JP2005245553A - 明るさ調整処理可能な電子内視鏡装置のビデオスコープ - Google Patents

Abstract

【課題】 電子シャッタ機能による明るさ調整処理を単独で実現できるビデオスコープを使用する場合において、明るさ調整に関する内容を詳細に設定変更可能にする。
【解決手段】 プロセッサ側においてオペレータにより重み付け係数の値、明るさレベル、測光方式の選択、変更の操作がある場合、重み付け係数、明るさレベル、測光方式に関するデータをビデオスコープ５０へ送信し、設定、記憶する（Ｓ２０５、Ｓ２０７、Ｓ２０９）。設定、記憶されたデータ値に基づいて、明るさ調整処理を行う（Ｓ３０２〜Ｓ３１１）。
【選択図】 図３

Description

本発明は、撮像素子を有するビデオスコープを備えた電子内視鏡装置に関し、特に、モニタに表示される被写体像の明るさを自動的に調整するための明るさ調整処理に関する。

従来の電子内視鏡装置においては、表示される被写体像を適正な明るさで維持するため、絞り等を調整することにより被写体へ照射される照明光の光量を調整する調光機能がプロセッサ（あるいは光源装置）に備えられており、また、電子シャッタ動作を利用してＣＣＤの電荷蓄積時間を調整することにより明るさ調整処理を行うこともできる。電子シャッタ動作可能なビデオスコープ（電子内視鏡）を電子シャッタ制御部を備えたプロセッサ（あるいは光源装置）に接続させた場合、電子シャッタ動作による明るさ調整処理は、電子内視鏡装置全体で実行される（特許文献１参照）。
特開平７−３９５１４号公報（図２）

明るさ調整に関し、測光方式（平均測光、ピーク測光など）や明るさレベルといった設定値などは、内視鏡作業の状況に応じて選択、調整する必要がある。電子シャッタ制御部も備えることでプロセッサと関係なく単独で電子シャッタ動作による明るさ調整処理を実現可能なビデオスコープの場合においても、ユーザの設定操作に応じて細かな明るさ調整処理を行わなければならない。

そこで本発明では、電子シャッタ機能による明るさ調整処理を単独で実現できるビデオスコープを使用する場合において、明るさ調整に関する内容を詳細に設定変更することが可能な電子内視鏡装置のビデオスコープを提供することを課題とする。

本発明のビデオスコープは、撮像素子を有し、光源装置あるいはプロセッサに接続されるビデオスコープであり、電子シャッタ機能により独自に（ビデオスコープ単独で）明るさ調整処理を実現できるビデオスコープである。ビデオスコープは、明るさ調整処理手段と、設定記憶手段とを備える。

明るさ調整処理手段は、撮像素子から読み出される画像信号に基づく輝度信号に従い、表示される被写体像を適正な明るさで維持するように、撮像素子に対する電子シャッタ操作を制御することにより、明るさ調整処理を実行する。そして、設定記憶手段は、ユーザにより設定内容を変更可能な明るさ調整処理に関する設定項目を設定、記憶する。ユーザが内視鏡作業中に変更可能な設定項目として、例えば、ピーク測光、平均測光などの測光方式、明るさ調整処理において参照（基準）となる明るさレベルなどがある。あるいは、表示される被写体像を分割測光し、各領域に対して重み付けをして被写体象全体の明るさを検出する場合、ビデオスコープの特性などに応じて重み付け係数の値が設定変更される。

例えばプロセッサ側でそれら設定項目を変更する操作が行われた場合、設定記憶手段は、ユーザにより選択、変更された設定項目を設定し、記憶する。明るさ調整処理手段は、その設定、記憶された内容に基づいて、明るさ調整処理を実行する。このように、ビデオスコープ単独による明るさ調整処理を実行する場合においても、細かい設定項目を変更、選択することができる。

