CN105323505B - 电子内窥镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电子内窥镜，其中，电子内窥镜系统具有：图像传感器驱动器、至少四个线存储器以及插值处理器，其中，所述图像传感器驱动器配置为按次序地读取一线图像像素信号值；所述线存储器配置为分别存储一线图像像素信号值；所述插值处理器插入插值扫描线的图像像素信号以生成放大的图像。插值处理器基于存储在线存储器中的图像像素信号生成一线插值图像像素信号值。图像传感器驱动器间歇地读取一线图像像素信号值，并且插值处理器根据来自图像传感器的一线图像像素信号值的输出的暂停来中断存储在线存储器中的图像像素信号的写入。

Description

电子内窥镜
技术领域
本发明涉及一种配备有视频窥镜(video-scope)和视频处理器的内窥镜系统，并且具体地用于放大由图像传感器获取的图像。
背景技术
视频窥镜(电子内窥镜)配备有图像传感器。由于图像传感器的尺寸受到尖部薄度的限制，图像传感器的像素数量通常少于显示所观察的图像的监视器的像素数量。因此，提出了一种插值运算以放大由图像传感器获取的图像的尺寸。通常，图像数据的一个场值(field’s worth)或帧值(frame’s worth)临时存储在场/帧存储器中，针对存储的图像数据，提出了一种插值运算。但是，利用场/帧存储器的插值运算增加了耗电量以及待传递和处理的数据量，从而降低了系统的性能。
为了避免降低性能，提出了一种利用线存储器的插值运算。日本第1989-261086A号申请公开了低次(例如，二次)插值运算，其中，利用存储在线存储器中的邻近的两线像素数据值来添加插值线。日本第2000-184295A号申请公开了通过直接利用邻近线来添加插值线的简单插值运算。
利用线存储器的低次插值运算或简单插值运算不能生成高分辨率的放大图像。近年来，需要显示高品质的观察图像以精确地诊断某些医疗问题。上述插值运算不能在内窥镜区域中充分地实现观察图像的高品质需求。
发明内容
本发明致力于提供一种内窥镜系统，其在使用很少的线存储单元的同时生成高品质的放大图像。
根据本发明，一种带图像传感器的电子内窥镜，其具有图像传感器驱动器、至少四个线存储单元以及插值处理器，其中，所述图像传感器驱动器配置为按次序地驱动图像传感器读取一线图像像素信号值；所述至少四个线存储单元分别配置为各自存储一线图像像素信号值；所述插值处理器插入插值扫描线的图像像素信号以生成放大的图像。所述插值处理器基于存储在所述线存储器中的图像像素信号而生成一线插值图像像素信号值。例如，线存储器的数量等于用于插值运算的扫描线的数量。所述图像传感器为，例如，电荷转移型(charge transfer-type)图像传感器。在这种情况下，所述图像传感器驱动器中断垂直转移脉冲信号的输出。
在本发明中，所述图像传感器驱动器间歇地读取一线图像像素信号值，并且所述插值处理器根据来自所述图像传感器的一线图像像素信号值的输出的暂停来中断存储在所述线存储器中的图像像素信号的写入。所述插值处理器可以基于存储在所述线存储器中的一个线存储器内的图像像素信号和最新输入的一线图像像素信号值来生成一线插值图像像素信号值。当中断图像像素信号的写入时，所述插值处理器可以利用直接存储在所述三个线存储器中的一个线存储器内的一线图像像素信号值。
例如，插值处理器将存储在每个线存储器中的一线图像像素信号值按次序地转移至下一个线存储器。内窥镜系统中可以包括掩模信号发生器，所述掩模信号发生器将掩模信号(mask signal)以预定的时间间隔输出至所述图像传感器驱动器。当接收到掩模信号时，所述图像传感器驱动器可以中断一线图像像素信号值的读取。
附图说明
下文将参考所附附图来描述本发明的优选实施方案：
图1为根据当前实施方案的内窥镜系统的方框图；
图2为图像信号处理电路的方框图；
图3为插值处理器105的方框图；
图4为显示了标准图像和放大图像的视图；
图5为基于双三次(bicubic)方法的插值运算；以及
图6为显示了对图像传感器的驱动过程和线存储单元的读取/写入过程的时序图。
具体实施方式
下文将参考所附附图来描述本发明的优选实施方案。
图1为根据当前实施方案的内窥镜系统的方框图。图2为图像信号处理电路的方框图。
