JP5869920B2 - Image evaluation method - Google Patents

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この発明は、試料保持プレートに設けられた、液体を保持可能な窪部を撮像した画像を処理する技術に関し、特に該画像の有意性を評価する技術に関する。   The present invention relates to a technique for processing an image obtained by imaging a recess provided in a sample holding plate and capable of holding a liquid, and more particularly to a technique for evaluating the significance of the image.

医療や生物科学の実験においては、例えばウェルとも称される窪部を多数配列して設けたプレート状の器具(例えばマイクロプレート、マイクロタイタープレート等と呼ばれる)の各ウェルに液体やゲル状の流動体(例えば培養液、培地等)を注入し、ここで細胞等を培養したものを試料として観察、計測することが行われる。また近年では、試料をCCDカメラ等で撮像してデータ化し、該画像データに種々の画像解析技術を適用して観察や分析に供することが行われるようになってきている。このような撮像においては、試料に入射させる照明光の光量が均一でないことに起因して、得られた画像に輝度のムラ(シェーディング)が生じることがある。   In a medical or biological science experiment, for example, a liquid or gel-like fluid flows into each well of a plate-like instrument (for example, called a microplate or a microtiter plate) provided with a large number of depressions called wells. A body (for example, a culture solution, a medium, etc.) is injected, and the cells cultured here are observed and measured as a sample. In recent years, a sample is imaged with a CCD camera or the like and converted into data, and various image analysis techniques are applied to the image data for observation and analysis. In such imaging, unevenness in brightness (shading) may occur in the obtained image due to the non-uniform amount of illumination light incident on the sample.

このようなムラを解消するための技術として、デジタルカメラ等で実用化されているシェーディング補正技術を適用することが考えられる。例えば特許文献1には、シェーディング特性が光軸に対し非対称である場合や個体ごとにばらつきがある場合にも対応可能なシェーディング補正技術が記載されている。   As a technique for eliminating such unevenness, it is conceivable to apply a shading correction technique put into practical use in a digital camera or the like. For example, Patent Document 1 describes a shading correction technique that can cope with a case where the shading characteristic is asymmetric with respect to the optical axis or a case where there is variation among individuals.

特開2008−177794号公報(例えば、図3)Japanese Patent Laying-Open No. 2008-177794 (for example, FIG. 3)

液体が注入された窪部の画像においては、上記に加えて液面での屈折に起因する画像のムラが生じうる。特に窪部の上方から照明光を与え下方へ透過してくる光を受光して撮像を行った場合、窪部の壁面の影が画像に映り込むことによって窪部の周縁部の輝度が低下し、この部分での試料の観察に支障を来たすことがある。影の映り込みの程度は液面の状態によって異なり、液面の状態は液体の量や窪部壁面に対する濡れ性、注入時の作業状況等によって試料ごとにばらつきがある。   In addition to the above, in the image of the recess into which the liquid has been injected, image unevenness due to refraction at the liquid surface may occur. In particular, when imaging is performed by applying illumination light from above the recess and receiving light transmitted downward, the shadow of the wall surface of the recess appears in the image, and the brightness of the peripheral edge of the recess decreases. In this part, it may interfere with the observation of the sample. The degree of shadow reflection varies depending on the state of the liquid surface, and the state of the liquid surface varies from sample to sample depending on the amount of liquid, the wettability with respect to the wall surface of the recess, the working condition at the time of injection, and the like.

一方、上記した特許文献1に記載のものも含め従来のシェーディング補正技術では、予め計測しておいた光量分布との比較に基づき補正を行うため、光量分布自体が試料ごとにばらつきを有する対象物を撮像した画像に対しては十分な補正効果を挙げることができない可能性がある。   On the other hand, in the conventional shading correction techniques including those described in Patent Document 1 described above, correction is performed based on a comparison with the light quantity distribution measured in advance, so that the light quantity distribution itself varies from sample to sample. There is a possibility that a sufficient correction effect cannot be obtained with respect to an image obtained by capturing the image.

そこで、このような対象物を撮像した画像に対しても適用可能なシェーディング補正技術、あるいは影の影響自体を排除することのできるような撮像技術(そのための照明技術を含む)の確立が必要となってくる。しかしながら、画像に映り込んだ影の影響を客観的かつ定量的に評価する技術そのものが、未だ確立されるに至っていない状況である。   Therefore, it is necessary to establish a shading correction technique that can be applied to an image obtained by imaging such an object, or an imaging technique (including illumination technique) that can eliminate the influence of shadows. It becomes. However, the technology itself for objectively and quantitatively evaluating the influence of the shadow reflected in the image has not yet been established.

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、液体が注入された窪部を撮像した画像の有意性を適切に評価することのできる技術を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the technique which can evaluate appropriately the significance of the image which imaged the hollow part in which the liquid was inject | poured.

この発明にかかる画像評価方法は、上記目的を達成するため、試料保持プレートに設けられた窪部に液体が注入された状態で、前記窪部を撮像した画像データを取得する画像データ取得工程と、前記窪部の画像において前記窪部を横切る直線を設定し、該直線に沿った前記窪部内の画像濃度プロファイルを前記画像データに基づき求めるプロファイル導出工程と、前記画像濃度プロファイルの勾配を求め、その値と所定の閾値とを比較して当該画像の有意性を判断する判断工程とを備え、前記判断工程では、前記勾配の絶対値の最大値が前記閾値よりも小さいとき当該画像は有意性があると判断し、前記閾値よりも大きいとき当該画像は有意性がないと判断することを特徴としている。 In order to achieve the above object, the image evaluation method according to the present invention acquires an image data acquisition step of acquiring image data obtained by imaging the recess in a state where a liquid is injected into the recess provided in the sample holding plate. Setting a straight line across the recess in the image of the recess, a profile deriving step for obtaining an image density profile in the recess along the straight line based on the image data, and determining a gradient of the image density profile, A determination step of comparing the value with a predetermined threshold value to determine the significance of the image, and in the determination step, the image is significant when the maximum absolute value of the gradient is smaller than the threshold value. It is determined that the image is not significant when it is greater than the threshold .

なお、この発明において、「液体」はペースト状あるいはゲル状のものを含み、また「窪部に液体が注入された状態」は、注入された液体がそのまま窪部に保持された状態のほか、注入直後は低粘度であった液体が固体またはゲル状に硬化した状態も含むものとする。   In the present invention, the “liquid” includes a paste or gel, and “the state in which the liquid is injected into the recess” refers to the state in which the injected liquid is held in the recess as it is, A state in which a liquid having a low viscosity immediately after injection is cured in a solid or gel state is also included.

このように構成された発明では、画像内において窪部を横切る直線に沿った画像濃度プロファイルに基づき画像の有意性が判断される。撮像された画像に窪部壁面の影の影響が顕著に表れているとき、影が映り込んだ部分とそうでない部分との境界において画像の背景濃度が急激に変化することとなる。そこで、この発明では、窪部を横切る直線上での画像濃度プロファイルの勾配を求め、その値と所定の閾値との比較により画像の有意性を判断する。閾値を目的に応じて適宜に設定することで、窪部壁面の影によって生じる濃度変化を加味した画像の評価を適切に行うことが可能となる。   In the invention configured as described above, the significance of the image is determined based on the image density profile along a straight line crossing the depression in the image. When the effect of the shadow on the wall surface of the depression appears significantly in the captured image, the background density of the image changes abruptly at the boundary between the portion where the shadow is reflected and the portion where the shadow is not. Therefore, in the present invention, the gradient of the image density profile on the straight line crossing the depression is obtained, and the significance of the image is judged by comparing the value with a predetermined threshold value. By appropriately setting the threshold value according to the purpose, it is possible to appropriately evaluate an image in consideration of the density change caused by the shadow of the depression wall surface.

