(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズと、三原色の各色に対応するカラーフィルタが配列された第１の画素、第２の画素、及び第３の画素を有する撮像素子とを含む撮像部と、
それぞれ波長の異なる第１の波長、第２の波長及び第３の波長をピークとする第１の照明光、第２の照明光及び第３の照明光を発光する光源と、
前記撮像部による被検体の撮像時に、前記光源から前記第１の照明光と前記第３の照明光とを同時に発光させる第１の発光制御と、前記第２の照明光と前記第３の照明光とを同時に発光させる第２の発光制御とを行う光源制御部と、
前記光源制御部による前記第１の発光制御が行われるときに、前記撮像素子の前記第１の画素、前記第２の画素、及び前記第３の画素のうちの、前記第１の波長に最も分光感度の高い画素から第１の輝度信号を取得し、かつ前記撮像素子の前記第１の画素、前記第２の画素、及び前記第３の画素のうちの前記第３の波長に感度を有する画素であって、少なくとも前記第１の波長に最も分光感度の高い画素とは異なる画素から第１の参照信号を取得し、前記光源制御部による前記第２の発光制御が行われるときに、前記撮像素子の前記第１の画素、前記第２の画素、及び前記第３の画素のうちの、前記第２の波長に最も分光感度の高い画素から第２の輝度信号を取得し、かつ前記撮像素子の前記第１の画素、前記第２の画素、及び前記第３の画素のうちの前記第３の波長に感度を有する画素であって、少なくとも前記第２の波長に最も分光感度の高い画素とは異なる画素から第２の参照信号を取得する画像信号取得部と、
前記第１の参照信号及び前記第２の参照信号に基づいて前記第１の輝度信号及び前記第２の輝度信号のうちの少なくとも一方の輝度信号を画素毎又は撮像領域毎に補正する輝度補正部と、
前記輝度補正部による補正後の前記第１の輝度信号及び前記第２の輝度信号に基づいて前記被検体の構造を強調した画像信号を生成する画像信号生成部と、
を備えた内視鏡システム。
【請求項２】
前記第３の照明光の発光光量は、前記第１の照明光及び前記第２の照明光の発光光量よりも少ない請求項１に記載の内視鏡システム。
【請求項３】
前記第１の参照信号及び前記第２の参照信号は、それぞれ前記第１の画素、前記第２の画素、及び前記第３の画素のうちの前記第１の輝度信号及び前記第２の輝度信号を取得した画素とは異なる画素である参照信号取得画素の各色の画像信号を加算した画像信号である請求項１または２に記載の内視鏡システム。
【請求項４】
前記第３の照明光は、前記参照信号取得画素の分光感度の総和が最大になる波長を有する請求項３に記載の内視鏡システム。
【請求項５】
前記第１の照明光及び前記第２の照明光のそれぞれの設定光量と、前記第１の照明光及び前記第２の照明光に対する前記参照信号取得画素の分光感度とに基づいて、前記第１の参照信号及び前記第２の参照信号を補正する参照信号補正部を更に備え、
前記輝度補正部は、前記参照信号補正部により補正された前記第１の参照信号及び前記第２の参照信号に基づいて前記第１の輝度信号及び前記第２の輝度信号のうちの少なくとも一方の輝度信号を画素毎又は撮像領域毎に補正する請求項３または４に記載の内視鏡システム。
【請求項６】
前記画像信号取得部が取得した前記第１の輝度信号が示す画像と前記第２の輝度信号が示す画像との位置合わせを行う位置合わせ部を更に備えた請求項１から５のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
【請求項７】
前記輝度補正部による前記第１の輝度信号及び前記第２の輝度信号のうちの少なくとも一方の輝度信号の補正前に、前記第１の輝度信号と前記第２の輝度信号との平均輝度を合わせる補正を行う平均輝度補正部を更に備えた請求項１から６のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
【請求項８】
前記輝度補正部は、前記第１の輝度信号及び前記第２の輝度信号のうちの一方の輝度信号に、前記第１の参照信号と前記第２の参照信号との比を乗算する請求項１から７のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
【請求項９】
前記第１の参照信号及び前記第２の参照信号の高周波成分を低減させる周波数処理部を更に備え、
前記輝度補正部は、前記周波数処理部により処理された前記第１の参照信号及び前記第２の参照信号に基づいて前記第１の輝度信号及び前記第２の輝度信号のうちの少なくとも一方の輝度信号を画素毎又は撮像領域毎に補正する請求項１から８のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
【請求項１０】
前記周波数処理部は、前記撮像部から前記被検体までの観察距離に基づいて前記第１の参照信号及び前記第２の参照信号の高周波成分を低減させる請求項９に記載の内視鏡システム。
【請求項１１】
前記撮像部から前記被検体までの観察距離毎に目標とする目標周波数特性を保持する記憶部を備え、
前記周波数処理部は、前記撮像部による撮像時の観察距離に基づいて前記記憶部から対応する目標周波数特性を取得し、前記第１の参照信号及び前記第２の参照信号の周波数特性を前記取得した目標周波数特性に調整する請求項１０に記載の内視鏡システム。
【請求項１２】
前記周波数処理部は、前記撮像部による撮像時の観察距離が近い程、前記第１の参照信号及び前記第２の参照信号から高周波成分を低減させる処理を強くする請求項１０または１１に記載の内視鏡システム。
【請求項１３】
前記画像信号生成部は、
前記輝度補正部により補正された前記第１の輝度信号と前記第２の輝度信号との差分信号を算出する差分算出部と、
前記算出した差分信号から色差信号を生成する色差信号生成部と、
前記第１の輝度信号及び前記第２の輝度信号のうちの一方の輝度信号と前記生成した色差信号とを有するカラー画像信号、又は前記第１の輝度信号及び前記第２の輝度信号のうちの一方の輝度信号と前記生成した色差信号を前記三原色の各画像信号に変換したカラー画像信号を生成するカラー画像生成部と、
を有する請求項１から１２のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
【請求項１４】
前記被検体の構造は血管であり、
前記画像信号生成部は、前記血管を色により強調した前記画像信号を生成する請求項１から１３のいずれか１項に記載の内視鏡システム。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の内視鏡システムのプロセッサ装置であって、
前記光源と、前記光源制御部と、前記画像信号取得部と、前記輝度補正部と、前記画像信号生成部と、を備えたプロセッサ装置。
【請求項１６】
内視鏡システムの信号処理方法であって、
前記内視鏡システムの光源制御部が、対物レンズと、三原色の各色に対応するカラーフィルタが配列された第１の画素、第２の画素及び第３の画素を有する撮像素子とを含む撮像部による被検体の撮像時に、それぞれ波長の異なる第１の波長、第２の波長及び第３の波長をピークとする第１の照明光、第２の照明光及び第３の照明光を発光する光源から、前記第１の照明光と前記第３の照明光とを同時に発光させる第１の発光制御と、前記第２の照明光と前記第３の照明光とを同時に発光させる第２の発光制御とを順次行うステップと、
前記内視鏡システムの画像信号取得部が、前記第１の発光制御が行われるときに、前記撮像素子の前記第１の画素、前記第２の画素、及び前記第３の画素のうちの、前記第１の波長に最も分光感度の高い画素から第１の輝度信号を取得し、かつ前記撮像素子の前記第１の画素、前記第２の画素、及び前記第３の画素のうちの前記第３の波長に感度を有する画素であって、少なくとも前記第１の波長に最も分光感度の高い画素とは異なる画素から第１の参照信号を取得し、前記第２の発光制御が行われるときに、前記撮像素子の前記第１の画素、前記第２の画素、及び前記第３の画素のうちの、前記第２の波長に最も分光感度の高い画素から第２の輝度信号を取得し、かつ前記撮像素子の前記第１の画素、前記第２の画素、及び前記第３の画素のうちの前記第３の波長に感度を有する画素であって、少なくとも前記第２の波長に最も分光感度の高い画素とは異なる画素から第２の参照信号を取得するステップと、
前記内視鏡システムの輝度補正部が、前記第１の参照信号及び前記第２の参照信号に基づいて前記第１の輝度信号及び前記第２の輝度信号のうちの少なくとも一方の輝度信号を画素毎又は撮像領域毎に補正するステップと、
前記内視鏡システムの画像生成部が、輝度補正された前記第１の輝度信号及び前記第２の輝度信号に基づいて前記被検体の構造を強調した画像信号を生成するステップと、
を含む信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内視鏡システム、内視鏡システムのプロセッサ装置、及び内視鏡システムの信号処理方法に関し、特に被検体の構造を強調した画像を生成するための信号を処理する内視鏡システム、プロセッサ装置、及び内視鏡システムの信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡システムを用いた検査又は診断において、血管に関する情報の重要性が認識されており、近年では様々な方法で血管の情報を抽出する内視鏡システムが提案されている（例えば、下記特許文献１及び特許文献２を参照）。特許文献１には青色の狭帯域光を用いて得られた画像と緑色の狭帯域光を用いて得られた画像の各々に重み付けの処理を行うことにより、生体組織の粘膜表層に存在する血管と生体組織の深層に存在する血管とを抽出する内視鏡システムが開示されている。
【０００３】
また特許文献２には、互いに波長領域が異なる複数の狭帯域光を被写体組織に照射し、各狭帯域光の照射ごとに撮像素子を介して取得される狭帯域画像データ間の輝度比に基づいて、血管深さと酸素飽和濃度を算出する内視鏡システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５３９３５２５号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１８１３５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及び特許文献２に示されているように、波長帯域が異なる複数種類の照明光を利用してマルチフレーム撮影により取得した複数の波長帯域ごとの画像から、異なる深さに存在する血管の情報を抽出することができる。そして、これら複数の波長帯域毎の画像を画像の差分情報を利用して合成することで、特定深さの血管が観察しやすい画像を得ることができる。
【０００６】
