JP7733754B2 - Image processing method, image processing device, image processing program, and endoscope system - Google Patents
Image processing method, image processing device, image processing program, and endoscope systemInfo
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Description
本発明は、イメージガイドを用いて撮像した画像を処理する画像処理方法、画像処理装置、及び画像処理プログラムに関する。また、そのような画像処理装置を備えた内視鏡システムに関する。 The present invention relates to an image processing method, an image processing device, and an image processing program for processing images captured using an image guide. It also relates to an endoscope system equipped with such an image processing device.
一端が体内に挿入されたイメージガイドの他端を撮像することによって、体内の対象物を被写体として含む画像を得る内視鏡システムが広く用いられている。例えば、特許文献1には、イメージガイドの細径化及び柔軟化によって、細径血管内膜への損傷の危険性を改善した血管内視鏡システムが開示されている。 Endoscope systems are widely used, in which one end of an image guide is inserted into the body, and the other end is imaged to obtain images that include objects inside the body as subjects. For example, Patent Document 1 discloses a vascular endoscope system that reduces the risk of damage to the intima of small blood vessels by making the image guide thinner and more flexible.
イメージガイドを用いた内視鏡システムでは、イメージガイドのコア密度によって解像度が決まる。例えば、コア間距離の100倍程度のサイズの構造は、イメージガイドの端面に形成される像から視認することができるが、コア間距離の10倍程度のサイズの構造は、イメージガイドの端面に形成される像から視認することが困難になり、コア間距離と同程度のサイズの構造は、イメージガイドの端面に形成される像から視認することができない。 In an endoscopic system using an image guide, the resolution is determined by the core density of the image guide. For example, structures approximately 100 times the inter-core distance can be seen from the image formed on the end face of the image guide, but structures approximately 10 times the inter-core distance are difficult to see from the image formed on the end face of the image guide, and structures approximately the same size as the inter-core distance cannot be seen from the image formed on the end face of the image guide.
特許文献1に記載の血管内視鏡システムにおいては、イメージガイドの各コアの伝送特性の違いに起因する画素毎の明度及び色調の違いを補正することによって、得られる画像の画質を向上させている。しかしながら、このような補正では、イメージガイドのコア密度によって決まる解像度を超えることはできない。 The vascular endoscope system described in Patent Document 1 improves the quality of the resulting image by correcting differences in brightness and color tone for each pixel, which are caused by differences in the transmission characteristics of each core in the image guide. However, such corrections cannot exceed the resolution determined by the core density of the image guide.
本発明の一態様は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、得られる画像の解像度又は視認性を向上した画像処理技術を提供することにある。 One aspect of the present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide image processing technology that improves the resolution or visibility of the resulting images.
本発明の一態様に係る画像処理方法は、複数のコアを有し、一端が対象物に対向するイメージガイドの他端を撮像することにより得られた複数の対象画像を取得する取得処理と、前記複数の対象画像において前記対象物の同一の点に対応する画素の画素値を単純平均又は加重平均することによって、超解像画像を生成する超解像処理と、を含む。 An image processing method according to one aspect of the present invention includes an acquisition process for acquiring multiple target images by imaging one end of an image guide having multiple cores, the other end of which faces the target, and a super-resolution process for generating a super-resolution image by simply averaging or weighted averaging pixel values of pixels in the multiple target images that correspond to the same point on the target.
本発明の一態様に係る画像処理装置は、少なくとも1つのプロセッサを備えた画像処理装置であって、前記プロセッサは、複数のコアを有し、一端が対象物に対向するイメージガイドの他端を撮像することにより得られた複数の対象画像を取得する取得処理と、前記複数の対象画像において前記対象物の同一の点に対応する画素の画素値を平均又は加重平均することによって、超解像画像を生成する超解像処理と、を実行する。 An image processing device according to one aspect of the present invention is an image processing device equipped with at least one processor, the processor having multiple cores, and performing an acquisition process to acquire multiple target images obtained by imaging one end of an image guide facing the other end of the target, and a super-resolution process to generate a super-resolution image by averaging or weighted averaging pixel values of pixels corresponding to the same point on the target in the multiple target images.
本発明の一態様に係る画像処理プログラムは、少なくとも1つのプロセッサを動作させるための画像処理プログラムであって、前記プロセッサに、複数のコアを有し、一端が対象物に対向するイメージガイドの他端を撮像することにより得られた複数の対象画像を取得する取得処理と、前記複数の対象画像において前記対象物の同一の点に対応する画素の画素値を平均又は加重平均することによって、超解像画像を生成する超解像処理と、を実行させる。 An image processing program according to one aspect of the present invention is an image processing program for operating at least one processor, causing the processor to perform an acquisition process in which the processor acquires multiple target images obtained by imaging one end of an image guide having multiple cores and the other end facing the target, and a super-resolution process in which the processor generates a super-resolution image by averaging or weighted averaging pixel values of pixels in the multiple target images that correspond to the same point on the target.
本発明の一態様によれば、得られる画像の解像度又は視認性を向上することができる。 According to one aspect of the present invention, the resolution or visibility of the resulting image can be improved.
(内視鏡システムの構成)
本発明の一実施形態に係る内視鏡システム1について、図1を参照して説明する。図1において、(a)は、内視鏡システム1の構成を示す模式図であり、(b)は、ライトガイドプラグ部13aにおけるライトガイド13pの構造を示す平面図及び断面図であり、(c)は、イメージガイドプラグ部13cにおけるイメージガイド13qの構造を示す平面図及び断面図であり、(d)は、挿入部13gにおけるライトガイド13p及びイメージガイド13qの構造を示す平面図及び断面図である。
(Configuration of endoscope system)
An endoscope system 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 1. In Fig. 1, (a) is a schematic diagram showing the configuration of the endoscope system 1, (b) is a plan view and a cross-sectional view showing the structure of a light guide 13p in a light guide plug portion 13a, (c) is a plan view and a cross-sectional view showing the structure of an image guide 13q in an image guide plug portion 13c, and (d) is a plan view and a cross-sectional view showing the structures of the light guide 13p and image guide 13q in an insertion portion 13g.
内視鏡システム1は、観察対象となる対象物OのイメージをディススプレイDに表示するためのシステムである。内視鏡システム1は、図1の(a)に示すように、画像処理装置10と、光源装置11と、カメラ装置12と、内視鏡プローブ13と、を備えている。 The endoscope system 1 is a system for displaying an image of an object O to be observed on a display D. As shown in FIG. 1(a), the endoscope system 1 includes an image processing device 10, a light source device 11, a camera device 12, and an endoscopic probe 13.
光源装置11は、図1の(a)に示すように、光源11aと、集光レンズ11bと、を備えている。光源11aは、集光レンズ11bの光軸上に配置されている。光源11aとしては、例えば、LED(Light Emitting Diode)、キセノンランプ、ハロゲンランプなどが用いられる。 As shown in FIG. 1(a), the light source device 11 includes a light source 11a and a condenser lens 11b. The light source 11a is arranged on the optical axis of the condenser lens 11b. The light source 11a may be, for example, an LED (Light Emitting Diode), a xenon lamp, or a halogen lamp.
カメラ装置12は、図1の(a)に示すように、イメージセンサ12aと、対物レンズ12bと、信号処理回路12cと、を備えている。イメージセンサ12aは、対物レンズ12bの光軸上に配置されている。信号処理回路12cは、イメージセンサ12aと電気的に接続されている。イメージセンサ12aとしては、例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサ、CCD(Charge Coupled Device)センサなどが用いられる。 As shown in FIG. 1(a), the camera device 12 includes an image sensor 12a, an objective lens 12b, and a signal processing circuit 12c. The image sensor 12a is disposed on the optical axis of the objective lens 12b. The signal processing circuit 12c is electrically connected to the image sensor 12a. The image sensor 12a may be, for example, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor or a CCD (Charge Coupled Device) sensor.
内視鏡プローブ13は、図1の(a)に示すように、(1)光源装置11に機械的に接続されるライトガイドプラグ部13aと、(2)一端がライトガイドプラグ部13aに接続されたライトガイドリード部13bと、(3)カメラ装置12に機械的に接続されるイメージガイドプラグ部13cと、(4)一端がイメージガイドプラグ部13cに接続されたイメージガイドリード部13dと、(5)一端がライトガイドリード部13b及びイメージガイドリード部13dの他端に接続された分岐部13eと、(6)一端が分岐部13eの他端に接続された中間部13fと、(7)一端が中間部13fの他端に接続された挿入部13gと、を備えている。なお、内視鏡プローブ13は、更に、通水用管腔、作業用管腔、挿入部湾曲機構、及び湾曲操作部(何れも不図示)を備えていてもよい。 As shown in FIG. 1(a), the endoscopic probe 13 includes: (1) a light guide plug portion 13a mechanically connected to the light source device 11; (2) a light guide lead portion 13b having one end connected to the light guide plug portion 13a; (3) an image guide plug portion 13c mechanically connected to the camera device 12; (4) an image guide lead portion 13d having one end connected to the image guide plug portion 13c; (5) a branch portion 13e having one end connected to the other end of the light guide lead portion 13b and the image guide lead portion 13d; (6) an intermediate portion 13f having one end connected to the other end of the branch portion 13e; and (7) an insertion portion 13g having one end connected to the other end of the intermediate portion 13f. The endoscopic probe 13 may further include a water passage lumen, a working lumen, an insertion portion bending mechanism, and a bending operation portion (all not shown).
図1の(b)及び(d)に示すように、ライトガイドプラグ部13a、ライトガイドリード部13b、分岐部13e、中間部13f、及び挿入部13gの内部には、光源装置11で生じた照明光を導波する導波路として機能する1本もしくは複数本のライトガイド13pが設けられている。それぞれのライトガイド13pは、クラッドに埋設されている。ライトガイドプラグ部13a及びライトガイドリード部13bに内包されるライトガイド13pは、分岐部13eにおいて後述するイメージガイド13qと束ねられ、このイメージガイド13qと共に中間部13f及び挿入部13gに内包される。 As shown in Figures 1(b) and 1(d), one or more light guides 13p that function as waveguides for guiding the illumination light generated by the light source device 11 are provided inside the light guide plug portion 13a, light guide lead portion 13b, branch portion 13e, intermediate portion 13f, and insertion portion 13g. Each light guide 13p is embedded in the cladding. The light guides 13p contained in the light guide plug portion 13a and light guide lead portion 13b are bundled with an image guide 13q (described below) at the branch portion 13e, and are contained together with this image guide 13q in the intermediate portion 13f and insertion portion 13g.
また、図1の(c)及び(d)に示すように、イメージガイドプラグ部13c、イメージガイドリード部13d、分岐部13e、中間部13f、及び挿入部13gの内部には、対象物Oで生じた散乱光を導波する導波路であるイメージガイド13qが設けられている。イメージガイド13qは、クラッドと、そのクラッドの内部に規則的に又はランダムに配置された複数のコア(例えば、数千個から数万個のコア)により構成される。イメージガイドプラグ部13c及びイメージガイドリード部13dに内包されるイメージガイド13qは、分岐部13eにおいて前述したライトガイド13pと束ねられ、このライトガイド13pと共に中間部13f及び挿入部13gに内包される。 As shown in (c) and (d) of Figure 1, image guide 13q, a waveguide that guides scattered light generated by object O, is provided inside image guide plug portion 13c, image guide lead portion 13d, branch portion 13e, intermediate portion 13f, and insertion portion 13g. Image guide 13q is composed of a cladding and multiple cores (e.g., thousands to tens of thousands of cores) arranged regularly or randomly inside the cladding. Image guide 13q contained in image guide plug portion 13c and image guide lead portion 13d is bundled with the aforementioned light guide 13p at branch portion 13e, and is contained together with this light guide 13p in intermediate portion 13f and insertion portion 13g.
イメージガイド13qとしては、例えば、イメージガイドファイバ、イメージファイバ、ファイババンドル、ファイバコンジット等を用いることができる。イメージガイド13qの素材は、石英系、多成分ガラス系、プラスチック系のいずれであってもよい。また、イメージガイド13qのコア数及びコア配置も特に限定されない。一例として、3000個のコアを六方最密格子の格子点上に配置したイメージガイドファイバを、イメージガイド13qとして用いることができる。ただし、イメージガイド13qの解像度は、イメージセンサ12aの解像度よりも低い、すなわち、イメージガイド13qのコア数は、イメージセンサ12aのセル数よりも少ない。 Examples of materials that can be used as the image guide 13q include an image guide fiber, an image fiber, a fiber bundle, and a fiber conduit. The material of the image guide 13q may be silica, multi-component glass, or plastic. Furthermore, there are no particular limitations on the number of cores and core arrangement of the image guide 13q. As an example, an image guide fiber with 3,000 cores arranged on the lattice points of a hexagonal close-packed lattice can be used as the image guide 13q. However, the resolution of the image guide 13q is lower than the resolution of the image sensor 12a; that is, the number of cores of the image guide 13q is less than the number of cells of the image sensor 12a.
