JP2020151402A - 医療用制御装置及び内視鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】観察に適した画像を生成すること。【解決手段】医療用制御装置４は、光源制御部４７１と、撮像素子２６２に画素信号を生成させる撮像制御部４７２と、画素信号から特定のパルス光の照明期間で複数の画素が露光された場合の画素信号に相当する擬似画素信号を生成する画像処理部４４とを備える。光源制御部４７１は、パルス電流の波高値を変更することでパルス光を調光し、１フレーム内に光源４６１からパルス光を複数回、出射させる。画像処理部４４は、擬似画素信号を生成する際、特定の水平ラインについては、特定の水平ラインが特定の１フレーム内に露光した総露光量に対する特定の１フレーム内に露光した特定のパルス光の露光量の比率を特定の水平ラインの各画素からの特定の１フレーム分の画素信号に乗算した画素信号を用いる。露光量は、パルス電流のパルス幅及び波高値にて規定される値である。【選択図】図１

Description

本開示は、医療用制御装置及び内視鏡システムに関する。

従来、医療分野において、声帯の振動周波数に同期させて当該声帯に向けてパルス光を順次、出射し、当該声帯から反射されたパルス光を撮像素子にて撮像することで当該声帯を観察する内視鏡システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の内視鏡システムでは、撮像素子のフレーム周期とパルス光の発光周期とが異なることに伴う１フレーム内での明るさのバラつきや連続するフレーム間での明るさのバラつきを低減させ、観察に適した画像を生成するために、以下に示す処理を実行している。
具体的に、当該内視鏡システムでは、撮像素子から出力される画素信号から、特定の演算式によって演算を行うことで、パルス光の照明期間で当該撮像素子の全ての画素が露光した場合の画素信号に相当する擬似画素信号（照明時画素信号）を生成している。

特許第５９４８５１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の内視鏡システムでは、供給されたパルス電流に応じてパルス光を出射する光源に供給する当該パルス電流の波高値（電流値）を変更することで当該パルス光を調光する場合には、上述した特定の演算式によって演算を行うと、適切な擬似画素信号を生成することができない。すなわち、調光で狙った明るさの変動以外の明るさの変動が出てきてしまうため、１フレーム内での明るさのバラつきや連続するフレーム間での明るさのバラつきを低減することができず、観察に適した画像を生成することができない、という問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、観察に適した画像を生成することができる医療用制御装置及び内視鏡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、本発明に係る医療用制御装置は、パルス電流に応じてパルス光を出射する光源の動作を制御する光源制御部と、前記パルス光で照明された被写体からの光を受光して画素信号を生成する複数の画素を有する撮像素子の動作を制御し、特定のフレームレートで前記撮像素子に前記画素信号を順次、生成させる撮像制御部と、前記画素信号から、特定の前記パルス光の照明期間で前記複数の画素が露光された場合の画素信号に相当する擬似画素信号を生成する画像処理部とを備え、前記光源制御部は、前記パルス電流の波高値を変更することで前記パルス光を調光するとともに、１フレーム内に前記光源から前記パルス光を複数回、出射させ、前記画像処理部は、前記擬似画素信号を生成する際、前記複数の画素の水平ラインのうち特定の水平ラインについては、前記特定の水平ラインが前記特定のパルス光の照明期間を含む特定の１フレーム内に露光した全ての前記パルス光の各露光量を合算した総露光量に対する前記特定の１フレーム内に露光した前記特定のパルス光の露光量の比率を前記特定の水平ラインの各画素からの前記特定の１フレーム分の前記画素信号に乗算した画素信号を用い、前記露光量は、前記パルス電流のパルス幅及び前記波高値にて規定される値である。

また、本発明に係る医療用制御装置では、上記発明において、前記特定の水平ラインは、前記特定のパルス光の照明期間と前記画素信号の読み出しタイミングである第１の読み出しタイミングとが重複する重複ラインを除く非重複ラインである。

また、本発明に係る医療用制御装置では、上記発明において、前記画像処理部は、前記擬似画素信号を生成する際、前記水平ラインのうち前記重複ラインについては、前記第１の読み出しタイミングで前記重複ラインから読み出される第１のフレームの１フレーム分の前記画素信号である第１の画素信号から算出した第１の対応画素信号と、前記第１の読み出しタイミングの１フレーム後の第２の読み出しタイミングで前記重複ラインから読み出される第２のフレームの１フレーム分の前記画素信号である第２の画素信号から算出した第２の対応画素信号とを合成した画素信号を用い、前記第１の対応画素信号は、前記重複ラインが前記第１のフレーム内に露光した全ての前記パルス光の各前記露光量を合算した総露光量に対する前記第１のフレーム内に露光した前記特定のパルス光の前記露光量の比率を前記第１の画素信号に乗算した画素信号であり、前記第２の対応画素信号は、前記重複ラインが前記第２のフレーム内に露光した全ての前記パルス光の各前記露光量を合算した総露光量に対する前記第２のフレーム内に露光した前記特定のパルス光の前記露光量の比率を前記第２の画素信号に乗算した画素信号である。

また、本発明に係る医療用制御装置では、上記発明において、前記光源制御部は、前記パルス電流の前記パルス幅を変更せずに前記波高値のみを変更することで前記パルス光を調光する。

