JP5580951B2 - 制御装置および撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子および光源装置を統括して制御する制御装置、ならびに撮像素子および光源装置を含む撮像システムに関する。

従来、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサでは、水平ラインごとに露光および読み出しのタイミングを変えるローリングシャッタ方式が適用されることが多い。ローリングシャッタ方式は、１つの映像期間において水平ラインごとに露光タイミングが異なっているため、例えば非常に短い時間だけ照明光を照射しながら撮像を行う場合には、画像中に生じる輝度ムラが問題となっていた。

ローリングシャッタ方式のＣＭＯＳイメージセンサに生じる輝度ムラを解消するための技術として、照明光の発光による高輝度領域が２つの映像期間にまたがる場合、先に撮像した映像期間における高輝度領域の画像によって後に撮像した映像期間における該当領域を置換して補正する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

図１９は、従来の撮像システムにおけるパルス状の照明光の発光タイミングと映像期間における各水平ラインの読み出しの関係の一例を示す図である。図１９では、説明の便宜上、撮像信号の水平ライン数を１８とし、上方の水平ラインから順に読み出しが行われるものとする。また、図１９では、ＶＤは垂直同期信号の発生タイミングを示す一方、ＨＤは水平同期信号の発生タイミングを示す。さらに、図１９に示す横軸ｔは、時間軸である。

フレームＩ（Ｉは自然数）の読み出し期間Ｉｎ（ｎ＝１〜１８）は、フレームＩにおける上からｎ番目の水平ラインの読み出し期間を意味している。フレームＪ（＝Ｉ＋１）の読み出し期間Ｊｎ、およびフレームＫ（＝Ｉ＋２）の読み出し期間Ｋｎも、読み出し期間Ｉｎと同様、フレームＪおよびＫにおける上からｎ番目の水平ラインの読み出し期間をそれぞれ意味している。

図１９において、フレームＩでは、読み出し期間Ｉ８の開始時点から３読み出し期間の長さに等しい時間だけパルスが点灯される。このため、フレームＩで読み出される各水平ラインの撮像信号に対応する画像における露光量は、パルス点灯期間Ｔ_9Iと読み出し期間との時間的な位置関係に応じて異なる。具体的には、読み出し期間Ｉ１〜Ｉ８にそれぞれ読み出される撮像信号に対応する画像における露光量は全てゼロである。なお、ここでは、フレームＨ（＝Ｉ−１）においてパルスが点灯されなかったものとしている。これに対し、読み出し期間Ｉ１１〜Ｉ１８にそれぞれ読み出される撮像信号に対応する画像における露光量は、パルス点灯期間Ｔ_9Iだけパルスを点灯した場合に相当する。読み出し期間Ｉ９に読み出される撮像信号に対応する画像における露光量は、１読み出し期間だけパルスを点灯した場合に相当する。また、読み出し期間Ｉ１０に読み出される撮像信号に対応する画像における露光量は、２読み出し期間だけパルスを点灯した場合に相当する。

以下、所定期間に読み出される撮像信号に対応する画像のことを、所定期間に読み出される画像という。また、所定期間だけパルスを点灯した場合に相当する露光量を、その所定期間に相当する露光量という。

次に、フレームＪで読み出される画像について説明する。フレームＪでは、読み出し期間Ｊ１〜Ｊ７に読み出される画像における露光量が、それぞれパルス点灯期間Ｔ_9Iに相当する。これに対し、読み出し期間Ｊ１０〜Ｊ１８にそれぞれ読み出される画像における露光量は全てゼロである。読み出し期間Ｊ８に読み出される画像における露光量は、１読み出し期間に相当する。また、読み出し期間Ｊ９に読み出される画像における露光量は、２読み出し期間に相当する。

図２０は、図１９に示す場合に読み出される画像を模式的に示す図である。図２０に示す画像９Ｉ、９Ｊ、９ＩＪでは、上述した露光量の違いを模様の違いによって模式的に示している。この点は、他の図面に示す全ての画像に共通する事項である。

図２０に示す場合、画像９Ｉ、９Ｊともに輝度ムラが発生している。従来技術では、画像９Ｊの輝度ムラを軽減するために、画像９Ｉの読み出し期間Ｉ１０〜Ｉ１８に読み出された画像によってフレーム９Ｊの読み出し期間Ｊ１０〜Ｊ１８に読み出された画像を置換した補正画像９ＩＪを生成する。この補正画像９ＩＪにおける露光量は、読み出し期間Ｊ８、Ｊ９、Ｉ１０の３水平ライン分の領域を除いて均一であるため、補正前の画像９Ｊと比較して輝度ムラが軽減されている。

特開２０１２−１９４２９号公報

しかしながら、上述した従来技術は、単発的にパルスが点灯した場合には有効であるものの、動画撮影時のように映像期間ごとにパルスを点灯させて明るさを制御する必要があるような状況は想定されていなかった。

ここで、映像期間ごとにパルスを点灯させる必要がある状況として、例えばＣＭＯＳイメージセンサを、被検体内に挿入されて被検体の体内を撮像する内視鏡の撮像部として適用する状況を挙げることができる。内視鏡における観察時に被検体内でパルス状の照明光を連続的に点灯させる場合、パルスの点灯期間や点灯タイミング等の条件に応じて輝度ムラの生じ方が変化するため、画像が観察しにくくなってしまうおそれがある。特に、近年要求されているような高画素のＣＭＯＳイメージセンサを内視鏡の撮像部として適用する場合、内視鏡先端部の発熱を抑制するために高速クロックによる読み出しを行うことができず、全水平ラインを一様に照明する同時露光期間（ブランキング期間）を十分に確保することができない。このような場合、上述した従来技術を単純に適用しただけでは輝度ムラを軽減することができなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、連続する映像期間ごとにパルス状の照明光を点灯させながら被写体を撮像する際、撮像素子の全水平ラインの同時露光期間が存在しない場合であっても輝度ムラを軽減して適切な明るさを有する画像を生成することができる制御装置および撮像システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る制御装置は、被写体の光学像を光電変換することによって撮像信号を生成する複数の画素が２次元状に配列され、該複数の画素が生成した撮像信号を水平ラインごとに読み出し可能な撮像素子、および前記被写体を照射するパルス状の照明光を発生する光源を有する光源装置とそれぞれ通信可能に接続され、前記撮像素子および前記光源装置の動作を統括して制御する制御装置であって、前記撮像素子が読み出す第１の映像期間に前記光源装置が前記照明光を照射する照射タイミングと、該第１の映像期間に連続するとともに該第１の映像期間と同じ周期を有する第２の映像期間に前記光源装置が前記照明光を照射する照射タイミングとを異ならせるように制御する制御部を備えたことを特徴とする。

本発明に係る制御装置は、上記発明において、前記第１の映像期間における前記照明光の照射タイミングに基づいて定められる読み出し期間の画像によって前記第２の映像期間で対応する画像を置換することにより、前記第２の映像期間に読み出された前記撮像信号に対応する画像の補正画像を生成する補正部をさらに備えたことを特徴とする。

本発明に係る制御装置は、上記発明において、前記制御部は、前記第１の映像期間における最初の前記照明光の照射開始時点から次の前記照明光の照射開始時点までの周期を、前記第１および第２の映像期間の周期と比して１水平ラインの読み出し期間分だけ短く設定し、前記補正部は、前記第１の映像期間における前記照明光の照射終了時点以後に読み出された画像によって前記第２の映像期間で対応する画像を置換することを特徴とする。

本発明に係る制御装置は、上記発明において、前記制御部は、前記第１の映像期間における最初の前記照明光の照射終了時点から次の前記照明光の照射終了時点までの周期を、前記第１および第２の映像期間の周期と比して１水平ラインの読み出し期間分だけ短く設定し、前記補正部は、前記第１の映像期間における前記照明光の照射開始時点以後に読み出された画像によって前記第２の映像期間で対応する画像を置換することを特徴とする。

