JP7025124B2

JP7025124B2 - 画像処理方法および画像処理装置

Info

Publication number: JP7025124B2
Application number: JP2017058512A
Authority: JP
Inventors: 拓矢安田
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2037-03-24
Also published as: JP2018160216A

Description

本発明は、対象物を解析する解析領域、および、前記解析領域の周囲を撮像して得られる画像データから、前記解析領域のエッジを検出する画像処理方法および画像処理装置に関する。

細胞の解析には、ウェルプレートまたはマイクロプレートと呼ばれる、複数のウェル（窪み）が設けられた平板状の器具が用いられる。解析対象物の細胞は、複数のウェル内に、培養液とともに保持される。そして、カメラで、細胞を撮像して、解析が行われる。カメラでの撮像の際、ウェルと、その周囲とが撮像される。このため、画像処理で、細胞の解析範囲となるウェル壁の境界を、精度良く検出する必要がある。

特許文献１には、マイクロプレートの試験ウェル壁境界を識別する方法が開示されている。特許文献１に記載の方法は、マイクロプレートの画像から、試験ウェルの壁境界の特徴を検出する。そして、壁境界の特徴を使用して、壁境界の候補エッジ画像を生成する。その候補エッジ画像を解析して、試験ウェルの外周境界の空間的位置を計算し、その情報を使用して内周境界を決定する。この内周境界を、試験ウェル領域とする。

特許第５９２０９９４号

特許文献１では、ウェル内には培養液等の液体が保持されているため、表面張力により、液体の表面に凹状のメニスカスが形成される。この場合、液体の表面において光が屈折し、試験ウェルの外周境界を正確に検出できないことがある。その結果、試験ウェルの外周境界の空間的位置から、試験ウェルの内周境界を決定する特許文献１では、試験ウェルの内周境界を正確に検出できない。そして、試験ウェルの内周境界を検出できないと、誤った解析領域で細胞を解析し、精度の良い解析結果が得られないおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、解析領域を精度よく検出する画像処理方法および画像処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本願の第１発明は、対象物を解析する解析領域、および、前記解析領域の周囲を撮像して得られる画像データから、前記解析領域のエッジを検出する画像処理方法であって、ａ）前記画像データから、前記解析領域のエッジ座標群を抽出する工程と、ｂ）前記工程ａ）で、複数のエッジ座標群が抽出された場合、前記複数のエッジ座標群それぞれに対して、前記解析領域のエッジ候補を生成する工程と、ｃ）前記工程ｂ）で生成したエッジ候補から、予め決められた基準値を満たすエッジ候補を選択する工程と、ｄ）前記工程ｃ）で、複数のエッジ候補が選択された場合、相対評価で、前記複数のエッジ候補の中から、前記解析領域のエッジを決定する工程と、を含み、前記工程ｃ）は、ｃ１）前記工程ｂ）で生成したエッジ候補それぞれに対して、前記エッジ候補を特定するエッジ座標の欠落数を検出する工程と、ｃ２）前記工程ｂ）で生成したエッジ候補それぞれに対して、前記エッジ座標が連続して欠落している欠落範囲を検出する工程と、ｃ３）検出された前記欠落数と、検出された前記欠落範囲とから、選択用指標を算出する工程と、ｃ４）算出された前記選択用指標が第２許容値以上のエッジ候補を選択する工程と、を含む。

本願の第２発明は、第１発明の画像処理方法であって、前記工程ｂ）は、前記複数のエッジ座標群それぞれに対して、多項式近似によるエッジ候補を生成する。

本願の第３発明は、第２発明の画像処理方法であって、前記工程ｃ）は、前記エッジ候補からの距離が第１許容値以下であるエッジ座標を、所定数以上有するエッジ座標群から生成されたエッジ候補を、選択する。

本願の第４発明は、第１発明から第３発明までの画像処理方法であって、前記工程ｃ）は、前記工程ｂ）で生成したエッジ候補それぞれと、前記エッジ候補の近隣エッジ座標との距離の統計量を算出し、算出した統計量に基づいて、エッジ候補を選択する。

本願の第５発明は、第１発明から第４発明までの画像処理方法であって、前記解析領域は円形であり、ｅ）予め記憶された、前記解析領域の理想径を取得する工程をさらに含み、前記工程ｃ）は、前記工程ｂ）で生成したエッジ候補から、前記理想径の第１許容範囲内にある径を有するエッジ候補を選択する。

本願の第６発明は、第５発明の画像処理方法であって、前記工程ｃ）は、前記工程ｂ）で生成したエッジ候補のうち、中心座標が、所定の中心座標から第２許容範囲内にあるエッジ候補を、選択する。

本願の第７発明は、第５発明または第６発明の画像処理方法であって、前記工程ｄ）は、前記複数のエッジ候補の中から、最小の径を有するエッジ候補を、前記解析領域のエッジに決定する。

