JP3790911B2 - 電子内視鏡装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子を駆動して被写体像の光電変換を行う撮像手段を備えた電子内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、体腔内等の観察部位に挿入部を挿入し、ライトガイドファイバ束等の照明光伝送手段により照明光を伝送して挿入部先端より観察部位に照射することで、観察部位の像を得て、観察部位の観察及び処置を行う内視鏡装置が広く普及している。
【０００３】
この内視鏡装置の一つに、挿入部の先端に固体撮像素子、例えばＣＣＤを配設し、観察部位の像を対物光学系で撮像面に結像させて電気信号に変換し、この電気信号を信号処理することでモニタ等に観察部位の画像を表示させたり、情報記録装置等に画像データとして記憶させることのできる電子内視鏡装置がある。
【０００４】
本出願人は例えば特願平８−１３３６３１号において、２線読み出しＣＣＤを備えた内視鏡が接続可能な電子内視鏡装置を提案している。この２線読み出しＣＣＤは、駆動周波数を低くするために水平転送レジスタを２本有し、水平方向の奇数番目に位置する信号電荷と水平方向の偶数番目に位置する信号電荷とを別々の水平転送レジスタにて同時に転送し、１水平転送期間内に２ラインの水平転送レジスタから奇数番目の信号電荷と偶数番目の信号電荷とを別々に読み出すものである。この構成のＣＣＤにおいては、信号電荷を電圧に変換するＦＤＡ（フローティングディフュージョンアンプ）等の出力系にゲインばらつきを有すると、そのばらつきが水平転送レジスタ間の出力信号のレベル差ばらつき、つまり奇数番目と偶数番目との出力信号のレベル差ばらつきとなってしまう。この出力レベル差はモニタ上の内視鏡画像に縦縞となって現れるため、画質劣化の原因となっている。
【０００５】
従って、この出力レベル差を補正するために、従来はアナログ回路上に設けたトリマ抵抗にて、アンプゲインを調整してレベルばらつきの補正を行っていた。また、信号処理回路にて縦縞の繰り返しの周波数を減衰させるフィルタ処理を行い、縦縞の発生を解消することも行われていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電子内視鏡装置では、ＣＣＤの出力レベル差に個体間ばらつきが生じると、信号処理回路において出力信号のレベル差が生じてしまう。また、信号処理回路にてフィルタ処理を行うことにより、周波数特性の高域部分に特性の劣化を生じ、出力画像の解像度の低下を招いてしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、補正のための回路を追加することなく、固体撮像素子の個体間及びチャンネル間のレベル差の補正を確実に行うことができ、かつ出力画像の画質劣化を防ぐことが可能な電子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】
本発明による電子内視鏡装置は、複数チャンネル読み出し型の固体撮像素子を備えた内視鏡を着脱自在に接続し、前記固体撮像素子で得られた映像信号の信号処理を行う信号処理回路を有する電子内視鏡装置において、前記固体撮像素子より読み出された複数系統の映像信号をそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記複数系統のデジタル映像信号の値をそれぞれ調整するレベル調整手段と、前記複数系統のデジタル映像信号における所定要素の値に基づき前記レベル調整手段の調整量をそれぞれ独立に制御する制御手段と、を備えたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１ないし図６は本発明の第１実施形態に係り、図１は電子内視鏡装置の映像信号処理系の構成を示すブロック図、図２はクランプ回路の動作波形を示す波形図、図３はＯＢクランプ回路の構成を示すブロック図、図４はＣＣＤにおけるＯＢ部のサブサンプリングを示す説明図、図５はＣＣＤにおける映像部のサブサンプリングを示す説明図、図６はＯＢクランプ回路の動作波形を示す波形図である。
【００１０】
図１に示すように本実施形態の電子内視鏡装置１は、先端に固体撮像素子を備え体腔内等を観察する内視鏡２と、この内視鏡２からの出力信号を電気的に処理するためのカメラコントロールユニット（以下、ＣＣＵと記載する）３と、観察部位を照明するためのＲ，Ｇ，Ｂの面順次照明光を内視鏡２に設けられた図示しないライトガイドに供給する図示しない光源装置と、ＣＣＵ３からの標準フォーマットのテレビジョン信号を画像表示するための図示しないモニタとを有して構成されている。
【００１１】
内視鏡２は、ＣＣＵ３に対して着脱自在に接続され、先端に固体撮像素子としてのＣＣＤ４を有しており、光源装置からライトガイドを通じて観察部位に照射されるＲ，Ｇ，Ｂの面順次照明光に応じた被写体像を電気信号に変換し、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分の信号を得るようになっている。
【００１２】
また、内視鏡２にはスコープ種類を判別するためのスコープＩＤ信号を出力するスコープＩＤ回路５が設けられ、搭載したＣＣＤ４の種類に応じたスコープＩＤ信号がＣＣＵ３に送られるようになっている。ＣＣＤ４には画素数の異なる複数種が存在し、電子内視鏡装置ではこれら複数種のＣＣＤ４を搭載した複数種の内視鏡２がＣＣＵ３に接続されて用いられる。
