JP2005006768A - 電子内視鏡装置及び信号処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源装置5は、被写体7に対して異なる波長帯域を有する照明光を順次照射する。電子内視鏡2は、前記被写体7を、照射された照明光の波長帯域ごとに撮像するCCD20を備えている。カラーバランス補正回路35,36は、前記CCD20から出力される被写体7に応じた信号を前記波長帯域ごとに増幅する。CPU40、サンプリング回路41及び露光時間制御回路43は、前記CCD20の露光時間を前記波長帯域ごとに設定する露光時間設定手段となっている。さらに、CPU40は、前記露光時間設定手段によって設定された露光時間により前記CCD20が撮像した被写体7に応じた信号に基づいて、前記カラーバランス補正回路35,36の増幅率を前記波長帯域ごとに設定する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電荷を蓄積する事によって被写体像を撮像する撮像素子により画像を得る電子内視鏡装置及びこの電子内視鏡装置に用いられる信号処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、体腔内にスコープを挿入することにより、食道、胃、小腸、大腸などの消化管や肺等の気管を観察し、必要に応じて処置具チャンネル内に挿通した処置具を用いて各種の治療処理のできる電子内視鏡装置が広く利用されている。
【0003】
電子内視鏡として、光源装置に回転式の光学フィルタを設け、この光源装置から赤、緑、青等の光を順次被写体に照射し、これにより被写体から得られた光をモノクロの撮像素子で受光し、信号処理装置内で信号処理を行ってカラー画像として表示装置に出力する面順次式の電子内視鏡装置がある。
【0004】
この面順次式の電子内視鏡においては、光学フィルタの波長特性や撮像素子の分光感度特性には個体差があるため、一般的な電子内視鏡装置では、電子回路を利用したホワイトバランスの調整が行われている。
【0005】
ホワイトバランスの調整は、白い物体を撮像した状態でホワイトバランスを設定するためのスイッチを押すことにより行われる。ホワイトバランス調整回路は、前記スイッチが押されたときに、G信号に対するB信号とR信号の振幅が所定の比率になるように調整することによりカラーバランスを調整している。この調整は、アナログ回路の場合には、各信号の出力をコンパレータで比較して、所定の色に収束するように少しずつ増幅率を調整するのが一般的である。しかし、この場合には、正確なホワイトバランスの調整が終わるまでには多数のフレーム分の画像が必要なため時間がかかる。
【0006】
一方、デジタル回路でカラーバランスを調整する場合には、1フレーム内の各色の信号をサンプリングしてその強度比からB信号やR信号の増幅率をCPU等で直接算出して、デジタル乗算器を用いて各信号を増幅することが多い。この場合には、ホワイトバランスの調整に長い時間はかからない。
【0007】
また、電子内視鏡装置による診断では、肉眼で見えるのと同様のカラー画像をモニタに表示する通常観察の他に、生体組織の自家蛍光を利用した自家蛍光観察も行われ始めている。
【0008】
自家蛍光観察では、紫外〜青色の励起光を生体組織に当てた時に生体組織から出てくる自家蛍光のスペクトルが正常粘膜と腫瘍で異なることを利用して診断を行う。この自家蛍光の画像は、生体組織により反射されて戻ってくる反射光画像と共に、それぞれ異なる色を割り当ててモニタに表示させることにより、病変部を明確に認識できるようにしている。この時、照射される光の波長は、狭帯域の光学フィルタを用いることにより(例えば、特許文献1参照)、各波長帯域で分光分布が離散的になるように制限されている。
【0009】
また、従来の電子内視鏡装置では、白い物体を基準にして色のバランスを調整することが一般的であるが(例えば、特許文献2参照)、電子内視鏡装置としては、自家蛍光観察時に、患者の正常粘膜の色を基準にして色のバランスを調整することにより、どのような患者でも病変部を一定の色調で観察できるものもある。
【0010】
【特許文献1】
特開2002−95635号公報(第2−7頁、図1−33)
【0011】
【特許文献2】
特開2002−336196号公報(第3−9頁、図1−13)
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の電子内視鏡装置では、色のバランスを調整するために信号処理装置の増幅器の増幅率を色毎(波長帯域毎)に調整していた。そのため、各色間での増幅率に差が少ない場合には、あまり問題にならなかったが、各色間での増幅率の差が大きい場合には、画像の増幅率の高い色成分でノイズが多くなる事がある。
【0013】
特に、蛍光観察用の電子内視鏡装置の場合には、患者の粘膜が発する蛍光の明るさの差が患者によって大きく、その差を補正するために、各色間での増幅率の差を大きくする必要があり、ノイズが目立つ画像になってしまう可能性があった。
【0014】
