JP4360813B2

JP4360813B2 - 電子内視鏡装置

Info

Publication number: JP4360813B2
Application number: JP2003064456A
Authority: JP
Inventors: 康紀森
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2023-03-11
Also published as: JP2004267580A

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を備えた電子内視鏡装置に関し、特に、モニタ等に表示される被写体像の明るさを調整するための明るさ調整処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子内視鏡装置では、被写体を照明する光の光量を調整するため、ライトガイドと光源との間に絞りが設けられており、モニタに映し出される被写体像の明るさが適正となるように自動調光処理が行われる。ここで、胃など内壁空間が大きい器官の場合、観察部位に対して照明光が不足し、十分な映像信号出力を得ることができない場合がある。このような照明光不足を解消するため、例えば、ＣＣＤなど撮像素子の電荷蓄積時間を調整して出力信号を増加させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−７００７１号公報（図４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
撮像素子の電荷蓄積時間を長くした場合、観察部位自体の動きあるいはビデオスコープを保持するオペレータの手ブレ等に起因する被写体像のブレが増大し、画質が劣化する。また、撮像素子の出力信号に対する増幅度を増加させると信号ノイズが増大し、あるいは光源ランプの出力光量を上げると加熱、コストアップ等の問題が生じる。
【０００５】
そこで本発明では、照明光が十分届かない部位を観察する場合においても、観察するのに十分な明るさをもつ被写体像を得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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子内視鏡装置は、撮像素子とカラーフィルタを備えた電子内視鏡装置であり、撮像素子は、複数の画素から構成される受光面に被写体像が結像され、被写体像に応じた一連の画素信号を発生させる。また、カラーフィルタは、撮像素子の受光面上に設けられ、特定の波長の光をそれぞれ透過させる複数の色要素から構成され、一連の画素信号は複数の色要素に従って発生する。例えば、単板方式の場合、モザイク状の原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）カラーフィルタあるいは補色（Ｇ，Ｃｙ，Ｍｇ、Ｙｅ）カラーフィルタが撮像素子に設置される。あるいは、３板方式など多板方式の場合、撮像素子の数に応じてカラーフィルタが用意される。好ましくは、複数の色要素が隣接しながら一連の画素に対向するように配置されるカラーフィルタが使用される。すなわち、単板方式に従ってモザイク状のカラーフィルタを使用される。電子内視鏡装置では、撮像素子から読み出される画素信号に基づいて映像信号が生成され、モニタなどの表示装置に出力されると、被写体像がカラー画像として表示される。
【０００７】
本発明の電子内視鏡装置は、一連の画素信号に関し、複数の色要素ごとに加算処理を施す信号加算手段を備える。加算処理が施されると全体的に画素信号の輝度レベルが増加し、その結果、十分な明るさをもつ被写体像が表示装置に表示される。
【０００８】
解像度の低下を防ぎながら被写体像の明るさを維持するため、信号加算手段は、複数の色要素ごとに隣接する画素信号に対して加算処理を施すことが好ましい。撮像素子における蓄積電荷の転送方式に従い、例えば、信号加算手段は、撮像素子の水平方向ラインに従って加算処理を施す。
【０００９】
電気的に拡大表示すると解像度が低下することから、電子内視鏡装置は、拡大表示する場合、加算処理を実行させない加算処理停止制御手段をさらに有することが好ましい。
【００１０】
本発明の内視鏡用信号処理装置は、複数の画素から構成される受光面に被写体像が結像され、被写体像に応じた一連の画素信号を発生する撮像素子と、撮像素子の受光面上に設けられ、それぞれ特定の波長の光を選択的に透過させる複数の色要素から構成され、複数の色要素に従って一連の画素信号が発生するように配設されるカラーフィルタとを備えた電子内視鏡装置用の信号処理装置であって、撮像素子から読み出される一連の画素信号に関し、複数の色要素ごとに加算処理を施す信号加算手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態である電子内視鏡装置について説明する。
【００１２】
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。
【００１３】
電子内視鏡装置は、ＣＣＤ１２を有するビデオスコープ１０と、撮像素子から読み出される画像信号を処理するプロセッサ２０と、被写体像を表示するモニタ５２とを備える。ビデオスコープ１０はプロセッサ２０に着脱自在に接続され、プロセッサ２０にはモニタ５２とともにキーボード５０が接続される。手術、検査が開始されると、ビデオスコープ１０はプロセッサ２０に接続され、胃など観察部位に向けて体内へ挿入される。
