JP2016119890A - Image output device, image output method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、立体的に重なり合う複数の半透明物体を撮像する画像出力装置、画像出力方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to an image output apparatus, an image output method, and a program for imaging a plurality of semitransparent objects that are three-dimensionally overlapping.
培養細胞の計数は、化学物質のスクリーニングや臨床場面等での細胞観察において重要である。文献1には試料を撮影した画像から細胞の輪郭を認識して細胞の自動計数を行う技術が開示されている。文献2には光軸方向に各異なるフォーカス位置で試料を撮影した複数枚の画像から当該試料の立体構造の情報を取得する方法が開示されている。
Counting cultured cells is important for screening chemicals and observing cells in clinical settings.
しかしながら、培養細胞の計数は機械によって行われるのみでなく、臨床場面では人が顕微鏡下での観察判断に基づいて培養細胞を数えることもある。そのため、計数を行う機械や人に、正確な計数結果が容易に得られる適した画像を提示する技術が要求される。 However, counting of cultured cells is not only performed by a machine, but in clinical situations, a person may count cultured cells based on observation judgment under a microscope. Therefore, there is a need for a technique for presenting a suitable image that can easily obtain an accurate counting result to a machine or a person that performs counting.
このような要求に鑑みて、開示される画像出力装置は、培養細胞を計数するために適した顕微鏡画像、より一般的には、立体的に重なり合う複数の半透明物体で構成される被写体の観察に適した画像、を出力することができる画像出力装置を提供する。 In view of such demands, the disclosed image output apparatus is a microscope image suitable for counting cultured cells, more generally, observation of a subject composed of a plurality of three-dimensionally overlapping semi-transparent objects. Provided is an image output device capable of outputting an image suitable for the above.
本開示の一態様に係る画像出力装置は、立体的に重なり合う複数の半透明物体で構成される被写体に向けて、互いに交差する光束を実質的に含まない照明光を、前記被写体を基準にして複数の異なる照明位置から順次出射する照明部と、前記複数の照明位置の各々から出射され、前記被写体を透過した前記照明光によって表される前記被写体の複数の画像を取得する撮像素子と、前記撮像素子により取得された前記複数の画像の中から、前記画像中の輝度分布に基づいて、前記半透明物体の前記画像の撮像方向での重複度合いが所定の条件を満たす1つ以上の画像を決定する画像決定部と、前記画像決定部により決定された前記画像を出力する出力部と、を備える。 An image output apparatus according to an aspect of the present disclosure is directed to a subject configured by a plurality of semi-transparent objects that are three-dimensionally overlapped with illumination light that substantially does not include mutually intersecting light beams as a reference. An illumination unit that sequentially emits from a plurality of different illumination positions; an imaging device that obtains a plurality of images of the subject represented by the illumination light emitted from each of the plurality of illumination positions and transmitted through the subject; Among the plurality of images acquired by the imaging device, one or more images satisfying a predetermined degree of overlap in the imaging direction of the image of the translucent object based on a luminance distribution in the image. An image determining unit for determining, and an output unit for outputting the image determined by the image determining unit.
本開示によれば、立体的に重なり合う複数の半透明物体で構成される被写体の観察に適した画像を出力することができる画像出力装置が得られる。 According to the present disclosure, it is possible to obtain an image output device that can output an image suitable for observing a subject formed of a plurality of semi-transparent objects that are three-dimensionally overlapped.
(本開示に係る一態様を考案するに至った経緯)
本発明者は、背景技術の欄において記載した培養細胞の計数に関し、以下の問題が生じることを見出した。
(Background to devising one aspect of the present disclosure)
The present inventor has found that the following problems occur with respect to the counting of cultured cells described in the background art.
培養細胞は、1層に広がるのみでなく、胚や細胞塊のように立体的に重なり合う場合がある。顕微鏡は被写界深度が浅いため、光軸方向に重なり合っている複数の細胞を観察した顕微鏡画像において、それらの細胞の輪郭は途中で途切れ、他の細胞とつながっているかのように見えることがある。 The cultured cells may not only spread in one layer but also overlap three-dimensionally like an embryo or a cell mass. Since the depth of field of the microscope is shallow, in the microscopic image obtained by observing a plurality of cells overlapping in the optical axis direction, the outline of those cells may be interrupted and appear to be connected to other cells. is there.
そのような顕微鏡画像に基づいて、文献1に開示される輪郭線による細胞の自動計数を行う場合、正確な計数結果を得ることが困難である。
When performing automatic counting of cells based on the contour line disclosed in
当該問題は、機械によって自動計数を行う場合だけでなく、人が顕微鏡画像を目視して細胞を数える場合にも生じる。 This problem occurs not only when automatic counting is performed by a machine, but also when a person counts cells by viewing a microscope image.
文献2では、顕微鏡の被写界深度が浅いことを補うため、各異なるフォーカス位置で複数枚の画像を取得し、フォーカス位置による画像の変化から重なりの情報(具体的には、画像特徴量)を構成する方法が開示されている。しかしながら、人が、当該方法に倣ってフォーカス位置の異なる複数枚の画像を見比べて全体の細胞数を数えることは、煩雑に過ぎて実際的とは言えない。
In
以上の考察により、本願発明者らは、以下の発明の各態様を考案するに至った。 Based on the above consideration, the inventors of the present application have devised the following aspects of the invention.
本開示の一態様に係る画像出力装置は、立体的に重なり合う複数の半透明物体で構成される被写体に向けて、互いに交差する光束を実質的に含まない照明光を、前記被写体を基準にして異なる複数の照明位置から順次出射する照明部と、前記複数の照明位置の各々から出射され、前記被写体を透過した前記照明光によって表される前記被写体の複数の画像を取得する撮像素子と、前記撮像素子により取得された前記複数の画像の中から、前記画像中の輝度分布に基づいて、前記半透明物体の前記画像の撮像方向での重複度合いが所定の条件を満たす1つ以上の画像を決定する画像決定部と、前記画像決定部により決定された前記画像を出力する出力部と、を備える。 An image output apparatus according to an aspect of the present disclosure is directed to a subject configured by a plurality of semi-transparent objects that are three-dimensionally overlapped with illumination light that substantially does not include mutually intersecting light beams as a reference. An illumination unit that sequentially emits light from a plurality of different illumination positions; an imaging device that obtains a plurality of images of the subject represented by the illumination light emitted from each of the plurality of illumination positions and transmitted through the subject; Among the plurality of images acquired by the imaging device, one or more images satisfying a predetermined degree of overlap in the imaging direction of the image of the translucent object based on a luminance distribution in the image. An image determining unit for determining, and an output unit for outputting the image determined by the image determining unit.
ここで、前記画像中に表される前記半透明物体の重複度合いは、画像の撮像方向、つまり前記照明位置に応じて異なる。撮像方向での前記半透明物体の重複度合いが大きい画像で人が前記被写体を観察すると、重複のために一つ一つの半透明物体の形状が判別しづらく、観察が困難になる場合がある。他方、前記画像中の輝度分布に基づいて前記半透明物体の個数を数える自動計数方法では、前記画像中に表される前記半透明物体の重複を積極的に利用する場合もある。 Here, the degree of overlap of the translucent object represented in the image varies depending on the image capturing direction, that is, the illumination position. When a person observes the subject in an image in which the degree of overlap of the semi-transparent objects in the imaging direction is large, it may be difficult to determine the shape of each semi-transparent object due to the overlap, making observation difficult. On the other hand, in the automatic counting method for counting the number of the semi-transparent objects based on the luminance distribution in the image, the overlap of the semi-transparent objects represented in the image may be actively used.
本態様によると、複数の異なる照明位置の各々から出射された照明光によって表される複数の被写体の画像の中から、画像中に表される半透明物体の重複度合いが所定の条件を満たす1以上の画像が出力される。前記所定の条件は、画像の用途によって異なってもよい。例えば、人による前記被写体の観察用には、前記半透明物体の重複度合いがより小さい画像が出力される。また、前記半透明物質の前記自動計数用には、前記半透明物体の重複度合いがより大きい画像が出力される。その結果、用途に適した前記被写体の画像が出力される。
According to this aspect, the overlapping degree of the translucent objects represented in the image among the images of the plurality of subjects represented by the illumination light emitted from each of the plurality of different illumination positions satisfies the
また、例えば、前記被写体は、液体中に配置され、前記液体とともに容器内に保持され、前記画像出力装置は、前記照明部から前記撮像素子までの前記照明光の光路上に合焦のための光学素子を有さず、前記画像出力装置は、さらに、前記被写体と前記撮像素子との距離が所定の距離以内であるか否かを判定する撮像開始判定部を備え、前記撮像開始判定部により前記被写体と前記撮像素子との距離が所定の距離以内であると判定された後、前記照明部は、前記照明光を前記複数の異なる照明位置から順次出射し、前記撮像素子は、前記照明光によって表される前記被写体の前記複数の画像を取得してもよい。 Further, for example, the subject is disposed in a liquid and held in a container together with the liquid, and the image output device is for focusing on the optical path of the illumination light from the illumination unit to the image sensor. Without the optical element, the image output device further includes an imaging start determination unit that determines whether or not a distance between the subject and the imaging element is within a predetermined distance, and the imaging start determination unit After it is determined that the distance between the subject and the image sensor is within a predetermined distance, the illumination unit sequentially emits the illumination light from the plurality of different illumination positions, and the image sensor is configured to emit the illumination light. The plurality of images of the subject represented by
本態様によると、前記画像出力装置は、前記照明部から前記撮像素子までの前記照明光の光路上に合焦のための光学素子を有しない、いわゆるレンズレス光学系により構成される。レンズレス光学系では、ピント調整の考え方はなく、前記被写体と前記撮像素子との距離が近いほど、前記被写体のより鮮明な画像が撮像される。そこで、前記被写体と前記撮像素子との距離が所定の距離以内であると判定された後、前記照明部は、前記照明光を前記複数の異なる照明位置から順次出射し、前記撮像素子は、前記照明光によって表される前記被写体の前記複数の画像を取得する。 According to this aspect, the image output apparatus includes a so-called lensless optical system that does not have an optical element for focusing on the optical path of the illumination light from the illumination unit to the imaging element. In the lensless optical system, there is no concept of focus adjustment, and the closer the distance between the subject and the image sensor, the clearer the subject. Therefore, after it is determined that the distance between the subject and the image sensor is within a predetermined distance, the illumination unit sequentially emits the illumination light from the plurality of different illumination positions, and the image sensor The plurality of images of the subject represented by illumination light are acquired.
これにより、前記被写体と前記撮像素子との距離が前記所定の距離以上離れているときは、前記照明部は照明光を出射せず、前記被写体は撮像されない。つまり、前記被写体と前記撮像素子との距離が離れていることに起因して前記被写体のぼけ画像が撮像されることが防止される。 Thereby, when the distance between the subject and the image sensor is greater than or equal to the predetermined distance, the illumination unit does not emit illumination light, and the subject is not imaged. That is, it is possible to prevent the blurred image of the subject from being captured due to the distance between the subject and the image sensor.
