WO2017175470A1 - スペックル測定装置およびスペックル測定方法 - Google Patents

スペックル測定装置およびスペックル測定方法 Download PDF

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耕太 相澤
大久保　厚志
脇田　能宏
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Definitions

  • This technology relates to a speckle measuring device and a speckle measuring method.
  • a speckle pattern When an object having an inhomogeneous structure is irradiated with coherent light such as laser light and the scattered light reflected from the object is observed with an imaging unit, a granular pattern called a speckle pattern appears.
  • a laser beam is irradiated to a non-moving object, the speckle pattern does not change and the light intensity does not change, but for a moving object, this speckle pattern depends on the moving speed of the object. fluctuate.
  • the speed and size of moving particles can be determined by examining the degree of temporal change in speckle strength. This principle is applied to, for example, measurement of biological parameters such as blood flow velocity of red blood cells in biological measurement.
  • Patent Document 1 discloses a technique for estimating a motion parameter of a particle group by measuring a time series change at a specific point.
  • Patent Document 2 discloses that an imaging unit captures a speckle image and measures a vibration phenomenon on a rough surface.
  • an object of the present technology is to provide a speckle measuring device and a speckle measuring method capable of improving accuracy such as measurement of a flow velocity targeting a granule such as red blood cells. .
  • a speckle measurement device includes: An imaging unit that captures, as a speckle image, an image of scattered light that returns from the measurement target when the measurement target is irradiated with coherent light; A measurement region corresponding to the same part of the measurement target of a plurality of speckle images continuously captured in time by the imaging unit is set as a movement amount of a relative positional relationship between the measurement target and the imaging unit. And a control unit to be determined in consideration.
  • the movement of the particles such as red blood cells is canceled by canceling the component of the relative movement between the measurement target and the imaging unit due to the movement of the body or the vibration of the imaging unit. It is possible to extract only speckle components resulting from the measurement object. Thereby, the accuracy of speckle measurement can be improved.
  • the control unit detects a movement amount of a relative positional relationship between the measurement object and the imaging unit by comparing a plurality of speckle images sequentially captured by the imaging unit in time, and detects this Based on the amount of movement, a plurality of speckle images may be configured to determine a measurement region corresponding to the same part of the measurement target.
  • control unit divides the coordinate space of the speckle image captured by the imaging unit into a plurality of divided regions having a predetermined size, and determines the divided region having the smallest regional noise component as the measurement region.
  • the region having the highest coincidence with the speckle image of the measurement region is searched from the speckle image at the next time, and the searched region is set as the measurement region at the next time. It may be a thing.
  • control unit may be configured to determine, as the local noise, an image signal whose speckle response does not change linearly with respect to a change in the intensity of coherent light.
  • control unit may be configured to exclude from the measurement region a divided region in which any one of an average value, a maximum value, and a median value of luminance differences of all speckles is equal to or less than a threshold value.
  • the speckle measurement method is Irradiate the object to be measured with coherent light, Taking an image of scattered light returning from the measurement object as a speckle image, In the control unit, a plurality of the speckle images captured continuously in time, a measurement region corresponding to the same part of the measurement target, and a movement amount of a relative positional relationship between the measurement target and the imaging unit. Judgment is made with consideration.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a speckle measurement device 100 according to a first embodiment of the present technology.
  • the speckle measuring device 100 of 1st Embodiment it is a figure which shows the whole speckle image It0 and measurement area
  • the speckle measurement apparatus 100 according to the first embodiment the positional relationship between the entire speckle image It0 imaged at the time t0 by the imaging unit 4 and the entire speckle image It1 imaged at the next time t1, and this It is a figure which shows measurement area
  • the speckle measurement apparatus 100A of the second embodiment it is a diagram showing the entire speckle image It0 imaged at time t0 and the divided areas D1-D16 set thereto.
  • the positional relationship between the entire speckle image It0 imaged at time t0 and the entire speckle image It1 imaged at the next time t1 and this positional relationship are also obtained. It is a figure which shows measurement area
  • a measurement object 2 such as red blood cells flowing through a living body is irradiated with coherent light 1 a such as laser light from a light source 1, and reflected scattered light 3 is reflected by an imaging unit 4.
  • coherent light 1 a such as laser light from a light source 1
  • reflected scattered light 3 is reflected by an imaging unit 4.
  • a speckle measuring apparatus that analyzes a speckle image obtained by imaging and measures a blood flow rate and the like will be described.
  • the speckle measurement device improves speckle measurement accuracy by excluding the component of the relative positional relationship between the measurement object 2 and the imaging unit 4 from the speckle measurement result. It aims to plan.