内窥镜系统配备有视频窥镜(电子内窥镜)120和视频处理器130，视频窥镜120具有在其尖部的图像传感器101。视频窥镜120可拆卸地连接至视频处理器130，并且监视器150连接至视频处理器130。视频处理器130中的光源138向光导管127的入射面发射照明光。设置在视频窥镜120内的光导管127将入射光引至视频窥镜120的尖部120T。穿过光导管127并且从光导管127的尖部127B离开的光经由扩散透镜128而离开视频窥镜120的尖部120T。从而，可以照亮目标对象。
从目标对象反射回来的光进入到摄像光学系统121，并且穿过摄像光学系统121的光到达电荷转移型图像传感器101，以在图像传感器101的感光区域形成目标图像。本文的图像传感器101为CCD并且具有行间转移CCD的布局，其中，多个光电二极管布置在矩阵中，并且多个垂直移位寄存器沿着行方向分别布置在光电二极管的旁边。在光电二极管中累积的电荷被同时转移至垂直移位寄存器，并且逐行地转移至水平移位寄存器。然后，一线累积电荷(即，图像像素信号)值按次序地转移至水平移位寄存器并且从图像传感器101输出。一场或一帧图像像素信号值以预定的时间间隔(例如，1/60或1/50秒)读出。图像传感器驱动器102输出脉冲信号以驱动图像传感器101。在图像传感器101的光接收表面上设置滤色阵列。
从图像传感器101读取的图像像素信号在放大器122上逐行地放大。放大的图像像素信号在模拟信号处理电路(A.S.P.C.)123上进行数字化，并且传输至图像信号处理电路(I.S.P.C.)103。如图2所示，I.S.P.C.103具有第一信号处理器107，插值处理器105以及第二信号处理器108。数字化的图像像素信号(像素数据)在第一信号处理器107上经过给定的处理并且被传输至插值处理器105。插值处理器105具有线存储单元106，并且根据用户的操作来放大在一场/帧的观察图像值上的所观察到的图像。例如，当用户通过操作连接至视频处理器130的输入设备(未示出)而设定放大处理模式时，放大的图像显示在监视器150上。
如下所述，插值处理器105通过利用邻近的扫描线来插入扫描线，以生成放大的图像。图像处理器100大体进行插值运算。在第二信号处理器108中，图像像素信号经过白平衡处理、颜色转换处理等等。因此，生成彩色图像数据。图1所示的掩模处理器124在生成的图像数据的边缘部分上进行掩模处理。信号处理器133(其设置在视频处理器130内)根据视频标准而处理彩色图像数据，并且将图像数据输出至监视器150。从而，将观察到的图像实时地显示在监视器150上。
视频窥镜120中的窥镜系统控制器(scope system controller)125控制窥镜时序控制器(scope timing controller，S.T.C.)104。窥镜时序控制器104将时序信号(时钟脉冲信号)输出至模拟信号处理电路123、图像信号处理电路103以及图像传感器驱动器102。并且，窥镜系统控制器125从存储器126读取与视频窥镜120的性能相关的数据。在与从窥镜时序控制器104传输过来的时序信号同步的同时，图像传感器驱动器102向图像传感器101发送各种脉冲信号。具体地，图像传感器驱动器102输出垂直读取脉冲信号、垂直转移脉冲信号以及水平转移脉冲信号。将各自的脉冲信号周期地传输至图像传感器101。利用这种方式，成像装置100(其包括图像传感器101、图像信号处理电路103、窥镜时序控制器104以及图像传感器驱动器102)生成放大的图像。
视频处理器130中的系统控制器131通过将控制信号输出至时序控制器132、光源138等等来控制视频处理器130的动作。时序控制器132将时钟脉冲输出至信号处理器133和窥镜时序控制器104。并且，系统控制器131与窥镜系统控制器125通信。设置在前面板134上的开关按钮(未示出)由用户操作。挡板(stop)或光阑(diaphragm)136由电机135打开和关闭，以调节在监视器150上显示的观察图像的亮度。
图3为插值处理器105的方框图。
除了线存储单元106之外，插值处理器105还具有选择器109和触发器电路(flip-flop circuit)112。线存储单元106具有分别连接至信号线路110的第一线存储器106a，第二线存储器106b、第三线存储器106c以及第四线存储器106d。信号线路110连接至窥镜时序控制器104并且传输中断数据的写入的控制信号TC。当接收到控制信号TC时，各个线存储器不重写数据，而是保持当前数据。
