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技術 電子内視鏡

出願人 ペンタックス株式会社
発明者 小澤了池谷浩平
出願日 1996年4月3日 (24年3ヶ月経過) 出願番号 1996-106184
公開日 1997年10月14日 (22年8ヶ月経過) 公開番号 1997-266884
状態 特許登録済
技術分野 孔内観察装置 内視鏡 内視鏡 閉回路テレビジョンシステム
主要キーワード 総カウント値 円板要素 再現映像 動き検出量 符号反転器 性導管 光学被写体像 一水平走査線
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1997年10月14日)のものです。
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図面 (13)

課題

電子内視鏡画像信号処理部の改良に関し、ランダムノイズを効果的に低減あるいは抑制する。

解決手段

電子内視鏡は光学的被写体像面順次方式に基づいて三原色のそれぞれの色の一フレーム分画像信号として変換するように構成された固体撮像手段と、この固体撮像手段から順次読み出される三原色のそれぞれの色の画像信号にノイズ抑制処理を施すノイズ抑制処理手段と、このノイズ抑制処理手段から順次得られるそれぞれの色の画像信号を一時的に保持するバッファ手段とを具備し、バッファ手段に三原色の全ての色の一フレーム分の画像信号が保持された際にバッファ手段から三原色の全ての画像信号を同時に出力してフルカラーの映像再現を行なうようになっている。

概要

背景

一般的に、電子内視鏡は可撓性導管からなるスコープ具備し、このスコープの先端部には固体撮像デバイス例えばCCD(charge coupled device)イメージセンサが設けられ、このCCDイメージセンサ対物レンズ系と組み合わされ、この対物レンズ系によって捉えられた光学的被写体像は固体撮像デバイスの受光面に結像させられる。また、かかるスコープ内には光ファイバー束からなる光ガイド挿通させられ、その先端部即ち遠位端の端面は電子内視鏡のスコープの先端に位置し、その他方の端部即ち近位端は光源に接続させられる。

このような電子内視鏡で用いるCCDイメージセンサ等の固体撮像デバイスの画素数は通常のものに比べて大幅に少ないので、光学的被写体像をフルカラー映像として再現するために、いわゆる面順次方式が採用される。即ち、光源と光ガイドの近位端の端面との間には例えば回転式RGBカラーフィルタが介在させられ、その光ガイドの遠位端の端面からは赤色光緑色光及び青色光が順次射出させられ、被写体像が赤色光、緑色光及び青色光でもってCCDイメージセンサの受光面に順次結像され、そこから赤色画像信号、緑色画像信号及び青色画像信号が所定の時間間隔で読み出される。次いで、三原色のそれぞれの色の画像信号は所定の画像処理を施した後にビデオ信号とされ、このビデオ信号に基づいて、カラーモニタ装置上でフルカラー映像の再現が行なわれる。

概要

電子内視鏡の画像信号処理部の改良に関し、ランダムノイズを効果的に低減あるいは抑制する。

電子内視鏡は光学的被写体像を面順次方式に基づいて三原色のそれぞれの色の一フレーム分の画像信号として変換するように構成された固体撮像手段と、この固体撮像手段から順次読み出される三原色のそれぞれの色の画像信号にノイズ抑制処理を施すノイズ抑制処理手段と、このノイズ抑制処理手段から順次得られるそれぞれの色の画像信号を一時的に保持するバッファ手段とを具備し、バッファ手段に三原色の全ての色の一フレーム分の画像信号が保持された際にバッファ手段から三原色の全ての画像信号を同時に出力してフルカラーの映像再現を行なうようになっている。

目的

従って、本発明の目的は上述したような電子内視鏡であって、上述したようなランダムノイズを効果的に低減あるいは抑制し得るように構成された電子内視鏡を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

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請求項1

光学的被写体像面順次方式に基づいて三原色のそれぞれの色の一フレーム分画像信号として変換するように構成された固体撮像手段と、この固体撮像手段から順次読み出される三原色のそれぞれの色の画像信号にノイズ抑制処理を施すノイズ抑制処理手段と、このノイズ抑制処理手段から順次得られるそれぞれの色の画像信号を一時的に保持するバッファ手段とを具備し、このバッファ手段に三原色の全ての色の一フレーム分の画像信号が保持された際に該バッファ手段から三原色の全ての画像信号を同時に出力してフルカラーの映像再現を行なうようになった電子内視鏡