本発明のプログラムは、撮像素子を有し、光源装置およびプロセッサのいずれかに接続されるビデオスコープの明るさ調整処理に関するプログラムであって、撮像素子から読み出される画像信号に基づく輝度信号に従い、表示される被写体像を適正な明るさで維持するように、撮像素子に対する電子シャッタ動作を制御した明るさ調整処理を実行する明るさ調整処理手段と、ユーザにより設定内容を変更可能な明るさ調整処理に関する設定項目を設定、記憶する設定記憶手段とを機能させ、設定記憶手段により設定、記憶された設定項目に基づいて明るさ調整処理を実行するように、明るさ調整処理手段を機能させることを特徴とする。

本発明によれば、電子シャッタ機能による明るさ調整処理を単独で実現できるビデオスコープを使用する場合において、明るさ調整に関する内容を詳細に設定変更することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、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。

電子内視鏡装置は、ＣＣＤ５４を有するビデオスコープ５０と、ＣＣＤ５４から読み出される画像信号を処理するプロセッサ１０とを備え、被写体像を表示するモニタ３２やキーボード３４がプロセッサ１０に接続される。ビデオスコープ５０は、プロセッサ１０に着脱自在に接続される。

ランプ点灯スイッチ（図示せず）が操作されてＯＮになると、ランプ制御部１１Ａを含むランプ電源１１から光源ランプ１２へ電源が供給される。光源ランプ１２から放射された光は、集光レンズ１４を介してビデオスコープ５０内に設けられたライトガイド５１の入射端５１Ａに入射する。ライトガイド５１は、光源ランプ部１２から放射される光をビデオスコープ５０の先端側へ伝達する光ファイバー束であり、ライトガイド５１を通った光は出射端５１Ｂから出射し、拡散レンズである配光レンズ５２を介して観察部位Ｓに光が照射される。

観察部位Ｓにおいて反射した光は対物レンズ５３を通り、これにより観察部位Ｓの被写体像がＣＣＤ５４の受光面に形成される。本実施形態では、カラー撮像方式として単板同時式が適用されており、ＣＣＤの受光面上にはイエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍｇ）、グリーン（Ｇ）の色要素が市松状に並べられた補色カラーフィルタ（図示せず）が受光面の各画素に対応するよう配置されている。ＣＣＤ５４では、補色カラーフィルタを通る色に応じた被写体像の画像信号が光電変換により発生し、所定時間間隔ごとに１フレームもしくは１フィールド分の画像信号が、色差線順次方式に従って順次読み出される。カラーテレビジョン方式として例えばＮＴＳＣ方式が適用されており、１／３０秒間隔ごとに１フレーム（１／６０秒間隔ごとに１フィールド）分の画像信号が順次読み出され、ゲイン調整用のＡＧＣ（Auto Gain Control、ここでは図示せず）を介して信号処理回路５５へ送られる。

ＩＣ（集積回路）によって構成される信号処理回路５５には、増幅処理を行うための初期プロセス回路、輝度信号と色信号に分離するための信号分離処理回路、Ｒ、Ｇ、Ｂの原色信号を生成するＲ、Ｇ、Ｂマトリクス回路、ホワイトバランス調整回路、ガンマ補正回路、画像輪郭の強調を行う画像輪郭強調回路、輝度信号、色差信号を生成するためのカラーマトリクス回路など様々な回路が設けられている（いずれも図示せず）。信号処理回路５５に入力された画像信号に対してこれらの回路で様々な処理が施されることにより映像信号が生成され、プロセッサ１０に送られる。また、ＣＣＤ５４を駆動するための駆動信号を所定のタイミングで出力するＣＣＤ駆動回路が設けられている。

プロセッサ信号処理回路２８では、信号処理回路５５から送られてくる映像信号に対して所定の処理が施される。処理された映像信号は、ＮＴＳＣコンポジット信号、Ｙ／Ｃ分離信号（Ｓビデオ信号）、ＲＧＢ分離信号などのビデオ信号としてモニタ３２へ出力され、これにより被写体像がモニタ３２に映し出される。

