JP2019017301A - 力計測方法及び力計測装置 - Google Patents
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Abstract
Description
高分子材料を用いて細胞が発生する力を計測する技術が知られている。図1Aは、細胞10に接触している高分子材料20の一例を示す図である。図1Bは、細胞10が発生した力12により高分子材料20の表面20aに形成されるシワ21の一例を示す図である。
[力計測装置の機能構成]
まず、本実施の形態に係る力計測装置の機能構成について図2を参照しながら具体的に説明する。
次に、以上のように構成された力計測装置100の動作について図3〜図5を参照しながら具体的に説明する。図3は、実施の形態1に係る力計測装置100の処理を示すフローチャートである。図4A〜図4Dは、実施の形態1に係る力計測装置100における画像処理を説明するための図である。
以上のように、本実施の形態に係る力計測装置100によれば、第1通過帯域を有する第1バンドパスフィルタが適用された入力画像に基づいてシワの幾何情報を抽出することができる。したがって、シワに適した第1通過帯域を用いることで、入力画像内の細胞の輪郭等を減衰させてシワを強調することができ、抽出されるシワの幾何情報の精度を向上させることができる。その結果、細胞が発生している力の計測精度を向上させることができる。さらに、画像処理によりシワの幾何情報を自動的に抽出することができるので、細胞が発生した力を効率的に計測することができ、大量のサンプルに対する力の計測も可能となる。
次に、実施の形態2について説明する。本実施の形態では、シワの幾何情報への細胞の輪郭又は細胞内の小器官の影響を低減するためにぼかし画像を用いる点が上記実施の形態1と異なる。以下に、本実施の形態に係る力計測装置について、実施の形態1と異なる点を中心に図6〜図10を参照しながら説明する。
まず、本実施の形態に係る力計測装置の機能構成について図6を参照しながら具体的に説明する。
次に、以上のように構成された力計測装置200の動作について図7〜図10を参照しながら具体的に説明する。図7は、実施の形態2に係る力計測装置200の処理を示すフローチャートである。図8A〜図10は、実施の形態2に係る力計測装置200における画像処理を説明するための図である。
以上のように、本実施の形態に係る力計測装置200によれば、第1バンドパスフィルタが適用された入力画像から、第2バンドパスフィルタが適用されたぼかし画像を減算して差分画像を生成することができる。入力画像において、シワは、比較的細い構造を有するので、ぼかし画像では、シワが減衰され、細胞の輪郭等が相対的に強調される。したがって、差分画像では、第1バンドパスフィルタが適用された入力画像よりも、細胞の輪郭等が減衰され、シワが強調される。このような差分画像からシワの幾何情報を抽出することにより、シワの幾何情報の精度を向上させることができ、細胞が発生している力の計測精度をさらに向上させることができる。
次に、実施の形態3について説明する。本実施の形態では、入力画像をブロック分割し、ブロックごとにフィルタリングを行う点が上記実施の形態1と異なる。以下に、本実施の形態に係る力計測装置について、実施の形態1と異なる点を中心に図11〜図14Cを参照しながら説明する。
まず、本実施の形態に係る力計測装置の機能構成について図11を参照しながら具体的に説明する。
次に、以上のように構成された力計測装置300の動作について図12〜図14Cを参照しながら具体的に説明する。図12は、実施の形態3に係る力計測装置300の処理を示すフローチャートである。図13は、実施の形態3に係る力計測装置300の角度範囲の限定処理を示すフローチャートである。図14A〜図14Cは、実施の形態3に係る力計測装置300における画像処理を説明するための図である。
以上のように、本実施の形態に係る力計測装置300によれば、第1通過帯域の角度範囲を限定することができる。高分子材料に発生するシワは、局所的には同一の方向に並ぶことが多い。したがって、ブロックごとにシワの方向に適した角度範囲で第1通過帯域を限定することで、第1バンドパスフィルタが適用された入力画像において細胞の輪郭等をさらに減衰することができ、シワをさらに強調することができる。その結果、抽出されるシワの幾何情報の精度を向上させることができ、細胞が発生している力の計測精度をさらに向上させることができる。
次に、実施の形態3の変形例について説明する。本変形例では、角度範囲を用いた第1通過帯域の限定において角度範囲を走査する点が上記実施の形態3と異なる。以下に、上記実施の形態3と異なる点を中心に、図15を参照しながら具体的に説明する。
図15は、実施の形態3の変形例に係る力計測装置300の角度範囲の限定処理を示すフローチャートである。
以上のように、本変形例に係る力計測装置300によれば、第1通過帯域内を予め定められた大きさの角度範囲で走査することにより、最も大きい振幅値の代表値を有する角度範囲を決定することができる。したがって、複数の角度範囲の中から角度範囲を選択する場合よりも分割方法の影響を除外することができ、よりシワの方向に適した角度範囲を決定することができる。その結果、抽出されるシワの幾何情報の精度を向上させることができ、細胞が発生している力の計測精度をさらに向上させることができる。
以上、本発明の1つまたは複数の態様に係る力計測装置について、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1つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
11、12 力
20 高分子材料
20a 表面
21 シワ
100、200、300 力計測装置
110 撮影部
120、220、320 画像処理部
121、222、322 変換部
122、223、323 フィルタ部
123、224、324 逆変換部
124、225 シワ抽出部
130 力計測部
140 記憶部
221 ぼかし部
321 ブロック分割部
1010、1020、3010 入力画像
1021 第1通過帯域
1021a 第1波長
1021b 第2波長
1030、1040、2030、2040 フィルタ済画像
