JP4648576B2

JP4648576B2 - 電子内視鏡装置

Info

Publication number: JP4648576B2
Application number: JP2001181074A
Authority: JP
Inventors: 昭博高橋
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: JP2002369794A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スコープの可撓管先端部から被写体像に対応するビデオ信号を得、プロセッサにより映像信号処理を行い、モニタ装置によりビデオ信号に基づいて被写体像を再現する電子内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような電子内視鏡装置においては、スコープの先端にＣＣＤイメージセンサが設けられ、このＣＣＤイメージセンサは対物レンズ系と組み合わせられる。
またスコープ内には光ファイバー束からなるライトガイドが挿通させられており、スコープの基端側に接続されたプロセッサ内の光源ランプから、このライトガイドを介してスコープ先端に照明光が供給される。患者の体腔内へスコープが挿入された時、対物レンズ系の前方がライトガイドの先端側端面から射出する照明光によって照明され、光学像がＣＣＤイメージセンサの受光面に結像され、そこで光電変換されて撮像信号として出力される。撮像信号はプロセッサの映像信号処理回路へ送られ、この撮像信号に基づいてビデオ信号が生成される。さらにビデオ信号はモニタ装置に対して出力され、そこで被写体像がモニタ画面上に再現される。
【０００３】
最近では、病巣の早期発見を目的として患部を拡大表示する電子内視鏡装置、例えばスコープの対物レンズ系を可変焦点レンズにより構成し、ズーム機能およびオートフォーカス機能を設けた電子内視鏡装置も考えられている。
【０００４】
一般に、消化器官等の円筒状部位の内部を進みながら撮影するときには中央が暗く周囲が明るいというコントラストの強い映像が得られる。このため、暗部に対応する出力信号はＡＧＣゲインを大きくすることにより信号レベルが上げられる。しかし、このとき撮像信号に含まれる様々なノイズ成分も一緒に増幅されるため、結果的に暗部に対応する画像ではノイズが目立つという欠点を有する。
【０００５】
一般に電子内視鏡装置のプロセッサには輪郭強調回路が設けられており、この輪郭強調回路は輝度信号にフィルタ係数を乗算して輝度の極端に異なる部分の輝度差をさらに大きくすることにより、輪郭強調を行っている。特にズーミングを行って消化器官等の内壁等を拡大表示する場合には、病巣の早期発見のために輪郭強調の度合いは強いほうが好ましい。
【０００６】
しかし、輪郭を強く強調するとノイズ成分も強調されてしまうため、暗部でのノイズがさらに目立ち易くなるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、ズーミングを行った場合には輪郭の明確な画像が得られると共に、ズーミングを行わない場合にはノイズの目立たない高精度の画像を自動的に得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子内視鏡装置は、固体撮像素子と、焦点距離が可変な撮影光学系とを有するスコープと、撮影光学系の焦点距離を制御するズーム手段と、固体撮像素子から出力された撮像信号にフィルタ係数を乗算して輪郭を強調させる輪郭強調回路と、ズーミングを検出する検出手段と、検出手段による検出結果に応じて輪郭強調回路のフィルタ係数を制御する係数制御手段と、輪郭強調された撮像信号に基づいてビデオ信号を生成するビデオ信号生成手段とを有するプロセッサと、プロセッサにより出力されたビデオ信号に基づいて、画面に被写体像を再現するモニタ装置とを備えることを特徴とする。
【０００９】
電子内視鏡装置において、検出手段によってズーミングが検出された場合には、係数制御手段によってフィルタ係数は輪郭強調の度合いが相対的に強くなるように設定され、検出手段によってズーミングが検出されない場合には、係数制御手段によってフィルタ係数は輪郭強調の度合いが相対的に弱くなるように設定される。
【００１０】
電子内視鏡装置には、輪郭強調回路による輪郭強調機能の設定および設定解除を指示するための指示手段を設けてもよい。
【００１１】
