JP4280993B2 - 撮像装置及びその方法並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及びその方法並びにプログラムに関し、例えば血管を撮像する場合に適用して好適なものである。

近年、生体における血管の血管形成パターン自体が固有の生体的特徴の１つとして着目されており、当該血管形成パターンを撮像する装置として、例えば図１１に示すような撮像装置１が提案されている。

この撮像装置１は、近赤外光を発射するレーザ光源２を有し、レーザ光源２から発射される近赤外光の光路上には、当該近赤外光のうち特定の近赤外線帯域の光を透過する第１のフィルタ３、当該第１のフィルタ３を介して得られる光のうち血管内のヘモグロビンに吸収される近赤外線帯域の光を透過する第２のフィルタ４及び撮像素子５が順次配置される。

この場合、撮像装置１は、第１のフィルタ３と第２のフィルタ４との間に例えば人体の指ＦＧが介挿された状態において光源２から近赤外光を発射し、これを第１のフィルタ３を介して指ＦＧに照射する。この近赤外光は指ＦＧ内方における血管組織では内在するヘモグロビンに特異的に吸収されるため、当該指ＦＧを経由して得られる散乱光は血管組織の形成パターンを表す血管パターン光として、第２のフィルタ４を介して撮像素子５に入射することとなる。

そして撮像素子５は、かかる血管パターン光を、画素に対応するように格子状に配された複数の光電変換素子で光電変換し、これら光電変換素子で得られた信号を血管画像信号として生成するようになされている。

この場合、撮像装置１は、光源２から発射した近赤外光の光路上における全ての部材２〜５のみならず指ＦＧをも覆う物理的な遮蔽部７を設けて、当該指ＦＧに到来する雰囲気中の光（以下、これを外光と呼ぶ）による近赤外光への影響を排除しているが、当該遮蔽部７を設ける分だけ全体として大型化してしまう。

この問題を解決するため、生体に到来する雰囲気中の光の輝度よりも強い輝度の照射光を例えば指に照射し、当該指を経由して得られる血管パターン光を固体撮像素子で光電変換し、この結果得られる単位時間あたりの信号量を制限して固体撮像素子での撮像感度を調整する撮像装置が本出願人により提案されている（例えば特許文献１参照)。

この撮像装置によれば、血管パターン光及びこのとき到来する外光に対する光電変換結果として固体撮像素子に蓄えられる信号量を相対的に減少することができるため、照射光の照射経路や指を物理的に遮蔽することなく、固体撮像素子における血管パターン光に対する撮像感度を外光による実質的な影響のない状態で撮像することができる。
特願２００３−３７１０２２

しかしながらかかる撮像装置においては、光源の配置位置や個人差に起因して人体内方での近赤外光の反射経路が可変するため、固体撮像素子では均一な血管パターン光の光電変換結果を得ることができず、この結果、血管画像にむらが生じるという問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、画質を向上し得る撮像装置及びその方法、実質的な使用を簡易に実現し得る通信端末装置を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明は、撮像装置であって、生体内の撮像対象に照射すべき撮像光を、該撮像光以外の光を無視できる程度の輝度値で照射するよう光源を制御する光源制御手段と、生体内を経由する撮像光を光電変換する撮像素子の感度を可変する感度調整手段と、異なる感度の画像を用いて、輝度劣化領域が除かれた画像を生成する画像生成手段とを有する。

また本発明は、撮像方法であって、生体内の撮像対象に照射すべき撮像光を、該撮像光以外の光を無視できる程度の輝度値で照射するよう光源を制御する光源制御ステップと、生体内を経由する撮像光を光電変換する撮像素子の感度を可変する感度調整ステップと、異なる感度の画像を用いて、輝度劣化領域が除かれた画像を生成する画像生成ステップとを有する。
また本発明は、プログラムであって、光源に対して、生体内の撮像対象に照射すべき撮像光を、該撮像光以外の光を無視できる程度の輝度値で照射すること、生体内を経由する撮像光を光電変換する撮像素子に対して感度を可変すること、データ処理部に対して、異なる感度の画像を用いて、輝度劣化領域が除かれた画像を生成することを実行させる。

本発明によれば、生体内の撮像対象に照射すべき撮像光を、該撮像光以外の光を無視できる程度の輝度値で照射するように光源を制御することで、撮像素子での光電変結果として得られる画像に対して、生体に到来する可視光等の雰囲気中の光がノイズとして影響することを低減することができる。また、生体内を経由する撮像光に対する撮像素子での感度を可変し、異なる感度の画像を用いて輝度劣化領域が除かれた画像を生成することで、光源に近い部分と遠い部分の差や人体内方での光の反射経路の違いに起因する画像むらがあっても、生体内方の均質な画像を得ることができる。かくして画質を向上し得る撮像装置及び撮像方法並びにプログラムを実現することができる。