本発明に係る撮像システムは、被写体の光学像を光電変換することによって撮像信号を生成する複数の画素が２次元状に配列され、該複数の画素が生成した撮像信号を水平ラインごとに読み出し可能な撮像素子と、前記被写体を照射するパルス状の照明光を発生する光源を有する光源装置と、前記撮像素子および前記光源装置とそれぞれ通信可能に接続され、前記撮像素子が読み出す第１の映像期間に前記光源装置が前記照明光を照射する照射タイミングと、該第１の映像期間に連続するとともに該第１の映像期間と同じ周期を有する第２の映像期間に前記光源装置が前記照明光を照射する照射タイミングとを異ならせるように制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る撮像システムは、上記発明において、前記第１の映像期間における前記照明光の照射タイミングに基づいて定められる読み出し期間の画像によって前記第２の映像期間で対応する画像を置換することにより、前記第２の映像期間に読み出された前記撮像信号に対応する画像の補正画像を生成する補正部をさらに備えたことを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子が読み出す第１の映像期間に照明光を照射する照射タイミングと、該第１の映像期間に連続する第２の映像期間に照明光を照射する照射タイミングとを異ならせるように制御するため、連続する映像期間ごとにパルス状の照明光を点灯させながら被写体を撮像する際、撮像素子の全水平ラインの同時露光期間が存在しない場合であっても輝度ムラを軽減して適切な明るさを有する画像を生成することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る撮像システムである内視鏡システムの概略構成を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る撮像システムである内視鏡システムの要部の機能構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態１に係る撮像システムである内視鏡システムが、パルス点灯期間が徐々に増加する場合に行う画像取得方法の概要を模式的に示す図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る制御装置が備える補正部が、図３に示す場合に行う補正処理の概要を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態１に係る撮像システムである内視鏡システムが、パルス点灯期間が徐々に増加する場合であって、パルス点灯期間が２つのフレームをまたぐ場合に行う画像取得方法の概要を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態１に係る制御装置が備える補正部が、図５に示す場合に行う補正処理の概要を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態１に係る撮像システムである内視鏡システムが、パルス点灯期間が徐々に減少する場合に行う画像取得方法の概要を模式的に示す図である。 図８は、本発明の実施の形態１に係る制御装置が備える補正部が、図７に示す場合に行う補正処理の概要を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態１に係る撮像システムである内視鏡システムが、パルス点灯期間が一定の場合に行う画像取得方法の概要を模式的に示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態１に係る制御装置が備える補正部が、図９に示す場合に行う補正処理の概要を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態２に係る撮像システムである内視鏡システムが、パルス点灯期間が徐々に減少する場合に行う画像取得方法の概要を模式的に示す図である。 図１２は、本発明の実施の形態２に係る制御装置が備える補正部が、図１１に示す場合に行う補正処理の概要を示す図である。 図１３は、本発明の実施の形態２に係る撮像システムである内視鏡システムが、パルス点灯期間が徐々に増加する場合に行う画像取得方法の概要を模式的に示す図である。 図１４は、本発明の実施の形態２に係る制御装置が備える補正部が、図１３に示す場合に行う補正処理の概要を示す図である。 図１５は、本発明の実施の形態２に係る撮像システムである内視鏡システムが、パルス点灯期間が一定の場合に行う画像取得方法の概要を模式的に示す図である。 図１６は、本発明の実施の形態２に係る制御装置が備える補正部が、図１５に示す場合に行う補正処理の概要を示す図である。 図１７は、本発明の実施の形態３に係る撮像システムである内視鏡システムが行う画像取得方法の概要を模式的に示す図である。 図１８は、本発明の実施の形態３に係る制御装置が備える補正部が、図１７に示す場合に行う補正処理の概要を示す図である。 図１９は、従来の撮像システムにおけるパルス光の発光タイミングと映像期間の読み出しの関係の一例を示す図である。 図２０は、従来の撮像システムが、図１９に示す場合に行う補正処理の概要を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を説明する。なお、以下の説明で参照する図面は模式的なものであって、同じ物体を異なる図面で示す場合には、寸法や縮尺等が異なる場合もある。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る撮像システムである内視鏡システムの概略構成を示す図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る撮像システムである内視鏡システムの要部の機能構成を示すブロック図である。図１および図２に示す内視鏡システム１は、被検体内に先端部を挿入することによって被検体の体内画像を撮像する内視鏡２と、内視鏡２が撮像した体内画像に所定の画像処理を施すとともに、内視鏡システム１全体の動作を統括して制御する制御装置３と、内視鏡２の先端から出射する照明光を発生する光源装置４と、制御装置３が画像処理を施した体内画像を表示する表示装置５と、を備える。

内視鏡２は、可撓性を有する細長形状をなす挿入部２１と、挿入部２１の基端側に接続され、各種の操作信号の入力を受け付ける操作部２２と、操作部２２から挿入部２１が延びる方向と異なる方向に延び、制御装置３および光源装置４に接続する各種ケーブルを内蔵するユニバーサルコード２３と、ユニバーサルコード２３の基端部に設けられ、制御装置３および光源装置４に対して着脱自在であり、制御装置３および光源装置４との間で電気信号および光信号の送受信を行うコネクタ部２４と、を備える。

挿入部２１は、光を受光して光電変換を行うことにより信号を生成する画素が２次元状に配列され、光を受光して電気信号に光電変換する撮像素子２０１を内蔵した先端部２１１と、複数の湾曲駒によって構成された湾曲自在な湾曲部２１２と、湾曲部２１２の基端側に接続され、可撓性を有する長尺状の可撓管部２１３と、を有する。

先端部２１１は、光源装置４が発光した光の導光路をなすライトガイドと、ライトガイドの先端に設けられた照明レンズと、集光用の光学系と、を有する。

撮像素子２０１は、被写体の光学像を光電変換することによって信号を生成する複数の画素が２次元状に配列された受光部２０２と、受光部２０２の複数の画素のうち読み出し対象として任意に設定された画素が生成した撮像信号を画像情報として読み出す読み出し部２０３と、読み出し部２０３が出力した撮像信号に対してノイズ除去やＡ／Ｄ変換を行うアナログフロントエンド部２０４（以下、「ＡＦＥ部２０４」という）と、撮像素子２０１の動作を制御する撮像制御部２０５と、を有する。撮像素子２０１は、光学系の結像位置に設けられる。

撮像素子２０１は、ローリングシャッタ方式を適用したＣＭＯＳ型イメージセンサであり、蓄積された電荷の読み出しを１つの水平ラインごとに順次行う。このため、読み出し部２０３が最初に読み出す水平ラインと最後に読み出す水平ラインとの間には、読み出しのタイミングに時間差が生じる。

受光部２０２を構成する画素は、光量に応じた電荷を蓄積するフォトダイオードと、フォトダイオードが蓄積した電荷を増幅する増幅器とを有する。受光部２０２の受光面には、各画素にカラーフィルタが設けられている。

ＡＦＥ部２０４は、例えば相関二重サンプリング（Correlated Double Sampling）法を用いてアナログの撮像信号に含まれるノイズ成分を低減するノイズ低減回路と、電気信号の増幅率（ゲイン）を調整して一定の出力レベルを維持するＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路と、ＡＧＣ回路を介して出力された画像情報としての撮像信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、を有する。

撮像制御部２０５は、制御装置３から受信した設定データに基づいて先端部２１１の各種動作を制御する。撮像制御部２０５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や各種プログラムを記録するレジスタ等を用いて構成される。

操作部２２は、湾曲部２１２を上下方向および左右方向に湾曲させる湾曲ノブ２２１と、制御装置３および光源装置４を含む周辺機器の操作指示信号を入力する操作入力部である複数のスイッチ２２２と、を有する。操作部２２には、外部から処置具を挿入する処置具挿入部２２３が設けられている。

ユニバーサルコード２３は、ライトガイドと、一または複数の信号線をまとめた集合ケーブルとを少なくとも内蔵している。

次に、制御装置３の構成を説明する。制御装置３は、撮像素子２０１から送られてくる種別情報を検知する検知部３１と、撮像素子２０１の各水平ラインの露光タイミングと読み出しタイミングを与える同期信号を生成して撮像素子２０１へ出力する同期信号生成部３２と、撮像素子２０１を駆動する駆動信号を生成して撮像素子２０１へ送信する駆動信号生成部３３と、撮像素子２０１から受信した撮像信号に対して所定の画像処理を施す画像処理部３４と、画像処理部３４が処理を施した画像の輝度値を算出する輝度値算出部３５と、撮像素子２０１から受信した撮像信号に重畳された同期信号を撮像信号から分離する同期信号分離部３６と、内視鏡システム１の動作を指示する動作指示信号等の各種信号の入力を受け付ける入力部３７と、少なくとも制御装置３に関する各種情報を記憶する記憶部３８と、制御装置３の動作を統括的に制御する制御部３９と、を有する。

画像処理部３４は、前後して撮像した２つのフレーム（映像期間）間で画像の置換を行うことによって画像の輝度ムラを補正する補正部３４１と、少なくとも読み出し部２０３が読み出した最新の１フレーム分の画像データを記憶するフレームメモリ３４２とを有する。補正部３４１は、他の水平ラインと比して露光量（輝度）が異なる部分の撮像信号をデジタル処理によって増幅または減衰させる機能を有していてもよい。

輝度値算出部３５は、補正部３４１が補正した画像の輝度値を算出する。

記憶部３８は、内視鏡システム１を動作させるための各種プログラム、および内視鏡システム１の動作に必要な各種パラメータ等を含むデータを記録する。また、記憶部３８は、制御装置３の識別情報を記録する。ここで、識別情報には、制御装置３の固有情報（ＩＤ）、年式、スペック情報、伝送方式および伝送レート等が含まれる。記憶部３８は、フラッシュメモリやＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の半導体メモリを用いて実現される。

