JP5354426B2 - 測定装置、測定方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、対象物に接触または近接させた複数の測定用端子の検出信号に基づいて対象物の特性を測定する測定装置に係り、特に測定用端子の位置を画像計測し、その位置を対象物が存在する任意の座標系に変換する測定装置に関する。

科学や医療の分野では、測定用端子であるプローブの位置を求めて対象物の特性を測定する場合がある。例えば、脳波（electroencephalogram：ＥＥＧ）や機能的近赤外分光分析法（functional near-infrared spectroscopy：ｆＮＩＲＳ）では、検出用のプローブを被検者の頭部に多数取り付け、様々な刺激に対する脳波の反応や脳機能の活性度分布等を測定している。これらの技術では、脳の構造情報が得られないため、プローブの位置を三次元磁気式デジタイザー等によって測定し、その位置を他の装置で得られた頭部画像や標準化した脳画像の頭表上や脳表上に投影することで、脳機能を空間解析している。

このようにプローブの位置を測定し、その位置を頭表上または脳表上に投影する技術としては、例えば、特許文献１および２が開示されている。特許文献１に記載の発明では、頭表上の任意の点に対応する脳表上の投影点を極小距離探索法、垂線投射法などの種々の方法によって求めることによって、ＮＩＲＳや経頭蓋磁気刺激法（Transcranial magnetic stimulation：ＴＭＳ）で得られた脳機能の測定情報が脳表上に投影される。

特許文献２に記載の発明では、同一の被験者について、複数の参照脳における脳表上の投影点を求め、それらを比較することにより、被験者内推定点と被験者内誤差を得る。また、複数の被験者について、複数の被験者内推定点と被験者内誤差を求め、それらを比較することにより、被験者間推定点と被験者間誤差を得る。

特開２００５−１４３７６４号公報 特開２００７−１８５４９１号公報

しかしながら、三次元磁気式デジタイザーでは、複数の測定用端子の位置を手作業で連続的に測定するため、測定時間が掛かる。また、クリッキングの失敗や測定環境に存在する鉄骨や電磁機器のノイズなどによって磁場が歪み、測定誤差が生じ易い。

このような背景を鑑み、本発明は、複数の測定用端子の位置を測定する時間と誤差を低減する技術を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、対象物に接触または近接させた複数の測定用端子の検出信号に基づいて前記対象物の特性を測定し、かつ前記測定用端子の位置を測定する測定装置において、前記測定用端子の位置を求めるために、前記測定用端子の周囲で所定の位置関係に配置された複数の位置マークを有するターゲットと、前記ターゲットを少なくとも異なる２方向から撮影する撮影部と、前記撮影部の撮影画像内で検出した複数の位置マークを、前記所定の位置関係を利用して前記測定用端子ごとのグループに分類し、前記複数の位置マークの三次元座標を計測する三次元座標計測部と、前記三次元座標計測部で計測した複数の位置マークが含まれる仮想平面を測定用端子ごとに求め、前記仮想平面に法線を想定し、前記測定用端子の位置を前記法線方向に移動させることによって、前記測定用端子の対象物表面からの浮き度合いを補正するフロートオフセット補正部と、を備えることを特徴とする測定装置である。

請求項１に記載の発明によれば、複数の測定用端子の位置を測定する時間と誤差を低減することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記フロートオフセット補正部は、隣接する測定用端子の位置を結ぶ仮想結線を想定し、前記仮想結線と前記法線とのなす対象物側の角度が略等しくなるように、特定の測定用端子の位置を固定し、他の測定用端子の位置を前記法線方向に移動させることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、対象物表面と、複数の測定用端子の位置で構成される面とが略等しい曲率となるため、複数の測定用端子の位置を対象物表面に投影することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記フロートオフセット補正部は、隣接する測定用端子の位置を結ぶ仮想結線を想定し、前記仮想結線と前記法線とのなす対象物側の角度が略等しくなるように、特定の測定用端子の位置を固定し、他の測定用端子の位置を前記法線方向に移動させるオフセット量を求め、さらに複数の測定用端子の位置を固定して、測定用端子ごとに複数のオフセット量を求め、前記複数のオフセット量の平均値を補正に必要なオフセット量として利用することを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、対象物表面と、複数の測定用端子の位置で構成される面とが、より等しい曲率となるため、複数の測定用端子の位置を対象物表面に投影することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記フロートオフセット補正部は、隣接する測定用端子の位置を結ぶ仮想結線を想定し、前記仮想結線と前記法線とのなす対象物側の角度が略等しくなるように、予め与えられた測定用端子のオフセット量だけ前記測定用端子の位置を前記法線方向に移動させることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、対象物表面と、複数の測定用端子の位置で構成される面とが略等しい曲率となるため、複数の測定用端子の位置を対象物表面に投影することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ターゲットは、前記測定用端子を識別するコード部を有するコードターゲットであることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、複数の撮影画像内で検出したターゲットを自動的に対応付けることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ターゲットは、前記測定用端子を識別するカラーコード部を有するカラーコードターゲットであることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、複数の撮影画像内で検出したターゲットを自動的に対応付けることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記フロートオフセット補正部で補正した測定用端子の位置を、少なくとも３つの参照点によって、対象物が存在する座標系に変換する座標変換部をさらに備え、前記座標変換部は、前記参照点が４つ未満である場合に、極座標を利用して前記参照点から補助参照点を算出することを特徴とする。

請求項７に記載の発明によれば、測定用端子の位置は、参照点が４つ未満であっても、対象物が存在する座標系に変換することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記対象物は人体の頭部であり、前記参照点は前記頭部の解剖学的メルクマールであることを特徴とする。

請求項８に記載の発明によれば、測定用端子の位置を参照頭部が存在する座標系に安定的に変換することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記座標変換部で変換した測定用端子の位置を、バルーンインフレーション法、または凸包法、または前記法線を用いて、前記対象物表面上に投影する投影部をさらに備えることを特徴する。

請求項９に記載の発明によれば、測定用端子の位置を参照頭部の頭表上または脳表上に投影することができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ターゲットは、前記測定用端子のソケットの挿入面に設けられていることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明によれば、ターゲットの複数の位置マークが含まれる仮想平面の法線方向と、測定用端子の測定方向とが略等しくなる。

請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ターゲットは、Ｌ型の測定用端子の頭部に設けられていることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明によれば、ターゲットの複数の位置マークが含まれる仮想平面の法線方向と、測定用端子の測定方向とが略等しくなる。

請求項１２に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記カラーコード部の起点は、前記複数の位置マークにおける所定の位置関係に基づいて判別されることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明によれば、カラーコード部のコードを自動的に読み取ることができる。

請求項１３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ターゲットは、少なくとも４つの位置マークを有していることを特徴とする。

請求項１３に記載の発明によれば、複数の位置マークが所定の位置関係にあるか否かを、単写真標定またはＤＬＴ（Direct Linear Transformation）を利用して確認し、撮影画像内で検出した複数の位置マークを測定用端子ごと（ターゲットごと）のグループに分類できたか否かを確認することができる。

請求項１４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記所定の位置関係は、測定用端子の位置を中心とする同心円上に配置された関係、または測定用端子の
位置を中心とする正多角形の各辺近傍に配置された関係であることを特徴とする。

請求項１４に記載の発明によれば、複数の位置マークで形成される円または正多角形の中心を検出することで、測定用端子の位置を自動的に求めることができる。

請求項１５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記所定の位置関係は、対称となる２つの三角形の頂点に配置された関係であることを特徴とする。

請求項１５に記載の発明によれば、撮影画像内で検出された複数の位置マークを測定用端子ごと（ターゲットごと）のグループに自動的に分類することができる。

請求項１６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記所定の位置関係は、多角形の頂点に配置された関係であることを特徴とする。

