JP2001157665A - デジタルの映像信号を出力する電子内視鏡装置のプロセッサ - Google Patents

デジタルの映像信号を出力する電子内視鏡装置のプロセッサ

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JP2001157665A
JP2001157665A JP2000274329A JP2000274329A JP2001157665A JP 2001157665 A JP2001157665 A JP 2001157665A JP 2000274329 A JP2000274329 A JP 2000274329A JP 2000274329 A JP2000274329 A JP 2000274329A JP 2001157665 A JP2001157665 A JP 2001157665A
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Akihiro Takahashi
昭博 高橋
Kohei Iketani
浩平 池谷
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Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被写体像に応じた画像信号を、コンピュータ
におけるデジタル信号処理に対応するデジタル出力信号
に変換して出力する。 【解決手段】 プロセッサ内のビデオプロセス回路13
に、デジタルフレームメモリ31R、31G、31B
と、マトリクス回路35、マルチプレクサ36を設け、
さらに、タイミング回路12内に出力用クロック信号発
生器23を設ける。R、G、Bに応じたデジタル画像信
号をデジタルフレームメモリ31R、31G、31Bか
ら読み出し、マトリクス回路35においてデジタルの輝
度信号Yおよび色差信号Cb、Crに変換し、さらに、
マルチプレクサ36において、1系統に多重化されたデ
ジタル出力信号に変換する。これらデジタル信号処理の
処理タイミングを、正方画素周波数fs に対応させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子スコープによ
り体腔内画像を撮像することで生成される画像信号を処
理してモニタなどへ映像信号(ビデオ信号)を出力する
電子内視鏡装置に関し、特に、デジタル信号を出力可能
とする電子内視鏡装置の画像信号処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電子スコープから出力される被写
体像に応じたアナログの画像信号に基づいてデジタルの
映像信号(ビデオ信号)を生成し、デジタル信号対応の
周辺機器へデジタル信号を出力する電子内視鏡装置が知
られている。デジタル化された信号を外部へ伝送するこ
とにより、伝送中に信号の劣化が生じず、遠距離に設置
されたモニタに対しても、高画質の画像を表示すること
ができる。
【0003】デジタル映像信号の伝送方式に関しては、
デジタルTV放送における規格が定められており、この
デジタルTV規格に従ってデジタルの映像信号がプロセ
ッサにおいて生成され、出力される。プロセッサにデジ
タルTV規格対応のモニタを接続すれば、高画質の観察
部位画像をモニタ上に映し出すことができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年では、画像
データの記録やファイリング処理のためコンピュータシ
ステムが活用されており、プロセッサにはコンピュータ
が接続される。ところで、画像を構成する画素の形は、
テレビジョン(ビデオカメラ)では縦長の形をしている
が、コンピュータでは正方の形をしている。この正方形
の画素を正方画素(スクエアピクセル)という。画像表
示のアスペクト比がコンピュータ、テレビジョンともに
3:4であることから、水平方向1ライン当たりの画素
数(有効サンプル数)は、テレビジョンとコンピュータ
とで異なる。すなわち、1ライン当たりの画素数は、コ
ンピュータ画像の方が少ない。
【0005】水平方向1ライン当たりの画素数(有効サ
ンプル数)が異なることから、コンピュータにおけるデ
ジタル処理は、デジタルTV規格に従った処理と異な
る。そのため、デジタルTV規格に応じたデジタル信号
をコンピュータへ出力し、コンピュータにおいてデジタ
ル信号を処理する場合、デジタル処理時に画質の劣化が
