(57)【要約】【課題】半透明で厚みのある被検物に対し、コントラストが高くて明瞭な画像を得ることができる顕微鏡画像の処理装置及び方法を提供することを目的とする。【解決手段】カメラ１３の焦点位置Ｚを被検物１の厚さ方向に変化させながら被検物１の撮像を行って画像データを取得し、焦点位置Ｚの移動方向に対する各画素の輝度情報を読み取る。また、焦点位置Ｚの移動方向に対するフォーカス係数ｆの変化からフォーカス係数ｆのピークｐ１，ｐ２を検出し、その検出したピークｐ１，ｐ２に基づいて焦点位置Ｚの移動領域に第１及び第２の処理対象領域Ｒ１，Ｒ２を設定する。焦点位置Ｚの移動方向に対する各画素の輝度情報から、各画素の第１及び第２の処理対象領域Ｒ１，Ｒ２それぞれについての平均輝度を算出し、その平均輝度の差分に基づいて各画素の輝度階調を設定する。【選択図】図７
2008116526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半透明で厚みのある被検物を対象とする顕微鏡画像の処理装置であって、撮像手段の焦点位置を被検物の厚さ方向に変化させながら被検物の撮像を行って複数の画像データを取得する画像データ取得手段と、画像データ取得手段により取得された複数の画像データから、各焦点位置における各画素の輝度情報を読み取って輝度情報記憶手段に記憶させる輝度情報読み取り手段と、焦点位置の移動領域に第１及び第２の処理対象領域を設定する処理対象領域設定手段と、輝度情報記憶手段に記憶された各焦点位置における各画素の輝度情報から、各画素の第１及び第２の処理対象領域それぞれについての平均輝度を算出し、その平均輝度の差分に基づいて各画素の輝度階調を設定する輝度階調設定手段とを備えたことを特徴とする顕微鏡画像の処理装置。
【請求項２】
画像データ取得手段により取得された複数の画像データより各焦点位置におけるフォーカス係数を算出してフォーカス係数記憶手段に記憶させるフォーカス係数算出手段を備え、処理対象領域設定手段は、フォーカス係数記憶手段に記憶されたフォーカス係数に基づいて得られる焦点位置の移動方向に対するフォーカス係数の変化からフォーカス係数のピークを検出し、その検出したピークに基づいて焦点位置の移動領域に第１及び第２の処理対象領域を設定することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡画像の処理装置。
【請求項３】
前記被検物が培養液中の細胞であり、処理対象領域設定手段は、焦点位置の移動方向に対するフォーカス係数の変化からフォーカス係数のピークを２つ検出したときには、その検出した２つのピークの一方を１つずつ含む２つの焦点位置の移動領域を第１及び第２の処理対象領域として設定することを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡画像の処理装置。
【請求項４】
半透明で厚みのある被検物を対象とする顕微鏡画像の処理方法であって、撮像手段の焦点位置を被検物の厚さ方向に変化させながら被検物の撮像を行って複数の画像データを取得する画像データ取得工程と、画像データ取得工程において取得した複数の画像データから、各焦点位置における各画素の輝度情報を読み取って輝度情報記憶手段に記憶させる輝度情報読み取り工程と、焦点位置の移動領域に第１及び第２の処理対象領域を設定する処理対象領域設定工程と、輝度情報記憶手段に記憶された各焦点位置における各画素の輝度情報から、各画素の第１及び第２の処理対象領域それぞれについての平均輝度を算出し、その平均輝度の差分に基づいて各画素の輝度階調を設定する輝度階調設定工程とを含むことを特徴とする顕微鏡画像の処理方法。
【請求項５】
画像データ取得工程において取得した複数の画像データより各焦点位置におけるフォーカス係数を算出してフォーカス係数記憶手段に記憶させるフォーカス係数算出工程を含み、処理対象領域設定工程において、フォーカス係数記憶手段に記憶されたフォーカス係数に基づいて得られる焦点位置の移動方向に対するフォーカス係数の変化からフォーカス係数のピークを検出し、その検出したピークに基づいて焦点位置の移動領域に第１及び第２の処理対象領域を設定することを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡画像の処理方法。
【請求項６】
