JP2013219558A

JP2013219558A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2013219558A
Application number: JP2012088657A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Tsutsui; 啓介筒井
Original assignee: Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2013-10-24
Anticipated expiration: 2032-04-09
Also published as: JP5800747B2

Abstract

【課題】ＣＣＤの個体差や使用条件に左右されずに、高精度の黒レベルデータを検出することができる撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置は、受光部３１とＯＢ部３２とから画素信号を出力するＣＣＤ１１と、水平転送信号と垂直転送信号とを入力し、ＣＣＤ１１から画素信号を出力させ、更に、空垂直転送信号を入力し、ＣＣＤ１１からダミー画素信号を出力させるＣＣＤ駆動部１２と、ダミー画素信号を判別し、演算許可信号を出力するダミー画素信号判定手段、演算許可信号が出力された時、画素信号からダミー画素信号を減算する演算手段とを備える。ダミー画素信号判定手段は、ダミー画素信号が、ＯＢ部３２に存在する画素信号に基づき生成される閾値以下の時、演算許可信号を出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置に関する。

近年、ＣＣＤ等の固体撮像素子を備える撮像装置が普及している。ＣＣＤは、温度変化等による撮像素子の特性変化を補正するために、有効画素領域である受光部に隣接して、遮光画素領域としてのオプティカルブラック（以下、ＯＢという）部を設け、このＯＢ部から読み出された画素信号を黒レベルデータとして、有効画素領域である受光部から読み出された画素信号を補正している。

また、高精度の黒レベルデータを検出するために、特開２０１０−１４７９９９号公報には、ＣＣＤ型固体撮像素子に蓄積された電荷を読み出した後に空になった状態で読み出す空転送を実行し、この空転送で得られた信号から黒レベルデータを算出する撮像装置が開示されている。そして、この撮像装置は、有効画素領域で検出された画素信号から算出された黒レベルデータを減算することで、有効画素領域で検出された画素信号を補正している。

特開２０１０−１４７９９９号公報

この特開２０１０−１４７９９９号公報の撮像装置は、空転送で得られた信号を固定の閾値と比較し、閾値より小さい場合、空転送で得られた信号を用いて黒レベルデータの更新し、閾値以上の場合、空転送で得られた信号を用いて黒レベルデータの更新しないようになっている。

しかしながら、空転送で得られた信号を固定の閾値と比較する場合、ＣＣＤの個体差や使用条件（温度条件）等により、空転送で得られた信号が変化した場合に、黒レベルデータを正確に算出することができない虞がある。

そこで、本発明は、ＣＣＤの個体差や使用条件に左右されずに、高精度の黒レベルデータを検出することができる撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、被写体像を光電変換する有効画素領域と、前記有効画素領域の垂直方向に沿って配置された遮光状態の遮光画素領域とを備えた撮像部を備え、前記有効画素領域と前記遮光画素領域とから画素信号を出力する撮像素子と、前記撮像素子に対して水平転送信号と垂直転送信号とを入力することにより、前記撮像素子から前記画素信号を出力させ、更に、前記撮像素子に対して空垂直転送信号を入力することにより、前記撮像素子からダミー画素信号を出力させる撮像素子駆動手段と、前記ダミー画素信号を判別し、演算許可信号を出力するダミー画素信号判定手段と、前記演算許可信号が出力された時、前記画素信号から前記ダミー画素信号を減算する演算手段とを備え、前記ダミー画素信号判定手段は、前記ダミー画素信号が、前記遮光画素領域に存在する画素信号に基づき生成される閾値以下の時、前記演算許可信号を出力することを特徴とする撮像装置を提供することができる。

本発明の撮像装置によれば、ＣＣＤの個体差や使用条件に左右されずに、高精度の黒レベルデータを検出することができる。

本実施の形態に係る撮像装置を含む内視鏡システムの構成を示す図である。本実施の形態に係る撮像装置の詳細な内部構成を説明するための図である。ＣＣＤの通常読み出しについて説明するための図である。ＣＣＤの空転送について説明するための図である。本実施の形態に係る撮像装置の動作の例を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

