攝像裝置和攝像方法
2023-05-21 03:51:16 2
攝像裝置和攝像方法
【專利摘要】本發明提供如下攝像裝置和攝像方法等：在第1處理區域中，進行相對於第2處理區域相對放大的處理，並且抑制解析度低於拍攝到的圖像。攝像裝置包含：攝像元件（240），其具有根據由攝像光學系統形成的被攝體像來生成圖像信號的多個像素；縮放處理部（340），其對由多個像素的圖像信號構成的原圖像實施縮放處理；以及輸出部（350），其將縮放處理後的圖像作為縮放圖像進行輸出，縮放處理部（340）根據縮放圖像上的關注像素的位置，以不同的縮放率進行縮放處理，作為多個像素，攝像元件（240）具有比縮放圖像的像素數多的像素。
【專利說明】攝像裝置和攝像方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及攝像裝置和攝像方法等。
【背景技術】
[0002]在內窺鏡系統這樣的攝像裝置中，例如在診斷大腸時，為了不看漏位於褶皺內側的病變等，期望儘可能是廣角光學系統。現有的內窺鏡系統中使用的光學系統的視角通常為140?170度左右，但是例如如專利文獻I所示，通過使用具有180度以上(包含該值)的視角的超廣角光學系統，能夠進一步減少看漏病變的情況。
[0003]現有技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開2005 - 345577號公報
【發明內容】
[0006]發明要解決的問題
[0007]另一方面，在上述這樣的超廣角的光學系統中，通常歪曲像差非常大。其結果是，由於圖像周邊部的局部的倍率小於圖像中心部，因而例如在圖像的周邊部存在病變等的情況下，其尺寸非常小而很難觀察。為了避免這樣的問題，例如考慮通過圖像處理放大圖像的周邊部，但是在該情況下，雖然病變的尺寸變大，但圖像變得模糊，因此存在圖像質量惡化這樣的問題。
[0008]根據本發明的幾個方式，能夠提供如下攝像裝置和攝像方法等:在第I處理區域中，進行相對於第2處理區域相對放大的處理，並且抑制解析度低於所拍攝的圖像。
[0009]此外，根據本發明的幾個的方式，能夠提供如下攝像裝置和攝像方法等，使解析度不低於拍攝的圖像，使局部倍率較小的區域相對於局部倍率較大的區域相對放大。
[0010]用於解決問題的手段
[0011]本發明的一個方式涉及如下攝像裝置:該攝像裝置包含:攝像元件，其具有根據由攝像光學系統形成的被攝體像來生成圖像信號的多個像素；縮放處理部，其對由所述多個像素的圖像信號構成的原圖像實施縮放處理；輸出部，其將所述縮放處理後的圖像作為縮放圖像進行輸出，所述縮放處理部根據所述縮放圖像上的關注像素的位置，以不同的縮放率進行所述縮放處理，所述攝像元件具有比所述縮放圖像的像素數多的像素作為所述多個像素。
[0012]在本發明的一方式中，縮放處理部根據縮放圖像上的關注像素的位置以不同的縮放率進行縮放處理，攝像元件具有比縮放圖像的像素數多的像素。因此取得像素數比縮放圖像多的圖像作為原圖像，並根據位置改變縮放率而進行縮放處理，因此能夠取得可消除失真且解析度不會隨著位置而低於原圖像的縮放圖像。
[0013]此外，本發明的其它方式涉及如下攝像方法，根據多個像素的圖像信號取得原圖像，其中，所述多個像素根據由攝像光學系統形成的被攝體像生成所述圖像信號，針對所述原圖像，根據關注像素的位置以不同的縮放率進行縮放處理，由此，取得作為像素數比所述原圖像的像素數少的圖像的縮放圖像，並將所述縮放處理後的圖像作為所述縮放圖像進行輸出。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本實施方式的系統結構例。
[0015]圖2是說明景深的圖。
[0016]圖3是拍攝球面上的病變部位I和病變部位2的示例。
[0017]圖4是拍攝病變部位I和病變部位2而得到的原圖像的示例。
