(57)【要約】【課題】簡易な構成によって同時式、面順次式両方に基づくカラー画像を生成し、観察状況に適した観察画像を表示する。【解決手段】電子内視鏡装置において、Ｒ，Ｇ，Ｂの光を順に発光する面順次発光と、Ｒ，Ｇ，Ｂの光を同時発光可能なＬＥＤランプをスコープ先端部に設け、Ｒ，Ｇ，Ｂカラーフィルタ１５を備えた同時式ＣＣＤ１４から画素信号を読み出す。面順次発光の場合、画像信号処理回路２２において、Ｒ，Ｇ，Ｂの画像信号を抽出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラーフィルタを設けた同時式撮像素子を有するビデオスコープがプロセッサに接続可能であって、
Ｒ，Ｇ，Ｂに応じた照明光を同時発光もしくは面順次発光可能な光源と、
同時発光において、前記同時式撮像素子から読み出される画素信号に基づいてカラー画像信号を生成する画像信号処理手段とを備え、
前記画像信号処理手段が、面順次発光の場合、Ｒ，Ｇ，Ｂの各照明光に応じた色画素値を画素ごとに抽出し、カラーバランス調整しながら面順次式と同様のカラー画像信号を得ることを特徴とする内視鏡装置。
【請求項２】
前記カラーフィルタが、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの照明光を透過し、それぞれ異なる色の波長領域で相対的に大きなスペクトルをもつ複数の色要素から構成されることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
【請求項３】
Ｒ，Ｇ，Ｂに応じた照明光を同時発光から面順次発光へ切り替え可能な発光制御手段と、
カラーフィルタを設けた同時式撮像素子から画素信号を読み出す信号読み出し手段と、
面順次発光において、Ｒ，Ｇ，Ｂの各照明光に応じた色画素値を画素ごとに抽出し、カラーバランス調整しながら面順次式と同様のカラー画像信号を得る画像信号処理手段と
を備えたことを特徴とする内視鏡用画像信号処理装置。
【請求項４】
Ｒ，Ｇ，Ｂに応じた照明光を面順次発光させ、
カラーフィルタを設けた同時式撮像素子から画素信号を読み出し、
面順次発光において、Ｒ，Ｇ，Ｂの各照明光に応じた色画素値を画素ごとに抽出し、カラーバランス調整しながら面順次式と同様のカラー画像信号を得ることを特徴とする内視鏡用画像信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子を有するビデオスコープを備えた内視鏡装置に関し、特に、撮像方式に基づいた画像信号処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡装置では、プロセッサ内部に光源、あるいは独自に光源装置を設ける代わりに、ＬＥＤをビデオスコープ先端部に設けることができる（例えば、特許文献１参照）。スコープ先端部には、赤（Ｒ），青（Ｇ），緑（Ｂ）の色をそれぞれ放射する複数のＬＥＤが配置され、スコープ先端部から赤色、青色、緑色の照明光を放射する。
【０００３】
撮像方式が面順次式のビデオスコープである場合、カラーフィルタの配設されていない撮像素子がスコープ先端部に配置される。そして面順次方式に従い、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤが順番に発光する。一方、同時式のビデオスコープの場合、カラーフィルタを配設した撮像素子が配置され、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤを同時発光させて白色光を放射する。
【０００４】
面順次式の場合、同時式に比べて色再現性および解像度の点で優れる。しかしながら、内視鏡装置の構成が複雑になるとともに、被写体像の動きに対してブレが生じる。この問題を解決するため、面順次式ビデオスコープ、同時式ビデオスコープの両方と接続可能であって、撮像方式に従った画像信号処理を行う内視鏡装置のプロセッサが知られている（特許文献２、特許文献３参照）。そこでは、同時式用の画像信号処理回路と面順次式の画像用信号処理回路を設け、ビデオスコープが接続されると、そのビデオスコープの撮像方式に合った画像信号処理回路を動作させる。
【特許文献１】特開平１１−２６７０９９号公報
【特許文献２】特開２００２−２０９８３９号公報
