JP2014000152A - 内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】収差の少ない画像を回路規模を小さくし、且つ、リアルタイムに取得することができる内視鏡装置を提供する。
【解決手段】内視鏡装置１は、所定の有効画素数を有するＣＣＤ９と、ＣＣＤ９の有効画素数よりも少ない有効画素数を有する表示部５と、ＣＣＤ９で撮像した撮像信号から生成される画像信号から、輝度情報及びエッジ情報に基づいて、収差エリアを検知する収差検知部１７と、収差検知部１７で検知された収差検知結果に基づき、収差エリアが最も少なくなるように、ＣＣＤ９の有効画素領域から表示部５の有効画素領域に合わせた画像を切り出す画像切り出し部１８と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内視鏡装置に関し、特に、画像の切り出しや撮像素子の駆動制御により、収差の少ない画像を得ることができる内視鏡装置に関する。

従来、内視鏡装置には、種類の異なる光学アダプタを挿入部に着脱自在にした内視鏡装置がある。このような内視鏡装置は、光学アダプタに設けられた光学レンズや挿入部の先端に配置された撮像素子の特性に応じて、例えば歪曲収差等の収差が存在するのが一般的である。

一般的に、収差補正を行う場合、収差補正用のレンズを光学アダプタに設けて収差補正を行う。また、収差補正用のレンズによる収差補正が完全にできない場合や、光学アダプタに収差補正用のレンズが設けられていない場合、画像処理回路により収差補正を行う。

画像処理回路で収差補正を行う場合、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されているように、装着される光学レンズの補正特性に対応した補正データのテーブルを用いて、収差補正を行っている。

特開２００４−６４７１０号公報 特開２００７−１８９３６１号公報

しかしながら、レンズによる収差補正を行った場合、収差補正用のレンズが必要となりレンズの枚数が増える。収差補正用のレンズの枚数が増えると先端硬質部長が長くなり、挿入部の挿入性が悪くなってしまう。

また、画像処理回路による収差補正を行う場合、画像処理回路には収差検知ブロック、収差補正処理ブロックが必要である。収差補正処理は、演算処理を含むため、収差補正の精度を上げれば上げるほど演算処理回路が大きくなる。また、補正する画像データが大きければ大きいほど補正にかかる時間が増えてしまう。

そのため、収差補正処理ブロックの処理能力、処理する画像の解像度によってはリアルタイムで被写体を表示部に表示することができなくなる可能性がある。

そこで、本発明は、収差の少ない画像を回路規模を小さくし、且つ、リアルタイムに取得することができる内視鏡装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の内視鏡装置は、所定の有効画素数を有する撮像素子と、前記撮像素子の前記所定の有効画素数よりも少ない有効画素数を有する表示部と、前記撮像素子で撮像した撮像信号から生成される画像信号から、輝度情報及びエッジ情報に基づいて、収差エリアを検知する収差検知部と、前記収差検知部で検知された収差検知結果に基づき、前記収差エリアが最も少なくなるように、前記撮像素子の有効画素領域から前記表示部の有効画素領域に合わせた画像を切り出す画像切り出し部と、を備える。

本発明の内視鏡装置によれば、収差の少ない画像を回路規模を小さくし、且つ、リアルタイムに取得することができる。

第１の実施の形態に係る内視鏡装置の構成を示す図である。 画像切り出し部での画像切り出し処理について説明するための図である。 画像切り出し処理の流れの例を示すフローチャートである。 光学アダプタ２が挿入部３から取り外される際の処理の流れの例を示すフローチャートである。 光学アダプタ２が挿入部３に取り付けられる際の処理の流れの例を示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係る内視鏡装置の構成を示す図である。 ＣＣＤの駆動位置の変更処理について説明するための図である。 ＣＣＤの駆動位置の変更処理の流れの例を示す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について詳細に説明する。
（第１の実施の形態）

まず、図１を用いて、本発明の第１の実施の形態の内視鏡装置の構成について説明する。

図１は、第１の実施の形態に係る内視鏡装置の構成を示す図である。

図１に示すように、内視鏡装置１は、先端部に着脱自在な光学アダプタ２を備えた挿入部３と、この挿入部３が着脱自在に接続され、挿入部３に搭載された撮像素子に対する信号処理を行う本体部４と、この本体部４から出力される映像信号が入力されることにより撮像素子で撮像された画像を内視鏡画像として表示する表示部５とを有する。

