JP3962553B2 - 電子内視鏡装置 - Google Patents

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８（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８（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８（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８（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８（Ａ）の４１万画素では１４．３２ＭＨｚ、図８（Ｂ）の２７万画素では９．５８ＭＨｚ、図８（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い、かつ良好な画質の画像を得る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、周辺画素情報の特徴値を抽出した処理を実行する画素補間により、不足する画素情報を補うために、上記撮像素子にて得られた画像を周辺画素平均化の補間処理により拡大する画像拡大回路、上記撮像素子にて得られた画像の二値化画像を形成する二値化回路、この二値化画像を補間処理により拡大する二値画拡大回路、並びにこの二値画拡大回路から出力された二値データに対し、周辺画素の平均値に応じて設定した重み付け係数を与えたデータを上記画像拡大回路から出力された画像データに加算する加算回路から構成する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、特徴値を抽出する画素補間処理により、２７万画素の場合は水平方向の画素数の拡大、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、この結果、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、本発明では、周辺画素の特徴値を抽出する画素補間処理により、良好な画質の映像を得ることができる。即ち、上記の画素数の拡大において、不足する画素データとして隣接する画素データを単純に用いた場合は、階段形状のジャギーが出現して観察し難い映像となる場合がある。そこで、本発明は、特徴値を抽出する画素補間処理を行う。
即ち、画像拡大回路にて、補間の対象となる画素について周囲の画素を平均化した値が得られ、また二値画拡大回路では、上記対象画素の二値データが得られる。そして、この二値データに対しては、例えば上記平均化画素の値に応じた重み付け係数が掛けられ、この重み付け係数乗算値と平均化画素値とを加算した値が補間画素データとして用いられる。
【００１１】
このような処理によれば、拡大二値（画像）データと重み付け係数によって特徴値が抽出される。即ち、上記二値データは、例えば画素信号レベルのスレッショルド値（例えば濃淡レベルの中間値）未満を０、中間値以上を１としており、この二値データによる処理では、信号レベルがスレッショルド値以上であるとき、それ以下のときに比べて画素値が特徴値として強調される。そして、信号レベルがスレッショルド値以上のとき、更に重み付け係数によって特徴値が強調されることになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１には、実施形態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。
【００１３】
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。
【００１４】
このＣＣＤ駆動及び映像信号処理回路２０の後段に、この回路２０の出力映像信号をそのまま記憶する原画用メモリ２１、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。
【００１５】
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２２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。
【００１６】
上記情報量変換回路２２内には、原画用メモリ２１から出力される画像データに基づき、例えば周辺画素データを平均化させる画素補間処理により画像を拡大させる画像拡大回路３０、上記原画用メモリ２１から出力される画像データから二値化画像を形成する二値化回路３１、画素補間処理により上記二値化画像を拡大させる二値画拡大回路３２、上記画像拡大回路３０で得られた周辺画素の平均値に基づいて重み付け係数を乗算する係数演算回路３３、この係数演算回路３３の出力と上記画像拡大回路３０の出力を加算する加算回路３４が設けられる。
【００１７】
即ち、上記画像拡大回路３０では、補間対象画素に隣接する水平及び垂直方向の画素（信号）レベルの平均値を求めるニアレストネイバー法が用いられるが、水平方向の画素レベルの平均値を求めるバイリニア法によってもよい。また、上記二値化回路３１は例えば画素レベルを２５６段階で表したとすると、中間値をスレッショルド値として、レベル１２８未満を０、レベル１２８以上を１（１０段階で表した場合は、レベル５未満を０、レベル５以上を１）に変換し、二値画拡大回路３２では、この二値画像を補間処理により拡大する。ここでの補間は、上記ニアレストネイバー法、バイリニア法又は隣接する画素レベル値をそのまま挿入して単純に拡大するバイキュービック法の何れかにより行う。
【００１８】
実施形態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。
【００１９】
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２２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２２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２１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。
【００２０】
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た場合は、上記情報量変換回路２２において図２に示されるステップにより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２１にフィールド毎に一旦格納されるが、その後、この原画用メモリ２１から１フィールドの画像が読み出され（図２のステップ１０１）、この画像に対し、画像拡大回路３０にて画素平均化による水平方向と垂直方向の画素補間が施される（ステップ１０２）。
【００２１】
図３には、画像拡大回路３０、二値画拡大回路３２で用いられる周辺画素の平均化演算が示されており、画像Ｐに示されるように、対象画素に隣接する水平方向と斜め方向の画素の平均化が行われる。例えば、図３（Ａ）のように、画素ｐ_３については、ｐ_３＝（ｐ_２＋ｐ_４＋ｐ_８＋ｐ_１０）／４、画素ｐ_６については、ｐ_６＝（ｐ_５＋ｐ_１１）／２の演算、図３（Ｂ）のように、画素ｐ_９については、ｐ_９＝（ｐ_２＋ｐ_４＋ｐ_８＋ｐ_１０＋ｐ_１４＋ｐ_１６）／６、画素ｐ_１２については、ｐ_１２＝（ｐ_５＋ｐ_１１＋ｐ_１７）／３の演算、図３（Ｃ）のように、画素ｐ_１５については、ｐ_１５＝（ｐ_８＋ｐ_１０＋ｐ_１４＋ｐ_１６）／４、画素ｐ_１８については、ｐ_１８＝（ｐ_１１＋ｐ_１７）／２の演算が行われる。