【００１３】
スコープＩＤ回路５は、ＣＣＵ３の患者回路と２次回路との間を絶縁状態で信号伝送するフォトカプラ３５に接続され、スコープＩＤ回路５からのスコープＩＤ信号がフォトカプラ３５を介して２次回路側のＣＰＵ３４に送られる。ＣＰＵ３４には、ＲＯＭ３３と、フォトカプラ２９を介して患者回路側のＲＯＭ２７とが接続されており、ＣＰＵ３４は前記スコープＩＤ信号を基にＣＣＤの種類を判別し、ＣＣＤ判別信号を２次回路側のＲＯＭ３３と患者回路側のＲＯＭ２７に送る。
【００１４】
ＣＣＵ３の患者回路側には、ＲＯＭ２７，同期信号発生回路（以下、ＳＳＧと記載する）２６，水晶発振器（以下、ＣＸＯと記載する）２８，ＣＣＤドライブ回路（ＤＲＶ）２５が設けられ、ＳＳＧ２６の出力を基にＣＣＤドライブ回路２５によりＣＣＤ４の種類に応じたＣＣＤ駆動信号が生成されるようになっている。２次回路側には、ＲＯＭ３３，ＳＳＧ３２，可変水晶発振器（以下、ＶＣＸＯと記載する）３１，位相同期回路（以下、ＰＬＬと記載する）３０が設けられ、ＰＬＬ３０で患者回路側と２次回路側との位相同期がとられた状態でＳＳＧ３２により信号処理用の各種タイミング信号が生成されるようになっている。
【００１５】
ＳＳＧ２６，ＳＳＧ３２は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array ）にて構成される同期信号発生回路であり、ＣＰＵ３４からのＣＣＤ判別信号により選択されるＲＯＭ２７，ＲＯＭ３３内のＦＰＧＡのプログラムデータによってそれぞれＣＣＤの種類に応じた内部回路配線が定義される。
【００１６】
ＳＳＧ２６はＣＸＯ２８からのクロックにより駆動タイミング信号を発生し、ＣＣＤドライブ回路２５はこの駆動タイミング信号を基にＣＣＤ駆動信号を生成してＣＣＤ４に対して供給する。ＳＳＧ３２はＶＣＸＯ３１からのクロックにより信号処理用の各種タイミング信号を発生し、ＣＣＵ３の２次回路側の各回路ブロックに供給する。
【００１７】
内視鏡２の先端に配置されたＣＣＤ４は、複数系統例えば２系統の水平転送レジスタを有する複数チャンネル例えば２チャンネル読み出し型のものであり、ＣＣＤ駆動信号に基づいて被写体像を電気信号に変換し、水平方向の奇数画素目を一方の水平転送レジスタ、偶数画素目を他方の水平転送レジスタからそれぞれ出力する。この２系統のＣＣＤ出力信号は、ＣＣＵ３に設けられた同一の２系統の信号処理回路にて処理される。なお、このＣＣＤ出力信号は、Ｒ，Ｇ，Ｂの面順次照明光により得られた各色成分の信号となっており、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分の信号が時系列的にＣＣＵ３に送られる。
【００１８】
ＣＣＵ３には、２系統の信号処理回路として、プリアンプ６ａ，６ｂ、アンプ８ａ，８ｂ、ＣＤＳ回路９ａ，９ｂ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０ａ，１０ｂ、クランプ回路１１ａ，１１ｂ、Ａ／Ｄ変換器１２ａ，１２ｂ、ＯＢクランプ回路１３ａ，１３ｂ、デジタル乗算器１４ａ，１４ｂ、ラインメモリ１５ａ，１５ｂが設けられ、患者回路側のプリアンプ６ａ，６ｂと２次回路側のアンプ８ａ，８ｂとがアイソレーショントランス７ａ，７ｂにより絶縁されている。
【００１９】
２系統のＣＣＤ出力信号は、患者回路側のプリアンプ６ａ，６ｂにより増幅され、アイソレーショントランス７ａ，７ｂを介して２次回路側のアンプ８ａ，８ｂに送られて増幅される。一方のアンプ８ｂの出力はＰＬＬ３０にも送られ、ＰＬＬ３０によって２次回路側のＶＣＸＯ３１が発生するクロックと患者回路側のＣＸＯ２８が発生するクロックとの間で位相同期が掛けられる。アンプ８ａ，８ｂの出力はＣＤＳ回路９ａ，９ｂによりベースバンド帯域に変換され、ローパスフィルタ１０ａ，１０ｂでナイキスト周波数以上の周波数成分が除去される。
【００２０】
ローパスフィルタ１０ａ，１０ｂの出力はクランプ回路１１ａ，１１ｂによりアナログクランプされた後、Ａ／Ｄ変換器１２ａ，１２ｂによりデジタル映像信号に変換される。デジタル映像信号はＯＢクランプ回路１３ａ，１３ｂによりデジタルクランプされ、後段のレベル調整手段としてのデジタル乗算器１４ａ，１４ｂによってＣＰＵ３４から送られる乗算係数を基に映像信号のホワイトバランス補正が行われる。デジタル乗算器１４ａ，１４ｂの出力はラインメモリ１５ａ，１５ｂに同時に書き込まれて交互に読み出され、これによって、２系統のデジタル映像信号における奇数画素目の水平転送レジスタ出力と偶数画素目の水平転送レジスタ出力が元の順序に並べ替えられ、１系統のデジタル映像信号として出力される。
【００２１】
ラインメモリ１５ａ，１５ｂの後段には、輪郭強調回路１６、拡大処理回路１７、同時化メモリ１８、リニアマトリクス回路１９、ガンマ（γ）補正回路２０、動画メモリ２１、静止画メモリ２２、Ｄ／Ａ変換器２３、７５Ωドライブ回路（７５ΩＤＲＶ）２４が設けられ、標準フォーマットのテレビジョン信号としてモニタに出力されるようになっている。
【００２２】
