(57)【要約】      （修正有）【課題】コントラスト画像を生成するためのコントラスト形成方法および関連ソフトウェアを提供する。【解決手段】コントラスト形成方法は、多数の照明源１１１により被写体を照明する工程１０、各照明１２の被写体の照明画像２１を生成する工程２０、第１の軸に対して互いに隣接する２つの照明画像を重畳して第１の軸の第１の全体軸画像３１を形成し、第２の軸に対して互いに隣接する２つの照明画像を重畳して第２の軸の第２の全体軸画像３２を形成する工程３０、第１の全体軸画像３１に基づき第１の色勾配画像４１を生成し、第２の全体軸画像３２に基づき第２の色勾配画像４２を生成する工程４０、第１の色勾配画像と第２の色勾配画像とを色空間５１に変換する工程５０、第１の色勾配画像４１と第２の色勾配画像４２とに基づきコントラスト画像６１を色空間５１に生成する工程６０を含む。【選択図】図１
2016212412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
好ましくは顕微鏡画像からコントラスト画像を生成するための、特には前記コントラスト画像から被写体構造の高さプロファイル情報を読み取るためのコントラスト形成方法であって、
１つまたは複数の照明源（１１１）に基づき照明系列（１１）により被写体を照明する工程（１０）と、
前記照明系列（１１）内の各照明（１２）の前記被写体の照明画像（２１）を生成する工程（２０）と、
第１の軸（３５）に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像（２１）を重畳して前記第１の軸（３５）の第１の全体軸画像（３１）を形成する工程（３０）と、
第２の軸（３６）に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像（２１）を重畳して前記第２の軸（３６）の第２の全体軸画像（３２）を形成する工程（３０）と、
前記第１の全体軸画像（３１）に基づき第１の色勾配画像（４１）を生成する工程（４０）と、
前記第２の全体軸画像（３２）に基づき第２の色勾配画像（４２）を生成する工程（４０）と、
前記第１の色勾配画像（４１）と前記第２の色勾配画像（４２）とを色空間（５１）に変換する工程（５０）と、
前記被写体の構造の高さまたは位相プロファイルの４つの方向情報（３５１、３５２、３６１、３６２）がカラーコーディング式に表されるように、変換された（５０）第１の色勾配画像（４１）と前記第２の色勾配画像（４２）とに基づきコントラスト画像（６１）を前記色空間（５１）に生成する工程（６０）と、を備えるコントラスト形成方法。
【請求項２】
前記第１の軸（３５）に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像（２１）を重畳して前記第１の軸（３５）の第１の全体軸画像（３１）を形成する工程（３０）と、前記第２の軸（３６）に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像（２１）を重畳して前記第２の軸（３６）の第２の全体軸画像（３２）を形成する工程（３０）とは、それぞれの場合に、同様に、
対応する第１の軸（３５）または第２の軸（３６）に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像（２１）を計算して前記対応する第１の軸（３５）または第２の軸（３６）に対して対応する中間画像（２３、２４）を形成する工程（３３）と、
前記対応する中間画像（２３、２４）を計算して前記対応する第１の全体軸画像（３１）または前記第２の全体軸画像（３２）を形成する工程（３４）とを含み、
それぞれの計算工程（３３、３４）は、加算または減算により行われる、請求項１に記載のコントラスト形成方法。
【請求項３】
対応する照明画像（２１）を重畳して前記第１の軸（３５）の第１の全体軸画像（３１）を形成するかまたは前記第２の軸（３６）の第２の全体軸画像（３２）を形成する工程（３０）は、それぞれの場合に、対応する中間調変換を含む、請求項１または２に記載のコントラスト形成方法。
【請求項４】
前記第１の色勾配画像（４１）と前記第２の色勾配画像（４２）とを前記色空間（５１）に変換する工程（５０）は、
前記第１の色勾配画像（４１）と前記色空間（５１）の第１の撮像チャネル（５１１）とを関連付ける工程（５２）と、
前記第２の色勾配画像（４２）と前記色空間（５１）の第２の撮像チャネル（５１２）とを関連付ける工程（５２）とを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法。
【請求項５】
前記第１の色勾配画像（４１）と前記第２の色勾配画像（４２）とを前記色空間（５１）に変換する工程（５０）は、
輝度情報と前記色空間（５１）の第３の撮像チャネル（５１３）とを関連付ける工程（５３）を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法。
【請求項６】
前記第１の色勾配画像（４１）と前記第２の色勾配画像（４２）とを前記色空間（５１）に変換する工程（５０）は、
中間調画像と前記色空間（５１）の第３の撮像チャネル（５１３）とを関連付ける工程（５３）を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法。
【請求項７】
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）は、それぞれの場合に前記第１の軸（３５）に沿った一方向を示し、および前記４つの方向情報（３５１、３５２、３６１、３６２）のうちの別の２つの方向情報（３６１、３６２）は、それぞれの場合に第２の軸（３６）に沿った一方向を示す、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法。
【請求項８】
前記色空間（５１）は、ＣＩＥＬＡＢ色空間、加法色空間、減法色空間または色相飽和色空間である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法。
【請求項９】
前記コントラスト画像（６１）を生成する工程（６０）は、前記色空間（５１）に基づいて実行される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法。
【請求項１０】
前記照明系列（１１）の終了後、各照明源（１１１）は前記被写体を一回照明する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法。
【請求項１１】
前記照明系列（１１）内の各照明源（１１１）は、前記被写体を個々に照明する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法。
【請求項１２】
好ましくは顕微鏡画像からコントラスト画像を生成するための、特には光学顕微鏡検査に特に好ましい被写体構造の高さプロファイル情報を読み取るためのコントラスト形成用装置（１００）であって、
画像記録装置（１１０）と、
コントラスト形成装置（１２０）と、を備え、
前記画像記録装置（１１０）は、被写体の画像を捕捉し、かつ前記捕捉の結果をコントラスト形成装置（１２０）へ送信するように構成され、
前記コントラスト形成用装置（１００）は、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法を行うように構成される、コントラスト形成用装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のコントラスト形成用装置（１００）のためのプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品であって、前記プログラムコード手段は、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法を備える、コンピュータプログラム製品。
【請求項１４】
請求項１３に記載のコンピュータプログラム製品を含むデータ媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コントラスト画像を生成する方法に関し、特には被写体構造の高さプロファイルおよび／または位相プロファイル情報を読み取る方法およびそれに関連する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的明視野撮像に加えて、様々な形式のコントラスト法が古典的生物学的顕微鏡検査および材料顕微鏡検査における観察下の被写体に関する追加情報を取得するために使用される。この例は、位相差法（例えば、ゼルニケ、差分干渉コントラスト  −  ＤＩＣ：ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｃｏｎｔｒａｓｔ）または別の画像生成法（例えば、暗視野）である。今日、どのようにしてコントラスト画像が個々の像から計算され得るかに関する変形形態について説明されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