[0018]圖5是對拍攝病變部位I和病變部位2而得到的原圖像實施縮放處理後的縮放圖像的示例。
[0019]圖6是說明將圖像左上的點設為原點的情況下的縮放圖像的示例。
[0020]圖7是說明將與光軸對應的點設為原點的情況下的縮放圖像的示例。
[0021]圖8是說明將與光軸對應的點設為原點的情況下的原圖像的示例。
[0022]圖9是說明ihOut與ihRatio之間的關係的圖。
[0023]圖10是說明shiftY與inShiftY之間的關係的圖。
[0024]圖11是說明雙線性法的圖。
[0025]圖12是用於說明shiftX = O時的處理的縮放圖像的示例。
[0026]圖13是用於說明shiftX = O時的處理的原圖像的示例。
[0027]圖14是用於說明本實施方式中的局部倍率的圖。
[0028]圖15是說明shiftY與inShiftY之間的關係的另一圖。
[0029]圖16是說明現有的光學系統和本實施方式的廣角的光學系統的特性的圖。
[0030]圖17是說明相對於攝像光學系統的光軸的前方區域、側方區域和後方區域的圖。
[0031]圖18是說明像素抽取處理中的對象像素的圖。
【具體實施方式】
[0032]以下，對本實施方式進行說明。此外，下面說明的本實施方式並非是對權利要求書所記載的本發明的內容的不當限定。本實施方式中說明的結構並不全是本發明的必要技術特徵。
[0033]1.本實施方式的方法
[0034]首先，對本實施方式的方法進行說明。在內窺鏡裝置等攝像裝置中，考慮使用與現有的攝像光學系統的視角(例如包含140°?170° )相比視角更大(180°以上(包含該值))的光學系統。其用於在進行大腸等攝影時，將攝像範圍充分收斂到褶皺的內側等，由此，能夠拍攝到在現有光學系統中難以拍攝的部位的病變部位等。
[0035]在使用大視角的光學系統時，歪曲像差等影響較大，圖像會產生失真。例如，考慮與圖像的中心部相比周邊部發生變形這樣的情況。為了應對該情況，例如考慮如下方法:通過放大局部倍率較小的區域(例如周邊部)，消除圖像的失真，取得容易觀察的圖像。
[0036]但是，在這樣的方法中，存在如下問題:由於放大了變形的區域，因此雖然放大了病變尺寸，但是降低了作為放大對象的區域的圖像的解析度而成為模糊等因素。[0037]因此，本 申請人:提出以下方法。首先，使由攝像元件拍攝的圖像(原圖像)與顯示部顯示的圖像(縮放圖像)相比解析度高(像素數多)。並且，針對局部倍率較小而變形的區域，以幾乎I倍的倍率進行縮放處理。與此相對，對局部倍率較大而未變形的區域，以β倍的倍率進行縮小處理。此處，在設原圖像的I個邊的長度與縮放圖像之比為α (根據上述設定，α >1)時，設0 <(l/a)。S卩，如果對原圖像的全部區域均等地進行I/α倍的縮小處理時，則縮放圖像與原圖像的失真程度相等，但是在本實施方式中，在周邊部使縮小程度較小(期望為I倍)，在中心部使縮小程度大於I/α倍，由此消除失真。在使周邊部與中心部相比相對放大這方面，與上述方法相同，但是在本實施方式中，由於原圖像為解析度較高的圖像，因此能夠將周邊部的倍率設為接近等倍的值，其結果是，具有能夠抑制周邊部的解析度降低這樣的優點。此外，周邊部的倍率(縮放率)不限於I倍本身。
[0038]下面，對系統結構例、視角與景深的關係進行說明，之後對縮放處理進行詳細說明。
[0039]2.系統結構例
[0040]參照圖1，對作為本實施方式的攝像裝置具體例的內窺鏡系統進行說明。本實施方式的內窺鏡系統具有光源部100、攝像部200、處理部300、顯示部400和外部I/F部500。
[0041]光源部100具有產生白色光的白色光源110和用於將白色光會聚於光導纖維210的會聚鏡頭120。
