(57)【要約】【課題】高いフレームレートを確保しつつ、白飛びおよび黒潰れを同時にかつ大幅に改善することができるようにする。【解決手段】撮像素子１１の露光時間を変更可能な撮像部４と、撮像範囲を複数に分割した領域ごとの照明強度を個別に調整可能な照明部６と、撮像画像から領域別照明補正量を求めて領域ごとの照明強度を補正制御する領域分割照明制御、および撮像画像から露光補正量を求めて露光時間を補正制御する露光時間制御を並行して実行する制御部７とを備えたものとする。特に、ダイナミックレンジ拡大部２４を備え、撮像部は、露光時間を変更して複数回の撮像を行い、ダイナミックレンジ拡大部は、露光時間の異なる複数の撮像画像からダイナミックレンジ拡大画像を生成し、制御部は、露光時間の異なる複数の撮像画像およびダイナミックレンジ拡大画像から領域別照明補正量および露光補正量を取得するものとする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象の内部に挿入されてその観察対象の内部の被写体を照明しながら撮像する内視鏡であって、
撮像素子の露光時間を変更可能な撮像部と、
この撮像部による撮像範囲を複数に分割した領域ごとの照明強度を個別に調整可能な照明部と、
前記撮像部による撮像で取得した撮像画像に基づいて領域別照明補正量および露光補正量を求めて、前記領域ごとの照明強度を補正制御する領域分割照明制御、および前記露光時間を補正制御する露光時間制御を並行して実行すると共に前記撮像画像に対してダイナミックレンジ拡大処理を行う制御部と、を備えたことを特徴とする内視鏡。
【請求項２】
前記撮像部は、前記露光時間を変更して複数回の撮像を行い、
前記ダイナミックレンジ拡大処理は、前記露光時間の異なる複数の撮像画像を用いてダイナミックレンジの拡大を行って、ダイナミックレンジ拡大画像を生成し、
前記制御部は、前記露光時間の異なる複数の撮像画像に基づいて前記露光補正量を取得し、前記ダイナミックレンジ拡大画像に基づいて前記領域別照明補正量を取得することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
【請求項３】
前記撮像部は、前記露光時間を変更して複数回の撮像を行い、
前記ダイナミックレンジ拡大処理は、前記露光時間の異なる複数の撮像画像を用いてダイナミックレンジの拡大を行って、ダイナミックレンジ拡大画像を生成し、
前記制御部は、前記撮像画像に基づいて前記領域別照明補正量および前記露光補正量を取得することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
【請求項４】
前記制御部は、前記ダイナミックレンジ拡大画像から前記領域ごとの明るさを検出し、その検出結果に基づいて、前記領域別照明補正量を取得することを特徴とする請求項２に記載の内視鏡。
【請求項５】
前記制御部は、前記露光時間の異なる複数の撮像画像から前記領域ごとの明るさを検出し、その検出結果に基づいて、前記領域別照明補正量を取得することを特徴とする請求項３に記載の内視鏡。
【請求項６】
前記制御部は、前記露光時間の異なる複数の撮像画像から前記領域ごとの明るさを検出し、その検出結果に基づいて、前記露光補正量を取得することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内視鏡。
【請求項７】
前記照明部は、光出射部から遠い被写体の部分を主に照明する第１の照明部と、前記光出射部に近い被写体の部分を主に照明する第２の照明部と、を備え、前記第１の照明部が、前記撮像範囲の中心部に位置する前記領域を担当し、前記第２の照明部が、前記撮像範囲の外周部に位置する前記領域を担当することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の内視鏡。
【請求項８】
前記第２の照明部として、少なくとも２つの光出射部を備え、各光出射部から出射される光の光軸は交差状態であることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡。
【請求項９】
前記領域は、前記撮像範囲の中心点を中心とした円形の境界線と、前記撮像範囲の中心点から放射状に延びた境界線とにより分割されていることを特徴とする請求項７に記載の内視鏡。
【請求項１０】
前記領域別照明補正量は、前記領域別照明強度に対する補正割合が大きく設定され、前記露光補正量は、前記露光時間に対する割合が小さく設定されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の内視鏡。
【請求項１１】
前記制御部は、前記領域ごとの明るさと基準値との差分を平均化して、その平均値の大きさに応じて前記露光補正量を取得することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の内視鏡。
【請求項１２】
前記制御部は、前記差分が大きな所定数の前記領域を選択して、その選択された一部の領域を対象にして前記差分を平均化することを特徴とする請求項１１に記載の内視鏡。
【請求項１３】
前記領域の選択数に関する情報をユーザの操作により入力する操作入力部をさらに備えたことを特徴とする請求項１２に記載の内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察対象の内部に挿入されてその観察対象の内部の被写体を照明しながら撮像する内視鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡には、人の身体などの観察対象の内部に挿入される挿入部の先端部に撮像素子を配置して、この撮像素子による撮像で得られた画像をモニターに表示させるようにした、いわゆる電子内視鏡が広く普及している。この種の内視鏡では、被写体を照明する光を挿入部の先端部から出射して撮像に必要な光量を確保するようにしている。
【０００３】
さて、内視鏡を用いて管状臓器を観察する場合、内視鏡の光出射部に近い部位では、照度が過度に高くなることで画像に白飛びが発生し、逆に内視鏡の光出射部から離れた部位では、照度が過度に低くなることで画像に黒潰れ（黒沈み）が発生するという問題があった。
【０００４】
このような白飛びおよび黒潰れの問題に対して、撮像範囲を複数の領域に分割し、その領域ごとに輝度に対する重み付けを変えて画像全体の明るさを検出して、その明るさに基づいて照明強度を制御する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術によると、重視すべき領域の輝度を適切に制御して白飛びを改善することができる。
【０００５】
また、同様に撮像範囲を複数の領域に分割し、その領域ごとの明るさを検出するとともに、領域ごとに照明強度を調整可能に照明部を構成して、検出された領域ごとの明るさに基づいて領域ごとの照明強度を調整する技術が知られている（特許文献２参照）。この技術によると、画像の領域ごとの明るさを一定の範囲に納めることで、白飛びおよび黒潰れを改善することができる。
【０００６】
また、撮像された画像全体で最高となる明るさを検出して、その明るさに基づいて撮像素子の有効電荷蓄積時間（全蓄積時間から無効蓄積時間を差し引いた時間）を制御する技術が知られている（特許文献３参照）。この技術によると、画像全体の明るさを一定のレベル以下に制限することで、白飛びを改善することができる。
【０００７】
また、撮像素子の電荷蓄積時間を変えて、またフィルタにより照射光量を変えて撮像を行い、得られた複数の画像を合成するダイナミックレンジ拡大処理により、広ダイナミックレンジの合成画像を生成するとともに、照明ムラを排除する画像補正処理を行う技術が知られている（特許文献４参照）。この技術によると、コントラストを確保して鮮明な画像を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−２６２２０６号公報
【特許文献２】特開平５−０７２４８７号公報
【特許文献３】特開平３−１３３２８１号公報