前記被検物が培養液中の細胞であり、処理対象領域設定工程において、焦点位置の移動方向に対するフォーカス係数の変化からフォーカス係数のピークを２つ検出したときには、その検出した２つのピークの一方を１つずつ含む２つの焦点位置の移動領域を第１及び第２の処理対象領域として設定することを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡画像の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば培養液中の細胞のような半透明で厚みのある被検物を対象とする顕微鏡画像の処理装置及び処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、培養液中の細胞のように半透明で厚みのある被検物を顕微鏡で観察し、これを画像処理しようとする場合、ＣＣＤカメラ等の撮像手段の焦点位置を被検物の厚さ方向に変化させながら、画像全体として最もピントが合うところ、或いは最もコントラストが高くなるところで撮像を行う撮像法が採られる。また、撮像手段の焦点位置を被検物の厚さ方向に変化させながら連続的に撮像し、最もピントがあう領域だけを取り出して繋ぎ合わせて１枚の画像を作成するマルチフォーカス型の撮像法も知られている（特許文献１，２，３参照）
【特許文献１】特開平１０−２９０３８９号公報
【特許文献２】特開２００１−３４４５９９号公報
【特許文献３】特開平８−２９４０３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、培養液中の細胞のように半透明で厚みのある被検物に対しては、被検物自体が半透明であるために上記従来の撮像法では明瞭なコントラストが得にくく、全体的にぼやけてしまってどこに被検物があるかが分からない画像が得られる場合が多かった。
【０００４】
そこで本発明は、半透明で厚みのある被検物に対し、コントラストが高くて明瞭な画像を得ることができる顕微鏡画像の処理装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の顕微鏡画像の処理装置は、半透明で厚みのある被検物を対象とする顕微鏡画像の処理装置であって、撮像手段の焦点位置を被検物の厚さ方向に変化させながら被検物の撮像を行って複数の画像データを取得する画像データ取得手段と、画像データ取得手段により取得された複数の画像データから、各焦点位置における各画素の輝度情報を読み取って輝度情報記憶手段に記憶させる輝度情報読み取り手段と、焦点位置の移動領域に第１及び第２の処理対象領域を設定する処理対象領域設定手段と、輝度情報記憶手段に記憶された各焦点位置における各画素の輝度情報から、各画素の第１及び第２の処理対象領域それぞれについての平均輝度を算出し、その平均輝度の差分に基づいて各画素の輝度階調を設定する輝度階調設定手段とを備えたことを特徴とする顕微鏡画像の処理装置。
【０００６】
請求項２に記載の顕微鏡画像の処理装置は、請求項１に記載の顕微鏡画像の処理装置において、画像データ取得手段により取得された複数の画像データより各焦点位置におけるフォーカス係数を算出してフォーカス係数記憶手段に記憶させるフォーカス係数算出手段を備え、処理対象領域設定手段は、フォーカス係数記憶手段に記憶されたフォーカス係数に基づいて得られる焦点位置の移動方向に対するフォーカス係数の変化からフォーカス係数のピークを検出し、その検出したピークに基づいて焦点位置の移動領域に第１及び第２の処理対象領域を設定する。
【０００７】
請求項３に記載の顕微鏡画像の処理装置は、請求項２に記載の顕微鏡画像の処理装置において、前記被検物が培養液中の細胞であり、処理対象領域設定手段は、焦点位置の移動方向に対するフォーカス係数の変化からフォーカス係数のピークを２つ検出したときには
、その検出した２つのピークの一方を１つずつ含む２つの焦点位置の移動領域を第１及び第２の処理対象領域として設定する。
【０００８】
請求項４に記載の顕微鏡画像の処理方法は、半透明で厚みのある被検物を対象とする顕微鏡画像の処理方法であって、撮像手段の焦点位置を被検物の厚さ方向に変化させながら被検物の撮像を行って複数の画像データを取得する画像データ取得工程と、画像データ取得工程において取得した複数の画像データから、各焦点位置における各画素の輝度情報を読み取って輝度情報記憶手段に記憶させる輝度情報読み取り工程と、焦点位置の移動領域に第１及び第２の処理対象領域を設定する処理対象領域設定工程と、輝度情報記憶手段に記憶された各焦点位置における各画素の輝度情報から、各画素の第１及び第２の処理対象領域それぞれについての平均輝度を算出し、その平均輝度の差分に基づいて各画素の輝度階調を設定する輝度階調設定工程とを含む。
【０００９】
請求項５に記載の顕微鏡画像の処理方法は、請求項４に記載の顕微鏡画像の処理方法において、画像データ取得工程において取得した複数の画像データより各焦点位置におけるフォーカス係数を算出してフォーカス係数記憶手段に記憶させるフォーカス係数算出工程を含み、処理対象領域設定工程において、フォーカス係数記憶手段に記憶されたフォーカス係数に基づいて得られる焦点位置の移動方向に対するフォーカス係数の変化からフォーカス係数のピークを検出し、その検出したピークに基づいて焦点位置の移動領域に第１及び第２の処理対象領域を設定する。
【００１０】