前記ラインメモリ１５ａ，１５ｂの出力のデジタル映像信号は、輪郭強調回路１６により輪郭成分の強調が行われ、拡大処理回路１７でモニタ上に表示される内視鏡画像の大きさに応じた拡大率で電子拡大処理が行われる。同時化メモリ１８には、拡大処理回路１７から出力されるＲ，Ｇ，Ｂの各色成分の面順次デジタル映像信号が時系列的に書き込まれ、Ｒ，Ｇ，Ｂの同時化信号として読み出される。同時化メモリ１８の出力はリニアマトリクス回路１９により色変換が行われ、ガンマ補正回路２０によりガンマ補正がなされる。ガンマ補正回路２０の出力は動画メモリ２１，静止画メモリ２２を通してＤ／Ａ変換器２３に送られてアナログ映像信号に変換される。Ｄ／Ａ変換器２３によってアナログＲ，Ｇ，Ｂ信号に変換された映像信号は７５Ωドライブ回路２４を通してインピーダンスマッチングがとられた後、図示しないモニタに送られる。
【００２３】
次に、このように構成された本実施形態の電子内視鏡装置１における主要部の作用を説明する。
【００２４】
図２はクランプ回路１１ａ，１１ｂの動作波形の状態を示したものである。図２において、基準電圧Ｖref のトップ及びボトムは、後段のＡ／Ｄ変換器１２ａ，１２ｂのリファレンス電圧のトップ及びボトムである。クランプ回路１１ａ，１１ｂにおけるアナログのクランプ電位は、図中破線で示すようにＡ／Ｄ変換器１２ａ，１２ｂのリファレンス電圧のボトムより高く設定している。このクランプ電位が映像信号のＯＢレベル（ＣＣＤのＯＢ部の出力レベル）となっている。従って、クランプ回路１１ａ，１１ｂにより、ローパスフィルタ１０ａ，１０ｂの出力信号は映像信号のＯＢレベルが設定されたクランプ電位にクランプされる。
【００２５】
一般に、光源装置内の回転フィルタに装着されているＲ，Ｇ，Ｂフィルタは、各色成分の透過率が異なるため、図２に示すようにＣＣＤ出力信号はＲ，Ｇ，Ｂの各色成分に振幅の差を生じてしまう。また、原色の被写体を撮像した場合も同様である。このようなＣＣＤ出力信号の各色成分の振幅が大きく異なるような場合、クランプされたＯＢレベルは各色成分の信号振幅に影響を受け、ずれを生じてしまう。
【００２６】
そこで、本実施形態ではＯＢクランプ回路１３ａ，１３ｂによって各色毎のＯＢレベルの平均値を求めてデジタル的にクランプを行うことにより、各色成分の振幅のばらつきによる影響をなくすようにする。
【００２７】
クランプ回路１１ａ，１１ｂの出力はＡ／Ｄ変換器１２ａ，１２ｂでデジタル信号に変換されてＯＢクランプ回路１３ａ，１３ｂに入力される。ＯＢクランプ回路１３ａ，１３ｂは、図３に示すように、ＯＢレベル平均手段３６、データラッチ手段３７、減算器３８、映像レベル平均手段３９を有して構成される。
【００２８】
ＯＢクランプ回路１３ａ，１３ｂでは、まずＯＢレベル平均手段３６において、図４に示すように、デジタル映像信号のＯＢ部の期間をサブサンプリングし、１画面分のＯＢレベル平均値を各色毎に算出する。図４の例のように、１００画素（Ｈ）×１００画素（Ｖ）：映像部，１０画素（Ｈ）×１００画素（Ｖ）：ＯＢ部のＣＣＤの場合、各チャンネル毎に半分の水平方向の画素数の出力がある。ここでは、４画素（Ｈ）×６４画素（Ｖ）だけＯＢ部の出力がサブサンプリングされ、各色毎にＯＢレベルの加算平均が行われる。
【００２９】
次いで、データラッチ手段３７において、前記算出された各色毎のＯＢレベル平均値がラッチタイミング信号に基づいて次の同色成分の面順次信号がＯＢクランプ回路１３ａ，１３ｂに入力するまでホールドされ、減算器３８によって、この入力された１周期後の同色成分面順次信号から前記データラッチ手段３７で保持したＯＢレベル平均値が減算される。
【００３０】
このとき、各色成分毎のＯＢレベルはＡ／Ｄ変換器１２ａ，１２ｂのリファレンス電圧のボトムに一致し、このＯＢレベルでデジタル的にクランプが行われることになる。これにより、映像信号の各色成分の振幅のばらつきに影響されないクランプが可能である。
【００３１】
図６にＯＢクランプ回路１３ａ，１３ｂの動作波形を示す。図６ではＯＢクランプ回路の入力信号及び出力信号をアナログ的に表記している。ＯＢレベル平均手段３６で入力信号の各色毎のＯＢレベルの平均値を求めてデータラッチ手段３７で各色成分出力の１周期だけＯＢレベル平均値を保持し、減算器３８で１周期後の同色成分の面順次信号からデータラッチ手段３７の出力を減算することにより、Ａ／Ｄ変換器１２ａ，１２ｂのリファレンス電圧のボトムに一致したＯＢレベルでデジタル的にクランプが行われ、出力信号として後段のデジタル乗算器１４ａ，１４ｂに送られる。
【００３２】
さらに、映像レベル平均手段３９において、図５に示すように、前記減算器３８出力（クランプ後の映像信号）の映像部の期間をサブサンプリングし、１画面分の映像信号平均値を各色毎に算出する。図５の例では、６４画素（Ｈ）×６４画素（Ｖ）だけ映像部の出力がサブサンプリングされ、各色毎に映像信号レベルの加算平均が行われる。この映像信号平均値は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色について時系列的にＣＰＵ３４に送られる。
【００３３】
図示しない操作スイッチ等によりホワイトバランス補正の指令がＣＰＵ３４に対して行われると、ＣＰＵ３４は、ＯＢクランプ回路１３ａ，１３ｂから時系列的に送られる２系統のＲ，Ｇ，Ｂの映像信号平均値を例えば８周期の期間ごとに平均し、これら各色の平均値の逆数の比を算出してホワイトバランス補正係数をそれぞれの系統毎に決定する。また、ＯＢクランプ回路１３ａの出力から算出したＧ信号の映像信号平均値と、ＯＢクランプ回路１３ｂの出力から算出したＧ信号の映像信号平均値の逆数の比を求め、チャンネル間のレベル差を補正するためのレベル差補正係数を決定する。
