JPH04104685A - 内視鏡の映像信号処理方式 - Google Patents

内視鏡の映像信号処理方式

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JPH04104685A
JPH04104685A JP2221225A JP22122590A JPH04104685A JP H04104685 A JPH04104685 A JP H04104685A JP 2221225 A JP2221225 A JP 2221225A JP 22122590 A JP22122590 A JP 22122590A JP H04104685 A JPH04104685 A JP H04104685A
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Kiyoshi Inoue
清 井上
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00Television systems
    • H04N7/18Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ]産業上の利用分野1 本発明は電子内視鏡に装着した固体搬像素子により得ら
れる映像信号を処理する映像信号処理方式に関するもの
である。
[従来の技術1 電子内視鏡においては、体内等に挿入される挿入部の先
端にCCD等からなる固体撮像素子を設け、この固体撮
像素子によって観察を行うべき部位を撮像して、モニタ
装置にカラー映像として表示することができるようにし
たものである。
ここで、この内視鏡は体内等のように暗所に挿入される
関係から、観察9診断等を行う際には、その観察部位を
照明する必要がある。このために、内視鏡は光源装置に
接続され、この光源装置からの照明光は、内視鏡に内蔵
されているライトガイドを介して挿入部の先端部分にま
で伝送されて、該挿入部先端に設けた照明窓から照射す
るようにしている。
このように光源装置からの照明下において、観察対象部
の像を固体搬像素子に結像させることにより該固体撮像
素子を構成する各画素に信号電荷を蓄積させて、この信
号電荷を読み出すようにしたもので、この固体搬像素子
による搬像方式としては、内視鏡の挿入部の細径化を図
る必要から、通常、単板の素子を用い、この固体撮像素
子を面順次方式で駆動して、赤 (R)2緑(G)、青
fB)の各色のフィールド画像を取得し、これら3つの
フィールド画像により画像を生成して、カラー映像とし
て表示するようにしたものが一般に用いられている。
而して、内視鏡装置は第5図に示したように、内視鏡S
と制御装置C及びモニタ装置Mとから大略構成される。
内視鏡Sは体腔等の内部に挿入される挿入部1と、該挿
入部1の基端部に連設された本体操作部2と、一端がこ
の本体操作部2に連結され、他端が制御装置Cに着脱可
能に接続されるユニバーサルコード3とを備える構成と
なっている。また、制御装置Cは映像信号処理装置Pと
光源装置りとから構成されている。
内視鏡Sにおける挿入部lの先端部分には照明窓及び観
察窓が設けられており、照明窓には照明光を伝送するた
めのライトガイドの出射端が臨み、また観察窓に設けた
対物レンズの結像位置にはCCD等からなる固体撮像素
子が設けられているが、これらの構成は周知であるから
、その図示及び具体的な説明は省略する。
而して、ライトガイド及び固体撮像素子に接続されるケ
ーブルは内視鏡Sの挿入部lから本体操作部2を介して
ユニバーサルコード3に挿通されており、該ユニバーサ
ルコード3には、ケーブルを制御装置Cにおける映像信
号処理装置Pと着脱可能に接続するための電気コネクタ
部3aと、ライトガイドを制御装置Cの光源装置りに接
続するための光源コネクタ部3bとに分岐している。ま
た、制御装置C側にはこれら電気コネクタ部3aを接続
するためのソケット4aと、光源コネクタ部3bを接続
するためのソケット4bが設けられている。
次に、制御装置Cに内蔵される光源装置りは、第6図か
ら明らかなように、光源ランプ10を有し、該光源ラン
プ10からの照明光をライトガイド11に集光させるた
めに、集光レンズ12が照明光の光路に臨むように設け