窪部の画像全体に影が映り込んでいるような場合には窪部全体の背景濃度に影響が及ぶが、このような影響は窪部内の観察対象物に対して同様に現れるため、観察結果自体への影響は小さいか、また影響を除くための補正も比較的容易である。これに対して、窪部の画像に対して部分的に影が映り込んでいる場合、観察対象物の背景濃度がまちまちとなり、補正もより難しい。したがって後者の影の方がより深刻な問題である。本発明はこのような影の影響が予想される画像を見つけ出すのに好適なものである。   If shadows are reflected in the entire image of the depression, the background density of the entire depression will be affected, but this effect will also appear on the observation object in the depression. The influence on itself is small, and correction for removing the influence is relatively easy. On the other hand, when a shadow is partially reflected in the image of the depression, the background density of the observation object varies and correction is more difficult. The latter shadow is therefore a more serious problem. The present invention is suitable for finding an image in which the influence of such a shadow is expected.

具体的には、判断工程では、勾配の絶対値の最大値が閾値よりも小さいとき当該画像は有意性があると判断し、閾値よりも大きいとき当該画像は有意性がないと判断する。勾配(絶対値)の最大値が大きな値となることは当該直線上で急激な濃度変化があることを意味する。そこで、このような大きな濃度変化のある画像を有意性のないものとすることで、影の映り込みの影響が顕著な画像をその影響の少ない画像と区別して扱うことが可能となる。 Specifically, in the judgment step, the image is judged that there is significant when the maximum value of the absolute value of the slope is less than the threshold value, you determined that the image has no significance when greater than the threshold value . When the maximum value of the gradient (absolute value) is a large value, it means that there is a rapid concentration change on the straight line. Therefore, by making an image having such a large density change insignificant, it becomes possible to distinguish an image that is significantly affected by the reflection of a shadow from an image that is less affected.

また例えば、プロファイル導出工程では、直線上にある各画素の画素値を配置順に並べてなるデータ列に対しスムージング処理を施して画像濃度プロファイルを導出するようにしてもよい。窪部壁面の影の像は画像内で連続した領域に現れるのに対して、例えば液体中に混入した異物や液面の泡などによる局所的な濃度変化が含まれることもある。画素値のデータ列に対してスムージング処理を行って画像濃度プロファイルを求めることで、このような局所的な濃度変化が判断結果に影響を及ぼすのを回避することができる。   Further, for example, in the profile deriving step, an image density profile may be derived by performing a smoothing process on a data sequence in which pixel values of pixels on a straight line are arranged in the arrangement order. The shadow image on the wall surface of the depression appears in a continuous region in the image, but may include a local concentration change due to, for example, foreign matter mixed in the liquid or bubbles on the liquid surface. By performing the smoothing process on the pixel value data string to obtain the image density profile, it is possible to avoid such a local density change from affecting the determination result.

また例えば、判断工程では、直線上にある各画素の画素値を配置順に並べてなるデータ列を所定の周期でサンプリングしたデータ列において隣接するサンプリングデータ間の差分を勾配の値とするようにしてもよい。この場合、上記したスムージング処理を行ったデータ列に対しサンプリングを実施しても構わない。窪部の内容物を対象とする撮像における画素サイズに対し、一般的には窪部壁面の影は十分大きいサイズを有すると考えられる。したがって、サンプリングされたデータ列によって十分に精度の高い判断が可能であり、また上記のような局所的な濃度変化の影響をより受け難くすることができる。   Further, for example, in the determination step, a difference between adjacent sampling data in a data string obtained by sampling pixel values of pixels on a straight line in an arrangement order may be used as a gradient value. Good. In this case, sampling may be performed on the data string subjected to the smoothing process described above. In general, it is considered that the shadow of the wall surface of the depression has a sufficiently large size with respect to the pixel size in the imaging for the contents of the depression. Therefore, it is possible to make a sufficiently accurate determination based on the sampled data string, and it is possible to make the influence of the local concentration change as described above less susceptible.

また例えば、プロファイル導出工程では、互いに異なる複数の直線を設定し、各直線のそれぞれについて画像濃度プロファイルを求める一方、判断工程では、複数の直線のうち、当該直線に沿った画像濃度プロファイルの勾配の最大値が閾値を超えるものが少なくとも1つあれば当該画像の有意性がないと判断するようにしてもよい。窪部に注入された液体の表面は不規則な凹凸を有することがあり、これに起因して窪部壁面の影も不規則に画像に映り込む。異なる複数の直線について画像濃度プロファイルを求めることで、このような不規則な影についても評価を行うことができる。また、それらのうち勾配の最大値が閾値を超えるものが少なくとも1つあったときに画像の有意性がないと判断することで、特定の位置にのみ現れた影の影響が見逃されてしまうことが防止される。   Further, for example, in the profile derivation step, a plurality of different straight lines are set and an image density profile is obtained for each of the straight lines, while in the determination step, the gradient of the image density profile along the straight line is determined among the plurality of straight lines. If there is at least one whose maximum value exceeds the threshold, it may be determined that the image is not significant. The surface of the liquid injected into the depression may have irregular irregularities, and as a result, the shadow of the depression wall surface also appears irregularly in the image. Such irregular shadows can be evaluated by obtaining image density profiles for a plurality of different straight lines. In addition, when there is at least one of the gradients whose maximum value exceeds the threshold, it is determined that the image is not significant, and the influence of the shadow that appears only at a specific position is overlooked. Is prevented.

この場合、例えば窪部内で互いに交わる複数の直線を設定するようにしてもよい。このようにすることで、画像内の種々の方向について求めた画像濃度プロファイルに基づいて有意性が判断されるので、画像内において影が異方性を持っている(すなわち非対称である)場合にも対応することができる。   In this case, for example, a plurality of straight lines that intersect with each other in the recess may be set. By doing so, the significance is determined based on the image density profiles obtained for various directions in the image. Therefore, when the shadow has anisotropy (that is, asymmetric) in the image. Can also respond.

より具体的には、例えば窪部の上面開口が略円形である場合、複数の直線がそれぞれ窪部の中心を通るように設定されてもよい。このような窪部では、壁面の影は概ね窪部の画像の周縁部に現れる。窪部の中心から径方向に、かつ種々の方向において画像濃度プロファイルを求めることで、このような影の影響を適切に評価することが可能となる。   More specifically, for example, when the upper surface opening of the recess is substantially circular, a plurality of straight lines may be set to pass through the center of the recess. In such a depression, the shadow of the wall surface appears at the peripheral edge of the image of the depression. By determining the image density profile in the radial direction from the center of the recess and in various directions, it is possible to appropriately evaluate the influence of such a shadow.

また例えば、画像データ取得工程では、試料保持プレートに設けられた複数の窪部を含む画像に対応する画像データを取得し、プロファイル導出工程および判断工程を複数の窪部それぞれについて実行するようにしてもよい。試料保持プレートに複数の窪部が設けられている場合、各窪部に入射する光の光量分布にばらつきがあり、また注入された液体の表面状態も窪部ごとにばらつきがある。したがって、各窪部それぞれで評価を行うことがより好ましい。   Further, for example, in the image data acquisition step, image data corresponding to an image including a plurality of depressions provided on the sample holding plate is acquired, and the profile derivation step and the determination step are executed for each of the plurality of depressions. Also good. When the sample holding plate is provided with a plurality of depressions, the light quantity distribution of light incident on each depression varies, and the surface state of the injected liquid also varies from depression to depression. Therefore, it is more preferable to evaluate each recess.

この発明は、試料保持プレートの上方から窪部に光を照射し、窪部の下方へ透過する光を受光して撮像を行った画像の評価に適用されることで特に優れた効果を奏するものである。前述したように、このような撮像方法を採った場合、液面での照射光の屈折に起因する影の映り込みが顕著である。したがって、そのようにして撮像された画像の評価に本発明を適用することで、撮像方法自体の妥当性の判断の目安となる情報が得られる。このような情報は、照明方法を含む撮像方法の改善を図る上で有益なものとなる。   The present invention exhibits a particularly excellent effect by being applied to the evaluation of an image obtained by irradiating light from above the sample holding plate and receiving light transmitted through the lower part of the sample. It is. As described above, when such an imaging method is adopted, shadow reflection due to refraction of irradiation light on the liquid surface is remarkable. Therefore, by applying the present invention to the evaluation of an image captured in such a manner, information serving as a criterion for determining the validity of the imaging method itself can be obtained. Such information is useful for improving the imaging method including the illumination method.