制御部３９は、補正部３４１による補正を制御する補正制御部３９１と、輝度値算出部３５の算出結果および明るさ目標値に基づいて撮像素子２０１の電子シャッタならびに光源装置４による照明光の光量およびパルス点灯タイミングを設定する制御を行う露光量制御部３９２と、を有する。制御部３９は、ＣＰＵ等を用いて構成される。

露光量制御部３９２は、連続する２つのフレーム（第１および第２の映像期間）に光源装置４が照明光を照射する照射タイミングを異ならせるように制御する。

次に、光源装置４の構成を説明する。光源装置４は、内視鏡２の先端部２１１から外部へ照射する照明光を発生する光源部４１と、光源部４１を駆動する光源駆動部４２と、制御装置３の露光量制御部３９２から送られてくる信号に基づいて光源装置４の動作を制御する光源制御部４３と、を備える。

光源部４１は、白色ＬＥＤを用いて構成される。光源部４１が点灯するパルス状の白色光は、コネクタ部２４、ユニバーサルコード２３を経由して挿入部２１の先端部２１１へ達し、その先端部２１１から被写体へ向けて照射する照明光となる。なお、光源部４１として、白色以外のＬＥＤまたはレーザ等を適用してもよい。

次に、表示装置５の構成を説明する。表示装置５は、映像ケーブルを介して制御装置３と通信可能に接続される。表示装置５は、制御装置３が生成した画像を制御装置３から受信して表示する。このような表示装置５は、液晶または有機ＥＬ（Electro Luminescence）を用いて構成される。

次に、以上の構成を有する内視鏡システム１が動画撮影時に行う処理の概要を説明する。露光制御部３９２は、光源装置４におけるパルス点灯の開始タイミングの周期を、１フレームの周期よりも１水平ラインの読み出し期間に等しい時間だけ短く設定する。補正部３４１は、補正制御部３９１の制御のもと、読み出し部２０３が最新のフレーム（第２の映像期間）で読み出した画像のうち、その一つ前のフレーム（第１の映像期間）におけるパルス点灯期間の終了後に読み出してフレームメモリ３４２に記録済みの画像に対応する領域を、その記録済みの画像によって置換することにより、補正画像を生成する。

以下、補正部３４１が行う補正処理の概要を、（１−１）パルス点灯期間が徐々に増加する場合、（１−２）パルス点灯期間が徐々に減少する場合、（１−３）パルス点灯期間が一定の場合、に分けて説明する。

（１−１）パルス点灯期間が徐々に増加する場合
図３は、パルス点灯期間が徐々に増加する場合に内視鏡システム１が行う画像取得方法の概要を模式的に示す図である。以下、説明の簡略化のため、撮像信号の水平ライン数を１８とし、読み出し部２０３は上方の水平ラインから順次読み出しを行うものとする。

図３に示す破線Ｂ_1IJは、フレームＪで読み出し部２０３によって読み出される画像の一部をフレームＩで読み出し部２０３によって読み出される画像の対応領域に置換する際の画像置換境界を示している。同様に、破線Ｂ_1JKは、フレームＫで読み出し部２０３によって読み出される画像の一部をフレームＪで読み出し部２０３によって読み出される画像の対応領域に置換する際の画像置換境界を示している。

図３に示す場合、露光量制御部３９２は、フレームＩのパルス点灯開始タイミングを読み出し期間Ｉ８の開始時点とし、この開始時点から次のパルス点灯開始タイミングまでの周期を、フレームＩの周期と比して１読み出し期間分だけ短く設定する。したがって、次のパルス点灯開始タイミングは、フレームＪの読み出し期間Ｊ７の開始時点となる。同様にして、露光量制御部３９２は、読み出し期間Ｊ７の開始時点の次に来るパルス点灯開始タイミングを、フレームＫの読み出し期間Ｋ６の開始時点とする。なお、以下の説明では、図３において、フレームＨ（＝Ｉ−１）まではパルス点灯がなく、フレームＩからパルス点灯が開始されたものとする。

図３において、フレームＩのパルス点灯期間Ｔ_1Iの長さは、３水平ライン分の読み出し期間（３読み出し期間）の長さと等しい。また、フレームＪのパルス点灯期間Ｔ_1Jの長さは、５読み出し期間の長さと等しい。さらに、フレームＫのパルス点灯期間Ｔ_1Kの長さは、７読み出し期間の長さに等しい。このようなパルス点灯期間の設定が一例に過ぎないことはいうまでもない。

図４は、図３に示す場合に補正部３４１が行う補正処理の概要を示す図である。まず、画像１Ｉを説明する。読み出し期間Ｉ１〜Ｉ８に読み出し部２０３によってそれぞれ読み出される画像における露光量は全てゼロである。以下、所定の読み出し期間に読み出し部２０３によって読み出される画像のことを、その読み出し期間の画像という。
読み出し期間Ｉａ（ａ＝９，１０）の画像における露光量は、（ａ−８）読み出し期間に相当する。この読み出し期間Ｉａについて、図４では便宜的に同じ模様で示している。
読み出し期間Ｉ１１〜Ｉ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_1Iに相当する。

画像１Ｉは、読み出し期間Ｉ１〜Ｉ８に対応する領域が最も暗く、読み出し期間Ｉ１１〜Ｉ１８に対応する領域が最も明るい。

次に、画像１Ｊを説明する。読み出し期間Ｊ１〜Ｊ７の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_1Iに相当する。
読み出し期間Ｊ８〜Ｊ１０の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_1Iの一部に相当する露光量とパルス点灯期間Ｔ_1Jの一部に相当する露光量との和に等しい。この和は、パルス点灯期間Ｔ_1Iに相当する。例えば、読み出し期間Ｊ８の画像における露光量は、パルス点灯期間Ｔ_1Iのうちの２読み出し期間に相当する露光量と、パルス点灯期間Ｔ_1Jのうち１読み出し期間に相当する露光量との和であり、この和は３読み出し期間に相当する。
読み出し期間Ｊ１１の画像における露光量は、４読み出し期間に相当する。
読み出し期間Ｊ１２〜Ｊ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_1Jに相当する。

画像１Ｊは、読み出し期間Ｊ１〜Ｊ１０に対応する領域が最も暗く、読み出し期間Ｊ１２〜Ｊ１８に対応する領域が最も明るい。

補正部３４１は、画像１Ｊの輝度ムラを補正する際、まずフレームＩでパルス点灯期間Ｔ_1Iが終了した後の読み出し期間Ｉ１１〜Ｉ１８の画像をフレームメモリ３４２から取得する。続いて、補正部３４１は、フレームＪの読み出し期間Ｊ１１〜Ｊ１８の画像を、フレームメモリ３４２から取得した画像に置換する。これにより、画面全体の露光量が均一（３読み出し期間に相当）である補正画像１ＩＪが生成される。

次に、画像１Ｋを説明する。読み出し期間Ｋ１〜Ｋ６の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_1Jに相当する。
読み出し期間Ｋ７〜Ｋ１１の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_1Jの一部に相当する露光量とパルス点灯期間Ｔ_1Kの一部に相当する露光量との和に等しい。この和は、パルス点灯期間Ｔ_1Jに相当する。
読み出し期間Ｋ１２の画像における露光量は、６読み出し期間に相当する。
読み出し期間Ｋ１３〜Ｋ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_1Kに相当する。

画像１Ｋは、読み出し期間Ｋ１〜Ｋ１１に対応する領域が最も暗く、読み出し期間Ｋ１３〜Ｋ１８に対応する領域が最も明るい。

補正部３４１は、画像１Ｋの輝度ムラを補正する際、まずフレームＪでパルス点灯期間Ｔ_1Jが終了した後の読み出し期間Ｊ１２〜Ｊ１８の画像をフレームメモリ３４２から取得する。続いて、補正部３４１は、フレームＫの読み出し期間Ｋ１２〜Ｋ１８の画像を、フレームメモリ３４２から取得した画像に置換する。これにより、画面全体の露光量が均一（５読み出し期間に相当）である補正画像１ＪＫが生成される。

次に、パルス点灯期間が２つのフレームをまたぐ場合を説明する。図５は、パルス点灯期間が徐々に増加する場合であって、パルス点灯期間が２つのフレームをまたぐ場合に内視鏡システム１が行う画像取得方法の概要を示す図である。

