JP2008107228A - Route measuring apparatus, route measuring method and program - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a route measuring method and a route measuring apparatus, capable of speedily and precisely measuring the minimum distance between objects, even in the case that no candidate of a route connecting the objects is given explicitly, and an obstruction through which the route can not pass, is exists between the objects to be measured being indicated on an image. <P>SOLUTION: A cost field which prescribes the ease of passing of the route, is generated by a cost field generating apparatus 4, based on a locational relation between a distance measurement object and a non-object through which the route can not pass. A plurality of routes connecting the objects are generated dynamically by a dynamic route generating apparatus 5 while referring to values of the cost field at respective image points. Then, the shortest route connecting the objects is searched by a route searching apparatus 6. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、経路計測装置及び経路計測方法に関し、特に画像上に表示された対象物間の経路を計測する経路計測装置及び経路計測方法に関する。   The present invention relates to a route measuring device and a route measuring method, and more particularly to a route measuring device and a route measuring method for measuring a route between objects displayed on an image.

従来、画像上に表示された対象物間の距離を計測する方法又は装置としては、例えば特開2005−65845号公報(特許文献1)に開示される「医用画像装置」がある。   Conventionally, as a method or apparatus for measuring the distance between objects displayed on an image, there is a “medical image apparatus” disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-65845 (Patent Document 1).

特許文献1においては、操作者が医用画像上で指定した2点のうちの一方の点(以下点Aとする)を領域拡張法により拡張し、領域の増分が他方の点(以下点Bとする)に到達するまで拡張を繰り返す。拡張の過程において、親画素と子画素の関係を記録しておき、拡張された領域が点Bに到達した時点で、親画素と子画素の関係を逆にたどり、点Aと点Bを結ぶ経路の長さを計測する。   In Patent Document 1, one point (hereinafter referred to as a point A) of two points designated on a medical image by an operator is expanded by the region expansion method, and the increment of the region is the other point (hereinafter referred to as a point B). Repeat the expansion until it reaches In the expansion process, the relationship between the parent pixel and the child pixel is recorded, and when the expanded area reaches the point B, the relationship between the parent pixel and the child pixel is traced back to connect the point A and the point B. Measure the length of the path.

しかしながら、上記特許文献1における方法では、距離を計測しようとする2点間に、経路が通過できない障害物が存在する場合、領域拡張法を繰り返して得られた経路が、必ずしも最短経路とはならないという問題がある。特に、障害物の境界に沿って延びるような最短経路は、特許文献1に示すような手法では得られない。   However, in the method disclosed in Patent Document 1, if there is an obstacle that cannot be passed between two points whose distance is to be measured, the route obtained by repeating the region expansion method is not necessarily the shortest route. There is a problem. In particular, the shortest path extending along the boundary of the obstacle cannot be obtained by the method shown in Patent Document 1.

医用分野においては、例えば投与した薬剤の浸透速度、あるいは細胞核内の構造物間の相互作用の有無など、対象物間の最短距離が重要な情報となることが多く、必ずしも最短距離が得られない上述の従来方法を適用した場合、正確な情報が得られないという問題がある。   In the medical field, the shortest distance between objects is often important information, such as the penetration rate of the administered drug or the presence or absence of interaction between structures in the cell nucleus, and the shortest distance is not always obtained. When the above-described conventional method is applied, there is a problem that accurate information cannot be obtained.

関連する技術として、特開2003−303344号公報(特許文献2)に画像領域抽出方法及び装置が開示されている。
この従来技術においては、画像データ空間を粗視化し、粗視化経験確率分布を算出し、パラメータを初期化し、粗視化条件付き確率分布を算出し、クラス帰属確率を算出し、パラメータを更新し、評価関数を算出し、評価関数の変化が無くなるまでこれらの処理を繰り返し、評価関数の変化が無くなった時点で、クラス帰属確率に基づいて画像領域を抽出する。
As a related technique, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-303344 (Patent Document 2) discloses an image region extraction method and apparatus.
In this prior art, the image data space is coarse-grained, the coarse-grained empirical probability distribution is calculated, the parameters are initialized, the coarse-grained conditional probability distribution is calculated, the class membership probability is calculated, and the parameters are updated. Then, the evaluation function is calculated, and these processes are repeated until there is no change in the evaluation function. When there is no change in the evaluation function, an image region is extracted based on the class membership probability.

また、特開2006−133012号公報(特許文献3)に経路探索装置及び経路探索用データ生成方法が開示されている。
この従来技術においては、目的地までの最適経路を探索して出力する経路探索装置が、座標を有する点データ、点列を有する線データ及び境界を回る点列を有する面データの組み合わせからなる幾何図形データを含む点・線・面混在型データと、幾何図形データと合成され面データに代表点を設定して双方向にネットワークを形成する線データの組み合わせからなる経路探索用データと、経路探索用データに基づき経路探索を行う経路探索手段と、経路探索手段により探索された経路を幾何図形データに基づき点・線・面混在方式による経路を描画し出力する経路出力手段とを備えたことを特徴とする。
Japanese Patent Laid-Open No. 2006-133012 (Patent Document 3) discloses a route search device and a route search data generation method.
In this prior art, a route search device that searches for and outputs an optimum route to a destination is a geometrical combination of point data having coordinates, line data having a point sequence, and surface data having a point sequence that goes around the boundary. Route search data consisting of a combination of point / line / surface mixed data including graphic data and line data that is combined with geometric graphic data to set a representative point in the surface data to form a network in both directions, and route search Route search means for performing a route search based on the data for use, and a route output means for drawing and outputting the route searched by the route search means by the point / line / plane mixed method based on the geometric figure data. Features.

また、特開平5−46590号公報(特許文献4)に複数の最適解を求めるグラフ最短経路探索方法及び装置が開示されている。
この従来技術においては、グラフの最短経路を求める手法として、まず、頂点間の辺に実数値のコストが付いた有向グラフの任意の頂点と終点tとの最短コストを算出し、次に、有向グラフGの始点sからの部分経路を、始点sからのコストの累積g(Xi)と、残りの経路の最短コストh(Xi)との和f(Xi)に基づき、設定された解析条件に従って下位を枝刈りしながら、a,a+1のごとく終点tに向けて逐次的に経路展開し、探索が終了した時点で保持されている上位N個の最適な経路を出力する。
Japanese Patent Laid-Open No. 5-46590 (Patent Document 4) discloses a graph shortest path search method and apparatus for obtaining a plurality of optimum solutions.
In this prior art, as a method for obtaining the shortest path of a graph, first, the shortest cost between an arbitrary vertex of a directed graph with a real value cost attached to the edge between vertices and the end point t is calculated, and then the directed graph G The sub-path from the starting point s is subordinate to the sum f (Xi) of the accumulated cost g (Xi) from the starting point s and the shortest cost h (Xi) of the remaining paths according to the set analysis conditions. While pruning, the route is sequentially expanded toward the end point t like a and a + 1, and the top N optimum routes held when the search is completed are output.

また、特開平11−184837号公報(特許文献5)に最短経路探索システムが開示されている。
この従来技術においては、探索の対象となる経路を削減するための指標として、評価
値h(v)という関数を用いている。この評価値h(v)とは、現在の地点vから終点Tへ至る経路長の下限値と定義されている。この下限値を求める方法として、擬似コードを用いている。この擬似コードによると、下限値を得るためには、下限値を求めたい点の集合Uに含まれる点に向かって、終点Tから逆向きに経路をたどる必要がある。つまり、特許文献5の従来技術では、始点から終点までを結ぶ複数の経路が、あらかじめ設定されていなければならない。
Japanese Patent Laid-Open No. 11-184837 (Patent Document 5) discloses a shortest path search system.
In this prior art, a function called an evaluation value h (v) is used as an index for reducing the route to be searched. The evaluation value h (v) is defined as the lower limit value of the path length from the current point v to the end point T. As a method for obtaining this lower limit value, pseudo code is used. According to this pseudo code, in order to obtain the lower limit value, it is necessary to follow the path in the reverse direction from the end point T toward the point included in the set U of points for which the lower limit value is desired. That is, in the prior art of Patent Document 5, a plurality of routes connecting the start point to the end point must be set in advance.

