JP3590533B2

JP3590533B2 - 内視鏡装置

Info

Publication number: JP3590533B2
Application number: JP30834898A
Authority: JP
Inventors: 正高橋
Original assignee: ペンタックス株式会社
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2018-10-29
Also published as: JP2000134610A; US6319198B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、胃などの体腔内の映像を内視鏡を用いてモニタに映し出す内視鏡装置に関し、特に内視鏡に備えられた撮像素子に入射される光量を調整する光量制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モニタに映し出される映像に対して適度な明るさを保つようにするため、被写体像の輝度値を撮像素子から読み出される画像信号から求め、その輝度値に基づいて被写体に照射される光量を絞りにより自動的に調整する自動調光方式を備えた内視鏡装置が知られている。このような内視鏡装置では、例えば輝度平均値（１画面における各画素の輝度の平均値）が常に適正な輝度値（参照値）と一致するように絞りの開閉をある一定の時間間隔毎に行う。この時、絞りは各画素の輝度値から算出される輝度平均値と参照値との比較に基づいて開閉される。このような自動調光方式により、撮像素子に対し適正な光量が入射され、モニタには適度な明るさの映像が映し出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところがこのような自動調光方式において、輝度平均値算出のためにヒストグラム処理を適用する場合、不完全なヒストグラムデータ（１画面分揃っていないデータ）が得られたため、新しく輝度平均値が算出されないことがある。このとき輝度平均値が更新されず、前回の輝度平均値に基づいて絞りが開閉してしまう。これにより例えば、前回の光量制御により被写体の明るさがすでに適正な明るさに変化しているのに、適正な明るさの状態に応じた新たな輝度平均値が算出されないため、前回の輝度平均値と参照値とに基づき光量が調整されてしまう。そのため、被写体像の明るさがいつまでも適正にならない現象が生じる。その中でも、絞りがいつまでも連続的に動作し続けてしまう、いわゆるハンチング（乱調）が生じる場合がある。このハンチングの問題を解決するために絞りの開閉を行う時間間隔を長くすると、光量制御を実行するまでに時間が掛かってしまい、被写体の明るさの変化に応じて迅速な光量制御を行うことができない。
【０００４】
本発明は、被写体に対し常に適正な光量を照射し、また被写体の明るさの変化に応じてハンチングを起こすことなく迅速に光量制御を行うことができる内視鏡装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の内視鏡装置は、撮像素子に画像を結像させ、光電変換により画像信号を発生させる撮像手段と、絞りを開閉させることにより、撮像素子に入射される光量を一定の時間間隔で調整する光量制御手段と、画像信号から得られる輝度値を抽出し、輝度値に基づいて代表値を算出する手段とを備え、光量制御手段が、代表値と前回算出された前回代表値とを比較し、代表値と前回代表値が一致した場合には絞りを開閉させず、代表値と前回代表値が一致しない場合には参照値を参照して絞りを開閉させることを特徴とする。
【０００６】
代表値は、輝度値に対するヒストグラム処理に基づいて算出される、輝度値の最大値および最小値および平均値であるか、もしくは平均値だけであることが望ましい。
【０００７】
一定の時間間隔は、モニタの１画面分を走査するのにかかる時間であることが望ましい。例えば、一定の時間間隔は１／３０秒間もしくは１／２５秒間である。
【０００８】
