(57)【要約】【課題】異なる焦点位置で撮像した複数の被写体画像から画素毎に合焦している焦点位置の被写体画像を適切に判定し、全体的に焦点の合った全焦点画像を精度良く生成すること。【解決手段】画像処理装置３は、顕微鏡２で撮像された焦点位置の異なる複数の標本画像を処理して全焦点画像を生成する。このとき、エッジ部分合焦判定部３５２は、エッジ部分の画素の各標本画像それぞれにおける輝度変化量をもとに、この画素における合焦位置の標本画像を判定する。エッジ近傍合焦判定部３５３は、エッジ部分の近傍画素の各標本画像それぞれにおける輝度値の焦点位置の変位に伴う変化をもとに、この画素における合焦位置の標本画像を判定する。全焦点画像生成部３５５は、エッジ部分の画素およびエッジ部分の近傍画素の画素値を合焦位置と判定された標本画像から抽出して合成し、全焦点画像を生成する。【選択図】図１
2010166247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる焦点位置で所定の被写体領域を撮像した複数の被写体画像を取得し、前記複数の被写体画像をもとに全焦点画像を生成する画像処理装置であって、
被写体のエッジ部分の画素を注目画素とし、前記複数の被写体画像それぞれにおける前記注目画素の周辺の輝度変化量をもとに、前記注目画素において合焦している焦点位置の被写体画像を判定するエッジ部分合焦判定手段と、
前記エッジ部分の近傍画素を注目画素とし、前記複数の被写体画像それぞれにおける前記注目画素の輝度値の前記焦点位置の変位に伴う変化をもとに、前記注目画素において合焦している焦点位置の被写体画像を判定するエッジ近傍合焦判定手段と、
前記エッジ部分の画素の画素値を前記エッジ部分合焦判定手段が合焦していると判定した焦点位置の被写体画像の画素値とし、前記エッジ近傍の画素の画素値を前記エッジ近傍合焦判定手段が合焦していると判定した焦点位置の被写体画像の画素値として合成し、全焦点画像を生成する全焦点画像生成手段と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記エッジ近傍合焦判定手段は、前記注目画素の輝度値の前記焦点位置の変位に伴う変化の変曲点を算出し、該算出した変曲点をもとに前記合焦している焦点位置の被写体画像を判定することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記エッジ近傍合焦判定手段は、複数の変曲点を算出した場合に、隣接する変曲点との間の輝度値の差分をもとに各変曲点を評価し、評価結果に従って前記合焦している焦点位置の被写体画像を判定することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記エッジ近傍合焦判定手段は、前記注目画素の輝度値の前記焦点位置の変位に伴う変化を曲線近似して前記変曲点を算出することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記エッジ部分の画素でなく前記エッジ部分の近傍画素でもない画素について、前記エッジ部分合焦判定手段による判定結果および／または前記エッジ近傍合焦判定手段による判定結果を補完する補完処理手段を備え、
前記全焦点画像生成手段は、前記エッジ部分の画素でなく前記エッジ部分の近傍画素でもない画素の画素値を、前記補完処理手段が補完した焦点位置の被写体画像の画素値として合成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の画像処理装置。
【請求項６】
少なくとも前記エッジ部分合焦判定手段が合焦していると判定した焦点位置および前記エッジ近傍合焦判定手段が合焦していると判定した焦点位置を該当する画素の奥行き情報として距離画像を生成する距離画像生成手段と、
前記距離画像生成手段が生成した距離画像をもとに、前記奥行き情報のノイズ除去を行うノイズ除去手段と、
を備え、
前記全焦点画像生成手段は、前記ノイズ除去手段によってノイズが除去された奥行き情報をもとに全焦点画像を生成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の画像処理装置。
【請求項７】
コンピュータに、異なる焦点位置で所定の被写体領域を撮像した複数の被写体画像を取得させ、前記複数の被写体画像をもとに全焦点画像を生成させる画像処理プログラムであって、
被写体のエッジ部分の画素を注目画素とし、前記複数の被写体画像それぞれにおける前記注目画素の周辺の輝度変化量をもとに、前記注目画素において合焦している焦点位置の被写体画像を判定するエッジ部分合焦判定ステップと、
前記エッジ部分の近傍画素を注目画素とし、前記複数の被写体画像それぞれにおける前記注目画素の輝度値の前記焦点位置の変位に伴う変化をもとに、前記注目画素において合焦している焦点位置の被写体画像を判定するエッジ近傍合焦判定ステップと、
前記エッジ部分の画素の画素値を前記エッジ部分合焦判定ステップで合焦していると判定した焦点位置の被写体画像の画素値とし、前記エッジ近傍の画素の画素値を前記エッジ近傍合焦判定ステップで合焦していると判定した焦点位置の被写体画像の画素値として合成し、全焦点画像を生成する全焦点画像生成ステップと、
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする画像処理プログラム。
【請求項８】
異なる焦点位置で所定の被写体領域を撮像した複数の被写体画像を取得し、前記複数の被写体画像をもとに全焦点画像を生成する画像処理方法であって、
被写体のエッジ部分の画素を注目画素とし、前記複数の被写体画像それぞれにおける前記注目画素の周辺の輝度変化量をもとに、前記注目画素において合焦している焦点位置の被写体画像を判定するエッジ部分合焦判定工程と、
前記エッジ部分の近傍画素を注目画素とし、前記複数の被写体画像それぞれにおける前記注目画素の輝度値の前記焦点位置の変位に伴う変化をもとに、前記注目画素において合焦している焦点位置の被写体画像を判定するエッジ近傍合焦判定工程と、
