CN105496354A - 摄像系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供提高光利用效率并使可见光图像和不可见光图像的光量平衡最优化的摄像系统。摄像系统具备：利用可见光对摄像对象物照明的第一照明装置；利用可见光之外的光对摄像对象物照明的第二照明装置；在规定周期的每一帧中在整个规定的快门敞开期间内接收第一照明装置的可见光产生的来自摄像对象物的光、第二照明装置的光产生的来自摄像对象物的光、并输出与各个光的受光量相应的受光信号的图像传感器，摄像系统在根据基于第一照明装置的可见光的受光量生成的可见光图像上合并根据基于第二照明装置的不可见光的受光量的不可见光图像后进行输出，具备与快门敞开期间同步、以与快门敞开期间相应的光输出对第二照明装置点灯的点灯控制单元。

Description

摄像系统

技术领域

本发明涉及一种在可见光图像上合并不可见光图像后进行输出的摄像系统。

背景技术

在手术等的医疗现场中，除了通常的可见光图像以外，还通过将例如吲哚菁绿(ICG)等荧光物质施加于患部并进行摄影从而生成荧光图像，将这些图像重叠显示来观察患部。在此，当可见光图像的光量增多时产生发白现象(晕光)，当荧光图像的光量增多时辨识性恶化，因此需要对可见光图像及荧光图像的光量平衡进行调整。

对此，以往，作为生成可见光图像及荧光图像的摄像系统，已知设有以所期望的光量平衡使可见光及荧光透过的滤光器的系统、设有对可见光进行截止的孔径光阑的系统(例如，参考专利文献1及2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4971816号说明书

专利文献2：国际公开第2011/007461号

发明内容

本发明所要解决的问题

但是，在上述以往的结构中，光学系统复杂化，并且对可见光进行截止，因此存在光利用效率差这样的问题。

本发明是鉴于上述的状况而作出的，其目的在于，提供一种在提高了光利用效率的基础上、还能够使可见光图像和不可见光图像的光量平衡最优化的摄像系统。

用于解决问题的手段

为了实现上述目的，本发明提供一种摄像系统，具备：第一照明装置，其利用可见光对摄像对象物进行照明；第二照明装置，其利用所述可见光之外的光对所述摄像对象物进行照明；以及图像传感器，其在规定周期的每一帧在整个规定的快门敞开期间内接收由所述第一照明装置的可见光产生的来自所述摄像对象物的光、及由所述第二照明装置的光产生的来自所述摄像对象物的光，并输出与各个光的受光量相应的受光信号，所述摄像系统在根据基于所述第一照明装置的可见光的受光量生成的可见光图像上合并根据基于所述第二照明装置的不可见光的受光量的不可见光图像后进行输出，所述摄像系统的特征在于，具备点灯控制单元，所述点灯控制单元与所述快门敞开期间同步地以与所述快门敞开期间相应的光输出对所述第二照明装置进行点灯。

在上述结构中，也可以为，能够对所述快门敞开期间进行调整。

在上述结构中，也可以为，所述点灯控制单元以由所述第一照明装置的可见光、及所述第二照明装置的不可见光产生的、各受光信号的强度之比大致相等的光输出对所述第二照明装置进行点灯。

在上述结构中，也可以为，具备对所述快门敞开期间进行调整的用户能够操作的调整单元。

在上述结构中，也可以为，所述点灯控制单元仅在所述快门敞开期间的期间对所述第二照明装置进行点灯。

在上述结构中，也可以为，由所述第二照明装置的不可见光产生的、来自所述摄像对象物的光是利用所述第二照明装置的不可见光激发出的荧光。

发明效果

根据本发明，由于与快门敞开期间同步地以与快门敞开期间相应的光输出对利用不可见光照明的第二照明装置进行点灯，因此，不会对可见光进行截止，在提高了光利用效率的基础上，还能够使可见光图像和由第二照明装置的不可见光产生的不可见光图像的光量平衡最优化。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的摄像系统的结构的图。

图2是表示快门敞开期间(曝光期间)被调整之前的摄影数据的帧的图，图2的(A)表示摄影数据中的可见光及荧光的受光信号(受光量)，图2的(B)表示可见光光源的强度(光量)，图2的(C)表示不可见光光源的强度(光量)。

图3是表示以使可见光的受光量成为最大量Vmax以下的方式对快门敞开期间进行调整后的摄影数据的帧的图，图3的(A)表示摄影数据中的可见光及荧光的受光信号(受光量)，图3的(B)表示可见光光源的强度(光量)，图3的(C)表示不可见光光源的强度(光量)。

图4是表示以荧光的受光量成为最小量Vmin以上那样的光输出来使不可见光光源2A点灯时的摄影数据的帧的图，图4的(A)表示摄影数据中的可见光及荧光的受光信号(受光量)，图4的(B)表示可见光光源的强度(光量)，图4的(C)表示不可见光光源的强度(光量)。

