專利名稱：電子內(nèi)窺鏡設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用圖像拾取部件獲取圖像的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其中該圖像拾取部件通過累積電荷來捕獲物體圖像，本發(fā)明還涉及用在該電子內(nèi)窺鏡設(shè)備中的信號(hào)處理單元。
背景技術(shù)：
電子內(nèi)窺鏡設(shè)備已被廣泛用于通過將內(nèi)窺鏡插入到體腔來觀察消化道，比如，食道、胃、小腸和大腸，或比如肺的支氣管，以及如果必要的話，通過使用插入到專用通道中的治療儀器執(zhí)行多種醫(yī)學(xué)處理。
場順序制系統(tǒng)(field sequential system)的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備是公知的電子內(nèi)窺鏡，其中光源單元具有旋轉(zhuǎn)濾光器，物體順序地被來自光源單元的紅、綠和藍(lán)光照射，這樣從該物體得到的光被單色圖像拾取部件接收，在信號(hào)處理單元進(jìn)行信號(hào)處理，并且所獲得的彩色圖像被輸出到顯示單元。由于場順序制系統(tǒng)的電子內(nèi)窺鏡的濾光器波長特性和圖像拾取單元的光譜敏感度特性的不同，在傳統(tǒng)的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備中已經(jīng)利用電子電路進(jìn)行了白平衡的調(diào)整。
白平衡的調(diào)整是在白體(white body)的圖像被拾取的狀態(tài)下，通過按下一個(gè)白平衡設(shè)定開關(guān)而執(zhí)行的。當(dāng)該開關(guān)被按下，白平衡調(diào)整電路調(diào)整彩色平衡，使得比如B信號(hào)和R信號(hào)與G信號(hào)的幅度比例達(dá)到一預(yù)定值。在模擬電路的情況下，這一調(diào)整通常包括通過比較器比較所有信號(hào)的輸出并逐漸調(diào)整放大因子，以獲得到預(yù)定彩色的會(huì)聚。然而，在這種情況下，在正確的白色調(diào)整完成前需要大量幀圖像，因此該調(diào)整是耗時(shí)的過程。
另一方面，利用數(shù)字電路的色平衡調(diào)整最常利用在一幀內(nèi)抽樣每一顏色的信號(hào)，利用CPU等直接由強(qiáng)度比計(jì)算B信號(hào)或R信號(hào)的放大因子，并通過采用數(shù)字乘法器放大每一信號(hào)。在這種情況下，白平衡的調(diào)整不需要很長時(shí)間。
另外，采用電子內(nèi)窺鏡設(shè)備的診斷除在監(jiān)視器中顯示與那些由肉眼觀察的相似的彩色圖像的正常的觀察外，最近開始采用利用活體組織的自發(fā)光的自發(fā)光的觀察。
在自發(fā)光觀察中，診斷是根據(jù)當(dāng)被紫外到藍(lán)色范圍的激發(fā)光照射時(shí)，從活體組織發(fā)出的自發(fā)光的光譜在正常黏膜和腫瘤之間是不同的這樣一個(gè)事實(shí)而進(jìn)行的。在這種情況下，通過在顯示器上將自發(fā)光的圖像顯示到由于從活體組織反射而返回的反射光圖像中，損害的部分能清楚地被識(shí)別，反射光圖像具有各自不同顏色的分配。這時(shí)，通過采用窄帶濾光器，所照射的光的波長被限制(比如參見日本專利申請公開未決號(hào)2002-95635)，使得每個(gè)波長帶寬中的頻譜分布是離散的。
此外，在傳統(tǒng)電子內(nèi)窺鏡設(shè)備中，彩色平衡的調(diào)整通常是通過采用白色物體作為基準(zhǔn)而進(jìn)行的(比如參見日本專利申請公開未決號(hào)2002-336196)，但是也有通過在自發(fā)光觀察過程中，采用患者正常黏膜的色彩作為基準(zhǔn)進(jìn)行色彩調(diào)整，任何患者的損害部分能夠以固定的色調(diào)被觀察的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備。
在這樣的傳統(tǒng)電子內(nèi)窺鏡設(shè)備中，信號(hào)處理單元的放大器的放大因子針對每一顏色(每一波帶)而被調(diào)整以調(diào)整彩色平衡。由于這個(gè)原因，在顏色之間放大因子的微小差別不會(huì)引起很嚴(yán)重的問題，但是當(dāng)顏色之間放大因子的差別很大時(shí)，噪聲常常由于較高的放大因子而增加圖像的顏色分量。
特別地，在用于熒光觀察的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備中，在患者之間由患者黏膜發(fā)出的熒光亮度的差別很大，并且在顏色之間放大因子的差別必須增加以校正前面提到的亮度差別，這可能導(dǎo)致圖像具有很高的噪聲級(jí)別。
另外，由于熒光極其微弱，因此必須使用于獲得反射光圖像的光照量低于激發(fā)光的光照量。為此目的，使濾光器的透射波帶變窄或者使其透射率降低。這很容易導(dǎo)致在濾光器的生產(chǎn)過程中的波長誤差，并且對圖像色彩產(chǎn)生相當(dāng)大的負(fù)面影響。比如，在具有半帶寬為100nm的透射波帶的濾光器有10nm誤差的情況下，透射光強(qiáng)度的誤差大約是10％，但是在具有半帶寬是20nm的透射波帶的濾光器有10nm誤差的情況下，透射光強(qiáng)度的誤差大約是50％。因此，在顏色之間的放大因子的差異很容易在彩色平衡調(diào)整過程中變大，并且得到有很高噪聲級(jí)別的圖像的可能性很大。
另外，在裝備有電子快門的內(nèi)窺鏡設(shè)備中，色彩校正也能通過控制曝光周期進(jìn)行。然而，在需要通過旋轉(zhuǎn)濾光板等遮蔽光的內(nèi)窺鏡設(shè)備中，電子設(shè)定的曝光周期與落在圖像拾取元件上的曝光量不是一個(gè)簡單的線性關(guān)系。這是因?yàn)橥ㄟ^旋轉(zhuǎn)濾光器的光通量不是很好地會(huì)聚在一點(diǎn)，而是具有一定的表面面積。
