撮影装置及び撮影プログラム
【課題】読み出しノイズの影響を低減しつつ、画像データの取得時間が必要以上に長くなってしまうのを防ぐことができる撮影装置及び撮影プログラムを提供する。
【解決手段】画像処理装置１００は、予め定めた冷却温度で撮像素子を冷却した状態で且つ撮像素子に光を入射させない状態で、撮像素子により撮像した暗画像の画像信号を設定された読み出し時間及びサンプリング数で読み出した画像信号に基づいて、暗画像のノイズレベルを算出する処理を、読み出し時間を変更して複数回行う。そして、読み出し時間を変更して算出した複数のノイズレベルのうち、最小のノイズレベルの読み出し時間をハードディスクに記憶させる処理を、複数の異なる冷却温度で行う。
【解決手段】画像処理装置１００は、予め定めた冷却温度で撮像素子を冷却した状態で且つ撮像素子に光を入射させない状態で、撮像素子により撮像した暗画像の画像信号を設定された読み出し時間及びサンプリング数で読み出した画像信号に基づいて、暗画像のノイズレベルを算出する処理を、読み出し時間を変更して複数回行う。そして、読み出し時間を変更して算出した複数のノイズレベルのうち、最小のノイズレベルの読み出し時間をハードディスクに記憶させる処理を、複数の異なる冷却温度で行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影装置及び撮影プログラムに係り、特に、撮像素子を冷却する冷却手段を備えた撮影装置及び撮影プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば生化学の分野において、励起光が照射されることにより蛍光を射出する、蛍光色素で標識された蛍光サンプルを被写体として撮像したり、化学発光基質と接触して発光している化学発光サンプルを被写体として撮像したりする撮影装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このような撮影装置では、特に化学発光サンプルの撮影を行う場合、励起光を照射せずに微弱な光を発する被写体を撮影するため、露光時間が蛍光サンプルを撮影する場合と比較して長時間となる。露光時間が長時間になると、ＣＣＤ等の撮像素子より撮影された撮影画像に温度と露光時間に応じたノイズ成分が多く含まれてしまうため、これを防止するために、特許文献１記載の撮影装置では、ＣＣＤを冷却する手段が設けられている。
【０００４】
また、特許文献２には、撮影画像のノイズを低減するために、画像信号のレベルに応じてフレーム読み出し周期を制御する撮影装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２８３３２２号公報
【特許文献２】特開２００１−２９８６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
撮影画像の画質に悪影響を及ぼすノイズ成分としては、撮像素子から読み出した信号電荷を電荷電圧変換アンプで電圧に変換する際に生じる読み出しノイズがある。この読み出しノイズは温度依存性があり、温度が上昇するに従って増加する特性があるため、特に化学発光サンプルの撮影を行う場合のように長時間露光する場合には、冷却手段によって撮像素子を冷却する必要がある。
【０００７】
また、読み出しノイズは、温度依存性がある一方で、撮像素子からの信号電荷の読み出し速度を低速にする、すなわち信号電荷の読み出し時間を長くすることにより低減することが知られている。
【０００８】
しかしながら、信号電荷の読み出し速度を低速にすると、その分画像データの取得時間が長くなってしまう、という問題があった。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、読み出しノイズの影響を低減しつつ、画像データの取得時間が必要以上に長くなってしまうのを防ぐことができる撮影装置及び撮影プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、予め定めた検出対象を含む被写体を撮像する撮像素子と、前記撮像素子を冷却する冷却手段と、前記撮像素子からの画像信号の読み出し時間及び前記画像信号のサンプリング数を設定する設定手段と、予め定めた冷却温度で前記撮像素子を冷却した状態で且つ前記撮像素子に光を入射させない状態で前記撮像素子により撮像した暗画像の画像信号を、前記設定手段により設定された読み出し時間及びサンプリング数で読み出した画像信号に基づいて、前記暗画像のノイズレベルを算出する算出手段と、前記読み出し時間を変更し、変更した読み出し時間及び前記サンプリング数で読み出した画像信号に基づいて前記暗画像のノイズレベルを算出する処理を複数回行うことにより得られた複数のノイズレベルのうち、最小のノイズレベルの読み出し時間を記憶手段に記憶させる記憶処理を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、読み出し時間を変更して暗画像のノイズレベルを算出する処理を複数回行い、これらのノイズレベルのうち、最小のノイズレベルの読み出し時間を記憶手段に記憶させる。撮影時には、記憶手段に記憶された読み出し時間で撮影画像の画像信号を読み出すことにより、読み出しノイズの影響を低減しつつ、必要以上に画像データの取得時間が長くなってしまうのを防ぐことができる。
【００１２】
なお、請求項２記載の発明のように、前記制御手段は、複数の異なる冷却温度毎に前記記憶処理を行うことが好ましい。これにより、冷却温度毎に最適な読み出し時間を設定することができる。
【００１３】
また、請求項３記載の発明のように、前記設定手段は、前記読み出し時間が長いほど、前記サンプリング数が多くなるように設定することが好ましい。これにより、より精度よく暗画像のノイズレベルを算出することができる。
【００１４】
また、請求項４記載の発明のように、前記検出対象が化学発光サンプルである場合、すなわち、長時間露光する必要がある被写体を撮影する場合に、本発明の効果が顕著となる。
【００１５】
また、請求項５記載の発明のように、前記算出手段は、前記画像信号のフィードスルー部の複数のサンプリング値の標準偏差と信号部の複数のサンプリング値の標準偏差とに基づいて、前記暗画像のノイズレベルを算出することが好ましい。これにより、リセットノイズ成分を除去して精度よく暗画像のノイズレベルを算出することができる。
【００１６】
請求項６記載の発明は、予め定めた検出対象を含む被写体を撮像する撮像素子と、前記撮像素子を冷却する冷却手段と、を備えた撮影装置によって、前記撮像素子からの画像信号の読み出し時間及び前記画像信号のサンプリング数を設定するステップと、予め定めた冷却温度で前記撮像素子を冷却した状態で且つ前記撮像素子に光を入射させない状態で前記撮像素子により撮像した暗画像の画像信号を、設定された読み出し時間及びサンプリング数で読み出した画像信号に基づいて、前記暗画像のノイズレベルを算出するステップと、前記読み出し時間を変更し、変更した読み出し時間及び前記サンプリング数で読み出した画像信号に基づいて前記暗画像のノイズレベルを算出する処理を複数回行うことにより得られた複数のノイズレベルのうち、最小のノイズレベルの読み出し時間を記憶手段に記憶させる記憶処理を行うステップと、を含む処理をコンピュータに実行させるための撮影プログラムである。
【００１７】