第一、第二、第三及第四线存储器106a-106d分别存储一线图像像素信号(本文中，称为“像素数据”)值，并将一线图像像素信号值输出至触发器112。选择器109连接至窥镜时序控制器104，并且根据从窥镜时序控制器104传输过来的选择信号(SS)而选择性地输出四线像素数据值。具体地，选择器109选择从第一信号处理器107输出的一线像素数据值与从第一、第二及第三线存储器106a-106c读取的三线像素数据值的第一组合，或者选择从第一至第四线存储器106a-106d读取的四线像素数据值的第二组合。插值处理器105基于前述第一或第二组合生成放大图像。
下文，将参考图4和图5来解释插值运算。图4为显示了标准图像和放大图像的视图。图5为基于双三次方法的插值运算。
在图4中，显示了标准图像NI和放大图像EI。本文的插值运算沿着垂直方向插入像素，从而使得在标准图像NI中沿着垂直方向的扫描线的数量“A”变为数量“A’”。另一方面，沿着水平方向的线的数量“B”不变。在本文中沿着垂直方向的放大倍数(＝A’/A)设定为1.5。当放大标准图像NI时，有规律地且周期性地插入扫描线。在放大倍数为“1.5”的情况下，相对于两条扫描线插入一条扫描线。然后，待排列入插值扫描线中的一线像素数据值从排列在邻近扫描线中的像素数据生成。本文中，基于双三次插值法，将四条邻近的扫描线用于插入插值扫描线。例如，如图5所示，放大图像EI中的插值扫描线L’3从标准图像NI中的邻近扫描线L1、L2、L3及L4获得。具体而言，给出的插值像素数据P’3从像素数据“P1”、“P2”、“P3”及“P4”获得。其中，像素“P1”、“P2”、“P3”及“P4”的X坐标与插值像素“P’3”的X坐标相同。
通常，插值扫描线中的任何给出的像素数据可以通过下列公式获得：
P’＝Wn-1Pn-1+WnPn+Wn+1Pn+1+Wn+2Pn+2(n>2) (1)
其中，“P’”表示插值像素，“Pn-1”、“Pn”、“Pn+1”及“Pn+2”表示排列在四个邻近扫描线“Ln-1”、“Ln”、“Ln+1”及“Ln+2”中的像素。其中，像素“Pn-1”、“Pn”、“Pn+1”及“Pn+2”的X坐标与插值像素“P’”的X坐标相同。
由“Wn”表示的加权系数利用下列公式获得。其中，“xn”表示具有相应像素的扫描线与插值扫描线之间的距离(见图5)。另外，“a”为常数值(例如，a＝-1)。
Wn＝(a+2)|xn 3|-(a+3)|xn 2|+1 (|xn|≤1.0)
Wn＝a|xn 3|-5axn2+8a|xn|-4 (1.0≤|xn|<2) (2)
Wn＝0 (2.0≤|xn|)
其它的加权系数“Wn-1”、“Wn+1”及“Wn+2”也利用上述公式(2)获得。
在插入扫描线时使用到上述公式(1)。另一方面，标准图像NI中的扫描线直接用作放大图像EI中的扫描线。例如，扫描线L3、L5及L7分别变成扫描线L’4、L’7及L’10(见图4)。
图6为显示了对图像传感器101的驱动过程和线存储单元106的读取/写入过程的时序图。
来自图像传感器101的图像像素信号的输出时序与生成的插值图像像素信号的输出时序根据视频标准彼此同步。另一方面，由于放大图像EI中的扫描线的数量“A’”大于标准图像NI中的扫描线的数量“A”，并且插值运算需要给定量的处理时间，因此来自图像传感器101的一线图像像素信号值的连续读取不允许插值运算连续地生成插值扫描线。这是因为存储在线存储器中的一线像素数据值被一个接一个地重写，从而使得使用上述公式(1)所需的一线像素数据值已经从线存储器中抹去。为了保证插值运算所需的时间量，图像传感器101间歇地输出一线图像像素信号值。在本文中，一线图像像素信号值的输出每三次就被中断一次。具体地，如图6中所示，在每读取两线图像像素信号值之后，窥镜时序控制器104向图像传感器驱动器102输出掩模信号。图像传感器驱动器102响应于掩模信号而输出“低”信号，从而使得存储在垂直移位寄存器中的一线电荷值不转移至水平移位寄存器，并且使得从图像传感器101输出的一线图像像素信号值由此变为具有“零”值的信号。在图6中，将从图像传感器101输出的一线图像像素信号值指定为“L1、L2、L3、0(零)、L4、L5、0、L6、L7、0、L8、L9……”。其中，由于一线图像像素信号值经由放大器122、模拟信号处理电路123以及第一处理器107而输入至插值处理器105，所以在将一线像素数据值输入至插值处理器105时经过给定的时间(见图6)。
