、小画素ピッチで且つ高画素化（画素ピッチに対して像高がある素子サイズ）となった撮像素子の場合、絞りを絞ると回折限界の影響を強く受けるようになっている。特に内視鏡システムにおいては実用的な観察距離の中で焦点が合っている状態（パンフォーカス）が好ましく、その被写界深度を得るために絞りを絞る必要性からこの回折限界の影響を無視できなくなっているためである。
【００７１】
次に画像処理部３０１の詳細について図１６のブロック図に基づいて説明する。画像処理部３０１はプレ処理部３１０と、選択部３１１と、第１ノイズ低減処理部３１２と、同時化処理部３１３と、色処理部３１４と、階調変換処理部３１５と、第２ノイズ低減処理部３１６と、輪郭強調処理部３１７と、から構成されている。
【００７２】
続いて各構成部間のデータの流れを説明する。Ａ／Ｄ変換部２０９から出力された画像データは画像処理部３０１のプレ処理部３１０に入力される。プレ処理部３１０には制御部３０２に予め保存されているＯＢクランプ値、ゲイン補正値、ＷＢ係数値が更に入力され、それらの入力値に基づき画像データにＯＢクランプ処理、ゲイン補正、ＷＢ処理が施され、選択部３１１へ出力される。
【００７３】
選択部３１１には更に制御部３０２からの観察モード情報が入力され、前記観察モード情報が遠景観察モードの場合は入力される画像データを第１ノイズ低減処理部３１２へ出力し、近接観察モードの場合は同時化処理部３１３へ出力する。ここで入力される画像データのＭＴＦ（空間周波数特性）の例を図１７に示す。ＭＴＦ１０００は近接観察モード時のもので、ＭＴＦ１００１は遠景観察モード時のものである。遠景観察モード時は絞りに伴う回折限界の影響で高周波成分が落ちた状態となる。
【００７４】
第１ノイズ低減処理部３１２は、入力される画像データがＭＴＦ１００１の特性である事に鑑み、図１７の周波数特性１００２のローパスフィルタを画像データに作用させる。これによりローパスフィルタの阻止域に対応する帯域にある不必要な高周波ノイズのみをカットする事ができる。
【００７５】
第１ノイズ低減処理部３１２から出力されるノイズ低減された画像データ、或は選択部３１１から出力される画像データが同時化処理部３１３に出力される。
【００７６】
同時化処理部３１３は、時系列で入力されるＲ画像データ、Ｇ画像データ、Ｂ画像データを保持するバッファメモリを有し、新しく入力される色信号の画像データのみ置き換えることで１画素あたりＲＧＢ信号からなるカラー画像データを生成し色処理部３１４に出力する。
【００７７】
色処理部３１４は、入力されるカラー画像データを出力モニタの色域に対応する色空間に変換し階調変換処理部３１５に出力する。前記色域は例えばｓＲＧＢである。
【００７８】
階調変換処理部３１５は、色変換済みのカラー画像データを表示部４００の出力階調特性を打ち消すγ特性を作用させた例えば８ビットの階調変換後のカラー画像データに変換し、第２ノイズ低減処理部３１６に出力する。
【００７９】
第２ノイズ低減処理部３１６は入力されるカラー画像データから例えばラプラシアンピラミッド型の多重解像度画像を生成し、それぞれ異なる解像度画像に対して独立に所定の低減量となるノイズ低減処理を行う。ラプラシアンピラミッドによる処理の詳細を図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）に示す。図１８（Ａ）に示すように、ローパスフィルタをかけていないデータとローパスフィルタをかけたデータの差分をとることで、図１８（Ｂ）に示すようにデータを複数の空間周波数帯域に分離することができる。
【００８０】
これにより低周波ノイズ（色ノイズ等）を低減する事が可能となる。特に制御部３０２からの観察モード情報の入力に基づき、上記多重解像度画像に対するノイズ低減量の比率を変更するようにしても良い。例えば遠景観察モード時には、信号の高周波成分が落ちているため、高周波画像はノイズの成分が多いと判断し、高周波画像に対するノイズ低減量を近接観察モード時よりも増大させる事が考えられる。図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）の例で言えば、遠景観察モード時には、帯域１及び２に比べて、帯域３に対するノイズ低減処理の強度を強く（ノイズ低減量を大きく）することでノイズ低減効果を高めることが期待される。第２のノイズ低減がなされたカラー画像データは輪郭強調処理部３１７に出力される。
