CN103796570B - 摄像*** - Google Patents

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Abstract

提供能够防止曝光不均并且扩大照明的调光范围的摄像***。摄像***（1）具有：照明部（41），其射出对被摄体进行照明的照明光；受光部（244f），其呈二维状排列有通过接收光并进行光电转换而生成电信号的像素；读出部（244g），其按照每个水平行从像素依次读出所述电信号；以及照明控制部（42），其对照明部（41）进行如下控制：在跨越相邻2行的期间的、由读出部（244g）对相邻各行进行读出的读出期间的一部分期间***出照明光，并且，每隔受光部（244f）的2行进行使各行中的照明期间相等的控制，使1帧期间内的受光部（244f）的每行的照明期间全部相等。

Description

摄像***
技术领域
本发明涉及能够从摄像用的多个像素中的被任意指定为读出对象的像素输出光电转换后的电信号作为图像信息的摄像***。
背景技术
以往，在医疗领域中，在对患者等被检体的脏器进行观察时使用内窥镜***。内窥镜***具有：摄像装置（电子镜体），其例如具有挠性且呈细长形状，被***到被检体的体腔内；摄像元件，其设置在摄像装置的前端，对体内图像进行摄像；光源装置，其射出对被检体进行照明的照明光；处理装置（外部处理器），其对摄像元件进行摄像而得到的体内图像进行规定的图像处理；以及显示装置，其能够显示由处理装置进行了图像处理后的体内图像。在使用内窥镜***取得体内图像时，在将***部***到被检体的体腔内后，从该***部的前端对体腔内的活体组织照射照明光，摄像元件对体内图像进行摄像。医师等用户根据显示装置显示的体内图像进行被检体的脏器的观察。
作为这种内窥镜***所具有的摄像元件，有时应用CMOS（Complementary MetalOxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体）传感器。CMOS传感器通过按照每行错开定时进行曝光或读出的卷帘快门方式生成图像数据。
并且，为了防止由于摄像元件的每行的曝光不均而导致画质降低，公知有如下技术：与摄像元件的曝光或读出周期同步地，通过PWM（Pulse Width Modulation：脉宽调制）控制以规定的周期进行照明的点亮和熄灭（参照专利文献1）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-318581号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在上述专利文献1中，为了消除摄像元件的每行的曝光不均，需要高速切换照明的点亮和熄灭，所以，根据切换照明的点亮和熄灭的速度的极限，照明光的照射时间的可变宽度不能取较大，存在无法扩大照明的调光范围的问题点。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供能够防止曝光不均并且扩大照明的调光范围的摄像***。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题并达到目的，本发明的摄像***的特征在于，该摄像***具有：照明部，其射出对被摄体进行照明的照明光；受光部，其呈二维状排列有通过接收光并进行光电转换而生成电信号的像素；读出部，其按照每个水平行从所述像素依次读出所述电信号；以及照明控制部，其对所述照明部进行如下控制：在跨越所述读出部的第1水平行的读出期间和第2水平行的读出期间的期间内，射出以所述第1水平行的读出期间的结束时刻为中心的脉冲状的所述照明光，其中，所述第2水平行与所述第1水平行相邻并且紧接在该第1水平行之后读出。
并且，本发明的摄像***的特征在于，在上述发明中，每隔2行进行所述照明控制部的控制。
并且，本发明的摄像***的特征在于，在上述发明中，所述摄像***还具有明亮度检测部，该明亮度检测部检测由所述受光部接收到的光的明亮度，所述照明控制部根据所述明亮度检测部的检测结果，进行以所述第1水平行的读出期间的结束时刻为中心改变所述脉冲状的所述照明光的脉冲宽度的PWM控制。