今日までの出版物はＤＩＣ代替法について説明しており、これは通常、中間調画像（grey image）を生成し、計算されたコントラスト画像の品質は大いに方向依存性となる。すべての説明されたコントラストは通常、被写体の特別な特性を強調する一方で他の特性が無視または軽視されるという欠点を有する。一例として、ＤＩＣ方法、または対向照明方向の画像間の差（ＤＰＣ）を形成するデジタル式の類似方法は、方向依存性中間調画像のみを生成するという欠点を有する。
【０００４】
したがって、被写体構造（特には被写体構造の高さプロファイルおよび／または位相プロファイル情報）の方向依存カラーコーディングを可能にする能力を提供することが望ましいであろう。
【０００５】
本発明の目的は、従来技術において知られた欠点の少なくともいくつかを回避するまたは少なくとも低減するための方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、主請求項に記載の方法によりおよび従属請求項に記載の装置により本発明に従って達成される。
ここでの主請求項の主題は、好ましくは顕微鏡画像からコントラスト画像を生成するための、特には被写体構造の高さプロファイルおよび／または位相プロファイル情報を読み取るためのコントラスト形成方法に関する。コントラスト形成方法は以下の工程を含む：１つまたは複数（２つ以上）の照明源に基づき照明系列により被写体を照明する工程、照明系列内の各照明の被写体の照明画像を生成する工程、第１の軸の第１の全体軸画像を形成するために第１の軸に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像を重畳する工程、第２の軸の第２の全体軸画像を形成するために第２の軸に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像を重畳する工程、第１の全体軸画像に基づき第１の色勾配画像を生成する工程、第２の全体軸画像に基づき第２の色勾配画像を生成する工程、第１の色勾配画像と第２の色勾配画像とを色空間に変換する工程、被写体の構造の位相または高さプロファイルの４つの方向情報がカラーコーディング式に表されるように、変換された第１の色勾配画像と第２の色勾配画像とに基づきコントラスト画像を色空間に生成する工程。
【０００７】
本方法の工程は本明細書では自動的な方法で行われる。
本発明の意味の範囲内の被写体構造の高さプロファイル情報は、本明細書では、３つの空間次元すべてにおける被写体構造に関係する手掛かりを提供する情報を含む。
【０００８】
本発明の意味の範囲内の照明系列は、本明細書では、明確な系列の照明である。この目的を達成するために、それぞれの場合に１つの照明源が活性化され、一方残りの照明源は不活性状態である。
【０００９】
本発明の意味の範囲内の照明源は、被写体を照明するための光源であり得る。複数のこのような照明源を被写体の周囲に配置することにより、被写体の角度選択照明を実現することが可能である。一例として、照明源は、リング照明手段、または被写体において配置される複数の個々の光源（例えば、ＬＥＤ）を有する個々のＬＥＤ照明手段であり、これにより、様々な象限（北−北東−東−南東−南−南西−西−北西）からの被写体の照明が個々にまたは組み合わせて所定順に実施され得る。
【００１０】
本発明の意味の範囲内の照明画像は照明系列内の被写体の記録であり得る。
本発明の意味の範囲内の２つの隣接照明画像を重畳する工程は、それぞれの場合に２つの画像の同一画像比率が強化または弱化される処理であり得る。これは、例えば画素式に行われ得る。
【００１１】
本発明の意味の範囲内の全体軸画像は照明画像を重畳するかまたは組み合わせることにより生成される像であり得る。同じ軸に対して互いに隣接するこれらの照明画像がそのために使用される。
【００１２】
本発明の意味の範囲内の色勾配画像は、色勾配が全体軸画像にわたって設けられると生成される画像であり得る。デカルト座標系において、例えば、Ｘ軸に対して青−黄勾配などの第１の色勾配を、およびＹ軸に対して別の色勾配、例えば赤−緑勾配を設けることが可能である。このとき、Ｘ軸の全体軸画像の色勾配画像は青−黄勾配を有するであろう。この色勾配は、水平軸における被写体の高さプロファイルを示し、一方、Ｙ軸の全体軸画像の色勾配画像の色勾配は、垂直軸における被写体の高さプロファイルを示し得る。特に、色勾配はまた、コントラストであり得る。色勾配がコントラストであれば、被写体の構造の高さプロファイルは、カラーコーディングとして輝度情報を使用することによりカラーコーディング式に表現可能になり、ここでは画像内の輝度または画素の輝度が高さ情報を表す。
【００１３】
本発明の意味の範囲内の色空間は、例えば、コンピュータスクリーンに、および／または印刷分野で使用されるようなデジタル定義色空間であり得る。本発明による教示は、材料構造に関する情報と被写体の高さ情報との両方が画像内に表され得るという利点を実現する。さらに、被写体は元の色で表され、輝度により空間的結合を実現することが可能である。したがって、被写体画像内の被写体に関するより多くの情報を表すために個々の画像内の個々のコントラストの組み合わせを実現することが単純かつ迅速な方法で可能である。
【００１４】
ここでの従属請求項の主題は、好ましくは顕微鏡画像からコントラスト画像を生成するための、特には光学顕微鏡検査に特に好ましい被写体構造の高さプロファイル情報を読み取るためのコントラスト形成用装置に関する。コントラスト形成用装置は画像記録装置とコントラスト形成装置とを有する。本明細書では、画像記録装置は、被写体の画像を既知の方法で記録またはデジタル的に捕捉し、画像記録の結果（すなわち画像）をコントラスト形成装置へ送信するように構成される。本明細書では、コントラスト形成用装置は本発明によるコントラスト形成方法を行うように構成される。本発明の意味の範囲内の画像記録装置は、被写体を光学的に捕捉して表すのに好適な装置であり得る。特に、画像記録装置は顕微鏡（特に好ましくは光学顕微鏡）であり得る。画像記録装置はさらに、被写体の角度選択照明のための複数の照明源を有し得る。
【００１５】
本発明の意味の範囲内のコントラスト形成装置は、被写体の照明による画像記録中に形成される画像からコントラストを生成するように構成された装置を有し得る。コントラスト形成装置はこの目的のためにＣＰＵと関連アーキテクチャとを有し得る。コントラスト形成装置は特に、顕微鏡の画像処理ユニットに一体化されてもよく、またはそれに応じた据え付けコンピュータであってもよい。
【００１６】
本発明による教示は、被写体画像内の被写体に関するより多くの情報を表すため、個々の画像内の捕捉像の個々のコントラストの組み合わせを取得するために複数の画像が捕捉される一方で、被写体の角度選択照明を可能にする装置が費用効率の高い方法で提供され得るという利点を実現する。
【００１７】
ここでの別の従属請求項の主題は、本発明によるコントラスト形成用装置のためのコンピュータプログラム製品であって、本発明によるコントラスト形成方法に従って動作可能なコンピュータプログラム製品に関する。コンピュータプログラムは、本発明によるコントラスト形成方法の工程が画像処理により実施されるプログラムコーディング手段を含む。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内のハードウェアコードとして実現され得るか、またはそうでなければ純粋に画像後処理手段として具現化され得る。
【００１８】
コントラスト形成方法のためのプログラムコードのハードウェア（光学顕微鏡のデジタル画像処理ユニット）内への有利な組み込みでは、個々の画像の記録およびその画像処理がライブ画像の再生周波数より速いため、非常に速い画像処理が発生し得、結果は準「ライブ」画像として観測され得る。
【００１９】
本発明による教示は、コントラスト形成方法が自動的な方法でこのように動作可能であり、本発明による対応する様々な装置のための簡単かつ費用効率の高い方法で提供され得るという利点を実現する。特定の利点により、コンピュータプログラム製品は顕微鏡の画像処理ユニット中に組み込まれるまたは組み込み可能である。コンピュータプログラム製品はまた、画像処理ハードウェア内にハードウェアコードとして組み込まれ得る。
【００２０】
ここでの別の従属請求項の主題は、本発明によるコンピュータプログラム製品を有するデータ記憶媒体に関する。
本発明による教示は、コントラスト形成方法が自動的な方法でこのように動作可能であり、本発明による対応する様々な装置のための簡単かつ費用効率の高い方法で提供され得、装置の場所において本方法を本発明による対応する装置へ直接ポーティングするように容易に搬送され得るという利点を実現する。
【００２１】
本発明の実施形態について以下にさらに詳細に説明する前に、本発明は、説明した部品または説明した方法の工程に限定されないことに注意すべきである。使用される用語はさらに限定を表さず、単に例示的特徴を有する。本明細書および特許請求の範囲が単数形を使用する限りにおいて、これはまた、文脈が単数形を明確に排除しない限り、それぞれの場合に複数を含む。いかなる方法の工程も、文脈がこれを明確に排除しない限り自動的な方法で行われ得る。
