(57)【要約】【課題】放電管式照明用光源のゆらぎに起因する映像信号の変動を補償する。【解決手段】撮像素子からの映像信号をプリアンプ２８１で増幅し、ＶＣＡ２８２、第１のクランプ回路２８３ａに出力する。第１の輝度レベル検波回路２８４ａでは、相対的に長い周期で画像信号の輝度信号レベルをサンプルホールドする。サンプルホールドされた電圧に基づく電圧をＲＥＦ電圧回路２８５に次のサンプリングまで保持し、加算器２８６の＋側端子に出力する。ＶＣＡ２８２は、コントロール電圧Ｖｃに基づいて利得を制御し、映像信号を増幅して第２のクランプ回路２８３ｂに出力する。第２の輝度レベル検波回路２８４ｂでは、相対的に短く、ゆらぎと略同じ周期で画像信号の輝度信号レベルをサンプルホールドし、加算器２８６の−側端子出力する。加算器２８６は、±端子からの入力を加算しコントロール電圧ＶｃとしてＶＣＡ２８２へ出力する。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の画像信号を増幅して第２の画像信号を出力する増幅手段と、
前記第１の画像信号を第１の周期でサンプリングする第１のサンプリング手段と、
前記第２の画像信号を前記第１の周期よりも相対的に短い第２の周期でサンプリングする第２のサンプリング手段と、
前記第１のサンプリング手段によりサンプリングされた第１の信号レベルと前記第２のサンプリング手段によりサンプリングされた第２の信号レベルとに基づいて、前記増幅手段の利得を制御する利得制御手段とを備え、
前記第２の周期が、前記第１の画像信号の画像の撮影に用いられた照明用光源の放射強度のゆらぎの周期に対応している
ことを特徴とする画像信号用ゆらぎ補償回路。
【請求項２】
前記利得制御手段が、前記第１の信号レベルと前記第２の信号レベルとの差に基づいて前記利得を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像信号用ゆらぎ補償回路。
【請求項３】
前記利得の制御に係る前記第１の信号レベルと前記第２の信号レベルとの差が、前記照明用光源の放射強度のゆらぎによる変動の範囲に制限されていることを特徴とする請求項２に記載の画像信号用ゆらぎ補償回路。
【請求項４】
前記利得の制御範囲が、０．８から１．２の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の画像信号用ゆらぎ補償回路。
【請求項５】
前記第１の周期が、撮影条件の変化による画像信号の変動周期に対応していることを特徴とする請求項１に記載の画像信号用ゆらぎ補償回路。
【請求項６】
前記照明用光源が放電管形式のランプであることを特徴とする請求項１に記載の画像信号用ゆらぎ補償回路。
【請求項７】
請求項１に記載されたゆらぎ補償回路を備える電子内視鏡用画像信号処理回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明用の光源を用いて撮影される画像の信号処理に関し、特に放電管形式の光源を用いた電子内視鏡装置の画像信号処理回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子内視鏡装置は、体内や管内等のように、通常のカメラでは撮影することができない管腔内の観察に用いられる。電子内視鏡装置は、管腔内に挿入される可撓性を有する細長の挿入部を備える電子内視鏡（電子スコープ）と、挿入部先端に設けられた撮像素子からの画像信号を処理するための画像信号処理装置（プロセッサ）と、撮影された画像をモニタするための画像表示装置（ＴＶモニタ）とから主になる。通常管腔内には外光が届かないため、撮影には管腔内の被写体を照明する必要がある。しかし、電子内視鏡の挿入部の先端は小型であることが要求されるため、挿入部先端に直接光源部を設けることは困難である。したがって、光はプロセッサ内等の電子スコープ外部に設けられた外部光源から、電子スコープ内に配設された光ファイババンドル（ライトガイド）を介して挿入部の先端に供給される。このように照明光はライトガイドを介して供給されるため、挿入部先端において十分な照明強度を得るために高輝度のランプが用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
