JP2006165843A

JP2006165843A - 画像処理装置

Info

Publication number: JP2006165843A
Application number: JP2004352438A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Imamura; 泰今村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】画像取得部が取得した画像データの中から画素の輝度値が同心円状に分布した円形領域を画像制御部へ伝送する場合に、伝送するデータの圧縮効率を上げて伝送量を削減し伝送時間を短縮できる画像処理装置を提供する。
【解決手段】画像データを取得する画像取得手段１０１と画像データから画素を読み出す順序を記憶する読み出し順序記憶手段１０３と直前に読み出した画素を記憶する直前画素記憶手段１０４と直前に読み出した画素と現在読み出した画素との輝度の差分を生成する差分生成手段１０５と生成した差分を符号化する符号化手段１０６とを備える画像取得部１００とそれに対応する画像制御部１１０によって、画素の輝度値が同心円状に分布した円形領域から画素を読み出す順序を外回りあるいは内回りのらせん状として、差分データの出現分布を偏らせることができ伝送するデータの圧縮効率を上げることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、取得した画像を伝送する画像処理装置に関するものである。より詳細には、取得した画像から特定の領域を抽出して圧縮し伝送する技術に関するものである。

画像取得部から画像制御部への画像データの伝送量を削減し伝送時間を短縮するという課題に対して、画像圧縮は有効な手段である。画像圧縮の方法は、元の画像を完全に再現できるかどうかによって可逆圧縮と非可逆圧縮に分類されるが、本発明は可逆圧縮に関する。画像の可逆圧縮方法としては、従来、差分法ＪＰＥＧの可逆モード、ランレングス法、辞書法ＬＺＷ法などが提案されている。差分法ＪＰＥＧの可逆モードで用いられるハフマン符号化は、データのパターンを統計モデル化し、より出現頻度の高いパターンに短い符号語を割り当てることでデータ量の圧縮を図る。符号化は、統計モデル化により符号化テーブルを作成するパスと符号の割り当てを行うパスに分けられる。ランレングス法は、同じ値が繰り返し現れた場合に、値と繰り返し回数を記録することによってデータ量の圧縮を図る。同じ値が連続して現れる場合に有効である。辞書法ＬＺＷ法は、入力の画素列に最長一致する画素列を辞書から検出し、辞書の参照番号によりデータ量の圧縮を図る。また、これら３種類の圧縮方法を組み合わせて高い圧縮率を得る圧縮方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、画像圧縮とは異なるアプローチの従来の画像処理装置は、ＣＣＤカメラなどによって得られるすべての画像データのうち、必要な画像領域についてのみ画像領域の内部の画素データと形状情報（円の中心と円の半径など）を記録している。この時、画素の読み出し順序は、画像の上端のラインの左端を最初の画素とし右方向へ、右端の画素に達したら一画素下のラインの左端から再び右方向へという順序が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−２０３４５７号公報特開２００２−１７６６２４号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の技術と前記特許文献２に記載の技術を組み合わせた場合には、画像の読み出し順序が、画像の上端のラインの左端を最初の画素とし右方向へ、右端の画素に達したら一画素下のラインの左端から再び右方向へという順序になる。そのため、画素の輝度値が同心円状に分布する画像を圧縮する際に、直前の画素との差分による出現確率がばらつくことや同じ値が連続しないことが原因で、圧縮効率が低下するという課題があった。

また、前記特許文献２に記載の技術では、予め必要な画像データの領域がわかっているものには有効であるが、顕微鏡画像等のように、撮影のたびに画像データの状態が異なり、必要な画像データの領域が違うような場合には、予め伝送する領域を指定することはできないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、取得した画像から特定の領域を抽出し伝送する際に、伝送するデータの圧縮効率を向上して伝送量を削減し、伝送時間を短縮する画像処理装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の画像処理装置は、幾何学的な形状を持ち、且つその形状が互いに相似である複数の対象物の画像データを取得する画像取得部と、前記画像データの処理を行う画像制御部とからなる画像処理装置において、前記画像取得部は、前記対象物を含む画像を取得し画像データに変換するための画像取得手段と、前記画像データから画素を読み出す順序を記憶する読み出し順序記憶手段と、前記読み出し順序記憶手段により設定された順番に従って前記画像データから各画素を読み出す画像読み出し手段と、直前に読み出した画素を記憶する直前画素記憶手段と、直前に読み出した画素と現在読み出した画素との輝度の差分を生成する差分生成手段と、前記差分生成手段によって生成した差分を符号化する符号化手段とからなり、前記画像制御部は前記画像データの有効な対象物を抽出してその抽出された対象物を構成する画素を有効画素とする有効画素抽出手段と、前記抽出された有効画素から画像データの領域情報を抽出する領域情報抽出手段と、前記領域情報を記憶する領域情報記憶手段と、前記画像取得部により符号化された差分を復号化する復号化手段と、直前に書き込んだ画素を記憶する直前画素記憶手段と、直前に書き込んだ画素と復号した輝度の差分を加算して画素を生成する加算手段と、画素を書き込む順序を記憶する書き込み順序記憶手段と、画像データを記憶する画像記憶手段と、前記書き込み順序記憶手段に設定された順番に従って各画素を前記画像記憶手段に書き込む画像書き込み手段とからなり、前記画像取得部において、前記画像読み出し手段が各画素を所定の読み出し順序で読み出し、前記差分生成手段が直前の画素と差分を取ることによって圧縮効率を向上させることを特徴とするものである。