【特許文献３】特公平７−３８８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２、３に示す内視鏡装置では、同時式ビデオスコープと面順次式ビデオスコープ両方を用意しなければならない。また、プロセッサにも、同時式画像信号処理回路と面順次式画像信号処理回路を実装しなければならず、回路構成を簡易化できない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内視鏡装置は、同時式ビデオスコープを使用しながら面順次式照明に基づく画像信号処理を実行可能であって、色再現性の優れた観察画像を得ることができる内視鏡装置である。
【０００７】
本発明の内視鏡装置は、カラーフィルタを設けた同時式撮像素子を有するビデオスコープがプロセッサに接続可能であって、Ｒ，Ｇ，Ｂに応じた照明光を同時発光もしくは面順次発光、すなわち繰り返し順番に発光可能な光源を備える。カラーフィルタは、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの照明光を透過し、それぞれ異なる色の波長領域で相対的に大きなスペクトルをもつ複数の色要素から構成すればよい。例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂをモザイク配列したカラーフィルタが用いられる。
【０００８】
本発明の内視鏡装置は、同時発光において、同時式撮像素子から読み出される画素信号に基づいてカラー画像信号を生成する画像信号処理手段を備える。さらに、画像信号処理手段は、面順次発光の場合、Ｒ，Ｇ，Ｂの各照明光に応じた色画素値を画素ごとに抽出し、カラーバランス調整しながら面順次式と同様のカラー画像信号を得ることを特徴とする。
【０００９】
カラーフィルタの各色要素は、対応する色の光だけでなく、それ以外の光についても透過する性質がある。同時式では抽出されない各画素の色信号を抽出することにより、面順次式と同様、画素ごとにＲ，Ｇ，Ｂの画像信号が生成される。カラーバランス調整としては、白色被写体のときにＲ：Ｇ：Ｂが１：１：１となるように係数を求め、対応していない色の照明光によって得られる画素値に係数を乗じればよい。
【００１０】
本発明の内視鏡用画像信号処理装置は、Ｒ，Ｇ，Ｂに応じた照明光を同時発光から面順次発光へ切り替え可能な発光制御手段と、カラーフィルタを設けた同時式撮像素子から画素信号を読み出す信号読み出し手段と、面順次発光において、Ｒ，Ｇ，Ｂの各照明光に応じた色画素値を画素ごとに抽出し、カラーバランス調整しながら面順次式と同様のカラー画像信号を得る画像信号処理手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の内視鏡用画像信号処理方法は、Ｒ，Ｇ，Ｂに応じた照明光を面順次発光させ、カラーフィルタを設けた同時式撮像素子から画素信号を読み出し、面順次発光において、Ｒ，Ｇ，Ｂの各照明光に応じた色画素値を画素ごとに抽出し、カラーバランス調整しながら面順次式と同様のカラー画像信号を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡易な構成によって同時式、面順次式両方に基づくカラー画像を生成し、観察状況に適した観察画像を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、本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は、スコープ先端面の正面図である。
【００１５】
電子内視鏡装置は、ビデオスコープ１０とプロセッサ２０とを備え、プロセッサ２０には、モニタ４０が接続される。撮像方式として同時式に基づくビデオスコープ１０が着脱自在にプロセッサ２０へ接続可能であり、接続されるとプロセッサ２０からビデオスコープ１０へ電源が供給される。ビデオスコープ１０の先端部１０Ｔに設けられたＣＣＤ１４には、カラーフィルタ１５が受光面上に設けられる。
【００１６】
ビデオスコープ１０の先端部１０Ｔには、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の光をそれぞれ放射するＬＥＤ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃから成るＬＥＤランプ１２が設けられている。光源駆動部１３は、ＬＥＤ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを発光制御し、同時発光もしくは面順次発光が可能である。
【００１７】
同時発光の場合、Ｒ，Ｇ，Ｂの三原色が合成されて白色光が観察部位へ照射される。一方、面順次発光の場合、ＬＥＤ１２Ａ、ＬＥＤ１２Ｂ、ＬＥＤ１２Ｃが順番に繰り返し発光され、Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）に応じた照明光が順番に観察部位へ照射される。図２に示すように、ＬＥＤ１２Ａ、ＬＥＤ１２Ｂ、ＬＥＤ１２Ｃは、カラーバランスを向上させるため、対物レンズ１３を中心として等距離間隔で配置されている。
