JP3922890B2

JP3922890B2 - 電子内視鏡装置

Info

Publication number: JP3922890B2
Application number: JP2001102274A
Authority: JP
Inventors: 一則阿部; 藤夫岡田
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: DE10212911A1; JP2002291695A; DE10212911B4; US6876380B2; US20020140806A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子内視鏡装置、特に画素数の異なる電子スコープをプロセッサ装置に接続して使用する装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子内視鏡装置では、撮像素子であるＣＣＤ（Charge Coupled Device）等を先端部に備えた電子スコープをプロセッサ装置に接続する構成となっており、上記ＣＣＤで得られた撮像信号に対する所定の映像処理を、電子スコープとプロセッサ装置で施すことにより、モニタ上に被観察体映像が表示される。
【０００３】
そして、最近では高解像度の映像を得るため、画素数の高いＣＣＤを搭載した電子スコープが比較的短いサイクルで次々と製作されており、異なる画素数のＣＣＤを有する電子スコープを同一のプロセッサ装置に接続して使用することが行われている。例えば、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、４１万画素のＣＣＤ１、２７万画素ＣＣＤ２、１９万画素のＣＣＤ３等がある。
【０００４】
図９（Ａ）の４１万画素のＣＣＤ１では、撮像領域として、水平方向に７６８画素、垂直方向に４９４本のラインが設定され、図９（Ｂ）の２７万画素のＣＣＤ２では、水平方向に５１０画素、垂直方向に４９２本のラインが設定され、図９（Ｃ）の１９万画素のＣＣＤ３では、水平方向に３６２画素、垂直方向に４９２本のラインが設定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電子内視鏡装置では、異なる画素数のＣＣＤを搭載する電子スコープを同一のプロセッサ装置に接続するために、その画素数に対応して異なる周波数（ＣＣＤ駆動及び信号処理の周波数）を発生させることになり、そのための回路や信号処理が複雑になるという問題があった。
【０００６】
即ち、画素情報を読み出すための駆動周波数として、図９（Ａ）の４１万画素では１４．３２ＭＨｚ、図９（Ｂ）の２７万画素では９．５８ＭＨｚ、図９（Ｃ）の１９万画素では６．７５ＭＨｚが用いられるため、これらの駆動周波数やその他の信号処理周波数を電子スコープのＣＣＤ画素数に対応して形成する必要があり、上記の各周波数を発生させる回路が複雑になると共に、これらの異なる周波数に基づく映像処理が煩雑となる。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、画素数に応じたＣＣＤ駆動及び信号処理の周波数を用いることなく、異なる画素数の撮像素子を用いた映像処理を容易に行うことができる電子内視鏡装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、異なる画素数の撮像素子を搭載する電子スコープをプロセッサ装置に接続する電子内視鏡装置において、上記異なる画素数の撮像素子を基準画素数で設定されている周波数で駆動すると共に、この周波数に基づいて映像処理する信号処理回路と、上記基準画素数以外の画素数の撮像素子を有する電子スコープを接続した場合に、不足する画素情報を補うための情報量変換回路とを設け、所定のアスペクト比の映像を形成する。