この発明によれば、読み出し時間を変更して暗画像のノイズレベルを算出する処理を複数回行い、これらのノイズレベルのうち、最小のノイズレベルの読み出し時間を記憶手段に記憶させる。撮影時には、記憶手段に記憶された読み出し時間で撮影画像の画像信号を読み出すことにより、読み出しノイズの影響を低減しつつ、必要以上に画像データの取得時間が長くなってしまうのを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、読み出しノイズの影響を低減しつつ、画像データの取得時間が必要以上に長くなってしまうのを防ぐことができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】撮影システムの斜視図である。
【図２】撮影装置の正面図である。
【図３】画像処理装置１００の概略ブロック図である。
【図４】撮影部３０の概略ブロック図である。
【図５】画像処理装置で実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図６】画像信号のサンプリングについて説明するための線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る撮影装置を用いた撮影システムの一例を示す斜視図である。撮影システム１は、被写体に応じて励起光を照射せずに又は励起光を照射して被写体を撮影し、被写体の撮影画像を取得する撮影システムであり、撮影装置１０及び画像処理装置１００を含んで構成されている。
【００２２】
撮影装置１０は、被写体を撮影して取得した被写体の画像データを画像処理装置１００に出力する。画像処理装置１００は、受信した画像データに対して、必要に応じて所定の画像処理を施して表示部２０２に表示させる。
【００２３】
なお、被写体は、例えば前述した化学発光サンプルであってもよいし、蛍光サンプルであってもよいが、本実施形態では、化学発光サンプルを被写体として、励起光を被写体に照射せずに撮影する場合について説明する。
【００２４】
図２には、撮影装置１０の蓋２２（図１参照）を開けた状態の正面図を示した。同図に示すように、撮影装置１０は、被写体ＰＳが配置される被写体配置部４０と、被写体配置部４０を内部に収容した筐体２０と、被写体配置部４０に配置された被写体ＰＳを撮影する撮影部３０と、被写体ＰＳに励起光を照射する、筐体２０内に配置された落射光源５０と、透過光源６０と、を備えている。
【００２５】
筐体２０は、略直方体に形成された中空部２１を有するものであって、内部に被写体ＰＳが配置される被写体配置部４０を有している。また、筐体２０には図１に示す蓋２２が開閉可能に取り付けられており、ユーザーが蓋２２を開けて筐体２０内に被写体ＰＳを収容することができるようになっている。このように、筐体２０は中空部２１内に外光が入らないような暗箱を構成している。
【００２６】
撮影装置１０は、筐体２０の上面２０ａに固定されており、詳細は後述するが、例えばＣＣＤ等の撮像素子を含んで構成されている。撮像素子には、冷却素子が取り付けられており、撮像素子を冷却することにより、撮影された画像情報に暗電流によるノイズ成分が含まれるのを防止している。
【００２７】
撮影装置１０にはレンズ部３１が取り付けられており、このレンズ部３１は、被写体Ｐ Ｓにフォーカスを合わせるために、矢印Ｚ方向に移動可能に設けられている。
【００２８】
落射光源５０は、被写体配置部４０の上に配置された被写体ＰＳに向けて励起光を射出する。透過光源６０は、被写体ＰＳの下から励起光を照射する。蛍光サンプルを撮影する場合には、被写体に応じて落射光源５０及び透過光源６０の少なくとも一方から励起光を被写体に照射させる。
【００２９】
図３には、画像処理装置１００の概略構成を示した。同図に示すように、画像処理装置１００は、メインコントローラ７０を含んで構成されている。
【００３０】
メインコントローラ７０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）７０Ａ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）７０Ｂ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）７０Ｃ、不揮発性メモリ７０Ｄ、及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）７０Ｅがバス７０Ｆを介して各々接続された構成となっている。
【００３１】
Ｉ／Ｏ７０Ｅには、表示部２０２、操作部７２、ハードディスク７４、及び通信Ｉ／Ｆ７６が接続されている。メインコントローラ７０は、これらの各機能部を統括制御する。
【００３２】
表示部２０２は、例えばＣＲＴや液晶表示装置等で構成され、撮影装置１０で撮影された画像を表示したり、撮影装置１０に対して各種の設定や指示を行うための画面等を表示したりする。
【００３３】
操作部７２は、マウスやキーボード等を含んで構成され、ユーザーが操作部７２を操作することによって撮影装置１０に各種の指示を行うためのものである。
【００３４】
ハードディスク７４は、撮影装置１０で撮影された撮影画像の画像データ、後述する制御ルーチンの制御プログラムや画像処理プログラム、テーブルデータ等の各種データ等が記憶される。
【００３５】
通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）７６は、撮影装置１０の撮影部３０、落射光源５０、及び透過光源６０と接続される。ＣＰＵ７０Ａは、通信Ｉ／Ｆ７６を介して、被写体の種類に応じた撮影条件での撮影を撮影部３０に指示したり、被写体に励起光を照射する場合には、落射光源５０及び透過光源６０の少なくとも一方に励起光の照射を指示したりすると共に、撮影部３０で撮影された撮影画像の画像データを受信して画像処理等を施したりする。
【００３６】
図４には、撮影部３０の概略構成を示した。同図に示すように、撮影部３０は、制御部８０を備えており、制御部８０はバス８２を介して通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）８４と接続されている。通信Ｉ／Ｆ８４は、画像処理装置１００の通信Ｉ／Ｆ７６と接続される。
【００３７】
制御部８０は、通信Ｉ／Ｆ８４を介して画像処理装置１００から撮影が指示されると、指示内容に応じて各部を制御して被写体配置部４０に配置された被写体ＰＳを撮影し、その撮影画像の画像データを通信Ｉ／Ｆ８４を介して画像処理装置１００へ送信する。
【００３８】
制御部８０には、レンズ部３１、タイミング発生器８６、及び撮像素子８８を冷却する冷却素子９０が接続されている。
【００３９】
レンズ部３１は、図示は省略するが、例えば複数の光学レンズから成るレンズ群、絞り調整機構、ズーム機構、及び自動焦点調節機構等を含んで構成されている。レンズ群は、図２において被写体ＰＳにフォーカスを合わせるために、矢印Ｚ方向に移動可能に設けられている。絞り調節機構は、開口部の径を変化させて撮像素子８８への入射光量を調整するものであり、ズーム機構は、レンズの配置する位置を調節してズームを行うものであり、自動焦点調節機構は、被写体ＰＳと撮影装置１０との距離に応じてピント調節するものである。
【００４０】
被写体ＰＳからの光は、レンズ部３１を透過して被写体像として撮像素子８８に結像される。
【００４１】
