(57)【要約】【課題】反射を低減したコントラスト画像を生成するための方法および装置を提供する。【解決手段】方法は、物体のそれぞれの照明画像（２１）から反射を補正した照明画像（７１）を算定する工程（７０）と、第１および第２の軸（３５、３６）の各々に関して近接している２つの反射を補正した照明画像（７１）を重畳して、第１の軸（３５）の第１の軸全体画像（３１）および第２の軸（３６）の第２の軸全体画像（３２）を得る工程（３０）と、第１および第２の軸全体画像（３１、３２）に基づいて第１および第２のカラー・グラデーション画像（４１、４２）を作成する工程（４０）と、第１のおよび第２のカラー・グラデーション画像（４１、４２）を色空間（５１）に変換する工程（５０）と、色空間（５１）に変換（５０）された第１および第２のカラー・グラデーション画像（４１、４２）に基づいて、コントラスト画像（６１）を生成する工程（６０）とを含む。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に物体特性の高さ分布情報を読み取るために、好適には顕微鏡イメージング画像から、反射を低減したコントラスト画像を生成するための、反射を低減したコントラストの形成方法であって、
２つ以上の照明源（１１１）を利用して、照明シーケンス（１１）に従って物体をそれぞれ個別に照明する工程（１０）と、
該照明シーケンス（１１）による該物体の照明の都度、該物体の照明画像（２１）を作成する工程（２０）と、
それぞれの照明画像（２１）を対象として、その都度対応する該照明画像（２１）を、第１の軸（３５）に関して近接している照明画像（２２）と重畳させて、かつ／または該第１の軸と交差する第２の軸（３６）に関して近接しているさらなる照明画像（２２）と重畳させて（７２）、該第１の軸（３５）に関して近接している２つの反射を補正した照明画像（７１）および／または該第２の軸（３６）に関して近接している２つの反射を補正した照明画像（７１）を算定する工程（７０）と、
該第１の軸（３５）に関して近接している前記２つの反射を補正した照明画像（７１）を重畳して、該第１の軸（３５）の第１の軸全体画像（３１）を得る工程（３０）と、
該第２の軸（３６）に関して近接している前記２つの反射を補正した照明画像（７１）を重畳して、該第２の軸（３６）の第２の軸全体画像（３２）を得る工程（３０）と、
該第１の軸全体画像（３１）に基づいて、第１のカラー・グラデーション画像（４１）を作成する工程（４０）と、
該第２の軸全体画像（３２）に基づいて、第２のカラー・グラデーション画像（４２）を作成する工程（４０）と、
該第１のカラー・グラデーション画像（４１）および該第２のカラー・グラデーション画像（４２）を、色空間（５１）に変換する工程（５０）と、
該色空間（５１）に変換（５０）した後の該第１のカラー・グラデーション画像（４１）および該第２のカラー・グラデーション画像（４２）に基づいて、該物体の特性の該第１の軸および該第２の軸に沿った高さ分布の４つの方向情報（３５１，３５２，３６１，３６２）をカラー・コード化して表示可能となるように、コントラスト画像（６１）を生成する工程（６０）とを含むコントラストの形成方法。
【請求項２】
前記第１の軸（３５）に関して近接している２つの反射を補正した照明画像（７１）を重畳して、前記第１の軸（３５）の前記第１の軸全体画像（３１）を得る前記工程（３０）、および、前記第２の軸（３６）に関して近接している２つの反射を補正した照明画像（７１）を重畳して、前記第２の軸（３６）の前記第２の軸全体画像（３２）を得る前記工程（３０）には、それぞれ相応して、
対応する前記第１の軸（３５）または前記第２の軸（３６）に関して近接している２つの反射を補正した照明画像（７１）について、演算処理を行って、対応する前記第１の軸（３５）または前記第２の軸（３６）に関する対応する中間画像（２３，２４）を得る工程（３３）と、
対応する該中間画像（２３，２４）について、演算処理を行って、対応する第１の軸全体画像（３１）または第２の軸全体画像（３２）を得る工程（３４）とが含まれ、
各演算処理工程（３３，３４）には、加算工程または減算工程が含まれている、請求項１に記載のコントラストの形成方法。
【請求項３】
対応する前記反射を補正した照明画像（７１）を重畳して、前記第１の軸（３５）の前記第１の軸全体画像（３１）または前記第２の軸（３６）の前記第２の軸全体画像（３２）を得る前記工程（３０）には、対応するグレースケール変換工程が含まれている、請求項１または２に記載のコントラストの形成方法。
【請求項４】
前記第１のカラー・グラデーション画像（４１）および前記第２のカラー・グラデーション画像（４２）を前記色空間（５１）に変換する前記工程（５０）には、
前記第１のカラー・グラデーション画像（４１）を、前記色空間（５１）の第１のイメージング・チャネル（５１１）に対して割り当てる工程（５２）と、
前記第２のカラー・グラデーション画像（４２）を、前記色空間（５１）の第２のイメージング・チャネル（５１２）に対して割り当てる工程（５２）とが含まれている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコントラストの形成方法。
【請求項５】
前記第１のカラー・グラデーション画像（４１）および前記第２のカラー・グラデーション画像（４２）を前記色空間（５１）に変換する前記工程（５０）には、
輝度情報を、前記色空間（５１）の第３のイメージング・チャネル（５１３）に対して割り当てる工程（５３）が含まれている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコントラストの形成方法。
【請求項６】
前記第１のカラー・グラデーション画像（４１）および前記第２のカラー・グラデーション画像（４２）を前記色空間（５１）に変換する前記工程（５０）には、
グレースケール画像（７７）を、前記色空間（５１）の第３のイメージング・チャネル（５１３）に対して割り当てる工程（５３）が含まれている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコントラストの形成方法。
【請求項７】
前記反射を補正した照明画像（７１）の少なくとも主要な部分を重畳する工程（７４）を利用して、反射を補正した照明全体画像（７６）を算定する工程（７３）がさらに含まれ、
前記グレースケール画像（７７）が、該反射を補正した照明全体画像（７６）をグレースケール変換したものに基づく、請求項６に記載のコントラストの形成方法。
【請求項８】
