JP2009201767A - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内視鏡装置において、接続されるビデオスコープの撮像方式を自動的に判別する。
【解決手段】Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤを備えた同時式および面順次式いずれかのビデオスコープ１０、８０をプロセッサ２０に接続可能にし、プロセッサ２０には、同時式用である第１の画像信号処理回路２６、面順次式用の第２の画像信号処理回路２８がプロセッサ２０を設ける。隣接する４画素間における画素値の偏差の総和ΔＤが閾値より小さい場合、面順次式のビデオスコープ１０が接続されていると判断し、第１の画像信号処理回路２６において画像信号を処理する。一方、偏差ΔＤが閾値以上である場合、同時式のビデオスコープ８０が接続されていると判断し、第２の画像信号処理回路２８において画像信号を処理する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子を有するビデオスコープを備えた内視鏡装置に関し、特に、ＬＥＤなどの光源を備えたビデオスコープの撮像方式に関する。

内視鏡装置では、プロセッサに光源を設ける代わりに、ＬＥＤをビデオスコープ先端部に設けることが可能である（例えば、特許文献１参照）。スコープ先端部に、赤（Ｒ），青（Ｇ），緑（Ｂ）の色をそれぞれ放射する複数のＬＥＤが配置され、スコープ先端部から赤色、青色、緑色の光を放射する。

カラー撮像方式が面順次式のビデオスコープである場合、カラーフィルタの配設されていない撮像素子が装着され、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）のＬＥＤを順番に発光させる。一方、同時式のビデオスコープの場合、原色あるいは補色カラーフィルタを配設した撮像素子が装着され、白色光を放射するようにＲ，Ｇ，ＢＬＥＤを同時発光させる。

一方、内視鏡装置のプロセッサは、面順次式ビデオスコープ、同時式ビデオスコープ両方と接続可能であり、撮像方式に従った画像信号処理を行う（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。具体的には、同時式用の画像信号処理回路と面順次式用の画像信号処理回路両方が備えられおり、撮像方式に応じた画像信号処理回路を動作させる。
特開平１１−２６７０９９号公報 特開２００２−２０９８３９号公報 特公平７−３８８４４号公報

オペレータ自身で撮像方式を判別する場合、スコープ先端部から射出される光をその都度目視しなければならない。また、ビデオスコープとプロセッサ間のデータ通信によって撮像方式を判別させるためには、すべてのビデオスコープのメモリに、撮像方式情報をあらかじめ記憶させておく必要がある。

本発明の内視鏡装置は、同時式撮像素子を有するビデオスコープ（以下、同時式ビデオスコープという）と、面順次式撮像素子を有するビデオスコープ（以下、面順次式ビデオスコープという）とが選択的にプロセッサへ接続可能な内視鏡装置である。例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂなどの照明光を発光する光源を有するビデオスコープであって、Ｒ，Ｇ，Ｂの光をそれぞれ発光可能なＬＥＤを備える。ここで、同時式撮像素子は、カラーフィルタを配設した撮像素子を表し、面順次式撮像素子は、カラーフィルタを設けないグレースケールの画像信号を出力する撮像素子を表す。

本発明の内視鏡装置は、接続されたビデオスコープの撮像素子から読み出される一連の画像信号から、隣接画素間における画素値のバラツキを検出し、画素値のバラツキに基づいてビデオスコープの撮像方式を判断する撮像方式判別手段と、ビデオスコープの撮像方式に従って、撮像素子から読み出される画像信号を処理する画像信号処理手段とを備える。画像信号処理手段は、例えば、同時式用信号画像処理回路と、面順次式信号処理回路の両方を備え、接続されたビデオスコープの撮像方式従って、どちらか一方の画像信号処理回路へ画像信号を送るように構成すればよい。

