JP2007206107A - 顕微鏡撮像装置、顕微鏡撮像方法、および情報記憶媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】特段の画像処理を施すことなく、検鏡法に適したモノクロ変換係数を容易に設定し得る顕微鏡画像撮像装置を提供すること。
【解決手段】顕微鏡観察画像をカラー画像として出力する撮像手段と、選択された検鏡法に適合するカラー画像/モノクロ画像変換係数を設定する係数設定手段と、前記設定されたカラー画像/モノクロ画像変換係数を適用して前記カラー画像をモノクロ画像に変換する画像変換手段とを具備する。
【選択図】図1

Description

本発明は、顕微鏡観察されたカラー画像をモノクロ画像として出力する顕微鏡撮像装置に関し、特に出力されるモノクロ画像が広い階調特性を有するようにした顕微鏡撮像装置に関する。
顕微鏡観察を行い、その観察画像を電子撮像してそれを記録することは広く行われている。また、顕微鏡観察法(検鏡法)には種々のものがあり、観察目的に応じて選択される。こうした検鏡法のうち、蛍光観察法では蛍光試薬を用いて観察標本を染色し、励起光を照射したときの標本の蛍光発色状態を観察するものである。蛍光観察画像は基本的には単色発光現象であるから、カラー画像として記録せずともモノクロ画像として記録すれば十分であり、画像ファイルの容量的にも有利である。
蛍光観察において採用される蛍光試薬としては、FITC、Rodamine、DAPIなどが知られ、FITCでは緑色成分が、Rodamineでは赤色成分と緑色成分とが、DAPIでは青色成分が、それぞれ支配的な蛍光を発する。
R(青)、G(緑)、B(青)の各色成分信号により定義されるRGBカラー画像信号をモノクロ画像(グレースケール)信号に変換するに際して、一般に、次式によりモノクロ画像信号(輝度信号)Yに変換される。
Y=kR*R+kG*G+kB*B ・・・ (式1)
式1の変換係数kR、kG、kBとしては一般的に、それぞれ0.3, 0.59, 0.11 が採用されている。この変換係数セットはRGB成分に偏りの無い一般的な画像には適するが、上述した蛍光観察画像の如く単色発光である場合には、特定の色成分のみが輝度信号に寄与する。そのため、上記変換係数セットを適用した場合、極端な場合としてB成分が支配的な場合には輝度信号の最大階調の10%程度しか利用できないことになる。
そこで、カラー画像の輝度分布に応じて変換係数kR、kG、kBを調整する技術の一例が特許文献1に示されている。この方法はカラー画像をモノクロ画像に変換する前処理においてカラー画像の輝度ヒストグラムを作成し、このヒストグラムに基いて変換係数を決定するものである。
また、内視鏡観察画像の記録に際して、RGBの特定色成分を選択し、得られた単色画像の視認性を改善するために、モノクロ画像に変換して複数のモニタ装置に表示する技術が特許文献2に示されている。
特開2000-105820 特公平7-96005 しかし、上述の特許文献に記載された発明は、ヒストグラムを生成、解析したり、複数のモニタ装置を用いるものであって、式1の演算処理のほかに特段の画像処理を要するものであった。
本発明は、特段の画像処理を施すことなく、検鏡法に適したモノクロ変換係数を容易に設定し得る顕微鏡画像撮像装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために本発明を適用した顕微鏡撮像装置は、複数の検鏡法が適用可能な顕微鏡装置に装着される顕微鏡撮像装置であって、顕微鏡観察画像をカラー画像として出力する撮像手段と、選択された検鏡法に適合するカラー画像/モノクロ画像変換係数を設定する係数設定手段と、前記設定されたカラー画像/モノクロ画像変換係数を適用して前記カラー画像をモノクロ画像に変換する画像変換手段とを具備する。
一つの局面において、前記カラー画像/モノクロ画像変換係数は、自在に設定可能であることが望ましい。
別の局面において、前記カラー画像/モノクロ画像係数設定手段は、照明系及び/又は観察系光路に介装される光学フィルタによる選択波長に適合した変換係数が設定されることが望ましい。
