JPS62155679A - 画像信号処理回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は照明むら等を軽減する信号処理と共に、Ｓ／Ｎ
の小さい部分での雑音の抑圧を行う画像信号処理回路に
関する。

［従来の技術］ 近年、細長の挿入部を挿入することによって、切間する
ことを必要としないで、体腔内の患部等を診断したり、
必要に応じて処置具を挿入する治療処置のできる内視鏡
が広く用いられている。上記内視鏡は、挿入部の先端側
に配設した結像レンズによって、患部等の対象部位を結
像し、この結像された光学像はファイババンドル等の光
学的な像伝送手段にて手元側に伝送し、接眼レンズ系に
て拡大観察できるようになっている。

ところで、内視鏡においても、上記光学的な像伝送手段
を用いることなく、結像レンズによって、ＣＯＤ等の固
体搬像素子の囮像面に光学像を結び、この固体搬＠素子
で光電変換した電気的な画像信号をモニタ画面に表示す
る電子式の内視鏡（以下、電子スコープと記す）は画像
の記録とか再生等が容易であり、今後広く用いられる状
況にある。

上記電子スコープによる画像にＪ３いても、使用される
状況が、管腔状や凹凸の激しい被写体が多く、スコープ
から被写体迄の距離のばらつきは同一画面内においてほ
ぼ２〜２０ｃｍと言う具合に１０倍程度の差がある場合
が多い。そして照明が点光源に近いために距離の差は大
ぎな照明むらとなる。つまり同一画面内において、近い
被写体は強くハレーションを起し、遠い物体は暗くて何
も見えない現象が起きる。これを解決する手段として、
従来電子スコープにおいて、例えば特願昭５９−１８０
８３号に示す様な自動調光システムが用いられている。

［発明が解決すべき問題点］ ところが上記従来の自動調光システムの原理は画像の輝
度の平均値を一定に保つものであり根本的にラチチュー
ドを向上させるものではない。つまり同一画面内に遠く
て暗い部分と近くて明るい部分を適切な明るさで同時表
示することはできない。

本発明は、上述した点にか／ｖがみてなされたもので、
照明むら等による影響を軽減して診断し易い画像を実現
できる電子スコープ等に適した画像信号処理回路を提供
することを目的とづる。

［問題点を解決するための手段及び作用］本発明では低
域側の利得の抑圧ｍと、高域側での利得ｆａとを独立に
可変設定できるようにして、照明むらの除去及び輪郭、
構造の強調を行うと共に、Ｓ／Ｎの小さい部分での雑＆
抑制を行う画像信号処理を行って、診断し易い画像表示
を行えるようにしてする。。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明ザる。

第１図ないし第７図は本発明の１実施例に係り、第１図
は１実施例を備えた電子スコープを示し、第２図は１実
施例の対数フィルタ回路を示し、第３図はフィルタリン
グを行う場合の画素配誼を示し、第４図は各方向にイン
パルス応答を行う場合のパルス波形を示し、第５図は第
４図の波形のインパルス応答により実現される周波数領
域でのフィルタ特性を示し、第６図、は９Ａ　８抑圧回
路を示し、第７図は１実施例で形成されるフィルタ特性
を示す。

第１図に示すように、第１実施例を備えた電子スコープ
１は、体腔内等に挿入できるように細長の挿入部２の先
端側に結像レンズ３を配設し、この結像レンズ３の焦点
面にはＣＯＤ等の固体撮像素子４が配設されて電子式の
ｍ像手段が形成しである。また、上記挿入部２内にはラ
イトガイドファイバ５が挿通され、外部の光源装置６の
照明光を伝送し、その先端面から配光レンズ７を経て対
象物側に照明光を照射できるようにしである。

上記光源装置６は、光源ランプ８の照明光を凹面鏡９で
反射し、この反射光はコンデンサレンズ１１を経て、ラ
イトガイドファイバ５に連結されるライトガイドケーブ
ルの入射端に集光照射される。この集光照射される際、
３原色透過フィルタを回転軸の回りに設け、モータ１２
で回転駆動される回転フィルタ１３を通すことによって
、３原色の各波長の光で照射される。従って対象物は各
３原色の照明光で順次照明されるようにしである。