图5是表示具备孔径光阑的以往摄像系统的作用的说明图，图5的(A)表示向透镜入射的入射光强度，图5的(B)表示孔径光阑的透射率，图5的(C)表示摄像系统的受光信号。

图6是表示在不对快门敞开期间(曝光期间)进行调整而使不可见光光源始终点灯时的摄像系统的作用的说明图，图6的(A)表示向透镜入射的入射光强度，图6的(B)表示激发光截止滤光片的透射率，图6的(C)表示摄像系统的受光信号。

图7是表示对快门敞开期间(曝光期间)进行调整并且对不可见光光源进行脉冲点灯的本实施方式的摄像系统的作用的说明图，图7的(A)表示不可见光光源熄灯时的向透镜入射的入射光强度，图7的(B)表示不可见光光源点灯时的向透镜入射的入射光强度，图7的(C)表示激发光截止滤光片的透射率，图7的(D)表示摄像系统的受光信号。

图8是表示本发明的变形例所涉及的摄像系统的结构的图。

图9是对本发明的背景技术进行说明的图。

附图标记的说明

1、100摄像系统

2光源装置(光源单元)

2A不可见光光源(第二照明装置)

2B可见光光源(第一照明装置)

4操作部(调整单元)

10B图像传感器

20控制器

23点灯控制部(点灯控制单元)

F帧间隔

R荧光物质

S快门敞开期间

T摄像对象物

具体实施方式

以下，参考附图对于本发明的实施方式进行说明。

首先，对本发明的背景技术进行详细的说明。

在医学研究、医疗领域中，作为皮下的血管的可见化法，已知通过应用血管内的血红蛋白吸收近红外光的原理、对近红外反射光或者近红外透射光进行摄影来生成近红外吸收像的技术。

另外，已知通过应用当吲哚菁绿(ICG)对近红外的激发光(大致740－780nm)进行照射时发出近红外的荧光(大致800－850nm)的原理，对皮下、脂肪组织内的淋巴管、淋巴结、血管等施加ICG并进行摄影来生成近红外荧光图像而进行可见化的技术。例如，参考图9，在对癌细胞C有可能转移的淋巴结LN进行可见化的情况下，首先，向皮下注入荧光物质R(ICG)。在此，荧光物质R(ICG)迅速地被淋巴管LV及淋巴结LN吸收。当向作为关心对象的淋巴结LN所处的皮肤照射近红外光的激发光K1(约740－780nm)时，近红外光的激发光K1透射至皮下2cm而到达淋巴结LN。通过近红外光的激发光K1，淋巴结LN中的ICG分子激发而发出近红外的荧光K3(约800－850nm)，该近红外的荧光K3透射过皮肤D而被摄像机(未图示)捕捉。

在医疗现场中，以能够最佳地进行肉眼作业的方式向关心区域照射可见光照明(大致400－700nm)。

即使在观察近红外吸收像的情况下、或者观察近红外荧光像的情况下，也期望该关心对象(近红外吸收像或者近红外荧光像)以外的背景以最佳的平衡被摄像。其原因在于，只有同时对背景进行摄像才能够获得与该关心区域相关的位置信息。

在利用由单一的图像传感器构成的摄像系统以最佳的平衡对该关心对象和背景进行摄像的情况下，改变可见光照明的强度是不适当的。这是因为：可见光照明的强度应该为了肉眼作业而最佳化。在对于肉眼作业最佳化的照度的情况下，从被照射体反射的可见光向图像传感器的入射光量过大的情况较多。

对此，在现有文献(日本专利第4971816号说明书或者国际公开第2011/007461号)中公开了通过滤光器或者孔径光阑来使从被照射体向摄像系统入射的可见光减弱的技术。

一般而言，由于近红外吸收像或者近红外荧光像的强度微弱，因此，在对于肉眼作业最佳化的可见光的照度下，不实施上述那样的现有技术，利用由单一的图像传感器构成的摄像系统难以以最佳的平衡对该关心对象和背景进行摄像。这是因为：成为背景的可见光光量过多地入射到图像传感器，而产生所谓的“发白现象”、“饱和现象”、“拖影(smear)”等。

在向手指、四肢等摄影对象照射近红外光并利用单一的图像传感器对近红外反射光进行摄影的反射型摄像系统、或者向手指、四肢等摄影对象照射近红外光并利用单一的图像传感器对近红外透射光进行摄像的透射型摄像系统中，将用于使从可见光照明的皮肤面反射的可见光减弱的滤光器插入图像传感器的入射光路。但是，在这种情况下，必须准备用于使可见光减光量达到最佳的滤光器。在代替滤光器、配置孔径光阑的情况下，能够仅对可见光光量独立地连续性地进行控制，但具有孔径光阑的摄像系统大型化且成本偏高。

