(57)【要約】【課題】被写体の輪郭強調を適切に行いつつ、キャッツアイや低輝度領域におけるノイズ強調を防止する。【解決手段】エッジ検出部４１は、入力輝度信号Ｙ０の各画素のエッジ成分Ｅ１を検出する。重み付け部４２は、入力輝度信号Ｙ０の輝度値が中レベルの画素に関するエッジ成分Ｅ１には、相対的に大きな重み付けを付加し、加重付エッジ成分Ｅ２を生成する。一方、入力輝度信号Ｙ０の輝度値が低レベル或いは高レベルの画素に関するエッジ成分Ｅ１には、相対的に小さな重み付けを付加し、加重付エッジ成分Ｅ２を生成する。加算器４３は、入力輝度信号Ｙ０に加重付エッジ成分Ｅ２を加算して、出力輝度信号Ｙ２を生成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像データにエッジ検出処理を施し、前記入力画像データの各画素のエッジ成分を検出するエッジ検出手段と、
前記各画素のエッジ成分に、その画素についての前記入力画像データの輝度値に応じた重み付けを行い、加重付エッジ成分を得る重み付け手段と、
前記入力画像データに、前記加重付エッジ成分を合成し出力画像データを得る合成手段と
を備える輪郭強調装置。
【請求項２】
前記重み付け手段は、前記輝度値が所定範囲にある画素に関する前記エッジ成分に対して相対的に大きな重み付けを行い、前記輝度値が所定範囲より小さく或いは大きい画素に関する前記エッジ成分に対して相対的に小さな重み付けを行うことを特徴とする請求項１に記載の輪郭強調装置。
【請求項３】
前記重み付けは、前記輝度値が前記所定範囲の所定値である画素に関する前記エッジ成分に対して最も大きくなると共に、前記輝度値が前記所定値との差が相対的に大きい画素に関するエッジ成分に対しては相対的に小さくなることを特徴とする請求項２に記載の輪郭強調装置。
【請求項４】
前記エッジ検出手段は、前記入力画像データの輝度信号から高周波成分を除去し高周波成分除去信号を生成し、その高周波成分除去信号を前記輝度信号から減じて、前記エッジ成分を検出することを特徴とする請求項１に記載の輪郭強調装置。
【請求項５】
前記エッジ検出手段は、前記各画素を注目画素とし、その注目画素を中心とする所定領域内の輝度信号の平均値を算出し、前記注目画素に関する入力画像データの輝度信号から前記平均値を減じ、前記各画素のエッジ成分を生成することを特徴とする請求項４に記載の輪郭強調装置。
【請求項６】
入力画像データにエッジ検出処理を施し、前記入力画像データの各画素のエッジ成分を検出するエッジ検出ステップと、
前記各画素のエッジ成分に、その画素についての前記入力画像データの輝度値に応じた重み付けを付加し、加重付エッジ成分を得る重み付けステップと、
前記入力画像データに、前記加重付エッジ成分を合成し出力画像データを得る合成ステップと
を備える輪郭強調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡スコープ等の撮像装置で得られた画像に施される輪郭強調を行う輪郭強調装置及び輪郭強調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡スコープ等の撮像素子で得られた画像信号は、一般的に、画像の特徴を強調するために輪郭強調が施された上でモニタ等に表示される。輪郭強調は、注目画素と、周辺画素との輝度差に基づいて各注目画素のエッジ成分が検出され、そのエッジ成分が輝度信号に加算して行われるのが一般的である。輪郭強調が施された画像データにおける輝度値は、周辺画素との輝度差が相対的に大きい画素が相対的に大きくなり、これにより、撮影対象物の輪郭が明瞭にされて表示される。
【０００３】
輪郭強調が施された画像データは、高輝度画素については輝度信号が大きくなりすぎ、いわゆるキャッツアイやハレーション等が生じることがあり、低輝度画素領域においてはノイズが強調されやすい傾向にある。
【０００４】
