JP2007117153A - 電子内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】 画質低下を極力抑え、飽和されるべき部分を確実に飽和させた状態で表示させる。
【解決手段】 管腔を撮像可能な撮像素子を有した電子内視鏡と、撮像素子の各画素の輝度信号の値を検出する輝度検出手段と、検出された輝度信号の値に基づいてその画素が飽和しているか否かを判定する飽和判定手段と、飽和していると判定された画素の輝度信号を増幅させる輝度信号増幅手段とを備えた電子内視鏡システムを提供する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、その先端部に低画素ＣＣＤを搭載した電子内視鏡を備えた電子内視鏡システムに関する。

その先端部に撮像素子を備えた電子内視鏡と、該撮像素子から出力される信号を処理してモニタに出力するプロセッサとを備えた電子内視鏡システムが広く知られ実用に供されている。

電子内視鏡は例えば患者の管腔内に挿入されて用いられる。電子内視鏡による管腔の圧迫を軽減させて患者に対する負担を軽減させるため、電子内視鏡をできる限り細径化させることが恒常的に要求されている。電子内視鏡を細径化させるための方法の一つとして、例えば先端に設置されるべき撮像素子に低画素ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）を採用することが挙げられる。低画素ＣＣＤ（例えば３０万画素以下のＣＣＤとする）は高画素ＣＣＤと比較してそのサイズ（受光面の面積）が小さい。このため、電子内視鏡を細径化させる要因となり得る。例えば下記特許文献１には低画素ＣＣＤを搭載した電子内視鏡が記載されている。

電子内視鏡システムには、観察対象である管腔を照明するための光源が備えられている。ここで、光源からの照明光が強く当てられている部分は非常に明るい。従ってその部分からの反射光量は非常に多く、これを受光した画素（ＣＣＤの受光面上に配列された受光素子）の出力電圧は飽和し得る。このため、光源からの照明光が強く当てられている部分はモニタ上で白く表示され得る。
特開２００２−１１２９５８号公報

一般に、ＣＣＤの画素はその特性が個々にばらついている。ばらつき得る特性の一つとして例えば感度が挙げられる。ここでいう感度とは、入射光量に対する出力電圧値の比で表される。例えば感度の異なる二つの画素に対して同一量の光が入射したとき、感度の低い画素よりも感度の高い画素の方が高い電圧を出力する。すなわち感度と出力電圧値は比例関係にある。

単一のＣＣＤにおける各画素の感度特性のばらつきに依存して、本来一様に白で表示されるべき部分（例えば照明光が強く当てられている部分）が濃淡を持った状態（むら）で表示されてしまうことがある。ここで、高画素ＣＣＤによって生成される映像はノイズが比較的少なく目立ち難い。従って、各画素の輝度信号のゲインを上げて飽和部分を一様に白くさせても、映像全体に及ぼされる画質低下は比較的限定的である。これに対して低画素ＣＣＤによって生成される映像はノイズが比較的多く目立ち易い。従って各画素の輝度信号のゲインを上げて飽和部分を一様に白くさせると、Ｓ／Ｎ比の低下が映像上に顕著に現れてしまうことがある。換言すると、低画素ＣＣＤの場合に上記の如きゲイン調整を行うと、映像全体に及ぼされる画質低下が極めて顕著になることがあり、術者が観察対象の性状を正確に把握することが困難となり得る。

そこで、本発明は上記の事情に鑑みて、低画素ＣＣＤで撮像される映像に関して、画質低下を極力抑え、飽和されるべき部分を確実に飽和させた状態で表示させることができる電子内視鏡システムを提供することを課題としている。

上記の課題を解決する本発明の一態様に係る電子内視鏡システムは、管腔を撮像可能な撮像素子を有した電子内視鏡と、撮像素子の各画素の輝度信号の値を検出する輝度検出手段と、検出された輝度信号の値に基づいてその画素が飽和しているか否かを判定する飽和判定手段と、飽和していると判定された画素の輝度信号を増幅させる輝度信号増幅手段とを備えたことを特徴とする。