また、蛍光は非常に微弱であるために、励起光照射時に比べて反射光画像取得時には、照射光量を小さくする必要がある。そのため、フィルタの透過波長帯域を狭帯域にしたり透過率を低くしたりしていたので、光学フィルタ製造時の波長誤差が出やすく、画像の色に与える影響が相対的に大きくなることがあった。
【0015】
例えば、半値幅100nmの透過帯域を持つフィルタで10nmの誤差が出た場合には透過光強度の誤差は10%程度であるが、半値幅20nmのフィルタで10nmの誤差が出た場合には50%もの透過光強度の誤差になってしまう。その結果、色のバランス調整時に各色間での増幅率の差が大きくなりやすく、ノイズが多い画像になる可能性が高かった。
【0016】
また、電子シャッタを備えた内視鏡装置の場合には、露光時間を制御することにより色の調整を行うことも可能である。しかし、回転フィルタ板等での遮光を要する内視鏡装置の場合には、電気的に設定した露光時間と撮像素子に入射される露光量は単純な比例関係にはならない。この理由は、回転フィルタを横切る光束が1点に完全に集中しているのではなく、ある程度の面積を持っていることによるものである。
【0017】
図11はこのような回転フィルタの露光量(電子シャッタを使用していないときのもの)と時間との関係を示すグラフ、図12は回転フィルタの露光量と露光時間との関係を示すグラフである。
【0018】
回転フィルタ中の1枚のフィルタが光束に挿入されているときの露光量と時間との関係は、理想的に図11に示す破線91に示す状態であるが、実際には図11に示す実線92に示すような状態になる。
【0019】
また、図11において、Aの時点で電子シャッタを利用して電荷の掃き出しを行いBの時点で露光期間が終わって遮光期間が始まるとすると、露光時間は図11のA〜Bの時間となる。この時、露光時間と露光量との関係は図12に示されるようになる。図12において、理想的には、破線93に示すように露光時間と露光量が比例することが好ましいが、実際には実線94のように複雑な関係になる。さらに、図11に示す実線92や図12に示す実線94の特性は、内視鏡や光源装置の種類や個体バラツキなどにより異なる。このため、回転フィルタを用いた電子内視鏡装置では、単純に露光時間を調整することにより厳密なカラーバランスを設定することは難しかった。
【0020】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、正確に設定されたカラーバランスの下で、ノイズが少ないより良好な画像にできる内視鏡装置を提供することを目的としている。
【0021】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため請求項1に記載の内視鏡装置は、被写体に対して異なる波長帯域を有する照明光を順次照射する光源装置と、前記被写体を、照射された照明光の波長帯域ごとに撮像する撮像装置を備えた内視鏡と、前記撮像装置から出力される被写体に応じた信号を前記波長帯域ごとに増幅する増幅手段と、前記撮像装置の露光時間を前記波長帯域ごとに設定する露光時間設定手段と、前記露光時間設定手段によって設定された露光時間により前記撮像装置が撮像した被写体に応じた信号に基づいて、前記増幅手段の増幅率を前記波長帯域ごとに設定する増幅率設定手段と、を備えたことを特徴とする。
【0022】
請求項2に記載の内視鏡装置は、請求項1に記載の電子内視鏡装置であって、前記増幅手段により増幅された信号に応じた映像をカラー表示する為の表示装置と、この表示装置に表示される映像の色のバランス調整を指示するカラーバランス設定指示手段と、を更に備え、前記露光時間設定手段は、前記カラーバランス設定指示手段の指示に基づいて前記撮像装置が出力した映像信号を基に前記波長帯域ごとの露光時間を設定することを特徴とする。
【0023】
請求項3に記載の内視鏡装置は、請求項1または2に記載の電子内視鏡装置であって、前記光源装置は被写体を励起する為の励起光を被写体に対して供給し、前記撮像装置は被写体からの蛍光を撮像することを特徴とする。
【0024】
請求項4に記載の内視鏡装置は、請求項1または請求項2に記載の電子内視鏡装置であって、前記光源装置は離散的な分光分布を有する波長帯域の照明光を被写体に対して供給することを特徴とする。
【0025】
請求項5に記載の信号処理装置は、撮像装置を備える内視鏡から出力される被写体に応じた信号を処理する信号処理装置であって、被写体に対して順次照射され、異なる波長帯域を有する照明光の波長帯域ごとに前記撮像装置が撮像した被写体に応じた信号を、前記波長帯域ごと増幅する増幅手段と、前記撮像装置の露光時間を前記波長帯域ごとに設定する露光時間設定手段と、前記露光時間設定部によって設定された露光時間により前記撮像装置が撮像した被写体に応じた信号に基づいて、前記増幅部の増幅率を前記波長帯域ごとに設定する増幅率設定手段と、を備えたことを特徴とする。
【0026】
請求項6に記載の内視鏡装置は、請求項5に記載の信号処理装置であって、前記露光時間設定手段は、表示装置に表示される映像の色のバランスを指示するカラーバランス設定指示に基づいて前記撮像装置が出力した映像信号を基に前記波長帯域ごとに露光時間を設定することを特徴とする。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
(実施の形態)
