JP7416074B2 - 画像処理装置、画像処理方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、画像処理装置、画像処理方法およびプログラムに関する。

分枝等を適宜備える線状の部分を含む対象物を撮像して得られた画像に対して画像処理を行う方法が提案されている（特許文献１参照）。このような画像処理では、抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかを解析する必要がある。

日本国特許第６０１５１１３号公報

本発明の第１の態様によると、画像処理装置は、線状部分を含む対象物を示す第１画像の画像データを撮像部から取得し、前記撮像部において前記第１画像に相当する複数の画素群を設定するに際し、前記画像データに基づき、互いに連結されていない第１画素群および第２画素群を含む前記複数の画素群を設定する画素群設定部と、前記第１画素群に対する前記第２画素群の接続度合を算出するために、前記複数の画素群のうち、前記第１画素群と、前記第１画素群から所定の範囲内にある画素を含む前記第２画素群との組の設定を行う組設定部と、前記組設定部にて設定された前記組の前記接続度合を算出する算出部とを備え、前記所定の範囲は、前記第１画素群と前記第２画素群との間の第１距離に基づいて設定された探索範囲である、または前記第１画素群に対応する第１線分と前記第２画素群に対応する第２線分とがなす第１角度に基づいて設定された探索範囲であり、前記算出部は、前記第１距離または前記第１角度を算出し、前記第１距離または前記第１角度を用いて前記接続度合を算出する。
本発明の第２の態様によると、画像処理方法は、線状部分を含む対象物を示す第１画像の画像データを撮像部から取得し、前記撮像部において前記第１画像に相当する複数の画素群を設定するに際し、前記画像データに基づき、互いに連結されていない第１画素群および第２画素群を含む前記複数の画素群を設定する工程と、前記第１画素群に対する前記第２画素群の接続度合を算出するために、前記複数の画素群のうち、前記第１画素群と、前記第１画素群から所定の範囲内にある画素を含む前記第２画素群との組の設定を行う工程と、前記組の設定を行う工程にて設定された前記組の前記接続度合を算出する工程とを含み、前記所定の範囲は、前記第１画素群と前記第２画素群との間の第１距離に基づいて設定された探索範囲である、または前記第１画素群に対応する第１線分と前記第２画素群に対応する第２線分とがなす第１角度に基づいて設定された探索範囲であり、前記算出する工程は、前記第１距離または前記第１角度を算出し、前記第１距離または前記第１角度を用いて前記接続度合を算出する。
本発明の第３の態様によると、プログラムは、画像処理装置に次の処理を実行させるためのプログラムであって、線状部分を含む対象物を示す第１画像の画像データを撮像部から取得し、前記撮像部において前記第１画像に相当する複数の画素群を設定するに際し、前記画像データに基づき、互いに連結されていない第１画素群および第２画素群を含む前記複数の画素群を設定する画素群設定処理と、前記第１画素群に対する前記第２画素群の接続度合を算出するために、前記複数の画素群のうち、前記第１画素群と、前記第１画素群から所定の範囲内にある画素を含む前記第２画素群との組の設定を行う組設定処理と、前記組設定処理にて設定された前記組の前記接続度合を算出する算出処理とを含み、前記所定の範囲は、前記第１画素群と前記第２画素群との間の第１距離に基づいて設定された探索範囲である、または前記第１画素群に対応する第１線分と前記第２画素群に対応する第２線分とがなす第１角度に基づいて設定された探索範囲である。

図１は、第１実施形態の画像処理装置の構成を示す概念図である。 図２は、第１実施形態におけるデータ処理部の構成を示す概念図である。 図３は、第１実施形態における確率分布画像を示す概念図である。 図４は、第１実施形態における検出結果画像を示す概念図である。 図５（Ａ）および（Ｂ）は、第１実施形態における交叉の検出を説明するための概念図である。 図６は、第１実施形態における探索範囲を説明するための概念図である。 図７は、第１実施形態における接続度合の算出を説明するための概念図である。 図８（Ａ）は、第１実施形態におけるグループ分けの方法を説明するための概念図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に対応する連結グラフである。 図９（Ａ）は、第１実施形態におけるグループ分けの方法を説明するための概念図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に対応する連結グラフである。 図１０（Ａ）は、第１実施形態におけるグループ分けの方法を説明するための概念図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に対応する連結グラフであり、図１０（Ｃ）は、グループ分け後の重み付き連結グラフである。 図１１は、第１実施形態に係る画像処理方法の流れを示すフローチャートである。 図１２は、第１実施形態に係る画像処理方法の流れを示すフローチャートである。 図１３は、第１実施形態に係る画像処理方法の流れを示すフローチャートである。 図１４（Ａ）および１４（Ｂ）は、変形例１における画素群の設定を説明するための概念図である。 図１５（Ａ）および１５（Ｂ）は、変形例２における探索範囲の設定を説明するための概念図である。 図１６は、変形例３における画素群の間の距離と接続度合との関係を示すグラフである。 図１７（Ａ）は、変形例４における交叉における接続度合の設定を説明するための概念図であり、図１７（Ｂ）は図１７（Ａ）に対応する連結グラフである。 図１８は、変形例７に係るデータ処理部の構成を示す概念図である。 図１９は、変形例８におけるプログラムの提供を説明するための概念図である。 図２０は、変形例９に係る品質評価システムの構成を示す概念図である。 図２１（Ａ）は、変形例９に係る情報処理装置の構成を示す概念図であり、図２１（Ｂ）は、変形例９に係る端末装置の構成を示す概念図である。 図２２は、変形例１０に係る画像処理方法の流れを示すフローチャートである。 図２３は、変形例１０に係る画像処理方法の流れを示すフローチャートである。 図２４は、変形例１０における表示画面の一例を示す概念図である。 図２５は、変形例１０における表示画面の一例を示す概念図である。 図２６は、変形例１０における表示画面の一例を示す概念図である。 図２７は、変形例１０における表示画面の一例を示す概念図である。 図２８は、変形例１０における表示画面の一例を示す概念図である。 図２９は、変形例１０における表示画面の一例を示す概念図である。 図３０は、変形例１０における表示画面の一例を示す概念図である。 図３１は、変形例１０における表示画面の一例を示す概念図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

－第１実施形態－
図１は、本実施形態の画像処理装置の構成を示す概念図である。画像処理装置１は、培養部１００と、情報処理部４０とを備える。培養部１００は、培養室（培養チャンバー）１０と、観察用試料台（ステージ）１１と、駆動部１２と、撮像部２０とを備える。情報処理部４０は、入力部４１と、通信部４２と、記憶部４３と、出力部４４と、制御部５０とを備える。制御部５０は、データ処理部５１と、出力制御部５２と、装置制御部５３とを備える。

画像処理装置１は、培養装置として構成され、培養部１００でのサンプル（例、細胞）の撮像により得られた画像データである撮像画像データがデータ処理部５１に入力され処理される構成となっている。

本実施形態では、撮像画像データに対応する撮像画像から、直線、曲線または交叉等を含む線状の部分を抽出対象として抽出する。以下では、細胞Ｃｅが神経細胞であり、神経突起Ｎｒに対応する部分を抽出する例を用いて説明するが、上記のような線状の部分を含めば、抽出対象はこの例に限定されず、画像を構成する任意の要素とすることができる。 なお、描画された画像等、撮像された画像以外の画像から抽出を行ってもよい。

培養部１００は、細胞Ｃｅを培養する培養室１０を備え、培養室１０において培養された細胞Ｃｅの撮像を行う。

培養室１０は、細胞Ｃｅが培養されている培養容器Ｃを内部に格納する。培養容器Ｃは、例えば、ウェルプレート又はディッシュである。培養室１０の内部には、制御部５０に制御される不図示の温度調節器（例、ヒーター）及び温度センサが配置されており、該温度調整器と該温度センサとにより予め設定された温度に維持される等、予め設定された環境で細胞の培養が行われるように制御される。駆動部１２は、アクチュエーターを備え、予め定められた時間に培養容器Ｃを移動させ、培養室１０の内部にある観察用試料台１１に載置する。さらに、駆動部１２は、細胞Ｃｅの撮像のため、撮像部２０の焦点面に細胞Ｃｅが配置されるように、撮像部２０または観察用試料台１１等を適切な位置（例、観察位置）に移動させる。

撮像部２０は、ＣＭＯＳやＣＣＤ等の撮像素子を含む撮像装置を備え、細胞Ｃｅ、特に細胞Ｃｅの神経突起Ｎｒを撮像する。撮像部２０による撮像の方法は、細胞Ｃｅを含む撮像画像において、神経突起Ｎｒに対応する画素が、当該画素または当該画素の周辺の複数の画素の輝度値により他の部分と所望の精度で区別することができれば特に限定されない。例えば、撮像部２０による撮像の方法は、蛍光観察法や位相差観察法等を用いることができる。

撮像部２０が蛍光観察法により撮像を行う場合、遺伝子導入により、細胞ＣｅにＧＦＰ等の蛍光タンパク質を発現させたり、神経突起Ｎｒに局在するタンパク質と蛍光タンパク質とを融合させたタンパク質を発現させたりすることで蛍光染色を行うことができる。撮像後の細胞Ｃｅの利用（例、培養、継代、ピックアップ）に問題が無ければ、免疫染色等の他の標識法を行ってもよい。

撮像部２０が細胞Ｃｅを撮像して得られた画素信号は、デジタル信号に変換され、画素と輝度値とが対応付けられた撮像画像データとして情報処理部４０に入力され（図１の矢印Ａ１）、記憶部４３に記憶される。

情報処理部４０は、画像処理装置１のユーザ（以下、単に「ユーザ」と呼ぶ）とのインターフェースとなる他、様々なデータに関する通信、記憶、演算等の処理を行う。
なお、情報処理部４０は、培養部１００と物理的に離れた情報処理装置として構成してもよい。また、画像処理装置１が用いるデータの少なくとも一部は遠隔のサーバ等に保存してもよい。

入力部４１は、マウス、キーボード、各種ボタンまたはタッチパネル等の入力装置を備える。入力部４１は、培養部１００による撮像やデータ処理部５１によるデータ処理に必要なデータ等を、ユーザから受け付ける。

通信部４２は、インターネット等の無線や有線による接続により通信可能な通信装置を備え、画像処理装置１における制御や処理に関するデータを適宜送受信する。

記憶部４３は、不揮発性の記憶媒体を備え、制御部５０に処理を行わせるプログラムおよび、データ処理部５１の処理に関する画像データ等を記憶する。

出力部４４は、液晶モニタ等の表示装置を備え、データ処理部５１の処理により得られた情報を示す画像等を出力する。

制御部５０は、ＣＰＵ等の処理装置により構成され、画像処理装置１を制御する動作の主体として機能し、記憶部４３に搭載されているプログラムを実行することにより各種処理を行う。

制御部５０のデータ処理部５１は、撮像部２０から入力された撮像画像データを処理し、抽出対象に対応する複数の画素群を抽出し、抽出された複数の画素群がどの細胞体に接続されているかに基づいて複数の画素群をグループ分けする。

図２は、データ処理部５１の構成を示す概念図である。データ処理部５１は、検出結果画像生成部５１１と、画素群設定部５１２と、組設定部５１３と、算出部５１４と、決定部６００と、画像生成部７００とを備える。決定部６００は、実行部６０１と、終了判定部６０２とを備える。

データ処理部５１の検出結果画像生成部５１１は、記憶部４３に記憶されている撮像画像データを画像処理し、後述する検出結果画像に対応する検出結果画像データを生成し取得する。以下において、検出結果画像生成部５１１が、撮像画像データから後述の確率分布画像に対応する確率分布画像データを生成し、確率分布画像データから検出結果画像データを生成する例を説明する。しかし、この例に限定されず、撮像画像データから確率分布画像データを介さずに検出結果画像データを生成してもよい。

図３は、確率分布画像Ｇｐを示す概念図である。確率分布画像Ｇｐでは、確率分布画像Ｇｐの各画素Ｐｘの輝度は、画素Ｐｘが抽出対象の神経突起Ｎｒに対応する確率と対応付けられている。図３では、１つの細胞体Ｓｏと細胞体Ｓｏから伸びる１本の神経突起Ｎｒに対応する画素が示されているが、確率分布画像Ｇｐは、複数の細胞体Ｓｏと複数の神経突起Ｎｒとの画像を含むことが好ましく、以下もその例を用いて説明する。確率分布画像Ｇｐでは、画像中の全ての画素Ｐｘに対し、上記確率の値または上記確率に対応した値が設定されている。図３に示された神経突起Ｎｒに対応する画素以外の画素についても、このような値が設定されている。実際には神経突起Ｎｒに対応していない画素が上記確率を示す正の値を有することも多く、図３中の画素Ｐｘはこのような例を示している。図３の確率分布画像Ｇｐでは、ハッチングが濃い部分程、当該部分に対応する画素Ｐｘが神経突起Ｎｒに対応する画像部分である可能性が高いことを示している。確率分布画像Ｇｐは、各画素Ｐｘに対して上記確率が１次元の輝度値として対応し、グレースケール画像として表現されることが好ましいが、上記確率と輝度値とが対応付けられれば確率分布画像Ｇｐの態様は特に限定されない。

検出結果画像生成部５１１は、撮像画像データに対し、所定のアルゴリズム（以下、第１アルゴリズムと呼ぶ）による処理を行うことで、各画素Ｐｘについて、抽出対象である神経突起Ｎｒに対応する確率を算出する。第１アルゴリズムは、学習済みの機械学習である。この機械学習は、神経細胞を撮像して得られた複数の画像と、当該複数の画像における神経突起に対応する部分を示す画像とを演算装置に入力して学習させた深層学習である。
なお、第１アルゴリズムは、上記確率と輝度値とが対応付けられれば特に限定されず、深層学習以外の機械学習や、機械学習以外のアルゴリズムを用いてもよい。

検出結果画像生成部５１１は、確率分布画像データに対して、所定のアルゴリズム（以下、第２アルゴリズムと呼ぶ）による処理を行うことで、各画素Ｐｘが神経Ｎｒに対応するか否かを示す検出結果画像に対応する検出結果画像データを生成する。

