JP5032648B2 - 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
(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。なお、上述した固定パターンノイズには、外部環境(例えば、温度や明るさ)によってレベル(強度)が変化しないノイズと、外部環境によりレベルが変化するノイズとがあるが、この第1の実施形態では、外部環境によってレベルが変化しないノイズ(以下、素地ノイズと称する)を補正する場合を説明する。また、第1の実施形態では、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、接続端子22、I/F回路23及びEEPROM24を具備する。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 density)に対応したカラーイメージセンサである。
図4は、EEPROM24に記憶されている補正データの説明図である。
上述したように、この第1の実施形態では、外部環境(例えば、温度や明るさ)によってレベル(強度)が変化しない素地ノイズを補正する。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4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EEPROM24に記憶させておく。そして、イメージセンサ21から出力される画像信号に、この記憶した補正データを加算することで画像信号を補正する。なお、素地ノイズは、CMOSセンサに所定の電圧(基準電圧)を出力するよう指示し、実際に出力された電圧の基準電圧からのずれを各画素毎に調べることで測定できる。
1:補正データが4bitを超える画素数。
2:補正データが4bitを超える画素の上位8bit分の補正データとアドレス。
3:全画素の下位4bit分の補正データ。
次に、EEPROM24へ予め記憶させる補正データの作成手順について説明する。図5は、補正データの作成手順の説明図である。
初めに、素地ノイズを打ち消す補正データをCMOSセンサの画素毎に作成する。素地ノイズの大きさ(データ量)は、画素毎に異なるため、この素地ノイズを打ち消すために必要な補正データのデータ量も画素毎に異なるが、図5に示すように補正データが4bitを超える画素については、補正データを12bit、補正データが4bit以下の画素については、補正データを4bitに調整している。
図6は、CCU30の構成を示す図である。
接続端子31、I/F回路32、画像信号処理回路33、画像出力回路34、システム制御回路35及び電源回路36を具備する。接続端子31には、カメラケーブル50が接続される。I/F回路32は、デシリアライザ32a及びLVDS変換回路32bを備え、ヘッド20から送信される画像信号を画像信号処理回路33へ出力する。また、I/F回路32は、システム制御回路35から出力される制御信号を接続端子31に接続されたカメラケーブル50を介してヘッド20へ送信する。
次に、ヘッド20のEEPROM24の補正データの読出しについて説明する。
初めに、MPU35cは、ヘッド20のEEPROM24に記憶されている画素数を読み出す。次に、MPU35cは、EEPROM24から上位8bitの補正データおよび画素のアドレスを読出してCCU30のEEPROM35aへ記憶する。読みだした上位8bitの補正データは、該補正データと共に読みだされたアドレス順に記憶される。
次に、CCU30の画像信号処理部33aの補正動作について説明する。
画像信号処理部33aは、MPU35cから1回目の読出し完了信号が入力されると、MPU35cによりヘッド20のEEPROM24からCCU30のEEPROM35aへ記憶された上位8bitの補正データに基づいて、イメージセンサ21からの画像信号を補正する。
次に、第1の実施形態に係る内視鏡装置1の動作について説明する。図7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。
電源が投入されると、MPU35cは、ヘッド20のEEPROM24に記憶されている特定画素の上位8bitの補正データを読出し、この読出した補正データをEEPROM35aへ記憶する。MPU35cは、ヘッド20のEEPROM24に記憶されている上位8bitの補正データの読出しとEEPROM35aへの記憶が完了すると1回目の読出し完了信号を出力する。
ライトソース40は、MPU35cからの制御信号に基づいて、ランプ41を発光させる。ランプ41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。
同期信号生成部33b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I/F回路32から接続端子31に接続されたカメラケーブル50を介してヘッド20へ送信する。
イメージセンサ21は、ヘッド20を介して同期信号生成部33b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、画像信号としてヘッド20に接続されたカメラケーブ50を介してCCU30へ送信される。