光量制御手段は、代表値と前回代表値が一致する時間が所定時間を超えた場合には、絞りを開閉させることが望ましい。例えば、所定時間は４／３０秒間もしくは４／２５秒間である。
【０００９】
参照値は、輝度値のとりうる範囲において、適正な光量が撮像素子に入射された時に得られる、輝度値の中間値であることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の内視鏡装置の実施形態を説明する。
【００１１】
図１は、実施形態である内視鏡装置の電気的回路を示したブロック図である。この内視鏡装置は、電子内視鏡３０を胃などの体腔Ｓに送り込み、体腔Ｓの画像をプロセッサ１０を介してモニタ２３に表示させる装置である。ただし、カラー多重化方式としてＮＴＳＣ方式を用いている。
【００１２】
電子内視鏡３０内には撮像素子（ＣＣＤ）３１が備えられており、体腔Ｓに光源１９からの光がライトガイドファイババンドル３２を介して照射される。このとき光源１９から照射される光量は絞り１８により調整され、絞り制御回路１７から送られてくる信号に基づき絞り１８が開閉する。そして体腔Ｓの画像が、レンズＬを介して撮像素子３１上に結像される。撮像素子３１の上面には赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の色モザイクフィルタが設けられ、光電変換により各色に応じた画像信号が発生する。これら画像信号は順次まとめて掃き出され、プロセッサ１０に送られる。
【００１３】
電子内視鏡３０から送られてきた１画面分の画像信号は、ＣＣＤプロセス回路１１においてそれぞれ各色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に応じた画像信号毎に分離され、増幅される。増幅された画像信号はＡ／Ｄ変換器１２においてアナログ信号からデジタル信号に変換され、信号処理回路１３に送られる。
【００１４】
信号処理回路１３では、画像信号に対するリセット雑音の除去などの処理が行われ、処理された画像信号は信号変換回路２５とホワイトバランス調整回路１４に送られる。
【００１５】
信号変換回路２５では、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色に応じた画像信号に基づいて輝度信号Ｙが求められる。この輝度信号Ｙは、ヒストグラム処理のためにヒストグラム処理回路１６に抽出される。
【００１６】
ヒストグラム処理回路１６では、抽出された輝度信号Ｙが書き込まれ、ヒストグラム処理が施される。ヒストグラム処理により得られたヒストグラムデータはＣＰＵ２２により読み出され、ＣＰＵ２２において輝度信号Ｙに関する代表値が算出される。この代表値は、ここでは輝度信号Ｙに対する最大値、輝度平均値、最小値である。
【００１７】
ＣＰＵ２２には、操作パネル２０におけるスイッチ操作やキーボード２１の操作による信号が入力され、これにより光源１９の明るさ設定やモニタ２３における表示画面の変更などが行われる。また、輝度信号Ｙに対する代表値とＣＰＵ２２内のメモリ（図示せず）に保存されている参照値を参照することで制御信号が絞り制御回路１７に送られ、これにより絞り１８が開閉する。ただし、参照値は、輝度信号Ｙの取りうる範囲において、適正な光量が前記撮像素子に入射された時に得られる、中間付近の値である。
【００１８】
ホワイトバランス調整回路１４では、各色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に応じた画像信号に基づいて色温度補正処理（ホワイトバランス調整）が施される。ここでは、白い被写体を撮像した時に、その画像を構成するすべての画素におけるＲ，Ｇ，Ｂの画像信号の比が１になるように調整される。
【００１９】
ホワイトバランス調整された画像信号は、Ｄ／Ａ変換器２４においてアナログ信号に変換され、ビデオプロセス回路１５に送られる。ビデオプロセス回路１５では、Ｒ，Ｇ，Ｂの画像信号がＮＴＳＣ信号に変換され、ＮＴＳＣ信号はモニタ２３に送られる。そしてモニタ２３上では体腔Ｓの映像が映し出される。
