(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に照明を当てて集合粒子を撮像して２値化するとき、対象領域を複数の領域に分割して各領域ごとに撮像し、得られた濃淡画像に対して、粒子の濃度に応じた複数の濃度範囲を設定し、各濃度範囲内の濃淡画像をそれぞれ抽出して２値化しその和の合成２値化画像を得るに際し、基準の領域の照度を設定して撮像し基準領域の濃淡画像を得、他の各領域を撮像するときは基準領域の照度と同じになるよう照明をそれぞれ調整して各領域の濃淡画像を得てこれを２値化するようにしたことを特徴とする集合粒子の分別方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集合粒子の濃淡画像より粒子を分別する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ほぼ球形や断面が円形の粒子を顕微鏡を通して撮像して濃淡画像を得、この画像より各粒子の直径を計測し、粒度分布を求めることが行われる。このような粒子の分布には、各粒子がそれぞれ独立に存在するもの、互いにある程度接触しているものもあるが、なかには互いに重なりあった状態、すなわち集合（ａｇｇｒｅｇａｔｅ）粒子といわれる状態のものもある。
【０００３】
図６は粒子の分布状態を示し、（Ａ）は顕微鏡を介して撮像した濃淡画像を示し、（Ｂ）は顕微鏡を介して撮像した濃淡画像を２値化した画像を示す。（Ａ）において、（ａ）は各粒子が独立に存在する場合、または接触していても小粒子の場合で、光の回折で粒子または粒子群は半透明になる。この場合（Ｂ）の（ａ）に示すように２値化しても各粒子を分別できる２値画像が得られる。（Ａ）の（ｂ）は重なった粒子の存在する場合を示す。斜線の粒子が重なった粒子を示し、他の重ならない粒子より黒くなっている。これを２値化した場合、（Ｂ）の（ｂ）に示すように重なった粒子や重なった粒子と一部重なっている粒子は１つの塊となって表される。（Ａ）の（ｃ）は多重に積層した粒子の集合を示す。例えば斜線の粒子が二重の重なりとすると格子状の斜線の粒子は三重以上の重なりの粒子を示す。これらは２値化すると（Ｂ）の（ｃ）に示すように部分的にでも重なりのある粒子は１つの塊となって表される。また、重ならなくても粒子が集合していると、集合の周辺部は回折で明るいが中央付近は暗くなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
集合粒子の場合、これを顕微鏡等を介して撮像した濃淡画像を人の目で観察すると、図６（Ａ）の（ｃ）に示すように多重の粒子は、その重なりに応じて、または群の大きさや群の周辺からの距離に応じて暗くはなるが各粒子を分別することができる。しかし、顕微鏡を介して濃淡画像を撮像し、これを１つのしきい値で２値化すると多重の粒子は１つの塊となってしまい、各粒子を分別できなかった。
【０００５】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、集合粒子の濃淡画像より各粒子を分別する方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、試料に照明を当てて集合粒子を撮像して２値化するとき、対象領域を複数の領域に分割して各領域ごとに撮像し、得られた濃淡画像に対して、粒子の濃度に応じた複数の濃度範囲を設定し、各濃度範囲内の濃淡画像をそれぞれ抽出して２値化しその和の合成２値化画像を得るに際し、基準の領域の照度を設定して撮像し基準領域の濃淡画像を得、他の各領域を撮像するときは基準領域の照度と同じになるよう照明をそれぞれ調整して各領域の濃淡画像を得てこれを２値化するようにする。
【０００７】
集合粒子の濃淡画像を粒子の濃度に応じた複数の濃度範囲を設定し、各濃度範囲内の濃度画像を抽出する。粒子の濃度は粒子の重なり、粒子の群の大きさ、粒子の群の周辺からの距離に応じて変化する。濃度範囲の設定は予め各種の濃度範囲を定めておき、濃淡画像の粒子の表している濃度と比較して合致した濃度範囲を採用する。この濃度範囲ごとの濃淡画像は、その濃度範囲の粒子を表している。そこで各濃度範囲内ごとの粒子画像を２値化しこの２値化画像の和を表す合成２値化画像は各濃度範囲ごとの粒子の合計を表し、濃度範囲が異なった粒子も別々の粒子として表される。
【００１１】