請求項2

請求項1に記載の電子内視鏡において、前記ノイズ抑制処理手段が前記固体撮像手段から前回読み出された三原色のそれぞれの色の一フレーム分の画像信号を格納するメモリ手段と、前記固体撮像手段から順次読み出される三原色のそれぞれの色の画像信号と前記メモリ手段から順次出力される前回の三原色のそれぞれの色の画像信号とを合算する加算手段と、この加算手段から出力される三原色のそれぞれの色の画像信号に係数1/2 を乗じる乗算手段とを包含し、この乗算手段から出力される三原色のそれぞれの色の画像信号が前記バッファ手段に入力されることを特徴とする電子内視鏡。

請求項3

請求項1に記載の電子内視鏡において、前記ノイズ抑制処理手段がそれによって既にノイズ抑制処理を施した前回の三原色のそれぞれの色の一フレーム分の画像信号を格納するメモリ手段と、前記固体撮像手段から順次読み出される三原色のそれぞれの色の画像信号に係数α(0 <α< 1)を乗じたものと前記メモリ手段から順次出力される前回のノイズ抑制処理済みの三原色のそれぞれの色の画像信号に係数(1 -α) を乗じたものとを合算する加算手段とを包含し、この加算手段から出力される三原色のそれぞれの色の画像信号が前記バッファ手段と前記メモリ手段とに入力されることを特徴とする電子内視鏡。

請求項4

請求項3に記載の電子内視鏡において、前記ノイズ抑制処理手段が更に前記固体撮像手段に対する光学的被写体像の相対的な動き量を検出する動き検出手段を具備し、この動き検出手段がその動き検出量に基づいて係数αを変えるようになっていることを特徴とする電子内視鏡。

請求項5

請求項4記載の電子内視鏡において、前記動き検出手段による動き検出量が大きくなるにつれて、前記係数αが大きくされ、前記動き検出手段による動き検出量が小さくなるにつれて、前記係数αが小さくされることを特徴とする電子内視鏡。

請求項6

請求項4または5に記載の電子内視鏡において、前記動き検出手段が前記固体撮像手段から順次読み出された三原色のそれぞれの色の画像信号と前記メモリ手段から順次出力される前回のノイズ抑制処理済みの三原色のそれぞれの色の画像信号との差分データの絶対値の大きさに基づいて光学被写体像の動き量を評価することを特徴とする電子内視鏡。

請求項7

請求項1に記載の電子内視鏡において、前記ノイズ抑制処理手段がそれによって既にノイズ抑制処理を施した前回の三原色のそれぞれの色の一フレーム分の画像信号を格納するメモリ手段と、前記固体撮像手段から順次読み出される三原色のそれぞれの色の画像信号に係数α、β及びγ(0 <α,β, γ< 1)を乗じたものと前記メモリ手段から順次出力される前回のノイズ抑制処理済みの三原色のそれぞれの色の画像信号に係数(1 -α) 、(1 -β) 及び(1 -γ) を乗じたものとを合算する加算手段とを包含し、前記係数α、β及びγが三原色に対する人間の視覚特性に応じて変えられ、前記加算手段から出力される三原色のそれぞれの色の画像信号が前記バッファ手段と前記メモリ手段とに入力されることを特徴とする電子内視鏡。

技術分野

0001

本発明は被写体像フルカラー映像として再現する電子内視鏡に関し、一層詳しくは電子内視鏡の画像信号処理部の改良に関する。

背景技術

0002

一般的に、電子内視鏡は可撓性導管からなるスコープ具備し、このスコープの先端部には固体撮像デバイス例えばCCD(charge coupled device)イメージセンサが設けられ、このCCDイメージセンサ対物レンズ系と組み合わされ、この対物レンズ系によって捉えられた光学的被写体像は固体撮像デバイスの受光面に結像させられる。また、かかるスコープ内には光ファイバー束からなる光ガイド挿通させられ、その先端部即ち遠位端の端面は電子内視鏡のスコープの先端に位置し、その他方の端部即ち近位端は光源に接続させられる。

0003

このような電子内視鏡で用いるCCDイメージセンサ等の固体撮像デバイスの画素数は通常のものに比べて大幅に少ないので、光学的被写体像をフルカラー映像として再現するために、いわゆる面順次方式が採用される。即ち、光源と光ガイドの近位端の端面との間には例えば回転式RGBカラーフィルタが介在させられ、その光ガイドの遠位端の端面からは赤色光緑色光及び青色光が順次射出させられ、被写体像が赤色光、緑色光及び青色光でもってCCDイメージセンサの受光面に順次結像され、そこから赤色画像信号、緑色画像信号及び青色画像信号が所定の時間間隔で読み出される。次いで、三原色のそれぞれの色の画像信号は所定の画像処理を施した後にビデオ信号とされ、このビデオ信号に基づいて、カラーモニタ装置上でフルカラー映像の再現が行なわれる。

