(57)【要約】    【課題】  簡易な構造の撮像装置で花粉粒子を撮像し、花粉粒子が重なった状態で捕集された場合にも高い精度で計数することが可能な花粉粒子計数システム、およびこれに用いる花粉粒子撮像装置、花粉粒子計数装置、花粉粒子計数方法を提供する。    【解決手段】  スライドガラス４２上に捕集された花粉粒子から自家蛍光を発生させるために紫外線光源１１から紫外線４４を照射し、スライドガラス４２を透過した紫外線４４を短波長光カットフィルタ１３で遮断し、花粉粒子よりも小さい画素を用いて自家蛍光を発した花粉粒子を撮像してＣＰＵ２２の前処理手段２２ｂで予め設定された１花粉粒子面積あたりの撮像素子の画素数を基に２値化処理およびノイズ除去処理を施し、画像データ中の花粉粒子数をＣＰＵ２２の計数手段２２ｃで算出することを特徴とする。【選択図】図１
2006349610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレパラートに捕集された花粉粒子から自家蛍光を発生させるために紫外線を照射する紫外線光源と、前記プレパラートを透過した紫外線を遮断する短波長光カットフィルタと、１花粉粒子を複数の画素で表すことが可能な分解能を有し前記紫外線が照射されたことにより自家蛍光を発した花粉粒子を撮像するための撮像素子と、前記撮像素子を用いて撮像された画像データを記録する記録部とを有する花粉粒子撮像装置と、
前記撮像装置に記録された画像データを取得して２値化処理およびノイズ除去処理を施す前処理手段と、前記２値化処理およびノイズ除去処理が施された画像データから花粉粒子数を計数する計数手段とを有する計数処理部を有する花粉粒子計数装置と、
を備えることを特徴とする花粉粒子計数システム。
【請求項２】
前記計数処理部の前処理手段は、花粉粒子の形状にマッチしない形状の像をノイズとしてノイズ除去処理を施す機能を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の花粉粒子計数システム。
【請求項３】
前記計数処理部の計数手段は、予め設定された１花粉粒子面積あたりの前記撮像素子の画素数を基に前記画像データ中の花粉粒子数を計数する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の花粉粒子計数システム。
【請求項４】
プレパラートに捕集された花粉粒子から自家蛍光を発生させるために紫外線を照射する紫外線光源と、
前記プレパラートを透過した紫外線を遮断する短波長光カットフィルタと、
１花粉粒子を複数の画素で表すことが可能な分解能を有し、自家蛍光を発した花粉粒子を撮像するための撮像素子と、
前記撮像素子により撮像された画像データを取得して記録する記録部と、
を備えることを特徴とする花粉粒子撮像装置。
【請求項５】
撮像装置で撮像された、紫外線励起により自家蛍光を発した花粉粒子の画像データに２値化処理およびノイズ除去処理を施す前処理手段と、前記２値化処理およびノイズ除去処理が施された画像データから花粉粒子数を計数する計数手段とを有する計数処理部
を備えることを特徴とする花粉粒子計数装置。
【請求項６】
前記計数処理部の前処理手段は、花粉粒子の形状にマッチしない形状の像をノイズとしてノイズ除去処理を施す機能を有する
ことを特徴とする請求項５に記載の花粉粒子計数装置。
【請求項７】
前記計数処理部の計数手段は、予め設定された１花粉粒子面積あたりの前記撮像素子の画素数を基に前記画像データ中の花粉粒子数を計数する
ことを特徴とする請求項５または６に記載の花粉粒子計数装置。
【請求項８】
プレパラートに捕集された花粉粒子から自家蛍光を発生させるために紫外線を照射する紫外線照射ステップと、
前記プレパラートを透過した紫外線を遮断する紫外線遮断ステップと、
１花粉粒子を複数の画素で表すことができる分解能を有する撮像素子を用いて自家蛍光を発した花粉粒子を撮像する撮像ステップと、
撮像された画像データを取得して２値化処理およびノイズ除去処理を施し、前記２値化処理およびノイズ除去処理が施された画像データから花粉粒子数を計数する計数処理ステップと、
を備えることを特徴とする花粉粒子計数方法。
【請求項９】