また、上記信号処理回路では、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）方式に基づいて撮像素子を駆動するように構成すると共に、上記ＮＴＳＣ方式のタイミングで上記情報量変換回路から出力された映像信号データを順に記憶するための主メモリ（第１及び第２メモリ）と、この主メモリに格納される同一の映像信号データを記憶するための補助メモリ（第３メモリ）と、上記主メモリから他のテレビジョン方式のタイミングにより映像信号データを読み出すと共に、この主メモリにおけるデータ読出し中に次のデータの書込みが追い越す期間のデータについては、上記補助メモリの書込みを禁止制御することによりこの補助メモリから読み出し、ＮＴＳＣ方式映像信号をＰＡＬ（PhaseAlternation by Line）方式等の他のテレビジョン方式映像信号へ変換するテレビジョン方式変換回路とを設けたことを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、例えば４１万画素（基準画素数）で使用される１４．３２ＭＨｚの駆動周波数が用いられ、２７万画素、１９万画素等のＣＣＤを有する電子スコープが接続された場合にも、上記駆動周波数でＣＣＤの画素が読み出され、またこの周波数に基づいて形成された水平同期信号、垂直同期信号等によって映像処理が行われる。そして、情報量変換回路では、２７万画素の場合は水平方向の画素数の拡大（画素補間）、１９万画素或いはその他の場合は水平方向及び垂直方向の画素数の拡大が行われる。このようにして、４対３のアスペクト比の映像がモニタに表示される。
【００１０】
また、情報量変換がなされたＮＴＳＣ方式の信号において、奇数フィールドデータが第１メモリと第３メモリに、偶数フィールドデータが第２メモリと第３メモリに、１垂直走査期間が１／６０秒となる速度で交互に書き込まれる。その後、ＰＡＬ方式の１垂直走査期間が１／５０秒となる速度で上記第１メモリから奇数フィールドデータ、第２メモリから偶数フィールドデータが交互に読み出される。一方、第１メモリ又は第２メモリにおけるデータ読出し中に次のデータの書込みが追い越す期間（所定開始点からの位置）が予め求められており、この追い越し時では、その手前で第３メモリの書込みを禁止して該当するデータがこの第３メモリから読み出される。これにより、書込みが読出しを追い越す状態のフィールドデータの使用がなくなり、バーノイズの発生が防止される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１には、実施形態の参考例に係る電子内視鏡装置の構成が示されており、当該装置では、電子内視鏡（電子スコープ）１０がプロセッサ装置１２に接続される。この電子スコープ１０には、その先端部に対物光学系１４を介してＣＣＤ１５が設けられており、このＣＣＤ１５としては、４１万画素、２７万画素、１９万画素等のものが用いられる。このＣＣＤ１５の出力信号に対し、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）と自動利得制御（ＡＧＣ）を施すＣＤＳ／ＡＧＣ回路１６等が配置される。また、上記ＣＣＤ１５の画素数を識別するデータ等を格納したＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）１７が設けられており、このＲＯＭ１７のデータは電源投入時等にプロセッサ装置１２に伝送される。
【００１２】
一方、プロセッサ装置１２には、上記ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１６の出力信号を入力するＡ／Ｄ変換器１９、上記ＣＣＤ１５への駆動信号を発生させると共に、このＣＣＤ１５の出力信号に対し、色変換処理、ガンマ補正、輪郭強調等の各種の処理をするＣＣＤ駆動及び映像信号処理回路２０が設けられる。このＣＣＤ駆動及び映像信号処理回路２０には、発振器を有するタイミングジェネレータ（ＴＧ）が設けられており、このタイミングジェネレータにて４１万画素のＣＣＤ１５に対して用いられる１４．３２ＭＨｚの画素駆動周波数が発振されると共に、この発振周波数から形成された１５．７３４ｋＨｚの水平同期信号、５９．９４Ｈｚの垂直同期信号、その他サンプリング周波数等の各種のタイミング信号が得られる。
【００１３】
このＣＣＤ駆動及び映像信号処理回路２０の後段に、基準画素数を４１万画素として、この４１万画素以外の画素数のＣＣＤ１５が接続されたときに画素情報量を補う（補間処理をする）情報量変換回路２１、上記ＣＣＤ駆動及び映像信号処理回路２０の出力映像信号をそのまま記憶する原画用メモリ２２、情報量変換をした後の映像信号を記憶する変換画用メモリ２３が設けられる。
【００１４】
また、上記情報量変換の制御と共に各回路の統括制御を行うマイコン２５及びＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）２６が設けられ、上記情報量変換回路２１の後段には、Ｄ／Ａ変換器２７、バッファ２８等が接続されており、このバッファ２８から出力される映像信号がモニタに供給される。
【００１５】