【特許文献４】特開昭６３−２０１６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来の技術では、白飛びおよび黒潰れに対してある程度の改善を図ることはできるが、その改善効果には限界があり、白飛びおよび黒潰れを十分に改善することができないという問題があった。また、白飛びおよび黒潰れを改善する制御でフレームレートが低下する場合もあるため、高いフレームレートを確保することができる技術が望まれる。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、高いフレームレートを確保しつつ、白飛びおよび黒潰れを同時にかつ大幅に改善することができるように構成された内視鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の内視鏡は、観察対象の内部に挿入されてその観察対象の内部の被写体を照明しながら撮像する内視鏡であって、撮像素子の露光時間を変更可能な撮像部と、この撮像部による撮像範囲を複数に分割した領域ごとの照明強度を個別に調整可能な照明部と、前記撮像部による撮像で取得した撮像画像に基づいて領域別照明補正量および露光補正量を求めて、前記領域ごとの照明強度を補正制御する領域分割照明制御、および前記露光時間を補正制御する露光時間制御を並行して実行すると共に前記撮像画像に対してダイナミックレンジ拡大処理を行う制御部と、を備えた構成とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、領域分割照明制御と露光時間制御との相乗効果により、白飛びおよび黒潰れを同時にかつ大幅に改善することができる。そして、領域分割照明制御および露光時間制御で行われるフィードバック制御のための計測情報である撮像画像が、領域分割照明制御と露光時間制御とで共用され、フィードバック制御のための計測情報を各々の制御で別々に取得する必要がないため、高いフレームレートを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る内視鏡１の全体構成図
【図２】被写体としての管状臓器を撮像した画像の状況を説明する説明図
【図３】図１に示した制御部７の概略構成を示すブロック図
【図４】図１に示した照明部６で行われる分割照明の概要を説明する説明図
【図５】管状臓器（食道や血管など）である被写体Ｓを撮像する状況を示す側面図
【図６】ダイナミックレンジ拡大部２４で行われるダイナミックレンジ拡大処理の概要を説明する説明図
【図７】図３に示した補正条件設定部２６の概略構成を示すブロック図
【図８】図３に示した照明制御部２２の概略構成を示すブロック図
【図９】図３に示した撮像制御部２１の概略構成を示すブロック図
【図１０】図３に示した画像圧縮部２５の概略構成を示すブロック図
【図１１】図３に示した制御部７で行われる処理の手順を示すフロー図
【図１２】図７に示した照明補正量設定部３８で行われる領域別照明補正量設定処理（図１１のＳＴ１０７）の要領を説明する説明図
【図１３】図７に示した照明補正量設定部３８で行われる領域別照明補正量設定処理（図１１のＳＴ１０７）の手順を示すフロー図
【図１４】図７に示した第１および第２の露光補正量設定部３４ａ，３４ｂで行われる長時間露光補正量設定処理（図１１のＳＴ１０９）および短時間露光補正量設定処理（図１１のＳＴ１１１）の要領を説明する説明図
【図１５】図７に示した第１および第２の露光補正量設定部３４ａ，３４ｂで行われる長時間露光補正量設定処理（図１１のＳＴ１０９）および短時間露光補正量設定処理（図１１のＳＴ１１１）の手順を示すフロー図
【図１６】図９に示した撮像制御部２１の中時間露光設定部５４で行われる中時間露光設定処理（図１１のＳＴ１１４）の手順を示すフロー図
【図１７】第２実施形態に係る補正条件設定部２６の概略構成を示すブロック図
【図１８】図１７に示した照明補正量設定部３８で行われる領域別照明補正量設定処理の手順を示すフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
前記課題を解決するためになされた第１の発明は、観察対象の内部に挿入されてその観察対象の内部の被写体を照明しながら撮像する内視鏡であって、撮像素子の露光時間を変更可能な撮像部と、この撮像部による撮像範囲を複数に分割した領域ごとの照明強度を個別に調整可能な照明部と、前記撮像部による撮像で取得した撮像画像に基づいて領域別照明補正量および露光補正量を求めて、前記領域ごとの照明強度を補正制御する領域分割照明制御、および前記露光時間を補正制御する露光時間制御を並行して実行すると共に前記撮像画像に対してダイナミックレンジ拡大処理を行う制御部と、を備えた構成とする。
【００１５】
これによると、領域分割照明制御、露光時間制御、およびダイナミックレンジ拡大処理の相乗効果により、白飛びおよび黒潰れを同時にかつ大幅に改善することができる。そして、領域分割照明制御および露光時間制御で行われるフィードバック制御のための計測情報である撮像画像が、領域分割照明制御と露光時間制御とで共用され、フィードバック制御のための計測情報を各々の制御で別々に取得する必要がないため、高いフレームレートを実現することができる。
【００１６】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記撮像部は、前記露光時間を変更して複数回の撮像を行い、前記ダイナミックレンジ拡大処理は、前記露光時間の異なる複数の撮像画像を用いてダイナミックレンジの拡大を行って、ダイナミックレンジ拡大画像を生成し、前記制御部は、前記露光時間の異なる複数の撮像画像に基づいて前記露光補正量を取得し、前記ダイナミックレンジ拡大画像に基づいて前記領域別照明補正量を取得する構成とする。
【００１７】
これによると、最低２回の撮像（走査）で、領域分割照明制御、露光時間制御、およびダイナミックレンジ拡大処理に必要となる画像を取得することができるため、高いフレームレートを実現することができる。
【００１８】
また、第３の発明は、第１の発明において、前記撮像部は、前記露光時間を変更して複数回の撮像を行い、前記ダイナミックレンジ拡大処理は、前記露光時間の異なる複数の撮像画像を用いてダイナミックレンジの拡大を行って、ダイナミックレンジ拡大画像を生成し、前記制御部は、前記撮像画像に基づいて前記領域別照明補正量および前記露光補正量を取得する構成とする。
【００１９】
これによると、領域分割照明制御および露光時間制御で行われるフィードバック制御にダイナミックレンジ拡大処理が介在しないため、フィードバック制御を簡素化して、フィードバック制御の安定性を高めるとともに、フィードバック制御に要する時間を短縮して、フレームレートをより一層高めることができる。
【００２０】
また、第４の発明は、前記制御部は、前記ダイナミックレンジ拡大画像から前記領域ごとの明るさを検出し、その検出結果に基づいて、前記領域別照明補正量を取得する構成とする。
【００２１】
これによると、ダイナミックレンジ拡大画像に基づいて領域別照明補正量を取得するため、領域ごとの照明強度の補正をより一層適切に行うことができる。
【００２２】
また、第５の発明は、前記制御部は、前記露光時間の異なる複数の撮像画像から前記領域ごとの明るさを検出し、その検出結果に基づいて、前記領域別照明補正量を取得する構成とする。
【００２３】
これによると、領域分割照明制御および露光時間制御で行われるフィードバック制御にダイナミックレンジ拡大処理が介在しないため、フィードバック制御を簡素化して、フィードバック制御の安定性を高めるとともに、フィードバック制御に要する時間を短縮して、フレームレートをより一層高めることができる。
【００２４】
また、第６の発明は、前記制御部は、前記露光時間の異なる複数の撮像画像から前記領域ごとの明るさを検出し、その検出結果に基づいて、前記露光補正量を取得する構成とする。
【００２５】
これによると、露光時間の異なる複数の撮像画像に基づいて露光補正量を取得するため、露光補正量の補正をより一層適切に行うことができる。
【００２６】
また、第７の発明は、前記照明部は、光出射部から遠い被写体の部分を主に照明する第１の照明部と、前記光出射部に近い被写体の部分を主に照明する第２の照明部と、を備え、前記第１の照明部が、前記撮像範囲の中心部に位置する前記領域を担当し、前記第２の照明部が、前記撮像範囲の外周部に位置する前記領域を担当する構成とする。