請求項１６に記載の発明によれば、撮影画像内で検出された複数の位置マークを測定用端子ごと（ターゲットごと）のグループに自動的に分類することができる。

請求項１７に記載の発明は、対象物に接触または近接させた複数の測定用端子の検出信号に基づいて前記対象物の特性を測定し、かつ前記測定用端子の位置を測定するための測定方法において、前記測定用端子の位置を求めるために、前記測定用端子の周囲で所定の位置関係に配置された複数の位置マークを有するターゲットを少なくとも異なる２方向から撮影する手順と、前記手順で撮影した画像内で検出した複数の位置マークを、前記所定の位置関係を利用して前記測定用端子ごとのグループに分類し、前記複数の位置マークの三次元座標を計測する手順と、前記手順で計測した複数の位置マークが含まれる仮想平面を測定用端子ごとに求め、前記仮想平面に法線を想定し、前記測定用端子の位置を前記法線方向に移動させることによって、前記測定用端子の対象物表面からの浮き度合いを補正する手順と、を備えることを特徴とする測定方法である。

請求項１７に記載の発明によれば、複数の測定用端子の位置を測定する時間と誤差を低減することができる。

請求項１８に記載の発明は、対象物に接触または近接させた複数の測定用端子の検出信号に基づいて前記対象物の特性を測定し、かつ前記測定用端子の位置を測定するためのプログラムにおいて、前記測定用端子の位置を求めるために、前記測定用端子の周囲で所定の位置関係に配置された複数の位置マークを有するターゲットを少なくとも異なる２方向から撮影するステップと、前記ステップで撮影した画像内で検出した複数の位置マークを、前記所定の位置関係を利用して前記測定用端子ごとのグループに分類し、前記複数の位置マークの三次元座標を計測するステップと、前記ステップで計測した複数の位置マークが含まれる仮想平面を測定用端子ごとに求め、前記仮想平面に法線を想定し、前記測定用端子の位置を前記法線方向に移動させることによって、前記測定用端子の対象物表面からの浮き度合いを補正するステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラムである。

請求項１８に記載の発明によれば、複数の測定用端子の位置を測定する時間と誤差を低減することができる。

本発明によれば、複数の測定用端子の位置を測定する時間と誤差を低減することができる。

測定装置のブロック図である。 計算処理部の機能ブロック図である。 測定装置の動作を示すフローチャートである。 プローブソケットに設けたリングカラーコードターゲットの斜視図である。 リングカラーコードターゲットの正面図である。 リングカラーコードターゲットを認識するためのフローチャートである。 単写真標定またはＤＬＴによって複数の位置マークの設計位置を確認する方法を説明する説明図である。 相互標定を説明する説明図である。 フロートオフセット補正を説明する説明図である。 補助参照点の算出方法を説明する説明図である。 プローブ位置またはチャネル位置の投影方法を説明する説明図である。 プローブ位置またはチャネル位置の投影方法を説明する説明図である。 フロートオフセット補正を説明する説明図である。 Ｌ型プローブの頭部に設けた四角形カラーコードターゲットの斜視図である。 四角形カラーコードターゲットの正面図である。 その他のカラーコードターゲットの正面図である。 その他のカラーコードターゲットの正面図である。 その他のカラーコードターゲットの正面図である。 その他のカラーコードターゲットの正面図である。 その他のカラーコードターゲットの正面図である。 その他のカラーコードターゲットの正面図である。 その他のカラーコードターゲットの正面図である。

１．第１の実施形態
以下、測定装置の一例について、図面を参照して説明する。

図１は、測定装置のブロック図である。測定装置１は、ｆＮＩＲＳを用いて脳内の血流変化を測定する装置である。測定装置１は、近赤外光を頭部２５に照射する。照射された近赤外光の一部は、脳血管内のヘモグロビン（Hb）によって吸収される。測定装置１は、脳内で反射した近赤外光を受光し、近赤外光の吸収量の変化に基づいて、脳内のHb濃度を測定する。Hbには、酸素化ヘモグロビン（OxyHb）と脱酸素化ヘモグロビン（DeoxyHb）があり、両者は吸光特性が異なるため、測定装置１は、少なくとも２波長の光を用いて、それぞれの濃度変化を計測する。

また、測定装置１は、Hbの濃度変化を空間解析するため、これを参照する頭部の頭表上または脳表上に表示する。参照頭部としては、核磁気共鳴画像（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）やコンピュータ断層撮影（Computed Tomography：ＣＴ）の頭部画像、Talairach標準脳座標系やＭＮＩ（Montoreal Neurological Institute）標準脳座標系の標準脳を用いる。

このため、測定装置１は、事前にプローブ（測定用端子）が取り付けられる位置、またはチャネルの位置（送光プローブと受光プローブの中点）を画像計測する。画像計測は、少なくとも異なる２方向から撮影された画像に基づいて行われる。画像計測によって求めたプローブ位置またはチャネル位置の三次元座標は、ステレオモデルの座標系（以下、モデル座標系という）に存在する。したがって、測定装置１は、プローブまたはチャネルの三次元座標をモデル座標系から参照頭部が存在する座標系（以下、参照座標系という）に座標変換する。

さらに、測定装置１は、座標変換したプローブ位置またはチャネル位置を参照頭部の頭表上または脳表上に投影する。Hbの濃度変化は、投影されたプローブ位置またはチャネル位置に表示される。これにより、脳内の血流変化を空間解析することが可能となっている。

（測定装置の構成）
図１に示すように、測定装置１は、光源２および３、発振器４および５、光ファイバー６および７、結合器８、送光プローブ９、プローブホルダ１０、プローブソケット１１および１２、受光プローブ１３、受光素子１４、ロックインアンプ１５および１６、Ａ／Ｄ変換部１７、計算処理部１８、記憶部１９、表示部２０、入力部２１、撮影部２２および２３、キャプチャ部２４を備えている。

光源２および３は、可視から近赤外光領域の異なる波長λ１およびλ２の光を発光する。光源２および３からの光は、異なる周波数ｆ１およびｆ２の発振器４および５でそれぞれ強度変調される。強度変調された光は、それぞれ光ファイバー６および７を介して、結合器８によって結合される。結合された光は、送光プローブ９によって頭部２５に照射される。頭部２５に照射されたλ１の光の一部は、脳血管内のOxyHbによって吸収され、波長λ２の光の一部は、DeoxyHbによって吸収される。脳内で反射したλ１，λ２の光は、受光プローブ１３に入射する。

なお、送光プローブ９および受光プローブ１３は、プローブホルダ１０のプローブソケット１１および１２によって着脱自在に支持されている。図１では、一組の送受光プローブを代表的に示しているが、測定装置１は、多チャンネルでHb濃度変化を測定することが可能である。この場合、複数組の送受光プローブ、光源、発振器、受光素子、ロックインアンプ等が必要となる。

受光プローブ１３に入射した光は、受光素子１４で光電変換される。光電変換された測定信号は、２つのロックインアンプ１５および１６に入力する。ロックインアンプ１５は、発振器４から参照周波数ｆ１を入力し、ロックインアンプ１６は、発振器５から参照周波数ｆ２を入力する。ロックインアンプ１５は、ｆ１に基づき、λ１の測定信号（λ１信号）を抜き出し、ロックインアンプ１６は、ｆ２に基づき、λ２の測定信号（λ２信号）を抜き出す。λ１信号およびλ２信号は、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換部１７によってデジタル信号に変換され、計算処理部１８に入力される。

計算処理部１８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入出力インターフェース等を備えたパーソナルコンピュータ、またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのＰＬＤ（Programmable Logic Device）で構成される。計算処理部１８は、Ａ／Ｄ変換部１７からλ１信号，λ２信号を入力する。計算処理部１８は、λ１信号に基づいてOxyHbの濃度変化を測定し、λ２信号に基づいてDeoxyHbの濃度変化を測定する。また、計算処理部１８は、経時的なOxyHbとDeoxyHbの濃度変化（Hb濃度変化）を送受光プローブまたはチャネル毎に記憶部１９に記憶する。

記憶部１９は、ハードディスクドライブ等の不揮発性記憶手段である。記憶部１９は、計算処理部１８で測定したHb濃度変化、参照頭部の座標系等を記憶する。表示部２０は、液晶ディスプレイであり、入力部２１は、キーボードおよびマウスである。なお、表示部２０および入力部２１をタッチパネルディスプレイで構成してもよい。