更に他の局面において、前記複数の検鏡法は複数の検鏡法は蛍光観察法を含むことが望ましい。
また、前記課題を解決するために本発明を適用した顕微鏡撮像方法は、複数の検鏡法が適用可能な顕微鏡装置に装着される顕微鏡撮像装置を用いてモノクロ画像を取得する顕微鏡撮像方法であって、顕微鏡観察画像をカラー画像として出力し、選択された検鏡法に適合するカラー画像/モノクロ画像変換係数を設定し、前記設定されたカラー画像/モノクロ画像変換係数を適用して前記カラー画像をモノクロ画像に変換する。
一つの局面において、前記カラー画像/モノクロ画像変換係数は、自在に設定可能であることが望ましい。
別の局面において、前記カラー画像/モノクロ画像係数は、照明系及び/又は観察系光路に介装される光学フィルタによる選択波長に適合した変換係数が設定されることが望ましい。
更に他の局面において、前記複数の検鏡法は複数の検鏡法は蛍光観察法を含むことが望ましい。
さらに、前記課題を解決するために本発明を適用した情報記憶媒体は、顕微鏡観察画像をカラー画像として出力させ、検鏡法に適合するカラー画像/モノクロ画像変換係数を設定させ、前記設定されたカラー画像/モノクロ画像変換係数を適用して前記カラー画像をモノクロ画像に変換させる顕微鏡撮像動作を実行するためのコンピュータ装置用処理プログラムを格納している。
一つの局面において、前記複数の検鏡法は蛍光観察法を含むことが望ましい。
請求項1に記載の発明によれば、複数の検鏡法が適用可能な顕微鏡装置に装着される顕微鏡撮像装置において、選択された検鏡法に適合するカラー画像/モノクロ画像変換係数を設定手段と、設定されたカラー画像/モノクロ画像変換係数を適用して前記カラー画像をモノクロ画像に変換する画像変換手段とを具備しているから、特段の画像処理を施すことなく、検鏡法に適したモノクロ変換係数を容易に設定することができる。その結果、検鏡法に適合した階調特性に優れたモノクロ画像を得ることができる。
請求項2に記載の発明によれば、カラー画像/モノクロ画像変換係数を自在に設定可能としているから、階調特性に優れたモノクロ画像を容易に得ることができる。
請求項3に記載の発明によれば、照明系及び/又は観察系光路に介装される光学フィルタによる選択波長に適合した変換係数が設定されるから、検鏡法に適したモノクロ変換係数を容易に設定することができる。その結果、検鏡法に適合した階調特性に優れたモノクロ画像を得ることができる。
請求項5に記載の発明によれば、選択された検鏡法に適合するカラー画像/モノクロ画像変換係数を設定し、前記設定されたカラー画像/モノクロ画像変換係数を適用して前記カラー画像をモノクロ画像に変換しているから、特段の画像処理を施すことなく、検鏡法に適したモノクロ変換係数を容易に設定することができる。その結果、検鏡法に適合した階調特性に優れたモノクロ画像を得ることができる。
請求項6に記載の発明によれば、カラー画像/モノクロ画像変換係数は、自在に設定可能であるから、階調特性に優れたモノクロ画像を容易に得ることができる。
請求項7に記載の発明によれば、照明系及び/又は観察系光路に介装される光学フィルタによる選択波長に適合した変換係数が設定されるから、検鏡法に適したモノクロ変換係数を容易に設定することができる。その結果、検鏡法に適合した階調特性に優れたモノクロ画像を得ることができる。
請求項8に記載の発明によれば、検鏡法に適したモノクロ変換係数を容易に設定することができる。その結果、検鏡法に適合した階調特性に優れたモノクロ画像を得ることができる。
(第1の実施形態)
第1の実施形態の構成を説明する。図1は本発明の第1の実施形態を示すブロック図である。顕微鏡1は検鏡法の一種である蛍光観察を実施するに適する構成となっている。ランプ6から発せられる励起光bは蛍光キューブ4を経由してステージ2上の標本3に到達する。蛍光観察標本3は蛍光試薬により染色されており、蛍光aを発する。蛍光キューブ4は励起光bの特定波長を選択し、蛍光aから励起光成分を除去する機能を有する光学フィルタを備えている。こうした複数の蛍光キューブ4を装着可能な不図示のキューブターレットは手動または電動アクチュエータによって一つが選択可能であり、検鏡法に応じて操作者が適宜な特性の光学フィルタを有する蛍光キューブを選択できる。
