JPH0638955A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速撮像時における解像度の低下を抑えた撮
像装置を提供すること。 【構成】 第１のＣＣＤ１と第２のＣＣＤ２を設け等し
い大きさの光学像を撮像し、画素データの垂直転送にお
いて２段転送を行い垂直方向においてラインデータの加
算を行う。加算するラインデータの組み合わせはＣＣＤ
により異なり、画像処理装置１６０においては、第１の
ＣＣＤ１と第２のＣＣＤ２とからのラインデータを交互
に出力することにより原画像を再現する。 【効果】 垂直方向の解像度をほとんど低下させること
なく、高速での撮像が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば電子内視鏡やＸ
線診断装置に適用される撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内視鏡やＸ線診断装置におい
て、光学像を撮像する撮像装置としてＣＣＤカメラが使
用されている。

【０００３】このＣＣＤカメラには、光電変換機能を有
する電荷結合素子 （CharageCoupled Device；Ｃ
ＣＤ）が用いられており、このＣＣＤは、主に光学像を
受光する受光部（撮像領域）と、この受光部で得られた
電気信号を外部に転送する転送路とからなり、この転送
方法の相違によって、フレーム転送形ＣＣＤ、フレーム
インタライン形ＣＣＤ等に分類することができる。

【０００４】フレーム転送形ＣＣＤは、複数の受光素子
がマトリクス配列されてなる撮像領域を備え、光学像を
撮像する撮像部と、その光学像の画像信号を蓄積する蓄
積部と、蓄積部に蓄積されている画像信号を１ライン毎
に時系列で外部に出力する水平転送路とを備えている。
次に、このフレーム転送形ＣＣＤの画像データ出力動作
について説明する。

【０００５】撮像部の複数の受光素子が所定の時間受光
して得た電荷即ち画素データは、いっせいに撮像部の各
受光素子に対応した蓄積部のマトリクス配列された各蓄
積素子に転送され、蓄積部の各蓄積素子に蓄積されてい
る画素データは全体的に水平転送路側へ１ライン毎に垂
直にシフトされる。水平転送路ではその１ラインに含ま
れる画素データを所定の方向に１画素データづつシフト
し、１画素データ毎外部に出力する。

【０００６】以上説明したようなＣＣＤカメラを用いて
動きの激しい被写体を撮像する場合例えばＸ線診断装置
における流動の速い血流や心臓の動きの診断において、
被写体の動きをより正確に捕える為に、単位時間当りに
取り込む画像データのフレーム数即ちフレームレートを
通常の３０Ｈｚから６０Ｈｚにすることが行われる。従
来このためには、画素データの水平転送速度を変えず
に、フレームレートを大きくする方法が取られている。
この方法においては、垂直方向にラインデータを２ライ
ン毎に転送し水平転送路において画素データを加算す
る。従って、画素データの垂直方向における列の数が半
分になり、水平転送速度を変えずにフレームレートを倍
の大きさにすることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来装置
において倍速で撮像する場合には、垂直方向にラインデ
ータを２ライン毎に転送し、水平転送路において画素デ
ータを加算する。この加算により垂直方向においてのラ
インデータの数を半分とすることで、水平転送速度を変
えずにフレームレートを２倍にしていた。従って、本来
垂直方向にラインデータが例えば５００本あるとすれ
ば、倍速での撮像の場合にはその半分の２５０本のライ
ンデータしか得られないため、通常の速度での撮像と比
較して画像の垂直方向での解像度が低下してしまうとい
った欠点があった。

【０００８】そこで本発明は上記欠点を除去するもので
あり、高速で撮像する場合における画像の垂直方向での
解像度の低下を抑えることができる撮像装置を提供する
ことを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、原光学像から所定数の光学像を得る光学系
と、この光学系によって得られた前記所定数の光学像そ
れぞれに対応して設けられ、前記光学像を微小単位毎に
その光度に応じて電気信号に変換し画素データを得、そ
の画素データを一方向に沿って前記所定数のラインデー
タずつ合成して連続的に出力する前記光学像数と同数の
撮像手段と、この撮像手段各々からのラインデータを合
成して原画像を再現する画像処理手段とを備えることを
特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明によれば、光学系によって原画像から所
定数例えば２つの大きさの等しい光学像を得、その光学
像各々に対応して設けられた２つの撮像手段により、前
記２つの光学像を撮像し、この時得られた画像データ
が、一方向に沿って２つのラインデータずつ合成され連
続的に出力される。ただし、合成されるラインデータの
組み合わせは、各撮像手段により異なるようにしてお
き、画像処理手段において２つの撮像手段からのライン
データを交互に合成し原画像を再現する。このようにし
て、水平転送速度を変えずに撮像のフレームレートを２
倍としているため、得られる画像の垂直方向のラインデ
ータ数は各撮像手段の画素列数とほぼ等しくなる。つま
り、低速での撮像で得られるラインデータ数とほぼ等し
いラインデータが得られる。

