JP4648577B2

JP4648577B2 - 電子内視鏡装置

Info

Publication number: JP4648577B2
Application number: JP2001181280A
Authority: JP
Inventors: 昭博高橋
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: JP2002369796A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スコープの可撓管先端部から被写体像に対応するビデオ信号を得、プロセッサにより映像信号処理を行い、モニタ装置によりビデオ信号に基づいて被写体像を再現する電子内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような電子内視鏡装置においては、スコープの先端にＣＣＤイメージセンサが設けられ、このＣＣＤイメージセンサは対物レンズ系と組み合わせられる。またスコープ内には光ファイバ束からなるライトガイドが挿通させられており、スコープの基端側に接続されたプロセッサ内の光源ランプから、このライトガイドを介してスコープ先端に照明光が供給される。患者の体腔内へスコープが挿入された時、対物レンズ系の前方がライトガイドの先端側端面から射出する照明光によって照明され、光学像がＣＣＤイメージセンサの受光面に結像され、そこで光電変換されて撮像信号として出力される。撮像信号はプロセッサの映像信号処理回路へ送られ、この撮像信号に基づいてビデオ信号が生成される。さらにビデオ信号はモニタ装置に対して出力され、そこで被写体像がモニタ画面上に再現される。
【０００３】
通常、モニタ画面上での色再現特性や輝度の階調特性を良好に保つために撮像信号にはγ補正処理が施される。近年ではこのγ処理回路として従来のアナログ信号処理回路に替わってデジタル信号処理回路が用いられ、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）やプログラミング自在なＰＬＤ（Programmable Logic Device）等の集積回路に内臓のメモリ、またはルックアップテーブルメモリにγ補正係数データを格納し、撮像信号をＡ／Ｄ変換して得られる８〜１０ビットのデジタル輝度値に、それぞれ対応するγ補正係数をメモリから読み出して乗算することによってγ補正を行っている。
【０００４】
一般に、消化器官等の円筒状部位の内部を進みながら撮影するときには中央部が暗く周辺部が明るいというコントラストの強い映像が得られる。このためメモリには広範囲にわたる輝度値に対応したγ補正係数を格納する必要がある。しかし、被写体をズーミングにより拡大表示した場合など１フレーム内での輝度差が相対的に小さい映像に対しては、上記γ補正係数データのうち一部だけが使用されてその他のγ補正係数は用いられず無駄になることが多い。特に、操作者の好みに応じて特性のそれぞれ異なる複数組のγ補正データを格納する場合にはデバイス効率は悪化するという問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、γ補正係数を格納するメモリを効率よく利用すると共に、色再現性の良好な映像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、固体撮像素子と、焦点距離が可変な撮影光学系とを有するスコープと、撮影光学系の焦点距離を制御するズーム手段と、固体撮像素子から出力された撮像信号の輝度値に所定のγ補正係数を乗算して階調特性を改善するγ補正回路と、複数組のγ補正係数データを記憶する記憶手段と、ズーミングを検出する検出手段と、検出手段による検出結果に応じてγ補正回路のγ補正係数データを切替える係数切替手段と、γ補正された撮像信号に基づいてビデオ信号を生成するビデオ信号生成手段とを有するプロセッサと、プロセッサにより出力されたビデオ信号に基づいて、画面に被写体像を再現するモニタ装置とを備えることを特徴とする。
【０００７】
電子内視鏡装置において、具体的には記憶手段が、ズーミングの設定解除時に選択され輝度値の全範囲に対応した複数組のγ補正係数データを格納する第１γ補正係数用メモリと、ズーミングの設定時に選択され輝度値の所定範囲にのみ対応した複数組のγ補正係数データを格納する第２γ補正係数用メモリとを備える。
【０００８】