更に、特許2943358号公報(特許文献6)に配線設計装置が開示されている。
この従来技術においては、開始点から領域を膨張させ、領域の境界が終点に到達した段階で、終点から開始点までを逆にたどって経路を発見している。このとき、経路を生成する工程があるが、生成された経路は複数ではなく一つであり、従って経路探索をする必要もない。また、必ずしも空間的に最短経路になるとは限らない。
Furthermore, a wiring design apparatus is disclosed in Japanese Patent No. 2943358 (Patent Document 6).
In this prior art, the region is expanded from the start point, and when the boundary of the region reaches the end point, the route is found by tracing back from the end point to the start point. At this time, there is a step of generating a route. However, the generated route is not a plurality but one, and therefore there is no need to search for a route. In addition, it is not always the shortest path in terms of space.

特開2005−65845号公報JP 2005-65845 A 特開2003−303344号公報JP 2003-303344 A 特開2006−133012号公報JP 2006-133012 A 特開平5−46590号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-46590 特開平11−184837号公報JP 11-184837 A 特許2943358号公報Japanese Patent No. 2943358

本発明の目的は、画像上に表示された計測対象物間に障害物が存在する場合においても、対象物間の最短距離を高速かつ高精度に計測することが可能な経路計測装置及び経路計測方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a path measurement device and path measurement capable of measuring the shortest distance between objects at high speed and with high accuracy even when an obstacle exists between the measurement objects displayed on the image. It is to provide a method.

以下に、[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]との対応関係を明らかにするために付加されたものである。但し、それらの番号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。   In the following, means for solving the problem will be described using the numbers used in [Best Mode for Carrying Out the Invention] in parentheses. These numbers are added to clarify the correspondence between the description of [Claims] and [Best Mode for Carrying Out the Invention]. However, these numbers should not be used to interpret the technical scope of the invention described in [Claims].

本発明の経路計測装置は、あらかじめ経路の候補が定まっていない対象物に対し、画像から入力された対象物間の経路を計測する経路計測装置である。そして、本発明の経路計測装置は、距離計測の対象物及び距離計測の経路から排除される非対象物の画像を入力する画像入力装置(1)と、入力画像に含まれる、対象物及び非対象物の領域の内部と外部を二値化によって分離する画像二値化装置(2)と、経路の始点である開始点、経路の終点である目的点、経路が通過できない非対象物領域、及び経路の伸張パラメータrを設定するパラメータ設定装置(3)と、開始点、目的点、及び非対象物領域に基づいて、開始点に近いほど、また目的点から遠いほど大きな値を取り、かつ非対象物領域内部で大きな値を取ることにより、経路の通りやすさを規定するコストを、入力画像の各点において定義し、コストが定義された点の集合であるコスト場を生成するコスト場生成装置(4)と、開始点を始点として、開始点をただ一つの要素とする始点集合を生成し、始点集合に含まれるそれぞれの始点から伸びる長さrの線分からなる線分集合を生成し、線分の終点の集合を新たな始点集合として既存の始点集合を更新し、線分集合によって表される全ての経路が目的点に到達するまで、始点集合及び線分集合の生成、更新を逐次繰り返して経路の集合を生成する動的経路生成装置(5)と、経路の集合に含まれる経路の中から、最短経路を探索する経路探索装置(6)と、最短経路と最短経路の長さを表示する経路表示装置(7)とを具備する。   The route measuring device of the present invention is a route measuring device that measures a route between objects input from an image with respect to an object for which a candidate for a route is not determined in advance. The path measuring device of the present invention includes an image input device (1) that inputs an object of distance measurement and an image of a non-object that is excluded from the path of distance measurement, and an object and a non-object included in the input image. Image binarization device (2) that separates the inside and outside of the object area by binarization, a start point that is the start point of the route, a destination point that is the end point of the route, a non-object region that the route cannot pass through, Based on the parameter setting device (3) for setting the path expansion parameter r and the start point, the target point, and the non-object region, the closer to the start point and the farther from the target point, the larger the value, and By taking a large value inside the non-object area, a cost field that defines the cost that defines the ease of passage of the route at each point of the input image and generates a cost field that is a set of points for which the cost is defined Generator (4), open A starting point set having a starting point as a single element is generated starting from the point, a line segment set of line segments of length r extending from each starting point included in the starting point set is generated, and a set of end points of the line segment The existing start point set is updated as a new start point set, and the generation and update of the start point set and the line segment set are sequentially repeated until all the paths represented by the line set reach the target point. Dynamic route generation device (5) to be generated, route search device (6) for searching for the shortest route from routes included in a set of routes, and a route display device for displaying the length of the shortest route and the shortest route (7).

本発明の経路計測装置は、最短経路を求めた後、線分の長さrが所与の条件を満たしているかどうかを調べ、条件が満たされない場合に、線分の長さを縮小し、最短経路の近傍を非対象物として二値画像に保持する経路再構成装置(8)を更に具備する。   After obtaining the shortest path, the path measuring device of the present invention checks whether the length r of the line segment satisfies a given condition, and reduces the length of the line segment if the condition is not satisfied, A route reconstructing device (8) is further provided for holding the vicinity of the shortest route as a non-object in the binary image.

動的経路生成装置(5)は、経路を生成する過程で、一つの経路を構成する線分の終点と、他の経路を構成する線分の終点との距離が所与の値よりも小さくなった場合に、これらの終点を一つに統合する。   In the process of generating a route, the dynamic route generation device (5) is configured such that the distance between the end point of a line segment constituting one route and the end point of a line segment constituting another route is smaller than a given value. If this happens, these end points are merged into one.

経路探索装置(6)は、ビタビアルゴリズムによって経路を決定する。   The route search device (6) determines a route by the Viterbi algorithm.

経路探索装置(6)は、ダイクストラアルゴリズムによって経路を決定する。   The route search device (6) determines a route by the Dijkstra algorithm.

本発明の経路計測方法は、あらかじめ経路の候補が定まっていない対象物間の経路を計測する経路計測方法である。そして、本発明の経路計測方法は、距離計測の対象物及び距離計測の経路から排除される非対象物の画像を入力する第1の工程と、入力画像に含まれる、対象物及び非対象物の領域の内部と外部を二値化によって分離する第2の工程と、経路の始点である開始点、経路の終点である目的点、経路が通過できない非対象物領域、及び経路の伸張パラメータrを設定する第3の工程と、開始点、目的点、及び非対象物領域に基づいて、開始点に近いほど、また目的点から遠いほど大きな値を取り、かつ非対象物領域内部で大きな値を取ることにより、経路の通りやすさを規定するコストを、入力画像の各点において定義し、コストが定義された点の集合であるコスト場を生成する第4の工程と、開始点を始点として、開始点をただ一つの要素とする始点集合を生成し、始点集合に含まれるそれぞれの始点から伸びる長さrの線分からなる線分集合を生成し、線分の終点の集合を新たな始点集合として既存の始点集合を更新し、線分集合によって表される全ての経路が目的点に到達するまで、始点集合及び線分集合の生成、更新を逐次繰り返して経路の集合を生成する第5の工程と、経路の集合に含まれる経路の中から、最短経路を探索する第6の工程と、最短経路と最短経路の長さを表示する第7の工程とを具備する。   The route measurement method of the present invention is a route measurement method for measuring a route between objects for which a route candidate is not determined in advance. And the path | route measuring method of this invention is the 1st process which inputs the image of the object of distance measurement, and the non-object excluded from the path | route of distance measurement, and the object and non-object included in an input image. A second step of separating the inside and the outside of the area by binarization, a start point that is the start point of the path, a destination point that is the end point of the path, a non-object area through which the path cannot pass, and an extension parameter r of the path Based on the third step of setting and the start point, the target point, and the non-object region, the closer to the start point and the farther from the target point, the larger the value and the larger value inside the non-object region By defining the cost that defines the ease of passage of the route at each point of the input image, the fourth step of generating a cost field that is a set of points for which the cost is defined, and the starting point The starting point is just one element Generating a start point set, generating a line segment set consisting of line segments of length r extending from each start point included in the start point set, updating the existing start point set with the end point set of line segments as a new start point set, Included in the route set is the fifth step of generating the set of routes by sequentially repeating the generation and update of the start point set and line segment set until all the routes represented by the line segment set reach the destination point. A sixth step of searching for the shortest route from among the routes and a seventh step of displaying the shortest route and the length of the shortest route are included.