同一光源で照明された集合粒子の存在する対象物を分割して複数の領域とし、各領域ごとに撮像して濃淡画像を得る場合、照明のむらにより各領域の照度は同一とはならない。一般には照明対象の中央付近は明るく、周辺部は暗くなっている。このため基準の領域の照度を設定してその領域の濃淡画像を撮像し、他の領域はそれぞれ基準領域の照度と同じ照度になるように照明を手動または自動で調整してその領域の濃淡画像を撮像する。このようにして各領域の照度を同じにした濃淡画像を得ることにより同一視野内の複数領域の粒子をそれぞれが狭い複数の同一の濃度範囲で分別することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施の形態を実現する装置の構成を示すブロック図である。顕微鏡１には接眼レンズ部に撮像用レンズを取り付け、この撮像レンズを通して撮像する撮像装置２０が取り付けられている。測定試料を載せるステージ２１はＹ，Ｘ方向に移動し、測定試料の測定位置領域の設定を行う。制御は後述するオートステージ装置１５により行われる。またスタンドに設けたパルスモータで上下方向に移動させる移動機構２２により位置調整が行われ、位置信号を後述するオートフォーカス装置１６に送信し、移動制御信号を受信してステージ２１の上下方向の移動を行う。照明装置２３は測定試料の照明を行い、後述する照明自動調節装置１７により照明の強度を調整する。
【００１５】
Ａ／Ｄ変換器２は撮像装置２０からの入力データをアナログからディジタルに変換し、入力バッファ３はこのディジタルデータを一時的に格納する。バス４は信号の伝達を行い、プログラムメモリ５は本装置の動作を規定するプログラムを格納し、ＣＰＵ６はこのプログラムに従い装置全体の制御を行う。
【００１６】
画像プロセッサ７は入力した画像データの濃淡処理、２値化処理、画像解析などを行い、濃淡画像メモリ８は濃淡画像データを格納し、２値化メモリ９は２値画像データを格納する。出力バッファ１０は出力するデータを一旦格納し、Ｄ／Ａ変換器１１はこの出力データをディジタルよりアナログに変換し、ＣＲＴ１２はこの出力データを画面に表示する。バス４にはインタフェース１３を介して制御管理用コンピュータ１４が接続され、オートステージ装置１５、オートフォーカス装置１６、照明自動調節装置１７、プリンタ１８、モニタ１９を制御する。オートステージ装置１５は制御管理用コンピュータ１４により決められた測定試料の測定位置、領域が撮像装置２０の視野の所定の測定点になるようステージ２１をＸ，Ｙ方向に移動させる。オートフォーカス装置１６は撮像装置２０に鮮明な画像が得られるように移動機構２２を制御してステージ２１を上下方向に移動し焦点の自動合わせをする。照明自動調節装置１７は画像プロセッサ７の画像解析により照明装置２３の照明強度を制御して各領域毎に照明強度が同一になるように調節を行う。
【００１７】
図２は重なりのある集合粒子の濃淡画像と濃度分布を示す図である。（Ｂ）が集合粒子の濃淡画像を示し、（Ａ）は（Ｂ）の走査線Ｆの濃度分布を示す。濃度分布は白を０とし、上方を黒としている。粒子は濃度が地の白よりは黒い近白部と、これより黒い斜線部と、斜線部より更に黒い格子部から成るものとする。黒くなるに従い粒子の重なりが多くなっている。また、粒子が群がって集合したものでは周辺からの距離が大きくなるほど黒くなっている。（Ａ）には粒子の濃度に応じて濃度範囲が設けられている。１Ｌは近白部の下限の濃度、１Ｈは上限の濃度を示し、１Ｌ〜１Ｈの範囲が近白部を抽出する濃度範囲である。同様に２Ｌ〜２Ｈの範囲が斜線部を抽出する濃度範囲、３Ｌ〜３Ｈの範囲が格子部を抽出する濃度範囲である。この濃度範囲の設定は、予め定められた濃度範囲を各粒子の濃度と比較して行われるが、この比較をオペレータが基準とする領域について画面を目視して行う。
【００１８】
図３は濃淡画像をしきい値を用いて粒子を分別した状態を示す。通常は指定した各濃度範囲内の粒子像を白とし、その他の背景部を黒として２値化するが、その逆に粒子を黒、背景を白としてもよい。（Ａ）は従来のように１つのしきい値で２値化した場合で、重なりや連続している粒子は大きな塊となり各粒子を分別出来ない。（Ｂ）は図２に示した複数の濃度範囲を設定し２値化して抽出し分別した場合を示す。同じ濃度範囲で重なったり連続した粒子は１つの塊となっており、さらに分離する必要があるが、濃度範囲の異なる粒子は確実に分離されている。なお、ａは近白部の塊、ｂは斜線部の塊、ｃは格子部の塊を示す。（Ｃ）は後述する塊を粒子に分離する方法により（Ｂ）の塊を分離した状態を示す。
【００１９】
