| 【発明の名称】 |
内視鏡装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】小笠原 弘太郎
【氏名】斉藤 克行
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| 【要約】 |
【課題】３板式のＴＶカメラにおける種々の異なる色シェーディングに対して、最適かつ精度良く色シェーディング補正を行う。
【解決手段】内視鏡装置のビデオプロセッサ内のＤＳＰ３５は、ＲＧＢデジタル信号に対してホワイトバランス処理を行うＷ／Ｂ４１と、ホワイトバランス処理が施された信号に対して色シェーディング補正処理を行うシェーディング補正部４２と、輪郭強調処理を行う輪郭強調部４３と、γ補正及びｋｎｅｅ処理行うγ・ｋｎｅｅ処理部４４と、これら処理が施されたＲＧＢデジタル信号を格納するメモリ部４５と、シェーディング補正部４２における補正量を切り換える補正量切換部４６とから構成される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 体腔内に挿入し被写体の光学像を得る内視鏡と、前記体腔内を照明する照明光を供給する光源装置と、前記内視鏡により得られた前記光学像を３つの色成分に分離して撮像する３板式撮像手段と、前記３板式撮像手段からの撮像信号を信号処理する信号処理手段とを備えた内視鏡装置において、前記信号処理手段は、前記３板式撮像手段による色シェーディングを補正する補正手段を有することを特徴とする内視鏡装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内視鏡装置、更に詳しくは３板式のＴＶカメラによる色シェーディング補正部分に特徴のある内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、内視鏡の接眼部にＴＶカメラを接続し、被写体の画像をＣＲＴモニタ等に表示する内視鏡装置が用いられている。このＴＶカメラは、内視鏡内のリレーレンズあるいはイメージガイドファイバ等の像伝送手段を介して接眼部まで伝達された被写体の光学像を撮像するようになっている。
【０００３】前記ＴＶカメラとして、白色照射光を被写体に照射し、カラー撮像を行う同時式の内視鏡装置においては、３板式のＴＶカメラが一般に用いられている。この３板式のＴＶカメラは、撮像レンズの後に３色分解プリズムを設け、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色に分割して、それぞれの色光線を別々の固体撮像素子で撮像するようになっている。このような３板式のＴＶカメラは、各色信号を独立して信号処理し、また色補正等も独立に行うことができるため、色調の良い、解像度の高い被写体のカラー画像を得ることが可能である。
【０００４】ところが、例えば特開昭６３−２７６９９２号公報に示されるように、分解プリズムは分光特性に入射角度依存性を原理的に有しているので、画面の中央部と周辺部とで色調が変化する色シェーディングが発生することが知られている。そのため、上記特開昭６３−２７６９９２号公報では、色シェーディング補正回路により例えば水平走査毎に色信号を信号処理することで、色シェーディング補正を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、内視鏡装置は、３板式のＴＶカメラが着脱自在に接眼部に接続できる内視鏡、この内視鏡に照明光を供給する光源装置、さらには３板式のＴＶカメラからの撮像信号を信号処理しモニタに観察部位の像を表示させるカメラコントロールユニット等の各種装置から構成され、３板式のＴＶカメラはカメラアダプタを介して手技に応じた種々の内視鏡、例えば複数種類の内視鏡下手術に用いられる硬性鏡やイメージガイドファイバで像を接眼部に伝送するファイバスコープに接続可能になっている。
