CN110650669B - 摄像装置 - Google Patents

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Abstract

摄像装置具备：多个摄像元件(21和31)，对同一被摄体进行拍摄，逐行地依次读出图像；对物光学***(20和21)，使向多个摄像元件(21和31)成像的成像图像以在各个摄像元件(21和31)中成像位置不同的方式成像；以及I2C控制电路(53和54)，对多个摄像元件(20和21)的图像读出定时进行控制，使得由多个摄像元件(21和20)拍摄到的被摄体的同一位置的多个有效图像的开头位置一致来进行读出。

Description

摄像装置
技术领域
本发明涉及一种具备逐行地依次读出图像的多个摄像元件的摄像装置。
背景技术
以往，在医疗领域和工业领域等中广泛地使用如下内窥镜***：该内窥镜***具备对被检体内部的被摄体进行拍摄的内窥镜以及生成由内窥镜拍摄到的被摄体的观察图像的图像处理装置等。
在这种内窥镜***中，作为内窥镜，以往已知如下一种内窥镜：采用通过规定的时钟信号而被驱动的摄像元件(例如CMOS图像传感器)，并且在内窥镜的内部配设用于传输从该摄像元件输出的摄像信号的线缆。
并且，近年来，使用一种利用左右两个摄像光学***及摄像元件来从不同的视点拍摄被摄体的立体内窥镜。这种具备左右的摄像元件的立体内窥镜采用将摄像元件横向配置、也就是将摄像元件相对于***部的***轴水平地放置的结构，以使***部细径化(例如参照美国专利第8194121号说明书)。
例如，在将分别配置有左右的摄像元件的两个基板配置于***部的情况下，使用将两个基板在***部中例如上下配置的结构，以使***部细径化。在将配置有摄像元件的基板在***部中上下配置的情况下，导致由左右的摄像元件拍摄到的被摄体像发生反转。
CMOS图像传感器具有使垂直方向的读出反转的反转读出功能，因此在摄像元件为CMOS图像传感器的情况下，通过使一个摄像元件的垂直方向的读出反转，即使在被摄体像发生了反转的情况下，也能够从相同的方向读出被摄体像。
然而，产生如下的问题：在左右的摄像元件中，在像素区域内的有效像素的区域不同的情况下，即使利用反转读出功能同时开始读出，有效像素的区域也不被同时读出。
一般来说，内窥镜通过由光源装置进行的发光控制来进行拍摄，但是光源的光量有时随时间变化。因此，在进行依次读出的摄像元件中，当左右的摄像元件不同时地读出有效像素的区域时，由于曝光条件的变化等而有可能在将左右的图像进行合成时在图像中产生不均匀、噪声。
因此，本发明的目的在于提供一种能够将进行依次读出的多个摄像元件的相同位置的像素信息在相同的定时读出的摄像装置。
发明内容
用于解决问题的方案
本发明的一个方式的摄像装置具备：多个摄像元件，所述多个摄像元件对同一被摄体进行拍摄，逐行地依次读出图像；光学***，其使向所述多个摄像元件成像的成像图像以在各个摄像元件中成像位置不同的方式成像；以及定时控制电路，其对所述多个摄像元件的图像读出定时进行控制，以使由所述多个摄像元件拍摄到的所述被摄体的同一位置的多个有效图像的开头位置一致来进行读出。
附图说明
图1是示出包括本发明的第一实施方式的摄像装置(内窥镜)的内窥镜***的结构的图。
图2A是示出第一实施方式的***部的顶端部的结构的立体图。
图2B是从箭头A方向(背面方向)观察图2A时的图。
图2C是从箭头B方向(上面方向)观察图2A时的图。
图3是示出第一实施方式的内窥镜***的电气结构的框图。
图4是用于说明摄像元件21和31的摄像区域的一例的图。
图5是用于说明由摄像元件21和31读出数据的读出定时的一例的时间图。
图6是用于说明第二实施方式的摄像元件的摄像区域的一例的图。
图7是用于说明由摄像元件21A和31A读出数据的读出定时的一例的时间图。
图8A是示出第三实施方式的***部的顶端部的结构的立体图。
图8B是从箭头C方向(背面方向)观察图8A时的图。
图8C是从箭头D方向(近前方向)观察图8A时的图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1是示出包括本发明的第一实施方式的摄像装置(内窥镜)的内窥镜***的结构的图。此外，在本实施方式中，举例说明具有固体摄像元件作为摄像装置来拍摄被检体的内部的被摄体的内窥镜。