なお、飽和判定手段は、検出された輝度信号の値が白レベルを示す値以上であるとき、その画素が飽和していると判定し得る。

また、上記電子内視鏡システムは、各画素の出力信号に所定の処理を施す信号処理手段と、信号処理手段を経由して輝度信号増幅手段に入力する輝度信号の入力タイミングと、輝度検出手段と飽和判定手段を経由して輝度信号増幅手段に入力する輝度信号に対応した信号の入力タイミングとを同期させる入力タイミング同期手段とを更に備えたものであっても良い。

入力タイミング同期手段は、信号処理手段を経由する輝度信号を所定時間遅延させる遅延回路であっても良い。

本発明の電子内視鏡システムを採用すると、画質の低下が良好に抑えられ、飽和すべき部分を確実に飽和させた状態で表示させることができる。

以下、図面を参照して、本実施形態の電子内視鏡システムの構成及び作用について説明する。

図１は、本発明の実施の形態の電子内視鏡システム１０の外観を概略的に示した図である。また、図２は、本発明の実施の形態の電子内視鏡システム１０の構成を示したブロック図である。本実施形態の電子内視鏡システム１０は、患者の管腔を観察・診断するためのシステムであり、電子内視鏡１００、プロセッサ２００、及び、モニタ３００を有している。

本実施形態の電子内視鏡１００の末端部にはコネクタユニット１１０が設けられている。コネクタユニット１１０は二本のピンプラグを有している。また、プロセッサ２００のフロント面にはプロセッサ側コネクタ部２１０が設けられている。プロセッサ側コネクタ部２１０は二つのジャックを有している。各対のピンプラグ−ジャックはそれぞれ光学的接続と電気的接続を果たすためのものである。従ってコネクタユニット１１０とプロセッサ側コネクタ部２１０とが接続されることにより、電子内視鏡１００とプロセッサ２００とが光学的且つ電気的に接続される。

コネクタユニット１１０にはユニバーサルコード１２０の一端が結合している。ユニバーサルコード１２０は可撓性を有しており、もう一端が操作部１３０に結合している。

操作部１３０は電子内視鏡１００を術者に操作させるための入力インターフェースである。操作部１３０を操作することにより、例えば観察領域を変更させたり管腔内に洗浄液を噴射させたりすることができる。操作部１３０には挿入部可撓管１４０の一端が結合している。

挿入部可撓管１４０は患者の管腔に挿入される管であり、可撓性を有している。その先端には先端部１５０が設けられている。操作部１３０の操作によって先端部１５０根元付近の挿入部可撓管１４０が屈曲されると先端部１５０のアングルが変化し、それに伴って観察領域も変更される。

先端部１５０は硬質性の素材（例えば樹脂）で形成されており、撮像処理に必要とされる各要素が設けられている。本実施形態における上記要素は、配光レンズ１５２、対物レンズ１５４、及び、ＣＣＤ１５６である。配光レンズ１５２、及び、対物レンズ１５４は先端部１５０の前面に設置されたレンズである。ＣＣＤ１５６は例えばベイヤー方式の低画素（例えば画素数が３０万以下）のカラーＣＣＤである。受光面には多数の画素（受光素子）がマトリクス状に配列されている。受光面前面にはオンチップカラーフィルタが搭載されている。カラーフィルタは、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）の何れかのカラーチップが各画素に対応してマトリクス状に配列されたものである。なお、ここで用いられるＣＣＤ１５６は原色フィルタを搭載したものに限定されず、例えば補色フィルタを搭載したものであっても良い。

なお、電子内視鏡１００内部にはその長手方向に沿ってライトガイド１６０が設置されている。ライトガイド１６０は光ファイバであり、その一端は光学的接続を果たすためのピンプラグ近傍（コネクタユニット１１０内部）に配置され、もう一端は配光レンズ１５２近傍に配置されている。また、コネクタユニット１１０内部には、ＣＣＤ１５６を駆動制御するためのＣＣＤ駆動制御回路１７０、及び、ＣＣＤ信号（後述）を所定の増幅率で増幅するアンプ１７２が実装されている。

