JPH1085174A - 全画素読出し式電子内視鏡装置 - Google Patents

全画素読出し式電子内視鏡装置

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JPH1085174A
JPH1085174A JP8263475A JP26347596A JPH1085174A JP H1085174 A JPH1085174 A JP H1085174A JP 8263475 A JP8263475 A JP 8263475A JP 26347596 A JP26347596 A JP 26347596A JP H1085174 A JPH1085174 A JP H1085174A
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odd
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Kazuhiro Yamanaka
一浩 山中
Mitsuru Higuchi
充 樋口
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 1回の露光により撮像素子で得られた全画素
をクロック周波数を高くせずに読み出し、特に静止画に
おいて画質の向上を図る。 【解決手段】 CCD15及びCCD駆動回路18を設
け、1/60秒の期間内の1回の露光で得られたビデオ
信号につき、次の期間で奇数ラインの信号を読み出し、
更に次の期間で偶数ラインの信号を読み出し、この奇数
ラインの信号データは第1メモリ22へ、偶数ラインの
信号データは第2メモリ23に記憶する。上記偶数ライ
ンデータの読出しは、光チョッパ36で光遮断すること
により可能となる。そして、混合回路24では、奇数ラ
インと偶数ラインの画素データを混合し、この画素混合
信号に基づいて1フレームの画像を形成する。また、フ
リーズスイッチ17のオン時には、上記メモリ22,2
3内に、同一露光時に得られた奇数ライン及び偶数ライ
ンの画像信号のみを記憶するように制御し、これにより
高画質の画像を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電子内視鏡装置、特
に同時式の撮像素子で蓄積される画像の全画素を読み出
し、高画質の静止画等を形成する内視鏡装置のための信
号処理に関する。
【0002】
【従来の技術】電子内視鏡装置では、撮像素子として例
えばCCD(Charge Coupled Device)が用いられてお
り、このCCDにおいては光電変換素子により画素単位
で蓄積される電荷を読み出すことにより、画像信号(ビ
デオ信号)が得られる。そして、同時式の電子内視鏡装
置において、上記CCDの上面に、画素単位で色フィル
タが配置され、これによってカラー画像が得られるよう
になっている。
【0003】図5(A)には、上記色フィルタの配列状
態が示されており、図示されるように、CCD1の撮像
面には例えばMg(マゼンタ)、G(グリーン)、Cy
(シアン)、Ye(イエロー)が画素単位で配列され
る。従って、これらの色フィルタを透過した光により、
CCD1では蓄積電荷が得られることになる。
【0004】図5(B)には、従来の色差線順次混合読
出し方式による読出し状態が示されており、この方式で
は、上下ラインの画素の蓄積電荷が混合されて読み出さ
れる。例えば、1回目の露光時に0ラインと1ラインの
混合信号、2ラインと3ラインの混合信号、…というよ
うな奇数(Odd)フィールドのビデオ信号が読み出さ
れ、2回目の露光時に1ラインと2ラインの混合信号、
3ラインと4ラインの混合信号、…というような偶数
(Even)フィールドのビデオ信号が読み出される。
従って、CCD1の2ラインの混合信号がフィールド画
像の1ラインの信号となる。
【0005】図6には、上記CCD1における信号の読
出し動作が示されており、図(A)のフィールドのO/
E信号で示されるように、1/60秒(垂直同期期間)
毎に奇数フィールドと偶数フィールドが得られる。この
ため、上記の1/60秒の期間において、例えば図
