JP4072489B2 - Particle image analysis method and apparatus, program and recording medium - Google Patents
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Images
Description
この発明は粒子を撮像し、その粒子像を画像解析することによって、粒子に関する情報を求める粒子画像解析方法と装置に関する。 The present invention relates to a particle image analysis method and apparatus for obtaining information on particles by imaging particles and analyzing the image of the particles.
この発明の背景技術としては、粒子懸濁液の流れをシース液で取り囲んだ流れに変換するフローセルと、変換された懸濁液流に対して光を照射する光照射手段と、照射された粒子を撮像する撮像手段と、撮像された粒子像を解析する画像解析手段と、表示手段とを備え、画像解析手段は、撮像された各粒子像の面積および周囲長についての粒子データを測定し、その粒子データから粒子と円形度を算出する算出手段と、粒径による粒度頻度データに基づいてヒストグラムを作成すると共に粒径と円形度とに対応する2つのパラメータによる2次元スキャッタグラムを作成して表示手段にそれぞれ表示する図表作成手段と、撮像された各粒子像を格納する記憶手段と、記憶手段に格納された各粒子像を表示手段に一括表示する粒子像呼出手段からなることを特徴とする粒子画像分析装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
近年、ファインセラミックス粒子やトナー、顔料、化粧品用パウダー、食品添加物、化学薬品のような種々の粒子状物質の製造過程や品質管理工程において、粒子物質の各粒子に関する様々な情報を測定し、粒子の解析を行うことが重要になってきている。
しかしながら、従来の方法や装置では、粒子の粒径や円形度又は凝集度などを求めることはできるが、他の粒子情報、例えば粒子の凹凸度を求めることができなかった。
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、粒子を撮像して得られた粒子画像から粒子の凹凸度を算出することが可能な粒子画像解析方法と装置を提供するものである。
In recent years, in the manufacturing process and quality control process of various particulate materials such as fine ceramic particles and toner, pigments, cosmetic powders, food additives, chemicals, various information about each particle of the particulate material has been measured, It is becoming important to analyze particles.
However, the conventional method and apparatus can determine the particle diameter, circularity, or aggregation degree of particles, but cannot determine other particle information, for example, the degree of unevenness of particles.
The present invention has been made in consideration of such circumstances, and provides a particle image analysis method and apparatus capable of calculating the degree of unevenness of particles from particle images obtained by imaging particles. is there.
この発明は、粒子を撮像して得られた画像データの粒子の輪郭の屈曲点の数と粒子の周囲長を求め、屈曲点の数と周囲長とから粒子の凹凸度を求めることを特徴とする粒子画像解析方法を提供するものである。 The present invention is characterized in that the number of inflection points and the perimeter of the particle contour of image data obtained by imaging the particles are obtained, and the degree of unevenness of the particles is obtained from the number of inflection points and the perimeter. A particle image analysis method is provided.
また、この発明は、粒子を撮像して得られた画像データを2値化する2値化部と、2値化された画像データの粒子の輪郭を形成している輪郭画素を追跡するチェインコードを求めるエッジトレース部と、このチェインコードを用いて粒子の輪郭の屈曲点の数と粒子の周囲長とを求め、屈曲点の数と周囲長とから粒子の凹凸度を求める解析部とを備えることを特徴とする粒子画像解析装置を提供するものである。 The present invention also provides a binarization unit that binarizes image data obtained by imaging particles, and a chain code that tracks contour pixels forming the contours of the binarized image data particles. And an analysis unit that obtains the number of inflection points of the particle contour and the perimeter of the particle using the chain code, and obtains the degree of irregularity of the particle from the number of inflection points and the perimeter The present invention provides a particle image analyzer characterized by the above.
この発明によれば、粒子の屈曲点の数と、周囲長から粒子画像の凹凸度が容易に求められ、粒子の解析に必要な新しい情報が提供される。 According to the present invention, the degree of unevenness of a particle image can be easily obtained from the number of inflection points of the particle and the peripheral length, and new information necessary for particle analysis is provided.
この発明の画像解析対象は、ファインセラミックス、顔料、化粧品用パウダーのような無機物の粉体および食品添加物のような有機物の粉体を含むものであり、多結晶からなる粒子であってもよい。
この発明の粒子画像解析方法は、粒子を撮像して得られた画像データの粒子の輪郭の屈曲点の数と粒子の周囲長を求め、屈曲点の数と周囲長とから粒子の凹凸度を求めることを特徴とする。
凹凸度は、屈曲点の数と周囲長の比である。
The object of image analysis of the present invention includes fine ceramics, pigments, inorganic powders such as cosmetic powders, and organic powders such as food additives, and may be polycrystalline particles. .
