(57)【要約】  本発明は、イメージガイドを通じて取得した共焦点画像の解像度を向上させるための方法に関するもので、このイメージガイドの遠位端はイメージガイドによって観察物体内に発射されたレーザ光を集束させるべく光学ヘッドに接続されている。本発明によれば、光学ヘッドの所与の一位置毎に、この方法は：イメージガイドを通じて複数のデータ取得を行う段階と（夫々のデータ取得は、静止したまゝの光学ヘッドに対するイメージガイドの前記遠位端の所与の１つの空間的ずれ毎に行われる）；夫々の取得のデータを点雲に変換する段階と；参照基準として採用した点雲に関して夫々の点雲をリセットする段階と；このようにリセットした点雲を重畳する段階と；この重畳に基づいて最終画像を再構成する段階とを包含する。好ましくは、イメージガイドを変位させるためにイメージガイドの周りに配置された制御された圧電管を使用する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ファイバからなるイメージガイドを通じて取得した共焦点画像の解像度を向上させるための方法であって、このイメージガイドの近位端はイメージガイドの各光ファイバ内へレーザ光を発射すると共にデータ取得時に各戻りビームを受け取るためのレーザ走査装置に接続されており、遠位端はイメージガイドによって観察物体内に発射されたレーザ光を集束させるべく光学ヘッドに接続されており、その特徴は、光学ヘッドの所与の一位置毎に、この方法は以下の段階を包含することからなる：
−イメージガイドを通じて複数のデータ取得を行う段階（夫々のデータ取得は光学ヘッドに対するイメージガイドの前記遠位端の所与の１つの空間的ずれ毎に行われる）、
−夫々のデータ取得のデータを、イメージガイドの各ファイバを通じて物体上で測定された光出力によって権衡された１つの点雲に変換する段階、
−参照基準として採用した１つの点雲に関して夫々の点雲をリセットする段階、
−このようにリセットした複数の点雲を重畳する段階、および、
−この重畳に基づいて最終画像を再構成する段階。
【請求項２】
イメージガイドの存在に起因する人為構造を除去するために、取得したデータを変換する段階の次にフィルターを適用することを特徴とする請求項１に基づく方法。
【請求項３】
リセット段階は以下の段階を包含することを特徴とする請求項１又は２に基づく方法：
−幾何学的な歪みを補正する段階、
−固定点雲と呼ばれる基準点雲を補間することにより、固定画像と呼ばれる基準画像を再構成する段階、
−可動点雲と呼ばれる夫々の他の点雲毎に、可動画像と呼ばれる画像を再構成する段階と、次いで可動画像と固定画像との間で計算された平均二次誤差を最適化する段階。
【請求項４】
平均二次誤差は前記可動点雲の点に対応するピクセルだけを考慮しながら計算することを特徴とする請求項３に基づく方法。
【請求項５】
補間は反復Ｂスプライン近似アルゴリズムからなることを特徴とする請求項３又は４に基づく方法。
【請求項６】
固定点雲は休止位置のイメージガイドの一位置に対応することを特徴とする請求項３から５のいづれかに基づく方法。
【請求項７】
リセット段階は、イメージガイドの変位の較正段階によって得られた所定のずれの距離に応じて点雲をリセットすることからなることを特徴とする請求項１又は２に基づく方法。
【請求項８】
各データ取得毎に、光学ヘッドに関してイメージガイドをずらすために、イメージガイドの遠位端と少なくとも一体的な少なくとも１つの圧電バンドに少なくとも１つの電圧を印可することを特徴とする前記請求項のいづれかに基づく方法。
【請求項９】
請求項７および８に基づく方法であって、前記観察物体に代わりに配置された基準パターンのデータ取得によって得られた限られた数の点雲に以下の段階を適用することにより較正段階を行うことを特徴とする方法：
−幾何学的な歪みを補正する段階、
−固定点雲と呼ばれる基準点雲を補間することにより、固定画像と呼ばれる基準画像を再構成する段階、
−可動点雲と呼ばれる夫々の他の点雲毎に、可動画像と呼ばれる画像を再構成する段階と、次いで可動画像と固定画像との間で計算された平均二次誤差を最適化する段階、