撮像素子８８は、図示は省略するが、複数の各画素に対応する受光部、水平転送路、及び垂直転送路等を含んで構成されている。撮像素子８８は、その撮像面に結像される被写体像を電気信号に光電変換する機能を有し、例えば電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）や金属酸化膜型半導体（Ｍｅｔａｌ ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＭＯＳ）等のイメージセンサが用いられる。
【００４２】
撮像素子８８は、タイミング発生器８６からのタイミング信号により制御され、被写体ＰＳからの入射光を各受光部で光電変換する。
【００４３】
撮像素子８８で光電変換された信号電荷は、電荷電圧変換アンプ９２によって電圧変換されたアナログ信号となり、信号処理部９４に出力される。
【００４４】
タイミング発生器８６は、撮影部３０を動作させる基本クロック（システムクロック） を発生する発振器を有しており、例えば、この基本クロックを各部に供給すると共に、この基本クロックを分周して様々なタイミング信号を生成する。例えば、垂直同期信号、水平同期信号及び電子シャッタパルスなどを示すタイミング信号を生成して撮像素子８８に供給する。また、相関二重サンプリング用のサンプリングパルスやアナログ・デジタル変換用の変換クロックなどのタイミング信号を生成して信号処理部９４に供給する。
【００４５】
信号処理部９４は、タイミング発生器８６からのタイミング信号により制御され、入力されたアナログ信号に対して相関二重サンプリング処理を施す相関二重サンプリング回路（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ：ＣＤＳ）及び相関二重サンプリング処理が施されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ：Ａ／Ｄ）変換器等を含んで構成される。または、フィードスルー部と信号部をＡ／Ｄサンプルし、フィードスルー部及び信号部の各デジタル値の差分データを算出する処理を行う処理部を含んで構成される。
【００４６】
相関二重サンプリング処理は、撮像素子８８の出力信号に含まれるノイズ等を軽減することを目的として、撮像素子８８の１受光素子（画素）毎の出力信号に含まれるフィードスルー部のレベルと画像部分に相当する信号部のレベルとの差をとることにより画素データを得る処理である。
【００４７】
相関二重サンプリング処理されたデジタル信号はメモリ９６に出力され、一次記憶される。メモリ９６に一次記憶された画像データは、通信Ｉ／Ｆ８４を介して画像処理装置１００に送信される。
【００４８】
冷却素子９０は、例えばペルチエ素子等により構成され、制御部８０によって冷却温度が制御される。被写体ＰＳが化学発光サンプルの場合、励起光を照射せずに比較的長時間露光して撮影を行うため、撮像素子８８の温度が上昇して暗電流の増加等により画質に悪影響を及ぼす場合がある。このため、制御部８０では、画像処理装置１００から指示された冷却温度に基づいて冷却素子９０を制御し、撮像素子８８を冷却する。
【００４９】
ところで、撮影画像の画質に悪影響を及ぼすノイズ成分として、撮像素子８８から読み出した信号電荷を電荷電圧変換アンプ９２で電圧に変換する際に生じる読み出しノイズがある。この読み出しノイズは、前述したように、温度依存性がある一方で、撮像素子からの信号電荷の読み出し速度を低速にする、すなわち信号電荷の読み出し時間を長くすることにより低減することが知られている。
【００５０】
しかしながら、信号電荷の読み出し速度を低速にすると、その分画像データの取得時間が長くなってしまう。また、読み出し速度を低速にし過ぎると、固定パターンノイズが増加する。
【００５１】
そこで、本実施形態では、検出対象が化学発光サンプルの場合は、長時間の露出時間が必要となる高感度の画像読み取りが要求されるため、読み出しノイズがなるべく小さく且つ読み出し時間がなるべく短くなるように、冷却温度毎に読み出し時間を設定する。具体的には、詳細は後述するが、読み出し時間を変えて暗画像の画像信号の標準偏差をそれぞれ算出し、最小の標準偏差となる読み出し時間をその冷却温度における読み出し時間に設定する。この処理を、複数の異なる冷却温度毎に実行することにより、画像信号の読み出し時間を冷却温度に応じて最適に設定することができる。なお、蛍光サンプルの場合は、励起光を照射して短時間の露出時間で撮影するため、読み出し時間は短時間でよく、基本的には冷却温度に拘わらず予め定めた読み出し時間で読み出せばよいが、化学発光サンプルと同様に冷却温度毎に読み出し時間を設定してもよい。
【００５２】
次に、本実施形態の作用として、画像処理装置１００のＣＰＵ７０Ａで実行される読み出し時間の設定処理について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。
【００５３】
なお、図５に示すフローチャートは、画像処理装置１００において、ユーザーが所定の操作を行って読み出し時間の設定処理の実行を指示した場合に実行される。
【００５４】
まず、ステップ１００では、予め定めた冷却温度Ｔｘ、予め定めた読み出し時間Ｆｘ、サンプリング数Ｎｘで暗画像を撮影するように撮影部３０に指示する。なお、最初にこのステップが実行されるときの冷却温度Ｔｘは、例えば撮像素子８８の冷却温度の範囲の下限の温度、すなわち最低の温度に設定される。また、最初にこのステップが実行されるときの読み出し時間Ｔｘは、例えば撮像素子８８からの画像信号の読み出し時間の範囲の下限の時間、すなわち最短の時間に設定される。また、サンプリング数Ｎｘは、例えば撮像素子８８からの画像信号のサンプリング数の範囲の下限の値、すなわち最小のサンプリング数に設定される。なお、サンプリング数Ｎｘは、読み出し時間Ｆｘが長くなるに従って多くなるように設定される。
【００５５】
撮影部３０の制御部８０は、上記の条件での撮影が指示されると、指示された冷却温度で撮像素子８８を冷却するように冷却素子９０を制御する。
【００５６】
そして、撮像素子８８が冷却温度Ｔｘに冷却されると、制御部８０は、例えば図示しないシャッターを閉じてレンズ部３１から光が入射されない状態にしてタイミング発生器８６に撮影指示すると共に、撮影画像の画像信号を読み出し時間Ｆｘ、サンプリング数Ｎｘでサンプリングするように信号処理部９４にサンプリングパルスを供給する。
【００５７】
これにより、撮像素子８８によって暗画像が撮影され、暗画像の画像信号が信号処理部９４の相関二重サンプリング回路によって、読み出し時間Ｆｘ、サンプリング数Ｎｘで読み出される。
【００５８】
撮像素子８８からの撮影画像の各画素の画像信号は、図６に示すように、フィードスルー部及び信号部を有し、信号部のレベルとフィードスルー部のレベルとの差が画像部分に相当する。
【００５９】
相関二重サンプリング回路では、サンプリング数Ｎｘでフィードスルー部及び信号部をサンプリングし、フィードスルー部及び信号部のそれぞれについて、各サンプル値の平均値を求め、これらの差を取って画素信号とする処理を各画素について行い、後段のアナログ・デジタル変換回路へ順次出力する。アナログ・デジタル変換回路で変換された暗画像の画像データは、メモリ９６に一次記憶された後画像処理装置１００へ送信される。
【００６０】
ステップ１０２では、暗画像の画像データの標準偏差を求める。すなわち、各画素の画素値に基づいて、画素値の標準偏差を求め、ハードディスク７４に記憶する。
【００６１】
