JP4349856B2 - 自動調光可能な電子内視鏡装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子内視鏡装置における、被写体への光の放射量を調整する輝度調整自動調光制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子内視鏡装置においては、照明光が照射された被写体像が映し出される画面を常に適切な明るさに保つために、画面の明るさを示す輝度値を定期的に算出し、その輝度値と適切な明るさを示す参照輝度値との差に基づき、光源装置に設けられた機械的な絞りの開閉による明るさ調整や、撮像素子に設けられた電子シャッタによる明るさ調整が行われる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１９３８９６号公報（図６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電子内視鏡装置の自動調光制御においては、被写体像の明るさが細かく変化し続ける場合、機械的な絞りの開閉等による明るさ調整が遅れを伴う傾向にあるため、動画観察時において、所定の明るさに一致せずにいつまでも明るさ調整の動作が続けられる。その結果、被写体像が観察しづらくなり、患部の診断、処置に悪影響を及ぼす。
【０００５】
そこで本発明では、このような輝度変化に対しても、被写体像の明るさを適切なものに維持することが可能な電子内視鏡装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子内視鏡装置は、被写体を照射するための光源と、照明された被写体からの反射光に基いた画像信号が読み出される撮像素子を備えるビデオスコープとを有している。そして、撮像素子から読み出される被写体像に応じた画像信号に基き、輝度値算出手段により被写体像の明るさを表す輝度値が算出される。算出された輝度値と、基準となる被写体像の明るさを表す参照輝度値との差に応じて、輝度調整操作量設定手段により輝度調整をするための操作量が設定される。この時、操作量が、所定の輝度調整不実施範囲の外にある場合にのみ、輝度調整手段により被写体像の明るさは調整される。
【０００７】
輝度調整をするための操作量が、被写体の明るさ調整が実施されない輝度調整不実施範囲内にあるか否かが、輝度調整範囲判別手段により判別される。そして、輝度調整の操作量が、輝度調整不実施範囲内にあると判別される場合、被写体像の明るさは調整されない。
【０００８】
輝度調整不実施範囲の限界値、すなわち上限値と下限値は、例えば不感帯量設定手段により設定される絶対値である不感帯量に正の符号を付加した値と負の符号を付加した値でそれぞれ示され、この時、輝度調整不実施範囲の中心の値は“０”となる。この場合、輝度調整の操作量が正の値である場合には、被写体像へ放射される光を増すように、輝度調整手段により輝度調整が実施され、操作量が負の値である場合には、放射される光が減少するように、輝度調整が実施される。
【０００９】
輝度調整の操作量は、不感帯量に基いて操作量補正手段により補正されることが望ましい。操作量が、輝度調整不実施範囲内にない場合、すなわち操作量の絶対値が不感帯量以上である場合には、操作量の絶対値を減少させるように、操作量に不感帯量が加算あるいは減算され、この加算あるいは減算された量である補正操作量に基いて、輝度調整手段が輝度調整することがより望ましい。また、操作量が輝度調整不実施範囲内にあって、操作量の絶対値が不感帯量よりも小さい場合には、輝度調整手段は動作しないことが好ましい。
【００１０】
輝度調整手段、輝度調整範囲判別手段および操作量補正手段とは、例えばデジタル信号処理回路により構成される。デジタル信号処理回路は、操作量の正負を判断する比較回路と、操作量に不感帯量を加算および減算する演算手段と、操作量が正の値であった場合には不感帯量が減算された減算補正操作量を選択し、操作量が負の値であった場合には不感帯量が加算された加算操作量を選択する選択手段と、デジタル信号処理回路に入力された操作量の絶対値を算出する演算手段とを有していることが好ましい。さらに、デジタル信号処理回路は、デジタル信号処理回路に入力された操作量の絶対値と不感帯量との大小比較を行う比較回路を有し、比較回路により操作量の絶対値が不感帯量以上であると判断された場合、先に選択された減算補正操作量かあるいは加算補正操作量のいずれかを補正操作量として決定し、比較回路により操作量の絶対値が不感帯量よりも小さいと判断された場合、輝度調整手段を動作させない輝度調整不実施操作量を補正操作量として決定する操作量決定手段を有することがより好ましい。
【００１１】
輝度調整手段は、例えばアナログ信号処理回路によって形成されても良い。アナログ信号処理回路は、コンデンサと可変抵抗を含む抵抗とから形成されるゲイン補償器を有することが好ましい。ゲイン補償器が、ゲインを低下させ輝度調整不実施範囲を設けるように操作量が補正されることがより好ましい。
【００１２】
輝度値算出手段は、γ補正を行うγ補正手段をさらに有していることが好ましく、その場合γ補正手段は、撮像素子から読み出される画像信号に対してγ補正を実施させる。この時のγ補正におけるγ特性に応じて、輝度調整不実施範囲は変更可能であることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態である電子内視鏡装置４０について説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態における電子内視鏡装置４０のブロック図である。
【００１５】
電子内視鏡装置４０は、ＣＣＤ５４を有するビデオスコープ５０と、ＣＣＤ５４から読み出される画像信号等の各信号を処理するプロセッサ１０とが備えられており、被写体像を表示するモニタ３２およびキーボード３４がプロセッサ１０に接続される。ビデオスコープ５０は、プロセッサ１０に着脱自在に接続される。
【００１６】
