(57)【要約】【課題】細胞が発生した力を効率的に計測することができる力計測方法を提供する。【解決手段】力計測方法は、表面の弾性率が内部の弾性率よりも高い高分子材料と、当該高分子材料に接触している物体とが撮影された入力画像を取得する取得ステップ（Ｓ１０１）と、取得された入力画像を周波数領域に変換する第１変換ステップ（Ｓ１０２）と、変換された入力画像に対して、第１通過帯域を有する第１バンドパスフィルタを適用する第１フィルタリングステップ（Ｓ１０３）と、第１バンドパスフィルタが適用された入力画像を空間領域に逆変換する第１逆変換ステップ（Ｓ１０４）と、逆変換された入力画像に基づいて高分子材料の表面に形成されたシワの幾何情報を抽出する抽出ステップ（Ｓ１０５）と、抽出されたシワの幾何情報に基づいて物体が発生している力を計測する計測ステップ（Ｓ１０６）と、を含む。【選択図】図３
2019017301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の弾性率が内部の弾性率よりも高い高分子材料と、当該高分子材料に接触している物体とが撮影された入力画像を取得する取得ステップと、
取得された前記入力画像を周波数領域に変換する第１変換ステップと、
変換された前記入力画像に対して、第１通過帯域を有する第１バンドパスフィルタを適用する第１フィルタリングステップと、
前記第１バンドパスフィルタが適用された前記入力画像を空間領域に逆変換する第１逆変換ステップと、
逆変換された前記入力画像に基づいて前記高分子材料の表面に形成されたシワの幾何情報を抽出する抽出ステップと、
抽出された前記シワの幾何情報に基づいて前記物体が発生している力を計測する計測ステップと、を含む、
力計測方法。
【請求項２】
前記第１通過帯域は、変換された前記入力画像の振幅値に基づいて適応的に決定される、
請求項１に記載の力計測方法。
【請求項３】
前記力計測方法は、さらに、
撮影された前記入力画像にぼかし処理を行うことでぼかし画像を生成するぼかしステップと、
前記ぼかし画像を周波数領域に変換する第２変換ステップと、
変換された前記ぼかし画像に対して、第２通過帯域を有する第２バンドパスフィルタを適用する第２フィルタリングステップと、
前記第２バンドパスフィルタが適用された前記ぼかし画像を空間領域に逆変換する第２逆変換ステップと、
逆変換された前記入力画像から逆変換された前記ぼかし画像を減算して差分画像を生成する減算ステップと、を含み、
前記抽出ステップでは、前記差分画像に基づいて前記シワの幾何情報を抽出する、
請求項１又は２に記載の力計測方法。
【請求項４】
前記第１通過帯域と前記第２通過帯域とは同一である、
請求項３に記載の力計測方法。
【請求項５】
前記力計測方法は、さらに、前記入力画像を複数のブロックに分割する分割ステップを含み、
前記第１変換ステップでは、前記複数のブロックの各々を周波数領域に変換し、
前記第１フィルタリングステップでは、変換された前記複数のブロックの各々に前記第１バンドパスフィルタを適用し、
前記第１逆変換ステップでは、前記第１バンドパスフィルタが適用された前記複数のブロックの各々を前記空間領域に逆変換し、
前記第１通過帯域は、前記周波数領域において角度範囲が限定されている、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の力計測方法。
【請求項６】
前記第１フィルタリングステップは、
前記周波数領域において前記第１通過帯域を複数の角度範囲に分割するステップと、
ブロックごとに、変換された当該ブロックの振幅値に基づいて、前記複数の角度範囲の中から１以上の角度範囲を選択するステップと、
ブロックごとに、選択された前記１以上の角度範囲で前記第１通過帯域を限定するステップと、を含む、
請求項５に記載の力計測方法。
【請求項７】
前記第１フィルタリングステップは、
前記周波数領域において前記ブロックの前記第１通過帯域内を予め定められた大きさの角度範囲で走査することにより、最も大きい周波数成分の角度範囲を決定するステップと、
決定された前記角度範囲で前記第１通過帯域を限定するステップと、を含む、
請求項５に記載の力計測方法。
【請求項８】
前記力計測方法は、さらに、前記入力画像を複数のブロックに分割する分割ステップを含み、
前記第１変換ステップでは、前記複数のブロックの各々を周波数領域に変換し、
前記第１フィルタリングステップでは、変換された前記複数のブロックの各々に前記第１バンドパスフィルタを適用し、
前記第１逆変換ステップでは、前記第１バンドパスフィルタが適用された前記複数のブロックの各々を前記空間領域に逆変換し、
前記第１通過帯域は、ブロックごとに、当該ブロックの振幅値に基づいて適応的に決定される、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の力計測方法。
【請求項９】
前記抽出ステップでは、前記シワの長さの合計を前記シワの幾何情報として抽出する、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の力計測方法。
【請求項１０】
前記抽出ステップは、
前記差分画像を二値化して二値画像を生成する二値化ステップと、
前記二値画像を細線化する細線化ステップと、
細線化された前記二値画像において前記シワに対応する画素の数を計数することにより、前記シワの長さの合計を前記シワの幾何情報として抽出する計数ステップと、を含む、
請求項３に記載の力計測方法。
【請求項１１】
前記計測ステップでは、記憶部に格納された、前記物体が発生する力と前記高分子材料の表面に形成されるシワの幾何情報との対応関係を示す情報を参照して、抽出された前記シワの幾何情報に対応する力を取得する、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の力計測方法。
【請求項１２】
前記計測ステップでは、抽出された前記シワの幾何情報と、他の入力画像に基づいて抽出されたシワの幾何情報とを比較することにより、相対的な力を計測する、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の力計測方法。
【請求項１３】
前記第１通過帯域は、前記高分子材料の表面に形成されるシワの間隔に対応している、
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の力計測方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の力計測方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１５】
表面の弾性率が内部の弾性率よりも高い高分子材料と、当該高分子材料に接触している物体とを撮影して入力画像を取得する撮影部と、
取得された前記入力画像を周波数領域に変換する変換部と、
変換された前記入力画像に対して、第１通過帯域を有する第１バンドパスフィルタを適用するフィルタ部と、
前記第１バンドパスフィルタが適用された前記入力画像を空間領域に逆変換する逆変換部と、
逆変換された前記入力画像に基づいて前記高分子材料の表面に形成されたシワの幾何情報を抽出するシワ抽出部と、
抽出された前記シワの幾何情報に基づいて前記物体が発生している力を計測する力計測部と、を備える、