請求項６に記載の顕微鏡画像の処理方法は、請求項５に記載の顕微鏡画像の処理方法において、前記被検物が培養液中の細胞であり、処理対象領域設定工程において、焦点位置の移動方向に対するフォーカス係数の変化からフォーカス係数のピークを２つ検出したときには、その検出した２つのピークの一方を１つずつ含む２つの焦点位置の移動領域を第１及び第２の処理対象領域として設定する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、被検物の画像の各画素に、焦点位置の移動領域に設定した第１及び第２の処理対象領域それぞれについて算出した平均輝度から求められる輝度階調が設定されるので、半透明で厚みのある被検物に対し、コントラストが高くで明瞭な画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態における顕微鏡画像の処理装置の構成図、図２は本発明の一実施の形態における顕微鏡画像の処理装置の制御系統図、図３は本発明の一実施の形態における画素データ及び輝度データ等の説明図、図４は本発明の一実施の形態におけるフォーカス係数の説明図、図５は本発明の一実施の形態における処理対象領域の説明図、図６は本発明の一実施の形態における輝度階調の説明図、図７、図８、図９及び図１０は本発明の一実施の形態における顕微鏡画像の処理工程を示すフローチャート、図１１は本発明の一実施の形態における顕微鏡画像の処理装置により得られた画像を従来の処理装置によって得られた画像とともに示す図である。
【００１３】
図１は、半透明で厚みのある被検物１を対象とする顕微鏡画像の処理装置４である。ここでは被検物１が培養液２中の細胞３であるものとする。この顕微鏡画像の処理装置４は顕微鏡部１０と画像処理部２０から成り、顕微鏡部１０は被検物１を載置するステージ１１と、ステージ１１の下方に設置された照明１２と、ステージ１１の上方に設置されたカメラ１３（撮像手段）を有している。カメラ１３はＭ×Ｎの画素を備えたＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）を内蔵しており、図示しない移動機構を介し
て上下方向に移動して、ステージ１１の上面からの高さによって表される焦点位置Ｚを上下方向（被検物１の厚さ方向）に変化させる。
【００１４】
図１において、画像処理部２０は制御部２１と、制御部２１と繋がるステージ制御部２２、照明制御部２３、カメラ制御部２４、操作・入力部２５及びモニター２６から成る。ステージ制御部２２は制御部２１からの指令に基づいて顕微鏡部１０のステージ１１の位置決め制御を行い、照明制御部２３は制御部２１からの指令に基づいてステージ１１に載置された被検物１の照明を行う。カメラ制御部２４は制御部２１からの指令に基づいてカメラ１３を上下させ、カメラ１３の焦点位置Ｚを制御部２１から与えられた指示値に一致させるとともに、制御部２１から与えられた撮像指示に基づいてカメラ１３に撮像を行わせる。操作・入力部２５は制御部２１に操作・入力信号を入力する入力装置であり、モニター２６は制御部２１において生成されたデータを視覚的に表示する出力装置である。
【００１５】
図２において、制御部２１には入力処理部３１、指令部３２、焦点位置指示部３３、撮像指示部３４、画像データ記憶部３５、輝度データ読み取り部（輝度情報読み取り手段）３６、輝度データ記憶部（輝度情報記憶手段）３７、フォーカス係数算出部（フォーカス係数算出手段）３８、フォーカス係数記憶部（フォーカス係数記憶手段）３９、処理対象領域設定部（処理対象領域設定手段）４０、処理対象領域記憶部４１、輝度階調設定部（輝度階調設定手段）４２、輝度階調データ記憶部４３及び表示処理部４４が備えられている。
【００１６】
図２において、入力処理部３１は操作・入力部２５の操作によって入力された信号を指令部３２に入力する。指令部３２は入力処理部３１から入力された信号等に基づいて焦点位置指示部３３、撮像指示部３４、輝度データ読み取り部３６、フォーカス係数算出部３８、処理対象領域設定部４０、輝度階調設定部４２及び表示処理部４４に指令信号を出力する。
【００１７】
焦点位置指示部３３は、指令部３２からの指令に基づいてカメラ制御部２４にカメラ１３の移動指令と焦点位置Ｚの指示値を与える。カメラ制御部２４は焦点位置指示部３３から与えられた指令に基づいてカメラ１３を上下させ、焦点位置Ｚを指示値に一致させる。本実施の形態では、カメラ１３の焦点位置Ｚとして、下から上に向かって等間隔にＪ（Ｊは２以上の整数。例えば１００）個の飛び飛びの値（Ｚ＝Ｚ１，Ｚ２，・・・，ＺＪ）の指示値が与えられる。
【００１８】
