(57)【要約】  低コストで物体の速度を計測する。  そのための速度計測装置は、血球を撮影するＴＶカメラ１１と、ＴＶカメラ１１での１つのフレームにつき、当該１つのフレームの露出時間よりも短い時間だけＴＶカメラ１１の撮影範囲内に光を照射するストロボ１２と、連続する２つのフレーム間での発光タイミングの時間間隔を１つのフレームの露出時間よりも短くするとともに、各フレームでの発光状態が１つとなるように、ストロボ１２の発光を制御するタイミング制御部１４と、２つのフレームで得られた２つの画像から血球の移動距離を求め、当該移動距離と、前記２つのフレーム間での発光タイミングの時間間隔とから、血球の速度を算出する演算処理部１５１と、を備える。
2010092728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段での１つのフレームにつき、当該１つのフレームの露出時間よりも短い時間だけ前記撮影手段の撮影範囲内に光を照射する照射手段と、
前記照射手段を発光状態と非発光状態とに切り替える制御を行う発光制御手段と、
前記撮影手段によって得られた画像から、移動している前記物体の速度を算出する速度算出手段と、
を備える速度計測装置において、
前記撮影手段は、
１つのフレームの露出時間のうち、前記照射手段が発光している発光タイミングでの前記物体を撮影し、
前記発光制御手段は、
連続する２つのフレーム間での前記発光タイミングの時間間隔をフレームの撮影間隔よりも短くするとともに、各フレームでの発光状態が１つとなるように、前記照射手段の発光を制御し、
前記速度算出手段は、
前記２つのフレームで得られた２つの画像から前記物体の移動距離を求め、当該移動距離と、前記２つのフレーム間での前記発光タイミングの時間間隔とから、前記物体の速度を算出することを特徴とする速度計測装置。
【請求項２】
前記発光制御手段は、前記照射手段の発光状態が、連続する２つのフレームでの前のフレームの最後の時点と、後のフレームの最初の時点とになるように、前記照射手段の発光を制御することを特徴とする請求項１に記載の速度計測装置。
【請求項３】
前記発光制御手段は、前のフレームの最後の時点と後のフレームの最初の時点とで、前記照射手段を継続して発光状態にしておくことを特徴とする請求項２に記載の速度計測装置。
【請求項４】
前記照射手段とは異なる分光強度特性を有し、前記撮影手段での１つのフレームにつき、当該１つのフレームの露出時間よりも短い時間だけ前記撮影手段の撮影範囲内に光を照射する他の照射手段と、
前記照射手段とは異なる組み合わせにおける連続する２つのフレーム間での、前記他の照射手段が発光している他の発光タイミングの時間間隔を、フレームの撮影間隔よりも短くするとともに、各フレームでの発光状態が１つとなるように、前記他の照射手段の発光を制御する他の発光制御手段と、
を備え、
前記撮影手段は、１つのフレームの露出時間のうち、前記他の発光タイミングでの当該物体を撮影するとともに、前記照射手段と前記他の照射手段とのそれぞれの分光強度特性に対応した分光感度特性を有する複数の撮像素子を有し、
前記発光制御手段と前記他の発光制御手段とは、前記撮影手段での同一フレームの露出時間内に、発光状態が互いに異なるタイミングとなるように、前記照射手段と前記他の照射手段との発光を制御し、
前記速度算出手段は、前記物体が前記他の照射手段から照射を受ける２つのフレームで得られた２つの画像から前記物体の移動距離を求め、当該移動距離と、当該２つのフレーム間での前記他の発光タイミングの時間間隔とから、前記物体の速度を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の速度計測装置。
【請求項５】
前記他の発光制御手段は、前記他の照射手段の発光状態が、連続する２つのフレームでの前のフレームの最後の時点と、後のフレームの最初の時点とになるように、前記他の照射手段の発光を制御することを特徴とする請求項４に記載の速度計測装置。
【請求項６】
前記他の発光制御手段は、前のフレームの最後の時点と後のフレームの最初の時点とで、前記他の照射手段を継続して発光状態にしておくことを特徴とする請求項５に記載の速度計測装置。
【請求項７】
物体を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段の露出時間及び露出タイミングを制御する露出制御手段と、
前記撮影手段の撮影範囲内に光を照射する照射手段と、
前記撮影手段によって得られた画像から、移動している前記物体の速度を算出する速度算出手段と、
を備える速度計測装置において、
前記露出制御手段は、連続する２つのフレーム間での前記露出タイミングの時間間隔をフレームの撮影間隔よりも短くなるように露出を制御し、
前記速度算出手段は、
前記撮影手段が前記物体を撮影することにより前記２つのフレームで得られた２つの画像から前記物体の移動距離を求め、当該移動距離と、当該２つのフレーム間での前記露出タイミングの時間間隔とから、前記物体の速度を算出することを特徴とする速度計測装置。
【請求項８】
前記露出制御手段は、前記撮影手段の露出タイミングが、連続する２つのフレームでの前のフレームの最後の時点と、後のフレームの最初の時点とになるように、露出を制御することを特徴とする請求項７に記載の速度計測装置。
【請求項９】
前記照射手段は、連続発光していることを特徴とする請求項７又は８に記載の速度計測装置。
【請求項１０】
物体を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段の撮影範囲内に光を照射する複数の照射手段と、
前記複数の照射手段を発光状態と非発光状態とに切り替える制御を行う発光制御手段と、
前記撮影手段によって得られた画像から、移動している前記物体の速度を算出する速度算出手段と、
を備える速度計測装置において、
前記複数の照射手段は、互いに異なる分光強度特性を有し、
前記撮影手段は、前記複数の照射手段それぞれの分光強度特性に対応した分光感度特性を有する複数の撮像素子を有し、
前記発光制御手段は、前記撮影手段での同一フレームの露出時間内に、前記複数の照射手段を互いに異なる発光タイミングでそれぞれ１回だけ発光状態にし、
前記速度算出手段は、前記複数の撮像素子によって得られた同一フレーム内の複数の画像から前記物体の移動距離を求め、当該移動距離と、各照射手段の発光タイミング間の時間間隔とから、前記物体の速度を算出することを特徴とする速度計測装置。
【請求項１１】
前記複数の照射手段は、３つ以上であり、
前記発光制御手段は、各照射手段の発光タイミング間の時間間隔が互いに異なるよう、前記複数の照射手段をそれぞれ発光状態にすることを特徴とする請求項１０に記載の速度計測装置。
【請求項１２】
前記速度算出手段は、前記複数の撮像素子それぞれの分光感度特性に対応するチャンネル毎に得られた画像を、当該チャンネル毎に異なる閾値を用いて二値化することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の速度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、速度計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、健康に対する関心の高まりとともに、健康のバロメータとして血液の流動性が注目されるようになっている。この血液の流動性は、一般に、血液中の血球の速度を用いて定量化される。【０００３】
血球の速度を計測する方法としては、例えば特許文献１に記載のように、血管を連続撮影して得られた複数の血流画像から血球個々の移動距離を求め、この移動距離とカメラのフレームレートの値とから血球個々の速度を算出する方法が提案されている。この方法では、フレームレートが５００ｆｐｓの高速カメラが使用されている。【０００４】
