JP4782633B2 - ビデオシステム用のプログラム可能及び再構成可能なカメラコントロールユニット - Google Patents

Description

本発明は、多くの異なるタイプのビデオカメラからのビデオシグナルを処理するためのカメラコントロールユニットに関し、そして特に、本発明はカメラコントロールユニットのプログラミング及び再構成に関する。

カメラ及びカメラコントロールユニット（「ＣＣＵ」）は、一般に、ともに使用されて、イメージを捕捉し処理する。カメラ及びＣＣＵは、単一のユニットとして収容されるか、または例えばケーブルまたはワイヤレス接続により接続されて互いに離れて存在する。カメラは、空間が制限されるかまたは移動性が望まれる（例えば内視鏡手術中）状態でＣＣＵから離れて保持されることもできる。内視鏡手術中に使用されるカメラは、一般的に、ヘッドまたはカメラヘッドとよばれ、それはイメージ捕捉のための単一または複数の画像化デバイス例えば電荷結合デバイスなどを収容する。一般的に、捕捉されたまたは得られたイメージ・データは、カメラヘッドによりＣＣＵに送られる。カメラヘッドからイメージ・データを受け取ると、ＣＣＵはシグナルを処理して、捕捉したイメージを、一般に医療担当者により使用される表示デバイスへの表示、及び／または種々のメディア（ビデオカセットレコーダ、フロッピーディスク、ハードドライブ、コンパクトディスク、デジタルビデオディスクなど）への記憶、及び／または種々の方法（例えば、イントラネット、インターネット、ラジオ伝送など）による遠隔な場所への伝送に使用される。

さらに、ＣＣＵは、一般的に、カメラヘッドへ指令を送り、種々の設定（即ち、カラーバランス、光感度のための電子シャッター及び他の光学的及び電子的特性）を調節する。

従来、ＣＣＵは、制限された数のカメラヘッドと両立できる。ＣＣＵのハードウエアは、種々なタイプのカメラヘッドと適切に連絡するために構成することが難しい。一般的に、カメラヘッドは、種々のタイプの画像化デバイスを使用し、それらのデバイスは、ピクセル解像度、タイミングの要件（即ち、ＰＡＬ、ＮＴＳＣ、Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ及び他のフォーマット）、−シグナル出力タイプ（即ち、アナログまたはデジタル）、物理的サイズ及び他の特性で異なる。その上、カメラヘッドの性能に影響すると思われる同じタイプのデバイス間での変動が存在する。さらに、ＣＣＵからカメラヘッドに送られる指令は、一般に、使用されるカメラヘッドのタイプに応じて独特なものである。その上、カメラヘッドを修理、改修または改良すると、以前のカメラヘッドと両立できるように元来デザインされたＣＣＵは、両立できないようになりそしてアップグレードを必要とするようになる。

画像化デバイス技術によるかまたはＣＣＵ指令の特性によるかの何れかにより生ずるカメラヘッドにおけるこの変動性は、しばしば、利用されるそれぞれのカメラヘッドのタイプと両立できるように特にデザインされているＣＣＵを使用させることになる。

さらに、ＣＣＵは、一般的に、現存するカメラヘッド技術で使用されるようにデザインされ、そしてさらに開発されるべきカメラヘッドを予想しかつ配慮するようにデザインされていない。従って、ＣＣＵは、一般的に、未来のカメラヘッド技術特にイメージデバイス及びイメージシグナル伝送技術と両立するようにデザインされていない。古いカメラヘッドと新しいものとの間のこれらの相違は、また両立性に問題を生じさせる。

ＣＣＵが通常制限された量のカメラヘッドと両立できるために、ＣＣＵは、一般的に、最近デザインされたものを取捨選択し、特定のカメラヘッド技術と両立可能になっている。その結果、ＣＣＵは、画像化デバイスまたはカメラヘッドの変更にしばしば伴う追加の費用を要する。さらに、カメラヘッドが、最新の技術及び装置がさらに進歩するように、消費者からの要求により改良されることが一般的に望まれている。その上、医学的及び獣医学的な領域で使用されるＣＣＵは、装置の置き場またはカートに常に設置される、及び／または手術室それ自体の壁内に常に設置されるように次第になってきている。それゆえ、カメラヘッドとの両立性を維持するようにＣＣＵを置換することにより伴う費用は、消費者に転嫁される。