標本3より発する蛍光aは撮像素子7に導かれて画像信号に変換される。前置処理部8は撮像素子7からの画像信号のフロントエンド部であり、ここでノイズ成分除去、信号レベル調整が行われ、撮像素子のカラーフィルタ形式に依存した画像信号を出力する。A/D変換器9はこの画像信号をカラーデジタル画像信号に変換する。タイミングジェネレータ(TG)10は撮像素子7、前置処理部8、A/D変換器9を所定のタイミングで駆動するための駆動パルス発生器である。
メモリコントロール部13はA/D変換器9から出力されるカラーデジタル画像信号をメモリ12に書込むと共に、別のタイミングでメモリ12から読み出したカラーデジタル画像信号をRGB同期化処理部14に出力する。
RGB同期化処理部14は、撮像素子7がベイヤ配列のカラー撮像素子であれば、カラーエンコードスキーム(ベイヤ配列)に従って撮像素子7から出力されるベイヤエンコード画像信号を、RGB各色成分に分離したRGB画像信号20として並列化を行う。
モノクロ変換部15はRGB同時化部14から出力されるRGB画像信号20をシステム制御部11によって指定されるモノクロ変換係数21に従ってモノクロ画像信号に変換する。データ転送部16はモノクロ変換部15から出力されるモノクロ画像信号を計算機17に転送する。システム制御部11はTG10、メモリコントロール部13、RGB同期化処理部14、モノクロ変換部15、およびデータ転送部16の動作をバスラインを介して制御する。
計算機(コンピュータ装置)17は処理プログラム18を読み出し指定された命令を順次実行する。この処理プログラムはコンピュータ装置可読の記憶媒体に格納されている。この記憶媒体は固定式、着脱式いずれでも良い。
計算機17は処理プログラム18に従ってデータ転送部16から出力されるモノクロ画像信号を読み出し、それを画像モニタ19に表示させる。また、処理プログラム18はモノクロ変換係数21を操作者が自在に設定するための画面ユーザインタフェース(GUI)を具備しており、操作者により設定されたモノクロ変換係数21をシステム制御部11にも通知する。
続いて、斯かる構成を具備する第1の実施形態における作用を説明する。
図2は第1の実施形態における操作者の操作手順の概略を示すフローチャートである。まず、操作者はGUIによりモノクロ変換係数21を設定する(S001)。このときのGUI画面の一例を図3に示す。このGUI画面は計算機17が処理プログラム18を実行するとき画像モニタ19に表示される。
操作者はこのGUI画面においてモノクロ変換係数設定機能を有効化するチェックボックス100にチェックを入れる。このとき、赤色成分Rに対する変換係数kRをオフ(0.0)またはオン(1.0)に設定するチェックボックス101、緑色成分Gに対する変換係数kGをオフまたはオンに設定するチェックボックス102、青色成分Gに対する変換係数kBをオフまたはオンに設定するチェックボックス103を任意の組合せで指定することができる。同図中ではチェックボックス100、101、102がオンされ、チェックボックス103はオフの状態を例示している。この例は、モノクロ変換係数が0か1かのデジタル的な選択を行うものである。
このチェックボックス設定に関して、例えば、蛍光試薬Rodamineを用いた蛍光画像の観察を行う場合、蛍光発色は上述の通り、R成分とG成分とが支配的であるから、チェックボックス100、101、102をオンに、チェックボックス103をオフとすれば(図3の状態)、好ましい階調特性のモノクロ画像が得られるであろう。
計算機17は前記GUIにて設定されたモノクロ変換係数21を、データ転送部16を介してシステム制御部11に設定する。システム制御部11は設定されたモノクロ変換係数をモノクロ変換部15に設定する。
再び図2に戻り、操作者は処理プログラム18を適用した計算機17を操作してシステム制御部11に静止画撮像を指示する(S002)。システム制御部11はTG10、メモリコントロール部13、RGB同時化処理部14、モノクロ変換部15、データ転送部16を制御して、撮像された蛍光aのRGB画像をモノクロ画像に変換して計算機17に転送する。このとき、モノクロ変換部15では前記ステップS001にて設定されたモノクロ変換係数21を適用してRGB画像をモノクロ画像に変換している。