【００２７】
これによると、管状臓器などを撮像する場合に、白飛びおよび黒潰れを効果的に改善することができる。すなわち、管状臓器などを撮像する場合には、光出射部に近い被写体の部分が撮像範囲の外周部に写り、この光出射部に近い部分では照度が過度に高くなることで画像に白飛びが発生し、逆に、光出射部から遠い被写体の部分は撮像範囲の中心部に写り、この光出射部から遠い部分では照度が過度に低くなることで画像に黒潰れが発生することから、撮像範囲を外周部と中心部との少なくとも２つの領域に分割して、各々を遠距離照明用の第１の照明部と近距離照明用の第２の照明部とに分担させることで、白飛びおよび黒潰れを効果的に改善することができる。
【００２８】
また、第８の発明は、前記第２の照明部として、少なくとも２つの光出射部を備え、各光出射部から出射される光の光軸は交差状態である構成とする。
【００２９】
これによると、内視鏡の先端部に近接する被写体に対して離れた位置から光を照射することができるため、近距離の位置で照度が極端に高くなることを避けることができる。
【００３０】
また、第９の発明は、前記領域は、前記撮像範囲の中心点を中心とした円形の境界線と、前記撮像範囲の中心点から放射状に延びた境界線とにより分割されている構成とする。
【００３１】
これによると、白飛びおよび黒潰れが撮像範囲内の偏った位置に発生している場合でも、白飛びおよび黒潰れが発生している部分の照明強度を選択的に調整することができるため、白飛びおよび黒潰れを効果的に改善することができる。
【００３２】
また、第１０の発明は、前記領域別照明補正量は、前記領域別照明強度に対する割合が大きく設定され、前記露光補正量は、前記露光時間に対する割合が小さく設定されている構成とする。
【００３３】
これによると、領域分割照明制御では、領域別照明強度が１回の補正で大きく補正されるため、領域別照明強度が安定するまでの応答時間を短くすることができる。一方、露光時間制御では、露光時間は１回の補正で小さく補正されるため、領域別照明強度の補正では改善することができない白飛びおよび黒潰れが、露光時間の補正で徐々に改善されるようになり、露光時間の補正と領域別照明強度の補正との組み合わせで、白飛びおよび黒潰れを適切に改善することができる。また、領域分割照明制御と露光時間制御とを並行して実行しても、安定した動作を確保することができる。
【００３４】
また、第１１の発明は、前記制御部は、前記領域ごとの明るさと基準値との差分を平均化して、その平均値の大きさに応じて前記露光補正量を取得する構成とする。
【００３５】
これによると、露光時間を部分的に変更することができない撮像素子に対応するように、画像全体を代表する単一の露光補正量を取得することができる。
【００３６】
また、第１２の発明は、前記制御部は、前記差分が大きな所定数の前記領域を選択して、その選択された一部の領域を対象にして前記差分を平均化する構成とする。
【００３７】
これによると、差分が大きい領域、すなわち特に明るい領域および特に暗い領域が選択されて、この特に明るい領域および特に暗い領域に注目した制御が行われるため、部分的な白飛びおよび黒潰れをより一層改善することができる。
【００３８】
また、第１３の発明は、前記領域の選択数に関する情報をユーザの操作により入力する操作入力部をさらに備えた構成とする。
【００３９】
これによると、平均化の対象となる領域の選択数をユーザが設定することができ、例えば、画像の部分的な改善が望まれる場合には領域の選択数を少なく設定し、逆に画像の全体を重視する場合には領域の選択数を多く設定するとよく、ユーザの必要に応じて適切な制御を行うことができる。また画像の表示特性（トーンカーブ）や全体的な表示画像の明るめ、暗め、応答特性（目標誤差応答性、応答速度）、なども設定することが可能となる。
【００４０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００４１】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る内視鏡１の全体構成図である。この内視鏡１は、人の身体（観察対象）の内部の臓器などの被写体を撮像するために身体の内部に挿入される挿入部２と、挿入部２の先端部２ａに設けられた撮像窓３を介して被写体を撮像する撮像部４と、挿入部２の先端部２ａに設けられた照明窓（光出射部）５ａ，５ｂを介して被写体を照明する照明部６と、撮像部４および照明部６を制御するとともに撮像部４で撮像された画像に対して画像処理を行う制御部７と、を備えている。
【００４２】
制御部７にはモニター（表示装置）８が接続されており、撮像部４で撮像された画像が制御部７で画像処理された上でモニター８に表示される。また、制御部７には操作入力部９が接続されており、操作入力部９でユーザが入力操作を行うことで、制御部７で行われる撮像部４および照明部６の制御ならびに画像処理に関する動作設定が行われる。
【００４３】
撮像部４は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などで構成される撮像素子１１を備えており、この他に撮像部４には、複数のレンズなどで構成される光学系（図示せず）が設けられており、被写体からの光が撮像窓３から入射して撮像素子１１の撮像面に結像される。
【００４４】
照明部６は、被写体を照明するための光を発する複数の光源（ＬＥＤなど）１２ａ，１２ｂと、光源１２ａ，１２ｂが発する光を照明窓５ａ，５ｂにそれぞれ導く光ファイバー１３ａ，１３ｂと、を備えており、光源１２ａ，１２ｂが発する光が、光ファイバー１３ａ，１３ｂを通って照明窓５ａ，５ｂから出射して、被写体に照射される。なお、挿入部２の先端部２ａに光源を直接設けるようにしてもよい。
【００４５】
次に、制御部７で行われる制御について説明する。図２は、被写体としての管状臓器を撮像した画像の状況を説明する説明図である。
【００４６】
この図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、管状臓器を撮像した画像では、挿入部２の先端部２ａに設けられた照明窓（光出射部）５ａ，５ｂに近い被写体の部分では、照度が過度に高くなることで画像に白飛びが発生し、逆に照明窓５ａ，５ｂａから離れた被写体の部分では、照度が過度に低くなることで画像に黒潰れ（黒沈み）が発生している。
【００４７】
そこで、本実施形態では、以下に説明するように、制御部７において、撮像部４による撮像で取得した撮像画像に基づいて、撮像範囲を複数に分割した各領域の明るさを検出し、各領域の明るさが一定の範囲に収まるように、各領域の照明強度を個別に制御する領域分割照明制御と、撮像素子１１の露光時間（電荷蓄積時間）を制御する露光時間制御とが行われ、さらに画像のダイナミックレンジを拡大するダイナミックレンジ拡大処理が行われ、これにより白飛びおよび黒潰れを改善するようにしている。
【００４８】
図３は、図１に示した制御部７の概略構成を示すブロック図である。制御部７は、撮像制御部２１と、照明制御部２２と、画像記憶部２３と、ダイナミックレンジ拡大部２４と、画像圧縮部２５と、補正条件設定部２６と、入力制御部２７と、動作条件記憶部２８と、を備えている。
【００４９】
撮像制御部２１では、撮像部４の撮像素子の露光時間を制御する処理が行われる。照明制御部２２では、照明部６の照明強度（光量）を制御する処理が行われる。画像記憶部２３では、撮像部４から出力される撮像画像が記憶される。ダイナミックレンジ拡大部２４では、撮像画像よりも広いダイナミックレンジを持つ合成画像を生成する処理が行われる。画像圧縮部２５では、ヒストグラム均等化法などを用いた信号レベル圧縮伸張処理が行われる。補正条件設定部２６では、撮像画像およびダイナミックレンジ拡大画像から露光時間および照明強度を補正するための補正条件（露光補正量および照明補正量）を設定する処理が行われる。入力制御部２７では、ユーザによる操作入力部９の操作に応じて所要の情報を取得する処理が行われる。動作条件記憶部２８では、露光時間および照明強度などの動作条件に関する情報が記憶される。
【００５０】
