JP6365830B2 - Antibacterial effect determination system, antibacterial effect determination method, and antibacterial effect determination program - Google Patents
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Description
本発明は、構造物等に係わる細菌の活動を抑制又は死滅させる働きを有する抗菌剤の抗菌効果を判定する抗菌効果判定システム、抗菌効果判定方法及び抗菌効果判定プログラムに関する。 The present invention relates to an antibacterial effect determination system, an antibacterial effect determination method, and an antibacterial effect determination program for determining an antibacterial effect of an antibacterial agent having a function of suppressing or killing the activity of bacteria related to structures and the like.
従来、日本工業標準調査会(JIS)は、プラスチック製品、金属製品、セラミックス製品など抗菌加工を施した製品の表面における細菌に対する抗菌性試験方法及び抗菌効果について規定している(例えば、非特許文献1参照。)。以下、この方法を第1の従来例と呼ぶ。 Conventionally, the Japan Industrial Standards Committee (JIS) has specified antibacterial test methods and antibacterial effects against bacteria on the surface of antibacterial processed products such as plastic products, metal products, and ceramic products (for example, non-patent literature) 1). Hereinafter, this method is referred to as a first conventional example.
さらに、JISは、抗菌加工を施した繊維製品の細菌に対する抗菌性を評価する試験方法、抗菌効果及び表示について規定している(例えば、非特許文献2参照。)。以下、この方法を第2の従来例と呼ぶ。この第2の従来例のハローテストでは、シャーレ内に形成された寒天平板培地表面に試験菌の菌液を均一に塗抹した後、この寒天平板培地の表面にディスク状の試験片を静置する。試験片は抗菌防臭加工試料又は制菌加工試料からなる。次に、寒天平板培地の表面に試験片が静置されたシャーレを所定温度温度下で所定時間保持し、試験菌を培養する。試験菌が培養されたシャーレについて、試験片によって試験菌の発育が阻止された領域(発育阻止帯)の大きさを観察者が目視で判定する。 Furthermore, JIS has prescribed | regulated about the test method, antibacterial effect, and display which evaluate the antibacterial property with respect to bacteria of the textiles which gave the antibacterial process (for example, refer nonpatent literature 2). Hereinafter, this method is referred to as a second conventional example. In the halo test of the second conventional example, the bacterial solution of the test bacteria is uniformly smeared on the surface of the agar plate medium formed in the petri dish, and then a disc-shaped test piece is left on the surface of the agar plate medium. . The test piece consists of an antibacterial and deodorized processed sample or an antibacterial processed sample. Next, the petri dish in which the test piece is allowed to stand on the surface of the agar plate medium is held at a predetermined temperature and for a predetermined time to culture the test bacteria. With respect to the petri dish in which the test bacteria are cultured, the observer visually determines the size of the area (growth inhibition zone) where the growth of the test bacteria is blocked by the test piece.
また、薬剤の感受性について吸光度測定により最短3時間で行うことができる全自動微生物検査装置が販売されている(例えば、非特許文献3参照。)。以下、この技術を第3の従来例と呼ぶ。 In addition, a fully automatic microbiological test apparatus that can perform drug sensitivity in a minimum of 3 hours by measuring absorbance is sold (for example, see Non-Patent Document 3). Hereinafter, this technique is referred to as a third conventional example.
第1及び第2の従来例は、観察者による目視判定であるため、判定結果が客観性に乏しく、観察者の個人差や熟練度に大きく左右され、ヒューマンエラーを引き起こす原因にもなるという問題がある。また、抗菌剤の抗菌効果を精度良く判定するためには、通常、多くのサンプルを必要としている。しかし、第1及び第2の従来例では、大量のサンプルを観察者が目視判定するため、膨大な労力と時間が必要となる。さらに、第2の従来例のハローテストでは、シャーレの発育阻止帯の大きさを観察者が目視で判定しているが、定性的であるとともに、試験片自体による試験菌の阻止であるのか、試験片から遊離した物質(例えば、リン)による試験菌の阻止であるのかを正確に判定するには観察者に熟練度が要求される。 Since the first and second conventional examples are visual determinations by an observer, the determination result is poor in objectivity, greatly depends on individual differences and skill levels of observers, and causes human error. There is. In addition, in order to accurately determine the antibacterial effect of the antibacterial agent, usually a large number of samples are required. However, in the first and second conventional examples, since an observer visually determines a large number of samples, enormous labor and time are required. Furthermore, in the halo test of the second conventional example, the observer visually determines the size of the petri dish growth inhibition zone, but it is qualitative and is the inhibition of the test bacteria by the test piece itself, In order to accurately determine whether or not the test bacteria are blocked by a substance released from the test piece (for example, phosphorus), the observer needs to be skilled.
第3の従来例では、自動化されてはいるものの、高価な酸化還元系発色試薬や装置が必要である。 In the third conventional example, although it is automated, an expensive redox reagent or device is required.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、上述のような問題を解決することを課題の一例とするものであり、これらの課題を解決することができる抗菌効果判定システム、抗菌効果判定方法及び抗菌効果判定プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an example of an object is to solve the above-described problems. An antibacterial effect determination system and an antibacterial that can solve these problems An object is to provide an effect determination method and an antibacterial effect determination program.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、細菌が塗抹された培地表面に抗菌剤を静置し、前記細菌を培養した後の前記培地表面を撮影した画像に基づいて前記抗菌剤の抗菌効果を判定する抗菌効果判定システムに係り、前記画像の局所領域の明るさの特徴量である局所平均画像と、前記画像の局所的平坦度の特徴量である局所分散画像とを前記画像から抽出する特徴抽出部と、第1の事前確率と、前記局所平均画像及び前記局所分散画像とに基づいて、前記画像の画素ごとに、前記抗菌剤の抗菌効果を判定するために有効な有効領域と無効な無効領域とをベイズ推定によって判定し、前記有効領域と前記無効領域とからなる二値画像を出力する第1のベイズ判定部とを有する領域判定部と、前記二値画像をブロブ解析して前記有効領域を連結した最大面積を有するブロブを形成し、前記ブロブの前記画像における占有率と、前記ブロブの離心率とを求めるブロブ解析部と、第2の事前確率と、前記占有率及び前記離心率とに基づいて、前記画像の有効領域の形状をベイズ推定によって判定する第2のベイズ判定部とを有する効果判定部とを具備することを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の抗菌効果判定システムに係り、前記特徴抽出部は、前記画像を離散ハール・ウェーブレット変換する離散ハール・ウェーブレット変換部と、前記離散ハール・ウェーブレット変換部の出力低周波画像を離散ハール・ウェーブレット逆変換して前記局所平均画像を出力する離散ハール・ウェーブレット逆変換部と、前記画像から前記離散ハール・ウェーブレット逆変換部の出力画像を減算する減算部と、前記減算部の出力画像を2乗する2乗部と、前記2乗部の出力画像の局所的な平均値を算出して前記局所分散画像を出力する平均フィルタとを含むことを特徴としている。
The invention according to
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の抗菌効果判定システムに係り、前記第1の事前確率は、前記画像内の中心座標点でピーク値を有する二次元ガウス関数でモデル化していることを特徴としている。
The invention according to
また、請求項4に記載の発明は、細菌が塗抹された培地表面に抗菌剤を静置し、前記細菌を培養した後の前記培地表面を撮影した画像に基づいて前記抗菌剤の抗菌効果を判定する抗菌効果判定方法に係り、前記画像の局所領域の明るさの特徴量である局所平均画像と、前記画像の局所的平坦度の特徴量である局所分散画像とを前記画像から抽出する第1のステップと、第1の事前確率と、前記局所平均画像及び前記局所分散画像とに基づいて、前記画像の画素ごとに、前記抗菌剤の抗菌効果を判定するために有効な有効領域と無効な無効領域とをベイズ推定によって判定し、前記有効領域と前記無効領域とからなる二値画像を出力する第2のステップと、前記二値画像をブロブ解析して前記有効領域を連結した最大面積を有するブロブを形成し、前記ブロブの前記画像における占有率と、前記ブロブの離心率とを求める第3のステップと、第2の事前確率と、前記占有率及び前記離心率とに基づいて、前記画像の有効領域の形状をベイズ推定によって判定する第4のステップとを有することを特徴としている。
Further, the invention according to
また、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の抗菌効果判定方法に係り、前記第1のステップは、前記画像を離散ハール・ウェーブレット変換する第1のサブステップと、前記離散ハール・ウェーブレット変換された低周波画像を離散ハール・ウェーブレット逆変換して前記局所平均画像を出力する第2のサブステップと、前記画像から前記離散ハール・ウェーブレット逆変換された画像を減算する第3のサブステップと、前記減算結果の画像を2乗する第4のサブステップと、前記2乗された画像の局所的な平均値を算出して前記局所分散画像を出力する第5のサブステップとを含むことを特徴としている。
The invention according to
また、請求項6に記載の発明は、請求項4又は5に記載の抗菌効果判定方法に係り、前記第1の事前確率は、前記画像内の中心座標点でピーク値を有する二次元ガウス関数でモデル化していることを特徴としている。
The invention according to
また、請求項7に記載の発明は、細菌が塗抹された培地表面に抗菌剤を静置し、前記細菌を培養した後の前記培地表面を撮影した画像に基づいて前記抗菌剤の抗菌効果を判定する抗菌効果判定プログラムに係り、前記画像の局所領域の明るさの特徴量である局所平均画像と、前記画像の局所的平坦度の特徴量である局所分散画像とを前記画像から抽出する第1のステップと、第1の事前確率と、前記局所平均画像及び前記局所分散画像とに基づいて、前記画像の画素ごとに、前記抗菌剤の抗菌効果を判定するために有効な有効領域と無効な無効領域とをベイズ推定によって判定し、前記有効領域と前記無効領域とからなる二値画像を出力する第2のステップと、前記二値画像をブロブ解析して前記有効領域を連結した最大面積を有するブロブを形成し、前記ブロブの前記画像における占有率と、前記ブロブの離心率とを求める第3のステップと、第2の事前確率と、前記占有率及び前記離心率とに基づいて、前記画像の有効領域の形状をベイズ推定によって判定する第4のステップとをコンピュータに実行させることを特徴としている。
Further, the invention according to claim 7 is the antibacterial effect of the antibacterial agent based on an image obtained by photographing the surface of the medium after culturing the bacteria, by placing the antibacterial agent on the surface of the medium smeared with bacteria. According to an antibacterial effect determination program for determining, a local average image that is a feature amount of brightness of a local region of the image and a local dispersion image that is a feature amount of local flatness of the image are extracted from the image. Effective area and invalidity for determining the antibacterial effect of the antibacterial agent for each pixel of the image based on the
また、請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の抗菌効果判定プログラムに係り、前記第1のステップは、前記画像を離散ハール・ウェーブレット変換する第1のサブステップと、前記離散ハール・ウェーブレット変換された低周波画像を離散ハール・ウェーブレット逆変換して前記局所平均画像を出力する第2のサブステップと、前記画像から前記離散ハール・ウェーブレット逆変換された画像を減算する第3のサブステップと、前記減算結果の画像を2乗する第4のサブステップと、前記2乗された画像の局所的な平均値を算出して前記局所分散画像を出力する第5のサブステップとを含むことを特徴としている。 The invention according to claim 8 relates to the antibacterial effect determination program according to claim 7, wherein the first step includes a first sub-step of performing discrete Haar wavelet transform on the image, and the discrete Haar. A second sub-step of performing discrete Haar wavelet inverse transformation on the wavelet transformed low-frequency image and outputting the local average image; and a third subtracting the discrete Haar wavelet inverse transformed image from the image. A sub-step, a fourth sub-step of squaring the image of the subtraction result, and a fifth sub-step of calculating a local average value of the squared image and outputting the local dispersion image It is characterized by including.
