WO2013157368A1 - 撮像システム、撮像方法 - Google Patents

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WO2013157368A1
WO2013157368A1 PCT/JP2013/059006 JP2013059006W WO2013157368A1 WO 2013157368 A1 WO2013157368 A1 WO 2013157368A1 JP 2013059006 W JP2013059006 W JP 2013059006W WO 2013157368 A1 WO2013157368 A1 WO 2013157368A1
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light
exposure
amount
illumination light
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PCT/JP2013/059006
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雄亮 矢部
智也 高橋
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オリンパスメディカルシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a rolling shutter type imaging system and an imaging method in which exposure of an imaging element is sequentially performed for each horizontal line.
  • CMOS image sensors (hereinafter simply referred to as CMOS) are also widely used.
  • CMOS has the advantage that the peripheral circuit can be formed on the same substrate with low power consumption.
  • an endoscope system using CMOS is proposed. Has been.
  • the CMOS generally employs a rolling shutter system in which pixel signals are sequentially read out for each horizontal line.
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-124260 can be cited.
  • CMOS in the endoscope apparatus one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-30985 can be given.
  • illumination light is irradiated during an exposure period common to all lines (all line exposure periods or global exposure periods). Controls to take a picture.
  • the light source for example, LED light source
  • current dimming slowly (for example, about 10 Hz).
  • current dimming especially, in a high-power LED driver used in an endoscope light source, the minimum light amount that can be achieved by only current dimming is The maximum light intensity is, for example, about a few tenths).
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-318581 discloses an image sensor such as a CMOS, an image sensor drive control unit that controls exposure and readout drive of the image sensor by a rolling shutter system, and a frame cycle control unit that controls a frame cycle.
  • an imaging apparatus including a photographing auxiliary light source constituted by an LED light or the like, and auxiliary light source drive control means for controlling the photographing auxiliary light source by PWM driving.
  • the light emission amount is adjusted by causing the LED light to emit light in pulses and performing PWM control of the light emission pulses in synchronization with the exposure start period for each line by the rolling shutter (line dimming). : See, for example, FIG.
  • one horizontal line period is about several tens of ⁇ s.
  • a high power LED driver used in an endoscope light source has the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-318581 described above because the minimum pulse width that can be generated is about several ⁇ s.
  • it is still difficult to perform dimming in a wide dynamic range for example, even if PWM dimming and current dimming are used together, the minimum light quantity that can be achieved is, for example, about one hundredth of the maximum light quantity. Is).
  • the light control dynamic range of the light source device is wider, and in particular, as an endoscope light source, it is desirable to obtain a minimum light quantity on the order of several thousandths of the maximum light quantity.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and in an imaging system and an imaging method using an imaging device that sequentially performs exposure for each horizontal line, the dynamic range of dimming is widened while suppressing bright and dark stripes in the image. It is an object of the present invention to provide an imaging system and an imaging method that can be used.
  • the imaging system has an imaging device in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged two-dimensionally in units of horizontal lines, and a predetermined exposure period that is longer than a period required to read out all horizontal lines. It is set so as to be long, and the exposure of the image sensor is started sequentially for each horizontal line, and after the exposure of the last horizontal line is started, for each horizontal line where the predetermined exposure period has elapsed from the start of exposure. By sequentially reading out, an entire line exposure period in which all the horizontal lines are simultaneously exposed and a non-total line exposure period other than the all line exposure period in a period in which any horizontal line is exposed are generated.
  • An imaging control unit that controls the light source, a light source that emits illumination light emitted to a subject that is an object to be imaged by the image sensor, and the light source that can adjust the amount of illumination light.
  • the all-line exposure period other than the first period while maintaining the light amount of the illumination light in the first period in the all-line exposure period at a predetermined level in the moving light source driving unit and the first dimming mode
  • a dimming control unit that controls the light source driving unit so as to increase or decrease the amount of the illumination light in the second period that is the non-all-line exposure period as compared with the immediately preceding second period.
  • a predetermined time is required rather than a period required to read out all horizontal lines.
  • the exposure period is set to be long, the illumination light emitted to the subject that is the target of imaging by the imaging device is emitted from the light source, the exposure of the imaging device is sequentially started for each horizontal line, and the last horizontal line After the exposure is started, reading is sequentially performed for each horizontal line for which the predetermined exposure period has elapsed from the start of exposure, and in the first dimming mode, all the horizontal lines are exposed simultaneously.
  • the non-all-line exposure period other than the all-line exposure period in the period in which any horizontal line is exposed is a method of increasing or decreasing as compared to the second period immediately before.
  • 5 is a timing chart showing the exposure timing of CMOS and the light control operation of the light source device in the first embodiment.
  • 5 is a flowchart illustrating light control processing performed by a control unit of the light source device in the first embodiment.
  • 5 is a flowchart showing details of light amount reduction processing in step S2 of FIG. 4 in the first embodiment.
  • 5 is a flowchart showing details of light amount increase processing in step S4 of FIG. 4 in the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an endoscope system.
  • the endoscope system 1 is cited as an example of the imaging system.
  • the imaging system is not limited to the endoscope system 1 and can be widely applied to systems having an imaging function.
  • the endoscope system 1 includes a scope (endoscope) 2, a light source device 3, a video processor 4, a monitor 5, and a communication cable 6.
  • the light source device 3 includes a control unit 21, an LED drive unit 22, a white LED (denoted as W-LED in the figure) 23, an optical system 24, and an operation panel 25.
  • the white LED 23 is a light emitting element that emits white light as illumination light and is a light source.
  • the LED drive unit 22 is a light source drive unit that drives by supplying current to the white LED 23.
  • the LED drive unit 22 can adjust the amount of illumination light emitted from the white LED 23, for example, by controlling the current supplied.
  • both current value control and current application pulse width control that is, PWM control
  • PWM control can be performed as the current control by the LED drive unit 22.
  • the former control of the current value is to control the light emission luminance of the white LED 23, and the latter PWM control is to control the light emission time of the white LED 23.
  • the control unit 21 is a dimming control unit that adjusts the amount of illumination light emitted from the white LED 23 by controlling the current supplied from the LED driving unit 22 to the white LED 23.
  • the control of the control unit 21 is performed based on an aperture control signal acquired by communicating with the video processor 4 via the communication cable 6 or based on a brightness setting of illumination light from the user via the operation panel 25. Is called.
  • the optical system 24 transmits the illumination light emitted from the white LED 23 and focuses it on the incident end face of the base end of the light guide 11 (to be described later) of the scope 2.
  • the operation panel 25 is for a user to perform an operation on the light source device 3, and can perform a power on / off operation of the light source device 3, a brightness setting operation of illumination light, and the like.
  • the scope 2 which is an endoscope that receives illumination light from such a light source device 3, includes a light guide 11, an illumination lens 12, an objective lens 13, a CMOS image sensor (CMOS) 14, and a signal line 15.
  • CMOS CMOS image sensor
  • the light guide 11 has a proximal end extending from the light guide connector 16, and when the light guide connector 16 is connected to the light source device 3, the light from the white LED 23 described above is incident on the incident end surface of the proximal end of the light guide 11. The light is collected by the optical system 24.
  • the light guide 11 is inserted through the insertion portion of the scope 2 to the tip, and emits illumination light from the exit surface of the tip.
  • An illumination lens 12 is disposed on the optical path of the illumination light at the distal end of the scope 2. In this way, the illumination light from the light source device 3 transmitted through the light guide 11 is emitted from the distal end of the insertion portion via the illumination lens 12 to a subject that is an object to be imaged by the CMOS 14.