本発明に係る内視鏡システムは、パルス電流に応じてパルス光を出射する光源と、前記パルス光で照明された被写体からの光を受光して画素信号を生成する複数の画素を有する撮像素子と、上述した医療用制御装置とを備える。

また、本発明に係る内視鏡システムでは、上記発明において、前記撮像素子は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）撮像素子で構成されている。

また、本発明に係る内視鏡システムでは、上記発明において、前記撮像素子は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子で構成されている。

本発明に係る医療用制御装置及び内視鏡システムによれば、観察に適した画像を生成することができる。

図１は、実施の形態１に係る内視鏡システムを示すブロック図である。 図２は、パルス光の発光タイミングと撮像部における理想出画タイミングとの関係を示すタイムチャートである。 図３は、パルス光の発光タイミングと読み出し部による露光及び読み出しタイミングとを示すタイムチャートである。 図４は、調光制御を実行していない場合での露光量を説明する図である。 図５は、調光制御を実行していない場合での露光量を説明する図である。 図６は、調光制御を実行している場合での露光量を説明する図である。 図７は、調光制御を実行している場合での露光量を説明する図である。 図８は、実施の形態２におけるパルス光の発光タイミングと読み出し部による露光及び読み出しタイミングとを示すタイムチャートである。

以下に、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）について説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付している。

（実施の形態１）
〔内視鏡システムの概略構成〕
図１は、本実施の形態１に係る内視鏡システム１を示すブロック図である。
内視鏡システム１は、医療分野において用いられ、被写体となる声帯を観察するストロボ内視鏡システムである。この内視鏡システム１は、図１に示すように、内視鏡２と、音声入力装置３と、制御装置４と、表示装置５とを備える。

内視鏡２は、声帯からの被写体像を取り込む。この内視鏡２は、図１に示すように、挿入部２１と、操作部２２と、ユニバーサルコード２３とを備える。
挿入部２１は、細長形状をなす。この挿入部２１には、図１に示すように、照明ファイバであるライトガイド２４が挿通されている。また、挿入部２１の先端部分には、ライトガイド２４の出射端に対向するように照明レンズ２５が設けられている。そして、ライトガイド２４から出射されたパルス光は、照明レンズ２５を介して声帯に照射される。

また、挿入部２１の先端部分には、図１に示すように、撮像部２６が設けられている。
撮像部２６は、照明レンズ２５を介して声帯に照射され、当該声帯にて反射された光（被写体像）を挿入部２１内に取り込むとともに、当該被写体像を撮像する部分である。この撮像部２６は、図１に示すように、光学系２６１と、撮像素子２６２とを備える。
光学系２６１は、１または複数のレンズで構成され、声帯からの被写体像を挿入部２１内に取り込んで撮像素子２６２（受光部２６３）の受光面に結像する。
撮像素子２６２は、制御装置４による制御の下、特定のフレームレートで光学系２６１が結像した被写体像を順次、撮像する。この撮像素子２６２は、図１に示すように、受光部２６３と、読み出し部２６４とを備える。

受光部２６３の受光面には、光学系２６１が結像した被写体像を受光し、受光した被写体像を光電変換して画素信号を生成する複数の画素が配置されている。当該複数の画素は、水平方向に沿って配置される２以上の画素からなる画素行（水平ライン）が垂直方向に複数並ぶように行列状に配置されている。そして、受光部２６３は、受光面に結像した被写体像から声帯を表す画素信号を生成する。

読み出し部２６４は、受光部２６３における複数の画素に対する露光と複数の画素からの画素信号の読み出しとを行う。
本実施の形態１では、撮像素子２６２（受光部２６３及び読み出し部２６４）は、ＣＭＯＳ撮像素子で構成され、水平ライン毎の露光、かつ、読み出しが可能である。そして、読み出し部２６４は、露光及び読み出しを行う撮像動作を先頭の水平ラインから実行し、水平ライン毎にタイミングをずらして、電荷リセット、露光及び読み出しを行うローリングシャッタ方式によって画素信号を生成する。したがって、撮像部２６においては、１つの撮像期間（フレーム）であっても、水平ライン毎に露光タイミング及び読み出しタイミングがそれぞれ異なる。

また、挿入部２１には、図１に示すように、画素信号の伝送及び制御信号の伝送のための電気ケーブル２７が挿通されている。すなわち、撮像部２６は、電気ケーブル２７を介した制御装置４からの制御信号に応じてローリングシャッタ方式によって画素信号を生成するとともに、電気ケーブル２７を介して当該画素信号を制御装置４に出力する。

操作部２２は、挿入部２１の基端側に接続され、医師等のユーザによるユーザ操作を受け付ける各種のスイッチ（図示略）が設けられている。そして、操作部２２は、電気ケーブル２７を介して当該操作に応じた操作信号を制御装置４に出力する。
ユニバーサルコード２３は、操作部２２から延在し、ライトガイド２４及び電気ケーブル２７等が配設されたコードである。そして、ユニバーサルコード２３は、基端において、コネクタ２３ａによって制御装置４と接続する。

音声入力装置３は、図１に示すように、コード３１を介して制御装置４の音声入力端子４ａに接続する。この音声入力装置３は、声帯から発せされる音声を入力し、音声信号を出力する。そして、当該音声信号は、コード３１を介して制御装置４に出力される。