圖11是說明對于這種旋轉(zhuǎn)濾光器，曝光量(在不使用電子快門的情況下)和時(shí)間的關(guān)系圖。圖12是說明對于旋轉(zhuǎn)濾光器曝光量和曝光周期的關(guān)系圖。
旋轉(zhuǎn)濾光器中的一個(gè)濾光器備插入到光通量中時(shí)所得到的曝光量和時(shí)間的理想關(guān)系，用圖11中虛線91表示，而實(shí)際的關(guān)系由圖11中實(shí)線92表示。
另外，參照圖11，如果假設(shè)采用電子快門并且在時(shí)間點(diǎn)A執(zhí)行電荷掃描(sweep)并且曝光周期在時(shí)間點(diǎn)B結(jié)束，那么曝光周期就是圖11的A-B期間。這時(shí)的曝光周期和曝光量的關(guān)系在圖12中示出。參考圖12，理想地說，曝光周期和曝光量彼此有很好的比例，如虛線93所示，但實(shí)際上它們顯示出由實(shí)線94表示的復(fù)雜的關(guān)系。另外，圖11所示的實(shí)線92或圖12所示實(shí)線94的特性依據(jù)內(nèi)窺鏡或光源單元的類型或個(gè)體特點(diǎn)而不同。由于這個(gè)原因，在采用旋轉(zhuǎn)濾光器的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備中，只通過簡單地調(diào)整曝光周期，很難設(shè)定嚴(yán)格的彩色平衡。

發(fā)明內(nèi)容
概括而言，根據(jù)本發(fā)明的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備包括圖像拾取單元，其能夠相對于用于照射物體的照射光，針對每一預(yù)定波帶獲得該物體的圖像，曝光周期設(shè)定電路，用于對應(yīng)每一波帶設(shè)定該圖像拾取單元的曝光周期，放大電路，用于對應(yīng)每一波帶，放大利用該圖像拾取單元而獲得的物體圖像的拾取圖像信號(hào)，和控制電路，用于控制該放大電路，使得與在由曝光周期設(shè)定電路對應(yīng)每一波帶而設(shè)定的曝光周期處通過圖像拾取單元獲得的物體圖像的每一波帶相對應(yīng)的拾取圖像信號(hào)，以若干放大因子被放大，其中這些放大因子對應(yīng)相應(yīng)于每一波帶而設(shè)定的曝光周期而被計(jì)算。
本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中闡明，其中部分通過描述是顯而易見的，或可以通過本發(fā)明的實(shí)踐而了解。本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將通過特別在下文指出的手段和組合實(shí)現(xiàn)和獲得。


圖1是說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的內(nèi)窺鏡設(shè)備示意性結(jié)構(gòu)的框圖；圖2是說明在該實(shí)施例中旋轉(zhuǎn)濾光器結(jié)構(gòu)的平面圖；圖3是在該實(shí)施例中的CCD的框圖；圖4是說明在該實(shí)施例中外圓濾光器的光譜特性圖；圖5是說明在該實(shí)施例中內(nèi)圓濾光器的光譜特性圖；圖6是說明在該實(shí)施例中激發(fā)光截止濾光器的透射特性圖；
圖7是說明在該實(shí)施例中彩色平衡校正電路的框圖；圖8是說明在該實(shí)施例中當(dāng)按下彩色平衡設(shè)定開關(guān)時(shí)進(jìn)行的處理的流程圖；圖9A是說明在該實(shí)施例中由CCD接收的光量及電荷掃描信號(hào)的時(shí)序圖；圖9B是說明在該實(shí)施例中由CCD接收的光量及電荷掃描信號(hào)的時(shí)序圖；圖10A是說明在該實(shí)施例中輸入圖像信號(hào)及色調(diào)調(diào)整系數(shù)的時(shí)序圖；圖10B是說明在該實(shí)施例中輸入圖像信號(hào)及色調(diào)調(diào)整系數(shù)的時(shí)序圖；圖11是說明對于傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)濾光器，曝光量與曝光周期之間的關(guān)系圖；及圖12是說明對于傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)濾光器，曝光量與曝光周期之間的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1至10B涉及本發(fā)明的一實(shí)施例。圖1是說明內(nèi)窺鏡設(shè)備示意性結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是說明旋轉(zhuǎn)濾光器結(jié)構(gòu)的平面圖。圖3電荷耦合元件型固態(tài)圖像拾取元件(參照下面的CCD)的框圖。圖4是說明外圓濾光器的光譜特性圖。圖5是說明內(nèi)圓濾光器的光譜特性圖。圖6是說明激發(fā)光截止濾光器的透射特性圖。圖7是說明彩色平衡校正電路的框圖。圖8是說明當(dāng)按下彩色平衡設(shè)定開關(guān)時(shí)進(jìn)行的處理的流程圖。圖9A和圖9B是說明由CCD接收的光量及電荷掃描信號(hào)的時(shí)序圖。圖10A和圖10B是說明輸入圖像信號(hào)及色調(diào)調(diào)整系數(shù)的時(shí)序圖。
如圖1所示，本實(shí)施例的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備1包括電子內(nèi)窺鏡2，信號(hào)處理單元3，光源單元5和監(jiān)視器6。
電子內(nèi)窺鏡2包括能插入到體腔中的細(xì)長的插入部分11。CCD20包含在插入部分11的頂端部分16中。
