JP6000838B2 - Endoscope device - Google Patents

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Description

本発明は、撮像により生成されたアナログの画像を取得してデジタルの画像に変換しゲインを調節する内視鏡装置に関する。   The present invention relates to an endoscope apparatus that acquires an analog image generated by imaging, converts the analog image into a digital image, and adjusts a gain.

内視鏡では近点観察から遠点観察まで、適切な明るさおよび画質で観察できることが必要である。従って、非常に微弱な光を検出する内視鏡、例えば蛍光内視鏡などの場合には、遠点観察時の画像の明るさを確保することが重要になる。   An endoscope needs to be able to observe with appropriate brightness and image quality from near point observation to far point observation. Therefore, in the case of an endoscope that detects very weak light, such as a fluorescent endoscope, it is important to ensure the brightness of the image during far-point observation.

画像の明るさを向上する方法としては、光源からの発光量を増大させる方法、明るい撮像光学系を用いる方法、絞りが可変である場合には絞り開口を大きくする方法、撮像素子から得られるアナログ信号をアナログ増幅する方法などが知られている。   Methods for improving image brightness include increasing the amount of light emitted from the light source, using a bright imaging optical system, increasing the aperture when the aperture is variable, and analog obtained from the image sensor A method for analog amplification of a signal is known.

ただし、光源の最大光量を増大させると、光源自体の発熱量が増大するだけでなく、例えば生体等の被検体にも熱的影響を与える可能性があるために、設定可能な最大光量には制限がある。こうした制限された最大光量で発光を行った場合には遠点画像が暗くなることもあり、このときには光源の制御だけでは明るい画像を得ることができない。また、明るい撮像光学系を用いたり絞り開口を大きくしたりすると、被写界深度が浅くなるために、合焦距離から離れた例えば遠点の被写体は十分シャープに観察することができない。さらに、アナログ信号増幅は、撮像信号だけでなく、撮像信号に混入しているノイズも増大してしまうことになるために、画質の点で好ましくない影響が生じる。   However, increasing the maximum light amount of the light source not only increases the amount of heat generated by the light source itself, but also has a thermal effect on a subject such as a living body. There is a limit. When light is emitted with such a limited maximum light amount, the far-point image may become dark, and in this case, a bright image cannot be obtained only by controlling the light source. Also, if a bright imaging optical system is used or the aperture opening is enlarged, the depth of field becomes shallow, so that for example, a subject at a far point away from the focusing distance cannot be observed sufficiently sharply. Furthermore, the analog signal amplification increases not only the image pickup signal but also noise mixed in the image pickup signal, which causes an undesirable effect in terms of image quality.

また、画像の明るさを向上する方法としては、例えば特開2005−131129号公報に、イオン化を利用して電荷の増倍を行うCMD(電荷増倍素子:Charge Multiplying Device)を用いたCCDが記載されている。   As a method for improving the brightness of an image, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-131129 discloses a CCD using a CMD (Charge Multiplying Device) that performs charge multiplication using ionization. Have been described.

しかし、上記特開2005−131129号公報に記載された技術では、内視鏡の先端部に配設されたCCDに対して十分に高い電圧を印加しないと、十分な明るさの画像を得ることができない。一方、高い増幅率を得るために高い電圧を印加する場合には、安全性を図るために高電圧の信号線に十分な被覆を行うなどの必要があって、内視鏡の外径が増大してしまっていた。しかも、特殊な撮像素子を用いる必要があるために、コストも増大することになる。   However, with the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-131129, an image with sufficient brightness can be obtained unless a sufficiently high voltage is applied to the CCD disposed at the distal end of the endoscope. I can't. On the other hand, when a high voltage is applied to obtain a high amplification factor, it is necessary to sufficiently coat the high-voltage signal line for safety, and the outer diameter of the endoscope increases. I was doing it. In addition, since it is necessary to use a special image sensor, the cost also increases.

一方、画像の明るさを向上する他の方法としては、例えば特開2009−219719号公報に、光源ユニットの自動制御が適正か否かを内視鏡画像の平均輝度値またはピーク値が設定輝度範囲内にあるか否かに基づき判断し、所定期間が経過しても設定輝度範囲から外れているときには、光源ユニットの制御による適切な光量制御は無理であると判断して、内視鏡画像の平均輝度値もしくはピーク値に基づいてゲイン係数を調整しゲイン補正を行う技術が記載されている。ここに、ゲイン補正は、DSP(デジタルシグナルプロセッサ)等からなる画像取得手段により取得された内視鏡画像に対して行う、デジタルのゲイン補正である。   On the other hand, as another method for improving the brightness of an image, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-219719, an average luminance value or a peak value of an endoscopic image determines whether or not automatic control of a light source unit is appropriate. If it is out of the set luminance range even after a predetermined period of time, it is determined that appropriate light amount control by the control of the light source unit is impossible, and the endoscopic image Describes a technique for performing gain correction by adjusting a gain coefficient based on the average luminance value or peak value. Here, the gain correction is a digital gain correction performed on an endoscopic image acquired by an image acquisition means such as a DSP (digital signal processor).

このような撮像して得られたデジタル画像信号に対してデジタルゲインをかけ、信号強度を上げる方法について、図15を参照して説明する。図15は撮像して得られるアナログ画像信号から出力用(例えば、観察用や保存用など)の画像を得るときの流れを示す図である。   A method for increasing the signal intensity by applying digital gain to the digital image signal obtained by such imaging will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a diagram illustrating a flow when an image for output (for example, for observation or storage) is obtained from an analog image signal obtained by imaging.

撮像素子の各画素で光電変換して得られる画像信号はアナログ信号である。ここに、得られたアナログ画像信号は、微弱な光を光電変換して得られた信号であり、多くの画素の信号値が低いヒストグラムになっているものとする。このアナログ信号は、その後にA/D変換されてデジタル画像信号に変換される。   An image signal obtained by photoelectric conversion at each pixel of the image sensor is an analog signal. Here, it is assumed that the obtained analog image signal is a signal obtained by photoelectrically converting weak light, and has a low histogram of signal values of many pixels. This analog signal is then A / D converted to a digital image signal.

ここに、人間の肉眼により滑らかな階調変化として認識される画像を得るためには、RGB信号の一色に付き256階調、つまり8ビットでの表示が必要であると言われている。また、近年広く普及してきたハイビジョン画像では、一色に付き、さらに階調数の多い1024階調が用いられることもある。そこで、ここでは出力画像が10ビットであるものとする。   Here, in order to obtain an image that can be recognized as a smooth gradation change by the human naked eye, it is said that it is necessary to display 256 gradations, that is, 8 bits per color of the RGB signal. In addition, in a high-definition image that has become widespread in recent years, 1024 gradations with a single color and a larger number of gradations may be used. Therefore, it is assumed here that the output image is 10 bits.

このとき、途中の信号処理も10ビットで行うと、階調変換等を行った場合に中間階調が失われてしまうことがある。そこで、途中の信号処理においては、10ビットよりも階調数の大きい例えば12ビットでの処理が行われる。   At this time, if signal processing in the middle is also performed with 10 bits, intermediate gradation may be lost when gradation conversion or the like is performed. Therefore, in the midway signal processing, processing with, for example, 12 bits having a gradation number larger than 10 bits is performed.

従って、撮像素子から得られるアナログ信号をA/D変換する際には、12ビットのデジタル信号が出力されるようにサンプリングを行う。画像信号は、デジタル化されても、信号値の低い画素が多いヒストグラムとなるのはアナログ信号のときと同様である。   Therefore, when an analog signal obtained from the image sensor is A / D converted, sampling is performed so that a 12-bit digital signal is output. Even when the image signal is digitized, the histogram has many pixels with low signal values, as in the case of an analog signal.

その後に、オートゲインコントロール(AGC:Automatic Gain Control)信号値にゲイン係数を乗算して、デジタル画像信号をリニア(線形)に増幅する。この処理を行うと、ダイナミックレンジが拡大する反面、階調が損なわれることになる。例えば、値0,1,2,…の信号を4倍に増幅すると、値0,4,8,…の信号が得られるが、値2〜3,5〜7,…の信号は存在しないために、いわゆる階調落ちが発生して、階調が1/4となってしまうことが分かる。   Thereafter, the digital image signal is linearly amplified by multiplying an automatic gain control (AGC) signal value by a gain coefficient. When this process is performed, the dynamic range is expanded, but the gradation is impaired. For example, if a signal with values 0, 1, 2,... Is amplified four times, signals with values 0, 4, 8,... Are obtained, but there are no signals with values 2-3, 5-7,. Further, it can be seen that so-called gradation drop occurs and the gradation becomes ¼.

そして、表示に適した画像に変換するために、非線形な変換であるγ補正を行う。このガンマ補正の後、または同時に、処理用の12ビットの信号を、出力用の10ビットの信号に変換する処理も行う(ガンマ補正の前に10ビットの信号に変換すると、その後のガンマ補正が非線形であって階調落ちが発生するために、10ビットの信号への変換はガンマ補正の後または同時であることが好ましい)。ここに、12ビットから10ビットへの変換は、1/4倍の信号値増幅に相当するために、AGCによる信号増幅が4倍までであれば、出力画像における階調の損失は実質的に発生しないことが分かる。   Then, in order to convert to an image suitable for display, γ correction which is nonlinear conversion is performed. After or simultaneously with this gamma correction, a process of converting a 12-bit signal for processing into a 10-bit signal for output is also performed. Conversion to a 10-bit signal is preferably after or simultaneously with gamma correction because it is non-linear and gradation loss occurs. Here, since the conversion from 12 bits to 10 bits corresponds to a signal value amplification of ¼ times, if the signal amplification by AGC is up to four times, the gradation loss in the output image is substantially reduced. It turns out that it does not occur.

特開2005−131129号公報JP 2005-131129 A 特開2009−219719号公報JP 2009-219719 A

しかしながら、観察に適した明るさの画像を得ようとするときに、4倍の信号増幅では十分でない場合がある。この点について、図16を参照して説明する。図16は4倍の信号増幅では画像の明るさが不足する場合の例を示す図である。   However, when trying to obtain an image with brightness suitable for observation, signal amplification of 4 times may not be sufficient. This point will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a diagram illustrating an example in the case where the brightness of an image is insufficient with 4 times signal amplification.

まず、画像の明るさを調整するに当たっては、最も良い画質を得るために、ゲインを1に固定した状態での光源光量調節を優先する。次に、光源光量を最大に調整したとしても明るさが不足する場合には、最大照明光量を維持しながら、次にAGCによるゲイン調整を行い、必要な明るさの画像を得るようにする。そして、処理信号が12ビット、出力信号が10ビットである上述した場合には、階調が損なわれていない出力画像を得ることができるのは、4のゲイン(4倍の信号増幅)までである。   First, when adjusting the brightness of an image, in order to obtain the best image quality, priority is given to light source light amount adjustment with a gain fixed to 1. Next, if the brightness is insufficient even when the light source light amount is adjusted to the maximum, the gain adjustment by AGC is performed while maintaining the maximum illumination light amount so as to obtain an image having the necessary brightness. In the case where the processing signal is 12 bits and the output signal is 10 bits, an output image with no loss of gradation can be obtained up to a gain of 4 (4 times signal amplification). is there.

点光源の被写体を考えたときに、被写体は近距離にあるほど明るく観察され、遠距離に行くに従い暗く観察されることになる。そして、近距離にある被写体(近景)に対しては光源光量の調節で対応可能であり、中距離にある被写体(中景)に対しては最大照明光量としてかつAGCによるゲイン調整が必要となる場合において、4までのゲイン調整では適切な明るさの画像を得ることができない被写体距離に到達した場合には、その被写体距離よりも遠距離にある被写体(遠景)は明るさ不足の領域となる。   When considering a subject of a point light source, the subject is observed brighter as it is closer, and darker as it goes farther. Then, it is possible to deal with a subject (near view) at a short distance by adjusting the light source light amount, and for a subject (middle scene) at a medium distance, it is necessary to adjust the gain by AGC as the maximum illumination light amount. In this case, when a subject distance that cannot obtain an image with appropriate brightness by gain adjustment up to 4 is reached, a subject (distant view) that is further away than the subject distance is an area with insufficient brightness. .

このような明るさ不足の領域に対して例えば4よりも大きいゲイン調整を行うと、上述した理由により、階調の損失が発生して画質が低下することになる。また、例えば、上述のような12ビットでの処理ではなく、14ビットで処理するような場合であれば、AGCとして最大16倍までのゲイン調整をしても諧調の損失は発生しないが、この場合、撮像素子からの読み出し信号の情報量が大幅に増加してしまうため、画像の読み出し時間が長くなってしまう問題がある。   For example, if a gain adjustment larger than 4, for example, is performed on such an insufficiently bright area, gradation loss occurs and the image quality deteriorates for the reason described above. In addition, for example, in the case of processing with 14 bits instead of processing with 12 bits as described above, even if gain adjustment up to 16 times is performed as AGC, gradation loss does not occur. In this case, since the amount of information of the readout signal from the image sensor increases significantly, there is a problem that the readout time of the image becomes long.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、暗い被写体に対応可能となるように明るさ調整幅を広く確保すると共に、明るい被写体の画質を低下させることのない内視鏡装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an endoscope apparatus that ensures a wide brightness adjustment range so as to be compatible with a dark subject and does not deteriorate the image quality of a bright subject. The purpose is that.

上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様による内視鏡装置は、撮像により生成されたアナログの画像を取得するアナログ画像取得部と、アナログの前記画像を所定の階調数のデジタルの画像に変換するA/D変換部と、デジタルの前記画像のゲインを調節するデジタルゲイン調節部と、前記デジタルゲイン調節部によりゲイン調節されたデジタルの前記画像の階調数を、前記所定の階調数から、該所定の階調数以下の出力用の階調数に変換して出力用の画像を生成する出力画像生成部と、前記画像の明るさを変化させる明るさ変化部と、前記所定の階調数を前記出力用の階調数で割った値以下に閾値を設定して、前記ゲインが前記閾値以上であるかを判定し、前記閾値以上である場合には、前記デジタルゲイン調節部にゲインを該閾値よりも増加させないように、かつ前記明るさ変化部に対して前記画像の明るさを増大させるように制御する制御部と、を具備している。 In order to achieve the above object, an endoscope apparatus according to a first aspect of the present invention includes an analog image acquisition unit that acquires an analog image generated by imaging, and converts the analog image into a predetermined number of gradations. An A / D converter that converts the digital image, a digital gain adjuster that adjusts the gain of the digital image , and the number of gradations of the digital image that has been gain-adjusted by the digital gain adjuster. An output image generation unit that generates an output image by converting from a predetermined number of gradations to an output gradation number equal to or less than the predetermined number of gradations, and a brightness change unit that changes the brightness of the image If the predetermined of number of gradations by setting a threshold below divided by the number of tones for the output, the gain is determined whether there are more pre Ki閾 value, if the the threshold value or more The digital gain adjuster It is provided with a control unit that controls to increase the brightness of the image so as not to increase, and with respect to the brightness change unit than the value.