【００２２】
さらに、本発明による方法の例示的実施形態について以下に説明する。
第１の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法において、第１の軸に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像を重畳して第１の軸の第１の全体軸画像を形成する工程と、第２の軸に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像を重畳して第２の軸の第２の全体軸画像を形成する工程とは、それぞれの場合に、同様に以下の工程を含む：対応する第１の軸または第２の軸に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像を計算して対応する第１の軸または第２の軸に対して対応する中間画像を形成する工程、対応する中間画像を計算して対応する第１の全体軸画像または第２の全体軸画像を形成する工程。それぞれの計算は、それぞれの場合に加算または減算を含む。しかし、スケーリングすることに加えて、画像フィルタ処理または様々なタイプの画像処理もまた、加算または減算の前および／または後に個々の像に対して行われ得る。この実施形態は、方法部分が全体軸画像を取得するために繰り返し使用され得るという利点を有する。これにより本方法を簡単にすることが可能である。
【００２３】
別の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法において、対応する照明画像を重畳して第１の軸の第１の全体軸画像を形成するかまたは第２の軸の第２の全体軸画像を形成する工程は、それぞれの場合に、対応する中間調変換を含む。
【００２４】
この実施形態は、全体軸画像がしたがって、全体軸画像を異なる情報に対して簡単な方法で使用することができるために不要な色情報が省略されるように変換され得るという利点を有する。
【００２５】
別の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法では、第１の色勾配画像と第２の色勾配画像との色空間への変換は、第１の色勾配画像と色空間の第１の撮像チャネルとを関連付ける工程と、第２の色勾配画像と色空間の第２の撮像チャネルとを関連付ける工程とを含む。
【００２６】
本発明の意味の範囲内の色空間の撮像チャネルは、本明細書では、視覚的表示に使用される色空間のチャネルであり得る。ＲＧＢ色空間は、例えば、異なる色がコード化される３つの撮像チャネル、すなわちＲチャネル、Ｇチャネル、Ｂチャネルを有する。
【００２７】
この実施形態は、色空間の撮像チャネル自体が被写体構造に関する情報ガイダンスに使用され得るという利点を有する。
別の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法では、第１の色勾配画像と第２の色勾配画像との色空間への変換は、輝度情報と色空間の第３の撮像チャネルとを関連付ける工程を含む。
【００２８】
この実施形態は、輝度情報が画像を正規化するために使用され得る、または画像を使用して、色空間中の被写体構造に関する別の情報を表すために使用され得るという利点を有する。
【００２９】
別の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法では、第１の色勾配画像と第２の色勾配画像との色空間への変換は、中間調画像と色空間の第３の撮像チャネルとを関連付ける工程を含む。
【００３０】
本発明の意味の範囲内の中間調画像は画像の階調勾配情報であり得る。中間調画像はまた、コントラストを有し得る。
この実施形態は、中間調画像が画像を正規化するために使用され得る、または画像を使用して、色空間中の被写体構造に関する別の情報を表すために使用され得るという利点を有する。
【００３１】
別の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法はさらに、４つの方向情報のうちの２つの方向情報がそれぞれの場合に第１の軸に沿った一方向を示すことを含む。さらに、コントラスト形成方法は、４つの方向情報のうちの別の２つの方向情報がそれぞれの場合に第２の軸に沿った一方向を示すことを含む。
【００３２】
この実施形態は、１つの被写体構造の高さプロファイル情報が、全体軸画像を生成するために使用されるとともに高さプロファイル情報にも使用される軸の方向を使用することにより、色空間中に簡単な方法で表され得るという利点を有する。
【００３３】
別の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法はさらに、色空間がＣＩＥＬＡＢ色空間、加法色空間、減法色空間または色相飽和色空間であることを含む。
本発明の意味の範囲内のＣＩＥＬＡＢ色空間はすべての知覚可能色を記述し得る。ＣＩＥＬＡＢ色モデルの最も重要な特性の中には、装置独立性および認知関係がある。このことは、色が標準的光条件下で正常な観察者により感知されるため、その生成または再生技術のタイプとは独立に定義されることを意味する。色モデルはＥＮ  ＩＳＯ１１６６４−４に定義されている。
【００３４】
本発明の意味の範囲内の加法色空間は、眼により感知される色感覚の変化がそれぞれに異なる色刺激の連続加算を介して発生することを意味し得る。原理的には、異なる方法で色に敏感な眼内のセンサを用いる色覚は加法混合である。加法色混合は、眼および脳内に発生するため、生理学的色混合とも呼ばれる。加法色空間は例えばＲＧＢ色空間であり得る。
【００３５】
本発明の意味の範囲内の減法色空間は、再放射により人体の表面から反射するときのまたは透過により媒体（色フィルタ）を通過する際の色刺激の変化を指し得る。下位概念では、減法色混合は色空間のダイバーシティが３つの色フィルタの直列接続により再生される極限原理を意味するものと理解される。一例として、ＣＭＹ色空間またはＣＭＹＫ色空間は減法色空間であり得る。
【００３６】
本発明の意味の範囲内の色相飽和色空間は、色が色相、飽和および輝度値（または暗レベル）を用いて定義される色空間であり得る。これはＨＳＶ色空間とも呼ばれる。同様な定義は、相対明度によるＨＳＬ色空間、絶対輝度によるＨＳＢ色空間、および光強度によるＨＳＩ色空間を与える。
【００３７】
この実施形態は、明確に定義され広く知られた色空間が使用され得、その結果、開発の複雑性が低減され得、経費削減をもたらし得るという利点を有する。
別の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法はさらに、コントラスト画像の生成が色空間に基づいて発生することを含む。この実施形態は、どの被写体情報が表され何の色でコード化されるかに関する判断が色空間に基づいてなされ得るという利点を有する。
【００３８】
別の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法はさらに、照明系列の終了後、各照明源が被写体を一回照明することを含む。
コントラスト形成方法はさらに、照明系列の終了後、各照明源が被写体を正確に一回照明することを含む。
【００３９】
この実施形態は、すべての利用可能照明方向から被写体情報を取得するために被写体がすべての利用可能方向から照明されるという利点を有する。
別の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法はさらに、照明系列内の各照明源が被写体を個々に照明することを含む。
【００４０】
この実施形態は、被写体が必要に応じて頻繁に照明される必要があることと、最小数の照明画像のみが所望被写体情報を表すために必要とされるという利点を有する。
したがって、本発明は方法および関連装置の提供を可能にし、その結果、角度選択照明により被写体の様々な特性を表すことが可能になる。これは、例えば以下のものにより行われ得る。
【００４１】
・ＤＰＣ  対向照明方向の画像の差→位相勾配（ＢＩＯ）または高さプロファイル勾配（ＭＡＴ）。
・ＳＥＣ  合計強調コントラスト：すべての個別画像の和＋絶対値（ＤＰＣｘ  −  ｘ方向の対向画像の差）＋絶対値（ＤＰＣｙ  −  ｙ方向の対向画像の差）→増分の絶対値と重畳されたＰＫ画像との和→いかなる直接的な個々の情報も読み取られ得ないが、様々な効果を同時に可視化する。
【００４２】
・ＤＥＣ  差強調コントラス：すべての個別画像の和−絶対値（ＤＰＣｘ）−絶対値（ＤＰＣｙ）→ＰＫ画像と増分の絶対値との差→いかなる直接的な個々の情報も読み取られ得ないが、様々な効果を同時に可視化する。
【００４３】
・ＭＳＣ  平均値和コントラスト：平均値と個々の画像の絶対値とのすべての差の和→いかなる方向情報も無い。極値が強調される。
使用される略称ＳＥＣ、ＤＥＣおよびＭＳＣは本出願において定義されたものであり、専門語としては知られていない。
【００４４】
次に、様々なコントラストと個々の像（ＰＫ）との和は、特別な色空間関連性により複数の情報を同時にコード化するために使用される。