对此，在本实施方式中，摄像系统构成为：在抑制大型化且提高了光利用效率的基础上，能够使可见光图像和不可见光图像(基于可见光之外的光的图像)的光量平衡达到最优化。

以下，对于本实施方式的摄像系统进行详细的说明。

图1是表示本实施方式所涉及的摄像系统的结构的图。

摄像系统1是生成将被施加了荧光物质R的患部(摄像对象物)T的不可见光图像(荧光图像)及可见光图像(背景图像)合成所形成的彩色图像并进行显示的系统，其具备光源装置(光源单元)2、摄像机10、控制器20及显示装置3而构成。

光源装置2是向患部T照射对荧光物质R进行激发的激发光(可见光之外的光，以下简称作不可见光。)K1、及背景用的可见光K2的装置，其具备照射上述激发光K1的不可见光光源(第二照明装置)2A和照射上述可见光K2的可见光光源(第一照明装置)2B。不可见光光源2A及可见光光源2B被配置在患部T的摄像对象面TB侧。

在此，在本实施方式中，被波长740－780nm附近的近红外光激发并发出波长800－850nm附近的近红外荧光的ICG(吲哚菁绿)作为荧光物质R使用。因而，对于不可见光光源2A，采用放射波长740－780nm附近的近红外光的光源、例如近红外LED，并且设置将波长700nm以下的光截止的非近红外光截止滤光片2C。另一方面，对于可见光光源2B，采用例如白色LED。该可见光光源2B与干扰光(室内光源，例如，由室内灯、监视器类、无影灯等产生的光)的可见光K5分别地照射可见光K2。

摄像机10是具有透镜10A以及在二维空间中离散配置的CCD(ChargeCoupledDevice：电荷耦合器件)图像传感器10B的摄像机，并且配置在患部T的摄像对象面TB侧。摄像机10以规定的帧频及规定的析像度依次取入彩色图像，并作为每帧的摄影数据依次向控制器20输出。该摄像机10具备对与激发光K1相应的波长域(波长700～800nm)的光进行截止的激发光截止滤光片10C。激发光截止滤光片10C使荧光物质R的荧光K3及作为可见光K2、K5的反射光的可见光K2’以透射率100％透过。如此，在摄影时，能够不受不可见光光源2A的照射光的影响，仅对荧光K3进行摄影并放映成像。

图像传感器10B在荧光K3的波长域(本实施方式中近红外波长域)及可见光K2、K5的波长域双方具有灵敏度，具有针对每个像素P分别接收红(R)、绿(G)、蓝(B)、红外光(Ir)的受光元件11～14。红(R)、绿(G)、蓝(B)的受光元件11～13在可见光K2’的波长具有灵敏度，将与被患部T反射的可见光K2’的受光量相应的受光信号向控制器20输出。接收红外光(Ir)的受光元件14在荧光K3的波长域(即，波长830nm附近的近红外荧光)具有灵敏度，将与荧光K3的受光量相应的受光信号向控制器20输出。

控制器20根据摄像机10的摄影数据，生成包含荧光图像和可见光图像的彩色图像并显示在显示装置3上。彩色图像与将可见光图像与荧光图像合并得到的图像相同。因而，在该彩色图像中，在与用肉眼观察患部T时同样的可见光图像上重叠显示由荧光图像获得的荧光部位，因此，不需要分别对比可见光图像与荧光图像来观察患部T，能够容易且准确地进行患部T的观察。尤其是，通过采用ICG作为荧光物质R，由此淋巴结、血管的血流被重叠显示于可见光图像上，能够一目了然地识别这样的血流，并且能够明确地把握血流和周边组织的关系。

另外，控制器20分别具备对不可见光光源2A进行驱动的不可见光用驱动电路21、及对可见光光源2B进行驱动的可见光用驱动电路22。

图2是表示快门敞开期间(曝光期间)S被调整之前的摄影数据的帧的图。在此，快门敞开期间S定义为为了进行与向照相机10的入射光量对应的电荷蓄积而将照相机10的快门敞开的期间。图2的(A)表示摄影数据中的可见光及荧光的受光信号(受光量)，图2的(B)表示来自可见光光源2B的可见光K2的强度(光量)，图2的(C)表示来自不可见光光源2A的不可见光K1的强度(光量)。另外，图3是表示以使可见光的受光量成为最大量Vmax以下的方式对快门敞开期间S进行调整后的摄影数据的帧的图，图3的(A)表示摄影数据中的可见光及荧光的受光信号(受光量)，图3的(B)表示来自可见光光源2B的可见光K2的强度(光量)，图3的(C)表示来自不可见光光源2A的不可见光K的强度(光量)。此外，在图2及图3中，横轴表示时间t。

由于通过摄像系统1进行的摄影为动画摄影，因此，如图2的(A)所示，快门敞开期间(曝光期间)S最长被限定为帧的长度(帧间隔F)、例如1/30秒。另外，在本实施方式中，快门敞开期间S的结束的时刻与帧的结束一致。

图1所示的摄像机10被构成为：在规定的快门敞开期间S的整个期间之内，接收可见光及荧光，将光转换为电荷并蓄积电荷。因而，如图2的(A)所示，可见光及荧光的受光量(受光信号的强度)仅在规定的快门敞开期间S的期间中增加。