−ずらすために圧電バンドへ印加した電圧に応じて固定画像と可動画像との間で得られたずれの距離を記述する線形モデルを精巧にする段階。
【請求項１０】
４つのバンドを用いてイメージガイドの少なくとも遠位端を囲繞する圧電管を構成したこと、および、イメージガイドの遠位端の各変位毎に、対向する一対の電圧を対向する２つのバンドに夫々印可することを特徴とする請求項８又は９に基づく方法。
【請求項１１】
空間的ずれは、直交する二方向に沿ったイメージガイドの遠位端のほぼ側方並進運動により得られることを特徴とする前記請求項のいづれかに基づく方法。
【請求項１２】
最終画像の再構成段階は、重畳は不規則な点雲と考えられるような反復Ｂスプライン近似アルゴリズムを用いて行うことを特徴とする前記請求項のいづれかに基づく方法。
【請求項１３】
最終画像の再構成段階の次に、最終画像のデコンボリューション段階を行うことを特徴とする前記請求項のいづれかに基づく方法。
【請求項１４】
複数の光ファイバからなるイメージガイドを通じて取得した共焦点画像の解像度を向上させるための装置であって、このイメージガイドの近位端はイメージガイドの各光ファイバ内にレーザ光を発射すると共にデータ取得時に各戻りビームを受け取るためのレーザ走査装置に接続されており、遠位端はイメージガイドによって観察物体内に発射されたレーザ光を集束させるべく光学ヘッドに接続されており、その特徴は、光学ヘッドは同光学ヘッドと一体の光学手段を備え、この装置は更にイメージガイドを囲繞すると共にこのイメージガイドと一体の圧電管を少なくとも前記遠位端に備え、ずれ指令に応答してこの遠位端を光学ヘッドに関して空間的にずらすようになっていることを特徴とする装置。
【請求項１５】
圧電管は夫々が管の四分の一を占める少なくとも４つの独立したセラミックバンドからなることを特徴とする請求項１４に基づく装置。
【請求項１６】
各バンドの内側面および外側面は銀等の金属材料で被覆してあり、対向する２つのバンドに対向する電圧を夫々印加すると横断方向圧電効果により管の遠位端がずれるようになっていることを特徴とする請求項１５に基づく装置。
【請求項１７】
セラミックバンドは直交する二方向へ２つづつ駆動されることを特徴とする請求項１５又は１６に基づく装置。
【請求項１８】
請求項１から１３のいづれかの方法を実施することにより、複数の光ファイバからなるイメージガイドを通じて取得した共焦点画像の解像度を向上させるための装置であって、このイメージガイドの近位端はイメージガイドの各光ファイバ内にレーザ光を発射すると共にデータ取得時に各戻りビームを受け取るためのレーザ走査装置に接続されており、遠位端はイメージガイドによって観察物体内に発射されたレーザ光を集束させるべく光学ヘッドに接続されており、その特徴は、光学ヘッドの所与の一位置毎に、この装置は以下の手段を有することからなる：
−イメージガイドを通じて複数のデータ取得を行う手段、
−夫々のデータ取得毎に、イメージガイドの前記遠位端を光学ヘッドに対して空間的にずらす手段、
−夫々のデータ取得のデータを、イメージガイドの各ファイバを通じて物体上で測定された光出力によって権衡された１つの点雲に変換する手段、
−夫々の点雲をリセットする手段、
−このようにリセットした点雲を重畳する手段、および、
−この重畳に基づいて最終画像を再構成する手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイメージガイドを通じて取得した共焦点画像の超解像度方法および装置、並びにこの方法を実施するための機器に関する。
本発明は医療用イメージングの分野に特に有用な用途を有する。しかしながら、本発明は、例えば機械装置の内部の観察の分野のような、複数の光ファイバからなるイメージガイドを用いてイメージングを行うあらゆる分野に適用可能であるという理由でより広範囲である。
【背景技術】
【０００２】
イメージガイドは画像を得るのを可能にする。この装置は観察すべき物体から遠いレーザ走査、光源、および受像器を回避するのを可能にする。例えば、共焦点画像を得るようになったレーザ走査装置においては、イメージガイドは入口と出口とで光ファイバの配置が同一になった数千本の光ファイバの組立体である。
【０００３】