制御装置４は、本発明に係る医療用制御装置に相当する。この制御装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等を含んで構成され、撮像部２６及び表示装置５の動作を統括的に制御する。
なお、制御装置４の詳細な構成については、後述する「制御装置の構成」において説明する。
表示装置５は、液晶または有機ＥＬ（Electro Luminescence）等を用いた表示ディスプレイで構成され、制御装置４による制御の下、当該制御装置４からの表示用画像信号に基づく画像を表示する。

〔制御装置の構成〕
次に、制御装置４の構成について説明する。
制御装置４は、図１に示すように、入力部４１と、振動周波数検出部４２と、メモリ４３と、画像処理部４４と、表示制御部４５と、光源装置４６と、制御部４７とを備える。
入力部４１は、マウス、キーボード、及びタッチパネル等の操作デバイスを用いて構成され、医師等のユーザによるユーザ操作を受け付ける。そして、入力部４１は、当該ユーザ操作に応じた操作信号を制御部４７に出力する。
振動周波数検出部４２は、音声入力装置３から出力された音声信号に基づいて、当該音声入力装置３に入力された音声の周波数（声帯の振動周波数）を検出する。そして、振動周波数検出部４２は、検出した音声の周波数を制御部４７に出力する。

メモリ４３は、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等で構成されている。このメモリ４３は、読み出し部２６４から順次、読み出される画素信号を複数フレーム分、一時的に記憶する。また、メモリ４３は、画像処理部４４にて生成された後述する擬似画素信号を複数フレーム分、一時的に記憶する。

画像処理部４４は、メモリ４３に記憶された連続する複数フレームの画素信号から、光源装置４６によるパルス光の照明期間で受光部２６３の全ての画素が露光された場合の画素信号に相当する擬似画素信号を生成する。本実施の形態１では、画像処理部４４は、全てのパルス光に対してそれぞれ擬似画素信号を生成する。なお、画像処理部４４としては、全てのパルス光に対してそれぞれ擬似画素信号を生成しない構成を採用してもよい。
なお、擬似画素信号の生成方法の詳細については、後述する「制御装置の動作」において説明する。
また、画像処理部４４は、読み出し部２６４によって読み出された複数の画素の画素信号に対し、所定の画像処理を行う。例えば、画像処理部４４は、画素信号に対して、オプティカルブラック減算処理、ホワイトバランス（ＷＢ）調整処理、デモザイク処理（撮像素子２６２がベイヤー配列のカラーフィルタ（図示略）を備えた構成である場合）、カラーマトリクス演算処理、ガンマ補正処理、色再現処理、及びエッジ強調処理等を含む画像処理を行う。

表示制御部４５は、特許文献１に記載の表示用画像信号の生成方法と同様に、表示装置５の表示周期に含まれる各パルス光での各擬似画素信号から、表示装置５に表示させるための表示用画像信号を生成する。

光源装置４６は、図１に示すように、光源４６１と、光源ドライバ４６２とを備える。なお、本実施の形態１では、光源装置４６は、制御装置４に内蔵された構成としているが、これに限らず、制御装置４とは独立した構成としても構わない。
光源４６１は、例えば、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等で構成され、供給されたパルス電流に応じてパルス光を出射する。そして、光源４６１から出射されたパルス光は、ライトガイド２４及び照明レンズ２５を介して声帯に照射される。
光源ドライバ４６２は、制御部４７による制御の下、光源４６１に対してパルス電流を供給する。

制御部４７は、例えば、ＣＰＵやＦＰＧＡ等で構成され、撮像部２６及び表示装置５の動作を制御するとともに、制御装置４全体の動作を制御する。この制御部４７は、図１に示すように、光源制御部４７１と、撮像制御部４７２とを備える。
なお、光源制御部４７１及び撮像制御部４７２の機能については、後述する「制御装置の動作」において説明する。

〔制御装置の動作〕
次に、上述した制御装置４の動作について説明する。
光源制御部４７１は、振動周波数検出部４２にて検出された被写体である声帯から発せされる音声の周波数と同期するように、光源４６１からパルス光を出射させる。
撮像制御部４７２は、撮像素子２６２の１フレーム周期における露光を水平ライン毎に順次、開始させ、露光開始から所定の期間（所謂、シャッタ速度）が経過した水平ライン毎に順次、読み出しを行わせるローリングシャッタ方式による露光制御を特定のフレームレートで行う。

図２は、パルス光の発光タイミングと撮像部２６における理想出画タイミングとの関係を示すタイムチャートである。
ここで、図２に示すように、光源４６１における光源４６１のパルス光の各発光タイミング（図２（ａ））と、撮像素子２６２の露光タイミング（図２（ｂ））とが一致している場合には、出力される複数の画像間で明るさのバラつきは生じない。
本実施の形態１では、光源制御部４７１は、撮像素子２６２のフレーム周期よりも光源４６１の発光周期が短くなるように当該光源４６１の動作を制御する。
以下、図３を参照しつつ、光源４６１によるパルス光の発光タイミングと読み出し部２６４による露光及び読み出しタイミングとを説明する。