また、図1の(d)に示すように、挿入部13gの先端には、対物レンズ13rが設けられている。対物レンズ13rの一端は、挿入部13gの端面を構成し、対物レンズ部13sの他端は、イメージガイド13qの一端と対向している。対物レンズ13rとしては、例えば、GRINレンズや複数枚レンズからなるレンズユニットを用いることができる。 As shown in FIG. 1(d), an objective lens 13r is provided at the tip of the insertion section 13g. One end of the objective lens 13r forms the end face of the insertion section 13g, and the other end of the objective lens section 13s faces one end of the image guide 13q. The objective lens 13r can be, for example, a GRIN lens or a lens unit consisting of multiple lenses.
内視鏡システム1は、例えば、次のように動作する。すなわち、挿入部13gを患者の体内に挿入した状態で光源11aから照明光が出射される。光源11aから出射した照明光は、集光レンズ11bによりライトガイド13pのライトガイドプラグ部13a側の端面に集光される。ライトガイド13pのライトガイドプラグ部13a側の端面においてライトガイド13pのコアに入射した照明光は、ライトガイド13pのコアを導波され、ライトガイド13pの挿入部13g側の端面においてライトガイド13pのコアから出射する。ライトガイド13pの挿入部13g側の端面においてライトガイド13pのコアから出射した照明光は、患者の体内において対象物Oに照射される。 The endoscope system 1 operates, for example, as follows. That is, with the insertion section 13g inserted into the patient's body, illumination light is emitted from the light source 11a. The illumination light emitted from the light source 11a is focused by the focusing lens 11b on the end face of the light guide 13p on the light guide plug section 13a side. The illumination light that enters the core of the light guide 13p at the end face of the light guide 13p on the light guide plug section 13a side is guided through the core of the light guide 13p and exits from the core of the light guide 13p at the end face of the light guide 13p on the insertion section 13g side. The illumination light that exits from the core of the light guide 13p at the end face of the light guide 13p on the insertion section 13g side is irradiated onto an object O inside the patient's body.
患者の体内において照明光を散乱することにより対象物Oの各点で生じた散乱光は、対物レンズ13rによりイメージガイド13qの挿入部13g側の端面の各点に集光される。これにより、イメージガイド13qの挿入部13g側の端面に対象物Oの像が形成される。対物レンズ13rによりイメージガイド13qの挿入部13g側の端面においてイメージガイド13qのコアに入射した散乱光は、イメージガイド13qのコアを導波され、イメージガイド13qのイメージガイドプラグ部13c側の端面においてイメージガイド13qのコアから出射する。これにより、イメージガイド13qのイメージガイドプラグ部13c側の端面にも、イメージガイド13qの挿入部13g側の端面と同様、対象物Oの像が形成される。 Scattered light generated at each point on the object O by scattering the illumination light inside the patient's body is focused by the objective lens 13r at each point on the end face of the image guide 13q on the insertion section 13g side. As a result, an image of the object O is formed on the end face of the image guide 13q on the insertion section 13g side. The scattered light incident on the core of the image guide 13q at the end face of the image guide 13q on the insertion section 13g side by the objective lens 13r is guided through the core of the image guide 13q and exits from the core of the image guide 13q at the end face of the image guide 13q on the image guide plug section 13c side. As a result, an image of the object O is formed on the end face of the image guide 13q on the image guide plug section 13c side, just like on the end face of the image guide 13q on the insertion section 13g side.
イメージガイド13qのイメージガイドプラグ部13c側の端面においてイメージガイド13qの各コアから出射した光(対象物Oの各点で生じた散乱光に由来する光)は、対物レンズ12bによりイメージセンサ12aの受光面の各点に集光される。これにより、イメージセンサ12aの受光面に対象物Oの像が形成される。イメージセンサ12aは、対象物Oの像を表す電気信号を生成し、生成した電気信号を信号処理回路12cに入力する。信号処理回路12cは、イメージセンサ12aから入力された電気信号から、対象物Oの像を表す対象画像を生成する。 Light emitted from each core of image guide 13q at the end face of image guide plug portion 13c of image guide 13q (light derived from scattered light generated at each point on object O) is focused by objective lens 12b at each point on the light-receiving surface of image sensor 12a. This forms an image of object O on the light-receiving surface of image sensor 12a. Image sensor 12a generates an electrical signal representing the image of object O and inputs the generated electrical signal to signal processing circuit 12c. Signal processing circuit 12c generates an object image representing the image of object O from the electrical signal input from image sensor 12a.
カメラ装置12は、生成した対象画像を画像処理装置10に入力する。画像処理装置10は、後述する画像処理方法S100に従って、カメラ装置12から入力された対象画像からディスプレイDに表示する出力画像を生成する。なお、画像処理装置10が担う機能は、カメラ装置12が担ってもよい。すなわち、後述する画像処理方法S100を、画像処理装置10が実施する構成の代わりに、カメラ装置12が実施する構成を採用してもよい。この場合、内視鏡システム1から画像処理装置10を省略することができる。 The camera device 12 inputs the generated target image to the image processing device 10. The image processing device 10 generates an output image to be displayed on the display D from the target image input from the camera device 12 in accordance with an image processing method S100 described below. Note that the functions performed by the image processing device 10 may also be performed by the camera device 12. In other words, instead of a configuration in which the image processing method S100 described below is performed by the image processing device 10, a configuration in which the camera device 12 performs the method may be adopted. In this case, the image processing device 10 can be omitted from the endoscope system 1.
なお、本明細書において、「画像」とは、画素値の2次元配列のことを指す。モノクロ画像の画素値は、例えば、輝度に対応する1つの数値からなる。D階調のモノクロ画像において、輝度は、0以上D-1以下の整数値を取る。カラー画像における画素値は、例えば、RGBに対応する3つの数値からなる。ここで、Rは、赤成分を表し、Gは、緑成分を表し、Bは、青成分を表す。D階調のカラー画像において、赤成分、緑成分、及び青成分は、それぞれ、0以上D-1以下の整数値を取る。透過カラー画像における画素値は、例えば、RGBAに対応する4つの数値からなる。ここで、Aは、不透明度を表す。D階調の透過カラー画像の場合、赤成分、緑成分、青成分、及び不透明度は、それぞれ、0以上D-1以下の整数値を取る。 In this specification, the term "image" refers to a two-dimensional array of pixel values. A pixel value in a monochrome image consists of, for example, a single numerical value corresponding to brightness. In a D-level monochrome image, brightness takes on an integer value between 0 and D-1 inclusive. A pixel value in a color image consists of, for example, three numerical values corresponding to RGB. Here, R represents the red component, G represents the green component, and B represents the blue component. In a D-level color image, the red component, green component, and blue component each take on an integer value between 0 and D-1 inclusive. A pixel value in a transparent color image consists of, for example, four numerical values corresponding to RGBA. Here, A represents opacity. In the case of a D-level transparent color image, the red component, green component, blue component, and opacity each take on an integer value between 0 and D-1 inclusive.
画像における画素は、座標(x,y)により識別される。画像のサイズが横W画素×縦H画素である場合、xは、0以上W-1以下の整数であり、yは、0以上H-1以下の整数である。座標が(x,y)である画素を、以下、画素(x,y)とも記載する。例えば、画素(0,0)は、画像の左上隅の画素であり、画素(1,0)は、画素(0,0)の右隣の画素であり、画素(0,1)は、画素(0,0)の下隣の画素である。モノクロ画像の画素(x,y)の画素値(輝度値)をA(x,y)と記載する。また、カラー画像の画素(x,y)の画素値について、その赤成分をR(x,y)、その緑成分をG(x,y)、その青成分をB(x,y)と記載する。同様に、不透明度付きカラー画像の画素(x,y)の画素値について、その赤成分をR(x,y)、その緑成分をG(x,y)、その青成分をB(x,y)、その不透明度をA(x,y)と記載する。 Pixels in an image are identified by their coordinates (x, y). If the image size is W pixels wide by H pixels high, then x is an integer between 0 and W-1, inclusive, and y is an integer between 0 and H-1, inclusive. A pixel with coordinates (x, y) will hereafter be referred to as pixel (x, y). For example, pixel (0, 0) is the pixel in the upper left corner of the image, pixel (1, 0) is the pixel immediately to the right of pixel (0, 0), and pixel (0, 1) is the pixel immediately below pixel (0, 0). The pixel value (brightness value) of pixel (x, y) in a monochrome image is referred to as A(x, y). Furthermore, for the pixel value of pixel (x, y) in a color image, its red component is referred to as R(x, y), its green component is referred to as G(x, y), and its blue component is referred to as B(x, y). Similarly, for the pixel value of pixel (x, y) in an opacity-added color image, its red component is written as R(x, y), its green component as G(x, y), its blue component as B(x, y), and its opacity as A(x, y).
画像を保存するためのファイルフォーマットは、特に限定されない。例えば、PNG、JPEG、GIFなどのファイルフォーマットを用いれば、モノクロ画像又はカラー画像を保存することが可能である。また、透過PNGなどのファイルフォーマットを用いれば、透過カラー画像を保存することが可能である。 There are no particular limitations on the file format used to save images. For example, file formats such as PNG, JPEG, and GIF can be used to save monochrome or color images. Furthermore, file formats such as transparent PNG can be used to save transparent color images.
(画像処理装置の構成)
画像処理装置10の構成について、図2を参照して説明する。図2は、画像処理装置10の構成を示すブロック図である。
(Configuration of image processing device)
The configuration of the image processing device 10 will be described with reference to Fig. 2. Fig. 2 is a block diagram showing the configuration of the image processing device 10.
画像処理装置10は、図2に示すように、プロセッサ101と、メモリ102と、ストレージ103と、入出力インタフェース104と、バス105と、を備えている。プロセッサ101、メモリ102、ストレージ103、及び入出力インタフェース104は、バス105を介して互いに接続されている。 As shown in FIG. 2, the image processing device 10 includes a processor 101, a memory 102, a storage 103, an input/output interface 104, and a bus 105. The processor 101, the memory 102, the storage 103, and the input/output interface 104 are connected to each other via the bus 105.
メモリ102は、後述する画像処理方法S100を実施するための画像処理プログラムP100をプロセッサ101が参照可能な状態に展開して記憶するための構成である。また、メモリ102は、カメラ装置12から取得した各種画像を記憶するためにも利用される。なお、メモリ102としては、例えば、半導体RAM(Random Access Memory)等を用いることができる。 Memory 102 is configured to expand and store an image processing program P100 for implementing an image processing method S100 (described below) in a state that can be referenced by processor 101. Memory 102 is also used to store various images acquired from camera device 12. Note that memory 102 can be, for example, a semiconductor RAM (Random Access Memory).
プロセッサ101は、メモリ102に展開された画像処理プログラムP100に従って、後述する画像処理方法S100を実施するための構成である。プロセッサ101としては、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphic Processing Unit)、又はこれらの組み合わせ等を用いることができる。 The processor 101 is configured to execute the image processing method S100 (described below) in accordance with the image processing program P100 loaded in the memory 102. The processor 101 may be, for example, a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), or a combination of these.
ストレージ103は、画像処理プログラムP100を格納(不揮発保存)するための構成である。プロセッサ101は、後述する画像処理方法S100を実施する際に、ストレージ103に格納された画像処理プログラムP100をメモリ102上に展開して参照する。なお、ストレージ103としては、例えば、フラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、又は、これらの組み合わせ等を用いることができる。 Storage 103 is configured to store (non-volatilely store) the image processing program P100. When implementing the image processing method S100 described below, processor 101 expands and references the image processing program P100 stored in storage 103 in memory 102. Note that storage 103 may be, for example, a flash memory, HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive), or a combination of these.
入出力インタフェース104は、カメラ装置12及びディスプレイDを、それぞれ、画像処理装置10に接続するための構成である。なお、入出力インタフェース104としては、例えば、USB(Universal Serial Bus)インタフェース等を用いることができる。 The input/output interface 104 is configured to connect the camera device 12 and the display D to the image processing device 10. The input/output interface 104 may be, for example, a USB (Universal Serial Bus) interface.