【００１４】
ランプ２４から放射された光は、集光レンズ２６を介してビデオスコープ１０内に設けられた光ファイバー束１３の入射端１３ａに入射する。光ファイバー束１３は、ランプ２４から放射される光を観察部位のあるビデオスコープ１０の先端側へ光を伝達し、光ファイバー束１３を通った光は出射端１３ｂから出射する。これにより、観察部位Ｓに照明光が照射される。
【００１５】
観察部位Ｓで反射した光は、対物レンズ（図示せず）、カラーフィルタ１１を通ってＣＣＤ１２の受光面に到達し、これにより観察部位Ｓの被写体像がＣＣＤ１２の受光面に形成される。本実施形態では撮像方式として単板式が適用されており、ＣＣＤの受光面の上にはレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の色要素からなる原色のカラーフィルタ１１が配設された同時方式が適用されている。ＣＣＤ１２では、カラーフィルタ１１を通る色に応じた被写体像の画像信号が光電変換により発生し、所定時間間隔ごとに１フレームもしくは１フィールド分の画像信号が順次読み出される。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、１／３０（１／６０）秒間隔ごとに１フレーム（１フィールド）分の画像信号が順次読み出され、初期処理回路１９へ送られる。
【００１６】
初期処理回路１９では、読み出された画像信号に対して増幅処理が施されるとともに、アナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル化された画像信号はＤＳＰ（Digital Signal Processor）により構成されたスコープ側信号処理回路１６へ送られ、後述する加算処理が施される。該加算処理された画像信号はプロセッサ２０のプロセッサ側信号処理回路４４へ送られる。
【００１７】
プロセッサ側信号処理回路４４では、Ｒ，Ｇ，Ｂゲインコントロールやガンマ補正など様々な処理が画像信号に対して施され、輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｂ、Ｃｒが生成される。輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｂは、それぞれＹメモリ３７Ａ、Ｒ−Ｙメモリ３７Ｂ、Ｂ−Ｙメモリ３７Ｃに一時的に格納され、ビデオ処理回路４１へ送られる。ビデオ処理回路４１では、輝度信号Ｙ、色差信号Ｃｂ、ＣｒがＮＴＳＣ信号などの映像信号に変換され、モニタ５２へ出力される。これにより、被写体像がモニタ５２にリアルタイムで表示される。
【００１８】
プロセッサ制御部３６はプロセッサ２０全体を制御し、ビデオ処理回路４１、プロセッサ側信号処理回路４４などの各回路に制御信号を出力する。タイミング回路４２では、信号処理タイミングを調整するクロックパルスがプロセッサ２０内の各回路に出力され、また、映像信号に付加される同期信号がビデオ処理回路４１に送られる。
【００１９】
ライトガイド１３の入射端１３ａと集光レンズ２６との間には被写体Ｓに照射する照明光量を調整するための絞り２２が設けられており、絞り調整回路３４の制御によって開閉し、被写体Ｓへ照射される光の光量調整が行われる。
【００２０】
ビデオスコープ１０内には、ビデオスコープ１０全体を制御するスコープ制御部１５と、ビデオスコープ１０の特性に関するデータがあらかじめ記憶されているメモリ１４とが設けられている。スコープ制御部１５は、スコープ側信号処理回路１６に対して制御信号を送るとともに、適宜メモリ１４からデータを読み出す。ビデオスコープ１０がプロセッサ２０に接続されると、スコープ制御部１５とプロセッサ制御部３６との間でデータが伝送され、スコープ特性に関するデータがプロセッサ２０へ送られる。
【００２１】
モニタ５２に表示されている被写体像の一部を電気的に拡大表示する場合、キーボード５０に対してオペレータが所定の操作を行う。オペレータが拡大表示のために操作を行った場合、操作に応じてプロセッサ制御部３６がプロセッサ信号処理回路４４に対して制御信号を送る。プロセッサ側信号処理回路４４では、拡大表示画像が表示されるように信号処理が施される。
【００２２】
図２は、カラーフィルタ１１の一部を示した図であり、図３は、画像信号に対する加算処理を示した図である。
【００２３】
図２のカラーフィルタ１１上では、それぞれ赤色、緑色、青色に応じた波長の光のみを透過させる色要素Ｒ，Ｇ，Ｂが交互に並んで配置されており、各色要素はＣＣＤ１２の各画素に対応する位置に配置されている。本実施形態では、水平方向に沿って１ラインずつ電荷転送する電荷転送方式が適用されており、ＣＣＤ１２において受光により電荷が蓄積されると１ラインごとに電荷が転送される。
そして、初期処理回路１９を介してデジタル化された画像信号がスコープ側信号処理回路１６へ送られると、各画素に応じた画素信号ごとにメモリに一時的に格納される。以下では、各画素信号をラインごとに“Ｒ０１”、“Ｇ０１”、“Ｂ０１”・・・、“Ｒ１１”、“Ｇ１１”、“Ｂ１１”と表す。一連の画素信号は、カラーフィルタ１１の色要素Ｒ，Ｇ，Ｂいずれかに対応する。なお、スコープ側信号処理回路１６に入力される画素信号は８ビットデータとして入力され、スコープ側信号処理回路１６では１６ビットデータとして取り扱われる。