前記計数処理ステップは、花粉粒子の形状にマッチしない形状の像をノイズとしてノイズ除去処理を実行する
ことを特徴とする請求項８に記載の花粉粒子計数方法。
【請求項１０】
前記計数処理ステップは、予め設定された１花粉粒子面積あたりの前記画素数を基に前記画像データ中の花粉粒子数を算出する
ことを特徴とする請求項８または９に記載の花粉粒子計数方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、花粉から発せられる自家蛍光を利用して花粉粒子を撮像することにより、空中を飛散している花粉量を計数する花粉粒子計数システム、およびこれに用いる花粉粒子撮像装置、花粉粒子計数装置、花粉粒子計数方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、日本におけるスギ花粉症の発症率は、約５人に１人と高くなってきている。このため、花粉の飛散シーズンには、飛散している花粉量を計測および予測することが行われている。
【０００３】
従来、飛散している花粉量の計測は、捕集された後顕微鏡を用いて目視で行われていた。この計数を行うための捕集方法には、スライドガラス上にワセリン等を塗布し、その表面に花粉粒子を付着させることにより捕集する方法（ダーラム法）、および、花粉粒子よりも小さな網目を有するフィルタを用いて捕集する方法がある。
【０００４】
非特許文献１には、ダーラム法で捕集した花粉に染色を行った後、顕微鏡を用いて目視により計数する方法が記載されている。
【０００５】
しかし、この目視により計数する方法は、花粉粒子とそれ以外の粒子とを人が区別して計数しなければならないため熟練者が行う必要があり、また作業時間も多くかかっていた。
【０００６】
この問題を解決するため、非特許文献２には、ダーラム法で捕集した花粉に染色を行った後、イメージスキャナによって染色された花粉の画像を読み込み画像処理を行うことにより、粒子の大きさおよび形状から識別された花粉をコンピュータで計数する技術が記載されている。
【０００７】
しかし、この非特許文献２に記載の方法においても、同等な大きさや類似の形状の粒子を花粉粒子として誤認識してしまうというおそれがあった。
【０００８】
また、蛍光顕微鏡を用いて花粉から発せられる自家蛍光により花粉粒子を識別して計数する方法があるが、この装置は光学系により像を拡大して計数するため限られたエリアしか計数できず、飛散量の計数結果の精度が低く、また装置が高価であるという問題があった。
【０００９】
さらに、特許文献１には、花粉粒子などの有機物質が紫外線により励起されることにより自家蛍光を発する性質を持つことを利用して、自家蛍光を発した花粉粒子の拡大した画像を取得して解析し、粒子を計数する装置が記載されている。この装置により花粉粒子のみを自動的に選別することができ、さらに花粉の種類別に計数することができる。
【非特許文献１】スギ花粉のすべて（メディカル・ジャーナル社：佐橋、高橋、村山  著）  付録１  空中花粉の観察方法  pp.103-105
【非特許文献２】フィルムスキャナとLIA32 Ver.0.37 β１による花粉計数方法：http://www.agr.nagoya-u.ac.jp/%7Eshinkan/LIA32/p_count.html
【特許文献１】特開平１１−３３７４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、近年は画像処理装置の解像度が高くなってきており、非特許文献２または特許文献１の技術のように画像を拡大しなくても花粉粒子の大きさ、形状を解析することが可能になってきている。
【００１１】
また、花粉粒子は１個１個重なりが無い状態で捕集される場合もあれば濃度が高い場合には粒子同士が重なった状態で捕集されることもあるが、上記の文献には、重なった状態で捕集された場合の計数方法については記載されていない。
【００１２】
