JP2006243608A - Microscope system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の観察ポイントに対して顕微鏡画像を所定時間隔で撮影する顕微鏡システムに関する。 The present invention relates to a microscope system that captures microscope images at a predetermined time interval with respect to a plurality of observation points.
従来、生物細胞等の標本を観察する方法として、顕微鏡画像を一定時間間隔毎に撮影するタイムラプス撮影と称する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。撮影ポイントが複数ある場合には多点タイムラプスと呼ばれ、標本が載置された電動ステージを駆動して各撮影ポイントを順に撮影するものである。このような巡回撮影を一定時間間隔で複数回行い、各撮影ポイント毎に複数の撮影画像を取得する。撮影終了後には、特定の撮影ポイント毎に、撮影された複数の画像を次々と再生することにより、標本の時間的な形態変化を観察することができる。 Conventionally, as a method of observing a specimen such as a biological cell, a method called time lapse photography in which a microscope image is photographed at regular time intervals is known (for example, see Patent Document 1). When there are a plurality of shooting points, this is called multi-point time lapse, and an electric stage on which a sample is placed is driven to sequentially shoot each shooting point. Such cyclic photographing is performed a plurality of times at regular time intervals, and a plurality of photographed images are acquired for each photographing point. After the photographing is completed, a temporal change in the specimen can be observed by reproducing a plurality of photographed images one after another for each specific photographing point.
ところで、多点夕イムラプス撮影では、複数の撮影ポイントを巡回撮影するため、同一撮影ポイントに移動する際に高い位置決め精度がステージに要求される。ステージ位置決めに誤差が生じると、撮影毎に撮影領域がずれてしまい、撮影した画像を連続的に再生したときに像がブレて不自然な映像になるという問題が生じる。 By the way, in multipoint evening lapse photography, since a plurality of photography points are cyclically photographed, a high positioning accuracy is required for the stage when moving to the same photography point. When an error occurs in the stage positioning, the shooting area is shifted every time shooting is performed, and there is a problem that when the captured images are continuously reproduced, the images are blurred and become unnatural images.
また、ステージの高精度位置決めを行う場合、ステージ位置の検出にリニアエンコーダを用いたフィードバック制御が採用される。しかし、光学系の倍率が高くなるとステージに要求される位置決め精度も高くなり、それを満たそうとすると目標位置の前後を往復するいわゆるハンチングが生じる。そのため、位置決めに時間を要したり、最悪の場合にはハンチングが止まらないおそれがあった。 Further, when performing high-precision positioning of the stage, feedback control using a linear encoder is adopted for detection of the stage position. However, as the magnification of the optical system increases, the positioning accuracy required for the stage also increases, and so-called hunting that reciprocates before and after the target position occurs when an attempt is made to satisfy it. Therefore, it may take time for positioning, and in the worst case, hunting may not stop.
請求項1の発明は、観察対象上に設定された複数の観察箇所を対物光学系の光軸上に順に移動して、観察箇所毎に、観察対象の観察像を撮像装置により経時的に複数回撮影する顕微鏡システムに適用され、観察対象が載置されたステージと対物光学系とを相対的に光軸に垂直な方向に2次元的に駆動する駆動手段と、ステージと対物光学系との一方または両方の位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段により検出された位置情報に基づいて、観察箇所に関して経時的に撮影された複数の撮影画像を、該観察箇所を含む同一観察領域の画像となるようにそれぞれトリミング補正する補正手段を備えたことを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1に記載の顕微鏡システムにおいて、複数の撮影画像の全てに含まれる共通の撮影領域を、同一観察領域に設定するようにしたものである。
請求項3の発明は、請求項1または2に記載の顕微鏡システムにおいて、位置検出手段により検出された位置情報が予め定めた位置決め範囲内となったならば、駆動手段によるステージまたは対物光学系の駆動を停止させる制御手段を備えたものである。
請求項4の発明は、請求項3に記載の顕微鏡システムにおいて、補正手段は、トリミング補正のためのトリミング量を前記位置決め範囲の大きさに応じて設定するようにしたものである。
According to the first aspect of the present invention, a plurality of observation locations set on the observation target are sequentially moved on the optical axis of the objective optical system, and a plurality of observation images of the observation target are sequentially acquired by the imaging device for each observation location. Applied to a microscope system for taking multiple images, a driving means for two-dimensionally driving a stage on which an observation object is placed and an objective optical system in a direction perpendicular to the optical axis, and the stage and the objective optical system Based on the position detection means for detecting one or both positions, and the position information detected by the position detection means, a plurality of photographed images taken over time with respect to the observation location are stored in the same observation region including the observation location. The image processing apparatus is characterized by including correction means for correcting trimming so as to form an image.