さらに画像処理装置において、前記画像取得手段は、蛍光顕微鏡装置としてなることを特徴とするものである。

さらに画像処理装置において、前記対象物の形状が円形であり、前記読み出し順序記憶手段に記憶された読み出し順序と前記書き込み順序記憶手段に記憶された書き込み順序がらせん状であることを特徴とするものである。

さらに画像処理装置において、前記読み出し順序及び書き込み順序が円の外周から内周に向かってらせん状であることを特徴とするものである。

さらに画像処理装置において、前記読み出し順序及び書き込み順序が円の内周から外周に向かってらせん状であることを特徴とするものである。

さらに画像処理装置において、前記読み出し順序及び書き込み順序として複数の円の半径に対する順序を保持することを特徴とするものである。

本発明の画像処理装置によれば、取得した画像データの中から、画素の輝度値が同心円状に分布した円形領域を伝送する場合に、画像取得部の画素読み出し順序をらせん状の順序とすることで、伝送するデータの圧縮効率を向上して伝送量を削減し、伝送時間を短縮することができる。

以下に、本発明の画像処理装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１における画像処理装置のブロック構成図を示すものである。図１において、画像取得部１００と画像制御部１１０は、汎用のインターフェース、例えば、ＳＣＳＩやＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）などによって接続されており、画像制御部１１０がコマンドを発行し画像取得部１００がデータを返すという通信を行うことによって、画像データを取得したり、画像データを解析したりできる構成となっている。

図２は、本発明の実施例１における画像処理装置の通信フローを示す図である。図２では、左側に画像制御部１１０の動作、右側に画像取得部１００の動作を記載している。画像制御部１１０から画像取得部１００へ送信されるコマンドは右向きの矢印で表し、画像取得部１００から画像制御部１１０へ送信されるデータは左向きの矢印で表す。図２では、コマンドとデータのフローを上から下への時系列で表している。図２に示すように、画像処理装置の通信フローは、３段階のフェーズに大別できる。第１の画像取得フェーズ、有効画素領域抽出フェーズ、第２の画像取得フェーズである。すなわち、画像処理装置は、リファレンスとする第１の画像を撮影した後、第１の画像から有効画素の領域を求め、有効画素領域の情報を基に第２、第３以降の複数の画像（以下、第２の画像と称す）を取得するものである。

以下では、図１及び図２を使って、各フェーズにおける動作を詳細に説明する。
第１の画像取得フェーズは、画像制御部１１０が画像取得部１００から第１の画像を取得するフェーズであり、第１の画像取得コマンド８０１の送信、画像取得部１００による画像取得、全画素読み出しコマンド８０２の送信、全画素データ８０３の受信から構成される。

まず、画像制御部１１０は、二次元の画像データ（以下、画像データと称す）を画像取得部１００に取得させるために、画像取得部１００と接続されたインターフェース１１１経由で第１の画像取得コマンド８０１を送信する。画像取得部１００は、画像制御部１１０から送信された第１の画像取得コマンド８０１を、画像制御部１１０と接続されたインターフェース１０８経由で受信する。

次に、画像取得部１００は、画像取得手段１０１を動作させて画像データを取得し記憶する。画像取得手段１０１では、ＣＣＤカメラなどを利用して画像データを取得する。なお、画像取得手段１０１の一例として、蛍光顕微鏡装置を用いる場合については、後述する。

次に、画像制御部１１０は、画像取得部１００が取得した第１の画像に含まれる全画素の輝度値データを画像取得部１００から読み出すために、全画素読み出しコマンド８０２を送信する。

