JP6849735B2 - Image correction method - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバーを束ねたイメージガイド(光ファイバーバンドル)を通して観察できる画像を修正する方法に関する。 The present invention relates to a method of modifying an image that can be observed through an image guide (optical fiber bundle) in which optical fibers are bundled.
内視鏡などとして利用されるファイバースコープは、光ファイバーを束ねたイメージガイドの先端に対物レンズを配置し、イメージガイドに沿って配置したライトガイドファイバーを介して対物レンズの脇から照明光を照射し、この照明光で照らされた画像を前記対物レンズで取込み、対物レンズ後方のイメージガイドの先端部で結像させ、この結像した光を光ファイバー介して接眼レンズまで送り、接眼レンズを介して直接目視する構造である。
このような光ファイバーを束ねたイメージガイドを介して送られる画像には操作部において種々の修正が行われる。
In a fiber scope used as an endoscope, an objective lens is placed at the tip of an image guide that bundles optical fibers, and illumination light is emitted from the side of the objective lens via a light guide fiber placed along the image guide. , The image illuminated by this illumination light is captured by the objective lens, imaged at the tip of the image guide behind the objective lens, the imaged light is sent to the eyepiece via the optical fiber, and directly through the eyepiece. It is a structure that can be visually checked.
Various modifications are made in the operation unit to the image transmitted via the image guide in which such optical fibers are bundled.
前記イメージガイドは数万本の光ファイバーを束ねて構成され、このイメージガイドを伝播してきた画像は、図6(a)の写真に示すように、多数の光ファイバーの境界部による網目模様が表れる。図7は網目模様(円の集合)を分かりやすくするため強調して示した図である。 The image guide is formed by bundling tens of thousands of optical fibers, and the image propagating through the image guide shows a mesh pattern due to the boundaries of a large number of optical fibers, as shown in the photograph of FIG. 6A. FIG. 7 is a diagram in which the mesh pattern (set of circles) is emphasized for easy understanding.
また図6(b)は(a)を横切る線分に沿った各光ファイバーを画素として捉え、各画素ごとのRGBを示したものである。この図6(b)から光ファイファーの境界部が高い周波数成分としてノイズとなっていることが分かる。 Further, FIG. 6B shows each optical fiber along the line segment crossing (a) as a pixel and shows RGB for each pixel. From FIG. 6B, it can be seen that the boundary portion of the optical phipher is noise as a high frequency component.
特許文献1には、上記の網目模様の低減を行う画像補正方法が提案されている。即ち、網目模様を含む入力画像に対し、平滑化によるぼかし処理とぼかし画像に対し輪郭強調処理を行うことが提案されている。
具体的には、平滑化によるぼかし処理では、入力画像に対し第1平滑化フィルタ演算を行い、この第1平滑化フィルタ演算によって得られた平滑化画像に対してメディアンフィルタ演算を行い、メディアンフィルタ演算によって得られたメディアン画像に対して第2平滑化フィルタ演算を行い、更に輪郭強調処理では、ぼかし画像を構成するピクセルを順次処理対象ピクセルとし、処理対象ピクセルの周囲の輪郭強調領域に含まれるピクセルの階調度の平均値を算出し、この平均値と前記処理対象ピクセルの階調度との差分を求め、処理対象ピクセルの階調度に対して、それぞれの差分に対して予め設定した係数を乗算した数値を加算して処理対象ピクセルの新たな階調度とするものである。
Patent Document 1 proposes an image correction method for reducing the above-mentioned mesh pattern. That is, it has been proposed to perform blurring processing by smoothing on an input image including a mesh pattern and contour enhancement processing on the blurred image.
Specifically, in the blur processing by smoothing, the first smoothing filter calculation is performed on the input image, the median filter calculation is performed on the smoothed image obtained by the first smoothing filter calculation, and the median filter is performed. The second smoothing filter calculation is performed on the median image obtained by the calculation, and in the contour enhancement processing, the pixels constituting the blurred image are sequentially set as the processing target pixels, and are included in the contour enhancement area around the processing target pixels. The average value of the gradation of the pixels is calculated, the difference between the average value and the gradation of the processing target pixel is obtained, and the gradation of the processing target pixel is multiplied by a preset coefficient for each difference. The numerical values are added to obtain a new gradation degree of the pixel to be processed.