在此，在规定的快门敞开期间S中，当可见光的受光量(可见光信号)超过规定的最大量Vmax、可见光信号饱和时，在彩色图像中产生发白现象，彩色图像变得难以识别。另外，由于可见光K2的光量要被最佳成适于肉眼作业的规定的值，因此难以进行控制。

对此，在本实施方式中，对快门敞开期间S进行调节，从而无需对可见光K2的光量进行调节，使可见光K2’的受光量不会超过最大值Vmax且不会产生晕光。为了该目的，如图1所示，通过设置对快门敞开期间S(图2)进行调整的用户能够操作的操作部(调整单元)4，能够对快门敞开期间S进行调整。操作部4既可以设置在控制器20内，但也可以与控制器20分体配备。如图2的例子所示，在可见光的受光量超过不产生发白现象的最大量Vmax的情况下，控制器20将该内容显示在显示装置3上。可见光K2’的受光量的超过以任意的方式来通知即可。例如，也可以代替显示装置3中的消息等显示，使灯闪烁或从扬声器发出警报音。用户以使快门敞开期间S变短的方式对操作部4进行操作，从而以使可见光的受光量成为最大量Vmax以下的方式对快门敞开期间S进行调整。在本实施方式中，快门敞开期间S的结束的时刻与帧的结束一致，因此，具体而言，对快门敞开期间S的开始时刻进行调整。由此，如图3的(A)所示，能够使可见光的受光量为最大量Vmax以下，能够防止发白。

另一方面，虽然省略了图示，但在摄影数据中的可见光的受光信号(受光量)比最大量Vmax少的情况下，也可以不调整快门敞开期间S，但是，在可见光的受光信号(受光量)不充分时，在帧间隔F的范围内使快门敞开期间S变长，从而以使可见光的受光信号(受光量)成为最大量Vmax的方式对快门敞开期间S进行调整。此外，控制器20也可以被构成为将可见光的受光量显示在显示装置3上。另外，可见光K2’的受光量也可以实时或者间歇地以自动或手动的方式显示在显示装置3中。

然而，图1所示的摄像机10具有与可见光区域的灵敏度相比、近红外区域的灵敏度较低的特性。另外，在采用ICG作为荧光物质R的情况下，荧光相对于所照射的激发光的光量为1％左右。因而，如图3的(A)所示，荧光的受光量比可见光变少。在规定的快门敞开期间S，当荧光的受光量低于规定的最小量Vmin时，无法确保彩色图像中的近红外荧光图像的辨识性。

对此，在本实施方式中，控制器20具备点灯控制部(点灯控制单元)23，该点灯控制部(点灯控制单元)23以荧光的受光量为能够确保辨识性的最小量Vmin以上那样的光输出使不可见光光源2A点灯。因而，如图4所示，通过以使荧光的受光量成为最小量Vmin以上的方式，利用点灯控制部23对不可见光光源2A的光输出进行调整，由此能够简单且实时地调整患部T的彩色图像中的荧光部分的映照状况。

尤其是，产生干扰光的室内光源被构成为照射用于能够实现肉眼作业的可见光K5，无法控制强度及照射时间的情况较多。在本实施方式中，在室内光源如通常那样处于点灯的状态下，通过与干扰光及可见光光源2B的可见光的光输出相匹配地对不可见光光源2A的光输出进行调整，由此能够使可见光图像(背景图像)和不可见光图像(荧光图像)的光量平衡最优化。

在此，将可见光和荧光的平衡最佳化时的、可见光(反射光)及荧光各自的受光量之比设为V1：V2。

本实施方式的点灯控制部23被构成为：以可见光及荧光各自的受光量之比V1：V2大致相等的光输出对不可见光光源2A进行点灯。比V1:V2既可以预先设定在点灯控制部23所具备的存储装置中，也可以能够通过用户来设定。因而，在使向受光元件11～14(图1)入射的入射光(可见光及荧光)的平衡最佳化(V1：V2)之后，通过将受光元件11～14的快门敞开期间设为最长，能够容易地获得由最佳的可见光和荧光构成的彩色图像(动画映像)。另外，在使可见光及荧光的受光量的平衡最佳化(V1：V2)之后，即使对快门敞开期间S进行调整而使可见光的受光量成为Vmax以下，也能够以最佳化的状态来维持可见光图像(背景图像)和不可见光图像(荧光图像)的光量平衡。

另外，对用于不可见光光源2A的LED规定允许最大耗电量。因而，在使不可见光光源2A始终点灯的状态下，提高用于不可见光光源2A的各LED的光输出时，有可能不久就到达允许最大耗电量。因而，在使不可见光光源2A(图1)始终点灯的情况下，鉴于连续电流施加的额定上限或者向摄像对象进行放射的安全上限，用于不可见光光源2A的LED的发热量的上限被确定为规定值(放射强度×放射时间)，因此基于不可见光(激发光)的荧光的光量比基于可见光的所反射的可见光的光量微弱。另一方面，也可以考虑增加用于不可见光光源2A的LED的数量，抑制各个LED的光输出(发热量)，但不可见光光源2A的整体将大型化。