【００３４】
前記ＯＢクランプ回路１３ａ，１３ｂの出力は、それぞれデジタル乗算器１４ａ，１４ｂに入力され、ここでホワイトバランス補正及びチャンネル間レベル差補正のための乗算処理が行われる。デジタル乗算器１４ａ，１４ｂには、前記ＣＰＵ３４で求められたホワイトバランス補正係数及びレベル差補正係数に基づく乗算係数が与えられる。このとき、デジタル乗算器１４ａには、ＯＢクランプ回路１３ａから出力された映像信号平均値を基に算出されたホワイトバランス補正係数が乗算係数として与えられ、デジタル乗算器１４ｂには、ＯＢクランプ回路１３ｂから出力された映像信号平均値を基に算出されたホワイトバランス補正係数に２系統の映像信号平均値より算出されたレベル差補正係数を乗した値が乗算係数として与えられる。
【００３５】
このように、デジタル乗算器１４ａ，１４ｂにおいて前記乗算係数でそれぞれ乗算処理を行うことにより、２系統の映像信号の各色成分毎の平均値に応じてホワイトバランス補正を行うのと同時に、チャンネル間の映像信号の出力レベルのばらつき補正を行うことができる。
【００３６】
本実施形態では、内視鏡を付け替える毎に必ず行うホワイトバランス補正時において、２チャンネル読み出し型ＣＣＤの各チャンネル出力の所定期間内の映像信号平均レベルを算出し、一方のチャンネルの映像信号平均レベルを他方のチャンネルの映像信号平均レベルに一致させるようなレベル差補正係数を求める。またこれと同時に、各チャンネル毎のＲ，Ｇ，Ｂ各色成分の映像信号平均レベルを算出し、この結果よりホワイトバランス補正を行うためのホワイトバランス補正係数を求める。ホワイトバランス補正を行う２つのレベル調整手段のうち、一方のレベル調整手段には、一方のチャンネルの映像信号平均レベルから算出したホワイトバランス補正係数を、他方のレベル調整手段には、他方のチャンネルの映像信号平均レベルから算出したホワイトバランス補正係数にレベル差補正係数を乗じたものを入力する。これにより、ホワイトバランス補正を行うと同時に両チャンネル間のレベル差補正を行う。
【００３７】
内視鏡検査中は、内視鏡の先端部より金属製の処置具を延出させて患部の処置を行ったり、レーザー照射を行うことがある。このような場面、つまり過度の反射光が画面上に存在する画像や、スポット状の輝点が画面上に存在する画像を撮像した場合では、各画素間に入力する光量の差が大きく、２系統のＣＣＤの出力段に転送される電荷量自体に差が生じてしまう。このような状況下においてレベル差補正係数を求めると、映像信号の平均レベルが偏って正確な補正係数が求められない場合がある。また、照明光量が不足している場合では、補正係数算出時の計算誤差が大きくなり、十分な精度のチャンネル間レベル差補正を行うことができない。
【００３８】
これに対し、ホワイトバランス補正は、内部が白色のホワイトバランス補正用筒の中に内視鏡の先端を挿入し、照明光量が適正な状態のもとで一様な輝度の画像を撮像して得られた映像信号を基に行うため、２チャンネルそれぞれの所定期間内の映像信号平均値レベルは殆ど同じとなる。故に本実施形態では、ホワイトバランス補正時に、ホワイトバランス補正係数を求めると同時にレベル差補正係数を求めて、チャンネル間の映像信号の出力レベルのばらつき補正を行うようにしている。
【００３９】
以上のように第１実施形態によれば、ホワイトバランス補正を行うのと同時に各チャンネル間の出力レベル差の補正を行うことで、複数系統の出力を有するＣＣＤを使用する場合において、チャンネル間の出力レベル差を補正するための回路を特に追加する必要がなく、出力レベルの補正を確実に行うことができ、画質の向上を図ることができる。また、映像信号の比較的安定したホワイトバランス補正時の２系統の出力を利用することで、安定した精度の良い補正を行うことができる。
【００４０】
なお、本実施形態の応用例として、ホワイトバランス補正を行うデジタル乗算器の代わりに、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路や色調調整回路に用いるデジタル乗算器を用いて出力レベル差の補正を行っても良い。
【００４１】
図７ないし図９は本発明の第２実施形態に係り、図７はＣＣＵに設けられる発振回路の構成を示すブロック図、図８はＣＣＵに設けられる位相同期発振回路の構成を示すブロック図、図９は信号処理回路のローパスフィルタ周辺の部分構成を示すブロック図である。
【００４２】
第２実施形態は、図１に示した第１実施形態のＣＣＵにおいて、ＣＣＤの種類に応じて回路特性の切換えを行う部分の構成を変更したものである。具体的には、図１のＣＸＯ２８、ＰＬＬ３０及びＶＣＸＯ３１、ローパスフィルタ１０ａ，１０ｂの部分の変形例を図７ないし図９に示す。なお、他の部分に関しては第１実施形態と同様であるため、構成及び動作の説明を省略する。
【００４３】
前述したように、内視鏡２の先端に配設されるＣＣＤ４は、画素数の違いにより複数種類のものが存在する。通常画素数のＣＣＤと高解像用の多画素数のＣＣＤでは、駆動信号及び駆動周波数が異なっている。第１実施形態と同様に、内視鏡に設けられたスコープＩＤ回路５から出力されるスコープＩＤ信号に応じて、ＣＰＵ３４により搭載されたＣＣＤ４の種類が判別され、この判別結果に応じてＣＣＵ３内の回路特性が切り換えられる。
【００４４】