本発明の内視鏡装置によれば、暗い被写体に対応可能となるように明るさ調整幅を広く確保すると共に、明るい被写体の画質を低下させないようにすることができる。   According to the endoscope apparatus of the present invention, it is possible to ensure a wide brightness adjustment range so as to be able to deal with a dark subject and to prevent deterioration in image quality of a bright subject.

本発明の実施形態1の内視鏡装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the endoscope apparatus of Embodiment 1 of this invention. 上記実施形態1における明るさ調整の手順を示す図。The figure which shows the procedure of the brightness adjustment in the said Embodiment 1. FIG. 上記実施形態1において、撮像素子に結像される画像がやや明るい場合と暗い場合の信号処理経路上における明るさヒストグラムの変化の様子の例を示す図。In the said Embodiment 1, the figure which shows the example of the mode of a change of the brightness histogram on the signal processing path | route when the image imaged on an image sensor is a little bright and dark. 上記実施形態1における明るさ調整の処理を示すフローチャート。5 is a flowchart showing brightness adjustment processing in the first embodiment. 本発明の実施形態2における明るさ調整の手順を示す図。The figure which shows the procedure of the brightness adjustment in Embodiment 2 of this invention. 上記実施形態2における撮像素子の画素配列を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a pixel array of an image sensor in Embodiment 2. 上記実施形態2のビニング処理における加算対象画素の例を示す図。The figure which shows the example of the addition object pixel in the binning process of the said Embodiment 2. FIG. 本発明の実施形態3における明るさ調整の手順を示す図。The figure which shows the procedure of the brightness adjustment in Embodiment 3 of this invention. 上記実施形態3の蛍光観察モードにおける通常露光モードの動作を示すタイミングチャート。6 is a timing chart showing an operation in a normal exposure mode in the fluorescence observation mode of the third embodiment. 上記実施形態3の蛍光観察モードにおける長時間露光モードの動作を示すタイミングチャート。6 is a timing chart showing an operation in a long exposure mode in the fluorescence observation mode of the third embodiment. 本発明の実施形態4の蛍光観察モードにおける長時間露光モードの動作を示すタイミングチャート。The timing chart which shows operation | movement of the long exposure mode in the fluorescence observation mode of Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態5における明るさ調整の手順を示す図。The figure which shows the procedure of the brightness adjustment in Embodiment 5 of this invention. 上記実施形態5において、小径絞り開口時の対物絞りの状態を示す図。In the said Embodiment 5, the figure which shows the state of the objective aperture at the time of small diameter aperture opening. 上記実施形態5において、大径絞り開口時の対物絞りの状態を示す図。In the said Embodiment 5, the figure which shows the state of the objective aperture at the time of large diameter aperture opening. 従来において、撮像して得られるアナログ画像信号から出力用の画像を得るときの流れを示す図。The figure which shows the flow when obtaining the image for an output from the analog image signal obtained by imaging conventionally. 従来において、4倍の信号増幅では画像の明るさが不足する場合の例を示す図。The figure which shows the example in case the brightness of an image is insufficient in the signal amplification of 4 times conventionally.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
[実施形態1]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Embodiment 1]

図1から図4は本発明の実施形態1を示したものであり、図1は内視鏡装置1の構成を示すブロック図である。   1 to 4 show the first embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the endoscope apparatus 1.

図1に示すように、内視鏡装置1は、アナログ画像取得部たる内視鏡2と、ビデオプロセッサ3と、光源装置4と、観察モニタ5と、デジタルファイリング装置6と、入力部7と、を備えている。   As shown in FIG. 1, an endoscope apparatus 1 includes an endoscope 2 that is an analog image acquisition unit, a video processor 3, a light source device 4, an observation monitor 5, a digital filing device 6, and an input unit 7. It is equipped with.

内視鏡2は、手元側の操作部から延出され被検体内へ挿入される細長の挿入部の先端部に、撮像光学系11、対物絞り12、アクチュエータ13、撮像素子14、照明光学系15を備えている。内視鏡2は、さらに、挿入部および操作部を延設されて光源装置4へ接続されるライトガイド16を備えると共に、操作部にモード切替指示スイッチ17とスコープIDメモリ18とを備えている。   The endoscope 2 has an imaging optical system 11, an objective aperture 12, an actuator 13, an imaging element 14, and an illumination optical system at the distal end of an elongated insertion portion that extends from the operation unit on the hand side and is inserted into a subject. 15 is provided. The endoscope 2 further includes a light guide 16 that extends from the insertion portion and the operation portion and is connected to the light source device 4, and includes a mode switching instruction switch 17 and a scope ID memory 18 in the operation portion. .

ライトガイド16は、光学ファイババンドル等により構成されていて、光源装置4から供給される照明光を照明光学系15へ伝達するものである。   The light guide 16 is configured by an optical fiber bundle or the like, and transmits illumination light supplied from the light source device 4 to the illumination optical system 15.

照明光学系15は、伝達された照明光を被写体となる被検体へ向けて照射するものである。   The illumination optical system 15 irradiates the transmitted illumination light toward a subject as a subject.

撮像光学系11は、照明された被写体の光学像を撮像素子14上に結像するものである。   The imaging optical system 11 forms an optical image of the illuminated subject on the imaging element 14.

対物絞り12は、撮像光学系11により結像される光学像の明るさを変化させて調節する光学素子であり、開口径の異なる複数の絞り開口を備えている(図13、図14等参照)。   The objective aperture 12 is an optical element that changes and adjusts the brightness of an optical image formed by the imaging optical system 11, and includes a plurality of apertures with different aperture diameters (see FIGS. 13, 14, etc.). ).

アクチュエータ13は、対物絞り12を駆動して、絞り開口径を変化させるものである。また、アクチュエータ13は、図示しない励起光カットフィルタを撮像素子14の受光光路上に挿脱する駆動も行う。ここに、励起光カットフィルタは、蛍光観察を行う際に、被検体から反射されてくる励起光(後述するように、B−LED22bが発光する青色光)をカットするための光学素子である。   The actuator 13 drives the objective aperture 12 to change the aperture diameter. The actuator 13 also drives to insert / extract an excitation light cut filter (not shown) on the light receiving optical path of the image sensor 14. Here, the excitation light cut filter is an optical element for cutting excitation light (blue light emitted from the B-LED 22b as will be described later) reflected from the subject when performing fluorescence observation.

撮像素子14は、撮像光学系11により結像された光学像からアナログの画像を生成するものである。この撮像素子14は、撮像面上に複数の画素14p(図6参照)を配列して構成されており、本実施形態においてはアナログ増幅部であるFDアンプ(Floating Diffusion Amplifier)を内蔵するものとなっている。このFDアンプは、フォトダイオード(PD)により発生された電荷を一時的に蓄積するためのフローティングディフュージョン(FD)から信号を読み出す際に、電荷信号を電圧信号に変換し、この変換時に信号増幅を行うものであり、画像を処理することにより明るさを変化させるものの一種である。そして、FDアンプは、アナログ画像を増幅する際の増幅率を制御することが可能となっている(この増幅率の制御は、後述するように、撮像素子ドライバ41が行う)。このような撮像素子14は、アナログの画像をフレーム期間毎のフレーム単位で時系列的に取得するように制御される。   The imaging element 14 generates an analog image from the optical image formed by the imaging optical system 11. The imaging device 14 is configured by arranging a plurality of pixels 14p (see FIG. 6) on the imaging surface, and in this embodiment, includes an FD amplifier (Floating Diffusion Amplifier) that is an analog amplifying unit. It has become. This FD amplifier converts a charge signal into a voltage signal when reading a signal from a floating diffusion (FD) for temporarily accumulating the charge generated by the photodiode (PD), and amplifies the signal during this conversion. It is a kind of thing that changes brightness by processing an image. The FD amplifier can control the amplification factor when the analog image is amplified (the amplification factor control is performed by the image sensor driver 41 as will be described later). Such an image sensor 14 is controlled so as to acquire an analog image in a time series in units of frames for each frame period.

モード切替指示スイッチ17は、観察モードを切り替える入力指示を行うためのスイッチである。本実施形態においては、観察モードとして通常光観察モードと蛍光観察モードとがあることを想定しており、モード切替指示スイッチ17の操作状態に応じて、通常光観察モードに設定するための指示信号と蛍光観察モードに設定するための指示信号との何れかがビデオプロセッサ3の後述するモード切替回路43へ出力される。   The mode switching instruction switch 17 is a switch for performing an input instruction for switching the observation mode. In the present embodiment, it is assumed that the observation mode includes a normal light observation mode and a fluorescence observation mode, and an instruction signal for setting the normal light observation mode according to the operation state of the mode switching instruction switch 17. And an instruction signal for setting the fluorescence observation mode are output to a mode switching circuit 43 (to be described later) of the video processor 3.

スコープIDメモリ18は、内視鏡2の製品型番やシリアル番号、あるいはその他内視鏡2に固有の情報等を不揮発に記憶する記憶媒体である。   The scope ID memory 18 is a storage medium that stores the product model number and serial number of the endoscope 2 or other information unique to the endoscope 2 in a nonvolatile manner.

光源装置4は、発光ユニット21と、コリメートレンズ24と、LED駆動回路25と、電源26と、を備えている。   The light source device 4 includes a light emitting unit 21, a collimating lens 24, an LED drive circuit 25, and a power source 26.

発光ユニット21は、光源として、赤色(R)光を発光するR−LED22rと、緑色(G)光を発光するG−LED22gと、青色(B)光を発光するB−LED22bと、を備えている。これらの内のB−LED22bが発光する青色光は、蛍光観察を行う際の励起光としても用いられる。また、G−LED22gが発光する緑色光は、蛍光観察を行う際の参照光としても用いられる。   The light emitting unit 21 includes, as light sources, an R-LED 22r that emits red (R) light, a G-LED 22g that emits green (G) light, and a B-LED 22b that emits blue (B) light. Yes. Of these, the blue light emitted by the B-LED 22b is also used as excitation light when performing fluorescence observation. The green light emitted from the G-LED 22g is also used as reference light when performing fluorescence observation.

具体例を挙げれば、波長390〜470nmの青色光は、粘膜に存在するコラーゲンなどの蛍光物質からの自家蛍光を観察するための励起光となる。また、波長540〜560nmの緑色光は、血液中のヘモグロビンに吸収される参照光となる。青色励起光を照射したときに、腫瘍組織は、正常組織に比べて自家蛍光が減弱するという特性がある。このために、蛍光観察(AFI:Auto Fluorescence Imaging)においてはこれら励起光および参照光を照射することにより、腫瘍性病変と正常粘膜とを異なる色調で強調表示して、がんなど微細病変の早期発見を支援することが可能となっている。   As a specific example, blue light having a wavelength of 390 to 470 nm becomes excitation light for observing autofluorescence from a fluorescent substance such as collagen existing in the mucous membrane. Further, green light having a wavelength of 540 to 560 nm is reference light absorbed by hemoglobin in blood. When irradiated with blue excitation light, tumor tissue has a characteristic that autofluorescence is attenuated compared to normal tissue. For this reason, in fluorescence observation (AFI: Auto Fluorescence Imaging), by irradiating these excitation light and reference light, tumorous lesions and normal mucous membranes are highlighted in different colors, and early development of fine lesions such as cancer. It is possible to support discovery.

発光ユニット21は、さらに、第1のビームスプリッタ23rと、第2のビームスプリッタ23gと、第3のビームスプリッタ23bと、を備えている。   The light emitting unit 21 further includes a first beam splitter 23r, a second beam splitter 23g, and a third beam splitter 23b.

第1のビームスプリッタ23rは、R−LED22rから照射された赤色光を反射する反射ミラーとして機能する。   The first beam splitter 23r functions as a reflection mirror that reflects red light emitted from the R-LED 22r.

第2のビームスプリッタ23gは、第1のビームスプリッタ23rにより反射された赤色光を透過すると共に、G−LED22gから照射された緑色光を反射するものである。   The second beam splitter 23g transmits the red light reflected by the first beam splitter 23r and reflects the green light irradiated from the G-LED 22g.

第3のビームスプリッタ23bは、第2のビームスプリッタ23gからの赤色光および緑色光を反射すると共に、B−LED22bから照射された青色光を透過するものである。   The third beam splitter 23b reflects red light and green light from the second beam splitter 23g and transmits blue light emitted from the B-LED 22b.

コリメートレンズ24は、第3のビームスプリッタ23bからのRGB光を平行光束にして、ライトガイド16の入射端へ照射するものである。   The collimating lens 24 irradiates the incident end of the light guide 16 with the RGB light from the third beam splitter 23b as a parallel light beam.

LED駆動回路25は、AGCゲイン検知回路37から入力される制御信号に基づいて、発光ユニット21の各LED22r,22b,22gの何れを、どのような発光タイミングで発光させるかを制御するものである。このとき、LED駆動回路25は、モード切替回路43から通知された観察モードが通常光観察モードであるかまたは蛍光観察モードであるかに応じて、各LED22r,22b,22gの発光タイミングを制御するようになっている。   The LED drive circuit 25 controls which LED 22r, 22b, 22g of the light emitting unit 21 emits light at what timing based on the control signal input from the AGC gain detection circuit 37. . At this time, the LED drive circuit 25 controls the light emission timing of each LED 22r, 22b, 22g according to whether the observation mode notified from the mode switching circuit 43 is the normal light observation mode or the fluorescence observation mode. It is like that.

電源26は、発光ユニット21およびLED駆動回路25へ電力を供給する電力源である。   The power source 26 is a power source that supplies power to the light emitting unit 21 and the LED drive circuit 25.

