(57)【要約】【課題】小型化することが可能な画像生成装置を提供する。【解決手段】画像生成装置１０は、物質を照明する第１の光源１４１Ａおよび第２の光源１４１Ｂと、物質が配置されるイメージセンサ１５０と、光が透過する透光部分、ならびに光を遮蔽する遮光部分を有し、イメージセンサ１５０と第１の光源１４１Ａおよび第２の光源１４１Ｂとの間に位置するマスク１４２と、明暗画像処理部１２０とを備え、イメージセンサ１５０は、第１の光源１４１Ａにより照明されたときに、物質の第１の画像を取得し、第２の光源１４１Ｂにより照明されたときに、物質の第２の画像を取得し、明暗画像処理部１２０は、第１の画像に含まれる画素の輝度値と第２の画像に含まれる画素であって、前記第１の画像に含まれる画素と同一の位置にある画素の輝度値との差分を導出することにより、その物質の第３の画像を生成する。【選択図】図２
2018021894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する物質の画像を生成する画像生成装置であって、
前記物質を照明する第１の光源と、
前記第１の光源から所定の距離だけ離れた位置から前記物質を照明する第２の光源と、
前記物質が配置されるイメージセンサと、
前記第１の光源および第２の光源からの光が透過する透光部分、ならびに前記光を遮蔽する遮光部分を有し、前記イメージセンサと前記第１の光源および前記第２の光源との間に位置するマスクと、
処理回路とを備え、
前記イメージセンサは、
前記第１の光源により照明されたときに、前記物質の第１の画像を取得し、前記第２の光源により照明されたときに、前記物質の第２の画像を取得し、
前記処理回路は、
前記第１の画像に含まれる画素の輝度値と、前記第２の画像に含まれる画素であって、前記第１の画像に含まれる画素と同一の位置にある画素の輝度値との差分を導出することにより、前記物質の第３の画像を生成する、
画像生成装置。
【請求項２】
前記イメージセンサの受光面の一部の領域は、
前記物質を照明する第１の光源と前記領域との間に前記マスクの前記透光部分が配置されている状態で前記第１の画像を取得し、
前記物質を照明する第２の光源と前記領域との間に前記マスクの前記遮光部分が配置されている状態で前記第２の画像を取得する、
請求項１に記載の画像生成装置。
【請求項３】
前記イメージセンサの受光面の一部の領域は、
前記第１の光源および前記第２の光源を含む複数の光源のそれぞれが順に前記物質を照明しているときに、前記第１の画像および前記第２の画像を含む互いに輝度値の異なる複数の画像を取得し、
前記処理回路は、
前記複数の画像のうち、最大の輝度値を有する画像であって、前記第１の光源が前記物質を照明しているときに前記イメージセンサによって取得される画像を、前記第１の画像として選択し、
前記複数の画像のうち、最小の輝度値を有する画像であって、前記第２の光源が前記物質を照明しているときに前記イメージセンサによって取得される画像を、前記第２の画像として選択する、
請求項２に記載の画像生成装置。
【請求項４】
前記第1の光源は前記第２光源から半周期離れて位置し、
前記イメージセンサの受光面の一部の領域は、
前記第１の光源および前記第２の光源を含む複数の光源のそれぞれが順に前記物質を照明する場合において、最大の輝度値を有する画像と最小の輝度値を有する画像とを取得し、
前記処理回路は、
最大の輝度値を有する輝度最大画像を含む第１の画像群と、最小の輝度値を有する輝度最小画像を含む第２の画像群とのうち、輝度値の分散が小さい画像群を選択し、
（ｉ）選択された前記画像群が前記第１の画像群である場合には、
前記第１の画像群のうち、最大の輝度値を有する画像であって、前記第１の光源が前記物質を照明しているときに前記イメージセンサによって取得される画像を、前記第１の画像として選択し、
前記第２の光源が前記物質を照明しているときに前記イメージセンサによって取得される画像を、前記第２の画像として選択し、
（ｉｉ）選択された前記画像群が前記第２の画像群である場合には、
前記第２の画像群のうち、最小の輝度値を有する画像であって、前記第２の光源が前記物質を照明しているときに前記イメージセンサによって取得される画像を、前記第２の画像として選択し、
前記第１の光源が前記物質を照明しているときに前記イメージセンサによって取得される画像を、前記第１の画像として選択する、
請求項２に記載の画像生成装置。
【請求項５】
透光性を有する物質の画像を生成する画像生成装置であって、
前記物質を照明する第１の光源、および前記第１の光源から所定の距離だけ離れた位置から前記物質を照明する第２の光源を含む複数の光源からなる光源群と、
前記物質が配置されるイメージセンサと、
前記第１の光源および前記第２の光源からの光が透過する透光部分、ならびに前記光を遮蔽する遮光部分を有するマスクと、
処理回路とを備え、
前記イメージセンサは、
（ａ）前記第１の光源により照明されたときに、前記物質の第１の画像を取得し、
（ｂ）前記第２の光源により照明されたときに、前記物質の第２の画像を取得し、
（ｃ）前記光源群に含まれる光源により照明されたときに、前記物質の第４の画像を取得し、
ここで、前記第１の画像および前記第２の画像は、前記イメージセンサと前記第１の光源および前記第２の光源との間に位置する前記マスクを介して取得され、前記第４の画像は、前記マスクを介さず取得され、
前記処理回路は、
前記第１の画像および前記第２の画像から、大きい輝度値を有する画像または小さい輝度値を有する画像を選択し、前記選択された画像と前記第４の画像とに基づく差分を導出することにより、前記物質の第５の画像を生成する、
画像生成装置。
【請求項６】
前記第１の画像、前記第２の画像、前記第４の画像および前記第５の画像のそれぞれは、
前記イメージセンサに含まれる同一の画素に対応する輝度値を有する、
請求項５に記載の画像生成装置。
【請求項７】
前記マスクにおける前記透光部分と前記遮光部分との面積比は１：１である、
請求項５または６に記載の画像生成装置。
【請求項８】
前記処理回路は、
前記選択された画像の輝度値の２倍と、前記第４の画像の輝度値との差分を導出することにより、前記第５の画像の輝度値を生成する、
請求項７に記載の画像生成装置。
【請求項９】
前記処理回路は、
前記第１の画像および前記第２の画像から、大きい輝度値を有する画像を選択した場合には、
前記選択された画像の輝度値の２倍から、前記第４の画像の輝度値を減算することにより、前記第５の画像の輝度値を生成する、
請求項８に記載の画像生成装置。
【請求項１０】
前記処理回路は、
前記第１の画像および前記第２の画像から、小さい輝度値を有する画像を選択した場合には、
前記第４の画像の輝度値から、前記選択された画像の輝度値の２倍を減算することにより、前記第５の画像の輝度値を生成する、
請求項８に記載の画像生成装置。
【請求項１１】
透光性を有する物質の画像を生成する画像生成方法であって、
前記物質を照明する第１の光源と、
前記第１の光源から所定の距離だけ離れた位置から前記物質を照明する第２の光源と、
前記物質が配置されるイメージセンサと、
前記第１の光源および第２の光源からの光が透過する透光部分、ならびに前記光を遮蔽する遮光部分を有し、前記イメージセンサと前記第１の光源および前記第２の光源との間に位置するマスクとを用い、
（ａ）前記第１の光源により照明されたときに、前記イメージセンサが前記物質の第１の画像を取得し、
（ｂ）前記第２の光源により照明されたときに、前記イメージセンサが前記物質の第２の画像を取得し、
（ｃ）前記第１の画像に含まれる画素の輝度値と、前記第２の画像に含まれる画素であって、前記第１の画像に含まれる画素と同一の位置にある画素の輝度値との差分を導出することにより、前記物質の第３の画像を生成する、
画像生成方法。
【請求項１２】
前記イメージセンサの受光面の一部の領域は、
前記（ａ）では、
前記物質を照明する第１の光源と前記領域との間に前記マスクの前記透光部分が配置されている状態で前記第１の画像を取得し、
前記（ｂ）では、
前記物質を照明する第２の光源と前記領域との間に前記マスクの前記遮光部分が配置されている状態で前記第２の画像を取得する
請求項１１に記載の画像生成方法。
【請求項１３】
前記（ａ）および（ｂ）では、
前記イメージセンサの受光面の一部の領域は、
前記第１の光源および前記第２の光源を含む複数の光源のそれぞれが順に前記物質を照明しているときに、前記第１の画像および前記第２の画像を含む互いに輝度値の異なる複数の画像を取得し、
前記（ｃ）では、
前記複数の画像のうち、最大の輝度値を有する画像であって、前記第１の光源が前記物質を照明しているときに前記イメージセンサによって取得される画像を、前記第１の画像として選択し、
前記複数の画像のうち、最小の輝度値を有する画像であって、前記第２の光源が前記物質を照明しているときに前記イメージセンサによって取得される画像を、前記第２の画像として選択する
請求項１２に記載の画像生成方法。
【請求項１４】
前記第1の光源は前記第２光源から半周期離れて位置し、
前記（ａ）および（ｂ）では、
前記イメージセンサの受光面の一部の領域は、
前記第１の光源および前記第２の光源を含む複数の光源のそれぞれが順に前記物質を照明しているときに、最大の輝度値を有する画像と最小の輝度値を有する画像とを取得することによって、前記第１の画像および前記第２の画像を含む複数の画像を取得し、
前記（ｃ）では、
取得される最大の輝度値を有する輝度最大画像を含む第１の画像群と、取得される最小の輝度値を有する輝度最小画像を含む第２の画像群とのうち、輝度値の分散が小さい画像群を選択し、
（ｉ）選択された前記画像群が前記第１の画像群である場合には、
前記第１の画像群のうち、最大の輝度値を有する画像であって、前記第１の光源が前記物質を照明しているときに前記イメージセンサによって取得される画像を、前記第１の画像として選択し、
前記第２の光源が前記物質を照明しているときに前記イメージセンサによって取得される画像を、前記第２の画像として選択し、
（ｉｉ）選択された前記画像群が前記第２の画像群である場合には、
前記第１の画像群のうち、最小の輝度値を有する画像であって、前記第２の光源が前記物質を照明しているときに前記イメージセンサによって取得される画像を、前記第２の画像として選択し、
前記第１の光源が前記物質を照明しているときに前記イメージセンサによって取得される画像を、前記第１の画像として選択する
請求項１２に記載の画像生成方法。
【請求項１５】
透光性を有する物質の画像を生成する画像生成方法であって、
前記物質を照明する第１の光源、および前記第１の光源から所定の距離だけ離れた位置から前記物質を照明する第２の光源を含む複数の光源からなる光源群と、
前記物質が配置されるイメージセンサと、
前記第１の光源および前記第２の光源からの光が透過する透光部分、ならびに前記光を遮蔽する遮光部分を有するマスクとを用い、
（ａ）前記イメージセンサと前記第１の光源および前記第２の光源との間に前記マスクを配置し、
（ｂ）前記マスクが配置されている状態で前記第１の光源により照明されたときに、前記イメージセンサが前記物質の第１の画像を取得し、
（ｃ）前記マスクが配置されている状態で前記第２の光源により照明されたときに、前記イメージセンサが前記物質の第２の画像を取得し、
（ｄ）前記イメージセンサと前記第１の光源および前記第２の光源との間から前記マスクを除去し、
（ｅ）前記マスクが除去されている状態で、前記光源群に含まれる光源により照明されたときに、前記イメージセンサが前記物質の第４の画像を取得し、
（ｆ）前記第１の画像および前記第２の画像から、大きい輝度値を有する画像または小さい輝度値を有する画像を選択し、
（ｇ）前記選択された画像と前記第４の画像とに基づく差分を導出することにより、前記物質の第５の画像を生成する、
画像生成方法。
【請求項１６】
前記第１の画像、前記第２の画像、前記第４の画像および前記第５の画像のそれぞれは、
前記イメージセンサに含まれる同一の画素に対応する輝度値を有する
請求項１５に記載の画像生成方法。
【請求項１７】
前記マスクにおける前記透光部分と前記遮光部分との面積比は１：１である
請求項１５または１６に記載の画像生成方法。
【請求項１８】
前記（ｇ）では、
前記選択された画像の輝度値の２倍と、前記第４の画像の輝度値との差分を導出することにより、前記第５の画像の輝度値を生成する、
請求項１７に記載の画像生成方法。
【請求項１９】
前記（ｇ）では、
前記第１の画像および前記第２の画像から、大きい輝度値を有する画像を選択した場合には、
前記選択された画像の輝度値の２倍から、前記第４の画像の輝度値を減算することにより、前記第５の画像の輝度値を生成する、
請求項１８に記載の画像生成方法。
【請求項２０】
前記（ｇ）では、
前記第１の画像および前記第２の画像から、小さい輝度値を有する画像を選択した場合には、
前記第４の画像の輝度値から、前記選択された画像の輝度値の２倍を減算することにより、前記第５の画像の輝度値を生成する、
請求項１８に記載の画像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば、レンズレス顕微鏡などの画像を生成する画像生成装置および画像生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
培養細胞を染色することなく連続的に観察したいという要求は、治療用の細胞の産生または薬効の試験等、もしくは培養細胞を医療または産業に用いる多くの分野にある。しかしながら、細胞の多くは、ほとんど無色透明であるため、透過光による光学顕微鏡での撮影ではコントラストが小さいため観察は困難である。コントラストの小ささの一要因として、被写体周辺の媒質および被写体自身による光の散乱または屈折が上げられる。
【０００３】
特許文献１では、光ビームの照射および照射停止の明暗二つの状態の輝度から、反射光のノイズ成分を除去する方法を示している。
【０００４】
ところで、培養細胞の連続的観察は、細胞を培養するための多湿な環境を維持するためのインキュベータという限られた空間内で行われる。このような限られた空間内での観察のために、特許文献２および３は、レンズを用いずに微小な細胞を観察することのできるレンズレス顕微鏡を開示している。これらの文献では、複数の異なる位置から照射する照明によって撮影された複数の画像を用いて解像度の高い画像が生成される。また、非特許文献１は、高周波照明を用いた散乱光除去技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５４０３４５８号公報
【特許文献２】特許第５７８９７６６号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１４／０１３３７０２号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】IEEE International Conference on Computational Photography (ICCP2013) Apr. 2013, Cambridge ‘Descattering of transmissive observation using parallel high-frequency illumination’
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の方法では、装置が大型化するという問題がある。つまり、この方法では、照明の反射光の輝度を記録して、対象物表面の凹凸を計測する装置において、平行光とデジタルマイクロミラーデバイスを用いる。そして、第１の明暗パタンを照射して記録した輝度と、第２の明暗パタンを照射して記録した輝度との差分により、相対輝度を求めることで、対物レンズの位置ごとの輝度を比較しやすくしている。しかし、明暗のパタンをイメージセンサ全体に広げようとすると、レンズが必要となり、装置が大型化する。一方、特許文献２および３のように多光源で撮影を行う場合には、照明の位置を変更する必要がある。光源およびデジタルマイクロミラーデバイスの位置を変更しながら撮影を行うには、装置が大型化するため、レンズレス顕微鏡にデジタルマイクロミラーデバイスによる明暗の反転を組み合わせるのは困難である。
【０００８】
そこで、本開示は、小型化することが可能な画像生成装置および画像生成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様に係る画像生成装置は、透光性を有する物質の画像を生成する画像生成装置であって、前記物質を照明する第１の光源と、前記第１の光源から所定の距離だけ離れた位置から前記物質を照明する第２の光源と、前記物質が配置されるイメージセンサと、前記第１の光源および第２の光源からの光が透過する透光部分、ならびに前記光を遮蔽する遮光部分を有し、前記イメージセンサと前記第１の光源および前記第２の光源との間に位置するマスクと、処理回路とを備え、前記イメージセンサは、前記第１の光源により照明されたときに、前記物質の第１の画像を取得し、前記第２の光源により照明されたときに、前記物質の第２の画像を取得し、前記処理回路は、前記第１の画像に含まれる画素の輝度値と、前記第２の画像に含まれる画素であって、前記第１の画像に含まれる画素と同一の位置にある画素の輝度値との差分を導出することにより、前記物質の第３の画像を生成する。
【００１０】
また、本開示の一態様に係る画像生成装置は、透光性を有する物質の画像を生成する画像生成装置であって、前記物質を照明する第１の光源、および前記第１の光源から所定の距離だけ離れた位置から前記物質を照明する第２の光源を含む複数の光源からなる光源群と、前記物質が配置されるイメージセンサと、前記第１の光源および前記第２の光源からの光が透過する透光部分、ならびに前記光を遮蔽する遮光部分を有するマスクと、処理回路とを備え、前記イメージセンサは、（ａ）前記第１の光源により照明されたときに、前記物質の第１の画像を取得し、（ｂ）前記第２の光源により照明されたときに、前記物質の第２の画像を取得し、（ｃ）前記光源群に含まれる光源により照明されたときに、前記物質の第４の画像を取得し、ここで、前記第１の画像および前記第２の画像は、前記イメージセンサと前記第１の光源および前記第２の光源との間に位置する前記マスクを介して取得され、前記第４の画像は、前記マスクを介さず取得され、前記処理回路は、前記第１の画像および前記第２の画像から、大きい輝度値を有する画像または小さい輝度値を有する画像を選択し、前記選択された画像と前記第４の画像とに基づく差分を導出することにより、前記物質の第５の画像を生成する。