・ＨＳＶ色コントラスト：特に、ＤＩＣ／ＤＰＣコントラストが材料色に関する情報を表さないことは問題である。このため、以下の組み合わせが可能である。
【００４５】
ＰＫ画像を撮る。
それをＲＧＢからＨＳＶ色空間に変換する。
Ｖチャネル（値）を所望の個々のコントラスト（例えば、ＤＩＣｘ）の中間調画像で置換する。
【００４６】
画像をＲＧＢへ変換する。
必要に応じ、輝度適応化を行う。
今や結果は元のものと同じ色を有するが、輝度中には個々のコントラストの情報（例えば、ｘ方向の増分）を含む。
【００４７】
・ＬＡＢ色コントラスト：同様に厄介なのは、ＤＩＣ／ＤＰＣにおける位相勾配の方向情報が一方向のみに視覚化され得ることである。以下の変換がこの問題を解決する。
ＰＫ画像を使用する。
【００４８】
それをＬａｂ色空間に変換する。
ａおよびｂチャネルを所望の個々のコントラスト（例えば、ＤＰＣｘ、ＤＰＣｙ）で置換する。
【００４９】
画像をＲＧＢ色空間に変換して戻す。
結果は原画像（ＰＫ）と同じ輝度値を有するが、２つの個々のコントラストの情報はａおよびｂ中に格納される。
【００５０】
一例として、ＤＰＣｘとＤＰＣｙでは、すべての増加方向がこのように表され、同時にカラーコード化される。
・ＲＧＢ色コントラスト：
３つの異なる個々のコントラスト（例えば、ＰＫ、ＤＰＣｘ、ＤＰＣｙ）をＲＧＢ色チャネル中に書き込む。
【００５１】
結果は３つのコントラスト情報すべてを色という意味でコード化する。
これは、個々の画像内の個々のコントラストの簡単かつ迅速な組み合わせが可能にされ得るという利点を生じる。さらに、本方法はＨＳＶおよびＬＡＢ中に情報（色／輝度）を含む。
【００５２】
本発明について、図面を参照して以下にさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の例示的実施形態による提案方法の概略図を示す。
【図２】本発明の別の例示的実施形態による提案方法の概略図を示す。
【図３】本発明の別の例示的実施形態による提案方法の概略図を示す。
【図４】本発明の別の例示的実施形態による提案方法の概略図を示す。
【図５】本発明の別の例示的実施形態による提案装置の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
図１は、本発明の例示的実施形態による提案方法の概略図を示す。
ここで、図１は、好ましくは顕微鏡画像からコントラスト画像を生成するための、特には被写体構造の高さプロファイル情報を読み取るためのコントラスト形成方法の概略図を示す。本明細書では、コントラスト形成方法は以下の工程を含む：多数の照明源１１１に基づき照明系列１１により被写体を照明する工程（１０）、照明系列１１内の各照明１２の被写体の照明画像２１を生成する工程（２０）、第１の軸３５（図１に図示せず）に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像２１を重畳して第１の軸３５の第１の全体軸画像３１を形成する工程（３０）、第２の軸３６（図１に図示せず）に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像２１を重畳して第２の軸３６の第２の全体軸画像３２を形成する工程（３０）、第１の全体軸画像３１に基づき第１の色勾配画像４１を生成する工程（４０）、第２の全体軸画像３２に基づき第２の色勾配画像４２を生成する工程（４０）、第１の色勾配画像４１と第２の色勾配画像４２とを色空間５１に変換する工程（５０）、被写体の構造の高さプロファイルの４つの方向情報３５１、３５２、３６１、３６２がカラーコーディング式に表されるように、変換された（５０）第１の色勾配画像４１と第２の色勾配画像４２とに基づきコントラスト画像６１を色空間５１に生成する工程（６０）。
【００５５】
図２および図３は、それぞれの場合に、本発明の別の例示的実施形態による全体軸画像を形成するために隣接照明画像を重畳する概略図を示す。
ここで、図２は、第１の軸３５に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像２１を重畳して第１の軸３５の第１の全体軸画像３１を形成する工程（３０）を示す。この処理では、対応する第１の軸３５に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像２１が、対応する第１の軸３５に対する対応する中間画像（intermediate image）２３を形成するために計算される（３３）。さらに、対応する中間画像２３は対応する第１の全体軸画像３１を形成するために計算される（３４）。
【００５６】
ここで、図３は、第２の軸３６に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像２１を重畳して第２の軸３６の第２の全体軸画像３２を形成する工程（３０）を示す。この処理では、対応する第２の軸３６に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像２１は、対応する第２の軸３６に対する対応する中間画像２３を形成するために計算される（３３）。さらに、対応する中間画像２３が対応する第２の全体軸画像３２を形成するために計算される（３４）。
【００５７】
それぞれの計算３３、３４はそれぞれの場合に加算または減算を含む。
図４は、本発明の別の例示的実施形態による提案方法の概略図を示す。
図４は、図１の方法に対して拡張された方法の概略図を示す。
【００５８】
図１〜図３に関して以前に述べたことは、それに応じて図４に当てはまる。明瞭性を継続するために、変換工程（５０）に行く前の方法部分は図４に示されない。しかし、それらは図１に見ることができる。
【００５９】
図４に見られるように、コントラスト形成方法において、第１の色勾配画像４１と第２の色勾配画像４２とを色空間５１へ変換する工程（５０）はさらに、以下の工程を含む：第１の色勾配画像４１と色空間５１の第１の撮像チャネル５１１とを関連付ける工程（５２）、さらに第２の色勾配画像４２と色空間５１の第２の撮像チャネル５１２とを関連付ける工程（５２）。
【００６０】
図４の例では、色勾配画像４１と第２の色勾配画像４２とを色空間５１に変換する工程（５０）はさらに、輝度情報および／または中間調画像などの追加情報と色空間５１の第３の撮像チャネル５１３とを関連付ける工程（５３）を含む。
【００６１】
図４の例では、４つの方向情報３５１、３５２、３６１、３６２のうちの２つの方向情報３５１、３５２はそれぞれの場合に第１の軸３５（図４に図示せず）に沿った一方向を示し、４つの方向情報３５１、３５２、３６１、３６２のうちの別の２つの方向情報３６１、３６２はそれぞれの場合に第２の軸３６（図４に図示せず）に沿った一方向を示す。
【００６２】
図５は、本発明の別の例示的実施形態による提案装置の概略図を示す。
図５は、好ましくは顕微鏡画像からコントラスト画像を生成するための、特には光学顕微鏡検査に特に好ましい被写体構造の高さプロファイル情報を読み取るためのコントラスト形成用装置１００の概略図を示す。ここでのコントラスト形成用装置１００は画像記録装置１１０とコントラスト形成装置１２０とを含む。画像記録装置１１０は、被写体の画像を光学的に捕捉し、かつそれをコントラスト形成装置１２０に送信するように構成される。ここで、コントラスト形成用装置１００は本発明によるコントラスト形成方法を行うように構成される。
【符号の説明】
【００６３】
１０  被写体を照明する工程
１１  照明系列
１２  照明系列内の照明
２０  照明画像を生成する工程
２１  照明画像
２３  第１の軸に対する中間画像
２４  第２の軸に対する中間画像
３０  ２つの照明画像を重畳する工程
３１  第１の全体軸画像
３２  第２の全体軸画像
３３  中間画像を形成するために２つの照明画像を計算する工程
３４  全体軸画像を形成するために２つの中間画像を計算する工程
３５  第１の軸
３６  第２の軸
４０  色勾配画像を生成する工程
４１  第１の色勾配画像
４２  第２の色勾配画像
５０  色勾配画像を色空間に変換する工程
５１  色空間
５２  色勾配画像と色空間の撮像チャネルとを関連付ける工程
５３  別の情報と色空間の第３の撮像チャネルとを関連付ける工程
６０  コントラスト画像を生成する工程
６１  コントラスト画像
１００  コントラスト形成用装置
１１０  画像記録装置
１１１  照明源
１２０  コントラスト形成装置
３５１  高さプロファイルの第１の方向情報
３５２  高さプロファイルの第２の方向情報
３６１  高さプロファイルの第３の方向情報
３６２  高さプロファイルの第４の方向情報
５１１  色空間の第１の撮像チャネル
５１２  色空間の第２の撮像チャネル
５１３  色空間の第３の撮像チャネル
【図１】
2016212412.tif 000003
【図２】
2016212412.tif 000004
【図３】
2016212412.tif 000005
【図４】
2016212412.tif 000006
【図５】