MPU35cから読出し完了信号が入力されると、画像信号処理回路33の画像信号処理部33aは、I/F回路32から出力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33aは、EEPROM35aへ記憶された上位8bitの補正データに基づいて、この並べ替えた画像信号を補正する。さらに、画像信号処理部33a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34へ出力する。
画像出力回路34は、画像信号処理部33a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。
MPU35cは、ヘッド20のEEPROM24に記憶されている上位8bitの補正データの読出しとEEPROM35aへの記憶が完了すると、続けてEEPROM24に記憶されている全画素の下位4bitの補正データを読出し、この読出した補正データをEEPROM35aへ記憶する。この際、MPU35cは、読みだした下位4bitの補正データを、先に読みだした上位8bitのデータに加算して記憶する。
MPU35cから2回目の読出し完了信号が入力されると、画像信号処理回路33の画像信号処理部33aは、EEPROM35aへ記憶された12bitの補正データに基づいて、この並べ替えた画像信号を補正する。さらに、画像信号処理部33a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34へ出力する。
画像出力回路34は、画像信号処理部33a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。
第1の実施形態では、CMOSセンサの各画素の補正データのうち、データ量が4bitを超えている画素の補正データの上位8bit分のデータをCCU30へ優先して転送し、その後、CMOSセンサの全画素について下位4bit分のデータを転送する実施形態について説明した。
この第1の実施形態の変形例に係る内視鏡装置1AのEEPROM24には、イメージセンサ21が備えるCMOSセンサの全画素の補正データが記憶されているが、以下の1〜3の順でデータが記憶されている。また、EEPROM24に記憶されている補正データが読みだされる際は、同順(1→2→3の順)で読みだされる。
1:補正データが4bitを超える画素数。
2:補正データが4bitを超える画素の12bit分の補正データとアドレス。
3:残りの画素の補正データ。
次に、EEPROM24へ予め記憶させる補正データの作成手順について説明する。図8は、補正データの作成手順の説明図である。なお、図8では、補正データが4bitを超える画素については、補正データを12bit、補正データが4bit以下の画素については、補正データを4bitに調整した後の補正データを示している。
次に、ヘッド20のEEPROM24の補正データの読出しについて説明する。
初めに、MPU35cは、ヘッド20のEEPROM24に記憶されている画素数を読み出す。次に、MPU35cは、EEPROM24から補正データが4bitを超える画素の12bit分の補正データとアドレスを読出してCCU30のEEPROM35aへ記憶する。読みだした補正データは、該補正データと共に読みだされたアドレス順に記憶される。
第1の実施形態では、素地ノイズを打ち消すための補正データが4bitを超えている画素の補正データを優先的に転送する実施形態について説明した。しかしながら、隣り合った複数の画素に素地ノイズが生じている場合には、ノイズのレベルが小さくても画像の視認性が低下する。
1:画素が隣り合っていない場合(図10(a))。
2:3つ以上の画素が縦、横、もしくは斜めに直線状に並んでいる場合(図10(b))。
3:複数の画素が面積を有している場合(図10(c))。
この第2の実施形態に係る内視鏡装置2のEEPROM24には、イメージセンサ21が備えるCMOSセンサの全画素の補正データが記憶されているが、以下の1〜3の順でデータが記憶されている。また、EEPROM24に記憶されている補正データが読みだされる際は、同順(1→2→3の順)で読みだされる。
1:画素が隣り合っていない場合(図10(a)参照)に映像信号の基準レベル(100%の信号)からのずれが8%を超える画素数+3つ以上の画素が縦、横、もしくは斜めに直線状に並んでいる場合(図10(b)参照)に、映像信号の基準レベル(100%の信号)からのずれが5%を超える画素数+複数の画素が面積を有している場合(図10(c)参照)に、映像信号の基準レベル(100%の信号)からのずれが3%を超える画素数。
2:画素が隣り合っていない場合の補正データとアドレス+3つ以上の画素が縦、横、もしくは斜めに直線状に並んでいる場合の補正データとアドレス+複数の画素が面積を有している場合の補正データとアドレス。
3:残りの画素の補正データ。
次に、EEPROM24へ予め記憶させる補正データの作成手順について説明する。