なお、ここでは、後述する画像処理方法S100を単一のコンピュータ(画像処理装置10として機能するコンピュータ)に設けられた単一のプロセッサ101が実行する構成について説明したが、これに限定されない。すなわち、後述する画像処理方法S100を単一のコンピュータに集中して設けられた、或いは、複数のコンピュータに分散して設けられた複数のプロセッサが共同して実行する構成を採用することも可能である。 Note that while the configuration described here is one in which the image processing method S100, described below, is executed by a single processor 101 provided in a single computer (a computer that functions as the image processing device 10), the configuration is not limited to this. In other words, it is also possible to adopt a configuration in which the image processing method S100, described below, is executed jointly by multiple processors provided centrally in a single computer, or distributed across multiple computers.
なお、画像処理プログラムP100は、コンピュータ読み取り可能な一時的でない有形の記録媒体に記録され得る。この記録媒体は、メモリ102であってもよいし、ストレージ103であってもよいし、その他の記録媒体であってもよい。例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブル論理回路等が、その他の記録媒体として利用可能である。 The image processing program P100 may be recorded on a computer-readable, non-transitory, tangible recording medium. This recording medium may be memory 102, storage 103, or other recording medium. For example, tape, disk, card, semiconductor memory, programmable logic circuit, etc. may be used as other recording media.
(画像処理方法の流れ) 本発明の一実施形態に係る画像処理方法S100の流れについて、図3を参照して説明する。図3は、画像処理方法S100の流れを示すフロー図である。 (Flow of image processing method) The flow of image processing method S100 according to one embodiment of the present invention will be described with reference to Figure 3. Figure 3 is a flow diagram showing the flow of image processing method S100.
画像処理方法S100は、図3に示すように、白色標準板撮像処理S101と、ホワイトバランス調整処理S102と、対象物撮像処理S103と、対象画像取得処理S104と、超解像処理S105と、マスク処理S106と、画像表示処理S107と、を含んでいる。ここで、白色標準板撮像処理S101、ホワイトバランス調整処理S102、及び対象物撮像処理S103は、カメラ装置12を主体として実施される処理である。一方、対象画像取得処理S104、超解像処理S105、マスク処理S106、及び画像表示処理S107は、画像処理装置10を主体として実施される処理である。 As shown in FIG. 3, the image processing method S100 includes a white standard plate imaging process S101, a white balance adjustment process S102, an object imaging process S103, an object image acquisition process S104, a super-resolution process S105, a masking process S106, and an image display process S107. Here, the white standard plate imaging process S101, the white balance adjustment process S102, and the object imaging process S103 are processes performed primarily by the camera device 12. On the other hand, the object image acquisition process S104, the super-resolution process S105, the masking process S106, and the image display process S107 are processes performed primarily by the image processing device 10.
白色標準板撮像処理S101は、ユーザが、内視鏡プローブ13の対物レンズ13rを白色標準板に対向させ、カメラ装置12が、イメージガイド13qのイメージガイドプラグ部13c側の端面を撮像する処理である。ホワイトバランス調整処理S102は、カメラ装置12が、白色標準板撮像処理S101にて撮像された画像を参照してホワイトバランスを調整する処理である。白色標準板撮像処理S101にて撮像され、ホワイトバランス調整処理S102にて参照される画像は、イメージガイド13qのコアに対応する領域が明るく、その他の領域が暗いカラー画像である。この画像のことを、以下、網目画像I0と記載する。なお、白色標準板撮像処理S101にて得られる網目画像I0の具体例については、参照する図面を代えて後述する。 The white standard plate imaging process S101 is a process in which the user faces the objective lens 13r of the endoscopic probe 13 toward the white standard plate, and the camera device 12 images the end face of the image guide plug portion 13c side of the image guide 13q. The white balance adjustment process S102 is a process in which the camera device 12 adjusts the white balance by referring to the image captured in the white standard plate imaging process S101. The image captured in the white standard plate imaging process S101 and referenced in the white balance adjustment process S102 is a color image in which areas corresponding to the cores of the image guide 13q are bright and other areas are dark. This image will be referred to below as the mesh image I0. Specific examples of the mesh image I0 obtained in the white standard plate imaging process S101 will be described later with reference to different drawings.
対象物撮像処理S103は、ユーザが、内視鏡プローブ13の対物レンズ13rを対象物Oに対向させ、カメラ装置12が、イメージガイド13qのイメージガイドプラグ部13c側の端面を撮像する処理である。対象画像取得処理S104は、画像処理装置10が、対象物撮像処理S103にて撮像された画像を、カメラ装置12から取得し、メモリ102に記憶させる処理である。対象物撮像処理S103及び対象画像取得処理S104は、n回(nは予め定めらた自然数)繰り返される。対象物撮像処理S103にて撮像され、対象画像取得処理S104にて取得される画像は、イメージガイド13qのイメージガイドプラグ部13c側の端面に形成された対象物Oの像を表すカラー画像である。これらの画像のことを、以下、対象画像I1,I2,…,Inと記載する。なお、対象物撮像処理S103にて得られる対象画像I1,I2,…,Inの具体例については、参照する図面を代えて後述する。 In the object imaging process S103, the user positions the objective lens 13r of the endoscopic probe 13 toward the object O, and the camera device 12 images the end face of the image guide 13q on the image guide plug portion 13c side. In the object image acquisition process S104, the image processing device 10 acquires the image captured in the object imaging process S103 from the camera device 12 and stores it in the memory 102. The object imaging process S103 and the object image acquisition process S104 are repeated n times (n is a predetermined natural number). The image captured in the object imaging process S103 and acquired in the object image acquisition process S104 is a color image representing the image of the object O formed on the end face of the image guide 13q on the image guide plug portion 13c side. These images are hereinafter referred to as object images I1, I2, ..., In. Specific examples of the target images I1, I2, ..., In obtained in the target imaging process S103 will be described later with reference to different drawings.
超解像処理S105は、対象画像I1,I2,…,Inにおいて対象物Oの同一の点に対応する画素の画素値を平均することによって、超解像画像Iを生成する処理である。本実施形態において、超解像処理S105は、位置合わせ処理S105aと、平均処理S105bと、により構成される。 The super-resolution process S105 is a process for generating a super-resolution image I by averaging the pixel values of pixels corresponding to the same point on the object O in the target images I1, I2, ..., In. In this embodiment, the super-resolution process S105 is composed of an alignment process S105a and an averaging process S105b.
位置合わせ処理S105aは、画像処理装置10が、最後に取得した対象画像In以外の各対象画像Ii(iは1以上n-1以下の各自然数)について、(1)対象画像Inに対する対象画像Iiの位置ずれベクトルviを算出し、(2)対象画像Iiの各画素の画素値を位置ずれベクトルvi分だけシフトする処理である。位置ずれベクトルviの算出方法としては、例えば、対象画像Ii,Inの特徴量を利用する公知の方法を利用することができる。対象画像Iiに対する位置合わせ処理S105aにて得られる画像は、イメージガイド13qのイメージガイドプラグ部13c側の端面に形成された対象物Oの像を表すカラー画像である。この画像のことを、以下、対象画像Ii’と記載する。 The alignment process S105a is a process in which the image processing device 10 (1) calculates the positional deviation vector vi of the target image Ii relative to the target image In for each target image Ii (i is a natural number between 1 and n-1 inclusive) other than the most recently acquired target image In, and (2) shifts the pixel value of each pixel of the target image Ii by the positional deviation vector vi. The positional deviation vector vi can be calculated using, for example, a known method that utilizes the features of the target images Ii and In. The image obtained by the alignment process S105a for the target image Ii is a color image representing the image of the object O formed on the end face of the image guide plug portion 13c side of the image guide 13q. Hereinafter, this image will be referred to as the target image Ii'.
対象画像Iiの画素(xi,yi)と対象画像Inの画素(xn,yn)とが被写体の同一の点に対応する場合、位置ずれベクトルvi=(vix,viy)は、例えば、以下の式により与えられる。 When pixel (xi, yi) of target image Ii and pixel (xn, yn) of target image In correspond to the same point on the subject, the displacement vector vi = (vix, viy) is given by, for example, the following equation:
vix=xi-xn、
viy=yi-yn。
vix=xi−xn,
viy=yi-yn.
また、対象画像Iiの画素(x,y)における画素値が{Ri(x,y),Gi(x,y),Bi(x,y)}により与えられる場合、対象画像Ii’の画素(x,y)における画素値{Ri’(x,y),Gi’(x,y),Bi’(x,y)}は、例えば、以下の式により与えられる。 Furthermore, if the pixel value of pixel (x, y) of target image Ii is given by {Ri(x, y), Gi(x, y), Bi(x, y)}, the pixel value of pixel (x, y) of target image Ii' {Ri'(x, y), Gi'(x, y), Bi'(x, y)} is given by, for example, the following formula:
0≦x+vix≦W、且つ0≦y+viy≦Hである場合:
Ri’(x,y)=Ri(x+vix,y+viy)、
Gi’(x,y)=Gi(x+vix,y+viy)、
Bi’(x,y)=Bi(x+vix,y+viy)、
x+vix<0,W<x+vix,y+viy<0、又はH<y+viyである場合:
Ri’(x,y)=0、
Gi’(x,y)=0、
Bi’(x,y)=0。
If 0≦x+vix≦W and 0≦y+viy≦H:
Ri'(x,y)=Ri(x+vix,y+viy),
Gi' (x, y) = Gi (x + vix, y + viy),
Bi'(x,y)=Bi(x+vix,y+viy),
If x+vix<0, W<x+vix, y+viy<0, or H<y+viy:
Ri'(x,y)=0,
Gi'(x,y)=0,
Bi'(x,y)=0.
なお、最後に取得した対象画像Inについては、位置合わせ処理S105aを行わないが、以下では説明の便宜上、対象画像Inを対象画像In’とも記載する。つまり、対象画像In’の画素(x,y)における画素値{Rn’(x,y),Gn’(x,y),Bn’(x,y)}は、対象画像Inの画素(x,y)における画素値{Rn(x,y),Gn(x,y),Bn(x,y)}と同一である。位置合わせ処理S105aにて得られる対象画像I1’,I2’,…,In’の具体例については、参照する図面を代えて後述する。 Note that the last acquired target image In is not subjected to the alignment process S105a, but for ease of explanation, the target image In will also be referred to as target image In' below. In other words, the pixel value {Rn'(x,y), Gn'(x,y), Bn'(x,y)} at pixel (x,y) of target image In' is the same as the pixel value {Rn(x,y), Gn(x,y), Bn(x,y)} at pixel (x,y) of target image In. Specific examples of target images I1', I2', ..., In' obtained by the alignment process S105a will be described later with reference to different drawings.
なお、ここでは、最後に取得した対象画像Inを基準画像として、基準画像以外の各対象画像Iiの画素値をシフトする構成について説明したが、これに限定されない。すなわち、最後に取得した対象画像In以外の対象画像Ip(pは1以上n-1以下の予め定められた自然数)を基準画像として、基準画像以外の各対象画像Iq(qはpとは異なる1以上n以下の各自然数)の画素値をシフトする構成を採用してもよい。 Note that, while the configuration described here is one in which the last acquired target image In is used as the reference image and the pixel values of each target image Ii other than the reference image are shifted, this is not limiting. In other words, a configuration may be adopted in which a target image Ip (p is a predetermined natural number between 1 and n-1) other than the last acquired target image In is used as the reference image and the pixel values of each target image Iq (q is a natural number between 1 and n, different from p) other than the reference image are shifted.
平均処理S105bは、画像処理装置10が、各画素(x,y)について、各対象画像Ij’(jは1以上n以下の各自然数)の画素値{Rj’(x,y),Gj’(x,y),Bj’(x,y)}を成分毎に単純平均する処理である。平均処理S105bにて得られる画像は、イメージガイド13qのイメージガイドプラグ部13c側の端面に形成された対象物Oの像を表すカラー画像である。この画像のことを、以下、超解像画像Iと記載する。超解像画像Iの画素(x,y)における画素値{R(x,y),G(x,y),B(x,y)}は、例えば、以下の式により与えられる。超解像処理S105にて生成される超解像画像Iの具体例については、参照する図面を代えて後述する。 The averaging process S105b is a process in which the image processing device 10 simply averages, for each pixel (x, y), the pixel values {Rj'(x, y), Gj'(x, y), Bj'(x, y)} of each target image Ij' (j is a natural number between 1 and n, inclusive) for each component. The image obtained by the averaging process S105b is a color image representing the image of the target O formed on the end face of the image guide plug portion 13c side of the image guide 13q. This image will be referred to below as the super-resolution image I. The pixel values {R(x, y), G(x, y), B(x, y)} of pixel (x, y) of the super-resolution image I are given, for example, by the following equation: Specific examples of the super-resolution image I generated by the super-resolution process S105 will be described later with reference to different drawings.