前記エッジ部分の画素の画素値を前記エッジ部分合焦判定工程で合焦していると判定した焦点位置の被写体画像の画素値とし、前記エッジ近傍の画素の画素値を前記エッジ近傍合焦判定工程で合焦していると判定した焦点位置の被写体画像の画素値として合成し、全焦点画像を生成する全焦点画像生成工程と、
を含むことを特徴とする画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる焦点位置で所定の被写体領域を撮像した複数の被写体画像を処理し、全焦点画像を生成する画像処理装置、画像処理プログラムおよび画像処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば顕微鏡を用いて標本等の被写体を撮像した被写体画像では、標本の凹凸等によって、画像中のある領域では焦点が合っている一方、別の領域では焦点があっていないといった事態が生じ得る。この問題を解決するため、従来から、異なる焦点位置で被写体を撮像し、合焦している被写体画像（合焦画像）を画素毎に判定することによって全体的に焦点の合った全焦点画像を生成するといったことが行われている。
【０００３】
また、特許文献１には、対象物について焦点が異なる複数の画像のコントラスト画像を生成し、このコントラスト画像をもとに対象物上の各点における合焦測度を求める技術が開示されている。なお、特許文献１では、求めた合焦測度が最大となる画像の焦点位置をその点の高さとし、対象物の立体形状を検出している。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２６３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
被写体のエッジ部分の画素では、合焦時、周囲の画素と比較して輝度値が大きく変化する。このため、特許文献１の技術を適用し、コントラストが最大となる被写体画像を検出することで合焦画像を正しく判定できる。しかしながら、ぼけが生じた被写体画像では、画像中の高輝度領域と低輝度領域との境界がぼけの影響を受けて拡がってしまい、エッジ部分の近傍において中程度の輝度領域が発生してしまう。すなわち、エッジ部分の近傍画素は、合焦時では周囲の画素との間の輝度値の変化量（輝度変化量）が小さいが、非合焦時では輝度変化量が大きくなる。このため、エッジ部分の画素と同様の手法を適用してコントラストが最大となる被写体画像を検出すると合焦画像を正しく判定できず、全焦点画像の生成精度が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異なる焦点位置で撮像した複数の被写体画像から画素毎に合焦している焦点位置の被写体画像を適切に判定し、全体的に焦点の合った全焦点画像を精度良く生成することができる画像処理装置、画像処理プログラムおよび画像処理方法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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる画像処理装置は、異なる焦点位置で所定の被写体領域を撮像した複数の被写体画像を取得し、前記複数の被写体画像をもとに全焦点画像を生成する画像処理装置であって、被写体のエッジ部分の画素を注目画素とし、前記複数の被写体画像それぞれにおける前記注目画素の周辺の輝度変化量をもとに、前記注目画素において合焦している焦点位置の被写体画像を判定するエッジ部分合焦判定手段と、前記エッジ部分の近傍画素を注目画素とし、前記複数の被写体画像それぞれにおける前記注目画素の輝度値の前記焦点位置の変位に伴う変化をもとに、前記注目画素において合焦している焦点位置の被写体画像を判定するエッジ近傍合焦判定手段と、前記エッジ部分の画素の画素値を前記エッジ部分合焦判定手段が合焦していると判定した焦点位置の被写体画像の画素値とし、前記エッジ近傍の画素の画素値を前記エッジ近傍合焦判定手段が合焦していると判定した焦点位置の被写体画像の画素値として合成し、全焦点画像を生成する全焦点画像生成手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかる画像処理装置は、上記の発明において、前記エッジ近傍合焦判定手段は、前記注目画素の輝度値の前記焦点位置の変位に伴う変化の変曲点を算出し、該算出した変曲点をもとに前記合焦している焦点位置の被写体画像を判定することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる画像処理装置は、上記の発明において、前記エッジ近傍合焦判定手段は、複数の変曲点を算出した場合に、隣接する変曲点との間の輝度値の差分をもとに各変曲点を評価し、評価結果に従って前記合焦している焦点位置の被写体画像を判定することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる画像処理装置は、上記の発明において、前記エッジ近傍合焦判定手段は、前記注目画素の輝度値の前記焦点位置の変位に伴う変化を曲線近似して前記変曲点を算出することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる画像処理装置は、上記の発明において、前記エッジ部分の画素でなく前記エッジ部分の近傍画素でもない画素について、前記エッジ部分合焦判定手段による判定結果および／または前記エッジ近傍合焦判定手段による判定結果を補完する補完処理手段を備え、前記全焦点画像生成手段は、前記エッジ部分の画素でなく前記エッジ部分の近傍画素でもない画素の画素値を、前記補完処理手段が補完した焦点位置の被写体画像の画素値として合成することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる画像処理装置は、上記の発明において、少なくとも前記エッジ部分合焦判定手段が合焦していると判定した焦点位置および前記