参考例は以上の構成からなり、次にその作用を説明する。まず、図１の電子内視鏡装置において、プロセッサ装置１２の電源がオンされると、電子スコープ１０（ＲＯＭ１７）との間の通信により、マイコン２５はＣＣＤ１５の画素数を判定する。一方、電子スコープ１０のＣＣＤ１５には、ＣＣＤ駆動及び映像信号処理回路２０で形成された上記の１４．３２ＭＨｚの画素駆動周波数と、この周波数に基づいて形成された水平同期信号、垂直同期信号等が供給されることになり、このＣＣＤ１５では画素単位で蓄積された電荷が画素データとして上記周波数により読み出される。また、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１６にはサンプリング周波数等が供給され、ここでサンプリングされ増幅された映像信号は、Ａ／Ｄ変換器１９を介してＣＣＤ駆動及び映像信号処理回路２０内の映像信号処理部へ供給されることになり、ここで色変換、ガンマ補正等の映像形成のための処理が施される。
【００１６】
そして、このＣＣＤ駆動及び映像信号処理回路２０の出力は、情報量変換回路２１へ供給されるが、上記マイコン２５にて電子スコープ１０のＣＣＤ１５が４１万画素であることが判定されている場合は、この変換回路２１での情報量変換は行われない。即ち、映像信号は原画用メモリ２２に一旦記憶された後、Ｄ／Ａ変換器２７及びバッファ２８を介してモニタに出力され、このモニタには４１万画素のＣＣＤ１５で撮像された被観察体映像が表示される。
【００１７】
一方、上記マイコン２５にて接続の電子スコープ１０のＣＣＤ１５が２７万画素又は１９万画素であると判定されている場合は、上記情報量変換回路２１において情報量の拡大変換が実行される。即ち、上記ＣＣＤ駆動及び映像信号処理回路２０の出力は原画用メモリ２２にフィールド毎に一旦格納され、その後この原画用メモリ２２から読み出された１フィールドの画像に対し、水平方向と垂直方向の拡大処理（画素補間）が施される。
【００１８】
図２には、水平方向の画素補間が示されており、図２（Ａ）の水平ラインＬ_Ａのように、画素データがａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ…であった場合は、図２（Ｂ）の水平ラインＬ_Ｂの画像データａ，ｂ，ｂ，ｃ，ｄ，ｄ，ｅ，ｆ，ｆ…というように、同一の画素データを所定の割合で補うことにより、例えば約３０％の拡大をすることができる。
【００１９】
また、図３には、垂直方向の画素補間（ライン補間）が示されており、図３（Ａ）のフィールドＦ_Ａのように、水平ラインデータが１，２，３，４，５…であった場合は、図２（Ｂ）のフィールドＦ_Ｂのライン１，２，２，３，４，４，５…というように、同一のラインデータを所定の割合で補うことにより、例えば約３０％の拡大をすることができる。なお、上記図２及び図３の方法によらず、従来において用いられている画素補間の各手法により不足する画素データを追加してもよい。
【００２０】
そして、プロセッサ装置１２に接続された電子スコープ１０のＣＣＤ１５が２７万画素であったとき、上記情報量変換回路２１では水平方向のみの画素情報量の拡大処理が行われる。この状態が図４に示されており、水平方向の５１０画素を上記図２の方法で７６８画素に拡大される。一方、垂直方向は４９２本で２本の差しかないので、これをそのまま用いることにより、３（縦）：４（横）のアスペクト比の画像をモニタに表示させることができる。
【００２１】
また、プロセッサ装置１２に接続された電子スコープ１０のＣＣＤ１５が１９万画素或いはその他の画素数であったとき、上記情報量変換回路２１では水平方向及び垂直方向の画素情報量の拡大処理が行われる。この状態が図５に示されており、水平方向の３６２画素を上記の図２の方法で７６８画素に拡大し、かつ４９２本のラインを上記図３の方法で４９４本にする。これによって、同様に３：４のアスペクト比の画像をモニタに表示させることができる。
【００２２】
図６には、実施形態の第１例の電子内視鏡装置の構成が示されており、この第１例はＰＡＬ方式の映像への変換を行うものである。即ち、電子内視鏡装置におけるＮＴＳＣ方式とＰＡＬ方式との間の信号変換では、垂直走査期間が異なることから、画像メモリからのＰＡＬ用データの読出し中にＮＴＳＣ用の次のデータの書込みが追い越すという現象が生じ、モニタ上に水平方向のバーノイズが現れるという問題があり、この問題点を第１例は解決したものである。
【００２３】