(B)に示される電子シャッタの蓄積(露光)時間tに
より信号蓄積が行われ、次の1/60秒の期間で蓄積混
合信号の読出しが行われる。この結果、図(C)に示さ
れるように、n−1(番号)の奇数(Odd)フィール
ド信号、nの偶数(Even)フィールド信号が得られ
ることになり、このn−1の奇数フィールド信号は、図
5(B)の左側に示した(0+1)ライン,(2+3)
ライン,(4+5)ライン…の混合信号からなり、nの
偶数フィールド信号は、図5(B)の右側に示した(1
+2)ライン,(3+4)ライン…の混合信号から構成
される。
【0006】そして、この奇数フィールド信号と偶数フ
ィールド信号は、インターレース走査されて1フレーム
の画像として形成され、この画像がモニタ上に表示され
る。もちろん、上記処理の途中では、各種の信号処理が
施され、上記の混合信号からは、色差信号と輝度信号が
形成されており、これらの信号に基づいてモニタ上に被
観察体内の画像が表示される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記同
時式の電子内視鏡装置においては、上記図6(C)で示
されるように、1フレーム画像を形成するための奇数フ
ィールド画像と偶数フィールド画像との間に、1/60
秒の時間のずれがあり、この間に内視鏡自体のブレや被
観察体の動き等があると、画質が低下するという問題が
ある。特に、内視鏡では、フリーズスイッチの操作によ
り静止画が表示され、これによって特定の観察部位を詳
細に観察できるようになっている。この静止画でも、上
記の奇数フィールド情報と偶数フィールド情報に基づき
1フレームの画像が表示されており、両者間の情報にず
れ(ブレ、動き)があれば、画質が低下(色ずれを含
む)することになる。
【0008】また、電子内視鏡装置では、信号の蓄積時
間を変える電子シャッタ機能が採用される場合もあり、
これによれば、明るい場所において蓄積時間を短くする
ことにより画質の向上を図ることができる。しかし、図
6(B)で示したように、1フレーム画像を形成するた
めの2回の蓄積(露光)の間には、1/60秒のタイム
ラグがあり、蓄積時間を短くした効果が必ずしも享受で
きないという不都合もある。
【0009】また、従来においては、1/60秒の期間
内に全画素を順次読み出すことも提案されている。しか
し、この場合は上記CCD1の転送ライン(垂直CC
D)の構造を倍の密度で形成しなければならないため構
成が複雑となり、しかもクロック周波数が倍となる等の
不都合がある。
【0010】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、1回の露光により撮像素子で得ら
れた全画素をクロック周波数を高くせずに読み出し、特
に静止画において画質の向上を図ることができる全画素
読出し式電子内視鏡装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1請求項記載の発明に係る全画素読出し式電子内
視鏡装置は、複数の色フィルタが画素単位で配置された
撮像素子と、この撮像素子で1回の露光により画素毎に
蓄積された画像信号につき、最初に奇数又は偶数のいず
れかのラインの画像信号を読み出し、次に残りのライン
の画像信号を読み出すように制御する撮像素子駆動回路
と、この撮像素子駆動回路で画像信号を読み出す際の所
定の時間に、上記撮像素子へ画素信号が蓄積されないよ
うに照明光を遮断する光遮断手段と、上記撮像素子から
得られた上記奇数ラインの画像信号及び上記偶数ライン
の画像信号を記憶するメモリと、このメモリから読み出
された上記奇数ラインと偶数ラインの画素信号を混合し
て同時式の画像信号を形成する混合回路と、を含み、こ
の混合回路から出力された画素混合信号に基づいてフィ
ールド画像を形成することを特徴とする。第2請求項記
載の発明は、静止画像を形成する際には、上記メモリ内
に、同一露光時に得られた奇数ライン及び偶数ラインの
画像信号のみを記憶するように制御したことを特徴とす
る。
【0012】上記第1請求項記載の構成によれば、例え