前記４つの方向情報（３５１，３５２，３６１，３６２）のうちの２つの方向情報（３５１，３５２）が、前記第１の軸（３５）に沿った方向に関する指標となっており、前記４つの方向情報（３５１，３５２，３６１，３６２）のうちのさらにもう２つの方向情報（３６１，３６２）が、前記第２の軸（３６）に沿った方向に関する指標となっている、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のコントラストの形成方法。
【請求項９】
前記色空間（５１）が、ＣＩＥＬＡＢ色空間、加法の色空間、減法の色空間、または色相・彩度の色空間である、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のコントラストの形成方法。
【請求項１０】
前記コントラスト画像（６１）を生成する工程（６０）が、前記色空間（５１）に応じて行われる、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のコントラストの形成方法。
【請求項１１】
前記照明シーケンス（１１）の完了後には、各照明源（１１１）により前記物体が照明されている、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のコントラストの形成方法。
【請求項１２】
前記物体が、任意の拡散反射型の物体である、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のコントラストの形成方法。
【請求項１３】
特に物体特性の高さ分布情報を読み取るために、非常に好ましくは光学顕微鏡検査のために、好適には顕微鏡イメージング画像から、コントラスト画像を生成するための、反射を低減するコントラスト形成装置（１００）であって、
画像記録装置（１１０）と、
反射低減型コントラスト形成装置（１２０）と
を備えている反射を低減するコントラスト形成装置（１００）において、
該画像記録装置（１１０）が、物体の画像を取り込んで、該反射低減型コントラスト形成装置（１２０）に伝送するように構成されており、該反射を低減するコントラスト形成装置（１００）が、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のコントラストの形成方法を実行するように構成されている、装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の反射を低減するコントラスト形成装置（１００）用のコンピュータ・プログラムであって、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の反射を低減したコントラストの形成方法を再現するプログラムのコード手段が内蔵される、コンピュータ・プログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のコンピュータ・プログラムを有している、データ媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、好適にはデジタル方式による顕微鏡イメージング画像における物体特性の垂直分布情報および／または位相分布情報を読み取るために、反射を低減したコントラスト画像を生成するための方法、およびこれに関連する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
古典的な生物顕微鏡検査法においても、また材料顕微鏡検査法においても、観察する物体に関する追加情報を獲得するために、通常の明視野イメージング法とならび、様々な形式のコントラスト法が使用されるようになっている。位相コントラスト法（例えば、ゼルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）、微分干渉コントラスト法−ＤＩＣ）、またはそれに代わる画像生成法（例えば暗視野イメージング法）もこの例である。現在では、どのようにして個々の画像からコントラスト画像を計算できるのかについて、各種形態が記載されている。これに関し、これまでに刊行されたものには、ＤＩＣの代案が記載されているが、これによりもたらされるのは通例、濃淡画像であり、また計算されたコントラスト画像の品質にも、方向に対する強い指向性が見られる。記載されているコントラスト法はみな、物体の特殊な特性を際立たせる一方で、その代わりそれ以外の特性については、無視したり、減衰してしまう、という短所を一般的に有している。例えばＤＩＣ法、または、そのデジタル・バージョンとも言える、照明方向が反対側である各画像の位相の微分を求める方法（ＤＰＣ：微分位相コントラスト法）は、それらによって生成されるのが方向に対する指向性を示すグレースケール画像に限定されるという短所を併せ持つ。
【０００３】
さらに、照明が行われる任意の光学系を用いて画像を記録する際に、照明と物体と光学系との間の相互作用に起因して画像化品質または画像の印象を悪化させる、望まれざる反射を来すことがある。そのような反射により、画像の重要なディテールが失われてしまうこともある。これらの反射には、二通りの異なる理由がある。すなわち、一つは、光学系の内部の多重反射（システム反射）により出現する画像反射であり、もう一つは、特に落射照明の場合に、検査対象の物体が、特殊な方向に高い反射率を示すことによる、画像反射である。
【０００４】
従来技術では、画像後処理法を利用して、例えば画像化される物体の画像部分において輝度の差が増加していた場合に、これを補償することによって、または、数学モデルを利用して、物体の反射特性をモデル化して、画像から得られた反射については、画像の計算から除外するように試みることによって、出現した反射をデジタル方式により補正することが、一部で模索されている。これらの後処理方法には、画像に出現する反射を大幅に取り除くことができるのは、特殊なケースだけに限られてしまう、という短所がある。その際には物体の画像化結果の品質を低下させかねない点も、さらなる短所であるかもしれない。
【０００５】
このため、物体の物体特性の、特に物体特性の垂直分布および／または位相分布情報の、方向に対する指向性を示すカラー・コード化を許容する可能性を提供すること、その際には、物体の照明により顕微鏡画像に出現する反射を、速やかに、かつより高信頼度で取り除くことができるようにすることによって、物体特性の垂直分布および／または位相分布情報を表示するために必要なコントラストをより良好に描写できるようにすることが望まれよう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来技術で既知の短所の少なくとも一部を回避するか、または少なくとも軽減する可能性を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、本発明によれば、主請求項に記載の方法を利用して、さらにはそれと並列関係にある請求項に記載の装置を利用して、解決される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の例示的な一実施形態に従って提案される方法の概略図。