ところで、ｌ記固体搬像木子４で光電変換された光学像
の画像信号は低雑音指数のプリアンプ１４で増幅され、
図示しないＡ／Ｄコンバータを通した後、手元側のマル
チプレク→ノづ５を介して赤用フレームメモリ１６Ｒ１
緑用フレームメモリ１６Ｇ、青用フレームメモリ１．６
　Ｂに各色の照明のもとで１フレ一ム分が順次記録され
る。これらフレームメモリ１６Ｒ，１６Ｇ、１６Ｂで記
録された信号は同時に読み出され、図示しないＤ／Ａコ
ンバータを通した後、マトリックス回路１７を経て輝度
信号Ｙと２つの色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙが取り出される
。

上記２つの色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙは、カラーエンコー
ダ回路１８に入力され、一方輝度信Ｒ３Ｙは、１実施例
の画像信号処理回路を形成する対数フィルタ回路２１を
経て、ｉ’＋ｆｆ記カラーエンコーダ回路１８に入力さ
れ、このカラーエンコーダ回路１８によって、ＮＴＳＣ
方式のノｊラー画像（映（！Ｉ、り信号が出力される。

このカラー映像信号はカラーモニタ２２に入力され、カ
ラー画面上にカラー画像が表示される。

ところで、上記対数フィルタ回路２１は入力される輝度
信号Ｙを対数圧縮づる対数アンプ２３と、この対数圧縮
された輝度信号Ｙに対し相対的に、低域側を抑圧し、高
域側を強調するバイパス的フィルタ特性を示７１２次元
フィルタ２４と、この２次元フィルタ２４を経た信号が
入力され、このフィルタ特性を可変するフィルタ特性変
化回路２５と、このフィルタ特性変化回路２５の入力信
号が入力され、指数関数の出力にする指数アンプ２６と
から構成されている。

上記対数フィルタ回路２１はほぼ次のような役割をする
。

照明光の出ＩＪＪ　Ｑから座標（ｘ、ｙ）の被写体に至
る距離に依存して、照明むらが生じ、その照明強度をＦ
　（ｘ、ｙ）とし、均−照明下における被写体の反射強
庇をＧ（Ｘ、Ｖ）とすると、固対踊像素子４の囮像面に
結ばれる光学像Ｙ（ｘ、ｙ）は、はぼ Ｙ　（ｘ、ｙ）＝Ｆ　（ｘ、ｙ）−Ｇ　（ｘ、ｙ）のよ
うになる。

上記光学像Ｙ（ｘ、ｙ）の座標は、モニタでの表示画面
では時間的な座標（ｘ′、ｙ−）に変えられるが、表示
画面における輝度分布も近似的に上記関係が成立する。

従って、対数アンプ２３により、対数圧縮された輝瓜出
力ＬＯＱＹ　（Ｘ′、　ｙ”）はＬＯ（］　Ｙ（Ｘ’、
Ｖ’）＝ＬＯｆＪ　Ｆ（Ｘ’、ｌ／’）４Ｌｏｇ　Ｇ（
Ｘ’、Ｖ’）となる。ところで、照明むらによる強度分
布は通常低周波であるので、高域側を通す２次元フィル
タ２４を通すことによって、照明むらによる因子ＬＯＱ
Ｆ　（Ｘ＝、Ｖ′）をほぼ除去して、ＬＯｇＧ＜Ｘ′、
Ｖｉのみを取り出すことができる。

この信号は、低域側での利得及び高域側での利得をそれ
ぞれ独立に可変設定できる次段のフィルタ特性変化回路
２５を通される。この場合フィルタ特性変化回路２５は
低域側の利得を抑圧すれば、低域側で生じる照明むらに
よる影響を除去ないしは軽減できる。又、高域側を強調
り°れば、高域側の周波数帯にある輪郭及び構造の強調
を行うことができる。又、このフィルタ特性変化回路２
５内には雑音抑圧回路２７とγ補正回路２８（第２図参
照）が設けられており、Ｓ／Ｎが小さい場合での雑音と
か特に高域強調によって増大する雑音を抑圧して目さね
すなランダム雑音が視覚上目だたないようにしている。

このフィルタ特性変化回路２５を経たフィルタリング処
理された信号は指数アンプ２９によって指数変換して元
の特性に戻される。

このように対数フィルタ回路２１は、相対的に低域側を
抑圧し、高域側を強調して、照明むらの除去及び輪郭構
造強調を行うと共に、強調された周波数帯域における雑
名も強調されるため、振幅の小さい本来の信号における
小さな振幅の雑音が視覚上ランダム雑音として、目たち
、Ｓ／Ｎが悪化するため、この小さな振幅の雑音と目さ
れる部分をカッ１〜したり、振幅の小ざい側の利得を小
さくなるようにし’Ｃ＃４Ｍ音抑圧を行うことによつ−
Ｃ１視覚上診断し易い表示画面を１［Ｉる画像信号処理
を行うものである。