また、上記方法に類似する方法として、血球以外の微細な粒子の速度を計測する方法も提案されている。このような方法としては、例えば特許文献２に記載のように、ノズルからの噴流の撮影時にストロボを高速で２回発光させ、得られた多重露出の１つの画像から噴流中の粒子の移動距離を求めて、この移動距離とストロボの発光間隔とから当該粒子の速度を算出する方法が提案されている。この方法では、１．５μｓｅｃの時間間隔でストロボが連続発光されている。【０００５】
この方法以外にも、例えば非特許文献１に記載のように、高速カメラで連続撮影された複数の気流の可視化画像をパターンマッチングすることにより、気流中の粒子個々の認識や追跡を行う必要なく、気流の二次元速度マップを作成する方法なども提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２２３７６１号公報
【特許文献２】特開２００２−１４８２７０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】加賀昭和，井上義雄，山口克人，気流分布の画像計測のためのパターン追跡アルゴリズム，可視化情報学会誌，Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．５３，１９９４，１０８−１１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１及び非特許文献１に記載の方法では、同一の血球又は粒子を同一の撮影範囲内で少なくとも２フレームは撮影できなければならないため、血球又は粒子の速度に応じた高価な高速カメラが必要となり、装置のコストが嵩んでしまう。【０００９】
例えば、血球の速度を計測する装置では、血球は約３〜７ｍｍ／ｓｅｃの速度で所定の流路中を流される。流路の長さは約３０μｍであることから、この流路中で移動する同一の血球を２フレーム撮影して図１８（ａ），（ｂ）に示すような画像を得るためには、少なくとも２３４ｆｐｓ［＝１／｛３０／（７×１０００）｝］のフレームレートを有する高速カメラが必要となる。つまり、フレームレートが３０〜６０ｆｐｓの汎用カメラでは、血球の速度に対してシャッタースピードが遅いために、同一の血球を流路中で２フレーム撮影して速度を算出することができない。【００１０】
また、特許文献２に記載の方法では、高速カメラを必要とすることなく、ストロボを高速で連続発光することで粒子の速度の算出を可能としているものの、血液中の血球のように密度が高い計測対象に用いた場合には、図１８（ｃ）に示すように、複数の血球が重なった画像に多重露出されることがある。その結果、重なった血球を分離して各々を特定するといった複雑な解析処理が必要となり、解析コストが嵩んでしまう。【００１１】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、低コストで物体の速度を計測することのできる速度計測装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
物体を撮影する撮影手段（カメラ）と、
前記撮影手段での１つのフレームにつき、当該１つのフレームの露出時間よりも短い時間だけ前記撮影手段の撮影範囲内に光を照射する照射手段（ストロボ）と、
前記照射手段を発光状態と非発光状態とに切り替える制御を行う発光制御手段と、
前記撮影手段によって得られた画像から、移動している前記物体の速度を算出する速度算出手段と、
を備える速度計測装置において、
前記撮影手段は、
１つのフレームの露出時間のうち、前記照射手段が発光している発光タイミングでの前記物体を撮影し、
前記発光制御手段は、
連続する２つのフレーム間での前記発光タイミングの時間間隔をフレームの撮影時間よりも短くするとともに、各フレームでの発光状態が１つとなるように、前記照射手段の発光を制御し、
前記速度算出手段は、
前記２つのフレームで得られた２つの画像から前記物体の移動距離を求め、当該移動距離と、前記２つのフレーム間での前記発光タイミングの時間間隔とから、前記物体の速度を算出することを特徴とする。【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の速度計測装置において、
前記照射手段とは異なる分光強度特性を有し、前記撮影手段での１つのフレームにつき、当該１つのフレームの露出時間よりも短い時間だけ前記撮影手段の撮影範囲内に光を照射する他の照射手段と、
前記照射手段とは異なる組み合わせにおける連続する２つのフレーム間での、前記他の照射手段が発光している他の発光タイミングの時間間隔を、フレームの撮影間隔よりも短くするとともに、各フレームでの発光状態が１つとなるように、前記他の照射手段の発光を制御する他の発光制御手段と、
を備え、
前記撮影手段は、１つのフレームの露出時間のうち、前記他の発光タイミングでの当該物体を撮影するとともに、前記照射手段と前記他の照射手段とのそれぞれの分光強度特性に対応した分光感度特性を有する複数の撮像素子を有し、
前記発光制御手段と前記他の発光制御手段とは、前記撮影手段での同一フレームの露出時間内に、発光状態が互いに異なるタイミングとなるように、前記照射手段と前記他の照射手段との発光を制御し、
前記速度算出手段は、前記物体が前記他の照射手段から照射を受ける２つのフレームで得られた２つの画像から前記物体の移動距離を求め、当該移動距離と、当該２つのフレーム間での前記他の発光タイミングの時間間隔とから、前記物体の速度を算出することを特徴とする。【００１４】
前記の課題を解決するために、請求項７に記載の発明は、
物体を撮影する撮影手段（カメラ）と、
前記撮影手段の露出時間及び露出タイミングを制御する露出制御手段と、
前記撮影手段の撮影範囲内に光を照射する照射手段と、
前記撮影手段によって得られた画像から、移動している前記物体の速度を算出する速度算出手段と、
を備える速度計測装置において、
前記露出制御手段は、連続する２つのフレーム間での前記露出タイミングの時間間隔をフレームの撮影間隔よりも短くなるように露出を制御し、
前記速度算出手段は、
前記撮影手段が前記物体を撮影することにより前記２つのフレームで得られた２つの画像から前記物体の移動距離を求め、当該移動距離と、当該２つのフレーム間での前記露出タイミングの時間間隔とから、前記物体の速度を算出することを特徴とする。【００１５】
前記の課題を解決するために、請求項１０に記載の発明は、
物体を撮影する撮影手段（カメラ）と、
前記撮影手段の撮影範囲内に光を照射する複数の照射手段と、
前記複数の照射手段を発光状態と非発光状態とに切り替える制御を行う発光制御手段と、
前記撮影手段によって得られた画像から、移動している前記物体の速度を算出する速度算出手段と、
を備える速度計測装置において、
前記複数の照射手段は、互いに異なる分光強度特性を有し、
前記撮影手段は、前記複数の照射手段それぞれの分光強度特性に対応した分光感度特性を有する複数の撮像素子を有し、
前記発光制御手段は、前記撮影手段での同一フレームの露出時間内に、前記複数の照射手段を互いに異なる発光タイミングでそれぞれ１回だけ発光状態にし、
前記速度算出手段は、前記複数の撮像素子によって得られた同一フレーム内の複数の画像から前記物体の移動距離を求め、当該移動距離と、各照射手段の発光タイミング間の時間間隔とから、前記物体の速度を算出することを特徴とする。【００１６】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の速度計測装置において、
前記複数の照射手段は、３つ以上であり、