【図２】本発明のさらなる例示的な実施形態に従って提案される方法の概略図。
【図３】本発明のさらなる例示的な実施形態に従って提案される方法の概略図。
【図４】本発明のさらなる例示的な実施形態に従って提案される方法の概略図。
【図５】本発明のさらなる例示的な実施形態に従って提案される方法の概略図。
【図６】本発明のさらなる例示的な実施形態に従って提案される方法の概略図。
【図７】本発明のさらなる例示的な実施形態に従って提案される方法の概略図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
主請求項の対象は、特に物体特性の垂直分布および／または位相分布情報を読み取るために、好適には（例えば任意のデジタル顕微鏡の）顕微鏡イメージング画像から反射を低減したコントラスト画像を生成するための、反射を低減したコントラストの形成方法に関している。反射を低減したコンストラストの形成方法には、次の各工程が含まれている。
【００１０】
・照明シーケンスを利用して、物体を照明する工程。物体を照明する工程は、１つまたは多数（２つ以上）の照明源を利用して行われる。それぞれの照明源は、照明シーケンスに従って、物体を個別に照明するようになっている。
【００１１】
・照明シーケンスによる物体の照明の都度、物体の照明画像を作成する工程。
・それぞれの照明画像を対象として、照明画像を、第１の軸に関して近接している照明画像と適切に重畳させ、かつ第２の軸に関して近接しているさらなる照明画像と適切に重畳させる工程を利用して、反射を補正した照明画像を算定する工程。
【００１２】
・第１の軸に関して近接している２つの反射を補正した照明画像を重畳して、第１の軸の第１の軸全体画像を得る工程。
・第２の軸に関して近接している２つの反射を補正した照明画像を重畳して、第２の軸の第２の軸全体画像を得る工程。
【００１３】
・第１の軸全体画像に基づいて、第１のカラー・グラデーション画像を作成する工程。
・第２の軸全体画像に基づいて、第２のカラー・グラデーション画像を作成する工程。
・第１のカラー・グラデーション画像および第２のカラー・グラデーション画像を、色空間に変換する工程。
【００１４】
・色空間に変換した後の第１のカラー・グラデーション画像および第２のカラー・グラデーション画像に基づいて、物体の特性の垂直分布の４つの方向情報を、カラー・コード化して表示可能となるように、コントラスト画像を生成する工程。
【００１５】
これらの工程段階は、自動化方式で実行されてもよい。
本発明に言うところの、物体特性の垂直分布情報には、３つの空間次元の全てについて、物体特性に関するヒントを与えてくれる情報が含まれていてもよい。
【００１６】
本発明に言うところの照明シーケンスとは、照明の具体的な順序のことであってもよい。これに従って、その都度照明源がアクティブ化されてもよいが、その際にその余の照明源は、非アクティブ状態となっている。
【００１７】
本発明に言うところの照明源とは、物体を照明するための光源のことであってもよい。従って、物体の周りにそのような照明源を複数配置することにより、照射角度を選択可能な物体の照明を達成することができる。例えば、照明源は、対物レンズのところに配置される、複数の個別光源（例えばＬＥＤ）を有するリング・ライト照明であってもよいが、これらの個別光源を用いて、異なる象限（北−東−南−西）から、または異なる個別ＬＥＤ（北−北東−東−南東−南−南西−西−北西）から、所定の順序で、個別方式または組み合わせ方式で物体の照明を実現することができる。
【００１８】
本発明に言うところの照明画像とは、照明シーケンスにおいて画像化される物体の記録のことであってもよい。
本発明に言うところの、照明画像を、軸に関して近接している照明画像と重畳させる工程とは、２つの画像のそれぞれ等しい画像成分を増幅したり減衰したりする工程のことであってもよい。これは、例えばピクセルごとに行われてもよい。
【００１９】
本発明に言うところの軸全体画像とは、照明画像を重畳させたり組み合わせたりすることによって成立する画像のことであってもよい。その際には、同じ軸に関してそれぞれ近接している照明画像が使用されてもよい。
【００２０】
本発明に言うところのカラー・グラデーション画像とは、軸全体画像の全体にわたり、ある相応のカラー・グラデーションを設定する場合に生じる画像のことであってもよい。例えば任意の直交座標系において、ｘ軸に対しては、例えば青から黄へのグラデーションのような、第１のカラー・グラデーションが設定されてもよく、またｙ軸に対しては、さらなるカラー・グラデーション、例えば赤から緑へのグラデーションが設定されてもよい。その場合は、ｘ軸の軸全体画像のカラー・グラデーション画像が、青から黄へのカラー・グラデーションを有することになるだろう。その場合は、このカラー・グラデーションが、水平軸に沿った物体の垂直分布の指標となることができるのに対し、その場合は、ｙ軸の軸全体画像のカラー・グラデーション画像のカラー・グラデーションが、鉛直軸に沿った物体の垂直分布の指標となることができる。特にカラー・グラデーションは、コントラストであってもかまわない。カラー・グラデーションがコントラストである場合は、輝度情報をカラー・コードとして使用することによって、物体の特性の垂直分布をカラー・コード化して表示できるようにすることが可能となるが、その際には、画像内の輝度、またはピクセルの輝度により、高さ情報が表示されることになる。
【００２１】
本発明に言うところの色空間とは、例えばコンピュータのディスプレイを対象として、および／または印刷分野において導入されるような、デジタル方式により決定される色空間のことであってもよい。
【００２２】
本発明に言うところの反射を補正した照明画像とは、その内部に出現する反射の分だけ補正が行われている画像のことであってもよい。
本発明による教示によって、材料特性に関する情報も、また物体の垂直分布情報および／または位相分布情報も、画像における反射を補正して表示可能であるという長所が達成される。さらに物体をオリジナル・カラーで表示することが可能である上に、輝度を利用して、空間的な関係づけを達成することもできる。従って、単独画像において個々のコントラストを組み合わせることを簡単かつ迅速に達成することが可能となり、それにより、物体に関するより多くの情報を、物体画像において表示できるようになる。