図６は、図１の情報量変換回路２１、原画用メモリ２２及び変換画用メモリ２３に代えて配置する構成を示したもので、変換回路３１として、上記参考例と同様の構成の情報量変換回路３１ａとテレビジョン（ＴＶ）方式変換回路３１ｂが設けられ、また変換画用メモリ３２として、主メモリである第１メモリ３２ａ及び第２メモリ３２ｂと補助メモリである第３メモリ３２ｃが配置される。即ち、上記第１メモリ３２ａにＮＴＳＣ方式の奇数フィールドデータ、第２メモリ３２ｂに偶数フィールドデータを記憶し、第３メモリ３２ｃには両方のデータを順に記憶し、上記ＴＶ方式変換回路３１ｂはこれらのメモリ３２ａ〜３２ｃから読み出したＮＴＳＣ方式の５２５本の水平ラインデータを、ＰＡＬ方式の６２５本の水平ラインデータに変換する。この変換は、垂直、水平方向の画素間補間等により行われる。
【００２４】
そして、上記マイコン２５では、上述した情報量変換だけでなく、ＴＶ方式変換の制御を行うことになり、ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）２６には、上記第１メモリ３２ａ及び第２メモリ３２ｂでのデータ読出し中に次のデータの書込みが追い越す期間に対応して、第３メモリ３２ｃの書込みを禁止する期間の情報が予め記憶されている。この情報としては、例えば図８の開始点Ｔ_Ｄからカウントしたフィールド番号（所定時間内で設定される番号）等が該当する。なお、上記ＴＶ方式変換回路３１ｂでは、切換え制御によりＮＴＳＣ方式の映像信号をそのまま出力することができる。
【００２５】
第１例は以上の構成からなり、プロセッサ装置１２にＰＡＬ用モニタが接続されている場合に、マイコン２５はＴＶ方式変換回路３１ｂに対しＴＶ方式の変換処理の指令を出力する。
【００２６】
図７には、このＴＶ方式変換の際における変換画用メモリ３２内の各メモリ３２ａ〜３２ｃに対する書込み及び読出しの処理が示されており、図７（Ａ）に示されるように、奇数フィールドデータ（Ｏデータ）はＮＴＳＣ方式のタイミング（１／６０秒の垂直走査期間）で第１メモリ３２ａと第３メモリ３２ｃに同時に書き込まれ、その後、このＯデータは通常、第１メモリ３２ａからＰＡＬ方式のタイミング（１／５０秒の垂直走査期間）で読み出される。また、図７（Ｂ）に示されるように、偶数フィールドデータ（Ｅデータ）はＮＴＳＣ方式のタイミングで第２メモリ３２ｂと第３メモリ３２ｃに同時に書き込まれ、その後、このＥデータは通常、第２メモリ３２ｂからＰＡＬ方式のタイミングで読み出される。
【００２７】
そして、図７（Ｃ）に示されるように、例えば第１メモリ３２ａの奇数フィールドデータ（Ｄ5）の読出し中に、新たなデータＤ7の書込みが追い越すときの期間については、第３メモリ３２ｃにおけるデータＤ6，Ｄ7の書込みを禁止し、データＤ5を読み出す。このことを図８により説明する。
【００２８】
図８には、ＮＴＳＣ信号の書込みタイミングとＰＡＬ変換のための読出しタイミングが示されており、ＮＴＳＣ−ＰＡＬの変換では、例えばＰＡＬ変換のための５番目の読出し期間ｒ_５とＮＴＳＣ信号の７番目の書込み期間ｗ_７の位置で、データＤ7の書込みがデータＤ5の読出しを追い越し、また読出し期間ｒ_１５と書込み期間ｗ_１９の位置で、データＤ19の書込みがデータＤ17の読出しを追い越すことになる。このときには、第１メモリ３２ａのデータではなく第３メモリ３２ｃに格納されているフィールドデータＤ5、Ｄ17が読み出される。
【００２９】
即ち、フィールドデータＤ5の場合で説明すると、第３メモリ３２ｃにおいて、奇数フィールドデータＤ5が書き込まれた後、期間ｗ_６，ｗ_７のデータＤ6，Ｄ7の書込みが禁止され、このデータＤ5が当該メモリ３２ｃから読み出される。従って、この場合、データがＤ4→Ｄ5→Ｄ8→Ｄ9と読み出され、データＤ6，Ｄ7がカットされる。即ち、追い越し時点では1フレーム分が飛ぶ形で次のデータが読み出される。上記奇数フィールドデータＤ17についても同様にして第３メモリ３２ｃから読み出されることになり、このような第３メモリ３２ｃの書込み禁止及び読出し動作は、所定時間毎に図８の開始点Ｔ_Ｄ位置にリセットする形で繰り返し行われる。
【００３０】
このようにして読み出されたフィールドデータは、ＴＶ方式変換回路３１ｂの補間処理等によりＰＡＬ用のフィールド信号［（６２５／２）本の水平ライン］に変換され、最終的に水平ライン６２５本からなるフレーム信号としてＰＡＬ用モニタに供給される。この結果、水平バーノイズの発生が防止された被観察体映像がＰＡＬ用モニタに表示される。
【００３１】