特許文献１は、カメラヘッドに配置されたメモリーデバイスから操作パラメータ情報を読み取り、そして情報を使用してコントロールユニットからカメラヘッドへ送られるシグナルが視聴者に最適な操作条件を提供するようにカメラコントロールユニットを調節するビデオカメラシステムに関する。この発明は、カメラコントロールユニットを調整して、特別なタイプまたはプロトコールの将来のイメージシグナルを受け取る。これは、有利に、交換可能なカメラヘッドがカメラコントロールユニットと使用できるようにする。

しかし、この交換可能性を可能にする操作条件は、カメラヘッドに配置されるメモリーデバイスに記憶される。その上、情報は、コントロールユニットの上書き可能または構成可能な部分を上書きするように、コントロールユニットに転送かつ記憶されない。これは、不利なことに、カメラヘッドからコントロールユニットに往復して操作情報を転送する必要を生じさせる。イメージ・データが一般的に大量のメモリーを消費する。カメラからコントロールユニットに往復して転送されるイメージ・データ及びシグナルに加えて、操作情報の転送は、さらに、望ましくないことに、ビデオカメラシステムの全体の操作を遅くさせる。さらに、特許文献１は、それにアプリケーションが書き込まれるかまたは既存のアプリケーションが上書きされる構成可能なまたはプログラム可能なハードウエアデバイスを開示していない。その代わり、特許文献１は、コントロールユニットから離れて配置されたメモリーデバイスからの情報を読みとることを必要とする。

米国特許第５８９６１６６号明細書

それゆえ、望ましいことは、種々の技術を利用するカメラヘッドとの両立性を維持できるＣＣＵを提供することである。また望ましいことは、構成可能なハードウエアコンポーネントを有するＣＣＵを提供し、それにより種々の技術を利用する種々のカメラヘッドとの両立性の性能を維持できるＣＣＵをもたらすことである。
従って、種々の技術を利用するカメラヘッドとの両立性を維持できる構成可能なＣＣＵを利用するビデオカメラシステムを提供するのが、本発明の目的である。ビデオ画像化システムＣＣＵ用の再構成可能なハードウエアを提供するのも、本発明の目的である。

本発明のこれら及び他の目的は、ＣＣＵへイメージ・データを伝送するためのカメラヘッド、イメージ・データを受け取り使用可能なフォーマットに処理するためのＣＣＵ、そして伝送されたイメージ・データの適切な処理を可能にするためにＣＣＵで実行するソフトウエアからなるビデオ画像化システムを提供することによって達成される。

ビデオ画像化システムは、また、プログラム及び／または１つ以上の記憶デバイスから検索されるデータを使用して、ＣＣＵを構成するための単一または複数の再構成可能なハードウエアデバイス（例えば、利用者書き込み可能ゲートアレイ、デジタルシグナルプロセッサ、コンピュータ書き込み可能論理デバイスなど）を含む。さらに特に、検索されたプログラムは、１以上の再構成可能なハードウエアデバイスを構成して、ＣＣＵが通信しているカメラヘッドとＣＣＵが両立できるようにする。

記憶デバイスは、ＣＣＵによりアクセス可能な任意のタイプの記憶メディアである。記憶デバイスは、内部記憶デバイス、外部記憶デバイスまたは着脱できる記憶デバイスであり、そして遠隔なロケーション、例えばイントラネットまたはインターネットのロケーションを含む。記憶デバイスは、また、カメラヘッド及び／またはＣＣＵ内に配置される。

検索されたプログラムは、さらに、カメラヘッドの光学的特性及び／または電気的特性（例えば焦点距離、解像度、カラーバランス、光感度などであるがこれらに限定されない）を制御するために、ＣＣＵがカメラヘッドに指令を発することを可能にする。逆に、カメラヘッドは、指令を受けたＣＣＵに確認を送り、そして所定の指令に応じてカメラヘッドの特性を調節したか、または将来に向けて調節する。