エッジ近傍合焦判定手段が合焦していると判定した焦点位置を該当する画素の奥行き情報として距離画像を生成する距離画像生成手段と、前記距離画像生成手段が生成した距離画像をもとに、前記奥行き情報のノイズ除去を行うノイズ除去手段と、を備え、前記全焦点画像生成手段は、前記ノイズ除去手段によってノイズが除去された奥行き情報をもとに全焦点画像を生成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる画像処理プログラムは、コンピュータに、異なる焦点位置で所定の被写体領域を撮像した複数の被写体画像を取得させ、前記複数の被写体画像をもとに全焦点画像を生成させる画像処理プログラムであって、被写体のエッジ部分の画素を注目画素とし、前記複数の被写体画像それぞれにおける前記注目画素の周辺の輝度変化量をもとに、前記注目画素において合焦している焦点位置の被写体画像を判定するエッジ部分合焦判定ステップと、前記エッジ部分の近傍画素を注目画素とし、前記複数の被写体画像それぞれにおける前記注目画素の輝度値の前記焦点位置の変位に伴う変化をもとに、前記注目画素において合焦している焦点位置の被写体画像を判定するエッジ近傍合焦判定ステップと、前記エッジ部分の画素の画素値を前記エッジ部分合焦判定ステップで合焦していると判定した焦点位置の被写体画像の画素値とし、前記エッジ近傍の画素の画素値を前記エッジ近傍合焦判定ステップで合焦していると判定した焦点位置の被写体画像の画素値として合成し、全焦点画像を生成する全焦点画像生成ステップと、を前記コンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる画像処理方法は、異なる焦点位置で所定の被写体領域を撮像した複数の被写体画像を取得し、前記複数の被写体画像をもとに全焦点画像を生成する画像処理方法であって、被写体のエッジ部分の画素を注目画素とし、前記複数の被写体画像それぞれにおける前記注目画素の周辺の輝度変化量をもとに、前記注目画素において合焦している焦点位置の被写体画像を判定するエッジ部分合焦判定工程と、前記エッジ部分の近傍画素を注目画素とし、前記複数の被写体画像それぞれにおける前記注目画素の輝度値の前記焦点位置の変位に伴う変化をもとに、前記注目画素において合焦している焦点位置の被写体画像を判定するエッジ近傍合焦判定工程と、前記エッジ部分の画素の画素値を前記エッジ部分合焦判定工程で合焦していると判定した焦点位置の被写体画像の画素値とし、前記エッジ近傍の画素の画素値を前記エッジ近傍合焦判定工程で合焦していると判定した焦点位置の被写体画像の画素値として合成し、全焦点画像を生成する全焦点画像生成工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被写体のエッジ部分の画素については、その画素の複数の被写体画像それぞれにおける輝度変化量をもとに、合焦している焦点位置の被写体画像を判定する。一方、エッジ部分の近傍画素については、その画素の複数の被写体画像それぞれにおける輝度値の焦点位置の変位に伴う変化をもとに、合焦している焦点位置の被写体画像を判定する。したがって、エッジ部分の画素なのかエッジ部分の近傍画素なのかに応じて合焦している焦点位置の被写体画像を適切に判定でき、全体的に焦点の合った全焦点画像を精度良く生成することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照し、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の全焦点画像生成システム１の概略構成を説明する模式図である。図１に示すように、全焦点画像生成システム１は、被写体である観察対象の標本を拡大観察する顕微鏡２と、顕微鏡２で撮像された被写体画像である標本画像を画像処理する画像処理装置３とを備え、これらの間がデータの送受可能に接続されて構成されている。
【００１８】
顕微鏡２は、標本Ｓが載置されるＺ軸移動ステージ２１と、このＺ軸移動ステージ２１を支持する顕微鏡本体２２と、一端が顕微鏡本体２２上部に支持された投光管２３と、投光管２３の背面に配置された光源２４とを含む。投光管２３の他端底部には、対物レンズ２５を標本Ｓ上部に配置するためのレボルバ２６が回転自在に保持されている。対物レンズ２５は、レボルバ２６に対して倍率の異なる他の対物レンズとともに交換自在に装着されており、レボルバ２６の回転操作に応じて観察に用いる対物レンズ２５が択一的に切り換えられるようになっている。また、投光管２３の上部には、標本Ｓの観察像を撮像するための撮像装置２７が取り付けられている。
【００１９】
Ｚ軸移動ステージ２１は、焦準機構２１１を備え、Ｚ軸方向すなわち対物レンズ２５の光軸の方向に上下動する。焦準機構２１１は、例えば変位量をモニタする静電容量センサを内蔵したピエゾステージで構成され、制御部２８によって駆動されて所定の高さ範囲内の任意のＺ位置に標本Ｓを昇降移動させる。なお、Ｚ軸移動ステージ２１は、電動で上下動する構成に限らず、手動で上下動する構成としてもよい。
【００２０】
光源２４は、投光管２３内に向けて照明光を射出する。投光管２３は、図示しない照明光学系と観察光学系とを内部に備えており、照明光学系によって光源２４からの照明光を標本Ｓに照射するとともに、対物レンズ２５と協働し、観察光学系によって標本Ｓの観察像を結像させる。撮像装置２７は、観察光学系によって結像された観察像を撮像し、標本画像の画像データを画像処理装置３に出力する。より詳細には、観察光学系によってＺ軸移動ステージ２１上の所定の被写体領域の観察像が結像されるようになっており、撮像装置２７によって、標本ＳのＺ位置に関係なく同一の被写体領域を映した標本画像が生成される。
【００２１】
そして、顕微鏡２は、装置各部を制御して顕微鏡２全体の動作を統括制御する制御部２８を備える。制御部２８は、顕微鏡２の動作に必要な各種プログラムやデータ等を保持するメモリを内蔵したマイクロコンピュータ等で構成され、筐体内部の適所に収められるものであるが、図１では便宜上筐体外に示している。