本願の第８発明は、第５発明から第７発明までのいずれか１発明の画像処理方法であって、前記工程ｄ）は、前記複数のエッジ候補それぞれの中心座標の中から、所定範囲外に位置する中心座標を検出し、前記複数のエッジ候補の中から、前記所定範囲外に位置する中心座標を有するエッジ候補を除外して、前記解析領域のエッジを決定する。

本願の第９発明は、第１発明から第８発明までのいずれか１発明の画像処理方法であって、前記工程ｄ）は、前記工程ｂ）で生成したエッジ候補それぞれからスコア値を算出し、算出した前記スコア値に基づいて、前記解析領域のエッジを決定する。

本願の第１発明～第９発明によれば、光の屈折またはゴミ等の影響により、エッジ座標群が複数検出されて、複数のエッジ候補が生成される場合であっても、基準値と相対評価とにより絞り込むことで、解析領域のエッジの決定を精度よく行える。また、解析領域のエッジを把握することで、精度良く対象物の解析を行える。また、解析領域のエッジを決定する際の信頼性が向上する。

特に、本願の第２発明によれば、ロバスト性の高いエッジ検出が可能となる。

特に、本願の第６発明によれば、複数のエッジ候補のなかで、中心座標が、所定の中心座標から極端にずれたものを排除することで、解析領域のエッジを決定する際の信頼性が向上する。

特に、本願の第８発明によれば、複数のエッジ候補のなかで、他のエッジ候補と中心座標が極端にずれたものを排除することで、解析領域のエッジを決定する際の信頼性が向上する。

撮像装置にセットされるウェルプレートの一例を示す斜視図である。撮像装置の構成を示した図である。制御部と、撮像装置内の各部との接続を示したブロック図である。エッジ検出処理のフローチャートを示す図である。エッジ特徴情報を説明するためのイメージ図である。エッジ特徴情報に基づく選択を説明するためのイメージ図である。エッジ特徴情報に基づいて選択されたエッジ座標群を説明するためのイメージ図である。多項式近似を用いて生成するエッジ候補のイメージ図である絶対指標を用いて選択したエッジ候補のイメージ図である。相対評価を行って決定したエッジ候補のイメージ図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。以下では、本発明の「画像処理装置」は、セットされたウェルプレートを撮像する撮像装置として説明する。そして、その撮像装置において、本発明の「画像処理方法」が実行されるものとして説明する。

＜１．撮像装置の構成＞
図１は、撮像装置１にセットされるウェルプレート９の一例を示す斜視図である。

ウェルプレート９は、複数のウェル９１を有する略板状の試料容器である。ウェルプレート９の材料には、例えば、光を透過する透明な樹脂が使用される。ウェルプレート９の上面には、複数のウェル９１が規則的に配列されている。ウェル９１は、培養液９２とともに、解析対象物となる複数の細胞９３を保持する。ウェル９１の内側は、細胞９３を解析する解析領域である。本実施形態では、上面視におけるウェル９１の形状は、円形として説明する。ただし、ウェル９１の形状は、矩形等の他の形状であってもよい。

図２は、本実施形態に係る撮像装置１の構成を示した図である。

撮像装置１は、ウェルプレート９内の複数の細胞９３を、カメラ４０の焦点位置を変化させつつ複数回撮影して、細胞９３の画像データを生成する装置である。撮像装置１は、例えば、医薬品の研究開発分野において、医薬品の候補となる化合物を絞り込むスクリーニング工程に、使用される。スクリーニング工程の担当者は、ウェルプレート９の複数のウェル９１に、濃度や組成の異なる化合物を添加する。そして、撮像装置１において、ウェルプレート９の各ウェル９１内の細胞９３の画像データを取得する。その後、得られた画像データに基づいて、細胞９３の培養状態を比較・分析することにより、培養液９２に添加された化合物の効用を検証する。

ただし、撮像装置１は、ＩＰＳ細胞またはＥＳ細胞等の多能性幹細胞の研究・開発において、細胞の分化などを観察するために用いられてもよい。

撮像装置１は、ステージ１０、投光部２０、投光部移動機構３０、カメラ４０、カメラ移動機構５０、および制御部６０を備えている。

ステージ１０は、ウェルプレート９を保持する載置台である。撮像装置１内におけるステージ１０の位置は、少なくとも撮影時には固定される。ステージ１０の中央には、上下に貫通する矩形の開口部１１が設けられている。また、ステージ１０は、開口部１１の縁に、環状の支持面１２を有する。ウェルプレート９は、開口部１１に嵌め込まれるとともに、支持面１２によって水平に支持される。したがって、各ウェル９１の上部および下部は、ステージ１０に塞がれることなく露出する。