他の態様では、システムは、イメージ・データを伝送するためのカメラ、イメージ・データを受信し処理するためのＣＣＵ、ＣＣＵによりアクセス可能な記憶デバイス、カメラがＣＣＵと通信する時点を決定するためのソフトウエア、記憶デバイスに記憶されたプログラムを受け取るためのソフトウエア、ＣＣＵの構成可能な部分をプログラムするためのＣＣＵで実行するプログラム、そしてＣＣＵがイメージ・データを処理するためのＣＣＵで実行するプログラムを含む。

システムは、さらに、利用者書き込み可能ゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）を含むことができ、プログラムは、ＦＰＧＡをＣＣＵがイメージ・データを処理できるように構成する。その上、システムは、ＣＣＵからの指令を受けたとき、指令を受けたＣＣＵに確認シグナルを送り返すカメラを含む。システムは、さらに、処理されたイメージ・データを記憶するための第二の記憶デバイスを含むことができる。

他の態様では、システムは、さらに、構成可能なハードウエアデバイス及びプログラムを実行するためのＣＣＵに配置されるプロセッサを含み、それによりプログラムは、プロセッサで実行されそして構成可能なハードウエアデバイスを構成して、ＣＣＵがイメージ・データを処理できるようにする。システムは、さらに、ＣＣＵの既存のプログラムを上書きするためのＣＣＵで実行するプログラムを含む。

他の態様では、本発明は、カメラ及びＣＣＵを用意する工程、カメラ及びＣＣＵが互いに連絡する時点を決定する工程、ＣＣＵとカメラとの間の両立性を可能にするためのプログラムを検索する工程、ＣＣＵでプログラムを実行する工程、そしてＣＣＵをプログラミングしてＣＣＵがカメラから伝送されるイメージ・データを処理できるようにする工程を含むビデオ画像化方法を含む。

本発明は、上記のように構成したので、一つのＣＣＵに異なるカメラヘッドを接続することを可能にした。

図１は、ビデオ画像化のためのシステム１０を示し、それは、イメージ・データを伝送するためのカメラヘッド１２、及びイメージ・データを受け取り処理するためのカメラコントロールユニット（「ＣＣＵ」）２０を含む。システム１０は、さらに、プログラムを記憶するための少なくとも１つの記憶デバイス４０を含む。

カメラヘッド１２は、イメージ・データ３２を捕捉し、そしてそれをＣＣＵ２０に伝送して使用可能なイメージ２８を処理する。カメラヘッド１２は、種々のタイプの技術タイプを利用して１つ以上の画像化デバイスを含むことができる。カメラヘッド１２は、さらに周知または新規な画像化デバイスのタイプを含むことができる。カメラヘッド１２は、イメージ・データを伝送するための内視鏡または他の医学的装置と交換可能であるか、または一緒に使用される。

ＣＣＵ２０は、ビデオシステムの主なコントローラである。それは、指令３４をカメラヘッド１２に伝送して、種々の設定及び望ましいイメージ・データ４８を調節する。ＣＣＵ２０は、次に、カメラヘッド１２から伝送されるイメージ・データ３２を受け取り２８で表示に使用可能なフォーマット（ディスプレイ４９で表示されることを含む）に処理する。

記憶デバイス４０は、アプリケーション及び／またはプログラムを記憶するための任意のメディアを含む。記憶デバイス４０は、ＣＣＵ２０及び／またはカメラヘッド１２の内部または外部に配置できる。さらに、記憶デバイス４０は、さらに、着脱できる記憶メディアまたは遠隔のロケーション例えばイントラネットまたはインターネットであってもよい。