【００２３】
並列関係に置かれた請求項の対象は、特に物体特性の垂直分布情報を読み取るために、非常に好ましくは光学顕微鏡検査のために、好適には顕微鏡イメージング画像からコントラスト画像を生成するための、反射を低減するコントラスト形成装置に関するものであるが、反射を低減するコントラスト形成装置は、画像記録装置と反射低減型コントラスト形成装置とを有している。画像記録装置が、物体の画像を取り込んで、反射低減型コントラスト形成装置に伝送するように構成されている。反射低減型コントラスト形成装置が、本発明に従う反射を低減したコントラストの形成方法を実行するように構成されている。
【００２４】
本発明に言うところの画像記録装置とは、物体を走査して光学的に描写するために適した装置のことであってもよい。特に画像記録装置は、任意の顕微鏡、非常に好ましくは任意の光学顕微鏡であってもよい。さらに画像記録装置は、画像化対象である物体の、照射角度を選択可能な照明のための、複数の照明源を有していてもよい。
【００２５】
本発明に言うところの反射低減型コントラスト形成装置は、画像を記録する際に物体を照明することにより作られる画像からコントラストを生成するとともに、その際に生じる反射を補正するように設けられた、装置を有していてもよい。このために反射低減型コントラスト形成装置は、ＣＰＵと付属アーキテクチャを有していてもよい。特に反射低減型コントラスト形成装置は、顕微鏡の画像処理ユニットに組み込まれたものであるか、または相応に構成されたコンピュータであってもよい。
【００２６】
本発明による教示によって、照射角度を選択しながら物体を照明して、その際に複数の画像を取り込んで、取り込まれた画像の個々のコントラストを単独画像において組み合わせることを達成することによって、物体に関するより多くの情報を物体画像において表示することを可能とし、その際には、記録された画像を、記録の際に生じた反射の分だけ補正できるようにする装置を、低コストで提供可能である、という長所が達成される。
【００２７】
並列関係に置かれたさらなる請求項の対象は、本発明に従う反射を低減するコントラストの形成方法に基づいて作動可能な、本発明に従う反射を低減するコントラスト形成装置用の、コンピュータ・プログラム製品に関している。コンピュータ・プログラムには、プログラムのソース・コード手段が内蔵されており、本発明に従う、画像処理を利用する反射低減型コントラスト形成方法の工程段階が実施される。コンピュータ・プログラムは、リアル・タイム画像処理ユニットの内部に、ハードウェア・コードとして実施されたものであってもよい、またはその代わりに、純粋な画像後処理装置として実施されたものであってもかまわない。
【００２８】
反射低減型コントラスト形成方法のためのプログラムのコードは、ハードウェア（任意の光学顕微鏡のデジタル画像処理ユニット）に組み込まれていると有利であり、その場合は、非常に高速の画像処理を行って、その結果をいわば「ライブ」画像として観察することができるが、なぜならば、個々の画像の記録とそれらの画像処理は、ライブ画像の再生周期よりも速い速度で行われるからである。
【００２９】
本発明による教示により、反射を低減したコントラストの形成方法を自動化方式で進めていくことができるとともに、本発明に従う様々な装置を対象として、方法を簡単かつ低コストで提供することができる、という長所が達成される。コンピュータ・プログラム製品が、顕微鏡の画像処理ユニットに組み込まれているか、または組込み可能であると、非常に有利である。コンピュータ・プログラム製品は、ほかにもハードウェア・コードとして、画像処理ハードウェアに組み込まれたものであってもかまわない。
【００３０】
並列関係に置かれたさらなる請求項の対象は、本発明に従うコンピュータ・プログラム製品を有している、データ媒体に関している。
本発明による教示により、反射を低減したコントラストの形成方法を自動化方式で進めていくことができるとともに、本発明に従う様々な装置を対象として、方法を簡単かつ低コストで提供することができる上に、簡単に搬送可能であることによって、方法を本発明に従う装置に直接、装置の現場で組み込むことができる、という長所が達成される。
【００３１】
以下で本発明の実施形態についてより詳しく説明する前にまず指摘しておくが、本発明は記載のコンポーネントまたは記載の工程段階に限定されるものではない。さらにその上に使用する用語もまた、何らかの制約を加えるものではなく、あくまでも例示的な性質のものである。明細書および特許請求の範囲において、単数形を使用しているものについては、前後関係からこれが明らかに排除されない限り、そのいずれにも複数形が含意されるものとする。場合により必要となるかもしれない工程段階については、前後関係から明らかにこれが排除されない限り、自動化方式で実行できるようになっている。
【００３２】
以下では、本発明に従う方法の、さらに別の例示的な実施形態について解説する。
第１の例示的な実施形態に従って、反射を低減したコントラストの形成方法において、第１の軸に関して近接している２つの反射を補正した照明画像を重畳して、第１の軸の第１の軸全体画像を得る工程、および、第２の軸に関して近接している２つの反射を補正した照明画像を重畳して、第２の軸の第２の軸全体画像を得る工程には、それぞれ相応して、次の各工程が含まれている。すなわち、第１の軸または第２の軸に関して近接している２つの反射を補正した照明画像について演算を行って、第１の軸または第２の軸に関する中間画像を得る工程。これらの中間画像について演算を行って、第１の軸全体画像または第２の軸全体画像を得る工程。各々の演算工程には、加算工程または減算工程が含まれることになる。ほかにもさらに追加して、個々の画像において、スケーリング工程、画像フィルタリング工程、またはそれ以外の種類の画像加工工程が、加算工程または減算工程の前および／または後に実行されてもよい。この実施形態には、それにより、軸全体画像を取得するために、方法の一部を繰り返し適用することができる、という長所がある。それにより、方法を簡素化することができる。
【００３３】
さらなる例示的な実施形態に従って、反射を低減したコントラストの形成方法において、対応している反射を補正した照明画像を重畳して、第１の軸の第１の軸全体画像または第２の軸の第２の軸全体画像を得る工程には、グレースケール変換工程が含まれる。
【００３４】