このような画像の合成を行う際に、各画像の明るさ（輝度）を調整することで合成画像において特定深さの血管を観察しやすくすることが考えられる。しかしながら、マルチフレーム撮影の場合フレーム毎の撮影タイミングが異なるため、撮影距離や角度がフレームによって変化し、画像の明るさの違いが一律ではなく場所により異なっている。このような状況に対し、上述した特許文献１及び特許文献２に示されるような従来の技術では各画像の明るさを合わせることが困難であり、その結果被検体の構造を十分に観察することは困難であった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、被検体の構造を観察するための画像生成に必要な信号を容易に取得できる内視鏡システム及び内視鏡システムの信号処理方法を提供することを目的とする。また本発明は、内視鏡システムで取得した信号により被検体の構造を観察するための画像を容易に生成できるプロセッサ装置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】
【０００８】
上述した目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る内視鏡システムは、対物レンズと、三原色の各色に対応するカラーフィルタが配列された第１の画素、第２の画素及び第３の画素を有する撮像素子とを含む撮像部と、それぞれ波長の異なる第１の波長、第２の波長及び第３の波長をピークとする第１の照明光、第２の照明光及び第３の照明光を発光する光源と、撮像部による被検体の撮像時に、光源から第１の照明光と第３の照明光とを同時に発光させる第１の発光制御と、第２の照明光と第３の照明光とを同時に発光させる第２の発光制御とを行う光源制御部と、光源制御部による第１の発光制御が行われるときに、撮像素子の第１の画素、第２の画素及び第３の画素のうちの、第１の波長に最も分光感度の高い画素から第１の輝度信号を取得し、かつ撮像素子の第１の画素、第２の画素及び第３の画素のうちの第３の波長に感度を有する画素であって、少なくとも第１の波長に最も分光感度の高い画素とは異なる画素から第１の参照信号を取得し、光源制御部による第２の発光制御が行われるときに、撮像素子の第１の画素、第２の画素及び第３の画素のうちの、第２の波長に最も分光感度の高い画素から第２の輝度信号を取得し、かつ撮像素子の第１の画素、第２の画素及び第３の画素のうちの第３の波長に感度を有する画素であって、少なくとも第２の波長に最も分光感度の高い画素とは異なる画素から第２の参照信号を取得する画像信号取得部と、を備える。
【０００９】
第１の態様によれば、第１，第２の発光制御において、画像取得のための第１，第２の照明光により第１，第２の輝度信号を取得するのに加えて、参照光として第３の照明光を発光させて第１，第２の参照信号を取得する。これら第１，第２の参照信号は、第１，第２の輝度信号を用いた被検体の構造観察のための画像生成において第１，第２の輝度信号の補正に用いることができる。このように、第１の態様に係る内視鏡システムによれば、被検体の構造を観察するための画像生成に必要な信号を容易に取得することができる。
【００１０】
第１の態様において、「第３の波長に感度を有する画素」は第１の画素、第２の画素及び第３の画素のうちの複数の画素であってもよい。なお、第１の画素、第２の画素及び第３の画素のうちのいずれかの画素における第３の波長に対する感度がゼロでない場合であっても、その感度が参照信号の第１の画素、第２の画素及び第３の画素のうちの他の画素における第３の波長に対する感度に対して十分低いときは、そのような画素は「第３の波長に感度を有する画素」ではないと見なすことができる。
【００１１】
また、第１の態様において第１，第２の発光制御は１回だけでなく２回以上行ってもよく、２回以上（第１，第２の発光制御の合計回数として３回以上）行う場合に、それぞれの発光制御における照明光（第１の照明光，第２の照明光）の波長を変えてもよい。例えば、第１の発光制御を２度行い、１回目の発光制御の際の第１の照明光の波長と２回目の発光制御の際の第１の照明光の波長を変えることができる。このような発光制御を行うことで、第２の発光制御と合わせて３種類の輝度信号を取得することができ、これにより観察目的に応じて異なる画像を生成することができる。
【００１２】
第２の態様に係る内視鏡システムは第１の態様において、第１の参照信号及び第２の参照信号に基づいて第１の輝度信号及び第２の輝度信号のうちの少なくとも一方の輝度信号を画素毎又は撮像領域毎に補正する輝度補正部と、輝度補正部による補正後の第１の輝度信号及び第２の画像信号に基づいて被検体の構造を強調した画像信号を生成する画像信号生成部と、をさらに備える。第２の態様によれば、第１，第２の参照信号に基づいて第１，第２の輝度信号のうち少なくとも一方を画素毎又は撮像領域毎に補正し、補正後の輝度信号に基づいて被検体の構造を強調した画像信号を生成するので、局所的な輝度ムラ（明るさの違い）が除去された画像を生成でき、被検体の構造を容易に観察することができる。
【００１３】
第３の態様に係る内視鏡システムは第２の態様において、第３の照明光の発光光量は、第１の照明光及び第２の照明光の発光光量よりも少ない。第３の態様は、第３の照明光は輝度信号の補正において参照光として使用するため、第１の照明光及び第２の照明光よりも発光光量を少なくすることを規定するものである。なお第３の態様において、第３の照明光の発光光量は第１の照明光及び第２の照明光の発光光量の４０％以下であることが好ましい。また、第３の照明光の発光光量を第１の照明光及び第２の照明光の発光光量の１０％以上２０％以下にすることがさらに好ましい。
【００１４】
第４の態様に係る内視鏡システムは第２又は第３の態様において、第１の参照信号及び第２の参照信号は、それぞれ第１の画素、第２の画素及び第３の画素のうちの第１の画像信号及び第２の画像信号を取得した画素とは異なる画素である参照信号取得画素の各色の画像信号を加算した画像信号である。第４の態様では、参照信号取得画素のいずれもが参照光としての第３の照明光に対し感度（副感度）を持つ場合を考慮して、参照信号取得画素の各色の画像信号を加算した画像信号を第１の参照信号及び第２の参照信号としたものである。上述のように第１，第２の波長に最も分光感度が高い画素から第１，第２の輝度信号をそれぞれ取得しているので、参照信号を第４の態様のような画像信号とすることで、参照信号に基づく輝度信号の補正を効果的に行うことができる。なお第４の態様において、参照信号取得画素は第１の画素、第２の画素及び第３の画素のうち複数の画素を含んでいてよい。
【００１５】
なお「副感度」とは、撮像素子の各画素に設けられたカラーフィルタの色の光以外の色の光に対する各画素の受光センサの感度を意味し、例えば赤色画素（カラーフィルタが赤色）ならば青色光に対する感度及び緑色光に対する感度である。カラーフィルタの色の光に対する感度は「主感度」である。
【００１６】
第５の態様に係る内視鏡システムは第４の態様において、第３の照明光は、参照信号取得画素の分光感度の総和が最大になる波長を有する。第３の照明光（参照光）の波長を第５の態様のように設定することで、第３の照明光の光量を少なくした場合でも輝度信号の補正をさらに効果的に行うことができる。なお第５の態様において「分光感度の総和が最大になる波長」とは、分光感度の総和が数値上最大値となる波長だけでなく、分光感度の総和が、輝度ムラ補正の効果に実質的な影響がない範囲で数値上の最大値からずれた波長をも含むものとする。
【００１７】
第６の態様に係る内視鏡システムは第４又は第５の態様において、第１の照明光及び第２の照明光のそれぞれの設定光量と、第１の照明光及び第２の照明光に対する参照信号取得画素の分光感度とに基づいて、第１の参照信号及び第２の参照信号を補正する参照信号補正部を更に備え、輝度補正部は、参照信号補正部により補正された第１の参照信号及び第２の参照信号に基づいて第１の輝度信号及び第２の輝度信号のうちの少なくとも一方の輝度信号を画素毎又は撮像領域毎に補正する。第１，第２の発光制御において参照光（第３の照明光）を同じ光量で発光させても、各画素の受光センサの副感度の影響で第１，第２の画像信号における参照信号（第１，第２の参照信号）の値が異なるため、第６の態様では第１，第２の照明光の設定光量と参照信号取得画素の分光感度とに基づいて第１，第２の参照信号を補正し、補正後の参照信号に基づいて輝度信号の補正を行うようにしたものである。
【００１８】
第７の態様に係る内視鏡システムは第２から第６の態様のいずれか１つにおいて、画像信号取得部が取得した第１の輝度信号が示す画像と第２の輝度信号が示す画像との位置合わせを行う位置合わせ部を更に備える。第７の態様によれば、画像の位置合わせを行うことにより輝度ムラを精度良く補正することができる。
【００１９】
第８の態様に係る内視鏡システムは第２から第７の態様のいずれか１つにおいて、輝度補正部による第１の輝度信号及び第２の輝度信号のうちの少なくとも一方の輝度信号の補正前に、第１の輝度信号と第２の輝度信号との平均輝度を合わせる補正を行う平均輝度補正部を更に備える。第８の態様は、輝度信号を局所的に（画素毎又は撮像領域毎に）補正する前に平均輝度を合わせることで、局所的な補正をより効果的に行えるようにしたものである。
【００２０】
第９の態様に係る内視鏡システムは第２から第８の態様のいずれか１つにおいて、輝度補正部は、第１の輝度信号及び第２の輝度信号のうちの一方の輝度信号に、第１の参照信号と第２の参照信号との比を乗算する。第９の態様は、輝度補正部での補正内容を具体的に規定するものである。
【００２１】
第１０の態様に係る内視鏡システムは第２から第９の態様のいずれか１つにおいて、第１の参照信号及び第２の参照信号の高周波成分を低減させる周波数処理部を更に備え、輝度補正部は、周波数処理部により処理された第１の参照信号及び第２の参照信号に基づいて第１の輝度信号及び第２の輝度信号のうちの少なくとも一方の輝度信号を画素毎又は撮像領域毎に補正する。第１０の態様は、参照信号には各画素の受光センサの副感度により照明光による信号が含まれるため、参照信号の高周波成分（照明光による信号成分）を低減させる処理を行うことを規定したものである。
【００２２】
第１１の態様に係る内視鏡システムは第１０の態様において、周波数処理部は、撮像部から被検体までの観察距離に基づいて第１の参照信号及び第２の参照信号の高周波成分を低減させる。第１１の態様は参照信号の高周波成分低減の具体的な態様を規定するもので、受光センサの副感度の影響は観察距離（撮像部から被検体までの距離）に応じて定まることを考慮している。
【００２３】
第１２の態様に係る内視鏡システムは第１１の態様において、撮像部から被検体までの観察距離毎に目標とする目標周波数特性を保持する記憶部を備え、周波数処理部は、撮像部による撮像時の観察距離に基づいて記憶部から対応する目標周波数特性を取得し、第１の参照信号及び第２の参照信号の周波数特性を取得した目標周波数特性に調整する。第１２の態様は参照信号の高周波成分低減のさらに具体的な態様を規定するもので、参照信号の周波数特性を観察距離に応じた目標周波数特性に調整する。
【００２４】
第１３の態様に係る内視鏡システムは第１１又は第１２の態様において、周波数処理部は、撮像部による撮像時の観察距離が近い程、第１の参照信号及び第２の参照信号から高周波成分を低減させる処理を強くする。第１３の態様は参照信号の高周波成分低減のさらに具体的な態様を規定するもので、受光センサの副感度の影響は観察距離が近いほど大きいため、距離が近いほど低減処理を強くするようにしている。