例えば、特許文献１には隣接画素との輝度差が相対的に大きく、又は相対的に小さい注目画素のエッジ成分が相対的に小さな重み付けが付された上で輝度信号に加算される一方、輝度差が中レベルの注目画素についてはエッジ成分が相対的に大きな重み付けが付された上で輝度信号に加算され、これにより、輪郭強調が施される輪郭強調装置が開示されている。このような装置においては、隣接する画素との輝度差が大きすぎ、または小さすぎる画像信号の強調が防止されるため、ハレーションの発生が防止されると共に、低輝度領域におけるノイズ強調が防止される。
【特許文献１】特開２００４−４６３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１では、重み付けの程度が、隣接画素との輝度差によって決定されるため、１つの画素がノイズにより誤った輝度値を有している場合、そのノイズによる悪影響がその画素のみならず周辺画素にも及ぼされて、ノイズ成分が増加するおそれがある。
【０００６】
また一般的に、被写体を表す領域は、輝度値が中レベルの画像領域であることが多いが、被写体の輪郭はその中レベルの画像領域で中レベルの輝度差となって表れないことがある。したがって、特許文献１の方法では被写体の輪郭が必ずしも適切に強調されるわけではない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みて成されたものであり、周辺画素のノイズからの影響を受けることなく、キャッツアイの発生や低輝度領域におけるノイズ強調を防止しつつ、被写体の輪郭を適切に強調可能な輪郭強調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】
本発明に係る輪郭強調装置は、入力画像データにエッジ検出処理を施し、その入力画像データの各画素のエッジ成分を検出するエッジ検出手段と、各画素のエッジ成分に、その画素についての入力画像データの輝度値に応じた重み付けを付加し、加重付エッジ成分を得る重み付け手段と、入力画像データに、加重付エッジ成分を合成し出力画像データを得る合成手段とを備える。
【０００９】
重み付け手段は、入力輝度信号の輝度値が所定範囲にある画素に関するエッジ成分に対して相対的に大きな重み付けを行う一方、その輝度値が所定範囲より小さく或いは大きい画素に関するエッジ成分に対して相対的に小さな重み付けを行うことが好ましい。そして、重み付けは、輝度値が所定範囲の所定値である画素に関するエッジ成分に対して最も大きくなると共に、輝度値が所定値との差が相対的に大きい画素に関するエッジ成分に対しては相対的に小さくなることが好ましい。
【００１０】
エッジ検出手段は、入力画像データの輝度信号から高周波成分を除去して高周波成分除去信号を生成し、その高周波成分除去信号を輝度信号から減じて、エッジ成分を検出することが好ましい。例えば、エッジ検出手段は、各画素を注目画素とし、その注目画素を中心とする所定領域内の輝度信号の平均値を算出し、注目画素に関する入力画像データの輝度信号からその平均値を減じ、各画素のエッジ成分を生成する。
【００１１】
本発明に係る輪郭強調方法は、入力画像データにエッジ検出処理を施し、その入力画像データの各画素のエッジ成分を検出するエッジ検出ステップと、各画素のエッジ成分に、その画素についての入力画像データの輝度値に応じた重み付けを付加し、加重付エッジ成分を得る重み付けステップと、入力画像データに、加重付エッジ成分を合成し出力画像データを得る合成ステップとを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、各画素に施されるエッジ強調の強調量がその画素の輝度値に応じて設定されるので、他の画素のノイズからの影響を受けることなく、キャッツアイの発生や低輝度領域におけるノイズ強調を防止しつつ、被写体の輪郭を適切に強調することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態である画像輪郭強調装置を備えた内視鏡システムを示す。内視鏡システムは、スコープ１０およびプロセッサ２０から成る。スコープ１０は被写体から画像データを得るための撮像装置であり、プロセッサ２０はスコープ１０によって得られた画像データを処理して観察画像として出力するための画像処理装置である。