According to a second aspect of the present invention, in the microscope system according to the first aspect, a common photographing region included in all of the plurality of photographed images is set to the same observation region.
According to a third aspect of the present invention, in the microscope system according to the first or second aspect, if the position information detected by the position detecting means falls within a predetermined positioning range, the stage of the driving means or the objective optical system Control means for stopping the drive is provided.
According to a fourth aspect of the present invention, in the microscope system according to the third aspect, the correction means sets a trimming amount for trimming correction according to the size of the positioning range.
本発明によれば、撮影ポイントに関して経時的に撮影された複数の撮影画像を、撮影ポイントの画像を含む同一撮影領域の画像となるようにそれぞれトリミング補正するようにしたので、撮影時に位置決め誤差が生じても、補正後の撮影画像を順に表示したときの画像のブレを除去することができる。 According to the present invention, since a plurality of photographed images taken over time with respect to the photographing point are trimmed and corrected so as to be images of the same photographing region including the image of the photographing point, positioning errors occur during photographing. Even if it occurs, it is possible to eliminate blurring of images when the corrected captured images are displayed in order.
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図1は本発明による顕微鏡システムの一実施の形態を示す図であり、装置構成の概略を示したものである。10は倒立型の顕微鏡であり、顕微鏡10には電動ステージ30が設けられている。電動ステージ30の下方には対物レンズ12が装着可能な電動レボルバ11が設けられており、電動ステージ30の上方には試料を照明するための照明装置14が設けられている。観察画像を撮影するためのカメラ20には、撮像素子としてCCD撮像素子が内蔵されている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a microscope system according to the present invention, and shows an outline of an apparatus configuration.
電動ステージ30はDCモータ等により駆動されるXYステージを有しており、このXYステージを駆動することにより試料が入ったシャーレ13をXY方向に移動させることができる。XYステージのxy座標は電動ステージ30に設けられたリニアエンコーダ(不図示)により検出される。電動ステージ30には、電動ステージ30の移動動作を制御するステージコントローラ31が接続されている。電動レボルバ11の各対物取付穴には番地が割り当てられており、あらかじめ入力されたテーブルにより光軸L上に配置されている対物レンズ12の倍率を検出することができる。なお、電動レボルバ11もXY方向に電動駆動されるように構成され、XY座標がリニアエンコーダで取得される構成でも良い。要するに、電動ステージ30と電動レボルバ11とが相対的にXY方向に駆動でき、両者の位置情報(XY座標)が検出されるようになっていれば良い。
The
50は顕微鏡システムの全体を制御や画像処理等を行うPC(パーソナルコンピュータ)であり、PC50には上述したステージコントローラ31および顕微鏡10が接続され、エンコーダからの位置情報,対物レンズ12の倍率情報およびカメラ20からの撮影データなどが入力される。また、PC50にはモニタ40やマウス等のポインティングデバイス60や入力用のキーボード(不図示)が接属され、カメラ20で撮影した顕微鏡画像をモニタ40に表示することができる。図2(B)に示すように、モニタ40にはシャーレ13の全体画像(マクロ画像)を表示する表示領域40Yと、シャーレ13中の撮影ポイントa,b,cの画像(ミクロ画像)を表示する表示領域40Xとがある。
A PC (personal computer) 50 controls the entire microscope system, performs image processing, and the like. The
《撮影画像データ取得について》
生細胞を観察する場合、シャーレ13を培地で満たし、その中で細胞を生かしながら所定時間間隔で画像撮影を行う。多点タイムラプス観察の場合、例えば観察ポイントが3点である場合には、図2(A)のように撮影ポイントa,b,cを予め設定する。図3はタイムラプス設定と撮影の手順を示すフローチャートであり、このフローチャートを参照して設定および撮影処理について説明する。
<Acquiring captured image data>
When observing live cells, the
図3のステップS1では、多点タイムラプス撮影の条件が入力されたか否かを判定し、入力有りと判定されるとステップS2へ進む。タイムラプス撮影の条件としては、例えば、撮影ポイント、撮影時間間隔Δtおよびタイムラプス継続時間ttotalなどがある。オペレータはモニタ40上に表示された撮影画像40a,40b,40c(図2参照)を見ながら、表示画面上のマクロ画像13aの観察したい位置にポインティングデバイス60のポインタPを移動して撮影ポイントを指定する。
In step S1 of FIG. 3, it is determined whether or not a multipoint time-lapse shooting condition has been input. If it is determined that there is an input, the process proceeds to step S2. Examples of conditions for time lapse shooting include a shooting point, a shooting time interval Δt, and a time lapse duration ttotal. The operator moves the pointer P of the pointing device 60 to the position to be observed on the
以下では、図2に示したa,b,cの3点を撮影ポイントとして設定した場合を例に説明する。ポインティングデバイス60を操作してポインタPを位置a上に移動し、確定操作を行うと位置aが撮影ポイントに設定される。同様の操作を行って、b,cの順に撮影ポイントを設定する。この設定により、撮影ポイントa,b,cのxy座標がそれぞれPC50の記憶部に記憶される。後述するタイムラプス撮影の際には、入力された撮影ポイントa,b,cの順に撮影が行われる。 Hereinafter, a case where three points a, b, and c shown in FIG. 2 are set as shooting points will be described as an example. When the pointing device 60 is operated to move the pointer P over the position a and perform a confirmation operation, the position a is set as a shooting point. The same operation is performed to set shooting points in the order of b and c. With this setting, the xy coordinates of the shooting points a, b, and c are stored in the storage unit of the PC 50, respectively. In time-lapse shooting described later, shooting is performed in the order of the input shooting points a, b, and c.