この発明によれば、液体が注入された窪部を撮像した画像の濃度プロファイルの勾配に基づいてその有意性を判断するので、窪部壁面の影が映り込んだ画像の良否を客観的に、かつ定量的に評価することができる。   According to the present invention, since the significance is determined based on the gradient of the density profile of the image obtained by imaging the depression into which the liquid is injected, the quality of the image in which the shadow of the depression wall is reflected is objectively determined. And can be quantitatively evaluated.

この発明を適用可能な撮像装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the imaging device which can apply this invention. 撮像部のより詳細な構成を示す図である。It is a figure which shows the more detailed structure of an imaging part. 図1の撮像装置で撮像された画像の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the image imaged with the imaging device of FIG. ウェル画像を模式的に示した図である。It is the figure which showed the well image typically. 本発明にかかる画像評価方法の一実施形態を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows one Embodiment of the image evaluation method concerning this invention. この実施形態における線分の設定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a setting of the line segment in this embodiment. 評価に用いられる画像の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the image used for evaluation.

図1はこの発明を適用可能な撮像装置の概略構成を示す図である。この撮像装置1は、図1(a)に示すように、それぞれに例えば培養液、培地、試薬などの液体等(一部のみ図示)が注入された複数の、例えば96個(12×8のマトリクス配列)のウェルWを形成されたサンプル(マイクロプレート)Mの下面周縁部に当接して該マイクロプレートMを略水平状態に保持するホルダ11と、該ホルダ11の上方に設けられた光源12と、ホルダ11の下方に設けられた撮像ユニット13と、これらを司って所定の動作を実行させる制御部10とを備えている。以下の説明のために図1(a)に示す通りに座標軸を設定する。X−Y平面は水平面であり、Z軸は鉛直軸である。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an imaging apparatus to which the present invention can be applied. As shown in FIG. 1A, the imaging apparatus 1 includes a plurality of, for example, 96 (12 × 8), each of which is filled with a liquid such as a culture solution, a medium, or a reagent (only a part of which is shown). A holder 11 that holds the microplate M in a substantially horizontal state by abutting against the peripheral edge of the lower surface of the sample (microplate) M in which the well W of the matrix arrangement is formed, and a light source 12 provided above the holder 11 And an imaging unit 13 provided below the holder 11 and a control unit 10 that controls these to execute a predetermined operation. For the following explanation, coordinate axes are set as shown in FIG. The XY plane is a horizontal plane, and the Z axis is a vertical axis.

マイクロプレートMにおける各ウェルWの直径および深さは代表的には数mm程度である。一例として、後述する実験において用いられたマイクロプレートMの各部の寸法を示す。図1(b)に示すように、各ウェルWの上部における開口Wtの直径Dtが6.69mmである一方、ウェル底面Wbの内径Dbが6.58mmである。これからわかるように、ウェルWの内壁面Wsは単純な円筒面ではなく、側面が斜めに傾斜したテーパー形状となっている。また、ウェルWの深さDdは10.9mmであり、複数ウェルWの配列ピッチDpは9mmである。なお、各部の寸法は単なる例であって、この撮像装置1が対象とするマイクロプレートのサイズはこれらに限定されるものではなく任意である。   The diameter and depth of each well W in the microplate M are typically about several mm. As an example, the dimension of each part of the microplate M used in the experiment described later is shown. As shown in FIG. 1B, the diameter Dt of the opening Wt at the top of each well W is 6.69 mm, while the inner diameter Db of the well bottom surface Wb is 6.58 mm. As can be seen, the inner wall surface Ws of the well W is not a simple cylindrical surface, but has a tapered shape with the side surfaces inclined obliquely. The depth Dd of the wells W is 10.9 mm, and the arrangement pitch Dp of the plurality of wells W is 9 mm. In addition, the dimension of each part is a mere example, Comprising: The size of the microplate which this imaging device 1 makes object is not limited to these, It is arbitrary.

光源12は、制御部10に設けられた光源制御部112によって制御され、光源制御部112からの制御指令に応じてホルダ11に保持されたマイクロプレートMの上方から複数のウェルWに対して一括して光Lを照射する。照射される光は可視光であり、特に白色光が好ましい。   The light source 12 is controlled by a light source control unit 112 provided in the control unit 10 and is collectively applied to a plurality of wells W from above the microplate M held by the holder 11 in accordance with a control command from the light source control unit 112. Then, the light L is irradiated. The irradiated light is visible light, and white light is particularly preferable.

撮像ユニット13は、光源12から出射されてホルダ11に保持されたマイクロプレートMの下方に透過してくる透過光Ltを受光することでマイクロプレートMの画像を撮像するカメラとして機能するものである。撮像ユニット13は制御部10に設けられたカメラ駆動機構113に連結されており、カメラ駆動機構113は、ホルダ11に保持されたマイクロプレートMの下面に沿って撮像ユニット13を水平面(X−Y平面)内で走査移動させる。   The imaging unit 13 functions as a camera that captures an image of the microplate M by receiving transmitted light Lt emitted from the light source 12 and transmitted below the microplate M held by the holder 11. . The imaging unit 13 is connected to a camera driving mechanism 113 provided in the control unit 10, and the camera driving mechanism 113 moves the imaging unit 13 along a horizontal plane (XY) along the lower surface of the microplate M held by the holder 11. Scanning movement within a plane).

すなわち、この実施形態では、撮像ユニット13がマイクロプレートMの下面に沿って走査移動可能となっている。なお、ここでは撮像ユニット13がマイクロプレートMに対して移動するが、撮像ユニット13とマイクロプレートMとの間の相対移動が実現されれば足り、この意味でマイクロプレートMを撮像ユニット13に対して移動させるようにしてもよい。   That is, in this embodiment, the imaging unit 13 can be scanned and moved along the lower surface of the microplate M. Here, the imaging unit 13 moves relative to the microplate M. However, it is sufficient that the relative movement between the imaging unit 13 and the microplate M is realized. In this sense, the microplate M is moved relative to the imaging unit 13. You may make it move.

撮像ユニット13により撮像された画像データは画像処理部114に与えられる。画像処理部114は、撮像ユニット13からの画像データに対して適宜画像処理を施したり、画像データに基づく所定の演算処理を実行する。処理前後のデータは必要に応じて記憶部115に記憶保存される。   Image data picked up by the image pickup unit 13 is given to the image processing unit 114. The image processing unit 114 appropriately performs image processing on the image data from the imaging unit 13 or executes predetermined calculation processing based on the image data. Data before and after processing is stored and saved in the storage unit 115 as necessary.

この撮像装置1は、各ウェルWに保持された液体等(本明細書では、液体、ゲル状のまたは半流動性を有する固体、および、例えば軟寒天のように流動性を有する状態でウェルに注入されその後固化するものの総称である)およびその中に含まれる細胞等の撮像対象物の光学像(明視野画像)を撮像したり、その光学像から所定の光学的特徴を有する、より具体的にはウェルWに保持された液体等とは異なる光学的特性を有する特異な部分をその光学的特性の差異を利用して検出するという用途に適用することができる。例えば、培地中の細胞や細胞集塊(スフェロイド)を撮像対象物として撮像したり、さらに画像処理によりそのような細胞等を自動的に検出する目的に好適に使用することができる。   The imaging device 1 is configured such that a liquid or the like held in each well W (in this specification, a liquid, a gel-like or semi-fluid solid, and a well in a fluid state such as soft agar) It is a generic name for those that are injected and then solidified), and more specifically, an optical image (bright field image) of an imaging object such as a cell or the like contained therein, or having a predetermined optical characteristic from the optical image The present invention can be applied to the use of detecting a specific portion having an optical characteristic different from that of the liquid or the like held in the well W by utilizing the difference in the optical characteristic. For example, it can be suitably used for the purpose of imaging cells and cell clumps (spheroids) in a culture medium as an imaging target, and further automatically detecting such cells and the like by image processing.