In the particle image analysis method of the present invention, the number of inflection points and the perimeter of the particle contour of image data obtained by imaging the particle are obtained, and the degree of unevenness of the particle is determined from the number of inflection points and the perimeter. It is characterized by seeking.
The degree of unevenness is the ratio of the number of bending points to the perimeter.
また、この発明による粒子画像解析装置は、粒子を撮像して得られた画像データを2値化する2値化部と、2値化された画像データの粒子の輪郭を形成している輪郭画素を追跡するチェインコードを求めるエッジトレース部と、このチェインコードを用いて粒子の輪郭の屈曲点の数と粒子の周囲長とを求め、屈曲点の数と周囲長とから粒子の凹凸度を求める解析部とを備える。
凹凸度は、屈曲点の数と周囲長の比である。
2値化部とエッジトレース部と解析部は、CPU、ROM、RAMからなるマイクロコンピュータ又はパーソナルコンピュータにより一体的に構成できる。
The particle image analysis apparatus according to the present invention includes a binarization unit that binarizes image data obtained by imaging particles, and a contour pixel that forms a particle contour of the binarized image data The edge trace part for obtaining the chain code for tracking the particle, the number of inflection points of the particle outline and the circumference of the particle are obtained using this chain code, and the degree of unevenness of the particle is obtained from the number of the inflection points and the circumference And an analysis unit.
The degree of unevenness is the ratio of the number of bending points to the perimeter.
The binarization unit, the edge trace unit, and the analysis unit can be integrally configured by a microcomputer or a personal computer including a CPU, ROM, and RAM.
この発明の粒子画像解析装置は、粒子を含む懸濁液を懸濁液流に変換するフローセルと、変換された懸濁液流に対して光を照射する光照射部と、照射された粒子を撮像する撮像部とをさらに備えてもよい。
この場合、フローセルは、粒子懸濁液の流れをシース液で包んで流すことにより流体力学的効果によって、細かいあるいは偏平な流れに変換することができるセルであり、これには、従来公知のものを用いることができる。
The particle image analyzer of the present invention includes a flow cell that converts a suspension containing particles into a suspension flow, a light irradiation unit that irradiates light to the converted suspension flow, and an irradiated particle. You may further provide the imaging part which images.
In this case, the flow cell is a cell that can be converted into a fine or flat flow by a hydrodynamic effect by wrapping the flow of the particle suspension in a sheath liquid, and includes a conventionally known one. Can be used.
なお、フローセルに供給されるシース液については、粒子懸濁液の性質(粒子)や溶媒の性質)に対応してその種類を選択することが好ましい。
また、光照射部には、パルス発光するストロボやレーザ光源を用いることが好ましい。
連続的に発光する光源を用いることもできるが、この場合には撮像部にシャッターを設ける必要がある。撮像部には、一般的な2次元画像を撮像するビデオカメラを用いることができる。
In addition, about the sheath liquid supplied to a flow cell, it is preferable to select the kind according to the property (particle | grains) and the property of a solvent).
Further, it is preferable to use a strobe or a laser light source that emits a pulsed light for the light irradiation unit.
Although a light source that emits light continuously can be used, in this case, it is necessary to provide a shutter in the imaging unit. A video camera that captures a general two-dimensional image can be used for the imaging unit.
光照射部と撮像部とはフローセルを挟んで配置され、フローセルにおいて粒子懸濁液が偏平な流れに変換される場合、光照射部は、粒子懸濁液流の偏平な一面に直交して光を照射し、撮像部はその光軸上に配置されることが好ましい。
さらに、この発明は、粒子を撮像して得られた画像データから粒子の輪郭の屈曲点の数と粒子の周囲長を求め、屈曲点の数と周囲長とから粒子の凹凸度を求めることを特徴とする粒子画像解析プログラムを提供するものである。
また、この発明は、上記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供するものである。
The light irradiation unit and the imaging unit are arranged with the flow cell interposed therebetween, and when the particle suspension is converted into a flat flow in the flow cell, the light irradiation unit emits light perpendicular to the flat surface of the particle suspension flow. And the imaging unit is preferably arranged on the optical axis.
Further, the present invention obtains the number of inflection points and the circumference of the particle from the image data obtained by imaging the particle, and obtains the degree of irregularity of the particle from the number of the inflection points and the circumference. A featured particle image analysis program is provided.
