JP5186088B2 - 内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡装置に関し、特に、画像信号の処理機能を有する内視鏡装置に関する。

従来、１フレーム前の画像信号と現フレームの画像信号とを所定の割合で合算させて画像信号のノイズを低減させることにより、精度の高い画像を生成する内視鏡装置が知られている（例えば特許文献１参照）。さらに、ズーム機能を備えており、ズーム動作の有無に応じてノイズリダクション機能を調整する内視鏡装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
特許第３６６０７３１号（段落［００２７］〜［００４９］、図１〜５等参照） 特開２００２−３６９７９７号公報（段落［００２９］〜［００３２］、図３等参照）

また、内視鏡装置は、一般に被写体の動画像と静止画像とのいずれも生成することができ、動画像がモニタ画面等に表示され、ユーザの指示によって所望のタイミングで静止画像が生成される。

動画像の表示中に、１フレーム前と現フレームの画像信号を合算させて画像信号のノイズを低減させると、残像を有する動画像が表示されてしまうおそれがある。一方、この方法でノイズを低減させた画像信号により静止画像を形成する場合、ユーザが指示したタイミングにわずかに遅れたタイミングで画像が形成されるものの、残像が生じることはない。

このように、生成する画像が動画像であるか静止画像であるかによって、ノイズリダクションが画像に与える影響は異なる。従って、生成する画像の種類に応じて画像信号のノイズを低減することが好ましいものの、従来のノイズリダクション機能を有する内視鏡装置においては、生成する画像の種類に応じたノイズの低減は不可能である。

本発明は、生成する画像の種類に応じて画像信号のノイズを低減可能な内視鏡装置を実現することを目的とする。

本発明の内視鏡装置は、被写体の画像を形成するための画像信号を生成する撮像素子と、画像信号のノイズを低減するノイズ低減手段と、ノイズ低減手段を制御するノイズ低減制御手段と、被写体の動画像と静止画像とのいずれかの生成を指示する画像生成指示手段とを備え、ノイズ低減制御手段が、画像生成指示手段により静止画像の生成が指示されると、動画像の生成が指示されたときよりも画像信号のノイズを大きく低減させるように、ノイズ低減手段を制御可能であることを特徴とする。

ノイズ低減制御手段は、画像生成指示手段により静止画像の生成が指示されると、動画像の生成が指示されたときよりも画像信号のノイズを大きく低減させるように、ノイズ低減手段を制御することが好ましい。

ノイズ低減手段は、例えば、ノイズリダクション回路を含む。そしてこの場合、ノイズリダクション回路が、画像信号を１フレーム分格納できるフレームメモリを有し、フレームメモリから読出された１フレーム分の画像信号に第１の帰還係数ｋ（０＜ｋ＜１）を乗じた信号と、現フレームの画像信号に第２の帰還係数（１−ｋ）を乗じた信号とを合算することが好ましい。

さらにこの場合、ノイズ低減制御手段は、画像生成指示手段により静止画像の生成が指示されると、動画像の生成が指示されたときよりも第１の帰還係数ｋを大きくするようにノイズリダクション回路を制御することがより好ましい。

ノイズ低減制御手段は、例えば、画像生成指示手段により静止画像の生成が指示されたときにのみ、画像信号のノイズを低減するようにノイズ低減手段を制御する。

また、ノイズ低減制御手段が、画像生成指示手段により静止画像の生成が指示されると、動画像の生成が指示されたときよりも画像信号のノイズを大きく低減させるようにノイズ低減手段を制御する画像認識モードと、画像生成指示手段により静止画像の生成が指示されたときにのみ画像信号のノイズを低減させるようにノイズ低減手段を制御する静止画像処理モードとを切換るモード切換手段をさらに有することが望ましい。

そしてこの場合、モード切換手段は、画像認識モードと静止画像処理モードに加え、画像生成指示手段により生成指示された画像が静止画像であるか動画像であるかに関わらずノイズ低減手段を制御する画像不認識モードに切換可能であることがより望ましい。

