JP3448169B2 - 全画素読出し式電子内視鏡装置 - Google Patents
全画素読出し式電子内視鏡装置Info
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- H04N5/18—Circuitry for reinsertion of dc and slowly varying components of signal; Circuitry for preservation of black or white level by means of "clamp" circuit operated by switching circuit
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Description
に撮像素子で蓄積される画像の全画素を読み出し、高画
質の静止画等を形成する内視鏡装置のための信号処理に
関する。 【0002】 【従来の技術】電子内視鏡装置においては、撮像素子と
して例えばCCD(Charge Coupled Device)が用いら
れており、このCCDにおいては光電変換素子により画
素単位で蓄積される電荷を読み出すことにより、画像信
号(ビデオ信号)が得られる。そして、同時式の電子内
視鏡装置では、上記CCDの上面に、画素単位で色フィ
ルタが配置され、これによってカラー画像が得られる。 【0003】図6(A)には、上記色フィルタの配列状
態が示されており、図示されるように、CCD1の撮像
面には例えばMg(マゼンタ)、G(グリーン)、Cy
(シアン)、Ye(イエロー)が画素単位で配列され
る。従って、これらの色フィルタを透過した光により、
CCD1では蓄積電荷が得られることになる。 【0004】図6(B)には、従来の色差線順次混合読
出し方式による読出し状態が示されており、この方式で
は、上下ラインの画素の蓄積電荷が混合されて読み出さ
れる。例えば、1回目の露光時に0ラインと1ラインの
混合信号、2ラインと3ラインの混合信号、…というよ
うな奇数(Odd)フィールドのビデオ信号が読み出さ
れ、2回目の露光時に1ラインと2ラインの混合信号、
3ラインと4ラインの混合信号、…というような偶数
(Even)フィールドのビデオ信号が読み出される。
従って、CCD1の2ラインの混合信号がフィールド画
像の1ラインの信号となる。 【0005】図7には、上記CCD1における信号の読
出し動作が示されており、図(A)のフィールドのO/
E信号で示されるように、1/60秒(垂直同期期間)
毎に奇数フィールドと偶数フィールドが得られる。この
ため、上記の1/60秒の期間において、例えば図
(B)に示される電子シャッタの蓄積(露光)時間tに
より信号蓄積が行われ、次の1/60秒の期間で蓄積混
合信号の読出しが行われる。この結果、図(C)に示さ
れるように、n−1(番号)の奇数(Odd)フィール
ド信号、nの偶数(Even)フィールド信号が得られ
ることになり、このn−1の奇数フィールド信号は、図
6(B)の左側に示した(0+1)ライン,(2+3)
ライン,(4+5)ライン…の混合信号からなり、nの
偶数フィールド信号は、図6(B)の右側に示した(1
+2)ライン,(3+4)ライン…の混合信号から構成
される。 【0006】そして、この奇数フィールド信号と偶数フ
ィールド信号は、インターレース走査されて1フレーム
の画像として形成され、この画像がモニタ上に表示され
る。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記同
時式の電子内視鏡装置においては、上記図7(C)で示
されるように、1フレーム画像を形成するための奇数フ
ィールド画像と偶数フィールド画像との間に、1/60
秒の時間のずれがあり、この間に内視鏡自体のブレや被
観察体の動き等があると、画質が低下するという問題が
ある。特に、内視鏡では、フリーズスイッチの操作によ
り静止画が表示され、これによって特定の観察部位を詳
細に観察できる。この静止画においても、上記の奇数及