また、本発明による電子内視鏡装置のプロセッサは、固体撮像素子と、焦点距離が可変な撮影光学系とを有するスコープが接続され、撮影光学系の焦点距離を制御するズーム手段と、固体撮像素子から出力された撮像信号の輝度値に所定のγ補正係数を乗算して階調特性を改善するγ補正回路と、複数組のγ補正係数データを記憶する記憶手段と、ズーミングを検出する検出手段と、検出手段による検出結果に応じてγ補正回路のγ補正係数データを切替える係数切替制御手段と、γ補正された撮像信号に基づいてビデオ信号を生成するビデオ信号生成手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は本発明による電子内視鏡装置の実施形態を示すブロック図である。電子内視鏡装置は、可撓管を有するスコープ１０と、スコープ１０に着脱自在なプロセッサ１００と、プロセッサ１００に接続されるモニタ装置２００とを備える。スコープ１０には光ファイバ束から成る光ガイド部材１２がスコープ先端部１０ａにまで挿通しており、光ガイド部材１２の基端側はスコープ１０のプロセッサ１００への装着時にプロセッサ１００に設けられた光源１０２に光学的に接続される。これにより、光源１０２からの照明光は光ガイド部材１２によってスコープ先端部１０ａへ導かれ、前方の被写体、例えば内臓器官Ｘが照明される。
【００１１】
スコープ先端部１０ａには固体撮像素子例えばＣＣＤから成る撮像センサ１４が設けられ、この撮像センサ１４にはＣＣＤと組み合わされた対物レンズ系１６が包含される。スコープ１０はズーム機能およびオートフォーカス機能を備える。具体的には、対物レンズ系１６は複数のレンズから成り、その中に含まれる可動レンズがプロセッサ１００のズーム／フォーカス制御回路１１４により駆動されて光軸方向における相対位置を変化させ、これにより焦点位置および像倍率が変更される。スコープ１０にはズーミングを行うためのズームダイヤル１８が設けられ、ズームダイヤル１８はズーム／フォーカス制御回路１１４に電気的に接続される。
【００１２】
本実施形態ではカラー画像を再現するために同時方式が採用され、白色照明光により照明された被写体の光学像が対物レンズ系１６によりＣＣＤの受光面に結像させられる。ＣＣＤに結像された光学的被写体像は、撮像センサ１４により１フレーム分のアナログ撮像信号に光電変換され、スコープ１０のコネクタ部２０に内蔵されたドライブ／プロセス回路２２によって撮像センサ１４から順次読み出される。
【００１３】
撮像センサ１４から読み出されたアナログ撮像信号は、ドライブ／プロセス回路２２において、撮像センサ１４の特性やスコープ１０の光学特性に応じた処理、例えばクランプ処理やサンプルホールド処理、γ補正処理、ホワイトバランス補正処理および増幅処理等が施され、輝度信号および色差信号からなるコンポーネントデジタル信号に変換されて、プロセッサ１００の映像信号処理回路１０４に順次出力される。
【００１４】
コネクタ部２０に設けられた読出し専用メモリ（ＲＯＭ）２６にはスコープ１０の固有の光学的特性に関する情報が格納される。スコープ１０は高精密部品から構成されるので、僅かな機械的誤差であっても個々のスコープ１０の光学的特性に大きく影響する。このため、スコープ１０側にデータを持たせ、スコープ１０の交換の際にプロセッサ１００側で各スコープ１０の光学的特性に応じた調整作業を行う必要がないように構成している。
【００１５】
プロセッサ１００の映像信号処理回路１０４においては、輝度信号成分に操作者の好みに応じたγ補正を行うために再度γ補正処理が施され、γ補正された輝度信号に色差信号および復号同期信号を多重したＮＴＳＣ方式のコンポジットビデオ信号などのアナログカラービデオ信号が生成される。
【００１６】
アナログカラービデオ信号はプロセッサ１００からモニタ装置２００やＶＣＲなどの記録装置３００に出力される。モニタ装置２００ではアナログカラービデオ信号に基づいて画面上に被写体像が再現され、また記録装置３００では静止画または動画としてアナログカラービデオ信号が記録される。プロセッサ１００にはキーボード４００が接続され、このキーボード４００から入力された患者名や図示しないタイマ回路から得られる観察日時等の文字情報はシステムコントロール回路１０６により文字パターン信号に変換されて映像信号処理回路１０４に出力され、ここでコンポーネントデジタル信号に付加される。これにより、モニタ装置２００の画面上には光学的被写体像の再現画像と共に文字情報が表示される。
【００１７】