【００２０】
図２は、ＣＰＵ２２によって実行される内視鏡装置全体の動作を示すフローチャートである。
【００２１】
ステップ２０１では、電源がＯＮ状態になることで絞り１８、光源１９、モニタ２３の文字表示がそれぞれ初期値に設定される。
【００２２】
ステップ２０２では、操作パネル２０におけるスイッチ操作に基づいて光源１９の明るさ設定などが行われる。ステップ２０３では、キーボード２１の操作に基づいてモニタ２３への文字の入力や表示画面の変更などが行われる。ステップ２０４では、例えば電子内視鏡３０がプロセッサ１０に接続された時に電子内視鏡３０の機種名がモニタ２３に表示される。
【００２３】
ステップ２０５では、輝度信号Ｙに基づいて輝度平均値、最小値、最大値が算出される。ステップ２０６では、例えばモニタ２３上に時刻が表示される。
【００２４】
このような内視鏡装置全体の動作は、電源がＯＦＦになるまで繰り返し行われる。それぞれの各ステップにおいてサブルーチンが実行されるが、ここではステップ２０５を除いて説明を省略する。また、ステップ２０２〜２０６において各ステップが実行されるための動作（例えばステップ２０３ではキーボード操作）がないときは、そのステップは実行されず次のステップに移る。
【００２５】
図３は、光量制御に関する割り込み処理である。この割り込み処理は、１画面分を走査するのにかかる時間と対応させるために１／３０秒毎に実行され、図２のステップ２０２〜２０６からなるループ処理の間に割り込まれる。光量制御に関しては、後で詳述する。
【００２６】
図４は、図２のステップ２０５における輝度値関連処理のサブルーチンである。以下では輝度信号Ｙを輝度値Ｙとする。また、輝度値Ｙのとりうる範囲は０〜２５５である。
【００２７】
ステップ３０１では、ヒストグラムデータがヒストグラム処理回路１６からＣＰＵ２２に読み出されることが可能であるか否かが判定される。ヒストグラム処理回路１６にまだ輝度値Ｙが書き込まれている段階であるか、もしくは１画面分のヒストグラムデータが得られていないため、ヒストグラムデータをＣＰＵ２２に読み出すことができないと判断された場合、一連の輝度値関連処理は実行されず、このサブルーチンは終了する。ヒストグラム処理回路１６において輝度値Ｙに対する書き込みが終了し、かつ１画面分のヒストグラムデータが得られているため、ヒストグラムデータを読み出すことができると判断された場合、ステップ３０２に移る。なお、ヒストグラムデータは１画面における各画素の輝度値Ｙと各輝度値Ｙごとの発生頻度（画素数）との関係を示すデータである（図５参照）。
【００２８】
ステップ３０２では、ＣＰＵ２２により１画面分のヒストグラムデータがヒストグラム処理回路１６から入力される。
【００２９】
ステップ３０３では、得られたヒストグラムデータに基づき、輝度値Ｙの最大値Ｙ１、輝度平均値Ｙ０、最小値Ｙ２がそれぞれ算出される。
【００３０】
図６は、図３の光量制御に関する割り込み処理のサブルーチンである。図６を用いて光量制御を説明する。
【００３１】
ステップ４０１では、図４のステップ３０３において算出された最大値Ｙ１、輝度平均値Ｙ０、最小値Ｙ２が、前回算出された最大値Ｙ１’、輝度平均値Ｙ０’、最小値Ｙ２’と等しいか否かが判定される。ただし、輝度値関連処理において新しいヒストグラムデータがＣＰＵ２２に読み出されていない場合、前回算出された最大値Ｙ１’、輝度平均値Ｙ０’、最小値Ｙ２’が、最大値Ｙ１、輝度平均値Ｙ０、最小値Ｙ２となる。すなわち、Ｙ０＝Ｙ０’、Ｙ１＝Ｙ１’、Ｙ２＝Ｙ２’である。
【００３２】
ステップ４０１において、最大値Ｙ１、輝度平均値Ｙ０、最小値Ｙ２が、それぞれ最大値Ｙ１’、輝度平均値Ｙ０’、最小値Ｙ２’に等しいと判断されるとステップ４０２に移る。ステップ４０２では、所定回数Ｖに１が加算され、ステップ４０４に移る。この所定回数Ｖは、最大値Ｙ１、輝度平均値Ｙ０、最小値Ｙ２が連続して変化しない割り込み処理の回数をカウントしたものである。
【００３３】
