DE3641186C2

DE3641186C2 -

Info

Publication number: DE3641186C2
Application number: DE3641186A
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Musashino Tokio/Tokyo Jp Nagasaki
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1985-12-04
Filing date: 1986-12-03
Publication date: 1993-01-21
Also published as: DE3641186A1; US4780762A

Description

Die Erfindung betrifft eine Bildsignalkorrekturschaltung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen, aus der DE 31 49 483 A1 bekannten Art.

Mit einem in zunehmenden Umfang verwendeten Endoskop besteht die Möglichkeit ein erkranktes Teil innerhalb einer Körper höhle durch Einführen eines langen Einführelements ohne chirurgischen Eingriff zu diagnostizieren oder durch Einführen eines Behandlungselements zu heilen. Bei einem derartigen Endoskop wird mittels einer Bildformungslinse an der Spitze des Einführteils ein Bild eines Objekts, insbesondere eines erkrankten Bereichs erzeugt und zur mit einem Handgriff ver sehenen Seite des Endoskops mittels optischer Bildübertragungs mittel, etwa Lichtleiter übertragen. Es kann dann vergrößert und durch ein Okular betrachtet werden.

Bei einem elektronischen Endoskop wird das optische Bild auf einer Bildaufnahmefläche eines Festkörper-Bildaufnahmeelements, etwa einer CCD-Vorrichtung mit einer Bildformungslinse abge bildet. Die optischen Bildübertragungsmittel sind hier nicht er forderlich, da das Festkörper-Bildaufnahmeelement elektrische Bildsignale fotoelektrisch erzeugt, die dann auf einem Bild schirm oder dergleichen dargestellt oder auf einfache Weise auf gezeichnet und wiedergegeben werden können, so daß eine wieder holte Verwendung möglich ist.

Derartige elektronische Endoskope werden in vielen Fällen für die Untersuchung von röhrenförmigen oder sehr unregelmäßig ge formten Objekten verwendet, wobei der Abstand der Spitze des Endoskops von einem Objekt zwischen 2 und 20 cm innerhalb der gleichen Bildebene schwanken kann; da die Beleuchtung von einer annähernd punktförmigen Lichtquelle kommt, ergeben sich durch die Abstandsschwankungen auch erhebliche Beleuchtungsunter schiede. Dies bedeutet, daß ein naher abzubildender Gegenstand einen starken Lichthof aufweist, während ein entferntes Objekt dunkel und unsichtbar ist. Die JP 61-62 440 A versucht dieses Problem durch ein automatisches Lichtjustiersystem zu beseitigen. Das bekannte automatische Lichtjustiersystem beruht jedoch auf dem Prinzip, den Mittelwert der Helligkeit eines Bildes konstant zu halten, was jedoch keine grundsätzliche Verbesserung in der Tiefe ergibt. Dies bedeutet, daß ein ferner dunkler Bereich und ein naher heller Bereich nicht gleichzeitig mit einer geeigneten Helligkeit in der gleichen Bildfläche dargestellt werden können.

Aus der DE 32 18 505 C1 ist es in Verbindung mit einer Schaltung zur Regelung der Verstärkung eines Videosignals bekannt, das Ausgangssignal einer Fernsehkamera mit Hilfe eines Logarithmierers zu logarithmieren, woraufhin dieses Subtraktionen und Additionen unterworfen wird, und anschließend wieder mit Hilfe eines Delogarithmierers zu delogarithmieren. Hierdurch kann eine Steuerung der Verstärkung des Videosignals ohne Zeitverlust und sichtbare Helligkeitssprünge im Monitorbild erfolgen.

Aus der Druckschrift Freeman K: Variable Gamma Correktor Improve Television Video Signals in: Electronic Engineering, September 1970, S. 90-93, ist es ferner in bezug auf die Gamma-Korrektur eines Fernsehvideosignals bekannt, eine Logarithmier-Stufe, eine Stufe mit variabler linearer Verstärkung sowie eine Exponential-Stufe vorzusehen, um einen breiten Korrekturbereich realisieren zu können.

Aus der eingangs erwähnten DE 31 49 483 A1 ist eine Bildsignalkorrekturschaltung für eine der Erstellung von Subtraktionsbildern dienenden Röntgendiagnostikeinrichtung bekannt, bei der in einer Differenzstufe eine Substraktion eines Leerbildes, d. h. eines Bildes ohne die Darstellung einer Kontrastmittelfüllung von einem Füllungsbild vorgenommen wird, so daß auf dem Monitor zur besseren Diagnose z. B. nur die mit Kontrastmittel gefüllten Gefäße dargestellt werden können. Da diese beiden Bilder zeitlich verschoben aufgezeichnet werden, erfolgt eine Speicherung der Bilder in digitalen Bildspeichern, was eine Digitalisierung der Videosignale durch einen A/D-Wandler und nach erfolgter Verarbeitung eine Analogiesierung in einem D/A-Wandler erforderlich macht. Da bei einem üblichen Röntgenfernsehsignal bezogen auf die Gefäßdarstellung eine relativ schlechte Ausnützung der Amplitudentiefe des A/D-Wandlers erzielt wird, ergibt sich eine schlechte Auflösung sowie eine geringer Störabstand. Um die gesamte Amplitudentiefe des A/D-Wandlers nutzen zu können, wird der Subtraktionsvorrichtung eine Schaltung mit Hochpaßcharakteristik zur zweidimensionalen Ortsfrequenzfilterung vorgeschaltet, mit deren Hilfe die für die Subtraktionstechnik uninteressanten Bildbereiche unterdrückt und somit der A/D-Wandler besser an die hochfrequenten Bildteile angepaßt werden kann.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Bildsignalkorrekturschaltung für ein Endoskop oder dergleichen vorzusehen, mit der einerseits der Einfluß von Beleuchtungsschwankungen unterdrückt und andererseits die Umrisse und die Struktur im hochfrequenten Bereich des Bildsignals hervorgehoben werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich anhand der Merkmale des Patentanspruches 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird die Bildqualität dadurch erhöht, daß Ein flüsse wie Beleuchtungsunregelmäßigkeiten im niederfrequenten Bereich reduziert werden durch eine Bildsignalkorrektureinrich tung, die aufweist: eine logarithmische Kompressionsvorrich tung zum logarithmischen Komprimieren eines Bildsignals, eine zweidimensionale Filtervorrichtung mit einer derartigen Charakteristik, daß der untere Frequenzbandbereich unterdrückt und der obere Frequenzbandbereich dieses logarithmisch kompri mierten Bildsignals relativ angehoben wird, und eine Exponen tialumwandlungsvorrichtung zum Umwandeln des durch die zweidi mensionale Filtervorrichtung gelaufenen Signals in ein Signal mit Exponentialeigenschaften.

In der vorgenannten Bildsignalkorrektureinrichtung ist eine Vorrichtung zum Variieren der Filterkurve vorgesehen, so daß die Verstärkung für den oberen Frequenzbandbereich und die Verstärkung für den unteren Frequenzbandbereich in der zwei dimensionalen Filtervorrichtung entsprechend unabhängig variabel eingestellt werden kann, so daß nicht nur Beleuchtungsschwan kungen eliminiert werden, sondern daß auch die Umrisse und die Struktur wirksam hervorgehoben werden kann.

Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Bildsignal korrektureinrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeich net.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 9 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Bildsignalkorrekturschaltung und zwar

Fig. 1 eine schematische Blockdarstellung eines mit einem ersten Ausführungsbeispiel der Bildsignalkorrektureinrichtung ausgestatteten elektronischen Endoskops;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer logarithmischen Filter schaltung, die als Bildsignalkorrekturschaltung beim ersten Ausführungsbeispiel dient;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung, wie die logarith mische Kennlinie eines logarithmischen Verstärkers gebildet wird;

Fig. 4 ein Kurvendiagramm der spatialen Frequenzkurve des Filters für eine Dimension;

Fig. 5 eine Impulssignalform für einen impulsgesteuerten Vorgang zur Realisierung der Kurve nach Fig. 4;

Fig. 6 eine Darstellung zur Erläuterung der Koeffizienten verteilung in einem zweidimensionalen Filter, durch die sich die Filterkurve gemäß Fig. 4 ergibt;

Fig. 7 ein Schaltbild einer konkreten Ausführungsform des zweidimensionalen Filters;

Fig. 8 Kurven, die veranschaulichen wie sich die Filter kurve mit dem Wert eines Parameters ändert;

Fig. 9 ein Diagram zur Erläuterung, wie sich die expo nentielle Kennlinie eines Exponentialverstärkers er gibt;

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform eines zweidimensionalen Filters;

Fig. 11 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausfüh rungsbeispiels eines elektronischen Endoskops;

Die Fig. 12-18 ein zweites Ausführungsbeispiel und zwar

Fig. 12 eine Blockdarstellung des elektronischen Endoskops, das die zweite Ausführungsform der Bildsignalkorrekturschaltung verwendet;

Fig. 13 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der logarithmischen Filterschaltung gemäß dem zweiten Aus führungsbeispiel,

Fig. 14 eine Darstellung zur Erläuterung der Bildelementan ordnung bei der Filterung;

Fig. 15 ein Impulsdiagramm eines impulsgesteuerten Vorgangs in entsprechenden Richtungen;

Fig. 16 eine Filterkurve, wie sie sich aus dem Impulsverhalten der Signalform der Fig. 15 ergibt;

Fig. 17 eine Eingangs-/Ausgangskennlinie einer Störsignalunter drückungsschaltung;

Fig. 18 ein Kennliniendiagramm der Filterkurve, wie sie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel realisiert wird und

Fig. 19 eine schematische Darstellung einer weiteren Bild elementanordnung.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist ein elektronisches Endoskop 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine Abbildungslinse 3 auf, die an der Spitze des länglichen Einführteiles 2 angebracht ist, das in eine Körperhöhle oder dergleichen eingeführt werden kann. In der Brennebene der Abbildungslinse 3 ist ein Festkörper- Bildaufnahmeelement 4, etwa eine CCD-Vorrichtung als Bildsensor angeordnet. Lichtleiter 5 verlaufen durch den Einführteil 2, so daß Beleuchtunglicht von einer externen Lichtquellenvor richtung 6 zur Spitze des Einführteils 2 übertragen und von dort über eine an der vorderen Stirnfläche des Einführteils 2 angeordnete Lichtverteilungslinse 7 auf ein Objekt gerichtet wird.

Bei der genannten Lichtquellenvorrichtung 6 wird Licht einer Lampe 8 von einem konkaven Spiegel 9 reflektiert und das reflektierte Licht wird mittels einer Linse 11 gesammelt und auf das Eingangs ende eines Lichtleiterkabels projiziert, das mit dem Licht leiter 5 verbunden ist. Das Licht passiert dabei ein hinter der Linse 11 angeordnetes Rotationsfilter 13, das in Filterbereiche für drei Primärfarben sektormäßig aufgeteilt ist und das von einem Motor 12 angetrieben wird. Es wird somit Licht ent sprechender Wellenlängen der drei Primärfarben in den Lichtleiter gespeist.

Das Bildsignal des vom Festkörper-Bildaufnahmeelement 4 foto elektrisch umgewandelten optischen Bildes wird mittels eines rauscharmen Vorverstärkers 14 verstärkt, läuft durch einen nicht dargestellten Analog-/Digitalwandler und wird dann über einen Multiplexer 15, der im Bereich des Handgriffs des Endoskops untergebracht ist, ein Teilfarbbild nach dem anderen in einen Teilbildspeicher 16R für Rot, einen Teilbildspeicher 16G für Grün und einen Teilbildspeicher 16B für Blau eingespeichert. Die in diesen Teilbildspeichern 16R, 16G und 16B aufgezeichneten Signale laufen dann durch einen nichtgezeigten Digital-/Analog wandler, werden dann gleichzeitig ausgelesen und ein Hellig keitssignal Y und zwei Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y wer den über eine Matrixschaltung 17 ausgegeben.

Die beiden Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y werden einem Farb kodierer 18 zugeführt. Andererseits liegt an dem Farbkodierer 18 das Helligkeitssignal Y über eine logarithmische Filterscha ltung 21 an, die die Bildsignalkorrekturschaltung des ersten Ausführungsbeispiels bildet. Ein Farbbild-Videosignal eines NTSC-Systems wird von diesem Farbkodierer 18 abgegeben. Dieses Farbvideosignal kann dann auf einem nichtgezeigten Farbbild schirm dargestellt werden.

Die logarithmische Filterschaltung 21 setzt sich aus einem logarithmischen Verstärker 22 zum logarithmischen Komprimieren des Eingangshelligkeitssignals Y, einem zweidimensionalen Fil ter 23 mit Hochpaß-Charakteristik zum Unterdrücken des unteren Frequenzbandbereichs und Durchlassen des oberen Frequenzbandbe reichs bezüglich des logarithmisch komprimierten Helligkeits signals und einem Exponentialverstärker 24 (oder delogarith mischen Verstärker) zusammen, der aus der durch das zweidi mensionale Filter 23 gelaufenen Signal ein Ausgangssignal mit Exponentialcharakteristik macht.

Die vorstehend beschriebene logarithmische Filterschaltung 21 arbeitet wie folgt:

Wird abhängig vom Abstand, bzw. der Abstandsdifferenz des Beleuch tungslichtausgangs von einem mit Koordinaten (x, y) darzustell enden Objekt eine ungleichmäßige Beleuchtung erzeugt, dann wird die Beleuchtungsungleichmäßigkeits-Intensitätsverteilung darge stellt durch F(x, y) und die entsprechende reflektierte Licht stärke ist G(x, y). Das optische Bild Y(x, y), das auf der Bildauf nahmefläche des Festkörper-Bildaufnahmeelements 4 gebildet wird, kann ausgedrückt werden durch Y(x, y)=F(x, y)×G(x, y).

Die Koordinaten des genannten optischen Bildes Y(x, y) werden in Zeitkoordinaten (x′, y′) auf dem dargestellten Bild des Moni tors umgewandelt, doch erfüllt die Helligkeitsverteilung des dargestellten Bildes im wesentlichen die vorgenannten Be ziehung.

Der Helligkeitsausgangswert log Y(x′, y′), der durch den loga rithmischen Verstärker 22 logarithmisch komprimiert ist, lautet log Y(x′, y′)=log F(x′, y′)+log G(x′, y′).

Da die Lichtstärkeverteilung der vorgenannten Beleuchtungsun gleichmäßigkeit gewöhnlich niederfrequent ist, kann der Term log F(x′, y′) der Beleuchtungsungleichmäßigkeit bei Hindurch senden des Signals durch das den hohen Frequenzbandbereich durchlassende zweidimensionale Filter 23 im wesentlichen eliminiert werden, so daß lediglich ein Signal entsprechend log G(x′, y′) abgegeben wird. Dieses Signal läuft durch den Expo nentialverstärker 24, so daß sich ein Helligkeitssignal er gibt, das dargestellt wird durch G(x′, y′). Das Farbvideosignal des NTSC-Systems, das von der Farbkodiererschaltung 18 abge geben wird, wird zu einem Signal, bei dem der Einfluß der Be leuchtungunregelmäßigkeit reduziert ist und bei dem ein entfern ter Bereich nicht so dunkel wird. Ein derartiges Bild ist für eine Diagnose gut geeignet.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 und folgende soll nun das erste Ausführungsbeispiel im einzelnen erläutert werden.