【００２２】
図４には、図３の画像Ｐの上側に存在する画素ｐ_３の画素補間演算処理が示されており、画像拡大回路３０では図４（Ａ）に示されるように、説明を簡単にするため信号レベルを１０段階で表して、ｐ_３の周辺画素の値が、２，６，６，８であったとすると、これらの平均値は５．５となる。
【００２３】
一方、図１の二値化回路３１では、原画データが二値化され、（図２ステップ１０３）、次の二値画拡大回路３２ではこの二値画像の補間、拡大が行われる（図２ステップ１０４）ことになり、この対象画素ｐ_３の二値データは、図４（Ｂ）に示されるようになる。即ち、１０段階で表した場合、５未満は０、５以上は１となるので、ｐ_２＝０、ｐ_４，ｐ_８，ｐ_１０＝１であり、これを平均化すると、ｐ_３＝１となる。この二値データは、次の係数演算回路３３で重み付け係数が乗算され、画像拡大回路３０の出力に加算される（図２のステップ１０５）。
【００２４】
この重み付け係数は、周辺画素値の平均や分布状況によって決定され、基本的には周辺画素の平均値に応じて設定される。例えば、上記周辺画素平均値５．５に対して１．１の重み付け係数が設定され、係数演算回路３３からは１×１．１＝１．１が出力される。従って、図４（Ｃ）のように、上記画素ｐ_３の最終的な画素値は、５．５＋１．１＝６．６となり、単に平均化される場合よりもレベルが高い方へ特徴付けが行われることになる。
【００２５】
図５には、図３の画像Ｐの中間部に存在する画素ｐ_９の画素補間演算処理が示されており、画像拡大回路３０では図５（Ａ）に示されるように、周辺画素の値が３，１０，７，８，７，４であったとすると、ｐ_９の平均値は６．５となる。また、図５（Ｂ）のように、二値化回路３１で得られる各画素の二値データは、ｐ_２，ｐ_１６＝０、ｐ_４，ｐ_８，ｐ_１０，ｐ_１４＝１となり、画素ｐ_９の二値データは、ｐ_９＝１となる。
【００２６】
そして、上記平均値６．５に対して、例えば１．４の重み付け係数が設定されるので、係数演算回路３３の出力は１．４（＝１×１．４）となる。従って、図５（Ｃ）のように、画素ｐ_９の最終的な画素値は、６．５＋１．４＝７．９となり、単に平均化される場合よりもレベルが高い方へ特徴付けが行われる。
【００２７】
なお、上記実施形態の重み付け係数は、周辺の全画素の平均値ではなく、例えば中間値等のスレッショルド値よりも大きな画素のみの平均値等とすることができる。例えば、図４の例では、ｐ_２の２を除外し、６，６，８の平均値（＝６．７）に対する重み付け係数、例えば１．５を用いて、５．５＋１．５＝７とし、また図５の例では、ｐ_２の３とｐ_１６の４を除外し、１０，７，８，７の平均値（＝８）に対する重み付け係数、例えば１．７を用いて、６．５＋１．７＝８．２とし、更に特徴付けを鮮明にすることもできる。
【００２８】
このようにして、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２２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６に示されており、水平方向の５１０画素を上述した方法で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。
【００２９】
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２２では水平方向だけでなく、垂直方向の画素補間により情報量が拡大されることになり、この垂直方向の画素補間も、図４及び図５で示した方法で同様に行われる。この状態が図７に示されており、水平方向の３６２画素を７６８画素に拡大し、かつ４９２本のラインを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。
【００３０】
なお、上記実施形態の二値データ処理においては、信号レベルの中間値をスレッショルド値として、この中間値未満を０、中間値以上を１としたが、このスレッショルド値を中間値よりも小さな値、或いは大きな値にすることにより、上記重み付け係数とは別の観点で、特徴付けの度合いを調整することができる。
【００３１】
【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した場合に、周辺画素情報の特徴値を抽出した処理を画素補間により実行し、不足する画素情報を補う情報量変換回路を設け、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。
【００３２】
また、上記の画像の拡大処理においては、周辺画素情報の特徴値を抽出する画素補間を実行し、補間対象画素データを周辺画素平均化の補間処理により演算すると共に、この対象画素の拡大二値データを求め、この二値データに対し周辺画素の平均値に応じて設定した重み付け係数を加えたデータを上記対象画素データに加算するようにしたので、画素数の少ない撮像素子で得られた像を画素数の多い撮像素子で得られた像と同等のものとして再現することができ、ジャギーが出現しない観察しやすい映像を得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】実施形態における情報量変換処理を示すフローチャートである。
【図３】実施形態における平均化の画素補間の例を示す説明図である。
【図４】実施形態例で形成される画像の上側画素についての画素補間処理を示す説明図である。
【図５】実施形態例で形成される画像の中間部画素についての画素補間処理を示す説明図である。
【図６】実施形態例の２７万画素の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７】実施形態例の１９万画素等の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８】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…原画用メモリ、 ２２…情報量変換回路、
２３…変換画用メモリ、
２５…マイコン、 ３０…画像拡大回路、
３１…二値化回路、 ３２…二値画拡大回路、
３３…係数演算回路、 ３４…加算回路。

Claims (1)

1. 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、周辺画素情報の特徴値を抽出した処理を実行する画素補間により、不足する画素情報を補うために、上記撮像素子にて得られた画像を周辺画素平均化の補間処理により拡大する画像拡大回路、上記撮像素子にて得られた画像の二値化画像を形成する二値化回路、この二値化画像を補間処理により拡大する二値画拡大回路、並びにこの二値画拡大回路から出力された二値データに対し、周辺画素の平均値に応じて設定した重み付け係数を与えたデータを上記画像拡大回路から出力された画像データに加算する加算回路から構成する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ことを特徴とする電子内視鏡装置。

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