ＣＣＵ２０及びカメラヘッド１２が連絡すると、ＣＣＵ２０は、２４で要求をする及び／またはプログラム４２を受け、或る態様では記憶デバイス４０に記憶される。

一旦、プログラムが伝送されると、ＣＣＵ２０は、次にＣＣＵ２０を変更または構成するプログラムを実行する。ＣＣＵのプログラミングまたは変更／構成では、プログラムは、ＣＣＵ２０に含まれる既存のアプリケーションに上書きすることができる。既存のアプリケーションは、ＣＣＵ２０と既存のカメラヘッドとの間の両立性の目的に使用されるだろう（即ち、カメラヘッドは、既にＣＣＵ２０と通信している）。既存のカメラヘッドはカメラヘッド１２で置換されているため、プログラムは、カメラヘッド１２がＣＣＵ２０と両立できるように、既存のアプリケーションに上書きする。一旦変更されるかまたはプログラムされ、及び／または再構成されるならば、ＣＣＵ２０は、カメラヘッド１２により伝送されるイメージ・データ３２を２８で受け取り処理する。このために、ＣＣＵ２０は、カメラヘッド１２に指令３４を送り、その操作特性を調節４８し、そしてカメラヘッド１２は、これらの指令が受け取られる、及び／またはカメラヘッド１２が従うという確認をＣＣＵ２０へ送る。

図２は、ＣＣＵ２０、構成可能なハードウエアデバイス６２及びマイクロプロセッサ６４からなるビデオシステム１０をさらに詳細に示す。
構成可能なハードウエアデバイス６２は、６６でプログラムを検索しそしてプログラムが６８で構成可能なハードウエアデバイス６２をプログラムするかまたは構成できるようにし、構成可能なハードウエアデバイスを上書きすることを含む。ＣＣＵ２０とカメラヘッド１２との間の連絡を知るようになると、構成可能なハードウエアデバイス６２は、プログラム４２を要求する。

一旦、プログラムが構成可能なハードウエアデバイス６２により受け取られると、マイクロプロセッサ６４はプログラム（実行可能なまたは圧縮されたファイルである）を実行する。実行は、プログラムの開放、コンパイル及び／または実行を含み、それによりプログラムは、それについてプログラムが書き込まれたファンクション／操作が開始され、そして実行する。

プログラムの実行とともにまたはその後に、マイクロプロセッサ６４は、構成可能なハードウエアデバイス６２に含まれた既存のプログラムを置換するかまたは上書きすることができる。

もし構成可能なハードウエアデバイス６２が、６８でプログラムされるかまたは構成されるならば、ＣＣＵ２０は、望ましくは、カメラヘッド１２と両立できる。従って、ＣＣＵ２０は、カメラヘッド１２に指令３４を出し、そしてカメラヘッド１２から伝送されるイメージ・データ３２を６８で処理する。ＣＣＵ２０は、さらに、ディスプレイ４９を含む使用可能なメディアに、処理されたイメージ・データを送ることができる。

図３は、カメラ１２がコントロールユニット２０と連絡する時点を８２で決定する工程、記憶デバイス４０からのプログラム４２を８４で検索する工程、プログラム４２を８６で実行する工程、そしてコントロールユニット２０がカメラ１２と両立できるようにコントロール２０を８８でプログラムする工程からなるビデオ画像化法８０のブロックダイアグラムを示す。

電子システムは、コントロールユニット２０とカメラ１２とが、互いに連絡する時点を８２で決定する。電子システムは、機械スイッチ、ＲＦ、光学性、電気性または磁気性のカップリング、シグナルなどを含む任意の数の方法により通信を８２で決定できる。

カメラ１２とコントロールユニット２０との間の通信を８２で決定すると、コントロールユニット２０は、記憶デバイス４０からのプログラム４２を８４で検索／受け取る。

プログラム４２が８４で検索／受け取られた後、コントロールユニット２０は、８６でプログラム４２を実行する。プログラム４２を８６で実行することは、プログラム４２の開放、コンパイル及び／または実行を含み、それによりプログラム４２は、それについてプログラム４２が書き込まれたファンクション／操作が開始され、そして実行する。