生じ、画質の低下した画像がモニタに表示されてしま
う。
【0006】そこで本発明では、正方画素により画像が
構成されるコンピュータなどに対し、復元される画像に
画質劣化が生じないデジタル信号を出力することができ
る電子内視鏡装置を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の電子内視鏡装置
のプロセッサは、被写体像が形成される撮像素子を有す
るスコープが着脱自在に接続されるとともに、撮像素子
から読み出される被写体像に応じた画像信号を処理して
外部へ出力するプロセッサであって、入力される画像信
号を、デジタル信号処理により映像信号であるデジタル
出力信号に変換して外部へ出力する信号処理手段と、信
号処理手段におけるデジタル信号処理の処理タイミング
を、標本化周波数に対応させる処理タイミング調整手段
とを備える。そして、標本化周波数が、正方画素(スク
エアピクセル)に応じた正方画素周波数に対応する。
【0008】デジタル処理における標本化周波数が1ラ
インの画素数に対応することからわかるように、コンピ
ュータや、その関連機器(コンピュータ用ディプレイな
ど)におけるデジタル信号処理の標本化周波数は、デジ
タルTV規格とは異なるコンピュータ用のビデオ信号規
格に従って定められる。本発明では、プロセッサ内の映
像信号(デジタル出力信号)生成、出力過程におけるデ
ジタル処理において、標本化周波数がコンピュータに応
じた正方画素の周波数、すなわちコンピュータのビデオ
規格に従っている。そのため、プロセッサにコンピュー
タが接続され、コンピュータ内で転送されたデジタル出
力信号のデジタル処理が実行されるとき、信号の劣化が
生じない。よって、コンピュータ用のディスプレイで被
写体像を表示する時において、画質が維持される。
【0009】好ましくは、標本化周波数は、、正方画素
周波数のn倍もしくは正方画素周波数の1/n倍に設定
されていることが望ましい。ただし、nは整数を表す。
【0010】信号処理手段に入力される画像信号は、例
えば、カラー撮像方式の一つである面順次方式に従って
処理され、赤色、緑色、青色に応じ、デジタル化された
デジタル画像信号が生成される。この場合、信号処理手
段は、デジタル画像信号をデジタルの輝度信号およびデ
ジタルの色差信号に変換する演算回路と、デジタルの輝
度信号および色差信号を1系統に多重化してデジタル出
力信号に変換するマルチプレクサとを有することが望ま
しい。このような信号処理手段の構成により、デジタル
画像信号が伝送可能なデジタル出力信号に変換される。
【0011】マルチプレクサは、デジタルの輝度信号の
標本化周波数とデジタルの色差信号の標本化周波数との
比が「4:2:2」と成るように、デジタルの輝度信号
および色差信号を1系統に多重化することが望ましい。
この場合、例えば、処理タイミング調整手段は、デジタ
ルフレームメモリおよび演算回路に対して、正方画素周
波数と同じクロック周波数でクロック信号を出力し、マ
ルチプレクサに対して、正方画素周波数の2倍のクロッ
ク周波数でクロック信号を出力する。
【0012】信号処理手段は、デジタル出力信号をシリ
アル伝送用信号に変換する出力信号変換手段を有するこ
とが望ましい。これにより、伝送用信号線の数が少なく
て済むシリアル伝送によってデジタル出力信号が送り出
される。
【0013】
【発明の実施の形態】以下では、図面を参照して実施形
態である電子内視鏡装置を説明する。
【0014】図1は、本実施形態である電子内視鏡装置
の電気回路を示したブロック図である。この電子内視鏡
装置は、胃など体腔内の映像を画面に表示する装置であ
り、様々なフォーマットの信号を外部の周辺機器へ出力
することが可能である。
【0015】電子内視鏡装置は、電子スコープ(スコー
プ)40やプロセッサ10などから構成されており、プ
ロセッサ10には、電子スコープ40とともにテレビモ
ニタ21などの周辺機器が接続されている。本実施形態
では、テレビジョン方式として、NTSC方式が適用さ
れ、また、カラー撮像方式として、面順次方式が適用さ
れている。
【0016】面順次方式のためプロセッサ10内に設け
られた回転フィルタ17は、円盤状に形成されており、
赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の各波長の光をそ