高輝度ランプとしては、例えばキセノンランプのような放電管形式の光源が多く用いられる。しかし、電極間の放電を利用した放電管形式の光源では、封入されたガスの対流等の影響により放射強度にゆらぎが発生し、照明光の輝度分布も不安定なものとなる。このようなゆらぎは、特に輝度の高い中心付近において顕著となり、ＴＶモニタ上では映像のチラツキとなって現れる。
【０００４】
本発明は、光源の放射強度のゆらぎによる映像への影響を補償するためのゆらぎ補償回路、及びこのゆらぎ補償回路が搭載された電子内視鏡用の画像信号処理回路を得ることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像信号用ゆらぎ補償回路は、第１の画像信号を増幅して第２の画像信号を出力する増幅手段と、第１の画像信号を第１の周期でサンプリングする第１のサンプリング手段と、第２の画像信号を第１の周期よりも相対的に短い第２の周期でサンプリングする第２のサンプリング手段と、第１のサンプリング手段によりサンプリングされた第１の信号レベルと第２のサンプリング手段によりサンプリングされた第２の信号レベルとに基づいて、増幅手段の利得を制御する利得制御手段とを備え、第２の周期が、第１の画像信号の画像の撮影に用いられた照明用光源の放射強度のゆらぎの周期に対応していることを特徴としている。
【０００６】
利得制御手段は、第１の信号レベルと第２の信号レベルとの差に基づいて利得を制御し、このとき利得の制御に係る第１の信号レベルと第２の信号レベルとの差は、照明用光源の放射強度のゆらぎによる変動の範囲に制限されている。また、利得の制御範囲は、例えば０．８から１．２の範囲であり、第１の周期は、撮影条件の変化による画像信号の変動周期に対応している。これらにより、より効果的に照明用光源のゆらぎによる変動成分のみを画像信号から除去または低減することができるとともに、Ｓ／Ｎ比の劣化を防止することができる。また、照明用光源が放電管形式のランプであるときに本発明の効果はより顕著に発揮される。
【０００７】
また更に、本発明の電子内視鏡用画像信号処理回路は、上記ゆらぎ補償回路を備えたことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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、本発明の第１の実施形態である電子内視鏡装置の電気的な構成の概略を示すブロック図である。
【０００９】
本実施形態の電子内視鏡装置は、例えば電子内視鏡（電子スコープ）１０、画像信号処理装置（以後プロセッサと呼ぶ）２０、ＴＶモニタ４０から構成される。電子スコープ１０は、コネクタ１１を介してプロセッサ２０に着脱自在に接続され、ＴＶモニタ４０はビデオ信号用のケーブルを介してプロセッサ２０のビデオ出力端子に接続される。なお本実施形態では、プロセッサ２０に接続される周辺装置としてＴＶモニタ４０のみが示されているが、例えばＶＣＲ、ビデオプリンタ、コンピュータ等の周辺装置が同時に接続されていてもよい。
【００１０】
電子スコープ１０は、細長で可撓性を有する挿入部１２を備え、その先端にはＣＣＤ等の撮像素子１３が設けられる。また、電子スコープ１０内には、光ファイババンドルからなるライトガイド１４が配設される。ライトガイド１４の一方の端は、コネクタ１１を介してプロセッサ２０内の光源部に接続され、他方の端は、挿入部１２の先端に配置される。挿入部先端に配置されたライトガイド１４の先端からは、照明レンズ１５を介して、プロセッサ２０内の光源部から供給される光が照明光として照射される。すなわち、電子スコープ１０の挿入部１２が管腔内等に挿入されたとき、撮像素子１３は、ライトガイド１４から照射される光を照明として、結像レンズ１６を介して管腔内の被写体を撮像する。
【００１１】
本実施形態の電子内視鏡装置では、例えば撮像素子１３を所定の補色フィルタが設けられたカラー単板撮像素子とした同時式で撮像が行われ、ライトガイド１４からは、白色の照明光が常時照射される。すなわち、プロセッサ２０の光源部において、ライトガイド１４とランプ２１との間には、集光レンズ２２が配置されており、ランプ２１から放射された光は集光レンズ２２によりライトガイド１４の入射端に集光される。なお、ランプ２１は、例えばキセノンランプであり、ランプ２１には電源２７から電力が供給される。
