JP4261673B2 - デジタル出力可能な電子内視鏡装置 - 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、特に高画素数の固体撮像素子を用いて撮像した画像データをデジタル処理の外部機器等に出力して効率のよい利用が可能となる画像処理の内容に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子内視鏡装置は、電子スコープの先端に配置した固体撮像素子であるＣＣＤ（Charge Coupled Device）により、対物光学系を介して得られた被観察体内像を撮影し、このＣＣＤの画像データを読出してモニタ等に被観察体内像を表示するものである。当該電子内視鏡装置では、従来から画像の高画質化が進められており、現在では例えば約４０万画素のＣＣＤが用いられる。この内視鏡画像の高画質化は、ＣＣＤ製作技術の進展に依存するが、今後も高画素数ＣＣＤの出現により更に進むことが予想される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記電子内視鏡装置では、画像信号をアナログ端子を介して外部モニタ等へ出力しており、パソコン等の各種のデジタル画像処理機能を有する機器やネットワークに接続する場合は、上記アナログ信号をデジタル信号に変換することになり、処理が煩雑になるという不都合がある。即ち、電子内視鏡における画像信号はデジタル処理することから、このデジタル信号をモニタ等に出力するためにアナログ信号に変換しており、このアナログ信号を更にデジタル信号へ変換するための処理が必要となる。しかも、このような処理の付加により、画像信号の劣化、ひいては画質の低下を招くという問題も生じる。
【０００４】
また、上記のパソコン等の各種のデジタル画像処理機能を有する機器やネットワークは、それらを構成するハードウェアーと、ＯＳ（オペレーティングシステム）、アプリケーション、ドライバ等のソフトウェアーの相違により、入力信号の形式が異なり、一般にこれらの機器との接続をする場合は、別の回路部材を介して整合を行っている。しかし、電子内視鏡等の医療機器ではその使用条件の制約等から、別体の回路部材を介在させない方が好ましい。
【０００５】
更に、画像の読出し表示の方式として、プログレッシブ（順次）方式とインターレース（奇数ライン又は偶数ライン毎）方式があるが、パソコン等の外部機器を通しての内視鏡画像の利用という観点から考えると、両方式の画像が選択的に提供できることが好ましい。
【０００６】
また、電子スコープをコネクタで接続するシステムのプロセッサ装置で、画像デジタル信号を外部で利用できるように構成する場合、電子スコープ側で採用しているプログレッシブ方式かインターレース方式のいずれかに合せて、当該プロセッサ装置を制作する必要がある。しかし、両方式に対応したプロセッサ装置を別個に制作するのは、システム構成上無駄が多い。
【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、構成の簡素化等を図った上で、内視鏡画像をデジタル処理機能を有する外部機器で利用可能とすると共に、プログレッシブ方式又はインターレース方式の画像データを選択的に利用できるようにするデジタル出力可能な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、請求項１に係るデジタル出力可能な電子内視鏡装置は、
被観察体内を撮像する固体撮像素子と、プログレッシブ方式及びインターレース方式の両方の読出し制御信号を形成すると共に、選択された上記方式の一つで上記固体撮像素子から画像信号を読み出す固体撮像素子駆動回路と、上記プログレッシブ方式及びインターレース方式に対応した信号処理を行う信号処理回路と、上記信号処理回路の後段に配置され、この信号処理回路で得られた画像データを書込み速度より高い速度で読み出す第１の画像用フレームメモリと、この第１の画像用フレームメモリからの画像データをアナログ画像信号として出力するアナログ出力部と、上記信号処理回路の後段に配置され、この信号処理回路で得られた画像データを記憶し、かつこの記憶した画像データを、外部機器の読出し速度又は走査線数を含む画像処理条件に合わせて読み出す第２の画像用フレームメモリと、この第２の画像用フレームメモリから読み出されたデジタル画像信号を外部機器へ出力するためのデジタル出力部と、を含んでなることを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、例えば従来の画素数の２倍に当たる８０万画素のＣＣＤ（固体撮像素子）を用いて高画素の被観察体内画像が得られ、この画像信号はデジタル信号に変換された後に所定の信号処理が行われる。