また、請求項9に記載の発明は、請求項7又は8に記載の抗菌効果判定プログラムに係り、前記第1の事前確率は、前記画像内の中心座標点でピーク値を有する二次元ガウス関数でモデル化していることを特徴としている。 The invention according to claim 9 relates to the antibacterial effect determination program according to claim 7 or 8, wherein the first prior probability is a two-dimensional Gaussian function having a peak value at a central coordinate point in the image. It is characterized by being modeled by.
本発明によれば、抗菌剤の抗菌効果を、高価な試薬や装置を用いることなく、簡易かつ安価な構成で、自動的、定量的かつ迅速に人間の目視による判別と同等な判定をすることができる。これにより、抗菌剤の開発を効率化することができる。 According to the present invention, the antibacterial effect of an antibacterial agent can be determined automatically, quantitatively, and promptly equivalent to human visual discrimination with a simple and inexpensive configuration without using an expensive reagent or device. Can do. Thereby, development of an antibacterial agent can be made efficient.
第1の実施形態
以下、本発明の第1の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る抗菌効果判定システム1の構成を示すブロック図である。抗菌効果判定システム1は、領域判定部2と、効果判定部3とから構成されている。領域判定部2は、観測画像から抗菌剤の抗菌効果を判定するために有効な領域と無効な領域を判定し、領域判定結果を効果判定部3に供給する。効果判定部3は、領域判定部2から供給される領域判定結果に基づいて、抗菌剤の抗菌効果を判定し、効果判定結果を出力する。
First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an antibacterial
ここで、観測画像の作製方法の一例について説明する。まず、シャーレ内に形成された寒天平板培地表面に試験菌の菌液を均一に塗抹した後、この寒天平板培地の表面に試験片を静置する。次に、寒天平板培地の表面に試験片が静置されたシャーレを、例えば、37℃の温度下で40〜48時間保持し、試験菌を培養する。そして、試験菌が培養されたシャーレを、例えば、デジタルカメラで撮影して観測画像を得る。 Here, an example of a method for producing an observation image will be described. First, the bacterial solution of the test bacteria is evenly smeared on the surface of the agar plate medium formed in the petri dish, and then the test piece is left on the surface of the agar plate medium. Next, the petri dish in which the test piece is allowed to stand on the surface of the agar plate medium is maintained at a temperature of 37 ° C. for 40 to 48 hours, for example, and the test bacteria are cultured. Then, the petri dish on which the test bacteria are cultured is photographed with, for example, a digital camera to obtain an observation image.
寒天平板培地は、例えば、以下の手順で作製する。まず、例えば、精製水1,000ml、肉エキス5.0g、ペプトン10.0g、塩化ナトリウム5.0g及び寒天粉末15.0gをフラスコに投入して混合する。次に、フラスコを沸騰する水浴中で加熱して精製水と各材料が混合された内容物を十分に溶解した後、pH7.0±0.2(25℃)になるように0.1mol/l水酸化ナトリウム溶液で調製する。次に、このフラスコを綿等の培養栓で栓をして高圧蒸気殺菌した後、シャーレに投入して完全に固形化する。 The agar plate medium is prepared, for example, by the following procedure. First, for example, 1,000 ml of purified water, 5.0 g of meat extract, 10.0 g of peptone, 5.0 g of sodium chloride and 15.0 g of agar powder are put into a flask and mixed. Next, the flask is heated in a boiling water bath to sufficiently dissolve the contents mixed with purified water and each material, and then 0.1 mol / pH so that the pH becomes 7.0 ± 0.2 (25 ° C.). Prepare with sodium hydroxide solution. Next, the flask is stoppered with high-pressure steam sterilization with a culture stopper such as cotton, and then placed in a petri dish to be completely solidified.
試験菌は、本実施の形態では、大腸菌(Escherichia coli:NBRC3972)を用いている。試験片は、本実施の形態では、抗菌剤をすり潰し、網目サイズ125μmの篩にかけた後、直径13mm、厚さ2〜3mmのディスク状に成形したものを用いている。抗菌剤としては、例えば、特許第5282279号公報に記載された抗菌剤や、特許第5358770号公報に記載された製造方法で作製された抗菌剤を用いても良い。 In the present embodiment, Escherichia coli (NBRC 3972) is used as the test bacterium. In the present embodiment, the test piece is formed by grinding an antibacterial agent, passing it through a sieve having a mesh size of 125 μm, and then molding it into a disk shape having a diameter of 13 mm and a thickness of 2 to 3 mm. As the antibacterial agent, for example, an antibacterial agent described in Japanese Patent No. 5282279 or an antibacterial agent produced by a manufacturing method described in Japanese Patent No. 5358770 may be used.
次に、領域判定部2の構成について、図2を参照して説明する。領域判定部2は、特徴抽出部21と、ベイズ判定部22とから構成されている。特徴抽出部21は、観測画像の特徴を抽出するために、観測画像の局所領域の明るさの特徴量として局所平均画像μxを、観測画像の局所的平坦度の特徴量として局所分散画像σx 2をそれぞれ抽出する。
Next, the configuration of the
ベイズ判定部22は、事前確率Pk(p)と、特徴抽出部21から供給される局所平均画像μx及び局所分散画像σx 2とに基づいて、観測画像の画素ごとに、抗菌剤の抗菌効果を判定するために有効な領域と無効な領域とをベイズ推定によって判定し、領域判定結果を出力する。本実施の形態では、領域判定結果は、有効領域を白、無効領域を黒とした二値画像として出力される。
Based on the prior probability P k (p), the local average image μ x and the local variance image σ x 2 supplied from the feature extraction unit 21, the
ここで、ベイズ推定による判定について説明する。排反的な事象H1と事象H2があり、Aを任意の事象としたとき、事象Aが発生したときにそれが事象H1である事後確率P(H1|A)及び、事象Aが発生したときにそれが事象H2である事後確率P(H2|A)は、ベイズの定理により、それぞれ式(1)及び式(2)で表わされる。 Here, the determination by Bayesian estimation will be described. When there is an exhaustive event H 1 and an event H 2 and A is an arbitrary event, when event A occurs, the posterior probability P (H 1 | A) that it is event H 1 and event A The a posteriori probability P (H 2 | A) that is an event H 2 is expressed by equations (1) and (2), respectively, according to Bayes' theorem.
式(1)及び式(2)において、P(H1)は事象H1が発生する事前確率、P(H2)は事象H2が発生する事前確率、P(A|H1)及びP(A|H2)は尤度関数である。 In equations (1) and (2), P (H 1 ) is the prior probability that event H 1 will occur, P (H 2 ) is the prior probability that event H 2 will occur, P (A | H 1 ) and P (A | H 2 ) is a likelihood function.
事後確率P(H1|A)と事後確率P(H2|A)との比は、式(3)で表わされる。式(3)が1より大きければ、事象H1が発生したと判定することができる。 The ratio between the posterior probability P (H 1 | A) and the posterior probability P (H 2 | A) is expressed by Expression (3). If equation (3) is greater than 1, it can be determined that event H1 has occurred.
ベイズ判定部22では、事象H1は抗菌剤の抗菌効果を判定するために有効な領域、事象H2は抗菌剤の抗菌効果を判定するために無効な領域とする。一方、事象Aは観測画像から選択した画素の座標、局所平均値、局所分散値の組合せとする。また、事前確率P(H1)は事象Aが有効領域である事前確率P1(p)、事前確率P(H2)は事象Aが無効領域である事前確率P0(p)とする。事前確率P1(p)及びP0(p)において、変数pは観測画像内の座標を示す二次元ベクトルを意味している。なお、後述するように、尤度関数P(A|H1)はΒ1(μ1)Γ1(σx 2)、尤度関数P(A|H2)はΒ0(μ0)Γ0(σx 2)である。式(3)が1より大きければ、当該座標pの画素を有効領域と判定することになる。
The
本実施の形態では、有効領域となる確率は、観測画像内の中心座標点でピーク値をとり、座標pが中心座標点から離れるに従って低くなるという主観に基づく予測を行っている。この予測に従って、事前確率P1(p)は、観測画像内の中心座標点でピーク値を有する二次元ガウス関数でモデル化している。本実施の形態では、観測画像内の中心座標点での事前確率P1(p)の値を0.8に設定している。上記位置座標を考慮した主観に基づく予測を取り入れることにより、画素の値のみから算出する場合と比較して、抗菌剤の抗菌効果を判定するために有効な領域と無効な領域との判定精度を向上させることができる。 In the present embodiment, the probability of becoming an effective region takes a peak value at the center coordinate point in the observation image, and performs prediction based on the subjectivity that the coordinate p decreases as the distance from the center coordinate point increases. According to this prediction, the prior probability P 1 (p) is modeled by a two-dimensional Gaussian function having a peak value at the central coordinate point in the observed image. In the present embodiment, the value of the prior probability P 1 (p) at the center coordinate point in the observation image is set to 0.8. By adopting prediction based on subjectivity in consideration of the above position coordinates, the determination accuracy between the effective area and the ineffective area for determining the antibacterial effect of the antibacterial agent compared to the case of calculating from only the pixel value. Can be improved.
