(57)【要約】【課題】画像内に部分的に発生する白飛びや黒潰れを改善するとともに、明るさがなだらかに変化する自然な画像を得ることができるようにする。【解決手段】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おいて、被写体を撮像する撮像部４と、被写体を照明する照明部５ａ，５ｂと、撮像部および照明部を制御するとともに撮像部による撮像で取得した撮像画像の処理を行う制御部と、を備え、照明部は、照明領域が部分的に重なり合い且つ配光分布のピーク位置が互いにずれた配光特性に設定された少なくとも第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂを有し、制御部は、第１の照明部および第２の照明部の各々の投光強度を調整することで、合成された配光分布のピーク位置を変更する配光分布制御を行うものとする。【選択図】図１４
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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、
前記被写体を撮像する撮像部と、
前記被写体を照明する照明部と、
前記撮像部および前記照明部を制御するとともに前記撮像部による撮像で取得した撮像画像の処理を行う制御部と、を備え、
前記照明部は、照明領域が部分的に重なり合い且つ配光分布のピーク位置が互いにずれた配光特性に設定された少なくとも第１の照明部および第２の照明部を有し、
前記制御部は、前記第１の照明部および前記第２の照明部の各々の投光強度を調整することで、合成された配光分布のピーク位置を変更する配光分布制御を行うことを特徴とする内視鏡。
【請求項２】
前記第１の照明部および前記第２の照明部は、前記撮像部による撮像範囲を複数に分割した分割領域ごとに設けられ、
前記制御部は、前記分割領域ごとに前記第１の照明部および前記第２の照明部の各々の投光強度を調整することで、前記配光分布制御を前記分割領域ごとに行う領域分割制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
【請求項３】
前記第１の照明部および前記第２の照明部は、配光分布のピーク位置が前記撮像部の光軸の径方向にずれた配光特性に設定されるとともに、前記撮像範囲を前記撮像部の光軸の周方向に複数分割された分割領域ごとに設けられ、
前記制御部は、前記分割領域ごとに前記第１の照明部および前記第２の照明部の各々の投光強度を調整することで、合成された配光分布のピーク位置を前記撮像部の光軸の径方向に変更する径方向配光分布制御を行い、該径方向配光分布制御を前記分割領域ごとに実行することにより、周方向領域分割制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の内視鏡。
【請求項４】
前記撮像部による撮像範囲を拡大および縮小するズーム手段をさらに備え、
前記第１の照明部および前記第２の照明部は、配光分布のピーク位置が前記撮像部の光軸の径方向にずれた配光特性に設定され、
前記制御部は、前記ズーム手段のズーム倍率に応じて、前記第１の照明部および前記第２の照明部の各々の投光強度を調整することで、合成された配光分布のピーク位置を前記撮像部の光軸の径方向に変更するズーム連動配光分布制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡。
【請求項５】
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、
前記被写体を撮像する撮像部と、
前記被写体を照明する配光特性の変更可能な複数の照明部と、
前記撮像部および前記照明部を制御するとともに前記撮像部による撮像で取得した撮像画像の処理を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、露光量を変更して取得した高露光画像および低露光画像の少なくとも２つの撮像画像を用いてダイナミックレンジ拡大処理を行うとともに、前記高露光画像および前記低露光画像をそれぞれ取得するための高露光撮像時および低露光撮像時の各露光量を、前記撮像部の露光時間を変更せずに前記照明部の制御で調整することを特徴とする内視鏡。
【請求項６】
前記制御部は、前記高露光撮像時および低露光撮像時の各露光量を、前記照明部の投光時間および投光強度のいずれか一方のみで調整することを特徴とする請求項５に記載の内視鏡。
【請求項７】
前記制御部は、前記高露光撮像時および低露光撮像時の各露光量を、前記照明部の投光時間および投光強度の双方で調整することを特徴とする請求項５に記載の内視鏡。
【請求項８】
前記照明部は、照明領域が部分的に重なり合い且つ配光分布のピーク位置が互いにずれた配光特性に設定された少なくとも第１の照明部および第２の照明部を有し、
前記制御部は、前記第１の照明部および前記第２の照明部の各々の投光強度を調整することで、合成された配光分布のピーク位置を変更する配光分布制御を行うことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の内視鏡。
【請求項９】
前記撮像部は、ローリングシャッタ方式で撮像が行われるものであり、
前記照明部で前記高露光画像を取得するための照明が行われる第１の期間と、前記撮像部で２回の読取サイクルが実行されるとともにその２回の読取サイクルの間に前記照明部で前記低露光画像を取得するための照明が行われる第２の期間とが順次繰り返されることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれかに記載の内視鏡。
【請求項１０】
前記撮像部は、ローリングシャッタ方式で撮像が行われるものであり、
前記照明部で前記高露光画像を取得するための照明が行われる第１の期間と、前記撮像部で読取サイクルが実行される第２の期間と、前記照明部で前記低露光画像を取得するための照明が行われる第３の期間と、前記撮像部で読取サイクルが実行される第４の期間とが順次繰り返されることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれかに記載の内視鏡。
【請求項１１】
前記撮像部は、グローバルシャッタ方式で撮像が行われるものであり、
前記照明部で前記高露光画像を取得するための照明が行われた後に前記撮像部で読取サイクルが実行される第１の期間と、前記照明部で前記低露光画像を取得するための照明が行われた後に前記撮像部で読取サイクルが実行される第２の期間とが順次繰り返されることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれかに記載の内視鏡。
【請求項１２】
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、
前記被写体を撮像する撮像部と、
前記被写体を照明する配光特性の変更可能な複数の照明部と、
前記撮像部および前記照明部を制御するとともに前記撮像部による撮像で取得した撮像画像の処理を行う制御部と、
前記撮像部および前記照明部が一体的に設けられたカメラ部と、
このカメラ部の光軸周りの回転を検出する回転センサと、を備え、
前記照明部は、前記撮像部の外周側において周方向の一部に偏って配置されて、前記カメラ部を回転させることで配光分布が変化し、
前記制御部は、適切な配光分布を得るために前記カメラ部を回転させると、前記回転センサの検出結果に基づいて、前記撮像部による撮像画像の向きが実際の上下関係と一致するように、その撮像画像を回転する処理を行うことを特徴とする内視鏡。
【請求項１３】
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、
前記被写体を撮像する撮像部と、
前記被写体を照明する配光特性の変更可能な複数の照明部と、
前記撮像部および前記照明部を制御するとともに前記撮像部による撮像で取得した撮像画像の処理を行う制御部と、
前記撮像部および前記照明部が一体的に設けられたカメラ部と、
このカメラ部の光軸周りの回転を検出する回転センサと、を備え、
前記照明部は、前記撮像部の外周側において周方向の一部に偏って配置されて、前記カメラ部を回転させることで配光分布が変化し、
前記制御部は、適切な配光分布を得るために前記カメラ部を回転させると、前記回転センサの検出結果に基づいて、前記撮像画像上で実際の上下方向を表す画像を前記撮像画像に重ね合わせた出力画像を生成することを特徴とする内視鏡。
【請求項１４】
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、
前記被写体を撮像する撮像部と、
前記被写体を照明する配光特性の変更可能な複数の照明部と、
前記撮像部および前記照明部を制御するとともに前記撮像部による撮像で取得した撮像画像の処理を行う制御部と、
前記撮像部および前記照明部が一体的に設けられたカメラ部と、を備え、
前記照明部は、照明領域が部分的に重なり合い且つ配光分布のピーク位置が互いにずれた配光特性に設定された少なくとも第１の照明部および第２の照明部を有し、前記撮像部の外周側において周方向の一部に偏って配置され、
前記制御部は、前記第１の照明部および前記第２の照明部の各々の投光強度を調整することで、合成された配光分布のピーク位置を変更する配光分布制御を行うことを特徴とする内視鏡。
【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が、鮮明な画像が厳しく要求されるため、適切な配光分布が得られるように構成することが望まれる。
【０００３】
このような内視鏡において適切な配光分布を得る技術として、複数の光源を２次元的に配列して、点灯させる光源の組合せを変えた複数の点灯パターンを切り換える技術（特許文献１参照）や、同じく複数の光源を２次元的に配列して、光源の光量を個別に制御する技術（特許文献２参照）や、広い配光角を有する第１の照明光学系と狭い配光角を有する第２の照明光学系とを設ける技術（特許文献３参照）や、配光特性が異なる２種類の照明光学系を２つずつ縦方向および横方向に並べて設ける技術（特許文献４参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４５３４９号公報
【特許文献２】特許２０１１−２２４０４４号公報
【特許文献３】特許２００９−１８３６１８号公報
【特許文献４】特許２００１−１６６２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の技術はいずれも、照明範囲の全体の配光分布を均一化することに重点をおいて案出されたものであり、画像内に明るい部分と暗い部分とが混在する場合に、画像内に部分的に発生する白飛びや黒潰れ（黒沈み）を十分に改善することができないという問題があった。
【０００６】
また、特許文献２に開示されたように、光源の光量を個別に制御する技術を用いて、撮像範囲を複数に分割した領域ごとの照明強度を補正制御する領域分割制御を行えば、画像内に部分的に発生する白飛びや黒潰れの問題を解消することができるが、単なる領域分割制御では、例えば消化器管の内壁などのように凹凸状態が連続的に変化する被写体の場合に、不自然に明るさが変化して局所的に不自然な画像が得られるという問題があった。
【０００７】