また、例えば、前記画像出力装置は、前記照明部及び前記撮像素子が前記照明光の出射及び前記複数の画像の取得を開始する撮像開始時刻よりも前の第1の時刻、及び前記撮像開始時刻よりも前でかつ前記第1の時刻よりも後の第2の時刻において、前記照明部及び前記撮像素子を用いて、前記被写体の第1の予備画像及び第2の予備画像をそれぞれ取得し、前記撮像開始判定部は、前記第1の予備画像と前記第2の予備画像との類似に基づき、前記第2の時刻において前記被写体と前記撮像素子との距離が前記所定の距離以内であるか否かを判定してもよい。 In addition, for example, the image output device includes a first time before an imaging start time at which the illumination unit and the imaging element start emission of the illumination light and acquisition of the plurality of images, and the imaging start time. At a second time before and after the first time, the first preliminary image and the second preliminary image of the subject are acquired using the illumination unit and the imaging device, respectively. The imaging start determination unit determines whether the distance between the subject and the imaging element is within the predetermined distance at the second time based on the similarity between the first preliminary image and the second preliminary image. It may be determined whether or not.
本態様によると、前記第1の予備画像と前記第2の予備画像との類似から、例えば、前記被写体が前記容器の底に到達して静止したことを検知することにより、前記被写体と前記撮像素子との距離が前記所定の距離以内であると判定できる。 According to this aspect, from the similarity between the first preliminary image and the second preliminary image, for example, by detecting that the subject has reached the bottom of the container and stopped, the subject and the imaging It can be determined that the distance to the element is within the predetermined distance.
また、例えば前記画像出力装置は、前記照明部及び前記撮像素子が前記照明光の出射及び前記複数の画像の取得を開始する前に、前記照明部及び前記撮像素子を用いて、前記被写体の予備画像を取得し、前記撮像開始判定部は、前記予備画像中の輝度分布の尖度が所定の閾値以上である場合に、前記被写体と前記撮像素子との距離が前記所定の距離以内であると判定してもよい。 In addition, for example, the image output device uses the illumination unit and the image sensor to reserve the subject before the illumination unit and the image sensor start emitting the illumination light and acquiring the plurality of images. An image is acquired, and the imaging start determination unit determines that the distance between the subject and the imaging element is within the predetermined distance when the kurtosis of the luminance distribution in the preliminary image is equal to or greater than a predetermined threshold. You may judge.
本態様によると、前記予備画像中の輝度分布の尖度に基づいて、前記被写体の画像が鮮明であることを判断することにより、前記被写体と前記撮像素子との距離が前記所定の距離以内であると判定できる。 According to this aspect, by determining that the image of the subject is clear based on the kurtosis of the luminance distribution in the preliminary image, the distance between the subject and the imaging element is within the predetermined distance. It can be determined that there is.
また、例えば前記撮像開始判定部は、前記被写体が前記容器の底に到達したことを検知することにより、前記被写体と前記撮像素子との距離が前記所定の距離以内であると判定してもよい。 Further, for example, the imaging start determination unit may determine that the distance between the subject and the imaging element is within the predetermined distance by detecting that the subject has reached the bottom of the container. .
本態様によると、前記被写体が前記容器の底に到達したことにより、前記被写体と前記撮像素子との距離が前記所定の距離以内であると判定できる。 According to this aspect, when the subject reaches the bottom of the container, it can be determined that the distance between the subject and the imaging element is within the predetermined distance.
また、例えば、前記被写体は、姿勢及び位置が固定された容器内に保持されており、前記照明部は、前記複数の異なる照明位置を移動自在に構成され、前記撮像素子は、前記照明部に対する姿勢及び位置を保ったまま、前記容器を挟んで前記照明部と対向する位置を移動自在に構成されていてもよい。 In addition, for example, the subject is held in a container whose posture and position are fixed, the illumination unit is configured to be movable in the plurality of different illumination positions, and the imaging element is configured to move relative to the illumination unit. You may be comprised so that the position which opposes the said illumination part on both sides of the said container is movable, maintaining a attitude | position and a position.
本態様によると、前記照明部の姿勢及び位置が移動しても、前記撮像素子と前記照明部との相対的な位置関係が変わらない。そのため、撮影された画像に対して、前記撮像素子と前記照明部との位置関係に基づいた補正処理を行なう必要がない。 According to this aspect, even if the posture and position of the illumination unit are moved, the relative positional relationship between the imaging element and the illumination unit does not change. Therefore, it is not necessary to perform a correction process based on the positional relationship between the image sensor and the illumination unit on the captured image.
また、例えば、前記被写体は、姿勢及び位置が固定された容器内に保持されており、前記照明部は、前記複数の異なる照明位置を移動自在に構成され、前記撮像素子は、前記容器を挟んで前記複数の照明位置の何れとも対向する姿勢及び位置に固定されていてもよい。 Further, for example, the subject is held in a container whose posture and position are fixed, the illumination unit is configured to be movable in the plurality of different illumination positions, and the imaging element sandwiches the container The position and the position may be fixed to face any of the plurality of illumination positions.
本態様によると、前記撮像素子と前記容器とが固定されているため、前記照明部が移動しても、前記撮像素子と前記容器との距離は一定に保たれる。そのため、撮像される複数の画像いずれについても前記被写体の鮮明な画像を取得し得る。 According to this aspect, since the image sensor and the container are fixed, the distance between the image sensor and the container is kept constant even if the illumination unit moves. Therefore, a clear image of the subject can be acquired for any of a plurality of captured images.
また、例えば、前記照明光は、平行光または疑似コヒーレント光であってもよい。 For example, the illumination light may be parallel light or pseudo-coherent light.
本態様によると、前記照明光は、平行光または疑似コヒーレント光で実現される。 According to this aspect, the illumination light is realized by parallel light or pseudo-coherent light.
また、例えば、前記画像決定部は、前記複数の画像の中から、前記画像中の前記半透明物体の重複度合いがより小さい所定個数までの画像を、表示画像として決定してもよい。 In addition, for example, the image determination unit may determine, from among the plurality of images, a predetermined number of images with a smaller degree of overlapping of the translucent objects in the images as display images.
本態様によると、前記複数の画像の中から、人による観察に適していると考えられる前記所定個数までの画像を、前記表示画像として決定することができる。 According to this aspect, from the plurality of images, up to the predetermined number of images considered suitable for human observation can be determined as the display image.
また、例えば、前記画像決定部は、前記複数の画像の中から、画像中の輝度のダイナミックレンジがより小さい所定個数までの画像、または画像中の輝度の最小値がより大きい所定個数までの画像を、前記表示画像として決定してもよい。 In addition, for example, the image determination unit may select up to a predetermined number of images having a smaller dynamic range of luminance in the images, or up to a predetermined number of images having a larger minimum value of luminance in the images, from the plurality of images. May be determined as the display image.
本態様によると、前記画像中の輝度のダイナミックレンジに基づいて、前記表示画像を決定することができる。 According to this aspect, the display image can be determined based on a dynamic range of luminance in the image.
また、例えば、前記画像出力装置は、さらに、前記照明位置による前記撮像素子の受光面での照度の変動に応じて前記複数の画像の輝度分布を補正する輝度分布解析部を備えてもよい。 In addition, for example, the image output apparatus may further include a luminance distribution analysis unit that corrects the luminance distribution of the plurality of images according to a change in illuminance on the light receiving surface of the image sensor due to the illumination position.
本態様によると、前記照明位置に応じて前記撮像素子の受光面での照度が変動する場合でも、前記複数の画像相互に比較可能な補正後の輝度分布を得ることができる。 According to this aspect, even when the illuminance on the light receiving surface of the image sensor varies according to the illumination position, it is possible to obtain a corrected luminance distribution that can be compared with the plurality of images.
また、例えば、前記前記画像決定部は、前記表示画像を決定するとともに、前記複数の画像の中から、画像中の輝度のダイナミックレンジが最大の画像、または画像中の輝度の最小値が最小の画像を、自動計数用画像として決定し、前記画像出力装置は、さらに、前記自動計数用画像中の前記半透明物体の数を計数する計数部を備え、前記出力部は、前記表示画像と、前記計数部により計数された前記半透明物体の数とを出力してもよい。 In addition, for example, the image determination unit determines the display image, and among the plurality of images, the image having the maximum dynamic range of luminance in the image or the minimum value of luminance in the image is minimum. An image is determined as an image for automatic counting, and the image output device further includes a counting unit that counts the number of the translucent objects in the image for automatic counting, and the output unit includes the display image, The number of the translucent objects counted by the counting unit may be output.
本態様によると、自動計数処理に適していると考えられる前記自動計数用画像を用いて自動計数された前記半透明物体の数を、前記表示画像とともに出力することができる。 According to this aspect, the number of the translucent objects automatically counted using the image for automatic counting considered to be suitable for the automatic counting process can be output together with the display image.
また、例えば、前記被写体は初期胚であり、前記複数の半透明物体は前記初期胚中の複数の細胞であり、前記画像出力装置は、さらに、前記初期胚の複数の成長段階の各々について、前記初期胚を構成する細胞の標準的な個数と、前記細胞の立体的な重複度合いと、を表す標準細胞情報を記憶している標準細胞情報記憶部と、前記画像決定部により決定された前記画像中の細胞の個数に基づいて前記画像中の前記初期胚の成長段階を推定し、推定された前記成長段階について前記標準細胞情報で表される前記重複度合いと前記画像中の細胞の前記画像の撮像方向での重複度合いとが合致する場合に、前記画像の撮像方向を基準にして限定された撮像方向を設定する撮像方向設定部と、を備え、後続する成長段階において前記初期胚を撮像する際に、前記照明部は、前記照明光を前記複数の異なる照明位置のうち、前記設定された撮像方向に対応する照明位置から順次出射し、前記撮像素子は、前記照明光によって表される前記被写体の前記複数の画像を取得してもよい。 Further, for example, the subject is an early embryo, the plurality of translucent objects are a plurality of cells in the early embryo, and the image output device further includes a plurality of growth stages of the early embryo, The standard cell information storage unit storing standard cell information representing the standard number of cells constituting the early embryo and the three-dimensional overlap degree of the cells, and the image determination unit determined by the image determination unit Estimating the growth stage of the initial embryo in the image based on the number of cells in the image, and the degree of overlap represented by the standard cell information for the estimated growth stage and the image of the cells in the image An imaging direction setting unit that sets a limited imaging direction based on the imaging direction of the image when the degree of overlap in the imaging direction matches, and images the initial embryo in a subsequent growth stage Do The illumination unit sequentially emits the illumination light from the illumination positions corresponding to the set imaging direction among the plurality of different illumination positions, and the imaging element is the subject represented by the illumination light. The plurality of images may be acquired.
本態様によると、前記被写体が初期胚である場合に、前記複数の画像の中から決定された前記画像の撮像方向を基準にして、後続する成長段階において前記初期胚を撮像する方向を限定する。これにより、撮像される画像数が減るので、撮像や輝度分布の解析を行うための時間が削減され、画像出力に要する時間が短縮される。 According to this aspect, when the subject is an initial embryo, the imaging direction of the initial embryo is limited in the subsequent growth stage with reference to the imaging direction of the image determined from the plurality of images. . As a result, the number of images to be captured is reduced, so that the time required for imaging and analysis of luminance distribution is reduced, and the time required for image output is reduced.