【００２２】
この制御部２８は、焦準機構２１１を駆動し、Ｚ軸移動ステージ２１上の標本ＳのＺ位置を所定の高さ範囲の下端から上端まで例えば所定量ずつ上昇移動させる。ここで、実施の形態１では、このようにして標本ＳのＺ位置を昇降移動させることによって顕微鏡２を構成する光学系の焦点位置を変化させており、この標本ＳのＺ位置が焦点位置に相当する。そして、制御部２８は、このようにして標本Ｓに対して焦点位置を変えながら各焦点位置（標本ＳのＺ位置）で撮像装置２７を駆動し、被写体領域として予め設定された標本Ｓの所定の撮像範囲を映した標本画像を順次撮像していく。また、制御部２８は、各焦点位置で標本画像を撮像するたびに、そのときの標本ＳのＺ位置を画像処理装置３に出力するようになっており、撮像装置２７によって撮像されて画像処理装置３に出力された標本画像の画像データは、撮像時の焦点位置に相当する標本ＳのＺ位置とともに画像処理装置３に保存される。
【００２３】
一方、画像処理装置３は、ワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータで実現されるものであり、入力部３１と、表示部３３と、画像処理部３５と、記憶部３７と、制御部３９とを備える。
【００２４】
入力部３１は、例えば、キーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等によって実現されるものであり、操作入力に応じた操作信号を制御部３９に出力する。表示部３３は、ＬＣＤやＥＬディスプレイ等の表示装置によって実現されるものであり、制御部３９から入力される表示信号に基づいて標本画像の表示画面等の各種画面を表示する。
【００２５】
画像処理部３５は、顕微鏡２で撮像された焦点位置の異なる複数の標本画像を制御部３９を介して取得し、全焦点画像生成処理を行って全焦点画像を生成する。この画像処理部３５は、輝度値変換処理部３５１と、エッジ部分合焦判定手段としてのエッジ部分合焦判定部３５２と、エッジ近傍合焦判定手段としてのエッジ近傍合焦判定部３５３と、補完処理手段としての補完処理部３５４と、全焦点画像生成手段としての全焦点画像生成部３５５とを含む。
【００２６】
記憶部３７は、更新記憶可能なフラッシュメモリ等のＲＯＭやＲＡＭといった各種ＩＣメモリ、内蔵或いはデータ通信端子で接続されたハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の情報記憶媒体およびその読取装置等によって実現されるものである。この記憶部３７には、画像処理装置３を動作させ、この画像処理装置３が備える種々の機能を実現するためのプログラムや、このプログラムの実行中に使用されるデータ等が格納される。例えば、標本画像や全焦点画像の画像データ等が格納される。また、画像処理部３５を輝度値変換処理部３５１、エッジ部分合焦判定部３５２、エッジ近傍合焦判定部３５３、補完処理部３５４および全焦点画像生成部３５５として機能させ、焦点位置の異なる複数の標本画像から全焦点画像を生成するための全焦点画像生成プログラム３７１が格納される。
【００２７】
制御部３９は、ＣＰＵ等のハードウェアによって実現される。この制御部３９は、顕微鏡２の撮像装置２７から入力された標本画像の画像データ、記憶部３７に格納されるプログラムやデータ、入力部３１から入力される操作信号等に基づいて画像処理装置３を構成する各部への指示やデータの転送等を行い、画像処理装置３全体の動作を統括的に制御する。
【００２８】
次に、実施の形態１における全焦点画像の生成原理について、図２〜図５を参照して説明する。図２は、画像処理部３５が行う全焦点画像生成処理の概要を説明する図である。ここで、全焦点画像生成システム１では、画像処理部３５による全焦点画像生成処理の実行に先立ち、顕微鏡２を用いて先ず、異なる焦点位置で標本Ｓの所定の撮像範囲を映した複数の標本画像ＦZ1，ＦZ2，ＦZ3，ＦZ4・・・を撮像する。次いで、画像処理装置３においてこの標本画像ＦZ1，ＦZ2，ＦZ3，ＦZ4・・・を取得する。その後、画像処理部３５がこの標本画像ＦZ1，ＦZ2，ＦZ3，ＦZ4・・・を入力して全焦点画像生成処理を開始し、先ず輝度値変換処理部３５１が、入力した標本画像ＦZ1，ＦZ2，ＦZ3，ＦZ4・・・それぞれの各画素の輝度値を取得する（ステップａ１）。例えば、輝度値変換処理部３５１は、ＦZ1，ＦZ2，ＦZ3，ＦZ4・・・の各画素のＲＧＢ値を輝度値に変換し、グレースケール画像を生成する処理を行う。そして、生成した各グレースケール画像を用い、画素毎に合焦している焦点位置（以下、「合焦位置」と呼ぶ。）の標本画像を判定する。
【００２９】
図３は、標本画像４１の一例を示す図であり、エッジ部分４２を挟んで図３中に向かって右側の暗い領域と、左側の明るい領域とで構成される標本を撮像した標本画像を示している。また、図４は、横軸をＸ座標、縦軸を輝度値として図３の標本画像４１の水平ライン４５における輝度値の変化をグラフ化した図である。この図４では、標本画像４１の焦点が合っている場合の水平ライン４５上の輝度値を実線のグラフ４７で示すとともに、標本画像４１の焦点が合っていない場合の水平ライン４５上の輝度値を一点鎖線のグラフ４８で示しており、図３に示す水平ライン４５上のエッジ部分４２の画素のＸ座標が図４中のＸEに対応している。
【００３０】
ここで、図３中に破線４６で示した水平ライン４５上のエッジ部分４２の画素およびエッジ部分４２の近傍画素に着目する。上記したように、合焦時の標本画像では、エッジ部分４２の画素を境にして輝度値が大きく（鋭く）変化する（図４のグラフ４７）。すなわち、エッジ部分４２の画素では、合焦時において輝度値の変化量（輝度変化量）が最大となる。これに対し、非合焦時の標本画像では、ぼけの影響を受けてエッジ部分４２の境界が拡がり、エッジ部分４２を境にして近傍画素４３，４４で輝度値が緩やかに変化する（グラフ４８）。すなわち、エッジ部分４２の近傍画素４３，４４では、合焦時と比較して非合焦時の輝度変化量が大きい。このため、エッジ部分４２の画素のように、輝度変化量が最大の標本画像を合焦画像とする判定手法では、正しく合焦位置の標本画像が判定できない。