光学アダプタ２には、タイプに応じた光学レンズ６が設けられている。この光学アダプタ２のタイプには、直視タイプ、側視タイプ、広角タイプ、狭角タイプ等の様々なタイプが存在する。また、挿入部３の先端部も細径タイプ、太径タイプ等が存在し、内視鏡検査の用途や状況に応じて、最適なタイプの光学アダプタ２が挿入部３の先端部に取り付けられる。

このように、光学アダプタ２及び挿入部３の先端部の組み合わせは様々であり、組み合わせによっては収差が大きくなることがある。また、光学アダプタ２及び挿入部３の先端部の個々のばらつきにより、収差の位置も変化することもある。

挿入部３は、パイプ等の検査対象に挿入可能な細長で可撓性を有しており、端部に設けられたコネクタ７により、本体部４に対して着脱可能に構成されている。また、挿入部３の先端部には、対物レンズ８が取り付けてあり、その結像位置に撮像素子として例えば電荷結合素子（以下、ＣＣＤと略記）９が配置されている。

本実施の形態では、ＣＣＤ９は、高解像度、例えば表示部５の解像度よりも十分に高い解像度（有効画素数）を有し、表示部５は、ＣＣＤ９よりも解像度の低い、例えばＸＧＡ（１０２４×７６８画素）の解像度（有効画素数）を有している。

本体部４は、アナログフロントエンド（以下、ＡＦＥと略記）１１と、カメラコントロールユニット（以下、ＣＣＵと略記）１２と、制御部１３とを有する。また、本体部４には、記録メディア１４が着脱可能に構成されており、この記録メディア１４は、制御部１３から出力される画像を静止画像または動画像として記録する。

制御部１３は、内視鏡装置１全体の制御を行うとともに、光学アダプタ２の取り付けを検知する。さらに、制御部１３は、表示部５や記録メディア１４への画像の出力を制御する。

ＣＣＵ１２は、画像処理部１５と、タイミングジェネレータ（以下、ＴＧと略記）１６と、収差検知部１７と、画像切り出し部１８とを有して構成される。

ＣＣＤ９は、後述するＴＧ１６からのＣＣＤ駆動信号に基づいて、撮像面に結像された検査対象からの戻り光に対して光電変換を施し、得られた撮像信号を出力する。この撮像信号は、挿入部３に挿通された信号ケーブルを介して、本体部４に設けられたＡＦＥ１１に入力される。

ＡＦＥ１１は、ＣＤＳ回路及びＡ／Ｄ回路等を有して構成されている。入力された撮像信号は、ＣＤＳ回路部分において、ＴＧ１６からのタイミング信号に応じて、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）処理が行われ、Ａ／Ｄ回路部分において、デジタル信号に変換される。このデジタル信号は、画像処理部１５に入力される。

画像処理部１５は、入力されたデジタル信号中の同期信号を検出してＴＧ１６に出力するとともに、入力されたデジタル信号に所定の画像処理を施し、表示部５に表示するための画像信号を生成し、収差検知部１７に出力する。

ＴＧ１６は、画像処理部１５からの同期信号に基づき、ＣＤＳ回路に出力するタイミング信号及びＣＣＤ９を駆動するためのＣＣＤ駆動信号を生成し、それぞれＡＦＥ１１及びＣＣＤ９に出力する。

収差検知部１７は、画像処理部１５から出力された画像信号から、輝度情報及びエッジ情報に基づいて、画像のどの部分に収差が発生しているかを検知する。なお、収差検知の方法として、レンズの収差情報から補正する方法や、レンズの補正情報がない場合は格子状のチャートなど被写体の状態が認識できる被写体を観察して収差情報を得る方法でも可能である。収差検知部１７は、このように検知した収差検知結果を、画像信号とともに画像切り出し部１８に出力する。

画像切り出し部１８は、収差検知結果に基づき、収差エリアが最も少なくなるように画像を切り出す。より具体的には、画像切り出し部１８は、収差検知結果に基づき、収差エリアが最も少なくなるように、ＣＣＤ９の有効画素領域から表示部５の有効画素領域に合わせた画像を切り出す。