ところ゛Ｃ１上記対数フィルタ回路２１の具体的構成例
を第２図に示ず。

対数アンプ２３で対数圧縮された輝１哀信号は次段の２
次元フィルタ２４に入力される。この２次元フィルタ２
４は入力信号を１水平期間（１１」と記す）〃延するＣ
ＣＤ等を用いたディレィライン３１．３２と、遅延なし
、１Ｈ遅延、２Ｈ遅延さ゛れた各信号を加算する３つの
加算器３３，３４゜３５と、これらが加算器３３．３４
．３５に直列の゛市流源変換器３６．３７．３８と、２
画素分の集中定数をディレィライン３９と、このディレ
ィライン３９の出力に−１の定数を乗じる係数器４１と
、前記１Ｈデイレイライン３１を経た信号を１画素分近
延するディレィライン４２と、このディレィライン４２
の出力信号に対しそれぞれ−８゜８の定数を乗じた出ノ
ｊにする、係数器４３．４１と、この各係数器４３．４
４の出力信号と、前記係数器４１の出力信号とをそれぞ
れ汀線しで出力Ｊる加算器４５．４６とから構成されて
いる。

上記２次元フィルタ２４は第３図に示すにうに、各画素
位置（Ｘｉ、Ｖｉ）（ここでｉ・−１，２゜３）に対応
する信号５（ｘｉ、ｙｉ）に対し、水平方向、上下方向
４５°の角度の斜め方向、及び１３５°の角度の斜め方
面の４つの各方向に対し、第４図に示すようなインパル
ス応答Ｆ　Ｉ　Ｒ（Ｆｉｎｉｔｅ　Ｉｎｐｕｌｓｅ　Ｒ
ｅ５ｐｏｎｃｅ　）を行うものである。この第４図に示
すインパルス応答処理を行うことは、空間周波数領域に
おいては、第５図のａに示すフィルタ特性、つまり［１
−ｃｏｓ（πｆ／２ｆｎ）／（πｒ／２ｒｎ）　］のフ
ィルタ特性を行うことになる。（この実施例ではフィル
タ特性を可変できるようにするため、２次元フィルタ２
４の出力は、レベルシフト用信号と、第５図のａ及びｂ
に示す信号をそれぞれ出力Ｊる。） 第４図に示すインパルス応答は、パルス幅が画素ピッチ
Ｄを右し、中央でパルスの高さが２、その両側はそれぞ
れ−１となる負のパルスであり、この画素ピッチＤはＤ
＝１／　（２ｆＮ）である。

ここでｆＮはプイキスト周波数である。

４つの画素の各配列方向に対して第４図のインパルス応
答を行う場合、輝度信号は走査線に沿って水平方向に入
力されるため、第２図に示すようにディレィライン３１
．３２．３９等が用いである。

例えば、第１の水平ラインに沿って入力された信号Ｓ】
はディレィライン３１．３２を経て２Ｈ期間近延される
ことによって、ディレィライン３１を経て１Ｈ期間遅延
された第２の水平ラインの信号Ｓ２と同期し、さらに遅
延なしで入力された第３の水平ラインの信号Ｓつと同期
する。

又、上記信号Ｓ１はぞれぞれ加算器３３．３４゜３５及
び直列の電源源変換器３６，３７．３８を通った後、セ
ンタタップを右する２画素ディレィライン３９で２画素
遅延、１画素遅延、遅延なしを行って第１の水平ライン
に沿った（ｘｌ、ｙｉ）、（ｘ２．ｙｌ）、（ｘ３．ｙ
ｌ）の信号が加算されて−１の係数器４１に入力される
。同様にディレィライン３１を通った信号Ｓ２はそれぞ
れ加粋器３３．３５及び直列の電流源変換２！ｉ３６．
３８を通し、さらにディレィライン３９で２画素遅延及
び置換なしとすることによって（ｘｌ、ｙ２）、（ｘ３
．ｙ２）の信号が加算されて−１の係数器４１に入力さ
れる。同様に第３の水平ラインに沿った信号Ｓ３は、加
算３３，３４．３５等を経て（ｘｌ、ｙ３）、（ｘ２．
Ｖ３）、（ｘ３．Ｖ３）の信号が加算されて−１の係数
器４１に入力される。つまり、（第３図の）中央の画素
位置（Ｘ２．ｙ２＞以外の信号が−１の係数器４１に入
力される。上記中央の画素子位置（ｘ２．ｙ２）の信号
は１画素分のディレィライン４２を経て（−１の係数器
４１に入力される他の信号と同期し）係数器４３．４４
に入力され、これら各係数器４５．４６人力され、−１
の係数器４１を経た信号と加算される。

