JP2004073608A

JP2004073608A - 画像信号処理装置およびそれを含む電子内視鏡装置

Info

Publication number: JP2004073608A
Application number: JP2002240152A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Takahashi; 高橋　昭博
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】デジタル輝度信号・色差信号を生成する過程において、信号の干渉および不要な輻射ノイズの発生を防ぐことができる。
【解決手段】プロセッサ内のビデオプロセス回路１３内に、マトリクス回路３５、マルチプレクサ３６、クロック信号発生器３７を設ける。デジタルのＲ，Ｇ，Ｂ画像信号に基づいて、デジタルの輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｂ、Ｃｒを生成する。このとき、４：４：４の標本化周波数の比でデジタルの輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｂ、Ｃｒを生成する。そして、マルチプレクサ３６において、４：２：２の標本化周波数の比で多重化処理を行う。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子を有するビデオスコープ（電子内視鏡）によって胃などの器官を撮影し、モニタへ動画像を表示する電子内視鏡装置に関し、特に、デジタル映像信号を出力可能な電子内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子内視鏡装置においては、撮像素子から読み出される画像信号に基づいてデジタル映像信号を生成し、外部の周辺機器へデジタル映像信号をプロセッサから出力することが可能である（例えば、特許文献１参照）。デジタルの輝度信号・色差信号を生成する過程において、輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒの標本化周波数の比は、デジタルＴＶ規格に従ってそれぞれ４：２：２に定められている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１５７６６５号公報（第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
標本化周波数の比が、４：２：２である場合、２つのサンプリングクロック信号が必要になり、信号の干渉が発生し、また、クロック信号に起因した輻射ノイズが生じる。
【０００５】
そこで本発明では、デジタル輝度信号・色差信号を生成する過程において、信号の干渉および不要な輻射ノイズの発生を防ぐことができる内視鏡用画像信号処理装置およびそれを含む電子内視鏡装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子内視鏡装置は、撮像素子を有するビデオスコープとビデオスコープが接続されるプロセッサとを備えた電子内視鏡装置であって、撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、それぞれ独立分離したデジタルの輝度信号（Ｙ）および色差信号（Ｃｂ）、（Ｃｒ）を、それぞれ同一の標本化周波数によって生成する信号処理手段と、デジタルの輝度信号（Ｙ）および色差信号（Ｃｂ）、（Ｃｒ）を、色差信号（Ｃｂ）（Ｃｒ）の標本化周波数が輝度信号（Ｙ）の標本化周波数の半分となる標本化周波数の比によって多重化処理する多重化処理手段とを備えたことを特徴とする。例えば、信号処理手段は、４：４：４の標本化周波数の比でデジタルの輝度信号（Ｙ）および色差信号（Ｃｂ）、（Ｃｒ）を生成する。そして、多重化処理手段は、４：２：２の標本化周波数の比でデジタルの輝度信号（Ｙ）および色差信号（Ｃｂ）、（Ｃｒ）を多重化処理する。多重化処理されたデジタル映像信号は、所定のフォーマット形式の映像信号に変換され、外部の周辺機器へ出力される。
【０００７】
輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒを生成する過程において標本化周波数が同一であるため、信号の干渉、輻射ノイズが発生しない。また、多重化処理においては、デジタルＴＶ規格に従った標本周波数の比で処理が行われるため、外部の周辺機器へデジタル映像信号が出力可能となる。色差信号のサンプル（取捨選択）の仕方には様々な方法があることから、多重化処理手段は、プログラムによって処理内容を変更可能なＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅ）あるいはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって構成されることが好ましい。
【０００８】