力計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体が発生した力を計測する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞が発生する力（特に収縮力）は、細胞の運動、増殖、自死、分化、発生などの機能調節において重要な役割を担っている。そこで、細胞が発生する力を計測する様々な技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１では、表面の弾性率が増大された高分子材料（例えばポリジメチルシロキサン）を細胞に接触させ、高分子材料の表面に生じるシワに基づいて、細胞が発生した力を計測する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−４２０７１号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術では、手動でシワの計測が行われるため、大量のサンプルに対して細胞が発生する力を計測することが難しい。
【０００５】
そこで、本発明は、細胞が発生した力を効率的に計測することができる力計測方法等を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る力計測方法は、表面の弾性率が内部の弾性率よりも高い高分子材料と、当該高分子材料に接触している物体とが撮影された入力画像を取得する取得ステップと、取得された前記入力画像を周波数領域に変換する第１変換ステップと、変換された前記入力画像に対して、第１通過帯域を有する第１バンドパスフィルタを適用する第１フィルタリングステップと、前記第１バンドパスフィルタが適用された前記入力画像を空間領域に逆変換する第１逆変換ステップと、逆変換された前記入力画像に基づいて前記高分子材料の表面に形成されたシワの幾何情報を抽出する抽出ステップと、抽出された前記シワの幾何情報に基づいて前記物体が発生している力を計測する計測ステップと、を含む。
【０００７】
なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、装置、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ＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、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。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様に係る力計測方法は、細胞が発生した力を効率的に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、細胞に接触している高分子材料の一例を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、細胞が発生した力により高分子材料の表面に形成されるシワの一例を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る力計測装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る力計測装置の処理を示すフローチャートである。
【図４Ａ】図４Ａは、実施の形態１において撮影された細胞及び高分子材料の画像（原画像）の一例を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、実施の形態１において周波数変換された画像の一例を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、実施の形態１においてバンドパスフィルタリングされた画像の一例を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、実施の形態１において逆周波数変換された画像の一例を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態１におけるシワの総長さと力との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、実施の形態２に係る力計測装置の機能構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る力計測装置の処理を示すフローチャートである。
【図８Ａ】図８Ａは、実施の形態２においてぼかし処理された画像（ぼかし画像）の一例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、実施の形態２において周波数変換されたぼかし画像の一例を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、実施の形態２においてバンドパスフィルタリングされたぼかし画像の一例を示す図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、実施の形態２において逆周波数変換されたぼかし画像の一例を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態２における減算結果を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２における細線化された画像を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態３に係る力計測装置の機能構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、実施の形態３に係る力計測装置の処理を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、実施の形態３に係る力計測装置の角度範囲の限定処理を示すフローチャートである。
【図１４Ａ】図１４Ａは、実施の形態３においてブロック分割された画像の一例を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、実施の形態３において周波数変換されたブロック画像の一例を示す図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、実施の形態３においてバンドパスフィルタリングされた周波数領域のブロック画像の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態３の変形例に係る力計測装置の角度範囲の限定処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の基礎となった知見）
高分子材料を用いて細胞が発生する力を計測する技術が知られている。図１Ａは、細胞１０に接触している高分子材料２０の一例を示す図である。図１Ｂは、細胞１０が発生した力１２により高分子材料２０の表面２０ａに形成されるシワ２１の一例を示す図である。
【００１１】
高分子材料２０は、１０ｎｍ〜１μｍの厚さのガラス状の薄層が表面２０ａに形成されたシリコーンゲルである。ガラス状の薄層は、例えばシリコーンゲルの表面を酸素プラズマ処理することにより形成することができる。なお、高分子材料２０は、シリコーンゲルに限定されない。高分子材料２０は、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂及びフッ素樹脂等であってもよい。
【００１２】
細胞１０は、このような高分子材料２０の表面２０ａに接触して配置される。このとき、細胞１０が発生する力が増加すると、高分子材料２０の表面２０ａのシワが増加する。例えば、細胞１０が発生する力１１（図１Ａ）よりも力１２（図１Ｂ）の方が大きいので、図１Ｂにおいて多くのシワ２１が形成される。
【００１３】
シワとは、細胞が発生した力によって生じる高分子材料の表面の変形又は歪みである。ここでは、シワは、周期性を有する凹凸構造であるが、図１Ｂの形状には限定されない。
【００１４】