R(x,y)={R1’(x,y)+R2’(x,y)+…+Rn’(x,y)}/n、
G(x,y)={G1’(x,y)+G2’(x,y)+…+Gn’(x,y)}/n、
B(x,y)={B1’(x,y)+B2’(x,y)+…+Bn’(x,y)}/n。
R(x,y)={R1'(x,y)+R2'(x,y)+...+Rn'(x,y)}/n,
G(x,y)={G1'(x,y)+G2'(x,y)+...+Gn'(x,y)}/n,
B(x,y)={B1'(x,y)+B2'(x,y)+...+Bn'(x,y)}/n.
マスク処理S106は、画像処理装置10が、超解像画像Iにおいて視野円外の領域をマスクすることによって、出力画像I’を生成する処理である。ここで、視野円外の領域をマスクするとは、例えば、超解像画像Iにおいて視野円外に位置する画素(x,y)の画素値{R(x,y),G(x,y),B(x,y)}を、R(x,y)=0、G(x,y)=0,B(x,y)=0に設定することを指す。マスク処理S106にて生成される出力画像I’の具体例については、参照する図面を代えて後述する。 Masking processing S106 is processing in which the image processing device 10 generates an output image I' by masking areas outside the field of view circle in the super-resolution image I. Here, masking areas outside the field of view circle refers to, for example, setting the pixel values {R(x,y), G(x,y), B(x,y)} of pixels (x,y) located outside the field of view circle in the super-resolution image I to R(x,y) = 0, G(x,y) = 0, B(x,y) = 0. Specific examples of the output image I' generated in masking processing S106 will be described later with reference to different drawings.
画像表示処理S107は、画像処理装置10が、出力画像I’をディスプレイDに表示する処理である。これにより、画像処理方法S100の一連の処理が完了する。 Image display processing S107 is processing in which the image processing device 10 displays the output image I' on the display D. This completes the series of processes in the image processing method S100.
なお、ここでは、対象物Oの静止画像をディスプレイDに表示するための画像処理方法S100について説明したが、この方法を利用して対象物Oの動画像をディスプレイDに表示するようにしてもよい。この場合、カメラ装置12は、フレームレートに応じた周期で対象物撮像処理S103を繰り返し実行し、画像処理装置10は、それまでにカメラ装置12が撮像した対象画像のうち、最新のn枚の対象画像に対して超解像処理S105、マスク処理S106、及び画像表示処理S107を実行する。これにより、対象物Oの動画像をディスプレイDに表示することができる。 Note that while the image processing method S100 for displaying a still image of the object O on the display D has been described above, this method may also be used to display a moving image of the object O on the display D. In this case, the camera device 12 repeatedly executes the object imaging process S103 at a cycle corresponding to the frame rate, and the image processing device 10 executes the super-resolution process S105, the mask process S106, and the image display process S107 on the most recent n target images of the target images captured by the camera device 12 up to that point. This allows a moving image of the object O to be displayed on the display D.
なお、超解像処理S105の前処理として、対象画像I1,I2,…,Inのそれぞれに対してアフィン変換などの変形補正を行ってもよい。撮像時のアオリ角の差異によって対象画像I1,I2,…,Inに含まれるコアの像の位置及び形に差異が生じている場合には、この差異を変形補正によって事前に解消することで、より視認性の高い超解像画像Iが得られる。また、超解像処理S105の前処理として、対象画像I1,I2,…,Inのそれぞれに対して特開2021-177604号(特許7189173号)に記載の色ムラ補正及び輝度ムラ補正を行ってもよい。対象画像I1,I2,…,Inに含まれるコアの像毎の色ムラ及び輝度ムラが生じている場合には、これらを色ムラ補正及び輝度ムラ補正により事前に解消することで、より視認性の高い超解像画像Iが得られる。 As pre-processing for the super-resolution process S105, each of the target images I1, I2, ..., In may be subjected to deformation correction such as affine transformation. If differences in the position and shape of the core images contained in the target images I1, I2, ..., In occur due to differences in the tilt angle during image capture, these differences can be eliminated in advance using deformation correction, resulting in a super-resolution image I with higher visibility. As pre-processing for the super-resolution process S105, each of the target images I1, I2, ..., In may be subjected to color and brightness unevenness correction as described in JP 2021-177604 (Patent No. 7189173). If color and brightness unevenness occurs among the core images contained in the target images I1, I2, ..., In, these can be eliminated in advance using color and brightness unevenness correction, resulting in a super-resolution image I with higher visibility.
(画像処理方法の実行例)
画像処理方法S100の実行例について、図4~図11を参照して説明する。本具体例においては、簡単のために対象画像I1,I2,…,Inの枚数nを4とする。
(Example of image processing method)
An example of the execution of the image processing method S100 will be described with reference to Figures 4 to 11. In this example, for simplicity, the number n of target images I1, I2, ..., In is set to 4.
図4は、本実行例においてサンプルとして用いる対象物Oの平面図である。本実行例においてサンプルとして用いる対象物Oは、AからZまでのアルファベットと、0から9までの数字とが印字された白色標準板である。 Figure 4 is a plan view of object O used as a sample in this example. Object O used as a sample in this example is a white standard plate printed with the letters A to Z and the numbers 0 to 9.
図5は、白色標準板撮像処理S101にて得られる網目画像I0を例示した図である。上述したように、網目画像I0は、イメージガイド13qのコアに対応する領域が明るく、その他の領域が暗い画像になる。 Figure 5 is a diagram illustrating a mesh image I0 obtained in the white standard plate imaging process S101. As described above, the mesh image I0 is an image in which the areas corresponding to the cores of the image guide 13q are bright and the other areas are dark.
図6は、対象物撮像処理S103にて得られる対象画像I1、及び、位置合わせ処理S105aにて得られる対象画像I1’を例示した図である。対象画像I1に被写体として含まれる文字及びアルファベットの位置は、基準画像として用いられる対象画像I4に被写体として含まれる文字及びアルファベットの位置よりも、右下に寄っている。したがって、位置ずれベクトルv1は、図6に白色矢印で示すように、右下を向く。対象画像I1の各画素の画素値を位置ずれベクトルv1分だけシフトすることで得られる対象画像I1’に被写体として含まれる文字及びアルファベットの位置は、基準画像として用いられる対象画像I4に被写体として含まれる文字及びアルファベットの位置と一致又は略一致する。 Figure 6 is a diagram illustrating target image I1 obtained in object imaging process S103, and target image I1' obtained in alignment process S105a. The positions of the letters and alphabets included as subjects in target image I1 are shifted to the bottom right compared to the positions of the letters and alphabets included as subjects in target image I4, which is used as the reference image. Therefore, the positional shift vector v1 points to the bottom right, as indicated by the white arrow in Figure 6. The positions of the letters and alphabets included as subjects in target image I1', which is obtained by shifting the pixel values of each pixel in target image I1 by the positional shift vector v1, match or approximately match the positions of the letters and alphabets included as subjects in target image I4, which is used as the reference image.
図7は、対象物撮像処理S103にて得られる対象画像I2、及び、位置合わせ処理S105aにて得られる対象画像I2’を例示した図である。対象画像I2に被写体として含まれる文字及びアルファベットの位置は、基準画像として用いられる対象画像I4に被写体として含まれる文字及びアルファベットの位置よりも、左に寄っている。したがって、位置ずれベクトルv2は、図7に白色矢印で示すように、左を向く。対象画像I2の各画素の画素値を位置ずれベクトルv2分だけシフトすることで得られる対象画像I2’に被写体として含まれる文字及びアルファベットの位置は、基準画像として用いられる対象画像I4に被写体として含まれる文字及びアルファベットの位置と一致又は略一致する。 Figure 7 is a diagram illustrating target image I2 obtained in object imaging process S103 and target image I2' obtained in alignment process S105a. The positions of the letters and alphabets included as subjects in target image I2 are shifted to the left compared to the positions of the letters and alphabets included as subjects in target image I4, which is used as the reference image. Therefore, the positional shift vector v2 points to the left, as indicated by the white arrow in Figure 7. The positions of the letters and alphabets included as subjects in target image I2', which is obtained by shifting the pixel values of each pixel in target image I2 by the positional shift vector v2, match or approximately match the positions of the letters and alphabets included as subjects in target image I4, which is used as the reference image.
図8は、対象物撮像処理S103にて得られる対象画像I3、及び、位置合わせ処理S105aにて得られる対象画像I3’を例示した図である。対象画像I3に被写体として含まれる文字及びアルファベットの位置は、基準画像として用いられる対象画像I4に被写体として含まれる文字及びアルファベットの位置よりも、右上に寄っている。したがって、位置ずれベクトルv3は、図8に白色矢印で示すように、右上を向く。対象画像I3の各画素の画素値を位置ずれベクトルv3分だけシフトすることで得られる対象画像I3’に被写体として含まれる文字及びアルファベットの位置は、基準画像として用いられる対象画像I4に被写体として含まれる文字及びアルファベットの位置と一致又は略一致する。 Figure 8 is a diagram illustrating target image I3 obtained in object imaging process S103 and target image I3' obtained in alignment process S105a. The positions of the letters and alphabets included as subjects in target image I3 are shifted to the upper right and to the right of the positions of the letters and alphabets included as subjects in target image I4, which is used as the reference image. Therefore, the positional deviation vector v3 points to the upper right, as indicated by the white arrow in Figure 8. The positions of the letters and alphabets included as subjects in target image I3', which is obtained by shifting the pixel values of each pixel in target image I3 by the positional deviation vector v3, match or approximately match the positions of the letters and alphabets included as subjects in target image I4, which is used as the reference image.
図9は、対象物撮像処理S103にて得られる対象画像I4を例示した図である。対象画像I4は、位置合わせ処理S105aにおける基準画像として用いられるため、対象画像I4に対する位置合わせ処理S105aは実行されない。 Figure 9 is a diagram showing an example of target image I4 obtained in the target image capture process S103. Since target image I4 is used as a reference image in the alignment process S105a, the alignment process S105a is not performed on target image I4.
図10は、超解像処理S105にて得られる超解像画像Iを例示した図である。対象画像I1~I4においては、被写体として含まれるアルファベット及び文字の判読が困難である。これに対して、超解像画像Iにおいては、被写体として含まれるアルファベット及び文字の判読が容易である。すなわち、超解像処理S105を実行することによって、対象画像I1~I4よりも視認性の高い超解像画像Iが得られることが確かめられた。 Figure 10 is a diagram illustrating a super-resolution image I obtained by super-resolution processing S105. In target images I1 to I4, the alphabet and letters contained as subjects are difficult to read. In contrast, in super-resolution image I, the alphabet and letters contained as subjects are easy to read. In other words, it was confirmed that by performing super-resolution processing S105, a super-resolution image I with higher visibility than target images I1 to I4 was obtained.
図11は、マスク処理S106にて得られる出力画像I’を例示した図である。超解像画像Iにおいては、被写体として含まれるイメージガイド13qの端面の境界にジャギー(イメージガイド13qが複数のコアにより構成されることに起因して生じるギザギザ)を視認することができる。一方、出力画像I’においては、被写体として含まれるイメージガイド13qの端面の境界にジャギーを視認することができない。すなわち、マスク処理S106を実行することによって、超解像画像Iよりもジャギーの少ない出力画像I’が得られることが確かめられた。 Figure 11 is a diagram illustrating an output image I' obtained by masking process S106. In super-resolution image I, jaggies (jagged edges caused by image guide 13q being composed of multiple cores) can be seen at the boundaries of the end faces of image guide 13q, which is included as a subject. On the other hand, in output image I', jaggies cannot be seen at the boundaries of the end faces of image guide 13q, which is included as a subject. In other words, it was confirmed that by performing masking process S106, an output image I' with fewer jaggies than super-resolution image I can be obtained.