【００１２】
一方、電子スコープ１０の撮像素子１３は、プロセッサ２０内のタイミング回路２６から供給される駆動パルスにより駆動制御され、その駆動は垂直同期信号等に同期して行われる。これにより、撮像素子１３では、１画面分の画像が連続的に撮像される。
【００１３】
撮像素子１３から出力された画像信号は、電子スコープ１０内のコネクタ１１近傍に設けられたプロセス回路（不図示）により輝度信号（Ｙ信号）及び２つの色差信号（Ｒ−Ｙ信号、Ｂ−Ｙ信号）に変換される。これら輝度信号及び色差信号群がアナログの画像信号として前段信号処理回路２８に伝送され、ガンマ補正、色分離処理、エンハンス処理等の所定の信号処理、及びゆらぎ補償処理及びＲＧＢの画像信号への変換が施された後、Ａ／Ｄ変換される。デジタル信号に変換された画像信号は、ＲＧＢの画像毎に各々ＲＧＢメモリ２９に一時的に保持される。ＲＧＢメモリ２９にＲＧＢのデジタル画像が一画面分揃うと、ＲＧＢの画像データは同時化されて後段信号処理回路３０に出力され１画面分のカラー画像とされる。後段信号処理回路３０では所定の信号処理が画像信号に施され、例えばＮＴＳＣやＰＡＬ等のテレビ放送用の規格の映像信号にエンコードされ、ＴＶモニタ４０等に出力される。なお、前段信号処理回路２８、ＲＧＢメモリ２９、後段信号処理回路３０は、タイミング回路２６からの同期信号に基づいて駆動される。
【００１４】
次に、図２を参照して第１の実施形態におけるゆらぎ補償回路について説明する。図２は、図１における前段信号処理回路２８、ＲＧＢメモリ２９、後段処理回路３０の中から、ゆらぎ補償処理に係る回路構成を抜粋したブロック図である。したがって、ゆらぎ補償処理とは関係のない回路構成に関しては省略されている。
【００１５】
撮像素子１３から送出されるアナログの画像信号（Ｙ信号、Ｒ−Ｙ信号、Ｂ−Ｙ信号）は、まず、前段信号処理回路２８のプリアンプ２８１ａ、２８１ｂ、２８１ｃにおいてそれぞれ適度に増幅された後、Ｙ信号はＶＣＡ（Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２８２、及び第１のクランプ回路２８３ａに入力され、Ｒ−Ｙ信号、Ｂ−Ｙ信号はマトリックス回路２８８に入力される。
【００１６】
第１のクランプ回路２８３ａでは、タイミング回路２６からのクランプ信号ＣＰ１に基づいて、入力された画像信号に対してクランプ処理が施される。すなわち画像信号の信号レベル（例えば黒レベル）が所定の基準電圧に基づいてＤＣ再生され、第１の輝度レベル検波回路２８４ａに出力される。第１の輝度レベル検波回路２８４ａでは、タイミング回路２６からのサンプルホールド信号Ｓ／Ｈ１に基づいて、第１のサンプリング周期Ｔ１でＹ信号がサンプルホールドされ、そのときの画面の輝度レベルが検出される。第１のサンプリング周期Ｔ１で検出された輝度レベル信号は、例えばバッファ回路であるＲＥＦ電圧回路２８５に出力され、＋側に所定電圧Ｖｒ偏倚された後、ＲＥＦ電圧として周期Ｔ１の間保持され、加算器２８６の＋側端子に入力される。
【００１７】
一方、ＶＣＡ２８２に入力されたＹ信号は、加算器２８６からのコントロール電圧Ｖｃの値に基づいて増幅され、マトリックス回路２８８及び第２のクランプ回路２８３ｂに出力される。マトリックス回路２８８に入力されたＹ信号、Ｒ−Ｙ信号、Ｂ−Ｙ信号はＲＧＢの画像信号に変換された後、Ａ／Ｄ変換器２８７でデジタル信号に変換され、Ｒ、Ｇ、Ｂのデジタルの画像信号として、それぞれＲＧＢメモリ２９内のメモリ（Ｒ）２９Ｒ、メモリ（Ｇ）２９Ｇ、メモリ（Ｂ）２９Ｂに一時的に保存され、その後後段処理回路の信号処理回路（Ｒ）３０Ｒ、信号処理回路（Ｇ）３０Ｇ、信号処理回路（Ｂ）３０Ｂにそれぞれ出力される。
【００１８】
また、ＶＣＡ２８２から第２のクランプ回路２８３ｂに入力された画像信号に対しては、タイミング回路２６からのクランプ信号ＣＰ２に基づいて、クランプ処理が施される。すなわち画像信号の信号レベル（例えば黒レベル）が所定の基準電圧に基づいてＤＣ再生され、第２の輝度レベル検波回路２８４ｂに出力される。第２の輝度レベル検波回路２８４ｂでは、タイミング回路２６からのサンプルホールド信号Ｓ／Ｈ２に基づいて、第２のサンプリング周期Ｔ２（＜Ｔ１）で画像信号がサンプルホールドされ、そのときの画面の輝度レベルが検出される。第２のサンプリング周期Ｔ２で検出された輝度レベル信号は、加算器２８６の−側端子に入力される。