プロセッサＣＰＵ２４を含むシステムコントロール回路２２はプロセッサ１０全体を制御し、調光回路２３、ランプ電源１１のランプ制御部１１Ａ、プロセッサ信号処理回路２８などの各回路に制御信号を出力する。タイミングコントロール回路３０では、信号の処理タイミングを調整するクロックパルスがプロセッサ１０内の各回路に出力され、また、ビデオ信号に付随される同期信号がプロセッサ信号処理回路２８に送られる。ＲＯＭ２５にはプロセッサの機種に関するデータが記憶されており、ＲＡＭ２６には、ビデオスコープ５０から送られてくるデータが記憶される。

ビデオスコープ５０内には、ビデオスコープ５０全体を制御するスコープ制御部５６、データ書き換え可能なＥＥＰＲＯＭ５７が設けられており、スコープ制御に関するプログラムがスコープ制御部５６内のＲＯＭ５８に記憶されている。スコープ制御部５６はＥＥＰＲＯＭ５７からスコープ特性に関するデータ等を読み出すとともに、信号処理回路５５を制御する。ビデオスコープ５０がプロセッサ１０に接続されると、スコープ制御部５６とシステムコントロール回路２２との間で適時データが送受信され、必要に応じてスコープ制御部５６からシステムコントロール回路２２へ、あるいはシステムコントロール回路２２からスコープ制御部５６へデータが送信される。

ビデオスコープ５０では、電子シャッタ動作を利用して被写体像の明るさ調整処理を実行することが可能であり、信号処理回路５５において被写体像の明るさを示す輝度信号が画像信号に基づいて生成され、スコープ制御部５６へ送られる。そして、検出された被写体像全体の明るさに基づいて電子シャッタ速度等を制御するため、スコープ制御部５６から信号処理回路５５へ制御信号が送られる。この制御信号に基づき、ＣＣＤ５４における電荷蓄積時間を調整する駆動信号が信号処理回路５５からＣＣＤ５４へ出力される。

ライトガイド５１の入射端５１Ａと集光レンズ１４との間には被写体Ｓに照射される光の光量を調整するための絞り１６が設けられており、モータ１８の駆動によって開閉する。図１に示すプロセッサ１０では、調光回路２３によって絞り１６を通過する光、すなわち被写体Ｓへ照射される光の光量調整が実行可能であり、電子シャッタ機能を備えていないビデオスコープが接続された場合など一定の条件においてプロセッサ１０による自動調光処理が実行される。この場合、信号処理回路５５から出力される輝度信号が順次調光回路２３へ入力され、この輝度信号に基いて調光回路２３からモータドライバ２０へ制御信号が送られ、絞り１６が所定量だけ開閉するように、モータ１８がモータドライバ２０によって駆動される。

フロントパネル９６には、明るさ調整処理において基準となる（参照される）明るさレベルを設定するための明るさレベル設定スイッチ９６Ａ、平均測光／ピーク測光を選択的に設定するための測光設定スイッチ９６Ｂなどを含む一連のパネルスイッチＰＳが設けられている。また、被写体像の分割領域（後述）それぞれに対し定められる重み付け係数の値がキーボード３４の操作によって設定可能である。一方、ビデオスコープ５０には、ＶＴＲスイッチ、フリーズスイッチ、コピースイッチ（いずれも図示せず）が設けられており、必要に応じて操作される。

なお、本実施形態では、プロセッサ１０による明るさ調整処理（調光処理）は実行されず、ビデオスコープ５０において電子シャッタ動作を制御した明るさ調整処理が実行される。

図２は、スコープ制御部５６によって実行されるスコープ全体の制御処理を示した図である。プロセッサ１０からの電源供給によりビデオスコープ５０の電源がＯＮ状態になると、実行開始される。

ステップＳ１０１では、ＣＣＤ５４や信号処理回路５５などが初期設定され、信号処理回路５５内のレジスタに対するデータ設定、各変数の設定等が行われる。ここでは、明るさレベル、測光方式、被写体像の分割領域（後述）の重み付け係数が記憶素子ＥＥＰＲＯＭ５７から読み出され、対応する変数に値が設定される。ステップＳ１０２では、ビデオスコープ５０に設けられたスイッチに関連する処理が実行される。ここでは、図示しないＶＴＲスイッチ、フリーズスイッチ、コピースイッチに対する操作に応じた処理が実行され、操作に応じてビデオスコープ５０からプロセッサ１０へデータが送信される。

