摄像装置和摄像方法
【专利摘要】本发明提供如下摄像装置和摄像方法等：在第1处理区域中，进行相对于第2处理区域相对放大的处理，并且抑制分辨率低于拍摄到的图像。摄像装置包含：摄像元件（240），其具有根据由摄像光学系统形成的被摄体像来生成图像信号的多个像素；缩放处理部（340），其对由多个像素的图像信号构成的原图像实施缩放处理；以及输出部（350），其将缩放处理后的图像作为缩放图像进行输出，缩放处理部（340）根据缩放图像上的关注像素的位置，以不同的缩放率进行缩放处理，作为多个像素，摄像元件（240）具有比缩放图像的像素数多的像素。
【专利说明】摄像装置和摄像方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及摄像装置和摄像方法等。
【背景技术】
[0002]在内窥镜系统这样的摄像装置中，例如在诊断大肠时，为了不看漏位于褶皱内侧的病变等，期望尽可能是广角光学系统。现有的内窥镜系统中使用的光学系统的视角通常为140?170度左右，但是例如如专利文献I所示，通过使用具有180度以上(包含该值)的视角的超广角光学系统，能够进一步减少看漏病变的情况。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2005 - 345577号公报
【发明内容】
[0006]发明要解决的问题
[0007]另一方面，在上述这样的超广角的光学系统中，通常歪曲像差非常大。其结果是，由于图像周边部的局部的倍率小于图像中心部，因而例如在图像的周边部存在病变等的情况下，其尺寸非常小而很难观察。为了避免这样的问题，例如考虑通过图像处理放大图像的周边部，但是在该情况下，虽然病变的尺寸变大，但图像变得模糊，因此存在图像质量恶化这样的问题。
[0008]根据本发明的几个方式，能够提供如下摄像装置和摄像方法等:在第I处理区域中，进行相对于第2处理区域相对放大的处理，并且抑制分辨率低于所拍摄的图像。
[0009]此外，根据本发明的几个的方式，能够提供如下摄像装置和摄像方法等，使分辨率不低于拍摄的图像，使局部倍率较小的区域相对于局部倍率较大的区域相对放大。
[0010]用于解决问题的手段
[0011]本发明的一个方式涉及如下摄像装置:该摄像装置包含:摄像元件，其具有根据由摄像光学系统形成的被摄体像来生成图像信号的多个像素；缩放处理部，其对由所述多个像素的图像信号构成的原图像实施缩放处理；输出部，其将所述缩放处理后的图像作为缩放图像进行输出，所述缩放处理部根据所述缩放图像上的关注像素的位置，以不同的缩放率进行所述缩放处理，所述摄像元件具有比所述缩放图像的像素数多的像素作为所述多个像素。
[0012]在本发明的一方式中，缩放处理部根据缩放图像上的关注像素的位置以不同的缩放率进行缩放处理，摄像元件具有比缩放图像的像素数多的像素。因此取得像素数比缩放图像多的图像作为原图像，并根据位置改变缩放率而进行缩放处理，因此能够取得可消除失真且分辨率不会随着位置而低于原图像的缩放图像。
[0013]此外，本发明的其它方式涉及如下摄像方法，根据多个像素的图像信号取得原图像，其中，所述多个像素根据由摄像光学系统形成的被摄体像生成所述图像信号，针对所述原图像，根据关注像素的位置以不同的缩放率进行缩放处理，由此，取得作为像素数比所述原图像的像素数少的图像的缩放图像，并将所述缩放处理后的图像作为所述缩放图像进行输出。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实施方式的系统结构例。
[0015]图2是说明景深的图。
[0016]图3是拍摄球面上的病变部位I和病变部位2的示例。
[0017]图4是拍摄病变部位I和病变部位2而得到的原图像的示例。
[0018]图5是对拍摄病变部位I和病变部位2而得到的原图像实施缩放处理后的缩放图像的示例。
[0019]图6是说明将图像左上的点设为原点的情况下的缩放图像的示例。