ビデオプロセッサ3は、プロセス回路31と、A/D変換回路32と、画像処理回路33と、D/A変換回路38a,38b,38cと、符号化回路39と、撮像素子ドライバ41と、アクチュエータ制御回路42と、モード切替回路43と、調光制御パラメータ切替回路44と、調光回路45と、を備えている。   The video processor 3 includes a process circuit 31, an A / D conversion circuit 32, an image processing circuit 33, D / A conversion circuits 38a, 38b, and 38c, an encoding circuit 39, an image sensor driver 41, and actuator control. A circuit 42, a mode switching circuit 43, a dimming control parameter switching circuit 44, and a dimming circuit 45 are provided.

撮像素子14から出力されるアナログの撮像信号は、プロセス回路31へ入力される。   An analog imaging signal output from the imaging element 14 is input to the process circuit 31.

プロセス回路31は、入力された撮像信号にアナログのプロセス処理を行うものである。   The process circuit 31 performs analog process processing on the input imaging signal.

A/D変換回路32は、プロセス回路31から出力されるアナログ撮像信号をサンプリング(量子化)して、画像処理用の所定の階調数N(Nは2以上の整数)のデジタル画像信号に変換するA/D変換部である。なお、本実施形態においては、A/D変換回路32は12ビット、すなわち2の12乗の階調数のデジタル画像信号に変換するものとして説明する。   The A / D conversion circuit 32 samples (quantizes) the analog imaging signal output from the process circuit 31 and converts it into a digital image signal having a predetermined gradation number N (N is an integer of 2 or more) for image processing. An A / D conversion unit for conversion. In the present embodiment, the A / D conversion circuit 32 is described as converting to a digital image signal having 12 bits, that is, a gradation number of 2 12.

また、本実施形態では撮像素子14がアナログ撮像素子であるものとしてA/D変換回路32をビデオプロセッサ3に設けたが、デジタル撮像素子である場合には撮像素子14内に設けられていることになる(このときには、さらにプロセス回路31を撮像素子14内に設けても良いし、プロセス回路31に相当する処理をビデオプロセッサ3内においてデジタル的に行っても良い)。   In this embodiment, the A / D conversion circuit 32 is provided in the video processor 3 on the assumption that the image pickup device 14 is an analog image pickup device. However, if the image pickup device 14 is a digital image pickup device, it is provided in the image pickup device 14. (At this time, the process circuit 31 may be further provided in the imaging device 14, or the processing corresponding to the process circuit 31 may be performed digitally in the video processor 3).

画像処理回路33は、A/D変換回路32から出力されたデジタル画像信号に各種のデジタル信号処理を施すものであり、AGC(オート・ゲイン・コントロール)処理回路34、ビニングフレーム加算回路35、色マトリクス回路36、およびAGCゲイン検知回路37を備えている。   The image processing circuit 33 performs various types of digital signal processing on the digital image signal output from the A / D conversion circuit 32, and includes an AGC (auto gain control) processing circuit 34, a binning frame addition circuit 35, and a color. A matrix circuit 36 and an AGC gain detection circuit 37 are provided.

AGC処理回路34は、デジタルの画像信号のゲインを調節して増幅を行うデジタルゲイン調節部であり、利得(ゲイン)を制御することが可能となっている。   The AGC processing circuit 34 is a digital gain adjusting unit that performs amplification by adjusting the gain of a digital image signal, and can control the gain (gain).

ビニングフレーム加算回路35は、画像信号にビニング処理、あるいはフレーム加算処理を行うものである。   The binning frame addition circuit 35 performs binning processing or frame addition processing on the image signal.

ここに、ビニング処理は、空間的に近接する複数の画素信号を加算して1画素として取り扱う処理であり、幾つかの例としては、2×2画素を1画素として取り扱う2×2ビニング、3×3画素を1画素として取り扱う3×3ビニング、等が挙げられる。本実施形態ではビニング処理をビデオプロセッサ3内のビニングフレーム加算回路35により行う例を説明するが、ビニング処理機能を備えた撮像素子14によりビニング処理を行っても構わない。後述する実施形態2において説明するように、ビニング処理には、画素数が1/k(ここに、kは正の整数)に減少する処理と、画素数をほとんど減少させない処理とがある。   Here, the binning process is a process of adding a plurality of spatially adjacent pixel signals and handling them as one pixel. As some examples, 2 × 2 binning handling 2 × 2 pixels as one pixel, 3 × 3 × 3 binning that handles × 3 pixels as one pixel, and the like. In this embodiment, an example in which the binning process is performed by the binning frame addition circuit 35 in the video processor 3 will be described. However, the binning process may be performed by the image sensor 14 having a binning processing function. As will be described later in the second embodiment, the binning process includes a process in which the number of pixels is reduced to 1 / k (here, k is a positive integer) and a process in which the number of pixels is hardly reduced.

また、フレーム加算処理は、撮像素子14からフレーム単位で出力される画像信号を、同一画素位置同士で加算することにより、複数フレームの画像信号を1フレームの画像信号として取り扱う処理である。フレーム加算処理の例としては、2つのフレームを加算して1つのフレームを生成する2フレーム加算、3つのフレームを加算して1つのフレームを生成する3フレーム加算、等が幾つかの例として挙げられる。例えば2フレーム加算の場合でも、第1フレームと第2フレームとを加算して第1の加算フレームを生成した後において、第3フレームと第4フレームとを加算して第2の加算フレームを生成する等の場合と、第2フレームと第3フレームとを加算して第2の加算フレームを生成する等の場合と、がある。前者の場合にはフレーム数が半分になるが、後者の場合には総フレーム数が例えば1フレーム減るだけである。   The frame addition process is a process of handling image signals of a plurality of frames as one frame image signals by adding image signals output in units of frames from the image sensor 14 at the same pixel position. Some examples of frame addition processing include two-frame addition that adds two frames to generate one frame, three-frame addition that adds one frame to generate one frame, and the like. It is done. For example, even in the case of adding two frames, the first addition frame is generated by adding the first frame and the second frame, and then the second addition frame is generated by adding the third frame and the fourth frame. There are cases where the second frame and the third frame are added to generate a second addition frame. In the former case, the number of frames is halved, but in the latter case, the total number of frames is only reduced by one frame, for example.

色マトリクス回路36は、AGC処理回路34によりゲイン調節された後のデジタル画像に、画像信号の色空間変換を行ったり、γ変換を行ったりすることにより、出力用(観察用や保存用など)の画像を生成する出力画像生成部である。ここに、色空間変換は、例えばRGB信号からYCbCr信号へ変換する、等である。また、γ変換は、よく知られているように、観察モニタ5の表示特性に合うように信号値を非線形に変換する処理であり、典型的には、低輝度の信号の階調を伸長し、高輝度の信号の階調を圧縮するような変換を行う。このγ変換においては、デジタル画像処理用の階調数Nから、出力用の階調数M(Mは2以上N以下の整数)への変換も行う。なお、本実施形態においては、γ変換において、10ビット、すなわち2の10乗の階調数に変換するものとして説明する。   The color matrix circuit 36 performs output (for observation, storage, etc.) by performing color space conversion or γ conversion of an image signal on the digital image after gain adjustment by the AGC processing circuit 34. It is an output image generation part which produces | generates this image. Here, the color space conversion is, for example, conversion from an RGB signal to a YCbCr signal. As is well known, the γ conversion is a process of converting a signal value nonlinearly so as to match the display characteristics of the observation monitor 5, and typically expands the gradation of a low-brightness signal. Then, conversion is performed so as to compress the gradation of the high luminance signal. In this γ conversion, conversion is also performed from the gradation number N for digital image processing to the gradation number M for output (M is an integer of 2 or more and N or less). In the present embodiment, description will be made on the assumption that γ conversion is performed to convert the number of gradations to 10 bits, that is, 2 to the 10th power.

AGCゲイン検知回路37は、後述するように調光回路45から発光ユニット21の照明光量を取得して、発光ユニット21の光量が最大照明光量となったか否かを判定し、最大照明光量となった場合であって、さらに明るさを増大する必要がある場合には、AGC処理回路34を制御してゲインを増大させる。   As will be described later, the AGC gain detection circuit 37 acquires the illumination light amount of the light emitting unit 21 from the dimming circuit 45, determines whether or not the light amount of the light emitting unit 21 has reached the maximum illumination light amount, and becomes the maximum illumination light amount. If the brightness needs to be increased further, the AGC processing circuit 34 is controlled to increase the gain.

AGCゲイン検知回路37は、さらにAGC処理回路34のゲインを取得して、照明光量が最大照明光量であってかつゲインが所定の階調数に基づいて設定される閾値Th以上であるかを判定し、最大照明光量であって閾値Th以上である場合(第1の明るさ調整レベルとなったとき)には、AGC処理回路34にゲインを閾値Thよりも増加させないようにするとともに、明るさ変化部に対して画像の明るさを増大させるように制御する制御部である。   The AGC gain detection circuit 37 further acquires the gain of the AGC processing circuit 34 and determines whether the illumination light amount is the maximum illumination light amount and the gain is equal to or greater than a threshold value Th set based on a predetermined number of gradations. When the maximum illumination light quantity is equal to or greater than the threshold Th (when the first brightness adjustment level is reached), the AGC processing circuit 34 is prevented from increasing the gain beyond the threshold Th and the brightness. It is a control part which controls so that the brightness of an image may be increased with respect to a change part.

このAGCゲイン検知回路37が制御する明るさ変化部は、画像の明るさを変化させるものであり、撮像素子14に内蔵されるFDアンプ(あるいは、ビデオプロセッサ3内に設けたアナログ増幅部など)、ビニングフレーム加算回路35が備えるビニング処理機能(あるいは撮像素子14が備えるビニング処理機能)、ビニングフレーム加算回路35が備えるフレーム加算処理機能、後述するようにフレームレートの制御を行う撮像素子ドライバ41、対物絞り12などがあって、下記に説明するように実施形態毎に異なる構成を採用している。   The brightness changing unit controlled by the AGC gain detection circuit 37 changes the brightness of the image, and is an FD amplifier (or an analog amplifying unit provided in the video processor 3) built in the image sensor 14. , A binning processing function provided in the binning frame addition circuit 35 (or a binning processing function provided in the image sensor 14), a frame addition processing function provided in the binning frame addition circuit 35, an image sensor driver 41 that controls the frame rate as will be described later, There is an objective aperture 12 or the like, and a different configuration is adopted for each embodiment as described below.

従って、明るさ変化部が明るさを変化させる対象となる画像としては、撮像素子のフォトダイオード(PD)により光電変換して得られるアナログ画像、このアナログ画像をFDアンプ等でアナログ増幅したアナログ画像、アナログ画像をA/D変換回路32により変換したデジタル画像などがある。   Therefore, as an image whose brightness is changed by the brightness changing unit, an analog image obtained by photoelectric conversion by the photodiode (PD) of the image sensor, an analog image obtained by analog amplification of the analog image by an FD amplifier or the like. There is a digital image obtained by converting an analog image by the A / D conversion circuit 32.

そして、本実施形態における明るさ変化部は、撮像素子14のFDアンプであるものとする。従って、AGCゲイン検知回路37は、撮像素子ドライバ41を介してFDアンプの増幅率を制御する。   The brightness changing unit in this embodiment is assumed to be an FD amplifier of the image sensor 14. Therefore, the AGC gain detection circuit 37 controls the amplification factor of the FD amplifier via the image sensor driver 41.

このとき、明るさ変化部による明るさの変化は、連続的とはならず、不連続となる場合がある。例えば、ビニングやフレーム加算の場合には整数倍が単位となるし、FDアンプによるアナログ増幅や、フレームレートの変更ステップ、対物絞り12の開口径についても段階的な(不連続な)変化となることがあると考えられる。このような場合には、明るさ変化部により明るさを変化させる前後において出力用画像の明るさが急激に変化することなく略同一に維持されるように、明るさ変化部が変化させた明るさを相殺する分だけ、AGCゲイン検知回路37は、AGC処理回路34にゲインを調整させる処理を行う。従って、明るさ変化部により明るさを増大した後は、ゲインが閾値Th未満になると考えられるために、AGC処理回路34によりゲインを変化させてより細かいレベルでの明るさの制御を行うことが再び可能となる。   At this time, the change in brightness by the brightness changing unit may not be continuous but discontinuous. For example, in the case of binning or frame addition, an integer multiple is a unit, and analog amplification by an FD amplifier, a frame rate changing step, and an aperture diameter of the objective aperture 12 are also stepwise (discontinuous) changes. There seems to be something. In such a case, the brightness changed by the brightness changing unit so that the brightness of the output image is maintained substantially the same without suddenly changing before and after the brightness is changed by the brightness changing unit. The AGC gain detection circuit 37 performs a process of causing the AGC processing circuit 34 to adjust the gain by the amount that cancels out the error. Therefore, after the brightness is increased by the brightness changing unit, the gain is considered to be less than the threshold value Th. Therefore, it is possible to control the brightness at a finer level by changing the gain by the AGC processing circuit 34. Again possible.

また、明るさ変化部により明るさを既に増大している場合において、AGC処理回路34のゲインが1となってもさらに明るさを減少させる必要がある場合(第2の明るさ調整レベルとなったとき)には、AGCゲイン検知回路37は、明るさ変化部に明るさを減少させるように制御する。このときに明るさ変化部が減少させた明るさを相殺する分だけ、AGCゲイン検知回路37が、AGC処理回路34にゲインを調整させる処理を行うのは上述と同様である。従って、明るさ変化部により明るさを減少した後は、ゲインが1よりも大きくなると考えられるために、AGC処理回路34によりゲインを変化させてより細かいレベルでの明るさの制御を行うことが再び可能となる。   In the case where the brightness has already been increased by the brightness changing unit, even when the gain of the AGC processing circuit 34 becomes 1, the brightness needs to be further reduced (the second brightness adjustment level is reached). The AGC gain detection circuit 37 controls the brightness changing unit to decrease the brightness. At this time, the AGC gain detection circuit 37 performs the process of causing the AGC processing circuit 34 to adjust the gain as much as the brightness reduced by the brightness changing unit is cancelled. Therefore, after the brightness is reduced by the brightness changing unit, the gain is considered to be larger than 1. Therefore, the AGC processing circuit 34 can change the gain and control the brightness at a finer level. Again possible.