以下図面について本発明を適用した実施の形態を詳述する。

（１）第１の実施の形態
（１−１）撮像装置の構成
図１は、本実施の形態による撮像装置を示したものであり、この撮像装置１０は、生体や背景等の被写体を撮像対象として撮像するモード（以下、これを通常撮像モードと呼ぶ）を実行するようになされている。

この場合、ＣＣＤカメラ部１１は、前方の被写体から到来する雰囲気中の外光を、レンズ１１Ａ、絞り１１Ｃ、レンズ１１Ｂ及び紫外線カットフィルタ１１Ｄを順次介してＣＣＤ１１Ｅに導光する。因みに紫外光カットフィルタ１１Ｄは、可視光及び近赤外光を透過するＲＧＢフィルタでなる。

このときＭＣＵ（Micro Control Unit）１２は、自動露出制御処理に従って絞り１１Ｃの絞り値を制御することによりＣＣＤ１１Ｅに入射する外光の光量を調整するとともに、オートフォーカス制御処理に従って各レンズ１１Ａ、１１Ｂの位置を制御することにより焦点距離及びフォーカス位置を調整するようになされている。

そしてＣＣＤカメラ部１１ＣＣＤ１１Ｅは、かかる紫外光カットフィルタ１１Ｄを介して入射する外光を、画素に対応して配置された複数の光電変換素子で光電変換し、当該光電変換により各光電変換素子に蓄えられる電荷信号を、クロック発生器(図示せず)から供給される読出クロックに従って画像信号Ｓ１として読み出し、これをＡ／Ｄ(Analog/Digital)変換部１４に送出する。

Ａ／Ｄ変換部１４は、画像信号Ｓ１をディジタル変換してディジタル画像信号Ｄ１を生成し、これをデータ処理部１５に送出する。

データ処理部１５は、ディジタル画像信号Ｄ１を例えば内部メモリ（図示せず）に記憶することにより保持するようになされている。

このようにして撮像装置１０は通常撮像モードを実行し、生体や背景等の被写体を撮像対象として撮像することができるようになされている。

かかる構成に加えてこの撮像装置１０においては、図２に示すように、ＣＣＤカメラ部１１の配置位置と略同一面上に、外光の到来方向側へ近赤外光を照射する２つの近赤外光光源ＬＳ（ＬＳａ、ＬＳｂ）が配置されており、当該照射方向に配された指ＦＧ内方における血管組織を撮像対象（以下、これを特定撮像対象と呼ぶ）として撮像するモード（以下、これを血管撮像モードと呼ぶ）を実行するようになされている。

この場合、モード切替部２０（図１）は、操作部（図示せず）から所定の血管撮像操作が行われると、血管撮像制御部２１の光源制御部２１Ａ及び感度調整部２１Ｂの双方を起動することにより動作させる。

光源制御部２１Ａは、雰囲気中で通常得られる外光の輝度よりも大きい輝度として予め設定された値となるように近赤外光光源ＬＳに対する出力等を制御し、当該外光よりも大きい輝度の近赤外光を近赤外光光源ＬＳから指ＦＧに照射する。

この近赤外光は、図２に示したように、指ＦＧ内方における血管組織（図示せず）では内在するヘモグロビンに特異的に吸収され、それ以外の組織では透過又は反射する。一方、このとき到来する外光は、骨等に遮られることによって減衰するのみならず、その輝度よりも大きい近赤外光によって実質上無視できる光となっている。

この場合、指ＦＧを経由して得られる近赤外光は血管組織の形成パターンを表す血管パターン光として、図１に示したレンズ１１Ａ、絞り１１Ｃ、レンズ１１Ｂ及び紫外光カットフィルタ１１Ｄを順次介してＣＣＤ１１Ｅに導光されることとなる。そしてＣＣＤ１１Ｅの各光電変換素子には、入射する血管パターン光の光電変換結果として得られる電荷信号が蓄積される。

このとき感度調整部２１Ｂは、電子シャッタと呼ばれる露光時間制御処理に従ってＣＣＤ１１Ｅの各光電変換素子に蓄えられる電荷信号量を電気的に制限して、当該ＣＣＤ１１Ｅにおける血管パターン光に対する撮像感度を調整する。

具体的に感度調整部２１Ｂは、図３に示すように、読出クロックの立ち下がりから次の読出タイミングである立ち上がりまでの期間（以下、これを電荷蓄積期間と呼ぶ）ｔ１内における所定のリセットタイミング時にリセットし（図３（Ａ））、当該電荷蓄積期間ｔ１内にＣＣＤ１１Ｅの各光電変換素子に蓄えられる電荷信号量を、通常撮像モード時の電荷信号量（図３（Ｂ））に比して制限するようになされている（図３（Ａ））。

