JP2008104767A

JP2008104767A - 電子内視鏡装置

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Publication number: JP2008104767A
Application number: JP2006292246A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Tannai; 克哉丹内
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2026-10-27
Also published as: DE102007051355A1; US20080100700A1; JP4953759B2

Abstract

【課題】フリーズ動作において静止画像の表示および画像データの転送を迅速に実現する。
【解決手段】フリーズボタンが操作されると、動画像とは異なる読み出し方式に従い、一回の露光により得られる一フレーム分の画素信号を、奇数ラインの画素信号、偶数ラインの画素信号に分けて順番に読み出す。読み出された奇数ライン、偶数ラインの画素信号に対し、合成回路において色補間等を含む処理を施し、表示される静止画像に応じた表示用静止画像信号を生成する。表示用静止画像信号が生成、出力されるまでの２フィールド期間Ｌにおいて、スイッチを切り替え、奇数ライン、偶数ラインの画素信号をレコーダへ送信する。
【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に関し、特に、静止画像を記録、表示するフリーズ動作に関する。

電子内視鏡装置では、インターライン転送方式のＣＣＤを用いて観察画像を動画像として表示するとともに、同一露光による１フレーム分の静止画像を表示、記録することが可能である（例えば、特許文献１〜３参照）。静止画像を表示、記録するためフリーズボタンが操作されると、静止画像処理用モードに切り替わり、同一露光によって得られる１フレーム分の画素信号を、奇数ラインの画素信号、偶数ラインの画素信号に分けて順次読み出す。そして、奇数および偶数ラインの画素信号に基づいて静止画像を表示する。フリーズ動作が終了すると、再び動画像を表示する通常モードに切り替わる。
特許第３３９８５５０号公報特許第３３７０８７１号公報特開２００６−１１０１４９号公報

プロセッサには、コンピュータ、レコーダなどの外部機器が接続可能であり、静止画像データが外部機器に送信される。フリーズ動作後速やかに通常観察モードへ復帰するため、モニタに静止画像（フリーズ画像）を表示するための信号処理と外部機器への画像データ転送処理とを迅速に行うことが要求される。

本発明の電子内視鏡装置は、カラー動画像を表示するとともに、カラー静止画像を表示、記録可能な電子内視鏡装置であり、カラーフィルタ、撮像素子を備えたビデオスコープを備え、また、観察用表示装置とともに、画像データなどの画素信号を受信可能な外部機器が接続可能である。電子内視鏡装置は、カラー動画像を表示するための動画像読み出し方式に従って撮像素子から画素信号を順次読み出す動画像読み出し手段と、読み出された画素信号に基づいて映像信号を生成する動画像信号処理手段と、カラー静止画像を得るため、動画像読み出し方式とは異なる静止画像用読み出し方式に従い、一回の露光による１フレーム分の画素信号を読み出す静止画像読み出し手段と、静止画像用読み出し方式に従って読み出された画素信号に基づいて、カラー静止画像に応じた表示用静止画像信号を生成する静止画像信号処理手段と、映像信号および表示用静止画像信号を、観察用表示装置へ出力可能な信号出力手段とを備える。

撮像素子としては、ＣＣＤ等を用いればよく、例えばインターライン転送方式に従った撮像素子であればよい。カラーフィルタの構成としては任意であり、例えば、補色、あるいは原色である複数の色要素を市松状に配列させた構成であればよい。例えば、市松状の色要素を配置したカラーフィルタを撮像素子に組み込む単板同時式に従って撮像するように構成される。動画像読み出し手段は、カラーフィルタの構成、撮像素子の転送方式に従って画素信号を読み出せばよく、例えば、フィールド読み出し方式を適用し、隣接する画素を混合して加算し、奇数フィールドの画素信号、偶数フィールドの画素信号として交互に読み出せばよい。静止画像読み出し手段は、例えば高解像度を得るように、動画像とは異なる読み出し方式によって画素信号を読み出せばよい。例えば、フレーム読み出し方式により一回の露光によって得られる１フレーム分の画素信号を読み出すため、静止画像読み出し手段は、奇数ラインの画素信号と偶数ラインの画素信号とに分け、２フィールド期間に渡って読み出せばよい。フリーズ動作実行のため、例えば、動画像表示から静止画像表示へ切り替えるために操作される切替部材が設けられ、切替部材に対する操作に従い、動画像読み出し手段の代わりに静止画像読み出し手段を実行する読み出し制御手段が設けられる。

