CN110337260A - 电子内窥镜装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种电子内窥镜装置。在用于从拍摄被摄体的摄像元件中获取摄像信号，输出基于所获取的摄像信号的图像的电子内窥镜装置中，具备：亮度计算部，计算所述图像的亮度；以及控制部，为了使该亮度计算部所计算出的亮度接近设定亮度，而使所述摄像元件中的曝光时间呈指数函数变化。

Description

电子内窥镜装置
技术领域
本发明涉及一种电子内窥镜装置。
背景技术
已知一种用于观察人体食道和肠道等管腔内部的内窥镜系统。这种内窥镜系统具备用于处理由电子观测器所拍摄的被摄体图像的内窥镜处理器。为了将操作者能看清楚的观察图像显示在监控装置上，内窥镜处理器对像素信号进行诸如颜色转换处理和降噪处理等的图像处理。
另外，在将观察图像显示在监控装置上时，内窥镜处理器基于从电子观测器所输入的图像信号计算图像亮度，根据计算出的图像亮度控制光源的光圈和摄像元件的曝光时间，从而对观察图像的亮度进行调整(例如：参考专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-270256号公报
发明概要
发明所要解决的课题
但是，在专利文献1所公开的技术中，存在不能详细设置曝光时间的目标值和亮度变化速度(跃迁速率)，观察图像的亮度可能会发生急剧变化等问题。
本发明的目的在于提供一种可灵活改变观察图像的亮度的电子内窥镜装置。
用于解决课题的方案
本发明的一种形态所涉及的电子内窥镜装置，在用于从拍摄被摄体的摄像元件中获取摄像信号，输出基于所获取的摄像信号的图像的电子内窥镜装置中，具备：亮度计算部，计算所述图像的亮度；以及控制部，为了使该亮度计算部所计算出的亮度接近设定亮度，而使所述摄像元件中的曝光时间呈指数函数变化。
发明效果
如上述内容所示，可以灵活改变观察图像的亮度。
附图说明
图1为说明本实施方式中电子内窥镜装置的概要构成的示意图。
图2为说明电子内窥镜装置中的控制系统构成的框图。
图3为示出查找表一例的概念图。
图4为说明处理器装置中的控制部所执行的处理程序的流程图。
图5为说明电子观测器中的CPU所执行的处理程序的流程图。
具体实施方式
下面，根据示出实施方式的附图具体说明本发明。
图1为说明本实施方式中电子内窥镜装置的概要构成的示意图。本实施方式所涉及的电子内窥镜装置，具备：用于拍摄被摄体的电子观测器100、处理源自电子观测器100的图像信号生成动态图像和静态图像的处理器装置200、以及对处理器装置200所生成的动态图像和静态图像进行显示的监控装置300。
电子观测器100具备插入部110以及操作部120。插入部110具备通过具有弹性的护套(外皮)安装在外部的柔性管111，柔性管111的前端与通过硬质树脂外壳安装在外部的前端部112相连。位于柔性管111和前端部112的连通部位的弯曲部113被配置为通过操作部120的操作进行上下左右弯曲。此弯曲机构为装入普通电子观测器内的众所周知的机构，被配置为通过与操作部120的操作(具体为弯曲操作旋钮121、122的旋转操作)相联动的操作线的牵引，弯曲部113相应进行弯曲。前端部112的方向随上述操作的弯曲动作发生变化，从而使电子观测器100的拍摄区域移动。
除使得弯曲部113弯曲的弯曲操作旋钮121、122之外，操作部120还设有从前端部112喷射气体和液体的送气/送水按钮123、将观察图像切换为动态图像显示或静态图像显示的冻结按钮124、指示显示在监控装置300上的观察图像放大/缩小的缩放按钮125、切换普通光和治疗光的切换按钮126等。
另外，操作部120通过通用软线131与连接器部132相连通。电子观测器100通过连接器部132与处理器装置200进行电性且光学性连接。
处理器装置200是一种一体化地具备用于处理源自电子观测器100的图像信号的信号处理装置、通过电子观测器100照射自然光无法到达的体腔内部的光源装置的装置。根据另一实施方式，信号处理装置和光源装置可为分离结构。
处理器装置200上设有与电子观测器100的连接器部132相对应的连接器部210(参考图2)。连接器部210具有与电子观测器100的连接器部132相对应的连通结构，与电子观测器100进行电性且光学性连接。