【００２５】
第１４の態様に係る内視鏡システムは第２から第１３の態様のいずれか１つにおいて、画像信号生成部は、輝度補正部により補正された第１の輝度信号と第２の輝度信号との差分信号を算出する差分算出部と、算出した差分信号から色差信号を生成する色差信号生成部と、第１の輝度信号及び第２の輝度信号のうちの一方の輝度信号と生成した色差信号とを有するカラー画像信号、又は第１の輝度信号及び第２の輝度信号のうちの一方の輝度信号と生成した色差信号を三原色の各画像信号に変換したカラー画像信号を生成するカラー画像生成部と、を有する。第１４の態様は、画像信号生成部におけるカラー画像の生成を具体的に規定するものである。
【００２６】
第１５の態様に係る内視鏡システムは第２から第１４の態様のいずれか１つにおいて、被検体の構造は血管であり、画像信号生成部は、血管を色により強調した画像信号を生成する。第１５の態様によれば、被検体の構造としての血管を視覚により容易に観察することができる。
【００２７】
本発明の第１６の態様に係るプロセッサ装置は、第２から第１５の態様のいずれか１つに係る内視鏡システムのプロセッサ装置であって、光源と、光源制御部と、画像信号取得部と、輝度補正部と、画像信号生成部と、を備える。第１６の態様は撮像装置（内視鏡システムの撮像部、内視鏡装置等）により取得した画像信号を処理するプロセッサ装置を規定するもので、第２から第１５の態様と同様に、被検体の構造を強調した画像信号を生成することにより被検体の構造を容易に観察することができる。
【００２８】
上述した目的を達成するため、本発明の第１７の態様に係る信号処理方法は、対物レンズと、三原色の各色に対応するカラーフィルタが配列された第１の画素、第２の画素及び第３の画素を有する撮像素子とを含む撮像部による被検体の撮像時に、それぞれ波長の異なる第１の波長、第２の波長及び第３の波長をピークとする第１の照明光、第２の照明光及び第３の照明光を発光する光源から、第１の照明光と第３の照明光とを同時に発光させる第１の発光制御と、第２の照明光と第３の照明光とを同時に発光させる第２の発光制御とを順次行うステップと、第１の発光制御が行われるときに、撮像素子の第１の画素、第２の画素及び第３の画素のうちの、第１の波長に最も分光感度の高い画素から第１の輝度信号を取得し、かつ撮像素子の第１の画素、第２の画素及び第３の画素のうちの第３の波長に感度を有する画素であって、少なくとも第１の波長に最も分光感度の高い画素とは異なる画素から第１の参照信号を取得し、第２の発光制御が行われるときに、撮像素子の第１の画素、第２の画素及び第３の画素のうちの、第２の波長に最も分光感度の高い画素から第２の輝度信号を取得し、かつ撮像素子の第１の画素、第２の画素及び第３の画素のうちの第３の波長に感度を有する画素であって、少なくとも第２の波長に最も分光感度の高い画素とは異なる画素から第２の参照信号を取得するステップと、を含む。第１７の態様によれば、第１の態様と同様に被検体の構造を観察するための画像生成に必要な信号を容易に取得することができる。
【００２９】
第１８の態様に係る信号処理方法は第１７の態様において、第１の参照信号及び第２の参照信号に基づいて第１の輝度信号及び第２の輝度信号のうちの少なくとも一方の輝度信号を画素毎又は撮像領域毎に補正するステップと、補正された第１の輝度信号及び第２の輝度信号に基づいて被検体の構造を強調した画像信号を生成するステップと、をさらに備える。第１８の態様によれば、第２の態様と同様に局所的な輝度ムラ（明るさの違い）が除去された画像を生成でき、被検体の構造を容易に観察することができる。
【００３０】
第１７，第１８の態様に係る信号処理方法において、第３から第１５の態様と同様の構成をさらに含めてもよい。また、これら態様の信号処理方法を内視鏡システムやプロセッサ装置に実現させるプログラム、及びそのようなプログラムのコンピュータ読み取り可能なコードを記録した非一時的記録媒体も、本発明の態様として挙げることができる。そのような非一時的記録媒体の例としてはＲＯＭ（Read Only Memory）やＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）のような半導体記録媒体や、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）及びハードディスク等の光磁気記録媒体を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明に係る内視鏡システム及び信号処理方法によれば、被検体の構造を観察するための画像生成に必要な信号を容易に取得することができる。また本発明に係るプロセッサ装置によれば、内視鏡システムで取得した信号により被検体の構造を観察するための画像を容易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は第１実施形態に係る内視鏡システムを示す外観図である。
【図２】図２は内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。
【図３】図３は光源の分光スペクトルの例を示すグラフである。
【図４】図４は撮像センサに使用されているカラーフィルタの分光特性を示すグラフである。
【図５】図５は観察対象の散乱係数を示すグラフである。
【図６】図６はヘモグロビンの吸収係数を示すグラフである。
【図７】図７は参照光補正部の機能を示すブロック図である。
【図８】図８は観察距離とローパスフィルタの強度との関係を示す概念図である。
【図９】図９は特殊観察画像処理部の機能を示すブロック図である。
【図１０】図１０は血管の深さと血管のコントラストの関係を模式的に表すグラフである。
【図１１】図１１は特定深さの血管強調画像を生成する際の信号チャンネルの割り当ての例を模式的に示した説明図である。
【図１２】図１２は特殊観察モードにおける画像処理の手順を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は波長と分光感度との関係を示す図である。
【図１４】図１４は中心波長４０５ｎｍの第１狭帯域光を用いて撮像された撮像画像の例を示す図である。
【図１５】図１５は中心波長４４５ｎｍの第２狭帯域光を用いて撮像された撮像画像の例である。
【図１６】図１６は図１４に示した画像と図１５に示した画像とから生成される血管強調画像の例を示す図である。
【図１７】図１７は中心波長４０５ｎｍの第１狭帯域光を用いて撮像された撮像画像の例を示す図である。
【図１８】図１８は中心波長４４５ｎｍの第２狭帯域光を用いて撮像された撮像画像の例である。
【図１９】図１９は図１７に示した画像と図１８に示した画像とから生成される血管強調画像の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付図面を参照して本発明に係る内視鏡システム、プロセッサ装置、及び信号処理方法の実施形態について説明する。
【００３４】
［第１実施形態］
図１は第１実施形態に係る内視鏡システム１０（内視鏡システム）を示す外観図である。図２は内視鏡システム１０の機能を示すブロック図である。図１に示すように、内視鏡システム１０は、内視鏡１２と、光源装置１４（光源、光源制御部、プロセッサ装置）と、プロセッサ装置１６（プロセッサ装置）と、モニタ１８と、コンソール１９とを有する。内視鏡１２は、光源装置１４と光学的に接続され、かつプロセッサ装置１６と電気的に接続される。
【００３５】
内視鏡１２は、被検体内に挿入される挿入部１２ａと、挿入部１２ａの基端部分に設けられた操作部１２ｂと、挿入部１２ａの先端側に設けられた湾曲部１２ｃ及び先端部１２ｄを有している。操作部１２ｂのアングルノブ１２ｅを操作することにより、湾曲部１２ｃは湾曲動作する。この湾曲動作によって先端部１２ｄが所望の方向に向けられる。
【００３６】
操作部１２ｂには、アングルノブ１２ｅの他、モード切替スイッチ１３ａ及びズーム操作部１３ｂが設けられている。また、操作部１２ｂには静止画像取得指示部１３ｃが設けられている（図２参照）。
【００３７】
モード切替スイッチ１３ａは、観察モードの切り替え操作に用いられる。内視鏡システム１０は、観察モードとして通常観察モードと特殊観察モードとを有している。通常観察モードは、照明光に白色光を用いて観察対象を撮像して得られる画像をモニタ１８に表示するモードである。通常観察モードで観察対象を撮像して得られる画像を「通常観察画像」という。通常観察モードは「白色光観察モード」と言い換えることができる。通常観察画像は「白色光観察画像」と言い換えることができる。照明光は「観察光」と言い換えることができる。
【００３８】
特殊観察モードは、特定の波長帯域の狭帯域光を照明光として観察対象を撮像して得られる画像信号を用いて、観察対象の特定深さ領域に在る血管を強調した可視化画像を生成し、血管の観察に適した画像をモニタ１８に表示するモードである。特殊観察モードで得られる画像を「特殊観察画像」という。特殊観察モードは「狭帯域観察モード」と言い換えることができる。特殊観察画像は「血管強調画像」又は「狭帯域観察画像」と言い換えることができる。本例の内視鏡１２は、使用する狭帯域光の波長帯域の種類又はその組み合わせが異なる複数種類の特殊観察モードを有している。
【００３９】
プロセッサ装置１６は、モニタ１８及びコンソール１９と電気的に接続される。モニタ１８は、観察対象の画像や観察対象の画像に付帯する情報等を出力表示する表示デバイスである。コンソール１９は、内視鏡システム１０の機能設定や各種指示等の入力操作を受け付けるユーザインターフェースとして機能する。プロセッサ装置１６には、図示せぬ外部記憶装置が接続されていてもよい。外部記憶装置には、観察対象の画像及び画像に付帯する情報等を記録することができる。図２に示したストレージ７０は外部記憶装置の一例であり、外付けの記録部として機能する。
【００４０】
図２に示すように、光源装置１４は、光源２０（光源）と、光源２０を制御する光源制御部２２（光源制御部）と、を備えている。光源２０は、例えば、複数色のＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の半導体光源、レーザーダイオードと蛍光体の組み合わせ、若しくはキセノンランプ等のハロゲン光源、又はこれらの適宜の組み合わせによって構成される。また、光源２０には、ＬＥＤ等の発光源が発光した光の波長帯域を調整するための図示されない光学フィルタ等が含まれる。
【００４１】
本実施形態の光源２０は、Ｖ−ＬＥＤ（Violet Light Emitting Diode）２３ａ、Ｂ−ＬＥＤ（Blue Light Emitting Diode）２３ｂ、Ｇ−ＬＥＤ（Green Light Emitting Diode）２３ｃ及びＲ−ＬＥＤ（Red Light Emitting Diode）２３ｄの四色のＬＥＤを有する。
【００４２】