如上所述，为了充分地接收微弱的荧光，例如，在将快门敞开期间设为1/30秒的情况下，对于可见光而言，达到成为产生发白现象的差映像的饱和等级(图2)。

对此，本实施方式的控制器20如图3的(C)所示，被构成为：仅在快门敞开期间S的期间使不可见光光源2A点灯(ON)，在其他的期间使不可见光光源2A熄灯(OFF)。具体而言，如图1所示，不可见光用驱动电路21经由以规定的周期向不可见光光源2A供给电源的脉冲电源5与不可见光光源2A连接。不可见光用驱动电路21通过驱动脉冲电源5，每规定的周期Tp与快门敞开期间S同步地、在规定的脉冲施加期间P之间对不可见光光源2A供给脉冲电力(脉冲电流)。即，通过每规定的周期Tp向不可见光光源2A供给快门敞开期间S之间的脉冲电力，由此不可见光光源2A仅仅在与快门敞开期间S对应的脉冲施加期间P之间点灯(照射不可见光K1)。如图3、4所示那样，规定的周期Tp设定成与照相机10的快门ON/OFF周期同步。所述周期既可以与帧同步地设定，也可以与帧毫无关系地任意设定。具体而言，如图3、4(C)所示那样，以使脉冲电力的脉冲上升时序(即，不可见光光源2A的ON时序)与快门敞开期间S的快门敞开时序一致、进而使脉冲电力的脉冲下降时序(不可见光光源2A的OFF时序)与快门关闭时序(即，各帧的结束)一致的方式由不可见光用驱动电路21来驱动脉冲电源5。在本实施例中，脉冲施加期间P设定成与快门敞开期间S一致，每次利用操作部4的操作对快门敞开期间S进行调整时，通过控制器20所具备的脉冲周期设定部24进行再设定。脉冲周期设定部24在快门敞开期间S通过操作部4的操作被调整时，将该期间设定为脉冲电源5的脉冲周期，并向不可见光用驱动电路21输出。

具体而言，在每次利用操作部4的操作对快门敞开期间S进行调整时，以使脉冲电源5的规定周期Tp的脉冲电力施加期间(脉冲上升及下降时序)与调整后的快门敞开期间S一致的方式通过脉冲周期设定部24来进行调整。

如此，控制器20的点灯控制部23对不可见光用驱动电路21进行控制，以使不可见光光源2A的点灯开始时序与快门敞开期间S的快门敞开时序(曝光开始时序)一致、不可见光光源2A的熄灯开始时序与快门敞开期间S的快门关闭时序(曝光结束时序、数据读出时序)及帧间隔F的结束时序一致的方式以规定的周期Tp而仅仅在快门敞开期间S之间使不可见光光源2A点灯。在这种情况下，由放射强度(W:瓦)×放射时间(s:秒)限定的、用于不可见光光源2A的LED的发热量(J:焦耳)的上限与使不可见光光源2A始终点灯时相同(图2、图3及图4的各斜线部的面积)。由此，不会到达用于不可见光光源2A的LED的允许最大耗电量，另外，不会使不可见光光源2A大型化，能够提高不可见光光源2A的光输出。在此，将不可见光光源2A相对于帧间隔F(1/30秒)的点灯时间(快门敞开期间S)设为不可见光光源2A的占空比。在本实施方式中，由于采用LED作为不可见光光源2A，因此，在将不可见光光源2A的占空比设为20％(1/150秒)的情况下(图4)，能够施加于LED的电流成为5倍，不可见光光源2A的放射强度成为始终点灯的上限的5倍。

如此，在本实施方式中，应用在快门敞开期间S内对入射到受光元件11～14(图1)中的光量进行积分而使其成为受光信号的原理，仅在快门敞开期间S中进行激发光的照射，使相对较强的可见光的影响减弱，从而使可见光图像和荧光图像的光量平衡最优化。

此外，可见光用驱动电路22经由向可见光光源2B始终供给电源的直流电源6与可见光光源2B连接，控制器20通过可见光用驱动电路22使可见光光源2B始终点灯。此外，可见光用驱动电路22也可以与不可见光用驱动电路21同样地与脉冲电源连接，从而仅在快门敞开期间S的期间中对可见光光源2B进行点灯。

在本实施例中，点灯控制部23对不可见光用驱动电路21进行控制，以使脉冲电力的脉冲施加期间P与快门敞开期间S一致的方式与快门敞开期间S同步地对不可见光光源2A进行点灯。但是，脉冲电力的脉冲施加期间P未必需要与快门敞开期间S一致。例如，在所述期间P、S之间存在重叠期间这样的条件下，也可以将脉冲施加期间P设定成位于快门敞开期间S之内、包含快门敞开期间S、或者从快门敞开期间S偏离。在这种情况下，所述期间P、S被设定成不会产生晕光而可确保辨识性也是自不待言的。

