JP2002369797A - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子内視鏡装置においてノイズリダクション
回路の帰還係数を制御することにより、ズーミング時の
残像やぼけを低減する。 【解決手段】 スコープ１０の先端に撮像センサ１４を
設け、撮像センサ１４から得られた撮像信号をプロセッ
サ１００に出力する。プロセッサ１００は、得られた撮
像信号に基づいてビデオ信号を生成する。プロセッサ１
００は、ズーミングが行われているときにはノイズリダ
クション機能を低いレベルに設定し、自動的に残像やボ
ケのない高精度の画像を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スコープの可撓管
先端部から被写体像に対応するビデオ信号を得、プロセ
ッサにより映像信号処理を行い、モニタ装置によりビデ
オ信号に基づいて被写体像を再現する電子内視鏡装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】このような電子内視鏡装置においては、
スコープの先端にＣＣＤイメージセンサが設けられ、こ
のＣＣＤイメージセンサは対物レンズ系と組み合わせら
れる。またスコープ内には光ファイバー束からなるライ
トガイドが挿通させられており、スコープの基端側に接
続されたプロセッサ内の光源ランプから、このライトガ
イドを介してスコープ先端に照明光が供給される。患者
の体腔内へスコープが挿入された時、対物レンズ系の前
方がライトガイドの先端側端面から射出する照明光によ
って照明され、光学像がＣＣＤイメージセンサの受光面
に結像され、そこで光電変換されて撮像信号として出力
される。撮像信号はプロセッサの映像信号処理回路へ送
られ、この撮像信号に基づいてビデオ信号が生成され
る。さらにビデオ信号はモニタ装置に対して出力され、
そこで被写体像がモニタ画面上に再現される。

【０００３】最近では、病巣の早期発見を目的として患
部を拡大表示する電子内視鏡装置、例えばスコープの対
物レンズ系を可変焦点レンズにより構成し、ズーム機能
およびオートフォーカス機能を設けた電子内視鏡装置も
考えられている。

【０００４】一般に、消化器官等の円筒状部位の内部を
進みながら撮影するときには中央が暗く周囲が明るいと
いうコントラストの強い映像が得られる。このため、暗
部に対応する出力信号はＡＧＣゲインを大きくすること
により信号レベルが上げられる。しかし、このとき撮像
信号に含まれる様々なノイズ成分も一緒に増幅されるた
め、結果的に暗部に対応する画像ではノイズが目立つと
いう欠点を有する。

【０００５】このため、従来の電子内視鏡装置のプロセ
ッサにはノイズを低減する巡回型ノイズリダクション回
路が設けられており、この巡回型ノイズリダクション回
路はフレームメモリから読み出された撮像信号に第１の
帰還係数ｋを乗じた信号と、現フレームの撮像信号に第
２の帰還係数（１−ｋ）を乗じた信号とを加算し、加算
した結果をフレームメモリに格納することにより、フレ
ーム間に相関性のないノイズ成分を低減させる。

【０００６】しかし、巡回型ノイズリダクション回路に
よってノイズ低減を行う場合、フレーム間に相関性の少
ない動画において残像や輪郭のぼけ等の現象が生じると
いう欠点があり、特にズーミングを行って患部を拡大表
示する用途においてこの欠点は大きな障害である。なぜ
なら、消化器官等の内壁を拡大表示すると、蠕動運動や
脈動や血流等極めて激しく動く部位が拡大表示されるた
め、上記残像現象やぼけ現象が目立ち、病巣の早期発見
を阻害する恐れがあるためである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑みてなされたものであり、ズーミングを行った際に高
精度の画像を自動的に得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の電子内視鏡装置
は、固体撮像素子と、焦点距離が可変な撮影光学系とを
有するスコープと、撮影光学系の焦点距離を制御するズ
ーム手段と、固体撮像素子から出力された撮像信号のノ
イズを低減する巡回型ノイズリダクション回路と、ズー
ミングを検出する検出手段と、検出手段による検出結果
に応じて巡回型ノイズリダクション回路の帰還係数を制
御する帰還係数制御手段と、ノイズの低減された撮像信
号に基づいてビデオ信号を生成するビデオ信号生成手段
とを有するプロセッサと、プロセッサにより出力された
ビデオ信号に基づいて、画面に被写体像を再現するモニ
タ装置とを備えることを特徴とする。