特許文献2には、3板式のTVカメラを備えた内視鏡装置の色シェーディング補正について記載されている。
内視鏡装置として、撮像レンズの後ろにR、G、Bの3色分解プリズムを設け、各色ごとに補正を行うことで解像度を高める場合、各分解プリズムは分光特性に入射角依存性を有しているので画面の中央部と周辺部とで色調が変化する色シェーディングが発生する。特許文献2では補正手段でこの色シェーディングを補正している。
When a three-color separation prism of R, G, and B is provided behind the imaging lens as an endoscope device and the resolution is increased by correcting each color, each separation prism has an incident angle dependence on the spectral characteristics. Therefore, color shading occurs in which the color tone changes between the central part and the peripheral part of the screen. In
特許文献3には、画像に対してエッジ強調やスムージングなどの修正処理を行う装置として、指定された領域の画像の濃度ヒストグラムに基づいて画像の種類を判別し、判別した画像の種類に対応する修正演算を選択する内容が開示されている。
In
特許文献1にあっては第1平滑化フィルタ演算によって得られた平滑化画像に対してメディアンフィルタ演算を行い、画像内の周囲と大きく異なる画素を取り除いており、特許文献2及び3ではこのメディアンフィルタ演算を行っていない。このため、特許文献2及び3ではノイズが残る可能性がある。
In Patent Document 1, a median filter calculation is performed on the smoothed image obtained by the first smoothing filter calculation to remove pixels that are significantly different from the surroundings in the image. In
図8(a)はガウシアン処理を行った場合の二次元フーリエ変換画像、(b)はメディアンフィルタ処理を行った場合の二次元フーリエ変換画像、(c)は移動平均処理を行った場合の二次元フーリエ変換画像である。(出典、イメージングソリューション 画像処理の入門〜基礎〜応用まで理解できるのを目指して) FIG. 8A shows a two-dimensional Fourier transform image when Gaussian processing is performed, FIG. 8B shows a two-dimensional Fourier transform image when median filtering is performed, and FIG. 8C shows a two-dimensional Fourier transform image when moving average processing is performed. It is a two-dimensional Fourier transform image. (Source, Imaging Solution Aiming to understand from the introduction to image processing to basics to applications)
この図8から分かるように、ガウシアン処理によって高周波成分を正確に除去できるが、メディアンフィルタ処理や移動平均処理ではガウシアン処理のように、平均値を計算する際の重みを注目画素(中心画素)に近いほど重みを大きくし、遠くなるほど小さくする処理をしていないため、高周波成分の正確な除去ができない。このため、光ファイバーの境界部による網目模様をぼかすことはできても除去することができない。 As can be seen from FIG. 8, the high frequency component can be accurately removed by the Gaussian processing, but in the median filter processing and the moving average processing, the weight when calculating the average value is set to the pixel of interest (center pixel) as in the Gaussian processing. Since the weight is not processed to increase the weight as it gets closer and decrease it as it gets farther, it is not possible to accurately remove the high frequency component. Therefore, although the mesh pattern due to the boundary portion of the optical fiber can be blurred, it cannot be removed.
上記課題を解決すべく本発明にかかる画像修正方法は、光ファイバーを束ねたイメージガイドから入力した画像に対し、ローパスフィルタとしてガウシアンフィルタを用いて画素値に重み付けを行うことで光ファイバーの境界部による網目模様を除去し、次いでLOG(ラプラシアン・オブ・ガウシアン)フィルタを用い前記ガウシアンフィルタによる平滑化処理で除去された網目模様の部分の部分にあった被写体の輪郭を復元するようにした。 In the image correction method according to the present invention in order to solve the above problems, the pixel values are weighted by using a Gaussian filter as a low-pass filter for an image input from an image guide in which optical fibers are bundled, thereby forming a mesh formed by the boundary of the optical fibers. The pattern was removed, and then the contour of the subject in the part of the mesh pattern removed by the smoothing process by the Gaussian filter was restored by using a LOG (low-passian of Gaussian) filter.
