(57)【要約】【課題】高輝度の微小領域が複数のエリアに跨っても、被写体像の明るさを適正に検出する。【解決手段】撮像素子を有するビデオスコープとプロセッサとを備えた電子内視鏡装置において、表示される被写体像の明るさを調整するため調光回路２３を設ける。被写体像全体の領域を分割して５つの分割エリアを設定する。そして、各エリアに対してピーク値を検出し、被写体像全体のピーク値を検出する。このとき、第１〜第５検出器７１において、αｋ、βｋで表されるピーク検波特性に基づき、ピーク値を検出する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を照明するための光源と、照明された被写体からの反射光に基づいた画像信号が読み出される撮像素子を有するビデオスコープとを備えた電子内視鏡装置であって、
前記撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、被写体像を構成する画素の輝度信号を順次検出する輝度信号検出手段と、
被写体像全体を分割することにより規定される複数のエリアそれぞれに対し、ピーク値を算出するために所定のピーク検波特性に基づいてピーク測光を実行するピーク測光手段と、
前記複数のエリアそれぞれに対して算出された各ピーク値に基づいて、被写体像の明るさを示す代表輝度値を算出する輝度値算出手段と、
前記代表輝度値に基づいて、被写体像の明るさを調整する明るさ調整手段と
を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
【請求項２】
前記ピーク測光手段が、以下の式のα、βにより特徴付けられるピーク検波特性に従ってピーク値を算出し、対応するエリアに従ってα、βの値があらかじめ定められていることを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。
ｙ（ｎ）＝β×ｙ（ｎ−１）＋α×ｘ（ｎ）
ただし、ｙ（ｎ）は前記ピーク測光手段から出力される輝度信号、ｘ（ｎ）は前記ピーク測光手段に入力される輝度信号、αは入力される輝度信号に対するゲイン値、βはフィードバックされる前回輝度信号ｙ（ｎ−１）に対するゲイン値、ｎはサンプル画素を示す。
【請求項３】
照明された被写体からの反射光を受光する撮像素子から読み出される被写体像に応じた画像信号に基づいて、被写体像を構成する画素の輝度信号を順次検出する輝度信号検出手段と、
被写体像全体を分割することにより規定される複数のエリアそれぞれに対し、ピーク値を算出するために所定のピーク検波特性に基づいてピーク測光を実行するピーク測光手段と、
前記複数のエリアそれぞれに対して算出された各ピーク値に基づいて、被写体像の明るさを示す代表輝度値を算出する輝度値算出手段と、
を備えたことを特徴とする内視鏡用被写体像明るさ検出装置。
【請求項４】
照明された被写体からの反射光を受光する撮像素子から読み出される被写体像に応じた画像信号に基づいて、被写体像を構成する画素の輝度信号を順次検出し、
被写体像全体を分割することにより規定される複数のエリアそれぞれに対し、ピーク値を算出するために所定のピーク検波特性に基づいてピーク測光を実行し、
前記複数のエリアそれぞれに対して算出された各ピーク値に基づいて、被写体像の明るさを示す代表輝度値を算出することを特徴とする内視鏡用被写体像明るさ検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子を有するビデオスコープを備えた電子内視鏡装置に関する。特に、絞りの開閉調整や電子シャッタ機能等によって、表示される被写体像の明るさを適正に維持する明るさ調整に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子内視鏡装置では、被写体像に応じた画像信号がビデオスコープ内の撮像素子から読み出されると、被写体像の明るさを示す輝度値（以下、代表輝度値という）が算出される。そして、この輝度値と適正な明るさを示す参照輝度値との差に基づいて、例えば、絞りの開閉によって観察部位に照射される光の光量が調整される。