び偶数のフィールド情報に基づき1フレームの画像が表
示されるため、両者間の情報にずれ(ブレ、動き)があ
れば、画質が低下(色ずれを含む)することになる。 【0008】また、従来においては、1/60秒の期間
内に全画素を順次読み出すことも提案されている。しか
し、この場合は上記CCD1の転送ライン(垂直CC
D)の構造を倍の密度で形成しなければならないため構
成が複雑となり、しかもクロック周波数が倍となる等の
不都合がある。 【0009】そこで、本出願人は、1回の露光により撮
像素子で得られた全画素を読み出し、この全画素信号を
メモリに一旦記憶し、このメモリ内の画像信号を処理し
て画質の向上を図る全画素読出し方式を提案している。
そして、この場合も、撮像素子で得られた画像信号の処
理では、周知のように各信号の増幅度の相違等を解消す
るために、黒レベルを一致させるクランプ処理が行われ
る。 【0010】しかし、この全画素読出し方式におけるク
ランプ処理では、メモリに一旦記憶した画像信号に基づ
いてフィードバッククランプ信号を形成することから、
特に静止画形成時に、古い画像データによりフィードバ
ッククランプ信号が形成され、静止画を解除して動画へ
移行する際に信号の黒レベルが大きく変化してしまうこ
とがある。従って、この場合は色の再現性が悪くなると
いう問題がある。 【0011】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、全画素読出し方式の信号処理にお
いても黒レベルのクランプ処理を安定させ、特に静止画
から動画へ復帰するときの画質の低下を防止できる全画
素読出し式電子内視鏡装置を提供することにある。 【0012】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る全画素読出し式電子内視鏡装置は、複
数の色フィルタが画素単位で配置された撮像素子と、こ
の撮像素子で1回の露光により画素毎に蓄積された全画
素の画像信号を読み出すように制御する撮像素子駆動回
路と、上記撮像素子から読み出された画像信号をフィー
ドバッククランプ信号によりクランプするクランプ回路
と、このクランプ回路からの画素信号を記憶するメモリ
と、このメモリに記憶されている画像信号と、このメモ
リの前段の回路からの当該メモリを通さないスルー画像
信号とを切替え出力するものであって、オプティカルブ
ラック期間に上記スルー画像信号を出力する切替え回路
と、この切替え回路の後段に配置され、画像信号に対す
る所定の処理をすると共に、上記スルー画像信号からフ
ィードバッククランプ信号を形成する信号処理回路と、
を備え、上記信号処理回路から出力されたスルー画像信
号に基づくフィードバッククランプ信号を上記クランプ
回路へ供給することを特徴とする。 【0013】上記の構成によれば、例えば1番目の1/
60秒の期間(垂直同期期間)内での露光(露光時間は
任意)により蓄積された電荷は、2番目の1/60秒の
期間で撮像素子(CCD)の奇数ラインが読み出され
(転送ラインから読み出す)、3番目(次の露光時)の
1/60秒の期間で残りの偶数ラインが読み出される。
そして、この偶数ラインを読み出すために、上記2番目
の期間の光源光が光チョッパ等により遮蔽される。即
ち、上記奇数ラインの蓄積電荷を順次読み出す2番目の
期間に、従来のように次の露光の電荷が蓄積されると、
残りの偶数ラインの読み出しができない。そこで、本発
明では、2番目の期間内での光出力をなくして、3番目
の期間で偶数ラインの蓄積電荷を読み出せるようにして
おり、これによって1回の露光で得られた撮像素子の全
画素分の信号を読み出すことができる。 【0014】このようにして読み出された奇数ライン及
び偶数ラインの画像信号は、メモリに記憶された後、例
えば色差線順次混合読出し方式と同じ手法で画素混合信
号として読み出され、この信号は信号処理回路で所定の
画像処理が施される。このとき、切替え回路の動作によ
って、上記メモリを通さないスルー画像信号が信号処理
回路へ供給され、このスルー画像信号に基づいてフィー
