(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子と、前記固体撮像素子から得られる１フレーム分の映像信号のホワイトバランスを一定に調整するための書き換え可能な補正データを保持するメモリとを有するスコープと、
照明光を前記スコープに供給する光源と、前記照明光の光量を調節する絞りと、前記絞りの開度を検出する検出部と、前記絞り開度に対応する補正データを前記メモリから読み出すとともに前記固体撮像素子から得られた１フレーム分の前記映像信号のホワイトバランスを前記補正データに基づいて補正するホワイトバランス調整部とを有するプロセッサと、
補正された前記映像信号に基づいて被写体像を再現するモニタ装置と
を備え、
前記絞り開度に対応する補正データは、前記絞り開度と、前記絞り開度に対応する補正係数とからなるデータを複数組有するテーブルであることを特徴とする電子内視鏡装置。
【請求項２】
固体撮像素子と、前記固体撮像素子から得られる１フレーム分の映像信号のホワイトバランスを一定に調整するための書き換え可能な補正データを保持するメモリとを有するスコープと、
照明光を前記スコープに供給する光源と、前記照明光の光量を調節する絞りと、前記絞りの開度を検出する検出部と、前記絞り開度に対応する補正データを前記メモリから読み出すとともに前記固体撮像素子から得られた１フレーム分の前記映像信号のホワイトバランスを前記補正データに基づいて補正するホワイトバランス調整部とを有するプロセッサと、
補正された前記映像信号に基づいて被写体像を再現するモニタ装置と、
補正された前記映像信号を記録可能な記録装置と
を備え、
前記絞り開度に対応する補正データは、前記絞り開度と、前記絞り開度に対応する補正係数とからなるデータを複数組有するテーブルであることを特徴とする電子内視鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可撓管からなるスコープと、このスコープを着脱自在に接続するプロセッサとを備えた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、そこで電気信号に光電変換される。ＣＣＤイメージセンサから得られた電気信号、即ち画素信号はプロセッサの映像信号処理回路へ送られ、この画素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、そこで光学像がモニタ画面上に再現される。
【０００３】
映像信号処理回路において、画素信号はホワイトバランス処理を受け、具体的にはＲ、Ｇ、Ｂのレベルが１：１：１となる補正係数データが予め設定されており、この補正係数データに基づいて画素信号の各色の信号レベルが調整される。
【０００４】
光源ランプには大きな光量が得られるメタルハライドランプが好適に用いられるが、このメタルハライドランプから出力される照明光は光束断面における色温度分布にムラがあり、例えば陽極側では青色成分が強く、陰極側では赤色成分が強いという特性を有していたりする。光量を調節するために光源ランプとライトガイドとの間には絞りが設けられ、この絞りは例えば光路を一端から徐々に塞ぐことにより光量を減じている。従って、絞り開度を変化させると被写体に供給する照明光の色温度が異なってしまい、上述したようなホワイトバランス処理を行っても、適切なホワイトバランスが得られないことがあった。
【０００５】
【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成されたものであり、電子内視鏡装置において絞り開度によらずホワイトバランスを一定に保つことを目的としている。
【０００６】
【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、固体撮像素子から得られる１フレーム分の映像信号のホワイトバランスを一定に調整するための補正データを保持するメモリとを有するスコープと、照明光をスコープに供給する光源と、照明光の光量を調節する絞りと、絞りの開度を検出する検出部と、絞り開度に対応する補正データをメモリから読み出すとともに固体撮像素子から得られた１フレーム分の映像信号のホワイトバランスを補正データに基づいて補正するホワイトバランス調整部とを有するプロセッサと、補正された映像信号に基づいて被写体像を再現するモニタ装置とを備えることを最も主要な特徴とする。
【０００７】
電子内視鏡装置において、メモリに格納された補正データが書き換え可能であることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の電子内視鏡システムは、固体撮像素子と、固体撮像素子から得られる１フレーム分の映像信号のホワイトバランスを一定に調整するための補正データを保持するメモリとを有するスコープと、照明光をスコープに供給する光源と、照明光の光量を調節する絞りと、絞りの開度を検出する検出部と、絞り開度に対応する補正データをメモリから読み出すとともに固体撮像素子から得られた１フレーム分の映像信号のホワイトバランスを補正データに基づいて補正するホワイトバランス調整部とを有するプロセッサと、補正された映像信号に基づいて被写体像を再現するモニタ装置と、補正された映像信号を記録可能な記録装置とを備えることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は本発明による電子内視鏡システムの実施形態を示すブロック図である。電子内視鏡システムは、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。光源１０２は例えばメタルハライドランプである。
