JP6300658B2 - 標本観察装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光源から発せられたレーザ光を標本上で2次元的に走査させるスキャナと、超解像画像を作成するための元画像に必要なS/N比情報を記憶する記憶部と、該記憶部に記憶されている前記S/N比情報と所定の画像取得条件とに基づいて、前記元画像を生成するために加算すべき画像データの数を算出する画像データ数算出部と、前記所定の画像取得条件で前記標本からの光を検出して前記画像データを取得する画像データ取得部と、前記画像データ数算出部により算出された数に基づいて、前記スキャナにより前記標本における同一範囲において前記レーザ光を繰り返し走査させるとともに、前記画像データ取得部により前記標本における同一範囲からの光を繰り返し検出させて、該同一範囲の複数の前記画像データを取得させる制御部と、前記画像データ取得部により取得された前記同一範囲の複数の画像データを加算して前記元画像を生成する元画像生成部と、該元画像生成部により生成された前記元画像に対して高周波成分を強調するフィルタを適用することによって、前記超解像画像を生成する超解像画像生成部とを備える標本観察装置を提供する。
上記発明においては、前記制御部が、前記スキャナにより主走査方向における同一の走査ライン上で前記レーザ光を繰り返し走査させ、前記画像データ取得部により前記同一の走査ラインの前記画像データを複数取得させることとしてもよい。
ここで、標本の状態や実験プログラムにより同一範囲の画像データを繰り返し取得する数が限られている場合は、十分なS/N比を確保するために、画像取得条件を調整しなければならない。
上記発明においては、前記制御部が、前記スキャナにより主走査方向における同一の走査ライン上で前記レーザ光を繰り返し走査させ、前記画像データ取得部により前記同一の走査ラインの前記画像データを複数取得させることとしてもよい。
本発明の第1実施形態に係る標本観察装置について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る標本観察装置1は、図1〜図5に示すように、走査型レーザ顕微鏡3と、走査型レーザ顕微鏡3の制御等を行うシステム制御PC(Personal Computer)5とを備えている。
リレーレンズ23は、ダイクロイックミラー21を透過した蛍光を集光して絞り25の開口位置に蛍光のスポットを投影するコンフォーカルレンズ24Aと、コンフォーカルレンズ24Aにより投影された蛍光を結像させる結像レンズ24Bとにより構成されている。
マルチアルカリPMT31は、サイドオン型のPMTであり、蛍光を受光して光電変換するマルチアルカリ光電面(図示略)を備えている。
GaAsP−PMT41は、ヘッドオン型のPMTであり、GaAsP化合物を使用した光電面(図示略)を備えている。このGaAsP−PMT41は、マルチアルカリPMT31よりも感度が高く、画像データにノイズが少ない。
所定の画像取得条件は、より具体的には、マルチアルカリPMT31やGaAsP−PMT41のHV増倍ゲインや、検出回路の電流−電圧(I−V)変換特性、光強度信号の増幅アンプ(または、アナログ積分回路)のゲイン、光源のレーザ光強度が挙げられる。
本実施形態に係る標本観察装置1によりマルチアルカリPMT31を用いて標本Sの画像データを取得する場合は、制御本体部51により、第1HV電源33のHVゲイン、第1増幅器35の増幅器ゲインを設定する。そして、制御本体部51により、蛍光の光路に光路切り替えミラー27を挿入し、光源から励起レーザ光を発生させる。
本実施形態に係る標本観察装置1により超解像画像を生成する場合は、画像データに含まれるノイズが少ないGaAsP−PMT41を用いて上記元画像を生成することが好ましい。
次いで、設定した画像取得条件で画像データを取得し、制御本体部51により、取得した画像データの1画素あたりの第2光電子数(画像パラメータB)を算出する。
次いで、制御本体部51により、標本Sの同一範囲ごとにN回分の画像データが加算されて元画像が生成され(ステップSA5)、モニタ55に表示される。
すなわち、一旦作成した元画像に対して画像データをさらに追加して加算するか否かをユーザに判断させ、画像データを追加して加算する場合は、標本Sの同一範囲について画像データの取得を継続させることとしてもよい。
次に、本発明の第2実施形態に係る標本観察装置について説明する。
本実施形態に係る標本観察装置1は、制御本体部51に代えて、図7に示すように、元画像を生成するために加算する複数の画像データにおいて取得すべき光電子数を算出する光電子数算出部(S/N比情報算出部)61と、画像取得条件の設定等を行う制御本体部(画像データ取得部、条件設定部、制御部、元画像生成部)62とを備える点で第1実施形態と異なる。