【００３１】
そこで、本実施の形態１では、図２に示すように、エッジ部分の画素、エッジ部分の近傍画素およびエッジ部分の画素でなくエッジ部分の近傍画素でもない画素について、それぞれ異なる手法を適用して合焦位置の標本画像を判定する。
【００３２】
すなわち、エッジ部分合焦判定部３５２が、エッジ部分の画素における合焦位置の標本画像を判定する。なお、エッジ部分は、合焦時において周囲に存在する画素と比較して輝度値が大きく変化する部分であり、例えば標本Ｓの凹凸形状によって現れるものや標本Ｓの模様によって現れるもの等がある。
【００３３】
先ず、エッジ部分合焦判定部３５２は、注目画素を順次設定し、各標本画像ＦZ1，ＦZ2，ＦZ3，ＦZ4・・・のグレースケール画像それぞれにおいて注目画素の輝度変化量を算出してエッジ部分の画素を抽出する。具体的には、微分演算を行って注目画素とこの注目画素の周囲の画素との輝度値の差分を輝度変化量として求める。そして、求めた各グレースケール画像における注目画素の輝度変化量の最大値が予め設定された基準変化量より大きい注目画素をエッジ部分の画素として抽出する。なお、エッジ部分の画素の抽出は、公知のエッジ抽出技術を適用して行うことができ、例えばＳｏｂｅｌフィルタ等の１次微分フィルタやＬａｐｌａｃｉａｎフィルタ等の２次微分フィルタによる空間フィルタリングで実現できる。そして、エッジ部分合焦判定部３５２は、抽出したエッジ部分の画素を順次注目画素とし、グレースケール画像それぞれにおける注目画素の輝度変化量をもとに、この注目画素における合焦位置の標本画像を判定する（ステップａ３）。
【００３４】
エッジ部分の近傍画素については、エッジ近傍合焦判定部３５３が、合焦位置の標本画像を判定する。先ず、エッジ近傍合焦判定部３５３は、例えばエッジ部分の画素の周囲の画素（例えば、エッジ部分の画素をそれぞれ中心とした５×５の画素範囲内の画素）をエッジ部分の近傍画素とし、このエッジ部分の近傍画素を注目画素とする。
【００３５】
ここで、図４の合焦時のグラフ４７および非合焦時のグラフ４８を参照すると、エッジ部分４２の近傍画素４３では、その輝度値が合焦時に最大となり、非合焦時ではこの合焦時の輝度値よりも小さい値として得られる。このため、エッジ部分４２の近傍画素４３の輝度値の焦点位置の変位に伴う変化は、焦点位置の輝度値がピークとなって現れた上に凸の変化として得られる。あるいは、エッジ部分４２の近傍画素４４では、その輝度値が合焦時に最小となり、非合焦時ではこの合焦時の輝度値よりも大きい値として得られる。このため、エッジ部分４２の近傍画素４４の輝度値の焦点位置の変位に伴う変化は、焦点位置の輝度値がピークとなって現れた下に凸の変化として得られる。
【００３６】
そこで、エッジ近傍合焦判定部３５３は、続いて図２に示すように、各標本画像ＦZ1，ＦZ2，ＦZ3，ＦZ4・・・のグレースケール画像それぞれにおける注目画素の輝度値の焦点位置の変位に伴う変化（すなわち、注目画素の輝度値のＺ方向の変化）をもとに、この注目画素における合焦位置の標本画像を判定する（ステップａ５）。
【００３７】
例えば、図４のエッジ部分４２の近傍画素４３を例にとって、合焦位置の標本画像の判定方法を説明する。図５は、図４のエッジ部分４２の近傍画素４３の１つを注目画素とし、横軸を各グレースケール画像に対応する標本画像のＺ位置、縦軸を対応するグレースケール画像における注目画素の輝度値としてプロットした図である。エッジ近傍合焦判定部３５３は、この注目画素の輝度値のＺ方向の変化の変曲点を算出し、算出した変曲点をもとに合焦位置の標本画像を判定する。このとき、図５に例示するように、複数の変曲点Ｐm-3〜Ｐm+2が算出された場合には、各変曲点Ｐm-3〜Ｐm+2を評価し、評価結果に従って合焦位置の標本画像を判定する。具体的には、各変曲点Ｐm-3〜Ｐm+2の評価値を、隣接する変曲点との間の輝度値の差分をもとに算出する。変曲点Ｐmに着目すれば、図５に示すように、変曲点Ｐmの輝度値Ｉmと隣接する変曲点Ｐm-1，Ｐm+1の輝度値Ｉm-1，Ｉm+1との差分の絶対値をそれぞれ算出し、これらの和を評価値ＶPmとして算出する。そして、評価値ＶPmが最大となる変曲点（図示の例では変曲点Ｐmとなる）のＺ位置を合焦位置として判定する。なお、得られた評価値ＶPmを閾値処理し、評価値ＶPmが最大となる変曲点であって、評価値ＶPmが予め設定された基準評価値より大きい変曲点のＺ位置を合焦位置として判定するようにしてもよい。
【００３８】
そして、図２に示すように、補完処理部３５４が、エッジ部分の画素でなく、エッジ部分の近傍画素でもない画素について、エッジ部分合焦判定部３５２による判定結果および／またはエッジ近傍合焦判定部３５３による判定結果を補完する（ステップａ７）。最後に、全焦点画像生成部３５５が、エッジ部分の画素の画素値をエッジ部分合焦判定部３５２が判定した合焦位置の標本画像から抽出し、エッジ部分の近傍画素の画素値をエッジ近傍合焦判定部３５３が判定した合焦位置の標本画像から抽出し、エッジ部分の画素でなくエッジ部分の近傍画素でもない画素の画素値を補完処理部３５４が補完した合焦位置の標本画像から抽出して合成し、全体的に焦点の合った全焦点画像Ｆfocusを得る（ステップａ９）。
【００３９】
図６は、画像処理部３５が行う全焦点画像生成処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。なお、ここで説明する処理は、記憶部３７に格納された全焦点画像生成プログラム３７１に従って画像処理部３５が全焦点画像生成処理を実行することによって実現される。
【００４０】
画像処理部３５は、先ず、顕微鏡２が撮像した焦点位置の異なる複数の標本画像ＦZ1（ｘ，ｙ），・・・，ＦZn（ｘ，ｙ）を入力する（ステップｂ１）。続いて輝度値変換処理部３５１が、入力した標本画像の各画素のＲＧＢ値を輝度値に変換し、グレースケール画像Ｆb_Z1（ｘ，ｙ），・・・，Ｆb_Zn（ｘ，ｙ）を生成する処理を行う（ステップｂ３）。