The present invention also provides a computer-readable recording medium on which the program is recorded.
この記録媒体は、マイクロコンピュータで処理が行われるメモリ、例えばROMのようなものであってもよいし、外部記憶装置としてプログラム読み取り装置が設けられ、そこに挿入されて読み取られるプログラムメディアであってもよい。 This recording medium may be a memory that is processed by a microcomputer, such as a ROM, or a program medium provided with a program reading device as an external storage device and read by being inserted therein. Also good.
いずれの場合においても、格納されているプログラムはマイクロプロセッサがアクセスして実行される構成であってもよいし、コンピュータのプログラム記憶エリアにダウンロードされて、そのプログラムが実行される方式であってもよい。このダウンロード用のプログラムはあらかじめ粒子画像解析装置に格納されているものとする。 In either case, the stored program may be configured to be accessed and executed by a microprocessor, or may be downloaded to a program storage area of a computer and executed. Good. It is assumed that this download program is stored in advance in the particle image analyzer.
ここで、プログラムメディアは、装置と分離可能に構成される記憶媒体であり、磁気テープやカセットテープなどのテープ系、フロッピー(登録商標)ディスクやハードディスクなどの磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVDなどの光ディスクのディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カードなどのカード系、あるいはマスクROM、EPROM、EEPROM、フラッシュROMなどによる半導体メモリを含めた固定的にプログラムを担持する媒体であってもよい。 Here, the program medium is a storage medium configured to be separable from the apparatus, such as a tape system such as a magnetic tape or a cassette tape, a magnetic disk such as a floppy (registered trademark) disk or a hard disk, or a CD-ROM / MO / MD. Media that carries a fixed program, including disk systems such as / DVD, optical disks, IC cards (including memory cards) / optical cards, and semiconductor memories such as mask ROM, EPROM, EEPROM, flash ROM, etc. It may be.
また、この発明の粒子画像解析装置をインターネットを含む通信ネットワークと接続可能なシステム構成とし、記録媒体を通信ネットワークからプログラムをダウンロードするように流動的にプログラムを担持する媒体としてもよい。尚、そのダウンロード用プログラムは予め解析装置に格納しておく。 In addition, the particle image analysis apparatus of the present invention may be configured as a system that can be connected to a communication network including the Internet, and the recording medium may be a medium that carries the program in a fluid manner so as to download the program from the communication network. The download program is stored in the analysis device in advance.
この発明の粒子解析装置の流体系と光学系を図1に示す。
図1において、バルブ16、17が開くと、粒子懸濁液はポンプ18によって吸引ピペット1から吸引され、サンプルフィルター2を通りフローセル5の上部の試料チャージングライン3へ引き込まれる。サンプルフィルター2によって、懸濁液中の粗大な粒子ごみが取り除かれ、流路の細い(狭い)フローセル5が詰まらないようにしている。またこのサンプルフィルタ2は、粗大な凝集塊をほぐす効果も持っている。
A fluid system and an optical system of the particle analyzing apparatus of the present invention are shown in FIG.
In FIG. 1, when the
チャージングライン3に引きこまれた粒子懸濁液は、バルブ16、17を閉じてシリンジ4を動作させることによってフローセル5に導かれ、内部のサンプルノズル(図示しない)の先端から懸濁液が押し出される。それと同時にシース液もシース液ボトル6からシース液チャンバー7を介してフローセル5に送り込まれ、粒子懸濁液はそのシース液で取り囲まれ、液体力学的に懸濁液は偏平に絞られてフローセル5の内を流れ、廃液チャンバー14を介して排出される。このように偏平に絞られた懸濁液流に対して、ストロボ8からパルス光を周期的に照射することによって、粒子の静止画像が対物レンズ9を介してビデオカメラ10で撮像される。
The particle suspension drawn into the
粒子を懸濁する溶媒は粒子特性(粒径や比重)に応じて最適なものを選べばよい。
また、懸濁液の流れを確実に偏平にあるいは細かく絞り込むために懸濁液の特性に応じて、例えば溶媒の粘度や比重に応じて、シース液の粘度や比重を変更するのが好ましい。図1には図示していないが、複数種類のシース液ボトルを設け、測定する試料に応じて使用するシース液の種類を容易に切り換えられるような機構を付加してもよい。
As a solvent for suspending particles, an optimum solvent may be selected according to particle characteristics (particle size and specific gravity).