  • the speckle measuring apparatus includes: An imaging unit 4 that captures a speckle image of the scattered light 3 returned from the measurement object 2 when the measurement object 2 is irradiated with the coherent light 1a; The measurement region corresponding to the same part of the measurement target 2 of a plurality of speckle images continuously captured in time by the imaging unit 4 is taken into account the movement amount of the relative positional relationship between the measurement target 2 and the imaging unit 4. And an arithmetic processing circuit which is a control unit to be determined.
  • the arithmetic processing circuit compares a plurality of speckle images continuously captured in time by the imaging unit 4 and moves the relative positional relationship between the measurement object 2 and the imaging unit 4. And a measurement region corresponding to the same part of the measurement object 2 of a plurality of speckle images is determined based on the detected movement amount.
  • the speckle measuring device of the second embodiment is The arithmetic processing circuit divides the speckle image picked up by the image pickup unit 4 into a plurality of divided regions of a predetermined size, determines a divided region having the smallest regional noise component as a measurement region, and speckles in the measurement region One or a plurality of divided areas having a relatively low degree of coincidence with the image are searched from the speckle image at the next time, and the searched area is determined as the measurement area of the speckle image at the next time It is comprised.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the speckle measurement apparatus 100 according to the first embodiment.
  • the speckle measuring apparatus 100 receives a speckle image by receiving a light source 1 such as a laser light source that irradiates laser light to the measuring object 2 as coherent light and the scattered light reflected by the measuring object 2.
  • a speckle measurement system 10 that measures, for example, blood flow velocity for red blood cells from a plurality of speckle images obtained continuously in time.
  • the speckle measurement system 10 includes a charge coupled device (CCD) and a complementary (CMOS).
  • An imaging unit 4 such as a metal oxide semiconductor), an arithmetic processing circuit 6, and a memory 7 are provided.
  • the arithmetic processing circuit 6 and the memory 7 may be composed of one or more computers 5.
  • the imaging unit 4 is connected to the bus 9 via the interface 8.
  • the computer 5 may be connected to the imaging unit 4 through a network. Further, a configuration may be adopted in which processing for speckle measurement is performed in parallel by a plurality of computers.
  • the arithmetic processing circuit 6 functions as a movement detection unit 61, a measurement area calculation unit 62, a tracking signal generation unit 63, a time series signal processing unit 64, and the like according to a program stored in the memory 7 or the like.
  • the memory 7 stores a plurality of speckle images taken in time by the imaging unit 4.
  • the movement detection unit 61 detects the movement of the relative positional relationship between the measurement object 2 and the imaging unit 4. More specifically, the movement detection unit 61 repeatedly shifts the positional relationship between two speckle images stored in the memory 7 in time with a predetermined unit such as a pixel, The distance between the two when the maximum matching is obtained by matching each other is calculated as the amount of movement of the relative positional relationship between the measurement object 2 and the imaging unit 4. Alternatively, in order to further improve the accuracy, matching may be performed by shifting the positional relationship between the two speckle images in units of subpixels obtained by further dividing the pixel.
  • the speckle image of coherent light scattered by a fixed structure such as a skin tissue is not significantly changed in the two speckle images continuous in time. Therefore, if the movement of the relative positional relationship between two speckle images that are continuous in time is known, the measurement region corresponding to the same part of the measurement object 2 of the two speckle images can be calculated. .
  • the measurement region calculation unit 62 first detects the first of the two speckle images based on the movement amount of the relative positional relationship between the two temporally continuous speckle images detected by the movement detection unit 61. It is calculated where in the speckle image at the next time the measurement region set for the speckle image at the current time corresponds.
  • an area of a predetermined size in the vertical and horizontal directions in the central portion of the speckle image at the first time is initially set as the measurement area.
  • the measurement region calculation unit 62 can calculate the measurement area of the speckle image at the next time from the amount of movement detected by the movement detector 61.
  • the tracking signal generation unit 63 generates an evaluation value such as an average value of each pixel value of the measurement region determined by the measurement region calculation unit 62 as a speckle measurement signal.
  • the time-series signal processing unit 64 processes the signal generated by the tracking signal generation unit 63 to calculate the speed and particle size of particles such as red blood cells.
  • the time-series signal processing unit 64 may perform measurement of red blood cell velocity by a laser Doppler method, estimation of a particle size by DLS (dynamic light scattering method), or the like.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the entire speckle image It0 and the measurement region At0 captured by the imaging unit 4 at a certain time t0.