【００１１】
なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能な記録媒体で実現されてもよく、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの不揮発性の記録媒体を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、画像生成装置を小型化することができる。本開示の一態様の付加的な恩恵及び有利な点は本明細書及び図面から明らかとなる。この恩恵及び／又は有利な点は、本明細書及び図面に開示した様々な態様及び特徴により個別に提供され得るものであり、その１以上を得るために全てが必要ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】実施の形態１に係る細胞培養容器の斜視図である。
【図１Ｂ】実施の形態１に係る細胞培養容器の断面図である。
【図２】実施の形態１に係る画像生成装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る照明器の構造の一例を模式的に示す図である。
【図４】実施の形態１に係る複数の点光源の配置の一例を模式的に示す図である。
【図５】実施の形態１に係るマスクの構造の一例を模式的に示す図である。
【図６】実施の形態１に係るイメージセンサと対象物との位置関係を説明する模式図である。
【図７】実施の形態１に係る、点光源の位置と、イメージセンサ１５０が受ける光との関係の一例を示す図である。
【図８】実施の形態１に係る記憶部が記憶する内容の一例を示す図である。
【図９】実施の形態１に係る明暗画像処理部の機能的な構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】実施の形態１に係る画像生成装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態１に係る撮影部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１２Ａ】実施の形態１に係る明区間と暗区間による周期の具体例を説明する模式図である。
【図１２Ｂ】実施の形態１に係る明区間と暗区間による周期の具体例を説明する模式図である。
【図１３】実施の形態１に係るイメージセンサ上の各位置における光の強度を示す図である。
【図１４】実施の形態１に係る明暗画像処理部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１５】実施の形態１に係るマスクを用いたイメージセンサによる撮影結果の一例を示す図である。
【図１６】実施の形態１の変形例に係る明暗画像処理部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１７】実施の形態２に係る画像生成装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。
【図１８】実施の形態２に係る照明器の構造の一例を模式的に示す図である。
【図１９】実施の形態２に係る記憶部が記憶する内容の一例を示す図である。
【図２０】実施の形態２に係る撮影部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図２１】実施の形態２に係る明暗画像処理部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図２２】実施の形態２に係る明暗画像処理部の動作の他の例を示すフローチャートである。
【図２３】実施の形態２の変形例に係る撮影部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図２４】実施の形態２の変形例に係る明暗画像処理部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図２５】実施の形態２の変形例に係る明暗画像処理部の動作の他の例を示すフローチャートである。
【図２６Ａ】点光源による照明を照射し、かつ、マスクなしの状態で撮影された画像を示す図である。
【図２６Ｂ】実施の形態１の方法で撮影し、かつ合成された画像を示す図である。
【図２７】図２６Ａの画像と図２６Ｂの画像の輝度プロファイルを示す図である。
【図２８Ａ】点光源による照明を照射し、かつ、マスクなしの状態で撮影された画像を示す図である。
【図２８Ｂ】実施の形態２の方法で撮影し、かつ合成された画像を示す図である。
【図２９】図２８Ａの画像と図２８Ｂの画像の輝度プロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示の一態様に係る画像生成装置は、透光性を有する物質の画像を生成する画像生成装置であって、前記物質を照明する第１の光源と、前記第１の光源から所定の距離だけ離れた位置から前記物質を照明する第２の光源と、前記物質が配置されるイメージセンサと、前記第１の光源および第２の光源からの光が透過する透光部分、ならびに前記光を遮蔽する遮光部分を有し、前記イメージセンサと前記第１の光源および前記第２の光源との間に位置するマスクと、処理回路とを備え、前記イメージセンサは、前記第１の光源により照明されたときに、前記物質の第１の画像を取得し、前記第２の光源により照明されたときに、前記物質の第２の画像を取得し、前記処理回路は、前記第１の画像に含まれる画素の輝度値と、前記第２の画像に含まれる画素であって、前記第１の画像に含まれる画素と同一の位置にある画素の輝度値との差分を導出することにより、前記物質の第３の画像を生成する。
【００１５】
これにより、互いに離れた位置にある第１の光源および第２の光源による照明によって、明暗パタンの異なる第１の画像と第２の画像とを取得することができる。したがって、それらの差分を導出することによって、散乱光あるいは屈折光によるノイズを削減し、直接光による鮮明な第３の画像を生成することができる。また、明暗パタンの異なる２つの画像を取得するために、物質を照明する光源を切り替えればよいため、例えば光源またはデジタルマイクロミラーデバイスなどの構造物の位置を変更する必要がなく、装置全体を小型化することができる。
【００１６】
つまり、本開示の一態様に係る画像生成装置は、レンズレス顕微鏡であって、点光源からの拡散光を、例えばスリットあるいはチェッカーパタンを有するマスクに通過させる。そして、第１の明暗パタンを持つ照明の下で撮影された画像と、第１の明暗パタンとは明暗が入れ違いの第２の明暗パタンを持つ照明の下で撮影された画像とに基づいて、対象物の画像を生成する。
【００１７】
これにより、デジタルマイクロミラーデバイスを用いることなく、多光源撮影によって明暗二つの状態での撮影を行うことによって、ノイズを削減した撮影画像を生成することができる。言い換えれば、イメージセンサ上に物質を設置して、透過光によって撮影するレンズレスの撮影システムにおいて、明暗二つの状態で撮影した画像を用いることにより、ノイズを削減した高画質な画像を生成することができる。
【００１８】
また、前記イメージセンサの受光面の一部の領域は、前記物質を照明する第１の光源と前記領域との間に前記マスクの前記透光部分が配置されている状態で前記第１の画像を取得し、前記物質を照明する第２の光源と前記領域との間に前記マスクの前記遮光部分が配置されている状態で前記第２の画像を取得してもよい。例えば、前記イメージセンサの受光面の一部の領域は、前記第１の光源および前記第２の光源を含む複数の光源のそれぞれが順に前記物質を照明しているときに、前記第１の画像および前記第２の画像を含む互いに輝度値の異なる複数の画像を取得し、前記処理回路は、前記複数の画像のうち、最大の輝度値を有する画像であって、前記第１の光源が前記物質を照明しているときに前記イメージセンサによって取得される画像を、前記第１の画像として選択し、前記複数の画像のうち、最小の輝度値を有する画像であって、前記第２の光源が前記物質を照明しているときに前記イメージセンサによって取得される画像を、前記第２の画像として選択する。
【００１９】
これにより、明区間で撮影された第１の画像と、暗区間で撮影された第２の画像との差分を導出することができ、ノイズをより削減し、より鮮明な第３の画像を生成することができる。
【００２０】
また、前記第1の光源は前記第２光源から半周期離れて位置し、前記イメージセンサの受光面の一部の領域は、前記第１の光源および前記第２の光源を含む複数の光源のそれぞれが順に前記物質を照明する場合において、最大の輝度値を有する画像と最小の輝度値を有する画像とを取得し、前記処理回路は、最大の輝度値を有する輝度最大画像を含む第１の画像群と、最小の輝度値を有する輝度最小画像を含む第２の画像群とのうち、輝度値の分散が小さい画像群を選択し、（ｉ）選択された前記画像群が前記第１の画像群である場合には、前記第１の画像群のうち、最大の輝度値を有する画像であって、前記第１の光源が前記物質を照明しているときに前記イメージセンサによって取得される画像を、前記第１の画像として選択し、前記第２の光源が前記物質を照明しているときに前記イメージセンサによって取得される画像を、前記第２の画像として選択し、（ｉｉ）選択された前記画像群が前記第２の画像群である場合には、前記第２の画像群のうち、最小の輝度値を有する画像であって、前記第２の光源が前記物質を照明しているときに前記イメージセンサによって取得される画像を、前記第２の画像として選択し、前記第１の光源が前記物質を照明しているときに前記イメージセンサによって取得される画像を、前記第１の画像として選択してもよい。
【００２１】
これにより、輝度の最大値または最小値が不安定であっても、周期に基づいて、明区間で撮影された第１の画像と、暗区間で撮影された第２の画像とを適切に選択することができる。これにより、より鮮明な画像を生成することができる。
【００２２】
また、本開示の一態様に係る画像生成装置は、透光性を有する物質の画像を生成する画像生成装置であって、前記物質を照明する第１の光源、および前記第１の光源から所定の距離だけ離れた位置から前記物質を照明する第２の光源を含む複数の光源からなる光源群と、前記物質が配置されるイメージセンサと、前記第１の光源および前記第２の光源からの光が透過する透光部分、ならびに前記光を遮蔽する遮光部分を有するマスクと、処理回路とを備え、前記イメージセンサは、（ａ）前記第１の光源により照明されたときに、前記物質の第１の画像を取得し、（ｂ）前記第２の光源により照明されたときに、前記物質の第２の画像を取得し、（ｃ）前記光源群に含まれる光源により照明されたときに、前記物質の第４の画像を取得し、ここで、前記第１の画像および前記第２の画像は、前記イメージセンサと前記第１の光源および前記第２の光源との間に位置する前記マスクを介して取得され、前記第４の画像は、前記マスクを介さず取得され、前記処理回路は、前記第１の画像および前記第２の画像から、大きい輝度値を有する画像または小さい輝度値を有する画像を選択し、前記選択された画像と前記第４の画像とに基づく差分を導出することにより、前記物質の第５の画像を生成する。例えば、前記第１の画像、前記第２の画像、前記第４の画像および前記第５の画像のそれぞれは、前記イメージセンサに含まれる同一の画素に対応する輝度値を有する。
【００２３】
これにより、第１の光源または第２の光源による照明によって、明暗パタンを有する第１の画像または第２の画像と、一様に明るく明暗パタンがない第４の画像を取得することができる。したがって、それらに基づく差分を導出することによって、散乱光あるいは屈折光によるノイズを削減し、直接光による鮮明な第５の画像を生成することができる。また、明暗パタンを有する画像と、一様に明るく明暗パタンがない画像とを取得するために、例えばデジタルマイクロミラーデバイスなどの複雑な構造物の位置を変更する必要がなく、装置全体を小型化することができる。
【００２４】
また、前記マスクにおける前記透光部分と前記遮光部分との面積比は１：１であってもよい。このとき、前記処理回路は、前記選択された画像の輝度値の２倍と、前記第４の画像の輝度値との差分を導出することにより、前記第５の画像の輝度値を生成してもよい。例えば、前記処理回路は、前記第１の画像および前記第２の画像から、大きい輝度値を有する画像を選択した場合には、前記選択された画像の輝度値の２倍から、前記第４の画像の輝度値を減算することにより、前記第５の画像の輝度値を生成する。または、前記処理回路は、前記第１の画像および前記第２の画像から、小さい輝度値を有する画像を選択した場合には、前記第４の画像の輝度値から、前記選択された画像の輝度値の２倍を減算することにより、前記第５の画像の輝度値を生成する。
【００２５】
これにより、マスクの透光部分および遮光部分の面積比を利用して、散乱光あるいは屈折光によるノイズを削減し、直接光による鮮明な第５の画像を生成することができる。
【００２６】
なお、これらの全般的又は具体的な態様は、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読取可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム又は記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【００２７】
以下、本開示の一態様に係る画像生成装置および画像生成方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２８】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、請求の範囲を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００２９】
（実施の形態１）
実施の形態１に係る画像生成装置は、複数の点光源と、スリットまたはチェッカーパタンのように、光を透過する透光部分と光を遮断する遮光部分とが作られたマスクとからなる照明器と、イメージセンサと、処理回路とを備える。その照明器における互いに位置の異なる複数の点光源は、イメージセンサ上に位置する対象物を順次照明する。このとき、イメージセンサは、そのイメージセンサおよび対象物に到達する光の明暗のパタンが切り替えられながら対象物の撮影を行う。これにより、明暗パタンの異なる複数の画像が取得される。処理回路は、イメージセンサの画素ごとに、複数の画像中で当該画素の輝度が最も高い画像と当該画素の輝度が最も低い画像との輝度の差を求め、画素ごとの輝度の差を画素の輝度値とした画像を生成する。
【００３０】
ここで、実施の形態１に係る画像生成装置は、例えば、細胞培養容器に収容された混合液中の細胞を対象物として撮影する。まず、この細胞培養容器などについて詳細に説明する。なお、本実施の形態における撮影の対象物は、例えば細胞であるが、透光性を有する物質であればよく、細胞以外の物質であってもよい。
【００３１】
［１．細胞培養容器の構造］
図１Ａは、実施の形態１に係るディッシュ型の細胞培養容器１０００の斜視図である。図１Ｂは、実施の形態１に係るディッシュ型の細胞培養容器１０００の断面図である。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、細胞培養容器１０００は、容器部１０１０と、照明器１４０と、イメージセンサ１５０とを備える。なお、細胞培養容器１０００は、シャーレあるいはペトリ皿と呼ばれるディッシュ型の容器であるが、横置きのフラスコ型の容器であってもよい。
【００３２】
容器部１０１０は、細胞及び培養液を含む混合液を収容する容器である。つまり、容器部１０１０は、混合液を内部に位置させる容器である。容器部１０１０は、例えばガラス製又は樹脂製の透明な容器であり、蓋部１０１１と本体部１０１２とを備える。
【００３３】
本体部１０１２は、容器部１０１０の底部及び側部を形成する有底筒状の部材である。
【００３４】
蓋部１０１１は、本体部１０１２と嵌め合わされることにより本体部１０１２の開口を塞ぐ有底筒状の部材である。蓋部１０１１は、容器部１０１０の上部を形成する。
【００３５】
照明器１４０は、蓋部１０１１の内面に設けられており、光を容器部１０１０内の混合液に照射する。その結果、照射された光は、混合液中を透過して、透過光として出力する。つまり、透過光とは、照明器１４０から混合液を透過した光であり、半透明物質である混合液で屈折及び減衰した光である。具体的には、照明器１４０は、蓋部１０１１の内面に固定されており、容器部１０１０内の混合液に上方から光を照射する。なお、照明器１４０は、蓋部１０１１の外面に固定されてもよい。
【００３６】
また、本実施の形態では、照明器１４０は、容器部１０１０の上部から容器部１０１０の内方に突出しており、照明器１４０における光の出射面１４０ｓは、容器部１０１０内の細胞Ｃ１及び培養液Ｌ１を含む混合液中に位置する。つまり、照明器１４０における光の出射面１４０ｓは、混合液の液面Ｌ２よりも下方、かつ、容器部１０１０の底部よりも上方に位置する。
【００３７】
イメージセンサ１５０は、容器部１０１０の底部に設けられており、混合液から出力された透過光を受け取る。イメージセンサ１５０は、例えば、ＣＣＤイメージセンサ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）あるいはＣＭＯＳイメージセンサ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）等の固体撮像素子である。イメージセンサ１５０には複数の画素がマトリックス状に配置されている。イメージセンサ１５０の各画素には、照明器１４０から照射された光が入射する。イメージセンサ１５０は、光が照射されることでイメージセンサ１５０の受光面に形成される細胞の光学像を撮影する。
【００３８】
具体的には、図１Ｂに示すように、イメージセンサ１５０は、容器部１０１０の底部に形成された開口に嵌め込まれている。透明保護膜１５０ａに覆われたイメージセンサ１５０の受光面は、容器部１０１０内の空間に露出している。細胞Ｃ１は、容器部１０１０内に満たされた培養液Ｌ１の中に沈んでおり、透明保護膜１５０ａの上に直接接触した状態で培養されている。図１Ｂに示すように、細胞Ｃ１とイメージセンサ１５０との間に集光レンズは存在しない。
【００３９】
このように、撮影の対象物である細胞Ｃ１は、透明保護膜１５０ａを介して、イメージセンサ１５０の受光面上に載置された状態で培養される。
【００４０】
［２．画像生成装置の構成］