撮影部２２および２３は、工業計測用のＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラや市販のデジタルカメラである。撮影部２２および２３は、少なくとも異なる２方向からプローブホルダ１０を撮影する。撮影部２２および２３で得られた映像信号は、キャプチャ部２４によってデジタル画像に変換される。なお、撮影部２２および２３がデジタルカメラの場合には、キャプチャ部２４は不要である。キャプチャ部２４は、デジタル変換した少なくとも一組の左右画像（Ｒ，Ｌ）を計算処理部１８に出力する。また、撮影部を１つのカメラで構成してもよい。

（計算処理部の構成）
以下、計算処理部１８の構成について詳細に説明する。図２は、計算処理部の機能ブロック図である。計算処理部１８は、三次元座標計測部３０、フロートオフセット補正部３１、座標変換部３２、投影部３３、Hb濃度変化測定部３４、Hb濃度変化表示部３５を備えている。

これらは、ＰＣで動作するプログラム、またはＰＬＤで構成される。なお、プログラムの場合には、ＣＤＲＯＭ等の記録媒体に格納して提供することが可能である。

三次元座標計測部３０は、キャプチャ部２４から左右画像を入力する。三次元座標計測部３０は、左右画像に基づき、プローブ位置Ｐ１，Ｐ２またはチャネル位置Ｃｈ１の三次元座標を計測する。

なお、プローブ位置Ｐ１，Ｐ２は、プローブソケット１１，１２の挿入面における中心であり、チャネル位置Ｃｈ１は、プローブホルダ１０の表面におけるＰ１Ｐ２の中点である。Ｐ１，Ｐ２，Ｃｈ１は、頭部２５の表面（頭表面）から数ｃｍ浮いた状態にあり、その浮きの度合いはプローブまたはチャネル毎に異なる場合がある。

フロートオフセット補正部３１は、頭表面と、複数のプローブ位置Ｐ１，Ｐ２で構成される面またはチャネル位置Ｃｈ１で構成される面とが略等しい曲率となるように、プローブ位置Ｐ１，Ｐ２またはチャネル位置Ｃｈ１の頭表面からの浮き度合いを補正する（フロートオフセット補正）。

Ｐ１，Ｐ２またはＣｈ１をフロートオフセット補正するため、プローブ周囲またはチャネル周囲に少なくとも３つの位置マークが設けられる。位置マークの三次元座標は、三次元座標計測部３０によって計測される。

フロートオフセット補正部３１は、位置マークの三次元座標に基づき、位置マークを含む仮想平面を求め、この仮想平面の法線方向にＰ１，Ｐ２またはＣｈ１を移動することによってＰ１，Ｐ２またはＣｈ１の浮き度合いを補正する。

座標変換部３２は、Ｐ１，Ｐ２またはＣｈ１の三次元座標をモデル座標系から参照座標系へ座標変換する。座標変換には、アフィン変換を用いる。アフィン変換の変換行列は、３つの参照点Ｎｚ，ＡＲ，ＡＬと、１つの補助参照点に基づいて求められる。３つの参照点Ｎｚ，ＡＲ，ＡＬは、解剖学的メルクマール（Ｎｚ：鼻根点、ＡＬ，ＡＲ：左右の前耳介点）であり、国際１０−２０システム（脳波電極の標準的な設置法）の初期参照点である。補助参照点は頭表上の任意の位置とするが、頭頂点Ｃｚ近傍であることが望ましい。なお、３つの参照点Ｎｚ，ＡＲ，ＡＬと１つの補助参照点の三次元座標は、事前に三次元座標計測部３０によって計測される。

参照座標系において、Ｎｚ，ＡＲ，ＡＬの位置は安定的に求められるが、補助参照点の位置は求められない。このため、座標変換部３２は、Ｎｚ，ＡＲ，ＡＬに基づき、モデル座標系と参照座標系で対応する補助参照点を算出する。補助参照点の算出には、極座標を用いる。

座標変換部３２は、モデル座標系と参照座標系における参照点、補助参照点の三次元座標に基づいて、アフィン変換の変換行列を求める。また、座標変換部３２は、この変換行列を用いて、Ｐ１，Ｐ２またはＣｈ１の三次元座標をモデル座標系から参照座標系へ座標変換する。

投影部３３は、参照座標系のプローブ位置Ｐ１，Ｐ２またはチャネル位置Ｃｈ１を参照頭部の頭表上または脳表上に投影する。Ｐ１，Ｐ２またはＣｈ１の投影には、バルーンインフレーション法、凸包法、または複数の位置マークを含む仮想平面の法線を用いる。

Hb濃度変化計測部３４は、Ａ／Ｄ変換部１７からλ１信号，λ２信号を入力し、経時的なHb濃度変化をプローブ毎またはチャネル毎に計測する。Hb濃度変化表示部３５は、Hb濃度変化をプローブ毎またはチャネル毎に頭表上または脳表上に表示する。

（測定装置の動作）
以下、測定装置の動作について説明する。図３は、測定装置の動作を示すフローチャートである。以下では、図３のステップ毎に計測手順を詳細に説明する。

（頭部にターゲットの貼付：Ｓ１０）
まず、図１の頭部２５にターゲットを貼付する。３つの参照点Ｎｚ，ＡＲ，ＡＬに円形のレトロターゲット（再帰反射性ターゲット）を貼り付ける。レトロターゲットは光を全反射するため、撮影画像で白円として映し出される。

次に、頭表上の任意の位置にレトロターゲットを貼り付け、補助参照点とする。補助参照点は、頭頂点Ｃｚ近傍であることが好ましい。頭頂点Ｃｚを補助参照点とする場合には、プローブ９の位置Ｐ１がＣｚと同じであるため、補助参照点としてＰ１の位置を流用することができる。

さらに、プローブ位置Ｐ１，Ｐ２にリングカラーコードターゲットを貼り付ける。図４は、プローブソケットに設けたリングカラーコードターゲットの斜視図であり、図５は、リングカラーコードターゲットの正面図である。

リングカラーコードターゲット４０（以下、リングターゲットという）は、プローブソケット１１の挿入面に貼り付けられる。プローブソケット１１の挿入面の法線４１は、光がプローブから出入射する光軸方向と略等しい。

リングターゲット４０は、６つの位置マークＭ１〜Ｍ６を有している。６つの位置マークＭ１〜Ｍ６は、円形のレトロターゲットもしくは白色の円であり、同心円上に配置されている。６つの位置マークＭ１〜Ｍ６で形成される円の中心は、プローブの中心位置Ｐ１である。

６つの位置マークＭ１〜Ｍ６は、対称となる２つの三角形４３，４４の頂点に配置されている。この形状の三角形４３，４４の頂点に配置された位置マークの組み合わせは一組のみとなっている。このため、この形状の三角形を撮影画像内で探索し、その三角形と向かい合う三角形を撮影画像内で探索することで、撮影画像内の複数の位置マークをリングターゲット４０毎（プローブ毎）のグループに分類することができる。

また、リングターゲット４０は、基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂとカラーコード部Ｃ１〜Ｃ６を有している。基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂとカラーコード部Ｃ１〜Ｃ６は、６つの位置マークＭ１〜Ｍ６と同じ同心円上に配置されている。

基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂは、位置マークに挟まれている。カラーコード部Ｃ１とＣ２、Ｃ３とＣ４、およびＣ５とＣ６は連続しており、連続する２つのカラーコード部は、位置マークに挟まれている。すなわち、基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂの隣は、位置マークであり、カラーコード部Ｃ１〜Ｃ６の隣は、位置マークまたはカラーコード部である。カラーコード部Ｃ１〜Ｃ６の起点は、位置マークＭ１〜Ｍ６の所定の位置関係（対称となる２つの三角形４３，４４の頂点に配置された関係）から判定される。

この設計位置に基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂ、カラーコード部Ｃ１〜Ｃ６があるか否かによって、リングターゲット４０であるか否かを判定することができる。

カラーコード部Ｃ１〜Ｃ６は、その配色によってコードに変換される。このコードは、リングターゲット４０の識別番号であるため、左右画像で複数のリングターゲット４０を対応付けることができる。