遠位端（即ち、観察すべき物体に近く、従って、光源から遠い端部）は観察すべき物体内にレーザ光を集束させるように光学素子で構成されたヘッドに接続されている。このようなイメージガイドは、側方解像度をもって、かつ、光学素子の倍率とイメージガイドのコア間距離とイメージガイドの直径とに依存する観察視野をもって、物体を深度に応じて観察するのを可能にする。倍率を変えれば、視野の犠牲において解像度を増減することができる。同様に、類似のイメージガイドだが、コア間距離がより小さなものは、同じ結果を得ることができる。これら２つの場合において、解像度がより低い場合には、イメージングされた視野はやはり減少する。
【０００４】
イメージガイドは有効表面と存在するコアの数との比が装置の解像度を決定するような固定構造体である。同一のイメージング視野について、従って、イメージガイドの同一の表面について、ファイバ相互のコア間距離は物理的および技術的制約を理由として減少させることはできない。先ず、製造上の制約が働く。次に、ガイドの漏話と、可視波長を中心として光をガイドするのを可能にするファイバの光学特性とに関連する物理的制約がある。
【０００５】
このように、光ファイバの束による案内の物理的限界あるので、固定された倍率および視野において最良の解像度を得ることは可能ではない。
【０００６】
ファイバを用いた共焦点イメージングの多くの用途においては、最良の解像度の追究は最重要である。例えば医療の用途においては、細胞又はその構成要素を視るにはこの技術の物理的限界を越えるような解像度を必要とする。
【０００７】
従来型のカメラを用いて行った多数の超解像度の研究が存在し、これらの研究ではサンプリング見取り図は規則的であって、四角形又は長方形の格子に沿って配置されている。これらの研究はサンプリングの空間的規則性を大いに利用している。特に一組のデータ取得から得られたサンプリングが１つの交錯するサンプリングであるような超解像度に関する研究が知られている。例えば以下の刊行物を引用することができる：
H. ShekarforoushおよびR. Chellappa“データ駆動された多重チャンネル超解像度のビデオシーケンスへの応用”Journal of the Optical Society of America A, 16 (3) : 481--492, Mar. 1 999；
R. Kornprobst, R. Peeters, T Vieville, G. Malandain, S. Mierisova, S. Sunaert, および 0. Faugerasand R Van Hecke“MRIにおける超解像度および統計的分析へのその影響”Technical Report No 4513, INRIA, July 2002；
S. Lertrattanapanich および N. K. Bose“デローネイ三角測量を用いた低解像度フレームからの高解像度画像形成”IEEE Transactions on Image Processing, vol. 11 (No. 12), December 2002。
【０００８】
最後に、複数のビュー間の動きがかなり自由で真に不規則なサンプリングを生じるような装置を記述した研究が知られている。記述されたこの装置の移送機能は空間的に変わりやすく、移送機能の幅とサンプリング点を距てる距離との比はデータ取得にわたって一定ではなく、これは装置の光学素子、従って、かなり複雑な解像度を考慮する結果となる。このような装置は特に以下の文献に開示されている：
A. Patti, M. Sezanおよび M. Tekalp“任意的サンプリング格子とゼロでない開口時間をもった超解像度ビデオ再構成”IEEE Trans. on Image Processing, pages 1064-1078, August 1997；および、
Andrew J. Patti および Yucel Altunbasak“エッジ適応性強制とより高次元の補間子を有する理論的超解像度画像再構成のための巧みな減少”IEEE Transactions on Image Processing, 10 (1) : 179-186, January 2001. 