同時式撮像素子のカラーフィルタでは、Ｒ，Ｇ，Ｂ、あるいはＣｙ，Ｍｇ，Ｙｅ、Ｇなどを色要素基本パターンとして複数の色要素が市松状に並んでいる。そのため、例えば分光分布特性（反射率）がおよそ一様な被写体（単色チャートなど）を撮影させると、隣接画素間の画素値が色要素によって異なる。本発明では、画素値のバラツキが生じている場合、同時式撮像素子を備えた同時式ビデオスコープが接続されていると判断する。一方、画素のバラツキが実質的に生じていない場合、カラーフィルタの配設されない面順次式撮像素子を備えた面順次式ビデオスコープが接続されていると判断する。

カラーフィルタの色要素すべての画素値を相互に比較するため、カラーフィルタにおいて繰り返される色要素パターンを隣接画素として抽出するのが望ましい。例えば、原色フィルタ配列の場合、正方形状の４画素（Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｇに応じた画素）を抽出し、補色フィルタの場合、Ｃｙ，Ｍｇ、Ｙｅ、Ｇの４画素を抽出する。画素値のバラツキ算出方法としては、隣接画素の画素平均値からの偏差を算出するのが確実であり、撮像方式判別手段は、隣接する画素の平均値を算出し、各画素における平均値との差（偏差）から画素値のバラツキを検出すればよい。例えば、隣接する４画素の平均値を算出し、各画素における平均値との差の総和が所定値を超えるか否かによって撮像方式を判断する。

画素値のバラツキを判断するためには同色の被写体を撮影するのが望ましい。そのため、白色被写体を撮影して行われるホワイトバランス調整時に、画素値のバラツキを検出するのが望ましい。また、画素値のバラツキをはっきりと生じさせるため、Ｒ，Ｇ，Ｂを発光するＬＥＤを備えたビデオスコープの場合などでは、撮像方式判別手段は、いずれかの単色光を発光させるのがよい。

本発明の内視鏡用撮像方式判別装置は、同時式撮像素子もしくは面順次式撮像素子を有するビデオスコープの撮像素子から読み出される一連の画像信号に基づいて隣接画素間における画素値のバラツキを検出する画素値検出手段と、画素値のバラツキに基づいてビデオスコープの撮像方式を判断する撮像方式判別手段とを備えたことを特徴とする。

本発明のプログラムは、同時式撮像素子もしくは面順次式撮像素子を有するビデオスコープの撮像素子から読み出される一連の画像信号に基づいて隣接画素間における画素値のバラツキを検出する画素値検出手段と、画素値のバラツキに基づいてビデオスコープの撮像方式を判断する撮像方式判別手段とを機能させることを特徴とする。

本発明の内視鏡用撮像方式判別方法は、同時式撮像素子もしくは面順次式撮像素子を有するビデオスコープの撮像素子から読み出される一連の画像信号に基づいて隣接画素間における画素値のバラツキを検出し、画素値のバラツキに基づいてビデオスコープの撮像方式を判断する。

本発明によれば、接続されるビデオスコープの撮像方式を自動的に判別することができる。

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、ビデオスコープ１０またはビデオスコープ８０とプロセッサ２０とを備え、プロセッサ２０には、モニタ４０が接続される。ビデオスコープ１０は撮像方式が面順次式であり、ビデオスコープ８０は同時式である。ビデオスコープ１０またはビデオスコープ８０は、着脱自在にプロセッサ２０へ接続可能であり、プロセッサ２０からビデオスコープ側へ電源が供給される。同時式であるビデオスコープ８０の先端部に設けられるＣＣＤ８４は、カラーフィルタが配設されている。一方、面順次式であるビデオスコープ１０には、ＣＣＤ１４にはカラーフィルタが配設されない。

ビデオスコープ１０の先端部１０には、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）に応じた光をそれぞれ放射するＬＥＤ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが設けられ、光源駆動部１３は、ＬＥＤ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを発光制御する。面順次式であるビデオスコープ１０の場合、ＬＥＤ１２Ａ、ＬＥＤ１２Ｂ、ＬＥＤ１２Ｃが所定のタイミングで順番に発光する。これにより、赤色光、緑色光、青色光が順番に観察部位へ照射される。一方、同時式のビデオスコープ８０の場合、ＲＧＢの各色成分の光をそれぞれ放射するＬＥＤ８２Ａ、ＬＥＤ８２Ｂ、ＬＥＤ８２Ｃは同時に発光するように制御される。