このような処理を行う場合には、明るさ変化部により明るさを増大する時点の第1の明るさ調整レベル(発光ユニット21による照明光量調整、AGC処理回路34によるゲイン調整、および明るさ変化部による明るさ調整を組み合わせた明るさ調整レベル)と、明るさ変化部により明るさを減少する時点の第2の明るさ調整レベルとは異なり、基本的に、第1の明るさ調整レベルは第2の明るさ調整レベル以上となる。   When such processing is performed, the first brightness adjustment level at the time when the brightness is increased by the brightness changing unit (the illumination light amount adjustment by the light emitting unit 21, the gain adjustment by the AGC processing circuit 34, and the brightness change). Unlike the second brightness adjustment level at the time when the brightness is reduced by the brightness changing unit, the first brightness adjustment level is basically It becomes more than the 2nd brightness adjustment level.

特に、明るさ変化部による明るさの変化が不連続である場合には、第1の明るさ調整レベルは第2の明るさ調整レベルよりも高い。従って、明るさ調整レベルを増大するときの経路と、明るさ調整レベルを減少するときの経路とは異なり、いわゆるヒステリシス曲線に類似する経路形状となる(図2、図5、図8、図12等参照)。   In particular, when the brightness change by the brightness changing unit is discontinuous, the first brightness adjustment level is higher than the second brightness adjustment level. Therefore, the path shape when the brightness adjustment level is increased is different from the path when the brightness adjustment level is decreased, and the path shape is similar to a so-called hysteresis curve (FIGS. 2, 5, 8, and 12). Etc.).

明るさ変化部による不連続な明るさの変化は、いわゆる明るさ調整モードのスイッチングとして捉えることができるが、上述したようなヒステリシス形状の経路を辿る場合には、一旦モード移行した後は、手ブレや被写体の動きによって被写体距離が変化する等により被写体の明るさが多少変化したとしても(つまり、被写体の明るさに大きな変化が生じない限り)、元のモードにすぐには戻らず、頻繁なモードスイッチングが起こり難い利点がある。   The discontinuous change in brightness caused by the brightness changer can be considered as switching in the so-called brightness adjustment mode. However, when following the path of the hysteresis shape as described above, once the mode is changed, Even if the subject's brightness changes slightly due to changes in subject distance due to blurring or movement of the subject (that is, unless the subject's brightness changes significantly), it will not return immediately to the original mode, but frequently There is an advantage that mode switching is difficult to occur.

明るさ変化部による明るさ変化(モードスイッチング)は、後述するように、画質の変化を伴うことがあるが、頻繁にモードスイッチングが起こると出力用画像の画質が頻繁に変化することになるために、観察者に違和感を与えことになる。従って、こうした違和感を軽減することも可能となる。   As will be described later, the brightness change (mode switching) by the brightness changing unit may be accompanied by a change in image quality. However, if mode switching occurs frequently, the image quality of the output image changes frequently. In addition, the observer feels uncomfortable. Therefore, such a sense of incongruity can be reduced.

さらに、明るさ変化部による明るさ変化(モードスイッチング)は、後述するように、撮像素子14のリセットが必要になる場合もある。このときには、モードスイッチングを行うとフレーム落ちが発生することになる。従って、モードスイッチングが発生し難いヒステリシス形状の明るさ調整経路を採用することにより、フレーム落ちの発生回数を大幅に抑制することが可能となる。   Furthermore, the brightness change (mode switching) by the brightness changing unit may require reset of the image sensor 14 as will be described later. At this time, if mode switching is performed, a frame drop occurs. Therefore, by employing a hysteresis-shaped brightness adjustment path that is unlikely to cause mode switching, the number of occurrences of frame dropping can be significantly suppressed.

そして、AGCゲイン検知回路37は、明るさ変化部が明るさを増大させておらず、かつAGC処理回路34のゲインが「1」であって、さらに明るさを減少する必要がある場合には、調光回路45を制御して発光ユニット21の照明光量を減少させる。   The AGC gain detection circuit 37 is used when the brightness changing unit does not increase the brightness and the gain of the AGC processing circuit 34 is “1” and the brightness needs to be further reduced. Then, the light control circuit 45 is controlled to reduce the illumination light quantity of the light emitting unit 21.

加えて、AGCゲイン検知回路37は、上述した画像処理用の階調数N(所定の階調数)に基づき閾値Thを設定する処理も行う。具体例として、AGCゲイン検知回路37は、さらに、上述した出力用の階調数Mと、(γ変換は非線形変換であるために)γ変換したときに階調落ちが発生しない階調数Lと、に基づいて、以下の数式1に示すように閾値Thを設定する。
[数1]
Th=λ×min[N,L]/M
ここに、λは値を調整するために乗算される1以下の所定の係数であり、min[N,L]はNとLの内の大きくない方の値をとることを示している。
In addition, the AGC gain detection circuit 37 performs a process of setting the threshold Th based on the above-described number of gradations N (predetermined number of gradations) for image processing. As a specific example, the AGC gain detection circuit 37 further includes the output gradation number M described above and the gradation number L at which gradation drop does not occur when γ conversion is performed (since γ conversion is non-linear conversion). Based on the above, the threshold value Th is set as shown in the following Equation 1.
[Equation 1]
Th = λ × min [N, L] / M
Here, λ is a predetermined coefficient of 1 or less multiplied to adjust the value, and min [N, L] indicates that the smaller one of N and L is taken.

なお、数式1をより簡易化して、γ変換における階調落ちを考慮しないようにする場合には、数式1は次の数式2のように書かれる。
[数2]
Th=λ×N/M
In addition, when simplifying Formula 1 so as not to consider gradation drop in γ conversion, Formula 1 is written as Formula 2 below.
[Equation 2]
Th = λ × N / M

この数式2に示すように閾値Thを設定する場合には、AGCゲイン検知回路37は、画像処理用の階調数Nと出力用の階調数Mとを用いていることになる。そして具体的な数値例を挙げれば、本実施形態においてはNは12ビットで表現される階調、Mは10ビットで表現される階調であるために、λ=1とすると、Th=4となる。従って、AGCゲイン検知回路37は、AGC処理回路34のゲインが「4」となったところで、明るさ変化部に画像の明るさを増大させる制御を行うことになる。このゲイン「4」は、画像処理用の階調数Nの信号から出力用の階調数Mの信号に変換したときに、階調落ちが発生しない最大ゲイン値となる。   When the threshold Th is set as shown in Equation 2, the AGC gain detection circuit 37 uses the gradation number N for image processing and the gradation number M for output. As a specific numerical example, in this embodiment, N is a gradation expressed by 12 bits, and M is a gradation expressed by 10 bits. Therefore, if λ = 1, Th = 4 It becomes. Therefore, the AGC gain detection circuit 37 controls the brightness changing unit to increase the brightness of the image when the gain of the AGC processing circuit 34 becomes “4”. The gain “4” is a maximum gain value at which no gradation drop occurs when a signal having the gradation number N for image processing is converted to a signal having the gradation number M for output.

D/A変換回路38a,38b,38cは、色マトリクス回路36から出力されるデジタルの画像信号をアナログの画像信号に変換するものであり、例えば出力される信号成分(RGB成分、あるいはYCbCr成分等)毎に対応して設けられている。   The D / A conversion circuits 38a, 38b, and 38c convert digital image signals output from the color matrix circuit 36 into analog image signals. For example, output signal components (RGB components, YCbCr components, etc.) ) Is provided for each.

符号化回路39は、色マトリクス回路36から出力されるデジタルの画像信号に符号化処理(具体例としては圧縮処理)を行うものである。   The encoding circuit 39 performs encoding processing (specifically, compression processing) on the digital image signal output from the color matrix circuit 36.

撮像素子ドライバ41は、撮像素子14を駆動制御し、露光や読み出しを行わせるものである。この撮像素子ドライバ41は、撮像素子14に内蔵されるFDアンプの増幅率の制御も行う。さらに撮像素子ドライバ41は、撮像素子14により撮像する際のフレームレートの制御も行う。加えて撮像素子ドライバ41は、撮像素子14がビニング処理機能を備えている場合には、該機能の制御も行う。   The image sensor driver 41 drives and controls the image sensor 14 to perform exposure and reading. The image sensor driver 41 also controls the amplification factor of the FD amplifier built in the image sensor 14. Further, the image sensor driver 41 also controls the frame rate when the image sensor 14 captures an image. In addition, when the image sensor 14 has a binning processing function, the image sensor driver 41 also controls the function.

アクチュエータ制御回路42は、アクチュエータ13を制御することにより、対物絞り12を駆動させて絞り開口径を変化させ、あるいは励起光カットフィルタを撮像光学系11の光路上に挿脱するものである。   The actuator control circuit 42 controls the actuator 13 to drive the objective aperture 12 to change the aperture diameter of the aperture, or to insert / extract the excitation light cut filter on the optical path of the imaging optical system 11.

モード切替回路43は、モード切替指示スイッチ17から入力された指示信号に応じて、内視鏡装置1の観察モードを切り替えるものである。すなわち、モード切替回路43は、モード切替指示スイッチ17から蛍光観察モードに設定する指示信号が入力された場合には、アクチュエータ制御回路42を介してアクチュエータ13に励起光カットフィルタを撮像光学系11の光路上へ挿入させるとともに、調光制御パラメータ切替回路44を介して調光回路45に蛍光観察用のパラメータを設定させる。また、モード切替回路43は、モード切替指示スイッチ17から通常光観察モードに設定する指示信号が入力された場合には、アクチュエータ制御回路42を介してアクチュエータ13に励起光カットフィルタを撮像光学系11の光路上から退避させるとともに、調光制御パラメータ切替回路44を介して調光回路45に通常光観察用のパラメータを設定させる。   The mode switching circuit 43 switches the observation mode of the endoscope apparatus 1 in accordance with the instruction signal input from the mode switching instruction switch 17. That is, when an instruction signal for setting the fluorescence observation mode is input from the mode switching instruction switch 17, the mode switching circuit 43 applies an excitation light cut filter to the actuator 13 via the actuator control circuit 42. While being inserted into the optical path, the dimming circuit 45 is caused to set parameters for fluorescence observation via the dimming control parameter switching circuit 44. Further, when an instruction signal for setting the normal light observation mode is input from the mode switching instruction switch 17, the mode switching circuit 43 applies an excitation light cut filter to the actuator 13 via the actuator control circuit 42. Are evacuated from the optical path and the dimming circuit 45 is caused to set parameters for normal light observation via the dimming control parameter switching circuit 44.

調光制御パラメータ切替回路44は、モード切替回路43により設定された観察モードに応じて、調光回路45に設定される調光制御パラメータを切り替えるものである。   The dimming control parameter switching circuit 44 switches the dimming control parameter set in the dimming circuit 45 according to the observation mode set by the mode switching circuit 43.

調光回路45は、プロセス回路31から出力される撮像信号(すなわち、AGC処理回路34による処理が行われる前の信号)に基づき画像の明るさを検知して、画像の明るさが適切な明るさとなるように、光源装置4により発光する照明光の光量を調整するものである。従って、調光回路45によりR−LED22r、G−LED22g、B−LED22bのそれぞれの発光量が設定され、すなわち発光バランスの調整も行われる。   The dimming circuit 45 detects the brightness of the image based on the imaging signal output from the process circuit 31 (that is, the signal before the processing by the AGC processing circuit 34 is performed), and the brightness of the image is appropriate. Thus, the amount of illumination light emitted by the light source device 4 is adjusted. Accordingly, the light control circuit 45 sets the light emission amounts of the R-LED 22r, G-LED 22g, and B-LED 22b, that is, the light emission balance is adjusted.

調光回路45は、内部に調光制御パラメータを備えており、調光制御パラメータ切替回路44からの制御に基づきパラメータセットを切り替える。具体的には、通常光観察モードのときにはR−LED22r、G−LED22g、B−LED22bの全てを発光許可するパラメータセットが用いられ、蛍光観察モードのときにはR−LED22rの発光を禁止するとともに、励起光を発光するB−LED22bおよび参照光を発光するG−LED22gの発光を許可するパラメータセットが用いられる。   The dimming circuit 45 includes a dimming control parameter therein, and switches the parameter set based on the control from the dimming control parameter switching circuit 44. Specifically, a parameter set that permits light emission of all of the R-LED 22r, the G-LED 22g, and the B-LED 22b is used in the normal light observation mode, and the light emission of the R-LED 22r is prohibited and excited in the fluorescence observation mode. A parameter set that allows light emission of the B-LED 22b that emits light and the G-LED 22g that emits reference light is used.

さらに、調光回路45は、プロセス回路31の出力から検知される画像の明るさが適切になるように、各パラメータセットに設定するパラメータ値を、設定可能な範囲内において変更する。そして、調光回路45は、観察モードに応じたパラメータセットのパラメータ値に基づいて、調光信号を発光ユニット21へ出力し、電源26からR−LED22r、G−LED22g、B−LED22bへ供給する電流を設定する。これにより、LED駆動回路25から発光タイミングを示す発光信号が発光ユニット21へ出力されると、観察モードに応じた適切なタイミングおよび適切な照明光量で発光ユニット21が照明光を発光する。また、調光回路45は、発光ユニット21の照明光量を示す情報をAGCゲイン検知回路37へ出力する。   Further, the dimming circuit 45 changes the parameter value set in each parameter set within a settable range so that the brightness of the image detected from the output of the process circuit 31 is appropriate. And the light control circuit 45 outputs a light control signal to the light emission unit 21 based on the parameter value of the parameter set according to observation mode, and supplies it from the power supply 26 to R-LED22r, G-LED22g, B-LED22b. Set the current. Thus, when a light emission signal indicating the light emission timing is output from the LED drive circuit 25 to the light emitting unit 21, the light emitting unit 21 emits illumination light at an appropriate timing according to the observation mode and an appropriate amount of illumination light. In addition, the dimming circuit 45 outputs information indicating the illumination light amount of the light emitting unit 21 to the AGC gain detection circuit 37.

次に、図2は明るさ調整の手順を示す図である。   Next, FIG. 2 is a diagram showing the procedure of brightness adjustment.

まず、本実施形態における明るさ調整のモードスイッチングは、撮像素子14に内蔵されるFDアンプにおけるローアンプモード(例えば、アナログ増幅のゲインが1)とハイアンプモード(例えば、アナログ増幅のゲインが3など)とのスイッチングとなっている。   First, brightness adjustment mode switching in the present embodiment is performed by using a low amplifier mode (for example, an analog amplification gain of 1) and a high amplifier mode (for example, an analog amplification gain of 3) in an FD amplifier built in the image sensor 14. Etc.).

