JPH05505926A - 内視鏡用カラーフィルター円板および発生されたカラー信号の処理 - Google Patents

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】 発明の名称 内視鏡用カラーフィルター円板および発生されたカラー信号の処理技術分野 本発明はカラービデオ内視鏡のだとの画像の検出と処理、およびその方法を実施 するビデオ内視鏡に関するものである。

背景技術 フランス特許第２４３８９９号には、カラー情報を処理し、読取信号、特にテレ ビ受像機（理論的には標準化された形式の如何なるテレビ受像機も含まれる）に 適合した信号を作り出す内視鏡、すなわち、観察領域の（すなわち観察領域に位 置している物体の）カラー画像を作り出すための内視鏡が開示されている。

そのフランス特許では、米国特許第４０７４３０６号の教示に基づく投光システ ムが用いられており、このものにおいては、内視鏡の観察ヘッドによって走査さ れた領域内において観察された画像に関する情報が、三原色、すなわち赤、緑お よび青（ＲＧＢ）に分離される。そして、これらの三原色ＲＧＢのそれぞれにお ける部分的な画像を組み合わせることによって元のカラー映像が再現される。こ の３つのＲ６８画像は、検査されている空間を（内視鏡の観察ヘッドによって） 照らすのに用いられる単一光源からの光を機械的にフィルタリングすることによ って作られ、これは、単一光源と組み合わされ、この光源が供給する光のＲＧＢ フィルタリングを行う回転円板を用いることによって行われる。変形例において は、その３つのＲ６８画像は、観察領域から反射された画像を一連の干渉ミラー によって分離することによって作られる。

フランス特許第２４３８９９号は、米国特許第４０７４３０６号に対して、それ ぞれがＲＧ８原色のそれぞれに対応するデータを含んでいる三つの分離された光 学画像が、応答時間の短い一連のランプを連続的に制御することによって作られ ている点が、本質的に相違する。

さらに、そのフランス特許では、そのビデオシステムにおいて用いられている原 色（ＲＧＢ）のそれぞれのために独立した光源が用いられており、その光は、光 ファイバーの東を通して、内視鏡のヘッドによって検査されている観察領域に伝 達される。さらに、その原色（ＲＧＢ）の画像は、半導体画像形成素子上に次々 と形成され、この画像形成素子からの信号は、その読み取られたカラー信号のそ れぞれを別々に記憶するために、メモリーと電気的に結合される。そのメモリー に記憶されたカラー信号は、画像処理回路に周期的に供給され、それに対応した 情報が、カラー受像機の形式に適合した形成で作られる。

しかしながら、このようにしてアナログ的な手段によって再構成された観察領域 の画像は、重要な光学的情報を含んでいる観察領域の細部を明壕に映し出すこと が必要とされるこの種の適用において要求されるだけの充分な明るさとコントラ ストを持っていない。

本発明の目的は、従来に比べて優れた明るさとコントラストを持つ観察領域のカ ラー画像が得られるようにして従来の欠点をなくすことであり、さらに、本発明 は、（ビデオ内視鏡の読取ヘッドと観察領域との間の）観察距離を少なくとも３ ０％増大できるという付加的利点を持つものである。

発明の開示 この目的のため、本発明は、検査すべき空間内の観察領域に関するカラー情報を 提供するためのカラービデオ内視鏡を提供するものであり、その情報は、例えば 、標準形式の受像機で表示することを可能にする形式である。そのビデオ内視鏡 は、 単一の光源； 前記光源からの光を観察領域へ伝播する光ファイバーの東；前記の光源から放出 された光をフィルタリングする周期的フィルタリング装置であって、第１、第２ および第３のフィルタ領域を持ち、観察領域が、前記光ファイバーの東を通して 、これらの３つのフィルタ領域のそれぞれを通過する光にそれぞれ対応する三原 色（ＲＧＢ）によって、周期的に照らされることを可能にし、かつ、透明でかつ 光が通過する第４のフィルタ領域を持つもの；そのフィルタリング装置を通して 照らされた観察領域に位置する対象物の画像を検出するように設計された光感応 センサー；このセンサーから出力され、カラー画像（Ｒ，Ｇ、Ｂ）と白黒画像（ Ｂ／Ｗ）を表す周期的な情報をディジタル化するアナログ・ディジタル変換器、 このディジタル情報は、カラー情報（Ｒ，Ｇ、Ｂ）と白黒情報（Ｂ／Ｗ）のそれ ぞれに対応する４個のメモリーに記憶される； 白黒画像情報（Ｂ／Ｗ）をカラー情報と選択的に組み合わせる色ｌｉ装グラこの 色調装置から出力されるディジタル信号をアナログ形式に変換するディジタル・ アナログ変換器；および カラー画像を再構成するための表示装置とのインターフェースを構成するエンコ ーダを有している。