プロセッサ２００は、装置全体の制御を統括的に行うシステムコントロールユニット２２０を有している。システムコントロールユニット２２０の制御下で、各構成要素での処理が実行される。また、光源装置として、ランプ２３０、ランプ制御回路２３２、及び、集光レンズ２３４を有している。

ランプ２３０は管腔内を照射するための白色光の光源である。ランプ２３０には例えばメタルハライドランプや、キセノンランプ、ハロゲンランプ等が想定される。ランプ２３０はランプ制御回路２３２の制御により白色光を放射する。ランプ２３０からの放射光は、ランプ２３０の前方に設置された集光レンズ２３４によって集光される。集光された光は、プロセッサ側コネクタ部２１０を介して電子内視鏡１００内部（より正確にはライトガイド１６０のコア）に入射する。

ライトガイド１６０に入射した光はその内部を伝送されて、先端部１５０側の端部から出射する。出射後、配光レンズ１５２を介して外部に放射されて管腔を照明する。これにより、光の届かない管腔内が明るく照らされる。

配光レンズ１５２から放射された照明光は、管腔において反射されて対物レンズ１５４に入射する。ここで、ＣＣＤ１５６は、その受光面が対物レンズ１５４の結像面と実質的に同位置となるように配置されている。従って対物レンズ１５４に入射した光は、対物レンズ１５４のパワーによりＣＣＤ１５６の受光面上で管腔の光学像として結像される。ＣＣＤ１５６はＣＣＤ駆動制御回路１７０の制御により駆動して、各画素において結像された光学像をその光量に応じた電荷として蓄積してＣＣＤ信号に変換する。変換されたＣＣＤ信号は、ＣＣＤ駆動制御回路１７０の制御により、ＣＣＤ１５６から所定のタイミングで出力される。出力後、アンプ１７２により所定の増幅率で増幅されてプロセッサ２００に出力される。なお、プロセッサ２００には各画素のＣＣＤ信号が所定の順序で出力される。

アンプ１７２の増幅率について説明する。アンプ１７２の増幅率は、再現性の高い映像が得られるレベルにＣＣＤ信号を増幅させるよう設定される。ここで、画素における入射光量と出力電圧値との関係には、リニアな状態となる線形領域と飽和状態となる飽和領域とが存在する。高い再現性で映像を表示させるためには、入射光量と出力電圧値とが線形領域内のＣＣＤ信号を用いることが望ましい（換言すると、飽和領域内のＣＣＤ信号を用いないことが望ましい）。なお、上記線形領域と上記飽和領域との境界に対応した電圧値を、「出力飽和電圧値」と記す。

各画素における出力飽和電圧値は、画素毎の感度特性のばらつきに起因してそれぞれ異なる。ここでいう感度特性とは、上述したように、入射光量に対する出力電圧値の比で表される。感度と出力飽和電圧値は比例関係にある。

ここで、出力飽和電圧値が最も低い画素に合わせてアンプ１７２の増幅率を設定すると、全ての画素において、ＣＣＤ信号の出力電圧値が線形領域内に収まる。ところがこのような増幅率設定では、出力飽和電圧値が比較的高い画素に対してはアンプ１７２の増幅率が必要以上に高くなってしまう。これは、上記画素のＳ／Ｎ比低下、すなわち画質を低下させる要因となる。このため、本実施形態におけるアンプ１７２の増幅率は、例えば出力飽和電圧値の平均値を所定範囲の上限値（白レベル）にさせる値に設定される（或いはこれよりも低い増幅率に設定される。若しくはアンプ１７２でＣＣＤ信号を増幅しない）。これにより、出力飽和電圧値が比較的高い画素に対するＳ／Ｎ比の低下が軽減される。なお、出力電圧値が所定範囲の上限値であるとき、その部分はモニタ３００上で白く表示される。また、出力電圧値が所定範囲の下限値（黒レベル）であるとき、その部分はモニタ３００上で黒く表示される。また、出力飽和電圧値の平均値は、全画素の出力飽和電圧値の合計／全画素数で算出される。