上記加算器４５から出力される信号出力は、第５図のｂ
に示すものになり、加算器４６の信号出力は、同図ａに
示１ものになり、ディレィライン４２からは第５図のＣ
′ｃ−示すものになる。尚、第５図の２１及びｂで示す
フィルタ特性は、低域側の利得は小さく、高域側の透過
利得が大きくなり、低域側に含まれる照明むらを除去で
さる特性を示す。

上記加算器４５の出力信号は、フィルタ特性変化回路２
５を形成する乗１Ｚ５１を経て加算器５２に入力され、
ディレィライン４２を経た輝度信号と加算される。

上記乗算器５１は、可変抵抗器５３によって、第５図の
ｂに示す特性の振幅を乗算係数Ｃ１を可変設定でき、こ
の係数Ｃ１を可変することににって、高域側での振幅を
（低域側とは独立に）可変設定でき、高域周波数帯にあ
る輪郭強調及び構造強調を可変することができる。

上記加算器５２で加算された強調信号は、γ補正回路２
８でγ補正を行い、加算器５５で雑音抑圧回路２７を通
した側の強調信号と加算して出力される。

ところで上記雑音抑圧回路２７は、加算器４６を経た信
号を２倍に増幅りる２倍増幅器５６と、この増幅器５６
の出力を雑音レベルと見なされるレベルＬでスライスし
て、この部分を取り出すスライス回路５７と、前記加算
器４６を経た信号からこのスライス回路５７の出力信号
を減算する減算器５８とからなる。

上記雑音抑圧回路２７に入力される信号部分を第６図の
点線ａで示すと、２倍増幅器５６で増幅され、スライス
回路５７でスライスされた部分が同図の１点鎖線ρで示
すものとなり、減停器５８によって、このスライスされ
た部分を差し引いた実線ａ−で示す雑音抑圧した特性の
ものになる。

この実線ａ′で示す雑音を抑圧した特性は、和音相当領
域（ｎで示ＴＩ）では−１の勾配を示づため、この範囲
の信号は加算器２８で加σした際に消去ないしは十分に
抑圧されることになる。

上記雑音抑圧回路２７を経た強調信号は、可変抵抗器６
１によって、乗算される定数Ｃ２を可変設定できる乗算
器６２を通した後、加算器５５で加算される。

この加算器５５が加算された信号は第７図の実線ｄで示
づものとなる。

即ち、加算器４５及び乗算器５１をて信号ｂ′と、加Ｃ
フ器４６、雑音抑圧回路２７、乗算器６２を経た信号ａ
−とが加算されるため、実線ｄで示すフィルタ特性にな
る。尚、この場合ディレィライン４２を経た信号も加算
されるため、振幅１だけレベルシフトされることになる
。

第７図において、ナイキスト周波数ｆＮで最大となる山
の部分の振幅レベル１からの高さＣ１は、乗０器５３に
よって調節できる。又、周波数Ｏにおける振幅レベル１
からの落ち込み分く抑圧（５））Ｃ２は乗算器６２によ
って可変調節できる。

従って、Ｃ１の値を変えることによって、高域側の強調
つまり輪郭及び溝造強調の大ぎさを可変設定できる。又
、Ｃ２の値を変えることによって、低域側の抑圧度、つ
まり照明むらにより暗くなりずぎて輪郭等が見えない場
合の暗部中の輪郭等を明るく浮き上がらせたり、照明む
らで明るくなりＪぎる部分の利得を下げたりする等照明
むらの影響を除去ないしは軽減できる。

尚、高域側の強調によって、高域側の雑音レベルも大き
くなり、特に振幅が小さい信号に対してはこの雑音が視
覚上目だつが、雑音抑圧回路２７によって、この雑音を
除去ないし抑制できる。