次に、画像取得手段１０１に記憶された画像データに含まれる全画素データ８０３が、インターフェース１０８経由で読み出される。ここで、差分生成手段１０５は輝度値の差分を求めず、入力された輝度値データをそのまま符号化手段１０６に出力する。そして、第１の画像は符号化手段１０６において符号化は行われない。この時の伝送量は、例えば、画像データが縦１０２４画素、横１３６０画素の白黒ＣＣＤカメラにて撮影され、画素ごとに１６ビット精度の輝度値データを持つとすれば、１画素当たり２バイト（１６ビット）ずつの輝度値データを伝送するので、合計で１０２４×１３６０×２＝２，７８５，２８０バイトになる。なお、伝送する画素の順序は、画像取得部１００及び画像制御部１１０間で予め決めておく。伝送順序の一例として、画像の上端のラインの左端を最初の画素とし右方向へ、右端の画素に達したら一画素下のラインの左端から再び右方向へという方法がある。また、画素ごとのデータは、白黒ＣＣＤカメラにて撮影された時のように単一の輝度値データだけの場合もあるし、カラーＣＣＤカメラにて撮影された時のようにＲＧＢごとの輝度値データがある場合もある。

有効画素領域抽出フェーズは、画像取得部から取得した全画素の輝度値データを基に、画像制御部が有効画素領域を抽出するフェーズであり、有効画素抽出手段２０６による有効画素抽出、領域情報抽出手段２０７による円形領域情報抽出、及び、抽出した円形領域の領域情報リストを領域情報記憶手段１１９へ格納する処理から構成される。

有効画素抽出手段２０６は図３に示す処理フローに従って、有効な観察対象を抽出するとともに、有効な観察対象を構成する画素（以下、有効画素と称する）を抽出する。図３は、本発明の実施例１における有効画素抽出手段の処理フローを示す図である。有効画素抽出手段２０６は、画像データの全画素の輝度値データが予め定めた第１の閾値以上の値を持つ画素を除去する背景領域除去手段９６１と、背景領域除去手段９６１から得られた画像データに含まれる対象物の大きさが予め定めた第２の閾値以下のものを除去するごみ除去手段９６２と、ごみ除去手段９６２から得られた画像データに含まれる対象物同士の距離が予め定めた第３の閾値以下のものを除去する近接物除去手段９６３とを順に作用させる。

有効画素抽出手段２０６の動作の具体例を図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施例１における画像データ及び有効な観察対象の具体例を示す図である。図４（ａ）は、画像取得部１００から送信された画像データの具体例を示す。白黒ＣＣＤカメラにて撮影された画像データは、本来画素ごとに１６ビット精度の輝度値データを持つが、図４（ａ）では、説明上、白黒で表現している。図４（ａ）の画像データの中には、有効な観察対象９５１、ごみ９５２、変形した観察対象９５３、重なった観察対象９５４、近接した観察対象９５５が含まれる。有効画素抽出手段２０６は、画像データの中から有効な観察対象を抽出するために、まず、背景領域除去手段９６１によって全画素から背景領域の画素を取り除く。例えば、予め定めた第１の閾値を設定し、全画素の輝度値データについて、前記閾値以上の値を持つ時に背景領域として取り除く方法によって実現できる。第１の閾値は、輝度値を正規化した後、輝度の分布を鑑みて設定する。輝度値が１６ビット精度の場合、すなわち、輝度値の取りうる値が０〜６５５３５の場合、約４００００に設定する。

ここで観察対象が蛍光物質であるため、観察対象の周辺を含む輝度が背景領域の輝度よりも大きい範囲に分布する。そこで、最大輝度値の約６割を第１の閾値とすることで、全く観察対象が存在しない背景領域を取り除くことが可能となる。

図４（ａ）では、白の画素が背景領域の画素として取り除かれる。次に、後段の解析において誤検出が発生しないように、ごみ除去手段９６２によって一定の大きさや一定の形の範囲に入っていないものを除外する。図４（ａ）では、予め定めた第２の閾値以下の大きさを持つごみ９５２や変形した観察対象９５３が除外される。第２の閾値は、装置の光学系を鑑みて設定する。すなわち、観察対象が半径何ドットの大きさの円形領域に撮影されるかを画像取得手段１０１に備えられた撮影手段（図示せず）の解像度及び倍率に基づいて予め計算して設定する。また、後段の解析において周辺の観察対象による干渉が発生しないように、近接物除去手段９６３によって予め定めた第３の閾値以下のものも除外する。この第３の閾値は、第２の閾値と同様、装置の光学系を鑑みて設定する。すなわち、ある観察対象の蛍光物質による発光が他の観察対象の領域の輝度に影響を与えないドット数（距離）を、画像取得手段１０１に備えられた撮影手段（図示せず）の解像度及び倍率に基づいて予め計算して設定する。第３の閾値によって、他の観察対象と一定距離以上離れた観察対象のみを抽出する事が出来る。例えば、図４（ａ）では、重なった観察対象９５４や近接した観察対象９５５が除外される。