前記発光制御手段は、各照射手段の発光タイミング間の時間間隔が互いに異なるよう、前記複数の照射手段をそれぞれ発光状態にすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、１つのフレームの露出時間のうちの発光タイミングでの物体が撮影され、連続する２つのフレーム間での発光タイミングの時間間隔が１つのフレームの露出時間よりも短くなるので、この連続する２つのフレームから、フレームの撮影間隔よりも短い時間間隔の別々の画像が得られる。つまり、撮影手段のフレームレートよりも高いレートの高速撮影を行うことができる。また、各フレームでの発光状態が１つとなるよう照射手段が制御されるので、２つのフレームからそれぞれ画像が得られることになり、密度の高い物体を計測対象とした場合でも、複数の物体が重なった画像に多重露出されることがない。これにより、重なった物体を分離して各々を特定するための複雑な解析処理が不要となる。したがって、従来と異なり、高価な高速カメラも、解析コストが嵩む複雑な解析処理も不要となるため、低コストで物体の速度を計測することができる。【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、同一フレームの露出時間内に、発光状態が互いに異なるタイミングとなるように、分光強度特性の異なる照射手段と他の照射手段との発光が制御され、これら照射手段と他の照射手段とのそれぞれの分光強度特性に対応した分光感度特性の複数の撮像素子を用いて撮影が行われる。これにより、分光感度特性が異なる複数の撮像素子それぞれにおいては多重露出されることなく、１つのフレームでの照射手段と他の照射手段とのそれぞれの分光感度特性に対応するチャンネルから別々の画像が得られる。したがって、速度の算出回数を増やして計測精度を向上させることができる。【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、連続する２つのフレーム間での露出タイミングの時間間隔が１つのフレームの撮影間隔よりも短くなるので、この連続する２つのフレームから、フレームの撮影間隔よりも短い時間間隔の別々の画像が得られる。つまり、撮影手段のフレームレートよりも高いレートの高速撮影を行うことができる。また、各フレームでの露出状態が１つとなるよう露出制御手段により制御されるので、２つのフレームからそれぞれ画像が得られることになり、密度の高い物体を計測対象とした場合でも、複数の物体が重なった画像に多重露出されることがない。これにより、重なった物体を分離して各々を特定するための複雑な解析処理が不要となる。したがって、従来と異なり、高価な高速カメラも、解析コストが嵩む複雑な解析処理も不要となるため、低コストで物体の速度を計測することができる。【００２０】
請求項１０に記載の発明によれば、同一フレームの露出時間内に、分光強度特性の異なる複数の照射手段が互いに異なる発光タイミングでそれぞれ発光状態にされ、各照射手段の分光強度特性に対応した分光感度特性の複数の撮像素子を用いて撮影が行われる。これにより、分光強度特性の異なる照射手段毎に多重露出されることなく、１つのフレームでの各分光感度特性に対応するチャンネルから、１つのフレームの露出時間よりも短い時間間隔の別々の画像が得られる。つまり、撮影手段のフレームレートよりも高いレートの高速撮影を行うことができる。また、各分光感度特性に対応するチャンネルからそれぞれ画像が得られるため、密度の高い物体を計測対象とした場合でも、複数の物体が重なった画像に多重露出されることがない。これにより、重なった物体を分離して各々を特定するための複雑な解析処理が不要となる。したがって、従来と異なり、高価な高速カメラも、解析コストが嵩む複雑な解析処理も不要となるため、低コストで物体の速度を計測することができる。【００２１】
請求項１１に記載の発明によれば、各照射手段の発光タイミング間の時間間隔が互いに異なるよう、３つ以上の照射手段をそれぞれ発光状態にするので、時間間隔の異なる少なくとも２組の画像を撮ることができる。これにより、時間間隔の短い組合せの画像からは速い物体の速度を算出し、時間間隔の長い組合せの画像からは遅い物体の速度を算出することができる。つまり、速度の異なる２種類以上の物体の速度を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態における速度計測装置を備える血液検査装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】フィルタの断面図である。
【図３】（ａ）流路部の平面図であり、（ｂ）側断面図である。
【図４】（ａ）速度計測装置で血流が撮影される際のタイミングチャートであり、（ｂ）同タイミングチャートの別例である。
【図５】（ａ）実施形態の第１の変形例における速度計測装置で血流が撮影される際のタイミングチャートであり、（ｂ）同タイミングチャートの別例である。
【図６】第２の変形例における速度計測装置を備える血液検査装置の全体構成を示すブロック図である。
【図７】ストロボの分光強度特性を示すグラフである。
【図８】撮像素子の分光感度特性を示すグラフである。
【図９】（ａ）第２の変形例における血流が撮影される際のタイミングチャートであり、（ｂ）同タイミングチャートの別例である。
【図１０】（ａ）ＲチャンネルとＢチャンネルとが多重露出された血流画像例を示す図であり、（ｂ）Ｒチャンネルの血流画像例を示す図であり、（ｃ）Ｂチャンネルの血流画像例を示す図である。
【図１１】第３の変形例における血球の速度計測のフローチャートである。
【図１２】第３の変形例における血流が撮影される際のタイミングチャートである。
【図１３】血球のエッジを抽出する解析処理のフローチャートである。
【図１４】エッジ抽出過程の血流画像のうち、（ａ）撮影後の血流画像を示す図であり、（ｂ）コントラスト調整後の血流画像を示す図であり、（ｃ）ニ値化後の血流画像を示す図であり、（ｄ）細線化後の血流画像を示す図である。
【図１５】第４の変形例における血流が撮影される際のタイミングチャートである。
【図１６】顔料で構成される粒子の分光反射率を示すグラフである。
【図１７】顔料で構成される粒子の速度を速度計測装置で計測した場合での、ＲＧＢチャンネルの血流画像を示す図である。
【図１８】（ａ）移動前の血球を撮影した画像例を示す図であり、（ｂ）移動後の血球を撮影した画像例を示す図であり、（ｃ）多重露出された画像例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る速度計測装置を備える血液検査装置１００の全体構成を示すブロック図である。
【００２５】
この図に示すように、血液検査装置１００は、血液を供給槽４からフィルタ２に通して排出槽５へ導き、その過程で取得される情報から血液中の血球の速度を計測して血液の流動性を調べるものである。
【００２６】
具体的には、血液検査装置１００は、主に、血球の速度を計測する速度計測装置１と、血球の速度を計測するための血液の流路であるフィルタ２と、フィルタ２内の血流を制御する差圧制御部３とを備えている。なお、本実施形態における血液検査装置１００には、生理食塩水や生理活性物質などの液体を血液と混合してフィルタ２に導けるよう、ミクサー６を介して流路に連結された複数の溶液びん７等が更に具備されている。そして、生理食塩水や生理活性物質などの液体と混合した血液（以下、血液という）は、差圧制御部３が加圧ポンプ８及び減圧ポンプ９を制御してフィルタ２前後の差圧を調整することにより、フィルタ２内を所望量だけ流れるようになっている。また、上述の差圧制御部３やミクサー６の他、供給槽４のバルブ４ａ等は、シーケンス制御部１０によって統合制御されている。
【００２７】