この結果、ＣＣＤ１１Ｅの各光電変換素子では、図４（Ａ）に示すように、近赤外光光源ＬＳから照射される近赤外光の輝度が外光よりも大きいことに起因して電荷蓄積期間ｔ１（図４）の途中で各光電変換素子に蓄積される電荷信号が飽和するといった事態が未然に回避されるのみならず、図４（Ｂ）に示すように、血管パターン光及びこのとき到来する外光に対する光電変換結果として各光電変換素子に蓄えられる電荷信号量が相対的に減少することとなるため、ＣＣＤ１１Ｅにおける血管パターン光に対する撮像感度は外光による実質的な影響のない状態となる。

そしてＣＣＤ１１Ｅにおいては、かかる感度調整部２１Ｂの露光時間制御処理により電荷信号量が制限された後に蓄積される電荷信号を、読出クロックの読出タイミングの際に血管画像信号Ｓ２（図１）として読み出し、これをＡ／Ｄ変換部１４に送出する。この血管画像信号Ｓ２は、Ａ／Ｄ変換部１４を介してディジタル血管画像信号Ｄ２として生成され、データ処理部１５に供給される。

データ処理部１５は、このディジタル血管画像信号Ｄ２の血管画像から固有の血管形成パターンを抽出し、当該抽出した血管形成パターンを内部メモリ（図示せず）に記憶することにより保持するようになされている。この場合、データ処理部１５は、生体内方のパターンを抽出しているため、当該生体表面に有する指紋等のパターンを抽出する場合に比して生体からの直接的な盗用を防止できるため、秘匿性の高い例えば認証情報として内部メモリ（図示せず）に保持することができるようになされている。

このようにして撮像装置１０は血管撮像モードを実行し、近赤外光の照射経路や撮像対象を物理的に遮蔽することなく、ＣＣＤ１１Ｅでの血管パターン光に対する撮像感度を外光による実質的な影響のない状態で撮像することができるようになされている。

この場合、撮像装置１０では、通常撮像モード又は血管撮像モードの各モードのうち、モード切替部２０による血管撮像モードへの切り替えに応じて光源制御部２１Ａ及び感度調整部２１Ｂを動作させるため、光源制御部２１Ａで消費される電力を低減することができるとともに、ＣＣＤカメラ部１１を通常の被写体の撮像用及び血管の撮像用として共用できるようになされている。

かかる構成に加えて、この撮像装置１０においては、光源制御部２１Ａにより、指ＦＧの内方における血管組織のヘモグロビン（輸送蛋白）のうち、酸素化ヘモグロビンに対して特異的に吸収される波長及び脱酸素化ヘモグロビンに対して特異的に吸収される波長の双方を含む光、具体的には７００[nm]から９００[nm]までの範囲からなる波長の光に選定された近赤外光を指ＦＧに照射するようになされている。

これにより撮像装置１０においては、酸素化及び脱酸素化ヘモグロビンの混在する毛細血管組織を忠実に反映した血管画像信号Ｓ２を、ＣＣＤカメラ部１１を介して生成することができるようになされている。またこの場合、酸素化及び脱酸素化ヘモグロビンに対して特異的に吸収される波長に厳密にしぼっていないため、血管組織に対するエネルギー量の集中に起因してヘモグロビンが変性するといった事態を未然に回避するのみならずＳ／Ｎ比を向上させることもでき、また製造上の簡易化を図ることもできるようになされている。

ところでかかる撮像装置１０は、血管撮像モードにおいて、ＣＣＤカメラ部１１の配置位置と略同一面上に配置された近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂから、当該ＣＣＤ１１Ｅに入射する外光の対向側へ当該外光の輝度よりも大きい近赤外光を照射するため（図２）、当該ＣＣＤカメラ部１１の前方に指ＦＧをかざすだけで、このとき到来する外光の実質的な影響のない血管パターン光から、当該指ＦＧの血管画像をディジタル血管画像信号Ｄ２として生成することもできる。

しかし、この場合、指ＦＧに近い位置に配置された近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂから外光よりも輝度の大きい近赤外光を照射しているため、当該指ＦＧを経由してＣＣＤ１１Ｅに入射する血管パターン光は、近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂに近い部分の光量については当該部分以外の光量に比して多くなるため、全体として不均一となる。

従って、光量が多い血管パターン光、特に図５に示すように近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂに近い部分の血管パターン光の電荷信号は、露光時間制御処理により制限しても飽和する場合があり、この場合、ディジタル血管画像信号Ｄ２の血管画像には、当該飽和に対応して擬似的な輪郭を有する不鮮明な領域ＳＡＲとして現れてしまうこととなり、当該血管画像を認証情報として用いた場合には当該認証処理時の精度が低下することにもなる（以下、当該領域を輝度飽和領域と呼ぶ）。さらに輝度飽和領域ＳＡＲについては、個人差に起因して人体内方での反射経路等が異なって、当該人体を経由してＣＣＤ１１Ｅに入射する血管パターン光の光量がその都度様々な不均一性を呈するため、より顕在化する傾向にある。