【０００９】電子内視鏡装置において、巡回型ノイズリ
ダクション回路は、具体的には、フレームメモリから読
み出された撮像信号に第１の帰還係数ｋ（０＜ｋ＜１）
を乗じた信号と、現フレームの撮像信号に第２の帰還係
数（１−ｋ）を乗じた信号とを加算し、加算した結果を
出力すると共にフレームメモリに格納する。このとき、
検出手段によってズーミングが検出された場合には、帰
還係数調節手段によって第１の帰還係数が相対的に低く
設定され、検出手段によってズーミングが検出されない
場合には、帰還係数調節手段によって第１の帰還係数が
相対的に高く設定される。

【００１０】電子内視鏡装置には、例えば巡回型ノイズ
リダクション回路の作動および作動停止を指示するため
の指示手段を備えてもよく、これにより操作者が任意に
作動および作動停止を切り替えるこことができる。

【００１１】撮影光学系から固体撮像素子までの相対距
離を調節して自動的に合焦させるオートフォーカス手段
をさらに備え、オートフォーカス時に巡回型ノイズリダ
クション回路を自動的に作動させてもよい。

【００１２】また、本発明による電子内視鏡装置のプロ
セッサは、固体撮像素子と、焦点距離が可変な撮影光学
系とを有するスコープが接続される電子内視鏡装置のプ
ロセッサであって、撮影光学系の焦点距離を制御するズ
ーム手段と、固体撮像素子から出力された撮像信号のノ
イズを低減する巡回型ノイズリダクション回路と、ズー
ミングを検出する検出手段と、検出手段による検出結果
に応じて巡回型ノイズリダクション回路の帰還係数を制
御する帰還係数制御手段と、ノイズの低減された撮像信
号に基づいてビデオ信号を生成するビデオ信号生成手段
とを有することを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
添付図面を参照して説明する。

【００１４】図１は本発明による電子内視鏡装置の実施
形態を示すブロック図である。電子内視鏡装置は、可撓
管を有するスコープ１０と、スコープ１０に着脱自在な
プロセッサ１００と、プロセッサ１００に接続されるモ
ニタ装置２００とを備える。スコープ１０には光ファイ
バ束から成る光ガイド部材１２がスコープ先端部１０ａ
にまで挿通しており、光ガイド部材１２の基端側はスコ
ープ１０のプロセッサ１００への装着時にプロセッサ１
００に設けられた光源１０２に光学的に接続される。こ
れにより、光源１０２からの照明光は光ガイド部材１２
によってスコープ先端部１０ａへ導かれ、前方の被写
体、例えば内臓器官Ｘが照明される。

【００１５】スコープ先端部１０ａには固体撮像素子例
えばＣＣＤから成る撮像センサ１４が設けられ、この撮
像センサ１４にはＣＣＤと組み合わされた対物レンズ系
１６が包含される。スコープ１０はズーム機能およびオ
ートフォーカス機能を備える。具体的には、対物レンズ
系１６は複数のレンズから成り、その中に含まれる可動
レンズがプロセッサ１００のズーム／フォーカス制御回
路１１４により駆動されて光軸方向における相対位置を
変化させ、これにより焦点位置および像倍率が変更され
る。スコープ１０にはズーミングを行うためのズームダ
イヤル１８が設けられ、ズームダイヤル１８はフォーカ
ス検出回路１８に電気的に接続される。

【００１６】本実施形態ではカラー画像を再現するため
に同時方式が採用され、白色照明光により照明された被
写体の光学像が対物レンズ系１６によりＣＣＤの受光面
に結像させられる。ＣＣＤに結像された光学的被写体像
は、撮像センサ１４により１フレーム分のアナログ撮像
信号に光電変換され、スコープ１０のコネクタ部２０に
内蔵されたドライブ／プロセス回路２２によって撮像セ
ンサ１４から順次読み出される。