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、画像内に部分的に発生する白飛びや黒潰れを改善するとともに、明るさがなだらかに変化する自然な画像を得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。さらに、本発明は、制御の簡素化、カメラ部の小型化、および使用者の利便性の向上を図ることも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、前記被写体を撮像する撮像部と、前記被写体を照明する照明部と、前記撮像部および前記照明部を制御するとともに前記撮像部による撮像で取得した撮像画像の処理を行う制御部と、を備え、前記照明部は、照明領域が部分的に重なり合い且つ配光分布のピーク位置が互いにずれた配光特性に設定された少なくとも第１の照明部および第２の照明部を有し、前記制御部は、前記第１の照明部および前記第２の照明部の各々の投光強度を調整することで、合成された配光分布のピーク位置を変更する配光分布制御を行う構成とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１の照明部および第２の照明部の各々の配光分布を合成した配光分布のピーク位置をずらすことにより、画像内に部分的に発生する白飛びや黒潰れを改善するとともに、明るさがなだらかに変化する自然な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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】制御部１１の概略構成を示すブロック図
【図４】カメラ部３に設けられた照明部５ａ，５ｂの配置状況を示す正面図
【図５】被写体上の撮像範囲を複数の分割領域に分割した状況を説明する説明図
【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】計測部２６の概略構成を示すブロック図
【図８】照明制御部２２の概略構成を示すブロック図
【図９】照明制御演算部４１の概略構成を示すブロック図
【図１０】画像圧縮部２５の概略構成を示すブロック図
【図１１】制御部１１で行われる処理の手順を示すフロー図
【図１２】第１，第２の領域別制御値設定部４４ａ，４４ｂで行われる領域別制御値設定処理の要領を説明する説明図
【図１３】第１，第２の領域別制御値設定部４４ａ，４４ｂで行われる領域別制御値設定処理の手順を示すフロー図
【図１４】照明制御部２２で行われる径方向配光分布制御を説明する説明図
【図１５】照明制御部２２で行われる周方向領域分割制御を説明する説明図
【図１６】照明制御部２２で行われるズーム連動配光分布制御を説明する説明図
【図１７】撮像素子６がグローバルシャッタ方式で撮像を行う場合のタイミング図
【図１８】撮像素子６がローリングシャッタ方式で撮像を行う場合のタイミング図
【図１９】撮像素子６がローリングシャッタ方式で撮像を行う場合のタイミング図
【図２０】第２実施形態に係る内視鏡１のカメラ部３の正面図
【図２１】第２実施形態に係る第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの配光分布状況を説明する説明図
【図２２】第３実施形態に係る内視鏡１の要部斜視図
【図２３】第３実施形態に係るカメラ部３の回転により配光分布を調整する例を説明する説明図
【図２４】第３実施形態に係るカメラ部３および制御部１１の概略構成を示すブロック図
【図２５】第３実施形態に係る制御部１１で画像回転処理を行わない場合に出力される撮像画像を説明する説明図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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、前記被写体を撮像する撮像部と、前記被写体を照明する照明部と、前記撮像部および前記照明部を制御するとともに前記撮像部による撮像で取得した撮像画像の処理を行う制御部と、を備え、前記照明部は、照明領域が部分的に重なり合い且つ配光分布のピーク位置が互いにずれた配光特性に設定された少なくとも第１の照明部および第２の照明部を有し、前記制御部は、前記第１の照明部および前記第２の照明部の各々の投光強度を調整することで、合成された配光分布のピーク位置を変更する配光分布制御を行う構成とする。
【００１２】
これによると、第１の照明部および第２の照明部の各々の配光分布を合成した配光分布のピーク位置をずらすことにより、画像内に部分的に発生する白飛びや黒潰れを改善するとともに、明るさがなだらかに変化する自然な画像を得ることができる。
【００１３】
また、第２の発明は、前記第１の照明部および前記第２の照明部は、前記撮像部による撮像範囲を複数に分割した分割領域ごとに設けられ、前記制御部は、前記分割領域ごとに前記第１の照明部および前記第２の照明部の各々の投光強度を調整することで、前記配光分布制御を前記分割領域ごとに行う領域分割制御を行う構成とする。
【００１４】
これによると、撮像画像内の明るさを細かく調整することができるため、白飛びおよび黒潰れを改善して、より一層適切な撮像画像を得ることができる。この場合、撮像画像から分割領域ごとの明るさを検出し、その検出結果に基づいて、第１の照明部および第２の照明部を制御すればよい。
【００１５】
また、第３の発明は、前記第１の照明部および前記第２の照明部は、配光分布のピーク位置が前記撮像部の光軸の径方向にずれた配光特性に設定されるとともに、前記撮像範囲を前記撮像部の光軸の周方向に複数分割された分割領域ごとに設けられ、前記制御部は、前記分割領域ごとに前記第１の照明部および前記第２の照明部の各々の投光強度を調整することで、合成された配光分布のピーク位置を前記撮像部の光軸の径方向に変更する径方向配光分布制御を行い、該径方向配光分布制御を前記分割領域ごとに実行することにより、周方向領域分割制御を行う構成とする。
【００１６】
これによると、配光分布のピーク位置を変更する配光分布制御を径方向に関して行い、配光分布制御を分割領域ごとに行う領域分割制御を周方向に関して行うことにより、撮像画像内の明るさを細かく調整することができるため、白飛びおよび黒潰れを改善して、より一層適切な撮像画像を得ることができる。
【００１７】
また、第４の発明は、前記撮像部による撮像範囲を拡大および縮小するズーム手段をさらに備え、前記第１の照明部および前記第２の照明部は、配光分布のピーク位置が前記撮像部の光軸の径方向にずれた配光特性に設定され、前記制御部は、前記ズーム手段のズーム倍率に応じて、前記第１の照明部および前記第２の照明部の各々の投光強度を調整することで、合成された配光分布のピーク位置を前記撮像部の光軸の径方向に変更するズーム連動配光分布制御を行う構成とする。
【００１８】
これによると、ズーム倍率に応じた適切な配光分布を得ることができる。
【００１９】
また、第５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、前記被写体を撮像する撮像部と、前記被写体を照明する配光特性の変更可能な複数の照明部と、前記撮像部および前記照明部を制御するとともに前記撮像部による撮像で取得した撮像画像の処理を行う制御部と、を備え、前記制御部は、露光量を変更して取得した高露光画像および低露光画像の少なくとも２つの撮像画像を用いてダイナミックレンジ拡大処理を行うとともに、前記高露光画像および前記低露光画像をそれぞれ取得するための高露光撮像時および低露光撮像時の各露光量を、前記撮像部の露光時間を変更せずに前記照明部の制御で調整する構成とする。
【００２０】
これによると、ダイナミックレンジ拡大処理により、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、適切なダイナミックレンジ拡大画像を得るには、高露光撮像時および低露光撮像時の各露光量の比率である露光比を調整する必要があるが、露光量の調整を照明部の制御のみで行えばよいため、制御が簡単になる。また、露光量の調整を撮像素子の制御で行う必要がないため、撮像素子に構成を簡素化して小型化したものを採用することができるため、カメラ部を小型化することができる。
【００２１】
また、第６の発明は、前記制御部は、前記高露光撮像時および低露光撮像時の各露光量を、前記照明部の投光時間および投光強度のいずれか一方のみで調整する構成とする。
【００２２】
これによると、照明部の投光時間または投光強度のみを制御すればよいため、制御が簡単になる。特に、投光時間を大きく変更することができない場合には投光強度のみを制御することで大きな露光比を得ることができる。
【００２３】
また、第７の発明は、前記制御部は、前記高露光撮像時および低露光撮像時の各露光量を、前記照明部の投光時間および投光強度の双方で調整する構成とする。
【００２４】
これによると、大きな露光比を得ることができる。
【００２５】
また、第８の発明は、前記照明部は、照明領域が部分的に重なり合い且つ配光分布のピーク位置が互いにずれた配光特性に設定された少なくとも第１の照明部および第２の照明部を有し、前記制御部は、前記第１の照明部および前記第２の照明部の各々の投光強度を調整することで、合成された配光分布のピーク位置を変更する配光分布制御を行う構成とする。
【００２６】
これによると、配光分布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大幅に改善するとともに、明るさがなだらかに変化する自然な画像を得ることができる。
【００２７】
また、第９の発明は、前記撮像部は、ローリングシャッタ方式で撮像が行われるものであり、前記照明部で前記高露光画像を取得するための照明が行われる第１の期間と、前記撮像部で２回の読取サイクルが実行されるとともにその２回の読取サイクルの間に前記照明部で前記低露光画像を取得するための照明が行われる第２の期間とが順次繰り返される構成とする。
【００２８】
これによると、ローリングシャッタ方式により全ての画素で読取サイクルが順次実行される読み出し期間と照明期間とが重複することを避けることができるため、高露光画像および低露光画像を適切に取得することができる。また、２つの期間（制御期間）で高露光画像および低露光画像が出力されるため、ダイナミックレンジ拡大画像のフレームレートを高めることができる。
【００２９】
また、第１０の発明は、前記撮像部は、ローリングシャッタ方式で撮像が行われるものであり、前記照明部で前記高露光画像を取得するための照明が行われる第１の期間と、前記撮像部で読取サイクルが実行される第２の期間と、前記照明部で前記低露光画像を取得するための照明が行われる第３の期間と、前記撮像部で読取サイクルが実行される第４の期間とが順次繰り返される構成とする。
【００３０】
これによると、ローリングシャッタ方式により全ての画素で読取サイクルが順次実行される読み出し期間と照明期間とが重複することを避けることができるため、高露光画像および低露光画像を適切に取得することができる。
【００３１】
また、第１１の発明は、前記撮像部は、グローバルシャッタ方式で撮像が行われるものであり、前記照明部で前記高露光画像を取得するための照明が行われた後に前記撮像部で読取サイクルが実行される第１の期間と、前記照明部で前記低露光画像を取得するための照明が行われた後に前記撮像部で読取サイクルが実行される第２の期間とが順次繰り返される構成とする。
【００３２】
これによると、高露光画像および低露光画像を適切に取得することができる。
【００３３】
また、第１２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、前記被写体を撮像する撮像部と、前記被写体を照明する配光特性の変更可能な複数の照明部と、前記撮像部および前記照明部を制御するとともに前記撮像部による撮像で取得した撮像画像の処理を行う制御部と、前記撮像部および前記照明部が一体的に設けられたカメラ部と、このカメラ部の光軸周りの回転を検出する回転センサと、を備え、前記照明部は、前記撮像部の外周側において周方向の一部に偏って配置されて、前記カメラ部を回転させることで配光分布が変化し、前記制御部は、適切な配光分布を得るために前記カメラ部を回転させると、前記回転センサの検出結果に基づいて、前記撮像部による撮像画像の向きが実際の上下関係と一致するように、その撮像画像を回転する処理を行う構成とする。
【００３４】
これによると、カメラ部において照明部を周方向の一部に偏って配置することにより、カメラ部を小型化することができる。そして、配光分布を調整するためにカメラ部を回転させても、撮像画像の向きが変化しないことから、撮像画像が見やすくなるため、使用者の利便性が向上する。
