JP2008020218A - 粒子画像分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像された粒子の位相差画像から粒子の形態的特徴情報を得ることが可能な粒子画像分析装置を提供する。
【解決手段】この粒子画像分析装置は、粒子を照明するための照射部３０と、照明された粒子を撮像し、位相差画像を取得するための撮像部８０と、取得された位相差画像から粒子像を抽出し、抽出された粒子像を分析して粒子の形態的特徴を表す形態的特徴情報を求める画像処理基板６および画像データ処理部２ｂとを備える。また、画像処理基板６および画像データ処理部２ｂは、粒子像の背景に実質的に対応する輝度値よりも小さい２値化しきい値と、粒子像の背景に実質的に対応する輝度値よりも大きい２値化しきい値とに基づいて、位相差画像から粒子像を抽出する。
【選択図】図２

Description

この発明は、粒子画像分析装置に関し、特に、撮像された粒子の画像を分析する粒子画像分析装置に関する。

従来、粒子を撮像することが可能な粒子画像撮像装置や撮像された粒子の画像を分析する粒子画像分析装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に記載の粒子画像分析装置は、粒子を含む試料液が内部に流動される光透過性のフローセルと、フローセルの撮像領域に光を照射する光照射手段と、照射された光によって、フローセルの撮像領域に存在する粒子の透過光像を撮像する透過光像撮像手段と、光照射手段からフローセルに至る光路中に設けられた位相差測定用のリングスリットと、フローセルから透過光用撮像手段に至る光路中に設けられた位相差測定用の対物レンズとを備えている。上記特許文献１では、光照射手段から透過光用撮像手段の間の光路中に設けられた位相差測定用のリングスリットと位相差測定用の対物レンズとによって、位相差画像を得ることが可能である。

特開平７−２７０３０２号公報

しかしながら、上記特許文献１による粒子画像分析装置では、撮像された粒子の位相差画像から粒子像を抽出する構成が開示も示唆もされていない。このため、粒子の形態的特徴情報を得ることが困難である。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、撮像された粒子の位相差画像から粒子の形態的特徴情報を得ることが可能な粒子画像分析装置を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

この発明の一の局面による粒子画像分析装置は、撮像された粒子の画像を分析する粒子画像分析装置であって、粒子を照明するための光源部と、照明された粒子を撮像し、位相差画像を取得するための撮像部と、取得された位相差画像から粒子像を抽出し、抽出された粒子像を分析して粒子の形態的特徴を表す形態的特徴情報を求める画像処理部とを備え、画像処理部は、粒子像の背景に実質的に対応する輝度値よりも小さい第１しきい値と、輝度値よりも大きい第２しきい値とに基づいて、位相差画像から粒子像を抽出する。

この一の局面による粒子画像分析装置では、上記のように、粒子像の背景に実質的に対応する輝度値よりも小さい第１しきい値と、輝度値よりも大きい第２しきい値とに基づいて、位相差画像から粒子像を抽出することによって、抽出した粒子像から粒子の形態的特徴情報を得ることができる。

上記一の局面による粒子画像分析装置において、好ましくは、画像処理部は、第１しきい値より輝度値が小さい領域と第２しきい値より輝度値が大きい領域とを粒子領域として粒子像を抽出する。このように構成すれば、位相差測定において、粒子の厚みや大きさなどの違いにより、粒子像が背景よりも暗く写った場合と、粒子像が背景よりも明るく写った場合との両方の場合にも粒子像を抽出することができる。

この場合、好ましくは、画像処理部は、位相差画像の輝度分布を生成し、その輝度分布において粒子像の背景に実質的に対応する輝度値に対して第１所定値分小さい輝度値を第１しきい値とし、第２所定値分大きい輝度値を第２しきい値として粒子領域を決定する。このように構成すれば、画像処理部により、輝度分布において粒子像の背景に実質的に対応する輝度値から、容易に、第１しきい値および第２しきい値を設定して粒子像を抽出することができる。

上記画像処理部が位相差画像の輝度分布を生成する構成において、好ましくは、第２所定値は、第１所定値よりも大きい。このように構成すれば、粒子像が背景より明るくなる場合の粒子像の輝度値が高い場合に、正確に粒子像を抽出することができる。

上記一の局面による粒子画像分析装置において、好ましくは、画像処理部は、粒子像の背景に実質的に対応する輝度値を算出する算出手段と、第１しきい値と第２しきい値とを設定するしきい値設定手段とを含む。このように構成すれば、算出手段およびしきい値設定手段を含む画像処理部により、容易に、位相差画像から粒子像を抽出することができる。

この場合、好ましくは、粒子の流れを形成するフローセルをさらに備え、撮像部は、粒子の流れを複数回撮像するように構成されており、画像処理部は、しきい値設定手段による第１しきい値および第２しきい値の設定、および、第１しきい値および第２しきい値に基づく粒子像の抽出を、撮像された位相差画像毎に実行するように構成されている。このように構成すれば、撮像された位相差画像毎に適切なしきい値（第１しきい値および第２しきい値）が設定されるので、撮像された位相差画像毎に適切な粒子像の抽出を行うことができる。

上記一の局面による粒子画像分析装置において、好ましくは、画像処理部は、位相差画像の各画素の輝度値と第１しきい値および第２しきい値とを比較することにより、粒子像を抽出するように構成されている。このように構成すれば、第１しきい値よりも小さい輝度値を有する画素の集合と、第２しきい値よりも大きい輝度値を有する画素の集合とを粒子像として抽出することができる。

上記一の局面による粒子画像分析装置において、好ましくは、粒子像の背景に実質的に対応する輝度値が、位相差画像の最頻度輝度値である。このように構成すれば、背景に実質的に対応する輝度値を、容易に、算出することができる。

上記一の局面による粒子画像分析装置において、好ましくは、リング状のスリットを有するスリット部材と、リング状の位相膜とが、光源部と撮像部との間に配置されている。このように構成すれば、リング状のスリットを通過した光のうち、試料（粒子）の影響を受けない直接光を、リング状の位相膜により位相を変化させて像面に到達させるとともに、試料の影響を受けた回折光を、リング状の位相膜を避けて像面に到達させることができる。これにより、位相が変化した直接光と、位相が変化しない回折光とを像面において干渉させて、試料（粒子）の位相差画像を得ることができる。

上記一の局面による粒子画像分析装置において、好ましくは、粒子の形態的特徴情報は、粒子の大きさおよび形状の少なくとも一方である。このように構成すれば、粒子の大きさおよび形状の少なくとも一方を測定することができる。

上記リング状のスリットを有するスリット部材と、リング状の位相膜とが、光源部と撮像部との間に配置されている構成において、好ましくは、スリット部材と位相膜とを取り外すことにより、粒子の明視野画像を取得可能に構成されている。このように構成すれば、分析対象の粒子の性質によって、スリット部材と位相膜とを取り外すことにより、容易に、明視野測定と位相差測定とを切り換えることができる。これにより、より正確な分析を行うことができる。

上記リング状のスリットを有するスリット部材と、リング状の位相膜とが、光源部と撮像部との間に配置されている構成において、好ましくは、スリット部材と位相膜とを取り外し、スリット部材に代えてレンズを配置することにより、粒子の明視野画像を取得可能に構成されている。このように構成すれば、スリット部材と位相膜とを取り外し、スリット部材に代えてレンズを配置するという簡単な操作により、容易に、粒子画像分析装置が明視野画像を取得可能な状態に切り換えることができる。

上記スリット部材と位相膜とを取り外すことにより、粒子の明視野画像を取得可能な構成、または、上記スリット部材と位相膜とを取り外し、スリット部材に代えてレンズを配置することにより、粒子の明視野画像を取得可能な構成において、好ましくは、画像処理部は、位相差画像を画像処理する場合、粒子像の背景に実質的に対応する輝度値よりも小さい第１しきい値と、粒子像の背景に実質的に対応する輝度値よりも大きい第２しきい値とに基づいて、位相差画像から粒子像を抽出し、明視野画像を画像処理する場合、粒子像の背景に実質的に対応する輝度値よりも小さい第３しきい値に基づいて、明視野画像から粒子像を抽出する。このように構成すれば、第１しきい値、第２しきい値および第３しきい値により、位相差画像および明視野画像のいずれの画像からも粒子像を抽出することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態による粒子画像分析装置の全体構成を示した斜視図であり、図２は、図１に示した粒子画像分析装置の全体構成を示した概略図である。図３〜図１０は、図１に示した一実施形態による粒子画像処理装置の構造を説明するための図であり、図１１は、位相差測定による測定原理を説明するための図である。図１２は、図１に示した一実施形態による粒子画像分析装置の粒子画像処理装置の構成を示すブロック図である。まず、図１〜図１２を参照して、本発明の一実施形態による粒子画像分析装置の全体構成について説明する。