図４は、検出結果画像Ｇｄを示す概念図である。検出結果画像Ｇｄ（例、第１画像）は、輝度値により、各画素Ｐｘが神経突起Ｎｒに対応するか否かを示す画像である。例えば、図４のように、検出結果画像Ｇｄを二値化画像とし、図の黒に対応する輝度値により画素Ｐｘ１が神経突起Ｎｒに対応することを示し、図の白に対応する輝度値により画素Ｐｘ２が神経突起Ｎｒに対応しないことを示すことができる。また、検出結果画像Ｇｄにおいて、各画素Ｐｘが細胞体Ｓｏに対応するか否かは、検出結果画像データとは別の画像データ等により表現され判断されていることが好ましい。
なお、輝度値により各画素Ｐｘが神経突起Ｎｒに対応するか否かを示すことができれば、検出結果画像Ｇｄによるその表現方法は特に限定されない。

以下では、検出結果画像Ｇｄにおいて、抽出対象に対応する互いに連結された複数の画素からなる画素群を、断片Ｓと呼ぶ。図４の検出結果画像Ｇｄには、１つの神経突起Ｎｒに対応する２つの断片ＳａおよびＳｂを示した。断片Ｓは、断片Ｓの幅が均一であることが好ましいが、これに限定されず、場所（検出結果画像Ｇｄの画素の位置）によって任意の幅を持った線状の画素群とすることができる。以下では、特に図４で示されたような幅１ピクセルの線を、適宜、細線と呼ぶ。断片Ｓａと断片Ｓｂとは２画素以上離れている。このように、検出結果画像Ｇｄでは、被写体の細胞Ｃｅとは異なり、神経突起Ｎｒに対応する部分が、必ずしも連結されていない。この理由の一つは、撮像の際に、神経突起Ｎｒ等の線状の部分に対応する画素の信号が弱いために十分な精度で撮像できないためである。特に、細胞等の撮像によく用いられる蛍光顕微鏡でもこの傾向がみられる。このような場合、断片Ｓがどの神経突起Ｎｒに対応するかを決定しないと、検出結果画像Ｇｄを用いて神経突起Ｎｒを解析する際に神経突起Ｎｒの正確な長さや数などを算出することができず、取得した画像における神経突起Ｎｒから適切に情報を取得することができない。

２つの画素、または、２つの断片Ｓが斜め方向にのみ隣接している際に、これらの画素同士または断片Ｓ同士について、連結とするか非連結とするかは特に限定されず、上記のような神経突起Ｎｒを解析する際の解析アルゴリズムにおける連結性の定義等に合わせて適宜設定することができる。

検出結果画像データを生成するための第２アルゴリズムは、検出結果画像Ｇｄに後述の断片Ｓが残れば特に限定されず、次のようなアルゴリズム等を用いることができる。例えば、上記第２アルゴリズムは、確率分布画像Ｇｐの輝度値を所定の閾値に基づいて二値化し、当該閾値以上の輝度値を有する画素を神経突起Ｎｒに対応する画素とし、当該閾値未満の輝度値を有する画素を神経突起Ｎｒに対応しない画素とすることを含む。あるいは、上記第２アルゴリズムは、断片Ｓに対する骨格抽出等の処理を含めてもよい。検出結果画像生成部５１１は、例えばＬａｕらの文献（"Simultaneously Identifying All True Vessels From Segmented Retinal Images" IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, Vol.60, No. 7, July 2013）に示された方法により各断片Ｓに対し骨格抽出処理を行うことができる。

検出結果画像生成部５１１は、検出結果画像データを取得した後、制御部５０のＣＰＵに接続されたメモリまたは記憶部４３等に、上記ＣＰＵから参照可能に検出結果画像データを記憶させる（以下、「記憶部４３等に記憶させる」と記載する）。
なお、画像処理装置１は、検出結果画像データを取得できれば、画像処理装置１が撮像や培養を行う構成でなくともよい。データ処理部５１が、通信部４２等から検出結果画像データを取得し、上記のようにメモリまたは記憶部４３等に参照可能に検出結果画像を記憶させてもよい。

画素群設定部５１２は、検出結果画像Ｇｄを構成する複数の画素Ｐｘから、互いに連結されていない複数の断片Ｓ（例、第１画素群、第２画素群）を設定し取得する。画素群設定部５１２が設定する少なくとも２つの断片Ｓには、互いに連結しておらず、検出結果画像Ｇｄにおける下記の三叉または交叉等の他の画素群を介して連結することもない断片Ｓが含まれる。画素群設定部５１２は、検出結果画像Ｇｄから、三叉または交叉を検出し、三叉または交叉を除去する処理を行った後、複数の断片Ｓを設定する。ここで、交叉とは、４以上の線状の画素群が接続される分枝を指す。

図５（Ａ）および５（Ｂ）は、複数の画素群における交叉を検出および除去する処理を説明するための概念図である。画素群設定部５１２は、検出結果画像Ｇｄの部分の画像である第１部分画像Ｇｓ１に対応するデータを生成する。第１部分画像Ｇｓ１は、中心画素Ｐｘｃを中心とし、Ｎを自然数として一辺が２Ｎ＋１ピクセルの正方形の画素領域に対応する画像である。Ｎの値は、図５（Ａ）では５であるが、対象物の特性または、検出結果画像Ｇｄにある断片Ｓの幅または長さの平均値等に基づいて適宜設定される。

画素群設定部５１２は、第１部分画像Ｇｓ１から、中心画素Ｐｘｃを中心とした半径Ｍの円に対応する画素領域を、神経突起Ｎｒに対応しない、言い換えれば断片Ｓに含まれない画素とした第２部分画像Ｇｓ２に対応するデータを生成する。この半径Ｍの円に対応する画素領域を除去画素領域Ｒｅと呼ぶ。ＭはＮより小さい正の数である。除去画素領域Ｒｅは、図５（Ｂ）ではＭを１とし、半径Ｍの円の少なくとも一部を含む画素からなる３×３の正方形の画素領域となっている。このときに、もし第１部分画像Ｇｓ１の上記除去画素領域Ｒｅに対応する部分に三叉または交叉が含まれていれば、三叉または交叉が除去されることにより、断片Ｓｃは第２部分画像Ｇｓ２において複数の断片Ｓとなる。これにより、第２部分画像Ｇｓ１よりも第２部分画像Ｇｓ２において断片Ｓの数が増える。図５（Ｂ）では、除去画素領域Ｒｅにより断片Ｓｃが複数の断片Ｓｃ１、Ｓｃ２、Ｓｃ３およびＳｃ４に分離されている。

画素群設定部５１２は、第２部分画像Ｇｓ２における断片Ｓの数から、第１部分画像Ｇｓ２における断片Ｓの数を引いて得られた差が２以上の場合、除去画素領域Ｒｅに交叉を検出したとして、検出結果画像Ｇｄの第１部分画像Ｇｓ１の部分を第２部分画像Ｇｓ２に置き換える。画素群設定部５１２は、検出結果画像Ｇｄ上において中心画素Ｐｘｃを適宜１ピクセルごと等移動させて、順次第１部分画像Ｇｓ１および第２部分画像Ｇｓ２を生成し、交叉が検出されたら検出結果画像Ｇｄの第１部分画像Ｇｓ１の部分を第２部分画像Ｇｓ２に置き換えることを繰り返す。画素群設定部５１２は、検出結果画像Ｇｄの全体がそれまでに生成された第１部分画像Ｇｓ１または第２部分画像Ｇｓ２によりカバーされたら、得られた検出結果画像Ｇｄに対応するデータを記憶部４３等に記憶させる。
なお、三叉または交叉の除去を行うことができれば、第１部分画像Ｇｓ１、第２部分画像Ｇｓ２、および除去画素領域Ｒｅの大きさおよび形状等は特に限定されない。

画素群設定部５１２は、三叉または交叉を除去した後の検出結果画像Ｇｄにおける各画素の輝度値に基づいて、各断片Ｓがどの画素Ｐｘを含むかを示すデータを生成する。例えば、画素群設定部５１２は、断片Ｓに含まれる複数の画素Ｐｘ１を互いに連結している画素ごとにグループ化する。画素群設定部５１２は、生成されたデータを、記憶部４３等に記憶させる。

組設定部５１３は、画素群設定部５１２により設定された複数の断片Ｓのうち、ある断片Ｓと、当該断片Ｓから探索範囲Ｒ内にある画素を含む断片Ｓとの組の設定を行う。組設定部５１３が設定する組には、互いに連結していない断片Ｓの組が少なくとも一つ含まれ、さらにその組は三叉または交叉等が除去される前の検出結果画像Ｇｄにおいて三叉または交叉等の他の画素群を介して連結することもない。画素群設定部５１２が設定した複数の断片Ｓのうち、後述の探索範囲Ｒが設定されている断片Ｓ（設定される探索範囲Ｒの基準となる断片）を第１断片とし、他の断片（設定される探索範囲Ｒの基準ではない断片）を第２断片とする。

図６は、組の設定を説明するための概念図である。組設定部５１３は、検出結果画像Ｇｄに含まれる断片Ｓの両端にある画素を抽出する。以下、断片Ｓの両端にある画素を端画素Ｔと呼ぶ。組設定部５１３は、断片Ｓが細線である場合、各断片Ｓに対応する細線の両端にある画素をそれぞれ端画素Ｔに設定する。組設定部５１３は、断片Ｓが細線でない場合は、例えば断片Ｓに対応する曲線または線分に沿って両端に近い画素等を端画素Ｔに設定することができる。図６では、第１断片Ｓ１の両端にある画素が端画素Ｔ１１およびＴ１２に設定されている。

組設定部５１３は、端画素Ｔ１１およびＴ１２のそれぞれを中心とした所定の範囲の領域（画素領域）を第１断片Ｓ１の探索範囲Ｒ１およびＲ２として設定する。探索範囲Ｒの形状は特に限定されず、例えば円に対応する画素領域または矩形等にすることができる。探索範囲Ｒを円に対応する画素領域とした場合、当該円の半径は、例えば、検出結果画像Ｇｄに含まれる断片Ｓの長さの算術平均等の平均の半分程度とすることができるが、特に限定されない。

組設定部５１３は、断片Ｓ１の探索範囲Ｒに含まれる、第２断片（図６の例では第２断片Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４）の端画素Ｔを検出する。図６では、探索範囲Ｒ１に含まれる、第２断片Ｓ２の端画素Ｔ２１が検出される。組設定部５１３は、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２との組を、接続度合を算出する対象となる断片ペアとして設定する。一方、第２断片Ｓ３およびＳ４は、探索範囲Ｒに含まれる画素を有していないため、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ３、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ４との組は、断片ペアとして設定されない。

図６のように、探索範囲Ｒを円に対応する画素領域とした場合には、組として設定された第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２との距離ｗ（第１距離）は、探索範囲Ｒの半径ｒよりも小さくなる。従って、組設定部５１３は、断片Ｓ同士の距離（例、２つの端画素Ｔの距離）に基づいて、断片ペアを設定することになる。

組設定部５１３は、画素群設定部５１２が設定した複数の断片Ｓを構成する各断片Ｓについて断片ペアの設定を行う。図６の例では、組設定部５１３は、断片Ｓ２、Ｓ３およびＳ４のそれぞれについて、端画素Ｔに探索範囲Ｒを設定して探索範囲Ｒ内の他の断片Ｓの端画素Ｔをそれぞれ検出する。組設定部５１３は、断片Ｓ２、Ｓ３およびＳ４と、検出された端画素Ｔを含む断片Ｓとの断片ペアをそれぞれ設定する。組設定部５１３は、既に設定された断片ペアとの重複がある場合には重複する断片ペアの設定を行う必要はない。これにより、算出部５１４は、組設定部５１３により断片ペアが設定されるため、探索範囲Ｒに基づいて検出されなかった組については後述の接続度合の算出処理を行わない。組設定部５１３は、設定された断片ペアを記憶部４３等に記憶させる。

算出部５１４は、断片ペアに含まれる２つの断片Ｓの間の接続度合を算出する。以下では、断片ペアに含まれる２つの断片を第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２と呼んで説明する。言い換えれば、算出部５１４は、第１断片Ｓ１に対する第２断片Ｓ２の接続度合を算出する。ここで、接続度合は、２つの断片Ｓが、対象物の同一の線状の部分、言い換えれば同一の神経突起Ｎｒに対応する確率を示し、２つの断片Ｓの形状および配置に基づく接続しやすさを含む。接続度合は、数値等により表され、接続度合同士の比較ができれば記号等で表してもよい。算出部５１４は、算出した接続度合を記憶部４３等に記憶させる。また、上記のように、例えば、算出部５１４は、組設定部５１３により設定される断片ペアが無い場合、接続度合の算出処理を行わない。

次に、図７は、接続度合の算出を説明するための概念図である。算出部５１４は、第１断片Ｓ１に対応する第１線分Ｌ１と、第２断片Ｓ２に対応する第２線分Ｌ２とを設定する。算出部５１４は、例えば、第１断片Ｓ１の端画素Ｔ１を固定し、端画素Ｔ１を通る線分の傾きを変えていった場合に、第１断片Ｓ１に含まれる最も多くの画素を当該線分が通るときの当該線分を第１線分Ｌ１とすることができる。このように、第１画素群に相当する第１断片Ｓ１は第１線分Ｌ１を有する。同様に、算出部５１４は、第２断片Ｓ２の端画素Ｔ２を固定し、端画素Ｔ２を通る線分の傾きを変えていった場合に、第２断片Ｓ２に含まれる最も多くの画素を当該線分が通るときの当該線分を第２線分Ｌ２とすることができる。あるいは、算出部５１４は、第１断片Ｓ１の両端の画素を結ぶ線分を第１線分Ｌ１、第２断片Ｓ２の両端の画素を結ぶ線分を第２線分Ｌ２としてもよい。このように、第２画素群に相当する第２断片Ｓ２は第２線分Ｌ２を有する。