【００３５】
また、第１３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、前記被写体を撮像する撮像部と、前記被写体を照明する配光特性の変更可能な複数の照明部と、前記撮像部および前記照明部を制御するとともに前記撮像部による撮像で取得した撮像画像の処理を行う制御部と、前記撮像部および前記照明部が一体的に設けられたカメラ部と、このカメラ部の光軸周りの回転を検出する回転センサと、を備え、前記照明部は、前記撮像部の外周側において周方向の一部に偏って配置されて、前記カメラ部を回転させることで配光分布が変化し、前記制御部は、適切な配光分布を得るために前記カメラ部を回転させると、前記回転センサの検出結果に基づいて、前記撮像画像上で実際の上下方向を表す画像を前記撮像画像に重ね合わせた出力画像を生成する構成とする。
【００３６】
これによると、カメラ部において照明部を周方向の一部に偏って配置することにより、カメラ部を小型化することができる。そして、配光分布を調整するためにカメラ部を回転させることで、撮像画像の向きが実際の上下関係と異なる状態となっても、撮像画像上で実際の上下方向を表す画像に基づいて、使用者が表示画像の上下関係を把握することができるため、使用者の利便性が向上する。
【００３７】
また、第１４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、前記被写体を撮像する撮像部と、前記被写体を照明する配光特性の変更可能な複数の照明部と、前記撮像部および前記照明部を制御するとともに前記撮像部による撮像で取得した撮像画像の処理を行う制御部と、前記撮像部および前記照明部が一体的に設けられたカメラ部と、を備え、前記照明部は、照明領域が部分的に重なり合い且つ配光分布のピーク位置が互いにずれた配光特性に設定された少なくとも第１の照明部および第２の照明部を有し、前記撮像部の外周側において周方向の一部に偏って配置され、前記制御部は、前記第１の照明部および前記第２の照明部の各々の投光強度を調整することで、合成された配光分布のピーク位置を変更する配光分布制御を行う構成とする。
【００３８】
これによると、カメラ部において照明部を周方向の一部に偏って配置することにより、カメラ部を小型化することができる。そして、照明部を周方向の一部に偏って配置することにより、撮像部による撮像領域に対して配光分布が偏った状態になり、また、配光分布が距離に応じて変化する問題が生じるが、配光分布制御を行うことによりこれらの問題を解消することができる。また、配光分布制御により、白飛びおよび黒潰れを改善するとともに、明るさがなだらかに変化する自然な画像を得ることができる。
【００３９】
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。
【００４０】
（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の先端部にカメラ部３を備えている。
【００４１】
カメラ部３は、被写体を撮像する撮像部４を備えている。この撮像部４は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などで構成される撮像素子６を有している。撮像部４にはこの他に、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、被写体からの光がカバーレンズ（撮像窓）７から入射して光学系により撮像素子６の撮像面に結像される。
【００４２】
また、カメラ部３は、被写体を照明する照明部（光出射部）５ａ，５ｂを備えている。この照明部５ａ，５ｂには、光源（ＬＥＤなど）８ａ，８ｂが発する光が光ファイバー９ａ，９ｂを介して導かれる。なお、本実施形態では、照明部５ａ，５ｂが、光源８ａ，８ｂが発する光を光ファイバー９ａ，９ｂを介して出射する照明窓として構成されているが、光ファイバー９ａ，９ｂをなくして、照明部５ａ，５ｂを光源として構成する、すなわち、カメラ部３に光源を直接設けるようにしてもよい。
【００４３】
撮像素子６および光源８ａ，８ｂは制御部１１に接続されている。この制御部１１は、撮像素子６および光源８ａ，８ｂを制御するとともに撮像素子６で撮像された画像に対して画像処理を行うものである。制御部１１にはモニター（表示装置）１２が接続されており、撮像素子６で撮像された画像が制御部１１で画像処理された上でモニター１２に表示される。また、制御部１１には操作入力部１３が接続されており、操作入力部１３で使用者が入力操作を行うことで、制御部１１で行われる撮像素子６および光源８ａ，８ｂの制御ならびに画像処理に関する動作設定が行われる。
【００４４】
次に、制御部１１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。
【００４５】
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、カメラ部３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、逆にカメラ部３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。
【００４６】
そこで、本実施形態では、以下に説明するように、制御部１１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分割領域の明るさを検出し、各分割領域の明るさが一定の範囲に収まるように、各分割領域の照明強度、具体的には投光時間（光源８ａ，８ｂの点灯から消灯までの期間）および投光強度（光源８ａ，８ｂの発光量）を個別に制御する領域分割照明制御が行われ、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。
【００４７】
図３は、図１に示した制御部１１の概略構成を示すブロック図である。制御部１１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、計測部２６と、入力制御部２７と、動作条件記憶部２８と、を備えている。
【００４８】
撮像制御部２１では、撮像部４の撮像素子６の駆動を制御する処理が行われる。照明制御部２２では、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの照明強度（投光時間および投光強度）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。計測部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照明制御に必要となる値を取得する処理が行われる。入力制御部２７では、使用者による操作入力部１３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、照明強度などの動作条件に関する情報が記憶される。
【００４９】
また、本実施形態では、撮像部４が、撮像素子６による撮像範囲を拡大および縮小するズームレンズ（ズーム手段）１５を備えている。一方、制御部１１は、ズームレンズ１５を制御するズーム制御部２９を備えている。このズーム制御部２９では、使用者による操作入力部１３の操作に応じてズームレンズ１５のズーム倍率を変更し、標準からワイド（広角）およびテレ（望遠）に切り替えることができる。また、ズーム制御部２９から照明制御部２２にズーム倍率に関する情報が出力される。なお、本実施形態でのズーム手段は、撮像素子６との間の焦点距離を変化させる光学ズームであるが、撮像画像を切り取って拡大するデジタルズームも可能である。
【００５０】
次に、図１に示したカメラ部３に設けられた照明部５ａ，５ｂについて説明する。図４は、カメラ部３に設けられた照明部５ａ，５ｂの配置状況を示す正面図である。
【００５１】
本実施形態では、カメラ部３の正面にカバーレンズ７が配置され、そのカバーレンズ７の周囲に、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂが配置されている。第１の照明部５ａは、図１に示した光源８ａおよび光ファイバー９ａとともに第１の照明系を構成する。第２の照明部５ｂは、図１に示した光源８ｂおよび光ファイバー９ｂとともに第２の照明系を構成する。
【００５２】
第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂは、周方向に複数配置されている。特に、図４（Ａ）に示す例では、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂが、周方向に交互に並んだ状態で配置されている。図４（Ｂ）に示す例では、第１の照明部５ａが、径方向の内側に周方向に並んだ状態で配置され、第２の照明部５ｂが、径方向の外側に周方向に並んだ状態で配置されている。この第１の照明部５ａおよび複数の第２の照明部５ｂは、カメラ部３の中心点Ｃから放射状に延びた境界線Ｌ１〜Ｌ６により、周方向に並んだ照明群Ａ〜Ｆにそれぞれグループ分けされている。
【００５３】
図５は、被写体上の撮像範囲を複数の分割領域に分割した状況を説明する説明図である。本実施形態では、撮像範囲が、その中心点Ｃを中心とした円形の境界線Ｌ０により、撮像範囲の中心側（径方向内側）の領域Ｉと外周側（径方向外側）の領域IIとに分割され、図４に示した第１の照明部５ａが中心側の領域Ｉを主に照明し、第２の照明部５ｂが外周側の領域IIを主に照明する。
【００５４】
また、本実施形態では、撮像範囲が、その中心点Ｃから放射状に延びた境界線Ｌ１〜Ｌ６により、周方向に並んだ領域Ａ〜Ｆにそれぞれ分割され、これらの領域Ａ〜Ｆを、図４に示した照明群Ａ〜Ｆの各々の第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂにそれぞれ担当させる。すなわち、照明群Ａ〜Ｆの各々の第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂが、周方向に並んだ領域Ａ〜Ｆをそれぞれ照明する。
【００５５】
なお、後に詳しく説明するが、第１の照明部５ａは、領域Ｉ内に光量のピークが存在し、その照明領域が領域Ｉと領域IIとにまたがる。また、第２の照明部５ｂは、領域II内に光量のピークが存在し、その照明領域が領域Ｉと領域IIとにまたがる。例えば照明群Ａに属する第１の照明部５ａは、領域Ｉに属する領域Ａ１を主に照明し、その照明領域が領域IIに属する領域Ａ２にまたがる。照明群Ａに属する第２の照明部５ｂは、領域IIに属する領域Ａ２を主に照明し、その照明領域が領域Ｉに属する領域Ａ１にまたがる。
【００５６】
また、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂは、前記のように、主に照明する領域が異なり、これには第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂから出射される光の方向をずらせばよく、具体的には、同一構成のものを取付角度を変えて設けたり、あるいはプリズムなどの光学素子で配光特性を変えたものを用いたりすればよい。
【００５７】
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、低露光画像および高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。
【００５８】
図６（Ａ）に示すように、露光量を大きく設定して撮像された高露光画像では、明るさが比較的低い段階で飽和レベルとなり、露光量を小さく設定して撮像された低露光画像では、明るさが比較的高い段階まで飽和レベルとならない。
【００５９】
ダイナミックレンジ拡大部２４では、低露光画像および高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、低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高露光画像から取得し、比較的明るい領域の画像情報を低露光画像から取得して、低露光画像と高露光画像とを合成する。