この粒子画像分析装置は、ファインセラミックス粒子や、顔料、化粧品パウダーなどの粉体の品質を管理するために用いられる。この粒子画像分析装置は、図１および図２に示すように、粒子画像処理装置１と、粒子画像処理装置１に電気信号線（本実施形態では、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）２.０ケーブル）３００を用いて電気的に接続される画像データ分析装置２とにより構成されている。

粒子画像処理装置１は、液体中の粒子を撮像するとともに、撮像した粒子画像を分析することにより、粒子の形態的特徴情報（大きさ、形状など）を求めるための処理を行うために設けられている。この粒子画像処理装置１により分析される粒子としては、たとえば、ファインセラミックス粒子、顔料、化粧品パウダーなどの粉体が挙げられる。また、粒子画像処理装置１は、図１に示すように、全体がカバー１ａで覆われている。このカバー１ａは、遮光の機能を有しており、内面に保温のための断熱材（図示せず）が取り付けられている。

また、粒子画像処理装置１には、図４に示すように、カバー１ａ（図１参照）で覆われた粒子画像処理装置１の内部を所定の温度（約２５℃）に保つためのペルチェ素子１ｂおよびファン１ｃが取り付けられている。上記したカバー１ａ、ペルチェ素子１ｂおよびファン１ｃにより、粒子画像処理装置１内を所定の温度（約２５℃）に保つことによって、温度変化に起因する撮像時の焦点距離のずれや、後述するシース液の粘度や比重などの特性の変化を抑制することが可能である。

また、本実施形態による粒子画像処理装置１では、粒子を撮像する際に、測定対象によって、明視野測定または位相差測定のいずれか一方に切換可能である。たとえば、測定対象が透明な粒子または透明に近い粒子である場合には、粒子は、位相差測定によって撮像され、測定対象が不透明な粒子の場合には、粒子は、明視野測定によって撮像される。位相差測定および明視野測定については、後に詳細に説明する。

また、画像データ分析装置２は、粒子画像処理装置１により処理された粒子画像を記憶および分析することにより、粒子の大きさや形状などを自動的に算出して表示するために設けられている。この画像データ分析装置２は、図１および図２に示すように、粒子画像を表示するための画像表示部（ディスプレイ）２ａと、画像データ処理部２ｂと、キーボード２ｃとを有するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）からなる。

粒子画像処理装置１は、図２に示すように、粒子懸濁液の流れを形成する流体機構部３と、粒子懸濁液の流れに対して光を照射する照明光学系４と、粒子懸濁液の流れを撮像する撮像光学系５と、撮像光学系５によって撮像された撮像画像から部分画像（粒子像）の切り出し処理などを行う画像処理基板６と、粒子画像処理装置１の制御を行うＣＰＵ基板７とを備えている。照明光学系４と撮像光学系５とは、流体機構部３を挟んで対向する位置に配置されている。

流体機構部３は、透明な石英製のフローセル８と、フローセル８に対して粒子懸濁液およびシース液の供給を行う供給機構部９と、フローセル８を支持する支持機構部１０とを含んでいる。フローセル８は、粒子懸濁液の流れを、粒子懸濁液の両側を流れるシース液の流れで挟み込むことにより、偏平な流れに変換する機能を有している。このフローセル８は、図２および図３に示すように、フローセル８の撮像光学系５側の外面の中央位置近傍に縦長形状の凹部８ａを有している。フローセル８内を流れる粒子懸濁液は、フローセル８の凹部８ａを介して撮像されるように構成されている。

供給機構部９は、図２に示すように、フローセル８に粒子懸濁液を供給するためのサンプルノズル９ａを有する供給部９ｂと、供給部９ｂに粒子懸濁液を送り込む供給口９ｃと、シース液を収容するシース液容器９ｄと、シース液を一時的に貯留するシース液チャンバ９ｅと、フローセル８内を通過したシース液を貯留する廃液チャンバ９ｆとを有している。

支持機構部１０は、図５および図６に示すように、フローセル８を矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向に移動可能に支持することによって、フローセル８と後述する対物レンズ６１（または対物レンズ６６）との間の距離を変化させることが可能なように構成されている。この支持機構部１０は、フローセル取付部材１１（図６参照）と、フローセル取付部材１１を矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向にスライド可能に支持する直動ガイド１２と、駆動力中継部１３（図５参照）と、駆動力中継部１３を矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向にスライド可能に支持する直動ガイド１４と、直動ガイド１２および直動ガイド１４が取り付けられる支持板１５と、駆動力中継部１３をスライド移動させるための駆動モータ１６とを含んでいる。また、支持機構部１０は、フローセル８が矢印Ａ方向の端部に到達したことを検知するための光透過型のセンサ１７と、フローセル８が矢印Ｂ方向の端部に到達したことを検知するための光透過型のセンサ１８と、駆動力中継部１３に取り付けられる検知片１９および２０とをさらに含んでいる。

フローセル８が支持されるフローセル取付部材１１（図６参照）と駆動力中継部１３（図５参照）とは一体的にスライドするように構成されている。駆動力中継部１３には、ネジ穴（図示せず）が設けられており、ネジ穴には、対応するネジ（図示せず）が挿入されている。このネジは、駆動モータ１６により回転する駆動モータ軸１６ａと一体的に回転するように構成されている。このような構成によって、駆動モータ１６の回転により、フローセル８は矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向にスライドされる。

駆動モータ１６は、ステッピングモータであり、粒子画像処理装置１のＣＰＵ基板７によって制御される。また、粒子画像分析装置の画像データ分析装置２は、駆動モータ１６を制御することにより、フローセル８と後述する対物レンズ６１との間の距離を調整することによって、自動的に、フローセル８内を流れる粒子懸濁液中の粒子に、後述する撮像部８０のＣＣＤカメラ８２の焦点を合わせることが可能である。

また、センサ１７は、駆動力中継部１３に取り付けられた検知片１９を検知することによって、駆動力中継部１３が矢印Ａ方向の端部に到達したことを検知する機能を有する。また、センサ１８は、駆動力中継部１３に取り付けられた検知片２０を検知することによって、駆動力中継部１３が矢印Ｂ方向の端部に到達したことを検知する機能を有する。なお、駆動力中継部１３と、フローセル８が取り付けられるフローセル取付部材１１とは、一体的にスライドするため、センサ１７および１８は、それぞれ、フローセル８が矢印Ａ方向およびＢ方向の端部位置に到達したことを検知することが可能である。これにより、フローセル８が対物レンズ（明視野測定用の対物レンズ６１または位相差測定用の対物レンズ６６）またはコンデンサレンズ５３に接触することが抑制される。

照明光学系４は、図２、図５および図６に示すように、照射部３０と、照射部３０よりもフローセル８側に設置される減光部４０と、減光部４０よりもフローセル８側に設置される集光部５０とにより構成されている。照射部３０は、光をフローセル８に向かって照射するために設けられている。

この照射部３０は、図５および図６に示すように、光源としてのランプ３１と、視野絞り部３２と、ランプ３１および視野絞り部３２を支持するブラケット３３とを含んでいる。視野絞り部３２は、後述する撮像部８０による撮像可能な視野の範囲を調節するために設けられている。また、ランプ３１は、画像データ分析装置２によって発光電圧が制御される。

また、ランプ３１は、粒子を撮像する際に、パルス光を１／６０秒毎に周期的に照射する。これにより、１秒間に６０フレーム分の粒子画像が撮像される。通常の測定では、１回の測定において、１分間で３６００フレーム分の粒子画像が撮像される。