図2は撮像部のより詳細な構成を示す図である。図2(a)に示すように、撮像ユニット13は、入射光に応じた電気信号を出力する例えばCCDによるラインセンサ131と、ホルダ11に保持されたマイクロプレートMの底面から出射される光をラインセンサ131の受光面に結像させる結像光学系132とを備えている。結像光学系132はレンズ等の光学部品を複数備えるものであってよいが、ここでは理解を容易にするために代表的に単一のレンズによって示している。   FIG. 2 is a diagram illustrating a more detailed configuration of the imaging unit. As shown in FIG. 2A, the imaging unit 13 outputs light emitted from the bottom surface of the microplate M held by the holder 11 and the line sensor 131 that outputs an electrical signal corresponding to incident light, for example, a CCD. And an imaging optical system 132 that forms an image on the light receiving surface of the line sensor 131. The imaging optical system 132 may include a plurality of optical components such as lenses, but here, for easy understanding, a single lens is representatively shown here.

ラインセンサ131は多数の微細な撮像素子131aをY方向に一次元配列したものであり、その長手方向には結像光学系132を介して少なくとも1つのウェルW全体、より望ましくは複数の(同図では3つの)ウェルWを一度に撮像範囲SRに含めることができるよう構成されている。図では、ラインセンサ131のY方向長さを符号w、これによるマイクロプレートMの底面における視野のY方向長さを符号w’により表している。   The line sensor 131 is a one-dimensional array of a large number of fine imaging elements 131a in the Y direction. In the longitudinal direction, the entire at least one well W, more preferably a plurality of (the same In the drawing, three wells W are configured to be included in the imaging range SR at a time. In the figure, the length of the line sensor 131 in the Y direction is indicated by a symbol w, and the length of the visual field on the bottom surface of the microplate M is indicated by a symbol w ′.

また、図2(b)に示すように、カメラ駆動機構113によるラインセンサ131の走査移動方向はX方向である。このように、Y方向に沿って撮像素子が配列されたラインセンサ131をマイクロプレートMの底面に沿ってX方向に走査移動させることで、底面側から見たマイクロプレートMの二次元画像を撮像することが可能である。また、ラインセンサ131のY方向位置を異ならせて上記走査移動を繰り返すことで、マイクロプレートMに形成された多数のウェルWを順次撮像することができる。   As shown in FIG. 2B, the scanning movement direction of the line sensor 131 by the camera driving mechanism 113 is the X direction. In this way, the line sensor 131 in which the image pickup devices are arranged along the Y direction is scanned and moved in the X direction along the bottom surface of the microplate M, thereby capturing a two-dimensional image of the microplate M viewed from the bottom surface side. Is possible. In addition, by repeating the scanning movement with the line sensor 131 at different positions in the Y direction, a large number of wells W formed on the microplate M can be sequentially imaged.

ラインセンサ131は各撮像素子の画素サイズが小さいため高精細の画像を得ることが可能である。また、多数の撮像素子をライン状に配列するとともに各撮像素子にウェルW各部の光学像を結像させるように結像光学系132を構成してそれらを適切な位置に配置し、1つまたはそれ以上のウェルWからの光をラインセンサ131に入射させるようにすることで、1つのウェルWを撮像するのに必要な時間が短くなる。これにより、多数のウェルWについての撮像を高速で行うことができる。   The line sensor 131 can obtain a high-definition image because the pixel size of each image sensor is small. In addition, an imaging optical system 132 is configured so that a large number of imaging elements are arranged in a line and an optical image of each part of the well W is formed on each imaging element, and these are arranged at appropriate positions. By making more light from the well W enter the line sensor 131, the time required to image one well W is shortened. Thereby, imaging about many wells W can be performed at high speed.

上記のように構成された撮像装置1に、本発明にかかる画像評価方法を適用した場合を考える。本発明にかかる画像評価方法は、撮像された画像の有意性を評価するものであり、特に液面を介して撮像された画像の評価を行うのに好適なものである。これを上記した撮像装置1に適用する場合、第1に、上記のようにウェルWに注入された培地内で培養された細胞等の生体試料を撮像した画像の評価に用いることが可能である。この場合、撮像された画像は種々の画像処理によって解析され、細胞の形状や分布状況などが検出されるが、元の画像がそのような画像処理に耐えるものであるか否かの評価が必要である。すなわち、撮像時の影の映り込みにより、当該画像が解析に値しないものとなってしまっている可能性がある。   Consider a case where the image evaluation method according to the present invention is applied to the imaging apparatus 1 configured as described above. The image evaluation method according to the present invention evaluates the significance of a captured image, and is particularly suitable for evaluating an image captured through a liquid surface. When this is applied to the imaging apparatus 1 described above, first, it can be used for evaluation of an image obtained by imaging a biological sample such as a cell cultured in a medium injected into the well W as described above. . In this case, the captured image is analyzed by various image processing, and the shape and distribution of cells are detected. However, it is necessary to evaluate whether the original image can withstand such image processing. It is. That is, there is a possibility that the image is not worthy of analysis due to the reflection of a shadow at the time of imaging.

図3は図1の撮像装置で撮像された画像の例を示す図である。図3(a)は好ましい照明条件下で撮像された、培地およびその内部に培養された細胞集塊を含むウェルWの画像の例である。この例では、ウェルに相当する円形領域の中央部分が最も明るく、円形領域の周縁部分ではこれよりやや暗くなっている。これは液面での照明光の屈折・散乱によるものと考えられるが、それでも周縁部に位置する細胞集塊まで明瞭に見分けることが可能である。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an image captured by the imaging apparatus of FIG. FIG. 3A is an example of an image of a well W including a culture medium and cell clumps cultured in the medium, which is imaged under favorable illumination conditions. In this example, the central portion of the circular region corresponding to the well is brightest, and the peripheral portion of the circular region is slightly darker than this. This is considered to be due to the refraction and scattering of the illumination light on the liquid surface, but it is still possible to clearly distinguish the cell clumps located at the peripheral edge.

一方、図3(b)は上記とは異なる照明条件下で同じウェルWを撮像した画像の例であり、周縁部分がより暗くなり、この部分に位置する細胞集塊を見分けることが困難な状態となっている。このような周縁部分の暗さやその広がりは、照明条件のほか、ウェルWに注入された液体等の量やその表面状態によっても異なった態様を示す。   On the other hand, FIG. 3B is an example of an image obtained by imaging the same well W under illumination conditions different from the above, and the peripheral portion becomes darker, and it is difficult to distinguish the cell cluster located in this portion. It has become. Such darkness of the peripheral portion and its spread show different aspects depending on the illumination conditions, the amount of liquid injected into the well W, and the surface state thereof.

図4はウェル画像を模式的に示した図である。図4(a)は図3(b)の画像を模式化した図であり、図4(b)は図4(a)に示す線分Q−Q’上に位置する各画素の輝度値をプロットしたグラフである。ウェル画像Iwは、ウェルWに対応する略円形のウェル領域WRの中央部分に比較的明るい(輝度の高い)明部領域BRを有する一方、周縁部分にはより暗い暗部領域DRを有している。また、明部領域BRはウェルWの輪郭に対応する円に対して必ずしも同軸の円とはならず歪んだ形を有している。   FIG. 4 is a diagram schematically showing a well image. FIG. 4A is a schematic diagram of the image of FIG. 3B, and FIG. 4B shows the luminance value of each pixel located on the line segment QQ ′ shown in FIG. This is a plotted graph. The well image Iw has a bright part area BR that is relatively bright (high brightness) in the center part of the substantially circular well area WR corresponding to the well W, and has a dark part dark part DR in the peripheral part. . The bright area BR is not necessarily a circle that is coaxial with the circle corresponding to the contour of the well W, but has a distorted shape.

このような暗部領域DRがウェル画像Iwに生じるのは、液面における照明光の屈折・散乱およびウェル壁面の影によるものと考えられる。特に、液面よりも上部に露出したウェルWの内壁面の影が、液面での屈折により画像に映り込んだものと考えられる。特に液量が少ない場合やウェル壁面が不透明な材料で構成されている場合に、濃度の高い(輝度の低い)暗部領域DRが現れる。   It is considered that the dark region DR is generated in the well image Iw due to the refraction / scattering of illumination light on the liquid surface and the shadow on the well wall surface. In particular, it is considered that the shadow of the inner wall surface of the well W exposed above the liquid level is reflected in the image due to refraction at the liquid level. In particular, when the amount of liquid is small or when the well wall surface is made of an opaque material, a dark region DR having a high concentration (low luminance) appears.