投光部２０は、ステージ１０に保持されたウェルプレート９の上方に配置されている。投光部２０は、ＬＥＤ等の光源を有する。撮影時には、投光部２０内の光源が発光する。これにより、投光部２０から下方へ向けて、光が照射される。なお、投光部２０は、カメラ４０とは反対側からウェルプレート９に向けて、光を照射するものであればよい。したがって、投光部２０の光源自体は、ウェルプレート９の上方から外れた位置に配置され、ミラー等の光学系を介して、ウェルプレート９に光が照射される構成であってもよい。

投光部移動機構３０は、ステージ１０に保持されたウェルプレート９の上面に沿って、投光部２０を水平に移動させる機構である。投光部移動機構３０には、例えば、モータの回転運動を、ボールねじを介して直進運動に変換する機構が用いられる。撮像装置１は、投光部移動機構３０を動作させることにより、各ウェル９１の上方位置に、投光部２０を配置することができる。なお、図２では、投光部２０の移動方向として、矢印Ａ１の１方向のみが示されている。しかしながら、投光部移動機構３０は、投光部２０を、ウェルプレート９の上面に沿って２方向（図２中の左右方向および奥行き方向）に移動させるものであってもよい。

カメラ４０は、ステージ１０に保持されたウェルプレート９の下方に配置されている。カメラ４０は、レンズ等の光学系と、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の撮像素子とを有する。撮影時には、投光部２０からウェルプレート９の一部分へ向けて光を照射しつつ、カメラ４０が、ウェルプレート９の当該一部分を撮影する。これにより、ウェルプレート９内の細胞９３の画像を、デジタルデータとして取得することができる。取得された撮影画像は、カメラ４０から制御部６０へ入力される。

カメラ移動機構５０は、カメラ４０の姿勢を維持しつつ、カメラ４０の高さおよび水平方向の位置を変化させる機構である。カメラ移動機構５０は、昇降移動機構５１と水平移動機構５２とを有する。

昇降移動機構５１は、カメラ４０を上下に移動させて、カメラ４０の高さを変化させる。これにより、ステージ１０に保持されたウェルプレート９とカメラ４０との距離（すなわち、細胞９３とカメラ４０との間の撮影距離）が変化する。この結果、カメラ４０の焦点位置を、光軸に沿って上下に移動させることができる。

水平移動機構５２は、カメラ４０および昇降移動機構５１を、一体として水平に移動させる。撮像装置１は、水平移動機構５２を動作させることにより、各ウェル９１の下方位置に、カメラ４０を配置することができる。なお、図２では、水平移動機構５２によるカメラ４０の移動方向として、矢印Ａ２の１方向のみが示されている。しかしながら、カメラ移動機構５０は、カメラ４０を、ウェルプレート９の下面に沿って２方向（図２中の左右方向および奥行き方向）に移動させるものであってもよい。

なお、上述した投光部移動機構３０と、水平移動機構５２とは、同期駆動される。これにより、投光部２０とカメラ４０とは、上面視において、常に同じ位置に配置される。すなわち、投光部２０とカメラ４０とは、同じ向きに同じ距離だけ移動し、あるウェル９１の下方位置にカメラ４０が配置されたときには、必ず、そのウェル９１の上方位置に投光部２０が配置される。

制御部６０は、例えば、コンピュータにより構成される。制御部６０は、撮像装置１内の各部を動作制御する機能と、カメラ４０で撮像されて得られる画像データを画像処理する機能と、を有する。図３は、制御部６０と、撮像装置１内の各部との接続を示したブロック図である。図３中に概念的に示したように、制御部６０は、ＣＰＵ等のプロセッサ６１、ＲＡＭ等のメモリ６２、およびハードディスクドライブ等の記憶部６３を有する。記憶部６３内には、撮像装置１内の各部を動作制御するためのプログラムＰ１と、画像データを画像処理するプログラムＰ２と、が記憶されている。

また、制御部６０は、上述した投光部２０、投光部移動機構３０、カメラ４０、昇降移動機構５１、および水平移動機構５２と、それぞれ通信可能に接続されている。制御部６０は、プログラムＰ１に従って、上記の各部を動作制御する。これにより、ウェルプレート９の各ウェル９１に保持された細胞９３の撮影処理が進行する。また、制御部６０は、カメラ４０から入力された画像データを、プログラムＰ２に従って処理することにより、ウェル９１のエッジを検出し、また、ウェル９１内の細胞９３の画像データを取得する。ウェル９１のエッジとは、ウェルプレート９における、ウェル９１の内壁と、その周囲との境界である。

＜２．画像処理について＞
ウェルプレート９を撮像する際、ウェル９１と、その周囲とが撮像される。このため、ウェル９１内の細胞９３の画像データを取得する場合には、まず、ウェルプレート９における、ウェル９１のエッジを検出する必要がある。撮像装置１は、ウェルプレート９を撮像して得られる画像データから、各ウェル９１のエッジを検出する処理（以下、「エッジ検出処理」と称す。）を行う。以下、エッジ検出処理について説明する。