減光部４０は、照射部３０からの光を減光することにより、光の強度を調節するために設けられている。この減光部４０は、図５および図６に示すように、照射部３０に対して固定的に取り付けられる固定減光部４０ａと、照射部３０に対して図５のＸ方向に移動可能に取り付けられる移動減光部４０ｂと、固定減光部４０ａおよび移動減光部４０ｂを支持するブラケット４０ｃとを含んでいる。

固定減光部４０ａは、固定減光フィルタ４１と、２つの長ネジ４２と、レール部材４３と、位置決めピン４４とを有している。固定減光フィルタ４１は、レール部材４３に対して取外し可能に構成されることにより、減光率の異なる他の固定減光フィルタ４１と交換可能に構成されている。２つの長ネジ４２は、固定減光フィルタ４１をレール部材４３に取り付けるために設けられている。位置決めピン４４は、固定減光フィルタ４１のレール部材４３に対する位置決めとしての機能を有している。

移動減光部４０ｂは、移動減光フィルタ４５と、移動減光フィルタ４５を直動ガイド４６（図６参照）に沿って移動させるための駆動機構部４７と、移動減光フィルタ４５に取り付けられた検知片４８（図５参照）と、ブラケット４０ｃに取り付けられるとともに、検知片４８を検知するための光透過型のセンサ４９（図５参照）とを含んでいる。移動減光フィルタ４５は、固定減光部４０ａよりも照射部３０側に設置されるとともに、照射部３０からの光を減光可能な作動位置と、照射部３０からの光に影響を与えない退避位置とを移動可能に構成されている。駆動機構部４７は、ピストンロッド４７ａ（図５参照）を有する駆動源としてのエアシリンダ４７ｂと、エアシリンダ４７ｂのピストンロッド４７ａに連結部材４７ｃを介して接続される駆動伝達部材４７ｄとを有している。この駆動伝達部材４７ｄは、移動減光フィルタ４５に取り付けられている。なお、この移動減光フィルタ４５は、上記した固定減光フィルタ４１と異なり、減光率の異なる他の移動減光フィルタ４５とは容易に交換できないように取り付けられている。なお、移動減光フィルタ４５は、後述するリレーレンズ（レンズ８８およびレンズ８９）による倍率切換の際の光量調整に使用される。

集光部５０は、減光部４０により減光された光をフローセル８に向かって集光するために設けられている。この集光部５０は、図５および図６に示すように、明視野測定用の補助レンズ５１と、補助レンズ５１よりもフローセル８（図６参照）側に設置される開口絞り５２と、開口絞り５２よりもフローセル８側に設置されるコンデンサレンズ５３と、開口絞り５２の開口数を調節するための絞り調整部５４と、ブラケット５５とを含んでいる。開口絞り５２は、照射部３０側からの光の量を調節するために設けられている。

ここで、本実施形態では、図７に示すように、位相差測定を行う場合、明視野測定用の補助レンズ５１（図６参照）は、位相差測定用の補助レンズ５６に交換される。位相差測定用の補助レンズ５６には、図８および図９に示すように、リング状のスリット５６ａが設けられている。このリング状のスリット５６ａにより、後述するランプ３１から照射された光のうち、試料の影響を受けない光を、後述する位相差測定用の対物レンズ６６の位相膜６６ａに入射させることが可能である。

撮像光学系５は、図２および図４に示すように、対物レンズ部６０と、結像レンズ部７０と、撮像部８０とにより構成されている。

対物レンズ部６０は、照明光学系３０からの光により照射されたフローセル８（図６参照）の内部を流れる粒子懸濁液中の粒子の光像を拡大するために設けられている。この対物レンズ部６０は、図５および図６に示すように、明視野測定用の対物レンズ６１と、対物レンズ６１を保持するための対物レンズホルダ６２と、対物レンズホルダ６２を支持するためのブラケット６３と、位置決めピン６４（図５参照）と、固定ネジ６５とを含んでいる。

ここで、本実施形態では、位相差測定により撮像する際は、図７に示すように、明視野測定用の対物レンズ６１（図６参照）は、位相差測定用の対物レンズ６６に交換される。位相差測定用の対物レンズ６６には、図１０に示すように、内部にリング状の位相膜６６ａが設けられている。この位相膜６６ａは、透明な位相板（図示せず）に取り付けられている。また、位相膜６６ａは、位相膜６６ａを通過した光の位相を、たとえば４分の１波長ずらす機能を有する。また、位相膜６６ａは、前述の位相差用の補助レンズ５６のリング状のスリット５６ａに対応した大きさを有し、リング状のスリット５６ａを通過した光のうち、試料の影響を受けない（試料により回折されない）光は、実質的に全てが位相膜６６ａに入射するように構成されている。

ここで、位相差測定の測定原理について説明する。位相差測定では、図１１に示すように、リングスリットを通過した光は、コンデンサレンズによって集光された後、試料（粒子）に入射する。試料（粒子）に入射した光は、試料の影響を受けない直接光と、試料の影響を受けて回折するとともに試料の形態的情報を有する回折光とに分離する。そして、試料の影響を受けない直接光は、対物レンズに入射した後、実質的に全てが位相膜を通過するように構成されている。そして、位相膜を通過した直接光は、位相がたとえば４分の１波長変化した状態で像面に到達する。また、試料の影響を受けた回折光は、対物レンズに入射した後、位相膜を通過せずに像面に到達する。なお、位相板を通過することによっては位相は変化しない。そして、位相が変化した直接光と、回折光とが像面において干渉することにより、像面に明暗のコントラストが得られる。この位相差測定では、試料の構造または厚みなどによってコントラストの状態が異なる。すなわち、直接光と回折光とが逆位相で干渉した場合には、直接光と回折光とが互いに弱めあうため、直接光と回折光との干渉光による試料像は、直接光による背景よりも暗くコントラストがつく。また、直接光と回折光とが同位相で干渉した場合には、直接光と回折光とが互いに強め合うため、試料像は、背景よりも明るくコントラストがつく。

なお、明視野測定では、試料（粒子）に当たって遮られた光は対物レンズ６１に入らないか、または、強度が弱められて対物レンズ６１に入る。また、試料（粒子）に当たらない光は、直接対物レンズ６１に入る。このため、明視野測定では、撮像画像の背景が試料像（粒子像）に比べて明るく映る（大きい輝度値を有する）。

結像レンズ部７０は、図４に示すように、対物レンズ部６０で拡大された粒子の光像を結像するための結像レンズ７１と、結像レンズ７１を保持するブラケット７２とを含んでいる。

撮像部８０は、結像レンズ部７０で結像された粒子像を撮像するために設けられている。この撮像部８０は、図４に示すように、リレーレンズボックス８１と、ＣＣＤカメラ８２と、リレーレンズボックス８２を２つの直動ガイド８３に沿って図４のＰ方向にスライドさせるための駆動機構部８４と、撮像部８０を覆う遮光カバー８５と、リレーレンズボックス８１に取り付けられた検知片８６と、検知片８６を検知するための光透過型のセンサ８７とを含んでいる。リレーレンズボックス８１には、２倍の拡大倍率を有するレンズ８８と、０．５倍の拡大倍率を有するレンズ８９とが内蔵されている。リレーレンズボックス８１をＰ方向にスライドさせることによって、２倍の拡大倍率を有するレンズ８８と、０．５倍の拡大倍率を有するレンズ８９とを交換可能である。