2010、2020 ぼかし画像
2021 第2通過帯域
2050 差分画像
2060 二値画像
3011、3020 ブロック
3021 第1通過帯域
3021a、3021b、3021c、3021d 角度範囲
3030 フィルタ済ブロック
Claims (15)
- 表面の弾性率が内部の弾性率よりも高い高分子材料と、当該高分子材料に接触している物体とが撮影された入力画像を取得する取得ステップと、
取得された前記入力画像を周波数領域に変換する第1変換ステップと、
変換された前記入力画像に対して、第1通過帯域を有する第1バンドパスフィルタを適用する第1フィルタリングステップと、
前記第1バンドパスフィルタが適用された前記入力画像を空間領域に逆変換する第1逆変換ステップと、
逆変換された前記入力画像に基づいて前記高分子材料の表面に形成されたシワの幾何情報を抽出する抽出ステップと、
抽出された前記シワの幾何情報に基づいて前記物体が発生している力を計測する計測ステップと、を含む、
力計測方法。 - 前記第1通過帯域は、変換された前記入力画像の振幅値に基づいて適応的に決定される、
請求項1に記載の力計測方法。 - 前記力計測方法は、さらに、
撮影された前記入力画像にぼかし処理を行うことでぼかし画像を生成するぼかしステップと、
前記ぼかし画像を周波数領域に変換する第2変換ステップと、
変換された前記ぼかし画像に対して、第2通過帯域を有する第2バンドパスフィルタを適用する第2フィルタリングステップと、
前記第2バンドパスフィルタが適用された前記ぼかし画像を空間領域に逆変換する第2逆変換ステップと、
逆変換された前記入力画像から逆変換された前記ぼかし画像を減算して差分画像を生成する減算ステップと、を含み、
前記抽出ステップでは、前記差分画像に基づいて前記シワの幾何情報を抽出する、
請求項1又は2に記載の力計測方法。 - 前記第1通過帯域と前記第2通過帯域とは同一である、
請求項3に記載の力計測方法。 - 前記力計測方法は、さらに、前記入力画像を複数のブロックに分割する分割ステップを含み、
前記第1変換ステップでは、前記複数のブロックの各々を周波数領域に変換し、
前記第1フィルタリングステップでは、変換された前記複数のブロックの各々に前記第1バンドパスフィルタを適用し、
前記第1逆変換ステップでは、前記第1バンドパスフィルタが適用された前記複数のブロックの各々を前記空間領域に逆変換し、
前記第1通過帯域は、前記周波数領域において角度範囲が限定されている、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の力計測方法。 - 前記第1フィルタリングステップは、
前記周波数領域において前記第1通過帯域を複数の角度範囲に分割するステップと、
ブロックごとに、変換された当該ブロックの振幅値に基づいて、前記複数の角度範囲の中から1以上の角度範囲を選択するステップと、
ブロックごとに、選択された前記1以上の角度範囲で前記第1通過帯域を限定するステップと、を含む、
請求項5に記載の力計測方法。 - 前記第1フィルタリングステップは、
前記周波数領域において前記ブロックの前記第1通過帯域内を予め定められた大きさの角度範囲で走査することにより、最も大きい周波数成分の角度範囲を決定するステップと、
決定された前記角度範囲で前記第1通過帯域を限定するステップと、を含む、
請求項5に記載の力計測方法。 - 前記力計測方法は、さらに、前記入力画像を複数のブロックに分割する分割ステップを含み、
前記第1変換ステップでは、前記複数のブロックの各々を周波数領域に変換し、
前記第1フィルタリングステップでは、変換された前記複数のブロックの各々に前記第1バンドパスフィルタを適用し、
前記第1逆変換ステップでは、前記第1バンドパスフィルタが適用された前記複数のブロックの各々を前記空間領域に逆変換し、
前記第1通過帯域は、ブロックごとに、当該ブロックの振幅値に基づいて適応的に決定される、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の力計測方法。 - 前記抽出ステップでは、前記シワの長さの合計を前記シワの幾何情報として抽出する、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の力計測方法。 - 前記抽出ステップは、
前記差分画像を二値化して二値画像を生成する二値化ステップと、
前記二値画像を細線化する細線化ステップと、
細線化された前記二値画像において前記シワに対応する画素の数を計数することにより、前記シワの長さの合計を前記シワの幾何情報として抽出する計数ステップと、を含む、
請求項3に記載の力計測方法。 - 前記計測ステップでは、記憶部に格納された、前記物体が発生する力と前記高分子材料の表面に形成されるシワの幾何情報との対応関係を示す情報を参照して、抽出された前記シワの幾何情報に対応する力を取得する、
請求項1〜10のいずれか1項に記載の力計測方法。 - 前記計測ステップでは、抽出された前記シワの幾何情報と、他の入力画像に基づいて抽出されたシワの幾何情報とを比較することにより、相対的な力を計測する、
請求項1〜10のいずれか1項に記載の力計測方法。 - 前記第1通過帯域は、前記高分子材料の表面に形成されるシワの間隔に対応している、
請求項1〜12のいずれか1項に記載の力計測方法。 - 請求項1〜13のいずれか1項に記載の力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。
- 表面の弾性率が内部の弾性率よりも高い高分子材料と、当該高分子材料に接触している物体とを撮影して入力画像を取得する撮影部と、
取得された前記入力画像を周波数領域に変換する変換部と、
変換された前記入力画像に対して、第1通過帯域を有する第1バンドパスフィルタを適用するフィルタ部と、
前記第1バンドパスフィルタが適用された前記入力画像を空間領域に逆変換する逆変換部と、
逆変換された前記入力画像に基づいて前記高分子材料の表面に形成されたシワの幾何情報を抽出するシワ抽出部と、
抽出された前記シワの幾何情報に基づいて前記物体が発生している力を計測する力計測部と、を備える、
力計測装置。
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