【００８１】
輪郭強調処理部３１７には第２のノイズ低減がなされたカラー画像データの他に、制御部３０２から観察モード情報が入力され、前記観察モード情報に基づき異なる輪郭強調処理が施された輪郭強調済みカラー画像データが表示部４００に出力される。
【００８２】
続いて輪郭強調処理部３１７の詳細を図１９のブロック図、及び図２０の強調周波数特性を基に説明する。
【００８３】
輪郭強調処理部３１７は選択部３２１、第１周波数帯域抽出部３２２、第２周波数帯域抽出部３２３、ゲイン係数決定部３２４、乗算器３２５、加算器３２６から構成される。
【００８４】
続いて各構成部間のデータの流れを説明する。第２ノイズ低減処理部３１６から出力されるカラー画像データは選択部３２１に入力され、制御部３０２からの観察モード情報が遠景観察モードの場合は第１周波数帯域抽出部３２２に、近接観察モードの場合は第２周波数帯域抽出部３２３に出力選択される。
【００８５】
第１周波数帯域抽出部３２２では、図２０の強調周波数特性１１０１に対応するバンドパスフィルタが用意されており、入力されるカラー画像データに対してフィルタ処理される。抽出された第１の輪郭画像は乗算器３２５に出力される。
【００８６】
第２周波数帯域抽出部３２３では、図２０の強調周波数特性１１００に対応するバンドパスフィルタが用意されており、入力されるカラー画像データに対してフィルタ処理される。抽出された第２の輪郭画像は乗算器３２５に出力される。
【００８７】
これは、近接観察モードにおいては高周波成分を強調すればいいのに対し、遠景観察モードでは、高周波成分の信号は落ちているため、強調すべき輪郭の情報は近接観察モードに比べて周波数の低い帯域にあると考えられるためである。
【００８８】
ゲイン係数決定部３２４は制御部３０２から出力された強調レベル情報を、前記第１周波数帯域抽出部３２２、或は第２周波数帯域抽出部３２３で抽出された特定周波数の輪郭画像の増幅量に変換し乗算器３２５に出力する。
【００８９】
乗算器３２５は、第１周波数帯域抽出部３２２、或は第２周波数帯域抽出部３２３で抽出された特定周波数の輪郭画像と、ゲイン係数決定部３２４から出力された増幅量とを乗算し、増幅された輪郭画像が加算器３２６に出力される。
【００９０】
加算器３２６は、輪郭強調処理部３１７に入力されるカラー画像データに前記輪郭画像が加算された輪郭強調画像が生成され、輪郭強調画像データが表示部４００に出力される。
【００９１】
以上のように、第１の実施形態によれば、複数の観察モードに基づきその異なる周波数特性に適した画像処理を行うことで、各観察モードにおいて高画質な撮像画像を得る事ができ、目的に応じて最適な観察が可能となる。
【００９２】
特に撮像素子の微細化に伴い画素ピッチに対して光学系の絞りに基づく回折限界の影響により撮像素子本来の解像度が得られないような場合でも広被写界で低解像度モードと狭被写界深度で高解像度モードを設定する事で本来撮像素子が持つ最大解像度の画像で観察する事ができるようになる。
【００９３】
以上の本実施形態では、画像処理部３０１は、第１の観察モードの場合は、第２の観察モードの場合に比べて、より高周波を低減する画像処理を行う。
【００９４】
これにより、第１の観察モードにおいて、効率的にノイズを低減することが可能になる。これは、第１の観察モードにおいては、回折限界の影響を受けることで、解像度が低下しており、高周波成分の信号が落ちているためである。つまり、高周波成分がある場合にはそれはノイズである可能性が高いため、高周波を低減したとしても、信号値には影響が少ないと考えられる。具体的にはローパスフィルタをかける処理を行う。