本発明によれば、生成する画像の種類に応じて画像信号のノイズを低減可能な内視鏡装置を実現できる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、実施形態の内視鏡装置のブロック図である。

内視鏡装置１０は、スコープ２０とプロセッサ３０とを含む。スコープ２０は、被写体である体腔内の撮影に用いられ、プロセッサ３０は、スコープ２０から送られてくる画像信号を処理する。そしてプロセッサ３０には、オペレータが指示信号などを入力するためのキーボード５０、被写体像を表示するモニタ６０がそれぞれ接続されている。

プロセッサ３０には、プロセッサ３０全体を制御するシステムコントロール回路３２、照明光を出射する光源部３６、フロントパネル４６などが設けられている。フロントパネル４６上には、電源スイッチ３４とモード切換スイッチ５２とが設けられている。電源スイッチ３４がオン状態になるとプロセッサ３０が起動し、以下のように、被写体の動画像が形成され、モニタ６０上に表示される。

まず、プロセッサ３０が起動すると、システムコントロール回路３２の制御の下で、光源部３６に設けられた光源４０が照明光を出射する。この照明光は、絞り４１により光量が調整された後に、プロセッサ３０に挿入されたスコープ２０のライトガイド３８に入射する。ライトガイド３８を通った照明光は、スコープ２０の先端部から、被写体である体腔内に向けて出射される。

被写体で反射した照明光の反射光は、スコープ２０の先端にある対物光学系２１に入射する。対物光学系２１を通過した反射光は、ＣＣＤ２２（撮像素子）の受光面に到達し、ＣＣＤ２２によって被写体画像を形成するための画像信号が生成される。内視鏡装置１０では、同時方式が採用されており、ＣＣＤ２２により生成された画像信号は、スコープ２０内のプロセス回路（図示せず）によって１フレーム分ずつ順次読出され、初段信号処理回路４２に送信される。

初段信号処理回路４２に送信された画像信号には、ホワイトバランス補正処理などの所定の処理が施される。そして、輝度信号および色差信号が生成され、これらの信号は、アナログ・デジタル変換や後述する輝度信号へのノイズ低減処理などを経て画像メモリ４４に格納される。

さらに、輝度信号と色差信号は、画像メモリ４４から読み出されて後段信号処理回路４８に送信され、デジタル・アナログ変換、同期信号の付加によるコンポジットビデオ信号への変換処理などを経て、コンポジットビデオ信号に変換されてモニタ６０に出力される。この結果、被写体の動画像がモニタ６０の画面上にリアルタイムで表示される。

スコープ２０には、フリーズボタン２４が設けられている。モニタ６０上に動画像が表示されているときにフリーズボタン２４が押下されると、静止画像を生成するための信号がシステムコントロール回路３２に送られ、静止画像の画像データが生成される。生成された静止画像は、画像メモリ４４に記録されるとともに、さらに後段信号処理回路４８において所定の処理が施された後に、モニタ６０に送られる。その結果、モニタ６０上に静止画像が表示される。

また、フリーズボタン２４の近傍にはコピーボタン２６が設けられており、モニタ６０上に動画像が表示されている状態でコピーボタン２６が押下されると、押下時に表示されていた被写体の静止画像を印刷するように指示する信号が、システムコントロール回路３２に送られる。その結果、プロセッサ３０に接続されたプリンタ（図示せず）に静止画像が印刷される。

図２は、本実施形態における、初段信号処理回路４２に設けられた巡回型ノイズリダクション回路を示す図である。図３は、巡回型ノイズリダクション回路によって最初にノイズ低減処理が施された輝度信号を概略的に示す図であり、図４は、図３に示す輝度信号のノイズ低減処理の直後にノイズ低減処理が施された輝度信号を概略的に示す図である。

初段信号処理回路４２には、巡回型ノイズリダクション回路５４が設けられている。巡回型ノイズリダクション回路５４には、第１および第２の乗算器５５、５６、フレームメモリ５８、帰還係数制御回路６２、および加算器６４が含まれている。フレームメモリ５８には、１フレーム分の輝度信号が格納される。そして、システムコントロール回路３２の制御によってフレームメモリ５８に格納されていた輝度信号が読出されると、第１の乗算器５５によって、輝度信号に第１の帰還係数ｋ（０＜ｋ＜１）を乗算する処理が施される。