また、撮像方向の限定は、前記標準細胞情報で表される前記重複度合いと前記複数の画像の中から決定された前記画像中の細胞の重複度合いとが合致する場合に行われる。これにより、例えば、前記画像中の細胞の重複度合いが、推定される成長段階において期待される重複度合いから大きく異なっているなど、後続する成長段階において被写体の撮像方向を限定することが不適切と考えられる状況下では、撮像方向を限定せず、全方向での撮像を行うことができる。 The imaging direction is limited when the degree of overlap represented by the standard cell information matches the degree of overlap of cells in the image determined from the plurality of images. Thereby, for example, it is inappropriate to limit the imaging direction of the subject in the subsequent growth stage, for example, the overlapping degree of the cells in the image is greatly different from the expected overlapping degree in the estimated growth stage. Under conceivable circumstances, imaging in all directions can be performed without limiting the imaging direction.
なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読取可能なCD−ROMなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。 These general or specific aspects may be realized by a recording medium such as a system, method, integrated circuit, computer program, or computer-readable CD-ROM, and the system, method, integrated circuit, computer program. Alternatively, it may be realized by any combination of recording media.
以下、本発明の一態様に係る画像出力装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。 Hereinafter, an image output apparatus according to an aspect of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Note that each of the embodiments described below shows a specific example of the present invention. The numerical values, shapes, components, arrangement positions and connection forms of components, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept are described as optional constituent elements.
(実施の形態1)
実施の形態1では、細胞塊のような複数個の半透明物質が3次元的に重なっている被写体を撮像して得た画像を出力する画像出力装置について説明する。実施の形態1に係る画像出力装置は、前記被写体を異なる複数の撮像方向で撮像して得た複数の画像の中から、前記画像中の前記半透明物体の重複度合いが所定の条件を満たす1つ以上の画像を出力する。前記所定の条件は、画像の用途によって異なってもよい。例えば、人による前記被写体の観察用には、前記半透明物体の重複度合いがより小さい画像が出力され、また、前記半透明物質の前記自動計数用には、前記半透明物体の重複度合いがより大きい画像が出力されてもよい。
(Embodiment 1)
In the first embodiment, an image output apparatus that outputs an image obtained by imaging a subject in which a plurality of semitransparent substances such as cell clusters are three-dimensionally overlapped will be described. In the image output apparatus according to
図1は、実施の形態1に係る画像出力装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。図1に示される画像出力装置10は、撮像部100と、制御部200と、出力部300とを備える。
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the image output apparatus according to the first embodiment. The
撮像部100は、前記被写体に向けて照明光を出射し、前記照明光による前記被写体の画像を取得する部であり、照明部110と、撮像素子120とを有する。
The
照明部110は、前記被写体に向けて、非交錯照明光を、前記被写体を基準にして異なる複数の照明位置から順次出射する。非交錯照明光とは、互いに交差する光束を実質的に含まない照明光であり、撮像素子の各画素に到達する光線の到来方向が一意に決定される光である。非交錯照明光は、例えば、平行光や擬似コヒーレント光で実現され得る。照明部110は、例えば、光束の出射方向を正面方向のみに制限した面光源や、コリメートレンズと組み合わされるかまたは被写体との距離を十分に離した点光源で構成され、実質的な平行光を出射してもよい。また、照明部110は、例えば、単色光源とピンホールとで構成され、前記単色光源から出射される単色光を前記ピンホールに通すことにより生成した疑似コヒーレント光を出射してもよい。
The
撮像素子120は、照明部110から前記複数の照明位置の各々において出射され、前記被写体を透過した前記照明光によって表される前記被写体の複数の画像を取得する。撮像素子120は、例えば、CMOSイメージセンサまたはCCDイメージセンサで構成されてもよい。
The
ここで、撮像部100が前記被写体を複数の撮像方向で撮像するための構造について説明する。
Here, a structure for the
図2は、撮像部100の構造の一例を模式的に表す概念図であり、撮像部100を、側方及び上方から見た模式的な構造が示されている。
FIG. 2 is a conceptual diagram schematically showing an example of the structure of the
図2において、細胞塊901が被写体であり、細胞塊901は培養液902中に配置され、培養液902とともに培養容器903内に保持されている。
In FIG. 2, a
培養容器903は、姿勢及び位置が固定されており、照明部110は、複数の異なる照明位置を移動自在に構成され、撮像素子120は、照明部110に対する姿勢及び位置を保ったまま、培養容器903を挟んで照明部110と対向する位置を移動自在に構成されている。
The
図2では、一例として、細胞塊901が保持されている培養容器903の底面が水平面である。照明位置は、一例として、培養容器903の底面の中心を含む鉛直面内において鉛直方向を0度として0度〜60度の範囲で、かつ水平面内において培養容器903の特定の方向を0度として0〜360度の全周にわたって、10度刻みに設けられる。照明位置は、鉛直面内での角度Aと水平面内での角度Bとで指定される。
In FIG. 2, as an example, the bottom surface of the
撮像方向は、照明部110から撮像素子120に向かう方向として定義される。すなわち、撮像方向は照明位置と一対一に対応する。以下では、便宜のため、照明位置を指定する角度A、角度Bで、撮像方向を表すことがある。
The imaging direction is defined as a direction from the
照明部110及び撮像素子120の上述のような動きを実現するための撮像部100の可動機構について説明する。
A movable mechanism of the
図3は、撮像部100の可動機構の一例を模式的に表す概念図であり、撮像部100を、側方から見た模式的な構造が示されている。
FIG. 3 is a conceptual diagram schematically illustrating an example of the movable mechanism of the
図3に示される撮像部100は、照明部110及び撮像素子120をフレーム130に固定して構成されている。フレーム130は、少なくとも2方向の回転動作を許す支持部140によって保持されている。支持部140は、例えば、ボールジョイントで構成されてもよい。駆動機構150は、照明位置を指定する角度A、角度Bを指示されることにより、指示された照明位置に照明部110が来るようにフレーム130を回転させる。
The
ここから再び図1を参照して、画像出力装置10の残部について説明する。
The remaining part of the
制御部200は、撮像部100の動作を制御し、撮像部100で得られた画像を処理する部であり、撮像制御部210と、輝度分布解析部220と、画像決定部230と、撮像開始判定部240とを有する。
The
制御部200は、例えば、CPU、RAM、ROMなどからなるコンピュータシステム(図示せず)により構成されてもよい。制御部200の構成要素の一部又は全部の機能は、CPUがRAMを作業用のメモリとして用いてROMに記録されたプログラムを実行することによって達成されてもよい。また、制御部200の構成要素の一部又は全部の機能は、専用のハードウェア回路によって達成されてもよい。
The
撮像制御部210は、照明部110に対して照明位置の指定及び照明光の出射を指示し、また撮像素子120に対して撮像を指示することにより、撮像部100による被写体の撮像動作を制御する。
The
輝度分布解析部220は、撮像部100で撮像された画像中の輝度分布を解析する。輝度分布解析部220は、具体的に、画像中の画素ごとの輝度値のヒストグラムを算出し、輝度のダイナミックレンジ(最大値と最小値との差分)を算出してもよい。
The luminance
画像決定部230は、撮像素子120により取得された前記複数の画像の中から、前記画像中の輝度分布に基づいて前記半透明物体の前記画像の撮像方向での重複度合いが所定の条件を満たす1つ以上の画像を決定する。
The
半透明物体の重複度合いは、直接的には、前記画像中で前記画像の撮像方向に重なり合って見える半透明物体の個数(透過層数とも言う)で定義される。 The degree of overlap of translucent objects is directly defined by the number of translucent objects (also referred to as the number of transmissive layers) that appear to overlap each other in the image capturing direction of the image.
また、半透明物体の重複度合いは、透過層数によって直接的に定義される他にも、前記画像中の輝度分布に基づいて、画像中の輝度のダイナミックレンジの広さや、画像中の輝度の最小値の小ささで定義されてもよい。輝度のダイナミックレンジが広い画像、つまり、画像内の明暗の差が大きい画像や、輝度の最小値が小さい画像、つまり、画像内の暗部がより暗い画像では、画像内の暗部がより多くの半透明物体の重なり合いによって形成されていると考えられるからである。 Further, the degree of overlap of the translucent object is directly defined by the number of transmission layers, and based on the luminance distribution in the image, the width of the dynamic range of the luminance in the image, the luminance in the image, The minimum value may be defined. An image with a wide dynamic range of brightness, that is, an image with a large difference in light and darkness within an image, or an image with a small minimum brightness value, that is, an image with darker dark areas in the image, has more dark areas in the image. This is because it is considered to be formed by overlapping transparent objects.
