JP2011203209A - 粒子性状分析表示装置およびそれを実現するプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】表示された散布図の中の特定の粒子の形状を知りたいというニーズに合った使い勝手の良い粒子性状分析表示装置を提供する。
【解決手段】ユーザが操作するポインティングデバイスのポインタ２０の動きに応じて、散布図１８上でポインタが近付いたデータ点に対応する粒子の画像２４を含む詳細情報を次々に表示する。
【選択図】図８

Description

本発明は、無機物質、有機物質、金属等の各種粉体またはこれらの懸濁液、プランクトン等の水生生物、あるいは血液および尿等の生体粒子を含む液体などに含まれる粒子の性状データを取得し表示する粒子性状分析表示装置およびそれを実現するに必要なプログラムに関する。

上記の粒子の中でも例えば、複写機用トナー、半導体の封止材用フィラーとして用いられる球状シリカ、研摩材、カーボンファイバなどの粉体には、粉体を構成する各粒子の大きさおよび形状が安定していることが要求される。そのため、得られた粉体を構成する粒子の大きさおよび形状に関するパラメータの値の散布図を表示できることが重要である。そしてさらに、散布図から全体の傾向を把握した上でその中の特定の粒子についてその形状が実際にどのようになっているかを知りたい、というニーズが存在する。これは一般の粉体または、粉体に限らず、血液など、液体中に浮遊する粒子についても同様である。

下記特許文献１には、粒子懸濁液の流れをシース液で取り囲むことで流れを偏平に絞ってカメラから各粒子までの距離を一定に維持した上で撮影して得られた粒子の画像を解析して、粒径と円形度に対応する２つのパラメータによる２次元スキャッタグラム（散布図）を作成して表示することが記載されている（請求項１）。撮像した粒子の画像を大きさ別にクラス分けして一括表示することも記載されている（段落００５１）。

特許文献２には、撮像により得られた各粒子像について特徴パラメータを算出して特徴パラメータの分布図を作成し、分布図内の任意の領域を指定し、指定された領域内の特徴パラメータに対応する粒子像を読み出して表示すること（請求項１）が記載されている。すなわち、選択されるのは分布図内のデータ点ではなく、粒子の特徴パラメータの値の範囲である。より詳細には、分布図内で領域（特徴パラメータの値の範囲）を指定することで、その領域内に存在するデータ点に対応する粒子の画像を一括で（一度に多数）表示することはできるものの、その領域内のデータ点ひとつずつと対応する粒子画像をひとつずつ区別して表示することはできない。

特許文献３には、２枚の細長透明ガラスの合わせ面に形成された偏平な流路を用いて取得された粒子のデータから、粒子の２つのパラメータおよび頻度を座標軸とする三次元棒グラフを表示することが記載されている。

特許３４１１１１２号 特許３８７１４５６号 特開２００７−７８５９０号公報

したがって本発明の目的は、上記のようなユーザのニーズに合った、使い勝手の良い粒子性状分析表示装置を提供することにある。

本発明によれば、複数の粒子を撮影して取得された粒子の画像を解析して、各粒子の大きさおよび形状に関するデータを得る画像解析手段と、前記画像解析手段が得たデータを用いて粒子の２つのパラメータを座標軸とする二次元散布図、または粒子の３つのパラメータを座標軸とする三次元散布図を二次元画像に変換したものである散布図を生成して表示する散布図表示手段と、前記散布図上でユーザが選択した少なくとも１つのデータ点に対応する粒子について、前記粒子の画像を含む詳細を、前記散布図上での前記データ点の位置と対応させて表示する詳細表示手段とを具備する粒子性状分析表示装置が提供される。

前記詳細表示手段は、例えば、ユーザが操作するポインティングデバイスのポインタの動きに伴って、前記散布図上でポインタの近傍にある少なくとも１つのデータ点に対応する粒子の前記詳細を表示する。

或いはまた、前記詳細表示手段は、前記散布図上でユーザがデータ点を選択するために指定した領域を拡大し、かつ、拡大された領域内にある各データ点に対応する各粒子の画像を、データ点の位置に表示した散布図を表示する。

この装置は、粒子懸濁液の流れを形成する液流形成手段と、液流形成手段による粒子懸濁液の流れを撮影することにより前記粒子の画像を取得する撮像手段とを含む粒子画像取得手段をさらに具備しても良い。