ステップ１０４では、読み出し時間Ｆｘが予め定めた読み出し時間の範囲の上限であるか否かが判断され、読み出し時間Ｆｘが上限でない場合にはステップ１０６へ移行し、読み出し時間Ｆｘが上限になった場合には、ステップ１０８へ移行する。
【００６２】
ステップ１０６では、読み出し時間Ｆｘに予め定めた時間αを加算した時間を新たな読み出し時間Ｆｘとして設定すると共に、サンプリング数Ｎｘに予め定めた値βを加算した値を新たなサンプリング数Ｎｘとして設定してステップ１００へ移行する。すなわち、読み出し時間Ｆｘを１段階長くすると共に、サンプリング数Ｎｘを１段階多くして上記と同様の処理を行い、これを読み出し時間Ｆｘが上限になるまで実行する。これにより、予め定めた読み出し時間の範囲内において複数の異なる読み出し時間で暗画像の標準偏差が取得される。
【００６３】
そして、読み出し時間Ｆｘが上限になった場合、すなわち、予め定めた読み出し時間の範囲内において複数の異なる読み出し時間全てで上記の処理を行った場合には、ステップ１０８において、ステップ１０２で算出し記憶された複数の標準偏差のうち、最小の標準偏差の読み出し時間Ｆｘ及びサンプリング数Ｎｘを、その冷却温度の読み出し時間及びサンプリング数としてハードディスク７４に記憶する。
【００６４】
ステップ１１０では、冷却温度Ｔｘが予め定めた冷却温度の範囲の上限か否かが判断される。そして、冷却温度が上限の場合には、本ルーチンを終了し、冷却温度が上限でない場合には、ステップ１１２へ移行する。
【００６５】
ステップ１１２では、冷却温度Ｔｘに予め定めた温度γを加算した温度を新たな冷却温度Ｔｘとしてステップ１００へ移行する。すなわち、冷却温度Ｔｘを１段階高くして上記と同様の処理を行い、これを冷却温度Ｔｘが上限になるまで実行する。これにより、複数の異なる冷却温度で、暗画像の標準偏差が最小となる読み出し時間及びサンプリング数が求められ、ハードディスク７４に記憶される。複数の異なる冷却温度全てで上記の処理が行われると、ステップ１１０で肯定判断され、本ルーチンを終了する。
【００６６】
このように、本実施形態では、複数の異なる読み出し時間で暗画像を取得して標準偏差を算出し、これらの中で最小の標準偏差の読み出し時間及びサンプリング数をその冷却温度の読み出し時間及びサンプリング数として記憶する処理を、複数の異なる冷却温度毎に行う。このため、冷却温度に応じて最適な読み出し時間及びサンプリング数を設定することができる。従って、読み出しノイズの影響を低減しつつ、画像データの取得時間が必要以上に長くなってしまうのを防ぐことができる。
【００６７】
撮影時には、ユーザーが撮影メニューから化学発光サンプルの撮影を選択して化学発光サンプルを撮影する場合には、画像処理装置１００は、その化学発光サンプルに応じて露出時間及び冷却温度を設定し、設定された冷却温度に対応した読み出し時間及びサンプリング数をハードディスク７４から読み出し、撮影部３０に出力する。
【００６８】
これにより、撮影部３０では、指定された冷却温度で冷却素子９０を冷却し、撮影する。そして、撮影画像の画像信号を、指示された読み出し時間及びサンプリング数で読み出す。
【００６９】
一方、蛍光サンプルの撮影が選択された場合には、励起光を照射して短時間露光により撮影するため、撮像素子８８の冷却温度に拘わらず、予め定めた読み出し時間及びサンプリング数で画像信号を読み出すように、撮影部３０に指示する。なお、蛍光サンプルの撮影においても、化学発光サンプルと同様に冷却温度に応じた読み出し時間及びサンプリング数を撮影部３０に出力し、その条件で画像信号を読み出すようにしてもよい。
【００７０】
なお、本実施形態では、図５に示す処理を画像処理装置１００のＣＰＵ７０Ａで実行する場合について説明したが、撮影部３０の制御部８０で実行するようにしてもよい。
【００７１】
また、本実施形態では、化学発光サンプルや蛍光サンプルを撮影する装置に本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、顕微鏡画像を撮影する装置や天体画像を撮影する装置にも本発明を適用可能である。
【００７２】
また、本実施形態で説明した撮影システム１の構成（図１〜４参照）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要な部分を削除したり、新たな部分を追加したりしてもよいことは言うまでもない。
【００７３】
また、本記実施形態で説明した制御プログラムの処理の流れ（図５参照）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７４】
１ 撮影システム
１０ 撮影装置
３０ 撮影部
３１ レンズ部
４０ 被写体配置部
５０ 落射光源
６０ 透過光源
７０ メインコントローラ
７０Ａ ＣＰＵ（設定手段、算出手段、制御手段）
７２ 操作部
７４ ハードディスク（記憶手段）
８０ 制御部
８６ タイミング発生器
８８ 撮像素子
９０ 冷却素子（冷却手段）
９２ 電荷電圧変換アンプ
９４ 信号処理部
９６ メモリ
１００ 画像処理装置
２０２ 表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影装置及び撮影プログラムに係り、特に、撮像素子を冷却する冷却手段を備えた撮影装置及び撮影プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば生化学の分野において、励起光が照射されることにより蛍光を射出する、蛍光色素で標識された蛍光サンプルを被写体として撮像したり、化学発光基質と接触して発光している化学発光サンプルを被写体として撮像したりする撮影装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このような撮影装置では、特に化学発光サンプルの撮影を行う場合、励起光を照射せずに微弱な光を発する被写体を撮影するため、露光時間が蛍光サンプルを撮影する場合と比較して長時間となる。露光時間が長時間になると、ＣＣＤ等の撮像素子より撮影された撮影画像に温度と露光時間に応じたノイズ成分が多く含まれてしまうため、これを防止するために、特許文献１記載の撮影装置では、ＣＣＤを冷却する手段が設けられている。
【０００４】
また、特許文献２には、撮影画像のノイズを低減するために、画像信号のレベルに応じてフレーム読み出し周期を制御する撮影装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２８３３２２号公報
【特許文献２】特開２００１−２９８６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
撮影画像の画質に悪影響を及ぼすノイズ成分としては、撮像素子から読み出した信号電荷を電荷電圧変換アンプで電圧に変換する際に生じる読み出しノイズがある。この読み出しノイズは温度依存性があり、温度が上昇するに従って増加する特性があるため、特に化学発光サンプルの撮影を行う場合のように長時間露光する場合には、冷却手段によって撮像素子を冷却する必要がある。
【０００７】
また、読み出しノイズは、温度依存性がある一方で、撮像素子からの信号電荷の読み出し速度を低速にする、すなわち信号電荷の読み出し時間を長くすることにより低減することが知られている。
【０００８】