シワ２１の量（例えばシワの長さの合計）は、細胞１０が発生する力と正の相関関係を有している。したがって、シワ２１の量を計測することにより、細胞１０が発生する力を計測することができる。
【００１５】
シワ２１は、顕微鏡などにより目視することができるので、シワ２１の量を手動で計測することもできる。しかし、このような手動の計測では、多くのサンプルを処理することが難しい。
【００１６】
そこで、細胞及び高分子材料が撮影された画像を処理して、シワの量を自動で計測することが考えられる。画像においてシワの輝度は相対的に高いので、例えばエッジ強調処理された画像からシワを抽出することができる。
【００１７】
しかしながら、エッジ強調処理では、細胞の輪郭又は細胞内の小器官も強調されてしまうため、細胞の輪郭又は細胞内の小器官もシワとして抽出されてしまい、シワの量を正確に計測することが難しい。
【００１８】
そこで、本発明の一態様に係る力計測装置は、表面の弾性率が内部の弾性率よりも高い高分子材料と、当該高分子材料に接触している物体とが撮影された入力画像を取得する取得ステップと、取得された前記入力画像を周波数領域に変換する第１変換ステップと、変換された前記入力画像に対して、第１通過帯域を有する第１バンドパスフィルタを適用する第１フィルタリングステップと、前記第１バンドパスフィルタが適用された前記入力画像を空間領域に逆変換する第１逆変換ステップと、逆変換された前記入力画像に基づいて前記高分子材料の表面に形成されたシワの幾何情報を抽出する抽出ステップと、抽出された前記シワの幾何情報に基づいて前記物体が発生している力を計測する計測ステップと、を含む。
【００１９】
この構成によれば、第１通過帯域を有する第１バンドパスフィルタが適用された入力画像に基づいてシワの幾何情報を抽出することができる。したがって、シワに適した第１通過帯域を用いることで、入力画像内の物体の輪郭等を減衰させてシワを強調することができ、抽出されるシワの幾何情報の精度を向上させることができる。その結果、物体が発生している力の計測精度を向上させることができる。さらに、画像処理によりシワの幾何情報を自動的に抽出することができるので、物体が発生した力を効率的に計測することができ、大量のサンプルに対する力の計測も可能となる。
【００２０】
また例えば、前記第１通過帯域は、変換された前記入力画像の振幅値に基づいて適応的に決定されてもよい。
【００２１】
この構成によれば、入力画像の振幅値に基づいて第１通過帯域を適応的に決定することができる。したがって、入力画像内のシワに適した第１通過帯域を決定することができる。入力画像では、シワの周期性によりシワに対応する周波数の振幅値が相対的に大きい。したがって、入力画像において振幅値の代表値が最も大きい周波数帯域を探索することで、入力画像内のシワの間隔（周期）に対応する周波数帯域を第１通過帯域として決定することができる。その結果、第１バンドパスフィルタによってシワをさらに強調することができ、抽出されるシワの幾何情報の精度を向上させることができる。
【００２２】
また例えば、前記力計測方法は、さらに、撮影された前記入力画像にぼかし処理を行うことでぼかし画像を生成するぼかしステップと、前記ぼかし画像を周波数領域に変換する第２変換ステップと、変換された前記ぼかし画像に対して、第２通過帯域を有する第２バンドパスフィルタを適用する第２フィルタリングステップと、前記第２バンドパスフィルタが適用された前記ぼかし画像を空間領域に逆変換する第２逆変換ステップと、逆変換された前記入力画像から逆変換された前記ぼかし画像を減算して差分画像を生成する減算ステップと、を含み、前記抽出ステップでは、前記差分画像に基づいて前記シワの幾何情報を抽出してもよい。
【００２３】
この構成によれば、第１バンドパスフィルタが適用された入力画像から、第２バンドパスフィルタが適用されたぼかし画像を減算して差分画像を生成することができる。入力画像において、シワは、比較的細い構造を有するので、ぼかし画像では、シワが減衰され、物体の輪郭等が相対的に強調される。したがって、差分画像では、第１バンドパスフィルタが適用された入力画像よりも、物体の輪郭等が減衰され、シワが強調される。このような差分画像からシワの幾何情報を抽出することにより、抽出されるシワの幾何情報の精度を向上させることができ、物体が発生している力の計測精度をさらに向上させることができる。
【００２４】
また例えば、前記第１通過帯域と前記第２通過帯域とは同一であってもよい。
【００２５】
この構成によれば、第１通過帯域と第２通過帯域とを同一にすることができる。これにより、処理の簡素化及びシワの幾何情報の精度を向上させることができる。
【００２６】
また例えば、前記力計測方法は、さらに、前記入力画像を複数のブロックに分割する分割ステップを含み、前記第１変換ステップでは、前記複数のブロックの各々を周波数領域に変換し、前記第１フィルタリングステップでは、変換された前記複数のブロックの各々に前記第１バンドパスフィルタを適用し、前記第１逆変換ステップでは、前記第１バンドパスフィルタが適用された前記複数のブロックの各々を前記空間領域に逆変換し、前記第１通過帯域は、前記周波数領域において角度範囲が限定されてもよい。
【００２７】
この構成によれば、第１通過帯域の角度範囲を限定することができる。角度範囲とは、周波数領域における周方向の範囲を表し、原点（ＤＣ）からの方向を示す角度によって定義される。高分子材料に発生するシワは、局所的には同一の方向に並ぶことが多い。したがって、ブロックごとにシワの方向に適した角度範囲で第１通過帯域を限定することで、第１バンドパスフィルタが適用された入力画像において物体の輪郭等をさらに減衰することができ、シワをさらに強調することができる。その結果、抽出されるシワの幾何情報の精度を向上させることができ、物体が発生している力の計測精度をさらに向上させることができる。
【００２８】
また例えば、前記第１フィルタリングステップは、前記周波数領域において前記第１通過帯域を複数の角度範囲に分割するステップと、ブロックごとに、変換された当該ブロックの振幅値に基づいて、前記複数の角度範囲の中から１以上の角度範囲を選択するステップと、ブロックごとに、選択された前記１以上の角度範囲で前記第１通過帯域を限定するステップと、を含んでもよい。
【００２９】
この構成によれば、ブロックごとに、当該ブロックの振幅値に基づいて、複数の角度範囲の中から１以上の角度範囲を選択することができる。シワの方向に対応する角度範囲では振幅値が大きくなるので、比較的簡単にシワの方向に適した１以上の角度範囲を選択することができる。その結果、抽出されるシワの幾何情報の精度を向上させることができ、物体が発生している力の計測精度をさらに向上させることができる。
【００３０】
また例えば、前記第１フィルタリングステップは、前記周波数領域において前記ブロックの前記第１通過帯域内を予め定められた大きさの角度範囲で走査することにより、最も大きい周波数成分の角度範囲を決定するステップと、決定された前記角度範囲で前記第１通過帯域を限定するステップと、を含んでもよい。
【００３１】
この構成によれば、第１通過帯域内を予め定められた大きさの角度範囲で走査することにより、最も大きい振幅値の代表値を有する角度範囲を決定することができる。したがって、複数の角度範囲の中から角度範囲を選択する場合よりも分割方法の影響を除外することができ、よりシワの方向に適した角度範囲を決定することができる。その結果、抽出されるシワの幾何情報の精度を向上させることができ、物体が発生している力の計測精度をさらに向上させることができる。
【００３２】
