JP2005143425A - 微生物集落の検査方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像を用いて微生物集落を検査する微生物検査装置において、解析をおこなうため、撮像系の汚れや培地に混入する残滓物など画像上のノイズを除去した画像とするための画像処理方法を得る。
【解決手段】撮像系の汚れなどのノイズを除去する目的の場合は培地などを設置せずに撮像系のみの画像を、培地に混入する残滓物などのノイズを除去する目的の場合は菌を播種した直後で微生物集落が発育する前の画像を撮像し、ノイズの座標を記録する。所定の培養後に撮像した画像について、ノイズの座標の画素にのみフィルター処理を行い、ノイズの無い画像を得る。
【選択図】 図１

Description

本発明は培地に育成する微生物集落の検査方法およびその装置に関するものである。

培地を撮像し、画像から集落数を計数するなど検査を行う装置に平板寒天培地におけるコロニーカウンターなどがある。これらの装置は画像を構成する画素の輝度値に注目し、その値に変化が見られる部位を輪郭として抽出するなどして、培地部分などの背景から微生物コロニーの画素を抽出している。

しかし、レンズや照明など撮像系に付着するゴミがある場合、やはりその輪郭が抽出される。また、培地に試料の残滓物が混入する場合もその輪郭が抽出され、誤計数の原因となっている。従って撮像前に撮像系を十分に清掃したり、残滓物が混入しないようろ過したりする必要があるが、高頻度の清掃は使用者の負担となる、物理的にろ過しきれない残滓物が存在するなどの問題がある。

これらの画像上のノイズを見分けるため、集落候補の輪郭形状を評価する発明がある（特許文献１参照。）。あるいは色や明るさなどの情報を評価する発明がある（特許文献２参照。）。しかし、混釈播種による培地では集落の形状は不定であること、残滓物の種類によっては色、大きさとも似ているものも多いことなどにより、その評価方法は検査対象に制約を受ける。

残滓物を見分ける、あるいはカウントから除外する方法として、培養開始前後の画像を比較する方法がある。すなわち、培養前の画像で残滓物をカウントし、培養後の画像からの集落数から減算する方法が提案されている（特許文献３参照。）。しかし、培養中に培地自体の色も変化するため、培養前後で残滓物と判断される個数が一致しないことも予想される。また、画像には残滓物などのノイズが含まれている。
特開平９−１４０３９７号公報 特開平１１−２２１０７０号公報 特開平９−１８７２７０号公報

本案は前記事情を鑑みてなされたもので、微生物集落を計数する集落計数装置、微生物集落の種類を判定する微生物検査装置、及びこれらに用いることができる画像処理方法を提供することを目的としている。

撮像系のノイズを除去する目的の場合は培地などを設置せずに撮像系のみの画像を撮像する。培地に混入する残滓物などのノイズを除去する目的の場合は菌を播種した直後で微生物集落が発育する前の培地を設置して、撮像を行う。

撮像した画像から輝度や色に対し、所定の閾値や分布などの条件に該当する画素をノイズとして抽出し、その座標を求める。

培養を終了した目的の培地を撮像し、前記により事前に得ている座標部分にのみ中央値フィルターなどのフィルター処理を行い、ノイズ部分の画素を周囲画素情報に基づき加工、または置き換える。このようにして、検体の撮像を行い、撮像系の汚れや培地に混入する残滓物などのノイズを除去した検査に適する画像を得ることができることとなるのである。

従来、被写体である検体は装置に頻繁に出し入れされるため、撮像系が汚れぬよう十分に注意する必要があり、使用者にとっては負担になっていた。しかし、この発明によると、撮像系由来の汚れを気にせず、撮像することができ、汚れが写っていない理想的な画像を得ることができる。また、汚れが検査に影響を与える状態である場合は使用者に清掃を促すことができる。

また検査を困難なものとしていた残滓物の混入した培地であっても残滓物の部分を除去した画像を得ることができる。

培地を撮像するための照明、カメラと撮像した画像を補正、解析するための処理部により構成される。

図１は本実施の形態による微生物検査装置を示すブロック図である。図２、図３は処理部の動作の一例を示すフローチャートである。

撮像装置３は照明２によりシャーレ１の透過光を撮像し、画像データを処理部４へ送る構成となっている。しかし、撮像系のノイズ情報を得るため、シャーレ１の無い状態で画像を撮像する。照明２は１つまたは２つ以上であってよい。装置が色により微生物種を判定するものであれば、光の波長が安定した光源を選択することが望ましい。撮像装置３は２次元ＣＣＤカメラであるが、１次元イメージセンサなど任意の撮像装置であっても良い。処理部４へ送られる画像データは様々な種類が考えられるが、以下（ｘ，ｙ，Ｒ，Ｇ，Ｂ）の座標情報で示すことのできるビットマップにて説明する。

図２はノイズ画素の座標を得るためのフローチャートである。処理部４はステップＳ１で取り込んだ画像データを、画像データの補正ステップＳ２で補正する。一般に画像周辺ほど暗くなる現象が見られるため、必要であればシェディング補正を行う。本実施例では先に出願した特願２００２−３６９４３７の方法に基づき補正を行っている。すなわち、画像を約４００画素程度の大きさの小領域に分割し、その小領域中最も明るい画素が例えば２００など所定の輝度値となるよう周囲の画素に輝度値を加算または減算する。先願では正方形の小領域について補正していたが、本実施例では正方形をさらに４つの三角形に分割、補正を実施しており、隣接する画素の輝度値が不連続にならないよう配慮している。小領域は多角形、あるいは扇形状などの他の形状であってもよい。