【００１７】撮像センサ１４から読み出されたアナログ
撮像信号は、ドライブ／プロセス回路２２において、撮
像センサ１４の特性やスコープ１０の光学特性に応じた
処理、例えばクランプ処理やサンプルホールド処理、ガ
ンマ補正処理、ホワイトバランス補正処理、輪郭強調処
理および増幅処理等が施され、輝度信号および色差信号
からなるコンポーネントデジタル信号に変換されて、プ
ロセッサ１００の映像信号処理回路１０４に順次出力さ
れる。

【００１８】コネクタ部２０に設けられた読出し専用メ
モリ（ＲＯＭ）２６にはスコープ１０の固有の光学的特
性に関する情報が格納される。スコープ１０は高精密部
品から構成されるので、僅かな機械的誤差であっても個
々のスコープ１０の光学的特性に大きく影響する。この
ため、スコープ１０側にデータを持たせ、スコープ１０
の交換の際にプロセッサ１００側で各スコープ１０の光
学的特性に応じた調整作業を行う必要がないように構成
している。

【００１９】プロセッサ１００の映像信号処理回路１０
４においては、輝度信号成分に後述するノイズリダクシ
ョン処理が施され、ノイズが低減された輝度信号、色差
信号および復号同期信号を多重したＮＴＳＣ方式のコン
ポジットビデオ信号などのアナログカラービデオ信号が
生成される。

【００２０】アナログカラービデオ信号はプロセッサ１
００からモニタ装置２００やＶＣＲなどの記録装置３０
０に出力される。モニタ装置２００ではアナログカラー
ビデオ信号に基づいて画面上に被写体像が再現され、ま
た記録装置３００では静止画または動画としてアナログ
カラービデオ信号が記録される。プロセッサ１００には
キーボード４００が接続され、このキーボード４００か
ら入力された患者名や図示しないタイマ回路から得られ
る診察日時等の文字情報はシステムコントロール回路１
１６により文字パターン信号に変換されて映像信号処理
回路１０４に出力され、ここでコンポーネントデジタル
信号に付加される。これにより、モニタ装置２００の画
面上には光学的被写体像の再現画像と共に文字情報が表
示される。

【００２１】システムコントロール回路１１６はプロセ
ッサ１００の全動作を制御するマイクロコンピュータで
あり、ＣＰＵ、種々のルーチンを実行するためのプログ
ラムやパラメータを格納するＲＯＭや、データ等を一時
的に格納するＲＡＭを備える。

【００２２】プロセッサ１００は自動調光機能を備え
る。詳述すると、プロセッサ１００は、映像信号処理回
路１０４から出力された１フレーム分の撮像信号の平均
輝度レベルを算出し、この平均輝度レベルに基づいて、
光源１０２と光ガイド部材１２の入射端面との間には設
けられた絞り１１２の開度を適正なものに調整する。こ
れにより光量は自動的に調節される。

【００２３】また、プロセッサ１００にはコントラスト
方式のオートフォーカス機能が設けられる。具体的に
は、ズーム／フォーカス制御回路１１４により可動レン
ズを動かし、フォーカス検出回路１０８により映像信号
処理回路１０４から出力された撮像信号から特定周波数
成分の振幅の変化量を検出する。システムコントロール
回路１０６は、フォーカス検出回路１０８の検出結果に
基づいて信号振幅が最大値を取るときに合焦であると判
定する。