図1乃至図10は本発明の実施の形態に係り、図1は内視鏡装置の概略構成を示すブロック図、図2は回転フィルタ板の構成を示す平面図、図3は電荷結合素子型固体撮像素子(以下、CCDと呼ぶ)のブロック図、図4は外周のフィルタの分光特性を示すグラフ、図5は内周のフィルタの分光特性を示すグラフ、図6は励起光カットフィルタの透過特性を示すグラフ、図7はカラーバランス補正回路を示すブロック図、図8はカラーバランス設定スイッチが押されたときの処理を示すフローチャート、図9はCCD受光量と電荷掃き捨て信号を示すタイミングチャート、図10は入力画像信号と色調調整係数を示すタイミングチャートである。
【0028】
(構成)
図1に示すように、本実施の形態の電子内視鏡装置1は、電子内視鏡2と、信号処理装置3と、光源装置5と、モニタ6とを有する。
【0029】
電子内視鏡2は、体腔内に挿入可能な細長の挿入部11を備えている。挿入部11の先端部16にはCCD20が内蔵されている。
【0030】
信号処理装置3には、前記電子内視鏡2が着脱自在に接続される。信号処理装置3は、CCD20で得られた画像信号の信号処理等を行う。
【0031】
光源装置5は観察用の光を発するためのものである。本実施の形態では、光源装置5と信号処理装置3を別体に設けている。尚、光源装置5は信号処理装置3に内蔵されるように構成してもよい。
【0032】
モニタ6は、信号処理装置3に接続され、この信号処理装置3で画像処理された映像信号を表示する。
【0033】
次に、電子内視鏡2について詳細に説明する。
電子内視鏡2は患者体腔内に挿入される細長の挿入部11を有している。
ここで挿入部11は、消化管用、気管支用、頭頸部用(咽頭部用)や膀胱用の場合には軟性部により構成され、腹腔、胸腔や子宮用の場合には硬性部により構成される。
【0034】
挿入部11の内部には、ライトガイド12と、電荷掃き捨て信号線13と、CCD出力信号線14,15とが配設されている。
【0035】
挿入部11の先端部16には、ライトガイド12の先端側、照明用レンズ17、対物レンズ18、励起光カットフィルタ19及びCCD20が設けられている。
【0036】
ライトガイドファイバ12は、信号処理装置3に設けられた光源装置5からの照明光を通過させて挿入部11の先端部16まで導く。
【0037】
照明用レンズ17は、挿入部11の先端部16に搭載され、ライトガイドファイバ12の先端面側に配設されている。
【0038】
ライトガイドファイバ12により光源装置5から導かれてきた照明光は、照明用レンズ17を介して被写体7に照射される。
【0039】
対物レンズ18は被写体7からの光を結像するためのものである。
励起光カットフィルタ19は、CCD20の前面に搭載され、460nm以下の波長の光を遮断して励起光を除去する。即ち、この励起光カットフィルタ19は、生体組織から生じる自家蛍光(おおむね500nm以上の波長)は透過させ、励起光は透過しない分光特性を有する。
【0040】
被写体7からの反射光及び自家蛍光は、対物レンズ18及び励起光カットフィルタ19を介してCCD20の受光エリア70(図3参照)上に結像する。
【0041】
CCD20は、挿入部11の先端部16に設けられ、対物レンズ18の結像位置に配設されたイメージセンサである。
【0042】
本実施の形態では、CCD20は直視状に配設しているが、CCD20は斜視や側視状に配設することも可能である。
【0043】
また、CCD20は、電荷掃き捨て信号線13を介して信号処理装置3内の露光時間制御回路43に接続されている。CCD20は、露光時間制御回路43で生成された電荷掃き捨て信号に基づいて電子シャッタ制御を行っている。
【0044】
さらに、CCD20は、図示しないCCD駆動回路からの駆動信号により信号電荷の蓄積、感度制御及び読み出しを行う。
【0045】
対物レンズ18及び励起光カットフィルタ19によりCCD20の受光エリア70(図3参照)に結像された被写体像は、CCD20の各画素で光電変換後転送されて出力される。このCCD20からの出力信号はCCD出力信号線14,15を介してそれぞれ信号処理装置3内のプリプロセス回路31,32に供給される。
【0046】
また、電子内視鏡2は基端側の操作部にフィルタ切替スイッチ21を搭載している。フィルタ切替スイッチ21はフィルタの切り替えを指示するためのものである。
【0047】
フィルタ切替スイッチ21の操作信号は、信号処理装置3内のCPU40に供給される。
【0048】
信号処理装置3は、プリプロセス回路31,32と、アナログ/デジタル変換回路(以下、A/D変換回路と呼ぶ)33,34と、カラーバランス補正回路35,36と、マルチプレクサ37と、同時化メモリ38R,38G,38Bと、デジタル/アナログ変換回路(以下、D/A変換回路と呼ぶ)39R,39G,39Bと、CPU40と、サンプリング回路41と、カラーバランス設定スイッチ42と、露光時間制御回路43とを有する。
【0049】
ここで、CCD出力信号線14、プリプロセス回路31、A/D変換回路33及びカラーバランス補正回路35は、図3に示す受光エリア70の奇数ライン71からの信号を処理するAチャンネルの信号処理系統となっている。
【0050】