図４は、エッジ検出処理のフローチャートを示す図である。以下、このフローチャートを参照しつつ、説明する。

制御部６０は、ウェルプレート９を、カメラ４０で撮像する（ステップＳ１）。次に、制御部６０は、撮像して得られる画像データから、一のウェル９１に対するエッジ情報を抽出する（ステップＳ２）。エッジ情報は、ウェル９１のエッジを特定するための画素情報である。したがって、一のウェル９１に対しては、本来、一のエッジ情報が抽出されるべきである。しかしながら、ステップＳ２の処理では、光の屈折または細胞９３などの影響により、ウェル９１のエッジとは無関係な画素が、エッジ情報として抽出されることがある。複数のエッジ情報が抽出されると、一のウェル９１に対して、正確なエッジを検出することが困難となる。そこで、以下の処理で、複数のエッジ情報を所定の条件を満たすエッジ情報に絞り込み、それに、ウェル９１のエッジを決定する処理を行う。

エッジ情報は、エッジ座標群と、エッジ特徴情報とを含む。エッジ座標群は、画像データの各画素の輝度の変化から抽出される座標データの集まりである。このエッジ座標の検出には、既知のエッジ検出処理が用いられる。エッジ特徴情報は、エッジ座標群により特定されるエッジの特徴を表す情報である。エッジ特徴情報は、エッジ座標群により特定されるエッジの方向、エッジの強度、エッジの構成画素数、ならびに、エッジの最大輝度および最小輝度、を有する。ただし、エッジ特徴情報は、前記のすべてを有していてもよいし、いずれか一つ、または複数を有していてもよい。

図５は、エッジ特徴情報を説明するためのイメージ図である。図５には、カメラ４０でウェル９１を撮像して得られた画像データの一部を示す。この図において、画素の輝度を、濃度で表している。つまり、黒に近くなるにつれ、その画素の輝度は低くなることを示す。

エッジの方向は、エッジ座標により特定されるエッジの方向である。図５では、エッジの方向は、白抜き矢印で示す。このエッジの方向は、エッジ座標により特定される画素（以下、「注目画素」と称す）から、輝度が大きくなる画素に向かう方向である。例えば、制御部６０は、注目画素と、その周囲の画素との輝度の差分をそれぞれ算出し、その中から、差分が大きい方向を、エッジの方向として検出する。

エッジ強度は、エッジを構成する最大輝度と、最小輝度との差分である。図５では、エッジ強度は、白抜き矢印の太さで示す。ただし、エッジ強度は、注目画素の輝度としてもよいし、注目画素の輝度と、その周囲の画素の輝度との差分としてもよい。

エッジの構成画素数は、注目画素から、前記エッジの方向において、輝度の変化が連続する画素の数である。図５では、エッジの構成画素数は、白抜き矢印の長さで示す。

エッジの最大輝度および最小輝度は、エッジの構成画素内の最大輝度と、最小輝度とである。

図４に戻り、制御部６０は、既知の理想径Ｄを用いて、エッジ座標群の中からエッジ座標を抽出する処理を、エッジ情報のエッジ座標群それぞれに対し行う（ステップＳ３）。記憶部６３には、予め、中心座標Ｘと理想径Ｄとが、記憶されている。中心座標Ｘは、例えば、画像データ内のウェル９１の、予想される任意の中心座標である。理想径Ｄは、撮像装置１にセットされるウェルプレート９の設計上のウェル径（所謂、カタログ値）である。以下、ステップＳ２で抽出したエッジ情報のエッジ座標群は、「第１エッジ座標群Ｅ１」と称す。

制御部６０は、第１エッジ座標群Ｅ１の一のエッジ座標と、中心座標Ｘとの距離Ｄｗを算出する。そして、制御部６０は、距離Ｄｗと理想径Ｄとの差分が、許容範囲内であるかを判定する。許容範囲内である場合、制御部６０は、そのエッジ座標を、第１エッジ座標群Ｅ１から抽出する。許容範囲を超える場合、そのエッジ座標は、中心座標Ｘとの距離Ｄｗが、理想径Ｄに所定の許容値を加えた距離よりも離れすぎていると判定され、制御部６０は、そのエッジ座標を、処理対象から除外する。制御部６０は、前記処理を、第１エッジ座標群Ｅ１の各エッジ座標に対して行う。制御部６０は、第１エッジ座標群Ｅ１から、抽出されたエッジ座標を、第２エッジ座標群Ｅ２として記憶する。つまり、このステップＳ３は、エッジ座標群Ｅに含まれる、ウェル９１のエッジを特定する情報とは、明らかに関係のない情報を排除する処理である。