【００９５】
また、画像処理部３０１は、第１の観察モードの場合は、第２の観察モードの場合に比べて、ノイズ低減量を大きくする画像処理を行う。
【００９６】
これにより、第１の観察モードにおいて、効率的にノイズを低減することが可能になる。第１の観察モードにおいて、高周波成分の信号が落ちていることに起因するのは上述の考え方と同様である。具体的には図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）に示したようなラプラシアンピラミッドを適用して複数の帯域に分割する処理を行う。そして図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）の例においては帯域３に対して、ノイズ低減量を大きくする処理を行う。
【００９７】
また、画像処理部３０１は、第２の観察モードにおいては、所定の高周波帯域を強調する輪郭強調処理を行い、第１の観察モードにおいては、第２の観察モードに比べて低い周波数帯域を強調する輪郭強調処理を行う。
【００９８】
これにより、観察モードに応じた効率的な輪郭強調処理を行うことが可能になる。第１の観察モードにおいて、高周波成分の信号が落ちていることに起因するのは上述の考え方と同様である。具体的には、図２０に示したように、第２の観察モードにおいては１１００を強調するのに対して、第１の観察モードでは１１０１を強調する処理を行う。
【００９９】
また、第１の観察モードとは遠景観察モードであり、第２の観察モードとは近接観察モードであってもよい。
【０１００】
これにより、各モードの特性を考慮した上で用途を決定することが可能になる。第１の観察モードは被写界深度幅を広くとることができる。そのため、内視鏡システムにおいては、管状の器官の中で病変部のサーチをしている状況等の、近くから遠くまでピントが合っていることが望ましい遠景観察モードに利用することが考えられる。また、第２の観察モードにおいては、病変部を見つけた後に、見つけた病変部に正対して観察するような、被写界深度幅よりも解像度が優先される近接観察モードに利用することが考えられる。
【０１０１】
３．第２の実施形態
【０１０２】
図２１は第２実施の形態の内視鏡システム（撮像装置）の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の内視鏡システムは、光源部１００と撮像部２００とプロセッサ部３００と表示部４００と外部Ｉ／Ｆ部５００を含む。基本的な構成については第１の実施形態と同様であるので、同一の構成に関しては詳細な説明は省略し、異なる構成の詳細を以下に示す。
【０１０３】
まず光源部１００に対しては回転色フィルタ１０２が異なる。その構成は図２２に示す通りであり、白色光の分光透過率を示す色フィルタ８０１と、特殊光としての狭帯域の分光透過率を示す色フィルタ８０２と、回転モータ８０３と、から構成されている。色フィルタ８０１は図２３に示すように例えば３８０ｎｍから６５０ｎｍまでの波長の光を透過する分光特性を有している。色フィルタ８０２の分光特性は図２４に示すようにＢ２が３９０〜４４５ｎｍ、Ｇ２が５３０〜５５０ｎｍの波長帯域の光を透過させる透過率特性を有している。
【０１０４】
続いて撮像部２００に対しては撮像素子２０８が異なり、図２５（Ａ）に示すベイヤ配列の原色単板素子を用いる。
【０１０５】
更にプロセッサ部３００に対しては新しくフォーカス位置制御部３０３が追加され、更に画像処理部３０１の詳細が異なり、制御部３０２の制御内容が前記フォーカス位置制御部３０３の追加、及び回転色フィルタ１０２の違いに伴い変更されている。
【０１０６】
それでは画像処理部３０１の詳細を図２６のブロック図に基づき説明する。画像処理部３０１はプレ処理部３５０、選択部３１１、第１ノイズ低減処理部３５１、同時化処理部３５２、色処理部３５３、階調変換処理部３１５、第２ノイズ低減処理部３５４、輪郭強調処理部３１７、選択部３５５、病変位置検出部３５６、表示画像生成部３５７から構成されている。