发明效果
根据本发明的摄像***，照明控制部对照明部进行如下控制：在跨越受光部的相邻2行的、由读出部对相邻各行进行读出的读出期间的一部分期间***出照明光，每隔受光部的2行进行使各行中的照明期间相等的控制，使1帧期间内的受光部的每行的照明期间全部相等。由此，发挥能够防止曝光不均并且扩大照明的调光范围的效果。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式的内窥镜***的概略结构的图。
图2是示出本发明的一个实施方式的内窥镜***的主要部分的功能结构的框图。
图3是示出本发明的一个实施方式的内窥镜***的摄影时的摄像元件的曝光或读出定时与光源装置的点亮或熄灭定时的关系的图。
具体实施方式
下面，作为用于实施本发明的方式（以下称为“实施方式”），将对患者等被检体的体腔内的图像进行摄像并进行显示的医疗用的内窥镜***作为摄像***进行说明。并且，本发明不由该实施方式限定。进而，在附图的记载中，对同一部分标注同一标号。
图1是示出本发明的一个实施方式的内窥镜***的概略结构的图。图2是示出本发明的一个实施方式的内窥镜***的主要部分的功能结构的框图。
如图1和图2所示，内窥镜***1具有：内窥镜2（电子镜体），其通过将前端部***到被检体的体腔内，对被检体的体内图像进行摄像；处理装置3（外部处理器），其对由内窥镜2进行摄像而得到的体内图像实施规定的图像处理，并且统一地控制内窥镜***1整体的动作；光源装置4，其产生从内窥镜2的前端射出的照明光；以及显示装置5，其显示由处理装置3实施了图像处理后的体内图像。
内窥镜2具有：***部21，其具有挠性且呈细长形状；操作部22，其与***部21的基端侧连接，受理各种操作信号的输入；以及通用缆线23，其从操作部22向与***部21延伸的方向不同的方向延伸，内置有与处理装置3和光源装置4连接的各种缆线。
***部21具有：前端部24，其内置有摄像元件244，该摄像元件244将通过接收光并进行光电转换而生成信号的像素排列成二维状；弯曲自如的弯曲部25，其由多个弯曲块构成；以及具有挠性的长条状的挠性管部26，其与弯曲部25的基端侧连接。
前端部24具有：光导241，其使用玻璃纤维等构成，成为光源装置4发出的光的导光路；照明透镜242，其设置在光导241的前端；会聚用的光学***243；以及摄像元件244，其设置在光学***243的成像位置，接收由光学***243会聚的光并将其光电转换为电信号，实施规定的信号处理。
光学***243使用一个或多个透镜构成，具有改变视场角的光学变焦功能和改变焦点的对焦功能。
摄像元件244具有对来自光学***243的光进行光电转换并输出电信号的传感器部244a、对由传感器部244a输出的电信号进行噪声去除和A/D转换的模拟前端部244b（以下称为“AFE部244b”）、对由AFE部244b输出的数字信号（图像信号）进行并行/串行转换并将其发送到外部的P/S转换部244c、产生传感器部244a的驱动定时以及AFE部244b和P/S转换部244c中的各种信号处理的脉冲的定时发生器244d、以及对摄像元件244的动作进行控制的摄像控制部244e。摄像元件244是CMOS传感器。
传感器部244a具有：受光部244f，其将分别具有蓄积与光量对应的电荷的光电二极管和对光电二极管蓄积的电荷进行放大的放大器的多个像素排列成二维矩阵状；以及读出部244g，其从受光部244f的多个像素中的被任意地设定为读出对象的像素，按照每个水平行依次读出电信号作为图像信息。并且，在受光部244f的受光面中，针对各像素设有彩色滤镜。
AFE部244b具有降低电信号（模拟）中包含的噪声成分的噪声降低部244h、调整电信号的放大率（增益）来维持恒定输出电平的AGC（Auto Gain Control：自动增益控制）部244i、以及经由AGC部244i输出的作为图像信息（图像信号）的电信号进行A/D转换的A/D转换部244j。噪声降低部244h例如使用相关双采样（CorrelatedDouble Sampling）法进行噪声的降低。