しかしながら、信号電荷の読み出し速度を低速にすると、その分画像データの取得時間が長くなってしまう、という問題があった。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、読み出しノイズの影響を低減しつつ、画像データの取得時間が必要以上に長くなってしまうのを防ぐことができる撮影装置及び撮影プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、予め定めた検出対象を含む被写体を撮像する撮像素子と、前記撮像素子を冷却する冷却手段と、前記撮像素子からの画像信号の読み出し時間及び前記画像信号のサンプリング数を設定する設定手段と、予め定めた冷却温度で前記撮像素子を冷却した状態で且つ前記撮像素子に光を入射させない状態で前記撮像素子により撮像した暗画像の画像信号を、前記設定手段により設定された読み出し時間及びサンプリング数で読み出した画像信号に基づいて、前記暗画像のノイズレベルを算出する算出手段と、前記読み出し時間を変更し、変更した読み出し時間及び前記サンプリング数で読み出した画像信号に基づいて前記暗画像のノイズレベルを算出する処理を複数回行うことにより得られた複数のノイズレベルのうち、最小のノイズレベルの読み出し時間を記憶手段に記憶させる記憶処理を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、読み出し時間を変更して暗画像のノイズレベルを算出する処理を複数回行い、これらのノイズレベルのうち、最小のノイズレベルの読み出し時間を記憶手段に記憶させる。撮影時には、記憶手段に記憶された読み出し時間で撮影画像の画像信号を読み出すことにより、読み出しノイズの影響を低減しつつ、必要以上に画像データの取得時間が長くなってしまうのを防ぐことができる。
【００１２】
なお、請求項２記載の発明のように、前記制御手段は、複数の異なる冷却温度毎に前記記憶処理を行うことが好ましい。これにより、冷却温度毎に最適な読み出し時間を設定することができる。
【００１３】
また、請求項３記載の発明のように、前記設定手段は、前記読み出し時間が長いほど、前記サンプリング数が多くなるように設定することが好ましい。これにより、より精度よく暗画像のノイズレベルを算出することができる。
【００１４】
また、請求項４記載の発明のように、前記検出対象が化学発光サンプルである場合、すなわち、長時間露光する必要がある被写体を撮影する場合に、本発明の効果が顕著となる。
【００１５】
また、請求項５記載の発明のように、前記算出手段は、前記画像信号のフィードスルー部の複数のサンプリング値の標準偏差と信号部の複数のサンプリング値の標準偏差とに基づいて、前記暗画像のノイズレベルを算出することが好ましい。これにより、リセットノイズ成分を除去して精度よく暗画像のノイズレベルを算出することができる。
【００１６】
請求項６記載の発明は、予め定めた検出対象を含む被写体を撮像する撮像素子と、前記撮像素子を冷却する冷却手段と、を備えた撮影装置によって、前記撮像素子からの画像信号の読み出し時間及び前記画像信号のサンプリング数を設定するステップと、予め定めた冷却温度で前記撮像素子を冷却した状態で且つ前記撮像素子に光を入射させない状態で前記撮像素子により撮像した暗画像の画像信号を、設定された読み出し時間及びサンプリング数で読み出した画像信号に基づいて、前記暗画像のノイズレベルを算出するステップと、前記読み出し時間を変更し、変更した読み出し時間及び前記サンプリング数で読み出した画像信号に基づいて前記暗画像のノイズレベルを算出する処理を複数回行うことにより得られた複数のノイズレベルのうち、最小のノイズレベルの読み出し時間を記憶手段に記憶させる記憶処理を行うステップと、を含む処理をコンピュータに実行させるための撮影プログラムである。
【００１７】
この発明によれば、読み出し時間を変更して暗画像のノイズレベルを算出する処理を複数回行い、これらのノイズレベルのうち、最小のノイズレベルの読み出し時間を記憶手段に記憶させる。撮影時には、記憶手段に記憶された読み出し時間で撮影画像の画像信号を読み出すことにより、読み出しノイズの影響を低減しつつ、必要以上に画像データの取得時間が長くなってしまうのを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、読み出しノイズの影響を低減しつつ、画像データの取得時間が必要以上に長くなってしまうのを防ぐことができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】撮影システムの斜視図である。
【図２】撮影装置の正面図である。
【図３】画像処理装置１００の概略ブロック図である。
【図４】撮影部３０の概略ブロック図である。
【図５】画像処理装置で実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図６】画像信号のサンプリングについて説明するための線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る撮影装置を用いた撮影システムの一例を示す斜視図である。撮影システム１は、被写体に応じて励起光を照射せずに又は励起光を照射して被写体を撮影し、被写体の撮影画像を取得する撮影システムであり、撮影装置１０及び画像処理装置１００を含んで構成されている。
【００２２】
撮影装置１０は、被写体を撮影して取得した被写体の画像データを画像処理装置１００に出力する。画像処理装置１００は、受信した画像データに対して、必要に応じて所定の画像処理を施して表示部２０２に表示させる。
【００２３】
なお、被写体は、例えば前述した化学発光サンプルであってもよいし、蛍光サンプルであってもよいが、本実施形態では、化学発光サンプルを被写体として、励起光を被写体に照射せずに撮影する場合について説明する。
【００２４】
図２には、撮影装置１０の蓋２２（図１参照）を開けた状態の正面図を示した。同図に示すように、撮影装置１０は、被写体ＰＳが配置される被写体配置部４０と、被写体配置部４０を内部に収容した筐体２０と、被写体配置部４０に配置された被写体ＰＳを撮影する撮影部３０と、被写体ＰＳに励起光を照射する、筐体２０内に配置された落射光源５０と、透過光源６０と、を備えている。
【００２５】
筐体２０は、略直方体に形成された中空部２１を有するものであって、内部に被写体ＰＳが配置される被写体配置部４０を有している。また、筐体２０には図１に示す蓋２２が開閉可能に取り付けられており、ユーザーが蓋２２を開けて筐体２０内に被写体ＰＳを収容することができるようになっている。このように、筐体２０は中空部２１内に外光が入らないような暗箱を構成している。
【００２６】
撮影装置１０は、筐体２０の上面２０ａに固定されており、詳細は後述するが、例えばＣＣＤ等の撮像素子を含んで構成されている。撮像素子には、冷却素子が取り付けられており、撮像素子を冷却することにより、撮影された画像情報に暗電流によるノイズ成分が含まれるのを防止している。
【００２７】
撮影装置１０にはレンズ部３１が取り付けられており、このレンズ部３１は、被写体Ｐ Ｓにフォーカスを合わせるために、矢印Ｚ方向に移動可能に設けられている。
【００２８】
落射光源５０は、被写体配置部４０の上に配置された被写体ＰＳに向けて励起光を射出する。透過光源６０は、被写体ＰＳの下から励起光を照射する。蛍光サンプルを撮影する場合には、被写体に応じて落射光源５０及び透過光源６０の少なくとも一方から励起光を被写体に照射させる。
【００２９】