【０１０７】
続いて各構成部間のデータの流れを説明する。Ａ／Ｄ変換部２０９から出力された画像データは画像処理部３０１に入力され、プレ処理部３５０にて各色信号に対応した制御部３０２に予め保存されているＯＢクランプ値、ゲイン補正値、ＷＢ係数値が入力され、それらの入力値に基づきＯＢクランプ処理、ゲイン補正、ＷＢ処理が施され、選択部３１１へ出力される。
【０１０８】
選択部３１１には更に制御部３０２からの観察モード情報が入力され、この観察モード情報が遠景観察モードの場合は入力される画像データを第１ノイズ低減処理部３５１へ出力し、近接観察モードの場合は同時化処理部３５２へ出力する。ここで入力される画像データのＭＴＦ（空間周波数特性）の例を図１７に示す。ＭＴＦ１０００は近接観察モード時のもので、ＭＴＦ１００１は遠景観察モード時のものである。遠景観察モード時は絞りに伴う回折限界の影響で高周波成分が落ちた状態となる。
【０１０９】
第１ノイズ低減処理部３５１は、入力される画像データがＭＴＦ１００１の特性である事を鑑み、図１７の周波数特性１００２のローパスフィルタを図２５（Ｂ）に示した各色信号（この図はＲ信号）からなる画像データに作用させる。これにより前記ローパスフィルタの阻止域に対応する帯域の高周波ノイズのみカットする事ができる。
【０１１０】
第１ノイズ低減処理部３５１から出力されるノイズ低減された画像データ、或は選択部３１１から出力される画像データは同時化処理部３５２へ出力される。
【０１１１】
同時化処理部３５２には、更に制御部３０２から照明光の種類（白色光か、特殊光か）情報が入力され、ベイヤ配列に基づき１画素あたり２つの欠落している信号を前記照明光の種類情報に応じて異なる補間処理により生成することで１画素あたりＲＧＢ信号からなるカラー画像データを生成し、色処理部３５３に出力する。
【０１１２】
色処理部３５３には、更に制御部３０２から照明光の種類（白色光か、特殊光か）情報が入力され、入力されるカラー画像データの照明光が白色光である場合は出力モニタの色域に対応する色空間に変換し、特殊光である場合には所定の擬似カラーに変換し、階調変換処理部３１５に出力する。前記色域は例えば色空間の国際標準規格であるsＲＧＢ（standard RGB）である。
【０１１３】
階調変換処理部３１５は、色変換済みのカラー画像データを表示部４００の出力階調特性を打ち消すγ特性を作用させた例えば８ビットの階調変換済みのカラー画像データに変換し、第２ノイズ低減処理部３５４に出力する。
【０１１４】
第２ノイズ低減処理部３５４には、更に制御部３０２から照明光の種類（白色光か、特殊光か）情報と撮像モード情報が入力され、入力されたカラー画像データから例えばラプラシアンピラミッド型の多重解像度画像を生成し、それぞれ異なる解像度画像に対して前記照明光の種類と撮像モード情報に応じて独立に所定の低減量となるノイズ低減処理を行う。これにより低周波ノイズ（色ノイズ等がそれに当たる）を低減すると共に特殊光時の光量不足に伴うノイズ増を打ち消す強力なノイズ低減を行う事が可能となる。第２のノイズ低減がなされたカラー画像データは輪郭強調処理部３１７に出力される。
【０１１５】
輪郭強調処理部３１７はノイズ低減されたカラー画像データの他に、制御部３０２からの観察モード情報が入力され、第１の実施形態と同様に観察モード情報に基づき異なる輪郭強調処理が施された輪郭強調済みカラー画像データは、選択部３５５に出力される。ここで制御部３０２からは更に照明光の情報が入力されても良く、照明光により強調量を変更するようにしても良い。
【０１１６】
選択部３５５には、更に制御部３０２から照明光の情報が入力され、照明光が特殊光のカラー画像データは病変位置検出部３５６に出力され、照明光が白色光のカラー画像データは表示画像生成部３５７に出力される。以後、特殊光の照明光による照射で得られた、特定波長帯域における情報を有する被写体像を含むカラー画像データを特殊光画像と記す。また、白色光の照明光による照射で得られた、白色光の波長帯域における情報を有する被写体像を含むカラー画像を白色光画像と記す。