【００４１】
次に、エッジ部分合焦判定部３５２が、全ての画素を順次注目画素とし、グレースケール画像Ｆb_Z1（ｘ，ｙ），・・・，Ｆb_Zn（ｘ，ｙ）それぞれにおける注目画素の輝度変化量ＤZ1（ｘ，ｙ），・・・，ＤZn（ｘ，ｙ）を算出する（ステップｂ５）。続いて、エッジ部分合焦判定部３５２は、算出した輝度変化量ＤZ1（ｘ，ｙ），・・・，ＤZn（ｘ，ｙ）のうち、最も大きい値を変化量最大値Ｄmax（ｘ，ｙ）として検出する（ステップｂ７）。そして、エッジ部分合焦判定部３５２は、この変化量最大値Ｄmax（ｘ，ｙ）が基準変化量より大きい注目画素をエッジ部分の画素として抽出し、変化量最大値Ｄmax（ｘ，ｙ）を検出したＺ位置を注目画素の合焦位置とする（ステップｂ９）。そして、全焦点画像生成部３５５が、全焦点画像Ｆfocus（ｘ，ｙ）の注目画素の画素値を、合焦位置とした焦点位置の標本画像における注目画素の画素値として代入する（ステップｂ１１）。
【００４２】
次に、エッジ近傍合焦判定部３５３が、ステップｂ９で抽出されたエッジ部分の画素の周囲の所定の画素範囲の画素をエッジ部分の近傍画素とする（ステップｂ１３）。そして、エッジ近傍合焦判定部３５３は、エッジ部分の近傍画素を順次注目画素とし、注目画素のグレースケール画像Ｆb_Z1（ｘ，ｙ），・・・，Ｆb_Zn（ｘ，ｙ）それぞれにおける輝度値のＺ方向の変化の変曲点Ｐ1（ｘ，ｙ），・・・，Ｐm（ｘ，ｙ）を算出する（ステップｂ１５）。続いて、エッジ近傍合焦判定部３５３は、算出した各変曲点Ｐ1（ｘ，ｙ），・・・，Ｐm（ｘ，ｙ）の評価値ＶP1（ｘ，ｙ），・・・，ＶPm（ｘ，ｙ）を算出する（ステップｂ１７）。そして、エッジ近傍合焦判定部３５３は、算出した各変曲点Ｐ1（ｘ，ｙ），・・・，Ｐm（ｘ，ｙ）の評価値ＶP1（ｘ，ｙ），・・・，ＶPm（ｘ，ｙ）のうち、その値が最も値の大きい変曲点のＺ位置を注目画素の合焦位置とする（ステップｂ１９）。そして、全焦点画像生成部３５５が、全焦点画像Ｆfocus（ｘ，ｙ）の注目画素の画素値を、合焦位置とした焦点位置の標本画像における注目画素の画素値として代入する（ステップｂ２１）。
【００４３】
次に、補完処理部３５４が、エッジ部分の画素でなくエッジ部分の近傍画素でもなく、合焦位置の標本画像が判定されていない画素を順次注目画素とし、例えば、注目画素の周囲の画素についてエッジ部分合焦判定部３５２がエッジ部分の画素として判定した合焦位置の標本画像の判定結果やエッジ近傍合焦判定部３５３がエッジ部分の近傍画素として判定した合焦位置の標本画像の判定結果を補完する（ステップｂ２３）。
【００４４】
そして、全焦点画像生成部３５５が、全焦点画像Ｆfocus（ｘ，ｙ）の注目画素の画素値を、補完した合焦位置の標本画像における注目画素の画素値として代入する（ステップｂ２５）。
【００４５】
以上説明したように、実施の形態１によれば、画素毎に合焦位置の標本画像を判定する。このとき、標本Ｓのエッジ部分の画素については、その画素の複数の標本画像それぞれにおける輝度変化量をもとに合焦位置の標本画像を判定する。一方、エッジ部分の画素については、その画素の複数の標本画像それぞれにおける輝度値のＺ方向の変化をもとに合焦位置の標本画像を判定する。そして、エッジ部分の画素でなく、エッジ部分の近傍画素でもない画素の合焦位置については、エッジ部分の画素および／またはエッジ部分の近傍画素についての合焦位置の標本画像の判定結果を補完する。したがって、エッジ部分の画素なのかエッジ部分の近傍画素なのかに応じて合焦位置の標本画像を適切に判定でき、さらにこれらの判定結果をもとにエッジ部分の画素でなくエッジ部分の近傍画素でもない画素の合焦位置の標本画像を補完できるので、全体的に焦点の合った全焦点画像を精度良く生成することができるという効果を奏する。
【００４６】
なお、エッジ部分の近傍画素についてその輝度値のＺ方向の変化の変曲点を求める際に、このＺ方向の変化を曲線近似して変曲点を求めるようにしてもよい。図７は、エッジ部分の近傍画素に対する合焦位置の標本画像の判定方法の変形例を説明する図であり、注目画素としたエッジ部分の近傍画素の輝度値をＺ位置に対してプロットして示している。図７に示すように、本変形例では、各Ｚ位置の輝度値をもとに近似２次曲線５１を求める。そして、求めた近似２次曲線５１の変曲点５３をもとに、合焦位置の標本画像を判定する。具体的には、変曲点５３におけるＺ位置と最も近接するプロット５５のＺ位置を合焦位置とする。本変形例によれば、実施の形態１と比較して処理速度の向上が図れる。
【００４７】
また、上記した実施の形態１では、エッジ部分の画素の周囲の所定の画素範囲の画素をエッジ部分の近傍画素としたが、その輝度変化量を加味してエッジ部分の近傍画素を選出するようにしてもよい。すなわち、上記したように、ぼけの影響を受けたエッジ部分の近傍画素の輝度変化量は、合焦時における輝度変化量よりも小さい値として得られる。一方で、エッジ部分の近傍画素の輝度変化量は、エッジ部分から大きく離れ、非合焦時にエッジ部分の画素のぼけの影響を受けないその他の画素の輝度変化量よりも大きい値として得られる。そこで、輝度変化量の範囲を閾値として設定し、エッジ部分の画素の周囲の画素であって輝度変化量が設定した閾値範囲内である画素をエッジ部分の近傍画素とするようにしてもよい。
【００４８】
（実施の形態２）
図８は、実施の形態２の全焦点画像生成システム１ｂの概略構成を説明する模式図である。なお、実施の形態１で説明した構成と同一の構成については、同一の符号を付する。実施の形態２では、画像処理装置３ｂの画像処理部３５ｂは、輝度値変換処理部３５１と、エッジ部分合焦判定手段としてのエッジ部分合焦判定部３５２と、エッジ近傍合焦判定手段としてのエッジ近傍合焦判定部３５３ｂと、全焦点画像生成手段としての全焦点画像生成部３５５ｂとを含む。また、記憶部３７ｂには、画像処理部３５ｂを輝度値変換処理部３５１、エッジ部分合焦判定部３５２、エッジ近傍合焦判定部３５３ｂおよび全焦点画像生成部３５５ｂとして機能させる全焦点画像生成プログラム３７１ｂが格納される。
