JP2009213629A - 撮像システム及び内視鏡システム - Google Patents

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Abstract

【課題】プログレッシブ方式及びインターレース方式のいずれの固体撮像素子にも対応し、画像処理のための回路規模を削減することができる撮像システム及び内視鏡システムを提供する。
【解決手段】電子内視鏡10は、固体撮像素子40を内蔵しており、プロセッサ装置11のCPU48は、電子内視鏡10内のメモリ42を読み出すことにより固体撮像素子40の走査方式がプログレッシブ方式またはインターレース方式のいずれであるかを検出する。走査方式がインターレース方式である場合に固体撮像素子40から出力されるインターレース形式の信号をプログレッシブ形式に変換するI/P変換回路59を設け、走査方式が両者いずれの場合においても画像処理回路60にて共通に画像処理を行うようにプロセッサ装置11を構成する。
【選択図】図3

Description

本発明は、固体撮像素子を備える撮像装置と、この撮像装置が着脱自在に接続される外部処理装置とからなる撮像システム及び内視鏡システムに関するものである。
内視鏡システムは、体腔内(被検体内)を撮像する固体撮像素子を備えた内視鏡(撮像装置)と、この内視鏡が着脱自在に接続され、内視鏡内の固体撮像素子の動作を制御するとともに、固体撮像素子から撮像信号を受信して画像を生成するプロセッサ装置(外部処理装置)とを備えた一種の撮像システムである。この内視鏡システムでは、CCD(Charge Coupled Device)型の固体撮像素子が広く用いられている。
CCD型の固体撮像素子は、画素の走査方式(読み出し方式)に応じて、インターレース(飛び越し走査)方式とプログレッシブ(順次走査)方式とに分けられる。従来、内視鏡システムのプロセッサ装置は、接続される内視鏡内の固体撮像素子の走査方式に対応した構成となっている。このため、例えば、NTSC等のインターレース方式に対応したプロセッサ装置に、プログレッシブ方式の固体撮像素子を内蔵した内視鏡を接続することはできない。
そこで、プログレッシブ方式またはインターレース方式のいずれの走査方式の固体撮像素子を内蔵した内視鏡であっても、1台のプロセッサ装置で利用できる内視鏡システムが提案されている(特許文献1参照)。
特開2000−287203号公報
しかしながら、特許文献1に記載の内視鏡システムでは、プロセッサ装置は、内視鏡内の固体撮像素子がいずれの走査方式であるかを検出し、この検出結果に応じて、各走査方式に対応して設けられた2通りの回路を切り替えて画像処理を行っているため、画像処理のための回路規模が大きく、コストの増加を伴うといった問題がある。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、プログレッシブ方式及びインターレース方式のいずれの固体撮像素子にも対応し、画像処理のための回路規模を削減することができる撮像システム及び内視鏡システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の撮像システムは、固体撮像素子を備える撮像装置と、この撮像装置が着脱自在に接続される外部処理装置とからなる撮像システムにおいて、前記固体撮像素子の走査方式がプログレッシブ方式またはインターレース方式のいずれであるかを検出する検出手段と、前記固体撮像素子の走査方式がインターレース方式である場合に前記固体撮像素子から出力されるインターレース形式の信号をプログレッシブ形式に変換する変換手段と、前記固体撮像素子の走査方式がプログレッシブ方式である場合に前記固体撮像素子から出力されるプログレッシブ形式の信号と、前記固体撮像素子の走査方式がインターレース方式である場合に前記変換手段から出力されるプログレッシブ形式の信号とに対して画像処理を行う画像処理手段と、を前記外部処理装置に設けたことを特徴とする。
なお、前記画像処理手段は、エッジ強調及び色強調を行うことが好ましい。
