JP4272857B2 - 画像信号処理装置およびそれを含む電子内視鏡装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子を有するビデオスコープ（電子内視鏡）によって胃などの器官を撮影し、モニタへ動画像を表示する電子内視鏡装置に関し、特に、デジタル映像信号を出力可能な電子内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子内視鏡装置においては、撮像素子から読み出される画像信号に基づいてデジタル映像信号を生成し、レコーダなどの外部周辺機器へデジタル映像信号をプロセッサから出力することが可能である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１５７６６５号公報（第２図）
【０００４】
外部の周辺機器を電子内視鏡装置の側で制御するため、制御信号用の出力端子がプロセッサに設けられており、制御信号専用のケーブルがプロセッサと周辺機器との間に繋がれる。例えば、ビデオスコープに設けられたフリーズボタンが操作されると、静止画像を記録するための制御信号が専用ケーブルを介して記録装置に送られる。記録装置では、この制御信号に基づいて画像が記録される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
複数の周辺機器を電子内視鏡装置の側で制御する場合、制御信号専用ケーブルを周辺機器の数だけ設置する必要がある。そのため、接続端子の構成および配線が複雑になり、不要や輻射ノイズが増加する。
【０００６】
そこで本発明では、専用ケーブルを用いることなく、周辺機器を電子内視鏡装置の側で制御することが可能な電子内視鏡装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子内視鏡装置は、撮像素子を有するビデオスコープと、ビデオスコープが接続されるプロセッサとを備えた電子内視鏡装置であって、前記撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、輝度信号・色差信号を含むとともに、所定間隔で並ぶデータ付加可能なブランキング期間を有するデジタル映像信号を生成する信号処理手段と、前記電子内視鏡装置に接続される外部の周辺機器を制御するため、前記デジタル映像信号の中の前記ブランキング期間に前記周辺機器に対する制御データを付加する制御データ付加手段とを備え、前記信号処理手段は、前記制御データが付加された制御データ付きデジタル映像信号を前記周辺機器へ出力することを特徴とする。外部の周辺機器は、前記制御データ付きデジタル映像信号から前記制御データを検出して分離する制御データ分離手段を備える。分離された制御データに基づいて、周辺機器が作動する。
【０００８】
デジタル映像信号の中に周辺機器に対する制御データが付加（重畳）されるため、制御信号専用ケーブルを設ける必要がなくなり、接続端子の構成および配線が簡素化するとともに、輻射ノイズが低減される。また、本来データの存在しないブランキング期間に制御データが付加されるため、輝度信号・色差信号に影響を与えることなく制御データを付加することができる。
【０００９】
例えば、信号処理手段は、複数のビット列からなるパラレルのデジタル映像信号を伝送してもよいが、前記制御データ付きデジタル映像信号を１ビット列のシリアルのデジタル映像信号として出力するのがよい。この場合、制御データ付加手段は、デジタル映像信号をシリアル映像信号に変換している過程において制御データを付加するのがよい。
【００１０】
デジタル映像信号には、１ライン分の映像信号の間隔で設置される水平ブランキング期間、１フレーム（フィールド）分の間隔で設置される垂直ブランキング期間といった映像ブランキング期間があるが、制御データ付加手段は、水平ブランキング期間に制御データを付加するのがよい。制御データがより迅速に周辺機器へ伝送される。
【００１１】
周辺機器は、デジタル映像信号入力可能な周辺機器であり、周辺機器に応じて様々な制御データを付加することが可能である。制御データの内容は、映像信号に関するものであっても、関係しないものであってもよい。例えば、周辺機器は、動画像を記録するレコーダである。この場合、制御データは、動画像の録画開始／終了を示すデータであるのがよい。あるいは、周辺機器としては、パーソナルコンピュータや、ファイリングシステムを構成するコンピュータシステムであってもよい。
【００１２】
オペレータの意思に従って周辺機器を制御するため、電子内視鏡装置は、例えば、前記外部周辺機器の制御を実行するための操作部材と、前記操作部材に対する操作を検出する操作検出手段とをさらに備えるのがよい。オペレータが操作部材を操作すると、前記制御データ付加手段は、前記操作部材に対する操作を検出し、前記制御データを付加する。操作部材が電子内視鏡装置の側に設けられているため、周辺機器まで移動することなく周辺機器を遠隔操作することができる。例えば、操作部材は、キーボード、プロセッサのフロントパネルに設けられるフロントパネルスイッチボタン、あるいは前記ビデオスコープに設けられるスコープスイッチボタンのいずれかであるのがよい。
【００１３】