速度計測装置１は、ＴＶカメラ１１と、ストロボ１２と、フレームメモリ１３と、タイミング制御部１４と、パソコン（ＰＣ）１５と、ディスプレイ１６と、を備えている。
【００２８】
ＴＶカメラ１１は、フィルタ２内を流れる血液中の血球を撮影するものであり、特に限定はされないが、フレームレート６０ｆｐｓ（＝フレーム撮影間隔１／６０）での動画撮影が可能なデジタルＣＣＤカメラである。このＴＶカメラ１１は、フィルタ２における流路部２５の所定の範囲が撮影範囲となるよう、ガラス平板２４に対向して設置されており、１つのフレームの露出時間（露光時間あるいはシャッタースピードともいう）のうち、ストロボ１２が発光している発光タイミングでの流路部２５内の血液中の血球をガラス平板２４超しに撮影する（図２参照）。また、ＴＶカメラ１１は、ＣＣＤイメージセンサである撮像素子１１１を有している。
【００２９】
ストロボ１２は、ＴＶカメラ１１の撮影範囲内に光を照射する照射手段であり、本実施形態においては、少なくとも発光時間１／３０００ｓｅｃでの連続発光が可能なものである。フレームメモリ１３は、ＴＶカメラ１１によって撮影された血流画像を記憶するための記憶手段である。
【００３０】
タイミング制御部１４は、ＴＶカメラ１１の撮像素子１１１の撮影タイミングを制御するとともに、ストロボ１２を発光状態と非発光状態とに切り替えて発光タイミングを制御するものである。
【００３１】
パソコン１５は、ＴＶカメラ１１で撮影されフレームメモリ１３で記憶されている血流画像から、移動している血球の速度を算出する演算処理部１５１を備えている。このような演算処理部１５１としては、従来より公知のものを用いることができる。また、パソコン１５は、タイミング制御部１４を制御可能に構成されている。ディスプレイ１６は、ＴＶカメラ１１で撮影された血流画像等を表示するようになっている。
【００３２】
図２は、フィルタ２の断面図である。フィルタ２は、図２に示すように、ベース板２１、シリコン単結晶基板２２，２２、外側板２３及びガラス平板２４を含んで構成されている。
【００３３】
ベース板２１は、平板状に形成されており、中央近傍の上面と外側面とを連通する導入孔２１ａ、及び一側端寄りの上面と外側面とを連通する排出孔２１ｂを有している。これら導入孔２１ａ及び排出孔２１ｂは、ベース板２１の外側面から血液チューブ（図示せず）を介して供給槽４及び排出槽５に連結されている。
【００３４】
２つのシリコン単結晶基板２２，２２は、いずれも略平板状に形成されており、互いに所定の隙間を介した状態でベース板２１の上面に並設されている。この２つのシリコン単結晶基板２２，２２間の隙間には、ベース板２１の導入孔２１ａが開口している。また、シリコン単結晶基板２２，２２の上端部には、隆起部２２ａが当該シリコン単結晶基板２２，２２の並設方向（図中のＸ方向）に延在しており、この隆起部２２ａの上端部には、六角形状の土手部２２ｂが頂面をガラス平板２４に当接させてＸ方向に複数配列されている（図３参照）。
【００３５】
外側板２３は、シリコン単結晶基板２２，２２の周囲を囲んでベース板２１の上面端に固定されている。外側板２３とシリコン単結晶基板２２，２２との間には所定の隙間が設けられ、この隙間にベース板２１の排出孔２１ｂが開口している。
【００３６】
ガラス平板２４は、平板状に形成されており、外側板２３の上面に固定されている。また、ガラス平板２４の下面と隆起部２２ａの上面との間には、微細な流路群の流路部２５が形成されている。
【００３７】
図３（ａ），（ｂ）は、流路部２５を説明するための図である。図３（ａ）は流路部２５を上面から見た図（平面図）であり、図３（ｂ）は側断面図である。流路部２５は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、隆起部２２ａ上端部の複数の土手部２２ｂ，…に挟まれて形成される複数のゲート２５ａと、当該ゲート２５ａよりもフィルタ２中央側（図中の上側）の空間である上流テラス２５ｂと、ゲート２５ａよりもフィルタ２外側（図中の下側）の空間である下流テラス２５ｃとから構成されている。このうちのゲート２５ａの幅ｔは、本実施形態においては、赤血球の血球径（約８μｍ）よりも狭く形成されている。また、特に限定はされないが、上流テラス２５ｂ，ゲート２５ａ，下流テラス２５ｃにおける隆起部２２ａ幅方向（図中のＹ方向）の各長さｌａ，ｌｂ，ｌｃは、いずれも約３０μｍに形成されている。
【００３８】
以上の構成を具備するフィルタ２においては、供給槽４から導入孔２１ａを通じて導入された血液は、流路部２５を通過した後、排出孔２１ｂを通じて排出槽５へ排出されることとなる。そして、より詳細には、流路部２５を流れる血液中の血球、例えば赤血球は、まず上流テラス２５ｂを通過した後、ゲート２５ａを変形しながら通過し、最後に下流テラス２５ｃを通過することとなる。
【００３９】
また、フィルタ２の上流及び下流には、図１に示すように、圧力センサＥ１，Ｅ２が設けられており、この圧力センサＥ１，Ｅ２は、計測したフィルタ上流圧力Ｐ１，フィルタ下流圧力Ｐ２を差圧制御部３へ出力するようになっている。
【００４０】
差圧制御部３は、シーケンス制御部１０，加圧ポンプ８及び減圧ポンプ９と接続されており、シーケンス制御部１０からの制御指令に応じてフィルタ２前後の差圧を制御するようになっている。より詳細には、差圧制御部３は、フィルタ上流圧力Ｐ１及びフィルタ下流圧力Ｐ２が所定の圧力となるように、フィルタ２上流の加圧ポンプ８とフィルタ２下流の減圧ポンプ９とをそれぞれ制御する。なお、この差圧制御部３やシーケンス制御部１０は、パソコン１５と一体に構成してもよい。
【００４１】
続いて、血液検査装置１００における速度計測装置１の動作について、図４（ａ），（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ），（ｂ）は、速度計測装置１で血流が撮影される際のタイミングチャートである。
【００４２】
まず、フィルタ２へ血液が流される。具体的には、最初に、供給槽４へ計測対象の血液が注がれるとともに、必要に応じて溶液びん７へ生理食塩水等が加えられる。そして、差圧制御部３によりフィルタ２に所定の差圧が加えられて血液がフィルタ２に流される。
【００４３】
次に、フィルタ２の流路部２５を通過する血流がＴＶカメラ１１で動画撮影される。このとき、図４（ａ）に示すように、タイミング制御部１４は、ＴＶカメラ１１の各フレームでの発光状態が１つとなるように、つまり各フレームで１回だけ発光されるように、ストロボ１２の発光を制御する。より詳細には、タイミング制御部１４は、ストロボ１２の発光状態が、連続する第１フレームと第２フレームとの２つのフレームでの前の第１フレームの最後の時点と、後の第２フレームの最初の時点とになるとともに、いずれの時点でも１／３０００ｓｅｃだけ発光するように、当該ストロボ１２の発光を制御する。つまり、タイミング制御部１４は、第１フレームと第２フレームとの境界部分で、ストロボ１２を１／３０００ｓｅｃの発光時間で連続発光させる。但し、ストロボ１２の発光は、前のフレームの最後の時点と後のフレームの最初の時点とで連続していなくともよく、連続する２つのフレーム間での発光タイミングの時間間隔が、フレームの撮影間隔（フレームレートの逆数）、つまり１／６０ｓｅｃよりも短ければよい。なお、１つのフレームの露出時間よりもストロボ１２の発光時間を短くしている。つまり露出時間中にストロボ１２を発光させており、その発光タイミングでの物体が撮影される。また図４（ａ）、（ｂ）においては、１つのフレームの露出時間はフレームの撮影間隔とほぼ同じ時間である。
【００４４】