如图1所示，具有本第一实施方式的摄像装置(内窥镜)的内窥镜***1具备：内窥镜2，其用于对被检体进行观察，并输出摄像信号；视频处理器3，其连接于内窥镜2，用于对来自内窥镜2的摄像信号实施规定的图像处理；光源装置4，其提供用于对被检体进行照明的照明光；以及监视器装置5，其显示与摄像信号相应的观察图像。
内窥镜2构成为具有：细长的***部6，其能够被***到被检体的体腔内等；内窥镜操作部10，其配设于***部6的基端侧，由手术操作者把持着进行操作；以及通用线缆41，其一个端部被设置成从内窥镜操作部10的侧部延伸出。
***部6构成为具有设置于***部6的顶端侧的硬质的顶端部7、设置于顶端部7的后端的弯曲自如的弯曲部8、以及设置于弯曲部8的后端的纵长且具有挠性的挠性管部9。
在通用线缆41的基端侧设置连接器42，连接器42与光源装置4连接。即，从连接器42的顶端突出的作为流体管路的连接端部的管头(未图示)和作为照明光的提供端部的光导管头(未图示)以装卸自如的方式连接于光源装置4。
并且，连接线缆43的一端与设置于连接器42的侧面的电接点部连接。在该连接线缆43的内部设置有用于传输例如来自内窥镜2的摄像信号的信号线，并且另一端的连接器部与视频处理器3连接。
此外，在连接器42中配设有后述的连接器电路51(参照图3)。在后面叙述连接器电路51的结构。
接着，说明***部6的顶端部7的结构。图2A是示出第一实施方式的***部的顶端部的结构的立体图，图2B是从箭头A方向(背面方向)观察图2A时的图，图2C是从箭头B方向(上面方向)观察图2A时的图。
如图2A～图2C所示，在***部6的顶端部7中配设有右眼用的对物光学***20、配置于对物光学***20的成像面的摄像元件21以及用于配置摄像元件21的基板22。在***部6的顶端部7中还配设有左眼用的对物光学***30、配置于对物光学***30的成像面的摄像元件31以及用于配置摄像元件31的基板32。
对物光学***20构成为具有物镜23和棱镜24。另外，对物光学***30构成为具有物镜33和棱镜34。此外，对物光学***20不限定于具有物镜23和棱镜24的结构，例如也可以是具有多个物镜和棱镜的结构。另外，对物光学***30不限定于具有物镜33和棱镜34的结构，例如也可以是具有多个物镜和棱镜的结构。
棱镜24为直角棱镜，配置在物镜23的后侧。棱镜24使从物镜23射出的来自被摄体的反射光发生全反射后向摄像元件21射出。同样地，棱镜34为直角棱镜，配置在物镜33的后侧。棱镜34使从物镜33射出的来自被摄体的反射光发生全反射后向摄像元件31射出。
在本实施方式中，为了实现***部6的细径化，将基板22配置在顶端部7的上侧，将基板32配置在顶端部7的下侧。通过这种结构，经由右眼用的对物光学***20在摄像元件21中拍摄的被摄体像与经由左眼用的对物光学***30在摄像元件31中拍摄的被摄体像发生上下反转。即，对物光学***20和30使向摄像元件21和31成像的成像图像以上下反转的方式成像。像这样，对物光学***20和30构成如下的光学***：使向多个摄像元件21和31成像的成像图像以在各个摄像元件21和31中成像位置不同的方式成像。
下面，参照图3来说明本第一实施方式的内窥镜***1的电气结构。图3是示出第一实施方式的内窥镜***的电气结构的框图。
如上述那样，在顶端部7中配设摄像元件21和31，在本实施方式中，摄像元件21和31是由以卷帘方式、即逐行地依次进行读出的CMOS图像传感器构成的固体摄像元件。
如图3所示，在连接器42中配设有连接器电路51。连接器电路51构成为具有FPGA52和存储器56。FPGA 52由所谓的FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)构成，具备接受来自视频处理器3的动作控制来进行对摄像元件21和31的驱动以及对来自摄像元件21和31的摄像信号的处理等功能，除此以外，还具备对内窥镜2中的各种电路进行控制的功能。FPGA52构成为具有I2C控制电路53、I2C控制电路54以及行存储器55。