このような暗部領域DRが生じることによる影響としては、次のようなものが考えられる。まず、ウェルW内に分布する細胞または細胞集塊Spのうち、明部領域BRに存在する細胞集塊(例えば符号Sp1により示す)については、背景の影響を受けることなく良好に検出、解析を行うことが可能である。一方、暗部領域DRに存在する細胞集塊(例えば符号Sp2により示す)については、背景が暗いことによって検出自体が不可能となったり、その濃度の検出において大きな誤差を生じたりすることがある。また、明部領域BRと暗部領域DRとの境界付近に位置する細胞集塊(例えば符号Sp3により示す)については、当該細胞集塊の輪郭が不明確となり、サイズや濃度の誤検出の原因となり得る。   The following can be considered as the influence caused by the occurrence of such a dark region DR. First, among the cells or cell clumps Sp distributed in the well W, cell clumps (for example, indicated by the symbol Sp1) existing in the bright region BR are detected and analyzed well without being affected by the background. Is possible. On the other hand, for the cell agglomerates (for example, indicated by the symbol Sp2) present in the dark region DR, the detection itself may be impossible due to the dark background, or a large error may be caused in the detection of the concentration. In addition, for a cell clump located near the boundary between the bright area BR and the dark area DR (for example, indicated by reference numeral Sp3), the outline of the cell clump becomes unclear, which causes erroneous detection of size and concentration. obtain.

したがって、このように暗部領域DRによる誤差発生が予想されるような画像については、有意性のないものとして処理対象から除外する、あるいは少なくともオペレーターに対してその旨を報知することが望ましい。このような画像の評価に対して、本発明を好適に適用することが可能である。   Therefore, it is desirable to exclude an image from which an error due to the dark region DR is expected as described above from being processed as insignificant, or at least notify the operator of that fact. The present invention can be suitably applied to such image evaluation.

また、本発明の画像評価方法を撮像装置1に適用する第2のケースとして、撮像装置1の開発または製造工程における撮像装置自体の評価に応用することが考えられる。前述したように、ウェル壁面の影により画像に生じる暗部領域DRの状態は照明条件を含む撮像条件によっても大きく変化し、撮像条件の工夫により影の影響の低減を図ることも可能である。このような用途において、撮像条件の良否を判断するための基準として、本発明の画像評価方法を好適に適用することが可能である。また、撮像装置の製造工程における製品検査として、本発明にかかる画像評価方法を適用した品質チェック工程を設けるとの応用も考えられる。   Further, as a second case in which the image evaluation method of the present invention is applied to the imaging apparatus 1, it can be applied to the evaluation of the imaging apparatus itself in the development or manufacturing process of the imaging apparatus 1. As described above, the state of the dark area DR generated in the image due to the shadow on the well wall changes greatly depending on the imaging condition including the illumination condition, and the influence of the shadow can be reduced by devising the imaging condition. In such applications, the image evaluation method of the present invention can be suitably applied as a reference for determining whether the imaging conditions are good or bad. In addition, as a product inspection in the manufacturing process of the imaging device, an application of providing a quality check process to which the image evaluation method according to the present invention is applied is also conceivable.

特に撮像装置1のように、マイクロプレートMに設けられた複数のウェルWを包括的に撮像する装置においては、ウェルごとに照明条件が異なることに起因して影の影響もまちまちである。したがって、撮像条件についてはウェルごとに個別に評価する必要がある一方で、それらをオペレーターが1つずつ目視でチェックすることは現実的でなく、各ウェルの画像を客観的かつ定量的に評価することができれば非常に有意義である。   In particular, in an apparatus that comprehensively images a plurality of wells W provided on the microplate M, such as the imaging apparatus 1, the influence of shadows varies depending on the illumination conditions for each well. Therefore, while it is necessary to evaluate the imaging conditions for each well individually, it is not practical for the operator to visually check them one by one, and the images of each well are objectively and quantitatively evaluated. It is very meaningful if possible.

具体的には、各ウェルWに適宜の液体(または液体等)を注入したマイクロプレートMを撮像装置1にセットし、上記した試料の撮像と同様にして撮像する。こうして撮像された各ウェルWの画像を評価してその結果を出力することで、オペレーターによる当該装置における撮像条件の適否判断作業を効果的に支援することができる。これを可能とするための具体的な動作について、次に説明する。   Specifically, the microplate M in which an appropriate liquid (or liquid or the like) is injected into each well W is set in the imaging apparatus 1 and imaged in the same manner as the above-described imaging of the sample. By evaluating the image of each well W thus imaged and outputting the result, it is possible to effectively assist the operator in determining whether the imaging conditions are appropriate for the apparatus. A specific operation for enabling this will be described next.

図5は本発明にかかる画像評価方法の一実施形態を示すフローチャートである。この処理は、制御部10が所定の制御プログラムを実行して撮像装置1の各部を制御することにより実行される。まず、上記したように、各ウェルWに適宜の液体等を注入したマイクロプレートMを撮像装置1にセットし撮像を行い、原画像を取得する(ステップS101)。ここでウェルWに注入される液体は評価用のダミーであり、適宜のものを用いることができるが、粘度や光学的特性において実際の試料に用いられる培地に近いものが望ましい。また、液体の注入はマイクロプレートMが撮像装置1にセットされる前に他の場所で行われてもよい。このとき、マイクロプレートMは水平姿勢に保持されることが望ましく、特に液体が注入的に硬化するものである場合には、少なくとも注入された液体が硬化するまでの間は、マイクロプレートMが水平姿勢に静置されることが望ましい。なお、注入された液体が硬化したマイクロプレートMについては、撮像時には必ずしも水平姿勢であることを要するものではない。   FIG. 5 is a flowchart showing an embodiment of an image evaluation method according to the present invention. This process is executed by the control unit 10 executing a predetermined control program to control each unit of the imaging apparatus 1. First, as described above, the microplate M in which an appropriate liquid or the like is injected into each well W is set in the imaging device 1 to perform imaging, and an original image is acquired (step S101). Here, the liquid injected into the well W is a dummy for evaluation, and an appropriate one can be used. However, a liquid close to a medium used for an actual sample is desirable in terms of viscosity and optical characteristics. Further, the liquid injection may be performed in another place before the microplate M is set in the imaging apparatus 1. At this time, it is desirable that the microplate M be held in a horizontal posture. In particular, in the case where the liquid is cured by injection, the microplate M is kept horizontal until at least the injected liquid is cured. It is desirable to stand in a posture. Note that the microplate M in which the injected liquid is hardened does not necessarily have to be in a horizontal posture at the time of imaging.

次に、こうして撮像されたプレート全体の画像から、各ウェルWに相当する領域のみをウェル画像Iwとしてそれぞれ切り出す(ステップS102)。以後の処理は、それぞれのウェル画像を対象として行われる。以下ではこうして切り出されたウェル画像の1つに対する処理を説明するが、全てのウェル画像に対して同様の処理が適用される。続いて、1つのウェル画像に対して、ウェルWを横切るような複数本の線分を設定し(ステップS103)、各線分上に位置するウェル内の各画素の画素値を抽出する(ステップS104)。   Next, only the region corresponding to each well W is cut out as a well image Iw from the image of the entire plate thus imaged (step S102). Subsequent processing is performed for each well image. In the following, a process for one of the well images thus cut out will be described, but the same process is applied to all the well images. Subsequently, a plurality of line segments that cross the well W are set for one well image (step S103), and pixel values of each pixel in the well located on each line segment are extracted (step S104). ).

図6はこの実施形態における線分の設定例を示す図である。図6(a)に示すように、ここでは1つのウェル画像Iw1に対して4本の線分A−A’、B−B’、C−C’、D−D’を設定する。各線分は、ウェル画像Iw1の中心近傍で互いに交わるように等角度間隔で設定される。したがってこの例では、隣接する線分がなす角度は45度となる。   FIG. 6 is a diagram showing an example of setting a line segment in this embodiment. As shown in FIG. 6A, here, four line segments A-A ', B-B', C-C ', and D-D' are set for one well image Iw1. Each line segment is set at equiangular intervals so as to cross each other in the vicinity of the center of the well image Iw1. Therefore, in this example, the angle formed by the adjacent line segment is 45 degrees.