また、本発明による電子内視鏡装置のプロセッサは、固体撮像素子と、焦点距離が可変な撮影光学系とを有するスコープが接続される電子内視鏡装置のプロセッサであって、撮影光学系の焦点距離を制御するズーム手段と、固体撮像素子から出力された撮像信号にフィルタ係数を乗算して輪郭を強調させる輪郭強調回路と、ズーミングを検出する検出手段と、検出手段による検出結果に応じて輪郭強調回路のフィルタ係数を制御する係数制御手段と、輪郭強調された撮像信号に基づいてビデオ信号を生成するビデオ信号生成手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明による電子内視鏡装置の実施形態を示すブロック図である。電子内視鏡装置は、可撓管を有するスコープ１０と、スコープ１０に着脱自在なプロセッサ１００と、プロセッサ１００に接続されるモニタ装置２００とを備える。スコープ１０には光ファイバ束から成る光ガイド部材１２がスコープ先端部１０ａにまで挿通しており、光ガイド部材１２の基端側はスコープ１０のプロセッサ１００への装着時にプロセッサ１００に設けられた光源１０２に光学的に接続される。これにより、光源１０２からの照明光は光ガイド部材１２によってスコープ先端部１０ａへ導かれ、前方の被写体、例えば内臓器官Ｘが照明される。
【００１４】
スコープ先端部１０ａには固体撮像素子例えばＣＣＤから成る撮像センサ１４が設けられ、この撮像センサ１４にはＣＣＤと組み合わされた対物レンズ系１６が包含される。スコープ１０はズーム機能およびオートフォーカス機能を備える。具体的には、対物レンズ系１６は複数のレンズから成り、その中に含まれる可動レンズがプロセッサ１００のズーム／フォーカス制御回路１１４により駆動されて光軸方向における相対位置を変化させ、これにより焦点位置および像倍率が変更される。スコープ１０にはズーミングを行うためのズームダイヤル１８が設けられ、ズームダイヤル１８はズーム／フォーカス制御回路１１４に電気的に接続される。
【００１５】
本実施形態ではカラー画像を再現するために同時方式が採用され、白色照明光により照明された被写体の光学像が対物レンズ系１６によりＣＣＤの受光面に結像させられる。ＣＣＤに結像された光学的被写体像は、撮像センサ１４により１フレーム分のアナログ撮像信号に光電変換され、スコープ１０のコネクタ部２０に内蔵されたドライブ／プロセス回路２２によって撮像センサ１４から順次読み出される。
【００１６】
撮像センサ１４から読み出されたアナログ撮像信号は、ドライブ／プロセス回路２２において、撮像センサ１４の特性やスコープ１０の光学特性に応じた処理、例えばクランプ処理やサンプルホールド処理、ガンマ補正処理、ホワイトバランス補正処理および増幅処理等が施され、輝度信号および色差信号からなるコンポーネントデジタル信号に変換されて、プロセッサ１００の映像信号処理回路１０４に順次出力される。
【００１７】
コネクタ部２０に設けられた読出し専用メモリ（ＲＯＭ）２６にはスコープ１０の固有の光学的特性に関する情報が格納される。スコープ１０は高精密部品から構成されるので、僅かな機械的誤差であっても個々のスコープ１０の光学的特性に大きく影響する。このため、スコープ１０側にデータを持たせ、スコープ１０の交換の際にプロセッサ１００側で各スコープ１０の光学的特性に応じた調整作業を行う必要がないように構成している。
【００１８】
プロセッサ１００の映像信号処理回路１０４においては、輝度信号成分に後述する輪郭強調処理が施され、輪郭強調された輝度信号、色差信号および復号同期信号を多重したＮＴＳＣ方式のコンポジットビデオ信号などのアナログカラービデオ信号が生成される。
【００１９】
アナログカラービデオ信号はプロセッサ１００からモニタ装置２００やＶＣＲなどの記録装置３００に出力される。モニタ装置２００ではアナログカラービデオ信号に基づいて画面上に被写体像が再現され、また記録装置３００では静止画または動画としてアナログカラービデオ信号が記録される。プロセッサ１００にはキーボード４００が接続され、このキーボード４００から入力された患者名や図示しないタイマ回路から得られる診察日時等の文字情報はシステムコントロール回路１０６により文字パターン信号に変換されて映像信号処理回路１０４に出力され、ここでコンポーネントデジタル信号に付加される。これにより、モニタ装置２００の画面上には光学的被写体像の再現画像と共に文字情報が表示される。
【００２０】
システムコントロール回路１０６はプロセッサ１００の全動作を制御するマイクロコンピュータであり、ＣＰＵ、種々のルーチンを実行するためのプログラムやパラメータを格納するＲＯＭや、データ等を一時的に格納するＲＡＭを備える。
【００２１】