プログラム４２を８６で実行するとともにまたはその後、方法は、８８でコントロールユニット２０をプログラムするかまたは構成して、コントロールユニット２０がカメラ１２から伝送されたイメージ・データ３２を処理できる。コントロールユニット２０を８８でプログラムするかまたは構成することは、コントロールユニット２０で既存のアプリケーションの再プログラム／上書きを含む。

もしプログラムされるならば、コントロールユニット２０は、次に、カメラ１２に指令を出し、そしてカメラ１２から伝送されたイメージ・データ３２を処理する。コントロールユニット２０は、さらに、処理されたイメージ・データを、ディスプレイ可能なメディア例えばモニターへ、または第二の記憶デバイス例えば記録デバイス４４またはインターネットロケーションへ送られる。
本発明は、パーツの特別な配置及び／または特徴に関連して記載されたが、多くの他の改変及び変化は、当業者にとり確かめることができるだろう。

図１は、本発明によるシステムを示す。 図２は、カメラコントロールユニットの詳細図である。 図３は、ビデオ画像化の方法のブロックダイアグラムを示す。

符号の説明

１０ ビデオ画像化システム
１２ カメラヘッド
２０ カメラコントロールユニット
２４ プログラム受け取り
２８ イメージ
３２ イメージ・データ
３４ 指令
４０ 記憶デバイス
４２ プログラム
４８ イメージ・データ
４９ ディスプレイ
６２ ハードウエア
６４ マイクロプロセッサ
６６ プログラム検索ユニット
６８ 構成ユニット
８０ ビデオ画像化法
８２ 連絡時決定ユニット
８４ 検索ユニット
８６ 実行ユニット
８８ 改修ユニット

Claims (21)