ランプ電源スイッチ（図示せず）がＯＮになると、ランプ電源１１からランプ１２へ電源が供給され、これによりランプ１２から光が放射される。ランプ１２から放射される光は、集光レンズ１４を介してビデオスコープ５０内に設けられたライトガイド５１の入射端５１Ａに入射する。ライトガイド５１は、ランプ１２から放射される光を観察部位Ｓの近傍にあるビデオスコープ５０の先端部５９へ光を伝達する光ファイバの束であり、ライトガイド５１を通った光は出射端５１Ｂから出射する。これにより、照明用レンズである配光レンズ５２を介して被写体である観察部位Ｓに光が照射されて、観察部位Ｓが照明される。
【００１７】
観察部位Ｓにて反射した光は、対物レンズ５３を通ってＣＣＤ５４の受光面に到達し、これにより観察部位Ｓの光学像がＣＣＤ５４の受光領域に形成される。本実施形態では、カラー撮像方式として同時単板式が用いられており、ＣＣＤの受光面上には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、グリーン（Ｇ）の色要素が市松状に並べられた補色カラーフィルタ（図示せず）が受光領域の各画素位置に対応するように配置されている。そして、ＣＣＤ５４では、補色カラーフィルタの各色要素に応じた複数の画素信号から成る画像信号が光電変換により発生し、所定時間ごとに１フレームもしくは１フィールド分の画像信号が、色差線順次方式に従って順次読み出される。本実施形態においては、カラーテレビジョン方式としてＮＴＳＣ方式が適用されており、１／３０（１／６０）秒間隔ごとに１フレーム（１フィールド）分の画像信号が順次読み出され、初期信号処理回路５５に送られる。
【００１８】
初期信号処理回路５５に入力された画像信号は、初期信号処理回路５５においてデジタル画像信号に変換され、さらにデジタル画像信号にはホワイトバランス調整、γ補正などの処理が施される。処理された画像信号は、プロセッサ１０のプロセッサ信号処理回路２８へ送られる。
【００１９】
一方、観察される被写体像全体に対しては平均測光が実行され、この平均測光により、画像信号の輝度成分である輝度信号が、初期信号処理回路５５において生成される。そして、形成された輝度信号による輝度値（Ｖｉｒｉｓ）のデータが、ＮＴＳＣ方式に従って、１／３０（１／６０）秒間隔ごとに所定のタイミングで調光回路２３へ送られる。調光回路２３にはあらかじめ基準となる参照輝度値が入力されており、調光回路２３に送られてくる輝度値は、参照輝度値と比較される。
【００２０】
本実施形態では、ライトガイド入射端５１Ａと集光レンズ１４の間には、被写体Ｓに照射される光の量を調整する絞り１６が設けられている。絞り１６は、調光回路２３からモータドライバ２０へ送られる制御信号に基くモータ１８の駆動により開閉する。調光回路２３において、輝度信号による輝度値が参照輝度値よりも大きいと判断された場合には、絞り１６を閉じてライトガイド５１の入射端５１Ａへ入射される光量を減らすように、モータ１８が駆動される。一方、輝度信号による輝度値が参照輝度値よりも小さいと判断された場合には、絞り１６を開いてライトガイド入射端５１Ａへ入射される光量を増すように、モータ１８が駆動される。
【００２１】
ビデオスコープ５０内には、ビデオスコープ５０全体を制御するスコープ制御部５６と、ビデオスコープ５０に関連したデータがあらかじめ記憶されたＥＥＰＲＯＭ５７とが設けられている。スコープ制御部５６は、初期信号処理回路５５を制御するとともに、ＥＥＰＲＯＭ５７からスコープ関連のデータを読み出す。ビデオスコープ５０がプロセッサ１０に接続されると、スコープ制御部５６とシステムコントロール回路２２との間でデータが送受信され、データがシステムコントロール回路２２へ送られる。
【００２２】
ビデオスコープ５０のＥＥＰＲＯＭ５７には、被写体像の基準となる明るさ（参照輝度値）付近での輝度変化が小さい場合にはモータを操作させず輝度調整を実施させないためのモータ操作不感帯量があらかじめ記憶される。このモータ操作不感帯量のデータは、ビデオスコープとプロセッサの接続時にスコープ制御部５６、プロセッサ１０のシステムコントロール回路２２を介して調光回路２３に送られる。調光回路２３において、モータ操作不感帯量は、絞り１６の開閉制御のためモータ１８が本来駆動させられる操作の量（以下モータ操作量という）と比較される。そして、モータ操作量の絶対値がモータ操作不感帯量よりも小さい場合、モータドライバ２０を介してモータ１８は駆動されない。一方、モータ操作量の絶対値がモータ操作不感帯量よりも大きいかあるいは等しい場合、モータ１８は、後述の通り、本来駆動させられるモータ操作量ではなく、モータ操作不感帯量により補正されたモータ操作量（以下モータ操作出力量という）だけ駆動される。
【００２３】
モータ操作不感帯量は、デフォルトの値がビデオスコープ５０のＥＥＰＲＯＭ５７に記憶されているが、被写体観察の状況に応じてオペレータのキーボード３４の操作により変更することができる。その場合、新たに設定されたモータ操作不感帯量のデータは、システムコントロール回路２２を介して調光回路２３に送られ、調光制御に用いられる。
【００２４】
プロセッサ信号処理回路２８では、初期信号処理回路５５から送られてくる画像信号に対して所定の処理が施される。そして、輝度信号、色差信号などの画像信号は、ＮＴＳＣ信号などの映像信号としてモニタ３２へ出力され、これにより被写体像がモニタ３２に映し出される。
【００２５】
システムコントロール回路２２には、ＣＰＵ２４、ＲＯＭ２５、ＲＡＭ２６が含まれており、ＣＰＵ２４は、プロセッサ１０全体を制御し、調光回路２３、プロセッサ信号処理回路２８などの各回路に制御信号を出力する。タイミングコントロール回路３０では、信号の処理タイミングを調整するクロックパルスがプロセッサ１０内の各回路に出力され、またビデオ信号に付随される同期信号がプロセッサ信号処理回路２８に送られる。システムコントロール回路２２内のＲＯＭ２５には、電子内視鏡装置全体を制御するためのプログラムがあらかじめ記憶されている。
【００２６】
図２は、第１の実施形態における調光回路２３に含まれる絞り１６の開閉制御に関わるデジタル信号処理回路６０を模式的に示した図である。デジタル信号処理回路６０においては、入力されるモータ１８の操作量に対して所定の演算処理が行われ、モータ操作出力量が決定される。
【００２７】