また、チャネル位置Ｃｈ１を計測する場合には、チャネル位置Ｃｈ１にリングターゲット４０またはレトロターゲットを貼り付ける。

（ターゲット撮影：Ｓ１１）
次に、頭部２５に貼り付けたターゲットを撮影する。撮影は、プローブ９および１３を外した状態で行う。

（プローブまたはチャネル、参照点の三次元座標計測：Ｓ１２）
続いて、撮影画像からプローブまたはチャネル、参照点の三次元座標を計測する。まず、撮影画像からリングターゲット４０（プローブまたはチャネル）を検出し、プローブ位置またはチャネル位置を左右画像で対応付ける処理について説明する。

図６は、リングカラーコードターゲットを認識するためのフローチャートである。まず、左右画像を二値化し、白円で周囲が黒い箇所をリングターゲット４０の位置マーク（以下、円形ターゲットという）として検出する（ステップＳ２０）。この際、円形ターゲットの重心座標をモーメント法によって算出する。

次に、図５に示す三角形４３，４４を検出する（ステップＳ２１）。検出した円形ターゲットの中から、大きさが略等しい円形ターゲットを２点選択する。選択した２点の円形ターゲットの距離と円形ターゲットの半径との比率を求め、比率が設計値に近ければ、３点目の円形ターゲットを探索する。三角形の各辺と円形ターゲットの半径の比率、および三角形の内角が設計値に近ければ、リングターゲット４０の候補三角形とする。

次に、候補三角形に対応する三角形を検出する（ステップＳ２２）。三角形の向いている方向を調べ、向かい合う方向に三角形を検出する。向かい合う三角形の距離（Ｍ２Ｍ３とＭ５Ｍ６）と円形ターゲットの半径の比率を求め、比率が設計値に近ければ、リングターゲット４０の６つの候補点Ｍ１〜Ｍ６とする。この際、６つ候補点の重心座標にラベルＭ１〜Ｍ６を付ける。

次に、単写真標定またはＤＬＴ（Direct Linear Transformation）（バンドル調整含む）の計算を行い、６つの候補点Ｍ１〜Ｍ６がリングターゲット４０の設計位置にあるか否かを判定する（ステップＳ２３）。図７は、単写真標定またはＤＬＴによって複数の位置マークの設計位置を確認する方法を説明する説明図である。まず、単写真標定またはＤＬＴを用いて、画像上で検出した６つの候補点Ｍ１〜Ｍ６（黒点）と、基準点の三次元座標（リングターゲット４０の６点の設計位置に基づく三次元座標）とから、カメラの位置および向き（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ω，φ，κ）を求める。

次に、単写真標定またはＤＬＴを用いて、カメラの位置および向きと基準点の三次元座標から、撮影画像上に基準点を投影した点Ｗ１〜Ｗ６（白点）を求める。このとき、黒点Ｍ１〜Ｍ６と白点Ｗ１〜Ｗ６との差をそれぞれ計算する。この差が略等しければ、６つの候補点Ｍ１〜Ｍ６がリングターゲット４０の設計位置にあると判定する。この差が略等しくない場合には、ステップＳ２２に戻る。

以下、単写真標定およびＤＬＴ（バンドル調整含む）について説明する。単写真標定とは、１枚の写真の中に写された基準点に成り立つ共線条件を用いて、写真を撮影したカメラの位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）およびカメラの傾き（ω，φ，κ）を求め、写真座標ｘ，ｙと地上座標Ｘ，Ｙ，Ｚの間の関係を求めるものである。共線条件とは、投影中心、写真像および地上の対象物が一直線上にあるという条件である。また、カメラの位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）とカメラの傾き（ω，φ，κ）は外部標定要素と呼ばれる。

カメラ座標系をｘ，ｙ，ｚ、写真座標系ｘ，ｙ、地上座標系をＸ，Ｙ，Ｚとする。カメラを各座標軸の正方向に対して左回りにそれぞれκ，φ，ωだけ順次回転させた向きで撮影を行ったとする。４点の画像座標と対応する基準点の３次元座標を数１に示す２次の射影変換式に代入し、観測方程式を立ててパラメ−タｂ１〜ｂ８を求める。

数１のパラメータｂ１〜ｂ８を用いて、以下の数２から外部標定要素を求める。

次に、単写真標定の原理より、地上の対象物（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対応する、傾いたカメラ座標系のカメラ座標（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）を以下の数３から求める。数３では、数２で求まったカメラの傾き（ω、φ、κ）を代入し、回転行列の計算をして、パラメータａ１１〜ａ３３を求める。

求まったパラメータａ１１〜ａ３３と数２で求まったカメラの位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）および基準点の三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を投影中心、写真像および対象物が一直線上にあるという以下の数４の共線条件式に代入し、写真座標（ｘ、ｙ）を求める。

次にＤＬＴについて説明する。ＤＬＴは、写真座標と被写体の３次元座標（対象点座標）との関係を３次の射影変換式で近似したものである。ＤＬＴの基本式は以下の数５となる。

数５の式の分母を消去すると、数６の線形式を導き出せる。

さらに、数６を変形すると、以下の数７となる。

数７を直接、最小二乗法を用いて解くと、写真座標と対象点座標との関係を決定するＬ_１〜Ｌ_１１の１１個の未知変量を取得できる。この未知変量により対象点の３次元座標を求めることができる。

次に、図６のリングターゲット４０の判定について説明する（ステップＳ２４）。リングターゲット４０の判定は、基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂとカラーコード部Ｃ１〜Ｃ６が設計位置にあるか否か判定することによって行われる。まず、検出した６点Ｍ１〜Ｍ６を用いて、形が歪んだリングターゲット４０を歪みのない正面図に座標変換する。座標変換にはアフィン変換を用いる。座標変換にすることよって、円形ターゲットＭ１〜Ｍ６、基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂ、カラーコード部Ｃ１〜Ｃ６の位置が判別し易くなる。

座標変換したリングターゲット４０の設計位置に基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂとカラーコード部Ｃ１〜Ｃ６が有るか否かを判定する。この際、調べる画素の輝度値（ＲＧＢ）は、数８に基づき、ＨＳＩ色変換される。基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂの判定は、数９に基づいて行われ、カラーコード部Ｃ１〜Ｃ６の判定は、数１０〜数１２に基づいて行われる。基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂとカラーコード部Ｃ１〜Ｃ６が設計位置にない場合には、ステップＳ２２に戻る。

次に、カラーコード部Ｃ１〜Ｃ６の配色からコードに変換する（ステップＳ２５）。カラーコード部Ｃ１〜Ｃ６の配色とコードの組み合わせは、記憶部１９に記憶されている。このコードが、リングターゲット４０の識別情報となる。

続いて、読み取ったコードを円形ターゲットＭ１〜Ｍ６の重心座標にラベルリングする（ステップＳ２６）。例えば、コードが５０の場合、Ｍ１にラベル５０１、Ｍ２にラベル５０２、Ｍ３にラベル５０３、Ｍ４にラベル５０４、Ｍ５にラベル５０５、Ｍ６にラベル５０６とラベルを付ける。

次に、全ての三角形を探索したか否かを判定する（ステップＳ２７）。探索していない三角形がある場合には、ステップＳ２２に戻る。全て探索した場合には処理を終了する。左右画像について図６のフローが終了すると、上記コードによって、左右画像間で複数のリングターゲット４０が対応付けられる。

次に、撮影画像から４つの参照点Ｎｚ，ＡＲ，ＡＬ，Ｃｚのレトロターゲットを検出し、参照点を左右画像で対応付ける処理について説明する。なお、プローブ位置Ｐ１をＣｚに利用する場合には、Ｃｚの検出は不要である。

まず、二値化した撮影画像から、白円で周囲が黒くない箇所を参照点のレトロターゲットとして検出する。参照点は４つのみであるため、左右画像で対応する参照点をマウスで指示する（マニュアル）。このとき、レトロターゲットの重心座標を自動計算して検出する（半自動）。また、左画像で参照点をマウスで指示すると、右画像で相関の高い位置を自動的に検出して、表示する（半自動）。この検出には、残差逐次検定法（Sequential Similarity Detection Algorithm：ＳＳＤＡ）、正規相関法などを用いる。