まず、図１から図４に基づき、本発明の一実施の形態に係る撮像装置を含む内視鏡システムの構成を説明する。図１は、本実施の形態に係る撮像装置を含む内視鏡システムの構成を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態の内視鏡システム１は、被検体内に挿入可能であるとともに、被検体内の観察対象部位を撮像して撮像信号を出力する内視鏡２と、観察対象部位を照明するための照明光を内視鏡２に供給する光源装置３と、内視鏡２からの撮像信号に対して所定の画像処理を施して出力するプロセッサ４と、プロセッサ４からの出力信号に応じた画像を表示するモニタ５とを備えて構成されている。内視鏡２及びプロセッサ４により、本実施の形態の撮像装置が構成される。

内視鏡２は、光源装置３及びプロセッサ４と着脱自在の構成となっている。また、内視鏡２は、可撓性を有する細長の挿入部１０を備えている。なお、内視鏡１は、挿入部１０に可撓性を有する部位を具備しない、いわゆる硬性鏡と称される形態のものであってもよい。

挿入部１０の先端部には、光源装置３から供給された照明光を観察対象部位に出射する図示しない照明光学系と、照明光により照明された観察対象部位からの戻り光を結像する図示しない対物光学系とが設けられている。そして、この挿入部１０の先端部には、対物光学系の結像位置には固体撮像素子としての例えば電荷結合素子（以下、ＣＣＤという）１１が配置されている。

また、内視鏡２は、ＣＣＤ１１を駆動するＣＣＤ駆動部１２を有する。撮像素子駆動手段としてのＣＣＤ駆動部１２は、水平転送信号と垂直転送信号とをＣＣＤ１１に入力する。ＣＣＤ１１は、後述する図３及び図４に示すように、被写体像を光電変換する有効画素領域としての受光部３１と、受光部３１の垂直方向に沿って配置された遮光状態の遮光画素領域としてのＯＢ部３２と、受光部３１及びＯＢ部３２の下部に配置された転送路３３とを備える。ＣＣＤ１１は、水平転送信号及び垂直転送信号が入力された通常読み出し時には、受光部３１及びＯＢ部３２から画素信号を出力する。また、ＣＣＤ駆動部１２は、受光部３１及びＯＢ部３２に電荷が入っていない空の状態（実際には、完全な空ではなく暗電流電荷が入っている）で垂直転送するための空垂直転送信号をＣＣＤ１１に入力する。ＣＣＤ１１は、空垂直転送信号が入力された空転送時には、受光部３１及びＯＢ部３２から電荷が入っていない画素信号（以下、ダミー画素信号という）を出力する。

ＣＣＤ１１から出力された画素信号またはダミー画素信号は、内視鏡２内において後述する所定の信号処理が施された後、プロセッサ４に供給される。

プロセッサ４は、画像処理部１３を有しており、内視鏡２から供給された信号に後述する画像処理を施した後、モニタ５に出力する。

図２は、本実施の形態に係る撮像装置の詳細な内部構成を説明するための図である。

図２に示すように、内視鏡２は、ＣＣＤ１１及びＣＣＤ駆動部１２に加え、相関二重サンプリング（以下、ＣＤＳという）回路２１と、アンプ２２と、Ａ／Ｄ変換器２３とを有して構成されている。

ＣＣＤ１１から出力された画素信号及びダミー画素信号は、ＣＤＳ回路２１に入力される。ＣＤＳ回路２１は、入力された画素信号及びダミー画素信号にＣＤＳ処理を行いベースバンドの画素信号及びダミー画素信号を生成してアンプ２２に出力する。

アンプ２２は、ＣＤＳ回路２１から入力された画素信号及びダミー画素信号を増幅してＡ／Ｄ変換器２３に出力する。Ａ／Ｄ変換器２３は、アンプ２２から入力されたアナログ信号からデジタル信号に変換し、プロセッサ４の画像処理部１３に出力する。

プロセッサ４の画像処理部１３は、補正部２４と、テレビ信号変換部２５とを有して構成される。また、プロセッサ４は、メモリ２６を有して構成される。

補正部２４は、ダミー画素信号を、ダミー画素信号補正値としてメモリ２６に格納する。このとき、補正部２４は、OB部３２から出力された画素信号に基づき閾値を生成する。

ダミー画素信号判定手段としての補正部２４は、入力されたダミー画素信号が生成された閾値以下と判定した場合、演算許可信号を出力する。演算手段としての補正部２４は、この演算許可信号が出力されると、ダミー画素信号を、新たなダミー画素信号補正値としてメモリ２６に格納する。一方、補正部２４は、入力されたダミー画素信号が生成された閾値より大きいと判定した場合、スミアや外乱（電気的ノイズ）が発生したと判断し、ダミー画素信号を格納しない。