Further, in order to reliably narrow the flow of the suspension flatly or finely, it is preferable to change the viscosity or specific gravity of the sheath liquid according to the characteristics of the suspension, for example, according to the viscosity or specific gravity of the solvent. Although not shown in FIG. 1, a plurality of types of sheath liquid bottles may be provided, and a mechanism that can easily switch the type of sheath liquid to be used according to the sample to be measured may be added.
懸濁液流の偏平な面をビデオカメラ10で撮像すれば、ビデオカメラ10の撮像エリア全体にわたって粒子像を捉えることができ、図2に示すように1回の撮像で多数の粒子を撮像できる。また、撮像される粒子の重心とビデオカメラ10の撮像面との距離をほぼ一定にすることができるので、粒子の大きさに関わらず常にピントの合った粒子像が得られる。
If the flat surface of the suspension flow is imaged by the
図3は粒子画像解析装置の信号処理系を示すブロック図である。同図で示すように、画像処理部11は、ビデオカメラ10からの画像信号を2値化データに変換する2値化部11aと、2値化された粒子画像データをエッジトレースするエッジトレース部11bと、エッジトレースで得られたデータを解析処理する解析部11cと、画像データや処理データなどを格納するデータ記憶部11dと、プログラム読み取り部15によってプログラム記録媒体から読み取られた粒子画像解析用プログラムを格納するプログラム記憶部11eを備える。そして、画像処理部11は、ビデオカメラ10からの画像信号をキーボード13から入力される処理条件に応じて処理し、処理結果をモニターテレビ12に表示する。
FIG. 3 is a block diagram showing a signal processing system of the particle image analyzer. As shown in the figure, the
このような構成における画像処理の手順を図4のフローチャートに示す。ビデオカメラ10からの画像信号は、画像処理部11に取り込まれてA/D変換され、画像データとして取り込まれる(ステップS1)。次に、懸濁液流に対する照射光の強度むら(シューディング)を補正するためのバックグラウンド補正が行われる(ステップS2)。
The procedure of image processing in such a configuration is shown in the flowchart of FIG. An image signal from the
具体的には、粒子フローセル5を通過していない時に光照射して得られる画像データを、測定前にあらかじめ取り込んでおき、その画像データと実際の粒子撮像画面の画像データとを比較演算することであり、画像処理として一般的によくしられた処理である。次に、粒子画像の輪郭を的確に抽出するための前処理として輪郭強調処理を行う(ステップS3)。具体的には、一般的によく知られたラプラシアン強調処理を行う。
Specifically, image data obtained by light irradiation when not passing through the
次に、画像データをある適当なスレシホールドレベルで2値化すると各粒子画像は図5に示すような2値化画像となる(ステップS4)。次に、2値化された各粒子画像に対してエッジ点が(輪郭を表す輪郭画素)かどうかを判定するとともに、着目しているエッジ点に対して隣合うエッジ点がどの方向にあるかの情報、すなわちチェインコードを生成する(ステップS5)。次に、このチェインコードを参照しながら粒子画像のエッジトレースを行い、粒子画像の解析パラメータとして、各粒子画像の面積(総画素数)St、直行カウント数Et、斜行カウント数Esおよびコーナーカウント数Cnを求める(ステップS6)。 Next, when the image data is binarized at an appropriate threshold level, each particle image becomes a binarized image as shown in FIG. 5 (step S4). Next, for each binarized particle image, it is determined whether the edge point is a (contour pixel representing the contour), and in which direction is the edge point adjacent to the edge point of interest Information, that is, a chain code is generated (step S5). Next, edge tracing of the particle image is performed with reference to this chain code, and the area (total number of pixels) St, the orthogonal count number Et, the skew count number Es, and the corner count of each particle image are analyzed as the particle image analysis parameters. The number Cn is obtained (step S6).
ここで、ステップS5、S6における処理を図5を用いて説明すると、粒子画像(図5のハッチング部分)の輪郭を形成する輪郭画素(エッジ点)の中心点a〜nを直線で結び、全輪郭画素を点aから反時計方向方向(又は時計方向)に順次着目し、現在の着目輪郭画素と次の着目輪郭画素とを結ぶ直線が縦又は横方向を向くとき現在の着目輪郭画素を第1画素とみなし、現在の着目輪郭画素と次の着目輪郭画素とを結ぶ直線が斜め方向を向くとき現在の着目輪郭画素を第2画素とみなし、第1および第2画素の数を計数する。 Here, the processing in steps S5 and S6 will be described with reference to FIG. 5. The center points a to n of the contour pixels (edge points) forming the contour of the particle image (hatched portion in FIG. 5) are connected by straight lines. Focusing on the contour pixels sequentially from the point a in the counterclockwise direction (or clockwise direction), when the straight line connecting the current target contour pixel and the next target contour pixel faces in the vertical or horizontal direction, It is regarded as one pixel, and when the straight line connecting the current target contour pixel and the next target contour pixel faces in an oblique direction, the current target contour pixel is regarded as the second pixel, and the number of first and second pixels is counted.