図３には、画像処理装置１００の概略構成を示した。同図に示すように、画像処理装置１００は、メインコントローラ７０を含んで構成されている。
【００３０】
メインコントローラ７０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）７０Ａ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）７０Ｂ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）７０Ｃ、不揮発性メモリ７０Ｄ、及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）７０Ｅがバス７０Ｆを介して各々接続された構成となっている。
【００３１】
Ｉ／Ｏ７０Ｅには、表示部２０２、操作部７２、ハードディスク７４、及び通信Ｉ／Ｆ７６が接続されている。メインコントローラ７０は、これらの各機能部を統括制御する。
【００３２】
表示部２０２は、例えばＣＲＴや液晶表示装置等で構成され、撮影装置１０で撮影された画像を表示したり、撮影装置１０に対して各種の設定や指示を行うための画面等を表示したりする。
【００３３】
操作部７２は、マウスやキーボード等を含んで構成され、ユーザーが操作部７２を操作することによって撮影装置１０に各種の指示を行うためのものである。
【００３４】
ハードディスク７４は、撮影装置１０で撮影された撮影画像の画像データ、後述する制御ルーチンの制御プログラムや画像処理プログラム、テーブルデータ等の各種データ等が記憶される。
【００３５】
通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）７６は、撮影装置１０の撮影部３０、落射光源５０、及び透過光源６０と接続される。ＣＰＵ７０Ａは、通信Ｉ／Ｆ７６を介して、被写体の種類に応じた撮影条件での撮影を撮影部３０に指示したり、被写体に励起光を照射する場合には、落射光源５０及び透過光源６０の少なくとも一方に励起光の照射を指示したりすると共に、撮影部３０で撮影された撮影画像の画像データを受信して画像処理等を施したりする。
【００３６】
図４には、撮影部３０の概略構成を示した。同図に示すように、撮影部３０は、制御部８０を備えており、制御部８０はバス８２を介して通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）８４と接続されている。通信Ｉ／Ｆ８４は、画像処理装置１００の通信Ｉ／Ｆ７６と接続される。
【００３７】
制御部８０は、通信Ｉ／Ｆ８４を介して画像処理装置１００から撮影が指示されると、指示内容に応じて各部を制御して被写体配置部４０に配置された被写体ＰＳを撮影し、その撮影画像の画像データを通信Ｉ／Ｆ８４を介して画像処理装置１００へ送信する。
【００３８】
制御部８０には、レンズ部３１、タイミング発生器８６、及び撮像素子８８を冷却する冷却素子９０が接続されている。
【００３９】
レンズ部３１は、図示は省略するが、例えば複数の光学レンズから成るレンズ群、絞り調整機構、ズーム機構、及び自動焦点調節機構等を含んで構成されている。レンズ群は、図２において被写体ＰＳにフォーカスを合わせるために、矢印Ｚ方向に移動可能に設けられている。絞り調節機構は、開口部の径を変化させて撮像素子８８への入射光量を調整するものであり、ズーム機構は、レンズの配置する位置を調節してズームを行うものであり、自動焦点調節機構は、被写体ＰＳと撮影装置１０との距離に応じてピント調節するものである。
【００４０】
被写体ＰＳからの光は、レンズ部３１を透過して被写体像として撮像素子８８に結像される。
【００４１】
撮像素子８８は、図示は省略するが、複数の各画素に対応する受光部、水平転送路、及び垂直転送路等を含んで構成されている。撮像素子８８は、その撮像面に結像される被写体像を電気信号に光電変換する機能を有し、例えば電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）や金属酸化膜型半導体（Ｍｅｔａｌ ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＭＯＳ）等のイメージセンサが用いられる。
【００４２】
撮像素子８８は、タイミング発生器８６からのタイミング信号により制御され、被写体ＰＳからの入射光を各受光部で光電変換する。
【００４３】
撮像素子８８で光電変換された信号電荷は、電荷電圧変換アンプ９２によって電圧変換されたアナログ信号となり、信号処理部９４に出力される。
【００４４】
タイミング発生器８６は、撮影部３０を動作させる基本クロック（システムクロック） を発生する発振器を有しており、例えば、この基本クロックを各部に供給すると共に、この基本クロックを分周して様々なタイミング信号を生成する。例えば、垂直同期信号、水平同期信号及び電子シャッタパルスなどを示すタイミング信号を生成して撮像素子８８に供給する。また、相関二重サンプリング用のサンプリングパルスやアナログ・デジタル変換用の変換クロックなどのタイミング信号を生成して信号処理部９４に供給する。
【００４５】
信号処理部９４は、タイミング発生器８６からのタイミング信号により制御され、入力されたアナログ信号に対して相関二重サンプリング処理を施す相関二重サンプリング回路（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ：ＣＤＳ）及び相関二重サンプリング処理が施されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ：Ａ／Ｄ）変換器等を含んで構成される。または、フィードスルー部と信号部をＡ／Ｄサンプルし、フィードスルー部及び信号部の各デジタル値の差分データを算出する処理を行う処理部を含んで構成される。
【００４６】
相関二重サンプリング処理は、撮像素子８８の出力信号に含まれるノイズ等を軽減することを目的として、撮像素子８８の１受光素子（画素）毎の出力信号に含まれるフィードスルー部のレベルと画像部分に相当する信号部のレベルとの差をとることにより画素データを得る処理である。
【００４７】
相関二重サンプリング処理されたデジタル信号はメモリ９６に出力され、一次記憶される。メモリ９６に一次記憶された画像データは、通信Ｉ／Ｆ８４を介して画像処理装置１００に送信される。
【００４８】
冷却素子９０は、例えばペルチエ素子等により構成され、制御部８０によって冷却温度が制御される。被写体ＰＳが化学発光サンプルの場合、励起光を照射せずに比較的長時間露光して撮影を行うため、撮像素子８８の温度が上昇して暗電流の増加等により画質に悪影響を及ぼす場合がある。このため、制御部８０では、画像処理装置１００から指示された冷却温度に基づいて冷却素子９０を制御し、撮像素子８８を冷却する。
【００４９】
ところで、撮影画像の画質に悪影響を及ぼすノイズ成分として、撮像素子８８から読み出した信号電荷を電荷電圧変換アンプ９２で電圧に変換する際に生じる読み出しノイズがある。この読み出しノイズは、前述したように、温度依存性がある一方で、撮像素子からの信号電荷の読み出し速度を低速にする、すなわち信号電荷の読み出し時間を長くすることにより低減することが知られている。
【００５０】
しかしながら、信号電荷の読み出し速度を低速にすると、その分画像データの取得時間が長くなってしまう。また、読み出し速度を低速にし過ぎると、固定パターンノイズが増加する。