另外，视频处理器3具备FPGA 61。FPGA 61构成为具有图像处理部62和同步部63。
同步部63将用于控制对摄像元件21和31的驱动的主同步信号输出到I2C控制电路53和54。另外，在存储器56中保存有用于在摄像元件21和摄像元件31中变更读出的定时的信息(规定时间差的信息)，该规定时间差的信息被输入到I2C控制电路53和54。
I2C控制电路53根据来自同步部63的主同步信号和来自存储器56的规定时间差的信息，来生成同步信号R1，并将该同步信号R1输出到摄像元件21。另外，I2C控制电路54根据来自同步部63的主同步信号和来自存储器56的规定时间差的信息，来生成同步信号L1，并将该同步信号L1输出到摄像元件31。
在一帧中，在将规定时间差设为Δt、将多个有效像素间的开头行的行数差设为ΔL、将一帧的总行数设为L、将帧频设为R的情况下，规定时间差Δt为Δt＝R×ΔL/L的关系。
同步信号R1和同步信号L1为根据来自存储器56的规定时间差的信息而变更了读出定时后的同步信号。由此，在本实施方式中，以使摄像元件21和摄像元件31的有效像素的区域的读出定时为同一定时的方式进行控制。此外，在本实施方式中，利用所谓的I2C(Inter-Integrated Circuit：集成电路总线)来传输同步信号R1和L1。
像这样，I2C控制电路53和54构成如下的定时控制电路：对多个摄像元件21和31的图像读出定时进行控制，以使由多个摄像元件21和31拍摄到的被摄体的同一位置的多个有效图像的开头位置一致来进行读出。
由摄像元件21拍摄到的影像数据R2和由摄像元件31拍摄到的影像数据L2被输入到行存储器55。行存储器55进行使影像数据R2的影像格式与影像数据L2的影像格式一致的处理，将影像格式取得了一致的影像数据R3和影像数据L3输出到视频处理器3的图像处理部62。行存储器55输出被进行了对光学黑色(OB)的位置进行变更或更换的处理后的影像数据R3和影像数据L3，详细内容后述。
图像处理部62将右眼用的影像数据R3与左眼用的影像数据L3进行合成，并将合成后的影像数据输出到监视器装置5。由此，在监视器装置5中显示具有视差的立体影像。
接着，使用图4和图5来说明像这样构成的内窥镜***1的动作。图4是用于说明摄像元件21和31的摄像区域的一例的图，图5是用于说明由摄像元件21和31读出数据的读出定时的一例的时间图。
如图4所示，在摄像元件21中，1至100行是光学黑色的区域25，101至200行是未使用数据的区域26，201至1000行是有效像素的区域27。
另一方面，在摄像元件31中，1至100行是光学黑色的区域35，101至900行是有效像素的区域36，901至1000行是未使用数据的区域37。
像这样，摄像元件21的有效像素的行与摄像元件31的有效像素的行不同，因此如果摄像元件21和摄像元件31在相同的定时开始进行读出，则摄像元件21和摄像元件31的相同位置的像素不在相同的定时被读出。即，摄像元件21的有效像素的区域27是从第201行开始的，与此相对地，摄像元件31的有效像素的区域36是从第101行开始的，从而导致摄像元件31比摄像元件21提前100行读出有效像素的区域36。换言之，通过使摄像元件31比摄像元件21延迟100行开始进行读出，能够在与摄像元件21的有效像素的区域27相同的定时开始进行有效像素的区域36的读出。
用于使摄像元件31比摄像元件21延迟100行开始进行读出的规定时间差的信息(即，用于对读出定时进行控制的信息)如上述那样被存储于存储器56中，并被输入到I2C控制电路53和54。由此，I2C控制电路53和54根据来自存储器56的用于对读出定时进行控制的信息，来生成同步信号R1和L1，以使摄像元件21的有效像素的区域27与摄像元件31的有效像素的区域36在相同的定时被读出。
其结果，如图5所示，将从I2C控制电路54输出的同步信号L1以相对于从I2C控制电路53输出的同步信号R1错开规定时间差的方式生成。