【０００６】これらの内視鏡の個々に異なる光学設計及びカメラアダプタにおいての倍率可変機能のため、これら内視鏡の接眼部に接続される３板式のＴＶカメラの分解プリズムへの入射角度は異なることになり、その結果、内視鏡装置においては、種々の異なる色シェーディングが発生するといった問題があり、特に内視鏡像においてはこの色シェーディングにより臓器の色が変化するために正確な診断等が難しくなるといった問題がある。
【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、３板式のＴＶカメラにおける種々の異なる色シェーディングに対して、最適かつ精度良く色シェーディング補正を行うことのできる内視鏡装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の内視鏡装置は、体腔内に挿入し被写体の光学像を得る内視鏡と、前記体腔内を照明する照明光を供給する光源装置と、前記内視鏡により得られた前記光学像を３つの色成分に分離して撮像する３板式撮像手段と、前記３板式撮像手段からの撮像信号を信号処理する信号処理手段とを備えた内視鏡装置において、前記信号処理手段は、前記３板式撮像手段による色シェーディングを補正する補正手段を有して構成される。
【０００９】本発明の内視鏡装置では、前記信号処理手段の前記補正手段が前記３板式撮像手段による色シェーディングを補正することで、３板式のＴＶカメラにおける種々の異なる色シェーディングに対して、最適かつ精度良く色シェーディング補正を行うことを可能とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【００１１】図１ないし図７は本発明の第１の実施の形態に係わり、図１は内視鏡装置の構成を示す構成図、図２は図１のカメラヘッド及びビデオプロセッサの構成を示す構成図、図３は図２のＤＳＰの構成を示す機能ブロック図、図４は図２のビデオプロセッサに設けられたスイッチ部の構成を示す構成図、図５は図３のシェーディング補正部の構成を示す構成図、図６は図５のシェーディング補正部の作用を説明する説明図、図７は図４のスイッチ部の変形例の構成を示す構成図である。
【００１２】図１に示すように、本実施の形態の内視鏡装置１は、体腔内に挿入する細長で硬性な挿入部２を有する硬性鏡３と、この硬性鏡３の接眼部４にカメラアダプタ５を介して着脱自在に設けられ接眼部４に伝送された体腔内の観察部位の像を撮像するカメラヘッド６と、カメラヘッド６により撮像された撮像信号を信号処理しモニタ７に観察部位画像を表示させるビデオプロセッサ８と、硬性鏡３に照明光を供給する光源装置９とを備えて構成されている。
【００１３】ここで、カメラヘッド６は、後述するように観察部位の像をＲＧＢに色分離して撮像する３板式撮像カメラヘッドであって、このカメラヘッド６とビデオプロセッサ８とによりＴＶカメラ装置１０を構成し、カメラアダプタ５は図示しないズーム機構によりＴＶカメラ装置１０に対して撮像する像の倍率を可変することができるようになっている。
【００１４】硬性鏡３と光源装置９とは、光源装置９より供給された照明光を伝送するライトガイドケーブル１１により接続され、詳細には、ライトガイドケーブル１１の基端にはライトガイドケーブルコネクタ１２が設けられ、このライトガイドケーブルコネクタ１２を光源装置９に装着することによりライトガイドケーブル１１が光源装置９に接続される。また、硬性鏡３の基端側面には接続部１３が設けられ、この接続部１３によりライトガイドケーブル１１の先端と硬性鏡３が接続される。そして、光源装置９の内部に設けられた例えば図示しないキセノンランプから出射された白色の照明光がライトガイドケーブル１１を介し硬性鏡３に伝送されるようになっている。
【００１５】硬性鏡３は、図示はしないが、内部にライトガイドケーブル１１と光学的に接続された体腔内を照明する照明光を伝送するためのライトガイド及び体腔内を観察するためのリレーレンズが設けられており、光源装置９からの照明光をライトガイドにより体腔内に照射すると共に、体腔内の観察部位の像をリレーレンズにより接眼部４に伝送するようになっている。