本発明では、信号出力手段が、表示用静止画像信号が生成される間、静止画像用読み出し方式に従って読み出された画素信号を外部機器へ出力可能である。例えば、レコーダなどへ出力し、あるいは、着脱自在なメモリなどが装着可能である場合、装着されたメモリへ出力可能である。静止画像読み出し手段は、動画像読み出し手段とは異なる読み出し方式によって画素信号を読み出す。そのため、静止画像表示のため読み出された画素信号の色成分は、動画像表示のため読み出された画素信号の色成分と相違する。静止画像信号処理手段は、補間処理などの信号処理を画素信号に対して実行し、各画素の色成分が適正に表された表示用静止画像信号を生成する。本発明では、静止画像信号処理手段がそのような信号処理を実行している間、撮像素子から読み出された静止画像用の画素信号をそのまま外部機器へ出力可能であり、静止画像の表示処理、および静止画像データの外部への転送処理を並列的に実行する。すなわち、静止画像用の読み出し方式に従って読み出された画素信号が、表示用静止画像信号が生成されて観察用表示装置へ出力される前に、ＲＡＷデータとしてそのまま外部機器へ出力される。外部機器では、送られてきた画素信号に基づいて静止画像を再現すればよい。

例えば、信号出力手段に、観察用表示装置および外部機器への接続を選択的に切り替え可能なスイッチを設け、表示用静止画像信号を生成する間、スイッチを観察用表示装置との接続から外部機器との接続へ切り替えればよい。

本発明の内視鏡用信号処理装置は、カラーフィルタを通った光によって被写体像が形成される撮像素子から画素信号を順次読み出すカラー動画像を表示するための動画像用読み出し方式とは異なる読み出し方式であって、カラー静止画像を得るため、一回の露光による１フレーム分の画素信号を読み出す静止画像用読み出し方式に従って読み出された画素信号に基づいて、カラー静止画像に応じた表示用静止画像信号を生成する静止画像信号処理手段と、動画像読み出し方式に基づいて得られる映像信号および表示用静止画像信号を、観察用表示装置へ出力可能な信号出力手段とを備え、信号出力手段が、表示用静止画像信号が生成される間、静止画像用読み出し方式に従って読み出された画素信号を画素信号受信可能な外部機器へ出力可能である。

本発明の内視鏡用信号処理方法は、カラーフィルタを通った光によって被写体像が形成される撮像素子から画素信号を順次読み出すカラー動画像を表示するための動画像用読み出し方式とは異なる読み出し方式であって、カラー静止画像を得るため、一回の露光による１フレーム分の画素信号を読み出す静止画像用読み出し方式に従って読み出された画素信号に基づいて、カラー静止画像に応じた表示用静止画像信号を生成し、動画像読み出し方式に基づいて得られる映像信号および表示用静止画像信号を、観察用表示装置へ出力し、表示用静止画像信号が生成される間、静止画像用読み出し方式に従って読み出された画素信号を画素信号受信可能な外部機器へ出力することを特徴とする。

本発明によれば、フリーズ動作において静止画像の表示および画像データの転送を迅速に実現できる。

以下では、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素信号を処理するとともに光源ユニットが一体的に設けられたプロセッサ１０とを備える。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ており、また、被写体像を表示するモニタ７０とともに、レコーダ６０がプロセッサ１０に接続される。