輝度値を算出する測光方式としては、画面全体の明るさ平均を求める平均測光や、画面全体の中で比較的輝度値の高い値を被写体像の明るさとするピーク測光がある。また、表示される被写体像を分割し、分割エリア毎に適切な測光方式を割り当てる分割測光方式も知られている（例えば、特許文献１、２、３参照）。これら分割測光方式では、エリア毎に求められる輝度値に対して重み付けを行った後全加算することにより代表輝度値を算出したり、エリアごとに求められた輝度値を全加算して平均値を算出したりする。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３３３９０１号公報（第３図）
【特許文献２】
特開２００２−９８９１３号公報（第５図）
【特許文献３】
特開２０００−８１５７７号公報（第８図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の測光方式では、いわゆるハレーションを発生させる高輝度の微小領域が複数のエリアに跨っている場合、高輝度情報が各エリアに分散されてしまう。
【０００５】
その結果、代表輝度値に高輝度情報が十分反映されず、誤った被写体像の明るさが検出され、適正な明るさ調整を実行することができない。
【０００６】
そこで本発明では、高輝度の微小領域が複数のエリアに跨っても、被写体像の明るさを適正に検出することが可能な電子内視鏡装置等を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子内視鏡装置は、被写体を照明するための光源と、照明された被写体からの反射光に基づいた画像信号が読み出される撮像素子を有するビデオスコープとを備えた電子内視鏡装置であって、撮像素子から読み出される画像信号に基づいて、被写体像を構成する画素の輝度信号を順次検出する輝度信号検出手段と、被写体像全体を分割することにより規定される複数のエリアそれぞれに対し、ピーク値を算出するために所定のピーク検波特性に基づいてピーク測光を実行するピーク測光手段と、複数のエリアそれぞれに対して算出された各ピーク値に基づいて、被写体像の明るさを示す代表輝度値を算出する輝度値算出手段と、代表輝度値に基づいて、被写体像の明るさを調整する明るさ調整手段とを備えたことを特徴とする。例えば、各ピーク値を重み付けした後に被写体像全体のピーク値を算出してもよく、あるいは各ピーク値を加算して平均値を算出してもよい。明るさ調整手段は、例えば、絞りの開閉や、光源の光強度調整、あるいは電子シャッタ速度の調整により明るさを調整する。
【０００８】
各エリアに対し、エリアに対応したピーク検波特性が与えられ、その特性に応じてピーク値が算出される。そのため、高輝度の微小領域がエリア間に跨っている場合においても、適切に高輝度情報が検出され、適正な被写体像の明るさ調整が行われる。
【０００９】
ピーク測光手段は、以下のピーク検波特性を表す式に従ってピーク値を算出すればよい。このとき、対応するエリアに応じたα、βがあらかじめ定められる。
ｙ（ｎ）＝β×ｙ（ｎ−１）＋α×ｘ（ｎ）
ただし、ｙ（ｎ）はピーク測光手段から出力される輝度信号、ｘ（ｎ）はピーク測光手段に入力される輝度信号、αは入力される輝度信号に対するゲイン値、βはフィードバックされる前回輝度信号ｙ（ｎ−１）に対するゲイン値、ｎはサンプル画素を示す。
【００１０】
本発明の内視鏡用被写体像明るさ検出装置は、照明された被写体からの反射光を受光する撮像素子から読み出される被写体像に応じた画像信号に基づいて、被写体像を構成する画素の輝度信号を順次検出する輝度信号検出手段と、被写体像全体を分割することにより規定される複数のエリアそれぞれに対し、ピーク値を算出するために所定のピーク検波特性に基づいてピーク測光を実行するピーク測光手段と、複数のエリアそれぞれに対して算出された各ピーク値に基づいて、被写体像の明るさを示す代表輝度値を算出する輝度値算出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の内視鏡用被写体像明るさ検出方法は、照明された被写体からの反射光を