【００１６】接眼部４にカメラアダプタ５を介して着脱自在に設けられたカメラヘッド６は、図２に示すように、３つのプリズム部材２１、２２、２３からなる色分離プリズム２４と、カメラアダプタ５によるプリズム部材２１、２２、２３の光軸２１ａ、２２ａ、２３ａ上の結像位置に設けられた固体撮像素子、例えばＣＣＤ２５、２６、２７とを備え、観察部位の像を色分離プリズム２４によりＲＧＢに色分離しそれぞれをＣＣＤ２５、２６、２７により撮像するようになっている。
【００１７】カメラヘッド６のＣＣＤ２５、２６、２７はビデオプロセッサ８と接続され、ビデオプロセッサ８内のＣＣＤドライバ３１からＣＣＤ２５、２６、２７にＣＣＤドライブ信号が印加されることにより、ＣＣＤ２５、２６、２７で光電変換されて出力されるＣＣＤ出力信号（画像信号）がアンプ３２ａ、３２ｂ、３２ｃで増幅された後、ビデオプロセッサ８内のプリプロセス回路３３に出力されるようになっている。
【００１８】プリプロセス回路３３に入力されたＣＣＤ出力信号は、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）等の前処理が行われた後、Ａ／Ｄ変換回路３４に入力されてＲＧＢデジタル信号に変換された後、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰと略記）３５に出力されるようになっている。
【００１９】ＤＳＰ３５では、入力されたＲＧＢデジタル信号に対して、ＣＰＵ３６の制御に基づきホワイトバランス処理及び色シェーディング補正処理を行った後、輪郭強調処理，γ補正等のデジタル処理が施され、Ｄ／Ａ変換回路３７に出力するようになっている。
【００２０】そして、Ｄ／Ａ変換回路３７に入力されたデジタル信号は、アナログ信号のＲＧＢ信号に変換され、モニタ７に出力される。なお、エンコーダ３８により、Ｙ／Ｃ独立（Ｓ出力）、ＶＢＳ（コンポジットビデオ信号）が出力できるようになっている。
【００２１】また、ビデオプロセッサ８には、基準信号発生回路（ＳＳＧと略記）３９が設けられており、ＳＳＧ３９から各種タイミング信号が発生し、前記ＣＣＤドライバ３１はこのタイミング信号によりＣＣＤ２５、２６、２７を駆動するようになっている。ＳＳＧ３９からのタイミング信号は、前記のプリプロセス回路３３、Ａ／Ｄ変換回路３４、ＤＳＰ３５、ＣＰＵ３６及びＤ／Ａ変換回路３７にも出力されており、ＣＣＤドライバ３１からのＣＣＤ出力信号（画像信号）をタイミング信号に基づき処理を行っている。
【００２２】図３に示すように、ＤＳＰ３５は、ＲＧＢデジタル信号に対してホワイトバランス処理を行うホワイトバランス処理部（以下、Ｗ／Ｂと記す）４１と、Ｗ／Ｂ４１によりホワイトバランス処理が施された信号に対して後述する色シェーディング補正処理を行うシェーディング補正部４２と、色シェーディング補正処理された信号に輪郭強調処理を行う輪郭強調部４３と、輪郭強調された信号に対してγ補正及びｋｎｅｅ処理行うγ・ｋｎｅｅ処理部４４と、これら処理が施されたＲＧＢデジタル信号を格納しＳＳＧ３９からのタイミング信号に基づきＤ／Ａ変換回路３７に出力するメモリ部４５と、シェーディング補正部４２における補正量を切り換える補正量切換部４６とから構成され、Ｗ／Ｂ４１によるホワイトバランス処理及び補正量切換部４６における補正量の切り換えは前記のＣＰＵ３６の制御に基づき行われるようになっている。
【００２３】図２に戻り、ビデオプロセッサ８には、ホワイトバランス及びシェーディング補正を指示するスイッチ部４７が設けられており、このスイッチ部４７からの指示信号に基づいてＣＰＵ３６はＷ／Ｂ４１及び補正量切換部４６を制御するようになっている。
【００２４】スイッチ部４７は、図４に示すように、ホワイトバランス処理を指示するＷ／Ｂスイッチ５１を有し、Ｗ／Ｂスイッチ５１がオンされるとＷ／Ｂスイッチ５１の上方に設けられたＬＥＤ５１ａが点灯するようになっている。また、Ｗ／Ｂスイッチ５１がオンされホワイトバランス処理された後、モニタ７の画面を見ながら色シェーディング補正処理が行われるが、これはＷ／Ｂスイッチ５１に隣接して設けられた補正量を増減させる２つの補正指示スイッチ５２ａ、５２ｂにより行われ、補正指示スイッチ５２ａ、５２ｂの操作による補正量を表示するインジケータ５３が複数のＬＥＤで構成されている。