図４は濃度範囲設定により発生する細いリング状の形状を示す。（Ｂ）は濃淡画像を示し、（Ａ）は（Ｂ）の走査線Ｆの濃度分布を示す。（Ｂ）において破線で示す範囲の濃度は１Ｈ〜２Ｌの範囲の濃度である。濃度分布が１Ｌ〜１Ｈの範囲を幅ｔで変化する場合、各濃度範囲の濃淡画像を２値化した画像の和をとった合成２値化画像にはＧで示すようなｔの幅の細いリングが表れる。本図に示す細いリング、および図３（Ｂ）に示した粒子の塊（ａ，ｂ，ｃ）は粒子分別処理に不都合な現象であるので修正処理が行われる。
【００２０】
図５は粒子の塊を分離する方法を説明する図である。（Ａ）は２つの粒子が１つの塊となっている状態を示す。この塊に図形処理で公知の縮退化処理を行う。（Ｂ）は縮退化して、２つの点になった状態を示す。破線で示す円は各点を中心に公知の太らせ処理をして元の大きさに戻した状態を示す。（Ｃ）は太らせ処理をし、互いの粒子の境界が近づいた時、最小間隙（例えば数画素分）を設け、粒子を分離した状態で元の大きさに戻した状態を示す。なお、この処理により図４に示した細いリングも消去することができる。これは縮退化処理により細いリングは消滅し、太らせ処理をしても再現しないからである。このような縮退化処理と太らせ処理により図３（Ｃ）に示すように分離した粒子を表す濃淡画像が得られる。また、縮退化処理により、汚れやごみのような所定の大きさ以下の大きさの２値画像は消滅するので、画像上のノイズが除去できる。なお、粒子を分離して径を測定する方法については特開平６−１８７４３７に開示されている。
【００２１】
粒子を分別してその径などを測定するときは、一般に同一の照明光源で照明される広がりを持った領域を複数の領域に分割し各領域ごとに撮像して濃淡画像を得て複数の濃度範囲のしきい値を定めその濃度範囲内のものを２値化して粒子の分別を行う。この場合各領域の照度（照明強度）は同一ではない。一般には照明される中央付近は明るく周囲は暗い。このため、先ず基準となる領域を定めて撮像し、基準の領域から基準画像を得て基準画像に対して重なりおよび集合の大きさと集合内の位置に応じて複数の濃度範囲を適宜調節して、集合粒子の各粒子の判別が最も行い易い濃度範囲のしきい値および照明強度を求める。基準画像に対する照明強度と濃度範囲に対するしきい値が決定したら、基準領域以外の他の領域を撮像するときは照明を調節して照明強度が基準領域の照明強度と同一になるように調節し濃度範囲のしきい値は基準画像のものと同じとする。照明強度を各領域で同一にする方法としては特開平７−２３４９４２のように濃淡画像の濃度ヒストグラムの特徴点、例えば重心を用いてもよいが、さらに簡便に行うには濃度下限値が一定になるように照明強度を制御すればよい。もちろん、照明強度を調整したときは各領域の画像の濃度区分は飽和することなく、例えば２５６階級のように演算に用いる濃度区分内に入るように調節する必要がある。
【００２２】
本実施の形態では、粒子の濃度が近白部、斜線部、格子部の３つの範囲の場合を説明したが、これに限定されず濃度範囲が複数の場合に適用できる。また、図３（Ｃ）に示すように分離した粒子の濃淡画像が得られれば、各粒子の最大径を直径とするなどの仮定をすることにより直径の測定ができ、直径を等級分けして各等級の比率を求めるなどの処理を行うことができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は、粒子の濃度に応じた複数の濃度範囲を設定して各濃度範囲の濃淡画像を抽出してそれぞれ２値化し、その和を求めて合成２値化画像を得ることにより、集合粒子を分別することができる。また同じ濃度範囲にあって１つの塊となった粒子も縮退化と太らせ処理を行うことにより分離することができる。また、同一照明の中に複数の領域が存在する場合は基準領域の照明強度を定めて撮像し、他の領域もそれぞれ同じ照明強度に調整して撮像するので各領域の粒子を同一の基準で分別できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態を実現する装置のブロック図である。
【図２】重なりのある集合粒子の濃淡画像と濃度分布を示す図である。
【図３】濃淡画像をしきい値を用いて粒子を分別した状態を示す図である。
【図４】濃度範囲設定により発生する細いリング状の形状を示す図である。
【図５】粒子の塊を分離する方法を説明する図である。
【図６】粒子の分布状態を示す図である。
【符号の説明】
１  顕微鏡
６  ＣＰＵ
７  画像プロセッサ
８  濃淡画像メモリ
９  ２値化メモリ
２０  撮像装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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