2016212412.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年8月24日(2016.8.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントラスト画像を生成するためのコントラスト形成方法であって、
１つまたは複数の照明源（１１１）に基づき照明系列（１１）により被写体を照明する工程（１０）と、
前記照明系列（１１）内の各照明（１２）の前記被写体の照明画像（２１）を生成する工程（２０）と、
第１の軸（３５）に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像（２１）を重畳して前記第１の軸（３５）の第１の全体軸画像（３１）を形成する工程（３０）と、
第２の軸（３６）に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像（２１）を重畳して前記第２の軸（３６）の第２の全体軸画像（３２）を形成する工程（３０）と、
前記第１の全体軸画像（３１）に基づき第１の色勾配画像（４１）を生成する工程（４０）と、
前記第２の全体軸画像（３２）に基づき第２の色勾配画像（４２）を生成する工程（４０）と、
前記第１の色勾配画像（４１）と前記第２の色勾配画像（４２）とを色空間（５１）に変換する工程（５０）と、
前記被写体の構造の高さまたは位相プロファイルの４つの方向情報（３５１、３５２、３６１、３６２）がカラーコーディング式に表されるように、変換された（５０）第１の色勾配画像（４１）と前記第２の色勾配画像（４２）とに基づきコントラスト画像（６１）を前記色空間（５１）に生成する工程（６０）と、を備えるコントラスト形成方法。
【請求項２】
前記第１の軸（３５）に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像（２１）を重畳して前記第１の軸（３５）の第１の全体軸画像（３１）を形成する工程（３０）と、前記第２の軸（３６）に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像（２１）を重畳して前記第２の軸（３６）の第２の全体軸画像（３２）を形成する工程（３０）とは、それぞれの場合に、同様に、
対応する第１の軸（３５）または第２の軸（３６）に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像（２１）を計算して前記対応する第１の軸（３５）または第２の軸（３６）に対して対応する中間画像（２３、２４）を形成する工程（３３）と、
前記対応する中間画像（２３、２４）を計算して前記対応する第１の全体軸画像（３１）または前記第２の全体軸画像（３２）を形成する工程（３４）とを含み、
それぞれの計算工程（３３、３４）は、加算または減算により行われる、請求項１に記載のコントラスト形成方法。
【請求項３】
対応する照明画像（２１）を重畳して前記第１の軸（３５）の第１の全体軸画像（３１）を形成するかまたは前記第２の軸（３６）の第２の全体軸画像（３２）を形成する工程（３０）は、それぞれの場合に、対応する中間調変換を含む、請求項１または２に記載のコントラスト形成方法。
【請求項４】
前記第１の色勾配画像（４１）と前記第２の色勾配画像（４２）とを前記色空間（５１）に変換する工程（５０）は、
前記第１の色勾配画像（４１）と前記色空間（５１）の第１の撮像チャネル（５１１）とを関連付ける工程（５２）と、
前記第２の色勾配画像（４２）と前記色空間（５１）の第２の撮像チャネル（５１２）とを関連付ける工程（５２）とを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法。
【請求項５】
前記第１の色勾配画像（４１）と前記第２の色勾配画像（４２）とを前記色空間（５１）に変換する工程（５０）は、
輝度情報と前記色空間（５１）の第３の撮像チャネル（５１３）とを関連付ける工程（５３）を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法。
【請求項６】
前記第１の色勾配画像（４１）と前記第２の色勾配画像（４２）とを前記色空間（５１）に変換する工程（５０）は、
中間調画像と前記色空間（５１）の第３の撮像チャネル（５１３）とを関連付ける工程（５３）を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法。
【請求項７】
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）は、それぞれの場合に前記第１の軸（３５）に沿った一方向を示し、および前記４つの方向情報（３５１、３５２、３６１、３６２）のうちの別の２つの方向情報（３６１、３６２）は、それぞれの場合に第２の軸（３６）に沿った一方向を示す、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法。
【請求項８】
前記色空間（５１）は、ＣＩＥＬＡＢ色空間、加法色空間、減法色空間または色相飽和色空間である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法。
【請求項９】
前記コントラスト画像（６１）を生成する工程（６０）は、前記色空間（５１）に基づいて実行される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法。
【請求項１０】
前記照明系列（１１）の終了後、各照明源（１１１）は前記被写体を一回照明する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法。
【請求項１１】
前記照明系列（１１）内の各照明源（１１１）は、前記被写体を個々に照明する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法。
【請求項１２】
コントラスト画像を生成するためのコントラスト形成用装置（１００）であって、
画像記録装置（１１０）と、
コントラスト形成装置（１２０）と、を備え、
前記画像記録装置（１１０）は、被写体の画像を捕捉し、かつ前記捕捉の結果をコントラスト形成装置（１２０）へ送信するように構成され、
前記コントラスト形成用装置（１００）は、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法を行うように構成される、コントラスト形成用装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のコントラスト形成用装置（１００）のためのプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品であって、前記プログラムコード手段は、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のコントラスト形成方法を備える、コンピュータプログラム製品。
【請求項１４】
請求項１３に記載のコンピュータプログラム製品を含むデータ媒体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コントラスト画像を生成する方法に関し、特には被写体構造の高さプロファイルおよび／または位相プロファイル情報を読み取る方法およびそれに関連する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的明視野撮像に加えて、様々な形式のコントラスト法が古典的生物学的顕微鏡検査および材料顕微鏡検査における観察下の被写体に関する追加情報を取得するために使用される。この例は、位相差法（例えば、ゼルニケ、差分干渉コントラスト  −  ＤＩＣ：ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｃｏｎｔｒａｓｔ）または別の画像生成法（例えば、暗視野）である。今日、どのようにしてコントラスト画像が個々の像から計算され得るかに関する変形形態について説明されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】エイチ  ス（Hu. Su）, ゼット  ユン（Z. Yin）, エス  ホ（S. Huh）, ティ  カナデ（T. Kanade）著、「位相差機能上のスペクトル解析を用いた細胞のセグメンテーション(Cell Segmentation via Spectral Analysis on Phase Retardation Features)」、IEEE第１０回ナノからマクロまでの生物医学イメージングに関する国際シンポジウム（IEEE 10th International Symposium on Biomedical Imaging-From Nano to Macro）、２０１３年、S.1469-1475