制御部６０は、第２エッジ座標群Ｅ２を生成する処理を、エッジ情報に含まれるエッジ座標群Ｅすべてについて行う。なお、制御部６０は、生成した第２エッジ座標群Ｅ２を記憶する際、それに対応づけて、ステップＳ２で抽出したエッジ特徴情報も記憶する。

次に、制御部６０は、ステップＳ３で生成した第２エッジ座標群Ｅ２から、エッジ特徴情報に基づく、エッジ座標群の選択処理を行う（ステップＳ４）。

図６は、エッジ特徴情報に基づく選択を説明するためのイメージ図である。ただし、図６では、図５で示した画像データの図示を省略し、エッジ特徴情報のみを図示している。

ステップＳ４の処理では、例えば、制御部６０は、第２エッジ座標群Ｅ２に対応するエッジ特徴情報に含まれる各エッジ強度が、閾値以上である場合、その第２エッジ座標群Ｅ２を選択する。ここで、制御部６０は、エッジ特徴情報に含まれる全てのエッジ強度が閾値以上である場合に、対応する第２エッジ座標群Ｅ２を選択するようにしてもよい。また、制御部６０は、エッジ特徴情報に含まれるエッジ強度の情報数と、閾値以上となるエッジ強度の情報数との割合に応じて、対応する第２エッジ座標群Ｅ２を選択するようにしてもよい。また、閾値は、カメラ４０の解像度または撮像環境などによって、適宜変更される。

図６の場合、曲線Ｍ１で示すエッジ座標群に対応するエッジ強度は、すべて閾値未満であるとして、制御部６０は、そのエッジ座標群を、選択から除外する。

また、制御部６０は、第２エッジ座標群Ｅ２に対応するエッジ特徴情報に含まれる各エッジの方向が、中心座標Ｘから注目画素へ向かう方向（図中の破線矢印）と一致する場合、その第２エッジ座標群Ｅ２を選択する。中心座標Ｘは、前記のように、画像データ内のウェル９１の、予想される任意の中心座標である。

図６の場合、曲線Ｍ２で示すエッジ座標群に対応するエッジの方向は、中心座標Ｘから注目画素へ向かう方向と一致しないものが多数ある。このため、制御部６０は、その第２エッジ座標群Ｅ２を、選択から除外する。ここで、制御部６０は、エッジの方向が、中心座標Ｘから注目画素へ向かう方向とずれるものが一つでもあれば、対応する第２エッジ座標群Ｅ２を選択から除外してもよいし、ずれる数の割合に応じて、第２エッジ座標群Ｅ２を選択から除外してもよい。

なお、制御部６０は、エッジの方向にばらつきがなくても、各エッジの方向が、互いに反対方向に向く場合には、そのエッジ座標群を、選択から除外する。例えば、図示しないが、エッジ特徴情報の、一のエッジの方向が、注目画素から中心座標Ｘに向かう矢印で表され、他のエッジの方向が、中心座標Ｘから注目画素に向かう矢印で表される場合、制御部６０は、このエッジ座標群を、選択から除外する。

また、制御部６０は、エッジの構成画素数のばらつき、エッジの最大輝度および最小輝度のばらつきがある場合には、対応するエッジ座標群を、選択から除外するようにしてもよい。

このように、エッジ特徴情報を用いて、第２エッジ座標群Ｅ２を選択することで、ウェル９１内のゴミまたは細胞９３などに起因する外乱要素を含むエッジ座標（例えば、図６の曲線Ｍ１で示すエッジ座標群）が抽出されても、それらを排除できる。

なお、以下では、ステップＳ４で、第２エッジ座標群Ｅ２から選択されたエッジ座標群を、「第３エッジ座標群Ｅ３」と称す。

図７は、エッジ特徴情報に基づいて選択された第３エッジ座標群Ｅ３を説明するためのイメージ図である。この図７では、白抜き矢印で示すエッジ特徴情報に対応するエッジ座標群と、黒矢印で示すエッジ特徴情報に対応するエッジ座標群とが、選択された例を示す。

図４に戻り、制御部６０は、ステップＳ４で選択された第３エッジ座標群Ｅ３に対して、最小二乗法による多項式近似を用いて、ウェル９１のエッジ候補を生成する（ステップＳ５）。つまり、生成されるエッジ候補は、第３エッジ座標群Ｅ３のエッジ座標の近似曲線である。なお、ウェル９１の形状は円形であるため、そのエッジ候補も円形である。例えば、ウェル９１の中心座標（ａ，ｂ）、半径ｒで表すと、第３エッジ座標群Ｅ３の各エッジ座標、および、(ｘ－ａ)²＋(ｙ－ｂ)²＝ｒ²の多項式を用いて、係数ａ，ｂ，ｒを算出する。