Die logarithmische Filterschaltung 21 besitzt einen Aufbau ge mäß Fig. 2.

Das Helligkeitssignal (Leuchtdichtesignal) Y von der Matrixschaltung 17 gemäß Fig. 1 wird einem ersten linearen Verstärker 31 zugeführt, der zu dem logarithmischen Verstärker 22 gehört, und auch einer ersten Gleichstromeinführungsschaltung 32 (dynamische Begrenzungsschal tung). Das beispielsweise um 2 dB durch den ersten linearen Ver stärker verstärkte Signal wird einem zweiten linearen Verstärker 33 und einer zweiten Gleichsstromeinführungsschaltung 34 zuge führt. Das nun beispielsweise um weitere 2 dB durch den zweiten Linearverstärker 33 verstärkte Signal wird einer dritten Gleichstromeinführungsschaltung 35 zugeführt. Die Signale, deren Gleichstrompegel durch die vorgenannten zugeordneten Gleich stromeinführungsschaltungen 34 und 35 verschoben wurden, wer den durch Begrenzer 36 und 37 auf einen Pegel unterhalb des Be grenzerpegels Li begrenzt. Die Ausgangssignale der Begrenzer schaltungen 36 und 37 und der Gleichstromeinführungsschaltung 32 werden im Addierer 38 addiert und es ergibt sich ein Ausgangs signal Y_log mit logarithmischer Charakteristik gegenüber dem Eingangssignal (vgl. Fig. 3).

In der Darstellung nach Fig. 3 ist der Ausgangskennlinienteil der Gleichstromeinführungsschaltung 32 mit 32a bezeichnet für das Signal, das durch die Gleichstromeinführungsschaltung 32 an den Addierer 38 angelegt wird. Nachdem die Signale entsprechend durch den ersten Linearverstärker 31 bzw. durch die Linearver stärker 31 und 33 gelaufen sind, ergeben sich die Ausgangskenn linienbereiche der Gleichstromeinführungsschaltungen 34 und 35 als 34a und 35a. Das Ausgangssignal der zweiten Gleichstromein führungsschaltung 34 ist in einem Bereich unterhalb des durch den oberen Begrenzerpegel Li beschnittenen Pegel und wird an den Addierer 38 angelegt. Das Eingangssignal auf der oberen Seite oberhalb des Begrenzerpegels Li wird an den Addierer nicht über die Linearverstärker 31 und 33 sondern nach Durchlauf durch die Gleichstromeinführungsschaltung 32 angelegt. Im Ausgangs signal der Gleichstromeinführungsschaltung 35 ist die Obergrenze begrenzt durch den genannten Begrenzerpegel Li. Ausgangssignale, die durch die Begrenzerschaltungen 36 und 37 gelaufen und durch den Addierer 38 addiert wurden, haben gegenüber dem Eingangs signal einen logarithmischen Verlauf.

In dem logarithmischen Verstärker 22 wird der logarithmische Verlauf durch die in Fig. 3 gezeigte gestrichelte Linie ange nähert. Wird die Anzahl der Linearverstärker und die Anzahl der dazugehörigen Gleichstromeinführungsschaltung und Begrenzer schaltungen erhöht, dann kann ein genauerer logarithmischer Verlauf erzielt werden.

Das durch den logarithmischen Verstärker 22 logarithmisch kom primierte Helligkeitssignal wird im nächsten Schritt in ein zweidimensionales Filter 23 eingegeben, das zwei beispiels weise CCD-Elemente verwendende Verzögerungsleitungen 41, 42 zum Verzögern der eingegebenen Signale um eine als 1H bezeich nete Horizontalperiode, Koeffizientenmultiplizierer 43, 44, 45 und 46 zum Multiplizieren der entsprechenden nichtverzögerten, 1H-verzögerten und 2H-verzögerten Signale, drei Addierer 47, 48 und 49 Stromquellenwandler 51, 52, 53, die in Reihe mit den entsprechenden Addierern 47, 48 und 49 geschaltet sind, einer Verzögerungsleitung 54 für zwei Bildelemente und einen Impe danzwandler 55.

Das zweidimensionale Filter 23 besitzt eine Filterkennlinie ge mäß der der untere Frequenzbandbereich verhältnismäßig stark unterdrückt und die Signalkomponente im höheren Frequenzbandbe reich hervorgehoben wird. Die grundsätzliche Arbeitsweise dieses zweidimensionalen Filters 23 soll nachstehend beschrie ben werden.

Zunächst soll nur eine Dimension nämlich die X-Richtung in dem Bild betrachtet werden. Eine derartige Filterung erfolgt wie in Fig. 4 erläuternd dargestellt.

Die Kennlinienfunktion G(f), die zum Filtern erforderlich ist, wird dargestellt durch das Produkt aus zwei Kennlinienfunktionen G 1(f) und G 2(f), das heißt es ist

(k-l · cos (πf/f_N)) · ((sin (πf/Z f_N) /(πf/2f_N))

wobei f die räumliche Frequenz, f_N eine Nyquistfrequenz, k und l Parameter sind, die eine variable Einstellung der Filterkurve ermöglichen und wobei G 2(f) ist, nämlich die sogenannte Denkfunktion ist.

In dem Koordinatensystem für die Filterkurve der genannten Kennlinienfunktionen G(f) ist die Impulsansprechfunktion h(x) (umgekehrte Fourierumwandlung) ein negativer Impuls mit einem Bildelementabstand D, einer Mittenimpulshöhe von 2k und Im pulshöhen von -l zu beiden Seiten, wie dies Fig. 5 zeigt. Der Bildelementabstand D=1/(2f_N).

Sobald die Faltung h(x) _* y(x) der Signalfunktion h(x) gemäß Fig. 5 und das Helligkeitssignal Y(x) bestimmt sind, kann die Filterung gemäß der Frequenzfaltungstheorie durchgeführt wer den, mit einer Kennlinie gemäß der ausgezogenen Kurve in Fig. 4.