本発明によれば、コンピュータを前述の各手段として機能させるためのプログラムもまた提供される。

散布図でユーザが選択したデータ点に対応する粒子の画像を含む詳細を表示することにより、散布図内に存在するすべてのデータ点について、それぞれのデータ点に対応する粒子の画像を含む詳細情報を示すことができ、ユーザのニーズに合った使い勝手の良い粒子性状分析装置が提供される。

本発明の一実施形態に係る粒子性状分析表示装置の構成を示すブロック図である。 図１のディスプレイ１６に表示される散布図の一例を示す図である。 ポインティングデバイスによる散布図上のデータ点の選択を説明するための拡大図である。 粒子の画像を含む詳細表示の図である。 データ点の選択および詳細表示の動作を示すフローチャートである。 積み重ね棒グラフの第１の例を示す図である。 積み重ね棒グラフの第２の例を示す図である。 散布図、詳細表示、および積み重ね棒グラフを１つのウィンドウ内に並べて表示した例を示す図である。 散布図内で特定の粒子を選択してその形状を表示する第２の例における粒子の選択を説明するための図である。 第２の例における散布図の拡大を説明するための図である。 個々の粒子の画像による散布図の拡大表示の図である。 円形度が低い範囲の粒子を選択した場合の図９に対応する図である。 円形度が低い範囲の粒子を選択した場合の図１０に対応する図である。 円形度が低い範囲の粒子を選択した場合の図１１に対応する図である。

図１は本発明の一実施形態に係る粒子性状分析表示装置の構成を示すブロック図である。図１において、撮像装置１０は粒子懸濁液の流れ１１を連続的に撮影することにより粒子の画像を取得するものである。撮像装置１０として、前記特許文献１および２に記載されているような、粒子懸濁液の流れをその両側からシース液で挟むことにより偏平にしてカメラから各粒子までの距離を一定に維持した上で連続的に撮影する方式のもの、特許文献３に記載されているような、２枚の細長い透明ガラスの合わせ面に形成された偏平な流路を流れる粒子懸濁液を連続的に撮影する方式のもの、その他の方式のもの、のいずれも使用することができる。また、粒子性状分析表示装置を、それが専用の撮像装置１０を備えず、光学顕微鏡や電子顕微鏡等の顕微鏡、または他の画像取得装置で取得した粒子画像を取り込んで解析する、いわゆる汎用の画像処理装置として実現することもできる。

画像処理装置１２は例えばパーソナルコンピュータとその上で実行されるソフトウェアプログラムにより実現される。画像処理装置１２は、例えば特許文献３の図２、図３および段落００２６〜００３０に説明されている公知の手段により、撮像装置１０から得られる粒子の画像を解析して各粒子の画像の面積、周囲長、最大長、最大長垂直長（最大長に垂直な方向における長さ）などを算出し、それらから粒子の各種のパラメータを粒子ごとに算出する。算出されるパラメータには、粒子の円相当径（粒子の画像の面積に等しい面積の円の直径）、円形度（粒子の画像の面積に等しい面積の円の周囲長と画像の周囲長の比）、凹凸度、アスペクト比（粒子の画像の最大長と最大長垂直長の比）などがある。算出された各粒子のパラメータおよび各粒子の画像のデータは、例えば各粒子に付された番号をキーとして互いに対応付けられて画像処理装置１２の記憶装置に格納される。そして、これと並行して、または、キーボード、マウス等の入力装置１４を介して入力されるユーザの指示に従って、ディスプレイ１６に解析結果を表示する。

図２は或るサンプルについて横軸を円相当径、たて軸を円形度として作成された散布図である。この散布図は画像処理装置１２において各粒子の円相当径および円形度のデータを記憶装置から読み出してプロットすることより作成され、ディスプレイ１６上に表示される。各データ点は記号「・」で散布図１８上に示されている。「○」や「□」や「＋」などの任意の図形・記号を用いても良い。

図３の拡大図に示すように、この装置では、ユーザがマウスを操作してマウスポインタ２０をデータ点２２に近付けると、図４に示すように、データ点２２に対応する粒子の画像２４が画像処理装置１２の記憶装置から検索されてディスプレイ１６上に次々に表示される。さらに必要に応じて粒子の画像２４とともに、円形度、凹凸度、アスペクト比等のいくつかのパラメータ値２６が記憶装置から読み出されて表示される。これにより、ユーザは散布図上に表示された各データ点が示す粒子に関する詳細（画像およびパラメータ値など）をストレスを感じることなく知ることができる。