【００４９】
実施の形態２の全焦点画像生成処理では、エッジ部分の画素における合焦位置の標本画像の判定およびエッジ部分の近傍画素における合焦位置の標本画像の判定のみを行い、エッジ部分の画素およびエッジ部分の近傍画素以外の画素における合焦位置の標本画像の判定を行わない。これは、エッジ部分の画素でなくエッジ部分の近傍画素でもない画素は、合焦時と非合焦時とで輝度変化量にほとんど差がなく、合焦していない標本画像の画素値を合成したとしても、見た目に違和感のない全焦点画像が生成可能なためである。
【００５０】
図９は、画像処理部３５ｂが行う全焦点画像生成処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。なお、ここで説明する処理は、記憶部３７ｂに格納された全焦点画像生成プログラム３７１ｂに従って画像処理部３５ｂが全焦点画像生成処理を実行することによって実現される。
【００５１】
画像処理部３５ｂは、先ず、顕微鏡２が撮像した焦点位置の異なる複数の標本画像ＦZ1（ｘ，ｙ），・・・，ＦZn（ｘ，ｙ）を入力する（ステップｃ１）。続いて輝度値変換処理部３５１が、入力した標本画像の各画素のＲＧＢ値を輝度値に変換し、グレースケール画像Ｆb_Z1（ｘ，ｙ），・・・，Ｆb_Zn（ｘ，ｙ）を生成する処理を行う（ステップｃ３）。
【００５２】
次に、エッジ部分合焦判定部３５２が、全ての画素を順次注目画素とし、グレースケール画像Ｆb_Z1（ｘ，ｙ），・・・，Ｆb_Zn（ｘ，ｙ）それぞれにおける注目画素の輝度変化量ＤZ1（ｘ，ｙ），・・・，ＤZn（ｘ，ｙ）を算出する（ステップｃ５）。そして、エッジ部分合焦判定部３５２は、算出した輝度変化量ＤZ1（ｘ，ｙ），・・・，ＤZn（ｘ，ｙ）のうち、最も大きい値を変化量最大値Ｄmax（ｘ，ｙ）として検出する（ステップｃ７）。そして、エッジ部分合焦判定部３５２は、この変化量最大値Ｄmax（ｘ，ｙ）が基準変化量より大きい注目画素をエッジ部分の画素として抽出し、変化量最大値Ｄmax（ｘ，ｙ）を検出したＺ位置を注目画素の合焦位置とする（ステップｃ９）。
【００５３】
そして、全焦点画像生成部３５５ｂが、全焦点画像Ｆfocus（ｘ，ｙ）の注目画素の画素値を、合焦位置とした焦点位置の標本画像における注目画素の画素値として代入する（ステップｃ１１）。
【００５４】
次に、エッジ近傍合焦判定部３５３ｂが、ステップｃ９で抽出されたエッジ部分の画素以外の画素を順次注目画素とし、注目画素のグレースケール画像Ｆb_Z1（ｘ，ｙ），・・・，Ｆb_Zn（ｘ，ｙ）それぞれにおける輝度値のＺ方向の変化の変曲点Ｐ1（ｘ，ｙ），・・・，Ｐm（ｘ，ｙ）を算出する（ステップｃ１３）。そして、エッジ近傍合焦判定部３５３ｂは、算出した各変曲点Ｐ1（ｘ，ｙ），・・・，Ｐm（ｘ，ｙ）の評価値ＶP1（ｘ，ｙ），・・・，ＶPm（ｘ，ｙ）を算出する（ステップｃ１５）。そして、エッジ近傍合焦判定部３５３ｂは、算出した各変曲点Ｐ1（ｘ，ｙ），・・・，Ｐm（ｘ，ｙ）の評価値ＶP1（ｘ，ｙ），・・・，ＶPm（ｘ，ｙ）のうち、その値が最も値の大きい変曲点のＺ位置を注目画素の合焦位置とする（ステップｃ１７）。そして、全焦点画像生成部３５５ｂが、全焦点画像Ｆfocus（ｘ，ｙ）の注目画素の画素値を、合焦位置とした焦点位置の標本画像における注目画素の画素値として代入する（ステップｃ１９）。
【００５５】
以上説明したように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を奏することができるとともに、エッジ部分の画素でなくエッジ部分の近傍画素でもない画素について合焦位置の標本画像を補完する処理を行わないため、処理負荷を低減できる。
【００５６】
（実施の形態３）
図１０は、実施の形態３の全焦点画像生成システム１ｃの概略構成を説明する模式図である。なお、実施の形態１で説明した構成と同一の構成については、同一の符号を付する。実施の形態３では、画像処理装置３ｃの画像処理部３５ｃは、輝度値変換処理部３５１と、エッジ部分合焦判定手段としてのエッジ部分合焦判定部３５２と、エッジ近傍合焦判定手段としてのエッジ近傍合焦判定部３５３と、補完処理手段としての補完処理部３５４と、距離画像生成手段としての距離画像生成部３５６ｃと、ノイズ除去手段としてのノイズ処理部３５７ｃと、全焦点画像生成手段としての全焦点画像生成部３５５ｃとを含む。また、記憶部３７ｃには、画像処理部３５ｃを輝度値変換処理部３５１、エッジ部分合焦判定部３５２、エッジ近傍合焦判定部３５３、補完処理部３５４、距離画像生成部３５６ｃ、ノイズ処理部３５７ｃおよび全焦点画像生成部３５５ｃとして機能させる全焦点画像生成プログラム３７１ｃが格納される。
【００５７】
図１１は、画像処理部３５ｃが行う全焦点画像生成処理の概要を説明する図である。なお、図１１において、実施の形態１で説明した工程と同様の工程には同一の符号を付している。実施の形態３では、ステップａ３，ａ５，ａ７の後、距離画像生成部３５６ｃが距離画像を生成し（ステップａ１１）、ノイズ処理部３５７ｃがノイズ除去処理を行って（ステップａ１３）、その後合成に移る（ステップａ１５）。
【００５８】
ここで、実施の形態３における全焦点画像の生成原理について、図１２〜図１５を参照して説明する。図１２〜図１４の各図は、異なる焦点位置で撮像した標本画像６１〜６３の一例をそれぞれ示す図であり、各図において、エッジ部分合焦判定部３５２、エッジ近傍合焦判定部３５３および補完処理部３５４が合焦位置とした画素以外の画素領域にハッチングを付している。一方、図１５は、図１２〜図１４の標本画像６１〜６３から全焦点画像を生成する工程を説明する図である。ここで、図１２に示す標本画像６１では、図１２に向かって右下の小領域６１１がノイズの影響を受けて合焦位置として判定されている。このような事態は、例えばノイズを含むことで輝度変化量が大きい値として得られた画素が、誤ってエッジ部分の画素として抽出されて起こる。