られている。そして、観察対象部の位置等によって光源
光量を制御するために、光源ランプ10と集光レンズ1
2との間には光量絞り部材13が介装されている。また
、集光レンズ12とライトガイド11の入射端11aと
の間の位置には回転カラーフィルタ装置20が装着され
ている。
回転カラーフィルタ装置20は、光源ランプlOから照
射される白色光を濾波してライトガイド11に入射する
ためのものであって、第7図から明らかなように、複数
のフィルタ域を円弧状に形成してなるフィルタトラック
を有するカラーホイール21を備え、該カラーホイール
21には、R,G、Bの各波長光を選択的に透過させる
フィルタ域21R。
21G、 21Bが形成されると共に、これら相隣接す
るフィルタ載量には遮光域21BLが形成されている。
そして、このカラーホイール21は回転軸22に装着さ
れ、該カラーホイール21をモータ23を用いて回転駆
動することによって、R,G、Bの各波長光による順次
照明を行うことができるようになっている。
次に、第8図に映像信号処理装置Pの回路構成を示す。
固体撮像素子としてのCCD30は、内視鏡sの挿入部
lの先端部分に装着されており、このCCD30からの
信号は挿入部l1本体操作部2及び二二バーサルコード
3を順次介して電源コネクタ3aから制御装置Cにおけ
る映像信号処理装置Pに伝送されるようになっている。
CCD30により被写体を撮像する場合には、光源装置
りからは、第9図(a)に示したように、R,G、Bの
各色の波長領域光による照明光を所定時間毎に順次照射
して、この間にCCD 30を露光させる。そして、遮
光@21BLが照明光路に臨む際に、該CCD 30か
ら信号電荷の読み出しが行われる。このようにして読み
出された信号は、ビデオプロセッサ31に伝送されて、
該ビデオプロセッサ31において、クランプ、ブランキ
ング、ガンマ補正9輪郭補正、ホワイトバランス等の処
理が行われた上で、第9図(b)に示したように、R2
O,Bの各色の画像信号が順次出力される。
そして、このビデオプロセッサ31からの出力信号は、
A/D変換器32を介することによってデジタル信号に
変換されて、フィールドメモリ33を構成するRメモリ
領域33R,Gメモリ領域33G、Bメモリ領域33B
に順次書き込まれる。そして、1フレ一ム分の各色のカ
ラーデータが書き込まれると、D/A変換器34R,3
4G、34Bを介してこれらのデータが同時に読み出さ
れて、カラーエンコーダ35において混合されて、NT
SC等のコンポジット映像信号として出力される。
ここで、カラーエンコーダ35への信号の読み出しは、
第9図(C)から明らかなように、RlG、Bのいずれ
か1色の画像データが更新され、他の2色のデータはフ
ィールドメモリ33に記録されている前フィールドのも
のが読み出される。また、カラーエンコーダ35から出
力されるコンポジット映像信号は、第9図(d)に示し
たように、R,G、Bの組み合わせにより映像信号がモ
ニタ画面に表示される。
[発明が解決しようとする課藺] ところで、内視鏡に用いられる固体撮像素子としては、
一般に、受光エリアに対して、垂直方向にほぼ半分程度
の画素数を有する蓄積エリアを備えたフレームトランス
ファCCDが用いられている。このために、1色のカラ
ーデータを得る際においては、垂直方向における2画素
を加算した2画素部合読み出しを行っている。
一般に、インターレース動作を行わせて、垂直方向にお
ける2画素分を混合するに当っては、走査線上のある1
つのラインについて、その前のラインを加算するか、そ
の次のラインを加算するかによって、Aフィールド信号
とBフィールド信号とを取得することができ、この2種
類のフィールド信号に基づいてインターレース表示を行
うようにしている。ただし、内視鏡においては、これら
2種類のフィールド信号のうち、片側のフィールド信号
、例えばAフィールド信号だけを読み出すようにしたも
のもある。
ところで、内視鏡においては、体内等に挿入される関係
から、狭窄な部位を円滑に通過させるために、また、患
者の苦痛軽減等をも考慮して、挿入部lの外径は可及的
に細くしなければならない。撮像手段を構成するCCD
等の固体撮像素子は挿入部lの先端部分に内蔵されるこ