【０１１７】
病変位置検出部３５６は入力される特殊光画像に対して所定色相の領域を抽出し、前記抽出領域で連結する領域をグルーピングして、そのグルーピング後の面積が所定閾値以上か判定を行なう。面積が所定閾値以上と判定された場合には、グルーピング領域を囲む矩形、或は円形領域を病変領域として設定し、表示画像生成部３５７、及びフォーカス位置制御部３０３に病変位置として出力する。ちなみに病変位置が複数検出された場合は、例えば最大面積となる病変を選択し、更に複数残った場合は画面中央近くに位置する方を選択するようにして１つに絞る。
【０１１８】
表示画像生成部３５７は、入力される病変領域と白色光画像、及び制御部３０２からの表示モード情報を基に後述する表示画像を生成し、表示部４００、及びフォーカス位置制御部３０３に出力する。フォーカス位置制御部３０３は制御部３０２にて観察モード情報として近接観察モードが通知された場合、もしくは病変位置検出部３５６にて病変位置が通知された場合にのみ有効に機能する。
【０１１９】
続いて表示画像生成部３５７についての詳細を図２７に基づき説明する。
【０１２０】
表示画像生成部３５７は選択部３６０と領域抽出部３６１と電子ズーム部３６２と領域枠合成部３６３から構成される。
【０１２１】
次に各構成部間のデータの流れを説明する。選択部３５５から出力される白色光画像は選択部３６０に入力され、制御部３０２からの表示モード情報が病変領域拡大表示モードの場合は、領域抽出部３６１へ、病変領域枠表示モードの場合は領域枠合成部３６３へ振り分ける。
【０１２２】
領域抽出部３６１は白色光画像に対して病変位置検出部３５６から出力される病変位置（矩形、或は円形領域）を含む所定領域を抽出し、電子ズーム部３６２に出力する。電子ズーム部３６２は抽出された所定領域を表示部４００の表示画面サイズとなるように電子ズーム処理を行い、表示部４００、及びフォーカス位置制御部３０３に出力する。
【０１２３】
一方、領域枠合成部３６３では、白色光画像に対して病変位置検出部３５６から出力される病変位置（矩形、或は円形領域）を示す矩形枠、或は円形枠をその対応位置にスーパーインポーズして表示部４００、及びフォーカス位置制御部３０３に出力する。
【０１２４】
ここで表示モードは外部Ｉ／Ｆ部５００からの切換スイッチによりユーザーにて選択されるが、特に病変領域拡大表示モードが選択された場合は、制御部３０２を介して可変絞り制御部２０４に可変絞り２０５を開くように制御を行なう。つまり病変領域拡大表示モード時は近接観察モードとなり被写界深度は狭いが高解像度が得られるので、電子ズームで拡大しても遠景観察モード時と比べて遜色無い解像感の画像を表示する事ができる。この場合は、以下に説明するオートフォーカスが機能する事が望ましいが、固定焦点であっても近接観察時に使用を限定すれば実用的な使用感を得る事が出来る。
【０１２５】
最後にフォーカス位置制御部３０３についての詳細を図２８に基づき説明する。
【０１２６】
フォーカス位置制御部３０３は領域抽出部３６４、輝度値算出部３６５、コントラスト算出部３６６、レンズ移動量算出部３６７から構成される。
【０１２７】
続いて各構成部間のデータの流れを説明する。表示画像生成部３５７から出力される白色光画像が領域抽出部３６４に入力され、制御部３０２からの表示モード情報と、病変位置検出部３５６からの病変位置に対応する領域を白色光画像から抽出する。ここで病変位置検出部３５６にて病変部が検出されその位置が出力された場合は、領域抽出部３６４を経由して制御部３０２に観察モード情報を切り替えるように切換え情報を通知する。例えば外部Ｉ／Ｆ部５００内の不図示の自動観察モードスイッチをオンに指定している場合には前記観察モード情報を前記切換え情報に基づき切り換える。例えば病変位置検出部３５６にて病変が検出された場合には近接観察モードに切換え、病変が検出されなくなったら遠景観察モードに切換えるように制御される。一方、上記自動観察モードスイッチをオフに設定した場合にはユーザーが近接観察モードに設定しない限りフォーカス位置制御部３０３は機能しない。