そこで、撮像装置１０は、血管撮像モードにおいて、例えば図６に示すように、近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂを交互に照射するようにし、この場合にＣＣＤカメラ部１１及びＡ／Ｄ変換部１４を順次介して得られる双方の血管画像に含まれる輝度飽和領域ＳＡＲをマスキングする。

具体的に血管撮像制御部２１の光源制御部２１Ａは、近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂを単位時間ごとに交互にオンオフするように制御する。この場合、近赤外光光源ＬＳｂから指ＦＧを経由して得られる血管パターン光は（図６（Ａ））、当該近赤外光光源ＬＳｂに近い部分に対応して輝度飽和領域ＳＡＲを有する血管画像ＢＭａのディジタル血管画像信号Ｄ２（図１）としてデータ処理部１５に与えられることとなる。

同様に、近赤外光光源ＬＳａから指ＦＧを経由して得られる血管パターン光は（図６（Ａ））、当該近赤外光光源ＬＳａに近い部分に対応して輝度飽和領域ＳＡＲを有する血管画像ＢＭｂのディジタル血管画像信号Ｄ２（図１）としてデータ処理部１５に与えられることとなる。

そしてデータ処理部１５は、Ａ／Ｄ変換部１４から順次交互に与えられる血管画像ＢＭａのディジタル血管画像信号Ｄ２及び血管画像ＢＭａのディジタル血管画像信号Ｄ２を１単位としてマスキング処理を実行するようになされており、双方のディジタル血管画像信号Ｄ２における血管画像ＢＭａ、ＢＭｂのうち輝度飽和領域ＳＡＲをマスキングし（図６（Ｂ））、この結果得られる血管画像ＢＭａ、ＢＭｂのうち、画像全体に占める輝度飽和領域ＳＡＲの割合が最小の例えば血管画像ＢＭａをベースにして合成する（図６（Ｃ））。

この合成結果は、血管画像ＢＭａ、ＢＭｂ双方の輝度飽和領域ＳＡＲを他方の対応する良好な領域で相互に補完された血管画像となる。そしてデータ処理部１５は、かかる合成結果から血管形成パターンを抽出し、当該抽出した固有の血管形成パターンを内部メモリ（図示せず）に記憶することにより保持するようになされている。

このようにして撮像装置１０は画像制御処理を実行することにより、近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂの配置位置や個人差にかかわらず、当該輝度飽和領域ＳＡＲに起因する血管画像のむらを回避することができるようになされている。

（１−２）第１の実施の形態による動作及び効果
以上の構成において、この撮像装置１０は、生体に到来する雰囲気中の輝度よりも大きい照射光を、近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂから単位時間ごとに順次生体に照射する。そして撮像装置１０は、かかる単位時間ごとの各血管パターン光を光電変換するＣＣＤ１１Ｅに対する撮像感度を電気的に調整した後、これら血管パターン光に基づく各血管画像ＢＭａ、ＢＭｂ（図６）のうち輝度飽和領域ＳＡＲをマスキングした後、例えば血管画像ＢＭａを基準画像にして合成する。

従って、この撮像装置１０では、光源の配置位置や個人差に起因して人体内方での近赤外光の反射経路が違いにより不均一な血管パターン光に基づく画像を得た場合であっても当該画像のむらを回避することができるため、当該光源の配置位置や個人差にかかわらず生体内方の均質な画像を得ることができる。

以上の構成によれば、生体に到来する雰囲気中の輝度よりも大きい照射光を、近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂから単位時間ごとに順次生体に照射し、当該生体の内方を経由して得られる各血管パターン光を光電変換するＣＣＤ１１Ｅに対する撮像感度を電気的に調整した後に得られる血管画像ＢＭａ、ＢＭｂにおける輝度飽和領域ＳＡＲをマスキングした後に合成するようにしたことにより、光源の配置位置や個人差にかかわらず生体内方の均質な画像を得ることができ、かくして画質を向上することができる。

（２）第２の実施の形態
（２−１）撮像装置の構成
この撮像装置３０（図１）は、血管撮像モードにおいて、例えば図７に示すように、近赤外光の輝度を３段階に分け、当該各輝度の近赤外光を近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂから循環させるようにして指ＦＧに照射し、この場合にＣＣＤカメラ部１１及びＡ／Ｄ変換部１４を順次介して得られる各血管画像に含まれる輝度飽和領域ＳＡＲ等をマスキングする点のみ第１の実施の形態と異なる。

具体的に血管撮像制御部２１の光源制御部３１Ａ（図１）は、雰囲気中で通常得られる外光の輝度よりも大きい輝度として予め設定された第１、第２又は第３の値となるように近赤外光光源ＬＳに対する出力等を単位時間ごとに順次可変制御し、当該外光よりも大きい第１の輝度状態（以下、これを弱輝度と呼ぶ）、第２の輝度状態（以下、これを中輝度と呼ぶ）及び第３の輝度状態（以下、これを強輝度と呼ぶ）の近赤外光を単位時間ごとに循環させるようにして近赤外光光源ＬＳから指ＦＧに照射する。