Bei der Ausdehnung auf zwei Dimensionen erfolgt gemäß der Über lappungstheorie ein Überlappen in insgesamt 4 Richtungen, nämlich in Längsrichtung, seitlich und in zwei diagonalen Richtungen, so daß eine Koeffizientenverteilung gemäß Fig. 6 sich ergibt mit 8 k in der Mitte und -l darum herum; bei der konkreten Faltung dieser Koeffizientenverteilung und dem vorgegebenen Bildhelligkeits signal erfolgt bei Abgabe des Helligkeitssignals des Bildele mentes (x₂, y₂) die Ausgabe von Helligkeitssignalen der acht äußeren Bildelemente (x₁, y₁) bis (x₃, y₃) gleichzeitig und durch Multiplizieren mit einem vorbestimmten Koeffizienten er gibt sich eine Gesamtsumme. Es ist somit erforderlich, daß die Bildelemente (x₁, y₂) bis (x₃, y₃) zeitlich parallel vorhanden sind. So muß beispielsweise das Helligkeitssignal für das Bildelement (x₂, y₂) um (1H+1 Bildelement) verzögert werden. Die konkrete Schaltung zur Realisierung dieser Filterungen ist in Fig. 2 gezeigt und wird nun erläutert. Das Helligkeitssignal des Bildelementes (x₂, y₂) wird durch die CCD-Verzögerungslei tung um 1H verzögert, dann mit einem vorbestimmten Koeffizienten im Koeffizientenmultiplizierer multipliziert, es läuft dann durch den Addierer 48 und wird in den Stromquellenwandler 52 in ein Stromsignal verwandelt, das an einen Zwischenabgriff der konzentrierten Verzögerungsleitung 54 mit konstantem Wert für zwei Bildelemente angelegt und um ein Bildelement verzögert und dann in ein Spannungssignal durch die Eigenimpedanz dieser Verzögerungsleitung zurückverwandelt und ausgegeben wird. Dies bedeutet, daß das Helligkeitssignal des Bildelementes (x₂, y₂) mit einer Verzögerung von (1H+1 Bildelement) mit einem vorbe stimmten Koeffizienten multipliziert wird. Die Helligkeits signale der anderen Bildelemente werden ebenso mit einer vorbe stimmten Verzögerung und einem vorbestimmten Koeffizienten multi pliziert, durch die Addierer 47, 48 und 49 und die Verzögerungs leitung 54 für zwei Bildelemente zu einem elektrischen Strom addiert und als Gesamtsumme ausgegeben. Die Signale werden durch die Stromquellenwandler 51, 52 und 53 zu Stromsignalen deshalb umgewandelt und zu dem Strom durch die Verzögerungsleitung 54 addiert, weil eine derartige konkrete Schaltung (Fig. 7) sehr einfach ist. Die Stromsignalumwandlung und Stromaddition mittels der Koeffizientenmultiplizierer 43, 44, 45 und 46, der Addierer 47, 48 und 49 und der Stromquellenwandler 51, 52 und 53 ge mäß Fig. 2 können durch nur drei Transistoren Tr 1, Tr 2 und Tr 3 realisiert werden und es kann nur eine einzige Verzögerungs leitung 54 Verwendung finden.

Gemäß Fig. 7 ist der erste Transistor Tr 1 an seiner Basis ge erdet, während an seinem Emitter ein Vorspannungseinstellstrom widerstand r 1, der mit negativer Spannung -V verbunden ist, an geschlossen ist und Helligkeitssignale entsprechend den Punkten (x₁, y₃), (x₂, y₃) und (x₃, y₃) gemäß Fig. 3 über Kopplungkon densatoren C und Widerstände R 1 aufgeprägt sind. Diese ent sprechenden aufgeprägten Helligkeitssignale werden zu dem elektrischen Strom addiert. Der Kollektor des ersten Transistors Tr 1 ist mit dem positiven Pol +V der Stromquelle über einen Koordinierwiderstand Ro und mit einer Verzögerungsleitung DL 1 von einer Verzögerung 2H verbunden, die einen Zwischenabgriff besitzt.

Bezüglich der Eingangsimpedanz der durch die Kondensatoren C und Widerstände R 1 angelegten entsprechenden Helligkeitssignale von im wesentlichen R 1 wird die Verzögerungsleitung DL 1 auf eine Impedanz (= Ro) eingestellt, die gleich dem Koordinier widerstand Ro ist, so daß die Signale an die Verzögerungs leitung DL 1 ohne Reflexion angelegt werden können. Die Ein gangsimpedanz R 1 und die Ausgangsimpedanz Ro/2 wird so ein gestellt, daß (Ro/2)/R 1=l, so daß das Ausgangssignal -l-mal dem vorbestimmten Koeffizienten sein kann.

An der Basis des zweiten Transistors Tr 2 ist über den Konden sator C ein Helligkeitssignal entsprechend (x₂, y₂) aufge prägt, wobei die Basis über einen Vorspannungseinstellwider stand r 2 geerdet ist. Der Kollektor des Transistors Tr 2 ist mit dem Zwischenabgriff der Verzögerungsleitung DL₁ verbunden, während der Emitter über einen Widerstand r 1 am negativen Pol der Stromquelle liegt und über Kondensatoren C und Widerstände R 1 Helligkeitssignale (x₁, y₂) und (x₃, y₂) aufgeprägt erhält, wobei der Emitter über einen Koeffizienteneinstellwiderstand R 2 und einen Gleichstromblockierkondensator 2 geerdet ist. Der Wert dieses Widerstandes R 2 wird derart eingestellt, daß die zusammengesetzte Impedanz R an dem Emitteranschluß 8K=(Ro/2)/R ist, verglichen mit der Kollektorimpedanz Ro/2.

Der dritte Transistor Tr 3 ist wie der erste Transistor Tr 1 ge schaltet und der Ausgang befindet sich an seinem Kollektor.

Werden bei dem zweidimensionalen Filter 23 gemäß Fig. 2 die Werte der Koeffizientenmultiplizierer 43, 44 und 46 variabel ge macht, dann kann auch der Wert von l in der Filterkurve variabel gemacht werden. Bei variablem Wert des Koeffizientenmultipli zierers 45 kann auch der Wert k variabel sein. Wenn beispiels weise der Wert von l gemäß der Kurve in Fig. 8a variieren soll, dann ergibt sich ein Bandpaßfilter, bei dem die niederfrequente Komponente entsprechend der Beleuchtungsungleichsmäßigkeit unterdrückt werden kann. Bei einer Kurve gemäß Fig. 8b wird die hochfrequente Komponente gegenüber dem unteren Frequenzband her vorgehoben und die Umrisse und die Struktur werden ebenfalls hervorgehoben. In Fig. 8 ist die Amplitude normiert darge stellt.

Ein in einem derartigen zweidimensionalen Filter 23 richtig gefiltertes Helligkeitssignal wird direkt an ein Dämpfungs glied 61 von beispielsweise - 2 α dB und über eine Reihen schaltung aus einer Gleichstromeinführungsschaltung 62 und einer Begrenzungsschaltung 63 zum Begrenzen des Signals unter einen vorbestimmten Pegel an ein Dämpfungsglied 64 von bei spielsweise - α dB angelegt. Das durch die Begrenzungsschal tung 63 abgeschnittene Helligkeitssignal läuft durch eine Gleichstromeinführungsschaltung und eine in Reihe geschaltete Begrenzungsschaltung 66, wird mittels eines Addierers 67 zu den Signalen addiert, die entsprechend durch die vorgenannten Dämpfungsglieder 61 und 64 gelaufen sind und wird ausgegeben. Das an den Exponentialverstärker 24 angelegte Signal wird in ein Ausgangssignal mit exponentiellem Verlauf gemäß der An näherung entsprechend der gestrichelten Linie in Fig. 9 umge wandelt.

Dies bedeutet, daß das dem Exponentialverstärker 24 zugeführte Signal durch das Dämpfungsglied 61 um -2 α dB gedämpft wird, die Wellenform A₁ gemäß Fig. 9 annimmt und dem Addierer 67 zu geführt wird. Andererseits läuft das im Pegel durch die Gleich stromeinführungsschaltung 62 verschobene und auf den Pegel CL 1 durch die Begrenzungsschaltung 33 beschnittene Signal durch das Dämpfungsglied 64, nimmt die Kurve gemäß A₂ in Fig. 9 an und wird dem Addierer 67 zugeführt. Das durch die Begrenzungsschal tung 63 beschnittene Signal wird im Pegel durch die Gleich stromeinführungsschaltung 65 in gleichen Weise verschoben, auf den Pegel CL 2 durch die Begrenzungsschaltung 86 beschnitten, nimmt die Form gemäß C₁ in Fig. 9 an und wird dem Addierer 67 zugeführt. Die Signale A₁, A₂ und C₁ werden mittels des Addierers 67 addiert und in eine Exponentialform umgewandelt, wie sie aus Fig. 9 hervorgeht.