また、Ｎｚ，ＡＲ，ＡＬを自動的に検出、対応付けることも可能である。Ｎｚの場合には、二値化した左右画像から、黒で周囲が白い箇所（両目）を検出し、両目の中央にあるレトロターゲットをＮｚとして検出、対応付ける。また、ＡＲ，ＡＬの場合には、左右の耳のパターン画像を事前に用意し、ＳＳＤＡ、正規相関法を用いて相関の高い領域を抽出する。その領域からＡＲ，ＡＬのレトロターゲットを検出、対応付ける。

次に、左右画像におけるチャネルＣｈ１の検出について説明する。チャネル位置Ｃｈ１には、レトロターゲットが貼り付けられているため、左右画像を二値化することで、Ｃｈ１を自動的に検出する。左右画像におけるＣｈ１の対応付け処理は、マウスを用いてマニュアルで指示する。あるいは、プローブ位置Ｐ１，Ｐ２などのリングターゲット位置からＣｈ１を自動的に対応付ける。なお、Ｃｈ１は、プローブ位置Ｐ１とＰ２の中点として自動的に検出および対応付けてもよい。この場合、Ｃｈ１にレトロターゲットを貼り付ける必要はない。また、Ｃｈ１にコードターゲットを貼り付けた場合には、上述した処理を行うことで自動的に検出および対応付けることが可能である。

次に、プローブまたはチャネル、参照点の三次元座標を計測する。三次元座標の計測には、相互標定を用いる。図８は、相互標定を説明する説明図である。まず、左右画像で対応する少なくとも６点の基準点（パスポイント）によってカメラの外部標定要素（κ_１，φ_１，κ_２，φ_２，ω_２）を求める。基準点には、正面撮影されたリングターゲット４０の６点Ｍ１〜Ｍ６を用いてもよい。

相互標定では、２つの投影中心Ｏ_１，Ｏ_２と基準点Ｐを結ぶ２本の光線が同一平面内になければならいという共面条件式を用いる。以下の数１３に、共面条件式を示す。

図８に示すように、モデル座標系の原点を左側の投影中心Ｏ_１にとり、右側の投影中心Ｏ_２を結ぶ線をＸ軸とする。縮尺は、基線長を単位長さとする。このとき、求めるパラメータは、左側のカメラのＺ軸の回転角κ_１、Ｙ軸の回転角φ_１、右側のカメラのＺ軸の回転角κ_２、Ｙ軸の回転角φ_２、Ｘ軸の回転角ω_２の５つの回転角となる。左側のカメラのＸ軸の回転角ω_１は０なので、考慮する必要はない。このような条件にすると、数１３の共面条件式は数１４のようになり、この式を解けば各パラメータが求められる。

ここで、モデル座標系ＸＹＺとカメラ座標系ｘｙの間には、次に示すような座標変換の関係式が成り立つ。

これらの式を用いて、次の手順により、未知パラメータ（外部標定要素）を求める。
（１）未知パラメータ（κ_１，φ_１，κ_２，φ_２，ω_２）の初期近似値は通常０とする。
（２）数１４の共面条件式を近似値のまわりにテーラー展開し、線形化したときの微分係数の値を数１５により求め、観測方程式をたてる。
（３）最小二乗法をあてはめ、近似値に対する補正量を求める。
（４）近似値を補正する。
（５）補正された近似値を用いて、（２）〜（４）までの操作を収束するまで繰り返す。

相互標定が収束した場合、さらに接続標定が行われる。接続標定は、複数のモデル間の傾き、縮尺を統一して同一座標系とする処理である。この処理を行った場合、以下の数１６で表される接続較差を算出する。算出した結果、ΔＺ_ｊおよびΔＤ_ｊが、所定値（例えば、０．０００５（１／２０００））以下であれば、接続標定が正常に行われたと判定する。

次に、求めたカメラの外部標定要素（κ_１，φ_１，κ_２，φ_２，ω_２）と、プローブ位置Ｐ１（ここでは、位置マークＭ１〜Ｍ６）またはチャネル位置Ｃｈ１、参照点Ｎｚ，ＡＲ，ＡＬ，Ｃｚの画像座標を数１５に代入する。これにより、プローブ位置またはチャネル位置、参照点の三次元座標を求めることができる。

（プローブ位置またはチャネル位置の浮き度合い補正：Ｓ１３）
以下、プローブ位置またはチャネル位置のフロートオフセット補正について説明する。まず、図４に示すように、位置マークＭ１〜Ｍ６の三次元座標に基づき、位置マークを含む仮想平面４２を求める。さらに、プローブ位置Ｐ１を通るように仮想平面４２の法線４１を求める。

このとき、任意のプローブの中心点をＡ１、法線をＢ１とし、隣接するプローブの中心点をＡ２、法線をＢ２とすると、図９に示すような関係になる。図９は、フロートオフセット補正を説明する説明図である。ここで、Ｂ１とＡ１Ａ２がなす角度と、Ｂ２とＡ１Ａ２がなす角度のうち、頭部２５側の角度の差が最小になるように、Ａ１を固定し、Ａ２の位置を法線Ｂ２に沿って移動させる。このときできた点をＡ２'とする。

もし、プローブホルダ１０が平面上に置かれている場合、Ｂ１とＡ１Ａ２'がなす角度とＢ２とＡ１Ａ２'がなす角度はそれぞれ９０度となる。しかし、プローブホルダ１０は曲面を呈しているので、オフセット補正が正しく行われた場合、それぞれ９０度弱の角度をなす。

いま、Ａ２をＢ２に沿って、頭表面の方へ徐々に移動していったとすると、Ａ１Ａ２'が頭部と平行になるときにオフセットが最適となる。このとき、Ｂ１とＡ１Ａ２'がなす角度とＢ２とＡ１Ａ２'がなす角度のうち、頭部側の角度は９０度弱で等しくなり、それらの差が最小になる。

次に、上記作業をＡ２の隣接点について実施する。これをプローブの数だけ繰り返すと、プローブ位置のフロートオフセット補正が終了する。

（３つの参照点から補助参照点を算出：Ｓ１４）
以下、３つの参照点Ｎｚ，ＡＲ，ＡＬから、参照座標系の補助参照点Ｃｚを算出する方法について説明する。図１０は、補助参照点の算出方法を説明する説明図である。

まず、極座標を設定する。極座標の設定には、３つの参照点Ｎｚ、ＡＲ，ＡＬを利用する。ＡＲ，ＡＬの中点を原点Ｏとし、ＯＮｚをｘ軸、ＯＡＬをｙ軸とする。また、原点Ｏを通り、Ｎｚ，ＡＲ，ＡＬを含む平面の法線をｚ軸とする。このとき、原点Ｏから鼻根に向かうｘ軸を方位角Ａ＝０°とし、Ｎｚ，ＡＲ，ＡＬを含む平面の法線を仰角Ｅ＝０°とし、原点Ｏから補助参照点Ｃｚまでの距離をＲとする。すると、Ｃｚは極座標系（Ａ，Ｅ，Ｒ）で表される。

このとき、モデル座標系（添字１で表す）と参照座標系（添字２で表す）では、Ｒは異なるが、これを無視して、モデル座標系のＣｚ_１（Ａ，Ｅ，Ｒ_１）と参照座標系のＣｚ_２（Ａ，Ｅ，Ｒ_２）を対応付けるというルールを定める。これを極座標−Ｒ解放法という。

具体的には、既に求めたモデル座標系のＮｚ_１，ＡＲ_１，ＡＬ_１、Ｃｚ_１の三次元座標に基づき、Ｃｚ_１のＡ，Ｅを求める。次に、参照座標系において、モデル座標系で求めたＡ，Ｅ方向に直線を引き、参照頭部の表面との交点Ｃｚ_２を求める。これにより、４つ目の補助参照点Ｃｚ_１、Ｃｚ_２が対応付けられる。

（４つの参照点から座標変換の行列算出：Ｓ１５）
次に、３つの参照点と補助参照点の４点から座標変換の変換行列を算出する。座標変換には、アフィン変換を用いる。アフィン変換の基本式を数１７に示す。数１７の行列式を数１８の一次方程式にし、４点の三次元座標を数１８に代入して連立方程式を解く。これにより、変換行列を求める。