ステップＳ１０３では、プロセッサ１０に対する通信処理が実行され、プロセッサ１０との間でデータが相互に送受信される。また、後述するように、明るさ調整に関するデータが設定される。ステップＳ１０４では、信号処理回路５５の機能を制御する制御信号がスコープ制御部５６から信号処理回路５５へ送信される。

ステップＳ１０５では、時刻のカウントなど他の処理が実行される。そしてステップＳ１０６では、電子シャッタ動作を利用した明るさ調整処理が実行される。ステップＳ１０６が実行されると、ステップＳ１０２へ戻る。ビデオスコープ５０の電源がＯＦＦ状態になるまでステップＳ１０２〜Ｓ１０６が繰り返し実行される。

図３は、図２のステップＳ１０３のサブルーチン（プロセッサとの通信処理）である。また、図４は被写体像の分割領域を示した図であり、図５はＥＥＰＲＯＭ５７のアドレスを示した図である。

ステップＳ２０１では、接続されているプロセッサから送信されたデータを受信したか否かが判断される。プロセッサからのデータを受信していないと判断されると、このままサブルーチンは終了する。一方、プロセッサからのデータを受信したと判断された場合、ステップＳ２０２へ進む。

ステップＳ２０２では、プロセッサから送られてきたデータが明るさ調整処理に関するデータであるか否かが判断される。ここでは、明るさ調整処理に関するデータの場合、データの第１のバイト（１６進表記）が“ａ１ｈ”、“ａ２ｈ”、“ａ３ｈ”のいずれかで表される。“ａ１ｈ”は重み付け係数のデータであることを示し、“ａ２ｈ”は測光方式のデータであることを示し、“ａ３ｈ”は明るさレベルのデータであることを示す。データが明るさ調整処理に関するデータではないと判断されると、ステップＳ２０３へ進み、そのデータに応じた処理が施される。一方、データが明るさ調整処理に関するデータであると判断された場合、ステップＳ２０４へ進む。

ステップＳ２０４では、受信したデータの第１のバイト（１６進表記）が“ａ１ｈ”であるか、すなわち重み付け係数のデータであるか否かが判断される。本実施形態では、図４に示すように表示される被写体像ＥＦは９つの領域Ａ１〜Ａ９に分割設定されており、各領域に対して重み付け係数が定められる。９つの重み付け係数それぞれの値は、０〜９のいずれかの整数値に定められている。

ステップＳ２０４において第１のバイトが“ａ１ｈ”であると判断された場合、ステップＳ２０５へ進み、受信データ（第２のバイト〜第１０のバイト）に含まれる９つの重み付け係数の値が、重み付け係数変数“ａｅｗ１〜ａｅｗ９”それぞれに設定され（割り当てられる）、また、ＥＥＰＲＯＭ５７のアドレスＡ１１〜Ａ１９へそれぞれ格納される（図５参照）。一方、第１のバイトが“ａ１ｈ”ではないと判断された場合、ステップＳ２０６へ進む。

ステップＳ２０６では、受信したデータの第１のバイト（１６進表記）が“ａ２ｈ”であるか、すなわち測光方式のデータであるか否かが判断される。測光方式は、ここでは平均的明るさを示す輝度平均値を算出する平均測光と、被写体像全体に対する高輝度の割合に応じて測光するピーク測光のうちいずれか一方の方式が選択、設定される。

ステップＳ２０６において、第１のバイトが“ａ２ｈ”であると判断された場合、ステップＳ２０７へ進み、受信データ（第２のバイト）に含まれる測光方式のデータ値が測光方式変数“ａｅ２”に設定されるとともに、ＥＥＰＲＯＭ５７のアドレスＡ２０に格納される。測光方式変数“ａｅ２”は測光方式を表し、被写体像の平均的な明るさを検出する平均測光の場合には“０”、高輝度観察部位を考慮したピーク測光の場合には“１”に設定される。一方、第１のバイトが“ａ２ｈ”ではないと判断された場合、ステップＳ２０８へ進む。