そして、プロセッサ装置においては、アナログ画像信号が出力されると共に、デジタル画像信号がインターフェース回路を介してデジタル出力部からパソコン等に出力される。従って、特に接続のための専用の回路部材を使用することなく、パソコン等に内視鏡画像を直接取り込むことが可能となる。
【００１０】
このようなデジタル出力可能な装置において、ＣＣＤ駆動回路によれば、制御回路からの選択制御信号に基づき、プログレッシブ方式又はインターレース方式のいずれかの読出し（タイミング）信号が形成され、いずれかの方式でＣＣＤから画像信号が読み出される。また、プロセッサ装置でも、選択された方式に対応した信号処理が行われる。これらの方式の選択は、例えばプロセッサ装置の操作パネル等で行うことができ、外部機器等の種類に応じてプログレッシブ画像とインターレース方式の画像をデジタル出力することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１及び図２には、実施形態例に係る電子内視鏡装置の構成が示されており、図１に示されるように、電子スコープ１にはその先端に対物光学系２Ａ及びプリズム２Ｂを介してＣＣＤ３が配置され、このＣＣＤ３は、例えば水平方向で１０２４、垂直方向で７６８に分割される約８０万画素（この画素数は任意である）のものからなり、このＣＣＤ３の受光面側には、例えばベイヤー配列（原色配列）の色フィルタが設けられる。
【００１３】
このＣＣＤ３には、ＣＣＤ駆動回路Ｈとして、バッファ回路４、タイミングジェネレータ（ＴＧ）５、例えば所定周波数を発振する発振器６を有する周波数コンバータ７、タイミング制御回路８が設けられ、またスコープ側の制御を統括するＣＰＵ９が配置される。即ち、上記の周波数コンバータ７は発振器６の出力周波数から例えば約１５ＭＨｚ（ＣＣＤ読出し用）、約３０ＭＨｚ、約６０ＭＨｚ（メモリ読出し用）等のクロック信号を形成しタイミングジェネレータ５に出力する。
【００１４】
そして、上記タイミングジェネレータ５ではタイミング制御回路（走査方式制御回路）８の制御により、プログレッシブ方式とインターレース方式のいずれかで画像信号を読み出すための各制御パルス（タイミング信号）が形成される。当該例では、上記の約１５ＭＨｚの水平クロック信号を用い、例えばプログレッシブ方式では１秒間に１５フレームの画像信号を読み出し、インターレース方式では１秒間に３０フィールドの画像信号を読み出すことになる。
【００１５】
図３及び図４には、上記両方式の特徴的な制御パルスが示されており、プログレッシブ方式では、図３（Ａ）のように全ての水平ラインを読み出すためのタイミングパルス（垂直走査方向制御信号）が用いられ、インターレース方式では、図３（Ｂ），（Ｃ）のように、奇数ライン読出し用のタイミングパルス（垂直走査方向制御信号）と偶数ライン読出し用のタイミングパルスが交互に形成される。そして、上記のプログレッシブ方式のタイミングパルスによれば、図４（Ａ）に示されるように、ＣＣＤ３の全ての水平ライン（１，２，３…）の画像データが順に読み出され、インターレース方式のタイミングパルスによれば、図４（Ｂ）に示される奇数ライン（１，３，５…）の画像データと図４（Ｃ）に示される偶数ライン（２，４，６…）の画像データが交互に読み出される。
【００１６】
一方、図１の上記ＣＣＤ３には、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）１０、デジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換器１１、そしてデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１２が接続され、このＣＣＤ３から出力された画像信号はデジタル信号に変換されて上記ＤＳＰ１２で所定の処理が行われる。即ち、このＤＳＰ１２は、切替え回路１２Ａ、色フィルタを介して得られた画像信号につきインターレース方式に応じた色信号処理（変換等）をするインターレース用色信号処理回路１２Ｂ、同様に画像信号につきプログレッシブ方式に応じた色信号処理をするプログレッシブ用色信号処理回路１２Ｃを含み、更に空白となる画素のデータ補間、輪郭補正、ホワイトバランス、ガンマ補正等の信号処理を施し、例えば輝度（Ｙ）信号とカラー（Ｃ）信号を出力する。