次に、特徴抽出部21の構成について、図3を参照して説明する。特徴抽出部21は、グレースケール化部31と、ヒストグラム均等化部32と、離散ハール・ウェーブレット変換部33と、離散ハール・ウェーブレット逆変換部34と、減算部35と、2乗部36と、平均フィルタ37とから構成されている。
Next, the configuration of the feature extraction unit 21 will be described with reference to FIG. The feature extraction unit 21 includes a
グレースケール化部31は、観測画像をグレースケール化してヒストグラム均等化部32に供給する。なお、このグレースケール化では、観測画像を構成する数値データを実数表現(本実施の形態では、倍精度)に変換し、輝度値を0〜1に正規化している。
The
ここで、本実施の形態において想定している観測画像のデータフォーマットについて説明する。グレースケール化部31は、本実施の形態では、観測画像を標準的な256階調(8ビット)でグレースケール化しているため、観測画像の形式はこのグレースケール化ができるものであれば、BMP、JPEG、GIF、TIF、PNGなど、どのようなものでも良い。
Here, the data format of the observation image assumed in the present embodiment will be described. In this embodiment, the gray
次に、観測画像のサイズは、試験菌が培養され、試験片が静置されたシャーレの大部分が画面に収まり、統一された倍率で撮影されていればどのようなサイズでも良い。さらに、観測画像の解像度は、上記シャーレを撮影した部分の解像度が縦1000画素、横1000画素以上であることが好ましい。また、観測画像の階調数は、グレースケール化部31で観測画像を256階調(8ビット)でグレースケール化しているため、256階調(8ビット)と同程度以上であることが好ましい。
Next, the size of the observation image may be any size as long as most of the petri dish on which the test bacteria are cultured and the test piece is allowed to stand fit on the screen and is photographed at a uniform magnification. Furthermore, it is preferable that the resolution of the observed image is 1000 pixels in the vertical direction and 1000 pixels or more in the horizontal direction. The number of gradations of the observed image is preferably equal to or larger than 256 gradations (8 bits) because the
グレースケール化部31におけるグレースケール化の手法は、特に限定されず、単純平均化法、中間値法、Gチャンネル法、NTSC係数による加重平均法、HDTV係数による加重平均と補正法のいずれでも良いが、いずれの観測画像においても統一されていることが必要である。本実施の形態では、観測画像の形式がJPEGである場合、NTSC係数による加重平均法を用いている。
The gray scale method in the
ヒストグラム均等化部32は、グレースケール化部31でグレースケール化された画像について、画素数の多い濃度値の範囲で濃度値の間隔を細かくし、画素数の少ない範囲では間隔を荒くすることにより、コントラストを調整した後、離散ハール・ウェーブレット変換部33に供給する。
The histogram equalization unit 32 reduces the density value interval in the range of density values with a large number of pixels and roughens the interval in a range with a small number of pixels in the image scaled in gray scale by the
このヒストグラム均等化部32は、デジタルカメラの被写体である試験菌が培養され、試験片が静置されたシャーレに照射される照明の強さの違いに応じて、特徴量、すなわち、局所平均画像μx及び局所分散画像σx 2がバラつくことを抑制するために用いるものである。したがって、観測画像が一定の照明の強さで撮影される場合には、ヒストグラム均等化を省略しても良い。 The histogram equalization unit 32 cultivates the test bacteria that is the subject of the digital camera, and according to the difference in the intensity of illumination applied to the petri dish on which the test piece is stationary, the feature amount, that is, the local average image This is used for suppressing variations in μ x and local dispersion image σ x 2 . Therefore, when the observed image is taken with a constant illumination intensity, the histogram equalization may be omitted.
離散ハール・ウェーブレット変換部33は、ヒストグラム均等化部32から供給される画像データに対して低周波離散ハール・ウェーブレット変換を行った後、離散ハール・ウェーブレット逆変換部34に供給する。ヒストグラム均等化部32の出力画像データを低周波離散ハール・ウェーブレット変換することにより、画像データは、局所的に平坦なサブバンド成分(LL)とそれ以外のサブバンド成分(LH、HL、HH)に分けられる。
The discrete Haar wavelet transform unit 33 performs low frequency discrete Haar wavelet transform on the image data supplied from the histogram equalization unit 32 and then supplies the image data to the discrete Haar wavelet
ここで、離散ハール・ウェーブレット変換について説明する。まず、ヒストグラム均等化部32から供給される画像データの配列をXとし、この配列Xの二次元Z変換をX(zx,zy)とする。二次元Z変換X(zx,zy)に対して、式(4)で表される二次元伝達関数H(zx,zy)による線形低域フィルタリング処理と、二次元間引き処理(ダウンサンプリング処理)とを順次施した結果を式(5)で表す。二次元間引き処理では、水平方向の間引き率及び垂直方向の間引き率をいずれも2とする。 Here, the discrete Haar wavelet transform will be described. First, an array of image data supplied from the histogram equalization unit 32 is X, and a two-dimensional Z transformation of the array X is X (z x , z y ). For the two-dimensional Z-transform X (z x , z y ), a linear low-pass filtering process using a two-dimensional transfer function H (z x , z y ) expressed by the equation (4) and a two-dimensional thinning process (down) The result of the sequential application of (sampling processing) is expressed by equation (5). In the two-dimensional thinning process, the horizontal thinning rate and the vertical thinning rate are both 2.
これ以降、上記線形低域フィルタリング処理と二次元間引き処理とを(m−1)回繰り返し、得られた結果を式(6)で表す。なお、繰返し回数mは任意の回数を選択することができる。本実施の形態では、繰返し回数mは経験的に3回と設定している。 Thereafter, the linear low-pass filtering process and the two-dimensional thinning process are repeated (m−1) times, and the obtained result is expressed by Expression (6). Note that any number of repetitions m can be selected. In the present embodiment, the number of repetitions m is empirically set to 3 times.
離散ハール・ウェーブレット逆変換部34は、離散ハール・ウェーブレット変換部33から供給される低周波画像データに対して離散ハール・ウェーブレット逆変換を行う。離散ハール・ウェーブレット変換部33の出力画像データは、局所的に平坦なサブバンド成分(LL)だけであるので、このサブバンド成分(LL)を離散ハール・ウェーブレット逆変換して得られる画像データは、観測画像の明るさの局所的な平均値を表すものとなる。したがって、離散ハール・ウェーブレット逆変換部34の出力画像データは、局所平均画像μxとして、観測画像を構成する各画素の局所領域の明るさの特徴量として利用することができる。
The discrete Haar wavelet
ここで、離散ハール・ウェーブレット逆変換について説明する。式(6)で表されるY{m}(zx,zy)に対して、二次元零値挿入処理(アップサンプリング処理)と、線形低域フィルタリング処理とを順次施した結果を式(7)で表す。二次元零値挿入処理では、水平方向の補間率及び垂直方向の補間率をいずれも2とする。 Here, the discrete Haar wavelet inverse transform will be described. A result obtained by sequentially performing two-dimensional zero-value insertion processing (upsampling processing) and linear low-pass filtering processing on Y {m} (z x , z y ) represented by Equation (6) 7). In the two-dimensional zero value insertion process, both the horizontal direction interpolation rate and the vertical direction interpolation rate are set to 2.
これ以降、上記二次元零値挿入処理及び線形フィルタリング処理を(m−1)回繰り返し、得られた結果を式(8)で表す。 Thereafter, the two-dimensional zero value insertion process and the linear filtering process are repeated (m−1) times, and the obtained result is expressed by Expression (8).
式(8)で表されるM(zx,zy)の画像配列の二次元逆Z変換が離散ハール・ウェーブレット逆変換部34から局所平均画像μxとして出力される。
A two-dimensional inverse Z transform of the image array of M (z x , z y ) represented by Expression (8) is output from the discrete Haar wavelet
減算部35は、ヒストグラム均等化部32の出力画像データから離散ハール・ウェーブレット逆変換部34の出力画像データを減算する。離散ハール・ウェーブレット逆変換部34の出力画像データは、局所的に平坦なサブバンド成分(LL)だけからなる局所平均画像μxである。したがって、減算部35の出力画像データは、等価的には、ヒストグラム均等化部32の出力画像データのサブバンド成分(LL)以外のサブバンド成分(LH、HL、HH)といえる。減算部35の出力画像データは、観測画像の局所的な偏差(コントラスト)を表すものとなる。
The subtracting unit 35 subtracts the output image data of the discrete Haar wavelet
2乗部36は、減算部35の出力画像データを2乗する。平均フィルタ37は、2乗部36の出力画像データの局所的な平均値を算出する。本実施の形態では、平均フィルタ37として、移動平均フィルタを用いている。減算部35の出力画像データは、観測画像を構成する各画素の局所平均値からの偏差を表しているので、これを2乗部36で2乗した後、平均フィルタ37で周辺の値との平均値を算出することにより、局所分散画像σx 2を得ることができる。局所分散画像σx 2は、観測画像を構成する各画素の局所的平坦度の特徴量として利用することができる。
The squaring
ここで、減算部35、2乗部36及び平均フィルタ37の処理について説明する。上記と同様、ヒストグラム均等化部32から供給される画像データの配列をXとすると、減算部35の出力画像データは、配列(X−μx)である。次に、2乗部36は、配列(X−μx)の要素毎の2乗を取る。したがって、2乗部36の出力画像データは、配列(X−μx)の要素毎の2乗を取った配列Qとして式(9)で表される。
Here, processing of the subtracting unit 35, the
平均フィルタ37は、配列Qの局所的な平均値を算出した結果、局所分散画像σx 2を出力する。すなわち、局所分散画像の配列σx 2の二次元Z変換S(zx,zy)は式(10)で表される。
The
式(10)において、Q(zx,zy)は配列Qの二次元Z変換、A(zx,zy)は平均フィルタ37の二次元伝達関数である。平均フィルタ37を構成する移動平均フィルタのサイズは任意で良い。本実施の形態では、移動平均フィルタのサイズは経験的に5×5と設定している。すなわち、二次元伝達関数A(zx,zy)は式(11)で表される。
In Expression (10), Q (z x , z y ) is a two-dimensional Z transformation of the array Q, and A (z x , z y ) is a two-dimensional transfer function of the
次に、効果判定部3の構成について、図4を参照して説明する。効果判定部3は、モルフォロジカルクロージング部41と、ブロブ解析部42と、ベイズ判定部43とから構成されている。モルフォロジカルクロージング部41は、領域判定部2から供給される、観測画像の画素ごとに抗菌剤の抗菌効果を判定するために有効な領域と無効な領域とを判定した領域判定結果において、有効領域の構造要素内に適合しない微小な穴を埋めることにより有効領域の形状を整える。
Next, the configuration of the
ブロブ解析部42は、まず、モルフォロジカルクロージング部41の出力画像データを構成する各画素をオブジェクト画素と背景画素とに分割する。 The blob analysis unit 42 first divides each pixel constituting the output image data of the morphological closing unit 41 into an object pixel and a background pixel.