摄像元件21将根据同步信号R1按照光学黑色的区域25的OB数据(OB像素)、未使用数据的区域26的未使用数据(未使用像素)以及有效像素的区域27的摄像区域数据(有效像素)的顺序读出的影像数据R2输出到行存储器55。另一方面，摄像元件31将根据同步信号L1按照光学黑色的区域35的OB数据(OB像素)、有效像素的区域36的摄像区域数据(有效像素)以及未使用数据(未使用像素)的区域37的未使用数据的顺序读出的影像数据L2输出到行存储器。
同步信号L1相对于同步信号R1错开了规定时间差，因此摄像元件21的摄像区域数据和摄像元件31的摄像区域数据在同一定时被读出。
行存储器55暂时存储从摄像元件21输出的影像数据R2，并且向视频处理器3的图像处理部62输出将OB数据更换到紧挨着摄像区域数据之前的位置所得到的影像数据R3。另外，行存储器55暂时存储从摄像元件31输出的影像数据，并将影像数据L3输出到视频处理器3的图像处理部62。由此，影像格式取得了一致的影像数据R3和L3被输入到图像处理部62。其结果，视频处理器3的图像处理部62只通过将影像数据R3与影像数据L3简单地进行合成，就能够生成具有视差的立体影像。
如以上那样，本实施方式的内窥镜2根据存储器56中保存的规定时间差的信息，来生成用于独立地控制摄像元件21和31的同步信号R1和L1，从而将摄像元件21的有效像素的区域27和摄像元件31的有效像素的区域36在相同的定时进行读出。其结果，根据本实施方式的内窥镜(摄像装置)，能够将进行依次读出的多个摄像元件的相同位置的像素信息在相同的定时进行读出。
(第二实施方式)
接着，说明第二实施方式。
第二实施方式的内窥镜***1的整体结构与第一实施方式相同。在第二实施方式中，摄像元件的结构不同于第一实施方式。图6是用于说明第二实施方式的摄像元件的摄像区域的一例的图。
如图6所示，第二实施方式的内窥镜***1构成为分别使用摄像元件21A和31A来代替第一实施方式的摄像元件21和31。摄像元件21A和31A的光学黑色的区域被配置在相同的方向。
在摄像元件21A中，1至100行是光学黑色的区域28，101至1000行是有效像素的区域29。另一方面，在摄像元件31A中，1至900行是有效像素的区域38，901至1000行是光学黑色的区域39。
图7是用于说明由摄像元件21A和31A读出数据的读出定时的一例的时间图。
由I2C控制电路53和54生成同步信号R1和L1的生成过程与第一实施方式相同，是以摄像元件21A和31A的摄像区域数据在相同的定时被读出的方式生成。即，将从I2C控制电路54输出的同步信号L1以相对于从I2C控制电路53输出的同步信号R1错开规定时间差的方式生成。
摄像元件21A将根据同步信号R1按照光学黑色的区域28的OB数据和有效像素的区域29的摄像区域数据的顺序读出的影像数据R2输出到行存储器55。另一方面，摄像元件31A将根据同步信号L1按照有效像素的区域38的摄像区域数据和光学黑色的区域39的OB数据的顺序读出的影像数据L2输出到行存储器55。
行存储器55生成影像格式取得了一致的影像数据R3和L3。具体地说，行存储器55针对影像数据L2进行将前一帧的影像数据的OB数据更换到当前帧的摄像区域数据的开头的控制。由此，影像格式取得了一致的影像数据R3和L3从行存储器55输出，并被输入到视频处理器3的图像处理部62。其它结构及动作与第一实施方式相同。
其结果，根据本实施方式的内窥镜(摄像装置)，能够与第一实施方式同样地将进行依次读出的多个摄像元件的相同位置的像素信息在相同的定时进行读出。
(第三实施方式)
接着，说明第三实施方式。
在第一实施方式中，是在顶端部7配置两个基板22、32的结构，但是第三实施方式形成为在顶端部7配置一个基板的结构。即，在第三实施方式中，配置两个摄像元件的基板为共用的基板。
图8A是示出第三实施方式的***部的顶端部的结构的立体图，图8B是从箭头C方向(背面方向)观察图8A时的图，图8C是从箭头D方向(近前方向)观察图8A时的图。
如图8A～图8C所示，在***部6的顶端部7中配设有右眼用的对物光学***20A以及配置于对物光学***20A的成像面的摄像元件21B。另外，在顶端部7中配设有左眼用的对物光学***30A以及配置于对物光学***30A的成像面的摄像元件31B。并且，在顶端部7中配设基板70，在基板70的一个面配置摄像元件21B，在基板70的另一个面配置摄像元件31B。