摄像控制部244e根据从处理装置3接收到的设定数据对前端部24的各种动作进行控制。摄像控制部244e使用CPU（Central Processing Unit：中央处理单元）和记录各种程序的寄存器等构成。
操作部22具有：弯曲旋钮221，其使弯曲部25在上下方向和左右方向上弯曲；处置器械***部222，其将活体钳子、激光刀和检查探针等处置器械***到被检体的体腔内；以及作为操作输入部的多个开关223，它们除了处理装置3、光源装置4的操作指示信号以外，还输入送气单元、送水单元和送雾单元等周边设备的操作指示信号。从处置器械***部222***的处置器械经由前端部24的处置器械通道（未图示）而从开口部（未图示）突出。
通用缆线23至少内置有光导241和捆束一个或多个信号线而成的集合缆线245。通用缆线23具有相对于处理装置3和光源装置4拆装自如的连接器部27。
连接器部27具有FPGA（Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列）271。FPGA271接收从摄像元件244输入的电信号，将接收到的电信号输出到处理装置3。另外，FPGA271也可以根据来自处理装置3的设定数据进行摄像元件244的各结构部的控制。
接着，对处理装置3的结构进行说明。处理装置3具有S/P转换部301、图像处理部302、明亮度检测部303、调光部304、读出地址设定部305、驱动信号生成部306、输入部307、记录部308、控制部309、基准时钟生成部310。
S/P转换部301对从连接器部27输入的图像信号（电信号）进行串行/并行转换，并将其输出到图像处理部302。
图像处理部302根据从S/P转换部301输入的图像信号，生成由显示装置5显示的体内图像。图像处理部302具有同时化部302a、白平衡调整部302b（以下称为“WB调整部302b”）、增益调整部302c、γ校正部302d、D/A转换部302e、格式变更部302f、采样用存储器302g、静止图像用存储器302h。
同时化部302a对作为像素信息而输入的图像信息进行同时化。同时化部302a将同时化后的RGB图像信息依次输出到WB调整部302b，并且，将一部分的RGB图像信息输出到采样用存储器302g，以用于明亮度检测等的图像解析。
WB调整部302b自动调整RGB图像信息的白平衡。具体而言，WB调整部302b根据RGB图像信息中包含的色温，自动调整RGB图像信息的白平衡。
增益调整部302c进行RGB图像信息的增益调整。增益调整部302c将进行了增益调整后的RGB信号输出到γ校正部302d，并且，将一部分的RGB信号输出到静止图像用存储器302h，以用于静止图像显示、放大图像显示或强调图像显示。
γ校正部302d与显示装置5对应地进行RGB图像信息的灰度校正（γ校正）。
D/A转换部302e将由γ校正部302d输出的灰度校正后的RGB图像信息转换为模拟信号。
格式变更部302f将转换为模拟信号后的图像信息变更为高清方式等的动态图像用的文件格式，并将其输出到显示装置5。
明亮度检测部303根据由采样用存储器302g保持的RGB图像信息来检测与各像素对应的明亮度等级，将检测到的明亮度等级记录在设于内部的存储器中，并且将其输出到控制部309。并且，明亮度检测部303根据检测到的明亮度等级计算增益调整值和光照射量，将增益调整值输出到增益调整部302c，另一方面，将光照射量输出到调光部304。
调光部304在控制部309的控制下，根据由明亮度检测部303计算出的光照射量，设定由光源装置4产生的光量、发光定时等，将包含该设定的条件的调光信号输出到光源装置4。
读出地址设定部305具有对传感器部244a的受光面中的读出对象像素和读出顺序进行设定的功能。即，读出地址设定部305具有对AFE部244b从传感器部244a读出的像素的地址进行设定的功能。并且，读出地址设定部305将所设定的读出对象像素的地址信息输出到同时化部302a。
