JP4309605B2

JP4309605B2 - オートセンタリング機能を有する撮像装置

Info

Publication number: JP4309605B2
Application number: JP2001157489A
Authority: JP
Inventors: 義広江頭
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2021-05-25
Also published as: US6933977B2; JP2002354349A; US20040218060A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はビデオカメラや電子内視鏡等の撮像装置における被写体画像のオートセンタリング機能に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内視鏡等の小型・軽量の撮像装置は医療用、工業用に広く普及している。図７は内視鏡の概略構成を示す図である。内視鏡は、体内の体腔部等の狭い隙間に挿入し患部など被写体からの反射光を取り込むスコープ１１、プリズム１３（３板式のみ使用）及び撮像素子３を含むカメラヘッド１４、スコープ１１をカメラヘッドを結合するためのアダプター１２を構成要素として含んでいる。
【０００３】
従来、内視鏡等において、スコープ１１から得られる円状の被写体画像を表示画面の中心に合わせる位置合わせは、スコープ１１、アダプタ１２、プリズム１３（３板式のみ使用）、撮像素子３の光軸が一直線上になるように、取りつけ機構部に高精度部品を使用し、調整機構部品を調整することにより行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の内視鏡は、被写体画像を表示画面の中心に合わせるために、高精度部品を使用し、更に調整機構部品及び調整作業が必要なため、製品の製造コストが高い。又、スコープ、アダプターを交換した場合、スコープ、アダプターのばらつきにより、被写体画像が所望の位置である表示画面の中心からずれることがある。このように被写体画像が表示画面の所望の位置からずれている場合は、調整機構部品の再調整等を行う必要がある。
【０００５】
例えば、特開２００１−４６３３１号公報には、内視鏡の表示画像を拡大して表示するときに、拡大ノブの操作等により被写体画像にずれが生じた場合、被写体画像のずれに応じてスコープ先端の湾曲部を湾曲させ、ずれを補正する技術が開示されている。しかしこの公報には、被写体画像が表示画面の所望の位置からずれているときの補正方法についてはなんら開示されていない。
【０００６】
従って本発明は、光軸のずれにより被写体画像が表示画面の所望の位置に合わないときに、機構部品の調整を行うことなく被写体画像を表示画面の所望の位置に合うよう移動させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像装置は、光軸のずれにより被写体画像が表示画面の所望の位置に合わないときに、信号処理により被写体画像を表示画面の所望の位置に合うよう移動させる。撮像素子出力信号の輝度レベルの差により、被写体の位置を検出し、映像出力の同期信号に対し、被写体画像の開始位置を変化させ、表示画面の中心に合うよう移動する。
【０００８】
即ち本発明は、撮像素子を使用し、該撮像素子の受光面に被写体像を結像し該被写体像に対応する映像出力信号を提供する撮像装置において、被写体を撮像し被写体画像信号を含む撮像素子出力信号を提供する撮像素子と、前記撮像素子出力信号のレベルの差異を利用して前記被写体画像信号とそれ以外の信号との境界位置のアドレスを検出する境界検出手段と、前記境界検出手段により検出された前記境界位置のアドレスに基づいて、前記被写体像が表示画面の所望の位置に表示されるために必要なシフト量を算出するシフト量算出手段と、前記映像出力信号の同期信号を発生する同期信号発生手段と、前記同期信号発生手段から発生される水平及び垂直同期信号の位相を、前記シフト量算出手段により算出された前記シフト量に応じてシフトする同期信号シフト手段と、前記同期信号シフト手段によりシフトされた水平及び垂直同期信号に基づいて、前記撮像素子の駆動パルスを発生し、前記撮像素子を駆動する駆動パルス発生手段と、前記撮像素子から提供される前記撮像素子出力に、前記同期信号発生手段により発生される同期信号を付加し、前記映像出力信号として提供する同期信号付加手段とを具備する。