【００６０】
低露光画像は明るい部分を重視した画像であり、高露光画像は暗い部分を重視した画像であり、明るい部分に低露光画像を用いることで白飛びを改善することができ、暗い部分に高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。低露光画像で白飛びが改善されない場合には、低露光撮像時の露光量をさらに小さく設定すればよく、高露光画像で黒潰れが改善されない場合には、高露光撮像時の露光量をさらに大きく設定すればよい。
【００６１】
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、高露光撮像時の露光量は低露光撮像時の露光量の４倍となっており、高露光画像では、低露光画像に比較して４倍暗い部分まで撮像でき、また低露光画像では高露光画像に比較して４倍明るい部分まで撮像でき、低露光画像の信号を高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、低露光画像と高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。
【００６２】
なお、露光比、すなわち高露光撮像時および低露光撮像時の各露光量の比率に応じて、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、露光比を動作条件記憶部２８から取得して、この露光比に基づいて拡大率を設定する。
【００６３】
また、露光比が極端に大きいと、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、露光段階を増やして対応する。すなわち、高露光撮像時および低露光撮像時の各露光量の中間の露光量を有する中間露光を設定し、３段階の露光量で撮像を行うとよい。これにより、高露光画像、低露光画像および中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。この場合、露光比は、高露光撮像時および低露光撮像時の各露光量の比率と、中間露光撮像時および低露光撮像時の各露光量の比率との２種類になる。
【００６４】
次に、図３に示した計測部２６で行われる処理について説明する。図７は、計測部２６の概略構成を示すブロック図である。
【００６５】
計測部２６では、適切な高露光画像および低露光画像を取得するために高露光撮像時および低露光撮像時の各露光量に対応する照明強度の補正に必要となる値を高露光画像および低露光画像から検出する処理が行われ、これに関するものとして、計測部２６は、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、を備えている。
【００６６】
第１，第２の領域分割部３１ａ，３１ｂでは、画像記憶部２３から取得した高露光画像および低露光画像をそれぞれ複数の領域（図５参照）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。
【００６７】
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で取得した高露光画像および低露光画像における領域ごとの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。
【００６８】
特に本実施形態では、第１の領域別代表値取得部３２ａでは、高露光画像における領域ごとの各画素の画素値から、領域別代表値として、領域別平均値、すなわち領域ごとに画素値の平均値を求める処理が行われる。また、第２の領域別代表値取得部３２ｂでは、低露光画像における領域ごとの各画素の画素値から、領域別代表値として、領域別ピーク値、すなわち領域ごとに画素値の最大値を求める処理が行われる。
【００６９】
ここで、高露光画像は、暗い部分を重視した画像であるため、暗い部分が十分に明るくなるように高露光撮像時の露光量を制御する必要があり、前記のように、平均値に基づく制御を行うことで、高露光画像では一部が飽和した状態となるが、暗い部分を明るくすることができる。
【００７０】
一方、低露光画像は、明るい部分を重視した画像であるため、明るい部分が飽和しない、すなわち、画像全体で飽和がないように低露光撮像時の露光量を制御する必要があり、前記のように、ピーク値に基づく制御を行うことで、明るい部分が飽和しない低露光画像を得ることができる。
【００７１】
また、内視鏡１の通常の使用環境では、照明部５ａ，５ｂによる照明光以外の光がないものと考えることができるため、露光比、すなわち高露光撮像時および低露光撮像時の露光量の比率は、高露光撮像時および低露光撮像時の照明強度の比率と等しくなることから、高露光撮像時および低露光撮像時の照明強度の比率から露光比を求めればよい。
【００７２】
このように、照明部５ａ，５ｂによる照明光以外の光がないものと考えると、露光比を簡単に算出することができるが、照明部５ａ，５ｂによる照明光以外の光が存在する場合は、誤差が発生する。そこで、計測部２６では、照明部５ａ，５ｂによる照明光以外の光がある場合でも適切な露光比を求めることができるようにするために、実際の画像から露光比を求めるために必要となる値を検出する処理が行われ、これに関するものとして、計測部２６は、第１，第２の非飽和領域値取得部３５ａ，３５ｂを備えている。
【００７３】
この第１，第２の非飽和領域値取得部３５ａ，３５ｂでは、第１，第２の領域分割部３１ａ，３１ｂで取得した高露光画像および低露光画像における領域ごとの各画素の画素値から、高露光画像および低露光画像の各々について飽和が発生していない領域を抽出し、その領域について領域別代表値を取得する。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】
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。
【００７５】
照明制御部２２は、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの照明強度（投光時間および投光強度）を制御する処理が行われ、これに関するものとして、照明制御演算部４１と、照明調光制御部４２と、を備えている。
【００７６】
照明制御演算部４１では、計測部２６から取得した高露光画像および低露光画像における領域別代表値に基づいて領域別照明補正量を算出し、この領域別照明補正量により現在の領域別照明制御値（領域別照明強度）を補正して新しい領域別照明制御値を設定する処理が行われる。
【００７７】
照明調光制御部４２では、照明制御演算部４１で取得した領域別照明制御値に基づいて、光源８ａ，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８ａ，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。また、単に発光時の電流の大きさによって照明強度を直接調整してもよい。領域Ｉ照明用の第１の光源８ａは照明群Ａ〜Ｆごとに照明強度を個別に調整することができ、領域II照明用の第２の光源８ｂも照明群Ａ〜Ｆごとに照明強度を個別に調整することができる。
【００７８】
次に、図３に示した照明制御演算部４１で行われる処理について説明する。図９は、照明制御演算部４１の概略構成を示すブロック図である。
【００７９】
照明制御演算部４１は、領域別照明制御値（領域別照明強度）を補正する処理に関するものとして、第１，第２の領域別差分算出部４３ａ，４３ｂと、第１，第２の領域別制御値設定部４４ａ，４４ｂと、を備えている。
【００８０】
第１，第２の領域別差分算出部４３ａ，４３ｂでは、計測部２６の第１，第２の領域別代表値取得部３２ａ，３２ｂで取得した高露光画像および低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。
【００８１】
具体的には、第１の領域別差分算出部４３ａでは、高露光画像の領域別平均値の基準平均値に対する差分比率が求められる。また、第２の領域別差分算出部４３ｂでは、低露光画像の領域別ピーク値の基準ピーク値に対する差分比率が求められる。基準値（基準平均値および基準ピーク値）は、予め設定されて動作条件記憶部２８に記憶される。なお、基準平均値は、例えば画素値（輝度値）の上限値と下限値との間で適切な値とすればよい。また、基準ピーク値は、例えば白飛びと視認されない、すなわち信号の飽和レベルよりも少し小さい値に設定するという動作を考慮した限界値に基づいて定めればよい。
【００８２】
第１，第２の領域別制御値設定部４４ａ，４４ｂでは、第１，第２の領域別差分算出部４３ａ，４３ｂから取得した高露光画像および低露光画像における各領域の差分比率に基づいて、高露光撮像時および低露光撮像時の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して、この領域別照明補正量に基づいて高露光撮像時および低露光撮像時の制御値を設定する処理が行われる。
【００８３】
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（領域別照明制御値）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設定し、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。
【００８４】
また、照明制御演算部４１では、露光比、すなわち高露光撮像時および低露光撮像時の各露光量の比率を算出する処理が行われ、これに関するものとして、領域別露光比算出部４５を備えている。
【００８５】
この領域別露光比算出部４５では、第１，第２の領域別制御値設定部４４ａ，４４ｂで取得した高露光撮像時および低露光撮像時の領域別制御値に基づいて露光比を算出する処理が行われる。この領域別露光比算出処理では、同じ領域の高露光撮像時の領域別制御値と低露光撮像時の領域別制御値とを比較することで、領域ごとに露光比を算出する。
【００８６】
また、前記のように、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂによる照明光以外の光がある場合には実際の画像から露光比を求める必要があり、このような場合には、領域別露光比算出部４５では、計測部２６で取得した高露光画像の非飽和領域の領域別代表値および低露光画像の非飽和領域の領域別代表値に基づいて露光比を算出する処理が行われる。この領域別露光比算出処理では、同じ領域の高露光画像の領域別代表値と低露光画像の領域別代表値とを比較することで、領域ごとに露光比を算出する。
【００８７】
このように、飽和が発生した領域を排除して露光比を求めるようにすると、正確な露光比を求めることができる。飽和が発生した領域では露光量が不明なため、飽和が発生した領域の値が含まれると、正確な露光比を求めることができない。
【００８８】
領域別露光比算出部４５で取得した露光比は、動作条件記憶部２８に記憶され、ダイナミックレンジ拡大部２４および画像圧縮部２５での各処理に用いられる。
【００８９】
なお、領域別露光比算出部４５で行われる露光比算出処理では、制御値から露光比を求める制御モードと、画像から露光比を求める制御モードとの切り換えを使用者が行うようにすればよい。第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂによる照明光以外の外部光があるか否かは使用者が簡単に判断することができ、外部光の有無に応じて使用者が操作入力部１３を操作して制御モードを切り換える。特に、制御値から露光比を求める制御モードが簡便であり、演算負担を軽減することができることから、制御周波数を上げることが可能になる。このため、制御値から露光比を求める制御モードを標準として、外部光がある場合に、画像から露光比を求める制御モードに切り換えるものとするとよい。