初めに、素地ノイズを打ち消す補正データをCMOSセンサの画素毎に作成する。次に、作成した各画素の補正データのうち、画素が隣り合っていない場合に映像信号の基準レベル(100%の信号)からのずれが8%を超える画素数と、3つ以上の画素が縦、横、もしくは斜めに直線状に並んでいる場合に映像信号の基準レベル(100%の信号)からのずれが5%を超える画素数と、複数の画素が面積を有している場合に映像信号の基準レベル(100%の信号)からのずれが3%を超える画素数との合計数をEEPROM24へ記憶する。
次に、ヘッド20のEEPROM24の補正データの読出しについて説明する。
初めに、MPU35cは、ヘッド20のEEPROM24に記憶されている画素数を読み出す。次に、MPU35cは、EEPROM24から画素が隣り合っていない場合の補正データとアドレスと、3つ以上の画素が縦、横、もしくは斜めに直線状に並んでいる場合の補正データとアドレスと、複数の画素が面積を有している場合の補正データとアドレスとを読出してCCU30のEEPROM35aへ記憶する。読みだした補正データは、該補正データと共に読みだされたアドレス順に記憶される。
上記第1〜第2の実施形態では、素地ノイズの補正について説明したが、外部環境(例えば、温度や明るさ)によりレベルが変化する固定パターンノイズについても補正が可能である。この第3の実施形態では、素地ノイズ以外の固定パターンノイズ(例えば、白キズや黒キズ)を補正する実施形態について説明する。
この第3の実施形態に係る内視鏡装置3のEEPROM24には、イメージセンサ21が備えるCMOSセンサの全画素のうち白キズおよび黒キズ等の画素欠陥が生じている画素数およびアドレスが記憶される。
次に、ヘッド20のEEPROM24の補正データの読出しについて説明する。
MPU35cは、ヘッド20のEEPROM24に記憶されている画素数を読みだす。次に、MPU35cは、EEPROM24に記憶されているアドレスを読出し、CCU30のEEPROM35aへ記憶する。
次に、CCU30の画像信号処理部33aの補正動作について説明する。
画像信号処理部33aは、MPU35cから完了信号が入力されると、MPU35cによりヘッド20のEEPROM24からCCU30のEEPROM35aへ記憶された画素のアドレスに基づいて、欠陥画素の画像信号を補正する。
画像信号処理部33aは、画素毎の画像信号に付与されたアドレスに基づいて各画素の画像信号をアドレス順に並べ替えた後、画素欠陥が生じている画素の画像信号を補正する。具体的には、図11に示すように、画像信号処理部33aは、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し、欠陥画素の画像信号を補正する。
上記第1〜第2の実施形態において、視認性の高い色から補正データを転送するように構成することも可能である。この第4の実施形態では、視認性の高い色から補正データを転送する実施形態について説明する。
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、ヘッド20のEEPROM24にID(識別子)を記憶し、CCU30のEEPROM35aに、前記IDと画素数とを対応付けたテーブルデータを記憶するように構成してもよい。このように構成すれば、ヘッド20を交換した場合であっても、ヘッド20から読み出したIDからヘッド20が備えるイメージセンサ21の画素数を認識することが可能となる。
Claims (16)
- 被写体を撮像するヘッド部と、前記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、
前記ヘッド部は、
複数の画素を有し、前記被写体を撮像する撮像手段と、
前記複数の画素のノイズの大きさに基づき作成された画素毎の補正情報が記憶されている記憶手段とを具備し、
前記本体部は、
前記補正情報を取得する際に、ビット数が所定の閾値を超える画素について、前記補正情報の一部を上位ビットから優先して前記記憶手段から取得する補正情報取得手段と、
前記補正情報取得手段が前記補正情報のビット数が所定の閾値を超える画素について、前記補正情報の一部の取得を完了すると、該取得した補正情報に基づいて、前記ヘッド部の前記撮像手段から送信される画像信号を補正する補正手段と、
を具備する撮像装置。 - 前記補正情報取得手段は、
前記補正情報の一部を上位ビットから優先して取得した後、前記補正情報の残りを前記記憶手段から取得し、
前記補正手段は、
前記補正情報の残りの取得が完了すると、先に取得した前記一部の補正情報及び該取得した残りの補正情報に基づいて、前記ヘッド部の前記撮像手段から送信される画像信号を補正する請求項1記載の撮像装置。 - 前記記憶手段は、
前記補正情報のビット数が前記所定の閾値を超える画素の数をさらに記憶し、
前記補正情報取得手段は、
前記記憶手段から優先して読み出した前記補正情報の数が、前記記憶手段に記憶されている前記画素の数と同じ値になると読出し完了信号を出力し、
前記補正手段は、
前記補正情報取得手段から前記読出し完了信号が出力されると、前記補正情報取得手段が取得した補正情報に基づいて、前記ヘッド部の前記撮像手段から送信される画像信号を補正する請求項1記載の撮像装置。 - 前記補正情報取得手段は、前記補正情報のうち、ビット数が前記所定の閾値を超えている画素の補正情報を、緑色、赤色、青色の画素の順に取得する請求項1記載の撮像装置。
- 前記所定の閾値は、前記ノイズを有する画素が隣り合う数に応じて小さくなる請求項1記載の撮像装置。