ランプ点灯スイッチ（図示せず）がＯＮになると、ランプ制御部１１からランプ１２へ電源が供給されてランプ１２が点灯する。ランプ１２から放射された光は、ロータリーシャッタ１５、集光レンズ１６を介してビデオスコープ５０内を通ったライトガイド５１の入射端５１Ａに入射する。ライトガイド５１は、ランプ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（図示せず）を介して観察部位へ光が照射する。

観察部位において反射した光は対物レンズ（図示せず）を介してＣＣＤ５４に到達し、観察部位の像が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素信号が光電変換により発生する。ＣＣＤ５４は、ここではインターライン転送型ＣＣＤが適用される。

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、動画像をモニタ７０に表示させる場合、ＣＣＤドライバ５９から送られてくる駆動信号に従い、フィールド期間（１／６０秒間隔）毎に画素信号が読み出される。また、動画像表示の間、色差線順次方式によって画素信号（電荷）が読み出される。すなわち、相対する隣接する画素と交互に加算される画素信号が、奇数フィールド、偶数フィールドの画素信号としてフィールド期間毎に読み出され、増幅回路５５へ送られる。

増幅回路５５では、画素信号に対して増幅処理が施され、初期信号処理回路５７へ送られる。初期信号処理回路５７で画像信号に対し所定の処理が施されると、プロセッサ１０のプロセッサ側信号処理回路２８へ送られる。プロセッサ側信号処理回路２８では、初期信号処理回路５７から送られてくる画像信号に対し、ホワイトバランス調整、ガンマ補正など様々な処理が施され、映像信号が生成される。映像信号はモニタ５２へ出力され、これによりフルカラーの動画像がモニタ７０に表示される。

一方、フリーズボタン５３の押下によってフリーズ動作を実行する場合、動画像の読み出し方式とは異なる静止画像用の読み出し方式に従い、同一露光によって得られる１フレーム分の画素信号が２フィールド期間（１フレーム期間）に渡って読み出される。すなわち、１回の露光で蓄積された一フレーム分の画素信号が、ＣＣＤ５４の画素配列において奇数ラインの画素信号と偶数ラインの画素信号とに分けられ、奇数ラインの画素信号および偶数ラインの画素信号が、１フィールド分の画素信号として順番に読み出される。

奇数ライン、偶数ラインの画素信号はそれぞれ初期信号処理回路５７を介してプロセッサ側信号処理回路２８へ順に送られる。プロセッサ側信号処理回路２８では、モニタ７０にカラー静止画像を表示するための信号処理が施され、カラー静止画像に応じた画像信号がモニタ７０へ出力される。それとともに、ＣＣＤ５４から読み出された奇数ライン、偶数ラインの画素信号が、画像データとして、インターフェイス回路（Ｉ／Ｆ）２９を介してレコーダ６０へ出力される。ここでは、ＵＳＢの規格に従って画像データが転送されるように構成されており、プロセッサ１０にはＵＳＢ端子が設けられている。

ＣＰＵを含むシステムコントロール回路２２は、プロセッサ１０の動作を制御し、ランプ制御部１１、プロセッサ側信号処理回路２８などの各回路へ制御信号を出力する。プロセッサ側のタイミングコントロール回路（図示せず）では、信号の処理タイミングを調整するクロックパルス信号がプロセッサ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側信号処理回路２８へ送られる。

ビデオスコープ５０には、ビデオスコープ５０を制御するスコープコントローラ５６が設けられており、初期信号処理回路５７、タイミングコントロール回路５８を制御する。タイミングコントロール回路５８は、スコープコントローラ５６から送られてくる制御信号に基づいてＣＣＤドライバ５９に駆動信号を出力し、ＣＣＤ５４の動画像表示の画素信号読み出し処理を制御し、また、フリーズ動作時における画素信号読み出し処理を制御する。ビデオスコープ５０がプロセッサ１０に接続されると、スコープコントローラ５６とシステムコントロール回路２２との間でデータが送受信される。