よって本発明の目的は、簡易な構造の撮像装置で花粉粒子を撮像し計数することが可能な花粉粒子計数システム、およびこれに用いる花粉粒子撮像装置、花粉粒子計数装置、花粉粒子計数方法を提供することである。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、花粉粒子が重なった状態で捕集された場合にも高い精度で計数することが可能な花粉粒子計数システム、およびこれに用いる花粉粒子撮像装置、花粉粒子計数装置、花粉粒子計数方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための本発明の花粉粒子計数システムは、プレパラートに捕集された花粉粒子から自家蛍光を発生させるために紫外線を照射する紫外線光源とプレパラートを透過した紫外線を遮断する短波長光カットフィルタと１花粉粒子を複数の画素で表すことが可能な分解能を有し紫外線が照射されたことにより自家蛍光を発した花粉粒子を撮像するための撮像素子と撮像素子を用いて撮像された画像データを記録する記録部とを有する花粉粒子撮像装置と、撮像装置に記録された画像データを取得して２値化処理およびノイズ除去処理を施す前処理手段と２値化処理およびノイズ除去処理が施された画像データから花粉粒子数を計数する計数手段とを有する計数処理部を有する花粉粒子計数装置とを備えることを特徴とする。
【００１５】
また、計数処理部の前処理手段は、花粉粒子の形状にマッチしない形状の像をノイズとしてノイズ除去処理を施す機能を有するようにしてもよい。
【００１６】
また、計数処理部の計数手段は、予め設定された１花粉粒子面積あたりの撮像素子の画素数を基に画像データ中の花粉粒子数を計数するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の花粉粒子計数システム、およびこれに用いる花粉粒子撮像装置、花粉粒子計数装置、花粉粒子計数方法によれば、高解像度の撮像手段を用いることにより、簡易な構造の撮像装置で自家蛍光を利用して花粉粒子を計数することができる。
【００１８】
また、花粉粒子が重なった状態で捕集された場合にも高い精度で計数することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
＜花粉計数システム１の構成＞
本発明の第１実施形態に係る花粉計数システム１の構成を図１を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態による花粉計数システム１は、花粉粒子撮像装置１０と花粉粒子計数装置２０とが接続用ケーブル３０によって接続されることにより構成されている。
【００２１】
花粉粒子撮像装置１０は、紫外線光源１１と、結像用レンズ１２と、短波長光カットフィルタ１３と、撮像素子１４と、制御部１５と、記録部１６と、外部インタフェース１７とを有する。
【００２２】
本実施形態による花粉粒子撮像装置１０は、紫外線光源１１と結像用レンズ１２との間に花粉を捕集したプレパラートを設置して撮像する。設置するプレパラートは、花粉を捕集した試料４１、試料４１を乗せたスライドガラス４２、および試料４１を覆うカバーガラス４３で構成されている。
【００２３】
紫外線光源１１は、プレパラートの試料４１に向けて直接紫外線４４を照射する。
【００２４】
結像用レンズ１２は、試料４１の光学像を撮像素子１４に結像させる。
【００２５】
短波長光カットフィルタ１３は、プレパラートを透過した紫外線４４を遮断する。
【００２６】
撮像素子１４は、１花粉粒子を複数の画素で表すことが可能な程度、本実施形態においては５００〜６００万画素を有し、結像した光学像を画像信号に変換する。
【００２７】
制御部１５は、撮像素子１４の感度や露光時間の調整を行い、撮像素子１４で得られた画像信号を画像データとして記録部１６に送出する。
【００２８】
記録部１６は、撮像された画像データを記録する。
【００２９】
外部インタフェース１７は、花粉粒子計数装置２０に接続するためのインタフェースである。
【００３０】
花粉粒子計数装置２０は、接続インタフェース２１と、計数処理部としてのＣＰＵ２２とを有する。
【００３１】
接続インタフェース２１は、花粉粒子撮像装置１０に接続するためのインタフェースである。
【００３２】