【００２４】オートフォーカス機能や自動調光機能など
は、プロセッサ１００の表面に設けられたパネルスイッ
チ１１０により設定または解除される。

【００２５】図２は、映像信号処理回路１０４の詳細を
示すブロック図である。スコープ１０から入力された１
フレーム分のデジタル輝度信号は、巡回型ノイズリダク
ション回路１２０を通って輝度信号用メモリ（Ｙメモ
リ）１４０に格納され、対応する１フレーム分のデジタ
ル色差信号が色差信号用メモリ（Ｒ−Ｙ／Ｂ−Ｙメモ
リ）１４２に格納される。両メモリ１４０および１４２
に格納された輝度信号および色差信号は同時にビデオプ
ロセス回路１４４に読み出され、ここで同期信号が付加
されてＮＴＳＣコンポジットビデオ信号に変換される。

【００２６】巡回型ノイズリダクション回路１２０は、
１フレーム分の輝度信号を格納できるフレームメモリ１
２２と、フレームメモリの出力信号に第１の帰還係数ｋ
（０＜ｋ＜１）を乗算する第１の乗算器１２４と、次フ
レームの輝度信号に第２の帰還係数（１−ｋ）を乗算す
る第２の乗算器１２６と、２つの乗算器１２４および１
２６の出力信号を加算する加算器１２８とを備え、加算
器１２８の出力はフレームメモリ１２２に再び格納され
る。フレームメモリ１２２の書き込みおよび読出しはメ
モリ制御回路１３０によって制御される。また、第１お
よび第２の帰還係数ｋおよび（１−ｋ）は帰還係数制御
回路１３２によって定められる。

【００２７】第１の帰還係数ｋが０（第２の帰還係数
（１−ｋ）は１）の場合には入力された輝度信号はその
ままＹメモリ１４０に入力される。第１および第２の帰
還係数ｋおよび（ｋ−１）が共に０．５の場合には、現
フレームの輝度信号と前フレームの輝度信号とが１：１
の割合で混合された輝度信号がＹメモリ１４０に入力さ
れる。輝度信号は両フレーム間において高い相関性を有
しているが、ノイズ成分はランダムに発生するために両
フレーム間での相関性は低い。従って、現フレームの輝
度信号にノイズ成分があった場合、同箇所にノイズ成分
のない前フレームの輝度信号と平均化されるのでノイズ
成分が半減する。この様に、巡回型ノイズリダクション
回路１２０においては第１の帰還係数ｋの値が１に近づ
くほど前フレームの影響度が高くなってノイズの低減効
果が高まる。

【００２８】上記ノイズリダクション機能は手動で設定
および設定解除することができる。パネルスイッチ１１
０（図１）にはノイズリダクション設定スイッチ１１０
ａが設けられており、このノイズリダクション設定スイ
ッチ１１０ａを押下することにより設定および設定解除
が切り替えられる。具体的には、ノイズリダクション設
定スイッチ１１０ａを押下してノイズリダクション機能
を設定すると、システムコントロール回路１０６から帰
還係数選択信号が帰還係数制御回路１３２に対して出力
され、ｋの値が０以外の所定の値に設定され、ｋの値に
応じた度合いでノイズが低減される。一方、設定解除が
指示されたときにはシステムコントロール回路１０６か
ら帰還係数選択信号が帰還係数制御回路１３２に対して
出力され、第１の帰還係数ｋの値が０に設定される。即
ち、実質的に巡回型ノイズリダクション回路１２０は実
質的に作動せず、ノイズは低減されない。

【００２９】一般に、スコープ１０の先端部１０ａを消
化器官などの円筒状内壁内を進退する場合にはズーミン
グによる拡大表示は行わず、モニタ装置２００の画面に
は中央が暗く周囲が明るい映像が表示される。このとき
中央の暗い部分にはノイズが目立つため、上記ノイズリ
ダクション機能は極めて有効であり、第１の帰還係数ｋ
の値を相対的に大きく設定することが好ましい。