例えば、画像切り出し部１８は、収差検知結果から、画面の上下左右を比較し左側に収差が大きければ画像の切り出し位置を右方向にずらす。同様に、画像切り出し部１８は、上方向に収差が大きければ、画像の切り出し位置を下方向にずらす。この場合、画像の切り出しサイズは、表示部５の解像度に合わせて行う。また、画像切り出し部１８は、初期（デフォルト）の切り出し位置として、ＣＣＤ９の出力画像の略中央部分となるように切り出しを行う。

図２は、画像切り出し部での画像切り出し処理について説明するための図である。

画像切り出し部１８は、図２（ａ）に示すように、初期の切り出し位置２０を、ＣＣＤ９の出力画像２１の略中央部分となるように切り出しを行う。

収差検知部１７により、図２（ｂ）に示すように、画像（具体的には、切り出し位置２０の画像）の上下左右のうち、画面の右側（図面に向かって）に収差があるエリア２２が存在すると検知された場合、画像切り出し部１８は、収差検知部１７の収差検知結果から、図２（ｃ）に示すように、画像の切り出し位置２０を図面に向かって左側にずらして、画像の切り出しを行う。この変更した切り出し位置を切り出し位置２０ａとする。

図２（ｃ）に示すように、仮に収差があるエリア２２が大きく、表示部５の解像度で切り出しを行った際にも、切り出し位置２０ａに収差があるエリア２２が存在する場合には、表示部５の解像度アスペクト比を維持したまま、解像度を落として切り出しを行い、スケーリング処理を行って表示部５に表示をさせてもよい。

また、ＣＣＵ１２に収差補正部を備える構成として、切り出し画像の収差があるエリア２２の収差補正を行うようにしてもよい。この場合、図２（ｂ）の切り出し画像の収差があるエリア２２よりも、図２（ｃ）の切り出し画像の収差があるエリア２２が小さくなるため、収差補正の処理時間を短くすることができる。

次に、このように構成された内視鏡装置１の動作について説明する。

図３は、画像切り出し処理の流れの例を示すフローチャートである。

まず、内視鏡装置１のシステム起動が行われると（ステップＳ１）、光学アダプタ２が挿入部３に取り付けられているか否かが判定される（ステップＳ２）。光学アダプタ２が挿入部３に取り付けられていないと判定された場合、ＮＯとなり、ステップＳ２に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、光学アダプタ２が挿入部３に取り付けられていると判定された場合、ＹＥＳとなり、ＣＣＵ１２のＴＧ１６からのＣＣＤ駆動信号によりＣＣＤ９が駆動される（ステップＳ３）。次に、収差検知部１７により、ＣＣＤ９の出力画像の収差エリアが検出される（ステップＳ４）。画面上の収差エリアが最も少なくなるように、画像切り出し部１８により画像が切り出される（ステップＳ５）。そして、制御部１３から表示部５へ画像が表示され（ステップＳ６）、処理を終了する。

次に、光学アダプタ２が挿入部３から取り外される際の処理について説明する。

図４は、光学アダプタ２が挿入部３から取り外される際の処理の流れの例を示すフローチャートである。

まず、光学アダプタ２が挿入部３から取り外されたか否かが判定される（ステップＳ１１）。光学アダプタ２が挿入部３から取り外されていないと判定された場合、ＮＯとなり、ステップＳ１１に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、光学アダプタ２が挿入部３から取り外されたと判定された場合、ＹＥＳとなり、画像の切り出し位置が初期（デフォルト）の切り出し位置に戻され（ステップＳ１２）、処理を終了する。

次に、光学アダプタ２が挿入部３に取り付けられる際の処理について説明する。

図５は、光学アダプタ２が挿入部３に取り付けられる際の処理の流れの例を示すフローチャートである。なお、図５において、図３と同様の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。

まず、光学アダプタ２が挿入部３に取り付けられた否かが判定される（ステップＳ２１）。光学アダプタ２が挿入部３に取り付けられていないと判定された場合、ＮＯとなり、ステップＳ２１に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、光学アダプタ２が挿入部３に取り付けられたと判定された場合、ＹＥＳとなり、ステップＳ３に進む。ステップＳ３〜Ｓ６は、図３と同様であり、新たに取り付けられた光学アダプタ２に応じた収差エリアが検知され、画像の切り出し位置が変更される。