また、第１例では、第３メモリ３２ｃを用いることにより次のような利点もある。即ち、図８から理解されるように、ＰＡＬ用の期間ｒ_５のデータとして、ＮＴＳＣ信号の６番目の期間ｗ_６のデータＤ6を読み出すことも可能であるが、この場合は、ＰＡＬ用の期間ｒ_４〜ｒ_６の全てが偶数フィールドデータ（Ｄ4→Ｄ6→Ｄ8）となるため、垂直解像度が低下するという不都合がある。しかし、第１例では、上述のように奇数と偶数のフィールドデータが交互に並ぶために必要なデータ、ここでは奇数フィールドデータを得ることができるので、垂直解像度の低下を招くことがない。
【００３２】
上記第１例では、情報量変換をした後にＴＶ方式変換を行うようにしたが、逆にＴＶ方式変換の後に情報量変換をすることもできる。また、ＮＴＳＣ方式からＰＡＬ方式へ変換する場合について説明したが、ＮＴＳＣ方式から他のＴＶ方式に変換する場合にも同様に適用することが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、異なる画素数の撮像素子を基準画素数で設定されている周波数で駆動すると共に、この周波数に基づいて映像処理する信号処理回路と、上記基準画素数以外の画素数の撮像素子を有する電子スコープを接続する場合に不足する画素情報を補うための情報量変換回路とを設け、所定のアスペクト比の映像を形成するようにしたので、画素数に応じたＣＣＤ駆動及び信号処理の周波数を用いることなく、異なる画素数の撮像素子を用いた映像処理を容易に行うことができ、回路の複雑化、処理の煩雑化をなくすことが可能になる。
【００３４】
また、主メモリにおけるデータ読出し中に次のデータの書込みが追い越す期間のデータについては、補助メモリを利用して読み出すことにより、例えばＰＡＬ方式の映像信号へ変換するテレビジョン方式変換回路を、上記情報変換回路と共に設けたので、テレビジョン方式変換時のバーノイズの発生をなくして、良好な映像をＰＡＬ用モニタ等へ表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の参考例に係る電子内視鏡装置の回路構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態例の水平方向の画素補間の例を示す説明図である。
【図３】実施形態例の垂直方向の画素補間（ライン補間）の例を示す説明図である。
【図４】参考例の２７万画素のＣＣＤで得られた画像（映像）について行う情報量変換を示す図である。
【図５】参考例の１９万画素のＣＣＤで得られた画像について行う情報量変換を示す図である。
【図６】実施形態の第１例の回路構成を示すブロック図である。
【図７】第１例の変換画用メモリ（第１メモリから第３メモリ）に対するテレビジョン方式変換時の書込み及び読出しの処理を示す説明図である。
【図８】第１例におけるＮＴＳＣ信号の書込みタイミングとＰＡＬ方式変換のための読出しタイミングを示す図である。
【図９】従来に存在する画素数の異なるＣＣＤ［図（Ａ）から（Ｃ）］の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…電子スコープ、１２…プロセッサ装置、
１〜３，１５…ＣＣＤ、
２０…ＣＣＤ駆動及び映像信号処理回路、
２１，３１ａ…情報量変換回路、
２２…原画用メモリ、２３，３２…変換画用メモリ、
２５…マイコン、３１…変換回路、
３１ｂ…テレビジョン（ＴＶ）方式変換回路、
３２ａ…第１メモリ、３２ｂ…第２メモリ、
３２ｃ…第３メモリ。

Claims

異なる画素数の撮像素子を搭載する電子スコープをプロセッサ装置に接続する電子内視鏡装置において、
ＮＴＳＣ方式に基づいて上記の異なる画素数の撮像素子を基準画素数で設定されている周波数で駆動すると共に、この周波数に基づいて映像処理する信号処理回路と、
上記基準画素数以外の画素数の撮像素子を有する電子スコープを接続した場合に、不足する画素情報を補い、所定のアスペクト比の映像を形成するための情報量変換回路と、
上記ＮＴＳＣ方式のタイミングで上記情報量変換回路から出力された映像信号データを順に記憶するための主メモリと、この主メモリに格納される同一の映像信号データを記憶するための補助メモリと、上記主メモリから他のテレビジョン方式のタイミングにより映像信号データを読み出すと共に、この主メモリにおけるデータ読出し中に次のデータの書込みが追い越す期間のデータについては、補助メモリの書込みを禁止制御することによりこの補助メモリから読み出し、ＮＴＳＣ方式映像信号を他のテレビジョン方式映像信号へ変換するテレビジョン方式変換回路と、を設けたことを特徴とする電子内視鏡装置。