算出部５１４は、第１断片Ｓ１の端画素Ｔ１と第２断片Ｓ２の端画素Ｔ２とを結ぶ線分である第３線分Ｌ３を設定する。算出部５１４は、端画素Ｔ１と端画素Ｔ２との間の距離である第３線分Ｌ３の長さを算出する。以下、この長さを第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２との間の距離である断片間距離ｗとする。
なお、第１線分Ｌ１は、端画素Ｔ１を通らなくともよく、例えば第１断片Ｓ１の形状によっては、端画素Ｔ１よりも第１断片Ｓ１の重心に近い画素を通る方がより第１断片Ｓ１の形状を反映する場合もある。従って、第１線分Ｌ１は、適宜第１断片Ｓ１に含まれる適当な２画素を通るように設定したりすることもできる。第２線分Ｌ２についても同様である。このようにして得られた第１断片Ｓ１に対応する第１線分Ｌ１および第２断片Ｓ２に対応する第２線分Ｌ２を通る線分を第３線分Ｌ３としてもよい。また、同様に、第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２の形状等により、適宜、第３線分Ｌ３は、第１断片Ｓ１に含まれる任意の点と第２断片Ｓ２に含まれる任意の点をつなぐ線分とすることができる。

次に、算出部５１４は、第１線分Ｌ１と第２線分Ｌ２とがなす角度である第１角度θ１を算出する。算出部５１４は、第１線分Ｌ１と第３線分Ｌ３とがなす角度である第２角度θ２を算出する。算出部５１４は、第２線分Ｌ２と第３線分Ｌ３とがなす角度である第３角度θ３を算出する。これらの角度は、第１線分Ｌ１、第２線分Ｌ２および第３線分Ｌ３の傾き等を用いて計算することができる。

算出部５１４は、第１断片Ｓ１に対する第２断片Ｓ２の接続度合ＤＣを、以下の式（１）により算出する。以下、「＊」は積を示す。
ＤＣ＝ｃ０＊｜ｗ｜＋ｃ１＊ｓｉｎθ２＋ｃ２＊ｓｉｎθ３＋ｃ３＊（１＋ｃｏｓθ１）…（１）
ここで、ｃ０、ｃ１、ｃ２およびｃ３は、正の定数であり、抽出対象の特性等に基づいて適宜設定される。
なお、式（１）は、後述のグループ分けの際にプリム法等の最適化法を用いる際に、接続度合ＤＣがエッジの重みとなるよう、接続度合が正になるように設定した。しかし、接続度合ＤＣは、上記断片間距離ｗ、第１角度θ１、第２角度θ２および第３角度θ３の少なくとも一つを用いれば、後述のグループ分けの際のアルゴリズムに合わせて適宜設定することができる。非限定的な例では、接続度合ＤＣは、式（１）の右辺の第１項（断片間距離ｗ）のみまたは第４項（第１角度θ１）のみとしてもよいし、第１項および第４項のみとしてもよいし、第１項、第２項（第２角度θ２）および第３項（第３角度θ３）のみとしてもよいし、第１項、第２項および第４項のみとしてもよいし、第１項、第３項および第４項のみとしてもよいし、第２項、第３項および第４項のみとしてもよい。

決定部６００は、算出部５１４によって算出された接続度合に基づいて、画素群設定部５１２が設定した複数の断片Ｓのグループ分けを決定する。このグループ分けでは、同一の細胞体Ｓｏから伸びる神経突起Ｎｒに対応する断片Ｓが、同一のグループに属するように設定される。この際、全部の断片Ｓが１つのグループに属することも起こり得るし、一部の断片Ｓが事前に定められた各細胞体Ｓｏに対応するいずれのグループに属しないことも起こり得る。

決定部６００によるグループ分けのアルゴリズムは、算出された接続度合を用いれば特に限定されない。以下では、各断片Ｓをノード、接続度合をノードを結ぶエッジの重みとする重み付き連結グラフの最小全域木を、プリム法を用いて求めることによりグループ分けを行う例を説明する。
なお、クラスカル法またはブルーフカ法を用いて最小全域木を求めてもよい。

決定部６００の実行部６０１は、グループ分けのアルゴリズムを実行し、最小全域木を求める。実行部６０１は、各断片Ｓをノードとし、断片ペアの２つの断片Ｓの間の接続度合を当該２つの断片Ｓに対応する２つのノード間のエッジの重みとして、重み付き連結グラフに対応するデータを生成する。

図８（Ａ）は、グループ分けの初期段階を説明するための概念図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に対応する重み付き連結グラフＧである。以降の各図に記載される重み付き連結グラフは例示であり、本発明を限定するものではない。細胞体Ｓｏ１には断片Ｓ５が接続されている。細胞体Ｓｏ２には断片Ｓ６が接続されている。実行部６０１は、各細胞体Ｓｏに接続されている断片Ｓ５、Ｓ６に対応するノードＮ５，Ｎ６をルートノードとし、ルートノードに対応する断片Ｓ以外の断片Ｓをノードとする。実行部６０１は、抽出されたノードの間にエッジを設定する。

図８（Ｂ）では、断片Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７およびＳ８のそれぞれに対応するノードＮ５、Ｎ６、Ｎ７およびＮ８が設定されている。断片Ｓ５と断片Ｓ７、断片Ｓ５と断片Ｓ８、断片Ｓ６と断片Ｓ７、および、断片Ｓ６と断片Ｓ８は、それぞれ断片ペアであり、接続度合を重みとしたエッジＥ５７、Ｅ５８、Ｅ６７、Ｅ６８が設定されている。図８（Ｂ）の例では、エッジＥ５７の重みは２０、エッジＥ５８の重みは１５、エッジ６７の重みは１０、エッジ６８の重みは３０に設定されている。仮想ノードＮＶは、グラフ全体が一つの連結されたグラフとなるように仮想的に設定されるノードである。仮想ノードＮＶとルートノードＮ５との間に仮想エッジＥＶ１、仮想ノードＮＶとルートノードＮ６との間に仮想エッジＥＶ２が設定されている。

実行部６０１は、ルートノードを決定ノードに設定し、ルートノード以外のノードを、未決定ノードに設定する。断片Ｓ５およびＳ６と、断片Ｓ５およびＳ６にそれぞれ対応するノードＮ５およびＮ６は、異なる細胞体Ｓｏに接続される断片に対応するため、異なるグループに属すものとし、異なるハッチングにより示した。断片Ｓ７およびＳ８にそれぞれ対応するノードＮ７およびＮ８は、未決定ノードである。

実行部６０１は、決定ノードと未決定ノードをつなぐエッジの中から、最も重みの小さいエッジにつながれている未決定ノードを、決定ノードとして設定することを繰り返す。図８（Ａ）および８（Ｂ）の段階では、実行部６０１は、決定ノードＮ５またはＮ６と、未決定ノードＮ７またはＮ８とをつなぐエッジＥ５７、Ｅ５８、Ｅ６７およびＥ６８の中から、最も重みの小さいエッジＥ６７を選択し、エッジＥ６７につながれている未決定ノードＮ７を、決定ノードとして設定する。

図９（Ａ）は、ノードＮ７が決定ノードに設定された後の段階を説明するための概念図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に対応する重み付き連結グラフＧである。ノードＮ７が決定ノードとして設定された後、ノードＮ７とノードＮ８の間のエッジＥ７８を含む重み付き連結グラフＧが作成される。図９（Ｂ）の例では、エッジＥ７８の重みは５０である。このように、決定ノードが設定される毎に、新たに設定された決定ノードと未決定ノードをつなぐエッジを含む重み付き連結グラフが作成される。実行部６０１は、選択されたエッジＥ６７でつながれた決定ノードＮ６および決定ノードＮ７が同一のグループに属するように設定する。図９（Ａ）および９（Ｂ）では、決定ノードＮ６およびＮ７、ならびに決定ノードＮ６およびＮ７にそれぞれ対応する断片Ｓ６およびＳ７が同一のグループに属することを同一のハッチングにより示した。次に、実行部６０１は、決定ノードＮ５、Ｎ６またはＮ７と、未決定ノードＮ８とをつなぐエッジＥ５８、Ｅ６８およびＥ７８の中から、最も重みの小さいエッジＥ５８を選択し、エッジＥ５８につながれている未決定ノードＮ８を、決定ノードとして設定する。

図１０（Ａ）は、ノードＮ８が決定ノードに設定された後の段階を説明するための概念図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に対応する重み付き連結グラフＧである。実行部６０１は、選択されたエッジＥ５８でつながれた決定ノードＮ５と決定ノードＮ８が同一のグループに属するように設定する。図１０（Ａ）および１０（Ｂ）では、決定ノードＮ５およびＮ８、ならびに決定ノードＮ５およびＮ８にそれぞれ対応する断片Ｓ５およびＳ８が同一のグループに属することを同一のハッチングにより示した。

図１０（Ｃ）において、重み付き連結グラフＧから未決定ノードがなくなったら、実行部６０１は、これまでのエッジの探索において選択されたエッジＥ５８およびＥ６７と、決定ノードと仮想ノードＮＶとを含む重み付き連結グラフＧ１を、最小全域木として設定する。重み付き連結グラフＧ１は、複数のルートノードＮ５、Ｎ６を統合した仮想的なノードＮＶが設定されているため連結とみなすことができる。また、実行部６０１は、重み付き連結グラフＧ１に対応するデータから、各断片Ｓのグループ分けの結果を示すデータであるグループ分けデータを生成する。実行部６０１は、グループ分けデータを記憶部４３等に記憶させる。データ処理部５１等により、検出結果画像Ｇｄは、グループ分けデータに基づいて、適宜形態解析等に供され、神経突起長の算出等が行われる。

図２に戻って、決定部６００の終了判定部６０２は、実行部６０１により選択されたエッジの重みの和（以下、判定パラメータと呼ぶ）を算出し、判定パラメータが所定の閾値（以下、判定閾値と呼ぶ）以上となった場合に、実行部６０１による上記最小全域木を求める処理を終了する。判定閾値は、エッジの重みである接続度合の平均値、対象物の特性または検出結果画像Ｇｄに含まれる断片Ｓの数等に基づいて適宜設定することができる。これにより、他の断片Ｓと離れすぎている断片Ｓまたは、接続される細胞体Ｓｏが検出結果画像Ｇｄ内に存在しない断片等の、グループ分けの必要のない断片Ｓがグループ分けされてしまうことを抑制することができる。

画像生成部７００は、検出結果画像Ｇｄにおける各断片Ｓのグループ分けの結果を示す画像である出力画像に対応する画像データ（以下、出力画像データと呼ぶ）を生成する。出力画像の態様は、特に限定されず、検出結果画像Ｇｄを画像処理した画像または、文字によりグループ分けの結果を示すことができる。検出結果画像Ｇｄを画像処理した出力画像を生成する場合、断片Ｓをグループごとに区別して示すことができる。例えば、出力画像では、断片Ｓをグループごとに色相、明度および彩度の少なくとも一つが異なるようにすることができ、例えばグループごとにＲＧＢ等の輝度値が異なるようにすることができる。

図１に戻って、制御部５０の出力制御部５２は、出力部４４を制御し、出力画像を出力する。

制御部５０の装置制御部５３は、入力部４１からの入力等に基づいて、培養部１００の各部を制御する（矢印Ａ２）。装置制御部５３は、細胞培養に関する制御（例、温度又は湿度の管理をする培養室１０の制御、駆動部１２の制御）を実行したり、撮像部２０に撮像を実行させる。

図１１は、本実施形態に係る画像処理方法の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１０１において、検出結果画像生成部５１１は、撮像部２０の撮像により得られた撮像画像データを取得する。ステップＳ１０１が終了した後、ステップＳ１０３が開始される。ステップＳ１０３において、検出結果画像生成部５１１は、撮像画像データを画像処理し、確率分布画像データを取得する。ステップＳ１０３が終了した後に、ステップＳ１０５が開始される。

ステップＳ１０５において、検出結果画像生成部５１１は、確率分布画像データを画像処理し、検出結果画像データを取得する。ステップＳ１０５が終了した後、ステップＳ１０７が開始される。ステップＳ１０７において、画素群設定部５１２は、複数の断片Ｓを設定する。ステップＳ１０７が終了した後、ステップＳ１０９が開始される。

ステップＳ１０９において、組設定部５１３は、組（断片ペア）を設定し、各組に対応する接続度合を設定する。ステップＳ１０９が終了した後、ステップＳ１１１が開始される。ステップＳ１１１において、決定部６００は、各断片Ｓのグループ分けを決定する。ステップＳ１１１が終了した後、ステップＳ１１３が開始される。ステップＳ１１３において、出力制御部５２は、グループ分けの結果を示す情報を出力する。例えば、出力制御部５２は、同一グループに属する断片を示す名称、番号若しくは記号によるラベル等の情報または同一グループに属する断片を同じ輝度値等で表した出力画像を出力したりする。ステップＳ１１３が終了した後、処理が終了される。

図１２は、図１１のフローチャートにおけるステップＳ１０９の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１０７が終了した後、ステップＳ１０９１が開始される。ステップＳ１０９１において、組設定部５１３は、断片Ｓを選択する。ステップＳ１０９１が終了した後、ステップＳ１０９３が開始される。ステップＳ１０９３において、組設定部５１３は、選択された断片Ｓに探索範囲Ｒを設定する。ステップＳ１０９３が終了した後、ステップＳ１０９５が開始される。

ステップＳ１０９５において、組設定部５１３は、選択された断片Ｓと、選択された断片Ｓの探索範囲Ｒ内に含まれる画素を含む断片Ｓとの組を設定する。ステップＳ１０９５が終了した後、ステップＳ１０９７が開始される。ステップＳ１０９７において、算出部５１４は、接続度合を算出し、組と接続度合とを紐づけて記憶部４３等に記憶させる。ステップＳ１０９７が終了した後、ステップＳ１０９９が開始される。

ステップＳ１０９９において、組設定部５１３は、検出結果画像Ｇｄの全ての断片Ｓが選択されたか否かを判定する。組設定部５１３は、全ての断片Ｓが選択された場合、ステップＳ１０９９を肯定判定し、ステップＳ１１１が開始される。組設定部５１３は、選択されていない断片Ｓがある場合、ステップＳ１０９９を否定判定してステップＳ１０９１が開始される。