この実施形態には、それにより、不要な色情報が削除されるように、軸全体画像を変換することが可能となり、軸全体画像を別の情報を得るために簡単に使用することができる、という長所がある。
【００３５】
さらなる例示的な実施形態に従って、反射を低減したコントラストの形成方法において、第１のカラー・グラデーション画像および第２のカラー・グラデーション画像を色空間に変換する工程には、次の各工程が含まれている。すなわち、第１のカラー・グラデーション画像を色空間の第１のイメージング・チャネルに対して割り当てる工程。および、第２のカラー・グラデーション画像を色空間の第２のイメージング・チャネルに対して割り当てる工程。
【００３６】
本発明に言うところのイメージング・チャネルとは、色空間の視覚表示に利用されるチャネルのことであってもよい。ＲＧＢ色空間は、例えばＲチャネル、Ｇチャネル、およびＢチャネルの３つのイメージング・チャネルを有しており、各チャネル上では異なる色がコード化されている。
【００３７】
この実施形態には、色空間のイメージング・チャネル自体を物体特性に関する情報管理に利用することができる、という長所がある。
さらなる例示的な実施形態に従って、反射を低減したコントラストの形成方法において、第１のカラー・グラデーション画像および第２のカラー・グラデーション画像を色空間に変換する工程には、輝度情報を色空間の第３のイメージング・チャネルに対して割り当てる工程が含まれている。
【００３８】
この実施形態には、輝度情報を利用して、画像を正規化することができる、またはほかにも、物体特性に関するさらなる情報を色空間において表示するために画像を利用することができる、という長所がある。
【００３９】
さらなる例示的な実施形態に従って、反射を低減したコントラストの形成方法において、第１のカラー・グラデーション画像および第２のカラー・グラデーション画像を色空間に変換する工程には、グレースケール画像を色空間の第３のイメージング・チャネルに対して割り当てる工程が含まれている。
【００４０】
本発明に言うところのグレースケール画像とは、画像の黒から白へのグラデーション情報のことであってもよい。グレースケール画像もまた、コントラストを有していてもよい。
【００４１】
この実施形態には、グレースケール画像を利用して、画像を正規化することができるか、またはほかにも、物体特性に関するさらなる情報を色空間において表示するために、画像を利用することができる、という長所がある。
【００４２】
さらなる例示的な実施形態に従って、反射を低減したコントラストの形成方法にはさらに、反射を補正した照明画像の少なくとも主要な部分を適切に重畳する工程を利用して、反射を補正した照明全体画像を算定する工程が含まれている。またグレースケール画像が、反射を補正した照明全体画像をグレースケール変換したものに基づいたものとなっている。
【００４３】
この実施形態には、それにより、反射をフィルタリングによりさらにより良好に除去することができる、という長所がある。
さらなる例示的な実施形態に従って、反射を低減したコントラストの形成方法にはさらに、４つの方向情報のうちの２つの方向情報が、第１の軸に沿ったそれぞれの方向に関する指標となることが含まれる。またコントラストの形成方法にはさらに、４つの方向情報のうちのさらにもう２つの方向情報が、第２の軸に沿ったそれぞれの方向に関する指標となることが含まれる。
【００４４】
この実施形態には、軸全体画像を生成するために利用されるこれらの軸の方向を、垂直分布情報を得るためにも利用することによって、物体特性の垂直分布情報を簡単に色空間において表示可能である、という長所がある。
【００４５】
さらなる例示的な実施形態に従って、反射を低減したコントラストの形成方法にはさらに、色空間が、ＣＩＥＬＡＢ色空間、加法混色の色空間、減法混色の色空間、または色相・彩度の色空間であることが含まれる。
【００４６】
本発明に言うところのＣＩＥＬＡＢ色空間とは、知覚可能なあらゆる色を記述したものであってもよい。ＣＩＥＬＡＢ色モデルの最も重要な特性に数えられるのが、デバイス独立性と知覚関連性である。これは、色が、それらの作り方または再現技術には関係なく、例えば標準的な光条件において標準観測者により知覚されるような色である、と定義されることを意味している。この色モデルは、ＥＮ  ＩＳＯ  １１６６４−４に定義されている。
【００４７】
本発明に言うところの加法混色の色空間とは、その都度異なる色刺激を連続的に加えることにより、目で感じる色の印象が変化することを意味するものであってもよい。基本的に、眼球内の色の感じ方が異なるセンサによる色覚は、一種の加法混合である。加法混色は、眼球と脳で行われることから、生理的混色とも呼ばれる。加法混色の色空間は、例えばＲＧＢ色空間であってもよい。
【００４８】
本発明に言うところの減法混色の色空間とは、物体の表面からの反射の際の拡散反射による、または媒体（カラー・フィルタ）を通過する際の透過による、色刺激の変化である、と呼ぶことができる。減法混色とは、より狭義には、３つのカラー・フィルタを前後に並べて接続することによって、色空間の多様性が再現されるという、極端な原理である、と解釈されるものである。例えばＣＭＹ色空間またはＣＭＹＫ色空間は、一種の減法混色による色空間であるかもしれない。
【００４９】
本発明に言うところの色相・彩度の色空間とは、色相（英語：ｈｕｅ）、彩度（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）および明度（または暗度）（ｖａｌｕｅ）により、色の定義が行われる色空間のことであってもよい。これは、ＨＳＶ色空間とも呼ばれる。これと同様に定義すると、相対的な輝度（ｌｉｇｈｔｎｅｓｓ）を用いる場合はＨＳＬ色空間となり、絶対的な輝度（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）を用いる場合はＨＳＢ色空間となり、輝度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を用いる場合はＨＳＩ色空間となる。
【００５０】
この実施形態には、良好に定義された、広く普及している色空間を使用可能であり、それにより開発コストを低減可能である、という長所があるが、それによりコスト低減をもたらすことができる。
【００５１】
さらなる例示的な実施形態に従って、反射を低減したコントラストの形成方法にはさらに、色空間に応じてコンストラス画像の生成を行う工程が含まれている。
この実施形態には、どのような物体情報を、例えばカラー・コードといった情報を、表示すべきであるかを、色空間に応じて決定することができる、という長所がある。
【００５２】