画像復元フィルタとして光ファイバーの外径円に相当する円画像の解像度が最大値を示すLOGフィルタを用いることで、光ファイバーの外径円の内側部分及び外側部分の積分値は小さくなり強調されない。 By using a LOG filter in which the resolution of the circular image corresponding to the outer diameter circle of the optical fiber shows the maximum value as the image restoration filter, the integrated value of the inner portion and the outer portion of the outer diameter circle of the optical fiber becomes small and is not emphasized.
本発明に係る画像修正方法によれば、ガウシアンフィルタによる平滑化処理で、画素中心部の重み付けを大きく、画素周縁部の重み付けを小さくすることで光ファイバーの隣接部によって形成される網目模様が消去される。
網目模様が消去された部分には何も画像がないので、ぼやけた感じになる。そこで、一旦消された光ファイバー画像に含まれる被写体輪郭部(境界部)の画像をLOGフィルタを用いて復元する。
According to the image correction method according to the present invention, in the smoothing process by the Gaussian filter, the weighting of the pixel center portion is increased and the weighting of the pixel peripheral portion is decreased, so that the mesh pattern formed by the adjacent portion of the optical fiber is erased. To.
Since there is no image in the part where the mesh pattern is erased, it looks blurry. Therefore, the image of the subject contour portion (boundary portion) included in the once erased optical fiber image is restored by using the LOG filter.
復元では2段のLOGフィルタを用いることで、元の網目構造を復元するのではなく、各光ファイバーの隣接部が自然に連続するように修正する。1段目のLOGフィルタを光ファイバー径に適した係数として光ファイバー画像に含まれる網目模様成分をカットし、2段目のLOGフィルタを輪郭強調フィルタとして被写体輪郭部を復元する。このため内視鏡として使用する場合、従来よりも信頼性の高い画像が得られる。 In the restoration, by using a two-stage LOG filter, the original network structure is not restored, but the adjacent parts of each optical fiber are corrected so as to be naturally continuous. The first-stage LOG filter is used as a coefficient suitable for the optical fiber diameter to cut the mesh pattern component included in the optical fiber image, and the second-stage LOG filter is used as the contour enhancement filter to restore the subject contour portion. Therefore, when used as an endoscope, an image with higher reliability than before can be obtained.
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ファイバースコープは体内などに挿入する柔軟部1と手で握る操作部2からなり、柔軟部1内には多数の光ファイバーを束ねたイメージガイド3が設けられ、柔軟部1の先端には対物レンズ4が取り付けられ、またイメージガイド3に沿って照明用のライトガイドファイバー5が配置され、このライトガイドファイバー5は光源から取り入れた光を柔軟部1の先端から放射する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The fiberscope consists of a flexible portion 1 to be inserted into the body or the like and an
柔軟部1の先端からの照射光は対象物に当たり、その反射光が対物レンズ 4に入射し、入射した光はイメージガイド3の先端部で結像するように焦点距離などが設定されている。
The irradiation light from the tip of the flexible portion 1 hits the object, the reflected light is incident on the objective lens 4, and the focal length and the like are set so that the incident light is imaged at the tip of the
イメージガイド3の先端部で結像した光は操作部2内などに配置された修正部で修正された後、接眼レンズ6を介して観察される。本発明にあっては観察される画像は修正部で網目模様が除かれたものになっている。
The light imaged at the tip of the
図2は本発明の修正工程を説明した図であり、修正部に入った画像は先ずローパスフィルタ(ガウシアンフィルタ)にかけられる。このローパスフィルタでは以下のガウス分布(式1)を用いて近傍画素値に重みをつける。 FIG. 2 is a diagram illustrating a modification process of the present invention, and the image entered in the modification section is first applied to a low-pass filter (Gaussian filter). In this low-pass filter, the neighboring pixel values are weighted using the following Gaussian distribution (Equation 1).
標準偏差δ=1.3で8近傍ガウシアンフィルタの場合、カーネルkは例えば17×17の行列式になる。 In the case of a Gaussian filter with a standard deviation of δ = 1.3 and a neighborhood of 8, the kernel k is, for example, a 17 × 17 determinant.