受光する撮像素子から読み出される被写体像に応じた画像信号に基づいて、被写体像を構成する画素の輝度信号を順次検出し、被写体像全体を分割することにより規定される複数のエリアそれぞれに対し、ピーク値を算出するために所定のピーク検波特性に基づいてピーク測光を実行し、複数のエリアそれぞれに対して算出された各ピーク値に基づいて、被写体像の明るさを示す代表輝度値を算出することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を参照して本発明である実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、第１の実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。検査、手術等が開始されると、ビデオスコープが体内へ挿入される。
【００１４】
電子内視鏡装置には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）５４を有するビデオスコープ５０と、ＣＣＤ５４から読み出される信号を処理するプロセッサ１０とが備えられており、被写体像を表示するモニタ３２およびキーボード３４がプロセッサ１０に接続される。ビデオスコープ５０はプロセッサ１０に着脱自在に接続される。
【００１５】
ランプ電源スイッチ（図示せず）がＯＮになると、ランプ制御回路１１Ａを含むランプ電源１１からランプ（照明用光源）１２へ電源が供給され、これによりランプ１２から光が放射される。ランプ１２から放射された光は、集光レンズ１４を介してビデオスコープ５０内に設けられたライトガイド５１の入射端５１Ａに入射する。ライトガイド５１は、ランプ１２から放射される光を観察部位Ｓの近傍にあるビデオスコープ５０の先端部６０へ光を伝達する極細の光ファイバーの束であり、ライトガイド５１を通った光は出射端５１Ｂから出射する。これにより、照明用レンズである配光レンズ５２を介して被写体である観察部位Ｓに光が照射されて、観察部位Ｓが照明される。
【００１６】
観察部位Ｓにおいて反射した光は、対物レンズ５３を通ってＣＣＤ５４の受光領域に到達し、これにより観察部位Ｓの光学像がＣＣＤ５４の受光領域に形成される。本実施形態では、カラー撮像方式として同時単板式が適用されており、ＣＣＤの受光面上には、イエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍｇ）、グリーン（Ｇ）の色要素が市松状に並べられた補色カラーフィルタ（図示せず）が受光領域の各画素位置に対応するよう配置されている。そして、ＣＣＤ５４では、補色カラーフィルタの各色要素を透過した光の色に応じた複数の画素信号から成る画像信号が光電変換により発生し、所定時間間隔ごとに１フレームもしくは１フィールド分の画像信号が、色差線順次方式に従って順次読み出される。本実施形態では、カラーテレビジョン方式としてＮＴＳＣ方式が適用されており、１／３０（１／６０）秒間隔ごとに１フレーム（１フィールド）分の画像信号が順次読み出され、初期信号処理回路５５へ送られる。
【００１７】
初期信号処理回路５５には、プリアンプ、サンプルホールド回路、画像メモリ、画像処理回路（いずれも図示せず）などが含まれており、初期信号処理回路５５に入力された画像信号は、各回路における処理の後デジタル画像信号に変換され、画像メモリに一時的に格納される。画像メモリから読み出されたデジタル画像信号は画像処理回路に送られ、ホワイトバランス調整、ガンマ補正などの処理が施された後、プロセッサ１０のプロセッサ信号処理回路２８へ送られる。また、初期信号処理回路５５に入力された画像信号の輝度成分である輝度信号が生成され、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）においてデジタル信号に変換された後、プロセッサ１０の調光回路２３へ送られる。ここでは、ＮＴＳＣ方式に従って１／３０（１／６０）秒間隔ごとに１フレーム分の輝度信号が順次送られる。
【００１８】