この場合、指ＦＧを経由して得られる弱輝度の血管パターン光は（図７（Ａ））、当該近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂに遠くなるほど光量が不足してＣＣＤ１１Ｅでの撮像感度が低下するため、当該光量の不足による撮像感度の低下に対応して擬似的な輪郭を有する不鮮明な領域（以下、これを輝度不足領域と呼ぶ）ＷＡＲが大きくなる血管画像ＢＭｃのディジタル血管画像信号Ｄ２（図１）としてデータ処理部３５に与えられることとなる。

同様に、指ＦＧを経由して得られる強輝度の血管パターン光は（図７（Ａ））、弱輝度の血管パターン光とは逆に、当該近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂに近いほど輝度飽和領域ＳＡＲが大きくなる血管画像ＢＭｅのディジタル血管画像信号Ｄ２（図１）としてデータ処理部３５に与えられ、指ＦＧを経由して得られる中輝度の血管パターン光は（図７（Ａ））、輝度不足領域ＷＡＲと輝度飽和領域ＳＡＲとを同程度有する血管画像ＢＭｄのディジタル血管画像信号Ｄ２としてデータ処理部３５（図１）に与えられることとなる。

そしてデータ処理部３５（図１）は、Ａ／Ｄ変換部１４から与えられる血管画像ＢＭｃ、ＢＭｄ、ＢＭｅのディジタル血管画像信号Ｄ２を１単位としてマスキング処理を実行するようになされており、当該血管画像ＢＭｃ、ＢＭｄ、ＢＭｅのうち輝度不足領域ＷＡＲ及び輝度飽和領域ＳＡＲをマスキングする（図７（Ｂ））。

そしてデータ処理部３５（図１）は、かかるマスキングの結果得られる血管画像ＢＭｃ、ＢＭｄ、ＢＭｅのうち、画像全体に占める輝度不足領域ＷＡＲ及び輝度飽和領域ＳＡＲの割合が最小の例えば血管画像ＢＭｄをベースにして合成する（図７（Ｃ））。この合成結果は、血管画像ＢＭｃ、ＢＭｄ、ＢＭｅに占める良好な領域で相互に補完された血管画像となる。その後、データ処理部３５（図１）は、かかる合成結果から血管形成パターンを抽出し、当該抽出した固有の血管形成パターンを内部メモリ（図示せず）に記憶することにより保持するようになされている。

このようにして撮像装置３０（図１）は画像制御処理を実行することにより、近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂの配置位置や個人差にかかわらず、当該輝度飽和領域ＳＡＲに起因する血管画像のむらを回避することができるようになされている。

（２−２）第２の実施の形態による動作及び効果
以上の構成において、この撮像装置３０は、生体に到来する雰囲気中の輝度よりも大きい３種類の輝度からなる照射光を単位時間ごとに順次生体に照射する。そして撮像装置３０は、かかる単位時間ごとの各血管パターン光を光電変換するＣＣＤ１１Ｅに対する撮像感度を電気的に調整した後、これら血管パターン光に基づく各血管画像ＢＭｃ、ＢＭｄ、ＢＭｅ（図７）のうち輝度不足領域ＷＡＲ及び輝度飽和領域ＳＡＲをマスキングした後、例えば血管画像ＢＭｄを基準画像にして合成する。

従って、この撮像装置３０でも、光源の配置位置や個人差に起因して人体内方での近赤外光の反射経路が違いにより不均一な血管パターン光に基づく画像を得た場合であっても当該画像のむらを回避することができるため、当該光源の配置位置や個人差にかかわらず生体内方の均質な画像を得ることができる。

これに加え、この撮像装置３０では、近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂに対するオンオフ（照射光の照射又は非照射）を行わない分だけ駆動電力を低減することもでき、この結果、第１の実施の形態に比して消費電力を低減することができる。

以上の構成によれば、生体に到来する雰囲気中の輝度よりも大きい３種類の輝度からなる照射光を単位時間ごとに順次生体に照射し、当該生体の内方を経由して得られる各血管パターン光を光電変換するＣＣＤ１１Ｅに対する撮像感度を電気的に調整した後に得られる血管画像ＢＭｃ、ＢＭｄ、ＢＭｅにおける輝度不足領域ＷＡＲ及び輝度飽和領域ＳＡＲをマスキングした後に合成するようにしたことにより、第１の実施の形態と同様の効果に加え、照射光を照射又は非照射する第１の実施の形態に比して消費電力を低減することもできる。

