(57)【要約】【課題】粒子画像の解析パラメータとして粒子画像の凹凸度を求めること。【解決手段】粒子を撮像して得られた画像データの粒子の輪郭の屈曲点の数と粒子の周囲長を求め、屈曲点の数と周囲長とから粒子の凹凸度を求めることを特徴とする粒子画像解析方法。【選択図】図４
2005127791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子を撮像して得られた画像データの粒子の輪郭の屈曲点の数と粒子の周囲長を求め、屈曲点の数と周囲長とから粒子の凹凸度を求めることを特徴とする粒子画像解析方法。
【請求項２】
粒子の輪郭を形成している輪郭画素を追跡するチェインコードを求め、このチェインコードを用いて粒子の輪郭の屈曲点の数と粒子の周囲長とを求めることを特徴とする請求項１記載の粒子画像解析方法。
【請求項３】
輪郭画素の画素中心を追跡するチェインコードを求めることを特徴とする請求項２記載の粒子画像解析方法。
【請求項４】
凹凸度は、屈曲点の数と周囲長の比であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の粒子画像解析方法。
【請求項５】
粒子を撮像して得られた画像データを２値化する２値化部と、２値化された画像データの粒子の輪郭を形成している輪郭画素を追跡するチェインコードを求めるエッジトレース部と、このチェインコードを用いて粒子の輪郭の屈曲点の数と粒子の周囲長とを求め、屈曲点の数と周囲長とから粒子の凹凸度を求める解析部とを備えることを特徴とする粒子画像解析装置。
【請求項６】
エッジトレース部は、輪郭画素の画素中心を追跡するチェインコードを求めることを特徴とする請求項５記載の粒子画像解析装置。
【請求項７】
解析部は、屈曲点の数と周囲長の比から凹凸度を求めることを特徴とする請求項５又は６記載の粒子画像解析装置。
【請求項８】
解析部は、円相当径を求めることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の粒子画像解析装置。
【請求項９】
粒子を含む懸濁液を懸濁液流に変換するフローセルと、変換された懸濁液流に対して光を照射する光照射部と、照射された粒子を撮像する撮像部をさらに備えることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の粒子画像解析装置。
【請求項１０】
粒子を撮像して得られた画像データから粒子の輪郭の屈曲点の数と粒子の周囲長を求め、屈曲点の数と周囲長とから粒子の凹凸度を求めることを特徴とする粒子画像解析プログラム。
【請求項１１】
粒子の輪郭を形成している輪郭画素を追跡するチェインコードを求め、このチェインコードを用いて粒子の輪郭の屈曲点の数と周囲長とを求め、屈曲点の数と周囲長とから粒子の凹凸度を求めることを特徴とする請求項１０記載の粒子画像解析プログラム。
【請求項１２】
請求項１０又は１１記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は粒子を撮像し、その粒子像を画像解析することによって、粒子に関する情報を求める粒子画像解析方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この発明の背景技術としては、粒子懸濁液の流れをシース液で取り囲んだ流れに変換するフローセルと、変換された懸濁液流に対して光を照射する光照射手段と、照射された粒子を撮像する撮像手段と、撮像された粒子像を解析する画像解析手段と、表示手段とを備え、画像解析手段は、撮像された各粒子像の面積および周囲長についての粒子データを測定し、その粒子データから粒子と円形度を算出する算出手段と、粒径による粒度頻度データに基づいてヒストグラムを作成すると共に粒径と円形度とに対応する２つのパラメータによる２次元スキャッタグラムを作成して表示手段にそれぞれ表示する図表作成手段と、撮像された各粒子像を格納する記憶手段と、記憶手段に格納された各粒子像を表示手段に一括表示する粒子像呼出手段からなることを特徴とする粒子画像分析装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３４１１１１２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、ファインセラミックス粒子やトナー、顔料、化粧品用パウダー、食品添加物、化学薬品のような種々の粒子状物質の製造過程や品質管理工程において、粒子物質の各粒子に関する様々な情報を測定し、粒子の解析を行うことが重要になってきている。