また例えば、前記力計測方法は、さらに、前記入力画像を複数のブロックに分割する分割ステップを含み、前記第１変換ステップでは、前記複数のブロックの各々を周波数領域に変換し、前記第１フィルタリングステップでは、変換された前記複数のブロックの各々に前記第１バンドパスフィルタを適用し、前記第１逆変換ステップでは、前記第１バンドパスフィルタが適用された前記複数のブロックの各々を前記空間領域に逆変換し、前記第１通過帯域は、ブロックごとに、当該ブロックの振幅値に基づいて適応的に決定されてもよい。
【００３３】
この構成によれば、ブロックごとに、当該ブロックの振幅値に基づいて第１通過帯域を適応的に決定することができる。したがって、ブロック内のシワに適した第１通過帯域を決定することができる。ブロックでは、シワの周期性によりシワに対応する周波数の振幅値が相対的に大きい。したがって、ブロックにおいて振幅値の代表値が最も大きい周波数帯域を探索することで、ブロック内のシワの間隔（周期）に対応する周波数帯域を第１通過帯域として決定することができる。その結果、第１バンドパスフィルタによってシワをさらに強調することができ、抽出されるシワの幾何情報の精度を向上させることができる。
【００３４】
また例えば、前記抽出ステップでは、前記シワの長さの合計を前記シワの幾何情報として抽出してもよい。
【００３５】
この構成によれば、シワの長さの合計をシワの幾何情報として抽出することができる。シワの数及び太さ等は画像処理の影響を受けやすいので、シワの長さの合計を用いることで比較的安定して物体が発生している力を計測することができる。
【００３６】
また例えば、前記抽出ステップは、前記差分画像を二値化して二値画像を生成する二値化ステップと、前記二値画像を細線化する細線化ステップと、細線化された前記二値画像において前記シワに対応する画素の数を計数することにより、前記シワの長さの合計を前記シワの幾何情報として抽出する計数ステップと、を含んでもよい。
【００３７】
この構成によれば、細線化された二値画像においてシワに対応する画素の数を計数することにより、シワの長さの合計を抽出することができる。二値画像を細線化することによりシワの太さの情報を除去することができ、シワの長さの合計をより正確に抽出することができる。
【００３８】
また例えば、前記計測ステップでは、記憶部に格納された、前記物体が発生する力と前記高分子材料の表面に形成されるシワの幾何情報との対応関係を示す情報を参照して、抽出された前記シワの幾何情報に対応する力を取得してもよい。
【００３９】
この構成によれば、物体が発生する力と高分子材料の表面に形成されるシワの幾何情報との対応関係を示す情報を参照することで、絶対的な力を計測することができる。
【００４０】
また例えば、前記計測ステップでは、抽出された前記シワの幾何情報と、他の入力画像に基づいて抽出されたシワの幾何情報とを比較することにより、相対的な力を計測してもよい。
【００４１】
この構成によれば、抽出されたシワの幾何情報と、前に抽出されたシワの幾何情報とを比較することにより、相対的な力を計測することができる。
【００４２】
また例えば、前記第１通過帯域は、前記高分子材料の表面に形成されるシワの間隔に対応してもよい。
【００４３】
この構成によれば、第１通過帯域として、高分子材料の表面に形成されるシワの間隔に対応する帯域を用いることができる。これにより、シワに適した第１通過帯域を用いることができ、第１バンドパスフィルタによってシワをより強調することができる。
【００４４】
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ＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、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。
【００４５】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００４６】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的また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、材料、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。
【００４７】
また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００４８】
（実施の形態１）
［力計測装置の機能構成］
まず、本実施の形態に係る力計測装置の機能構成について図２を参照しながら具体的に説明する。
【００４９】
図２は、実施の形態に係る力計測装置１００の機能構成を示すブロック図である。力計測装置１００は、撮影部１１０と、画像処理部１２０と、力計測部１３０と、記憶部１４０と、を備える。例えば、力計測装置１００は、画像処理部１２０及び力計測部１３０に対応する１以上の専用の電子回路によって実現される。１以上の専用の電子回路は、１個のチップ上に集積されてもよいし、別々のチップ上に形成されてもよい。また、力計測装置１００の画像処理部１２０及び力計測部１３０は、１以上の専用の電子回路の代わりに、汎用プロセッサ（図示せず）と、ソフトウェアプログラム又はインストラクションが格納されたメモリ（図示せず）とによって実現されてもよい。この場合、ソフトウェアプログラム又はインストラクションが実行されたときに、プロセッサは、画像処理部１２０及び力計測部１３０として機能する。
【００５０】
撮影部１１０は、例えばイメージセンサであり、表面の弾性率が内部の弾性率よりも高い高分子材料と、当該高分子材料に接触している細胞とを撮影して入力画像（例えば３２４ｘ３２４画素）を取得する。なお、力計測装置１００は、撮影部１１０の代わりに、外部撮影装置から入力画像を取得する取得部を備えてもよい。
【００５１】
画像処理部１２０は、撮影部１１０によって取得された入力画像を処理する。図３に示すように、画像処理部１２０は、変換部１２１と、フィルタ部１２２と、逆変換部１２３と、シワ抽出部１２４と、を備える。
【００５２】
変換部１２１は、入力画像を空間周波数領域（単に「周波数領域」ともいう）に変換する。この周波数領域への変換としては、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が用いられる。なお、変換は、ＦＦＴに限定される必要はなく、例えば、離散コサイン変換（ＤＣＴ）又は離散サイン変換（ＤＳＴ）が用いられてもよい。
【００５３】
フィルタ部１２２は、変換部１２１によって変換された入力画像に対して、第１通過帯域を有する第１バンドパスフィルタを適用する。つまり、フィルタ部１２２は、第１通過帯域内の入力画像の周波数成分を通過させ、第１通過帯域外の入力画像の周波数成分を遮断（減衰）する。
【００５４】
第１通過帯域は、高分子材料の表面に形成されるシワの間隔（周期）に対応する。例えば、シワが３〜６μｍの間隔で形成される場合、第１通過帯域としては、３μｍ〜６μｍの波長帯が用いられる。シワの間隔は、高分子材料の硬さ等に依存する。第１通過帯域は、実験的又は経験的に予め定められればよい。
【００５５】
逆変換部１２３は、第１バンドパスフィルタが適用された入力画像を空間領域に逆変換する。この逆変換は、変換部１２１で用いられた変換の逆変換である。例えば、変換部１２１でＦＦＴが用いられた場合、逆変換部１２３では逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）が用いられる。
【００５６】
シワ抽出部１２４は、逆変換部１２３によって逆変換された入力画像に基づいて、高分子材料の表面に形成されたシワの幾何情報を抽出する。シワの幾何情報とは、シワの形状に関する情報である。シワの幾何情報としては、例えば複数のシワの長さの合計（総長さ）が用いられる。また、シワの幾何情報は、シワの数、太さもしくは高さ（振幅）、又はこれらの組合せの情報を含んでもよい。なお、シワの高さは、位相差顕微鏡によって輝度の高さとして観察される。