図２は、実施の形態１に係る画像生成装置１０の機能ブロック図である。図１に示される画像生成装置１０は、細胞などの透光性を有する物質の画像を生成する装置であって、撮影部１００と、記憶部１１０と、明暗画像処理部１２０と、出力部１３０とを備える。
【００４１】
［２−１．撮影部］
まず、撮影部１００の構成について説明する。撮影部１００は、照明器１４０と、イメージセンサ１５０と、制御部１６０とを備える。撮影部１００は、対象物である物質の撮影画像（ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ  ｉｍａｇｅ）を取得する。ここでは、撮影部１００は、フォーカスレンズを有さない。なお、実施の形態１に係る画像生成装置１０は、制御部１６０、記憶部１１０および出力部１３０を備えているが、これらの構成要素は必須ではなく、画像生成装置１０はこれらの構成要素を備えていなくてもよい。
【００４２】
実施の形態１における照明器１４０は、第１の光源１４１Ａと、第２の光源１４１Ｂと、マスク１４２とを備える。第１の光源１４１Ａは、物質を照明する点光源である。第２の光源１４１Ｂは、第１の光源１４１Ａから所定の距離だけ離れた位置からその物質を照明する点光源である。マスク１４２は、第１の光源１４１Ａおよび第２の光源１４１Ｂからの光が透過する透光部分、ならびにその光を遮蔽する遮光部分を有し、イメージセンサ１５０と第１の光源１４１Ａおよび第２の光源１４１Ｂとの間に位置する。なお、上述の所定の距離は、後述の周期の１／３の距離である。
【００４３】
以下、この照明器１４０の詳細について説明する。
【００４４】
図３は、実施の形態１における照明器１４０の構造の一例を模式的に示す図である。具体的には、照明器１４０は、上述の第１の光源１４１Ａおよび第２の光源１４１Ｂを含む複数の点光源１４１と、マスク１４２とを備える。マスク１４２は、スリットまたはチェッカーパタンを有する。つまり、マスク１４２は、光を透過する透光部分と光を遮断する遮光部分とを有する。
【００４５】
図４は、複数の点光源１４１の配置の一例を示す模式図である。図４の例では、複数の点光源１４１は、等間隔に配列されている。複数の点光源１４１のそれぞれは、例えば、発光する直径１０μｍの発光面を有し、遮光板に設けられた直径１０μｍのピンホールからその発光面が露出するように、その遮光板に取り付けられている。光は点光源１４１から全方向へ均等に広がるものとする。
【００４６】
図５は、マスク１４２の例を示す。具体的には、図５の（ａ）は、スリットを有するマスク１４２の一例を示し、図５の（ｂ）は、チェッカーパタンを有するマスク１４２の一例を示す。なお、図５中の黒色の部分は、上述の遮光部分であり、白色の部分は、上述の透光部分である。図５の例では、（ａ）のスリットにおいて、黒色ラインの遮光部分と白色ラインの透光部分との幅は同一である。また、（ｂ）のチェッカーパタンにおいて、黒色正方形の遮光部分と、白色正方形の透光部分との大きさは同一である。また、複数の透光部分と複数の遮光部分はマスク１４２上では等間隔に設定されている。つまり、マスク１４２の複数の透光部分および複数の遮光部分は、周期的に規則正しく配置されている。また、スリットにおけるラインの幅あるいはチェッカーパタンにおける正方形の一辺の長さは、何れかの点光源１４１からマスク１４２を通った光束によって対象物の一部が明るく、残りの部分が暗くなるように設定されている。つまり、その光束による対象物およびイメージセンサ１５０上での光の明暗パタンが対象物を少なくとも２つの領域（明るい領域と暗い領域）に分割するように、上述の幅あるいは正方形の一辺の長さが設定されている。例えば、対象物が１００μｍの場合、スリットにおけるラインの幅あるいはチェッカーパタンの正方形の一辺の長さは、例えば３０μｍである。マスク１４２は、例えばガラス上に金属を蒸着することで実現される。
【００４７】
図６は、イメージセンサ１５０の上に設置した対象物の一例である。なお、図６では、透明保護膜１５０ａなどを省略している。イメージセンサ１５０の上に直接、撮影の対象物が設置されている。対象物は、例えば複数の半透明の物質である。複数の物質は３次元的に重なって位置する。物質の具体例は、細胞または培養細胞である。図６の例では、対象物は初期胚である。
【００４８】
イメージセンサ１５０は、複数の画素を有し、上述の物質が配置される。イメージセンサ１５０の各画素は、受光面に配置され、複数の点光源１４１から照射された光の強度（すなわち輝度値）を取得する。イメージセンサ１５０は、各画素により取得された光の強度に基づいて、撮影画像を取得する。つまり、イメージセンサ１５０は、複数の点光源１４１のうちの第１の光源１４１Ａにより照明されたときに、物質の第１の画像を取得し、複数の点光源１４１のうちの第２の光源により照明されたときに、物質の第２の画像を取得する。
【００４９】
イメージセンサ１５０の例は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ又はＣＣＤ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサである。
【００５０】
照明器１４０の複数の点光源１４１は、順に光を照射する。複数の点光源１４１は互いに異なる位置に配置され、互いに異なる方向からマスク１４２を通して対象物に光を照射する。
【００５１】
制御部１６０は、複数の点光源１４１による光の照射、及びイメージセンサ１５０による撮影を制御する。具体的には、制御部１６０は、複数の点光源１４１が光を照射する順番、複数の点光源１４１が光を照射する時間間隔を制御する。制御部１６０は、ＣＰＵ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）などからなるコンピュータシステム（図示せず）により構成される。制御部１６０の構成要素の一部又は全部の機能は、ＣＰＵがＲＡＭを作業用のメモリとして用いてＲＯＭに記録されたプログラムを実行することによって達成されてもよい。また、制御部１６０の構成要素の一部又は全部の機能は、専用のハードウェア回路によって達成されてもよい。
【００５２】
図７は、点光源１４１の位置と、イメージセンサ１５０が受ける光との関係の一例を示す。例えば、図７の（ａ）に示すように、点光源１４１からマスク１４２の透光部分を透過した光は、物質の一部と、イメージセンサ１５０の受光面の一部の領域ｂとを照らす。このとき、物質の一部と、イメージセンサ１５０の領域ｂとを照らす光は、点光源１４１からの直接光だけでなく、屈折光も含む。屈折光は、点光源１４１からマスク１４２の透光部分を透過し、培養液または透過性を有する物質によって屈折、反射または散乱した光である。一方、点光源１４１からの一部の直接光は、マスク１４２の遮光部分によって遮られ、イメージセンサ１５０の受光面の領域ａには到達しない。しかし、屈折光はその領域ａに到達する。したがって、イメージセンサ１５０の受光面の領域ａは、直接光を受光せず、屈折光を受光するため暗く、領域ｂは、直接光と屈折光とを受光するため明るい。
【００５３】
しかし、図７の（ａ）に示す点光源１４１が消灯し、図７の（ｂ）に示す他の点光源１４１が点灯すると、イメージセンサ１５０の受光面のうち領域ａと異なる領域ｅが、屈折光のみを受光するため暗くなる。また、イメージセンサ１５０の受光面のうち領域ｂと異なる領域ｆが、屈折光と直接光とを受光するため明るくなる。
【００５４】
つまり、物質を照明する点光源１４１の位置が異なると、イメージセンサ１５０の受光面の一部の領域は、屈折光と直接光とを受光するために明るくなったり、直接光を受光せず、屈折光を受光するために暗くなったりする。実施の形態１では、図４に示すように配置された複数の点光源１４１、具体的には、マスク１４２の透光部分および遮光部分が交互に規則的に配列されている方向に沿う複数の点光源１４１が、順に照明する。したがって、イメージセンサ１５０の受光面の一部の領域（具体的には画素）は、照明の位置によって周期的に、明るくなったり、暗くなったりする。以下、明るくなる照明位置の区間を明区間といい、暗くなる照明位置の区間を暗区間という。実施の形態１では、このイメージセンサ１５０の受光面の領域（例えば画素）ごとに、その照明位置による明るさ（すなわち輝度値）の変化を利用することによって、屈折光のノイズを除去した物質の画像を生成する。
【００５５】
［２−２．記憶部］
記憶部１１０は、イメージセンサ１５０で取得された画像を、制御部１６０で設定された撮影時に照明または点灯していた点光源１４１の位置（以下、照明位置ともいう）と対応させて記憶する。
【００５６】
図８は、記憶部１１０が記憶する情報の例である。記憶部１１０は、イメージセンサ１５０で取得した画像を識別するＩＤと、撮影時に点灯していた点光源１４１の照明位置とを対応させて、記憶する。照明位置は、例えば、イメージセンサ１５０の複数の有効画素からなる平面の左上角を原点とし、イメージセンサ１５０の横方向をｘ軸、縦方向をｙ軸とする座標上の点として示される。実施の形態１の照明器１４０の例では、複数の点光源１４１は、イメージセンサ１５０の表面（すなわち受光面）と平行な平面上に、そのイメージセンサ１５０の表面に対向するように配置されている。つまり、イメージセンサ１５０の表面から、すべての点光源１４１のそれぞれまでの距離は同一である。そのため、照明位置は２次元で表現されている。照明位置は、３次元で表現されてもよい。また、全ての点光源１４１が直線状に配置されている場合には、照明位置は１次元で表現されてもよい。
【００５７】
［２−３．明暗画像処理部］
明暗画像処理部１２０は、少なくとも１つの制御回路または処理回路によって実現される。実施の形態１では、明暗画像処理部１２０は、上述の第１の画像と第２の画像との差分を導出することにより、物質の第３の画像を生成する。ここで、実施の形態１では、第１の画像、前記第２の画像および前記第３の画像のそれぞれは、イメージセンサ１５０に含まれる同一の画素に対応する輝度値を有する。
【００５８】
図９は、明暗画像処理部１２０の詳細な構成を示す機能ブロック図である。図９に示すように、明暗画像処理部１２０は、データ取得部１２１と、最大値決定部１２２と、最小値決定部１２３と、計算部１２４と、画像生成部１２５と、画素選択部１２６と、記憶部１２７とからなる。
【００５９】
データ取得部１２１は、画像処理に使用する画像、すなわちその画像に含まれる画素ごとの輝度値と、その画像に対応する照明位置とを、記憶部１１０から取得する。
【００６０】
画素選択部１２６は、イメージセンサ１５０の複数の画素、すなわち生成しようとする画像中の複数の画素より、輝度計算を行う画素を選択する。なお、この画素選択部１２６によって選択される画素を、以下、選択画素ともいう。
【００６１】
最大値決定部１２２は、記憶部１１０に記憶された複数の画像のそれぞれの、画素選択部１２６が選択した画素と同一位置にある画素の輝度値を比較し、最大の輝度値を有する画素を含む画像を、その複数の画像から特定する。最大値決定部１２２は、その最大の輝度値を、選択画素の輝度の最大値として決定する。
【００６２】
最小値決定部１２３は、記憶部１１０に記憶された複数の画像のそれぞれの、画素選択部１２６が選択した画素と同一位置にある画素の輝度値を比較し、最小の輝度値を有する画素を含む画像を、その複数の画像から特定する。最小値決定部１２３は、その最小の輝度値を、選択画素の輝度の最小値として決定する。
【００６３】
記憶部１２７は、データ取得部１２１が記憶部１１０より取得した画像および照明位置と、最大値決定部１２２が決定した最大値と、最小値決定部１２３が決定した最小値とを記憶する。
【００６４】
計算部１２４は、生成しようとする画像の選択画素ごとに、最大値決定部１２２で決定された、当該選択画素に対応する最大値から、最小値決定部１２３で決定された、当該選択画素に対応する最小値を減じる。これにより、生成しようとする画像の各画素の輝度値が計算される。
【００６５】
画像生成部１２５は、計算部１２４で計算された各画素の輝度値からなる画像を生成する。
【００６６】
すなわち、実施の形態１では、イメージセンサ１５０の受光面の一部の領域は、第１の光源および第２の光源を含む複数の光源のそれぞれが順に物質を照明しているときに、第１の画像および第２の画像を含む互いに輝度値の異なる複数の画像を取得する。具体的には、イメージセンサ１５０の受光面の一部の領域は、画素である。この場合、処理回路である明暗画像処理部１２０は、その複数の画像のうち、最大の輝度値を有する画像であって、第１の光源１４１Ａが物質を照明しているときにイメージセンサ１５０によって取得される画像を、第１の画像として選択する。また、明暗画像処理部１２０は、複数の画像のうち、最小の輝度値を有する画像であって、第２の光源１４１Ｂが物質を照明しているときにイメージセンサ１５０によって取得される画像を、第２の画像として選択する。
【００６７】
なお、明暗画像処理部１２０に含まれるデータ取得部１２１、最大値決定部１２２、最小値決定部１２３、計算部１２４、および画像生成部１２５は、ＣＰＵ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）などからなるコンピュータシステム（図示せず）により構成される。明暗画像処理部１２０の構成要素の一部又は全部の機能は、ＣＰＵがＲＡＭを作業用のメモリとして用いてＲＯＭに記録されたプログラムを実行することによって達成されてもよい。また、明暗画像処理部１２０の構成要素の一部又は全部の機能は、専用のハードウェア回路によって達成されてもよい。
【００６８】
［２−４．出力部］
出力部１３０は、明暗画像処理部１２０によって生成された画像を提示する出力装置、またはその画像を電子データとして出力する手段である。画像を提示する出力装置は、例えばディスプレイである。電子データとして出力する手段は、例えばＵＳＢコネクタである。
【００６９】
［３．画像生成装置の動作］
次に、以上のように構成された画像生成装置１０の動作について説明する。
【００７０】
図１０は、実施の形態１に係る画像生成装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。
【００７１】
画像生成装置１０は、図示しない動作開始命令の入力により動作を開始する。
【００７２】
（ステップＳ１２００）
撮影部１００は、多光源撮影を行う。すなわち、撮影部１００は、照明器１４０の複数の点光源１４１のそれぞれを順に用いて、対象物を、マスク１４２を通過した光により照明し、当該対象物の複数の画像を撮影する。具体的には、撮影部１００は、照明器１４０の複数の点光源１４１のそれぞれが対象物を照明するたびに、イメージセンサ１５０の受光面に到達した光の強度を記録することにより、対象物の画像を取得する。取得された画像は、撮影時に対象物を照明していた点光源１４１の位置情報（すなわち照明位置）とともに記憶部１１０で記憶される。ここでは、複数の点光源１４１の位置は、イメージセンサ１５０に対して固定されており、複数の点光源１４１の各々の位置情報は予め定められている。多光源撮影の詳細は後述する。
【００７３】
（ステップＳ１３００）
明暗画像処理部１２０は、照明器１４０のマスク１４２によってステップＳ１２００で撮影された画像上の明部と暗部に対して、明暗画像処理を行う。ステップＳ１２００において、互いに異なる複数の位置の点光源１４１のそれぞれにより照明して撮影を行うことで、画像ごとに明部と暗部の位置が異なる。明暗画像処理部１２０は、ステップＳ１２００で撮影された複数の画像に対して、同一の画素位置の輝度について、画像間で比較する。明暗画像処理部１２０は、画素ごとに、輝度の最大値より最小値を減算することによって、画素ごとの輝度値を決定する。明暗画像処理の詳細は後述する。
【００７４】
（ステップＳ１４００）
明暗画像処理部１２０の画像生成部１２５は、ステップＳ１３００で画素ごとに決定された輝度値に基づき画像を生成し、出力する。その後、画像生成装置１０は動作を終了する。
【００７５】
このように、実施の形態１に係る画像生成方法は、透光性を有する物質の画像を生成する画像生成方法であって、第１の光源１４１Ａと、第２の光源１４１Ｂと、イメージセンサ１５０と、マスク１４２とを用いる。そして、この画像生成方法では、ステップＳ１２００において、（ａ）第１の光源１４１Ａにより照明されたときに、イメージセンサ１５０が物質の第１の画像を取得し、（ｂ）第２の光源１４１Ｂにより照明されたときに、イメージセンサ１５０が物質の第２の画像を取得する。さらに、この画像生成方法では、ステップＳ１３００およびステップＳ１４００において、（ｃ）第１の画像の輝度値と第２の画像の輝度値との差分を導出することにより、物質の第３の画像を生成する。
【００７６】
［３−１．多光源撮影］
ここで、図１０に示すステップＳ１２００の撮影部１００の動作の詳細を説明する。
【００７７】
図１１は、撮影部１００の動作の一例を示すフローチャートである。
【００７８】
（ステップＳ１２１０）
制御部１６０は、予め定められた複数の照明位置を示すリスト、すなわち照明器１４０の複数の点光源１４１の位置を示すリスト（以下、照明位置リストという）を参照して、各照明位置から照明された対象物の撮影が終了したか否かを判定する。
【００７９】
ここで、照明位置リストに含まれるすべての照明位置からの照明による撮影が終了している場合（ステップＳ１２１０においてｙｅｓ）、ステップＳ１３００へ進む。一方、照明位置リスト内のいずれかの照明位置からの照明による撮影が終了していない場合（ステップＳ１２１０においてｎｏ）、ステップＳ１１２０へ進む。なお、照明位置リストに含まれるすべての照明位置からの照明による撮影が終了している場合とは、２周期分の画像の撮影が終了していることを意味する。ここで、各画素において、１周期は、直接光と屈折光とを受光する明区間と、直接光を受光せずかつ屈折光を受光する暗区間とをあわせた区間である。２周期分の画像とは、各画素において、複数の照明位置からの照明により撮影された複数の画像を、照明位置の配置順に配列した際に、直接光と屈折光とを受光する照明位置の範囲である明区間と、直接光を受光せずかつ屈折光を受光する照明位置の範囲である暗区間とを、それぞれ２回含む、照明位置の範囲に配置された複数の照明により撮影された複数の画像を意味する。その２周期分の周期の詳細については、図１２Ａ、図１２Ｂを用いて後述する。
【００８０】
（ステップＳ１２２０）