とから、この固体撮像素子の小型化に対する要請は著し
く大きい。そこで、この固体撮像素子の小型化に対処す
るには、画素数を少なくするか、または素子を構成する
単位画素の面積を小さくすることが考えられる。しかし
ながら、素子の画素数を少なくすると、解像度が著しく
低下するという問題点があり、また単位画素の面積を小
さくすると、感度が低下すると共に、ダイナミックレン
ジも大幅に低下する等の欠点があるために、この単位画
素の面積を小さくするのには限界がある。
本発明は斜上の点に鑑みてなされたものであって、その
目的とするところは、感度及び解像度を低下させること
なく、固体撮像素子を小型化を可能ならしめるようにし
た映像信号処理方式を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 前述した目的を達成するために、本発明は、固体撮像素
子と、R,G、Bの各色の順次照明の下で該固体撮像素
子を露光させることによって得た信号電荷を読み出して
、その信号処理を行うためのビデオプロセッサと、該ビ
デオプロセッサからの出力データを格納するフィールド
メモリとを有し、このフィールドメモリから読み出した
画像データによりモニタ装置に表示するために、前記固
体撮像素子からは、走査線における1のラインに対して
その前のラインとの2ラインを加算したAフィールド信
号と、その次のラインとの2ラインを加算したBフィー
ルド信号とを読み出して、前記フィールドメモリに記憶
させ、該フィールドメモリからは、前記Aフィールド信
号とBフィールド信号とを1ライン毎に交互に読み出す
ようにしたことをその特徴とするものである。
[作用1 近年においては、高感度の固体撮像素子が開発され、従
来のCCDに比較して、約2倍の感度を有し、しかもダ
イナミックレンジも優れ、さらにR,G、Hの分光感度
比が良好になったものが用いられるようになってきてい
る。従って、例えば、このような高感度の素子で、従来
のCCDと比較して、垂直方向における画素数を略半分
の数にし、水平方向においてはほぼ同じ数の画素を有す
るものを用いる。この素子を2回の読み出し駆動すれば
、表示系における1フイ一ルド期間内に2つのフィール
ドデータが得られる。そこで、この間に走査線における
1のラインとその前のラインとの2ラインを加算したA
フィールド信号と、次のラインを加算したBフィールド
信号との2種類のフィールド信号を取得する。
このようにして得た2つのフィールド信号をフィールド
メモリからは、1ライン毎に交互に読み出す。これによ
って、表示系における1フイ一ルド期間内に固体撮像素
子における奇数フィールド及び奇数フィールドの2つの
フィールド信号からなるインターレースされる1フレ一
ム分の画像データを取得することができる。
従って、このようにして得た1フレ一ム分の画像データ
に基づいて表示系における奇数フィールド及び偶数フィ
ールドのフィールドデータをモニタ装置に伝送して、該
モニタ装置に表示する。これによって、前述した従来の
CCDを用いた場合とほぼ同程度の解像度が得られる。
このように固体撮像素子における画素数を減少させるこ
とかできるようになるので、固体撮像素子の小型化が可
能となると共に、単位画素の面積も大きくすることがで
き、かつ2画素混合読み出しを行うことからも、ダイナ
ミックレンジも優れ、S/Nの向上を図ることができる
[実施例1 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
まず、第1図に本発明に係る映像信号処理方式を実施す
るための装置構成を示す。
図中におイテ、40ハCCD、41は該CCCD40k
よって得られる映像の信号を処理するビデオプロセッサ
、42はD/A変換器、43はD/A変換器42がらの
信号を格納するフィールドメモリ、44R944G、 
44BはD/A変換器、45はカラーエンコーダをそれ
ぞれ示す。
ここで、撮像手段を構成するCCD40は、前述した従
来技術において説明したC CD 30と比較して、は
ぼ2倍の感度を有するものを用い、しかもその受光エリ
アの画素数としては、受光エリア及び蓄積エリアが共に
垂直方向において略半分となっている。ただし、水平方
向における解像度を良好に保つために、この水平方向に