撮像指示部３４は、指令部３２からの指令に基づいてカメラ制御部２４に撮像指示を与える。カメラ１３の撮像によって得られた画像データは画像データ記憶部３５に記憶される。１つの画像データはカメラ１３のＣＣＤが備えるＭ×Ｎ個の画素の画素データＰ（ｋ）ｊ（ｋ＝１，２，・・・，Ｍ×Ｎ）の集合体であり、各焦点位置Ｚｊ（ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）について１つの画像データ（Ｍ×Ｎ個の画素データ）が存在する。焦点位置Ｚ＝Ｚ１，Ｚ２，・・・，ＺＪについて計Ｊ回の撮像を行うと、画像データ記憶部３５にはＭ×Ｎ×Ｊの三次元の画素データＰ（ｋ）ｊ（ｋ＝１，２，・・・，Ｍ×Ｎ、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）が記憶される。
【００１９】
この画像データ記憶部３５に記憶される三次元の画素データＰ（ｋ）ｊ（ｋ＝１，２，・・・，Ｍ×Ｎ、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）は、Ｍ×Ｎの二次元の画素データＰ（ｋ）ｊ（ｋ＝１，２，・・・，Ｍ×Ｎ）が下から上へＪ個の階層に積み重ねられたイメージで捉えることができる（図３）。ここで、パラメータｊは階層又は焦点位置Ｚを特定する番号であり、下から上へ順に１，２，・・・，Ｊとカウントされる。また、パラメータｋは画素を特定する番号であり、図３に示す矩形領域の１つの隅から対角の隅に至るまで順に１，２，・・・，Ｍ×Ｎとカウントされる。
【００２０】
輝度データ読み取り部３６は、指令部３２からの指令に基づいて、画像データ記憶部３５に記憶された三次元の画素データＰ（ｋ）ｊ（ｋ＝１，２，・・・，Ｍ×Ｎ、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）から各画素についての輝度データ（輝度情報）を読み取り、その結果を輝度データ記憶部３７に記憶させる。これにより輝度データ記憶部３７には、三次元の画素データＰ（ｋ）ｊに対応する三次元の輝度データｂ（ｋ）ｊ（ｋ＝１，２，・・・，Ｍ×Ｎ、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）が記憶される（図３）。輝度データ記憶部３７に記憶される三次元の輝度データｂ（ｋ）ｊ（ｋ＝１，２，・・・，Ｍ×Ｎ、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）は、画素データＰ（ｋ）ｊの場合と同様に、Ｍ×Ｎの二次元の輝度データｂ（ｋ）ｊ（ｋ＝１，２，・・・，Ｍ×Ｎ）が下から上へＪ個の階層に積み重ねられたイメージで捉えることができる（図３）。
【００２１】
フォーカス係数算出部３８は、指令部３２からの指令に基づいて、画像データ記憶部３５に記憶された各焦点位置Ｚｊ（ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）の画像データについてのフォーカス係数ｆｊ（ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）を算出する。フォーカス係数ｆｊはその焦点位置Ｚｊにおける画像データに対するカメラ１３の合焦度を示す値（無次元量）であり、その値が相対的に高いものほどピントが合った画像データであるといえる。フォーカス係数ｆｊは各焦点位置Ｚｊにおける画像データ全体を対象として算出するが、その算出の仕方は任意であり、例えば、通常用いられる微分処理法やウェーブレット変換法等を用いることができる。フォーカス係数算出部３８において算出されたフォーカス係数ｆｊ（ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）はフォーカス係数記憶部３９に記憶される。
【００２２】
処理対象領域設定部４０は、指令部３２からの指令に基づいて、フォーカス係数記憶部３９に記憶されたフォーカス係数ｆｊ（ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）を焦点位置Ｚの移動方向に補間して、焦点位置Ｚの移動方向に対する連続したフォーカス係数ｆのグラフ（以下、フォーカス係数曲線と称する）を作成し（図４及び図５）、このフォーカス係数曲線から２つのピークを検出する。本実施の形態のように被検物１が培養液２中の細胞３である場合、細胞３の核３ａが占める面積が多い領域と、細胞の外殻３ｂが占める面積が多い領域のそれぞれにおいて、フォーカス係数ｆのピークが検出される。以下、これら２つのフォーカス係数ｆのピークのうち、焦点位置Ｚの値が小さい側のピークを第１ピークｐ１と称し、焦点位置Ｚの値が大きい側のピークを第２ピークｐ２と称する（図４、図５及び図６）。
【００２３】
処理対象領域設定部４０は、第１ピークｐ１と第２ピークｐ２を検出したら、第１ピークｐ１に対応する焦点位置Ｚ（以下、第１ピーク対応焦点位置Ｚｂと称する）と、第２ピークｐ２に対応する焦点位置Ｚ（以下、第２ピーク対応焦点位置Ｚｄと称する）を求める（図５）。第１ピーク対応焦点位置Ｚｂと第２ピーク対応焦点位置Ｚｄを求めたら、今度は第１ピークｐ１と第２ピークｐ２の間の極小値に対応する焦点位置Ｚ（以下、極小値対応焦点位置Ｚｃと称する）を求める。そして、次に第１ピーク対応焦点位置Ｚｂと極小値対応焦点位置Ｚｃの間隔（＝ΔＺ１）と、極小値対応焦点位置Ｚｃと第２ピーク対応焦点位置Ｚｄの間隔（＝ΔＺ２）を求め、Ｚｂ−ΔＺ１に対応する焦点位置Ｚ（以下、始端側焦点位置Ｚａと称する）と、Ｚｄ＋ΔＺ２に対応する焦点距離Ｚ（以下、終端側焦点位置Ｚｅと称する）を求める。