デジタル信号処理回路６０は、比較演算器２０１、２０２、選択スイッチ２０３、２０４および絶対値演算器２０５を備えている。比較演算器２０１は、選択スイッチ２０３に接続されており、モータ操作量（以下ではモータ操作入力量“Ｍｅ”とする）に対する判断結果に基いた信号を選択スイッチ２０３に送る。選択スイッチ２０３には、モータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”とモータ操作入力量“Ｍｅ”との演算結果が２つ送られてくる。比較演算器２０１からの信号に基いてこれらの演算結果のいずれかを選択し、選択された演算結果を選択スイッチ２０４に送る。絶対値演算器２０５は、モータ操作入力量“Ｍｅ”の絶対値“｜Ｍｅ｜”を比較演算器２０２に送る。比較演算器２０２は、選択スイッチ２０４に接続されており、モータ操作入力量絶対値“｜Ｍｅ｜”と、モータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”との大小を比較し、比較結果に応じた信号を選択スイッチ２０４に送る。選択スイッチ２０４においては、選択スイッチ２０３から送られる信号とモータを操作させない信号とのいずれかを、デジタル信号処理回路６０から最終的にモータ１８へ出力されるモータ操作出力量として選択し、出力する。
【００２８】
デジタル信号処理回路６０には、あらかじめモータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”が絶対値として入力されている。そして、デジタル信号処理回路６０にモータ操作入力量“Ｍｅ”が入力されると、モータ操作入力量“Ｍｅ”に対する演算が実施される。すなわち、モータ操作入力量“Ｍｅ”からモータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”が減算された減算補正操作量Ｖ1と、モータ操作入力量“Ｍｅ”にモータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”が加算された加算補正操作量Ｖ2とが、選択スイッチ２０３に送られる。一方、モータ操作入力量“Ｍｅ”は比較演算器２０１に送られ、ここでモータ操作入力量“Ｍｅ”の正負、あるいは“０”であるかが判断され、その判断結果に応じた信号が、選択スイッチ２０３に送られる。モータ操作入力量“Ｍｅ”が正の値あるいは“０”であると判断されると、選択スイッチ２０３に送られた（１）式に示される出力値Ｖ1が、選択出力値Ｖ203として選択スイッチ２０４に送られる。一方、選択スイッチ２０３においてモータ操作入力量が負の値と判断された場合、（２）式に示される出力値Ｖ2が選択出力値Ｖ203として選択スイッチ２０４に送られる。
Ｖ203＝Ｖ1＝Ｍｅ−｜ＭＮ｜ （Ｍｅ≧０）…（１）
Ｖ203＝Ｖ2＝Ｍｅ＋｜ＭＮ｜ （Ｍｅ＜０）…（２）
【００２９】
さらに、モータ操作入力量の絶対値“｜Ｍｅ｜”と、モータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”との大小が比較演算器２０２において比較され、比較結果に応じた信号が選択スイッチ２０４に送られる。選択スイッチ２０４において、モータ操作入力量の絶対値“｜Ｍｅ｜”がモータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”以上であることを示す信号が受信されると、選択スイッチ２０３から送られてきた値であるＶ1あるいはＶ2がモータ操作出力量“Ｍｏ”として出力される。また、選択スイッチ２０４が受信した信号が、モータ操作入力量絶対値“｜Ｍｅ｜”がモータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”よりも小さいことを示す場合、モータ操作出力量“Ｍｏ”は“０”としてデジタル信号処理回路６０から出力される。以上より、デジタル信号処理回路６０から出力されるモータ操作出力量“Ｍｏ”は、（３）式および（４）式で表される。
Ｍｏ＝Ｖ203 （｜Ｍｅ｜≧｜ＭＮ｜）…（３）
Ｍｏ＝０ （｜Ｍｅ｜＜｜ＭＮ｜）…（４）
【００３０】
図３は、デジタル信号処理回路６０に入力されるモータ操作入力量と、デジタル信号処理回路６０から出力されるモータ操作出力量の関係をアナログ的に示すグラフである。
【００３１】
調光回路２３内に設けられたデジタル信号処理回路６０に入力されるモータ操作入力量“Ｍｅ”に対するアナログ値を“Ｘ”、モータ操作出力量“Ｍｏ”に対するアナログ値を“Ｙ”と規定する。（５）式により示される領域が輝度調整不実施範囲Ｒであり、このモータ操作入力量“Ｘ”が、この輝度調整不実施範囲Ｒ内の値である時、モータ操作出力量“Ｙ”は（６）式に示す通り“０”となる。これら（５）式及び（６）式は、先の（４）式に相当する。
−ＭＮ＜Ｘ＜ＭＮ …（５）
Ｙ＝０ …（６）
【００３２】
また、モータ操作入力量“Ｘ”が、（５）式の示す輝度調整不実施範囲Ｒ内になく、かつモータ操作入力量“Ｘ”が負の値である場合、すなわち（７）式に示す領域にある時、モータ操作出力量“Ｙ”は（８）式に示す通りとなる。これら（７）式および（８）式は、先の（２）式および（３）式に相当する。
Ｘ≦−ＭＮ …（７）
Ｙ＝Ｘ＋ＭＮ …（８）
【００３３】
一方、モータ操作入力量“Ｘ”が、（５）式の示す輝度調整不実施範囲Ｒ内になく、かつモータ操作入力量“Ｘ”が正の値である場合、すなわち（９）式に示す領域にある時、モータ操作出力量“Ｙ”は（１０）式に示す通りとなる。これら（９）式および（１０）式は、先の（１）式および（３）式に相当する。
ＭＮ≦Ｘ …（９）
Ｙ＝Ｘ−ＭＮ …（１０）
【００３４】
以上のように、本実施形態によれば、調光回路２３内にデジタル信号処理回路６０を設け、輝度調整不実施範囲Ｒ内のモータ操作入力量が入力された場合には調光制御を実施させない。これにより、不要な輝度変更は生じないこととなる。なお、モータ操作不感帯量および輝度調整不実施範囲Ｒは、被写体の輝度などの観察状況に応じて、あらたに設定可能である。
【００３５】
次に第２の実施形態について説明する。
【００３６】
図４は、第２の実施形態における、調光回路２３での調光制御に関するアナログ信号処理回路７０を模式的に示した図である。
【００３７】