図７に前記ＣＸＯ２８の代わりとなる発振回路の構成を示す。発振回路１０１は、通常画素数のＣＣＤ用の駆動周波数のクロックを出力するＣＸＯ１０２と、多画素数のＣＣＤ用の駆動周波数のクロックを出力するＣＸＯ１０３とを有しており、これらのＣＸＯ１０２，１０３の電源端子にはそれぞれ出力イネーブル端子を有するレギュレータ１０４，１０５が接続されている。ＣＸＯ１０２，１０３の出力端はセレクタ１０６に接続されており、セレクタ１０６の出力がＳＳＧ２６に供給されるようになっている。
【００４５】
ＣＰＵ３４からのＣＣＤ判別結果に応じて、適宜セレクタ１０６でＣＸＯ１０２，１０３のいずれかの出力が選択され、ＣＣＤの画素数に適合した駆動用クロックがＳＳＧ２６に送られる。このとき、レギュレータ１０４，１０５の出力イネーブル端子にはＣＣＤ判別結果に基づいて制御信号が送られ、出力が選択されていない方のＣＸＯの発振出力を停止する構成となっている。
【００４６】
図８に前記ＰＬＬ３０及びＶＣＸＯ３１の代わりとなる位相同期発振回路の構成を示す。位相同期発振回路１０８は、ＣＣＤ出力信号から駆動周波数の基本波成分を抜き出すために、通常画素数のＣＣＤ駆動周波数用のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０９と、多画素数のＣＣＤ駆動周波数用のバンドパスフィルタ１１０とを有しており、これらのバンドパスフィルタ１０９，１１０の出力端はセレクタ１１１に接続されている。セレクタ１１１の出力端には位相比較器１１２，ローパスフィルタ１１３が順に接続され、ローパスフィルタ１１３の後段には、通常画素数のＣＣＤの駆動周波数と同一周波数のクロックＣＬＫ１を発生するＶＣＸＯ１１４と、多画素数のＣＣＤの駆動周波数と同一周波数のクロックＣＬＫ２を発生するＶＣＸＯ１１５とが並列に設けられている。ＶＣＸＯ１１４，１１５の出力端はセレクタ１１６に接続され、セレクタ１１６の出力がＳＳＧ３２に供給されると共に、位相比較器１１２にフィードバックされるようになっている。
【００４７】
ＣＰＵ３４からのＣＣＤ判別結果に応じて、適宜セレクタ１１１でバンドパスフィルタ１０９，１１０のいずれかの出力が選択され、ＣＣＤの画素数に適合した駆動周波数の基本波成分が位相比較器１１２の一方の入力端子に送られる。また、ＣＣＤ判別結果に応じて適宜セレクタ１１６でＶＣＸＯ１１４，１１５のいずれかの出力が選択され、ＣＣＤの画素数に適合した駆動周波数と同一周波数のクロックがＳＳＧ３２に送られると共に、位相比較器１１２の他方の入力端子にフィードバックされる。
【００４８】
図９に前記ローパスフィルタ１０ａ，１０ｂの代わりに複数のローパスフィルタを設けた信号処理回路の部分構成を示す。ＣＣＵ３の信号処理回路において、ＣＤＳ回路９ａ，９ｂの後段には、通常画素数のＣＣＤ用のローパスフィルタ１１８と、多画素数のＣＣＤ用のローパスフィルタ１１９とが設けられており、これらのローパスフィルタ１１８，１１９の出力端はセレクタ１２０に接続され、セレクタ１２０の出力端がクランプ回路１１ａ，１１ｂに接続されている。
【００４９】
ＣＰＵ３４からのＣＣＤ判別結果に応じて切り換えられるＣＣＤの駆動周波数とＡ／Ｄ変換器１２ａ，１２ｂのサンプリング周波数の違いにより、適宜セレクタ１２０でローパスフィルタ１１８，１１９のいずれかの出力が選択され、ＣＣＤの画素数に適合した駆動周波数及びナイキスト周波数に対応するフィルタ処理が行われる。
【００５０】
従って、第２実施形態によれば、異なる種類のＣＣＤが搭載されている内視鏡を使用する際に、回路特性の切換えを行う構成を最小限にすることが可能である。また、大地の電位に対してフローティングされている患者回路内に配設されている複数のＣＸＯのうち、使用していないＣＸＯの発振を止めることにより、不要輻射等のＥＭＣ性能を高めることができる。
【００５１】
第２実施形態における回路特性の切り換え動作、あるいは第１実施形態におけるＦＰＧＡにて構成された同期信号発生回路の内部回路の定義は、内視鏡着脱時のチャタリングにより異なるＣＣＤ判別結果検出がなされて誤った回路特性の切り換え及びＦＰＧＡの内部回路の誤定義を行ってしまうおそれを防ぐため、ＣＣＤ判別結果が確定された後、例えば十分に時間が経過した後に、ＣＣＤ判別結果に基づく回路特性の切り換え及びＦＰＧＡの内部回路の定義を行うことが望ましい。
【００５２】
図１０ないし図１３は本発明の第３実施形態に係り、図１０はＣＣＵ内の信号処理回路における拡大処理回路の構成を示すブロック図、図１１は映像信号の拡大処理を説明する作用説明図、図１２は垂直方向の拡大処理のタイミングチャート、図１３は水平方向の拡大処理のタイミングチャートである。
【００５３】
第３実施形態は、図１に示した第１実施形態のＣＣＵにおいて、信号処理回路における拡大処理回路１７の構成及び動作を示したものである。
【００５４】
輪郭強調回路１６から出力された映像信号は、拡大処理回路１７の入力段に設けられたフレームメモリ４０に書き込まれる。フレームメモリ４０では、後述するＲＥ１信号により映像信号が拡大率に応じて間欠的に読み出される。フレームメモリ４０から読み出された映像信号は、後段のラインメモリ４１，４２に後述するＷＥ１信号，ＷＥ２信号に応じてライン毎に振り分けて記憶される。このラインメモリ４１，４２の出力はＦＰＧＡにて構成される演算回路４３に入力される。
【００５５】