另外，在上述实施例中，脉冲施加期间P和快门敞开期间S在各帧间隔F中一对一地对应设定，但所述期间未必要一对一地对应。例如，也可以在各快门敞开期间内设定多个脉冲施加期间，另外，也可以按照多个快门敞开期间的每一个来设定一个脉冲施加期间P。对于期间P、S的该设定例如可以应用在闪光灯摄像系统等之中。

接着，参考图5至图7，将具备孔径光阑的以往的摄像系统、不对快门敞开期间(曝光期间)进行调整而使不可见光光源2A始终点灯时的摄像系统、以及对快门敞开期间S进行调整并且对不可见光光源2A进行脉冲点灯的本实施方式的摄像系统1比较来进行说明。

图5是表示具备孔径光阑的以往摄像系统的作用的说明图，图5的(A)表示向透镜入射的入射光强度，图5的(B)表示孔径光阑的透射率，图5的(C)表示摄像系统的受光信号。在图5的例子中，不可见光光源2A始终点灯，且快门敞开期间(曝光期间)设为1/30秒。

如图5的(A)所示，向透镜入射从被照射体(患部T)反射的可见光、从被照射体反射的激发光、以及通过激发光发光的近红外荧光。在具备孔径光阑的以往的摄像系统中，如图5的(B)所示，孔径光阑是使可见光减少、遮挡激发光(透射率0％)、并使荧光透过(透射率100％)的滤光器，并且被构成为可见光透射率能够自如地可变。即，由于孔径光阑仅能够控制可见光的透射率，因此，在荧光微弱的情况下，荧光的受光量变得微弱。另外，由于具备孔径光阑，光学系统复杂化，并且对可见光进行截止，从而存在光利用效率差这样的问题。

图6是表示在不对快门敞开期间(曝光期间)进行调整而使不可见光光源2A始终点灯时的摄像系统的作用的说明图，图6的(A)表示向透镜入射的入射光强度，图6的(B)表示激发光截止滤光片的透射率，图6的(C)表示摄像系统的受光信号。

在该摄像系统中，如图6的(A)所示，也与图5的(A)同样地，可见光、激发光以及近红外荧光向透镜入射。在该摄像系统中，与本实施方式同样地，代替孔径光阑，如图5的(B)所示，采用遮挡激发光(透射率0％)并使可见光及荧光透过(透射率100％)的激发光截止滤光片。如果为了充分地接收微弱的荧光而将曝光期间设为1/30秒时，如图6的(C)所示，可见光的受光量(可见光信号)超过最大量Vmax，可见光信号饱和，从而导致彩色图像中产生发白现象。

图7是表示对快门敞开期间(曝光期间)进行调整并且对不可见光光源2A进行脉冲点灯的本实施方式的摄像系统1的作用的说明图，图7的(A)表示不可见光光源2A熄灯时的向透镜入射的入射光强度，图7的(B)表示不可见光光源2A点灯时的向透镜入射的入射光强度，图7的(C)表示激发光截止滤光片的透射率，图7的(D)表示摄像系统1的受光信号。

在本实施方式中，如上所述，使快门敞开期间变短，并且使不可见光光源2A(图1)仅在快门敞开期间的期间中点灯，进而以使荧光的受光量(荧光信号)成为最小量Vmin以上的方式对不可见光光源2A的光输出进行调整。由此，能够防止彩色图像的发白，并且能够使可见光图像和荧光图像的光量平衡最优化。具体而言，不可见光光源2A的占空比为20％，因此，如图7的(B)所示，能够使不可见光光源2A的放射强度为图5的(A)及图6的(A)的例子的情况的5倍。

如以上说明那样，根据本实施方式，构成为具备点灯控制部23，该点灯控制部23与快门敞开期间S同步地以与快门敞开期间S相应的光输出对荧光物质R发出荧光的激发光进行点灯。根据该结构，不会对可见光进行截止，提高了光利用效率的基础上，还能够使可见光图像(背景图像)和不可见光图像(荧光图像)的光量平衡最优化。另外，也无需如以往那样的孔径光阑，因此不会使摄像系统1大型化，能够廉价地制造摄像系统1。

另外，根据本实施方式，构成为具备能够对快门敞开期间S进行调整、更具体而言对快门敞开期间S进行调整的用户能够操作的操作部4。根据该结构，通过以使可见光的受光量成为不会产生发白现象的最大量Vmax以下的方式对快门敞开期间S进行调整，能够防止彩色图像中产生发白现象。

另外，根据本实施方式，点灯控制部23被构成为：以使可见光的反射光、及荧光各自的受光信号的强度的比V1:V2大致相等的光输出对激发光进行点灯。通过该结构，即使对快门敞开期间S进行调整，也能够以最优化的状态维持可见光图像(背景图像)和不可见光图像(荧光图像)的光量平衡。