Wird die Anzahl der Begrenzungsschaltungen und der zugehörigen Dämpfungsglieder erhöht, dann wird die Exponentialfunktion des Verstärkers 24 noch genauer angenähert.

Fig. 10 zeigt ein zweidimensionales Filter der zweiten Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Bildsignalkorrekturschaltung.

Das bei diesem Filter 71 an einen Eingang 70 angelegte Eingangs signal wird drei Addierern, nämlich einem ersten, zweiten und dritten Addierer 72, 73 und 74 direkt und dem ersten und dritten Addierer 72 und 74 über eine 1H-Verzögerungsleitung 75 zuge führt. Das Ausgangssignal der 1H-Verzögerungsleitung 75 wird an einen Multiplizierer 77 über eine konzentrierte Verzögerungslei tung 76 mit konstantem Wert für ein Bildelement zugeführt, wird dann mit einem Koeffizienten k multipliziert, einem Subtrahierer 78 zugeführt und andererseits an die drei Addierer 72, 73 und 74 über eine 1H-Verzögerungschaltung 79 angelegt. Die von den entsprechenden Addierern 72, 73 und 74 abgegebenen Signale laufen durch entsprechende Stromquellenwandler 81, 82 und 83 und werden dem Eingang, einem Zwischenabgriff bzw. dem Ausgang einer Verzögerungsleitung 84 für eine Verzögerung um zwei Bild elemente zugeführt. Das Ausgangssignal dieser Verzögerungs leitung 84 wird an einen Multiplizierer 85 zur Multiplikation mit einem Koeffizienten l angelegt, dann dem Subtrahierer 78 zuge führt, dort von dem Ausgangssignal des Multiplizierers 77 sub trahiert und erscheint dann am Ausgang 86.

Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel können die Werte der Parameter k und l des Filters von Hand über die Multiplizierer 77 und 85 eingestellt werden, so daß sie variabel sind und die Filterkurve frei eingestellt werden kann.

Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines elektronischen Endoskops mit einem von dem Endoskop gemäß Fig. 1 abweichendem Aufbau.

Bei diesem elektronischen Endoskop 91 ist die logarithmische Filterschaltung 21 zwischen dem Vorverstärker 14 und dem Multi plexer 15 eingefügt.

Die Arbeitsweise der logarithmischen Filterschaltung 21 dieses elektronischen Endoskops 91 ist die gleiche wie die bei dem Aus führungsbeispiel gemäß Fig. 1.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Anzeige der Werte der Para meter k und l, die die Filterkurve in der logarithmischen Filter schaltung 21 definieren, auf dem Bildschirm bei der Diagnose be rücksichtigt werden kann. So sind beispielsweise dann die Werte von k und l bekannt, bei denen das Bild nur geringfügig durch ungleichmäßige Beleuchtung beeinträchtig wird und das einfach zu dia gnostizieren ist. Auch ergibt sich daraus der Grad der Hervorhebung des oberen Frequenzbandbereiches zur deutlicheren Konturdar stellung.

Es sei ferner darauf hingewiesen, daß das zweidimensionale Filter 23 in der vorstehend beschriebenen logarithmischen Filterschal tung 21 nicht auf die erläuterte Ausführungform beschränkt ist.

Beispielsweise kann durch einen Differenziervorgang der obere Fre quenzbandbereich zur Konturverdeutlichung angehoben werden. Wenn dann gleichzeitig die Filterkurve zur Unterdrückung des unteren Frequenzbandbereichs verwendet wird, kann durch die Fil terung verhindert werden, daß der Belichtungsspielraum durch unregelmäßige Beleuchtung oder dergleichen reduziert wird.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die Be leuchtung und Bildaufnahme mit einem sequentiellen Farbteil bildsystem durchgeführt. Auch darauf ist die Erfindung nicht beschränkt; es kann auch ein Farbbildaufnahmesystem unter Ver wendung eines Festkörper-Bildaufnahmeelementes für Farbvideo bilder unter Weißlichtbeleuchtung aufgebaut werden. Die Er findung ist auch nicht nur auf Farbbildsignale anwendbar, sondern auch auf einfarbige Bildsignale; auch besteht keine Beschrän kung auf die Verwendung in elektronischen Endoskopen.

Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf eine analog arbeitende Filterung beschränkt ist, son dern daß auch Digitalschaltungen dafür verwendet werden können, allerdings mit dem Nachteil, daß Quantisierungsfehler auftreten können und die Schaltung komplex wird, da nichtlineare Verarbeitung verlangt wird.

Wie zuvor beschrieben, wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel in dem zweidimensionalen Filter der untere Frequenzbandbereich unterdrückt und der obere Frequenzbandbereich wird bei der Filte rung in dem logarithmisch komprimierten Bildsignal relativ ange hoben. Das durch das zweidimensionale Filter gelaufene Bild signal wird dann in das Orginalbildsignal über die Wandlervor richtung mit Exponentialfunktion zurückgewandelt, so daß der Belichtungsspielraum durch unregelmäßige Beleuchtung nicht reduziert wird und sich ein klares Bild unter Hervorheben der Struktur ergibt. Das deutliche Bild ist auch in dem entfernten Bereich nicht zu dunkel und kann gut diagnostiziert werden.

Anhand der Fig. 12 und folgende soll nun das zweite Ausführungs beispiel erläutert werden, das sich von dem ersten Ausführungs beispiel nach Fig. 1 lediglich im Aufbau der logarithmischen Filterschaltung 21 unterscheidet. Die logarithmische Filter schaltung 21 weist auf: einen logarithmischen Verstärker 22 zum logarithmischen Komprimieren eines Helligkeitssignals Y, ein zweidimensionales Filter 23 mit Bandpaßfiltercharakteristik zum entsprechenden Unterdrücken des unteren Frequenzbandbereiches und Hervorheben des oberen Frequenzbandbereiches dieses loga rithmisch komprimierten Helligkeitssignals Y, eine Filter kurvenänderungsschaltung 25, der das Signal vom zweidimen sionalen Filter 23 zugeführt wird und die zur Änderung der Filterkennlinie dient, und einen Exponentialverstärker 24, in dem das Ausgangssignal der Filterkurvenänderungsschaltung einer Exponentialfunktion unterworfen und ausgegeben wird.

Wie im Falle der Fig. 1 stellt sich das im logarithmischen Ver stärker 22 logarithmisch komprimierte Helligkeitsausgangs signal log Y(x′, y′) dar als log Y(x′, y′)=log F(x′, y′)+log G(x′, y′). Da die Lichtstärkenverteilung bei unregelmäßiger Be leuchtung gewöhnlich niederfrequent ist, kann der Term log F(x′, y′) der Beleuchtungsungleichsmäßigkeit auf Grund der Durchlaßeigenschaft des zweidimensionalen Filters 23 für den oberen Frequenzbandbereich wesentlich unterdrückt werden und es wird nur das Helligkeitssignal dargestellt durch log G(x′, y′) ausgegeben. Dieses Signal läuft durch die Filterkurvenände rungschaltung 23 im nächsten Schritt, wobei die Verstärkung für den unteren Frequenzbandbereich und die Verstärkung für den oberen Frequenzbandbereich entsprechend unabhängig und veränder bar eingestellt werden können. Wird hierbei in der Filterkurven änderungsschaltung 25 die Verstärkung für den unteren Frequenz bandbereich unterdrückt, dann kann der Einfluß der Beleuchtungs ungleichmäßigkeit im unteren Frequenzbandbereich eliminiert oder reduziert werden. Wird der obere Frequenzbandbereich hervorge hoben, dann erfolgt eine entsprechende Hervorhebung der Kon turen und der Struktur ausgedrückt durch den oberen Frequenzband bereich. Eine Störsignal- oder Rauschunterdrückungsschaltung 26 und eine γ-Korrekturschaltung 27 (vgl. Fig. 13) sind Teil der Filterkurvenänderungsschaltung 25, so daß Störsignale bzw. Rau schen bei einem niedrigen Nutzsignal-/Störsignalverhältnis und insbesondere durch die Erhöhung des oberen Frequenzbandes ver stärktes Rauschen unterdrückt werden können und die Bildbetrach tung nicht beeinträchtigen. Das durch diese Filterkurvenände rungsschaltung 25 gefilterte Signal wird dann im Exponential verstärker 26 exponentiel zurückgewandelt in die ursprüngliche Signalform.