(画像処理方法の変形例)
画像処理方法S100の一変形例について、図12を参照して説明する。図12は、本変形例に係る画像処理方法S100’の流れを示すフロー図である。
(Modification of image processing method)
A modified example of the image processing method S100 will be described with reference to Fig. 12. Fig. 12 is a flow chart showing the flow of an image processing method S100' according to this modified example.
本変形例に係る画像処理方法S100’は、(1)上述した画像処理方法S100に白色標準板撮像処理S110、網目画像取得処理S111、及び透明化処理S112を追加すると共に、(2)上述した超解像処理S105に含まれる単純平均を取る平均処理S105bを、加重平均を取る平均処理S105cに置き換えたものである。 The image processing method S100' according to this modified example (1) adds a white standard plate imaging process S110, a mesh image acquisition process S111, and a transparency process S112 to the image processing method S100 described above, and (2) replaces the averaging process S105b, which takes a simple average, included in the super-resolution process S105 described above with an averaging process S105c, which takes a weighted average.
白色標準板撮像処理S110及び網目画像取得処理S111は、上述したホワイトバランス調整処理S102と対象物撮像処理S103との間で実行される処理である。 The white standard plate imaging process S110 and the mesh image acquisition process S111 are processes executed between the white balance adjustment process S102 and the object imaging process S103 described above.
白色標準板撮像処理S110は、ユーザが、内視鏡プローブ13の対物レンズ13rを白色標準板に対向させ、カメラ装置12が、イメージガイド13qのイメージガイドプラグ部13c側の端面を撮像する処理である。網目画像取得処理S111は、画像処理装置10が、白色標準板撮像処理S110にて撮像された画像を、カメラ装置12から取得し、メモリ102に記憶させる処理である。白色標準板撮像処理S101にて撮像され、網目画像取得処理S111にて取得される画像は、イメージガイド13qのコアに対応する領域が明るく、その他の領域が暗いカラー画像である。画像処理装置10は、このカラー画像をグレースケール化して利用する。このカラー画像をグレースケール化することにより得られたモノクロ画像のことを、以下、網目画像I0’と記載する。なお、上述した網目画像I0との違いは、網目画像I0が、ホワイトバランス調整前に撮像されたカラー画像であるのに対して、網目画像I0’は、ホワイトバランス調整後に撮像されたカラー画像をグレースケール化することに得られたモノクロ画像である点である。 The white standard plate imaging process S110 is a process in which the user faces the objective lens 13r of the endoscopic probe 13 toward the white standard plate, and the camera device 12 images the end face of the image guide plug portion 13c of the image guide 13q. The mesh image acquisition process S111 is a process in which the image processing device 10 acquires the image captured in the white standard plate imaging process S110 from the camera device 12 and stores it in the memory 102. The image captured in the white standard plate imaging process S101 and acquired in the mesh image acquisition process S111 is a color image in which areas corresponding to the cores of the image guide 13q are bright and other areas are dark. The image processing device 10 converts this color image into grayscale for use. The monochrome image obtained by converting this color image into grayscale is hereinafter referred to as mesh image I0'. The difference between mesh image I0 and the mesh image I1 described above is that mesh image I0 is a color image captured before white balance adjustment, while mesh image I0' is a monochrome image obtained by grayscaling a color image captured after white balance adjustment.
透明化処理S112及びコア描画処理S113は、上述した対象画像取得処理S104と超解像処理S105との間で実行される、超解像処理S105の前処理である。 The transparency processing S112 and core drawing processing S113 are pre-processing steps for the super-resolution processing S105, which are executed between the target image acquisition processing S104 and the super-resolution processing S105 described above.
透明化処理S112は、画像処理装置10が、各対象画像Ij(jは1以上n以下の各自然数)について、白色標準板撮像処理S110にて撮像された網目画像I0’を参照し、対象画像Ijにおいてイメージガイド13qのコアに対応する領域以外の領域(すなわち、網目画像I0’において網目及び背景に相当する領域)を透明化又は半透明化する処理である。透明化処理S112により生成される画像は、イメージガイド13qのコアに対応する領域で不透明度が高く、その他の領域で不透明度が低い不透明度付きカラー画像である。この画像のことを、以下、「透明対象画像Ij」と記載する。透明対象画像Ijの画素(x,y)における画素値は、例えば、対象画像Ijの画素(x,y)における画素値{Rj(x,y),Gj(x,y),Bj(x,y)}に、網目画像I0’の画素(x,y)における画素値A(x,y)を不透明成分として追加したものである。すなわち、透明対象画像Ijの画素(x,y)における画素値は、{Rj(x,y),Gj(x,y),Bj(x,y),A(x,y)}である。 The transparency process S112 is a process in which the image processing device 10, for each target image Ij (j is a natural number between 1 and n), references the mesh image I0' captured in the white standard plate capture process S110 and renders transparent or semi-transparent areas of the target image Ij other than the area corresponding to the core of the image guide 13q (i.e., the areas corresponding to the mesh and background in the mesh image I0'). The image generated by the transparency process S112 is an opaque color image with high opacity in the area corresponding to the core of the image guide 13q and low opacity in other areas. This image will be referred to below as the "transparent target image Ij." The pixel value of pixel (x, y) of the transparent target image Ij is, for example, the pixel value {Rj(x, y), Gj(x, y), Bj(x, y)} of pixel (x, y) of the target image Ij plus the pixel value A(x, y) of pixel (x, y) of the mesh image I0' as an opaque component. That is, the pixel value of pixel (x, y) of the transparent target image Ij is {Rj(x, y), Gj(x, y), Bj(x, y), A(x, y)}.
超解像処理S105の位置合わせ処理S105aにおいて、画像処理装置10は、透明対象画像In以外の各透明対象画像Ii(iは1以上n-1以下の各自然数)について、(1)透明対象画像Inに対する透明対象画像Iiの位置ずれベクトルviを算出し、(2)透明対象画像Iiの各画素の画素値を位置ずれベクトルvi分だけシフトする。透明対象画像Iiに対する位置合わせ処理S105aにて得られる画像は、イメージガイド13qのイメージガイドプラグ部13c側の端面に形成された対象物Oの像を表す不透明度付きカラー画像である。この画像のことを、以下、透明対象画像Ii’と記載する。なお、透明対象画像Inについては、位置合わせ処理S105aを行わないが、以下では説明の便宜上、透明対象画像Inを透明対象画像In’とも記載する。位置合わせ処理S105aにて得られる透明対象画像I1’,I2’,…,In’の具体例については、参照する図面を代えて後述する。 In the alignment process S105a of the super-resolution process S105, for each transparent target image Ii (i is a natural number between 1 and n-1) other than the transparent target image In, the image processing device 10 (1) calculates a positional deviation vector vi of the transparent target image Ii relative to the transparent target image In, and (2) shifts the pixel value of each pixel of the transparent target image Ii by the amount of the positional deviation vector vi. The image obtained in the alignment process S105a for the transparent target image Ii is a color image with opacity that represents the image of the object O formed on the end face of the image guide plug portion 13c side of the image guide 13q. This image will be referred to as the transparent target image Ii' hereinafter. Note that the alignment process S105a is not performed on the transparent target image In, but for convenience of explanation, the transparent target image In will also be referred to as the transparent target image In' hereinafter. Specific examples of the transparent target images I1', I2', ..., In' obtained in the alignment process S105a will be described later with reference to different drawings.
超解像処理S105の平均処理S105cにおいて、画像処理装置10は、各画素(x,y)について、各透明対象画像Ij’の画素値{Rj’(x,y),Gj’(x,y),Bj’(x,y),Aj’(x,y)}を成分毎に加重平均することによって、超解像画像Iを生成する。加重平均における加重としては、不透明度Aj’(x,y)を用いる。平均処理S105cにて得られる画像は、イメージガイド13qのイメージガイドプラグ部13c側の端面に形成された対象物Oの像を表す不透明度付きカラー画像である。この画像のことを、以下、超解像画像Iと記載する。超解像画像Iの画素(x,y)における画素値{R(x,y),G(x,y),B(x,y),A(x,y)}は、例えば、以下の式により与えられる。平均処理S105cにて生成される超解像画像Iの具体例については、参照する図面を代えて後述する。 In the averaging process S105c of the super-resolution process S105, the image processing device 10 generates a super-resolution image I by weighting the pixel values {Rj'(x,y), Gj'(x,y), Bj'(x,y), Aj'(x,y)} of each transparent object image Ij' for each pixel (x,y) for each component. The opacity Aj'(x,y) is used as the weight in the weighted average. The image obtained in the averaging process S105c is a color image with opacity representing the image of the object O formed on the end face of the image guide plug portion 13c side of the image guide 13q. This image will be referred to as the super-resolution image I hereinafter. The pixel values {R(x,y), G(x,y), B(x,y), A(x,y)} of the pixel (x,y) of the super-resolution image I are given, for example, by the following equation: Specific examples of the super-resolution image I generated by averaging processing S105c will be described later with reference to different drawings.
D(x,y)=A1’(x,y)+A2’(x,y)+…+An’(x,y)、
D(x,y)≠0である場合:
R(x,y)={R1’(x,y)A1’(x,y)+R2’(x,y)A2’(x,y)+…+Rn’(x,y)An’(x,y)}/D(x,y)、
G(x,y)={G1’(x,y)A1’(x,y)+G2’(x,y)A2’(x,y)+…+Gn’(x,y)An’(x,y)}/D(x,y)、
B(x,y)={B1’(x,y)A1’(x,y)+B2’(x,y)A2’(x,y)+…+Bn’(x,y)An’(x,y)}/D(x,y)、
A(x,y)=[{A1’(x,y)}2+{A2’(x,y)}2+…+{An’(x,y)}2]/D(x,y)、
D(x,y)=0である場合:
R(x,y)=0、
G(x,y)=0、
B(x,y)=0、
A(x,y)=0。
D(x,y)=A1'(x,y)+A2'(x,y)+...+An'(x,y),
If D(x, y)≠0:
R(x,y)={R1'(x,y)A1'(x,y)+R2'(x,y)A2'(x,y)+...+Rn'(x,y)An'(x,y)}/D(x,y),
G(x,y)={G1'(x,y)A1'(x,y)+G2'(x,y)A2'(x,y)+...+Gn'(x,y)An'(x,y)}/D(x,y),
B(x,y)={B1'(x,y)A1'(x,y)+B2'(x,y)A2'(x,y)+...+Bn'(x,y)An'(x,y)}/D(x,y),
A (x, y) = [{A1' (x, y)} 2 + {A2' (x, y)} 2 +...+{An' (x, y)} 2 ]/D (x, y),
If D(x,y)=0:
R(x, y)=0,
G(x, y)=0,
B(x, y)=0,
A(x, y) = 0.
(変形例に係る画像処理方法の実行例)
上述した変形例に係る画像処理方法S100の実行例について、図13~図18を参照して説明する。本具体例においては、簡単のために対象画像I1,I2,…,Inの枚数nを4とする。
(Example of execution of image processing method according to modified example)
An example of execution of the image processing method S100 according to the above-mentioned modified example will be described with reference to Figures 13 to 18. In this example, for simplicity, the number n of target images I1, I2, ..., In is set to 4.
図13は、透明化処理S112にて得られる透明対象画像I1を例示した図である。図14は、透明化処理S112にて得られる透明対象画像I2を例示した図である。図15は、透明化処理S112にて得られる透明対象画像I3を例示した図である。図16は、透明化処理S112にて得られる透明対象画像I4を例示した図である。何れの透明対象画像Iiにおいても、イメージガイド13qのコアに対応する領域以外の領域が透明化されていることが見て取れる。 Figure 13 is a diagram illustrating a transparent target image I1 obtained by the transparency processing S112. Figure 14 is a diagram illustrating a transparent target image I2 obtained by the transparency processing S112. Figure 15 is a diagram illustrating a transparent target image I3 obtained by the transparency processing S112. Figure 16 is a diagram illustrating a transparent target image I4 obtained by the transparency processing S112. It can be seen that in each transparent target image Ii, areas other than the area corresponding to the core of the image guide 13q have been made transparent.
図17は、超解像処理S105にて得られる超解像画像Iを例示した図である。対象画像I1~I4においては、被写体として含まれるアルファベット及び文字の判読が困難である。これに対して、超解像画像Iにおいては、被写体として含まれるアルファベット及び文字の判読が容易である。すなわち、超解像処理S105を実行することによって、対象画像I1~I4よりも視認性の高い超解像画像Iが得られることが確かめられた。 Figure 17 is a diagram illustrating a super-resolution image I obtained by super-resolution processing S105. In target images I1 to I4, the alphabet and letters contained as subjects are difficult to read. In contrast, in super-resolution image I, the alphabet and letters contained as subjects are easy to read. In other words, it was confirmed that by performing super-resolution processing S105, a super-resolution image I with higher visibility than target images I1 to I4 was obtained.