次に、図２および図１２を参照して、画像処理基板６の構成について説明する。画像処理基板６は、図１２に示すように、ＣＰＵ９１と、ＲＯＭ９２と、メインメモリ９３と、画像処理プロセッサ９４と、フレームバッファ９５と、フィルタテスト用メモリ９６と、バックグラウンド補正データ用メモリ９７と、プライムコードデータ格納用メモリ９８と、頂点データ格納用メモリ９９と、結果データ格納用メモリ１００と、画像入力インターフェース１０１と、ＵＳＢインターフェース１０２とにより構成されている。ＣＰＵ９１、ＲＯＭ９２、メインメモリ９３および画像処理プロセッサ９４は、互いにデータの送受信が可能なようにバス（ＢＵＳ）により接続されている。また、画像処理プロセッサ９４は、フレームバッファ９５、フィルタテスト用メモリ９６、バックグラウンド補正データ用メモリ９７、プライムコードデータ格納用メモリ９８、頂点データ格納用メモリ９９、結果データ格納用メモリ１００および画像入力インターフェース１０１と、それぞれ、個別のバス（ＢＵＳ）により接続されている。これにより、画像処理プロセッサ９４から、フレームバッファ９５、フィルタテスト用メモリ９６、バックグラウンド補正データ用メモリ９７、プライムコードデータ格納用メモリ９８、頂点データ格納用メモリ９９および結果データ格納用メモリ１００へ、それぞれ、データの読み出し、および書き込みが可能になるとともに、画像入力インターフェース１０１から画像処理プロセッサ９４へデータの入力が可能になる。このような画像処理基板６のＣＰＵ９１は、ＰＣＩバスを介してＵＳＢインターフェース１０２に接続されている。ＵＳＢインターフェース１０２は、図示しないＵＳＢ／ＲＳ−２３２ｃ変換器を介してＣＰＵ基板７に接続されている。

ＣＰＵ９１は、ＲＯＭ９２に記憶されているコンピュータプログラムと、メインメモリ９３にロードされたコンピュータプログラムとを実行する機能を有している。ＲＯＭ９２は、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどにより構成されている。このＲＯＭ９２には、ＣＰＵ９１により実行されるコンピュータプログラムや、コンピュータプログラムに用いるデータなどが記録されている。メインメモリ９３は、ＳＲＡＭまたはＤＲＡＭなどにより構成されている。このメインメモリ９３は、ＲＯＭ９２に記録されているコンピュータプログラムの読み出しに用いられるとともに、コンピュータプログラムをＣＰＵ９１が実行する際のＣＰＵ９１の作業領域として使用される。

画像処理プロセッサ９４は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などにより構成されている。この画像処理プロセッサ９４は、メディアンフィルタ処理回路、ラプラシアンフィルタ処理回路、２値化処理回路、エッジトレース処理回路、重なりチェック処理回路、結果データ作成回路などの画像処理を実行可能なハードウェアを備える画像処理専用のプロセッサである。フレームバッファ９５、フィルタテスト用メモリ９６、バックグラウンド補正データ用メモリ９７、プライムコードデータ格納用メモリ９８、頂点データ格納用メモリ９９および結果データ格納用メモリ１００は、それぞれ、ＳＲＡＭやＤＲＡＭなどにより構成されている。これらのフレームバッファ９５、フィルタテスト用メモリ９６、バックグラウンド補正データ用メモリ９７、プライムコードデータ格納用メモリ９８、頂点データ格納用メモリ９９および結果データ格納用メモリ１００は、画像処理プロセッサ９４が画像処理を実行する際のデータの格納用として使用される。

画像入力インターフェース１０１は、Ａ／Ｄ変換器を含むビデオデジタイズ回路（図示せず）を備えている。この画像入力インタフェース１０１は、図２および図１２に示すように、ビデオ信号ケーブル１０３によってＣＣＤカメラ８２（撮像部８０）に電気的に接続されている。これにより、ＣＣＤカメラ８２から入力されたビデオ信号は、画像入力インターフェース１０１（図１２参照）でＡ／Ｄ変換される。そして、デジタル化された画像データ（粒子画像）は、フレームバッファ９５に格納されるように構成されている。ＵＳＢインターフェース１０２は、ＣＰＵ基板７と図示しないＵＳＢ／ＲＳ−２３２ｃ変換器を介して接続されている。また、ＵＳＢインターフェース１０２は、電気信号線（ＵＳＢ２．０ケーブル）３００によって画像データ分析装置２に接続されている。ＣＰＵ基板７は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどにより構成されており、粒子画像処理装置１を制御する機能を有している。

画像データ分析装置２は、図１および図２に示すように、画像表示部２ａと、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびハードディスクなどを備えた装置本体としての画像データ処理部２ｂと、キーボードなどの入力装置２ｃとを含むパーソナルコンピュータ（ＰＣ）により構成されている。画像データ処理部２ｂのハードディスクには、粒子画像処理装置１と通信することにより粒子画像処理装置１での処理結果に基づいて画像データの解析処理および統計処理を行うためのアプリケーションプログラムがインストールされている。このアプリケーションプログラムは、画像データ処理部２ｂのＣＰＵにより実行されるように構成されている。

次に、図２、図３、図４、図１２および図１３を参照して、本発明の一実施形態による粒子画像処理装置１の動作について説明する。まず、バックグラウンド補正データを生成するためのバックグラウンド補正用画像の撮像が行われる。具体的には、フローセル８にシース液のみを供給した状態で、ランプ３１からパルス光を１／６０秒毎に周期的に照射し、ＣＣＤカメラ８２により撮像が行われる。これによって、粒子がフローセル８内を通過していない状態の１／６０秒毎の静止画像（バックグラウンド補正用画像）が、対物レンズ６１または６６を介してＣＣＤカメラ８２により撮像される。そして、粒子が写っていない状態の複数のバックグラウンド補正用画像を画像処理基板６に取り込む。これにより、図１３に示すように、１つのバックグラウンド補正データを生成する。そして、画像処理基板６では、バックグラウンド補正データをバックグラウンド補正データ用メモリ９７（図１２参照）に格納するとともに、電気信号線（ＵＳＢ２．０ケーブル）３００を介して画像データ分析装置２の画像データ処理部２ｂに送信する。そして、画像データ分析装置２側では、受信したバックグラウンド補正データを画像データ処理部２ｂ内のメモリに保存する。なお、このバックグラウンド補正データを生成する処理は、粒子の撮像開始前に１回だけ実行される。

次に、粒子の撮像が行われる。具体的には、図２に示す供給口９ｃに供給された粒子懸濁液は、フローセル８の上方に位置する供給部９ｂに送り込まれる。そして、供給部９ｂの粒子懸濁液は、供給部９ｂに設けられたサンプルノズル９ａ（図２参照）の先端から少しずつフローセル８内に押し出される。また、シース液もシース液容器９ｄからシース液チャンバ９ｅおよび供給部９ｂを介してフローセル８内に送り込まれる。そして、粒子懸濁液は、図３に示すように、シース液に両側を挟み込まれることにより流体力学的に偏平な形状に絞られた状態で、フローセル８内を上方から下方に向かって流れる。そして、粒子懸濁液は、図２に示すように、フローセル８内を通過した後、廃液チャンバ９ｆを介して排出される。上記のように、流体機構部３のフローセル８で偏平な形状に絞られた粒子懸濁液の流れに対して、照明光学系４の照射部３０から光を照射することによって、撮像光学系５において粒子の画像が対物レンズ部６０を介して撮像部８０により撮像される。

このとき、フローセル８内で偏平に絞られた粒子懸濁液の流れに対して、ランプ３１（図４参照）からパルス光を１／６０秒毎に周期的に照射する。このランプ３１からのパルス光の照射は、６０秒間行われる。これによって、合計３６００枚の粒子の静止画像が対物レンズ６１または６６を介してＣＣＤカメラ８２により撮像される。

また、粒子懸濁液の流れの偏平な面を撮像部８０で撮像することにより、撮像される粒子の重心と、撮像部８０のＣＣＤカメラ８２の撮像面との距離を実質的に一定にすることが可能である。これにより、粒子の大きさに関わらず常にピントの合った粒子像を得ることが可能である。

そして、ＣＣＤカメラ８２によって撮像された撮像画像（粒子画像）は、ビデオ信号ケーブル１０３を介してビデオ信号として画像処理基板６（図１２参照）へ出力される。画像処理基板６の画像入力インターフェース１０１では、ＣＣＤカメラ８２（図１２参照）からのビデオ信号をＡ／Ｄ変換することにより、デジタル化された画像データを生成する。図１２に示す画像入力インターフェース１０１が出力した画像データは、転送されてフレームバッファ９５に格納される。そして、フレームバッファ９５に格納されたフレームデータに対して、図１３に示すように、画像処理基板６による画像データからの部分画像（粒子像）の切り出し処理（抽出）と、画像データ処理部２ｂへの画像処理結果データの送信とが行われる。この場合、まず、画像処理基板６の画像処理プロセッサ９４（図１２参照）による以下のような画像処理が実行される。