また、モニタ40上に条件入力画面を表示させ、ポインティングデバイス60やキーボードを使用して撮影時間間隔Δtおよびタイムラプス継続時間ttotalを入力する。撮影時間間隔Δtはa,b,cの撮影が終了してから次のa,b,cの撮影までの時間間隔であり、タイムラプス継続時間ttotalは撮影処理開始から撮影処理終了までの時間である。例えば、撮影時間間隔Δt=10分、タイムラプス継続時間ttotal=60分とすると、処理開始時における撮影も含めて各撮影ポイント毎に7回の撮影が行われる。以下では、この条件で説明を行う。全ての条件の入力が終了したならば、タイムラプス撮影開始の指示をする。
Further, a condition input screen is displayed on the
ステップS2では、タイムラプス撮影開始の指示が有ったか否かを判定し、指示が有ったと判定されると、入力された条件にしたがって電動ステージ30やカメラ20に次々と指令を出し、ステップS3以降の一連の処理を自動的に実行する。ステップS3からステップS8までの処理は3つの撮影ポイントa,b,cに対する1回分の撮影処理を表しており、ステップS3からステップS8までの一連の撮影処理が上述した撮影時間間隔Δtで繰り返し実行される。
In step S2, it is determined whether or not there has been an instruction to start time-lapse photography. If it is determined that there has been an instruction, instructions are sequentially issued to the
まず、ステップS3では、撮影ポイント設定時に記憶された撮影ポイントaのxy座標データXa、Yaに基づいて、撮影ポイントaが撮影画面の中央に配置されるように電動ステージ30を移動し、移動後のステージ位置Xai、Yaiを記憶する。ここで、iはデータ取得順番を表しており、初期値はi=0である。すなわち、ステップS2からステップS3へ進んで最初に得られるステージ位置データはXa0,Ya0である。ステップS4では、撮影ポイントaの顕微鏡画像を撮影する。そして、得られた撮影画像データAiはステージ位置Xai、Yaiおよび光学系の倍率Mと関連付けられて保存される。
First, in step S3, based on the xy coordinate data Xa and Ya of the shooting point a stored at the time of setting the shooting point, the
ステップS5では、撮影ポイント設定時に記憶された撮影ポイントbのxy座標データXb、Ybに基づいて、撮影ポイントbが撮影画面の中央に配置されるように電動ステージ30を移動し、移動後のステージ位置Xbi、Ybiを記憶する。ステップS6では、撮影ポイントbの顕微鏡画像を撮影する。そして、得られた撮影画像データBiはステージ位置Xbi、Ybiおよび光学系の倍率Mと関連付けられて保存される。
In step S5, the
ステップS7では、撮影ポイント設定時に記憶された撮影ポイントcのxy座標データXc、Ycに基づいて、撮影ポイントcが撮影画面の中央に配置されるように電動ステージ30を移動し、移動後のステージ位置Xci、Yciを記憶する。ステップS8では、撮影ポイントcの顕微鏡画像を撮影する。そして、得られた撮影画像データCiはステージ位置Xci、Yciおよび光学系の倍率Mと関連付けられて保存される。
In step S7, the
ステップS9では、ステップS3の処理開始からの経過時間が撮影時間間隔Δtが経過したか否かを判定し、経過したと判定されるとステップS10へ進む。ステップS10では、データ取得順番を表すiがi=6となったか否か、すなわちタイムラプス継続時間ttotalが経過したか否かを判定する。上述したステップS2で設定された条件によれば、各撮影ポイント毎に7回の撮影が行われiの初期値はi=0なので、タイムラプス継続時間ttotalが経過したか否かの判定条件はi=6となる。ステップS10でi≠6(NO)と判定されるとステップS11へ進み、i=6(YES)と判定されると撮影画像データ取得に関する一連の処理動作を終了する。 In step S9, it is determined whether or not the elapsed time from the start of the process in step S3 has elapsed, and if it is determined that it has elapsed, the process proceeds to step S10. In step S10, it is determined whether i representing the data acquisition order is i = 6, that is, whether the time lapse duration ttotal has elapsed. According to the conditions set in step S2 described above, since seven shootings are performed at each shooting point and the initial value of i is i = 0, the determination condition as to whether or not the time lapse duration ttotal has elapsed is i. = 6. If it is determined in step S10 that i ≠ 6 (NO), the process proceeds to step S11, and if it is determined that i = 6 (YES), a series of processing operations relating to acquisition of captured image data ends.