システムコントロール回路１０６はプロセッサ１００の全動作を制御するマイクロコンピュータであり、ＣＰＵ、種々のルーチンを実行するためのプログラムやパラメータを格納するＲＯＭ、データ等を一時的に格納するＲＡＭを備える。
【００１８】
プロセッサ１００は自動調光機能を備える。詳述すると、プロセッサ１００は、映像信号処理回路１０４から出力された１フレーム分の撮像信号の平均輝度レベルを算出し、この平均輝度レベルに基づいて、光源１０２と光ガイド部材１２の入射端面との間には設けられた絞り１１２の開度を適正なものに調整する。これにより光量が自動的に調節される。
【００１９】
また、プロセッサ１００にはコントラスト方式のオートフォーカス機能が設けられる。具体的には、ズーム／フォーカス制御回路１１４により可動レンズを動かし、フォーカス検出回路１０８により映像信号処理回路１０４から出力された撮像信号から特定周波数成分の振幅の変化量を検出する。システムコントロール回路１０６は、フォーカス検出回路１０８の検出結果に基づいて信号振幅が最大値を取るときに合焦であると判定する。
【００２０】
オートフォーカス機能や自動調光機能などは、プロセッサ１００の表面に設けられたパネルスイッチ１１０により設定または解除される。
【００２１】
図２は、映像信号処理回路１０４の詳細を示すブロック図である。スコープ１０から入力された１フレーム分のデジタル輝度信号は、γ補正回路１２０によりγ補正された後、輝度信号用メモリ（Ｙメモリ）１４０に格納される。対応する１フレーム分のデジタル色差信号は色差信号用メモリ（Ｒ−Ｙ／Ｂ−Ｙメモリ）１４２に格納される。両メモリ１４０および１４２に格納された輝度信号および色差信号は同時にエンコーダ１４４に読み出され、ここで同期信号が付加されてＮＴＳＣコンポジットビデオ信号に変換される。
【００２２】
γ補正回路１２０は標準倍率用のγ補正係数データを３組分だけ格納する第１γ補正用メモリ１２２Ａと、ズーミングを行った拡大倍率用のγ補正係数データを４組分だけ格納する第２γ補正用メモリ１２２Ｂと、これらメモリ１２２Ａおよび１２２Ｂへの輝度信号の入出力を切替えるスイッチ１２４および１２６と、γ補正係数データを１つだけ選択するための情報を予め輝度信号に付加する選択情報付加回路１２８とを備えている。
【００２３】
スイッチ１２４および１２６は、ズーミング機能の設定または設定解除に応じて切替えられ、第１または第２γ補正用メモリ１２２Ａ、１２２Ｂにおいていずれの組のγ補正係数データを使用するかは、パネルスイッチ１１０の操作により任意に選択され、その選択結果に応じて選択情報付加回路１２８は、入力された８ビットデータのデジタル輝度信号のヘッダー部に、選択したγ補正係数データを示す２ビットデータを付加し、１０ビットデータとして出力する。第１または第２γ補正用メモリ１２２Ａ、１２２Ｂはこの１０ビットデータをデコードして２５６階調で表された輝度値を得、この輝度値に対応するγ補正係数を乗算することによりγ補正し、スイッチ１２６を介してＹメモリ１４０に出力する。
【００２４】
図３は第１および第２γ補正用メモリ１２２Ａ、１２２Ｂの入出力特性を示すグラフである。図３（ａ）に示す第１γ補正用メモリ１２２Ａの入出力特性について説明すると、第１〜第３γ補正係数データは、それぞれ輝度値０から２５５に対応した２５６個のγ補正係数のデータ群であり、各γ補正係数はメモリ１２２Ａ内に順に格納される。曲線Ｃ１は第１γ補正係数データを用いたときの入出力特性を示し、曲線Ｃ２およびＣ３はそれぞれ第２および第３γ補正係数データを用いたときの入出力特性を示している。
【００２５】
ズーミングを行っておらず、かつ第１γ補正係数データが選択されている場合には、輝度値Ｘａのデータが入力されると、出力値は曲線Ｃ１上のＹａ１となる。ここで第２γ補正係数データに切替えられると、同じ輝度値Ｘａが入力されても出力は曲線Ｃ２上のＹａ２（Ｙａ２＜Ｙａ１）となり、第３γ補正係数データに切替えられると、輝度値Ｘａの入力に対して出力は曲線Ｃ３上のＹａ３（Ｙａ２＜Ｙａ３＜Ｙａ１）となる。このように、色再現性および階調特性を変えることができる。
【００２６】
一般に、スコープ１０の先端部１０ａを消化器官などの円筒状内壁内を進退する場合にはズーミングは行わず、モニタ装置２００の画面には中央が暗く周囲が明るいコントラストの強い映像が表示される。言い換えると、１フレーム内における輝度差は大きい。従って、第１〜第３γ補正係数データは、輝度値０から２５５にそれぞれ対応するγ補正係数を有することが好ましい。これにより、輝度差の大きい映像を適切にγ補正でき、色再現性および階調特性が操作者の好みに応じた映像をモニタ２００に表示できる。