第２の実施形態においては、先の実施形態におけるデジタル信号処理回路６０に代わり、アナログ信号処理回路７０が用いられる。それ以外の構成は、第１の実施形態と同じである。アナログ信号処理回路７０は、可変抵抗７２（以下可変抵抗７２の抵抗値をＲ１とする）、抵抗７４（以下可変抵抗７４の抵抗値をＲ２とする）およびコンデンサ７６をゲイン補償器として有する。モータ操作入力量“Ｍｅ”に相当するアナログ信号が入力されると、モータ操作入力量“Ｍｅ”の絶対値を減少させるように、モータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”が加算あるいは減算されたモータ操作出力量“Ｍｏ” に相当するアナログ信号が出力される。また、Ｒ１の大きさを変化させることにより、モータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”の変更が可能である。
【００３８】
図５は、第２の実施形態のアナログ信号処理回路７０におけるゲイン線図である。
【００３９】
本実施形態においては、ゲイン補償器であるアナログ信号処理回路７０が形成されることにより、モータ操作入力量“Ｍｅ”の低周波領域におけるゲイン低下が生じる。ゲイン低下量Ｄは、（１１）式で表されるように、アナログ信号処理回路７０におけるＲ１とＲ２によって定められる。周波数が所定の値となるまで、ゲイン低下量Ｄは一定であるが、周波数が大きくなると、ゲイン低下量Ｄは小さくなる。そしてさらに周波数が大きくなり所定の値となると、ゲイン低下量Ｄは“０”となり、周波数と低下ゲイン量の関係は、傾きが−２０ｄＢ／ｄｅｃである開ループゲイン特性により表される（図５参照）。低周波領域においてゲインが低下し、その結果としてアナログ信号処理回路７０は、調光回路２３において、先の実施形態におけるデジタル信号処理回路６０と同様に機能する。
Ｄ＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２） …（１１）
【００４０】
以上のように、本実施形態によれば、調光回路２３内にアナログ信号処理回路７０を設け、ゲイン低下を生じさせることにより、低周波数領域、すなわち輝度調整不実施範囲Ｒ内において調光制御を実施させない。なお、ゲイン低下量は、可変抵抗７２により調整が可能である。
【００４１】
被写体像に対する測光方式は、平均測光に限らず、ピーク測光により、あるいは平均測光とピーク測光との併用により輝度値が決定されても良い。
【００４２】
輝度調整不実施範囲Ｒは、デジタル画像信号に対して施されるγ補正の補正曲線の傾きの大きさに応じて変更されても良い。画像信号に対するγ補正曲線の傾きが大きく、モニタ上に観察される輝度の変化が大きい場合、モータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”を小さい値とし、輝度調整不実施範囲Ｒを狭くすることにより、輝度変化に対する自動輝度調整が実施され易くするのが良い。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、細かく変化し続ける輝度変化に対しても、被写体像の明るさを適切なものに維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。
【図２】調光制御に関するデジタル信号処理回路を示した図である。
【図３】デジタル信号処理回路におけるモータ操作入力量とモータ操作出力量の関係を示すグラフである。
【図４】第２の実施形態における調光制御に関するアナログ信号処理回路を模式的に示した図である。
【図５】周波数とアナログ信号処理回路により低下するゲイン量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ プロセッサ
１２ ランプ（光源）
１６ 絞り
１８ モータ
２０ モータドライバ
２２ システムコントロール回路
２３ 調光回路
４０ 電子内視鏡装置
５０ ビデオスコープ
５４ 撮像素子（ＣＣＤ）
５５ 初期信号処理回路
５７ ＥＥＰＲＯＭ
６０ デジタル信号処理回路
７０ アナログ信号処理回路
２０１、２０２ 比較演算器
２０３、２０４ 選択スイッチ
２０５ 絶対値演算器
Ｄ ゲイン低下量
Ｍｅ モータ操作入力量
Ｍｏ モータ操作出力量（補正操作量）
ＭＮ モータ操作不感帯量（不感帯量）
Ｒ 輝度調整不実施範囲
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子内視鏡装置における、被写体への光の放射量を調整する輝度調整自動調光制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子内視鏡装置においては、照明光が照射された被写体像が映し出される画面を常に適切な明るさに保つために、画面の明るさを示す輝度値を定期的に算出し、その輝度値と適切な明るさを示す参照輝度値との差に基づき、光源装置に設けられた機械的な絞りの開閉による明るさ調整や、撮像素子に設けられた電子シャッタによる明るさ調整が行われる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１９３８９６号公報（図６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電子内視鏡装置の自動調光制御においては、被写体像の明るさが細かく変化し続ける場合、機械的な絞りの開閉等による明るさ調整が遅れを伴う傾向にあるため、動画観察時において、所定の明るさに一致せずにいつまでも明るさ調整の動作が続けられる。その結果、被写体像が観察しづらくなり、患部の診断、処置に悪影響を及ぼす。
【０００５】
そこで本発明では、このような輝度変化に対しても、被写体像の明るさを適切なものに維持することが可能な電子内視鏡装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子内視鏡装置は、被写体を照射するための光源と、照明された被写体からの反射光に基いた画像信号が読み出される撮像素子を備えるビデオスコープとを有している。そして、撮像素子から読み出される被写体像に応じた画像信号に基き、輝度値算出手段により被写体像の明るさを表す輝度値が算出される。算出された輝度値と、基準となる被写体像の明るさを表す参照輝度値との差に応じて、輝度調整操作量設定手段により輝度調整をするための操作量が設定される。この時、操作量が、所定の輝度調整不実施範囲の外にある場合にのみ、輝度調整手段により被写体像の明るさは調整される。