ステップＳ２０８では、受信したデータの第１のバイト（１６進表記）が“ａ３ｈ”であるか、すなわち明るさレベルのデータか否かが判断される。明るさレベルは、明るさ調整処理において基準となる参照輝度値を定めるものであり、ユーザにより設定される明るさレベルに応じて参照輝度値が変わる。ここでは、明るさレベルは、１〜１１（明るさレベルの−５〜＋５に対応）のいずれかの整数値に定められる。第１のバイトが“ａ３ｈ”であると判断された場合、ステップＳ２０９へ進み、受信したデータ（第２のバイト）に含まれる明るさレベルデータの値が明るさレベル変数“ａｅｂ”に設定されるとともに、ＥＥＰＲＯＭ５７のアドレスＡ２１に格納される。一方、第１のバイトが“ａ３ｈ”ではないと判断された場合、サブルーチンは終了する。

図６は、図２のステップＳ１０６のサブルーチン（明るさ調整処理）を示した図である。

ステップＳ３０１では、前回の明るさ調整処理から１フィールド分の走査時間（１／６０秒）が経過しているか否かが判断される。図２のステップＳ１０２〜Ｓ１０６にわたる実行処理時間が１フィールド走査時間に比べて非常に短いため、１画面分の被写体像に応じた輝度データの得られる時間に合わせて明るさ調整処理が実行される。１フィールド分の走査時間が経過していないと判断されると、明るさ調整処理は行われないままサブルーチンが終了する。一方、１フィールド分の走査時間が経過していると判断された場合、ステップＳ３０２へ進む。

ステップ３０２では、図３のステップＳ２０９において設定された明るさレベルに基づいて、参照輝度値が“参照輝度変数“ａｅｒ”の値として設定される。参照輝度値は以下の式で求められる。

ａｅｒ＝１２０＋１０＊（ａｅｂ−６） ・・・・（１）

本実施形態では、被写体像を構成する各画素の輝度値は２５６段階の輝度レベルによって表され、０〜２５５の範囲にあるいずれかの整数となる。被写体像全体の基準の明るさを示す参照輝度値は、７０〜１７０のいずれかの整数値に定められる。ステップＳ３０２が実行されると、ステップ３０３に進み、測光方式変数“ａｅ２”の値が０であるか、すなわち平均測光が設定されているか否かが判断される。

ステップＳ３０３において平均測光変数“ａｅ２”＝０であると判断された場合、ステップＳ３０４へ進む。ステップＳ３０４では、輝度データが信号処理回路５５から読み出され、スコープ制御部５６へ送られる。図４に示すように被写体像ＥＦは９分割されていることから、領域Ａ１〜Ａ９ごとに、各領域の平均的な輝度値をもつ輝度データが読み出される。

ステップＳ３０５では、被写体像全体の明るさを示す輝度平均値が輝度平均値変数“ａｅｏ”として以下の式により求められる。

ａｅｏ＝Σｒｄ（ｊ）＊ａｅｗ（ｊ）／Σａｅｗ（ｊ）
（ｊ＝１〜９）・・（２）

ただし、ｒｄ（ｊ）はステップＳ３０４で求められる各領域の輝度データを示す。ステップＳ３０５が実行されると、ステップＳ３０６へ進む。

ステップＳ３０６では、輝度平均値変数“ａｅｏ”の値と参照輝度値“ａｅｒ”の値とが比較される。ステップＳ３０７では、輝度平均値変数“ａｅｏ”の値と参照輝度値“ａｅｒ”の値との比あるいは差に基づいて、電子シャッタ速度が計算される。参照輝度値の方が大きい場合には電子シャッタ速度を遅くし、参照輝度値の方が小さい場合には電子シャッタ速度を速くする。ステップＳ３０７が実行されると、ステップＳ３１１へ進み、算出された電子シャッタ速度が信号処理回路５５のレジスタに設定され、これにより電子シャッタ速度が調整され、被写体像の明るさが調整される。ステップＳ３１１が実行されると、サブルーチンは終了する。