如上所述，线存储器106a-106d中的每个线存储器存储一线像素数据值，并且根据时钟脉冲信号将所存储的像素数据转移至下一个线存储器。图像存储器106a首先接收一线像素数据值的输入，然后图像存储器106d在最后接收数据。另一方面，当将像素数据“零”输入至插值处理器105时，插值处理器105输出写入控制信号(低信号)，所述写入控制信号阻止向图像存储器106a-106d的像素数据的写入。因此，存储在图像存储器106a-106d中的像素数据在下一个处理间隔期间不会被重写。
当将一线像素数据值(非零)输入至插值处理器105时，插值处理器105利用存储在线存储器106a、106b及106c中的三线像素数据值和当前输入的一线像素数据值来执行插值运算。例如，基于存储在线存储器106a、106b及106c中的扫描线L1、L2及L3的像素数据和输入至插值处理器105的扫描线L4的像素数据来生成插值扫描线L’3。另一方面，当将零数据输入至插值处理器105时，插值处理器105利用存储在线存储器106a、106b、106c及106d中的四线像素数据值来执行插值运算。实际上，只有存储在线存储器106a-106d中的一个线存储器内的一线像素数据值被直接利用。例如，通过直接利用扫描线L3来生成插值扫描线L’4。
这种一线图像像素信号值的间歇性输出与像素数据的间歇性写入满足基于双三次方法的三次插值运算，该三次插值法为快速插值运算。特别地，可以通过仅利用四个线存储器106a-106d来实现插值运算。从而，质量较高的高品质放大图像可以无延迟地显示在监视器150上。特别地，线存储器的数量可以设定为少量的几个。
可以通过利用双三次方法来实现沿着水平方向的插值运算。此外，放大倍数可以设定为任意值。可以实现高次插值运算。在这种情况下，线存储器的数量设定为与用于插值运算的扫描线的数量相对应。除了CCD之外，也可以应用另一种类型的图像传感器。
最后，本领域技术人员应当理解，上文的描述为设备的优选实施方案，在不脱离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种改变和修改。

Claims (4)

1.一种具有图像传感器的电子内窥镜，其包括：
图像传感器驱动器，其配置为驱动所述图像传感器以按次序地读取一线图像像素信号值；
至少四个线存储器，其配置为分别存储一线图像像素信号值，其中，线存储器的数量N等于被用于插值运算的扫描线的数量；以及
插值处理器，其插入插值扫描线的图像像素信号以生成放大的图像，其中：
所述插值处理器按次序地将存储在每个线存储器中的一线图像像素信号值转移至下一个线存储器中，并且当一线图像像素信号值未输入至所述插值处理器时，所述插值处理器在下一个处理间隔期间暂停一线图像像素信号值的转移；
所述插值处理器在所述图像传感器的一线图像像素信号值的输出未暂停时，基于存储在N-1个线存储器中的N-1个一线图像像素信号值与最新输入的一线图像像素信号值来生成一线插值图像像素信号值；
所述插值处理器在所述图像传感器的一线图像像素信号值的输出暂停时，基于存储在N个线存储器中的N个一线图像像素信号值来生成一线插值图像像素信号值；
所述图像传感器驱动器间歇地读取一线图像像素信号值；
N为等于或大于4的整数。
2.根据权利要求1所述的具有图像传感器的电子内窥镜，其中，当图像像素信号的写入被中断时，所述插值处理器直接利用存储在所述N-1个线存储器中的一个线存储器内的一线图像像素信号值。
3.根据权利要求1所述的具有图像传感器的电子内窥镜，进一步包括掩模信号发生器，其将掩模信号以预定的时间间隔输出至所述图像传感器驱动器，当接收到掩模信号时，所述图像传感器驱动器中断一线图像像素信号值的读取。
4.根据权利要求1所述的具有图像传感器的电子内窥镜，其中，所述图像传感器包括电荷转移型图像传感器，所述图像传感器驱动器中断垂直转移脉冲信号的输出。
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