図１４は、図１２に示した一実施形態による粒子画像処理装置の画像処理プロセッサの撮像画像の処理手順を示したフローチャートである。図１５〜図２３は、図１２に示した一実施形態による粒子画像処理装置の画像処理プロセッサの撮像画像の処理方法を説明するための図である。次に、図１２〜図２３を参照して、一実施形態による粒子画像処理装置１の画像処理プロセッサ９４の撮像画像の処理方法を説明する。

画像処理プロセッサ９４による画像処理としては、ステップＳ１において、画像処理プロセッサ９４は、フレームバッファ９５に格納された粒子画像（画像データ）に対してノイズ除去処理を実行する。すなわち、画像処理プロセッサ９４には、上記したように、メディアンフィルタ処理回路が設けられている。このメディアンフィルタ処理回路によるメディアンフィルタ処理を施すことによって、粒子画像中のゴミなどのノイズが除去される。このメディアンフィルタ処理は、注目画素およびその近傍の８画素を含む計９画素について、各々の輝度値を数値の大きい（または、小さい）順に並べて、９画素の画素値のメディアン（中間値）を注目画素の輝度値とする処理である。

次に、ステップＳ２において、画像処理プロセッサ９４は、粒子懸濁液の流れに対する照射光の強度むらを補正するためのバックグラウンド補正処理を実行する。すなわち、画像処理プロセッサ９４には、上記したように、ラプラシアンフィルタ処理回路が設けられている。バックグラウンド補正処理では、ラプラシアンフィルタ処理回路によって、予め取得されてバックグラウンド補正データ用メモリ９７に格納されているバックグラウンド補正データと、メディアンフィルタ処理後の粒子画像との比較演算を行い、粒子画像から大部分の背景画像を除去した補正画像を生成する。

次に、ステップＳ３において、画像処理プロセッサ９４は、輪郭強調処理を実行する。この輪郭強調処理においては、ラプラシアンフィルタ処理回路によるラプラシアンフィルタ処理が行われる。このラプラシアンフィルタ処理は、注目画素およびその近傍の８画素を含む計９画素について、各々の輝度値と、対応する所定の係数とを掛け合わせ、その乗算結果の和を注目画素の輝度値とする処理である。図１５に示すように、注目画素Ｘ（ｉ，ｊ）に対応する係数を「２」とし、注目画素と上下左右方向で隣接する４つの画素Ｘ（ｉ，ｊ−１）、Ｘ（ｉ，ｊ＋１）、Ｘ（ｉ−１，ｊ）、および、Ｘ（ｉ＋１，ｊ）に対応する係数を「−１／４」とし、注目画素と斜め方向で隣接する４つの画素Ｘ（ｉ−１，ｊ−１）、Ｘ（ｉ＋１，ｊ−１）、Ｘ（ｉ＋１，ｊ＋１）、および、Ｘ（ｉ−１，ｊ＋１）に対応する係数を「０」としている。そして、以下の式（１）によって、ラプラシアンフィルタ処理後の注目画素の輝度値Ｙ（ｉ，ｊ）を算出する。なお、以下の式（１）による演算の結果が２５５よりも大きい場合には２５５を出力し、式（１）による演算の結果が負の数となる場合には０を出力する。
Ｙ（ｉ，ｊ） ＝ ２×Ｘ（ｉ，ｊ）−０．２５×（Ｘ（ｉ，ｊ−１）＋Ｘ（ｉ−１，ｊ）＋Ｘ（ｉ，ｊ＋１）＋Ｘ（ｉ＋１，ｊ））＋０．５ ・・・（１）

次に、ステップＳ４において、画像処理プロセッサ９４は、輪郭強調処理が施された後のデータに基づいて、２値化のスレッシュホールドレベル（２値化しきい値）を設定する。すなわち、画像処理プロセッサ９４のラプラシアンフィルタ回路には、２値化しきい値設定処理を実行する輝度ヒストグラマ部が設けられている。まず、画像処理プロセッサ９４は、ラプラシアンフィルタ処理後の画像データから輝度ヒストグラム(図１６および図１７参照)を作成する。図１６は、明視野測定による撮像画像の輝度ヒストグラムを示し、図１７は、位相差測定による撮像画像の輝度ヒストグラムを示している。画像処理プロセッサ９４は、この輝度ヒストグラムに対して所定のスムージング処理を行う。そして、スムージング処理後の輝度ヒストグラムから、図１６および図１７に示すように、背景に実質的に対応する輝度値である最頻度輝度値を求めた後、この最頻度輝度値を用いて以下の式（２）または（３）によって２値化しきい値を算出する。
２値化しきい値 ＝ 最頻度輝度値 × α（パーセント） ＋ β ・・・（２）
２値化しきい値 ＝ 最頻度輝度値 − γ ・・・（３）
２値化しきい値 ＝ 最頻度輝度値 ＋ δ ・・・（４）
上記式（２）は、明視野測定による撮像画像に対して適用され、上記式（３）および式（４）は、位相差測定による撮像画像に対して適用される。なお、上記式（２）、（３）および（４）において、α、β、γおよびδは、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）からなる画像データ分析装置２を用いてユーザにより設定可能なパラメータであり、ユーザは、測定対象によってα、β、γおよびδの値を変更可能である。なお、αおよびβのデフォルト値（既定値）は、それぞれ、「９０」および「０」である。また、γおよびδの値は、それぞれ、「５〜２０」および「２０〜５０」に設定される。本実施形態では、位相差測定において２値化しきい値を決定するパラメータであるγおよびδは、δがγよりも大きくなるように設定される。

次に、ステップＳ５において、画像処理プロセッサ９４は、２値化しきい値設定処理で設定したスレッシュホールドレベル（２値化しきい値）で、ラプラシアンフィルタ処理後の画像に対して２値化処理を行う。すなわち、明視野測定による撮像画像に対しては、上記式（２）で算出された値より小さい輝度値を有する画素の集合を粒子像として抽出する。また、位相差測定による撮像画像に対しては、上記式（３）で算出された値（２値化しきい値）よりも小さい輝度値を有する画素の集合と、上記式（４）で算出された値（２値化しきい値）より大きい輝度値を有する画素の集合とを粒子像として抽出する。

そして、ステップＳ６において、２値化処理が施された画像の各画素に対して、プライムコードおよび多重点情報を取得する。すなわち、画像処理プロセッサ９４には、２値化処理回路が設けられている。この２値化処理回路によって、２値化処理およびプライムコード・多重点情報取得処理が実行される。なお、プライムコードとは、注目画素およびその近傍の８つの画素を含む計９画素について求められる２値化コードであり、以下のように定義される。プライムコードデータ格納用メモリ９８は、図１８に示すように、１ワード（１１ｂｉｔ）中にプライムコード格納領域９８ａおよび多重点数格納領域９８ｂの２つの領域を含んでいる。プライムコード格納領域９８ａは、図１８中のｂｉｔ０〜ｂｉｔ７で示す８ｂｉｔの領域であり、多重点数格納領域９８ｂは、図１８中のｂｉｔ８〜ｂｉｔ１０で示す３ｂｉｔの領域である。次に、プライムコードの定義について説明する。図１９に示すように、２値化処理された画像データのＰ０〜Ｐ８の９画素について、Ｐ１〜Ｐ３の画素値が０になっており、Ｐ０およびＰ４〜Ｐ８の画素値が１となっている。なお、Ｐ０〜Ｐ８の９画素に各々対応する輝度値が２値化しきい値以上の場合には、Ｐ０〜Ｐ８の画素値が１となり、Ｐ０〜Ｐ８の９画素に各々対応する輝度値が２値化しきい値未満の場合には、Ｐ０〜Ｐ８の画素値が０となる。この場合のプライムコードを説明する。注目画素Ｐ８以外の８つの画素Ｐ０〜Ｐ７は、プライムコード格納領域９８ａのｂｉｔ０〜ｂｉｔ７に各々対応している。つまり、プライムコード格納領域９８ａは、下位ビット（ｂｉｔ０）から上位ビット（ｂｉｔ７）へ向けて、８つの画素Ｐ０〜Ｐ７の画素値が各々格納されるように構成されている。これにより、プライムコードは、２進数表記では１１１１０００１となり、１６進数表記ではＦ１となる。なお、注目画素Ｐ８の画素値は、プライムコードには含まれない。