本発明の内視鏡用画像信号処理装置は、ビデオスコープの撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、デジタルの輝度信号（Ｙ）および色差信号（Ｃｂ）、（Ｃｒ）をそれぞれ同一の標本化周波数によって生成する信号処理手段と、デジタルの輝度信号（Ｙ）および色差信号（Ｃｂ）、（Ｃｒ）を、色差信号（Ｃｂ）（Ｃｒ）の標本化周波数が輝度信号（Ｙ）の標本化周波数の半分となる標本化周波数の比によって多重化処理する多重化処理手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
【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について説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。
【００１１】
電子内視鏡装置には、ビデオスコープ４０、プロセッサ１０が備えられており、プロセッサ１０に対し、ビデオスコープ４０とともにモニタ２１、レコーダ２５といった周辺機器が接続されている。本実施形態では、カラーテレビジョン方式としてＮＴＳＣ方式が適用されており、カラー撮像方式として面順次方式が適用されている。
【００１２】
面順次方式に従ってプロセッサ１０内に設けられた回転カラーフィルタ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フレームの操作時間に対応するように所定の回転数で回転する。
【００１３】
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ＬＣＢ（ライトガイドファイババンドル）１８の入射面１８Ａに入射し、出射面１８から射出する。このとき、回転フィルタ１７が回転することにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の光が順次被写体Ｓに照射する。被写体Ｓに照射した光が反射するとことにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色に応じた被写体像が対物レンズ（図示せず）を介してＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）４１に結像される。ＣＣＤ４１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。
【００１４】
各色に応じた１フレーム分の画像信号は、ＣＣＤドライバ４２によって順次読み出される。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へ送られる。
【００１５】
プロセッサ１０内のＣＣＤプロセス回路１１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画像信号は、タイミング回路１２へ出力される。
【００１６】
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画面として再現するため同期化される。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、タイミングジェネレータ（図示せず）から出力されるクロック信号に従って実行される。
【００１７】
ビデオプロセス回路１３では、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色に応じたデジタル画像信号が、デジタルの輝度信号、色差信号に変換される。後述するように、デジタルの輝度信号、色差信号は、デジタル伝送するために伝送用のデジタル映像信号に変換され、レコーダ２５へデジタル伝送される。また、ビデオプロセス回路１３では、Ｒ，Ｇ，Ｂに応じたデジタル信号がアナログ化され、さらに、ＮＴＳＣ信号などのビデオ信号に変換される。ビデオ信号がモニタ２１へ出力されると、被写体Ｓの映像がモニタ２１に表示される。
【００１８】
システムコントロール回路１４は、プロセッサ１０全体の動作を制御しており、回転フィルタ１７を回転させるモータ１７Ａなど各回路へ制御信号を出力する。ペリフェラルドライバ１５には、キーボード２０、フロントパネルに設けられたフロントパネルスイッチボタン１９の操作によって発生する操作信号が入力される。これらの操作信号はシステムコントロール回路１４へ送られ、操作信号に基づいてシステムコントロール回路１４から制御信号が出力される。ＥＥＰＲＯＭ４３には、ＣＣＤ４１の特性などのデータが記憶されており、ビデオスコープ４０がプロセッサ１０に接続されると、スコープ特性データがシステムコントロール回路１４によって読み出される。
【００１９】
図２、図３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の詳細なブロック図である。図３は、デジタル輝度信号・色差信号のサンプルデータおよび多重化を示した図である。
【００２０】
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、それぞれデジタルフレームメモリ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂに格納され、所定のタイミングで同期して読み出される。読み出されたＲ，Ｇ，Ｂの画像信号は、マトリクス（演算）回路３５へ出力されるとともに、Ｄ／Ａ変換器３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂに対しても出力される。