制御部６０は、中心座標Ｘを、想定される位置ズレ量分だけ移動させつつ、前記のステップＳ３からステップＳ５の処理を繰り返す。

図８は、多項式近似を用いて生成するエッジ候補のイメージ図である。本実施態では、ステップＳ２～ステップＳ５の処理の結果、複数のエッジ候補が生成されたものとする。図８では、エッジ候補（Ａ）、エッジ候補（Ｂ）、エッジ候補（Ｃ）、エッジ候補（Ｄ）、エッジ候補（Ｅ）およびエッジ候補（Ｆ）が生成された場合を示す。

図４に戻り、制御部６０は、絶対指標である基準値を用いて、ステップＳ４で生成した複数のエッジ候補（Ａ）～（Ｆ）の中から、基準値を満たすエッジ候補を選択する（ステップＳ６）。以下に、絶対指標の例について説明する。

（絶対指標の第１の例）
第１の例では、エッジ候補と、その近隣エッジ座標との距離の統計量を、絶対指標とする。詳しくは、第３エッジ座標群Ｅ３のエッジ座標と、その第３エッジ座標群Ｅ３を近似して生成されたエッジ候補との距離の許容値（第１許容値）を、絶対指標とする。近似したエッジ候補から極端に外れたエッジ座標が多いと、その第３エッジ座標群Ｅ３の信頼性は低い。そこで、制御部６０は、第３エッジ座標群Ｅ３のエッジ座標それぞれと、その第３エッジ座標群Ｅ３を近似して生成されたエッジ候補との距離を算出する。そして、算出距離が許容値以下となるエッジ座標の数が、ウェルの理想径から算出される理想エッジ数の１／２または１／３以上である場合に、制御部６０は、算出に用いたエッジ候補を、基準値を満たすエッジ候補として選択する。ただし、「１／２」および「１／３」の数値は一例であり、これに限定されない。

（絶対指標の第２の例）
第２の例では、各エッジ候補を構成するエッジ情報から算出される選択用指標の許容値を、絶対指標とする。ここで、選択用指標の算出について説明する。

前記のように、エッジ候補は、複数のエッジ座標から生成される近似曲線である。このため、エッジ座標を抽出できない場合に、エッジ候補を構成するエッジ情報には、図８に示すように、欠落している部分が存在する。制御部６０は、有効な画素数Ｎ１を測定する。また、制御部６０は、理想径Ｄからエッジ候補の円周の長さを算出し、円周の長さから、エッジ候補の円周上の全画素数Ｎ２を推定する。そして、制御部６０は、推定した全画素数Ｎ２に対する、有効な画素数Ｎ１の割合（Ｎ１／Ｎ２）を算出する。

さらに、制御部６０は、エッジ候補の円周を、例えば８等分割する。その分割された円周上において、連続する有効な画素の数Ｎ３を測定する。制御部６０は、前記のように推定された全画素数Ｎ２から、分割された円周上の画素数Ｎ４を算出する。そして、制御部６０は、画素数Ｎ４に対する、連続する有効な画素数Ｎ３の割合（Ｎ３／Ｎ４）を算出する。制御部６０は、分割されたエッジ候補の円周それぞれに対して割合（Ｎ３／Ｎ４）を算出し、その中から最も低いものを選択する。

そして、制御部６０は、算出した割合（Ｎ１／Ｎ２）と、選択した（Ｎ３／Ｎ４）とを乗算した（Ｎ１・Ｎ３）／（Ｎ２・Ｎ４）を、選択用指標とする。

制御部６０は、算出した選択用指標が許容値（第２許容値）以上である場合に、算出に用いたエッジ候補を、基準値を満たすエッジ候補として選択する。有効な画素数が少ないエッジ情報から生成されるエッジ候補の信頼性は低い。つまり、この例では、信頼性が低いエッジ候補を除外できる。

（絶対指標の第３の例）
第３の例では、エッジ候補の径とウェル９１の理想径Ｄとの差分の許容範囲（第１許容範囲）値を、絶対指標とする。前記のように理想径Ｄは、ウェル９１のカタログ値である。その理想径Ｄから、エッジ候補の径が極端に異なる場合、そのエッジ候補の信頼性は低い。そこで、制御部６０は、エッジ候補の径とウェル９１の理想径Ｄとの差分を算出する。この差分が許容範囲内である場合には、制御部６０は、算出に用いたエッジ候補を、基準値を満たすエッジ候補として選択する。

（絶対指標の第４の例）
第４の例では、エッジ候補の中心座標と、予め設定された中心座標Ｘとのズレ量の許容範囲（第２許容範囲内）値を、絶対指標とする。エッジ候補の中心座標と、予想されるウェル９１の中心座標Ｘとのずれが大きいと、そのエッジ候補の信頼性は低い。そこで、制御部６０は、エッジ候補の中心座標と、中心座標Ｘとのズレ量を算出する。算出したズレ量が許容範囲内である場合には、制御部６０は、算出に用いたエッジ候補を、基準値を満たすエッジ候補として選択する。