【００５１】
そこで、本実施形態では、検出対象が化学発光サンプルの場合は、長時間の露出時間が必要となる高感度の画像読み取りが要求されるため、読み出しノイズがなるべく小さく且つ読み出し時間がなるべく短くなるように、冷却温度毎に読み出し時間を設定する。具体的には、詳細は後述するが、読み出し時間を変えて暗画像の画像信号の標準偏差をそれぞれ算出し、最小の標準偏差となる読み出し時間をその冷却温度における読み出し時間に設定する。この処理を、複数の異なる冷却温度毎に実行することにより、画像信号の読み出し時間を冷却温度に応じて最適に設定することができる。なお、蛍光サンプルの場合は、励起光を照射して短時間の露出時間で撮影するため、読み出し時間は短時間でよく、基本的には冷却温度に拘わらず予め定めた読み出し時間で読み出せばよいが、化学発光サンプルと同様に冷却温度毎に読み出し時間を設定してもよい。
【００５２】
次に、本実施形態の作用として、画像処理装置１００のＣＰＵ７０Ａで実行される読み出し時間の設定処理について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。
【００５３】
なお、図５に示すフローチャートは、画像処理装置１００において、ユーザーが所定の操作を行って読み出し時間の設定処理の実行を指示した場合に実行される。
【００５４】
まず、ステップ１００では、予め定めた冷却温度Ｔｘ、予め定めた読み出し時間Ｆｘ、サンプリング数Ｎｘで暗画像を撮影するように撮影部３０に指示する。なお、最初にこのステップが実行されるときの冷却温度Ｔｘは、例えば撮像素子８８の冷却温度の範囲の下限の温度、すなわち最低の温度に設定される。また、最初にこのステップが実行されるときの読み出し時間Ｔｘは、例えば撮像素子８８からの画像信号の読み出し時間の範囲の下限の時間、すなわち最短の時間に設定される。また、サンプリング数Ｎｘは、例えば撮像素子８８からの画像信号のサンプリング数の範囲の下限の値、すなわち最小のサンプリング数に設定される。なお、サンプリング数Ｎｘは、読み出し時間Ｆｘが長くなるに従って多くなるように設定される。
【００５５】
撮影部３０の制御部８０は、上記の条件での撮影が指示されると、指示された冷却温度で撮像素子８８を冷却するように冷却素子９０を制御する。
【００５６】
そして、撮像素子８８が冷却温度Ｔｘに冷却されると、制御部８０は、例えば図示しないシャッターを閉じてレンズ部３１から光が入射されない状態にしてタイミング発生器８６に撮影指示すると共に、撮影画像の画像信号を読み出し時間Ｆｘ、サンプリング数Ｎｘでサンプリングするように信号処理部９４にサンプリングパルスを供給する。
【００５７】
これにより、撮像素子８８によって暗画像が撮影され、暗画像の画像信号が信号処理部９４の相関二重サンプリング回路によって、読み出し時間Ｆｘ、サンプリング数Ｎｘで読み出される。
【００５８】
撮像素子８８からの撮影画像の各画素の画像信号は、図６に示すように、フィードスルー部及び信号部を有し、信号部のレベルとフィードスルー部のレベルとの差が画像部分に相当する。
【００５９】
相関二重サンプリング回路では、サンプリング数Ｎｘでフィードスルー部及び信号部をサンプリングし、フィードスルー部及び信号部のそれぞれについて、各サンプル値の平均値を求め、これらの差を取って画素信号とする処理を各画素について行い、後段のアナログ・デジタル変換回路へ順次出力する。アナログ・デジタル変換回路で変換された暗画像の画像データは、メモリ９６に一次記憶された後画像処理装置１００へ送信される。
【００６０】
ステップ１０２では、暗画像の画像データの標準偏差を求める。すなわち、各画素の画素値に基づいて、画素値の標準偏差を求め、ハードディスク７４に記憶する。
【００６１】
ステップ１０４では、読み出し時間Ｆｘが予め定めた読み出し時間の範囲の上限であるか否かが判断され、読み出し時間Ｆｘが上限でない場合にはステップ１０６へ移行し、読み出し時間Ｆｘが上限になった場合には、ステップ１０８へ移行する。
【００６２】
ステップ１０６では、読み出し時間Ｆｘに予め定めた時間αを加算した時間を新たな読み出し時間Ｆｘとして設定すると共に、サンプリング数Ｎｘに予め定めた値βを加算した値を新たなサンプリング数Ｎｘとして設定してステップ１００へ移行する。すなわち、読み出し時間Ｆｘを１段階長くすると共に、サンプリング数Ｎｘを１段階多くして上記と同様の処理を行い、これを読み出し時間Ｆｘが上限になるまで実行する。これにより、予め定めた読み出し時間の範囲内において複数の異なる読み出し時間で暗画像の標準偏差が取得される。
【００６３】
そして、読み出し時間Ｆｘが上限になった場合、すなわち、予め定めた読み出し時間の範囲内において複数の異なる読み出し時間全てで上記の処理を行った場合には、ステップ１０８において、ステップ１０２で算出し記憶された複数の標準偏差のうち、最小の標準偏差の読み出し時間Ｆｘ及びサンプリング数Ｎｘを、その冷却温度の読み出し時間及びサンプリング数としてハードディスク７４に記憶する。
【００６４】
ステップ１１０では、冷却温度Ｔｘが予め定めた冷却温度の範囲の上限か否かが判断される。そして、冷却温度が上限の場合には、本ルーチンを終了し、冷却温度が上限でない場合には、ステップ１１２へ移行する。
【００６５】
ステップ１１２では、冷却温度Ｔｘに予め定めた温度γを加算した温度を新たな冷却温度Ｔｘとしてステップ１００へ移行する。すなわち、冷却温度Ｔｘを１段階高くして上記と同様の処理を行い、これを冷却温度Ｔｘが上限になるまで実行する。これにより、複数の異なる冷却温度で、暗画像の標準偏差が最小となる読み出し時間及びサンプリング数が求められ、ハードディスク７４に記憶される。複数の異なる冷却温度全てで上記の処理が行われると、ステップ１１０で肯定判断され、本ルーチンを終了する。
【００６６】
このように、本実施形態では、複数の異なる読み出し時間で暗画像を取得して標準偏差を算出し、これらの中で最小の標準偏差の読み出し時間及びサンプリング数をその冷却温度の読み出し時間及びサンプリング数として記憶する処理を、複数の異なる冷却温度毎に行う。このため、冷却温度に応じて最適な読み出し時間及びサンプリング数を設定することができる。従って、読み出しノイズの影響を低減しつつ、画像データの取得時間が必要以上に長くなってしまうのを防ぐことができる。
【００６７】
撮影時には、ユーザーが撮影メニューから化学発光サンプルの撮影を選択して化学発光サンプルを撮影する場合には、画像処理装置１００は、その化学発光サンプルに応じて露出時間及び冷却温度を設定し、設定された冷却温度に対応した読み出し時間及びサンプリング数をハードディスク７４から読み出し、撮影部３０に出力する。
【００６８】
これにより、撮影部３０では、指定された冷却温度で冷却素子９０を冷却し、撮影する。そして、撮影画像の画像信号を、指示された読み出し時間及びサンプリング数で読み出す。
【００６９】
一方、蛍光サンプルの撮影が選択された場合には、励起光を照射して短時間露光により撮影するため、撮像素子８８の冷却温度に拘わらず、予め定めた読み出し時間及びサンプリング数で画像信号を読み出すように、撮影部３０に指示する。なお、蛍光サンプルの撮影においても、化学発光サンプルと同様に冷却温度に応じた読み出し時間及びサンプリング数を撮影部３０に出力し、その条件で画像信号を読み出すようにしてもよい。
【００７０】