（３）第３の実施の形態
（３−１）撮像装置の構成
この撮像装置４０（図１）は、血管撮像モードにおいて、図８に示すように、ＣＣＤ１１Ｅにおける電荷蓄積期間ｔ１ごとに順次早くなる３段階のリセットタイミングＴＭ１、ＴＭ２、ＴＭ３を循環するように露光時間制御処理を実行し、この場合にＣＣＤ１１ＥからＡ／Ｄ変換部１４を介して得られる各血管画像に含まれる輝度不足領域ＷＡＲ及び輝度飽和領域ＳＡＲをマスキングする点のみ第１の実施の形態と異なる。

具体的に血管撮像制御部２１の感度調整部４１Ｂ（図１）は、第１、第２及び第３のリセットタイミングＴＭ１、ＴＭ２、ＴＭ３で順次リセットするようにして、当該電荷蓄積期間ｔ１内にＣＣＤ１１Ｅの各光電変換素子に蓄えられる電荷信号量を制限する。そしてＣＣＤ１１Ｅにおいては、かかる感度調整部４１Ｂ（図１）の露光時間制御処理により電荷信号量が制限された後に蓄積される電荷信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃを、読出クロックの読出タイミングの際に血管画像信号Ｓ２（図１）として読み出し、これをＡ／Ｄ変換部１４に送出する。

この場合、電荷信号Ｓａに係る血管画像信号Ｓ２については、図９に示すように、リセットタイミングＴＭ１時点から読出タイミングまでの期間(以下、これを露光期間と呼ぶ)ｔ２が最短となるためその分だけ撮像感度が鈍感となっており、近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂに遠くなるほど当該画像全体に占める輝度不足領域ＷＡＲの割合が大きくなる血管画像ＢＭｆのディジタル血管画像信号Ｄ２（図１）としてデータ処理部４５に与えられることとなる。

同様に、電荷信号Ｓｃに係る血管画像信号Ｓ２については、露光期間ｔ２が最長となるためその分だけ撮像感度が鋭敏となっており、近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂに近いほど当該画像全体に占める輝度飽和領域ＳＡＲの割合が大きくなる血管画像ＢＭｇのディジタル血管画像信号Ｄ２（図１）としてデータ処理部４５に与えられ、また電荷信号Ｓｂに係る血管画像信号Ｓ２については、露光期間ｔ２がほぼ中間となるためその分だけ撮像感度が中程度となっており、輝度不足領域ＷＡＲと輝度飽和領域ＳＡＲとを同程度有する血管画像ＢＭｈのディジタル血管画像信号Ｄ２としてデータ処理部３５（図１）に与えられることとなる。

このように感度調整部４１Ｂ（図１）は、ＣＣＤ１１Ｅにおける電荷蓄積期間ｔ１ごとに順次早くなる３段階のリセットタイミングＴＭ１、ＴＭ２、ＴＭ３を循環するように露光時間制御処理を実行することによって、図７について上述したように、３段階の輝度でなる近赤外光を近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂから循環させるようにして指ＦＧに照射する第２の実施の形態の場合と同様の血管画像ＢＭｆ〜ＢＭｈを得ることができるようになされている。

この場合、データ処理部４５は、第２の実施の形態の場合と同様にして、Ａ／Ｄ変換部１４から与えられる血管画像ＢＭｆ、ＢＭｇ、ＢＭｈのディジタル血管画像信号Ｄ２に対してマスキング処理を実行することにより当該血管画像ＢＭｆ、ＢＭｇ、ＢＭｈにおける輝度不足領域ＷＡＲ及び輝度飽和領域ＳＡＲをマスキングした後に合成し、当該合成結果から血管形成パターンを抽出し、当該抽出した固有の血管形成パターンを内部メモリ（図示せず）に記憶することにより保持するようになされている。

このようにして撮像装置４０は画像制御処理を実行することにより、近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂの配置位置や個人差にかかわらず、当該輝度飽和領域ＳＡＲに起因する血管画像のむらを回避することができるようになされている。

（３−２）第３の実施の形態による動作及び効果
以上の構成において、この撮像装置４０は、生体に到来する雰囲気中の輝度よりも大きい照射光を生体に照射し、当該生体の内方を経由して得られる血管パターン光を光電変換するＣＣＤ１１Ｅに対する撮像感度を、当該ＣＣＤ１１Ｅに蓄積される電荷蓄積期間ｔ１（図８）当たりの電荷信号量を順次切り替えて調整し、この後ＣＣＤ１１Ｅから得られる各電荷信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃに基づく各画像ＢＭｆ、ＢＭｇ、ＢＭｈ（図９）の輝度不足領域ＷＡＲ及び輝度飽和領域ＳＡＲをマスキングした後に合成する。

従って、この撮像装置４０でも、光源の配置位置や個人差に起因して人体内方での近赤外光の反射経路が違いにより不均一な血管パターン光に基づく画像を得た場合であっても当該画像のむらを回避することができるため、当該光源の配置位置や個人差にかかわらず生体内方の均質な画像を得ることができる。