さらなる例示的な実施形態に従って、反射を低減したコントラストの形成方法にはさらに、照明シーケンスの完了後には、それぞれの照明源により物体が照明されていることが含まれる。その際にはコントラスの形成方法にさらに、照明シーケンスの完了後には、それぞれの照明源により物体が正確に照明されていることが含まれてもよい。
【００５３】
この実施形態には、利用することができる全ての方向から物体が照明されることによって、利用することができる全ての照明方向の物体情報を取得することができる、という長所がある。
【００５４】
さらなる例示的な実施形態に従って、反射を低減したコントラストの形成方法にはさらに、照明シーケンスに従って各照明源が個別に物体を照明する工程が含まれている。
この実施形態には、要求される物体の曝射回数が、不可欠な回数だけに限られるとともに、所望される物体情報を表示するために作成しなければならない照明画像の数も必要最小限になる、という長所がある。
【００５５】
さらなる例示的な実施形態に従って、反射を低減したコントラストの形成方法のために、物体には、これが任意の拡散反射型の物体であることが含まれる。この実施形態には、反射のための明示的な優先方向を持たない物体に、この方法を適用することができる、という長所がある。
【００５６】
従って本発明により、角度を選択可能な照明を利用して、物体の異なる特性を表示することを可能にする方法およびそれに付属する装置を提供することが容認されることになる。これは、例えば次の技法を利用して行うことができるようになっている。すなわち、
・ＤＰＣ（微分位相コントラスト法）：  照明方向が反対側である各画像の位相を微分→位相勾配（ＢＩＯ）または高さプロファイル勾配（ＭＡＴ）。
【００５７】
・ＳＥＣ（加法強調コントラスト法（Ｓｕｍ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ−Ｃｏｎｔｒａｓｔ））：  個々の画像を全て合計したもの＋絶対値（ＤＰＣｘ−ｘ方向の反対側から照明される各画像の位相の微分）＋絶対値（ＤＰＣｙ−ｙ方向の反対側から照明される各画像の位相の微分）→増分の絶対値を合計し、ＰＫ画像を重畳させる→個別情報を直接読み取ることは不可能だが、異なる効果が同時に可視化される。
【００５８】
・ＤＥＣ（減法強調コントラスト法（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ−Ｃｏｎｔｒａｓｔ））：  個々の画像を全て合計したもの−絶対値（ＤＰＣｘ）−絶対値（ＤＰＣｙ）→ＰＫ画像と増分の絶対値とを減算する→個別情報を直接読み取ることは不可能だが、異なる効果が同時に可視化される。
【００５９】
・ＭＳＣ（相加平均コントラスト法（Ｍｅａｎ−Ｓｕｍ−Ｃｏｎｔｒａｓｔ））：  個々の画像の絶対値の差を、それぞれの平均値を用いて全て合計する→方向情報なし−極値が強調される。
【００６０】
ＳＥＣ、ＤＥＣおよびＭＳＣという概念または略語は、本願においては上記のように定義されるものである。
ここで、特に色空間と関係づけることによって複数の情報を同時に符号化するために、様々なコントラストと、個々の画像（ＰＫ）を合計したものとを利用するものとする。
【００６１】
・ＨＳＶカラー・コントラスト：  特にＤＩＣ／ＤＰＣコントラスト法によっては、材料色に関する情報が表示されないという事実が、問題となっている。このため、可能であるのは次の組み合わせである。すなわち、
・ＰＫ画像を取得すること、
・これを、ＲＧＢからＨＳＶ色空間に変換すること、
・Ｖチャネル（Ｖａｌｕｅ）を所望される個々のコントラスト（例えばＤＩＣｘ）のグレースケール画像により置き換えること、
・この画像を逆変換して、ＲＧＢに戻すこと、
・場合によっては輝度の適合化を実行すること。
【００６２】
・その結果は、今ではオリジナルと同じ色を有しているが、その輝度には、個々のコントラストの情報（例えばｘ方向へのある増分）が含まれていることになる。
・ＬＡＢカラー・コントラスト：  同様にＤＩＣ／ＤＰＣ法の位相勾配の方向情報の可視化が可能であるのが１方向だけに限定されてしまう点が問題である。この問題は、次の変換工程により解決される。すなわち、
・ＰＫ画像を取得すること、
・これをＬａｂ色空間に変換すること、
・所望される個々のコントラスト（例えばＤＰＣｘ、ＤＰＣｙ）を用いてａチャネルおよびｂチャネルを置き換えること、
・この画像を逆変換して、ＲＧＢ色空間に戻すこと。
【００６３】
・その結果は、元の画像（ＰＫ）と同じ輝度値を有しているが、個々のコントラストの情報は両方とも、ａまたはｂに記憶されていることになる。
それにより、例えばＤＰＣｘおよびＤＰＣｙについては、全ての増分方向が表示される
と同時に、カラー・コード化が行われていることになる。
【００６４】
・ＲＧＢカラー・コントラスト：
・ＲＧＢカラー・チャネルに、３つの異なる個々のコントラスト（例えばＰＫ、ＤＰＣｘ、ＤＰＣｙ）を書き込むこと。
【００６５】
・その結果、３つのコントラスト情報は全て、カラー・コード化されていることになる。
それにより、単独画像において、個々のコントラストを簡単かつ迅速に組み合わせることが可能となる、という長所が生み出されることになる。さらに本方法により、ＨＳＶおよびＬＡＢの場合には、情報（色／輝度）が取得されるようになっている。
【００６６】
さらに、物体の画像を記録するために、物体の最適照射を使用に供すること、またその際には、物体を、照明により発生する反射を限りなくゼロとして、光学的に表示することが可能となる。それにより、反射型の試料の表面においても、コントラストを得ることが可能となる。さらに、照明方向に対する感受性を示す反射を抑止することができる。それに加え、不自然なアーティファクトも生じない。従って、方向を選択可能な同軸照明のためにも、また、例えば暗視野におけるような軸外照明のためにも、本方法は利用可能となる。
【００６７】
物体は、様々な方向から照明される。それぞれの照明方向に対して、輝度画像が記録される。個別画像の反射補正を達成するために、全反射の算出は行われず、それぞれの個々の画像について、それ自体の反射補正が行われるようになっている。
【００６８】
ところで、反射を補正した個別画像は、次のように算出される。すなわち、
【００６９】
【数１】
2019139247.tif 000003
式中、Ｎ（ｋ）は直接近接しているｋ個の照明特性を表す量であり、ｍは全ての近接照射特性Ｎ（ｋ）の個数を示す。
【００７０】