本発明の内視鏡用画像信号処理装置は、撮像素子を有するビデオスコープと、ビデオスコープが接続されるプロセッサとを備えた電子内視鏡装置における内視鏡用画像信号処理装置であって、前記撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、輝度信号・色差信号を含むとともに、所定間隔で並ぶデータ付加可能なブランキング期間を有するデジタル映像信号を生成する信号処理手段と、前記電子内視鏡装置に接続される外部の周辺機器を制御するため、前記デジタル映像信号の中の前記ブランキング期間に前記周辺機器に対する制御データを付加する制御データ付加手段とを備え、前記信号処理手段が、前記制御データが付加された制御データ付きデジタル映像信号を前記周辺機器へ出力することを特徴とする。
【００１４】
本発明の電子内視鏡システムは、撮像素子を有するビデオスコープと、ビデオスコープが接続されるプロセッサと、前記プロセッサに接続され、制御データ分離手段を有する周辺機器と、前記撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、輝度信号・色差信号を含むとともに、所定間隔で並ぶデータ付加可能なブランキング期間を有するデジタル映像信号を生成する信号処理手段と、前記周辺機器を制御するため、前記デジタル映像信号の中の前記ブランキング期間に前記周辺機器に対する制御データを付加する制御データ付加手段とを備え、前記信号処理手段が、前記制御データが付加された制御データ付きデジタル映像信号を前記周辺機器へ出力し、制御データ分離手段が、前記制御データ付きデジタル映像信号から前記制御データを検出して分離することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を参照して実施形態である電子内視鏡装置について説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。
【００１７】
電子内視鏡装置では、ビデオスコープ４０、プロセッサ１０が備えられており、プロセッサ１０に対し、ビデオスコープ４０とともにテレビモニタ２１、レコーダ２５といった周辺機器が接続されている。本実施形態では、カラーテレビジョン方式としてＮＴＳＣ方式が適用されており、カラー撮像方式として面順次方式が適用されている。
【００１８】
面順次方式に従ってプロセッサ１０内に設けられた回転カラーフィルタ１７は円盤状に形成されており、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各波長の波長の光をそれぞれ透過する、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタ（図示せず）が、それぞれ扇状になって等間隔で配置されている。ただし、各色のフィルタ間には、遮光領域が設けられている。回転カラーフィルタ１７は、駆動モータ１７Ａにより駆動され、１フレームの操作時間に対応するように所定の回転数で回転する。
【００１９】
光源ランプ１６から放射された光は、回転カラーフィルタ１７および集光レンズ（図示せず）を介してＬＣＢ（ライトガイドファイババンドル）１８の入射面１８Ａに入射し、出射面１８Ｂから射出する。このとき、回転カラーフィルタ１７が回転することにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の光が順次被写体Ｓに照射する。被写体Ｓに照射した光が反射するとことにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色に応じた被写体像が対物レンズ（図示せず）を介してＣＣＤ４１に結像される。ＣＣＤ４１では、光電変換により、各色に応じた被写体像の画像信号が発生する。
【００２０】
各色に応じた１フレーム分の画像信号は、ＣＣＤドライバ４２によって順次読み出される。ＣＣＤドライバ４２では、読み出された画像信号が増幅され、増幅された画像信号がプロセッサ１０へ送られる。
【００２１】
プロセッサ１０内のＣＣＤプロセス回路１１では、Ｒ，Ｇ，Ｂに応じた画像信号に対し、Ａ／Ｄ変換、ノイズ除去などの信号処理が施される。信号処理が施されたデジタル画像信号は、タイミング回路１２へ出力される。
【００２２】
タイミング回路１２では、順次送られてくるＲ，Ｇ，Ｂそれぞれ１フレーム分の画像信号が、１画面として再現するため同期化される。回転カラーフィルタ１７の回転、ＣＣＤドライバ４２における画像信号の読出し、プロセス回路１１におけるＡ／Ｄ変換およびタイミング回路１２における同期化は、タイミング回路１２内にもうけられたタイミングジェネレータ（図示せず）から出力されるクロック信号に従って実行される。
【００２３】
ビデオプロセス回路１３では、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色に応じたデジタル画像信号が、デジタルの輝度信号、色差信号に変換される。後述するように、デジタルの輝度信号、色差信号は、デジタル伝送するために伝送用のデジタル映像信号に変換され、レコーダ２５へデジタル伝送される。また、ビデオプロセス回路１３では、Ｒ，Ｇ，Ｂに応じたデジタル画像信号がアナログ化され、さらに、ＮＴＳＣ信号などのビデオ信号に変換される。ビデオ信号がテレビモニタ２１へ出力されると、被写体Ｓの映像がテレビモニタ２１に表示される。
