JP2017017381A

JP2017017381A - データ送信装置、データ送受信システム及びデータ送信方法

Info

Publication number: JP2017017381A
Application number: JP2015128869A
Authority: JP
Inventors: 啓介筒井; Keisuke Tsutsui; 文行大河; Fumiyuki Okawa
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2035-06-26
Also published as: JP6370263B2

Abstract

【課題】被写体を撮像して得られたデジタルデータをシリアル伝送する際の伝送速度を高速化することなく伝送品質を確保することが可能なデータ送信装置等を提供する。
【解決手段】データ送信装置は、撮像素子で被写体を撮像して得られたアナログ信号に対してＡ／Ｄ変換を施すことにより、撮像素子の画素毎の階調値を表すデジタルデータを生成する撮像部と、所定の階調値を表すビット列を撮像部のＡ／Ｄ変換によるデジタルデータの生成に使用されないビット列に置換するデータ置換部と、データ置換部による置換後のデジタルデータに含まれるビット値を所定の反転パターンに則って反転するビット値反転処理を行うとともに、ビット値反転処理により得られたデジタルデータをパラレル出力するビット値反転部と、ビット値反転部からパラレル出力されるデジタルデータをシリアルデータに変換して送信する送信部と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、データ送信装置、データ送受信システム及びデータ送信方法に関し、特に、被写体を撮像して得られたデジタルデータをシリアル伝送するデータ送信装置、データ送受信システム及びデータ送信方法に関するものである。

内視鏡等の撮像装置により被写体を撮像して得られたデジタルデータをシリアル伝送するための技術として、例えば、特許文献１に開示された技術が従来知られている。

また、内視鏡等の撮像装置により被写体を撮像して得られたデジタルデータのシリアル伝送においては、当該シリアル伝送の伝送路に含まれる信号線及び／または回路等の周波数特性に起因して発生する信号波形の劣化を極力抑制するための処理として、例えば、８ｂ／１０ｂ等のような、当該デジタルデータに対して更にビット値を付加する処理が従来行われている。そして、このような処理に類似する処理として、例えば、特許文献１には、遮光されている画素または飽和を起こしている画素の１２ビットのデータを先頭から３ビット毎に区切って得られた４つの部分のデータをそれぞれ４ビット化することにより、当該画素の１６ビットのデータをシリアル伝送用のデータとして得るための処理が開示されている。

ここで、特許文献１に開示された前述の処理によれば、被写体を撮像して得られた１２ビットのデータに対して４ビットのデータを更に付加した１６ビットのデータをシリアル伝送用のデータとして得ているため、当該シリアル伝送用のデータのビット数に応じて伝送速度を高速化しなければ、当該被写体を撮像して得られた画像をリアルタイムに表示装置に表示させる場合等において不具合が発生してしまう、という問題点がある。従って、特許文献１に開示された前述の処理によれば、被写体を撮像して得られたデジタルデータをシリアル伝送する際の伝送品質を確保するために伝送速度を高速化する必要がある、という前述の問題点に応じた課題が生じている。

本発明は、被写体を撮像して得られたデジタルデータをシリアル伝送する際の伝送速度を高速化することなく伝送品質を確保することが可能なデータ送信装置、データ送受信システム及びデータ送信方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様のデータ送信装置は、１つ以上の撮像素子で被写体を撮像して得られたアナログ信号に対してＡ／Ｄ変換を施すことにより、前記１つ以上の撮像素子の画素毎の階調値を表すデジタルデータを生成して出力する撮像部と、前記撮像部から出力されるデジタルデータの中に所定の階調値を表すビット列が存在する場合に、当該ビット列を前記撮像部のＡ／Ｄ変換によるデジタルデータの生成に使用されない所定のビット列に置換するデータ置換部と、前記データ置換部による置換後のデジタルデータに含まれるビット値を、奇数ビットまたは偶数ビットのいずれかを反転するように設定された所定の反転パターンに則って反転するビット値反転処理を行うとともに、当該ビット値反転処理により得られたデジタルデータをパラレル出力するビット値反転部と、前記ビット値反転部からパラレル出力されるデジタルデータをシリアルデータに変換して送信する送信部と、を有する。

本発明の一態様のデータ送受信システムは、１つ以上の撮像素子で被写体を撮像して得られたアナログ信号に対してＡ／Ｄ変換を施すことにより、前記１つ以上の撮像素子の画素毎の階調値を表すデジタルデータを生成して出力する撮像部と、前記撮像部から出力されるデジタルデータの中に所定の階調値を表すビット列が存在する場合に、当該ビット列を前記撮像部のＡ／Ｄ変換によるデジタルデータの生成に使用されない所定のビット列に置換するデータ置換部と、前記データ置換部による置換後のデジタルデータに含まれるビット値を、奇数ビットまたは偶数ビットのいずれかを反転するように設定された所定の反転パターンに則って反転するビット値反転処理を行うとともに、当該ビット値反転処理により得られたデジタルデータをパラレル出力するビット値反転部と、前記ビット値反転部からパラレル出力されるデジタルデータをシリアルデータに変換して送信する送信部と、前記送信部から送信されるシリアルデータを受信し、当該受信したシリアルデータを変換して得られるデジタルデータをパラレル出力する受信部と、前記受信部から出力されるデジタルデータに含まれるビット値を、前記所定の反転パターンと同一のパターンに則って再反転するビット値再反転処理を行うとともに、当該ビット値再反転処理により得られたデジタルデータを出力するビット値再反転部と、前記ビット値再反転部による前記ビット値再反転処理後のデジタルデータの中に前記所定のビット列が存在する場合に、前記所定のビット列を前記データ置換部による置換前のビット列に復元して出力するデータ復元部と、を有する。