図１３は、図１１のフローチャートにおけるステップＳ１１１の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１０９が終了した後に、ステップＳ１１１１が開始される。ステップＳ１１１１において、実行部６０１は、ルートノードを決定ノードとして設定する。ステップＳ１１１１が終了したら、ステップＳ１１１２が開始される。ステップＳ１１１２において、実行部６０１は、ルートノード以外のノードおよびエッジを設定する。ステップＳ１１１２が終了したら、ステップＳ１１１３が開始される。

ステップＳ１１１３において、実行部６０１は、決定ノードと未決定ノードをつなぐ最も重みの小さいエッジを探索し、探索で得られたエッジにつながる未決定ノードを決定ノードに設定する。ステップＳ１１１３が終了した後に、ステップＳ１１１４が開始される。ステップＳ１１１４において、実行部６０１は、未決定ノードが存在するか否かを判定する。実行部６０１は、未決定ノードが存在する場合、ステップＳ１１１４を肯定判定し、ステップＳ１１１５が開始される。実行部６０１は、未決定ノードが存在しない場合、ステップＳ１１１４を否定判定し、ステップＳ１１１６が開始される。

ステップＳ１１１５において、終了判定部６０２は、判定パラメータが判定閾値未満か否かを判定する。終了判定部６０２は、判定パラメータが判定閾値未満の場合、ステップＳ１１１５を肯定判定し、ステップＳ１１１３が開始される。終了判定部６０２は、判定パラメータが判定閾値以上の場合、ステップＳ１１１４を否定判定し、ステップＳ１１１６が開始される。ステップＳ１１１６において、実行部６０１は、探索で得られたエッジにより互いにつながれている複数のノードを１つのグループとして、グループ分けの情報を設定する。ステップＳ１１１６が終了した後、ステップＳ１１３が開始される。

上述の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）本実施形態の画像処理装置１は、検出結果画像Ｇｄを構成する複数の画素Ｐｘから、互いに連結されていない第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を含む複数の断片Ｓを取得する画素群設定部５１２と、第１断片Ｓ１に対する接続度合を設定するために、複数の断片Ｓのうち、第１断片Ｓ１と、第１断片Ｓ１から探索範囲Ｒ内にある画素を含む第２断片Ｓ２との組の設定を行う組設定部５１３とを備える。これにより、画像処理装置１は、途切れた画素断片も含め、抽出された断片Ｓ等の画素群がどのように線状の部分に対応するかを正確に解析することができる。

（２）本実施形態の画像処理装置１は、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２との間の断片間距離ｗまたは第１角度θ１を算出する算出部５１４を備え、算出部５１４は、断片間距離ｗまたは第１角度θ１を用いて接続度合を算出する。これにより、画像処理装置１は、２つの画素群の位置関係に基づいて、これらの画素群がどのように線状の部分に対応するかを正確に解析することができる。

（３）本実施形態の画像処理装置１において、算出部５１４は、第１断片Ｓ１に含まれる点および第２断片Ｓ２に含まれる点を通る第３線分Ｌ３と第１線分Ｌ１とがなす第２角度θ２、および第３線分Ｌ３と第２線分Ｌ２とがなす第３角度θ３の少なくとも一つの角度を算出し、第２角度θ２および第３角度θ３の少なくとも一つに基づいて接続度合を算出することができる。これにより、画像処理装置１は、２つの画素群のより詳細な位置関係に基づいて、これらの画素群がどのように線状の部分に対応するかをさらに正確に解析することができる。

（４）本実施形態の画像処理装置１において、算出部５１４は、第３線分Ｌ３のうち最も短い線分と、第１線分Ｌ１とがなす角度、および当該線分と第２線分Ｌ２とがなす角度の少なくとも一つの角度を算出し、当該少なくとも一つの角度に基づいて接続度合を算出することができる。これにより、画像処理装置１は、２つの画素群のより詳細な位置関係に基づいて、これらの画素群がどのように線状の部分に対応するかをより一層正確に解析することができる。

（５）本実施形態の画像処理装置１において、組設定部５１３は、複数の断片Ｓを構成するそれぞれの断片Ｓについて組の設定を行い、算出部５１４は、それぞれの組について接続度合を算出し、算出された接続度合に基づいて、複数の断片Ｓのグループ分けを決定する決定部６００を備える。これにより、画像処理装置１は、画像全体にわたって、途切れた画素断片も含め、抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかを正確に解析することができる。

（６）本実施形態の画像処理装置１において、決定部６００は、複数の断片Ｓのそれぞれをノード、接続度合をエッジの重みとして、プリム法、クラスカル法またはブルーフカ法により求めた最小全域木に基づき、ノードがいずれのグループに属するかを順次決定する。これにより、画像処理装置１は、効率よく最適な画素群のグループ分けを行うことができる。

（７）本実施形態の画像処理装置１において、決定部６００は、プリム法、クラスカル法またはブルーフカ法においてエッジを選択する際、選択された複数のエッジに対応する数値の和に基づいて、最小全域木を求める処理を終了するか否かを判定する終了判定部６０２を備える。これにより、画像処理装置１は、グループ分けの必要のない画素群がグループ分けされてしまうことを抑制することができる。

（８）本実施形態の画像処理装置１は、グループ分けの結果を示す出力画像を生成する画像生成部７００を備える。これにより、画像処理装置１は、抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかの情報を提供することができる。

（９）本実施形態の画像処理装置１は、画素群設定部５１２は、複数の断片Ｓを取得する前に、検出結果画像Ｇｄを構成する画素から、三叉または交叉に対応する画素を除外して複数の断片Ｓに含まれない画素とする。これにより、画像処理装置１は、三叉または交叉を含む画像についても、途切れた画素断片も含め、抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかを正確に解析することができる。

（１０）本実施形態の画像処理装置１において、検出結果画像Ｇｄは、対象物を撮像して得られた画像に画像処理を行って得られた画像であって、検出結果画像Ｇｄの各画素について当該各画素が線状の構造に対応するか否かを画素値により示す二値化画像であり、画素群設定部５１２は、画素値に基づいて複数の断片Ｓを取得する。これにより、画像処理装置１は、途切れた画素断片も含め、撮像された画像から抽出された画素群がどのように被写体の線状の部分に対応するかを正確に解析することができる。

（１１）本実施形態の画像処理装置１において、検出結果画像Ｇｄは、神経突起Ｎｒに対応する複数の画素Ｐｘ１を示す画像であり、接続度合は、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２とが同一の神経細胞から伸びる神経突起の一部に対応する可能性を示す数値である。これにより、画像処理装置１は、途切れた画素断片も含め、撮像された画像から抽出された画素群がどのように神経突起Ｎｒに対応するかを正確に解析することができる。

（１２）本実施形態の画像処理装置１は、検出結果画像Ｇｄから、第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２を取得する画素群設定部５１２と、第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２を通る第３線分Ｌ３と第１線分Ｌ１とがなす第２角度θ２を算出する算出部５１４と、第２角度θ２に基づいて、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２とが連結される線状の領域に対応するか否かを決定する決定部６００とを備える。これにより、画像処理装置１は、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２との位置関係に基づいて、抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかを正確に解析することができる。また、画像処理装置１は、第２角度θ２を用いることで、第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２を構成する細線が平行にずれている場合、一方の細線が極端に短い場合、第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２が曲がった断片の場合等についても正確にグループ分けをすることができる。

（１３）本実施形態の画像処理装置１において、算出部５１４は、第３線分Ｌ３と第２線分Ｌ２とがなす第３角度θ３を算出し、決定部６００は、第２角度θ２および第３角度θ３に基づいて、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２とが連結される線状の領域に対応するか否かを決定する。これにより、画像処理装置１は、２つの断片Ｓのより詳細な位置関係に基づいて、抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかを正確に解析することができる。

（１４）本実施形態の画像処理装置１において、決定部６００は、第１断片Ｓ１に対応する第１線分Ｌ１と第２断片Ｓ２に対応する第２線分Ｌ２とがなす第１角度θ１、および第２角度θ２に基づいて、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２とが連結される線状の領域に対応するか否かを決定することができる。これにより、画像処理装置１は、２つの断片Ｓのさらに詳細な位置関係に基づいて、抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかを正確に解析することができる。

（１５）本実施形態の画像処理装置１において、決定部６００は、第１角度θ１に基づいて、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２とが連結される線状の領域に対応するか否かを決定することができる。これにより、画像処理装置１は、２つの断片Ｓが並ぶ方向に基づいて、抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかを正確に解析することができる。

（１６）本実施形態の画像処理装置１において、決定部６００は、第１角度θ１、第２角度θ２および第３角度θ３に基づいて、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２とが連結される線状の領域に対応するか否かを決定することができる。これにより、画像処理装置１は、２つの断片Ｓのより一層詳細な位置関係に基づいて、抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかを正確に解析することができる。

（１７）本実施形態に係る撮像装置は、上述の画像処理装置１と、撮像部２０とを備える。これにより、撮像装置は、途切れた画素断片も含め、撮像された画像から抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかを正確に解析することができる。

（１８）本実施形態に係る培養装置である上述の画像処理装置１は、細胞を培養する培養部１００を備える。これにより、培養装置は、途切れた画素断片も含め、培養された細胞の画像から抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかを正確に解析することができる。

（１９）本実施形態に係る画像処理方法は、検出結果画像Ｇｄを構成する複数の画素Ｐｘから、互いに連結されていない第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を含む複数の断片Ｓを取得することと、第１断片Ｓ１に対する接続度合を設定するために、複数の断片Ｓのうち、第１断片Ｓ１と、第１断片Ｓ１から探索範囲Ｒ内にある画素を含む第２断片Ｓ２との組の設定を行うこととを含む。これにより、画像処理方法は、途切れた画素断片も含め、抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかを正確に解析することができる。

（２０）本実施形態に係る画像処理方法は、検出結果画像Ｇｄから、第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２を取得することと、第１断片Ｓ１に含まれる点および第２断片Ｓ２に含まれる点を通る第３線分Ｌ３と第１線分Ｌ１とがなす第２角度θ２を算出することと、第２角度θ２に基づいて、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２とが連結される線状の領域に対応するか否かを決定することとを含む。これにより、画像処理方法は、２つの断片Ｓの位置関係に基づいて、抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかを正確に解析することができる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、上述の実施形態と組み合わせることが可能である。

（変形例１）
上述の実施形態において、画素群設定部５１２は、検出結果画像Ｇｄに含まれる複数の画素Ｐｘから、互いに連結されていない複数の画素断片からなる画素群を、１つの断片Ｓとして設定してもよい。

図１４（Ａ）および１４（Ｂ）は、複数の画素断片からなる画素群（例、複数の画素群）の例を示す図である。図１４（Ａ）の画素群Ｓｇ１は、画素断片ＳＳ１、画素断片ＳＳ２および画素断片ＳＳ３を備える。画素断片ＳＳ２は例えば細線を割り当てることが難しい円状の画素に対応している。画素群設定部５１２は、このような画素断片ＳＳ２が存在する場合でも、これらの画素断片ＳＳ１，ＳＳ２およびＳＳ３が線状に並ぶ場合、これらを１つの画素群Ｓｇ１として設定することができる。例えば、画素断片同士が互いに所定の距離内にあり、画素断片ＳＳ１またはＳＳ３に対応する線分から所定の距離より短い距離に画素断片ＳＳ２がある場合、画素断片ＳＳ２を画素群Ｓｇ１を構成する画素断片とすることができる。上記所定の距離は、画素群Ｓｇ１を構成する画素が線状に並ぶように予め設定しておくことができる。

図１４（Ｂ）の画素群Ｓｇ２は、画素断片ＳＳ４、ＳＳ５、ＳＳ６およびＳＳ７を備える。画素群設定部５１２は、このように画素断片が並ぶ場合でも、例えば、画素断片同士が互いに所定の距離内にあり、それぞれの画素断片ＳＳ４～７が画素断片ＳＳ４～７の少なくとも一つに対応する線分から所定の距離にある場合、これらを画素群Ｓｇ２を構成する画素断片として設定することができる。

データ処理部５１は、複数の画素断片からなる画素群Ｓｇ１またはＳｇ２を１つの断片Ｓとして処理することができる。例えば、算出部５１４は、画素群Ｓｇ１の両端の画素を上述の実施形態の端画素Ｔ１およびＴ２とすることができ、上述の実施形態の定義に沿って第１線分Ｌ１、第２線分Ｌ２、第１角度θ１、第２角度θ２、第３角度θ３および断片間距離ｗを設定することができる。従って、上述の実施形態において断片Ｓの少なくとも一部をそれぞれ複数の画素断片を含む画素群としても、同様に組の設定およびグループ分け等の処理をすることができる。

本変形例の画像処理装置において、画素群設定部５１２は、検出結果画像Ｇｄを構成する複数の画素Ｐｘから、複数の断片Ｓを構成する画素群として、互いに連結された複数の画素Ｐｘ１により構成される画素群、または、互いに連結されていない複数の画素群ＳＳ１～３、または４～７により構成される画素群Ｓｇ１またはＳｇ２を取得する。これにより、検出結果画像Ｇｄが、少ない画素により構成される画素断片を多く含む場合に、抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかを効率よく解析することができる。

（変形例２）
組設定部５１３は、上述の実施形態とは異なる方法で探索範囲Ｒを設定してもよい。以下の変形例２－１、２－２において、探索範囲の縦横の長さは、検出結果画像Ｇｄに含まれる断片Ｓに対応する線分の長さの算術平均等の平均、または当該平均に基づいた値とすることができる。

（変形例２－１）
図１５（Ａ）は、本変形例の探索範囲Ｒ３の設定方法を説明するための概念図である。組設定部５１３は、断片Ｓ１０１の画素の重心Ｃ１を中心とした矩形又は円形の画素領域を探索範囲Ｒ３として設定する。組設定部５１３は、断片Ｓ１０１と、探索範囲Ｒ３内に含まれる画素を有する断片Ｓ１０２およびＳ１０３のそれぞれとの組を断片ペアとして設定することができる。