ロータリーシャッタ１５は、遮光部と開口部によって構成されており、モータ（ここでは図示せず）を介して駆動部２３から送られてくる駆動信号により回転する。ロータリーシャッタ１５と集光レンズ１６との間には、遮光用のチョッパ１７が待避可能に設けられており、駆動回路２４から送られてくる駆動信号に基づいて動作する。

図２は、プロセッサ側処理回路２８およびインターフェイス回路２９のブロック図である。図３は、フリーズ動作時のタイミングチャートである。

プロセッサ側信号処理回路２８は、合成回路２８Ａ、画像処理回路２８Ｂを備え、画像処理回路２８Ｂは、画素信号（画像データ）を一時的に格納可能なフレームメモリ（図示せず）を備える。通常観察モードの間、ロータリーシャッタ１５は所定速度で回転し、ランプ１２から放射される光の透過、遮断を繰り返す。電子シャッタと同様に、１フィールド期間の中で一定期間ＣＣＤ５４が露光され、露光期間、すなわちロータリーシャッタ１５の回転速度を変えることによって露光量が変化する。

動画像を表示する場合、上述したように線順次色差方式が適用され、隣接する２画素を加算した混合画素信号が、奇数フィールド、偶数フィールドの画像信号として、交互にＣＣＤ５４から読み出される。画像処理回路２８Ｂでは、奇数フィールド、偶数フィールドの画素信号に基づいて動画像に応じた映像信号が生成され、インターフェイス回路２９へ出力される。図２に示すように、インターフェイス回路２９には、スイッチ２９Ａが設けられており、動画像を表示している間、スイッチ２９Ａは、モニタ側の接点Ｓ１と画像処理回路２８Ｂとを接続させる。

フリーズ動作実行のためフリーズボタン５３が操作されると、静止画像の表示および記録処理が実行され、ＣＣＤドライバ５９、プロセッサ側信号処理回路２８は、スコープコントローラ５６、システムコントロール回路２２からの制御信号に基づいて静止画像記録処理に応じた動作を行う。画素信号をＣＣＤ５４から読み出すとき、同一の露光によって得られる１フレーム分の画素信号は、奇数ラインの画素信号、偶数ラインの画素信号に分かれて順番に読み出される。また、チョッパ１７は、偶数ラインの画素信号が読み出される間、遮光位置へ位置変動し、ランプ１２の光を遮断する（図３参照）。

奇数ライン、偶数ラインの画素信号は、画像処理回路２８Ｂに入力されると、順次合成回路２８Ａへ送られる。合成回路２８Ａでは、奇数ライン、偶数ラインの画素信号に基づいて、モニタ７０に表示する静止画像に応じた画像信号が生成される。具体的には、モニタ７０の画面を上下に二分し、奇数ライン、偶数ラインの画素信号の中で上半分の領域内にある走査ラインに応じた画像信号が合成され、その後、奇数ライン、偶数ラインの画素信号の中で下半分の領域内にある走査ラインに応じた画像信号が合成される。

フリーズ動作の場合、奇数ライン、偶数ラインの画素信号に分けて読み出すため、動画像表示の間読み出される２画素混合した画素信号と異なり、奇数ライン、偶数ラインの各画素の色を再現するのに周囲の色情報が不足している。すなわち、１つの画素にはＣｙ、Ｍｇ、Ｙｅ、Ｇのいずれか一つの色要素が対応し、各画素のその他の色情報を周囲の画素の色情報に基づいて補間する必要があるが、静止画像の場合には奇数ライン、偶数ライン別々に読み出すため、動画像表示の時に得られる混合画素信号と色成分が異なる。そのため、合成回路２８Ａでは、別々に読み出した奇数ライン、偶数ラインの画素信号に対し、それぞれ隣接する画素から色情報を補間する処理が実行される。

