JP2020101458A - 画像処理方法および画像処理システム - Google Patents
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物体に孔が形成された試料の3次元画像を用いて、前記試料の評価を行うための画像処理方法であって、
前記物体を表す第1ボクセルと、前記孔または空間を表す第2ボクセルと、が異なる階調で表された前記3次元画像を準備する工程と、
前記孔の開口の大きさおよび前記孔の深さを設定する工程と、
前記3次元画像をスライスして、互いに深さの異なる複数のスライス画像を生成する工程と、
複数の前記スライス画像に基づいて、前記孔を特定する工程と、
を含み、
前記孔を特定する工程は、
複数の前記スライス画像において、前記第1ボクセルで囲まれた領域であって、かつ、設定された前記孔の開口の大きさ以下である領域を探索して、前記領域を構成する前記第2ボクセルを特定する工程と、
前記領域を構成する前記第2ボクセルが存在する第1スライス画像よりも深い第2スライス画像において、前記領域を構成する前記第2ボクセルに、深さ方向に連続する前記第
2ボクセルの数を求める工程と、
前記深さ方向に連続する前記第2ボクセルの数と、設定された前記孔の深さと、を比較して、前記領域を構成する前記第2ボクセルが前記孔か否かを判定する工程と、
を含む。
物体に孔が形成された試料の3次元画像を用いて、前記試料の評価を行うための画像処理方法であって、
前記孔の開口の大きさの最小値、および前記孔の開口の大きさの最大値を設定する工程と、
前記孔の深さを設定する工程と、
前記3次元画像において、前記最小値に基づく第1の径以上、前記最大値に基づく第2の径以下の範囲の大きさを有し、互いに異なる径を有する複数の球を、前記試料の表面で転がす工程と、
複数の前記球の軌跡に基づいて、前記3次元画像から前記孔の開口の大きさおよび前記孔の深さの条件を満たす前記孔を抽出して、前記孔を特定する工程と、
を含む。
物体に孔が形成された試料を撮影して、前記試料の3次元画像を取得する観察装置と、
前記3次元画像に対して画像処理を行う画像処理部と、
を含み、
前記画像処理部は、
前記物体を表す第1ボクセルと、前記孔または空間を表す第2ボクセルと、が異なる階調で表された前記3次元画像を準備する処理と、
前記孔の開口の大きさおよび前記孔の深さを設定する処理と、
前記3次元画像をスライスして、互いに深さの異なる複数のスライス画像を生成する処理と、
複数の前記スライス画像に基づいて、前記孔を特定する処理と、
を行い、
前記孔を特定する処理は、
複数の前記スライス画像において、前記第1ボクセルで囲まれた領域であって、かつ、設定された前記孔の開口の大きさ以下である領域を探索して、前記領域を構成する前記第2ボクセルを特定する処理と、
前記領域を構成する前記第2ボクセルが存在する第1スライス画像よりも深い第2スライス画像において、前記領域を構成する前記第2ボクセルに、深さ方向に連続する前記第2ボクセルの数を求める処理と、
前記深さ方向に連続する前記第2ボクセルの数と、設定された前記孔の深さと、を比較して、前記領域を構成する前記第2ボクセルが前記孔か否かを判定する処理と、
を含む。
深さに基づいて、孔を特定することができる。したがって、このような画像処理システムでは、3次元画像において、孔と試料表面の窪みなどの空間とを、正確に区別することができる。
物体に孔が形成された試料を撮影して、前記試料の3次元画像を取得する観察装置と、
前記3次元画像に対して画像処理を行う画像処理部と、
を含み、
前記画像処理部は、
前記孔の開口の大きさの最小値、および前記孔の開口の大きさの最大値を設定する処理と、
前記孔の深さを設定する処理と、
前記3次元画像において、前記最小値に基づく第1の径以上、前記最大値に基づく第2の径以下の範囲の大きさを有し、互いに異なる径を有する複数の球を、前記試料の表面で転がす処理と、
複数の前記球の軌跡に基づいて、前記3次元画像から前記孔の開口の大きさおよび前記孔の深さの条件を満たす前記孔を抽出して、前記孔を特定する処理と、
を行う。
明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
1.1. 画像処理方法
まず、第1実施形態に係る画像処理方法について、図面を参照しながら説明する。ここでは、物体に複数の孔が形成された試料の3次元画像を用いて、孔の評価を行う場合について説明する。