（変形例２－２）
図１５（Ｂ）は、本変形例の探索範囲Ｒ４の設定方法を説明するための概念図である。組設定部５１３は、断片Ｓ２０１の画素に外接する矩形Ｒｔの中心Ｃ２を中心とした矩形又は円形の画素領域を探索範囲Ｒ４として設定する。組設定部５１３は、断片Ｓ２０１と、探索範囲Ｒ４内に含まれる画素を有する断片Ｓ２０２およびＳ２０３のそれぞれとの組を断片ペアとして設定することができる。

上記変形例２の画像処理装置１において、組設定部５１３は、複数の断片Ｓのうち、断片Ｓ１０１と、断片Ｓ１０１の重心に対応して設定された探索範囲Ｒ３内にある画素を含む断片Ｓ１０２およびＳ１０３との組、または、断片Ｓ２０１と、断片Ｓ２０１に外接する矩形Ｒｔの中心に対応して設定された探索範囲Ｒ４内にある画素を含む断片Ｓ２０２およびＳ２０３との組を設定する。これにより、画像処理装置１は、断片Ｓ１０１またはＳ２０１の形状により探索範囲の位置がばらつくことを抑制し、抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかをより正確に解析することができる。

（変形例３）
上述の実施形態において、算出部５１４は、断片ペアに含まれる第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２との間の検出結果画像における距離が、所定の距離よりも長い場合には、接続度合の算出方法を変えてもよい。以下では、この所定の距離を距離閾値ＤＩＳＴと呼ぶ。ここで定義される第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２との間の距離は、断片間距離ｗとしてもよいし、あるいは、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２に基づいて定義される任意の距離とすることができ、検出結果画像における該任意の距離に対応する画素数により定義してもよい。

組設定部５１３は、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２との間の距離が距離閾値ＤＩＳＴよりも小さい値の場合、上述の式（１）により第１断片Ｓ１に対する第２断片Ｓ２の接続度合ＤＣを設定する。
ＤＣ＝ｃ０＊｜ｗ｜＋ｃ１＊ｓｉｎθ２＋ｃ２＊ｓｉｎθ３＋ｃ３＊（１＋ｃｏｓθ１）…（１）
組設定部５１３は、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２との間の距離がＤＩＳＴ以上の場合、以下の式（２）により第１断片Ｓ１に対する第２断片Ｓ２の接続度合ＤＣを設定する。
ＤＣ＝ｃ０＊｜ｗ｜＋ｃ１＋ｃ２＋２＊ｃ３ …（２）

図１６は、本変形例における、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２との間の距離（横軸）と、第１断片Ｓ１に対する第２断片Ｓ２の接続度合（縦軸）との関係を示すグラフである。図１６では、上述の式（１）で算出される接続度合に対応する領域Ｖ１と、上述の式（２）で算出される接続度合に対応する領域Ｖ２とをハッチングにより示した。第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２との間の距離が距離閾値ＤＩＳＴ未満の場合と、距離閾値ＤＩＳＴ以上の場合を比較すると、境界値ＤＣ１＝ｃ０＊ＤＩＳＴ＋ｃ１＋ｃ２＋２＊ｃ３を除いて接続度合の値の重なりはない。従って、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２との間の距離が距離閾値ＤＩＳＴ以上の場合の接続度合は、距離閾値ＤＩＳＴ未満の場合の接続度合以上の値となる。これにより、前者の場合は、後者の場合よりも第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２が異なるグループに属する可能性を高くすることができる。

なお、算出部５１４は、断片ペアに含まれる第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２の間に、他の断片Ｓに含まれる画素が存在する際に、同様に、接続度合の算出方法を変えてもよい。組設定部５１３は、第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２の間、例えば第３線分Ｌ３上に、他の断片Ｓに含まれる画素が存在しない場合、上述の式（１）により第１断片Ｓ１に対する第２断片Ｓ２の接続度合ＤＣを設定する。組設定部５１３は、第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２の間に、他の断片Ｓに含まれる画素が存在する場合、上述の式（２）により第１断片Ｓ１に対する第２断片Ｓ２の接続度合ＤＣを設定する。これにより、第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２の間に、他の断片Ｓに含まれる画素が存在する際に、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２が異なるグループに属する可能性を高くすることができる。

本変形例の画像処理装置において、算出部５１４は、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２との間に画素群設定部５１２が取得した他の画素群があるという第１条件を満たす場合、または、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２との間の距離または画素数が距離閾値ＤＩＳＴに基づいて定まる第２条件を満たす場合、第１条件および第２条件の両方を満たさない場合とは異なる方法で接続度合を算出する。これにより、画像処理装置１は、２つの画素群の配置の態様に対応して、抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかをより正確に解析することができる。

（変形例４）
上述の実施形態において、画素群設定部５１２が交叉を検出した場合、算出部５１４は、交叉を挟んで向かい合う断片Ｓが、同じグループに属するように接続度合を設定することができる。

図１７（Ａ）および（Ｂ）は、本変形例の接続度合の設定を説明するための概念図である。図１７（Ａ）は、交叉が検出され除去された後、交叉に接続されていた４つの断片Ｓ３０１、Ｓ３０２、Ｓ３０３およびＳ３０４を示す図である。画素群設定部５１２は、交叉を除去した後、断片Ｓ３０１、Ｓ３０２、Ｓ３０３およびＳ３０４が、除去された交叉に接続されていた断片であることを示す情報を記憶部４３等に記憶させておく。例えば、画素群設定部５１２は、交叉に接続されていた断片を１つの交叉画素群と設定する交叉画素群設定部を含み、組設定部５１３および算出部５１４等は交叉画素群を他の断片Ｓに対して１つの断片Ｓのように処理してもよい。算出部５１４は、当該情報を参照した後、向かい合う２つの断片Ｓ３０１とＳ３０２とが接続される確率、および、向かい合う２つの断片Ｓ３０３とＳ３０４とが接続される確率を、交叉に接続されていた断片同士の他の２断片が接続する確率よりも小さくなるように接続度合を設定する。

図１７（Ｂ）は、断片Ｓ３０１～３０４に対応する重み付き連結グラフＧ２である。断片Ｓ３０１、Ｓ３０２、Ｓ３０３およびＳ３０４のそれぞれに対応するノードをＮ３０１、Ｎ３０２、Ｎ３０３およびＮ３０４とする。算出部５１４は、ノードＮ３０１とＮ３０２とをつなぐエッジ、および、ノードＮ３０３とＮ３０４とをつなぐエッジの重みを０と設定する。算出部５１４は、これら２つのエッジを除く、ノードＮ３０１～Ｎ３０４の間をつなぐ他のエッジＥの重みを最大（ＭＡＸＣＯＳＴ）に設定する。算出部５１４は、他の断片Ｓについての接続度合を計算する前に、交叉に対応する４領域に対してどの断片Ｓが向かい合うか計算し、向かい合うと判定された２つの断片Ｓが接続される確率が高くなるように接続度合を設定する。このような接続度合の設定の後にグループ分けを行うことで、グループ分けの際に向かい合うと判定された２つの断片Ｓを確実に接続できる。
なお、向かい合う２つの断片Ｓが同じグループにグループ分けされやすくなれば、エッジの重みの具体的な値は特に限定されない。また、交叉画素群設定部は、断片Ｓ３０１～Ｓ３０４のいずれかから一定の範囲内にある画素を含む断片を、交叉画素群を構成する断片として設定してもよい。

本変形例に係る画像処理装置において、算出部５１４は、交叉に対応する画素を除外して生成され、交叉を挟んで向かい合う断片Ｓの組が、連結された線状の領域の一部に対応するように接続度合を算出する。これにより、画像処理装置は、交叉を含む抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかをより正確に解析することができる。

本変形例に係る画像処理装置において、画素群設定部５１２は、断片Ｓ３０１から一定範囲内に他の３つの画素群Ｓ３０２、Ｓ３０３およびＳ３０４がある場合、断片Ｓ３０１および３つの画素群Ｓ３０２、Ｓ３０３およびＳ３０４を含む４つの断片Ｓをまとめて交叉画素群とする交叉画素群設定部を含み、算出部５１４は、交叉を挟んで向かい合う断片Ｓの組が連結された線状の領域の一部に対応するように接続度合を算出することができる。これにより、画像処理装置は、交叉を含む抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかをより正確に解析することができる。

（変形例５）
上述の実施形態において、算出部５１４は、さらに以下の変形例５－１～５－４に示された少なくとも一つの断片Ｓの特性に基づいて接続度合を算出することができる。
（変形例５－１）
算出部５１４は、第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２のそれぞれに含まれる画素の輝度の算術平均等の平均値に基づいて、接続度合を算出してもよい。この場合の輝度は、検出結果画像Ｇｄの他、撮像画像または確率分布画像Ｇｐの輝度を用いることができる。第１断片Ｓ１の画素の輝度の平均値と、第２断片Ｓ２の画素の輝度の平均値との差が小さい程、接続度合を小さくし、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２とが同じグループになりやすいように設定することができる。

（変形例５－２）
算出部５１４は、第１断片Ｓ１の幅および第２断片Ｓ２の幅に基づいて、接続度合を算出してもよい。この場合の幅は、例えば、第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２のそれぞれに対応する線分に垂直な直線が通る画素の数等により設定することができる。算出部５１４は、第１断片Ｓ１の幅と、第２断片Ｓ２の幅との差が小さい程、接続度合を小さくし、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２とが同じグループになりやすいように設定することができる。

（変形例５－３）
算出部５１４は、第１断片Ｓ１に対応する曲線の曲率、および、第２断片Ｓ２に対応する曲線の曲率に基づいて、接続度合を算出してもよい。この場合の曲率は、第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２のそれぞれに対して公知のフィッティング方法等により算出された曲線等についてのものを用いることができる。算出部５１４は、第１断片Ｓ１に対応する曲線の曲率と、第２断片Ｓ２に対応する曲線の曲率との差が小さい程、接続度合を小さくし、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２とが同じグループになりやすいように設定することができる。

（変形例５－４）
算出部５１４は、第１断片Ｓ１に対応する折れ線のうち少なくとも一部の直線部分の長さ、および、第２断片Ｓ２に対応する折れ線のうち少なくとも一部の直線部分の長さに基づいて、接続度合を算出してもよい。この場合、第１断片Ｓ１における最も第２断片側、および、第２断片Ｓ２における最も第１断片側の直線部分の長さを用いることが好ましい。この直線部分の長さが長い方が、より正確に第１角度θ１等を算出することができ、より正確にグループ分けを行うことができる。折れ線は、第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２のそれぞれに対して、公知のフィッティング方法等により算出された折れ線を用いることができる。算出部５１４は、第１断片Ｓ１に対応する上記直線部分の長さと、第２断片Ｓ２に対応する上記直線部分の長さとの差が小さい程、接続度合を小さくし、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２とが同じグループになりやすいように設定することができる。

本変形例の画像処理装置において、算出部５１４は、第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２を構成する複数の画素Ｐｘの輝度の平均値、第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２の幅、第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２に曲線を対応させた場合の曲線の曲率、ならびに、第１断片Ｓ１または第２断片Ｓ２を折れ線に対応させた場合の折れ線を構成する線分の長さの少なくとも一つに基づいて、接続度合を算出する。これにより、画像処理装置は、これらの特性（例、幅、曲率など）に基づいて、抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかをより正確に解析することができる。

（変形例６）
上述の実施形態では、撮像画像の被写体を細胞Ｃｅとし、抽出対象の線状部分を神経突起Ｎｒとして説明したが、線状の部分を含めば、抽出対象はこの例に限定されず、例えば血管とすることも好ましい。

さらに、撮像画像の被写体を眼底とし、抽出対象の線状部分を眼底における血管とすることがより好ましく、特に網膜の血管または脈絡膜血管とすることがより一層好ましい。眼底画像では、抽出対象の線状部分を血管とし、検出結果画像生成部５１１が、撮像画像から、各画素が血管に対応する確率を輝度値に対応させた確率分布画像Ｇｐを生成し、この確率分布画像Ｇｐから検出結果画像Ｇｄを生成する。生成された検出結果画像Ｇｄに対して画素群設定部５１１、組設定部５１２、算出部５１４および決定部６００が上述の処理を行うことで、互いに接続される血管を適切に抽出することができる。この場合、実行部６０１は、最小全域木の仮想ノードでないルートノードとして、断片化された血管の種類等を、検出結果画像Ｇｄの一部の画素に対して設定することができる。ここで、血管の種類とは、動脈または静脈等を含むことができる。脈絡膜血管に対応する断片Ｓをグループ分けする場合は、複数の渦静脈をルートノードとして設定することもでき、各ルートノードに対応する渦静脈と接続されているか否か等に基づいて断片Ｓをグループ分けすることができる。

本変形例の画像処理装置において、検出結果画像Ｇｄは、血管に対応する複数の画素Ｐｘ１を示す画像であり、接続度合は、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２とが同一の血管の一部に対応する可能性を示す数値である。これにより、画像処理装置は、途切れた画素断片も含め、撮像された画像から抽出された画素群がどのようにルートノードごとに分けられた血管の一部に対応するかを正確に解析することができる。

（変形例７）
上述の実施形態において、データ処理部は、画素群設定部５１２により設定された２つの断片Ｓについて、第２角度θ２および第３角度θ３の少なくとも一つを算出し、算出された第２角度θ２および第３角度θ３が予め定められた所定の範囲にあるか否かに基づいて２つの断片Ｓが対象物における同一の線状部分に対応するか否かを決定してもよい。

図１８は、本変形例の画像処理装置におけるデータ処理部５１ａの構成を示す概念図である。データ処理部５１ａは、検出結果画像生成部５１１と、画素群設定部５１２と、算出部５１４ａと、決定部６００ａと、画像生成部７００とを備える。算出部５１４ａは、画素群設定部５１２が設定した断片Ｓのうち、２つの断片Ｓについて第２角度θ２および第３角度θ３の少なくとも一つを算出する。決定部６００ａは、算出された第２角度θ２および第３角度θ３の少なくとも一つが、記憶部４３等に記憶されていた上記所定の範囲を示す数値範囲に含まれる場合、上記２つの断片Ｓが同一の神経突起Ｎｒに対応すると決定する。上記所定の範囲は、２つの断片Ｓが線状に並ぶように適宜設定される。本変形例の方法によっても、抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかを正確に解析することができる。