次に、ブロブ解析部42は、連結ブロブ解析を実行して、オブジェクト画素を、連結されたオブジェクト画素のグループ(ブロブ)に形成する。本実施の形態では、観測画像の画素ごとに抗菌剤の抗菌効果を判定するために有効な領域は連結した一つの領域であると仮定し、観測画像内で最大面積を有するブロブのみを解析している。 Next, the blob analysis unit 42 performs connected blob analysis to form object pixels into a group (blob) of connected object pixels. In the present embodiment, it is assumed that the effective region for determining the antibacterial effect of the antibacterial agent for each pixel of the observation image is one connected region, and only the blob having the maximum area in the observation image is analyzed. ing.
そして、ブロブ解析部42は、連結ブロブ解析の結果、式(12)で表される占有率(面積)axと、式(13)で表される離心率exとを出力する。
式(12)において、nbは観測画像内で最大面積を有するブロブ(有効領域)の画素数、Nは観測画像を構成する全画素の数である。 In the formula (12), n b is the number of pixels blob (effective area) having the largest area in the observation image, N is the number of all the pixels constituting the observed image.
式(13)において、離心率exはブロブ(有効領域)と同じ2次モーメントを有する楕円の離心率であり、aは楕円の長径の1/2、bは楕円の短径の1/2である。 In the equation (13), the eccentricity e x is the eccentricity of an ellipse having the same second moment as the blob (effective region), a is 1/2 of the major axis of the ellipse, and b is 1/2 of the minor axis of the ellipse. It is.
ベイズ判定部43は、事前確率Pkと、ブロブ解析部42から供給される占有率(面積)ax及び離心率exとに基づいて、観測画像の有効領域の形状についてベイズ推定によって判定し、抗菌剤の抗菌効果を判定した効果判定結果を出力する。本実施の形態では、抗菌剤の効果判定は、領域判定結果における有効領域の形状データに基づいて、良好(○)、効果あり(△)、効果なし(×)の何れかとしてベイズ判定部43から出力される。
Based on the prior probability P k , the occupation ratio (area) a x and the eccentricity e x supplied from the blob analysis unit 42, the
ベイズ判定部43では、上記式(1)〜式(3)において、事象H1は抗菌剤の抗菌効果があること、事象H2は抗菌剤の抗菌効果がないこととする。一方、事象Aは観測画像から得られる占有率(面積)ax及び離心率exの組合せとする。また、事前確率P(H1)は事象Aで抗菌剤の抗菌効果がある事前確率P1、事前確率P(H2)は事象Aで抗菌剤の抗菌効果がない事前確率P0とする。なお、後述するように、尤度関数P(A|H1)はΒa1(ax)Βe1(ex)、尤度関数P(A|H2)はΒa0(ax)Βe0(ex)である。式(3)が1より大きければ、当該観測画像で抗菌剤の抗菌効果があると判定することになる。
The
本実施の形態では、事前確率P1及び事前確率P0はいずれも0.5としている。これは、抗菌剤の抗菌効果を判定する際に、良好(○)、効果なし(×)のいずれにも偏りがないようにするためである。実質上、特徴量のみを用いて抗菌剤の抗菌効果を判定することを意味しており、主観を取り除いている。ただし、事前確率P1及び事前確率P0をパラメータとして調整することにより、抗菌効果の判定性能を向上させることも可能である。例えば、効果ありの判定が過剰に行われる場合は事前確率P1の値を小さくし、逆に効果なしの判定が過剰に行われる場合は事前確率P0の値を小さくすることにより、抗菌効果の判定精度を調整することができる。 In the present embodiment, both the prior probability P 1 and the prior probability P 0 are set to 0.5. This is to make sure that there is no bias in either good (◯) or no effect (×) when determining the antibacterial effect of the antibacterial agent. In effect, this means that the antibacterial effect of the antibacterial agent is determined using only the feature amount, and the subjectivity is removed. However, it is possible to improve the determination performance of the antibacterial effect by adjusting the prior probability P 1 and the prior probability P 0 as parameters. For example, when the determination with the effect is excessively performed, the value of the prior probability P 1 is decreased, and conversely, when the determination with no effect is excessively performed, the value of the prior probability P 0 is decreased, thereby reducing the antibacterial effect. The determination accuracy can be adjusted.
次に、上記構成の抗菌効果判定システムの動作について、図面を参照して説明する。まず、領域判定部2における学習フェーズについて、図5〜図8を参照して説明する。図5は、領域判定部2における学習フェーズを説明するためのブロック図である。この学習フェーズでは、教師データと観測画像とに基づいて、推定パラメータ{aμ0,bμ0}、{aμ1,bμ1}、{aσ2 0,bσ2 0}及び{aσ2 1,bσ2 1}を求める。
Next, the operation of the antibacterial effect determination system having the above configuration will be described with reference to the drawings. First, the learning phase in the
教師データは、8ビットのグレースケール画像である。教師データは、無効領域を示す値0、有効領域を示す値255、ドントケア(Don't care)を意味する値128とから構成されている。教師データのサイズは観測画像のサイズと同一である。教師データの形式は、グレースケール化されているものであれば、BMP、JPEG、GIF、TIF、PNGなど、どのようなものでも良い。教師データの形式は、本実施の形態では、TIFを採用している。図6に教師データの一例を示すとともに、図7に観測画像の一例を示す。
The teacher data is an 8-bit grayscale image. The teacher data is composed of a
推定パラメータ{aμ0,bμ0}及び{aμ1,bμ1}は、後述する判定フェーズで用いる尤度関数Βk(μk)Γk(σx 2)を構成するベータ関数Βk(μk)の推定パラメータである。一方、推定パラメータ{aσ2 0,bσ2 0}及び{aσ2 1,bσ2 1}は、尤度関数Βk(μk)Γk(σx 2)を構成するガンマ関数Γk(σx 2)の推定パラメータである。このため、ベイズ判定部22は、学習フェーズでは、ベータ分布最尤推定部221と、ガンマ分布最尤推定部222とにより構成されている。
The estimation parameters {a μ0 , b μ0 } and {a μ1 , b μ1 } are the beta functions k k (μ that constitute the likelihood function k k (μ k ) Γ k (σ x 2 ) used in the determination phase described later. k ). On the other hand, the estimated parameters {aσ 2 0 , bσ 2 0 } and {aσ 2 1 , bσ 2 1 } are represented by the gamma function Γ k (σ, which constitutes the likelihood function k k (μ k ) Γ k (σ x 2 ). x 2 ) estimation parameter. Therefore,
また、学習フェーズでは、特徴抽出部21とベイズ判定部22との間にランダム抽出部23が挿入されている。学習フェーズでは、ベイズ判定部22は、教師データに基づいて、観測画像の画素ごとに、抗菌剤の抗菌効果を判定するために有効な領域と無効な領域とをベイズ推定によって判定し、特徴抽出部21から供給される局所平均画像μx及び局所分散画像σx 2の統計的性質を解析する。学習フェーズにおいて、観測画像のすべての画素について処理することは、膨大なメモリと長い時間を必要とする。そこで、有効領域及び無効領域のそれぞれの統計量を簡便に算出するために、ランダム抽出部23を設け、局所平均画像μx及び局所分散画像σx 2から必要とするデータをランダムに抽出している。
In the learning phase, a random extraction unit 23 is inserted between the feature extraction unit 21 and the
ベータ分布最尤推定部221は、教師データと、ランダム抽出部23から供給された局所平均画像μxとに基づいて、ベータ分布最尤推定を行って、ベータ関数Βk(μk)の推定パラメータ{aμ0,bμ0}及び{aμ1,bμ1}を求める。局所平均画像μxは、グレースケール化部31において輝度値が値0〜1の間に正規化された画像から得られているため、その輝度値も値0〜1の範囲に収まっている。一方、ベータ分布は値が0〜1の間に制限された確率変数の確率密度関数として典型的に採用される確率モデルである。そこで、本実施の形態では、ベータ分布を採用しているが、ガンマ分布を採用しても良い。
Beta distribution maximum
ガンマ分布最尤推定部222は、教師データと、ランダム抽出部23から供給された局所分散画像σx 2とに基づいて、ガンマ分布最尤推定を行って、ガンマ関数Γk(σ2 x)の推定パラメータ{aσ2 0,bσ2 0}及び{aσ2 1,bσ2 1}を求める。局所分散画像σx 2は、その輝度値が正になることが保証されている。一方、ガンマ分布は正の値のみをもつ確率変数の確率密度関数として典型的に採用される確率モデルである。そこで、本実施の形態では、ガンマ分布を採用している。なお、局所分散画像σx 2は、局所平均画像μxと同様の理由でその輝度値が値0〜1の範囲に収まっているので、ベータ分布を採用しても良い。
The gamma distribution maximum
ここで、図8に局所平均画像μxに対する局所分散画像σx 2の散布の一例、局所平均画像μxの分布(ヒストグラム)の一例及び、局所分散画像σx 2の分布(ヒストグラム)の一例を示す。実線で描かれた曲線は無効領域に対応し、点線で描かれた曲線は有効領域に対応している。 Here, FIG. 8 shows an example of the distribution of the local dispersion image σ x 2 with respect to the local average image μ x , an example of the distribution (histogram) of the local average image μ x , and an example of the distribution (histogram) of the local dispersion image σ x 2. Indicates. A curve drawn with a solid line corresponds to the invalid area, and a curve drawn with a dotted line corresponds to the valid area.