処理部４はステップＳ３でノイズに該当する画素を抽出する。前述の補正によると本実施例の装置では、ＮＴＳＣ方式のＣＣＤカメラによる汚れていない撮像系のみの画像について全ての画素の輝度値を１９５〜２００とすることができた。例えば閾値を１９３として輝度値１９３以下の画素をノイズとして抽出し、その座標を記録する。

本実施例の装置では約１０万画素の画像中、１００画素以上がノイズとして抽出された場合、清掃し、再度撮像を実施するよう表示させている。

図３は培養を完了した検体のノイズを除去した画像を得、微生物の評価を行うフローチャートである。

試料より採取し、培地に播種し培養したシャーレ１を装置所定の位置に置く。撮像装置３は照明２によりシャーレ１の透過光を撮像し、画像データを処理部４へ送る。培地は人間が目視検査するために所定の培養温度および時間が決められているが、本装置では更に短時間培養での判定も可能であるため、これに拠らない。また、培地の種類はシャーレ上の寒天培地に限定されるものではなく、液体培地やシート状の培地などであっても良い。

処理部４はステップＳ'２においてステップＳ'１で取り込んだ画像データについてノイズ除去のためのフィルター処理を実施する。

本実施例では、ノイズが存在する部位として記録された座標について７×７の中央値フィルター処理を実施している。すなわち、目標の座標を中心とする７×７の正方形の升目状に画素４９ヶの輝度値を抽出し、明るさの順に並べ、真中にあたる２５番目の輝度値を目標の座標の輝度値に置き換える。順次これを実施することで、結果としてノイズは周囲の培地部分の輝度値に置き換わる。本実施例では７×７のマトリックスを使用したが、これに限るものではない。また、中央値フィルターを使用したが、最大値で置き換えるフィルターなど他のノイズ除去手段を用いても良い。

処理部４はステップＳ'３で図２におけるステップＳ２と同様の処理により画像の補正処理を実施し、微生物集落の背景が均一となる画像とする。ステップＳ'２のノイズ処理とステップＳ'３の補正処理はステップＳ'２と手順が前後しても差し支えないが、目視確認にはステップＳ'２処理後、ステップＳ'３処理前の画像が適している。

処理部４はステップＳ'４で明るさ、色などの特徴から微生物の集落に該当する画素を抽出し、ステップＳ'５以降で抽出した画素を、画素同士が隣接し塊となっている集団単位で評価し、微生物種類と集落数を算出する。

残滓物の混入する培地については、菌の播種直後、培養開始前の培地を撮像し、図２のフローチャートに従い、残滓物や汚れなどをノイズとして抽出、座標を保存する。

培養後、培地を再度設置し、培地を撮像する。培養前後の画像はノイズ画素の座標が一致することが望ましい。

物理的に一致させるには図４のようにシャーレとシャーレ台の形状を工夫する。図４ではシャーレ１に突起を付着せしめ、シャーレ台はシャーレに勘合するくぼみ４２を設け、シャーレ１を設置した後、シャーレ１の突起を位置決めのための棒４２に当てる。これにより、シャーレの位置、方向を固定することができる。このほか、シャーレの形状そのものを四角形にするなど、シャーレ台との勘合や位置決めのための構造により位置、方向を固定する方法はこれに限らない。

画像処理により、座標を一致させることもできる。図５は検査に用いるシャーレである。シャーレ１の底面に例えばマーク５１を印刷しておく。培養前の画像のマーク位置が一致するよう培養後の画像を移動、回転など処理を行ってから後、図３のステップＳ'２のノイズ処理に移行しても良い。ここで、マーク５１は検査に差し支えない位置、大きさで、微生物集落と全く異なる色であることが望ましい。マークの形状、個数は図５に限らない。

図３のステップＳ'２では前述の実施例と同様に残滓物や汚れなどをノイズとして除去した画像を得る。このとき、培養前後の画像に数画素程度のずれが生じるようであれば、ノイズとして保存されている座標の周囲数画素の範囲の画素についてもフィルター処理を行っても良い。

図３のステップＳ'３以降の処理を行い、微生物種類と集落数を算出する。

本発明の実施例による微生物集落の検査装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例による装置の処理部動作のノイズ情報取得の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施例による装置の処理部動作の一例を示すフローチャートである。 シャーレを物理的に位置決めする方法を説明する図である。 シャーレを画像処理により位置決めする方法を説明する図である。

符号の説明

１ シャーレ（培養済み）
２ 照明
３ 撮像装置
４ 処理部
５ データベース
６ 入力部
７ 表示部
４１ シャーレ設置台のくぼみ
４２ シャーレ設置台の位置決めのための棒
５１ シャーレ底面に印刷したマーク

Claims (2)

1. 培地を撮像する装置にあって、画像上ノイズの載る座標の画素について選択的にフィルター処理を行い、ノイズを除去した画像を得る方法
2. 請求項１記載の方法によりノイズを除去した画像より微生物特徴を示す画素情報を抽出する装置。
   

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