驱动信号生成部306在控制部309的控制下，生成用于驱动摄像元件244的驱动用定时信号，经由集合缆线245中包含的规定的信号线发送到定时发生器244d。该定时信号包含读出对象像素的地址信息。
输入部307受理用于指示内窥镜***1的动作的动作指示信号等各种信号的输入。
记录部308使用闪存、DRAM（Dynamic Random Access Memory：动态随机存取存储器）等半导体存储器来实现。记录部308记录包含用于使内窥镜***1进行动作的各种程序和内窥镜***1的动作所需要的各种参数等的数据。并且，记录部308记录处理装置3的识别信息。这里，识别信息包含处理装置3的固有信息（ID）、年型、规格信息、传送方式和传送率等。
控制部309使用CPU等构成，进行包含摄像元件244和光源装置4在内的各结构部的驱动控制、以及针对各结构部的信息的输入输出控制等。控制部309经由集合缆线245中包含的规定的信号线将摄像控制用的设定数据发送到摄像控制部244e。控制部309将包含摄像元件244的各行的曝光定时和读出定时的同步信号输出到光源装置4。
基准时钟生成部310生成作为内窥镜***1的各结构部的动作基准的基准时钟信号，对内窥镜***1的各结构部供给所生成的基准时钟信号。
接着，对光源装置4的结构进行说明。光源装置4具有照明部41和照明控制部42。
照明部41射出对被摄体进行照明的照明光。照明部41具有光源41a和光源驱动器41b。
光源41a使用白色LED构成，在照明控制部42的控制下产生白色光。光源41a产生的光经由会聚透镜（未图示）和光导241从前端部24向被摄体照射。
光源驱动器41b通过在照明控制部42的控制下对光源41a供给电流，使光源41a产生白色光。
照明控制部42对照明部41进行如下控制：在跨越受光部244f的相邻2行的期间的、由读出部244g对相邻各行进行读出的读出期间的一部分期间***出照明光，每隔受光部244f的2行进行使各行中的照明期间相等的控制，使1帧期间内的受光部244f的每行的照明期间全部相等。具体而言，照明控制部42接收从控制部309输入的同步信号，并且接收从调光部304输入的调光信号，根据这些信号对光源驱动器41b向光源41a供给的电力进行控制，并且，对光源驱动器41b驱动光源41a的驱动定时进行PWM控制。
显示装置5经由影像缆线从处理装置3接收由处理装置3生成的体内图像并进行显示。显示装置5使用液晶或有机EL（Electro Luminescence：电致发光）构成。
对具有以上结构的内窥镜***1的摄影时的摄像元件244的曝光或读出定时与光源装置4的点亮或熄灭定时的关系进行说明。
图3是示出内窥镜***1的摄影时的摄像元件244的曝光或读出定时与光源装置4的点亮或熄灭定时的关系的图。另外，在图3中，横轴表示时间。并且，图3（a）示出摄像元件244的各行的曝光或读出定时，1H表示各行的读出期间。图3（b）示出光源装置4的消光或点亮定时。图3（c）示出光源装置4的消光或点亮定时的另一例。
如图3所示，照明控制部42以读出部244g从受光部244f读出图像信号的2行为周期，对光源装置4的照明的点亮周期进行PWM控制。例如，照明控制部42将读出部244g从受光部244f读出图像信号的2行作为一组（1个单位）进行控制，使得以这2行的读出定时的边界为基准，以前后相等的周期改变光源装置4的照明的点亮周期，从而使照明期间以行为单位相等。
如图3（b）所示，照明控制部42对照明部41进行如下控制：在跨越受光部244f的相邻的第n行（n=自然数）和第n+1行的期间的、由读出部244g对相邻的第n行和第n+1行进行读出的读出期间的一部分期间***出照明光，并且，每隔受光部244f的2行进行使第n行和第n+1行中的照明期间W2相等的控制，使1帧期间内的受光部244f的每行的照明期间全部相等。具体而言，照明控制部42进行如下控制：将读出部244g针对受光部244f的第n行的读出期间的结束时刻与第n+1行的读出期间的读出开始时刻的边界作为基准P1，使第n行中的从规定的时刻到基准P1进行照明的照明期间W2和第n+1行中的从基准P1到规定的时刻进行照明的照明期间W2相等。由此，通过以第n行和第n+1行中的照明期间W2连续相连的方式进行光源41a的发光（连续照明），能够使2行中的发光和遮光的切换次数为1次。