より詳細には、ユーザが散布図１８上でポインタ２０を動かすことにより、例えば、ポインタ２０が指し示す散布図上の位置における円相当径および円形度の値との差が所定値以内になったデータ点、すなわち、図３において、ポインタ２０が指し示す位置２８を中心とする矩形または正方形３０の中に入ったデータ点２２について図４の詳細表示が行なわれる。

図５はこれらの動作をフローチャートに表わした図である。図５において、散布図を作成し表示した後（ステップ１０００）マウスポインタがデータ点のいずれかに接近したか（データ点が図３の矩形領域３０に入ったか）が判定され（ステップ１００２）、いずれかのデータ点に接近していれば、そのデータ点についての詳細を表示する（ステップ１００４）。その後、マウスポインタが他の新たなデータ点に接近するまでこの表示が維持され、他の新たなデータ点に接近したと判定されると（ステップ１００６）、そのデータ点に関する詳細が表示され（ステップ１００８）、マウスポインタが他の新たなデータ点に接近するまでその表示が維持される。

接近の判定には、散布図上の座標値の差、すなわち判定領域として図３の矩形３０を用いる代わりに、散布図上の距離、すなわちポインタ２０が指し示す位置２８を中心とする円またはだ円を用いても良い。同時に複数のデータ点が判定領域に入った場合の処理としては、予め定めた優先度に従ってそれらのうちの１つを選択して表示するか、またはそれらすべてを表示する。他の新たなデータ点に接近するまで詳細表示を維持する代わりに、データ点が判定領域に入っている間だけ表示するようにしても良い。また、他の新たなデータ点に接近するまで詳細表示を維持する場合に、詳細表示が行なわれているデータ点がどのデータ点であるかを散布図上で示すために、詳細表示が行なわれてから別のデータ点の詳細表示が行なわれるまで、当該データ点の色を他のデータ点とは違う色で表示するようにしても良い。

散布図上のデータ点の選択の手段としては、前述のマウス以外に、トラックボール、タッチパッドなどの一般のポインティングデバイスを使用することができる。キーボードの操作でポインタ（カーソル）を動かすようにしても良い。或いはキーボードからパラメータ値の範囲を入力することによってデータ点を選択し、詳細表示を行うようにしても良い。

散布図に関しては、図２に示したような２つのパラメータによる二次元散布図に限らず、前述のアスペクト比、凹凸度などのパラメータを加えた三次元散布図を二次元画像に変換したものを表示して、その上でデータ点を選択するようにしても良い。また、データ点を示す記号の色を出現頻度に応じて変えるか、頻度を示す数字でデータ点を表示することも考えられる。

散布図に関してはさらに、撮像装置１０における測定開始からの経過時間を複数の区間に区切り、各データ点についてその粒子が撮影された時間がどの区間に属するかで色を変えて表示することも考えられる。こうすることにより、分散状態が時間的に安定しているか否かを判定することができる。時間と共に分散状態が変化していれば、粒子間の凝集、あるいは沈降などが発生しており、粒子が懸濁液中に安定して分散していないことがわかる。したがって、粒子に対して分散剤が適切かどうかの判定、あるいは適切な分散剤の選択が可能になる。また、粒子のアスペクト比、凹凸度などの粒子の第３のパラメータの値に応じて各データ点の表示の色を変えることも考えられる。

図６および図７は、図２と同じサンプルについて、円形度および円相当径の組み合わせの発生頻度を積み重ね棒グラフで表わした図である。画像処理装置１２はこの様なグラフも生成してディスプレイ１６に表示することができる。図６において、横軸は円形度、たて軸はデータの個数であり、各棒グラフは、上から順に、円相当径が２６８．６５〜２９８．５，２３８．８〜２６８．６５，２０８．９５〜２３８．８…の範囲にある粒子の個数に相当する高さの複数の領域に区切られている。図７において、横軸は円相当径、たて軸は個数であり、各棒グラフは、上から順に円形度が０．９〜１．０，０．８〜０．９，０．７〜０．８，…の範囲にある粒子の個数に相当する高さの複数の領域に区切られている。さらにたとえば、それぞれの領域をポインティングデバイスで選択することにより、領域に属する粒子の形状を一括表示することができるようにしても良い。

