JP5032646B2 - 撮像装置、撮像装置の作動方法及び内視鏡装置 - Google Patents
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Description
本発明は、かかる従来の課題を解決するためになされたものであり、通信状態が切り替わった場合でも、転送したデータの続きからデータ転送が行われる撮像装置、撮像方法及び内視鏡装置を提供することを目的とする。
(第1の実施形態)
第1の実施形態では、撮像装置としてヘッド分離型の内視鏡装置を例にその構成を説明する。また、イメージセンサ(撮像素子)としてCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサを用いた実施形態について説明するが、CMOSセンサの代わりにCCD(Charge Coupled Device)センサ等、他のセンサを用いてもよい。
図2は、ヘッド20の構成図である。
ヘッド20は、イメージセンサ21、メモリ22、有線通信部23、無線通信部24、内蔵アンテナ25、バッテリ27、接続端子T1、充電端子T2を備える。イメージセンサ21は、三板式イメージセンサであり、対物レンズ10aからの光をR(Red),G(Green),B(Blue)の三色に色分解するプリズム21aと、このR,G,B色分解された光を電気信号に変換するCMOSセンサ21b〜21dから構成される。三板式イメージセンサは、1画素ごとにRGBの情報を保持するので色再現性に優れるという特性を有する。イメージセンサ21は、フルHD(high definition)に対応したカラーイメージセンサである。
イメージセンサ21には、固定パタンノイズ(FPN)とランダムノイズと呼ばれる2種類のノイズが存在するが、第1の実施形態では、ヘッド20に固定パタンノイズの補正データ(補正情報)をメモリ22へ記憶しておく。この補正データは、内視鏡装置1を起動した際に、ヘッド20からCCU30へ転送され、この転送された補正データを用いてイメージセンサ21から送信される画像信号が補正される。
図3は、素地ノイズの補正データの説明図である。
素地ノイズは、外部環境によらず常に一定のノイズを生ずる。このため、イメージセンサ21が備えるCMOSセンサの素地ノイズを画素毎に予め測定しておき、図3に示すように、この素地ノイズを打ち消す補正データを画素毎にメモリ22に記憶しておく。この素地ノイズの補正データは、画素のアドレス順にメモリ22に記憶される。
欠陥ノイズである白キズとは、本来出力されるべき値よりも高い値の画素データが出力されて、その受光素子に対応する画素が白く見える画素欠陥のことをいい、主に暗電流により生じる。暗電流とは、CMOSセンサにおいて、光を照射しない時にも流れている微弱な電流のことであり、主に熱的要因や絶縁不良のために生じる。暗電流が大きいと画像のノイズの原因となる。
1:補正データ数。
2:素地ノイズの補正データ(複数個)。
3:欠陥画素の補正データ(複数個)。
図5は、CCU30の構成を示す図である。
接続端子T3、有線通信部31、内蔵アンテナ32、無線通信部33、画像信号処理回路34、画像出力回路35、システム制御回路36、電源回路37及び通信確立判定部38を備える。接続端子T3には、カメラケーブル50が接続される。
画像信号処理部34aは、画像信号をアドレス順に並べ替えた後、同一のアドレスを有する画像信号にメモリ36aに記憶された補正データを加算することで画像信号を補正する。MPU36cによりメモリ36aに記憶された補正データは、イメージセンサ21が備えるCMOSセンサの素地ノイズを打ち消すように作成されているため、同一アドレスの画像信号に補正データを加算することで画像信号を補正することができる。
画像信号処理部34aは、メモリ36aに記憶された欠陥画素のアドレスから欠陥画素の画像信号を認識し、この欠陥画素の左右両隣の画素の画像信号を足して2で除算した値を欠陥画素の画像信号とする。欠陥画素の画像信号を補正する。
また、MPU36cは、有線通信で送信するか無線通信で送信するかを指定して、ヘッド20のメモリ22に記憶されているIDおよび補正データを送信するようヘッド20の転送制御部26へ指示する。MPU36cは、ヘッド20の転送制御部26から送信されるIDおよび補正データをメモリ26aへ記憶する。