拡大処理回路１７には図示しない水平カウンタ及び垂直カウンタが存在する。垂直カウンタ出力の垂直アドレスはＲＯＭで構成されるＶＫＲＯＭ４４に、水平カウンタ出力の水平アドレスは同じＲＯＭで構成されるＨＫＲＯＭ４５に入力され、垂直アドレスに応じてＶＫＲＯＭ４４ではＷＥ信号，ＡＢＳＥＬ信号が生成され、水平アドレスに応じてＨＫＲＯＭ４５ではＲＥ信号，ＣＥ信号が生成されて出力される。ＷＥ信号，ＡＢＳＥＬ信号，ＲＥ信号は、これらの信号に基づいて演算回路４３内のフリップフロップ及び論理回路によってＲＥ１信号，ＷＥ１信号，ＷＥ２信号が生成され、ＣＥ信号は演算回路４３内の制御信号として用いられる。
【００５６】
ラインメモリ４１，４２から読み出された２系統の映像信号は、演算回路４３に入力されて内部のフリップフロップ（以下、ＦＦと記載する）４６，４７を経由した後、同じくＦＦ４８を経由したＡＢＳＥＬ信号によって、インバータ及び加算器にて構成される減算器４９のＡ端子，Ｂ端子のいずれかに選択的に入力される。減算器４９の出力結果（Ｂ−Ａ）信号及び桁上がり符号は、それぞれＦＦ５０，５１を経由して演算回路４３から一時出力される。
【００５７】
ＶＫＲＯＭ４４は、ＷＥ信号，ＡＢＳＥＬ信号を出力すると共に垂直係数アドレスＶＣを出力する。この垂直係数アドレスＶＣ及び演算回路４３から出力された（Ｂ−Ａ）信号は、それぞれＦＦ５２，５３を経由してＲＯＭで構成されたＶＲＯＭ５４にて乗算され、ＦＦ５５及び演算回路４３内のＦＦ５６を経由して加算器５７の一方の入力端に入力される。また、減算器４９のＢ端子入力信号は、時間合わせのＦＦ５８〜６１を経由して加算器５７の他方の入力端に入力される。
【００５８】
加算器５７の出力はＦＦ６２に入力され、ＦＦ６２を出力した信号はインバータ及び加算器にて構成される減算器６３のＤ端子に入力される。また、ＦＦ６２を出力した信号は、ＦＦ６４を経由したＣＥ信号による出力イネーブル端子を持つＦＦ６５で適宜ホールドされ、減算器６３のＣ端子に入力される。減算器６３の出力結果（Ｄ−Ｃ）信号及び桁上り符号は、それぞれＦＦ６６，６７を経由して演算回路４３から一時出力される。
【００５９】
ＨＫＲＯＭ４５は、ＲＥ信号，ＣＥ信号を出力すると共に水平係数アドレスＨＣを出力する。この水平係数アドレスＨＣ及び演算回路４３から出力された（Ｄ−Ｃ）信号は、それぞれＦＦ６８，６９を経由してＲＯＭで構成されたＨＲＯＭ７０にて乗算され、ＦＦ７１及び演算回路４３内のＦＦ７２を経由して加算器７３の一方の入力端に入力される。また、減算器６３のＣ端子入力信号は、時間合わせのＦＦ７４〜７７を経由して加算器７３の他方の入力端に入力される。加算器７３の出力はＦＦ７８を経由して演算器４３から出力され、同時化メモリ１８に送られる。
【００６０】
ＶＫＲＯＭ４４及びＨＫＲＯＭ４５から出力されるＷＥ信号，ＡＢＳＥＬ信号，ＲＥ信号は、演算回路４３内のＦＦ４８，７９，８０を経由した後、論理回路によって論理演算がなされ、この論理演算結果がそれぞれＲＥ１信号，ＷＥ１信号，ＷＥ２信号としてＦＦ８１，８２，８３から出力される。
【００６１】
次に、上記のように構成された拡大処理回路１７の入力段のメモリ部の動作を説明する。フレームメモリ４０に記憶された映像信号は、ＲＥ１信号に応じてフレームメモリ４０から順次読み出される。読み出された映像信号は、ＷＥ１信号，ＷＥ２信号に応じてラインメモリ４１，４２に振り分けられ、後段の垂直拡大回路部に拡大率に応じたパターンで送られる。
【００６２】
ここで、ラインメモリ４１，４２から読み出される映像信号について説明する。簡単のために４画素（Ｈ）×４画素（Ｖ）の映像信号を５画素（Ｈ）×５画素（Ｖ）に拡大する場合について述べる。本実施形態では、拡大処理として直線補間を行っており、図１１に示すように、垂直方向に直線補間を行い４画素（Ｈ）×５画素（Ｖ）に変換した後に、水平方向に直線補間を行い５画素（Ｈ）×５画素（Ｖ）に拡大する。
【００６３】
垂直方向の直線補間後の映像信号Ｙ（ｍ，ｎ）は、以下の（１）式で表すことができる。

【００６４】
ここで、垂直方向の直線補間を行うためには、あるラインの映像信号を複数回読み出す必要がある。これはフレームメモリ４０から読み出した映像信号をラインメモリ４１，４２に格納し、これらを複数回読み出すことで対応している。２個のラインメモリのうち一方には奇数ラインの映像信号が、他方には偶数ラインの映像信号が書き込まれるようにＷＥ１信号，ＷＥ２信号によって書き込み制御され、同時にこれらの信号が読み出される。
【００６５】
垂直方向に拡大した後、水平方向に直線補間して拡大を行う。水平方向の直線補間後の映像信号Ｚ（ｍ，ｎ）は、以下の（２）式で表すことができる。

【００６６】
ここで、水平方向の直線補間を行うためには、ある画素の映像信号を複数回読み出す必要がある。これはフレームメモリ４０から映像信号を読み出す際に、ＲＥ１信号を制御して信号をホールドした状態のままラインメモリ４１，４２に書き込むことで実現している。
【００６７】
次いで演算回路４３の動作を説明する。ラインメモリ４１，４２から読み出された映像信号は演算回路４３に入力され、まず垂直拡大回路部において垂直方向の拡大処理が行われる。垂直方向及び水平方向の拡大を行う直線補間は、以下の（３）式で表すことができる。
Ｙ（ｍ，ｎ）＝α×Ｘ（ｉ，ｊ）＋β×Ｘ（ｋ，ｌ） …（３）
【００６８】
ここで、
α＋β＝１ …（４）
であるから、（３）式は以下のように変形できる。

【００６９】