ば1番目の1/60秒の期間(垂直同期期間)内での露
光(露光時間は任意)により蓄積された電荷は、2番目
の1/60秒の期間で撮像素子(CCD)の奇数ライン
が読み出され(転送ラインから読み出す)、3番目(次
の露光時)の1/60秒の期間で残りの偶数ラインが読
み出される。そして、この偶数ラインを読み出すため
に、上記2番目の期間の光源光が光遮断手段により遮蔽
される。即ち、上記奇数ラインの蓄積電荷を順次読み出
す2番目の期間に、従来のように次の露光の電荷が蓄積
されると、残りの偶数ラインの読み出しができない。そ
こで、本発明では、2番目の期間内での光出力をなくし
て、3番目の期間で偶数ラインの蓄積電荷を読み出せる
ようにしており、これによって1回の露光で得られた撮
像素子の全画素分の信号を読み出すことができる。
【0013】次に、上記奇数ライン及び偶数ラインのビ
デオ信号は、それぞれがメモリに記憶された後、各ライ
ンが同時に読み出され、混合回路で画素混合される。即
ち、上記の色差線順次混合読出し方式と同じ手法で画素
混合信号が形成され、奇数フィールドデータと偶数フィ
ールドデータのビデオ信号が形成される。このビデオ信
号に対しては、従来と同様の処理が施され、その後にモ
ニタ等へ出力される。このようにして、1/60秒の期
間内の1回の露光で得られた全画素の信号に基づいて1
フレームの画像が形成されることになり、高画質の画像
を得ることができる。
【0014】第2請求項記載の発明によれば、フリーズ
スイッチが押されたときには、同一露光時に得られた奇
数ライン及び偶数ラインの画像信号を上記メモリ内に記
憶した時点で、メモリへの書込みが禁止される。従っ
て、静止画は必ず1/60秒の期間内の同一露光で得ら
れたビデオ信号により表示され、高画質の静止画を観察
することが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】図1には、実施形態の一例として
の全画素読出し式電子内視鏡装置の回路構成が示されて
おり、図示されるように、電子内視鏡装置はスコープと
しての電子内視鏡10、この電子内視鏡10のコネクタ
部回路(電子内視鏡内回路)11、プロセッサ装置12
及び光源装置13から構成される。上記電子内視鏡10
には、その先端部に図5で説明したものと同様の色フィ
ルタを備えたCCD15が設けられると共に、光源装置
13の光を先端部まで導くためのライトガイド16が配
設される。また、電子内視鏡10の操作部には、静止画
表示のためのフリーズスイッチ17が設けられる。
【0016】上記コネクタ部回路11内には、上記CC
D15を駆動するCCD駆動回路18、全画素読出しパ
ルス発生回路19、タイミングジュネレータ20が設け
られる。この全画素読出しパルス発生回路19は、タイ
ミングジェネレータ20の信号に基づき、1回の露光で
CCD15に蓄積された全画素分の蓄積データを、奇数
ラインと偶数ラインに分けて読み出すためのパルスを発
生し、CCD駆動回路18へ供給する。このCCD駆動
回路18は、上記読出しパルスに基づいてCCD15か
ら上記奇数ラインの信号と偶数ラインの信号を別々に順
次読み出すための制御を行うことになる。
【0017】また、上記CCD15の出力信号を入力す
るA/D変換器21、例えば上記奇数ラインの画像デー
タを記憶する第1メモリ22、偶数ラインの画像データ
を記憶する第2メモリ23、混合回路24、メモリコン
トロール回路25が設けられる。即ち、CCD15から
出力されたビデオ信号は、従来のように2ライン混合で
出力されるのではなく、メモリコントロール回路25の
制御に基づき、奇数ラインのビデオ信号と偶数ラインの
ビデオ信号に分けられた状態で、それぞれのメモリ2
2,23に一旦格納される。その後、上記の混合回路2
4は、奇数ラインのデータと偶数ラインのデータを加算
混合し、従来の色差線順次混合読出し方式と同等の信号
を形成する。
【0018】図2には、上述したCCD15から混合回
路24までの回路で形成される画像データの内容が示さ
れている。図(A)に示されるように、CCD15で
は、走査線数に対応して、0ラインからNラインまで水