ここで、第1画素の合計数が直行カウント数Etであり、第2画素の合計数が斜行カウント数Esである。
また、図5において、着目する1つの輪郭画素とその両側に隣接する2つの輪郭画素とを結ぶ直線が、着目した輪郭画素において屈曲する場合にその輪郭画素を屈曲点とみなし、全輪郭画素の各々に着目して屈曲点の数を計数する。屈曲点の合計数がコーナーカウント数Cnである。
なお、図5に図示される粒子画像では、
面積St=総画素数=25であり、
第1画素は、点c、e、g、h、j、k、l、mを含む画素であるので、Et=8となり、
第2画素は、点a、b、d、f、i、nを含む画素であるので、Es=6となり、
屈曲点は、点a、c、d、e、f、g、i、j、nであるので、Cn=9となる。
Here, the total number of first pixels is the orthogonal count number Et, and the total number of second pixels is the skew count number Es.
Further, in FIG. 5, when a straight line connecting one contour pixel of interest and two contour pixels adjacent to both sides thereof is bent at the focused contour pixel, the contour pixel is regarded as a bending point, and all the contour pixels Paying attention to each, the number of bending points is counted. The total number of bending points is the corner count number Cn.
In the particle image shown in FIG.
Area St = total number of pixels = 25,
Since the first pixel is a pixel including points c, e, g, h, j, k, l, m, Et = 8,
Since the second pixel is a pixel including points a, b, d, f, i, and n, Es = 6.
Since the bending points are points a, c, d, e, f, g, i, j, and n, Cn = 9.
必要な撮像処理が終了すると(ステップS7)、各粒子画像に対して求められた解析パラメータに基づいて、まず、周囲長Lが次式で算出される(ステップS8)。
L=0.980×Et+1.406×Es−0.091×Cn・・・(1)
(但し、1画素を単位長さ1とする。)
式(1)はVossepoelの式として知られている。
次に、面積Sが次式で算出される(ステップS9)。
S=St−0.5L・・・(2)
(但し、1画素を単位長さ1とする)
次に、円相当径Rsが次式で算出される(ステップS10)。
Rs=a×S1/2×k+b・・・(3)
ここで、kは1画素の寸法、a、bは補正係数である。
次に、凹凸度Xが次式で算出される(ステップS11)。
X=Cn/L・・・(4)
なお、図5に示す粒子画像の凹凸度Xは、Cn=9、L=15.5であるので、
X=0.58
となる。
When the necessary imaging process is completed (step S7), the perimeter length L is first calculated by the following equation based on the analysis parameters obtained for each particle image (step S8).
L = 0.980 * Et + 1.406 * Es-0.091 * Cn ... (1)
(However, one pixel has a unit length of 1.)
Equation (1) is known as Vossepoel's equation.
Next, the area S is calculated by the following equation (step S9).
S = St−0.5L (2)
(However, one pixel has a unit length of 1)
Next, the equivalent circle diameter Rs is calculated by the following equation (step S10).
Rs = a × S 1/2 × k + b (3)
Here, k is the size of one pixel, and a and b are correction coefficients.
Next, the unevenness degree X is calculated by the following equation (step S11).
X = Cn / L (4)
In addition, since the unevenness degree X of the particle image shown in FIG. 5 is Cn = 9 and L = 15.5,
X = 0.58
It becomes.
以上のようにして、多数の粒子画像の各々について周囲長、面積、円相当径のみならず、凹凸度を得ることができるので、これらを用いて粒子画像を統計的に解析することができる。 As described above, not only the perimeter length, area, and equivalent circle diameter but also the degree of unevenness can be obtained for each of a large number of particle images, and the particle image can be statistically analyzed using these.
1 吸引ピペット
2 サンプルフィルター
3 試料チャージングライン
4 シースシリンジ
5 フローセル
6 シース液ボトル
7 シース液チャンバー
8 ストロボ
9 対物レンズ
10 ビデオカメラ
14 廃液チャンバー
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