【００１１】

【実施例】以下本発明に係る一実施例について図面を参
照しながら説明する。尚、本説明では、本発明をＸ線診
断装置に適用した場合について述べる。図１は、本発明
を適用したＸ線診断装置の概略的な構成を示している。

【００１２】Ｘ線管１１０は、被検体１２０にＸ線を曝
射し、イメージインテンシファイア（以下Ｉ．Ｉ．）１
３０は被検体１２０を透過したＸ線を光学像に変換す
る。このＩ．Ｉ．１３０により得られた原光学像は、光
学系１４０を介して分岐され、後に説明する第１のＣＣ
Ｄ１と第２のＣＣＤ２の複数の受光素子がマトリクス配
列された撮像面上に等しい大きさで結像される。

【００１３】光学系１４０はレンズ１４１，１４２，１
４３及びハーフミラー１４４とから構成されている。ハ
ーフミラー１４４は、原光学像の光軸方向に対し４５度
傾斜して設けられていて、原光学像をそのまま透過させ
第１の光学像を得、また原光学像の光軸に対して９０度
方向に反射させ第２の光学像を得るものである。

【００１４】光学系１４０からの第１の光学像と第２の
光学像は、それぞれ第１のＣＣＤ１と第２のＣＣＤ２で
撮像される。この第１のＣＣＤ１と第２のＣＣＤ２は、
通常のＣＣＤ同様、撮像領域で光電変換して得た画素デ
ータを水平転送路側へ１ラインデータずつ移行しなが
ら、水平転送路にきた１ラインデータから先に出力し、
そして全てのラインデータを連続的に出力するものであ
る。第１のＣＣＤ１は原光学像光軸延長上に設けられ、
第２のＣＣＤ２はハーフミラー１４４の傾斜により屈折
される光線の光軸の延長上に設けられる。この第１のＣ
ＣＤ１と第２のＣＣＤ２の撮像面上に結像される光学像
と各ＣＣＤの配置について図２に示した。ここでは、
“Ｒ”という像がＩ．Ｉ．１３０から出力されるものと
して、光学系１４０を介して、各ＣＣＤの撮像面上に
“Ｒ”がどの様な向きで結像されるかを示している。原
光学像２１０は、光学系１４０により第１のＣＣＤ１の
撮像面２２１と第２のＣＣＤ２の撮像面２２２上に結像
されるが、この時光学像に対して各ＣＣＤの水平転送路
１ａ，２ａにおける画素データの転送の向きを矢印のよ
うになるように配置すれば、各ＣＣＤの撮像面には、互
いに左右が逆となる像が結像される。この様な配置にす
ることにより、後に説明する原画像の再現が簡単に行え
る。

【００１５】次に、各ＣＣＤにおいて、画素データの転
送について図３を参照しながら説明する。各ＣＣＤの撮
像部には、複数の受光素子即ち画素がマトリクス配列さ
れており、この列を水平転送路１ａ，２ａ側からｌ₁ ，
ｌ₂ ，…ｌ_2N-1，ｌ_2Nとし、それぞれの列のラインデー
タをＬ₁ ，Ｌ₂ ，…Ｌ_2N-1，Ｌ_2Nとする。ここでは画素
の列の数が偶数の場合について説明する。また、先に説
明したように、第１のＣＣＤ１と第２のＣＣＤ２との撮
像面上に結像される像は大きさが等しく互いに左右が逆
であるので、両ＣＣＤにおいて各列のラインデータの画
素データの配列は互いに逆ではあるが、２つのＣＣＤの
特性が同一であれば同じ列のデータは等しくなる。

【００１６】各ＣＣＤの画素が所定の時間受光して得た
電荷即ち画素データは、全体的に水平転送路側即ち垂直
転送方向に必要に応じて１ラインあるいは２ライン毎に
シフトされ、２ライン毎にシフトされる場合においては
水平転送路上で垂直方向に連続する２画素の電荷が加算
される。この時、加算を行う列の組み合わせは、図３に
示したように第１のＣＣＤ１と第２のＣＣＤ２とで１列
ずらすようにする。このため、第２のＣＣＤ２において
列ｌ₁ と列ｌ_2Nの画素データが不用となり、また第１の
ＣＣＤ１と第２のＣＣＤ２それぞれから得られるライン
データ数が等しくなるようにすると、第１のＣＣＤ１に
おいて列ｌ_2N-1と列ｌ_2Nのラインデータが不要となる。
水平転送路にシフトされた画素データは、水平転送路の
所定の方向に１画素データづつシフトされ、１画素デー
タ毎外部に出力される。不要の画素データについては、
ドレイン１ｂ，２ｂに転送されクリアされる。また、画
素データの垂直及び水平転送のタイミングとドレインの
ゲートのオープン及びクローズのタイミングは、後に説
明するタイミングジェネレータにより発生されるクロッ
クパルスにより制御される。