そして、タイミング制御部１４は、第１フレーム及び第２フレームと同様に、第３フレームの最後の時点と第４フレームの最初の時点とでストロボ１２を発光状態にし、第５フレーム以降についても同様にストロボ１２の発光を制御する。その後、タイミング制御部１４は、撮影開始から１ｓｅｃが経過した時点で、ＴＶカメラ１１の動画撮影とストロボ１２の発光とを停止させる。こうして撮影された血流画像は、フレームメモリ１３に記憶され、ディスプレイ１６に表示される。
【００４５】
次に、血球の速度がパソコン１５の演算処理部１５１で算出される。まず、演算処理部１５１は、フレームメモリ１３から全ての血流画像を取り出す。それから、演算処理部１５１は、第１フレームと第２フレームとの２つのフレームで得られた２つの血流画像から、速度を算出する血球を特定し、これらのフレーム間での当該血球の移動距離を求める。そして、演算処理部１５１は、この血球の移動距離を、２つのフレーム間での発光タイミングの時間間隔、つまり１／３０００ｓｅｃで割ることにより、血球の速度を算出する。
【００４６】
このように、２つのフレームに亘ってストロボ１２を高速で連続発光させることで、多重露出させることなく、フレームレート６０ｆｔｐの汎用カメラを使用しながら、フレームレート３０００ｆｐｓの高速カメラに相当する高速撮影での速度算出を行うことができる。
【００４７】
その後、演算処理部１５１は、第１フレーム及び第２フレームと同様に、第３フレーム及び第４フレームで得られた画像から血球の速度を算出し、第５フレーム以降についても同様に速度を算出する。こうして、２つのフレーム毎に１回の速度算出が行われ、１ｓｅｃ間で約３０回の速度算出が行われる。
【００４８】
以上のように、本実施形態における速度計測装置１によれば、１つのフレームの露出時間のうちの発光タイミングでの物体が撮影され、連続する２つのフレーム間での発光タイミングの時間間隔がフレームの撮影間隔よりも短くなるので、この連続する２つのフレームから、フレームの撮影間隔よりも短い時間間隔の別々の血流画像が得られる。つまり、ＴＶカメラ１１のフレームレートよりも高いレートの高速撮影を行うことができる。また、各フレームでの発光状態が１つとなるようストロボ１２が制御されるので、２つのフレームからそれぞれ血流画像が得られることになり、複数の血球が重なった血流画像に多重露出されることがない。これにより、重なった血球を分離して各々を特定するための複雑な解析処理が不要となる。
【００４９】
したがって、従来と異なり、高価な高速カメラも、解析コストが嵩む複雑な解析処理も不要となるため、低コストで血球の速度を計測することができる。
【００５０】
なお、本実施形態では、タイミング制御部１４は、連続する２つのフレームでの前のフレームの最後の時点と、後のフレームの最初の時点とで、それぞれストロボ１２を発光するものとしたが、図４（ｂ）に示すように、前のフレームの最後の時点と後のフレームの最初の時点とで、ストロボ１２を継続して発光状態にしておいてもよい。
【００５１】
また、図示はしないが、ストロボ１２に代えて１台の別のＴＶカメラ１１を備え、各ＴＶカメラ１１に高速で開閉可能なシャッターを設けて、２台のＴＶカメラ１１のシャッターを１／３０００ｓｅｃだけずらして開閉させて各ＴＶカメラ１１を露出させる構成としても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
［第１の変形例］
続いて、上記実施形態における速度計測装置１の第１の変形例について説明する。第１の変形例ではタイミング制御部１４は露出時間及び露出タイミングの制御を行う。本実施形態においてはＴＶカメラ１１は、１つのフレームのストロボ１２が発光している発光時間のうちで、撮像素子１１１で露出している露出タイミングで、流路部２５内の血液中の血球をガラス平板２４超しに撮影する。図５（ａ），（ｂ）は、速度計測装置１で血流が撮影される際のタイミングチャートである。
【００５３】
まず、上記実施形態と同様に、フィルタ２へ血液が流される。次に、フィルタ２の流路部２５を通過する血流がＴＶカメラ１１で動画撮影される。このとき、図５（ａ）に示すように、タイミング制御部１４は、ＴＶカメラ１１の各フレームで露出時間及び露出タイミングを制御する。より詳細には、タイミング制御部１４は撮像素子１１１の露出タイミングを、連続する第１フレームと第２フレームとの２つのフレームでの前の第１フレームの最後の時点と、後の第２フレームの最初の時点とになるとともに、いずれの時点でも１／３０００ｓｅｃだけ露出するように、当該撮像素子１１１の露出を制御する。但し、撮像素子１１１による露出は、前のフレームの最後の時点と後のフレームの最初の時点とで連続していなくともよく、連続する２つのフレーム間での露出タイミングの時間間隔が、フレームの撮影間隔（フレームレートの逆数）、つまり１／６０ｓｅｃよりも短ければよい。なお、１つのフレームの露出時間よりもストロボ１２の発光時間を同等以上にしている。つまり露出時間中にストロボ１２を発光させており、その発光タイミングでの物体が撮影される。なお図５（ｂ）は、図４（ｂ）に対応する変形例である。そして図５（ａ）、（ｂ）においては、１つのフレームにおける発光時間はフレームの撮影間隔とほぼ同じ時間である。つまりストロボ１２は連続した照射を行っている。なお、ストロボ１２に変えて光量の多いＬＥＤ等の光源を用いるようにしてもよい。
【００５４】
そして、タイミング制御部１４は、第１フレーム及び第２フレームと同様に、第３フレームの最後の時点と第４フレームの最初の時点とで撮像素子１１１を露出状態にし、第５フレーム以降についても同様に撮像素子１１１の露出タイミングを制御する。その後、タイミング制御部１４は、撮影開始から１ｓｅｃが経過した時点で、ＴＶカメラ１１の動画撮影とストロボ１２の発光とを停止させる。こうして撮影された血流画像は、フレームメモリ１３に記憶され、ディスプレイ１６に表示される。
【００５５】
血球の速度は、図１から図４に示した上記実施形態と同様にして、パソコン１５の演算処理部１５１で算出される。具体的には演算処理部１５１は、血球の移動距離を、２つのフレーム間での露出タイミングの時間間隔、つまり１／３０００ｓｅｃで割ることにより、血球の速度を算出する。
【００５６】
このように、２つのフレームに亘って撮像素子１１１で連続して露出して撮影することで、多重露出させることなく、フレームレート６０ｆｔｐの汎用カメラを使用しながら、フレームレート３０００ｆｐｓの高速カメラに相当する高速撮影での速度算出を行うことができる。以上のように、本実施形態の第１の変形例における速度計測装置１によれば、上記実施形態と同様の効果を奏することが可能となる。
【００５７】
［第２の変形例］
続いて、上記実施形態における速度計測装置１の第２の変形例としての速度計測装置１について説明する。なお、上記実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５８】
図６は、第２の変形例における速度計測装置１を備える血液検査装置１００の全体構成を示すブロック図である。この図に示すように、第２の変形例における速度計測装置１のストロボ１２は３台のストロボから構成されている。また後述するが撮像素子１１１はストロボに対応した３つの撮像素子を備えている。
【００５９】
このうち、３台のストロボ１２は、ＴＶカメラ１１の撮影範囲内に光を照射するキセノン光源であり、本実施形態においては、少なくとも発光時間１／３０００ｓｅｃでの連続発光が可能なものである。この３台のストロボ１２は、Ｒストロボ１２Ｒ，Ｇストロボ１２Ｇ及びＢストロボ１２Ｂであり、図７に示すように、互いに異なる分光強度特性を有している。本実施形態においては、Ｒストロボ１２Ｒは赤色光（Ｒ）を照射し、Ｇストロボ１２Ｇは緑色光（Ｇ）を照射し、Ｂストロボ１２Ｂは青色光（Ｂ）を照射する。その他の点については、いずれも上記実施形態におけるストロボ１２と同様に構成されている。