なお、挿入部３の取り替えは、システムの起動中に行うことができないため、挿入部３を取り替える場合は、システムを一旦停止した後、挿入部３を取り替え、再度、図３に示す処理を実行することになる。そして、内視鏡装置１は、取り替えられた挿入部３と光学アダプタ２との組み合わせによる収差を新たに検知し、画像の切り出し位置を変更することになる。

以上の処理により、光学アダプタ２及び挿入部３の組み合わせによらず、収差の少ない画像を表示部５に表示することができる。

以上のように、内視鏡装置１は、収差検知部１７により表示部５に表示される画像の収差エリアを検知し、画像切り出し部１８により収差エリアが小さくなるように、ＣＣＤ９の出力画像から画像の切り出しを行うようにした。この結果、収差を補正する収差補正回路を設ける必要がないため、回路規模を小さくすることができる。また、収差補正回路により収差補正の処理が必要なくなるため、リアルタイムに収差の少ない画像を得ることができる。

よって、本実施の形態の内視鏡装置によれば、収差の少ない画像を回路規模を小さくし、且つ、リアルタイムに取得することができる。

さらに、本実施の形態の内視鏡装置１は、光学アダプタ２に収差補正用のレンズを設ける必要がなくなるため、先端硬質部長を短くすることができ、挿入部３の挿入性を向上させることができる。また、シェーディングも同様に回避することができるため、シェーディング補正回路が必要なくなり、さらに回路規模を小さくすることができる。
（第２の実施の形態）

次に、第２の実施の形態について説明する。

図６は、第２の実施の形態に係る内視鏡装置の構成を示す図である。なお、図６において、図１と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図６に示すように、内視鏡装置１ａは、図１の画像処理部１５、ＴＧ１６及び収差検知部１７に代わり、それぞれ画像処理部１５ａ、ＴＧ１６ａ及び収差検知部１７ａを用いて構成されている。

ＴＧ１６ａは、ＣＣＤ９の垂直方向の駆動位置（読み出し位置）を表示部５の解像度に合わせて駆動するためのＣＣＤ駆動信号をＣＣＤ９に出力する。ＣＣＤ９で撮像された撮像信号は、画像処理部１５ａにより所定の画像処理が施された後、収差検知部１７ａに入力される。

収差検知部１７ａは、入力された画像信号から、画像のどの部分に収差が発生しているかを検知し、検知した収差検知結果を画像切り出し部１８に出力するとともに、画像処理部１５ａにフィードバックする。

画像処理部１５ａは、フィードバックされた収差検知結果に基づき、画面上の収差エリアが最も少なくなるように、ＣＣＤ９の垂直方向の駆動位置を変更する制御をＴＧ１６ａに対して行う。

駆動位置制御部としてのＴＧ１６ａは、画像処理部１５ａからの制御により、ＣＣＤ９の垂直方向の駆動位置を変更したＣＣＤ駆動信号をＣＣＤ９に出力する。

図７は、ＣＣＤの駆動位置の変更処理について説明するための図である。

ＴＧ１６ａは、図７（ａ）に示すように、ＣＣＤ９の初期の垂直方向の駆動位置２３を、表示部５の解像度に合わせて駆動する。このときの駆動位置２３は、ＣＣＤ９の本来の解像度で撮像したときの出力画像２１の略中央部分とする。

収差検知部１７ａにより、図７（ｂ）に示すように、画像の上下のうち、画面の上側（図面に向かって）に収差があるエリア２２が存在すると検知された場合、画像処理部１５ａは、収差検知部１７の収差検知結果から、図７（ｃ）に示すように、ＣＣＤ９の垂直方向の駆動位置２３を図面に向かって下側にずらすようにＴＧ１６ａを制御する。この変更した垂直方向の駆動位置を駆動位置２３ａとする。

ＣＣＤ９は、垂直方向の駆動位置２３を制御することはできるが、水平方向の駆動位置を制御することはできず、１ライン全ての画素が読み出される。そのため、画像の左右に収差があるエリア２２が存在する場合、第１の実施の形態と同様に、画像切り出し部１８で左右方向の切り出し位置を変更する。