【００３０】所望の観察部位に先端部１０ａが到達し、
病巣等を探す場合にはズーミングを行って拡大観察する
が、このとき内壁の蠕動運動、脈動や血流などの比較的
動きの大きい部位が拡大表示され、輝度信号成分にフレ
ーム相関性がなくなり、巡回型ノイズリダクション回路
１２０の影響で時間軸方向での周波数応答特性が悪くな
り、モニタ装置２００の画面上で画面全体に残像が生じ
る残像現象や、被写体の輪郭が不明確になる所謂ぼけ現
象などの弊害が生じる。この弊害は第１の帰還係数ｋの
値が１に近づくほど顕著になるので、第１の帰還係数ｋ
の値は相対的に小さく設定する、あるいは０に設定する
ことが好ましい。ｋの値を小さくすればノイズ低減効果
は減じるが、ズーミングを行っている場合には、１フレ
ーム内での輝度差は少なく略均一な明るさの映像が得ら
れるので、ノイズ成分そのものが少なく、ｋの値を小さ
く設定しても問題はない。

【００３１】このようなスコープ１０の使用状態を鑑
み、ズームダイヤル１８が操作されて拡大ズーミングが
行われていることがシステムコントロール回路１０６に
おいて検出されると、システムコントロール回路１０６
は係数選択信号を帰還係数制御回路１３２に送出し、ｋ
の値を相対的に大きな値に設定させる。一方、拡大ズー
ミングが行われていないことが検出されるとｋの値を相
対的に小さい値に設定すべく係数選択信号を帰還係数制
御回路１３２に送出する。

【００３２】従って、ズーミングにより拡大表示が行わ
れているときには、自動的にノイズ低減の度合いが低下
させられて残像現象やぼけ現象が軽減された高精度の映
像をモニタ装置２００に表示させることができる。

【００３３】なお、巡回型ノイズリダクション回路１２
０の加算器１２８から出力された輝度信号はフォーカス
検出回路１０８に入力され、ここではノイズ成分が低減
された輝度信号に基づいて合焦状態を検出し、システム
コントロール回路１０６に検出結果が出力される。

【００３４】図３は、プロセッサ１００のシステムコン
トロール回路１０６において実行されるノイズリダクシ
ョン処理ルーチンを示すフローチャートである。

【００３５】ステップＳ１０２ではズーム機能およびオ
ートフォーカス機能が設定されているか否かが判定さ
れ、双方とも設定されていなければステップＳ１２０に
進み、さらにノイズリダクション機能が設定されている
か否かが判定される。ノイズリダクション機能が設定さ
れている場合にはステップＳ１２２において第１の帰還
係数ｋの値を相対的に大きい値である０．５に設定すべ
く係数選択信号が出力される。ノイズリダクション機能
が設定されていなければステップＳ１２４において第１
の帰還係数ｋを０に設定すべく係数選択信号が出力され
る。ステップＳ１２２または１２４が終了するとステッ
プＳ１２６において標準倍率の画像をモニタ装置２００
に表示させるべく映像信号処理回路１０４を駆動制御
し、その後ステップＳ１０２に戻る。

【００３６】ステップＳ１０２においてパネルスイッチ
１００においてズーム機能およびオートフォーカス機能
が設定され、かつズームダイヤル１８により拡大画像を
表示すべくズーミングが指示されているか否かが判定さ
れ、ステップＳ１０４においてさらにノイズリダクショ
ン設定スイッチ１１０ａによりノイズリダクション機能
が設定されているか否かが判定され、ノイズリダクショ
ン機能が設定されていない場合にのみステップＳ１０６
が実行されてノイズリダクション機能が自動的に設定さ
れる。即ち、拡大画像を表示すべくズーミングが行われ
るときには必ずノイズリダクション設定スイッチ１１０
ａによる設定に関わらず、必ずノイズリダクション機能
が設定される。

【００３７】続いてステップＳ１０８ではズーム／フォ
ーカス制御回路１１４によるズーミングおよびオートフ
ォーカス動作を開始させるとともに、フォーカス検出回
路１０８によって合焦状態を検出させる。ステップＳ１
１０では合焦状態であるか否かが判定され、合焦状態で
なければステップＳ１０８およびＳ１１０が繰り返し実
行され、合焦状態であると判定されるとステップＳ１１
４に進む。