図３は光源２０の分光スペクトルの例を示すグラフである。Ｖ−ＬＥＤ２３ａは、中心波長が４００ｎｍ±１０ｎｍ程度である波長帯域３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの紫色光Ｖを発光する紫色半導体光源である。Ｂ−ＬＥＤ２３ｂは、中心波長が４５０ｎｍ±１０ｎｍ程度である波長帯域４２０ｎｍ〜５００ｎｍの青色光Ｂを発する青色半導体光源である。Ｇ−ＬＥＤ２３ｃは、中心波長が５５０ｎｍ±２０ｎｍ程度であり、波長帯域が４８０ｎｍ〜６２０ｎｍに及ぶ緑色光Ｇを発する緑色半導体光源である。Ｒ−ＬＥＤ２３ｄは、中心波長が６１０ｎｍ±１０ｎｍ程度であり、波長帯域が５８０ｎｍ〜６５０ｎｍに及ぶ赤色光Ｒを発光する赤色半導体光源である。中心波長という用語は分光強度が極大になるピーク波長と読み替えてもよい。なお、図３において、Ｇ−ＬＥＤ２３ｃとＲ−ＬＥＤ２３ｄの光強度の和を点線（参照符号Ｇ＋Ｒ）で示す。
【００４３】
光源制御部２２は、ＬＥＤ等の発光源の点灯（オン）及び消灯（オフ）やＬＥＤ等の駆動電流や駆動電圧の調整によって照明光の光量を制御する。また、光源制御部２２は、光学フィルタの変更等によって照明光の波長帯域を制御する。光源制御部２２は、光源２０の各ＬＥＤに対して個別に制御信号を入力することにより、各ＬＥＤの点灯や消灯並びに点灯時の発光光量を各々独立に制御することができる。光源２０は、光源制御部２２の制御によって、観察対象に照射する複数種類の照明光を発生する。
【００４４】
本例の光源２０は、紫色波長帯域（約３５０ｎｍ〜４００ｎｍの波長帯域）に中心波長を有する紫色狭帯域光、青色波長帯域（約４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長帯域）に中心波長を有する青色狭帯域光、緑色波長帯域（約４８０ｎｍ〜６２０ｎｍの波長帯域）に中心波長を有する緑色狭帯域光、及び赤色波長帯域（約５８０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長帯域）に中心波長を有する赤色狭帯域光など、複数種類の狭帯域光を発生することができる。
【００４５】
より具体的な例として、光源２０は、中心波長４０５ｎｍの紫色狭帯域光、中心波長４４５ｎｍの青色狭帯域光、中心波長５３０ｎｍの緑色狭帯域光、及び中心波長６１０ｎｍの赤色狭帯域光などの狭帯域光を発生させることができる。また光源２０は、中心波長４７０ｎｍの青色狭帯域光を発生させることが可能であり、中心波長が異なる２種類以上の青色狭帯域光を発生させることもできる。紫色狭帯域光、緑色狭帯域光、及び赤色狭帯域光の各々についても中心波長が異なる２種類以上の狭帯域光を発生させることができる。各狭帯域光の中心波長及び波長帯域は発光させるＬＥＤの選択及び図示せぬ光学フィルタの変更によって指定することができる。
【００４６】
本開示において、光源２０が発生する中心波長４０５ｎｍの紫色狭帯域光を「紫色光Ｖ」と表記する場合がある。また、中心波長４４５ｎｍの青色狭帯域光を「青色光Ｂ」、中心波長５３０ｎｍの緑色狭帯域光を「緑色光Ｇ」、中心波長６１０ｎｍの赤色狭帯域光を「赤色光Ｒ」と表記する場合がある。
【００４７】
特殊観察モードが選択された場合、光源２０は複数種類の狭帯域光のうち、中心波長が互いに異なる少なくとも２種類以上の狭帯域光を発生し、各々の狭帯域光が照射された観察対象を撮像センサ４８によって撮像する。したがって、特殊観察モードでは、狭帯域光の種類に対応した複数種類の内視鏡画像が得られる。本実施形態では、特殊観察モードの場合に、光源２０は、中心波長が互いに異なる第１狭帯域光と第２狭帯域光の２種類の狭帯域光を交互に発生し得る。これら２種類の狭帯域光のうち第１狭帯域光は相対的に短波長側の狭帯域光であり、第２狭帯域光は相対的に長波長側の狭帯域光であるとする。つまり、第２狭帯域光の中心波長は第１狭帯域光の中心波長よりも長波長である。例えば、第１狭帯域光は中心波長が４０５ｎｍの紫色狭帯域光であり、第２狭帯域光は中心波長が４４５ｎｍ程度の青色狭帯域光である。
【００４８】
本実施形態では、中心波長が短い順に第１狭帯域光及び第２狭帯域光の２種類の狭帯域光を例示し、これらの狭帯域光を選択的に切り替えて特殊観察画像を生成する形態を説明する。なお、発明の実施に際して、狭帯域光の種類はこの例に限らず、更に多数種の狭帯域光を使用する形態も可能である。
【００４９】
また光源２０は、白色光を発生することができる。通常観察モードの場合、光源制御部２２は、Ｖ−ＬＥＤ２３ａ、Ｂ−ＬＥＤ２３ｂ、Ｇ−ＬＥＤ２３ｃ、及びＲ−ＬＥＤ２３ｄを全て点灯させる。このため、通常観察モードでは、紫色光Ｖ、青色光Ｂ、緑色光Ｇ、及び赤色光Ｒを含む広い波長帯域の白色光が照明光として用いられる。光源装置１４は「光源部」の一形態に相当する。
【００５０】
光源２０が発した照明光は、図示されないミラーやレンズ等で形成される光路結合部を介してライトガイド４１に入射される。ライトガイド４１は内視鏡１２及びユニバーサルコードに内蔵されている。ユニバーサルコードは、内視鏡１２と、光源装置１４及びプロセッサ装置１６を接続するコードである。ライトガイド４１は、挿入部１２ａ内に挿通されており、光源２０が発生した照明光を内視鏡１２の先端部１２ｄまで伝搬する。
【００５１】
内視鏡１２の先端部１２ｄには、照明光学系３０ａと撮像光学系３０ｂ（撮像部）が設けられている。照明光学系３０ａは照明レンズ４５を有している。ライトガイド４１によって伝搬された照明光は照明レンズ４５を介して観察対象に照射される。撮像光学系３０ｂは、対物レンズ４６、ズームレンズ４７及び撮像センサ４８（撮像素子）を有している。照明光を照射したことによる観察対象からの反射光、散乱光及び蛍光等の各種の光は、対物レンズ４６及びズームレンズ４７を介して撮像センサ４８に入射する。これにより、撮像センサ４８に観察対象の像が結像される。ズームレンズ４７は、ズーム操作部１３ｂの操作に応じてズーム範囲の望遠端と広角端との間で自在に移動され、撮像センサ４８に結像する観察対象の像を拡大又は縮小する。
【００５２】
撮像センサ４８は、画素毎にＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、又はＢ（青色）のカラーフィルタ（三原色の各色）のいずれかが配列されたカラー撮像センサである。撮像センサ４８は、観察対象を撮像してＲＧＢ各色チャンネルの画像信号を出力する。撮像センサ４８としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）撮像センサを利用可能である。また、原色のカラーフィルタが設けられた撮像センサ４８の代わりに、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）及びＧ（緑）の補色フィルタを備えた補色撮像センサを用いてもよい。補色撮像センサを用いる場合には、ＣＭＹＧの四色の画像信号が出力される。このため、補色−原色色変換によって、ＣＭＹＧの四色の画像信号をＲＧＢの三色の画像信号に変換することにより、撮像センサ４８と同様のＲＧＢ画像信号を得ることができる。また、撮像センサ４８の代わりに、カラーフィルタを設けていないモノクロセンサを用いてもよい。
【００５３】
図４は撮像センサ４８に使用されているカラーフィルタの分光特性を示すグラフである。横軸は波長を表し、縦軸は透過率を表す。図４においてＢ−ＣＦはＢカラーフィルタ、Ｇ−ＣＦはＧカラーフィルタ、Ｒ−ＣＦはＲカラーフィルタのそれぞれの分光特性を示している。紫色から青色の波長帯域の光は、撮像センサ４８においてＢカラーフィルタが設けられたＢ画素（第１の画素）で受光される。緑色の波長帯域の光は撮像センサ４８においてＧカラーフィルタが設けられたＧ画素（第２の画素）で受光される。赤色の波長帯域の光は撮像センサ４８においてＲカラーフィルタが設けられたＲ画素（第３の画素）で受光される。撮像センサ４８のＲＧＢ各色の画素から受光光量に応じた信号が出力される。
【００５４】
例えば、特殊観察モードにおいて、紫色の波長帯域である第１狭帯域光が照明光（第１の照明光）として用いられた場合、撮像センサ４８は、第１狭帯域光が照射された観察対象を撮像し、第１狭帯域光に対応する第１の画像信号をＢ画素から出力する。また、特殊観察モードにおいて、青色の波長帯域である第２狭帯域光が照明光（第２の照明光）として用いられた場合、撮像センサ４８は、第２狭帯域光に対応する第２の画像信号をＢ画素から出力する。
【００５５】
内視鏡１２は、ＡＦＥ（Analog Front End）回路５１とＡＤ（Analog to Digital）コンバータ５２を備える。撮像センサ４８が出力する画像信号はＡＦＥ回路５１に入力される。ＡＦＥ回路５１は、相関二重サンプリング（ＣＤＳ；Correlated Double Sampling）回路及び自動利得制御（ＡＧＣ；Automatic Gain Control）回路を含む。ＡＦＥ回路５１は、撮像センサ４８から得られるアナログの画像信号に相関二重サンプリングや自動利得制御を行う。ＡＦＥ回路５１を経た画像信号は、ＡＤコンバータ５２によりデジタル画像信号に変換される。ＡＤ（Analog to Digital）変換後のデジタル画像信号はプロセッサ装置１６に入力される。なお、ＡＦＥ回路５１にＡＤコンバータ５２を搭載する形態も可能である。
【００５６】
プロセッサ装置１６は、画像信号取得部５３（画像信号取得部）と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）５６と、ノイズ低減部５８と、メモリ５９と、信号処理部６０と、映像信号生成部６８と、を備えている。
【００５７】
画像信号取得部５３は、内視鏡１２からデジタル画像信号を取得する。ＤＳＰ５６は、画像信号取得部５３を介して取得した画像信号に対して、欠陥補正処理、オフセット処理、ゲイン補正処理、リニアマトリクス処理、ガンマ変換処理、デモザイク処理等の各種信号処理を施す。欠陥補正処理では、撮像センサ４８の欠陥画素の信号が補正される。オフセット処理では、欠陥補正処理が施された画像信号から暗電流成分が除かれ、正確な零レベルが設定される。ゲイン補正処理では、オフセット処理後の画像信号に特定のゲインを乗じることにより信号レベルが整えられる。
【００５８】
ゲイン補正処理後の画像信号には、色再現性を高めるためのリニアマトリクス処理が施される。その後、ガンマ変換処理によって明るさや彩度が整えられる。ガンマ変換処理後の画像信号には、デモザイク処理が施され、各画素で不足した色の信号が補間によって生成される。デモザイク処理は、等方化処理又は同時化処理とも呼ばれる。デモザイク処理によって、全画素がＲＧＢ各色の信号を有するようになる。
【００５９】
ノイズ低減部５８は、ＤＳＰ５６でデモザイク処理等が施された画像信号に対してノイズ低減処理を施すことによってノイズを低減する。ノイズ低減処理として、例えば移動平均法やメディアンフィルタ法等による処理を採用することができる。ノイズ低減部５８によりノイズを低減した画像信号は、メモリ５９に記憶される。