[0020]图7是说明将与光轴对应的点设为原点的情况下的缩放图像的示例。
[0021]图8是说明将与光轴对应的点设为原点的情况下的原图像的示例。
[0022]图9是说明ihOut与ihRatio之间的关系的图。
[0023]图10是说明shiftY与inShiftY之间的关系的图。
[0024]图11是说明双线性法的图。
[0025]图12是用于说明shiftX = O时的处理的缩放图像的示例。
[0026]图13是用于说明shiftX = O时的处理的原图像的示例。
[0027]图14是用于说明本实施方式中的局部倍率的图。
[0028]图15是说明shiftY与inShiftY之间的关系的另一图。
[0029]图16是说明现有的光学系统和本实施方式的广角的光学系统的特性的图。
[0030]图17是说明相对于摄像光学系统的光轴的前方区域、侧方区域和后方区域的图。
[0031]图18是说明像素抽取处理中的对象像素的图。
【具体实施方式】
[0032]以下，对本实施方式进行说明。此外，下面说明的本实施方式并非是对权利要求书所记载的本发明的内容的不当限定。本实施方式中说明的结构并不全是本发明的必要技术特征。
[0033]1.本实施方式的方法
[0034]首先，对本实施方式的方法进行说明。在内窥镜装置等摄像装置中，考虑使用与现有的摄像光学系统的视角(例如包含140°?170° )相比视角更大(180°以上(包含该值))的光学系统。其用于在进行大肠等摄影时，将摄像范围充分收敛到褶皱的内侧等，由此，能够拍摄到在现有光学系统中难以拍摄的部位的病变部位等。
[0035]在使用大视角的光学系统时，歪曲像差等影响较大，图像会产生失真。例如，考虑与图像的中心部相比周边部发生变形这样的情况。为了应对该情况，例如考虑如下方法:通过放大局部倍率较小的区域(例如周边部)，消除图像的失真，取得容易观察的图像。
[0036]但是，在这样的方法中，存在如下问题:由于放大了变形的区域，因此虽然放大了病变尺寸，但是降低了作为放大对象的区域的图像的分辨率而成为模糊等因素。[0037]因此，本 申请人:提出以下方法。首先，使由摄像元件拍摄的图像(原图像)与显示部显示的图像(缩放图像)相比分辨率高(像素数多)。并且，针对局部倍率较小而变形的区域，以几乎I倍的倍率进行缩放处理。与此相对，对局部倍率较大而未变形的区域，以β倍的倍率进行缩小处理。此处，在设原图像的I个边的长度与缩放图像之比为α (根据上述设定，α >1)时，设0 <(l/a)。S卩，如果对原图像的全部区域均等地进行I/α倍的缩小处理时，则缩放图像与原图像的失真程度相等，但是在本实施方式中，在周边部使缩小程度较小(期望为I倍)，在中心部使缩小程度大于I/α倍，由此消除失真。在使周边部与中心部相比相对放大这方面，与上述方法相同，但是在本实施方式中，由于原图像为分辨率较高的图像，因此能够将周边部的倍率设为接近等倍的值，其结果是，具有能够抑制周边部的分辨率降低这样的优点。此外，周边部的倍率(缩放率)不限于I倍本身。
[0038]下面，对系统结构例、视角与景深的关系进行说明，之后对缩放处理进行详细说明。
[0039]2.系统结构例
[0040]参照图1，对作为本实施方式的摄像装置具体例的内窥镜系统进行说明。本实施方式的内窥镜系统具有光源部100、摄像部200、处理部300、显示部400和外部I/F部500。
[0041]光源部100具有产生白色光的白色光源110和用于将白色光会聚于光导纤维210的会聚镜头120。
[0042]摄像部200例如为了能够插入体腔而形成为细长且能够弯曲。摄像部200具有:光导纤维210，其传导由光源部会聚的光；照明镜头220，其使由该光导纤维传导到末端的光扩散而照射于观察对象；物镜230，其会聚从观察对象返回的反射光；以及摄像元件240，其用于检测会聚的反射光。在本实施方式中，物镜230例如是视角为220度左右的超广角镜头。摄像元件240例如是具有拜耳排列的滤色镜的摄像元件。