【００１８】
観察部位において反射した光は、対物レンズ１３を通り、対物レンズ１３の後方に位置するＣＣＤ１４の受光面に到達する。その結果、被写体像がＣＣＤ１４に形成され、被写体像に応じたアナログの一連の画素信号が生成される。カラーフィルタ１５は、Ｒ，Ｇ，Ｂにそれぞれ応じた色要素（以下、ＣＲ、ＣＧ、ＣＢと表す）をモザイク状に配列させた原色カラーフィルタであり、色要素が対応画素と向かい合うように配列している。ここでは、カラーフィルタ１５は、いわゆるベイヤー配列となっていて、互いに隣接する４つの色要素（ＣＲ、ＣＧ、ＣＢ、ＣＧ）を基本ブロックとしてカラーフィルタ１５が構成されている。
【００１９】
生成された一連の画素信号は、ＣＣＤドライバ１８からの駆動信号により、所定時間間隔でＣＣＤ１４から読み出される。読み出されたアナログ画素信号は、初期回路１６においてデジタル画像信号に変換され、プロセッサ２０へ送られる。ここでは、ＮＴＳＣ（あるいはＰＡＬ）方式に従って画素信号が読み出される。ここでは、ＮＴＳＣ（あるいはＰＡＬ）方式に従って画素信号が読み出され、同時式、面順次式に応じて駆動信号が切り替えられる。具体的には、１／６０秒間隔で読み出される。
【００２０】
プロセッサ２０の画像信号処理回路２２では、ホワイトバランス処理、ガンマ補正、マトリクス変換などの様々な処理がデジタル画素信号に対して施される。これにより、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー画像信号が生成される。Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー画像信号はそのままモニタ４０へ出力され、あるいは輝度、色差信号Ｙ，Ｃｂ，Ｃｒに変換される。
【００２１】
ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むシステムコントロール回路３２は、プロセッサ２０の動作を制御し、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）によって構成される画像信号処理回路２２、光源駆動部１３など各回路へ制御信号を出力する。タイミングジェネレータ３４は、画像信号の読み出しタイミング、処理タイミングに合わせてクロックパルス信号を各回路へ出力する。システムコントロール回路３２のＲＯＭには、動作制御に関するプログラムが格納されている。
【００２２】
本実施形態では、撮像方式として面順次式、同時式を選択的に設定可能であり、オペレータは撮像方式ボタン３６の操作によって撮像方式を切り替え可能である。同時式が選択されると、ＬＥＤ１２Ａ〜１２Ｃが同時発光するように、光源駆動部１３が制御される。そして、画像信号処理回路２２では、同時式に応じた画像信号処理が施される。すなわち、画素混合方式に従って画素信号が処理され、色補間処理によってＲ，Ｇ，Ｂの画像信号が生成される。
【００２３】
一方、面順次式が撮像方式として選択された場合、ＬＥＤ１２Ａ〜１２Ｃが面順次発光するように、光源駆動部１３が制御される。そして、面順次式に従った駆動信号がＣＣＤ１４に出力され、面順次式に合わせてタイミングジェネレータ３４からクロックパルスが出力される。そして、後述する画像信号処理によって、面順次式内視鏡装置によって得られるＲ，Ｇ，Ｂ画像信号と同様の画像信号が生成される。
【００２４】
図３は、カラーフィルタ１５の分光透過特性を示した図であり、図４は、ＬＥＤ１２Ａ〜１２Ｃの分光分布特性を示した図である。そして、図５は、面順次発光におけるカラー画像信号算出を示した図である。図２〜図４を用いて、面順次照明を行ったときの画素値算出方法を説明する。
【００２５】
図４に示すように、ＬＥＤ１２Ａ〜１２Ｃの分光分布特性は、それぞれ赤色、緑色、青色の波長領域を中心とする狭帯域のスペクトル分布ＳＲ、ＳＧ、ＳＢをもつ。一方、図３に示すように、カラーフィルタの色要素ＣＲ、ＣＧ、ＣＢの分光透過特性は、それぞれ短波長〜長波長までの広域帯域のスペクトル分布ＴＲ、ＴＢ、ＴＧをもち、対応する色の波長領域で相対的に大きなスペクトル（透過率）をもっている。
【００２６】
このようにカラーフィルタ１５は、Ｒ，Ｇ，Ｂいずれかの波長領域の光だけでなく、それ以外の色の波長領域においても感度をもち、Ｒ，Ｇ，Ｂいずれの照明光に対しても電荷信号が出力される。例えば、ＬＥＤ１２Ａによって赤色光を発光させた場合、色要素ＣＲに応じた画素だけでなく、色要素ＣＧ、ＣＢに応じた画素からも電荷信号が検出される。