図３は、パルス光の発光タイミングと読み出し部２６４による露光及び読み出しタイミングとを説明する図である。具体的に、図３（ａ）は、光源４６１から発せられるパルス光の発光タイミングを示すタイミングチャートである。図３（ｂ）は、読み出し部２６４による複数の画素に対する露光及び読み出しタイミングを示すタイムチャートである。なお、図３（ｂ）では、ＸＹＺ直交座標系を用い、Ｘ軸で時間を示し、Ｙ軸で複数の画素における水平ラインＶ（Ｖは整数。Ｖ＝１，・・・，ｎ，・・・，ｔ，・・・，ｊ）の位置を示し、Ｚ軸で光源４６１に供給するパルス電流の波高値（画素に対するパルス光の露光強度（電流値））を示している。

光源４６１は、光源制御部４７１による制御の下、図３（ａ）に示すように、撮像素子２４２のフレーム周期Ｃｆよりも短い発光周期Ｃｐ毎にパルス光を発光する。
また、撮像部２６は、撮像制御部４７２による制御の下、水平ラインＶ毎に露光及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によって画素信号を生成する。したがって、同一フレームの画素信号であっても、水平ラインＶ毎に露光期間及び読み出しタイミングは異なる。例えば、図３（ｂ）に示すように、フレーム（Ｎ−１）の先頭の水平ライン１の画素に対しては、読み出し部２６４は、期間Ａ１に露光を行った後に時間Ｒ１で画素信号を読み出す。また、読み出し部２６４は、以降の水平ラインＶの画素に対しては、水平ラインＶ毎にタイミングを時間方向にシフトさせながら、露光及び読み出しを行う。そして、最終の水平ラインｊの画素に対しては、期間Ａｊにおいて露光を行い、時間Ｒｊで画素信号を読み出す。このため、フレーム（Ｎ−１）の画素信号Ｄ（Ｎ−１）は、先頭の水平ライン１から最終の水平ラインｊの各水平ラインＶに対する露光が順次、実行されるとともに、時間Ｒ１から時間Ｒｊまでの期間に水平ラインＶの画素信号が先頭から順に読み出されることによって生成される。なお、フレーム（Ｎ−２）の画素信号Ｄ（Ｎ−２）、フレーム（Ｎ）の画素信号Ｄ（Ｎ）、及びフレーム（Ｎ＋１）の画素信号Ｄ（Ｎ＋１）も同様に読み出されることによって生成される。

以上のことから、本実施の形態１では、いずれの水平ラインＶの露光期間においても、複数回のパルス光が照明されており、各水平ラインＶの画素は、多重露光されることとなる。そして、画像処理部４４は、読み出しタイミングとパルス光の照明期間とが重複している水平ラインＶがあることに加え、各水平ラインＶの画素が多重露光されていることを考慮して、擬似画素信号を生成する。
以下では、光源制御部４７１が光源４６１から出射されるパルス光の調光制御を実行していない場合と、当該調光制御を実行している場合とを順に説明する。

〔調光制御を実行していない場合〕
図４及び図５は、調光制御を実行していない場合での露光量を説明する図である。具体的に、図４は、図３（ｂ）を−Ｙ軸方向から見た図である。図５は、図３（ｂ）に示したパルス光Ｌｂ９の部分（以下、パルス立体と記載）のみを抽出し、当該パルス光Ｌｂ９のパルス立体を−Ｙ軸側から見た斜視図である。
先ず、光源制御部４７１が調光制御を実行していない場合について説明する。すなわち、光源４６１に供給されるパルス電流の波高値は、図４に示すように、一律「Ａ」である。また、光源４６１に供給されるパルス電流のパルス幅（照明期間）は、一律「Ｔｐ」である。

以下、擬似画素信号を構成する重複ラインの画素信号の生成方法、及び擬似画素信号を構成する非重複ラインの画素信号の生成方法を順に説明する。
なお、重複ラインは、擬似画素信号の生成対象の照明期間（以下、対象照明期間と記載）に読み出しタイミング（以下、第１の読み出しタイミングと記載）が重複した水平ラインＶ（図３（ｂ）の例では、重複ラインの一つは水平ラインｎ）を意味する。一方、非重複ラインは、水平ラインＶのうち、重複ライン以外の水平ラインＶ（図３（ｂ）の例では、非重複ラインの一つは水平ラインｔ）を意味する。なお、非重複ラインは、本発明に係る特定の水平ラインに相当する。

先ず、擬似画素信号を構成する重複ラインの画素信号の生成方法について説明する。
画像処理部４４は、擬似画素信号を生成する際、重複ラインについては、第１の読み出しタイミングで当該重複ラインから読み出される第１のフレームの１フレーム分の画素信号である第１の画素信号から算出した第１の対応画素信号と、当該第１の読み出しタイミングの１フレーム後の第２の読み出しタイミングで当該重複ラインから読み出される第２のフレームの１フレーム分の画素信号である第２の画素信号から算出した第２の対応画素信号とを合成した画素信号を用いる。
ここで、第１の対応画素信号は、重複ラインが第１のフレーム内に露光した全てのパルス光の各露光量を合算した総露光量に対する第１のフレーム内で対象照明期間に露光した露光量の比率を第１の画素信号に乗算した画素信号である。
また、第２の対応画素信号は、重複ラインが第２のフレーム内に露光した全てのパルス光の各露光量を合算した総露光量に対する第２のフレーム内で対象照明期間に露光した露光量の比率を第２の画素信号に乗算した画素信号である。
また、上述した露光量は、パルス電流のパルス幅（照明期間）及び波高値で規定される。より具体的に、当該露光量は、照明期間×波高値の積分値（図５に示したパルス立体をＸＺ平面（図５ではドットで表現）にて切断した断面積に相当）となる。