制御部６０は、前記の第１～第４の例で示した絶対指標の少なくとも一つを用いて、複数のエッジ候補の中から、基準値を満たすエッジ候補を選択する。

図９は、絶対指標を用いて選択したエッジ候補のイメージ図である。

図９は、ステップＳ６で説明した処理を行った結果、図８のエッジ候補（Ａ）、エッジ候補（Ｂ）およびエッジ候補（Ｄ）が選択された例を示す。図８のエッジ候補（Ｃ）およびエッジ候補（Ｅ）は、エッジ座標の有効な画素数から算出される選択用指標が許容値未満であるとして、選択から除外されている。また、図８のエッジ候補（Ｆ）は、エッジ候補の径と理想径Ｄとの差分が、許容範囲外であるとして、選択から除外されている。

図４に戻り、制御部６０は、ステップＳ６で選択したエッジ候補それぞれに対して、相対評価を行い、複数のエッジ候補のなかから、ウェル９１のエッジを決定する（ステップＳ７）。以下に、相対評価について、３つの例を説明する。

（相対評価の第１の例）
第１の例では、制御部６０は、ステップＳ６で選択したエッジ候補の中から、径が小さいエッジ候補を、ウェル９１のエッジとして決定する。ウェル９１をカメラ４０で撮像する場合、ウェル９１の壁の厚さなどにより、ウェル９１のエッジの外側にエッジ情報を検出することがある。そこで、制御部６０は、径が小さい方のエッジ候補を選択する。この例の場合、図９では、エッジ候補（Ｄ）が選択される。

この例において、径の情報に加え、エッジ特徴情報が用いられる。例えば、一のエッジ候補の径が、他のエッジ候補の径よりも小さい場合であっても、その一のエッジ候補のエッジ強度、エッジの方向、または、エッジの最大輝度および最小輝度に大きなばらつきがある場合には、その一のエッジ候補を、選択から除外する。

（相対評価の第２の例）
第２の例では、制御部６０は、スコア値と、エッジ候補の径との組み合わせから、ウェル９１の境界を決定する。この例で用いるスコア値は、前記した選択用指標と、エッジ候補とその近隣エッジ座標との距離の統計量と、エッジ特徴量から算出される特徴値と、をそれぞれ所定の重みづけを行った後、乗算した値である。例えば、図９において、エッジ候補（Ａ）のスコア値が１．０、径が５とし、エッジ候補（Ｂ）のスコア値が０．７、径が４とし、エッジ候補（Ｄ）のスコア値が０．３、径が２とする。この場合、制御部６０は、エッジ候補（Ｄ）のスコア値が相対的に低いとして、エッジ候補（Ｄ）を除外する。そして、制御部６０は、エッジ候補（Ａ）とエッジ候補（Ｂ）のうち、径が小さいエッジ候補（Ｂ）を選択する。

なお、制御部６０は、スコア値が最も高いエッジ候補を、ウェル９１の境界として決定してもよい。

制御部６０は、前記の第１、第２の例で示した相対評価の少なくとも一方を行い、複数のエッジ候補の中から選択したエッジ候補を、ウェル９１のエッジとして決定する。

図１０は、相対評価を行って決定したエッジ候補のイメージ図である。

図１０は、相対評価の第２の例で説明した処理を行った結果、図９のエッジ候補（Ｂ）が選択された例を示す。図９のエッジ候補（Ａ）は、径が大きいとして、選択から除外され、エッジ候補（Ｄ）は、スコア値が低いとして、選択から除外される。

なお、ステップＳ７の相対評価を行う際に、複数のエッジ候補の中心座標のなかで、他とは極端にずれた中心座標がある場合には、制御部６０は、その中心座標を有するエッジ候補を、選択から除外するようにしてもよい。

以上のように、光の屈折または細胞９３等の影響により、複数のエッジ座標群が検出されても、複数の条件を段階的に適用させることで、不要なエッジ情報を排除することができる。その結果、ウェル９１のエッジの決定を精度よく行える。そして、ウェル９１内の細胞９３の解析を精度良く行える。

例えば、エッジ特徴情報を用いて、第２エッジ座標群Ｅ２を選択することで、ウェル９１内のゴミまたは細胞９３などに起因する外乱要素を含むエッジ座標（例えば、図６の曲線Ｍ１で示すエッジ座標群）を有していても、それらを排除できる。また、絶対指標を用いることで、不要なエッジ情報を排除できる。さらに、絶対指標を満たしていても、他のエッジ候補と相対評価することで、他と極端に異なるエッジ候補を排除できる。つまり、一つの条件を満たしていても、異常な成分を含むようなエッジ候補を排除できる。この結果、ウェルのエッジが複雑な形状であったり、明瞭な画像データが得られない場合であったりしても、ウェル９１のエッジを精度よく検出できる。