又、加算器５２で加算された高域側の強調信号は、他方
の強調信号と加算器５５で加算される前に、γ補正回路
２８でγ補正が行われるようにしている。これは、人間
の視覚特性である゛輝度の低い信号はどランダム雑音が
目立ち、逆に輝度の高い信号は同じ振幅の雑音が小骨し
ていても目立たない″と言うことを応用しγ補正を行な
う前の映像信号から強調信号を作り、γ補正回路２８を
通した後で加算している。つまり指数アンプ２６によっ
て通常のリニアな入出力特性に戻す前にγ補正を行うこ
とによって、指数アンプ２６以後の表示画面上での強調
信号を逆γ特性になるようにづる、つまり、輝瓜信号レ
ベルの振幅が小ざい方の利得を抑圧して、Ｓ／Ｎの小ざ
い信号における雑音が６１覚上目だたないようにしてい
る。

この１実施例によれば、高域側に対する利１９足を可変
抵抗器５３にＪ：るＣ１の値によって可変でき、又、低
域側に対する抑圧量を可変抵抗器６１によるＣ２の値に
よってそれぞれ独立にマニュアルで可変できるので、画
仏の輪郭、構造の強調と照明むらの除去を有効に行うこ
とができる。又、γ補正を対数７ンブ２３と指数アンプ
２６との間の輝度信号に対して行っているので、γ補正
と目さねすな雑音の低減を同時に行うことができる。

又、雑音抑圧回路２７によって、輪郭、構造の強調と雑
音の抑制を同時に行うことができる。

尚、上記１実施例では４つの方向についてインパルス応
答による画像処理を行っているが、本発明はこれに限定
されるものでなく、例えば第８図に示づように左右と、
上下方向の２方向に対して第４図に示す応益処理を行っ
たものでも良い。この場合には、第２図にＪ３ける２次
元フィルタ部分の構成をより簡単化して構成できる。

尚、本発明は微分操作その他によるフィルタリング等で
、２次元フィルタ特性を形成するものでも良い。

尚、本発明は、カラーの画像信号に対し、その輝度信号
に対して適用できるものであり、当然モノクロの場合に
も適用できる。

又、本発明は色面順次で照明及び振作する内υ２鏡に限
らず、白色照明光で照明し、°しザイク状等のカラーフ
ィルタを前面に設けた固体ｆｉｌ像ｆ７　ｒを用いたノ
Ｊラー賑像手段の場合にも、その隙度信号に対し同様に
適用できる。

又、本発明は、内視鏡に限らず、カラーあるいはモノク
ロの画面に画像信号を表示する場合に広く適用できる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、高域側での利得と、
低域側での利得をそれぞれ独立に可変できるようにしで
あるので、低域側で生じる照明むらと、高域側に属する
輪郭、構造の強調を有効に行うことができ、診断し易い
画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の１実施例に係り、第１図
は１実施例を備えた電子スコープを示す構成図、第２図
は１実施例の対数フィルタ回路の構成例を示すブロック
図、第３図はフィルタリングを行う場合の画素配置を示
７１説明図、第４図は各方向にインパルス応答処理を行
う場合の波形図、第５図は第４図の波形のインパルス応
答により実現されるフィルタ特性図、第６図は雑音抑圧
回路の入出力特性図、第７図は１実施例により実現され
るフィルタ特性を示づ特性図、第８図は上記１実施例と
は若干界る２次元フィルタ処理を行う場合の他の画素配
置を示す説明図である。 １・・・電子スコープ　　２・・・挿入部４・・・固体
撮像素子 ５・・・ライトガイドファイバ ６・・・光源装置　　　　１３・・・回転色フィルタ１
７・・・マトリックス　２１・・・対数フィルタ回路２
３・・・対数アンプ　　２４・・・２次元フィルタ２５
・・・フィルタ特性変化回路 ２６・・・指数アンプ　　２７・・・雑音抑圧回路２８
・・・γ補正回路 ３１．３２．３９．４２・・・ディレィライン３３．３
４．３５．４５．４６．５５・・・加算器４１．４３．
４４・・・係数器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. カラー等の画像信号における輝度信号を対数圧縮する対
   数圧縮手段と、この対数圧縮された輝度信号に対し、遅
   延手段、加算器、係数器等を用いて形成した２次元フィ
   ルタと、この２次元フィルタにおける高域側での利得と
   、低域側での利得とをそれぞれ独立に可変設定できる利
   得可変手段と、この利得可変手段を経た輝度信号を指数
   変換する指数変換手段とからなる画像信号用の処理手段
   を形成したことを特徴とする画像信号処理回路。