ステップS10からステップS11へ進んだ場合には、iの大きさをi+1と増加させてステップS3へ戻る。そして、ステップS3からステップS8までの処理を上述した1回目(i=0)の撮影画像データ取得の場合と同様に行って、2回目(i=1)の撮影画像データを取得する。ステップS3からステップS8までの処理は、ステップS10においてi=6となるまで繰り返し行われるので、その結果、合計21(=3×7)個の撮影画像データA0,A1,…,A6,B0,B1,…,B6,C0,C1,…,C6が、各々を取得したときのステージ位置および光学系の倍率Mと共に取得される。これらのデータは、PC50の記憶部に保存される。
When the process proceeds from step S10 to step S11, the magnitude of i is increased to i + 1 and the process returns to step S3. Then, the processing from step S3 to step S8 is performed in the same manner as the first (i = 0) captured image data acquisition described above, and the second (i = 1) captured image data is acquired. The processing from step S3 to step S8 is repeated until i = 6 in step S10, and as a result, a total of 21 (= 3 × 7) pieces of captured image data A0, A1,..., A6, B0, B1,..., B6, C0, C1,..., C6 are acquired together with the stage position and the optical system magnification M when each is acquired. These data are stored in the storage unit of the
ところで、電動ステージ30を移動する際の位置決め方法としては、オープンループ制御とフィードバックを行うクローズドループ制御とがある。オープンループ制御では、目標位置に到達するために必要なステージ駆動用モータの回転量を予め計算し、これに基づいてモータを回転させるものである。一方、クローズドループ制御の場合には、リニアエンコーダで検出されるステージ位置をフィードバックしながら目標位置へとステージを移動するものである。予め、目標位置を中心値とする所定範囲を設定しておき、検出されるステージの検出位置がその所定範囲内となったならばステージ移動を停止する。
By the way, as a positioning method when moving the
上述した説明では、オープンループ制御を前提に説明したが、クローズドループ制御の場合には、撮影ポイント設定時の座標(Xa、Ya)、(Xb、Yb)、(Xc、Yc)を撮影ポイントa,b,cの目標位置に設定する。また、座標(Xa、Ya)、(Xb、Yb)、(Xc、Yc)に代えて、最初(i=0)の撮影画像データ取得時のステージ位置(Xa0、Ya0)、(Xb0、Yb0)、(Xc0、Yc0)を目標位置としても良い。その後のi=1〜6においては、この座標(Xa0、Ya0)、(Xb0、Yb0)、(Xc0、Yc0)を目標にステージ移動を行わせれば良い。 In the above description, the open-loop control is assumed. However, in the case of closed-loop control, the coordinates (Xa, Ya), (Xb, Yb), (Xc, Yc) at the time of shooting point setting are used as the shooting point a. , B, and c are set as target positions. Also, instead of the coordinates (Xa, Ya), (Xb, Yb), (Xc, Yc), the stage positions (Xa0, Ya0), (Xb0, Yb0) at the time of obtaining the first (i = 0) captured image data , (Xc0, Yc0) may be the target position. Thereafter, for i = 1 to 6, the stage may be moved with the coordinates (Xa0, Ya0), (Xb0, Yb0), (Xc0, Yc0) as targets.