【００６０】
信号処理部６０はノイズ低減後の画像信号をメモリ５９から取得する。信号処理部６０は、取得した画像信号に対して、必要に応じて、色変換処理、色彩強調処理、及び構造強調処理等の信号処理を施し、観察対象が写ったカラーの内視鏡画像を生成する。色変換処理は、画像信号に対して３×３のマトリックス処理、階調変換処理、及び３次元ルックアップテーブル処理などにより色の変換を行う処理である。色彩強調処理は、色変換処理済みの画像信号に対して行う。構造強調処理は、例えば血管やピットパターン等の観察対象に含まれる特定の組織や構造を強調する処理であり、色彩強調処理後の画像信号に対して行う。また信号処理部６０は、取得した画像信号及びズーム倍率等の撮像条件に基づいて、撮像光学系３０ｂから被検体までの距離（観察距離）を算出する。
【００６１】
信号処理部６０における処理の内容は、観察モードによって異なる。観察モードが通常観察モードの場合、信号処理部６０は、観察対象が自然な色合いになる信号処理を施して通常観察画像を生成する。観察モードが特殊観察モードの場合、信号処理部６０は、少なくとも観察対象の血管を強調する信号処理を施して特殊観察画像を生成する。
【００６２】
信号処理部６０は、画像処理切替部６１と、通常観察画像処理部６６と、特殊観察画像処理部６７（画像信号生成部）と、位置合わせ処理部６２（位置合わせ部）と、明るさ補正処理部６３（平均輝度補正部）とを含み、通常観察モード及び特殊観察モードのそれぞれのモードに対応した信号処理を行う。
【００６３】
画像処理切替部６１は、モード切替スイッチ１３ａによる観察モードの設定に応じて、通常観察画像の生成処理又は特殊観察画像の生成処理の実施を切り替える。モード切替スイッチ１３ａの操作によって通常観察モードにセットされている場合、画像処理切替部６１は、メモリ５９から受信した画像信号を通常観察画像処理部６６に送信する。モード切替スイッチ１３ａの操作によって特殊観察モードにセットされている場合、画像処理切替部６１は、メモリ５９から受信した画像信号を位置合わせ処理部６２、明るさ補正処理部６３、参照光補正部６４、及び特殊観察画像処理部６７に送信する。
【００６４】
通常観察画像処理部６６は、通常観察モードに設定されている場合に作動する。通常観察画像処理部６６は白色光を観察対象に照射して撮像された画像信号に対して色変換処理、色彩強調処理及び構造強調処理を行い、通常観察画像信号を生成する。通常観察画像信号を用いたカラー画像が通常観察画像である。
【００６５】
特殊観察画像処理部６７は、特殊観察モードに設定されている場合に作動する画像処理部である。特殊観察画像処理部６７は、波長帯域が異なる二種類の狭帯域光（第１，第２狭帯域光）のうちの相対的に短波長側である第１狭帯域光と、第１狭帯域光より長波長側の狭帯域光である第３狭帯域光（参照光）と、を観察対象に照射して得られる第１の画像信号（第１の輝度信号及び第１の参照信号）と、相対的に長波長側である第２狭帯域光と、第２狭帯域光より長波長側の狭帯域光である第３狭帯域光（参照光）と、を観察対象に照射して得られる第２の画像信号（第２の輝度信号及び第２の参照信号）とを用いて特定深さの血管を抽出し、抽出した血管を他の血管に対して色の違いによって表す特殊観察画像を生成する。
【００６６】
なお、ここでは波長帯域が異なる二種類の狭帯域光として中心波長４０５ｎｍの紫色狭帯域光である第１狭帯域光と、中心波長４４５ｎｍの青色狭帯域光である第２狭帯域光とを用いる場合を例に説明する。参照光としては、後述するように中心波長６００ｎｍの狭帯域光を用いる場合について説明する。
【００６７】
第１の画像信号と第２の画像信号は、位置合わせ処理部６２及び明るさ補正処理部６３を介して特殊観察画像処理部６７に入力される。位置合わせ処理部６２は、上述した狭帯域光の照射を順次行って取得された第１の画像信号が表す観察対象と第２の画像信号が表す観察対象との位置合わせを行う。位置合わせ処理部６２の位置合わせ処理により、第１の画像信号と第２の画像信号の画像間の相対的な位置の対応付けが行われ、第１の画像信号と第２の画像信号のそれぞれから同じ画像範囲を取り出すことができる。位置合わせ処理部６２は、第１の画像信号又は第２の画像信号のいずれか一方のみについて画像位置の補正を実施してもよいし、両方の画像信号について画像位置の補正を実施してもよい。本例では、第１の画像信号を基準にして第２の画像信号を第１の画像信号の位置に合わせる処理を行う。
【００６８】
明るさ補正処理部６３は、位置合わせ処理部６２によって位置合わせされた第１の画像信号及び第２の画像信号の平均輝度が合うように、第１の画像信号及び第２の画像信号のうち少なくとも一方の画像信号の輝度信号を補正する。
【００６９】
参照光補正部６４（輝度補正部、参照信号補正部、周波数処理部、記憶部）は、参照信号に含まれる高周波成分の低減、及びフレーム間での参照信号のばらつきの影響を補正し、補正後の参照信号に基づいて、第１の画像信号及び第２の画像信号における輝度信号を局所的に（画素毎に又は撮像領域毎に）補正する。
【００７０】
特殊観察画像処理部６７は、参照光補正部６４による補正が行われた第１の輝度信号と第２の輝度信号から観察対象の血管を強調する信号処理を施して特殊観察画像を生成する。例えば、特殊観察画像処理部６７が生成する特殊観察画像では、粘膜の表面を基準として観察対象内の相対的に浅い位置に在る血管は、例えばブラウン色などのマゼンタ系の色になり、粘膜の表面を基準として観察対象内の比較的深い位置に在る血管は、例えば緑色などのシアン系の色になる。このため、ピンク系の色で表される粘膜に対して、観察対象の血管が色の違いで強調される。なお、粘膜の表面を基準として比較的浅い位置に在る血管は「表層血管」と呼ばれる。表層血管のうち特に粘膜表面に近い極浅い位置に在る血管は「極表層血管」と呼ばれる。また、粘膜の表面を基準として比較的深い位置に在る血管は「中深層血管」と呼ばれる。
【００７１】
信号処理部６０は、生成した内視鏡画像を映像信号生成部６８に入力する。映像信号生成部６８は、内視鏡画像をモニタ１８に出力表示するための映像信号に変換する。信号処理部６０にて生成された内視鏡画像は映像信号生成部６８を介してモニタ１８に表示させることができる。
【００７２】
静止画像取得指示部１３ｃが操作されてレリーズ指示が入力されると、信号処理部６０は、生成した内視鏡画像をストレージ７０に保存する処理を行う。また、信号処理部６０は、メモリ５９から読み込んだ画像信号、位置合わせ処理部６２で処理された画像信号、明るさ補正処理部６３で処理された画像信号、及び参照光補正部６４で処理された画像信号のうちのいずれか、若しくは、これらの適宜の組み合わせをストレージ７０に保存することができる。
【００７３】
ストレージ７０は、プロセッサ装置１６に接続された外部記憶装置である。ストレージ７０は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信回線を介してプロセッサ装置１６に接続されてもよい。ストレージ７０は、例えば、ＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System）等の内視鏡画像をファイリングするシステムのファイルサーバや、ＮＡＳ（Network Attached Storage）等である。ストレージ７０に保存した内視鏡画像は画像処理装置７２で使用することができる。
【００７４】
画像処理装置７２は、内視鏡画像に画像処理を施して血管深さを推定する機能を有する装置である。画像処理装置７２は、内視鏡画像に画像処理を施して診断支援のため血管パラメータを算出する診断支援装置として機能する。
【００７５】
［特殊観察画像の生成方法］
まず、内視鏡システム１０における特殊観察画像の生成方法について説明する。特殊観察モードでは、観察対象を撮像するときに照射する照明光の深達度によって観察可能な血管が存在する粘膜下の深さが概ね決まっている。一般に、波長の短い光は深達度が浅く、粘膜表面付近で散乱吸収を受けて一部の光が反射光として観測される。観察対象である生体組織の光の吸収及び散乱特性は波長依存性があり、波長が長い光ほど深達度が深くなる。
【００７６】
図５は観察対象の散乱係数を示すグラフである。図５の横軸は波長を表し、縦軸は規格化された散乱係数を表している。図５に示すように、短波長になるほど散乱係数は大きくなる。散乱が大きいほど、生体組織の粘膜表層付近で反射される光が多く、中深層に到達する光が少ない。そのため、短波長であるほど深達度は浅く、長波長になるほど深達度は深い。散乱係数には個体差があるものの、波長依存性の傾向は共通している。
【００７７】
特殊観察モードで使用する複数種類の狭帯域光のそれぞれの波長帯域における観察対象の散乱係数は各狭帯域光の深達度、すなわち、その波長帯域で観察可能な血管の粘膜下の深さに関連する。しかしながら既述のとおり、実際の観察対象について内視鏡画像から正確な散乱係数を把握することは困難である。
【００７８】
一方、各狭帯域光の波長帯域におけるヘモグロビンの吸収係数は、各狭帯域光で観察可能な血管のコントラストに関連する。
【００７９】
図６はヘモグロビンの吸収係数を示すグラフである。図６の横軸は波長を表し、縦軸は規格化された吸収係数（吸光係数）を表している。図６から把握されるとおり、短波長の光はヘモグロビン吸収が大きく、かつ光の散乱も大きい（図５参照）。このため短波長の狭帯域光を照射して撮像した画像は、浅い位置に在る血管のコントラストが高いが、深い位置に在る血管のコントラストは急激に低くなる。一方、照明光に使用する狭帯域光が長波長になるに従い、浅い位置に在る血管のコントラストは低くなるが、深い位置に在る血管のコントラストの低下は比較的緩やかになる。このような特性を利用して、照明光の波長を変えて撮像した二つの画像の差分情報から、任意の深さの血管情報を可視化することができる。
【００８０】
例えば、短波長側の照明光として、中心波長４０５ｎｍの紫色狭帯域光と、中心波長４４５ｎｍの青色狭帯域光との二種類の波長帯域の照明光をそれぞれ照射して撮像を行うことにより得られた画像の一方を輝度信号に割り当て、両画像の差分画像を色差信号に割り当てることで、粘膜の表層に在る血管が抽出され、抽出された血管を強調した画像を作成することができる。
【００８１】
また、例えば、長波長側の照明光として、中心波長５３０ｎｍの緑色狭帯域光と、中心波長６１０ｎｍの赤色狭帯域光との二種類の波長帯域の照明光を使用する場合は、粘膜下のより深い層に在る血管を抽出することができ、抽出された血管を強調した画像を作成することができる。
【００８２】
特殊観察モードで使用する二種類の照明光は、観察対象の散乱係数が互いに異なり、かつ、ヘモグロビンの吸光係数がほぼ等しい波長帯域の光であることが望ましい。このような条件を満たす二種類の照明光を用いることにより、粘膜下の特定深さの血管を特に鮮明に抽出することができる。
【００８３】
「観察対象の散乱係数が互いに異なり、かつ、ヘモグロビンの吸光係数がほぼ等しい」という条件は、観察可能な血管の粘膜下の深さ（深達度）がそれぞれ異なり、かつ、粘膜下での深さが異なる血管が概ね同程度のコントラストに観察可能である二つの波長帯域の光を選択して用いるという条件を意味している。