以上述べた如く、第1の実施形態によれば、GUIによりモノクロ変換係数を容易に設定することができるから、蛍光観察の如き単色画像に対して最適化された階調特性に優れたモノクロ画像を容易に得ることができる。
なお、第1の実施形態では図3のGUIチェックボックス選択方式による構成を示したが、この構成に限られるものではない。変形例として、例えば、チェックボックスに代えて同じくGUIによるスライドバーを用いてモノクロ変換係数を準アナログ的に設定する方式を採用しても良く、スライドバーを用いた例を図4に示す。
この変形例によれば、モノクロ変換係数を格段にきめ細かく設定することができるから、例えば、蛍光試薬メーカーによる推奨値をそのまま適用することができる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態を説明する。本実施形態は第1の実施形態の構成に加えて蛍光キューブ操作をGUI設定する構成が追加されている。図5は第2の実施形態の構成を示すブロック図である。プログラム18は操作者が設定した蛍光観察法に連動して、モノクロ変換係数21と蛍光キューブ操作コマンド22とをGUI設定する。その他の構成は第1の実施形態と同様であるから、再度の説明を省略する。
第2の実施形態における作用を説明する。
図6は第2の実施形態における蛍光観察の撮像手順を示すフローチャートである。操作者はGUIにより蛍光観察法を指定する(S011)。このときモニタ19に表示されるGUI画面表示の一例を図7に示す。操作者は各種蛍光観察法が指定可能なコンボボックス121を用いて蛍光観察法を指定し、モノクロ変換係数21を「推奨値に設定する」チェックボックスにチェックを入れる。この設定に応じて、計算機17はデータ転送部16を介してシステム制御部11にモノクロ変換係数21を通知する。このモノクロ変換係数21は各蛍光観察法に適合する変換係数であり、蛍光試薬として例えば、DAPIを選択すると、kR、kG、kBとしてそれぞれ0.0, 0.3, 0.7が設定され、Rodamineを選択すると、同様に0.7, 0.3, 0.0がそれぞれ設定されるようになっている。
再び図6に戻り、ステップS011で設定されたモノクロ変換係数21を適用して変換されたモノクロ画像を得るために静止画撮像を指示する(S012)。
以上述べた如く、第2の実施形態によれば、GUIにより各種蛍光観察法に最適なモノクロ変換係数が自動的に設定されるから、階調特性に優れたモノクロ画像を容易に得ることができる。
なお、第2の実施形態では図7のGUIにより設定された蛍光観察法(具体的には、蛍光試薬)に適するモノクロ変換係数が自動的に設定される構成を示したが、この構成に限られるものではない。変形例として、例えば、操作者が選択した蛍光キューブに応じたモノクロ変換係数を自動的に設定するようにしても良い。この場合、各種蛍光キューブを装着したターレットは電動アクチュエータにより駆動可能となっており、モニタ19に表示されるGUIの一例を図8に示す。
この変形例について図6の手順に沿って説明すると、操作者がGUIにより蛍光キューブのフィルタを選択する(S011’)。蛍光キューブ選択GUI130において、操作者はWU、WB、WG等のフィルタを選択することができ、加えてチェックボックス131によって、蛍光キューブ選択GUI130で選択したフィルタに最適なモノクロ変換係数を自動的に設定することができる。ここで、フィルタWUは励起光としてB成分を選択し、蛍光のうちRGB全成分を透過させ撮像素子7に導くものであり、蛍光キューブ選択GUI130においてフィルタWUを選択した場合、RGB全成分からモノクロ画像を生成するためのモノクロ変換係数21が設定されるようになっている。
続いて、操作者はプログラム18を適用した計算機17を操作してシステム制御部11に静止画撮像を指示する(S002’)。システム制御部11はTG10、メモリコントロール部13、RGB同時化処理部14、モノクロ変換部15、データ転送部16を制御して、撮像された蛍光aのRGB画像をモノクロ画像に変換して計算機17に転送する。このとき、モノクロ変換部15では前記ステップS001にて設定されたモノクロ変換係数21を適用してRGB画像をモノクロ画像に変換している。