その背後には、近接する照明方向の画像は常に、物体の類似画像を示しており、その際に反射は通例、照明方向に対する強い指向性を示す、という原理がある。それにより、右辺の分数の中の差を求める際には、これらの反射が残されてしまうことになる。０を用いて最大値を求め、合計して、ｍを用いて正規化することによって、引き続いてこれらの反射は、単独画像からこれらを直接導き出すことができるように、正規化されることになる。その結果、得られる画像には、引き続いて、直接的な反射はもはや全くないか、またはほとんど含まれていないことになる。
【００７１】
これは、引き続いて全ての個別画像を用いて実行され、それにより成立した補正後の個別画像がコントラスト画像を作成するために使用される。その際にこれらは、画像処理により事前にさらに改善することができる（場合によりあり得る、輝度の補償等）。
【００７２】
反射の除去を、コントラストの計算式に直接代入することもできる。例えばｘ方向の方向コントラストは、次式、すなわち、
【００７３】
【数２】
2019139247.tif 000004
として求められる。
【００７４】
あるいは振幅の正規化により、次式、すなわち、
【００７５】
【数３】
2019139247.tif 000005
が成立する。
【００７６】
式中、ＨＫｘはｘ方向の照明瞳の半円上の全照明方向を表す量であり、また、
【００７７】
【数４】
2019139247.tif 000006
はみな、ｊとは反対側（他方の半円上）に位置する照明方向である。
【００７８】
さらに、反射を補正した個別画像または反射を補正したコントラストを利用して、カラー・コントラストを生成することができるが、これらは、試料のＲＧＢ値を局所的な物体増分情報と組み合わせて（ＨＳＶ）生成したものであるか、または配向が異なるコントラストと物体の輝度情報とを互いに組み合わせて（ＬＡＢもしくはＲＧＢ）生成したものであるかの、いずれかとなっている。
【００７９】
当然ながら、反射補正を直接計算に組み込むこともできる。すなわち、
ＨＳＶ（ｘ）−色相、彩度、明度
【００８０】
【数５】
2019139247.tif 000007
ＬＡＢ−輝度（Ｈｅｌｌｉｇｋｅｉｔ）、赤と緑の間の値、青と黄の間の値
【００８１】
【数６】
2019139247.tif 000008
これらのコントラストをそれ以外の色空間において混合することも、原則的に可能である（ＣＭＹ、ＣＭＹＫ、およびその他）。
【００８２】
以下では本発明を図に基づいてより詳しく解説するものとする。
図１には、本発明の例示的な一実施形態に従って提案される方法の概略図が示される。
図１に、特に物体特性の位相分布情報および／または垂直分布情報を読み取るために、好適にはデジタル顕微鏡イメージング画像から、反射を低減したコントラスト画像を生成するための、反射を低減したコントラストの形成方法の概略図が示される。反射を低減したコントラストの形成方法には、次の各工程が含まれている。すなわち、照明シーケンス１１を利用して、物体を照明する工程１０。物体を照明する工程１０は、多数の照明源１１１を利用して行われるようになっている。この照明シーケンス１１に従って、それぞれの照明源１１１が物体を個別に照明する。この照明シーケンス１１に従う物体の照明の都度、物体の照明画像２１を作成する工程２０。それぞれの照明画像２１を対象として、照明画像２１を、第１の軸３５に関して近接している照明画像２２と適切に重畳させ、かつ第２の軸３６に関して近接している照明画像２２と適切に重畳させる工程７２を利用して、反射を補正した照明画像７１を算定する工程７０。第１の軸３５に関して近接している２つの反射を補正した照明画像７１を重畳して、第１の軸３５の第１の軸全体画像３１を得る工程３０。第２の軸３６に関して近接している２つの反射を補正した照明画像７１を重畳して、第２の軸３６の第２の軸全体画像３２を得る工程３０。第１の軸全体画像３１に基づいて、第１のカラー・グラデーション画像４１を作成する工程４０。第２の軸全体画像３２に基づいて、第２のカラー・グラデーション画像４２を作成する工程４０。第１のカラー・グラデーション画像４１および第２のカラー・グラデーション画像４２を、色空間５１に変換する工程５０。ならびに、色空間５１に変換５０した後の第１のカラー・グラデーション画像４１および第２のカラー・グラデーション画像４２に基づいて、物体の特性の垂直分布の４つの方向情報３５１、３５２、３６１、３６２を、カラー・コード化して表示可能となるように、コントラスト画像６１を生成する工程６０。
【００８３】
図２および図３にはいずれも、本発明のさらなる例示的な実施形態に従う、近接する照明画像を重畳して軸全体画像を得る工程の概略図が示される。
図２に、第１の軸３５に関して近接している、２つの反射を補正した照明画像７１を重畳して、第１の軸３５の第１の軸全体画像３１を得る工程３０が示される。第１の軸３５に関して近接している、２つの反射を補正した照明画像７１について演算工程３３を行って、第１の軸３５に関する、対応している中間画像２３を得ている。さらに、これらの中間画像２３について演算工程３４を行って、第１の軸全体画像３１を得ている。
【００８４】
対応して図３には、第２の軸３６に関して近接している、２つの反射を補正した照明画像７１を重畳して、第２の軸３６の第２の軸全体画像３１を得る工程３０が示される。第
２の軸３６に関して近接している、２つの反射を補正した照明画像７１について、演算工程３３を行って、第２の軸３６に関する、対応している中間画像２３を得ている。さらに、これらの中間画像２３について演算工程３４を行って、第２の軸全体画像３２を得ている。
【００８５】
各々の演算工程３３、３４に、加算工程または減算工程が含まれている。
図４には、本発明のさらなる例示的な実施形態に従って提案される方法の概略図が示される。
【００８６】
図４に、図１の方法に対して拡張された方法の概略図が示される。上記で図１について述べたことは、図４についても引き続いて相応に当てはまることになる。図を見やすくするために、反射を補正した照明画像の重畳工程３０の前後の方法の部分は、図４には描かれていない。もっともこれらについては、図１から読み取ることができる。
【００８７】
図４から読み取ることができるように、反射を低減したコントラストの形成方法においては、それ以外にも、第１の軸３５に関して近接している２つの反射を補正した照明画像７１を重畳して、第１の軸３５（図４には不図示）の第１の軸全体画像３１を得る工程３０、および第２の軸３６（図４には不図示）に関して近接している２つの反射を補正した照明画像７１を重畳して、第２の軸３６の第２の軸全体画像３２を得る工程３０には、いずれも相応して次の各工程が含まれている。すなわち、第１の軸３５または第２の軸３６に関して近接している２つの反射を補正した照明画像７１について、演算を行って、第１の軸３５または第２の軸３６に関する対応している中間画像２３、２４を得る工程３３。および、中間画像２３、２４について、演算を行って、第１の軸全体画像３１または第２の軸全体画像３２を得る工程３４。その際に各々の演算工程３３、３４には、加算工程または減算工程が含まれることになる。