【００５７】
力計測部１３０は、シワ抽出部１２４によって抽出されたシワの幾何情報に基づいて、高分子材料に接触している細胞が発生している力を計測する。具体的には、力計測部１３０は、例えば細胞が発生する力とシワの幾何情報との関係を表す情報を参照して、抽出されたシワの幾何情報に対応する力を取得する。
【００５８】
記憶部１４０は、例えば半導体メモリ又はハードディスクドライブであり、シワの幾何情報と物体が発生する力との関係を表す情報を記憶している。シワの幾何情報と細胞が発生する力との関係を表す情報は、例えば、シワの幾何情報と力とを対応付けるテーブル形式の情報であってもよいし、力をシワの幾何情報の関数として表した情報であってもよい。
【００５９】
なお、記憶部１４０は、必ずしも力計測装置１００に含まれる必要はなく、例えば通信ネットワークを介して力計測装置１００に接続されてもよい。この場合、記憶部１４０は、ネットワークハードディスク（ＮＡＳ）として実現されてもよい。また、記憶部１４０は、力計測装置１００に着脱可能な外付けメモリ又はハードディスクとして実現されてもよい。
【００６０】
［力計測装置の動作］
次に、以上のように構成された力計測装置１００の動作について図３〜図５を参照しながら具体的に説明する。図３は、実施の形態１に係る力計測装置１００の処理を示すフローチャートである。図４Ａ〜図４Ｄは、実施の形態１に係る力計測装置１００における画像処理を説明するための図である。
【００６１】
図３に示すように、まず、撮影部１１０は、高分子材料及び細胞の画像（入力画像）を撮影する（Ｓ１０１）。これにより、例えば図４Ａに示すように入力画像１０１０が取得される。ここでは、入力画像１０１０は、空間領域で表現されている。
【００６２】
変換部１２１は、入力画像を周波数領域に変換する（Ｓ１０２）。これにより、例えば図４Ｂに示すように、周波数領域で表現された入力画像１０２０が得られる。図４Ｂは、中心にＤＣ成分を表し、中心から離れるほどより高い周波数成分を表す。
【００６３】
図４Ｂにおいて、第１通過帯域１０２１は、第１波長１０２１ａ及び第２波長１０２１ｂの間の帯域である。ここでは、第１波長１０２１ａ及び第２波長１０２１ｂは、６μｍ及び３μｍである。
【００６４】
フィルタ部１２２は、周波数領域に変換された入力画像に対して、第１通過帯域を有する第１バンドパスフィルタを適用する（Ｓ１０３）。例えば図４Ｂの入力画像１０２０において、第１通過帯域１０２１内の成分のみを抽出することで、図４Ｃのフィルタ済画像１０３０が得られる。
【００６５】
逆変換部１２３は、第１バンドパスフィルタが適用された入力画像を空間領域に逆変換する（Ｓ１０４）。これにより、例えば図４Ｃに示す周波数領域で表されたフィルタ済画像１０３０が、図４Ｄに示す空間領域で表されたフィルタ済画像１０４０に変換される。図４Ｄに示されるように、フィルタ済画像１０４０では、図４Ａの入力画像１０１０よりも高分子材料のシワが強調されている。
【００６６】
シワ抽出部１２４は、逆変換された入力画像からシワの幾何情報を抽出する（Ｓ１０５）。例えば、シワ抽出部１２４は、図４Ｄのフィルタ済画像１０４０において、所定閾値よりも大きい輝度値を有する画素の数をシワの幾何情報として計数する。
【００６７】
力計測部１３０は、シワの幾何情報に基づいて、高分子材料に接触している細胞が発生している力を計測する（Ｓ１０６）。例えば、力計測部１３０は、細胞が発生している力とシワの幾何情報との関係を示す情報を参照して、抽出されたシワの幾何情報に対応する力を取得する。
【００６８】
図５は、実施の形態１におけるシワの総長さと力との関係を示すグラフであり、シワの幾何情報と力との関係を示す情報の一例である。図５において、横軸は力を表し、縦軸はシワの総長さを表す。
【００６９】
図５の情報は、事前の実験等による計測結果の情報である。図５のグラフには、細胞に外から３つの異なる大きさの力を加えることで高分子材料に生じたシワの総長さがプロットされている。このように事前に得られたシワの総長さと力との関係に基づいて、図４Ｄのフィルタ済画像１０４０から抽出されたシワの総長さに対応する力を内挿により求めることができる。
【００７０】
［効果等］
以上のように、本実施の形態に係る力計測装置１００によれば、第１通過帯域を有する第１バンドパスフィルタが適用された入力画像に基づいてシワの幾何情報を抽出することができる。したがって、シワに適した第１通過帯域を用いることで、入力画像内の細胞の輪郭等を減衰させてシワを強調することができ、抽出されるシワの幾何情報の精度を向上させることができる。その結果、細胞が発生している力の計測精度を向上させることができる。さらに、画像処理によりシワの幾何情報を自動的に抽出することができるので、細胞が発生した力を効率的に計測することができ、大量のサンプルに対する力の計測も可能となる。
【００７１】
また、本実施の形態に係る力計測装置１００によれば、シワの長さの合計をシワの幾何情報として抽出することができる。シワの数及び太さ等は画像処理の影響を受けやすいので、シワの長さの合計を用いることで比較的安定して細胞が発生している力を計測することができる。
【００７２】
また、本実施の形態に係る力計測装置１００によれば、第１通過帯域として、高分子材料の表面に形成されるシワの間隔に対応する帯域を用いることができる。これにより、シワに適した第１通過帯域を用いることができ、第１バンドパスフィルタによってシワをより強調することができる。
【００７３】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。本実施の形態では、シワの幾何情報への細胞の輪郭又は細胞内の小器官の影響を低減するためにぼかし画像を用いる点が上記実施の形態１と異なる。以下に、本実施の形態に係る力計測装置について、実施の形態１と異なる点を中心に図６〜図１０を参照しながら説明する。
【００７４】
［力計測装置の機能構成］
まず、本実施の形態に係る力計測装置の機能構成について図６を参照しながら具体的に説明する。
【００７５】
図６は、実施の形態２に係る力計測装置２００の機能構成を示すブロック図である。力計測装置２００は、撮影部１１０と、画像処理部２２０と、力計測部１３０と、記憶部１４０と、を備える。
【００７６】
画像処理部２２０は、実施の形態１と同様に入力画像に画像処理を行うとともに、ぼかされた入力画像であるぼかし画像に画像処理を行う。図６に示すように、画像処理部２２０は、ぼかし部２２１と、変換部２２２と、フィルタ部２２３と、逆変換部２２４と、シワ抽出部２２５と、を備える。
【００７７】
ぼかし部２２１は、撮影部１１０により取得された入力画像にぼかし処理を行うことでぼかし画像を生成する。入力画像において、シワは、細胞の輪郭又は細胞内の小器官よりも細い構造を有する。したがって、ぼかし画像では、細胞の輪郭又は細胞内の小器官がシワに対して相対的に強調される。
【００７８】
ぼかし処理は、入力画像全体をぼかすための処理である。ぼかし処理は、例えば、処理対象の画素ごとに、当該画素の輝度値を、当該画素を含む領域（例えば３ｘ３画素）内の最小輝度値に置き換える。また例えば、ぼかし処理は、予め定められた点拡がり関数（ＰＳＦ）と入力画像との畳み込みであってもよい。なお、畳み込みは、周波数領域で行われてもよい。つまり、ＰＳＦの周波数領域表現（つまり、光伝達関数（ＯＴＦ））が入力画像の周波数領域表現に乗算されてもよい。
【００７９】
変換部２２２は、実施の形態１と同様に、入力画像を周波数領域に変換する。本実施の形態では、変換部２２２は、さらに、ぼかし画像を周波数領域に変換する。
【００８０】