撮像開始判定部240は、被写体と撮像素子120とが近接しているか否か、つまり被写体と撮像素子120との距離が所定の距離以内であるか否か、を判定する。当該判定について、やや詳しく説明する。
The imaging
画像出力装置10は、照明部110から撮像素子120までの照明光の光路上に合焦のための光学素子を有しない、いわゆるレンズレス光学系により構成される。レンズレス光学系ではピント調整の考え方はなく、被写体と撮像素子120との距離が近いほど、空気や培養液中の埃等による光線の拡散と交錯によるぼけの少ない、より鮮明な画像が得られる。
The
そこで、被写体のより鮮明な画像が得られる好適な撮像開始時期を見出すために、撮像開始判定部240は、被写体と撮像素子120とが近接しているか否かを判定する。当該判定は、例えば、被写体を予備的に撮像して得た予備画像から、次のようにして行われる。
Therefore, in order to find a suitable imaging start time at which a clearer image of the subject can be obtained, the imaging
図4は、被写体の予備画像に含まれる画素ごとの輝度値のヒストグラムの一例を示すグラフであり、黒いバーは、撮像素子120に近接している被写体の鮮明な予備画像のヒストグラムを表し、斜線のバーは、撮像素子120から離れている被写体のぼけた予備画像のヒストグラムを表している。
FIG. 4 is a graph illustrating an example of a histogram of luminance values for each pixel included in a preliminary image of a subject, and a black bar represents a histogram of a clear preliminary image of a subject that is close to the
図4に見られるように、被写体が撮像素子120に近接しているか離れているかは、被写体の予備画像が鮮明かぼけているかによるヒストグラムの形状の違い、すなわち、輝度分布がピーク近傍に集中するかなだらかに広がるかによって区別できる。このようなヒストグラムの形状の違いは、例えば輝度分布のピーク周辺における尖度と呼ばれる統計量に反映される。具体的に、図4の例では、被写体が撮像素子120に近接している場合の尖度は8程度であり、被写体が撮像素子120から離れている場合の尖度は0.8程度である。
As shown in FIG. 4, whether the subject is close to or away from the
撮像開始判定部240は、画像決定部230での前記1つ以上の画像の決定に用いられる前記複数の画像の撮像を開始する前に、撮像制御部210を介して撮像部100により前記被写体を予備的に撮像して前記被写体の予備画像を取得する。そして、前記予備画像中の輝度分布の尖度を算出し、算出された尖度が所定の閾値以上である場合に、前記被写体と撮像素子120との距離が前記所定の距離以内であると判定する。
The imaging
撮像開始判定部240は、例えば、輝度分布のピーク周辺の尖度が、5以上の場合に被写体と撮像素子120との距離が所定の距離以内であると判定し、前記尖度が5未満の場合に被写体と撮像素子120との距離が前記所定の距離よりも大きいと判定してもよい。
For example, when the kurtosis around the peak of the luminance distribution is 5 or more, the imaging start determining
なお、ヒストグラムの形状の違いは、輝度分布のピーク周辺における尖度に反映される他に、分散や標準偏差などの統計量にも反映されるので、分散や標準偏差を所定のしきい値と比較することにより、被写体と撮像素子120との距離が所定の距離以内であるか否かを判定してもよい。
The difference in the shape of the histogram is reflected not only in the kurtosis around the peak of the luminance distribution but also in statistics such as variance and standard deviation. By comparing, it may be determined whether or not the distance between the subject and the
次に、上述のように構成される画像出力装置10の動作について説明する。
Next, the operation of the
図5は、画像出力装置10の動作の一例を示すフローチャートである。図5に示されるように、画像出力処理が開始されると、まず、撮像開始判定部240によって、被写体と撮像素子120との距離が所定の距離以内であるか否かが判定される(S1000)。被写体と撮像素子120との距離が所定の距離以内であると判定されると(S1000でYES)、撮像制御部210は、全ての撮像方向での被写体の撮像が完了したか否かを判定する(S1110)。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of the operation of the
全ての撮像方向での被写体の撮像が完了していない場合(S1110でNO)、撮像制御部210は、まだ撮像していない撮像方向を撮像部100に指定する(S1120)。撮像部100は、指定された撮像方向に対応する照明位置に照明部110を移動させ、撮像制御部210からの指令に応じて照明光の出射及び被写体の撮像を行う(S1130)。
If imaging of the subject in all imaging directions has not been completed (NO in S1110), the
輝度分布解析部220は、得られた画像を撮像部100から取得し、前記画像中の輝度分布を解析する(S1140)。輝度分布解析部220は、例えば、画像中の画素ごとの輝度の最大値と最小値との差分を、輝度のダイナミックレンジとして計算する。画像中の輝度のダイナミックレンジは、前述したように、撮像された被写体を構成する半透明物体の、画像の撮像方向での重複度合いの一例である。
The luminance
画像決定部230は、直近のステップS1140で計算されたダイナミックレンジと、それまでに計算されたダイナミックレンジの最小値とを比較する(S1150)。直近のダイナミックレンジがそれまでの最小値よりも小さい場合(S1150で最小)、画像決定部230は、直近のステップS1130で得られた画像を表示画像として決定する(S1160)。なお、ここで決定される表示画像は、全ての撮像方向での被写体の撮像が完了するまでは暫定的な表示画像であり、表示画像は、それまでの最小値よりも小さいダイナミックレンジが算出されるたびに決定し直される。画像決定部230は、決定された表示画像の撮像方向と当該表示画像のダイナミックレンジ(つまり、ダイナミックレンジの新たな最小値)とを記憶する。
The
全ての撮像方向での被写体の撮像が完了すると(S1110でYES)、画像決定部230は、記憶されている表示画像の撮像方向を、撮像制御部210を介して撮像部100に指定する(S1170)。撮像部100は、指定された撮像方向に対応する照明位置に照明部110を移動させ、撮像制御部210からの指令に応じて照明光の出射及び被写体の撮像を行う(S1180)。出力部300は、ステップS1180で得られた画像を出力する(S1190)。出力された画像は、例えば、表示装置(図示せず)で表示され、人による前記被写体の観察のために提示される。
When the imaging of the subject in all imaging directions is completed (YES in S1110), the
以上説明したように、画像出力装置10によれば、複数の異なる撮像方向で被写体を撮像して得られた複数の画像の中から、画像中に表される半透明物体の重複度合いが最も小さい画像が表示画像として出力される。出力された画像を表示装置で表示することにより、人による前記被写体の観察用に適した表示画像が観察者に提示される。
As described above, according to the
なお、このような効果を損なうことなく、画像出力装置10を次のように変形することができる。
The
(変形例1)
実施の形態では、撮像部100は、照明部110と撮像素子120とが一体で移動するように構成されているが、撮像部の構成はこの例には限られない。変形例1では、撮像素子が、例えば、被写体を保持している容器を挟んで、複数の照明位置の何れとも対向する姿勢及び位置に固定されている例について説明する。
(Modification 1)
In the embodiment, the
図6は、変形例1に係る撮像部の構造の一例を模式的に表す概念図であり、撮像部を、側方から見た模式的な構造が示されている。図6に示される撮像部101では、図3の撮像部100と異なり、撮像素子121の姿勢及び位置は固定されている。また、撮像部101では、撮像部100と同様、培養容器903の姿勢及び位置は固定されており、照明部110は、複数の異なる照明位置を移動自在に構成されている。照明部110の動きを実現するために、撮像部101においても、図3に示される撮像部100と同様の可動機構が用いられ得る。
FIG. 6 is a conceptual diagram schematically illustrating an example of the structure of the imaging unit according to
このように構成される撮像部101によっても、異なる複数の撮像方向で被写体を撮像することができる。
The
なお、照明部は、必ずしも可動に構成される必要はない。照明部は、例えば、被写体の上方に設けられる固定部材により各対応するする照明位置に固定された複数の光源で構成されてもよい。そのような照明部は、可動部分を有さず、前記複数の光源から順次照明光を出射する。 Note that the illumination unit is not necessarily configured to be movable. For example, the illuminating unit may include a plurality of light sources fixed at corresponding illumination positions by fixing members provided above the subject. Such an illumination unit does not have a movable part, and emits illumination light sequentially from the plurality of light sources.
また、照明部、培養容器、及び撮像素子の全ての姿勢及び位置が固定された撮像部を構成することもできる。そのような撮像部は、培養液を動かすことによって被写体を回転させ、異なる複数の撮像方向で被写体を撮像する。被写体の周囲の流体の動きを制御することによって被写体を回転させる技術は、例えば、非特許文献1: Yaxiaer Yalikun, Yoshitake Akiyama and Keisuke Morishima “Multiple Microfluidic Stream based Manipulation for Single Cell Handling”, 2013 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) November 3−7, 2013. Tokyo, Japanに開示されている。
It is also possible to configure an imaging unit in which all the postures and positions of the illumination unit, the culture vessel, and the imaging device are fixed. Such an imaging unit rotates the subject by moving the culture solution, and images the subject in a plurality of different imaging directions. The technique of rotating a subject by controlling the movement of the fluid around the subject is described in, for example, Non-Patent Document 1: Yaxiaer Yalikun, Yoshitake Akiyama and Keisuke Morisima, “
(変形例2)
図6に示される撮像部101のように、撮像素子121と培養容器903とが固定されている場合、照明位置に応じて撮像素子121の受光面での照度(つまり、当該受光面での単位面積あたりの光束)が変動する。変形例2では、このような変動を補償するための補正処理について説明する。
(Modification 2)
When the
図7A及び図7Bは、照明位置に応じた照度の変動を説明する図である。図7Aに示されるように、照明光が平行光である場合、照明光の入射角が浅いほど受光面積が大きくなり(L1<L2)照度は低下する。また、図7Bに示されるように、照明光が疑似コヒーレント光である場合、照明部110から撮像素子121までの距離が遠いほど、かつ照明光の入射角が浅いほど受光面積が大きくなり(L3<L4)照度は低下する。照度の低下によって画像の輝度が低下するため、撮像方向に応じて照度が変動する場合、撮像方向が異なる複数の画像の輝度分布を直接的に比較することができない。
FIG. 7A and FIG. 7B are diagrams for explaining fluctuations in illuminance according to the illumination position. As shown in FIG. 7A, when the illumination light is parallel light, the light receiving area increases as the incident angle of the illumination light becomes shallower (L1 <L2), and the illuminance decreases. As shown in FIG. 7B, when the illumination light is pseudo-coherent light, the light receiving area increases as the distance from the
そこで、輝度分布解析部220は、撮像方向に応じた照度の変動を補償するように、輝度分布を補正する。輝度分布解析部220は、例えば、撮像方向ごとに輝度分布の補正量をあらかじめ保持しておき、画像の撮像方向に応じた補正量を考慮して、当該画像中の輝度分布を解析してもよい。
Therefore, the luminance
また、出力部300は、撮像方向に応じて表示画像に生じる輝度の低下や形状的な歪を補正し、補正後の表示画像を出力してもよい。
In addition, the
(変形例3)
実施の形態では、画像決定部230にて、輝度のダイナミックレンジが最小の画像を表示画像として決定しているが、表示画像を決定するための基準は、この例には限られない。変形例3では、他の基準を用いて表示画像を決定する例について説明する。
(Modification 3)
In the embodiment, the
前述したように、画像中に表される半透明物体の重複度合いは、画像中の輝度のダイナミックレンジの広さの他に、画像中の輝度の最小値の小ささで定義することができる。つまり、画像中の輝度の最小値がより大きい画像を、半透明物体の重複度合いがより小さい画像と定義してもよい。 As described above, the overlapping degree of the translucent objects represented in the image can be defined by the minimum value of the luminance in the image in addition to the wide dynamic range of the luminance in the image. That is, an image having a larger minimum luminance value in the image may be defined as an image having a smaller degree of overlap of semi-transparent objects.
そこで、画像決定部は、輝度の最小値が最大の画像を、表示画像として決定する。このようにして決定さる表示画像もまた、画像中に表される半透明物体の重複度合いが小さく、人による被写体の観察用に適している。 Therefore, the image determination unit determines an image having the maximum luminance minimum value as a display image. The display image determined in this way also has a small degree of overlapping of the translucent objects represented in the image and is suitable for observing the subject by a person.
なお、表示画像は、輝度のダイナミックレンジが最小の画像や、輝度の最小値が最大の画像といった、唯一の画像である必要は必ずしもない。表示画像として、人による被写体の観察用に適していると考えられる所定個数までの画像を決定してもよい。 Note that the display image is not necessarily the only image such as an image with the minimum luminance dynamic range or an image with the maximum luminance minimum value. Up to a predetermined number of images that are considered suitable for observing a subject by a person may be determined as display images.
観察者が画像に表された細胞の数を目視で確認する場合、前記画像中での細胞の重なり合いが、例えば2層までであれば、重なり合った細胞の区別は比較的容易であり、細胞の数が確認しやすい。しかし、細胞が3層以上に重なり合っていると、細胞の輪郭線の識別が困難になる。 When the observer visually confirms the number of cells shown in the image, if the overlapping of the cells in the image is, for example, up to two layers, it is relatively easy to distinguish the overlapping cells. The number is easy to check. However, if cells overlap in three or more layers, it becomes difficult to identify the outline of the cell.