本発明の他の特徴として、そのカラービデオ内視鏡は、センサーから送出され、 フィルタリング装置の回転と同期して変換器によって変換された情報の記憶を制 御するための切替装置を有している。

一般的に、その色調装置は加算回路を含み、また、減算回路を含んでいてもよく 、その動作は、重みの付けられた動作であることが好ましい。

実施例においては、その色１！装置は、メモリーに記憶された緑と青のカラー信 号、メモリーに記憶された赤と青のカラー信号、メモリーに記憶された赤と緑の カラー信号の加算をそれぞれ行う３つの加算回路を含み、さらに、この３つの加 算回路のそれぞれと、白黒信号が記憶されたメモリーとに入力が接続された３つ の減算回路を含んでおり、その減算回路からの出力がディジタル・アナログ変換 手段に接続されている。

第２の実施例においては、その色調装置は、メモリーに記憶された白黒信号をメ モリーに記憶されたカラー信号のそれぞれと加算するための３つの加算回路を含 んでいる。

また、本発明は、前記のビデオ内視鏡によってカラー画像を検出し、処理する方 法を提供するものであり、その方法は、光源と、光を伝播する光ファイバーの東 とによって観察領域を照らし；三原色（Ｒ，Ｇ、Ｂ）によって観察領域を照らす ための３つのフィルタ領域と、透明で光の通過を許容する茎４のフィルタ領域と を用いて、その光源から放射される光を周期的にフィルタリングし；光感応セン サーを用いて、観察領域によって反射され、赤、緑、青のカラー画像と白黒画像 とのそれぞれに対応する画像を周期的に検出し；このセンサーによって検出され た情報をディジタル形式に変換し、赤、緑、青のカラー画像信号と白黒画像信号 とのそれぞれに対応する４つのメモリーにそれを記憶し；そして 白黒信号を基礎としてメモリーに記憶された信号を選択的に処理し、このように 処理された信号から再構成される画像の色調を合わせる；ステップを含んでいる 。

本発明のもう１つの特徴によれば、その方法は、メモリーに記憶された信号を加 算動作により処理することを含んでおり、特に、白黒信号を赤、緑、青の信号の それぞれと加算し、そして、このようにして−緒に加算された信号を組合せてカ ラー画像を再構成することを含んでおり、好ましくは、その加算動作は重み付け が行われた動作である。

従って、より優れた画質を得ることが可能であり、特に、白黒画像に含まれてい る追加の情報によって、より優れた感度を得ることが可能である。

図面の簡単な説明 図１は本発明の映像内視鏡の動作原理を示す図であり、図２はカラー画像を再構 成するたｔに用いられる処理回路の変形例を示すブロック図である。

発明を実施するための最良の形態 本発明は、添付の図面を参照した下記の説明によって更に良く理解されるであろ う。

図中の番号１０は、図示しない放射板の中心に配置されたスター形のアークラン プであり、そのランプのための強制冷却風を発生する図示しないファンと連動す るように設計されている（本実施例では約３００Ｗである）。電気アークは、非 常に高い電圧（約５０００Ｖ）で作られるたとい当業者の間で知られているよう に、安全に使用するための適切な対策が必要とされる。

断熱装置２０がランプ１０に続いて配置されている。この装置は、適切な方法で 間隔が設けられた２枚の断熱フィルター２１および２２を含んであり、ランプ１ ０から放出される光に含まれている赤外線の放射（ＩＲ）をなくすことによって 必要とされる温度保護を提供するものである。