  • the optical image of the subject irradiated with the illumination light is taken in through the objective lens 13 disposed at the distal end of the insertion portion of the scope 2 and formed on the CMOS 14 that is an image sensor.
  • the CMOS 14 is a single-plate color imaging device in which a plurality of pixels that perform photoelectric conversion are arranged two-dimensionally in units of horizontal lines, and a primary color Bayer array color filter array is further disposed on the pixel array. is there.
  • the CMOS 14 performs imaging to convert an optical image of the subject into an electrical signal, and transmits an electrical signal (single plate color image) to the video processor 4 to which the video connector 17 is connected via the signal line 15.
  • the video processor 4 sequentially starts exposure for each horizontal line in one frame period of the CMOS 14 (or one image period such as one field period), and starts a predetermined exposure period (so-called shutter speed) from the start of exposure.
  • This is an image pickup control unit that sequentially reads out each horizontal line that has passed (that is, performs exposure control using a so-called rolling shutter).
  • the video processor 4 further sets the predetermined exposure period to be longer than the period required for reading all horizontal lines. Thus, the first horizontal line is read out after the exposure of the last horizontal line is started. Therefore, the video processor 4 performs control so that an entire line exposure period in which all horizontal lines are simultaneously exposed and a non-total line exposure period other than the entire line exposure period in a period in which any horizontal line is exposed. is doing.
  • the video processor 4 generates a color image (that is, a so-called three-plate color image in which RGB signals are arranged for each pixel) by demosaicing (simultaneously) the single-plate color image received from the CMOS 14.
  • image processing such as color balance adjustment, gamma conversion, and color conversion of the color image is performed, it is converted into a signal format for display on the monitor 5 and output to the monitor 5.
  • the monitor 5 is a color monitor. As a result, the subject image is displayed in color on the monitor 5.
  • the video processor 4 is provided with a light / dark correction unit 31.
  • the light source device 3 controls the light emission amount, that is, dimming, in several different dimming modes (specifically, as shown in FIG. (Dimming mode, second dimming mode).
  • dimming is performed in the first dimming mode
  • a gentle gradation is generated in the subject when used in combination with the rolling shutter using the CMOS 14.
  • the light / dark correction unit 31 illuminates light corresponding to each horizontal line when the image (image with a gentle gradation) obtained by exposing with the CMOS 14 under illumination in the first dimming mode is exposed. Is corrected so as to be close to an image (an image having no gradation) when the amount of illumination light corresponding to each horizontal line is the same.
  • the video processor 4 extracts, for example, a luminance signal from the color image described above, and generates an aperture control signal based on the extracted luminance signal.
  • the video processor 4 is set to the high level when exposure of the last horizontal line in all horizontal lines is started, and is set to the low level when exposure of the first horizontal line in all horizontal lines is completed. An exposure signal is also generated.
  • the aperture control signal and the all-line exposure signal thus generated by the video processor 4 are transmitted to the control unit 21 of the light source device 3 via the communication cable 6 that connects the video processor 4 and the light source device 3.
  • the control unit 21 controls the LED driving unit 22 based on the received aperture control signal and the entire line exposure signal to adjust the amount of illumination light emitted from the white LED 23.
  • control unit 21 of the light source device 3 transmits the light amount adjustment information of the illumination light to the video processor 4 via the communication cable 6.
  • the brightness correction unit 31 described above corrects the difference in image brightness based on the difference in the amount of illumination light during exposure for each horizontal line, based on the received light amount adjustment information of the illumination light.
  • FIG. 2 is a timing chart showing the exposure timing of the CMOS 14 and the dimming operation of the light source device 3.
  • the CMOS 14 sequentially reads out pixel data from a horizontal line after a predetermined exposure period ((Tr + Ta) shown in FIG. 2) has been started by resetting each pixel in order for each horizontal line (reset timing RST). The exposure ends with (reading timing RD).
  • the exposure period (Tr + Ta) is equal to or shorter than one frame period Tfl (in the example shown in FIG. 2, a period slightly shorter than one frame period Tfl).
  • the video processor 4 controls the exposure period (Tr + Ta) to be longer than the period Tr required to read all the horizontal lines as described above, all the lines on which all the horizontal lines are simultaneously exposed are controlled.
  • the exposure period Ta is positive (Ta> 0).
  • the exposure of the last horizontal line is started before the reading of the horizontal line where the exposure is first started is started.
  • a period in which at least one horizontal line is exposed but not the entire line exposure period Ta is a non-all line exposure period.
  • the video processor 4 generates, as the above-described all line exposure signal, a signal that becomes, for example, a high level during the entire line exposure period Ta and becomes a low level during periods other than the all line exposure period Ta, and controls the control unit of the light source device 3. To 21.
  • the video processor 4 determines the aperture control signal (for example, a signal for maintaining the light amount of the illumination light at the current state, a signal indicating how much the light amount of the illumination light is reduced from the current state, and / or the light amount of the illumination light from the current state. As shown in FIG. 2, for example, a signal indicating how much is increased is transmitted to the control unit 21 when some time has elapsed since the start of the entire line exposure period Ta.
  • the aperture control signal for example, a signal for maintaining the light amount of the illumination light at the current state, a signal indicating how much the light amount of the illumination light is reduced from the current state, and / or the light amount of the illumination light from the current state.
  • the light source device 3 receives the all-line exposure signal and the aperture control signal from the video processor, and adjusts the light amount (dimming) of the illumination light. This light control will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing the state of current control and pulse width control in each dimming mode.
  • the above-described dimming example shown in FIG. 2 shows a state in which the light amount is gradually decreased from the time point when the illumination is performed with the maximum light amount (the time point of the maximum dimming mode).
  • the current AI applied in the first period T1 during the entire line exposure period Ta is also applied to all line exposure periods Ta and non-all line exposure periods Tr other than the first period T1.
  • the current NAI applied in the second period T2 is the maximum current (maximum rated current) Imax that can be supplied as the current I.
  • the first dimming mode is entered first.
  • the current AI applied in the first period T1 is maintained at the maximum current Imax (that is, the amount of illumination light in the first period T1 in the entire line exposure period Ta is maintained at a predetermined level.
  • the current NAI applied in the second period T2 increases or decreases as compared to the immediately preceding second period T2 so as to approach the target light amount (however, in one second period T2, the current NAI is increased).
  • “increase / decrease” is maintained as it is, that is, includes 0 increase or 0 decrease, and so on).
  • the control unit 21 causes the LED driving unit 22 to adjust the amount of power per unit time supplied to the white LED 23 that is the light source in the second period T2, so that the amount of illumination light is reduced to the previous level.
  • This mode increases or decreases as compared with the second period T2.
  • the amount of illumination light during the second period T2 is increased or decreased compared to the amount of illumination light during the immediately preceding second period T2 (see the arrow CI1).
  • the first period T1 is slightly closer to the start time point and the end time point than the entire period of the entire line exposure period Ta in order to provide a margin in consideration of timing control deviations and the like. Although shortened, it is preferable to match the first period T1 with the all-line exposure period Ta if it is not necessary to consider the timing control deviation.
  • This first dimming mode ends when the current NAI applied in the second period T2 becomes zero (see arrow CI2 in FIG. 2), and when the amount of illumination light is further reduced, Enter dimming mode.
  • the current NAI applied in the second period T2 is maintained at 0 (that is, the amount of illumination light during the second period T2 is maintained at zero), and is applied in the first period T1.
  • Current control (see arrow CI3 in FIG. 2) for increasing / decreasing the current AI to be compared with the immediately preceding first period T1 (however, within one first period T1, the current AI is kept constant without being changed).