そこで、画像決定部230は、例えば、半透明物体が高々2層まで重なり合っている画像における輝度のダイナミックレンジ(又は輝度の最小値)を基準値としてあらかじめ保持しておき、当該基準値との比較により、半透明物体が高々2層まで重なり合っていると考えられる複数の画像を表示画像として決定してもよい。
Therefore, for example, the
これにより、観察者は、決定された複数の表示画像の中から、被写体の観察(例えば細胞の計数)が最も容易と思われる画像を選択して、被写体の観察に用いることができる。観察者の選択の便宜のため、出力部300は、決定された複数の表示画像のサムネイルを、観察者に提示してもよい。
Thus, the observer can select an image that is most likely to be observed (for example, cell counting) from the determined plurality of display images and use it for observing the subject. For convenience of selection by the observer, the
(変形例4)
実施の形態では、撮像開始判定部240にて、被写体と撮像素子120とが近接しているか否かを、被写体の予備画像の輝度分布に基づいて判定しているが、被写体と撮像素子120とが近接しているか否かの判定の基準は、この例には限られない。変形例4では、被写体と撮像素子120とが近接しているか否かを、異なる時刻に被写体を撮像して得た2つの予備画像の比較に基づいて判定する例について説明する。
(Modification 4)
In the embodiment, the imaging
被写体が液体中に配置され前記液体とともに容器内に保持されている場合、前記液体の密度が前記被写体の密度よりも小さければ前記液体に沈み、前記液体の密度が前記被写体の密度よりも大きければ前記液体に浮く。例えば、被写体としての細胞塊は、多くの場合、培養液に沈む。 When a subject is placed in a liquid and held in a container together with the liquid, the liquid sinks if the density of the liquid is smaller than the density of the subject, and if the density of the liquid is larger than the density of the subject Float in the liquid. For example, a cell mass as a subject often sinks in a culture solution.
被写体が前記液体に沈む場合、撮像素子120を前記容器の下方に配置することで、前記被写体が前記液体中を沈んでいき、前記容器の底で静止したときに、前記被写体が撮像素子120に最も近接していると判定することができる。前記被写体が前記液体中で移動中か静止しているかは、例えば、前記被写体を異なる時刻において撮像して得た画像の類似に基づいて判定できる。前記画像の輝度分布が、例えば、図4の黒いバーで示される輝度分布と斜線のバーで示される輝度分布のように異なる場合、前記被写体は移動中であると考えられる。
When the subject sinks into the liquid, the
そこで、撮像開始判定部240は、画像決定部230での前記1つ以上の画像の決定に用いられる前記複数の画像の撮像を開始する前に、第1の時刻及び当該第1の時刻よりも後の第2の時刻において、撮像制御部210を介して撮像部100により前記被写体を予備的に撮像して前記被写体の第1の予備画像及び第2の予備画像を取得する。そして、前記第1の予備画像と前記第2の予備画像との類似に基づき、前記第2の時刻において前記被写体と前記撮像素子との距離が前記所定の距離以内であるか否かを判定する。
Therefore, the imaging
前記第1の予備画像と前記第2の予備画像とが類似しているか否かは、例えば、前記第1の予備画像及び前記第2の予備画像の輝度のヒストグラムにおける輝度区間ごとの画素数の差分の総和が全画素数に対する所定比率(例えば5%)以下であるか否かにより判定してもよい。また、前記第1の予備画像及び前記第2の予備画像の輝度分布における尖度値、分散、標準偏差といった統計量の差分を所定のしきい値と比較することにより判定してもよい。また、判定を容易にするため、前記第1の予備画像と前記第2の予備画像とは、同一の撮像方向かつ同一の照明強度で撮像されてもよい。 Whether or not the first preliminary image and the second preliminary image are similar is determined by, for example, the number of pixels for each luminance interval in the luminance histogram of the first preliminary image and the second preliminary image. You may determine by the sum total of a difference being below a predetermined ratio (for example, 5%) with respect to the total number of pixels. Further, the determination may be made by comparing a difference in statistics such as kurtosis value, variance, and standard deviation in the luminance distribution of the first preliminary image and the second preliminary image with a predetermined threshold value. In order to facilitate the determination, the first preliminary image and the second preliminary image may be captured in the same imaging direction and with the same illumination intensity.
これにより、前記被写体と撮像素子120との距離が離れていることに起因して前記被写体のぼけ画像が撮像されることを、前記第1の予備画像と前記第2の予備画像との類似に基づいて防止することができる。なお、被写体が前記液体に浮く場合、撮像素子120を前記容器の上方に配置することで、同様の効果が得られる。
Thus, the blur image of the subject is captured due to the distance between the subject and the
また、予備画像の輝度分布を用いる他にも、図示しない光学センサや重量センサを用いて、前記被写体が前記容器の底に到達したことを検知してもよい。 In addition to using the luminance distribution of the preliminary image, an optical sensor or a weight sensor (not shown) may be used to detect that the subject has reached the bottom of the container.
(変形例5)
実施の形態1では、画像出力装置10は、全ての方向での被写体の撮像が完了した後で表示画像を記憶されている撮像方向で再度撮像して出力する画像出力処理を行っている。このような画像出力処理は、比較的小容量のメモリを用いて実行し得る反面、表示画像を再度撮像して出力するため、時間的な不利がある。また、被写体の状態が変化することで、記憶されている撮像方向で再度撮像された画像が、表示画像として必ずしも適していない懸念もある。
(Modification 5)
In the first embodiment, the
そこで、変形例5では、表示画像を決定するために撮像された全ての画像を記憶し、決定された表示画像を記憶されている画像の中から出力する画像出力装置について説明する。
Therefore, in
図8は、変形例5に係る画像出力装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。図8に示される画像出力装置11は、図1の画像出力装置10と比べて、制御部201における撮像制御部211及び画像決定部231、並びに出力部301が変更され、画像記憶部400が追加される点が異なる。
FIG. 8 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of an image output apparatus according to the fifth modification. The
図9は画像出力装置11の動作の一例を示すフローチャートである。図9に示されるフローチャートは、図5のフローチャートと比べて、表示画像を決定するステップS1220及び表示画像を出力するステップS1230が変更され、撮像した画像を記憶するステップS1210が追加され、表示画像を再度撮影するステップが削除される点が異なる。
FIG. 9 is a flowchart showing an example of the operation of the
以下では、図9のフローチャートに沿って図8の構成要素の動作を説明する。なお、既に説明されている構成要素及びステップについては、同一の符号を付して適宜説明を省略し、主として追加及び変更される構成要素及びステップについて説明する。 In the following, the operation of the components of FIG. 8 will be described along the flowchart of FIG. In addition, about the component and step already demonstrated, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably and the component and step which are mainly added and changed are demonstrated.
画像記憶部400は、個々の撮像方向で被写体が撮像されるたびに、得られた画像を記憶する(S1210)。
The
画像決定部231は、暫定的な表示画像を決定するたびに、画像記憶部400に記憶された直近の画像を表示画像として識別する識別情報を記憶する(S1220)。
Each time the
全ての方向での撮像が完了した後(S1110でYES)、画像決定部231は、記憶されている識別情報を出力部301に通知し、出力部300は、通知された識別情報で識別される表示画像を画像記憶部400から参照して出力する(S1230)。
After the imaging in all directions is completed (YES in S1110), the
上述のように構成された画像出力装置11によれば、表示画像を決定するために撮像された全ての画像を記憶し、決定された表示画像を記憶されている画像の中から出力する。その結果、表示画像を再度撮像することによる時間的な不利や、再度撮像撮影された表示画像の適性についての懸念が解消される。
According to the
(実施の形態2)
実施の形態2では、人による被写体の観察用に適した表示画像に加えて、被写体を構成する半透明物質の数を自動計数した結果を出力する画像出力装置について説明する。実施の形態2に係る画像出力装置は、前記表示画像を決定するとともに、前記複数の画像の中から、画像中の輝度のダイナミックレンジが最大の画像、または画像中の輝度の最小値が最小の画像を、自動計数用画像として決定し、決定された自動計数用画像中の半透明物質の個数を計数し、計数結果と前記表示画像とを出力する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, an image output apparatus that outputs a result of automatically counting the number of translucent substances constituting a subject in addition to a display image suitable for observing the subject by a person will be described. The image output apparatus according to
図10は、実施の形態2に係る画像出力装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。図10に示される画像出力装置12は、図8の画像出力装置11と比べて、制御部202における画像決定部232、及び出力部302が変更され、計数部500が追加される点が異なる。
FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the image output apparatus according to the second embodiment. The
図11は、画像出力装置12の動作の一例を示すフローチャートである。図11に示されるフローチャートは、図9のフローチャートと比べて、輝度のダイナミックレンジを比較するステップS1310が変更され、自動計数用画像を決定するステップS1320、自動計数用画像に表された細胞を計数するステップS1330、及び計数値を出力するステップS1340が追加される点が異なる。
FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of the operation of the
以下では、図11のフローチャートに沿って図10の構成要素の動作を説明する。なお、既に説明されている構成要素及びステップについては、同一の符号を付して適宜説明を省略し、主として追加及び変更される構成要素及びステップについて説明する。 Below, operation | movement of the component of FIG. 10 is demonstrated along the flowchart of FIG. In addition, about the component and step already demonstrated, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably and the component and step which are mainly added and changed are demonstrated.
画像決定部232は、直近のステップS1140で計算されたダイナミックレンジと、それまでに計算されたダイナミックレンジの最小値及び最大値のそれぞれとを比較する(S1310)。
The
直近のダイナミックレンジがそれまでの最小値よりも小さい場合(S1310で最小)、画像決定部232は、画像記憶部400に記憶された直近の画像を表示画像として識別する識別情報を記憶する(S1220)。直近のダイナミックレンジがそれまでの最大値よりも大きい場合(S1310で最大)、画像決定部232は、画像記憶部400に記憶された直近の画像を自動計数用画像として識別する識別情報を記憶する(S1320)。
When the most recent dynamic range is smaller than the minimum value so far (minimum in S1310), the
全ての方向での撮像が完了した後(S1110でYES)、計数部500は、画像決定部232から通知される識別情報によって表される自動計数用画像を画像記憶部400から参照し、前記自動計数用画像に表された半透明物体を計数し(S1330)、出力部302は、計数部500で計数された半透明物体の個数を示す計数値を出力する(S1340)。前記計数値は、例えば、表示画像の一部に重畳された態様で表示画像とともに出力されてもよい(S1220)。
After the imaging in all directions is completed (YES in S1110), the
ここで、ステップS1330における細胞計数の一例について、8分割期の標準的な初期胚を構成する細胞を計数する場合の例で説明する。 Here, an example of the cell count in step S1330 will be described using an example of counting cells constituting a standard early embryo in the 8-division period.