MPU36cは、さらに、メモリ36aに記憶されている初期化データを、有線通信部31もしくは無線通信部33を介してヘッド20へ送信する。送信された初期化データは、転送制御部26によりメモリ22へ記憶される。なお、MPU36cは、初期化データを読み出してヘッド20へ転送する度に内蔵カウンタの値をインクリメントし、この内蔵カウンタの値がメモリ36aに記憶されている初期化データ数と同じになった時点で初期化データの送信が終了したと判断し、内蔵カウンタの値をリセットする。
図6は、第1の実施形態に係る内視鏡装置1の動作を示すフローチャートである。以下、第1の実施形態に係る内視鏡装置1の動作について図6を参照して説明する。なお、以下の説明では、有線通信もしくは無線通信の一方が確立された場合を例に内視鏡装置1の動作を説明する。また、図6では、補正データの転送後に初期化データを転送しているが、初期化データの転送後に補正データを転送してもよい。
CCU30の電源が投入されると、MPU36cは、画像信号処理回路34および画像出力回路35をリセットする。ここでいうリセットとは、具体的には、映像処理設定の初期化のことである。また、ライトソース40は、MPU36cからの制御信号に基づいて、ランプを発光させる。ランプからの光は、光ファイバ60へ導入され、スコープ10の先端部から照射されてイメージセンサ21の撮像範囲を露光する。
MPU36cは、メモリ36aからCCU30の設定条件(例えば、露光期間やゲイン等)を読み出して、画像信号処理回路34および画像出力回路35の設定値をメモリ36aから読みだした値に変更する。
CCU30の有線通信部31は、ヘッド20の有線通信部23との間で通信を開始する。また、CCU30の無線通信部33は、ヘッド20の無線通信部24との間で通信を開始する。通信確立判定部38は、CCU30の有線通信部31とヘッド20の有線通信部23との間の通信が確立すると「有線通信確立信号」を出力する。また、通信確立判定部38は、CCU30の無線通信部33とヘッド20の無線通信部24との間の通信が確立すると「無線通信確立信号」を出力する。
MPU36cは、通信確立判定部38から出力される「有線通信確立信号」または「無線通信確立信号」に基づいて、有線または無線のどちらで通信が確立されたかを判定する。
MPU36cは、通信確立判定部38から「有線通信確立信号」または「無線通信確立信号」が出力されると、ヘッド20のメモリ22から補正データの取得を開始する。この際、MPU36cは、通信確立判定部38から「有線通信確立信号」が出力されていると有線通信により、ヘッド20のメモリ22から補正データを送信するように転送制御部26へ指示する。また、MPU36cは、通信確立判定部38から「無線通信確立信号」が出力されていると無線通信により、ヘッド20のメモリ22から補正データを送信するように転送制御部26へ指示する。
初めに、MPU36cは、IDおよび補正データ数を送信するよう転送制御部26へ指示し、送信されるIDおよび補正データ数をメモリ36aへ記憶する。次に、MPU36cは、補正データを順次送信するように転送制御部26へ指示し、送信される補正データをメモリ36aへ記憶する。この際、MPU36cは、補正データをメモリ22へ一つ記憶する度に内蔵カウンタの値をインクリメントする。
MPU36cは、ステップS106で記憶した補正データが最後の補正データであるかどうかを判定する。具体的には、MPU36cは、内蔵カウンタの値がメモリ36aに記憶した補正データ数と同じであるか否かを判定する。
MPU36cは、内蔵カウンタの値がメモリ36aに記憶した補正データ数と同じである場合(ステップS107のYesの場合)、MPU36cは、メモリ36aから初期化データ(例えば、解像度、クロック、モード等)を読み出してヘッド20へ送信する。ヘッド20へ送信された処理化データは、転送制御部26によりメモリ22へ記憶される。
MPU36cは、初期化データを転送する度に内蔵カウンタの値をインクリメントする。
MPU36cは、ステップS108で転送した初期化データが最後の初期化データであるかどうかを判定する。具体的には、MPU36cは、内蔵カウンタの値がメモリ36aに記憶されている初期化データ数と同じであるか否かを判定する。
同期信号生成部34bは、同期信号を生成し、生成した同期信号を所定の時間間隔でヘッド20へ送信する。
イメージセンサ21は、同期信号生成部34bから送信される同期信号を受信すると、走査線毎にフォトトランジスタへ電荷を蓄積し、各フォトトランジスタに蓄積された電荷を電圧に変換・増幅して読みだす。
イメージセンサ21の各フォトトランジスタへ蓄積された電荷は、走査線毎に電圧に変換後、増幅して読みだされ、画像信号としてCCU30へ送信される。