しかしながら、従来の方法や装置では、粒子の粒径や円形度又は凝集度などを求めることはできるが、他の粒子情報、例えば粒子の凹凸度を求めることができなかった。
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、粒子を撮像して得られた粒子画像から粒子の凹凸度を算出することが可能な粒子画像解析方法と装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明は、粒子を撮像して得られた画像データの粒子の輪郭の屈曲点の数と粒子の周囲長を求め、屈曲点の数と周囲長とから粒子の凹凸度を求めることを特徴とする粒子画像解析方法を提供するものである。
【０００５】
また、この発明は、粒子を撮像して得られた画像データを２値化する２値化部と、２値化された画像データの粒子の輪郭を形成している輪郭画素を追跡するチェインコードを求めるエッジトレース部と、このチェインコードを用いて粒子の輪郭の屈曲点の数と粒子の周囲長とを求め、屈曲点の数と周囲長とから粒子の凹凸度を求める解析部とを備えることを特徴とする粒子画像解析装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、粒子の屈曲点の数と、周囲長から粒子画像の凹凸度が容易に求められ、粒子の解析に必要な新しい情報が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
この発明の画像解析対象は、ファインセラミックス、顔料、化粧品用パウダーのような無機物の粉体および食品添加物のような有機物の粉体を含むものであり、多結晶からなる粒子であってもよい。
この発明の粒子画像解析方法は、粒子を撮像して得られた画像データの粒子の輪郭の屈曲点の数と粒子の周囲長を求め、屈曲点の数と周囲長とから粒子の凹凸度を求めることを特徴とする。
凹凸度は、屈曲点の数と周囲長の比である。
【０００８】
また、この発明による粒子画像解析装置は、粒子を撮像して得られた画像データを２値化する２値化部と、２値化された画像データの粒子の輪郭を形成している輪郭画素を追跡するチェインコードを求めるエッジトレース部と、このチェインコードを用いて粒子の輪郭の屈曲点の数と粒子の周囲長とを求め、屈曲点の数と周囲長とから粒子の凹凸度を求める解析部とを備える。
凹凸度は、屈曲点の数と周囲長の比である。
２値化部とエッジトレース部と解析部は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭからなるマイクロコンピュータ又はパーソナルコンピュータにより一体的に構成できる。
【０００９】
この発明の粒子画像解析装置は、粒子を含む懸濁液を懸濁液流に変換するフローセルと、変換された懸濁液流に対して光を照射する光照射部と、照射された粒子を撮像する撮像部とをさらに備えてもよい。
この場合、フローセルは、粒子懸濁液の流れをシース液で包んで流すことにより流体力学的効果によって、細かいあるいは偏平な流れに変換することができるセルであり、これには、従来公知のものを用いることができる。
【００１０】
なお、フローセルに供給されるシース液については、粒子懸濁液の性質（粒子）や溶媒の性質）に対応してその種類を選択することが好ましい。
また、光照射部には、パルス発光するストロボやレーザ光源を用いることが好ましい。
連続的に発光する光源を用いることもできるが、この場合には撮像部にシャッターを設ける必要がある。撮像部には、一般的な２次元画像を撮像するビデオカメラを用いることができる。
【００１１】
光照射部と撮像部とはフローセルを挟んで配置され、フローセルにおいて粒子懸濁液が偏平な流れに変換される場合、光照射部は、粒子懸濁液流の偏平な一面に直交して光を照射し、撮像部はその光軸上に配置されることが好ましい。
さらに、この発明は、粒子を撮像して得られた画像データから粒子の輪郭の屈曲点の数と粒子の周囲長を求め、屈曲点の数と周囲長とから粒子の凹凸度を求めることを特徴とする粒子画像解析プログラムを提供するものである。
また、この発明は、上記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供するものである。
【００１２】
この記録媒体は、マイクロコンピュータで処理が行われるメモリ、例えばＲＯＭのようなものであってもよいし、外部記憶装置としてプログラム読み取り装置が設けられ、そこに挿入されて読み取られるプログラムメディアであってもよい。
【００１３】
いずれの場合においても、格納されているプログラムはマイクロプロセッサがアクセスして実行される構成であってもよいし、コンピュータのプログラム記憶エリアにダウンロードされて、そのプログラムが実行される方式であってもよい。このダウンロード用のプログラムはあらかじめ粒子画像解析装置に格納されているものとする。