このようにして、複数の撮影ポイントa,b,cのそれぞれに関して、撮影時間の異なる7つの撮影画像データが取得され、それらは、モニタ40上に再生表示される。例えば、7枚の撮影画像を順に連続的に再生表示することにより、生細胞の時間的変化が解りやすくなる。ところが、前述したようにステージ位置決め精度が悪いと、像ブレが生じるという問題があった。
In this way, for each of the plurality of shooting points a, b, and c, seven shot image data having different shooting times are acquired, and these are reproduced and displayed on the
特に、撮影ポイントが多い場合(数十〜数百ポイント)などは、タイムラプスの設定時間と撮影ポイントの数とにより撮影ポイントに停留している時間が短くなり、撮影ポイントから次のポイントへ移動するためにステージの高速駆動が必要となり、ステージ位置決め精度が悪化する。そこで、本実施の形態では、取得された画像を補正し、その補正した画像を表示することにより連続再生時の像ブレを解消するようにした。 In particular, when there are many shooting points (several tens to several hundred points), the time that is stopped at the shooting point is shortened depending on the time lapse setting time and the number of shooting points, and the shooting point moves to the next point. Therefore, the stage must be driven at high speed, and the stage positioning accuracy is deteriorated. Therefore, in the present embodiment, the acquired image is corrected, and the corrected image is displayed to eliminate the image blur at the time of continuous reproduction.
《画像補正の説明》
次に、撮影画像データの補正方法について説明する。撮影ポイントa,b,cのいずれの撮影画像データに関しても補正方法は同じなので、以下では撮影ポイントaの撮影画像データに関する補正について説明する。上述したように、ステージ位置決め誤差のために、撮影ポイントaに関して得られた7枚の撮影画像Ga0,Ga1,…,Ga6をモニタ40上に同時に表示すると、図4に示すように表示位置にズレが生じる。なお、撮影画像Ga0,Ga1,…,Ga6は撮影画像データA0,A1,…,A6に基づく画像であり、図4では、各撮影画像の重なりによって見難くなるのを避けるために、3枚の撮影画像Ga0,Ga1,Ga6のみを示した。なお、一点差線で示した矩形領域Gaは位置決め誤差=0とした場合の理想的な撮影画像を示したものである。
<Description of image correction>
Next, a method for correcting captured image data will be described. Since the correction method is the same for any of the photographed image data at the photographing points a, b, and c, correction for the photographed image data at the photographing point a will be described below. As described above, when the seven captured images Ga0, Ga1,..., Ga6 obtained for the photographing point a are simultaneously displayed on the
撮影の際には、撮影ポイントaが撮像領域の中央となるように電動ステージ30が駆動されるので、位置決め誤差がなければ、全ての撮影画像Ga0,Ga1,…,Ga6において撮影ポイントaが画像中央に撮影されるはずである。しかしながら、実際には位置決め誤差があるため、画像中央からずれた位置に撮影ポイントaが撮影されている。そのため、図4に示すように撮影ポイントaがモニタ40の中央となるように各撮影画像Ga0,Ga1,…,Ga6を表示すると、各撮影画像Ga0,Ga1,…,Ga6の中央はモニタ中央に対してずれることになる。
At the time of shooting, the
図4に示した各撮影画像Ga0,Ga1,Ga6は互いにずれた画像となっているが、斜線を施した矩形領域Rはいずれの撮影画像Ga0,Ga1,Ga6にも含まれている。そこで、本実施の形態では、各撮影画像Ga0,Ga1,Ga6をこの矩形領域Rのみの画像へとトリミングし、トリミングされた補正後の画像Ga0’,Ga1’,Ga6’をモニタ40に再生表示するようにした。
The captured images Ga0, Ga1, and Ga6 shown in FIG. 4 are images that are shifted from each other, but the shaded rectangular region R is included in any of the captured images Ga0, Ga1, and Ga6. Therefore, in the present embodiment, the captured images Ga0, Ga1, and Ga6 are trimmed into images of only the rectangular region R, and the trimmed corrected images Ga0 ′, Ga1 ′, and Ga6 ′ are reproduced and displayed on the
(撮影画像のずれの算出)