この様に、第１〜第３の閾値を用いて段階的に対象画像から観察対象を抽出することにより、有効な観察対象、すなわち、測定に適した観察対象のみを抽出する事が出来る。

図４（ｂ）に、有効画素抽出手段２０６により抽出された有効な観察対象の具体例を示す。図４（ｂ）において、有効な観察対象は、黒で表されている。

領域情報抽出手段２０７は、有効画素抽出手段２０６により抽出された有効な観察対象を円形領域に近似し、領域情報として抽出する。領域情報とは、領域を一意に確定させるための情報であり、円形領域の場合は円の中心座標と半径の大きさである。図５は、本発明の実施例１における有効画素領域とその円形近似領域を示す図である。図５（ａ）は、有効画素抽出手段２０６により抽出された１個の有効な観察対象を示す。図５（ａ）において、全画素領域は、縦１３画素、横１３画素の領域であり、有効画素は白い四角形、無効画素は黒い四角形で表す。図５（ａ）の有効画素領域を円形領域に近似するためは、まず、円形領域の中心座標を求める必要がある。その方法は、例えば、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれの最小座標と最大座標から、Ｘ軸方向とＹ軸方向のそれぞれの中心座標を求め、円形領域の中心座標とする方法がある。本例の場合、Ｘ軸方向は（３＋１１）／２＝７、Ｙ軸方向は（３＋１１）／２＝７という計算により、円形領域の中心座標（７、７）（図５（ａ）の黒丸で表す座標）を求めることができる。図５（ｂ）は、座標（７、７）を円形領域の中心座標として、半径６の円形領域を描いた図を示す。ここで、半径の大きさ６は一例であり、実際には観察対象の大きさを鑑みて予め一定値に決めておくこともできるし、観察対象ごとに半径の大きさを変更することもできる。なお、図５の場合は、図５（ｃ）の斜線でハッチングした四角形で表される画素を余分に取得することになる。また、円形領域は、必ずしもすべての有効画素領域を含む必要はない。

領域情報抽出手段２０７は、図４（ｂ）で示したすべての有効な観察対象について、領域情報、すなわち、円の中心座標と半径の大きさを抽出する。そして、これらの領域情報リストを領域情報記憶手段１１９へ格納する。表１は、本発明の実施例１における領域情報リストの具体例を示す図である。有効な観察対象に付けられた番号とともに、円の中心座標と半径の大きさを格納している。

第２の画像取得フェーズは、画像制御部１１０が画像取得部１００から第２の画像を取得するフェーズであり、第２の画像取得コマンド８０６の送信、画像取得部１００による画像取得、円形領域読み出しコマンド８０７の送信、画像取得部１００における符号化、円形領域画素データ８０８の受信、画像制御部１１０における復号化から構成される。

まず、画像制御部１１０は、第２の画像を画像取得部１００に取得させるために、画像取得部１００と接続されたインターフェース１１１経由で第２の画像取得コマンド８０６を送信する。画像取得部１００は、画像制御部１１０から送信された第２の画像取得コマンド８０６を、画像制御部１１０と接続されたインターフェース１０８経由で受信する。

次に、画像取得部１００は、第１の画像と同様に、画像取得手段１０１を動作させて第２の画像を取得し記憶する。

次に、画像制御部１１０は、画像取得部１００が取得した第２の画像に含まれる円形領域に含まれる画素の輝度値データを画像取得部１００から読み出すために、円形領域読み出しコマンド８０７とともに読み出したい円形領域の領域情報を画像取得部１００へ送信する。すなわち、領域情報記憶手段１１９から読み出したい円形領域に関する円の中心座標と半径の大きさを読み出し、円形領域読み出しコマンド８０７とともに送信する。

次に、画像取得部１００の画像読み出し手段１０２は、読み出し順序記憶手段１０３に格納された読み出し順序に従って、一画素ずつ順番に、画像取得手段１０１から円形領域に含まれる画素の輝度値データを読み出す。読み出し順序記憶手段１０３は、円形領域に含まれる画素をどのような順序で読み出して画像制御部１１０へ伝送するかを格納している。読み出し順序記憶手段１０３に格納する内容は、画像取得部１００及び画像制御部１１０間で予め決めておく。読み出し順序記憶手段１０３の一例について図６及び表２を用いて説明する。図６は、本発明の実施例１における円形領域の画素読み出し順序（外回り）を示す図である。半径６の円形領域を円の外周から内周に向かってらせん状に読み出す場合、まず座標（５，２）の画素、次に座標（６，２）の画素、次に座標（７，２）の画素というように図６の１、２、３、４、５、…（図では３０まで表示し以降は省略した）の番号を振った画素を順に読み出す。図６の画像読み出し順序を表にしたのが表２である。

