JP2004073674A - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デジタルＴＶ規格に従ったデジタル映像信号を出力するとともに、高画質の観察画像を表示する。
【解決手段】プロセッサ内のビデオプロセス回路１３において、マトリクス回路３５、マルチプレクサ３６を設ける。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を４：４：４の標本化周波数の比で生成する。そして、マルチプレクサ３６において、色差信号Ｃｂ、Ｃｒから平均色差信号Ｃｂｊｃ、Ｃｒｊｃを算出し、輝度信号Ｙおよび平均色差信号Ｃｂｊｃ、Ｃｒｊｃを４：２：２の標本化周波数の比で多重化処理する。
【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、モニタに動画像を表示する電子内視鏡装置に関する。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、輝度信号Ｙに比べて色差信号Ｃｂ、Ｃｒのサンプル数が半分であるため、高画質の観察画像を表示することができない。
【０００５】
そこで本発明では、デジタルＴＶ規格に従ったデジタル映像信号を出力するとともに、高画質の観察画像を表示する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、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多重化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る。そして、多重化処理手段は、色差信号（Ｃｂ）、（Ｃｒ）それぞれのデータ列の中で隣接する２つのサンプルデータの平均値を平均色差信号（Ｃｂａ）、（Ｃｒａ）として算出し、多重化用標本化周波数の比に従うように輝度信号（Ｙ）・および平均色差信号（Ｃｂａ）、（Ｃｒａ）を多重化処理する。多重化用標本化周波数の比はデジタルＴＶ規格に従った標本化周波数の比で、例えば４：２：２である。また、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）を生成すればよい。
【０００７】
平均色差信号（Ｃｂａ）、（Ｃｒａ）を算出し、この平均色差信号（Ｃｂａ）、（Ｃｒａ）と輝度信号Ｙを多重化処理するため、色差信号Ｃｂ，Ｃｒのサンプルデータの半分を単純に捨てる方法（ダウンサンプリング法）に比べ、画質が低減せず、高精細の観察画像を提供することができる。
【０００８】
１画面分の輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒのデータ列には、背景部分やキャラクタ部分に応じたデータも含まれている。平均色差信号Ｃｂａ、Ｃｒａの算出を観察画像エリアに対してのみ実行するため、多重化処理手段は、デジタルの輝度信号（Ｙ）および色差信号（Ｃｂ）、（Ｃｒ）のデータ列の中で、被写体像の表示される画面上において画像領域に応じたサンプルデータに対してのみ、平均色差信号（Ｃｂａ）（Ｃｒａ）を算出し、多重化処理するのがよい。これにより、必要な部分だけ多重化処理を効率よく実行することができる。
【０００９】
本発明の内視鏡用画像信号処理装置は、ビデオスコープに備えられた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多重化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、多重化処理手段が、色差信号（Ｃｂ）、（Ｃｒ）それぞれのデータ列の中で隣接する２つのサンプルデータの平均値を平均色差信号（Ｃｂａ）、（Ｃｒａ）として算出し、多重化標本化周波数の比に従うように輝度信号（Ｙ）・および平均色差信号（Ｃｂａ）、（Ｃｒａ）を多重化処理することを特徴とする。
【００１０】
【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。
【００１１】
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。
【００１２】
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とともにテレビモニタ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。
【００１３】
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。回転カラーフィルタ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。
【００１４】
光源ランプ１６から放射された光は、回転カラーフィルタ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１８Ｂから射出する。このとき、回転カラーフィルタ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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。回転カラーフィルタ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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、回転カラーフィルタ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。
【００２０】
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。
【００２１】
ビデオプロセス回路１３では、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。
【００２２】
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エンコーダ３３へ送られる。Ｒ，Ｇ，Ｂ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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
マルチプレクサ３６は、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）あるいはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって構成されており、デジタルの輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒを１系統に多重化処理する。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。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。
【００２６】