まず、トリミング補正を行うために必要な位置決め誤差の算出方法について説明する。撮影ポイント設定によってPC50の記憶部に記憶された撮影ポイントaのxy座標は、上述したようにそれぞれXa,Yaである。モニタ中央に対する各撮影画像Ga0,Ga1,…,Ga6の中央の位置ずれ量、すなわち撮像面上での位置ずれ量は、電動ステージ30の位置ずれ量に光学系の倍率Mを乗算したものになる。ステージ位置ずれ量は撮影ポイント設定時の座標と撮影時の座標との差であるから、撮像面上の位置ずれ量Δxai,Δyaiは次式(1),(2)のように表される。
Δxai=(Xai−Xa)×M …(1)
Δyai=(Yai−Ya)×M …(2)
(Calculation of misaligned images)
First, a method for calculating a positioning error necessary for performing trimming correction will be described. As described above, the xy coordinates of the shooting point a stored in the storage unit of the
Δxai = (Xai−Xa) × M (1)
Δyai = (Yai−Ya) × M (2)
ここで、カメラ20に用いられているCCD撮像素子の画素サイズを一辺が寸法pの正方形として、上記位置ずれ量Δxai,ΔyaiをCCDの画素数に換算すると、換算値ΔPxai,ΔPyaiは次式(3),(4)で与えられる。
ΔPxai=Δxai/p=(Xai−Xa)×M/p …(3)
ΔPyai=Δyai/p=(Yai−Ya)×M/p …(4)
Here, when the pixel size of the CCD image sensor used in the
ΔPxai = Δxai / p = (Xai−Xa) × M / p (3)
ΔPyai = Δyai / p = (Yai−Ya) × M / p (4)
(補正処理)
次に、トリミングによる画像補正方法について説明する。以下では、矩形領域Ga,Rや撮影画像の大きさは、CCD撮像素子の画素数で表されているものとする。図4の矩形領域Rはトリミング後の画像の大きさを示しているが、この矩形領域Rは、矩形領域Gaの左辺側領域を画素数S1の幅だけトリミングし、上辺側領域を画素数S2の幅だけトリミングし、右辺側領域を画素数S3の幅だけトリミングし、下辺側領域を画素数S4の幅だけトリミングすると得られる。
(Correction process)
Next, an image correction method by trimming will be described. In the following, it is assumed that the rectangular areas Ga and R and the size of the captured image are represented by the number of pixels of the CCD image sensor. The rectangular area R in FIG. 4 shows the size of the image after trimming. In this rectangular area R, the left side area of the rectangular area Ga is trimmed by the width of the pixel number S1, and the upper side area is changed to the pixel number S2. Is obtained by trimming the right side region by the width of the pixel number S3 and trimming the lower side region by the width of the pixel number S4.
図4から分るように、矩形領域Rの左辺は最も右側にずれた撮影画像Ga6の左辺と一致している。同様に、矩形領域Rの上辺は最も下側にずれた撮影画像Ga1の上辺と一致し、矩形領域Rの右辺は最も左側にずれた撮影画像Ga0の右辺と一致し、矩形領域Rの下辺は最も上側にずれた撮影画像Ga6の下辺と一致している。そのため、トリミング幅S1,S2,S3,S4は、S1=ΔPxa6,S2=−ΔPya1,S3=−ΔPxa0,S4=ΔPya6で与えられる。よって、各撮影画像Gaiをトリミング補正する場合、撮影画像Gaiの各辺のトリミング幅S1i〜S4iを次式(5)〜(8)のように設定する(図4参照)。
左辺側:S1i=S1−ΔPxai …(5)
上辺側:S2i=S2+ΔPyai …(6)
右辺側:S3i=S3+ΔPxai …(7)
下辺側:S4i=S4−ΔPyai …(8)
As can be seen from FIG. 4, the left side of the rectangular region R coincides with the left side of the captured image Ga6 shifted to the rightmost side. Similarly, the upper side of the rectangular region R coincides with the upper side of the photographed image Ga1 shifted to the lowermost side, the right side of the rectangular region R coincides with the right side of the photographed image Ga0 displaced to the leftmost side, and the lower side of the rectangular region R This coincides with the lower side of the photographed image Ga6 shifted to the uppermost side. Therefore, the trimming widths S1, S2, S3, and S4 are given by S1 = ΔPxa6, S2 = −ΔPya1, S3 = −ΔPxa0, and S4 = ΔPya6. Therefore, when trimming correction is performed on each captured image Gai, trimming widths S1i to S4i of each side of the captured image Gai are set as in the following equations (5) to (8) (see FIG. 4).