ステップ４０４では、所定回数Ｖが許容回数Ｃを超えているか否かが判定される。許容回数Ｃは、光量制御を実行しない時間限度を割り込み処理の回数で示したもので、ここでは許容回数Ｃを４とする。すなわち、４／３０秒間が光量制御が行われなくてもよい時間限度である。所定回数Ｖが許容回数Ｃ（＝４）を超えていないと判断されると絞り１８は開閉されず、光量制御は行われない。所定回数Ｖが許容回数Ｃ（＝４）を超えていると判断された場合、ステップ４０５に移る。
【００３４】
ステップ４０１において、最大値Ｙ１、輝度平均値Ｙ０、最小値Ｙ２が、それぞれ最大値Ｙ１’、輝度平均値Ｙ０’、最小値Ｙ２’に対してどれか１つでも等しくないと判断されると、ステップ４０３に移る。ステップ４０３では、所定回数Ｖが０に設定される。また、ステップ４０１で用いられた前回分の最大値Ｙ１’、輝度平均値Ｙ０’、最小値Ｙ２’が、最大値Ｙ１、輝度平均値Ｙ０、最小値Ｙ２に入れ替えられ、ステップ４０５に移る。
【００３５】
ステップ４０５では、輝度平均値Ｙ０と参照値ＹＲとの差が許容値Ｐよりも大きいか否かが判定される。ただし、参照値ＹＲは、被写体に適正な光量が照射された状態での輝度平均値Ｙ０のとる値であり、ここでは１２８である。また、許容値Ｐは、輝度平均値Ｙ０と参照値ＹＲとの許容誤差を表すもので、ここでは３である。輝度平均値Ｙ０と参照値ＹＲとの差が許容値Ｐよりも大きいと判断されるとステップ４０６に移り、大きくないと判断されると絞り１８は開閉されず、実質的な光量制御は行われない。
【００３６】
ステップ４０６では、輝度平均値Ｙ０が参照値ＹＲよりも大きいか否かが判定される。輝度値平均値Ｙ０が参照値ＹＲよりも大きいと判断されるとステップ４０７に移り、絞り１８が所定量閉じられる。輝度平均値Ｙ０が参照値ＹＲよりも大きくないと判断されるとステップ４０８に移り、絞り１８が所定量開かれる。絞り１８が開閉されると、一連の光量制御は終了する。
【００３７】
以上のように本実施形態によれば、ステップ４０１の実行により、輝度値Ｙに関する代表値が前回の光量制御時において算出された代表値と同じであれば絞り１８は開閉せず、光量制御は行われない。ゆえに、ある時点で適正な光量が被写体に照射されているにもかかわらず、新しい輝度平均値が算出されていないために前の輝度値に基づいて絞りが開閉することがなく、ハンチングを起こすことがない。
【００３８】
また、完全な１画面分のヒストグラムデータが得られて新しい代表値が算出されるまでの間、絞り１８を開閉させる信号は絞り制御回路１７に送られない。すなわち、新しく抽出された輝度値Ｙに基づいて絞り１８が開閉する。したがって、古いヒストグラムデータから算出された輝度平均値Ｙ０と参照値ＹＲとの差に基づいた絞り１８の無駄な開閉がなく、短時間で被写体に対し適正な光量が照射されるようになる。
【００３９】
また、ホワイトバランスを調整する時など、被写体に照射される光量が適正でないのに絞り１８が開閉しない場合がある。これは、白色の被写体が極端に明るいかもしくは暗い状態であるときに絞り１８を多少開閉させても被写体の明るさが変化しないため、抽出される輝度値Ｙが変化せずに光量制御が行われないためである。本実施形態では、代表値が連続して一定となる時間が４／３０秒間以上あり、かつ光量が不適正である場合には、絞り１８を開閉させる。そのため、照射される光量が適正でないのにいつまでも絞り１８が開閉しない問題は生じない。
【００４０】
なお、本実施形態では、今回の代表値が前回の代表値と同じであるか否か、すなわち新たな代表値が算出されているか否かを確かめるために、代表値を最大値Ｙ１、輝度平均値Ｙ０、最小値Ｙ２としているが、輝度平均値Ｙ０だけを代表値としてもよい。
【００４１】
また、参照値ＹＲはここでは１２８であるが、操作パネル２０を操作して参照値ＹＲを変更してもよく、参照値ＹＲが変更されるとモニタ２３上の映像の明るさが変わる。
【００４２】