制御部１６０は、照明位置リストに含まれる複数の照明位置の中から、まだ照明が行われていない照明位置を選択し、照明器１４０へ制御信号を出力する。この制御信号には、選択された照明位置が含まれている。照明位置リストにおける各照明位置、すなわち各点光源１４１の位置は、例えば、点光源１４１ごとに割り当てられた番号によって示される。あるいは、各照明位置は、例えば、イメージセンサ１５０表面をｘｙ平面とするｘｙｚ空間における座標値、または、イメージセンサ１５０表面に平行な面上に設定されたｘｙ平面における座標値によって示される。照明位置の選択は、例えば、照明位置リストの昇順に行われる。
【００８１】
（ステップＳ１２３０）
照明器１４０は、ステップＳ１２２０で制御部１６０より出力された制御信号に従って、対象物への照明を開始する。つまり、照明器１４０に含まれる複数の点光源１４１のうち、ステップＳ１２２０で選択された照明位置にある点光源１４１が光の照射を開始する。
【００８２】
（ステップＳ１２４０）
点光源１４１によって対象物が照明されている間に、イメージセンサ１５０は、当該点光源１４１からマスク１４２を通し、さらに対象物を透過した光によって形成される画像を取得する。
【００８３】
（ステップＳ１２５０）
制御部１６０は、ステップＳ１２４０で取得した画像と、当該画像の取得時に照明していた点光源１４１の照明位置とを対応付けて記憶部１１０に出力する。記憶部１１０は画像と照明位置とを対応付けて記憶する。
【００８４】
（ステップＳ１２６０）
その後、制御部１６０は、照明器１４０へ制御信号を出力して、対象物への照明を停止させる。なお、照明の停止は、制御部１６０からの制御信号に従って行われなくてもよい。例えば、照明器１４０は、点光源１４１のうちの１つの点光源による照明を開始してからの時間長を計時して、計時した時間長が予め定められた時間長を超えたら照明を能動的に停止してもよい。あるいはステップＳ１２４０でイメージセンサ１５０が画像の取得を終了した後に、イメージセンサ１５０は、照明を停止するための制御信号を照明器１４０に出力してもよい。ステップＳ１２６０の後、ステップＳ１２１０へ戻る。
【００８５】
ステップＳ１２１０からステップＳ１２６０までの処理が繰り返されることで、照明位置リストに含まれるすべての照明位置の点光源１４１から順次対象物に光が照射される。そして、対象物にマスク１４２を通して光が照射されるたびに、イメージセンサ１５０が画像を取得する。
【００８６】
［３−２．点光源配置］
ここで、照明位置すなわち複数の点光源１４１の位置と、明区間、暗区間、および明区間と暗区間をあわせた周期について詳細に説明する。
【００８７】
図１２Ａは、イメージセンサ１５０上の任意の１画素における、点光源１４１の位置とマスク１４２の位置とによる明暗のパタンを説明する模式図である。マスク１４２の黒く塗りつぶした長方形は遮光部分を示し、白抜きの長方形は光を透過する透光部分を示している。点光源１４１ａ、点光源１４１ｂ、点光源１４１ｃが存在したと仮定する。
【００８８】
点光源１４１ａからイメージセンサ１５０上の任意の画素Ａへ届く光は、光線１であり、マスク１４２の遮光部分１４２ｂと透光部分１４２ａとの境界線上を通る。点光源１４１ｂから画素Ａへ届く光は、光線２であり、マスク１４２の遮光部分１４２ｂと透光部分１４２ｃとの境界線上を通る。点光源１４１が、点光源１４１ａと点光源１４１ｂを含む直線上、かつ、図１２Ａ中の点光源１４１ａより紙面に向かって左側、かつ、点光源１４１ｂより紙面に向かって右側に位置する場合（図１２Ａにおいて、点光源１４１が「画素Ａでの暗区間」と示された区間に位置する場合）、当該点光源１４１から画素Ａへ照射する光線は、マスク１４２の遮光部分１４２ｂにさえぎられる。すなわち、画素Ａに対して、点光源１４１ａの位置と点光源１４１ｂとの間の直線上の区間（図１２Ａにおいて、点光源１４１が「画素Ａでの暗区間」と示された区間に位置する場合）は、点光源からの直接光がマスク１４２の遮光部分１４２ｂによってさえぎられて光線が到達しない。屈折光が到達するが直接光は到達しないため、相対的に輝度値が低く、画像として暗い画像が取得される区間（以降では暗区間と表示する）となる。なお、暗区間は、点光源１４１ａが存在すると仮定した場所と、点光源１４１ｂが存在すると仮定した場所の間の直線上の連続区間のことであるが、暗区間に存在する一つの点光源が照明した場合に画素Ａが検出する光量は、下記で述べる明区間に存在する一つの点光源が照明した場合に画素Ａが検出する光量より小さい。一つの暗区間に存在する１または複数の光源が点灯する一連の時間を暗区間と呼ぶことがある。
【００８９】
一方、点光源１４１ｃから画素Ａへ届く光線は、光線３であり、マスク１４２の透光部分１４２ｃと遮光部分１４２ｄとの境界線上を通る。点光源１４１が、点光源１４１ｂと点光源１４１ｃを含む直線上、かつ、図１２Ａ中の点光源１４１ｂより紙面に向かって左側、かつ、点光源１４１ｃより紙面に向かって右側に位置する場合（図１２Ａにおいて、点光源１４１が「画素Ａでの明区間」と示された区間に位置する場合）、当該点光源１４１から画素Ａへ照射する光線は、マスク１４２の透光部分１４２ｃを透過して、イメージセンサ１５０表面の画素Ａに到達する。すなわち、画素Ａに対して、点光源１４１ｂの位置と点光源１４１ｃとの間の直線上の区間（図１２Ａにおいて、点光源１４１が「画素Ａでの明区間」と示された区間に位置する場合）は、点光源からの直接光が到達し、あわせて屈折光も到達する、相対的に輝度値が高く、画像として明るい画像が取得される区間（以降では明区間と表示する）となる。なお、明区間は、点光源１４１ｂが存在すると仮定した場所と、点光源１４１ｃが存在すると仮定した場所の間の直線上の連続区間のことであるが、明区間に存在する１つの点光源が照明した場合に画素Ａが検出する光量は、上記した暗区間に存在する１つの点光源が照明した場合に画素Ａが検出する光量より大きい。１つの明区間に存在する１または複数の光源が点灯する一連の期間を明区間と呼ぶことがある。
【００９０】
マスク１４２の１つの透過部分に対応する明区間（場所）に存在する１または複数の点光源が点灯する時間の区間である１つの明区間の次に、その１つの透過部分に隣接するマスク１４２の１つの遮光部分に対応する暗区間（場所）に存在する点光源が点灯する時間の区間である１つの暗区間をあわせて照明の１周期とする。言い換えれば、照明器１４０における複数の点光源１４１のそれぞれが、等間隔離れて配置され、予め定められた時間ごとに順に照明する場合、「１つの明区間（場所）とこの１つの明区間（場所）に隣接する１つの暗区間（場所）とに配置された複数の点光源１４１のそれぞれが順に照明する期間」が、１周期となる。
【００９１】
なお、点光源１４１において、点光源の位置によって撮影時の優先度が異なる場合、１つの暗区間または明区間に存在する複数の照明が一連の時間区間で照明されない場合がある。例えば、点光源１４１を１周期の１／６ごとに配置して撮影するものとする。点光源１４１は少なくとも1周期の１／３ごとに配置される。すなわち、１周期の１／３ごとの照明は必ず必要であり、これらの点光源の位置を優先度の高い位置とし、１／３ごとの間に配置された点光源の位置を優先度の低い位置とする。撮影時間が十分でない場合、優先度の高い位置の点光源の照明による撮影を先に行い、優先度の低い位置の点光源の照明による撮影は、優先度の高い位置の照明による撮影が終了した後に行われる。このような場合、１周期(場所)の区間に配置された６つの点光源は一連の時間区間で照明されない。従って、時間としての１周期である「１つの明区間（場所）とこの１つの明区間（場所）に隣接する１つの暗区間（場所）とに配置された複数の点光源１４１のそれぞれが順に照明する期間」は存在しない。点光源１４１のそれぞれが、等間隔離れて配置されている場合、１つの明区間（場所）とこの１つの明区間（場所）に隣接する１つの暗区間（場所）とに配置された複数の点光源１４１の、それぞれが配置される区間を１周期の区間とし、１周期の区間に配置された、複数の点光源１４１のそれぞれが照明した状態で撮影された複数の画像を１周期分の画像とする。
【００９２】
１つの明区間(場所)とその明区間(場所)に隣接する暗区間(場所)に存在する照明が一連の時間区間で照明されない場合であっても、１つの明区間(場所)とその明区間（場所）に隣接する１つの暗区間(場所)の照明によって照明される状態を、場所すなわち空間的な１周期とみなす。
【００９３】
図１２Ａ中の画素Ａとは位置の異なる画素Ｂにおいては、明区間と暗区間の境界位置が画素Ａに対する境界位置とは異なる。しかしながら、画素Ａに対する明区間と暗区間の大きさと、画素Ｂに対する明区間と暗区間の大きさとは、同一である。これは、画素Ａと画素Ｂとに対して、マスク１４２の遮光部分と透光部分の大きさ、マスク１４２とイメージセンサ１５０表面との距離、および、点光源１４１とイメージセンサ１５０表面との距離が同じであるからである。すなわち、イメージセンサ１５０上の任意の画素において、明暗の周期は同じであるが、画素の位置によって明区間の照明位置と暗区間の照明位置が異なることになる。
【００９４】
図１０に示すステップＳ１３００において、明暗画像処理部１２０は、イメージセンサ１５０の各画素について、撮影によって取得された複数画像のそれぞれの同一位置の画素での輝度の最大値から最小値を減算する。この輝度の最大値と最小値はそれぞれ、イメージセンサ１５０上の各画素の明区間と暗区間に対応している。
【００９５】
すなわち、実施の形態１では、イメージセンサ１５０の受光面の一部の領域は、物質を照明する第１の光源とその領域との間にマスク１４２の透光部分が配置されている状態で第１の画像を取得する。これにより、明区間にある第１の画像が取得される。また、イメージセンサ１５０の受光面の一部の領域は、物質を照明する第２の光源とその領域との間にマスク１４２の遮光部分が配置されている状態で第２の画像を取得する。これにより、暗区間にある第２の画像が取得される。
【００９６】
ここで、撮影された画像の全画素で、輝度の最大値と最小値を特定するために必要な撮影の条件は、イメージセンサ１５０上の全画素で、明区間に位置する点光源１４１の照明による撮影と、暗区間に位置する点光源１４１の照明による撮影の両方が行われていることである。
【００９７】
イメージセンサ１５０上の全画素のそれぞれでは、同一の点光源であっても、画素によって当該の点光源が明区間に位置するか、暗区間に位置するかが異なる。例えば図１２Ｂに示すように、点光源１４１ｄに対して画素Ａでは直接光は遮光部分１４２ｂにさえぎられて暗区間となるが、画素Ｂでは点光源１４１ａから射出された光はマスク１４２の透光部分１４２ａを透過して画素Ｂに到達する。すなわち画素Ｂでは点光源１４１ｄは明区間にある。
【００９８】
イメージセンサ１５０上の２つの異なる画素において、照明の明区間と暗区間は区間の大きさは同じだが、その位置が異なる。２つの画素間の距離に応じて、明区間と暗区間の位置がずれる。例えば図１２Ａの画素Ａと画素Ｂの場合である。画素Ｂとマスク１４２の遮光部分１４２ｂと透光部分１４２ａの境界を通る照明位置である点光源１４１ａ’と画素Ｂとマスク１４２の遮光部分１４２ｂと透光部分１４２ｃの境界を通る照明位置である点光源１４１ｂ’を仮定した場合、点光源１４１ａと点光源１４１ａ’、点光源１４１ｂと点光源１４１ｂ’の位置は異なるが、点光源１４１ａと点光源１４１ｂとの距離すなわち画素Ａにおける暗区間の大きさと、点光源１４１ａ’と点光源１４１ｂ’との距離すなわち画素Ｂにおける暗区間の大きさは同じである。隣接する明区間についても同様であり、画素Ａと画素Ｂにおいて、暗区間と明区間の大きさが同一である。すなわち、画素ごとの照明の位置に対する照明の周期は同一である。
【００９９】
したがって、画素Ａ、画素Ｂについて、少なくとも、図１２Ａに示すそれぞれの画素における明区間に配置された１つの点光源１４１と、図１２Ａに示すそれぞれの画素における暗区間に配置された１つの点光源１４１とから照明が行われたときの撮影が必要である。すなわち、１つの暗区間の距離と１つの明区間の距離を合算した距離を１周期の距離とした場合、隣りあう点光源間の距離は、１／２周期の距離以下である必要がある。実際には、複数の点光源１４１からの光を順に照射した場合に、マスク１４２の透光部分を直接光が透過してイメージセンサ１５０表面に到達する明区間と、マスク１４２の遮光部分により直接光が遮断されてイメージセンサ１５０表面に到達しない暗区間との境界は、はっきりとはしない。
【０１００】
図１３は、イメージセンサ１５０上の各位置における光の強度を示す。例えば、図１３のように、境界部分の輝度はなだらかに変化する。そのため、隣り合う点光源１４１間の距離を１／２周期の距離としても、すなわち、１つの暗区間の距離と１つの明区間の距離を合算した距離を１周期の距離とした場合に１周期の距離において２つの点光源を設けても、イメージセンサ１５０上の全画素で明区間と暗区間での撮影結果を得ることができない場合がある。発明者らは経験的に、１つの暗区間の距離と１つの明区間の距離を合算した距離を１周期の距離とした場合、１／３周期の距離間隔で点光源１４１を配置し、すなわち、１周期の距離に３つの点光源を配置し、逐次点光源１４１を点灯して撮影を行うと、イメージセンサ１５０上の全画素で明区間と暗区間での撮影結果が得られることを確認している。つまり、照明器１４０における複数の点光源１４１の間隔は、１／２周期の距離以下であり、好ましくは、１／３周期の距離以下である。そして、上述の第１の光源１４１Ａと第２の光源１４１Ｂとの間の所定の距離は、イメージセンサ１５０上の任意の画素に対する明区間の照明位置と、その画素に対する暗区間の照明位置との間の距離である。具体的には、複数の点光源１４１の間隔が１／３周期の距離である場合、上述の第１の光源１４１Ａと第２の光源１４１Ｂとの間の所定の距離は、１つの暗区間の距離と１つの明区間の距離を合算した距離を１周期の距離とした場合、その周期の１／３の距離である。
【０１０１】
ステップＳ１２１０で参照される照明位置リストは、例えば、１／３周期の距離間隔で点光源１４１を配置し、すなわち、１周期の距離に３つの点光源を配置し、スリットを横切る方向に点光源１４１を配置した際の７点照明位置を示したリストである。ここでは照明は２周期とし、１／３周期の距離間隔で点光源１４１を配置するため、照明周期の両端を含め、２周期の区間に７点の照明が配置される。なお、スリットを横切る方向とは、マスク１４２の遮光部分と透光部分とが交互に配列される方向である。
【０１０２】
［３−３．明暗画像処理］
図１０に示すステップＳ１３００の明暗画像処理部１２０の動作の詳細を説明する。
【０１０３】
図１４は、実施の形態１に係る明暗画像処理部１２０の動作の一例を示すフローチャートである。
【０１０４】
（ステップＳ１３０１）
明暗画像処理部１２０のデータ取得部１２１は、複数の画像と、その複数の画像のそれぞれに対応する照明位置とが記憶部１１０に格納されているか否かを判定する。この複数の画像と複数の照明位置のそれぞれは、ステップＳ１２００において２周期の区間に配置された複数の点光源１４１がそれぞれ順に照明したときに取得された画像および照明位置である。データ取得部１２１は、格納されていると判定すると（ステップＳ１３０１においてｙｅｓ）、明暗画像処理を続行する（ステップＳ１３１０へ進む）。
【０１０５】
（ステップＳ１３１０）
データ取得部１２１は、ステップＳ１２００で取得された複数の画像およびその複数の画像のそれぞれに対応する照明位置を記憶部１１０より取得する。
【０１０６】
（ステップＳ１３２０）
画素選択部１２６は、生成する画像に含まれる全画素について輝度値の計算処理が終了したか否かを判定する。より具体的には、その計算処理とは、ステップＳ１３２０からステップＳ１３６０までの処理を意味する。
【０１０７】
生成する画像に含まれる全画素について計算処理が終了している場合（ステップＳ１３２０においてｙｅｓ）、明暗画像処理部１２０は、明暗画像処理を終了する（ステップＳ１４００へ進む）。
【０１０８】
生成する画像に含まれるいずれかの画素について計算処理が終了していない場合（ステップＳ１３２０においてｎｏ）、明暗画像処理部１２０は、明暗画像処理を続行する（ステップＳ１３３０へ進む）。
【０１０９】
生成する画像は、ステップＳ１２００で取得した複数の画像のうち最も画素の少ない画像よりも、少ない画素を含む。すなわち、生成する画像の画素数は、取得した複数の画像の何れの画素数よりも少ない。
【０１１０】
（ステップＳ１３３０）
画素選択部１２６は、生成する画像に含まれる複数の画素の中から１つの画素を選択する。ここで選択される１つの画素、つまり選択画素は、生成する画像に含まれる複数の画素のうち、計算処理がまだ実行されていない画素である。なお、生成する画像の画素値（すなわち輝度値）の初期値は０である。
【０１１１】
（ステップＳ１３４１）
最大値決定部１２２は、ステップＳ１３３０で選択された画素（すなわち選択画素）について、ステップＳ１２００で撮影された複数の画像のそれぞれに含まれる、当該選択画素と同一位置にある画素の輝度値を比較する。その比較の結果、最大値決定部１２２は、最大の輝度値を、当該選択画素の輝度の最大値として決定する。
【０１１２】
（ステップＳ１３４２）
最小値決定部１２３は、ステップＳ１３３０で選択された画素（すなわち選択画素）について、ステップＳ１２００で撮影された複数の画像のそれぞれに含まれる、当該選択画素と同一位置にある画素の輝度値を比較する。その比較の結果、最小値決定部１２３は、最小の輝度値を、当該選択画素の輝度の最小値として決定する。
【０１１３】
なお、ステップＳ１３４１とステップＳ１３４２はどちらを先に行っても良い。また並列して行っても良い。
【０１１４】
（ステップＳ１３５０）
計算部１２４は、ステップＳ１３４１で決定された輝度の最大値より、ステップＳ１３４２で決定された輝度の最小値を減算する。
【０１１５】
（ステップＳ１３６０）
画像生成部１２５は、ステップＳ１３５０で計算した輝度値を、当該選択画素の輝度値として記憶する。
【０１１６】
明暗画像処理部１２０は、ステップＳ１３２０からステップＳ１３６０を繰り返すことで、生成する画像の全画素の輝度値を生成することができる。
【０１１７】
［４．効果］