监控装置300与处理器装置200相连，是一种用于显示从处理器装置200输出的动态图像或静态图像的装置。监控装置300为液晶显示装置等通用显示装置。根据另一实施方式，监控装置300可以是与处理器装置200一体化的装置。
图2为说明电子内窥镜装置中的控制系统结构的框图。电子观测器100具备：物镜光学系统151、固体摄像元件152、照明透镜161、光导162等。
物镜光学系统151及固体摄像元件152布置在设于电子观测器100的前端部112上的观察窗(图略)的内侧。物镜光学系统151由包含物镜的透镜组和三棱镜构成。固体摄像元件152对通过物镜光学系统151在拍摄面上成像的被摄体的图像进行光电转换。
固体摄像元件152为CCD(Charge-Coupled Device)、CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor)等摄像元件。固体摄像元件152与CPU153(CPU:Central ProcessingUnit)、ROM154(ROM:Read Only Memory)、时序产生器(TG)155以及模拟信号处理电路(AFE)156等相连。CPU153基于从处理器装置200输出的控制信号来驱动TG155。另外，CPU153参照存储于ROM154中的信息，控制固体摄像元件152中的曝光时间。TG155为固体摄像元件152提供时钟信号。固体摄像元件152按照TG155输入的时钟信号以及由CPU153控制的曝光时间，蓄积RGB各种信号电荷，通过预定的帧率进行拍摄。
从固体摄像元件152输出的图像信号为模拟信号，通过AFE156进行噪音处理和增益校准处理。AFE156由相关双取样(CDS)电路、自动增益调整(AGC)电路、A/D转换器组成。CDS对固体摄像元件152输出的图像信号进行相关双取样处理，去除通过驱动固体摄像元件152所产生的噪音。AGC放大通过CDS去除噪音后的图像信号。A/D转换器将通过AGC放大的图像信号转换为具有预定位数的数字图像信号。AFE156将A/D转换后的图像信号输出至处理器装置200。
此外，在另一实施方式中，电子观测器100可以将从固体摄像元件152输出的模拟摄像信号输出至处理器装置200，在处理器装置200的内部转换为数字摄像信号。
另外，电子观测器100具备：照明透镜161及光导162。照明透镜161布置在设于电子观测器100的前端部112的照明窗的内侧。光导162由例如多个石英制光纤构成，配布在插入部110、操作部120、通用软线131以及连接器部132的内部。从处理器装置200输出的照明光由光导162导出，经照明透镜161扩散后，通过照明窗照射在被摄体上。
处理器装置200，具备：控制部201、存储部202、操作部203、光源控制部211、信号处理部220、图像处理部230、输出部240等。
控制部201具备例如CPU、ROM、RAM(Random Access Memory)等，在RAM启动预先存储在ROM中的控制程序后由CPU开始执行，从而将整个装置作为本发明所涉及的电子内窥镜装置的一部分而发挥作用。
此外，控制部201不限于上述结构，也可以是包含单核CPU、多核CPU、微型计算机、易失性存储器或非易失性存储器等的一个或多个处理电路。另外，控制部201还可以具备用于输出当前时刻信息的时钟、用于计量从发出开始计量指示到发出停止计量指示的经过时间的计时器、用于计数的计数器等功能。
存储部202由例如EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)等非易失性存储器或带有硬盘的存储装置构成，来存储在处理器装置200内所生成的数据以及从外部输入的数据等。在另一实施方式中，存储部202为USB存储器(USB:Universal SerialBus)、SD卡(SD:Secure Digital)等便携式存储介质，相对处理器装置200可拆卸安装。
操作部203为包含设于处理器装置200的外壳上的各种开关和按钮等的操作面板、与处理器装置200相连的鼠标和键盘等输入器件。操作部203根据操作者的操作，将操作信号输出至控制部201。控制部201根据从操作部203输出的操作信号、以及从电子观测器100所具备的操作部120输出的操作信号，驱动处理器装置200的各部分。