  • an area having a predetermined vertical and horizontal size at the center of the speckle image I is preset as the initial measurement area At0.
  • the relative positional relationship between the measurement object 2 and the imaging unit 4 is unknown in the direction of movement, it is preferable to provide the measurement region At0 at the center of the speckle image as described above.
  • symbol S in FIG. 3 has shown the speckle corresponding to erythrocytes, and actually one speckle is one spot pattern which repeats blinking with time.
  • FIG. 4 is calculated based on the positional relationship between the entire speckle image It0 captured at time t0 by the imaging unit 4 and the entire speckle image It1 captured at the next time t1, and based on this positional relationship. It is a figure which shows measurement area
  • matching is performed while repeatedly shifting the speckle image It0 at time t0 and the speckle image It1 at time t1 with respect to each other in units of pixels.
  • the distance in the x1 and y-axis directions is y1.
  • the measurement area calculation unit 62 determines, in the speckle image It1 at time t1, the area of the same part as the part of the measurement object 2 corresponding to the measurement area At0 at time t0 as the measurement area at time t1. Calculate as At1. That is, the measurement area At1 in the speckle image It1 at time t1 is moved from the position Pt0 of the measurement area At0 at the previous time t0 in the coordinate space of the speckle image by the detected movement amount.
  • the tracking signal generation unit 63 generates an evaluation value such as an average value of each pixel value in the measurement region at each time as a speckle measurement signal and outputs it to the time series signal processing unit 64. Then, the time-series signal processing unit 64 processes the speckle measurement signal at each time, and calculates the speed and particle size of the particles such as red blood cells.
  • the speckle measurement apparatus 100 As described above, in the speckle measurement apparatus 100 according to the present embodiment, components of relative movement between the measurement target 2 and the imaging unit 4 due to body movement, vibration of the imaging unit 4 and the like are canceled, and Only speckle components resulting from the movement of the particles can be extracted. Thereby, the accuracy of speckle measurement can be improved.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a speckle measurement apparatus 100A according to the second embodiment of the present technology.
  • the arithmetic processing circuit 6A includes an area generation unit 65A, an area quality determination unit 66A, a measurement area calculation unit 62A, a tracking signal generation unit 63A, and a time series signal processing unit 64A.
  • the area generation unit 65A divides the entire speckle image captured by the imaging unit 4 into a plurality of divided areas having a predetermined size.
  • the size of the divided area is set to a value at least including a plurality of speckle images.
  • the positional relationship between the speckle particles of a plurality of particles existing in one divided region is not affected by the movement of the relative positional relationship between the measurement object 2 and the imaging unit 4.
  • the size of the divided area is set such that there are a plurality of speckle particles, the fluctuation of the speckle image due to the movement of the relative positional relationship between the measurement object 2 and the imaging unit 4, and the particles This is necessary for discriminating the fluctuation of the speckle image caused by the movement of the image.
  • the area quality determination unit 66A evaluates the quality of each divided area of the speckle image as a measurement area. For example, there may be various regional noise factors including external light in the region of the measurement object 2 corresponding to the entire speckle image. Here, the regional noise is different from the overall movement of the speckle image due to the relative movement between the measurement object 2 and the imaging unit 4 due to the movement of the body or the vibration of the imaging unit 4.
  • the region quality determination unit 66A evaluates the quality of each divided region of the speckle image as the measurement region, the region where the response of the speckle does not change linearly with respect to the change in the intensity of the laser light, all speckles The area where the average value or the maximum value of the brightness difference of It is determined as a region where regional noise exists. That is, the area quality determination unit 66A determines such a divided area that has as little area noise as possible as a high-quality measurement area.
  • the measurement region calculation unit 62A shifts the search window having the same size as the divided region in the speckle image of the measurement region determined by the region quality determination unit 66A and the speckle image at the next time by a predetermined unit such as a pixel. Perform matching while repeating.
  • the movement detection unit 61 determines the search window in which the maximum degree of coincidence is obtained as the speckle image measurement area at the next time.
  • the tracking signal generation unit 63A calculates, for example, an average value of each pixel value in the measurement region determined by the measurement region calculation unit 62A, and outputs it as a speckle measurement signal.
  • the time-series signal processing unit 64A processes the signal generated by the signal generation unit to calculate the speed and particle size of particles such as red blood cells.
  • the time-series signal processing unit 64A may perform measurement of red blood cell velocity by a laser Doppler method, estimation of a particle size by DLS (dynamic light scattering method), or the like.
  • FIG. 6 is a diagram showing the entire speckle image It0 imaged at a certain time t0 by the imaging unit 4 and the divided areas D1-D16 set thereto.