【００１９】
加算器２８６は、＋側端子及び−側端子から入力される電圧を加算し、演算結果に対応するコントロール電圧ＶｃをＶＣＡ２８２へ出力する。なお、加算器２８６からのコントロール電圧ＶｃとＶＣＡ２８２での利得との関係の一例を図４に示す。
【００２０】
次に、図３を参照して、画像信号に対する第１の実施形態におけるゆらぎ補償処理動作について説明する。図３（ａ）は、第１の輝度レベル検波回路２８４ａにおけるサンプルホールド信号Ｓ／Ｈ１による画像信号のサンプリングのタイミングを表わしており、図３（ｂ）は、図３（ａ）の画像信号をサンプルホールド信号Ｓ／Ｈ２により第２の輝度レベル検波回路２８４ｂにおいてサンプリングするタイミングを表わしている。なお、図３（ｂ）に示された画像信号の波形は、便宜的にＶＣＡ２８２の利得を１に固定した場合に対応しているが、実際には以下に説明するゆらぎ補償処理によりＶＣＡ２８２の利得が制御されるため、ＶＣＡ２８２から出力される画像信号からはゆらぎによる変動が除去・低減されている。
【００２１】
また、図において、横軸は時間であり、縦軸は画像信号の輝度レベルの方向に対応する。なお、図３（ａ）、（ｂ）には、一例として、１０画面分の画像信号Ｓ１〜Ｓ１０が示されている。また、図３（ａ）、（ｂ）は、ゆらぎ補償処理動作を説明するための概念的なタイミングチャートであり、実際の画像信号のサンプリング動作を表わすものではない。
【００２２】
図３（ａ）に示されるように、第１の輝度レベル検波回路２８４ａでは、画像信号は、周期Ｔ１のサンプルホールド信号Ｓ／Ｈ１によりサンプリングされ、例えば、図３（ａ）では、４画面置きに画像信号Ｓ１、Ｓ４、Ｓ７、Ｓ１０の輝度信号レベル（電位）Ｖ１、Ｖ４、Ｖ７、Ｖ１０がそれぞれサンプルホールドされる。一方、図３（ｂ）の第２の輝度レベル検波回路２８４ｂでは、周期Ｔ２（＜Ｔ１）のサンプルホールド信号Ｓ／Ｈ２により画像信号がサンプリングされ、例えば画面毎に画像信号Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓ１０の輝度信号レベル（電位）Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖ１０がサンプルホールドされる。なお、図３の電位Ｖ０は、画像信号が第１及び第２のクランプ回路２８３ａ、２８３ｂでＤＣ再生されたときの基準電圧である。
【００２３】
周期Ｔ１は、第１の輝度レベル検波回路２８４ａを含む帰還ループの目標値であるＲＥＦ電圧をサンプルするための周期であり、電子スコープ１０の挿入部先端を操作・移動（例えば電子スコープ操作部のアングルレバー等を用いて）したときにおける画面の明るさの変化に対応し、例えば１〜２秒のオーダである。一方、周期Ｔ２は、ランプ２１の放射強度のゆらぎによる画像信号のゆらぎ周期に対応し、例えば０．３〜０．５秒のオーダである。
【００２４】
すなわち、本実施形態のゆらぎ補正処理動作では、ランプのゆらぎに由来する相対的に短周期の画像信号の変動のみが補償の対象とされ、電子スコープ１０の操作による相対的に長周期の画像信号の変動は補償の対象とはならず、撮影条件の変化に応じて自動調光の範囲内で画面の明るさは変化する。
【００２５】
本実施形態では、ＶＣＡ２８２におけるコントロール電圧Ｖｃと利得との関係は図４で示され、ＶＣＡ２８２の利得の範囲は０．８〜１．２とされており、コントロール電圧Ｖｃの入力範囲も０．８〜１．２（Ｖ）である。すなわち、加算器２８６の＋側に入力されるＲＥＦ電圧をＶＲ、加算器２８６の−側に入力される電圧をＶとすると、本実施形態においてＶＣＡ２８２は、｜ＶＲ−Ｖ｜＜０．２（Ｖ）の範囲の変動を利得範囲０．８〜１．２で増幅する。なお、本実施形態においてランプ２１の放射強度のゆらぎによる画像信号の変動は、略±０．２（Ｖ）の範囲に収まっているものとする。
【００２６】