【非特許文献２】エル  ティアン（L. Tian）, ジェイ  ワング(J. Wang), エル  ウォーラ(L. Waller)著、「LEDアレイを用いたコンピュータ照明による3D差動位相差顕微鏡(3D differential phase-contrast microscopy with computational illumination using an LED array)、オプティクス  レター(Optics Letters)、２０１４年、Vol.39, No.5, S.1326-1329」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
今日までの出版物はＤＩＣ代替法について説明しており、これは通常、中間調画像（grey image）を生成し、計算されたコントラスト画像の品質は大いに方向依存性となる。すべての説明されたコントラストは通常、被写体の特別な特性を強調する一方で他の特性が無視または軽視されるという欠点を有する。一例として、ＤＩＣ方法、または対向照明方向の画像間の差（ＤＰＣ）を形成するデジタル式の類似方法は、方向依存性中間調画像のみを生成するという欠点を有する。
【０００５】
したがって、被写体構造（特には被写体構造の高さプロファイルおよび／または位相プロファイル情報）の方向依存カラーコーディングを可能にする能力を提供することが望ましいであろう。
【０００６】
本発明の目的は、従来技術において知られた欠点の少なくともいくつかを回避するまたは少なくとも低減するための方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、主請求項に記載の方法によりおよび従属請求項に記載の装置により本発明に従って達成される。
ここでの主請求項の主題は、好ましくは顕微鏡画像からコントラスト画像を生成するための、特には被写体構造の高さプロファイルおよび／または位相プロファイル情報を読み取るためのコントラスト形成方法に関する。コントラスト形成方法は以下の工程を含む：１つまたは複数（２つ以上）の照明源に基づき照明系列により被写体を照明する工程、照明系列内の各照明の被写体の照明画像を生成する工程、第１の軸の第１の全体軸画像を形成するために第１の軸に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像を重畳する工程、第２の軸の第２の全体軸画像を形成するために第２の軸に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像を重畳する工程、第１の全体軸画像に基づき第１の色勾配画像を生成する工程、第２の全体軸画像に基づき第２の色勾配画像を生成する工程、第１の色勾配画像と第２の色勾配画像とを色空間に変換する工程、被写体の構造の位相または高さプロファイルの４つの方向情報がカラーコーディング式に表されるように、変換された第１の色勾配画像と第２の色勾配画像とに基づきコントラスト画像を色空間に生成する工程。
【０００８】
本方法の工程は本明細書では自動的な方法で行われる。
本発明の意味の範囲内の被写体構造の高さプロファイル情報は、本明細書では、３つの空間次元すべてにおける被写体構造に関係する手掛かりを提供する情報を含む。
【０００９】
本発明の意味の範囲内の照明系列は、本明細書では、明確な系列の照明である。この目的を達成するために、それぞれの場合に１つの照明源が活性化され、一方残りの照明源は不活性状態である。
【００１０】
本発明の意味の範囲内の照明源は、被写体を照明するための光源であり得る。複数のこのような照明源を被写体の周囲に配置することにより、被写体の角度選択照明を実現することが可能である。一例として、照明源は、リング照明手段、または被写体において配置される複数の個々の光源（例えば、ＬＥＤ）を有する個々のＬＥＤ照明手段であり、これにより、様々な象限（北−北東−東−南東−南−南西−西−北西）からの被写体の照明が個々にまたは組み合わせて所定順に実施され得る。
【００１１】
本発明の意味の範囲内の照明画像は照明系列内の被写体の記録であり得る。
本発明の意味の範囲内の２つの隣接照明画像を重畳する工程は、それぞれの場合に２つの画像の同一画像比率が強化または弱化される処理であり得る。これは、例えば画素式に行われ得る。
【００１２】
本発明の意味の範囲内の全体軸画像は照明画像を重畳するかまたは組み合わせることにより生成される像であり得る。同じ軸に対して互いに隣接するこれらの照明画像がそのために使用される。
【００１３】
本発明の意味の範囲内の色勾配画像は、色勾配が全体軸画像にわたって設けられると生成される画像であり得る。デカルト座標系において、例えば、Ｘ軸に対して青−黄勾配などの第１の色勾配を、およびＹ軸に対して別の色勾配、例えば赤−緑勾配を設けることが可能である。このとき、Ｘ軸の全体軸画像の色勾配画像は青−黄勾配を有するであろう。この色勾配は、水平軸における被写体の高さプロファイルを示し、一方、Ｙ軸の全体軸画像の色勾配画像の色勾配は、垂直軸における被写体の高さプロファイルを示し得る。特に、色勾配はまた、コントラストであり得る。色勾配がコントラストであれば、被写体の構造の高さプロファイルは、カラーコーディングとして輝度情報を使用することによりカラーコーディング式に表現可能になり、ここでは画像内の輝度または画素の輝度が高さ情報を表す。
【００１４】
本発明の意味の範囲内の色空間は、例えば、コンピュータスクリーンに、および／または印刷分野で使用されるようなデジタル定義色空間であり得る。本発明による教示は、材料構造に関する情報と被写体の高さ情報との両方が画像内に表され得るという利点を実現する。さらに、被写体は元の色で表され、輝度により空間的結合を実現することが可能である。したがって、被写体画像内の被写体に関するより多くの情報を表すために個々の画像内の個々のコントラストの組み合わせを実現することが単純かつ迅速な方法で可能である。
【００１５】
ここでの従属請求項の主題は、好ましくは顕微鏡画像からコントラスト画像を生成するための、特には光学顕微鏡検査に特に好ましい被写体構造の高さプロファイル情報を読み取るためのコントラスト形成用装置に関する。コントラスト形成用装置は画像記録装置とコントラスト形成装置とを有する。本明細書では、画像記録装置は、被写体の画像を既知の方法で記録またはデジタル的に捕捉し、画像記録の結果（すなわち画像）をコントラスト形成装置へ送信するように構成される。本明細書では、コントラスト形成用装置は本発明によるコントラスト形成方法を行うように構成される。本発明の意味の範囲内の画像記録装置は、被写体を光学的に捕捉して表すのに好適な装置であり得る。特に、画像記録装置は顕微鏡（特に好ましくは光学顕微鏡）であり得る。画像記録装置はさらに、被写体の角度選択照明のための複数の照明源を有し得る。
【００１６】
本発明の意味の範囲内のコントラスト形成装置は、被写体の照明による画像記録中に形成される画像からコントラストを生成するように構成された装置を有し得る。コントラスト形成装置はこの目的のためにＣＰＵと関連アーキテクチャとを有し得る。コントラスト形成装置は特に、顕微鏡の画像処理ユニットに一体化されてもよく、またはそれに応じた据え付けコンピュータであってもよい。
【００１７】
本発明による教示は、被写体画像内の被写体に関するより多くの情報を表すため、個々の画像内の捕捉像の個々のコントラストの組み合わせを取得するために複数の画像が捕捉される一方で、被写体の角度選択照明を可能にする装置が費用効率の高い方法で提供され得るという利点を実現する。
【００１８】
ここでの別の従属請求項の主題は、本発明によるコントラスト形成用装置のためのコンピュータプログラム製品であって、本発明によるコントラスト形成方法に従って動作可能なコンピュータプログラム製品に関する。コンピュータプログラムは、本発明によるコントラスト形成方法の工程が画像処理により実施されるプログラムコーディング手段を含む。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内のハードウェアコードとして実現され得るか、またはそうでなければ純粋に画像後処理手段として具現化され得る。
【００１９】
コントラスト形成方法のためのプログラムコードのハードウェア（光学顕微鏡のデジタル画像処理ユニット）内への有利な組み込みでは、個々の画像の記録およびその画像処理がライブ画像の再生周波数より速いため、非常に速い画像処理が発生し得、結果は準「ライブ」画像として観測され得る。
【００２０】
本発明による教示は、コントラスト形成方法が自動的な方法でこのように動作可能であり、本発明による対応する様々な装置のための簡単かつ費用効率の高い方法で提供され得るという利点を実現する。特定の利点により、コンピュータプログラム製品は顕微鏡の画像処理ユニット中に組み込まれるまたは組み込み可能である。コンピュータプログラム製品はまた、画像処理ハードウェア内にハードウェアコードとして組み込まれ得る。
【００２１】
ここでの別の従属請求項の主題は、本発明によるコンピュータプログラム製品を有するデータ記憶媒体に関する。
本発明による教示は、コントラスト形成方法が自動的な方法でこのように動作可能であり、本発明による対応する様々な装置のための簡単かつ費用効率の高い方法で提供され得、装置の場所において本方法を本発明による対応する装置へ直接ポーティングするように容易に搬送され得るという利点を実現する。