まず、8分割期の標準的な初期胚の構造について説明する。当該初期胚は、略平面上に位置する4つの細胞を上下方向に2段に積み重ねた構造を有することが知られている。より詳細には、各段の4つの細胞の中心は略正方形の頂点に位置し、上段の4つの細胞は、下段の4つの細胞を高さ方向に平行移動し45度回転させた位置にあって、下段の4つの細胞と接触している。 First, the structure of a standard early embryo in the 8-division period will be described. It is known that the early embryo has a structure in which four cells located on a substantially plane are stacked in two stages in the vertical direction. More specifically, the center of the four cells in each stage is located at the apex of a substantially square, and the four cells in the upper stage are in positions where the four cells in the lower stage are translated in the height direction and rotated 45 degrees. In contact with the lower four cells.
図12A、図12B、図12Cは、そのような細胞の立体的な重なり合いを説明する図であり、8分割期の標準的な初期胚を構成する8つの細胞の、3次元直交座標系におけるxy平面、xz平面、yz平面への投影像をそれぞれ示している。すなわち、図12A、図12B、図12Cは、前記初期胚を、それぞれz軸、y軸、x軸方向の平行光で撮像したときに得られる画像を模式的に表している。 FIG. 12A, FIG. 12B, and FIG. 12C are diagrams illustrating such three-dimensional overlap of cells, and xy in a three-dimensional Cartesian coordinate system of eight cells constituting a standard early embryo in the 8-division period. Projected images on a plane, an xz plane, and a yz plane are shown. That is, FIG. 12A, FIG. 12B, and FIG. 12C schematically represent images obtained when the initial embryo is imaged with parallel light in the z-axis, y-axis, and x-axis directions, respectively.
図12A、図12B、図12Cでは、便宜のため、個々の細胞を球体で表現し、上段の細胞を実線で示し、下段の細胞を破線で示している。また、上下方向をz軸に対応付け、各段の4つの細胞の中心をxy平面上の正方形の頂点に配置している。 In FIG. 12A, FIG. 12B, and FIG. 12C, for convenience, individual cells are represented by spheres, upper cells are indicated by solid lines, and lower cells are indicated by broken lines. Further, the vertical direction is associated with the z-axis, and the centers of the four cells in each stage are arranged at the vertices of squares on the xy plane.
図12A、図12B、図12Cの画像中の各画素の輝度値は、当該画素位置において撮像方向に重なり合って見える細胞の個数(前述の透過層数)が多いほど低い。 The luminance value of each pixel in the images of FIGS. 12A, 12B, and 12C is lower as the number of cells that appear to overlap in the imaging direction at the pixel position (the number of the transmissive layers described above) is higher.
一例として、図12Cの画像中で点P及び点Qに位置する画素に入射する光束の経路が、図12A及び図12Bに破線で示されている。点Pの画素には、図12Cにおける下段の2個の細胞及び上段の3個の細胞の合計5個の細胞を透過した透過層数5の光束が入射する。点Qの画素には、図12Cにおける上段の2個の細胞を透過した透過層数2の光束が入射する。そのため、点P及び点Qの画素の輝度は、細胞を透過しない透過層数0の光束が入射する背景画素の輝度0から、それぞれの透過層数に応じて低下した輝度5及び輝度2となる。
As an example, the path of the light beam incident on the pixels located at the points P and Q in the image of FIG. 12C is indicated by broken lines in FIGS. 12A and 12B. The light beam having the number of transmission layers of 5 is transmitted to the pixel at the point P, which has transmitted a total of five cells, ie, the two cells at the lower stage and the three cells at the upper stage in FIG. 12C. A light beam having two transmissive layers that has passed through the upper two cells in FIG. 12C is incident on the pixel at point Q. Therefore, the luminance of the pixels at the points P and Q becomes the
点P及び点Qを通る一点鎖線上の画素には、透過層数0の光束による背景画素の輝度0の他に、透過層数1、2、3、5の光束による4種類の輝度が見られる。異なる透過層数に対応する輝度は不連続であり、比較的明瞭に区別できることが経験上分かっている。
In addition to the
図12Cには、yz平面への投影像とともに、当該一点鎖線上に位置する画素の画素位置と輝度との対応を模式的に表すグラフが示されている。当該グラフは、説明のため、y軸方向の区間ごとに不連続に現れる輝度を示しているが、実際の画像には、yz平面上の領域ごとに不連続に現れる輝度が観察される。 FIG. 12C shows a graph schematically showing the correspondence between the pixel position of the pixel located on the one-dot chain line and the luminance, together with the projected image on the yz plane. For the sake of explanation, the graph shows the luminance that appears discontinuously for each section in the y-axis direction, but in an actual image, the luminance that appears discontinuously for each region on the yz plane is observed.
さて、計数部500は、このような画像に写っている細胞の個数を、例えば次のようにして、算出する。
Now, the
まず、背景の次に輝度が高い領域を抽出し、抽出された領域の形状から、1層分の細胞が写っている領域と前記1層分の細胞の個数とを推定する。この推定のために、例えば、抽出された領域の輪郭形状と細胞の標準的な輪郭形状(円又は楕円でもよい)とが比較される。細胞の標準的な輪郭の一部又は全部の形状と抽出された領域の輪郭形状とが合致するとき、当該細胞の標準的な輪郭内に前記1層分の細胞のうちの1つの細胞が写っていると推定する。このような比較が、抽出された領域の輪郭の全体で行われ、輪郭形状が合致した箇所の数が前記1層分の細胞の個数として推定される。 First, an area having the next highest luminance after the background is extracted, and from the shape of the extracted area, an area in which one layer of cells is reflected and the number of cells in one layer are estimated. For this estimation, for example, the contour shape of the extracted region is compared with the standard contour shape of a cell (which may be a circle or an ellipse). When the shape of a part or all of the standard outline of the cell matches the outline shape of the extracted region, one of the cells of the one layer is reflected in the standard outline of the cell. It is estimated that Such a comparison is performed on the entire contour of the extracted region, and the number of locations where the contour shape matches is estimated as the number of cells in the one layer.
次に、前記1層分の細胞を除去するように前記画像を補正する。この補正のために、例えば、推定された前記領域に、背景と前記領域の輝度との差分が加算される。これにより、前記画像は、前記1層分の細胞が写っていない状態の画像に補正される。 Next, the image is corrected so as to remove the cells for the one layer. For this correction, for example, the difference between the background and the luminance of the area is added to the estimated area. As a result, the image is corrected to an image in which the cells for one layer are not shown.
この処理を、細胞の標準的な輪郭の一部又は全部の形状と合致する輪郭を持つ領域がなくなるまで、補正後の画像に対して繰り返し適用する。繰り返しの各回で推定された細胞の個数の総和が、画像に写っている細胞の個数として算出される。 This process is repeatedly applied to the corrected image until there is no region having a contour that matches the shape of part or all of the standard contour of the cell. The sum of the number of cells estimated at each iteration is calculated as the number of cells in the image.
図12Cの例では、繰り返しの最初の回で、画像から上段の両端2個の細胞が除去され、当初の輝度3の領域が輝度2に補正される。そして、次の回で、画像から3個の細胞が除去され、その結果、細胞の標準的な輪郭と合致する輪郭を持つ領域がなくなる。
In the example of FIG. 12C, the two cells at both ends at the upper stage are removed from the image in the first iteration, and the
このような細胞の計数方法によれば、画像上で細胞を1層分ごとに除去しながら細胞を計数するので、細胞の重複度合いがより大きい画像から、より正確な計数結果が算出される。そのため、画像決定部232は、細胞の重複度合いがより大きい画像を自動計数用画像として決定している。画像決定部232は、画像中の輝度のダイナミックレンジがより大きい画像を自動計数用画像として決定してもよく、また、輝度の最小値が最小の画像を自動計数用画像として決定してもよい。さらには、画像中の輝度の段階数がより多い画像を自動計数用画像として決定してもよい。このように決定される自動計数用画像は、自動計数によってより正確な細胞の計数結果を得るために役立つ。
According to such a cell counting method, since the cells are counted while removing the cells for each layer on the image, a more accurate counting result is calculated from an image having a larger degree of overlapping of cells. For this reason, the
上述のように構成された画像出力装置12によれば、画像中に表される半透明物体の重複度合いが最小の画像が表示画像として出力されることに加えて、画像中に表される半透明物体の重複度合いが最大の画像である自動計数用画像から自動計数された半透明物体の個数が出力される。
According to the
これにより、人による被写体の観察に適した前記表示画像とともに、自動計数処理に適した自動計数用画像から自動計数された半透明物体の個数を提示することによって、観察者による細胞の計数を補助することができる。 This helps the observer to count cells by presenting the number of translucent objects automatically counted from an automatic counting image suitable for automatic counting processing together with the display image suitable for observing a subject by a person. can do.
なお、自動計数の具体的な方法は上記には限定されず、他の自動計数の方法が採用されてもよい。 The specific method of automatic counting is not limited to the above, and other automatic counting methods may be adopted.
(実施の形態3)
実施の形態3では、被写体が初期胚である場合に、前記初期胚の成長段階ごとに前記初期胚を撮像して表示画像と細胞数の自動計数結果とを出力するために適した画像出力装置について説明する。実施の形態3に係る画像出力装置は、ある成長段階での表示画像及び自動計数用画像の決定結果に基づき、後続する成長段階での画像の撮像範囲を限定することにより、画像出力に要する時間の短縮を図る。画像の撮像範囲の限定には、前記初期胚の成長段階ごとの標準的な細胞の個数と前記細胞の立体的な重複度合いとを表す標準細胞情報が用いられる。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, when the subject is an early embryo, the image output apparatus suitable for imaging the early embryo for each growth stage of the early embryo and outputting a display image and an automatic counting result of the number of cells. Will be described. The image output device according to the third embodiment limits the imaging range of an image at a subsequent growth stage based on the determination result of the display image and the automatic counting image at a certain growth stage, and thereby the time required for image output To shorten. In order to limit the imaging range of the image, standard cell information indicating the number of standard cells and the three-dimensional overlapping degree of the cells for each growth stage of the early embryo is used.
図13は、実施の形態3の画像出力装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。図13に示される画像出力装置13は、図10の画像出力装置12と比べて、制御部203における撮像制御部213及び画像決定部233が変更され、標準細胞情報記憶部250、撮像細胞情報記憶部260、撮像方向設定部270が追加される点が異なる。
FIG. 13 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the image output apparatus according to the third embodiment. In the
図14は、画像出力装置13の動作の一例を示すフローチャートである。図14に示されるフローチャートは、図11のフローチャートと比べて、撮像方向を指定するステップS1520が変更され、撮像方向を設定するステップS1400、撮像細胞情報を記録するステップS1500が追加される点が異なる。
FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of the operation of the
以下では、図14のフローチャートに沿って図13の構成要素の動作を説明する。なお、既に説明されている構成要素及びステップについては、同一の符号を付して適宜説明を省略し、主として追加及び変更される構成要素及びステップについて説明する。 Below, operation | movement of the component of FIG. 13 is demonstrated along the flowchart of FIG. In addition, about the component and step already demonstrated, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted suitably and the component and step which are mainly added and changed are demonstrated.
図14のフローチャートで示される画像出力処理は、被写体である初期胚の複数の成長段階ごとに実行される。 The image output process shown in the flowchart of FIG. 14 is executed for each of a plurality of growth stages of the initial embryo as a subject.