より具体的に、パルス光Ｌｂ９で受光部２６３の全ての画素が露光された場合の画素信号に相当する擬似画素信号を生成する場合であって、重複ラインとして水平ラインｎを例に説明する。
画像処理部４４は、重複ラインである水平ラインｎについては、パルス光Ｌｂ９の照明期間（対象照明期間）と重複した読み出しタイミング（第１の読み出しタイミング）で読み出されたフレーム（Ｎ−２）（第１のフレーム）の画素信号Ｄ（Ｎ−２）における水平ラインｎの画素信号（第１の画素信号）から算出した第１の対応画素信号と、第１の読み出しタイミングの１フレーム後の第２の読み出しタイミングで読み出されたフレーム（Ｎ−１）（第２のフレーム）の画素信号Ｄ（Ｎ−１）における水平ラインｎの画素信号（第２の画素信号）から算出した第２の対応画素信号とを合成した画素信号を用いる。

ここで、フレーム（Ｎ−２）の水平ラインｎの露光期間には、パルス光Ｌｂ９の照明期間Ｔ９（対象照明期間）の前半に加えて、パルス光Ｌｂ４〜Ｌｂ８の各照明期間Ｔ４〜Ｔ９も含まれている。
このため、第１の対応画素信号は、以下の式（１）で算出される。なお、式（１）において、Ｈ４〜Ｈ９は、パルス光Ｌｂ４〜Ｌｂ９をそれぞれ出射させるためのパルス電流の波高値である。また、期間Ｔ９Ａは、フレーム（Ｎ−２）において、パルス光Ｌｂ９の照明期間Ｔ９が水平ラインｎの露光期間に含まれる期間である。

また、フレーム（Ｎ−１）の水平ラインｎの露光期間には、パルス光Ｌｂ９の照明期間Ｔ９の後半に加えて、パルス光Ｌｂ１０〜Ｌｂ１４の各照明期間Ｔ１０〜Ｔ１４も含まれている。
このため、第２の対応画素信号は、以下の式（２）で算出される。なお、式（２）において、Ｈ１０〜Ｈ１４は、パルス光Ｌｂ１０〜Ｌｂ１４をそれぞれ出射させるためのパルス電流の波高値である。また、期間Ｔ９Ｂは、フレーム（Ｎ−１）において、パルス光Ｌｂ９の照明期間Ｔ９が水平ラインｎの露光期間に含まれる期間である。

そして、画像処理部４４は、パルス光Ｌｂ９での擬似画素信号を構成する重複ラインである水平ラインｎの画素信号を式（１）で算出した第１の対応画素信号と式（２）で算出した第２の対応画素信号とを合成した画素信号とする。

ここで、光源制御部４７１が調光制御を実行していない場合には、各波高値Ｈ４〜Ｈ１４は、一律「Ａ」である。また、各照明期間Ｔ４〜Ｔ１４は、一律「Ｔｐ」である。すなわち、パルス光Ｌｂ４〜Ｌｂ１４の露光量（パルス光Ｌｂ４〜Ｌｂ１４の各パルス立体をＸＺ平面（図５ではドットで表現）にて切断した各断面積（図５参照））は、全て同一である。
このため、光源制御部４７１が調光制御を実行していない場合には、式（１）は、以下の式（３）のように展開される。同様に、式（２）は、以下の式（４）のように展開される。

すなわち、光源制御部４７１が調光制御を実行していない場合には、式（３），（４）に示すように、第１，第２の対応画素信号を算出する際には、波高値を考慮することなく、時間（照明期間）のパラメータのみを考慮すればよい。

次に、擬似画素信号を構成する非重複ラインの画素信号の生成方法について説明する。
画像処理部４４は、擬似画素信号を生成する際、非重複ラインについては、当該非重複ラインが対象照明期間を含む特定の１フレーム内に露光した全てのパルス光の各露光量を合算した総露光量に対する当該特定の１フレーム内で当該対象照明期間に露光した露光量の比率を当該非重複ラインの各画素からの当該特定の１フレーム分の画素信号に乗算した画素信号を用いる。
より具体的に、パルス光Ｌｂ９で受光部２６３の全ての画素が露光された場合の１フレーム分の画素信号に相当する擬似画素信号を生成する場合であって、非重複ラインとして水平ラインｔを例に説明する。

画像処理部４４は、非重複ラインである水平ラインｔについては、パルス光Ｌｂ９の照明期間（対象照明期間）の次の読み出しタイミングで読み出されたフレーム（Ｎ−２）の画素信号Ｄ（Ｎ−２）のうちの水平ラインｔの画素信号に基づいて、擬似画素信号を生成する。
ここで、フレーム（Ｎ−２）の水平ラインｔの露光期間には、パルス光Ｌｂ９の照明期間Ｔ９（対象照明期間）に加えて、パルス光Ｌｂ５の照明期間Ｔ５の後半、及びパルス光Ｌｂ７〜Ｌｂ８，Ｌｂ１０の各照明期間Ｔ７〜Ｔ８，Ｔ１０も含まれている。
このため、パルス光Ｌｂ９での擬似画素信号を構成する水平ラインｔの画素信号は、以下の式（５）で算出される。なお、式（５）において、期間Ｔ５Ｂは、フレーム（Ｎ−２）において、パルス光Ｌｂ５の照明期間Ｔ５が水平ラインｔの露光期間に含まれる期間である。