以下、第1実施形態に係る標本観察装置1と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
マルチアルカリPMT31およびGaAsP−PMT41を用いた標本Sの画像データの取得方法については、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
次いで、光電子数算出部61は、元画像において必要な1画素あたりの第1光電子数(装置パラメータA)をメモリ57から読み出し、第1光電子数を繰り返し回数Nで除算して、各画像データにおいて取得すべき1画素あたりの第2光電子数(装置パラメータP)を算出する。(ステップSB2)。
以下、画像データの取得(ステップSA3)、繰り返し回数Nを満たすか否かの判定(ステップSA4「YES」)、画像データの加算(ステップSA5)および高周波成分を強調するフィルタの適用については、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
次に、本発明の第3実施形態に係る標本観察装置について説明する。
本実施形態に係る標本観察装置101は、共焦点レーザ顕微鏡(Confocal Laser Scanning Microscope)であり、システム制御PC5に代えて、図9に示すように、ユーザが選択するモードに応じて画像データを加算する数を切り替えるPC(Personal Computer)&PSU(Power Supply Unit)のような制御装置(、条件設定部)105を備える点で第1実施形態および第2実施形態と異なる。
以下、第1実施形態および第2実施形態に係る標本観察装置1と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る標本観察装置101においては、光源103から発せられた励起レーザ光がスキャナ13により対物光学系107を介して標本S上で走査される。また、標本Sにおいて発生する蛍光が対物光学系107により集光されてスキャナ13によりディスキャンされ、共焦点光学系109を介して光検出器111により検出される。光検出器111から出力される光検出信号はADC回路113によりデジタル化され、輝度データとして制御装置105に送られる。
まず、制御装置105において、アプリソフト上で「超解像スキャン無効」に設定した場合は(ステップSC1「NO」)、ライン平均が行われず(ステップSC2、平均化枚数L=1)、フレーム画像データが生成されてモニタ55に表示される。
励起レーザ光の強度および光検出器111のゲインと平均化走査ライン数L1、L2との関係は、テーブル状のデータとして保持することとしてもよいし、例えば、μWで指定されたパワーと光検出器111の増倍率を決めるHV電圧値とに基づく関数式により規定することとしてもよい。
このようにすることで、ユーザは予め決められているいずれかの組み合わせを選択するだけの簡易な作業だけで、元画像の生成に掛かる手間を省くことができる。
51 制御本体部(画像データ取得部、画像データ数算出部、制御部、元画像生成部)
53 入力装置(入力部)
57 メモリ(記憶部)
61 光電子数算出部(S/N比情報算出部)
62 制御本体部(画像データ取得部、条件設定部、制御部、元画像生成部)
111 光検出器(画像データ取得部)
123 ライン平均化演算部(元画像生成部)
125 CPU(制御部、元画像生成部)
127 メインメモリ(記憶部)
S 標本
Claims (9)
- 光源から発せられたレーザ光を標本上で2次元的に走査させるスキャナと、
超解像画像を作成するための元画像に必要なS/N比情報を記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶されている前記S/N比情報と所定の画像取得条件とに基づいて、前記元画像を生成するために加算すべき画像データの数を算出する画像データ数算出部と、
前記所定の画像取得条件で前記標本からの光を検出して前記画像データを取得する画像データ取得部と、
前記画像データ数算出部により算出された数に基づいて、前記スキャナにより前記標本における同一範囲において前記レーザ光を繰り返し走査させるとともに、前記画像データ取得部により前記標本における同一範囲からの光を繰り返し検出させて、該同一範囲の複数の前記画像データを取得させる制御部と、
前記画像データ取得部により取得された前記同一範囲の複数の画像データを加算して前記元画像を生成する元画像生成部と、
該元画像生成部により生成された前記元画像に対して高周波成分を強調するフィルタを適用することによって、前記超解像画像を生成する超解像画像生成部とを備える標本観察装置。 - 前記制御部が、前記スキャナにより主走査方向における同一の走査ライン上で前記レーザ光を繰り返し走査させ、前記画像データ取得部により前記同一の走査ラインの前記画像データを複数取得させる請求項1に記載の標本観察装置。