Bei der logarithmischen Filterschaltung 21 erfolgt somit eine relative Unterdrückung des unteren Frequenzbandbereiches und eine Anhebung des oberen Frequenzbandbereiches, wodurch Be leuchtungsungleichmäßigkeiten ausgeglichen und die Kontur und Struktur hervorgehoben werden. Zwangsläufig erfolgt dabei auch eine Verstärkung des Rauschens in dem hervorgehobenen Frequenz band, so daß Rauschen bzw. Störsignale von geringer Amplitude in einem ursprünglichen Signal mit geringer Amplitude als Rauschen unter Beeinträchtigung der Bildqualität auftreten würde und das Nutzsignal-/Störsignalverhältnis verschlechtern würde. Deshalb wird derjenige Bereich des Signales, der als Rauschen bzw. Störsignal mit kleiner Amplitude angesehen wird, beschnitten, so daß die Verstärkung bei kleiner Amplitude klein wird und das Rauschen bzw. Störsignal unterdrückt wird. Das Bild kann dann für eine Schirmbilddarstellung verarbeitet werden, die gut zu diagnostizieren ist.

Es soll nun der konkrete Aufbau der logarithmischen Filterschal tung 21 gemäß Fig. 13 erläutert werden.

Das im logarithmischen Verstärker 22 logarithmisch komprimierte Helligkeitssignal wird im nächsten Schritt dem zweidimensionalen Filter 23 zugeführt. Dieses besitzt Verzögerungsleitungen 101 und 102, die CCD-Verzögerungselemente verwenden und das Eingangs signal um 1H, das heißt um eine Horizontalperiode verzögern, drei Addierer 103, 104 und 105, die die entsprechenden nichtver zögerten, 1H-verzögerten und 2H-verzögerten Signale addieren, in Reihe mit den entsprechenden Addierern 103, 104 und 105 ge schaltete Stromquellenwandler 106, 107, 108, eine konzentrierte Verzögerungsleitung 109 mit konstanten Koeffizienten für eine Zweibildverzögerung, einen Koeffizientenmultiplizierer 110, der das Ausgangssignal dieser Verzögerungsleitung 109 mit einem Koeffi zienten, beispielsweise -1 multipliziert, eine Verzögerungs leitung 111, die das durch die 1H-Verzögerungsleitung gelaufene Signal um ein Bildelement verzögert, Koeffizientenmultiplizierer 112 und 113, die das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung 111 mit Koeffizienten beispielsweise -8 bzw. 8 multiplizieren und Addierer 114 und 115, die die Ausgangssignale des Koeffizienten multiplizierers 112 bzw. 113 und das Ausgangssignal des Koeffi multiplizierers 110 addieren.

Fig. 14 verdeutlicht, daß bei dem vorgenannten zweidimensionalen Filter 23 das Impulsverhalten bzw. -ansprechen FIR (endliches Impulsansprechen) gemäß Fig. 15 in vier Richtungen erfolgt nämlich horizontal, vertikal, unter einem Winkel von 45° und unter einem Winkel von 135° bezüglich der Signale S (x_i, y_i) ent sprechend den Bildelementpositionen (x_i, y_i) (wobei i=1, 2, 3). Bei diesem Impulsansprechen oder -verhalten gemäß Fig. 15 ergibt sich die Filterkurve gemäß Fig. 16 als

(1 - cos (πf/2f_n)/(πf/2f_n))

in dem räumlichen Frequenzband.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden das Pegelverschiebungssig nal und die bei a und b in Fig. 16 angegebenen Signale von dem zweidimensionalen Filter 23 abgegeben, um die Filterkurve variabel zu gestalten.

Das Impulsverhalten gemäß Fig. 15 zeigt einen negativen Impuls mit einer Impulsbreite entsprechend dem Bildelementabstand D und einer Impulshöhe, die in der Mitte 2 und auf beiden Seiten -1 ist. Der Bildelementabstand D=1/(2 f_N) wobei f_N eine Nyquist- Frequenz ist.

Das Impulsansprechen in Fig. 15 erfolgt in den entsprechenden Anordnungsrichtungen von vier Bildelementen, wobei das Hellig keitssignal in der horizontalen Richtung längs der Abtastlinie eingegeben wird. Wie in Fig. 13 gezeigt, werden deshalb die Verzögerungsleitung 101, 102 und 109 verwendet.

So wird beispielsweise das in der ersten horizontalen Zeile eingegebene Signal S₁ durch die Verzögerungsleitungen 101 und 102 um eine 2H-Periode verzögert, dabei mit dem um eine 1H- Periode durch die Verzögerungsleitung 101 verzögerten Signal S₂ der zweiten Horizontalzeile synchronisiert und weiter synchronisiert mit dem unverzögerten Signal S₃ der dritten Horizontalzeile.

Das Signal S₁ läuft durch die entsprechenden Addierer 103, 104 und 105 und die dazu in Reihe geschalteten Stromquellenwandler 106, 107 und 108, wird um zwei Bildelemente, um ein Bildelement bzw. nicht verzögert, so daß die Signale für (x₁, y₁), (x₂, y₂) und (x₃, y₁) längs der ersten Horizontalzeile addiert werden, worauf im Koeffizientenmultiplizierer 110 eine Multiplikation mit -1 erfolgt. In gleicher Weise läuft das in der Verzögerungs leitung 101 verzögerte Signal S₂ durch die entsprechenden Addierer 103 und 105 und die dazu in Reihe geschalteten Strom quellenwandler 106 und 108, wird weiter verzögert um zwei Bild elemente in der Verzögerungsleitung 109 bzw. nicht verzögert, wodurch die Signale für (x₁, y₁) und (x₃, y₂) addiert werden und das Ausgangssignal dem Koeffizientenmultiplizierer 110 zuge führt wird. Desgleichen läuft das Signal S₃ für die dritte Horizontalzeile durch die Addierer 103, 104 und 105, wodurch die Signale für (x₁, y₃), (x₂, y₃) und (x₃, y₃) adddiert werden und das Ergebnis dem Koeffizientenmultiplizierer 110 zugeführt wird. Dies bedeutet, daß alle Signale außer dem Bildelementpositions signal (x₂, y₂) in der Mitte (Fig. 14) mit -1 im Koeffizienten multiplizierer 110 multipliziert werden. Das Signal in der Bild elementposition (x₂, y₂) in der Mitte läuft durch die Verzöge rungsleitung 111 mit einer Verzögerung von einem Bildelement, wodurch es mit dem an den -1-Koeffizientenmultiplizierer 110 an gelegten Signal synchronisiert wird, wird dann den Koeffizienten multiplizierern 112 und 113 zugeführt und die Ausgangssignale dieser Koeffizientenmultiplizierer werden dem Addierer 114 bzw. 115 zugeführt und dort mit dem Ausgangssignal des -1-Koeffi zientenmultiplizierers 110 addiert.