本発明の経路計測方法は、最短経路を求めた後、線分の長さrが所与の条件を満たしているかどうかを調べ、条件が満たされない場合に、線分の長さを縮小し、最短経路の近傍を非対象物として二値画像に保持する第8の工程を更に具備する。また、所与の条件が満たされるまで第3、第4、第5、第6の工程を繰り返す。   The path measurement method of the present invention, after obtaining the shortest path, checks whether the length r of the line segment satisfies a given condition, and reduces the length of the line segment if the condition is not satisfied, An eighth step of holding the vicinity of the shortest path as a non-object in the binary image is further included. Further, the third, fourth, fifth and sixth steps are repeated until a given condition is satisfied.

本発明の経路計測方法は、第5の工程において、経路を生成する過程で、一つの経路を構成する線分の終点と、他の経路を構成する線分の終点との距離が所与の値よりも小さくなった場合に、これらの終点を一つに統合する。   In the route measurement method of the present invention, in the fifth step, in the process of generating a route, the distance between the end point of a line segment constituting one route and the end point of a line segment constituting another route is given. When it becomes smaller than the value, these end points are integrated into one.

本発明の経路計測方法は、第6の工程において、ビタビアルゴリズムによって経路を決定する。   In the route measuring method of the present invention, the route is determined by the Viterbi algorithm in the sixth step.

本発明の経路計測方法は、第6の工程において、ダイクストラアルゴリズムによって経路を決定する。   In the route measurement method of the present invention, the route is determined by the Dijkstra algorithm in the sixth step.

本発明のプログラムは、上記のいずれかの経路計測方法をコンピュータに実行させる。   The program of the present invention causes a computer to execute any one of the above-described path measurement methods.

経路計測の対象物と非対象物の配置に基づいて、画像各点における経路の通りやすさを規定するコスト場を生成し、各点におけるコストを参照しながら動的に最短経路候補を生成することにより、従来手法よりも高速で高精度な経路計測を行うことができる。   Based on the arrangement of the target and non-target objects of the path measurement, a cost field that defines the ease of the path at each point in the image is generated, and the shortest path candidate is dynamically generated while referring to the cost at each point. As a result, it is possible to perform path measurement at a higher speed and with higher accuracy than the conventional method.

以下に本発明の第1実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、染色された細胞の顕微鏡画像を入力とし、細胞の各組織(染色体、細胞核、核小体など)間の距離を計測する場合を例にとって説明する。この場合の細胞画像は、細胞核、染色体、核小体などが別々のモノクロ画像に記録されたデータでも良いし、各対象物の領域が重複しなければ、複数の対象物、非対象物が一つのモノクロ画像上に表示されていても良い。あるいは、細胞核、染色体、核小体などが別々異なるカラーチャネルで記録された1枚のカラー画像であっても良い。これ以外の場合でも、画像として記録されているデータであるならば、以下に説明する方法と同様な手順で実行できる。   A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, a case will be described as an example in which a microscope image of a stained cell is used as an input and the distance between cell tissues (chromosome, cell nucleus, nucleolus, etc.) is measured. The cell image in this case may be data in which cell nuclei, chromosomes, nucleoli, etc. are recorded in separate monochrome images. If the areas of each object do not overlap, a plurality of objects and non-objects may be combined. It may be displayed on two monochrome images. Alternatively, it may be a single color image in which cell nuclei, chromosomes, nucleoli, etc. are recorded by different color channels. In other cases, if the data is recorded as an image, it can be executed in the same procedure as the method described below.

以下、本発明の経路計測装置について、図1を用いて説明する。図1は、本発明の経路計測装置の構成を示すブロック図である。   Hereinafter, the route measuring apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the path measuring apparatus of the present invention.

図1を参照すると、本発明の経路計測装置は、画像入力装置1と、画像二値化装置2と、パラメータ設定装置3と、コスト場生成装置4と、動的経路生成装置5と、経路探索装置6と、経路表示装置7を備えている。   Referring to FIG. 1, a path measuring apparatus according to the present invention includes an image input apparatus 1, an image binarizing apparatus 2, a parameter setting apparatus 3, a cost field generating apparatus 4, a dynamic path generating apparatus 5, and a path. A search device 6 and a route display device 7 are provided.

画像入力装置1は、画像データを読み込む。画像二値化装置2は、画像を二値化する。パラメータ設定装置3は、画像中の対象物及び非対象物を指定する。コスト場生成装置4は、対象物及び非対象物の配置からコスト場を生成する。動的経路生成装置5は、対象物間を結ぶ経路を動的に生成する。経路探索装置6は、生成された複数の経路の中から、経路を探索する。経路表示装置7は、最終的な経路や対象物間の最短距離を表示する。   The image input device 1 reads image data. The image binarization apparatus 2 binarizes the image. The parameter setting device 3 specifies an object and a non-object in the image. The cost field generation device 4 generates a cost field from the arrangement of objects and non-objects. The dynamic path generation device 5 dynamically generates a path connecting the objects. The route search device 6 searches for a route from a plurality of generated routes. The route display device 7 displays the final route and the shortest distance between objects.

図2A,図2Bは、本発明の経路計測方法の処理手順を示すフローチャートである。
(1)ステップS1
入力装置1は、生物顕微鏡などで撮影された細胞の画像を入力する。入力装置1は、読み込んだデータを画像二値化装置2に送る。
(2)ステップS2
画像二値化装置2は、読み込んだ各対象物の画像に対し、画像上各点の輝度値に基づいて、二値化を行う。二値化を行う場合には、例えば、所与の閾値より大きな輝度値を255、閾値以下の輝度値を0と置くことによって可能である。このほかに、画像上の輝度値の総和を1に正規化し、画像を2次元確率場と見なして確率的に二値化を行うことも可能である。確率場を用いた二値化については、例えば、特開2003−303344号公報(特許文献2)に詳細に記載されている。画像二値化装置2は、入力画像と二値化された画像をパラメータ選択装置3に送る。
2A and 2B are flowcharts showing the processing procedure of the route measuring method of the present invention.
(1) Step S1
The input device 1 inputs an image of a cell taken with a biological microscope or the like. The input device 1 sends the read data to the image binarization device 2.
(2) Step S2
The image binarization apparatus 2 binarizes the read image of each object based on the luminance value of each point on the image. When binarization is performed, for example, it is possible to set a luminance value larger than a given threshold value to 255 and a luminance value less than the threshold value to 0. In addition, it is also possible to normalize the sum of luminance values on the image to 1 and to binarize stochastically considering the image as a two-dimensional random field. The binarization using the random field is described in detail in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-303344 (Patent Document 2). The image binarization apparatus 2 sends the input image and the binarized image to the parameter selection apparatus 3.

染色体11と核小体12を対象として、二値化された画像の例を図3に示す。図3において、中心にある大きなクラスタが核小体12を抽出して領域を白く表示したものであり、その周辺にある二つのクラスタが染色体11である。染色体同士が相互作用をするとき、核小体12は障害物となるので、二つの染色体間の距離を計測するには、核小体を迂回して計測する必要がある。この場合、二つの染色体11が対象物となり、核小体12が非対象物となる。   An example of a binarized image for the chromosome 11 and the nucleolus 12 is shown in FIG. In FIG. 3, a large cluster at the center extracts the nucleolus 12 and displays the region in white, and two clusters around it are the chromosome 11. When the chromosomes interact with each other, the nucleolus 12 becomes an obstacle. Therefore, to measure the distance between the two chromosomes, it is necessary to bypass the nucleolus. In this case, the two chromosomes 11 are objects, and the nucleolus 12 is a non-object.