また、図10に示した超解像画像I(透明化処理なし)と図17に示した超解像画像I(透明化処理あり)とを比べると、後者の方がアルファベット及び文字とその背景とのコントラストが高くなり、その結果、後者の方がアルファベット及び文字の視認性が高いことが分かる。これは、各対象画像Iiにおいては、イメージガイド13qのコアに対応する領域以外の領域の輝度が低いため、図10に示した超解像画像Iにおいては、視野円内での輝度の低下や画像のザラつきが生じ易いが、各透明対象画像Iiにおいては、イメージガイド13qのコアに対応する領域以外の領域が透明化されているため、視野円内での輝度の低下や画像のザラつきが生じ難いからである。 Furthermore, comparing super-resolution image I (without transparency processing) shown in Figure 10 with super-resolution image I (with transparency processing) shown in Figure 17, it can be seen that the latter has a higher contrast between the alphabet and letters and their background, and as a result, the visibility of the alphabet and letters is higher in the latter. This is because in each target image Ii, the brightness of areas other than those corresponding to the core of image guide 13q is low, so in super-resolution image I shown in Figure 10, a decrease in brightness within the field of view and image graininess are likely to occur. However, in each transparent target image Ii, the areas other than those corresponding to the core of image guide 13q are made transparent, so a decrease in brightness within the field of view and image graininess are less likely to occur.
なお、輝度の低下や画像のザラつきは、例えば、対象画像Ijの低輝度領域に属する画素の画素値が他の対象画像Ij’の高輝度領域に属する画素の画素値と平均化されること、或いは、対象画像Ijの低輝度領域に属する画素の画素値が他の対象画像I’の低輝度領域に属する画素の画素値と平均化されることにより生じる。 Note that a decrease in brightness and image graininess occur, for example, when the pixel values of pixels belonging to low-brightness areas in target image Ij are averaging with the pixel values of pixels belonging to high-brightness areas in another target image Ij', or when the pixel values of pixels belonging to low-brightness areas in target image Ij are averaging with the pixel values of pixels belonging to low-brightness areas in another target image I'.
図18は、マスク処理S106にて得られる出力画像I’を例示した図である。超解像画像Iにおいては、被写体として含まれるイメージガイド13qの端面の境界にジャギー(イメージガイド13qが複数のコアにより構成されることに起因して生じるギザギザ)を視認することができる。一方、出力画像I’においては、被写体として含まれるイメージガイド13qの端面の境界にジャギーを視認することができない。すなわち、マスク処理S106を実行することによって、超解像画像Iよりもジャギーの少ない出力画像I’が得られることが確かめられた。 Figure 18 is a diagram illustrating an output image I' obtained by masking process S106. In super-resolution image I, jaggies (jagged edges caused by image guide 13q being composed of multiple cores) can be seen at the boundaries of the end faces of image guide 13q, which is included as a subject. On the other hand, in output image I', jaggies cannot be seen at the boundaries of the end faces of image guide 13q, which is included as a subject. In other words, it was confirmed that by performing masking process S106, an output image I' with fewer jaggies than super-resolution image I can be obtained.
(画像処理方法の更なる変形例1)
上述した超解像処理S105の前処理として、画像処理装置10は、各透明対象画像Ijに対してコア描画処理を行ってもよい。
(Further Modification 1 of Image Processing Method)
As pre-processing for the super-resolution processing S105 described above, the image processing device 10 may perform core drawing processing on each transparent target image Ij.
コア描画処理において、画像処理装置10は、まず、透明対象画像Ijにおいてイメージガイド13qのコアに対応する領域(以下、「コア領域」とも記載する)を特定する。例えば、網目画像I0’において同じ座標を有する画素の画素値が予め定められた閾値以上である画素の集合をコア領域として特定する。 In the core drawing process, the image processing device 10 first identifies an area in the transparent target image Ij that corresponds to the core of the image guide 13q (hereinafter also referred to as the "core area"). For example, a set of pixels in the mesh image I0' whose pixel values are equal to or greater than a predetermined threshold is identified as the core area.
次に、画像処理装置10は、赤成分、緑成分、及び青成分のそれぞれについて、透明対象画像Ijにおいてコア領域に含まれる各画素の画素値を、(a1)コア領域の中心に位置する画素の画素値(以下、「中心画素値」とも記載する)、又は、(a2)そのコア領域に含まれる各画素の画素値の平均値(以下、「平均画素値」とも記載する)に一致するように再設定する。また、画像処理装置10は、透明対象画像Ijにおいてコア領域の中心に位置する画素の不透明度を100%に設定する。そして、画像処理装置10は、透明対象画像Ijにおいてコア領域の中心からの距離rが予め定められた閾値R以下である各画素の不透明度を、(b1)距離rが大きくなるにつれて線形に小さくなるように、又は、(b2)距離rが大きくなるにつれてガウス分布に従って小さくなるように再設定する。なお、不透明度の再設定を行わない場合、コア領域に含まれる各画素の不透明度は、上述したように、網目画像I0’においてその画素と同じ座標を有する画素の画素値と一致する。 Next, the image processing device 10 resets the pixel values of each pixel included in the core region in the transparent target image Ij for each of the red, green, and blue components so that they match either (a1) the pixel value of the pixel located at the center of the core region (hereinafter also referred to as the "center pixel value") or (a2) the average value of the pixel values of each pixel included in the core region (hereinafter also referred to as the "average pixel value"). The image processing device 10 also sets the opacity of the pixel located at the center of the core region in the transparent target image Ij to 100%. The image processing device 10 then resets the opacity of each pixel in the transparent target image Ij whose distance r from the center of the core region is equal to or less than a predetermined threshold R so that (b1) the opacity decreases linearly as the distance r increases, or (b2) the opacity decreases according to a Gaussian distribution as the distance r increases. If the opacity is not reset, the opacity of each pixel included in the core region will match the pixel value of the pixel having the same coordinates as that pixel in the mesh image I0', as described above.
図19の(a)は、赤成分、緑成分、及び青成分については、コア領域に含まれる各画素の画素値を平均画素値に再設定し、不透明度については、再設定を行わなかった場合に得られる透明対象画像Ij及び超解像画像Iの拡大図である。 (a) in Figure 19 is an enlarged view of the transparent target image Ij and super-resolution image I obtained when the pixel values of each pixel in the core region are reset to the average pixel value for the red, green, and blue components, but the opacity is not reset.
図19の(b)は、赤成分、緑成分、及び青成分については、コア領域に含まれる各画素の画素値を平均画素値に再設定し、不透明度については、コア領域の中心からの距離rが予め定められた閾値R以下である各画素の不透明度を、距離rが大きくなるにつれて線形に小さくなるように再設定した場合に得られる透明対象画像Ij及び超解像画像Iの拡大図である。図19の(a)と(b)とを比べると、不透明度の再設定を行うことによって、超解像画像Iにおける輝度の低下や画像のザラつきを更に抑えられることが分かる。なお、赤成分、緑成分、及び青成分のそれぞれについて、コア領域に含まれる各画素の画素値を中心画素値に設定した場合でも、同様の効果が得られる。 (b) in Figure 19 is an enlarged view of a transparent object image Ij and a super-resolution image I obtained when the pixel values of each pixel included in the core region for the red, green, and blue components are reset to the average pixel value, and the opacity of each pixel whose distance r from the center of the core region is less than a predetermined threshold R is reset to linearly decrease as the distance r increases. Comparing (a) and (b) in Figure 19 shows that resetting the opacity further reduces the decrease in brightness and image graininess in the super-resolution image I. Note that a similar effect can be achieved even when the pixel values of each pixel included in the core region for each of the red, green, and blue components are set to the center pixel value.
図19の(c)は、赤成分、緑成分、及び青成分については、コア領域に含まれる各画素の画素値を平均画素値に再設定し、不透明度については、コア領域の中心からの距離rが予め定められた閾値R以下である各画素の不透明度を、距離rが大きくなるにつれてガウス分布に従って小さくなるように再設定した場合に得られる透明対象画像Ij及び超解像画像Iの拡大図である。図19の(a)と(c)とを比べると、不透明度の再設定を行うことによって、超解像画像Iにおいて輝度の低下や画像のザラつきを更に抑えられることが分かる。また、図19の(b)と(c)とを比べると、不透明度の再設定は、距離rが大きくなるにつれて線形に小さくなるように再設定するよりも、距離rが大きくなるにつれてガウス分布に従って小さくなるように再設定する方が、超解像画像Iにおける輝度の低下や画像のザラつきを更に抑えるうえで有利であることが分かる。なお、赤成分、緑成分、及び青成分のそれぞれについて、コア領域に含まれる各画素の画素値を中心画素値に設定した場合でも、同様の効果が得られる。 (c) of Figure 19 is an enlarged view of a transparent object image Ij and a super-resolution image I obtained when the pixel values of each pixel included in the core region are reset to the average pixel value for the red, green, and blue components, and the opacity of each pixel whose distance r from the center of the core region is equal to or less than a predetermined threshold R is reset to decrease according to a Gaussian distribution as the distance r increases. Comparing (a) and (c) of Figure 19 reveals that resetting the opacity further reduces brightness loss and image graininess in the super-resolution image I. Comparing (b) and (c) of Figure 19 reveals that resetting the opacity so that it decreases according to a Gaussian distribution as the distance r increases is more advantageous in further reducing brightness loss and image graininess in the super-resolution image I than resetting the opacity so that it decreases linearly as the distance r increases. Note that the same effect can be achieved by setting the pixel value of each pixel included in the core region as the central pixel value for each of the red, green, and blue components.
(画像処理方法の更なる変形例2)
上述した超解像処理S105において、画像処理装置10は、透明対象画像I1,I2,…,Inの全部を対象として平均処理S105cを行ってもよいし、透明対象画像I1,I2,…,Inの一部を対象として平均処理S105cを行ってもよい。
(Further Modification 2 of Image Processing Method)
In the above-mentioned super-resolution processing S105, the image processing device 10 may perform averaging processing S105c on all of the transparent object images I1, I2, ..., In, or may perform averaging processing S105c on only a portion of the transparent object images I1, I2, ..., In.
後者の例としては、透明対象画像I1,I2,…,Inにおいて、位置ずれ量の大きい透明対象画像以外の透明対象画像を、平均処理S105cの対象とする構成が考えられる。位置ずれ量が大きい透明対象画像は、位置合わせ処理S105aにおいて基準画像として用いる透明対象画像Inとのオーバーラップが少ないため、超解像画像Iの視認性向上に対する寄与は限定的であり、逆に、超解像画像Iにおいてノイズを発生させる原因にもなり得る。このため、位置ずれ量の大きい透明対象画像を平均処理S105cの対象から外すことによって、超解像画像Iの視認性向上という効果を阻害することなく、超解像画像Iにおけるノイズの発生を抑えることができる。 An example of the latter is a configuration in which transparent object images I1, I2, ..., In other than those with large amounts of positional deviation are subjected to the averaging process S105c. Transparent object images with large amounts of positional deviation have little overlap with the transparent object image In used as the reference image in the alignment process S105a, so their contribution to improving the visibility of the super-resolution image I is limited, and they may even cause noise to occur in the super-resolution image I. Therefore, by excluding transparent object images with large amounts of positional deviation from the averaging process S105c, the occurrence of noise in the super-resolution image I can be suppressed without impeding the effect of improving the visibility of the super-resolution image I.
なお、透明対象画像I1,I2,…,Inにおいて、位置ずれ量の大きい透明対象画像を選択する方法としては、例えば、透明対象画像I1,I2,…,Inにおいて、位置ずれベクトルviが予め定められた閾値を超える透明対象画像Iiを選択する方法などが挙げられる。 Note that, among the transparent target images I1, I2, ..., In, a method for selecting a transparent target image with a large amount of positional deviation may include, for example, selecting a transparent target image Ii whose positional deviation vector vi exceeds a predetermined threshold value among the transparent target images I1, I2, ..., In.