对物光学***20A与图2A同样地构成为具有物镜23和棱镜24。另外，对物光学***30A与图2A同样地构成为具有物镜33和棱镜34。但是，棱镜24和34的配置与图2不同。在本实施方式中，棱镜24和34被配置成分别使来自被摄体的反射光向***部6的中心轴方向进行全反射。
通过这样的结构，经由右眼用的对物光学***20A在摄像元件21B中拍摄的被摄体像与经由左眼用的对物光学***30A在摄像元件31B中拍摄的被摄体像发生左右反转。即，对物光学***20A和30A使向摄像元件21B和31B成像的成像图像以左右反转的方式成像。
其它结构及对图像数据的读出定时的控制与第一实施方式相同。根据本实施方式的内窥镜，能够获得与第一实施方式同样的效果，并且由于是在顶端部具有一个基板70的结构，因此能够使***部6相比于第一实施方式而言细径化。
本发明不限定于上述的实施方式，在不改变本发明的宗旨的范围内能够进行各种变更、改变等。
本申请是以2017年5月19日向日本申请的特愿2017-99553号为优先权主张基础的申请，上述的公开内容被引用到本申请的说明书、权利要求书中。

Claims (7)

1.一种摄像装置，其特征在于，具备：
多个摄像元件，所述多个摄像元件对同一被摄体进行拍摄，逐行地依次读出图像；
光学***，其使向所述多个摄像元件成像的成像图像以在各个摄像元件中成像位置不同的方式成像；
记录部，其记录用于变更各图像读出定时的、考虑了由所述多个摄像元件分别拍摄到的成像位置互不相同的多个有效像素间的开头行数差的规定时间差的信息，所述各图像读出定时用于从所述有效像素的开头位置起将各个有效像素在同一定时进行读出；以及
定时控制电路，其基于来自处理器的主同步信号，来生成用于对所述多个摄像元件的图像读出定时进行独立控制的多个同步信号，并将所述多个同步信号以相对于所述主同步信号错开来自所述记录部的各个所述规定时间差的方式提供给所述多个摄像元件，来对所述多个摄像元件的图像读出定时进行控制，以使由所述多个摄像元件分别拍摄到的成像位置互不相同的有效像素的开头位置一致来在同一定时进行读出。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
在将所述规定时间差设为Δt、将一帧中的所述成像位置互不相同的有效像素间的开头行的行数差设为ΔL、将一帧的总行数设为L、将帧频设为R的情况下，
所述规定时间差Δt为Δt＝R×ΔL/L的关系。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
所述多个摄像元件为第一摄像元件和第二摄像元件，
所述第一摄像元件输出按照光学黑色像素、未使用像素以及有效像素的顺序读出的第一影像数据，
所述第二摄像元件输出按照光学黑色像素、有效像素以及未使用像素的顺序读出的第二影像数据。
4.根据权利要求3所述的摄像装置，其特征在于，
还具有行存储器，所述行存储器进行使所述第一影像数据的影像格式与所述第二影像数据的影像格式一致的处理，
所述行存储器进行以下处理：将所述第一影像数据的光学黑色像素更换到紧挨着所述第一影像数据的所述有效像素之前的位置。
5.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
所述多个摄像元件为第一摄像元件和第二摄像元件，
所述第一摄像元件输出按照光学黑色像素和有效像素的顺序读出的第一影像数据，
所述第二摄像元件输出按照有效像素和光学黑色像素的顺序读出的第二影像数据。
6.根据权利要求5所述的摄像装置，其特征在于，
还具有行存储器，所述行存储器进行使所述第一影像数据的影像格式与所述第二影像数据的影像格式一致的处理，
所述行存储器进行以下处理：将前一帧的所述第二影像数据的光学黑色像素更换到紧挨着当前帧的所述第二影像数据的有效像素之前的位置。
7.一种内窥镜，其特征在于，具备：
根据权利要求1所述的摄像装置；以及
能够***到被检体中的***部，
其中，所述摄像元件和所述光学***被配置在所述***部的顶端部。
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