また、注目画素とその近傍の８画素とによって構成される領域が、粒子像の境界の一部である場合、すなわち、プライムコードが２進数表記で００００００００以外の場合には、多重点情報が求められる。多重点とは、後述するエッジトレースの際に何回通過する可能性があるかを示すコードであり、予めルックアップテーブル（図示せず）に全てのパターンに対応する多重点情報が記憶されている。そして、このルックアップテーブルを参照することによって多重点数が求められる。図２０を参照して、Ｐ２およびＰ５〜Ｐ８の４画素の画素値が１であり、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ３およびＰ４の４画素の画素値が０である場合には、図２０中の矢印ＣおよびＤで示すように、エッジトレースの際に注目画素Ｐ８を２回通過する可能性がある。したがって、注目画素Ｐ８は２重点となり、多重点数は２となる。この多重点数は、多重点数格納領域９８ｂに格納される。

次に、ステップＳ７において、画像処理プロセッサ９４は、頂点データを作成する。この頂点データ作成処理も、上記した２値化処理およびプライムコード・多重点情報取得処理と同様、画像処理プロセッサ９４に設けられた２値化処理回路によって実行される。頂点データとは、後述するエッジトレースを開始する予定の座標を示すデータである。注目画素およびその近傍の８画素を含む計９画素の領域が、以下の３つの条件（条件（１）〜条件（３））をすべて満たす場合にのみ頂点であると判断される。
条件（１）・・・注目画素Ｐ８の画素値が１である。
条件（２）・・・注目画素Ｐ８の上方の３画素（Ｐ１〜Ｐ３）、および、注目画素Ｐ８の左隣の１画素（Ｐ４）の画素値が０である。
条件（３）・・・注目画素Ｐ８の右隣の１画素（Ｐ０）、および、注目画素Ｐ８の下方の３画素（Ｐ５〜Ｐ７）のうち少なくとも１つの画素の画素値が１である。

画像処理プロセッサ９４は、全画素の中から頂点に該当する画素を検索し、作成した頂点データ（頂点の位置を示す座標データ）を頂点データ格納用メモリ９９に格納する。

次に、ステップＳ８において、画像処理プロセッサ９４は、エッジトレース処理を実行する。画像処理プロセッサ９４には、上記したように、エッジトレース処理回路が設けられており、エッジトレース処理回路によりエッジトレース処理が実行される。このエッジトレース処理では、まず、頂点データからエッジトレースを開始する座標を特定し、この座標からプライムコードと、予め記憶されている進行方向を決定するためのコードとに基づいて、粒子像のエッジトレースを行う。そして、画像処理プロセッサ９４は、エッジトレースの際に、各粒子像の面積値、直行カウント数、斜行カウント数、コーナカウント数および位置を算出する。ここで、粒子像の面積値とは、粒子像を構成する画素の総数、すなわち、エッジで囲まれた領域の内側に含まれる画素の総数をいう。また、直行カウント数とは、粒子像の３画素以上のエッジ画素が上下方向または左右方向に直線状に並ぶ場合に、その直線区間の両端のエッジ画素を除いたエッジ画素の総数をいう。すなわち、直行カウント数は、粒子像のエッジのうち、上下方向または左右方向へ延びた直線成分を構成するエッジ画素の総数のことである。また、斜行カウント数とは、粒子像の３画素以上のエッジ画素が斜め方向に直線状に並ぶ場合に、その斜め方向の直線区間の両端のエッジ画素を除いたエッジ画素の総数をいう。すなわち、斜行カウント数は、粒子像のエッジのうち、斜め方向へ延びた直線成分を構成するエッジ画素の総数のことである。また、コーナカウント数とは、粒子像のエッジ画素のうち、隣り合う複数のエッジ画素がそれぞれ異なる方向で接する（たとえば、一方のエッジ画素とは上方で隣り合い、他方のエッジ画素とは左方で隣り合う場合など）エッジ画素の総数をいう。すなわち、コーナカウント数は、粒子像のエッジのうち、コーナを構成するエッジ画素の総数のことである。また、粒子像の位置は、粒子像の右端、左端、上端および下端の座標により決定される。画像処理プロセッサ９４は、上記した算出結果のデータを、画像処理プロセッサ９４に内蔵されている内部メモリ（図示せず）に格納する。

次に、ステップＳ９において、画像処理プロセッサ９４は、粒子の重なりチェック処理を実行する。画像処理プロセッサ９４には、上記したように、重なりチェック回路が設けられており、この重なりチェック回路によって、重なりチェック処理が実行される。この粒子の重なりチェック処理においては、まず、画像処理プロセッサ９４が、上記したエッジトレース処理による粒子像の解析結果に基づいて、１つの粒子像（外側粒子像）の中に他の粒子像（内側粒子像）が包含されているか否かを判別する。そして、外側粒子像の中に内側粒子像が存在する場合には、内側粒子像を後述する結果データ作成処理における部分画像の切り出し対象から除外する。次に、内側粒子像が存在するか否かの判別原理について説明する。まず、図２１に示すように、２つの粒子像Ｇ１およびＧ２を選択し、一方の粒子像Ｇ１のＸ座標の最大値Ｇ１ＸＭＡＸおよび最小値Ｇ１ＸＭＩＮと、Ｙ座標の最大値Ｇ１ＹＭＡＸおよび最小値Ｇ１ＹＭＩＮとを特定する。次に、他方の粒子像Ｇ２のＸ座標の最大値Ｇ２ＸＭＡＸおよび最小値Ｇ２ＸＭＩＮと、Ｙ座標の最大値Ｇ２ＹＭＡＸおよび最小値Ｇ２ＹＭＩＮとを特定する。そして、以下の４つの条件（条件（４）〜条件（７））を全て満たす場合に、粒子像Ｇ１は、粒子像Ｇ２を包含していると判別されて、内側粒子像が存在すると判別される。
条件（４）・・・粒子像Ｇ１のＸ座標の最大値Ｇ１ＸＭＡＸが、粒子像Ｇ２のＸ座標の最大値Ｇ２ＸＭＡＸよりも大きい。
条件（５）・・・粒子像Ｇ１のＸ座標の最小値Ｇ１ＸＭＩＮが、粒子像Ｇ２のＸ座標の最小値Ｇ２ＸＭＩＮよりも小さい。
条件（６）・・・粒子像Ｇ１のＹ座標の最大値Ｇ１ＹＭＡＸが、粒子像Ｇ２のＹ座標の最大値Ｇ２ＹＭＡＸよりも大きい。
条件（７）・・・粒子像Ｇ１のＹ座標の最小値Ｇ１ＹＭＩＮが、粒子像Ｇ２のＹ座標の最小値Ｇ２ＹＭＩＮよりも小さい。

上記した重なりチェック処理の結果データは、画像処理プロセッサ９４の内部メモリ（図示せず）に格納される。

次に、ステップＳ１０において、画像処理プロセッサ９４は、上記したステップＳ１〜Ｓ９における処理により特定した個々の粒子像を個別に含む部分画像を粒子画像から切り出す（抽出する）とともに、画像処理結果データを作成する。画像処理プロセッサ９４には、上記したように、結果データ作成回路が設けられており、結果データ作成回路により結果データ作成処理が実行される。この結果データ作成処理により作成される部分画像は、粒子画像から、１つの粒子と、予め設定されている余白値によって決定される粒子の周囲の領域とを含む矩形領域を切り出した画像である。なお、本実施形態による矩形領域は、図２２に示す粒子像の上端の座標（ＹＭＩＮ）、下端の座標（ＹＭＡＸ）、左端の座標（ＸＭＩＮ）および右端の座標（ＸＭＡＸ）により決定される領域Ｒ１よりも上下左右方向に各々３画素分ずつ広い領域Ｒ２のことをいう。