Left side: S1i = S1-ΔPxai (5)
Upper side: S2i = S2 + ΔPyai (6)
Right side: S3i = S3 + ΔPxai (7)
Lower side: S4i = S4-ΔPyai (8)
図3で示した一連の撮影動作が終了して全ての撮影画像が取得されたならば、上述した撮像面上の位置ずれ量Δxai,Δyaiの算出および矩形領域Rの設定を行った後に、式(5)〜(8)で算出されるトリミング幅を用いて各撮影画像Gaiのトリミング補正を行う。補正後の撮影画像Gai’は、撮影画像Gaiと対応付けてPC50の記憶部に保存される。また、撮影画像Gaiを補正後撮影画像Gai’で書き換え保存しても良い。そして、モニタ40に撮影画像を連続的に再生表示する場合には、補正後撮影画像Gai’を順に表示する。なお、撮影ポイントb、cに関する撮影画像Gbi,Gciのトリミング補正処理も撮影画像Gaiの場合と全く同様なので、ここでは説明を省略する。
When the series of photographing operations shown in FIG. 3 is completed and all photographed images have been acquired, the calculation of the positional deviation amounts Δxai and Δyai on the imaging surface and the setting of the rectangular region R described above are performed. Trimming correction of each captured image Gai is performed using the trimming width calculated in (5) to (8). The corrected captured image Gai ′ is stored in the storage unit of the
なお、上述した説明では、矩形領域Rと矩形領域Gaとを比較してトリミング幅S1〜S4を設定し、式(3)、(4)の位置ずれの換算値ΔPxai,ΔPyaiに基づいて各撮影画像のトリミングを行ったが、矩形領域Gaに代えて例えば撮影画像Ga0を用いても良い。この場合の位置ずれ量はΔxai,Δyaiは撮影画像Ga0の座標(Xa0、Ya0)を基準に考える。 In the above description, the trimming widths S1 to S4 are set by comparing the rectangular area R and the rectangular area Ga, and each photographing is performed based on the converted values ΔPxai and ΔPyai of the positional deviations of the expressions (3) and (4). Although the image is trimmed, for example, a captured image Ga0 may be used instead of the rectangular area Ga. In this case, the positional shift amounts are considered based on the coordinates (Xa0, Ya0) of the captured image Ga0 for Δxai and Δyai.
[変形例]
上述した実施の形態では、全ての撮影画像Gai,Gbi,Gciを取得した後にトリミング幅を設定し、そのトリミング幅を用いて撮影画像Gai,Gbi,Gciをトリミング補正した。しかし、検出されたステージ位置をフィードバックして電動ステージ30の位置決めを行うクローズドループ制御の場合には、最初にトリミング幅を設定し、そのトリミング幅が可能な誤差範囲で電動ステージ30を位置決めするようにしても良い。
[Modification]
In the above-described embodiment, the trimming width is set after all the captured images Gai, Gbi, and Gci are acquired, and the captured images Gai, Gbi, and Gci are corrected for trimming using the trimming width. However, in the closed loop control in which the
まず、図5に示すようにトリミング幅Sを設定する。図5において、撮影ポイントaのxy座標は、モニタ40上で撮影ポイントaを設定した際に読み込まれた座標Xa,Yaである。また、矩形領域Gaは座標Xa,Yaを中心として設定された撮影領域を示し、矩形領域Rはトリミング補正後の撮影画像領域を示している。電動ステージ30は、座標Xa,Yaを目標位置としたフィードバック制御により位置決めされる。
First, a trimming width S is set as shown in FIG. In FIG. 5, the xy coordinates of the shooting point a are coordinates Xa and Ya read when the shooting point a is set on the
ここでは、矩形領域Gaの上下左右いずれのトリミング幅もSとした場合について説明する。このようにトリミング幅Sを設定した場合の位置決め許容範囲について説明する。図5の撮影画像Ga1は、目標位置(Xa,Ya)に対して位置決め誤差が大きすぎる場合を示したものである。この場合、矩形領域Rの左側において、領域の一部が撮影画像Ga1の外側に外れている。 Here, a case where the trimming width of the upper, lower, left and right sides of the rectangular area Ga is S will be described. The positioning allowable range when the trimming width S is set in this way will be described. The captured image Ga1 of FIG. 5 shows a case where the positioning error is too large with respect to the target position (Xa, Ya). In this case, on the left side of the rectangular region R, a part of the region is outside the captured image Ga1.