図1に示すCCD出力信号線15、プリプロセス回路32、A/D変換回路34及びカラーバランス補正回路36は、図3に示す受光エリア70の偶数ライン72からの信号を処理するBチャンネルの信号処理系統となっている。
【0051】
そして、図1に示すように、信号処理装置3は、プリプロセス回路31,32、A/D変換回路33,34、カラーバランス補正回路35,36、マルチプレクサ37、同時化メモリ38R,38G,38B、D/A変換回路39R,39G,39Bの順に映像信号が流れるように構成されている。
【0052】
サンプリング回路41には、A/D変換回路33,34によるA/D変換後の信号が入力される。
【0053】
光源装置5は、キセノンランプ(以下、ランプと呼ぶ)51と、赤外カットフィルタ52と、回転フィルタ板53と、モータ54,55と、集光レンズ56とを有している。
【0054】
ランプ51は、照明光を放射する。赤外カットフィルタ52は、ランプ51の照明光路上に設けられ、透過波長を制限する。モータ54は、回転フィルタ板53を回転駆動する。モータ55は、回転フィルタ板53を光軸に対して垂直方向に移動するためのものである。
【0055】
図2に示すように、回転フィルタ板53は、外周部分と内周部分にそれぞれフィルタセット58、59を配置した2重構造となっている。
【0056】
回転フィルタ板53の外周には、それぞれ赤(R)、緑(G)、青(B)の波長の光を透過するRフィルタ61R、Gフィルタ61G、Bフィルタ61Bが配置されている。
【0057】
即ち、Rフィルタ61R、Gフィルタ61G及びBフィルタ61Bは、外周のフィルタセット58を構成している。
【0058】
回転フィルタ板53の内周には、540〜560nmの狭帯域光を透過するG’フィルタ62、390〜450nmの励起光を透過する励起フィルタ63、600〜620nmの狭帯域光を透過するR’フィルタ64が配置されている。
【0059】
即ち、G’フィルタ62、励起フィルタ63、R’フィルタ64は内周のフィルタセット59を構成している。
【0060】
また、回転フィルタ板53の各フィルタが配置されている以外の部分は、光を遮光する部材65により形成されている。
【0061】
次に、図4及び図5を用いて、回転フィルタ板53の外周、内周の各フィルタの分光特性を説明する。
【0062】
図4に示すように、外周のRフィルタ61R、Gフィルタ61G、Bフィルタ61Bは、各透過スペクトル間にギャップのない分光分布となっている。
【0063】
図5に示すように、内周のG’フィルタ62、励起フィルタ63、R’フィルタ64は、各透過スペクトル間にギャップがある離散的な分光分布となっている。
【0064】
図3に示すように、CCD20は、受光エリア70、水平転送チャンネル73,74、CMD(Charge Multiplying Device)付転送チャンネル75,76、電荷検出部77,78を有する。
【0065】
また、CMD付転送チャンネル75,76は水平転送チャンネル73,74のセル数とほぼ同じセル数の複数のセルから構成されている。
【0066】
受光エリア70の各画素で生成された信号電荷は、垂直転送パルスにより奇数ライン71と偶数ライン72で別々にA,Bの2つのチャンネルで読み出される形式になっている。
【0067】
奇数ライン71及び偶数ライン72から読み出された信号電荷は、それぞれ水平ライン毎に水平転送チャンネル73,74に転送され、水平転送パルスによってそれぞれ水平転送チャンネル73,74からそれぞれCMD付転送チャンネル75,76に転送される。そして、CMD付転送チャンネル75,76では、水平転送パルスにより信号電荷が各セルを転送される間に、感度制御パルスが印加されて信号電荷の増幅が行なわれる。従って、信号電荷がCMD付転送チャンネルのセルを転送される度に増幅率が等比級数的に増す事になる。増幅された信号電荷は、順次電荷検出部77,78に転送される。電荷検出部77,78はそれぞれCMD付転送チャンネル75,76からの電荷を電圧に電荷電圧変換してそれぞれCCD出力信号線14,15に出力する。
【0068】
このような構成により、CCD20は、CMDが水平レジスタに配置されており、外部からの感度制御パルスにより可変増幅が可能になっている。
【0069】
図1に示す励起光カットフィルタ19は、図6に示すように、460nm以下の波長の光を遮断するカットオフ型の透過特性を持つ。
【0070】
図1に示すカラーバランス補正回路35は、図7に示すように、色調調整係数記憶メモリ81と、デジタル乗算器82とを有している。
【0071】
色調調整係数記憶メモリ81は、CPU40からのメモリ書き換え信号に基づいて色調調整係数の書き換えを行い、色調調整係数のデータをデジタル乗算器82の一方の入力端子に導く。
【0072】
デジタル乗算器82の他方の入力端子にはA/D変換回路33からの入力画像信号が導かれている。
【0073】
デジタル乗算器82は、A/D変換回路33からの入力画像信号に対して色調調整係数記憶メモリ81の色調調整係数を乗算してマルチプレクサ37の一方の入力端子に出力する。
【0074】