[0043]处理部300具有AD转换部310、图像处理部320、控制部330、缩放处理部340和输出部350。其中，处理部300不限于图1的结构，也可以是省略一部分这些构成要素或者追加其它构成要素等的各种变形实施方式。AD转换部310将从摄像元件240输出的模拟信号转换成数字图像信号(以下，简称作图像)而输出到图像处理部320。图像处理部320对从AD转换部310输出的图像实施白平衡、去马赛克处理、颜色转换、灰度转换等各种图像处理，并将图像输出到缩放处理部340。缩放处理部340对从图像处理部320输出的图像进行缩放处理，并将图像输出到输出部350。后面，将叙述缩放处理部340的详细情况。输出部350将从缩放处理部340输出的图像转换为与显示部400对应的图像的形式(数字信号、模拟信号均可)，并输出到显示部400。显示部400例如是液晶监视器，显示从输出部350输出的图像。
[0044]控制部330与图像处理部320、缩放处理部340以及外部I/F部500双向连接，并根据来自外部I/F部500的输入信息对它们进行控制。外部I/F部500是用于用户对该摄像装置进行输入等的接口，构成为包含用于进行摄影的开始/停止的开始按钮、用于调整各种摄影条件、显示条件的调整按钮等。
[0045]3.视角与景深的关系
[0046]此处，对内窥镜系统中的物镜(以下，称作光学系统)的视角与景深的关系进行说明。[0047]在内窥镜系统中，为了不给医生的诊断带来障碍，需要较大的景深。因此，在现有的内窥镜系统中，通过使用F值较大的光学系统、加大景深来达到这样的性能。但是近年来，在内窥镜系统中，使用了数十万像素左右的高像素摄像元件。在光学系统一定的情况下，其景深由容许弥散圈的大小确定，而在高像素的摄像元件中，像素间距和容许弥散圈均较小，因此摄像装置的景深较小。此外，如果为了加大景深而增大光学系统的F值，则由于衍射的影响而使光学系统的成像性能劣化。因此，为了维持不对医生的诊断带来障碍的景深，摄像元件的像素数具有一定程度的上限。
[0048]另一方面，景深不仅取决于摄像元件的像素数和光学系统的F值，还根据光学系统的焦距而较大地变动，焦距越短则景深越大。在本实施方式具有的这样的超广角的光学系统中，根据经验可知，在假定摄像元件尺寸相同的情况下，相对于视角为140~170度左右的现有的光学系统焦距为2/3左右。其结果是，在具有本实施方式这样的超广角的光学系统的内窥镜系统中，能够维持不对医生的诊断带来障碍的景深，并且与现有的内窥镜系统相比使像素间距小型化(摄像元件的高像素化)。
[0049]为了说明该情况，首先，使用图2对景深进行详细说明。此处，右向箭头表示正值的矢量，左向箭头表示负值的矢量。首先，考虑如下情况:在距离光学系统的后侧焦点位置XB,的位置，配置像素间距(I个像素的横竖尺寸)为P的摄像元件。此时，将在摄像元件的摄像面上光学系统的成像性能最好的被摄体位置(对焦位置)表示为距离光学系统的前侧焦点位置XB的位置。当XB’确定时，XB根据下面的牛顿成像公式唯一地计算。此处，f是光学系统的焦距。
[0050]XB.XB，=_f2.....(I)
[0051]在使被摄体从XB移动到XN的位置时，此时的像面位置XN’从摄像面朝光学系统的相反方向移动。但是，在摄像面的弥散圈的直径小于摄像装置的分辨率K.P (其中K是由滤波矩阵或插值处理确定的系数)时，XN的物体可视为对焦。将摄像面中的弥散圈的直径在K.P以下(包括该值)的范围定义为近点侧的景深，将弥散圈的直径与K.P 一致的被摄体的位置称作近点。后面，将近点的位置表示为距离前侧焦点位置XN的位置。在远点侧，景深的定义也相同，将在远点侧弥散圈的直径与K.P 一致的被摄体的位置称作远点。后面，将远点的位置表示为距离前侧焦点位置XF的位置。
[0052]被摄体位于近点时的摄像面中的弥散圈的直径能够使用光学系统的数值孔径NA’=sin u’(此处，u’为入射到图2所示的摄像面的光线与光轴所成的角)近似为下式(2)。