フィルタ部２２３は、実施の形態１と同様に、変換部２２２によって変換された入力画像に対して、第１通過帯域を有する第１バンドパスフィルタを適用する。本実施の形態では、さらに、フィルタ部２２３は、変換部２２２によって変換されたぼかし画像に対して、第２通過帯域を有する第２バンドパスフィルタを適用する。ここでは、第１通過帯域と第２通過帯域とは同一であり、例えば３μｍ〜６μｍの波長帯である。
【００８１】
逆変換部２２４は、実施の形態１と同様に、第１バンドパスフィルタが適用された入力画像を空間領域に逆変換する。本実施の形態では、さらに、逆変換部２２４は、第２バンドパスフィルタが適用されたぼかし画像を空間領域に逆変換する。
【００８２】
シワ抽出部２２５は、逆変換された入力画像から、逆変換されたぼかし画像を減算して差分画像を生成する。つまり、シワ抽出部２２５は、第１バンドパスフィルタが適用された入力画像から第２バンドパスフィルタが適用されたぼかし画像を空間領域において減算する。
【００８３】
さらに、シワ抽出部２２５は、差分画像を二値化して二値画像を生成する。そして、シワ抽出部２２５は、二値画像を細線化する。つまり、シワ抽出部２２５は、二値画像を幅が１画素の線画像に変換する。シワ抽出部２２５は、細線化された二値画像において、シワに対応する画素の数を計数することにより、シワの長さの合計をシワの幾何情報として抽出する。
【００８４】
［力計測装置の動作］
次に、以上のように構成された力計測装置２００の動作について図７〜図１０を参照しながら具体的に説明する。図７は、実施の形態２に係る力計測装置２００の処理を示すフローチャートである。図８Ａ〜図１０は、実施の形態２に係る力計測装置２００における画像処理を説明するための図である。
【００８５】
ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の処理と並行して、ぼかし部２２１は、入力画像にぼかし処理を行うことでぼかし画像を生成する（Ｓ２０１）。これにより、例えば図８Ａに示すように、ぼかし画像２０１０が得られる。
【００８６】
変換部２２２は、ぼかし画像を周波数領域に変換する（Ｓ２０２）。これにより、例えば図８Ｂに示すように、周波数領域で表現されたぼかし画像２０２０が得られる。
【００８７】
フィルタ部２２３は、ぼかし画像に対して、第２通過帯域を有する第２バンドパスフィルタを適用する（Ｓ２０３）。例えば図８Ｂのぼかし画像２０２０において、第２通過帯域２０２１内の成分のみを抽出することで、図８Ｃのフィルタ済画像２０３０が得られる。
【００８８】
逆変換部２２４は、第２バンドパスフィルタが適用されたぼかし画像を空間領域に逆変換する（Ｓ２０４）。これにより、例えば図８Ｃに示す周波数領域で表されたフィルタ済画像２０３０が図８Ｄに示す空間領域で表されたフィルタ済画像２０４０に変換される。図８Ｄのフィルタ済画像２０４０では、細胞の輪郭及び細胞内の小器官が強調されている。
【００８９】
シワ抽出部２２５は、逆変換された入力画像から逆変換されたぼかし画像を減算する（Ｓ２０５）。例えば図９に示すように、フィルタ済画像１０４０からフィルタ済画像２０４０を減算することにより差分画像２０５０が生成される。なお、図９の差分画像２０５０では、シワを見やすくするために輝度値が反転されている。
【００９０】
シワ抽出部２２５は、差分画像を二値化して二値画像を生成する（Ｓ２０６）。例えば、シワ抽出部２２５は、画素ごとに輝度値を閾値と比較することにより差分画像の二値化を行う。
【００９１】
シワ抽出部２２５は、二値画像を細線化する（Ｓ２０７）。これにより、例えば、図１０に示すように、細線化された二値画像２０６０が得られる。
【００９２】
シワ抽出部２２５は、細線化された二値画像において、シワに対応する画素の数を計数することにより、シワの総長さを算出する（Ｓ２０８）。例えば、図１０の二値画像２０６０において、黒画素の数を計数することにより、複数のシワの長さの合計が得られる。
【００９３】
［効果等］
以上のように、本実施の形態に係る力計測装置２００によれば、第１バンドパスフィルタが適用された入力画像から、第２バンドパスフィルタが適用されたぼかし画像を減算して差分画像を生成することができる。入力画像において、シワは、比較的細い構造を有するので、ぼかし画像では、シワが減衰され、細胞の輪郭等が相対的に強調される。したがって、差分画像では、第１バンドパスフィルタが適用された入力画像よりも、細胞の輪郭等が減衰され、シワが強調される。このような差分画像からシワの幾何情報を抽出することにより、シワの幾何情報の精度を向上させることができ、細胞が発生している力の計測精度をさらに向上させることができる。
【００９４】
また、本実施の形態に係る力計測装置２００によれば、第１通過帯域と第２通過帯域とを同一にすることができる。これにより、処理の簡素化及びシワの幾何情報の精度を向上させることができる。
【００９５】
本実施の形態に係る力計測装置２００によれば、細線化された二値画像においてシワに対応する画素の数を計数することにより、シワの長さの合計を抽出することができる。二値画像を細線化することによりシワの太さの情報を除去することができ、シワの長さの合計をより正確に抽出することができる。
【００９６】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３について説明する。本実施の形態では、入力画像をブロック分割し、ブロックごとにフィルタリングを行う点が上記実施の形態１と異なる。以下に、本実施の形態に係る力計測装置について、実施の形態１と異なる点を中心に図１１〜図１４Ｃを参照しながら説明する。
【００９７】
［力計測装置の機能構成］
まず、本実施の形態に係る力計測装置の機能構成について図１１を参照しながら具体的に説明する。
【００９８】
図１１は、実施の形態３に係る力計測装置３００の機能構成を示すブロック図である。力計測装置３００は、撮影部１１０と、画像処理部３２０と、力計測部１３０と、記憶部１４０と、を備える。
【００９９】
画像処理部３２０は、入力画像を複数のブロックに分割し、各ブロックに対して変換、フィルタリング及び逆変換を行う。画像処理部３２０は、ブロック分割部３２１と、変換部３２２と、フィルタ部３２３と、逆変換部３２４と、シワ抽出部１２４と、を備える。
【０１００】
ブロック分割部３２１は、入力画像を複数のブロックに分割する。例えば、ブロック分割部３２１は、予め定められた固定サイズ（例えば５４ｘ５４画素）を有する複数のブロックに入力画像を分割する。なお、複数のブロックは空間的にオーバーラップしてもよい。
【０１０１】
変換部３２２は、入力画像の複数のブロックの各々を周波数領域に変換する。つまり、変換部３２２は、ブロック単位で入力画像を周波数領域に変換する。
【０１０２】
フィルタ部３２３は、変換された複数のブロックの各々に、第１通過帯域を有する第１バンドパスフィルタを適用する。本実施の形態では、第１通過帯域は、周波数領域において角度範囲が限定されている。角度範囲とは、周波数領域における周方向の範囲を表し、原点からの方向を示す角度によって定義される。
【０１０３】
例えば、フィルタ部３２３は、周波数領域において第１通過帯域を複数の角度範囲に分割する。そして、フィルタ部３２３は、ブロックごとに、変換された当該ブロックの周波数成分の大きさに基づいて、複数の角度範囲の中から１以上の角度範囲を選択する。例えば、フィルタ部３２３は、１番目及び２番目に大きい振幅値の合計を有する、第１通過帯域内の２つの角度範囲を選択する。そして、フィルタ部３２３は、選択された１以上の角度範囲で第１通過帯域を限定する。これにより、各ブロックに適した角度範囲で第１通過帯域が限定される。
【０１０４】
逆変換部３２４は、第１バンドパスフィルタが適用された複数のブロックの各々を空間領域に逆変換する。
【０１０５】
［力計測装置の動作］