観察部位において反射した光は対物レンズ（図示せず）を通り、被写体像がＣＣＤ１４に形成される。これにより、被写体像に応じたアナログ画像信号がＣＣＤ１４において生成される。生成された画像信号は、ＣＣＤドライバ（図示せず）からの駆動信号によって所定の時間間隔でＣＣＤ１４から読み出される。読み出された画像信号は、初期回路１５においてデジタル画像信号に変換され、プロセッサ２０へ送られる。ここでは、ＮＴＳＣ（あるいはＰＡＬ）方式に従って画像信号が読み出される。

面順次式のビデオスコープ１０の場合、赤色光、緑色光、青色光の反射光が順次ＣＣＤ１４に到達すると、Ｒ，Ｇ，Ｂに応じた画像信号が、順番にＣＣＤ１４から読み出される。例えば、ＮＴＳＣ方式の従って画像信号が読み出される場合、１／９０秒間隔で各色に応じた１フレーム分の画像信号が読み出される。一方、同時式のビデオスコープ８０の場合、複数の色要素（ここではシアン（Ｃｙ），イエロー（Ｙｅ）、マゼンタ（Ｍｇ）、グリーン（Ｇ））をモザイク状に配列したカラーフィルタがＣＣＤ８４の受光面上に配置されている。そして、１／６０秒間隔で１フィールド分の画像信号が読み出され、初期回路８５においてデジタル画像信号に変換され、プロセッサ２０へ送られる。

プロセッサ２０には、同時式に応じた第１の画像信号処理回路２６と、面順次式の第２の画像信号処理回路２８が設けられている。そして、後述するように、隣接画素間における画素値の偏差（バラツキ）からビデオスコープ１０の撮像方式が判別される。切替回路２４は、撮像方式に従って画像信号の出力を切り替え可能であって、プロセッサ２０に同時式のビデオスコープ８０が接続された場合には、画像信号は第１の画像信号処理回路２６へ、プロセッサ２０に面順次式のビデオスコープ１０が接続された場合には、画像信号は第２の画像信号処理回路２８へ送られる。

第１の画像信号処理回路２６では、ホワイトバランス処理（Ｒ，Ｇ，Ｂゲイン処理）、ガンマ補正、マトリクス変換などの処理が画像信号に対して施される。処理されたデジタル画像信号は、映像信号としてモニタ４０へ出力される。一方、第２の画像信号処理回路２８では、Ｒ，Ｇ，Ｂに応じた画像信号に対してホワイトバランス処理、ガンマ補正などの処理が施される。そして、得られたＲ，Ｇ，Ｂの画像信号が、Ｒメモリ、Ｇメモリ、Ｂメモリ（図示せず）へそれぞれ順番格納された後、同期化される。

切替回路３０は、切替回路２４と連動してモニタ４０へ出力する画像信号を切り替える。画像信号が第１の画像信号処理回路２６へ送られる場合、第１の画像信号処理回路２６からの画像信号がモニタ４０へ出力される。一方、画像信号が第２の画像信号処理回路２８へ送られる場合、第２の画像信号処理回路２８からの画像信号がモニタ４０へ出力される。

ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むシステムコントロール回路３２は、プロセッサ２０の動作を制御し、信号処理回路など各回路へ制御信号を出力する。ＲＯＭには動作制御に関するプログラムが格納されている。タイミングジェネレータ３４は、画像信号の読み出しタイミング、処理タイミングを調整するクロックパルス信号を各回路へ出力する。システムコントロール回路３４は、ビデオスコープの撮像方式に合わせてクロックパルス信号を出力するように、タイミングジェネレータを制御する。

さらに、システムコントロール回路３２は、検出された撮像方式に応じて切替回路２４、３０を制御する。また、ＬＥＤ１２Ａ〜１２Ｃいずれかの単色光を発光するように、光源駆動部１３を制御することが可能である。フロントパネルに設けられたホワイトバランス調整ボタン３５は、ホワイトバランス調整用ボタンであり、オペレータがボタン操作することによって、ホワイトバランス調整が実行される。すなわち、白色被写体を撮影し、Ｒ，Ｇ，Ｂのゲイン値が設定される。