次に、プロセッサ２００で実行される信号処理について説明する。プロセッサ２００は、ＣＣＤ信号の処理に関わる手段として、絶縁回路２４０、ＣＣＤ信号処理回路２４２、飽和レベル検出回路２４４、アンプ制御回路２４６、遅延回路２４８、ビデオ信号処理回路２５０、アンプ２５２、及び、出力回路２５４を有している。

電子内視鏡１００から出力された各画素のＣＣＤ信号は、プロセッサ側コネクタ部２１０及び絶縁回路２４０を介してＣＣＤ信号処理回路２４２に入力する。なお、絶縁回路２４０は、電子内視鏡１００とプロセッサ２００との間を伝送する信号を、例えばフォトカップラ等で別の媒体（ここでは光）に一時的に変換することにより、電子内視鏡１００とプロセッサ２００とを電気的に絶縁させている。

ＣＣＤ信号処理回路２４２は周知の信号処理を実行し、入力される各画素のＣＣＤ信号を一つ一つ順次演算して、色成分（Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の何れか）に関する信号（以下、「色成分信号」と記す）、及び、輝度信号を生成する。なお、ＣＣＤ信号処理回路２４２で生成された色成分信号、及び、それに対応した輝度信号のセットを「画像信号」と記す。ＣＣＤ信号処理回路２４２は、一画素に対応した画像信号を生成する毎に、当該画像信号を遅延回路２４８に出力すると共に、それに対応した輝度信号の電圧値を示す情報（以下、「輝度値情報」と記す）を算出して飽和レベル検出回路２４４に出力する。

飽和レベル検出回路２４４は、順次入力される各輝度値情報と所定の閾値とを比較して、その比較結果をアンプ制御回路２４６に出力する。なお、所定の閾値とは上記所定範囲の上限値すなわち白レベルに対応した値である。

アンプ制御回路２４６は、飽和レベル検出回路２４４からの比較結果に基づいて画素（より正確には輝度信号）の飽和判定処理を実行する。具体的には、比較結果において輝度値情報が所定の閾値以上を表す場合、それに対応した輝度信号が飽和していると判定する。これに対して、比較結果において輝度値情報が所定の閾値よりも低いことを表す場合、それに対応した輝度信号が飽和していないと判定する。前者の判定結果を下した場合、アンプ２５２に所定の制御信号を出力する。後者の判定結果を下した場合、何れの信号も出力しない。

なお、ＣＣＤ信号処理回路２４２から出力される各画像信号は、遅延回路２４８において所定時間格納される。所定時間格納後、ビデオ信号処理回路２５０に出力される。ビデオ信号処理回路２５０は、入力される画像信号を処理してモニタ３００で表示可能な形態（カラー信号と輝度信号）に変換する。変換後、カラー信号は出力回路２５４に直接入力される一方で、輝度信号はアンプ２５２を介して出力回路２５４に入力される。各画像信号が遅延回路２４８で所定時間遅延されることにより、アンプ２５２において、ビデオ信号処理回路２５０からの輝度信号の入力タイミングと、当該輝度信号に対応した、アンプ制御回路２４６からの所定の制御信号の入力タイミングとが同期する。

アンプ２５２には、各画素に対応した輝度信号が所定の順序で入力される。輝度信号入力時にアンプ制御回路２４６からの信号入力がない場合、アンプ２５２は、その輝度信号を、何れの処理を施すこともなく出力回路２５４に出力する。これに対して輝度信号入力時に上記所定の制御信号が入力した場合、当該輝度信号を増幅させて出力回路２５４に出力する。すなわちアンプ２５２は、飽和したと判定された輝度信号を増幅させて、それに対応する映像部分を確実に飽和させる（すなわち白くする）。ここでの増幅率は、例えば出力飽和電圧値が最も低い画素に対応し且つアンプ１７２によって増幅されたＣＣＤ信号を所定範囲の上限値にさせる値に設定される。