そして、明るさの調整は、光源である発光ユニット21の照明光量により調整することが優先される。従って、基本設定としては、AGC処理回路34のゲインは1、FDアンプのモードはローアンプモードである。   And priority is given to adjustment of the brightness by the illumination light quantity of the light emitting unit 21 which is a light source. Therefore, as basic settings, the gain of the AGC processing circuit 34 is 1, and the mode of the FD amplifier is the low amplifier mode.

このような基本設定の下で、光源光量を調整することにより、画像が明るすぎる場合には光源光量を減少させ、画像が暗すぎる場合には光源光量を増加させる。このときの明るさ調整範囲は、最小照明光量から最大照明光量までである。   By adjusting the light source light amount under such basic settings, the light source light amount is decreased when the image is too bright, and the light source light amount is increased when the image is too dark. The brightness adjustment range at this time is from the minimum illumination light amount to the maximum illumination light amount.

そして、光源光量を最大照明光量にしても画像がまだ暗い場合には、AGC処理回路34のゲイン調整を2番目に優先して行う。本実施形態においては、階調落ちが発生しない最大ゲイン値は上述したように4であるために、ゲインによる明るさ調整範囲は1から4までである。   If the image is still dark even when the light source light amount is the maximum illumination light amount, the gain adjustment of the AGC processing circuit 34 is performed with the second priority. In the present embodiment, since the maximum gain value at which gradation drop does not occur is 4 as described above, the brightness adjustment range by gain is from 1 to 4.

ゲインを4にしても画像がまだ暗い場合には、FDアンプのモードをハイアンプモードに設定する。FDアンプをハイアンプモードにしてアナログ画像の信号増幅を行うと、ノイズレベルも増幅されることになる。従って、明るさ変化部としてアナログ増幅部であるFDアンプを用いる場合には、画像の明るさを得る代わりに、S/N比の低下を招くことになる。つまり、明るさ変化部としてのFDアンプの利用は、画像の明るさと、出力用画像の画質と、のトレードオフの関係となっている。   If the image is still dark even with a gain of 4, the FD amplifier mode is set to the high amplifier mode. When the FD amplifier is set to the high amplifier mode and the signal amplification of the analog image is performed, the noise level is also amplified. Therefore, when an FD amplifier that is an analog amplifying unit is used as the brightness changing unit, the S / N ratio is lowered instead of obtaining the brightness of the image. That is, the use of the FD amplifier as the brightness changing unit has a trade-off relationship between the brightness of the image and the image quality of the output image.

さらにこのとき、ローアンプモードからハイアンプモードへ移行する前後で出力用画像の明るさが急激に変化することのないように、ローアンプモードからハイアンプモードへの移行に伴う明るさの増大量を相殺する分だけ、AGCゲイン検知回路37は、AGC処理回路34にゲインを減少させる処理を行う。   Furthermore, at this time, the amount of increase in brightness associated with the transition from the low amplifier mode to the high amplifier mode so that the brightness of the output image does not change suddenly before and after the transition from the low amplifier mode to the high amplifier mode. The AGC gain detection circuit 37 performs a process of reducing the gain in the AGC processing circuit 34 by the amount that cancels out.

その後、AGCゲイン検知回路37は、AGC処理回路34にゲインを順次増加させて、1から4までの調整範囲内でゲインを増減することにより、出力用画像が適切な明るさとなるように明るさ調整を行う。   Thereafter, the AGC gain detection circuit 37 sequentially increases the gain to the AGC processing circuit 34, and increases or decreases the gain within the adjustment range from 1 to 4, so that the output image has an appropriate brightness. Make adjustments.

一方、光源光量が最大照明光量、FDアンプがハイアンプモード、AGC処理回路34のゲインが4である最大明るさの状態から、明るさを減少させるときには、次のように行う。   On the other hand, when the brightness is reduced from the maximum brightness state where the light source light amount is the maximum illumination light amount, the FD amplifier is in the high amplifier mode, and the gain of the AGC processing circuit 34 is 4, the following is performed.

まず、AGC処理回路34にゲインを減少させる処理を行う。   First, the AGC processing circuit 34 performs a process for reducing the gain.

ここで、ゲインを1にしても画像がまだ明るい場合には、FDアンプのモードをローアンプモードに設定する。このとき、ハイアンプモードからローアンプモードへ移行する前後で出力用画像の明るさが急激に変化することのないように、ハイアンプモードからローアンプモードへの移行に伴う明るさの減少量を相殺する分だけ、AGCゲイン検知回路37がAGC処理回路34にゲインを増加させる処理を行うのは上述と同様である。   If the image is still bright even when the gain is 1, the FD amplifier mode is set to the low amplifier mode. At this time, in order to prevent the brightness of the output image from changing abruptly before and after the transition from the high-amplifier mode to the low-amplifier mode, the amount of decrease in brightness associated with the transition from the high-amplifier mode to the low-amplifier mode is Similar to the above, the AGC gain detection circuit 37 performs the process of increasing the gain by the AGC processing circuit 34 by the amount of offset.

その後、AGCゲイン検知回路37は、AGC処理回路34にゲインを順次減少させる。そして、ゲインを1にしても画像がまだ明るい場合には、光源の光量を減少させることにより、出力用画像が適切な明るさとなるように明るさ調整を行う。   Thereafter, the AGC gain detection circuit 37 causes the AGC processing circuit 34 to sequentially decrease the gain. If the image is still bright even with a gain of 1, the brightness is adjusted so that the output image has an appropriate brightness by reducing the light amount of the light source.

続いて、図3は、撮像素子14に結像される画像がやや明るい場合と暗い場合の信号処理経路上における明るさヒストグラムの変化の様子の例を示す図である。   Next, FIG. 3 is a diagram illustrating an example of how the brightness histogram changes on the signal processing path when the image formed on the image sensor 14 is slightly bright and dark.

撮像素子14により光電変換を行うと(ST1)、画像がやや明るい場合には低輝度から例えば中輝度程度まで画素が分布する(ST1H)のに対し、画像が暗い場合には低輝度に大部分の画素が分布し、中輝度以上にはほとんど分布しない(ST1L)。   When photoelectric conversion is performed by the image sensor 14 (ST1), when the image is slightly bright, pixels are distributed from low luminance to, for example, about medium luminance (ST1H), whereas when the image is dark, the luminance is mostly reduced. Pixels are distributed, and are hardly distributed over medium luminance (ST1L).

撮像素子14から画像を読み出す際にFDアンプにより増幅を行う(ST2)が、画像がやや明るい場合には例えばアナログ増幅は行わず(ST2H)、画像が暗い場合にはアナログ増幅を行ったとする(ST2L)。すると、画像がやや明るい場合だけでなく、画像が暗い場合にも、低輝度から例えば中輝度程度まで画素が分布した状態となる。   When an image is read from the image sensor 14, amplification is performed by an FD amplifier (ST 2). For example, when the image is slightly bright, analog amplification is not performed (ST 2 H), and when the image is dark, analog amplification is performed ( ST2L). Then, not only when the image is slightly bright, but also when the image is dark, pixels are distributed from low luminance to, for example, about medium luminance.

撮像素子14から出力されたアナログ画像をA/D変換回路32によりデジタル信号に変換すると(ST3)、画像がやや明るい場合と画像が暗い場合との何れにおいても同様のサンプリングが行われ、画像処理用の所定の階調数Nのデジタル画像信号となる(ST3H、ST3L)。   When the analog image output from the image sensor 14 is converted into a digital signal by the A / D conversion circuit 32 (ST3), the same sampling is performed both when the image is slightly bright and when the image is dark, and image processing is performed. This is a digital image signal having a predetermined gradation number N for use (ST3H, ST3L).

これらのデジタル画像信号に対して、AGC処理回路34によりデジタルゲイン調節を行いゲインアップした(ST4)とすると、何れのデジタル画像も階調幅が広がる(ST4H、ST4L)。   If these digital image signals are subjected to digital gain adjustment by the AGC processing circuit 34 and gained up (ST4), the gradation width of any digital image is widened (ST4H, ST4L).

その後、色マトリクス回路36によりガンマ補正を行う(ST5)ことにより、何れのデジタル画像も出力用の階調数Mの信号に変換されると共に、明るさヒストグラムが例えば観察モニタ5に表示するのに適した形状に変化する(ST5H、ST5L)。   Thereafter, gamma correction is performed by the color matrix circuit 36 (ST5), whereby any digital image is converted into a signal having an output gradation number M, and a brightness histogram is displayed on the observation monitor 5, for example. It changes to a suitable shape (ST5H, ST5L).

図4は、上述したような明るさ調整の処理を示すフローチャートである。   FIG. 4 is a flowchart showing the brightness adjustment process as described above.

この処理を開始すると、まず、この明るさ調整の処理を終了するか否かを判定する(ステップS1)。   When this process is started, it is first determined whether or not to end the brightness adjustment process (step S1).

ここで、まだ終了しない場合には、現在取得されている画像の明るさが適切な明るさよりも明るすぎるか否かを判定する(ステップS2)。   Here, if not yet finished, it is determined whether or not the brightness of the currently acquired image is too bright than the appropriate brightness (step S2).

ここで明るすぎないと判定された場合には、今度は、現在取得されている画像の明るさが適切な明るさよりも暗すぎるか否かを判定する(ステップS3)。   If it is determined that the brightness is not too bright, it is determined whether or not the brightness of the currently acquired image is too dark than the appropriate brightness (step S3).

ここで、暗すぎないと判定された場合には、適切な明るさであることになるために、今後の明るさ変化に対応するためにステップS1へ戻って、上述したような処理を繰り返して行う。   Here, when it is determined that the image is not too dark, the brightness is appropriate. Therefore, the process returns to step S1 in order to cope with future brightness changes, and the above-described processing is repeated. Do.

また、ステップS3において暗すぎると判定された場合には、発光ユニット21の発光量が最大照明光量であるか否かを判定する(ステップS4)。   If it is determined in step S3 that the light is too dark, it is determined whether the light emission amount of the light emitting unit 21 is the maximum illumination light amount (step S4).

ここで、最大照明光量でないと判定された場合には、照明光量による調整を優先して、発光ユニット21の発光量を増大させてから(ステップS5)、上述したステップS1の処理へ戻る。   Here, when it is determined that the light amount is not the maximum illumination light amount, the adjustment by the illumination light amount is prioritized to increase the light emission amount of the light emitting unit 21 (step S5), and the process returns to the above-described step S1.

一方、ステップS4において既に最大照明光量であると判定された場合には、AGCゲイン検知回路37は、AGC処理回路34から取得したゲインの値が、閾値Th以上であるか否かを判定する(ステップS6)。   On the other hand, when it is determined in step S4 that the light intensity is already the maximum illumination light amount, the AGC gain detection circuit 37 determines whether or not the gain value acquired from the AGC processing circuit 34 is equal to or greater than the threshold Th ( Step S6).

ここで、閾値Th未満であると判定された場合には、ゲインを増加させる余地があるということであるために、AGCゲイン検知回路37は、AGC処理回路34にゲインを増加させてから(ステップS7)、上述したステップS1の処理へ戻る。   Here, when it is determined that the gain is less than the threshold Th, it means that there is room for increasing the gain. Therefore, the AGC gain detection circuit 37 increases the gain to the AGC processing circuit 34 (step S1). S7), the process returns to step S1 described above.

また、ステップS6において、閾値Th以上であると判定された場合には、AGCゲイン検知回路37は、明るさ変化部に画像の明るさを増大させる(ステップS8)。すなわち本実施形態においては、上述したように、撮像素子14に内蔵されるFDアンプのモードをローアンプモードからハイアンプモードへ移行させる。なおこのときには、上述したように、ローアンプモードからハイアンプモードへの移行に伴う明るさの増大量を相殺する分だけ、AGC処理回路34にゲインを減少させる処理を行わせると良い。そしてその後、上述したステップS1の処理へ戻る。   If it is determined in step S6 that the threshold value Th is equal to or greater than the threshold Th, the AGC gain detection circuit 37 increases the brightness of the image in the brightness changing unit (step S8). That is, in the present embodiment, as described above, the mode of the FD amplifier built in the image sensor 14 is shifted from the low amplifier mode to the high amplifier mode. At this time, as described above, it is preferable to cause the AGC processing circuit 34 to perform the process of decreasing the gain by the amount that offsets the increase in brightness accompanying the transition from the low amplifier mode to the high amplifier mode. Then, the process returns to the above-described step S1.

一方、ステップS2において、現在取得されている画像の明るさが適切な明るさよりも明るすぎると判定された場合には、AGCゲイン検知回路37は、AGC処理回路34から取得したゲインの値が、1(つまり、ゲインアップなし)であるか否かを判定する。(ステップS9)。   On the other hand, if it is determined in step S2 that the brightness of the currently acquired image is too bright than the appropriate brightness, the AGC gain detection circuit 37 determines that the gain value acquired from the AGC processing circuit 34 is It is determined whether or not 1 (that is, no gain up). (Step S9).

ここで、ゲインの値が1でないと判定された場合には、AGCゲイン検知回路37は、AGC処理回路34にゲインを減少させてから(ステップS10)、上述したステップS1の処理へ戻る。   Here, when it is determined that the gain value is not 1, the AGC gain detection circuit 37 reduces the gain to the AGC processing circuit 34 (step S10), and then returns to the processing of step S1 described above.

また、ステップS9において、ゲインの値が1であると判定された場合には、AGCゲイン検知回路37は、明るさ変化部に画像の明るさを増大させている最中であるか否かを判定する(ステップS11)。   If it is determined in step S9 that the gain value is 1, the AGC gain detection circuit 37 determines whether or not the brightness change unit is increasing the brightness of the image. Determination is made (step S11).

ここで、明るさ増加処理中であると判定された場合には、AGCゲイン検知回路37は、明るさ変化部に画像の明るさを減少させる(ステップS12)。すなわち本実施形態においては、上述したように、撮像素子14に内蔵されるFDアンプのモードをハイアンプモードからローアンプモードへ移行させる。なおこのときには、上述したように、ハイアンプモードからローアンプモードへの移行に伴う明るさの減少量を相殺する分だけ、AGC処理回路34にゲインを増加させる処理を行わせると良い。そしてその後、上述したステップS1の処理へ戻る。   If it is determined that the brightness increasing process is being performed, the AGC gain detection circuit 37 causes the brightness changing unit to decrease the brightness of the image (step S12). That is, in the present embodiment, as described above, the mode of the FD amplifier built in the image sensor 14 is shifted from the high amplifier mode to the low amplifier mode. At this time, as described above, it is preferable to cause the AGC processing circuit 34 to perform the process of increasing the gain by the amount that offsets the decrease in brightness accompanying the transition from the high amplifier mode to the low amplifier mode. Then, the process returns to the above-described step S1.