画像出力処理が開始されると、撮像方向設定部270は、撮像細胞情報に基づき、標準細胞情報を用いて、現在の画像出力処理での前記初期胚の撮像範囲を限定する(S1400)。ここで、標準細胞情報は、標準的な初期胚の成長段階ごとに前記初期胚を構成する細胞の個数と前記細胞の立体的な重複度合いとを表す情報であり、撮像細胞情報は、前回の画像出力処理での表示画像及び自動計数用画像の決定結果を表す情報である。撮像範囲を限定する処理の詳細な内容は、後ほど詳しく説明する。
When the image output process is started, the imaging
撮像制御部213は、撮像方向設定部270によって設定された撮像範囲に含まれる撮像方向での撮像が完了したか否かを判定する(S1510)。
The
設定された撮像範囲に含まれる撮像方向での被写体の撮像が完了していない場合(S1510でNO)、撮像制御部213は、設定された撮像範囲に含まれ、かつまだ撮像していない撮像方向を撮像部100に指定する(S1520)。
If imaging of the subject in the imaging direction included in the set imaging range has not been completed (NO in S1510), the
撮像方向設定部270によって設定された撮像範囲内に含まれる撮像方向での撮像が完了すると(S1510でYES)、画像決定部233は、表示画像及び自動計数用画像の決定結果を表す撮像細胞情報を、撮像細胞情報記憶部260に記録する。
When the imaging in the imaging direction included in the imaging range set by the imaging
撮像方向設定部270による、撮像範囲の設定処理について説明を続ける。
The description of the imaging range setting processing by the imaging
まず、撮像細胞情報及び標準細胞情報の内容について説明する。 First, the contents of imaging cell information and standard cell information will be described.
図15は、撮像細胞情報記憶部260に記憶されている撮像細胞情報の一例を示す図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of imaged cell information stored in the imaged cell
図15に示されるように、撮像細胞情報は、前回の画像出力処理での表示画像の撮像方向、表示画像の輝度のダイナミックレンジ、自動計数用画像の撮像方向、自動計数用画像の輝度のダイナミックレンジ、及び自動計数された細胞数を含む。 As shown in FIG. 15, the imaging cell information includes the imaging direction of the display image in the previous image output process, the dynamic range of the luminance of the display image, the imaging direction of the automatic counting image, and the dynamic luminance of the automatic counting image. Includes range and number of cells counted automatically.
図16は、標準細胞情報記憶部250に記憶されている標準細胞情報の一例を示す図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of standard cell information stored in the standard cell
図16に示されるように、標準細胞情報は、標準的な初期胚の成長段階ごとに、当該成長段階における前記初期胚を構成する細胞数、透過層数の上限層数と下限層数、輝度のダイナミックレンジの上限基準値と下限基準値を含む。 As shown in FIG. 16, the standard cell information includes, for each standard early embryo growth stage, the number of cells constituting the early embryo in the growth stage, the upper and lower layers of the permeation layer, the luminance. Including the upper and lower reference values of the dynamic range.
ここで、透過層数とは、初期胚を観察するときに、重なり合って見える細胞の層数を示す数値であり、初期胚の観察方向に応じた上限層数及び下限層数が示される。図16の標準細胞情報は、例えば、第4成長段階(8分割期)の初期胚について、観察方向によって、細胞が2層から5層までの何れかの層数で重なり合って見えることを示している。言い換えれば、第4成長段階(8分割期)の初期胚には、どの細胞も重なり合っていない状態で見ることができる観察方向はなく、また、何れかの細胞が6層以上に重なり合っている状態で見ることができる観察方向もない。 Here, the number of permeable layers is a numerical value indicating the number of layers of cells that appear to overlap when observing the initial embryo, and indicates the upper limit layer number and the lower limit layer number according to the observation direction of the initial embryo. The standard cell information in FIG. 16 indicates that, for example, the early embryos in the fourth growth stage (eight division stage) appear to overlap in any number of layers from 2 to 5 layers depending on the observation direction. Yes. In other words, the early embryo in the fourth growth stage (eight division stage) has no observation direction in which no cells overlap, and any cell overlaps more than six layers. There is also no observation direction that can be seen in.
透過層数の上限層数及び下限層数は、各成長段階において初期胚を構成する細胞の立体的な配置に関する知識(例えば、2つの細胞から分裂した4つの細胞は直線状に並ぶことはなく略平面状に広がって位置するといった知識)に基づいて算出されている。 The upper and lower permeation layer numbers are the knowledge about the three-dimensional arrangement of the cells that make up the early embryo in each growth stage (for example, four cells divided from two cells do not line up in a straight line) This is calculated based on the knowledge that it is spread and positioned in a substantially planar shape.
また、輝度ダイナミックレンジの上限基準値は、上限層数までの細胞が重なり合って写っている画像の輝度のダイナミックレンジを表す基準値であり、下限基準値は、下限層数までの細胞が重なり合って写っている画像の輝度のダイナミックレンジを表す基準値である。 The upper limit reference value of the luminance dynamic range is a reference value that represents the dynamic range of the luminance of an image in which cells up to the upper limit number of layers are overlapped, and the lower limit reference value is an overlap of cells up to the lower limit number of layers. This is a reference value representing the dynamic range of the brightness of the captured image.
撮像方向は、これらの情報を用いて、次のようにして設定される。 The imaging direction is set as follows using these pieces of information.
図17は、撮像方向を設定するステップS1400での詳細な処理内容を示したフローチャートである。 FIG. 17 is a flowchart showing detailed processing contents in step S1400 for setting the imaging direction.
撮像方向設定部270は、撮像細胞情報記憶部260に撮像細胞情報が記憶されているか否かを判定する(S1410)。撮像細胞情報が記憶されていなければ(S1410でNO)、撮像範囲は全方向に設定される。この条件は、例えば、現在の画像出力処理で前記初期胚を初めて撮像する場合に成り立つ。
The imaging
撮像細胞情報があれば(S1410でYES)、撮像方向設定部270は、撮像細胞情報記憶部260から撮像細胞情報を参照する。
If there is imaging cell information (YES in S1410), the imaging
撮像方向設定部270は、撮像細胞情報の細胞数から前回の画像出力処理のときの初期胚の成長段階を、標準細胞情報を用いて推定する(S1420)。
The imaging
撮像方向設定部270は、ステップS1420において、例えば、撮像細胞情報で示される細胞数に最も近い細胞数に対応する標準細胞情報の成長段階を、前回の画像出力処理のときの初期胚の成長段階と推定してもよい。
In step S1420, the imaging
撮像方向設定部270は、標準細胞情報から、推定された成長段階に対応する輝度のダイナミックレンジの上限基準値及び下限基準値を参照し(S1430)、撮像細胞情報から、輝度のダイナミックレンジの最大値及び最小値(つまり、自動計数用画像の輝度のダイナミックレンジ及び表示画像の輝度のダイナミックレンジ)を参照する(S1440)。
The imaging
撮像方向設定部270は、最小値が下限基準値と合致するか否かを、例えば最小値が下限基準値の所定比率(例えば、±10%)の範囲に含まれるか否かによって判定する(S1450)。この判定により、前回の画像出力処理で決定された表示画像が、細胞が推定される成長段階における下限層数で重なり合って写っている画像(つまり、表示画像として最適な画像)であったか否かが判定される。
The imaging
また、最大値が上限基準値と合致するか否かを、例えば最大値が上限基準値の±10%の範囲に含まれるか否かによって判定する(S1460)。この判定により、前回の画像出力処理で決定された自動計数用画像が、細胞が推定される成長段階における上限層数で重なり合って写っている画像(つまり、自動計数用画像として最適な画像)であったか否かが判定される。 Further, whether or not the maximum value matches the upper limit reference value is determined based on, for example, whether or not the maximum value is included in a range of ± 10% of the upper limit reference value (S1460). By this determination, the image for automatic counting determined in the previous image output process is an image that is shown overlapping with the upper limit number of layers in the growth stage in which cells are estimated (that is, an image that is optimal as an image for automatic counting). It is determined whether or not there has been.
撮像方向設定部270は、最小値が下限基準値と合致しかつ最大値が上限基準値と合致する場合に(S1450でYESかつS1460でYES)、撮像細胞情報から表示画像及び自動計数用画像のそれぞれの撮像方向を参照し(S1470)、参照した撮像方向に基づいて、今回の画像出力処理における画像の撮像範囲を限定する(S1480)。
When the minimum value matches the lower limit reference value and the maximum value matches the upper limit reference value (YES in S1450 and YES in S1460), the imaging
撮像方向設定部270は、例えば、細胞の分裂方向を考慮することにより、今回の表示画像の撮像範囲を、前回の表示画像の撮像方向と直交する方向に限定し、また、今回の自動計数用画像の撮像範囲を、前回の自動計数用画像の撮像方向と直交する方向に限定してもよい。撮像範囲は、特定の方向を含む所定の広さの範囲として限定されてもよい。
The imaging
撮像方向設定部270は、最小値が下限基準値と合致しないかまたは最大値が上限基準値と合致しない場合(S1450でNOまたはS1460でNO)、撮像範囲を全方位に設定する(S1490)。これにより、前回の表示画像又は前回の自動計数用画像が、表示画像又は自動計数用画像としての最適な画像でなかった場合に、今回の撮像範囲が不適切に限定されてしまう不都合が回避される。
When the minimum value does not match the lower limit reference value or the maximum value does not match the upper limit reference value (NO in S1450 or NO in S1460), the imaging
上述のように構成された画像出力装置13によれば、初期胚の細胞の配置に関する情報を用いて初期胚の撮像範囲を限定することで、撮像や輝度分布の解析を行うための時間が削減され、画像出力に要する時間が短縮される。
According to the
以上、本発明の一つまたは複数の態様に係る画像出力装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。 The image output apparatus according to one or more aspects of the present invention has been described based on the embodiment, but the present invention is not limited to this embodiment. Unless it deviates from the gist of the present invention, one or more of the present invention may be applied to various modifications that can be conceived by those skilled in the art, or forms constructed by combining components in different embodiments. It may be included within the scope of the embodiments.
本発明は、培養細胞、組織を撮像し出力する装置に広く利用可能であり、インキュベータ、培養用シャーレまたはディッシュ、培養用フラスコ、培養用チューブ等の中の細胞塊または胚等の組織を撮像して得た画像を出力する際に有用である。特に画像から細胞数を確認する際に有用である。 The present invention can be widely used in apparatuses for imaging and outputting cultured cells and tissues, and images tissues such as cell clusters or embryos in incubators, culture dishes or dishes, culture flasks, culture tubes and the like. This is useful when outputting images obtained in this way. This is particularly useful when confirming the number of cells from an image.