プロセッサ１００は自動調光機能を備える。詳述すると、プロセッサ１００は、映像信号処理回路１０４から出力された１フレーム分の撮像信号の平均輝度レベルを算出し、この平均輝度レベルに基づいて、光源１０２と光ガイド部材１２の入射端面との間には設けられた絞り１１２の開度を適正なものに調整する。これにより光量は自動的に調節される。
【００２２】
また、プロセッサ１００にはコントラスト方式のオートフォーカス機能が設けられる。具体的には、ズーム／フォーカス制御回路１１４により可動レンズを動かし、フォーカス検出回路１０８により映像信号処理回路１０４から出力された撮像信号から特定周波数成分の振幅の変化量を検出する。システムコントロール回路１０６は、フォーカス検出回路１０８の検出結果に基づいて信号振幅が最大値を取るときに合焦であると判定する。
【００２３】
オートフォーカス機能や自動調光機能などは、プロセッサ１００の表面に設けられたパネルスイッチ１１０により設定または解除される。
【００２４】
図２は、映像信号処理回路１０４の詳細を示すブロック図である。スコープ１０から入力された１フレーム分のデジタル輝度信号は、輪郭強調回路１２０により輪郭が強調された後、輝度信号用メモリ（Ｙメモリ）１４０に格納される。対応する１フレーム分のデジタル色差信号は色差信号用メモリ（Ｒ−Ｙ／Ｂ−Ｙメモリ）１４２に格納される。両メモリ１４０および１４２に格納された輝度信号および色差信号は同時にエンコーダ１４４に読み出され、ここで同期信号が付加されてＮＴＳＣコンポジットビデオ信号に変換される。
【００２５】
輪郭強調回路１２０は２次元デジタルフィルタであり、例えば次に示す（１）式のように所定の画素の輝度値Ｘ（ｉ，ｊ）とその周囲の８画素の輝度値とにそれぞれ、絶対値が１未満のフィルタ係数Ｃ（ｎ，ｍ）（但しｎ＝０〜２，ｍ＝０〜２）を乗算し、その総和を中心画素の輝度値Ｙ（ｉ，ｊ）として出力する。フィルタ係数Ｃ（ｎ，ｍ）は係数制御回路１３２によって定められ、この係数が変わると輪郭強調の度合いが変化する。なお、各フィルタ係数の具体的な数値については様々なものが知られており、ここでは述べない。
【００２６】
【数１】

【００２７】
上記輪郭強調機能は手動で設定および設定解除することができる。パネルスイッチ１１０（図１）には輪郭強調設定スイッチ１１０ａが設けられており、この輪郭強調設定スイッチ１１０ａを押下することにより設定および設定解除が切り替えられる。具体的には、輪郭強調設定スイッチ１１０ａを押下して輪郭強調機能を設定すると、システムコントロール回路１０６から係数選択信号が係数制御回路１３２に対して出力され、９つのフィルタ係数Ｃ（ｎ，ｍ）がそれぞれ所定の値に設定され、これらフィルタ係数Ｃの値に応じた度合いで輪郭が強調される。一方、設定解除が指示されたときにはシステムコントロール回路１０６から係数選択信号が係数制御回路１３２に対して出力され、中央画素のフィルタ係数の値が１、その他は０に設定される。即ち、輪郭強調回路１２０は実質的に作動せず、輪郭は強調されない。
【００２８】
一般に、スコープ１０の先端部１０ａを消化器官などの円筒状内壁内を進退する場合にはズーミングは行わず、モニタ装置２００の画面には中央が暗く周囲が明るい映像が表示される。このとき中央の暗い部分にはノイズが目立つため、上記輪郭強調機能は好ましくなく、輪郭強調を相対的に弱くすることが好ましい。一方、所望の観察部位に先端部１０ａが到達し、病巣等を探す場合にはズーミングを行って拡大観察するが、このとき輪郭強調は強い方が好ましい。
【００２９】
このようなスコープ１０の使用状態を鑑み、ズームダイヤル１８が操作されて拡大ズーミングが行われていることがシステムコントロール回路１０６において検出されると、システムコントロール回路１０６は係数選択信号を係数制御回路１３２に送出し、フィルタ係数Ｃ（ｎ，ｍ）の値を輪郭強調を強くするような値に設定させる。一方、拡大ズーミングが行われていないことが検出されると輪郭強調を弱くすべく係数選択信号を係数制御回路１３２に送出する。従って、拡大ズーミングが行われているときには、自動的に輪郭強調の度合いが強められて高精度の映像をモニタ装置２００に表示させることができる。
【００３０】
なお、輝度信号は輪郭強調回路１２０の前段からフォーカス検出回路１０８に入力され、ここでは輪郭強調する前の輝度信号に基づいて合焦状態が検出され、システムコントロール回路１０６に検出結果が出力される。
【００３１】
図３は、プロセッサ１００のシステムコントロール回路１０６において実行される輪郭強調処理ルーチンを示すフローチャートである。
【００３２】