出力回路２５４は、カラー信号及び輝度信号を各形式のビデオ信号（例えばコンポジットビデオ信号やＳビデオ信号或いはＲＧＢビデオ信号等）に変換してモニタ３００に出力する。これにより、モニタ３００に管腔の映像が表示される。本実施形態では、飽和したと判定された輝度信号をアンプ２５２によって増幅させて、それに対応した画素の映像を確実に飽和させている。このため、飽和すべき部分が濃淡を持たず一様な白として表示される。このため術者は、モニタ３００上において、より正確に再現された状態で管腔を観察することができる。

また、本実施形態では、飽和したと判定された輝度信号だけをアンプ２５２によって増幅させている。換言すると、飽和していないと判定された輝度信号に対してはアンプ２５２による増幅処理を行っていない。飽和した画素による映像はノイズが目立ち難い。このため、飽和した画素に対する上記増幅処理は画質を低下させる要因となり難い。また、飽和していない画素による映像はノイズが目立ち易い。しかし本実施形態では、これらの画素に対して上記増幅処理を行っていない。このため、飽和していない画素による映像は画質が良好に維持される。

すなわち本実施形態では、画質の低下が良好に抑えられ、飽和すべき部分が確実に一様に白く表示される。

以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。

なお、本実施形態では画素の一つ一つに対して輝度信号を増幅させる処理が実行されるが、別の実施形態では複数の画素に対して上記処理が一括して実行されるようにしても良い。この場合、例えば各画素に対する所定の閾値との判定処理がシリアルで実行されて、その結果が図示しないメモリに記憶される。システムコントロールユニット２２０はそのメモリを参照して、上記判定結果で閾値以上と判定された画素が所定数以上連続した場合、それらの画素に対して輝度信号を増幅させる処理を一括して実行する。別の観点では、閾値以上と判定された画素が所定数以上連続しない場合、それらの画素に対して輝度信号を増幅させる処理を実行しない。すなわち別の実施形態では、モニタ３００上における飽和部分がある程度の大きさを有していない限り、輝度信号を増幅させない。これにより、輝度信号を増幅させるための制御系の処理負担が軽減される。

本発明の実施の形態の電子内視鏡システムの外観を概略的に示した図である。 本発明の実施の形態の電子内視鏡システムの構成を示したブロック図である。

符号の説明

１０ 電子内視鏡システム
１００ 電子内視鏡
１５４ ＣＣＤ
２００ プロセッサ
２２０ システムコントロールユニット
２４４ 飽和レベル検出回路
２４６ アンプ制御回路
２４８ 遅延回路
２５０ ビデオ信号処理回路
２５２ アンプ
３００ モニタ

Claims (4)

1. 管腔を撮像可能な撮像素子を有した電子内視鏡と、
   前記撮像素子の各画素の輝度信号の値を検出する輝度検出手段と、
   検出された輝度信号の値に基づいてその画素が飽和しているか否かを判定する飽和判定手段と、
   飽和していると判定された画素の輝度信号を増幅させる輝度信号増幅手段と、を備えたこと、を特徴とする電子内視鏡システム。
2. 前記飽和判定手段は、検出された輝度信号の値が白レベルを示す値以上であるとき、その画素が飽和していると判定すること、を特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡システム。
3. 各画素の出力信号に所定の処理を施す信号処理手段と、
   前記信号処理手段を経由して前記輝度信号増幅手段に入力する輝度信号の入力タイミングと、前記輝度検出手段と前記飽和判定手段を経由して前記輝度信号増幅手段に入力する輝度信号に対応した信号の入力タイミングとを同期させる入力タイミング同期手段と、を更に備えたこと、を特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の電子内視鏡システム。
4. 前記入力タイミング同期手段は、前記信号処理手段を経由する輝度信号を所定時間遅延させる遅延回路であること、を特徴とする請求項３に記載の電子内視鏡システム。

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