【００８４】
なお、本実施形態で用いる中心波長４０５ｎｍの第１狭帯域光と中心波長４４５ｎｍの第２狭帯域光は、図６に示すように、ヘモグロビンの吸光係数（酸化ヘモグロビンの吸光係数：還元ヘモグロビンの吸光係数＝３:７）が概ね同程度である。中心波長４０５ｎｍの第１狭帯域光と中心波長４４５ｎｍの第２狭帯域光の組み合わせは、血管の抽出にとって好ましい組み合わせの一例である。
【００８５】
図７は参照光補正部６４の機能を示すブロック図である。参照光補正部６４は、観察距離に応じた目標周波数特性を保持する記憶部６４ａと、記憶部６４ａに保持された目標周波数特性に応じて参照信号に含まれる高周波成分を低減する周波数処理部６４ｂと、参照信号値のばらつきを補正する参照信号補正部６４ｃと、補正後の参照信号に基づいて第１の画像信号及び第２の画像信号のうちの輝度信号を局所的に（画素毎に又は撮像領域毎に）補正する輝度補正部６４ｄとを備える。なお後述するように、参照光補正部６４には観察距離と目標周波数特性との関係（図８参照）が保持されている。
【００８６】
図９は特殊観察画像処理部６７の機能を示すブロック図である。特殊観察画像処理部６７は、演算画像信号生成部７６（差分算出部）と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ；low pass filter）処理部７７と、画像生成部７８（色差信号生成部、カラー画像生成部）とを備える。
【００８７】
演算画像信号生成部７６は、参照信号による輝度補正が施された第１の画像信号と第２の画像信号とを用いて演算をし、演算画像信号を生成する。具体的には、第１の画像信号のうちの第１の輝度信号と、第２の画像信号のうちの第２の輝度信号と、の差又は比を算出する。本例の演算画像信号生成部７６は、第１の輝度信号及び第２の輝度信号のそれぞれを対数変換し、対数変換後の第１の輝度信号と第２の輝度信号との差、より具体的には第２の輝度信号から第１の輝度信号を減算した差分画像（差分信号）である演算画像信号ΔＢを生成する。対数変換は「Ｌｏｇ変換」とも呼ばれる。
【００８８】
第１の輝度信号及び第２の輝度信号は、各画素が受光量に比例する画素値を有するが、対数変換をすると、濃度に比例する画素値を有することになるので、各画像信号を得たときの照明光の照度によらず、安定した演算結果を得ることができる。本実施形態では、特殊観察モードで照明光として用いる第１狭帯域光と第２狭帯域光の照度には実質的な差がないとし、上述のように第１の輝度信号と第２の輝度信号との差によって演算画像信号ΔＢを生成する。
【００８９】
なお、第１の輝度信号と第２の輝度信号のそれぞれの信号を対数変換せずに、第１の輝度信号と第２の輝度信号をそのまま用いる場合には、第１の輝度信号と第２の輝度信号の比を画素毎に演算することにより、演算画像信号を生成してもよい。
【００９０】
図１０は血管の深さと血管のコントラストの関係を模式的に表すグラフである。図１０に示すように、照明光として紫色光Ｖと青色光Ｂの二種類を用いると、深さ範囲ＡＳ及び深さ範囲ＡＤの全範囲の血管、すなわち、概ね表層に在る血管（表層血管）を観察可能である。しかしながら、紫色光Ｖは青色光Ｂと比較して波長が短いため、観察対象への深達度が小さく、青色光Ｂに対して相対的に粘膜下の浅い位置の深さ範囲ＡＳに在る血管しか写し出せない代わりに、浅い位置の深さ範囲ＡＳに在る血管のコントラストは青色光Ｂを用いる場合よりも大きい。「血管のコントラスト」とは血管からの反射光量に対する周辺の粘膜からの反射光量の比を意味する。血管のコントラストは、血管の輝度ＹＶと粘膜の輝度ＹＭとを用いて、例えば「ＹＶ／ＹＭ」又は「（ＹＶ−ＹＭ）／（ＹＶ＋ＹＭ）」で算出することができる。
【００９１】
一方、青色光Ｂは紫色光Ｖと比較して波長が長いため、観察対象への深達度が深く、紫色光Ｖに対して相対的に粘膜下の深い位置の深さ範囲ＡＤに在る血管まで写し出せる代わりに、浅い位置の深さ範囲ＡＳに在る血管のコントラストは紫色光Ｖを用いる場合よりも小さい。
【００９２】
このため、青色光Ｂに対応する第２の輝度信号から紫色光Ｖに対応する第１の輝度信号を減算すれば、特に粘膜下の浅い位置の深さ範囲ＡＳに在る極表層血管を表す画素の画素値は強調されて、大きい値（白色）になる。逆に、極表層血管よりも深い位置の深さ範囲ＡＤに在る血管を表す画素の画素値は小さい値（黒色）になる。演算画像信号ΔＢを算出することは、粘膜下の特定深さに在る血管を抽出することに対応する。
【００９３】
ローパスフィルタ処理部７７は、演算画像信号生成部７６が生成した演算画像信号ΔＢにローパスフィルタを施すことにより低解像化の処理を行う。ローパスフィルタ処理部７７が演算画像信号ΔＢに施すフィルタ処理の強度は、ローパスフィルタのカットオフ周波数で定まる。ローパスフィルタのカットオフ周波数は予め設定され、少なくとも元の演算画像信号ΔＢの鮮鋭度よりは鮮鋭度を低下させる。ローパスフィルタ処理部７７のローパスフィルタ処理によって得られる演算画像信号は、元の演算画像信号よりもぼけた状態の画像になる。
【００９４】
画像生成部７８は、特殊観察画像処理部６７が受信する第１の輝度信号又は第２の輝度信号のいずれかと、ローパスフィルタ処理された演算画像信号ΔＢとを用いて、複数の出力チャンネルを有する画像を生成する。より具体的には、画像生成部７８は、輝度チャンネルＹと色差に関する二つの色差チャンネルＣｂ，Ｃｒとを有する画像を生成する。輝度チャンネルＹは第１チャンネルに相当し、二つの色差チャンネルＣｂ，Ｃｒはそれぞれ第２チャンネル及び第３チャンネルに相当する。画像生成部７８は、第１の輝度信号又は第２の輝度信号のいずれか一方を輝度チャンネルＹに割り当て、ローパスフィルタ処理された演算画像信号ΔＢを二つの色差チャンネルＣｂ，Ｃｒに割り当てることにより、特定深さの血管のパターンを色で強調した画像を生成する。こうして生成されたＹＣＣ画像（カラー画像信号）又はこのＹＣＣ画像を色変換処理して得られるＲＧＢ画像（カラー画像信号）を「血管強調画像」という。「ＹＣＣ画像」とは輝度信号であるＹ信号と、色差信号であるＣｒ信号及びＣｂ信号によって表されるカラー画像を意味する。
【００９５】
図１１は特定深さの血管強調画像を生成する際の信号チャンネルの割り当ての例を模式的に示した説明図である。図１１におけるＢ１は第１の輝度信号を表している。本実施形態の場合、第１の輝度信号と第２の輝度信号とのうち、相対的に短波長帯域の狭帯域光（紫色光Ｖ）に対応した第１の輝度信号を輝度チャンネルＹに割り当てる。つまり、相対的に極表層血管のコントラストが高い第１の輝度信号を輝度チャンネルＹに割り当てる。そして、色差チャンネルＣｂ，Ｃｒには演算画像信号ΔＢを割り当てる。演算画像信号ΔＢを色差チャンネルＣｂ，Ｃｒに割り当てる際には、それぞれ係数αと係数βを乗じる。これは、表層血管等を強調観察する内視鏡システムが表示する画像と色味を揃えるためである。輝度チャンネルＹに第１の輝度信号を割り当てるのは、表層血管の中から極表層血管を選り分けて強調するためである。
【００９６】
表層血管を強調観察する観察モードを有する内視鏡システムにおいて、表層血管強調画像を生成する方法の一つとして、撮像画像のＢ画像信号とＧ画像信号を利用する次のような方法がある。すなわち、表層血管観察モードの場合に、狭帯域の青色光を照射して観察対象を撮像してＢ画像信号を取得し、かつ、狭帯域の緑色光を照射して観察対象を撮像してＧ画像信号を取得する。そして、Ｂ画像信号を表示用の画像のＢチャンネルとＧチャンネルに割り当て、Ｇ画像信号をＲチャンネルに割り当てることにより、粘膜下の深い位置に在る中深層血管を緑色系（シアン系）の色にし、粘膜下の浅い位置に在る表層血管を赤色系（マゼンタ系）の色にして強調表示する。
【００９７】
国際電気通信連合の規格であるＩＴＵ−Ｒ．６０１では、ＲＧＢ各画像信号と輝度チャンネルＹ及び色差チャンネルＣｂ及びＣｒの関係は、下記の式（１）、式（２）、及び式（３）で表される。なお、ＩＴＵは「International Telecommunication Union」の略語表記である。
【００９８】
Ｙ＝０．２９９Ｒ＋０．５８７Ｇ＋０．１１４Ｂ  …（１）
Ｃｂ＝−０．１６９Ｒ−０．３３１Ｇ＋０．５Ｂ  …（２）
Ｃｒ＝０．５Ｒ−０．４１９Ｇ−０．０８１Ｂ  …（３）
そして、色差チャンネルＣｂ，Ｃｒの式（２）及び式（３）において、ＲにＧを代入し、ＧにＢを代入すると、式（４）及び式（５）に示すように色差チャンネルＣｂ，Ｃｒを（Ｇ−Ｂ）で表すことができる。
【００９９】
Ｃｂ＝−０．１６９Ｇ＋０．１６９Ｂ＝−０．１６９（Ｇ−Ｂ）…（４）
Ｃｒ＝０．５Ｇ−０．５Ｂ＝０．５（Ｇ−Ｂ）              …（５）
上述の方法に対して、本実施形態における特殊観察モードでは、紫色の波長帯域である第１狭帯域光を用いて第１の輝度信号を取得し、青色の波長帯域である第２狭帯域光を用いて第２の輝度信号を取得して極表層血管を抽出及び表示するため、式（４）及び式（５）の（Ｇ−Ｂ）信号に代えて、演算画像信号ΔＢを用いる。すなわち、係数α＝−０．１６９を乗じて演算画像信号ΔＢを色差チャンネルＣｂの信号（色差信号）に割り当て、係数β＝０．５を乗じて演算画像信号ΔＢを色差チャンネルＣｒの信号（色差信号）に割り当てる。
【０１００】
これにより、本実施形態の内視鏡システム１０の特殊観察モードにおいて、上述の表層血管観察モードによって得られる表層血管強調画像と概ね同配色の血管強調画像を得ることができる。ただし、本実施形態において、極表層血管と、比較的深い位置に在る表層血管との色の違いを強調するために、設定等に応じて、係数α及び係数βにさらに係数を乗じる場合がある。
【０１０１】
なお、輝度チャンネルＹ及び色差チャンネルＣｂ，ＣｒからＲＧＢの血管強調画像を生成するには、ＩＴＵ−Ｒ．６０１の逆変換にしたがって、下記の式（６）、式（７）、及び式（８）によって行う。
【０１０２】
Ｒ＝Ｙ＋１．４０２Ｃｒ                  …（６）
Ｇ＝Ｙ−０．３４４Ｃｂ−０．７１４Ｃｒ  …（７）
Ｂ＝Ｙ＋１．７７２Ｃｂ                  …（８）
こうして特殊観察画像処理部６７で生成された特定深さの血管強調画像は、映像信号生成部６８に入力される。映像信号生成部６８は特定深さの血管強調画像をモニタ１８で表示可能な画像として表示するための映像信号に変換する。この映像信号を用いて、モニタ１８に特定深さの血管強調画像が表示される。
【０１０３】
［特殊観察モードにおける画像処理の概要］
図１２は特殊観察モードにおける画像処理（画像生成方法）の手順を示すフローチャートである。この処理は、プロセッサ装置１６が有する図示せぬＲＯＭ等の非一時的記録媒体に記録されたプログラムに従って進められる。特殊観察モードが選択されると、図１２に示す画像処理がプロセッサ装置１６により実行される。
【０１０４】