光源控制部211为通过控制部201的控制来控制光源212和电机213的驱动的控制电路。光源212为氙气灯、卤素灯、金卤灯等高亮度灯，射出具有从可见光区域到红外光区域的光谱的光。从光源212射出的光通过聚光镜214汇聚到一起，同时通过带有滤光器的旋转式支架215转换成具有适宜性的光。支架215通过机械臂和齿轮等传动机构(图略)与电机213相连。例如电机213是DC电机，通过在光源控制部211的控制下进行驱动，来选择适用于所射出的光的滤光器。
信号处理部220为DSP(Digital Signal Processor)等处理电路。信号处理部220对电子观测器100输入的摄像信号进行颜色分离、颜色插补、增益校准、白平衡调整、伽马校正等各种信号处理，输出至后段的图像处理部230。
图像处理部230为DIP(Digital Image Processor)等处理电路。图像处理部230通过对从信号处理部220所输入的图像信号进行变倍、颜色强调处理、边缘强调处理等图像处理来生成图像数据，将生成的图像数据输出至后段的输出部240。另外，图像处理部230计算出所生成图像数据的各像素的平均亮度等，将算出的亮度信息输出至控制部201。
在本实施方式中，在图像处理部230的前段进行信号处理，但是也可以配置为在1个处理电路内进行信号处理部220所执行的信号处理和图像处理部230所执行的图像处理。
输出部240具有视频处理器等处理电路。输出部240依据NTSC(NationalTelevision System Committee)和PAL(Phase Alternating Line)等预定规格将从图像处理部230输入的图像信号转换为影像信号。输出部240通过将转换的影像信号依次输出至监控装置300上，从而在监控装置300的显示屏上显示被摄体的影像。在本实施方式中，例如，未按压电子观测器100的冻结按钮124时(或松开冻结按钮124时)，在监控装置300上显示动态图像，当按压冻结按钮124时，在监控装置300上显示静态图像。
另外，输出部240可以配置为通过控制部201的控制，从图像处理部230输入的图像信号中生成通过预定的动态图像压缩方式进行压缩的动态图像数据，将生成的动态图像数据作为动态图像文件存储在存储部202中。可以采用MPEG-2、MPEG-4(MPEG:Moving PictureExperts Group)等作为动态图像压缩方式。更进一步地，输出部240还可以配置为通过控制部201的控制，从图像处理部230输入的图像信号中生成JPEG(Joint PhotographicExperts Group)数据和TIFF(Tagged Image File Format)数据等静态图像数据，将生成的静态图像数据作为静态图像文件存储在存储部202中。
下面对电子观测器100的CPU153控制固体摄像元件152的曝光时间的方法进行说明。在本实施方式中，具备存储用于控制固体摄像元件152的曝光时间的控制值的查找表(LUT)，CPU153参照该查找表控制固体摄像元件152的曝光时间。这种查找表预先存储在例如ROM154等中。
图3为示出查找表一例的概念图。查找表是一种将用于控制固体摄像元件152的曝光时间的多个控制值与地址值相关联后进行存储的表格。控制值被设置为随着地址值的增加曝光时间呈指数函数减小的关系。更具体地说，设定地址值和曝光时间的关系，即将初始地址(地址值0)的曝光时间设为1/60秒，每增加1个地址值时曝光时间便变为原来的0.99382倍。此外，在图3所示的示例中，为了便于说明，采用曝光时间来代替控制值，但实际上可以存储用于控制固体摄像元件152的曝光时间的控制值。
例如，将全帧HD的图像以每1秒60帧的频率进行输出时，每帧的曝光时间的最大值则为1/60秒。在本实施方式中，将曝光时间的最大值分配给初始地址(地址值0)。此时，在本实施方式中，地址值n的曝光时间为1/60×0.99382n秒。即，为使人眼看到的亮度呈稳定变化，设定曝光时间呈指数变化。
固体摄像元件152的电子快门可以采用Hsync(水平同步信号)单位设置曝光时间。其中，1帧中的Hsync数取决于输出影像期间(例如全帧HD_60p等)以及同时输出线数。例如，2线同时输出全帧HD_60p图像时，为使2线同时输出的Hsync数为1126，所以输出1126/2＝563的Hsync。因此，全帧HD_60p图像的Hsync最大为1126，所以固体摄像元件152的电子快门的分辨率设定为1126以上也没有意义。因此，电子快门的分辨率为2乘方最好接近1024。另外，全帧HD_60p输出时的曝光时间最小值为1秒的1/60的1/1126秒(即1/67560秒)。