拡大処理回路１７内の図示しない垂直カウンタの出力は、ＲＯＭで構成されたＶＫＲＯＭ４４に入力される。このＶＫＲＯＭ４４は、垂直カウンタの出力の垂直アドレスを参照アドレスとして、垂直方向のライン位置に応じて垂直補間係数αと、ラインメモリ４１，４２へ送るＷＥ１信号，ＷＥ２信号を生成するためのＷＥ信号及びラインメモリ４１，４２のどちらの出力が奇数ラインか偶数ラインかを判別するためのＡＢＳＥＬ信号とがテーブルとして書き込まれている。また、このＶＫＲＯＭ４４内には接続される内視鏡２に搭載されたＣＣＤ４の種類に応じて前記テーブルが複数書き込まれており、第１実施形態で述べたＣＣＤ判別結果に基づくＣＣＤセレクト信号により、これらのテーブルの選択が行われる。
【００７０】
演算回路４３内部では、ラインメモリ４１，４２から読み出された映像信号の減算処理（Ｘ（ｉ，ｊ）−Ｘ（ｋ，ｌ））が行われ、この減算結果はＶＲＯＭ５４に入力される。２つのラインメモリ出力のどちらをＸ（ｉ，ｊ），Ｘ（ｋ，ｌ）に当てはめるかはＡＢＳＥＬ信号によって選択実行される。ＶＲＯＭ５４には、ＶＫＲＯＭ４４から出力されるコード化された垂直補間係数αと映像信号の減算結果との乗算を行うテーブルが書き込まれている。ＶＲＯＭ５４の出力は、演算回路４３に戻され、時間合わせのため遅延されたＸ（ｋ，ｌ）と加算され垂直方向の拡大処理が行われる。
【００７１】
図１２に垂直拡大回路部のタイミングチャートを示す。ここでは垂直方向に４／３倍の拡大を行う場合を示している。
【００７２】
ＶＫＲＯＭ４４に入力される垂直アドレスに応じて、ＷＥ信号，ＡＢＳＥＬ信号が出力され、これらの信号を基にＷＥ１信号，ＷＥ２信号が生成される。このＷＥ１信号，ＷＥ２信号に応じてラインメモリ４１，４２に映像信号が書き込まれ、１ライン遅延した後に出力される。このラインメモリ４１，４２の出力信号を基に、垂直拡大回路部において上記数式で示される直線補間が行われる。
【００７３】
垂直拡大回路部において垂直方向に拡大された映像信号は、次いで水平拡大回路部において水平方向の拡大処理が行われる。
【００７４】
拡大処理回路１７内の図示しない水平カウンタの出力は、ＲＯＭで構成されたＨＫＲＯＭ４５に入力される。このＨＫＲＯＭ４５は、水平カウンタの出力の水平アドレスを参照アドレスとして、水平方向の画素の位置に応じて水平補間係数α′と、フレームメモリ４０へ送るＲＥ１信号を生成するためのＲＥ信号及び水平方向に映像信号をホールドするためのＣＥ信号とがテーブルとして書き込まれている。また、このＨＫＲＯＭ４５内には接続される内視鏡２に搭載されたＣＣＤ４の種類に応じて前記テーブルが複数書き込まれており、ＣＣＤ判別結果に基づくＣＣＤセレクト信号により、これらのテーブルの選択が行われる。
【００７５】
演算回路４３内部では、垂直方向拡大後の映像信号Ｙ（ｍ，ｎ）の減算処理（Ｙ（ｉ，ｊ）−Ｙ（ｋ，ｌ））が行われ、この減算結果はＨＲＯＭ７０に入力される。垂直方向拡大後の映像信号は、フレームメモリ４０から読み出される時点で、ある画素の信号はホールドされ複数回読み出された形になっている。この読み出しのタイミングに応じて、減算結果をＣＥ信号で更新する。ＨＲＯＭ７０には、ＨＫＲＯＭ４５から出力されるコード化された水平補間係数α′と映像信号の減算結果との乗算を行うテーブルが書き込まれている。ＨＲＯＭ７０の出力は、演算回路４３に戻され、時間合わせのため遅延されたＹ（ｋ，ｌ）と加算され水平方向の拡大処理が行われる。
【００７６】
図１３に水平拡大回路部のタイミングチャートを示す。ここでは水平方向に１３／１０倍の拡大を行う場合を示している。
【００７７】
ＨＫＲＯＭ４５に入力される水平アドレスに応じて、ＲＥ信号，ＣＥ信号が出力され、これらの信号とＡＢＳＥＬ信号を基にＲＥ１信号が生成される。このＲＥ１信号に応じてフィールドメモリ４０から映像信号が読み出され、ラインメモリ４１，４２で１ライン遅延した後に出力され、垂直拡大回路部により垂直方向に拡大された後に水平拡大回路部に送られる。またこの垂直方向に拡大された映像信号は、ＣＥ信号による出力イネーブル端子を持つＦＦ６５に送られる。前記垂直方向に拡大された映像信号とＣＥ信号により出力制御されるＦＦ６５の出力信号を基に、水平拡大回路部において上記数式で示される直線補間が行われる。
【００７８】
垂直方向及び水平方向の拡大処理を行う回路において、前記（３）式に示したＹ（ｍ，ｎ）＝α×Ｘ（ｉ，ｊ）＋β×Ｘ（ｋ，ｌ）による直線補間を行う場合、従来の構成では２種類の補間係数α及びβを発生させるための２種類のＲＯＭを設ける必要があった。また、α×Ｘ（ｉ，ｊ）とβ×Ｘ（ｋ，ｌ）の演算を行うための２種類のＲＯＭも必要となる。これに対して本実施形態の回路構成を持つ拡大処理回路では、補間係数αを発生させる１種類のＲＯＭと、α×（Ｘ（ｉ，ｊ）−Ｘ（ｋ，ｌ））の演算を行う１種類のＲＯＭとにより拡大処理が行うことができる。
【００７９】
従って、第３実施形態によれば、垂直方向及び水平方向の拡大処理を行う回路を配設した信号処理回路において、補間係数を発生させるＲＯＭ、あるいは演算を行うＲＯＭの個数を少なくすることが可能であり、回路規模の削減及びコストの低下を図ることが可能である。
【００８０】
［付記］
（１） 複数チャンネル読み出し型の固体撮像素子を備えた内視鏡を着脱自在に接続し、前記固体撮像素子で得られた映像信号の信号処理を行う信号処理回路を有する電子内視鏡装置において、