平ラインが設けられ、この水平ラインの画素データを転
送ラインに転送して読み出すように構成される。そし
て、上記CCD15の奇数ライン(1,3,5…ライ
ン)のデータが図(B)の第1メモリ22に格納され、
偶数ライン(2,4,6…ライン)のデータが図(C)
の第2メモリ23に格納される。
【0019】これらメモリ22,23のデータは、上記
混合回路24により、図(B)と図(C)のライン同士
で画素混合が行われ、図(D)に示されるように、0ラ
イン+1ライン,2ライン+3ライン,4ライン+5ラ
イン … の加算演算データが奇数(Odd)フィール
ドデータとして出力される。また、図(C)の読出しラ
インを下側に1ラインずらした状態で(図示C1 の位置
から読み出す)、図(B)とライン同士で画素混合が行
われ、図(E)に示されるように、1ライン+2ライ
ン,3ライン+4ライン,5ライン+6ライン … の
加算演算データが偶数(Even)フィールドデータと
して出力される。なお、CCD15のラインの奇数をO
DD、偶数をEVEN、インターレース走査の対象とな
るフィールドの奇数をOdd、偶数をEvenとして区
別する。
【0020】更に、図1において、上記混合回路24の
後段に第1DVP(デジタルビデオプロセッサ)26が
設けられ、この第1DVP26では、画素混合読出し
(色差線順次混合読出し方式)のカラー信号処理が施さ
れ、例えば色差信号や輝度信号が形成される。なお、図
示していないが、その他にも自動利得制御やガンマ処理
回路等が適当な位置に配置される。
【0021】上記電子内視鏡10が接続されるプロセッ
サ装置12内には、上記第1DVP26に接続した第2
DVP28が設けられ、この第2DVP28では、像位
置の制御、拡大処理、ミラーイメージ処理等が行われ
る。この第2DVP28の後段には、奇数フィールドデ
ータを記憶する第3メモリ29、偶数フィールドデータ
を記憶する第4メモリ30、切替え回路31、メモリコ
ントロール回路32及びD/A変換器33が設けられ
る。即ち、上記の第3メモリ29には、図2(D)のデ
ータが色差信号等に変換された奇数フィールドデータが
記憶され、第4メモリ30には、図2(E)のデータが
色差信号等に変換された偶数フィールドデータが記憶さ
れる。
【0022】また、電子内視鏡10に配設されたライト
ガイド16を接続する光源装置13には、光源35が設
けられ、この光源35とライトガイド16の入射端との
間に、光チョッパ36及び絞り37が配置される。この
光チョッパ36は、例えば半円状板を回転させる構成と
され、この光チョッパ36を1/30秒で1回転させる
ために、駆動回路38及びサーボ回路39が接続されて
いる。従って、この光チョッパ36によれば、1/60
秒毎のサイクルのフィールドO/E信号において、1/
60秒間だけ光を出力し、次の1/60秒間では光を遮
断することができる。
【0023】一方、上記絞り37には、駆動回路40及
びアイリス制御回路41が接続されており、この駆動回
路40及びアイリス制御回路41は上記第1DVP26
で得られる輝度信号に基づいて絞り37を駆動し、光源
35の出力光量を調整することができる。
【0024】当該例は以上の構成からなり、その作用を
図3及び図4を参照しながら説明する。図4(A)に示
されるように、フィールドO(Odd)/E(Eve
n)信号として、従来装置と同様に、1/60秒で1フ
ィールドを形成するタイミング信号が用いられる。また
これに対応して、上記の光チョッパ36を1/30秒で
1回転させることにより、図4(B)のPn-1 ,Pn ,
Pn+1 に示されるように、1/60秒の光遮断状態を挟
みながら1/60秒の期間で光が繰り返し出力される。
この光は、ライトガイド16を介して先端部から被観察
体内へ照射される。
【0025】この光照射により、先端部のCCD15で
は被観察体内の像が捉えられ、CCD15には、像に対
応した電荷が蓄積される。この蓄積電荷の読出しは、C
CD駆動回路18からの制御パルスで行われるが、電子
シャッタ機能を用いる場合は、蓄積或いは読出しのタイ
ミングを制御パルスで変えればよく、これによって電荷