【００２５】シェーディング補正部４２は、図５に示すように、ホワイトバランス処理が施されたＲＧＢデジタル信号のそれぞれに対して、補正量切換部４６からの係数ＫＲ，ＫＧ，ＫＢを乗算する乗算器６１、６２、６３からなり、補正指示スイッチ５２ａ、５２ｂからの指示信号によりＣＰＵ３６が係数データを算出して補正量切換部４６に出力し、補正量切換部４６がこの係数データに基づき係数ＫＲ，ＫＧ，ＫＢを乗算器６１、６２、６３に出力するようになっている。
【００２６】ここで、具体的にはＫＧ＝１であり、ＫＧ＝１を基準に、係数ＫＲ，ＫＧ（＝１），ＫＢが乗算器６１、６２、６３に出力され、ホワイトバランス処理されたＲＧＢデジタル信号に対して色シェーディング補正処理がなされるようになっている。
【００２７】次に、このように構成された本実施の形態の内視鏡装置１の作用について説明する。
【００２８】内視鏡装置１を図１に示したようにセッティングし各装置の電源をオンした後、基準用の白色被写体をカメラヘッド６により撮像する。このとき、カメラヘッド６が装着される硬性鏡３は、複数種類の中から選択されており、また、カメラアダプタ５では図示しないズーム機構により所望の倍率の設定されている。
【００２９】そして、ビデオプロセッサ８において、Ｗ／Ｂスイッチ５１がオンされると、ＣＰＵ３６により制御されたＷ／Ｂ４１によりホワイトバランス処理が施され、次にこのホワイトバランス処理が施された画像をモニタ７で観察しながら、補正指示スイッチ５２ａ、５２ｂを操作し色シェーディング補正の補正量を増減させ調整する。
【００３０】このときの補正指示スイッチ５２ａ、５２ｂからの指示信号は、ＣＰＵ３６に出力され、ＣＰＵ３６は係数データを補正量切換部４６に出力し、補正量切換部４６はこの係数データにより係数ＫＲ，ＫＧ，ＫＢをシェーディング補正部４２の乗算器６１、６２、６３に出力する。
【００３１】この結果、図６に示すように、中心部に対して周辺部の信号レベルの異なる入力に対して、これを補正する係数を乗算することで、色シェーディングが補正された出力を後段の輪郭強調部４３に出力する。
【００３２】そして、ホワイトバランス処理及び色シェーディング補正を行った後、硬性鏡３を体腔内に挿入し、モニタ７で体腔内の観察部位を観察しながら、必要な処置及び手術を行う。
【００３３】このように本実施の形態の内視鏡装置１によれば、補正指示スイッチ５２ａ、５２ｂを操作し色シェーディング補正するので、カメラヘッド６を装着する硬性鏡３の（光学設計の異なる）種類やカメラアダプタ５のズーム機構により色分離プリズム２４に生じる様々な色シェーディングに対して適切に補正することができる。
【００３４】なお、本実施の形態ではリレーレンズを有する硬性鏡を例に説明したが、これに限らず、観察部位の像をイメージガイドで接眼部に伝送するファイバスコープ（軟性鏡も含む）にカメラアダプタ５を装着した場合においても、本実施の形態と同様な作用・効果を得ることができるのは言うまでもない。
【００３５】また、ビデオプロセッサ８のスイッチ部４７を図４に示すように構成するとしたが、これに限らず、例えばカメラアダプタ５が装着される内視鏡（硬性鏡及びファイバスコープ）の種類が予め決まっている場合には、図７（ａ）に示すように、スイッチ７１を押下する度に予め設定されている内視鏡の種類（図では一例として５種類）を複数の対応するＬＥＤ７２を点灯させモニタしながらサイクリック（循環的）に選択するように構成してもよいし、またカメラアダプタ５が装着される硬性鏡（内視鏡）の種類が２種類の場合は一方を標準とし、他方がセットされた場合図７（ｂ）に示すようなオン／オフスイッチ７５をオンすることで、オンされたときに他方が選択されたとし色シェーディング補正の補正量の変更をＣＰＵ３６に指示するように構成してもよい。