図５に示す場合、露光量制御部３９２は、フレームＩの点灯開始タイミング（第１の点灯開始タイミング）を読み出し期間Ｉ１の開始時点としている。このため、第１の開始タイミングの次に来る第２の点灯開始タイミングは、フレームＩにおける読み出し期間Ｉ１８の開始時点となる。同様にして、第２の点灯開始タイミングの次に来る第３の点灯開始タイミングは、フレームＪにおける読み出し期間Ｊ１７の開始時点となり、第３の点灯開始タイミングの次に来る第４の点灯開始タイミングは、フレームＫにおける読み出し期間Ｋ１６の開始時点となる。

以下の説明では、第１の点灯開始タイミングで開始するパルス点灯期間をＴ_2I、第２の点灯開始タイミングで開始するパルス点灯期間をＴ_2J、第３の点灯開始タイミングで開始するパルス点灯期間をＴ_2K、第４の点灯開始タイミングで開始するパルス点灯期間をＴ_2L、とする。

図５に示す破線Ｂ_2IJは、フレームＪで読み出し部２０３によって読み出される画像の一部をフレームＩで読み出し部２０３によって読み出される画像の対応領域に置換する際の画像置換境界を示している。同様に、破線Ｂ_2JKは、フレームＫで読み出し部２０３によって読み出される画像の一部をフレームＪで読み出し部２０３によって読み出される画像の対応領域に置換する際の画像置換境界を示している。

図６は、図５に示す場合に補正部３４１が行う補正処理の概要を示す図である。まず、画像２Ｉを説明する。読み出し期間Ｉ１の画像における露光量は全てゼロである。読み出し期間Ｉ２〜Ｉ３は、パルス点灯期間Ｔ_2Iの一部とそれぞれ重なっている。読み出し期間Ｉ４〜Ｉ１８の画像における露光量は、パルス点灯期間Ｔ_2Iに相当する。画像２Ｉは、読み出し期間Ｉ１に対応する領域が最も暗く、読み出し期間Ｉ１４〜Ｉ１８に対応する領域が最も明るい。

次に、画像２Ｊを説明する。読み出し期間Ｊ１〜Ｊ３の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_2Iの一部に相当する露光量とパルス点灯期間Ｔ_2Jの一部に相当する露光量との和に等しい。この和は、パルス点灯期間Ｔ_2Iに相当する。読み出し期間Ｊ４の画像における露光量は、４読み出し期間に相当する。読み出し期間Ｊ５〜Ｊ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_2Jに相当する。画像２Ｊは、読み出し期間Ｊ１〜Ｊ３に対応する領域が最も暗く、読み出し期間Ｊ５〜Ｊ１８に対応する領域が最も明るい。

補正部３４１は、画像２Ｊの輝度ムラを補正する際、まずフレームＩにおいてパルス点灯期間Ｔ_2Iが終了した後の読み出し期間Ｉ４〜Ｉ１８の画像をフレームメモリ３４２から取得する。続いて、補正部３４１は、フレームＪの読み出し期間Ｊ４〜Ｊ１８の画像を、フレームメモリ３４２から取得した画像に置換する。これにより、画面全体の露光量が均一（３読み出し期間に相当）である補正画像２ＩＪが生成される。

次に、画像２Ｋを説明する。読み出し期間Ｋ１〜Ｋ４の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_2Jに相当する。読み出し期間Ｋ５の画像における露光量は、６読み出し期間に相当する。読み出し期間Ｋ６〜Ｋ１５の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_2Kに相当する。読み出し期間Ｋ１６〜Ｋ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_2Jの一部に相当する露光量とパルス点灯期間Ｔ_2Kの一部に相当する露光量との和に等しい。この和は、パルス点灯期間Ｔ_2Kに相当する。画像２Ｋは、読み出し期間Ｋ１〜Ｋ４に対応する領域が最も暗く、読み出し期間Ｋ６〜Ｋ１８に対応する領域が最も明るい。

補正部３４１は、画像２Ｋの輝度ムラを補正する際、まずフレームＪにおいてパルス点灯期間Ｔ_2Jが終了した後の読み出し期間Ｊ５〜Ｊ１８の画像をフレームメモリ３４２から取得する。続いて、補正部３４１は、フレームＫの読み出し期間Ｋ５〜Ｋ１８の画像を、フレームメモリ３４２から取得した画像に置換する。これにより、画面全体の露光量が均一（５読み出し期間に相当）である補正画像２ＪＫが生成される。

（１−２）パルス点灯期間が徐々に減少する場合
図７は、パルス点灯期間が徐々に減少する場合に内視鏡システム１が行う画像取得方法の概要を模式的に示す図である。図７に示す場合、露光量制御部３９２は、フレームＩのパルス点灯開始タイミングを読み出し期間Ｉ９の開始時点とし、その後に続くフレームＪのパルス点灯開始タイミングを、読み出し期間Ｊ８の開始時点とする。また、露光量制御部３９２は、さらにその後に続くパルス点灯開始タイミングを、フレームＫの読み出し期間Ｋ７の開始時点とする。

図７に示す場合、フレームＩのパルス点灯期間Ｔ_3Iの長さは、７読み出し期間の長さと等しい。また、フレームＪのパルス点灯期間Ｔ_3Jの長さは、５読み出し期間の長さと等しい。さらに、フレームＫのパルス点灯期間Ｔ_3Kの長さ、３読み出し期間の長さと等しい。このように、図７では、パルス点灯期間が徐々に減少している。

破線Ｂ_3IJは、フレームＪで読み出し部２０３によって読み出される画像の一部をフレームＩで読み出し部２０３によって読み出される画像の対応領域に置換する際の画像置換境界を示している。同様に、破線Ｂ_3JKは、フレームＫで読み出し部２０３によって読み出される画像の一部をフレームＪで読み出し部２０３によって読み出される画像の対応領域に置換する際の画像置換境界を示している。

図８は、図７に示す場合に補正部３４１が行う補正処理の概要を示す図である。まず、画像３Ｉを説明する。読み出し期間Ｉ１〜Ｉ９の画像における露光量は全てゼロである。読み出し期間Ｉｂ（ｂ＝１０〜１５）の画像における露光量は、それぞれ（ｂ−９）読み出し期間に相当する。この読み出し期間Ｉｂについて、図８では便宜的に同じ模様で記載している。読み出し期間Ｉ１６〜Ｉ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_3Iに相当する。画像３Ｉは、読み出し期間Ｉ１〜Ｉ９に対応する領域が最も暗く、読み出し期間Ｉ１６〜Ｉ１８に対応する領域が最も明るい。

次に、画像３Ｊを説明する。読み出し期間Ｊ１〜Ｊ８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_3Iに相当する。読み出し期間Ｊ９〜Ｊ１３の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_3Iの一部とパルス点灯期間Ｔ_3Jの一部との和に相当する。この和は、パルス点灯期間Ｔ_3Iと等しい。読み出し期間Ｊ１４の画像における露光量は、６読み出し期間に相当する。読み出し期間Ｊ１５〜Ｊ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_3Jに相当する。画像３Ｊは、読み出し期間Ｊ１〜Ｊ１３に対応する領域が最も明るく、読み出し期間Ｊ１５〜Ｊ１８に対応する領域が最も暗い。

補正部３４１は、画像３Ｊの輝度ムラを補正する際、まずフレームＩにおいてパルス点灯期間Ｔ_3Iが終了した後の読み出し期間Ｉ１６〜Ｉ１８の画像をフレームメモリ３４２から取得する。続いて、補正部３４１は、フレームＪの読み出し期間Ｊ１６〜Ｊ１８の画像を、フレームメモリ３４２から取得した画像に置換する。この処理によって得られる補正画像３ＩＪにおける露光量は、読み出し期間Ｊ１４、Ｊ１５に対応する２水平ライン分の領域を除いて均一である。

次に、画像３Ｋを説明する。読み出し期間Ｋ１〜Ｋ７の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_3Jに相当する。読み出し期間Ｋ８〜Ｋ１０の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_3Jの一部に相当する露光量とパルス点灯期間Ｔ_3Kの一部に相当する露光量との和に等しい。この和は、パルス点灯期間Ｔ_3Jに相当する。読み出し期間Ｋ１１の画像における露光量は、４読み出し期間に相当する。読み出し期間Ｋ１２〜Ｋ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_3Kに相当する。画像３Ｋは、読み出し期間Ｋ１〜Ｋ１０に対応する領域が最も明るく、読み出し期間Ｋ１２〜Ｋ１８に対応する領域が最も暗い。

補正部３４１は、画像３Ｋの輝度ムラを補正する際、まずフレームＪにおいてパルス点灯期間Ｔ_3Jが終了した後の読み出し期間Ｊ１３〜Ｊ１８の画像をフレームメモリ３４２から取得する。続いて、補正部３４１は、フレームＫの読み出し期間Ｋ１３〜Ｋ１８の画像を、フレームメモリ３４２から取得した画像に置換する。この処理によって得られる補正画像３ＪＫにおける露光量は、読み出し期間Ｋ１１、Ｋ１２、Ｊ１３、Ｊ１４に対応する４水平ライン分の領域を除いて均一である。