另外，根据本实施方式，点灯控制部23被构成为：使曝光结束的时刻(摄像数据读出的时刻)与各帧间隔F的结束的时刻一致，仅在快门敞开期间S的期间对不可见光光源2A的不可见光进行点灯。通过该结构，能够防止到达用于不可见光光源2A的LED的允许最大耗电量，并且能够防止不可见光光源2A的大型化。

但是，上述实施方式为本发明的一个方式，在不超出本发明的主旨的范围内能够适当地进行变更是自不待言的。

例如，在上述实施方式中，虽然将快门敞开期间S设为1/150秒，但快门敞开期间S并不局限于此，只要为帧间隔F(1/30秒)以下即可。快门敞开期间S为以使可见光图像(背景图像)和不可见光图像(荧光图像)的光量平衡最佳化的方式被进行调整的期间，例如，可以为1/30秒、1/150秒、1/300秒、或者1/1000秒。另外，在上述实施方式中，虽然将帧间隔F设为1/30秒，但并不局限于此。进而，在上述实施方式中，虽然快门敞开期间S的结束时刻与帧的结束一致，但快门敞开期间S的结束时刻不需要必须与帧的结束一致。

另外，在上述实施方式中，图像传感器10B具备针对每个像素P分别接收红(R)、绿(G)、蓝(B)、红外光(Ir)的受光元件11～14，并生成包含荧光图像和可见光图像的彩色图像，但并不局限于此。例如，图像传感器10B也可以分体地具备接收红(R)、绿(G)、蓝(B)的受光元件11～13和接收红外光(Ir)的受光元件14，生成可见光图像(背景图像)和不可见光图像(荧光图像)，并生成将这些图像合成得到的彩色图像。

另外，在上述实施方式中，作为背景光，接收被摄像对象物反射的可见光光源2B以及干扰光的可见光K2’，但在干扰光的可见光充分的情况下，控制器20也可以使可见光光源2B熄灯。另外，在干扰光的可见光充分的情况下，也可以省略可见光光源2B、可见光用驱动电路22以及直流电源6。即使在这些情况下，通过与干扰光的可见光的光输出相匹配地对不可见光光源2A的光输出进行调整，能够使可见光图像(背景图像)和不可见光图像(荧光图像)的光量平衡最佳化。此外，在没有干扰光的情况下，与干扰光的量相应地提高光输出并对可见光光源2B进行点灯即可。

另外，在上述实施方式中，虽然设有对快门敞开期间S进行调整的用户能够操作的操作部4，但也可以代替设置操作部4，由控制器20以使可见光的受光量成为不产生发白现象的最大量Vmax以上的方式对快门敞开期间S进行调整。在这种情况下，也可以不将可见光的受光量超过了最大量Vmax的内容显示在显示装置3上。

另外，在上述实施方式中，作为荧光物质R，例示了ICG，但不局限于此。此时，不可见光光源2A采用放射对此时所采用的荧光物质进行激发的激发光的LED是自不待言的。

另外，在上述实施方式中，光源装置2的光源采用了LED，但光源并不局限于LED，也可以为有机EL等发光元件、灯等。

另外，在上述实施方式中，将摄像系统作为以患部作为摄像对象物的医疗用的摄像系统1进行了说明，但并不局限于此，例如也可以为以部件为摄像对象物的工业用的摄像系统。在这种情况下，使通过紫外光的照射发出荧光的荧光物质渗透到部件，并向该部件照射紫外光及可见光即可。由此，映出部件上所产生的龟裂等缺陷的荧光图像与作为背景图像的可见光图像合并而输出，因此能够使部件的缺陷可见化。

另外，如日本特开2013－36889所示，摄像系统也可以为将植物作为摄像对象物的农业用的摄像系统。在这种情况下，向植物照射使叶绿素和/或病原菌体激发的激发光和可见光即可。由此，基于叶绿素和/或病原菌体的荧光图像与成为背景的可见光图像合并而输出，因此能够使植物的感染状态可见化。

另外，在上述实施方式中，将摄像系统作为关于可见光并接收被摄像对象物反射的可见光的反射型的摄像系统1进行了说明，但也可以为接收透射过摄像对象物的可见光的透射型的摄像系统。在这种情况下，点灯控制部23以使透射过摄像对象物的可见光、及荧光各自的受光信号的强度之比大致相等的光输出对不可见光光源2A进行点灯即可。

另外，在上述实施方式中，作为对通过不可见光光源2A的不可见光激发的荧光进行接收的荧光型的摄像系统1进行了说明，但既可以为对由摄像对象物反射的不可见光光源2A的不可见光进行接收的反射型的摄像系统，另外，也可以为对透射过摄像对象物的不可见光进行接收的透射型的摄像系统。