但是，将第1024级的曝光时间设为1/67560秒构成查找表时，因为分辨率的限制，表格的后半部分的曝光时间因四舍五入几乎完全相同。因此，本实施方式中，将第1024级的曝光时间设定为例如1/67560×2秒。因此，本实施方式中将地址值n的曝光时间设置为1/60×0.99382n秒。
上述内容中，对全帧HD的图像以每1秒60帧输出时的曝光时间进行说明，输出的图像的帧率为N，1帧的水平同步信号数为H，比1大的常数为a时，可将相对于地址值n(n为0以上的整数)的曝光时间设为1/N×(a/H)b。其中，b为地址值n除以最大地址值的值。
下面对固体摄像元件152的曝光时间的控制程序进行说明。
图4为说明处理器装置200中的控制部201所执行的处理程序的流程图。利用固体摄像元件152开始拍摄时，通过电子观测器100侧的AFE156以及处理器装置200侧的信号处理部220将图像信号输入图像处理部230。图像处理部230对输入的图像信号进行图像处理，生成图像数据，同时计算图像数据的各像素的平均亮度等，将算出的亮度信息输出至控制部201。图像处理部230计算的平均亮度可以是图像整体亮度的平均值，也可以为图像部分区域亮度的平均值。另外，可以是将图像分为多个区域，考虑了每个区域的权重的平均值。
处理器装置200的控制部201判断是否从图像处理部230获取了亮度信息(步骤S101)。若未获取亮度信息(S101:NO)，控制部201待机到获取亮度信息。
若获取了亮度信息(S101:YES)，控制部201根据获取的亮度信息，判断是否需要控制曝光时间(步骤S102)。例如，提前设定亮度值的阈值，按照与阈值的比较结果，可以判断是否需要控制曝光时间。若判断不需要控制曝光时间(S102:NO)，控制部201结束本流程图中的处理。
若判断需要控制曝光时间(S102:YES)，控制部201计算当前图像的亮度和设定亮度之间的差(亮度差)(步骤S103)。其中，设定亮度可以是处理器装置200中预先设定的值，也可以是操作者设定的适当值。
然后，控制部201设定曝光时间的变化速度(跃迁速率)(步骤S104)。例如，步骤S103中算出的亮度差越大，控制部201则将跃迁速率设定的越高，步骤S103中算出的亮度差越小，则将跃迁速率设定的越低。
接下来，控制部201判断屏幕亮度是否不足(步骤S105)。例如，若当前图像亮度比设定亮度低，控制部201可判断屏幕亮度不足。另外，若当前图像亮度比设定亮度高，控制部201可判断屏幕亮度过剩。
判断屏幕亮度不足时(S105:YES)，控制部201将延长曝光时间的控制信号输出至电子观测器100的CPU153(步骤S106)。
当判断屏幕亮度并非不足(S105:NO)，而是屏幕亮度过剩时，控制部201将缩短曝光时间的控制信号输出至电子观测器100的CPU153(步骤S107)。
在控制部201于步骤S106或步骤S107中发送的控制信号中，除了曝光时间的变更请求外，还可以包括跃迁速率的变更请求、当前屏幕亮度信息、设定亮度信息、计算出的亮度差信息。
接下来，对电子观测器100侧的操作进行说明。
图5为说明电子观测器100中的CPU153所执行的处理程序的流程图。CPU153判断是否从控制部201获取了请求变更曝光时间的控制信号(步骤S121)。若判断未获取控制信号时(S121:NO)，控制部201待机到获取控制信号。
若判断获取了请求变更曝光时间的控制信号(S121:YES)，CPU153判断获取的控制信号是否包含跃迁速率的变更(步骤S122)。
若判断包含跃迁速率的变更(S122:YES)，CPU153设定跳读地址值的量(增减量)(步骤S123)。跳读地址值的量可以为预设值，也可以为按照跃迁速率设定的适当值。
若判断步骤S122中不包含跃迁速率的变更(S122:NO)，或步骤S123中设定了跳读地址值的量(S123)，CPU153计算目标地址值(步骤S124)。其中，目标地址值为与实现设定亮度的曝光时间相对应的地址值。