れぞれ透過する、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フ
ィルタ(図示せず)が、それぞれ扇状になって等間隔で
配置されている。ただし、各色のフィルタ間には、遮光
領域が設けられている。回転フィルタ17は、駆動モー
タ17Aにより駆動され、1フレームの走査時間に対応
するように所定の回転数(ここでは、30Hz)で回転す
る。
【0017】光源ランプ16から放射された光は、回転
フィルタ17および集光レンズ(図示せず)を介してL
CB(ライトガイドファイババンドル)18の入射面1
8Aに入射され、出射面18Bから出射する。このと
き、回転フィルタ17が回転することにより、R、G、
B各色の光が、順次体腔Sに照射する。体腔Sに照射し
た光が反射することで、R、G、B各色に応じた被写体
像(体腔Sの画像)が、対物レンズ(図示せず)を介し
て撮像素子41上に順次結像される。撮像素子41上で
は、光電変換により、各色に応じた被写体像の画像信号
が発生する。
【0018】回転フィルタ17の遮光領域により体腔S
に対して光が遮られている間、1フレーム分の画像信号
がCCDドライバ42により読み出される。CCDドラ
イバ42では、読み出された画像信号が増幅され、増幅
された画像信号がプロセッサ10に送られる。
【0019】プロセッサ10内のCCDプロセス回路1
1では、R、G、Bに応じた画像信号に対し、A/D変
換、ノイズ除去などの信号処理が施される。信号処理が
施されたデジタルの画像信号は、タイミング回路12へ
出力される。
【0020】タイミング回路12では、順次送られてく
るR、G、Bそれぞれ1フレーム分の画像信号が、1画
面として再現できるように、同期化される。回転フィル
タ17の回転、CCDドライバ42における画像信号の
読み出し、プロセス回路11におけるA/D変換および
タイミング回路12における同期化は、タイミング回路
12内に設けられた撮像側クロック信号発生器(図示せ
ず)から送り出されるクロック信号に同期して実行され
る。
【0021】ビデオプロセス回路13(信号処理手段)
では、R、G、B各色に応じたデジタルの画像信号が、
デジタルの輝度信号、色差信号に変換される。デジタル
の輝度信号、色差信号は、デジタル伝送するためのデジ
タル出力信号に変換され、遠距離に設置されたビデオデ
コーダ25にデジタル伝送される。コンピュータ22に
おいてデジタル出力信号がデジタル信号処理されると、
モニタ24において、体腔Sの映像が映し出される。ま
た、ビデオプロセス回路13では、R、G、Bに応じた
デジタルの画像信号がアナログ化され、さらに、NTS
C信号(アナログ出力信号)などに変換される。NTS
C信号がテレビモニタ21に出力されることにより、体
腔Sの画像がテレビモニタ21に映し出される。
【0022】ビデオプロセス回路13内におけるデジタ
ル信号処理、すなわち、R、G、Bに応じたデジタル画
像信号からデジタル輝度信号、色差信号およびデジタル
出力信号への変換などは、タイミング回路12内にある
出力用クロック信号発生器(図示せず)から出力される
クロック信号に同期して実行される。
【0023】システムコントロール回路14は、電子内
視鏡装置全体の動作を制御し、回転フィルタ17を回転
させるモータ17Aに駆動信号を送る。ペリフェラルド
ライバ15では、キーボード20、パネルスイッチ19
の操作により発生する信号が入力され、これらスイッチ
操作に対する信号はシステムコントロール回路14に入
力される。電子スコープ40内に設けられたEEPRO
M43には、電子スコープ40内の撮像素子41の特性
などのデータが記憶されており、電子スコープ40がプ
ロセッサ10に接続されると、記憶されているデータが
システムコントロール回路14により読み出される。
【0024】図2〜図4を用いて、ビデオプロセス回路
13における信号処理について説明する。図2は、ビデ
オプロセス回路13の電気回路を詳細に示したブロック
図である。
【0025】ビデオプロセス回路13には、同期化され
たR、G、B各色のデジタル画像信号が、順次、デジタ
ルフレームメモリ31R、31G、31Bにそれぞれ格
納される。格納されたR、G、Bのデジタル画像信号
は、タイミング回路12内の出力用クロック信号発生器
23(処理タイミング調整手段)から送り出されるクロ
ック信号に同期して読み出される。
【0026】クロック信号の周波数は、デジタル信号処
理においては標本化周波数(サンプリング周波数)に相