  • pulse width control PWM control
  • the control unit 21 causes the LED drive unit 22 to perform. Therefore, in the second dimming mode, the light intensity of the illumination light during the first period T1 is within the range below the predetermined level (the light intensity when the maximum current Imax is applied) in the first dimming mode. It will be increased or decreased as compared to one period T1.
  • the pulse width (power supply period) APW in the PWM control is set to the maximum pulse width APWmax (this maximum pulse width APWmax corresponds to the entire first period T1.
  • This current control stops when the current AI reaches the minimum current Imin, and then shifts to PWM control.
  • This PWM control is performed by controlling the pulse width APW of the current AI in the first period T1 between the maximum pulse width APWmax and the minimum pulse width (for example, pulse width 0).
  • the current control is first given priority, and when the limit of the adjustment range by the current control is reached, the PWM control is performed.
  • the PWM control may be performed with priority, and then the current control may be performed, or the PWM control and the current control may be performed simultaneously in parallel.
  • the PWM control and the current control may be performed by stepwise level adjustment with a step width.
  • the minimum current Imin is set to non-zero, and in the PWM control, the minimum pulse width is set to zero.
  • the present invention is not limited to this. That is, the minimum current Imin may be zero, and the minimum pulse width in PWM control may be non-zero.
  • the minimum current Imin of zero / non-zero and the minimum pulse width of zero / non-zero can be arbitrarily combined.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the process of light control by the control unit 21 of the light source device 3.
  • control unit 21 determines whether it is necessary to reduce the amount of light based on the aperture control signal received from the video processor 4 (step S1).
  • control unit 21 performs a light amount reduction process shown in FIG. 5 (step S2).
  • control unit 21 determines whether or not it is necessary to increase the light amount (Ste S3).
  • control unit 21 performs the light quantity increase process shown in FIG. 6 (step S4).
  • step S3 When this light quantity increasing process is completed or when it is determined in step S3 that it is not necessary to increase the light quantity, this dimming control process is terminated and the process returns to a main routine (not shown).
  • FIG. 5 is a flowchart showing details of the light amount reduction processing in step S2 of FIG.
  • control unit 21 determines whether or not it is currently in the maximum dimming mode (step S11).
  • the control unit 21 turns on the white LED 23 with the maximum current Imax via the LED driving unit 22 (CW (ContinuoustinWave: unmodulated continuous wave)) ( Step S12).
  • CW ContinuoustinWave: unmodulated continuous wave
  • control unit 21 further determines whether or not the current mode is the first dimming mode (step S13).
  • step S12 When the process of step S12 described above ends or when it is determined in step S13 that the current mode is the first dimming mode, the control unit 21 reduces the current NAI only in the second period T2. Is performed (step S14).
  • control unit 21 determines whether or not the target light amount has been reached (step S15).
  • control unit 21 determines whether or not the current NAI in the second period T2 has become 0 (step S16).
  • control unit 21 returns to step S14 and continues to perform the process of the first dimming mode.
  • step S16 if it is determined in step S16 that the current NAI has become 0, or if it is determined in step S13 described above that it is not currently in the first dimming mode, the current control and PWM control in the first period T1 are used in combination. Then, the second dimming mode process for reducing the light amount is performed (step S17).
  • control unit 21 determines whether or not the target light amount has been reached (step S18).
  • control unit 21 returns to step S17 and continues to perform the process of the second dimming mode.
  • step S15 or step S18 If it is determined in step S15 or step S18 that the target light quantity has been reached, the process returns from the light quantity reduction process to the dimming control process shown in FIG.
  • FIG. 6 is a flowchart showing details of the light quantity increasing process in step S4 of FIG.
  • control unit 21 determines whether or not it is currently in the second dimming mode (step S21).
  • control unit 21 when it is determined that the current mode is the second dimming mode, the control unit 21 performs processing in the second dimming mode in which the light amount is increased by using both current control and PWM control in the first period T1. Is performed (step S22).
  • control unit 21 determines whether or not the target light amount has been reached (step S23).
  • control unit 21 determines whether or not the current AI in the first period T1 is the maximum current Imax and the pulse width in the PWM control is the maximum pulse width APWmax. Determination is made (step S24).
  • step S24 when it is determined that the current AI is not the maximum current Imax or the pulse width is not the maximum value, the control unit 21 returns to step S22 and continues the process of the second dimming mode.
  • step S21 If it is determined in step S21 that the current mode is not the second dimming mode, the control unit 21 further determines whether the current mode is the first dimming mode (step S25).
  • step S24 If it is determined in step S24 that the current AI is the maximum current Imax and the pulse width is the maximum value, or if it is determined in step S25 that it is currently in the first dimming mode, the control unit 21 The first dimming mode process for increasing the current NAI is performed only in the second period T2 (step S26).
  • control unit 21 determines whether or not the target light amount has been reached (step S27).
  • control unit 21 determines whether or not the maximum dimming mode has been reached (step S28).
  • control unit 21 If it is determined that the maximum dimming mode has not been reached, the control unit 21 returns to step S26 and continues to process the first dimming mode.
  • step S28 when it is determined in step S23 or step S27 that the target light amount has been reached, it is determined in step S28 that the maximum dimming mode has been reached, or in step S25, the current mode is not the first dimming mode (that is, the maximum dimming mode). Is determined), the process returns from the light quantity increase process to the process of light control shown in FIG.
  • the brightness and darkness in the image obtained by such processing is as follows.
  • an image obtained by exposure under illumination in the maximum dimming mode becomes an image of a subject illuminated with a continuous maximum light amount by continuous application of the maximum current Imax. Etc.) (the same applies hereinafter), light and dark stripes, gradation, etc. will not occur.
  • the amount of illumination light applied to the subject in the first period T1 is constant regardless of the horizontal line, but the first period T1. Since the illumination light quantity in the second period T2 before and after the difference is different, the illumination light quantity in the second period T2 immediately before the first period T1 and the illumination light quantity in the second period T2 immediately after the first period T1 were irradiated in any balance. Gradation will occur depending on whether the subject is a horizontal line exposed (however, clear bright and dark stripes will not occur).
  • the illumination light amount in the immediately preceding second period T2 is the illumination light indicated by the arrow CI1
  • the illumination light amount in the immediately following second period T2 is the illumination light indicated by the arrow CI2
  • the illumination light quantity corresponding to the horizontal line is the largest, the illumination light quantity gradually decreases as it goes down, and the illumination light quantity corresponding to the lowermost horizontal line is the smallest. Therefore, a gentle gradation is produced in which the upper side of the image is brighter and the lower side is darker.
  • This gradation can be set to a level that hardly causes a sense of incongruity in practical use if the light control is performed at a change rate of a cycle of about 10 Hz, for example (if such light control is performed, the light / dark correction unit 31). Can be omitted).
  • the gradation correction unit 31 provided in the video processor 4 performs the process of correcting gradation. is there.
  • the brightness correction unit 31 is based on the light amount adjustment information of the illumination light acquired from the control unit 21, and the gradation as described above is generated with respect to an image obtained by exposure under illumination in the first dimming mode. Is corrected, for example, by adjusting the gain for each horizontal line (that is, a correction process for approaching an image when the amount of illumination light corresponding to each horizontal line is the same).
  • the light / dark correction unit 31 is not limited to acquiring the light amount adjustment information of the illumination light from the control unit 21 and performing the correction process, but one image based on the aperture control signal transmitted from the video processor 4 to the control unit 21. It is also possible to perform correction processing by predicting gradation that occurs inside. In this case, since it is not necessary to wait for communication of the dimming result from the control unit 21, it is possible to obtain a processing result faster (that is, to obtain faster dimming response).