発明が解決しようとする課題

0004

さて,以上で説明したような従来の電子内視鏡では、CCDイメージセンサから読み取られる画像信号には種々の時間軸方向ランダムノイズが含まれる。例えば、患者体腔内は光ガイドの端面から射出させられる光束だけで照明されるので、CCDイメージセンサの受光面に結像される被写体像の光量が大きく変動することがあり、このような光量変動に起因するノイズ再現映像に現れる。また、CCDイメージセンサに発生する暗電流によるノイズや外部ノイズも再現映像に現れる。言うまでもなく、このようなノイズ自体はモニタ装置の短時間の観察ではそれ程問題とはならないが、しかし長時間に亘たる観察が要求される医者にとっては目の疲労が伴い、正常な診断に支障をきたすことになる。

0005

従って、本発明の目的は上述したような電子内視鏡であって、上述したようなランダムノイズを効果的に低減あるいは抑制し得るように構成された電子内視鏡を提供することである。

課題を解決するための手段

0006

本発明による電子内視鏡は光学的被写体像を面順次方式に基づいて三原色のそれぞれの色の一フレーム分の画像信号として変換するように構成された固体撮像手段と、この固体撮像手段から順次読み出される三原色のそれぞれの色の画像信号にノイズ抑制処理を施すノイズ抑制処理手段と、このノイズ抑制処理手段から順次得られるそれぞれの色の画像信号を一時的に保持するバッファ手段とを具備し、このバッファ手段に三原色の全ての色の一フレーム分の画像信号が保持された際に該バッファ手段から三原色の全ての画像信号を同時に出力してフルカラーの映像再現を行なうようになっているものである。

0007

本発明の一局面によれば、ノイズ抑制処理手段は固体撮像手段から前回読み出された三原色のそれぞれの色の一フレーム分の画像信号を格納するメモリ手段と、固体撮像手段から順次読み出される三原色のそれぞれの色の画像信号とメモリ手段から順次出力される前回の三原色のそれぞれの色の画像信号とを合算する加算手段と、この加算手段から出力される三原色のそれぞれの色の画像信号に係数1/2 を乗じる乗算手段とを包含し、この乗算手段から出力される三原色のそれぞれの色の画像信号がバッファ手段に入力されるようになっている。

0008

本発明の別の局面によれば、ノイズ抑制処理手段はそれによって既にノイズ抑制処理を施した前回の三原色のそれぞれの色の一フレーム分の画像信号を格納するメモリ手段と、固体撮像手段から順次読み出される三原色のそれぞれの色の画像信号に係数α(0 <α< 1)を乗じたものとメモリ手段から順次出力される前回のノイズ抑制処理済みの三原色のそれぞれの色の画像信号に係数(1 -α) を乗じたものとを合算する加算手段とを包含し、この加算手段から出力される三原色のそれぞれの色の画像信号がバッファ手段とメモリ手段とに入力されるようになっている。このような電子内視鏡では、ノイズ抑制処理手段は更に固体撮像手段に対する光学的被写体像の相対的な動き量を検出する動き検出手段を具備してもよく、この場合、動き検出手段はその動き検出量に基づいて係数αを変えるようになっている。通常は、動き検出手段による動き検出量が大きくなるにつれて、係数αが大きくされ、動き検出手段による動き検出量が小さくなるにつれて、係数αは小さくされる。好ましくは、動き検出手段が固体撮像手段から順次読み出された三原色のそれぞれの色の画像信号とメモリ手段から順次出力される前回のノイズ抑制処理済みの三原色のそれぞれの色の画像信号との差分データの絶対値の大きさに基づいて光学被写体像の動き量を評価するように構成される。

0009

本発明の更に別の局面によれば、ノイズ抑制処理手段はそれによって既にノイズ抑制処理を施した前回の三原色のそれぞれの色の一フレーム分の画像信号を格納するメモリ手段と、固体撮像手段から順次読み出される三原色のそれぞれの色の画像信号に係数α、β及びγ(0 <α,β, γ< 1)を乗じたものとメモリ手段から順次出力される前回のノイズ抑制処理済みの三原色のそれぞれの色の画像信号に係数(1 -α) 、(1 -β) 及び(1 -γ) を乗じたものとを合算する加算手段とを包含し、係数α、β及びγが三原色に対する人間の視覚特性に応じて変えられ、加算手段から出力される三原色のそれぞれの色の画像信号がバッファ手段とメモリ手段とに入力される。

