(57)【要約】【課題】ローリングシャッタを用いる電子内視鏡においても、ストロボスコープ画像を適正に得る。【解決手段】電子スコープ１１のライトガイド２１をプロセッサ装置１２の光源部２２に接続し、光源部２２からの照明光を用いて撮像素子（ＣＭＯＳ）１５により内視鏡画像を撮影する。声帯観察モード（ストロボ撮影モード）において、マイクロフォン２８で得られる音声波形に基づき光源部２２をストロボ発光させるとともに、撮像素子１５からの画像読み出しを、声帯を中心とする所定領域の画像のみに限定し、読み出しライン数を減らす。これによりローリングシャッタにおける画像読み出し期間を短縮し、ストロボ発光期間が画像読み出し期間に重複しないようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローリングシャッタを用いた撮像を行う撮像素子と、
ストロボスコープ撮影時に照明光を断続的に照射する照明手段と、
撮像画像の一部の領域を抽出領域として選択する領域選択手段と、
前記ストロボスコープ撮影時、前記抽出領域に対応する画像のみを前記撮像素子から読み出す抽出領域読み出し手段とを備え、
前記照明光が、前記抽出領域の画像読み出し期間以外の期間に照射される
ことを特徴とする電子内視鏡システム。
【請求項２】
前記抽出領域の選択に画像認識処理が用いられ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。
【請求項３】
前記画像認識処理により、声帯を中心とする所定の領域が前記抽出領域として選択されることを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡システム。
【請求項４】
前記声帯の位置が、声帯の中心に位置する穴を検出することにより特定され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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光を断続的に照射してストロボスコピーを行う電子内視鏡システムに関し、特に声帯のストロボスコピー検査を行う喉頭ストロボスコープに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば喉頭ストロボスコピーを行う電子内視鏡システムでは、マイクロフォンを用いて被験者の声を検出し、声の基本周波数に合わせて照明光を断続的に照射することで、所定位相における声帯の様子や、声帯のスローモーション画像を撮影する（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２９１６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の喉頭ストロボスコピー検査には、ファイバスコープやグローバルシャッタ機能を備えたＣＣＤを用いた電子スコープが用いられる。しかし近年では、ＣＭＯＳイメージセンサの普及にともない、喉頭内視鏡においてもＣＭＯＳイメージセンサの利用が求められている。
【０００５】
しかし、ＣＭＯＳイメージセンサはローリングシャッタを用いるためストロボの発光のタイミングが画像の読み出し期間内に当たると、上下ラインに亘る輝度斑が発生したり、二重露光が発生したりする。
【０００６】
本発明は、ローリングシャッタを用いる電子内視鏡において、ストロボスコープ画像を適正に得ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電子内視鏡システムは、ローリングシャッタを用いた撮像を行う撮像素子と、ストロボスコープ撮影時に照明光を断続的に照射する照明手段と、撮像画像の一部の領域を抽出領域として選択する領域選択手段と、ストロボスコープ撮影時、抽出領域に対応する画像のみを撮像素子から読み出す抽出領域読み出し手段とを備え、照明光が、抽出領域の画像読み出し期間以外の期間に照射されることを特徴としている。
【０００８】