【００５９】
距離画像生成部３５６ｃは、エッジ部分合焦判定部３５２がエッジ部分の画素について判定した合焦位置と、エッジ近傍合焦判定部３５３がエッジ部分の近傍画素について判定した合焦位置と、補完処理部３５４がエッジ部分の画素でなくエッジ部分の近傍画素でもない画素について補完した合焦位置とをそれぞれ該当する画素の奥行き情報とした距離画像を生成する。図１５（ａ）は、ここで生成される距離画像を立体的に示した図であり、図１２の標本画像で合焦位置と判定された小領域６１１がノイズ７１として現れている。
【００６０】
そして、ノイズ処理部３５７ｃは、距離画像をもとに各画素の奥行き情報のノイズ除去処理を行う。このノイズ除去処理は、公知の技術を適用して行うことができ、例えば、メディアンフィルタやガウシアンフィルタ等の平滑化フィルタを用いて実現できる。この結果、各画素の奥行き情報が修正され、図１５（ｂ）に示すように、図１５（ａ）のノイズ７１が除去される。
【００６１】
そして、全焦点画像生成部３５５ｃは、図１５（ｃ）に示すように、ノイズ除去処理後の各画素の奥行き情報を各画素の合焦位置とし、図１２〜図１４に示す標本画像６１〜６３を合成して全焦点画像７３を生成する。
【００６２】
実際の処理では、例えば実施の形態１に適用する場合であれば、図６のステップｂ２５の後、距離画像生成部３５６ｃが各画素の合焦位置を奥行き情報とした距離画像を生成し、続いてノイズ処理部３５７ｃが距離画像をもとに各画素の奥行き情報のノイズ除去処理を行う。そして、全焦点画像生成部３５５ｃは、ノイズ除去処理後の各画素の奥行き情報をその合焦位置として標本画像を再度合成し、全焦点画像を生成する。実施の形態２に適用する場合も同様に、図９のステップｃ１９の後、距離画像生成部３５６ｃが距離画像を生成し、続いてノイズ処理部３５７ｃがノイズ除去処理を行う。そして、全焦点画像生成部３５５ｃは、ノイズ除去処理後の各画素の奥行き情報をその合焦位置として標本画像を再度合成する。
【００６３】
標本画像に対して直接ノイズ除去処理を施してしまうと画像がぼけてしまい、エッジ部分の抽出が適正に行えなくなる場合がある。これに対し、実施の形態３によれば、エッジ距離画像の奥行き情報であるエッジ部分合焦判定部３５２やエッジ近傍合焦判定部３５３が判定した合焦位置および補完処理部３５４が補完した合焦位置に対してノイズの除去が行える。したがって、実施の形態１または実施の形態２と同様の効果が得られるとともに、さらに、ノイズを適切に除去して全焦点画像をより精度良く生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施の形態１の全焦点画像生成システムの概略構成を説明する模式図である。
【図２】実施の形態１の画像処理部が行う全焦点画像生成処理の概要を説明する図である。
【図３】標本画像の一例を示す図である。
【図４】図３の標本画像の水平ラインにおける輝度値の変化をグラフ化した図である。
【図５】エッジ部分の近傍画素に対する合焦位置の標本画像の判定方法を説明する図である。
【図６】実施の形態１の画像処理部が行う全焦点画像生成処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
【図７】エッジ部分の近傍画素に対する合焦位置の標本画像の判定方法の変形例を説明する図である。
【図８】実施の形態２の全焦点画像生成システムの概略構成を説明する模式図である。
【図９】実施の形態２の画像処理部が行う全焦点画像生成処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態３の全焦点画像生成システムの概略構成を説明する模式図である。
【図１１】実施の形態３の画像処理部が行う全焦点画像生成処理の概要を説明する図である。
【図１２】標本画像の一例を示す図である。
【図１３】標本画像の一例を示す図である。
【図１４】標本画像の一例を示す図である。
【図１５】図１２〜図１４の標本画像から全焦点画像を生成する処理工程を説明する図である。
【符号の説明】
【００６５】
１，１ｂ，１ｃ      全焦点画像生成システム
２      顕微鏡
２１      Ｚ軸移動ステージ
２１１      焦準機構
２２      顕微鏡本体
２３      投光管
２４      光源
２５      対物レンズ
２６      レボルバ
２７      撮像装置
２８      制御部
Ｓ      標本
３，３ｂ，３ｃ      画像処理装置
３１      入力部
３３      表示部
３５，３５ｂ，３５ｃ      画像処理部
３５１      輝度値変換処理部
３５２      エッジ部分合焦判定部
３５３，３５３ｂ      エッジ近傍合焦判定部
３５４      補完処理部
３５５，３５５ｂ，３５５ｃ      全焦点画像生成部
３５６ｃ      距離画像生成部
３５７ｃ      ノイズ処理部
３７，３７ｂ，３７ｃ      記憶部
３７１，３７１ｂ，３７１ｃ      全焦点画像生成プログラム
３９      制御部
【図１】
2010166247.tif 000003
【図２】
2010166247.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010166247.tif 000006
【図５】
2010166247.tif 000007
【図６】
2010166247.tif 000008
【図７】
2010166247.tif 000009
【図８】
2010166247.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2010166247.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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