また、前記画像処理手段からの出力信号を画像データとして記憶する画像記憶手段と、前記画像記憶手段からプログレッシブ方式またはインターレース方式で画像データを読み出す読み出し手段と、前記読み出し手段により読み出された画像データを外部出力する出力手段と、を前記外部処理装置にさらに設けることが好ましい。
また、本発明の内視鏡システムは、固体撮像素子を備える内視鏡と、この内視鏡が着脱自在に接続される外部処理装置とからなる内視鏡システムにおいて、前記固体撮像素子の走査方式がプログレッシブ方式またはインターレース方式のいずれであるかを検出する検出手段と、前記固体撮像素子の走査方式がインターレース方式である場合に前記固体撮像素子から出力されるインターレース形式の信号をプログレッシブ形式に変換する変換手段と、前記固体撮像素子の走査方式がプログレッシブ方式である場合に前記固体撮像素子から出力されるプログレッシブ形式の信号と、前記固体撮像素子の走査方式がインターレース方式である場合に前記変換手段から出力されるプログレッシブ形式の信号とに対して画像処理を行う画像処理手段と、を前記外部処理装置に設けたことを特徴とする。
本発明の撮像システム及び内視鏡システムは、固体撮像素子の走査方式がインターレース方式である場合に固体撮像素子から出力されるインターレース形式の信号をプログレッシブ形式に変換したうえで、固体撮像素子の走査方式がプログレッシブ方式である場合と同一の画像処理回路で画像処理を行うものであるため、回路規模を削減することができる。これにより、コストの削減が可能となる。
図1において、内視鏡システム2は、電子内視鏡10、プロセッサ装置11、及び光源装置12から構成されている。電子内視鏡10は、体腔内に挿入される可撓性の挿入部13と、挿入部13の基端部分に連設された操作部14と、プロセッサ装置11及び光源装置12に接続されるユニバーサルコード15とを備えている。
挿入部13の先端には、体腔内撮影用の固体撮像素子40(図3参照)を内蔵した先端部16が連設されている。先端部16の後方には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部17が設けられている。湾曲部17は、操作部14に設けられたアングルノブ18が操作されて、挿入部13内に挿設されたワイヤが押し引きされることにより、上下左右方向に湾曲動作する。これにより、先端部16が体腔内の所望の方向に向けられる。
ユニバーサルコード15の基端は、コネクタ19に連結されている。コネクタ19は、複合タイプのものであり、コネクタ19にはプロセッサ装置11が接続される他、光源装置12が接続される。電子内視鏡10は、コネクタ19を介して、プロセッサ装置11及び光源装置12に着脱自在に接続される。
プロセッサ装置11は、ユニバーサルコード15内に挿通された伝送ケーブルを介して電子内視鏡10に給電を行い、固体撮像素子40の駆動を制御するとともに、固体撮像素子40から出力された撮像信号を伝送ケーブルを介して受信し、受信した撮像信号に各種信号処理を施して画像データを生成する。プロセッサ装置11で生成された画像データは、プロセッサ装置11に接続されるモニタやレコーダ等の外部機器に適合したフォーマットに変換して出力される。また、プロセッサ装置11は、コネクタ19を介して光源装置12と電気的に接続され、内視鏡システム2の動作を統括的に制御する。
図2において、先端部16の前面16aには、観察窓30、照明窓31、鉗子出口32、及び送気・送水用ノズル33が設けられている。観察窓30は、先端部16の片側中央に配置されている。観察窓30の奥には、対物光学系43及びプリズム44(図3参照)を介して固体撮像素子40が配置されている。
照明窓31は、観察窓30に関して対称な位置に2個配され、光源装置12からライトガイド70(図3参照)を介して導かれた照明光を体腔内に照射させる。鉗子出口32は、挿入部13内に配設された鉗子チャンネルに接続され、操作部14に設けられた鉗子口20(図1参照)に連通している。鉗子口20には、注射針や高周波メスなどが先端に配された各種処置具が挿通され、各種処置具の先端が鉗子出口32から露呈される。
送気・送水用ノズル33は、操作部14に設けられた送気・送水ボタン21(図1参照)の操作に応じて、光源装置12に内蔵された送気・送水装置から供給される洗浄水や空気を、観察窓30や体腔内に向けて噴射する。