発明を実施するための最良の形態

0010

次に、本発明による電子内視鏡の種々の実施形態について添付図面を参照して説明する。

0011

図1を参照すると、本発明による電子内視鏡の第1の実施形態がブロック図として示される。電子内視鏡は可撓性導管からなるスコープ10を具備し、このスコープ10の先端部には固体撮像デバイスとしてCCDイメージセンサ12が設けられ、このCCDイメージセンサ12は対物レンズ系(図示されない)と組み合わされ、この対物レンズ系によって捉えられた被写体像はCCDイメージセンサ12の受光面に結像させられる。

0012

また、スコープ10内には光ファイバー束からなる光ガイド14が挿通させられ、その先端部の端面はスコープ10の先端側の端面まで延び、その他方の端部は光源16に接続させられる。本実施形態では、電子内視鏡は面順次方式によるカラー映像を再現し得るように構成され、このため光源16と光ガイド14の端面との間には回転式三原色カラーフィルタとして回転式RGBカラーフィルタ18と集光光学レンズ19とが介在させられ、光源16からの光は適当な集光光学レンズ系によって光ガイド14の端面に集光させられる。回転式RGBカラーフィルタ18が所定の回転周波数例えば25Hz(PAL方式) 或いは30Hz(NTSC方式)で回転させられると、被写体は赤色光、緑色光及び青色光によって順次照明される。

0013

回転式RGBカラーフィルタ18は円板要素からなり、この円板要素はその中心から外周に向かって6つのセクタ領域に分割され、それらセクタ領域のうちの1つ置きの3つのセクタ領域は遮光領域とされ、その他の3つのセクタ領域がそれぞれ赤色フィルタ緑色フィルタ及び青色フィルタとされる。回転式RGBカラーフィルタ18が例えば25Hzで回転させられると、その一回転に要する時間は40msとなり、各色フィルタでの照明時間はほぼ20/3msとなる。光ガイド14の先端部の端面からは赤色光(R) 、緑色光(G) 及び青色光(B) が毎40ms(1/25 sec)間にほぼ20/3msだけ順次射出させられて、被写体が赤色光(R) 、緑色光(G) 及び青色光(B) でもってCCDイメージセンサ12の受光面に順次結像される。

0014

CCDイメージセンサ12はその受光面に結像された各色の光学的被写体像を一フレーム分のアナログ画像信号に変換し、その各色の一フレーム分のアナログ画像信号は各色の照明時間(ほぼ20/3ms)に続く次の遮光時間(20/3ms)に亘ってCCDイメージセンサ12から読み出される。なお、厳密に言うと、カラーフィルタ18からのそれぞれの色の出力パワー及びCCDイメージセンサ12の分光感度特性が異なるために、赤色光(R) 、緑色光(G) 及び青色光(B) による照明時間はそれぞれ多少異なったものとされるが、しかしCCDイメージセンサ12からの各色の一フレーム分のアナログ画像信号の読出しは同じ遮光時間内で行われる。

0015

CCDイメージセンサ12からの一フレーム分のアナログ画像信号の読出しは周知のCCD駆動回路(図示されない)によって行われ、各色の一フレーム分のアナログ画像信号はCCDプロセス回路20で所定の画像処理例えばガンマ補正等を受けた後にアナログデジタル(A/D)変換器22によって一フレーム分のデジタル画像信号に順次変換される。

0016

A/D変換器22からの各色の一フレーム分のデジタル画像信号のサンプリングについては、周知のタイミングジェネレータ(図示されない)から出力されるクロックパルスによって行なわれ、またA/D変換器22からサンプリングされた各色の一フレーム分のデジタル画像信号は上述のタイミングジェネレータから出力されるクロックパルスによりフレームメモリ24に順次格納される。

0017

図2で模式的に図示すように、フレームメモリ24は三フレーム分の記憶容量、即ち一フレーム分の赤色デジタル画像信号R(1)、R(2)、R(3)…R(n)、一フレーム分の緑色デジタル画像信号G(1)、G(2)、G(3)…G(n)及び一フレーム分の青色デジタル画像信号B(1)、B(2)、B(3)…B(n)を格納する記憶容量を有する。なお、"n" は一フレーム分の総画素数を示す。フレームメモリ24に格納された各色の一フレーム分のデジタル画像信号はカラーフィルタ18の回転に伴って順次更新され、このとき前回の各色の一フレーム分のデジタル画像信号がフレームメモリ24から読み出されて加算器26に対して出力される。即ち、例えば、A/D変換器22からサンプリングされた赤色の一フレーム分のデジタル画像信号R(1)、R(2)、R(3)…R(n)がフレームメモリ24に順次書き込まれるとき、フレームメモリ24からは前回の一フレーム分のデジタル画像信号R(1)、R(2)、R(3)…R(n)が順次読み出されて加算器26に対して出力される。