図４は、図１に示した照明部６で行われる分割照明の概要を説明する説明図であり、図４（Ａ）に、挿入部２の先端部２ａに設けられた照明窓５ａ，５ｂの配置状況を示し、図４（Ｂ）に、被写体上の撮像範囲を複数の領域に分割した状況を示す。図５は、管状臓器（食道や血管など）である被写体Ｓを撮像する状況を示す側面図である。
【００５１】
図４（Ａ）に示すように、挿入部２の先端部２ａに撮像窓３の周囲に、遠距離照明用の照明窓５ａおよび近距離照明用の照明窓５ｂが配置されている。遠距離照明用の照明窓５ａは、図１に示した光源１２ａおよび光ファイバー１３ａとともに遠距離を照明する第１の照明部を構成する。近距離照明用の照明窓５ｂは、図１に示した光源１２ｂおよび光ファイバー１３ｂとともに近距離を照明する第２の照明部を構成する。
【００５２】
ここで、図５に示すように、管状臓器（食道や血管など）である被写体を撮像する場合、挿入部２の先端部２ａに設けられた照明窓（光出射部）５ａ，５ｂから遠距離に位置する被写体Ｓの部分が、撮像部４の撮像窓３の画角により規定される撮像範囲の中央部に写り、先端部２ａから近距離に位置する被写体Ｓの部分が、撮像範囲の外周部に写る（図２参照）。
【００５３】
そこで、本実施形態では、図４（Ｂ）に示すように、撮像範囲を、その中心点Ｃを中心とした円形の境界線Ｂ０により、円形の境界線Ｂ０により撮像範囲の中心部の領域と外周部の領域とに分割し、円形の境界線Ｂ０の内側の領域Ａ１〜Ａ６が、遠距離に位置する被写体Ｓの部分が写る領域として、遠距離照明用の照明窓５ａに担当させる。また、円形の境界線の外側の領域Ａ７〜Ａ１２が、近距離に位置する被写体Ｓの部分が写る領域として、近距離照明用の照明窓５ｂに担当させる。
【００５４】
また、撮像範囲を、その中心点Ｃから放射状に延びた境界線Ｂ１〜Ｂ６により、円形の境界線Ｂ０の内側および外側が、周方向に並んだ領域Ａ１，Ａ７、領域Ａ２，Ａ８、領域Ａ３，Ａ９、領域Ａ４，Ａ１０、領域Ａ５，Ａ１１、および領域Ａ６，Ａ１２にそれぞれ分割され、これらの領域を、グループＧ１〜Ｇ６の各々の遠距離照明用の照明窓５ａおよび近距離照明用の照明窓５ｂにそれぞれ担当させる。
【００５５】
図５に示したように、遠距離照明用の照明窓５ａでは、先端部２ａの中心線から僅かに傾斜させた一点鎖線Ｌ１方向に光が出射され、近距離照明用の照明窓５ｂでは、挿入部２の先端部２ａの中心線に傾斜させた一点鎖線Ｌ２方向に光が出射される。特に本実施形態では、近距離照明用の照明窓５ｂにより、先端部２ａの中心に配置された撮像部４を挟んで相反する側から被写体Ｓに光を照射し、照明窓５ｂから出射される光の光軸が交差する状態となる。これにより、先端部２ａに近接する被写体Ｓの部分に対して離れた位置から光を照射することができるため、近距離の位置で照度が極端に高くなることを避けることができる。
【００５６】
このように、本実施形態では、グループＧ１〜Ｇ６の各々の照明窓５ａ，５ｂに領域Ａ１〜Ａ１２を担当させることで、管状臓器の撮像に適した領域分割照明制御を行うことができる。すなわち、図２に示したように、挿入部２の先端部２ａに設けられた照明窓５ａ，５ｂに近い部分では、照度が過度に高くなることで画像に白飛びが発生し、逆に照明窓５ａ，５ｂから離れた部分では、照度が過度に低くなることで画像に黒潰れ（黒潰れ）が発生するが、領域Ａ１〜Ａ１２ごとの照明強度を制御することで、白飛びおよび黒潰れを同時に抑制することができる。
【００５７】
なお、遠距離照明用の照明窓５ａおよび近距離照明用の照明窓５ｂは、図示しない投光レンズにより遠距離照明および近距離照明に適した配光特性を得るようにすればよい。
【００５８】
次に、図３に示したダイナミックレンジ拡大部２４で行われるダイナミックレンジ拡大処理について説明する。図６は、ダイナミックレンジ拡大部２４で行われるダイナミックレンジ拡大処理の概要を説明する説明図であり、図６（Ａ）に、短時間露光画像および長時間露光画像の特性を示し、図６（Ｂ）に、ダイナミックレンジ拡大画像の特性を示す。
【００５９】
図６（Ａ）に示すように、露光時間を長く設定して撮像された長時間露光画像では、明るさが比較的低い段階で飽和レベルとなり、露光時間を短く設定して撮像された短時間露光画像では、明るさが比較的高い段階まで飽和レベルとならない。
【００６０】
ダイナミックレンジ拡大部２４では、短時間露光画像および長時間露光画像を合成して、広いダイナミックレンジを有するダイナミックレンジ拡大画像を生成する処理が行われる。このダイナミックレンジ拡大処理では、図６（Ｂ）に示すように、被写体の明るさに対するレベル値の傾き特性が一致するように、短時間露光画像のダイナミックレンジを拡大して、比較的暗い領域の画像情報を長時間露光画像から取得し、比較的明るい領域の画像情報を短時間露光画像から取得して、短時間露光画像と長時間露光画像とを合成する。
【００６１】
短時間露光画像は明るい部分を重視した画像であり、長時間露光画像は暗い部分を重視した画像であり、明るい部分に短時間露光画像を用いることで白飛びを改善することができ、暗い部分に長時間露光画像を用いることで黒潰れを改善することができる。短時間露光画像で白飛びが改善されない場合には、短時間露光時の露光時間をさらに短くすればよく、長時間露光画像で黒潰れが改善されない場合には、長時間露光時の露光時間をさらに長くすればよい。
【００６２】
図６では、ダイナミックレンジを４倍に拡大する例を示しており、長時間露光時の露光時間は短時間露光時の露光時間の４倍となっており、長時間露光画像では、短時間露光画像に比較し４倍暗い部分まで撮像でき、また短時間露光画像では長時間露光画像に比較して４倍の明い部分まで撮像でき、短時間露光画像の信号を長時間露光画像の信号レベルに合わせて信号レベルを４倍に拡大して、短時間露光画像と長時間露光画像とを合成することで、ダイナミックレンジを４倍に拡大した１つのダイナミックレンジ拡大画像を取得することができる。
【００６３】
なお、長時間露光時および短時間露光時の各露光時間の比率に応じて、ダイナミックレンジ拡大処理での拡大率が異なり、ダイナミックレンジ拡大部２４では、長時間露光時および短時間露光時の各露光時間を動作条件記憶部２８から取得して、各露光時間の比率から拡大率を設定する。
【００６４】
また、長時間露光時および短時間露光時の各露光時間の比率が極端に大きいと、ダイナミックレンジ拡大画像のＳ／Ｎが低下するため、このような場合には、長時間露光時および短時間露光時の各露光時間の中間の露光時間を有する中時間露光を設定し、３段階の露光時間で撮像を行うとよい。これにより、長時間露光画像、短時間露光画像および中時間露光画像を取得してダイナミックレンジ拡大処理を行うと、ダイナミックレンジ拡大画像に発生するＳ／Ｎの低下を抑制することができる。
【００６５】
次に、図３に示した補正条件設定部２６で行われる処理について説明する。図７は、補正条件設定部２６の概略構成を示すブロック図である。
【００６６】
補正条件設定部２６は、長時間露光画像および短時間露光画像に基づいて、露光時間を補正するための露光補正量を取得する処理が行われ、これに関するものとして、第１，第２の領域分割部３１ａ，３１ｂと、第１，第２の領域別代表値取得部３２ａ，３２ｂと、第１，第２の領域別差分算出部３３ａ，３３ｂと、第１，第２の露光補正量設定部３４ａ，３４ｂと、を備えている。
【００６７】
第１，第２の領域分割部３１ａ，３１ｂでは、画像記憶部２３から取得した長時間露光画像および短時間露光画像をそれぞれ複数の領域（図４（Ｂ）参照）に分割する処理が行われる。この領域分割処理では、各画素の画素値（輝度値）が領域ごとに振り分けられる。なお、全ての画素を領域に振り分ける必要はなく、領域内に位置する画素の座標を予め複数設定しておき、その座標の画素値を取得するようにすればよい。
【００６８】
第１，第２の領域別代表値取得部３２ａ，３２ｂでは、第１，第２の領域分割部３１ａ，３１ｂで取得した長時間露光画像および短時間露光画像における各画素の画素値から、領域ごとの明るさを表す領域別代表値を取得する処理が行われる。この領域別代表値は、例えば各領域内の画素値の平均値とすればよい。
【００６９】
第１，第２の領域別差分算出部３３ａ，３３ｂでは、第１，第２の領域別代表値取得部３２ａ，３２ｂで取得した長時間露光画像および短時間露光画像における領域別代表値の基準値に対する差分を算出する処理が行われる。特に本実施形態では、領域別代表値の基準値に対する差分比率、すなわち、領域別代表値と基準値との差分の基準値に対する割合が求められる。基準値は、例えば画素値（輝度値）の上限値と下限値との中央の値とすればよい。