画像信号処理回路34の画像信号処理部34aは、ヘッド20から送信される画像信号に対して画素情報の並べ替えを行い、この並べ替えた画像信号に対して補正を行う。画像信号処理部34aは、メモリ36aへ記憶された補正データに基づいて画像信号を補正する。さらに、画像信号処理部34aは、補正後の画像信号に対してエンハンス処理等を行った後、画像出力回路35へ出力する。
画像出力回路35は、画像信号処理部34aから出力される画像信号をアナログ及びデジタルのRGB(red, green, blue)信号として外部のモニタ(図示せず)へ出力し、該モニタに補正された画像が表示される。
次に、第1の実施形態に係る内視鏡装置1のデータ転送時の動作を以下の3つのケースに分けて説明する。
ケース1:無線通信が確立された後、有線通信が確立された場合。
ケース2:有線通信が確立された後、無線通信が確立された場合。
ケース3:有線通信が確立された後、無線通信が確立され、さらに、その後に有線通信が切断された場合。
ケース1の場合について説明する。無線通信が確立された後、有線通信が確立される状況としては、例えば、カメラケーブル50を外した状態で、内視鏡装置1を起動した後に、ヘッド20とCCU30とをカメラケーブル50で接続した場合が考えられる。
ケース2の場合について説明する。有線通信が確立された後、無線通信が確立される状況としては、例えば、カメラケーブル50を取り付けた状態で、内視鏡装置1を起動した場合が考えられる。通常、有線の方が無線よりも通信速度が速いため、カメラケーブル50を取り付けた状態で内視鏡装置1を起動した場合、有線通信が先に確立すると考えられる。
ケース3の場合について説明する。有線通信が確立された後、無線通信が確立され、その後に有線通信が断絶する状況としては、例えば、カメラケーブル50を取り付けた状態で内視鏡装置1を起動し、その後にカメラケーブル50を取り外す状況が考えられる。
この第2の実施形態では、有線通信と無線通信で補正データおよび初期化データを異なるファイル形式で転送する実施形態について説明する。なお、図1、図2、図5で説明した第1の実施形態に係る内視鏡装置1の構成と同一の構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図10は、第3の実施形態に係る内視鏡装置3の構成図である。以下、第3の実施形態に係る内視鏡装置3について説明するが、図1、図2、図5で説明した第1の実施形態に係る内視鏡装置1の構成と同一の構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図11に示すように、この第3の実施形態に係る内視鏡装置3のヘッド20aは、有線通信部23の接続端子と、バッテリ27の充電端子とが一体となった端子T3を備える点が、図2で説明した第1の実施形態に係る内視鏡装置1のヘッド20と異なる。この端子T3をCCU30Bの端子30a,30bのいずれかに接続することで、CCU30Bとの有線通信およびバッテリ27の充電が可能となる。なお、各ヘッド20a,20bのメモリ22には、互いに異なるID(識別子)がそれぞれ記憶されている。
なお、有線通信部23の接続端子とバッテリ27の充電端子とは、必ずしも一体でなくてもよく、ヘッドをCCU30Bに接触させたときに両方の端子に接触する形状であれば、別端子で構成してもよい。
図12に示すように、CCU30Bは、複数の端子30a,30bと接続検知回路39を備えている。各端子30a,30bは、有線通信部31の接続端子とヘッド20a,20bが内蔵するバッテリ27の充電端子とが一体となった端子である。端子30a,30bは、それぞれ有線通信部31および電源回路37に接続されており、ヘッド20a,20bの端子T3が接続されるとヘッド20a,20bとの有線通信およびヘッド20a,20bのバッテリ27の充電が可能となる。
ヘッド20bの端子T3が、CCU30Bが備える端子30bに接続されると、端子30bにヘッド20aまたはヘッド20bのいずれかが接続されたことが接続検知回路39により検知される。接続検知回路39は、端子30bにヘッドが接続されたことをMPU36cおよび電源回路37へ通知する。
電源回路37は、接続検知回路39からの通知に基づいて、通知された端子30bへ電力を供給されヘッド20bのバッテリ27の充電が開始される。
MPU36cは、接続検知回路39からの通知に基づいて、有線通信部31へヘッド20bと有線通信を確立するように指示する。有線通信部31は、MPU36cからの指示に基づき端子30bを介してヘッド20bの有線通信部23との有線通信を確立する。