一方、ステップＳ３０３において平均測光ではない、すなわちピーク測光が設定されていると判断された場合、ステップＳ３０８へ進む。ステップＳ３０８では、被写体像の明るさピーク値が算出される。ここでは、被写体像全体で高輝度の画素が所定の割合を満たす場合にその閾値となる輝度値がピーク値として求められる。なお、ピーク測光では被写体像は分割設定されていない。ステップＳ３０９では、ステップＳ３０６と同様に、ピーク値と参照輝度値とが比較される。そして、ステップＳ３１０では、電子シャッタ速度が算出される。ステップＳ３１０が実行されると、ステップＳ３１１へ進み、電子シャッタ速度が調整され、被写体像の明るさが調整される。

以上のように本実施形態によれば、プロセッサ側においてオペレータにより重み付け係数の値、明るさレベル、測光方式の選択、変更の操作がある場合、重み付け係数、明るさレベル、測光方式に関するデータがビデオスコープ５０へ送信され、設定、記憶される（Ｓ２０５、Ｓ２０７、Ｓ２０９）。そして、設定、記憶されたデータ値に基づいて、明るさ調整処理が行われる（Ｓ３０２〜Ｓ３１１）。

重み付け係数、明るさレベル、測光方式以外の明るさ調整処理に関するデータを設定、変更できるように構成してもよい。

実施形態では、プロセッサは、光源部と信号処理部の両方を備え、光源部と信号処理部は一体的である。しかしながら、光源装置と信号処理装置とをそれぞれ独立させて設ける構成にしてもよい。

本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。 スコープ制御部によって実行されるスコープ全体の制御処理を示した図である。 図２のステップＳ１０３のサブルーチン（プロセッサとの通信処理）を示した図である。 被写体像の分割領域を示した図である。 ＥＥＰＲＯＭのアドレスを示した図である。 図２のステップＳ１０６のサブルーチン（明るさ調整処理）を示した図である。

符号の説明

１０ プロセッサ
５０ ビデオスコープ
５４ ＣＣＤ（撮像素子）
５６ スコープ制御部
５７ ＥＥＰＲＯＭ（メモリ）

Claims (5)

1. 撮像素子を有し、光源装置およびプロセッサのいずれかに接続されるビデオスコープであって、
   前記撮像素子から読み出される画像信号に基づく輝度信号に従い、表示される被写体像を適正な明るさで維持するように、前記撮像素子に対する電子シャッタ動作を制御した明るさ調整処理を実行する明るさ調整処理手段と、
   ユーザにより設定内容を変更可能な明るさ調整処理に関する設定項目を設定、記憶する設定記憶手段とを備え、
   前記明るさ調整処理手段が、前記設定記憶手段により設定、記憶された設定項目に基づいて、明るさ調整処理を実行することを特徴とする電子内視鏡装置のビデオスコープ。
2. 前記設定項目が、被写体像の適正な明るさに応じた明るさレベルと、被写体像全体の明るさの算出方法に関する測光方式のうち、少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置のビデオスコープ。
3. 前記明るさ調整処理手段が、被写体像を分割することにより規定される分割領域それぞれに対して重み付けすることにより、被写体像全体の明るさを検出して明るさ調整処理を実行し、
   前記設定項目が、各分割領域の重み付け係数の値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のビデオスコープ。
4. 前記プロセッサから送られてくる前記設定項目に関するデータを受信するデータ通信手段とをさらに有し、
   前記設定記憶手段が、受信した前記設定項目を設定、記憶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ビデオスコープ。
5. 撮像素子を有し、光源装置およびプロセッサのいずれかに接続されるビデオスコープの明るさ調整処理に関するプログラムであって、
   前記撮像素子から読み出される画像信号に基づく輝度信号に従い、表示される被写体像を適正な明るさで維持するように、前記撮像素子に対する電子シャッタ動作を制御した明るさ調整処理を実行する明るさ調整処理手段と、
   ユーザにより設定内容を変更可能な明るさ調整処理に関する設定項目を設定、記憶する設定記憶手段とを機能させ、
   前記設定記憶手段により設定、記憶された設定項目に基づいて明るさ調整処理を実行するように、前記明るさ調整処理手段を機能させることを特徴とするプログラム。
   
   

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