次に、領域判定部2における判定フェーズについて、図2、図3、図7及び図9〜図13を参照して説明する。この判定フェーズでは、例えば、図7に示す観測画像は、図2に示すグレースケール化部31でグレースケール化された後、ヒストグラム均等化部32で、コントラストが調整される。
Next, the determination phase in the
次に、ヒストグラム均等化部32の出力画像データは、離散ハール・ウェーブレット変換部33で離散ハール・ウェーブレット変換された後、離散ハール・ウェーブレット逆変換部34で離散ハール・ウェーブレット逆変換される。これにより、離散ハール・ウェーブレット逆変換部34の出力画像データは、局所平均画像μxとして、図2に示すベイズ判定部22に供給される。図9は局所平均画像μxの一例である。
Next, the output image data of the histogram equalization unit 32 is subjected to discrete Haar wavelet transform by the discrete Haar wavelet transform unit 33 and then subjected to discrete Haar wavelet inverse transform by the discrete Haar wavelet
一方、ヒストグラム均等化部32の出力画像データは、減算部35で離散ハール・ウェーブレット逆変換部34の出力画像データ、すなわち、局所平均画像μxが減算される。次に、減算部35の出力画像データは、2乗部36で2乗された後、平均フィルタ37を通過する。これにより、平均フィルタ37は、その出力画像データを局所分散画像σx 2として、図2に示すベイズ判定部22に供給する。図10は局所分散画像σx 2の一例である。
On the other hand, the output image data of the histogram equalization unit 32 is subtracted by the subtraction unit 35 from the output image data of the discrete Haar wavelet
ベイズ判定部22は、事前確率Pk(p)と、特徴抽出部21から供給される局所平均画像μx及び局所分散画像σx 2とに基づいて、観測画像の画素ごとに、抗菌剤の抗菌効果を判定するために有効な領域と無効な領域とをベイズ推定によって判定し、領域判定結果を出力する。図11は事前確率P1(p)の一例である。
Based on the prior probability P k (p), the local average image μ x and the local variance image σ x 2 supplied from the feature extraction unit 21, the
上記学習フェーズで求められた推定パラメータ{aμ0,bμ0}及び{aμ1,bμ1}は、ベータ関数Β0(μ0)及びΒ1(μ1)にそれぞれ代入される。一方、上記学習フェーズで求められた推定パラメータ{aσ2 0,bσ2 0}及び{aσ2 1,bσ2 1}は、ガンマ関数Γ0(σx 2)及びΓ1(σx 2)にそれぞれ代入される。 The estimation parameters {a μ0 , b μ0 } and {a μ1 , b μ1 } obtained in the learning phase are assigned to the beta functions Β 0 (μ 0 ) and Β 1 (μ 1 ), respectively. On the other hand, the estimated parameters {aσ 2 0 , bσ 2 0 } and {aσ 2 1 , bσ 2 1 } obtained in the learning phase are converted into gamma functions Γ 0 (σ x 2 ) and Γ 1 (σ x 2 ). Assigned respectively.
この判定フェーズでは、式(3)において、事前確率P(H1)は事前確率P1(p)、事前確率P(H2)は事前確率P0(p)、尤度関数P(A|H1)は尤度関数Β1(μ1)Γ1(σx 2)、尤度関数P(A|H2)は尤度関数Β0(μ0)Γ0(σx 2)である。図12は尤度関数Β0(μ0)Γ0(σx 2)の一例である。 In this determination phase, in equation (3), prior probability P (H 1 ) is prior probability P 1 (p), prior probability P (H 2 ) is prior probability P 0 (p), and likelihood function P (A | H 1 ) is a likelihood function Β 1 (μ 1 ) Γ 1 (σ x 2 ), and the likelihood function P (A | H 2 ) is a likelihood function Β 0 (μ 0 ) Γ 0 (σ x 2 ). . FIG. 12 is an example of the likelihood function Β 0 (μ 0 ) Γ 0 (σ x 2 ).
式(3)に事前確率P1(p)、事前確率P0(p)、尤度関数Β1(μ1)Γ1(σx 2)及び尤度関数Β0(μ0)Γ0(σx 2)を代入して変形すると、式(14)が得られる。 The prior probability P 1 (p), prior probability P 0 (p), likelihood function Β 1 (μ 1 ) Γ 1 (σ x 2 ) and likelihood function Β 0 (μ 0 ) Γ 0 ( Substituting (σ x 2 ) for transformation yields equation (14).
式(14)の左辺と右辺の大小を比較し、式(14)の左辺が大きければ当該座標pの画素を有効領域と判定する一方、式(14)の右辺が大きければ当該座標pの画素を無効領域と判定する。図13は領域判定結果の一例である。 The left and right sides of Expression (14) are compared, and if the left side of Expression (14) is large, the pixel of the coordinate p is determined as an effective area, while if the right side of Expression (14) is large, the pixel of the coordinate p is determined. Are determined to be invalid areas. FIG. 13 shows an example of the region determination result.
次に、効果判定部3における学習フェーズについて、図14及び図15を参照して説明する。図14は、効果判定部3における学習フェーズを説明するためのブロック図である。この学習フェーズでは、教師データと領域判定結果とに基づいて、推定パラメータ{aa0,ba0}、{aa1,ba1}、{ae0,be0}及び{ae1,be1}を求める。
Next, the learning phase in the
教師データは、抗菌剤の抗菌効果が良好(○)又は効果なし(×)という判定が既になされている画像に対して、ブロブ解析部42において有効領域のブロブ解析を行い、その結果得られた占有率(面積)ax及び離心率exを二次元ベクトルとして保存した数値データである。 The teacher data was obtained by performing blob analysis of the effective area in the blob analysis unit 42 on the image for which the antibacterial effect of the antibacterial agent is already judged as good (◯) or not effective (×). This is numerical data in which the occupation ratio (area) a x and the eccentricity e x are stored as a two-dimensional vector.
推定パラメータ{aa0,ba0}及び{aa1,ba1}は、後述する判定フェーズで用いる尤度関数Βak(ax)Βek(ex)を構成するベータ関数Βak(ax)の推定パラメータである。一方、推定パラメータ{ae0,be0}及び{ae1,be1}は、尤度関数Βak(ax)Βek(ex)を構成するベータ関数Βek(ex)の推定パラメータである。このため、ベイズ判定部43は、学習フェーズでは、ベータ分布最尤推定部431と、ベータ分布最尤推定部432とにより構成されている。
The estimated parameters {a a0 , b a0 } and {a a1 , b a1 } are the beta functions Β ak (a x ) that constitute the likelihood function Β ak (a x ) Β ek (e x ) used in the determination phase described later. ) Estimation parameter. On the other hand, the estimation parameters {a e0 , b e0 } and {a e1 , b e1 } are the estimation parameters of the beta function Β ek (e x ) that constitutes the likelihood function ( ak (a x ) Β ek (e x ). It is. Therefore,
ベータ分布最尤推定部431は、教師データと、ブロブ解析部42から供給された占有率(面積)axとに基づいて、ベータ分布最尤推定を行って、ベータ関数Βak(ax)の推定パラメータ{aa0,ba0}及び{aa1,ba1}を求める。占有率(面積)axは、ブロブ解析部42において輝度値が値0〜1の間に正規化された画像から得られているため、その輝度値も値0〜1の範囲に収まっている。一方、ベータ分布は値が0〜1の間に制限された確率変数の確率密度関数として典型的に採用される確率モデルである。そこで、本実施の形態では、ベータ分布を採用しているが、ガンマ分布を採用しても良い。
Beta distribution maximum
ベータ分布最尤推定部432は、教師データと、ブロブ解析部42から供給された離心率exとに基づいて、ベータ分布最尤推定を行って、ベータ関数Βek(ex)の推定パラメータ{ae0,be0}及び{ae1,be1}を求める。離心率exは、ブロブ解析部42において輝度値が値0〜1の間に正規化された画像から得られているため、その輝度値も値0〜1の範囲に収まっている。一方、ベータ分布は値が0〜1の間に制限された確率変数の確率密度関数として典型的に採用される確率モデルである。そこで、本実施の形態では、ベータ分布を採用しているが、ガンマ分布を採用しても良い。
Beta distribution maximum
ここで、図15に複数枚の観測画像における占有率(面積)axに対する離心率exの散布の一例、占有率(面積)axの分布(ヒストグラム)の一例、離心率exの分布(ヒストグラム)の一例を示す。実線で描かれた曲線は抗菌剤の抗菌効果が良好(○)の観測画像に対応し、点線で描かれた曲線は抗菌剤の抗菌効果なし(×)の観測画像に対応している。 Here, FIG. 15 shows an example of the distribution of the eccentricity e x with respect to the occupation ratio (area) a x in a plurality of observation images, an example of the distribution (histogram) of the occupation ratio (area) a x , and the distribution of the eccentricity e x . An example of (histogram) is shown. The curve drawn with a solid line corresponds to an observation image where the antibacterial effect of the antibacterial agent is good (◯), and the curve drawn with a dotted line corresponds to an observation image where the antibacterial effect of the antibacterial agent is not present (×).