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的は、イメージガイドを通じて取得した画像の解像度を向上させることである。本発明の他の目的は超解像度のコンセプトをイメージガイドに適用することである。
本発明は更にイメージガイドを通じて取得した一定不変の視野を有する画像の解像度を、単位面積あたりの測定点の数を増加することにより改良することを目的とするものである。
【００１０】
前記目的の少なくとも１つは、複数の光ファイバからなるイメージガイドを通じて取得した共焦点画像の解像度を向上させるための方法によって達成されるもので、このイメージガイドの近位端はイメージガイドの各光ファイバ内へレーザ光を発射すると共にデータ取得時に各戻りビームを受け取るためのレーザ走査装置に接続されており、遠位端はイメージガイドによって観察物体内に発射されたレーザ光を集束させるべく光学ヘッドに接続されている。本発明によれば、光学ヘッドの所与の一位置毎に、この方法は以下の段階を包含する：
−イメージガイドを通じて複数のデータ取得を行う段階（夫々のデータ取得は光学ヘッドに対するイメージガイドの前記遠位端の所与の１つの空間的ずれ毎に行われる）、
−夫々のデータ取得のデータを、イメージガイドの各ファイバを通じて物体上で測定された光出力によって権衡された１つの点雲（散らばった点からなる雲）に変換する段階、
−参照基準として採用した１つの点雲に関して夫々の点雲をリセットする段階、
−このようにリセットした複数の点雲を重畳する段階、および、
−この重畳に基づいて最終画像を再構成する段階。
【００１１】
本発明の方法によれば、最終画像を再構成する段階の前に、同一物体の冗長なデータ取得が行われる。光学ヘッドの所与の一位置毎に、複数のデータ取得を行う（各データ取得はイメージガイドの所与の一位置に対応する）。
【００１２】
以下の説明において、点雲のリセット段階とは、言葉の濫用であるが、実際には、点雲に対応する画像を必ずしも再構築することなく、点雲に対応する画像をリセットするように各点雲を処理することを意味する。
【００１３】
特に、イメージガイドを通じた単一のデータ取得は、以下で物体のサンプリングと称する、不規則な１つの格子（これはファイバの場所である）の上での１つのデータ取得と等価的である。管内でのイメージガイドの変位は、イメージガイド内での個々のファイバの配列であるサンプリング見取り図を変位させることになる。従って、２つのデータ取得により、同一の物体の、但し空間的にずれた、２つのサンプリングが得られる。それらを重畳することにより、二倍の測定点をもった１つのサンプリングが得られる。経験を多重にすることにより、より多くのサンプリングの点雲が得られる。得られたサンプリングは不規則であり、一画像の形に再構築しなければならない。
【００１４】
イメージガイドの存在に起因する人為構造を除去するため、取得したデータを変換する段階の次にフィルターを適用することができる。このフィルターは複数の光ファイバからなるイメージガイドを用いて取得した画像を処理する方法からなることができる。より詳しくは、各光ファイバ毎に、取得した画像（生のデータ）上でこの光ファイバに対応する領域を分離し、次にこの領域の情報を用いて、このファイバによって伝送された出力と同ファイバを通じて観察物体から来る出力とを見積もる。そうすれば観察物体の表示は権衡された点雲であり、これは方形格子上で前記権衡された点雲を補間することによって画像の形で再構成することができる。このような変換（出力の見積もり＋補間）は光ファイバに因るパターンを除去するのを可能にする。
【００１５】
本発明の一実施例によれば、リセット段階は以下の段階を包含する：
−幾何学的な歪みを補正する段階、
−固定点雲と呼ばれる基準点雲を補間することにより、固定画像と呼ばれる基準画像を再構成する段階、
−可動点雲と呼ばれる夫々の他の点雲毎に、可動画像と呼ばれる画像を再構成する段階と、次いで可動画像と固定画像との間で計算された平均二次誤差を最適化する段階。
【００１６】
好ましくは、平均二次誤差は前記可動点雲の点に対応するピクセルだけを考慮しながら計算する。
【００１７】
補間アルゴリズムは、例えば、特に次の文献に開示された反復Ｂスプライン近似シーケンスである：Seungyong Lee, George Wolberg, および Sung Yong Shin“多重レベル、ｂスプライン散乱データ補間” IEEE transactions on visualization and computer graphics, 3 (3), July- September 1997。