(3)ステップS3
パラメータ設定装置3は、経路計測を行う開始点S、目的点O、経路が通過できない非対象物の領域、及び経路の伸張パラメータrを設定する。開始点Sと目的点Oを指定するには、例えば開始点Sを含む対象物のみが記録された画像と、目的点Oを含む対象物のみが記録された画像と、非対象物のみが記録された画像を順次読み込み、画像二値化装置2において二値化を行った後、それぞれの領域の重心位置を開始点、目的点とすることが可能である。非対象物は非対象物のみが記録された画像を二値化したものをそのまま領域として用いる。これ以外にも、例えば操作者が外部入力機器を通してその座標値を入力することによっても実行可能である。パラメータ設定装置3は、入力画像、二値化された画像、開始点S、目的点O、二値画像で表された非対象物領域、伸張パラメータrをコスト場生成装置4に送る。
(4)ステップS4
コスト場生成装置4は、経路計測の対象物と非対象物の配置に基づいて、画像上の各点における経路の通り易さを数値化する。以下では、数値化された経路の通り易さをコスト、各点で定義されたコスト全体をコスト場と呼ぶ。画像上の点xにおけるコストを定義するには、例えば次のような関数を用いる。
(3) Step S3
The parameter setting device 3 sets a start point S for performing path measurement, a target point O, a non-object area through which the path cannot pass, and a path expansion parameter r. To specify the start point S and the target point O, for example, an image in which only an object including the start point S is recorded, an image in which only an object including the target point O is recorded, and only a non-object is recorded. After the read images are sequentially read and binarized by the image binarization apparatus 2, the center of gravity of each region can be used as the start point and the target point. As the non-object, a binarized image obtained by recording only the non-object is used as an area as it is. In addition to this, for example, it is also possible for the operator to input the coordinate value through an external input device. The parameter setting device 3 sends the input image, the binarized image, the start point S, the target point O, the non-object region represented by the binary image, and the expansion parameter r to the cost field generating device 4.
(4) Step S4
The cost field generating device 4 quantifies the ease of passing the route at each point on the image based on the arrangement of the target and non-target objects of the route measurement. In the following, the ease of passing a digitized route is called a cost, and the entire cost defined by each point is called a cost field. In order to define the cost at the point x on the image, for example, the following function is used.

Figure 2008107228
Figure 2008107228

ここでx、xはそれぞれ開始点S、目的点Oの座標である。a,bは任意の正の実定数であり、aは経路が開始点から斥けられる強さを、bは経路が目的点に引きつけられる強さを制御する。また、経路が通過できない非対象物をコスト場に反映するには、例えば次のような関数を用いる Here, x s and x o are the coordinates of the start point S and the target point O, respectively. a and b are arbitrary positive real constants, a controls the strength with which the path is made from the starting point, and b controls the strength with which the path is attracted to the destination point. In order to reflect non-objects that cannot be routed in the cost field, for example, the following function is used.

Figure 2008107228
Figure 2008107228

ここで、I(x)は、点xが非対象物に含まれる時に1、それ以外の時に0を取る指示関数である。また、cは任意の正の実定数であるが、経路が非対象物領域内を通過できなくするためには、大きな値に取ることが望ましい。   Here, I (x) is an instruction function that takes 1 when the point x is included in the non-object and 0 otherwise. Further, c is an arbitrary positive real constant, but it is desirable to take a large value so that the path cannot pass through the non-object region.

コスト場を定義する関数は上述したものに限られるものではなく、開始点Sに近いほど、また目的点Oから遠いほど大きな値を取り、かつ対象物領域内部で大きな値を取るようなものであれば良い。   The function that defines the cost field is not limited to the one described above, and takes a larger value as it is closer to the starting point S and further away from the target point O, and takes a larger value within the object region. I just need it.

コスト場の例を図4に示す。図4において、Sは開始点、Oは目的点を表す。図4の(a)は、各点におけるコストの値を濃淡で表しており、濃淡が淡いほどコストが大きく、濃いほどコストが小さい。図4の(b)は、同じコスト場を3次元表示したものである。このようなコスト場を用いることにより、効率的な経路生成が可能となる。   An example of the cost field is shown in FIG. In FIG. 4, S represents the start point and O represents the target point. FIG. 4A shows the cost value at each point in shades, where the lighter the shade, the greater the cost, and the darker the cost. FIG. 4B is a three-dimensional display of the same cost field. By using such a cost field, efficient route generation becomes possible.

コスト場生成装置4は、生成されたコスト場と開始点S、目的点O、二値画像で表された非対象物領域を動的経路生成装置5に送る。動的経路生成装置5は、開始点Sを始点として、目的点Oへ通じる複数の経路を動的に生成する。   The cost field generation device 4 sends the generated cost field, the start point S, the target point O, and the non-object region represented by the binary image to the dynamic path generation device 5. The dynamic route generation device 5 dynamically generates a plurality of routes from the start point S to the destination point O.

以下の説明において経路とは、複数の線分から構成されるものとし、各線分は、始点と終点を結ぶ長さrの直線であるとする。経路を構成する各々の線分の始点(又は終点)が、少なくとも一つの他の線分と終点(又は始点)を共有し、従って、少なくとも一つの経路が、開始点Sと目的点Oを結ぶことは、以下に説明する経路の構成方法から保証される。   In the following description, a route is assumed to be composed of a plurality of line segments, and each line segment is a straight line having a length r connecting a start point and an end point. The start point (or end point) of each line segment constituting the path shares the end point (or start point) with at least one other line segment, and thus at least one path connects the start point S and the destination point O. This is assured from the path configuration method described below.

(5)ステップS5
まず、動的経路生成装置5は、経路の逐次更新のカウンタkを0に初期化する。
(6)ステップS6
次に、動的経路生成装置5は、経路の集合Pを空集合で、また始点集合Iを開始点Sの1点のみからなる集合で初期化する。
(7)ステップS7
次に、動的経路生成装置5は、経路の一部分を構成する線分の集合Eを空集合で初期化する。
(8)ステップS8
次に、動的経路生成装置5は、始点集合Iの中から、終点の付与されていない始点を一つ選ぶ。これをvで表す。
(9)ステップS9
次に、動的経路生成装置5は、vが目的点Oと距離r以内にあるかどうか調べる。
(10)ステップS10
もし、vが目的点Oと距離rよりも離れているならば、動的経路生成装置5は、まずvから距離r離れた点をN個選ぶ(Nは所与とする)。そのような点を選ぶには、例えば、vを中心とする半径rの円周をN分割した各点を用いれば良い。vを始点として選ばれたN個の点それぞれを終点とする線分をN個生成する。
(11)ステップS11
もし、vが目的点Oからr以内にあるなら、動的経路生成装置5は、目的点Oを終点とする線分v−Oを生成し、生成した線分を線分集合Eに追加する。
(12)ステップS12
次に、動的経路生成装置5は、ステップS10で生成したN個の線分、又はステップS11で生成した、vから目的点Oに伸びる1個の線分を線分集合Eに追加する。
(13)ステップS13
次に、動的経路生成装置5は、Iに属する点すべてに対して終点が付与され、線分が生成されているかどうかを調べる。終点が付与されていない始点があるなら、ステップS8以下を繰り返す。
(14)ステップS14
もし、Iに属するすべての始点に終点が付与されているなら、動的経路生成装置5は、すべての終点が目的点Oに一致するかどうかを調べる。もし、すべての終点が目的点Oに一致するならば、開始点Sから目的点Oを結ぶ一つ以上の経路が生成されているので、動的経路生成装置5は、経路集合P、コスト場、開始点S、目的点O、二値画像で表された非対象物領域を経路探索装置6に送る。
(15)ステップS15
もし、目的点Oとは異なる終点を付与された始点があるならば、動的経路生成装置5は、まず線分集合Eに属する各線分に対し、線分が通過する点のコスト値の総和を算出し、所与のコスト値C以上の値を持つすべての線分を集めて、この集合をDとする。
(16)ステップS16
次に、動的経路生成装置5は、Eに属する線分のうち、Dに属さない線分の集合(これをE−Dと記す)に対し、終点を調べて、終点の集合をTとする。但し、終点が目的点Oと一致する場合はTから除外する。
(17)ステップS17
次に、動的経路生成装置5は、終点の集合Tを次の逐次更新の始点集合Ik+1とし、現時点で得られている経路集合Pに、E−Dに属する線分を追加し、この経路集合をPk+1とする。
(18)ステップS18
次に、動的経路生成装置5は、カウンタkの値を1だけ増加させ、ステップS7以下を繰り返す。
(5) Step S5
First, the dynamic route generation device 5 initializes a counter k for sequential update of routes to zero.
(6) Step S6
Next, the dynamic route generation device 5 initializes the route set P k with an empty set, and the start point set I k with a set consisting of only one point of the start point S.
(7) Step S7
Next, the dynamic route generation device 5 initializes a set E k of line segments constituting a part of the route with an empty set.
(8) Step S8
Next, the dynamic route generation device 5 selects one start point to which no end point is assigned from the start point set I k . This is represented by v.
(9) Step S9
Next, the dynamic route generation device 5 checks whether v is within the distance r from the target point O.
(10) Step S10
If v is further away from the target point O than the distance r, the dynamic path generator 5 first selects N points that are separated from the distance r by v (N is given). In order to select such a point, for example, each point obtained by dividing the circumference of the radius r centering on v into N may be used. N line segments are generated, each having N points selected with v as the starting point.
(11) Step S11
If v is within r from the target point O, the dynamic path generation device 5 generates a line segment v-O with the target point O as an end point, and adds the generated line segment to the line segment set E k . To do.
(12) Step S12
Next, the dynamic path generator 5 adds the N line segments generated in step S10, or generated in step S11, one line segment extending target point O to the line set E k from v .
(13) Step S13
Next, the dynamic path generation device 5 examines whether or not the end point is given to all the points belonging to I k and a line segment is generated. If there is a start point to which no end point is given, step S8 and subsequent steps are repeated.
(14) Step S14
If end points are assigned to all the start points belonging to I k , the dynamic path generation device 5 checks whether all the end points match the destination point O. If all the end points coincide with the target point O, one or more paths connecting the start point S to the target point O have been generated, so the dynamic path generation device 5 uses the path set P k , the cost. The field, the start point S, the target point O, and the non-object region represented by the binary image are sent to the route search device 6.
(15) Step S15
If there is a start point given an end point different from the target point O, the dynamic path generation device 5 first calculates the cost value of the point through which the line segment passes for each line segment belonging to the line segment set E k . The sum is calculated, and all line segments having a value equal to or higher than the given cost value C are collected, and this set is defined as D k .
(16) Step S16
Next, the dynamic path generator 5, among line segments belonging to the E k, a set of line segments that do not belong to the D k to (this referred to as E k -D k), examining the end point, the end point Let T k be the set. However, if the end point is consistent with the desired point O are excluded from T k.
(17) Step S17
Next, the dynamic route generation device 5 sets the end point set T k as the next sequential update start point set I k + 1, and adds the line segments belonging to E k -D k to the currently obtained route set P k. In addition, let this route set be P k + 1 .
(18) Step S18
Next, the dynamic route generation device 5 increments the value of the counter k by 1, and repeats step S7 and subsequent steps.