[0053]弥散圈的直径=2(XN，-XB’)XNA’.....(2)
[0054]在近点，由于弥散圈的直径与K.P 一致，因而下式(3)成立。
[0055]2 (XN’ -XB’).NA’ =K.P.....(3)
[0056]如果使用作为F值与数值孔径的关系式的下式(4)对式(3)进行变形，则得到下式
(5)。此处，F为光学系统的F值。
【权利要求】
1.一种摄像装置，其特征在于， 该摄像装置具有: 摄像元件，其具有根据由摄像光学系统形成的被摄体像来生成图像信号的多个像素； 缩放处理部，其对由所述多个像素的图像信号构成的原图像实施缩放处理；以及 输出部，其将所述缩放处理后的图像作为缩放图像进行输出， 所述缩放处理部根据所述缩放图像上的关注像素的位置，以不同的缩放率进行所述缩放处理， 作为所述多个像素，所述摄像元件具有比所述缩放图像的像素数多的像素。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于， 在设所述原图像上的任意一边的像素数与所述缩放图像上对应一边的像素数之比为α、并设β和Y为满足β <(1/α ) < y的值的情况下， 所述缩放处理部将所述缩放图像内的属于第I处理区域的关注像素的位置的缩放率设定为Y倍，并且，将属于与所述第I处理区域不同的所述缩放图像内的第2处理区域的关注像素的位置处的缩放率设定为β倍。
3.根据权利要求2所述的摄像装置，其特征在于， 在将δ设为满足Υ > δ > β值的情况下， 所述缩放处理部将与第3处理区`域对应的缩放率设定为δ倍，所述第3处理区域是所述第I处理区域和所述第2区域以外的区域。
4.根据权利要求2所述的摄像装置，其特征在于， 所述缩放处理部使用在包含I的预定数值范围内设定的值，作为属于所述第I处理区域的关注像素的位置处的缩放率Y。
5.根据权利要求4所述的摄像装置，其特征在于， 所述缩放处理部使用在0.5-2.0的范围内设定的值，作为属于所述第I处理区域的关注像素的位置处的缩放率Y。
6.根据权利要求5所述的摄像装置，其特征在于， 所述缩放处理部使用在0.8-1.2的范围内设定的值，作为属于所述第I处理区域的关注像素的位置处的缩放率Y。
7.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于， 所述缩放处理部根据所述关注像素和与所述摄像光学系统的光轴对应的缩放图像上的点之间的距离，设定所述关注像素的位置处的缩放率。
8.根据权利要求7所述的摄像装置，其特征在于， 所述缩放处理部将所述关注像素和与所述摄像光学系统的光轴对应的所述缩放图像上的点之间的距离较大的区域作为图像周边部区域，将所述关注像素和与所述摄像光学系统的光轴对应的缩放图像上的点之间的距离小于所述图像周边部区域的区域作为图像中心部区域，并在所述图像周边部区域和所述图像中心部区域中设定不同的缩放率。
9.根据权利要求8所述的摄像装置，其特征在于， 在设所述原图像上的任意一边的像素数与所述缩放图像上对应一边的像素数之比为α、并设Y为满足(l/α ) < y的值的情况下， 所述缩放处理部通过进行如下处理将所述图像周边部区域的缩放率设定为Y倍，所述处理为根据以每I/Y个像素提取I个像素的比例从属于与所述图像周边部区域对应的所述原图像上的区域的像素中提取出的像素的像素值，确定所述缩放图像上的属于所述图像周边部区域的关注像素的像素值。
10.根据权利要求8所述的摄像装置，其特征在于， 在设所述原图像上的任意一边的像素数与所述缩放图像上对应一边的像素数之比为α、并设β为满足β <(1/α )的值的情况下， 所述缩放处理部通过进行如下处理将所述图像中心部区域的缩放率设定为β倍，所述处理为根据以每l/β个像素提取I个像素的比例从属于与所述图像中心部区域对应的所述原图像上的区域的像素中提取出的像素的像素值，确定所述缩放图像上的属于所述图像中心部区域的关注像素的像素值。