当し、標本化周波数に従って、画素(サンプル)に応じ
たデータがデジタルフレームメモリ31R、31G、3
1Bから順次読み出される。本実施形態において、標本
化周波数は、コンピュータにおいて画像を構成する正方
画素(スクエアピクセル)に対応した周波数fs に定め
られている(以下では、周波数fs を正方画素周波数と
いう)。正方画素周波数fs は、NTSC方式の場合、
次式により求められる。ただし、fH は、NTSC方式
に従うカラー画像信号における水平走査周波数であり、
Kは、VGAモードの画素数(640×480)で画像
を構成するコンピュータのデジタル信号処理においてブ
ランキング幅を含めた1ライン当たりのサンプル数(画
素数)を示す。
【0027】 fs = fH ×K = 15.734(kHz )×780 = 12.2727(MHz ) ・・・・・・・(1) なお、デジタルTV規格の標本化周波数は13.5MH
zである。
【0028】正方画素周波数fs に合わせて読み出され
るR、G、Bのデジタル画像信号に対し、キャラクタ処
理回路34から送られてくるキャラクタ信号が加えられ
る。キャラクタ処理回路34は、システムコントロール
回路14により制御されており、キャラクタ信号にたい
して、出力タイミングが調整される。
【0029】キャラクタ信号が加えられたR、G、Bの
デジタル画像信号は、マトリクス回路(演算回路)35
へ出力されるとともに、D/A変換器32R、32G、
32Bに対しても送り出される。
【0030】D/A変換器32R、32G、32Bで
は、R、G、Bのデジタル画像信号が正方画素周波数f
s に従ってアナログ変換され、これによりR、G、Bに
応じたアナログ画像信号が生成される。アナログ化され
たR、G、Bの画像信号は、そのまま外部へ出力される
とともに、アナログカラーエンコーダ33へ送られる。
アナログカラーエンコーダ33では、アナログ化された
R、G、Bの画像信号が、輝度信号および色差信号など
が多重化されたコンポジット信号(アナログ出力信号)
に変換され、外部へ出力される。また、アナログカラー
エンコーダ33では、アナログのR、G、B画像信号
が、いわゆるSビデオ信号であるアナログコンポーネン
ト信号(アナログ出力信号)に変換され、外部へ出力さ
れる。
【0031】マトリクス回路35では、入力されたR、
G、Bのデジタル画像信号が、デジタルの輝度信号Yお
よび色差信号Cb(=R−Y)、Cr(=B−Y)に変
換される。このとき、マトリクス回路35では、正方画
素周波数fs に同期して変換処理が施される。
【0032】生成される輝度信号Yおよび色差信号C
b、Crの標本化周波数の比は、それぞれ4対2対2と
なる。具体的には、輝度信号Yの標本化周波数fy は、
正方画素周波数fs と同じ12.2727MHz であり、
色差信号Cb、Crの標本化周波数fc は、正方画素周
波数fs の半分の6.13635MHz である。このと
き、デジタル輝度信号Yおよび色差信号Cb、Crの1
ライン分の有効サンプル数(画像を構成する画素数)
は、それぞれ640個、320個、320個であり、合
計1280個である。マトリクス回路35において生成
されたデジタル輝度信号Yおよび色差信号Cb、Cr
は、マルチプレクサ36に入力される。
【0033】なお、標本化周波数の比「4:2:2」
は、デジタル輝度信号Yおよびデジタル色差信号Cb、
Crの伝送時における帯域幅を考慮して定められたもの
であり、デジタルTV規格に従う。
【0034】図3は、デジタル輝度信号Yおよび色差信
号Cb、Crの周波数およびマルチプレクサ36におけ
る多重化を示した図である。図3に示すように、マルチ
プレクサ36では、デジタル輝度信号Yおよび色差信号
Cb、Crが、「Y1、Cb1、Y2,Cr1、Y3、
Cb2、Y4、Cr2・・・・・」という順に並べら
れ、1系統に多重化される。正方画素周波数fs =1
2.2727MHz のクロック信号は、演算子37A(図
2参照)において周波数2倍のクロック信号に変換され
る。これにより、マルチプレクサ36では、図3に示す
ように、12.2727×2=24.5454MHz の標
本化周波数に同期して多重化が実行される。
【0035】図2に示すように、多重化された輝度信号
Yおよび色差信号Cb、Crに対し、同期ワード発生回
路38から出力される同期ワードが付加される。すなわ
ち、1ライン分の輝度信号Yおよび色差信号Cb、Cr