【００１４】
スコープ１０は、イメージセンサ１１を有し、イメージセンサ１１では被写体からの光によって画像が結像され、結像画像からアナログ画像信号が生成される。イメージセンサ１１は、タイミングジェネレータ１６によって画像信号の読込・読出タイミングが制御される。
【００１５】
アナログ画像信号は、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）１２でデジタル信号に変換され、次いで色補間ブロック１３で色補間が行われる。色補間が行われたアナログ画像信号は、マトリックス変換ブロック１４でマトリックス変換が施され、ＲＧＢ信号としてＹＣ変換ブロック１５に入力される。ＲＧＢ信号は、ＹＣ変換ブロック１５において、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ、Ｃｒに変換される。輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ、Ｃｒは、画像データとしてプロセッサ２０に送られる。
【００１６】
プロセッサ２０はＣＰＵ２１を有し、ＣＰＵ２１によってプロセッサ２０内の各ブロックの動作が制御される。プロセッサ２０に送られた画像データ（輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ、Ｃｒ）は、ノイズ除去ブロック２２でＬＰＦ（ローパスフィルタ）等によって色ノイズの除去が施された後、輝度信号Ｙが輪郭強調ブロック２３で後述するエッジ強調が施される。色差信号Ｃｂ、Ｃｒは、輪郭強調ブロック２３で輪郭強調は施されない。
【００１７】
色差信号Ｃｂ、Ｃｒ、及びエッジ強調が施された輝度信号Ｙは、ＲＧＢ変換ブロック２４でＲＧＢ信号に変換される。ＲＧＢ信号は、スケール調整ブロック２５で画像サイズが調整された後、カラーマネージメントブロック２６で出力機器に応じた色調整が行われ、モニタ２７又はプリンタ２８に観察画像として出力される。
【００１８】
図２は、輪郭強調ブロック２３の詳細を示すブロック図である。なお、以下の説明においては、輪郭強調ブロック２３に入力された入力画像データの輝度信号Ｙは、入力輝度信号Ｙ０とすると共に、輪郭強調ブロック２３においてエッジ強調が施された輝度信号Ｙを出力輝度信号Ｙ２とする。また、入力輝度信号Ｙ０は８ビットのデジタルデータであるとする。
【００１９】
輪郭強調ブロック２３は、ラインメモリブロック３１、平均算出ブロック３２、及び減算器３３を含むエッジ検出部４１と、輝度参照用ＬＵＴ（ルックアップテーブル）３４及び乗算器３５を含む重み付け部４２と、加算器４３とを備える。エッジ検出部４１は、入力画像データに対してエッジ検出処理を施すためのものであって、入力輝度信号Ｙ０からエッジ成分Ｅ１を検出する。重み付け部４２は、エッジ成分Ｅ１に対して重み付けを行う。
【００２０】
本実施形態において入力輝度信号Ｙ０は、エッジ検出部４１、重み付け部４２、及び加算器４３それぞれに入力される。入力輝度信号Ｙ０は、エッジ検出部４１において、画素毎に順次ラインメモリブロック３１及び減算器３３に入力される。ラインメモリブロック３１は、５×５領域内の入力輝度信号Ｙ０が平均算出ブロック３２に同時に入力可能なように、少なくとも５ライン分の入力輝度信号Ｙ０を一時的に格納する。
【００２１】
ラインメモリブロック３１は、図３に示すように、各画素（注目画素Ｐ０）を中心とする５×５参照領域Ｒ１内の入力輝度信号Ｙ０を、平均算出ブロック３２に順次出力する。平均算出ブロック３２では、参照領域Ｒ１内の入力輝度信号Ｙ０（輝度値）の平均値が算出される。この平均値は、高周波成分が除去された輝度信号であって、各注目画素Ｐ０の高周波成分除去信号Ｙ１とされる。なお、ここでいう平均値は、参照領域Ｒ１内の入力輝度信号Ｙ０の相加平均値であるが、場合によっては加重平均値であっても良い。