1. 記憶デバイスを具備し、イメージデータを生成し、送信するカメラと、
   前記カメラに接続され、前記カメラから送信されたイメージデータを受信するカメラコントロールユニットであって、プロセッサと少なくとも１つのプログラム可能な再構成可能なハードウエアデバイスとを備えたカメラコントロールユニットとからなるビデオ画像化システムにおいて、
   前記記憶デバイスには、
   前記プロセッサによって受信され且つ実行されるプログラムと、
   前記カメラコントロールユニット上に予め存在するプログラムに上書きするために前記カメラコントロールユニット上で実行されるプログラムとが格納され、
   前記プロセッサは、前記プロセッサをプログラムするために前記プログラムを受信し、その後、前記カメラコントロールユニット上で実行される前記プログラムが、画像データを処理するために、且つ、前記カメラコントロールユニット上に予め存在するプログラムに上書きするために提供され、
   前記再構成可能なハードウエアデバイスが、前記カメラから受信したイメージデータを処理することを特徴とするビデオ画像化システム。
2. 前記少なくとも１つの再構成可能なハードウエアデバイスは、利用者書き込み可能ゲート・アレイ及びコンピュータ書き込み可能論理デバイスからなる群から選択されたものであり、
   前記プロセッサは、デジタルシグナルプロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラからなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項１記載のビデオ画像化システム。
3. 前記カメラコントロールユニット上で実行され、前記カメラが前記カメラコントロールユニットと通信している時を確認するためのソフトウエアを更に含むことを特徴とする請求項１記載のビデオ画像化システム。
4. 前記再構成可能なハードウエアデバイスを制御するための既存の第１のプログラムが、前記プロセッサ上に設けられていることを特徴とする請求項１記載のビデオ画像化システム。
5. 前記プロセッサ上で実行される前記プログラムが、前記既存のプログラムに上書きされることを特徴とする請求項４記載のビデオ画像化システム。
6. 前記カメラの操作特性を操作し調整するために、前記カメラコントロールユニットによって受信された前記プログラムが、前記カメラコントロールユニットに前記カメラに対する命令を出させるように構成したことを特徴とする請求項１記載のビデオ画像化システム。
7. 前記カメラが、前記命令を受信した確認を、前記カメラコントロールユニットに送ることを特徴とする請求項６記載のビデオ画像化システム。
8. 第２の記憶デバイスが設けられ、前記イメージデータが、前記第２の記憶デバイスに格納されるように構成したことを特徴とする請求項１記載のビデオ画像化システム。
9. 前記第２の記憶デバイスに格納された前記イメージデータが、処理されたイメージデータであることを特徴とする請求項８記載のビデオ画像化システム。
10. 前記少なくとも１つの再構成可能なハードウエアデバイスと前記プロセッサとが、物理的に別個の装置であることを特徴とする請求項１記載のビデオ画像化システム。
11. カメラをカメラコントロールユニットに接続する工程と、
    前記カメラと前記カメラコントロールユニットとの接続を検出する工程と、
    前記カメラに格納されたプログラムにアクセスする工程と、
    プロセッサが、前記プログラムを受信する工程と、
    前記プロセッサによって受信された前記プログラムに基づいて、前記プロセッサをプログラムする工程と、
    前記カメラに格納されたプログラムにアクセスするする工程と、
    前記カメラコントロールユニット上でプログラムを受信する工程と、
    前記カメラコントロールユニットによって受信された前記プログラムによって前記カメラコントロールユニット上に予め存在するプログラムに上書きする工程と、
    前記カメラにより生成されたイメージデータを処理し、前記カメラコントロールユニットに送信する工程と、
    を含むことを特徴とするイメージデータの処理方法。
12. 前記プロセッサをプログラムする工程は、前記プロセッサ上の予め格納した第１のプログラムに上書きする工程を更に含むことを特徴とする請求項１１記載のイメージデータの処理方法。
13. 前記カメラの操作特性を操作し調整するために、前記カメラコントロールユニットから前記カメラに命令を出させる工程を更に含むことを特徴とする請求項１１記載のイメージデータの処理方法。
14. 前記カメラが、前記命令を受信した確認を、前記カメラコントロールユニットに送る工程を更に含むことを特徴とする請求項１３記載のイメージデータの処理方法。
15. 前記イメージデータを第２の記憶デバイス上に格納する工程を更に含むことを特徴とする請求項１１記載のイメージデータの処理方法。
16. 前記第２の記憶デバイスに格納された前記イメージデータが、処理されたイメージデータであることを特徴とする請求項１５記載のイメージデータの処理方法。
17. イメージデータを生成するカメラであって、記憶デバイスを具備し、前記記憶デバイス上には、カメラコントロールユニットにおいて既存のプログラムに上書きするためのプログラムが格納されているカメラと、
    前記カメラに接続され、前記イメージデータを受信するカメラコントロールユニットであって、プロセッサと少なくとも１つの再構成可能なハードウエアデバイスとを具備するカメラコントロールユニットとからなり、
    前記プロセッサは、前記カメラの記憶デバイスから前記プログラムを受信し、当該プロセッサをプログラムし、
    前記カメラコントロールユニットは、前記カメラコントロールユニット上に予め存在するプログラムに上書きするためのプログラムであり、かつ、少なくとも１つの再構成可能なハードウエアデバイスを構成するためのプログラム、を受信し、
    前記再構成可能なハードウエアデバイスが前記カメラから受信した前記イメージデータを処理することを特徴とするビデオ画像化システム。
18. 前記カメラコントロールユニットによって受信された前記プログラムが、前記カメラに設けられた前記記憶デバイス上に格納されていることを特徴とする請求項１７記載のビデオ画像化システム。
19. 前記カメラコントロールユニットによって受信された前記プログラムが、前記少なくとも１つの再構成可能なハードウエアデバイスを構成し、前記カメラのタイミングと制御に関して、前記カメラとインタフェースするように構成したことを特徴とする請求項１７記載のビデオ画像化システム。
20. 複数のカメラが、それぞれ異なるカメラ特性を有し、前記カメラコントロールユニットが接続されたカメラ用に構成され、且つ、インタフェース出来るように、前記カメラが、前記カメラコントロールユニットに接続可能に構成されていることを特徴とする請求項１７記載のビデオ画像化システム。
21. 前記少なくとも１つの再構成可能なハードウエアデバイスと前記プロセッサとが、物理的に別個の装置であることを特徴とする請求項１７記載のビデオ画像化システム。