また、図1に示すカラーバランス補正回路36は、入出力がA/D変換回路34とマルチプレクサ37の他方の入力端子に変更されているだけで、それ以外の構成は図7に示すカラーバランス補正回路35と同様になっている。
【0075】
(作用)
本実施の形態の作用を以下に説明する。
図1において、光源装置5のランプ51からは、被写体7を照明するための光が放射される。ランプ51から放射された光は、赤外カットフィルタ52、回転フィルタ板53及び集光レンズ56を通過して電子内視鏡2のライトガイドファイバ12に入射する。
【0076】
この場合、赤外カットフィルタ52は、赤外光をカットし、回転フィルタ板53上の各フィルタに不要な熱や光が照射されるのを防止する。
【0077】
回転フィルタ板53は、通常観察時には外周のフィルタセット58が光路上に配置され、モータ54により所定の速度で回転駆動されることにより、Rフィルタ61R、Gフィルタ61G、Bフィルタ61Bが光路上に順次配置され、それぞれ赤、緑、青の光を透過させる。これにより、通常観察時に光源装置5からは順次赤、緑、青の光が順次出射される。
【0078】
また、蛍光観察時には、モータ55は、図示しないフィルタ位置制御回路からの信号に応じて、回転フィルタ板53を光軸に対して垂直方向に移動させる。これにより、回転フィルタ板53の内周のフィルタセット59が光軸上に挿入される。
【0079】
内周のフィルタセット59挿入時には、G’フィルタ62、励起フィルタ63、R’フィルタ64が光路上に配置された状態で、回転フィルタ板53がモータ54により所定の速度で回転駆動される。これにより、光源装置5は、540〜560nm、390〜450nm、600〜620nmの波長の光を順次出射する。
【0080】
ここで、390〜450nmの光は生体組織からの自家蛍光を励起するための励起光である。
【0081】
電子内視鏡2のライトガイドファイバ12に入射された光は、挿入部11の先端部16の照明用レンズ17を介して消化管等の被写体7に照射される。
【0082】
被写体7で散乱、反射、放射された光は、先端部16の対物レンズ18を介してCCD20の受光エリア70(図3参照)上で結像して撮像される。
【0083】
ここで、励起光カットフィルタ19は、CCD20の前面で390〜450nmの励起光を遮断して蛍光を抽出する。
【0084】
CCD20は、回転フィルタ板53の回転に同期して図示しないCCD駆動回路により駆動され、Rフィルタ61R、Gフィルタ61G、Bフィルタ61B等の回転フィルタ板53のそれぞれのフィルタを透過した照射光に対応する画像信号を順次信号処理装置3に出力する。順次信号処理装置3に出力される画像信号は、奇数ライン71の対応するAチャンネルと、偶数ライン72に対応するBチャンネルの2系統となる。
【0085】
また、CCD20では、必要に応じて図示しない感度制御パルス発生回路からの感度制御パルスがCMD付転送チャンネル75,76に入力されることにより、インパクト・イオン化による二次電子を発生して信号電荷を増幅する。ここでの増幅率は、感度制御パルスの振幅により制御される。
【0086】
信号処理装置3に入力されたAチャンネル及びBチャンネルの画像信号は、まず、それぞれプリプロセス回路31,32に入力される。プリプロセス回路31,32ではCDS(相関2重サンプリング)等の処理により適切なAチャンネル及びBチャンネルの画像信号が取り出される。
【0087】
プリプロセス回路31,32から出力されたAチャンネル及びBチャンネルの画像信号はそれぞれA/D変換回路33,34によりアナログ信号からデジタル信号に変換される。
【0088】
A/D変換回路33,34から出力されたAチャンネル及びBチャンネルの画像のデジタル信号は、それぞれカラーバランス補正回路35,36に入力される。
【0089】
カラーバランス補正回路35,36の色調調整係数記憶メモリ81にはCPU40により色調調整係を書き込まれており、カラーバランス補正回路35,36は、入力信号を図示しない色判別信号に基づき各照射波長毎に所定の倍率で増幅する。
【0090】
マルチプレクサ37は、カラーバランス補正回路35,36からのAチャンネル及びBチャンネルの画像のデジタル信号を一系統の画像のデジタル信号に合成するとともに、面順次画像のデジタル信号をR(または狭帯域の緑の反射光),G(または蛍光),B(または狭帯域の赤の反射光)の各色で分岐し、それぞれ同時化メモリ38R,38G,38Bに出力する。
【0091】
同時化メモリ38R,38G,38Bでは、順次記憶した画像を同時に読み出すことにより、面順次画像の同時化を行う。同時化されたR,G,Bそれそぞれの波長帯域におけるデジタル信号は、図示しないガンマ補正回路においてモニタのガンマ特性を補正する変換が行われ、それぞれD/A変換回路39R,39G,39Bによりアナログ信号に変換され、モニタ6に表示される。
【0092】
通常光観察時には、モニタ6のRGBの画素にそれぞれ赤の反射光、緑の反射光、青の反射光成分が表示される。
【0093】
また、蛍光観察時には、モニタ6のRGBの画素にそれぞれ狭帯域の緑の反射光、蛍光、狭帯域の赤の反射光が表示される。
【0094】
一方、露光時間制御回路43では、電荷掃き捨て信号をCCD20に送ることにより、CCD20での露光量を制御する。露光時間制御回路43による電荷掃き捨てタイミングは照明光の照射波長毎に調整される。