[0042]攝像部200例如為了能夠插入體腔而形成為細長且能夠彎曲。攝像部200具有:光導纖維210，其傳導由光源部會聚的光；照明鏡頭220，其使由該光導纖維傳導到末端的光擴散而照射於觀察對象；物鏡230，其會聚從觀察對象返回的反射光；以及攝像元件240，其用於檢測會聚的反射光。在本實施方式中，物鏡230例如是視角為220度左右的超廣角鏡頭。攝像元件240例如是具有拜耳排列的濾色鏡的攝像元件。
[0043]處理部300具有AD轉換部310、圖像處理部320、控制部330、縮放處理部340和輸出部350。其中，處理部300不限於圖1的結構，也可以是省略一部分這些構成要素或者追加其它構成要素等的各種變形實施方式。AD轉換部310將從攝像元件240輸出的模擬信號轉換成數字圖像信號(以下，簡稱作圖像)而輸出到圖像處理部320。圖像處理部320對從AD轉換部310輸出的圖像實施白平衡、去馬賽克處理、顏色轉換、灰度轉換等各種圖像處理，並將圖像輸出到縮放處理部340。縮放處理部340對從圖像處理部320輸出的圖像進行縮放處理，並將圖像輸出到輸出部350。後面，將敘述縮放處理部340的詳細情況。輸出部350將從縮放處理部340輸出的圖像轉換為與顯示部400對應的圖像的形式(數位訊號、模擬信號均可)，並輸出到顯示部400。顯示部400例如是液晶監視器，顯示從輸出部350輸出的圖像。
[0044]控制部330與圖像處理部320、縮放處理部340以及外部I/F部500雙向連接，並根據來自外部I/F部500的輸入信息對它們進行控制。外部I/F部500是用於用戶對該攝像裝置進行輸入等的接口，構成為包含用於進行攝影的開始/停止的開始按鈕、用於調整各種攝影條件、顯示條件的調整按鈕等。
[0045]3.視角與景深的關係
[0046]此處，對內窺鏡系統中的物鏡(以下，稱作光學系統)的視角與景深的關係進行說明。[0047]在內窺鏡系統中，為了不給醫生的診斷帶來障礙，需要較大的景深。因此，在現有的內窺鏡系統中，通過使用F值較大的光學系統、加大景深來達到這樣的性能。但是近年來，在內窺鏡系統中，使用了數十萬像素左右的高像素攝像元件。在光學系統一定的情況下，其景深由容許彌散圈的大小確定，而在高像素的攝像元件中，像素間距和容許彌散圈均較小，因此攝像裝置的景深較小。此外，如果為了加大景深而增大光學系統的F值，則由於衍射的影響而使光學系統的成像性能劣化。因此，為了維持不對醫生的診斷帶來障礙的景深，攝像元件的像素數具有一定程度的上限。
[0048]另一方面，景深不僅取決於攝像元件的像素數和光學系統的F值，還根據光學系統的焦距而較大地變動，焦距越短則景深越大。在本實施方式具有的這樣的超廣角的光學系統中，根據經驗可知，在假定攝像元件尺寸相同的情況下，相對於視角為140~170度左右的現有的光學系統焦距為2/3左右。其結果是，在具有本實施方式這樣的超廣角的光學系統的內窺鏡系統中，能夠維持不對醫生的診斷帶來障礙的景深，並且與現有的內窺鏡系統相比使像素間距小型化(攝像元件的高像素化)。
[0049]為了說明該情況，首先，使用圖2對景深進行詳細說明。此處，右向箭頭表示正值的矢量，左向箭頭表示負值的矢量。首先，考慮如下情況:在距離光學系統的後側焦點位置XB,的位置，配置像素間距(I個像素的橫豎尺寸)為P的攝像元件。此時，將在攝像元件的攝像面上光學系統的成像性能最好的被攝體位置(對焦位置)表示為距離光學系統的前側焦點位置XB的位置。當XB』確定時，XB根據下面的牛頓成像公式唯一地計算。此處，f是光學系統的焦距。
[0050]XB.XB，=_f2.....(I)
[0051]在使被攝體從XB移動到XN的位置時，此時的像面位置XN』從攝像面朝光學系統的相反方向移動。但是，在攝像面的彌散圈的直徑小於攝像裝置的解析度K.P (其中K是由濾波矩陣或插值處理確定的係數)時，XN的物體可視為對焦。將攝像面中的彌散圈的直徑在K.P以下(包括該值)的範圍定義為近點側的景深，將彌散圈的直徑與K.P 一致的被攝體的位置稱作近點。後面，將近點的位置表示為距離前側焦點位置XN的位置。在遠點側，景深的定義也相同，將在遠點側彌散圈的直徑與K.P 一致的被攝體的位置稱作遠點。後面，將遠點的位置表示為距離前側焦點位置XF的位置。