おける画素数はCCD30とあまり変らないようにする
而して、このように小型で高感度のCCD40を用いた
場合には、CCD30とは異なる方式で信号処理を行わ
なければならない。
まず、この高感度CCD40を用いた場合には、それに
対する光照射時間はCCD30の場合の半分で良いこと
になり、このために、前述した従来技術のものと同じ構
成のカラーホイールを用いる場合には、それを倍速で回
転させるようにする。また、それぞれ遮光域を挾んでR
フィルタ域、Gフィルタ域及びBフィルタ域を順次2箇
所ずつ設けるように構成しても良い。
前述した各照明期間において、CCD40を露光させて
、遮光期間の間に該CCD40を駆動してその信号電荷
の読み出しを行って、ビデオプロセッサ41により所定
の信号処理を行わせる。ここで、この信号電荷の読み出
しは、垂直方向の走査線における2ラインを加算して読
み出す2画素混合読み出しを行う。
即ち、Rフィルタ域、Gフィルタ域及びBフィルタ域を
順次2箇所ずつ設けた場合には、第2図に示したように
、例えば第1のRフィルタ域による照明が行われた後の
遮光期間においては、図中において左方に示したように
、1つのラインとその前のラインとの2ラインを加算し
て読み出して、Aフィールド信号を得る。これに対して
第2のRフィルタ域による照明が行われた後における遮
光期間では、前述とは異なる組み合わせ、即ち右に示し
たように、1つのラインとその次のラインとを加算して
読み出すことによって、Bフィールド信号を取得する。
そして、順次Gフィルタ域、Bフィルタ域の順に照明を
行い、逐次各色のカラーデータをA、Bの2つのフィー
ルドの信号を得ることができる。なお、以下の説明にお
いては、Aフィールドを便宜上奇数フィールドと呼び、
Bフィールドを偶数フィールドと呼ぶことにする。
前述したようにCCD40を駆動することによって、ビ
デオプロセッサ41からの出力信号は第3図(b)に示
したように、CCD30の1フイ一ルド分に相当する間
にR,G、Hのそれぞれの色の画像データが奇数フィー
ルドのデータと偶数フィールドのデータとの2種類のも
のが順次時系列的に得られる。そして、このデータをA
/[)変換器42によりデジタル信号に変換して、フィ
ールドメモリ43におけるR、G、Bの各メモリ領域4
3R543G、 43Bに書き込まれる。ここで、メモ
リ領域43R,43G、 43Bは、それぞれ奇数メモ
リ域43R0,43G0.4380及び偶数メモリ域4
3RE、 43GE。
43GHに分けることができる。ただし、実際上におい
ては、この奇数メモリ域、偶数メモリ域はメモリ領域に
おけるアドレス上の処理で行われるもので、メモリ領域
を2つに区分するものではない。
なお、これら各メモリ領域43R,43G、 43Bに
おけるデータの書き換えは1フレームデータ分において
奇数、偶数の2フイールドからなる各色の1フレ一ム分
のデータ毎に行われることは従来技術におけるものと同
じである。
このようにしてフィールドメモリ43に書き込まれた各
色のデータはD/A変換器44R,44G、 44Bを
介してカラーエンコーダ45に読み出す際においては、
奇数メモリ域と偶数メモリ域とから1ライン毎に交互に
読み出す。これによって、カラーエンコーダ45には、
第3図(C)に示したように、それぞれD/A変換器4
4R,44G、 44Bを介して各色のデータが同時に
読み出されて、これらによって、第3図(d)に示した
ように、奇数フィールド及び偶数フィールドのコンポジ
ット映像信号が得られ、この信号がモニタ画面に表示さ
れることになる。
このように構成することによって、往来技術によるCC
D30を用いたと比較して、その解像度をあまり低下さ
せることな(被写体の撮影を行うことができるようにな
る。しかも、ダイナミックレンジ、R,G、Bの分光感
度比はより良好となる。さらに、垂直方向の画素数が届
にできるために、その小型化が図れる。ここで、内視鏡
においては、その挿入部の外径寸法の縮径は極(僅かで
あったとしても、著しい効果を発揮することができるの
で、CCDをこの程度小型化するだけでも、極めて有利
である。
次に、第4図に本発明の第2の実施例を示す。
本実施例においては、CCD30を内蔵した内視鏡と、
高感度のCCD40を用いた内視鏡とに制御装置Cを共