表２は、本発明の実施例１における円形領域の画素読み出し順序（外回り）を示す表である。表２は、円の中心座標を開始位置とした相対座標を用いて表されている。すなわち、最初の座標（５，２）は円の中心座標（７，７）からの相対座標（−２，−５）として記録されており、次の座標（６，２）は最初の座標（５，２）からの相対座標（１，０）として記録されている。以下同様に、直前の座標からの相対座標として記録されている。従って、円形領域読み出しコマンド８０７とともに送信された円の中心座標を基に相対的に円形領域に含まれる画素の座標を求めることができる。なお、半径が６以外の場合は、その半径に対応した表２と同様の表を用いて円形領域に含まれる画素を読み出す。また、図７の本発明の実施例１における円形領域の画素読み出し順序（内回り）を示す図、及び、表３の本発明の実施例１における円形領域の画素読み出し順序（内回り）を示す表のように、円の内周から外周に向かってらせん状に読み出しても良い。内回りに画素を読み出す場合は、観察対象の領域内かどうかを判定する処理を同時に行い、適切な時点で読み出しを終了することができるので、全体の処理速度を向上させる効果がある。また、最初の読み出し位置は円の中心座標からの相対座標で表すため、内回りに画素を読み出す場合は外回りに比べて円の中心座標との相対距離が小さく（距離＝０）、画素読み出し順序の記憶に必要なビット数が少なくてすむという効果もある。

画像読み出し手段１０２によって読み出された画素の輝度値データは、直前画素記憶手段１０４に記憶されている画素の輝度値データとの差分を、差分生成手段１０５によって計算されるために使われる。ここで、直前画素記憶手段１０４は、画像取得部１００が第２の画像取得コマンドを受信した時に任意の値に初期化され、画像読み出し手段１０２によって画素が読み出されるたびに直前の画素の輝度値データを記憶する。また、差分生成手段１０５は、画像読み出し手段１０２によって読み出された最新の画素の輝度値データから直前画素記憶手段１０４に記憶されている画素の輝度値データを減算して差分を生成する。例えば、前記図６の１、２、３、４、５の輝度値データが１０、１１、１０、９、１１の場合、生成される差分データは１０、１、−１、−１、２となる（直前画素記憶手段１０４の初期値を０とした場合）。

次に、符号化手段１０６は、差分生成手段１０５が生成した差分データを、符号化テーブル１０７に基づいて符号化して伝送量を圧縮し、インターフェース１０８経由で画像制御部１１０へ伝送する。符号化テーブル１０７は、差分生成手段１０５が生成した差分データの値とその差分に対する符号を対にして記憶しているテーブルで、出現する可能性があるすべての差分データの値（輝度値データが１６ビットで表される場合、−６５５３５〜＋６５５３５）に対する符号を記憶している。符号化テーブル１０７は、差分生成手段１０５が生成する差分データの出現確率に従って、良く出現する差分データには短い符号が割り当たり、あまり出現しない差分データには長い符号が割り当たるように、ハフマン符号化を用いて算出される。具体例について図８、表４を用いて説明する。図８は、本発明の実施例１における円形領域の輝度値データと画素読み出し順序を示す図である。表４は、本発明の実施例１におけるハフマン符号化による符号語を示す表、すなわち、符号化テーブル１０７である。

図８（ａ）は、半径４の円形領域であり、有効画素を白い四角形で表している。また、各画素の輝度値データは、四角形の内部に記載した。例えば、座標（２，５）の輝度値は３である。図８（ｂ）は、半径４の円形領域に含まれる画素を外回りで読み出す場合の読み出し順序を示している。例えば、座標（２，５）の読み出し順序は１４番目である。表４（ａ）は、輝度値データの出現確率を基にハフマン符号化した時の符号語を表すテーブルである。また、表４（ｂ）は、外回りで読み出した画素の輝度値の差分データの出現確率を基にハフマン符号化した時の符号語を表すテーブルである。差分の出現確率を基にした表４（ｂ）の方が輝度値の出現確率を基にした表４ａよりも出現頻度が偏っていることがわかる。表４（ａ）を用いて円形領域を伝送する際の伝送量は、出現回数と符号語長を掛けた値の総和なので８６ビットになる。表４（ｂ）を用いて円形領域を伝送する際の伝送量は、同様に７８ビットになる。すなわち、本発明の実施例１によると、従来のハフマン符号化に比べて、約１割圧縮効率が良いことがわかる。なお、差分データの出現確率は、予め過去の差分データを基に算出しても良く、また、指定された領域ごとの差分データを基に算出し直しても良い。