この変形例によれば、選択された蛍光キューブに適合するモノクロ変換係数が自動的に設定されるから、階調豊富なモノクロ画像が容易に得られる。
さらに、上述の変形例では、蛍光キューブにおいて選択されたフィルタに適するモノクロ変換係数が自動的に設定されたが、これに代える更なる変更例として、図9の如くフィルタホイールを選択するGUI141を設けて、選択されたフィルタに適合するモノクロ変換係数を設定するようにしても良い。
(第3の実施形態)
次に第3の実施形態を説明する。図10は第3の実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態ではシステム制御部11の内部に、複数のモノクロ変換係数を生成するモノクロ変換係数候補生成部23と、最良変換係数保存部24とを設け、更にモノクロ変換部15の出力のコントラスト値を評価するコントラスト評価部を設けている。
第3の実施形態における作用を説明する。
図11は第3の実施形態の蛍光観察の撮像手順を示すフローチャートである。操作者が撮影開始を指示すると、まずRGB画像撮影ステップが起動して、撮影されたRGB画像はこれまで述べた実施形態と同様にメモリ12に格納される(S031)。
続いて、システム制御部11内部のモノクロ変換係数候補生成部23は、N個のモノクロ変換係数候補を生成する。このとき生成される変換係数候補の一例を以下に示す。
R=0.1*m (m=0, 1, 2, ... 10) ・・・(式2)
G=0.1*n (n=0, 1, 2, ... 10) ・・・(式3)
B=1-kR-kG (kB>=0.0) ・・・(式4)
式2から式4によってkR、kG、kBをそれぞれ定義すると、mとnとの組合せに応じてN=55組の変換係数候補を生成する(S032)。なお、この変換係数候補は、テーブルとして予めプログラム18の一部に含めるようにしても良い。
次に、システム制御部11は最良のコントラスト評価値を与えるモノクロ変換係数を抽出するために、図12に示すフローチャートに沿って作動する。まず、システム制御部11は変換係数候補の数Nを55とし、モノクロ変換係数のカウンタIを0とし、最良変換係数保存部に保存される係数値BESTを0とし、最良変換係数保存部の評価値BEST_VALUEを0とする初期化を行う(S041)。
システム制御部11はI番目のモノクロ変換係数を読み出してモノクロ変換部15に転送し、メモリ9に格納されているRGB画像信号を読み出して同じくモノクロ変換部15に転送する(S042)。
モノクロ変換部15はS042で設定されたモノクロ変換係数を適用してモノクロ画像を生成し、それをコントラスト評価部25に転送する(S043)。
コントラスト評価部25はS043で取得したモノクロ画像のコントラスト値EVALを演算する(S044)。このコントラスト値EVALは値が大きいほどコントラストが高いものとして定義される。
システム制御部11はコントラスト評価部25からコントラスト評価値EVALを取得して最良評価値との比較を行う。ここでの比較は次の手順にて行われる。
BEST_VALUE<EVAL
であるとき、
BEST=I、
BESTVALUE=EVAL
とする(S045)。
システム制御部11は次の変換係数候補を評価するためにカウンタIをインクリメントし(S046)、I=Nであるとき後述するS048を実行し、それ以外のときS042に戻る(S047)。このループ処理によって55個のモノクロ変換係数候補がすべて評価され、最良変換係数がBESTに設定される。
システム制御部11はメモリ9からRGB画像を読み出すと共に、モノクロ変換部15に最良変換係数を設定する(S048)。モノクロ変換部15はS048で設定された最良変換係数を適用してRGB画像をモノクロ画像に変換する(S049)。
システム制御部11はS049で得られたモノクロ画像をデータ転送部16を介して計算機17に出力する(S050)。