【００２２】
本発明の実施形態について以下にさらに詳細に説明する前に、本発明は、説明した部品または説明した方法の工程に限定されないことに注意すべきである。使用される用語はさらに限定を表さず、単に例示的特徴を有する。本明細書および特許請求の範囲が単数形を使用する限りにおいて、これはまた、文脈が単数形を明確に排除しない限り、それぞれの場合に複数を含む。いかなる方法の工程も、文脈がこれを明確に排除しない限り自動的な方法で行われ得る。
【００２３】
さらに、本発明による方法の例示的実施形態について以下に説明する。
第１の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法において、第１の軸に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像を重畳して第１の軸の第１の全体軸画像を形成する工程と、第２の軸に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像を重畳して第２の軸の第２の全体軸画像を形成する工程とは、それぞれの場合に、同様に以下の工程を含む：対応する第１の軸または第２の軸に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像を計算して対応する第１の軸または第２の軸に対して対応する中間画像を形成する工程、対応する中間画像を計算して対応する第１の全体軸画像または第２の全体軸画像を形成する工程。それぞれの計算は、それぞれの場合に加算または減算を含む。しかし、スケーリングすることに加えて、画像フィルタ処理または様々なタイプの画像処理もまた、加算または減算の前および／または後に個々の像に対して行われ得る。この実施形態は、方法部分が全体軸画像を取得するために繰り返し使用され得るという利点を有する。これにより本方法を簡単にすることが可能である。
【００２４】
別の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法において、対応する照明画像を重畳して第１の軸の第１の全体軸画像を形成するかまたは第２の軸の第２の全体軸画像を形成する工程は、それぞれの場合に、対応する中間調変換を含む。
【００２５】
この実施形態は、全体軸画像がしたがって、全体軸画像を異なる情報に対して簡単な方法で使用することができるために不要な色情報が省略されるように変換され得るという利点を有する。
【００２６】
別の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法では、第１の色勾配画像と第２の色勾配画像との色空間への変換は、第１の色勾配画像と色空間の第１の撮像チャネルとを関連付ける工程と、第２の色勾配画像と色空間の第２の撮像チャネルとを関連付ける工程とを含む。
【００２７】
本発明の意味の範囲内の色空間の撮像チャネルは、本明細書では、視覚的表示に使用される色空間のチャネルであり得る。ＲＧＢ色空間は、例えば、異なる色がコード化される３つの撮像チャネル、すなわちＲチャネル、Ｇチャネル、Ｂチャネルを有する。
【００２８】
この実施形態は、色空間の撮像チャネル自体が被写体構造に関する情報ガイダンスに使用され得るという利点を有する。
別の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法では、第１の色勾配画像と第２の色勾配画像との色空間への変換は、輝度情報と色空間の第３の撮像チャネルとを関連付ける工程を含む。
【００２９】
この実施形態は、輝度情報が画像を正規化するために使用され得る、または画像を使用して、色空間中の被写体構造に関する別の情報を表すために使用され得るという利点を有する。
【００３０】
別の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法では、第１の色勾配画像と第２の色勾配画像との色空間への変換は、中間調画像と色空間の第３の撮像チャネルとを関連付ける工程を含む。
【００３１】
本発明の意味の範囲内の中間調画像は画像の階調勾配情報であり得る。中間調画像はまた、コントラストを有し得る。
この実施形態は、中間調画像が画像を正規化するために使用され得る、または画像を使用して、色空間中の被写体構造に関する別の情報を表すために使用され得るという利点を有する。
【００３２】
別の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法はさらに、４つの方向情報のうちの２つの方向情報がそれぞれの場合に第１の軸に沿った一方向を示すことを含む。さらに、コントラスト形成方法は、４つの方向情報のうちの別の２つの方向情報がそれぞれの場合に第２の軸に沿った一方向を示すことを含む。
【００３３】
この実施形態は、１つの被写体構造の高さプロファイル情報が、全体軸画像を生成するために使用されるとともに高さプロファイル情報にも使用される軸の方向を使用することにより、色空間中に簡単な方法で表され得るという利点を有する。
【００３４】
別の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法はさらに、色空間がＣＩＥＬＡＢ色空間、加法色空間、減法色空間または色相飽和色空間であることを含む。
本発明の意味の範囲内のＣＩＥＬＡＢ色空間はすべての知覚可能色を記述し得る。ＣＩＥＬＡＢ色モデルの最も重要な特性の中には、装置独立性および認知関係がある。このことは、色が標準的光条件下で正常な観察者により感知されるため、その生成または再生技術のタイプとは独立に定義されることを意味する。色モデルはＥＮ  ＩＳＯ１１６６４−４に定義されている。
【００３５】
本発明の意味の範囲内の加法色空間は、眼により感知される色感覚の変化がそれぞれに異なる色刺激の連続加算を介して発生することを意味し得る。原理的には、異なる方法で色に敏感な眼内のセンサを用いる色覚は加法混合である。加法色混合は、眼および脳内に発生するため、生理学的色混合とも呼ばれる。加法色空間は例えばＲＧＢ色空間であり得る。
【００３６】
本発明の意味の範囲内の減法色空間は、再放射により人体の表面から反射するときのまたは透過により媒体（色フィルタ）を通過する際の色刺激の変化を指し得る。下位概念では、減法色混合は色空間のダイバーシティが３つの色フィルタの直列接続により再生される極限原理を意味するものと理解される。一例として、ＣＭＹ色空間またはＣＭＹＫ色空間は減法色空間であり得る。
【００３７】
本発明の意味の範囲内の色相飽和色空間は、色が色相、飽和および輝度値（または暗レベル）を用いて定義される色空間であり得る。これはＨＳＶ色空間とも呼ばれる。同様な定義は、相対明度によるＨＳＬ色空間、絶対輝度によるＨＳＢ色空間、および光強度によるＨＳＩ色空間を与える。
【００３８】
この実施形態は、明確に定義され広く知られた色空間が使用され得、その結果、開発の複雑性が低減され得、経費削減をもたらし得るという利点を有する。
別の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法はさらに、コントラスト画像の生成が色空間に基づいて発生することを含む。この実施形態は、どの被写体情報が表され何の色でコード化されるかに関する判断が色空間に基づいてなされ得るという利点を有する。
【００３９】
別の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法はさらに、照明系列の終了後、各照明源が被写体を一回照明することを含む。
コントラスト形成方法はさらに、照明系列の終了後、各照明源が被写体を正確に一回照明することを含む。
【００４０】
この実施形態は、すべての利用可能照明方向から被写体情報を取得するために被写体がすべての利用可能方向から照明されるという利点を有する。
別の例示的実施形態によると、コントラスト形成方法はさらに、照明系列内の各照明源が被写体を個々に照明することを含む。
【００４１】
この実施形態は、被写体が必要に応じて頻繁に照明される必要があることと、最小数の照明画像のみが所望被写体情報を表すために必要とされるという利点を有する。
したがって、本発明は方法および関連装置の提供を可能にし、その結果、角度選択照明により被写体の様々な特性を表すことが可能になる。これは、例えば以下のものにより行われ得る。
【００４２】
・ＤＰＣ  対向照明方向の画像の差→位相勾配（ＢＩＯ）または高さプロファイル勾配（ＭＡＴ）。
・ＳＥＣ  合計強調コントラスト：すべての個別画像の和＋絶対値（ＤＰＣｘ  −  ｘ方向の対向画像の差）＋絶対値（ＤＰＣｙ  −  ｙ方向の対向画像の差）→増分の絶対値と重畳されたＰＫ画像との和→いかなる直接的な個々の情報も読み取られ得ないが、様々な効果を同時に可視化する。
【００４３】
・ＤＥＣ  差強調コントラス：すべての個別画像の和−絶対値（ＤＰＣｘ）−絶対値（ＤＰＣｙ）→ＰＫ画像と増分の絶対値との差→いかなる直接的な個々の情報も読み取られ得ないが、様々な効果を同時に可視化する。
【００４４】
・ＭＳＣ  平均値和コントラスト：平均値と個々の画像の絶対値とのすべての差の和→いかなる方向情報も無い。極値が強調される。