一方、巡回型ノイズリダクション回路５４に入力された現フレームの輝度信号には、第２の乗算器５６により第２の帰還係数（１−ｋ）を乗算する処理が施される。そして、第１の帰還係数ｋ倍された１フレーム分の輝度信号と、第２の帰還係数（１−ｋ）倍された現フレームの輝度信号とは、加算器６４によって合算される。こうして生成された輝度信号（以下、混合信号という）は、画像メモリ４４に送られるとともに、以後のノイズ低減処理のため、フレームメモリ５８に上書きされる。

生成された混合信号においては、以下に示すように、ノイズが低減されている。すなわち、前回の１フレーム分の輝度信号Ａにおいても、巡回型ノイズリダクション回路５４に入力されたばかりの現フレームの輝度信号Ｂにもランダムノイズが含まれているが、これらのノイズはランダムに発生するために、通常、発生時間は互いに異なっている（図３参照）。

従って、輝度信号ＡおよびＢを所定の割合で、例えば１：１で混合させた場合（第１および第２の帰還係数ｋ、（１−ｋ）のいずれも０．５の場合）、生成された混合信号Ｃにおいては、輝度信号ＡおよびＢ由来のノイズ成分がいずれも平均化されることにより、元の輝度信号ＡおよびＢに比べてノイズが抑制されている。

さらに、ノイズ低減処理が施され、フレームメモリ５８に上書きされた混合信号Ｃと、新たに巡回型ノイズリダクション回路５４に入力された輝度信号Ｄとが加算器６４にて合算されると、混合信号Ｃよりもさらにノイズが低減された新たな混合信号Ｅが生成される（図４参照）。

ここで、図３および４より明らかなように、前回の１フレーム分の輝度信号に乗算される第１の帰還係数ｋの値が大きく、従って第２の帰還係数（１−ｋ）の値が小さいほど、ノイズの低減効果が大きい。これは、新たに生成される混合信号において、既にノイズ低減処理が施されていた輝度信号の占める割合が高くなるためである。

帰還係数制御回路６２は、システムコントロール回路３２によって制御されている。そして、システムコントロール回路３２は、静止画像の生成が指示されると、動画像の生成指示されたときに比べて第１の帰還係数ｋの値を大きくするように、帰還係数制御回路６２を制御する。すなわち、フリーズボタン２４が押下されたことを示す信号がシステムコントロール回路３２によって受信されたときには、受信されていないときに比べて、第１の帰還係数ｋの値を大きくなる。

このように、システムコントロール回路３２が巡回型ノイズリダクション回路５４を制御する結果、モニタ６０上に表示され、あるいはプリンタ等によって出力される静止画像を形成するための輝度信号においては、動画像を形成する輝度信号よりも、相対的にノイズ成分が大きく低減されることとなる。

さらに、内視鏡装置１０においては、巡回型ノイズリダクション回路５４によるノイズ低減処理についての複数のモードが選択可能である。すなわち、静止画像を形成するための輝度信号において、動画像を形成する輝度信号よりも大きくノイズを低減させる、上述の画像認識モードに加え、システムコントロール回路３２が、フリーズボタン２４の押下、すなわち静止画像の生成指示を検知したときにのみ、ノイズ低減処理を輝度信号に施すように巡回型ノイズリダクション回路５４を制御する静止画像処理モードも設定できる。

静止画像処理モードにおいて動画像の生成が指示されているとき、すなわち、電源スイッチ３４がオン状態にあってフリーズボタン２４が押下されていないときには、システムコントロール回路３２は、第１の帰還係数ｋの値を「０」とするように帰還係数制御回路６２を制御する。