静止画像を表示するために合成回路２８Ａで実行される処理は、奇数ライン、偶数ラインの画素信号がＣＣＤ５４から読み出されて合成回路２８Ａへ送られた後開始される。そして、最初のフィールド期間では、画面上半分に応じた画像信号が合成回路２８Ａから画像処理回路２８Ｂを介してインターフェイス回路２９へ出力され、次のフィールド期間では、画面下半分に応じた画像信号が出力される（図３参照）。

インターフェイス回路２９内に設けられたスイッチ２９Ａは、上半分に応じた画像信号が出力されるまでの２フィールド期間Ｌにおいて、画像処理回路２８Ｂとレコーダ側の接点Ｓ２とを接続するように切り替わる（図３参照）。そして、画像処理回路２８Ｂは、その２フィールド期間Ｌにおいて入力される奇数ラインの画素信号、偶数ラインの画素信号を、そのまま順次インターフェイス回路２９へ出力する。その結果、奇数ライン、偶数ラインの画素信号がＲＡＷデータとしてレコーダ６０へ送信される。レコーダ６０では、奇数ライン、偶数ラインの画素信号が１フレーム分の画像ＲＡＷデータとして記録される。

２フィールド期間Ｌが経過すると、スイッチ２９Ａは、画像処理回路２８Ｂとモニタ側接点Ｓ１とを接続させるように切り替わる。その結果、画面上半分に応じた表示用静止画像信号と画面下半分に応じた表示用静止画像信号が、２フィールド期間に渡って順次モニタ７０へ出力される。また、表示用静止画像信号は、画像処理回路２８Ｂ内のフレームメモリに格納され、所定期間だけフレームメモリから順次読み出される。これにより、カラー静止画像がモニタ７０に所定期間だけ表示される。静止画像用の読み出し方式によって奇数ライン、偶数ラインの画素信号が読み出されると、線順次色差方式によって画素信号がＣＣＤ５４から読み出される。そして、フリーズボタン５３が操作されてから所定期間が経過すると、再び動画像がモニタ７０に表示される。

以上のように本実施形態によれば、動画像を表示する間、隣接する画素が加算された状態で奇数フィールドの画素信号、偶数フィールドの画像信号が交互にＣＣＤ５４から読み出される。そして、フリーズボタン５３が操作されると、動画像とは異なる読み出し方式に従い、一回の露光により得られる一フレーム分の画素信号が、奇数ラインの画素信号、偶数ラインの画素信号に分かれて順番に読み出される。読み出された奇数ライン、偶数ラインの画素信号は、合成回路２８において色補間等を含む処理が施され、表示される静止画像に応じた表示用静止画像信号が生成される。表示用静止画像信号が生成、出力されるまでの２フィールド期間Ｌにおいて、スイッチ２９Ａが切り替えられ、奇数ライン、偶数ラインの画素信号がレコーダ６０へ送信される。

表示用画像信号を生成している間にレコーダ６０へ画像データを転送するため、フリーズ動作開始後、静止画像の表示処理、および画像データの転送処理を同時に実行できる。また、画像処理回路２８からモニタ用の信号線とは別の外部出力用の専用信号線を設ける必要がなく、インターフェイス回路における切替によって選択的に外部へ出力できる。

画像データ受信可能な外部機器をレコーダ６０の代わりにプロセッサ１０へ接続してもよい。また、ＵＳＢ以外の標準規格によってデータ転送できるように構成してもよい。動画像表示用の画素信号読み出し、および静止画像記録、表示用の画素信号読み出しは、上述した方式以外も適用可能であり、ＣＣＤの電荷転送方式、カラーフィルタの色配列、撮像方式などに従って定めればよい。合成回路２８Ａは、それら方式に合わせた信号処理を行えばよい。スイッチ２９Ａは、半導体などによるスイッチ制御によって構成してもよい。また、２フィールド期間Ｌに限定されず、静止画像用の画素信号読み出し後数フィールド期間の間に、読み出された画素信号をそのまま外部へ出力するように構成すればよい。

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。プロセッサ側処理回路およびインターフェイス回路のブロック図である。フリーズ動作時のタイミングチャートである。