次に、効果判定部3における判定フェーズについて、図4、図13及び図16を参照して説明する。この判定フェーズでは、例えば、図13に示す領域判定結果は、図4に示すモルフォロジカルクロージング部41で有効領域の構造要素内に適合しない微小な穴が埋められて有効領域の形状が整えられ後、ブロブ解析部42で連結ブロブ解析される。これにより、ブロブ解析部42から、占有率(面積)ax及び離心率exとが出力される。
Next, the determination phase in the
次に、ベイズ判定部43は、事前確率Pkと、ブロブ解析部42から供給される占有率(面積)ax及び離心率exとに基づいて、観測画像の有効領域の形状についてベイズ推定によって判定し、抗菌剤の抗菌効果を判定した効果判定結果を出力する。
Next, the
上記学習フェーズで求められた推定パラメータ{aa0,ba0}及び{aa1,ba1}は、ベータ関数Βa0(ax)及びΒa1(ax)にそれぞれ代入される。一方、上記学習フェーズで求められた推定パラメータ{ae0,be0}及び{ae1,be1}は、ベータ関数Βe0(ex)及びΒe1(ex)にそれぞれ代入される。 The estimation parameters {a a0 , b a0 } and {a a1 , b a1 } obtained in the learning phase are assigned to the beta functions a a0 (a x ) and Β a1 (a x ), respectively. On the other hand, the estimated parameters {a e0 , b e0 } and {a e1 , b e1 } obtained in the learning phase are assigned to the beta functions e e0 (e x ) and Β e1 (e x ), respectively.
この判定フェーズでは、式(3)において、事前確率P(H1)は事前確率P1、事前確率P(H2)は事前確率P0、尤度関数P(A|H1)は尤度関数Βa1(ax)Βe1(ex)、尤度関数P(A|H2)は尤度関数Βa0(ax)Βe0(ex)である。図16は尤度関数Βa1(ax)Βe1(ex)の一例である。 In this determination phase, in Equation (3), prior probability P (H 1 ) is prior probability P 1 , prior probability P (H 2 ) is prior probability P 0 , and likelihood function P (A | H 1 ) is likelihood. function Β a1 (a x) Β e1 (e x), the likelihood function P (a | H 2) is the likelihood function Β a0 (a x) Β e0 (e x). Figure 16 is an example of a likelihood function Β a1 (a x) Β e1 (e x).
式(3)に事前確率P1、事前確率P0、尤度関数Βa1(ax)Βe1(ex)及び尤度関数Βa0(ax)Βe0(ex)を代入して変形すると、式(15)が得られる。 Priori probability P 1 in formula (3), the prior probability P 0, by substituting the likelihood function Β a1 (a x) Β e1 (e x) and the likelihood function Β a0 (a x) Β e0 (e x) When deformed, equation (15) is obtained.
式(15)の左辺と右辺の大小を比較し、式(15)の左辺がある程度大きければ当該観測画像で抗菌剤の抗菌効果が良好(○)と判定する一方、式(15)の右辺がある程度大きければ当該観測画像で抗菌剤の抗菌効果がない(×)と判定する。 The left and right sides of Expression (15) are compared, and if the left side of Expression (15) is large to some extent, it is determined that the antibacterial effect of the antibacterial agent is good (O) in the observed image, while the right side of Expression (15) is If it is large to some extent, it is determined that there is no antibacterial effect of the antibacterial agent in the observed image (×).
なお、式(15)の左辺と右辺との間で有為な差が見られない場合、判定をリジェクトする。本実施の形態では、0.2以上の差が見られない場合は、リジェクトとしている。なお、判定をリジェクトした場合には、効果あり(△)と判定している。リジェクトするか否かの値は、調整することが可能である。 Note that if no significant difference is found between the left side and the right side of Equation (15), the determination is rejected. In the present embodiment, when a difference of 0.2 or more is not seen, it is rejected. When the determination is rejected, it is determined that there is an effect (Δ). The value of whether or not to reject can be adjusted.
ここで、本実施の形態に係る抗菌効果判定システム1の効果判定結果の一例について、 図17〜図22を参照して説明する。図17は効果判定結果が良好(○)と判定された例における観測画像の一例を示す図、図18は効果判定結果が良好(○)と判定された例における領域判定効果の一例を示す図である。また、図19は効果判定結果が効果あり(△)と判定された例における観測画像の一例を示す図、図20は効果判定結果が効果あり(△)と判定された例における領域判定効果の一例を示す図である。一方、図21は効果判定結果が効果なし(×)と判定された例における観測画像の一例を示す図、図22は効果判定結果が効果なし(×)と判定された例における領域判定効果の一例を示す図である。図17〜図22からは本実施の形態に係る抗菌効果判定システム1が適切に作動していることを確認することができる。
Here, an example of the effect determination result of the antibacterial
また、図23には、同一サンプルに対する専門家の目視による効果判定結果と、本実施の形態に係る抗菌効果判定システム1の効果判定結果とを対応させた一例である。図23からは、本実施の形態に係る抗菌効果判定システム1は、ほぼ、人間と同等の効果判定結果が得られることを確認することができる。
FIG. 23 shows an example in which an expert's visual effect determination result for the same sample is associated with the effect determination result of the antibacterial
このように、本発明の実施の形態1によれば、自動的、定量的かつ迅速に人間の目視による判別と同等な判定をすることができる。これにより、抗菌剤の開発を効率化することができる。また、本発明の実施の形態1によれば、画像処理を用いた自動判定であるので、第1及び第2の従来例のように観察者による目視判定よりも簡易な方法で迅速に判定を行うことができる。また、グレースケール化された画像を用いて判定するため、第3の従来例のように検査対象を染色する必要もない。
本発明の実施の形態1によれば、第3の従来例のような高価な酸化還元系発色試薬や装置を用いることなく、抗菌剤の抗菌効果を簡易かつ安価な構成で判定をすることができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, it is possible to automatically and quantitatively and quickly make a determination equivalent to the determination by human visual observation. Thereby, development of an antibacterial agent can be made efficient. Further, according to the first embodiment of the present invention, since the automatic determination using image processing is performed, the determination is quickly performed by a simpler method than the visual determination by the observer as in the first and second conventional examples. It can be carried out. Further, since the determination is made using the grayscale image, it is not necessary to stain the inspection object as in the third conventional example.
According to
さらに、本発明の実施の形態1によれば、試験片直下の試験菌が死滅し、試験片の同心円状の周囲に発育阻止帯が拡散していないことを機械的に判定することができる。したがって、第2の従来例のハローテストのような、定性的であること、試験片自体による試験菌の阻止であるのか、試験片から遊離した物質による試験菌の阻止であるのかを正確に判定するには観察者に熟練度が要求されるという問題は発生し難い。
Furthermore, according to
第2の実施形態
次に、本発明の第2の実施形態について図面を参照して説明する。なお、第1の実施形態と同一又は同等の構成については、同等の符号を用いるとともに、その説明を省略又は簡略化する。本実施形態に係る抗菌効果判定システム51は、一般的なコンピュータ、又はマイクロコンピュータなどの装置と同様の構成によって実現されている点で、第1の実施形態に係る抗菌効果判定システム1と相違している。
Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the structure same or equivalent to 1st Embodiment, while using an equivalent code | symbol, the description is abbreviate | omitted or simplified. The antibacterial effect determination system 51 according to the present embodiment is different from the antibacterial
図24は、抗菌効果判定システム51の構成を示すブロック図である。図24に示すように、抗菌効果判定システム51は、CPU(Central Processing Unit)61と、主記憶部62と、補助記憶部63と、表示部64と、入力部65と、インターフェイス部66とから概略構成されている。
FIG. 24 is a block diagram showing a configuration of the antibacterial effect determination system 51. As shown in FIG. 24, the antibacterial effect determination system 51 includes a CPU (Central Processing Unit) 61, a main storage unit 62, an auxiliary storage unit 63, a
CPU61は、補助記憶部63に記憶されているプログラムに従って、入力された観測画像に後述する処理を実行する。主記憶部62は、RAM(Random Access Memory)等を含んで構成され、CPU61の作業領域として用いられる。 The CPU 61 executes processing to be described later on the input observation image according to the program stored in the auxiliary storage unit 63. The main storage unit 62 includes a RAM (Random Access Memory) and the like, and is used as a work area for the CPU 61.
補助記憶部63は、ROMやRAM等の半導体メモリ、HD(ハード・ディスク)が装着されるHDドライブ、あるいはCD−ROM(Compact Disk Read-Only Memory)、CD−R(Recordable)、CD−RW(ReWritable)やDVD(Digital Versatile Disk)−ROM、DVD−R、DVD−RW等が装着されるCD/DVDドライブ等を含んで構成されている。この補助記憶部63は、CPU61が実行するプログラム、及び各種パラメータなどを記憶している。また、外部から入力される観測画像に関する情報及びCPU61による処理結果などを含む情報を順次記憶する。補助記憶部63に記憶されるデータとしては、例えば、後述するステップS1及びS2で用いられる教師データ、事前確率Pk(p)及びPk、局所平均画像μx、局所分散画像σx 2などがある。 The auxiliary storage unit 63 is a semiconductor memory such as ROM or RAM, an HD drive to which an HD (hard disk) is mounted, a CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory), a CD-R (Recordable), or a CD-RW. (ReWritable), a DVD (Digital Versatile Disk) -ROM, a DVD-R, a DVD-RW, a CD / DVD drive or the like to be mounted. The auxiliary storage unit 63 stores programs executed by the CPU 61 and various parameters. In addition, information regarding observation images input from the outside and information including processing results by the CPU 61 are sequentially stored. Examples of data stored in the auxiliary storage unit 63 include teacher data used in steps S1 and S2, which will be described later, prior probabilities P k (p) and P k , a local average image μ x , a local variance image σ x 2, and the like. There is.