【００３６】図８ないし図１２は本発明の第２の実施の形態に係わり、図８はＤＳＰの構成を示す構成図、図９は図８のＬＰＦの構成を示す構成図、図１０は図８のＤＳＰを制御するＣＰＵの構成を示す構成図、図１１は図１０のＭＰＵの処理の流れを示すフローチャート、図１２は図１１のステップＳ６での係数データの演算処理の流れを示すフローチャートである。
【００３７】第２の実施の形態は、第１の実施の形態とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。
【００３８】本実施の形態のＤＳＰ３５は、図８に示すように、ＲＧＢデジタル信号を輝度信号Ｙと色差信号Ｕ，Ｖに変換するマトリックス回路部８１を備え、Ｗ／Ｂ４１及びシェーディング補正部４２は、マトリックス回路部８１からの色差信号Ｕ，Ｖに対してホワイトバランス処理及び色シェーディングの補正処理を行う。
【００３９】また、マトリックス回路部８１からの輝度信号Ｙは、例えば特開昭６３−７０６８号公報に示されるように、図９に示すような２つの１Ｈ遅延回路９１、９２及びサブキャリア周波数通過フィルタ（ｆｓｃＢＰＦ）９３から構成されたＬＰＦ８２を介して、輪郭強調処理部４３で輪郭強調処理される。
【００４０】ここで、輝度信号Ｙにサブキャリア周波数成分が存在すると、図２に示したエンコーダでＶＢＳ（コンポジットビデオ信号）に変換した場合、不要な色付き画像になるが、図９に示した上記ＬＰＦ８２を介することによりこの問題を解決することができ、かつ、特にファイバスコープによる画像に対してはファイバ伝送での画像の各ファイバ間の空間周波数に基づく画質障害を効果的に低減させるできる。
【００４１】また、本実施の形態のＣＰＵ３６は、図１０に示すように、Ｗ／Ｂ４１からのＲＧＢデジタル信号をそれぞれ例えば１０ビット（計３０ビット）のデータとして入力するパラレルＩＯポート（以下、ＰＩＯと記す）９５と、ＳＳＧ３９からのクロック（ＣＬＫ）、水平同期信号（ＨＤ）及び垂直同期信号（ＶＤ）を入力しＰＩＯ９５を介したＷ／Ｂ４１からの各１０ビットのＲＧＢデジタル信号から各１０ビット（計３０ビット）の係数データを演算するマイクロプロセッサユニット（以下、ＭＰＵと記す）９６と、ＭＰＵ９６の演算に用いられる記憶手段であるＲＡＭ９７と、最新の係数データを記憶するためのＥＥＰＲＯＭ９８とから構成されており、ＭＰＵ９６が演算した係数データがＰＩＯ９５を介して補正量切換部４６に出力される。そして補正量切換部４６が係数データに基づいた係数ＫＲ，ＫＧ，ＫＢをシェーディング補正部４２の乗算器６１、６２、６３に出力する。
【００４２】本実施の形態では、図示はしないが、スイッチ部４７には色シェーディング補正の補正量を指示するスイッチは設けられておらず、Ｗ／Ｂスイッチ５１がオンされると、ＭＰＵ９６はＷ／Ｂ４１からのＲＧＢデジタル信号から係数データを演算するようになっている。
【００４３】ＭＰＵ９６での算出処理は、図１１に示すように、ステップＳ１でビデオプロセッサ８の電源がオンされると、ステップＳ２でＥＥＰＲＯＭ９８に格納されている前回の（最新の）係数データを読み込み、ステップＳ３で読み込んだ係数データをＰＩＯ９５を介して補正量切換部４６出力する。
【００４４】そして、ステップＳ４で図示しない電源監視回路からの信号によりビデオプロセッサ８の電源を判断し、ビデオプロセッサ８の電源がオン状態ならば、ステップＳ５に進み、電源がオン状態からオフ状態に移行したならば、ステップＳ８で係数データをＥＥＰＲＯＭ９８に書き込み処理を終了する。
【００４５】ステップＳ５では、Ｗ／Ｂスイッチ５１がオンされたかどうか判断し、Ｗ／Ｂスイッチ５１がオンされた場合は、ステップＳ６でＷ／Ｂ４１からのＲＧＢデジタル信号から係数データを演算し、ステップＳ７で演算し得られた係数データをＰＩＯ９５を介して補正量切換部４６に出力しステップＳ４に戻り、また、ステップＳ５でＷ／Ｂスイッチ５１がオンされていない場合もステップＳ４に戻り、処理を繰り返す。