抽出領域の選択には、画像認識処理が用いられることが好ましい。例えば、画像認識処理により、声帯を中心とする所定の領域が抽出領域として選択される。声帯の位置は、例えば声帯の中心に位置する穴を検出することにより特定される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ローリングシャッタを用いる電子内視鏡においても、ストロボスコープ画像を適正に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態である電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
【図２】ローリングシャッタを用いて１画面分の画素信号を読み出すときの電子シャッタパルスの出力と画像読み出し期間との関係を示すタイミングチャートである。
【図３】通常の撮影において撮像素子から読み出されている領域と、本実施形態のストロボスコープ撮影において読み出される領域との関係を示す模式図である。
【図４】ローリングシャッタを用いて抽出領域の画素信号を読み出すときの電子シャッタパルスの出力と画像読み出し期間との関係を示すタイミングチャートである。
【図５】本実施形態のストロボスコープ撮影処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態である電子内視鏡システムの構成を示すブロック図である。
【００１２】
本実施形態の電子内視鏡システム１０は、電子スコープ１１と、電子スコープ１１が着脱自在に接続されるプロセッサ装置１２と、プロセッサ装置１２からの映像を表示するモニタ１３とから主に構成される。なお本実施形態において電子スコープ１１は例えば喉頭内視鏡である。
【００１３】
電子スコープ１１の先端には、ローリングシャッタを用いる撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）１５が搭載され、例えば電子スコープ１１のコネクタ部に設けられるドライバ／信号処理部１６からの駆動信号により駆動・制御される。撮像素子１５では、対物レンズ１５Ａを通して被写体の撮像が行われ、検出された画像信号はドライバ／信号処理部１６を介してプロセッサ装置１２の前段映像信号処理回路１７へと送られる。
【００１４】
前段映像信号処理回路１７では画像信号がデジタル信号に変換されるとともに所定の画像処理が施され、順次画像メモリ１８に一時的に保存される。また、画像メモリ１８に保存された画像（フレーム画像）は、順次後段映像信号処理回路１９へ送られ、例えば所定規格のビデオ信号に変換されてモニタ１３などの出力装置へと出力される。なお、ドライバ／信号処理部１６、前段映像信号処理回路１７、画像メモリ１８、後段映像信号処理回路１９は、タイミングコントローラ２０からの各種同期信号に基づき制御される。
【００１５】
撮像素子１５による被写体の撮影は、ライトガイド２１を通して電子スコープ１１の先端に供給され、電子スコープ先端から照明レンズ２１Ａを通して照射される照明光の下で行われる。ライトガイド２１へは、光源部２２から照明光が供給され、光源部２２およびタイミングコントローラ２０は、プロセッサ装置全体の制御を行うシステムコントローラ２４により制御される。なお、光源部２２は、通常撮影時および後述するストロボスコープ撮影時にそれぞれ通常光、ストロボ光をライトガイド２１に供給する光源であり、光源には例えばキセノンランプやＬＥＤなどが用いられる。
【００１６】
システムコントローラ２４には、各種スイッチやインジケータが設けられ、例えばプロセッサ装置１２の正面に配置されるフロントパネル２５が接続される。システムコントローラ２４は、ユーザによるフロントパネル２５のスイッチ操作により各種処理の選択や各種モードの切替えを行う。
【００１７】
また、本実施形態のプロセッサ装置１２は、被験者が発する音声を集音するマイクロフォン２８が接続され、システムコントローラ２４においてそのピッチ（基本周波数）および位相が検出される。システムコントローラ２４は、検出された音声ピッチ、位相に基づき光源部２２で発光のタイミングを制御する。
【００１８】
また本実施形態の電子スコープ１１には、通常の撮影を行う通常撮影モードとストロボスコープ画像を撮影するストロボ撮影モードとの間での切替えを行うモード切換スイッチ２９が設けられ、ドライバ／信号処理部１６を介して、モード切換信号がシステムコントローラ２４へと送られる。システムコントローラ２４は、選択された撮影モードに対応して、光源部２２のライトガイド２１への照明光の供給を制御するとともに、タイミングコントローラ２０を介して撮像素子１５の駆動方法を切り替える。