（変形例８）
上述の実施形態の情報処理部４０の情報処理機能を実現するためのプログラムをコンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録された、上述した断片Ｓ、断片ペアおよび接続度合の設定等のデータ処理部５１による処理等に関するプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行させてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や周辺機器のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、光ディスク、メモリカード等の可搬型記録媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持するものを含んでもよい。また上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせにより実現するものであってもよい。

また、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと呼ぶ）等に適用する場合、上述した制御に関するプログラムは、ＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体やインターネット等のデータ信号を通じて提供することができる。図１９はその様子を示す図である。ＰＣ９５０は、ＣＤ－ＲＯＭ９５３を介してプログラムの提供を受ける。また、ＰＣ９５０は通信回線９５１との接続機能を有する。コンピュータ９５２は上記プログラムを提供するサーバーコンピュータであり、ハードディスク等の記録媒体にプログラムを格納する。通信回線９５１は、インターネット、パソコン通信などの通信回線、あるいは専用通信回線などである。コンピュータ９５２はハードディスクを使用してプログラムを読み出し、通信回線９５１を介してプログラムをＰＣ９５０に送信する。すなわち、プログラムをデータ信号として搬送波により搬送して、通信回線９５１を介して送信する。このように、プログラムは、記録媒体や搬送波などの種々の形態のコンピュータ読み込み可能なコンピュータプログラム製品として供給できる。

上述した情報処理機能を実現するためのプログラムとして、検出結果画像Ｇｄを構成する複数の画素Ｐｘから、互いに連結されていない第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２を含む複数の断片Ｓを設定する画素群設定処理（図１１のフローチャートのステップＳ１０７に対応）と、第１断片Ｓ１に対する接続度合を設定するために、複数の断片Ｓのうち、第１断片Ｓ１と、第１断片Ｓ１から所定の範囲内にある画素を含む第２Ｓ２との組の設定を行う組設定処理（図１２のフローチャートのステップＳ１０９５に対応）とを処理装置に行わせるためのプログラムが含まれる。これにより、途切れた画素断片も含め、抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかを正確に解析することができる。

上述した情報処理機能を実現するためのプログラムとして、検出結果画像Ｇｄから、互いに連結されていない第１断片Ｓ１および第２断片Ｓ２を取得する画素群設定処理（図１１のフローチャートのステップＳ１０７に対応）と、第１断片Ｓ１に対応する第１線分Ｌ１および第２断片Ｓ２に対応する第２線分Ｌ２を通る第３線分Ｌ３と第１線分Ｌ１とがなす第２角度θ２を算出する算出処理（図１２のフローチャートのステップＳ１０９７に対応）と、第２角度θ２に基づいて、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ３とが連結される線状の領域に対応するか否かを決定する決定処理（図１１のフローチャートのステップＳ１１１に対応）とを処理装置に行わせるためのプログラムが含まれる。これにより、第１断片Ｓ１と第２断片Ｓ２との位置関係に基づいて、抽出された画素群がどのように線状の部分に対応するかを正確に解析することができる。

（変形例９）
上述の実施形態において、データ処理部５１による処理がネットワークを介しクラウドコンピューティングにより提供されてもよい。

図２０は、本変形例に係る品質評価システム３００の構成を示す概念図である。品質評価システム３００は、情報処理装置３１０と、端末装置３２０と、ゲートウェイ端末３３０とを備える。品質評価システム３００は、培養する細胞等の、観察装置３４０の観察対象の画像をデータ処理することにより観察対象の品質を評価する。このような観察対象としては、神経突起を有する神経細胞等、線状部分を含むものが好ましい。

本変形例では、情報処理装置３１０、端末装置３２０およびゲートウェイ端末３３０が、ネットワーク９を介して互いに通信可能に接続される。ネットワーク９は、インターネット、移動体通信網、またはローカルエリアネットワーク等とすることができ、これらの複数種類のネットワークが組み合わされたネットワークとしてもよい。

ゲートウェイ端末３３０は、観察装置３４０で撮像された撮像画像をネットワーク９を介し情報処理装置３１０へと送信する。ゲートウェイ端末３３０として、図２０には３つのゲートウェイ端末３３１，３３２および３３３が示されているが、品質評価システムにおけるゲートウェイ端末３３０の個数は特に限定されない。ゲートウェイ端末３３１、３３２および３３３は、それぞれ観察装置３４１、３４２および３４３と無線または有線により通信可能に接続されている。観察装置３４０は、例えば細胞等である観察対象の管理者により扱われる。観察装置３４０の個数は、図２０では３個となっているが、１以上の任意の個数とすることができる。

観察装置３４０は、観察対象の画像を撮像することができればその構成は特に限定されない。観察装置３４０は、例えば上述の培養部１００を備えることができる。観察装置３４０は、撮像により得た撮像画像データをゲートウェイ端末３３０に送信する通信装置を備えるか、または観察装置とは一体でなく構成された、観察装置３４０の制御用ＰＣ等により撮像画像データをゲートウェイ端末３３０に送信することができる。観察装置３４０は、例えば、培養における温度、気圧、光源の照度および酸素濃度等を検出する検出器を備え、検出により得たデータをゲートウェイ端末３３０に送信することもできる。

ゲートウェイ端末３３０は、典型的にはプロトコルまたはアドレス体系を相互に変換可能に構成された汎用のゲートウェイであるが、特にこれに限定されない。ゲートウェイ端末３３０は、ゲートウェイの機能を有するＰＣ等でもよい。ゲートウェイ端末３３０は、情報処理装置３１０の解析精度を向上させる観点から、複数のゲートウェイ端末３３０により構成されることが好ましいが、単一のゲートウェイ端末から構成されてもよい。この場合、一つのゲートウェイ端末３３０と複数の観察装置３４０とが通信可能に接続される。

図２１（Ａ）は、情報処理装置３１０の構成を示す概念図である。情報処理装置３１０は、制御部３１１と、記憶部３１２と、通信部３１３とを備える。本変形例の情報処理装置３１０は、クラウドコンピューティングによる、観察装置３４０の観察対象の品質評価を行うためのウェブサーバとするが、特にこれに限定されない。情報処理装置３１０は、ＰＣ等の任意のコンピュータにより構成されてもよい。

制御部３１１は、ＣＰＵ等の処理装置により構成され、情報処理装置３１０を制御する動作の主体として機能し、記憶部３１２に搭載されているプログラムを実行することにより各種処理を行う。制御部３１１は、上述のデータ処理部５１を備え、観察装置３４０からネットワーク９を介して受信して取得された撮像画像データに対し、上述した断片Ｓ、断片ペアおよび接続度合の設定等の処理（例、解析処理、第１アルゴリズムの処理、接続度合の算出処理）を行う。制御部３１１は、当該処理で得た検出結果画像Ｇｄにおける各断片Ｓのグループ分けの結果を示す情報、または同一グループに決定された断片Ｓを同色または同一輝度等で表示する出力画像の出力画像データを通信部３１３を介して端末装置３２０に送信する。

情報処理装置３１０の記憶部３１２は、不揮発性の記憶媒体を備え、情報処理装置３１０における処理に用いられるデータおよびプログラム、ならびにデータ処理部５１の処理により得られたデータ等を記憶する。情報処理装置３１０の通信部３１３は、ネットワーク９を介して通信可能な通信装置を備え、観察装置３４０から送信された撮像画像データ等を受信したり、制御部３１１で生成された情報等を端末装置３２０へと送信したりする。

図２１（Ｂ）は、端末装置３２０の構成を示す概念図である。端末装置３２０は、観察装置３４０の観察対象の品質評価者等により扱われる。端末装置３２０は、ＰＣ、スマートフォンまたはタブレット等の任意のコンピュータを含んで構成することができる。端末装置３２０は、通信部３２１と、出力部３２２と、入力部３２３とを備える。

端末装置３２０の通信部３２１は、ネットワーク９を介して通信可能な通信装置を備え、情報処理装置３１０から送信された、データ処理部５１の処理により得られた情報等を受信する。この情報は、同一グループに属する断片Ｓの位置情報や同一グループに属する断片を同色で着色した出力画像を含むことができる。また、当該情報は、事前に三叉または交叉の検出処理により、三叉または交叉を取り除いている場合には、三叉または交叉を取り除く前の検出結果画像を含んでもよい。画像端末装置３２０の出力部３２２は、液晶モニタ等の表示装置を備え、データ処理部５１の処理により得られた情報を示す画像等を出力する。ユーザ（例、品質評価者）は、出力部３２２に表示された画像等を見たり、当該画像等をデータ解析することにより、観察装置３４０の観察対象を評価することができる。例えば、観察対象が神経細胞の場合は、上記データ解析では、神経突起の長さや数を定量することができる。品質評価者による評価は端末装置３２０の不図示の入力部から入力され、入力されたデータが通信部３２１を介して情報処理装置３１０に送信され、情報処理装置３１０の記憶部３１２に記憶される構成としてもよい。なお、制御部３１１が受信する撮像画像データは、端末装置３２０に備わる入力部３２３を用いてユーザによって情報処理装置３１０へ送信されてもよい。

（変形例１０）
上述の実施形態において、三叉および交叉の検出および除去、断片Ｓの設定、断片ペアおよび接続度合の設定、ならびにグループ分けの決定について、ユーザが適宜、出力部４４の表示画面を見て、これらについてのパラメータを入力または変更できる構成にすることができる。以下では、三叉または交叉を交点と呼び、交点の検出および除去を交点除去処理と呼ぶ。また、断片Ｓの設定、断片ペアおよび接続度合の設定、ならびにグループ分けの決定を割り当て処理と呼ぶ。

図２２は、本変形例の画像処理方法の流れを示すフローチャートである。ステップ２０１～Ｓ２０５は、図１１のフローチャートのステップＳ１０１～Ｓ１０５と同様であるため、説明を省略する。ステップＳ２０５が終了したら、ステップＳ２０７が開始される。

ステップＳ２０７において、画素群設定部５１２は、検出結果画像Ｇｄにおける交点の除去を行う。

図２３は、ステップＳ２０７の交点の除去の流れを示すフローチャートである。ステップＳ２０５が終了したら、ステップＳ２０７１が開始される。ステップＳ２０７１において、出力制御部５２は、検出結果画像Ｇｄを出力部４４の表示画面に表示する。ステップＳ２０７１が終了したら、ステップＳ２０７２が開始される。ステップＳ２０７２において、画素群設定部５１２は、交点除去処理におけるパラメータを設定する。この交点除去処理におけるパラメータを、交点検出パラメータと呼ぶ。交点検出パラメータは、除去画素領域Ｒｅ（図５（Ｂ））の大きさを示す数値、特に除去画素領域Ｒｅの横方向または縦方向の画素数（幅）等を含むことができる。

ユーザは、撮像画像または検出結果画像Ｇｄを見て、さらに、交点除去処理を行ったうえで再度交点除去処理を行う場合には既に得られた後述する交点除去結果画像を見て、入力部４１を介し交点検出パラメータを入力することができる。例えば、ユーザは、検出結果画像Ｇｄにおける断片Ｓの断片幅と同程度になるように除去画素領域Ｒｅの幅を設定したり、検出結果画像Ｇｄにおいて断片Ｓの形状における凹凸が多い場合には除去画素領域Ｒｅの幅を長めに設定したりすることができる。あるいは、ユーザは、交点除去結果画像における交点の誤検出が多いときは、除去画素領域Ｒｅの幅を小さくし、交点除去処理において検出されなかった交点が多いときには、除去画素領域Ｒｅの幅を大きくするように設定することができる。画素群設定部５１２は、ユーザの入力部４１を介した入力に基づいて、交点検出パラメータを設定する。ステップＳ２０７２が終了したら、ステップＳ２０７３が開始される。

ステップＳ２０７３において、画素群設定部５１２は、ステップＳ２０７２で設定された交点検出パラメータを用いて、上述の実施形態と同様の方法で、上述の交点除去処理を行う。ステップＳ２０７３が終了したら、ステップＳ２０７４が開始される。ステップＳ２０７４において、出力制御部５２は、交点除去処理に供された後の検出結果画像を出力部４４の表示画面に表示する。この交点除去処理に供された後の検出結果画像を、交点除去結果画像と呼ぶ。ステップＳ２０７４が終了したら、ステップＳ２０７５が開始される。

ステップＳ２０７５において、データ処理部５１は、ユーザにより再度の交点除去処理を行う指示が入力部４１を介して入力されたか否かを判定する。当該指示が入力された場合、データ処理部５１は、ステップＳ２０７５を肯定判定し、ステップＳ２０７２が開始される。当該指示が入力されなかった場合、データ処理部５１は、ステップＳ２０７５を否定判定し、ステップＳ２０９が開始される。

図２２に戻って、ステップＳ２０９において、データ処理部５１は、割り当て処理におけるパラメータを設定する。この割り当て処理におけるパラメータを、割り当てパラメータと呼ぶ。割り当てパラメータは、上述の実施形態の式（１）における断片間距離ｗを含む項の重みｃ０、第２角度θ２を含む項の重みｃ１、第３角度θ３を含む項の重みｃ２および第１角度θ１を含む項の重みｃ３を含むことができる。さらに、割り当てパラメータは、上述の変形例４のように交叉に対応する４つの断片Ｓに対して向かい合う断片Ｓ同士が互いに接続されるよう接続度合を設定する処理を行うか否かを、二値等により示すことができる。この二値により示す変数を、ｆとする。この他、割り当てパラメータは、割り当て処理に用いられる任意のパラメータを含むことができる。例えば、上述の変形例５のように、接続度合の算出に、断片Ｓの幅の差や断片間の輝度の差を用いた場合には、接続度合を計算する式における断片Ｓの幅の差を含む項の重みｃ４、断片間の輝度差を含む項の重みｃ５を割り当てパラメータに含めることができる。算出部５１４は、接続度合の算出において、断片間距離ｗが所定の値以上の場合には、断片間距離ｗを含む項を無くして接続度合の算出を行うことができる。この所定の値Ｄを割り当てパラメータに含めることができる。