蓄積時間を変化させ、露光量を調整することができる。
【0026】そうして、実施形態例では、全画素読出し
パルス発生回路19の制御により、1回の露光で得られ
たCCD15の全画素の蓄積データが読み出される。即
ち、図4(C)に示されるように、図4(B)の光出力
Pn-1 の露光に基づき、CCD15からはn−1の奇数
(ODD)ラインデータと偶数(EVEN)ラインデー
タが順に読み出され、この奇数ラインデータは図4
(E)の書込み(ライトイネーブル)信号によって第1
メモリ22へ格納され、偶数ラインデータは図4(F)
の書込み信号によって第2メモリ23へ格納される。ま
た、光出力Pn ,Pn+1 …の順にそれぞれの奇数及び偶
数ラインのデータが読み出されて各メモリ22,23へ
格納される。
【0027】次に、このメモリ22,23内のデータ
は、混合回路24により画素混合され、図(G)に示さ
れるように、例えばn−2(番目)同士の奇数ラインデ
ータと偶数ラインデータの組合せで混合処理した奇数
(Odd)フィールド信号、n−2の偶数ラインデータ
とn−1の奇数ラインデータの組合せで混合処理した偶
数(Even)フィールド信号、n−1同士の奇数ライ
ンデータと偶数ラインデータの組合せで混合処理した奇
数(Odd)フィールド信号…というように、フィール
ド信号が順次形成される。そして、これらのフィールド
信号はカラー画像処理が施されて、第3メモリ29及び
第4メモリ30に一旦格納されており、これらメモリ2
9,30の出力が切替え回路31で交互にモニタへ出力
され、インターレース走査により画像表示される。
【0028】従って、当該例では、動画については、次
の露光時に得られた画像データの一部が混入した状態で
画像表示されることになるが、このデータ量は全体の1
/2であり、1/60秒間にブレ、動きがあったとして
も、その影響は小さくなる。
【0029】一方、静止画については、同一露光時のデ
ータのみを用いて画像表示しており、図1のメモリコン
トロール回路25(不図示のCPU等でもよい)では、
図3の制御動作を実行する。即ち、この制御は、図4
(A)のO/E信号の立下がり時に各動作を実行するよ
うに設定され、ステップ101にてフリーズスイッチ1
7が押された(オン)か否かを判定し、押された場合
に、ステップ102にて第1メモリ22及び第2メモリ
23のライトイネーブルを禁止する。
【0030】例えば、図4(D)に示されるQの時点
で、フリーズスイッチ17がオンされたとすると、この
とき、フィールドO/E信号は立下がり時(A1 )とな
るから、次の立下がり時(A2 )に各メモリ22,23
の書込みが禁止される[図4(E),(F)]。従っ
て、第1メモリ22には光出力Pn で得られたnの奇数
ラインデータが書き込まれ、他方の第2メモリ23にも
nの偶数ラインデータが書き込まれた状態で、次のデー
タの書込みは行われない。この結果、図4(G)に示さ
れるように、n同士の奇数及び偶数ラインデータからな
る奇数(Odd)フィールド信号、偶数(Even)フ
ィールド信号が順に読み出され、これらのフィールド信
号がインターレース走査により静止画として表示され
る。
【0031】このようにして、異なった時間のフィール
ド画像の組合せが禁止され、同一露光時の全画素のデー
タに基づいて静止画が表示されることになり、高画質の
被観察体内像を観察することが可能となる。なお、上記
フリーズスイッチ17が他の時点で押された場合でも、
必ず同一の番号(n−1,n+1等)の奇数ラインデー
タと偶数ラインデータが書き込まれた後に、次の書込み
が禁止される。
【0032】上記実施形態例では、上述したように、被
観察体内の明るさに応じて電子シャッタ機能を用いるこ
とが可能であるが、本発明によれば、この電子シャッタ
機能の効果を更に高めるという利点もある。即ち、患部
に先端部が近づく場合等には、画面が明るくなるので、
電子シャッタ機能によりCCD15における蓄積時間を
短くして画質の向上を図ることができるが、従来の方式
では、2回の露光で得られたビデオ信号に基づいて画像
が形成されるので、2回の露光間で動き、ブレがある