図5に、ステップS5からステップS18までの動的経路生成の一例を示す。図5において、Sは一つの経路の開始点、v(i=1、2、〜、6)は線分の終点、e(i=1、2、〜、6)はvを終端とする線分を表す。kは逐次更新の回数であり、各更新時点での始点集合I、線分集合E、終点集合T、削除される線分D、生成された経路集合Pが図とともに示されている。 FIG. 5 shows an example of dynamic route generation from step S5 to step S18. In FIG. 5, S is the start point of one path, v i (i = 1, 2,..., 6) is the end point of the line segment, and e i (i = 1, 2,..., 6) is the end of v i . Represents a line segment. k is the number of sequential updates, and the start point set I, line segment set E, end point set T, deleted line segment D, and generated route set P at each update time are shown together with the figure.

動的経路生成装置5においては、経路を生成する過程で、一つの経路を構成する線分の終点と、他の経路を構成する線分の終点との距離が所与の値よりも小さくなった場合に、これらの終点を一つに統合することによって、余分な経路の生成を抑制することも可能である。この機構によって、更に効率的な経路生成が可能となる。   In the dynamic route generation device 5, in the process of generating a route, the distance between the end point of a line segment constituting one route and the end point of a line segment constituting another route becomes smaller than a given value. In such a case, it is possible to suppress generation of an extra route by integrating these end points into one. This mechanism enables more efficient path generation.

(19)ステップS19
経路探索装置6は、最終的に得られた経路集合Pの中から、最短経路を探索し、最短距離を算出する。最短経路の探索には、例えば、信号処理などに用いられるビタビ(Viterbi)アルゴリズムなどを用いることができる。この場合、経路を逐次更新していくカウンタkを時間と見なし、経路を構成する各線分に付与された重みとして、線分の距離をそのまま用いれば良い。また、経路を構成する線分を辺として、また線分の始点と終点を頂点と見なせば、最適経路の探索方法として、ダイクストラ(Dijkstra)の方法を用いることができる。
(20)ステップS20
経路表示装置7は、経路探索装置6によって得られた最短経路及びその距離を受け取り、出力する。
(19) Step S19
The route search device 6 searches for the shortest route from the finally obtained route set Pk and calculates the shortest distance. For the search for the shortest path, for example, a Viterbi algorithm used for signal processing or the like can be used. In this case, the counter k that sequentially updates the route is regarded as time, and the distance of the line segment may be used as it is as the weight assigned to each line segment that forms the path. Further, if the line segment constituting the route is regarded as an edge and the start point and end point of the line segment are regarded as vertices, the Dijkstra method can be used as a method for searching for the optimum route.
(20) Step S20
The route display device 7 receives and outputs the shortest route and its distance obtained by the route search device 6.

以下に本発明の第2実施形態について添付図面を参照して説明する。以下に説明する実施形態では、先に説明した第1実施形態と重複する部分の説明は省略する。   A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the embodiment described below, the description of the same part as the first embodiment described above is omitted.

図6は、本発明の第2実施形態における経路計測装置の構成を示すブロック図である。本発明の第2実施形態における経路計測装置は、画像入力装置1と、画像二値化装置2と、パラメータ設定装置3と、コスト場生成装置4と、動的経路生成装置5と、経路探索装置6と、経路表示装置7に加え、更に、経路再構成装置8を備えている。   FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the path measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. The route measurement device according to the second embodiment of the present invention includes an image input device 1, an image binarization device 2, a parameter setting device 3, a cost field generation device 4, a dynamic route generation device 5, and a route search. In addition to the device 6 and the route display device 7, a route reconstruction device 8 is further provided.

画像入力装置1、画像二値化装置2、パラメータ設定装置3、コスト場生成装置4、動的経路生成装置5、経路探索装置6、及び経路表示装置7については、第1実施形態と同様である。経路再構成装置8は、経路探索装置6から、最短経路と経路伸張パラメータを受け取り、経路伸張パラメータの値が所与の値より小さいかどうかを調べ、経路伸張パラメータの値が所与の値以下ならば、最短経路と経路の長さを経路表示装置7に送る。また、経路伸張パラメータの値が所与の値以上ならば、経路伸張パラメータに1より小さな所与の正実数をかけた数を新たな伸張パラメータとする。そして、最短経路の近傍以外の領域を新たな非対象物領域として二値画像で表現し、更新された伸張パラメータと二値画像で表現された最短経路近傍以外の領域をパラメータ設定装置3に送る。   The image input device 1, the image binarization device 2, the parameter setting device 3, the cost field generation device 4, the dynamic route generation device 5, the route search device 6, and the route display device 7 are the same as in the first embodiment. is there. The route reconstructing device 8 receives the shortest route and the route extension parameter from the route search device 6, checks whether the value of the route extension parameter is smaller than a given value, and the value of the route extension parameter is less than the given value. Then, the shortest route and the length of the route are sent to the route display device 7. If the value of the path expansion parameter is equal to or greater than a given value, a number obtained by multiplying the path expansion parameter by a given positive real number smaller than 1 is set as a new expansion parameter. Then, an area other than the vicinity of the shortest path is expressed as a new non-object area in the binary image, and an area other than the vicinity of the shortest path expressed by the updated extension parameter and the binary image is sent to the parameter setting device 3. .