符号化手段１０６によって符号化された差分データは、インターフェース１０８経由で画像制御部１１０へ伝送される。画像制御部１１０は、インターフェース１１１経由で符号化された差分データを受信する。

復号化手段１１２は、符号化された差分データを、復号化テーブル１１３に基づいて復号して、差分データを求める。復号化テーブル１１３は、符号化テーブル１０７と同様、差分データの値とその差分に対する符号を対にして記憶しているテーブルである。ただし、符号化テーブル１０７と異なるのは、符号化テーブル１０７が差分データの値をキーとしたテーブルであるのに対し、復号化テーブル１１３は符号語をキーとしたテーブルである点である。

次に、加算手段１１５は、直前画素記憶手段１１４に記憶されている画素の輝度値データに復号化テーブル１１３により復号された差分データを加算して、最新の画素の輝度値データを生成する。直前画素記憶手段１１４は、画像制御部１１０が第２の画像取得コマンドを送信した時に任意の値に初期化され、加算手段１１５によって画素の輝度値データが生成されるたびに直前の画素の輝度値データを記憶する。

次に、画像書き込み手段１１６は、画像取得部１００が第２の画像取得コマンドとともに送信した円形領域に関する円の中心座標と半径の大きさ及び書き込み順序記憶手段１１７に格納された書き込み順序に従って、画像記憶手段１１８へ円形領域を書き込む。書き込み順序記憶手段１１７は、円形領域に含まれる画素をどのような順序で画像記憶手段１１８へ書き込むかを格納している。受信した画素がどの座標の画素かは、円形領域読み出しコマンド８０７とともに送信された円の中心座標を基に相対的に円形領域に含まれる画素の座標として認識できる。書き込み順序記憶手段１１７に格納する内容は、読み出し順序記憶手段１０３と同じとなるように画像取得部１００及び画像制御部１１０間で予め決めておく。前述した表２は、書き込み順序記憶手段１１７に格納する内容の一例である。

以上のように、画像制御部１１０は、画像取得部１００が取得した第２の画像の中から第２の画像取得コマンドによって観察対象を含む円形領域を読み出す。画像制御部１１０は、第１の画像により抽出されたすべての観察対象について、すなわち、表１の領域情報リストに格納されたすべての円形領域について、上記処理を繰り返し実行する。

以上のように、本実施例１においては、画像取得部１００に読み出し順序記憶手段１０３を具備することにより、画像読み出し手段１０２が画素を読み出す順序を円形領域の外回りあるいは内回りのらせん状とすることができ、差分生成手段１０５が生成し符号化手段１０６へ入力される差分データの出現分布を偏らせる（データのエントロピーを減少させる）ことができ、画像取得部１００から画像制御部１１０へ伝送するデータの圧縮効率を上げてデータ量を削減し伝送時間を短縮することができる。

また、画像制御部１１０に書き込み順序記憶手段１１７を具備することにより、画像書き込み手段１１６が画素を書き込む順序を円形領域の外回りあるいは内回りのらせん状とすることができ、画像取得部１００から伝送される符号化データを復号して画像記憶手段１１８へ記憶することができる。すなわち、画像取得部１００に対応した画像制御部１１０を実現することができる。

なお、本実施例１では、画像制御部１１０がコマンドを発行して画像を取得する場合について記載したが、画像取得部１００が自発的に画像を取得する場合もある。

また、本実施例１では、画像制御部１１０が画像取得部１００から第１の画像を取得して、画像制御部１１０にて有効画素の抽出を行う場合を説明したが、第１の画像を伝送しないで画像取得部１００にて有効画素の抽出を行う方法も考えられる。また、第１の画像伝送時に、適切な符号化方式を用いて、画像データを圧縮しても良い。

また、画像取得手段１０１の一例として、図９に示す蛍光顕微鏡装置を用いる場合がある。図９において、ウエルプレート４０１には、観察対象（図示せず）が注入されている。観察対象は、例えば、半導体ナノクリスタルを付着させたプラスチックのビーズに、遺伝子発現解析に必要なｍＲＮＡやタンパク質を結合させたものである。半導体ナノクリスタルは、短い波長の励起光を照射すると、特定の波長の光を発光する性質を持つ。プラスチックのビーズに、発光波長の異なる複数の半導体ナノクリスタルを異なる比率で付着させると、固有の発光スペクトルを持つビーズができる。蛍光顕微鏡装置は、この発光スペクトルを分析することによって、ｍＲＮＡやタンパク質を識別する。