用するように構成したものが示されている。このように
、2つのタイプの異なるCCD30、40について制御
装置Cを共用するには、これら各CCDで得られる映像
データを処理する回路を可及的に共通化しなければなら
ない。
即ち、クランプパルス幅等の関係から、CCD30また
は40からの出力信号を処理するビデオプロセッサは固
体撮像素子の種類に応じて異なるものを用いる。そこで
、CCD30用のビデオプロセッサ50aと、CCD4
Q用のビデオプロセッサ50bとを設け、これらビデオ
プロセッサ50a、50bは入力切換器51によって切
り換え可能とする。
ビデオプロセッサ50a、50bにおける出力段には、
出力切換器52が設けられ、ビデオプロセッサ50aま
たは50bからのデータはこの出力切換器52を介して
A/D変換器53を介して出力されて、フィールドメモ
リ54におけるR、G、Bのそれぞれのメモリ領域54
R,54G、54Bに書き込まれるようになっている。
フィールドメモリ54における各メモリ領域54R,5
4G、 54Bに書き込まれたデータは、D/A変換器
55R,55G、 55Bを介して同時に読み出されて
、カラーエンコーダ56によってコンポジット映像信号
が得られる。
而して、撮像系であるビデオプロセッサは固体撮像素子
の種類によって異なる回路構成のものを用いなければな
らないが、表示系においては、フィールドメモリ54か
らの読み出し制御はCCD30用とCCD40用とでは
異なるが、A/D変換器53゜フィールドメモリ54.
 D/A変換器55R,55G。
55Bとカラーエンコーダ56からなる回路構成自体の
共通化は可能である。また、映像信号処理装置全体を削
剥するだめのクロックパルスを発生するマスタークロッ
ク回路57も共用することができる。
さらに、撮像系においでは、それぞれ専用のビデオプロ
セッサ50a、 50bを用い、このビデオプロセッサ
50a、50bからの出力信号をフィールドメモリ54
に書き込む際においては、それぞれ異なるクロックパル
スを用いる必要があることから、そのコントロール手段
58は、CCD30用のコントロール信号と、CCD4
0用のコントロール信号とを切り換え可能としなければ
ならない。また、フィールドメモリ54から信号を読み
出して、コンポジット信号を得るための表示系のコント
ロール手段59においても、フィールドメモリ54から
の読み出し時のコントロール信号をCCD30のコント
ロール用と、CCD40のコントロール用とで違えなけ
ればならない。さらに、CCD駆動回路60もマスター
タイマ57からのクロック信号に基づいて2種類のパル
ス信号を生成することができるように構成されている。
従って、制御手段58.59及びCCD駆動回路60は
、CCD30用の駆動モードとCCD40用の駆動モー
ドとに切り換え可能に構成されている。このために、C
CD30を装着した内視鏡またはCCD40を装着した
内視鏡とのいずれかが制御装置Cに接続されたときに、
この内視鏡の種類を自動的に検出するために、ID機構
が設けられる。このID機構は、内視鏡におけるユニバ
ーサルコード3の電気コネクタ部3aに設けたID判定
用ビン等のID判定部材と、制御装置C側のIDデコー
ダ61とからなり、このIDデコーダ61によって内視
鏡の種類を検出すると、このID検出信号は撮像系1表
示系の各制御手段58.59と、固体撮像素子駆動回路
60に切り換え制御信号が入力される。
さらに、CCD30を用いる場合と、CCD40を用い
る場合とでは、照明系も第9図(a)に示した態様での
照明と、第3図(a)に示した態様での照明というよう
に、照明態様を変えなければならない。このためには、
回転カラーフィルタ装置におけるカラーホイールを倍速
で回転駆動するか、またはカラーホイールに同心円状に
2組のフィルタトラックを形成して、このカラーホイー
ルを適宜シフトさせるようにすればよい。
従って、CCD30を備えた内視鏡が制御装置Cに接続
されたときには、これがIDデコーダ61によって検出
されて、このIDデコーダ61からの信号に基づいて制
御手段58.59及びCCD駆動回路6oがCCD30
用の駆動モードになると共に、カラーホイールのシフト
を行わせる。これによって、第9図(a)に示した態様