【００７０】
第１，第２の露光補正量設定部３４ａ，３４ｂでは、第１，第２の領域別差分算出部３３ａ，３３ｂで取得した長時間露光画像および短時間露光画像における各領域の差分比率から、画像全体を代表する単一の差分比率を、長時間露光画像および短時間露光画像の各々について求め、この長時間露光画像および短時間露光画像をそれぞれ代表する差分比率に基づいて、長時間露光時および短時間露光時の各露光時間をそれぞれ補正する長時間露光時および短時間露光時の各露光補正量を設定する処理が行われる。特に本実施形態では、露光補正量として、現在の露光時間に対する新しい露光時間の比率を表す露光補正率を取得し、この露光補正率を現在の露光時間に乗じることで新しい露光時間が求められる。この第１，第２の露光補正量設定部３４ａ，３４ｂで取得した長時間露光時および短時間露光時の各露光補正量は撮像制御部２１に出力される。この第１，第２の露光補正量設定部３４ａ，３４ｂで行われる露光補正量設定処理については後に詳しく説明する。
【００７１】
また、補正条件設定部２６は、ダイナミックレンジ拡大画像に基づいて、領域別照明強度を補正するための領域別照明補正量を取得する処理が行われ、これに関するものとして、第３の領域分割部３５と、第３の領域別代表値取得部３６と、第３の領域別差分算出部３７と、照明補正量設定部３８と、を備えている。
【００７２】
第３の領域分割部３５では、ダイナミックレンジ拡大部２４から取得したダイナミックレンジ拡大画像を複数の領域に分割する処理が行われる。この領域分割処理では、各画素の画素値（レベル値）が領域ごとに振り分けられる。
【００７３】
第３の領域別代表値取得部３６では、第３の領域分割部３５で取得したダイナミックレンジ拡大画像における各画素の画素値から、領域ごとの明るさを表す領域別代表値を取得する処理が行われる。この領域別代表値は、例えば各領域内の画素値の平均値とすればよい。
【００７４】
第３の領域別差分算出部３７では、第３の領域別代表値取得部３６で取得したダイナミックレンジ拡大画像における領域別代表値の基準値に対する差分を算出する処理が行われる。特に本実施形態では、領域別代表値の基準値に対する差分比率、すなわち、領域別代表値と基準値との差分の基準値に対する割合が求められる。基準値は、例えば画素値（レベル値）の上限値と下限値との中央の値とすればよい。
【００７５】
照明補正量設定部３８では、第３の領域別差分算出部３７で取得した領域ごとの差分比率に基づいて、領域ごとの照明強度を補正する領域別照明補正量を設定する処理が行われる。特に本実施形態では、領域別照明補正量として、現在の領域別照明強度に対する新しい領域別照明強度の比率を表す領域別照明補正率を取得し、この領域別照明補正率を現在の領域別照明強度にそれぞれ乗じることで新しい領域別照明強度が求められる。この照明補正量設定部３８で取得した領域別照明補正量は照明制御部２２に出力される。この照明補正量設定部３８で行われる領域別照明補正量設定処理については後に詳しく説明する。
【００７６】
次に、図３に示した照明制御部２２で行われる処理について説明する。図８は、照明制御部２２の概略構成を示すブロック図である。
【００７７】
照明制御部２２は、領域分割照明制御に関するものとして、領域別照明強度設定部４１と、照明調光制御部４２と、を備えている。
【００７８】
領域別照明強度設定部４１では、補正条件設定部２６の照明補正量設定部３８から取得した領域別照明補正量により現在の領域別照明強度（レベル値）をそれぞれ補正して新しい領域別照明強度を設定する処理が行われる。特に本実施形態では、補正条件設定部２６で領域別照明補正率が求められ、この領域別照明補正率を現在の領域別照明強度にそれぞれ乗じることで新しい領域別照明強度が設定される。
【００７９】
照明調光制御部４２では、領域別照明強度設定部４１で取得した領域別照明強度に基づいて、遠距離照明用の光源１２ａおよび近距離照明用の光源１２ｂの照明強度を個別に調整する制御が行われる。この照明調光制御では、例えばＬＥＤからなる光源１２ａ，１２ｂをＰＷＭ調光制御で駆動し、デューティ比を変更することで照明強度が調整される。
【００８０】
次に、図３に示した撮像制御部２１で行われる処理について説明する。図９は、撮像制御部２１の概略構成を示すブロック図である。
【００８１】
撮像制御部２１は、露光時間制御に関するものとして、タイミングジェネレータ５１と、タイミングジェネレータ制御部５２と、露光時間設定部５３と、中時間露光設定部５４と、を備えている。
【００８２】
露光時間設定部５３では、補正条件設定部２６の第１，第２の露光補正量設定部３４ａ，３４ｂから取得した露光補正率と現在の露光時間とに基づいて新たな露光時間を設定する処理が行われる。ここでは、現在の露光時間に露光補正率を乗じることで新たな露光時間が求められる。この露光時間設定処理は、長時間露光時および短時間露光時の各露光時間について行われる。
【００８３】
中時間露光設定部５４では、中時間露光が必要か否かの中時間露光要否判定が行われ、中時間露光が必要と判定されると、中時間露光時の露光時間を設定する処理が行われる。また、既に中時間露光の設定が行われた状態で中時間露光が不要と判定されると、中時間露光の設定が解除される。
【００８４】
中時間露光要否判定では、露光時間設定部５３で取得した新たな長時間露光時および短時間露光時の各露光時間同士の比率を求め、その比率が所定のしきい値（例えば９倍）以上に大きい場合に、中時間露光が必要と判定する。中時間露光時の露光時間は、新たな長時間露光時および短時間露光時の各露光時間に基づいて設定され、例えば新たな長時間露光時および短時間露光時の比の平方根とする。長時間、短時間の露光時間の比が９倍であれば、中間の露光時間は３倍とする。
【００８５】
タイミングジェネレータ制御部５２では、露光時間設定部５３で取得した短時間露光時および長時間露光時の各露光時間と、中時間露光設定部５４で取得した中時間露光時の露光時間とに基づいて、タイミングジェネレータ５１を制御する処理が行われる。タイミングジェネレータ５１では、タイミングジェネレータ制御部５２から出力される制御信号に基づいて、撮像部４の撮像素子１１を駆動するパルス信号（駆動タイミング信号）を出力する。これにより、撮像部４において長時間露光、短時間露光および中時間露光による撮像が実施される。
【００８６】
次に、図３に示した画像圧縮部２５で行われる画像圧縮処理について説明する。図１０は、画像圧縮部２５の概略構成を示すブロック図である。
【００８７】
画像圧縮部２５は、ダイナミックレンジ拡大部２４で取得したダイナミックレンジ拡大画像に対して、ヒストグラム均等化法を用いたダイナミックレンジ圧縮処理を行うものであり、エッジ抽出部６１と、ヒストグラム生成部６２と、ヒストグラム均等化部６３と、パラメータ決定部６４と、を備えている。
【００８８】
エッジ抽出部６１では、ダイナミックレンジ拡大部２４から取得したダイナミックレンジ拡大画像からエッジ部分を抽出する処理が行われる。ヒストグラム生成部６２では、エッジ抽出部６１で取得したエッジ部輝度情報に基づいて、画素値（輝度値）のヒストグラムを生成する処理が行われる。ヒストグラム均等化部６３では、ヒストグラム生成部６２で取得したヒストグラムから、出力画像の階調数に対応した階調変換カーブを生成して、その階調変換カーブを用いて画素値を階調変換する処理が行われ、ヒストグラム均等化部６３から圧縮された出力画像が出力される。
【００８９】
このように、本実施形態では、エッジ部分を用いたヒストグラム均等化法により階調変換するようにしており、通常のヒストグラム均等化法では、画像上での面積に大きな影響を受けるのに対して、本実施形態のようにエッジ部分を用いたヒストグラム均等化法では、全体の信号レベルを圧縮しながら画像のコントラストをより一層強調することができる。
【００９０】
パラメータ決定部６４では、ヒストグラム均等化部６３での処理に用いられるパラメータを決定する処理が行われる。ここでは、ユーザによる操作入力部９の入力操作に応じて、明暗の変換特性（ガンマ変換など）やコントラスト強調特性などに関する出力画像特性設定情報を入力制御部２７が取得し、この出力画像特性設定情報に基づいてパラメータが決定される。