【０００７】
輝度調整をするための操作量が、被写体の明るさ調整が実施されない輝度調整不実施範囲内にあるか否かが、輝度調整範囲判別手段により判別される。そして、輝度調整の操作量が、輝度調整不実施範囲内にあると判別される場合、被写体像の明るさは調整されない。
【０００８】
輝度調整不実施範囲の限界値、すなわち上限値と下限値は、例えば不感帯量設定手段により設定される絶対値である不感帯量に正の符号を付加した値と負の符号を付加した値でそれぞれ示され、この時、輝度調整不実施範囲の中心の値は“０”となる。この場合、輝度調整の操作量が正の値である場合には、被写体像へ放射される光を増すように、輝度調整手段により輝度調整が実施され、操作量が負の値である場合には、放射される光が減少するように、輝度調整が実施される。
【０００９】
輝度調整の操作量は、不感帯量に基いて操作量補正手段により補正されることが望ましい。操作量が、輝度調整不実施範囲内にない場合、すなわち操作量の絶対値が不感帯量以上である場合には、操作量の絶対値を減少させるように、操作量に不感帯量が加算あるいは減算され、この加算あるいは減算された量である補正操作量に基いて、輝度調整手段が輝度調整することがより望ましい。また、操作量が輝度調整不実施範囲内にあって、操作量の絶対値が不感帯量よりも小さい場合には、輝度調整手段は動作しないことが好ましい。
【００１０】
輝度調整手段、輝度調整範囲判別手段および操作量補正手段とは、例えばデジタル信号処理回路により構成される。デジタル信号処理回路は、操作量の正負を判断する比較回路と、操作量に不感帯量を加算および減算する演算手段と、操作量が正の値であった場合には不感帯量が減算された減算補正操作量を選択し、操作量が負の値であった場合には不感帯量が加算された加算操作量を選択する選択手段と、デジタル信号処理回路に入力された操作量の絶対値を算出する演算手段とを有していることが好ましい。さらに、デジタル信号処理回路は、デジタル信号処理回路に入力された操作量の絶対値と不感帯量との大小比較を行う比較回路を有し、比較回路により操作量の絶対値が不感帯量以上であると判断された場合、先に選択された減算補正操作量かあるいは加算補正操作量のいずれかを補正操作量として決定し、比較回路により操作量の絶対値が不感帯量よりも小さいと判断された場合、輝度調整手段を動作させない輝度調整不実施操作量を補正操作量として決定する操作量決定手段を有することがより好ましい。
【００１１】
輝度調整手段は、例えばアナログ信号処理回路によって形成されても良い。アナログ信号処理回路は、コンデンサと可変抵抗を含む抵抗とから形成されるゲイン補償器を有することが好ましい。ゲイン補償器が、ゲインを低下させ輝度調整不実施範囲を設けるように操作量が補正されることがより好ましい。
【００１２】
輝度値算出手段は、γ補正を行うγ補正手段をさらに有していることが好ましく、その場合γ補正手段は、撮像素子から読み出される画像信号に対してγ補正を実施させる。この時のγ補正におけるγ特性に応じて、輝度調整不実施範囲は変更可能であることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態である電子内視鏡装置４０について説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態における電子内視鏡装置４０のブロック図である。
【００１５】
電子内視鏡装置４０は、ＣＣＤ５４を有するビデオスコープ５０と、ＣＣＤ５４から読み出される画像信号等の各信号を処理するプロセッサ１０とが備えられており、被写体像を表示するモニタ３２およびキーボード３４がプロセッサ１０に接続される。ビデオスコープ５０は、プロセッサ１０に着脱自在に接続される。
【００１６】
ランプ電源スイッチ（図示せず）がＯＮになると、ランプ電源１１からランプ１２へ電源が供給され、これによりランプ１２から光が放射される。ランプ１２から放射される光は、集光レンズ１４を介してビデオスコープ５０内に設けられたライトガイド５１の入射端５１Ａに入射する。ライトガイド５１は、ランプ１２から放射される光を観察部位Ｓの近傍にあるビデオスコープ５０の先端部５９へ光を伝達する光ファイバの束であり、ライトガイド５１を通った光は出射端５１Ｂから出射する。これにより、照明用レンズである配光レンズ５２を介して被写体である観察部位Ｓに光が照射されて、観察部位Ｓが照明される。
【００１７】
観察部位Ｓにて反射した光は、対物レンズ５３を通ってＣＣＤ５４の受光面に到達し、これにより観察部位Ｓの光学像がＣＣＤ５４の受光領域に形成される。本実施形態では、カラー撮像方式として同時単板式が用いられており、ＣＣＤの受光面上には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、グリーン（Ｇ）の色要素が市松状に並べられた補色カラーフィルタ（図示せず）が受光領域の各画素位置に対応するように配置されている。そして、ＣＣＤ５４では、補色カラーフィルタの各色要素に応じた複数の画素信号から成る画像信号が光電変換により発生し、所定時間ごとに１フレームもしくは１フィールド分の画像信号が、色差線順次方式に従って順次読み出される。本実施形態においては、カラーテレビジョン方式としてＮＴＳＣ方式が適用されており、１／３０（１／６０）秒間隔ごとに１フレーム（１フィールド）分の画像信号が順次読み出され、初期信号処理回路５５に送られる。
【００１８】
初期信号処理回路５５に入力された画像信号は、初期信号処理回路５５においてデジタル画像信号に変換され、さらにデジタル画像信号にはホワイトバランス調整、γ補正などの処理が施される。処理された画像信号は、プロセッサ１０のプロセッサ信号処理回路２８へ送られる。
【００１９】
一方、観察される被写体像全体に対しては平均測光が実行され、この平均測光により、画像信号の輝度成分である輝度信号が、初期信号処理回路５５において生成される。そして、形成された輝度信号による輝度値（Ｖｉｒｉｓ）のデータが、ＮＴＳＣ方式に従って、１／３０（１／６０）秒間隔ごとに所定のタイミングで調光回路２３へ送られる。調光回路２３にはあらかじめ基準となる参照輝度値が入力されており、調光回路２３に送られてくる輝度値は、参照輝度値と比較される。