一方、ステップS11において、明るさ増加処理中でないと判定された場合には、AGCゲイン検知回路37は、発光ユニット21の発光量が最小照明光量であるか否かを判定する(ステップS13)。   On the other hand, when it is determined in step S11 that the brightness increase process is not being performed, the AGC gain detection circuit 37 determines whether or not the light emission amount of the light emitting unit 21 is the minimum illumination light amount (step S13).

ここで、最小照明光量でないと判定された場合には発光ユニット21の発光量を減少させてから(ステップS14)、また、最小照明光量であると判定された場合にはそのまま、上述したステップS1の処理へ戻る。   Here, when it is determined that the light amount is not the minimum illumination light amount, the light emission amount of the light emitting unit 21 is decreased (step S14). When it is determined that the light amount is the minimum illumination light amount, the above-described step S1 is performed as it is. Return to the process.

こうして、ステップS1において終了すると判定された場合には、この明るさ調整の処理を終了する。   Thus, if it is determined in step S1 that the process is to end, the brightness adjustment process ends.

なお、上述では撮像素子14に内蔵されるFDアンプによりアナログ画像の増幅を行ったが、このような構成に限定されるものではなく、例えばビデオプロセッサ3内にアナログ増幅部を設ける等の構成であっても構わない。   In the above description, the analog image is amplified by the FD amplifier built in the image pickup device 14. However, the present invention is not limited to such a configuration. For example, the video processor 3 includes an analog amplification unit. It does not matter.

また、アナログ画像取得部は内視鏡2などの撮像素子14等を含む構成に限定されるものではなく、撮像により生成されたアナログの画像を取得するものであれば良い。従って、アナログ画像取得部は、例えばビデオプロセッサ3に相当するような画像処理装置におけるアナログ画像入力部であっても構わない。   The analog image acquisition unit is not limited to the configuration including the imaging device 14 such as the endoscope 2, and may be any unit that acquires an analog image generated by imaging. Therefore, the analog image acquisition unit may be an analog image input unit in an image processing apparatus corresponding to the video processor 3, for example.

そして、上述では、観察モードとして通常光観察モードと蛍光観察モードを例に挙げたが、その他にも、例えばNBI(Narrow Band Imaging:登録商標)観察モードに設定可能であっても構わない。   In the above description, the normal light observation mode and the fluorescence observation mode are given as examples of the observation mode. However, for example, an NBI (Narrow Band Imaging: registered trademark) observation mode may be set.

なお、上述では、アナログ増幅を、ローアンプモードとハイアンプモードとの不連続な2段階の切り替えとしたが、勿論これに限るものではない。例えば、より連続的な切り替えに近付くように、アナログ増幅のゲインの変化ステップを小さくしても良い。さらには、アナログ増幅のレンジをより大きくしても良い。具体例としては、アナログ増幅のゲインを1〜8までのレンジで、例えば256段階に分割した細かい変化ステップで行うようにしても良い。この場合には、明るさを増加する際に、AGC処理回路34によるデジタルのゲインが4に達した段階でアナログ増幅のゲインを段階的に上げて行くようにし、逆に明るさを減少する際に、アナログ増幅のゲインを段階的に下げて行き、アナログ増幅のゲインが1に達した段階でAGC処理回路34によるデジタルのゲインを4から減少させるようにする、等の処理が考えられる(ただし、この処理に限らず、上述したヒステリシス形状の明るさ調整経路を保つようにする処理であっても良い)。   In the above description, the analog amplification is discontinuous two-stage switching between the low amplifier mode and the high amplifier mode. However, the present invention is not limited to this. For example, the gain changing step of analog amplification may be reduced so as to approach more continuous switching. Furthermore, the range of analog amplification may be increased. As a specific example, the analog amplification gain may be set in a range from 1 to 8, for example, in fine change steps divided into 256 steps. In this case, when the brightness is increased, the analog amplification gain is gradually increased when the digital gain by the AGC processing circuit 34 reaches 4, and conversely, when the brightness is decreased. In addition, the analog amplification gain may be decreased step by step, and the digital gain by the AGC processing circuit 34 may be decreased from 4 when the analog amplification gain has reached 1 (however, the process may be considered). The process is not limited to this process, and may be a process for maintaining the above-described hysteresis-shaped brightness adjustment path).

このような実施形態1によれば、光源光量の調整による明るさの調整を優先して行っているために、光源光量の調整のみで対応可能な範囲(例えば近点)内においては出力用画像の画質が低下することがない。   According to the first embodiment, since the brightness adjustment by adjusting the light source light amount is prioritized, the output image is within a range (for example, near point) that can be handled only by adjusting the light source light amount. The image quality of the camera does not deteriorate.

また、AGC処理回路34によるゲイン調整により明るさの調整を行う場合には、出力用画像に階調落ちが発生しない上限を示す閾値Th以下の範囲内で調整を行うようにしたために、デジタルでゲインを調整しても出力用画像の画質が低下するのを防止することができる。   Further, when adjusting the brightness by the gain adjustment by the AGC processing circuit 34, since the adjustment is performed within the range of the threshold value Th indicating the upper limit that does not cause gradation drop in the output image, it is digitally performed. Even if the gain is adjusted, it is possible to prevent the image quality of the output image from deteriorating.

さらに、ゲインが閾値Thになっても明るさが不足する場合には、明るさ変化部としてのFDアンプをローアンプモードからハイアンプモードへ移行させるようにしたために、出力用画像の明るさの調整幅を広く確保することができ、遠点観察にも対応可能となる。   Further, when the brightness is insufficient even when the gain reaches the threshold value Th, the brightness of the output image is reduced because the FD amplifier as the brightness changing unit is shifted from the low amplifier mode to the high amplifier mode. A wide adjustment range can be secured, and it is possible to handle far-point observation.

一方、デジタルゲインが1になっても明るさが過剰である場合には、明るさ変化部としてのFDアンプをハイアンプモードからローアンプモードへ移行させるようにしたために、出力用画像の画質を高いレベルに戻すことができ、例えば近点観察時の画質を高いレベルに維持することが可能となる。   On the other hand, if the brightness is excessive even when the digital gain is 1, the FD amplifier as the brightness changing unit is shifted from the high amplifier mode to the low amplifier mode. It is possible to return to a high level. For example, the image quality during near-point observation can be maintained at a high level.

そして、FDアンプのアンプモードを変更する際に、アンプモードの変更に伴う明るさの変化量を相殺する分だけ、AGC処理回路34がゲインを変化させるようにしたために、出力用画像の明るさが急激に変化するのを防止し、観察者の違和感が生じないようにすることができる。   Then, when the amplifier mode of the FD amplifier is changed, the gain of the AGC processing circuit 34 is changed by an amount corresponding to the amount of change in brightness accompanying the change of the amplifier mode. Can be prevented from changing abruptly so that the viewer does not feel uncomfortable.

加えて、FDアンプをローアンプモードからハイアンプモードへ移行させるときの第1の明るさ調整レベルが、ハイアンプモードからローアンプモードへ移行させるときの第2の明るさ調整レベルよりも高くなるように、つまりいわゆるヒステリシス曲線に類似する経路形状となるようにしたために、モードスイッチングの発生回数、ひいては画質の変化回数を低減し、観察者の違和感を軽減することができる。   In addition, the first brightness adjustment level when the FD amplifier is shifted from the low amplifier mode to the high amplifier mode is higher than the second brightness adjustment level when the FD amplifier is shifted from the high amplifier mode to the low amplifier mode. Thus, in other words, since the path shape is similar to a so-called hysteresis curve, the number of occurrences of mode switching and thus the number of changes in image quality can be reduced, thereby reducing the viewer's uncomfortable feeling.

こうして、遠点観察等の暗い被写体に対応可能となるように明るさ調整幅を広く確保することができると共に、近点観察等の明るい被写体の画質を低下させることのない内視鏡装置となる。
[実施形態2]
In this way, it is possible to secure a wide brightness adjustment range so as to be able to deal with a dark subject such as far-point observation, and to obtain an endoscope apparatus that does not deteriorate the image quality of a bright subject such as near-point observation. .
[Embodiment 2]

図5から図7は本発明の実施形態2を示したものであり、図5は明るさ調整の手順を示す図、図6は撮像素子14の画素配列を示す図、図7はビニング処理における加算対象画素の例を示す図である。   FIGS. 5 to 7 show Embodiment 2 of the present invention, FIG. 5 is a diagram showing a procedure of brightness adjustment, FIG. 6 is a diagram showing a pixel arrangement of the image sensor 14, and FIG. 7 is a binning process. It is a figure which shows the example of an addition object pixel.

この実施形態2において、上述の実施形態1と同様である部分については同一の符号を付すなどして説明を適宜省略し、主として異なる点についてのみ説明する。   In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted as appropriate, and only different points will be mainly described.

上述した実施形態1は、明るさ変化部としてFDアンプを用いたが、本実施形態は、ビニングフレーム加算回路35または撮像素子14が備えるビニング処理機能を用いるものとなっている。   In the first embodiment described above, an FD amplifier is used as the brightness changing unit. However, in the present embodiment, the binning processing function provided in the binning frame addition circuit 35 or the image sensor 14 is used.

図6に示すように、撮像素子14は、画素14pを例えば水平方向および垂直方向に配列した2次元状の画素配列となっている。   As shown in FIG. 6, the image sensor 14 has a two-dimensional pixel arrangement in which the pixels 14p are arranged in, for example, the horizontal direction and the vertical direction.

そして、本実施形態においては、ビニング処理として、例えば図7に示すような4画素加算、すなわち、水平方向および垂直方向に隣接する2×2画素(4つの画素14p)を加算して1画素(ビニング後の画素14b)として取り扱う(従って、画像の明るさが増大する)2×2ビニングを行うものとする。従って、ビニング処理は、撮像素子の各画素から得られる画像を処理することにより明るさを変化させる処理の一種である。   In the present embodiment, as the binning process, for example, four pixels are added as shown in FIG. 7, that is, 2 × 2 pixels (four pixels 14p) adjacent in the horizontal direction and the vertical direction are added to obtain one pixel ( It is assumed that 2 × 2 binning is performed as the pixel 14b) after binning (thus increasing the brightness of the image). Therefore, the binning process is a kind of process for changing the brightness by processing an image obtained from each pixel of the image sensor.

ここに、ビニング処理は、ビニング処理機能を備えた撮像素子14を用いる場合には撮像素子14内において行うことも可能であるし、画像処理回路33中のビニングフレーム加算回路35により行うことも可能である。   Here, the binning processing can be performed in the imaging device 14 when the imaging device 14 having the binning processing function is used, or can be performed by the binning frame addition circuit 35 in the image processing circuit 33. It is.

例えば撮像素子14内においてビニング処理を行う場合には、一例としての2×2ビニングのときにはビニング処理後の画素数が1/4となって、読み出し画素数を低減することができるために、読出期間を短縮してフレームレートを向上することができる利点がある。   For example, when binning processing is performed in the image sensor 14, the number of pixels after binning processing is reduced to ¼ in the case of 2 × 2 binning as an example, and the number of readout pixels can be reduced. There is an advantage that the frame rate can be improved by shortening the period.

一方、ビニングフレーム加算回路35においてビニング処理を行う場合には、ビニング処理前の画像を保存したままビニング処理後の画像を生成する等が可能であるために、加算対象の着目4画素を2×2画素単位で移動していくのに代えて、水平1画素単位で移動し、1水平ラインが終了したところで垂直1画素単位で移動して再び水平1画素単位で移動するようにすれば、画素数がほとんど低減することがない(m、nを正の整数として、撮像素子14の全画素をm×n画素としたときに、ビニング処理後の画素数は(m−1)×(n−1)画素となる)利点がある。   On the other hand, when binning processing is performed in the binning frame addition circuit 35, it is possible to generate an image after binning processing while preserving the image before binning processing. Instead of moving in units of two pixels, it moves in units of one horizontal pixel, and when one horizontal line ends, it moves in units of one vertical pixel and moves again in units of one horizontal pixel. The number of pixels after the binning process is (m−1) × (n−, where m and n are positive integers and all pixels of the image sensor 14 are m × n pixels. 1) It becomes a pixel).

こうして明るさ変化部としてビニング処理機能を用いた場合の明るさ調整の手順は、図5に示すように、上述した実施形態1の図2に示したものとほぼ同様である。すなわち、実施形態1のハイアンプモードへの移行に代えて4画素加算のビニング処理を行い、ローアンプモードへの移行に代えてビニング処理による画素加算をオフすれば良い。   In this way, the brightness adjustment procedure when the binning processing function is used as the brightness changing unit is substantially the same as that shown in FIG. 2 of the first embodiment described above, as shown in FIG. That is, it is only necessary to perform binning processing for four-pixel addition instead of shifting to the high amplifier mode of the first embodiment, and to turn off pixel addition by binning processing instead of shifting to the low amplifier mode.

なお、明るさ変化部としてビニング処理機能を用いる場合には、画像の明るさを得る代わりに、画素数の低下(特に、撮像素子14内でのビニング処理の場合)や、画像の鮮鋭度の低下(例えば、ビニングフレーム加算回路35内でのビニング処理の場合(空間的に近接した画素信号の加算を行うため))等を招くことになる。従って、明るさ変化部としてのビニング処理機能の利用は、画像の明るさと、出力用画像の画質と、のトレードオフの関係となっている。   When the binning processing function is used as the brightness changing unit, instead of obtaining the brightness of the image, a decrease in the number of pixels (especially in the case of the binning processing in the image sensor 14) or the sharpness of the image. Degradation (for example, in the case of binning processing in the binning frame addition circuit 35 (to add pixel signals spatially close to each other)) is caused. Therefore, the use of the binning processing function as the brightness changing unit has a trade-off relationship between the brightness of the image and the image quality of the output image.

また、画素数の低下を避けたい場合には、画素補間等の処理を追加して行うようにすれば良い。一方、鮮鋭度の低下を抑制したい場合には、鮮鋭度の強調処理を追加して行うようにすれば良い。   If it is desired to avoid a decrease in the number of pixels, processing such as pixel interpolation may be added. On the other hand, when it is desired to suppress a reduction in sharpness, sharpness enhancement processing may be additionally performed.