【００９１】
また、動作条件記憶部２８からダイナミックレンジ拡大率に関する情報を取得してダイナミックレンジ拡大率に基づいてパラメータが決定される。例えばダイナミックレンジ拡大画像のダイナミックレンジが広い場合には画像の信号レベルの圧縮率が大きくなるので、コントラストを十分に強調する処理を行う。
【００９２】
なお、ダイナミックレンジ拡大処理での拡大率に応じて画像の信号レベルの圧縮率が異なるため、画像圧縮部２５では、ダイナミックレンジ拡大処理での拡大率を動作条件記憶部２８から取得し、あるいは長時間露光、短時間露光および中時間露光の各露光時間を動作条件記憶部２８から取得して、各露光時間の比率からダイナミックレンジ拡大処理での拡大率を求めて、画像の信号レベルの圧縮率を設定する。
【００９３】
次に、図３に示した制御部７で行われる処理の手順について説明する。図１１は、制御部７で行われる処理の手順を示すフロー図である。
【００９４】
制御部７では、まず、領域別照明強度の初期値ならびに長時間露光時および短時間露光時の各露光時間の初期値を設定する処理が行われる（ＳＴ１０１）。そして、この領域別照明強度および露光時間の各初期値に基づいて撮像部４で長時間露光および短時間露光による撮像が行われ（ＳＴ１０２，ＳＴ１０３）、長時間露光画像および短時間露光画像が制御部７に入力されて画像記憶部２３に記憶される。
【００９５】
ついで、ダイナミックレンジ拡大部２４にて長時間露光画像および短時間露光画像からダイナミックレンジ拡大画像を生成するダイナミックレンジ拡大処理が行われる（ＳＴ１０４）。画像圧縮部２５にてダイナミックレンジ拡大画像に対する圧縮処理が行われ（ＳＴ１０５）、圧縮処理された画像が制御部７から出力される。
【００９６】
また、ダイナミックレンジ拡大部２４にてダイナミックレンジ拡大画像が生成されると、補正条件設定部２６の第３の領域分割部３５、第３の領域別代表値取得部３６および第３の領域別差分算出部３７にて、ダイナミックレンジ拡大画像を対象にした領域分割、領域別代表値取得および領域別差分算出の各処理が行われた後（ＳＴ１０６）、第３の領域別差分算出処理部３７で取得した領域ごとの差分比率に基づいて領域別照明補正量を設定する処理が照明補正量設定部３８にて行われる（ＳＴ１０７）。
【００９７】
そして、照明制御部２２にて補正条件設定部２６から取得した領域別照明補正量に基づいて領域別照明強度を設定する処理が行われる（ＳＴ１０８）。
【００９８】
一方、長時間露光および短時間露光による撮像が行われると（ＳＴ１０２，ＳＴ１０３）、補正条件設定部２６の第１の領域分割部３１ａ、第１の領域別代表値取得部３２ａおよび第１の領域別差分算出部３３ａにて、長時間露光画像を対象にして、領域分割、領域別代表値取得、領域別差分算出の各処理が行われた後（ＳＴ１０９）、領域別差分算出部３３ａで取得した差分比率に基づいて長時間露光時の露光補正量を設定する処理が第１の露光補正量設定部３４ａにて行われる（ＳＴ１１０）。
【００９９】
また、補正条件設定部２６の第２の領域分割部３１ｂ、第２の領域別代表値取得部３２ｂおよび第２の領域別差分算出部３３ｂにて、短時間露光画像を対象にして、領域分割、領域別代表値取得、領域別差分算出の各処理が行われた後（ＳＴ１１１）、領域別差分算出部３３ｂで取得した差分比率に基づいて短時間露光時の露光補正量を設定する処理が第２の露光補正量設定部３４ｂにて行われる（ＳＴ１１２）。
【０１００】
そして、撮像制御部２１の露光時間設定部５３にて補正条件設定部２６から取得した長時間露光時および短時間露光時の露光補正量に基づいて新たな長時間露光時および短時間露光時の露光時間を設定する処理が行われる（ＳＴ１１３）。また、中時間露光設定部５４にて露光時間設定部５３から取得した長時間露光時およびの短時間露光時の各露光時間に基づいて中時間露光の要否が判定されて、中時間露光が必要であれば中時間露光の設定が行われる（ＳＴ１１４）。
【０１０１】
このようにして、新たな長時間露光時および短時間露光時の露光時間が設定されると（ＳＴ１１３）、新たな露光時間に基づいて撮像部４で長時間露光および短時間露光による撮像が行われ（ＳＴ１０２，ＳＴ１０３）、このようなフローが繰り返されることで、領域ごとの明るさが所定の範囲に収まるように制御される。
【０１０２】
また、中時間露光の設定が行われると（ＳＴ１１４）、長時間露光および短時間露光による撮像に続いて中時間露光による撮像が行われ、ダイナミックレンジ拡大部２４にて長時間露光画像、短時間露光画像および中時間露光画像からダイナミックレンジ拡大画像を生成するダイナミックレンジ拡大処理が行われる（ＳＴ１０４）。
【０１０３】
次に、図７に示した照明補正量設定部３８で行われる領域別照明補正量設定処理（図１１のＳＴ１０７）について説明する。図１２は、照明補正量設定部３８で行われる領域別照明補正量設定処理の要領を説明する説明図である。図１３は、照明補正量設定部３８で行われる領域別照明補正量設定処理の手順を示すフロー図である。
【０１０４】
図１２に示すように、領域別照明補正率（領域別照明補正量）は、ダイナミックレンジ拡大画像における領域ごとの差分比率に応じて設定される。特に本実施形態では、差分比率の許容範囲、すなわち領域別照明補正率を変更する必要がない範囲を規定する第１しきい値（ここでは−２０および＋２０）、および領域別照明補正率の大きさを変更する範囲を規定する第２しきい値（ここでは−４０および＋４０）と差分比率とを比較して（図１３のＳＴ２０１〜ＳＴ２０４）、両者の値の大小に応じて照明補正率が設定される。この照明補正率の設定は領域ごとに行われる。
【０１０５】
差分比率が−４０％以下となる場合には、照明補正率が＋２０％に設定され、照明強度が現在の照明強度から２０％増加される（図１３のＳＴ２０５）。また、差分比率が−４０％〜−２０％となる場合には、照明補正率が＋１０％に設定され、照明強度が現在の照明強度から１０％増加される（図１３のＳＴ２０６）。また、差分比率が±２０％以内となる場合には、照明補正率が０％に設定され、現在の照明強度が維持される（図１３のＳＴ２０７）。また、差分比率が＋２０％〜＋４０％となる場合には、照明補正率が−１０％に設定され、照明強度が現在の照明強度から１０％減少される（図１３のＳＴ２０８）。また、差分比率が＋４０％以上となる場合には、照明補正率が−２０％に設定され、照明強度が現在の照明強度から２０％減少される（図１３のＳＴ２０９）。
【０１０６】
このように差分比率がプラス側となる場合には照明補正率がマイナス側となって照明強度を下げる制御が行われ、差分比率がマイナス側を示す場合には照明補正率がプラス側となって照明強度を上げる制御が行われる。また、差分比率の絶対値が大きな値を示す場合には照明補正率の絶対値も大きくなって照明強度が中速で補正され、差分比率の絶対値が小さな値を示す場合には照明補正率の絶対値も小さくなって照明強度が低速で補正される。
【０１０７】
なお、照明補正量設定部３８で用いられる差分比率に関するしきい値や、第３の領域別差分算出部３７で用いられる基準値は、予め設定しておけばよいが、ユーザによる操作入力部９の入力操作に応じて、しきい値や基準値を、領域分割照明制御の特性（応答特性や応答感度など）を設定する照明設定情報として入力制御部２７が取得し、この照明設定情報に基づいて領域分割照明制御が行われるようにしてもよい。
【０１０８】
次に、図７に示した第１および第２の露光補正量設定部３４ａ，３４ｂで行われる長時間露光補正量設定処理（図１１のＳＴ１０９）および短時間露光補正量設定処理（図１１のＳＴ１１１）について説明する。図１４は、長時間露光補正量設定処理および短時間露光補正量設定処理の要領を説明する説明図である。図１５（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ長時間露光補正量設定処理および短時間露光補正量設定処理の手順を示すフロー図である。
【０１０９】
図１４に示すように、長時間露光補正率（長時間露光補正量）は、長時間露光画像における画像全体を代表する差分比率に応じて設定される。特に本実施形態では、長時間露光補正率の許容範囲、すなわち長時間露光補正率を変更する必要がない範囲を規定するしきい値（ここでは−２０および＋２０）と差分比率とを比較して（図１５のＳＴ３０１，ＳＴ３０２）、両者の値の大小に応じて長時間露光補正率が設定される。