当業者に知られた構成の電気制御によって光の強さを調整するために、図示しな い絞りが一般的に用いられる。

集光レンズ３０は、ランプ１０からの光束が光ファイバーの東４０の軸上で焦点 を結ぶように作用する。

ランプ１０から放出された光をフィルタリングするための装置５０は、断熱装置 ２０と光ファイバーの東４０との間に配置されている。

このフィルタ装置は、（溝付ベルト５７による伝達を用いて）モーター５２によ って回転される円板５１を含んでおり、その円板は４つのフィルタ領域を持って いる。（この種の装置では普通の）３つのフィルタ領域５３．５４および５５は 、観察すべき空間内の観察領域を、三原色、すなわち、赤、緑および青（ＲＧＢ ）のそれぞれによって周期的に照らすたｔのものである。第４の領域５６は透明 であり、ランプ１０から放射された光を変化させることなく　（すなわちフィル タリングすることなく）通過させる。

すなわち、フィルタ円板５１は、上記の領域５３から５６のそれぞれによって占 められている４つの四半円に分割されている。より正確には、本実施例において は、その回転円板５１の不透明な領域は、約３５°の扇形で定義され、フィルタ 領域５３〜５５と透明な領域５６は約５５°の扇形によって定義されており、上 記フィルタ領域は当業者に知られた形式のＲＧＢフィルターによってそれぞれ構 成されている。

当然、影”の領域、すなわち、光源１０から放出された光を通さない領域が、そ れぞれの２つの隣接した領域の間に存在する。回転円板５１の１つの領域から次 の領域へ移動するのに要する期間に、ＲＧＢまたはＷ（すなわちフィルタリング していない白い光）によって照らされた観察領域に対応する三原色のそれぞれの 光学情報が処理される。このようにして得られた観察領域のＲＧＢと白黒（Ｂ／ Ｗ）の画像は、光感応センサー６０によって検出される。このセンサーは、ＣＣ Ｄカメラ等のような半導体装置によって構成され、ビデオ内視鏡１００の上記し た観察ヘッド内において、光ファイバーの東４０の先端に隣接して配置されてい る（実際には、ビデオ内視鏡１００の上記した観察ヘッド内において、光ファイ バーの東４０は三日月形状に配置され、観察ヘッドが占有している円形領域の残 りの部分にＣＣＤカメラが配置されている。） その観察ヘッドは、相互に関節を介して結合された環で構成され、当業者によっ て知られた構成の操作ハンドルによりケーブルを使って制御されるのに適した形 状のものが有利である。

光学的ケーブルと電気的ケーブルを組合せ、１本のＹ形ケーブルとすることが好 ましい。

ＣＣＤカメラによって検出された光学情報はアナログ・ディジタル変換器９１に よりディジタル形式に変換され、そして、そのディジタル情報は、赤、緑、青及 び白黒信号のそれぞれに対応する４つのメモリー８１〜８４に記憶される。この ディジタル情報は、制御装置７０によって制御される切替装置７１を介して記憶 されるようになっており、これにより、回転するフィルタ円板５１によるフィル タリング動作と同期した記憶動作を確実に行うことができる。

赤、緑、青のカラー信号に対応する信号に含まれている情報に比べて、白黒画像 Ｂ／Ｗは付加情報、特に、感光度に関しての情報を含んでいることを考慮して、 メモＵ８１〜８４に記憶された信号が選択的に処理される。そして、メモリ８１ 〜８４に記憶された信号に基づき、例えば、加算および減算動作を行う処理回路 を用いて、信号の組合せが作られる。これらの回路によって、３つのカラー画像 を組み合わせただけによって再構成される映像に比べて、質がかなり改善された 最終カラー画像を再構成するための”色調”装置が構成されている。

第１図に示されたこの色調装置の第１実施例においては、メモリ８２に記憶され その振幅が緑色の輝度Ｇに対応する緑色画像を表す信号が、メモリ８３に記憶さ れその振幅が青色の輝度已に対応する青色画像を表す信号と組み合わされる。こ れらの信号は、全体として加算動作を行う処理回路８５ａ内で組み合わされ、こ れにより、この信号の振幅は元の画像の輝度から、赤色画像の輝度Ｒを引いた輝 度に対応する。その後、処理回路８５ａによって組み合わされた信号とメモリ８ ４に記憶された白黒信号とが、全体として減算動作を行う処理回路８５ｂによっ て処理され、これにより、元の赤色画像と比べて改善された赤色画像の輝度Ｒに 対応する振幅を有する出力信号が得られる。