【００１７】
上記の電子スコープ１は、コネクタにより図２のプロセッサ装置１４に接続されており、このプロセッサ装置１４では、上記ＤＳＰ１２の出力を入力し、画像の左右を所定の向きに反転させるミラー回路１５、ＣＣＤ３の出力画像信号を輝度（Ｙ）信号、色差（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）信号に変換する信号変換回路１６、撮影に関する情報（患者情報等）を画面内に表示するためのスーパーインポーズ回路１７、このスーパーインポーズ回路１７に対し情報の文字、記号等を発生させるキャラクタ発生回路１８が設けられ、このスーパーインポーズ回路１７の後段に、フレーム画像データを記憶でき、フィールドメモリとしても機能する画像用メモリ１９が配置される。
【００１８】
この画像用メモリ１９には、メモリコントローラ２０が接続され、またプロセッサ装置１４内には、装置全体を統括制御するＣＰＵ２２が設けられる。即ち、上記の画像用メモリ１９では、メモリコントローラ２０の制御に基づき、プログレッシブ方式が選択されているときは、スーパーインポーズ回路１７から出力されたフレーム画像データを１５フレーム／秒（sec）の速度で書き込む。その後、当該メモリ１９内から画像データを読み出す際には、約６０ＭＨｚのクロック周波数で１秒間に６０フレーム（６０フレーム／ｓｅｃ）の画像データを読み出すように制御する。
【００１９】
一方、インターレース方式が選択されているときは、フィールド画像データを３０フィールド／秒の速度で上記画像用メモリ１９に書き込み、読出しの際には、約６０ＭＨｚのクロック周波数で１秒間に６０フレームの画像データを読み出すように制御する。
【００２０】
また、上記画像用メモリ１９の後段に、上記の輝度信号（Ｙ）と色差信号（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）からＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各信号を形成するＲＧＢマトリクス回路２５、アイソレーションデバイス２６、Ｄ／Ａ変換器２７が設けられる。このＤ／Ａ変換器２７から出力されるＲＧＢ信号はアナログ信号として専用のモニタ等に出力される。更に、上記画像用メモリ１９の後段には、Ｄ／Ａ変換器３０、カラーコーダー３１、アイソレーションデバイス３２も配置されており、Ｙ（輝度）／Ｃ（カラー）信号、ＮＴＳＣ信号を出力することができる。
【００２１】
一方、上記スーパーインポーズ回路１７の出力線から分岐するように、アイソレーションデバイス３３、当該例では動画又は静止画のデータを記憶するデジタル出力用の画像用メモリ３４、メモリコントローラ３５が接続される。この画像用メモリ３４は、デジタル画像を利用する外部機器の画像処理条件（読出し速度、走査線数等）に合わせて画像データを読み出すために設けられる。この画像用メモリ３４に、ＩＳＯ１３９４或いはＲＳ２３２Ｃ等の規格に対応したインターフェース回路３７、そしてデジタル入出力端子３８が接続される。
【００２２】
即ち、当該例では、上述したＲＧＢ信号等のアナログ信号を出力するだけでなく、輝度信号、色差信号のデジタル画像信号（ＲＧＢ信号でもよい）をインターフェース回路３７を介してパソコン等にデジタル出力できるようになっている。また、このインターフェース回路３７はＣＰＵ２２に接続されており、パソコン等の外部機器、ネットワークから外部接続情報を取得することができる。更に、当該プロセッサ装置１４には、パネル操作部４０が設けられており、このパネル操作部４０の操作信号、設定情報がＣＰＵ２２へ出力される。このパネル操作部４０には、上記プログレッシブ方式とインターレース方式を選択する選択スイッチ（或いは設定メニュー画面上で選択する方式等でもよい）が設けられる。
【００２３】