【００１４】
ここで、プログラムメディアは、装置と分離可能に構成される記憶媒体であり、磁気テープやカセットテープなどのテープ系、フロッピー（登録商標）ディスクやハードディスクなどの磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤなどの光ディスクのディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カードなどのカード系、あるいはマスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＲＯＭなどによる半導体メモリを含めた固定的にプログラムを担持する媒体であってもよい。
【００１５】
また、この発明の粒子画像解析装置をインターネットを含む通信ネットワークと接続可能なシステム構成とし、記録媒体を通信ネットワークからプログラムをダウンロードするように流動的にプログラムを担持する媒体としてもよい。尚、そのダウンロード用プログラムは予め解析装置に格納しておく。
【実施例１】
【００１６】
この発明の粒子解析装置の流体系と光学系を図１に示す。
図１において、バルブ１６、１７が開くと、粒子懸濁液はポンプ１８によって吸引ピペット１から吸引され、サンプルフィルター２を通りフローセル５の上部の試料チャージングライン３へ引き込まれる。サンプルフィルター２によって、懸濁液中の粗大な粒子ごみが取り除かれ、流路の細い（狭い）フローセル５が詰まらないようにしている。またこのサンプルフィルタ２は、粗大な凝集塊をほぐす効果も持っている。
【００１７】
チャージングライン３に引きこまれた粒子懸濁液は、バルブ１６、１７を閉じてシリンジ４を動作させることによってフローセル５に導かれ、内部のサンプルノズル（図示しない）の先端から懸濁液が押し出される。それと同時にシース液もシース液ボトル６からシース液チャンバー７を介してフローセル５に送り込まれ、粒子懸濁液はそのシース液で取り囲まれ、液体力学的に懸濁液は偏平に絞られてフローセル５の内を流れ、廃液チャンバー１４を介して排出される。このように偏平に絞られた懸濁液流に対して、ストロボ８からパルス光を周期的に照射することによって、粒子の静止画像が対物レンズ９を介してビデオカメラ１０で撮像される。
【００１８】
粒子を懸濁する溶媒は粒子特性（粒径や比重）に応じて最適なものを選べばよい。
また、懸濁液の流れを確実に偏平にあるいは細かく絞り込むために懸濁液の特性に応じて、例えば溶媒の粘度や比重に応じて、シース液の粘度や比重を変更するのが好ましい。図１には図示していないが、複数種類のシース液ボトルを設け、測定する試料に応じて使用するシース液の種類を容易に切り換えられるような機構を付加してもよい。
【００１９】
懸濁液流の偏平な面をビデオカメラ１０で撮像すれば、ビデオカメラ１０の撮像エリア全体にわたって粒子像を捉えることができ、図２に示すように１回の撮像で多数の粒子を撮像できる。また、撮像される粒子の重心とビデオカメラ１０の撮像面との距離をほぼ一定にすることができるので、粒子の大きさに関わらず常にピントの合った粒子像が得られる。
【００２０】
図３は粒子画像解析装置の信号処理系を示すブロック図である。同図で示すように、画像処理部１１は、ビデオカメラ１０からの画像信号を２値化データに変換する２値化部１１ａと、２値化された粒子画像データをエッジトレースするエッジトレース部１１ｂと、エッジトレースで得られたデータを解析処理する解析部１１ｃと、画像データや処理データなどを格納するデータ記憶部１１ｄと、プログラム読み取り部１５によってプログラム記録媒体から読み取られた粒子画像解析用プログラムを格納するプログラム記憶部１１ｅを備える。そして、画像処理部１１は、ビデオカメラ１０からの画像信号をキーボード１３から入力される処理条件に応じて処理し、処理結果をモニターテレビ１２に表示する。
【００２１】
このような構成における画像処理の手順を図４のフローチャートに示す。ビデオカメラ１０からの画像信号は、画像処理部１１に取り込まれてＡ／Ｄ変換され、画像データとして取り込まれる（ステップＳ１）。次に、懸濁液流に対する照射光の強度むら（シューディング）を補正するためのバックグラウンド補正が行われる（ステップＳ２）。
【００２２】
具体的には、粒子フローセル５を通過していない時に光照射して得られる画像データを、測定前にあらかじめ取り込んでおき、その画像データと実際の粒子撮像画面の画像データとを比較演算することであり、画像処理として一般的によくしられた処理である。次に、粒子画像の輪郭を的確に抽出するための前処理として輪郭強調処理を行う（ステップＳ３）。具体的には、一般的によく知られたラプラシアン強調処理を行う。