以上説明したように、パルス点灯期間が徐々に減少する場合、補正部３４１が生成する補正画像によって輝度ムラを完全に解消できるとは限らない。このような場合に、画面の露光量をより均一な状態へ近づけるために、パルス点灯期間の減少幅に制限（例えば、１読み出し期間以下等の制限）を設けてもよい。

なお、パルス点灯期間が徐々に減少する場合において、パルス点灯期間が二つのフレームをまたぐときの処理は、上記（１−１）と同様に実行することができる。

（１−３）パルス点灯期間が一定の場合
図９は、パルス点灯期間が一定の場合に内視鏡システム１が行う画像取得方法の概要を模式的に示す図である。なお、露光量制御部３９２が行う点灯開始タイミングの設定は、上記（１−１）と同じである。

図９に示す場合、フレームＩのパルス点灯期間Ｔ_4I、フレームＪのパルス点灯期間Ｔ_4J、およびフレームＫのパルス点灯期間Ｔ_4Kの長さは、全て５読み出し期間の長さと等しい。破線Ｂ_4IJは、フレームＪで読み出し部２０３によって読み出される画像の一部をフレームＩで読み出し部２０３によって読み出される画像の対応領域に置換する際の画像置換境界を示している。同様に、破線Ｂ_4JKは、フレームＫで読み出し部２０３によって読み出される画像の一部をフレームＪで読み出し部２０３によって読み出される画像の対応領域に置換する際の画像置換境界を示している。

図１０は、図９に示す場合に補正部３４１が行う補正処理の概要を示す図である。まず、画像４Ｉを説明する。読み出し期間Ｉ１〜Ｉ９の画像における露光量は全てゼロである。読み出し期間Ｉｃ（ｃ＝１０〜１３）の画像における露光量は、（ｃ−９）読み出し期間に相当する。この読み出し期間Ｉｃについて、図１０では便宜的に同じ模様で示している。読み出し期間Ｉ１４〜Ｉ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_4Iに相当する。画像４Ｉは、読み出し期間Ｉ１〜Ｉ９に対応する領域が最も暗く、読み出し期間Ｉ１４〜Ｉ１８に対応する領域が最も明るい。

次に、画像４Ｊを説明する。読み出し期間Ｊ１〜Ｊ８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_4Iに相当する。読み出し期間Ｊ９〜Ｊ１２の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_4Iの一部に相当する露光量とパルス点灯期間Ｔ_4Jの一部に相当する露光量との和に等しい。この和は、パルス点灯期間Ｔ_4Iに相当する。読み出し期間Ｊ１３〜Ｊ１８の画像における露光量は、パルス点灯期間Ｔ_4Jに相当する。画像４Ｊは、画面全体の露光量が均一（５読み出し期間に相当）である。

補正部３４１は、まずフレームＩにおいてパルス点灯期間Ｔ_4Iが終了した後の読み出し期間Ｉ１４〜Ｉ１８の画像をフレームメモリ３４２から取得する。続いて、補正部３４１は、フレームＪの読み出し期間Ｊ１４〜Ｊ１８の画像を、フレームメモリ３４２から取得した画像に置換する。この処理により、画面全体の露光量が均一（５読み出し期間に相当）である補正画像４ＩＪが生成される。

次に、画像４Ｋを説明する。読み出し期間Ｋ１〜Ｋ７の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_4Jに相当する。読み出し期間Ｋ８〜Ｋ１１の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_4Jの一部に相当する露光量とパルス点灯期間Ｔ_4Kの一部に相当する露光量との和に等しい。この和は、パルス点灯期間Ｔ_4Jに相当する。読み出し期間Ｋ１２〜Ｋ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_4Kに相当する。画像４Ｋは、画面全体の露光量が均一（５読み出し期間に相当）である。

補正部３４１は、まずフレームＪにおいてパルス点灯期間Ｔ_4Jが終了した後の読み出し期間Ｊ１３〜Ｊ１８の画像をフレームメモリ３４２から取得する。続いて、補正部３４１は、フレームＫの読み出し期間Ｋ１３〜Ｋ１８の画像を、フレームメモリ３４２から取得した画像に置換する。これにより、画面全体の露光量が均一（５読み出し期間に相当）である補正画像４ＪＫが生成される。

なお、画像４Ｊ、４Ｋは、画面全体の露光量が均一である。そこで、本実施の形態１において、パルス点灯期間が一定である場合には、補正部３４１が補正処理を行わないようにしてもよい。

以上説明した本発明の実施の形態１によれば、撮像素子が読み出す第１の映像期間に照明光を照射する照射タイミングと、該第１の映像期間に連続する第２の映像期間に照明光を照射する照射タイミングとを異ならせるように制御するため、連続する映像期間ごとにパルス状の照明光を点灯させながら被写体を撮像する際、撮像素子の全水平ラインの同時露光期間が存在しない場合であっても輝度ムラを軽減して適切な明るさを有する画像を生成することができる。

また、本実施の形態１によれば、露光量制御部３９２が光源装置４によるパルス点灯期間の開始タイミングの周期を、１フレームの周期と比して１読み出し期間分だけ短く設定するとともに、補正部３４１が最新のフレーム（第２の映像期間）に対し、一つ前のフレーム（第１の映像期間）のパルス点灯期間終了時点以後に読み出された画像によって対応する画像を置換するため、撮像素子の読み出し期間とパルス点灯タイミングが重なって露光量が減少した領域に対し、次のフレームのパルス点灯によって減少分を補完することができる。その結果、全水平ラインの露光時間をほぼ均一にして輝度ムラの少ない画像を生成することができる。

本実施の形態１において、パルス点灯期間が徐々に減少するような明るさ変化の過度状態（上記（１−２）を参照）では、輝度ムラを完全に補完することができない。しかしながら、この後で明るさが一定となるような定常状態（上記（１−３）を参照）においては、輝度ムラを完全に消去することができるため、実用上は大きな問題とはならない。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２を説明する。本発明の実施の形態２に係る撮像システムである内視鏡システムの構成は、上述した内視鏡システム１の構成と同様である。以下、本実施の形態２に係る内視鏡システム１の動画撮影時における処理の概要を説明する。

露光量制御部３９２は、実施の形態１と同様、光源装置４におけるパルス点灯の終了タイミングの周期を、１フレームの周期よりも１読み出し期間に等しい時間だけ短く設定する。補正部３４１は、補正制御部３９１の制御のもと、読み出し部２０３が最新のフレーム（第２の映像期間）で読み出した撮像信号のうち、その一つ前のフレーム（第１の映像期間）におけるパルス点灯期間の開始後に読み出してフレームメモリ３４２に記録済みの画像に対応する領域を、その記録済みの画像によって置換することにより、補正画像を生成する。

以下、補正部３４１が行う補正処理の概要を、（２−１）パルス点灯期間が徐々に減少する場合、（２−２）パルス点灯期間が徐々に増加する場合、（２−３）パルス点灯期間が一定の場合、に分けて説明する。

（２−１）パルス点灯期間が徐々に減少する場合
図１１は、パルス点灯期間が徐々に減少する場合に内視鏡システム１が行う画像取得方法の概要を模式的に示す図である。図１１に示す場合、露光量制御部３９２は、フレームＩのパルス点灯終了タイミングを読み出し期間Ｉ１４の終了時点とし、フレームＪのパルス点灯終了タイミングを、フレームＪの読み出し期間Ｊ１３の終了時点とする。また、露光量制御部３９２は、フレームＪに続くフレームＫのパルス点灯終了タイミングを、フレームＫの読み出し期間Ｋ１２の終了時点とする。

図１１において、フレームＩのパルス点灯期間Ｔ_5Iの長さは、７読み出し期間の長さと等しい。また、フレームＪのパルス点灯期間Ｔ_5Jの長さは、５読み出し期間の長さと等しい。さらに、フレームＫのパルス点灯期間Ｔ_5Kの長さは、３読み出し期間の長さと等しい。このようなパルス点灯期間の設定が一例に過ぎないことはいうまでもない。

破線Ｂ_5IJは、フレームＪで読み出し部２０３によって読み出される画像の一部をフレームＩで読み出し部２０３によって読み出される画像の対応領域に置換する際の画像置換境界を示している。同様に、破線Ｂ_5JKは、フレームＫで読み出し部２０３によって読み出される画像の一部をフレームＪで読み出し部２０３によって読み出される画像の対応領域に置換する際の画像置換境界を示している。