これに加え、この撮像装置４０では、近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂに対する電力等の可変制御を行うことなく生体内方の均質な画像を得ることができるため、第１及び第２の実施の形態に比して格段に消費電力を低減することができる。

以上の構成によれば、生体に到来する雰囲気中の輝度よりも大きい照射光を生体に照射し、当該生体の内方を経由して得られる血管パターン光を光電変換するＣＣＤ１１Ｅに対する撮像感度を、当該ＣＣＤ１１Ｅに蓄積される電荷蓄積期間ｔ１（図８）当たりの電荷信号量を順次切り替えて調整し、この後ＣＣＤ１１Ｅから得られる各電荷信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃに基づく各画像ＢＭｆ、ＢＭｇ、ＢＭｈ（図９）における輝度不足領域ＷＡＲ及び輝度飽和領域ＳＡＲをマスキングした後に合成ようにしたことにより、第１及び第２の実施の形態と同様の効果に加え、近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂに対する電力等の可変制御を行わない分だけ、第１及び第２の実施の形態に比して格段に消費電力を低減することができる。

（４）他の実施の形態
なお上述の第１の実施の形態においては、近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂから単位時間ごとに順次交互に照射光を生体に照射するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば図１０に示すように、複数の近赤外光光源を配置し、これら近赤外光光源から単位時間ごとに順次循環的に照射光を生体に照射するようにしても良く、また１つの近赤外光光源ＬＳａを移動自在に設け、単位時間ごとに互いに異なる照射位置から順次照射光を生体に照射するようにしても良い。

この場合、各近赤外光光源から指を経由して得られる血管パターン光からそれぞれ得られる血管画像のディジタル血管画像信号Ｄ２を１単位としてマスキング処理を実行すれば、合成対象の血管画像が多い分だけより画質の優れタ合成血管画像を得ることができる。

またこの場合、生体の指内方の血管を照射対象として近赤外光を照射し、当該指を経由して得られる血管パターン光を撮像するようにしたが、本発明はこれに限らず、生体の網膜や生体の全身等の内方における組織を照射対象として当該組織に特性を有する照射光を照射し、当該生体を経由して得られるパターン散乱光を撮像するようにしても良い。

さらにこの場合、ＣＣＤカメラ部１１の配置位置と略同一面上に近赤外光光源ＬＳ（ＬＳａ、ＬＳｂ）を配置したが、本発明はこれに限らず、この他種々の位置に１又は２以上の近赤外光光源を配置するようにしても良い。この場合、先に述べたように、光源の配置位置を変更しても生体内方の均質な画像を得ることができる。

また上述の実施の形態においては、血管撮像制御部２１における光源２１及びＣＣＤ１１Ｅに対する制御手法として、第１実施の形態では生体に到来する雰囲気中の輝度よりも大きい照射光を、近赤外光光源ＬＳａ、ＬＳｂから単位時間ごとに順次生体に照射し、当該生体の内方を経由して得られるそれぞれ血管パターン光を光電変換するＣＣＤ１１Ｅに対する撮像感度を電気的に調整する、また第２の実施の形態では生体に到来する雰囲気中の輝度よりも大きい３種類の輝度からなる照射光を単位時間ごとに順次生体に照射し、当該生体の内方を経由して得られる各血管パターン光を光電変換するＣＣＤ１１Ｅに対する撮像感度を電気的に調整する、さらに第３の実施の形態では生体に到来する雰囲気中の輝度よりも大きい照射光を生体に照射し、当該生体の内方を経由して得られる血管パターン光を光電変換するＣＣＤ１１Ｅに対する撮像感度を、当該ＣＣＤ１１Ｅに蓄積される電荷蓄積期間ｔ１（図８）当たりの電荷信号量を順次切り替えて調整するようにしたが、本発明はこれに限らず、こ例えば、３種類の輝度からなる照射光を順次生体に照射する場合に、当該輝度に対応づけたリセットタイミング時にリセットする等、この他種々の組み合わせを適用するようにしても良い。

さらに上述の実施の形態においては、固体撮像素子としてＣＣＤ１１Ｅを用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばＣＭＯＳ(ComplementＳＡＲy Metal Oxide Semiconductor)等、この他種々の固体撮像素子を用いることができる。

さらに上述の実施の形態においては、固体撮像素子から得られるパターン画像のうち輝度劣化領域（輝度不足領域ＷＡＲ及び輝度飽和領域ＳＡＲ）を固体撮像素子から得られるパターン画像のうち輝度劣化領域をマスキングし、当該マスキングされた画像を基準画像との合成対象画像として生成するマスキング手段として、血管画像における輝度劣化領域をマスキングした後に合成し、当該合成結果から抽出した固有の血管形成パターンを内部メモリ（図示せず）に記憶保持するデータ処理部１５、３５、４５を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該合成結果に対するその後の処理についてはこの他種々の処理を実行するデータ処理部を適用することができる。