本発明の一態様のデータ送信方法は、撮像部が、１つ以上の撮像素子で被写体を撮像して得られたアナログ信号に対してＡ／Ｄ変換を施すことにより、前記１つ以上の撮像素子の画素毎の階調値を表すデジタルデータを生成して出力するステップと、データ置換部が、前記撮像部から出力されるデジタルデータの中に所定の階調値を表すビット列が存在する場合に、当該ビット列を前記撮像部のＡ／Ｄ変換によるデジタルデータの生成に使用されない所定のビット列に置換するステップと、ビット値反転部が、前記データ置換部による置換後のデジタルデータに含まれるビット値を、奇数ビットまたは偶数ビットのいずれかを反転するように設定された所定の反転パターンに則って反転するビット値反転処理を行うとともに、当該ビット値反転処理により得られたデジタルデータをパラレル出力するステップと、送信部が、前記ビット値反転部からパラレル出力されるデジタルデータをシリアルデータに変換して送信するステップと、を有する。

本発明におけるデータ送信装置、データ送受信システム及びデータ送信方法によれば、被写体を撮像して得られたデジタルデータをシリアル伝送する際の伝送速度を高速化することなく伝送品質を確保することができる。

第１の実施例に係る撮像システムの要部の構成を示すブロック図。第１の実施例に係る撮像装置に設けられた撮像部の具体的な構成の一例を示す図。第１の実施例に係る撮像装置において行われるスクランブル処理の一例を説明するための図。第１の実施例に係る撮像装置において行われるスクランブル処理の一例を説明するための図。第１の実施例に係る撮像装置において行われるスクランブル処理の一例を説明するための図。第１の実施例に係る撮像装置において行われるビット値反転処理の一例を説明するための図。第１の実施例に係る撮像装置において行われるビット値反転処理の一例を説明するための図。第１の実施例に係る撮像装置において行われるビット値反転処理の変形例を説明するための図。第２の実施例に係る撮像システムの要部の構成を示すブロック図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明を行う。

（第１の実施例）
図１から図５は、本発明の第１の実施例に係るものである。

撮像システム１０１は、例えば、図１に示すように、ビデオスコープまたは硬性鏡のカメラヘッド等を具備して構成された撮像装置１と、メタルケーブル及び絶縁回路等を含む伝送路ＴＬを介して撮像装置１に接続されるカメラコントロールユニット（以下、ＣＣＵと称する）２と、を有している。図１は、第１の実施例に係る撮像システムの要部の構成を示すブロック図である。

撮像装置１は、データ送信装置としての機能を具備して構成されている。また、撮像装置１は、例えば、図１に示すように、撮像部１１と、データ置換部１２と、スクランブル処理部１３と、ビット値反転部１４と、シリアル送信部１５と、を有して構成されている。

撮像部１１は、撮像装置１の外部に存在する被写体から発せられた光を撮像し、当該撮像した光に応じたデジタルデータを生成してデータ置換部１２へ出力するように構成されている。具体的には、撮像部１１は、例えば、図２に示すように、対物光学系１１Ｌと、ダイクロイックプリズム１１Ｐと、撮像素子１１Ｒ、１１Ｇ及び１１Ｂと、Ａ／Ｄ変換回路１１１、１１２、１１３及び１１４と、を有して構成されている。図２は、第１の実施例に係る撮像装置に設けられた撮像部の具体的な構成の一例を示す図である。

対物光学系１１Ｌは、撮像装置１の外部に存在する被写体から発せられた光が入射される１つ以上のレンズを具備して構成されている。

ダイクロイックプリズム１１Ｐは、対物光学系１１Ｌを経て出射される光を赤色光、緑色光及び青色光の３つの色の光に分離するように構成されている。

撮像素子１１Ｒは、例えば、撮像素子１１Ｂと同じ有効画素数のＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサを具備して構成されている。また、撮像素子１１Ｒは、ダイクロイックプリズム１１Ｐにより分離された赤色光を撮像し、当該撮像した赤色光の強度に応じたアナログ信号を生成してＡ／Ｄ変換回路１１１へ出力するように構成されている。また、撮像素子１１Ｒには、ダイクロイックプリズム１１Ｐにより分離された赤色光の撮像時に使用されない画素である１画素以上のオプティカルブラック画素が設けられている。

撮像素子１１Ｇは、例えば、撮像素子１１Ｒ及び１１Ｂに比べて有効画素数の多いＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサを具備して構成されている。また、撮像素子１１Ｇは、ダイクロイックプリズム１１Ｐにより分離された緑色光を相互に異なる２つの有効画素群ＧＰ１及びＧＰ２で撮像し、当該有効画素群ＧＰ１で撮像した緑色光の強度に応じたアナログ信号を生成してＡ／Ｄ変換回路１１２へ出力し、当該有効画素群ＧＰ２で撮像したＧ光の強度に応じたアナログの電気信号を生成してＡ／Ｄ変換回路１１３へ出力するように構成されている。なお、本実施例によれば、例えば、撮像素子１１Ｇの全ての有効画素を２次元的に配置して形成される有効画素領域において、奇数列に属する有効画素が有効画素群ＧＰ１に分類され、偶数列に属する有効画素が有効画素群ＧＰ２に分類されるような構成が望ましい。また、撮像素子１１Ｇには、ダイクロイックプリズム１１Ｐにより分離された緑色光の撮像時に使用されない画素である１画素以上のオプティカルブラック画素が設けられている。

撮像素子１１Ｂは、例えば、撮像素子１１Ｒと同じ有効画素数のＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサを具備して構成されている。また、撮像素子１１Ｂは、ダイクロイックプリズム１１Ｐにより分離された青色光を撮像し、当該撮像した青色光の強度に応じたアナログ信号を生成してＡ／Ｄ変換回路１１４へ出力するように構成されている。また、撮像素子１１Ｂには、ダイクロイックプリズム１１Ｐにより分離された青色光の撮像時に使用されない画素である１画素以上のオプティカルブラック画素が設けられている。

Ａ／Ｄ変換回路１１１は、撮像素子１１Ｒから出力されるアナログ信号に対してＡ／Ｄ変換を施すことにより、例えば、当該アナログ信号における画素毎の信号レベルを１２ビットの階調値として表したデジタルデータＲを生成してデータ置換部１２へパラレル出力するように構成されている。