上述の如く、本実施形態によれば、複数のモノクロ変換係数を準備しておき、撮影されたRGB画像に対して全部のモノクロ変換係数を順次適用して、コントラスト評価値の最も高いモノクロ画像を生成する最良変換係数を決定しているから、階調豊富なモノクロ画像を得ることができる。
第1の実施形態による顕微鏡撮像装置のブロック図である。 第1の実施形態における撮影動作を示すフローチャートである。 第1の実施形態における変換係数選択GUIの一例である。 変形例における変換係数選択GUIの一例である。 第2の実施形態による顕微鏡撮像装置のブロック図である。 第2の実施形態における撮影動作を示すフローチャートである。 第2の実施形態における変換係数選択GUIの一例である。 変形例における変換係数選択GUIの一例である。 別の変形例における変換係数選択GUIの一例である。 第3の実施形態による顕微鏡撮像装置のブロック図である。 第3の実施形態における撮影動作を示すフローチャートである。 最良変換係数抽出動作を示すフローチャートである。
符号の説明
1 顕微鏡本体
4 蛍光キューブ
7 撮像素子
11 システム制御部
12 メモリ
13 メモリコントロール部
14 RGB同時化処理部
15 モノクロ変換部
16 データ転送部
17 計算機
18 処理プログラム
19 モニタ
20 RGB画像信号
21 変換係数
22 モノクロ画像信号
23 モノクロ変換係数候補生成部
24 最良係数保存部
25 コントラスト評価部

Claims (10)

  1. 複数の検鏡法が適用可能な顕微鏡装置に装着される顕微鏡撮像装置であって、
    顕微鏡観察画像をカラー画像として出力する撮像手段と、
    選択された検鏡法に適合するカラー画像/モノクロ画像変換係数を設定する係数設定手段と、
    前記設定されたカラー画像/モノクロ画像変換係数を適用して前記カラー画像をモノクロ画像に変換する画像変換手段と、
    を具備することを特徴とする顕微鏡撮像装置。
  2. 前記カラー画像/モノクロ画像変換係数は、自在に設定可能であることを特徴とする請求項1記載の顕微鏡撮像装置。
  3. 前記カラー画像/モノクロ画像係数設定手段は、照明系及び/又は観察系光路に介装される光学フィルタによる選択波長に適合した変換係数が設定されることを特徴とする請求項1記載の顕微鏡撮像装置。
  4. 前記複数の検鏡法は蛍光観察法を含むことを特徴とする請求項1記載の顕微鏡撮像装置。
  5. 複数の検鏡法が適用可能な顕微鏡装置に装着される顕微鏡画像撮像装置を用いてモノクロ画像を取得する顕微鏡撮像方法であって、
    顕微鏡観察画像をカラー画像として出力し、
    選択された検鏡法に適合するカラー画像/モノクロ画像変換係数を設定し、
    前記設定されたカラー画像/モノクロ画像変換係数を適用して前記カラー画像をモノクロ画像に変換する
    ことを特徴とする顕微鏡撮像方法。
  6. 前記カラー画像/モノクロ画像変換係数は、自在に設定可能であることを特徴とする請求項5記載の顕微鏡撮像方法。
  7. 前記カラー画像/モノクロ画像係数は、照明系及び/又は観察系光路に介装される光学フィルタによる選択波長に適合した変換係数が設定されることを特徴とする請求項5記載の顕微鏡撮像方法。
  8. 前記複数の検鏡法は蛍光観察法を含むことを特徴とする請求項5記載の顕微鏡撮像方法。
  9. 複数の検鏡法が適用可能な顕微鏡装置に装着される顕微鏡撮像装置をコンピュータ装置により制御するための、コンピュータ装置可読の情報記憶媒体であって、
    顕微鏡観察画像をカラー画像として出力させ、
    検鏡法に適合するカラー画像/モノクロ画像変換係数を設定させ、
    前記設定されたカラー画像/モノクロ画像変換係数を適用して前記カラー画像をモノクロ画像に変換させる
    顕微鏡撮像動作を実行するためのコンピュータ装置用処理プログラムを格納した
    ことを特徴とするコンピュータ装置可読の情報記憶媒体。
  10. 前記複数の検鏡法は蛍光観察法を含むことを特徴とする請求項9記載の情報記憶媒体。

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