このような実施形態2によれば、ビニング処理を行うことによっても、上述した実施形態1とほぼ同様の効果を奏することができる。
[実施形態3]
According to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be obtained by performing the binning process.
[Embodiment 3]

図8から図10は本発明の実施形態3を示したものであり、図8は明るさ調整の手順を示す図、図9は蛍光観察モードにおける通常露光モードの動作を示すタイミングチャート、図10は蛍光観察モードにおける長時間露光モードの動作を示すタイミングチャートである。   8 to 10 show Embodiment 3 of the present invention, FIG. 8 is a diagram showing the procedure of brightness adjustment, FIG. 9 is a timing chart showing the operation in the normal exposure mode in the fluorescence observation mode, and FIG. These are timing charts showing the operation in the long exposure mode in the fluorescence observation mode.

この実施形態3において、上述の実施形態1,2と同様である部分については同一の符号を付すなどして説明を適宜省略し、主として異なる点についてのみ説明する。   In the third embodiment, the same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted as appropriate, and only different points will be mainly described.

本実施形態は、明るさ変化部としてフレームレートの制御(すなわち、フレーム期間の変更)を行う撮像素子ドライバ41を用いるものとなっている。   In the present embodiment, an image sensor driver 41 that controls the frame rate (that is, changes in the frame period) is used as the brightness changing unit.

撮像素子ドライバ41は、観察モードが通常光観察モードや蛍光観察モード、あるいはNBI観察モード等の何れであっても、必要に応じて、撮像素子14により撮像する際のフレームレートを上述したように制御し得るようになっている。   As described above, the imaging device driver 41 sets the frame rate when imaging is performed by the imaging device 14 as necessary, regardless of whether the observation mode is the normal light observation mode, the fluorescence observation mode, or the NBI observation mode. It can be controlled.

すなわち、例えば蛍光観察モードにおける通常露光モード時には、図9に示すように、光源装置4が励起光と参照光とを所定のタイミングで交互に発光する。そして、撮像素子14は励起光または参照光が発光されている間に露光を行う(露光期間EXP)。この通常露光モードの露光期間EXPが終了すると、撮像素子ドライバ41は、読出開始信号を撮像素子14へ出力する。撮像素子14は、読出開始信号を受けると読出期間RDに移行して、撮像した画像を画素単位、あるいはライン単位等で順次出力する。   That is, for example, in the normal exposure mode in the fluorescence observation mode, as shown in FIG. 9, the light source device 4 alternately emits the excitation light and the reference light at a predetermined timing. The image sensor 14 performs exposure while the excitation light or the reference light is emitted (exposure period EXP). When the exposure period EXP in the normal exposure mode ends, the image sensor driver 41 outputs a read start signal to the image sensor 14. Upon receiving the readout start signal, the image sensor 14 shifts to the readout period RD, and sequentially outputs the captured images in units of pixels or lines.

一方、図10に示すような蛍光観察モードにおける長時間露光モード時に、光源装置4が励起光と参照光とを交互に発光するのは通常露光モード時と同様である。ただし、参照光を照射した結果得られる被検体からの反射光は通常の明るさを期待することができるのに対して、励起光を照射した結果、励起光カットフィルタを介して得られる被検体からの蛍光は、極めて微弱な明るさであると考えられる。そこで、AGCゲイン検知回路37は、LED駆動回路25を介して、長時間露光モードにおける励起光の照射期間(すなわち、励起光の露光期間EXP)を、通常露光モードにおける励起光の照射期間よりも長くするように発光ユニット21を制御する。具体例としては、通常露光モードの2フレーム分の期間(概略、(通常露光モードの2フレーム分の露光期間EXP)+(通常露光モードの1フレーム分の読出期間RD))とする等である。   On the other hand, in the long exposure mode in the fluorescence observation mode as shown in FIG. 10, the light source device 4 alternately emits the excitation light and the reference light in the same manner as in the normal exposure mode. However, the reflected light from the subject obtained as a result of irradiating the reference light can be expected to have normal brightness, whereas the subject obtained via the excitation light cut filter as a result of irradiating the excitation light. The fluorescence from is considered to be extremely weak. Therefore, the AGC gain detection circuit 37 causes the excitation light irradiation period in the long exposure mode (that is, the excitation light exposure period EXP) to be longer than the excitation light irradiation period in the normal exposure mode via the LED drive circuit 25. The light emitting unit 21 is controlled to be longer. A specific example is a period of two frames in the normal exposure mode (roughly, (exposure period EXP for two frames in the normal exposure mode) + (readout period RD for one frame in the normal exposure mode)). .

従って、AGCゲイン検知回路37は、LED駆動回路25を介して発光ユニット21の発光タイミングを制御すると共に、撮像素子ドライバ41が撮像素子14へ出力する読出開始信号のタイミングを制御するようになっている。   Accordingly, the AGC gain detection circuit 37 controls the light emission timing of the light emitting unit 21 via the LED drive circuit 25 and also controls the timing of the readout start signal output from the image sensor driver 41 to the image sensor 14. Yes.

こうして明るさ変化部としてフレームレートの制御を行う撮像素子ドライバ41を用いた場合の明るさ調整の手順は、図8に示すように、上述した実施形態1の図2に示したものとほぼ同様である。すなわち、実施形態1のハイアンプモードへの移行に代えて長時間露光モードへの移行を行い、ローアンプモードへの移行に代えて通常露光モードへの移行を行えば良い。   In this way, the brightness adjustment procedure when the image sensor driver 41 that controls the frame rate is used as the brightness changing unit, as shown in FIG. 8, is substantially the same as that shown in FIG. 2 of the first embodiment described above. It is. That is, the shift to the long exposure mode may be performed instead of the shift to the high amplifier mode of the first embodiment, and the shift to the normal exposure mode may be performed instead of the shift to the low amplifier mode.

なお、明るさ変化部としてフレームレートの制御を行う撮像素子ドライバ41を用いる場合には、画像の明るさを得る代わりに、フレームレートの低下や、ブレの発生等を招くことになる。従って、明るさ変化部としてのフレームレートの制御を行う撮像素子ドライバ41の利用は、画像の明るさと、撮像素子14により取得されるアナログ画像のフレームレートと出力用画像の画質との少なくとも一方と、のトレードオフの関係となっている。   Note that, when the image sensor driver 41 that controls the frame rate is used as the brightness changing unit, instead of obtaining the brightness of the image, a decrease in the frame rate, occurrence of blurring, and the like are caused. Therefore, the use of the image sensor driver 41 that controls the frame rate as the brightness changing unit is based on the brightness of the image, at least one of the frame rate of the analog image acquired by the image sensor 14 and the image quality of the output image. This is a trade-off relationship.

このような実施形態3によれば、フレームレートを変更する処理を行うことによっても、上述した実施形態1,2とほぼ同様の効果を奏することができる。   According to the third embodiment, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained by performing the process of changing the frame rate.

また、フレームレートを変更するモードスイッチングは撮像素子14のリセットを必要とする場合があり、このときには、モードスイッチングに伴ってフレーム落ちが発生することになる。従って、上述したようにモードスイッチングが発生し難いヒステリシス形状の明るさ調整経路を採用することにより、フレーム落ちの発生回数を大幅に抑制することが可能となる利点がある。
[実施形態4]
In addition, mode switching for changing the frame rate may require resetting of the image sensor 14, and in this case, frame dropping occurs with mode switching. Therefore, there is an advantage that the number of occurrences of frame dropping can be greatly suppressed by adopting a brightness adjustment path having a hysteresis shape in which mode switching hardly occurs as described above.
[Embodiment 4]

次に、図11は本発明の実施形態4を示したものであり、蛍光観察モードにおける長時間露光モードの動作を示すタイミングチャートである。   Next, FIG. 11 shows Embodiment 4 of the present invention and is a timing chart showing the operation in the long exposure mode in the fluorescence observation mode.

この実施形態4において、上述の実施形態1〜3と同様である部分については同一の符号を付すなどして説明を適宜省略し、主として異なる点についてのみ説明する。   In the fourth embodiment, the same parts as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted as appropriate, and only different points will be mainly described.

本実施形態は、明るさ変化部としてビニングフレーム加算回路35が備えるフレーム加算処理機能を用いるものとなっている。   In the present embodiment, the frame addition processing function included in the binning frame addition circuit 35 is used as the brightness changing unit.

まず、本実施形態においても、露光モードとして、通常露光モードと長時間露光モードとを設定可能となっている。これらの内の通常露光モードにおける露光および読み出しの動作は、上述した実施形態3の図9に示した動作と同様である。   First, also in this embodiment, the normal exposure mode and the long exposure mode can be set as the exposure mode. Of these, the exposure and readout operations in the normal exposure mode are the same as the operations shown in FIG. 9 of the third embodiment.

一方、本実施形態における長時間露光モード時の露光および読み出しの動作は、例えば図11に示すように行う。   On the other hand, the exposure and readout operations in the long exposure mode in the present embodiment are performed as shown in FIG. 11, for example.

すなわち、図9に示した処理と同様に、撮像時のフレームレートは一定のままとする(従って、撮像素子14のリセットは不要となる)。ただし、図9の処理では励起光と参照光とを交互に照射して露光を行ったのに対して、本実施形態においては、例えば励起光、励起光、参照光(より明るい励起光の画像を得たい場合には、励起光の連続発光回数を増加させれば良い)の発光順序を繰り返して行うように制御して露光を行う。こうして、取得されたフレーム画像の内の、連続する励起光の発光期間の露光により得られたフレーム画像(時間的に近接する複数フレームの画像)をビニングフレーム加算回路35においてフレーム加算する(従って、出力用画像のフレームレートは低減する)。   That is, similarly to the processing shown in FIG. 9, the frame rate at the time of imaging remains constant (therefore, resetting of the imaging element 14 is unnecessary). However, in the process of FIG. 9, the exposure is performed by alternately irradiating the excitation light and the reference light. In the present embodiment, for example, the excitation light, the excitation light, and the reference light (brighter excitation light image) When it is desired to obtain the light emission, the number of continuous light emission times of the excitation light may be increased), and exposure is performed by controlling so that the light emission order is repeated. Thus, the frame image obtained by the exposure in the emission period of the continuous excitation light in the acquired frame images (images of a plurality of frames close in time) is subjected to frame addition in the binning frame addition circuit 35 (accordingly, The frame rate of the output image is reduced).

このような処理を行うことにより、通常の露光時間の参照光の画像と、露光時間の長い励起光の画像と、を交互に得ることができる。   By performing such processing, it is possible to alternately obtain an image of reference light having a normal exposure time and an image of excitation light having a long exposure time.

なお、明るさ変化部としてビニングフレーム加算回路35が備えるフレーム加算処理機能を用いる場合に、画像の明るさとトレードオフの関係となるのは、上述した実施形態3と同様に、フレームレートと出力用画像の画質との少なくとも一方である。   Note that, when the frame addition processing function provided in the binning frame addition circuit 35 is used as the brightness changing unit, the relationship between the brightness of the image and the trade-off is the same as in the third embodiment described above. It is at least one of image quality.

このような実施形態4によれば、上述した実施形態3とほぼ同様の効果を奏するとともに、光源装置4の発光順序とビデオプロセッサ3の画像処理内容については変更が必要であるが、撮像素子14の撮像時のフレームレートは変更の必要がないために、モードスイッチングを行ってもフレーム落ちが発生しない利点がある。
[実施形態5]
According to the fourth embodiment, the same effects as those of the third embodiment described above can be obtained, and the light emission order of the light source device 4 and the image processing content of the video processor 3 need to be changed. Since there is no need to change the frame rate at the time of imaging, there is an advantage that no frame drop occurs even if mode switching is performed.
[Embodiment 5]

図12から図14は本発明の実施形態5を示したものであり、図12は明るさ調整の手順を示す図、図13は小径絞り開口時の対物絞り12の状態を示す図、図14は大径絞り開口時の対物絞り12の状態を示す図である。   FIGS. 12 to 14 show Embodiment 5 of the present invention, FIG. 12 is a diagram showing the procedure of brightness adjustment, FIG. 13 is a diagram showing the state of the objective aperture 12 when the small-diameter aperture is opened, and FIG. These are figures which show the state of the objective aperture stop 12 at the time of large diameter aperture opening.

この実施形態5において、上述の実施形態1〜4と同様である部分については同一の符号を付すなどして説明を適宜省略し、主として異なる点についてのみ説明する。   In the fifth embodiment, the same parts as those in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted as appropriate, and only different points will be mainly described.

本実施形態は、明るさ変化部として対物絞り12を用いるものとなっている。   In the present embodiment, the objective aperture 12 is used as the brightness changing unit.

対物絞り12は、より詳しくは、例えば図13および図14に示すように構成されている。   More specifically, the objective aperture 12 is configured as shown in FIGS. 13 and 14, for example.

すなわち、対物絞り12は、光束通過用開口12bを有する絞り基板12aと、この絞り基板12aに対して回動軸12eを介して回動可能に軸支された絞り枠12cと、を備えている。絞り枠12cは、軸支部12dを介して回動軸12eに取り付けられており、小径絞り開口12sと、大径絞り開口12lと、を備えている。   In other words, the objective diaphragm 12 includes a diaphragm substrate 12a having a light beam passage opening 12b, and a diaphragm frame 12c that is pivotally supported by the diaphragm substrate 12a via a rotation shaft 12e. . The diaphragm frame 12c is attached to the rotating shaft 12e via a shaft support part 12d, and includes a small-diameter diaphragm opening 12s and a large-diameter diaphragm opening 12l.

小径絞り開口12sは、主に被写体の明るさが不足していないとき(例えば近点観察等)に用いられ、撮像素子14上に結像される画像は大径絞り開口12lの場合よりも暗くなるが、被写界深度が深い特徴がある。   The small-diameter aperture 12s is mainly used when the brightness of the subject is not insufficient (for example, near-point observation), and the image formed on the image sensor 14 is darker than in the case of the large-diameter aperture 12l. However, it has a deep depth of field.

一方、大径絞り開口12lは、主に被写体の明るさが不足しているとき(例えば遠点観察等)に用いられ、撮像素子14上に結像される画像は小径絞り開口12sの場合よりも明るくなるが、小径絞り開口12sを用いる場合に比して被写界深度が浅い。   On the other hand, the large-diameter aperture opening 12l is mainly used when the brightness of the subject is insufficient (for example, far-point observation), and the image formed on the image sensor 14 is more than the case of the small-diameter aperture 12s. However, the depth of field is shallower than when the small-diameter aperture 12s is used.