【００１８】
好ましくは、基準点雲は休止位置のイメージガイドの一位置に対応することができる。
【００１９】
本発明によれば、リセット段階は、例えばイメージガイドの変位の較正段階によって得られた所定のずれの距離に応じて各点雲をリセットすることからなることができる。
【００２０】
好ましくは、各データ取得毎に、光学ヘッドに関してイメージガイドをずらすために、イメージガイドの遠位端と少なくとも一体的な少なくとも１つの圧電バンドに少なくとも１つの電圧を印可する。例示として、４つのバンドを用いてイメージガイドの少なくとも遠位端を囲繞する圧電管を構成し、イメージガイドの遠位端の各変位毎に、対向する一対の電圧を対向する２つのバンドに夫々印可する。更に、空間的ずれは、直交する（又は少なくとも非共線的な）二方向に沿ってイメージガイドの遠位端をほぼ側方並進運動させることにより得られる。
【００２１】
好ましくは、較正段階は、前記観察物体に代わりに配置した基準パターンのデータ取得によって得られた限られた数の点雲に以下の段階を適用することにより行う：
−幾何学的な歪みを補正する段階、
−固定点雲と呼ばれる基準点雲を補間することにより、固定画像と呼ばれる基準画像を再構成する段階、
−可動点雲と呼ばれる夫々の他の点雲毎に、可動画像と呼ばれる画像を再構成する段階と、次いで可動画像と固定画像との間で計算された平均二次誤差を最適化する段階、
−ずらすために圧電バンドへ印加した電圧に応じて固定画像と可動画像との間で得られたずれの距離を記述する線形モデルを精巧にする段階。
【００２２】
較正は、線形変位モデルを印加電圧に応じて有効にするのを可能にすると共に、測定に応じてずれ計数を見積もるのを可能にする。後の点雲は次いでこの線形モデルを用いてリセットされる。
【００２３】
更に、最終画像の再構成段階は、重畳は不規則な点雲と考えられるような反復Ｂスプライン近似アルゴリズムを用いて行うことができる。このアルゴリズムは、良好な数学的作用と、良好な安定性と、妥当な計算時間コストを有する。
【００２４】
複数のデータ取得に基づく再構成の問題は、非線形システムにおいて唯一のデータ取得しか分かっていない再構成の問題と同じである。ここでは、システムの等価的移送機能は空間的に変わりやすく、かつ、サンプリングは不規則であると仮定する。
【００２５】
このように合成したサンプリングが冗長であるならば、最終画像の再構成段階の次に、最終画像のデコンボリューション段階を行うことができる。
【００２６】
本発明の他の観点によれば、本発明は、複数の光ファイバからなるイメージガイドを通じて取得した共焦点画像の解像度を向上させるための装置を提供するもので、このイメージガイドの近位端はイメージガイドの各光ファイバ内にレーザ光を発射すると共にデータ取得時に各戻りビームを受け取るためのレーザ走査装置に接続されており、遠位端はイメージガイドによって観察物体内に発射されたレーザ光を集束させるべく光学ヘッドに接続されている。本発明によれば、光学ヘッドは同光学ヘッドと一体の光学手段を備えている。この装置は更にイメージガイドを囲繞すると共にこのイメージガイドと一体の圧電管を少なくとも前記遠位端に備え、ずれ指令に応答してこの遠位端を光学ヘッドに関して空間的にずらすようになっている。この指令は好ましくは圧電管に印加される一対の電圧である。
【００２７】
好ましくは、圧電管は夫々が管の四分の一を占める少なくとも４つの独立したセラミックバンドからなる。各バンドの内側面および外側面は銀のような金属材料で被覆することができ、対向する２つのバンドに対向する電圧を夫々印加すると横断方向圧電効果により管の遠位端がずれるようにすることができる。より詳しくは、セラミックバンドは直交する二方向へ２つづつ駆動することができる。
【００２８】
本発明は、また、複数の光ファイバからなるイメージガイドを通じて取得した共焦点画像の解像度を向上させるための装置を提供するもので、このイメージガイドの近位端はイメージガイドの各光ファイバ内にレーザ光を発射すると共にデータ取得時に各戻りビームを受け取るためのレーザ走査装置に接続されており、遠位端はイメージガイドによって観察物体内に発射されたレーザ光を集束させるべく光学ヘッドに接続されている。本発明によれば、光学ヘッドの所与の一位置毎に、この装置は以下の手段を有する：
−イメージガイドを通じて複数のデータ取得を行う手段、
−夫々のデータ取得毎に、イメージガイドの前記遠位端を光学ヘッドに対して空間的にずらす手段、
−夫々のデータ取得のデータを、イメージガイドの各ファイバを通じて物体上で測定された光出力によって権衡された１つの点雲に変換する手段、
−夫々の点雲をリセットする手段、