【００３８】ステップＳ１１４では、第１の帰還係数ｋ
の値を相対的に小さい値である０．３に設定すべく係数
選択信号が出力される。ステップＳ１１４が終了すると
ステップＳ１１８において拡大した画像をモニタ装置２
００に表示させるべく映像信号処理回路１０４を駆動制
御し、その後ステップＳ１０２に戻る。

【００３９】このように、本実施形態の電子内視鏡装置
によると、ズーミングが行われかつ合焦状態であった場
合には、自動的に高精度の画像を出力できる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の電子内視鏡
装置は、ズーミングを行った際に高精度の画像を自動的
に得ることを目的とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電子内視鏡装置の概略ブロック図
である。

【図２】図１に示す映像信号処理回路の詳細を示すブロ
ック図である。

【図３】プロセッサのシステムコントロール回路におい
て実行されるノイズリダクション処理ルーチンを示すフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１０ スコープ １４ 撮像センサ １００ プロセッサ １０４ 映像信号処理回路 １２０ 巡回型ノイズリダクション回路 ２００ モニタ装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｍ Ｆターム(参考） 2H040 BA03 GA02 GA06 GA11 4C061 AA00 BB02 CC06 DD03 HH51 JJ17 LL02 NN01 NN05 PP13 RR06 SS18 SS30 5C022 AA09 AB15 AB22 AB66 AC42 5C024 AX02 BX02 CX03 CY50 EX54 GY01 GY31 HX18 5C054 AA01 CC02 CC07 CD03 CH02 EA01 EA05 FC12 GB11

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体撮像素子と、焦点距離が可変な撮影
   光学系とを有するスコープと、 前記撮影光学系の焦点距離を制御するズーム手段と、前
   記固体撮像素子から出力された撮像信号のノイズを低減
   する巡回型ノイズリダクション回路と、ズーミングを検
   出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に応じ
   て前記巡回型ノイズリダクション回路の帰還係数を制御
   する帰還係数制御手段と、ノイズの低減された前記撮像
   信号に基づいてビデオ信号を生成するビデオ信号生成手
   段とを有するプロセッサと、 前記プロセッサにより出力された前記ビデオ信号に基づ
   いて、画面に前記被写体像を再現するモニタ装置とを備
   えることを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 【請求項２】 前記巡回型ノイズリダクション回路が、
   フレームメモリから読み出された撮像信号に第１の帰還
   係数ｋ（０＜ｋ＜１）を乗じた信号と、現フレームの撮
   像信号に第２の帰還係数（１−ｋ）を乗じた信号とを加
   算し、加算した結果を出力すると共に前記フレームメモ
   リに格納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。
3. 【請求項３】 前記検出手段によってズーミングが検出
   された場合には、前記帰還係数調節手段によって前記第
   １の帰還係数が相対的に低く設定され、前記検出手段に
   よってズーミングが検出されない場合には、前記帰還係
   数調節手段によって前記第１の帰還係数が相対的に高く
   設定されることを特徴とする請求項２に記載の電子内視
   鏡装置。
4. 【請求項４】 前記巡回型ノイズリダクション回路の作
   動および作動停止を指示するための指示手段を備えるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
5. 【請求項５】 前記撮影光学系から前記固体撮像素子ま
   での相対距離を調節して自動的に合焦させるオートフォ
   ーカス手段をさらに備え、オートフォーカス時に前記巡
   回型ノイズリダクション回路が自動的に作動することを
   特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
6. 【請求項６】 固体撮像素子と、焦点距離が可変な撮影
   光学系とを有するスコープが接続される電子内視鏡装置
   のプロセッサであって、 前記撮影光学系の焦点距離を制御するズーム手段と、前
   記固体撮像素子から出力された撮像信号のノイズを低減
   する巡回型ノイズリダクション回路と、ズーミングを検
   出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に応じ
   て前記巡回型ノイズリダクション回路の帰還係数を制御
   する帰還係数制御手段と、ノイズの低減された前記撮像
   信号に基づいてビデオ信号を生成するビデオ信号生成手
   段とを有することを特徴とする電子内視鏡装置のプロセ
   ッサ。