【００２１】
Ｄ／Ａ変換器３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂでは、Ｒ，Ｇ，Ｂのデジタル画像信号がアナログ変換され、これによりＲ，Ｇ，Ｂに応じたアナログ映像信号が生成される。アナログのＲ，Ｇ，Ｂのアナログ映像信号は、そのまま外部へ出力されるとともに、Ｒ，Ｇ，Ｂカラーエンコーダ３３へ送られる。Ｒ，Ｇ，Ｂカラーエンコーダ３３では、アナログのＲ，Ｇ，Ｂ映像信号が、輝度信号および色差信号を多重化したコンポジット信号に変換され、映像信号として外部に出力される。また、Ｒ，Ｇ，Ｂカラーエンコーダ３３では、アナログのＲ，Ｇ，Ｂ画像信号がＳビデオ信号に変換され、映像信号として外部に出力される。
【００２２】
マトリクス回路３５では、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（＝Ｂ−Ｙ）、Ｃｒ（＝Ｒ−Ｙ）に変換される。このとき、輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒの標本化（サンプリング）周波数の比は、それぞれ４対４対４となる。具体的には、輝度信号Ｙの標本化周波数ｆは１３．５ＭＨｚであり、色差信号Ｃｂ、Ｃｒの標本化周波数も周波数ｆ＝１３．５ＭＨｚである。クロック信号発生器３７では、周波数ｆのクロック信号がマトリクス回路３５へ出力される。
【００２３】
標本化周波数の比が４：４：４である場合、デジタルの輝度信号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の数）は、それぞれ７２０個となり、合計２１６０個となる。生成されたデジタルの輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒは、マルチプレクサ３６へ送られる。
【００２４】
マルチプレクサ３６は、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅ）あるいはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって構成されており、書き込まれたプログラムに従って作動する。マルチプレクサ３６では、デジタルの輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒが１系統に多重化される。このとき、１３．５×２＝２７ＭＨｚの標本化周波数に従って多重化処理が実行される。なお、クロック信号発生器３７から出力されたクロック信号は、演算子３７Ａにおいて周波数２倍のクロック信号に変換され、マルチプレクサ３６へ入力される。
【００２５】
本実施形態では、多重化処理における輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒの標本化周波数の比は、４：２：２に定められる。輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒは、「Ｃｂ１ａ、Ｙ１、Ｃｒ１ａ、Ｙ２、Ｃｂａ２、Ｙ３、Ｃｒ２ａ、Ｙ４、Ｃｂ３ａ、Ｙ５、Ｃｒ３ａ、Ｙ６・・・」という順に並べられ、「Ｃｂ１ｂ、Ｃｒ１ｂ、Ｃｂ２ｂ、Ｃｒ２ｂ、・・・」は使用されない。その結果、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は、それぞれ７２０個、３６０個、３６０個となり、合計１４４０個となる。
【００２６】
さらに、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、同期ワードが付加される。多重化された輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒは、デジタル出力回路３９へ送られる。
【００２７】
デジタル出力回路３９では、多重化された輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒに基づいて、デジタルシリアル映像信号が出力される。デジタルの輝度信号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なり、ビデオプロセス回路１３内において１０本の信号線（バス）で伝送されている。そのため、１ビットずつデジタル映像信号を外部へ出力するため、ビット列の最下位ビット（ＬＳＢ）からのビットデータ読出しと最上位ビット（ＭＳＢ）へ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、デジタルシリアル映像信号が、レコーダ２５へシリアル伝送される。また、デジタル出力回路３９では、ＩＥＥＥ１３９４に対応したデジタル映像信号など様々なデジタル映像信号が生成され、外部へ出力される。
【００２８】