電子內(nèi)窺鏡2可自由地分離地連接到信號(hào)處理單元3。信號(hào)處理單元3執(zhí)行由CCD20獲得的圖像信號(hào)的信號(hào)處理。
光源單元5用作產(chǎn)生觀察所用的光。在本實(shí)施例中，光源單元5和信號(hào)處理單元3是分離單元。然而，光源單元5可構(gòu)建為與信號(hào)處理單元3相結(jié)合。
監(jiān)視器6與信號(hào)處理單元3相連，用于顯示作為在信號(hào)處理單元3中處理的圖像的圖像信號(hào)。
下面將更詳細(xì)地描述電子內(nèi)窺鏡2。
電子內(nèi)窺鏡2包括用于插入到患者體腔的細(xì)長的插入部分11。
插入部分11在被設(shè)計(jì)用于在消化道、支氣管、脖頸頭部(咽喉)、膀胱中進(jìn)行觀察時(shí)由柔軟部分組成，或者當(dāng)其用在腹腔、胸腔或子宮時(shí)由剛性部分構(gòu)成。
光導(dǎo)12，電荷掃描信號(hào)線13和CCD輸出信號(hào)線14，15被置于插入部分11的內(nèi)部。
光導(dǎo)12的頂端、照射透鏡17、物鏡18、激發(fā)光截止濾光器19和CCD20位于插入部分11的頂端部分16中。
光導(dǎo)纖維12傳送位于信號(hào)處理單元3中的來自光源單元5的照射光并引導(dǎo)該光到插入部分11的頂端部分16。
照射透鏡17位于插入部分11的頂端部分16中，并處在光導(dǎo)纖維12的頂端表面一側(cè)。
來自光源單元5的由光導(dǎo)纖維12引導(dǎo)的照射光經(jīng)照射透鏡17照射物體7。
物鏡18用于利用來自物體7的光形成圖像。
激發(fā)光截止濾光器19位于CCD20的前表面并通過截止具有460nm或更小的波長的光來去除激發(fā)光。也就是，激發(fā)光截止濾光器19具有這樣的光譜特性，使得它透射由活體組織產(chǎn)生的自發(fā)光(波長大約為500nm或更大)而不透射激發(fā)光。
來自物體7的反射光和自發(fā)熒光經(jīng)過物鏡18和激發(fā)光截止濾光器19在CCD20的光接收區(qū)域70(參見圖3)上形成圖像。
CCD20是位于插入部分11的頂端部分16中的圖像傳感器，并被置于物鏡18的圖像形成位置中。
在本實(shí)施例中，CCD20被配置為直視的結(jié)構(gòu)，但是CCD20也可配置為斜視或側(cè)視的結(jié)構(gòu)。
另外，CCD20經(jīng)電荷掃描信號(hào)線13與位于信號(hào)處理單元3內(nèi)的曝光周期控制電路43相連。CCD20基于由曝光周期控制電路43產(chǎn)生的電荷掃描信號(hào)執(zhí)行電子快門控制。
此外，CCD20還執(zhí)行信號(hào)電荷累積，靈敏度控制并響應(yīng)于來自CCD驅(qū)動(dòng)電路(未在圖中示出)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行讀取。
在CCD20的光接收區(qū)域70由物鏡18和激發(fā)光截止濾光器19形成的物體圖像由CCD20的象素進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，隨后被傳送并被輸出。來自CCD20的輸出信號(hào)經(jīng)過CCD輸出信號(hào)線14，15分別提供給位于信號(hào)處理單元3中的預(yù)處理電路31，32。
另外，在電子內(nèi)窺鏡2中，濾光器開關(guān)21安裝在控制單元內(nèi)，其近端一側(cè)。濾光器開關(guān)21用于指明濾光器的開關(guān)。
濾光器開關(guān)21的操作信號(hào)提供給位于信號(hào)處理單元3中的CPU40。
信號(hào)處理單元3包括預(yù)處理電路31，32，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(以下稱作A/D轉(zhuǎn)換電路)33，34，彩色平衡校正電路35，36，多路復(fù)用器37，同步存儲(chǔ)器38R、38G、38B，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路(以下稱作D/A轉(zhuǎn)換電路)39R、39G、39B，CPU40，抽樣電路41，彩色平衡設(shè)定電路42和曝光周期控制電路43。
這里，CCD輸出信號(hào)線14，預(yù)處理電路31，A/D轉(zhuǎn)換電路33和平衡校正電路35組成通道A的信號(hào)處理系統(tǒng)，用于處理來自圖3所示的光接收區(qū)域70的奇數(shù)線71的信號(hào)。
圖1中的CCD輸出信號(hào)線15，預(yù)處理電路32，A/D轉(zhuǎn)換電路34，和平衡校正電路36組成通道B的信號(hào)處理系統(tǒng)，用于處理來自圖3所示的光接收區(qū)域70的偶數(shù)線72的信號(hào)。
另外，如圖1所示，信號(hào)處理單元3構(gòu)造為圖像信號(hào)按預(yù)處理電路31，32，A/D轉(zhuǎn)換電路33，34，彩色平衡校正電路35，36，多路復(fù)用器37，同步存儲(chǔ)器38R、38G、38B，和D/A轉(zhuǎn)換電路39R、39G、39B的順序流過。
經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路33，34進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)輸入抽樣電路41。
光源單元5包括氙氣燈(一下稱作燈)51，紅外截止濾光器52，旋轉(zhuǎn)濾光盤53，馬達(dá)4，55和會(huì)聚透鏡56。
燈51發(fā)出照射光。紅外截止濾光器位于燈51的照射光路上，用于限制透射波長。馬達(dá)54旋轉(zhuǎn)并且驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)濾光盤53。馬達(dá)55用來在垂直于光軸的方向上移動(dòng)旋轉(zhuǎn)濾光盤53。