符号の説明

１０プロセッサ
２２システムコントロール回路
２８プロセッサ側信号処理回路
２８Ａ合成回路
２８Ｂ画像処理回路
２９インターフェイス回路
２９Ａスイッチ
５０ビデオスコープ
５４ＣＣＤ
５９ＣＣＤドライバ
６０レコーダ
７０モニタ

Claims

カラーフィルタを通った光によって被写体像が形成される撮像素子を有するビデオスコープと、
カラー動画像を表示するための動画像読み出し方式に従い、前記撮像素子から画素信号を順次読み出す動画像読み出し手段と、
読み出された画素信号に基づいて映像信号を生成する動画像信号処理手段と、
カラー静止画像を得るため、動画像読み出し方式とは異なる静止画像用読み出し方式に従い、一回の露光による１フレーム分の画素信号を読み出す静止画像読み出し手段と、
前記静止画像用読み出し方式に従って読み出された画素信号に基づいて、カラー静止画像に応じた表示用静止画像信号を生成する静止画像信号処理手段と、
前記映像信号および表示用静止画像信号を、観察用表示装置へ出力可能な信号出力手段とを備え、
前記信号出力手段が、表示用静止画像信号が生成される間、前記静止画像用読み出し方式に従って読み出された画素信号を画素信号受信可能な外部機器へ出力可能であることを特徴とする電子内視鏡装置。
前記信号出力手段が、前記観察用表示装置および前記外部機器への接続を選択的に切り替え可能なスイッチを有し、表示用静止画像信号を生成する間、前記スイッチを前記観察用表示装置との接続から前記外部機器との接続へ切り替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。
動画像表示から静止画像表示へ切り替えるために操作される切替部材と、
前記切替部材に対する操作に従い、前記動画像読み出し手段の代わりに前記静止画像読み出し手段を実行する読み出し制御手段とをさらに有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。
前記カラーフィルタが、複数の色要素を市松状に配列させた構成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。
前記撮像素子が、インターライン転送方式に従うことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
前記動画像読み出し手段が、隣接する画素を混合して加算し、奇数フィールドの画素信号、偶数フィールドの画素信号を交互に読み出すことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
前記静止画像読み出し手段が、一回の露光によって得られる１フレーム分の画素信号を奇数ラインの画素信号と偶数ラインの画素信号とに分け、２フィールド期間に渡って読み出すことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
カラーフィルタを通った光によって被写体像が形成される撮像素子から画素信号を順次読み出すカラー動画像を表示するための動画像用読み出し方式とは異なる読み出し方式であって、カラー静止画像を得るため、一回の露光による１フレーム分の画素信号を読み出す静止画像用読み出し方式に従って読み出された画素信号に基づいて、カラー静止画像に応じた表示用静止画像信号を生成する静止画像信号処理手段と、
動画像読み出し方式に基づいて得られる映像信号および表示用静止画像信号を、観察用表示装置へ出力可能な信号出力手段とを備え、
前記信号出力手段が、表示用静止画像信号が生成される間、前記静止画像用読み出し方式に従って読み出された画素信号を画素信号受信可能な外部機器へ出力可能であることを特徴とする内視鏡用信号処理装置。
カラーフィルタを通った光によって被写体像が形成される撮像素子から画素信号を順次読み出すカラー動画像を表示するための動画像用読み出し方式とは異なる読み出し方式であって、カラー静止画像を得るため、一回の露光による１フレーム分の画素信号を読み出す静止画像用読み出し方式に従って読み出された画素信号に基づいて、カラー静止画像に応じた表示用静止画像信号を生成し、
動画像読み出し方式に基づいて得られる映像信号および表示用静止画像信号を、観察用表示装置へ出力し、
表示用静止画像信号が生成される間、前記静止画像用読み出し方式に従って読み出された画素信号を画素信号受信可能な外部機器へ出力することを特徴とする内視鏡用信号処理方法。