【００２４】
このようにして始端側焦点位置Ｚａと終端側焦点位置Ｚｅを求めたら、始端側焦点位置Ｚａと極小値対応焦点位置Ｚｃの間の領域を第１の処理対象領域Ｒ１に設定し、極小値対応焦点位置Ｚｃと終端側焦点位置Ｚｅの間の領域を第２の処理対象領域Ｒ２に設定する。これにより、２つのピークｐ１，ｐ２の一方を１つずつ含む２つの処理対象領域Ｒ１，Ｒ２が設定される（図５）。処理対象領域設定部４０において設定された第１の処理対象領域Ｒ１と第２の処理対象領域Ｒ２は処理対象領域記憶部４１に記憶される。
【００２５】
輝度階調設定部４２は、指令部３２からの指令に基づいて、輝度データ記憶部３７に記憶された三次元の輝度データｂ（ｋ）ｊ（ｋ＝１，２，・・・，Ｍ×Ｎ、ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）から、各画素の処理対象領域記憶部４１に記憶された第１の処理対象領域Ｒ１及び第２の処理対象領域Ｒ２それぞれについての平均輝度（輝度の平均値）を算出し、その平均輝度の差分に基づいて各画素の輝度階調を設定する処理を行う。具体的には、各画素（番号ｋの画素）について全処理対象領域Ｒ（＝Ｒ１＋Ｒ２）における輝度の最大値ｂ（ｋ）ｍａｘ、全処理対象領域Ｒ（＝Ｒ１＋Ｒ２）における輝度の最小値ｂ（ｋ）ｍｉｎ、第１の処理対象領域Ｒ１における輝度の平均値ｂ（ｋ）ａｖｇ１及び第２の処理対象領域Ｒ２における輝度の平均値ｂ（ｋ）ａｖｇ２を算出したうえで、式
Ｃ（ｋ）＝（Ａ（ｋ）／Ｂ（ｋ）×１２８＋１２８）
Ａ（ｋ）  ＝（ｂ（ｋ）ａｖｇ２−ｂ（ｋ）ａｖｇ１）
Ｂ（ｋ）  ＝（ｂ（ｋ）ｍａｘ−ｂ（ｋ）ｍｉｎ）
によって与えられるＣ（ｋ）をその画素の輝度階調として割り当てる。ここで、Ｂ（ｋ）＝０となる場合にはその画素についてはＣ（ｋ）＝１２８の輝度階調を割り当てる。このようにして得られた各画素についての輝度階調のデータは、輝度階調データ記憶部４３に記憶される。
【００２６】
表示処理部４４は、指令部３２からの指令に基づいて、輝度階調データ記憶部４３に記憶された輝度階調のデータを各画素に対応させたうえで、これを被検物１の画像としてモニター２６に視覚表示させる。
【００２７】
このように本顕微鏡画像の処理装置４は、カメラ１３（撮像手段）の焦点位置Ｚを被検物１の厚さ方向に変化させながら被検物１の撮像を行って複数の画像データを取得する画像データ取得手段（カメラ制御部２４、指令部３２、焦点位置指示部３３、撮像指示部３４、画像データ記憶部３５等から成る）、画像データ取得手段により取得された複数の画像データから、焦点位置Ｚの移動方向に対する各画素の輝度情報（輝度データ）を読み取って輝度情報記憶手段（輝度データ記憶部３７）に記憶させる輝度情報読み取り手段（輝度データ読み取り部３６）、画像データ取得手段により取得された複数の画像データから求められる焦点位置Ｚの移動方向に対するフォーカス係数ｆを算出してフォーカス係数記憶手段（フォーカス係数記憶部３９）に記憶させるフォーカス係数算出手段（フォーカス係数算出部３８）、フォーカス係数記憶手段に記憶されたフォーカス係数ｆに基づいて得られる焦点位置Ｚの移動方向（被検物１の厚さ方向）に対するフォーカス係数ｆの変化からフォーカス係数ｆのピーク（この実施の形態では２つのピークｐ１，ｐ２）を検出し、その検出したピークに基づいて焦点位置Ｚの移動領域に第１及び第２の処理対象領域Ｒ１，Ｒ２をして設定する処理対象領域設定手段（処理対象領域設定部４０）、及び、輝度情報記憶手段に記憶された焦点位置Ｚの移動方向に対する各画素の輝度情報から、各画素の第１及び第２の処理対象領域Ｒ１，Ｒ２それぞれについての平均輝度を算出し、その平均輝度の差分に基づいて各画素の輝度階調を設定する輝度階調設定手段（輝度階調設定部４２）を備えるものである。
【００２８】
ここで、上記Ｃ（ｋ）、すなわち輝度階調の値は、第１項の分子Ａ（ｋ）の絶対値が大きければ大きいほど第２項の値「１２８」から離れていく。Ｃ（ｋ）の第２項の値「１２８」は２５６階調の中間値であるが、或る画素のＣ（ｋ）の値が中間値「１２８」から離れていくということは、その画素は他の画素と比べてコントラストが高くなる（白又は黒が強調される）ことを意味する。
【００２９】
図６（ａ）において、細胞３が存在しない培養液２の部分を撮像した画素では（その画素は図中のＺ軸の上方延長線上にあるとする）、全処理対象領域Ｒ（＝Ｒ１＋Ｒ２）にわたって輝度が殆ど変化しないので、差分Ａ（ｋ）  ＝（ｂ（ｋ）ａｖｇ２−ｂ（ｋ）ａｖ
ｇ１）はほぼ「０」となって、その画素の輝度階調はＣ（ｋ）≒１２８となる。