さらに、生成すべき画像が静止画像であるか動画像であるかに関わらず、巡回型ノイズリダクション回路５４がノイズを低減させる画像不認識モードも設定可能である。なお、これらの画像認識モード、静止画像処理モード、および画像不認識モードの選択、設定は、モード切換スイッチ５２の操作によって、所定の指示信号をシステムコントロール回路３２に送信することにより、あるいは、キーボード５０を介した指示信号の入力により可能である。

以上のように、本実施形態の内視鏡装置１０においては、１フレーム前と現フレームの画像信号を合算させると残像が生じるおそれがある動画像に比べ、残像が生じることのない静止画像において相対的に大きくノイズを低減させるといった、生成する画像の種類に応じた適切なノイズ低減処理が可能である。さらに、ノイズ低減処理についての複数のモードが選択可能であることから、ユーザのニーズに適合するようにノイズを低減した被写体画像を提供できる。

巡回型ノイズリダクション回路５４は、図２に示された回路と等価の回路を始め、本実施形態とは異なる構成であっても良い。また、内視鏡装置１０の構成も本実施形態に限定されず、例えば、回転式ＲＧＢカラーフィルタを設けて面順次方式を採用しても良い。そしてこの場合、ＲＧＢ各色の画像信号ごとのノイズ低減処理を施するために、巡回型ノイズリダクション回路５４は、フレームメモリ５８をＲＧＢ用に３つ設けるなど、本実施形態とは異なる構成となる。

実施形態の内視鏡装置のブロック図である。 本実施形態における、初段信号処理回路に設けられた巡回型ノイズリダクション回路を示す図である。 巡回型ノイズリダクション回路によって最初にノイズ低減処理が施された輝度信号を概略的に示す図である。 図３に示す輝度信号のノイズ低減処理の直後に、ノイズ低減処理が施された輝度信号を概略的に示す図である。

符号の説明

１０ 内視鏡装置
２２ ＣＣＤ（撮像素子）
２４ フリーズボタン（画像生成指示手段）
３２ システムコントロール回路（ノイズ低減制御手段）
３４ 電源スイッチ（画像生成指示手段）
４２ 初段信号処理回路（ノイズ低減手段）
５０ キーボード（モード切換手段）
５２ モード切換スイッチ（モード切換手段）
５４ 巡回型ノイズリダクション回路（ノイズリダクション回路・ノイズ低減手段）
５８ フレームメモリ

Claims (1)

1. 被写体の画像を形成するための画像信号を生成する撮像素子と、
   前記画像信号のノイズを低減するノイズリダクション回路を含むノイズ低減手段と、
   前記ノイズ低減手段を制御するノイズ低減制御手段と、
   前記被写体の動画像と静止画像とのいずれかの生成を指示する画像生成指示手段とを備え、
   前記ノイズ低減制御手段が、前記画像生成指示手段により静止画像の生成が指示されると、動画像の生成が指示されたときよりも前記画像信号のノイズを大きく低減させるように、前記ノイズ低減手段を制御する画像認識モードと、前記画像生成指示手段により静止画像の生成が指示されたときにのみ前記画像信号のノイズを低減させるように前記ノイズ低減手段を制御する静止画像処理モードと、前記画像生成指示手段により生成指示された画像が静止画像であるか動画像であるかに関わらず前記ノイズ低減手段を制御する画像不認識モードのいずれかのモードに切換るモード切換手段を備え、
   前記ノイズリダクション回路は、前記画像信号を１フレーム分格納できるフレームメモリと、前記フレームメモリから読出された１フレーム分の画像信号に第１の帰還係数ｋ（０＜ｋ＜１）を乗算する第１の乗算器と、現フレームの画像信号に第２の帰還係数（１−ｋ）を乗算する第２の乗算器と、前記第１の乗算器で得られた信号と前記第２の乗算器で得られた信号とを合算する加算器とを備え、
   前記ノイズ低減制御手段が、前記画像認識モードにおいて静止画像の生成が指示されると、動画像の生成が指示されたときよりも前記第１の帰還係数ｋが大きくなるように前記ノイズリダクション回路を制御し、前記静止画像処理モードにおいて動画像の生成が指示されるときは前記第１の帰還係数ｋが０となるように制御することを特徴とする内視鏡装置。

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