【００２４】
スコープ側信号処理回路１６では、オペレータが拡大表示のための操作を行った場合を除いて、図３に示されるような同一の色要素であって隣接する画素信号が加算される加算処理が常時行われる。例えば、ＣＣＤ１２の第１ラインの色要素（Ｒ）に応じた画素信号に関しては、画素信号“Ｒ０１”と画素信号“Ｒ０２”、画素信号“Ｒ０２”と“Ｒ０３”、・・・“Ｒ０ｊ”と“Ｒ０ｊ＋１”（ｊは正の整数）とが順次加算される。加算された画素信号を、以下ではそれぞれ“Ｒ₀₁₂”、“Ｒ₀₂₃”、・・・と表す。グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の色要素に関しても同様に加算処理が施され、画素信号“Ｇ₀₁₂”“Ｂ₀₁₂”、・・・が生成される。第２ラインの画素信号に関しても同様に加算処理が施され、図３に示すように、画素信号“Ｒ１１”と“Ｒ１２”、“Ｇ１１”と“Ｇ１２”、・・・が加算され、画素信号“Ｒ₁₁₂”、“Ｇ₁₁₂”、・・・が生成される。加算された画素信号に基づいて輝度信号Ｙおよび色差信号Ｃｂ、Ｃｒが生成され、映像信号がモニタ５２へ出力される。
【００２５】
図４は、加算処理停止の制御フローチャートを示した図である。
【００２６】
ステップＳ１０１では、被写体像を電気的拡大表示するためにキーボード５０が操作されたか否かが判断される。拡大表示のためキーボード５０が操作されたと判断された場合、ステップＳ１０２へ進む。一方、キーボード５０は操作されていないと判断された場合、繰り返しステップＳ１０１が実行される。
【００２７】
ステップＳ１０２では、加算処理がスコープ側信号処理回路１６で実行されないように、プロセッサ制御部３６がスコープ制御部１５へ制御信号を送る。そして、スコープ制御部１５が加算処理を実行させないための制御信号をスコープ側信号処理回路１６へ送る。その結果、加算処理されていない画像信号に基づいて被写体像が拡大表示される。
【００２８】
このように本実施形態によれば、加算処理がスコープ側信号処理回路１６において実行される。その結果、各画素信号の輝度レベルが増加し、十分な明るさをもつ被写体像がモニタ５２に表示される。また、拡大表示を実行する場合には加算処理を実行させないため、拡大表示しても解像度が低下しない。
【００２９】
なお、拡大表示に関しては、キーボード５０の操作の代わりに拡大表示用のズームボタンをビデオスコープ１０に設け、ズームボタンの操作に応じて拡大表示させるようにしてもよい。
【００３０】
原色カラーフィルタの代わりに、グリーン（Ｇ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍｇ）イエロー（Ｙ）の色要素からなる補色カラーフィルタを適用してもよい。この場合、各色要素に応じて加算処理が施される。さらに、同時方式の代わりに面順次方式を適用してもよい。この場合、隣接する画素信号を対象に加算処理が施される。
【００３１】
本実施形態では水平方向ラインに沿って隣接する画素信号を対象に加算処理が施されているが、垂直方向ラインに沿って隣接する画素信号に対して加算処理を施すように構成してもよい。
【００３２】
本実施形態では加算処理はビデオスコープ１０内で実行されているが、プロセッサ２０内で加算処理を実行するように構成してもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、照明光が十分届かない部位を観察する場合においても、観察するのに十分な明るさをもつ被写体像を得ることができる。
【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】カラーフィルタの一部を示した図である。
【図３】加算処理を示した図である。
【図４】加算処理停止の制御フローチャートを示した図である。
【符号の説明】
１０ビデオスコープ
１１カラーフィルタ
１２ＣＣＤ（撮像素子）
１６スコープ側信号処理回路
２０プロセッサ

Claims

複数の画素から構成される受光面に被写体像が結像され、被写体像に応じた一連の画素信号を発生する撮像素子と、
前記撮像素子の前記受光面上に設けられ、それぞれ特定の波長の光を選択的に透過させる複数の色要素から構成され、前記複数の色要素に従って前記一連の画素信号が発生するように配設されるカラーフィルタと、
前記一連の画素信号に関し、前記複数の色要素ごとに加算処理を施す信号加算手段と、
オペレータの所定の操作によって被写体像を電気的に拡大表示する場合、加算処理を実行させない加算処理停止制御手段と
を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
前記信号加算手段が、前記複数の色要素ごとに隣接する画素信号に対して加算処理を施すことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
前記信号加算手段が、前記撮像素子の水平方向ラインに従って加算処理を施すことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
前記複数の色要素が隣接しながら前記一連の画素に対向するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。