【００９０】
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。
【００９１】
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５１と、ヒストグラム生成部５２と、ヒストグラム均等化部５３と、パラメータ決定部５４と、を備えている。
【００９２】
エッジ抽出部５１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５２では、エッジ抽出部５１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５３では、ヒストグラム生成部５２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５３から圧縮された出力画像が出力される。
【００９３】
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。
【００９４】
パラメータ決定部５４では、ヒストグラム均等化部５３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、使用者による操作入力部１３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。
【００９５】
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。
【００９６】
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から取得して、この拡大率に基づいて画像の信号レベルの圧縮率を設定する。また、露光比を動作条件記憶部２８から取得して、この露光比に基づいて画像の信号レベルの圧縮率を設定する。具体的には、露光比が予め設定された限界値よりも大きい場合には、信号レベルの圧縮率を大きく設定する。なお、露光比からダイナミックレンジ拡大処理での拡大率を求めることもできる。
【００９７】
次に、図３に示した制御部１１で行われる処理の手順について説明する。図１１は、制御部１１で行われる処理の手順を示すフロー図である。
【００９８】
制御部１１では、まず、高露光撮像時および低露光撮像時の領域別制御値（領域別照明強度）の初期値を設定する処理が行われる（ＳＴ１０１）。そして、この領域別制御値の初期値に基づいて撮像部４で高露光撮像および低露光撮像が行われ（ＳＴ１０２，ＳＴ１０３）、高露光画像および低露光画像が制御部１１に入力されて画像記憶部２３に記憶される。
【００９９】
ついで、ダイナミックレンジ拡大部２４にて高露光画像および低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）。そして、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１１から出力される。
【０１００】
一方、高露光撮像および低露光撮像が行われると（ＳＴ１０２，ＳＴ１０３）、高露光画像を対象にして、計測部２６の第１の領域分割部３１ａにて領域分割の処理が行われ（ＳＴ１０６）、ついで、第１の領域別代表値取得部３２ａにて領域別平均値を取得する処理が行われ（ＳＴ１０７）、ついで、照明制御演算部４１の第１の領域別差分算出部４３ａにて領域別の差分比率を算出する処理が行われ（ＳＴ１０８）、ついで、第１の領域別制御値設定部４４ａにて高露光撮像時の領域別制御値を設定する処理が行われる（ＳＴ１０９）。なお、ＳＴ１０２において高露光撮像が行われたあと、直ちにＳＴ１０６〜ＳＴ１０９での高露光撮像時の領域別制御値の設定処理へ移行するようにしても良い。
【０１０１】
また、低露光画像を対象にして、計測部２６の第２の領域分割部３１ｂにて領域分割の処理が行われ（ＳＴ１１０）、ついで、第２の領域別代表値取得部３２ｂにて領域別ピーク値を取得する処理が行われ（ＳＴ１１１）、ついで、照明制御演算部４１の第２の領域別差分算出部４３ｂにて領域別の差分比率を算出する処理が行われ（ＳＴ１１２）、ついで、第２の領域別制御値設定部４４ｂにて低露光撮像時の領域別制御値を設定する処理が行われる（ＳＴ１１３）。
【０１０２】
このようにして、新たな高露光撮像時および低露光撮像時の領域別制御値が設定されると（ＳＴ１０９，ＳＴ１１３）、新たな領域別制御値に基づいて撮像部４で高露光撮像および低露光撮像が行われ（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。
【０１０３】
次に、図９に示した第１，第２の領域別制御値設定部４４ａ，４４ｂで行われる領域別制御値設定処理（図１１のＳＴ１０９，ＳＴ１１３）について説明する。図１２は、第１，第２の領域別制御値設定部４４ａ，４４ｂで行われる領域別制御値設定処理の要領を説明する説明図である。図１３は、第１，第２の領域別制御値設定部４４ａ，４４ｂで行われる領域別制御値設定処理の手順を示すフロー図である。なお、この領域別制御値設定処理は、高露光撮像および低露光撮像の各々で行われる。
【０１０４】
前記のように、第１，第２の領域別制御値設定部４４ａ，４４ｂでは、第１，第２の領域別差分算出部４３ａ，４３ｂから取得した各領域の差分比率に基づいて、領域ごとの照明強度（領域別制御値）を補正する領域別照明補正率（領域別照明補正量）を設定して、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を求めるようにしており、図１２に示すように、領域別照明補正率が差分比率に応じて設定されている。
【０１０５】
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−１０および＋１０）、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−２０および＋２０）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領域別照明補正率が設定される。なお、この領域別照明補正率の設定は、各領域の差分比率に基づいて領域ごとに行われる。
【０１０６】
差分比率が−２０％以下となる場合には、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ＳＴ２０５）。また、差分比率が−２０％〜−１０％となる場合には、照明補正率が＋５％に設定され、照明強度が現在の照明強度から５％増加される（図１３のＳＴ２０６）。また、差分比率が±１０％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＋１０％〜＋２０％となる場合には、照明補正率が−５％に設定され、照明強度が現在の照明強度から５％減少される（図１３のＳＴ２０８）。また、差分比率が＋２０％以上となる場合には、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ＳＴ２０９）。
【０１０７】
このようにして領域別照明補正率が設定されると、この領域別照明補正率を現在の領域別照明強度（領域別照明制御値）に乗じて新しい領域別照明強度を取得する（図１３のＳＴ２１０）。
【０１０８】
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。
【０１０９】
なお、第１，第２の領域別制御値設定部４４ａ，４４ｂ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４３ａ，４３ｂで用いられる基準値は、予め設定しておけばよいが、使用者による操作入力部１３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。
【０１１０】
次に、図３に示した照明制御部２２で行われる径方向配光分布制御について説明する。図１４は、照明制御部２２で行われる径方向配光分布制御を説明する説明図である。
【０１１１】
本実施形態では、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂが、各々の照明領域が部分的に重なり合い且つ配光分布（照度分布）のピーク位置が互いにずれた配光特性に設定されている。特に、本実施形態では、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂが、配光分布のピーク位置が撮像部４の光軸（画角の中心線）の径方向にずれた配光特性に設定され、第１の照明部５ａが、撮像部４の光軸の径方向内側に照明領域が設定され、第２の照明部５ｂは、径方向外側に照明領域が設定されている。
【０１１２】
具体的には、図１４（Ａ−１）に示すように、第１の照明部５ａでは、一点鎖線Ｌ１方向に配光角θ１で光が出射され、第２の照明部５ｂでは、一点鎖線Ｌ２方向に配光角θ２で光が出射され、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各照明領域が部分的に重なり合う。そして、図１４（Ｂ−１），（Ｂ−２），（Ｂ−３）に示すように、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各々の配光分布のピーク位置が径方向にずれている。
【０１１３】
ここで、本実施形態では、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各々の投光強度を個別に調整することで、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各々の配光分布を合成した全体的な配光分布のピーク位置を径方向に変更する径方向配光分布制御が行われる。
【０１１４】
図１４（Ｂ−２）に示すように、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各々の投光強度を等しく設定すると、合成された配光分布のピーク位置が、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各々の配光分布のピーク位置の中間位置となる。一方、図１４（Ｂ−１）に示すように、第１の照明部５ａの投光強度を低く設定するとともに第２の照明部５ｂの投光強度を高く設定すると、合成された配光分布のピーク位置が径方向外側に変化する。また、図１４（Ｂ−３）に示すように、第１の照明部５ａの投光強度を高く設定するとともに第２の照明部５ｂの投光強度を低く設定すると、合成された配光分布のピーク位置が径方向内側に変化する。
【０１１５】
なお、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各々の投光強度の比率を一定にした状態で投光強度を調整すると、合成された配光分布のピーク位置を一定にしたままで光量を変化させることができる。
【０１１６】
次に、図３に示した照明制御部２２で行われる周方向領域分割制御について説明する。図１５は、照明制御部２２で行われる周方向領域分割制御を説明する説明図である。
【０１１７】
本実施形態では、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂが、撮像範囲を撮像部４の光軸の周方向に複数分割された分割領域ごとに設けられ、その分割領域ごとに第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各々の投光強度を調整することで、合成された配光分布のピーク位置を撮像部４の光軸の径方向に変更する径方向配光分布制御を分割領域ごとに行う周方向領域分割制御が行われる。
【０１１８】
図１５（Ａ）に示すように、本実施形態では、第１の照明部５ａが中心側の領域Ｉを主に照明し、第２の照明部５ｂが外周側の領域IIを主に照明し、径方向配光分布制御では、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各々の投光強度を調整することで、合成された配光分布のピーク位置を径方向に変更する。