【０１１０】
差分比率が−２０％以下となる場合には、長時間露光補正率が＋５％に設定され、長時間露光時の露光時間が現在の露光時間から５％増加される（図１５のＳＴ３０３）。また、差分比率が−２０％〜＋２０％となる場合には、長時間露光補正率が０％に設定され、現在の照明強度が維持される（図１５のＳＴ３０４）。また、差分比率が＋２０以上となる場合には、長時間露光補正率が−５％に設定され、長時間露光時の露光時間が現在の露光時間から５％減少される（図１５のＳＴ３０５）。
【０１１１】
また、短時間露光補正率（短時間露光補正量）も、長時間露光補正率と同様に、画像全体を代表する差分比率に応じて設定され、しきい値も長時間露光補正率と同一であり、差分比率としきい値との比較により（図１５のＳＴ４０１，ＳＴ４０２）、両者の値の大小に応じて短時間露光補正率が設定される（図１５のＳＴ４０３〜ＳＴ４０５）。
【０１１２】
ところで、本実施形態では、露光時間の領域分割制御は行われないため、図７に示した第１，第２の露光補正量設定部３４ａ，３４ｂにおいて、第１，第２の領域別差分算出部３３ａ，３３ｂで取得した長時間露光画像および短時間露光画像における各領域の差分比率から、画像全体を代表する単一の差分比率を、長時間露光画像および短時間露光画像の各々について求めるが、この画像全体を代表する差分比率は、全ての領域を対象にして差分比率を平均化して取得すればよい。
【０１１３】
また、差分比率が大きな所定数（例えば３つ）の領域を選択して、その選択された一部の領域を対象にして差分比率を平均化して、単一の差分比率を求めるようにしてもよい。このようにすると、差分比率が大きい領域、すなわち特に明るい領域および特に暗い領域が選択されて、この特に明るい領域および特に暗い領域に注目した制御が行われるため、部分的な白飛びおよび黒潰れをより一層改善することができる。
【０１１４】
また、平均化の対象となる領域の選択数は、予め設定しておくことも可能であるが、ユーザによる操作入力部９の入力操作に応じて、領域の選択数に関する情報を入力制御部２７が取得し、これに基づいて平均化の対象となる領域が選択されるようにするとよい。このようにすると、平均化の対象となる領域の選択数をユーザが設定することができ、例えば、画像の部分的な改善が望まれる場合には領域の選択数を少なく設定し、逆に画像の全体を重視する場合には領域の選択数を多く設定するとよく、ユーザの必要に応じて適切な制御を行うことができる。
【０１１５】
なお、差分比率が所定のしきい値より大きな領域を選択して差分比率を平均化するようにしてもよい。
【０１１６】
また、第１および第２の露光補正量設定部３４ａ，３４ｂで用いられる差分比率に関するしきい値や、第１，第２の領域別差分算出部３３ａ，３３ｂで用いられる基準値は、予め設定しておけばよいが、ユーザによる操作入力部９の入力操作に応じて、しきい値や基準値を、露光時間制御の特性（応答特性や応答感度など）を設定する露光設定情報として入力制御部２７が取得し、この露光設定情報に基づいて露光時間制御が行われるようにしてもよい。
【０１１７】
次に、図９に示した撮像制御部２１の中時間露光設定部５４で行われる中時間露光設定処理（図１１のＳＴ１１４）について説明する。図１６は、撮像制御部２１の中時間露光設定部５４で行われる中時間露光設定処理の手順を示すフロー図である。
【０１１８】
撮像制御部２１の中時間露光設定部５４では、露光時間設定部５３で取得した新たな長時間露光時および短時間露光時の各露光時間の比率を求め、その比率が所定のしきい値より大きいか否かにより中時間露光の必要性が判定され（ＳＴ５０１）、中時間露光が必要と判定されると、中時間露光時の露光時間を設定する処理が行われる（ＳＴ５０２）。一方、既に中時間露光の設定が行われた状態で中時間露光が不要と判定されると、中時間露光の設定が解除される（ＳＴ５０３）。
【０１１９】
以上のように、本第１実施形態では、撮像範囲を複数に分割した各領域の照明強度を個別に制御する領域分割照明制御と、撮像素子の露光時間を制御する露光時間制御と、ダイナミックレンジ拡大処理とが行われ、この領域分割照明制御、露光時間制御、およびダイナミックレンジ拡大処理の相乗効果により、白飛びおよび黒潰れを同時にかつ大幅に改善することができる。
【０１２０】
また、本第１実施形態では、ダイナミックレンジ拡大処理のために必要となる露光時間の異なる複数の撮像画像と、この複数の撮像画像から生成されるダイナミックレンジ拡大画像とに基づいて、露光時間および領域別照明強度の補正を行うようにしており、最低２回の撮像で、露光時間および領域別照明強度の補正に要する画像情報を取得するようにしたため、露光時間および領域別照明強度をそれぞれ補正するために別々に撮像を行う場合に比較して、高いフレームレートを確保することができる。
【０１２１】
また、本第１実施形態では、領域別照明補正量は、領域別照明強度に対する割合が大きく設定され、露光補正量は、露光時間に対する割合が小さく設定されている。すなわち、露光補正量として、現在の露光時間に対する新しい露光時間の比率を表す露光補正率を取得するとともに、領域別照明補正量として、現在の領域別照明強度に対する新しい領域別照明強度の比率を表す領域別照明補正率を取得し、この領域別照明補正率が露光補正率より大きくなるように設定されている。具体的には、領域別照明補正率が±１０％および±２０％に設定され、露光補正率が±５％に設定されている。
【０１２２】
これにより、領域分割照明制御では、領域別照明強度が１回の補正で大きく補正されるため、領域別照明強度が安定するまでの応答時間を短くすることができる。一方、露光時間制御では、露光時間は１回の補正で小さく補正されるため、領域別照明強度の補正では改善することができない白飛びおよび黒潰れが、露光時間の補正で徐々に改善されるようになり、露光時間の補正と領域別照明強度の補正との組み合わせで、白飛びおよび黒潰れを適切に改善することができる。また、領域分割照明制御と露光時間制御とを並行して実行しても、安定した動作を確保することができる。
【０１２３】
また、このような領域分割照明制御では、領域別照明強度が最高でも、その領域の明るさが許容範囲に収まらない場合もあり、このような場合には、最高の照明強度でクリッピングされた状態となり、照明強度をこれ以上高めることができないため、露光時間制御で対応することになる。
【０１２４】
また、露光時間が長すぎると残像が発生しやすくなり、逆に露光時間が短すぎるとスミヤが発生しやすくなるが、本実施形態のように、露光時間を小刻みに変更することで、露光時間が制御範囲の上限付近や下限付近に到達しないように制御することができ、これにより、残像やスミヤの発生を避けることができる。
【０１２５】
（第２実施形態）
図１７は、第２実施形態に係る補正条件設定部２６の概略構成を示すブロック図である。なお、ここで特に言及しない点は第１実施形態と同様であり、図３に示される補正条件設定部２６に対する入出力形態の一部が変わるのみで、基本構成については全て同様である。
【０１２６】
図７に示したように、前記の第１実施形態では、補正条件設定部２６において、ダイナミックレンジ拡大画像に基づいて領域別照明補正量を取得するようにしたが、本第２実施形態では、長時間露光画像および短時間露光画像に基づいて領域別照明補正量を取得するようにしており、領域分割照明制御にダイナミックレンジ拡大画像は用いられない。
【０１２７】
すなわち、本第２実施形態では、照明補正量設定部３８において、第１，第２の領域別差分算出部３３ａ，３３ｂから長時間露光画像および短時間露光画像における各領域の差分比率を取得し、この各領域の差分比率に応じて領域別照明補正率（領域別照明補正量）が設定される。
【０１２８】
露光時間制御における露光補正量については第１実施形態と同様であり、長時間露光画像および短時間露光画像に基づいて露光補正量を取得する。
【０１２９】
図１８は、図１７に示した照明補正量設定部３８で行われる領域別照明補正量設定処理の手順を示すフロー図であり、図１８（Ａ）に長時間露光画像の差分比率を対象とした処理を、図１８（Ｂ）に、短時間露光画像の差分比率を対象とした処理をそれぞれ示す。