図１２は、図１１に示す場合に補正部３４１が行う補正処理の概要を示す図である。まず、画像５Ｉについて説明する。読み出し期間Ｉ１〜Ｉ８の画像における露光量は全てゼロである。読み出し期間Ｉｄ（ｄ＝９〜１４）の画像における露光量は、（ｄ−８）読み出し期間に相当する。この読み出し期間Ｉｄについて、図１２では便宜的に同じ模様で示している。読み出し期間Ｉ１５〜Ｉ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_5Iに相当する。画像５Ｉは、読み出し期間Ｉ１〜Ｉ８に対応する領域が最も暗く、読み出し期間Ｉ１５〜Ｉ１８に対応する領域が最も明るい。

次に、画像５Ｊを説明する。読み出し期間Ｊ１〜Ｊ７の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_5Iに相当する。読み出し期間Ｊ８の画像における露光量は、６読み出し期間に相当する。読み出し期間Ｊ９の画像における露光量は、５読み出し期間に相当する。読み出し期間Ｊ１０〜Ｊ１３の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_5Iの一部に相当する露光量とパルス点灯期間Ｔ_5Jの一部に相当する露光量との和に等しい。この和は、パルス点灯期間Ｔ_5Jに相当する。読み出し期間Ｊ１４〜Ｊ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_5Jに相当する。画像５Ｊは、読み出し期間Ｊ１〜Ｊ７に対応する領域が最も明るく、読み出し期間Ｊ９〜Ｊ１８に対応する領域が最も暗い。

補正部３４１は、まずフレームＩにおいてパルス点灯期間Ｔ_5Iの開始後の読み出し期間Ｉ８〜Ｉ１８の画像をフレームメモリ３４２から取得する。続いて、補正部３４１は、フレームＪの読み出し期間Ｊ８〜Ｊ１８の画像を、フレームメモリ３４２から取得した画像に置換する。このパルス点灯後の最初の補正処理によって得られる補正画像５ＩＪにおける露光量は、読み出し期間Ｊ１〜Ｊ７、Ｉ１５〜Ｉ１８に対応する領域のみが均一である。

次に、画像５Ｋを説明する。読み出し期間Ｋ１〜Ｋ８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_5Jに相当する。読み出し期間Ｋ９の画像における露光量は、４読み出し期間に相当する。読み出し期間Ｋ１０の画像における露光量は、３読み出し期間に相当する。読み出し期間Ｋ１１〜Ｋ１２の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_5Jの一部に相当する露光量とパルス点灯期間Ｔ_5Kの一部に相当する露光量との和に等しい。この和は、パルス点灯期間Ｔ_5Kに相当する。読み出し期間Ｋ１３〜Ｋ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_5Kに相当する。画像５Ｋは、読み出し期間Ｋ１〜Ｋ８に対応する領域が最も明るく、読み出し期間Ｋ１０〜Ｋ１８に対応する領域が最も暗い。

補正部３４１は、画像５Ｋの輝度ムラを補正する際、まずフレームＪにおいてパルス点灯期間Ｔ_5Jが開始した後の読み出し期間Ｊ９〜Ｊ１８の画像をフレームメモリ３４２から取得する。続いて、補正部３４１は、フレームＫの読み出し期間Ｋ９〜Ｋ１８の画像を、フレームメモリ３４２から取得した撮像信号に置換する。これにより、画面全体の露光量が均一（５読み出し期間に相当）である補正画像５ＪＫが生成される。

（２−２）パルス点灯期間が徐々に増加する場合
図１３は、パルス点灯期間が徐々に増加する場合に内視鏡システム１が行う画像取得方法の概要を模式的に示す図である。図１３に示す場合、露光量制御部３９２は、フレームＩのパルス点灯終了タイミングを読み出し期間Ｉ１０の終了時点とし、その次に来るパルス点灯終了タイミングを、フレームＪの読み出し期間Ｊ９の終了時点とする。また、露光量制御部３９２は、さらにその次に来るパルス点灯終了タイミングを、フレームＫの読み出し期間Ｋ８の終了時点とする。

図１３において、フレームＩのパルス点灯期間Ｔ_6Iの長さは、３読み出し期間の長さと等しい。また、フレームＪのパルス点灯期間Ｔ_6Jの長さ、５読み出し期間の長さと等しい。さらに、フレームＫのパルス点灯期間Ｔ_6Kの長さは、７読み出し期間の長さと等しい。

破線Ｂ_6IJは、フレームＪで読み出し部２０３によって読み出される画像の一部をフレームＩで読み出し部２０３によって読み出される画像の対応領域に置換する際の画像置換境界を示している。同様に、破線Ｂ_6JKは、フレームＫで読み出し部２０３によって読み出される画像の一部をフレームＪで読み出し部２０３によって読み出される画像の対応領域に置換する際の画像置換境界を示している。

図１４は、図１３に示す場合に補正部３４１が行う補正処理の概要を示す図である。まず、画像６Ｉについて説明する。読み出し期間Ｉ１〜Ｉ８の画像における露光量は全てゼロである。読み出し期間Ｉｅ（ｅ＝９，１０）の画像における露光量は、それぞれ（ｅ−８）読み出し期間に相当する。この読み出し期間Ｉｅについて、図１４では便宜的に同じ模様で記載している。読み出し期間Ｉ１１〜Ｉ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_6Iに相当する。画像６Ｉは、読み出し期間Ｉ１〜Ｉ８に対応する領域が最も暗く、読み出し期間Ｉ１１〜Ｉ１８に対応する領域が最も明るい。

次に、画像６Ｊを説明する。読み出し期間Ｊ１〜Ｊ５の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_6Iに相当する。読み出し期間Ｊ６の画像における露光量は、４読み出し期間に相当する。読み出し期間Ｊ７〜Ｊ９における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_6Iの一部に相当する露光量とパルス点灯期間Ｔ_6Jの一部に相当する露光量との和に等しい。この和は、パルス点灯期間Ｔ_6Jに対応する。読み出し期間Ｊ１０〜Ｊ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_6Jに相当する。画像６Ｊは、読み出し期間Ｊ１〜Ｊ５に対応する領域が最も暗く、読み出し期間Ｊ７〜Ｊ１８に対応する領域が最も明るい。

補正部３４１は、まずフレームＩにおいてパルス点灯期間Ｔ_6Iが開始した後の読み出し期間Ｉ８〜Ｉ１８の画像をフレームメモリ３４２から取得する。続いて、補正部３４１は、フレームＪの読み出し期間Ｊ８〜Ｊ１８の画像を、フレームメモリ３４２から取得した画像に置換することによって補正画像６ＩＪを生成する。補正画像６ＩＪにおける露光量は、読み出し期間Ｊ６、Ｊ７、Ｉ８〜Ｉ１０に対応する領域を除いて均一である。

次に、画像６Ｋを説明する。読み出し期間Ｋ１〜Ｋ２の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_6Jに相当する。読み出し期間Ｋ３の画像における露光量は、６読み出し期間に相当する。読み出し期間Ｋ４〜Ｋ８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_6Jの一部に相当する露光量とパルス点灯期間Ｔ_6Kの一部に相当する露光量との和に等しい。この和は、パルス点灯期間Ｔ_6Kに相当する。読み出し期間Ｋ９〜Ｋ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_6Kに相当する。画像６Ｋは、読み出し期間Ｋ１〜Ｋ２に対応する領域が最も暗く、読み出し期間Ｋ４〜Ｋ１８に対応する領域が最も明るい。

補正部３４１は、まずフレームＪにおいてパルス点灯期間Ｔ_6Jが開始した後の読み出し期間Ｊ５〜Ｊ１８の画像をフレームメモリ３４２から取得する。続いて、補正部３４１は、フレームＫの読み出し期間Ｋ５〜Ｋ１８の画像を、フレームメモリ３４２から取得した画像に置換することによって補正画像６ＪＫを生成する。補正画像６ＪＫにおける露光量は、読み出し期間Ｋ３、Ｋ４、Ｊ５〜Ｊ７に対応する領域を除いて均一である。

以上説明したように、パルス点灯期間が徐々に増加する過度状態において、補正部３４１が生成する補正画像は輝度ムラを完全に解消できない場合もある。このような場合、画面における露光量をより均一な状態へ近づけるために、パルス点灯期間の増加幅に制限（例えば、１読み出し期間以下等の制限）を設けてもよい。

（２−３）パルス点灯期間が一定の場合
図１５は、パルス点灯期間が一定の場合に内視鏡システム１が行う画像取得方法の概要を模式的に示す図である。なお、露光量制御部３９２が行う点灯終了タイミングの設定は、上記（２−１）と同じである。

図１５に示す場合、フレームＩのパルス点灯期間Ｔ_7I、フレームＪのパルス点灯期間Ｔ_7J、およびフレームＫのパルス点灯期間Ｔ_7Kの長さは、全て５読み出し期間の長さに等しい。破線Ｂ_7IJは、フレームＪで読み出し部２０３によって読み出される画像の一部をフレームＩで読み出し部２０３によって読み出される画像の対応領域に置換する際の画像置換境界を示している。同様に、破線Ｂ_7JKは、フレームＫで読み出し部２０３によって読み出される画像の一部をフレームＪで読み出し部２０３によって読み出される画像の対応領域に置換する際の画像置換境界を示している。