【０１１９】
また、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂが、周方向に並んだ照明群Ａ〜Ｆにそれぞれグループ分けされており（図４参照）、一方、撮像範囲が、周方向に並んだ領域Ａ〜Ｆにそれぞれ分割されており、照明群Ａ〜Ｆの各々の第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂが、周方向に並んだ領域Ａ〜Ｆをそれぞれ照明し、周方向領域分割制御では、周方向に並んだ照明群Ａ〜Ｆの各々において径方向配光分布制御が行われる。
【０１２０】
この周方向領域分割制御では、領域Ａ〜Ｆに対応する照明群Ａ〜Ｆの各々の第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの投光強度を個別に調整することにより、領域Ａ〜Ｆごとに配光分布のピーク位置を径方向に変更することができるため、明るい部分と暗い部分とが複雑に混在する画像でも、全体を均一な明るさに調整することができる。
【０１２１】
例えば、領域Ｄでは、暗い部分が外側の領域Ｄ２から内側の領域Ｄ１の一部にまたがるように広がっており、このような状態では、図１５（Ｂ−１）に示すように、第１の照明部５ａの投光強度を低く設定するとともに第２の照明部５ｂの投光強度を高く設定して、合成された配光分布のピーク位置を径方向外側寄りに変化させることで、領域Ｄ内の暗い部分を大きな光量で照明することができるため、領域Ｄの全体を均一な明るさにすることができる。
【０１２２】
また、領域Ｃでは、明るい部分が全体的に広がっており、このような状態では、図１５（Ｂ−２）に示すように、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各々の投光強度を等しく設定することで、合成された配光分布のピーク位置が、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各々の配光分布のピーク位置の中間位置となり、領域Ｃの全体を均一な光量で照明することができるため、領域Ｃの全体を均一な明るさにすることができる。
【０１２３】
また、領域Ａでは、暗い部分が内側の領域Ａ１から外側の領域Ａ２の一部にまたがるように広がっており、このような状態では、図１５（Ｂ−３）に示すように、第１の照明部５ａの投光強度を高く設定するとともに第２の照明部５ｂの投光強度を低く設定して、合成された配光分布のピーク位置を径方向内側寄りに変化させることで、領域Ａ内の暗い部分を大きな光量で照明することができるため、領域Ａの全体を均一な明るさにすることができる。
【０１２４】
なお、径方向配光分布制御および周方向領域分割制御では、領域Ｉに属する領域Ａ１〜Ｆ１および領域IIに属する領域Ａ２〜Ｆ２（図５参照）の明るさを検出し、その検出結果に基づいて、照明群Ａ〜Ｆに属する第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各々の投光強度を調整すればよい。
【０１２５】
以上のように、本実施形態では、配光分布制御により、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各々の配光分布を合成した配光分布のピーク位置を変更することで、撮像画像内の明るさを適正化するとともに、明るさがなだらかに変化する自然な画像を得ることができる。
【０１２６】
また、本実施形態では、配光分布のピーク位置を変更する配光分布制御を径方向に関して行うとともに、配光分布制御を分割領域ごとに行う領域分割制御を周方向に関して行うため、撮像画像内の明るさを細かく調整することができるため、より一層適切な撮像画像を得ることができる。
【０１２７】
なお、本実施形態では、配光分布のピーク位置を変更する配光分布制御を径方向に関して行うようにしたが、この配光分布制御を周方向に関して行うことも可能である。すなわち、周方向に並んだ照明群Ａ〜Ｆの第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂを、各々の照明領域が部分的に重なり合い且つ配光分布のピーク位置が周方向にずれた配光特性に設定して、それらの投光強度を調整することで、合成された配光分布のピーク位置を光軸の周方向に変更する周方向配光分布制御を行うことができる。また、この周方向配光分布制御と径方向配光分布制御とを組み合わせれば、配光分布のピーク位置を２次元的に変更することができる。
【０１２８】
次に、図３に示した照明制御部２２で行われるズーム連動配光分布制御について説明する。図１６は、照明制御部２２で行われるズーム連動配光分布制御を説明する説明図である。
【０１２９】
本実施形態では、撮像部４のズームレンズ（ズーム手段）１５のズーム倍率に応じて、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各々の投光強度を調整することで、合成された配光分布のピーク位置を撮像部４の光軸の径方向に変更するズーム連動配光分布制御を行うことができる。このズーム連動配光分布制御では、ズームレンズ１５のズーム倍率に応じて、配光分布のピーク位置を径方向に変更することから、ズーム倍率に連動させた径方向配光分布制御といえる。
【０１３０】
図１６（Ａ）に示すように、撮像範囲は、ズームレンズ１５のズーム倍率に応じて変化し、ズーム倍率を標準からワイド（広角）に変更すると、中心Ｃを中心にして撮像範囲が拡大し、ズーム倍率を標準からテレ（望遠）に変更すると、中心Ｃを中心にして撮像範囲が縮小する。
【０１３１】
ズーム倍率が標準に設定されていると、図１６（Ｂ−２）に示すように、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各々の投光強度が等しく設定され、合成された配光分布のピーク位置が、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各々の配光分布のピーク位置の中間位置となる。これにより、標準的な大きさの撮像範囲を全体的に均一な光量で照明することができる。
【０１３２】
一方、ズーム倍率がワイド（広角）に設定されると、図１６（Ｂ−１）に示すように、第１の照明部５ａの投光強度が低く設定されるとともに第２の照明部５ｂの投光強度が高く設定され、合成された配光分布のピーク位置が径方向外側に変化する。これにより、撮像範囲の外側の光量が大きくなるため、撮像部４の光学系が明るい（Ｆ値が小さい）場合に強く現れる周辺減光を補償することができる。
【０１３３】
また、ズーム倍率がテレ（望遠）に設定されると、図１６（Ｂ−３）に示すように、第１の照明部５ａの投光強度が高く設定されるとともに第２の照明部５ｂの投光強度が低く設定され、合成された配光分布のピーク位置が径方向内側に変化する。これにより、小さな撮像範囲に照明光を集中させることができるため、光の利用効率を高めることができる。
【０１３４】
このように、ズーム連動配光分布制御を行うことにより、ズーム倍率に応じた適切な配光分布を得ることができる。
【０１３５】
また、このズーム連動配光分布制御では、周方向領域分割制御を組み合わせることも可能であるが、周方向領域分割制御を行わない、すなわち、ズーム倍率に連動させた径方向配光分布制御を全周にわたって均一に行うようにしてもよい。この場合、領域Ａ〜Ｆに対応する照明群Ａ〜Ｆ（図４参照）の第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂが、ズーム倍率に応じて一様に制御される。
【０１３６】
なお、図１６では、標準、ワイド（広角）およびテレ（望遠）の３つの状態を示しているが、配光分布特性を３段階に変化させるものではなく、ズーム倍率に応じて配光分布特性を連続的に変化させることができる。
【０１３７】
次に、高露光画像および低露光画像を取得するために露光量を変更する制御について説明する。高露光画像は、露光量を大きく設定して撮像する高露光撮像により得られ、また、低露光画像は、露光量を小さく設定して撮像する低露光撮像により得られ、特に本実施形態では、照明強度を制御する照明制御において露光量を調整する。また、照明強度は、投光時間および光強度のいずれか一方または双方で調整する。
【０１３８】
まず、撮像部４の撮像素子６がグローバルシャッタ方式で撮像を行う場合について説明する。図１７は、撮像素子６がグローバルシャッタ方式で撮像を行う場合のタイミング図である。
【０１３９】
撮像素子６をＣＣＤ（Charge Coupled Device）で構成した場合、グローバルシャッタ方式で撮像が行われ、このグローバルシャッタ方式では、読取サイクル（読み出し動作およびリセット動作）が全ての画素で同時に行われる。
【０１４０】
このグローバルシャッタ方式では、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂで高露光画像を取得するための照明が行われた後に撮像素子６で読取サイクルが実行される第１の期間（制御期間）と、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂで低露光画像を取得するための照明が行われた後に撮像素子６で読取サイクルが実行される第２の期間（制御期間）とが順次繰り返される。
【０１４１】
すなわち、１つの制御期間が高露光撮像時の投光期間（高露光投光期間）に割り当てられ、次の制御期間が低露光撮像時の投光期間（低露光投光期間）に割り当てられている。
【０１４２】
このようにすると、高露光画像および低露光画像を適切に取得することができる。
【０１４３】
また、この実施形態では、読取サイクルの間隔、すなわち撮像素子６の露光時間（電荷蓄積時間）が一定であり、所要の露光比を得るための露光量の調整は照明制御で行われる。すなわち、高露光撮像時および低露光撮像時の露光量を、投光時間（光源８ａ，８ｂの点灯から消灯までの期間）および投光強度（光源８ａ，８ｂの発光量）の双方で調整する。なお、投光時間および投光強度のいずれか一方のみで露光量を調整することもできる。
【０１４４】
図１７に示す第１例では、高露光撮像時および低露光撮像時の各投光強度を等しくした上で、高露光撮像時の投光期間（高露光投光期間）が長く設定され、低露光撮像時の投光期間（低露光投光期間）が短く設定されている。第２例では、第１例より高露光撮像時の投光強度が高く設定される一方で投光期間が短く設定されている。第３例では、さらに高露光撮像時の投光強度が高く設定される一方で投光期間が短く設定され、また、低露光撮像時の投光強度が高く設定される一方で投光期間が短く設定されている。
【０１４５】
露光量、すなわち投光期間中に撮像素子６が受ける光エネルギーは、投光時間と投光強度との積で表され、第１〜第３の各例では、高露光撮像時および低露光撮像時の各露光量は同じであり、投光強度を高く設定する一方で投光期間を短く設定することにより、露光量が同じ状態のままで、投光期間を短縮することができる。特に、第２例および第３例で示すように、投光強度を高くして投光時間を短くすることで、被写体が動く場合に生じるアーチファクトを低減することができる。
【０１４６】
また、投光時間で露光量を調整する場合、高露光画像および低露光画像をそれぞれ取得するための照明が行われる２つの投光期間、すなわち高露光投光期間および低露光投光期間の間隔を一定にして、先に行われる投光期間の長さ（投光時間）を点灯タイミングで調整し、後に行われる投光期間の長さを消灯タイミングで調整するようにするとよい。
【０１４７】
図１７に示す例では、高露光投光期間が前に設定され、低露光投光期間撮像が後に設定され、高露光投光期間および低露光投光期間の間隔、すなわち高露光投光期間での消灯タイミングと低露光投光期間での点灯タイミングとの間隔を一定として、前に設定された高露光投光期間では点灯タイミングをずらすことで投光時間を変更し、後に設定された低露光投光期間では消灯タイミングをずらすことで投光時間を変更する。
【０１４８】