図3において、電子内視鏡10は、固体撮像素子40を先端部16に備え、アナログ信号処理回路(AFE:Analog Front End processor)41及びメモリ42を操作部14に備えている。固体撮像素子40は、プログレッシブ方式またはインターレース方式のCCD型イメージセンサであり、対物光学系43及びプリズム44を通過した被写体光が受光面に入射するように配置されている。この受光面には、複数の色セグメントからなるカラーフィルタ(例えば、ベイヤー配列の原色カラーフィルタ)が配置されている。
AFE41は、相関二重サンプリング回路(CDS)45、自動ゲイン制御回路(AGC)46、及びアナログ/デジタル変換器(A/D)47により構成されている。CDS45は、固体撮像素子40から出力される撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を施し、固体撮像素子40で生じるリセット雑音及びアンプ雑音の除去を行う。AGC46は、CDS45によりノイズ除去が行われた撮像信号を、プロセッサ装置11から指定されるゲイン量に基づいて増幅する。A/D47は、AGC46により増幅された撮像信号を、所定のビット数のデジタル信号に変換し、コネクタ19を介してプロセッサ装置11に入力する。
メモリ42は、固体撮像素子40の走査方式(プログレッシブ方式またはインターレース方式)を識別するための識別情報を記憶している。この識別情報は、電子内視鏡10とプロセッサ装置11とが接続された際に、プロセッサ装置11によって読み出される。
プロセッサ装置11は、電子内視鏡10の動作制御を行うCPU48と、各種タイミングパルスを発生するタイミングジェネレータ(TG)49と、電子内視鏡10をプロセッサ装置11から絶縁分離するためのアイソレーションデバイス(ID)50と、プロセッサ装置11の動作制御を行うCPU51と、撮像信号に対して信号処理を行うデジタル信号処理回路(DSP)52と、画像データを記憶する画像メモリ(画像記憶手段)53と、画像メモリ53の動作制御を行うメモリコントローラ(MC)(読み出し手段)54と、画像メモリ53に記憶された画像データを外部機器に適合したフォーマットに変換して出力する出力回路55とから構成されている。
CPU48は、電子内視鏡10とプロセッサ装置11とが接続された際には、メモリ42に記憶された識別情報を読み取り、固体撮像素子40の走査方式を検出する検出手段として機能する。CPU48は、検出した走査方式に基づいてTG49を駆動させる。TG49は、CPU48の制御に基づき、固体撮像素子40の駆動パルス(垂直/水平走査パルス、リセットパルス等)とAFE41用の同期パルスとを発生し、コネクタ19を介して電子内視鏡10に入力する。
CPU48により検出された固体撮像素子40の走査方式がプログレッシブ方式である場合には、TG49は、図4に示すように、固体撮像素子40の画素領域40aから1フレーム分の全ての水平ライン(1,2,3・・・)を順に読み出すための駆動パルスを固体撮像素子40に入力する。一方、CPU48により検出された固体撮像素子40の走査方式がインターレース方式である場合には、TG49は、固体撮像素子40の画素領域40aから、図5(A)に示す奇数フィールドの水平ライン(1,3,5・・・)と、図5(B)に示す偶数フィールドの水平ライン(2,4,6・・・)とを交互に読み出すための駆動パルスを固体撮像素子40に入力する。
駆動パルスの周波数は、固体撮像素子40の走査方式がプログレッシブ方式の場合には、1秒間に60フレームの撮像信号が出力されるように、固体撮像素子40の走査方式がインターレース方式の場合には、1秒間に60フィールドの撮像信号が出力されるように設定されている。
また、TG49は、ID50を介して、DSP52やCPU51に信号処理用の同期パルスを供給する。ID50は、フォトカプラ等からなる絶縁分離素子である。AFE41から入力された撮像信号は、ID50を介してDSP52に入力される。