実施形態例は以上の構成からなり、例えば上記パネル操作部４０でプログレッシブ方式が選択されている場合は、周波数約１５ＭＨｚの水平クロック信号に基づき、図３（Ａ）のタイミングパルスを含むプログレッシブ方式用の制御信号がタイミングジェネレータ５からＣＣＤ３へ与えられ、これによってＣＣＤ３で得られた画像信号が読み出される。即ち、図４（Ａ）に示されるように、全てのラインのデータが順に１５フレーム／ｓｅｃの速度で読み出される。
【００２４】
この画像信号は、デジタル信号に変換された後に、切替え回路１２Ａがプログレッシブ用色信号回路１２Ｃを選択したＤＳＰ１２に供給され、ここで各色信号に分離された後に、補間処理、輪郭強調、ガンマ補正等の各種の処理が施される。また、図２のプロセッサ装置１４内ではミラー回路１５、信号変換（Ｙ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ信号）回路１６、スーパーインポーズ回路１７等を通って各種の信号処理が施された後に、画像用メモリ１９に１５フレーム／ｓｅｃの速度で書き込まれる。その後、この画像用メモリ１９から、メモリコントローラ２０の制御に基づき、書込み速度の４倍となる６０フレーム／ｓｅｃの高速度で画像データが順次読み出される。
【００２５】
このようにして読み出した画像データは、各種の形式で出力されることになり、上述のように、ＲＧＢマトリクス回路２５を通った信号は、ＲＧＢアナログ信号としてＤ／Ａ変換器２７を介して専用モニタへ供給され、カラーコーダー３１を通ったＮＴＳＣ信号（アナログ信号）はＮＴＳＣテレビモニタに供給される。ここで、これらの信号の実際の出力端子としては、プログレッシブ用の出力端子とインターレース用の出力端子の両方を設けることが好ましい。そして、通常時では動画がモニタ等に出力されるが、電子スコープ１のフリーズスイッチ（操作部）が押下されたときには、上記画像用メモリ１９の新たな書込みを禁止し、その時の画像用メモリ１９の画像データを出力することにより、静止画が表示される。
【００２６】
また、他方の上記画像用メモリ３４にも画像信号が供給されており、この画像用メモリ３４からのフレームデータの読出しは、接続される外部機器又はネットワークの画像処理条件に合わせた速度及び読出し形式で行われる。そうして、輝度及び色差信号のデジタル画信号がインターフェース回路３７を介してデジタル入出力端子３８からパソコン等の外部機器又はネットワークに出力される。この場合も、通常では動画をデジタル出力することになるが、上記フリーズスイッチが押されたときは、ＣＰＵ２２の制御に基づき、この画像用メモリ３４に格納された静止画デジタル信号が出力される。
【００２７】
このようにして、プログレッシブ方式で得られた内視鏡画像がパソコン等の外部機器の画像データとして利用されることになる。なお、上記のデジタル画像信号の中には、患者につき本人を確認するデータ、他の検査データ等の患者データや、場合によっては音声データ等も含まれる。
【００２８】
一方、インターレース方式が選択された場合は、ＣＰＵ２２，９の切替え制御により上記タイミングジェネレータ５（図１）から、図３（Ｂ）の奇数ライン読出し用パルスと図３（Ｃ）の偶数ライン読出し用パルスを含むインターレース方式用の制御パルスがＣＣＤ３へ与えられる。これによって、図４（Ｂ）に示される奇数フィールドのデータと図（Ｃ）に示される偶数フィールドのデータが交互に読み出される（３０フィールド／ｓｅｃ）。
【００２９】
そして、これらのフィールドデータはインターレース用色信号処理回路１２Ｂ等を介して画像用メモリ１９に書き込まれ、その後に、６０フィールド／ｓｅｃの速度で奇数フィールドと偶数フィールドの画像が交互に読み出され、このフィールド画像信号により、上記の場合と同様に各種の出力が得られる。同様に、他方の画像用メモリ３４にもフィールドデータが書き込まれ、この画像用メモリ３４からは、外部機器等の画像処理条件に応じた速度（上記６０フィールド／ｓｅｃを含む各種の速度）及び形式でデータが読み出され、インターフェース回路３７、デジタル入出力部３８を介して外部へ出力される。これにより、外部機器等においてインターレース方式の動画又は静止画のデジタル画像データが利用可能となる。
【００３０】
なお、上記実施形態例において、一方の画像用メモリ１９をインターレース方式用のフィールドメモリとして利用し、他方の画像用メモリ３４をプログレッシブ方式用のフレームメモリとして用いてもよい。
【００３１】