さらに上述の実施の形態においては、光源２１及びＣＣＤ１１Ｅに対する制御を、対応する光源制御部２１Ａ（３１Ａ）、感度調整部２１Ｂ（４１Ｂ）及びデータ処理部１５（３５、４５）によって制御するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該各制御部における制御処理をプログラムによって実現するようにしても良い。

さらに上述の実施の形態においては、被写体から到来する雰囲気中の光を撮像するモード又はパターン光を撮像するモードの各モードのうち、パターン光を撮像するモードへの切り替えに応じて照射手段及び感度調整手段を動作させるモード切替手段として、モード切替部２０（図１）又は制御部７０（図８）を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、パターン光を撮像するモードだけを実行するようにしても良い。

本発明は、生体内方の血管を撮像する場合等に利用可能である。

第１の実施の形態による撮像装置の構成を示す略線図である。 近赤外光光源の配置及び近赤外光の光流の様子を示す略線図である。 電子シャッタの説明に供する略線図である。 電子シャッタによる撮像感度の調整の説明に供する略線図である。 輝度飽和領域の説明に供する略線図である。 第１の実施の形態による血管撮像制御処理の説明に供する略線図である。 第２の実施の形態による血管撮像制御処理の説明に供する略線図である。 露光時間制御例を示す略線図である。 第３の実施の形態による血管撮像制御処理の説明に供する略線図である。 他の実施の形態による血管撮像制御処理の説明に供する略線図である。 従来による撮像装置の構成を示す略線図である。

符号の説明

１０、３０、４０……撮像装置、１１……ＣＣＤカメラ部、１１Ｅ……ＣＣＤ、１２……ＭＣＵ、１５……データ処理部、２０……モード切替部、２１、３１、４１……血管撮像制御部、２１Ａ、３１Ａ……光源制御部、２１Ｂ、４１Ｂ……感度調整部。

Claims (8)

1. 生体内の撮像対象に照射すべき撮像光を、該撮像光以外の光を無視できる程度の輝度値で照射するよう光源を制御する光源制御手段と、
   上記生体内を経由する撮像光を光電変換する撮像素子の感度を可変する感度調整手段と、
   異なる感度の画像を用いて、輝度劣化領域が除かれた画像を生成する画像生成手段と
   を有する撮像装置。
2. 上記感度調整手段は、
   上記撮像素子の感度を、該撮像素子に蓄積される光電変換結果の蓄積時間を可変して調整し、
   上記画像生成手段は、
   異なる蓄積時間での光電変換結果として得られる各画像を用いて、輝度劣化領域が除かれた画像を生成する、請求項１に記載の撮像装置。
3. 上記光源は、指の配置対象とされる面を境界として上記撮像素子が設けられる領域と同じ領域に設けられる近赤外光光源でなり、
   上記画像生成手段は、上記輝度劣化領域が除かれた血管の画像を認証情報として生成する、請求項１に記載の撮像装置。
4. 上記光源制御手段は、
   上記近赤外光光源を、単位時間ごとに異なる方向から上記輝度値で照射させ、
   上記画像生成手段は、
   上記異なる蓄積時間での光電変換結果として得られる各画像と、上記異なる方向での光電変換結果として得られる各画像とを用いて、輝度劣化領域が除かれた画像を生成する、請求項２に記載の撮像装置。
5. 上記光源制御手段は、
   上記近赤外光光源を、単位時間ごとに上記輝度値を可変して照射させ、
   上記画像生成手段は、
   異なる蓄積時間での光電変換結果として得られる各画像と、異なる輝度値での光電変換結果として得られる各画像とを用いて、輝度劣化領域が除かれた画像を生成する、請求項２に記載の撮像装置。
6. 上記光源制御手段、上記感度調整手段及び上記画像生成手段は、
   上記生体から反射される雰囲気中の光を用いて撮像する第１のモードと、上記生体内方を経由する光を用いて撮像する第２のモードとのうち、該第２のモードへの切り替えに応じて動作する、請求項２に記載の撮像装置。
7. 生体内の撮像対象に照射すべき撮像光を、該撮像光以外の光を無視できる程度の輝度値で照射するよう光源を制御する光源制御ステップと、
   上記生体内を経由する撮像光を光電変換する撮像素子の感度を可変する感度調整ステップと、
   異なる感度の画像を用いて、輝度劣化領域が除かれた画像を生成する画像生成ステップと
   を有する撮像方法。
8. 生体内の撮像対象に照射すべき撮像光を、該撮像光以外の光を無視できる程度の輝度値で照射すること、
   上記生体内を経由する撮像光を光電変換する撮像素子に対して感度を可変すること、
   データ処理部に対して、異なる感度の画像を用いて、輝度劣化領域が除かれた画像を生成すること
   を実行させるプログラム。

Images