【００２０】
本実施形態では、ライトガイド入射端５１Ａと集光レンズ１４の間には、被写体Ｓに照射される光の量を調整する絞り１６が設けられている。絞り１６は、調光回路２３からモータドライバ２０へ送られる制御信号に基くモータ１８の駆動により開閉する。調光回路２３において、輝度信号による輝度値が参照輝度値よりも大きいと判断された場合には、絞り１６を閉じてライトガイド５１の入射端５１Ａへ入射される光量を減らすように、モータ１８が駆動される。一方、輝度信号による輝度値が参照輝度値よりも小さいと判断された場合には、絞り１６を開いてライトガイド入射端５１Ａへ入射される光量を増すように、モータ１８が駆動される。
【００２１】
ビデオスコープ５０内には、ビデオスコープ５０全体を制御するスコープ制御部５６と、ビデオスコープ５０に関連したデータがあらかじめ記憶されたＥＥＰＲＯＭ５７とが設けられている。スコープ制御部５６は、初期信号処理回路５５を制御するとともに、ＥＥＰＲＯＭ５７からスコープ関連のデータを読み出す。ビデオスコープ５０がプロセッサ１０に接続されると、スコープ制御部５６とシステムコントロール回路２２との間でデータが送受信され、データがシステムコントロール回路２２へ送られる。
【００２２】
ビデオスコープ５０のＥＥＰＲＯＭ５７には、被写体像の基準となる明るさ（参照輝度値）付近での輝度変化が小さい場合にはモータを操作させず輝度調整を実施させないためのモータ操作不感帯量があらかじめ記憶される。このモータ操作不感帯量のデータは、ビデオスコープとプロセッサの接続時にスコープ制御部５６、プロセッサ１０のシステムコントロール回路２２を介して調光回路２３に送られる。調光回路２３において、モータ操作不感帯量は、絞り１６の開閉制御のためモータ１８が本来駆動させられる操作の量（以下モータ操作量という）と比較される。そして、モータ操作量の絶対値がモータ操作不感帯量よりも小さい場合、モータドライバ２０を介してモータ１８は駆動されない。一方、モータ操作量の絶対値がモータ操作不感帯量よりも大きいかあるいは等しい場合、モータ１８は、後述の通り、本来駆動させられるモータ操作量ではなく、モータ操作不感帯量により補正されたモータ操作量（以下モータ操作出力量という）だけ駆動される。
【００２３】
モータ操作不感帯量は、デフォルトの値がビデオスコープ５０のＥＥＰＲＯＭ５７に記憶されているが、被写体観察の状況に応じてオペレータのキーボード３４の操作により変更することができる。その場合、新たに設定されたモータ操作不感帯量のデータは、システムコントロール回路２２を介して調光回路２３に送られ、調光制御に用いられる。
【００２４】
プロセッサ信号処理回路２８では、初期信号処理回路５５から送られてくる画像信号に対して所定の処理が施される。そして、輝度信号、色差信号などの画像信号は、ＮＴＳＣ信号などの映像信号としてモニタ３２へ出力され、これにより被写体像がモニタ３２に映し出される。
【００２５】
システムコントロール回路２２には、ＣＰＵ２４、ＲＯＭ２５、ＲＡＭ２６が含まれており、ＣＰＵ２４は、プロセッサ１０全体を制御し、調光回路２３、プロセッサ信号処理回路２８などの各回路に制御信号を出力する。タイミングコントロール回路３０では、信号の処理タイミングを調整するクロックパルスがプロセッサ１０内の各回路に出力され、またビデオ信号に付随される同期信号がプロセッサ信号処理回路２８に送られる。システムコントロール回路２２内のＲＯＭ２５には、電子内視鏡装置全体を制御するためのプログラムがあらかじめ記憶されている。
【００２６】
図２は、第１の実施形態における調光回路２３に含まれる絞り１６の開閉制御に関わるデジタル信号処理回路６０を模式的に示した図である。デジタル信号処理回路６０においては、入力されるモータ１８の操作量に対して所定の演算処理が行われ、モータ操作出力量が決定される。
【００２７】
デジタル信号処理回路６０は、比較演算器２０１、２０２、選択スイッチ２０３、２０４および絶対値演算器２０５を備えている。比較演算器２０１は、選択スイッチ２０３に接続されており、モータ操作量（以下ではモータ操作入力量“Ｍｅ”とする）に対する判断結果に基いた信号を選択スイッチ２０３に送る。選択スイッチ２０３には、モータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”とモータ操作入力量“Ｍｅ”との演算結果が２つ送られてくる。比較演算器２０１からの信号に基いてこれらの演算結果のいずれかを選択し、選択された演算結果を選択スイッチ２０４に送る。絶対値演算器２０５は、モータ操作入力量“Ｍｅ”の絶対値“｜Ｍｅ｜”を比較演算器２０２に送る。比較演算器２０２は、選択スイッチ２０４に接続されており、モータ操作入力量絶対値“｜Ｍｅ｜”と、モータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”との大小を比較し、比較結果に応じた信号を選択スイッチ２０４に送る。選択スイッチ２０４においては、選択スイッチ２０３から送られる信号とモータを操作させない信号とのいずれかを、デジタル信号処理回路６０から最終的にモータ１８へ出力されるモータ操作出力量として選択し、出力する。
【００２８】
デジタル信号処理回路６０には、あらかじめモータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”が絶対値として入力されている。そして、デジタル信号処理回路６０にモータ操作入力量“Ｍｅ”が入力されると、モータ操作入力量“Ｍｅ”に対する演算が実施される。すなわち、モータ操作入力量“Ｍｅ”からモータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”が減算された減算補正操作量Ｖ1と、モータ操作入力量“Ｍｅ”にモータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”が加算された加算補正操作量Ｖ2とが、選択スイッチ２０３に送られる。一方、モータ操作入力量“Ｍｅ”は比較演算器２０１に送られ、ここでモータ操作入力量“Ｍｅ”の正負、あるいは“０”であるかが判断され、その判断結果に応じた信号が、選択スイッチ２０３に送られる。モータ操作入力量“Ｍｅ”が正の値あるいは“０”であると判断されると、選択スイッチ２０３に送られた（１）式に示される出力値Ｖ1が、選択出力値Ｖ203として選択スイッチ２０４に送られる。一方、選択スイッチ２０３においてモータ操作入力量が負の値と判断された場合、（２）式に示される出力値Ｖ2が選択出力値Ｖ203として選択スイッチ２０４に送られる。