ランプ２１の放射強度のゆらぎによる画像信号の変動は、撮影条件の変化による変動に比べ十分小さい。また、大きな利得で画像信号の増幅を行うとＳ／Ｎ比が悪化する。したがって、利得制御に有効な｜ＶＲ−Ｖ｜の範囲と、ＶＣＡ２８２の利得制御範囲は、光源のゆらぎによる映像信号の変動の大きさ、増幅によるＳ／Ｎ比の悪化等を考慮して決定される。
【００２７】
以上のように、本実施形態によれば、画像の明るさに応じて帰還ループの目標値が変更されるので、撮影条件の変化による明暗の変化を維持したまま、ランプの放射強度のゆらぎに起因する映像信号の変動を補償することができる。これにより、放電管式のランプを照明光源として用いたときに発生する、ランプのゆらぎによる画面のチラツキを抑えることができる。また、画像信号のランプのゆらぎによる短周期の変動をゆらぎ周期に対応した短い周期でサンプリングし、撮影条件等の変化による長周期の変動を電子スコープ先端の移動等に合わせた周期に対応した長い周期でサンプリングするとともに、ＶＣＡの利得制御に有効な｜ＶＲ−Ｖ｜の範囲を、撮影条件の変化による画像信号の変動に比べ小さいゆらぎによる変動の範囲に抑えているので、より効果的にゆらぎによる変動成分のみを補償することができる。
【００２８】
次に、図５を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、略第１の実施形態と同様なので第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、図５において、同一の構成に対しては同一の参照符号を用いる。
【００２９】
第１の実施形態では、ＶＣＡ２８２から出力された信号を直接第２のクランプ回路２８３ｂに入力していたが、第２の実施形態では、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２８９を介して入力している。バンドパスフィルタ２８９は、光源の放射強度のゆらぎに対応する信号成分のみを選択的に通すフィルタである。すなわち、第２のクランプ回路２８３ｂには光源の放射強度のゆらぎに対応した信号のみが入力される。
【００３０】
以上のように、第２の実施形態においても第１の実施形態と略同様の効果を得ることができる。
【００３１】
また、本実施形態では、プロセッサ内の前段信号処理回路にゆらぎ補償回路が設けられたが、ゆらぎ補償回路は、撮像素子から画像表示装置までの間の適当な位置に設ければよく、例えば電子スコープ内に設けられていてもよい。更に、本実施形態のゆらぎ補償回路は、アナログ回路で構成されていたが、デジタル回路で構成してもよい。例えばデジタル回路として、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のメディアプロセッサを用いてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、光源の放射強度のゆらぎによる映像信号への影響を補償するためのゆらぎ補償回路、及びこのゆらぎ補償回路が搭載された電子内視鏡用画像信号処理回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である電子内視鏡装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１の前段信号処理回路において、ゆらぎ補償回路に係る構成を抜粋したブロック図である。
【図３】本実施形態のゆらぎ補償処理動作におけるサンプリング動作を説明するための概念的なタイミングチャートである。
【図４】ＶＣＡのコントロール電圧と利得との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態である電子内視鏡装置のゆらぎ補償回路に係る電気的な構成を抜粋したブロック図である。
【符号の説明】
１０　電子スコープ
１３　撮像素子
２１　ランプ
２８２　ＶＣＡ
２８３ａ　第１のクランプ回路
２８３ｂ　第２のクランプ回路
２８４ａ　第１の輝度レベル検波回路
２８４ｂ　第２の輝度レベル検波回路
２８５　ＲＥＦ電圧回路
２８６　加算器
【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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