【０１３０】
領域別照明補正量設定処理では、差分比率の許容範囲、すなわち領域別照明補正率を変更する必要がない範囲を規定する第１しきい値（ここでは−３０および＋３０）と、領域別照明補正率の大きさを変更する範囲を規定する第２しきい値（ここでは−６０および＋６０）と差分比率とを比較して（図１８のＳＴ６０１，ＳＴ６０２，ＳＴ７０１，ＳＴ７０２）、両者の値の大小に応じて領域別照明補正率が設定される。この領域別照明補正率の設定は領域ごとに行われる。
【０１３１】
ここで、マイナス側のしきい値による判定（図１８のＳＴ６０１，ＳＴ６０３）では、長時間露光画像における領域ごとの差分比率が用いられ、プラス側のしきい値による判定（図１８のＳＴ７０１，ＳＴ７０２）では、短時間露光画像における領域ごとの差分比率が用いられる。
【０１３２】
すなわち、長時間露光画像の差分比率が−６０％以下となる場合には、照明補正率が＋２０％に設定され、照明強度が現在の照明強度から２０％増加される（図１８のＳＴ６０３）。また、長時間露光画像の差分比率が−６０％〜−３０％となる場合には、照明補正率が＋１０％に設定され、照明強度が現在の照明強度から１０％増加される（図１８のＳＴ６０４）。また、長時間露光画像の差分比率が−３０％より大きい場合には、照明補正率が０％に設定され、現在の照明強度が維持される（図１８のＳＴ６０５）。
【０１３３】
また、短時間露光画像の差分比率が＋３０％より小さい場合には、照明補正率が０％に設定され、現在の照明強度が維持される（図１８のＳＴ７０３）。また、短時間露光画像の差分比率が＋３０％〜＋６０％となる場合には、照明補正率が−１０％に設定され、照明強度が現在の照明強度から１０％減少される（図１８のＳＴ７０４）。また、短時間露光画像の差分比率が＋６０％以上となる場合には、照明補正率が−２０％に設定され、照明強度が現在の照明強度から２０％減少される（図１８のＳＴ７０５）。
【０１３４】
このように、本第２実施形態では、長時間露光画像および短時間露光画像に基づいて、領域別照明強度を補正する領域別照明補正量を取得するようにしたため、第１実施形態のように、ダイナミックレンジ拡大画像に基づいて領域別照明補正量を取得する構成と比較して、領域分割照明制御、すなわち照明強度のフィードバック制御にダイナミックレンジ拡大処理が介在しないため、領域分割照明制御の処理を簡素化することができる。また、照明強度のフィードバック制御に要する時間を短縮することができるため、フィードバック制御の安定性を高めるとともに、フレームレートをより一層高めることができる。
【０１３５】
また、本第２実施形態では、暗い領域を重視した長時間露光画像で検出された領域ごとの明るさから暗い領域の照明強度を調整するため、暗い領域を適切な明るさに調整することができる。また、明るい領域を重視した短時間露光画像で検出された領域ごとの明るさから明るい領域の照明強度を調整するため、明るい領域を適切な明るさに調整することができる。
【０１３６】
また、本第２実施形態では、長時間露光画像に基づいて暗い領域の照明強度が調整され、短時間露光画像に基づいて明るい領域の照明強度が調整される。したがって、長時間露光画像内の暗い領域が過度に明るい場合には、照明強度の低減補正が行われないが、短時間露光画像で調整される。また、短時間露光画像内の暗い領域が過度に暗い場合には、照明強度の増大補正が行われないが、長時間露光画像で調整され、システムは完全に動作する。
【０１３７】
また、本第２実施形態において長時間露光画像および短時間露光画像に関する差分比率と比較されるしきい値（−６０、−３０、＋３０および＋６０）は、第１実施形態においてダイナミックレンジ拡大画像に関する差分比率と比較されるしきい値（−４０、−２０、＋２０および＋４０）より大きく設定されている。これにより、明るい部分および暗い部分をそれぞれ重視した特殊な特性を有する短時間露光画像および長時間露光画像に基づいているためで、照明強度の補正は適切に行うことができる。
【０１３８】
なお、第１実施形態では、ダイナミックレンジ拡大画像に基づいて領域別照明補正量を取得するとともに、露光時間の異なる複数の撮像画像に基づいて露光補正量を取得するように構成し、第２実施形態では、露光時間の異なる複数の撮像画像に基づいて領域別照明補正量および露光補正量を取得するように構成したが、これに限定されるものではなく、撮像画像およびこれを画像処理して得られた処理画像のいずれか一方または双方に基づいて領域別照明補正量および露光補正量を求めればよい。また、画像圧縮処理で明るさが逆転しない場合には、画像圧縮部で得られた圧縮画像に基づいて領域別照明補正量や露光補正量を取得する構成も可能である。
【０１３９】
また、本実施形態では、図４に示したように、撮像範囲を１２の領域に分割したが、これに限定されるものではなく、例えば画質を高めるためにこれより領域数を多くしてもよい。また、この撮像範囲の領域ごとに照明窓５ａ，５ｂ、光源１２ａ，１２ｂおよび光ファイバー１３ａ，１３ｂを設けて、領域ごとの照明強度を個別に調整することができるようにしたが、この他に、機械的な絞り機構や、デジタルミラーデバイスなどを用いることも可能である。
【０１４０】
また、本実施形態では、露光時間を長時間露光、短時間露光および中時間露光の３段階に設定するようにしたが、これより多く露光時間を設定することも可能である。また、中時間露光を設定しない構成も可能である。
【０１４１】
また、本実施形態では、領域別照明補正量として、現在の領域別照明強度に対する新しい領域別照明強度の比率を表す領域別照明補正率を用い、また、露光補正量として、現在の露光時間に対する新しい露光時間の比率を表す露光補正率を用いたが、領域別照明補正量および露光補正量は、このような比率に限定されるものではなく、例えば現在の領域別照明強度および露光時間に加減算されるものであってもよい。
【０１４２】
また、撮像部４に搭載の撮像素子１１として、ＣＣＤセンサに限定されるものでなく、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサを用いることも可能である。そして、撮像部４に搭載の撮像素子１１は単一の感度を有するホトダイオードを２次元に配列したものに限らず、例えば、感度設定の異なる２種類のホトダイオード（面積を大小変化させたものやNDフィルタを付けたものなど）が一体化されたハイブリッドタイプのホトダイオードを有する撮像素子１１を用いることも可能であり、上記実施例と同様に撮像素子の露光時間を変更可能な撮像部として機能させることができる。その場合、長時間露光と短時間露光とによる画像が略同時に取得することができるので、画像取得にかかる時間を大幅に短縮することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明にかかる内視鏡は、高いフレームレートを確保しつつ、白飛びおよび黒潰れを同時にかつ大幅に改善することができる効果を有し、観察対象の内部に挿入されてその観察対象の内部の被写体を照明しながら撮像する内視鏡などとして有用である。
【符号の説明】
【０１４４】
１  内視鏡
２  挿入部、２ａ  先端部
３  撮像窓
４  撮像部
５ａ，５ｂ  照明窓（光出射部）
６  照明部
７  制御部
１１  撮像素子
１２ａ，１２ｂ  光源
１３ａ，１３ｂ  光ファイバー
２１  撮像制御部
２２  照明制御部
２３  画像記憶部
２４  ダイナミックレンジ拡大部
２５  画像圧縮部
２６  補正条件設定部
２７  入力制御部
２８  動作条件記憶部
３１ａ，３１ｂ  第１，第２の領域分割部
３２ａ，３２ｂ  第１，第２の領域別代表値取得部
３３ａ，３３ｂ  第１，第２の領域別差分算出部
３４ａ，３４ｂ  第１，第２の露光補正量設定部
３５  第３の領域分割部
３６  第３の領域別代表値取得部
３７  第３の領域別差分算出部
３８  照明補正量設定部
４１  領域別照明強度設定部
５３  露光時間設定部
５４  中時間露光設定部
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２】
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