  • the dimming control as described above is performed by dividing into a plurality of dimming modes according to the amount of illumination light.
  • light control light amount narrowing
  • dimming control in the first dimming mode dimming that is asymptotic to dimming in the maximum dimming mode is possible, and light and dark stripes in the image are suppressed while ensuring the maximum light amount. be able to.
  • dimming control in the second dimming mode it is possible to perform dimming in a wide dynamic range (for example, the minimum light amount is, for example, about a thousandth of the maximum light amount).
  • the second light control mode is a mode for controlling only the amount of light emitted in the first period T1 within the entire line exposure period Ta, bright and dark stripes do not occur, and control is performed with a high degree of freedom. Can do.
  • the first period T1 is lit with a predetermined level of light quantity (for example, maximum light quantity) (that is, the brightness of the entire image). Therefore, even if the amount of illumination light in the second period T2 changes somewhat for each horizontal line, the contribution to the brightness is low, and there is an advantage that the gradation becomes more inconspicuous.
  • a predetermined level of light quantity for example, maximum light quantity
  • the predetermined level of the amount of illumination light maintained during the first period T1 is desirably the light amount level when the maximum current Imax is applied, but is not limited to this. It may be a light amount level when a current somewhat lower than the current Imax is applied.
  • an imaging method for performing imaging by controlling the imaging system as described above may be used, or a control program for causing a computer to control the imaging system as described above. It may be a non-temporary recording medium readable by a computer for recording the control program.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
  • various aspects of the invention can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, you may delete some components from all the components shown by embodiment.
  • the constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

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Abstract

　全ライン露光期間（Ｔａ）と非全ライン露光期間（Ｔｒ）とが生じるようにローリングシャッタ方式の撮像制御を行い、第１調光モードにおいて、全ライン露光期間（Ｔａ）中の第１期間（Ｔ１）における照明光の光量を所定のレベルに維持しながら、第１期間（Ｔ１）以外の全ライン露光期間（Ｔａ）および非全ライン露光期間（Ｔｒ）でなる第２期間（Ｔ２）中における照明光の光量を直前の第２期間（Ｔ２）に比して増減させる（ＣＩ１，ＣＩ２）ように照明光の光源を制御する撮像システム。

Description

撮像システム、撮像方法
　本発明は、撮像素子の露光を水平ライン毎に順次行うローリングシャッタ方式の撮像システム、撮像方法に関する。
　撮像装置では、従来よりＣＣＤ型イメージセンサが広範に用いられていたが、近年ではＣＭＯＳ型イメージセンサ（以下、単にＣＭＯＳという）も広く使用されるようになってきている。このＣＭＯＳは、低消費電力で、周辺回路を同一基板上に形成することが可能であるという利点を有しており、電子内視鏡の分野においても、ＣＭＯＳを使用した内視鏡システムが提案されてきている。
　ところで、ＣＭＯＳは、一般に、１水平ライン毎に順に画素信号の読み出しが行われるローリングシャッタ方式が採用されている。
　このようなローリングシャッタ方式のＣＭＯＳを使用した撮像装置としては、例えば、特開２００９－１２４２６０号公報に記載されたものが挙げられる。また、内視鏡装置におけるＣＭＯＳの適用例としては、特開２０１１－３０９８５号公報に記載されたものが挙げられる。
　ところで、ローリングシャッタ方式の場合には、同一の時点で露光中のラインと非露光中のラインとが存在する状態が発生するが、このような時点でフラッシュ発光（閃光発光）を行うと、照明光により照明された被写体が露光されるラインと、被写体が照明光により照明されることなく露光されるラインとが発生し、１画面中に明暗縞が生じてしまうことになる。
　そこで、上述した特開２００９－１２４２６０号公報や特開２０１１－３０９８５号公報に記載の技術では、全ラインに共通する露光期間（全ライン露光期間、あるいはグローバル露光期間）に照明光を照射して撮影を行うように制御している。
　しかし、フラッシュ発光（閃光発光）ではない通常のランプ（キセノンランプやハロゲンランプ等）、あるいはＬＥＤ等を用いた照明光では、全ライン露光期間にのみ発光を行うと、全ライン露光期間以外の非全ライン露光期間にも発光を行う場合に比して、最大照明光量が低くなってしまう。
　そこで、非全ライン露光期間にも発光を行った場合に生じる明暗縞を目立たなくする技術として、撮像のタイミングに対して光量変化を比較的緩やか（最速でも１０Ｈｚ程度）にすることが考えられる。こうした緩やかな光量変化は、例えば、メカニカル絞り機構のような調光機構を有する光源装置において行われており、明暗縞が生じたとしても実用上問題のないレベルに抑制することが可能となっている。