割り込み処理を実行する時間間隔は、ＮＴＳＣ方式に対応させるために１／３０秒間であるが、ＰＡＬ（ＰｈａｓｅＡｌｔｅｒｎａｔｉｏｎｂｙＬｉｎｅ）方式のテレビを適用する場合、１／２５秒間とする。この場合、ステップ４０４における光量制御を実行しない時間限度は４／２５秒間である。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、被写体に対し適正な光量を照射し、被写体の明るさに応じてハンチングを起こすことなく迅速に光量制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である内視鏡装置の電気的回路を示したブロック図である。
【図２】内視鏡装置全体の動作を示すフローチャートである。
【図３】光量制御に関する割り込み処理を示すフローチャートである。
【図４】図２のステップ２０５におけるサブルーチンである。
【図５】輝度値に関するヒストグラムデータである。
【図６】図３のサブルーチンである。
【符号の説明】
３１撮像素子
１８絞り
Ｙ輝度値
Ｙ０輝度平均値（代表値）
Ｙ１最大値（代表値）
Ｙ２最小値（代表値）
ＹＲ参照値

Claims

撮像素子に画像を結像させ、光電変換により画像信号を発生させる撮像手段と、
一画面の走査時間に従い、前記撮像素子から順次読み出される画像信号より輝度信号を生成し、前記輝度信号に基づいて代表値を順次算出する代表値算出手段と、
算出される代表値を参照値と比較して絞りを開閉させることにより、前記撮像素子に入射される光の光量を、一画面の走査時間に応じた一定の時間間隔で調整する光量制御手段とを備え、
前記光量制御手段が、
前記代表値算出手段が新たに代表値を算出しない場合、前回算出された前回代表値を光量制御に関する今回の代表値として設定し、
今回の代表値と前回算出された前回代表値とを比較し、
今回の代表値と前回代表値が一致した場合には光量制御を行わないことによって前記絞りを開閉させず、今回の代表値と前回代表値が一致しない場合には光量制御を行うことを特徴とする内視鏡装置。
前記輝度信号に対しヒストグラム処理を施すことにより、１画面分のヒストグラムデータを順次出力するヒストグラム処理手段をさらに有し、
前記代表値算出手段が、１画面分のヒストグラムデータに基づき、１画面分の輝度信号に関する最大値および最小値および平均値を代表値として算出するか、もしくは平均値だけを代表値として算出することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記輝度信号に対しヒストグラム処理を施すことにより、１画面分のヒストグラムデータを順次出力するヒストグラム処理手段をさらに有し、
前記代表値算出手段が、１画面分のヒストグラムデータを前記ヒストグラム処理手段から読み出し可能か否かを検出し、
１画面分のヒストグラムデータが読み出せないと判断すると、新たな代表値を算出しないことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記一定の時間間隔が、１／３０秒間もしくは１／２５秒間であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記光量制御手段が、今回の代表値と前回代表値が一致する時間が所定時間を超えた場合には、光量制御を実行して前記絞りを開閉させることを特徴とする請求項１記載の内視鏡装置。
前記所定時間が、４／３０秒間もしくは４／２５秒間であることを特徴とする請求項５に記載の内視鏡装置。
前記参照値が、前記輝度信号の輝度値の取りうる範囲において、適正な光量が前記撮像素子に入射された時に得られる輝度値の中間値であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記光量制御手段が、
今回の輝度値の最大値および最小値および平均値がすべて前回の輝度値の最大値および最小値および平均値と等しいか否かを判断し、
最大値および最小値および平均値のうちすくなくともいずれか１つが等しくない場合、平均値と前記参照値とに基づき、前記絞りを開閉させることにより光量制御を実行することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡装置。