【００３０】
図６（ｂ）において、細胞３の外殻３ｂのみを（細胞３の内部ではあるが核３ａが存在しない部分を）撮像した画素では（その画素は図中のＺ軸の上方延長線上にあるとする）、全処理対象領域Ｒ（＝Ｒ１＋Ｒ２）内の外殻３ｂが存在する部分（第２ピークｐ２が存在する付近）において輝度が変化し、外殻３ｂ（及び核３ａ）が存在しない部分の輝度（≒１２８）よりもやや高くなるので、結果として差分Ａ（ｋ）  ＝（ｂ（ｋ）ａｖｇ２−ｂ（ｋ）ａｖｇ１）は正値となる。このため細胞３の外殻３ｂのみを撮像した画素の輝度階調は１２８よりも大きい値となり、細胞３が存在しない培養液２の部分（図６（ａ）に示した部分）よりも明るい画像となる。
【００３１】
図６（ｃ）において、細胞３の外殻３ｂに加えて核３ａも撮像した画素では（その画素は図中のＺ軸の上方延長線上にあるとする）、核３ａが存在する部分と外殻３ｂが存在する部分との２箇所（第１ピークｐ１と第２ピークｐ２が存在する付近）において輝度が変化し、核３ａが存在する部分の輝度は核３ａも外殻３ｂも存在しない部分の輝度（≒１２８）よりもかなり低く、外殻３ｂが存在する部分の輝度は核３ａも外殻３ｂも存在しない部分の輝度よりもやや高くなるので、結果として差分Ａ（ｋ）  ＝（ｂ（ｋ）ａｖｇ２−ｂ（ｋ）ａｖｇ１）は負値となる。このため外殻３ｂに加えて核３ａも撮像した画素の輝度階調は１２８よりも小さい値となり、細胞３が存在しない培養液２の部分（図６（ａ）に示した部分）よりも暗い画像となる。
【００３２】
次に、顕微鏡画像の処理装置４を用いて被検物１の撮像を行い、その結果をモニター２６に画像表示するまでの具体的な手順について説明する。図６はその手順を示すメインルーチンであり、図７、図８及び図９はこのメインルーチンに付随するサブルーチンである。
【００３３】
被検物１の撮像を行ってこれを画像表示するには、先ず、顕微鏡部１０のステージ１１に被検物１を載置し、画像処理部２０の操作・入力部２５から所定の入力操作を行う。これにより制御部２１の入力処理部３１は指令部３２に処理開始の指示信号を出力し、指令部３２はこれを受けて画像データ取得工程Ｓ１（図７）を行う。
【００３４】
画像データ取得工程Ｓ１では、制御部２１の指令部３２は先ず、階層を特定する番号ｊを初期値ｊ＝０に設定し、焦点位置Ｚを初期値Ｚ０にセットする指令値を出す（図８のステップＳ１０１）。焦点位置Ｚが初期値Ｚ０にセットされたらｊを１つ増加させてｊ＝ｊ＋１とし、焦点位置ＺをＺｊにセットする指示値を出す（図８のステップＳ１０２）。カメラ１３が上方に移動して焦点位置ＺがＺｊにセットされたら、撮像指示部３４に撮像指示を出してカメラ１３に撮像を行わせ（図８のステップＳ１０３）、得られた二次元の画素データＰ（ｋ）ｊ（ｋ＝１，２，・・・，Ｍ×Ｎ）をｊ番目の階層の画像データとして、画像データ記憶部３５に記憶させる（図８のステップＳ１０４）。
【００３５】
ステップＳ１０４が終了したら、指令部３２は現在の階層を特定する番号ｊが予め定めた最大値Ｊ（例えば１００）に達しているか否かの判断を行い（図８のステップＳ１０５）、その結果、現在の階層を特定する番号ｊが最大値Ｊに達していなかった場合にはステップＳ１０２に戻り、ｊを１つ増加させて次の焦点位置Ｚｊについての撮像とその焦点位置Ｚｊでの撮像で得られた二次元の画素データＰ（ｋ）ｊ（ｋ＝１，２，・・・，Ｍ×Ｎ）の記憶を行う。一方、ステップＳ１０５において、現在の階層を特定する番号ｊが最大値Ｊに達していた場合にはこのサブルーチンを抜けて、メインルーチンに復帰する。このサブルーチン（画像データ取得工程Ｓ１）が終了した時点で、画像データ記憶部３５には、Ｍ×Ｎ×Ｊの三次元の画素データＰ（ｋ）ｊが記憶される。
【００３６】
画像データ取得工程Ｓ１が終了したら、指令部３２から指令を受けた輝度データ読み取り部３６及びフォーカス係数算出部３８が輝度データ読み取り・フォーカス係数算出工程Ｓ２（図７）を行う。輝度データ読み取り・フォーカス係数算出工程Ｓ２では、先ず輝度データ読み取り部３６が階層を特定する番号ｊを初期値ｊ＝０に設定した後（図９のステップＳ２０１）、ｊを１つ増加させてｊ＝ｊ＋１とし（図９のステップＳ２０２）、画像データ記憶部３５に記憶されたｊ番目の階層の画像データから読み出した各画素の輝度情報、すなわち各画素の輝度データｂ（ｋ）ｊ（ｋ＝１，２，・・・，Ｍ×Ｎ）を輝度データ記憶部３７に記憶させる（図９のステップＳ２０３）。
【００３７】
ステップＳ２０３が終了したら、今度はフォーカス係数算出部３８が、画像データ記憶部３５に記憶されたｊ番目の階層の画像データからフォーカス係数ｆｊを算出し、その結果をフォーカス係数記憶部３９に記憶させる（図９のステップＳ２０４）。
【００３８】