また、補正部２４は、ダミー画素信号の信号レベルが隣接する画素の信号レベルに対して、所定の閾値以内の場合、ダミー画素信号を、新たなダミー画素信号補正値としてメモリ２６に格納する。一方、補正部２４は、ダミー画素信号の信号レベルが隣接する画素の信号レベルに対して、所定の閾値より大きい場合、スミアや外乱（電気的ノイズ）が発生したと判断し、ダミー画素信号を格納しない。

そして、演算手段としての補正部２４は、受光部３１からの画素信号が入力されると、この画素信号からメモリ２６に格納されているダミー画素信号補正値を減算し、得られた信号をテレビ信号変換部２５に出力する。

テレビ信号変換部２５は、補正部２４から出力された信号をテレビ信号に変換し、モニタ５に出力する。

図３は、ＣＣＤの通常読み出しについて説明するための図であり、図４は、ＣＣＤの空転送について説明するための図である。

図３に示すように、ＣＣＤ１１は、被写体像を光電変換する有効画素領域としての受光部３１と、受光部３１の垂直方向に沿って配置された遮光状態の遮光画素領域としてのＯＢ部３２とを有する。さらに、ＣＣＤ１１は、受光部３１及びＯＢ部３２から構成される撮像部の下部に配置された転送路３３を有して構成される。また、ＣＤＳ回路２１は、挿入部１０の先端部に配置されたＣＣＤ１１の後端側に隣接して設けられている。

通常読み出しでは、受光部３１及びＯＢ部３２は、垂直転送信号が入力されると、電荷が蓄積された受光画素及びＯＢ画素を転送路３３に垂直転送する。転送路３３は、水平転送信号が入力されると、受光部３１及びＯＢ部３２から垂直転送された画素信号をＣＤＳ回路２１に水平転送する。

そして、ＯＢ部３２から読み出された画素信号から閾値が算出される。なお、本実施の形態では、ＯＢ部３２から読み出された画素信号に基づいて閾値を算出しているが、例えば、受光部３１の一部に遮光領域３４を設けて、この遮光領域３４から読み出される画素信号から閾値を算出するようにしてもよい。また、閾値は、ＯＢ部３２または遮光領域３４から読み出された全ての画素信号から算出してもよいし、一部の画素信号から算出してもよい。

次に、空転送では、受光部３１及びＯＢ部３２は、空垂直転送信号が入力されると、通常読み出しで読み出されて空になった、即ち、電荷が蓄積されていない受光画素及びＯＢ画素を転送路３３に垂直転送する。そして、これらの画素信号は、ダミー画素信号として転送路３３からＣＤＳ回路２１に水平転送される。

プロセッサ４の補正部２４に入力されたダミー画素信号は、ＯＢ部３２から読み出された画素信号から算出された閾値と比較される。ダミー画素信号が閾値以下と判定された場合、ダミー画素信号は、ダミー画素信号補正値としてメモリ２６に格納される。

そして、新たにダミー画素信号が閾値以下と判定された場合、新たなラインのダミー画素信号をメモリ２６に格納し、ダミー画素信号補正値の値を更新する。

また、メモリ２６に格納されているダミー画素信号補正値は、プロセッサ４の電源が投入された状態で、プロセッサ４から内視鏡２が取り外された場合、クリアされる。そして、内視鏡２とは異なる内視鏡がプロセッサ４に取り付けられると、異なる内視鏡で得られるダミー画素信号からダミー画素信号補正値を算出する。これは、内視鏡２とは異なる内視鏡がプロセッサ４に取り付けられたときに、異なる内視鏡が内視鏡２で用いられていたダミー画素信号補正値を用いて補正を行わないようにするためである。

次に、このように構成された撮像装置の動作について説明する。

図５は、本実施の形態に係る撮像装置の動作の例を説明するためのフローチャートである。

まず、ＣＣＤ１１からＣＣＤ信号が読み出される（ステップＳ１）。次に、読み出されたＣＣＤ信号が遮光画素か否かが判定される（ステップＳ２）。即ち、ステップＳ２では、ＯＢ部３２から読み出された画素信号か否かが判定される。ＣＣＤ信号が遮光画素と判定された場合、ＹＥＳとなり、読み出された遮光画素から閾値が算出され（ステップＳ３）、ステップＳ１に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、ＣＣＤ信号が遮光画素でないと判定された場合、ＮＯとなり、通常転送か否かが判定される（ステップＳ４）。