如圖2所示，旋轉(zhuǎn)濾光盤53具有成對結(jié)構(gòu)，其中濾光器組58，59分別位于外圓部分和內(nèi)圓部分。
分別透射紅色(R)、綠色(R)、藍(lán)色(B)波長的R濾光器61R，、G濾光器61G和B濾光器61B位于旋轉(zhuǎn)濾光盤53的外圓上。
這樣，R濾光器61R，G濾光器61G和B濾光器61B組成外圓濾光組58。
透射540-560nm窄帶光的G’濾光器62，透射390-450nm激發(fā)光的激發(fā)濾光器63，透射600-620nm窄帶光的R’濾光器64位于旋轉(zhuǎn)濾光盤53的內(nèi)圓上。
也就是，G′濾光器62，激發(fā)濾光器63和R’濾光器64組成內(nèi)圓濾光組58。
另外，旋轉(zhuǎn)濾光盤53在濾光器所分布區(qū)域外的部分由遮蔽光的元件65形成。
下面將參照圖4和圖5描述旋轉(zhuǎn)濾光盤53的外圓和內(nèi)圓濾光器的光譜特性。
如圖4所示，位于外圓的R濾光器61R，G濾光器61G，B濾光器61B具有在各自透射光譜之間無間隔的光譜分布。
如圖5所示，位于內(nèi)圓的G’濾光器62，激發(fā)濾光器63，R’濾光器64具有離散的光譜分布，其中存在間隔。
如圖3所示，CCD20包括光接收區(qū)域70，水平傳送通道73，74，配備有CMD(電荷倍增設(shè)備)的傳送通道75，76和電荷檢測單元77，78。
另外，配備有CMD的傳送通道75，76包括多個(gè)單元，這些單元的數(shù)量幾乎等于水平傳送通道73，74的單元數(shù)量。
在光接收區(qū)域70的每個(gè)象素中所產(chǎn)生的信號(hào)電荷是一種能分別在兩個(gè)通道A和B中，借助于垂直傳送脈沖，利用奇數(shù)線71和偶數(shù)線72讀取的形式。
從奇數(shù)線71和偶數(shù)線72讀取的信號(hào)電荷被傳送到用于各自的水平線的水平傳送通道73，74中，并進(jìn)一步通過水平傳送脈沖從各自的水平傳送通道73，74傳送到具有CMD的各自的傳送通道75，76。另外，在具有CMD的傳送通道75，76中，應(yīng)用了靈敏度控制脈沖并執(zhí)行了信號(hào)放大，同時(shí)信號(hào)電荷由水平傳送脈沖傳送通過每個(gè)單元。因此，每次信號(hào)電荷被傳送通過具有CMD的傳送通道的單元時(shí)，放大因子以幾何級(jí)數(shù)增加。放大后的信號(hào)電荷隨后被傳送到電荷檢測單元77，78中。電荷檢測單元77，78對來自具有CMD的各自傳送通道75，76的電荷執(zhí)行轉(zhuǎn)換成電壓的電荷-電壓轉(zhuǎn)換，并將電壓輸出到各自CCD輸出信號(hào)線14，15。
通過上述的構(gòu)造，在CCD20中，CMD被配置在水平寄存器中，并且通過來自外部的靈敏度控制脈沖可以執(zhí)行可變的放大。
圖1所示的激發(fā)光截止濾光器19具有遮蔽460或更小波長的光的截止透射特性，如圖6所示。
圖1所示的彩色平衡校正電路35具有色調(diào)調(diào)整系數(shù)存儲(chǔ)器81和數(shù)字乘法器82，如圖7所示。
色調(diào)調(diào)整系數(shù)存儲(chǔ)器81基于來自CPU40的存儲(chǔ)器重寫信號(hào)執(zhí)行色調(diào)調(diào)整系數(shù)的重寫，并將關(guān)于色調(diào)調(diào)整系數(shù)的數(shù)據(jù)提供給數(shù)字乘法器82的一個(gè)輸入端。
來自A/D轉(zhuǎn)換電路33的輸入圖像信號(hào)被引導(dǎo)至數(shù)字乘法器82的另一輸入端。
數(shù)字乘法器82將來自A/D轉(zhuǎn)換電路33的輸入圖像信號(hào)乘以色度調(diào)整系數(shù)存儲(chǔ)器81的色調(diào)調(diào)整系數(shù)，并將該乘積輸出到多路復(fù)用器37的一個(gè)輸入端。
另外，如圖1所示的彩色平衡校正電路36的結(jié)構(gòu)與如圖7所示的彩色平衡校正電路35相同，除了輸入端36與A/D轉(zhuǎn)換電路34相連并且輸出端與多路復(fù)用器37相連之外。
下面將描述本發(fā)明的操作。
參考圖1，照射物體7的光是從光源單元5的燈51發(fā)出的。從燈51發(fā)出的光穿過紅外截止濾光器52，旋轉(zhuǎn)濾光盤53和會(huì)聚透鏡56并入射到電子內(nèi)窺鏡2的光導(dǎo)纖維12上。
在這種情況下，紅外截止濾光器52截止紅外線，由此防止旋轉(zhuǎn)濾光盤53上的濾光器被不必要的熱或光照射。
在正常光觀測期間，濾光盤53的外圓濾光器組58位于光路上并由馬達(dá)54以規(guī)定的速率旋轉(zhuǎn)。結(jié)果是，R濾光器61R，G濾光器61G和B濾光器61B依次被放置在光路上并分別透射紅，綠和藍(lán)光。于是，在正常光觀測期間，紅，綠和藍(lán)光依次從光源單元5發(fā)出。
在熒光觀測期間，馬達(dá)55響應(yīng)于來自濾光器位置控制電路(未在圖中示出)的信號(hào)，在與光軸垂直的方向上移動(dòng)旋轉(zhuǎn)濾光盤53。結(jié)果是，旋轉(zhuǎn)濾光盤53的內(nèi)圓濾光器組59插入到光路之上。
在插入內(nèi)圓濾光器組59時(shí)，在G’濾光器62，激發(fā)濾光器63和R’濾光器64位于光路的狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)濾光盤53由馬達(dá)54以預(yù)定速率旋轉(zhuǎn)。結(jié)果是，光源單元5依次發(fā)出具有波長為540-560nm、390-450nm，和600-620nm的光。
這里，具有波長390-450nm的光是激發(fā)光，用于激發(fā)活體組織的自熒光。
入射到電子內(nèi)窺鏡的光導(dǎo)纖維12的光經(jīng)由插入部分11的遠(yuǎn)端部分16的照射透鏡17照射物體7，比如消化道。