蛍光顕微鏡装置では、観察対象の発光スペクトルを分析するために、第１の画像、第２の画像を取得する。観察対象は、複数個のウエル４０２から構成されるウエルプレート４０１に分割して注入される。画像取得制御手段４０４は、ウエルプレート駆動手段４０３を制御して、観察対象が注入されたウエル４０２が対物レンズ４０５の真上に位置するように、ウエルプレート４０１を二次元平面ＸＹ方向に移動させる。

まず、第１の画像は、以下のように画像記憶手段４１６へ格納される。画像取得制御手段４０４は、ＬＥＤ４０６を点灯し、ウエル４０２にＬＥＤ光を照射する。ＬＥＤ光は、ウエル４０２内の観察対象のシルエット光となり、対物レンズ４０５により拡大され、ダイクロイックミラー４０７、光学フィルタ４０８を通過し、さらに、結像レンズ４０９によって集光されて、ＣＣＤカメラ４１０に到達する。対物レンズ４０５は、ウエル４０２内の観察対象を拡大するためのレンズであり、ダイクロイックミラー４０７は、所定の波長未満の光を反射し、所定の波長以上の光を通過するミラーである。光学フィルタ４０８は、所定の波長域のみを通過するバンドパスフィルタであり、結像レンズ４０９は、光を集光するためのレンズである。ＣＣＤカメラ４１０は、結像レンズ４０９によって集光された光を画像データに変換して出力する画像検出手段である。画像取得制御手段４０４は、ＣＣＤカメラ制御手段４１１に指令を与え、ＣＣＤカメラ４１０によって観察対象のシルエット画像を撮影し、画像記憶手段４１６へ格納する。画像取得制御手段４０４の自動焦点調整プログラム（図示せず）は、画像記憶手段４１６から前記シルエット画像を読み出し、画像のコントラスト値を計算し、前記コントラスト値が最大になる位置を見つけ出すことによって、対物レンズ４０５の焦点を合わせる。画像取得制御手段４０４の自動焦点調整プログラムは、対物レンズ４０５の焦点を合わせるために、二次元平面ＸＹと垂直となる方向へ対物レンズ４０５をＺ軸駆動手段４１２によって移動し、前記シルエット画像を撮影し、前記コントラスト値を計算する、という処理を繰り返す。画像取得制御手段４０４は、対物レンズ４０５の焦点が合った状態で撮影した観察対象のシルエット画像を、第１の画像として画像記憶手段４１６へ格納する。この画像は、観察対象をデコードする際に、観察対象の位置を認識するために用いられる。

次に、第２の画像は、以下のように画像記憶手段４１６へ格納される。画像取得制御手段４０４は、ＬＥＤ４０６を消灯し、励起光源４１３から励起光を照射する。励起光は、青色レーザー光のような短波長の光であり、ダイクロイックミラー４０７に当たると、ダイクロイックミラー４０７が所定の波長以下の光を反射するという性質によって、対物レンズ４０５の方向へ反射する。対物レンズ４０５はダイクロイックミラー４０７からの光をウエル４０２内の観察対象に集光させる。ウエル４０２内にある観察対象に付着した半導体ナノクリスタルは、対物レンズ４０５から照射された光によって、ダイクロイックミラー４０７を通過できる所定の波長以上の光（以下、観察光と称す）を発光する。観察光は、第１の画像と同様に、対物レンズ４０５、ダイクロイックミラー４０７、光学フィルタ４０８を通過し、さらに、結像レンズ４０９によって集光されて、ＣＣＤカメラ４１０に到達する。観察光が光学フィルタ４０８を通過する際、特定の波長域のみを通過させる光学フィルタ４０８の性質のため、観察光の特定の波長域のみがＣＣＤカメラ４１０に到達する。この状態で、画像取得制御手段４０４は、ＣＣＤカメラ制御手段４１１に指令を与え、観察光のうち光学フィルタ４０８を通過した特定の波長域の光のみからなる画像を撮影して画像記憶手段４１６へ格納する。なお、光学フィルタは、通過波長域の異なるものが複数あり、フィルタホイール４１４に取り付けられている。フィルタホイール４１４は、フィルタホイール駆動手段４１５によって回転し、光学フィルタを切り替えることができる。画像取得制御手段４０４は、光学フィルタを切り替えながら、上記の方法によって観察光の種々の波長域の画像を複数撮影し、第２の画像として画像記憶手段４１６へ格納する。これらの画像は、観察対象のスペクトル分布を示す画像となる。

本発明にかかる画像処理装置は、画素の輝度値が同心円状に分布した円形画像を伝送する際に、伝送するデータの圧縮効率を上げてデータ量を削減し伝送時間を短縮することができるので、画像取得部から画像制御部へ画像データを伝送する分野で有用である。