【００２２】
高周波成分除去信号Ｙ１は減算器３３に入力され、減算器３３では、各注目画素Ｐ０について、入力輝度信号Ｙ０から高周波成分除去信号Ｙ１が減ぜられ、エッジ成分Ｅ１が算出される。
【００２３】
重み付け部４２において、入力輝度信号Ｙ０は、輝度参照用ＬＵＴ３４に入力される。輝度参照用ＬＵＴ３４は、各注目画素Ｐ０について、入力輝度信号Ｙ０の値（輝度値）に応じた強度係数Ｓを乗算器３５に出力する。乗算器３５では、各注目画素Ｐ０について、強度係数Ｓがエッジ成分Ｅ１に乗算され、各注目画素Ｐ０の加重付エッジ成分Ｅ２が算出される。
【００２４】
輝度参照用ＬＵＴ３４は、図４に示すように、輝度値の最小値０から最大値２５５それぞれに対応した強度係数Ｓを格納している。強度係数Ｓは、輝度値３２に対して最大値１．０が設定されていると共に、３２より小さな輝度値に対しては最大値１．０より小さな値が設定されており、輝度値が小さくなり３２との差が大きくなるに従って強度係数Ｓは相対的に小さく設定される。また、３２より大きな輝度値に対しても、最大値１．０より小さな値に設定され、輝度値が大きくなり３２との差が大きくなるに従って強度係数Ｓは相対的に小さく設定されている。
【００２５】
すなわち輝度参照用ＬＵＴ３４は、図５に示すように、中レベル（所定範囲）の輝度値を有する入力輝度信号Ｙ０が入力された場合、相対的に大きな強度係数Ｓを出力する。したがって、入力輝度信号Ｙ０の輝度値が中レベルである注目画素Ｐ０に関するエッジ成分Ｅ１には、乗算器３５において相対的に大きな重み付けが付加されて、加重付エッジ成分Ｅ２が生成される。
【００２６】
一方、中レベルの輝度値より小さい又は大きい輝度値（低レベル又は高レベルの輝度値）を有する入力輝度信号Ｙ０が入力された場合、輝度参照用ＬＵＴ３４は相対的に小さな強度係数Ｓを出力する。すなわち、入力輝度信号Ｙ０の輝度値が低レベル又は高レベルの注目画素Ｐ０に関するエッジ成分Ｅ１には、乗算器３５において相対的に小さな重み付けが付されて、加重付エッジ成分Ｅ２が生成される。
【００２７】
加算器４３には、同じ注目画素Ｐ０に関する入力輝度信号Ｙ０及び加重付エッジ成分Ｅ２が同じタイミングで入力される。そして、各注目画素Ｐ０に関して、入力輝度信号Ｙ０に加重付エッジ成分Ｅ２が加算され、エッジ強調が施された出力輝度信号Ｙ２が生成される。出力輝度信号Ｙ２はＲＧＢ変換ブロック２４（図１参照）に出力される。
【００２８】
各入力画像データの色差信号Ｃｂ、Ｃｒは、エッジ強調ブロック２３では処理が行われずに、ＲＧＢ変換ブロック２４に入力され、ＲＧＢ変換ブロック２４では出力輝度信号Ｙ２及び色差信号Ｃｂ、ＣｒからＲＧＢ信号が生成される。
【００２９】
図６は、輪郭強調ブロック２３で行われる信号処理を説明するための図である。なお、図６は、入力輝度信号Ｙ０において低レベル、中レベル、及び高レベルの輝度値を有する、低輝度画素Ｄ１、中輝度画素Ｄ２、及び高輝度画素Ｄ３についての信号処理を示す。
【００３０】
本例では、入力輝度信号Ｙ０において、各画素Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３それぞれと各画素Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の周辺画素との輝度差は略同一である。したがって、入力輝度信号Ｙ０から高周波成分除去信号Ｙ１を減じて得られた、各画素Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３のエッジ成分Ｅ１は同レベルとなる。
【００３１】
一方、各画素の輝度値に応じて設定される強度係数Ｓは、中輝度画素Ｄ２に関しては相対的に大きく設定されると共に、低輝度画素Ｄ１、高輝度画素Ｄ３に関しては、相対的に小さく設定される。本例では、中輝度画素Ｄ２の輝度係数Ｓは１．０に設定され、低輝度画素Ｄ１、高輝度画素Ｄ３の輝度係数Ｓは０．２５に設定される。そのため、中輝度画素Ｄ２の加重付エッジ成分Ｅ２は、エッジ成分Ｅ１の強度を維持しているが、低輝度画素Ｄ１、高輝度画素Ｄ３の加重付エッジ成分Ｅ２は、エッジ成分Ｅ１より低い強度を有する。