DSP52は、プログレッシブ方式用デジタルビデオプロセッサ(以下、PRG用DVPという)56と、インターレース方式用デジタルビデオプロセッサ(以下、IL用DVPという)57と、PRG用DVP56とIL用DVP57とのいずれかを選択するセレクタ58と、IL用DVP57から出力されたインターレース形式の信号をプログレッシブ形式に変換するインターレース/プログレッシブ(I/P)変換回路(変換手段)59と、PRG用DVP56あるいはI/P変換回路59から出力されたプログレッシブ形式の信号に対してエンハンス処理を行う画像処理回路(画像処理手段)60とから構成されている。
セレクタ58には、ID50を介してAFE41から出力された撮像信号が入力される。CPU51は、ID50を介してCPU48と通信して固体撮像素子40の走査方式を判断し、走査方式がプログレッシブ方式の場合には、セレクタ58を制御して、撮像信号をPRG用DVP56に入力させ、走査方式がインターレース方式の場合には、セレクタ58を制御して、撮像信号をIL用DVP57に入力させる。
PRG用DVP56は、入力されたプログレッシブ形式の撮像信号に対し、色分離、色補間、ゲイン補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正等を行い、輝度信号(Y)と色差信号(C)とからなるYC信号に変換する。IL用DVP57は、同様に、入力されたインターレース形式の撮像信号に対し、色分離、色補間、ゲイン補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正等を行い、YC信号に変換する。
I/P変換回路59は、図6に示すように、IL用DVP57から1/60秒ごとに出力されるフィールド信号(o1,e1,o2,e2・・・)のうち、同一フレーム期間の奇数フィールドと偶数フィールドとの各ペアについて補間処理を行うことにより補間フィールド(i1,i2・・・)を生成し、生成した各補間フィールドを、生成元の奇数フィールド及び偶数フィールドとそれぞれ合成することにより、1/60秒周期のフレーム信号(f1,f2,f3,f4・・・)を生成する。この合成処理において、補間フィールドは、奇数フィールドとの合成の際には偶数フィールドとして扱われ、偶数フィールドとの合成の際には奇数フィールドとして扱われる。このように、I/P変換回路59からの出力信号(フレーム信号)は、PRG用DVP56の出力信号と同一のプログレッシブ形式となる。
画像処理回路60には、PRG用DVP56からの出力信号、あるいはI/P変換回路59からの出力信号が入力される。画像処理回路60は、両者から入力される信号はいずれもプログレッシブ形式であるため、同一の処理手順に基づき、エッジ強調(輪郭強調)や色強調等のエンハンス処理を行い、エンハンス処理後の各フレーム信号を画像データとして、画像メモリ53に入力する。
画像メモリ53は、MC54により画像データの読み出し動作が制御される。MC54は、CPU51からの指示に基づき、図4に示した走査方式と同様のプログレッシブ走査(順次走査)、または、図5に示した走査方式と同様のインターレース走査(飛び越し走査)にて画像メモリ53から画像データの読み出しを行う。
出力回路55は、プログレッシブ方式用デジタル/アナログ変換器(以下、PRG用D/Aという)61と、インターレース方式用デジタル/アナログ変換器(以下、IL用D/Aという)62と、PRG用D/A61とIL用D/A62とのいずれかを選択するセレクタ63とから構成されている。
セレクタ63は、CPU51からの指示に基づき、PRG用D/A61あるいはIL用D/A62を選択する。CPU51は、画像メモリ53からプログレッシブ読み出しを行う場合には、セレクタ63を制御し、画像メモリ53から読み出した信号(フレーム信号)を順次にPRG用D/A61に入力させる。一方、CPU51は、画像メモリ53からインターレース読み出しを行う場合には、セレクタ63を制御し、画像メモリ53から読み出した信号(フィールド信号)を順次にIL用D/A62に入力させる。
PRG用D/A61は、画像メモリ53からセレクタ63を介して入力された信号を、アナログのプログレッシブ信号に変換して出力する。IL用D/A62は、画像メモリ53からセレクタ63を介して入力された信号を、アナログのインターレース信号(NTSC等)に変換して出力する。PRG用D/A61及びIL用D/A62の出力端子には、その信号形式に対応したモニタやレコーダ等の外部機器が接続される。