図８は、図２の散布図、図４の詳細表示、図６の積み重ね棒グラフ、図７の積み重ね棒グラフ、および測定条件を１つのウィンドウ内に並べて表示したものを表わしている。この様に表示することで、分布の全体像の把握が容易になると同時に、分布内の特定の粒子を選択してその粒子形状などの詳細を見ることができ、各粒子のパラメータの散布図上での位置とその実際の形状等との対応関係が明らかになる。

図９〜図１４は散布図内で特定の粒子を選択してその形状を表示する第２の方法を説明する図である。第２の方法において、図９の散布図１８上でマウスのドラッグにより領域３２を指定する、或いは領域３２の中央の位置でマウスホイールを回す、等の手法により領域３２が指定されて「拡大」が指示されると、図１０に示すように、指定された領域３２が拡大され、図１１に示すように、拡大された散布図３４としてウィンドウ内に表示される。拡大率が所定値以下である間は単なる拡大表示となるが、拡大率が所定値以上になると、図１０、図１１に示すように、各粒子の画像がデータ点の位置に表示される。なおこの所定値は予め定められるが、ユーザの指定により変更可能としても良い。この様に表示することにより、各粒子のパラメータの散布図上での位置とその実際の形状との関係が明らかになる。図１２〜図１４は円形度が低い領域を選択した場合の、図９〜図１１にそれぞれ対応する図である。

以上説明した画像処理装置の機能は、ネットワーク上またはＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体上で配布され、コンピュータの記憶装置に格納されて実行されるソフトウェアプログラムにより実現することができる。

Claims (8)

1. 複数の粒子を撮影して取得された粒子の画像を解析して、各粒子の大きさおよび形状に関するデータを得る画像解析手段と、
   前記画像解析手段が得たデータを用いて粒子の２つのパラメータを座標軸とする二次元散布図、または粒子の３つのパラメータを座標軸とする三次元散布図を二次元画像に変換したものである散布図を生成して表示する散布図表示手段と、
   前記散布図上でユーザが選択した少なくとも１つのデータ点に対応する粒子について、前記粒子の画像を含む詳細を、前記散布図上での前記データ点の位置と対応させて表示する詳細表示手段とを具備する粒子性状分析表示装置。
2. 前記詳細表示手段は、ユーザが操作するポインティングデバイスのポインタの動きに伴って、前記散布図上でポインタの近傍にある少なくとも１つのデータ点に対応する粒子の前記詳細を表示する請求項１記載の粒子性状分析表示装置。
3. 前記詳細表示手段は、前記散布図上でユーザがデータ点を選択するために指定した領域を拡大し、かつ、拡大された領域内にある各データ点に対応する各粒子の画像を、データ点の位置に表示した散布図を表示する請求項１記載の粒子性状分析表示装置。
4. 粒子懸濁液の流れを形成する液流形成手段と、液流形成手段による粒子懸濁液の流れを撮影することにより前記粒子の画像を取得する撮像手段とを含む粒子画像取得手段をさらに具備する請求項１〜３のいずれか１項記載の粒子性状分析表示装置。
5. コンピュータを
   複数の粒子を撮影して取得された画像を解析して、各粒子の大きさおよび形状に関するデータを得る画像解析手段と、
   前記画像解析手段が得たデータを用いて粒子の２つのパラメータを座標軸とする二次元散布図、または粒子の３つのパラメータを座標軸とする三次元散布図を二次元画像に変換したものである散布図を生成して表示する散布図表示手段と、
   前記散布図上でユーザが選択した少なくとも１つのデータ点に対応する粒子について、前記粒子の画像を含む詳細を、前記散布図上での前記データ点の位置と対応させて表示する詳細表示手段として機能させるためのプログラム。
6. 前記詳細表示手段は、ユーザが操作するポインティングデバイスのポインタの動きに伴って、前記散布図上でポインタの近傍にある少なくとも１つのデータ点に対応する粒子の前記詳細を表示する請求項５記載のプログラム。
7. 前記詳細表示手段は、前記散布図上でユーザがデータ点を選択するために指定した領域を拡大し、かつ、拡大された領域内にある各データ点に対応する各粒子の画像を、データ点の位置に表示した散布図を表示する請求項５記載のプログラム。
8. 前記画像は、粒子懸濁液の流れを形成する液流形成手段と、液流形成手段による粒子懸濁液の流れを撮影することにより前記粒子の画像を取得する撮像手段とを含む粒子画像取得手段により取得されたものである請求項５〜７のいずれか１項記載のプログラム。