Ａ／Ｄ変換回路１１２は、撮像素子１１Ｇの有効画素群ＧＰ１から出力されるアナログ信号に対してＡ／Ｄ変換を施すことにより、例えば、当該アナログ信号における画素毎の信号レベルを１２ビットの階調値として表したデジタルデータＧ１を生成してデータ置換部１２へパラレル出力するように構成されている。

Ａ／Ｄ変換回路１１３は、撮像素子１１Ｇの有効画素群ＧＰ２から出力されるアナログ信号に対してＡ／Ｄ変換を施すことにより、例えば、当該アナログ信号における画素毎の信号レベルを１２ビットの階調値として表したデジタルデータＧ２を生成してデータ置換部１２へパラレル出力するように構成されている。

Ａ／Ｄ変換回路１１４は、撮像素子１１Ｂから出力されるアナログ信号に対してＡ／Ｄ変換を施すことにより、例えば、当該アナログ信号における画素毎の信号レベルを１２ビットの階調値として表したデジタルデータＢを生成してデータ置換部１２へパラレル出力するように構成されている。

すなわち、以上に述べたような構成によれば、相互に類似した階調値を表すデジタルデータＧ１及びＧ２がＡ／Ｄ変換回路１１２及び１１３から出力される。また、本実施例に係る撮像部１１は、撮像装置１の外部に存在する被写体から発せられた光を複数の撮像素子で撮像し、当該撮像した光に応じて得られたアナログ信号に対してＡ／Ｄ変換を施すことにより、当該複数の撮像素子の画素毎の階調値を表す１２ビット×４のビット数のデジタルデータを生成し、当該生成したデジタルデータをデータ置換部１２へパラレル出力することができるように構成されている。

なお、撮像部１１から出力されるデジタルデータＲ、Ｇ１、Ｇ２及びＢにより表される階調値は、撮像素子１１Ｒ、１１Ｇ及び１１Ｂに設けられたオプティカルブラック画素の階調値よりも大きな階調値であるものとする。具体的には、撮像部１１から出力されるデジタルデータＲ、Ｇ１、Ｇ２及びＢにより表される階調値は、例えば、１６進数表記で「１００」より大きな階調値であるものとする。

また、本実施例の撮像部１１は、撮像装置１の外部に存在する被写体から発せられた光を複数の撮像素子で撮像するように構成されたものに限らず、例えば、３原色の微小なフィルタをベイヤ配列で配置したカラーフィルタを撮像面に設けた１つの撮像素子を用いることにより、当該被写体から発せられた光を当該１つの撮像素子で撮像するように構成されていてもよい。

また、ＣＭＯＳセンサを用いて撮像部１１を構成する場合においては、例えば、Ａ／Ｄ変換回路１１１〜１１４を撮像素子１１Ｒ、１１Ｇ及び１１Ｂに内蔵させることができるため、撮像素子１１Ｒ、１１Ｇ及び１１Ｂからデータ置換部１２へ直接デジタルデータＲ、Ｇ１、Ｇ２及びＢを出力させることができる。

また、本実施例の撮像部１１は、以上に述べたような構成を具備するものに限らず、例えば、撮像素子１１Ｒ、１１Ｇ及び１１Ｂが相互に同一の有効画素数を有する場合において、撮像素子１１Ｒの全有効画素の半分の画素数の階調値をデジタル化したデジタルデータＲと、撮像素子１１Ｂの全有効画素の半分の画素数の階調値をデジタル化したデジタルデータＢと、をそれぞれ出力するように構成されていてもよい。

データ置換部１２は、撮像部１１からパラレル出力されるデジタルデータＲ及びＢの中に、所定の階調値を表す１２ビットのビット列が存在する場合に、当該ビット列を所定のビット列に置換してスクランブル処理部１３へパラレル出力するための処理を行うように構成されている。また、データ置換部１２は、撮像部１１からパラレル出力されるデジタルデータＲ及びＢの中に、所定の階調値を表す１２ビットのビット列が存在しない場合には、当該デジタルデータをそのままスクランブル処理部１３へパラレル出力するように構成されている。

スクランブル処理部１３は、例えば、データ置換部１２からパラレル出力される１２ビット×４のビット数のデジタルデータに含まれる各ビット値を所定のスクランブルパターンに則って並び替えるスクランブル処理を行うことにより、１６ビット×３のビット数のデジタルデータを生成してビット値反転部１４へパラレル出力するように構成されている。なお、スクランブル処理部１３のスクランブル処理に用いられる所定のスクランブルパターンは、データ置換部１２から一度にパラレル出力されるデジタルデータの総ビット数を変更しないパターンとして設定される限りにおいては、前述のものとは異なるパターンに設定されていてもよい。

ビット値反転部１４は、スクランブル処理部１３から出力されるデジタルデータに含まれるビット値を、１６ビットを１回の処理単位として、すなわち、撮像部１１の各撮像素子の１画素分のデジタルデータを１回の処理単位として、奇数ビットまたは偶数ビットのいずれかを反転するように設定された所定の反転パターンに則って反転するビット値反転処理を行うとともに、当該ビット値反転処理により得られたデジタルデータをシリアル送信部１５へパラレル出力するように構成されている。なお、前述の所定の反転パターンは、撮像部１１の各撮像素子の所定の複数の画素分のデジタルデータを１回の処理単位として、奇数ビットまたは偶数ビットのいずれかを反転するように設定されているものであってもよい。

シリアル送信部１５は、例えば、ビット値反転部１４からパラレル出力されるデジタルデータをＰ／Ｓ（パラレル／シリアル）変換することによりシリアルデータを取得し、当該取得したシリアルデータを用いてＬＶＤＳ（Ｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｉｇｎａｌｉｎｇ）方式に応じた差動伝送信号を生成し、当該生成した差動伝送信号を伝送路ＴＬ経由でＣＣＵ２へ送信するように構成されている。

なお、本実施例においては、データ置換部１２、スクランブル処理部１３、ビット値反転部１４、及び、シリアル送信部１５の各部が、例えば、別体の電子回路としてそれぞれ形成されるものであってもよく、または、ＦＰＧＡ等の集積回路の一部としてそれぞれ形成されていてもよい。