以上のように実施の形態１に係る画像生成装置１０によれば、位置の異なる複数の点光源１４１からの光を、マスク１４２に通して対象物およびイメージセンサ１５０に投射して、透過光による撮影を行う。マスク１４２は、スリットあるいはチェッカーパタンなどの、遮光部分と透光部分との繰り返しパタンを持つ。この撮影によって取得された複数の画像から、生成しようとする画像中の画素（すなわち選択画素）ごとに、マスク１４２の透光部分を光が通過して直接光としてその画素に届いた状態で撮影された画像を特定する。そして、その特定された画像に含まれる、その選択画素と同一位置にある画素の輝度値を輝度の最大値として決定する。同様に、撮影によって取得された複数の画像から、選択画素ごとに、マスク１４２の遮光部分により点光源１４１からの直接光がさえぎられた状態で撮影された画像を特定する。そして、その特定された画像に含まれる、その選択画素と同一位置にある画素の輝度値を輝度の最小値として決定する。輝度の最大値は、直接光と対象物による散乱光あるいは屈折光とに応じた輝度を示す。輝度の最小値は、直接光以外の、対象物による散乱光あるいは屈折光に応じた輝度を示す。輝度の最大値から最小値を減算することで、直接光によって得られた輝度値を求めることができる。これにより、散乱光あるいは屈折光によるノイズを削減し、直接光による鮮明な画像を生成することができる。
【０１１８】
ここで、非特許文献１は、高周波照明を用いた散乱光除去技術を開示している。
【０１１９】
高周波照明において、光源から出力される光の種類と、対象物に照射される光で明暗パタンを生成する方法とを変えることが考えられる。
【０１２０】
非特許文献１では、対象物と、光源およびマスクとの間の距離が十分に離れていることを想定している。そのため、光源を用いて、平行光又は平行光に近い光で照明することにより、対象物の画像を撮影している。
【０１２１】
対象物に照射される光で明暗パタンを生成する方法には、（ｉ）明暗パタンを有する光を利用する方法と、（ｉｉ）照明と対象物との間に遮光用のマスクを設置する方法とがある。さらに、対象物の上面において、照射される光の明暗パタンの位置を移動させることを考えた場合、（ｉｉｉ）光源の位置を変える方法と、（ｉｖ）マスクの位置を変える方法とがある。
【０１２２】
非特許文献１のように、平行光又は平行光に近い光を用いて画像を撮像する場合、マスクの位置を固定して、かつ、光源の位置を動かしても、マスクを通過して対象物へ照射される光には変化がない。つまり、（ｉｉｉ）光源の位置を変えることによって、照射される光の明暗パタンの位置を移動させる方法を採用することが難しい。
【０１２３】
一方、光源およびマスクと、対象物との間の距離が小さい条件を有する顕微鏡の場合、平行光を簡易に得るのは難しい。よって、光源から出力される光の種類として、拡散光が用いられることが考えられる。
【０１２４】
拡散光が用いられる場合、マスクから対象物までの距離が大きいと、明暗のパタンが広がって、高周波照明の効果を得ることが難しい。
【０１２５】
例えば、マスクを対象物に近づけた場合、（ｉｖ）マスクの移動に伴って、細胞のような微小な対象物への影響が出る可能性がある。具体的には、マスクの移動に伴って、微小な対象物が移動又は回転する可能性がある。細胞のような微小な対象物の画像を撮像する場合、光源及びマスクと対象物との間の距離が小さくなる。よって、マスクと対象物との間の距離が小さく、かつ、拡散光を照射する光源を用いなければならない場合、マスクを固定し、かつ、光源を移動させることによって、光の明暗パタンの位置を移動することで、高周波照明を効果的に行うことができる。
【０１２６】
＜実施の形態１の効果＞
図２６Ａおよび図２６Ｂは、０．０４ｍｍの平均直径を有する複数のガラスビーズが樹脂で固められた状態を撮影した画像である。図２６Ａ及び図２６Ｂに示す複数の球が、ガラスビーズに相当する。
【０１２７】
図２６Ａの画像は、点光源による照明を照射し、かつ、マスクなしの状態で撮像された画像である。図２６Ｂの画像は、実施の形態１の方法で撮影し、かつ合成された画像である。図２６Ｂの画像は、図２６Ａの画像に比べて、コントラストが大きく、かつ、輪郭が明瞭である。
【０１２８】
図２７は、図２６Ａの画像及び図２６Ｂの画像輝度プロファイルを示す。図２７において、図２６Ａの画像の輝度プロファイルを実線し、図２６Ｂの実施の形態１の方法で撮影合成された画像の輝度プロファイルを破線で示す。図２７の横軸は、画像の横軸位置を画素数で示した値であり、縦軸は輝度値である。図２７に示す輝度プロファイルは、図２６Ａおよび図２６Ｂの矢印で示した位置で算出された。
【０１２９】
図２７の横軸が５０以上の領域において、図２６Ｂの画像（破線）の輝度勾配が、図２６Ａの画像の輝度勾配（実線）よりも大きい。よって、図２７に示すように、実施の形態１の方法で撮影し、かつ合成された画像は、マスクなしの状態で撮像された画像よりも高いコントラストを有することが確認できる。
【０１３０】
（実施の形態１の変形例）
次に、実施の形態１の変形例について説明する。実施の形態１では、各画素が１周期以上の範囲で撮影され、選択画素ごとに、複数の画像のそれぞれにおける、その選択画素と同一位置の画素の最大の輝度値と最小の輝度値とを決定する。そして、最大の輝度値から最小の輝度値を減じて当該選択画素の輝度を求めた。本変形例では、最大の輝度値と最小の輝度値とのうち分散が小さい、すなわち安定している輝度値を、選択画素の輝度の最大値または最小値に採用する。そして、採用された輝度値が最大値であれば、その最大値が得られときの照明位置と上述の周期とを用いて、選択画素の輝度の最小値を決定する。一方、採用された輝度値が最小値であれば、その最小値が得られときの照明位置と上述の周期とを用いて、選択画素の輝度の最大値を決定する。
【０１３１】
図１５は、マスク１４２を用いたイメージセンサ１５０による撮影結果の一例を示す。具体的には、図１５は、点光源１４１からの光を、スリットのマスク１４２に通過させ、マスク１４２と平行に設置されたイメージセンサ１５０の表面で受光しているときに、撮影を行って得られた画像の例を示す。この例では、対象物は無い。図１５のように、マスク１４２を通過した光の干渉等により、強度ムラが発生し、最大値または最小値が得られる照明位置が不安定になる場合がある。このような場合には、輝度の最大値を示す画像が、明区間の直接光が最も強い画像とは異なる可能性がある。あるいは、輝度の最小値を示す画像が、暗区間の直接光が最も少ない画像とは異なる可能性がある。
【０１３２】
本変形例では、このような場合に、画素ごとの輝度の計算結果をより安定なものにすることができる。
【０１３３】
すなわち、本変形例に係る画像生成装置１０では、イメージセンサの受光面の一部の領域（具体的には、選択画素）は、第１の光源１４１Ａおよび第２の光源１４１Ｂを含む複数の光源のそれぞれが順に物質を照明する場合において、最大の輝度値を有する画像と最小の輝度値を有する画像とを周期ごとに取得する。そして、処理回路である明暗画像処理部１２０は、周期ごとに取得される最大の輝度値を有する輝度最大画像を含む第１の画像群と、周期ごとに取得される最小の輝度値を有する輝度最小画像を含む第２の画像群とのうち、輝度値の分散が小さい画像群を選択する。ここで、明暗画像処理部１２０は、（ｉ）選択された画像群が第１の画像群である場合には、第１の画像群のうち、最大の輝度値を有する画像であって、第１の光源１４１Ａが物質を照明しているときにイメージセンサ１５０によって取得される画像を、第１の画像として選択する。さらに、明暗画像処理部１２０は、第１の画像がイメージセンサ１５０によって取得されてから、その周期の半周期ずれたタイミングでイメージセンサ１５０によって取得される画像であって、第２の光源１４１Ｂが物質を照明しているときにイメージセンサ１５０によって取得される画像を、第２の画像として選択する。一方、明暗画像処理部１２０は、（ｉｉ）選択された画像群が第２の画像群である場合には、第２の画像群のうち、最小の輝度値を有する画像であって、第２の光源１４１Ｂが物質を照明しているときにイメージセンサ１５０によって取得される画像を、第２の画像として選択する。さらに、明暗画像処理部１２０は、第２の画像がイメージセンサ１５０によって取得されてから、その周期の半周期ずれたタイミングでイメージセンサ１５０によって取得される画像であって、第１の光源１４１Ａが物質を照明しているときにイメージセンサ１５０によって取得される画像を、第１の画像として選択する。なお、具体的には、第１の画像および第２の画像のそれぞれは、イメージセンサ１５０に含まれる同一の画素に対応する輝度値を有する。
【０１３４】
より具体的には、画像生成装置１０では、３周期以上の範囲で撮影し、周期ごとに輝度の最大値と最小値を求める。以下、１周期における最大値を、１周期内最大値ともいい、１周期における最小値を、１周期内最小値ともいう。各周期の１周期内最大値からなる最大値群と、各周期の１周期内最小値からなる最小値群とのうち、分散の小さい群を選択する。そして、選択された群が最大値群であれば、その最大値群に含まれる複数の１周期内最大値から、最大の１周期内最大値を、全周期内最大値として選択するとともに、選択画素の輝度の最大値として採用する。一方、選択された群が最小値群であれば、その最小値群に含まれる複数の１周期内最小値から、最小の１周期内最小値を、全周期内最小値として選択するとともに、選択画素の輝度の最小値として採用する。ここで、全周期内最大値を選択したときには、その全周期内最大値に対応する画像を取得した際の照明位置から、半周期に相当する距離だけ離れた照明位置の点光源１４１が照明しているときに撮影された画像を特定する。そして、その特定された画像に含まれる、選択画素と同一位置にある画素の輝度値を、選択画素の輝度の最小値として採用する。一方、全周期内最小値を選択したときには、その全周期内最小値に対応する画像を取得した際の照明位置から、半周期に相当する距離だけ離れた照明位置の点光源１４１が照明しているときに撮影された画像を特定する。そして、その特定された画像に含まれる、選択画素と同一位置にある画素の輝度値を、選択画素の輝度の最大値として採用する。
【０１３５】
以下に、実施の形態１の変形例について、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。また、本変形例に係る画像生成装置１０の構成は、実施の形態１と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【０１３６】
［１．画像生成装置の動作］
本変形例に係る画像生成装置１０の動作について説明する。本変形例に係る画像生成装置１０の全体的な概略動作は、実施の形態１の図１０に示すフローチャートで示した動作と同様である。しかし、本変形例に係るステップＳ１２００の多光源撮影およびステップＳ１３００の明暗画像処理のそれぞれの詳細な動作は、実施の形態１とは異なる。また、本変形例に係るステップＳ１４００の画像生成の動作は、実施の形態１と同様であるため、その動作の説明を省略する。
【０１３７】
［１−１．多光源撮影］
本変形例に係るステップＳ１２００の多光源撮影の詳細について説明する。本変形例に係るステップＳ１２００では、図１１に示すステップＳ１２１０からステップＳ１２６０の動作のうち、ステップＳ１２１０の動作が実施の形態１と異なる。
【０１３８】
実施の形態１では、ステップＳ１２１０において制御部１６０は、予め定められた複数の照明位置を示す照明位置リストを参照して、各照明位置から照明された対象物の撮影が終了したか否かを判定する。具体的には、照明位置リストに示される複数の点光源１４１の照明位置は、２周期の区間において、１／３周期の間隔だけ互いに離れて、スリットを横切る方向に沿って配置されている。本変形例では、照明位置リストに示される複数の点光源１４１の照明位置はそれぞれ、３周期以上、例えば５周期の区間において、１／６周期の間隔だけ互いに離れて、スリットを横切る方向に沿って配置されている。つまり、本変形例における照明位置リストでは、１周期の区間に６つの照明が、５周期の区間に配置される。両端に配置された照明を含め３１点の照明位置が示されている。
【０１３９】
ここで、照明位置リストに含まれるすべての照明位置からの照明による撮影が終了している場合（ステップＳ１２１０においてｙｅｓ）、ステップＳ１３００へ進む。一方、照明位置リスト内のいずれかの照明位置からの照明による撮影が終了していない場合（ステップＳ１２１０においてｎｏ）、ステップＳ１２２０へ進む。
【０１４０】
これにより、照明の３周期以上のそれぞれの周期において、本変形例では照明５周期のそれぞれの周期において、明区間と暗区間での撮影が行われる。したがって、明区間と暗区間の光の強度にムラがある場合にも、複数の明区間の輝度の最大値と、複数の暗区間の輝度の最小値とを参照できる。
【０１４１】
［１−２．明暗画像処理］
次に、本変形例に係るステップＳ１４００の明暗画像処理の詳細を説明する。
【０１４２】
図１６は、本変形例に係る明暗画像処理部１２０の動作の詳細の一例を示すフローチャートである。図１６に示すフローチャート中、実施の形態１の図１４に示すステップＳ１３０１からステップＳ１３３０と、ステップＳ１３５０と、ステップＳ１３６０と同様のステップに対しては、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１４３】
ステップＳ１３１０において、データ取得部１２１は、ステップＳ１２００で取得された複数の画像およびその複数の画像のそれぞれに対応する照明位置を記憶部１１０より取得する。ステップＳ１３２０では、画素選択部１２６は、生成する画像に含まれる全画素について輝度値の計算処理が終了したか否かを判定する。
【０１４４】
生成する画像に含まれる全画素について計算処理が終了している場合（ステップＳ１３２０においてｙｅｓ）、明暗画像処理部１２０は、明暗画像処理を終了する（ステップＳ１４００へ進む）。
【０１４５】
生成する画像に含まれるいずれかの画素について計算処理が終了していない場合（ステップＳ１３２０においてｎｏ）、明暗画像処理部１２０は、明暗画像処理を続行する（ステップＳ１３３０へ進む）。
【０１４６】
ステップＳ１３３０では、画素選択部１２６は、生成する画像に含まれる複数の画素のうち、計算処理がまだ実行されていない１画素を選択画素として選択する。
【０１４７】
（ステップＳ２３０１）
画素選択部１２６は、ステップＳ１３１０でデータ取得部１２１が取得した複数の画像のそれぞれを、周期が異なる複数のグループに分類する、すなわちグループ化する。つまり、画素選択部１２６は、複数の画像のそれぞれに対応する照明位置に基づき、明区間と暗区間とからなる周期ごとに、１周期分の複数の照明位置のそれぞれの画像を１つのグループに分類する。この複数のグループのそれぞれは、明区間および暗区間からなる周期に対応する。なお、周期の始点と終点は明区間と暗区間の境界である必要は無い。本変形例では、ステップＳ１２００で参照される予め定められた照明位置リストは、３周期以上の区間に位置する複数の照明位置を示す。本変形例では５周期の区間に位置する１周期辺り６つの照明の位置を示す。すなわち、ステップＳ２３０１では、複数の画像は、３つ以上のグループ、本変形例では５つのグループにグループ化される。ステップＳ１２００において、５周期分の区間に位置する複数の照明位置からの照明による撮影が行われた場合には、ステップＳ２３０１において、複数の画像は、５つのグループにグループ化される。
【０１４８】
（ステップＳ２３０２）
さらに、画素選択部１２６は、ステップＳ２３０１でのグループ化によって生成された全てのグループ、すなわち全ての周期のそれぞれについて、選択画素の輝度の最大値と、その選択画素の輝度の最小値とが決定されているか否かを判定する。その輝度の最大値は、上述の１周期内最大値であり、その輝度の最小値は、上述の１周期内最小値である。つまり、ステップＳ２３０２では、全ての周期のそれぞれで、選択画素の１周期内最大値および１周期内最小値が決定されているか否かが判定される。
【０１４９】
全グループについて輝度の最大値と最小値の決定が終了している場合（ステップＳ２３０２においてｙｅｓ）、ステップＳ２３０７へ進む。
【０１５０】
全グループについて輝度の最大値と最小値の決定が終了していない場合（ステップＳ２３０２においてｎｏ）、明暗画像処理部１２０は、最大値および最小値の決定処理を続行する（ステップＳ２３０３へ進む）。この決定処理は、ステップＳ２３０３〜Ｓ２３０６の処理である。
【０１５１】
（ステップＳ２３０３）
画素選択部１２６は、全周期（すなわち全てのグループ）のうち、選択画素の輝度の最大値と最小値の決定がまだ実行されていない１周期（すなわちグループ）を決定する。
【０１５２】
（ステップＳ２３０４）
最大値決定部１２２は、その決定された１周期（すなわちグループ）に分類された複数の画像のそれぞれの、選択画素と同一位置にある画素の輝度値を比較する。具体的には、最大値決定部１２２は、ステップＳ１２００で撮影された複数の画像のうちの、ステップＳ２３０３で決定された１周期の区間に配置された複数の照明により撮影された複数の画像の中で、ステップＳ１３３０で選択された画素と同一位置にある画素の輝度値を比較する。これにより、最大値決定部１２２は、その１周期（すなわちグループ）に対して、選択画素の輝度の最大値（すなわち１周期内最大値）を決定する。
【０１５３】
（ステップＳ２３０５）
最小値決定部１２３は、その決定された１周期(すなわちグループ)に分類された複数の画像のそれぞれの、選択画素と同一位置にある画素の輝度値を比較する。具体的には、最小値決定部１２３は、ステップＳ１２００で撮影された複数の画像のうちの、ステップＳ２３０３で決定された１周期の区間に配置された複数の照明により撮影された複数の画像の中で、ステップＳ１３３０で選択された画素と同一位置にある画素の輝度値を比較する。これにより、最小値決定部１２３は、その１周期(すなわちグループ)に対して、選択画素の輝度の最小値（すなわち１周期内最小値）を決定する。
【０１５４】
（ステップＳ２３０６）
記憶部１２７は、ステップＳ２３０４で決定された輝度の最大値と、撮影によってその最大値が得られたときの点光源１４１の照明位置と記憶する。さらに、記憶部１２７は、ステップＳ２３０５で決定された輝度の最小値と、撮影によってその最小値が得られたときの点光源１４１の照明位置とを記憶する。このとき、記憶部１２７は、最大の輝度値と、その最大の輝度値に対応する照明位置と、最小の輝度値と、その最小の輝度値に対応する照明位置とを、ステップＳ２３０３で選択された周期とあわせて記憶する。その後、明暗画像処理部１２０は、ステップＳ２３０２からステップS２３０６の処理を繰り返し実行する。
【０１５５】
明暗画像処理部１２０は、ステップＳ２３０２からステップＳ２３０６までの処理を繰り返すことで、３周期以上の全周期のそれぞれに対して、選択画素の輝度の最大値および最小値を求め、その最大値および最小値のそれぞれに対応する照明位置を決定する。
【０１５６】
（ステップＳ２３０７）
計算部１２４は、ステップＳ２３０６で記憶された周期ごとの輝度の最大値の分散を求める。さらに、計算部１２４は、周期ごとの輝度の最小値の分散を求める。さらに、計算部１２４は、輝度の最大値の分散と最小値の分散とを比較する。