　メカニカル絞り機構による緩やかな光量変化に代えて、光源（例えばＬＥＤ光源）を緩やか（例えば１０Ｈｚ程度）に電流調光することも考えられる。しかし、電流調光だけでは広いダイナミックレンジの調光を行うことが困難である（特に、内視鏡光源で使用するような大電力ＬＥＤドライバでは、電流調光のみで達成し得る最小光量は、最大光量の例えば数十分の一程度である）。
　従って、電流調光に加えて、さらにＰＷＭ調光、あるいはメカニカル絞り機構などを併用した調光が必要になると考えられる。
　例えば、特開２００７－３１８５８１号公報には、ＣＭＯＳ等の撮像素子と、撮像素子の露光および読出駆動をローリングシャッタ方式で制御する撮像素子駆動制御手段と、フレーム周期を制御するフレーム周期制御手段と、ＬＥＤライト等で構成される撮影補助光源と、この撮影補助光源をＰＷＭ駆動で制御する補助光源駆動制御手段と、を備える撮像装置が記載されている。該公報に記載の技術では、ローリングシャッタによる各ライン毎の露光開始期間に同期して、ＬＥＤライトをパルス発光させ、かつ発光パルスをＰＷＭ制御することにより発光量を調整している（ライン調光：該公報の例えば図３等参照）。
　この特開２００７－３１８５８１号公報に記載の技術は、１水平ライン期間毎に発光パルスをＰＷＭ調光する技術であるために、さらに電流調光を併用することも可能である。
　ところで、一般的に１水平ライン期間は数１０μｓ程度である。これに対して、内視鏡光源で使用するような大電力ＬＥＤドライバは、生成可能な最小パルス幅が数μｓ程度であるために、上述した特開２００７－３１８５８１号公報に記載の技術をもってしても、広いダイナミックレンジの調光を行うことは依然として困難である（例えば、ＰＷＭ調光と電流調光を併用したとしても、達成し得る最小光量は、最大光量の例えば数百分の一程度である）。
　光源装置の調光ダイナミックレンジはより広いことが望ましく、特に内視鏡光源としては、最大光量の数千分の一のオーダーの最小光量が得られることが望ましい。
　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、水平ライン毎に順次露光を行う撮像素子を用いる撮像システム、撮像方法において、画像の明暗縞を抑制しながら、調光のダイナミックレンジを広くすることができる撮像システム、撮像方法を提供することを目的としている。
　本発明の第１の態様による撮像システムは、光電変換を行う複数の画素が水平ライン単位で２次元状に配列された撮像素子と、全水平ラインの読み出しに要する期間よりも所定の露光期間が長くなるように設定して、前記撮像素子の露光を前記水平ライン毎に順次開始させ、最後の水平ラインの露光を開始させた後に、露光開始から前記所定の露光期間が経過した水平ライン毎に順次読出を行わせることにより、前記全水平ラインが同時に露光される全ライン露光期間と、何れかの水平ラインが露光される期間における前記全ライン露光期間以外の非全ライン露光期間と、が生じるように制御する撮像制御部と、前記撮像素子による撮像の対象である被写体へ出射する照明光を発光する光源と、前記光源を、前記照明光の光量を調節可能に駆動する光源駆動部と、第１調光モードにおいて、前記全ライン露光期間中の第１期間における前記照明光の光量を所定のレベルに維持しながら、前記第１期間以外の前記全ライン露光期間および前記非全ライン露光期間でなる第２期間中における前記照明光の光量を直前の第２期間に比して増減させるように前記光源駆動部を制御する調光制御部と、を具備している。
　本発明の第２の態様による撮像方法は、光電変換を行う複数の画素が水平ライン単位で２次元状に配列された撮像素子の撮像制御に際して、全水平ラインの読み出しに要する期間よりも所定の露光期間が長くなるように設定し、前記撮像素子による撮像の対象である被写体へ出射する照明光を光源から発光し、前記撮像素子の露光を前記水平ライン毎に順次開始し、最後の水平ラインの露光を開始した後に、露光開始から前記所定の露光期間が経過した水平ライン毎に順次読出を行い、第１調光モードにおいて、前記全水平ラインが同時に露光される全ライン露光期間中の第１期間における前記照明光の光量を所定のレベルに維持しながら、何れかの水平ラインが露光される期間における前記全ライン露光期間以外の非全ライン露光期間および前記第１期間以外の前記全ライン露光期間でなる第２期間中における前記照明光の光量を直前の第２期間に比して増減する方法である。
本発明の実施形態１の内視鏡システムの構成を示す図。 上記実施形態１において、ＣＭＯＳの露光タイミングと光源装置の調光動作とを示すタイミングチャート。 上記実施形態１の各調光モードにおける電流制御およびパルス幅制御の様子を示す線図。 上記実施形態１において、光源装置の制御部による調光制御の処理を示すフローチャート。 上記実施形態１において、図４のステップＳ２における光量減少処理の詳細を示すフローチャート。 上記実施形態１において、図４のステップＳ４における光量増加処理の詳細を示すフローチャート。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
［実施形態１］
　図１から図６は本発明の実施形態１を示したものであり、図１は内視鏡システムの構成を示す図である。
　本実施形態は、撮像システムの一例として、内視鏡システム１を挙げたものとなっている。ただし、撮像システムは内視鏡システム１に限定されるものではなく、撮像機能を備えたシステムに広く適用することが可能である。
　内視鏡システム１は、スコープ（内視鏡）２と、光源装置３と、ビデオプロセッサ４と、モニタ５と、通信ケーブル６とを備えている。
　光源装置３は、制御部２１と、ＬＥＤ駆動部２２と、白色ＬＥＤ（図中、Ｗ－ＬＥＤと記載する）２３と、光学系２４と、操作パネル２５と、を備えている。
　白色ＬＥＤ２３は、照明光として白色光を発光する発光素子であり光源である。
　ＬＥＤ駆動部２２は、白色ＬＥＤ２３に電流を供給して駆動する光源駆動部である。このＬＥＤ駆動部２２は、例えば供給する電流を制御することにより、白色ＬＥＤ２３から発光する照明光の光量を調節することが可能となっている。ここに、ＬＥＤ駆動部２２による電流制御としては、電流値の制御と、電流の印加パルス幅の制御（つまり、ＰＷＭ制御）と、の両方が可能である。前者の電流値の制御は、白色ＬＥＤ２３の発光輝度を制御することであり、後者のＰＷＭ制御は、白色ＬＥＤ２３の発光時間を制御することである。
　制御部２１は、ＬＥＤ駆動部２２から白色ＬＥＤ２３へ供給する電流を制御することにより、白色ＬＥＤ２３から発光する照明光の光量を調節する調光制御部である。この制御部２１の制御は、通信ケーブル６を介してビデオプロセッサ４と通信を行って取得した絞り制御信号に基づき、または操作パネル２５を介したユーザからの照明光の明るさ設定に基づき、行われる。
　光学系２４は、白色ＬＥＤ２３から発光された照明光を伝送して、スコープ２の後述するライトガイド１１の基端の入射端面に集光するものである。
　操作パネル２５は、光源装置３に対する操作をユーザが行うためのものであり、光源装置３の電源オン／オフ操作や、照明光の明るさ設定操作等を行うことができるようになっている。
　このような光源装置３から照明光の供給を受ける内視鏡であるスコープ２は、ライトガイド１１と、照明レンズ１２と、対物レンズ１３と、ＣＭＯＳ型イメージセンサ（ＣＭＯＳ）１４と、信号線１５と、ライトガイドコネクタ１６と、ビデオコネクタ１７と、を備えている。
　ライトガイド１１は、ライトガイドコネクタ１６から基端が延出しており、ライトガイドコネクタ１６を光源装置３に接続したときに、ライトガイド１１の基端の入射端面に上述した白色ＬＥＤ２３からの光が光学系２４により集光される。
　ライトガイド１１はスコープ２の挿入部内を先端部まで挿通されており、先端の射出面から照明光を射出する。スコープ２の先端におけるこの照明光の光路上には、照明レンズ１２が配設されている。こうして、ライトガイド１１内を伝達された光源装置３からの照明光は、照明レンズ１２を介して挿入部の先端から、ＣＭＯＳ１４による撮像の対象である被写体へ出射される。