−このようにリセットした点雲を重畳する手段、および、
−この重畳に基づいて最終画像を再構成する手段。
【００２９】
添付図面を参照にした以下の実施例の説明に照らせば本発明がより良く理解されると共に他の利点が明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１にはイメージガイド１を形成する整理された可撓性光ファイバ（特に数万本）の束が示してあり、このイメージガイドの近位端には光源２とファイバを１本づつ照明するためのファイバ導入装置とがあり、その遠位端には照明されたファイバから出たビームを観察中の物体４の所与の深度のところに位置する一点に集束させるための光学ヘッド３がある。導入装置は偏向器のようなファイバを１本づつ非常に大きな速度で走査することの可能なファイバ走査装置６が前置された複数の光学素子５を備えている。各ファイバは照明用ビーム、並びに、観察中の物体から来る対応する戻りビームを搬送するために交互に使用される。空間的解像度は、レーザ光を一点に集束させることにより得られると共に、照明に使用したのと同じファイバによって観察中の物体の空間的濾過を行うという共焦点特性により得られる。これは、光センサー９によって、観察中の物体から来る信号だけを排他的に受け取り、点毎にイメージを形成するのを可能にする。
【００３１】
イメージガイドの遠位端は圧電管７内に挿入してあり、圧電管自体は光学ヘッドを形成する強固な管３内に装着してあり、この管３はイメージガイドの出口に配置された光学素子（レンズ）８を収蔵している。圧電管７は光学ヘッド３（これは観察中の物体に対して固定されている）の内部でイメージガイドを変位させるのを可能にする。従って、観察中の物体に対する光学ヘッドの摩擦に起因する問題が解消される。
【００３２】
図２には圧電管７の構成が斜視図で示してある。管７は夫々が円筒の四分の一を占める４つのセラミックからなる。横断方向の圧電効果を利用するため、管７の内側面と外側面は銀で被覆してある。この現象は結晶を電場内に置いた時の結晶の変形を説明するもので、それは結晶構造内における電気双極子の存在から生じる。
【００３３】
セラミックの内側面と外側面との間に電圧を印加すると、セラミックは伸長し（或いは電圧の符号に従い収縮する）、より細くなる（或いはより広くなる）。従って、いづれか１つのセラミックに正電圧を印加すると共に、反対側のセラミックに逆の電圧を印加することにより走査が行われる。１つの面が伸長すると共に反対側の面が縮むので、管７は湾曲し、その自由端が変位する。従って、ファイバの遠位端を２つの直交軸に沿って二方向にずらす（シフトさせる）ことができる。図３は１つの軸に沿った圧電管７の変位を示す。実線はずれ（シフト）のない静止位置を示す。破線は上方に向かってずらされた（従って、イメージガイド１の遠位端のずれを生じさせる）圧電管７の端部を示す。反対に、光学ヘッドと一体的な光学素子（レンズ）８ａおよび８ｂ、および、観察中の物体４は、静止したまゝである。イメージガイドの遠位端の変位は観察中の物体へのレーザ光の入射点の変位に対応する。
【００３４】
圧電管７に一対の電圧を印可する毎に１つの変形が起こり、従って、イメージガイド１を通じて行われるデータ取得は印加電圧に比例する距離だけずらされる。
【００３５】
本発明の超解像度方法は、光学ヘッドの１つの所与の固定位置毎に、一連のデータ取得を行う第１段階を有する。夫々のデータ取得毎に、レーザ光は光ファイバ全体を走査する。フォトセンサー９は次に一組の生データを回収する（これらの生データはレーザ走査の順序に従って格子上にそれらを配列することにより表すことができる）。各ファイバ毎にドームが現れるのが見え、これはレーザ走査に関するイメージガイド内におけるファイバの位置を表している。イメージガイド１の遠位端のずれは、イメージガイドの近位端における光ファイバの配列ないし位置を変えることはない。反対に、穴の開いた格子にも似たこれらのドームを通じて観察される物体は、圧電管７が変形したときには変位する。
【００３６】
次に、これらの生データは、イメージガイドの夫々のファイバを通じて物体上で測定された光出力によって権衡された点雲に変換される。この変換は、レーザ走査の最中に各ファイバによって実際に見えた情報を各点が表すことを可能にする。また、各点雲にフィルタを適用してイメージガイドの存在に関連する人為構造（格子）を除去することが出来る。
【００３７】
イメージガイドの遠位端を異なる位置にしながら複数のデータ取得を行うことにより、恰も例えば垂直方向および水平方向へずらされた複数のサンプリング点を生成したかのようになる。データ取得の数と方向は圧電管７の精度によってしか制限されない。