【０１５７】
ステップＳ２３０７において輝度の最小値の分散が最大値の分散より小さい場合、すなわちステップＳ２３０７においてｙｅｓの場合、ステップＳ２３０８へ進む。ステップＳ２３０７において輝度の最小値の分散が最大値の分散より大きい、または最小値の分散と最大値の分散とが等しい場合、すなわちステップＳ２３０７においてｎｏの場合、ステップＳ２３１０へ進む。すなわち、計算部１２４は、各周期の１周期内最大値からなる最大値群と、各周期の１周期内最小値からなる最小値群とのうち、分散の小さい群を選択する。
【０１５８】
（ステップＳ２３０８）
計算部１２４は、ステップＳ２３０６で記憶された周期ごとの最小値のうち最も小さい値を、選択画素に採用される最終的な輝度の最小値として決定する。この最終的な輝度の最小値は、上述の全周期内最小値である。すなわち、計算部１２４は、ステップＳ２３０７で選択された群が最小値群であれば、その最小値群に含まれる複数の１周期内最小値から、最小の１周期内最小値を、全周期内最小値として選択するとともに、選択画素の輝度の最小値として採用する。
【０１５９】
（ステップＳ２３０９）
計算部１２４は、ステップＳ２３０８で決定された選択画素の輝度の最小値（すなわち全周期内最小値）に対応する照明位置から半周期の距離だけずれた照明位置を特定する。そして、計算部１２４は、記憶部１２７が保持する複数の画像から、その特定された照明位置の点光源１４１の照明により撮影された画像を参照する。計算部１２４は、その参照する画像に含まれる、選択画素と同一位置にある画素の輝度値を、その選択画素に採用される最終的な輝度の最大値として決定する。この最終的な輝度の最大値は、上述の全周期内最大値である。すなわち、計算部１２４は、ステップＳ２３０８で全周期内最小値を選択したときには、その全周期内最小値に対応する画像を取得した際の照明位置から、半周期の距離だけ離れた照明位置の点光源１４１が照明しているときに撮影された画像を特定する。そして、計算部１２４は、その特定された画像に含まれる、選択画素と同一位置にある画素の輝度値を、選択画素の輝度の最大値として採用する。
【０１６０】
（ステップＳ２３１０）
計算部１２４は、ステップＳ２３０６で記憶された周期ごとの最大値のうち最も大きい値を、選択画素に採用される最終的な輝度の最大値として決定する。この最終的な輝度の最大値は、上述の全周期内最大値である。すなわち、計算部１２４は、ステップＳ２３０７で選択された群が最大値群であれば、その最大値群に含まれる複数の１周期内最大値から、最大の１周期内最大値を、全周期内最大値として選択するとともに、選択画素の輝度の最大値として採用する。
【０１６１】
（ステップＳ２３１１）
計算部１２４は、ステップＳ２３１０で決定された選択画素の輝度の最大値（すなわち全周期内最大値）に対応する照明位置から半周期の距離だけずれた照明位置を特定する。そして、計算部１２４は、記憶部１２７が保持する複数の画像から、その特定された照明位置の点光源１４１の照明により撮影された画像を参照する。計算部１２４は、その参照する画像に含まれる、選択画素と同一位置にある画素の輝度値を、その選択画素に採用される最終的な輝度の最小値として決定する。この最終的な輝度の最小値は、上述の全周期内最小値である。すなわち、計算部１２４は、ステップＳ２３１０で全周期内最大値を選択したときには、その全周期内最大値に対応する画像を取得した際の照明位置から、半周期の距離だけ離れた照明位置の点光源１４１が照明しているときに撮影された画像を特定する。そして、計算部１２４は、その特定された画像に含まれる、選択画素と同一位置にある画素の輝度値を、選択画素の輝度の最小値として採用する。
【０１６２】
（ステップＳ１３５０）
計算部１２４は、ステップＳ２３０９あるいはステップＳ２３１０で決定された選択画素の輝度の最大値より、ステップＳ２３０８あるいはステップＳ２３１１で決定された選択画素の輝度の最小値を減算する。
【０１６３】
（ステップＳ１３６０）
画像生成部１２５は、ステップＳ１３５０で計算した最大値と最小値の差分を、選択画素の輝度値として記憶する。
【０１６４】
明暗画像処理部１２０は、ステップＳ１３２０からステップＳ１３６０を繰り返すことで、生成する画像の全画素の輝度値を生成することができる。
【０１６５】
なお、実施の形態１の変形例では、計算部１２４は、ステップＳ２３０７において、周期ごとに求められた最大値の分散と最小値の分散とを比較して、最大値と最小値のうち安定した値を決定した。しかし、計算部１２４は、互いに隣り合う周期のそれぞれで輝度の最大値が得られた照明位置の間の距離の分散、すなわち最大値間の距離の分散を求めてもよい。この場合、計算部１２４は、同様に、互いに隣り合う周期のそれぞれで輝度の最小値が得られた照明位置の間の距離、すなわち最小値間の距離の分散を求める。そして、計算部１２４は、最大値間の距離の分散と最小値間の距離の分散とを比較して、最大値と最小値のうち安定した値を決定してもよい。
【０１６６】
［２．効果］
以上のように、マスク１４２の透光部分を通過した光による撮影によって得られたはずの輝度の最大値と、マスク１４２の遮光部分により直接光がさえぎられた状態の撮影によって得られたはずの輝度の最小値が、不安定になる場合がある。これは、光のマスク１４２通過時の干渉等が原因としてあげられる。しかし、実施の形態１の変形例に係る画像生成装置１０によれば、明区間と暗区間とを含む周期を３周期以上含むように、照明位置を設定して撮影を行う。そして、輝度の最小値と最大値のどちらかの安定している一方を基準として選択し、その基準に対応する照明位置から半周期ずれた照明位置による撮影結果の輝度を計算に用いる。つまり、本変形例では、干渉等によって不安定になった値ではなく、マスク１４２の周期によって生ずる輝度の最大値と最小値の組み合わせを用いる。これにより、散乱光あるいは屈折光によるノイズを削減し、直接光による鮮明な画像を生成することができる。すなわち、干渉等の不安定な状態があっても、直接光による輝度を生成することが出来る。
【０１６７】
（実施の形態２）
実施の形態２について説明する。実施の形態１では、各画素を明区間と暗区間の１周期以上の範囲で撮影し、選択画素ごとに、輝度の最大値と最小値を決定して、最大値から最小値を減じることによって当該選択画素の輝度値を求める。また、実施の形態１の変形例では、３周期以上の区間で撮影し、周期ごとに輝度の最大値と最小値を求め、周期ごとの最大値と最小値のうち分散の小さい値を選択する。そして、分散が小さい値が最大値であれば、周期ごとの最大値のうちの最大の値を基準とし、逆に、分散が小さい値が最小値であれば、周期ごとの最小値のうちの最小の値を基準として扱う。基準の値を有する画像を取得した際の照明位置から半周期の距離だけずれた照明位置の点光源１４１が照明しているときに撮影された画像のうちの、選択画素と同一位置にある画素の輝度を、選択画素の輝度の最小値または最大値として採用する。これにより、図１５に示したような輝度の最大値または最小値が不安定であるような場合でも、ノイズを削減し、直接光によって照明された物質の画像を生成することができる。
【０１６８】
実施の形態２では、マスク１４２なしで撮影し、マスク１４２なしで撮影された画像とマスク１４２がある状態で撮影された画像とを用いる。これにより、図１５に示したような輝度の最大値または最小値が不安定な場合であっても、散乱光あるいは屈折光を除去することが出来る。つまり、実施の形態２であっても、ノイズを削減し、直接光によって照明された物質の画像を生成することができる。以下に、実施の形態２について詳細に説明する。
【０１６９】
［１．画像生成装置の構成］
図１７は、実施の形態２に係る画像生成装置２０の機能ブロック図である。図１７に示すように、画像生成装置２０は、細胞などの透光性を有する物質の画像を生成する装置であって、撮影部２００と、記憶部１１０と、明暗画像処理部１２０と、出力部１３０とを備える。撮影部２００は、照明器２４０、制御部２６０およびイメージセンサ１５０を備える。照明器２４０は、第１の光源１４１Ａ、第２の光源１４１Ｂ、マスク２４２および駆動部２４３を備える。
【０１７０】
つまり、実施の形態２に係る画像生成装置２０は、実施の形態１の画像生成装置１０と同様、記憶部１１０、明暗画像処理部１２０および出力部１３０を備える。しかし、画像生成装置２０は、撮影部１００の代わりに撮影部２００を備えている点が、実施の形態１の画像生成装置１０とは異なる。また、実施の形態２に係る撮影部２００は、実施の形態１の撮影部１００と同様、イメージセンサ１５０を備える。しかし、撮影部２００は、照明器１４０の代わりに照明器２４０を備え、制御部１６０の代わりに制御部２６０を備えている点が、実施の形態１の撮影部１００とは異なる。また、実施の形態２に係る照明器２４０は、実施の形態１の照明器１４０と同様、第１の光源１４１Ａおよび第２の光源１４１Ｂを備える。しかし、照明器２４０は、マスク１４２の代わりにマスク２４２を備え、さらに駆動部２４３を備える点が、実施の形態１の照明器１４０とは異なる。なお、実施の形態２における各構成要素のうち、実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１７１】
実施の形態２では、実施の形態１と同様に、照明器２４０に含まれる互いに位置の異なる複数の点光源１４１がマスク２４２を介して、対象物である物質を順次照明することで、イメージセンサ１５０および対象物に到達する光の明暗のパタンを切り替える。なお、実施の形態２に係るマスク２４２は、実施の形態１と同様、スリットまたはチェッカーパタンを有する。つまり、マスク２４２は、光を透過する透光部分と、光を遮断する遮光部分とを有する。さらに、実施の形態２では、マスク２４２がない状態、すなわち、点光源１４１の光線のすべてが遮断されること無くイメージセンサ１５０および対象物に到達する状態でも撮影を行う。そして、実施の形態２では、マスク２４２なしでの撮影結果と、明区間の画像および暗区間の画像とから、鮮明な画像を生成する。
【０１７２】
なお、実施の形態２に係る画像生成装置２０は、制御部２６０、記憶部１１０、出力部１３０および駆動部２４３を備えているが、これらの構成要素は必須ではなく、画像生成装置２０はこれらの構成要素を備えていなくてもよい。
【０１７３】
［１−１．撮影部］
まず、撮影部２００の構成について説明する。撮影部２００は、照明器２４０と、イメージセンサ１５０と、制御部２６０とを備える。
【０１７４】
実施の形態２に係る照明器２４０は、第１の光源１４１Ａおよび第２の光源１４１Ｂを含む複数の光源からなる光源群と、マスク２４２と、駆動部２４３とを備える。第１の光源１４１Ａは、物質を照明する点光源である。第２の光源１４１Ｂは、第１の光源１４１Ａから所定の距離だけ離れた位置からその物質を照明する点光源である。マスク２４２は、第１の光源１４１Ａおよび第２の光源１４１Ｂからの光が透過する透光部分、ならびにその光を遮蔽する遮光部分を有する。また、駆動部２４３はマスク２４２を駆動する。
【０１７５】
以下、この照明器２４０の詳細について説明する。
【０１７６】
図１８は、実施の形態２における照明器２４０の構造の一例を模式的に示す図である。具体的には、照明器２４０は、上述の第１の光源１４１Ａおよび第２の光源１４１Ｂを含む複数の点光源１４１と、マスク２４２と、駆動部２４３とを備える。
【０１７７】
照明器２４０の複数の点光源１４１はそれぞれ、順に光を照射する。複数の点光源１４１は互いに異なる位置に配置され、互いに異なる方向から光をマスク２４２に通して対象物に照射する。
【０１７８】
マスク２４２は、スリットまたはチェッカーパタンを有する。つまり、マスク２４２は、光を透過する透光部分と光を遮断する遮光部分とを有する。駆動部２４３は、マスク２４２の設置あるいは除去を行う、例えばモータなどのアクチュエータを含む機構である。具体的には、駆動部２４３は、イメージセンサ１５０と第１の光源１４１Ａおよび第２の光源１４１Ｂとの間に、マスク２４２を設置したり、その設置されているマスク２４２を除去したりする。
【０１７９】
イメージセンサ１５０は、複数の画素を有し、上述の物質が配置される。イメージセンサ１５０の各画素は、受光面に配置され、複数の点光源１４１から照射された光の強度（すなわち輝度値）を取得する。イメージセンサ１５０は、各画素により取得された光の強度に基づいて、撮影画像を取得する。つまり、イメージセンサ１５０は、複数の点光源１４１からなる光源群のうちの第１の光源１４１Ａにより照明されたときに、物質の第１の画像を取得し、複数の点光源１４１からなる光源群のうちの第２の光源１４１Ｂにより照明されたときに、物質の第２の画像を取得する。また、イメージセンサ１５０は、その光源群に含まれる光源により照明されたときに、物質の第４の画像を取得する。ここで、その第１の画像および第２の画像は、イメージセンサ１５０と第１の光源１４１Ａおよび第２の光源１４１Ｂとの間に位置するマスク２４２を介して取得される。第４の画像は、マスク２４２を介さず取得される。
【０１８０】
制御部２６０は、複数の点光源１４１による光の照射、及びイメージセンサ１５０による撮影を制御する。さらに、制御部２６０は、マスク２４２の設置と除去のための駆動部２４３への制御信号を出力する。具体的には、制御部２６０は、マスク２４２の設置の信号、またはマスク２４２の除去の信号を駆動部２４３へ出力する。また、制御部２６０は、複数の点光源１４１が光を照射する順番、複数の点光源１４１が光を照射する時間間隔を制御する。
【０１８１】
［１−２．記憶部］
記憶部１１０は、イメージセンサ１５０で取得された画像を、制御部２６０で設定された撮影時の照明位置と、マスク２４２の有無の情報とに対応させて記憶する。マスク２４２の有無の情報は、イメージセンサ１５０と複数の点光源１４１との間に、マスク２４２が設置されているか（すなわちマスク２４２があるか）、その間からマスク２４２が除去されているか（すなわちマスク２４２がないか）を示す。
【０１８２】
図１９は、記憶部１１０が記憶する情報の例である。記憶部１１０は、イメージセンサ１５０で取得した画像を識別するＩＤと、撮影時に点灯していた点光源１４１の照明位置と、マスク２４２の有無の情報とを対応させて、記憶する。なお、マスク２４２の有無の「あり」は、マスク２４２が設置されている状態を示し、「なし」は、マスク２４２が除去されている状態を示す。
【０１８３】
［１−３．明暗画像処理部］
明暗画像処理部１２０は、実施の形態１の明暗画像処理部１２０と同様の構成を有し、少なくとも１つの制御回路または処理回路によって実現される。実施の形態２に係る明暗画像処理部１２０は、上述の第１の画像および第２の画像から、大きい輝度値を有する画像または小さい輝度値を有する画像を選択し、選択された画像と第４の画像とに基づく差分を導出することにより、物質の第５の画像を生成する。ここで、実施の形態２では、その第１の画像、第２の画像、第４の画像および第５の画像のそれぞれは、イメージセンサ１５０に含まれる同一の画素に対応する輝度値を有する。
【０１８４】
より具体的には、明暗画像処理部１２０は、実施の形態１の図９に示す明暗画像処理部１２０と同様、データ取得部１２１と、最大値決定部１２２と、最小値決定部１２３と、計算部１２４と、画像生成部１２５と、画素選択部１２６と、記憶部１２７とからなる。
【０１８５】
データ取得部１２１は、画像処理に使用する画像、すなわちその画像に含まれる画素ごとの輝度値と、その画像に対応する照明位置とを、記憶部１１０から取得する。
【０１８６】
画素選択部１２６は、イメージセンサ１５０の複数の画素、すなわち生成しようとする画像中の複数の画素より、輝度計算を行う画素を、選択画素として選択する。
【０１８７】
最大値決定部１２２は、記憶部１１０に記憶された複数の画像のそれぞれの、選択画素と同一位置にある画素の輝度値を比較し、最大の輝度値を有する画素を含む画像を特定し、その最大の輝度値を、選択画素の輝度の最大値として決定する。
【０１８８】
最小値決定部１２３は、記憶部１１０に記憶された複数の画像のそれぞれの、選択画素と同一位置にある画素の輝度値を比較し、最小の輝度値を有する画素を含む画像を特定し、その最小の輝度値を、選択画素の輝度の最小値として決定する。
【０１８９】
記憶部１２７は、データ取得部１２１が取得した画像と照明位置とを記憶し、また、最大値決定部１２２が決定した最大値と照明位置とを対応させて記憶し、最小値決定部１２３が決定した最小値と照明位置とを対応させて記憶する。
【０１９０】
計算部１２４は、生成しようとする画像の選択画素ごとに、最大値決定部１２２で決定された、当該選択画素の輝度の最大値の２倍から、マスク２４２がない状態で撮影された画像に含まれる、当該選択画素と同一位置にある画素の輝度値を減じる。または、計算部１２４は、選択画素ごとに、マスク２４２がない状態で撮影された画像に含まれる、当該選択画素と同一位置にある画素の輝度値から、最小値決定部１２３で決定された、当該選択画素の最小値の２倍を減じる。これにより、生成しようとする画像の各画素の輝度値が計算される。
【０１９１】
このように、計算部１２４は、上述の第１の画像および第２の画像から、大きい輝度値を有する画像または小さい輝度値を有する画像を選択し、選択された画像と第４の画像とに基づく差分を導出することにより、物質の第５の画像を生成する。なお、その第１の画像、第２の画像、第４の画像および第５の画像のそれぞれは、イメージセンサ１５０に含まれる同一の画素の輝度値を有する。
【０１９２】
ここで、マスク２４２における透光部分と遮光部分との面積比は１：１である。したがって、計算部１２４は、選択された画像の輝度値の２倍と、第４の画像の輝度値との差分を導出することにより、第５の画像の輝度値を生成する。
【０１９３】
具体的には、計算部１２４は、第１の画像および第２の画像から、大きい輝度値を有する画像を選択した場合には、選択された画像の輝度値の２倍から、第４の画像の輝度値を減算することにより、第５の画像の輝度値を生成する。または、計算部１２４は、第１の画像および第２の画像から、小さい輝度値を有する画像を選択した場合には、第４の画像の輝度値から、選択された画像の輝度値の２倍を減算することにより、第５の画像の輝度値を生成する。
【０１９４】
画像生成部１２５は、計算部１２４で計算された各画素の輝度値からなる画像を生成する。
【０１９５】
［１−４．出力部］
出力部１３０は、明暗画像処理部１２０によって生成された画像を提示する出力装置、またはその画像を電子データとして出力する手段である。