すなわち、撮影画像Ga1の場合には、矩形領域Rの左辺付近の画像データが無いため、撮影画像Ga1を矩形領域Rの大きさにトリミングすることができない。逆に、矩形領域Rに対して撮影画像Ga1が左側に大きくずれてしまった場合も、同様にトリミングが不可能となる。よって、撮像面上における左右方向の位置決め誤差ΔPxaiが|ΔPxai|≦Sとなるように、電動ステージ30を位置決め制御する必要がある。上下方向についても同様に考えると、撮像面上における上下両方向の位置決め誤差ΔPyaiは|ΔPyai|≦Sとする必要がある。
That is, in the case of the photographed image Ga1, since there is no image data near the left side of the rectangular area R, the photographed image Ga1 cannot be trimmed to the size of the rectangular area R. On the contrary, when the captured image Ga1 is greatly shifted to the left with respect to the rectangular area R, trimming is similarly impossible. Therefore, it is necessary to control the positioning of the
式(3),(4)を用いて、撮像面上における位置決め誤差を電動ステージ30の位置決め誤差に直すと、次式(9),(10)のようになる。そして、ステージ座標X,Yが式(9),(10)の条件が満たされるようにクローズドループ制御し、条件が満たされた時点で電動ステージ30を停止する。この場合、クローズドループ制御時にハンチングが発生しない程度の大きさにトリミング幅Sを設定することにより、ハンチングの発生を防止し、かつ、トリミング幅Sを小さくすることができる。
|X−Xa|≦(S・p/M) …(9)
|Y−Ya|≦(S・p/M) …(10)
When the positioning error on the imaging surface is converted into the positioning error of the
| X−Xa | ≦ (S · p / M) (9)
| Y−Ya | ≦ (S · p / M) (10)
このように、本発明では、取得された撮影画像をトリミング補正することにより、撮影画像におけるステージ位置決め誤差の影響を除去することができ、連続再生したときに像ブレの無い自然な映像を表示することができる。また、撮影画像をソフト的に補正する方法を採用しているので、従来の顕微鏡システムにのハード的構成に変更を加えることなく容易に適用することができる。 As described above, in the present invention, by correcting the trimming of the acquired captured image, the influence of the stage positioning error in the captured image can be removed, and a natural image without image blur is displayed when continuously reproduced. be able to. In addition, since a method of correcting a photographed image in software is adopted, it can be easily applied without changing the hardware configuration of a conventional microscope system.
なお、上述した実施の形態では、顕微鏡システムとして顕微鏡10、カメラ20、電動ステージ30をそれぞれ独立した製品としてPC本体50に接続したかたちで説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、顕微鏡、カメラおよび電動ステージを一体化したかたちの顕微鏡システムでも実現可能である。また、倒立型の顕微鏡10を用いた顕微鏡システムを例に説明したが、本発明は、正立型の顕微鏡を用いた顕微鏡システムにも同様に適用することができる。
In the above-described embodiment, the
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、カメラ20は撮像装置を、矩形領域Rは同一観察領域を、PC50は補正手段を、電動ステージ30はステージを、PC50およびステージコントローラ31は制御手段を、電動ステージ30に設けられたリニアエンコーダは位置検出手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。
In the correspondence between the embodiment described above and the elements of the claims, the
10 顕微鏡
12 対物レンズ
13 シャーレ
20 カメラ
31 ステージコントローラ
40 モニタ
50 PC
a,b,c 撮影ポイント
Ga,R 矩形領域
DESCRIPTION OF
a, b, c Shooting points
Ga, R rectangular area
Claims (4)
前記観察対象が載置されたステージと前記対物光学系とを相対的に前記光軸に垂直な方向に2次元的に駆動する駆動手段と、
前記ステージと前記対物光学系との一方向または両方の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段により検出された位置情報に基づいて、前記観察箇所に関して経時的に撮影された複数の撮影画像を、該観察箇所を含む同一観察領域の画像となるようにそれぞれトリミング補正する補正手段とを備えたことを特徴とする顕微鏡システム。 A microscope system that sequentially moves a plurality of observation spots set on the observation target on the optical axis of the objective optical system, and images the observation image of the observation target multiple times over time by the imaging device for each observation spot. In
Driving means for two-dimensionally driving the stage on which the observation object is placed and the objective optical system in a direction perpendicular to the optical axis;
Position detecting means for detecting a position in one direction or both of the stage and the objective optical system;
Based on the position information detected by the position detection means, a correction means for correcting trimming of a plurality of photographed images taken over time with respect to the observation location so as to be images of the same observation area including the observation location. And a microscope system.
前記複数の撮影画像の全てに含まれる共通の撮影領域を、前記同一観察領域に設定することを特徴とする顕微鏡システム。 The microscope system according to claim 1, wherein
A microscope system, wherein a common imaging region included in all of the plurality of captured images is set in the same observation region.
前記位置検出手段により検出された位置情報が予め定めた位置決め範囲内となったならば、前記駆動手段による前記ステージまたは前記対物光学系の駆動を停止させる制御手段を備えたことを特徴とする顕微鏡システム。 The microscope system according to claim 1 or 2,
A microscope comprising control means for stopping the driving of the stage or the objective optical system by the driving means when the position information detected by the position detecting means falls within a predetermined positioning range. system.
前記補正手段は、前記トリミング補正のためのトリミング量を前記位置決め範囲の大きさに応じて設定することを特徴とする顕微鏡システム。 The microscope system according to claim 3,
The microscope system according to claim 1, wherein the correction unit sets a trimming amount for the trimming correction in accordance with a size of the positioning range.
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