或いは、透明対象画像I1,I2,…,Inにおいて、ボケ又はブレが発生した透明対象画像以外の透明対象画像を、平均処理S105cの対象とする構成が考えられる。ボケ又はブレが大きい透明対象画像は、位置合わせ処理S105aを精度良く行うことが困難であると共に、被写体として含まれる対象物Oの輪郭が不明確であるため、超解像画像Iの視認性向上に対する寄与は限定的であり、逆に、超解像画像Iにおいてノイズを発生させる原因にもなり得る。このため、ボケ又はブレが発生した透明対象画像を平均処理S105cの対象から外すことによって、超解像画像Iの視認性向上という効果を阻害することなく、超解像画像Iにおけるノイズの発生を抑えることができる。 Alternatively, a configuration is conceivable in which transparent object images I1, I2, ..., In other than those that are blurred or blurred are subjected to the averaging process S105c. Transparent object images that are significantly blurred or blurred are difficult to accurately align with the alignment process S105a, and the contours of the object O included as a subject are unclear, so their contribution to improving the visibility of the super-resolution image I is limited. Conversely, they may even cause noise to occur in the super-resolution image I. For this reason, by excluding blurred or blurred transparent object images from the averaging process S105c, it is possible to reduce the occurrence of noise in the super-resolution image I without impeding the effect of improving the visibility of the super-resolution image I.
なお、透明対象画像I1,I2,…,Inにおいて、ボケ又はブレが発生した透明対象画像Iiを選択する方法としては、例えば、隣接する透明対象画像Ii-1,Ii+1との位置ずれベクトルの差|(vi-1)-(vi)|,|(vi+1)-(vi)|が予め定められた閾値を超える透明対象画像Iiを選択する方法などが挙げられる。ただし、ボケ又はブレが発生した透明対象画像Iiを選択する方法は、これに限定されず、公知の方法を任意に採用することができる。 Note that, among the transparent target images I1, I2, ..., In, one method for selecting a blurred or shaky transparent target image Ii is to select a transparent target image Ii for which the difference in positional deviation vector |(vi-1)-(vi)|, |(vi+1)-(vi)| from the adjacent transparent target images Ii-1, Ii+1 exceeds a predetermined threshold. However, the method for selecting a blurred or shaky transparent target image Ii is not limited to this, and any known method can be used.
(画像処理方法の更なる変形例3)
上述した超解像処理S105の後処理として、画像処理装置10は、最後に取得した対象画像Inを平滑化することよって下地画像を生成する下地画像生成処理と、生成した下地画像の上に超解像画像Iを重畳することによって出力画像を生成する出力画像生成処理を行ってもよい。ここで、平滑化の方法は、特に限定されない。平均化フィルタを用いた平滑化によって下地画像を生成してもよいし、ガウシアンフィルタを用いた平滑化によって下地画像を生成してもよい。
(Further Modification 3 of Image Processing Method)
As post-processing of the super-resolution processing S105 described above, the image processing device 10 may perform a base image generation process in which a base image is generated by smoothing the last acquired target image In, and an output image generation process in which an output image is generated by superimposing the super-resolution image I on the generated base image. Here, the smoothing method is not particularly limited. The base image may be generated by smoothing using an averaging filter, or may be generated by smoothing using a Gaussian filter.
ある画素の不透明度が全ての透明対象画像I1’,I2’,…,In’において0であると、その画像の不透明度が超解像画像Iにおいても0になる。つまり、超解像画像Iにおいてその画素が透明になる。このような超解像画像Iを表示すると、透明画素において透けて見える背景が視認され、不自然な印象を与える場合がある。例えば、全面黒色の背景を用いた場合、このような超解像画像Iを表示すると、透明画素において透けて見える背景が点在する黒点のように視認され、不自然な印象を与える。対象画像Inを平滑化することによって生成した下地画像に超解像画像Iを重畳することで、透明画素において透けて見える背景が視認される懸念を払拭し、より自然に超解像画像Iを表示することが可能になる。 If the opacity of a pixel is 0 in all transparent target images I1', I2', ..., In', the opacity of that image will also be 0 in super-resolution image I. In other words, that pixel will be transparent in super-resolution image I. When such a super-resolution image I is displayed, the background visible through the transparent pixels may be perceived as showing through, giving an unnatural impression. For example, if an all-black background is used, when such a super-resolution image I is displayed, the background visible through the transparent pixels will be perceived as scattered black dots, giving an unnatural impression. By superimposing super-resolution image I on a base image generated by smoothing target image In, concerns about the background being visible through the transparent pixels can be eliminated, making it possible to display super-resolution image I more naturally.
なお、本変形例においては、最後に取得した対象画像Inを平滑化することによって下地画像を生成する構成について説明したが、これに限定されない。すなわち、対象画像I1,I2,…,Inのうち、最後に取得した対象画像In以外の対象画像Iiを平滑化することによって下地画像を生成する構成を採用してもよい。 In this modified example, a configuration has been described in which a base image is generated by smoothing the last acquired target image In, but this is not limiting. In other words, a configuration may be adopted in which a base image is generated by smoothing a target image Ii other than the last acquired target image In among the target images I1, I2, ..., In.
(まとめ)
本実施形態には、以下の態様が含まれる。
(summary)
This embodiment includes the following aspects.
〔態様1〕
複数のコアを有し、一端が対象物に対向するイメージガイドの他端を撮像することにより得られた複数の対象画像を取得する取得処理と、
前記複数の対象画像において前記対象物の同一の点に対応する画素の画素値を単純平均又は加重平均することによって、超解像画像を生成する超解像処理と、を含む、
画像処理方法。
[Aspect 1]
an acquisition process for acquiring a plurality of target images obtained by imaging one end of an image guide having a plurality of cores and facing the target;
a super-resolution process for generating a super-resolution image by simply averaging or weighted averaging pixel values of pixels corresponding to the same point of the object in the plurality of object images;
Image processing methods.
本態様によれば、対象画像よりも解像度又は視認性の高い超解像画像を得ることができる。 This aspect makes it possible to obtain a super-resolution image with higher resolution or visibility than the target image.
〔態様2〕
前記超解像処理の前処理として、前記複数の対象画像の各々において前記イメージガイドのコアに対応する領域以外の領域を透明化又は半透明化する透明化処理を更に含み、
前記超解像処理は、前記前処理後の前記複数の対象画像において前記対象物の同一の点に対応する画素の画素値を、不透明度を加重として加重平均することによって、前記超解像画像を生成する処理である、
態様1に記載の画像処理方法。
[Aspect 2]
As a pre-processing of the super-resolution processing, a transparency processing is further included in which an area other than an area corresponding to a core of the image guide in each of the plurality of target images is made transparent or semi-transparent;
The super-resolution processing is a process of generating the super-resolution image by weighting pixel values of pixels corresponding to the same point of the object in the plurality of target images after the preprocessing, using opacity as a weight.
2. The image processing method according to aspect 1.
本態様によれば、超解像画像において生じ得る輝度の低下や画像のザラつきを抑制することよって、より視認性の高い超解像画像を得ることができる。 This aspect of the invention reduces the reduction in brightness and image graininess that can occur in super-resolution images, thereby enabling the production of super-resolution images with higher visibility.
〔態様3〕
前記前処理として、前記複数の対象画像の各々において前記イメージガイドのコアに対応する領域に含まれる各画素の画素値を、該領域の中心に位置する画素の画素値に設定するコア描画処理を更に含む、
態様2に記載の画像処理方法。
[Aspect 3]
The pre-processing further includes a core drawing process for setting a pixel value of each pixel included in an area corresponding to the core of the image guide in each of the plurality of target images to a pixel value of a pixel located at the center of the area.
3. The image processing method according to aspect 2.
本態様によれば、超解像画像において生じ得る輝度の低下や画像のザラつきを更に抑制することよって、より視認性の高い超解像画像を得ることができる。 This aspect further reduces the reduction in brightness and image graininess that can occur in super-resolution images, thereby enabling the production of super-resolution images with higher visibility.
〔態様4〕
前記前処理として、前記複数の対象画像の各々において前記イメージガイドのコアに対応する領域に含まれる各画素の画素値を、該領域に含まれる各の画素値の平均値に設定するコア描画処理を更に含む、
態様2に記載の画像処理方法。
Aspect 4
The pre-processing further includes a core drawing process for setting the pixel value of each pixel included in a region corresponding to the core of the image guide in each of the plurality of target images to an average value of each pixel included in the region.
3. The image processing method according to aspect 2.
本態様によれば、超解像画像において生じ得る輝度の低下や画像のザラつきを更に抑制することよって、より視認性の高い超解像画像を得ることができる。 This aspect further reduces the reduction in brightness and image graininess that can occur in super-resolution images, thereby enabling the production of super-resolution images with higher visibility.
〔態様5〕
前記コア描画処理においては、更に、前記複数の対象画像の各々において前記領域の中心からの距離が閾値以下である各画素の不透明度を、該距離が大きくなるにつれてガウス分布に従って小さくなるように設定する、
態様3又は4に記載の画像処理方法。
Aspect 5
In the core drawing process, the opacity of each pixel in each of the plurality of target images whose distance from the center of the region is equal to or less than a threshold is set so as to decrease according to a Gaussian distribution as the distance increases.
5. The image processing method according to aspect 3 or 4.
本態様によれば、超解像画像において生じ得る輝度の低下や画像のザラつきを更に抑制することよって、より視認性の高い超解像画像を得ることができる。 This aspect further reduces the reduction in brightness and image graininess that can occur in super-resolution images, thereby enabling the production of super-resolution images with higher visibility.
〔態様6〕
前記超解像処理の後処理として、前記複数の対象画像の何れかを平滑化することによって、下地画像を生成する下地画像生成処理と、前記下地画像に前記超解像画像を重畳することによって、出力画像を生成する重畳処理と、を更に含む、
態様2~5の何れか一項に記載の画像処理方法。
Aspect 6
The method further includes, as post-processing of the super-resolution processing, a base image generation process of generating a base image by smoothing any of the plurality of target images, and a superimposition process of generating an output image by superimposing the super-resolution image on the base image.
6. The image processing method according to any one of aspects 2 to 5.
本態様によれば、超解像画像において背景が透けて見える可能性を排除することによって、より自然な超解像画像を得ることができる。 This aspect eliminates the possibility of the background being visible through the super-resolution image, making it possible to obtain a more natural super-resolution image.
〔態様7〕
前記超解像処理は、前記複数の対象画像のうち、位置ずれが小さいと判定された対象画像において前記対象物の同一の点に対応する画素の画素値を加重平均することによって、前記超解像画像を生成する処理である、
態様2~6の何れか一項に記載の画像処理方法。
Aspect 7
The super-resolution processing is a process of generating the super-resolution image by taking a weighted average of pixel values of pixels corresponding to the same point of the object in a target image determined to have a small positional deviation among the plurality of target images.
7. The image processing method according to any one of aspects 2 to 6.
本態様によれば、超解像画像において生じ得るノイズを低減することによって、より視認性の高い超解像画像を得ることができる。 According to this aspect, by reducing noise that may occur in super-resolution images, it is possible to obtain super-resolution images with higher visibility.
〔態様8〕
前記超解像処理は、前記複数の対象画像のうち、ボケ又はブレが発生していないと判定された対象画像において前記対象物の同一の点に対応する画素の画素値を加重平均することによって、前記超解像画像を生成する処理である、
態様2~6の何れか一項に記載の画像処理方法。
Aspect 8
The super-resolution processing is a process of generating the super-resolution image by taking a weighted average of pixel values of pixels corresponding to the same point of the object in a target image determined to be free of blur or shaking among the plurality of target images.
7. The image processing method according to any one of aspects 2 to 6.
本態様によれば、超解像画像において生じ得るノイズを低減することによって、より視認性の高い超解像画像を得ることができる。 According to this aspect, by reducing noise that may occur in super-resolution images, it is possible to obtain super-resolution images with higher visibility.
〔態様9〕
少なくとも1つのプロセッサを備えた画像処理装置であって、
前記プロセッサは、
複数のコアを有し、一端が対象物に対向するイメージガイドの他端を撮像することにより得られた複数の対象画像を取得する取得処理と、
前記複数の対象画像において前記対象物の同一の点に対応する画素の画素値を平均又は加重平均することによって、超解像画像を生成する超解像処理と、を実行する、
画像処理装置。
Aspect 9
An image processing device comprising at least one processor,
The processor:
an acquisition process for acquiring a plurality of target images obtained by imaging one end of an image guide having a plurality of cores and facing the target;
and performing a super-resolution process to generate a super-resolution image by averaging or weighted averaging pixel values of pixels corresponding to the same point of the object in the plurality of object images.