【００１７】さらに、この転送について図４のタイミン
グチャートを参照しながら詳細に説明する。図４は、第
１のＣＣＤ１及び第２のＣＣＤ２においての垂直転送の
状態と不必要な画素データのクリアをするドレイン１
ｂ，２ｂの状態を示している。

【００１８】まず第２のＣＣＤ２において列ｌ₁ のライ
ンデータＬ₁ が水平転送路２ａに転送されるが、このラ
インデータは不要であるので、ドレイン２ｂのゲートが
オープンとなりクリアされる。この時、第１のＣＣＤ１
においてはデータの転送は行われない。次に、両ＣＣＤ
において２段転送が行われ、第１のＣＣＤ１においては
ラインデータＬ₁ とラインデータＬ₂ が、第２のＣＣＤ
２においてはラインデータＬ₂ とラインデータＬ₃ が水
平転送路において加算される。この時得られるラインデ
ータをそれぞれＬ₁₊₂ ，Ｌ₂₊₃ とする。加算後、水平転
送路の所定の方向に１画素データづつシフトされ、１画
素データ毎外部に出力される。この様な動作が繰り返し
行われ、各ＣＣＤから（Ｎ−１）本の列の画素データが
得られた後においては、ＣＣＤ１では水平転送路１ａに
ラインデータＬ_2N-1とラインデータＬ_2Nが転送され、Ｃ
ＣＤ２では水平転送路２ａにラインデータＬ_2Nと空のデ
ータが転送されるが、ドレイン１ｂ，２ｂ共にオープン
となりデータはクリアされる。

【００１９】以上のようにして、１フレーム分の画素デ
ータが得られる。ラインデータを１段ずつ転送する場合
にフレームレートが３０Ｈｚであれば、この時のフレー
ムレートは２段転送を行っているので６０Ｈｚとなる。

【００２０】水平転送部から出力された画素データは、
Ａ／Ｄ変換器１５１及びＡ／Ｄ変換器１５２により、デ
ィジタル信号に変換される。このディジタル信号は画像
処理装置１６０に入力される。この画像処理装置につい
て、図５を参照しながら説明する。

【００２１】画像処理装置１６０は、１ラインデータを
記憶する４つのラインメモリ（以下ＬＭ）５１１，５１
２，５２１，５２２とスイッチ（以下ＳＷ）５１０，５
１３，５２０，５２３とから構成され、各スイッチの接
続は、タイミングジェネレータ１７０により制御され
る。この画像処理装置１６０の動作について図６を参照
しながら説明する。図６は各ＬＭの書き込み（図中記号
Ｗで示した）読出し（図中記号Ｒで湿した）の状態を示
している。ＣＣＤ１からラインデータＬ₁₊₂ 、ＣＣＤ２
からラインデータＬ₂₊₃ が出力された場合、ＳＷ５１０
及び５２０は共に“０”側に接続され、このラインデー
タＬ₁₊₂ 及びＬ₂₊₃ はそれぞれＬＭ５１１及び５２１に
書き込まれる。次に、各ＣＣＤからの１ラインデータの
転送が終了し、次のラインデータＬ₃₊₄ 及びＬ₄₊₅ が出
力されるが、この時ＳＷ５１０及び５２０は共に“１”
側に接続され、ＬＭ５１２及び５２２に書き込まれる。
この時、ＳＷ５１３は“０”側に接続されＬＭ５１１か
らラインデータＬ₁₊₂ が１ラインデータの水平転送期間
の半分の時間で読み出される。先に説明したようにＣＣ
Ｄ１とＣＣＤ２の撮像面上に結像される像の左右が互い
に逆となるので、このことを修正するためにＣＣＤ１か
ら出力されたラインデータの読出しは書き込みとは逆の
順番で行われる。この読出しが終了すると、ＳＷ５２３
が“０”側に接続されＬＭ５２１からラインデータＬ
₂₊₃ が１ラインデータの水平転送期間の半分の時間で読
み出される。この読出しにおいては、書き込みと同じ順
番で行われる。次の１ラインデータの水平転送期間にお
いては、ＬＭ５１１及び５２１が書き込み状態となり、
ＬＭ５１２、ＬＭ５２２が順に読出しの状態となる。以
上の動作が繰り返され、画像処理装置１７からは、Ｌ
₁₊₂ ，Ｌ₂₊₃ ，Ｌ₃₊₄ ，Ｌ₄₊₅，…Ｌ_{(2N-2)+(2N-1)} と
いう順番でラインデータが出力され、図７に示すように
（２Ｎ−２）本のラインデータよりなる画像データが得
られる。この画像データは後段の画像記憶装置１８０例
えば光ディスク記憶装置や磁気記憶装置等に記憶される
と同時に、Ｄ／Ａ変換器１９０によりビデオ信号に変換
され、モニタ２００により可視表示される。