Das Ausgangssignal vom Addierer 114 ist in Fig. 16 mit b, das Ausgangssignal des Addierers 115 mit a und das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung 111 mit c bezeichnet. Es zeigt sich dabei, daß wie aus den Filterkurven a und c in Fig. 16 er sichtlich, die Verstärkung im unteren Frequenzbandbereich niedrig und die Durchlaßverstärkung im oberen Frequenzbandbe reich groß ist, so daß Beleuchtungsungleichmäßigkeiten ent sprechend dem unter Frequenzbandbereich unterdrückt werden.

Das Ausgangssignal des Addierers 114 wird über den die Filter kurvenänderungsschaltung 25 bildenden Multiplizierer 116 dem Addierer 114 zugeführt und zu dem durch die Verzögerungslei tung 111 gelaufenen Helligkeitssignal addiert.

Im Multiplizierer 116 kann mittels des veränderbaren Wider stands 118 die Amplitude der Kurve b in Fig. 16 gemäß dem Multiplikationskoeffizienten C₁ variabel eingestellt werden. Da der Koeffizient C₁ variabel ist, kann die Amplitude für den oberen Frequenzbandbereich unabhängig vom unteren Frequenz bandbereich variabel eingestellt werden; damit wird auch die Kontur- und Strukturhervorhebung im oberen Frequenzbandbereich variabel.

Das Ausgangssignal des Addierers 117 wird in der γ-Korrektur schaltung 27 einer γ-Korrektur unterworfen und im Addierer 119 zum Ausgangssignal der Störsignalunterdrückungsschaltung 26 addiert.

Diese Störsignalunterdrückungsschaltung 26 besitzt einen Zwei fachverstärker 120 zur Zweifachverstärkung des Ausgangssignals des Addierers 115, eine Begrenzerschaltung 121 zum Begrenzen des Ausgangssignals dieses Verstärkers 120 auf den Wert L, der als Störsignalpegel angesehen wird und einen Subtrahierer 122, der das Ausgangssignal dieser Begrenzerschaltung 121 von dem Ausgangssignal des Addierers 115 subtrahiert.

In Fig. 17 ist der der Störsignalunterdrückungsschaltung 26 zu geführte Signalteil durch die gestrichelte Linie a und der vom Zweifachverstärker 120 verstärkte und in der Begrenzerschaltung 121 begrenzte Signalteil durch die strichpunktierte Linie l an gegeben. Nach Subtraktion dieses begrenzten Signalanteils er gibt sich ein Signalverlauf gemäß der durchgezogenen Linie a′ in Fig. 17 mit entsprechender Unterdrückung der Störsignale. Die Störsignalunterdrückung ergibt sich im der Störung ent sprechenden Frequenzband mit der Linie n aus der durchgezogenen Linie a′ mit einem Gradienten von -1. Somit wird das Signal in dem Störfrequenzband bei Addition durch den Addierer 119 aus gelöscht oder ausreichend unterdrückt.

Das Ausgangssignal der Störsignalunterdrückungsschaltung 26 läuft durch einen Multiplizierer 124 zur Multiplikation mit einem Koeffizienten C₂, der über einen variablen Widerstand 123 veränderbar ist und wird dann im Addierer 119 zu dem Ausgangs signal der γ-Korrekturschaltung 27 addiert. Das Ausgangs signal des Addierers 119 ist in Fig. 18 durch die ausgezogene Linie b veranschaulicht.

Im einzelnen bedeutet dies, daß das durch den Addierer 114 und den Multiplizierer 116 gelaufene Signal b′ und das durch den Addierer 115, die Störsignalunterdrückungsschaltung 26 und den Multiplizierer 124 gelaufene Signal a′ zu einer Filterkurve addiert wird, die durch die ausgezogene Linie d in Fig. 18 dar gestellt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß auf Grund der Addition des durch die Verzögerungsleitung 111 gelaufenen Signals der Pegel um den Amplitudenwert 1 verschoben wird.

In Fig. 18 kann der Höhenabstand C₁ vom Amplitudenwert 1 des Signalscheitels, in dem die Nyquistfrequenz f_N ein Maximum hat, mittels des Multiplizierers 118 eingestellt werden. Der unter drückte Anteil C₂ gemessen vom Amplitudenwert 1 bei der Fre quenz 0 kann mittels des Multiplizierers 124 variabel einge stellt werden.

Somit kann durch Ändern des Wertes von C₁ die Hervorhebung im oberen Frequenzbandbereich, das heißt der Grad der Hervorhebung der Konturen und Strukturen variabel eingestellt werden. Anderer seits kann durch Ändern des Wertes C₂ der Unterdrückungsgrad im unteren Frequenzbandbereich variabel eingestellt werden, was be deutet, daß Konturen oder dergleichen, die auf Grund der Beleuch tungsungleichmäßigkeit so dunkel sind, daß sie nicht sichtbar sind, aufgehellt werden können und daß die Verstärkung des auf Grund der Beleuchtungsungleichmäßigkeit zu hellen Bereichs re duziert wird, was den Einfluß der Beleuchtungsungleichmäßigkeit beseitigt oder verringert.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei Hervorhebung des oberen Fre quenzbandbereichs auch der Störsignalpegel in dem oberen Fre quenzbandbereich derart hoch wird, daß insbesondere bei einem Signal mit kleiner Amplitude die Bilddarstellung beeinträchtigt wird. Deshalb werden derartige Störsignale mit der Störsignal unterdrückungsschaltung 26 eliminiert oder unterdrückt.

Das im oberen Frequenzbandbereich hervorgehobene im Addierer 117 addierte Signal wird in der γ-Korrekturschaltung 21 einer γ-Korrektur unterworfen, bevor das andere hervorgehobene Signal im Addierer 119 addiert wird. Aus der menschlichen Seh charakteristik heißt dies, daß "in einem Signal von niedriger Helligkeit das Rauschen auffallend oder sichtbar ist, daß aber bei dem Signal mit hoher Helligkeit das Rauschen unauffällig ist, auch wenn es sich mit gleicher Amplitude überlagert". Demnach wird aus einem Videobildsignal vor einer γ-Korrektur ein her vorgehobenes Signal gebildet, durch die γ-Korrekturschaltung 27 geleitet und dann addiert. Dies bedeutet, daß das Signal einer γ-Korrektur unterworfen wird, bevor es durch den Exponen tialverstärker 24 wieder in seine normale lineare Eingangs-/Aus gangscharakteristik zurückgewandelt wird, so daß das hervorge hobene Signal auf dem Bildschirm nach Durchlaufen des Expo nentialverstärkers 24 eine umgekehrte γ-Charakteristik auf weisen kann. Somit wird die Verstärkung für kleine Amplituden des Helligkeitssignals unterdrückt, so daß das Rauschen in einem Signal mit kleinem Nutz-/Störsignalverhältnis unauffällig wird.

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann der Ver stärkungsfaktor für den oberen Frequenzbandbereich mittels des Wertes von C₁ durch den veränderbaren Widerstand 118 veränder bar gemacht werden, während der Grad der Unterdrückung für den unteren Frequenzbandbereich unabhängig davon von Hand durch Ändern des Wertes von C₂ mittels des veränderbaren Widerstandes 123 veränderbar ist, so daß einerseits die Konturen und Struk turen des Bildes hervorgehoben werden und andererseits eine Be leuchtungsungleichmäßigkeit wirksam eliminiert wird. Da das Helligkeitssignal zwischen dem logarithmischen Verstärker 22 und dem Exponentialverstärker 24 einer γ-Korrektur unter worfen wird, kann letztere und die Reduzierung von unangenehmem Rauschen gleichzeitig erfolgen.