このようにすると、２つの投光期間の統合された長さ、すなわち前に設定された高露光投光期間の開始から後に設定された低露光投光期間の終了までの時間を短縮することができるため、被写体が動く場合に生じるアーチファクトを低減することができる。
【０１４９】
次に、撮像部４の撮像素子６がローリングシャッタ方式で撮像を行う場合について説明する。図１８および図１９は、撮像素子６がローリングシャッタ方式で撮像を行う場合のタイミング図である。
【０１５０】
撮像素子６をＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）で構成した場合、ローリングシャッタ方式で撮像が行われる。このローリングシャッタ方式では、読取サイクル（読み出し動作およびリセット動作）が１画素単位で行われ、この読取サイクルは走査方向（例えば上から下に向かって）に順に行われることから、読取サイクルのタイミングが画素ごとにずれる。なお、読取サイクルが１ラインまたは数ライン単位で行われる場合もある。
【０１５１】
このローリングシャッタ方式では、図１８の比較例で示すように、通常は、垂直同期信号に応じて読取サイクルが実行され、制御期間（垂直同期信号の信号間隔）が露光期間となる。
【０１５２】
一方、このようなローリングシャッタ方式で、読取サイクルのタイミングが画素ごとにずれているため、全ての画素で読取サイクルが順次実行される読み出し期間が長くなるが、この読み出し期間と投光期間とが重複すると、画素ごとの投光期間が異なる状態となり、全ての画素の露光量を等しくすることができないため、照明制御により露光量を調整するには、読み出し期間と重複しないように投光期間を設定する必要がある。しかしながら、比較例で示す通常の制御では、読み出し期間の間に十分な長さの投光期間を確保することができない。
【０１５３】
そこで、図１８に示す実施形態では、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂで高露光画像を取得するための照明が行われる第１の期間（制御期間）と、撮像素子６で読取サイクルが実行される第２の期間（制御期間）と、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂで低露光画像を取得するための照明が行われる第３の期間（制御期間）と、撮像素子６で読取サイクルが実行される第４の期間（制御期間）とが順次繰り返される。
【０１５４】
すなわち、１つの制御期間内に１回の読取サイクルが実行され、この１回の読取サイクルが制御期間の１つおきに実行される。そして、１つの制御期間が、高露光撮像時の投光期間（高露光投光期間）に割り当てられ、次の制御期間が、読み出し期間に割り当てられ、次の制御期間が、低露光撮像時の投光期間（低露光投光期間）に割り当てられ、次の制御期間が、読み出し期間に割り当てられている。なお、読み出し期間の長さは比較例と同様である。
【０１５５】
このようにすると、全ての画素で読取サイクルが順次実行される読み出し期間と投光期間とが重複することを避けることができ、高露光画像および低露光画像を適切に取得することができる。
【０１５６】
また、この図１８に示す実施形態では、図１７に示した実施形態と同様に、制御期間読取サイクルの間隔、すなわち撮像素子６の露光時間（電荷蓄積時間）は一定であり、所要の露光比を得るための露光量の調整は照明制御で行われる。すなわち、高露光撮像時および低露光撮像時の露光量を、投光時間（光源８ａ，８ｂの点灯から消灯までの期間）および投光強度（光源８ａ，８ｂの発光量）の双方で調整する。また、投光時間および投光強度のいずれか一方のみで露光量を調整することもできる。
【０１５７】
このように、図１８に示す実施形態では、４回の制御期間で高露光画像および低露光画像が出力され、例えば垂直同期信号の周波数を１２０Ｈｚとすることで３０Ｈｚの広ダイナミックレンジレンジ撮像が可能となる。なお、比較例で示すように、１つの制御期間内に１回の読取サイクルが実行される場合と比較すると、１／２の速度で高露光画像および低露光画像が撮像されるため、ダイナミックレンジ拡大画像のフレームレートが低下する。
【０１５８】
図１９に示す実施形態では、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂで高露光画像を取得するための照明が行われる第１の期間（制御期間）と、撮像素子６で２回の読取サイクルが実行されるとともにその２回の読取サイクルの間に第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂで低露光画像を取得するための照明が行われる第２の期間（制御期間）とが順次繰り返される。
【０１５９】
すなわち、１つの制御期間内に２回の読取サイクルが実行され、この２回の読取サイクルが制御期間の１つおきに実行される。そして、１つの制御期間が、高露光撮像時の投光期間（高露光投光期間）に割り当てられ、次の制御期間が、２回の読み出し期間と低露光撮像時の投光期間（低露光投光期間）に割り当てられている。
【０１６０】
この図１９に示す実施形態では、１つの制御期間に２回の読み出し期間と低露光投光期間とを割り当てるため、図１８に示した実施形態と比較すると、読み出し期間が短くなっている。また、読取サイクルの間隔が長短の２段階で変化する。
【０１６１】
このようにすると、全ての画素で読取サイクルが順次実行される読み出し期間と照明期間とが重複することを避けることができ、高露光画像および低露光画像を適切に取得することができる。また、２つの制御期間で高露光画像および低露光画像が出力され、２つの制御期間で１つのダイナミックレンジ拡大画像を生成することができるため、ダイナミックレンジ拡大画像のフレームレートを上げることができる。これは図１８に示した実施形態の２倍の速度となり、例えば垂直同期信号の周波数を６０Ｈｚとすることで３０Ｈｚの広ダイナミックレンジレンジ撮像が可能となる。
【０１６２】
また、この図１９に示す実施形態では、１つの制御期間に２回の読み出し期間と低露光投光期間とを割り当てるために、読取サイクル速度を高めて読み出し期間を短くしており、これにより、被写体が動く場合に生じるアーチファクトを低減する効果も得られる。
【０１６３】
また、この図１９に示す実施形態では、撮像素子６の露光時間（電荷蓄積時間）が、高露光撮像時と低露光撮像時とで異なるが、所要の露光比を得るための露光量の調整では撮像素子６の露光時間は変更されず、照明制御のみで露光量の調整が行われる。すなわち、図１７に示した実施形態と同様に、高露光撮像時および低露光撮像時の露光量を、投光時間（光源８ａ，８ｂの点灯から消灯までの期間）および投光強度（光源８ａ，８ｂの発光量）の双方で調整することができる。また、投光時間および投光強度のいずれか一方のみで露光量を調整することもできる。
【０１６４】
図１９に示す第１例では、高露光撮像時および低露光撮像時の各投光強度を等しくした上で、高露光撮像時の投光期間（高露光投光期間）が長く設定され、低露光撮像時の投光期間（低露光投光期間）が短く設定されている。第２例では、第１例より高露光撮像時の投光強度が高く設定されている。これにより、露光比、すなわち高露光撮像時および低露光撮像時の各露光量の比率を大きく設定することができる。
【０１６５】
また、この図１９に示す実施形態では、１つの制御期間に２回の読み出し期間と低露光投光期間とが割り当てられているため、低露光投光期間を長く設定することには限界がある。このため、投光時間のみを制御では適切な露光比を得ることができない場合があるが、投光強度を制御すれば大きな露光比を得ることができる。
【０１６６】
なお、図１７〜図１９に示した各実施形態では、高露光撮像画像および低露光撮像画像を、高露光撮像画像および低露光撮像画像の順で取得してダイナミックレンジ拡大画像を生成するようにしたが、この逆、すなわち高露光撮像画像および低露光撮像画像を、低露光撮像画像および高露光撮像画像の順で取得してダイナミックレンジ拡大画像を生成するようにしてもよい。
【０１６７】
また、図１７〜図１９に示した各実施形態において、ダイナミックレンジ拡大画像を生成する際に、順次出力される高露光画像および低露光画像を重複して選択する、すなわち、Ｎ個目の高露光画像とＮ個目の低露光画像とからダイナミックレンジ拡大画像を生成した後、Ｎ個目の低露光画像とＮ＋１個目の高露光画像とからダイナミックレンジ拡大画像を生成するようにしてもよい。このようにすると、ダイナミックレンジ拡大画像の生成速度を２倍にすることができる。例えば、図１８に示した実施形態では、ダイナミックレンジ拡大画像のフレームレートが比較例の１／２となるが、順次出力される高露光画像および低露光画像を重複して選択する制御により、比較例と同様の速度でダイナミックレンジ拡大画像を生成することができる。
【０１６８】
（第２実施形態）
図２０は、第２実施形態に係る内視鏡１のカメラ部３の正面図である。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る。
【０１６９】
第１実施形態では、図４に示したように、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂが、カバーレンズ７の外周側において周方向の全体に渡って均一に配置されていたが、この第２実施形態では、図２０に示すように、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂが、カバーレンズ７の外周側において周方向の一部に偏って配置されている。このように構成すると、カメラ部３の小型化が容易になる。
【０１７０】
図２１は、図２０に示したカメラ部３における第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの配光分布状況を説明する説明図である。本実施形態では、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂが周方向の一部に偏って配置されているため、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの光軸が撮像素子６の光軸に対して傾斜した状態となり、これにより、カメラ部３から被写体までの距離に応じて配光分布状況、特に配光分布のピーク位置が変化する。
【０１７１】
図２１に示す例では、図２１（Ａ）に示すように、位置IIに被写体がある場合に、図２１（Ｂ−２）に示すように、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各配光分布を合成した配光分布のピーク位置が、撮像素子６の光軸に一致するように設定されている。なお、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各照明強度は等しく設定され、合成された配光分布のピーク位置は、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの各ピーク位置の中間位置となっている。
【０１７２】
このように設定すると、図２１（Ａ）に示すように、カメラ部３に対して位置IIより遠い位置Ｉに被写体がある場合には、図２１（Ｂ−１）に示すように、合成された配光分布のピーク位置が、撮像素子６の光軸からずれた状態となる。また、図２１（Ａ）に示すように、カメラ部３に対して位置IIより近い位置IIIに被写体がある場合には、図２１（Ｂ−３）に示すように、合成された配光分布のピーク位置が、撮像素子の光軸から反対側にずれた状態となる。
【０１７３】
そこで、本実施形態では、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの照明強度を個別に調整することで、合成された配光分布のピーク位置を径方向に変更する径方向配光分布制御が行われる。
【０１７４】
これにより、図２１（Ｂ−１），（Ｂ−３）に示したように、合成された配光分布のピーク位置が撮像素子６の光軸からずれた状態を修正して、配光分布のピーク位置を撮像素子６の光軸に一致させて、被写体上の撮像範囲の中心位置で配光分布がピークとなるように調整することができる。これにより、カメラ部３から被写体までの距離が変化しても、被写体上の配光分布を適正な状態に維持することができる。