通常転送と判定された場合、ＹＥＳとなり、メモリ２６に格納されているダミー画素信号補正値が画素信号から減算される（ステップＳ５）。そして、得られた信号がテレビ信号変換部２５に出力され（ステップＳ６）、ステップＳ１に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、通常転送でないと判定された、ここでは、空転送と判定された場合、ＮＯとなり、ダミー画素信号が閾値以下か否かが判定される（ステップＳ７）。ダミー画素信号が閾値以下でないと判定された場合、ＮＯとなり、ステップＳ１に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、ダミー画素信号が閾値以下と判定された場合、ＹＥＳとなり、ダミー画素信号の隣接画素が閾値以下か否かが判定される（ステップＳ８）。

ダミー画素信号の隣接画素が閾値以下でないと判定された場合、ＮＯとなり、ステップＳ１に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、ダミー画素信号の隣接画素が閾値以下と判定された場合、ＹＥＳとなり、演算許可信号が出力される（ステップＳ９）。次に、ダミー画素信号がダミー画素信号補正値としてメモリ２６に格納され（ステップＳ１０）、ステップＳ１に戻り、同様の処理を繰り返す。

以上のように、本実施の形態の撮像装置は、ＯＢ部３２から読み出された画素信号に基づき閾値を生成し、空垂直転送されたダミー画素信号を生成された閾値と比較するようにしている。そして、撮像装置は、ダミー画素信号が閾値以内の場合、このダミー画素信号をダミー画素信号補正値としている。

従来の撮像装置は、閾値が固定されているため、ＣＣＤの個体差や使用条件（温度条件）等により、ダミー画素信号が変化した場合に、ダミー画素信号補正値を正確に算出することができない虞がある。これに対して、本実施の形態の撮像装置は、ＯＢ部３２から読み出された画素信号に基づき閾値を生成するようにしているため、ＣＣＤ１１の個体差や使用条件（温度条件）等により左右されず、黒レベルデータであるダミー画素信号補正値を正確に算出することができる。

よって、本実施の形態の撮像装置によれば、ＣＣＤの個体差や使用条件（温度条件）に左右されずに、高精度の黒レベルデータを検出することができる。

なお、本明細書におけるフローチャート中の各ステップは、その性質に反しない限り、実行順序を変更し、複数同時に実行し、あるいは実行毎に異なった順序で実行してもよい。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

１…内視鏡システム、２…内視鏡、３…光源装置、４…プロセッサ、５…モニタ、１０…挿入部、１１…ＣＣＤ、１２…ＣＣＤ駆動部、１３…画像処理部、２１…ＣＤＳ回路、２２…アンプ、２３…Ａ／Ｄ変換器、２４…補正部、２５…テレビ信号変換部、２６…メモリ、３１…受光部、３２…ＯＢ部、３３…転送路、３４…遮光領域。

Claims

被写体像を光電変換する有効画素領域と、前記有効画素領域の垂直方向に沿って配置された遮光状態の遮光画素領域とを備えた撮像部を備え、前記有効画素領域と前記遮光画素領域とから画素信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子に対して水平転送信号と垂直転送信号とを入力することにより、前記撮像素子から前記画素信号を出力させ、更に、前記撮像素子に対して空垂直転送信号を入力することにより、前記撮像素子からダミー画素信号を出力させる撮像素子駆動手段と、
前記ダミー画素信号を判別し、演算許可信号を出力するダミー画素信号判定手段と、
前記演算許可信号が出力された時、前記画素信号から前記ダミー画素信号を減算する演算手段とを備え、
前記ダミー画素信号判定手段は、前記ダミー画素信号が、前記遮光画素領域に存在する画素信号に基づき生成される閾値以下の時、前記演算許可信号を出力することを特徴とする撮像装置。
前記ダミー画素信号判定手段は、更に、前記ダミー画素信号の信号レベルが、隣接する画素の信号レベルに対して所定の閾値以内の時、前記演算許可信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。