【００２７】
一方、ズームダイヤル１８が操作されてズーミングが行われている場合には、被写体は拡大表示され、相対的に奥行きの少ない明るい映像が得られる。即ち、１フレーム内における輝度差は少なく、γ補正係数データのうち一部、特に高輝度側だけが使用されて低輝度側のγ補正係数は用いられず無駄になることが多い。
【００２８】
この様なスコープの使用状態を考慮し、第２γ補正用メモリ１２２Ｂに格納するγ補正係数データは、使用するγ補正係数のみを格納し、その代りにγ補正係数データの組数を増加させている。これにより、従来と同等のメモリ容量で、多様のγ補正を行うことができ、常に色再現性の良好な映像を再現できる。
【００２９】
γ補正回路１２０は、γ補正係数をルックアップテーブルデータとして保持する回路であってもよいし、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）や、操作者がガンマ特性を自由に変更できる集積回路例えばＰＬＤ（Programmable Logic Device）等の集積回路であってもよい、
【００３０】
図３（ｂ）に示す第２γ補正用メモリ１２２Ｂの入出力特性について説明すると、第４〜第７γ補正係数データは、それぞれ輝度値Ｂｏ（Ｂｏ＞０）から２５５に対応した（２５６−Ｂｏ）個のγ補正係数のデータ群であり、各γ補正係数はメモリ１２２Ｂ内に順に格納される。直線Ｃ４は第２γ補正係数データを用いたときの入出力特性を示し、曲線Ｃ５、Ｃ６およびＣ７はそれぞれ第５、第６および第７γ補正係数データを用いたときの入出力特性を示している。
【００３１】
ズーミングが行われている場合には、輝度値Ｘｂのデータが入力されると、出力値は選択されたγ補正係数データに応じてそれぞれ異なる。第４γ補正係数データが選択されている場合には出力Ｙｂ１、第５γ補正係数データが選択されている場合には出力Ｙｂ２、第６γ補正係数データが選択されている場合には出力Ｙｂ３、第７γ補正係数データが選択されている場合には出力Ｙｂ４となる。
【００３２】
なお、本実施形態ではγ補正係数データは７組であるが、特にこの数に限定されることはなく、８組以上であってももちろんよい。
【００３３】
図４は、プロセッサ１００のシステムコントロール回路１０６において実行されるγ補正処理ルーチンを示すフローチャートである。
【００３４】
ステップＳ１０２ではパネルスイッチ１１０においてズーム機能およびオートフォーカス機能が設定され、かつズームダイヤル１８により拡大画像を表示すべくズーミングが指示されているか否かが判定され、拡大表示が選択されたと判定されると、ステップＳ１０４ではズーム／フォーカス制御回路１１４によるズーミングおよびオートフォーカス動作を開始させるとともに、フォーカス検出回路１０８によって合焦状態を検出させる。ステップＳ１０６では合焦状態であるか否かが判定され、合焦状態でなければステップＳ１０２からＳ１０６が繰り返し実行され、合焦状態であると判定されるとステップＳ１０８に進み、第１γ補正用メモリ１２２Ａに選択情報付加回路１２８とＹメモリ１４０とに接続すべく、スイッチ１２４および１２６が切替えられる。
【００３５】
そして次のステップＳ１１０〜Ｓ１２２において輝度信号には第４〜第７γ補正係数データのいずれを選択しているかの情報が付加される。詳述すると、ステップＳ１１０において第４γ補正データが選択されているか否かが判定され、選択されていればステップＳ１１２において第４γ補正データが選択されている情報を示す信号を選択情報付加回路１２８に送出し、第４γ補正データが選択されていなければさらにステップＳ１１４において第５γ補正データが選択されているか否かが判定される。第５γ補正データが選択されていればステップＳ１１６においてその旨を示す信号が選択情報付加回路１２８に送出され、第５γ補正データが選択されていなければさらにステップＳ１１８において第６γ補正データが選択されているか否かが判定される。第６γ補正データが選択されていればステップＳ１２０においてその旨を示す信号が選択情報付加回路１２８に送出され、第６γ補正データが選択されていなければ、最後の第７γ補正データが選択されているとみなされてステップＳ１２２においてその旨を示す信号が選択情報付加回路１２８に送出される。
【００３６】
ステップＳ１１２、Ｓ１１６、Ｓ１２０およびＳ１２２のいずれかが終了するとステップＳ１２４に進み、拡大した画像をモニタ装置２００に表示させるべく映像信号処理回路１０４を駆動制御し、その後ステップＳ１０２に戻る。