と、それが画質に影響する。しかし、本発明では、1回
の露光で得られたビデオ信号に基づいて静止画を形成す
るので、この1回の露光時間、即ち信号蓄積時間を短く
した効果が直接的に現れ、露光時間を短くすることによ
る画質向上が顕著になるという利点がある。
【0033】また、内視鏡では、患部の火傷等を考慮す
ると、内視鏡先端部から強い照明光を長時間、患部に与
えることは好ましくなく、照明光の強度もある程度、制
限を受けることになる。しかし、本発明では、光の出力
が従来に比べると半分となるので、照明光強度も高くす
ることが可能となり、更に見やすい画像が形成できると
いう利点がある。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光遮断手段を用いながら、1回の露光で撮像素子におい
て得られた画像信号につき、最初に奇数又は偶数のいず
れかのラインの画像信号を読み出し、次に残りのライン
の画像信号を読み出すように制御し、この奇数ライン及
び偶数ラインデータをメモリに一旦格納した後に、画素
混合して読み出し、静止画を形成する場合は、上記メモ
リ内に同一露光時に得られた奇数ライン及び偶数ライン
の画像信号のみを記憶するようにしたので、クロック周
波数を高くすることなく、1回の露光により撮像素子で
得られた全画素を読み出すことができ、特に静止画にお
いて画質の向上を図ることが可能となる。また、電子シ
ャッタ機能の効果を十分に発揮できると共に、照明光強
度を高くしてさらなる画質の向上を図ることも可能とな
るという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態例に係る全画素読出し式電子
内視鏡装置の回路構成を示すブロック図である。
【図2】図1のCCDから混合回路までの間で読み出さ
れる画像データを示す図である。
【図3】図1の第1メモリ及び第2メモリにおけるメモ
リ制御動作を示すフローチャートである。
【図4】実施形態例の主要な動作を示す説明図である。
【図5】従来のCCDの構成を示し、図(A)は色フィ
ルタの構成図、図(B)はCCDからの混合読出しの説
明図である。
【図6】従来のCCDでの動作を示す説明図である。
【符号の説明】
1,15 … CCD(撮像素子)、 10 … 電子内視鏡、 11 … コネクタ部回路、 12 … プロセッサ装置、 13 … 光源装置、 17 … フリーズスイッチ、 18 … CCD駆動回路、 19 … 全画素読出しパルス発生回路、 22,23,29,30 … メモリ、 24 … 混合回路、 25,32 … メモリコントロール回路、 35 … 光源、 36 … 光チョッパ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の色フィルタが画素単位で配置され
    た撮像素子と、 この撮像素子で1回の露光により画素毎に蓄積された画
    像信号につき、最初に奇数又は偶数のいずれかのライン
    の画像信号を読み出し、次に残りのラインの画像信号を
    読み出すように制御する撮像素子駆動回路と、 この撮像素子駆動回路で画像信号を読み出す際の所定の
    時間に、上記撮像素子へ画素信号が蓄積されないように
    照明光を遮断する光遮断手段と、 上記撮像素子から得られた上記奇数ラインの画像信号及
    び上記偶数ラインの画像信号を記憶するメモリと、 このメモリから読み出された上記奇数ラインと偶数ライ
    ンの画素信号を混合して同時式の画像信号を形成する混
    合回路と、を含み、 この混合回路から出力された画素混合信号に基づいてフ
    ィールド画像を形成するようにした全画素読出し式電子
    内視鏡装置。
  2. 【請求項2】 静止画像を形成する際には、上記メモリ
    内に、同一露光時に得られた奇数ライン及び偶数ライン
    の画像信号のみを記憶するように制御したことを特徴と
    する上記第1請求項記載の全画素読出し式電子内視鏡装
    置。
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