另外，在上述实施方式中，不可见光采用了对荧光物质进行激发的激发光，但在摄像对象物不含有荧光物质的情况下，不可见光也可以不为激发光。

图8是表示对摄像对象物不采用荧光物质而使不可见光透过摄像对象物并进行光接收的摄像系统100的图。此外，图8中与图1所示的摄像系统1相同的部分标注相同的附图标记并省略说明。

在该摄像系统100中，以手指T作为摄像对象物，利用光源装置2的不可见光光源2A向作为手指T的背面的非摄像对象面TA照射不可见光K1(例如，红外光)，并且利用光源装置2的可见光光源2B向作为手指T的腹面的摄像对象面TB照射可见光K2。即，不可见光光源2A配置在非摄像对象面TA侧，摄像机10以与该不可见光光源2A对置的方式配置在摄像对象面TB侧。另外，可见光光源2B配置在摄像对象面TB侧。此外，图8所示的摄像系统100的不可见光光源2A、可见光光源2B、非近红外光截止滤光片2C及摄像机10仅配置位置与图1所示的摄像系统1的结构不同，因此标注相同的附图标记。

摄像机10接收不可见光K1的透射光K1”、以及基于可见光光源2B的可见光K2及干扰光的可见光K5的、被手指T的摄像对象面TB反射的可见光K2’，并作为摄影数据而向控制器20输出。控制器20根据摄像机10的摄影数据，生成不可见光(红外光)图像和可见光图像，并使将它们各个合成所形成的彩色图像显示在显示装置3上。在该彩色图像中，在与用肉眼观察手指T时同样的可见光图像上重叠显示红外部位(例如，手指T的血管V)。在图8的例子中，点灯控制部23以使被手指T反射的可见光K2’、及透射过手指T的透射光K1”的各自的受光信号的强度之比大致相等的光输出对不可见光光源2A进行点灯即可。在图8的例子中，也与图1所示的摄像系统1同样地，在室内光源如通常那样处于点灯的状态下，通过与干扰光及可见光光源2B的可见光的光输出相匹配地对不可见光光源2A的光输出进行调整，由此能够使可见光图像和不可见光图像的光量平衡最优化。在图8的例子中，在干扰光的可见光充分的情况下，控制器20也可以使可见光光源2B熄灯，另外，也可以将可见光光源2B以及可见光用驱动电路22及直流电源6省略也是自不待言的。

Claims (12)

1.一种摄像系统，具备：

第一照明装置，其利用可见光对摄像对象物进行照明；

第二照明装置，其利用被定义为所述可见光之外的光的不可见光对所述摄像对象物进行照明；

图像传感器，其在规定周期的每一帧在整个规定的快门敞开期间内接收由所述第一照明装置的所述可见光产生的来自所述摄像对象物的第一光、及由所述第二照明装置的所述不可见光产生的来自所述摄像对象物的第二光，并输出与所述第一光及第二光的受光量相应的受光信号；以及

控制器，其生成根据基于所述第一光的受光量的可见光图像和根据基于所述第二光的受光量的不可见光图像，并输出所述可见光图像和所述不可光图像的合成图像，

所述摄像系统的特征在于，

所述控制器具备点灯控制部，所述点灯控制部与所述快门敞开期间同步地以与所述快门敞开期间相应的光输出对所述第二照明装置进行点灯。

2.根据权利要求1所述的摄像系统，其特征在于，

能够对所述快门敞开期间进行调整。

3.根据权利要求2所述的摄像系统，其特征在于，

所述点灯控制部以由所述第一照明装置的可见光、及所述第二照明装置的不可见光产生的、各受光信号的强度之比大致相等的光输出对所述第二照明装置进行点灯。

4.根据权利要求2或3所述的摄像系统，其特征在于，

所述控制器具备对所述快门敞开期间进行调整的用户能够操作的调整部。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的摄像系统，其特征在于，

所述点灯控制部仅在所述快门敞开期间的期间对所述第二照明装置进行点灯。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的摄像系统，其特征在于，

所述第二光是利用所述第二照明装置的不可见光激发出的荧光。

7.根据权利要求1所述的摄像系统，其特征在于，

所述摄像系统还具有脉冲电源，该脉冲电源通过向所述第二照明装置施加脉冲电力，由此对所述第二照明装置呈脉冲状地进行点灯。

8.根据权利要求1所述的摄像系统，其特征在于，

通过向所述第二照明装置施加所述脉冲电力，由此在与快门敞开期间同步的脉冲施加期间的期间对第二照明装置进行点灯。

9.根据权利要求8所述的摄像系统，其特征在于，

所述控制器还具有脉冲设定部，该脉冲设定部构成为与快门敞开期间的变化相匹配地使所述脉冲施加期间变化。

10.根据权利要求9所述的摄像系统，其特征在于，

所述脉冲施加期间设定在所述快门敞开期间内。

11.根据权利要求8所述的摄像系统，其特征在于，

所述脉冲施加期间按照每个所述快门敞开期间而设定多次。

12.根据权利要求8所述的摄像系统，其特征在于，

所述脉冲施加期间按照多个快门敞开期间的每一个而设定一次。