図2は、試料の3次元画像を準備する工程の一例を示すフローチャートである。
試料の3次元画像は、例えば、観察装置を用いて試料を撮影することで、取得することができる。観察装置としては、例えば、走査電子顕微鏡、透過電子顕微鏡等を含む電子顕微鏡が挙げられる。
試料の空隙率は、例えば、ガス吸着法や、水銀ポロシメーターを用いた水銀圧入法などにより測定することができる。なお、試料の空隙率の測定方法は、これらに限定されず、その他の公知の測定方法を用いて試料の空隙率を測定してもよい。
観察装置を用いて取得された試料の3次元画像を構成する複数のボクセルを、測定された空隙率に基づいて、物体を表すボクセル(物体ボクセル)、孔を表すボクセル(孔ボクセル)、空間を表すボクセル(空間ボクセル)、に分類する。ここでは、空間ボクセルは、孔を除いた物体がない領域を表すボクセルである。すなわち、空間ボクセルは、試料の外側の領域であり、例えば、試料表面の窪みなどを含む。
3次元画像I2において、孔を特定するために、孔の開口の大きさおよび孔の深さを設定する。ここでは、3次元画像I2において、孔と認識される孔の形状を定義する。例えば、孔の開口の大きさの最大値、および孔の深さの最小値を設定する。これにより、後述するように、孔の開口と、試料表面の窪みなどの空間と、を区別することができる。
図4は、スライス画像I4を生成する工程を説明するための図である。
図5は、孔を特定する工程の一例を示すフローチャートである。
図4に示すスライス画像I4−1から、スライス画像I4−2、スライス画像I4−3、・・・、スライス画像I4−nの順に、物体ボクセルV2で囲まれた領域であって、かつ、設定された孔の開口の大きさ以下である領域を探索する。ここでは、ステップS12で設定された孔の開口の大きさの最大値は、10ボクセル分の面積であったものとする。
領域A1,A2を構成する孔ボクセルV4が存在するスライス画像I4−m+3よりも深いスライス画像I4−m+4,I4−m+5,・・・において、領域A1,A2を構成する孔ボクセルV4に、深さ方向(+Z方向)に連続する第2ボクセルの数を求める。すなわち、領域A1を開口とする部分の深さ、および領域A2を開口とする部分の深さを求める。
深さ方向に連続する第2ボクセルの数と、設定された孔の深さと、を比較して、領域を構成する第2ボクセルが孔か否かを判定する。
上記の手法により孔が特定された3次元画像I2を用いて、試料の評価を行う。評価に用いる3次元画像I2は、物体ボクセルV2、孔ボクセルV4、および空間ボクセルV6で構成されている。
図12および図13は、孔の中心位置を特定する工程を説明するための図である。図12および図13では、3次元画像I2の任意の断面(Y−Z断面)を模式的に示している。
図14および図15は、孔の経路を抽出する工程を説明するための図である。
各中心点Oにおいて、孔の径の計測を行う。孔の径は、例えば、中心線に直交する断面の内接円の直径とする。
図16は、行き止まり経路を特定する工程を説明するための図である。
図17は、孔の最短経路を抽出する工程を説明するための図である。
3次元画像I2において、孔を可視化する。例えば、3次元画像I2において、孔に色を付与して、孔を見やすくしてもよい。このとき、孔の径に応じて、孔の色を変えて表示してもよい。例えば、孔の径を、大、中、小の3種類に分けて、孔を色分けする。これにより、3次元画像I2において、孔の径を、容易に確認することができる。
3次元画像I2から、孔の径と孔の経路の長さに基づいて、孔の体積を求めることがで
きる。
3次元画像I2では、上記のように、3次元画像I2を構成する各ボクセルが、物体、孔、空間に分類されている。そのため、試料を構成する物体の全体積、孔の全体積を容易に求めることができる。同様に、試料の任意の箇所での、物体の体積および孔の体積を求めることもできる。また、試料全体の空隙率、試料の任意の箇所での空隙率を求めることもできる。
第1実施形態に係る画像処理方法は、例えば、以下の特徴を有する。
空間を表す空間ボクセルと、に分類する。そのため、3次元画像において、精度よく、物体、孔、および空間を分類することができる。
上記の実施形態では、試料の3次元画像を、水銀圧入法やガス吸着法などによる試料の空隙率の測定結果に基づいて、物体ボクセルV2、孔ボクセルV4、空間ボクセルV6に分類して、3値化した。これに対して、例えば、試料の空隙率の測定結果が取得できない場合などには、試料の3次元画像を、物体を表す第1ボクセルと、孔または空間を表す第2ボクセルと、に分類して2値化してもよい。2値化した3次元画像においても、上述した画像処理方法を用いて、孔を特定することができる。