（プローブ位置またはチャネル位置をモデル座標系から参照座標系へ座標変換：Ｓ１６）
次に、上記変換行列を用いて、既に求めたプローブ位置またはチャネル位置の三次元座標をモデル座標系から参照座標系へ座標変換する。この処理は、数１７の式に、Ｐ１，Ｐ２またはＣｈ１の三次元座標を代入することで求める。

（プローブ位置またはチャネル位置を参照頭部の頭表上または脳表上に投影：Ｓ１７）
参照座標系のプローブ位置またはチャネル位置は、参照頭部上には位置していないため、バルーンインフレーション法（Balloon-inflation Method）、凸包法（Convex-hull Method）、または複数の位置マークを含む仮想平面の法線を用いて、プローブ位置またはチャネル位置を参照頭部の頭表上または脳表上に投影する。図１１および図１２は、プローブ位置またはチャネル位置の投影方法を説明する説明図である。

バルーンインフレーション法では、仮想的な風船（球面）をプローブ位置Ｐ１から拡張し、その表面と接する頭表または脳表を抽出する。この重心を求め、Ｐ１から重心へ直線を引く。この直線と頭表の交点Ｐ１'または脳表の交点Ｐ１''を投影点と定める。プローブ位置Ｐ２またはチャネル位置Ｃｈ１についても同様の処理を行い、投影点Ｐ２'，Ｐ２''またはＣｈ１'，Ｃｈ１''を求める。

凸包法では、まず、プローブ位置全体を単純な凸包で覆う表面を作る。次に、この凸包に対して、頭表上または脳表上の任意の点から最短距離を求める。最後に、凸包上の最短距離点Ｐ１に向かって直線を伸ばし、その直線と頭表との交点Ｐ１'または脳表との交点Ｐ１''を投影点と定める。プローブ位置Ｐ２またはチャネル位置Ｃｈ１についても同様の処理を行い、投影点Ｐ２'，Ｐ２''またはＣｈ１'，Ｃｈ１''を求める。

複数の位置マークを含む仮想平面の法線を用いる場合では、図１２に示すように、事前に複数の位置マークＭ１〜Ｍ６の三次元座標も参照座標系へ座標変換しておく。次に、複数の位置マークＭ１〜Ｍ６を含む仮想平面を想定し、仮想平面の法線４１を求める。この法線４１と頭表との交点Ｐ１'または脳表の交点Ｐ１''を投影点と定める。プローブ位置Ｐ２についても同様の処理を行い、投影点Ｐ２'，Ｐ２''を求める。チャネル位置Ｃｈ１にリングターゲット４０を設けた場合には、これと同様の処理を行うことができる。

（Hb濃度変化を頭表上または脳表上に表示：Ｓ１８）
最後に、プローブ毎またはチャネル毎に測定したOxyHbとDeoxyHbの濃度変化を参照頭部の頭表上または脳表上に表示する。

（第１の実施形態の優位性）
以下、第１の実施形態の優位性について説明する。第１の実施形態によれば、複数のプローブ９および１３が取り付けられる位置Ｐ１，Ｐ２を、画像計測（写真測量）によって半自動または全自動で測定できるため、測定時間を低減することができる。

また、画像計測では、三次元磁気式デジタイザーのように測定環境に依存して測定誤差を生じることがないため、従来と比べて測定誤差を低減することができる。

また、リングターゲット４０の複数の位置マークＭ１〜Ｍ６は、プローブが取り付けられる位置Ｐ１またはＰ２を中心とする同心円上に配置された関係（所定の位置関係）を有しているため、複数の位置マークＭ１〜Ｍ６で形成される円の中心を検出することで、プローブが取り付けられる位置Ｐ１，Ｐ２を求めることができる。

また、リングターゲット４０の複数の位置マークＭ１〜Ｍ６は、対称となる２つの三角形４３，４４の頂点に配置された関係（所定の位置関係）を有しているため、撮影画像内で検出された複数の位置マークをリングターゲット４０毎（プローブ毎）のグループに自動的に分類することができる。

また、リングターゲット４０は、プローブ９および１３を識別するカラーコード部Ｃ１〜Ｃ６を有しているため、左右の撮影画像内で検出したリングターゲット４０を自動的に対応付けることができる。

カラーコード部Ｃ１〜Ｃ６の起点は、位置マークＭ１〜Ｍ６の所定の位置関係（対称となる２つの三角形４３，４４の頂点に配置された関係）から判定されるため、カラーコード部Ｃ１〜Ｃ６のコードを自動的に読み取ることができる。

また、ターゲットは、少なくとも４つの位置マークを有しているため、撮影画像内で検出した複数の位置マークＭ１〜Ｍ６が所定の位置関係にあるか否かを、単写真標定またはＤＬＴ（Direct Linear Transformation）を利用して確認し、撮影画像内で検出した複数の位置マークＭ１〜Ｍ６を測定用端子ごと（ターゲットごと）のグループに分類できたか否かを確認することができる。

また、リングターゲット４０は、プローブソケット１１および１２の挿入面に設けられているため、リングターゲット４０の複数の位置マークＭ１〜Ｍ６が含まれる仮想平面４２の法線４１方向と、プローブ９および１３の光軸方向とが略等しくなる。

また、フロートオフセット補正によって、頭表面とプローブ面またはチャネル面とが略等しい曲率となるため、プローブ位置Ｐ１，Ｐ２またはチャネル位置Ｃｈ１を頭表上または脳表上に投影することができる。

また、フロートオフセット補正したプローブ位置Ｐ１，Ｐ２またはチャネル位置Ｃｈ１は、参照点が４つ未満であっても、参照座標系に変換することができる。この参照点には、頭部２５の解剖学的メルクマールを利用するため、プローブ位置Ｐ１，Ｐ２またはチャネル位置Ｃｈ１を参照座標系に安定的に変換することができる。

また、座標変換したプローブ位置Ｐ１，Ｐ２またはチャネル位置Ｃｈ１を、バルーンインフレーション法、または凸包法、または法線４１を用いて、頭表面上または脳表面上に投影することができる。

２．第２の実施形態
以下、第１の実施形態の変形例について説明する。第２の実施形態は、フロートオフセット補正の変形例である。以下、第１の実施形態と同様の構成については、説明を省略する。

図９に示すように、任意のプローブの中心点をＡ１、法線をＢ１とし、隣接するプローブの中心点をＡ２、法線をＢ２とする。ここで、Ｂ１とＡ１Ａ２がなす角度と、Ｂ２とＡ１Ａ２がなす角度のうち、頭部２５側の角度の差が最小になるように、Ａ１を固定し、Ａ２の位置を法線Ｂ２に沿って移動させる。このときできた点をＡ２'とする。そして、Ａ２をＡ２'まで移動させた距離をＡ２のオフセット量として記憶しておく。次に、上記作業をＡ２の隣接点について実施する。これを固定点Ａ１以外のプローブの数だけ繰り返す。

次に、Ａ２を固定し、Ａ１の位置を法線Ｂ１に沿って移動させる。このときできた点をＡ１’とする（図示省略）。そして、Ａ１をＡ１'まで移動させた距離をＡ１のオフセット量として記憶しておく。次に上記作業をＡ１の隣接点について実施する。これを固定点Ａ２以外のプローブの数だけ繰り返す。

以上のように、全てのプローブを一個ずつ固定し、プローブ毎に複数のオフセット量を求める。この複数のオフセット量の平均をオフセット値とする。

（第２の実施形態の優位性）
以下、第２の実施形態の優位性について説明する。第２の実施形態によれば、頭表面とプローブ面またはチャネル面とが、より等しい曲率となるため、プローブ位置Ｐ１，Ｐ２またはチャネル位置Ｃｈ１を頭表上または脳表上に投影することができる。

３．第３の実施形態
以下、第１の実施形態の変形例について説明する。第３の実施形態は、フロートオフセット補正の変形例である。以下、第１の実施形態と同様の構成については、説明を省略する。

予め、プローブソケット毎の実際の高さ（プローブのオフセット量）を計測しておく。また、図８に示す相互標定において、基線長（投影中心Ｏ_１Ｏ_２の距離）の実際の長さを用いることで、縮尺をモデル座標系から実世界の座標系（実座標系）にしておく。