ここで、光源制御部４７１が調光制御を実行していない場合には、各波高値Ｈ５〜Ｈ１０は、一律「Ａ」である。また、各照明期間Ｔ６〜Ｔ１０は、一律「Ｔｐ」である。すなわち、パルス光Ｌｂ６〜Ｌｂ１０の露光量（パルス光Ｌｂ６〜Ｌｂ１０の各パルス立体をＸＺ平面（図５ではドットで表現）にて切断した各断面積（図５参照））は、全て同一である。
このため、光源制御部４７１が調光制御を実行していない場合には、式（５）は、以下の式（６）のように展開される。

すなわち、光源制御部４７１が調光制御を実行していない場合には、式（６）に示すように、擬似画素信号を構成する非重複ラインの画素信号を算出する際には、波高値を考慮することなく、時間（照明期間）のパラメータのみを考慮すればよい。

〔調光制御を実行している場合〕
図６及び図７は、調光制御を実行している場合での露光量を説明する図である。具体的に、図６は、図３（ｂ）を−Ｙ軸方向から見た図である。図７は、図３（ｂ）に示したパルス光Ｌｂ９，Ｌｂ１０の各パルス立体を抽出し、当該パルス光Ｌｂ９，Ｌｂ１０のパルス立体を−Ｙ軸側から見た斜視図である。
次に、光源制御部４７１が調光制御を実行している場合について説明する。本実施の形態１では、光源制御部４７１は、図３（ｂ）、図６及び図７に示すように、光源４６１に供給するパルス電流のパルス幅（照明期間）を変更せずに全て同一の照明期間Ｔｐとしつつ、当該パルス電流の波高値を変更することによって、パルス光の調光制御を実行する。なお、当該調光制御は、例えば、表示制御部４５にて生成された表示用画像信号に基づく画像中の特定の領域の輝度平均値に基づいて、当該画像の明るさが基準となる明るさとなるようにパルス電流の波高値を変更する制御である。

以下、擬似画素信号を構成する重複ラインの画素信号の生成方法、及び擬似画素信号を構成する非重複ラインの画素信号の生成方法を順に説明する。
先ず、擬似画素信号を構成する重複ラインの画素信号の生成方法について説明する。
画像処理部４４は、擬似画素信号を生成する際、重複ラインについては、上述した「調光制御を実行していない場合」で説明したように、第１，第２の対応画素信号を合成した画素信号を用いる。
すなわち、画像処理部４４は、パルス光Ｌｂ９での擬似画素信号を構成する重複ラインである水平ラインｎの画素信号を式（１）で算出した第１の対応画素信号と式（２）で算出した第２の対応画素信号とを合成した画素信号とする。

ここで、光源制御部４７１が調光制御を実行している場合には、各照明期間Ｔ４〜Ｔ１４は一律「Ｔｐ」であるが、各波高値Ｈ４〜Ｈ１４は異なる値となる。すなわち、パルス光Ｌｂ４〜Ｌｂ１４の露光量（パルス光Ｌｂ４〜Ｌｂ１４の各パルス立体をＸＺ平面（図７ではドットで表現）にて切断した各断面積（図７参照））は、異なるものとなる。
このため、光源制御部４７１が調光制御を実行している場合には、式（１）を式（３）のように展開することができない。同様に、式（２）を式（４）のように展開することができない。

すなわち、光源制御部４７１が調光制御を実行している場合には、式（１），（２）に示すように、第１，第２の対応画素信号を算出する際には、波高値及び時間（照明期間）の双方のパラメータを考慮する必要がある。

次に、擬似画素信号を構成する非重複ラインの画素信号の生成方法について説明する。
画像処理部４４は、擬似画素信号を生成する際、非重複ラインについては、上述した「調光制御を実行していない場合」で説明したように、当該非重複ラインが対象照明期間を含む特定の１フレーム内に露光した全てのパルス光の各露光量を合算した総露光量に対する当該特定の１フレーム内で当該対象照明期間に露光した露光量の比率を当該非重複ラインの各画素からの当該特定の１フレーム分の画素信号に乗算した画素信号を用いる。
すなわち、画像処理部４４は、パルス光Ｌｂ９での擬似画素信号を構成する非重複ラインである水平ラインｔの画素信号を式（５）によって算出する。

ここで、光源制御部４７１が調光制御を実行している場合には、各照明期間Ｔ６〜Ｔ１０は一律「Ｔｐ」であるが、各波高値Ｈ５〜Ｈ１０は異なる値となる。すなわち、パルス光Ｌｂ６〜Ｌｂ１０の露光量（パルス光Ｌｂ６〜Ｌｂ１０の各パルス立体をＸＺ平面（図７ではドットで表現）にて切断した各断面積（図７参照））は、異なるものとなる。
このため、光源制御部４７１が調光制御を実行している場合には、式（５）を式（６）のように展開することができない。