ＣＣＵ２は、データ受信装置としての機能を具備して構成されている。また、ＣＣＵ２は、例えば、図１に示すように、シリアル受信部２１と、ビット値再反転部２２と、スクランブル解除部２３と、データ復元部２４と、映像処理部２５と、を有して構成されている。

シリアル受信部２１は、撮像装置１から伝送路ＴＬを経由して送信された差動伝送信号を受信し、当該受信した差動伝送信号に対応するシリアルデータを取得し、さらに、当該取得したシリアルデータをＳ／Ｐ（シリアル／パラレル）変換することにより、１６ビット×３のビット数のデジタルデータを生成してビット値再反転部２２へパラレル出力するように構成されている。

ビット値再反転部２２は、シリアル受信部２１から出力されるデジタルデータに含まれるビット値を、ビット値反転部１４の反転パターンと同一のパターンに則って再反転するビット値再反転処理を行うとともに、当該ビット値再反転処理により得られたデジタルデータをスクランブル解除部２３へパラレル出力するように構成されている。

スクランブル解除部２３は、ビット値再反転部２２から出力される１６ビット×３のビット数のデジタルデータに含まれる各ビット値を、スクランブル処理部１３のスクランブル処理において用いられたスクランブルパターンとは逆のパターンに則って並び替える処理を行うことにより、１２ビット×４のビット数のデジタルデータを生成してデータ復元部２４へパラレル出力するように構成されている。

データ復元部２４は、スクランブル解除部２３から出力されるデジタルデータの中に、データ置換部１２の処理による置換後のビット列として予め設定された１２ビットの所定のビット列が存在する場合に、当該所定のビット列をデータ置換部１２による置換前のビット列に復元して映像処理部２５へパラレル出力するための処理を行うように構成されている。また、データ復元部２４は、スクランブル解除部２３から出力されるデジタルデータの中に、データ置換部１２による置換後のビット列として予め設定された１２ビットの所定のビット列が存在しない場合には、当該デジタルデータをそのまま映像処理部２５へパラレル出力するように構成されている。

なお、本実施例においては、シリアル受信部２１、ビット値再反転部２２、スクランブル解除部２３、及び、データ復元部２４の各部が、例えば、別体の電子回路としてそれぞれ形成されるものであってもよく、または、ＦＰＧＡ等の集積回路の一部としてそれぞれ形成されていてもよい。

映像処理部２５は、例えば、映像処理回路を具備し、データ復元部２４から出力されるデジタルデータに対して所定の信号処理及び／または所定の画像処理等を施すことにより映像信号を生成し、当該生成した映像信号を表示装置３へ出力するように構成されている。

表示装置３は、例えば、液晶ディスプレイ等を具備し、ＣＣＵ２から出力される映像信号に応じた画像等を表示することができるように構成されている。

次に、本実施例の撮像システム１０１の動作等について説明する。

撮像部１１は、撮像装置１の電源の投入に伴い、対物光学系１１Ｌの視野範囲内に存在する被写体を撮像素子１１Ｒ、１１Ｇ及び１１Ｂにおいてそれぞれ撮像し、撮像素子１１Ｒ、１１Ｇ及び１１Ｂからそれぞれ出力されるアナログ信号に応じたデジタルデータＲ、Ｇ１、Ｇ２及びＢを生成し、当該生成した各デジタルデータをデータ置換部１２へパラレル出力する。

データ置換部１２は、撮像部１１から出力されるデジタルデータＲ及びＢの中に、例えば、１６進数表記で「ＦＦ０」と表される階調値に相当するビット列が存在する場合、すなわち、２進数表記で「１１１１１１１１００００」と表される１２ビットのビット列が存在する場合に、当該ビット列を「０００００１０１０１０１」のような所定のビット列に置換してスクランブル処理部１３へパラレル出力する。また、データ置換部１２は、撮像部１１から出力されるデジタルデータＲ及びＢの中に、１６進数表記で「ＦＦ０」と表される階調値に相当するビット列が存在しない場合には、当該デジタルデータをそのままスクランブル処理部１３へパラレル出力する。

なお、前述の所定のビット列は、被写体を撮像して得られるアナログ信号からデジタルデータを生成する際に使用されず、かつ、当該デジタルデータをシリアル伝送する際の伝送品質に影響を与えない範囲内に属する各ビット列の中から予め選択される限りにおいては、２進数表記で「０００００１０１０１０１」と表されるビット列以外の他のビット列であってもよい。

具体的には、前述の所定のビット列は、例えば、１６進数表記で「０００」から「１００」までの階調値として表されるような、撮像部１１の各撮像素子に設けられたオプティカルブラック画素の階調値以下の階調値を表すビット列であり、かつ、デジタルデータＲ及びＢの生成に使用されないビット列であればよい。また、前述の所定のビット列を選択する際には、例えば、「０」または「１」のビット値が極力連続しないものを選択することが望ましい。

スクランブル処理部１３は、データ置換部１２からパラレル出力される１２ビットのデジタルデータＲ、Ｇ１、Ｇ２及びＢに含まれる各ビット値を、例えば、図３、図４及び図５に示すような、所定のスクランブルパターンに則って並び替えるスクランブル処理を行うことにより、１６ビットのデジタルデータＤＩＧ１、ＤＩＧ２及びＤＩＧ３をそれぞれ生成し、当該生成したデジタルデータＤＩＧ１、ＤＩＧ２及びＤＩＧ３をビット値反転部１４へパラレル出力する。図３、図４及び図５は、第１の実施例に係る撮像装置において行われるスクランブル処理の一例を説明するための図である。

具体的には、デジタルデータＤＩＧ１は、図３に示すように、デジタルデータＧ１の上位８ビットに属する各ビット値と、デジタルデータＧ２の上位８ビットに属する各ビット値と、を交互に並べた１６ビットのデータとして生成される。そのため、デジタルデータＤＩＧ１においては、データ置換部１２から出力されるデジタルデータＧ１及びＧ２に含まれる各ビット値の組合せに係わらず、「０」または「１」のビット値が連続する回数が１５回以下に制限される。