光源装置12は、キセノンランプやハロゲンランプなどの光源64と、光源64を駆動するための光源ドライバ65と、光源64から発せられた光の光量を調節する絞り機構66と、絞り機構66を通過した光を集光してライトガイド70の入射端に導く集光レンズ67と、CPU51と通信し、光源ドライバ65及び絞り機構66の制御を行うCPU68とから構成されている。光源64から発せられた光は、絞り機構66及び集光レンズ67を介してライトガイド70に入射し、ライトガイド70内を伝搬して、照明レンズ71を介して上述のように照明窓31から体腔内へ照射される。
上記のように構成された内視鏡システム2で体腔内を観察する際には、まず、電子内視鏡10を、コネクタ19を介してプロセッサ装置11及び光源装置12に接続する。次いで、各部の電源をオンにして、電子内視鏡10の挿入部13を体腔内に挿入し、光源装置12からの照明光で体腔内を照明しながら、固体撮像素子40により撮像される体腔内の画像をプロセッサ装置11に接続されたモニタで観察する。
電子内視鏡10がプロセッサ装置11に接続された際に、プロセッサ装置11内のCPU48は、電子内視鏡10内のメモリ42から識別情報を読み出し、電子内視鏡10内の固体撮像素子40の走査方式がプログレッシブ方式であるかインターレース方式かを検出する。CPU48は、検出した走査方式に基づいてTG49を制御し、固体撮像素子40を駆動させる。
固体撮像素子40から出力された撮像信号は、AFE41によってアナログ信号処理が施され、デジタル信号に変換された後、コネクタ19を介してプロセッサ装置11に入力される。プロセッサ装置11に入力された撮像信号は、ID50を介してDSP52に入力され、CPU48により検出された走査方式に応じて、PRG用DVP56またはIL用DVP57に入力される。すなわち、撮像信号は、プログレッシブ形式である場合には、PRG用DVP56に入力され、インターレース形式である場合には、IL用DVP57に入力されることになる。
撮像信号は、PRG用DVP56に入力されると、PRG用DVP56により、色分離、色補間、ゲイン補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正等の所定の信号処理が施され、プログレッシブ形式のYC信号として画像処理回路60に入力される。一方、撮像信号は、IL用DVP57に入力されると、同様に、色分離、色補間、ゲイン補正、ホワイトバランス調整、ガンマ補正等の所定の信号処理が施され、インターレース形式のYC信号としてI/P変換回路59に入力される。I/P変換回路59は、入力された信号をプログレッシブ形式に変換し、プログレッシブ形式のYC信号として画像処理回路60に入力する。この結果、画像処理回路60には、固体撮像素子40の走査方式に依らず、プログレッシブ形式の信号が入力されることになる。
画像処理回路60に入力されたプログレッシブ形式の信号は、エンハンス処理が行われ、1フレームごとに画像データとして画像メモリ53に記憶される。CPU51は、プロセッサ装置11に接続される外部機器の種類に応じてMC54を制御し、プログレッシブ走査あるいはインターレース走査にて、画像メモリ53から画像データを読み出させる。画像メモリ53から読み出された画像データは、出力回路55に入力され、アナログのプログレッシブ信号またはインターレース信号に変換されて、外部機器へ出力される。
以上説明したように、内視鏡システム2は、固体撮像素子40の走査方式がインターレース方式である場合に、プロセッサ装置11では、固体撮像素子40から入力されたインターレース形式の撮像信号をプログレッシブ形式に変更したうえで、固体撮像素子40の走査方式がプログレッシブ方式である場合と同一の画像処理回路60により画像処理を行うものであるため、従来のように走査方式に応じて画像処理回路を複数設けたものと比べて、回路規模を削減することができる。これにより、コストの削減が可能となる。
なお、上記実施形態では、画像処理回路60は、プログレッシブ化された信号にエンハンス処理を行っているが、本発明はこれに限定されず、このエンハンス処理に加えて、さらに特徴抽出処理(文字認識等)等の処理を追加しても良い。