0018

なお、各色のデジタル画像信号の処理については一水平走査線単位で行なわれるので、フレームメモリ24からの一画素信号の読出しとそこへの対応一画素信号の書込みとの間には一水平走査線分の画像信号の処理時間(数十マイクロ秒)の遅れがあり、このためフレームメモリ24からの画像信号の読出しは常に保証され得る。

0019

一方、図1から明らかなように、A/D変換器22からサンプリングされた各色の一フレーム分のデジタル画像信号は直接加算器26にも出力される。即ち、加算器26では、今回の各色の一フレーム分のデジタル画像信号と前回の各色の一フレーム分のデジタル画像信号とが合算される。このようにして合算されたデジタル画像信号は乗算器28に入力され、そこで係数1/2 が乗ぜられ、これにより前回の各色の一フレーム分のデジタル画像信号に含まれるランダムノイズと今回の各色の一フレーム分のデジタル画像信号に含まれるランダムノイズとが互いに打ち消されて、ランダムノイズの抑えられた一フレーム分のデジタル画像信号が得られる。

0020

図3には上述したランダムノイズの抑制が模式的に図示される。同図から明らかなように、今回の一フレーム分のデジタル画像信号にも前回の一フレーム分のデジタル画像信号にもランダムノイズが含まれていても、双方のデジタル画像信号を合算して係数1/2 を乗ずることにより得られた一フレーム分のデジタル画像信号からはランダムノイズが抑えられることになる。

0021

乗算器28から出力される各色の一フレーム分のデジタル画像信号、即ちランダムノイズの抑えられた各色の一フレーム分のデジタル画像信号はRGBフレームバッファ30に一時的に保持される。RGBフレームバッファ30から出力される各色のデジタル画像信号はデジタル/アナログ(D/A)変換器32によってアナログ画像信号に戻されて低域フィルタLPF)34を経た後に増幅器AMP)36で増幅されてTVモニタ装置38に出力され、そのTVモニタ装置38の表示画面上で、ランダムノイズの抑えられた三原色の画像信号に基づいてフルカラー映像の再現が行われる。

0022

なお、フルカラー映像の再現のためにインターレース走査方式及びノンインターレース走査方式のいずれも採用することが可能であり、映像再現時、そのいずれかの走査方式に応じてRGBフレームバッファ30から各色の画像信号が読み出される。

0023

図4を参照すると、本発明による電子内視鏡の第2の実施形態が示され、同図には図1のブロック図と異なった部分だけが図示されている。即ち、第2の実施形態の全体ブロック図は図4に示した部分を除けば図1のブロック図と同様なものである。

0024

第2の実施形態では、A/D変換器22の出力側は乗算器40を介して加算器42に接続され、この加算器42の出力側はRGBフレームバッファ30に接続される。また、加算器42の出力側はフレームメモリ44にも接続され、このフレームメモリ44の出力側は乗算器46を介して加算器42に接続される。なお、フレームメモリ44自体は図2に示したフレームメモリ24と実質的に同じものである。

0025

第2の実施形態においては、A/D変換器22からサンプリングされた各色の一フレーム分のデジタル画像信号は先ず乗算器40に入力され、そこで係数α(0<α< 1)で乗ぜられた後に加算器42に出力される。一方、フレームメモリ44から出力された前回の各色の一フレーム分のデジタル画像信号が乗算器46に入力され、そこで係数(1 -α) で乗ぜられた後に加算器42に出力される。かくして、加算器42では、今回の各色の一フレーム分のデジタル画像信号の一部(係数α倍されたもの)と前回の各色の一フレーム分のデジタル画像信号の一部(係数 (1 - α) 倍されたもの)とが合算されて、各色の一フレーム分のデジタル画像信号が得られるが、そのデジタル画像信号はランダムノイズの抑えられたものとなる。

0026

図5には以上に述べたような第2の実施形態によるランダムノイズの抑制が模式的に図示されている。同図から明らかなように、今回の各色の一フレーム分のデジタル画像信号と前回のランダムノイズの抑えられた各色の一フレーム分のデジタル画像信号とには係数α(0 <α< 1)と係数 (1 - α) がそれぞれ乗ぜられ、その後に双方のデジタル画像信号が合算させられて、今回のランダムノイズの抑えられた各色の一フレーム分のデジタル画像信号が得られる。今回のランダムノイズの抑えられた各色の一フレーム分のデジタル画像信号は一フレーム分遅延して次回の各色の一フレーム分のデジタル画像信号からランダムノイズを排除するために用いられる。