表示部64は、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、プラズマディスプレイなどを含んで構成され、CPU61の処理結果などを表示する。入力部65は、キーボードやマウス等のポインティングデバイスを含んで構成されている。オペレータの指示は、この入力部65を介して入力され、CPU61に通知される。インターフェイス部66は、シリアルインターフェイスまたはLAN(Local Area Network)インターフェイス等を含んで構成されている。
The
図25に示すフローチャートは、CPU61によって実行されるプログラムの一連の処理アルゴリズムに対応している。以下、図25に示すフローチャートを参照して、上記構成の抗菌効果判定システム51が実行する処理について説明する。 The flowchart shown in FIG. 25 corresponds to a series of processing algorithms of a program executed by the CPU 61. Hereinafter, processing executed by the antibacterial effect determination system 51 having the above configuration will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
CPU61は、予め、教師データと観測画像とに基づいて、推定パラメータ{aμ0,bμ0}、{aμ1,bμ1}、{aσ2 0,bσ2 0}及び{aσ2 1,bσ2 1}を求める領域判定学習処理を実行しておく。すなわち、CPU61は、図5〜図8を参照して説明した特徴部21、ランダム抽出部23及びベイズ判定部22が行う学習フェーズの処理を実行する。推定パラメータ{aμ0,bμ0}及び{aμ1,bμ1}はベータ関数Β0(μ0)及びΒ1(μ1)にそれぞれ代入され、推定パラメータ{aσ2 0,bσ2 0}及び{aσ2 1,bσ2 1}はガンマ関数Γ0(σx 2)及びΓ1(σx 2)にそれぞれ代入される。
The CPU 61 preliminarily estimates parameters {a μ0 , b μ0 }, {a μ1 , b μ1 }, {aσ 2 0 , bσ 2 0 } and {aσ 2 1 , bσ 2 based on the teacher data and the observed image. 1 } region determination learning processing is performed in advance. That is, the CPU 61 executes a learning phase process performed by the feature unit 21, the random extraction unit 23, and the
また、CPU61は、予め、教師データと領域判定結果とに基づいて、推定パラメータ{aa0,ba0}、{aa1,ba1}、{ae0,be0}及び{ae1,be1}を求める領域判定学習処理を実行しておく。すなわち、CPU61は、図14及び図15を参照して説明したモルフォロジカルクロージング部41、ブロブ解析部42及びベイズ判定部43が行う学習フェーズの処理を実行する。推定パラメータ{aa0,ba0}及び{aa1,ba1}はベータ関数Βa0(ax)及びΒa1(ax)にそれぞれ代入され、推定パラメータ{ae0,be0}及び{ae1,be1}はベータ関数Βe0(ex)及びΒe1(ex)にそれぞれ代入される。
The CPU 61 preliminarily determines the estimation parameters {a a0 , b a0 }, {a a1 , b a1 }, {a e0 , b e0 } and {a e1 , b e1 based on the teacher data and the region determination result. } Is executed in advance to determine the area. That is, the CPU 61 executes a learning phase process performed by the morphological closing unit 41, the blob analysis unit 42, and the
ステップS1では、CPU61は、入力された観測画像に対して、グレースケール化・コントラスト調整の処理を実行する。すなわち、CPU61は、図3及び図7を参照して説明したグレースケール化部31及びヒストグラム均等化部32が行う処理を実行する。
In step S1, the CPU 61 executes gray scale / contrast adjustment processing on the input observation image. That is, the CPU 61 executes the processing performed by the gray
ステップS2では、CPU61は、ステップS1で得られた画像に対して、特徴量抽出処理を実行し、特徴量である局所平均画像μx及び局所分散画像σx 2を抽出する。すなわち、CPU61は、図3、図9及び図10を参照して説明した離散ハール・ウェーブレット変換部33、離散ハール・ウェーブレット逆変換部34、減算部35、2乗部36及び平均フィルタ37が行う処理を実行する。
In step S2, the CPU 61 performs a feature amount extraction process on the image obtained in step S1, and extracts a local average image μ x and a local variance image σ x 2 that are feature amounts. That is, the CPU 61 is performed by the discrete Haar wavelet transform unit 33, the discrete Haar wavelet
ステップS3では、CPU61は、事前確率Pk(p)と、局所平均画像μx及び局所分散画像σx 2とに基づいて、領域判定処理を実行し、領域判定結果としての画像を得る。すなわち、CPU61は、図11〜図13並びに式(3)及び式(14)を参照して説明したベイズ判定部22が行う処理を実行する。
In step S3, the CPU 61 executes region determination processing based on the prior probability P k (p), the local average image μ x, and the local variance image σ x 2 to obtain an image as a region determination result. That is, the CPU 61 executes processing performed by the
ステップS4では、CPU61は、ステップS3で得られた画像に対して、有効領域整形処理を実行する。すなわち、CPU61は、図4及び図13を参照して説明したモルフォロジカルクロージング部41が行う処理を実行する。 In step S4, the CPU 61 executes an effective area shaping process on the image obtained in step S3. That is, the CPU 61 executes processing performed by the morphological closing unit 41 described with reference to FIGS. 4 and 13.
ステップS5では、CPU61は、ステップS4で得られた画像に対して、特徴量抽出処理を実行し、特徴量である占有率(面積)ax及び離心率exを抽出する。すなわち、CPU61は、既に説明したブロブ解析部42が行う処理を実行する。 In step S5, the CPU 61 performs a feature amount extraction process on the image obtained in step S4, and extracts an occupancy (area) a x and an eccentricity e x that are feature amounts. That is, the CPU 61 executes the process performed by the blob analysis unit 42 already described.
ステップS6では、CPU61は、事前確率Pkと、占有率(面積)ax及び離心率exとに基づいて、効果判定処理を実行し、効果判定結果を出力する。すなわち、CPU61は、図16並びに式(3)及び式(15)を参照して説明したベイズ判定部43が行う処理を実行する。
In step S6, CPU 61 has a prior probability P k, on the basis of the occupation ratio (area) a x and eccentricity e x, executes the effect determination process, and outputs the effect determination result. That is, the CPU 61 executes processing performed by the
以上説明したように、本第2の実施形態によれば、本第1の実施の形態で得られる効果が得られる他、第3の従来例のような高価な酸化還元系発色試薬や装置を用いることなく、一般的なコンピュータ、又はマイクロコンピュータなどの装置を用いて、抗菌剤の抗菌効果を簡易かつ安価な構成で判定をすることができる。 As described above, according to the second embodiment, the effects obtained in the first embodiment can be obtained, and an expensive redox reagent or apparatus such as the third conventional example can be provided. Without using it, the antibacterial effect of the antibacterial agent can be determined with a simple and inexpensive configuration using a general computer or a microcomputer.
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and the design can be changed without departing from the scope of the present invention. Is included in the present invention.
例えば、第2の実施形態において、抗菌効果判定システム51の補助記憶部63に記憶されているプログラムは、CD−ROM、DVD−ROM等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムをコンピュータにインストールすることにより、上述の処理を実行する装置を構成することとしても良い。 For example, in the second embodiment, the program stored in the auxiliary storage unit 63 of the antibacterial effect determination system 51 is stored and distributed in a computer-readable recording medium such as a CD-ROM or DVD-ROM, An apparatus that executes the above-described processing may be configured by installing the program in a computer.
また、プログラムをインターネット等の通信ネットワーク上の所定のサーバ装置が有するディスク装置等に格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、コンピュータにダウンロード等するようにしても良い。また、プログラムは、通信ネットワークを介して転送しながら起動実行することとしても良い。さらに、プログラムは、全部又は一部をサーバ装置上で実行させ、その処理に関する情報を通信ネットワークを介して送受信しながら、上述の画像処理を実行することとしても良い。 Further, the program may be stored in a disk device or the like included in a predetermined server device on a communication network such as the Internet, and may be downloaded onto a computer by being superimposed on a carrier wave, for example. The program may be activated and executed while being transferred via a communication network. Furthermore, the program may be executed entirely or partially on the server device, and the above-described image processing may be executed while transmitting / receiving information related to the processing via a communication network.
また、上述の各実施の形態では、有効領域の形状のみに基づいて抗菌剤の抗菌効果を判定する例を示したが、これに限定されない。例えば、有効領域の透明度や有効領域の輪郭のにじみ具合を数値化し、これらの数値と有効領域の形状とに基づいて抗菌剤の抗菌効果を判定するように構成しても良い。このように構成すれば、より正確に判定することができる。 Moreover, in each above-mentioned embodiment, although the example which determines the antibacterial effect of an antibacterial agent based on only the shape of an effective area | region was shown, it is not limited to this. For example, the transparency of the effective area and the blurring degree of the outline of the effective area may be digitized, and the antibacterial effect of the antibacterial agent may be determined based on these values and the shape of the effective area. If comprised in this way, it can determine more correctly.
(i)透明度
試験菌が培養されたシャーレをデジタルカメラで撮影する際にシャーレを載置する台を無地黒色と仮定する。有効領域が判定された後、有効領域の平均輝度値μeを算出する。有効領域の輝度値が0〜1の値に正規化されていると仮定し、式(16)で表される透明度Tを算出する。無効領域では試験菌の繁殖により白濁が進むため、上記透明度Tの値は0に近づいていく。
T=1−μe …(16)
(I) Transparency When the petri dish on which the test bacteria are cultured is photographed with a digital camera, it is assumed that the stage on which the petri dish is placed is plain black. After the effective area is determined, the average luminance value μ e of the effective area is calculated. Assuming that the luminance value of the effective area is normalized to a value of 0 to 1, the transparency T expressed by the equation (16) is calculated. In the ineffective region, the white turbidity progresses due to the propagation of the test bacteria, so the value of the transparency T approaches 0.
T = 1-μ e (16)
(ii)輪郭のにじみ具合
有効領域の連結ブロブ解析により得られた有効領域の面積A及び離心率exを用いて、式(17)で表される輪郭のにじみ具合Bを定義する。
B=定数×ex/A …(17)
本実施の形態では、有効領域の形状は円形を基本としているので、にじみが生じると形状が円形から歪むため、にじみ具合Bは大きな値となる。また、にじみにより有効領域の面積Aが小さくなってもにじみ具合Bは大きな値となる。
(Ii) the contour blurring of using the area A and the eccentricity e x of the effective area obtained by connecting blob analysis of degree effective area defines a degree B blurring of outline of the formula (17).