　照明光を照射された被写体の光学像は、スコープ２の挿入部先端に配設された対物レンズ１３を介して取り込まれ、撮像素子であるＣＭＯＳ１４上に結像する。このＣＭＯＳ１４は、光電変換を行う複数の画素が水平ライン単位で２次元状に配列され、この画素配列上に例えば原色ベイヤー配列のカラーフィルタアレイがさらに配設されている単板のカラー撮像素子である。そして、ＣＭＯＳ１４は、被写体の光学像を電気信号に変換する撮像を行い、信号線１５を介して、ビデオコネクタ１７が接続されたビデオプロセッサ４へ電気信号（単板カラー画像）を送信する。
　ビデオプロセッサ４は、ＣＭＯＳ１４の１フレーム期間（あるいは１フィールド期間などの、１枚の画像を撮像する期間）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露光期間（いわゆるシャッタ速度）が経過した水平ライン毎に順次読出を行わせる（すなわち、いわゆるローリングシャッタによる露光制御を行う）撮像制御部である。このビデオプロセッサ４は、さらに、全水平ラインの読み出しに要する期間よりも所定の露光期間が長くなるように設定する。これにより、最初の水平ラインの読み出しは、最後の水平ラインの露光が開始した後となる。従って、ビデオプロセッサ４は、全水平ラインが同時に露光される全ライン露光期間と、何れかの水平ラインが露光される期間における全ライン露光期間以外の非全ライン露光期間と、が生じるように制御している。
　そして、ビデオプロセッサ４は、ＣＭＯＳ１４から受信した単板カラー画像をデモザイキング（同時化）してカラー画像（つまり、各画素についてＲＧＢ３色の色信号が揃ったいわゆる三板カラー画像）を生成し、生成したカラー画像のカラーバランス調整やガンマ変換、色変換等の画像処理を行った後に、モニタ５に表示するための信号形式に変換してモニタ５へ出力する。ここにモニタ５は、カラーモニタである。これにより、モニタ５には被写体の画像がカラーで表示される。
　また、ビデオプロセッサ４には、明暗補正部３１が設けられている。光源装置３は、後で詳しく説明するように、発光量の制御、すなわち調光を、幾つかの異なる調光モード（具体的には、図３に示すように、最大調光モード、第１調光モード、第２調光モード）に分類して行うようになっている。そして、これらの内の第１調光モードで調光を行う場合には、ＣＭＯＳ１４によるローリングシャッタと併用すると、被写体に緩やかなグラデーションが発生する。そこで、明暗補正部３１は、第１調光モードの照明下でＣＭＯＳ１４により露光して得られた画像（緩やかなグラデーションがある画像）を、画像を露光したときの各水平ラインに対応する照明光の光量に基づいて、各水平ラインに対応する照明光の光量が同一であるときの画像（グラデーションがない画像）に近付けるように補正するものである。
　さらに、ビデオプロセッサ４は、上述したカラー画像から例えば輝度信号を抽出して、抽出した輝度信号に基づき絞り制御信号を生成する。また、ビデオプロセッサ４は、全水平ライン中の最後の水平ラインの露光が開始された時点でハイレベルとなり、全水平ライン中の最初の水平ラインの露光が終了した時点でローレベルとなる全ライン露光信号も生成する。こうしてビデオプロセッサ４により生成された絞り制御信号および全ライン露光信号は、ビデオプロセッサ４と光源装置３とを接続する通信ケーブル６を介して、光源装置３の制御部２１へ送信される。
　制御部２１は、受信した絞り制御信号と全ライン露光信号とに基づき、ＬＥＤ駆動部２２を制御して白色ＬＥＤ２３から発光する照明光の光量調節を行う。
　一方、光源装置３の制御部２１は、照明光の光量調節情報を、通信ケーブル６を介してビデオプロセッサ４へ送信する。上述した明暗補正部３１は、受信した照明光の光量調節情報に基づき、水平ライン毎の露光時の照明光の光量の相違に基づく画像の明るさの相違を補正する。
　次に、図２はＣＭＯＳ１４の露光タイミングと光源装置３の調光動作とを示すタイミングチャートである。
　ＣＭＯＳ１４は、各画素を水平ライン毎に順にリセットすること（リセットタイミングＲＳＴ）により露光が開始され、所定の露光期間（図２に示す（Ｔｒ＋Ｔａ））が経過した水平ラインから画素データを順に読み出すこと（読出タイミングＲＤ）により露光が終了する。
　なお、露光期間（Ｔｒ＋Ｔａ）は、１フレーム期間Ｔｆｌと等しいか、それよりも短い期間（図２に示した例は、１フレーム期間Ｔｆｌよりもやや短い期間）となっている。
　そして、ビデオプロセッサ４は、上述したように、露光期間（Ｔｒ＋Ｔａ）が全水平ラインの読出に要する期間Ｔｒよりも長くなるように制御しているために、全水平ラインが同時に露光される全ライン露光期間Ｔａは正（Ｔａ＞０）である。これにより、最初に露光が開始された水平ラインの読み出しが開始される前に、最後の水平ラインの露光が開始されることになる。そして、少なくとも１つの水平ラインが露光されているが全ライン露光期間Ｔａではない期間（例えば、上記期間Ｔｒ）は、非全ライン露光期間である。
　ビデオプロセッサ４は、全ライン露光期間Ｔａにおいて例えばハイレベルとなり、全ライン露光期間Ｔａ以外の期間において例えばローレベルとなる信号を、上述した全ライン露光信号として生成して、光源装置３の制御部２１へ送信する。
　また、ビデオプロセッサ４は、絞り制御信号（例えば、照明光の光量を現状に維持する信号、あるいは照明光の光量を現状からどれだけ減少させるかを示す信号、さらにあるいは照明光の光量を現状からどれだけ増加させるかを示す信号等）を生成して、図２に示すように、例えば全ライン露光期間Ｔａが開始されてから幾らかの時間が経過した時点で制御部２１へ送信する。
　光源装置３は、ビデオプロセッサから全ライン露光信号および絞り制御信号を受けて、照明光の光量調節（調光）を行う。この調光について、図３も参照して説明する。図３は各調光モードにおける電流制御およびパルス幅制御の様子を示す線図である。
　まず、上述した図２に示す調光の例は、最大光量で照明を行っている時点（最大調光モードの時点）から、光量を徐々に減少させていくときの様子を示している。
　最大調光モードのときには、図３に示すように、全ライン露光期間Ｔａ中の第１期間Ｔ１に印加する電流ＡＩも、第１期間Ｔ１以外の全ライン露光期間Ｔａおよび非全ライン露光期間Ｔｒでなる第２期間Ｔ２に印加する電流ＮＡＩも共に、電流Ｉとして供給し得る最大電流（最大定格電流）Ｉｍａｘである。
　この最大調光モードから照明光の光量を減少させると、まず、第１調光モードに入る。この第１調光モードは、第１期間Ｔ１に印加する電流ＡＩを最大電流Ｉｍａｘに維持したまま（すなわち、全ライン露光期間Ｔａ中の第１期間Ｔ１における照明光の光量を所定のレベルに維持しながら）、第２期間Ｔ２に印加する電流ＮＡＩだけを目標とする光量に近付くように直前の第２期間Ｔ２に比して増減する（ただし、１つの第２期間Ｔ２内においては、電流ＮＡＩを変化させることなく一定値に維持する）モードである（なお、ここでいう「増減」は、現状維持、すなわち０増加、あるいは０減少も含むものとする、以下同様）。すなわち、第１調光モードは、第２期間Ｔ２に光源である白色ＬＥＤ２３へ供給する単位時間当たりの電力量を、制御部２１がＬＥＤ駆動部２２に調整させることにより、照明光の光量を直前の第２期間Ｔ２に比して増減させるモードである。これにより、第２期間Ｔ２中における照明光の光量（例えば、矢印ＣＩ２参照）は、直前の第２期間Ｔ２における照明光の光量（矢印ＣＩ１参照）に比して増減されることになる。
　なお、図２に示す例においては、タイミング制御のズレ等を考慮して余裕を持たせるために、第１期間Ｔ１を全ライン露光期間Ｔａの全期間よりも開始時点側および終了時点側にやや短くしているが、タイミング制御のズレを考慮しなくても良いのであれば、第１期間Ｔ１を全ライン露光期間Ｔａに一致させると良い。