また、デジタルデータＤＩＧ２は、図４に示すように、デジタルデータＢの下位８ビットに属する各ビット値を上下４ビットずつに分離して交互に並び替えることにより得られる８ビットのデータと、デジタルデータＢの上位４ビットに属する各ビット値と、デジタルデータＧ１の下位４ビットに属する各ビット値と、を交互に並べて得られる８ビットのデータと、を組み合わせた１６ビットのデータとして生成される。そのため、デジタルデータＤＩＧ２においては、データ置換部１２から出力されるデジタルデータＧ１及びＢに含まれる各ビット値の組合せに係わらず、「０」または「１」のビット値が連続する回数が１５回以下に制限される。

また、デジタルデータＤＩＧ３は、図５に示すように、デジタルデータＲの下位８ビットに属する各ビット値を上下４ビットずつに分離して交互に並び替えることにより得られる８ビットのデータと、デジタルデータＲの上位４ビットに属する各ビット値と、デジタルデータＧ２の下位４ビットに属する各ビット値と、を交互に並べて得られる８ビットのデータと、を組み合わせた１６ビットのデータとして生成される。そのため、デジタルデータＤＩＧ３においては、データ置換部１２から出力されるデジタルデータＲ及びＧ２に含まれる各ビット値の組合せに係わらず、「０」または「１」のビット値が連続する回数が１５回以下に制限される。

ビット値反転部１４は、１６ビットを１回の処理単位として、すなわち、撮像部１１の各撮像素子の１画素分のデジタルデータを１回の処理単位として、奇数ビットまたは偶数ビットのいずれかを反転するように設定された所定の反転パターンＲＰＡに則ってデジタルデータＤＩＧ１に含まれるビット値を反転したデジタルデータＲＩＧ１と、当該所定の反転パターンＲＰＡに則ってデジタルデータＤＩＧ２に含まれるビット値を反転したデジタルデータＲＩＧ２と、当該所定の反転パターンＲＰＡに則ってデジタルデータＤＩＧ３に含まれるビット値を反転したデジタルデータＲＩＧ３と、をシリアル送信部１５へパラレル出力する。

具体的には、ビット値反転部１４は、例えば、所定の反転パターンＲＰＡが奇数ビットを反転するパターンとして設定されている場合には、デジタルデータＤＩＧ１、ＤＩＧ２及びＤＩＧ３に対して図６に示すようなビット値反転処理を施すことによりデジタルデータＲＩＧ１、ＲＩＧ２及びＲＩＧ３を生成する。また、ビット値反転部１４は、例えば、所定の反転パターンＲＰＡが偶数ビットを反転するパターンとして設定されている場合には、デジタルデータＤＩＧ１、ＤＩＧ２及びＤＩＧ３に対して図７に示すようなビット値反転処理を施すことによりデジタルデータＲＩＧ１、ＲＩＧ２及びＲＩＧ３を生成する。図６及び図７は、第１の実施例に係る撮像装置において行われるビット値反転処理の一例を説明するための図である。

なお、本実施例のビット値反転部１４は、例えば、図８に示すような、スクランブル処理部１３から出力されるデジタルデータの各ビット値を反転するパターンとして設定された所定の反転パターンＲＰＡを用いてビット値反転処理を行うものであってもよい。図８は、第１の実施例に係る撮像装置において行われるビット値反転処理の変形例を説明するための図である。

シリアル送信部１５は、ビット値反転部１４から出力されるデジタルデータＲＩＧ１、ＲＩＧ２及びＲＩＧ３をＰ／Ｓ変換することによりシリアルデータを生成し、当該生成したシリアルデータを用いてＬＶＤＳ方式に応じた差動伝送信号を生成し、当該生成した差動伝送信号を伝送路ＴＬ経由でＣＣＵ２へ送信する。

シリアル受信部２１は、撮像装置１から伝送路ＴＬを経由して送信された差動伝送信号を受信し、当該受信した差動伝送信号に対応するシリアルデータを取得し、さらに、当該取得したシリアルデータをＳ／Ｐ変換することにより、１６ビットのデジタルデータＲＩＧ１、ＲＩＧ２及びＲＩＧ３を生成してビット値再反転部２２へパラレル出力する。

ビット値再反転部２２は、所定の反転パターンＲＰＡに則ってデジタルデータＲＩＧ１に含まれるビット値を再反転したデジタルデータＤＩＧ１と、当該所定の反転パターンＲＰＡに則ってデジタルデータＲＩＧ２に含まれるビット値を再反転したデジタルデータＤＩＧ２と、当該所定の反転パターンＲＰＡに則ってデジタルデータＲＩＧ３に含まれるビット値を再反転したデジタルデータＤＩＧ３と、をスクランブル解除部２３へパラレル出力する。

スクランブル解除部２３は、ビット値再反転部２２から出力されるデジタルデータＤＩＧ１、ＤＩＧ２及びＤＩＧ３に含まれる各ビット値を、スクランブル処理部１３のスクランブル処理において用いられたスクランブルパターンとは逆のパターンに則って並び替える処理を行うことにより、１２ビットのデジタルデータＲ、Ｇ１、Ｇ２及びＢを生成してデータ復元部２４へパラレル出力する。

データ復元部２４は、スクランブル解除部２３から出力されるデジタルデータＲ及びＢの中に、２進数表記で「０００００１０１０１０１」と表される１２ビットのビット列が存在する場合に、当該ビット列を「１１１１１１１１００００」に復元して映像処理部２５へパラレル出力する。また、データ復元部２４は、スクランブル解除部２３から出力されるデジタルデータＲ及びＢの中に、２進数表記で「０００００１０１０１０１」と表される１２ビットのビット列が存在しない場合には、当該デジタルデータをそのまま映像処理部２５へパラレル出力する。

映像処理部２５は、データ復元部２４から出力されるデジタルデータに対して所定の信号処理及び／または所定の画像処理等を施すことにより映像信号を生成し、当該生成した映像信号を表示装置３へ出力する。そして、このような映像処理部２５の動作に応じ、撮像装置１により撮像された被写体の画像が表示装置３に表示される。