のデータ列の前後に、同期ワード発生回路38から出力
される同期ワードが付加される。
【0036】このように、正方画素周波数fs に対応さ
せてR、G、Bのデジタル画像信号をデジタル信号処理
することにより、1系統に多重化されたデジタル出力信
号が得られる。デジタル出力信号は、イーサネットコン
トローラ80に送られると供に、パラレル/シリアル変
換器39に送られる。
【0037】イーサネットコントローラ80は、LAN
(Local Area Network) の一つであるイーサネット(Et
hernet) のために設けられた回路であり、パラレル信号
であるデジタル出力信号の伝送を行うため、必要に応じ
て、ネットワーク化されたコンピュータシステム(図示
せず)へデジタル出力信号を伝送する。イーサネットコ
ントローラは、システムコントロール回路14によって
制御される。
【0038】図4は、デジタル出力信号のパラレル/シ
リアル変換およびシリアル/パラレル変換を示した図で
ある。
【0039】デジタル輝度信号Yおよび色差信号Cb、
Crは、それぞれ10ビットのビット列から成り、デジ
タル画像信号は、ビデオプロセス回路13内において1
0本の信号線(バス)で伝送されている。パラレル/シ
リアル変換器39では、一本のケーブルから成る伝送路
FFによって1ビットずつデジタル出力信号を外部へ伝
送するため、ビット列の最下位ビットLSB(Least Si
gnificant Bit)からのビットデータ読み出しと最上位ビ
ットMSB(Most Significant Bit)から最下位ビット
LSBに向けての右シフト演算とが交互に実行される。
これにより、デジタル出力信号が遠距離に設置されたビ
デオデコーダ25へ向けてシリアル伝送される。
【0040】パラレル/シリアル変換器39には、演算
子37B(図2参照)を介して正方画素周波数fs の2
0倍の周波数のクロック信号が入力され、クロック信号
に従って、ビットデータが順次送り出される。このとき
のシリアル伝送レート(ビットレート)は、245.4
54Mbit/sとなる。シリアル伝送されたデジタル出力信
号は、ビデオデコーダ25に入力される。
【0041】ビデオデコーダ25に入力されたデジタル
出力信号は、ビデオデコーダ25内のシリアル/パラレ
ル変換器26においてパラレルなデジタル信号に変換さ
れる。そして、パラレルのデジタル信号は、デコーダ2
7内のデマルチプレクサおよびマトリクス回路(図示せ
ず)により、R、G、Bに応じたデジタル画像信号に変
換される。すなわち、ビデオデコーダ25では、ビデオ
プロセス回路13内(図2参照)のマトリクス回路3
5、マルチプレクサ36、パラレル/シリアル変換器3
9における処理とは逆のデジタル信号処理が施される。
このときのデジタル信号処理の標本化周波数は、12.
2727MHz に対応する。生成されたR、G、Bのデジ
タル画像信号は、コンピュータ22に送り出され、これ
により、体腔画像がモニタ24に表示される。
【0042】このように本実施形態によれば、R、G、
Bに応じたデジタル画像信号は、デジタルフレームメモ
リ31R、31G、31B、マトリクス回路35、マル
チプレクサ36により、1系統に多重化されたデジタル
出力信号に変換される。これらデジタル信号処理の処理
タイミングが、正方画素周波数fs に対応しているた
め、デジタル出力信号をコンピュータ22へ向けて出力
しても、画質劣化が生じることなく体腔画像がモニタ2
4に復元される。
【0043】1つの出力用クロック信号発生器23を設
けるだけで、コンピュータのデジタル信号処理に対応す
るデジタル出力信号およびアナログ出力信号を生成する
ことができる。これにより、複数のクロック信号発生器
をプロセッサ10内に設けずに済み、電気回路の構成が
簡素化される。
【0044】ビデオプロセス回路13に対するデジタル
処理のクロック周波数は、すなわち、デジタル処理の標
本化周波数は、12.2727MHzに限定されず、正
方画素周波数fs のn倍(nは整数)もしくは1/n倍
であればよい。また、カラー撮像方式としては、面順次
方式に限定されず、同時方式を適用させてもよい。
【0045】本実施形態では、テレビジョン方式として
NTSC方式が適用されているが、代わりにPAL方式
を適用させてもよい。この場合、正方画素周波数f
s は、14.75MHz となる。また、1ラインの有効サ
ンプル数は、デジタル輝度信号Yおよび色差信号Cb、