　この第１調光モードは、第２期間Ｔ２に印加する電流ＮＡＩが０になった時点（図２における矢印ＣＩ２参照）で終了し、さらに照明光の光量を減少させると、次に、第２調光モードに入る。この第２調光モードは、第２期間Ｔ２に印加する電流ＮＡＩを０に維持したまま（すなわち、第２期間Ｔ２中における照明光の光量をゼロに維持したまま）、第１期間Ｔ１に印加する電流ＡＩを直前の第１期間Ｔ１に比して増減させる電流制御（図２における矢印ＣＩ３参照）と（ただし、１つの第１期間Ｔ１内においては、電流ＡＩを変化させることなく一定値に維持する）、第１期間Ｔ１中の電流ＡＩの印加期間を直前の第１期間Ｔ１に比して増減させるパルス幅制御（ＰＷＭ制御）（図２における矢印ＰＷＭ参照）と、を併用するモードである。すなわち、第２調光モードは、第１期間Ｔ１に光源である白色ＬＥＤ２３へ供給する単位時間当たりの電力量の調整と、第１期間Ｔ１内における電力供給期間（パルス幅）の調整とを併用して、制御部２１がＬＥＤ駆動部２２に行わせるモードである。従って、この第２調光モードでは、第１期間Ｔ１中における照明光の光量が、第１調光モードにおける所定のレベル（最大電流Ｉｍａｘが印加されたときの光量）以下の範囲で直前の第１期間Ｔ１に比して増減されることになる。
　図３に示す例では、この第２調光モードに入ると、ＰＷＭ制御におけるパルス幅（電力供給期間）ＡＰＷを最大パルス幅ＡＰＷｍａｘ（この最大パルス幅ＡＰＷｍａｘは、第１期間Ｔ１の全部に対応するパルス幅である）に維持したまま、まず電流制御のみを行う。この電流制御は、電流ＡＩが最小電流Ｉｍｉｎに到達したところで停止し、続いてＰＷＭ制御に移行する。このＰＷＭ制御は、第１期間Ｔ１における電流ＡＩのパルス幅ＡＰＷを、最大パルス幅ＡＰＷｍａｘと最小パルス幅（例えばパルス幅０）との間で制御することにより行われる。
　なお、図３に示す例においては、第１調光モードから第２調光モードに入ったときに、まず電流制御を優先して行い、電流制御による調整範囲の限界に達したところでＰＷＭ制御に移行するようにしたが、これに限るものではない。例えば、ＰＷＭ制御を優先して行い、その後に電流制御に移行するようにしても良いし、ＰＷＭ制御と電流制御とを同時並行的に行うようにしても構わない。また、ＰＷＭ制御と電流制御とは、ステップ幅をもった段階的なレベル調整により行うようにしても良いことは言うまでもない。
　また、電流制御においては最小電流Ｉｍｉｎを非ゼロとし、ＰＷＭ制御においては最小パルス幅をゼロとしたが、これに限るものでもない。すなわち、最小電流Ｉｍｉｎをゼロとしても良いし、ＰＷＭ制御における最小パルス幅を非ゼロとしても構わない。そして、最小電流Ｉｍｉｎのゼロ／非ゼロと、最小パルス幅のゼロ／非ゼロとは、任意に組み合わせ可能である。
　次に、図４は光源装置３の制御部２１による調光制御の処理を示すフローチャートである。
　この調光制御の処理を開始すると、制御部２１は、ビデオプロセッサ４から受信した絞り制御信号に基づき、光量を減少させることが必要であるか否かを判定する（ステップＳ１）。
　ここで、光量を減少させることが必要であると判定した場合には、制御部２１は、図５に示す光量減少処理を行う（ステップＳ２）。
　この光量減少処理が終了するか、またはステップＳ１において光量を減少させることは不要であると判定した場合には、制御部２１は、光量を増加させることが必要であるか否かを判定する（ステップＳ３）。
　ここで、光量を増加させることが必要であると判定した場合には、制御部２１は、図６に示す光量増加処理を行う（ステップＳ４）。
　この光量増加処理が終了するか、またはステップＳ３において光量を増加させることは不要であると判定した場合には、この調光制御の処理を終了して、図示しないメインルーチン等へ復帰する。
　続いて、図５は図４のステップＳ２における光量減少処理の詳細を示すフローチャートである。
　この光量減少処理に入ると、制御部２１は、現在、最大調光モードであるか否かを判定する（ステップＳ１１）。
　ここで、現在最大調光モードであると判定した場合には、制御部２１は、ＬＥＤ駆動部２２を介して、白色ＬＥＤ２３を最大電流ＩｍａｘでＣＷ（Continuous Wave：無変調連続波）点灯する（ステップＳ１２）。
　また、ステップＳ１１において現在最大調光モードでないと判定した場合には、制御部２１はさらに、現在、第１調光モードであるか否かを判定する（ステップＳ１３）。
　上述したステップＳ１２の処理が終了するか、またはステップＳ１３において現在第１調光モードであると判定した場合には、制御部２１は、第２期間Ｔ２のみ電流ＮＡＩを減少させる第１調光モードの処理を行う（ステップＳ１４）。
　その後、制御部２１は、目標光量に達したか否かを判定する（ステップＳ１５）。
　ここで、目標光量に達していないと判定した場合には、制御部２１は、第２期間Ｔ２の電流ＮＡＩが０になったか否かを判定する（ステップＳ１６）。
　ここで、電流ＮＡＩがまだ０になっていないと判定した場合には、制御部２１は、ステップＳ１４へ戻って引き続き第１調光モードの処理を行う。
　一方、ステップＳ１６において電流ＮＡＩが０になったと判定した場合、または上述したステップＳ１３において現在第１調光モードでないと判定した場合には、第１期間Ｔ１内の電流制御とＰＷＭ制御とを併用して光量を減少させる第２調光モードの処理を行う（ステップＳ１７）。
　その後、制御部２１は、目標光量に達したか否かを判定する（ステップＳ１８）。
　ここで、目標光量に達していないと判定した場合には、制御部２１は、ステップＳ１７へ戻って引き続き第２調光モードの処理を行う。
　また、ステップＳ１５あるいはステップＳ１８において目標光量に達したと判定した場合には、この光量減少処理から図４に示した調光制御の処理へリターンする。
　さらに、図６は図４のステップＳ４における光量増加処理の詳細を示すフローチャートである。
　この光量増加処理に入ると、制御部２１は、現在、第２調光モードであるか否かを判定する（ステップＳ２１）。
　ここで、現在第２調光モードであると判定した場合には、制御部２１は、第１期間Ｔ１内の電流制御とＰＷＭ制御とを併用して光量を増加させる第２調光モードの処理を行う（ステップＳ２２）。
　続いて、制御部２１は、目標光量に達したか否かを判定する（ステップＳ２３）。
　ここで、目標光量に達していないと判定した場合には、制御部２１は、第１期間Ｔ１の電流ＡＩが最大電流Ｉｍａｘ、かつＰＷＭ制御におけるパルス幅が最大パルス幅ＡＰＷｍａｘであるか否かを判定する（ステップＳ２４）。
　このステップＳ２４において、電流ＡＩが最大電流Ｉｍａｘでないか、またはパルス幅が最大値でないと判定した場合には、制御部２１は、ステップＳ２２へ戻って引き続き第２調光モードの処理を行う。
　また、上述したステップＳ２１において現在第２調光モードでないと判定した場合には、制御部２１はさらに、現在、第１調光モードであるか否かを判定する（ステップＳ２５）。
　そして、ステップＳ２４において電流ＡＩが最大電流Ｉｍａｘであり、かつパルス幅が最大値であると判定した場合、またはステップＳ２５において現在第１調光モードであると判定した場合には、制御部２１は、第２期間Ｔ２のみ電流ＮＡＩを増加させる第１調光モードの処理を行う（ステップＳ２６）。
　その後、制御部２１は、目標光量に達したか否かを判定する（ステップＳ２７）。
　ここで、目標光量に達していないと判定した場合には、制御部２１はさらに、最大調光モードに達したか否かを判定する（ステップＳ２８）。
　最大調光モードに達していないと判定した場合には、制御部２１は、ステップＳ２６へ戻って引き続き第１調光モードの処理を行う。
　こうして、ステップＳ２３あるいはステップＳ２７において目標光量に達したと判定した場合、ステップＳ２８において最大調光モードに達したと判定した場合、またはステップＳ２５において現在第１調光モードでない（つまり最大調光モードである）と判定した場合には、この光量増加処理から図４に示した調光制御の処理へリターンする。
　このような処理により得られる画像における明暗は、次のようになる。
　まず、最大調光モードの照明下で露光して得られた画像は、最大電流Ｉｍａｘの連続的な印加により、連続的な最大光量で照明された被写体の画像となるために、環境光（自然光など）の影響を除外すれば（以下同様）、明暗縞やグラデーション等が発生することはない。
　また、第２調光モードの照明下で露光して得られた画像は、全ライン露光期間Ｔａ内における第１期間Ｔ１のみにおいて照明された被写体の画像となるために、同様に、明暗縞やグラデーション等が発生することはない。
　一方、第１調光モードの照明下で露光して得られた画像は、第１期間Ｔ１に被写体に照射される照明光量は何れの水平ラインであっても一定であるが、第１期間Ｔ１の前後の第２期間Ｔ２における照明光量が異なるために、この第１期間Ｔ１の直前の第２期間Ｔ２の照明光量と直後の第２期間Ｔ２の照明光量とがどのようなバランスで照射された被写体を露光した水平ラインであるかに応じて、グラデーションが生じることになる（ただし、明確な明暗縞が発生することはない）。