ここで、画像処理結果データは、図２３に示すように、上記したステップＳ１０における画像処理によって認識された全ての粒子像についての部分画像データ、粒子像の面積値（画素数）、直行カウント数、斜行カウント数およびコーナカウント数などのデータに加えて、粒子像を含む部分画像の位置のデータ（ＸＭＩＮ、ＸＭＡＸ、ＹＭＩＮおよびＹＭＡＸ）や、画像データの格納位置のデータを含んでいる。この画像処理結果データは、１フレーム毎に生成される。なお、１フレームの画像処理結果データ（１フレームデータ）の大きさは、６４キロバイトの固定長である。このため、１粒子データの大きさによって、１フレームデータの大きさが変化することはない。また、１フレームデータは、前フレームデータに上書きされて生成される。図２３に示した１フレームデータでは、各々の１粒子データが非常に大きいため、４つの粒子データのみが埋め込まれている。１粒子データ長が小さい場合や、１粒子データの数が少ない場合には、１フレームデータの先頭からデータが埋め込まれていくので、１フレームデータの末尾に前フレームデータが残ることがある。しかしながら、転送先の画像データ処理部２ｂでは、１粒子データ内に記憶されている１フレーム内の粒子総数によって、１フレームデータ内の１粒子データを認識するため、末尾に残った前フレームデータが認識されることはない。画像処理プロセッサ９４は、結果データ作成処理によって作成した画像処理結果データを結果データ格納用メモリ１００に格納する。このようにして、画像処理プロセッサ９４による画像処理（粒子像の抽出）が終了する。なお、画像処理プロセッサ９４は、以上のような一連の画像処理をパイプライン処理によって繰り返し実行し、１フレーム毎の部分画像を３６００フレーム分について生成する。なお、１フレーム内に粒子画像が存在しない場合は、図２３に示した１フレーム内の１粒子データの先頭データを上書きするとともに、ヘッダーとフッターとの間の粒子情報を「０」で埋める。

図２４は、図１３に示した一実施形態による画像データ処理部の画像解析処理モジュールの動作手順を示したフローチャートである。次に、図２４を参照して、画像データ処理装置２の画像データ処理部２ｂによる部分画像の解析処理の動作について説明する。

前述したように、画像データ処理部２ｂのハードディスクには、部分画像の解析処理を行うためのアプリケーションプログラム（画像解析処理モジュール）がインストールされている。そして、この画像解析処理モジュールにより部分画像の解析処理が実行される。この部分画像の解析処理動作では、まず、図２４に示したステップＳ２１において、画像データ処理部２ｂが、１フレーム分の画像処理結果データ（部分画像を含む）を受信する。そして、ステップＳ２２において、受信した１フレーム分の画像処理結果データ内に入っている粒子数を取得する。

ここで、ステップＳ２３において、画像データ処理部２ｂは、画像データ格納位置（図２３参照）に基づいて、１フレーム分の画像処理結果データから部分画像を抽出する。そして、ステップＳ２４、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ２７およびＳ２８において、ノイズ除去処理、バックグラウンド補正処理、２値化しきい値設定処理、２値化処理およびエッジトレース処理の各処理を実行する。なお、ステップＳ２４〜Ｓ２８において実行される各処理は、それぞれ、図１４に示した画像処理プロセッサ９４の処理手順フロー中のステップＳ１、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ５およびＳ８における各処理に対応する。すなわち、画像処理プロセッサ９４において行われる各処理を、画像データ処理部２ｂにおいても行うことが可能である。これにより、画像処理プロセッサ９４において行われた各処理の条件と異なる条件で画像データ処理部２ｂにおいて各処理を行うことが可能である。また、画像処理プロセッサ９４での処理がハードウェア処理されているのに対して、画像データ処理部２ｂでの処理は、ソフトウェア処理されている。

次に、ステップＳ２９において、１フレーム分の全ての部分画像が解析処理されたか否かが判断される。そして、ステップＳ２９において、１フレーム分の全ての部分画像が解析処理されていないと判断された場合には、ステップＳ２３に戻り、画像データ格納位置（図２３参照）に基づいて、１フレーム分の画像処理結果データから他の部分画像を抽出する。一方、ステップＳ２９において、１フレーム分の全ての部分画像が解析処理されたと判断された場合には、ステップＳ３０に進む。ステップＳ３０において、全て（３６００枚）のフレームについて画像処理結果データを受信したか否かが判断される。そして、ステップＳ３０において、全てのフレームについて画像処理結果データを受信していないと判断された場合には、ステップＳ２１に戻り、他の１フレーム分の画像処理結果データを受信する。一方、ステップＳ３０において、全てのフレームについて画像処理結果データを受信したと判断された場合には、そのまま終了する。これにより、６０秒間の粒子の撮像により得られた３６００フレーム分の部分画像に対応する粒子画像の画像解析処理が終了する。

本実施形態では、上記のように、式（３）により求められる２値化しきい値と、式（４）により求められる２値化しきい値とに基づいて、位相差画像から粒子像を抽出することによって、抽出した粒子像から粒子の形態的特徴情報（大きさ、形状など）を得ることができる。

また、本実施形態では、上記のように、画像処理基板１ｄは、位相差画像の輝度ヒストグラムを生成し、その輝度ヒストグラムにおいて位相差画像の最頻度輝度値に対してパラメータ（γ）分小さい輝度値と、パラメータ（δ）分大きい輝度値とを２値化しきい値として粒子領域を抽出することによって、画像処理基板１ｄにより、輝度ヒストグラムにおける最頻度輝度値から、容易に、２値化しきい値を設定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、パラメータ（δ）を、パラメータ（γ）よりも大きくすることによって、抽出する粒子像の輝度値が高い場合に、正確に粒子像を抽出することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ヒストグラマ部により算出された最頻度輝度値に基づいて、式（３）および式（４）によって２値化しきい値を設定することによって、容易に、位相差画像から粒子像を抽出することができる。

また、本実施形態では、上記のように、３６００フレーム分の位相差画像に対して、画像処理基板６および画像データ処理部２ｂが粒子像の抽出を１フレーム毎に実行することによって、撮像された位相差画像毎に適切なしきい値が設定されるので、撮像された位相差画像毎に適切な粒子像の抽出を行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、画像処理基板６および画像データ処理部２ｂが、位相差画像の各画素の輝度値と２値化しきい値とを比較することにより、粒子像を抽出するように構成することによって、式（３）により求められる２値化しきい値よりも小さい輝度値を有する画素の集合と、式（４）により求められる２値化しきい値よりも大きい輝度値を有する画素の集合とを粒子像として抽出することができる。

また、本実施形態では、上記のように、位相差画像の最頻度輝度値を、位相差画像の背景に実質的に対応する輝度値として用いることによって、背景に実質的に対応する輝度値を、容易に、ヒストグラムにより算出することができる。

また、本実施形態では、上記のように、リング状のスリット５６ａを有する補助レンズ５６と、リング状の位相膜６６ａが設けられた対物レンズ６６とを用いて粒子を撮像することによって、リング状のスリット５６ａを通過した光のうち、試料（粒子）の影響を受けない直接光を、リング状の位相膜６６ａにより位相を変化させて像面に到達させ、試料（粒子）の影響を受けた回折光を、リング状の位相膜６６ａを避けて像面に到達させることができる。これにより、位相が変化した直接光と、位相が変化しない回折光とを像面において干渉させて、試料（粒子）の位相差画像を得ることができる。

また、本実施形態では、上記のように、画像データ処理部２ｂによって、粒子の大きさおよび形状を測定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、位相差測定と、明視野測定とを切り換え可能に構成することによって、分析対象の粒子の性質によって明視野測定と位相差測定とを切り換えることができる。これにより、より正確な分析を行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、位相差画像を取得可能な状態から、補助レンズ５６と位相膜６６ａが設けられた対物レンズ６６とを取り外し、補助レンズ５６に代えて補助レンズ５１を配置するという簡単な操作により、容易に、粒子画像分析装置１を明視野画像を取得可能な状態に切り換えることができる。