有線通信が確立すると、MPU36cは、ヘッド20bのメモリ22からIDを送信するように転送制御部26へ指示し、送信されるIDをメモリ36aへ記憶する。
MPU36cは、IDを記憶すると、ヘッド20bのメモリ22から補正データを送信するように転送制御部26へ指示し、送信される補正データを、先に読み出されたIDに対応づけてメモリ36aへ記憶する。
初めに、MPU36cは、補正データの数を送信するように転送制御部26へ指示し、送信された補正データ数をメモリ36aへ記憶する。次に、MPU36cは、メモリ22に記憶されている補正データを順次送信するように転送制御部26へ指示し、送信される補正データをメモリ36aへ記憶する。この際、MPU36cは、補正データをメモリ36aへ記憶する度に内蔵カウンタの値をインクリメントする。
MPU36cは、ステップS106でメモリ36aへ記憶した補正データが最後の補正データであるかどうかを判定する。具体的には、MPU36cは、内蔵カウンタの値がメモリ36aに記憶した補正データ数と同じであるか否かを判定する。
MPU36cは、内蔵カウンタの値がメモリ36aに記憶した補正データ数と同じである場合(ステップS207のYesの場合)、MPU36cは、メモリ36aから初期化データ(例えば、解像度、クロック、モード等)を読み出してヘッド20へ送信する。ヘッド20へ送信された初期化データは、転送制御部26によりメモリ22へ記憶される。
MPU36cは、初期化データを転送する度に内蔵カウンタの値をインクリメントする。
MPU36cは、ステップS208で転送した初期化データが最後の初期化データであるかどうかを判定する。具体的には、MPU36cは、内蔵カウンタの値がメモリ36aに記憶されている初期化データ数と同じであるか否かを判定する。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、第1の実施形態では、CCU30側から有線通信および無線通信の確立を開始しているが、ヘッド20側から有線通信および無線通信の確立を開始するように構成してもよい。
Claims (15)
- 複数のヘッド部と、前記複数のヘッド部から送信される画像信号を処理する本体部とが分離したヘッド分離型の撮像装置であって、
前記複数のヘッド部は、それぞれ固有の識別子と、前記画像信号の補正データとを記憶し、
前記本体部は、
前記ヘッド部と無線通信により前記補正データの送受信を行う第1の通信手段と、
前記ヘッド部と有線通信により前記補正データの送受信を行う第2の通信手段と、
前記第1,第2の通信手段が通信可能であるかを検出し、前記第1の通信手段と前記第2の通信手段とが通信可能である場合には、前記第2の通信手段を優先的に用いて、前記識別子及び前記補正データを取得するとともに、前記第1,第2の通信手段を切換える際に、前記識別子を再度取得し、該識別子が先に取得した識別子と同一である場合に、該切換え前に行っていた前記補正データの送受信を継続して行う制御手段と、
を具備し、
前記第1の通信手段は、
無線通信を確立できるときは、前記第2の通信手段により補正データの送受信が行われている場合でも、前記ヘッド部と通信可能な状態を維持する撮像装置。 - 前記制御手段は、
前記第1の通信手段が通信可能となった後、前記第2の通信手段が通信可能となった場合、前記第1の通信手段から前記第2の通信手段へ切換えて前記補正データの送受信を継続し、
前記第2の通信手段が通信可能となった後、前記第1の通信手段が通信可能となった場合、前記第1の通信手段へ切換えずに前記補正データの送受信を継続する請求項1記載の撮像装置。 - 前記第1の通信手段又は前記第2の通信手段により送信された補正データ数をカウントするカウンタをさらに具備し、
前記制御手段は、前記カウンタのカウント数に基づいて、前記補正データの送受信を継続して行う請求項1記載の撮像装置。 - 前記本体部は、
前記ヘッド部へ送信するデータを圧縮する第1の圧縮手段をさらに具備し、
前記第1の圧縮手段は、前記制御手段での検出結果に基づいて、前記ヘッド部へ送信するデータを圧縮する請求項1記載の撮像装置。 - 前記ヘッド部は、
前記補正データを圧縮する第2の圧縮手段をさらに具備し、
前記第2の圧縮手段は、前記制御手段での検出結果に基づいて、前記本体部へ送信する補正データを圧縮する請求項1記載の撮像装置。 - 複数のヘッド部と、前記複数のヘッド部と無線通信により画像信号の補正データの送受信を行う第1の通信手段、前記複数のヘッド部と有線通信により画像信号の補正データの送受信を行う第2の通信手段及び前記第1,第2の通信手段を切換える制御手段とを具備する本体部とが分離したヘッド分離型の撮像装置の作動方法であって、