【００６０】
ＴＶカメラ１１は、１つのフレームの露出時間のうち、Ｒストロボ１２Ｒ又はＢストロボ１２Ｂが発光している発光タイミングでの流路部２５内の血液中の血球を撮影する。また、ＴＶカメラ１１は、ＣＣＤイメージセンサである３個の撮像素子１１１を有している。この３個の撮像素子１１１は、Ｒ撮像素子１１１Ｒ，Ｇ撮像素子１１１Ｇ及びＢ撮像素子１１１Ｂであり、図８に示すように、３台のストロボ１２それぞれの分光強度特性に対応した分光感度特性を有している。本実施形態においては、Ｒ撮像素子１１１Ｒは、Ｒストロボ１２Ｒからの赤色光に対してのみ高い感度を有し、Ｇ撮像素子１１１Ｇは、Ｇストロボ１２Ｇからの緑色光に対してのみ高い感度を有し、Ｂ撮像素子１１１Ｂは、Ｂストロボ１２Ｂからの青色光に対してのみ高い感度を有している。
【００６１】
更に、ＴＶカメラ１１は、図示しない赤外カットフィルタを備えており、キセノン光源である３台のストロボ１２からの赤外領域の光が、３個の撮像素子１１１に入射しないようになっている。その他の点については、いずれも上記実施形態におけるＴＶカメラ１１と同様に構成されている。
【００６２】
タイミング制御部１４は、ＴＶカメラ１１の３個の撮像素子１１１の撮影タイミングを制御するとともに、３台のストロボ１２を発光状態と非発光状態とに切り替えて発光タイミングを制御するものである。
【００６３】
続いて、第２の変形例における速度計測装置１の動作について、図９（ａ），（ｂ）及び図１０（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図９（ａ），（ｂ）は、速度計測装置１で血流が撮影される際のタイミングチャートであり、図１０（ａ）〜（ｃ）は、Ｒ撮像素子１１１Ｒ及びＢ撮像素子１１１Ｂで撮影される血流画像例を示す図である。なお、同図に示す例においてはＲストロボ１２Ｒ（第１ストロボとも称す）及びＢストロボ１２Ｂ（第２ストロボとも称す）の２台のストロボ及びこれらに対応する、２つのＲ撮像素子１１１Ｒ及びＢ撮像素子１１１Ｂの撮像素子により撮影を行う例である。
【００６４】
まず、上記実施形態と同様に、フィルタ２へ血液が流される。次に、フィルタ２の流路部２５を通過する血流がＴＶカメラ１１で動画撮影される。このとき、図９（ａ）に示すように、タイミング制御部１４は、ＴＶカメラ１１の各フレームでのＲストロボ１２Ｒ（第１ストロボ）及びＢストロボ１２Ｂ（第２ストロボ）の発光状態が１つとなるように、つまり、Ｒストロボ１２Ｒ及びＢストロボ１２Ｂが各フレームで１回だけ発光されるように、当該Ｒストロボ１２Ｒ及びＢストロボ１２Ｂの発光を制御する。但し、第１フレーム及び最終フレームでは、Ｒストロボ１２ＲとＢストロボ１２Ｂとのいずれかの発光だけでよい。同時に、タイミング制御部１４は、ＴＶカメラ１１での同一フレームの露出時間内に、発光状態が互いに異なるタイミングとなるように、Ｒストロボ１２Ｒ及びＢストロボ１２Ｂの発光を制御する。
【００６５】
より詳細には、タイミング制御部１４は、Ｒストロボ１２Ｒの発光状態が、連続する第１フレームと第２フレームとの２つのフレームでの前の第１フレームの最後の時点と、後の第２フレームの最初の時点とになるとともに、いずれの時点でも１／３０００ｓｅｃだけ発光するように、当該Ｒストロボ１２Ｒの発光を制御する。つまり、タイミング制御部１４は、第１フレームと第２フレームとの境界部分で、Ｒストロボ１２Ｒを１／３０００ｓｅｃの発光時間で連続発光させる。続けて、タイミング制御部１４は、Ｂストロボ１２Ｂの発光状態が、連続する第２フレームと第３フレームとの２つのフレームでの前の第２フレームの最後の時点と、後の第３フレームの最初の時点とになるとともに、いずれの時点でも１／３０００ｓｅｃだけ発光するように、当該Ｂストロボ１２Ｂの発光を制御する。言い換えるとＲストロボ１２Ｒが発光状態となる連続する２つのフレームとは異なる組み合わせにおける連続する２つのフレームでＢストロボ１２Ｂを発光状態とする。つまり、タイミング制御部１４は、第２フレームと第３フレームとの境界部分で、Ｂストロボ１２Ｂを１／３０００ｓｅｃの発光時間で連続発光させる。
【００６６】
但し、Ｒストロボ１２Ｒ及びＢストロボ１２Ｂの発光は、前のフレームの最後の時点と後のフレームの最初の時点とで連続していなくともよく、連続する２つのフレーム間での、同一のストロボによって続けてされた発光タイミングの時間間隔が、フレームの撮影間隔、つまり１／６０ｓｅｃよりも短ければよい。
【００６７】
そして、タイミング制御部１４は、第３フレームの最後の時点と第４フレームの最初の時点とで、第１フレーム及び第２フレームにおけると同様にＲストロボ１２Ｒを発光状態にし、第４フレームの最後の時点と第５フレームの最初の時点とで、第２フレーム及び第３フレームにおけると同様にＢストロボ１２Ｂを発光状態にする。以降も同様に、Ｒストロボ１２ＲとＢストロボ１２Ｂとが交互に連続発光される。その後、タイミング制御部１４は、撮影開始から１ｓｅｃが経過した時点で、ＴＶカメラ１１の動画撮影とＲストロボ１２Ｒ及びＢストロボ１２Ｂの発光とを停止させる。
【００６８】
こうして撮影された血流画像は、第１フレーム及び最終フレームを除く各フレームでは、Ｒストロボ１２ＲとＢストロボ１２Ｂとが異なるタイミングで発光されているため、フレーム単位で見ると、図１０（ａ）に示すように、多重露出された画像となってしまう。ところが、Ｒ撮像素子１１１ＲはＲストロボ１２Ｒからの赤色光のみに感度を有し、Ｂ撮像素子１１１ＢはＢストロボ１２Ｂからの青色光のみに感度を有しているため、Ｒストロボ１２ＲとＢストロボ１２Ｂとの各発光タイミングで撮影された血流画像は、Ｒ撮像素子１１１ＲとＢ撮像素子１１１Ｂとでそれぞれ波長領域の異なるチャンネルに分解することができる。具体的には、Ｒ撮像素子１１１ＲによってＲストロボ１２Ｒからの赤色光で撮影された血流画像は、図１０（ｂ）に示すようなＲチャンネルに格納され、Ｂ撮像素子１１１ＢによってＢストロボ１２Ｂからの青色光で撮影された血流画像は、図１０（ｃ）に示すようなＢチャンネルに格納される。但し、第１フレーム及び最終フレームでは、Ｒストロボ１２Ｒだけが発光されているため、Ｒチャンネルのみとなる。これらの血流画像は、チャンネル毎にフレームメモリ１３に記憶され、ディスプレイ１６に表示される。
【００６９】
次に、血球の速度がパソコン１５の演算処理部１５１で算出される。まず、演算処理部１５１は、フレームメモリ１３から全ての血流画像を取り出す。それから、演算処理部１５１は、第１フレームと第２フレームとの２つのフレームで得られたＲチャンネルの２つの血流画像から、速度を算出する血球を特定し、これらのフレーム間での当該血球の移動距離を求める。そして、演算処理部１５１は、この血球の移動距離を、２つのフレーム間での発光タイミングの時間間隔、つまり１／３０００ｓｅｃで割ることにより、血球の速度を算出する。同様に、演算処理部１５１は、第２フレームと第３フレームとの２つのフレームで得られたＢチャンネルの２つの血流画像から、これらのフレーム間での血球の移動距離を求め、この血球の移動距離を、２つのフレーム間での発光タイミングの時間間隔、つまり１／３０００ｓｅｃで割ることにより、血球の速度を算出する。以降も同様に、連続する２つのフレームでの同一チャンネルの血流画像から、血球の速度が順次算出される。こうして、上記実施形態の約２倍となる、１ｓｅｃ間で約６０回の速度算出が行われる。
【００７０】