【００３２】
したがって、中輝度画素Ｄ２の出力輝度信号Ｙ２は、相対的に大きなエッジ成分が加算され、エッジ強調が相対的に大きく施されている一方、低輝度画素Ｄ１、高輝度画素Ｄ３の出力輝度信号Ｙ２には、相対的に小さなエッジ強調が施されている。
【００３３】
一般的に、輝度レベルが中レベルの中輝度画素Ｄ２は、被写体を表していることが多いので、本実施形態では、中輝度画素Ｄ２に大きなエッジ強調を施すことによって、被写体の輪郭を適切に強調することができる。一方、輝度レベルが低い低輝度画素Ｄ１のエッジ強調を小さくすることによって、低輝度領域におけるノイズ強調が防止される。
【００３４】
また、輝度レベルが高い高輝度画素Ｄ３のエッジ強調を小さくすることによって、高輝度領域で発生するキャッツアイやハレーションを防止することができる。内視鏡観察においては、一般的に、体内の水が溜まった部分が、光源からの光の反射によって、高輝度画素Ｄ３として観察され、その高輝度画素Ｄ３の周辺部ではキャッツアイやハレーションが発生しやすい。したがって、本実施形態のように撮像装置が内視鏡スコープであるとき、高輝度画素Ｄ３のエッジ強調を抑制することは特に有効である。
【００３５】
さらに、本実施形態では、各画素のエッジ成分に加重される強度係数Ｓは、各画素の輝度値のみを参照して決定される。したがって、１つの画素がノイズにより誤った輝度値を有するような場合でも、そのノイズの影響は、重み付けを行うときに他の画素に及ぼされことがないので、余計なノイズ強調が防止される。
【００３６】
なお、図４、５に示した強度係数は一例であって、強度係数Ｓはイメージセンサ１１や被写体の特性によって適宜変更されても良い。また、例えば、相対的に低レベル又は高レベルの輝度値に対する強度係数Ｓを０に設定して、低輝度領域又は高輝度領域においては輪郭強調を行わないことも可能である。
【００３７】
さらに、本実施形態では、平均算出ブロック３２は、５×５参照領域Ｒ１の輝度信号Ｙ０の平均値を算出したが、参照領域Ｒ１の大きさは適宜変更可能である。また、平均算出ブロック３２には、高周波成分を除去する他のＬＰＦが用いられても良い。
【００３８】
また、エッジ検出部４１で行われるエッジ検出は、各注目画素Ｐ０のエッジ成分Ｅ１を検出できるものであれば他の態様で行われても良く、例えばラプラシアンフィルタが用いられ２次微分により行われても良いし、その他のフィルタによって１次微分により行われても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態における内視鏡システムのブロック図である。
【図２】輪郭強調ブロックをさらに詳細に示すブロック図である。
【図３】参照領域を示すための図である。
【図４】輝度参照用ＬＵＴに格納されているデータを示すテーブルである。
【図５】輝度参照用ＬＵＴに格納されているデータを示すグラフである。
【図６】輪郭強調ブロックで行われる信号処理の一例を示すための図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  スコープ
２０  プロセッサ
２３  輪郭強調ブロック
３２  平均算出ブロック
３３  減算器
３４  輝度参照用ＬＵＴ
３５  乗算器
４１  エッジ検出部（エッジ検出手段）
４２  重み付け部（重み付け手段）
４３  加算器（合成手段）
Ｅ１  エッジ成分
Ｅ２  加重付エッジ成分
Ｐ０  注目画素
Ｒ１  参照領域
Ｓ  強度係数
Ｙ０  入力輝度信号
Ｙ１  高周波成分除去信号
Ｙ２  出力輝度信号
【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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