ステップＳ２０４が終了したら、フォーカス係数算出部３８は現在の階層を特定する番号ｊが予め定めた最大値Ｊ（例えば１００）に達しているか否かの判断を行い（図９のステップＳ２０５）、その結果、現在の階層を特定する番号ｊが最大値に達していなかった場合にはステップＳ２０２に戻り、輝度データ読み取り部３６はｊを１つ増加させて次の階層についての輝度データｂ（ｋ）ｊ（ｋ＝１，２，・・・，Ｍ×Ｎ）の読み出しと記憶を行い、フォーカス係数算出部３８はフォーカス係数ｆｊの算出と記憶を行う。一方、ステップＳ２０５において、現在の階層を特定する番号ｊが最大値に達していた場合には、このサブルーチンを抜けてメインルーチンに復帰する。
【００３９】
輝度データ読み取り・フォーカス係数算出工程Ｓ２が終了したら、指令部３２から指令を受けた処理対象領域設定部４０が処理対象領域設定工程Ｓ３（図７）を行う。処理対象領域設定工程Ｓ３では、先ず、処理対象領域設定部４０がフォーカス係数記憶部３９に記憶されたフォーカス係数ｆｊ（ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）に基づいて、焦点位置Ｚの移動方向に対する連続したフォーカス係数ｆのグラフ（フォーカス係数曲線）を作成し、そのフォーカス係数曲線から２つのピーク、すなわち第１ピークｐ１と第２ピークｐ２を検出する。そして、前述の要領でこれら２つのピークｐ１，ｐ２の一方を１つずつ含む２つの処理対象領域、すなわち第１の処理対象領域Ｒ１と第２の処理対象領域Ｒ２を設定し、処理対象領域記憶部４１に記憶させる。
【００４０】
処理対象領域設定工程Ｓ３が終了したら、指令部３２から指令を受けた輝度階調設定部４２が輝度階調設定工程Ｓ４（図７）を行う。輝度階調設定工程Ｓ４では、輝度階調設定部４２が、画素を特定する番号ｋを初期値ｋ＝０に設定した後（図１０のステップＳ４０１）、ｋを１つ増加させてｋ＝ｋ＋１とし（図１０のステップＳ４０２）、輝度データ記憶部３７に記憶された番号ｋの画素についての輝度データｂ（ｋ）ｊ（ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）及び処理対象領域記憶部４１に記憶させた第１の処理対象領域Ｒ１及び第２の処理対象領域Ｒ２のデータに基づいて、全処理対象領域Ｒ（＝Ｒ１＋Ｒ２）における輝度の最大値ｂ（ｋ）ｍａｘ、全処理対象領域Ｒ（＝Ｒ１＋Ｒ２）における輝度の最小値ｂ（ｋ）ｍｉｎ、第１の処理対象領域Ｒ１における輝度の平均値ｂ（ｋ）ａｖｇ１及び第２の処理対象領域Ｒ２における輝度の平均値ｂ（ｋ）ａｖｇ２を算出する（図１０のステップＳ４０３）。
【００４１】
輝度階調設定部４２は、ステップＳ４０３においてｂ（ｋ）ｍａｘ、ｂ（ｋ）ｍｉｎ、ｂ（ｋ）ａｖｇ１及びｂ（ｋ）ａｖｇ２を算出したら、前述のようにしてＡ（ｋ），Ｂ（ｋ）を求める（図１０のステップＳ４０４）。そして、Ｂ（ｋ）＝０が満たされるか否かの判断を行い（図１０のステップＳ４０５）、その結果Ｂ（ｋ）＝０が満たされなかった場合にはＣ（ｋ）＝（Ａ（ｋ）／Ｂ（ｋ）×１２８＋１２８）によって得られるＣ（ｋ）をその画素の輝度階調として与え（図１０のステップＳ４０６）、ステップＳ４０５にお
いてＢ（ｋ）＝０が満たされた場合には、Ｃ（ｋ）＝１２８をその画素の輝度階調として与える（図１０のステップＳ４０７）。
【００４２】
ステップＳ４０６又はステップＳ４０７が終了したら、輝度階調設定部４２は、ステップＳ４０６又はステップＳ４０７で画素に与えられたＣ（ｋ）の値をその画素の番号ｋとともに輝度階調データ記憶部４３に記憶させる（図１０のステップＳ４０８）。そして、現在の画素を特定する番号ｋが最大値（＝Ｍ×Ｎ）に達しているか否かの判断を行い（図１０のステップＳ４０９）、その結果現在の画素を特定する番号ｋが最大値に達していなかった場合にはステップＳ４０２に戻り、ｋを１つ増加させて次の番号ｋの画素にＣ  （ｋ）を与え、Ｃ（ｋ）の値を画素の番号ｋとともに記憶させる。一方、ステップＳ４０９において、現在の画素を特定する番号ｋが最大値に達していた場合には、このサブルーチン（輝度階調設定工程Ｓ４）を抜けて、メインルーチンに復帰する。
【００４３】
輝度階調設定工程Ｓ４が終了したら、指令部３２から指令を受けた表示処理部４４が表示工程Ｓ５を行う（図７）。表示工程Ｓ５では、表示処理部４４が輝度階調データ記憶部４３に記憶された輝度階調のデータを各画素に対応させたうえで、これを被検物１の画像としてモニター２６に視覚表示させる。この表示工程Ｓ５が終了したら、処理装置４による一連の画像処理は終了となる。
【００４４】
図１１は、顕微鏡画像の処理装置４によって撮像した被検物１の画像を、従来における顕微鏡画像の処理装置によって撮像した画像と対比して示すものであり、図１１（ａ）が本処理装置４によって得られたもの、図１１（ｂ）が従来の処理装置によって得られたものである。これら両図より、本処理装置４によれば、被検物である培養液２中の細胞３自体が半透明であるために従来認識しにくかった細胞３の画像を、コントラストを強調した明瞭な画像として視覚表示できることが分かる。