ステップＳ１１０において、光源２０は第１波長帯域（第１の波長）の狭帯域光である照明光（第１の照明光）と、第３波長帯域（第３の波長）の狭帯域光である照明光（第３の照明光、参照光）と、を同時に発生する（第１の発光制御）。光源２０から発せられた第１の照明光及び第３の照明光は観察対象に照射される。
【０１０５】
第１波長帯域は例えば中心波長が４０５ｎｍの紫色波長帯域である。図１３に示すように、この紫色波長帯域はＢ画素の分光感度ＳＢがＧ画素の分光感度ＳＧ及びＲ画素の分光感度ＳＲよりも高くなる波長帯域（約４９０ｎｍ未満）における波長帯域である。
【０１０６】
一方、第３波長帯域はＧ画素及びＲ画素のうちの少なくとも一方の画素の分光感度がＢ画素の分光感度よりも高くなる波長帯域内（約４９０ｎｍ以上）における波長帯域であり、例えば６００ｎｍを中心波長とする。図１３に示すように、６００ｎｍ付近の波長において、Ｇ画素の分光感度とＲ画素の分光感度の総和ＳＳは最大になる。６００ｎｍを中心波長とする第３の照明光は、Ｒ−ＬＥＤ２３ｄの発光及び図示せぬ光学フィルタの変更により発生させることができる。
【０１０７】
なお、第３の照明光は参照光として利用するので、第１の照明光の発光光量よりも発光光量を少なくすることが好ましい。具体的には第３の照明光の発光光量は第１の照明光の発光光量の４０％以下にすることが好ましく、１０％以上２０％以下にすることがさらに好ましい。したがって、第３の照明光の発光光量は例えば第１の照明光の発光光量の１５％とすることができるが、この値に限定されるものではない。
【０１０８】
このように、Ｇ画素の分光感度とＲ画素の分光感度の総和が最大になる波長帯域を第３波長帯域とし、さらに第３の照明光（参照光）の発光光量を第１の照明光及び第２の照明光（後述）の発光光量よりも少なくすることで、参照光による画質の低下（長波長の光が加わることによる差分画像のコントラスト低下、表層血管の分解能の低下）を防止しつつ、参照光を用いた補正の効果（局所的な光量ムラの除去）を得ることができる。なお、「分光感度の総和が最大になる波長」とは、分光感度の総和が数値上最大値となる波長だけでなく、分光感度の総和が、輝度ムラ補正の効果に実質的な影響がない範囲で数値上の最大値からずれた波長であってもよい。
【０１０９】
撮像センサ４８は、第１の照明光及び第３の照明光が照射された観察対象を撮像して第１の照明光及び第３の照明光に対応する画像信号を出力し（ステップＳ１２０）、画像信号取得部５３は、撮像センサ４８から第１の照明光及び第３の照明光に対応する画像信号を取得する（ステップＳ１３０）。ステップＳ１３０で取得される画像信号は、既に説明した第１の画像信号に相当する。第１の画像信号のうちＢ画素（中心波長４０５ｎｍの第１波長帯域において最も分光感度が高い画素）に対応する色の画像信号を輝度信号（第１の輝度信号）とし、第３波長帯域に感度を有する画素であって第１の輝度信号を取得したＢ画素とは異なる画素であるＧ画素及びＲ画素（参照信号取得画素）の各色の画像信号を加算した画像信号を参照信号（第１の参照信号）とする。
【０１１０】
ステップＳ１３０により得られる撮像画像の一例を図１４に示す。図１４は中心波長４０５ｎｍの第１狭帯域光（第１の照明光）及び中心波長６００ｎｍの第３の照明光（参照光）を用いて撮像された撮像画像の例である。図１４では極表層血管１１２を含む表層の血管が鮮明に写し出されている。なお図１４中、領域Ｐ１は周囲よりも輝度が低い（暗い）領域を示している。
【０１１１】
図１２のステップＳ１５０及びステップＳ２５０（後述）において、明るさ補正処理部６３は、取得した第１の画像信号について光量補正を行う。ステップＳ１５０及びステップＳ２５０の光量補正は、輝度信号の補正前に、第１の画像信号の画像全体の平均輝度と第２の画像信号の平均輝度とを合わせる処理である。例えば、明るさ補正処理部６３は、特殊観察モードに使用される狭帯域光の照射光量比を用いて、第１の画像信号の平均輝度と第２の画像信号の平均輝度を一致させるゲイン補正を行う。また例えば、明るさ補正処理部６３は、各画像信号の全画素の画素値の平均値又は特定の画素領域の画素値の平均値を算出することにより第１，第２の画像信号が表す観察対象の画像の明るさ（平均輝度）を算出し、第１，第２の画像信号が表す観察対象の画像の明るさを一致させるゲインを算出し、算出したゲインを用いて第１の画像信号の輝度信号及び第２の画像信号の輝度信号の少なくとも一方を補正する。
【０１１２】
ステップＳ１５０及びステップＳ２５０では、第１の輝度信号と第２の輝度信号の両方を補正してもよいし、いずれか一方のみを補正してもよい。第２の輝度信号のみを補正する場合は、ステップＳ１５０の処理は行わずステップＳ２５０の処理のみ行えばよい。なお光量補正は「明るさ補正処理」と同義である。
【０１１３】
また、ステップＳ１３０の後、光源２０は第２波長帯域（第２の波長）の狭帯域光である照明光（第２の照明光）と、第３波長帯域の狭帯域光である照明光（第３の照明光）と、を同時に発生する（ステップＳ２１０：第２の発光制御）。光源２０から発せられた第２の照明光及び第３の照明光は観察対象に照射される。なお第２の発光制御において、第２の照明光の発光光量は第１の発光制御における第１の照明光の発光光量と同じでなくてもよい。例えば、第２の照明光の発光光量は第１の照明光の発光光量より少なくすることができる。
【０１１４】
第２波長帯域は例えば中心波長が４４５ｎｍの青色波長帯域であり、第１波長帯域と同様に、Ｂ画素の分光感度がＧ画素の分光感度及びＲ画素の分光感度よりも高くなる波長帯域（約４９０ｎｍ未満）における波長帯域である。第３波長帯域は第１の発光制御と同様であり、Ｒ−ＬＥＤ２３ｄの発光及び図示せぬ光学フィルタの変更により６００ｎｍを中心波長とする狭帯域光を発光させる。なお第３の照明光の発光光量は、第１の発光制御と同様に、第２の照明光の発光光量の１５％とすることができるが、第３の照明光の発光光量はこの値に限定されるものではない。
【０１１５】
なお、上述の例では第２の発光制御における第３の照明光の波長帯域及び発光光量が第１の発光制御における第３の照明光の波長帯域及び発光光量と同じである場合について説明しているが、本発明において第３の照明光の波長帯域及び発光光量は第１，第２の発光制御において全く同じでなくてもよい。内視鏡では通常、観察距離に応じて自動露出補正が行われること、及び受光センサの分光感度と参照光の波長分布をたたみ込んだものが参照信号値となることから、第１，第２の発光制御において受光センサの分光感度と参照光の波長分布とを畳み込んだ参照信号値の相違が１０％以内であることが好ましい。
【０１１６】
撮像センサ４８は、第２の照明光及び第３の照明光が照射された観察対象を撮像して第２の照明光及び第３の照明光に対応する画像信号を出力し（ステップＳ２２０）、画像信号取得部５３は、第２の照明光及び第３の照明光に対応する画像信号を撮像センサ４８から取得する（ステップＳ２３０）。ステップＳ２３０で取得される画像信号は、既に説明した第２の画像信号に相当する。第２の画像信号のうちＢ画素（中心波長４４５ｎｍの第２波長帯域において最も分光感度が高い画素）に対応する色の画像信号を輝度信号（第２の輝度信号）とし、第３波長帯域に感度を有する画素であって第２の輝度信号を取得したＢ画素とは異なる画素であるＧ画素及びＲ画素（参照信号取得画素）の各色の画像信号を加算した画像信号を参照信号（第２の参照信号）とする。
【０１１７】
ステップＳ２４０において、位置合わせ処理部６２は、ステップＳ１３０にて取得された第１の画像信号とステップＳ２３０にて取得された第２の画像信号の位置合わせ処理を行う。本例では第２の画像信号の画像位置を補正する処理を行う。ステップＳ２４０により得られる撮像画像の一例を図１５に示す。図１５は中心波長４４５ｎｍの第２狭帯域光（第２の照明光）及び中心波長６００ｎｍの第３の照明光（参照光）を用いて撮像された撮像画像の例である。図１５では図示の制約上十分に表現されていないが、図１５に示した撮像画像は図１４の撮像画像と比較して極表層血管１１２のコントラストが著しく低下している。また、極表層血管１１２よりも深い位置に在る表層血管１１４は、図１４と比較してコントラストの低下が緩やかである。なお図１５中、領域Ｐ２は周囲よりも輝度が高い（明るい）領域を示している。
【０１１８】
図１２のステップＳ２５０において、明るさ補正処理部６３は、取得した第２の画像信号について光量補正を行う。ステップＳ２５０における光量補正は、ステップＳ１５０における光量補正と同様に、第１の輝度信号の平均輝度と第２の輝度信号の平均輝度とを合わせる処理であり、第１の輝度信号と第２の輝度信号の両方を補正してもよいし、いずれか一方のみを補正してもよい。第１の輝度信号のみを補正する場合は、ステップＳ２５０の処理は行わずに、上述したステップＳ１５０の処理のみ行えばよい。
【０１１９】
ステップＳ１５２において、周波数処理部６４ｂは参照信号（第１，第２の参照信号）に含まれる高周波成分を低減するＬＰＦ（Low Pass Filter）処理（ローパスフィルタ処理）を行う。これは、受光センサに副感度があるため、参照信号に表層血管の画像信号が映り込み、このまま参照信号を用いて光量補正をすると表層血管のコントラストが低下してしまうためである。なお、受光センサの副感度の影響（参照信号に表層血管の画像信号が映り込む度合い）は被検体までの観察距離に応じて異なるため、目標とする周波数特性を観察距離毎に記憶部６４ａに記憶しておき、周波数処理部６４ｂは撮像時の観察距離に基づいて記憶部６４ａから目標周波数特性を取得して、参照信号の周波数特性が目標周波数特性になるようにローパスフィルタ処理を行う。例えば、目標周波数特性としてローパスフィルタの特性を記憶しておき、これを用いるようにする。このようにして、周波数処理部６４ｂは、図８に示すように観察距離が近いほどローパスフィルタの強度が高くなるローパスフィルタ処理を行う。
【０１２０】
なお、上述したステップＳ１５２のローパスフィルタ処理を行わずに、副感度の影響を含む参照信号の高周波成分を抽出しておき、差分画像にこの高周波成分を加算して差分画像のコントラストを保つようにしてもよい。
【０１２１】
輝度補正部６４ｄは、第１，第２の画像信号間の参照信号（第１の参照信号、第２の参照信号）のばらつきを補正する（ステップＳ１５４）。これは、各フレーム（第１，第２の発光制御）で同じ光量で参照光を発光させても、参照光成分から得られる参照信号は波長帯域に依存した受光センサの副感度の相違（図１３参照）に起因してばらつくため、各フレームの短波長側の照明光（第１，第２の照明光）の設定光量と分光感度とから参照信号（第１，第２の参照信号）のばらつきを補正するものである。なお、上述した補正に代えて、または上述した補正に加えて、画像信号における参照信号のばらつきを考慮して第１，第２発光制御時（ステップＳ１１０，Ｓ２１０）の参照光の発光光量を設定してもよい。
【０１２２】