　具体的に、図２において、直前の第２期間Ｔ２の照明光量が矢印ＣＩ１で示す照明光、直後の第２期間Ｔ２の照明光量が矢印ＣＩ２で示す照明光となる場合には、最も上の水平ラインに対応する照明光量が最も多く、下へ行くにつれて照明光量が徐々に減少し、最も下の水平ラインに対応する照明光量が最も少なくなる。従って、画像の上側が明るめ、下側が暗めの緩やかなグラデーションが生じる。
　このグラデーションは、調光を例えば１０Ｈｚ程度の周期の変化速度で行えば、実使用上、ほとんど違和感を感じないレベルとすることができる（このような調光を行うのであれば、明暗補正部３１を省略することも可能である）。
　しかし、より厳密にグラデーションを除去したい場合、あるいは調光を１０Ｈｚ程度よりも短い周期の変化速度で行う場合に、グラデーションを補正する処理を行うのがビデオプロセッサ４内に設けた明暗補正部３１である。
　すなわち、明暗補正部３１は、制御部２１から取得した照明光の光量調節情報に基づいて、第１調光モードの照明下で露光して得られた画像に対して発生する上述したようなグラデーションを、例えば水平ライン毎にゲイン調整して相殺するような補正処理（すなわち、各水平ラインに対応する照明光の光量が同一であるときの画像に近付けるような補正処理）を行う。
　なお、明暗補正部３１は、制御部２１から照明光の光量調節情報を取得して補正処理を行うに限るものではく、ビデオプロセッサ４から制御部２１へ送信する絞り制御信号に基づいて１画像中において発生するグラデーションを予測して、補正処理を行うようにしても良い。この場合には、制御部２１からの調光結果の通信を待つ必要がないために、より速く処理結果を得る（つまり、より速い調光応答性を得る）ことが可能となる。
　このような実施形態１によれば、水平ライン毎に順次露光を行う撮像素子を用いる撮像システムにおいて、照明光量に応じて複数の調光モードに分けて上述したような調光制御を行うことにより、画像の明暗縞を抑制しながら、広いダイナミックレンジの調光（光量絞り込み）を行うことが可能となる。具体的には、第１調光モードでの調光制御を行うことにより、最大調光モードでの調光に漸近する調光が可能となり、最大光量を確保しながら画像の明暗縞を抑制することができる。さらに、第２調光モードでの調光制御を行うことにより、広いダイナミックレンジ（例えば、最小光量が、最大光量の例えば数千分の一程度）の調光を行うことが可能となる。
　また、第２調光モードは、全ライン露光期間Ｔａ内における第１期間Ｔ１の発光光量のみを制御するモードであるために、明暗縞が発生することはなく、高い自由度で制御を行うことができる。
　さらに、緩やかなグラデーションが発生する可能性のある第１調光モードの場合であっても、第１期間Ｔ１は所定レベルの光量（例えば最大光量）で点灯している（すなわち、画像全体の明るさが比較的明るい）ために、第２期間Ｔ２の照明光量が水平ライン毎に幾らか変化したとしても明るさに対するその寄与度は低く、グラデーションがより一層目立たなくなる利点がある。
　従って、第１調光モードにおいて、第１期間Ｔ１中に維持する照明光の光量の所定レベルは、最大電流Ｉｍａｘが印加されたときの光量レベルであることが望ましいが、これに限らず、最大電流Ｉｍａｘよりも幾らか低い電流が印加されたときの光量レベルとしても構わない。
　なお、上述では主として撮像システムについて説明したが、撮像システムを上述したように制御して撮像を行う撮像方法であっても良いし、コンピュータに撮像システムを上述したように制御させるための制御プログラム、該制御プログラムを記録するコンピュータにより読み取り可能な一時的でない記録媒体、等であっても構わない。
　なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明の態様を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。このように、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
　本出願は、２０１２年４月１６日に日本国に出願された特願２０１２－０９３１４４号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (5)

  1. 　光電変換を行う複数の画素が水平ライン単位で２次元状に配列された撮像素子と、
    　全水平ラインの読み出しに要する期間よりも所定の露光期間が長くなるように設定して、前記撮像素子の露光を前記水平ライン毎に順次開始させ、最後の水平ラインの露光を開始させた後に、露光開始から前記所定の露光期間が経過した水平ライン毎に順次読出を行わせることにより、前記全水平ラインが同時に露光される全ライン露光期間と、何れかの水平ラインが露光される期間における前記全ライン露光期間以外の非全ライン露光期間と、が生じるように制御する撮像制御部と、
    　前記撮像素子による撮像の対象である被写体へ出射する照明光を発光する光源と、
    　前記光源を、前記照明光の光量を調節可能に駆動する光源駆動部と、
    　第１調光モードにおいて、前記全ライン露光期間中の第１期間における前記照明光の光量を所定のレベルに維持しながら、前記第１期間以外の前記全ライン露光期間および前記非全ライン露光期間でなる第２期間中における前記照明光の光量を直前の第２期間に比して増減させるように前記光源駆動部を制御する調光制御部と、
    　を具備したことを特徴とする撮像システム。
  2. 　前記調光制御部は、さらに、前記第２期間中における前記照明光の光量がゼロとなった第２調光モードにおいて、前記第１期間中における前記照明光の光量を、前記所定のレベル以下の範囲で直前の第１期間に比して増減させるように前記光源駆動部を制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
  3. 　前記調光制御部は、前記第１調光モードにおいては、前記第２期間に前記光源へ供給する単位時間当たりの電力量を前記光源駆動部に調整させることにより、前記照明光の光量を直前の第２期間に比して増減させるように制御し、前記第２調光モードにおいては、前記第１期間に前記光源へ供給する単位時間当たりの電力量の調整と、該第１期間内における電力供給期間の調整と、を併用して前記光源駆動部に行わせることにより、前記照明光の光量を、前記所定のレベル以下の範囲で直前の第１期間に比して増減させるように制御することを特徴とする請求項２に記載の撮像システム。
  4. 　前記第１調光モードの照明下で前記撮像素子により露光して得られた画像を、該画像を露光したときの各水平ラインに対応する前記照明光の光量に基づいて、各水平ラインに対応する前記照明光の光量が同一であるときの画像に近付けるように補正する明暗補正部をさらに具備したことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
  5. 　光電変換を行う複数の画素が水平ライン単位で２次元状に配列された撮像素子の撮像制御に際して、全水平ラインの読み出しに要する期間よりも所定の露光期間が長くなるように設定し、
    　前記撮像素子による撮像の対象である被写体へ出射する照明光を光源から発光し、
    　前記撮像素子の露光を前記水平ライン毎に順次開始し、
    　最後の水平ラインの露光を開始した後に、露光開始から前記所定の露光期間が経過した水平ライン毎に順次読出を行い、
    　第１調光モードにおいて、前記全水平ラインが同時に露光される全ライン露光期間中の第１期間における前記照明光の光量を所定のレベルに維持しながら、何れかの水平ラインが露光される期間における前記全ライン露光期間以外の非全ライン露光期間および前記第１期間以外の前記全ライン露光期間でなる第２期間中における前記照明光の光量を直前の第２期間に比して増減する
    　ことを特徴とする撮像方法。
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