プロセッサ信号処理回路２８では、初期信号処理回路５５から送られてくる画像信号に対して所定の処理が施される。処理された画像信号は、ＮＴＳＣコンポジット信号、Ｙ／Ｃ分離信号（いわゆるＳビデオ信号）、ＲＧＢ分離信号などのビデオ信号（映像信号）としてモニタ３２へ出力され、これにより被写体像がモニタ３２に映し出される。
【００１９】
プロセッサ１０のシステムコントロール回路２２には、ＣＰＵ２４、ＲＯＭ２５、ＲＡＭ２６が含まれており、ＣＰＵ２４は、プロセッサ１０全体を制御し、調光回路２３、ランプ制御回路１１Ａ、プロセッサ信号処理回路２８などの各回路に制御信号を出力する。タイミングコントロール回路３０では、信号の処理タイミングを調整するクロックパルスがプロセッサ１０内の各回路に出力され、また、ビデオ信号に付随される同期信号がプロセッサ信号処理回路２８に送られる。システムコントロール回路２２内のＲＯＭ２５には、電子内視鏡装置全体を制御するためのプログラムがあらかじめ記憶されている。
【００２０】
ライトガイド５１の入射端５１Ａと集光レンズ１４との間には、被写体Ｓに照射される光の光量を調整する絞り１６が設けられており、モータ１８の駆動によって開閉する。本実施形態では、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）で構成された調光回路２３により、絞り１６を通過する光、すなわち被写体Ｓへ照射される光の光量調整の制御が実行される。調光回路２３は、順次ビデオスコープ５０から送られてくる輝度信号に基づき、光量調整用の制御信号をモータドライバ２０へ送信する。そして、モータドライバ２０は、この制御信号に基づいて駆動信号をモータ１８へ送信する。これにより、モータ１８が作動し、絞り１６が所定の開度となるように駆動される。
【００２１】
ビデオスコープ５０内には、ビデオスコープ５０全体を制御するスコープ制御部５６と、ビデオスコープ５０に関連したデータがあらかじめ記憶されたＥＥＰＲＯＭ５７とが設けられている。スコープ制御部５６は、初期信号処理回路５５を制御するとともに、ＥＥＰＲＯＭ５７からスコープ関連のデータを読み出す。ビデオスコープ５０がプロセッサ１０に接続されると、スコープ制御部５６とシステムコントロール回路２２との間でデータが送受信され、データがシステムコントロール回路２２へ送られる。
【００２２】
プロセッサ１０のフロントパネル４６には、自動調光において基準となる参照輝度値Ｙｒの設定をするための設定スイッチ４６Ａが設けらており、オペレータがスイッチを操作すると、操作に応じた信号がシステムコントロール回路２２へ送られる。参照輝度値Ｙｒのデータは、ＲＡＭ２６へ一時的に格納されるとともに、必要に応じてシステムコントロール回路２２から調光回路２３へ送られる。
【００２３】
図２は、調光回路２３の模式的ブロック図であり、図３は、測光エリアを示した図である。
【００２４】
図３に示すように、表示される被写体像の全体領域ＡＡは、５つの測光エリアに分割されており、ここでは、各測光エリアを、それぞれエリアＡ，エリアＢ，エリアＣ，エリアＤ，エリアＥと規定する。調光回路２３では、第１検出器７１〜第５検出器７５において各測光エリアのピーク値が検出され、全体検出器８２において被写体像全体領域ＡＡに対する全体ピーク値（代表輝度値）が検出される。ただし、ピーク値および被写体像を構成する各画素の輝度値は、は２８＝２５６段階に分けられた輝度レベルの値によって表される。各画素の輝度値およびピーク値は、０〜２５５のいずれかの値となる。
【００２５】
後述するように、各検出回路は、対応する測光エリアに応じたピーク検波特性を有し、各検出回路ではピーク特性を決定するパラメータがあらかじめ設定されており、パラメータの値に従ってピーク値が検出される。各検出回路から出力されたピーク値は、重み付け回路７６〜８０において、それぞれエリア固有の重み付け係数によって重み付けされ、全体ピーク検出器８２へ送られる。全体ピーク検出器８２では、５つのピーク値の中で最大値であるピーク値が選択される。そして、選択された最大ピーク値はあらかじめ設定された基準ピーク値と比較され、その差分情報に基づいて制御信号がモータドライバ２０へ送信される。