ドバッククランプ信号が形成されることになり、このフ
ィードバッククランプ信号がクランプ回路へ供給され
る。従って、クランプ処理は撮像素子から順次出力され
ている最新の信号に基づいて行われ、静止画から動画へ
切り替えられた時でも、黒レベルの不一致を起こすこと
がない。 【0015】 【発明の実施の形態】図1及び図2には、実施形態の一
例としての全画素読出し式電子内視鏡装置の回路構成が
示され、図1は図2の読出し信号処理部内の詳細な構成
を示している。まず、図2に示されるように、電子内視
鏡装置はスコープとしての電子内視鏡10、この電子内
視鏡10のコネクタ部回路11、プロセッサ装置12及
び光源装置13から構成される。上記電子内視鏡10に
は、その先端部に図6で説明したものと同様の色フィル
タを備えたCCD15が設けられると共に、光源装置1
3の光を先端部まで導くためのライトガイド16が配設
される。また、電子内視鏡10の操作部には、静止画表
示のためのフリーズスイッチ17が設けられる。 【0016】上記コネクタ部回路11内には、上記CC
D15を駆動するCCD駆動回路18、全画素読出しパ
ルス発生回路19、タイミングジュネレータ20が設け
られる。この全画素読出しパルス発生回路19は、タイ
ミングジェネレータ20の信号に基づき、1回の露光で
CCD15に蓄積された全画素分の蓄積データを、奇数
ラインと偶数ラインに分けて読み出すためのパルスを発
生し、CCD駆動回路18へ供給する。このCCD駆動
回路18は、上記読出しパルスに基づいてCCD15か
ら上記奇数ラインの信号と偶数ラインの信号を別々に順
次読み出すための制御を行うことになる。また、上記C
CD15の出力信号を入力する読出し信号処理部22が
設けられる。 【0017】図1に示されるように、読出し信号処理部
22は、相関二重サンプリング(CDS−Correlated D
ouble Sampling)回路23、フィードバッククランプ信
号に基づいて画像信号(ビデオ信号)の黒レベルを基準
レベルに一致させるクランプ回路24、入力するA/D
変換器25、そして例えば上記奇数ラインの画像データ
を記憶する第1メモリ26、上記偶数ラインの画像デー
タを記憶する第2メモリ27が設けられる。この第1メ
モリ26及び第2メモリ27には、書込み/読出しを制
御するためのメモリコントロール回路28(図2)が接
続され、このメモリ26,27の後段には、混合回路2
9が設けられる。 【0018】即ち、CCD15から出力されたビデオ信
号は、従来のように2ライン混合で出力されるのではな
く、奇数ラインのビデオ信号と偶数ラインのビデオ信号
に分けられた状態で全画素データが、それぞれのメモリ
26,27に一旦格納される。その後、上記の混合回路
29は、奇数ラインのデータと偶数ラインのデータを加
算混合し、従来の色差線順次混合読出し方式と同等の信
号を形成する。 【0019】図3には、上述したCCD15から混合回
路29までの回路で形成される画像データの内容が示さ
れている。図(A)に示されるように、CCD15で
は、走査線数に対応して、0ラインからNラインまで水
平ラインが設けられ、この水平ラインの画素データを転
送ラインに転送して読み出すように構成される。そし
て、上記CCD15の奇数ライン(1,3,5…ライ
ン)のデータが図(B)の第1メモリ26に格納され、
偶数ライン(2,4,6…ライン)のデータが図(C)
の第2メモリ27に格納される。 【0020】これらメモリ26,27のデータは、上記
混合回路29により、図(B)と図(C)のライン同士
で画素混合が行われ、図(D)に示されるように、0ラ
イン+1ライン,2ライン+3ライン,4ライン+5ラ
イン … の加算演算データが奇数(Odd)フィール
ドデータとして出力される。また、図(C)の読出しラ
インを下側に1ラインずらした状態で(図示C1 の位置
から読み出す)、図(B)とライン同士で画素混合が行
われ、図(E)に示されるように、1ライン+2ライ
ン,3ライン+4ライン,5ライン+6ライン … の
加算演算データが偶数(Even)フィールドデータと