また、本実施形態では、上記のように、式（２）により求められる２値化しきい値、式（３）により求められる２値化しきい値、および式（４）により求められる２値化しきい値により、位相差画像および明視野画像のいずれの画像からも粒子像を抽出することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、粒子を３６００フレーム分撮像する際に、２値化しきい値の算出および算出した２値化しきい値による粒子像の抽出を撮像画像毎に行うように構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、２値化しきい値の算出を３６００フレームのうちの１フレームのみ行い、その２値化しきい値によって３６００フレーム全ての撮像画像の粒子像の抽出を行うように構成してもよい。このように構成すれば、１フレームによって算出された２値化しきい値により、他のフレームの粒子像の抽出を行うことができるので、より高速に粒子の形態的特徴情報を得ることができる。

また、上記実施形態では、位相差測定と、明視野測定との両方の照明方法を用いることが可能である例を示したが、本発明はこれに限らず、位相差測定のみが可能であるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、粒子像の背景に実質的に対応する輝度値として最頻度輝度値を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、撮像された撮像画像の平均輝度値を用いてもよい。

また、上記実施形態では、粒子像の背景に実質的に対応する輝度値として最頻度輝度値を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、バックグラウンド補正用に撮像された撮像画像（バックグラウンド補正用画像）の平均輝度値を用いてもよい。

また、上記実施形態では、位相差測定を行う場合、位相差測定用の補助レンズ５６と位相膜６６ａが設けられた位相差測定用の対物レンズ６６とを配置し、明視野測定を行う場合、明視野測定用の補助レンズ５１と明視野測定用の対物レンズ６１とを配置した例を示したが、本発明はこれに限らず、明視野測定を行う場合、明視野測定用の補助レンズ５１を配置しなくてもよい。明視野測定用の補助レンズ５１を配置しなくても明視野測定を行うことが可能である。

本発明の一実施形態による粒子画像分析装置の全体構成を示した斜視図である。 図１に示した一実施形態による粒子画像分析装置の全体構成を示した概略図である。 図２に示した一実施形態によるフローセル内における粒子懸濁液およびシース液の流れを説明するための断面図である。 一実施形態による粒子画像分析装置の粒子画像処理装置の内部構造を示す平面図である。 図４に示した流体機構部および照明光学系の拡大平面図である。 図５の側面図である。 位相差測定の場合の図６に対応する側面図である。 位相差測定の際に用いられる補助レンズを示す斜視図である。 位相差測定の際に用いられる補助レンズを示す断面図である。 位相差測定の際に用いられる対物レンズを示す斜視図である。 位相差測定の原理を説明するための概念図である。 図１に示した一実施形態による粒子画像分析装置の粒子画像処理装置の構成を示したブロック図である。 図１に示した一実施形態による粒子画像分析装置の画像処理動作を説明するための概略図である。 図１２に示した一実施形態による粒子画像処理装置の画像処理プロセッサの処理手順を示したフローチャートである。 図１２に示した一実施形態による画像処理プロセッサのラプラシアンフィルタ処理回路によるラプラシアンフィルタ処理の際に使用する係数の設定値を説明するための模式図である。 一実施形態による画像処理プロセッサの明視野測定の場合の２値化処理における２値化しきい値の決定方法を説明するための模式図である。 一実施形態による画像処理プロセッサの位相差測定の場合の２値化処理における２値化しきい値の決定方法を説明するための模式図である。 図１２に示した一実施形態による画像処理プロセッサの２値化処理回路によるプライムコード・多重点情報取得処理の際に使用するプライムコードデータ格納用メモリの内容を示した模式図である。 図１２に示した一実施形態による画像処理プロセッサの２値化処理回路によるプライムコード・多重点情報取得処理の際に使用するプライムコードの定義を説明するための模式図である。 図１２に示した一実施形態による画像処理プロセッサの２値化処理回路によるプライムコード・多重点情報取得処理の際に使用する多重点の概念を説明するための模式図である。 図１２に示した一実施形態による画像処理プロセッサの重なりチェック回路による重なりチェック処理の際に用いる内側粒子像が存在するか否かの判別原理を説明するための模式図である。 図１３に示した一実施形態による画像処理基板から画像データ処理部に送信される１フレームデータ中の１粒子データの構成を示した模式図である。 図１３に示した一実施形態による画像処理基板により粒子の全体画像から部分画像を切り出す際の法則を説明するための図である。 図１３に示した一実施形態による画像データ処理部の画像解析処理モジュールの動作手順を示したフローチャートである。

符号の説明

１ 粒子画像処理装置
１ｄ 画像処理基板（画像処理部）
２ 画像データ分析装置
２ｂ 画像データ処理部（画像処理部）
８ フローセル
３０ 照射部（光源部）
５１ 補助レンズ（レンズ）
５６ 補助レンズ（スリット部材）
５６ａ スリット
６６ａ 位相膜
８０ 撮像部

Claims (13)

1. 撮像された粒子の画像を分析する粒子画像分析装置であって、
   前記粒子を照明するための光源部と、
   照明された前記粒子を撮像し、位相差画像を取得するための撮像部と、
   取得された前記位相差画像から粒子像を抽出し、抽出された前記粒子像を分析して前記粒子の形態的特徴を表す形態的特徴情報を求める画像処理部とを備え、
   前記画像処理部は、前記粒子像の背景に実質的に対応する輝度値よりも小さい第１しきい値と、前記輝度値よりも大きい第２しきい値とに基づいて、前記位相差画像から前記粒子像を抽出する、粒子画像分析装置。
2. 前記画像処理部は、前記第１しきい値より輝度値が小さい領域と前記第２しきい値より輝度値が大きい領域とを粒子領域として前記粒子像を抽出する、請求項１に記載の粒子画像分析装置。
3. 前記画像処理部は、前記位相差画像の輝度分布を生成し、その輝度分布において前記粒子像の背景に実質的に対応する輝度値に対して第１所定値分小さい輝度値を前記第１しきい値とし、第２所定値分大きい輝度値を前記第２しきい値として前記粒子領域を決定する、請求項２に記載の粒子画像分析装置。
4. 前記第２所定値は、前記第１所定値よりも大きい、請求項３に記載の粒子画像分析装置。
5. 前記画像処理部は、
   前記粒子像の背景に実質的に対応する輝度値を算出する算出手段と、
   前記第１しきい値と前記第２しきい値とを設定するしきい値設定手段とを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子画像分析装置。
6. 前記粒子の流れを形成するフローセルをさらに備え、
   前記撮像部は、前記粒子の流れを複数回撮像するように構成されており、
   前記画像処理部は、前記しきい値設定手段による前記第１しきい値および前記第２しきい値の設定、および、前記第１しきい値および前記第２しきい値に基づく粒子像の抽出を、撮像された位相差画像毎に実行するように構成されている、請求項５に記載の粒子画像分析装置。
7. 前記画像処理部は、前記位相差画像の各画素の輝度値と前記第１しきい値および前記第２しきい値とを比較することにより、前記粒子像を抽出するように構成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の粒子画像分析装置。
8. 前記粒子像の背景に実質的に対応する輝度値が、前記位相差画像の最頻度輝度値である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の粒子画像分析装置。
9. リング状のスリットを有するスリット部材と、リング状の位相膜とが、前記光源部と前記撮像部との間に配置されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の粒子画像分析装置。
10. 前記粒子の形態的特徴情報は、粒子の大きさおよび形状の少なくとも一方である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の粒子画像分析装置。
11. 前記スリット部材と前記位相膜とを取り外すことにより、前記粒子の明視野画像を取得可能に構成されている、請求項９に記載の粒子画像分析装置。
12. 前記スリット部材と前記位相膜とを取り外し、前記スリット部材に代えてレンズを配置することにより、前記粒子の明視野画像を取得可能に構成されている、請求項９に記載の粒子画像分析装置。
13. 前記画像処理部は、前記位相差画像を画像処理する場合、前記粒子像の背景に実質的に対応する輝度値よりも小さい第１しきい値と、前記粒子像の背景に実質的に対応する輝度値よりも大きい第２しきい値とに基づいて、前記位相差画像から前記粒子像を抽出し、前記明視野画像を画像処理する場合、前記粒子像の背景に実質的に対応する輝度値よりも小さい第３しきい値に基づいて、前記明視野画像から前記粒子像を抽出する、請求項１１または１２に記載の粒子画像分析装置。

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