【０１２８】
病変位置検出部３５６にて病変位置が出力された場合は領域抽出部３６４にて抽出された病変領域は輝度値算出部３６５にてカラー画像データから輝度値に変換され、コントラスト算出部３６６に出力される。
【０１２９】
コントラスト算出部３６６は領域内の輝度値の最大最小値を算出してコントラスト値とし、算出されたコントラスト値はコントラスト算出部３６６が備える不図示のメモリに時系列データとして複数フレーム分のコントラスト値が保存される。前記メモリに格納されている少なくとも３つのコントラスト値は、レンズ移動量算出部３６７に出力される。
【０１３０】
レンズ移動量算出部３６７には不図示のメモリに焦点位置調整レンズ２０７の調整位置が保存されており、入力される少なくとも３つのコントラスト値と対応付けられた調整位置から合焦位置となるレンズ調整位置を算出し制御部３０２に出力する。制御部３０２は算出されたレンズ調整位置を焦点位置制御部２０６に出力し、焦点位置制御部２０６は焦点位置調整レンズ２０７を移動させる事で病変位置に対するオートフォーカスを実現する事が可能となる。
【０１３１】
以上のように第２の実施形態によれば、遠景観察モードと近接観察モードの２つの観察モードを病変検出結果に基づき自動的に切換える事ができ、また近接観察モードが選択された場合には病変位置に自動で合焦する事ができるのでモード切換の煩わしさから開放され、病変の診断により集中する事ができる。更に検出した病変位置を含む領域を電子ズームで拡大表示する場合は高解像度な近接観察モードに自動で切り換るので、電子ズームによるボケ感が助長することなく遠景観察モード時と同等の解像感を持った高画質な画像により病変の診断をする事ができる。
【０１３２】
以上の本実施形態では、撮像画像から病変位置を検出する病変位置検出部を含み、病変位置が検出された場合には、観察モード設定部３０４は、観察モードを第２の観察モードに設定する。
【０１３３】
これにより、病変部が検出された場合には、第２の観察モード（被写界深度幅は狭いが、高解像度）に設定することが可能になる。これは、病変部が検出された場合には、広範囲を観察するのではなく、病変部を中心とした狭い範囲を観察することが予想されるためである。
【０１３４】
また、画像処理部３０１は、白色光よりも狭帯域である特定波長帯域における情報を有した被写体像を含む第１の撮像画像を取得し、取得した第１の撮像画像に基づいて、病変位置検出部３５６は病変位置を検出する。
【０１３５】
これにより、狭帯域光観察により、病変部を検出することが可能になる。具体的には例えば、ＮＢＩモードを用いた場合には、扁平上皮癌等の特定の病変が褐色で表示されるなど、白色光による観察に比べ、狭帯域光による観察では特定の病変の視認性を高めることができる。よって、狭帯域光を用いることで効果的に病変位置を検出することが可能になる。
【０１３６】
また、フォーカス位置制御部３０３を含み、観察モードが第２の観察モードである場合に、焦点位置の制御を行ってもよい。具体的には予め決められた固定の位置に焦点を合わせてもよいし、病変位置に焦点を合わせてもよい。
【０１３７】
これにより、焦点位置を制御することが可能になり、被写界深度幅の狭い第２の観察モードにおいても、被写体に対して適切にピントを合わせることができる。具体的には第２の観察モードにおける平均的な焦点位置を決めておき、そこに焦点を合わせても十分実用に足ると考えられる。また、前述の病変位置検出部３５６が病変部を検出した場合には、病変部を中心とした領域を観察すると考えられるため、病変位置に焦点を合わせてもよい。
【０１３８】
また、画像処理部３０１は、前述の第１の画像に加えて、白色光の波長帯域における情報を有した被写体像を含む第２の撮像画像を取得し、第２の撮像画像の所定領域のコントラストに基づいて焦点を合わせてもよい。なお、第２の撮像画像は、第１の撮像画像において検出された病変位置を含む画像である。
【０１３９】