并且，如图3（c）所示，照明控制部42对照明部41进行如下控制：在跨越受光部244f的相邻的第n行和第n+1行的期间的、由读出部244g对相邻的第n行和第n+1行进行读出的读出期间的一部分期间***出照明光，并且，每隔受光部244f的2行进行使第n行和第n+1行中的照明期间W3（W3<W2）相等的控制，使1帧期间内的受光部244f的每行的照明期间全部相等。
这样，在内窥镜***1中，即使切换光源41a的发光和熄灭时的开关速度存在极限，通过每隔2行对照明期间进行控制，也能够缩短1行中的曝光时间（参照图3（c）），所以，能够扩大曝光时间的可变范围（照明的调光范围）。
根据以上说明的本发明的一个实施方式，照明控制部42对照明部41进行如下控制：在跨越相邻的受光部244f的2行的期间的、由读出部244g对相邻各行进行读出的读出期间的一部分期间***出照明光，并且，每隔受光部244f的2行进行使各行中的照明期间相等的控制，使1帧期间内的受光部244f的每行的照明期间全部相等。由此，即使切换照明部41的点亮和熄灭时的开关速度存在极限，也能够防止曝光不均，并且能够扩大照明的调光范围。
进而，在本发明的一个实施方式中，由于能够分别独立地控制基于摄像元件244的电子快门的曝光时间和基于光源装置4的照明光的发光量，所以，能够进行纹理更细致的明亮度控制。
另外，在本发明中，还能够应用依次照射具有不同波长的光的面顺次式的光源装置。
并且，在本发明中，即使是波段与白色照明光不同的光、即通过窄带带通滤镜进行窄带化后的绿色光（例如绿色光：500nm～600nm）和蓝色光（例如蓝色光：400nm～500nm）这2种波段的NBI（Narrow Band Imaging：窄带成像）照明光，也能够应用光源装置4。
并且，在本发明中，也可以一体地设置处理装置3和光源装置4。
并且，在本发明中，也可以在前端部24设置作为照明部的LED，摄像控制部244e或FPGA271对该LED进行控制。
并且，在本发明中，控制部309也可以根据调光信号和摄像元件244的曝光或读出定时，对照明部41的闪烁进行PWM控制。
并且，在本发明中，还能够应用于读出部244g从受光部244f进行读出的1个场期间。
标号说明
1：内窥镜***；2：内窥镜；3：处理装置；4：光源装置；5：显示装置；41：照明部；41a：光源；41b：光源驱动器；42：照明控制部；243：光学***；244：摄像元件；244a：传感器部；244b：AFE部；244c：P/S转换部；244d：定时发生器；244e：摄像控制部；244f：受光部；244g：读出部；301：S/P转换部；302：图像处理部；303：明亮度检测部；304：调光部；305：读出地址设定部；306：驱动信号生成部；307：输入部；308：记录部；309：控制部；310：基准时钟生成部。

Claims (3)

1.一种摄像***，其特征在于，该摄像***具有：
照明部，其射出对被摄体进行照明的照明光；
受光部，其呈二维状排列有通过接收光并进行光电转换而生成电信号的像素；
读出部，其按照每个水平行从所述像素依次读出所述电信号；以及
照明控制部，其对所述照明部进行如下控制：在跨越所述读出部的第1水平行的读出期间和第2水平行的读出期间的期间内，射出以所述第1水平行的读出期间的结束时刻为中心的脉冲状的所述照明光，其中，所述第2水平行与所述第1水平行相邻并且紧接在该第1水平行之后读出。
2.根据权利要求1所述的摄像***，其特征在于，
每隔2行进行所述照明控制部的控制。
3.根据权利要求1所述的摄像***，其特征在于，
所述摄像***还具有明亮度检测部，该明亮度检测部检测由所述受光部接收到的光的明亮度，
所述照明控制部根据所述明亮度检测部的检测结果，进行以所述第1水平行的读出期间的结束时刻为中心改变所述脉冲状的所述照明光的脉冲宽度的PWM控制。
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