して出力される。なお、CCD15のラインの奇数をO
DD、偶数をEVEN、インターレース走査の対象とな
るフィールドの奇数をOdd、偶数をEvenとして区
別する。 【0021】更に、上記混合回路29の後段に、切替え
回路30、第1DVP(デジタルビデオプロセッサ)3
1が設けられ、この切替え回路30は上記A/D変換器
25の出力でメモリ26,27を通さないビデオ信号
(端子b)と、混合回路29から出力されたビデオ信号
(端子a)を切り替える。上記第1DVP31には、オ
プティカルブラックパルス(OBP)が入力されてお
り、このOBPによりビデオ信号のオプティカルブラッ
ク期間からフィードバッククランプ信号が形成される。
また、所定のカラー画像処理が施され、色差信号や輝度
信号が形成される。 【0022】図2において、上記プロセッサ装置12内
には、上記第1DVP31に接続した第2DVP33が
設けられ、この第2DVP33では、像位置の制御、拡
大処理、ミラーイメージ処理等が行われる。この第2D
VP33の後段には、奇数フィールドデータを記憶する
第3メモリ34、偶数フィールドデータを記憶する第4
メモリ35、切替え回路36、メモリコントロール回路
37及びD/A変換器38が設けられる。即ち、上記の
第3メモリ34には、図3(D)のデータが色差信号等
に変換され奇数フィールドデータとして記憶され、第4
メモリ35には、図2(E)のデータが色差信号等に変
換され偶数フィールドデータとして記憶される。 【0023】また、電子内視鏡10に配設されたライト
ガイド16を接続する光源装置13には、光源40が設
けられ、この光源40とライトガイド16の入射端との
間に、光チョッパ41及び絞り42が配置される。この
光チョッパ41は、例えば半円状板を回転させる構成と
され、この光チョッパ41を1/30秒で1回転させる
ために、駆動回路43及びサーボ回路44が接続されて
いる。従って、この光チョッパ41によれば、1/60
秒毎のサイクルのフィールドO/E信号において、1/
60秒間だけ光を出力し、次の1/60秒間では光を遮
断することができる。 【0024】一方、上記絞り42には、駆動回路45及
びアイリス制御回路46が接続されており、この駆動回
路45及びアイリス制御回路46は上記第1DVP31
で得られる輝度信号に基づいて絞り42を駆動し、光源
40の出力光量を調整することができる。 【0025】当該例は以上の構成からなり、まず全画素
読出し動作について説明する。図4には、CCD15か
ら混合回路29までの処理が示されているが、ここでは
図4(A)に示されるように、フィールドO(Odd)
/E(Even)信号として、従来装置と同様に、1/
60秒で1フィールドを形成するタイミング信号が用い
られる。またこれに対応して、上記の光チョッパ41を
1/30秒で1回転させることにより、図4(B)のP
n-1 ,Pn ,Pn+1 に示されるように、1/60秒の光
遮断状態を挟みながら1/60秒の期間で光が繰り返し
出力される。この光は、ライトガイド16を介して先端
部から被観察体内へ照射される。 【0026】この光照射により、先端部のCCD15で
は被観察体内の像が捉えられ、CCD15には、像に対
応した電荷が蓄積される。そして、この1回の露光によ
り得られたCCD15の全画素の蓄積データが、全画素
読出しパルス発生回路19及びCCD駆動回路18の制
御により、奇数ラインデータと偶数ラインデータに分け
て読み出される。即ち、図4(C)に示されるように、
図4(B)の光出力Pn-1 の露光に基づき、CCD15
からはn−1の奇数(ODD)ラインデータと偶数(E
VEN)ラインデータが順に読み出され、この奇数ライ
ンデータは図4(E)の書込み(ライトイネーブル)信
号によって第1メモリ26へ格納され、偶数ラインデー
タは図4(F)の書込み信号によって第2メモリ27へ
格納される。また、光出力Pn ,Pn+1 …の順にそれぞ
れの奇数及び偶数ラインのデータが読み出されて各メモ
リ26,27へ格納される。 【0027】次に、このメモリ26,27内のデータ