Ｖ203＝Ｖ1＝Ｍｅ−｜ＭＮ｜ （Ｍｅ≧０）…（１）
Ｖ203＝Ｖ2＝Ｍｅ＋｜ＭＮ｜ （Ｍｅ＜０）…（２）
【００２９】
さらに、モータ操作入力量の絶対値“｜Ｍｅ｜”と、モータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”との大小が比較演算器２０２において比較され、比較結果に応じた信号が選択スイッチ２０４に送られる。選択スイッチ２０４において、モータ操作入力量の絶対値“｜Ｍｅ｜”がモータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”以上であることを示す信号が受信されると、選択スイッチ２０３から送られてきた値であるＶ1あるいはＶ2がモータ操作出力量“Ｍｏ”として出力される。また、選択スイッチ２０４が受信した信号が、モータ操作入力量絶対値“｜Ｍｅ｜”がモータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”よりも小さいことを示す場合、モータ操作出力量“Ｍｏ”は“０”としてデジタル信号処理回路６０から出力される。以上より、デジタル信号処理回路６０から出力されるモータ操作出力量“Ｍｏ”は、（３）式および（４）式で表される。
Ｍｏ＝Ｖ203 （｜Ｍｅ｜≧｜ＭＮ｜）…（３）
Ｍｏ＝０ （｜Ｍｅ｜＜｜ＭＮ｜）…（４）
【００３０】
図３は、デジタル信号処理回路６０に入力されるモータ操作入力量と、デジタル信号処理回路６０から出力されるモータ操作出力量の関係をアナログ的に示すグラフである。
【００３１】
調光回路２３内に設けられたデジタル信号処理回路６０に入力されるモータ操作入力量“Ｍｅ”に対するアナログ値を“Ｘ”、モータ操作出力量“Ｍｏ”に対するアナログ値を“Ｙ”と規定する。（５）式により示される領域が輝度調整不実施範囲Ｒであり、このモータ操作入力量“Ｘ”が、この輝度調整不実施範囲Ｒ内の値である時、モータ操作出力量“Ｙ”は（６）式に示す通り“０”となる。これら（５）式及び（６）式は、先の（４）式に相当する。
−ＭＮ＜Ｘ＜ＭＮ …（５）
Ｙ＝０ …（６）
【００３２】
また、モータ操作入力量“Ｘ”が、（５）式の示す輝度調整不実施範囲Ｒ内になく、かつモータ操作入力量“Ｘ”が負の値である場合、すなわち（７）式に示す領域にある時、モータ操作出力量“Ｙ”は（８）式に示す通りとなる。これら（７）式および（８）式は、先の（２）式および（３）式に相当する。
Ｘ≦−ＭＮ …（７）
Ｙ＝Ｘ＋ＭＮ …（８）
【００３３】
一方、モータ操作入力量“Ｘ”が、（５）式の示す輝度調整不実施範囲Ｒ内になく、かつモータ操作入力量“Ｘ”が正の値である場合、すなわち（９）式に示す領域にある時、モータ操作出力量“Ｙ”は（１０）式に示す通りとなる。これら（９）式および（１０）式は、先の（１）式および（３）式に相当する。
ＭＮ≦Ｘ …（９）
Ｙ＝Ｘ−ＭＮ …（１０）
【００３４】
以上のように、本実施形態によれば、調光回路２３内にデジタル信号処理回路６０を設け、輝度調整不実施範囲Ｒ内のモータ操作入力量が入力された場合には調光制御を実施させない。これにより、不要な輝度変更は生じないこととなる。なお、モータ操作不感帯量および輝度調整不実施範囲Ｒは、被写体の輝度などの観察状況に応じて、あらたに設定可能である。
【００３５】
次に第２の実施形態について説明する。
【００３６】
図４は、第２の実施形態における、調光回路２３での調光制御に関するアナログ信号処理回路７０を模式的に示した図である。
【００３７】
第２の実施形態においては、先の実施形態におけるデジタル信号処理回路６０に代わり、アナログ信号処理回路７０が用いられる。それ以外の構成は、第１の実施形態と同じである。アナログ信号処理回路７０は、可変抵抗７２（以下可変抵抗７２の抵抗値をＲ１とする）、抵抗７４（以下可変抵抗７４の抵抗値をＲ２とする）およびコンデンサ７６をゲイン補償器として有する。モータ操作入力量“Ｍｅ”に相当するアナログ信号が入力されると、モータ操作入力量“Ｍｅ”の絶対値を減少させるように、モータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”が加算あるいは減算されたモータ操作出力量“Ｍｏ” に相当するアナログ信号が出力される。また、Ｒ１の大きさを変化させることにより、モータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”の変更が可能である。
【００３８】
図５は、第２の実施形態のアナログ信号処理回路７０におけるゲイン線図である。
【００３９】
本実施形態においては、ゲイン補償器であるアナログ信号処理回路７０が形成されることにより、モータ操作入力量“Ｍｅ”の低周波領域におけるゲイン低下が生じる。ゲイン低下量Ｄは、（１１）式で表されるように、アナログ信号処理回路７０におけるＲ１とＲ２によって定められる。周波数が所定の値となるまで、ゲイン低下量Ｄは一定であるが、周波数が大きくなると、ゲイン低下量Ｄは小さくなる。そしてさらに周波数が大きくなり所定の値となると、ゲイン低下量Ｄは“０”となり、周波数と低下ゲイン量の関係は、傾きが−２０ｄＢ／ｄｅｃである開ループゲイン特性により表される（図５参照）。低周波領域においてゲインが低下し、その結果としてアナログ信号処理回路７０は、調光回路２３において、先の実施形態におけるデジタル信号処理回路６０と同様に機能する。
Ｄ＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２） …（１１）
【００４０】
以上のように、本実施形態によれば、調光回路２３内にアナログ信号処理回路７０を設け、ゲイン低下を生じさせることにより、低周波数領域、すなわち輝度調整不実施範囲Ｒ内において調光制御を実施させない。なお、ゲイン低下量は、可変抵抗７２により調整が可能である。