【００２６】
図４は、図２の第１検出器７１のブロック図である。
【００２７】
第１検出器７１は、増幅器９２、９３と、比較器９４と、切換器９６と、遅延メモリ９８とを備える。エリアＡ領域内にある画素に応じた輝度信号は、増幅器９２、比較器９４に時系列的にサンプル数分だけ順に入力される。増幅器９２、９３におけるゲイン値であってピーク特性を決定するゲインα１、β１は、以下の関係を満たす。
α１＋β１＝１                                            ・・（１）
【００２８】
第１検出器７１に入力された輝度信号は、増幅器９２と比較器９４へ送られる。増幅器９２に入力された輝度信号は、α１だけ増幅された後、遅延メモリ９８に格納されて増幅器９３においてβ１だけ増幅された前回輝度信号と加算され、切換器９６へ送られる。以下では、入力輝度信号をｘ（ｎ）で表し、遅延メモリ９８に格納されていた輝度信号を、メモリ内輝度信号ｙ（ｎ−１）と表す。ただし、ｎはサンプル回数（サンプルされる画素の数）を示す。
【００２９】
一方、比較器９４では、入力された輝度信号ｘ（ｎ）の輝度レベルと、前回輝度信号が入力された時に遅延メモリ９８に格納された輝度信号の輝度レベルとが比較される。入力輝度信号ｘ（ｎ）の輝度レベルよりもメモリ内輝度信号ｙ（ｎ−１）の輝度レベルが大きい場合、Ｌ（Ｌｏｗ）信号が切換回路９６に入力される。切換回路９６は、Ｌ信号に従って接点Ｓ２と遅延メモリ９８とを接続させる。一方、入力輝度信号ｘ（ｎ）の輝度レベルよりもメモリ内輝度信号ｙ（ｎ−１）の輝度レベルが小さい場合、Ｈ（Ｈｉｇｈ）信号が切換回路９６へ送られる。切換回路９６は、Ｈ信号に従って接点Ｓ１と遅延メモリ９８とを接続させる。
【００３０】
遅延メモリ９８に格納された輝度信号は、リセットパルスの入力タイミングに従って切換回路９６、増幅器９３へフィードバックされるとともに、図２に示した全体ピーク検出器８２へ送られる。そして、新たに入力輝度信号ｘ（ｎ＋１）が第１検出器７１へ入力した場合、比較器９４において、入力輝度信号ｘ（ｎ＋１）の輝度レベルとメモリ内輝度信号ｙ（ｎ）の輝度レベルとが比較される。新たに入力される輝度信号の輝度レベルが遅延メモリ９８に格納される輝度信号の輝度レベルより大きくならない限り、遅延メモリ９８に格納されている輝度信号が全体ピーク検出器８２へ出力し続けられる。
【００３１】
第２検出回路７２〜第５検出回路７５においても、第１検出回路７１と同様に構成されており、各回路において、エリアに応じたゲインαｋ、βｋが（ｋ＝２〜５）が定められている。
【００３２】
ここで、輝度信号のピーク検波特性について入力輝度信号ｘ（ｎ）がメモリ内輝度信号ｙ（ｎ−１）より大きい場合に遅延メモリ９８に格納される輝度信号をｙ（ｎ）とした場合、ｙ（ｎ）は入力輝度信号ｘ（ｎ）とメモリ内輝度信号ｙ（ｎ−１）とに基づき、以下の差分方程式に従う。
ｙ（ｎ）＝βｋ×ｙ（ｎ−１）＋αｋ×ｘ（ｎ）              ・・（２）
（１）式を解くと、ｙ（ｎ）は次式に示す指数関数で表される。ただし、βｋ＾ｎは、βｋｎを表す。
2005021423.tif 000003
また、（１）式同様、αｋとβｋ（ｋ＝１〜５）とは以下の関係を満たす。
αｋ＋βｋ＝１                                            ・・（４）
【００３３】
ゲインαｋ、βｋは、被写体（観察部位）、あるいは対応する測光エリアの場所等に基づいて適正な値にそれぞれ定められる。好ましくは、被写体像全体領域ＡＡに占める最小面積、すなわちサンプル数ｎを決定した後、αｋ、βｋがエリアごとに定められる。例えば、αｋ＝βｋ＝０．５の場合、輝度信号ｙ（ｎ）は、次式によって表される。
ｙ（ｎ）＝１−０．５＾（ｎ＋１）                        ・・（５）
【００３４】
図５は、遅延メモリ９８に格納される輝度信号ｙ（ｎ）の輝度レベル特性を示した図である。ここでは、エリアＡ、エリアＢ内に高輝度の微小領域が生じた場合において、微小領域の場所に従った輝度信号レベルの特性を示す。