で照明される。
一方、高感度CCD40を有する内視鏡が制御装置Cに
接続されると、IDデコーダ61がこれを検出して、制
御手段58.59及びCCD駆動回路60が高感度CC
D40用の駆動モードに切り換わると共に、カラーホイ
ールをそれに適合するフィルタトラックが光路に臨む状
態に切り換わって、第3図(a)に示したように、カラ
ーホイールが1回転する間に、R,G、Bの各波長光に
よる照明が2回ずつ繰り返して照射されることになる。
そして、これらCCD30及びCCD40からの信号を
処理する方式については、前述した従来技術及び第1の
実施例で説明したものと同一であるから、その説明は省
略する。
なお、前述した各実施例においては、CCD40をCC
D30の画素数の略半分とするように構成したが、1/
3. l/4等としてもよい。また、フレームトランス
ファ方式のCCDだけでなく、フレームインターライン
トランスファ方式、インターライン方式の各CCDを用
いることもできる。
[発明の効果] 以上説明I−だように、本発明は、固体撮像素子から走
査線におけるlのラインに対してその前のラインとの2
ラインを加算したAフィールド信号と、その次のライン
との2ラインを加算したBフィールド信号として読み出
し、またフィールドメモリからは、前記Aフィールド信
号とBフィールド信号とを1ライン毎に交互に読み出す
ようにしたので、固体撮像素子における受光エリア及び
蓄積エリアの画素数を少なくすることができて、固体撮
像素子の小型化を図ることができるようになり、その結
果、全体として内視鏡の挿入部の外径寸法の縮径化か可
能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第4図は本発明の第1の実施例を示すもので
あって、第1図は信号処理装置の回路構成図、第2図は
CCDの作動説明図、第3図(a)は照明光の照射期間
を、同図(b)はその時のビデオプロセッサの出力信号
を、同図(c)はメモリからの出力信号を、同図(d)
はカラエンコーダの出力信号をそれぞれ示す特性線図、
第4図は本発明の第2の実施例を示す信号処理装置の回
路構成図、第5図乃至第9図は従来技術を示すものであ
って、第5図は内視鏡装置の全体構成図、第6図は光源
装置の構成説明図、第7図はカラーホイールの構成説明
図、第8図は信号処理装置の回路構成図、第9図(a)
は照明光の照射期間を、同図(b)はその時のビデオプ
ロセッサの出力信号を、同図(c)はメモリからの出力
信号を、同図(d)はカラーエンコーダの出力信号をそ
れぞれ示す特性線図である。 1・挿入部、2本体操作部、3・ユニバーサルコード、
3a:電気コネクタ部、3b:光源コネクタ部、10:
光源ランプ、11ニライトガイド、30:CCD、40
: CCD、41,50a、50b :ビデオプロセッ
サ、44.54:フィールドメモリ、46.56:カラ
ーエンコーダ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 固体撮像素子と、R、G、Bの各色の順次照明の下で該
    固体撮像素子を露光させることによって得た信号電荷を
    読み出して、その信号処理を行うためのビデオプロセッ
    サと、該ビデオプロセッサからの出力データを格納する
    フィールドメモリとを有し、このフィールドメモリから
    読み出した画像データによりモニタ装置に表示するため
    に、前記固体撮像素子からは、走査線における1のライ
    ンに対してその前のラインとの2ラインを加算したAフ
    ィールド信号と、その次のラインとの2ラインを加算し
    たBフィールド信号とを読み出して、前記フィールドメ
    モリに記憶させ、該フィールドメモリからは、前記Aフ
    ィールド信号とBフィールド信号とを1ライン毎に交互
    に読み出すようにしたことを特徴とする内視鏡の映像信
    号処理方式。
JP02221225A 1990-08-24 1990-08-24 内視鏡の映像信号処理方式 Expired - Fee Related JP3094431B2 (ja)

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