次に、第2実施形態に係る画像処理方法について説明する。以下では、上述した第1実施形態に係る画像処理方法と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
図18は、第2実施形態に係る画像処理方法の一例を示すフローチャートである。
試料の3次元画像を準備する工程は、上述した図1に示すステップS10と同様に行われる。
孔を定義するために、孔の開口の大きさ、および孔の深さを設定する。例えば、孔の開口の大きさの最小値および孔の開口の大きさの最大値を設定する。また、孔の深さの最小値を設定する。
図19は、3次元画像I2の試料表面において、互いに大きさの異なる球を転がす工程を説明するための図である。
する球を準備する。第1の径は、球の径の下限であり、第2の径は、球の径の上限である。第1の径および第2の径は、ステップS22で設定された大きさの範囲の開口が特定できるように設定される。
次に、複数の球の軌跡に基づいて、3次元画像I2から孔の開口の大きさおよび孔の深さの条件を満たす孔を抽出して、孔を特定する。図19に示す例では、軌跡3a、軌跡3b、および軌跡3cに基づいて、孔を特定する。例えば、複数の球の軌跡の差に基づいて、孔の開口の大きさおよび孔の深さの条件を満たす孔を抽出する。図19に示す例では、軌跡3aと軌跡3bの差、および軌跡3bと軌跡3cの差に基づいて、孔を特定する。以下、図19に示す例を用いて、孔を特定する工程を説明する。
上記の手法により孔が特定された3次元画像I2を用いて、試料の評価を行う。試料の評価は、上述した図1に示すステップS18と同様に行われる。
第2実施形態に係る画像処理方法は、例えば、以下の特徴を有する。
上記の実施形態では、試料の3次元画像を、水銀圧入法やガス吸着法などによる試料の空隙率の測定結果に基づいて、物体ボクセルV2、孔ボクセルV4、空間ボクセルV6に分類して、3値化した。これに対して、例えば、試料の空隙率の測定結果が得られない場合には、試料の3次元画像を、物体を表す第1ボクセルと、孔または空間を表す第2ボクセルと、に分類して2値化してもよい。2値化した3次元画像においても、上述した画像処理方法を用いて、孔を特定することができる。
次に、第3実施形態に係る画像処理方法について説明する。以下では、上述した第1実施形態に係る画像処理方法、および第2実施形態に係る画像処理方法と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
3次元画像I2から求められた空隙率、および複数の球に基づき孔を特定した場合に3次元画像I2から求められた空隙率を、水銀圧入法やガス吸着法などによる空隙率の測定結果と比較して、より測定結果に近い空隙率を持つ3次元画像を採用してもよい。
4.1. 画像処理システム
次に、第4実施形態に係る画像処理システムについて、図面を参照しながら説明する。図21は、第4実施形態に係る画像処理システム100の構成を示す図である。
」ともいう)が選択可能となっている。そのため、ユーザーは、3つの画像処理方法のうちの1つを選択して、試料の評価を行うことができる。
図22は、画像処理部20の処理の一例を示すフローチャートである。
画像処理システム100は、例えば、以下の特徴を有する。
Claims (11)
- 物体に孔が形成された試料の3次元画像を用いて、前記試料の評価を行うための画像処理方法であって、
前記物体を表す第1ボクセルと、前記孔または空間を表す第2ボクセルと、が異なる階調で表された前記3次元画像を準備する工程と、
前記孔の開口の大きさおよび前記孔の深さを設定する工程と、
前記3次元画像をスライスして、互いに深さの異なる複数のスライス画像を生成する工程と、
複数の前記スライス画像に基づいて、前記孔を特定する工程と、
を含み、
前記孔を特定する工程は、
複数の前記スライス画像において、前記第1ボクセルで囲まれた領域であって、かつ、設定された前記孔の開口の大きさ以下である領域を探索して、前記領域を構成する前記第2ボクセルを特定する工程と、
前記領域を構成する前記第2ボクセルが存在する第1スライス画像よりも深い第2スライス画像において、前記領域を構成する前記第2ボクセルに、深さ方向に連続する前記第2ボクセルの数を求める工程と、