【００２４】
システムコントロール回路１４は、プロセッサ１０全体の動作を制御しており、回転カラーフィルタ１７を回転させるモータ１７Ａなど各回路へ制御信号を出力する。ペリフェラルドライバ１５には、キーボード２０、フロントパネルに設けられたフロントパネルスイッチボタン１９の操作によって発生する操作信号が入力される。これらの操作信号はシステムコントロール回路１４へ送られ、操作信号に基づいてシステムコントロール回路１４から制御信号が出力される。
【００２５】
ビデオスコープ４０には、レコーダ２５に動画像を記録するための画像記録スイッチボタン４４が設けられており、画像記録スイッチボタン４４が操作されると、操作信号がペリフェラルドライバ１５を介してシステムコントロール回路１４へ送られる。そして、後述するように、プロセッサ１０から出力されるデジタル映像信号とともに画像記録に関する制御信号がレコーダ２５へ出力される。ＥＥＰＲＯＭ４３には、撮像素子４１の特性などのデータが記憶されており、ビデオスコープ４０がプロセッサ１０に接続されると、スコープ特性データがシステムコントロール回路１４によって読み出される。
【００２６】
図２〜図４を用いて、ビデオプロセス回路１３における信号処理について説明する。図２は、ビデオプロセス回路１３の詳細なブロック図である。図３は、デジタル輝度信号・色差信号の多重化を示した図である。図４は、デジタル映像信号のデータ列を示した図である。
【００２７】
ビデオプロセス回路１３には、同期化されたＲ，Ｇ，Ｂ各色のデジタル画像信号が、それぞれデジタルフレームメモリ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂに格納され、所定のタイミングで同期して読み出される。読み出されたＲ，Ｇ，Ｂの画像信号は、マトリクス（演算）回路３５へ出力されるとともに、Ｄ／Ａ変換器３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂに対しても出力される。
【００２８】
Ｄ／Ａ変換器３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂでは、Ｒ，Ｇ，Ｂのデジタル画像信号が所定の周波数ｆ（＝１３．５ＭＨｚ）に従ってアナログ変換され、これによりＲ，Ｇ，Ｂに応じたアナログ映像信号が生成される。アナログのＲ，Ｇ，Ｂのアナログ映像信号は、そのまま外部へ出力されるとともに、Ｒ，Ｇ，Ｂカラーエンコーダ３３へ送られる。Ｒ，Ｇ，Ｂカラーエンコーダ３３では、アナログのＲ，Ｇ，Ｂ映像信号が、輝度信号および色差信号を多重化したコンポジット信号に変換され、映像信号として外部に出力される。また、Ｒ，Ｇ，Ｂカラーエンコーダ３３では、アナログのＲ，Ｇ，Ｂ画像信号がＳビデオ信号に変換され、映像信号として外部に出力される。
【００２９】
マトリクス回路３５では、Ｒ，Ｇ，Ｂのデジタル画像信号が、デジタルの輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ（＝Ｂ−Ｙ）、Ｃｒ（＝Ｒ−Ｙ）に変換される。輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒの標本化周波数の比は、それぞれ４対２対２となる。具体的には、輝度信号Ｙの標本化周波数ｆｙは、周波数ｆと同じ１３．５ＭＨｚであり、色差信号Ｃｂ、Ｃｒの標本化周波数ｆｃは、周波数ｆの半分の６．７５ＭＨｚである。このとき、デジタルの輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ，Ｃｒの１ライン分の有効サンプル数（画像を構成する画素の数）は、それぞれ７２０、３６０、３６０個であり、合計１４４０個となる。デジタルの輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒは、マルチプレクサ３６へ送られる。なお、標本化周波数の比「４：２：２」は、デジタルＴＶ規格に従って定められている。
【００３０】
図３に示すように、マルチプレクサ３６では、デジタルの輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒが、「Ｙ１、Ｃｂ１、Ｙ２、Ｃｒ１、Ｙ３、Ｃｂ２、Ｙ４、Ｃｒ２・・・」という順に並べられ、１系統に多重化される。このとき、１３．５×２＝２７ＭＨｚの周波数に従って多重化処理が実行される。そして、図４に示すように、多重化された輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒに対し、同期ワード発生回路３８（図２参照）から出力される同期ワードが付加される。すなわち、１ライン分の輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒのデータ列の前後に、同期ワードが付加される。また、デジタル映像信号に関しては、１ライン分の輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒのデータ列の間隔でデータ付加可能なブランキング期間（水平ブランキング期間）ＢＩが設けられており、マルチプレクサ３６では、ブランキング期間ＢＩを含むように多重化処理が施される。多重化された輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒは、パラレル／シリアル変換器３９へ送られる。