Image processing device.
本態様によれば、対象画像よりも解像度又は視認性の高い超解像画像を得ることができる。 This aspect makes it possible to obtain a super-resolution image with higher resolution or visibility than the target image.
〔態様10〕
前記プロセッサは、前記超解像処理の前処理として、前記複数の対象画像の各々において前記イメージガイドのコアに対応する領域以外の領域を透明化又は半透明化する透明化処理を更に実行し、
前記超解像処理は、前記前処理後の前記複数の対象画像において前記対象物の同一の点に対応する画素の画素値を、不透明度を加重として加重平均することによって、前記超解像画像を生成する処理である、
態様9に記載の画像処理装置。
Aspect 10
The processor further performs a transparency process as a preprocessing of the super-resolution process, which makes transparent or semi-transparent an area other than an area corresponding to a core of the image guide in each of the plurality of target images;
The super-resolution processing is a process of generating the super-resolution image by weighting pixel values of pixels corresponding to the same point of the object in the plurality of target images after the preprocessing, using opacity as a weight.
10. The image processing device according to aspect 9.
本態様によれば、超解像画像において生じ得る輝度の低下や画像のザラつきを抑制することよって、より視認性の高い超解像画像を得ることができる。 This aspect of the invention reduces the reduction in brightness and image graininess that can occur in super-resolution images, thereby enabling the production of super-resolution images with higher visibility.
〔態様11〕
前記プロセッサは、前記前処理として、前記複数の対象画像の各々において前記イメージガイドのコアに対応する領域に含まれる各画素の画素値を、該領域の中心に位置する画素の画素値に設定するコア描画処理を更に実行する、
態様10に記載の画像処理装置。
Aspect 11
The processor further performs, as the pre-processing, a core drawing process of setting a pixel value of each pixel included in an area corresponding to a core of the image guide in each of the plurality of target images to a pixel value of a pixel located at the center of the area.
11. The image processing device according to aspect 10.
本態様によれば、超解像画像において生じ得る輝度の低下や画像のザラつきを更に抑制することよって、より視認性の高い超解像画像を得ることができる。 This aspect further reduces the reduction in brightness and image graininess that can occur in super-resolution images, thereby enabling the production of super-resolution images with higher visibility.
〔態様12〕
少なくとも1つのプロセッサを動作させるための画像処理プログラムであって、前記プロセッサに、
複数のコアを有し、一端が対象物に対向するイメージガイドの他端を撮像することにより得られた複数の対象画像を取得する取得処理と、
前記複数の対象画像において前記対象物の同一の点に対応する画素の画素値を平均又は加重平均することによって、超解像画像を生成する超解像処理と、を実行させる、
画像処理プログラム。
Aspect 12
An image processing program for operating at least one processor, the program comprising:
an acquisition process for acquiring a plurality of target images obtained by imaging one end of an image guide having a plurality of cores and facing the target;
a super-resolution process for generating a super-resolution image by averaging or weighted averaging pixel values of pixels corresponding to the same point of the object in the plurality of object images;
Image processing program.
本態様によれば、対象画像よりも解像度又は視認性の高い超解像画像を得ることができる。 This aspect makes it possible to obtain a super-resolution image with higher resolution or visibility than the target image.
〔態様13〕
前記プロセッサに、前記超解像処理の前処理として、前記複数の対象画像の各々において前記イメージガイドのコアに対応する領域以外の領域を透明化又は半透明化する透明化処理を更に実行させ、
前記超解像処理は、前記前処理後の前記複数の対象画像において前記対象物の同一の点に対応する画素の画素値を、不透明度を加重として加重平均することによって、前記超解像画像を生成する処理である、
態様12に記載の画像処理プログラム。
Aspect 13
The processor further executes a transparency process as a preprocessing of the super-resolution process, which makes transparent or semi-transparent an area other than an area corresponding to a core of the image guide in each of the plurality of target images;
The super-resolution processing is a process of generating the super-resolution image by weighting pixel values of pixels corresponding to the same point of the object in the plurality of target images after the preprocessing, using opacity as a weight.
13. The image processing program according to aspect 12.
本態様によれば、超解像画像において生じ得る輝度の低下や画像のザラつきを更に抑制することよって、より視認性の高い超解像画像を得ることができる。 This aspect further reduces the reduction in brightness and image graininess that can occur in super-resolution images, thereby enabling the production of super-resolution images with higher visibility.
〔態様14〕
前記プロセッサに、前記前処理として、前記複数の対象画像の各々において前記イメージガイドのコアに対応する領域に含まれる各画素の画素値を、該領域の中心に位置する画素の画素値に設定するコア描画処理を更に実行させる、
態様13に記載の画像処理プログラム。
Aspect 14
and causing the processor to further execute, as the pre-processing, a core drawing process of setting a pixel value of each pixel included in an area corresponding to a core of the image guide in each of the plurality of target images to a pixel value of a pixel located at the center of the area.
14. The image processing program according to aspect 13.
本態様によれば、超解像画像において生じ得る輝度の低下や画像のザラつきを更に抑制することよって、より視認性の高い超解像画像を得ることができる。 This aspect further reduces the reduction in brightness and image graininess that can occur in super-resolution images, thereby enabling the production of super-resolution images with higher visibility.
〔態様15〕
態様9~11の何れか一項に記載の画像処理装置と、
前記イメージガイドを含む内視鏡プローブと、を備えている、
内視鏡システム。
Aspect 15
The image processing device according to any one of aspects 9 to 11,
an endoscopic probe including the image guide,
Endoscopy system.
本態様によれば、対象画像よりも解像度又は視認性の高い超解像画像を得ることができる内視鏡システムを実現することができる。 This aspect makes it possible to realize an endoscope system that can obtain super-resolution images with higher resolution or visibility than the target image.
(付記事項)
本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上述した実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。
(Additional Notes)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the above-described embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
1 内視鏡システム
10 画像処理装置
101 プロセッサ
102 メモリ
103 ストレージ
104 入出力インタフェース
105 バス
11 光源装置
12 カメラ装置
13 内視鏡プローブ
13p ライトガイド
13q イメージガイド
REFERENCE SIGNS LIST 1 Endoscope system 10 Image processing device 101 Processor 102 Memory 103 Storage 104 Input/output interface 105 Bus 11 Light source device 12 Camera device 13 Endoscope probe 13p Light guide 13q Image guide
Claims (15)
前記複数の対象画像において前記対象物の同一の点に対応する画素の画素値を単純平均又は加重平均することによって、超解像画像を生成する超解像処理と、を含む、
画像処理方法。 an acquisition process for acquiring a plurality of target images obtained by imaging one end of an image guide having a plurality of cores and facing the target;
a super-resolution process for generating a super-resolution image by simply averaging or weighted averaging pixel values of pixels corresponding to the same point of the object in the plurality of object images;
Image processing methods.
前記超解像処理は、前記前処理後の前記複数の対象画像において前記対象物の同一の点に対応する画素の画素値を、不透明度を加重として加重平均することによって、前記超解像画像を生成する処理である、
請求項1に記載の画像処理方法。 As a pre-processing of the super-resolution processing, a transparency processing is further included in which an area other than an area corresponding to a core of the image guide in each of the plurality of target images is made transparent or semi-transparent;
The super-resolution processing is a process of generating the super-resolution image by weighting pixel values of pixels corresponding to the same point of the object in the plurality of target images after the preprocessing, using opacity as a weight.
The image processing method according to claim 1 .
請求項2に記載の画像処理方法。 The pre-processing further includes a core drawing process for setting a pixel value of each pixel included in an area corresponding to the core of the image guide in each of the plurality of target images to a pixel value of a pixel located at the center of the area.
The image processing method according to claim 2 .
請求項2に記載の画像処理方法。 The pre-processing further includes a core drawing process for setting the pixel value of each pixel included in a region corresponding to the core of the image guide in each of the plurality of target images to an average value of each pixel included in the region.
The image processing method according to claim 2 .
請求項3又は4に記載の画像処理方法。 In the core drawing process, the opacity of each pixel in each of the plurality of target images whose distance from the center of the region is equal to or less than a threshold is set so as to decrease according to a Gaussian distribution as the distance increases.
5. The image processing method according to claim 3 or 4.
請求項2~4の何れか一項に記載の画像処理方法。 The method further includes, as post-processing of the super-resolution processing, a base image generation process of generating a base image by smoothing any of the plurality of target images, and a superimposition process of generating an output image by superimposing the super-resolution image on the base image.
The image processing method according to any one of claims 2 to 4.
請求項2~4の何れか一項に記載の画像処理方法。 The super-resolution processing is a process of generating the super-resolution image by taking a weighted average of pixel values of pixels corresponding to the same point of the object in a target image determined to have a small positional deviation among the plurality of target images.
The image processing method according to any one of claims 2 to 4.
請求項2~4の何れか一項に記載の画像処理方法。 The super-resolution processing is a process of generating the super-resolution image by taking a weighted average of pixel values of pixels corresponding to the same point of the object in a target image determined to be free of blur or shaking among the plurality of target images.
The image processing method according to any one of claims 2 to 4.
前記プロセッサは、
複数のコアを有し、一端が対象物に対向するイメージガイドの他端を撮像することにより得られた複数の対象画像を取得する取得処理と、
前記複数の対象画像において前記対象物の同一の点に対応する画素の画素値を平均又は加重平均することによって、超解像画像を生成する超解像処理と、を実行する、
画像処理装置。 An image processing device comprising at least one processor,
The processor:
an acquisition process for acquiring a plurality of target images obtained by imaging one end of an image guide having a plurality of cores and facing the target;
and performing a super-resolution process to generate a super-resolution image by averaging or weighted averaging pixel values of pixels corresponding to the same point of the object in the plurality of object images.
Image processing device.
前記超解像処理は、前記前処理後の前記複数の対象画像において前記対象物の同一の点に対応する画素の画素値を、不透明度を加重として加重平均することによって、前記超解像画像を生成する処理である、
請求項9に記載の画像処理装置。 The processor further performs a transparency process as a preprocessing of the super-resolution process, which makes transparent or semi-transparent an area other than an area corresponding to a core of the image guide in each of the plurality of target images;
The super-resolution processing is a process of generating the super-resolution image by weighting pixel values of pixels corresponding to the same point of the object in the plurality of target images after the preprocessing, using opacity as a weight.
The image processing device according to claim 9 .
請求項10に記載の画像処理装置。 The processor further performs, as the pre-processing, a core drawing process of setting a pixel value of each pixel included in an area corresponding to a core of the image guide in each of the plurality of target images to a pixel value of a pixel located at the center of the area.
The image processing device according to claim 10.
複数のコアを有し、一端が対象物に対向するイメージガイドの他端を撮像することにより得られた複数の対象画像を取得する取得処理と、
前記複数の対象画像において前記対象物の同一の点に対応する画素の画素値を平均又は加重平均することによって、超解像画像を生成する超解像処理と、を実行させる、
画像処理プログラム。 An image processing program for operating at least one processor, the program comprising:
an acquisition process for acquiring a plurality of target images obtained by imaging one end of an image guide having a plurality of cores and facing the target;
a super-resolution process for generating a super-resolution image by averaging or weighted averaging pixel values of pixels corresponding to the same point of the object in the plurality of object images;
Image processing program.
前記超解像処理は、前記前処理後の前記複数の対象画像において前記対象物の同一の点に対応する画素の画素値を、不透明度を加重として加重平均することによって、前記超解像画像を生成する処理である、
請求項12に記載の画像処理プログラム。 The processor further executes a transparency process as a preprocessing of the super-resolution process, which makes transparent or semi-transparent an area other than an area corresponding to a core of the image guide in each of the plurality of target images;
The super-resolution processing is a process of generating the super-resolution image by weighting pixel values of pixels corresponding to the same point of the object in the plurality of target images after the preprocessing, using opacity as a weight.
The image processing program according to claim 12.
請求項13に記載の画像処理プログラム。 and causing the processor to further execute, as the pre-processing, a core drawing process of setting a pixel value of each pixel included in an area corresponding to a core of the image guide in each of the plurality of target images to a pixel value of a pixel located at the center of the area.
The image processing program according to claim 13.
前記イメージガイドを含む内視鏡プローブと、を備えている、
内視鏡システム。 An image processing device according to any one of claims 9 to 11;
an endoscopic probe including the image guide,
Endoscopy system.
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