これにより、特殊光画像である第１の撮像画像と、通常光画像である第２の撮像画像とを取得し、第２の画像を用いてコントラスト法により焦点を合わせることが可能になる。
【０１４０】
また、撮像された画像を拡大表示する電子ズーム部３６２を含み、電子ズーム部３６２は、フォーカス位置制御部３０３が焦点を合わせた病変位置の周辺領域を所定倍率で拡大表示してもよい。
【０１４１】
これにより、病変位置を拡大して表示することが可能になり、病変位置をより詳細に観察することができる。なお、電子ズームを行うことで解像度は低下するが、病変位置を検出した際には解像度の高い第２の観察モードを使用しているため、十分実用に耐えうる解像度を実現することができると考えられる。
【０１４２】
また、画像処理部３０１は、特殊光画像である第１の撮像画像と、通常光画像である第２の撮像画像を取得する。ここで、第１の撮像画像および第２の撮像画像は生体内を写した生体内画像である。生体内画像に含まれる特定波長帯域とは、血液中のヘモグロビンに吸収される波長の波長帯域である。このヘモグロビンに吸収される波長は、例えば３９０ｎｍ〜４４５ｎｍ（狭帯域光のＢ２成分）、または５３０ｎｍ〜５５０ｎｍ（狭帯域光のＧ２成分）である。
【０１４３】
これにより、ＮＢＩ（Narrow Band Imaging）と呼ばれる狭帯域光観察が可能になり、生体の表層部及び、深部に位置する血管の構造を観察することができる。また得られた信号を特定のチャンネル（Ｇ２→Ｒ、Ｂ２→Ｇ，Ｂ）に入力することで、扁平上皮癌等の通常光では視認が難しい病変などを褐色等で表示することができ、病変部の見落としを抑止することができる。なお、３９０ｎｍ〜４４５ｎｍまたは５３０ｎｍ〜５５０ｎｍとは、ヘモグロビンに吸収されるという特性及び、それぞれ生体の表層部または深部まで到達するという特性から得られた波長である。ただし、この場合の波長帯域はこれに限定されず、例えばヘモグロビンによる吸収と生体の表層部又は深部への到達に関する実験結果等の変動要因により、波長帯域の下限値が０〜１０％程度減少し、上限値が０〜１０％程度上昇することも考えられる。
【０１４４】
また、生体内画像に含まれる特定波長帯域は、蛍光物質が発する蛍光の波長帯域であってもよい。例えば、特定波長帯域は、４９０ｎｍ〜６２５ｎｍの波長帯域であってもよい。
【０１４５】
これにより、ＡＦＩ（Auto Fluorescence Imaging）と呼ばれる蛍光観察が可能となる。励起光（３９０ｎｍ〜４７０ｎｍ）を照射することで、コラーゲンなどの蛍光物質からの自家蛍光（intrinsic fluorescence。４９０ｎｍ〜６２５ｎｍ）を観察することができる。このような観察では病変を正常粘膜とは異なった色調で強調表示することができ、病変部の見落としを抑止すること等が可能になる。なお４９０ｎｍ〜６２５ｎｍという波長は、前述の励起光を照射した際、コラーゲン等の蛍光物質が発する自家蛍光の波長帯域を示したものであり、３９０ｎｍ〜４７０ｎｍという波長は蛍光を発生させるための励起光の波長帯域を示したものである。
【０１４６】
ただし、この場合の波長帯域はこれに限定されず、例えば蛍光物質が発する蛍光の波長帯域に関する実験結果等の変動要因により、波長帯域の下限値が０〜１０％程度減少し、上限値が０〜１０％程度上昇することも考えられる。また、ヘモグロビンに吸収される波長帯域（５４０ｎｍ〜５６０ｎｍ）を同時に照射し、擬似カラー画像を生成してもよい。
【０１４７】
また、生体内画像に含まれる特定波長帯域は、赤外光の波長帯域であってもよい。例えば、特定波長帯域は、７９０ｎｍ〜８２０ｎｍ、または９０５ｎｍ〜９７０ｎｍの波長帯域であってもよい。
【０１４８】