図１３は、フロートオフセット補正を説明する説明図である。任意のプローブの中心点をＡ１、法線をＢ１とし、隣接するプローブの中心点をＡ２、法線をＢ２とする。このとき、予め与えられたプローブのオフセット量だけ、順次Ａ１，Ａ２を法線Ｂ１，Ｂ２の方向に移動させる。これにより、プローブの位置は、実際の頭表上の位置Ａ１'，Ａ２'に補正される。このとき、Ｂ１とＡ１'Ａ２'がなす角度と、Ｂ２とＡ１'Ａ２'がなす角度のうち、頭部２５側の角度が略等しくなる。

（第３の実施形態の優位性）
以下、第３の実施形態の優位性について説明する。第３の実施形態によれば、頭表面とプローブ面またはチャネル面とが略等しい曲率となるため、プローブ位置Ｐ１，Ｐ２またはチャネル位置Ｃｈ１を頭表上または脳表上に投影することができる。

４．第４の実施形態
以下、第１の実施形態の変形例について説明する。第４の実施形態は、コードターゲットの変形例である。以下、第１の実施形態と同様の構成については、説明を省略する。

図５に示す基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂとカラーコード部Ｃ１〜Ｃ６は、カラーに限らず、モノクロまたはグレースケールなどの無彩色であってもよい。例えば、モノクロの場合、基準色部を白とし、コード部を白黒のいずれかとする。そして、６つのコード部のモノクロ配列によって、２^６個＝６４個のプローブを識別することができる。

また、グレースケールの場合、基準色部を白とし、コード部を４段階のグレースケール（白を除く）とする。そして、６つのコード部のグレースケール配列によって、４^６個＝４０９６個のプローブを識別することができる。

さらに、無彩色コードターゲットとして、ＱＲコード（Quick Response code：登録商標）やバーコードを採用してもよい。

（第４の実施形態の優位性）
以下、第４の実施形態の優位性について説明する。第４の実施形態によれば、無彩色のコードターゲットによって、複数の撮影画像内で検出したターゲットを自動的に対応付けることができる。

５．第５の実施形態
以下、第１の実施形態の変形例について説明する。第５の実施形態は、コードターゲットの変形例である。以下、第１の実施形態と同様の構成については、説明を省略する。なお、第５の実施の形態におけるＬ型プローブを使用すれば、頭部にプローブホルダとプローブをつけた状態でプローブ位置の計測が可能となる。

図１４は、Ｌ型プローブの頭部に設けた四角形カラーコードターゲットの斜視図であり、図１５は、四角形カラーコードターゲットの正面図である。四角形（正方形）のカラーコードターゲット５０（以下、四角形ターゲットという）は、Ｌ型プローブの頭部５１の上面に貼り付けられる。Ｌ型プローブの頭部５１の上面における法線５２は、Ｌ型プローブから光が出入射する光軸方向と略等しい。

四角形ターゲット５０は、３つの位置マークＭ１〜Ｍ３を有している。３つの位置マークＭ１〜Ｍ３は、円形のレトロターゲットであり、四角形（正方形）の３つの角に配置されている。３つの位置マークＭ１〜Ｍ３で形成される正方形の中心は、プローブ位置Ｐ１である。なお、ターゲットは四角形に限らず、多角形でもよい。この場合、複数の位置マークは、多角形の頂点に配置される。

３つの位置マークＭ１〜Ｍ３で構成される三角形５３を探索することで、撮影画像内の複数の位置マークを四角形ターゲット５０毎のグループに分類することができる。

また、四角形ターゲット５０は、基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂとカラーコード部Ｃ１〜Ｃ６を有している。基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂは、位置マークＭ１の周囲で時計回りに配置されている。２つのカラーコード部Ｃ１とＣ２は、三角形５３の１辺を境に位置マークＭ２の周囲に配置されている。また、２つのカラーコード部Ｃ３とＣ４およびＣ５とＣ６も、同様な配置で設けられている。この設計位置に基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂ、カラーコード部Ｃ１〜Ｃ６があるか否かによって、四角形ターゲット５０であるか否かを判定することができる。

カラーコード部Ｃ１〜Ｃ６は、その配色によってコードに変換される。このコードは、四角形ターゲット５０の識別番号であるため、左右画像で複数の四角形ターゲット５０を対応付けることができる。

（第５の実施形態の優位性）
以下、第５の実施形態の優位性について説明する。第５の実施形態によれば、四角形ターゲット５０が、Ｌ型プローブの頭部５１に設けられているため、四角形ターゲット５０の３つの位置マークＭ１〜Ｍ３が含まれる仮想平面の法線５２方向と、Ｌ型プローブの光軸方向とが略等しくなる。

また、四角形ターゲット５０の複数の位置マークＭ１〜Ｍ３は、三角形５３（多角形）の頂点に配置された関係（所定の位置関係）を有しているため、撮影画像内で検出された複数の位置マークを四角形ターゲット５０毎（プローブ毎）のグループに自動的に分類することができる。

６．第６の実施形態
以下、第１の実施形態の変形例について説明する。第６の実施形態は、コードターゲットの変形例である。以下、第１の実施形態と同様の構成については、説明を省略する。

図１６〜図２２は、その他のカラーコードターゲットの正面図である。図１６に示すリングカラーコードターゲット６０（以下、リングターゲットという）は、さらに円の中心に位置マークＭ０を有している。位置マークＭ０は、位置マークＭ１〜Ｍ６より大きく、リングターゲット６０の直径は、位置マークＭ０の直径Ｒの３倍強になっている。位置マークＭ０を検出することによって、撮影画像内の複数の位置マークＭ１〜Ｍ６をリングターゲット６０毎のグループに分類することができる。

具体的には、位置マークＭ０の中心を検出し、中心からエッジまでの距離Ｒ／２を求める。次に、Ｒ／２を３．７５倍した部分（位置マークＭ１〜Ｍ６、基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂ、カラーコード部Ｃ１〜Ｃ６）の色と明るさを求める。そして、リングターゲット６０を３６０度回転し、設計位置に位置マークＭ１〜Ｍ６、基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂ、カラーコード部Ｃ１〜Ｃ６があるか否かを検出する。これにより、リングターゲット６０の判定が行われる。

図１７に示すリングターゲット６１は、多重円（二重円）で形成されている。これにより、リングターゲット６１は、１２個のカラーコード部Ｃ１〜Ｃ１２を有している。位置マークＭ１〜Ｍ６は、カラーコード部Ｃ１〜Ｃ６と異なる円周上に配置されており、カラーコード部Ｃ７〜Ｃ１２と同心円上に配置されている。

図１８に示すリングターゲット６２は、基準位置に、位置マークＭ２〜Ｍ６よりも大きい位置マークＭ１を有している。基準位置の位置マークＭ１から時計回りに色を調べることで、基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂ、カラーコード部Ｃ１〜Ｃ１２が設計位置にあるか否かを判定することができる。

図１９に示すリングターゲット６３は、内円、中円、外円の多重円（三重円）で形成されている。中円には、黒色領域６７が形成されている。これにより、内円のカラーコード部Ｃ１〜Ｃ６と外円のカラーコード部Ｃ７〜Ｃ１２の境界を容易に判別することができる。

図２０に示すリングターゲット６４は、基準位置に、位置マークＭ２〜Ｍ６よりも小さい位置マークＭ１を有している。基準位置の位置マークＭ１から時計回りに内円、外円の色と明るさを調べることで、基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂ、カラーコード部Ｃ１〜Ｃ１２が設計位置にあるか否かを判定することができる。

図２１に示すリングターゲット６５は、２つの三角形状を有する位置マークＭ１〜Ｍ６を有している。位置マークＭ１〜Ｍ６の２つの三角形状の交点は、同心円上に配置されている。リングターゲット６５を３６０度回転するとき、これらの交点からなる円周上の色と明るさを調べることで、基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂ、カラーコード部Ｃ１〜Ｃ１２が設計位置にあるか否かを判定することができる。