次に、以上のように構成された力計測装置３００の動作について図１２〜図１４Ｃを参照しながら具体的に説明する。図１２は、実施の形態３に係る力計測装置３００の処理を示すフローチャートである。図１３は、実施の形態３に係る力計測装置３００の角度範囲の限定処理を示すフローチャートである。図１４Ａ〜図１４Ｃは、実施の形態３に係る力計測装置３００における画像処理を説明するための図である。
【０１０６】
入力画像が取得された後（Ｓ１０１）、ブロック分割部３２１は、入力画像を複数のブロックに分割する（Ｓ３０１）。これにより、例えば図１４Ａに示すように、入力画像３０１０が複数のブロックに分割される。
【０１０７】
ブロック分割部３２１は、複数のブロックの中から、未選択のブロックを処理対象ブロックとして選択する（Ｓ３０２）。例えば、ブロック分割部３２１は、図１４Ａのブロック３０１１を処理対象ブロックとして選択する。
【０１０８】
変換部３２２は、処理対象ブロックを周波数領域に変換する（Ｓ３０３）。これにより、例えば図１４Ｂに示すように、図１４Ａのブロック３０１１の周波数領域表現であるブロック３０２０が得られる。
【０１０９】
フィルタ部３２３は、周波数領域において第１通過帯域の角度範囲を限定する（Ｓ３０４）。例えば、図１４Ｂの第１通過帯域３０２１が、角度範囲３０２１ｃ及び３０２１ｄ並びにそれらと点対称の角度範囲に限定される。この角度範囲の限定の詳細については、図１３を用いて後述する。
【０１１０】
フィルタ部３２３は、処理対象ブロックに対して、限定された第１通過帯域を有する第１バンドパスフィルタを適用する（Ｓ３０５）。例えば図１４Ｂのブロック３０２０において、角度範囲３０２１ｃ及び３０２１ｄ並びにそれらと点対称の角度範囲の成分のみを通過させることで、図１４Ｃのフィルタ済ブロック３０３０が得られる。
【０１１１】
逆変換部３２４は、第１バンドパスフィルタが適用された処理対象ブロックを空間領域に逆変換する（Ｓ３０６）。次に、ブロック分割部３２１は、入力画像内のすべてのブロックが選択されたか否かを判定する（Ｓ３０７）。
【０１１２】
ここで、入力画像内のいずれかのブロックが選択されていない場合（Ｓ３０７のＮｏ）、ステップＳ３０２に戻る。一方、入力画像内のすべてのブロックが選択された場合（Ｓ３０７のＹｅｓ）、シワ抽出部１２４は、逆変換された複数のブロックからシワの幾何情報を抽出する（Ｓ１０５）。力計測部１３０は、シワの幾何情報に基づいて、高分子材料に接触している細胞が発生している力を計測する（Ｓ１０６）。
【０１１３】
ここで、ステップＳ３０４の角度範囲の限定について、図１３を参照しながら具体的に説明する。
【０１１４】
フィルタ部３２３は、周波数領域において第１通過帯域を複数の角度範囲に分割する（Ｓ４０１）。例えば図１４Ｂに示すように、フィルタ部３２３は、ブロック３０２０において第１通過帯域３０２１の半周分を４つの角度範囲３０２１ａ〜３０２１ｄに分割する。
【０１１５】
フィルタ部３２３は、複数の角度範囲の各々における処理対象ブロックの振幅値の代表値を算出する（Ｓ４０２）。代表値とは、角度範囲内の振幅値を要約する統計量である。例えば、代表値は、合計値、平均値、中央値又は最頻値である。ここでは、フィルタ部３２３は、４つの角度範囲３０２１ａ〜３０２１ｄの各々における振幅値の合計値を代表値として算出する。
【０１１６】
フィルタ部３２３は、算出された振幅値の代表値に基づいて、複数の角度範囲の中から１以上の角度範囲を選択する（Ｓ４０３）。例えば、フィルタ部３２３は、１番目及び２番目に大きい振幅値の合計値を有する２つの角度範囲３０２１ｃ及び３０２１ｄを選択する。
【０１１７】
フィルタ部３２３は、選択された１以上の角度範囲を用いて第１通過帯域を限定する（Ｓ４０４）。例えば、フィルタ部３２３は、第１通過帯域３０２１を、角度範囲３０２１ｃ及び３０２１ｄ並びにそれらと点対称の角度範囲に限定する。
【０１１８】
以上のように、処理対象ブロックのために、周波数領域において第１通過帯域の角度範囲が限定される。
【０１１９】
［効果等］
以上のように、本実施の形態に係る力計測装置３００によれば、第１通過帯域の角度範囲を限定することができる。高分子材料に発生するシワは、局所的には同一の方向に並ぶことが多い。したがって、ブロックごとにシワの方向に適した角度範囲で第１通過帯域を限定することで、第１バンドパスフィルタが適用された入力画像において細胞の輪郭等をさらに減衰することができ、シワをさらに強調することができる。その結果、抽出されるシワの幾何情報の精度を向上させることができ、細胞が発生している力の計測精度をさらに向上させることができる。
【０１２０】
また、本実施の形態に係る力計測装置３００によれば、ブロックごとに、当該ブロックの振幅値に基づいて、複数の角度範囲の中から１以上の角度範囲を選択することができる。シワの方向に対応する角度範囲では振幅値が大きくなるので、比較的簡単にシワの方向に適した１以上の角度範囲を選択することができる。その結果、抽出されるシワの幾何情報の精度を向上させることができ、細胞が発生している力の計測精度をさらに向上させることができる。
【０１２１】
（実施の形態３の変形例）
次に、実施の形態３の変形例について説明する。本変形例では、角度範囲を用いた第１通過帯域の限定において角度範囲を走査する点が上記実施の形態３と異なる。以下に、上記実施の形態３と異なる点を中心に、図１５を参照しながら具体的に説明する。
【０１２２】
［力計測装置の動作］
図１５は、実施の形態３の変形例に係る力計測装置３００の角度範囲の限定処理を示すフローチャートである。
【０１２３】
本変形例に係るフィルタ部３２３は、周波数領域において処理対象ブロックの第１通過帯域内を予め定められた大きさの角度範囲で走査する（Ｓ５０１）。具体的には、フィルタ部３２３は、例えば９０度の角度範囲で０度から１８０度まで１度ずつ回転して処理対象ブロックの第１通過帯域内を走査する。
【０１２４】
フィルタ部３２３は、各走査位置において角度範囲内の処理対象ブロックの振幅値の代表値を算出する（Ｓ５０２）。第１通過帯域の走査範囲内の走査が完了するまで走査及び算出が繰り返される（Ｓ５０３）。第１通過帯域内の振幅値の分布は原点（ＤＣ）を対称点とした点対称となるので、走査範囲は、第１通過帯域の半周分の範囲であってもよい。
【０１２５】
フィルタ部３２３は、複数の走査位置における角度範囲の中で最も大きい代表値を有する角度範囲を決定する（Ｓ５０４）。具体的には、フィルタ部３２３は、第１通過帯域を、最も大きい代表値を有する角度範囲とそれと点対称な角度範囲を決定する。
【０１２６】
フィルタ部３２３は、決定された角度範囲で第１通過帯域を限定する（Ｓ５０５）。つまり、第１通過帯域が決定された角度範囲に限定され、決定された角度範囲以外の角度範囲が第１通過帯域から除外される。
【０１２７】
［効果等］
以上のように、本変形例に係る力計測装置３００によれば、第１通過帯域内を予め定められた大きさの角度範囲で走査することにより、最も大きい振幅値の代表値を有する角度範囲を決定することができる。したがって、複数の角度範囲の中から角度範囲を選択する場合よりも分割方法の影響を除外することができ、よりシワの方向に適した角度範囲を決定することができる。その結果、抽出されるシワの幾何情報の精度を向上させることができ、細胞が発生している力の計測精度をさらに向上させることができる。
【０１２８】
（他の実施の形態）
以上、本発明の１つまたは複数の態様に係る力計測装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、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、本発明の１つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【０１２９】