は、混合回路29により画素混合され、図4(G)に示
されるように、例えばn−2(番目)同士の奇数ライン
データと偶数ラインデータの組合せで混合処理した奇数
(Odd)フィールド信号、n−2の偶数ラインデータ
とn−1の奇数ラインデータの組合せで混合処理した偶
数(Even)フィールド信号、n−1同士の奇数ライ
ンデータと偶数ラインデータの組合せで混合処理した奇
数(Odd)フィールド信号…というように、フィール
ド信号が順次形成される。そして、これらのフィールド
信号はカラー画像処理が施されて、第3メモリ34及び
第4メモリ35に一旦格納されており、これらメモリ3
4,35の出力が切替え回路36で交互にモニタへ出力
され、インターレース走査により画像表示される。 【0028】従って、当該例では、動画については、次
の露光時に得られた画像データの一部が混入した状態で
画像表示されることになるが、このデータ量は全体の1
/2であり、1/60秒間にブレ、動きがあったとして
も、その影響は小さくなる。 【0029】一方、静止画形成のために、フリーズスイ
ッチ17を押した場合は、上記第1メモリ26及び第2
メモリ27のライトイネーブルを禁止する。例えば、図
4(D)に示されるQの時点で、フリーズスイッチ17
がオンされたとすると、このとき、フィールドO/E信
号は立下がり時(A1 )となるから、次の立下がり時
(A2 )に各メモリ26,27の書込みが禁止される
[図4(E),(F)]。従って、第1メモリ26には
光出力Pn で得られたnの奇数ラインデータが書き込ま
れ、他方の第2メモリ27にもnの偶数ラインデータが
書き込まれた状態で、次のデータの書込みは行われな
い。 【0030】この結果、図4(G)に示されるように、
n同士の奇数及び偶数ラインデータからなる奇数(Od
d)フィールド信号、偶数(Even)フィールド信号
が順に読み出され、これらのフィールド信号がインター
レース走査により静止画として表示される。このように
して、異なった時間のフィールド画像の組合せが禁止さ
れ、同一露光時の全画素のデータに基づいて静止画が表
示されることになり、高画質の被観察体内像を観察する
ことが可能となる。 【0031】次に、図5に基づき、黒レベルのクランプ
処理について説明する。当該装置では、図5(A)に示
される水平同期信号が用いられており、例えば図示され
るように、実質的な画像信号Gが得られる直前にオプテ
ィカルブラック期間が設定される。これは、入射光を遮
断した部分を設けることによって形成される。そして、
図5(B)に示されるOBP(オプティカルブラックパ
ルス)が、上記オプティカルブラック期間の信号(電
圧)を抽出するために、図1の第1DVP31へ供給さ
れ、またこのOBPに基づいた図5(C)のスイッチ切
替え信号で切替え回路30が切り替えられる。 【0032】この結果、上記OBPが入力されている期
間に、切替え回路30は端子bへ切り替えられ、図5
(D)に示されるように、スルー画像信号、即ちA/D
変換器25の出力が第1DVP31へ入力される。一
方、OBPが入力されないその他の期間では、端子aへ
切り替えられ、メモリ26,27の出力信号により混合
回路29で形成された混合画素信号が第1DVP31へ
入力される。 【0033】その後、この第1DVP31内では、上記
のOBPによりスルー画像信号のオプティカルブラック
期間の電圧がサンプリングされ、この電圧信号がフィー
ドバッククランプ信号としてクランプ回路24へ供給さ
れる。このクランプ回路24では、上記クランプ信号を
入力してビデオ信号の黒レベル信号が再生され、これに
よりビデオ信号の黒レベルが一定となるように制御され
る。 【0034】このようなクランプ処理では、スルー画像
信号を用いたことにより、特に静止画から動画へ復帰す
るときの黒レベルの不一致が防止できることになる。即
ち、上記の混合画素信号は、メモリ26,27へ記憶さ
せるので、上記スルー画像信号と比較すると、2フィー
ルド分の形成時間だけ遅れることになる。従って、厳密