【００４１】
被写体像に対する測光方式は、平均測光に限らず、ピーク測光により、あるいは平均測光とピーク測光との併用により輝度値が決定されても良い。
【００４２】
輝度調整不実施範囲Ｒは、デジタル画像信号に対して施されるγ補正の補正曲線の傾きの大きさに応じて変更されても良い。画像信号に対するγ補正曲線の傾きが大きく、モニタ上に観察される輝度の変化が大きい場合、モータ操作不感帯量“｜ＭＮ｜”を小さい値とし、輝度調整不実施範囲Ｒを狭くすることにより、輝度変化に対する自動輝度調整が実施され易くするのが良い。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、細かく変化し続ける輝度変化に対しても、被写体像の明るさを適切なものに維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態である電子内視鏡装置のブロック図である。
【図２】調光制御に関するデジタル信号処理回路を示した図である。
【図３】デジタル信号処理回路におけるモータ操作入力量とモータ操作出力量の関係を示すグラフである。
【図４】第２の実施形態における調光制御に関するアナログ信号処理回路を模式的に示した図である。
【図５】周波数とアナログ信号処理回路により低下するゲイン量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ プロセッサ
１２ ランプ（光源）
１６ 絞り
１８ モータ
２０ モータドライバ
２２ システムコントロール回路
２３ 調光回路
４０ 電子内視鏡装置
５０ ビデオスコープ
５４ 撮像素子（ＣＣＤ）
５５ 初期信号処理回路
５７ ＥＥＰＲＯＭ
６０ デジタル信号処理回路
７０ アナログ信号処理回路
２０１、２０２ 比較演算器
２０３、２０４ 選択スイッチ
２０５ 絶対値演算器
Ｄ ゲイン低下量
Ｍｅ モータ操作入力量
Ｍｏ モータ操作出力量（補正操作量）
ＭＮ モータ操作不感帯量（不感帯量）
Ｒ 輝度調整不実施範囲
Claims (5)
- 被写体を照明するための光源と、照明された被写体からの反射光に基いた画像信号が読み出される撮像素子を備えるビデオスコープとを備えた電子内視鏡装置であって、
前記撮像素子から読み出される被写体像に応じた画像信号に基き、被写体像の明るさを表す輝度値を算出する輝度値算出手段と、
前記輝度値と、基準となる被写体像の明るさを示す参照輝度値との差に応じて輝度調整するための操作量を設定する輝度調整操作量設定手段と、
前記操作量が所定の輝度調整不実施範囲の外にある場合にのみ前記操作量に従って輝度調整を行う輝度調整手段と、
絶対値が等しい前記輝度調整不実施範囲の正の上限値および負の下限値を示す該絶対値の不感帯量を設定する不感帯量設定手段と、
前記不感帯量に基いて前記操作量を補正する操作量補正手段とを備え、
前記操作量が前記輝度調整不実施範囲内にない場合、前記操作量補正手段が、前記操作量の絶対値を減少させるように、前記操作量に前記不感帯量を加算した量あるいは前記操作量から前記不感帯量を減算した量を新たに補正操作量として設定し、前記補正操作量に基いて前記輝度調整手段が輝度調整することを特徴とする電子内視鏡装置。 - 前記操作量が、前記輝度調整不実施範囲内にあるか否かを判別する輝度調整範囲判別手段を有し、
前記操作量が前記輝度調整不実施範囲内にある場合には前記輝度調整手段が動作しないことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。 - 前記輝度調整手段、前記輝度調整範囲判別手段と前記操作量補正手段とが、デジタル信号処理回路により構成され、
前記操作量の正負を判断する第１の比較回路と、
前記操作量に前記不感帯量を加算して加算補正操作量を算出する演算手段と、
前記操作量から前記不感帯量を減算して減算補正操作量を算出する演算手段と、
前記操作量が正の値であった場合には前記減算補正操作量を選択し、前記操作量が負の値であった場合には前記加算補正操作量を選択する選択手段と、
前記操作量の絶対値を算出する演算手段と、
前記操作量の絶対値と前記不感帯量の大小を判断する第２の比較回路と、
前記第２の比較回路により前記操作量の絶対値が前記不感帯量以上であると判断された場合、前記選択手段により選択された前記加算補正操作量又は前記減算補正操作量を前記補正操作量として決定し、前記第２の比較回路により前記操作量の絶対値が前記不感帯量よりも小さいと判断された場合、前記輝度調整手段を動作させない輝度調整不実施操作量を前記補正操作量として決定する操作量決定手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。 - 前記輝度調整手段がアナログ信号処理回路を有し、
前記アナログ信号処理回路が、コンデンサと可変抵抗を含む抵抗とを有するゲイン補償器を有し、
前記ゲイン補償器が、ゲインを低下させ、前記輝度調整不実施範囲を設定するように前記操作量を補正することを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡装置。 - 被写体を照明するための光源と、照明された被写体からの反射光に基いた画像信号が読み出される撮像素子を備えるビデオスコープとを備えた電子内視鏡装置であって、
前記撮像素子から読み出される被写体像に応じた画像信号に基き、被写体像の明るさを表す輝度値を算出する輝度値算出手段と、
前記輝度値と、基準となる被写体像の明るさを示す参照輝度値との差に応じて輝度調整するための操作量を設定する輝度調整操作量設定手段と、
前記操作量が所定の輝度調整不実施範囲の外にある場合にのみ前記操作量に従って輝度調整を行う輝度調整手段とを備え、
前記輝度値算出手段が、γ補正を実施するγ補正手段をさらに有し、
前記γ補正手段が、前記撮像素子から読み出される画像信号に対してγ補正を実施し、
前記γ補正におけるγ特性に応じて前記輝度調整不実施範囲を変更可能であることを特徴とする電子内視鏡装置。
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