0027

加算器42から出力される各色の一フレーム分のデジタル画像信号、即ちランダムノイズの抑えられた各色の一フレーム分のデジタル画像信号はRGBフレームバッファ30に一時的に保持され、それら各色のデジタル画像信号に基づいてフルカラー映像の再現がTVモニタ装置で行なわれることは上述した第1の実施形態の場合と同様である。

0028

第2の実施形態では、第1の実施形態とは異なって、前回のランダムノイズの抑えられた各色の一フレーム分のデジタル画像信号に係数(1 - α) を乗じたものと今回の各色の一フレーム分のデジタル画像信号に係数α(0 <α< 1)を乗じたものとが合算されるので、ランダムノイズの抑制効果は第1の実施形態の場合に比べて改良され得る。また、第2の実施形態では、今回の各色の一フレーム分のデジタル画像信号(即ち、ランダムノイズを多く含み得る)の乗じるべき係数αを小さくすればする程、S/N比は改善されるが、しかし前回の一フレーム分のデジタル画像信号と今回の一フレーム分のデジタル画像信号との間に相関関係成立しない場合、例えば被写体像に大きな動きのあるような場合には、再現映像に残像現象が発生してその画質劣化させることになるので、このようなファクタを考慮してかかる係数αの値を設定することが重要である。

0029

図6には図4に示したブロック図の等価ブロック図が示される。両図の比較から明らかなように、図6の等価ブロック図では、乗算器46の代わりに符合反転器48が使用され、またA/D変換器22と乗算器40との間には加算器50が追加される。フレームメモリ44から出力された前回のランダムノイズの抑えられた各色の一フレーム分のデジタル画像信号は符合反転器48によって負の画像信号とされた後に加算器50に出力される。一方、A/D変換器22からサンプリングされた今回の各色の一フレーム分のデジタル画像信号は加算器50に出力され、そこで上述の負のデジタル画像信号と合算される。即ち、加算器50では、各色のデジタル画像信号について差分データが得られる。各色の差分データは乗算器40でα倍された後に加算器42に出力され、一方加算器42にはフレームメモリ44から前回のランダムノイズの抑えられた各色の一フレーム分のデジタル画像信号も出力され、これにより加算器42で得られる各色の一フレーム分のデジタル画像信号は図4の加算器42で得られたものと同じとなる。

0030

詳しく述べると、A/D変換器22からサンプリングされた一フレーム分のデジタル画像信号を F(n) とし、このデジタル画像信号 F(n) からランダムノイズを抑制して得られる一フレーム分のデジタル画像信号をF'(n) とすると、図4に示したブロック図では、双方の画像信号F(n) 及びF'(n) 間には以下ような関係が成り立つ。即ち、
F'(n) = α F(n) + (1 -α) F'(n-1) … (1)
一方、図6に示したブロック図では、上述した双方のデジタル画像信号 F(n) 及びF'(n) 間には以下ような関係が成り立つ。即ち、
F'(n) = α(F(n) - F'(n-1) ) + F'(n-1) … (2)
式(1) を“α”で括ると式(2) に等しいことが分かる。要するに、図4のブロック図と図5のブロック図とは互いに等価なものである。

0031

図4のブロック図では、積算器40及び46の合計2個が必要であるのに対して、図6のブロック図では、積算器40の1つだけが必要とされる。一方、図4のブロック図では、加算器42の1つだけが必要であるのに対して、図6のブロック図では、加算器42及び50の合計2つが必要である。しかしながら、一般的に、積算器の実際の回路構成は加算器及び符合反転器に比べて相当に複雑なものとなるので、図6のブロック図に基づいて構成される回路製造コスト図4のブロック図に基づいて構成される回路の製造コストに比べると大幅に低く抑えることができる。

0032

図7を参照すると、本発明による第3の実施形態が図示され、同図にも図1のブロック図と異なった部分だけが示される。即ち、第3の実施形態の全体ブロック図は図7に示した部分を除けば図1のものと同様である。一方、図7のブロック図は図6に示したブロック図と類似したものであり、第3の実施形態は第2の実施形態(図5及び図6)の変形例と言うことができる。