以上のように、本実施形態の第２の変形例における速度計測装置１によれば、上記実施形態と同様の効果を奏するのは勿論のこと、同一フレームの露出時間内に、発光状態が互いに異なるタイミングとなるように、分光強度特性の異なるＲストロボ１２ＲとＢストロボ１２Ｂとの発光が制御され、これらＲストロボ１２ＲとＢストロボ１２Ｂとのそれぞれの分光強度特性に対応した分光感度特性のＲ撮像素子１１１ＲとＢ撮像素子１１１Ｂとを用いて撮影が行われる。これにより、多重露出されることなく、１つのフレームでのＲストロボ１２ＲとＢストロボ１２Ｂとのそれぞれの分光感度特性に対応するチャンネルから別々の血流画像が得られる。
【００７１】
したがって、速度の算出回数を増やして計測精度を向上させることができる。
【００７２】
また、ストロボ１２，Ｒストロボ１２Ｒ及びＢストロボ１２Ｂは、各フレームで１／３０００ｓｅｃだけ光を照射するものとしたが、ＴＶカメラ１１での１つのフレームにつき、当該１つのフレームの露出時間よりも短い時間だけ光を照射するものであればよい。
【００７３】
また、上記実施形態の第２の変形例では、タイミング制御部１４は、連続する２つのフレームでの前のフレームの最後の時点と、後のフレームの最初の時点とで、それぞれＲストロボ１２Ｒ又はＢストロボ１２Ｂを発光するものとしたが、図９（ｂ）に示すように、前のフレームの最後の時点と後のフレームの最初の時点とで、Ｒストロボ１２Ｒ又はＢストロボ１２Ｂを継続して発光状態にしておいてもよい。
【００７４】
また、速度計測装置１は、赤色光及び青色光を照射するＲストロボ１２Ｒ及びＢストロボ１２Ｂを備えるものとしたが、これらＲストロボ１２Ｒ及びＢストロボ１２Ｂに代えて、白色光を出す１つのストロボと、当該ストロボからフィルタ２までの間に赤と青とに切替可能なカラーフィルタとを備え、当該カラーフィルタを切り替えつつ撮影を行うようにしてもよい。
【００７５】
また、血球の速度算出には、Ｒストロボ１２ＲとＢストロボ１２Ｂを発光させることにより赤色光のＲチャンネルと青色光のＢチャンネルとを用いるものとしたが、Ｇストロボ１２Ｇも発光させて緑色光のＧチャンネルを用いてもよい（図７，図８参照）。但し、多重露出されないよう、分光強度特性及び分光感度特性の波長領域が重なっていない光を用いるのが好ましい。更に、分光強度特性及び分光感度特性が互いに異なっていれば、ＲＧＢの３色でなくともよい。
【００７６】
［第３の変形例］
続いて、上記実施形態における速度計測装置１の第３の変形例としての速度計測装置１について説明する。なお、第３の変形例の構成要素のほとんどは第２の変形例と同じであり、同じ構成についてはその説明を省略する。
【００７７】
図１１は、血球の速度計測のフローチャートであり、図１２は、血流が撮影される際のタイミングチャートであり、図１３は、血球の縁（エッジ）を抽出する解析処理のフローチャートであり、図１４（ａ）〜（ｄ）は、エッジ抽出のフローにおける血流画像例を示す図である。
【００７８】
図１１に示すように、まず、フィルタ２へ血液が流される（ステップＳ１）。具体的には、最初に、供給槽４へ計測対象の血液が注がれるとともに、必要に応じて溶液びん７へ生理食塩水等が加えられる。そして、差圧制御部３によりフィルタ２に所定の差圧が加えられて血液がフィルタ２に流される。
【００７９】
次に、フィルタ２の流路部２５を通過する血流がＴＶカメラ１１で動画撮影される（ステップＳ２）。このとき、図１２に示すように、タイミング制御部１４は、ＴＶカメラ１１での同一フレームの露出時間内に、３台のストロボ１２を互いに異なる発光タイミングで相互にオーバラップしないタイミングで各１回だけ発光状態にする。より詳細には、タイミング制御部１４は、各フレームの最初にＲストロボ１２Ｒを１／３０００ｓｅｃだけ発光させ、連続してＧストロボ１２Ｇを１／３０００ｓｅｃだけ発光させ、更に連続してＢストロボ１２Ｂを１／３０００ｓｅｃだけ発光させる。そして、タイミング制御部１４は、撮影開始から１ｓｅｃが経過した時点で、ＴＶカメラ１１の動画撮影と３台のストロボ１２の発光とを停止させる。
【００８０】
こうして撮影された血流画像は、いずれのフレームでも３台のストロボ１２が互いに異なるタイミングで発光されているため、フレーム単位で見ると、どれも多重露出された画像となってしまう。ところが、Ｒ撮像素子１１１ＲはＲストロボ１２Ｒからの赤色光のみに高い感度を有し、Ｇ撮像素子１１１ＧはＧストロボ１２Ｇからの緑色光のみに高い感度を有し、Ｂ撮像素子１１１ＢはＢストロボ１２Ｂからの青色光のみに高い感度を有しているため、３台のストロボ１２の各発光タイミングで撮影された血流画像は、３個の撮像素子１１１それぞれの分光感度特性に対応するチャンネル、つまり互いに波長領域の異なるチャンネルに分解することができる。このことにより分光強度特性の異なる照射手段毎に関しては多重露出された画像とはならない。
【００８１】
例えば、簡単のために２色の光で多重露出されたものとして説明すると、Ｒストロボ１２Ｒからの赤色光とＢストロボ１２Ｂからの青色光とで撮影された血流画像は、フレーム単位で見ると、前述の図１０（ａ）に示すように、多重露出された画像となる。ところが、Ｒ撮像素子１１１ＲによってＲストロボ１２Ｒからの赤色光に反応して撮影された血流画像は、図１０（ｂ）に示すように、Ｒチャンネルに分解して格納され、Ｂ撮像素子１１１ＢによってＢストロボ１２Ｂからの青色光に反応して撮影された血流画像は、図１０（ｃ）に示すように、Ｂチャンネルに分解して格納される。つまり分光感度特性の異なるチェネルそれぞれにおいて多重露出された画像とはならない。
【００８２】
そして、これらの血流画像は、チャンネル毎にフレームメモリ１３に記憶され、ディスプレイ１６に表示される。
【００８３】
次に、図１１に示すように、パソコン１５の演算処理部１５１で血流画像が解析処理され、血球のエッジが抽出される（ステップＳ３）。各チャンネルに分解された血流画像は各チャンネルで階調特性が異なるため（図１４（ａ）参照）解析に誤差を生じやすい。そこで、各チャンネルで違いが生じにくい陰影を利用して血球のエッジを抽出し、血球を特定する。
【００８４】
このエッジ抽出では、図１３のフローチャートに示すように、まず、コントラスト調整が行われる（ステップＳ３１）。ここでは、演算処理部１５１は、血流画像の明暗を各チャンネルとも同様に線形補間してダイナミックレンジを統一する。例えば、階調が８ｂｉｔの場合、暗い部分を０、明るい部分を２５５として線形補間する。但し、チャンネル間でヒストグラムを平衡化するなどの方法を用いてもよい。このコントラスト調整により、チャンネル間で全体的な明るさが似通ってくる（図１４（ｂ）参照）。
【００８５】
次に、血球のエッジのみが残るように二値化が行われる（ステップＳ３２）。ここでは、演算処理部１５１は、コントラスト調整がされた血流画像を、チャンネル毎に異なる閾値を用いて二値化する。この閾値は、チャンネル毎の階調特性に適した値であり、このような閾値を用いることで、チャンネル毎の血流画像で異なる付き方となる血球のエッジを精度良く残すことができる（図１４（ｃ）参照）。
【００８６】
次に、二値化されたエッジを細線化する（ステップＳ３３）。この細線化により、チャンネル間のエッジのボケ具合の違いを無くすことができる（図１４（ｄ）参照）。この処理は、特に、複数の画像をパターンマッチングによって比較する場合に、マッチング精度を向上させやすく、有効である。
【００８７】
以上により血球のエッジ抽出が終了する。
【００８８】
血球のエッジが抽出されると、図１１に示すように、血球の速度が演算処理部１５１で算出される（ステップＳ４）。演算処理部１５１は、各フレームにつき、３個の撮像素子１１１によって得られたチャンネル毎の３つの画像のうちの２つの画像から、この２つの画像間での血球の移動距離を求める。そして、演算処理部１５１は、この血球の移動距離を、各ストロボ１２の発光タイミング間の時間間隔、つまり１／３０００ｓｅｃで割ることにより、血球の速度を算出する。こうして、例えば、ＲチャンネルとＧチャンネルとの血流画像で１回の速度算出、ＧチャンネルとＢチャンネルとの血流画像で１回の速度算出を行った場合には、各フレームで２回の速度算出が行われ、１ｓｅｃ間で約１２０回の速度算出が行われる。