図7A,図7Bは、本発明の第2実施形態における経路計測方法の処理手順を示すフローチャートである。なお、図7A,図7BにおけるステップS1〜ステップS20については、第1実施形態と同様である。以下の処理は、ステップS19とステップS20の間に行われる。
(21)ステップS21
経路再構成装置8は、経路探索装置6から、最短経路と経路伸張パラメータrを受け取り、経路伸張パラメータの値が所与の値rより小さいかどうかを調べる。もし、経路伸張パラメータの値が所与の値r以下ならば、最短経路と経路の長さを経路表示装置7に送る。
(22)ステップS22
もし、経路伸張パラメータの値が所与の値r以上ならば、経路伸張パラメータに1より小さな所与の正実数εをかけた数を新たな伸張パラメータとする。
(23)ステップS23
更に、最短経路の近傍以外の領域を新たな非対象物領域として二値画像で表現し、更新された伸張パラメータと二値画像で表現された最短経路近傍以外の領域をパラメータ設定装置3に送る。最短経路近傍としては、例えば経路を構成する各点を中心とした半径d(dは所与とする)に含まれる全領域などとする。
7A and 7B are flowcharts showing the processing procedure of the route measuring method according to the second embodiment of the present invention. In addition, about step S1-step S20 in FIG. 7A and FIG. 7B, it is the same as that of 1st Embodiment. The following processing is performed between step S19 and step S20.
(21) Step S21
The route reconstructing device 8 receives the shortest route and the route extension parameter r from the route search device 6 and checks whether the value of the route extension parameter is smaller than a given value r 0 . If the value of the route expansion parameter is equal to or less than the given value r 0 , the shortest route and the length of the route are sent to the route display device 7.
(22) Step S22
If the value of the path expansion parameter is equal to or greater than the given value r 0, a number obtained by multiplying the path expansion parameter by a given positive real number ε smaller than 1 is set as a new expansion parameter.
(23) Step S23
Furthermore, a region other than the vicinity of the shortest path is expressed as a new non-object region in the binary image, and the updated extension parameter and the region other than the vicinity of the shortest path expressed in the binary image are sent to the parameter setting device 3. . The vicinity of the shortest path is, for example, the entire area included in the radius d (d is given) around each point constituting the path.

経路再構成装置8によって得られた伸張パラメータと非対象物体領域を用いて、第1の実施例に記したステップS5からステップS19までの手順を繰り返すことにより、より滑らかな経路を得ることができる。また、最初に得られた経路の近傍以外を非対象物体領域とすることにより、経路探索の領域が絞られ、より効率的な経路生成及び経路探索が可能となる。   A smoother path can be obtained by repeating the procedure from step S5 to step S19 described in the first embodiment using the extension parameter and the non-target object region obtained by the path reconstruction device 8. . In addition, by setting a region other than the vicinity of the route obtained first as the non-target object region, the route search region is narrowed down, and more efficient route generation and route search are possible.

以下に、本発明の経路計測方法及び経路計測装置の特徴について詳述する。
本発明の第1実施例の経路計測方法は、以下に示す、第1の工程と、第2の工程と、第3の工程と、第4の工程と、第5の工程と、第6の工程と、第7の工程を有することを特徴とする。
第1の工程は、あらかじめ経路の候補が定まっていない対象物間の経路を計測する経路計測方法において、該距離計測の対象物及び距離計測の経路から排除される非対象物の画像を入力する。第2の工程は、入力画像に含まれる、対象物及び非対象物の領域の内部と外部を二値化によって分離する。第3の工程は、経路の始点である開始点と、該経路の終点である目的点と、該経路が通過できない非対象物領域と、該経路の伸張パラメータrを設定する。第4の工程は、開始点、目的点、非対象物領域に基づいて、開始点に近いほど、また目的点から遠いほど大きな値を取り、かつ非対象物領域内部で大きな値を取ることにより、経路の通りやすさを規定するコストを、入力画像の各点において定義し、該コストが定義された点の集合であるコスト場を生成する。第5の工程は、開始点を始点として、開始点をただ一つの要素とする始点集合を生成し、該始点集合に含まれるそれぞれの始点から伸びる長さrの線分からなる線分集合を生成し、該線分の終点の集合を新たな始点集合として既存の始点集合を更新し、線分集合によって表される全ての経路が目的点に到達するまで、始点集合及び線分集合の生成、更新を逐次繰り返すことによって経路の集合を生成する。第6の工程は、経路の集合に含まれる経路の中から、最短経路を探索する。第7の工程は、最短経路と最短経路の長さを表示する。
The features of the route measuring method and the route measuring device of the present invention will be described in detail below.
The path measurement method according to the first embodiment of the present invention includes the following first, second, third, fourth, fifth, and sixth steps. It has the process and the 7th process, It is characterized by the above-mentioned.
The first step is to input an image of a distance measurement object and a non-object excluded from the distance measurement path in a path measurement method for measuring a path between objects whose path candidates are not determined in advance. . In the second step, the inside and outside of the object and non-object regions included in the input image are separated by binarization. In the third step, a start point that is the start point of the route, a destination point that is the end point of the route, a non-object region through which the route cannot pass, and an extension parameter r of the route are set. The fourth step is based on the start point, the target point, and the non-object region, and takes a larger value closer to the start point and further from the target point, and takes a larger value inside the non-object region. Then, a cost defining the ease of passing the route is defined at each point of the input image, and a cost field which is a set of points where the cost is defined is generated. The fifth step generates a start point set starting from the start point and having only one element as the start point, and generates a line segment set consisting of line segments of length r extending from each start point included in the start point set. Updating the existing start point set with the set of end points of the line segment as a new start point set, and generating the start point set and the line segment set until all paths represented by the line segment set reach the target point, A set of routes is generated by sequentially repeating the update. The sixth step searches for the shortest route from the routes included in the set of routes. In the seventh step, the shortest path and the length of the shortest path are displayed.

本発明の第2実施例の経路計測方法は、最短経路を求めた後、線分の長さrが所与の条件を満たしているかどうかを調べ、該条件が満たされない場合に、線分の長さを縮小し、最短経路の近傍を非対象物として二値画像に保持する第8の工程を有し、所与の条件が満たされるまで第3、第4、第5、第6の工程を繰り返すことを特徴とする。   In the path measurement method according to the second embodiment of the present invention, after obtaining the shortest path, it is checked whether or not the length r of the line segment satisfies a given condition, and when the condition is not satisfied, The eighth, third, fourth, fifth, and sixth steps have the eighth step of reducing the length and holding the vicinity of the shortest path as a non-object in the binary image until a given condition is satisfied. It is characterized by repeating.

本発明の第3実施例の経路計測方法は、第5の工程において、経路を生成する過程で、一つの経路を構成する線分の終点と、他の経路を構成する線分の終点との距離が所与の値よりも小さくなった場合に、これらの終点を一つに統合することを特徴とする。   In the fifth step, the route measurement method according to the third embodiment of the present invention, in the fifth step, in the process of generating a route, between the end point of a line segment constituting one route and the end point of a line segment constituting another route. When the distance becomes smaller than a given value, these end points are integrated into one.

本発明の第4実施例の経路計測方法は、第6の工程において、ビタビアルゴリズムによって経路を決定することを特徴とする。   The route measuring method according to the fourth embodiment of the present invention is characterized in that the route is determined by the Viterbi algorithm in the sixth step.

本発明の第5実施例の経路計測方法は、第6の工程において、ダイクストラアルゴリズムによって経路を決定することを特徴とする。   The route measuring method according to the fifth embodiment of the present invention is characterized in that the route is determined by the Dijkstra algorithm in the sixth step.