前記固体撮像素子より読み出された複数系統の映像信号をそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記複数系統のデジタル映像信号の値をそれぞれ調整するレベル調整手段と、
前記複数系統のデジタル映像信号における所定要素の値に基づき前記レベル調整手段の調整量をそれぞれ独立に制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする電子内視鏡装置。
【００８１】
（２） 前記制御手段は、前記複数系統のデジタル映像信号における所定期間内のそれぞれの平均レベルに基づいて前記レベル調整手段の調整量を制御することを特徴とする付記１に記載の電子内視鏡装置。
【００８２】
（３） 前記レベル調整手段はホワイトバランス補正回路であることを特徴とする付記１に記載の電子内視鏡装置。
【００８３】
（４） 前記制御手段は、前記複数系統のデジタル映像信号における所定期間内のそれぞれの映像信号平均レベルよりレベル差補正係数を算出すると共に、前記各デジタル映像信号における所定期間内の各色成分の映像信号平均レベルよりホワイトバランス補正係数を算出し、これらのレベル差補正係数とホワイトバランス補正係数に基づいて前記ホワイトバランス補正回路の補正量を制御することを特徴とする付記３に記載の電子内視鏡装置。
【００８４】
（５） 前記レベル調整手段は色調調整回路であることを特徴とする付記１に記載の電子内視鏡装置。
【００８５】
（６） 前記レベル調整手段はＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路であることを特徴とする付記１に記載の電子内視鏡装置。
【００８６】
（７） 映像信号を信号処理する信号処理回路において、
前記映像信号の画素位置に応じたアドレスを発生するアドレス発生回路と、
前記アドレスに応じて補間係数及び遅延制御信号を発生するＲＯＭと、
前記遅延制御信号に基づき前記映像信号を遅延させる遅延回路と、
前記遅延回路の出力と前記映像信号との差分を演算する減算回路と、
前記補間係数と前記減算回路の差分出力との乗算を行う乗算回路と、
前記乗算回路の出力と前記映像信号とを加算する加算回路と、を有してなり、
前記映像信号の画素の電子拡大処理を行う拡大処理回路を備えたことを特徴とする信号処理回路。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、補正のための回路を追加することなく、固体撮像素子の個体間及びチャンネル間のレベル差の補正を確実に行うことができ、かつ出力画像の画質劣化を防ぐことが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電子内視鏡装置の映像信号処理系の構成を示すブロック図
【図２】クランプ回路の動作波形を示す波形図
【図３】ＯＢクランプ回路の構成を示すブロック図
【図４】ＣＣＤにおけるＯＢ部のサブサンプリングを示す説明図
【図５】ＣＣＤにおける映像部のサブサンプリングを示す説明図
【図６】ＯＢクランプ回路の動作波形を示す波形図
【図７】第２実施形態に係るＣＣＵに設けられる発振回路の構成を示すブロック図
【図８】第２実施形態に係るＣＣＵに設けられる位相同期発振回路の構成を示すブロック図
【図９】第２実施形態に係る信号処理回路のローパスフィルタ周辺の部分構成を示すブロック図
【図１０】第３実施形態に係るＣＣＵ内の信号処理回路における拡大処理回路の構成を示すブロック図
【図１１】映像信号の拡大処理を説明する作用説明図
【図１２】垂直方向の拡大処理のタイミングチャート
【図１３】水平方向の拡大処理のタイミングチャート
【符号の説明】
２…内視鏡
３…カメラコントロールユニット（ＣＣＵ）
４…ＣＣＤ
５…スコープＩＤ回路
１０ａ，１０ｂ…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１１ａ，１１ｂ…クランプ回路
１３ａ，１３ｂ…ＯＢクランプ回路
１４ａ，１４ｂ…デジタル乗算器
１５ａ，１５ｂ…ラインメモリ
１７…拡大処理回路
３４…ＣＰＵ
３６…ＯＢレベル平均手段
３７…データラッチ手段
３８…減算器
３９…映像レベル平均手段

Claims (1)

1. 複数チャンネル読み出し型の固体撮像素子を備えた内視鏡を着脱自在に接続し、前記固体撮像素子で得られた映像信号の信号処理を行う信号処理回路を有する電子内視鏡装置において、
   前記固体撮像素子より読み出された複数系統の映像信号をそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
   前記複数系統のデジタル映像信号の値をそれぞれ調整するレベル調整手段と、
   前記複数系統のデジタル映像信号における所定要素の値に基づき前記レベル調整手段の調整量をそれぞれ独立に制御する制御手段と、を具備し、
   前記レベル調整手段は、ホワイトバランス補正回路を含んで構成され、
   前記制御手段は、前記複数系統のデジタル映像信号における第１の所定期間内のそれぞれの映像信号平均レベルよりレベル差補正係数を算出すると共に、前記各デジタル映像信号における第２の所定期間内の各色成分の映像信号平均レベルよりホワイトバランス補正係数を算出し、これらのレベル差補正係数とホワイトバランス補正係数に基づいて、前記ホワイトバランス補正回路の補正量を制御することを特徴とする電子内視鏡装置。

Images