【0095】
また、フィルタ切替スイッチ21が操作者により押されると、このことをCPU40が認識し、CPU40によりモータ55が駆動されて回転フィルタ板53の外周のフィルタセット58と内周のフィルタセット59が切り替えられ、通常観察と蛍光観察が切り替えられる。
【0096】
この切り替えと同時に、CPU40は、信号処理装置3内の各種の設定が通常観察用と蛍光観察用との間で切り替えられる。
【0097】
電子内視鏡装置1の操作者が通常観察時のカラーバランスを調整するときには、白色基準物体を撮像した状態で、カラーバランス設定スイッチ42を押すことにより、カラーバランスの設定が開始する。
【0098】
次に、図8を参照してカラーバランス設定スイッチ42が押されたときの処理を説明する。
【0099】
図8に示すように、通常光観察モードでカラーバランス設定スイッチが押されると、まず、ステップS1において、CPU40は、露光時間制御回路43に仮の露光時間として、最大の露光時間をRGB全ての波長帯域の画像信号に対して与える。即ち、露光時間制御回路43は、CCD20の電子シャッタの機能を停止することになる。これにより、CCD20のRGB各色の受光量は図9(a)に示す状態となる。
【0100】
次に、CPU40は、ステップS2において、サンプリング回路41でサンプリングされた画像の明るさをRGBそれぞれに対して取得する。
【0101】
次に、CPU40は、ステップS3において、Aチャンネルのサンプリングデータを元に、適当な露光時間を算出する。ここでは、大体のカラーバランスを設定することが目的なので、RGBそれぞれの画像のサンプリング値をVr、Vg、Vbとすると、1/Vr:1/Vg:1/Vbの比となるようなRGBの露光時間を算出する。この時、明るさを確保するために、RGB中の露光時間が最大のもののときには、CCD20の電子シャッタを使わないようにするとよい。
【0102】
次に、CPU40は、ステップS4において、ステップS3で算出された露光時間を露光時間制御回路43に出力する。これにより、露光時間制御回路43は、前記算出された露光時間になるように図9(b)に示す電荷掃き捨て信号をCCD20に送る。このように露光時間を設定しても、図11及び図12を用いて説明した理由によりカラーバランスは完全に所望の比率になる可能性は低い。
【0103】
次に、CPU40は、ステップS5において、正確なカラーバランス調整とABチャンネル間調整を行うために、再度サンプリング回路41でサンプリングされたRGBの各値を取得する。
【0104】
次に、CPU40は、ステップS6において、カラーバランス補正回路35,36に設定する色調調整係数を算出する。ここでは、RGBそれぞれの画像のサンプリング値をVr’、Vg’、Vb’とすると、RGBの増幅率比が1/Vr’:1/Vg’:1/Vb’になるように色調調整係数を算出する。
【0105】
次に、CPU40は、ステップS7において、ステップS6で算出された色調調整係数を図7に示す色調調整係数記憶メモリ81に観察モード毎、RGB毎に別々の領域に記憶する。これにより、カラーバランス設定が終了する。
【0106】
このような処理により、カラーバランス補正回路35は、露光時間制御で概ね補正されたカラーバランスに対して、さらに厳密な補正が行われる。
【0107】
この後、電子内視鏡装置1で通常光の撮像を行う場合、カラーバランス補正回路35は、色調調整係数記憶メモリ81において観察モード毎、RGB毎に別々の領域に記憶された図10(b)に示す色調調整係数と、観察モードと回転フィルタ53の回転に応じて撮像されたA/D変換回路33からの図10(a)に示す入力画像信号とをデジタル乗算器82で積算する。これにより、カラーバランス補正回路35からは、厳密なカラーバランス補正が行われたRGBそれぞれの画像信号が前述の増幅率比で増幅されて出力される。
【0108】
また、Bチャンネルのカラーバランス補正回路36についてはカラーバランスの調整に加えてAチャンネルとのチャンネル間バラツキもキャンセルするように色調補正係数が算出される。これ以外のBチャンネルのカラーバランス補正回路36の動作は、Aチャンネルのカラーバランス補正回路35の動作と同様である。
【0109】
電子内視鏡装置1の操作者が蛍光観察時のカラーバランスを調整するときには、挿入部11を体内に入れて患者の正常粘膜を蛍光観察モードで撮像した状態でカラーバランススイッチ22を押すことにより、カラーバランスの設定が開始する。その後の動作については、通常観察時と同様である。
【0110】
電子内視鏡2は、前記被写体7を、照射された照明光の波長帯域ごとに撮像する撮像装置(CCD20)を備えている。
【0111】
カラーバランス補正回路35,36は、前記CCD20から出力される被写体7に応じた信号を前記波長帯域ごとに増幅する増幅手段となっている。
【0112】
露光時間制御回路43は、前記CCD20の露光時間を前記波長帯域ごとに設定する露光時間設定手段となっている。
【0113】
