JP3590533B2 - 内視鏡装置 - Google Patents
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Description
【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(Phase Alternation by Line)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 (8)
- 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。
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