ＣＰＵ２２は、接続インタフェース２１を介して画像データを入出力する入出力手段２２ａと、入力した画像データに前処理として２値化処理およびノイズ除去処理を行う前処理手段２２ｂと、前処理が行われた画像データを用いて花粉粒子を計数する計数手段２２ｃとを有する。
【００３３】
＜花粉計数システム１の動作＞
次に、本実施形態による花粉計数システム１による花粉計数処理の動作について説明する。
【００３４】
本実施形態による花粉計数処理は、花粉粒子が捕集された試料４１が花粉粒子撮像装置１０において撮影された後、この撮影画像が用いられて花粉粒子計数装置２０で花粉粒子数が計数されることにより行われる。
【００３５】
まず、試料４１を撮影するため、紫外線光源１１から紫外線４４がプレパラートの試料４１に向けて照射される。
【００３６】
試料４１では、紫外線４４が照射されることにより花粉粒子を含む有機物質が励起され、自家蛍光４５が発せられる。
【００３７】
この自家蛍光４５が発せられた試料４１の画像が撮影される。ここで撮影される際、励起光である紫外線４４が撮像素子１４に到達すると自家蛍光４５の撮影に支障をきたすため、プレパラートを透過した紫外線４４は短波長光カットフィルタ１３により遮断される。
【００３８】
撮影により得られた光学像は、結像用レンズ１２により撮像素子１４に結像され画像信号に変換される。このとき、制御部１５により撮像素子１４の感度や露光時間の調整が行われる。
【００３９】
変換された画像信号は、制御部１５により画像データとして記録部１６に送出され記録される。
【００４０】
この花粉粒子撮像装置１０により、試料４１に励起光が照射され自家蛍光が発せられた状態で撮影されるため、花粉粒子を含む有機物質が強調された画像を得ることができる。
【００４１】
次に、この撮影により得られた画像データから、花粉粒子計数装置２０で花粉粒子数が計数される動作について図２のフローチャートを参照して説明する。
【００４２】
花粉粒子計数装置２０では、花粉粒子の計数処理を行うために、画像データの分解能から算出される１花粉粒子面積あたりの画素数、および花粉粒子の形状パターンが算出され、予めＣＰＵ２２の前処理手段２２ｂに設定されている。
【００４３】
本実施形態においては、撮像装置１０の画素数が５００万〜６００万画素であるため１画素の大きさは２〜３μｍであり、花粉粒子（約３０μｍ）１個分は約６０画素とする。また、花粉粒子の形状は球状であるため、形状パターンは直径約１０画素の円形状とする。
【００４４】
まず、ＣＰＵ２２の入出力手段２２ａにおいて、接続用ケーブル３０および接続インタフェース２１を介して花粉粒子撮像装置１０の記録部１６に記録されている画像データが取得される（Ｓ１）。
【００４５】
図３は取得された画像データの一例であり、自家蛍光により花粉粒子を含む有機物質が強調されて撮影されている。
【００４６】
取得された画像データは、ＣＰＵ２２の前処理手段２２ｂにおいて２値化処理が行われる（Ｓ２）。図４に図３の画像データが２値化処理された状態の一例を示す。図５は、さらに図４の２値化画像を拡大した状態を示す。図５において、点線は実像（花粉粒子の実像５２、５４、花粉粒子以外の実像５６）を示し、斜線部分は撮影により結像した自家蛍光像が２値化されることにより画素５１ごとの単位で表された像（花粉粒子の自家蛍光像５３、５５、花粉以外の自家蛍光像５７）を示す。
【００４７】
２値化処理が行われた後、さらに前処理手段２２ｂにおいてノイズ処理が行われ、花粉粒子以外の有機物質像が除去される。
【００４８】
ノイズ処理について説明する。まず、花粉粒子１個分として設定されている面積である６０画素より充分に小さい面積を持つ像、ここでは半分の３０画素以下の面積を持つ像が花粉以外のノイズとみなされ、除去される（Ｓ３）。
【００４９】
次に、形状が予め設定された形状パターンである直径約１０画素の円の円弧を持たない像、例えば図５の自家蛍光像５７が花粉粒子以外のノイズでとみなされ、除去される（Ｓ４）。
【００５０】
これらの前処理が行われた画像データが用いられ、ＣＰＵ２２の計数手段２２ｃにおいて花粉粒子の計数処理が行われる。
【００５１】