また、電子スコープが上記両方式の一方の制御のみを適用している場合に、プロセッサ装置の切替え制御により、電子スコープで任意に採用されている方式のデジタル画像データを１台のプロセッサ装置からの出力として利用することができる。即ち、図１に示されるように、電子スコープ１には制御用メモリ４４が設けられ、このメモリ４４に、当該電子スコープ１の採用方式に関する識別データが格納されており、この電子スコープ１とプロセッサ装置１４との接続時に、各装置のＣＰＵ９とＣＰＵ２２との間でデータ通信を行うことにより、電子スコープ１のＣＣＤ読出し方式を検出する。一方、プロセッサ装置１４側には図１で説明したタイミングジェネレータ（５）とタイミング制御回路（６）に相当する回路が設けられる。
【００３２】
そうして、例えば電子スコープのＣＣＤでの読出し制御がプログレッシブ方式であることが判定されたときは、上記のように、各画像用メモリ１９，３４をフレームメモリとして用いてフレーム画像信号の処理制御を実行し、インターレース方式であることが判定されたときは、各画像用メモリ１９，３４をフィールドメモリとして用いてフィールド画像信号の処理制御を実行することになる。なお、上記読出し方式の検出は、各装置間の通信ではなくコネクタ部に検出部材を配置することにより行ってもよい。
【００３３】
また、上記画像用１９，３４に、プログレッシブ方式の画像信号を格納した後、インターレース方式で読み出したり、逆にインターレース方式の画像信号を格納した後、プログレッシブ方式で読み出すことも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、デジタル画像信号を外部機器へ出力するためのデジタル出力部を備えると共に、プログレッシブ方式とインターレース方式の両方式の読出しが可能なＣＣＤ駆動回路を設け、プログレッシブ方式のデジタル画像信号とインターレース方式のデジタル画像信号を選択的に出力できるようにしたので、構成の簡素化等を図りながら内視鏡画像をデジタル処理の外部機器等に出力でき、またプログレッシブ方式とインターレース方式の画像データを選択的に利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係るデジタル出力可能な電子内視鏡装置の電子スコープ側の回路構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態例のプロセッサ装置内の回路構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態例のＣＣＤ駆動回路で形成される制御パルスを示す波形図である。
【図４】図３の制御パルスで得られる水平ラインデータを示す説明図である。
【符号の説明】
１ … 電子スコープ、
３ … ＣＣＤ、
５ … タイミングジェネレータ、 ６ … 発振器、
７ … 周波数コンバータ、 ８ … タイミング制御回路、
９，２２ … ＣＰＵ、 １２ … ＤＳＰ、
１４ … プロセッサ装置、
１９，３４ … 画像用メモリ、
３７ … インターフェース回路、
３８ … デジタル入出力端子、
Ｈ … ＣＣＤ駆動回路。

Claims (1)

1. 被観察体内を撮像する固体撮像素子と、
   プログレッシブ方式及びインターレース方式の両方の読出し制御信号を形成すると共に、選択された上記方式の一つで上記固体撮像素子から画像信号を読み出す固体撮像素子駆動回路と、
   上記プログレッシブ方式及びインターレース方式に対応した信号処理を行う信号処理回路と、
   上記信号処理回路の後段に配置され、この信号処理回路で得られた画像データを書込み速度より高い速度で読み出す第１の画像用フレームメモリと、
   この第１の画像用フレームメモリからの画像データをアナログ画像信号として出力するアナログ出力部と、
   上記信号処理回路の後段に配置され、この信号処理回路で得られた画像データを記憶し、かつこの記憶した画像データを、外部機器の読出し速度又は走査線数を含む画像処理条件に合わせて読み出す第２の画像用フレームメモリと、
   この第２の画像用フレームメモリから読み出されたデジタル画像信号を外部機器へ出力するためのデジタル出力部と、を含んでなるデジタル出力可能な電子内視鏡装置。

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