1つの線分(例えば線分A−A’)上における各画素の画素値(輝度)のデータ列から求まる輝度プロファイルを模式的に表すのが図6(b)である。破線で示すように、ウェルの中央部分の明部領域BR1に対応する位置では各画素の輝度が高く、周縁部の暗部領域DR1に対応する位置では各画素の輝度が低い。明部領域BR1と暗部領域DR1との境界付近では輝度が大きく変化しており、輝度を表す曲線の勾配(微分値)の絶対値をプロットすると、同図に実線で示すように、ウェル領域WR1の輪郭に相当する部分と、明部領域BR1と暗部領域DR1との境界付近とにおいて比較的高い値を示し、他の部分では比較的低い値を示す。   FIG. 6B schematically shows a luminance profile obtained from a data string of pixel values (luminance) of each pixel on one line segment (for example, line segment A-A ′). As indicated by a broken line, the luminance of each pixel is high at a position corresponding to the bright area BR1 in the central portion of the well, and the luminance of each pixel is low at a position corresponding to the dark area DR1 in the peripheral portion. The luminance changes greatly in the vicinity of the boundary between the bright region BR1 and the dark region DR1, and when the absolute value of the gradient (differential value) of the curve representing the luminance is plotted, as shown by the solid line in the figure, the well region WR1 A relatively high value is shown in the portion corresponding to the outline of the light source region and the vicinity of the boundary between the bright region BR1 and the dark region DR1, and a relatively low value is shown in the other portions.

ここで、暗部領域を含む画像に対して画像処理を行う場合、画像全体の明るさ(あるいは暗さ)よりも、暗部領域と明部領域との境界における急激な輝度変化の方が問題となることが多い。すなわち、細胞等を含む試料の画像においては、たとえ画像全体の明るさが不足していても、細胞等の背景部分の輝度変化がなだらかであれば例えばバックグラウンド画像を作成して原画像との差分を取るなど適宜の画像処理により、その影響を低減することは比較的容易である。一方、暗部領域と明部領域との境界において背景部分の輝度変化が急峻である場合、特に境界近傍の細胞等がバックグラウンドとみなされて処理後の画像から消失してしまったり、その形状が本来のものと異なったものとして検出されるなどの問題があり、その影響を排除することがより困難である。   Here, when image processing is performed on an image including a dark area, a sharp luminance change at the boundary between the dark area and the bright area becomes more problematic than the brightness (or darkness) of the entire image. There are many cases. That is, in an image of a sample containing cells or the like, even if the brightness of the entire image is insufficient, if the luminance change of the background portion of cells or the like is gentle, for example, a background image is created and It is relatively easy to reduce the influence by appropriate image processing such as taking a difference. On the other hand, when the brightness change in the background portion is steep at the boundary between the dark area and the bright area, cells in the vicinity of the boundary are regarded as the background and disappear from the processed image, or the shape is There are problems such as being detected as different from the original one, and it is more difficult to eliminate the influence.

そこで、この実施形態では、輝度の勾配(より正確にはその絶対値)に対して所定の閾値Gthを予め設定しておき、輝度の勾配がこの閾値Gthを超えた場合、その画像は有意性がないものと判断する。こうすることで、画像に暗部領域が形成されることにより後の画像解析に影響を及ぼす可能性があることが予め把握される。このような情報は、例えば照明光源を含む撮像条件の改善や製造品質の管理、またシェーディング補正等における新たな画像処理技術の開発のために有用なものとなる。   Therefore, in this embodiment, a predetermined threshold Gth is preset for the luminance gradient (more precisely, its absolute value), and if the luminance gradient exceeds this threshold Gth, the image is significant. Judge that there is no. By doing so, it is previously grasped that a dark area may be formed in the image, which may affect subsequent image analysis. Such information is useful, for example, for improving imaging conditions including an illumination light source, managing manufacturing quality, and developing new image processing techniques in shading correction and the like.

なお、ウェル画像への暗部領域の現れ方は、前記したように必ずしも対称ではなく、図6(a)に示したように異方性を有している。そこで、異なる方向に複数の線分を設定し、それぞれの線分上で上記のような判断を行うことにより、特定の方向に現れた影の影響が見落とされることを回避する。ここでは等角度間隔で4本の線分を設定しているが、線分の本数や配置についてはこれに限定されるものではなく任意である。ただし、ウェル壁面の影はウェル画像の周縁部に現れるから、ウェルの中央部から放射状に設定された線分上で輝度プロファイルおよびその勾配を求めることが効果的である。特にウェル断面形状が円形である場合には、円の中心で互いに交わる線分を設定するのが望ましい。   Note that the appearance of the dark area in the well image is not necessarily symmetric as described above, and has anisotropy as shown in FIG. Therefore, by setting a plurality of line segments in different directions and making the above determination on each line segment, it is possible to avoid overlooking the influence of the shadow appearing in a specific direction. Here, four line segments are set at equiangular intervals, but the number and arrangement of the line segments are not limited to this and are arbitrary. However, since the shadow of the well wall surface appears at the peripheral edge of the well image, it is effective to obtain the luminance profile and its gradient on a line segment set radially from the center of the well. In particular, when the well cross-sectional shape is circular, it is desirable to set a line segment that intersects at the center of the circle.

図5に戻ってフローチャートの説明を続ける。原理的には、上記のように設定された線分上における輝度プロファイルの勾配に基づき画像の有意性を判断すればよいのであるが、実際の画像においては、ウェルに注入された液体に混入した異物や気泡等に起因して輝度プロファイルに乱れが生じることがある。図3(b)あるいは図6(a)に示したように、ウェル壁面の影はウェルの周縁部を連続的に覆うように映り込み、その原理から考えても細かい構造を有するものではない。   Returning to FIG. 5, the description of the flowchart will be continued. In principle, it is only necessary to determine the significance of the image based on the gradient of the luminance profile on the line segment set as described above. However, in the actual image, the image was mixed with the liquid injected into the well. The brightness profile may be disturbed due to foreign matters or bubbles. As shown in FIG. 3B or FIG. 6A, the shadow of the well wall surface is reflected so as to continuously cover the peripheral edge of the well, and it does not have a fine structure even when considered from the principle.

また、撮像ユニット13の分解能を例えば2400dpi(dots per inch)程度とすると、画像における1画素のサイズは10μm程度である。それに対して、撮像の対象物である細胞集塊のサイズは、一般的には40μm〜50μm程度である。したがって、背景濃度の急激な変化による細胞集塊の誤検出を防止するためには、数画素分の寸法での濃度変化を知ることが重要である。   If the resolution of the imaging unit 13 is about 2400 dpi (dots per inch), for example, the size of one pixel in the image is about 10 μm. On the other hand, the size of the cell clump which is the object to be imaged is generally about 40 μm to 50 μm. Therefore, in order to prevent erroneous detection of cell clumps due to abrupt changes in background density, it is important to know density changes in dimensions of several pixels.

これらの点から、輝度プロファイルについては、画素単位での詳細な変化についての情報は必ずしも必要ではなく、むしろ上記した異物等の混入による影響が懸念される。そこで、画素ごとの画素値のデータ列に対してスムージング処理(ステップS105)およびサンプリング処理(ステップS106)を実行する。スムージング処理としては、例えば連続する画素間での移動平均処理を適用することができ、その算入範囲としては例えば当該画素を中心とした7画素とすることができる。また、サンプリング処理のサンプリング間隔としては、上記したサイズの関係から最大で4〜5画素程度とすることができる。これらのスムージング処理、サンプリング処理は必須のものではなく、得られるデータの状態によっては省略してもよい。   From these points, regarding the luminance profile, information on detailed changes in units of pixels is not always necessary, but rather there is a concern about the influence of the above-described contamination with foreign substances. Therefore, the smoothing process (step S105) and the sampling process (step S106) are performed on the pixel value data string for each pixel. As the smoothing process, for example, a moving average process between successive pixels can be applied, and the calculation range can be, for example, 7 pixels centered on the pixel. Further, the sampling interval of the sampling process can be about 4 to 5 pixels at the maximum due to the above-described size relationship. These smoothing processing and sampling processing are not essential, and may be omitted depending on the state of the obtained data.