由物體7散射、反射和放射的光經(jīng)過遠(yuǎn)端部分16的物鏡18形成CCD20的光接收區(qū)域70(見圖3)上的圖像并拾取該圖像。
這里，激發(fā)光截止濾光器19在CCD20的前表面遮蔽波長390-450nm的光并提取熒光。
CCD20與旋轉(zhuǎn)濾光盤53的旋轉(zhuǎn)同步地由CCD驅(qū)動(dòng)電路(未在圖中示出)驅(qū)動(dòng)，并且對應(yīng)于已通過旋轉(zhuǎn)濾光盤53的各濾光器，如R濾光器61R，G濾光器61G和B濾光器61B的照射光的圖像信號(hào)，被順序地輸出到信號(hào)處理單元3。順序輸出到信號(hào)處理單元3的圖像信號(hào)用作為對應(yīng)奇數(shù)線71的通道A和對應(yīng)偶數(shù)線72的通道B的兩個(gè)系統(tǒng)。
另外，如果必要，將來自靈敏度控制脈沖產(chǎn)生電路(未在圖中示出)的靈敏度控制脈沖輸入到CCD20中具有CMD的傳送通道75，76中，用于產(chǎn)生由碰撞電離引起的二次電子以及放大該信號(hào)電荷。在這種情況下的放大因子由靈敏度控制脈沖的幅度控制。
輸入到信號(hào)處理單元3的通道A和通道B的圖像信號(hào)最初被輸入到各自的預(yù)處理電路31，32中。在預(yù)處理電路31，32中，通道A和通道B的合適的圖像信號(hào)通過CDS(相關(guān)雙抽樣)或類似的處理提取。
從預(yù)處理電路31，32輸出的通道A和通道B的圖像信號(hào)通過各自A/D轉(zhuǎn)換電路33，34，從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。
從A/D轉(zhuǎn)換電路33，34輸出的通道A和通道B的圖像的數(shù)字信號(hào)被輸入到各自的彩色平衡校正電路35，36。
色調(diào)調(diào)整系數(shù)由CPU40寫到彩色平衡校正電路35，36的色調(diào)校正系數(shù)存儲(chǔ)器81中，并且彩色平衡校正電路35，36基于彩色鑒別信號(hào)(未在圖中示出)對每個(gè)照射波長以預(yù)定的放大因子放大輸入信號(hào)。
多路復(fù)用器37將來自通道A和通道B的圖像的彩色平衡校正電路35，36的數(shù)字信號(hào)合并為一個(gè)系統(tǒng)的圖像的數(shù)字信號(hào)，將圖像的場順序制數(shù)字信號(hào)分離為R(或窄帶綠反射光)，G(或熒光)和B(窄帶紅反射光)色并將它們分別輸出到同步存儲(chǔ)器38R、38G和38B。
在同步存儲(chǔ)器38R、38G和38B中，場順序制數(shù)字信號(hào)的同步化通過同步讀取依次存儲(chǔ)的圖像來執(zhí)行。在各自R、G、B波帶中的同步數(shù)字信號(hào)在伽馬校正電路(在圖中未示出)中被轉(zhuǎn)換以校正監(jiān)視器的伽馬特性，由各自的D/A轉(zhuǎn)換電路39R、39G、39B轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)并顯示在監(jiān)視器6上。
在正常光觀測期間，紅反射光，綠反射光和藍(lán)反射光分量顯示在監(jiān)視器6的各自的RGB象素上。
另外，在熒光觀測期間，窄帶綠反射光，熒光和窄帶紅反射光顯示在監(jiān)視器6的各自的RGB象素上。
另一方面，在曝光周期控制電路43中，CCD20的曝光量通過傳送電荷掃描信號(hào)到CCD20來控制。由曝光周期控制電路43確定的電荷掃描時(shí)序針對照射光的每一照射波長而被調(diào)整。
另外，如果濾光開關(guān)21被操作者按下，則該按壓被CPU40所識(shí)別，馬達(dá)55由CPU40驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)濾光盤53的外圓濾光器組58和內(nèi)圓濾光器組59被切換，并且正常光觀測和熒光觀測被切換。
與這個(gè)切換同步地，CPU40在用于正常光觀測和用于熒光觀測的設(shè)置之間，切換信號(hào)處理單元3的各種設(shè)置。
當(dāng)電子內(nèi)窺鏡設(shè)備1的操作者在正常光觀測期間調(diào)整彩色平衡時(shí)，操作者通過在白色參考物體的圖像被拾取的狀態(tài)下按壓彩色平衡設(shè)置開關(guān)42初始化彩色平衡的設(shè)置。
下面將參考圖8描述當(dāng)彩色平衡設(shè)置開關(guān)42被按下時(shí)執(zhí)行的處理。
如圖8所示，如果在正常光觀測模式中彩色平衡設(shè)置開關(guān)被按下，則首先，在步驟S1，CPU40向曝光周期控制電路43提供一最大曝光周期作為暫定曝光周期，用于所有RGB波帶的圖像信號(hào)。也就是，曝光周期控制電路43終止CCD20的電子快門功能。其結(jié)果是，由CCD20接收的每一RGB色的量如圖9A所示。
接著，在步驟S2，CPU40獲取由抽樣電路41對每一RGB抽樣的圖像的亮度。
然后，在步驟S3，CPU40基于通道A的抽樣數(shù)據(jù)計(jì)算合適的曝光周期。這里，目標(biāo)是要設(shè)置一個(gè)粗略的彩色平衡。因此，計(jì)算RGB曝光周期使得RGB放大因子比例變成1/Vr∶1/Vg∶1/Vb，其中，Vr，Vg和Vb表示各自RGB圖像的抽樣值。這時(shí)，RGB中的曝光周期最大時(shí)最好不用CCD20的電子快門，以保證較高的亮度。
接著，在步驟S4，CPU40將在步驟S3計(jì)算的曝光周期輸出至曝光周期控制電路43。其結(jié)果是，曝光周期控制電路43傳送如圖9B所示的電荷掃描信號(hào)到CCD20，以便獲得前述計(jì)算的曝光周期。即使這樣設(shè)定了曝光周期，由于參見圖11和圖12所解釋的原因，彩色平衡取完全所需比例的可能性也很小。
接著，在步驟S5，CPU40再次獲得抽樣電路41抽樣的RGB值，以便執(zhí)行正確的彩色平衡調(diào)整和通道A和B之間的調(diào)整。