これにより、ＩＲＩ（Infra Red Imaging）と呼ばれる赤外光観察が可能となる。赤外光が吸収されやすい赤外指標薬剤であるＩＣＧ（インドシアニングリーン）を静脈注射した上で、上記波長帯域の赤外光を照射することで、人間の目では視認が難しい粘膜深部の血管や血流情報を強調表示することができ、胃癌の深達度診断や治療方針の判定などが可能になる。なお、７９０ｎｍ〜８２０ｎｍという波長は赤外指標薬剤の吸収がもっとも強いという特性から求められ、９０５ｎｍ〜９７０ｎｍという波長は赤外指標薬剤の吸収がもっとも弱いという特性から求められたものである。ただし、この場合の波長帯域はこれに限定されず、例えば赤外指標薬剤の吸収に関する実験結果等の変動要因により、波長帯域の下限値が０〜１０％程度減少し、上限値が０〜１０％程度上昇することも考えられる。
【０１４９】
なお、以上の説明において、画像処理部３０１は、特殊光画像である第１の撮像画像と、通常光画像である第２の撮像画像の両方を取得するものとしたが、これに限定されるものではない。病変位置の検出及び表示部４００における表示の両方に特殊光画像を用いてもよいし、病変位置の検出及び表示部４００における表示の両方に通常光画像を用いてもよい。
【０１５０】
以上、本発明を適用した２つの実施形態１〜２及びその変形例について説明したが、本発明は、各実施形態１〜２やその変形例そのままに限定されるものではなく、実施段階では、発明の要旨を逸脱しない範囲内で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記した各実施形態１〜２や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成することができる。例えば、各実施形態１〜２や変形例に記載した全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態や変形例で説明した構成要素を適宜組み合わせてもよい。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能である。
【０１５１】
また、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語（例えば、絞りを絞る）と共に記載された用語（例えば、Ｆナンバーを大きくする）は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。
【符号の説明】
【０１５２】
１００  光源部、１０１  白色光源、１０２  回転色フィルタ、１０３  回転駆動部、
１０４  集光レンズ、２００  撮像部、２０１  ライトガイドファイバ、
２０２  照明レンズ、２０３  対物レンズ、２０４  可変絞り制御部、
２０５  可変絞り部、２０６  焦点位置制御部、
２０７  焦点位置調整レンズ、２０８  撮像素子、２０９  Ａ／Ｄ変換部、
３００  プロセッサ部、３０１  画像処理部、３０２  制御部、
３０３  フォーカス位置制御部、３０４  観察モード設定部、３１０  プレ処理部、
３１１  選択部、３１２  第１ノイズ低減処理部、３１３  同時化処理部、
３１４  色処理部、３１５  階調変換処理部、３１６  第２ノイズ低減処理部、
３１７  輪郭強調処理部、３２１  選択部、３２２  第１周波数帯域抽出部、
３２３  第２周波数帯域抽出部、３２４  ゲイン係数決定部、３２５  乗算器、
３２６  加算器、３５０  プレ処理部、３５１  第１ノイズ低減処理部、
３５２  同時化処理部、３５３  色処理部、３５４  第２ノイズ低減処理部、
３５５  選択部、３５６  病変位置検出部、３５７  表示画像生成部、
３６０  選択部、３６１  領域抽出部、３６２  電子ズーム部、３６３  領域枠合成部、
３６４  領域抽出部、３６５  輝度値算出部、３６６  コントラスト算出部、
３６７  レンズ移動量算出部、４００  表示部、５００  外部Ｉ／Ｆ部、
６０１  色フィルタ、６０２  色フィルタ、６０３  色フィルタ、
８０１  色フィルタ、８０２  色フィルタ、８０３  回転モータ
【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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