0033

上述したように、図6のブロック図では、加算器50で得られる各色の差分データに対して共通の乗算器40が使用され、しかも各色の差分データには同じ係数αが乗じられる。しかしながら、図7のブロック図では、図6の積算器40の代わりに、係数α(0 <α< 1)を持つ積算器40Rと、係数β(0 <β< 1)を持つ積算器40Gと、係数γ(0 <γ< 1)を持つ積算器40Bとが使用され、しかもこれら積算器40R、40G及び40Bの両側にはスイッチ回路51及び52が設けられる。

0034

赤色の差分データが加算器50から出力されるとき、スイッチ回路51は加算器50の出力側を積算器40Rの入力側に接続させるように作動させられ、かつスイッチ回路52は積算器40Rの出力側を加算器42の入力側に接続させるように作動させられ、これにより赤色の差分データには係数αが乗ぜられる。また、緑色の差分データが加算器50から出力されるとき、スイッチ回路51は加算器50の出力側を積算器40Gの入力側に接続させるように作動させられ、かつスイッチ回路52は積算器40Gの出力側を加算器42の入力側に接続させるように作動させられ、これにより緑色の差分データには係数βが乗ぜられる。同様に、青色の差分データが加算器50から出力されるとき、スイッチ回路51は加算器50の出力側を積算器40Bの入力側に接続させるように作動させられ、かつスイッチ回路52は積算器40Bの出力側を加算器42の入力側に接続させるように作動させられ、これにより青色の差分データには係数γが乗ぜられる。なお、スイッチ回路51及び52の切換作動は上述したタイミングジェネレータによって制御される。

0035

周知のように、赤色光、緑色光及び青色光の三原色のうち人間にとって最も感度の大きいのは緑色光であり、次いで赤色光、青色光の順となる。従って、第3の実施形態にあっては、緑色差分データ用の積算器40Gの係数βの値を一番大きくし、一方青色差分データ用の積算器40Bの係数γの値を一番小さく、赤色差分データ用の積算器40Rの係数βの値を中間値とする。このような第3の実施形態にあっては、ランダムノイズ抑制効果が得られるだけでなく残像現象のような画質劣化も改善され得る。

0036

図8を参照すると、本発明による電子内視鏡の第4の実施形態が図示され、同図にも図1のブロック図と異なった部分だけが示される。即ち、第4の実施形態の全体ブロック図は図8に示した部分を除けば図1のものと同様である。一方、図8のブロック図は図6に示したブロック図と類似したものであり、図8のブロック図では、乗算器40の係数αの値が動き検出回路54によって可変である点を除けば、図8のブロック図は図6のものと実質的に同じである。

0037

動き検出回路54は加算器50から出力される各色の差分データを評価して被写体像の動きの程度を検出するものである。被写体像の動きが小さく静止画像に近い場合、即ち前回の各色の一フレーム分のデジタル画像信号と今回の各色の一フレーム分のデジタル画像信号との間に緊密な相関関係がある場合、乗算器40の係数αの値が小さくされ、これによりランダムノイズ抑制効果が一層高められる。一方、被写体像の動きが大きい場合、即ち前回の各色の一フレーム分のデジタル画像信号と今回の各色の一フレーム分のデジタル画像信号との間の相関関係が大きく崩れた場合、乗算器40の係数αの値が大きくされ、これにより再現映像での残像が抑えられて画質向上が図られる。

0038

図9には動き検出回路54が具体的に示され、この動き検出回路54はルックアップテーブル(LUT)56を具備し、このLUT56の入力側は加算器50出力側に接続される。LUT56には加算器50からの赤色の差分データΔR(n)、緑色の差分データΔG(n)及び青色の差分データΔB(n)が順次入力される。例えば、一画素のデジタル画像信号が8ビットであるとすると、一画素のデジタル画像信号の値としては、0 から255 までの256 通りの値がある。一方、一画素のデジタル画像信号が8ビットであるとき、その差分データも8ビットとなるが、差分データの場合には正負があるので、差分データの値としては、-255から+255までの511 通りの値がある。何れにしても、差分データの絶対値が大きいことは被写体像の動きが大きいことを意味し、また差分データの絶対値が小さいことは被写体像の動きが小さいことを意味する。

0039

LUT56はそこに入力される差分データの絶対値を得るためのものであり、LUT56への入力値とそこからの出力値との関係については図10グラフに示される。同グラフから明らかなように、例えば、+255の値を持つ差分データがLUT56に入力されると、その出力データの値は絶対値として255 となり、一方-255の値を持つ差分データがLUT56に入力されても、その出力データの値は絶対値として255 となる。