11.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于， 所述摄像元件取得由于所述摄像光学系统的歪曲像差的影响而使局部倍率根据所述原图像上的位置而不同的图像信号，作为与所述原图像对应的图像信号，其中，所述局部倍率是所述摄像光学系统的局部的倍率， 所述缩放处理部根据与所述缩放图像上的关注像素对应的所述原图像上的关注点的局部倍率，设定所述关注像素的缩放率。
12.根据权利要求11所述的摄像装置，其特征在于， 在与所述缩放图像上的关注像素对应的所述原图像上的关注点的局部倍率小于所述原图像上的其它区域的所述局部倍率的情况下，所述缩放处理部将所述缩放处理的所述缩放率设定为大于所述原图像上的其它区域。
13.根据权利要求12 所述的摄像装置，其特征在于， 在与位于所述缩放图像上的周边部的关注像素对应的所述原图像上的关注点的局部倍率小于与位于所述缩放图像上的中心部的关注像素对应的所述原图像上的关注点的局部倍率的情况下， 所述缩放处理部将位于所述缩放图像的周边部的所述关注像素的缩放率的值设为大于位于所述缩放图像的中央部的所述关注区域的缩放率的值。
14.根据权利要求2所述的摄像装置，其特征在于， 该摄像装置还具有显示所述缩放图像的显示部， 所述缩放处理部即使在所述显示部显示所述缩放图像的整体的情况下，也将属于所述第I处理区域的关注像素的位置处的缩放率设定为所述Y倍。
15.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于， 所述摄像元件取得因所述摄像光学系统的歪曲像差的影响而发生失真的图像信号，作为与所述原图像对应的图像信号。
16.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于， 所述摄像光学系统的视角为180度以上，包含180度。
17.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于， 在设包含所述摄像光学系统的光轴在内的区域为前方区域、设包含与所述光轴垂直的轴在内的区域为侧方区域的情况下， 所述摄像光学系统是能够拍摄被设定在所述前方区域或者所述侧方区域内的摄像区域的光学系统。
18.根据权利要求17所述的摄像装置，其特征在于， 在设包含与所述摄像光学系统的光轴方向相反方向的轴在内的区域为后方区域的情况下， 所述摄像光学系统是能够拍摄被设定在所述后方区域内的摄像区域的光学系统。
19.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于， 所述缩放处理部根据用户的缩放模式切换指示，切换所述缩放处理中的处理内容。
20.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于， 所述摄像装置是内窥镜装置。
21.一种摄像方法，其特征在于， 根据多个像素的图像信号取得原图像，其中，所述多个像素根据由摄像光学系统形成的被摄体像生成所述图像信号， 根据关注像素的位置以不同的缩放率对所述原图像进行缩放处理，从而取得作为像素数比所述原图像的像素数少的图像的缩放图像， 将所述缩放处理后的图像作为所述缩放图像进行输出。
22.根据权利要求21所述的摄像方法，其特征在于， 在设所述原图像上的任意一边的像素数与所述缩放图像上对应一边的像素数之比为α、并设β和Y为满足β <(1/α ) < y的值的情况下， 将所述缩放图像内的属于第I处理区域的关注像素的位置处的缩放率设定为Y倍， 将属于与所述第I处理区域不同的所述缩放图像内的第2处理区域的关注像素的位置处的缩放率设定为β倍。
【文档编号】A61B1/04GK103460685SQ201280017659
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年4月6日 优先权日:2011年4月11日
【发明者】吉野浩一郎 申请人:奥林巴斯株式会社