輝度補正部６４ｄは、ステップＳ１５４で補正した後の参照信号に基づいて、第１の輝度信号及び第２の輝度信号を局所的に（画素毎に又は撮像領域毎に）補正する（ステップＳ１５６）。ステップＳ１５６における処理は、各画素又は各画像領域における参照信号の比に基づいて第１の輝度信号及び第２の輝度信号を補正する処理である。例えば、処理対象画素において第１の参照信号と第２の参照信号との比が１．０対０．９である（第１の参照信号：第２の参照信号＝１．０：０．９）とすると、第２の輝度信号に（１．０／０．９）を乗算して補正する。なおこの例では第２の輝度信号のみ補正しているが、第１の輝度信号のみを補正してもよいし、第１，第２の輝度信号の双方を補正してもよい。
【０１２３】
本実施形態のように波長帯域の異なる複数の狭帯域光を切り換えて順次撮影を行ういわゆる「マルチフレーム撮影」の場合、フレーム毎の撮影タイミングが異なるため、観察距離や角度が変化し、各フレームでの画像の明るさ（輝度）の違いが一律ではなく場所ごとに変化している。このためステップＳ１５０，Ｓ２５０における平均輝度の補正だけでは輝度を合わせきれない場合があるが、上述のように参照信号の比に基づいて輝度信号を補正することで、場所毎の輝度ムラを除去した画像を得ることができる（図１４〜１９参照）。
【０１２４】
ステップＳ１６０において、演算画像信号生成部７６は補正後の第１の輝度信号に対数変換を施す。また、ステップＳ２６０において、演算画像信号生成部７６は補正後の第２の輝度信号に対数変換を施す。
【０１２５】
ステップＳ２８０において、演算画像信号生成部７６は、ステップＳ２６０にて対数変換された第２の画像信号とステップＳ１６０にて対数変換された第１の画像信号との差分画像を生成する差分処理を行う。ステップＳ２８０の差分処理では、第２の輝度信号から第１の輝度信号を減算する演算によって差分画像を表す演算画像信号が生成される。ステップＳ２８０にて生成される演算画像信号は、既に説明した演算画像信号ΔＢに相当する。
【０１２６】
ステップＳ２９０において、ローパスフィルタ処理部７７は、ステップＳ２８０にて生成された演算画像信号にローパスフィルタ処理を施す。
【０１２７】
その後、ステップＳ３００において、画像生成部７８は、ステップＳ１６０にて対数変換された第１の輝度信号を輝度チャンネルＹに割り当て、かつ、ステップＳ２９０にて低解像化された演算画像信号を色差チャンネルＣｒ，Ｃｂに割り当てることにより、被検体の構造である血管が色により強調された血管強調画像（ＹＣＣ画像）を生成する。また、画像生成部７８は、ＹＣＣ画像からＲＧＢ画像に変換する色変換処理を行い、血管強調画像を表すＲＧＢ画像１００を生成する。
【０１２８】
ステップＳ３００により生成された血管強調画像はモニタ１８に表示される。また、ステップＳ３００により生成された血管強調画像はストレージ７０に保存することができる。
【０１２９】
ステップＳ３００を経て生成される出力画像の例を図１６に示す。図１６では図示の制約上十分に表現されていないが、出力画像として表層血管が強調されたカラー画像が得られる。
【０１３０】
このようにして生成された血管強調画像では、粘膜下の極表層に在る極表層血管がマゼンタ系の色に着色して表示され、極表層よりも深い位置の表層に在る表層血管がシアン系の色に着色して表される。したがって、血管強調画像では極表層血管と表層血管とを色で識別可能であり、特に極表層血管の観察が容易な画像としてモニタ１８に表示される。モニタ１８に表示される画像では、上述したように参照信号に基づいて輝度信号を補正するので、図１４，１５に示す領域Ｐ１，Ｐ２のような局所的な輝度ムラは除去されており、被検体の構造を容易に観察することができる。
【０１３１】
［具体的な画像例］
図１７は第１の照明光として中心波長４０５ｎｍの第１狭帯域光を用い、第３の照明光（参照光）として中心波長６００ｎｍの狭帯域光を用いて撮像された撮像画像の例である。図１７は図１２のステップＳ１３０で取得される第１の画像信号による画像例に相当する。図１７に示した撮像画像を第１撮像画像１１０という。第１撮像画像１１０には、極表層血管１１２と表層血管１１４が写し出されている。先に説明した図１４は図１７の一部を拡大した画像に相当している。なお図１７では、図１４で示した領域Ｐ１の図示は省略している。
【０１３２】
図１８は第２の照明光として中心波長４４５ｎｍの第２狭帯域光を用い、第３の照明光（参照光）として中心波長６００ｎｍの狭帯域光を用いて撮像された撮像画像の例である。図１８は図１２のステップＳ２３０で取得される第２の画像信号による画像例に相当する。図１８に示した撮像画像を第２撮像画像１２０という。第２撮像画像１２０は、第１撮像画像１１０と比較して、極表層血管１１２と表層血管１１４のコントラストが低下している。先に説明した図１５は図１８の一部を拡大した画像に相当している。なお図１８では、図１５で示した領域Ｐ２の図示は省略している。
【０１３３】
図１９は第１撮像画像１１０と第２撮像画像１２０の差分による演算画像信号を用いて生成された血管強調画像の例である。先に説明した図１６は図１９の一部を拡大した画像に相当している。図１９に示す血管強調画像では、被検体の構造としての血管を視覚により容易に観察することができる。
【０１３４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では第１の発光制御で紫色光Ｖと赤色光Ｒ（参照光）を発光させて第１の画像信号を取得し第２の発光制御で青色光Ｂと赤色光Ｒ（参照光）を発光させて第２の画像信号を取得し、これら２つの画像信号により極表層〜表層に在る血管を強調した画像を生成しているが、第１の発光制御で青色光Ｂと赤色光Ｒ（参照光）を発光させて第１の画像信号を取得し第２の発光制御で緑色光Ｇと赤色光Ｒ（参照光）を発光させて第２の画像信号を取得して、これら２つの画像信号により中層に在る血管を強調した画像を生成してもよい。このような中層血管を強調した画像を生成する場合の処理は、上述した実施形態と同様に行うことができる。
【０１３５】
また、上述した実施形態では波長の異なる２つの狭帯域光を用いて２つの狭帯域画像を取得しているが、波長の異なる３つの狭帯域光を用いて３つの狭帯域画像を取得し、これら３つの狭帯域画像に基づいて所望の層に在る血管を強調表示できるようにしてもよい。例えば、第１の発光制御で紫色光Ｖと赤色光Ｒ（参照光）を発光させて第１の画像信号を取得し、第２の発光制御で青色光Ｂと赤色光Ｒ（参照光）を発光させて第２の画像信号を取得し、第３の発光制御で緑色光Ｇと赤色光Ｒ（参照光）を発光させて第３の画像信号を取得する。そして第１の画像信号及び第２の画像信号から極表層〜表層の血管を強調表示した画像を生成し、第２の画像信号及び第３の画像信号から中層の血管を強調表示した画像を生成することができる。このような血管強調画像の生成も、上述した実施形態と同様に行うことができる。
【０１３６】
また、上述の実施形態ではＲ−ＬＥＤ２３ｄの発光及び図示せぬ光学フィルタの変更により参照光（中心波長６００ｎｍ）を発生させているが、Ｇ−ＬＥＤ２３ｃの発光及び図示せぬ光学フィルタの変更により参照光を発生させてもよい。また、Ｒ−ＬＥＤ２３ｄ及びＧ−ＬＥＤ２３ｃの両方を発光量を調整しつつ発光させ、これに合わせて図示せぬ光学フィルタを変更することで参照光を発光させてもよい。さらに、複数色のＬＥＤの発光バランスを調整することで参照光を発光させてもよい。
【符号の説明】
【０１３７】
１０        内視鏡システム
１２        内視鏡
１２ａ      挿入部
１２ｂ      操作部
１２ｃ      湾曲部
１２ｄ      先端部
１２ｅ      アングルノブ
１３ａ      モード切替スイッチ
１３ｂ      ズーム操作部
１３ｃ      静止画像取得指示部
１４        光源装置
１６        プロセッサ装置
１８        モニタ
１９        コンソール
２０        光源
２２        光源制御部
２３ａ      Ｖ−ＬＥＤ
２３ｂ      Ｂ−ＬＥＤ
２３ｃ      Ｇ−ＬＥＤ
２３ｄ      Ｒ−ＬＥＤ
３０ａ      照明光学系
３０ｂ      撮像光学系
４１        ライトガイド
４５        照明レンズ
４６        対物レンズ
４７        ズームレンズ
４８        撮像センサ
５１        ＡＦＥ回路
５２        ＡＤコンバータ
５３        画像信号取得部
５８        ノイズ低減部
５９        メモリ
６０        信号処理部
６１        画像処理切替部
６２        位置合わせ処理部
６３        明るさ補正処理部
６４        参照光補正部
６４ａ      記憶部
６４ｂ      周波数処理部
６４ｃ      参照信号補正部
６４ｄ      輝度補正部
６６        通常観察画像処理部
６７        特殊観察画像処理部
６８        映像信号生成部
７０        ストレージ
７２        画像処理装置
７６        演算画像信号生成部
７７        ローパスフィルタ処理部
７８        画像生成部
１００      ＲＧＢ画像
１１０      第１撮像画像
１１２      極表層血管
１１４      表層血管
１２０      第２撮像画像
Ａｄ        範囲
Ａｓ        範囲
Ｂ          青色光
Ｃｂ        色差チャンネル
Ｃｒ        色差チャンネル
Ｇ          緑色光
Ｐ１        領域
Ｐ２        領域
Ｒ          赤色光
Ｓ１１０〜Ｓ３００  画像生成方法の各ステップ
ＳＢ        分光感度
ＳＧ        分光感度
ＳＲ        分光感度
ＳＳ        総和
Ｖ          紫色光
Ｙ          輝度チャンネル
ＹＭ        輝度
ＹＶ        輝度
ΔＢ        演算画像信号
α          係数
β          係数
【図１】
0006562554.tif 000002
【図２】
0006562554.tif 000003
【図３】
0006562554.tif 000004
【図４】
0006562554.tif 000005
【図５】
0006562554.tif 000006
【図６】
0006562554.tif 000007
【図７】
0006562554.tif 000008
【図８】
0006562554.tif 000009
【図９】
0006562554.tif 000010
【図１０】
0006562554.tif 000011
【図１１】
0006562554.tif 000012
【図１２】
0006562554.tif 000013
【図１３】
0006562554.tif 000014
【図１４】
0006562554.tif 000015
【図１５】
0006562554.tif 000016
【図１６】
0006562554.tif 000017
【図１７】
0006562554.tif 000018
【図１８】
0006562554.tif 000019
【図１９】
0006562554.tif 000020