B = constant × e x / A (17)
In the present embodiment, since the shape of the effective area is basically a circle, the shape is distorted from the circle when the blur occurs, so the blur condition B has a large value. Further, even if the area A of the effective area is reduced due to the blur, the blur condition B is a large value.
1…抗菌効果判定システム、2…領域判定部、3…効果判定部、21…特徴抽出部、22…ベイズ判定部、221 …ベータ分布最尤推定部、222…ガンマ分布最尤推定部、23…ランダム抽出部、31…グレースケール化部、32…ヒストグラム均等化部、33…離散ハール・ウェーブレット変換部、34…離散ハール・ウェーブレット逆変換部、35…減算部、36…2乗部、37…平均フィルタ、41…モルフォロジカルクロージング部、42…ブロブ解析部、43…ベイズ判定部、431,432…ベータ分布最尤推定部、51…抗菌効果判定システム、61…CPU、62…主記憶部、63…補助記憶部、64…表示部、65…入力部、66…インターフェイス部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記画像の局所領域の明るさの特徴量である局所平均画像と、前記画像の局所的平坦度の特徴量である局所分散画像とを前記画像から抽出する特徴抽出部と、第1の事前確率と、前記局所平均画像及び前記局所分散画像とに基づいて、前記画像の画素ごとに、前記抗菌剤の抗菌効果を判定するために有効な有効領域と無効な無効領域とをベイズ推定によって判定し、前記有効領域と前記無効領域とからなる二値画像を出力する第1のベイズ判定部とを有する領域判定部と、
前記二値画像をブロブ解析して前記有効領域を連結した最大面積を有するブロブを形成し、前記ブロブの前記画像における占有率と、前記ブロブの離心率とを求めるブロブ解析部と、第2の事前確率と、前記占有率及び前記離心率とに基づいて、前記画像の有効領域の形状をベイズ推定によって判定する第2のベイズ判定部とを有する効果判定部と
を具備することを特徴とする抗菌効果判定システム。 An antibacterial effect determination system for determining an antibacterial effect of the antibacterial agent based on an image obtained by photographing the surface of the medium after cultivating the bacteria, leaving the antibacterial agent on the surface of the medium smeared with bacteria,
A feature extraction unit that extracts from the image a local average image that is a feature value of brightness of a local region of the image and a local dispersion image that is a feature value of local flatness of the image; and a first prior probability And, based on the local average image and the local variance image, for each pixel of the image, a valid area and an invalid invalid area for determining the antibacterial effect of the antibacterial agent are determined by Bayesian estimation. An area determination unit having a first Bayes determination unit that outputs a binary image composed of the effective area and the invalid area;
Blob analysis of the binary image to form a blob having a maximum area connecting the effective areas, and a blob analysis unit for obtaining an occupancy rate of the blob in the image and an eccentricity rate of the blob; An effect determination unit including a second Bayes determination unit that determines the shape of the effective area of the image by Bayes estimation based on the prior probability, the occupation rate, and the eccentricity. Antibacterial effect judgment system.
前記画像を離散ハール・ウェーブレット変換する離散ハール・ウェーブレット変換部と、
前記離散ハール・ウェーブレット変換部の出力低周波画像を離散ハール・ウェーブレット逆変換して前記局所平均画像を出力する離散ハール・ウェーブレット逆変換部と、
前記画像から前記離散ハール・ウェーブレット逆変換部の出力画像を減算する減算部と、
前記減算部の出力画像を2乗する2乗部と、
前記2乗部の出力画像の局所的な平均値を算出して前記局所分散画像を出力する平均フィルタと
を含むことを特徴とする請求項1に記載の抗菌効果判定システム。 The feature extraction unit includes:
A discrete Haar wavelet transform unit for transforming the image into a discrete Haar wavelet transform;
A discrete Haar wavelet inverse transform unit that performs discrete Haar wavelet inverse transform on the output low-frequency image of the discrete Haar wavelet transform unit and outputs the local average image;
A subtractor that subtracts the output image of the discrete Haar wavelet inverse transform unit from the image;
A squaring unit that squares the output image of the subtraction unit;
The antibacterial effect determination system according to claim 1, further comprising: an average filter that calculates a local average value of the output image of the square part and outputs the local dispersion image.
前記画像の局所領域の明るさの特徴量である局所平均画像と、前記画像の局所的平坦度の特徴量である局所分散画像とを前記画像から抽出する第1のステップと、
第1の事前確率と、前記局所平均画像及び前記局所分散画像とに基づいて、前記画像の画素ごとに、前記抗菌剤の抗菌効果を判定するために有効な有効領域と無効な無効領域とをベイズ推定によって判定し、前記有効領域と前記無効領域とからなる二値画像を出力する第2のステップと、
前記二値画像をブロブ解析して前記有効領域を連結した最大面積を有するブロブを形成し、前記ブロブの前記画像における占有率と、前記ブロブの離心率とを求める第3のステップと、
第2の事前確率と、前記占有率及び前記離心率とに基づいて、前記画像の有効領域の形状をベイズ推定によって判定する第4のステップと
を有することを特徴とする抗菌効果判定方法。 An antibacterial effect determination method for determining an antibacterial effect of the antibacterial agent based on an image obtained by photographing the surface of the medium after culturing the bacteria, leaving the antibacterial agent on the surface of the medium smeared with bacteria,
A first step of extracting, from the image, a local average image that is a feature amount of brightness of a local region of the image and a local dispersion image that is a feature amount of local flatness of the image;
Based on the first prior probability and the local average image and the local dispersion image, an effective area and an invalid invalid area that are effective for determining the antibacterial effect of the antibacterial agent for each pixel of the image. A second step of determining by Bayesian estimation and outputting a binary image composed of the effective area and the invalid area;
Blob analysis of the binary image to form a blob having a maximum area concatenating the effective areas, and determining a occupancy ratio of the blob in the image and an eccentricity ratio of the blob;
An antibacterial effect determination method comprising: a fourth step of determining a shape of an effective area of the image by Bayes estimation based on a second prior probability and the occupation ratio and the eccentricity.
前記画像を離散ハール・ウェーブレット変換する第1のサブステップと、
前記離散ハール・ウェーブレット変換された低周波画像を離散ハール・ウェーブレット逆変換して前記局所平均画像を出力する第2のサブステップと、
前記画像から前記離散ハール・ウェーブレット逆変換された画像を減算する第3のサブステップと、
前記減算結果の画像を2乗する第4のサブステップと、
前記2乗された画像の局所的な平均値を算出して前記局所分散画像を出力する第5のサブステップと
を含むことを特徴とする請求項4に記載の抗菌効果判定方法。 The first step includes
A first sub-step of discrete Haar wavelet transform of the image;
A second sub-step of performing discrete Haar wavelet inverse transform on the discrete Haar wavelet transformed low frequency image and outputting the local average image;
A third sub-step of subtracting the discrete Haar wavelet inverse transformed image from the image;
A fourth sub-step of squaring the image of the subtraction result;
The method according to claim 4, further comprising: a fifth substep of calculating a local average value of the squared image and outputting the local dispersion image.
前記画像の局所領域の明るさの特徴量である局所平均画像と、前記画像の局所的平坦度の特徴量である局所分散画像とを前記画像から抽出する第1のステップと、
第1の事前確率と、前記局所平均画像及び前記局所分散画像とに基づいて、前記画像の画素ごとに、前記抗菌剤の抗菌効果を判定するために有効な有効領域と無効な無効領域とをベイズ推定によって判定し、前記有効領域と前記無効領域とからなる二値画像を出力する第2のステップと、
前記二値画像をブロブ解析して前記有効領域を連結した最大面積を有するブロブを形成し、前記ブロブの前記画像における占有率と、前記ブロブの離心率とを求める第3のステップと、
第2の事前確率と、前記占有率及び前記離心率とに基づいて、前記画像の有効領域の形状をベイズ推定によって判定する第4のステップと
をコンピュータに実行させることを特徴とする抗菌効果判定プログラム。 An antibacterial effect determination program for determining an antibacterial effect of the antibacterial agent based on an image obtained by photographing the surface of the medium after cultivating the bacteria, leaving the antibacterial agent on the surface of the medium smeared with bacteria,
A first step of extracting, from the image, a local average image that is a feature amount of brightness of a local region of the image and a local dispersion image that is a feature amount of local flatness of the image;
Based on the first prior probability and the local average image and the local dispersion image, an effective area and an invalid invalid area that are effective for determining the antibacterial effect of the antibacterial agent for each pixel of the image. A second step of determining by Bayesian estimation and outputting a binary image composed of the effective area and the invalid area;
Blob analysis of the binary image to form a blob having a maximum area concatenating the effective areas, and determining a occupancy ratio of the blob in the image and an eccentricity ratio of the blob;
Antibacterial effect determination characterized by causing a computer to execute a fourth step of determining, by Bayesian estimation, the shape of the effective area of the image based on the second prior probability and the occupancy rate and the eccentricity rate program.
前記画像を離散ハール・ウェーブレット変換する第1のサブステップと、
前記離散ハール・ウェーブレット変換された低周波画像を離散ハール・ウェーブレット逆変換して前記局所平均画像を出力する第2のサブステップと、
前記画像から前記離散ハール・ウェーブレット逆変換された画像を減算する第3のサブステップと、
前記減算結果の画像を2乗する第4のサブステップと、
前記2乗された画像の局所的な平均値を算出して前記局所分散画像を出力する第5のサブステップと
を含むことを特徴とする請求項7に記載の抗菌効果判定プログラム。 The first step includes
A first sub-step of discrete Haar wavelet transform of the image;
A second sub-step of performing discrete Haar wavelet inverse transform on the discrete Haar wavelet transformed low frequency image and outputting the local average image;
A third sub-step of subtracting the discrete Haar wavelet inverse transformed image from the image;
A fourth sub-step of squaring the image of the subtraction result;
The antibacterial effect determination program according to claim 7, further comprising: a fifth sub-step of calculating a local average value of the squared image and outputting the local dispersion image.
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