また、本発明にかかる画像処理装置は、画像取得手段として蛍光顕微鏡装置を用いる分野にも適用できる。

本発明の実施例１における画像処理装置のブロック構成図本発明の実施例１における画像処理装置の通信フローを示す図本発明の実施例１における有効画素抽出手段の処理フローを示す図本発明の実施例１における画像データ及び有効な観察対象の具体例を示す図本発明の実施例１における有効画素領域とその円形近似領域を示す図本発明の実施例１における円形領域の画素読み出し順序（外回り）を示す図本発明の実施例１における円形領域の画素読み出し順序（内回り）を示す図本発明の実施例１における円形領域の輝度値データと画素読み出し順序を示す図本発明の実施例１における画像取得手段の詳細なブロック構成図

符号の説明

１００画像取得部
１０１画像取得手段
１０２画像読み出し手段
１０３読み出し順序記憶手段
１０４直前画素記憶手段
１０５差分生成手段
１０６符号化手段
１０７符号化テーブル
１０８インターフェース
１１０画像制御部
１１１インターフェース
１１２復号化手段
１１３復号化テーブル
１１４直前画素記憶手段
１１５加算手段
１１６画像書き込み手段
１１７書き込み順序記憶手段
１１８画像記憶手段
１１９領域情報記憶手段
２０６有効画素抽出手段
２０７領域情報抽出手段
４０１ウエルプレート
４０２ウエル
４０３ウエルプレート駆動手段
４０４画像取得制御手段
４０５対物レンズ
４０６ＬＥＤ
４０７ダイクロイックミラー
４０８光学フィルタ
４０９結像レンズ
４１０ＣＣＤカメラ
４１１ＣＣＤカメラ制御手段
４１２Ｚ軸駆動手段
４１３励起光源
４１４フィルタホイール
４１５フィルタホイール駆動手段
４１６画像記憶手段
８０１第１の画像取得コマンド
８０２全画素読み出しコマンド
８０３全画素データ
８０６第２の画像取得コマンド
８０７円形領域読み出しコマンド
８０８円形領域画素データ
９５１有効な観察対象
９５２ごみ
９５３変形した観察対象
９５４重なった観察対象
９５５近接した観察対象
９６１背景領域除去手段
９６２ごみ除去手段
９６３近接物除去手段

Claims

幾何学的な形状を持ち、且つその形状が互いに相似である複数の対象物の画像データを取得する画像取得部と、前記画像データの処理を行う画像制御部とからなる画像処理装置において、
前記画像取得部は、
前記対象物を含む画像を取得し画像データに変換するための画像取得手段と、
前記画像データから画素を読み出す順序を記憶する読み出し順序記憶手段と、
前記読み出し順序記憶手段により設定された順番に従って前記画像データから各画素を読み出す画像読み出し手段と、
直前に読み出した画素を記憶する直前画素記憶手段と、
直前に読み出した画素と現在読み出した画素との輝度の差分を生成する差分生成手段と、
前記差分生成手段によって生成した差分を符号化する符号化手段とからなり、
前記画像制御部は
前記画像データの有効な対象物を抽出してその抽出された対象物を構成する画素を有効画素とする有効画素抽出手段と、
前記抽出された有効画素から画像データの領域情報を抽出する領域情報抽出手段と、
前記領域情報を記憶する領域情報記憶手段と、
前記画像取得部により符号化された差分を復号化する復号化手段と、
直前に書き込んだ画素を記憶する直前画素記憶手段と、
直前に書き込んだ画素と復号した輝度の差分を加算して画素を生成する加算手段と、
画素を書き込む順序を記憶する書き込み順序記憶手段と、
画像データを記憶する画像記憶手段と、
前記書き込み順序記憶手段に設定された順番に従って各画素を前記画像記憶手段に書き込む画像書き込み手段とからなり、
前記画像取得部において、前記画像読み出し手段が各画素を所定の読み出し順序で読み出し、前記差分生成手段が直前の画素と差分を取ることによって圧縮効率を向上させることを特徴とする画像処理装置。
前記画像取得手段は、蛍光顕微鏡装置としてなることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
前記対象物の形状が円形であり、前記読み出し順序記憶手段に記憶された読み出し順序と前記書き込み順序記憶手段に記憶された書き込み順序がらせん状であることを特徴とする請求項１ないし請求項２に記載の画像処理装置。
前記読み出し順序及び書き込み順序が円の外周から内周に向かってらせん状であることを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
前記読み出し順序及び書き込み順序が円の内周から外周に向かってらせん状であることを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
前記読み出し順序及び書き込み順序として複数の円の半径に対する順序を保持することを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。