同様の処理により、青と赤のカラー画像を表す信号が処理装置８５ａ内で組み合 わされ、これにより得られた信号が処理回路８５ｂ内で白黒信号と組み合わされ 、この結果、元の緑色画像と比べて改善された緑色画像の輝度Ｇに対応する振幅 の出力信号が得られる。最後に、赤と緑のカラー画像を表す信号が処理装置８５ ａ内で組み合わされ、これにより得られた信号が処理回路８５ｂ内で白黒信号と 組み合わされ、この結果、元の青色画像に比べて改善された青色画像の輝度已に 対応する振幅の出力信号が得られる。

゛　処理回路８５ｂからの出力信号は、その後、ディジタル・アナログ変換器９ ２によってアナログ信号に変換され、例えば、ＮＴＳＣＳＰＡＬ％ＳＲＣＡＭ等 の映像標準から選ばれた標準形成のテレビ受像機に適合したエンコーダ９３によ ってカラー画像が再構成される。

第２図に示される変形例においては、メモリ８４に記憶された白黒信号が、上記 した形式の３つの処理回路８５ａ内において、メモリ８１〜８３に記憶された信 号のそれぞれと組み合わされることによって、メモリ８１〜８４に記憶された信 号が処理される。これら３つの処理回路８５ａからの出力は、元の赤、緑ふよび 青のカラー画像よりも改善された画質をもつ赤、緑、青によってそれぞれ色付け された３つの白黒画像に対応する信号を提供する。この後、上記したディジタル ・アナログ変換器９２とエンコーダ９３とにより、これら３つの画像信号からカ ラー画像が再構成される。

好ましくは、処理回路８５ａ、　８５ｂは、赤、緑、青色の輝度に作用する重み 付は機能と組み合わせられ、これによって画像の質を改善する目的で、再構成さ れる画像の色が修正される。

当然、本発明のビデオ内視鏡は、医療への応用だけでなく、工業的な応用にも用 いることができる。

上記した説明から理解されるように、本発明の詳細な説明された実施例や応用に 制限されるものではない。むしろ、本発明の範囲を越えることなく、当業者が実 施できる変形例まで、本発明は拡大できるものである。

要　約　書 ビデオ内視鏡（１００）であって、特に、単一の光源（１０）　； 前記光源（１０）からの光を観察領域へ伝播するファイバーの東（４０）　；三 原色（ＲＧＢ）のそれぞれによって観察領域を照らす第１、第２および第３のフ ィルタ領域（５３，５４，５５）と、透明でかつ光が通過する第４のフィルタ領 域（５６）を持つ周期的フィルタリング装置（５０）　；観察領域に位置する対 象物の画像を検出するように設計された光感応センサー（６０）　； カラー画像（Ｒ，Ｇ、Ｂ）と白黒画像（Ｂ／Ｗ）を表すセンサー（６０）からの 周期的な情報をディジタル化するアナログ・ディジタル変換器（９１）　、この ディジタル情報は４個のメモ！Ｊ−（８１〜８４）にそれぞれ記憶される；およ び非常に良い品質のカラー映像を再構成する目的で、白黒画像情報（Ｂ／Ｗ）を 選択的にカラー情報と組み合わせる色ｍ装置（８５Ｆ１．８５ｂ）を含むビデオ 内視鏡。