10、11、12、13 画像出力装置
100、101 撮像部
110 照明部
120、121 撮像素子
130 フレーム
140 支持部
150 駆動機構
200、201、202、203 制御部
210、211、213 撮像制御部
220、223 輝度分布解析部
230、231、232、233 画像決定部
240 撮像開始判定部
250 標準細胞情報記憶部
260 撮像細胞情報記憶部
270 撮像方向設定部
300、301、302 出力部
400 画像記憶部
500、503 計数部
901 細胞塊
902 培養液
903 培養容器
10, 11, 12, 13
Claims (16)
前記複数の照明位置の各々から出射され、前記被写体を透過した前記照明光によって表される前記被写体の複数の画像を取得する撮像素子と、
前記撮像素子により取得された前記複数の画像の中から、前記画像中の輝度分布に基づいて、前記半透明物体の前記画像の撮像方向での重複度合いが所定の条件を満たす1つ以上の画像を決定する画像決定部と、
前記画像決定部により決定された前記画像を出力する出力部と、
を備える画像出力装置。 An illuminating unit configured to sequentially emit illumination light, which is composed of a plurality of three-dimensionally overlapping semi-transparent objects, and which does not substantially include light beams intersecting each other, from a plurality of different illumination positions with respect to the subject. When,
An imaging device that acquires a plurality of images of the subject represented by the illumination light emitted from each of the plurality of illumination positions and transmitted through the subject;
One or more images satisfying a predetermined degree of overlap in the imaging direction of the image of the translucent object based on a luminance distribution in the image from the plurality of images acquired by the imaging device An image determining unit for determining
An output unit that outputs the image determined by the image determination unit;
An image output apparatus comprising:
前記画像出力装置は、前記照明部から前記撮像素子までの前記照明光の光路上に合焦のための光学素子を有さず、
前記画像出力装置は、さらに、前記被写体と前記撮像素子との距離が所定の距離以内であるか否かを判定する撮像開始判定部を備え、
前記撮像開始判定部により前記被写体と前記撮像素子との距離が所定の距離以内であると判定された後、前記照明部は、前記照明光を前記複数の異なる照明位置から順次出射し、前記撮像素子は、前記照明光によって表される前記被写体の前記複数の画像を取得する、
請求項1に記載の画像出力装置。 The subject is placed in a liquid and held in a container with the liquid;
The image output device does not have an optical element for focusing on the optical path of the illumination light from the illumination unit to the imaging element,
The image output device further includes an imaging start determination unit that determines whether or not a distance between the subject and the imaging element is within a predetermined distance,
After the imaging start determination unit determines that the distance between the subject and the imaging element is within a predetermined distance, the illumination unit sequentially emits the illumination light from the plurality of different illumination positions, and the imaging An element obtains the plurality of images of the subject represented by the illumination light;
The image output apparatus according to claim 1.
前記撮像開始判定部は、前記第1の予備画像と前記第2の予備画像との類似に基づき、前記第2の時刻において前記被写体と前記撮像素子との距離が前記所定の距離以内であるか否かを判定する、
請求項2に記載の画像出力装置。 The image output device includes a first time before an imaging start time at which the illumination unit and the imaging element start emission of the illumination light and acquisition of the plurality of images, and before the imaging start time. And, at a second time after the first time, the first preliminary image and the second preliminary image of the subject are respectively acquired using the illumination unit and the imaging device,
The imaging start determination unit determines whether the distance between the subject and the imaging element is within the predetermined distance at the second time based on the similarity between the first preliminary image and the second preliminary image. Determine whether or not
The image output apparatus according to claim 2.
前記撮像開始判定部は、前記予備画像中の輝度分布の尖度が所定の閾値以上である場合に、前記被写体と前記撮像素子との距離が前記所定の距離以内であると判定する、
請求項2に記載の画像出力装置。 The image output device acquires a preliminary image of the subject using the illumination unit and the image sensor before the illumination unit and the image sensor start emitting the illumination light and acquiring the plurality of images. And
The imaging start determination unit determines that the distance between the subject and the imaging element is within the predetermined distance when the kurtosis of the luminance distribution in the preliminary image is equal to or greater than a predetermined threshold.
The image output apparatus according to claim 2.
請求項2に記載の画像出力装置。 The imaging start determination unit determines that the distance between the subject and the imaging element is within the predetermined distance by detecting that the subject has reached the bottom of the container.
The image output apparatus according to claim 2.
前記照明部は、前記複数の異なる照明位置を移動自在に構成され、
前記撮像素子は、前記照明部に対する姿勢及び位置を保ったまま、前記容器を挟んで前記照明部と対向する位置を移動自在に構成されている、
請求項1から5のいずれか1項に記載の画像出力装置。 The subject is held in a container whose posture and position are fixed,
The illumination unit is configured to be movable between the plurality of different illumination positions,
The image sensor is configured to be movable in a position facing the illumination unit with the container interposed therebetween, while maintaining the posture and position with respect to the illumination unit.
The image output apparatus according to claim 1.
前記照明部は、前記複数の異なる照明位置を移動自在に構成され、
前記撮像素子は、前記容器を挟んで前記複数の照明位置の何れとも対向する姿勢及び位置に固定されている、
請求項1から5のいずれか1項に記載の画像出力装置。 The subject is held in a container whose posture and position are fixed,
The illumination unit is configured to be movable between the plurality of different illumination positions,
The imaging element is fixed in a posture and a position facing any of the plurality of illumination positions with the container interposed therebetween.
The image output apparatus according to claim 1.
請求項1から7のいずれか1項に記載の画像出力装置。 The illumination light is parallel light or pseudo-coherent light.
The image output device according to claim 1.
請求項1から8のいずれか1項に記載の画像出力装置。 The image determining unit determines, as a display image, images from the plurality of images up to a predetermined number in which the degree of overlap of the translucent object in the image is smaller.
The image output device according to claim 1.
請求項9に記載の画像出力装置。 The image determination unit displays, from the plurality of images, up to a predetermined number of images having a smaller dynamic range of luminance in the images or up to a predetermined number of images having a larger minimum value of luminance in the image. Decide as an image,
The image output device according to claim 9.
請求項1から10のいずれか1項に記載の画像出力装置。 The image output device further includes a luminance distribution analysis unit that corrects luminance distribution of the plurality of images according to variation in illuminance on the light receiving surface of the image sensor due to the illumination position.
The image output device according to claim 1.
前記画像出力装置は、さらに、
前記自動計数用画像中の前記半透明物体の数を計数する計数部を備え、
前記出力部は、前記表示画像と、前記計数部により計数された前記半透明物体の数とを出力する、
請求項1から11のいずれかに記載の画像出力装置。 The image determination unit determines the display image, and automatically counts an image having the maximum dynamic dynamic range of the image or an image having the minimum minimum luminance value from the plurality of images. Determined as an image for
The image output device further includes:
A counting unit for counting the number of the translucent objects in the automatic counting image;
The output unit outputs the display image and the number of the translucent objects counted by the counting unit.
The image output apparatus according to claim 1.
前記画像出力装置は、さらに、
前記初期胚の複数の成長段階の各々について、前記初期胚を構成する細胞の標準的な個数と、前記細胞の立体的な重複度合いと、を表す標準細胞情報を記憶している標準細胞情報記憶部と、
前記画像決定部により決定された前記画像中の細胞の個数に基づいて前記画像中の前記初期胚の成長段階を推定し、推定された前記成長段階について前記標準細胞情報で表される前記重複度合いと前記画像中の細胞の前記画像の撮像方向での重複度合いとが合致する場合に、前記画像の撮像方向を基準にして限定された撮像方向を設定する撮像方向設定部と、を備え、
後続する成長段階において前記初期胚を撮像する際に、前記照明部は、前記照明光を前記複数の異なる照明位置のうち、前記設定された撮像方向に対応する照明位置から順次出射し、前記撮像素子は、前記照明光によって表される前記被写体の前記複数の画像を取得する、
請求項1に記載の画像出力装置。 The subject is an early embryo, and the plurality of translucent objects are a plurality of cells in the early embryo,
The image output device further includes:
Standard cell information storage storing standard cell information indicating the standard number of cells constituting the early embryo and the three-dimensional overlap degree of the cells for each of the plurality of growth stages of the early embryo And
Estimating the growth stage of the initial embryo in the image based on the number of cells in the image determined by the image determination unit, and the degree of overlap represented by the standard cell information for the estimated growth stage An imaging direction setting unit that sets a limited imaging direction with reference to the imaging direction of the image when the degree of overlap in the imaging direction of the image of the cell in the image matches,
When imaging the initial embryo in a subsequent growth stage, the illumination unit sequentially emits the illumination light from an illumination position corresponding to the set imaging direction among the plurality of different illumination positions, and the imaging An element obtains the plurality of images of the subject represented by the illumination light;
The image output apparatus according to claim 1.
前記照明部が、立体的に重なり合う複数の半透明物体で構成される被写体に向けて、互いに交差する光束を実質的に含まない照明光を、複数の異なる照明位置から順次出射し、
前記撮像素子が、前記複数の照明位置の各々から出射され、前記被写体を透過した前記照明光によって表される前記被写体の複数の画像を取得し、
前記画像決定部が、前記撮像素子により取得された前記複数の画像の中から、前記画像中の輝度分布に基づいて前記半透明物体の前記画像の撮像方向での重複度合いが所定の条件を満たす1つ以上の画像を決定し、
前記出力部が、前記画像決定部により決定された前記画像を出力する、
画像出力方法。 An image output method executed by an image output apparatus including an illumination unit, an image sensor, an image determination unit, and an output unit,
The illumination unit sequentially emits illumination light that does not substantially include light beams intersecting each other from a plurality of different illumination positions toward a subject composed of a plurality of semi-transparent objects that are three-dimensionally overlapped,
The imaging element obtains a plurality of images of the subject represented by the illumination light emitted from each of the plurality of illumination positions and transmitted through the subject;
The degree of overlap in the imaging direction of the image of the translucent object satisfies a predetermined condition based on a luminance distribution in the image from the plurality of images acquired by the imaging element. Determine one or more images,
The output unit outputs the image determined by the image determination unit;
Image output method.
前記画像出力装置は、前記照明から前記撮像素子までの前記照明光の光路上に合焦のためのレンズを有さず、さらに、撮像開始判定部を備え、
前記画像出力方法は、
前記撮像開始判定部が、前記被写体と前記撮像素子との距離が所定の距離以内であるか否かを判定し、
前記撮像開始判定部により前記被写体と前記撮像素子との距離が所定の距離以内であると判定された後、
前記照明部が、前記照明光を前記複数の異なる照明位置から順次出射し、
前記撮像素子が、前記照明光によって表される前記被写体の前記複数の画像を取得する、
請求項14に記載の画像出力方法。 The subject is placed in a liquid and held in a container with the liquid;
The image output device does not have a lens for focusing on the optical path of the illumination light from the illumination to the imaging device, and further includes an imaging start determination unit,
The image output method includes:
The imaging start determination unit determines whether or not a distance between the subject and the imaging element is within a predetermined distance;
After determining that the distance between the subject and the imaging element is within a predetermined distance by the imaging start determination unit,
The illumination unit sequentially emits the illumination light from the plurality of different illumination positions,
The imaging device acquires the plurality of images of the subject represented by the illumination light;
The image output method according to claim 14.
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