本発明の第6実施例の経路計測装置は、画像入力装置と、画像二値化装置と、パラメータ設定装置と、コスト場生成装置と、動的経路生成装置と、経路探索装置と、経路表示装置とを備えることを特徴とする。
画像入力装置は、距離計測の対象物及び距離計測の経路から排除される非対象物の画像を入力する。画像二値化装置は、入力画像に含まれる、対象物及び非対象物の領域の内部と外部を二値化によって分離する。パラメータ設定装置は、経路の始点である開始点と、該経路の終点である目的点と、該経路が通過できない非対象物領域と、該経路の伸張パラメータrを設定する。コスト場生成装置は、開始点、目的点、非対象物領域に基づいて、開始点に近いほど、また目的点から遠いほど大きな値を取り、かつ非対象物領域内部で大きな値を取ることにより、経路の通りやすさを規定するコストを、入力画像の各点において定義し、該コストが定義された点の集合であるコスト場を生成する。動的経路生成装置は、開始点を始点として、開始点をただ一つの要素とする始点集合を生成し、該始点集合に含まれるそれぞれの始点から伸びる長さrの線分からなる線分集合を生成し、該線分の終点の集合を新たな始点集合として既存の始点集合を更新し、線分集合によって表される全ての経路が目的点に到達するまで、始点集合及び線分集合の生成、更新を逐次繰り返すことによって経路の集合を生成する。経路探索装置は、経路の集合に含まれる経路の中から、最短経路を探索する。経路表示装置は、最短経路と最短経路の長さを表示する。
A path measuring apparatus according to a sixth embodiment of the present invention includes an image input apparatus, an image binarizing apparatus, a parameter setting apparatus, a cost field generating apparatus, a dynamic path generating apparatus, a path searching apparatus, and a path display. And a device.
The image input device inputs an object of distance measurement and an image of a non-object excluded from the distance measurement path. The image binarization device separates the inside and the outside of the object and non-object regions included in the input image by binarization. The parameter setting device sets a start point that is a start point of a route, a destination point that is an end point of the route, a non-object region through which the route cannot pass, and an expansion parameter r of the route. Based on the start point, the target point, and the non-object region, the cost field generation device takes a larger value as it is closer to the start point and further away from the target point, and takes a larger value inside the non-object region. Then, a cost defining the ease of passing the route is defined at each point of the input image, and a cost field which is a set of points where the cost is defined is generated. The dynamic path generation device generates a start point set starting from the start point and having only one element as the start point, and generates a line segment set consisting of line segments of length r extending from each start point included in the start point set. Generate and update the existing start point set using the end point set of the line segment as a new start point set, and generate the start point set and the line segment set until all the paths represented by the line set reach the destination point A set of paths is generated by sequentially repeating the update. The route search device searches for the shortest route from the routes included in the set of routes. The route display device displays the shortest route and the length of the shortest route.

本発明の第7実施例の経路計測装置は、最短経路を求めた後、線分の長さrが所与の条件を満たしているかどうかを調べ、該条件が満たされない場合に、線分の長さを縮小し、最短経路の近傍を非対象物として二値画像に保持する経路再構成装置を有することを特徴とする。   The path measurement device according to the seventh embodiment of the present invention determines whether the length r of the line segment satisfies a given condition after obtaining the shortest path, and if the condition is not satisfied, It is characterized by having a path reconstruction device that reduces the length and holds the vicinity of the shortest path as a non-object in a binary image.

すなわち、本発明の経路計測方法においては、本発明の第1実施例の第6の工程によって、計測対象となる物体のまわりに、コスト場を定義し、各点におけるコストの値を参照しながら動的に経路を生成する。図8に、経路の新規伸張部分となる線分13(実践で表された矢印)と、コストの値を反映して削除された線分14(点線で表された矢印)を示す。図8において、背景が白いほどコストが大きく、暗いほどコストが小さいことを示す。また、円形の白い領域(非対象物領域15)は、経路が通過することができない非対象物が存在する領域を示す。コスト場は、本発明の第1実施例の第4の工程によって、経路の開始点に近付くにつれて、また目的点から遠ざかるにつれて大きな値を取り、かつ非対象物領域内部で非常に大きな値を取るように生成されている。このため、経路の生成は、非対象物の存在する領域を迂回し、開始点から目的点まで効率よく伸びていくように行われる。本発明ではこの機構により、無駄な経路を生成することなく、効率的な経路生成が可能となる。
また、本発明の第4及び第5実施例の経路探索機構により、開始点と目的点をつなぐ複数の経路の中から最短距離を持つ経路を探索するが、上述のように無駄な経路がすでに排除されているため、高速な経路計測が可能となる。
更に、本発明の第2実施例に記載するように、まず経路の伸張パラメータrを大きく取っておおまかに最短経路を求め、得られた最短経路の近傍に探索領域を絞った後、縮小した伸張パラメータを用いて経路生成することを繰り返すことにより、更に高精度で滑らかな経路の探索が可能となる。
That is, in the route measurement method of the present invention, the cost field is defined around the object to be measured by the sixth step of the first embodiment of the present invention, and the cost value at each point is referenced. Dynamically generate a route. FIG. 8 shows a line segment 13 (an arrow represented by practice) that becomes a new extension part of the route and a line segment 14 (an arrow represented by a dotted line) that has been deleted to reflect the cost value. In FIG. 8, the whiter the background, the higher the cost, and the darker the cost. A circular white area (non-object area 15) indicates an area where there is a non-object that the path cannot pass. The cost field takes a large value as it approaches the starting point of the route and moves away from the target point by the fourth step of the first embodiment of the present invention, and takes a very large value inside the non-object region. Has been generated. For this reason, the route is generated so as to bypass the area where the non-object exists and to efficiently extend from the start point to the target point. In the present invention, this mechanism makes it possible to generate an efficient route without generating a useless route.
Further, the route search mechanism of the fourth and fifth embodiments of the present invention searches for a route having the shortest distance from a plurality of routes connecting the start point and the target point. Since it is excluded, high-speed path measurement is possible.
Further, as described in the second embodiment of the present invention, first, a route expansion parameter r is set to a large value to roughly obtain the shortest route, the search region is narrowed in the vicinity of the obtained shortest route, and then the reduced expansion is performed. By repeating the route generation using the parameters, it is possible to search for a more accurate and smooth route.

図1は、本発明の第1実施形態における、距離計測装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a distance measuring device in the first embodiment of the present invention. 図2Aは、本発明の第1実施形態における処理手順を示すフローチャートである。FIG. 2A is a flowchart showing a processing procedure in the first embodiment of the present invention. 図2Bは、本発明の第1実施形態における処理手順を示すフローチャートである。FIG. 2B is a flowchart showing a processing procedure in the first embodiment of the present invention. 図3は、距離計測の対象物である染色体と非対象物である核小体を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a chromosome that is an object of distance measurement and a nucleolus that is a non-object. 図4は、コスト場の一形態を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing one form of the cost field. 図5は、経路の動的生成過程の一形態を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing one form of a dynamic route generation process. 図6は、本発明の第2実施形態における、距離計測装置の構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the distance measuring device in the second embodiment of the present invention. 図7Aは、本発明の第2実施形態における処理手順を示すフローチャートである。FIG. 7A is a flowchart showing a processing procedure in the second embodiment of the present invention. 図7Bは、本発明の第2実施形態における処理手順を示すフローチャートである。FIG. 7B is a flowchart showing a processing procedure in the second embodiment of the present invention. 図8は、経路の伸張分となる線分、削除された線分、非対象物領域を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a line segment that is an extension of a route, a deleted line segment, and a non-object region.

符号の説明Explanation of symbols

1… 画像入力装置
2… 画像二値化装置
3… パラメータ設定装置
4… コスト場生成装置
5… 動的経路生成装置
6… 経路探索装置
7… 経路表示装置
8… 経路再構成装置
11… 染色体(二値化された画像のクラスタ)
12… 核小体(二値化された画像のクラスタ)
13… 経路の新規伸張部分となる線分
14… 削除された線分
15… 非対象物領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Image input device 2 ... Image binarization device 3 ... Parameter setting device 4 ... Cost field generation device 5 ... Dynamic route generation device 6 ... Route search device 7 ... Route display device 8 ... Route reconstruction device 11 ... Chromosome ( Binarized image cluster)
12 ... Nucleolus (binarized image cluster)
13 ... Line segment to be a new extension of the route 14 ... Deleted line segment 15 ... Non-object area

Claims (11)