【００２３】
次に、画像データをある適当なスレシホールドレベルで２値化すると各粒子画像は図５に示すような２値化画像となる（ステップＳ４）。次に、２値化された各粒子画像に対してエッジ点が（輪郭を表す輪郭画素）かどうかを判定するとともに、着目しているエッジ点に対して隣合うエッジ点がどの方向にあるかの情報、すなわちチェインコードを生成する（ステップＳ５）。次に、このチェインコードを参照しながら粒子画像のエッジトレースを行い、粒子画像の解析パラメータとして、各粒子画像の面積（総画素数）Ｓｔ、直行カウント数Ｅｔ、斜行カウント数Ｅｓおよびコーナーカウント数Ｃｎを求める（ステップＳ６）。
【００２４】
ここで、ステップＳ５、Ｓ６における処理を図５を用いて説明すると、粒子画像（図５のハッチング部分）の輪郭を形成する輪郭画素（エッジ点）の中心点ａ〜ｎを直線で結び、全輪郭画素を点ａから反時計方向方向（又は時計方向）に順次着目し、現在の着目輪郭画素と次の着目輪郭画素とを結ぶ直線が縦又は横方向を向くとき現在の着目輪郭画素を第１画素とみなし、現在の着目輪郭画素と次の着目輪郭画素とを結ぶ直線が斜め方向を向くとき現在の着目輪郭画素を第２画素とみなし、第１および第２画素の数を計数する。
【００２５】
ここで、第１画素の合計数が直行カウント数Ｅｔであり、第２画素の合計数が斜行カウント数Ｅｓである。
また、図５において、着目する１つの輪郭画素とその両側に隣接する２つの輪郭画素とを結ぶ直線が、着目した輪郭画素において屈曲する場合にその輪郭画素を屈曲点とみなし、全輪郭画素の各々に着目して屈曲点の数を計数する。屈曲点の合計数がコーナーカウント数Ｃｎである。
なお、図５に図示される粒子画像では、
面積Ｓｔ＝総画素数＝２５であり、
第１画素は、点ｃ、ｅ、ｇ、ｈ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを含む画素であるので、Ｅｔ＝８となり、
第２画素は、点ａ、ｂ、ｄ、ｆ、ｉ、ｎを含む画素であるので、Ｅｓ＝６となり、
屈曲点は、点ａ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｉ、ｊ、ｎであるので、Ｃｎ＝９となる。
【００２６】
必要な撮像処理が終了すると（ステップＳ７）、各粒子画像に対して求められた解析パラメータに基づいて、まず、周囲長Ｌが次式で算出される（ステップＳ８）。
Ｌ＝０．９８０×Ｅｔ＋１．４０６×Ｅｓ−０．０９１×Ｃｎ・・・（１）
（但し、１画素を単位長さ１とする。）
式（１）はVossepoelの式として知られている。
次に、面積Ｓが次式で算出される（ステップＳ９）。
Ｓ＝Ｓｔ−０．５Ｌ・・・（２）
（但し、１画素を単位長さ１とする）
次に、円相当径Ｒｓが次式で算出される（ステップＳ１０）。
Ｒｓ＝ａ×Ｓ1/2×ｋ＋ｂ・・・（３）
ここで、ｋは１画素の寸法、ａ、ｂは補正係数である。
次に、凹凸度Ｘが次式で算出される（ステップＳ１１）。
Ｘ＝Ｃｎ／Ｌ・・・（４）
なお、図５に示す粒子画像の凹凸度Ｘは、Ｃｎ＝９、Ｌ＝１５．５であるので、
Ｘ＝０．５８
となる。
【００２７】
以上のようにして、多数の粒子画像の各々について周囲長、面積、円相当径のみならず、凹凸度を得ることができるので、これらを用いて粒子画像を統計的に解析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明による実施例の要部構成説明図である。
【図２】この発明の実施例による画像の説明図である。
【図３】この発明による実施例の要部構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施例の動作を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施例における粒子画像の説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    吸引ピペット
２    サンプルフィルター
３    試料チャージングライン
４    シースシリンジ
５    フローセル
６    シース液ボトル
７    シース液チャンバー
８    ストロボ
９    対物レンズ
１０    ビデオカメラ
１４    廃液チャンバー
【図１】
2005127791.tif 000003
【図２】
2005127791.tif 000004
【図３】
2005127791.tif 000005
【図４】
2005127791.tif 000006
【図５】
2005127791.tif 000007