図２は、システムコントロール回路３２によって実行される撮像方式判別処理を示したフローチャートである。図３は、ＣＣＤの画素配列の一部を示した図である。ホワイトバランス調整ボタン３５が押下されると、処理が開始される。

ステップＳ１０１では、ＬＥＤ１２Ａから赤色光を発光させるように、光源駆動部１３が制御される。そして、一連の画像信号の中から隣接する４画素の画素信号が抽出され、隣接画素間における画素値偏差ΔＤが、以下の式に基づいて算出される。

ΔＤ＝（Ｐ_ｉｊ―Ｐ_ａｖｅ）＋（Ｐ_ｉ＋１ｊ―Ｐ_ａｖｅ）
＋（Ｐ_ｉｊ＋１―Ｐ_ａｖｅ）＋（Ｐ_{ｉ＋１ｊ＋１}―Ｐ_ａｖｅ） ・・・（１）


ただし、Ｐ_ｉｊ、Ｐ_ｉ＋１ｊ、Ｐ_ｉｊ＋１、Ｐ_{ｉ＋１ｊ＋１}は、ＣＣＤ１４における色要素パターンＣｙ，Ｍｇ、Ｙｅ、Ｇに応じた隣接する４画素の画素値をそれぞれ表し、Ｐ_ａｖｅは、４画素の平均画素値を表す。

図３に示すように、ビデオスコープ１０が接続された場合、ＣＣＤ１４はカラーフィルタの配置されていない面順次式であるので、互いに隣接する４画素の画素値Ｐ_ｉｊ、Ｐ_ｉ＋１ｊ、Ｐ_ｉｊ＋１、Ｐ_{ｉ＋１ｊ＋１}は、実質的に同じになる。したがって、各画素値と平均値との差の総和を表すΔＤは、実質的にゼロとみなせる。

一方、ビデオスコープ８０が接続された場合、すなわちカラーフィルタの配置された同時式ＣＣＤ８４の場合、４画素に向かいあう色要素は、４つの色要素を組み合わせた基本パターンであり、カラーフィルタは基本パターンをブロックとしてフィルタ配列を構成している。各色要素の分光透過特性が異なるため、赤色光の反射光によって得られる各画素の画素値は相違する。具体的には、Ｃｙ，Ｍｇに応じた画素値は赤色光を透過させるが、Ｙｅ、Ｇに応じた画素値はほとんど透過させない。その結果、ΔＤの値はゼロにならない。

ステップＳ１０２では、画素値の偏差ΔＤが所定の閾値より小さいか否かが判断される。画素値の偏差ΔＤが閾値より小さい、すなわち実質的に画素値偏差が生じていないと判断されると、ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、接続されているビデオスコープ１０が面順次式であると判断され、第２の画像信号処理回路２８において画像信号が処理されるように、切替回路２４、３０が制御される。

一方、ΔＤが閾値以上であると判断されると、ステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４では、接続されているビデオスコープ１０が同時式であると判断され、第１の画像信号処理回路２６において画像信号が処理されるように、切替回路２４、３０が制御される。

このように本実施形態によれば、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤ１２Ａ〜１２Ｃを備え、同時式のビデオスコープ８０および面順次式のビデオスコープ１０のいずれかがプロセッサ２０に接続可能であって、同時式用である第１の画像信号処理回路２６、面順次式用の第２の画像信号処理回路２８がプロセッサ２０に設けられている。

画素値の偏差ΔＤが閾値より小さい場合、面順次式のビデオスコープ１０が接続されていると判断され、撮影の間、第２の画像信号処理回路２８において画像信号が処理される。一方、偏差ΔＤが閾値以上である場合、同時式のビデオスコープ８０が接続されていると判断され、第２の画像信号処理回路２８において画像信号が処理される。これによって、オペレータによらずに自動的に撮像方式が検出され、観察、処置中においては、検出された撮像方式に合わせて画像信号処理が行われる。