【００１１】
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。光源１０２と光ガイド部材１２の入射端との間には、光ガイド部材１２に供給する照明光の光量を調節する絞り１２０が設けられる。
【００１２】
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が包含される。本実施形態ではカラー画像を再現するために同時撮像方式が採用され、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により補色カラーフィルタがオンチップ化された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、１フレーム分のアナログ画素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ＣＣＤ駆動回路２２によって撮像センサ１４から順次読み出される。
【００１３】
撮像センサ１４から読み出されたアナログ画素信号は、コネクタ部２０に内蔵された一次処理回路２４により、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、ホワイトバランス補正処理、ガンマ補正処理、輪郭強調処理および増幅処理等が施され、所定の規格、例えばＮＴＳＣ規格に応じたアナログ映像信号としてプロセッサ１００の映像信号処理回路１０４に出力される。映像信号処理回路１０４においては、１フレーム分のアナログ映像信号から輝度信号および色信号が分離される。またＣＣＤ上にオンチップ化された補色フィルタによって分離された補色信号はＲ、Ｇ、Ｂの３色デジタル信号に変換される。各色信号は、それぞれＲメモリ１０６、Ｇメモリ１０８およびＢメモリ１１０に一旦格納される。
【００１４】
各色メモリ１０６、１０８および１１０から順次読み出される１フレーム分の３色デジタル信号には、タイミング回路１１２から出力された水平同期信号および垂直同期信号が付加され、ビデオ処理回路１１４に送られる。ビデオ処理回路１１４には雑音となる高周波帯域成分を３色デジタル信号から除去するローパスフィルタが設けられる。ビデオ処理回路１１４は、ローパスフィルタを通過した１フレーム分の３色デジタル信号をホワイトバランス調整回路１３０に出力する。
【００１５】
ビデオ処理回路１１４から出力された３色デジタル信号は、ホワイトバランス調整回路１３０においてホワイトバランスが調整され、ＮＴＳＣ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に変換された後、モニタ装置２００やＶＣＲなどの記録装置３００に出力される。一次処理回路２４におけるホワイトバランス補正処理は光源１０２の色温度を所定値に想定しているため、絞り１２０の開度に応じて光源１０２の色温度が変化するとホワイトバランスは必ずしも適正なものにはならない。このため、ホワイトバランス調整回路１３０によって後述するようにホワイトバランスが再調整される。
【００１６】
絞り１２０は絞り調整回路１２２によりその開度が調整され、これにより光量が調節される。絞り調整回路１２２は、映像信号処理回路１０４から出力された１フレーム分のデジタル画素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最適な絞り開度になるよう絞り１２０を駆動制御する。このようにプロセッサ１００は被写体像の明るさが適正レベルになるように照明光量を調節する自動調光機能を有する。
【００１７】
プロセッサ１００は、絞り１０２の開度を検出する絞り開度検知回路１２４を備え、検出された絞り開度のデータはシステムコントロール回路１１６に送られる。ホワイトバランス調整回路１３０は、ホワイトバランスを調整する際にシステムコントロール回路１１６から絞り開度のデータを得、この絞り開度に応じた補正データ、具体的にはＲ信号およびＢ信号の出力レベルをそれぞれ調整するＲゲイン補正係数αおよびＢゲイン補正係数βを、スコープ１０のコネクタ部２０に設けられた不揮発性メモリ例えばＥＥＰＲＯＭ２６から読み出し、画素毎にＲ信号およびＢ信号をゲイン調整する。このホワイトバランス補正処理により、モニタ画面上における被写体像のホワイトバランスは絞り開度の変化に関係なく常に適正に調整される。従って、操作者である医者が患部の診断を的確に行える。
【００１８】