例えば、図７（ｂ）に示すように、図面に向かって画像の右側に収差があるエリア２２が存在する場合、画像切り出し部１８は、図７（ｃ）に示すように、画像の切り出し位置２０を図面に向かって左側にずらして（切り出し位置２０ａ）、画像の切り出しを行う。

なお、撮像素子としてＣＣＤ９に代わりＣＭＯＳを用いる場合、水平方向の駆動位置も制御できるため、収差検知結果に基づき、ＴＧ１６ａでＣＭＯＳの垂直及び水平方向の駆動位置を制御するようにしてもよい。

次に、このように構成された内視鏡装置１ａの動作について説明する。

図８は、ＣＣＤの駆動位置の変更処理の流れの例を示すフローチャートである。なお、図８において、図３と同様の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。

まず、ステップＳ２において、光学アダプタ２が取り付けられていると判定されると、ＣＣＵ１２のＴＧ１６ａで表示部５の解像度に合わせた解像度でＣＣＤ９が駆動される（ステップＳ３１）。ステップＳ４において、収差検知部１７ａで収差エリアが検知されると、画面上の収差エリアが最も少なくなるように、ＣＣＤ９の垂直方向の駆動位置がＴＧ１６ａにより変更される（ステップＳ３２）。次に、画面上の収差エリアが最も少なくなるように、水平方向の画像の切り出し位置が画像切り出し部１８で決定し、画像が切り出される（ステップＳ３３）。最後に、ステップＳ６において、制御部１３から表示部５へ画像が表示され、処理を終了する。

以上のように、内視鏡装置１ａは、ＣＣＤ９の垂直方向の駆動位置（読み出し位置）を表示部５の解像度に合わせて駆動し、画像の上下方向に収差エリアが存在する場合には、ＣＣＤ９の垂直方向の駆動位置（読み出し位置）をＴＧ１６ａで変更するようにした。この結果、収差が少ないエリアでかつ表示部５の解像度に合わせてＣＣＤ９の駆動位置を変更することができるため、ＣＣＤ９のＣＣＤ駆動信号の周波数を低くすることが可能となる。

よって、本実施の形態の内視鏡装置によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得るとともに、ＣＣＤ９のＣＣＤ駆動信号の周波数を低くすることが可能となり、低消費電力化や長時間の駆動が可能となる。

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及び変形例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…内視鏡装置、２…光学アダプタ、３…挿入部、４…本体部、５…表示部、６…光学レンズ、７…コネクタ、８…対物レンズ、９…ＣＣＤ、１１…ＡＦＥ、１２…ＣＣＵ、１３…制御部、１４…記録メディア、１５，１５ａ…画像処理部、１６，１６ａ…ＴＧ、１７，１７ａ…収差検知部。

Claims (5)

1. 所定の有効画素数を有する撮像素子と、
   前記撮像素子の前記所定の有効画素数よりも少ない有効画素数を有する表示部と、
   前記撮像素子で撮像した撮像信号から生成される画像信号から、輝度情報及びエッジ情報に基づいて、収差エリアを検知する収差検知部と、
   前記収差検知部で検知された収差検知結果に基づき、前記収差エリアが最も少なくなるように、前記撮像素子の有効画素領域から前記表示部の有効画素領域に合わせた画像を切り出す画像切り出し部と、
   を備えたことを特徴とする内視鏡装置。
2. 前記収差検知部で検知された収差検知結果に基づき、前記収差エリアが最も少なくなるように、前記撮像素子の駆動位置を制御する駆動位置制御部を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
3. 前記撮像素子は、ＣＣＤであり、
   前記駆動位置制御部は、前記収差エリアが最も少なくなるように、前記ＣＣＤの垂直方向の駆動位置を制御することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。
4. 前記切り出した前記画像に前記収差エリアが存在する場合、前記収差エリアが存在しない領域の画像を前記表示部の有効画素領域に合わせてスケーリングすることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
5. 前記切り出した前記画像に前記収差エリアが存在する場合、前記前記収差エリアが存在する領域の画像に収差補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。

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