図１６は、図１５に示す場合に補正部３４１が行う補正処理の概要を示す図である。まず、画像７Ｉを説明する。読み出し期間Ｉ１〜Ｉ１０の画像における露光量は全てゼロである。読み出し期間Ｉｆ（ｄ＝１１〜１４）の画像における露光量は、（ｆ−９）読み出し期間に相当する。この読み出し期間Ｉｆについて、図１６では便宜的に同じ模様で示している。読み出し期間Ｉ１５〜Ｉ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_7Iに相当する。画像７Ｉは、読み出し期間Ｉ１〜Ｉ１０に対応する領域が最も暗く、読み出し期間Ｉ１５〜Ｉ１８に対応する領域が最も明るい。

次に、画像７Ｊを説明する。読み出し期間Ｊ１〜Ｊ９の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_7Iに相当する。読み出し期間Ｊ１０〜Ｊ１３の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_7Iの一部に相当する露光量とパルス点灯期間Ｔ_7Jの一部に相当する露光量との和に等しい。この和は、パルス点灯期間Ｔ_7Iに相当する。読み出し期間Ｊ１４〜Ｊ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_7Jに相当する。画像７Ｊは、画面全体の露光量が均一（５読み出し期間に相当）である。

補正部３４１は、まずフレームＩにおいてパルス点灯期間Ｔ_7Iが開始した後の読み出し期間Ｉ１０〜Ｉ１８の画像をフレームメモリ３４２から取得する。続いて、補正部３４１は、フレームＪの読み出し期間Ｊ１０〜Ｊ１８の画像を、フレームメモリ３４２から取得した画像に置換することによって補正画像７ＩＪを生成する。補正画像７ＩＪにおける露光量は、読み出し期間Ｉ１０〜Ｉ１４に対応する領域を除いて均一である。

次に、画像７Ｋを説明する。読み出し期間Ｋ１〜Ｋ８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_7Jに相当する。読み出し期間Ｋ９〜Ｋ１２の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_7Jの一部に相当する露光量とパルス点灯期間Ｔ_7Kの一部に相当する露光量との和に等しい。この和は、パルス点灯期間Ｔ_7Jに相当する。読み出し期間Ｋ１３〜Ｋ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_7Kに相当する。画像７Ｋは、画面全体の露光量が均一（５読み出し期間に相当）である。

補正部３４１は、フレームＪにおいてパルス点灯期間Ｔ_7Jが終了した後の読み出し期間Ｊ９〜Ｊ１８の画像をフレームメモリ３４２から取得する。続いて、補正部３４１は、フレームＫの読み出し期間Ｋ９〜Ｋ１８の画像を、フレームメモリ３４２から取得した撮像信号に置換する。これにより、画面全体の露光量が均一（５読み出し期間に相当）である補正画像７ＪＫが生成される。

なお、画像７Ｊ、７Ｋは、画面全体の露光量が均一である。そこで、本実施の形態２において、パルス点灯期間が一定である場合には、補正部３４１が補正処理を行わないようにしてもよい。

以上説明した本発明の実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、連続する映像期間ごとにパルス状の照明光を点灯させながら被写体を撮像する際、撮像素子の全水平ラインの同時露光期間が存在しない場合であっても輝度ムラを軽減して適切な明るさを有する画像を生成することができる。

また、本実施の形態２によれば、露光量制御部３９２が光源装置４によるパルス点灯期間の開始タイミングの周期を、１フレームの周期と比して１読み出し期間分だけ短く設定するとともに、補正部３４１が最新のフレーム（第２の映像期間）に対し、一つ前のフレーム（第１の映像期間）のパルス点灯期間開始時点以後に読み出された画像によって対応する画像を置換するため、撮像素子の読み出し期間とパルス点灯タイミングが重なって露光量が減少した領域に対し、次のフレームのパルス点灯によって減少分を補完することができる。その結果、全水平ラインの露光時間をほぼ均一にして輝度ムラの少ない画像を生成することができる。

本実施の形態２において、パルス点灯期間が徐々に増加するような明るさ変化の過度状態（上記（２−２）を参照）では、輝度ムラを完全に補完することができない。しかしながら、この後で明るさが一定となるような定常状態（上記（２−３）を参照）においては、輝度ムラを完全に消去することができるため、実用上は大きな問題とはならない。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３を説明する。本発明の実施の形態３に係る撮像システムである内視鏡システムの構成は、上述した内視鏡システム１の構成と同様である。以下、本実施の形態３に係る内視鏡システム１の動画撮影時における処理の概要を説明する。

本実施の形態３では、フレームの最後にブランキング期間が設定されている。この場合、パルス点灯期間がブランキング期間に含まれると、その分だけ露光量が増す。そこで、本実施の形態３では、ブランキング期間によって増加した露光量の分を補正部３４１が補正することによって他の領域と輝度レベルをそろえる処理を行う。

図１７は、内視鏡システム１が行う画像取得方法の概要を模式的に示す図である。フレームＨ、Ｉ、Ｊ、Ｋには、フレーム期間の最後にブランキング期間ＨＢ、ＩＢ、ＪＢ、ＫＢがそれぞれ設けられている。図１７に示す場合、ブランキング期間ＨＢ、ＩＢ、ＪＢ、ＫＢは、読み出し期間と同程度の時間を有している。

本実施の形態３において、露光量制御部３９２は、実施の形態１と同様、光源装置４におけるパルス点灯期間の開始タイミングの周期を、１フレームの周期よりも１読み出し期間に等しい時間だけ短く設定する。また、補正部３４１も、補正制御部３９１の制御のもと、実施の形態１と同様に、読み出し部２０３が最新のフレーム（第２の映像期間）で読み出した画像のうち、その一つ前のフレーム（第１の映像期間）におけるパルス点灯期間の終了後に読み出してフレームメモリ３４２に記録済みの画像に対応する領域を、その記録済みの画像によって置換することにより、補正画像を生成する。

図１７に示す場合、露光量制御部３９２は、フレームＩのパルス点灯開始タイミング（第５の点灯開始タイミング）を読み出し期間Ｉ２の開始時点としている。このため、第５の点灯開始タイミングの次に来る第６のパルス点灯開始タイミングは、フレームＪの読み出し期間Ｊ１の開始時点となる。第６の点灯開始タイミングの次に来る第７の点灯開始タイミングは、厳密に時間で計算すると、フレームＪの読み出し期間Ｊ１８の途中またはブランキング期間ＪＢになる。このため、露光量制御部３９２は、第７の点灯開始タイミングを、フレームＪの読み出し期間Ｊ１８の開始時点とする。同様にして、露光量制御部３９２は、第７の点灯開始タイミングの次に来る第８の点灯開始タイミングをフレームＫの読み出し期間Ｋ１７の開始時点とする。

以下の説明では、第５の点灯開始タイミングで開始するパルス点灯期間をＴ_8I、第６の点灯開始タイミングで開始するパルス点灯期間をＴ_8J、第７の点灯開始タイミングで開始するパルス点灯期間をＴ_8K、第８の点灯開始タイミングで開始するパルス点灯期間をＴ_8Lとする。パルス点灯期間Ｔ_8I、Ｔ_8Jは３読み出し期間に等しい。これに対して、パルス点灯期間Ｔ_8Kは３読み出し期間＋ブランキング期間ＪＢに等しく、パルス点灯期間Ｔ_8Lは３読み出し期間＋ブランキング期間ＫＢに等しい。

図１８は、図１７に示す場合に補正部３４１が行う補正処理の概要を示す図である。まず画像８Ｉを説明する。読み出し期間Ｉ１〜Ｉ２の画像における露光量は全てゼロである。読み出し期間Ｉｇ（ｇ＝３，４）の画像における露光量は、（ｇ−２）読み出し期間に相当する。この読み出し期間Ｉｇについて、図１８では便宜的に同じ模様で示している。読み出し期間Ｉ５〜Ｉ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_8Iに相当する。画像８Ｉは、読み出し期間Ｉ１〜Ｉ２に対応する領域が最も暗く、読み出し期間Ｉ５〜Ｉ１８に対応する領域が最も明るい。

次に、画像８Ｊを説明する。読み出し期間Ｊ１の画像における露光量は、パルス点灯期間Ｔ_8Iに相当する。読み出し期間Ｊ２、Ｊ３の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_8Iの一部に相当する露光量とパルス点灯期間Ｔ_8Jの一部に相当する露光量との和に等しい。この和は、パルス点灯期間Ｔ_8Iに相当する。読み出し期間Ｊ４〜Ｊ１８の画像における露光量は、それぞれパルス点灯期間Ｔ_8Jに相当する。画像８Ｊは、画面全体の露光量が均一（３読み出し期間に相当）である。