あらかじめ経路の候補が定まっていない対象物に対し、画像から入力された前記対象物間の経路を計測する経路計測装置において、
距離計測の対象物及び距離計測の経路から排除される非対象物の画像を入力する画像入力装置と、
前記入力画像に含まれる、前記対象物及び前記非対象物の領域の内部と外部を二値化によって分離する画像二値化装置と、
前記経路の始点である開始点、前記経路の終点である目的点、前記経路が通過できない非対象物領域、及び前記経路の伸張パラメータrを設定するパラメータ設定装置と、
前記開始点、前記目的点、及び前記非対象物領域に基づいて、前記開始点に近いほど、また前記目的点から遠いほど大きな値を取り、かつ前記非対象物領域内部で大きな値を取ることにより、前記経路の通りやすさを規定するコストを、前記入力画像の各点において定義し、前記コストが定義された点の集合であるコスト場を生成するコスト場生成装置と、
前記開始点を始点として、前記開始点をただ一つの要素とする始点集合を生成し、前記始点集合に含まれるそれぞれの始点から伸びる長さrの線分からなる線分集合を生成し、前記線分の終点の集合を新たな始点集合として既存の前記始点集合を更新し、前記線分集合によって表される全ての経路が前記目的点に到達するまで、前記始点集合及び前記線分集合の生成、更新を逐次繰り返して前記経路の集合を生成する動的経路生成装置と、
前記経路の集合に含まれる経路の中から、最短経路を探索する経路探索装置と、
前記最短経路と前記最短経路の長さを表示する経路表示装置と
を具備する
経路計測装置。
In a path measuring device that measures a path between the objects input from an image for an object for which a path candidate is not determined in advance,
An image input device that inputs an object of distance measurement and an image of a non-object excluded from the path of distance measurement;
An image binarization device that separates the inside and outside of the object and non-object regions included in the input image by binarization;
A parameter setting device that sets a start point that is a start point of the route, a destination point that is an end point of the route, a non-object region through which the route cannot pass, and an extension parameter r of the route;
Based on the start point, the target point, and the non-object region, the closer the start point is, the farther away from the target point, the greater the value, and the greater the value within the non-object region. A cost field generating device that defines a cost that defines the ease of passage of the route at each point of the input image, and generates a cost field that is a set of points where the cost is defined;
Generating a starting point set having the starting point as a single element, and generating a line segment set of line segments of length r extending from each starting point included in the starting point set; Update the existing start point set with a set of minute end points as a new start point set, and generate the start point set and the line segment set until all paths represented by the line segment set reach the destination point A dynamic route generation device that generates a set of the routes by sequentially repeating updates;
A route search device for searching for the shortest route from the routes included in the set of routes;
A route measuring device comprising: the shortest route; and a route display device that displays a length of the shortest route.
請求項1に記載の経路計測装置において、
前記最短経路を求めた後、前記線分の長さrが所与の条件を満たしているかどうかを調べ、前記条件が満たされない場合に、前記線分の長さを縮小し、前記最短経路の近傍を非対象物として前記二値画像に保持する経路再構成装置
を更に具備する
経路計測装置。
In the route measuring device according to claim 1,
After obtaining the shortest path, it is checked whether the length r of the line segment satisfies a given condition. If the condition is not satisfied, the length of the line segment is reduced and the length of the shortest path is reduced. A path measurement device further comprising a path reconstruction device that holds a neighborhood as a non-object in the binary image.
請求項1又は2に記載の経路計測装置において、
前記動的経路生成装置は、前記経路を生成する過程で、一つの経路を構成する線分の終点と、他の経路を構成する線分の終点との距離が所与の値よりも小さくなった場合に、これらの終点を一つに統合する
経路計測装置。
In the route measuring device according to claim 1 or 2,
In the process of generating the route, the dynamic route generation device is configured such that the distance between the end point of a line segment constituting one route and the end point of a line segment constituting another route becomes smaller than a given value. A route measuring device that integrates these end points into one when there is a failure.
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の経路計測装置において、
前記経路探索装置は、ビタビアルゴリズムによって経路を決定する
経路計測装置。
In the route measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The route search device determines a route by a Viterbi algorithm.
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の経路計測装置において、
前記経路探索装置は、ダイクストラアルゴリズムによって経路を決定する
経路計測装置。
In the path | route measuring device as described in any one of Claims 1 thru | or 4,
The route search device determines a route by a Dijkstra algorithm.
あらかじめ経路の候補が定まっていない対象物間の経路を計測する経路計測方法において、
距離計測の対象物及び距離計測の経路から排除される非対象物の画像を入力する第1の工程と、
前記入力画像に含まれる、前記対象物及び前記非対象物の領域の内部と外部を二値化によって分離する第2の工程と、
前記経路の始点である開始点、前記経路の終点である目的点、前記経路が通過できない非対象物領域、及び前記経路の伸張パラメータrを設定する第3の工程と、
前記開始点、前記目的点、及び前記非対象物領域に基づいて、前記開始点に近いほど、また前記目的点から遠いほど大きな値を取り、かつ前記非対象物領域内部で大きな値を取ることにより、前記経路の通りやすさを規定するコストを、前記入力画像の各点において定義し、前記コストが定義された点の集合であるコスト場を生成する第4の工程と、
前記開始点を始点として、前記開始点をただ一つの要素とする始点集合を生成し、前記始点集合に含まれるそれぞれの始点から伸びる長さrの線分からなる線分集合を生成し、前記線分の終点の集合を新たな始点集合として既存の前記始点集合を更新し、前記線分集合によって表される全ての経路が前記目的点に到達するまで、前記始点集合及び前記線分集合の生成、更新を逐次繰り返して前記経路の集合を生成する第5の工程と、
前記経路の集合に含まれる経路の中から、最短経路を探索する第6の工程と、
前記最短経路と前記最短経路の長さを表示する第7の工程と
を具備する
経路計測方法。
In the route measurement method that measures the route between objects for which no route candidate is determined in advance,
A first step of inputting an object of distance measurement and an image of a non-object excluded from the path of distance measurement;
A second step of separating the inside and the outside of the region of the object and the non-object included in the input image by binarization;
A third step of setting a start point that is a start point of the route, a destination point that is an end point of the route, a non-object region through which the route cannot pass, and an extension parameter r of the route;
Based on the start point, the target point, and the non-object region, the closer the start point is, the farther away from the target point, the greater the value, and the greater the value within the non-object region. A cost defining the ease of passing the route at each point of the input image, and generating a cost field that is a set of points where the cost is defined;
Generating a starting point set having the starting point as a single element, and generating a line segment set of line segments of length r extending from each starting point included in the starting point set; Update the existing start point set with a set of minute end points as a new start point set, and generate the start point set and the line segment set until all paths represented by the line segment set reach the destination point A fifth step of sequentially repeating the update to generate the set of the routes;
A sixth step of searching for the shortest route from the routes included in the set of routes;
A route measurement method comprising: the seventh step of displaying the shortest route and the length of the shortest route.
請求項6に記載の経路計測方法において、
前記最短経路を求めた後、前記線分の長さrが所与の条件を満たしているかどうかを調べ、前記条件が満たされない場合に、前記線分の長さを縮小し、前記最短経路の近傍を非対象物として前記二値画像に保持する第8の工程
を更に具備し、
前記所与の条件が満たされるまで前記第3、前記第4、前記第5、前記第6の工程を繰り返す
経路計測方法。
The route measurement method according to claim 6,
After obtaining the shortest path, it is checked whether the length r of the line segment satisfies a given condition. If the condition is not satisfied, the length of the line segment is reduced and the length of the shortest path is reduced. And further comprising an eighth step of holding the vicinity as a non-object in the binary image,
A path measurement method that repeats the third, fourth, fifth, and sixth steps until the given condition is satisfied.
請求項6又は7に記載の経路計測方法において、
前記第5の工程において、前記経路を生成する過程で、一つの経路を構成する線分の終点と、他の経路を構成する線分の終点との距離が所与の値よりも小さくなった場合に、これらの終点を一つに統合する
経路計測方法。
In the route measuring method according to claim 6 or 7,
In the fifth step, in the process of generating the route, the distance between the end point of the line segment constituting one route and the end point of the line segment constituting the other route is smaller than a given value. A route measurement method that integrates these end points into a single case.
請求項6乃至8のいずれか一項に記載の経路計測方法において、
前記第6の工程において、ビタビアルゴリズムによって経路を決定する
経路計測方法。
In the route measurement method according to any one of claims 6 to 8,
A route measuring method for determining a route by a Viterbi algorithm in the sixth step.
請求項6乃至9のいずれか一項に記載の経路計測方法において、
前記第6の工程において、ダイクストラアルゴリズムによって経路を決定する
経路計測方法。
In the route measuring method according to any one of claims 6 to 9,
A route measurement method for determining a route by a Dijkstra algorithm in the sixth step.
請求項6乃至10のいずれか一項に記載の経路計測方法を、コンピュータに実行させるためのプログラム。   The program for making a computer perform the path | route measurement method as described in any one of Claims 6 thru | or 10.
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