図3(a)はガウシアン処理後のファイバースコープ写真、(b)は写真(a)を横切る線分に沿った光ファイバー(画素)のRBGを示すグラフであり、この図3に示すように光ファイバーの境界部(ノイズ)が消えている。 FIG. 3 (a) is a fiberscope photograph after Gaussian treatment, and FIG. 3 (b) is a graph showing an RBG of an optical fiber (pixel) along a line segment crossing the photograph (a). The boundary (noise) has disappeared.
尚、光ファイバーの境界部を消すには、光ファイバーの直径よりも大きな直径のガウシアンフィルタを用い、画素中央部の重みを重くし周辺部の重みを軽くする必要がある。 In order to erase the boundary portion of the optical fiber, it is necessary to use a Gaussian filter having a diameter larger than the diameter of the optical fiber to increase the weight of the central portion of the pixel and reduce the weight of the peripheral portion.
ガウシアン処理後のファイバースコープ写真は光ファイバーの境界部は消えているが、境界部には何もないので全体的にぼけた画像となっている。このような、ぼけた印象の画像から鮮鋭な画像を得る手段として、輪郭強調やアンシャープネス処理が従来から知られている。 In the fiberscope photograph after Gaussian treatment, the boundary of the optical fiber disappears, but since there is nothing at the boundary, the image is totally blurred. Contour enhancement and unsharpness processing have been conventionally known as means for obtaining a sharp image from such a blurred image.
図4(a)はガウシアン処理後にアンシャープマスク処理を行ったファイバースコープ写真、(b)は写真(a)を横切る線分に沿った光ファイバー(画素)のRBGを示すグラフである。この図から明らかなように、ガウシアン処理後にアンシャープマスク処理を行うと、鮮鋭度は増してもノイズも復元されてしまう。 FIG. 4 (a) is a fiberscope photograph in which an unsharp mask treatment is performed after Gaussian treatment, and FIG. 4 (b) is a graph showing an RBG of an optical fiber (pixel) along a line segment crossing the photograph (a). As is clear from this figure, if the unsharp mask treatment is performed after the Gaussian treatment, the noise is restored even if the sharpness is increased.
そこで、本発明ではLOGフィルタ(ラプラシアン・オブ・ガウシアンフィルタ)を用いてファイバー輪郭(網目模様)の周波数成分以外を復元することを行った。このLOGフィルタの式を以下に示す。 Therefore, in the present invention, a LOG filter (Laplacian of Gaussian filter) is used to restore frequencies other than the frequency components of the fiber contour (mesh pattern). The formula of this LOG filter is shown below.
LOGフィルタは必要な周波数のみを限定的に強調することができる。即ち、光ファイバーの外径円に相当する円の周波数に最も反応する(解像度が最大値)LOGフィルタを用いることで、境界部のノイズは除去されたままでファイバースコープ画像が持つ本来の周波数成分のみ選択的に強調された画像となる。 The LOG filter can emphasize only the required frequencies in a limited way. That is, by using a LOG filter that most responds to the frequency of the circle corresponding to the outer diameter circle of the optical fiber (maximum resolution), only the original frequency component of the fiberscope image is selected while the noise at the boundary is removed. The image is emphasized.
ガウシアン処理が終わった画像の周波数をLOGフィルタをn倍することで疑似的に周波数を高い方へシフトする。これにより、前段で低周波化した映像を元の周波数(以上)に復元する。 By multiplying the frequency of the image after the Gaussian processing by n with the LOG filter, the frequency is pseudo-shifted to the higher side. As a result, the low-frequency image in the previous stage is restored to the original frequency (or higher).
本発明に係る画像修正法が適用されるファイバースコープは医療用以外の工業用などにも適用できる。 The fiberscope to which the image correction method according to the present invention is applied can also be applied to industrial use other than medical use.
1…柔軟部、2…操作部、3…イメージガイド、4…対物レンズ、5…ライトガイドファイバー、6…接眼レンズ。 1 ... Flexible part, 2 ... Operation part, 3 ... Image guide, 4 ... Objective lens, 5 ... Light guide fiber, 6 ... Eyepiece.
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