以上に述べたように、本実施例によれば、例えば、８ｂ／１０ｂ等のような、撮像部１１により生成されたデジタルデータに対して更にビット値を付加する処理を行うことなく、ビット値反転部１４から出力されるデジタルデータにおいて、「０」または「１」のビット値が連続する回数を１５回以下に制限することができる。そのため、本実施例によれば、被写体を撮像して得られたデジタルデータをシリアル伝送する際の伝送速度を高速化することなく伝送品質を確保することができる。

なお、本実施例に係る撮像装置１は、例えば、シリアル送信部１５において生成されたシリアルデータにレジスタ情報を重畳した差動伝送信号を生成してＣＣＵ２へ送信し、ＣＣＵ２へ送信したレジスタ情報と、ＣＣＵ２から返送されたレジスタ情報と、の２つのレジスタ情報が一致するか否かを判定し、さらに、当該２つのレジスタ情報が一致しないとの判定結果を得た場合に、当該差動伝送信号をＣＣＵ２へ再送信するように構成されていてもよい。

（第２の実施例）
図９は、本発明の第２の実施例に係るものである。

なお、本実施例に係る撮像システム１０２は、第１の実施例に係る撮像システム１０１からスクランブル解除部１３及びスクランブル解除部２３を除いたものと略同じ構成を有している。そのため、本実施例においては、第１の実施例と同様の構成等を有する部分に関する詳細な説明を省略するとともに、第１の実施例と異なる構成等を有する部分に関して主に説明を行う。

撮像システム１０２は、例えば、図９に示すように、ビデオスコープまたは硬性鏡のカメラヘッド等を具備して構成された撮像装置１Ａと、メタルケーブル及び絶縁回路等を含む伝送路ＴＬを介して撮像装置１Ａに接続されるＣＣＵ２Ａと、を有している。図９は、第２の実施例に係る撮像システムの要部の構成を示すブロック図である。

撮像装置１Ａは、データ送信装置としての機能を具備して構成されている。また、撮像装置１Ａは、例えば、図９に示すように、撮像部１１と、データ置換部１２Ａと、ビット値反転部１４Ａと、シリアル送信部１５Ａと、を有して構成されている。

データ置換部１２Ａは、撮像部１１からパラレル出力されるデジタルデータＲ、Ｇ１、Ｇ２及びＢの中に、所定の階調値を表す１２ビットのビット列が存在する場合に、当該ビット列を所定のビット列に置換してビット値反転部１４Ａへパラレル出力するための処理を行うように構成されている。また、データ置換部１２Ａは、撮像部１１からパラレル出力されるデジタルデータＲ、Ｇ１、Ｇ２及びＢの中に、所定の階調値を表す１２ビットのビット列が存在しない場合には、当該デジタルデータをそのままビット値反転部１４Ａへパラレル出力するように構成されている。

ビット値反転部１４Ａは、データ置換部１２Ａから出力されるデジタルデータに含まれるビット値を、１２ビットを１回の処理単位として、すなわち、撮像部１１の各撮像素子の１画素分のデジタルデータを１回の処理単位として、奇数ビットまたは偶数ビットのいずれかを反転するように設定された所定の反転パターンに則って反転するビット値反転処理を行うとともに、当該ビット値反転処理を施したデジタルデータをシリアル送信部１５へパラレル出力するように構成されている。

シリアル送信部１５Ａは、例えば、ビット値反転部１４Ａからパラレル出力されるデジタルデータをＰ／Ｓ変換することによりシリアルデータを取得し、当該取得したシリアルデータを用いてＬＶＤＳ方式に応じた差動伝送信号を生成し、当該生成した差動伝送信号を伝送路ＴＬ経由でＣＣＵ２Ａへ送信するように構成されている。

なお、本実施例においては、データ置換部１２Ａ、ビット値反転部１４Ａ、及び、シリアル送信部１５Ａの各部が、例えば、別体の電子回路としてそれぞれ形成されるものであってもよく、または、ＦＰＧＡ等の集積回路の一部としてそれぞれ形成されていてもよい。

ＣＣＵ２Ａは、データ受信装置としての機能を具備して構成されている。また、ＣＣＵ２Ａは、例えば、図６に示すように、シリアル受信部２１Ａと、ビット値再反転部２２Ａと、データ復元部２４Ａと、映像処理部２５と、を有して構成されている。

シリアル受信部２１Ａは、撮像装置１Ａから伝送路ＴＬを経由して送信された差動伝送信号を受信し、当該受信した差動伝送信号に対応するシリアルデータを取得し、さらに、当該取得したシリアルデータをＳ／Ｐ変換することにより、１２ビット×４のビット数のデジタルデータを生成してビット値再反転部２２Ａへパラレル出力するように構成されている。

ビット値再反転部２２Ａは、シリアル受信部２１Ａから出力されるデジタルデータに含まれるビット値を、ビット値反転部１４Ａの反転パターンと同一のパターンに則って再反転するビット値再反転処理を行うとともに、当該ビット値再反転処理を施したデジタルデータをデータ復元部２４Ａへパラレル出力するように構成されている。

データ復元部２４Ａは、ビット値再反転部２２Ａから出力されるデジタルデータの中に、データ置換部１２Ａの処理による置換後のビット列として予め設定された１２ビットの所定のビット列が存在する場合に、当該所定のビット列をデータ置換部１２Ａによる置換前のビット列に復元して映像処理部２５へパラレル出力するための処理を行うように構成されている。また、データ復元部２４Ａは、ビット値再反転部２２Ａから出力されるデジタルデータの中に、データ置換部１２Ａによる置換後のビット列として予め設定された１２ビットの所定のビット列が存在しない場合には、当該デジタルデータをそのまま映像処理部２５へパラレル出力するように構成されている。

なお、本実施例においては、シリアル受信部２１Ａ、ビット値再反転部２２Ａ、及び、データ復元部２４Ａの各部が、例えば、別体の電子回路としてそれぞれ形成されるものであってもよく、または、ＦＰＧＡ等の集積回路の一部としてそれぞれ形成されていてもよい。