画素値のバラツキについては、（１）式以外の計算式によって求めてもよく、隣接画素値の差を比較するようにしてもよい。また、隣接画素の抽出も４画素に限定されず、すべての色要素を含むように隣接する画素を選んでもよい。さらに、ＬＥＤ１２Ｂ、１２Ｃいずれかを発光させて撮像方式を検出させてもよく、あるいは白色光などそれ以外の照明光によって画素値偏差を検出してもよい。

また、専用ボタンを設けるなど、ホワイトバランス調整以外の時に撮像方式を判断するように構成してもよく、例えば極端に輝度、色相変化が大きくない（空間周波数が低い）被写体を用いて撮像方式を判別してもよい。

画像信号処理回路に関しては、同時式、面順次式の一部を共有化させた回路に構成してもよい。また、同時式ＣＣＤのカラーフィルタをＲ，Ｇ，Ｂの色要素とする原色フィルタであってもよい。光源制御をプロセッサでおこなってもよく、ＬＥＤ以外の光源を備えたビデオスコープであってもよい。さらに、光源をプロセッサに設ける構成にしてもよい。

なお、同時式もしくは面順次式のビデオスコープ１０が光源を備えたプロセッサに接続された場合、プロセッサの光源をＯＦＦに設定するように構成すればよい。

本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。 システムコントロール回路によって実行される撮像方式判別処理を示したフローチャートである。 ＣＣＤの画素配列の一部を示した図である。

符号の説明

１０ 面順次式ビデオスコープ
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ ＬＥＤ
１４ ＣＣＤ（撮像素子）
２０ プロセッサ
２４、３０ 切替回路
２６ 第１の画像信号処理回路
３０ 第２の画像信号処理回路
３２ システムコントロール回路
３５ ホワイトバランス調整ボタン
８０ 同時式ビデオスコープ
ΔＤ 画素値偏差

Claims (8)

1. 同時式撮像素子を有する同時式ビデオスコープと、面順次式撮像素子を有する面順次式ビデオスコープとが選択的にプロセッサへ接続可能であって、
   接続されたビデオスコープの撮像素子から読み出される一連の画像信号に基づいて隣接画素間における画素値のバラツキを検出し、画素値のバラツキに基づいてビデオスコープの撮像方式を判断する撮像方式判別手段と、
   ビデオスコープの撮像方式に従って、前記撮像素子から読み出される画像信号を処理する画像信号処理手段と
   を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記撮像方式判別手段が、前記同時式撮像素子のカラーフィルタにおける繰り返し色要素パターンに応じた隣接画素を抽出することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記撮像方式判別手段が、隣接する画素の平均値を算出し、各画素における平均値との差から画素値のバラツキを検出することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の内視鏡装置。
4. 前記撮像方式判別手段が、ホワイトバランス調整時に画素値のバラツキを検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内視鏡装置。
5. 前記同時式ビデオスコープおよび面順次式ビデオスコープが、照明光を発光する光源を備えたビデオスコープであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内視鏡装置。
6. 同時式撮像素子もしくは面順次式撮像素子を有するビデオスコープの撮像素子から読み出される一連の画像信号に基づいて隣接画素間における画素値のバラツキを検出する画素値検出手段と、
   画素値のバラツキに基づいて前記ビデオスコープの撮像方式を判断する撮像方式判別手段と
   を備えたことを特徴とする内視鏡用撮像方式判別装置。
7. 同時式撮像素子もしくは面順次式撮像素子を有するビデオスコープの撮像素子から読み出される一連の画像信号に基づいて隣接画素間における画素値のバラツキを検出する画素値検出手段と、
   画素値のバラツキに基づいて前記ビデオスコープの撮像方式を判断する撮像方式判別手段と
   を機能させることを特徴とするプログラム。
8. 同時式撮像素子もしくは面順次式撮像素子を有するビデオスコープの撮像素子から読み出される一連の画像信号に基づいて隣接画素間における画素値のバラツキを検出し、
   画素値のバラツキに基づいて前記ビデオスコープの撮像方式を判断することを特徴とする内視鏡用撮像方式判別方法。
   

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