また、この補正データはスコープ１０の光学的特性や撮像センサ１４の特性を更に考慮した固有値とすることもできる。スコープ１０は高精密部品から構成されるため、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。本実施形態においてはスコープ１０側に補正データを持たせており、これによりスコープ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ホワイトバランス調整作業を行う必要がない。
【００１９】
ＥＥＰＲＯＭ２６には予め補正データが書き込まれており、この補正データは絞り開度γと、この絞り開度γに対応するＲゲイン補正係数αおよびＢゲイン補正係数βとからなるデータを複数組有するテーブルである。補正データは必要に応じて書き換え可能であり、操作パネル１４０上のモードスイッチ１４２によって通常の作動モードから書き換えモードに切り替えられたときにのみ書き換え可能である。これにより、操作者の好みやランプ交換時などに応じてホワイトバランスを変えることができる。なお、補正データの書き換えの際には、操作パネル１４０上の測定スイッチ１４４により絞り開度の測定開始および終了が指示される。
【００２０】
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被写体像が画面上に再現される。上述したように、絞り開度に応じてホワイトバランスが再調整されるので、モニタ装置２００には絞り開度に影響されない、常にホワイトバランスの良好な被写体像が表示される。記録装置３００は被写体像を静止画または動画として記録する。
【００２１】
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診察日時等の文字情報はシステムコントロール回路１１６により文字パターン信号に変換されてビデオ処理回路１１４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。
【００２２】
システムコントロール回路１１６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。タイミング回路１１２は、各回路１０４、１０６、１０８、１１０、１１４、１１６の同期をとるためのクロックパルスを出力する。
【００２３】
図２は、システムコントロール回路１１６において実行されるホワイトバランス補正処理ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンはビデオ処理回路１１４から新たなフレームの３色デジタル信号がホワイトバランス調整回路１３０に出力可能な状態なったと判定されると開始される。
【００２４】
ステップＳ１２０ではビデオ処理回路１１４から出力された１フレーム分のＲ信号、Ｇ信号およびＢ信号がホワイトバランス調整回路１３０のメモリ（図示せず）に蓄積される。そしてステップＳ１２２では撮像タイミングと同時に測定された絞り開度γのデータがホワイトバランス調整回路１３０に読み込まれる。ステップＳ１２４では読み込まれた絞り開度γに対応するゲイン補正係数αおよびβが、ＥＥＰＲＯＭ２６からホワイトバランス調整回路１３０に読み込まれる。
【００２５】
次のステップＳ１２６においては、ホワイトバランス調整回路１３０においてＲ信号およびＢ信号がレベル調整される、具体的にはＲ信号がメモリから読み出されてＤ／Ａ変換される際にＲ信号にゲイン補正係数αが乗算されるとともに、Ｂ信号がＤ／Ａ変換される際にＢ信号にゲイン補正係数βが乗算される。Ｇ信号はレベル調整されずにＤ／Ａ変換される。そして、ステップＳ１２８ではレベル調整されたＲ信号、Ｇ信号およびＢ信号に基づいてアナログカラービデオ信号が生成され、プロセッサ１００に接続された外部のモニタ装置２００および記録装置３００に出力される。以上でホワイトバランス補正処理ルーチンが終了する。
【００２６】
次に、図３および図４のフローチャートを参照して、補正データを書き換えるための補正データ更新ルーチンについて説明する。このルーチンはシステムコントロール回路１３０において実行され、モードスイッチ１４０によって書き換えモードが選択されると開始される。
【００２７】
なお、補正データ書き換えの際には、図５に示すように基準白色の包囲体５００が用意され、この包囲体５００の内壁面には所定の基準白色が塗布される。スコープ１０の先端部１０ａは包囲体５００に挿入され、図５（ａ）に示すように包囲体５００の内側底面５０２に先端面１０ｂが近接させられる。
【００２８】
ステップＳ２００では、測定スイッチ１４４によって測定開始が指示されたか否かが判定される。測定開始が指示されるまでステップＳ２００は繰り返し実行され、測定スイッチ１４４が押下されて測定開始が指示されるとステップＳ２０２が実行され、ここで測定回数を示すパラメータｎに初期値１が代入される。そして、ステップＳ２０４において絞り開度γｎが測定されて絞り開度検知回路１２４からシステムコントロール回路１１６に読み出され、そのときホワイトバランス回路１３０に入力されたＲ信号、Ｇ信号およびＢ信号の各レベル値Ｒｎ、ＧｎおよびＢｎが測定されてそれぞれシステムコントロール回路１１６に読み出される（ステップＳ２０６）。ステップＳ２０８では１０マイクロ秒経過したか否かが判定され、１０マイクロ秒経過すればさらにステップＳ２１０において測定スイッチ１４４の再度の押下によって測定終了が指示されたか否かが判定される。測定スイッチ１４４が再押下されなければステップＳ２１２においてパラメータｎが１だけインクリメントされてステップＳ２０４に戻る。即ち、測定スイッチ１４４を一度押してから再度押下されるまでの間、絞り開度γｎと、そのときのＲ信号レベルＲｎ、Ｇ信号レベルＧｎおよびＢ信号レベルＢｎが１０マイクロ秒毎に検出される。