【００３１】
デジタルの輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒはそれぞれ、１０ビットのビット列からなり、ビデオプロセス回路１３内において１０本の信号線（バス）で伝送されている。パラレル／シリアル変換器３９（図２参照）では、１ビットずつデジタル映像信号を外部へ出力するため、ビット列の最下位ビット（ＬＳＢ）からのビットデータ読出しと最上位ビット（ＭＳＢ）へ向けての右シフト演算とが交互に実行される。これにより、デジタル映像信号が、レコーダ２５へシリアル伝送される。
【００３２】
さらに、本実施形態では、レコーダ２５に対する制御に関する制御データＤｃが、デジタル映像信号のブランキング期間ＢＩに付加（重畳）される。オペレータがレコーダ２５に動画像を記録するため画像記録スイッチボタン４４が押下すると、操作信号がシステムコントロール回路１４へ送られる。そして、制御信号がシステムコントロール回路１４からエンコーダ回路３７へ送られると、記録動作実行に関する制御データＤｃが、ブランキング期間ＢＩに付加されるように所定のタイミングでパラレル／シリアル変換器３９へ送られる。一方、録画終了のため画像記録スイッチボタン４４が押下されると、録画終了に関する制御データＤｃがブランキング期間ＢＩに付加される。
【００３３】
図５は、レコーダ２５のブロック図である。
【００３４】
レコーダ２５に入力されたシリアルデジタル映像信号は、シリアル／パラレル変換器２６においてパラレルデジタル映像信号に変換される。そして、パラレルデジタル映像信号は、ビデオデコーダ２７においてＲ，Ｇ，Ｂのアナログ映像信号に変換される。すなわち、ビデオデコーダ２７では、ビデオプロス回路１３、マルチプレクサ３５における処理と逆の処理が施される。Ｒ，Ｇ，Ｂの映像信号は、記録処理回路（図示せず）に送られる。
【００３５】
タイミング回路２８では、パラレルデジタル映像信号のデータ列のブランキング位置を検出するための検出信号がビデオデコーダ２７へ出力される。そして、この検出信号に基づき、ブランキング期間に付加された制御データＤｃがデジタル映像信号から分離され、ビデオデコーダ２７の動作を制御するデコーダ用システムコントロール回路（図示せず）に送られる。デコーダ用システムコントロール回路では、制御データから録画実行開始が検知され、デジタル映像信号を画像メモリ（図示せず）へ記録するための制御信号が出力される。これにより、動画像がレコーダ２５において記録される。画像記録終了の制御信号が検出されると、記録動作を終了する。
【００３６】
このように本実施形態によれば、ビデオスコープ４０に画像記録スイッチボタン４４が設けられ、デジタル映像信号を生成、出力するビデオプロセス回路１３内にエンコーダ回路３７が設けられている。画像記録スイッチボタン４４が押下されると、レコーダ２５の録画開始／終了を実行するための制御データＤｃがパラレル／シリアル変換器３９に所定のタイミングで送られ、ブランキング期間ＢＩに重畳される。レコーダ２５には、ビデオデコーダ２７およびタイミング回路２８が設けられており、タイミング回路２８からの検出信号に基づいて制御データＤｃがデジタル映像信号から分離され、制御信号Ｄｃに基づいてレコーダ２５が作動する。
【００３７】
本実施形態では、水平期間ＢＩに制御データＤｃが付加されるが、垂直ブランキング期間に制御データを付加してもよい。また、マルチプレクサ３６においてデジタル映像信号が多重化処理されるとき制御データを付加する構成にしてもよい。また、デジタル映像信号としては、ビットマップデータに応じた非圧縮のデジタル映像信号の代わりに、圧縮処理されたデジタル映像信号を出力してもよい。カラー撮像方式としては、面順次方式の代わりに単板同時式を適用してもよく、カラーテレビジョン方式としては、ＮＴＳＣ方式の代わりにＰＡＬ方式を適用してもよい。また、デジタル映像信号生成、出力過程における周波数は、上述した値に限定されない。
【００３８】
本実施形態では、画像記録スイッチボタン４４に対する操作によって制御データがレコーダ２５へ転送されるが、キーボード２０、パネルスイッチボタン１９に対する操作によって制御データを転送するようにしてもよい。また、本実施形態では、シリアルデータとしてデジタル映像信号を外部へ伝送しているが、それ以外のフォーマットで伝送してもよい。
【００３９】
周辺機器としては、デジタル映像信号入力可能な他の機器をレコーダ２５の代わりにプロセッサ１０へ接続する構成にしてもよい。この場合、接続される機器には、制御データを分離するためのタイミング回路２７が設けられる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、専用ケーブルを用いることなく、周辺機器を電子内視鏡装置の側で制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。
【図２】ビデオプロセス回路の詳細なブロック図である。