【０１９６】
［２．画像生成装置の動作］
次に、以上のように構成された画像生成装置２０の動作について説明する。実施の形態２に係る画像生成装置２０の全体的な概略動作は、実施の形態１の図１０のフローチャートで示した画像生成装置１０の全体的な概略動作と同様であるので説明を省略する。
【０１９７】
すなわち、実施の形態２に係る画像生成方法は、透光性を有する物質の画像を生成する画像生成方法であって、第１の光源１４１Ａおよび第２の光源１４１Ｂを含む複数の光源からなる光源群と、イメージセンサ１５０と、マスク２４２とを用いる。そして、この画像生成方法では、ステップＳ１２００において、以下の（ａ）〜（ｅ）の動作を行い、ステップＳ１３００およびステップＳ１４００において、以下の（ｆ）および（ｇ）の動作を行う。その（ａ）では、イメージセンサ１５０と第１の光源１４１Ａおよび第２の光源１４１Ｂとの間にマスク２４２を配置する。（ｂ）では、マスク２４２が配置されている状態で第１の光源１４１Ａにより照明されたときに、イメージセンサ１５０が物質の第１の画像を取得する。（ｃ）では、マスク２４２が配置されている状態で第２の光源１４１Ｂにより照明されたときに、イメージセンサ１５０が物質の第２の画像を取得する。（ｄ）では、イメージセンサ１５０と第１の光源１４１Ａおよび第２の光源１４１Ｂとの間からマスク２４２を除去する。（ｅ）では、マスク２４２が除去されている状態で、上述の光源群に含まれる光源により照明されたときに、イメージセンサ１５０が物質の第４の画像を取得する。（ｆ）では、第１の画像および第２の画像から、大きい輝度値を有する画像または小さい輝度値を有する画像を選択する。（ｇ）では、選択された画像と第４の画像とに基づく差分を導出することにより、物質の第５の画像を生成する。
【０１９８】
［２−１．多光源撮影］
図２０は、実施の形態２に係る画像生成装置２０の撮影部２００の動作の詳細の一例を示したフローチャートである。図２０に従って、撮影部２００の動作の詳細を説明する。
【０１９９】
（ステップＳ２２１０）
制御部２６０は、駆動部２４３にマスク除去信号を出力する。駆動部２４３は、照明器２４０のマスク２４２を、複数の点光源１４１とイメージセンサ１５０との間から除去、すなわち移動させる。これにより、制御部２６０は、複数の点光源１４１から射出される光がマスク２４２によって遮断されない状態を設定する。
【０２００】
（ステップＳ２２２０）
制御部２６０は、複数の点光源１４１のうち、イメージセンサ１５０の中央の直上にある点光源１４１を点灯する中央点灯信号を出力する。照明器２４０は、制御部２６０からの中央点灯信号を受け、複数の点光源１４１のうち、イメージセンサ１５０の中央の直上にある点光源１４１のみの光の照射を開始する。
【０２０１】
（ステップＳ２２３０）
点光源１４１によって対象物が照明されている間に、イメージセンサ１５０は、当該点光源１４１から対象物を透過した光によって形成される画像を取得する。このとき当該点光源１４１から射出された光はマスク２４２を通過しない。すなわち、当該点光源１４１から射出された光は、遮断されることなく、対象物及びイメージセンサ１５０へ到達する。
【０２０２】
（ステップＳ２２４０）
制御部２６０は、ステップＳ２２３０で取得した画像と、当該画像を取得したときの照明位置と、マスク２４２の有無の情報（具体的には「なし」）とをあわせて、記憶部１１０に出力する。記憶部１１０は、画像と照明位置とマスク２４２の有無の情報とを対応付けて、例えば図１９に示すように記憶する。
【０２０３】
（ステップＳ２２５０）
制御部２６０は、駆動部２４３にマスク設置信号を出力する。駆動部２４３は、照明器２４０のマスク２４２を移動させ、複数の点光源１４１とイメージセンサ１５０との間に設置する。これにより、制御部２６０は、複数の点光源１４１から射出される光が、マスク２４２を通して対象物およびイメージセンサ１５０に照射される状態を設定する。
【０２０４】
以降の動作は、実施の形態１の撮影動作（図１１に示すステップＳ１２００）と同様である。図２０のフローチャートには、実施の形態１の図１１と同じ動作には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０２０５】
（ステップＳ１２１０）
制御部２６０は、照明位置リストを参照して、各照明位置から照明された対象物の撮影が終了したか否かを判定する。
【０２０６】
ここで、照明位置リストに含まれるすべての照明位置からの照明による撮影が終了している場合（ステップＳ１２１０においてｙｅｓ）、ステップＳ１３００へ進む。一方、照明位置リスト内のいずれかの照明位置からの照明による撮影が終了していない場合（ステップＳ１２１０においてｎｏ）、ステップＳ１２２０へ進む。
【０２０７】
（ステップＳ１２２０）
制御部２６０は、照明位置リストに含まれる複数の照明位置の中から、まだ照明が行われていない照明位置を選択し、照明器２４０へ制御信号を出力する。
【０２０８】
（ステップＳ１２３０）
照明器２４０は、ステップＳ１２２０で制御部２６０より出力された制御信号に従って、対象物への照明を開始する。つまり、照明器１４０に含まれる複数の点光源１４１のうち、ステップＳ１２２０で選択された照明位置にある点光源１４１が光の照射を開始する。
【０２０９】
（ステップＳ１２４０）
点光源１４１によって対象物が照明されている間に、イメージセンサ１５０は、当該点光源１４１からマスク２４２を通し、さらに対象物を透過した光によって形成される画像を取得する。
【０２１０】
（ステップＳ２２６０）
制御部２６０は、ステップＳ１２４０で取得した画像と、当該画像を取得したときの照明位置と、マスク２４２の有無の情報（具体的には「あり」）とを対応付けて記憶部１１０に出力する。記憶部１１０は、画像と照明位置とマスク２４２の有無の情報とを対応付けて記憶する。
【０２１１】
（ステップＳ１２６０）
その後、制御部２６０は、照明器２４０へ制御信号を出力して、対象物への照明を停止させる。ステップＳ１２６０の後、ステップＳ１２１０へ戻る。
【０２１２】
ステップＳ１２１０からステップＳ１２６０までの処理が繰り返されることで、照明位置リストに含まれるすべての照明位置の点光源１４１から順次対象物に光が照射される。そして、イメージセンサ１５０は、対象物にマスク２４２を通して光が照射されるたびに、画像を取得する。
【０２１３】
［２−２．明暗画像処理］
ステップＳ１３００の明暗画像処理部１２０の動作の詳細を説明する。
【０２１４】
図２１は、実施の形態２に係る明暗画像処理部１２０の動作の一例を示すフローチャートである。図２１に示すフローチャート中、実施の形態１の図１４に示すステップＳ１３０１からステップＳ１３３０と、ステップＳ１３６０と同様のステップに対しては、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０２１５】
（ステップＳ１３１０）
明暗画像処理部１２０のデータ取得部１２１は、ステップＳ１２００で取得された複数の画像と、その複数の画像のそれぞれに対応する照明位置と、マスク２４２の有無の情報とを記憶部１１０より取得し、記憶部１２７に記憶する。
【０２１６】
（ステップＳ１３２０）
画素選択部１２６は、生成する画像に含まれる全画素について輝度値の計算処理が終了したか否かを判定する。
【０２１７】
生成する画像に含まれる全画素について計算処理が終了している場合（ステップＳ１３２０においてｙｅｓ）、明暗画像処理部１２０は、明暗画像処理を終了する（ステップＳ１４００へ進む）。
【０２１８】
生成する画像に含まれるいずれかの画素について計算処理が終了していない場合（ステップＳ１３２０においてｎｏ）、明暗画像処理部１２０は、明暗画像処理を続行する（ステップＳ１３３０へ進む）。
【０２１９】
（ステップＳ１３３０）
画素選択部１２６は、生成する画像に含まれる複数の画素の中から１つの画素を選択する。ここで選択される１つの画素、つまり選択画素は、生成する画像に含まれる複数の画素のうち、計算処理がまだ実行されていない画素である。
【０２２０】
（ステップＳ２３３１）
最大値決定部１２２は、ステップＳ１３３０で選択された画素（すなわち選択画素）について、マスク２４２があるときにステップＳ１２４０で撮影された複数の画像のそれぞれに含まれる、当該選択画素と同一位置にある画素の輝度値を比較する。その比較の結果、最大値決定部１２２は、最大の輝度値を、当該選択画素の輝度の最大値として決定する。
【０２２１】
（ステップＳ２３３２）
計算部１２４は、ステップＳ２３３１で決定された当該選択画素の輝度の最大値の２倍より、マスク２４２がないときにステップＳ２２３０で撮影された画像に含まれる、当該選択画素と同一位置の画素の輝度値を減算する。
【０２２２】
（ステップＳ１３６０）
画像生成部１２５は、ステップＳ２３３２で計算した輝度値を、当該選択画素の輝度として記憶する。
【０２２３】
明暗画像処理部１２０は、ステップＳ１３２０からステップＳ１３６０を繰り返すことで、生成する画像の全画素の輝度値を生成することができる。
【０２２４】
ここで、ステップＳ２３３２の計算について説明する。
【０２２５】
マスク２４２が除去されている場合、イメージセンサ１５０上の任意の画素で受ける光のうち、点光源１４１から対象物を透過して、直進してイメージセンサ１５０まで到達する光を、直接成分Ｄとする。また、点光源から媒質または対象物にあたり、屈折または散乱した光を、大域成分Ｇとする。つまり、マスク２４２が除去されている場合、イメージセンサ１５０上の任意の画素で受ける光は、Ｄ＋Ｇとなる。
【０２２６】
マスク２４２が設置されている場合、任意の画素において、明区間の光が理想的に照射されているときには、実施の形態２では、その画素における輝度値は最大となる。この場合、点光源１４１からの直接成分は、マスク２４２が除去されている場合の直接成分Ｄと同等である。しかし、マスク２４２が設置されている場合には、点光源１４１から射出される光の半分は遮光部分によってさえぎられる。なお、マスク２４２における透光部分と遮光部分との面積比は１：１である。したがって、マスク２４２が設置されている場合には、マスク２４２が除去されている場合と比べて、屈折または散乱する光は半分に減っている。すなわち、マスク２４２が設置されている場合、大域成分は、マスク２４２が除去されている場合の大域成分Ｇの半分と同等になる。従って、マスク２４２が設置されている場合、明区間におけるイメージセンサ１５０上の任意の画素で受ける光は、
【数１】
2018021894.tif 000003
となる。
【０２２７】
マスク２４２が設置されている場合、任意の画素において、理想的な暗区間の状態の場合、実施の形態２では、その画素における輝度値は最小となる。この場合、点光源１４１からの直接成分は、マスク２４２によって遮断されているため、受光されない。受光される光は、点光源１４１からイメージセンサ１５０上の他の画素に直接届くように透光部分を通った光が、屈折または散乱して、その画素へ到達する大域成分である。つまり、マスク２４２の透光部分と遮光部分との面積比が１：１であるため、暗区間における画素が受ける光は、点光源１４１から射出される光の半分のうちの一部の光が屈折または散乱して当該の画素へ到達する大域成分である。この大域成分は、マスク２４２が除去されている場合の大域成分Ｇの半分である。したがって、暗区間の理想状態、すなわち輝度の最小値が得られる際に、画素が受ける光は、
【数２】
2018021894.tif 000004
となる。
【０２２８】
屈折または散乱による光はノイズとなって、直接光による画像を不鮮明にするので、屈折光または散乱光、すなわち大域成分Ｇを除去することで、画像を鮮明化することができる。そこで、実施の形態２の図２１に示すステップＳ２３３２では、直接成分Ｄを決定するために、明区間の輝度値を２倍し、すなわち輝度の最大値を２倍する。そして、以下の（式１）のように、その最大値の２倍から、マスク２４２が除去された状態で受光したときの成分、すなわちマスク無しで撮影した際の輝度値を減算する。
【０２２９】
【数３】
2018021894.tif 000005
【０２３０】
また、暗区間で受ける光、すなわち輝度の最小値は大域成分である。したがって、直接成分Ｄを決定するために、以下の（式２）のように、マスク無しで撮影した際の輝度値から、暗区間で受ける光の２倍、すなわち輝度の最小値の２倍を減算してもよい。
【０２３１】
【数４】
2018021894.tif 000006
【０２３２】
図２２は、実施の形態２に係る明暗画像処理部１２０の動作の他の例を示すフローチャートである。具体的には、図２２のフローチャートは、上記（式２）の減算を用いた動作を示す。
【０２３３】
図２２のフローチャートは、図２１のフローチャートのステップＳ２３３１とＳ２３３２の代わりに、ステップＳ２３４１とステップＳ２３４２を含む。
【０２３４】
（ステップＳ２３４１）
最小値決定部１２３は、ステップＳ１３３０で選択された画素（すなわち選択画素）について、マスク２４２があるときにステップＳ１２４０で撮影された複数の画像のそれぞれに含まれる、当該選択画素と同一位置にある画素の輝度値を比較する。その比較の結果、最小値決定部１２３は、最小の輝度値を、当該選択画素の輝度の最小値として決定する。
【０２３５】
（ステップＳ２３４２）
計算部１２４は、マスク無しのときにステップＳ２２３０で撮影された画像に含まれる、選択画素と同一位置の画素の輝度値から、ステップＳ２３４１で決定された選択画素の輝度の最小値の２倍を減じる。これにより、当該選択画素の直接成分による輝度値を生成することが出来る。
【０２３６】
［３．効果］
以上のように、実施の形態２に係る画像生成装置２０によれば、遮光部分と透光部分との繰り返しパタンを持つマスク２４２を通して対象物およびイメージセンサ１５０に光を投射する。そして、生成しようとする画像に含まれる選択画素ごとに、透過光により撮影された複数の画像のそれぞれの中の、その選択画素と同一位置にある画素の輝度値のうち、最大の輝度値を、その選択画素の輝度の最大値として求める。さらに、生成しようとする画像に含まれる選択画素ごとに、その選択画素の輝度の最大値の２倍から、マスク２４２が無い状態で撮影された画像の当該選択画素と同一位置にある画素の輝度値を減じる。これにより、光のうち屈折光または散乱光を除去した直接成分によって照明された対象物の画像を生成することができる。または、生成しようとする画像に含まれる選択画素ごとに、透過光により撮影された複数の画像のそれぞれの中の、その選択画素と同一位置にある画素の輝度値のうち、最小の輝度値を、その選択画素の輝度の最小値として求める。さらに、生成しようとする画像に含まれる選択画素ごとに、マスク２４２が無しの状態で撮影された画像の当該選択画素と同一位置にある画素の輝度値から、その選択画素の輝度の最小値の２倍を減じる。これにより、光のうち屈折光または散乱光を除去した直接成分によって照明された対象物の画像を生成することができる。
【０２３７】
このように、実施の形態２では、散乱光あるいは屈折光によるノイズを削減し、直接光による鮮明な画像を生成することができる。
【０２３８】
（実施の形態２の変形例）
実施の形態２の変形例について説明する。実施の形態２では、計算に用いるマスク２４２がない状態で撮影を行うときに、イメージセンサ１５０の中央の直上に位置する点光源１４１を用いた。しかし、厳密には、点光源１４１からの光の直接成分は、点光源１４１の位置とイメージセンサ１５０上の画素の位置との関係によって異なる。したがって、実施の形態２のように、最大値または最小値の輝度の画素を含む画像に対応する照明位置と、マスク２４２がない状態での撮影時の照明位置とが必ずしも一致しない場合には、直接成分に誤差が含まれる。
【０２３９】
そこで、実施の形態２の変形例では、マスク２４２がある状態で撮影が行われたときに用いられる複数の照明位置のすべてを、マスク２４２がない状態での撮影にも用いる。輝度値の計算処理では、同じ照明位置が用いられているときに撮影された、マスク２４２がある状態での画像の輝度と、マスク２４２がない状態での画像の輝度とを用いて、選択画素の輝度値を計算する。これにより、照明位置の不一致による直接成分の誤差を解消することができる。以下に、実施の形態２の変形例について、実施の形態２と異なる点を中心に説明する。
【０２４０】
本変形例に係る画像生成装置２０の構成は、実施の形態２と同様であるため、説明を省略する。
【０２４１】
［１．画像生成装置の動作］
本変形例に係る画像生成装置２０の動作について説明する。本変形例に係る画像生成装置２０の全体的な概略動作は、実施の形態１の図１０のフローチャートで示した画像生成装置１０の全体的な概略動作と同様である。しかし、本変形例に係るステップＳ１２００の多光源撮影およびステップＳ１３００の明暗画像処理のそれぞれの詳細な動作は、実施の形態１または２とは異なる。また、本変形例に係るステップＳ１４００の画像生成の動作は、実施の形態１または２と同様であるため、その動作の説明を省略する。
【０２４２】
［１−１．多光源撮影］
図２３は、実施の形態２の変形例に係る画像生成装置２０の撮影部２００の詳細な動作の一例を示したフローチャートである。つまり、図２３は、実施の形態２の変形例における多光源撮影（図１０のステップＳ１２００）の詳細な動作の一例を示す。図２３に従って、ステップＳ１２００の詳細について説明する。本変形例の多光源撮影に含まれる各動作のうち、実施の形態１の図１１および実施の形態２の図２０と共通の動作については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【０２４３】
（ステップＳ２２１０）
制御部２６０は、駆動部２４３にマスク除去信号を出力する。駆動部２４３は、照明器２４０のマスク２４２を、複数の点光源１４１とイメージセンサ１５０との間から移動させる。これにより、制御部２６０は、複数の点光源１４１から射出される光がマスク２４２によって遮断されない状態を設定する。
【０２４４】
（ステップＳ４２１０）
制御部２６０は、照明位置リストを参照して、各照明位置から照明された対象物の撮影が終了したか否かを判定する。この照明位置リストは、マスク２４２を設置した条件で用いられる照明位置リストと共通である。
【０２４５】
ここで、照明位置リストに含まれるすべての照明位置からの照明による撮影が終了している場合（ステップＳ４２１０においてｙｅｓ）、ステップＳ２２５０へ進む。一方、照明位置リスト内のいずれかの照明位置からの照明による撮影が終了していない場合（ステップＳ４２１０においてｎｏ）、ステップＳ４２２０へ進む。