【００８９】
このように、同一フレームの露出時間内に、分光強度特性の異なる複数のストロボ１２を高速で連続発光させることで、多重露出させることなく、フレームレート６０ｆｐｓの汎用カメラを使用しながら、フレームレート３０００ｆｐｓの高速カメラに相当する高速撮影での速度算出を行うことができる。
【００９０】
以上のように、本実施形態における速度計測装置１によれば、同一フレームの露出時間内に、分光強度特性の異なる３台のストロボ１２が互いに異なる発光タイミングでそれぞれ発光状態にされ、各ストロボ１２の分光強度特性に対応した分光感度特性が異なる３個の撮像素子１１１を用いて撮影が行われる。これにより、多重露出されることなく、１つのフレームでの各分光感度特性に対応するチャンネルから、１つのフレームの露出時間よりも短い時間間隔の別々の血流画像が得られる。つまり、ＴＶカメラ１１のフレームレートよりも高いレートの高速撮影を行うことができる。また、各分光感度特性に対応するチャンネルからそれぞれ血流画像が得られるため、２つのフレームからそれぞれ血流画像が得られることになり、複数の血球が重なった血流画像に多重露出されることがない。これにより、重なった血球を分離して各々を特定するための複雑な解析処理が不要となる。
【００９１】
したがって、従来と異なり、高価な高速カメラも、解析コストが嵩む複雑な解析処理も不要となるため、低コストで血球の速度を計測することができる。
【００９２】
また、同一フレームの露出時間内に各１回だけ３台のストロボ１２が発光状態になるので、分光強度特性の異なるストロボ１２毎の多重露出を確実に防止することができる。
【００９３】
また、３個の撮像素子１１１それぞれの分光感度特性に対応するチャンネル毎に得られた血流画像が、当該チャンネル毎に異なる閾値によって二値化されるので、チャンネル毎の血流画像で異なる付き方となる血球のエッジを精度良く抽出することができる。したがって、より正確に血球を特定でき、ひいては、より正確に血球の速度を算出することができる。
【００９４】
［第４の変形例］
続いて、上記実施形態の第４の変形例について説明する。
【００９５】
図１５は、本変形例において血流が撮影される際のタイミングチャートである。この図に示すように、本変形例では、血流をＴＶカメラ１１で動画撮影する際、タイミング制御部１４は、各ストロボ１２の発光タイミング間の時間間隔が互いに異なるよう、３台のストロボ１２をそれぞれ発光状態にする。より詳細には、タイミング制御部１４は、各フレームの最初にＲストロボ１２ＲとＧストロボ１２Ｇとを連続して１／３０００ｓｅｃずつ発光させ、その後、４５／３０００ｓｅｃ空けてからＢストロボ１２Ｂを１／３０００ｓｅｃ発光させる。
【００９６】
このように３台のストロボ１２を異なる時間間隔で発光させることで、速度の異なる２種類の血球についても同時に速度を計測することができる。例えば、白血球は、赤血球に比べて速度が遅く、１／３０００ｓｅｃ間隔の高速撮影では１ｐｉｘ分も移動しない。そこで、本変形例のように、最後のＢストロボ１２Ｂを遅らせて発光させることで、最初のＲストロボ１２ＲとＧストロボ１２Ｇとの発光による血流画像からは赤血球の速度を算出し、次のＧストロボ１２ＧとＢストロボ１２Ｂとの発光による血流画像からは白血球の速度を算出することができる。なお、ストロボ１２を増設して、速度の異なる３種類以上の血球を同時に計測してもよい。
【００９７】
以上のように、本実施形態の第４の変形例における速度計測装置１によれば、上記実施形態と同様の効果を奏するのは勿論のこと、各ストロボ１２の発光タイミング間の時間間隔が互いに異なるよう、３台以上のストロボ１２をそれぞれ発光状態にするので、時間間隔の異なる少なくとも２組の血流画像を撮ることができる。これにより、時間間隔の短い組合せの血流画像からは速い血球の速度を算出し、時間間隔の長い組合せの血流画像からは遅い血球の速度を算出することができる。つまり、速度の異なる２種類以上の血球の速度を計測することができる。
【００９８】
なお、上記実施形態及びその他の変形例においては、速度計測装置１は、血液中の血球の速度を求めるものとしたが、血球の速度でなく、微細な粒子等の物体の速度を求めるものとしてもよい。
【００９９】
また、速度計測装置１は、血球を特定するために血球のエッジを抽出するものとしたが、以下のように、色の部分を利用して速度を算出してもよい。
【０１００】
例えば、印刷インクや電子写真トナー，インクジェット等の色材に使用されるような、顔料で構成される粒子は、図１６に示すように、シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ）といった、ＲＧＢに対して補色の関係にある分光反射率を有している。そのため、この分光特性を有する粒子の速度を速度計測装置１で計測すると、図１７に示すように、ＲチャンネルにはＭとＹの色材が写りやすく、Ｃの色材が写りにくい。ＧチャンネルにはＣとＹの色材が写りやすく、Ｍの色材が写りにくい。ＢチャンネルにはＣとＭの色材が写りやすく、Ｙの色材が写りにくい。
【０１０１】
そして、この特性を利用し、エッジを削除して色材の色の部分をパターンとして残した後、各チャンネルの画像を比較して速度を算出する。このとき、ＲチャンネルとＧチャンネルとの画像では、Ｙの色について相関が高いため、Ｙの色の部分のみ速度を算出することができる。同様に、ＧチャンネルとＢチャンネルとの画像ではＣの色の部分、ＢチャンネルとＲチャンネルとの画像ではＭの色の部分の速度を算出することができる。
【０１０２】
このように、計測対象の物体の分光特性を利用することで、当該物体を特定する必要なく速度を算出することができる。但し、上記の方法の場合、最初に撮影されるＲチャンネルと最後に撮影されるＢチャンネルとでは、他のチャンネル間よりも時間間隔が長くなるため、当該チャンネル間では移動の遅い物体の速度を計測するのがよい。
【０１０３】
また、速度計測装置１は、ＲＧＢの各色を発光する３台のストロボ１２を備えるものとしたが、これら３台のストロボ１２に代えて、白色光を出す１つのストロボと、当該ストロボからフィルタ２までの間に赤と青とに切替可能なカラーフィルタとを備え、当該カラーフィルタを切り替えつつ撮影を行うようにしてもよい。
【０１０４】
また、３台のストロボ１２は、ＲＧＢの各色を発光しないものでもよく、多重露出されないよう、分光強度特性及び分光感度特性の波長領域が重なっていない光を発光するものであればよい。
【０１０５】
また、その他の点についても、本発明は上記実施形態及びその変形例に限定されるものではなく、適宜変更可能であるのは勿論である。
【符号の説明】
【０１０６】
１  速度計測装置
１１  ＴＶカメラ（撮影手段）
１２  ストロボ（照射手段）
１２Ｂ  Ｂストロボ（第１ストロボ、照射手段）
１２Ｇ  Ｇストロボ（照射手段）
１２Ｒ  Ｒストロボ（第２ストロボ、照射手段）
１４  タイミング制御部（発光制御手段、他の発光制御手段、露出制御手段）
１５  パソコン
１１１  撮像素子
１１１Ｂ  Ｂ撮像素子
１１１Ｇ  Ｇ撮像素子
１１１Ｒ  Ｒ撮像素子
１５１  演算処理部（速度算出手段）
【図５】
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【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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