【０００９】
更に本発明の撮像装置は、前記撮像素子出力のブランキング部のノイズをマスクする手段を更に具備する
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明が適用される撮像装置の一実施形態としての内視鏡（３板式）の構成を示す図である。尚、プリズムが単板式でも本発明は適用可能である。
【００１２】
この内視鏡は、体内の体腔部等の狭い隙間に挿入され患部など被写体からの反射光を取り込むスコープ１１、プリズム１３（３板式）及び撮像素子３を含むカメラヘッド１４、スコープ１１をカメラヘッドを結合するためのアダプター１２、及びこのカメラヘッドの動作を制御し、スコープ１１を通り撮像素子３により撮像された画像を映像出力信号として表示部に提供するカメラコントロールユニット１５から構成され、カメラヘッド１４とカメラコントロールユニット１５はケーブル９により接続されている。
【００１３】
図２は図１の内視鏡に適用される本発明のオートセンタリング機能を実施する信号処理システムの構成を示すブロック図である。この実施形態では内視鏡に本発明を適用した例を示すが、本発明はこれに限らず、ビデオカメラ等様々な撮像装置に適用することが可能である。
【００１４】
図２に示すように、本システムはアドレス検出部１、シフト量算出部２、撮像部３、ブランキングノイズマスク回路４、シフト回路５、同期信号付加部６、同期信号パルス発生器７、撮像素子駆動パルス発生器８から構成される。このシステムは図３（ａ）のように撮像素子３を除き、図１のカメラコントロールユニット１５内に設けることができ、又、撮像素子３及び撮像素子駆動パルス発生器８をカメラヘッド１４に設け、他の構成ブロックをカメラコントロールユニット１５内に設けてもよい。更にこのシステムは図３（ｂ）のように、全ての構成ブロックを一体構造のカメラ１６内に設けることもできる。
【００１５】
次に図２に示すシステムの動作を説明する。スコープ１１をアダプタ１２を介してカメラヘッド１４に取り付けた状態で、スコープ先端から光を入射し、表示画面に円状画像を表示する。図４（ａ）は表示部の表示画面１０に表示された円状画像１０ａを示す。Ｈは表示画面１０の水平方向サイズ、Ｖは垂直方向サイズである。図４（ａ）の場合、円状画像１０ａの中心が表示画面１０の中心に対して右下にずれている。
【００１６】
先ずアドレス検出動作について説明する。アドレス検出部１は撮像素子移動駆動パルス発生器８から入力される水平及び垂直同期信号ＨＤ’、ＶＤ’、及び撮像素子３の出力画素クロックを基に、撮像素子３から供給される各出力信号（画素信号）の表示画面におけるアドレスを生成する。アドレス検出部１は又、撮像素子３の出力信号振幅とスレッシュ値ＴＨとを比較し、被写体画像信号（円状画像１０ａ）とそれ以外の信号との境界位置を検出する。更にアドレス検出部１は、図４（ａ）のように振幅がＴＨを超える信号の水平方向最小アドレスＨＭＩＮ，最大アドレスＨＭＡＸ、及び垂直方向の最小アドレスＶＭＩＮ，最大アドレスＶＭＡＸを検出する。
【００１７】
次にシフト量算出動作について説明する。シフト量算出部２は円状画像１０ａの水平方向シフト量ΔｔＨ及び垂直方向シフト量ΔｔＶを以下のように求める。前述したようにＨは水平方向画像サイズ、Ｖは垂直方向画像サイズである。
【００１８】
ΔｔＨ：（Ｈ／２）−（ＨＭＡＸ＋ＨＭＩＮ）／２
ΔｔＶ：（Ｖ／２）−（ＶＭＡＸ＋ＶＭＩＮ）／２
水平方向シフト量ΔｔＨは、例えば”（Ｈ／２）−（ＨＭＡＸ＋ＨＭＩＮ）／２”に撮像素子３の出力画素クロックの周期を乗じた時間である。又、垂直方向シフト量ΔｔＨは、例えば”（Ｖ／２）−（ＶＭＡＸ＋ＶＭＩＮ）／２”に水平同期信号ＨＤ’の周期を乗じた時間である。
【００１９】