次に、本実施例の撮像システム１０２の動作等について説明する。

撮像部１１は、撮像装置１Ａの電源の投入に伴い、対物光学系１１Ｌの視野範囲内に存在する被写体を撮像素子１１Ｒ、１１Ｇ及び１１Ｂにおいてそれぞれ撮像し、撮像素子１１Ｒ、１１Ｇ及び１１Ｂからそれぞれ出力されるアナログ信号に応じたデジタルデータＲ、Ｇ１、Ｇ２及びＢを生成し、当該生成した各デジタルデータをデータ置換部１２Ａへパラレル出力する。

データ置換部１２Ａは、撮像部１１から出力されるデジタルデータＲ、Ｇ１、Ｇ２及びＢの中に、例えば、１６進数表記で「ＡＡＡ」と表される階調値に相当するビット列が存在する場合、すなわち、２進数表記で「１０１０１０１０１０１０」と表される１２ビットのビット列が存在する場合に、当該ビット列を「００００００００００００」のような所定の第１のビット列に置換してビット値反転部１４Ａへパラレル出力する。また、データ置換部１２Ａは、撮像部１１から出力されるデジタルデータＲ、Ｇ１、Ｇ２及びＢの中に、例えば、１６進数表記で「５５５」と表される階調値に相当するビット列が存在する場合、すなわち、２進数表記で「０１０１０１０１０１０１」と表される１２ビットのビット列が存在する場合に、当該ビット列を「０００００００１００００」のような所定の第２のビット列に置換してビット値反転部１４Ａへパラレル出力する。また、データ置換部１２Ａは、撮像部１１から出力されるデジタルデータＲ、Ｇ１、Ｇ２及びＢの中に、１６進数表記で「ＡＡＡ」または「５５５」と表される階調値に相当するビット列が存在しない場合には、当該デジタルデータをそのままビット値反転部１４Ａへパラレル出力する。

なお、前述の所定の第１及び第２のビット列は、被写体を撮像して得られるアナログ信号からデジタルデータを生成する際に使用されず、かつ、当該デジタルデータをシリアル伝送する際の伝送品質に影響を与えない範囲内に属する各ビット列の中から予め選択される限りにおいては、２進数表記で「００００００００００００」及び「０００００００１００００」と表されるビット列以外の他のビット列であってもよい。

具体的には、前述の所定の第１及び第２のビット列は、例えば、１６進数表記で「０００」から「１００」までの階調値として表されるような、撮像部１１の各撮像素子に設けられたオプティカルブラック画素の階調値以下の階調値を表すビット列であり、かつ、デジタルデータＲ、Ｇ１、Ｇ２及びＢの生成に使用されないビット列であればよい。また、前述の所定のビット列を選択する際には、例えば、「０」または「１」のビット値が極力連続しないものを選択することが望ましい。

ビット値反転部１４Ａは、１２ビットを１回の処理単位として、すなわち、撮像部１１の各撮像素子の１画素分のデジタルデータを１回の処理単位として、奇数ビットまたは偶数ビットのいずれかを反転するように設定された所定の反転パターンＲＰＢに則ってデータ置換部１２Ａから出力されるデジタルデータＲに含まれるビット値を反転したデジタルデータＳＩＧ１と、当該所定の反転パターンＲＰＢに則ってデータ置換部１２Ａから出力されるデジタルデータＧ１に含まれるビット値を反転したデジタルデータＳＩＧ２と、当該所定の反転パターンＲＰＢに則ってデータ置換部１２Ａから出力されるデジタルデータＧ２に含まれるビット値を反転したデジタルデータＳＩＧ３と、当該所定の反転パターンＲＰＢに則ってデータ置換部１２Ａから出力されるデジタルデータＢに含まれるビット値を反転したデジタルデータＳＩＧ４と、をシリアル送信部１５Ａへパラレル出力する。なお、所定の反転パターンＲＰＢは、図６及び図７に例示したような、所定の反転パターンＲＰＡと略同様のパターンとして設定される。

シリアル送信部１５Ａは、ビット値反転部１４から出力されるデジタルデータＳＩＧ１、ＳＩＧ２、ＳＩＧ３及びＳＩＧ４をＰ／Ｓ変換することによりシリアルデータを取得し、当該取得したシリアルデータを用いてＬＶＤＳ方式に応じた差動伝送信号を生成し、当該生成した差動伝送信号を伝送路ＴＬ経由でＣＣＵ２Ａへ送信する。

シリアル受信部２１Ａは、撮像装置１Ａから伝送路ＴＬを経由して送信された差動伝送信号を受信し、当該受信した差動伝送信号に対応するシリアルデータを取得し、さらに、当該取得したシリアルデータをＳ／Ｐ変換することにより、１２ビットのデジタルデータＳＩＧ１、ＳＩＧ２、ＳＩＧ３及びＳＩＧ４を生成してビット値再反転部２２Ａへパラレル出力する。

ビット値再反転部２２Ａは、所定の反転パターンＲＰＢに則ってデジタルデータＳＩＧ１に含まれるビット値を再反転したデジタルデータＲと、当該所定の反転パターンＲＰＢに則ってデジタルデータＳＩＧ２に含まれるビット値を再反転したデジタルデータＧ１と、当該所定の反転パターンＲＰＢに則ってデジタルデータＳＩＧ３に含まれるビット値を再反転したデジタルデータＧ２と、当該所定の反転パターンＲＰＢに則ってデジタルデータＳＩＧ４に含まれるビット値を再反転したデジタルデータＢと、をデータ復元部２４Ａへパラレル出力する。

データ復元部２４Ａは、ビット値再反転部２２Ａから出力されるデジタルデータＲ、Ｇ１、Ｇ２及びＢの中に、２進数表記で「００００００００００００」と表される１２ビットのビット列が存在する場合に、当該ビット列を「１０１０１０１０１０１０」に復元して映像処理部２５へパラレル出力する。また、データ復元部２４Ａは、ビット値再反転部２２Ａから出力されるデジタルデータＲ、Ｇ１、Ｇ２及びＢの中に、２進数表記で「０００００００１００００」と表される１２ビットのビット列が存在する場合に、当該ビット列を「０１０１０１０１０１０１」に復元して映像処理部２５へパラレル出力する。また、データ復元部２４Ａは、ビット値再反転部２２Ａから出力されるデジタルデータＲ、Ｇ１、Ｇ２及びＢの中に、２進数表記で「００００００００００００」または「０００００００１００００」と表される１２ビットのビット列が存在しない場合には、当該デジタルデータをそのまま映像処理部２５へパラレル出力する。