例えば、上記実施の形態２及び３を組み合わせてもよい。つまり、第１バンドパスフィルタが適用された入力画像から第２バンドパスフィルタが適用されたぼかし画像の減算と、角度範囲が限定された第１通過帯域を有する第１バンドパスフィルタの入力画像への適用と、の両方が行われてもよい。
【０１３０】
なお、上記各実施の形態では、絶対的な力が計測されていたが、力の計測はこれに限られない。例えば、入力画像に基づいて抽出されたシワの幾何情報と、他の入力画像に基づいて抽出されたシワの幾何情報とを比較することにより、相対的な力が計測されてもよい。相対的な力とは、他の入力画像内の細胞が発生している力に対する、入力画像内の細胞が発生している力の相対的な大きさを意味する。例えば、入力画像に基づいて抽出されたシワの総長さが他の入力画像に基づいて抽出されたシワの総長さよりも長い場合、入力画像内の細胞が発生している力は、他の入力画像内の細胞が発生している力よりも大きいと判定される。逆に、入力画像に基づいて抽出されたシワの総長さが他の入力画像に基づいて抽出されたシワの総長さよりも短い場合、入力画像内の細胞が発生している力は、他の入力画像内の細胞が発生している力よりも小さいと判定される。
【０１３１】
なお、上記各実施の形態では、力を計測する対象が細胞である場合について説明したが、これに限られない。力を計測する対象は、電力等の動力源によって力を発生する物体であってもよいし、外部から力を受けて変形する物体であってもよい。
【０１３２】
なお、上記各実施の形態では、第１通過帯域が実験的又は経験的に予め定められている場合について説明したが、これに限られない。第１通過帯域は、変換された入力画像又はそのブロックの振幅値に基づいて適応的に決定されてもよい。例えば、周波数領域に変換された入力画像又はそのブロックから、振幅値の代表値が最も大きい周波数帯域を探索することにより、第１通過帯域が決定されてもよい。このとき、探索範囲は、周波数領域のすべてである必要はなく、予め定められた周波数帯域に限定されてもよい。また、探索方法は、どのような方法であってもよく、特に限定される必要はない。
【０１３３】
これにより、入力画像又はそのブロック内のシワに適した第１通過帯域を決定することができる。入力画像又はそのブロックでは、シワの周期性によりシワに対応する周波数の振幅値が相対的に大きい。したがって、入力画像又はそのブロックにおいて振幅値の代表値が最も大きい周波数帯域を探索することで、入力画像又はそのブロック内のシワの間隔（周期）に対応する周波数帯域を第１通過帯域として決定することができる。その結果、第１バンドパスフィルタによってシワをさらに強調することができ、抽出されるシワの幾何情報の精度を向上させることができる。
【０１３４】
なお、上記実施の形態２では、第１通過帯域と第２通過帯域とが同一である場合について説明したが、これに限られない。例えば、第２通過帯域は、第１通過帯域よりも低周波の帯域であってもよいし、第１通過帯域よりも高周波の帯域であってもよい。また、第２通過帯域の帯域幅は、第１通過帯域の帯域幅と異なってもよい。
【０１３５】
なお、上記実施の形態２では、シワが減衰され、かつ細胞の輪郭等が相対的に強調された画像を得るためにぼかし画像を用いていたが、シワが減衰され、細胞の輪郭等が相対的に強調された画像を得るための方法はこれに限られない。細胞の輪郭を抽出する従来の方法が応用されてもよい。
【０１３６】
また、本発明の一態様は、このような力計測装置だけではなく、力計測装置に含まれる特徴的な構成部をステップとする力計測方法であってもよい。また、本発明の一態様は、力計測方法に含まれる特徴的な各ステップをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであってもよい。また、本発明の一態様は、そのようなコンピュータプログラムが記録された、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体であってもよい。
【０１３７】
なお、上記各実施の形態において、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、ハードディスク又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、上記各実施の形態の力計測装置などを実現するソフトウェアは、次のようなプログラムである。
【０１３８】
すなわち、このプログラムは、コンピュータに、表面の弾性率が内部の弾性率よりも高い高分子材料と、当該高分子材料に接触している物体とが撮影された入力画像を取得する取得ステップと、取得された前記入力画像を周波数領域に変換する第１変換ステップと、変換された前記入力画像に対して、第１通過帯域を有する第１バンドパスフィルタを適用する第１フィルタリングステップと、前記第１バンドパスフィルタが適用された前記入力画像を空間領域に逆変換する第１逆変換ステップと、逆変換された前記入力画像に基づいて前記高分子材料の表面に形成されたシワの幾何情報を抽出する抽出ステップと、抽出された前記シワの幾何情報に基づいて前記物体が発生している力を計測する計測ステップとを含む、力計測方法を実行させる。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
細胞に発生した力を自動計測する力計測装置として利用することができる。
【符号の説明】
【０１４０】
１０  細胞
１１、１２  力
２０  高分子材料
２０ａ  表面
２１  シワ
１００、２００、３００  力計測装置
１１０  撮影部
１２０、２２０、３２０  画像処理部
１２１、２２２、３２２  変換部
１２２、２２３、３２３  フィルタ部
１２３、２２４、３２４  逆変換部
１２４、２２５  シワ抽出部
１３０  力計測部
１４０  記憶部
２２１  ぼかし部
３２１  ブロック分割部
１０１０、１０２０、３０１０  入力画像
１０２１  第１通過帯域
１０２１ａ  第１波長
１０２１ｂ  第２波長
１０３０、１０４０、２０３０、２０４０  フィルタ済画像
２０１０、２０２０  ぼかし画像
２０２１  第２通過帯域
２０５０  差分画像
２０６０  二値画像
３０１１、３０２０  ブロック
３０２１  第１通過帯域
３０２１ａ、３０２１ｂ、３０２１ｃ、３０２１ｄ  角度範囲
３０３０  フィルタ済ブロック
【図１Ａ】
2019017301.tif 000003
【図１Ｂ】
2019017301.tif 000004
【図２】
2019017301.tif 000005
【図３】
2019017301.tif 000006
【図４Ａ】
2019017301.tif 000007
【図４Ｂ】
2019017301.tif 000008
【図４Ｃ】
2019017301.tif 000009
【図４Ｄ】
2019017301.tif 000010
【図５】
2019017301.tif 000011
【図６】
2019017301.tif 000012
【図７】
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【図８Ａ】
2019017301.tif 000014
【図８Ｂ】
2019017301.tif 000015
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
2019017301.tif 000018
【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１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
2019017301.tif 000026