【００２９】
ステップＳ２０２〜Ｓ２１２の実行中には、操作者によって内視鏡先端部１０ａが図５（ａ）に示す状態から矢印Ｙ方向に徐々に引き抜かれ、図５（ｂ）に示すように内側底面５０２から先端面１０ｂが離間させられる。内側底面５０２から遠ざかると反射光量は減少するため、自動調高機能によって絞り開度は徐々に増大する。従って、様々な絞り開度に対応するＲ、Ｇ、Ｂ信号レベルが得られる。
【００３０】
ステップＳ２１０において測定終了が指示されたと判定されると、ステップＳ２１４においてパラメータＮに測定回数ｎが代入され、ステップＳ２１６において測定データ、即ち測定回数Ｎと、Ｎ組の（絞り開度γ(n)，Ｒ信号レベルＲ(n)，Ｇ信号レベルＧ(n)，Ｂ信号レベルＢ(n)）とのデータが、システムコントロール回路１１６のＲＡＭ（図示せず）に格納される。
【００３１】
次に、ステップＳ２２０ではパラメータｎが再び初期値１に戻され、ステップＳ２２２において第ｎ番目に測定された絞り開度γｎと、対応するＲＧＢ信号レベルＲｎ、ＧｎおよびＢｎが読み出される。そして、ステップＳ２２４においてホワイトバランス補正処理後のＧ信号レベルＧｎとＲ信号レベルＲｎの比率が１：１となるようなＲゲイン補正係数αｎが決定される。このＲゲイン補正係数αｎの決定は、例えば初期値を１として０．７から１．３の間、所定の増分Δαで値を変化させ、そのときの入力Ｒ信号レベルＲｎとαｎとの積が入力Ｇ信号レベルＧｎに一致するような値を選択するという手法により得られる。続いてステップＳ２２６において入力Ｇ信号レベルＧｎと、入力Ｂ信号レベルＢｎとβｎとの積が１：１となるようなＢゲイン補正係数βｎが決定される。Ｂゲイン補正係数βｎの決定については、ステップＳ２２４と同様であり説明を省略する。
【００３２】
次のステップＳ２２８ではパラメータｎが測定回数Ｎ以上であるか否かが判定され、ｎが測定回数Ｎより小さければステップＳ２３０においてｎが１インクリメントされてステップＳ２２２に戻る。即ち、ステップＳ２２〜Ｓ２２６はＮ回繰り返されて、Ｎ個の絞り開度γｎ(ｎ＝１〜Ｎ)にそれぞれ対応するＲゲイン補正係数αｎおよびＢゲイン補正係数βｎが得られる。
【００３３】
ステップＳ２２８においてパラメータｎが測定回数Ｎ以上である、即ちＮ個の絞り開度γｎおよびＲゲイン補正係数αｎおよびＢゲイン補正係数βｎが得られたと判定されると、ステップＳ２３２においてこれらはＥＥＰＲＯＭ２６に補正しデータとして書き込まれる。このとき、既にＥＥＰＲＯＭ２６内に補正データが存在していた場合には、データは上書きされる。ステップＳ２３２が終了すると補正データ更新ルーチンは終了する。
【００３４】
以上のように、本実施形態の電子内視鏡システムにおいては、絞り開度に応じてホワイトバランスを調整するホワイトバランス調整回路１３０を設けているので、絞り開度に応じて光源１０２の色温度が変化してもホワイトバランスを一定に保つことができ、モニタ装置２００において極めてホワイトバランスの良好な被写体像が再現できる。従って、患部の早期発見に役立ち、診察時間の短縮や患者への負担軽減などの利点がある。また、更にスコープ固有の特性を考慮したホワイトバランスの補正データとした場合は、その補正データはスコープ１０のＥＥＰＲＯＭ２６に格納されており、スコープ１０を取り替えても、そのために再調整を行う必要はない。またＥＥＰＲＯＭ２６内の補正データは書き換えが自由であり、操作者の好みに応じたホワイトバランスが設定できる。
【００３５】
【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、絞り開度によらず常に適切な色を再現することができる。
【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】ホワイトバランス補正処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】補正データ更新ルーチンの前半部分を示すフローチャートである。
【図４】補正データ更新ルーチンの後半部分を示すフローチャートである。
【図５】補正データの書き換え時に用いる包囲体を内視鏡先端部と共に示す斜視図である。
【符号の説明】
１０  スコープ
１４  撮像センサ
２６  ＥＥＰＲＯＭ
１００  プロセッサ
１３０  ホワイトバランス調整回路
２００  モニタ装置
【図１】
0004786813.tif 000002
【図２】
0004786813.tif 000003
【図３】
0004786813.tif 000004
【図４】
0004786813.tif 000005
【図５】
0004786813.tif 000006