国際調査報告 −一一一〜−−−淋　ＰＣＴ／ＦＲ９１１０１■６

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．検査すべき空間内の観察領域に関するカラー情報を提供するためのカラービ デオ内視鏡（１００）であって、その情報は、例えば、標準的な形式の受像機で 表示することを可能にする形式であり、そのビデオ内視鏡が、単一の光源（１０ ）； 前記光源（１０）からの光を観察領域へ伝播する光ファイバーの束（４０）；前 記の光源（１０）から放出された光をフィルタリングする周期的フィルタリング 装置（５０）であって、第１、第２および第３のフィルタ領域（５３，５４，５ ５）を持ち、観察領域が、前記光ファイバーの束（４０）を通して、これらの３ つのフィルタ領域（５３，５４，５５）のそれぞれを通過する光にそれぞれ対応 する三原色（ＲＧＢ）によって周期的に照らさせることを可能にし、かつ、透明 でかつ光が通過する第４のフィルタ領域（５６）を持つもの；そのフィルタリン グ装置（５０）を通して照らされた観察領域に位置する対象物の画像を検出する ように設計された光感応センサー（６０）；このセンサー（６０）から出力され 、カラー画像（Ｒ，Ｇ，Ｂ）と白黒画像（Ｂ／Ｗ）を表す周期的な情報をディジ タル化するアナログ・ディジタル変換器（９１）、このディジタル情報は、カラ ー情報（Ｒ，Ｇ，Ｂ）と白黒情報（Ｂ／Ｗ）のそれぞれに対応する４個のメモリ ー（８１〜８４）に記憶される；白黒画像信号（Ｂ／Ｗ）をカラー情報と選択的 に組み合わせる色調装置（８５ａ，８５ｂ）； この色調装置（８５ａ，８５ｂ）から出力されるディジタル信号をアナログ形式 に変換するディジタル・アナログ変換器（９２）；およびカラー画像を再構成す るための表示装置とのインターフェースを構成するエンコーダ（９３） を有していることを特徴とするカラービデオ内視鏡。
2. ２．センサー（６０）から送出され、フィルタリング装置（５０）の回転と同期 して変換器（９１）によって変換された情報の記憶を制御するための切替装置（ ７０、７１）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１項記載のカラービデ オ内視鏡。
3. ３．前記色調装置は加算回路（８５ａ）を含んでいることを特徴とする請求の範 囲第１項または第２項記載のカラービデオ内視鏡。
4. ４．前記色調装置は減算回路（８５ｂ）を含んでいることを特徴とする請求の範 囲第３項記載のカラービデオ内視鏡。
5. ５．前記色調回路は、メモリー（８２，８３）に記憶された緑と青のカラー信号 、メモリー（８１，８３）に記憶された赤と青のカラー信号、メモリー（８１， ８２）に記憶された赤と繰のカラー信号の加算をそれぞれ行う３つの加算回路（ ８５ａ）を含み、さらに、この３つの加算回路（８５ａ）のそれぞれと、白黒信 号が記憶されたメモリー（８４）とに入力が接続された３つの減算回路（８５ｂ ）を含んでおり、その減算回路（８５ｂ）からの出力はディジタル・アナログ変 換手段（９２）に接続されていることを特徴とする請求の範囲第４項記載のカラ ービデオ内視鏡。
6. ６．前記色調回路は、メモリー（８４）に記載された白黒信号をメモリー（８１ 〜８３）に記憶されたカラー信号のそれぞれと加算するための３つの加算回路（ ８５ａ）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第３項記載のカラービデオ内 視鏡。
7. ７．前記の請求の範囲の何れかによって定義されたビデオ内視鏡によってカラー 画像を検出し、処理する方法であって、光源と、光を伝播する光ファイバーの束 とによって観察領域を照らし；三原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）によって観察領域を照らす ための３つのフィルタ領域と、透明で光の通過を許容する第４のフィルタ領域と を用いて、その光源から放射される光を周期的にフィルタリングし；光感応セン サーを用いて、観察領域によって反射され、赤、緑、青のカラー画像と白黒画像 とのそれぞれに対応する画像を周期的に検出し；このセンサーによって検出され た情報をディジタル形式に変換し、赤、緑、青のカラー画像信号と白黒画像信号 とのそれぞれに対応する４つのメモリーにそれを記憶し；そして 白黒信号を基礎としてメモリーに記憶された信号を選択的に処理し、このように 処理された信号から再構成される画像の色調を合わせる；ステップを含んでいる ことを特徴とするカラー画像を検出し、処理する方法。
8. ８．加算動作を行うことによりメモリーに記憶された信号を処理することを含ん でいることを特徴とする請求の範囲第７項記載の方法。
9. ９．白黒信号を赤、緑、青のカラー信号のそれぞれと加算し、そして、このよう にして一緒に加算された信号を組合せてカラー画像を再構成することを含んでい ることを特徴とする請求の範囲第８項記載の方法。
10. １０．その加算動作が重み付けされた動作であることを特徴とする請求の範囲第 ８項または第９項記載の方法。