- 被写体を撮像するヘッド部と、前記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の作動方法であって、
前記本体部の補正情報取得手段が、前記ヘッド部の画素毎のノイズの大きさに基づき作成された画素毎の補正情報を記憶する記憶手段から補正情報を取得する際に、ビット数が所定の閾値を超える画素について、前記補正情報の一部を上位ビットから優先して取得し、
前記ヘッド部の撮像手段が、前記被写体を撮像し、
前記本体部の補正手段が、前記補正情報取得手段が前記補正情報のビット数が所定の閾値を超える画素について、前記補正情報の一部の取得を完了すると、該取得した補正情報に基づいて、前記撮像手段から送信される画像信号を補正する撮像装置の作動方法。 - 前記補正情報取得手段は、
前記補正情報の一部を上位ビットから優先して取得した後、前記補正情報の残りを前記記憶手段から取得し、
前記補正手段は、
前記補正情報の残りの取得が完了すると、先に取得した前記一部の補正情報及び該取得した残りの補正情報に基づいて、前記ヘッド部の前記撮像手段から送信される画像信号を補正する
請求項6記載の撮像装置の作動方法。 - 前記記憶手段は、
前記補正情報のビット数が前記所定の閾値を超える画素の数をさらに記憶し、
前記補正情報取得手段は、
前記記憶手段から優先して読み出した前記補正情報の数が、前記記憶手段に記憶されている前記画素の数と同じ値になると読出し完了信号を出力し、
前記補正手段は、
前記補正情報取得手段から前記読出し完了信号が出力されると、前記補正情報取得手段が取得した補正情報に基づいて、前記ヘッド部の前記撮像手段から送信される画像信号を補正する請求項6記載の撮像装置の作動方法。 - 前記補正情報取得手段は、前記補正情報のうち、ビット数が前記所定の閾値を超えている画素の補正情報を、緑色、赤色、青色の画素の順に取得する請求項6記載の撮像装置の作動方法。
- 前記所定の閾値は、前記ノイズを有する画素が隣り合う数に応じて小さくなる請求項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ヘッド部と、前記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、
前記ヘッド部は、
複数の画素を有し、前記被写体を撮像する撮像手段と、
前記複数の画素のノイズの大きさに基づき作成された画素毎の補正情報が記憶されている記憶手段とを具備し、
前記本体部は、
前記補正情報を取得する際に、ビット数が所定の閾値を超える画素について、前記補正情報の一部を上位ビットから優先して前記記憶手段から取得する補正情報取得手段と、
前記補正情報取得手段が前記補正情報のビット数が所定の閾値を超える画素について、前記補正情報の一部の取得を完了すると、該取得した補正情報に基づいて、前記ヘッド部の前記撮像手段から送信される画像信号を補正する補正手段とを具備する内視鏡装置。 - 前記補正情報取得手段は、
前記補正情報の一部を上位ビットから優先して取得した後、前記補正情報の残りを前記記憶手段から取得し、
前記補正手段は、
前記補正情報の残りの取得が完了すると、先に取得した前記一部の補正情報及び該取得した残りの補正情報に基づいて、前記ヘッド部の前記撮像手段から送信される画像信号を補正する請求項11記載の内視鏡装置。 - 前記記憶手段は、
前記補正情報のビット数が前記所定の閾値を超える画素の数をさらに記憶し、
前記補正情報取得手段は、
前記記憶手段から優先して読み出した前記補正情報の数が、前記記憶手段に記憶されている前記画素の数と同じ値になると読出し完了信号を出力し、
前記補正手段は、
前記補正情報取得手段から前記読出し完了信号が出力されると、前記補正情報取得手段が取得した補正情報に基づいて、前記ヘッド部の前記撮像手段から送信される画像信号を補正する請求項11記載の内視鏡装置。 - 前記補正情報取得手段は、前記補正情報のうち、ビット数が前記所定の閾値を超えている画素の補正情報を、緑色、赤色、青色の画素の順に取得する請求項11記載の内視鏡装置。
- 前記所定の閾値は、前記ノイズを有する画素が隣り合う数に応じて小さくなる請求項11記載の内視鏡装置。
- 被写体を撮像するヘッド部と、前記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、
前記ヘッド部は、
複数の画素を有し、前記被写体を撮像する撮像手段と、
前記複数の画素のノイズを補正する補正情報のうち補正情報のデータ量が所定の閾値を超える画素の補正情報と、残りの補正データとが記憶されている記憶手段とを具備し、
前記本体部は、
前記補正情報のデータ量が所定の閾値を超える画素の補正情報を優先して取得し、その後に前記残りの補正データを取得する補正情報取得手段と、
前記補正情報取得手段が前記補正情報のデータ量が所定の閾値を超える画素の補正情報の取得を完了すると、該取得した補正情報に基づいて、前記ヘッド部の前記撮像手段から送信される画像信号を補正する補正手段とを具備し、
前記所定の閾値は、前記ノイズを有する画素が隣り合う数に応じて小さくなる撮像装置。
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