このように本実施形態によれば、マトリクス回路３５において、標本化周波数の比を４：４：４にしてデジタル輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒが生成される。そして、マルチプレクサ３６では、色差信号Ｃｂ、Ｃｒに関しＣｂ、Ｃｒのそれぞれサンプルデータを１つおきに抽出（選択）するように、標本化周波数の比を４：２：２にして多重化処理が施される。
【００２９】
本実施形態では、マルチプレクサにおいて「Ｃｂ１ａ、Ｃｒ１ａ、Ｃｂａ２、Ｃｒ２ａ、Ｃｂ３ａ、Ｃｒ３ａ、・・・」を抽出して多重化処理を行っているが、標本化周波数の比を４：２：２にする過程において、その他のサンプルデータを選択するように構成してもよい。
【００３０】
図４は、多重化処理において、色差信号Ｃｂ、Ｃｒの中で「Ｃｂ１ａ、Ｃｒ１ｂ、Ｃｂ２ａ、Ｃｒ２ｂ、Ｃｂ３ａ、Ｃｒ３ｂ、・・・」を抽出した図である。図５は、多重化処理において、色差信号Ｃｂ、Ｃｒの中で「Ｃｂ１ｂ、Ｃｒ１ｂ、Ｃｂ２ｂ、Ｃｒ２ｂ、Ｃｂ３ｂ、Ｃｒ３ｂ、・・・」を抽出した図である。図６は、多重化処理において、色差信号Ｃｂ、Ｃｒの中で「Ｃｂ１ｂ、Ｃｒ１ａ、Ｃｂ２ｂ、Ｃｒ２ａ、Ｃｂ３ｂ、Ｃｒ３ａ、・・・」を抽出した図である。サンプルデータの選択方法は、マルチプレクサ３６のプログラムを変えることによって変更可能である。図３〜図６に示すどの選択方法であっても画質的にほぼ同等の画像を得ることができるため、最も処理速度の速い方法を選べばよい。選んだ方法に従って、マルチプレクサ３６のプログラムが書き換えられる。
【００３１】
カラー撮像方式としては、面順次方式の代わりに単板同時式を適用してもよく、カラーテレビジョン方式としては、ＮＴＳＣ方式の代わりにＰＡＬ方式を適用してもよい。また、デジタル映像信号生成、出力過程における周波数は、上述した値に限定されない。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、デジタル輝度信号・色差信号を生成する過程において、信号の干渉および不要な輻射ノイズの発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。
【図２】ビデオプロセス回路の詳細なブロック図である。
【図３】デジタル輝度信号・色差信号のサンプルデータおよび多重化を示した図である。
【図４】デジタル輝度信号・色差信号のサンプルデータおよび異なる抽出方法による多重化を示した図である。
【図５】デジタル輝度信号・色差信号のサンプルデータおよび異なる抽出方法による多重化を示した図である。
【図６】デジタル輝度信号・色差信号のサンプルデータおよび異なる抽出方法による多重化を示した図である。
【符号の説明】
１０　プロセッサ
１３　ビデオプロセス回路
３５　マトリクス回路
３６　マルチプレクサ（多重化処理手段）
４０　ビデオスコープ

Claims

撮像素子を有するビデオスコープと前記ビデオスコープが接続されるプロセッサとを備えた電子内視鏡装置であって、
前記撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、デジタルの輝度信号（Ｙ）および色差信号（Ｃｂ）、（Ｃｒ）をそれぞれ同一の標本化周波数によって生成する信号処理手段と、
前記デジタルの輝度信号（Ｙ）および色差信号（Ｃｂ）、（Ｃｒ）を、前記色差信号（Ｃｂ）（Ｃｒ）の標本化周波数が前記輝度信号（Ｙ）の標本化周波数の半分となる標本化周波数の比によって多重化処理する多重化処理手段と
を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
前記信号処理手段が、前記デジタルの輝度信号（Ｙ）および色差信号（Ｃｂ）、（Ｃｒ）を４：４：４の標本化周波数の比で生成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。
前記多重化処理手段が、前記デジタルの輝度信号（Ｙ）および色差信号（Ｃｂ）、（Ｃｒ）を４：２：２の標本化周波数の比で多重化処理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。
前記多重化処理手段が、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅ）およびＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）のいずれかによって構成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。
ビデオスコープの撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、デジタルの輝度信号（Ｙ）および色差信号（Ｃｂ）、（Ｃｒ）をそれぞれ同一の標本化周波数によって生成する信号処理手段と、
前記デジタルの輝度信号（Ｙ）および色差信号（Ｃｂ）、（Ｃｒ）を、前記色差信号（Ｃｂ）（Ｃｒ）の標本化周波数が前記輝度信号（Ｙ）の標本化周波数の半分となる標本化周波数の比によって多重化処理する多重化処理手段と
を備えたことを特徴とする内視鏡用画像信号処理装置。