【０１７５】
（第３実施形態）
図２２は、第３実施形態に係る内視鏡１の要部斜視図である。なお、ここで特に言及しない点は第１，第２実施形態と同様である。
【０１７６】
本実施形態では、挿入部２の先端部に設けられたカメラ部３が、撮像部４の光軸に平行となる中心軸周りの回転可能となっている。このカメラ部３は回転機構６１により回転させることができ、この回転機構６１は、挿入部２の基端側に設けられたハンドル６２で駆動され、使用者がハンドル６２を操作することでカメラ部３を回転させることができる。
【０１７７】
なお、このように回転機構６１を使用者が手動で駆動させる他、回転機構６１をモータで駆動させる構成も可能である。また、カメラ部３を回転可能に設けずに、挿入部２を使用者が手で把持して挿入部２を回転させることでカメラ部３を回転させるようにしてもよい。
【０１７８】
また、本実施形態では、第２実施形態と同様に、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂが周方向の一部に偏って配置されており、このような構成では、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂの配置数が制限されるため、照明制御のみでは被写体の細かい明暗の状態に適切に対応することができないが、使用者がカメラ部３を回転させて配光分布を調整することで、被写体の明暗の状態に適切に対応することができる場合がある。
【０１７９】
図２３は、図２２に示したカメラ部３の回転により配光分布を調整する例を説明する説明図である。図２３（Ａ）は撮像画像の一例であり、この撮像画像では、明るい部分が撮像画像の右側に存在し、この部分で白飛びが発生している。図２３（Ｂ−１）に示すように、カメラ部３が、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂが上側に位置する状態であると、図２３（Ｂ−２）に示すように、上側の部分で光量が大きくなるため、撮像画像の右側に存在する白飛びを十分に改善することができない。
【０１８０】
一方、図２３（Ｃ−１）に示すように、カメラ部３を、第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂが正面視で右側に位置するように回転すると、図２３（Ｃ−２）に示すように、光量が大きい部分が左側に変化するため、撮像画像の右側に存在する白飛びを適切に改善することができる。
【０１８１】
このようにカメラ部３を回転させることで、撮像画像内の暗い部分を大きな光量で照明して、撮像画像内の暗い部分を明るくすることができる。また、撮像画像内の明るい部分を小さな光量で照明して、撮像画像内の明るい部分を暗くすることができる。これにより撮像画像内の白飛びおよび黒潰れを改善することができる。
【０１８２】
しかしながら、このように適切な配光分布を得るためにカメラ部３を回転させると、カメラ部３に第１の照明部５ａおよび第２の照明部５ｂと一体的に設けられた撮像素子６も回転し、これに応じて撮像画像も回転する。このため、画像の上下関係が被写体の実際の上下関係と異なったものとなり、使用者にとって画像が見にくいものとなる。
【０１８３】
そこで、本実施形態では、以下に説明するように、カメラ部３を回転させると、それに応じて画像を回転する処理を行って、画像の上下関係を被写体の実際の上下関係に一致させる画像回転制御が行われる。
【０１８４】
図２４は、第３実施形態に係るカメラ部３および制御部１１の概略構成を示すブロック図である。カメラ部３は、撮像素子６の光軸周りの回転を検出する回転センサ７１を備えている。この回転センサ７１には、球の転動で機械的に傾斜を検出する姿勢センサ、重力加速度を検出する機械式および半導体式の重力センサ（加速度センサ）など、種々の構成のものを用いることができる。
【０１８５】
制御部１１は、回転角度検出部７２と、画像回転制御部７３と、画像処理部７４と、を備えている。回転角度検出部７２では、回転センサ７１の出力信号に基づいてカメラ部３の回転角度が検出される。画像処理部７４では、回転角度検出部７２で取得したカメラ部３の回転角度に基づいて、画像圧縮部２５から出力された画像を回転する画像回転処理が行われる。
【０１８６】
画像回転制御部７３は、使用者による操作入力部１３の入力操作に応じて、画像処理部７４で行われる画像回転処理を制御するものである。操作入力部１３では、画像回転処理を実行するか否かの指定を行うことができる。また、操作入力部１３では、画像回転処理を実行する場合に自動回転モードと手動回転モードとを切り換えることができる。自動回転モードでは、回転センサ７１で検出されたカメラ部３の回転角度に基づいて画像回転処理が自動で行われ、手動回転モードでは、使用者による操作入力部１３の操作に応じて画像回転処理が手動で行われる。
【０１８７】
このように、カメラ部３の回転角度に基づいて、撮像画像の向きが実際の上下関係と一致するように、その撮像画像を回転する処理を行うことにより、カメラ部３を回転させてもモニター１２に表示される画像は回転しないため、撮像画像が回転して見にくくなることを避けることができ、使用者の利便性が向上する。
【０１８８】
図２５は、図２４に示した制御部１１の画像処理部７４で画像回転処理を行わない場合に出力される撮像画像を説明する説明図である。制御部１１の画像処理部７４で画像回転処理を行わない場合には、画像処理部７４において、回転センサ７１の検出結果に基づいて、撮像画像上での実際の上下方向を表す画像を撮像画像に重ね合わせるスーパーインポーズ（重畳表示）が行われ、ここで生成した合成画像が出力されてモニター１２に表示される。
【０１８９】
図２５（Ａ）は撮像画像の一例であり、図２３に示したように、撮像画像の明暗状況に応じて適切な配光分布を得るためにカメラ部３を回転させると、図２５（Ｂ）に示すように、撮像画像上での実際の上方向を表す矢印の画像８１を撮像画像に重ね合わせる処理が画像処理部７４で行われる。
【０１９０】
このようにすると、撮像画像をモニター１２に表示させたときに、カメラ部３を回転させることで撮像画像の上下関係が実際と異なる状態で表示されても、使用者が撮像画像の上下関係を把握することができるため、使用者の利便性が向上する。
【０１９１】
なお、ここでの上下方向は必ずしも鉛直方向（重力方向）を示すものではない。すなわち、カメラ部３を上向きあるいは下向きにして撮像する場合には、撮像画像上での上下方向は鉛直方向（重力方向）と一致しない。
【０１９２】
以上、本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。また、上記実施形態に示した本発明に係る内視鏡の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
【０１９３】
例えば、前記の各実施形態では、配光分布のピーク位置が互いにずれた配光特性に設定された２つの照明部５ａ，５ｂを有する構成としたが、このような異なる配光特性に設定された照明部を３つ以上有する構成も可能である。
【０１９４】
また、前記の各実施形態では、図５に示したように、撮像範囲を領域Ａ１〜Ｆ１および領域Ａ２〜Ｆ２の合計１２の領域に分割したが、これに限定されるものではなく、径方向に並んだ領域Ｉと領域IIとの２つの領域に分割する構成や、径方向の内外に分割せずに、周方向に並んだ領域Ａ〜Ｆの６つの領域に分割する構成も可能である。また、画質を高めるためにこれより領域数を多く設定する、例えば、領域Ａ１〜Ｆ１および領域Ａ２〜Ｆ２をさらに細かく分割する構成も可能である。
【０１９５】
また、前記の各実施形態では、撮像範囲を円形の境界線Ｌ０と放射状に延びた境界線Ｂ１〜Ｂ６で分割するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば縦横の境界線により矩形の領域に分割するようにしてもよい。
【０１９６】
また、前記の各実施形態では、照明部５ａ，５ｂから出射される光の強度を光源８ａ，１２ｂの制御で変化させるようにしたが、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て光の強度を調整することも可能である。
【０１９７】
また、前記の各実施形態では、撮像範囲を複数に分割した分割領域ごとの明るさを検出して、その検出結果に基づいて配光分布制御を行い、また、ズーム倍率に基づいて配光分布制御を行うようにしたが、モニター１２に表示された画像を見ながら使用者が手動で、すなわち操作入力部１３を操作して配光分布を調整するようにしてもよい。
【０１９８】
例えば、被写体が管状臓器（腸管、食道および血管など）である場合、カメラ部３から遠い部分が撮像範囲の中央部に写り、カメラ部３に近い部分が撮像範囲の外周部に写り、カメラ部３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、逆にカメラ部３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が発生するが（図２参照）、このような場合に、被写体のいずれの部分に注目するかに応じて、使用者が配光分布のピーク位置を手動で調整することができると、使用者の利便性が向上する。
【０１９９】
また、前記の各実施形態では、領域別照明補正量として、現在の領域別制御値に対する新しい領域別制御値の比率を表す領域別照明補正率を用いたが、領域別照明補正量は、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制御値に加減算されるものであってもよい。
【０２００】
また、前記の各実施形態では、照明制御のみで露光量を調整するようにしたが、この照明制御に加えて、撮像制御により露光量を調整する、すなわち、撮像素子の露光時間（電荷蓄積時間）を変化させることで露光量を調整するようにしてもよい。
【０２０１】
また、前記の各実施形態では、内視鏡として観察対象の内部に挿入される挿入部の先端に撮像素子が配置された構成で説明しているが、この構成に限られるものでなく、例えば、挿入部の先端のレンズ系で捕らえた画像を観察対象の外部から撮像する構成を採用しても、本願発明を適用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０２０２】
本発明にかかる内視鏡は、画像内に部分的に発生する白飛びや黒潰れを低減するとともに、明るさがなだらかに変化する自然な画像を得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】
【０２０３】
１  内視鏡
２  挿入部
３  カメラ部
４  撮像部
５ａ  第１の照明部
５ｂ  第２の照明部
６  撮像素子
８ａ  第１の光源
８ｂ  第２の光源
１１  制御部
１２  モニター（表示装置）
１５  ズームレンズ（ズーム手段）
２２  照明制御部
２４  ダイナミックレンジ拡大部
２６  計測部
２９  ズーム制御部
【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１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２４】
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【図２】
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【図１５】
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【図２３】
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【図２５】
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