なお、本実施形態では、図５に示す処理を画像処理装置１００のＣＰＵ７０Ａで実行する場合について説明したが、撮影部３０の制御部８０で実行するようにしてもよい。
【００７１】
また、本実施形態では、化学発光サンプルや蛍光サンプルを撮影する装置に本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、顕微鏡画像を撮影する装置や天体画像を撮影する装置にも本発明を適用可能である。
【００７２】
また、本実施形態で説明した撮影システム１の構成（図１〜４参照）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要な部分を削除したり、新たな部分を追加したりしてもよいことは言うまでもない。
【００７３】
また、本記実施形態で説明した制御プログラムの処理の流れ（図５参照）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７４】
１ 撮影システム
１０ 撮影装置
３０ 撮影部
３１ レンズ部
４０ 被写体配置部
５０ 落射光源
６０ 透過光源
７０ メインコントローラ
７０Ａ ＣＰＵ（設定手段、算出手段、制御手段）
７２ 操作部
７４ ハードディスク（記憶手段）
８０ 制御部
８６ タイミング発生器
８８ 撮像素子
９０ 冷却素子（冷却手段）
９２ 電荷電圧変換アンプ
９４ 信号処理部
９６ メモリ
１００ 画像処理装置
２０２ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定めた検出対象を含む被写体を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子を冷却する冷却手段と、
前記撮像素子からの画像信号の読み出し時間及び前記画像信号のサンプリング数を設定する設定手段と、
予め定めた冷却温度で前記撮像素子を冷却した状態で且つ前記撮像素子に光を入射させない状態で前記撮像素子により撮像した暗画像の画像信号を、前記設定手段により設定された読み出し時間及びサンプリング数で読み出した画像信号に基づいて、前記暗画像のノイズレベルを算出する算出手段と、
前記読み出し時間を変更し、変更した読み出し時間及び前記サンプリング数で読み出した画像信号に基づいて前記暗画像のノイズレベルを算出する処理を複数回行うことにより得られた複数のノイズレベルのうち、最小のノイズレベルの読み出し時間を記憶手段に記憶させる記憶処理を行う制御手段と、
を備えた撮影装置。
【請求項２】
前記制御手段は、複数の異なる冷却温度毎に前記記憶処理を行う
請求項１記載の撮影装置。
【請求項３】
前記設定手段は、前記読み出し時間が長いほど、前記サンプリング数が多くなるように設定する
請求項１又は請求項２記載の撮影装置。
【請求項４】
前記検出対象が化学発光サンプルである
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の撮影装置。
【請求項５】
前記算出手段は、前記画像信号のフィードスルー部の複数のサンプリング値の標準偏差と信号部の複数のサンプリング値の標準偏差とに基づいて、前記暗画像のノイズレベルを算出する
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の撮影装置。
【請求項６】
予め定めた検出対象を含む被写体を撮像する撮像素子と、前記撮像素子を冷却する冷却手段と、を備えた撮影装置によって、前記撮像素子からの画像信号の読み出し時間及び前記画像信号のサンプリング数を設定するステップと、
予め定めた冷却温度で前記撮像素子を冷却した状態で且つ前記撮像素子に光を入射させない状態で前記撮像素子により撮像した暗画像の画像信号を、設定された読み出し時間及びサンプリング数で読み出した画像信号に基づいて、前記暗画像のノイズレベルを算出するステップと、
前記読み出し時間を変更し、変更した読み出し時間及び前記サンプリング数で読み出した画像信号に基づいて前記暗画像のノイズレベルを算出する処理を複数回行うことにより得られた複数のノイズレベルのうち、最小のノイズレベルの読み出し時間を記憶手段に記憶させる記憶処理を行うステップと、
を含む処理をコンピュータに実行させるための撮影プログラム。
【請求項１】
予め定めた検出対象を含む被写体を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子を冷却する冷却手段と、
前記撮像素子からの画像信号の読み出し時間及び前記画像信号のサンプリング数を設定する設定手段と、
予め定めた冷却温度で前記撮像素子を冷却した状態で且つ前記撮像素子に光を入射させない状態で前記撮像素子により撮像した暗画像の画像信号を、前記設定手段により設定された読み出し時間及びサンプリング数で読み出した画像信号に基づいて、前記暗画像のノイズレベルを算出する算出手段と、
前記読み出し時間を変更し、変更した読み出し時間及び前記サンプリング数で読み出した画像信号に基づいて前記暗画像のノイズレベルを算出する処理を複数回行うことにより得られた複数のノイズレベルのうち、最小のノイズレベルの読み出し時間を記憶手段に記憶させる記憶処理を行う制御手段と、
を備えた撮影装置。
【請求項２】
前記制御手段は、複数の異なる冷却温度毎に前記記憶処理を行う
請求項１記載の撮影装置。
【請求項３】
前記設定手段は、前記読み出し時間が長いほど、前記サンプリング数が多くなるように設定する
請求項１又は請求項２記載の撮影装置。
【請求項４】
前記検出対象が化学発光サンプルである
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の撮影装置。
【請求項５】
前記算出手段は、前記画像信号のフィードスルー部の複数のサンプリング値の標準偏差と信号部の複数のサンプリング値の標準偏差とに基づいて、前記暗画像のノイズレベルを算出する
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の撮影装置。
【請求項６】
予め定めた検出対象を含む被写体を撮像する撮像素子と、前記撮像素子を冷却する冷却手段と、を備えた撮影装置によって、前記撮像素子からの画像信号の読み出し時間及び前記画像信号のサンプリング数を設定するステップと、
予め定めた冷却温度で前記撮像素子を冷却した状態で且つ前記撮像素子に光を入射させない状態で前記撮像素子により撮像した暗画像の画像信号を、設定された読み出し時間及びサンプリング数で読み出した画像信号に基づいて、前記暗画像のノイズレベルを算出するステップと、
前記読み出し時間を変更し、変更した読み出し時間及び前記サンプリング数で読み出した画像信号に基づいて前記暗画像のノイズレベルを算出する処理を複数回行うことにより得られた複数のノイズレベルのうち、最小のノイズレベルの読み出し時間を記憶手段に記憶させる記憶処理を行うステップと、
を含む処理をコンピュータに実行させるための撮影プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２１１４０８（Ｐ２０１１−２１１４０８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７５９２８（Ｐ２０１０−７５９２８）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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