また、多項式近似を用いて、エッジ候補を生成することで、ロバスト性の高いエッジ検出が可能となる。さらに、多項式近似を用いることで、細胞９３等の影響で検出されたエッジ座標を排除できる。

＜３．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。

例えば、処理速度の高速化のために、画像処理を行う際、画像データを縮小して、処理範囲を狭くするようにしてもよい。また、画像処理を行う際、一画素ずつ処理を行う必要はなく、複数の画素を一単位として、画像処理を行ってもよい。

また、上記の実施形態では、画像処理に最小二乗法を用いているが、ハフ変換、円形モデルフィッティング等、既知の手法を用いてもよい。

さらに、上記の実施形態では、ウェルプレート９を用いているが、ウェルプレート９以外の試料容器を用いてもよい。

また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

１撮像装置
９ウェルプレート
１０ステージ
１１開口部
１２支持面
２０投光部
３０投光部移動機構
４０カメラ
５０カメラ移動機構
５１昇降移動機構
５２水平移動機構
６０制御部
６１プロセッサ
６２メモリ
６３記憶部
９１ウェル
９２培養液
９３細胞

Claims

対象物を解析する解析領域、および、前記解析領域の周囲を撮像して得られる画像データから、前記解析領域のエッジを検出する画像処理方法であって、
ａ）前記画像データから、前記解析領域のエッジ座標群を抽出する工程と、
ｂ）前記工程ａ）で、複数のエッジ座標群が抽出された場合、前記複数のエッジ座標群それぞれに対して、前記解析領域のエッジ候補を生成する工程と、
ｃ）前記工程ｂ）で生成したエッジ候補から、予め決められた基準値を満たすエッジ候補を選択する工程と、
ｄ）前記工程ｃ）で、複数のエッジ候補が選択された場合、相対評価で、前記複数のエッジ候補の中から、前記解析領域のエッジを決定する工程と、
を含み、
前記工程ｃ）は、
ｃ１）前記工程ｂ）で生成したエッジ候補それぞれに対して、前記エッジ候補を特定するエッジ座標の欠落数を検出する工程と、
ｃ２）前記工程ｂ）で生成したエッジ候補それぞれに対して、前記エッジ座標が連続して欠落している欠落範囲を検出する工程と、
ｃ３）検出された前記欠落数と、検出された前記欠落範囲とから、選択用指標を算出する工程と、
ｃ４）算出された前記選択用指標が第２許容値以上のエッジ候補を選択する工程と、
を含む、画像処理方法。
請求項１に記載の画像処理方法であって、
前記工程ｂ）は、
前記複数のエッジ座標群それぞれに対して、多項式近似によるエッジ候補を生成する、
画像処理方法。
請求項２に記載の画像処理方法であって、
前記工程ｃ）は、
前記エッジ候補からの距離が第１許容値以下であるエッジ座標を、所定数以上有するエッジ座標群から生成されたエッジ候補を、選択する、
画像処理方法。
請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の画像処理方法であって、
前記工程ｃ）は、前記工程ｂ）で生成したエッジ候補それぞれと、前記エッジ候補の近隣エッジ座標との距離の統計量を算出し、算出した統計量に基づいて、エッジ候補を選択する、
画像処理方法。
請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載の画像処理方法であって、
前記解析領域は円形であり、
ｅ）予め記憶された、前記解析領域の理想径を取得する工程
をさらに含み、
前記工程ｃ）は、
前記工程ｂ）で生成したエッジ候補から、前記理想径の第１許容範囲内にある径を有するエッジ候補を選択する、
画像処理方法。
請求項５に記載の画像処理方法であって、
前記工程ｃ）は、
前記工程ｂ）で生成したエッジ候補のうち、中心座標が、所定の中心座標から第２許容範囲内にあるエッジ候補を、選択する、
画像処理方法。
請求項５または請求項６に記載の画像処理方法であって、
前記工程ｄ）は、
前記複数のエッジ候補の中から、最小の径を有するエッジ候補を、前記解析領域のエッジに決定する、
画像処理方法。
請求項５から請求項７までのいずれか一つに記載の画像処理方法であって、
前記工程ｄ）は、
前記複数のエッジ候補それぞれの中心座標の中から、所定範囲外に位置する中心座標を検出し、前記複数のエッジ候補の中から、前記所定範囲外に位置する中心座標を有するエッジ候補を除外して、前記解析領域のエッジを決定する、
画像処理方法。
請求項１から請求項８までのいずれか一つに記載の画像処理方法であって、
前記工程ｄ）は、前記工程ｂ）で生成したエッジ候補それぞれからスコア値を算出し、算出した前記スコア値に基づいて、前記解析領域のエッジを決定する、
画像処理方法。