ユーザは、撮像画像、検出結果画像Ｇｄまたは交点除去結果画像を見て、さらに割り当て処理を行ったうえで再度割り当て処理を行う場合には既に得られた後述する割り当て結果画像を見て、入力部４１を介し割り当てパラメータを入力することができる。例えば、ユーザは、交点検出パラメータの値の２倍程度に上記所定の値Ｄを設定することができる。ユーザは、検出結果画像Ｇｄにおける断片Ｓの曲率が小さいときは、上記重みｃ１、ｃ２およびｃ３の値を高く設定することができ、断片Ｓの曲率が大きいときやノイズが多い場合は重みｃ１、ｃ２およびｃ３の値を低くして、重みｃ０の値を高く設定することができる。あるいは、ユーザは、断片Ｓの幅のばらつきが大きい場合には、断片Ｓの幅を含む項の重みｃ４の値を高く設定し、ばらつきが小さい場合には、当該重みｃ４の値を低く、例えば０と設定する。データ処理部５１は、ユーザの入力部４１を介した入力に基づいて、割り当てパラメータを設定する。ステップＳ２０９が終了したら、ステップＳ２１１が開始される。

ステップＳ２１１において、データ処理部５１は、ステップＳ２０９で設定された割り当てパラメータを用いて、上述の実施形態と同様の方法で、上述の割り当て処理を行う。ステップＳ２１１が終了したら、ステップＳ２１３が開始される。ステップＳ２１３において、出力制御部５２は、割り当て処理により得られた上述の出力画像を出力部４４の表示画面に表示する。以下では、この出力画像は、断片Ｓをグループごとに色彩、明度および彩度の少なくとも一つが異なるようにした画像とし、割り当て結果画像と呼ぶ。ステップＳ２１３が終了したら、ステップＳ２１５が開始される。

ステップＳ２１５において、データ処理部５１は、ユーザにより再度の割り当て処理を行う指示が入力部４１を介して入力されたか否かを判定する。当該指示が入力された場合、データ処理部５１は、ステップＳ２１５を肯定判定し、ステップＳ２０７が開始される。当該指示が入力されなかった場合、データ処理部５１は、ステップＳ２１５を否定判定し、処理が終了される。
なお、データ処理部５１がステップＳ２１５を肯定判定した後、ステップＳ２０９を開始してもよい。

以下では、上述の交点除去処理について、出力部４４に表示される表示画面の例を示すが、各表示画面における画像の態様、ならびに、ボタンおよびアイコンの形状等は以下の各図に示されたものに限定されない。

図２４は、交点除去処理を行う前に出力部４４に表示される画面の例であり、この画面を第１基本画面７０１とする。第１基本画面７０１は、画像表示部８００、第１入力要素表示部７１０と、動画操作部８１０とを備える。第１入力要素表示部７１０は、第１表示設定ボタン７１１，交点検出パラメータ選択ボタン７１２および交点除去実行ボタン７１３を備える。動画操作部８１０は、画像表示部８００に動画が表示される場合に巻き戻しを行うための巻戻しボタン８１１と、再生を行うための再生ボタン８１２と、一時停止を行うための一時停止ボタン８１３と、早送りを行うための早送りボタン８１４とを備える。図２４の第１基本画面７０１の画像表示部８００には検出結果画像Ｇｄが示されているが、画像表示部８００に表示する画像は適宜変更可能である。

第１入力要素表示部７１０は、ユーザがマウスまたはタッチパッド等によりカーソルを合わせてクリック等することにより画像処理装置１に所定の動作を行わせるための入力要素であるボタン７１１，７１２および７１３を備える。

第１表示設定ボタン７１１は、表示画面を、画像表示部８００に表示する画像を設定するための画面である第１表示設定画面へと遷移させるための入力要素である。第１表示設定ボタン７１１がクリックされると、出力制御部５２は、図２５の第１表示設定画面７０２を出力部４４に表示させる。

交点検出パラメータ選択ボタン７１２は、表示画面を、交点検出パラメータを入力するための画面である交点検出パラメータ選択画面へと遷移させるための入力要素である。交点検出パラメータ選択ボタン７１２がクリックされると、出力制御部５２は、図２６の交点検出パラメータ選択画面７０３を出力部４４に表示させる。

交点除去実行ボタン７１３は、画素群設定部５１２が交点除去処理を実行し、表示画面を、交点除去処理の結果を表示するための画面である第１結果表示画面へと遷移させるための入力要素である。交点除去実行ボタン７１３がクリックされると、出力制御部５２は、図２７の第１結果表示画面７０４を出力部４４に表示させる。

図２５は、第１表示設定画面７０２の例を示す図である。第１表示設定画面７０２は、画像表示部８００、第１画像選択部７２０と、動画操作部８１０とを備える。第１画像選択部７２０は、第１撮像画像表示ボタン７２１と、第１検出結果画像表示ボタン７２２と、第１交点除去結果画像表示ボタン７２３と、第１確定ボタン７２４を備える。これらのボタンがクリックされる前は、出力制御部５２は、それまで第１基本画面７０１等で表示されていた画像を画像表示部８００に表示することができる。

第１画像選択部７１０には、ユーザがマウスまたはタッチパッド等によりカーソルを合わせてクリック等することにより画像処理部８００に表示する画像の選択を行わせるための入力要素であるボタン７２１，７２２、７２３および７２４を備える。

第１撮像画像表示ボタン７２１は、第１撮像画像表示ボタン７２１をクリックすることにより、画像表示部８００に撮像画像を表示させるための入力要素である。以下では、撮像画像として蛍光顕微鏡で撮像された細胞Ｃｅの蛍光画像を表示する構成としている。第１撮像画像表示ボタン７２１がクリックされると、出力制御部５２は、画像表示部８００に撮像画像を表示させる。

第１検出結果画像表示ボタン７２２は、第１検出結果画像表示ボタン７２２をクリックすることにより、画像表示部８００に検出結果画像Ｇｄを表示させるための入力要素である。第１検出結果画像表示ボタン７２２がクリックされると、出力制御部５２は、画像表示部８００に検出結果画像を表示させる。

第１交点除去結果画像表示ボタン７２３は、第１交点除去結果画像表示ボタン７２３をクリックすることにより、画像表示部８００に交点除去結果画像Ｇｋを表示させるための入力要素である。第１交点除去結果画像表示ボタン７２２がクリックされると、出力制御部５２は、画像表示部８００に交点除去結果画像Ｇｋを表示させる。図２５の例では、第１交点除去結果画像表示ボタン７２２がクリックされた後に表示された交点結果画像Ｇｋを示す。

第１確定ボタン７２４は、第１確定ボタン７２４をクリックすることにより、第１基本画面７０１へと表示画面を遷移させるための入力要素である。第１確定ボタン７２４がクリックされると、出力制御部５２は、表示画面を第１基本画面７０１に遷移させた後、第１基本画面７０１の画面表示部８００に、第１表示設定画面７０２の画像表示部８００に表示されていた画像をそのまま表示する。

図２６は、交点検出パラメータ選択画面７０３の例を示す図である。交点検出パラメータ選択画面７０３は、画像表示部８００、第１パラメータ入力部７３０と、動画操作部８１０とを備える。第１パラメータ入力部７３０は、テキストボックス７３１と、第２確定ボタン７３２とを備える。出力制御部５２は、交点検出パラメータ選択画面７０３の画像表示部８００に、それまで第１基本画面７０１の画像表示部８００で表示されていた画像を表示することができる。図２６の例では、細胞Ｃｅの撮像画像である蛍光画像Ｇｆを示す。

テキストボックス７３１は、交点検出パラメータを入力するための入力要素である。ユーザは、テキストボックス７３１にキーボード等を用いて数値を入力することができる。テキストボックス７３１の上方には、交点検出パラメータの種類を示す「Ｒ」の文字が表示されている。
なお、交点検出パラメータを入力することができれば、テキストボックス以外の任意の入力要素を第１パラメータ入力部７３１に配置することができる。

第２確定ボタン７３２は、第２確定ボタン７３２をクリックすることにより、第１基本画面７０１へと表示画面を遷移させるための入力要素である。第２確定ボタン７３２がクリックされると、画素群設定部５１２は、テキストボックス７３１に入力された数値を交点検出パラメータとして設定する。また、出力制御部５２は、表示画面を第１基本画面７０１に遷移させる。

図２７は、第１結果表示画面７０４の例を示す図である。第１結果表示画面７０４は、画像表示部８００、第１判定入力部７４０と、動画操作部８１０とを備える。第１判定入力部７４０は、第１終了ボタン７４１と、第１再実行ボタン７４２とを備える。出力制御部５２は、第１結果表示画面７０４の画像表示部８００に、交点除去処理で得た交点除去結果画像Ｇｋを表示する。ユーザは、交点除去結果画像Ｇｋを見て、交点除去処理を終了するか、交点除去処理を再度行うかを入力することができる。

第１判定入力部７４０には、ユーザがマウスまたはタッチパッド等によりカーソルを合わせてクリック等することにより画像処理装置１に所定の動作を行わせるための入力要素であるボタン７４１および７４２を備える。

第１終了ボタン７４１は、第１終了ボタン７４１がクリックされることにより、交点除去処理を終了し、割り当て処理の設定および実行へと進むためのボタンである。第１終了ボタン７４１がクリックされると、出力制御部５２は、割り当て処理の設定を行うための画面である図２８の第２基本画面７０５を出力部４４に表示する。

第１再実行ボタン７４２は、第１再実行ボタン７４２がクリックされることにより、交点除去処理を再度行うためのボタンである。第１再実行ボタン７４２がクリックされると、出力制御部５２は、第１基本画面７０１を出力部４４に表示する。

以下では、上述の割り当て処理について、出力部４４に表示される表示画面の例を示すが、各表示画面における画像の態様、ならびに、ボタンおよびアイコンの形状等は以下の各図に示されたものに限定されない。

図２８は、割り当て処理を行う前に出力部４４に表示される画面の例であり、この画面を第２基本画面７０５とする。第２基本画面７０５は、画像表示部８００、第２入力要素表示部７５０と、動画操作部８１０とを備える。第２入力要素表示部７５０は、第２表示設定ボタン７５１と、割り当てパラメータ選択ボタン７５２と、割り当て実行ボタン７５３とを備える。図２８の画像表示部８００には検出結果画像Ｇｄが示されているが、第２基本画面７０５の画像表示部８００に表示する画像は適宜変更可能である。

第２入力要素表示部７５０には、ユーザがマウスまたはタッチパッド等によりカーソルを合わせてクリック等することにより画像処理装置１に所定の動作を行わせるための入力要素であるボタン７５１，７５２および７５３を備える。

第２表示設定ボタン７５１は、表示画面を、画像表示部８００に表示する画像を設定するための画面である第２表示設定画面へと遷移させるための入力要素である。第２表示設定ボタン７５１がクリックされると、出力制御部５２は、図２９の第２表示設定画面７０６を出力部４４に表示させる。

割り当てパラメータ選択ボタン７５２は、表示画面を、割り当てパラメータを入力するための画面である割り当てパラメータ選択画面へと遷移させるための入力要素である。割り当てパラメータ選択ボタン７５２がクリックされると、出力制御部５２は、図３０の割り当てパラメータ選択画面７０７を出力部４４に表示させる。

割り当て実行ボタン７５３は、データ処理部５１が割り当て処理を実行し、表示画面を、割り当て処理の結果を表示するための画面である第２結果表示画面へと遷移させるための入力要素である。割り当て実行ボタン７５３がクリックされると、出力制御部５２は、図３１の第２結果表示画面７０８を出力部４４に表示させる。

図２９は、第２表示設定画面７０６の例を示す図である。第２表示設定画面７０６は、画像表示部８００、第２画像選択部７６０と、動画操作部８１０とを備える。第２画像選択部７６０は、第２撮像画像表示ボタン７６１と、第２検出結果画像表示ボタン７６２と、第２交点除去結果画像表示ボタン７６３と、割り当て結果画像表示ボタン７６４と、第３確定ボタン７６５を備える。これらのボタンがクリックされる前は、出力制御部５２は、それまで第２基本画面７０５等で表示されていた画像を画像表示部８００に表示することができる。

第２画像選択部７６０には、ユーザがマウスまたはタッチパッド等によりカーソルを合わせてクリック等することにより画像処理部８００に表示する画像の選択を行わせるための入力要素であるボタン７６１，７６２、７６３、７６４および７６５を備える。

第２撮像画像表示ボタン７６１は、第２撮像画像表示ボタン７６１をクリックすることにより、画像表示部８００に撮像画像を表示させるための入力要素である。第２撮像画像表示ボタン７６１がクリックされると、出力制御部５２は、画像表示部８００に撮像画像を表示させる。

第２検出結果画像表示ボタン７６２は、第２検出結果画像表示ボタン７６２をクリックすることにより、画像表示部８００に検出結果画像Ｇｄを表示させるための入力要素である。第２検出結果画像表示ボタン７６２がクリックされると、出力制御部５２は、画像表示部８００に検出結果画像Ｇｄを表示させる。

第２交点除去結果画像表示ボタン７６３は、第２交点除去結果画像表示ボタン７６３をクリックすることにより、画像表示部８００に交点除去結果画像Ｇｋを表示させるための入力要素である。第２交点除去結果画像表示ボタン７６３がクリックされると、出力制御部５２は、画像表示部８００に交点除去結果画像Ｇｋを表示させる。

割り当て結果画像表示ボタン７６４は、割り当て結果画像表示ボタン７６４をクリックすることにより、画像表示部８００に上述の割り当て結果画像Ｇｒを表示させるための入力要素である。割り当て結果画像表示ボタン７６４がクリックされると、出力制御部５２は、画像表示部８００に割り当て結果画像Ｇｒを表示させる。図２９の割り当て結果画像Ｇｒでは、同一グループの神経突起が同一の色相等で示されることを一点鎖線で模式的に示した。