前記複数のヘッド部は、それぞれ固有の識別子と、前記画像信号の補正データとを記憶し、
前記制御手段は、前記第1,第2の通信手段が通信可能であるかを検出し、前記第1の通信手段と前記第2の通信手段とが通信可能である場合には、前記第2の通信手段を優先的に用いて、前記識別子及び前記補正データを取得するとともに、前記第1,第2の通信手段を切換える際に、前記識別子を再度取得し、該識別子が先に取得した識別子と同一である場合に、該切換え前に行っていた前記補正データの送受信を継続して行い、
前記第1の通信手段は、無線通信を確立できるときは、前記第2の通信手段により補正データの送受信が行われている場合でも、前記ヘッド部と通信可能な状態を維持する撮像装置の作動方法。 - 前記制御手段は、
前記第1の通信手段が通信可能となった後、前記第2の通信手段が通信可能となった場合、前記第1の通信手段から前記第2の通信手段へ切換えて前記補正データの送受信を継続し、
前記第2の通信手段が通信可能となった後、前記第1の通信手段が通信可能となった場合、前記第1の通信手段へ切換えずに前記補正データの送受信を継続する請求項6記載の撮像装置の作動方法。 - 前記第1の通信手段又は前記第2の通信手段により送信された補正データ数をカウントするカウンタをさらに具備し、
前記制御手段は、前記カウンタのカウント数に基づいて、前記補正データの送受信を継続して行う請求項6記載の撮像装置の作動方法。 - 前記本体部は、
前記ヘッド部へ送信するデータを圧縮する第1の圧縮手段をさらに具備し、
前記第1の圧縮手段は、前記制御手段での検出結果に基づいて、前記ヘッド部へ送信するデータを圧縮する請求項6記載の撮像装置の作動方法。 - 前記ヘッド部は、
前記補正データを圧縮する第2の圧縮手段をさらに具備し、
前記第2の圧縮手段は、前記制御手段での検出結果に基づいて、前記本体部へ送信する補正データを圧縮する請求項6記載の撮像装置の作動方法。 - 被検体内に挿入されるスコープを備え、前記被検体内を撮像する複数のヘッド部と、前記複数のヘッド部から送信される画像信号を処理する本体部とが分離したヘッド分離型の内視鏡装置であって、
前記複数のヘッド部は、それぞれ固有の識別子と、前記画像信号の補正データとを記憶し、
前記本体部は、
前記ヘッド部と無線通信により前記補正データの送受信を行う第1の通信手段と、
前記ヘッド部と有線通信により前記補正データの送受信を行う第2の通信手段と、
前記第1,第2の通信手段が通信可能であるかを検出し、前記第1の通信手段と前記第2の通信手段とが通信可能である場合には、前記第2の通信手段を優先的に用いて、前記識別子及び前記補正データを取得するとともに、前記第1,第2の通信手段を切換える際に、前記識別子を再度取得し、該識別子が先に取得した識別子と同一である場合に、該切換え前に行っていた前記補正データの送受信を継続して行う制御手段と、
を具備し、
前記第1の通信手段は、
無線通信を確立できるときは、前記第2の通信手段により補正データの送受信が行われている場合でも、前記ヘッド部と通信可能な状態を維持する内視鏡装置。 - 前記制御手段は、
前記第1の通信手段が通信可能となった後、前記第2の通信手段が通信可能となった場合、前記第1の通信手段から前記第2の通信手段へ切換えて前記補正データの送受信を継続し、
前記第2の通信手段が通信可能となった後、前記第1の通信手段が通信可能となった場合、前記第1の通信手段へ切換えずに前記補正データの送受信を継続する請求項11記載の内視鏡装置。 - 前記第1の通信手段又は第2の通信手段により送信された補正データ数をカウントするカウンタをさらに具備し、
前記制御手段は、前記カウンタのカウント数に基づいて、前記補正データの送受信を継続して行う請求項11記載の内視鏡装置。 - 前記本体部は、
前記ヘッド部へ送信するデータを圧縮する第1の圧縮手段をさらに具備し、
前記第1の圧縮手段は、前記制御手段での検出結果に基づいて、前記ヘッド部へ送信するデータを圧縮する請求項11記載の内視鏡装置。 - 前記ヘッド部は、
前記補正データを圧縮する第2の圧縮手段をさらに具備し、
前記第2の圧縮手段は、前記制御手段での検出結果に基づいて、前記本体部へ送信する補正データを圧縮する請求項11記載の内視鏡装置。
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