こうして得られた処理後のデータV(i)(ただし、i=1,2,…)のデータ列から、隣接データ間における差分の絶対値:
D(i)=|V(i+1)−V(i)| (i=1,2,…)
を全てのiに対して算出するとともに(ステップS107)、それらのうちの最大値Dmaxを求める(ステップS108)。
From the data string of the processed data V (i) (where i = 1, 2,...) Obtained in this way, the absolute value of the difference between adjacent data:
D (i) = | V (i + 1) −V (i) | (i = 1, 2,...)
Are calculated for all i (step S107), and the maximum value Dmax among them is obtained (step S108).

こうして求めた最大値Dmaxを予め設定した閾値Gthと比較し(ステップS109)、該閾値Gthよりも大きければ当該画像は有意性がないものと判断する(ステップS110)。そうでなければ当該画像は有意性があると判断する(ステップS111)。なお、複数本設定した線分の少なくとも1つで最大値Dmaxが閾値Gthを超えている場合には、他の線分での結果によらず当該画像は有意性なしと判断する。判断結果については、表示部118に表示することによりユーザー(オペレーター)に報知する(ステップS112)。   The maximum value Dmax thus obtained is compared with a preset threshold value Gth (step S109), and if it is larger than the threshold value Gth, it is determined that the image is not significant (step S110). Otherwise, it is determined that the image is significant (step S111). When the maximum value Dmax exceeds the threshold Gth in at least one of the set line segments, it is determined that the image is not significant regardless of the results of other line segments. The determination result is displayed on the display unit 118 to notify the user (operator) (step S112).

閾値Gthについては、ウェルに注入される液体等の種類(特にその屈折率および透過率)および液量、観察対象である細胞等の光学的特性、装置に求められる画像品質水準等に基づいて総合的に設定する必要があり、例えば適宜のダミー試料を用いて所望の画像品質が得られるように実験的に定めてもよい。   The threshold value Gth is comprehensive based on the type of liquid injected into the well (especially its refractive index and transmittance) and the amount of liquid, the optical characteristics of the cells to be observed, the image quality level required for the apparatus, etc. For example, it may be determined experimentally so that a desired image quality can be obtained using an appropriate dummy sample.

図7は評価に用いられる画像の例を示す図である。図7(a)はウェルWに適当な培養液を注入した状態で撮像を行った原画像の例であるが、ウェル壁面の影に起因する暗い領域が周縁部に見られ、また中央部分は明るいが異物が分布している。図7(b)は、図7(a)の中央部分に横方向に引いた白線に沿った輝度プロファイルを示す図である。マーカー「□」により示す画素ごとの輝度値はこれらの異物等の影響を受けてばらつくが、実線で示すスムージング処理後のプロファイルではその影響が低減されている。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an image used for evaluation. FIG. 7 (a) is an example of an original image taken in a state where an appropriate culture solution is injected into the well W. A dark region due to the shadow of the well wall surface is seen in the peripheral portion, and the central portion is Bright but foreign material is distributed. FIG. 7B is a diagram showing a luminance profile along a white line drawn in the horizontal direction at the central portion of FIG. The luminance value for each pixel indicated by the marker “□” varies due to the influence of these foreign substances and the like, but the influence is reduced in the profile after the smoothing process indicated by the solid line.

また、図7(a)からわかるように、中央部分から周縁部にかけての輝度の変化が比較的緩やかで、明部領域と暗部領域との境界がはっきりしていない。これを反映して、隣接データの差分の絶対値として求めた勾配の値も比較的小さい。グラフの右端で極端に大きな値があるのはウェル領域自体の端に対応するものとみられ、影の影響によるものではない。このような画像については、有意性があるものと判断される。一方、図3(b)のように明部領域と暗部領域との境界がはっきりしている画像では、勾配の値が大きくなるので有意性なしと判断される。   Further, as can be seen from FIG. 7A, the change in luminance from the central portion to the peripheral portion is relatively gradual, and the boundary between the bright region and the dark region is not clear. Reflecting this, the gradient value obtained as the absolute value of the difference between adjacent data is also relatively small. The extremely large value at the right end of the graph seems to correspond to the end of the well region itself, not due to the influence of the shadow. Such an image is determined to be significant. On the other hand, in an image in which the boundary between the bright area and the dark area is clear as shown in FIG. 3B, the value of the gradient is increased, so that it is determined that there is no significance.

以上のように、この実施形態では、液体が注入されたウェルを撮像してなるウェル画像について、輝度の変化の大きさに基づいて当該画像の有意性を判断している。具体的には、ウェル領域を横切るように設定した線分上に位置する画素の輝度プロファイルを求め、その勾配の絶対値が所定の閾値を超えた場合に、当該画像の有意性がないと判断する。こうすることで、ウェル壁面の影の映り込みに起因する背景濃度の急激な変化による細胞等の誤検出のおそれがある画像を事前に発見し、このような誤検出を未然に防止することができる。また、このような判断を撮像装置の評価に用いることで、照明条件を初めとする撮像条件の改善や、撮像された画像に対する画像処理技術の向上に役立てることができる。   As described above, in this embodiment, the significance of an image of a well image obtained by imaging a well into which a liquid has been injected is determined based on the magnitude of change in luminance. Specifically, the luminance profile of the pixel located on the line segment set across the well region is obtained, and when the absolute value of the gradient exceeds a predetermined threshold, it is determined that the image is not significant. To do. By doing this, it is possible to detect in advance images that may be erroneously detected such as cells due to abrupt changes in the background density due to the reflection of shadows on the well wall surface, and prevent such erroneous detection in advance. it can. Further, by using such determination for evaluation of the imaging apparatus, it can be used for improvement of imaging conditions including illumination conditions and improvement of image processing technology for captured images.

また、この実施形態では、互いに異なる方向の複数の線分を設定し、それぞれの線分上における輝度プロファイルを求める。そして、それらのうち1つでも閾値を超えるものがある場合には、他の線分での結果に関わらず当該画像は有意性がないものと判断する。これにより、ウェル壁面の影が異方性を持って画像に現れている場合でも、その影響を見落としてしまう確率を低減することができる。   In this embodiment, a plurality of line segments in different directions are set, and a luminance profile on each line segment is obtained. If any one of them exceeds the threshold, it is determined that the image is not significant regardless of the results of other line segments. Thereby, even when the shadow of the well wall surface appears in the image with anisotropy, the probability of overlooking the influence can be reduced.

また、輝度プロファイルについては、画素単位のデータに対して適宜スムージング処理およびサンプリング処理を行うことにより、画像に映り込んだ異物や気泡等に起因する評価の誤りを防止することができる。   In addition, with respect to the luminance profile, smoothing processing and sampling processing are appropriately performed on the data in units of pixels, thereby preventing evaluation errors due to foreign matters or bubbles reflected in the image.

以上説明したように、この実施形態では、マイクロプレートMが本発明の「試料保持プレート」に相当し、ウェルWが本発明の「窪部」に相当している。また、図5のステップS101,S102が本発明の「画像取得工程」に相当する一方、ステップS103ないしS106が、本発明の「プロファイル導出工程」に相当している。またステップS108ないしS111が、本発明の「判断工程」に相当している。   As described above, in this embodiment, the microplate M corresponds to the “sample holding plate” of the present invention, and the well W corresponds to the “concave portion” of the present invention. Further, steps S101 and S102 in FIG. 5 correspond to the “image acquisition process” of the present invention, while steps S103 to S106 correspond to the “profile derivation process” of the present invention. Steps S108 to S111 correspond to the “determination step” of the present invention.