使用される略称ＳＥＣ、ＤＥＣおよびＭＳＣは本出願において定義されたものであり、専門語としては知られていない。
【００４５】
次に、様々なコントラストと個々の像（ＰＫ）との和は、特別な色空間関連性により複数の情報を同時にコード化するために使用される。
・ＨＳＶ色コントラスト：特に、ＤＩＣ／ＤＰＣコントラストが材料色に関する情報を表さないことは問題である。このため、以下の組み合わせが可能である。
【００４６】
ＰＫ画像を撮る。
それをＲＧＢからＨＳＶ色空間に変換する。
Ｖチャネル（値）を所望の個々のコントラスト（例えば、ＤＩＣｘ）の中間調画像で置換する。
【００４７】
画像をＲＧＢへ変換する。
必要に応じ、輝度適応化を行う。
今や結果は元のものと同じ色を有するが、輝度中には個々のコントラストの情報（例えば、ｘ方向の増分）を含む。
【００４８】
・ＬＡＢ色コントラスト：同様に厄介なのは、ＤＩＣ／ＤＰＣにおける位相勾配の方向情報が一方向のみに視覚化され得ることである。以下の変換がこの問題を解決する。
ＰＫ画像を使用する。
【００４９】
それをＬａｂ色空間に変換する。
ａおよびｂチャネルを所望の個々のコントラスト（例えば、ＤＰＣｘ、ＤＰＣｙ）で置換する。
【００５０】
画像をＲＧＢ色空間に変換して戻す。
結果は原画像（ＰＫ）と同じ輝度値を有するが、２つの個々のコントラストの情報はａおよびｂ中に格納される。
【００５１】
一例として、ＤＰＣｘとＤＰＣｙでは、すべての増加方向がこのように表され、同時にカラーコード化される。
・ＲＧＢ色コントラスト：
３つの異なる個々のコントラスト（例えば、ＰＫ、ＤＰＣｘ、ＤＰＣｙ）をＲＧＢ色チャネル中に書き込む。
【００５２】
結果は３つのコントラスト情報すべてを色という意味でコード化する。
これは、個々の画像内の個々のコントラストの簡単かつ迅速な組み合わせが可能にされ得るという利点を生じる。さらに、本方法はＨＳＶおよびＬＡＢ中に情報（色／輝度）を含む。
【００５３】
本発明について、図面を参照して以下にさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の例示的実施形態による提案方法の概略図を示す。
【図２】本発明の別の例示的実施形態による提案方法の概略図を示す。
【図３】本発明の別の例示的実施形態による提案方法の概略図を示す。
【図４】本発明の別の例示的実施形態による提案方法の概略図を示す。
【図５】本発明の別の例示的実施形態による提案装置の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図１は、本発明の例示的実施形態による提案方法の概略図を示す。
ここで、図１は、好ましくは顕微鏡画像からコントラスト画像を生成するための、特には被写体構造の高さプロファイル情報を読み取るためのコントラスト形成方法の概略図を示す。本明細書では、コントラスト形成方法は以下の工程を含む：多数の照明源１１１に基づき照明系列１１により被写体を照明する工程（１０）、照明系列１１内の各照明１２の被写体の照明画像２１を生成する工程（２０）、第１の軸３５（図１に図示せず）に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像２１を重畳して第１の軸３５の第１の全体軸画像３１を形成する工程（３０）、第２の軸３６（図１に図示せず）に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像２１を重畳して第２の軸３６の第２の全体軸画像３２を形成する工程（３０）、第１の全体軸画像３１に基づき第１の色勾配画像４１を生成する工程（４０）、第２の全体軸画像３２に基づき第２の色勾配画像４２を生成する工程（４０）、第１の色勾配画像４１と第２の色勾配画像４２とを色空間５１に変換する工程（５０）、被写体の構造の高さプロファイルの４つの方向情報３５１、３５２、３６１、３６２がカラーコーディング式に表されるように、変換された（５０）第１の色勾配画像４１と第２の色勾配画像４２とに基づきコントラスト画像６１を色空間５１に生成する工程（６０）。
【００５６】
図２および図３は、それぞれの場合に、本発明の別の例示的実施形態による全体軸画像を形成するために隣接照明画像を重畳する概略図を示す。
ここで、図２は、第１の軸３５に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像２１を重畳して第１の軸３５の第１の全体軸画像３１を形成する工程（３０）を示す。この処理では、対応する第１の軸３５に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像２１が、対応する第１の軸３５に対する対応する中間画像（intermediate image）２３を形成するために計算される（３３）。さらに、対応する中間画像２３は対応する第１の全体軸画像３１を形成するために計算される（３４）。
【００５７】
ここで、図３は、第２の軸３６に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像２１を重畳して第２の軸３６の第２の全体軸画像３２を形成する工程（３０）を示す。この処理では、対応する第２の軸３６に対して互いに隣接する２つのそれぞれの照明画像２１は、対応する第２の軸３６に対する対応する中間画像２３を形成するために計算される（３３）。さらに、対応する中間画像２３が対応する第２の全体軸画像３２を形成するために計算される（３４）。
【００５８】
それぞれの計算３３、３４はそれぞれの場合に加算または減算を含む。
図４は、本発明の別の例示的実施形態による提案方法の概略図を示す。
図４は、図１の方法に対して拡張された方法の概略図を示す。
【００５９】
図１〜図３に関して以前に述べたことは、それに応じて図４に当てはまる。明瞭性を継続するために、変換工程（５０）に行く前の方法部分は図４に示されない。しかし、それらは図１に見ることができる。
【００６０】
図４に見られるように、コントラスト形成方法において、第１の色勾配画像４１と第２の色勾配画像４２とを色空間５１へ変換する工程（５０）はさらに、以下の工程を含む：第１の色勾配画像４１と色空間５１の第１の撮像チャネル５１１とを関連付ける工程（５２）、さらに第２の色勾配画像４２と色空間５１の第２の撮像チャネル５１２とを関連付ける工程（５２）。
【００６１】
図４の例では、色勾配画像４１と第２の色勾配画像４２とを色空間５１に変換する工程（５０）はさらに、輝度情報および／または中間調画像などの追加情報と色空間５１の第３の撮像チャネル５１３とを関連付ける工程（５３）を含む。
【００６２】
図４の例では、４つの方向情報３５１、３５２、３６１、３６２のうちの２つの方向情報３５１、３５２はそれぞれの場合に第１の軸３５（図４に図示せず）に沿った一方向を示し、４つの方向情報３５１、３５２、３６１、３６２のうちの別の２つの方向情報３６１、３６２はそれぞれの場合に第２の軸３６（図４に図示せず）に沿った一方向を示す。
【００６３】
図５は、本発明の別の例示的実施形態による提案装置の概略図を示す。
図５は、好ましくは顕微鏡画像からコントラスト画像を生成するための、特には光学顕微鏡検査に特に好ましい被写体構造の高さプロファイル情報を読み取るためのコントラスト形成用装置１００の概略図を示す。ここでのコントラスト形成用装置１００は画像記録装置１１０とコントラスト形成装置１２０とを含む。画像記録装置１１０は、被写体の画像を光学的に捕捉し、かつそれをコントラスト形成装置１２０に送信するように構成される。ここで、コントラスト形成用装置１００は本発明によるコントラスト形成方法を行うように構成される。
【符号の説明】
【００６４】
１０  被写体を照明する工程
１１  照明系列
１２  照明系列内の照明
２０  照明画像を生成する工程
２１  照明画像
２３  第１の軸に対する中間画像
２４  第２の軸に対する中間画像
３０  ２つの照明画像を重畳する工程
３１  第１の全体軸画像
３２  第２の全体軸画像
３３  中間画像を形成するために２つの照明画像を計算する工程
３４  全体軸画像を形成するために２つの中間画像を計算する工程
３５  第１の軸
３６  第２の軸
４０  色勾配画像を生成する工程
４１  第１の色勾配画像
４２  第２の色勾配画像
５０  色勾配画像を色空間に変換する工程
５１  色空間
５２  色勾配画像と色空間の撮像チャネルとを関連付ける工程
５３  別の情報と色空間の第３の撮像チャネルとを関連付ける工程
６０  コントラスト画像を生成する工程
６１  コントラスト画像
１００  コントラスト形成用装置
１１０  画像記録装置
１１１  照明源
１２０  コントラスト形成装置
３５１  高さプロファイルの第１の方向情報
３５２  高さプロファイルの第２の方向情報
３６１  高さプロファイルの第３の方向情報
３６２  高さプロファイルの第４の方向情報
５１１  色空間の第１の撮像チャネル
５１２  色空間の第２の撮像チャネル
５１３  色空間の第３の撮像チャネル
【外国語明細書】
2016212412000001.pdf