Crそれぞれ、768個、384個、384個であり、
合計1536個となる。また、コンピュータのビデオ規
格として、VGA以外の規格(例えば、SVGA)であ
ってもよい。
【0046】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、正方画素
により画像が構成されるコンピュータなどに対し、復元
される画像に画質劣化が生じないデジタル信号を出力す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の電子内視鏡装置の電気回路を示し
たブロック図である。
【図2】ビデオプロセス回路を詳細に示したブロック図
である。
【図3】マルチプレクサにおける信号の多重化を示した
図である。
【図4】デジタル出力信号のパラレル/シリアル変換お
よびシリアル/パラレル変換を示した図である。
【符号の説明】
10 プロセッサ 13 ビデオプロセス回路(信号処理手段) 23 出力用クロック信号発生器(処理タイミング調
整手段) 31R デジタルフレームメモリ 31B デジタルフレームメモリ 31G デジタルフレームメモリ 35 マトリクス回路(演算回路) 36 マルチプレクサ 39 パラレル/シリアル変換器 40 電子スコープ(スコープ) fs 正方画素周波数

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被写体像が形成される撮像素子を有する
    スコープが着脱自在に接続されるとともに、前記撮像素
    子から読み出される被写体像に応じた画像信号を処理し
    て外部へ出力するプロセッサを備えた電子内視鏡装置の
    プロセッサであって、 入力される前記画像信号を、デジタル信号処理により映
    像信号であるデジタル出力信号に変換して外部へ出力す
    る信号処理手段と、 前記信号処理手段におけるデジタル信号処理の処理タイ
    ミングを、標本化周波数に対応させる処理タイミング調
    整手段とを備え、 前記標本化周波数が、正方画素(スクエアピクセル)に
    応じた正方画素周波数に対応することを特徴とする電子
    内視鏡装置のプロセッサ。
  2. 【請求項2】 前記標本化周波数が、nを整数として表
    すと、前記正方画素周波数のn倍もしくは前記正方画素
    周波数の1/n倍に設定されることを特徴とする請求項
    1に記載の電子内視鏡装置のプロセッサ。
  3. 【請求項3】 前記信号処理手段に入力される前記画像
    信号が、カラー撮像方式の一つである面順次方式に従っ
    て処理され、赤色、緑色、青色に応じ、デジタル化され
    たデジタル画像信号が生成されるとともに、 前記信号処理手段が、 前記デジタル画像信号をデジタルの輝度信号およびデジ
    タルの色差信号に変換する演算回路と、 前記デジタルの輝度信号および色差信号を1系統に多重
    化して前記デジタル出力信号に変換するマルチプレクサ
    とを有することを特徴とする請求項1に記載の電子内視
    鏡装置のプロセッサ。
  4. 【請求項4】 前記マルチプレクサが、前記デジタルの
    輝度信号の標本化周波数と前記デジタルの色差信号の標
    本化周波数との比が「4:2:2」と成るように、前記
    デジタルの輝度信号および色差信号を1系統に多重化す
    ることを特徴とする請求項3に記載の電子内視鏡装置の
    プロセッサ。
  5. 【請求項5】 前記処理タイミング調整手段が、前記デ
    ジタルフレームメモリおよび演算回路に対して、前記正
    方画素周波数と同じクロック周波数でクロック信号を出
    力し、前記マルチプレクサに対して、前記正方画素周波
    数の2倍のクロック周波数でクロック信号を出力するこ
    とを特徴とする請求項4に記載の電子内視鏡装置のプロ
    セッサ。
  6. 【請求項6】 前記信号処理手段が、前記デジタル出力
    信号をシリアル伝送用信号に変換する出力信号変換手段
    を有することを特徴とする請求項3に記載の電子内視鏡
    装置のプロセッサ。
JP2000274329A 1999-09-20 2000-09-11 デジタルの映像信号を出力する電子内視鏡装置のプロセッサ Withdrawn JP2001157665A (ja)

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