接著，在步驟S6，CPU40計(jì)算將在彩色平衡校正電路35，36中設(shè)定的色調(diào)調(diào)整系數(shù)。這里，計(jì)算色調(diào)調(diào)整系數(shù)使得RGB放大因子比例變成1/Vr’∶1/Vg’∶1/Vb’，其中，Vr’，Vg’和Vb’表示各自RGB圖像的抽樣值。
然后，在步驟S7，CPU40針對每一觀測模式和如圖7所示的每一RGB，將步驟S6中計(jì)算的色調(diào)調(diào)整系數(shù)存儲(chǔ)在色調(diào)調(diào)整系數(shù)存儲(chǔ)器81的分開的區(qū)域中。以這種方式，完成對彩色平衡的設(shè)定。
通過這樣的處理，彩色平衡校正電路35執(zhí)行了甚至更嚴(yán)格的通常由曝光周期控制來校正的彩色平衡的校正。
當(dāng)此后利用電子內(nèi)窺鏡設(shè)備1執(zhí)行通過正常光的圖像拾取時(shí)，彩色平衡校正電路35利用數(shù)字乘法器82，將如圖10B所示的針對每一觀察模式和每一RGB而存儲(chǔ)在色調(diào)調(diào)整系數(shù)存儲(chǔ)器81的分開區(qū)域中的色調(diào)調(diào)整系數(shù)，和如圖10A所示的根據(jù)觀測模式和旋轉(zhuǎn)濾光器53的旋轉(zhuǎn)而被拾取并從A/D轉(zhuǎn)換電路33輸入的圖像信號(hào)相乘。其結(jié)果是，將受到嚴(yán)格彩色平衡校正的各自RGB圖像信號(hào)以前述放大因子比例被放大并從彩色平衡校正電路35輸出。
另外，至于B通道的彩色平衡校正電路36，除了彩色平衡調(diào)整，還計(jì)算色調(diào)校正系數(shù)以便消除與A通道的通道間變化。在其它方面，B通道的彩色平衡校正電路36的操作與A通道的彩色平衡校正電路35的操作相同。
當(dāng)電子內(nèi)窺鏡設(shè)備1的操作者在熒光觀測期間調(diào)整彩色平衡時(shí)，彩色平衡設(shè)定通過在插入部分11插入到體腔內(nèi)的并且患者正常的黏膜在熒光觀測模式下被拾取的狀態(tài)下按下彩色平衡開關(guān)22而初始化。后續(xù)操作與在正常觀測期間所執(zhí)行的那些步驟相同。
電子內(nèi)窺鏡2包括圖像拾取單元(CCD20)，用于針對照射該物體的照射光的每一波帶拾取物體7的圖像。
彩色平衡校正電路35，36作為對每一波帶，用于放大與物體7相關(guān)從CCD20輸出的信號(hào)的放大裝置。
曝光周期控制電路43作為曝光周期設(shè)定裝置，用于設(shè)定對于每一波帶的CCD20的曝光周期。
另外，CPU40作為放大因子設(shè)定裝置，用于基于根據(jù)曝光周期設(shè)定裝置設(shè)定的曝光周期由CCD20拾取的對應(yīng)物體7的信號(hào)，設(shè)定對于每一波帶的彩色平衡校正電路35，36的放大因子。
監(jiān)視器6作為顯示單元，用于彩色顯示對應(yīng)由彩色平衡校正電路35，36放大的信號(hào)的視頻圖像。
彩色平衡設(shè)定開關(guān)42，作為彩色平衡設(shè)定指定裝置，用于指定將由監(jiān)視器6顯示的視頻圖像的彩色平衡調(diào)整。
前述提及曝光周期設(shè)定裝置基于由CCD20根據(jù)彩色平衡設(shè)定開關(guān)42的指定而輸出的視頻信號(hào)，為每一波帶設(shè)定曝光周期。
通過前面描述的實(shí)施例，彩色平衡校正通過曝光周期控制而實(shí)現(xiàn)。因此，沒必要對特定色彩以高放大因子進(jìn)行放大，并且能降低對所有彩色分量噪聲影響。而且，因?yàn)榉糯笠蜃涌刂埔灿糜谛Ｕ噬胶猓虼穗S曝光周期控制而出現(xiàn)的微小的彩色平衡誤差也能被校正并且能以更好的精確性執(zhí)行彩色平衡設(shè)定。因此，具有低噪聲的更好的圖像能在準(zhǔn)確設(shè)定的彩色平衡下獲得。
另外，在本實(shí)施例中，曝光周期基于充當(dāng)彩色平衡設(shè)定指定裝置的彩色平衡設(shè)定開關(guān)42的指定而設(shè)定。因此，對所有色彩的放大因此變得幾乎相等并且對所有色彩分量噪聲影響將會(huì)顯著降低，不管濾光器的生產(chǎn)過程中的擴(kuò)展(spread)。
而且，通過本實(shí)施例，由于應(yīng)用至用于易受濾光器的變化引起的噪聲影響的熒光的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備1，因此就抑制噪聲影響而言可以獲得特別顯著的效果。
另外，在本實(shí)施例中，因?yàn)閼?yīng)用至用于具有如圖5所示的離散光譜分布的、易受濾光器的變化引起的噪聲影響的照射光的照射的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備1，因此就抑制噪聲影響而言可以獲得特別顯著的效果。
而且，在本實(shí)施例中，考慮了應(yīng)用至允許在可視范圍內(nèi)的熒光觀測的電子內(nèi)窺鏡，但是對采用三種離散窄帶波長的反射光觀測、紅外線觀測和在紅外范圍中的熒光觀測的應(yīng)用，如在日本專利公開未決申請?zhí)?002-95635中公開的，也是有可能的。
而且，在本實(shí)施例中，彩色平衡調(diào)整的放大在信號(hào)處理單元3的內(nèi)部進(jìn)行，但是該放大也可在配備有CMD的位于CCD20中的傳送通道75，76中進(jìn)行。
被調(diào)整的色彩的比例不限定為1∶1∶1并且受損部分也能通過比如，在熒光觀測期間，將患者正常黏膜顯示為輕微的綠色而被有效的識(shí)別。
曝光周期的計(jì)算不限于假定曝光周期與曝光量是簡單的線性關(guān)系的計(jì)算方法，并且噪聲通過執(zhí)行到其他函數(shù)的逼近以提高準(zhǔn)確度能被有效抑制。
而且，彩色平衡設(shè)定開關(guān)不限定在位于信號(hào)處理單元主體內(nèi)，它可位于在電子內(nèi)窺鏡2的操作單元中并也可采用由腳操作的腳開關(guān)形式。