- 前記S/N比情報が、前記元画像において所望のS/N比を得るために必要な1画素あたりの光電子数である第1光電子数であり、
前記画像データ数算出部が、前記画像データ取得部によって前記所定の画像取得条件で取得される前記画像データの1画素あたりの光電子数である第2光電子数により前記第1光電子数を除算する請求項1または請求項2に記載の標本観察装置。 - 前記元画像生成部により生成された前記元画像に基づき、前記画像データを追加して加算するか否かをユーザに入力させる入力部と、
該入力部に前記画像データを追加すると入力された場合に、前記制御部が、前記標本の同一範囲について、前記画像データ取得部による前記画像データの取得を継続させる請求項1から請求項3のいずれかに記載の標本観察装置。 - 光源から発せられたレーザ光を標本上で2次元的に走査させるスキャナと、
前記標本からの光を検出して画像データを取得する画像データ取得部と、
超解像画像を作成するための元画像に必要な第1S/N比情報を記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶されている前記第1S/N比情報と所定の画像取得時間とに基づいて、前記元画像を生成するために加算する複数の前記画像データにおいて取得すべき第2S/N比情報を算出するS/N比情報算出部と、
該S/N比情報算出部により算出された前記第2S/N比情報を満たす前記画像データを取得する画像取得条件を設定する条件設定部と、
該条件設定部により設定された前記画像取得条件に基づいて、前記所定の画像取得時間内に、前記スキャナにより前記標本における同一範囲において前記レーザ光を繰り返し走査させるとともに、前記画像データ取得部により前記標本における同一範囲からの光を繰り返し検出させて、該同一範囲の画像データを複数取得させる制御部と、
前記画像データ取得部により取得された前記同一範囲の複数の画像データを加算して前記元画像を生成する元画像生成部と、
該元画像生成部により生成された前記元画像に対して高周波成分を強調するフィルタを適用することによって、前記超解像画像を生成する超解像画像生成部とを備える標本観察装置。 - 前記制御部が、前記スキャナにより主走査方向における同一の走査ライン上で前記レーザ光を繰り返し走査させ、前記画像データ取得部により前記同一の走査ラインの前記画像データを複数取得させる請求項5に記載の標本観察装置。
- 前記第1S/N比情報が、前記元画像において所望のS/N比を得るために必要な1画素あたりの光電子数である第1光電子数であり、
前記S/N比情報算出部が、前記所定の画像取得時間内に前記画像データを繰り返し取得可能な回数により前記第1光電子数を除算して、前記画像データごとの1画素あたりの光電子数である第2光電子数を前記第2S/N比情報として算出し、
前記条件設定部が、前記画像データ取得部により取得される前記画像データの1画素あたりの光電子数である第3光電子数が前記第2光電子数を満たした場合に所望の輝度が得られるような前記画像取得条件を設定する請求項5または請求項6に記載の標本観察装置。 - 前記制御部が、前記元画像の高周波成分を強調するフィルタの画像処理アルゴリズム、前記画像データ取得部の検出ゲイン、前記標本に照射するレーザ光の強度、前記画像データを取得する方式および/または前記画像データを加算する方式についての各パラメータをそれぞれ単一または複数記憶し、
前記光源と、
前記制御部により記憶されている各前記パラメータからそれぞれいずれかをユーザに選択させる入力部とを備え、
前記制御部が、前記入力部により選択された各前記パラメータにしたがって、前記光源、前記スキャナ、前記画像データ取得部、前記元画像生成部および前記超解像画像生成部を制御する請求項5から請求項7のいずれかに記載の標本観察装置。 - 前記制御部が、前記元画像の高周波成分を強調するフィルタの画像処理アルゴリズム、前記画像データ取得部の検出ゲイン、前記標本に照射するレーザ光の強度、前記画像データを取得する方式および/または前記画像データを加算する方式の組み合わせを複数記憶し、
前記光源と、
前記制御部により記憶されている複数の前記組み合わせからいずれかをユーザに選択させる入力部とを備え、
前記制御部が、前記入力部により選択された前記組み合わせにしたがって、前記光源、前記スキャナ、前記画像データ取得部、前記元画像生成部および前記超解像画像生成部を制御する請求項5から請求項7のいずれかに記載の標本観察装置。
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