映像処理部２５は、データ復元部２４から出力されるデジタルデータに対して所定の信号処理及び／または所定の画像処理等を施すことにより映像信号を生成し、当該生成した映像信号を表示装置３へ出力する。そして、このような映像処理部２５の動作に応じ、撮像装置１Ａにより撮像された被写体の画像が表示装置３に表示される。

以上に述べたように、本実施例によれば、例えば、８ｂ／１０ｂ等のような、撮像部１１により生成されたデジタルデータに対して更にビット値を付加する処理を行うことなく、ビット値反転部１４Ａから出力されるデジタルデータにおいて、「０」または「１」のビット値が連続する回数を１１回以下に制限することができる。そのため、本実施例によれば、被写体を撮像して得られたデジタルデータをシリアル伝送する際の伝送速度を高速化することなく伝送品質を確保することができる。

本発明は、上述した各実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。

１，１Ａ撮像装置
２，２ＡＣＣＵ
３表示装置
１１撮像部
１２，１２Ａデータ置換部
１３スクランブル処理部
１４，１４Ａビット値反転部
１５，１５Ａシリアル送信部
２１，２１Ａシリアル受信部
２２，２２Ａビット値再反転部
２３スクランブル解除部
２４，２４Ａデータ復元部
２５映像処理部
１０１，１０２撮像システム

国際公開番号ＷＯ２０１３／０３１５１４号

Claims

１つ以上の撮像素子で被写体を撮像して得られたアナログ信号に対してＡ／Ｄ変換を施すことにより、前記１つ以上の撮像素子の画素毎の階調値を表すデジタルデータを生成して出力する撮像部と、
前記撮像部から出力されるデジタルデータの中に所定の階調値を表すビット列が存在する場合に、当該ビット列を前記撮像部のＡ／Ｄ変換によるデジタルデータの生成に使用されない所定のビット列に置換するデータ置換部と、
前記データ置換部による置換後のデジタルデータに含まれるビット値を、奇数ビットまたは偶数ビットのいずれかを反転するように設定された所定の反転パターンに則って反転するビット値反転処理を行うとともに、当該ビット値反転処理により得られたデジタルデータをパラレル出力するビット値反転部と、
前記ビット値反転部からパラレル出力されるデジタルデータをシリアルデータに変換して送信する送信部と、
を有することを特徴とするデータ送信装置。
前記所定のビット列は、前記撮像素子に設けられたオプティカルブラック画素の階調値以下の階調値を表すビット列であり、かつ、前記撮像部のＡ／Ｄ変換によるデジタルデータの生成に使用されないビット列である
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ送信装置。
前記データ置換部による置換後のデジタルデータに含まれる各ビット値を所定のスクランブルパターンに則って並び替えて出力するスクランブル処理部をさらに有し、
前記ビット値反転部は、前記スクランブル処理部から出力されるデジタルデータに対し、奇数ビットまたは偶数ビットのいずれかを反転する処理を施してパラレル出力する
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ送信装置。
前記所定のスクランブルパターンは、前記データ置換部から一度にパラレル出力されるデジタルデータの総ビット数を変更しないパターンとして設定される
ことを特徴とする請求項３に記載のデータ送信装置。
１つ以上の撮像素子で被写体を撮像して得られたアナログ信号に対してＡ／Ｄ変換を施すことにより、前記１つ以上の撮像素子の画素毎の階調値を表すデジタルデータを生成して出力する撮像部と、
前記撮像部から出力されるデジタルデータの中に所定の階調値を表すビット列が存在する場合に、当該ビット列を前記撮像部のＡ／Ｄ変換によるデジタルデータの生成に使用されない所定のビット列に置換するデータ置換部と、
前記データ置換部による置換後のデジタルデータに含まれるビット値を、奇数ビットまたは偶数ビットのいずれかを反転するように設定された所定の反転パターンに則って反転するビット値反転処理を行うとともに、当該ビット値反転処理により得られたデジタルデータをパラレル出力するビット値反転部と、
前記ビット値反転部からパラレル出力されるデジタルデータをシリアルデータに変換して送信する送信部と、
前記送信部から送信されるシリアルデータを受信し、当該受信したシリアルデータを変換して得られるデジタルデータをパラレル出力する受信部と、
前記受信部から出力されるデジタルデータに含まれるビット値を、前記所定の反転パターンと同一のパターンに則って再反転するビット値再反転処理を行うとともに、当該ビット値再反転処理により得られたデジタルデータを出力するビット値再反転部と、
前記ビット値再反転部による前記ビット値再反転処理後のデジタルデータの中に前記所定のビット列が存在する場合に、前記所定のビット列を前記データ置換部による置換前のビット列に復元して出力するデータ復元部と、
を有することを特徴とするデータ送受信システム。
撮像部が、１つ以上の撮像素子で被写体を撮像して得られたアナログ信号に対してＡ／Ｄ変換を施すことにより、前記１つ以上の撮像素子の画素毎の階調値を表すデジタルデータを生成して出力するステップと、
データ置換部が、前記撮像部から出力されるデジタルデータの中に所定の階調値を表すビット列が存在する場合に、当該ビット列を前記撮像部のＡ／Ｄ変換によるデジタルデータの生成に使用されない所定のビット列に置換するステップと、
ビット値反転部が、前記データ置換部による置換後のデジタルデータに含まれるビット値を、奇数ビットまたは偶数ビットのいずれかを反転するように設定された所定の反転パターンに則って反転するビット値反転処理を行うとともに、当該ビット値反転処理により得られたデジタルデータをパラレル出力するステップと、
送信部が、前記ビット値反転部からパラレル出力されるデジタルデータをシリアルデータに変換して送信するステップと、
を有することを特徴とするデータ送信方法。