通過部分結(jié)合上述實(shí)施例而構(gòu)成的實(shí)施例也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
在本發(fā)明中，很顯然根據(jù)本發(fā)明能形成在很大范圍內(nèi)不同的工作模式，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。本發(fā)明不限定在任何特定實(shí)施例，而僅由權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于包括圖像拾取單元，其能夠相對于用于照射物體的照射光，針對每一預(yù)定波帶獲得該物體的圖像；曝光周期設(shè)定電路，用于對應(yīng)每一波帶設(shè)定該圖像拾取單元的曝光周期；放大電路，用于對應(yīng)每一波帶，放大利用該圖像拾取單元而獲得的物體圖像的拾取圖像信號(hào)；和控制電路，用于控制該放大電路，使得與在由曝光周期設(shè)定電路對應(yīng)每一波帶而設(shè)定的曝光周期處通過圖像拾取單元獲得的物體圖像的每一波帶相對應(yīng)的拾取圖像信號(hào)，以若干放大因子被放大，其中這些放大因子對應(yīng)相應(yīng)于每一波帶而設(shè)定的曝光周期而被計(jì)算。
2.權(quán)利要求1所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于還包括顯示單元，用于彩色顯示對應(yīng)于由所述放大電路放大的信號(hào)的圖像；和彩色平衡設(shè)置指定單元，用于指定由該顯示單元顯示的圖像的色彩的平衡調(diào)整；其中所述曝光周期設(shè)定電路基于該彩色平衡設(shè)置指定單元的指定，根據(jù)由所述圖像拾取單元輸出的圖像信號(hào)，設(shè)定對應(yīng)于每一波帶的曝光周期。
3.如權(quán)利要求2所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于，所述圖像拾取單元以激發(fā)光照射物體并通過來自該物體的熒光拾取該物體的圖像。
4.如權(quán)利要求2所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于，所述圖像拾取單元以具有離散光譜分布的波帶的照射光照射該物體，并通過從該物體反射的光拾取該物體的圖像。
5.如權(quán)利要求1所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于，所述圖像拾取單元以激發(fā)光照射該物體并通過來自該物體的熒光拾取該物體的圖像。
6.如權(quán)利要求1所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于，所述圖像拾取單元以具有離散光譜分布的波帶的照射光照射該物體并通過從該物體反射的光拾取該物體的圖像。
7.一種電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于包括圖像拾取裝置，其能夠相對于用于照射物體的照射光，針對每一預(yù)定波帶獲得該物體的圖像；曝光周期設(shè)定裝置，用于對應(yīng)每一波帶設(shè)定該圖像拾取裝置的曝光周期；放大裝置，用于對應(yīng)每一波帶，放大利用該圖像拾取裝置而獲得的物體圖像的拾取圖像信號(hào)；和控制裝置，用于控制該放大裝置，使得與在由曝光周期設(shè)定裝置對應(yīng)每一波帶而設(shè)定的曝光周期處通過圖像拾取裝置獲得的物體圖像的每一波帶相對應(yīng)的拾取圖像信號(hào)，以若干放大因子被放大，其中這些放大因子對應(yīng)相應(yīng)于每一波帶而設(shè)定的曝光周期而被計(jì)算。
8.如權(quán)利要求7所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于還包括顯示裝置，用于彩色顯示對應(yīng)于由所述放大裝置放大的信號(hào)的圖像；和彩色平衡設(shè)置指定裝置，用于指定由該顯示裝置顯示的圖像的色彩的平衡調(diào)整；其中所述曝光周期設(shè)定裝置基于該彩色平衡設(shè)置指定裝置的指定，根據(jù)由所述圖像拾取裝置輸出的圖像信號(hào)，設(shè)定對應(yīng)于每一波帶的曝光周期。
9.如權(quán)利要求8所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于，所述圖像拾取裝置以激發(fā)光照射物體并通過來自該物體的熒光拾取該物體的圖像。
10.如權(quán)利要求8所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于，所述圖像拾取裝置以具有離散光譜分布的波帶的照射光照射該物體，并通過從該物體反射的光拾取該物體的圖像。
11.如權(quán)利要求7所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于，所述圖像拾取裝置以激發(fā)光照射該物體并通過來自該物體的熒光拾取該物體的圖像。
12.如權(quán)利要求7所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于，所述圖像拾取裝置以具有離散光譜分布的波帶的照射光照射該物體并通過從該物體反射的光拾取該物體的圖像。
13.一種信號(hào)處理設(shè)備，用于處理由包括一圖像拾取單元的內(nèi)窺鏡輸出的對應(yīng)于一物體的信號(hào)，該信號(hào)處理設(shè)備的特征在于包括曝光周期設(shè)定電路，用于對應(yīng)每一波帶，設(shè)定該圖像拾取單元的曝光周期，其中該圖像拾取單元能夠相對于用于照射物體的照射光，針對每一預(yù)定波帶獲得該物體的圖像；放大電路，用于對應(yīng)每一波帶，放大利用該圖像拾取單元而獲得的物體圖像的拾取圖像信號(hào)；和控制電路，用于控制該放大電路，使得與在由曝光周期設(shè)定電路對應(yīng)每一波帶而設(shè)定的曝光周期處通過圖像拾取單元獲得的物體圖像的每一波帶相對應(yīng)的拾取圖像信號(hào)，以若干放大因子被放大，其中這些放大因子對應(yīng)相應(yīng)于每一波帶而設(shè)定的曝光周期而被計(jì)算。