【図３】デジタル輝度信号・色差信号の多重化を示した図である。
【図４】デジタル映像信号のデータ列を示した図である。
【図５】レコーダのブロック図である。
【符号の説明】
１０ プロセッサ
１３ ビデオプロセス回路
１４ システムコントロール回路
１９ フロントパネルスイッチボタン
２０ キーボード
２５ レコーダ（周辺機器）
２７ ビデオデコーダ
２８ タイミング回路
３７ エンコーダ回路
４０ ビデオスコープ
４１ 撮像素子
４４ 画像記録スイッチボタン（操作部材）

Claims (8)

1. 撮像素子を有するビデオスコープと、ビデオスコープが接続されるプロセッサとを備えた電子内視鏡装置であって、
   前記撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、輝度信号・色差信号を含むデジタル映像信号を生成するとともに、１ライン分の映像信号データに対して同期ワードを付加し、また、１ライン分の映像信号データの間にデータ付加可能な水平ブランキング期間を含める信号処理手段と、
   前記電子内視鏡装置に接続される外部の周辺機器を制御するため、前記デジタル映像信号の中の前記水平ブランキング期間に前記周辺機器に対する制御データを付加する制御データ付加手段とを備え、
   前記信号処理手段が、前記制御データが付加された制御データ付きデジタル映像信号を前記周辺機器へ出力し、
   前記制御データ付加手段が、前記周辺機器の制御のために操作が行われると、前記制御データを付加することを特徴とする電子内視鏡装置。
2. 前記信号処理手段が、前記制御データ付きデジタル映像信号をシリアルのデジタル映像信号として出力することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
3. 前記周辺機器が、動画像を記録するレコーダであり、
   前記制御データが、動画像の録画開始／終了を示す制御データであることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
4. 前記電子内視鏡装置が、
   前記外部周辺機器の制御を実行するための操作部材と、
   前記操作部材に対する操作を検出する操作検出手段とをさらに有し、
   前記制御データ付加手段が、前記操作部材に対する操作を検出すると、前記制御データを付加することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
5. 前記操作部材が、前記プロセッサに接続されるキーボード、前記プロセッサのフロントパネルに設けられるフロントパネルスイッチボタンおよび前記ビデオスコープに設けられるスコープスイッチボタンのいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の電子内視鏡装置。
6. 請求項１に記載された周辺機器であって、
   前記制御データ付きデジタル映像信号から前記制御データを検出して分離する制御データ分離手段を備えたことを特徴とする周辺機器。
7. 撮像素子を有するビデオスコープと、ビデオスコープが接続されるプロセッサとを備えた電子内視鏡装置における内視鏡用画像信号処理装置であって、
   前記撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、輝度信号・色差信号を含むデジタル映像信号を生成するとともに、１ライン分の映像信号データに対して同期ワードを付加し、また、１ライン分の映像信号データの間にデータ付加可能な水平ブランキング期間を含める信号処理手段と、
   前記電子内視鏡装置に接続される外部の周辺機器を制御するため、前記デジタル映像信号の中の前記水平ブランキング期間に前記周辺機器に対する制御データを付加する制御データ付加手段とを備え、
   前記信号処理手段が、前記制御データが付加された制御データ付きデジタル映像信号を前記周辺機器へ出力し、
   前記制御データ付加手段が、前記周辺機器の制御のために操作が行われると、前記制御データを付加することを特徴とする内視鏡用画像信号処理装置。
8. 撮像素子を有するビデオスコープと、
   ビデオスコープが接続されるプロセッサと、
   前記プロセッサに接続され、制御データ分離手段を有する周辺機器と、
   前記撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、輝度信号・色差信号を含むデジタル映像信号を生成するとともに、１ライン分の映像信号データに対して同期ワードを付加 し、また、１ライン分の映像信号データの間にデータ付加可能な水平ブランキング期間を含める信号処理手段と、
   前記周辺機器を制御するため、前記デジタル映像信号の中の前記水平ブランキング期間に前記周辺機器に対する制御データを付加する制御データ付加手段とを備え、
   前記信号処理手段が、前記制御データが付加された制御データ付きデジタル映像信号を前記周辺機器へ出力し、
   制御データ分離手段が、前記制御データ付きデジタル映像信号から前記制御データを検出して分離し、
   前記制御データ付加手段が、前記周辺機器の制御のために操作が行われると、前記制御データを付加することを特徴とする電子内視鏡システム。

Images