【００１９】
図２は、撮像素子１５からローリングシャッタを用いて１画面分の画素信号を読み出すときの各走査線（水平ライン）に対し出力される電子シャッタパルスの出力と画像読み出し期間との関係を示すタイミングチャートである。図２を参照して、ストロボスコープ撮影において、ローリングシャッタで１画面分の画像を読み出すときに発生する問題について説明する。
【００２０】
図２（ａ）には、撮像素子（ＣＭＯＳ）１５に供給される垂直駆動信号ＶＤが示される。各走査線（水平ライン）には、垂直駆動信号ＶＤに同期して図２（ｂ）に示されるように電子シャッタパルス（読み出し信号）が順次出力され、各水平ラインにおいて電子シャッタパルスの立ち上がりで画素読み出しが行われ、立下りで画素リセットが行われる。周知のようにローリングシャッタにおける各ラインの読み出しは、ライン毎に順次所定時間遅れて行われ、各ラインにおいて露光可能な期間は２つの電子シャッタパルスに挟まれる期間ＴＥとなる。また期間ＴＥの最大値は、読み出しフレームレートによって決まるものでフレームレートが６０ｆｐｓであれば１／６０秒に対応する。
【００２１】
１画面全体の読み出しに掛かる期間は、最初のラインの読み出しが開始してから最終ラインの読み出しが終了までの期間Ｔ１となるので、ライン数が増えると画像読み出し期間Ｔ１は増大する。１つのフレームの撮影において全てのラインが同時に露光可能期間にあるのは、露光可能期間ＴＥのうち画像読み出し期間Ｔ１の終了から次の画像読み出し期間Ｔ１が開始するまでの期間ＴＡである。露光可能期間ＴＥの長さはフレームレートによって決定されるので、ライン数が増大すると全てのラインが同時に露光可能期間となる期間ＴＡは短くなる。
【００２２】
以上のことから、１画面の画像読み出しを行いながらストロボスコープ撮影を行うと、ストロボ光の発光期間が図２（ｃ）のように、読み出し期間Ｔ１に重なってしまう可能性が極めて高くなる。例えば図２では、上側のラインは同一フレームの露光可能期間がストロボ発光期間Ｓ１内にあるが、下側のラインではストロボ発光期間Ｓ１に電子シャッタパルスが出力され、ストロボ光は２つのフレームに亘って照射されることになる。そのため、このようなタイミングでストロボ光が照射されると、輝度斑や２重露光が発生する。すなわち適正なストロボスコープ画像を得るには、ストロボ光を全ての読み出しラインが同時に露光可能期間となるときに照射する必要がある。
【００２３】
一方、被写体の観察において、撮影画像全ての情報が必要なわけではない。例えば本実施形態の喉頭内視鏡では、声帯を中心とする一定の範囲の画像情報があれば十分であり、それよりも外側の画像情報は不要である。そのため本実施形態では、ストロボスコープ撮影において撮像素子１５の一部の領域のみを読み出すことで、走査線の数（読み出しライン数）を減らし、１フレーム期間における画像読み出し期間を短くする。すなわち、本実施形態では、画像読み出し期間を短縮することで、ストロボ発光期間が画像読み出し期間と重複することを防止する。
【００２４】
図３は、通常の撮影において撮像素子１５から読み出されている領域と、本実施形態のストロボスコープ撮影において読み出される領域との関係を示す模式図である。図３において領域Ａ１は、通常の撮影において読み出される領域であり、領域Ａ２は本実施形態のストロボスコープ撮影において読み出される領域（抽出領域）である。
【００２５】
例えば発声中の声帯の中心には声帯縁に囲まれる穴が存在し、この領域Ｂは、奥の気管が周囲よりも暗い画像として写し出される。そのため本実施形態では、この暗い領域Ｂの位置および大きさから抽出領域Ａ２を決定し、ストロボスコープ撮影時には同領域の画素信号のみを読み出す。すなわち、本実施形態のストロボ撮影モードでは、画像処理により検出される領域Ｂを取り囲む一定の領域が抽出領域Ａ２として設定される。
【００２６】