然后，CPU153判断当前地址值是否与目标地址值(步骤S125)相等。其中，当前地址值为与实现当前屏幕亮度的曝光时间相对应的地址值。若当前地址值与目标地址值相等(S125:YES)，可实现设定亮度，所以CPU153结束本流程图中的处理。
若当前地址值与目标地址值不相等(S125:NO)，CPU153判断当前地址值是否大于目标地址值(步骤S126)。
若判断当前地址值大于目标地址值(S126:YES)，CPU153进行地址值的减法处理(步骤S127)。此时，若步骤S123中设定地址值的跳读量，CPU153减去跳读量，若未设定跳读量，则减去预定量(例如1)。
另一方面，若当前地址值与目标地址值不相等(S125:NO)，判断当前地址值不大于目标地址值(S126:NO)，即判断当前地址值小于目标地址值，则CPU153进行地址值的加法处理(步骤S128)。此时，若步骤S123中设定了地址值的跳读量，CPU153在跳读量上加地址值，若未设定跳读量，则在预定量(例如1)上加地址值。
接下来，CPU153与经减法或加法所得的地址值相对应，从ROM154中读取存储于查找表中的控制值，根据读取的控制值，控制固体摄像元件152的曝光时间(步骤S129)。
如上所述，本实施方式中，因为可以呈指数函数变化地控制固体摄像元件152的曝光时间，所以可以实现人类感觉平稳的亮度跃迁。另外，可以灵活设定屏幕亮度变化的跃迁速率，所以可以实现实时性较高的曝光调整。
此外，本实施方式中，虽然处理器装置200具有判断是否需要控制曝光时间的结构，但是也可以从处理器装置200中将亮度信息输出至电子观测器100的CPU153中，通过电子观测器100的CPU153判断是否需要曝光时间。另外，本实施方式中，电子观测器100的CPU153配置为参照查找表读取控制曝光时间的控制值的结构，但是也可以配置为如下的结构：处理器装置200的存储部202中预设有查找表，在控制部201读取控制曝光时间的控制值，将读取的控制值输出至电子观测器100的CPU153中。
另外，本实施方式中，配置为参照查找表读取控制值的结构，但是也可以提前设定决定了地址值和控制值关系的函数，根据输入地址值时函数输出的控制值，控制固体摄像元件153的曝光时间。
应该理解的是，本公开的实施方式在所有方面均为示例性的，而非限制性的。本发明的范围不是由上述含义，而是由权利要求示出，并且旨在包括与权利要求等同的含义和范围内的所有修改。
符号说明
100 电子观测器
152 固体摄像元件(摄像元件)
153 CPU(控制部)
153 ROM(存储部)
200 处理器装置
201 控制部
202 存储部
203 操作部
210 连接器
211 光源控制部
212 光源
220 信号处理部
230 图像处理部(亮度计算部)
240 输出部。

Claims (5)

1.一种电子内窥镜装置，其从拍摄被摄体的摄像元件中获取摄像信号，输出基于所获取的摄像信号的图像，
所述电子内窥镜装置具备：
亮度计算部，计算所述图像的亮度；以及
控制部，为了使该亮度计算部所计算出的亮度接近设定亮度，而使所述摄像元件中的曝光时间呈指数函数变化。
2.根据权利要求1所述的电子内窥镜装置，
其具备：
将控制所述摄像元件的曝光时间的多个控制值与显示各个存储部位的地址值相关联后进行存储的存储部，
所述控制值使得所述曝光时间相对于所述地址值呈指数函数性变化，
所述控制部依次指定所述存储部中的地址值并读取相对于所述摄像元件的控制值，根据所读取的控制值来控制所述摄像元件的曝光时间。
3.根据权利要求2所述的电子内窥镜装置，
所述控制部计算与所述亮度计算部计算出的亮度相对应的当前地址值以及与所述设定亮度相对应的目标地址值，
在所述当前地址值达到所述目标地址值之前，依次增加或减少从所述存储部中读取控制值的地址值。
4.根据权利要求3所述的电子内窥镜装置，
所述控制部计算所述亮度计算部算出的亮度和所述设定亮度之间的差，按照算出的差设定增减所述地址值的增减量。
5.根据权利要求2至4任意一项所述的电子内窥镜装置，
若基于所述摄像信号的图像的帧率为N、1帧的水平同步信号数为H、大于1的任意常数为a、地址值为n(n为0以上的整数)、地址值n除以地址值的最大值为b，则相对于地址值n的曝光时间为1/N×(a/H)b。
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