次に位相シフト動作について説明する。シフト回路５は、同期信号パルス発生器７から出力される水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤを、前述の水平方向及び垂直方向シフト量（ΔｔＨ、ΔｔＶ）分位相を変化させ、水平同期信号ＨＤ’、垂直同期信号ＶＤ’を発生し、撮像素子駆動パルス発生器８に出力する。撮像素子駆動パルス発生器８は、この水平及び垂直同期信号ＨＤ’、ＶＤ’に同期した撮像素子駆動パルスを発生し、撮像素子３を駆動する。
【００２０】
同期信号パルス発生器７は、ＮＴＳＣ方式やＰＡＬ方式等の同期信号ＳＹＮＣを同期信号付加部６に出力する。同期信号付加部６は同期信号ＳＹＮＣを撮像素子３から得られる映像信号に付加する。これにより、撮像素子３の出力信号と映像出力信号の位相はΔｔＨ、ΔｔＶだけずれる。尚、撮像素子３の出力信号にはブランキング部分にノイズがあるため、撮像素子出力のブランキング部分を黒レベルと同レベルに置換する。
【００２１】
図５は未処理の映像信号波形及び本発明により処理された映像信号波形を示す。図５（ａ）は本発明の位相シフト処理が施されなかった場合の撮像素子３の出力信号波形であって、円状画像１０ａを含む映像信号にブランキング部のノイズＮＢが重畳している。ｔＤは映像表示期間である。従って、ブランキング部のノイズＮＢは画面には現れない。
【００２２】
しかし上記位相シフト処理を施すと、図５（ｂ）のように位相がシフトし、ブランキング部のノイズＮＢが表示期間ｔＤの中に含まれるようになり、ノイズＮＢが表示されてしまう。従ってブランキングノイズマスク回路４は、このノイズＮＢを図５（ｃ）に示すように除去する。図５（ｄ）は映像出力信号を示し、ノイズ除去された映像信号にＮＴＳＣやＰＡＬ方式での同期信号（この例では水平同期信号ＨＳ）が、同期信号付加部６により付加されている。
【００２３】
以上の結果、図４（ａ）のように中心が表示画面１０の中心に対してずれている円状画像１０ａは、図４（ｂ）のように所望の位置である表示画面１０の中心近傍にシフトされ、ノイズのない映像が表示される。
【００２４】
このように本発明によれば、スコープ１１とカメラヘッド１４との結合部に高精度部品を使用する必要がないのでコストが削減でき、無調整でスコープとカメラ本体を結合できるので製造性を向上することができる。又、スコープ１１、アダプター１２を交換したとき、スコープ、アダプターの寸法誤差等のバラツキを吸収できる。又、画像拡大機能を有し、表示画面の中心を拡大の中心として拡大する内視鏡の場合、被写体画像が表示画面中心からずれていると、画像を拡大したとき被写体画像のずれは更に拡大する。例えば観察対象（例えば患部）の画像が被写体画像中心にあるが、被写体画像中心が表示画面中心からずれている場合、画像を３倍にすると、観察対象画像のずれも３倍となり、観察対象画像が表示画面に収まらなくなる場合がある。しかし本発明によれば、このような拡大を行った場合でも、被写体画像のずれの影響はない。
【００２５】
次に本発明によるオートセンタリング機能を実施するシステムの第２の実施形態を説明する。この実施形態では、表示画面１０に表示される円状画像１０ａの位相シフトがメモリを用いて行なわれる。
【００２６】
図６は本実施形態に係るシステムの構成を示すブロック図である。撮像素子駆動パルス発生器８は同期信号パルス発生器７から出力される水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤを基に撮像素子駆動パルスを発生し、撮像素子３を駆動する。撮像素子３は撮像素子の受光面に結像した画像に対応するアナログ映像信号を出力する。Ａ／Ｄコンバータ１６は撮像素子３から出力されたアナログ映像信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル映像信号を出力する。このデジタル映像信号はメモリ１７に制御部（図示せず）の制御の下に記録される。
【００２７】
アドレス検出部１は第１の実施形態と同様に、撮像素子３からの映像信号の振幅値とスレッシュ値ＴＨとを比較し、円状画像１０ａの水平方向最小アドレスＨＭＩＮ，最大アドレスＨＭＡＸ、及び垂直方向の最小アドレスＶＭＩＮ，最大アドレスＶＭＡＸを取得する。
【００２８】
読出し位置算出部１８は、前述のシフト量算出部２のように円状画像１０ａの水平及び垂直方向アドレスシフト量ΔａＨ、ΔａＶを以下のように算出する。
【００２９】