ステップＳ１０２ではパネルスイッチ１００においてズーム機能およびオートフォーカス機能が設定され、かつズームダイヤル１８により拡大画像を表示すべくズーミングが指示されているか否かが判定され、拡大表示が設定されていなければステップＳ１１２に進み、輪郭強調が相対的に弱くなるようなフィルタ係数を変更させる係数選択信号が出力される。そしてステップＳ１１２が終了するとステップＳ１１４において標準倍率の画像をモニタ装置２００に表示させるべく映像信号処理回路１０４を駆動制御し、その後ステップＳ１０２に戻る。
【００３３】
ステップＳ１０２においてズーミングによる拡大表示が設定されたと判定されると、ステップＳ１０４ではズーム／フォーカス制御回路１１４によるズーミングおよびオートフォーカス動作を開始させるとともに、フォーカス検出回路１０８によって合焦状態を検出させる。ステップＳ１０６では合焦状態であるか否かが判定され、合焦状態でなければステップＳ１０２からＳ１０６が繰り返し実行され、合焦状態であると判定されるとステップＳ１０８に進む。
【００３４】
ステップＳ１０８では輪郭強調を相対的に強くするようなフィルタ係数の値を設定するための係数選択信号が出力され、ステップＳ１１０において拡大した画像をモニタ装置２００に表示させるべく映像信号処理回路１０４を駆動制御し、その後ステップＳ１０２に戻る。
【００３５】
このように、本実施形態の電子内視鏡装置によると、拡大ズーミングを行った場合には輪郭の明確な画像が得られると共に、拡大ズーミングを行わない場合にはノイズの目立たない高精度の画像を自動的に得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電子内視鏡装置は、ズーミングを行った際に高精度の画像を自動的に得ることを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子内視鏡システムの概略ブロック図である。
【図２】図１に示す映像信号処理回路の詳細を示すブロック図である。
【図３】プロセッサのシステムコントロール回路において実行される輪郭強調処理ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０スコープ
１４撮像センサ
１００プロセッサ
１０４映像信号処理回路
１２０輪郭強調回路
２００モニタ装置

Claims

固体撮像素子と、焦点距離が可変な撮影光学系とを有するスコープと、
前記撮影光学系の焦点距離を制御するズーム手段と、前記固体撮像素子から出力された撮像信号にフィルタ係数を乗算して輪郭を強調させる輪郭強調回路と、ズーミングを検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に応じて前記輪郭強調回路のフィルタ係数を制御する係数制御手段と、輪郭強調された前記撮像信号に基づいてビデオ信号を生成するビデオ信号生成手段とを有するプロセッサと、
前記プロセッサにより出力された前記ビデオ信号に基づいて、画面に前記被写体像を再現するモニタ装置とを備える電子内視鏡装置において、
前記検出手段によってズーミングが検出された場合には、前記係数制御手段によって前記フィルタ係数は輪郭強調の度合いが相対的に強くなるように設定され、前記検出手段によってズーミングが検出されない場合には、前記係数制御手段によって前記フィルタ係数は輪郭強調の度合いが相対的に弱くなるように設定されることを特徴とする電子内視鏡装置。
前記輪郭強調回路による輪郭強調機能の設定および設定解除を指示するための指示手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
固体撮像素子と、焦点距離が可変な撮影光学系とを有するスコープが接続される電子内視鏡装置のプロセッサであって、
前記撮影光学系の焦点距離を制御するズーム手段と、前記固体撮像素子から出力された撮像信号にフィルタ係数を乗算して輪郭を強調させる輪郭強調回路と、ズーミングを検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に応じて前記輪郭強調回路のフィルタ係数を制御する係数制御手段と、輪郭強調された前記撮像信号に基づいてビデオ信号を生成するビデオ信号生成手段とを有し、
前記検出手段によってズーミングが検出された場合には、前記係数制御手段によって前記フィルタ係数は輪郭強調の度合いが相対的に強くなるように設定され、前記検出手段によってズーミングが検出されない場合には、前記係数制御手段によって前記フィルタ係数は輪郭強調の度合いが相対的に弱くなるように設定されることを特徴とする電子内視鏡装置のプロセッサ。