【００２７】
図５では、カラーフィルタ１５の任意のブロックＢに応じた隣接する４つの画素（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）を、具体的説明のために抽出している。面順次発光の場合、ＬＥＤ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが順にＲ，Ｇ，Ｂの光を発光する。その結果、各色に応じて画素値が得られる。ここでは、Ｒの光の画素値をＰｉＲ、Ｇの光の画素値をＰｉＧ、Ｂの光の画素値をＰｉＢと表す（ｉ＝１〜４）。
【００２８】
上述したように、Ｒの光を発光させた場合、色要素ＣＲに応じた画素信号から画素値Ｐ１Ｒが検出される一方、それ以外の画素Ｐ２〜Ｐ４からもＲの光によって画素値Ｐ２Ｒ〜Ｐ４Ｒが検出される。同様に、Ｇの光を発光したときも、画素値Ｐ２Ｇ、Ｐ３Ｇだけでなく色要素ＣＧに応じた画素Ｐ２、Ｐ３以外の画素Ｐ１、Ｐ４から画素値Ｐ１Ｇ、Ｐ４Ｇが検出され、Ｂの光を発光したときには、画素値Ｐ４Ｂだけでなく色要素ＣＢに応じた画素Ｐ４以外の画素Ｐ１〜Ｐ３から画素値Ｐ１Ｂ〜Ｐ３Ｂが検出される。
【００２９】
本実施形態では、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の照明光によってＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの画素値を抽出する。そのため、画素Ｐ１〜Ｐ４には、Ｒ，Ｇ，Ｂに応じた３つの画素値が生成される。画素Ｐ１〜Ｐ４の画素値Ｍｉ（ｉ＝１〜４）は以下の式によって求められる。
Ｍ１＝Ｐ１Ｒ＋αＰ１Ｇ＋βＰ１Ｂ
Ｍ２＝γＰ２Ｒ＋Ｐ２Ｇ＋δＰ２Ｂ
Ｍ３＝εＰ３Ｒ＋Ｐ３Ｇ＋ζＰ３Ｂ
Ｍ４＝ηＰ４Ｒ＋θＰ４Ｇ＋Ｐ４Ｂ                    ・・・・・・・（１）
ただし、係数α〜θは、ゲイン値を表す。
【００３０】
係数α〜θは、Ｍ１〜Ｍ４が白色被写体を撮影したときに白色の画素値が得られる、すなわちＰｉＲ、ＰｉＧ、ＰｉＢが１：１：１となるように定められる。係数α〜θは、ホワイトバランス調整時に以下の式によって算出される。これにより、ＲＧＢの原色カラーフィルタが載置された撮像素子に対して、面順次でＲＧＢ各色照明光による撮像を行わせても、適切なホワイトバランスとなった画像を得ることができる。
α＝Ｐ１Ｒ／Ｐ１Ｇ
β＝Ｐ１Ｒ／Ｐ１Ｂ
γ＝Ｐ２Ｇ／Ｐ２Ｒ
δ＝Ｐ２Ｇ／Ｐ２Ｂ
ε＝Ｐ３Ｇ／Ｐ３Ｒ
ζ＝Ｐ３Ｇ／Ｐ３Ｂ
η＝Ｐ４Ｂ／Ｐ４Ｒ
θ＝Ｐ４Ｂ／Ｐ４Ｇ                                  ・・・・・・・（２）
【００３１】
このように本実施形態によれば、Ｒ，Ｇ，Ｂの光を順に発光する面順次発光と、Ｒ，Ｇ，Ｂの光を同時発光可能なＬＥＤランプ２４がスコープ先端部に設けられ、Ｒ，Ｇ，Ｂカラーフィルタ１５を備えた同時式ＣＣＤ１４から画素信号が読み出される。面順次発光の場合、画像信号処理回路２２において、Ｒ，Ｇ，Ｂの画像信号を画素ごとに抽出する。
【００３２】
同時式撮像素子のビデオスコープだけで構成される内視鏡装置においても、面順次式と同様のカラー画像信号を得ることができる。したがって、同時式発光によってブレの生じない観察画像を表示することができるととともに、面順次発光によって色再現性の優れた観察画像を表示することができる。
【００３３】
なお、Ｒ，Ｇ，Ｂ以外の色要素から構成されるフィルタ（補色フィルタ）を用いてもよい。また、ＬＥＤ以外の光源を使用する内視鏡装置に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本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】スコープ先端面の正面図である。
【図３】カラーフィルタの分光透過特性を示した図である。
【図４】ＬＥＤの分光分布特性を示した図である。
【図５】面順次発光におけるカラー画像信号算出を示した図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ビデオスコープ
１４  ＣＣＤ（撮像素子）
１５  カラーフィルタ
２０  プロセッサ
２２  画像信号処理回路
２４  ＬＥＤランプ
【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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