[0052]被攝體位於近點時的攝像面中的彌散圈的直徑能夠使用光學系統的數值孔徑NA』=sin u』(此處，u』為入射到圖2所示的攝像面的光線與光軸所成的角)近似為下式(2)。
[0053]彌散圈的直徑=2(XN，-XB』)XNA』.....(2)
[0054]在近點，由於彌散圈的直徑與K.P 一致，因而下式(3)成立。
[0055]2 (XN』 -XB』).NA』 =K.P.....(3)
[0056]如果使用作為F值與數值孔徑的關係式的下式(4)對式(3)進行變形，則得到下式
(5)。此處，F為光學系統的F值。
【權利要求】
1.一種攝像裝置，其特徵在於， 該攝像裝置具有: 攝像元件，其具有根據由攝像光學系統形成的被攝體像來生成圖像信號的多個像素； 縮放處理部，其對由所述多個像素的圖像信號構成的原圖像實施縮放處理；以及 輸出部，其將所述縮放處理後的圖像作為縮放圖像進行輸出， 所述縮放處理部根據所述縮放圖像上的關注像素的位置，以不同的縮放率進行所述縮放處理， 作為所述多個像素，所述攝像元件具有比所述縮放圖像的像素數多的像素。
2.根據權利要求1所述的攝像裝置，其特徵在於， 在設所述原圖像上的任意一邊的像素數與所述縮放圖像上對應一邊的像素數之比為α、並設β和Y為滿足β <(1/α ) < y的值的情況下， 所述縮放處理部將所述縮放圖像內的屬於第I處理區域的關注像素的位置的縮放率設定為Y倍，並且，將屬於與所述第I處理區域不同的所述縮放圖像內的第2處理區域的關注像素的位置處的縮放率設定為β倍。
3.根據權利要求2所述的攝像裝置，其特徵在於， 在將δ設為滿足Υ > δ > β值的情況下， 所述縮放處理部將與第3處理區`域對應的縮放率設定為δ倍，所述第3處理區域是所述第I處理區域和所述第2區域以外的區域。
4.根據權利要求2所述的攝像裝置，其特徵在於， 所述縮放處理部使用在包含I的預定數值範圍內設定的值，作為屬於所述第I處理區域的關注像素的位置處的縮放率Y。
5.根據權利要求4所述的攝像裝置，其特徵在於， 所述縮放處理部使用在0.5-2.0的範圍內設定的值，作為屬於所述第I處理區域的關注像素的位置處的縮放率Y。
6.根據權利要求5所述的攝像裝置，其特徵在於， 所述縮放處理部使用在0.8-1.2的範圍內設定的值，作為屬於所述第I處理區域的關注像素的位置處的縮放率Y。
7.根據權利要求1所述的攝像裝置，其特徵在於， 所述縮放處理部根據所述關注像素和與所述攝像光學系統的光軸對應的縮放圖像上的點之間的距離，設定所述關注像素的位置處的縮放率。
8.根據權利要求7所述的攝像裝置，其特徵在於， 所述縮放處理部將所述關注像素和與所述攝像光學系統的光軸對應的所述縮放圖像上的點之間的距離較大的區域作為圖像周邊部區域，將所述關注像素和與所述攝像光學系統的光軸對應的縮放圖像上的點之間的距離小於所述圖像周邊部區域的區域作為圖像中心部區域，並在所述圖像周邊部區域和所述圖像中心部區域中設定不同的縮放率。
9.根據權利要求8所述的攝像裝置，其特徵在於， 在設所述原圖像上的任意一邊的像素數與所述縮放圖像上對應一邊的像素數之比為α、並設Y為滿足(l/α ) < y的值的情況下， 所述縮放處理部通過進行如下處理將所述圖像周邊部區域的縮放率設定為Y倍，所述處理為根據以每I/Y個像素提取I個像素的比例從屬於與所述圖像周邊部區域對應的所述原圖像上的區域的像素中提取出的像素的像素值，確定所述縮放圖像上的屬於所述圖像周邊部區域的關注像素的像素值。