また、上記実施形態で示したI/P変換回路59によるI/P変換方法は一例であり、その他のI/P変換方法を用いることも可能である。
また、上記実施形態では、撮像システムとして内視鏡システムを例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、固体撮像素子を備えた撮像装置と外部処理装置とが着脱自在に接続されるものであれば、電子内視鏡と超音波プローブを複合した超音波内視鏡システムや、撮像機能を備える鏡筒がLCD等の表示装置を備える本体に着脱可能なデジタルカメラ、カメラとパソコンとからなるWebカメラシステム等、いかなる撮像システムにも適用可能である。
内視鏡システムの概略構成を示す図である。 電子内視鏡の先端部の前面を示す図である。 内視鏡システムの構成を示すブロック図である。 プログレッシブ走査を説明する説明図である。 インターレース走査を説明する説明図であり、(A)は奇数フィールドの走査方法、(B)は偶数フィールドの走査方法を示す。 I/P変換方法を説明する説明図である。
符号の説明
2 内視鏡システム
10 電子内視鏡
11 プロセッサ装置(外部処理装置)
40 固体撮像素子
40a 画素領域
42 メモリ
48 CPU(検出手段)
49 タイミングジェネレータ
51 CPU
53 画像メモリ(画像記憶手段)
54 メモリコントローラ(読み出し手段)
55 出力回路(出力手段)
56 プログレッシブ方式用デジタルビデオプロセッサ
57 インターレース方式用デジタルビデオプロセッサ
58 セレクタ
59 インターレース/プログレッシブ変換回路(変換手段)
60 画像処理回路(画像処理手段)
61 プログレッシブ方式用デジタル/アナログ変換器
62 インターレース方式用デジタル/アナログ変換器
63 セレクタ

Claims (4)

  1. 固体撮像素子を備える撮像装置と、この撮像装置が着脱自在に接続される外部処理装置とからなる撮像システムにおいて、
    前記固体撮像素子の走査方式がプログレッシブ方式またはインターレース方式のいずれであるかを検出する検出手段と、
    前記固体撮像素子の走査方式がインターレース方式である場合に前記固体撮像素子から出力されるインターレース形式の信号をプログレッシブ形式に変換する変換手段と、
    前記固体撮像素子の走査方式がプログレッシブ方式である場合に前記固体撮像素子から出力されるプログレッシブ形式の信号と、前記固体撮像素子の走査方式がインターレース方式である場合に前記変換手段から出力されるプログレッシブ形式の信号とに対して画像処理を行う画像処理手段と、
    を前記外部処理装置に設けたことを特徴とする撮像システム。
  2. 前記画像処理手段は、エッジ強調及び色強調を行うことを特徴とする請求項1に記載の撮像システム。
  3. 前記画像処理手段からの出力信号を画像データとして記憶する画像記憶手段と、
    前記画像記憶手段からプログレッシブ方式またはインターレース方式で画像データを読み出す読み出し手段と、
    前記読み出し手段により読み出された画像データを外部出力する出力手段と、
    を前記外部処理装置に設けたことを特徴とする請求項1または2に記載の撮像システム。
  4. 固体撮像素子を備える内視鏡と、この内視鏡が着脱自在に接続される外部処理装置とからなる内視鏡システムにおいて、
    前記固体撮像素子の走査方式がプログレッシブ方式またはインターレース方式のいずれであるかを検出する検出手段と、
    前記固体撮像素子の走査方式がインターレース方式である場合に前記固体撮像素子から出力されるインターレース形式の信号をプログレッシブ形式に変換する変換手段と、
    前記固体撮像素子の走査方式がプログレッシブ方式である場合に前記固体撮像素子から出力されるプログレッシブ形式の信号と、前記固体撮像素子の走査方式がインターレース方式である場合に前記変換手段から出力されるプログレッシブ形式の信号とに対して画像処理を行う画像処理手段と、
    を前記外部処理装置に設けたことを特徴とする内視鏡システム。
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