【００４６】ステップＳ６での係数データの演算処理は、図１２に示すように、ステップＳ１１でＷ／Ｂ４１からのＲＧＢデジタル信号からＲ，Ｇ，Ｂの各信号の平均値を算出し、ステップＳ１２でＧ信号が所定の範囲内かどうか判断し、Ｇ信号が所定の範囲外ならば処理を終了し、Ｇ信号が所定の範囲内ならばステップＳ１３でＲ／Ｇ，Ｂ／Ｇを算出し、ステップＳ１４でＫＧを１としたＫＲ（＝Ｒ／Ｇ），ＫＢ（＝Ｂ／Ｇ）を係数データとしてＭＰＵ９６内の係数レジスタに上書きして処理を終了する。
【００４７】その他の構成・作用は第１の実施の形態と同じである。
【００４８】このように本実施の形態では、第１の実施の形態の効果に加え、Ｗ／Ｂスイッチ５１をオンするだけで、ＣＰＵ３６がＷ／Ｂ４１からのＲＧＢデジタル信号から係数データを演算し係数データをＰＩＯ９５を介して補正量切換部４６出力するので、簡単かつ正確に色シェーディング補正の補正量を設定することができる。
【００４９】［付記］
（付記項１） 体腔内に挿入し被写体の光学像を得る内視鏡と、前記体腔内を照明する照明光を供給する光源装置と、前記内視鏡により得られた前記光学像を３つの色成分に分離して撮像する３板式撮像手段と、前記３板式撮像手段からの撮像信号を信号処理する信号処理手段とを備えた内視鏡装置において、前記信号処理手段は、前記３板式撮像手段による色シェーディングを補正する補正手段を有することを特徴とする内視鏡装置。
【００５０】（付記項２） 前記信号処理手段は、前記補正手段の補正量を切り換える補正量切換手段を有することを特徴とする付記項１に記載の内視鏡装置。
【００５１】（付記項３） 前記信号処理手段は、前記補正手段の補正量を指定する補正量指定手段を備え、前記補正量切換手段は、前記補正量指定手段に指定に基づき前記補正量を切り換えることを特徴とする付記項２に記載の内視鏡装置。
【００５２】（付記項４） 前記信号処理手段は、前記３板式撮像手段からの撮像信号に対してホワイトバランス処理を行うホワイトバランス手段と、前記ホワイトバランス手段に対してホワイトバランス処理を指示する指示手段とを備え、前記補正手段は、前記ホワイトバランス手段のホワイトバランス処理に連動して色シェーディングを補正することを特徴とする付記項１に記載の内視鏡装置。
【００５３】（付記項５） 前記信号処理手段は、前記ホワイトバランス手段によりホワイトバランス処理された信号に基づき補正量を算出する補正量算出手段を備え、前記補正手段は前記補正量により色シェーディングを補正することを特徴とする付記項４に記載の内視鏡装置。
【００５４】（付記項６） 前記信号処理手段は、色モアレ除去手段有することを特徴とする付記項１に記載の内視鏡装置。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の内視鏡装置によれば、信号処理手段の補正手段が３板式撮像手段による色シェーディングを補正するので、３板式のＴＶカメラにおける種々の異なる色シェーディングに対して、最適かつ精度良く色シェーディング補正を行うことができるという効果がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００３７６
【氏名又は名称】オリンパス光学工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）３月３日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 進
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２４４２３０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）９月１４日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−５１００２ |
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