さらに、CPU40は、前記露光時間設定手段によって設定された露光時間により前記CCD20が撮像した被写体7に応じた信号に基づいて、前記カラーバランス補正回路35,36の増幅率を前記波長帯域ごとに設定する増幅率設定手段となっている。
【0114】
モニタ6は、前記カラーバランス補正回路35,36により増幅された信号に応じた映像をカラー表示する為の表示装置となっている。
【0115】
カラーバランス設定スイッチ42は、このモニタ6に表示される映像の色のバランス調整を指示するカラーバランス設定指示手段となっている。
【0116】
前記露光時間設定手段は、前記カラーバランス設定スイッチ42の指示に基づいて前記CCD20が出力した映像信号を基に前記波長帯域ごとの露光時間を設定する。
【0117】
(効果)
このような実施の形態によれば、カラーバランスの補正を露光時間制御でおこなっているので、特定の色だけ高い増幅率で増幅する必要が無くなり、どの色成分に対してもノイズの影響を小さくすることができる。また、カラーバランスの補正に増幅率制御も併用しているので、露光時間制御後のわずかなカラーバランスの誤差も補正する事ができ、カラーバランスの設定がより正確に行われる。これにより、正確に設定されたカラーバランスの下で、ノイズが少ないより良好な画像にできる。
【0118】
また、本実施の形態によれば、カラーバランス設定指示手段としてのカラーバランス設定スイッチ42の指示に基づいて露光時間を設定するので、光学フィルタの製造時のぱらつきにかかわらず、全ての色に対して増幅率がほぼ等しくなり、どの色成分に対してもノイズの影響を非常に小さくする事が出来るようになる。
【0119】
また、本実施の形態は、光学フィルタのぱらつき起因のノイズが出やすい蛍光用の電子内視鏡装置1に応用した事により、ノイズの影響を抑えるという点において特に顕著な効果を有する。
【0120】
さらに、本実施の形態は、光学フィルタのぱらつき起因のノイズが出やすい図5に示す離散的な分光分布を持つ照明光を照射する電子内視鏡装置1に応用した事により、ノイズの影響を抑えるという点において特に顕著な効果を有する。
【0121】
尚、本実施の形態では、可視領域の蛍光を観察可能な電子内視鏡装置1に応用したが、特開2002−95635号で開示されているような狭帯域の離散的な3波長を用いた反射光観察や、赤外光観察、赤外帯域の蛍光観察等に応用することも可能である。
【0122】
また、本実施の形態では、カラーバランスを調整するための増幅を信号処理装置3内部で行っているが、CCD20内部のCMD付転送チャンネル75,76で増幅するようにしてもよい。
【0123】
また、調整される色の比率は1:1:1に限らず、例えば蛍光観察時に正常粘膜部が少し緑っぽく表示されるようにする等しても、病変部の認識に有効である。
【0124】
また、露光時間の算出は、単純に露光時間と露光量との線形性を仮定して算出する方法に限らず、他の関数へ近似させる等して精度を増すことも、ノイズの抑制に有効である。
【0125】
また、カラーバランス設定スイッチは信号処理装置本体にあるものに限らず、電子内視鏡2の操作部に設けても良いし、足で踏む形式のフットスイッチであってもよい。
【0126】
[付記]
以上詳述したような本発明の上記実施の形態によれば、以下の如き構成を得ることができる。
【0127】
(付記項1) 被写体に照射するために異なる波長帯域の光を順次供給する照明光供給手段と、
前記波長帯域毎に順次被写体を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段により増幅された信号をカラー表示するための表示装置と、
前記撮像手段の露光時間を前記波長帯域毎に設定する露光時間設定手段と、
前記露光時間の設定後に前記撮像手段より出力された信号を元に前記増幅手段での前記波長帯域毎の増幅率を設定する増幅率設定手段とを有することを特徴とする電子内視鏡装置。
【0128】
(付記項2) 前記表示装置に表示される色のバランス設定を指示するカラーバランス設定指示手段を有し、
前記露光時間設定手段は前記カラーバランス設定指示手段の指示に応じて前記撮像手段より出力された信号を元に前記波長帯域ごとの露光時間を設定することを特徴とする付記項1に記載の電子内視鏡装置。
【0129】
(付記項3) 前記光源手段は被写体を励起する波長の光を放射し、
前記撮像手段は被写体からの蛍光を撮像することを特徴とする付記項1または2に記載の電子内視鏡装置。
【0130】
(付記項4) 前記異なる波長帯域は離散的な分光分布を持つことを特徴とする付記項1または2に記載の電子内視鏡装置。
【0131】
(付記項5) 前記露光時間設定手段は電子シャッタによる露光時間を設定することを特徴とする付記項1乃至4のいずれか1つに記載の電子内視鏡装置。
【0132】
(付記項6) 前記波長帯域毎に設定される露光時間のうち少なくとも1つば電子シャッタを停止させて得られる露光時間であることを特徴とした付記項5に記載の電子内視鏡装置。
【0133】
(付記項7) 被写体に対して異なる波長帯域を有する照明光を順次照射し、この照射された照明光の波長帯域ごとに被写体を撮像する電子内視鍛装置のカラーバランス調整方法であって、
所定の露光時間に基づき被写体を各波長帯域ごとに撮像するステップと、