また、上記実施形態では、本発明の「画像濃度プロファイル」に対応する概念として「輝度プロファイル」を使用している。画像濃度が高いほど輝度値は小さくなるという違いはあるものの、輝度が画像濃度を指標するものであることは自明であり、本実施形態において「輝度プロファイル」を求めることは、実質的には本発明の「画像濃度プロファイル」を求めることに相当するものである。   In the above embodiment, a “luminance profile” is used as a concept corresponding to the “image density profile” of the present invention. Although there is a difference that the luminance value becomes smaller as the image density is higher, it is obvious that the luminance is an index of the image density, and in this embodiment, the “luminance profile” is substantially obtained in the present embodiment. This corresponds to obtaining the “image density profile” of the invention.

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態は、本発明にかかる画像評価方法を実行する撮像装置であるが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない。例えば、パーソナルコンピュータやワークステーションに本発明の画像評価方法を実行させ、他の撮像装置で撮像された画像データを取り込んで評価を行うことで、当該画像自体や当該画像を撮像した撮像装置を評価することができる。もちろん本発明の画像評価方法を実行する専用の評価装置を構成してもよい。すなわち、本発明の「画像データ取得工程」は、対象物を撮像することで画像データを取得する場合のほか、他の装置で撮像された画像データを適宜の通信手段を介して取得する場合も包含する。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the above embodiment is an imaging apparatus that executes the image evaluation method according to the present invention, but the application target of the present invention is not limited to this. For example, the image evaluation method of the present invention is executed by a personal computer or workstation, and the image data captured by another image capturing apparatus is captured and evaluated, thereby evaluating the image itself or the image capturing apparatus capturing the image. can do. Of course, a dedicated evaluation apparatus for executing the image evaluation method of the present invention may be configured. In other words, the “image data acquisition step” of the present invention includes not only acquiring image data by capturing an object, but also acquiring image data captured by another device via appropriate communication means. Includes.

また例えば、上記実施形態では、断面形状が略円形のウェルWを複数有するマイクロプレートMを撮像した画像を対象としているが、ウェル(窪部)の形状や個数については特に限定されるものではなく、任意のものに対して本発明を適用可能である。   Further, for example, in the above embodiment, an image obtained by imaging a microplate M having a plurality of wells W having a substantially circular cross section is targeted, but the shape and number of wells (recesses) are not particularly limited. The present invention can be applied to any one.

また、上記実施形態におけるスムージング処理は移動平均演算によるものであるが、これ以外の処理方法も適用可能である。例えば、図7(a)に示すように異物等は画像において背景部分より暗く映ることが多いことから、隣接データに比べて著しく輝度の低い画素データを除外することによりスムージングを行うようにしてもよい。具体的には、ばらつきを含む輝度データ列の上側包絡線を求めることで、そのようなスムージング処理を行うことができる。   Moreover, although the smoothing process in the said embodiment is based on a moving average calculation, processing methods other than this are applicable. For example, as shown in FIG. 7 (a), foreign objects and the like often appear darker than the background portion in the image, and therefore smoothing may be performed by excluding pixel data that is significantly lower in brightness than adjacent data. Good. Specifically, such a smoothing process can be performed by obtaining an upper envelope of a luminance data string including variations.

この発明は、例えば医療・生物科学分野で用いられるマイクロプレート上のウェルのような、窪部に液体が注入された試料の観察を必要とする分野に特に好適に適用することができるが、その応用分野は医療・生物科学分野に限定されない。   The present invention can be particularly preferably applied to a field that requires observation of a sample in which a liquid is injected into a depression, such as a well on a microplate used in the medical / biological science field. The application field is not limited to the medical / biological science field.

1 撮像装置
10 制御部
13 撮像ユニット
BR 明部領域
DR 暗部領域
Iw ウェル画像
M マイクロプレート(試料保持プレート)
S101,S102 画像取得工程
S103〜S106 プロファイル導出工程
S108〜S111 判断工程
W ウェル(窪部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Imaging device 10 Control part 13 Imaging unit BR Bright part area | region DR Dark part area | region Iw Well image M Microplate (sample holding plate)
S101, S102 Image acquisition process S103-S106 Profile derivation process S108-S111 Judgment process W well (recessed part)

Claims (8)

試料保持プレートに設けられた窪部に液体が注入された状態で、前記窪部を撮像した画像データを取得する画像データ取得工程と、
前記窪部の画像において前記窪部を横切る直線を設定し、該直線に沿った前記窪部内の画像濃度プロファイルを前記画像データに基づき求めるプロファイル導出工程と、
前記画像濃度プロファイルの勾配を求め、その値と所定の閾値とを比較して当該画像の有意性を判断する判断工程と
を備え
前記判断工程では、前記勾配の絶対値の最大値が前記閾値よりも小さいとき当該画像は有意性があると判断し、前記閾値よりも大きいとき当該画像は有意性がないと判断する
ことを特徴とする画像評価方法。
An image data acquisition step of acquiring image data obtained by imaging the recess in a state where liquid is injected into the recess provided in the sample holding plate;
A profile derivation step of setting a straight line across the depression in the image of the depression and obtaining an image density profile in the depression along the straight line based on the image data;
Determining a gradient of the image density profile, and comparing the value with a predetermined threshold to determine the significance of the image ,
In the determination step, it is determined that the image is significant when the maximum absolute value of the gradient is smaller than the threshold value, and the image is not significant when the maximum value is larger than the threshold value. > An image evaluation method characterized by that.
前記プロファイル導出工程では、前記直線上にある各画素の画素値を配置順に並べてなるデータ列に対しスムージング処理を施して前記画像濃度プロファイルを導出する請求項1に記載の画像評価方法。 The image evaluation method according to claim 1, wherein in the profile deriving step, a smoothing process is performed on a data string in which pixel values of pixels on the straight line are arranged in an arrangement order to derive the image density profile. 前記判断工程では、前記直線上にある各画素の画素値を配置順に並べてなるデータ列を所定の周期でサンプリングしたデータ列において隣接するサンプリングデータ間の差分を前記勾配の値とする請求項1または2に記載の画像評価方法。 In the determination step, according to claim 1 to a value of the gradient difference between adjacent sampled data in a data string data string formed by arranging pixel values in the order of arrangement of the pixels sampled at a predetermined period in the straight line or 2. The image evaluation method according to 2. 前記プロファイル導出工程では、互いに異なる複数の前記直線を設定し、各直線のそれぞれについて前記画像濃度プロファイルを求める一方、
前記判断工程では、前記複数の直線のうち、当該直線に沿った前記画像濃度プロファイルの勾配の最大値が前記閾値を超えるものが少なくとも1つあれば当該画像の有意性がないと判断する請求項1ないしのいずれかに記載の画像評価方法。
In the profile derivation step, a plurality of different straight lines are set, and the image density profile is obtained for each of the straight lines,
The determination step determines that the image is not significant if at least one of the plurality of straight lines has a maximum gradient value of the image density profile along the straight line that exceeds the threshold value. The image evaluation method according to any one of 1 to 3 .
前記プロファイル導出工程では、前記窪部内で互いに交わる前記複数の直線を設定する請求項に記載の画像評価方法。 The image evaluation method according to claim 4 , wherein in the profile derivation step, the plurality of straight lines intersecting with each other in the recess are set. 前記窪部の上面開口が略円形であり、前記複数の直線がそれぞれ前記窪部の中心を通るように設定される請求項に記載の画像評価方法。 The image evaluation method according to claim 5 , wherein an upper surface opening of the recess is substantially circular, and each of the plurality of straight lines is set to pass through a center of the recess. 前記画像データ取得工程では、前記試料保持プレートに設けられた複数の前記窪部を含む画像に対応する画像データを取得し、
前記プロファイル導出工程および前記判断工程を前記複数の窪部それぞれについて実行する請求項1ないしのいずれかに記載の画像評価方法。
In the image data acquisition step, acquiring image data corresponding to an image including a plurality of the depressions provided in the sample holding plate,
The profile deriving step and the image evaluation method according to any one of claims 1 to 6 said determining step is performed for each of the plurality of recesses.
前記画像データ取得工程では、前記試料保持プレートの上方から前記窪部に光を照射し、前記窪部の下方へ透過する光を受光して撮像を行う請求項1ないしのいずれかに記載の画像評価方法。 Wherein the image data acquisition process, light is irradiated from above the sample holding plate to the recess, according to any one of claims 1 to 7 for imaging by receiving light transmitted downward of the recess Image evaluation method.
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