前記深さ方向に連続する前記第2ボクセルの数と、設定された前記孔の深さと、を比較して、前記領域を構成する前記第2ボクセルが前記孔か否かを判定する工程と、
を含む、画像処理方法。 - 請求項1において、
前記3次元画像を準備する工程では、
前記試料の空隙率を測定し、
前記空隙率に基づいて、前記3次元画像の階調に2つの閾値を設定し、
前記3次元画像を構成する複数のボクセルを、前記物体を表す前記第1ボクセルと、前記孔を表す前記第2ボクセルと、前記空間を表す前記第2ボクセルと、に分類する、画像処理方法。 - 請求項2において、
前記空隙率の測定は、水銀圧入法、またはガス吸着法によって行われる、画像処理方法。 - 物体に孔が形成された試料の3次元画像を用いて、前記試料の評価を行うための画像処理方法であって、
前記孔の開口の大きさの最小値、および前記孔の開口の大きさの最大値を設定する工程と、
前記孔の深さを設定する工程と、
前記3次元画像において、前記最小値に基づく第1の径以上、前記最大値に基づく第2の径以下の範囲の大きさを有し、互いに異なる径を有する複数の球を、前記試料の表面で転がす工程と、
複数の前記球の軌跡に基づいて、前記3次元画像から前記孔の開口の大きさおよび前記孔の深さの条件を満たす前記孔を抽出して、前記孔を特定する工程と、
を含む、画像処理方法。 - 請求項4において、
前記孔を特定する工程では、複数の前記球の軌跡の差に基づいて、前記条件を満たす前記孔を抽出する、画像処理方法。 - 請求項4または5において、
前記試料の空隙率を測定する工程と、
前記空隙率に基づいて、前記3次元画像の階調に第1閾値および第2閾値を設定して、前記3次元画像を構成する複数のボクセルを、前記物体を表すボクセル、前記孔を表すボクセル、および空間を表すボクセルに分類する工程と、
をさらに含む、画像処理方法。 - 請求項6において、
前記空隙率の測定は、水銀圧入法、またはガス吸着法によって行われる、画像処理方法。 - 請求項1ないし7のいずれか1項において、
前記3次元画像は、X線CT画像、3次元走査電子顕微鏡像、3次元透過電子顕微鏡像、または、MRI画像である、画像処理方法。 - 請求項1ないし8のいずれか1項において、
前記孔を空間側に延長する工程と、
延長された前記孔に基づいて、前記孔の中心線を引く工程と、
をさらに含む、画像処理方法。 - 物体に孔が形成された試料を撮影して、前記試料の3次元画像を取得する観察装置と、
前記3次元画像に対して画像処理を行う画像処理部と、
を含み、
前記画像処理部は、
前記物体を表す第1ボクセルと、前記孔または空間を表す第2ボクセルと、が異なる階調で表された前記3次元画像を準備する処理と、
前記孔の開口の大きさおよび前記孔の深さを設定する処理と、
前記3次元画像をスライスして、互いに深さの異なる複数のスライス画像を生成する処理と、
複数の前記スライス画像に基づいて、前記孔を特定する処理と、
を行い、
前記孔を特定する処理は、
複数の前記スライス画像において、前記第1ボクセルで囲まれた領域であって、かつ、設定された前記孔の開口の大きさ以下である領域を探索して、前記領域を構成する前記第2ボクセルを特定する処理と、
前記領域を構成する前記第2ボクセルが存在する第1スライス画像よりも深い第2スライス画像において、前記領域を構成する前記第2ボクセルに、深さ方向に連続する前記第2ボクセルの数を求める処理と、
前記深さ方向に連続する前記第2ボクセルの数と、設定された前記孔の深さと、を比較して、前記領域を構成する前記第2ボクセルが前記孔か否かを判定する処理と、
を含む、画像処理システム。 - 物体に孔が形成された試料を撮影して、前記試料の3次元画像を取得する観察装置と、
前記3次元画像に対して画像処理を行う画像処理部と、
を含み、
前記画像処理部は、
前記孔の開口の大きさの最小値、および前記孔の開口の大きさの最大値を設定する処理と、
前記孔の深さを設定する処理と、
前記3次元画像において、前記最小値に基づく第1の径以上、前記最大値に基づく第2
の径以下の範囲の大きさを有し、互いに異なる径を有する複数の球を、前記試料の表面で転がす処理と、
複数の前記球の軌跡に基づいて、前記3次元画像から前記孔の開口の大きさおよび前記孔の深さの条件を満たす前記孔を抽出して、前記孔を特定する処理と、
を行う、画像処理システム。
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