各波長帯域毎における被写体像に応じた画像信号の明るさに基づき、各波長帯域毎の露光時間を設定するステップと、
設定された各波長帯域ごとの露光時間に基づき被写体を撮像するステップと、
設定された露光時間に基づいて撮像された被写体に応じた画像信号の各波長帯域毎の明るさに基づいて各波長帯域毎の画像信号の増幅率を算出するステップと、
算出された増幅率に基づき、前記各波長帯域毎の画像信号を増幅するステップと、
を備えた事を特徴とする電子内視鏡装置のカラーバランス調整方法。
【0134】
【発明の効果】以上述べた様に本発明によれば、正確に設定されたカラーバランスの下で、ノイズが少ないより良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る電子内視鏡装置の概略構成を示すブロック図。
【図2】本発明の実施の形態に係る回転フィルタ板の構成を示す平面図。
【図3】本発明の実施の形態に係るCCDのブロック図。
【図4】本発明の実施の形態に係る外周のフィルタの分光特性を示すグラフ。
【図5】本発明の実施の形態に係る内周のフィルタの分光特性を示すグラフ。
【図6】本発明の実施の形態に係る励起光カットフィルタの透過特性を示すグラフ。
【図7】本発明の実施の形態に係るカラーバランス補正回路を示すブロック図。
【図8】本発明の実施の形態に係るカラーバランス設定スイッチが押されたときの処理を示すフローチャート。
【図9】本発明の実施の形態に係るCCD受光量と電荷掃き捨て信号を示すタイミングチャート。
【図10】本発明の実施の形態に係る入力画像信号と色調調整係数を示すタイミングチャート。
【図11】従来の回転フィルタの露光量と時間との関係を示すグラフ。
【図12】従来の回転フィルタの露光量と露光時間との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1 …電子内視鏡装置
2 …電子内視鏡
3 …信号処理装置
5 …光源装置
6 …モニタ
11 …挿入部
20 …CCD
21 …フィルタ切替スイッチ
31,32 …プリプロセス回路
33,34 …A/D変換回路
35,36 …カラーバランス補正回路
37 …マルチプレクサ
38R,38G,38B …同時化メモリ
39R,39G,39B …D/A変換回路
40 …CPU
41 …サンプリング回路
42 …カラーバランス設定スイッチ
43 …露光時間制御回路
51 …キセノンランプ
53 …回転フィルタ板
54,55 …モータ
61R …Rフィルタ
61G …Gフィルタ
61B …Bフィルタ
62 …G’フィルタ
63 …励起フィルタ
64 …R’フィルタ
Claims (6)
- 被写体に対して異なる波長帯域を有する照明光を順次照射する光源装置と、
前記被写体を、照射された照明光の波長帯域ごとに撮像する撮像装置を備えた内視鏡と、
前記撮像装置から出力される被写体に応じた信号を前記波長帯域ごとに増幅する増幅手段と、
前記撮像装置の露光時間を前記波長帯域ごとに設定する露光時間設定手段と、
前記露光時間設定手段によって設定された露光時間により前記撮像装置が撮像した被写体に応じた信号に基づいて、前記増幅手段の増幅率を前記波長帯域ごとに設定する増幅率設定手段と、
を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。 - 前記増幅手段により増幅された信号に応じた映像をカラー表示する為の表示装置と、
この表示装置に表示される映像の色のバランス調整を指示するカラーバランス設定指示手段と、
を更に備え、
前記露光時間設定手段は、前記カラーバランス設定指示手段の指示に基づいて前記撮像装置が出力した映像信号を基に前記波長帯域ごとの露光時間を設定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。 - 前記光源装置は被写体を励起する為の励起光を被写体に対して供給し、
前記撮像装置は被写体からの蛍光を撮像することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電子内視鏡装置。 - 前記光源装置は離散的な分光分布を有する波長帯域の照明光を被写体に対して供給することを特徴とする請求項1または2に記載の電子内視鏡装置。
- 撮像装置を備える内視鏡から出力される被写体に応じた信号を処理する信号処理装置であって、
被写体に対して順次照射され、異なる波長帯域を有する照明光の波長帯域ごとに前記撮像装置が撮像した被写体に応じた信号を、前記波長帯域ごと増幅する増幅手段と、
前記撮像装置の露光時間を前記波長帯域ごとに設定する露光時間設定手段と、
前記露光時間設定部によって設定された露光時間により前記撮像装置が撮像した被写体に応じた信号に基づいて、前記増幅部の増幅率を前記波長帯域ごとに設定する増幅率設定手段と、
を備えたことを特徴とする信号処理装置。 - 前記露光時間設定手段は、表示装置に表示される映像の色のバランスを指示するカラーバランス設定指示に基づいて前記撮像装置が出力した映像信号を基に前記波長帯域ごとに露光時間を設定することを特徴とする請求項5に記載の信号処理装置。
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