図２２に示す多角形カラーコードターゲット６６は、正多角形（正六角形）で形成されている。位置マークＭ１〜Ｍ６、基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂ、カラーコード部Ｃ１〜Ｃ６は、正多角形の各辺近傍に配置されている。なお、位置マークＭ１〜Ｍ６、基準色部Ｒ，Ｇ，Ｂ、カラーコード部Ｃ１〜Ｃ６は、異なる大きさの正多角形の各辺近傍に配置されていてもよい。

（第６の実施形態の優位性）
以下、第６の実施形態の優位性について説明する。第６の実施形態によれば、撮影画像内で検出された複数の位置マークＭ１〜Ｍ６を、プローブ９または１３毎（ターゲット毎）のグループに自動的に分類し、かつ左右画像で複数の位置マークＭ１〜Ｍ６を自動的に対応付けることができる。このため、複数のプローブ９および１３が取り付けられる位置Ｐ１，Ｐ２の測定時間を低減することができる。

本発明は、対象物に接触または近接させた複数の測定用端子の検出信号に基づいて対象物の特性を測定し、かつ測定用端子の位置を測定する測定装置に用いることができる。

１…測定装置、２，３…光源、４，５…発振器、６，７…光ファイバ、８…結合器、９…送光プローブ、１０…プローブホルダ、１１，１２…プローブソケット、１３…受光プローブ、１４…受光素子、１５，１６…ロックインアンプ、１７…Ａ／Ｄ変換部、１８…計算処理部、１９…記憶部、２０…表示部、２１…入力部、２２，２３…撮影部、２４…キャプチャ部、２５…頭部、３０…三次元座標計測部、３１…フロートオフセット補正部、３２…座標変換部、３３…投影部、３４…Hb濃度変化測定部、３５…Hb濃度変化表示部、４０…リングカラーコードターゲット、４１…法線（光軸）、４２…仮想平面、４３，４４…三角形、５０…四角形カラーコードターゲット、５１…Ｌ型プローブの頭部、５２…法線（光軸）、５３…三角形、６０〜６５…リングカラーコードターゲット、６６…多角形カラーコードターゲット、６７…黒色領域、Ｎｚ…鼻根点、ＡＲ，ＡＬ…左右の前耳介点、Ｃｚ…頭頂点、Ｍ０〜Ｍ６…位置マーク、Ｒ，Ｇ，Ｂ…基準色部、Ｃ１〜Ｃ１２…カラーコード部、Ｐ１，Ｐ２…プローブの中心位置、Ｐ１'，Ｐ２'…頭表上のプローブ投影点、Ｐ１''，Ｐ２''…脳表上のプローブ投影点、Ｃｈ１…チャネルの位置，Ｃｈ１'…頭表上のチャネル投影点、Ｃｈ１''…脳表上のチャネル投影点、Ａ１，Ａ２…隣接するプローブの中心位置、Ｂ１，Ｂ２…法線、Ａ１'，Ａ２’…補正後の隣接するプローブ中心位置。

Claims (18)

1. 対象物に接触または近接させた複数の測定用端子の検出信号に基づいて前記対象物の特性を測定し、かつ前記測定用端子の位置を測定する測定装置において、
   前記測定用端子の位置を求めるために、前記測定用端子の周囲で所定の位置関係に配置された複数の位置マークを有するターゲットと、
   前記ターゲットを少なくとも異なる２方向から撮影する撮影部と、
   前記撮影部の撮影画像内で検出した複数の位置マークを、前記所定の位置関係を利用して前記測定用端子ごとのグループに分類し、前記複数の位置マークの三次元座標を計測する三次元座標計測部と、
   前記三次元座標計測部で計測した複数の位置マークが含まれる仮想平面を測定用端子ごとに求め、前記仮想平面に法線を想定し、前記測定用端子の位置を前記法線方向に移動させることによって、前記測定用端子の対象物表面からの浮き度合いを補正するフロートオフセット補正部と、
   を備えることを特徴とする測定装置。
2. 前記フロートオフセット補正部は、隣接する測定用端子の位置を結ぶ仮想結線を想定し、前記仮想結線と前記法線とのなす対象物側の角度が略等しくなるように、特定の測定用端子の位置を固定し、他の測定用端子の位置を前記法線方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記フロートオフセット補正部は、隣接する測定用端子の位置を結ぶ仮想結線を想定し、前記仮想結線と前記法線とのなす対象物側の角度が略等しくなるように、特定の測定用端子の位置を固定し、他の測定用端子の位置を前記法線方向に移動させるオフセット量を求め、さらに複数の測定用端子の位置を固定して、測定用端子ごとに複数のオフセット量を求め、前記複数のオフセット量の平均値を補正に必要なオフセット量として利用することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
4. 前記フロートオフセット補正部は、隣接する測定用端子の位置を結ぶ仮想結線を想定し、前記仮想結線と前記法線とのなす対象物側の角度が略等しくなるように、予め与えられた測定用端子のオフセット量だけ前記測定用端子の位置を前記法線方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
5. 前記ターゲットは、前記測定用端子を識別するコード部を有するコードターゲットであることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
6. 前記ターゲットは、前記測定用端子を識別するカラーコード部を有するカラーコードターゲットであることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
7. 前記フロートオフセット補正部で補正した測定用端子の位置を、少なくとも３つの参照点によって、対象物が存在する座標系に変換する座標変換部をさらに備え、前記座標変換部は、前記参照点が４つ未満である場合に、極座標を利用して前記参照点から補助参照点を算出することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
8. 前記対象物は人体の頭部であり、前記参照点は前記頭部の解剖学的メルクマールであることを特徴とする請求項７に記載の測定装置。
9. 前記座標変換部で変換した測定用端子の位置を、バルーンインフレーション法、または凸包法、または前記法線を用いて、前記対象物表面上に投影する投影部をさらに備えることを特徴する請求項７に記載の測定装置。
10. 前記ターゲットは、前記測定用端子のソケットの挿入面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
11. 前記ターゲットは、Ｌ型の測定用端子の頭部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
12. 前記カラーコード部の起点は、前記複数の位置マークにおける所定の位置関係に基づいて判別されることを特徴とする請求項６に記載の測定装置。
13. 前記ターゲットは、少なくとも４つの位置マークを有していることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
14. 前記所定の位置関係は、測定用端子の位置を中心とする同心円上に配置された関係、または測定用端子の位置を中心とする正多角形の各辺近傍に配置された関係であることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
15. 前記所定の位置関係は、対称となる２つの三角形の頂点に配置された関係であることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
16. 前記所定の位置関係は、多角形の頂点に配置された関係であることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
17. 対象物に接触または近接させた複数の測定用端子の検出信号に基づいて前記対象物の特性を測定し、かつ前記測定用端子の位置を測定するための測定方法において、
    前記測定用端子の位置を求めるために、前記測定用端子の周囲で所定の位置関係に配置された複数の位置マークを有するターゲットを少なくとも異なる２方向から撮影する手順と、
    前記手順で撮影した画像内で検出した複数の位置マークを、前記所定の位置関係を利用して前記測定用端子ごとのグループに分類し、前記複数の位置マークの三次元座標を計測する手順と、
    前記手順で計測した複数の位置マークが含まれる仮想平面を測定用端子ごとに求め、前記仮想平面に法線を想定し、前記測定用端子の位置を前記法線方向に移動させることによって、前記測定用端子の対象物表面からの浮き度合いを補正する手順と、
    を備えることを特徴とする測定方法。
18. 対象物に接触または近接させた複数の測定用端子の検出信号に基づいて前記対象物の特性を測定し、かつ前記測定用端子の位置を測定するためのプログラムにおいて、
    前記測定用端子の位置を求めるために、前記測定用端子の周囲で所定の位置関係に配置された複数の位置マークを有するターゲットを少なくとも異なる２方向から撮影するステップと、
    前記ステップで撮影した画像内で検出した複数の位置マークを、前記所定の位置関係を利用して前記測定用端子ごとのグループに分類し、前記複数の位置マークの三次元座標を計測するステップと、
    前記ステップで計測した複数の位置マークが含まれる仮想平面を測定用端子ごとに求め、前記仮想平面に法線を想定し、前記測定用端子の位置を前記法線方向に移動させることによって、前記測定用端子の対象物表面からの浮き度合いを補正するステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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