0040

また、動き検出回路54はLUT56の出力側に接続された比較器58を具備し、この比較器58はLUT56からの出力データの値を所定の閾値に基づいて二値化する。かかる閾値は例えば128 とされ、LUT56からの出力データの値が128 以上であれば、比較器58からは"1" が出力され、またLUT56からの出力データの値が128 未満であれば、比較器からは"0" が出力される。

0041

更に、動き検出回路54は比較器58出力側に接続されたカウンタ60と、このカウンタ60の出力側に接続されルックアップテーブル(LUT)62とを具備する。カウンタ60は比較器58から出力される値"1" の数をカウントして、その総カウント値をLUT62に出力する。カウンタ60から得られる総カウント値は被写体像の動きの程度を表し、総カウント値が大きければ大きい程、被写体像の動きは大きく、また総カウント値が小さければ小さい程、被写体像の動きは小さいものとなる。LUT62はそこに入力された総カウント値の大きさに応じて係数αを乗算器40(図8)に出力する。

0042

LUT62への入力データ(上述の総カウント数)とそこからの出力値(係数α)との関係については図11のグラフに示される。同グラフから明らかなように、LUT62への入力データが大きくなるにつれて、そこから出力される係数αも段階的に増大する。かくして、被写体像の動きが小さい場合には、効果的なランダムノイズ抑制が行われ、一方被写体像の動きが大きい場合には、再現映像での残像が抑えられて画質向上が図られる。なお、図11のグラフでは、LUT62への入力データが大きくなるにつれて、そこから出力される係数αが段階的に増大されているが、しかし係数αの増大化については直線的あるいは曲線的な特性を持つものであってもよい。

0043

図9に示したLUT56の代わりに、図12のグラフに示すような入力値と出力値との関係を持つLUTを用いることも可能であり、この場合には図9の比較器58は必要とされない。というのは、図12に示すようなLUTにあっては、差分データの絶対値化と共に二値化も行われるからである。即ち、差分データの値が-128以下のときには、出力値は"1" とされ、差分データの値が-128から+128の範囲内のときには、出力値は"0" とされ、差分データの値が+128以上のときには、出力値は"1" とされるからである。

0044

上述の実施形態では、フルカラー映像を再現するために三原色光として赤色光、緑色光及び青色光が用いられたが、しかし別の三原色光として、イエロー光マゼンタ光及びシアン光を用いることも可能である。

発明の効果

0045

以上の記載から明らかように、本発明によれば、電子内視鏡によって得られる再現映像において、ランダムノイズが抑制されるので、長時間に亘たる観察であっても医者の眼性疲労は軽減され、正常な診断を発揮し得るという効果が得られる。また、動きのある被写体像であっても再現映像の画質を劣化させることなく、ランダムノイズ抑制を効果的に行うことができる。

図面の簡単な説明

0046

図1本発明による電子内視鏡の第1の実施形態を示すブロック図である。
図2図1に示したフレームメモリの概略模式図である。
図3図1に示した電子内視鏡によるランダムノイズ抑制効果を説明するための模式図である。
図4本発明による電子内視鏡の第2の実施形態を部分的に示す部分ブロック図である。
図5図4に示した電子内視鏡によるランダムノイズ抑制効果を説明するための模式図である。
図6図4に示したブロック図の等価ブロック図である。
図7本発明による電子内視鏡の第3の実施形態を部分的に示す部分ブロック図である。
図8本発明による電子内視鏡の第4の実施形態を部分的に示す部分ブロック図である。
図9図8に示した動き検出回路の詳細図である。
図10図9に示した差分データ用ルックアップテーブルへの入力値とそこからの出力値との関係を示すグラフである。
図11図9に示した動きデータ評価用ルックアップテーブルへの入力値とそこからの出力値との関係を示すグラフである。
図12図9に示した差分データ用ルックアップテーブルとは異なったタイプのルックアップテーブルへの入力値とそこからの出力値との関係を示すグラフである。

--

0047

10スコープ
12CCDイメージセンサ
14光ガイド
16光源
18回転式RGBカラーフィルタ
19集光光学レンズ
20 CCDプロセス回路
22アナログ/デジタル(A/D)変換器
24フレームメモリ
26加算器
28乗算器
30 RGBフレームバッファ
32 デジタル/アナログ(D/A)変換器
34低域フィルタ(LPF)
36増幅器(AMP)
38TVモニタ装置
40・40R・40G・40B 乗算器
42 加算器
44 フレームメモリ
46 乗算器
48符号反転器
50 加算器
51・52スイッチ回路
54動き検出回路
56ルックアップテーブル
58比較器
60カウンタ
62 ルックアップテーブル

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