【００３８】
図４には、各ファイバ毎に影響領域が示してあり、この影響領域は、イメージガイドの出口と観察中の物体との間に配置された光学素子（レンズ）の幅と組み合わされた、各ファイバの光学的移送機能の幅として定義することができる。１つのファイバの移送機能は、必ずしも隣のファイバのものに等しくないことが留意される。実際には、それらはすべて、少なくとも幅において、異なっていると考えることができる。
【００３９】
点雲を重畳することができる前に、それらをリセットする必要がある。即ち、同一の物体をデータ取得したが、サンプリング見取り図はずらされている。装置の幾何学的歪みを補正した後、ずれは並進に還元され、この並進は同一物体のすべてのデータ取得を基準データ取得（一般に、圧電管７が静止しているときのもの（慣例による））と比較することにより評価される。
【００４０】
画像のリセットの問題はかなり古典的な主題であり、多数の技術が存在する。問題は、圧電機構によるずれの前後に同一の物体から採取した２つの画像をリセットすることからなる。本件の場合、根底にある変換モデルは並進モデルである。従って、評価すべきパラメータの数は２つ（ｘ、ｙ）しかない。しかしながら、本件の場合の変換モデルは、不規則な格子を使用するので、多くの研究とは異なる。
【００４１】
本件の場合には、２つのパラメータ（並進軸に沿った並進値）によるコスト機能を最小限にすることにより最良の変換を追求する。例えば変位が小さいのでエッジの問題は無視できると考えることができる。その場合、求められる解法は（０、０）に近い。
【００４２】
採用するアルゴリズムの原理を図５に示す。一般に、基準点雲を画定する（以下ではこれを固定点雲と言う）。次に、画像を再構成するべくこの固定点雲を補間する（以下ではこれを固定画像１０と言う）。
【００４３】
特に、固定画像を得るための固定点雲の補間は、Seungyong Lee等の文献に開示された反復式ｂスプライン近似アルゴリズム（後で簡単に説明する）を用いて行われる。補間値をその都度計算しないようにするため、補間は細かい規則的な好ましくは正方形の格子上で行い、次いで、最も近いものを選ぶ。こうして充分滑らかで計算するのが非常に速い補間が得られる。
【００４４】
次に、可動画像を再構成するべく、夫々の他の点雲の補間を行う（以下では可動点雲と言う）。次いで、各可動画像と固定画像との間の平均二次誤差を最適化する。有利なことに、従来の場合のように、２画像間のピクセル毎の計算は行わずに、可動点雲の点に対応するピクセルだけを考慮しながら計算を行う。利点はかなりの時間の節減である。
【００４５】
最適化はループで行われ、その段階は次の通りである：
ループ内で評価されることになる並進パラメータを画定する変換段階１４；
初期の可動点雲を進行中の変換によって翻訳する、変換の補間段階１２；
翻訳された可動点雲１１から得た可動画像と固定点雲を表す固定画像１０との間の距離を測定する距離計算段階１３。この距離は可動点雲の点と補間された固定画像との間で評価された平均二次誤差である；
共役グラジエントのようなグラジエントをベースとしたオプチマイザー１５を用いた最適化段階。オプチマイザー１５は、次のループの距離の値を減少させる（即ち、距離を最適化する）のを可能にするような新たな変換（即ち、並進）を見出すべく、先に計算した距離の局部変化を評価する。
距離関数が最早減少しなくなった時にはループから出る。
【００４６】
前述したリセット過程をすべての点雲について行うのを回避するため、このリセット過程は限られた数のデータ取得を用いて１つの基準物体について行う。このため、観察中の物体を、較正パターン又はより詳しくは例えば解像度パターンのような基準物体で置換する。この限られた数の点雲のリセットの際に得られた結果は、次に印加電圧に応じて圧電管のずれを較正するのを可能にする。イメージガイド１と光学ヘッド３とのアッセンブリは共焦点部分５、６の走査軸線に関して回転することができ、従って、少なくとも変位の軸線とその方向を見積もる必要がある。このため、限られた数（例えば６４）の可能なずらしを行い、それらを１つの共通の基準（例えば圧電管が休止位置にあるときに得られた１つの点雲）に関してリセットする。それから、圧電に印加された電圧対−リセットによって測定されたずれの全体について線形逆行を行う。もしこのモデルが線形であり、かつ、満足すべき精度（コア間距離よりも非常に小さい）を有するならば、このモデルは有効であると考え、点雲によって表された画像を新たにリセットする必要なしに、次にそれを測定物体について行う後のデータ取得に直接に使用することができる。従って、この好ましい実施例は遥かに迅速な処理を可能にする。何故ならば、観察中の物体によって取得した点雲は、補間を伴うリセット過程のすべては受けないからである。この過程は解像度パターンその他を用いて取得した６４の点雲についてしか行われない。