【０２４６】
（ステップＳ４２２０）
制御部２６０は、照明位置リストに含まれる複数の照明位置の中から、まだ照明が行われていない照明位置を選択し、照明器２４０へ制御信号を出力する。
【０２４７】
（ステップＳ４２３０）
照明器２４０は、ステップＳ４２２０で制御部２６０より出力された制御信号に従って、その照明器２４０に含まれる複数の点光源１４１のうち、ステップＳ４２２０で選択された照明位置にある点光源１４１による光の照射を開始する。
【０２４８】
（ステップＳ４２４０）
点光源１４１によって対象物が照明されている間に、イメージセンサ１５０は、当該点光源１４１から射出され、対象物を透過した光によって形成される画像を取得する。
【０２４９】
（ステップＳ４２５０）
制御部２６０は、ステップＳ４２４０で取得した画像と、当該画像を取得したときの照明位置と、マスク２４２の有無の情報（具体的には「なし」）とを対応付けて記憶部１１０に出力する。記憶部１１０は、画像と照明位置とマスク２４２の有無の情報とを対応付けて記憶する。
【０２５０】
（ステップＳ４２６０）
その後、制御部２６０は、照明器２４０へ制御信号を出力して、対象物への照明を停止させる。ステップＳ４２６０の後、ステップＳ４２１０へ戻る。
【０２５１】
ステップＳ２２１０の後、ステップＳ４２１０からステップＳ４２６０までの処理が繰り返されることで、照明位置リストに含まれるすべての照明位置の点光源１４１から順次対象物に光が照射される。そして、イメージセンサ１５０は、対象物に光が照射されるたびに、マスク２４２がない状態で画像を取得する。
【０２５２】
（ステップＳ２２５０）
マスク２４２がない状態での撮影終了後、制御部２６０は、駆動部２４３にマスク設置信号を出力する。駆動部２４３は、照明器２４０のマスク２４２を移動させ、複数の点光源１４１とイメージセンサ１５０との間に設置する。これにより、制御部２６０は、複数の点光源１４１から射出される光が、マスク２４２を通して対象物およびイメージセンサ１５０に照射される状態を設定する。
【０２５３】
（ステップＳ１２１０）
制御部２６０は、照明位置リストを参照して、各照明位置から照明された対象物の撮影が終了したか否かを判定する。この照明位置リストは、ステップＳ４２１０で参照した照明位置リストと同一である。
【０２５４】
ここで、照明位置リストに含まれるすべての照明位置からの照明による撮影が終了している場合（ステップＳ１２１０においてｙｅｓ）、ステップＳ１３００へ進む。一方、照明位置リスト内のいずれかの照明位置からの照明による撮影が終了していない場合（ステップＳ１２１０においてｎｏ）、ステップＳ１１２０へ進む。
【０２５５】
（ステップＳ１２２０）
制御部２６０は、照明位置リストに含まれる複数の照明位置の中から、まだ照明が行われていない照明位置を選択し、照明器２４０へ制御信号を出力する。
【０２５６】
（ステップＳ１２３０）
照明器２４０は、ステップＳ１２２０で制御部２６０より出力された制御信号に従って、対象物への照明を開始する。つまり、照明器２４０に含まれる複数の点光源１４１のうち、ステップＳ１２２０で選択された照明位置にある点光源１４１が光の照射を開始する。
【０２５７】
（ステップＳ１２４０）
点光源１４１によって対象物が照明されている間に、イメージセンサ１５０は、当該点光源１４１からマスク２４２を通し、さらに対象物を透過した光によって形成される画像を取得する。
【０２５８】
（ステップＳ２２６０）
制御部２６０は、ステップＳ１２４０で取得した画像と、当該画像を取得したときの照明位置と、マスク２４２の有無の情報（具体的には「あり」）とを対応付けて記憶部１１０に出力する。記憶部１１０は、画像と照明位置とマスク２４２の有無の情報とを対応付けて記憶する。
【０２５９】
（ステップＳ１２６０）
その後、制御部２６０は、照明器２４０へ制御信号を出力して、対象物への照明を停止させる。ステップＳ１２６０の後、ステップＳ１２１０へ戻る。
【０２６０】
ステップＳ１２１０からステップＳ１２６０までの処理が繰り返されることで、照明位置リストに含まれるすべての照明位置の点光源１４１から順次対象物に光が照射される。そして、イメージセンサ１５０は、対象物にマスク２４２を通して光が照射されるたびに、画像を取得する。
【０２６１】
［１−２．明暗画像処理］
ステップＳ１３００の明暗画像処理部１２０の動作の詳細を説明する。
【０２６２】
図２４は、実施の形態２の変形例に係る明暗画像処理部１２０の動作の一例を示すフローチャートである。図２４に示すフローチャート中、実施の形態１の図１４と実施の形態２の図２１のそれぞれのステップと同様のステップに対しては、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０２６３】
（ステップＳ４３１０）
明暗画像処理部１２０のデータ取得部１２１は、ステップＳ１２００で取得された複数の画像と、その複数の画像のそれぞれに対応する照明位置と、マスク２４２の有無の情報とを記憶部１１０より取得し、記憶部１２７に記憶する。
【０２６４】
（ステップＳ４３２０）
画素選択部１２６は、生成する画像に含まれる全画素について輝度の計算処理が終了したか否かを判定する。
【０２６５】
生成する画像に含まれる全画素について計算処理が終了している場合（ステップＳ４３２０においてｙｅｓ）、明暗画像処理部１２０は、明暗画像処理を終了する（ステップＳ１４００へ進む）。
【０２６６】
生成する画像に含まれるいずれかの画素について計算処理が終了していない場合（ステップＳ４３２０においてｎｏ）、明暗画像処理部１２０は、明暗画像処理を続行する（ステップＳ４３３０へ進む）。
【０２６７】
（ステップＳ４３３０）
画素選択部１２６は、生成する画像に含まれる複数の画素の中から１つの画素を選択する。ここで選択される１つの画素、つまり選択画素は、生成する画像に含まれる複数の画素のうち、計算処理がまだ実行されていない画素である。
【０２６８】
（ステップＳ４３３１）
最大値決定部１２２は、ステップＳ４３３０で選択された画素（すなわち選択画素）について、マスク２４２があるときにステップＳ１２４０で撮影された複数の画像のそれぞれに含まれる、当該選択画素と同一位置にある画素の輝度値を比較する。その比較の結果、最大値決定部１２２は、最大の輝度値を、当該選択画素の輝度の最大値として決定する。さらに、最大値決定部１２２は、その最大の輝度値を有する画素を含む画像が撮影された照明位置を特定する。
【０２６９】
（ステップＳ４３３２）
計算部１２４は、ステップＳ４３３１で特定された照明位置のときに、マスク２４２がない状態で撮影された画像を、記憶部１２７より選択する。
【０２７０】
（ステップＳ４３３３）
計算部１２４は、ステップＳ４３３１で決定された当該選択画素の輝度の最大値の２倍より、ステップＳ４３３２で選択された画像における、その選択画素と同一位置にある画素の輝度値を減算する。なお、ステップＳ４３３２で選択された画像は、最大の輝度値を有する画素を含む画像が取得されたときの照明位置と同一の照明位置の点光源１４１がマスク２４２を通さずに対象物を照明しているときに撮影された画像である。
【０２７１】
（ステップＳ１３６０）
画像生成部１２５は、ステップＳ４３３３で計算した輝度値を当該選択画素の輝度値として記憶する。
【０２７２】
明暗画像処理部１２０は、ステップＳ４３２０からステップＳ１３６０を繰り返すことで、生成する画像の全画素の輝度値を生成することができる。
【０２７３】
なお、図２４に示す例では、上記（式１）のように、同一の照明位置の点光源１４１が照明しているときに、マスク２４２がある状態で得られた輝度の最大値の２倍から、マスク２４２が無い状態で撮影された画像の輝度を減じた。しかし、上記（式２）のように、同一の照明位置の点光源１４１が照明しているときに、マスク２４２が無い状態で撮影された画像の輝度から、マスク２４２がある状態で得られた輝度の最小値の２倍を減じてもよい。
【０２７４】
図２５は、実施の形態２の変形例に係る明暗画像処理部１２０の動作の他の例を示すフローチャートである。図２５に示すフローチャート中、図２４と同様のステップに対しては、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。この図２５に示すフローチャートでは、図２４のステップＳ４３３１およびステップＳ４３３３の代わりに、ステップＳ４３４１およびステップＳ４３４３の動作が行われる。
【０２７５】
（ステップＳ４３４１）
最小値決定部１２３は、ステップＳ４３３０で選択された画素（すなわち選択画素）について、マスク２４２が設置されているときにステップＳ１２４０で撮影された複数の画像のそれぞれに含まれる、当該選択画素と同一位置にある画素の輝度値を比較する。その比較の結果、最小値決定部１２３は、最小の輝度値を、当該選択画素の輝度の最小値として決定する。さらに、最小値決定部１２３は、その最小の輝度値を有する画素を含む画像が撮影された照明位置を特定する。
【０２７６】
（ステップＳ４３４３）
計算部１２４は、ステップＳ４３３２で選択された画像における、その選択画素と同一位置にある画素の輝度値より、ステップＳ４３４１で決定された当該選択画素の輝度の最小値の２倍を減算する。なお、ステップＳ４３３２で選択された画像は、最小の輝度値を有する画素を含む画像が取得されたときの照明位置と同一の照明位置の点光源１４１がマスク２４２を通さずに対象物を照明しているときに撮影された画像である。
【０２７７】
［２．効果］
以上のように、実施の形態２の変形例に係る画像生成装置２０によれば、遮光部分と透光部分との繰り返しパタンを持つマスク２４２を通して対象物およびイメージセンサ１５０に光を投射する。そして、生成しようとする画像に含まれる選択画素ごとに、透過光により撮影された複数の画像のそれぞれの中の、その選択画素と同一位置にある画素の輝度値のうち、最大の輝度値を、その選択画素の輝度の最大値として求める。さらに、選択画素ごとに、その輝度の最大値が撮影によって得られたときと同一の照明位置から照明され、マスク２４２が無い状態で撮影された画像のうちの当該選択画素と同一位置にある画素の輝度値をマスクなし撮影輝度値として求める。そして、選択画素ごとに、その選択画素の輝度の最大値の２倍から、その選択画素に対応するマスクなし撮影輝度値を減じる。これにより、光のうち屈折光または散乱光を除去した直接成分によって照明された対象物の画像を生成することができる。
【０２７８】
または、生成しようとする画像に含まれる選択画素ごとに、透過光により撮影された複数の画像のそれぞれの中の、その選択画素と同一位置にある画素の輝度値のうち、最小の輝度値を、その選択画素の輝度の最小値として求める。さらに、選択画素ごとに、その輝度の最小値が撮影によって得られたときと同一の照明位置から照明され、マスク２４２が無い状態で撮影された画像のうちの当該選択画素と同一位置にある画素の輝度値をマスクなし撮影輝度値として求める。そして、選択画素ごとに、その選択画素に対応するマスクなし撮影輝度値から、その選択画素の輝度の最小値の２倍を減じる。これにより、光のうち屈折光または散乱光を除去した直接成分によって照明された対象物の画像を生成することができる。
【０２７９】
このように、実施の形態２の変形例では、散乱光あるいは屈折光によるノイズを削減し、照明位置の誤差なく直接光による鮮明な画像を生成することができる。
【０２８０】
＜実施の形態２の効果＞
図２８Ａおよび図２８Ｂは、図２６Ａ、図２６Ｂと同様に、０．０４ｍｍの平均直径を有する複数のガラスビーズが樹脂で固められた状態を撮影した画像である。図２８Ａの画像は、図２６Ａの画像と同一である。図２８Ｂの画像は、実施の形態２の方法で撮影し、かつ合成された画像である。図２８Ｂの画像は、図２８Ａの画像に比べて、コントラストが大きく、かつ、輪郭が明瞭である。
【０２８１】
図２９は、図２８Ａの画像及び図２８Ｂの画像輝度プロファイルを示す。図２９において、図２８Ａの画像の輝度プロファイルを実線し、図２８Ｂの実施の形態２の方法で撮影合成された画像の輝度プロファイルを破線で示す。図２９の横軸は、画像の横軸位置を画素数で示した値であり、縦軸は輝度値である。図２９に示す輝度プロファイルは、図２８Ａおよび図２８Ｂの矢印で示した位置で算出された。
【０２８２】
図２９における高輝度のピークは、図２８Ａのマスクがない状態で撮影された画像と、図２８Ｂの実施の形態２の方法で撮影、かつ合成された画像とに大きな違いは見られない。しかし、図２９における低輝度の部分については、図２８Ｂの画像（破線）の輝度が、図２８Ａの画像の輝度（実線）よりも低い。つまり、図２８Ｂの画像（破線）の輝度の差が、図２８Ａの画像の輝度（実線）の差よりも大きい。よって、図２９に示すように、実施の形態２の方法で撮影し、かつ合成された画像は、マスクなしの状態で撮像された画像よりも高いコントラストを有することが確認できる。
【０２８３】
（その他の実施の形態）
以上、一つまたは複数の態様に係る画像生成装置について、各実施の形態およびその変形例に基づいて説明したが、本開示は、これらの各実施の形態およびその変形例に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記各実施の形態またはその変形例に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれてもよい。
【０２８４】
例えば、上記各実施の形態および各変形例では、生成しようとする画像またはイメージセンサ１５０に含まれる１つの画素を順に選択画素として選択し、その選択画素ごとに輝度値を計算する。しかし、生成しようとする画像またはイメージセンサ１５０に含まれる１つの画素を順に選択するのではなく、例えば４×４画素または８×８画素などからなるブロックを順に選択してもよい。この場合には、上述の第１の画像〜第５の画像のそれぞれは、イメージセンサ１５０に含まれる同一のブロックに対応する画像である。
【０２８５】
また、上記実施の形態２およびその変形例では、マスク２４２を移動させたが、マスク２４２を液晶シャッターによって構成することにより、そのマスク２４２を移動させないようにしてもよい。すなわち、マスク２４２は、複数の点光源１４１とイメージセンサ１５０との間に設置された状態で固定される。マスク２４２は、上述のようにスリットまたはチェッカーパタンを有するが、例えば電圧が印加されると、一様に透明になる。つまり、このときには、マスク２４２の全体が透光部分となり、複数の点光源１４１とイメージセンサ１５０との間からマスク２４２が除去された状態と光学的に同様の状態を実現することができる。したがって、この場合には、照明器２４０は、駆動部２４３を備えることなく、制御部２６０は、マスク２４２に電圧の印加と、その印加の停止とを切り替えることによって、マスク２４２の設置および除去と同様の動作を行うことができる。これにより、画像生成装置２０のさらなる小型化を図ることができる。
【０２８６】
なお、上記各実施の形態および各変形例において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記各実施の形態または各変形例の画像生成装置などを実現するソフトウェアプログラムは、図１０、図１４、図１６、および図２０〜図２５に示すフローチャートに含まれる各ステップをコンピュータに実行させるプログラムである。
【０２８７】
また、本開示において、ユニット、デバイスの全部又は一部、又は図２、図９、および図１７に示されるブロック図の機能ブロックの全部又は一部は、半導体装置、半導体集積回路（ＩＣ）、又はＬＳＩ（large scale integration）を含む一つ又は一つ以上の電子
回路によって実行されてもよい。ＬＳＩ又はＩＣは、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、一つのチップに集積されてもよい。ここでは、ＬＳＩ、または、ＩＣと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ(very large scale integration)、若しくはＵＬＳＩ(ultra large scale integration) と呼ばれるかもしれない。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、Field Programmable Gate Array (FPGA)、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成又はＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができるreconfigurable logic deviceも同じ目的で使うことができる。
【０２８８】
さらに、ユニット、装置、又は装置の一部の、全部又は一部の機能又は操作は、ソフトウエア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウエアは一つ又は一つ以上のＲＯＭ、光学ディスク、ハードディスクドライブ、などの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウエアが、処理装置（processor）によって実行された場合に、ソフトウエ
アは、ソフトウエア内の特定の機能を、処理装置（processor）と周辺のデバイスに実行
させる。システム又は装置は、ソフトウエアが記録されている一つ又は一つ以上の非一時的記録媒体、処理装置（processor）、及び必要とされるハードウエアデバイス、例えば
インターフェース、を備えていても良い。
【産業上の利用可能性】
【０２８９】
本開示は、例えば培養中の細胞あるいは胚等の細胞塊の画像を生成する装置などに広く利用可能であり、インキュベータ内で対象物を撮影する際に有用である。
【符号の説明】
【０２９０】
１０、２０  画像生成装置
１００、２００  撮影部
１１０、１２７  記憶部
１２０  明暗画像処理部
１２１  データ取得部
１２２  最大値決定部
１２３  最小値決定部
１２４  計算部
１２５  画像生成部
１２６  画素選択部
１３０  出力部
１４０、２４０  照明器
１４１  点光源
１４２、２４２  マスク
１６０、２６０  制御部
１５０  イメージセンサ
２４３  駆動部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９】
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