補正部３４１は、まずフレームＩにおいてパルス点灯期間Ｔ_8Iが終了した後の読み出し期間Ｉ５〜Ｉ１８の画像をフレームメモリ３４２から取得する。続いて、補正部３４１は、フレームＪの読み出し期間Ｊ５〜Ｊ１８の画像を、フレームメモリ３４２から取得した画像に置換することにより、画面全体の露光量が均一（３読み出し期間に相当）である補正画像８ＩＪを生成する。

次に、画像８Ｋを説明する。読み出し期間Ｋ１〜Ｋ２の画像における露光量は、パルス点灯期間Ｔ_8Jの一部に相当する露光量、パルス点灯期間Ｔ_8Kの一部に相当する露光量およびブランキング期間ＪＢに相当する露光量の和に等しい。この和は、パルス点灯期間Ｔ_8K＋ブランキング期間ＪＢに相当する。読み出し期間Ｋ３〜Ｋ１７の画像における露光量は、パルス点灯期間Ｔ_8K＋ブランキング期間ＪＢに相当する。読み出し期間Ｋ１８は、パルス点灯期間Ｔ_8Kの一部に相当する露光量、パルス点灯期間Ｔ_8Lの一部に相当する露光量、およびブランキング期間ＪＢに相当する露光量の和に等しい。この和も、パルス点灯期間Ｔ_8K＋ブランキング期間ＪＢに相当する。画像８Ｋは、画面全体の露光量が均一（パルス点灯期間Ｔ_8K＋ブランキング期間ＪＢに相当）である。

補正部３４１は、まずフレームＪにおいてパルス点灯期間Ｔ_8Jが終了した後の読み出し期間Ｊ４〜Ｊ１８の画像をフレームメモリ３４２から取得する。続いて、補正部３４１は、フレームＫの読み出し期間Ｋ４〜Ｋ１８の画像を、フレームメモリ３４２から取得した画像に置換することにより、補正画像８ＪＫを生成する。

補正画像８ＪＫは、読み出し期間Ｋ１〜Ｋ３の画像における露光量が、読み出し期間Ｊ４〜Ｊ１８の画像における露光量よりも、ブランキング期間ＪＢに相当する分だけ大きい。この場合、補正部３４１は、補正画像８ＪＫに対して、読み出し期間Ｋ１〜Ｋ３に読み出された画像の輝度レベルを低減して読み出し期間Ｋ４〜Ｋ１８の画像と同じ輝度レベルに変換することにより、露光量が一定の補正画像８ＪＫ’を生成する。

本実施の形態３において、内視鏡システム１は、フレームごとのパルス点灯期間が徐々に増加する場合、およびフレームごとのパルス点灯期間が徐々に減少する場合についても、上記同様の動作を行うことができる。

以上説明した本発明の実施の形態３によれば、フレームにブランキング期間がある場合にも上記実施の形態１、２と同様の処理を行うことにより、連続する映像期間ごとにパルス状の照明光を点灯させながら被写体を撮像する際、撮像素子の全水平ラインの同時露光期間が存在しない場合であっても輝度ムラを軽減して適切な明るさを有する画像を生成することができる。

なお、本実施の形態３では、フレームごとのブランキング期間の長さに応じて、パルス点灯開始位置を適宜変更することが可能である。

また、本実施の形態３において、上述した実施の形態２と同様に、露光量制御部が、パルス点灯期間の終了タイミングを制御するようにすることも可能である。

（その他の実施の形態）
本発明において、制御部は、フレームごとのパルス点灯期間が徐々に増加する場合には実施の形態１の（１−１）の制御を行う一方、フレームごとのパルス点灯期間が徐々に減少する場合には実施の形態２の（２−１）の制御を行うようにしてもよい。これにより、一段と輝度ムラを低減した画像を生成することができる。なお、この場合にフレームごとのパルス点灯期間が一定の状態で行う制御は、実施の形態１の（１−３）でもよいし、実施の形態２の（２−３）でもよい。

本発明は、読み出し部がインターレース方式によって受光部から撮像信号を読み出す場合にも適用可能である。この場合の映像期間は、１フィールド期間となる。

本発明において、補正制御部および露光量制御部の機能を内視鏡の側に具備させてもよい。

本発明における照射タイミングは、上述したパルス点灯開始／終了タイミングに限られるわけではなく、例えばパルス点灯期間とすることも可能である。

本発明において、光源装置におけるパルス点灯の開始の周期は、１フレームの周期よりもＮ読み出し期間分（Ｎ＝２，３，・・・）だけ早くしてもよい。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものである。

１ 内視鏡システム（撮像システム）
２ 内視鏡
３ 制御装置
４ 光源装置
５ 表示装置
２１ 挿入部
２２ 操作部
２３ ユニバーサルコード
２４ コネクタ部
３１ 検知部
３２ 同期信号生成部
３３ 駆動信号生成部
３４ 画像処理部
３５ 輝度値算出部
３６ 同期信号分離部
３７ 入力部
３８ 記憶部
３９ 制御部
４１ 光源部
４２ 光源駆動部
４３ 光源制御部
２０１ 撮像素子
２０２ 受光部
２０３ 読み出し部
２０４ アナログフロントエンド部（ＡＦＥ部）
２０５ 撮像制御部
２１１ 先端部
２１２ 湾曲部
２１３ 可撓管部
２２１ 湾曲ノブ
２２２ スイッチ
２２３ 処置具挿入部
３４１ 補正部
３４２ フレームメモリ
３９１ 補正制御部
３９２ 露光量制御部
Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ フレーム
Ｉ１〜Ｉ１８、Ｊ１〜Ｊ１８、Ｋ１〜Ｋ１８ 読み出し期間
ＨＢ、ＩＢ、ＪＢ、ＫＢ ブランキング期間

Claims (6)

1. 被写体の光学像を光電変換することによって撮像信号を生成する複数の画素が２次元状に配列され、該複数の画素が生成した撮像信号を水平ラインごとに読み出し可能な撮像素子、および前記撮像素子から前記撮像信号を前記水平ラインごとに読み出すための期間である読み出し期間に重なるタイミングで前記被写体を照射するパルス状の照明光を発生する光源を有する光源装置とそれぞれ通信可能に接続され、前記撮像素子および前記光源装置の動作を統括して制御する制御装置であって、
   前記撮像素子が読み出す第１の映像期間において前記光源装置が前記照明光の照射を開始する第１の照射開始タイミングから、該第１の映像期間に連続するとともに該第１の映像期間と同じ周期を有する第２の映像期間において前記光源装置が前記照明光の照射を開始する第２の照射開始タイミングまでの周期を、前記第１および第２の映像期間の周期よりも１水平ラインの読み出し期間分だけ短くするように制御する制御部を備えたことを特徴とする制御装置。
2. 前記第１の映像期間における前記照明光の照射タイミングに基づいて定められる読み出し期間の画像によって前記第２の映像期間で対応する画像を置換することにより、前記第２の映像期間に読み出された前記撮像信号に対応する画像の補正画像を生成する補正部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記補正部は、
   前記第１の映像期間における前記照明光の照射終了時点以後に読み出された画像によって前記第２の映像期間で対応する画像を置換することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 前記補正部は、
   前記第１の映像期間における前記照明光の照射開始時点以後に読み出された画像によって前記第２の映像期間で対応する画像を置換することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
5. 被写体の光学像を光電変換することによって撮像信号を生成する複数の画素が２次元状に配列され、該複数の画素が生成した撮像信号を水平ラインごとに読み出し可能な撮像素子と、
   前記撮像素子から前記撮像信号を前記水平ラインごとに読み出すための期間である読み出し期間に重なるタイミングで、前記被写体を照射するパルス状の照明光を発生する光源を有する光源装置と、
   前記撮像素子および前記光源装置とそれぞれ通信可能に接続され、前記撮像素子が読み出す第１の映像期間において前記光源装置が前記照明光の照射を開始する第１の照射開始タイミングから、該第１の映像期間に連続するとともに該第１の映像期間と同じ周期を有する第２の映像期間において前記光源装置が前記照明光の照射を開始する第２の照射開始タイミングまでの周期を、前記第１および第２の映像期間の周期よりも１水平ラインの読み出し期間分だけ短くするように制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする撮像システム。
6. 前記第１の映像期間における前記照明光の照射タイミングに基づいて定められる読み出し期間の画像によって前記第２の映像期間で対応する画像を置換することにより、前記第２の映像期間に読み出された前記撮像信号に対応する画像の補正画像を生成する補正部をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の撮像システム。

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