14.如權(quán)利要求13所述的信號(hào)處理設(shè)備，其特征在于，所述曝光周期設(shè)定電路基于彩色平衡設(shè)置指定，根據(jù)由所述圖像拾取單元輸出的圖像信號(hào)，設(shè)定對應(yīng)每一波帶的曝光周期，其中該彩色平衡設(shè)置指定用于指定由一顯示單元顯示的圖像的色彩的平衡。
15.一種電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于包括照射光提供裝置，用于連續(xù)提供不同波帶的光，以照射一物體；圖像拾取裝置，用于針對每一波帶連續(xù)拾取該物體的圖像；放大裝置，用于放大由圖像拾取裝置拾取的信號(hào)；顯示單元，用于彩色顯示由放大裝置放大的信號(hào)；曝光周期設(shè)定裝置，用于針對每一波帶設(shè)定圖像拾取裝置的曝光周期；和放大因子設(shè)定裝置，用于在設(shè)定了曝光周期后，基于從圖像拾取裝置輸出的信號(hào)，設(shè)定放大裝置中每一波帶中的放大因子。
16.如權(quán)利要求15所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于還包括彩色平衡設(shè)置指定裝置，用于指定由顯示設(shè)備顯示的色彩的平衡設(shè)置，其中所述曝光周期設(shè)定裝置對應(yīng)彩色平衡設(shè)置指定裝置的指定，基于由圖像拾取裝置輸出的信號(hào)，設(shè)定針對每一波帶的曝光周期。
17.如權(quán)利要求16所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于，所述光源裝置發(fā)出激發(fā)該物體的波長的光，并且所述圖像拾取裝置通過來自該物體的熒光拾取該物體的圖像。
18.如權(quán)利要求16所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于，不同波帶具有離散光譜分布。
19.如權(quán)利要求16所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于，所述曝光周期設(shè)定裝置通過電子快門設(shè)定曝光周期。
20.如權(quán)利要求19所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于，針對每一波帶而設(shè)定的至少一個(gè)曝光周期是通過停止電子快門而獲得的曝光周期。
21.如權(quán)利要求15所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于，所述光源裝置發(fā)出激發(fā)該物體的波長的光，并且所述圖像拾取裝置通過來自該物體的熒光拾取該物體的圖像。
22.如權(quán)利要求15所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于，不同波帶具有離散光譜分布。
23.如權(quán)利要求15所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于，所述曝光周期設(shè)定裝置通過電子快門設(shè)定曝光時(shí)間。
24.如權(quán)利要求23所述的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，其特征在于，針對每一波帶而設(shè)定的至少一個(gè)曝光周期是通過停止電子快門獲得的曝光周期。
25.一種在電子內(nèi)窺鏡中的彩色平衡調(diào)整方法，其中該電子內(nèi)窺鏡用于連續(xù)通過具有不同波帶的照射光照射一物體，并且拾取針對用于照射的該照射光的每一波帶的該物體的圖像，其特征在于該方法包括下列步驟基于預(yù)定曝光周期拾取針對每一預(yù)定波帶的物體的圖像；基于對應(yīng)于每一波帶中物體圖像的圖像信號(hào)的亮度，設(shè)定針對每一波帶的曝光周期；基于所設(shè)定的針對每一波帶的曝光周期，拾取物體圖像；基于對應(yīng)于根據(jù)所設(shè)定的曝光周期而被拾取的物體的圖像信號(hào)的每一波帶的亮度，計(jì)算針對每一波帶的圖像信號(hào)的放大因子；以及基于所計(jì)算的放大因子，放大針對每一波帶的圖像信號(hào)。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的電子內(nèi)窺鏡設(shè)備包括圖像拾取單元，其能夠相對于用于照射物體的照射光，針對每一預(yù)定波帶獲得該物體的圖像，曝光周期設(shè)定電路，用于對應(yīng)每一波帶設(shè)定該圖像拾取單元的曝光周期，放大電路，用于對應(yīng)每一波帶，放大利用該圖像拾取單元而獲得的物體圖像的拾取圖像信號(hào)；和控制電路，用于控制該放大電路，使得與在由曝光周期設(shè)定電路對應(yīng)每一波帶而設(shè)定的曝光周期處通過圖像拾取單元獲得的物體圖像的每一波帶相對應(yīng)的拾取圖像信號(hào)，以若干放大因子被放大，其中這些放大因子對應(yīng)相應(yīng)于每一波帶而設(shè)定的曝光周期而被計(jì)算。
文檔編號(hào)A61B1/00GK1572230SQ20041005971
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月17日
發(fā)明者今泉克一, 平尾勇實(shí), 高橋義典, 小澤剛志, 道口信行, 竹端榮 申請人:奧林巴斯株式會(huì)社