【００４７】
また、好ましくない実施例においては、限られた数の点雲を用いて線形モデルを精巧にするため、解像度パターンよりもむしろ観察中の物体を直接使用することを想定することができる。
【００４８】
モデルが線形でない場合、又はモデルが不正確な場合、又はヒステリシスがある場合には、それを使用することができない。従って、この場合には、前述したぼかしモードを使用するのがよい（即ち、超解像度の対象にしなければならない各点雲を補間し、次いでリセットする）。
【００４９】
すべてのずれが分かっている場合には、対応するずれを各サンプリングに付し、それらを重畳する。こうしてデータ取得よりも多くの点を有する合成されたデータ取得が得られる。それから再構成が２つの時期に行われる。先ず最初に、従来方法を用いて得られた権衡された点雲を概算し又は補間する。得られたこの雲は不規則であることを充分考慮する。リセットの際には先に定義したようなｂスプライン反復近似法を使用する。このアルゴリズムは以下のように要約することができる：
【００５０】
ｆは再構成すべき関数であるとする。ｆは支持体ｆをカバーする矩形のメッシュΦの上に画定した一様なバイキュービックなＢスプライン関数の形で表現することができる。得られる関数は従ってＣ２である。メッシュの節に対応する値をΦｉ，ｊで示す。一般性を失うことなく、このメッシュは平面の長方形の上の全座標の点からなるものと仮定する。
【００５１】
制御点Φｉ，ｊの値が分かれば、ｆは次式によって与えられる：
【数１】
2007516760.tif 000003
【００５２】
制御点Φｉ，ｊの見積もりは、階層的ラティスを使用しながら反復近似法により行う。ラティスを因数２で細分しながら１つのスケールから次のスケールへと行く。夫々のサンプリング点は１６の制御点に影響する。装置全体を逆転することなく、各スケール毎に先のスケールの寄与を局部的に計算し、このスケールのために見積もるべき残余を控除する。夫々のサンプリング点は最も近い１６の制御点に影響する。
【００５３】
このアルゴリズムはアルゴリズムの収斂（有限数の反復）のところで補間を得るのを可能にする。本件の場合、ラティスのサイズについて２つの限界事例を考慮することができる。第１は、少なくとも１つのサンプリング点によって影響されない単一の制御点Φｉ，ｊが存在しない場合である。第２は任意の２つのサンプリング点が同一の制御点に影響することができない場合である。これら２つの場合は出発ラティスのサイズを計算するのを可能にするもので、ラティスのサイズは収斂を達成するのを可能にする。これらのサイズは、点の分布は六角形サンプリングの分布であると仮定することにより、経験的に計算することができる。隣り合うサンプリング点間の距離のヒストグラムが（それらのボロノイ線図という意味で）観察され、カンタイルは５％（又は他のあらゆる小さなパーセンテージ）に保持される。この最小限距離は実際には２つのずれの間の距離である。
【００５４】
他のアルゴリズムは満足すべき結果をもって点雲を再構成するのを可能にする。独創性は不規則な点雲の補間又は近似の形で問題を様式化することにある。
【００５５】
本発明によれば、場合によっては次に、装置は不変の線形であると近似しながら、かつ、イメージガイドのファイバの平均移送機能を採用しながら、信号のデコンボリューション段階を行う。例えばウイーナー濾過を利用することができる。
【００５６】
勿論、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内においてこれらの実施例に種々の変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は本発明の装置全体の分解概略図である。
【図２】図２はイメージガイドを囲繞する圧電管の概略図である。
【図３】図３はイメージガイドの端部の変位を示す概略図である。
【図４】図４は点雲の不規則な重畳を示す概略図である。
【図５】図５は点雲のリセットの原理を示す概略図である。
【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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【国際調査報告】
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