【００２２】以上説明した実施例においては、撮像のフ
レームレートを６０Ｈｚとしても、得られる画像データ
の垂直方向においてのラインデータ数が（２Ｎ−２）と
各ＣＣＤの画素列数より２本少ないだけである。したが
って、画像の垂直方向の解像度をほとんど落とさずに高
速で画像データの出力をすることが可能である。ただ
し、第１のＣＣＤ１と第２のＣＣＤ２の出力に、オフセ
ット及びゲインの差があると、合成画像をモニタ２０に
より表示した場合において横縞が出る可能性があるが、
この場合は、画像処理装置１６０内にナイキスト周波数
の近傍の成分だけを除去するローパスフィルタを設ける
ことにより横縞を除去することができる。

【００２３】また、上記実施例において、フレームレー
トを３０Ｈｚとした撮像は、タイミングジェネレータ１
８が発生するクロックパルスの発生タイミングを変え、
２段転送ではなく１段ずつ転送するようにすれば可能で
ある。この場合には、２つのＣＣＤの対応する画素デー
タを加算することによりＳ／Ｎ比を改善することが可能
である。さらに、一方のＣＣＤの入射面の前方に光減衰
器を装着してダイナミックレンジを拡大することも可能
である。

【００２４】また、以上説明した実施例においてはＣＣ
Ｄを２つ使用した場合について説明したが、特に限定さ
れるものではなく２つ以上使用し、設けたＣＣＤの数の
転送例えば３つ使用したなら３段転送を行い、３ライン
データを各ＣＣＤにおいて組み合わせを変え加算し、各
ＣＣＤからのラインデータにより原画像を再現すること
により、解像度を落とすことなく高速撮像が可能であ
る。

【００２５】また、本実施例はＸ線診断装置における適
用について説明したが、特に限定されるものではなく、
例えば電子内視鏡装置等のような他の装置への適用も可
能である。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、高
速撮像時においても解像度の低下を抑えることができる
撮像装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る撮像装置を適用したＸ線診断装置
の概略構成図。

【図２】各ＣＣＤの撮像面上に結像される光学像を示す
図。

【図３】各ＣＣＤにおいて加算するラインデータの組み
合わせを示す図。

【図４】各ＣＣＤの垂直転送のタイミングを示す図。

【図５】図１に示す画像処理装置を示す図。

【図６】図５に示す画像処理装置の動作のタイミングタ
ャートを示す図。

【図７】ラインデータの合成により得られた画像データ
を示す図。

【符号の説明】

１ 第１のＣＣＤ １ａ 水平転送路 １ｂ ドレイン ２ 第２のＣＣＤ ２ａ 水平転送路 ２ｂ ドレイン １１０ Ｘ線管 １２０ 被検体 １３０ イメージインテンシファイア １４１，１４２，１４３ レンズ １４４ ハーフミラー １５１ Ａ／Ｄ変換器 １５２ Ａ／Ｄ変換器 １６０ 画像処理装置 １７０ タイミングジェネレータ １８０ 画像記憶装置 １９０ Ｄ／Ａ変換器 ２００ モニタ ２２１ ＣＣＤ１の撮像面 ２２２ ＣＣＤ２の撮像面 ５１０，５１３，５２０，５２３ スイッチ ５１１，５１２，５２１，５２２ ラインメモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 5/32

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原光学像から所定数の光学像を得る光学
   系と、この光学系によって得られた前記所定数の光学像
   それぞれに対応して設けられ、前記光学像を微小単位毎
   にその光度に応じて電気信号に変換し画素データを得、
   その画素データを一方向に沿って前記所定数のラインデ
   ータずつ合成して連続的に出力する前記光学像数と同数
   の撮像手段と、この撮像手段各々からのラインデータを
   合成して原画像を再現する画像処理手段とを備えること
   を特徴とする撮像装置。