【００４５】
ここで、前述のように、被検物１が培養液２中の細胞３である場合には、フォーカス係数ｆｊ（ｊ＝１，２，・・・，Ｊ）を焦点位置Ｚの移動方向に補間して、焦点位置Ｚの移動方向に対する連続したフォーカス係数ｆのグラフ（すなわちフォーカス係数曲線）を作成すると、そのフォーカス係数曲線には２つのピークｐ１，ｐ２）が現れるが、被検物１が培養液２中の細胞３ではなく、単に半透明で厚みのあるものである場合にはフォーカス係数曲線に現れるピークは１つとなる場合もあり得る。この場合であっても、フォーカス係数ｆに基づいて得られる焦点位置の移動方向に対するフォーカス係数ｆの変化からフォーカス係数ｆのピークを検出し、その検出したピークに基づいて第１及び第２の処理対象領域Ｒ１，Ｒ２を設定する（例えば、検出された１つのピークの位置を境に焦点位置Ｚの移動領域を上下に分け、その上下の領域を第１及び第２の処理対象領域Ｒ１，Ｒ２に設定する）ようにすれば、同様にコントラストの高い被検物１の画像を得ることができる。
【００４６】
更には、フォーカス係数曲線にピークが現れない場合や、フォーカス係数曲線を求めない場合であっても、それまでの経験や、別途設定した何らかの基準に基づいて、焦点位置の移動方向に第１及び第２の処理対象領域Ｒ１，Ｒ２を設定するようにすれば、同様にコントラストの高い被検物１の画像を得ることができる。
【００４７】
このように本実施の形態における顕微鏡画像の処理装置４では、被検物１の画像の各画素に、焦点位置Ｚの移動領域に設定した第１及び第２の処理対象領域Ｒ１，Ｒ２それぞれについて算出した平均輝度から求められる輝度階調が設定されるので、半透明で厚みのある被検物に対し、コントラストが高くで明瞭な画像を得ることができる。
【００４８】
これまで本発明の好ましい実施の形態について説明してきたが、本発明は上述の実施の形態に示したものに限定されない。例えば、被検物１が培養液２中の細胞３である場合、
設定される２つの処理対象領域Ｒ１，Ｒ２はフォーカス係数ｆの２つのピークｐ１，ｐ２の一方を１つずつ含んでいればよく、上述の実施の形態に示したような方法（Ｚａ，Ｚｃ，Ｚｅを求めて設定する方法）に限られない。しかし、上述の実施の形態に示した方法によれば、コントラストの強調処理に必要な両ピークｐ１，ｐ２それぞれの近傍領域に限定した領域設定を行うことができるので、高効率で（処理速度が速く）、精度のよい画像処理を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
半透明で厚みのある被検物に対し、コントラストが高くて明瞭な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施の形態における顕微鏡画像の処理装置の構成図
【図２】本発明の一実施の形態における顕微鏡画像の処理装置の制御系統図
【図３】本発明の一実施の形態における画素データ及び輝度データ等の説明図
【図４】本発明の一実施の形態におけるフォーカス係数の説明図
【図５】本発明の一実施の形態における処理対象領域の説明図
【図６】本発明の一実施の形態における輝度階調の説明図
【図７】本発明の一実施の形態における顕微鏡画像の装置の処理工程を示すフローチャート
【図８】本発明の一実施の形態における顕微鏡画像の処理工程を示すフローチャート
【図９】本発明の一実施の形態における顕微鏡画像の処理工程を示すフローチャート
【図１０】本発明の一実施の形態における顕微鏡画像の処理工程を示すフローチャート
【図１１】本発明の一実施の形態における顕微鏡画像の処理装置により得られた画像を従来の処理装置によって得られた画像とともに示す図
【符号の説明】
【００５１】
１  被検物
２  培養液
３  細胞
４  顕微鏡画像の処理装置
１３  カメラ（撮像手段）
２４  カメラ制御部（画像データ取得手段）
３２  指令部（画像データ取得手段）
３３  焦点位置指示部（画像データ取得手段）
３４  撮像指示部（画像データ取得手段）
３５  画像データ記憶部（画像データ取得手段）
３６  輝度データ読み取り部（輝度情報読み取り手段）
３７  輝度データ記憶部（輝度情報記憶手段）
３８  フォーカス係数算出部（フォーカス係数算出手段）
３９  フォーカス係数記憶部（フォーカス係数記憶手段）
４０  処理対象領域設定部（処理対象領域設定手段）
４２  輝度階調設定部（輝度階調設定手段）
Ｚ  焦点位置
ｐ１  第１ピーク（ピーク）
ｐ２  第２ピーク（ピーク）
Ｒ１  第１の処理対象領域
Ｒ２  第２の処理対象領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図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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