Auch werden durch die Störsignalunterdrückungsschaltung 26 die Konturen und Strukturen hervorgehoben und gleichzeitig das Rauschen unterdrückt.

Es sei darauf hingewiesen, daß zwar bei dem vorhergehenden Aus führungsbeispiel das Bild unter Impulsansprechen in vier Rich tungen verarbeitet wird, daß jedoch die Erfindung darauf nicht beschränkt ist. Wie beispielsweise aus Fig. 19 hervorgeht, kann bei einem Ansprechen gemäß Fig. 15 die Verarbeitung auch in zwei horizontalen und vertikalen Richtungen erfolgen. In diesem Falle wird das zweidimensionale Filter gemäß Fig. 13 in seinem Aufbau vereinfacht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die zweidimensionale Filterkurve auch durch Filtern mit einem Differenzierungsvor gang oder dergleichen erfolgen.

Die vorliegende Erfindung ist außerdem anwendbar auf ein Farb bildsignal und sein Helligkeitssignal und natürlich auch auf ein monochromatisches Bildsignal.

Die vorliegende Erfindung kann auch in der gleichen Weise auf ein Helligkeitssignal angewandt werden, das nicht im Zusammen hang mit einer Endoskopbeleuchtung und Abbildung in sequentiellen Farbteilbildern in Zusammenhang steht, sondern auch bei einer Farbbildaufnahmeeinrichtung, die mit weißem Licht beleuchtet wird und die ein Festkörper-Bildaufnahmeelement verwendet, das ein mosaikartiges Farbfilter auf seiner Vorderfläche besitzt.

Ferner kann die vorliegende Erfindung in großem Umfang nicht nur für ein Endoskop Verwendung finden, sondern auch im Zu sammenhang mit der Darstellung von Bildsignalen auf einem Farb oder monochromatischen Bildschirm allgemein.

Wie zuvor im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben, wird die Verstärkung für den oberen Frequenzband bereich und die Verstärkung für den unteren Frequenzbandbereich unabhängig voneinander verändert, so daß einerseits die Beleuch leuchtungsungleichmäßigkeit im unteren Frequenzbandbereich be seitigt und andererseits die Struktur und Kontur im oberen Fre quenzbandbereich hervorgehoben wird, so daß sich ein Bild er gibt, welches gut zu diagnostizieren ist.

Claims

1. Bildsignalkorrekturschaltung, insbesondere für ein elektronisches Endoskop, bei dem ein Bildsignal, das durch fotoelektrisches Umwandeln eines optischen Bildes eines Gegenstandes mittels eines Festkörper-Bildaufnahmeelements gewonnen wurde, für eine Darstellung auf einem Bildschirm verarbeitet wird, mit

- einer logarithmischen Kompressionsvorrichtung (22) zum logarithmischen Komprimieren eines Bildsignals, und
- einer zweidimensionalen Filtervorrichtung (23) mit einer Kennlinie, gemäß der der untere Frequenzbandbereich des logarithmisch komprimierten Signals unterdrückt und relativ dazu der obere Frequenzbandbereich hervorgehoben wird,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die zweidimensionale Filtervorrichtung (23) eine Filterkurven-Änderungsschaltung (25) aufweist, mit der die Verstärkung für den oberen Frequenzbandbereich und diejenige für den unteren Frequenzbandbereich unabhängig voneinander variabel einstellbar sind, und
- daß eine Exponentialumwandlungsvorrichtung (24) vorgesehen ist, die das durch die zweidimensionale Filtervorrichtung (23) gelaufene Signal in ein Signal mit Exponentialcharakter umwandelt.

2. Bildsignalkorrekturschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweidimensionale Filtervorrichtung (23) eine Verzögerungseinrichtung mit zwei 1H-Verzögerungsleitungen (41, 42) zum Verzögern des logarithmisch komprimierten Bildsignals um eine 1H-Periode, eine Koeffizientenmultiplikationsvorrichtung (43 bis 46) zum Multiplizieren der unverzögerten, 1H-verzögerten und 2H-verzögerten Signale von den Verzögerungsvorrichtungen (41, 42,) mit einem Koeffizienten, eine Addiervorrichtung aus drei Addierern (47 bis 49) zum Addieren der durch die Ko effizientenmultiplizierer (43 bis 46) gelaufenen Bildsignale, eine Stromumwandlungsvorrichtung (51 bis 53) zum Umwandeln der drei Signale am Ausgang der Addierer (47 bis 49) in Stromsignale, eine Stromaddiervorrichtung (54) bestehend aus einer Verzögerungsleitung für zwei Bildelemente zum Addieren der Stromsignale von den Stromumwandlungsvorrich tungen (51 bis 53) und eine Impedanzumwandlungsvorrichtung (55) zur Ausgabe der Stromadditionssignale umfaßt.

3. Bildsignalkorrekturschaltung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die zweidimensionale Filtervor richtung (71) eine erste Verzögerungsvorrichtung aus zwei 1H-Verzögerungsleitungen (75, 79) zum Verzögern des loga rithmisch komprimierten Bildsignals um eine 1H-Periode, eine Additionsvorrichtung (72, 73, 74) zum Addieren der ent sprechenden unverzögerten, 1H-verzögerten und 2H-verzögerten Signale von der ersten Verzögerungsvorrichtung, eine zweite Verzögerungsvorrichtung (76) zum Verzögern des 1H-verzöger ten Signals von der ersten Verzögerungsvorrichtung um ein Bildelement, eine erste Koeffizientenmultipliziervorrichtung (77) zum Multiplizieren des Signals von der zweiten Verzögerungs vorrichtung (76) mit einem Koeffizienten, eine Stromumwand lungsvorrichtung zum Addieren der durch die Additionsvor richtung (72, 73, 74) gelaufenen Signale, eine Stromadditions vorrichtung bestehend aus einer Verzögerungsleitung (84) für zwei Bildelemente für die Signale von der Stromum wandlungsvorrichtung, eine zweite Koeffizientenmultiplik tionsvorrichtung (85) zum Multiplizieren der stromaddierten Signale mit einem Koeffizienten und eine Subtraktionsvor richtung (78) zum Subtrahieren des Signals von der zweiten Koeffizientenmultiplikationsvorrichtung (85) von dem Signal von der ersten Multiplikationsvorrichtung (77).

4. Signalkorrekturschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkurvenänderungsvor richtung (25) aufweist eine erste Vorrichtung (116, 117, 118) mit variabler Signalverstärkung für den oberen Frequenz bandbereich, eine γ-Korrekturvorrichtung (27) zur γ-Korrektur des Signals von der ersten Vorrichtung (116, 117, 118) mit variabler Verstärkung, eine zweite Vorrichtung mit variabler Verstärkung für den unteren Frequenzbandbe reich, eine Störsignalunterdrückungsvorrichtung (26), die der zweiten Vorrichtung (123, 124) mit variabler Verstär kung vorgeschaltet ist, und eine Addiervorrichtung (119) zur Addition des Signals von der γ-Korrekturvorrichtung (27) und des Signals von der zweiten Vorrichtung (123, 124) mit variabler Verstärkung.

5. Bildsignalkorrekturschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildsignalkorrek turvorrichtung (21) in den Weg des Helligkeitssignals in einem elektronischen Endoskop eingefügt ist.