【００８８】
図５には、本発明のさらなる例示的な実施形態に従って提案される方法の概略図が示される。
図５に、図１および図４の方法に対して拡張された方法の概略図が示される。上記で図１および図４について述べたことは、図５についても引き続いて相応に当てはまることになる。図を見やすくするために、変換工程５０の前の方法部分は、図５には描かれていない。もっともこれらについては、図１もしくは図４から読み取ることができる。図５から読み取ることができるように、反射を低減したコントラストの形成方法において、それ以外にも、第１のカラー・グラデーション画像４１および第２のカラー・グラデーション画像４２を色空間５１に変換する工程５０には、次の各工程が含まれている。すなわち、第１のカラー・グラデーション画像４１を、色空間５１の第１のイメージング・チャネル５１１に対して割り当てる工程５２。および、さらに第２のカラー・グラデーション画像４２を、色空間５１の第２のイメージング・チャネル５１２に対して割り当てる工程５２。
【００８９】
それ以外にも図５の例においては、第１のカラー・グラデーション画像４１および第２のカラー・グラデーション画像４２を色空間５１に変換する工程５０に、例えば輝度の情報および／またはグレースケール画像のような、追加情報を、色空間５１の第３のイメージング・チャネル５１３に対して割り当てる工程５３が含まれている。
【００９０】
その際に図５の例においては、４つの方向情報３５１、３５２、３６１、３６２のうちの２つの方向情報３５１、３５２が、第１の軸３５（図５には不図示）に沿ったそれぞれの方向に関する指標となるのに対して、４つの方向情報３５１、３５２、３６１、３６２のうちのさらにもう２つの方向情報３６１、３６２は、第２の軸３６（図５には不図示）に沿ったそれぞれの方向の指標となっている。
【００９１】
図６には、本発明のさらなる例示的な実施形態に従って提案される方法の概略図が示される。
図６に、図１、図４、および図５の方法に対して拡張された方法の概略図が示される。上記で図１、図４、および図５について述べたことは、図６についても引き続いて相応に当てはまることになる。図を見やすくするために、変換工程５０の前の方法部分は、図６には描かれていない。もっともこれらについては、図１、図４、または図５から読み取ることができる。
【００９２】
図６から読み取ることができるように、反射を低減したコントラストの形成方法においては、それ以外にも、第１のカラー・グラデーション画像４１および第２のカラー・グラデーション画像４２を色空間５１に変換する工程５０に、グレースケール画像７７を色空間５１の第３のイメージング・チャネル５１３に対して割り当てる工程５３が含まれている。
【００９３】
さらに反射を低減したコントラストの形成方法には、反射を補正した照明画像７１の少なくとも主要な部分を適切に重畳する工程７４を利用して、反射を補正した照明全体画像７６を算定する工程７３が含まれている。またグレースケール画像７７が、反射を補正した照明全体画像７６をグレースケール変換したものに基づいたものとなっている。
【００９４】
図７には、本発明のさらなる例示的な実施形態に従って提案される装置の概略図が示される。
図７に、特に物体特性の垂直分布情報を読み取るために、非常に好ましくは光学顕微鏡検査のために、好適には顕微鏡イメージング画像から、コントラスト画像を生成するための、コントラスト形成装置１００の概略図が示される。コントラスト形成装置１００は、次を備えている。すなわち、画像記録装置１１０および反射低減型コントラスト形成装置１２０。画像記録装置１１０は、物体の画像を取り込んで、反射低減型コントラスト形成装置１２０に伝送するように構成されている。コントラスト形成装置１００が、本発明に従う反射を低減したコントラストの形成方法を実行するように構成されている。
【符号の説明】
【００９５】
１０  物体を照明する工程
１１  照明シーケンス
２０  照明画像の作成工程
２１  照明画像
２２  近接する照明画像
２３  第１の軸に関する中間画像
２４  第２の軸に関する中間画像
３０  ２つの反射を補正した照明画像を重畳する工程
３１  第１の軸全体画像
３２  第２の軸全体画像
３３  ２つの反射を補正した照明画像について、演算処理を行って中間画像を得る工程
３４  中間画像について、演算処理を行って軸全体画像を得る工程
３５  第１の軸
３６  第２の軸
４０  カラー・グラデーション画像を作成する工程
４１  第１のカラー・グラデーション画像
４２  第２のカラー・グラデーション画像
５０  カラー・グラデーション画像を色空間に変換する工程
５１  色空間
５２  カラー・グラデーション画像を、色空間のイメージング・チャネルに対して割り
当てる工程
５３  さらなる情報を、色空間の第３のイメージング・チャネルに対して割り当てる工程
６０  コントラスト画像を構築する工程
６１  コントラスト画像
７０  照明画像を対象として、反射を補正した照明画像を算定する工程
７１  反射を補正した照明画像
７２  照明画像を、近接する照明画像と重畳させる工程
７３  反射を補正した照明全体画像を算定する工程
７４  反射を補正した照明画像の少なくとも主要な部分を重畳する工程
７６  反射を補正した照明全体画像
７７  グレースケール画像
１００  反射を低減するコントラスト形成装置
１１０  画像記録装置
１１１  照明源
１２０  反射低減型コントラスト形成装置
３５１  垂直分布の第１の方向情報
３５２  垂直分布の第２の方向情報
３６１  垂直分布の第３の方向情報
３６２  垂直分布の第４の方向情報
５１１  色空間の第１のイメージング・チャネル
５１２  色空間の第２のイメージング・チャネル
５１３  色空間の第３のイメージング・チャネル
【図１】
2019139247.tif 000009
【図２】
2019139247.tif 000010
【図３】
2019139247.tif 000011
【図４】
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【図５】
2019139247.tif 000013
【図６】
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【図７】
2019139247.tif 000015