内視鏡分野では、例えば数十mm程度の近点〜中点距離で観察を行うことが多く、撮像光学系11もこうした被写体距離に合わせて設計されることが多い。従って、100mm程度の遠点からの観察を大径絞り開口12lを介して行うと、被写界深度の浅さのために、遠点付近の被写体の像がぼけてしまうと考えられる。そこで、遠点観察時に被写体のピントがずれることのないように、大径絞り開口12lにはフォーカス位置調整用の補助レンズ11aが取り付けられている(ただし、撮像光学系11が焦点調節機能を備えている場合には、該機能を利用しても構わない)。   In the endoscope field, observation is often performed at a near-to-midpoint distance of, for example, about several tens of millimeters, and the imaging optical system 11 is often designed according to such a subject distance. Therefore, if observation from a far point of about 100 mm is performed through the large-diameter stop aperture 121, it is considered that the subject image near the far point is blurred due to the shallow depth of field. Therefore, an auxiliary lens 11a for adjusting the focus position is attached to the large-diameter aperture 12l so that the subject is not out of focus during far-point observation (however, the imaging optical system 11 has a focus adjustment function). If so, this function may be used).

アクチュエータ13は、このような対物絞り12を駆動して、図13に示すような小径絞り開口12sが光束通過用開口12b上に位置する小絞りモードと、図14に示すような大径絞り開口12lが光束通過用開口12b上に位置する大絞りモードと、を切り替えて、撮像素子14上に結像される光学像の明るさを変化させる。   The actuator 13 drives the objective aperture 12 as described above, and a small aperture mode in which the small diameter aperture 12s as shown in FIG. 13 is positioned on the light beam passage aperture 12b, and a large diameter aperture as shown in FIG. The brightness of the optical image formed on the image sensor 14 is changed by switching between the large aperture mode in which 12l is positioned on the light beam passage opening 12b.

こうして明るさ変化部として対物絞り12を用いた場合の明るさ調整の手順は、図12に示すように、上述した実施形態1の図2に示したものとほぼ同様である。すなわち、実施形態1のハイアンプモードへの移行に代えて大絞りモードへの移行を行い、ローアンプモードへの移行に代えて小絞りモードへの移行を行えば良い。   In this way, the procedure of brightness adjustment when the objective aperture 12 is used as the brightness changing unit is substantially the same as that shown in FIG. 2 of the first embodiment described above, as shown in FIG. That is, the shift to the large aperture mode may be performed instead of the shift to the high amplifier mode of the first embodiment, and the shift to the small aperture mode may be performed instead of the shift to the low amplifier mode.

なお、明るさ変化部として対物絞り12を用いる場合には、画像の明るさを得る代わりに、上述したように被写界深度の低下を招くことになる。従って、明るさ変化部としての対物絞り12の利用は、画像の明るさと、出力用画像の画質と、のトレードオフの関係となっている。   When the objective aperture 12 is used as the brightness changing unit, the depth of field is reduced as described above instead of obtaining the brightness of the image. Therefore, the use of the objective aperture 12 as the brightness changing unit has a trade-off relationship between the brightness of the image and the image quality of the output image.

このような実施形態5によれば、対物絞り12を用いることによっても、上述した実施形態1〜4とほぼ同様の効果を奏することができる。   According to the fifth embodiment, even when the objective aperture 12 is used, substantially the same effects as those of the first to fourth embodiments described above can be achieved.

なお、上述した各実施形態の明るさ変化部の構成を、複数組み合わせて用いるようにしても勿論構わない。この場合には、明るさのダイナミックレンジをより拡大することができる利点がある。   Of course, a combination of a plurality of configurations of the brightness changing unit of each embodiment described above may be used. In this case, there is an advantage that the dynamic range of brightness can be further expanded.

また、本発明は上述した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することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明の態様を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。   Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope in the implementation stage. In addition, various aspects of the invention can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, you may delete some components from all the components shown by embodiment. Furthermore, the constituent elements over different embodiments may be appropriately combined. Thus, it goes without saying that various modifications and applications are possible without departing from the spirit of the invention.

1…内視鏡装置
2…内視鏡(アナログ画像取得部)
3…ビデオプロセッサ(明るさ変化部としてのアナログ増幅部を含むこともある)
4…光源装置
5…観察モニタ
6…デジタルファイリング装置
7…入力部
11…撮像光学系
11a…補助レンズ
12…対物絞り(明るさ変化部)
12a…絞り基板
12b…光束通過用開口
12c…絞り枠
12d…軸支部
12e…回動軸
12l…大径絞り開口
12s…小径絞り開口
13…アクチュエータ
14…撮像素子(アナログ画像取得部、明るさ変化部としてのFDアンプを含む)
14b…ビニング後の画素
14p…画素
15…照明光学系
16…ライトガイド
17…モード切替指示スイッチ
18…スコープIDメモリ
21…発光ユニット
22r…R−LED
22b…B−LED
22g…G−LED
23b,23g,23r…ビームスプリッタ
24…コリメートレンズ
25…LED駆動回路
26…電源
31…プロセス回路
32…A/D変換回路(A/D変換部)
33…画像処理回路
34…AGC処理回路(デジタルゲイン調節部)
35…ビニングフレーム加算回路(明るさ変化部)
36…色マトリクス回路(出力画像生成部)
37…AGCゲイン検知回路(制御部)
38a,38b,38c…D/A変換回路
39…符号化回路
41…撮像素子ドライバ(明るさ変化部)
42…アクチュエータ制御回路
43…モード切替回路
44…調光制御パラメータ切替回路
45…調光回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Endoscope apparatus 2 ... Endoscope (analog image acquisition part)
3 ... Video processor (may include analog amplification unit as brightness changer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Light source device 5 ... Observation monitor 6 ... Digital filing device 7 ... Input part 11 ... Imaging optical system 11a ... Auxiliary lens 12 ... Objective aperture (brightness change part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12a ... Diaphragm board 12b ... Light-beam passage opening 12c ... Diaphragm frame 12d ... Shaft support 12e ... Rotary shaft 12l ... Large diameter diaphragm opening 12s ... Small diameter diaphragm opening 13 ... Actuator 14 ... Image sensor (analog image acquisition part, brightness change) (Including FD amplifier as part)
14b ... Pixel after binning 14p ... Pixel 15 ... Illumination optical system 16 ... Light guide 17 ... Mode switching instruction switch 18 ... Scope ID memory 21 ... Light emitting unit 22r ... R-LED
22b ... B-LED
22g ... G-LED
23b, 23g, 23r ... beam splitter 24 ... collimating lens 25 ... LED drive circuit 26 ... power source 31 ... process circuit 32 ... A / D converter (A / D converter)
33: Image processing circuit 34: AGC processing circuit (digital gain adjustment unit)
35 ... Binning frame addition circuit (brightness changing section)
36 .. Color matrix circuit (output image generation unit)
37 ... AGC gain detection circuit (control unit)
38a, 38b, 38c ... D / A conversion circuit 39 ... Coding circuit 41 ... Image sensor driver (brightness changing unit)
42 ... Actuator control circuit 43 ... Mode switching circuit 44 ... Dimming control parameter switching circuit 45 ... Dimming circuit

Claims (11)

撮像により生成されたアナログの画像を取得するアナログ画像取得部と、
アナログの前記画像を所定の階調数のデジタルの画像に変換するA/D変換部と、
デジタルの前記画像のゲインを調節するデジタルゲイン調節部と、
前記デジタルゲイン調節部によりゲイン調節されたデジタルの前記画像の階調数を、前記所定の階調数から、該所定の階調数以下の出力用の階調数に変換して出力用の画像を生成する出力画像生成部と、
前記画像の明るさを変化させる明るさ変化部と、
前記所定の階調数を前記出力用の階調数で割った値以下に閾値を設定して、前記ゲインが前記閾値以上であるかを判定し、前記閾値以上である場合には、前記デジタルゲイン調節部にゲインを該閾値よりも増加させないように、かつ前記明るさ変化部に対して前記画像の明るさを増大させるように制御する制御部と、
を具備したことを特徴とする内視鏡装置。
An analog image acquisition unit for acquiring an analog image generated by imaging;
An A / D converter that converts the analog image into a digital image having a predetermined number of gradations;
A digital gain adjuster for adjusting the gain of the digital image;
An image for output by converting the number of gradations of the digital image gain-adjusted by the digital gain adjustment unit from the predetermined number of gradations to an output gradation number equal to or less than the predetermined number of gradations An output image generation unit for generating
A brightness changing unit that changes the brightness of the image;
It said predetermined by the number of gradations by setting a threshold below divided by the number of tones for the output, when the gain is determined whether there are more pre Ki閾 value is the threshold or more, A control unit that controls the digital gain adjustment unit so as not to increase the gain above the threshold and to increase the brightness of the image with respect to the brightness change unit;
An endoscope apparatus characterized by comprising:
前記制御部は、前記明るさ変化部を制御する際に前記デジタルゲイン調節部にゲインを調整させて、該明るさ変化部の制御の前後における出力用の前記画像の明るさが略同一に維持されるようにさらに制御することを特徴とする請求項1に記載の内視鏡装置。   The control unit causes the digital gain adjustment unit to adjust the gain when controlling the brightness change unit, so that the brightness of the image for output before and after the control of the brightness change unit is maintained substantially the same. The endoscope apparatus according to claim 1, further controlled to be controlled. 前記出力画像生成部は、前記デジタルゲイン調節部によりゲイン調節されたデジタルの前記画像に、さらにγ変換を行って出力用の画像を生成し、The output image generation unit further performs γ conversion on the digital image gain-adjusted by the digital gain adjustment unit to generate an output image,
前記制御部は、前記所定の階調数をN、前記γ変換を行うときに階調落ちが発生しない階調数をL、前記出力用の階調数をM、1以下の所定の係数をλとし、NとLの内の大きくない方の値をmin[N,L]により表すとすると、前記閾値Thを  The control unit is configured such that the predetermined number of gradations is N, the number of gradations at which gradation drop does not occur when performing the γ conversion is L, the number of gradations for output is M, and a predetermined coefficient equal to or less than 1. Assuming that λ and the smaller one of N and L are represented by min [N, L], the threshold Th is
Th=λ×min[N,L]/M                    Th = λ × min [N, L] / M
として設定することを特徴とする請求項2に記載の内視鏡装置。The endoscope apparatus according to claim 2, wherein the endoscope apparatus is set as follows.
前記制御部は、前記明るさ変化部による明るさの変化が不連続である場合には、前記デジタルゲイン調節部および前記明るさ変化部による明るさ調整レベルが、前記明るさ変化部に明るさを増大させたときの第1の明るさ調整レベルよりも低い第2の明るさ調整レベルとなったときに、前記明るさ変化部に明るさを減少させるようにさらに制御することを特徴とする請求項3に記載の内視鏡装置。When the change in brightness by the brightness change unit is discontinuous, the control unit determines that the brightness adjustment level by the digital gain adjustment unit and the brightness change unit is bright in the brightness change unit. When the second brightness adjustment level that is lower than the first brightness adjustment level when the brightness is increased, the brightness changing unit is further controlled to reduce the brightness. The endoscope apparatus according to claim 3. 前記明るさ変化部は、出力用の前記画像の画質と、前記アナログ画像取得部により取得されるアナログの前記画像のフレームレートと、の少なくとも一方とトレードオフの関係となるように、前記画像の明るさを変化させることを特徴とする請求項4に記載の内視鏡装置。The brightness changing unit has a trade-off relationship with at least one of the image quality of the image for output and the frame rate of the analog image acquired by the analog image acquisition unit. The endoscope apparatus according to claim 4, wherein the brightness is changed. 前記明るさ変化部は、前記画像を処理することにより明るさを変化させることを特徴とする請求項5に記載の内視鏡装置。The endoscope apparatus according to claim 5, wherein the brightness changing unit changes the brightness by processing the image. 前記明るさ変化部は、アナログの前記画像を増幅するアナログ増幅部を有し、アナログの前記画像の増幅率を変化させることにより、明るさを変化させることを特徴とする請求項6に記載の内視鏡装置。The brightness change unit includes an analog amplification unit that amplifies the analog image, and changes the brightness by changing an amplification factor of the analog image. Endoscopic device. 前記アナログ画像取得部は、複数の画素が配列された撮像素子を備え、The analog image acquisition unit includes an image sensor in which a plurality of pixels are arranged,
前記明るさ変化部は、前記撮像素子の各画素から得られる画像に対してビニング処理を行うことにより、前記画像の明るさを増大することを特徴とする請求項6に記載の内視鏡装置。  The endoscope apparatus according to claim 6, wherein the brightness changing unit increases the brightness of the image by performing a binning process on an image obtained from each pixel of the image sensor. .
前記アナログ画像取得部は、アナログの画像をフレーム単位で時系列的に取得するものであり、The analog image acquisition unit acquires an analog image in a time series in units of frames,
前記明るさ変化部は、時間的に近接する複数フレームの画像を加算することにより、明るさを変化させることを特徴とする請求項6に記載の内視鏡装置。  The endoscope apparatus according to claim 6, wherein the brightness changing unit changes the brightness by adding images of a plurality of frames that are temporally close to each other.
前記アナログ画像取得部は、アナログの画像をフレーム期間毎に取得するものであり、The analog image acquisition unit acquires an analog image for each frame period,
前記明るさ変化部は、前記フレーム期間を変更することにより、明るさを変化させることを特徴とする請求項5に記載の内視鏡装置。  The endoscope apparatus according to claim 5, wherein the brightness changing unit changes the brightness by changing the frame period.
前記アナログ画像取得部は、光学像からアナログの前記画像を生成する撮像素子と、光学像を前記撮像素子に結像する撮像光学系と、前記光学像の明るさを変化させる対物絞りと、を備え、The analog image acquisition unit includes: an imaging element that generates the analog image from an optical image; an imaging optical system that forms an optical image on the imaging element; and an objective aperture that changes the brightness of the optical image. Prepared,
前記明るさ変化部は、前記対物絞りにより前記光学像の明るさを変化させることにより、明るさを変化させることを特徴とする請求項5に記載の内視鏡装置。  The endoscope apparatus according to claim 5, wherein the brightness changing unit changes the brightness by changing the brightness of the optical image by the objective aperture.
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