すなわち、光源制御部４７１が調光制御を実行している場合には、式（５）に示すように、擬似画素信号を構成する非重複ラインの画素信号を算出する際には、波高値及び時間（照明期間）の双方のパラメータを考慮する必要がある。

以上説明した実施の形態１によれば、以下の効果を奏する。
本実施の形態１に係る制御装置４では、波高値及び時間（照明期間）の双方のパラメータを考慮して（式（１），（２），（５）参照）、擬似画素信号を生成する。このため、調光制御を実行している場合であっても、適切な擬似画素信号を生成することができる。すなわち、調光で狙った明るさの変動以外の明るさの変動が出てきてしまうことを抑制することができるため、１フレーム内での明るさのバラつきや連続するフレーム間での明るさのバラつきを低減することができ、観察に適した画像を生成することができる。

また、本実施の形態１に係る制御装置４では、パルス電流のパルス幅を変更せずに波高値のみを変更することでパルス光を調光する。
このため、パルス電流のパルス幅が非常に短い状態でパルス光を出射させる必要があり、当該パルス幅の変更ではパルス光の調光を行うことが難しい場合であっても、波高値のみを変更することでパルス光を良好に調光することができる。

（実施の形態２）
次に、本実施の形態２について説明する。
以下の説明では、上述した実施の形態１と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
上述した実施の形態１では、撮像素子２６２は、ローリングシャッタ方式によって画素信号を生成するＣＭＯＳ撮像素子で構成されていた。
これに対して、本実施の形態２では、撮像素子２６２は、グローバルシャッタ方式によって画素信号を生成するＣＣＤ撮像素子で構成されている。

図８は、本実施の形態２におけるパルス光の発光タイミングと読み出し部２６４による露光及び読み出しタイミングとを示すタイムチャートである。具体的に、図８（ａ）は、光源４６１から発せられるパルス光の発光タイミングを示すタイミングチャートである。図８（ｂ）は、読み出し部２６４による複数の画素に対する露光及び読み出しタイミングを示すタイムチャートである。
撮像部２６は、撮像制御部４７２による制御の下、同一フレームであれば、全ての画素が同じ期間で露光され、同じタイミングで読み出される。すなわち、フレーム（Ｎ−２）であれば、露光期間Ａ（Ｎ−２）で露光された後に、時間Ｒ（Ｎ−２）において、全画素の画素信号に対応する画素信号Ｄ（Ｎ−２）が読み出される。同様に、フレーム（Ｎ＋１）、フレーム（Ｎ）、及びフレーム（Ｎ＋１）については、それぞれ、露光期間Ａ（Ｎ−１），ＡＮ，Ａ（Ｎ＋１）で露光された後に、時間Ｒ（Ｎ−１），Ｒ（Ｎ），Ｒ（Ｎ＋１）において、全画素の画素信号に対応する画素信号Ｄ（Ｎ−１），Ｄ（Ｎ），Ｄ（Ｎ＋１）が読み出される。
光源４６１は、光源制御部４７１による制御の下、図８（ａ）に示すように、撮像素子２４２のフレーム周期Ｃｆよりも短い発光周期Ｃｐ毎にパルス光を発光する。

本実施の形態２では、画像処理部４４は、各パルス光のうち全ての水平ラインＶが非重複ラインとなるパルス光での擬似画素信号のみを生成する。また、画像処理部４４は、当該擬似画素信号を生成する際、水平ラインＶが対象照明期間を含む特定の１フレーム内に露光した全てのパルス光の各露光量を合算した総露光量に対する当該特定の１フレーム内で当該対象照明期間に露光した露光量の比率を当該水平ラインＶの各画素からの当該特定の１フレーム分の画素信号に乗算した画素信号を用いる。
より具体的に、パルス光Ｌｂ６での擬似画素信号を生成する場合を例に説明する。

画像処理部４４は、パルス光Ｌｄ６の照明期間（対象照明期間）の次の読み出しタイミングで読み出されたフレーム（Ｎ−１）の画素信号Ｄ（Ｎ−１）を構成する各水平ラインＶの画素信号に基づいて、擬似画素信号を生成する。
ここで、フレーム（Ｎ−１）の露光期間には、パルス光Ｌｄ６の照明期間Ｔ６に加えて、パルス光Ｌｄ４の照明期間Ｔ４の後半、及びパルス光Ｌｄ５，Ｌｄ７の各照明期間Ｔ５，Ｔ７も含まれている。
このため、パルス光Ｌｂ６での擬似画素信号を構成する水平ラインＶの画素信号は、上述した実施の形態１で説明した非重複ラインの場合と同様に、以下の式（７）で算出される。なお、式（７）において、Ｈ４〜Ｈ７は、パルス光Ｌｂ４〜Ｌｂ７をそれぞれ出射させるためのパルス電流の波高値である。また、期間Ｔ４Ｂは、フレーム（Ｎ−１）において、パルス光Ｌｂ４の照明期間Ｔ４が含まれる期間である。