10.根據權利要求8所述的攝像裝置，其特徵在於， 在設所述原圖像上的任意一邊的像素數與所述縮放圖像上對應一邊的像素數之比為α、並設β為滿足β <(1/α )的值的情況下， 所述縮放處理部通過進行如下處理將所述圖像中心部區域的縮放率設定為β倍，所述處理為根據以每l/β個像素提取I個像素的比例從屬於與所述圖像中心部區域對應的所述原圖像上的區域的像素中提取出的像素的像素值，確定所述縮放圖像上的屬於所述圖像中心部區域的關注像素的像素值。
11.根據權利要求1所述的攝像裝置，其特徵在於， 所述攝像元件取得由於所述攝像光學系統的歪曲像差的影響而使局部倍率根據所述原圖像上的位置而不同的圖像信號，作為與所述原圖像對應的圖像信號，其中，所述局部倍率是所述攝像光學系統的局部的倍率， 所述縮放處理部根據與所述縮放圖像上的關注像素對應的所述原圖像上的關注點的局部倍率，設定所述關注像素的縮放率。
12.根據權利要求11所述的攝像裝置，其特徵在於， 在與所述縮放圖像上的關注像素對應的所述原圖像上的關注點的局部倍率小於所述原圖像上的其它區域的所述局部倍率的情況下，所述縮放處理部將所述縮放處理的所述縮放率設定為大於所述原圖像上的其它區域。
13.根據權利要求12 所述的攝像裝置，其特徵在於， 在與位於所述縮放圖像上的周邊部的關注像素對應的所述原圖像上的關注點的局部倍率小於與位於所述縮放圖像上的中心部的關注像素對應的所述原圖像上的關注點的局部倍率的情況下， 所述縮放處理部將位於所述縮放圖像的周邊部的所述關注像素的縮放率的值設為大於位於所述縮放圖像的中央部的所述關注區域的縮放率的值。
14.根據權利要求2所述的攝像裝置，其特徵在於， 該攝像裝置還具有顯示所述縮放圖像的顯示部， 所述縮放處理部即使在所述顯示部顯示所述縮放圖像的整體的情況下，也將屬於所述第I處理區域的關注像素的位置處的縮放率設定為所述Y倍。
15.根據權利要求1所述的攝像裝置，其特徵在於， 所述攝像元件取得因所述攝像光學系統的歪曲像差的影響而發生失真的圖像信號，作為與所述原圖像對應的圖像信號。
16.根據權利要求1所述的攝像裝置，其特徵在於， 所述攝像光學系統的視角為180度以上，包含180度。
17.根據權利要求1所述的攝像裝置，其特徵在於， 在設包含所述攝像光學系統的光軸在內的區域為前方區域、設包含與所述光軸垂直的軸在內的區域為側方區域的情況下， 所述攝像光學系統是能夠拍攝被設定在所述前方區域或者所述側方區域內的攝像區域的光學系統。
18.根據權利要求17所述的攝像裝置，其特徵在於， 在設包含與所述攝像光學系統的光軸方向相反方向的軸在內的區域為後方區域的情況下， 所述攝像光學系統是能夠拍攝被設定在所述後方區域內的攝像區域的光學系統。
19.根據權利要求1所述的攝像裝置，其特徵在於， 所述縮放處理部根據用戶的縮放模式切換指示，切換所述縮放處理中的處理內容。
20.根據權利要求1所述的攝像裝置，其特徵在於， 所述攝像裝置是內窺鏡裝置。
21.一種攝像方法，其特徵在於， 根據多個像素的圖像信號取得原圖像，其中，所述多個像素根據由攝像光學系統形成的被攝體像生成所述圖像信號， 根據關注像素的位置以不同的縮放率對所述原圖像進行縮放處理，從而取得作為像素數比所述原圖像的像素數少的圖像的縮放圖像， 將所述縮放處理後的圖像作為所述縮放圖像進行輸出。
22.根據權利要求21所述的攝像方法，其特徵在於， 在設所述原圖像上的任意一邊的像素數與所述縮放圖像上對應一邊的像素數之比為α、並設β和Y為滿足β <(1/α ) < y的值的情況下， 將所述縮放圖像內的屬於第I處理區域的關注像素的位置處的縮放率設定為Y倍， 將屬於與所述第I處理區域不同的所述縮放圖像內的第2處理區域的關注像素的位置處的縮放率設定為β倍。
【文檔編號】A61B1/04GK103460685SQ201280017659
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年4月6日 優先權日:2011年4月11日
【發明者】吉野浩一郎 申請人:奧林巴斯株式會社