計数処理について説明する。まず、それぞれの花粉粒子像の面積より、複数の花粉粒子が重なっているかどうかが判断される。このとき、判断対象として予め設定された花粉粒子像の１花粉粒子面積あたりの画素数である６０画素前後の場合は、図５の自家蛍光像５３に示すように互いに重なっていない状態であると判断され、この花粉粒子像の数が計数される（Ｓ５）。
【００５２】
次に、判断対象の花粉粒子像の面積が６０画素よりも充分に大きい場合は、図５の自家蛍光像５５に示すように複数の花粉粒子が重なっている状態であると判断され、この花粉粒子像の面積を画素数が６０画素で割った値が求められる。
【００５３】
この花粉粒子像の面積を画素数が６０画素で割って算出された値は重なりがある分実際の個数より小さくなるため、小数点以下が切り上げられた整数値が花粉粒子像の数であるとみなされる。例えば、算出された値が１以上２未満の場合は２個であると判断され、２以上３未満の場合は３個であると判断される。
【００５４】
図５において、自家蛍光像５５の面積は１７１画素であり、これを６０画素で割った値は２．８５である。よって小数点以下を切り上げることにより、花粉粒子像は３個であると判断される。
【００５５】
このようにして、画像データ内の全ての重なった状態であると判断された自家蛍光像から花粉粒子像の数が算出され、計数される（Ｓ６）。
【００５６】
図６は、ステップＳ６における計数結果を表したグラフである。横軸は、花粉粒子１個分の面積を１００としたときの画像データ内の自家蛍光像の面積を示し、縦軸は、該当する面積の自家蛍光像の数である度数を示す。
【００５７】
グラフ中、一番左の棒グラフは重なりがない花粉粒子の自家蛍光像（面積約１００）の度数を表し、その右隣の棒グラフは２個の花粉粒子が重なった自家蛍光像（面積約２００）の度数を表す。
【００５８】
各棒ブラフの度数に重なった花粉粒子の個数をかけた値の総和値が算出されることにより、画像データ中の全花粉粒子数が取得される（Ｓ７）。
【００５９】
以上説明した本実施形態の花粉計数システムによれば、花粉粒子より充分に小さい撮像素子を用いて撮像した画像データにより花粉粒子を計数するため、簡易な構造の撮像装置で花粉粒子を撮像することができる。
【００６０】
また、花粉粒子が重なった状態で捕集された場合にも高い精度で計数することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態による花粉粒子計数システムを示す全体図である。
【図２】本発明の一実施形態による花粉粒子計数システムに使用する花粉粒子計数装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態による花粉粒子計数システムの花粉粒子撮像装置で撮像された撮像データの一例である。
【図４】本発明の一実施形態による花粉粒子計数システムの花粉粒子撮像装置で撮像された撮像データを２値化したデータの一例である。
【図５】本発明の一実施形態による花粉粒子計数システムの花粉粒子撮像装置で撮像された撮像データを２値化したデータの拡大図である。
【図６】本発明の一実施形態による花粉粒子計数システムにおいる計数結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１…花粉計数システム
１０…撮像装置
１０…花粉粒子撮像装置
１１…紫外線光源
１２…結像用レンズ
１３…短波長光カットフィルタ
１４…撮像素子
１５…制御部
１６…記録部
１７…外部インタフェース
２０…花粉粒子計数装置
２１…接続インタフェース
２２…ＣＰＵ
２３…メモリ
２２…ＣＰＵ
２２ａ…入出力手段
２２ｂ…前処理手段
２２ｃ…計数手段
３０…接続用ケーブル
４１…試料
４２…スライドガラス
４３…カバーガラス
４４…紫外線
４５…自家蛍光
５１…画素
５２、５４、５６…実像
５３、５５、５７…自家蛍光像
【図１】
2006349610.tif 000003
【図２】
2006349610.tif 000004
【図３】
2006349610.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006349610.tif 000007
【図６】
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