本実施の形態２では、画像処理部４４は、表示装置５の表示周期毎に、当該表示周期に含まれる各パルス光のうち、全ての水平ラインＶが非重複ラインとなる１つのパルス光での１つの擬似画素信号を生成する。そして、表示制御部４５は、当該表示周期毎に、当該１つの擬似画素信号から１つの表示用画像信号を生成する。
なお、画像処理部４４は、表示装置５の表示周期毎に、当該表示周期に含まれる各パルス光のうち、複数のパルス光での擬似画素信号をそれぞれ生成しても構わない。この際には、表示制御部４５は、当該表示周期毎に、当該複数の擬似画素信号から１つの表示用画像信号を生成する。

以上説明した本実施の形態２のように撮像素子２６２をＣＣＤ撮像素子で構成した場合であっても、上述した実施の形態１と同様の効果を奏する。

（その他の実施の形態）
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。
上述した実施の形態１，２では、内視鏡２を軟性内視鏡で構成していたが、これに限らず、当該内視鏡２を硬性内視鏡で構成しても構わない。
上述した実施の形態１，２では、調光制御において、パルス電流のパルス幅を変更せずに波高値のみを変更していたが、これに限らず、パルス幅及び波高値の双方を変更することでパルス光を調光する構成を採用しても構わない。

１ 内視鏡システム
２ 内視鏡
３ 音声入力装置
４ 制御装置
４ａ 音声入力端子
５ 表示装置
２１ 挿入部
２２ 操作部
２３ ユニバーサルコード
２３ａ コネクタ
２４ ライトガイド
２５ 照明レンズ
２６ 撮像部
２７ 電気ケーブル
３１ コード
４１ 入力部
４２ 振動周波数検出部
４３ メモリ
４４ 画像処理部
４５ 表示制御部
４６ 光源装置
４７ 制御部
２６１ 光学系
２６２ 撮像素子
２６３ 受光部
２６４ 読み出し部
４６１ 光源
４６２ 光源ドライバ
４７１ 光源制御部
４７２ 撮像制御部

Claims (7)

1. パルス電流に応じてパルス光を出射する光源の動作を制御する光源制御部と、
   前記パルス光で照明された被写体からの光を受光して画素信号を生成する複数の画素を有する撮像素子の動作を制御し、特定のフレームレートで前記撮像素子に前記画素信号を順次、生成させる撮像制御部と、
   前記画素信号から、特定の前記パルス光の照明期間で前記複数の画素が露光された場合の画素信号に相当する擬似画素信号を生成する画像処理部とを備え、
   前記光源制御部は、
   前記パルス電流の波高値を変更することで前記パルス光を調光するとともに、１フレーム内に前記光源から前記パルス光を複数回、出射させ、
   前記画像処理部は、
   前記擬似画素信号を生成する際、前記複数の画素の水平ラインのうち特定の水平ラインについては、前記特定の水平ラインが前記特定のパルス光の照明期間を含む特定の１フレーム内に露光した全ての前記パルス光の各露光量を合算した総露光量に対する前記特定の１フレーム内に露光した前記特定のパルス光の露光量の比率を前記特定の水平ラインの各画素からの前記特定の１フレーム分の前記画素信号に乗算した画素信号を用い、
   前記露光量は、
   前記パルス電流のパルス幅及び前記波高値にて規定される値である医療用制御装置。
2. 前記特定の水平ラインは、
   前記特定のパルス光の照明期間と前記画素信号の読み出しタイミングである第１の読み出しタイミングとが重複する重複ラインを除く非重複ラインである請求項１に記載の医療用制御装置。
3. 前記画像処理部は、
   前記擬似画素信号を生成する際、前記水平ラインのうち前記重複ラインについては、前記第１の読み出しタイミングで前記重複ラインから読み出される第１のフレームの１フレーム分の前記画素信号である第１の画素信号から算出した第１の対応画素信号と、前記第１の読み出しタイミングの１フレーム後の第２の読み出しタイミングで前記重複ラインから読み出される第２のフレームの１フレーム分の前記画素信号である第２の画素信号から算出した第２の対応画素信号とを合成した画素信号を用い、
   前記第１の対応画素信号は、
   前記重複ラインが前記第１のフレーム内に露光した全ての前記パルス光の各前記露光量を合算した総露光量に対する前記第１のフレーム内に露光した前記特定のパルス光の前記露光量の比率を前記第１の画素信号に乗算した画素信号であり、
   前記第２の対応画素信号は、
   前記重複ラインが前記第２のフレーム内に露光した全ての前記パルス光の各前記露光量を合算した総露光量に対する前記第２のフレーム内に露光した前記特定のパルス光の前記露光量の比率を前記第２の画素信号に乗算した画素信号である請求項２に記載の医療用制御装置。
4. 前記光源制御部は、
   前記パルス電流の前記パルス幅を変更せずに前記波高値のみを変更することで前記パルス光を調光する請求項１〜３のいずれか一つに記載の医療用制御装置。
5. パルス電流に応じてパルス光を出射する光源と、
   前記パルス光で照明された被写体からの光を受光して画素信号を生成する複数の画素を有する撮像素子と、
   請求項１〜４のいずれか一つに記載の医療用制御装置とを備える内視鏡システム。
6. 前記撮像素子は、
   ＣＭＯＳ撮像素子で構成されている請求項５に記載の内視鏡システム。
7. 前記撮像素子は、
   ＣＣＤ撮像素子で構成されている請求項５に記載の内視鏡システム。

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