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に定められている。すなわち、輝度信号Ｙに対し、色差信号Ｃｂ、Ｃｒのサンプル数は半分になる。本実施形態では、輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒに対して隣接する２つのサンプルデータの平均値が算出され、「Ｃｂ１ｃ、Ｙ１、Ｃｒ１ｃ、Ｙ２、Ｃｂ２ｃ、Ｙ３、Ｃｒ２ｃ、Ｙ４、Ｃｂ３ｃ、Ｙ５、Ｃｒ３ｃ、Ｙ６・・・」という順に並べられて多重化される。ここで、Ｃｂｊｃ、Ｃｒｊｃ（ｊ＝１，２・・・）は、それぞれ色差信号Ｃｂ、Ｃｒの平均値を有する平均色差信号を示し、以下の式を満たす。ただし、Ｃｂｊａ、ＣｂｊｂおよびＣｒｊａ、Ｃｒｊｂは、隣接する２つのサンプルデータを示す（図３参照）。
Ｃｂｊｃ＝（Ｃｂｊａ＋Ｃｂｊｂ）／２・・・・（１）
Ｃｒｊｃ＝（Ｃｒｊａ＋Ｃｒｊｂ）／２・・・・（２）
この結果、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、図３に示すように、それぞれ７２０個、３６０個、３６０個となり、合計１４４０個となる。
【００２７】
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。
【００２８】
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。さらにデジタル出力回路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。
【００２９】
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、デジタルの輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒが４：４：４の標本化周波数の比で生成される。そして、マルチプレクサ３６では、色差信号Ｃｂ、Ｃｒに基づいて平均色差信号Ｃｂｊｃ、Ｃｒｊｃが算出され、輝度信号Ｙおよび平均色差信号Ｃｂｊｃ、Ｃｒｊｃが４：２：２の標本化周波数の比で多重化処理される。
【００３０】
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。
【００３１】
次に、図４、図５を用いて、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、モニタ上の観察画像表示領域のみ色差信号Ｃｂ、Ｃｒを平均化する。
【００３２】
図４は、テレビモニタ２１の画面および制御信号を示した図であり、図５は、輝度信号および色差信号の多重化を示した図である。
【００３３】
テレビモニタ２１の画面Ｗでは、画像領域ＩＡに観察画像が表示され、患者名、日付等は画像領域ＩＡ以外に表示される。第２の実施形態では、マルチプレクサ３６において、入力されたデジタルの輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｂ、Ｃｒのうち、画像領域ＩＡのライン方向に沿った幅ＬＨに応じたデータに対して平均色差信号Ｃｂｊｃ、Ｃｒｊｃが算出され、それ以外の領域に関しては平均色差信号Ｃｂｊｃ、Ｃｒｊｃは算出されない。
【００３４】
図４には、システムコントロール回路１４からマルチプレクサ３６へ送られる制御信号が時系列的に示されている。画像領域ＩＡのライン方向に沿った幅ＬＨに応じた期間ＫＨに対してＨ（Ｈｉｇｈ）信号がマルチプレクサ３６に入力され、それ以外の期間はＬ（Ｌｏｗ）信号が入力される。マルチプレクサ３６では、Ｈ信号が入力されている間、図３に示すように平均色差信号Ｃｂｊｃ、Ｃｒｊｃが算出されて多重化処理される。一方、Ｌ信号が入力されている間、輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒは、「Ｃｂ１ｃ、Ｙ１、Ｃｒ１ｃ、Ｙ２、Ｃｂ２ｃ、Ｙ３、Ｃｒ２ｃ、Ｙ４、Ｃｂ３ｃ、Ｙ５、Ｃｒ３ｃ、Ｙ６・・・」という順に並べられ、「Ｃｂ１ｂ、Ｃｒ１ｂ、Ｃｂ２ｂ、Ｃｒ２ｂ、・・・」は使用されない（図５参照）。すなわち、隣接する２つに色差信号Ｃｂ，Ｃｒのサンプルデータのうち一方が選択されて多重化処理される。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、デジタルＴＶ規格に従ったデジタル映像信号を出力するとともに、高画質の観察画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の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】テレビモニタの画面および制御信号を示した図である。
【図５】第２の実施形態におけるデジタル輝度信号・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。
【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 (5)

1. 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多重化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、
   前記多重化処理手段が、色差信号（Ｃｂ）、（Ｃｒ）それぞれのデータ列の中で隣接する２つのサンプルデータの平均値を平均色差信号（Ｃｂａ）、（Ｃｒａ）として算出し、前記多重化標本化周波数の比に従うように前記輝度信号（Ｙ）・および前記平均色差信号（Ｃｂａ）、（Ｃｒａ）を多重化処理することを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 前記信号処理手段が、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）を生成することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
3. 前記多重化標本化周波数の比が、４：２：２であることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
4. 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）のデータ列の中で、被写体像の表示される画面上において画像領域に応じたサンプルデータに対してのみ、平均色差信号（Ｃｂａ）（Ｃｒａ）を算出し、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。
5. ビデオスコープに備えられた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多重化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、
   前記多重化処理手段が、色差信号（Ｃｂ）、（Ｃｒ）それぞれのデータ列の中で隣接する２つのサンプルデータの平均値を平均色差信号（Ｃｂａ）、（Ｃｒａ）として算出し、前記多重化標本化周波数の比に従うように前記輝度信号（Ｙ）・および前記平均色差信号（Ｃｂａ）、（Ｃｒａ）を多重化処理することを特徴とする内視鏡用画像信号処理装置。

Images