第３確定ボタン７６５は、第３確定ボタン７６５をクリックすることにより、第２基本画面７０５へと表示画面を遷移させるための入力要素である。第３確定ボタン７６５がクリックされると、出力制御部５２は、表示画面を第２基本画面７０５に遷移させた後、第２基本画面７０５の画像表示部８００に、第２表示設定画面７０６の画像表示部８００に表示されていた画像をそのまま表示する。

図３０は、割り当てパラメータ選択画面７０７の例を示す図である。割り当てパラメータ選択画面７０７は、画像表示部８００、第２パラメータ入力部７７０と、動画操作部８１０とを備える。第２パラメータ入力部７７０は、第１テキストボックス７７１と、第２テキストボックス７７２と、第３テキストボックス７７３と、第４テキストボックス７７４と、第５テキストボックス７７５と、第６テキストボックス７７６と、第７テキストボックス７７７と、第８テキストボックス７７８と、第４確定ボタン７７９とを備える。出力制御部５２は、割り当てパラメータ選択画面７０７の画像表示部８００に、それまで第２基本画面７０５の画像表示部８００で表示されていた画像を表示することができる。図３０の例では、蛍光画像Ｇｆを示す。

第１テキストボックス７７１、第２テキストボックス７７２、第３テキストボックス７７３、第４テキストボックス７７４、第５テキストボックス７７５、第６テキストボックス７７６、第７テキストボックス７７７および第８テキストボックス７７８は、それぞれ、割り当てパラメータｃ０、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４、ｃ５、Ｄおよびｆを入力するための入力要素である。ユーザは、第２パラメータ入力部７７０の各テキストボックス７７１～７７８にキーボード等を用いて数値を入力することができる。第２パラメータ入力部７７０の各テキストボックス７７１～７７８の上方には、割り当てパラメータの種類を示す文字が表示されている。
なお、割り当てパラメータを入力することができれば、テキストボックス以外の任意の入力要素をパラメータ入力部７３１に配置することができる。

第４確定ボタン７７９は、第４確定ボタン７７９をクリックすることにより、第２基本画面７０５へと表示画面を遷移させるための入力要素である。第４確定ボタン７７９がクリックされると、データ処理部５１は、各テキストボックス７７１～７７８に入力された数値を割り当てパラメータとして設定する。また、出力制御部５２は、表示画面を第２基本画面７０５に遷移させる。

図３１は、第２結果表示画面７０８の例を示す図である。第２結果表示画面７０８は、画像表示部８００、第２判定入力部７８０と、動画操作部８１０とを備える。第２判定入力部７８０は、第２終了ボタン７８１と、第２再実行ボタン７８２と、第３再実行ボタン７８３とを備える。出力制御部５２は、第２結果表示画面７０８の画像表示部８００に、割り当て処理で得た割り当て結果画像Ｇｒを表示する。ユーザは、割り当て結果画像Ｇｒを見て、割り当て処理を終了するか、交点除去処理または割り当て処理を再度行うかを入力することができる。

第２判定入力部７８０には、ユーザがマウスまたはタッチパッド等によりカーソルを合わせてクリック等することにより画像処理装置１に所定の動作を行わせるための入力要素であるボタン７８１、７８２および７８３を備える。

第２終了ボタン７８１は、第２終了ボタン７８１がクリックされることにより、割り当て処理を終了するためのボタンである。第２終了ボタン７８１がクリックされると、データ処理部５２は、適宜処理を終了する。

第２再実行ボタン７８２は、第２再実行ボタン７８２がクリックされることにより、交点除去処理を再度行うためのボタンである。第２再実行ボタン７８２がクリックされると、出力制御部５２は、第１基本画面７０１を出力部４４に表示する。

第３再実行ボタン７８２は、第３再実行ボタン７８３がクリックされることにより、割り当て処理を再度行うためのボタンである。第３再実行ボタン７８３がクリックされると、出力制御部５２は、第２基本画面７０５を出力部４４に表示する。

本変形例の画像処理方法では、ユーザが交点除去処理の結果や割り当て処理の結果を確認しつつ、これらの処理についてのパラメータを調整することができる。これにより、それぞれの具体的な撮像画像に対して、断片Ｓ等の画素群がどのように線状の部分に対応するかを正確に、解析することができる。また、上述のような画面遷移により、必要に応じて交点除去処理の結果や割り当て処理の結果を示す画像を見ながら上記パラメータの入力を行うことができるため、効率よく上記解析を行うことができる。

本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特願２０１９－１６４５０５号（２０１９年９月１０日出願）

１…画像処理装置、９…ネットワーク、１０…培養室、２０…撮像部、４０…情報処理部、４３…記憶部、４４…出力部、５０…制御部、５１，５１ａ…データ処理部、１００…培養部、３００…品質評価システム、３１０…情報処理装置、３２０…端末装置、３３０，３３１，３３２，３３３…ゲートウェイ端末、３４０，３４１，３４２，３４３…観察装置、５１１…検出結果画像生成部、５１２…画素群設定部、５１３…組設定部、５１４，５１４ａ…算出部、６００，６００ａ…決定部、６０１…実行部、６０２…終了判定部、７００…画像生成部、７０１…第１基本画面、７０２…第１表示設定画面、７０３…交点検出パラメータ選択画面、７０４…第１結果表示画面、７０５…第２基本画面、７０６…第２表示設定画面、７０７…割り当てパラメータ選択画面、７０８…第２結果表示画面、Ｃ１…断片の重心、Ｃ２…矩形の中心、Ｃｅ…細胞、Ｄ…断片間距離、Ｅ，Ｅ１２，Ｅ３４，Ｅ５７，Ｅ５８，Ｅ６７，Ｅ６８…エッジ、Ｎ５，Ｎ６，Ｎ７，Ｎ８，Ｎ３０１，Ｎ３０２，Ｎ３０３，Ｎ３０４…ノード、Ｇ，Ｇ１，Ｇ２…重み付き連結グラフ、Ｇｄ…検出結果画像、Ｇｐ…確率分布画像、Ｌ１…第１線分、Ｌ２…第２線分、Ｌ３…第３線分、Ｎｒ…神経突起、Ｐｘ，Ｐｘ１，Ｐｘ２…画素、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４…探索範囲、Ｒｔ…矩形、Ｓ，Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０３，Ｓ２０１、Ｓ２０２，Ｓ２０３，Ｓ３０１，Ｓ３０２，Ｓ３０３，Ｓ３０４…断片、Ｓｇ１，Ｓｇ２…画素群、ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３，ＳＳ４，ＳＳ５，ＳＳ６，ＳＳ７…画素断片、Ｓｏ，Ｓｏ１，Ｓｏ２…細胞体、Ｔ，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１…端画素、ｗ…断片間距離、θ１…第１角度、θ２…第２角度、θ３…第３角度。

Claims (16)

1. 線状部分を含む対象物を示す第１画像の画像データを撮像部から取得し、前記撮像部において前記第１画像に相当する複数の画素群を設定するに際し、前記画像データに基づき、互いに連結されていない第１画素群および第２画素群を含む前記複数の画素群を設定する画素群設定部と、
   前記第１画素群に対する前記第２画素群の接続度合を算出するために、前記複数の画素群のうち、前記第１画素群と、前記第１画素群から所定の範囲内にある画素を含む前記第２画素群との組の設定を行う組設定部と、
   前記組設定部にて設定された前記組の前記接続度合を算出する算出部とを備え、
   前記所定の範囲は、前記第１画素群と前記第２画素群との間の第１距離に基づいて設定された探索範囲である、または前記第１画素群に対応する第１線分と前記第２画素群に対応する第２線分とがなす第１角度に基づいて設定された探索範囲であり、
   前記算出部は、前記第１距離または前記第１角度を算出し、前記第１距離または前記第１角度を用いて前記接続度合を算出する
   画像処理装置。
2. 請求項１に記載の画像処理装置において、
   前記算出部は、前記第１画素群に含まれる点および前記第２画素群に含まれる点を通る第３線分と前記第１線分とがなす第２角度、および前記第３線分と前記第２線分とがなす第３角度の少なくとも一つの角度を算出し、前記第２角度および前記第３角度の少なくとも一つに基づいて前記接続度合を算出する画像処理装置。
3. 請求項２に記載の画像処理装置において、
   前記算出部は、前記第３線分のうち最も短い第４線分と、前記第１線分とがなす第４角度、および前記第４線分と前記第２線分とがなす第５角度の少なくとも一つの角度を算出し、前記第４角度および前記第５角度の少なくとも一つに基づいて前記接続度合を算出する画像処理装置。
4. 請求項１に記載の画像処理装置において、
   前記組設定部は、前記複数の画素群を構成するそれぞれの画素群について前記組の設定を行い、
   前記算出部は、それぞれの前記組について前記接続度合を算出し、
   算出された前記接続度合に基づいて、前記複数の画素群のグループ分けを決定する決定部を備える画像処理装置。
5. 請求項４に記載の画像処理装置において、
   前記決定部は、前記複数の画素群のそれぞれをノード、前記接続度合をエッジの重みとして、プリム法、クラスカル法またはブルーフカ法により求めた最小全域木に基づき、前記ノードがいずれのグループに属するかを順次決定する画像処理装置。
6. 請求項５に記載の画像処理装置において、
   前記決定部は、前記プリム法、前記クラスカル法または前記ブルーフカ法においてエッジを選択する際、選択された複数のエッジに対応する数値の和に基づいて、前記最小全域木を求める処理を終了するか否かを判定する終了判定部を備える画像処理装置。
7. 請求項４から６までのいずれか一項に記載の画像処理装置において、
   前記グループ分けの結果を示す第２画像を生成する画像生成部を備える画像処理装置。
8. 請求項２から７までのいずれか一項に記載の画像処理装置において、
   前記画素群設定部は、前記複数の画素群を設定する前に、前記第１画像を構成する画素から、交叉に対応する画素を除外して、前記交叉を挟んで向かい合う断片を交叉画素群として設定し、
   前記算出部は、前記交叉画素群の断片同士の組が、連結された線状の領域の一部に対応するように前記接続度合を算出する画像処理装置。
9. 請求項８に記載の画像処理装置において、
   前記画素群設定部は、前記第１画素群から一定範囲内に他の３つの画素群がある場合、前記第１画素群および前記３つの画素群を含む４つの画素群をまとめて前記交叉画素群とする交叉画素群設定部を含み、
   前記算出部は、前記交叉を挟んで向かい合う前記交叉画素群の組が連結された線状の領域の一部に対応するように前記接続度合を算出する画像処理装置。
10. 請求項２から９までのいずれか一項に記載の画像処理装置において、
    前記算出部は、前記第１画素群または前記第２画素群を構成する複数の画素の輝度の平均値、前記第１画素群または前記第２画素群の幅、前記第１画素群または前記第２画素群に曲線を対応させた場合の前記曲線の曲率、および、前記第１画素群または前記第２画素群を折れ線に対応させた場合の前記折れ線を構成する線分の長さの少なくとも一つに基づいて、前記接続度合を算出する画像処理装置。
11. 請求項１から１０までのいずれか一項に記載の画像処理装置において、
    前記組設定部は、前記複数の画素群のうち、前記第１画素群と、前記第１画素群の端にある画素または前記第１画素群の重心または前記第１画素群に外接する矩形の中心に対応して設定された前記所定の範囲内にある画素を含む前記第２画素群との組を設定する画像処理装置。
12. 請求項１から１１までのいずれか一項に記載の画像処理装置において、
    前記第１画像は、前記対象物を撮像して得られた画像に画像処理を行って得られた画像であって、前記第１画像の各画素について当該各画素が線状の構造に対応するか否かを画素値により示す二値化画像であり、
    前記画素群設定部は、前記画素値に基づいて前記複数の画素群を設定する、画像処理装置。
13. 請求項１から１２までのいずれか一項に記載の画像処理装置において、
    前記第１画像は、神経突起に対応する複数の画素を示す画像であり、
    前記接続度合は、前記第１画素群と前記第２画素群とが同一の神経細胞から伸びる神経突起の一部に対応する可能性を示す数値である画像処理装置。
14. 請求項１から１２までのいずれか一項に記載の画像処理装置において、
    前記第１画像は、血管に対応する複数の画素を示す画像であり、
    前記接続度合は、前記第１画素群と前記第２画素群とが同一の血管の一部に対応する可能性を示す数値である画像処理装置。
15. 線状部分を含む対象物を示す第１画像の画像データを撮像部から取得し、前記撮像部において前記第１画像に相当する複数の画素群を設定するに際し、前記画像データに基づき、互いに連結されていない第１画素群および第２画素群を含む前記複数の画素群を設定する工程と、
    前記第１画素群に対する前記第２画素群の接続度合を算出するために、前記複数の画素群のうち、前記第１画素群と、前記第１画素群から所定の範囲内にある画素を含む前記第２画素群との組の設定を行う工程と、
    前記組の設定を行う工程にて設定された前記組の前記接続度合を算出する工程とを含み、
    前記所定の範囲は、前記第１画素群と前記第２画素群との間の第１距離に基づいて設定された探索範囲である、または前記第１画素群に対応する第１線分と前記第２画素群に対応する第２線分とがなす第１角度に基づいて設定された探索範囲であり、
    前記算出する工程は、前記第１距離または前記第１角度を算出し、前記第１距離または前記第１角度を用いて前記接続度合を算出する
    画像処理方法。
16. 画像処理装置に次の処理を実行させるためのプログラムであって、
    線状部分を含む対象物を示す第１画像の画像データを撮像部から取得し、前記撮像部において前記第１画像に相当する複数の画素群を設定するに際し、前記画像データに基づき、互いに連結されていない第１画素群および第２画素群を含む前記複数の画素群を設定する画素群設定処理と、
    前記第１画素群に対する前記第２画素群の接続度合を算出するために、前記複数の画素群のうち、前記第１画素群と、前記第１画素群から所定の範囲内にある画素を含む前記第２画素群との組の設定を行う組設定処理と、
    前記組設定処理にて設定された前記組の前記接続度合を算出する算出処理とを含み、
    前記所定の範囲は、前記第１画素群と前記第２画素群との間の第１距離に基づいて設定された探索範囲である、または前記第１画素群に対応する第１線分と前記第２画素群に対応する第２線分とがなす第１角度に基づいて設定された探索範囲である、
    プログラム。

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