【００３７】
一方、ステップＳ１０２においてズームダイヤル１８によるズーミングが指定されていない、即ち標準倍率での表示が指示されていればステップＳ１３０に進み、第２γ補正用メモリ１２２Ｂに選択情報付加回路１２８とＹメモリ１４０とに接続すべく、スイッチ１２４および１２６が切替えられる。
【００３８】
続いて、ステップＳ１３２第１γ補正データが選択されているか否かが判定され、選択されていればステップＳ１３４において第１γ補正データが選択されている情報を示す信号を選択情報付加回路１２８に送出し、第１γ補正データが選択されていなければさらにステップＳ１３６において第２γ補正データが選択されているか否かが判定される。第２γ補正データが選択されていればステップＳ１３８においてその旨を示す信号が選択情報付加回路１２８に送出され、第２γ補正データが選択されていなければ、残りの第３γ補正データが選択されているとみなされてステップＳ１４０においてその旨を示す信号が選択情報付加回路１２８に送出される。
【００３９】
ステップＳ１３４、Ｓ１３８またはＳ１４０のいずれかが終了するとステップＳ１４２において標準倍率の画像をモニタ装置２００に表示させるべく映像信号処理回路１０４を駆動制御し、その後ステップＳ１０２に戻る。
【００４０】
このように、本実施形態の電子内視鏡装置によると、γ補正係数を格納するメモリを効率よく利用できると共に、色再現性の良好な映像を得ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電子内視鏡装置は、ズーミングを行った際に高精度の画像を自動的に得ることを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子内視鏡装置の概略ブロック図である。
【図２】図１に示す映像信号処理回路の詳細を示すブロック図である。
【図３】γ処理用メモリに格納される係数のデータの一例を示す図である。
【図４】図１に示すプロセッサのシステムコントロール回路において実行されるγ補正処理ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０スコープ
１４撮像センサ
１００プロセッサ
１０４映像信号処理回路
１２０ γ補正回路
２００モニタ装置

Claims

固体撮像素子と、焦点距離が可変な撮影光学系とを有するスコープと、
前記撮影光学系の焦点距離を制御するズーム手段と、前記固体撮像素子から出力された撮像信号の輝度値に所定のγ補正係数を乗算して階調特性を改善するγ補正回路と、複数組のγ補正係数データを記憶する記憶手段と、ズーミングを検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に応じて前記γ補正回路のγ補正係数データを切替える係数切替手段と、γ補正された前記撮像信号に基づいてビデオ信号を生成するビデオ信号生成手段とを有するプロセッサと、
前記プロセッサにより出力された前記ビデオ信号に基づいて、画面に前記被写体像を再現するモニタ装置とを備え、
前記記憶手段が、ズーミングの設定解除時に選択され輝度値の全範囲に対応した複数組のγ補正係数データを格納する第１γ補正係数用メモリと、ズーミングの設定時に選択され輝度値の高輝度側にのみ対応した複数組のγ補正係数データを格納する第２γ補正係数用メモリとを備えることを特徴とする電子内視鏡装置。
固体撮像素子と、焦点距離が可変な撮影光学系とを有するスコープが接続される電子内視鏡装置のプロセッサであって、
前記撮影光学系の焦点距離を制御するズーム手段と、前記固体撮像素子から出力された撮像信号の輝度値に所定のγ補正係数を乗算して階調特性を改善するγ補正回路と、複数組のγ補正係数を記憶する記憶手段と、ズーミングを検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に応じて前記γ補正回路のγ補正係数を切替える係数切替制御手段と、γ補正された前記撮像信号に基づいてビデオ信号を生成するビデオ信号生成手段とを有し、
前記記憶手段が、ズーミングの設定解除時に選択され輝度値の全範囲に対応した複数組のγ補正係数データを格納する第１γ補正係数用メモリと、ズーミングの設定時に選択され輝度値の高輝度側にのみ対応した複数組のγ補正係数データを格納する第２γ補正係数用メモリとを備えることを特徴とする電子内視鏡装置のプロセッサ。