【００３５】
従来方式として測光エリア毎に平均輝度レベルを算出する場合、輝度レベル状態（Ａ）で示すように、高輝度の微小領域Ｄ（面積＝サンプル数＝ｄ）がエリアＡ、エリアＢに跨って存在する場合、輝度信号ｙ１、ｙ２のレベルはともにピーク値の半分近い値になる。したがって、高輝度情報がエリアＡ，エリアＢに分散され、被写体像の明るさが適正に検出されない。
【００３６】
α１＝α２＝１、β１＝β２＝０の場合、一度ピーク値の輝度レベルが図３に示す遅延メモリ９８に入力されると、ピーク値の輝度信号が切換回路９６、遅延メモリ９８に繰り返し入力される。したがって、輝度レベル状態（Ｂ）で示すように、輝度信号ｙ１、ｙ２のレベルはピーク値で維持される。一方、α１＝α２＝β１＝β２＝０．５の場合、輝度レベル状態（Ｃ）で示すように、エリアＡ，エリアＢとの境界付近において輝度信号ｙ１、ｙ２のレベルは、ピーク値を維持する。
【００３７】
ここで、測光エリアに跨る高輝度の被写体に対し、エリアの境界を挟んで生じる輝度変動の変動許容率を輝度分解能に対応させた場合、すなわち、１ビット分の変動率（＝１／２５６＝０．４％）を変動許容率とした場合、サンプリング数ｎは以下の条件式を満たす。ただし、αｋ＝βｋ＝０．５とする。
ｙ（ｎ）＝１−０．５＾（ｎ＋１）＞（１−１／２５６）    ・・（６）
（６）式から、ｎは以下の条件式を満たす必要がある。
ｎ＞６．９７                                            ・・（７）
ｎは自然数であることから、７以上のサンプル画素が必要となる。
【００３８】
以上のように本実施形態によれば、αｋ、βｋで表されるピーク検波特性をもつ第１〜第５検出回路７１〜７５が調光回路２３に設けられており、被写体像全体領域ＡＡの中において所定のサンプル画素に基づき、輝度信号のピーク値が検出される。増幅器９２、９３のαｋ、βｋを被写体像に従って決定することができるため、高輝度の微小領域Ｄが分割されたエリアＡ〜Ｅ間に跨った場合においても、ピーク値が適正に検出される。
【００３９】
絞りの開閉によって被写体像の明るさを調整する代わりに、直接光源の光強度を調整してもよい。あるいは、ＣＣＤ５４の電子シャッタ機能を利用して電荷蓄積時間を制御することにより被写体像の明るさを調整してもよい。
【００４０】
次に、図６を用いて、第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施形態における調光回路２３のブロック図である。
【００４１】
図６に示すように、第２の実施形態では、全体平均ピーク検出器８２’が調光回路２３に設けられている。そして、各エリアＡ〜Ｅの重み付けされたピーク値が加算され、その平均値がピーク値として検出される。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、高輝度の微小領域が複数に跨っても、被写体像の明るさを適正に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。
【図２】調光回路のブロック図である。
【図３】測光エリアを示した図である。
【図４】第１検出器を示したブロック図である。
【図５】ピーク検波特性に従った輝度レベル特性を示した図である。
【図６】第２の実施形態における調光回路のブロック図である。
【符号の説明】
１０  プロセッサ
１２  ランプ（光源）
１６  絞り
２３  調光回路
５０  ビデオスコープ
５４  ＣＣＤ（撮像素子）
７１  第１検出器
７２  第２検出器
７３  第３検出器
７４  第４検出器
７５  第５検出器
９２、９３  増幅器
９４  比較器
９６  切換器
９８  遅延メモリ
α１、β１    ゲイン
【図１】
2005021423.tif 000004
【図２】
2005021423.tif 000005
【図３】
2005021423.tif 000006
【図４】
2005021423.tif 000007
【図５】
2005021423.tif 000008
【図６】
2005021423.tif 000009