にいえば、混合回路29から出力された信号に基づいて
クランプ処理をすると、時間的にずれがあるため、正確
なクランプ処理が行われないことになるが、この場合の
時間のずれは小さいので、実質的な画像への影響は極め
て小さいものとなる。 【0035】しかし、静止画を表示する場合は、静止画
を形成している間、上記メモリ26,27への書込みが
禁止され、新しい画像データが第1DVP31へ入力さ
れないので、フリーズ動作解除時には、時間のずれが大
きい過去のデータでフィードバッククランプ制御をする
ことになり、正確なクランプ処理ができない。従って、
本発明は、この静止画から動画へ移行する際のクランプ
処理に特に有効であり、静止画信号ではなく、現在のC
CD15の出力信号に基づいてフィードバッククランプ
信号を形成することにより、正確なクランプ処理を行
い、ビデオ信号の黒レベルを安定させることが可能とな
る。 【0036】当該例では、上記切替え回路30により、
OBPのタイミングに合せて常にスルー画像信号を第1
DVP31へ入力するようにしたが、この切替え回路3
0の切替え動作を、静止画形成が開始された後、動画へ
移行する(移行した後)までに限定して実行させること
も可能である。 【0037】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
1回の露光で撮像素子において得られた全画素を読み出
し、これを一旦メモリに記憶して画像信号を形成するも
のにおいて、切替え回路を用いて、オプティカルブラッ
ク期間にメモリを通さないスルー画像信号を入力し、こ
のスルー画像信号からフィードバッククランプ信号を形
成するようにしたので、全画素読出し方式の信号処理に
おいても黒レベルのクランプ処理を安定させることがで
き、特に静止画から動画へ復帰するときの画質の低下を
防止できるという利点がある。
内視鏡装置の読出し信号処理部の回路構成を示すブロッ
ク図である。 【図2】実施形態例の電子内視鏡装置の全体の回路構成
を示すブロック図である。 【図3】実施形態例のCCDから混合回路までの間で読
み出される画像データを示す図である。 【図4】実施形態例において混合画素信号が得られるま
での動作を示す説明図である。 【図5】実施形態例のクランプ処理の動作を示す説明図
である。 【図6】従来のCCDの構成を示し、図(A)は色フィ
ルタの構成図、図(B)はCCDからの混合読出しの説
明図である。 【図7】従来のCCDでの動作を示す説明図である。 【符号の説明】 1,15 … CCD(撮像素子)、 10 … 電子内視鏡、 11 … コネクタ部回路、 12 … プロセッサ装置、 13 … 光源装置、 17 … フリーズスイッチ、 18 … CCD駆動回路、 24 … クランプ回路、 26,27,34,35 … メモリ、 29 … 混合回路、 30 … 切替え回路、 31 … 第1DVP。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 複数の色フィルタが画素単位で配置され
た撮像素子と、 この撮像素子で1回の露光により画素毎に蓄積された全
画素の画像信号を読み出すように制御する撮像素子駆動
回路と、 上記撮像素子から読み出された画像信号をフィードバッ
ククランプ信号によりクランプするクランプ回路と、 このクランプ回路からの画素信号を記憶するメモリと、 このメモリに記憶されている画像信号と、このメモリの
前段の回路からの当該メモリを通さないスルー画像信号
とを切替え出力するものであって、オプティカルブラッ
ク期間に上記スルー画像信号を出力する切替え回路と、 この切替え回路の後段に配置され、画像信号に対する所
定の処理をすると共に、上記スルー画像信号からフィー
ドバッククランプ信号を形成する信号処理回路と、を備
え、 上記信号処理回路から出力されたスルー画像信号に基づ
くフィードバッククランプ信号を上記クランプ回路へ供
給するようにした全画素読出し式電子内視鏡装置。
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