抽出領域Ａ２の縦横の大きさ（画素数）は例えば検出される領域Ｂの縦横の大きさ（画素数）にそれぞれ一定の定数（縦横で定数は一般に異なる）を乗じて求められ、その中心は、例えば領域Ｂの図心に一致される。また領域Ｂは、例えば画像全体の平均輝度に対して、その輝度が所定比率以下となる画素領域を抽出し、その大きさが所定の範囲にあるか、また予め用意した領域Ｂの基本パターンに一致するかなどの条件のもと検出される。
【００２７】
図４は図２に対応するもので、撮像素子１５からローリングシャッタを用いて抽出領域Ａ２の画素信号を読み出すときに各走査線（水平ライン）に対し出力される電子シャッタパルスの出力と、画像読み出し期間との関係を示すタイミングチャートである。
【００２８】
図４（ａ）には、撮像素子（ＣＭＯＳ）１５に供給される垂直駆動信号ＶＤが示される。各走査線（水平ライン）には、垂直駆動信号ＶＤに同期して図４（ｂ）に示されるように電子シャッタパルス（読み出し信号）が順次出力され、各水平ラインにおいて画素信号の読み出しが行われる。また、本実施形態のストロボスコープ撮影では、図４（ｃ）に示されるタイミングでストロボ光が発光される。なお、本実施形態において、読み出しフレームレートは、例えば通常撮影のときと同じ６０ｆｐｓである。
【００２９】
図２と比較すると、本実施形態では、読み出されるライン数が減っているので、画像読み出し期間Ｔ２は、期間Ｔ１よりも短くなり、露光可能期間ＴＢは、通常撮影時の露光可能期間ＴＡよりも長くなる。すなわち、図２に示される通常撮影時よりも容易にストロボ発光期間Ｓ２を露光可能期間ＴＢに合わせることできる。
【００３０】
図５は、本実施形態のストロボスコープ撮影における処理動作を説明するフローチャートである。なお、本処理は、システムコントローラ２４において割り込み処理などを利用して繰り返し実行される。
【００３１】
ステップＳ１００では、現撮影モードが声帯観察モード（ストロボ撮影モード）に設定されているか否かが判定される。現撮影モードが声帯観察モードでないと判定された場合には、ステップＳ１１０において通常の画像出力が実行され本処理は終了する。一方、ステップＳ１００において現撮影モードが声帯観察モード（ストロボ撮影モード）であると判定されると、ステップＳ１０２において声帯中心部（領域Ｂ）の検出が開始される。
【００３２】
ステップＳ１０２において声帯中心部（領域Ｂ）が検出されると、ステップＳ１０４において画像読み出し範囲（抽出領域Ａ２）の設定が行われるとともに、マイクロフォン２８で検出される音声波形に基づき、光源部２２におけるストロボ発光のタイミングが画像読み出し期間以外の期間に設定される。ステップＳ１０６では、ストロボ発光を行うとともに声帯周辺のみの画像を読み出す。すなわち設定された抽出領域Ａ２の読み出しが行われる。そしてステップＳ１０８において、読み出された画像がモニタ１３などの出力装置へと出力され、本処理は終了する。なお、声帯中心部（領域Ｂ）が検出されない場合には、通常画像の出力と同様に全画像を出力する構成としてもよいし、画像中央の所定領域のみを読み出す構成としてもよい。
【００３３】
以上のように、本実施形態によれば、ローリングシャッタを用いる電子内視鏡においても、露光可能期間が拡大され、ストロボ発光期間が画像読み出し期間に重ならないようにすることが容易にできるので、ストロボスコープ画像をより適正に取得することができる。
【００３４】
なお、本実施形態ではプロセッサ装置に光源部が設けられたが、プロセッサ装置から独立した光源装置にライトガイドを接続する構成でもよい。また光源に例えばＬＥＤを用い、電子スコープに光源部を配置してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１０  電子内視鏡システム
１１  電子スコープ
１２  プロセッサ装置
１３  モニタ
１５  撮像素子（ＣＭＯＳ）
１６  ドライバ／信号処理部
１８  画像メモリ
２０  タイミングコントローラ
２１  ライトガイド
２２  光源部
２４  システムコントローラ
２８  マイクロフォン
２９  モード切替スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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