ΔａＨ＝（Ｈ／２）−（ＨＭＡＸ＋ＨＭＩＮ）／２
ΔａＶ＝（Ｖ／２）−（ＶＭＡＸ＋ＶＭＩＮ）／２
更に読出し位置算出部１８は、メモリ１７に書き込まれた１画面分の映像データを、水平及び垂直方向アドレスシフト量ΔａＨ、ΔａＶだけ、読出しアドレスをシフトしてメモリ１７から読み出す。メモリ１７から読出された映像データはＤ／Ａコンバータ１９によりＤ／Ａ変換され、同期信号付加部６により同期信号ＳＹＮＣが付加される。これにより、映像出力の位相は、このような読出し位置補正を行わない場合に比べΔａＨ、ΔａＶだけずれる。
【００３０】
読出し開始タイミングをずらすことにより、映像データが書き込まれれていない領域のデータが、映像データとして出力されてしまう。従ってそのような領域のデータは、黒レベルと同レベルの固定値に置換してメモリより出力される。
【００３１】
同期信号付加部６はメモリ１７から入力される映像信号に同期信号ＳＹＮＣを付加し、映像出力信号として提供する。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、スコープとカメラ本体との結合部に高精度部品を使用する必要がないのでコストが削減でき、無調整でスコープとカメラ本体を結合できるので製造性を向上することができる。又、複数のスコープを取り替えて使用する場合のばらつきを吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される内視鏡の構成を示す図。
【図２】図１に示す内視鏡の信号処理システムの構成を示すブロック図。
【図３】図２に示す信号処理システムの具体的構成を示すブロック図。
【図４】表示画面に表示された円状画像１０ａを示す図。
【図５】未処理の映像信号波形及び本発明により処理された映像信号波形を示す。
【図６】第２の実施形態に係るシステムの構成を示すブロック図。
【図７】内視鏡の概略構成を示す図。
【符号の説明】
１…アドレス検出部、２…シフト量検出部、３…撮像素子、４…ブランキングノイズマスク回路、５…シフト回路、６…同期信号付加部、７…同期信号パルス発生器、８…撮像素子駆動パルス発生器、９…ケーブル、１０…表示画面、１１…スコープ、１２…アダプタ、１３…プリズム、１４…カメラヘッド、１５…カメラコントロールユニット。

Claims

撮像素子を使用し、該撮像素子の受光面に被写体像を結像し該被写体像に対応する映像出力信号を提供する撮像装置において、
被写体を撮像し被写体画像信号を含む撮像素子出力信号を出力する撮像素子と、
前記撮像素子出力信号のレベルの差異を利用して前記被写体画像信号とそれ以外の信号との境界位置のアドレスを検出する境界検出手段と、
前記境界検出手段により検出された前記境界位置のアドレスに基づいて、前記被写体像が表示画面の所望の位置に表示されるために必要なシフト量を算出するシフト量算出手段と、
前記映像出力信号の同期信号を発生する同期信号発生手段と、
前記同期信号発生手段から発生される水平及び垂直同期信号の位相を、前記シフト量算出手段により算出された前記シフト量に応じてシフトする同期信号シフト手段と、
前記同期信号シフト手段によりシフトされた水平及び垂直同期信号に基づいて、前記撮像素子の駆動パルスを発生し、前記撮像素子を駆動する駆動パルス発生手段と、
前記撮像素子から提供される前記撮像素子出力に、前記同期信号発生手段により発生される同期信号を付加し、前記映像出力信号として提供する同期信号付加手段と、
を具備することを特徴とする撮像装置。
前記シフト量算出手段は、水平方向シフト量ΔｔＨ及び垂直方向シフト量ΔｔＶを次式、
ΔｔＨ：（Ｈ／２）−（ＨＭＡＸ＋ＨＭＩＮ）／２
ΔｔＶ：（Ｖ／２）−（ＶＭＡＸ＋ＶＭＩＮ）／２
Ｈ：水平方向画像サイズ
Ｖ：垂直方向画像サイズ
ＨＭＩＮ：水平方向の最小アドレス
ＨＭＡＸ：水平方向の最大アドレス
ＶＭＩＮ：垂直方向の最小アドレス
ＶＭＡＸ：垂直方向の最大アドレス
により求めることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記撮像素子出力信号のブランキング部のノイズをマスクする手段を更に具備することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。