  • a total of 16 divided areas D1-D16 of 4 ⁇ 4 are set in the vertical and horizontal directions as initial values of the divided areas.
  • white circles indicate speckles corresponding to red blood cells
  • black circles indicate speckles due to local noise other than red blood cells.
  • the area quality determination unit 66A evaluates the quality as a measurement area of the speckle image for such 16 divided areas D1-D16, and determines a plurality of divided areas having high quality as measurement areas.
  • the divided region D10 is determined as the divided region with the highest quality, and this divided region D10 is determined as the measurement region At0 at time t0.
  • FIG. 7 shows the positional relationship between the entire speckle image It0 imaged at time t0 and the entire speckle image It1 imaged at the next time t1, and the next time t1 calculated based on this positional relationship. It is a figure which shows measurement area
  • the measurement area calculation unit 62A sets a search window W having the same size as that of one divided area in the speckle image at the next time t1 with respect to the speckle image of the measurement area At0 at the time t0. Speckle images at each time are matched while repeating shifting to a predetermined distance unit. Then, the measurement region calculation unit 62A determines the region of the search window W when the maximum degree of coincidence is obtained as the measurement region At1 at the next time t1. As a result, it is possible to calculate a high-quality measurement area A that corresponds to the same part of the measurement object 2 and has few noise components in the two speckle images that are continuously captured by the imaging unit 4 in time.
  • a speckle measurement signal is generated by the tracking signal generation unit 63A from each pixel value in the measurement region at each time and is output to the time-series signal processing unit 64A.
  • the signal for speckle measurement at the time is processed to calculate the speed and particle size of particles such as red blood cells.
  • the region quality determination unit 66A outputs a plurality of regions, the above-described processing is executed by the number of regions to calculate measurement regions. By averaging the numerical values such as speed and particle size calculated from a plurality of regions, for example, speckle measurement with higher accuracy becomes possible.
  • the speckle measurement apparatus 100A also cancels the component of the relative movement between the measurement target 2 and the imaging unit 4 due to body movement, vibration of the imaging unit 4, and the like, and the red blood cells and the like. It is possible to extract only the speckle component resulting from the movement of the particles. Thereby, the accuracy of speckle measurement can be improved. In addition, since a region having a small local noise component is selected as the measurement region, the accuracy can be further improved.
  • the speckle measurement apparatuses 100 and 100A that directly irradiate the measurement target 2 with laser light and directly capture the image of scattered light returning from the measurement target 2 with the imaging unit 4 have been described.
  • the present disclosure can also be applied to a speckle measurement apparatus 100A that captures an image of scattered light returning from the measurement object 2 by the imaging unit 4 via a lens.
  • the relative positional relationship between the measurement object 2 and the imaging unit 4 is obtained by comparing the images of the two measurement objects 2 that are continuously captured. Motion can be detected.
  • the present technology can be configured as follows. (1) An imaging unit that captures, as a speckle image, an image of scattered light that returns from the measurement target when the measurement target is irradiated with coherent light; A measurement region corresponding to the same part of the measurement target of a plurality of speckle images continuously captured in time by the imaging unit is set as a movement amount of a relative positional relationship between the measurement target and the imaging unit. A speckle measuring device comprising a control unit that takes into account determination.
  • the control unit detects a movement amount of a relative positional relationship between the measurement object and the imaging unit by comparing a plurality of speckle images sequentially captured by the imaging unit in time, and detects this
  • a speckle measurement device configured to determine a measurement region corresponding to the same part of the measurement target of a plurality of speckle images based on the moved amount.
  • the control unit divides the coordinate space of the speckle image captured by the imaging unit into a plurality of divided regions of a predetermined size, determines the divided region with the smallest regional noise component as the measurement region, A speckle configured to search a speckle image at the next time for a region having the highest degree of coincidence with the speckle image of the measurement region, and to set the searched region as the measurement region at the next time measuring device
  • the speckle measuring device configured to determine, as the local noise, an image signal that does not change linearly with respect to a change in the intensity of coherent light.
  • the control unit is configured to exclude, from the measurement region, a divided region in which any one of an average value, a maximum value, and a median value of brightness differences in brightness of all speckles existing is a threshold value or less. apparatus.
  • the control unit detects a movement amount of a relative positional relationship between the measurement object and the imaging unit by comparing a plurality of speckle images sequentially captured by the imaging unit in time, and detects this A speckle measurement method for determining a measurement region corresponding to the same part of the measurement target of a plurality of speckle images based on the moved amount.
  • the speckle measuring method of (7) above The control unit divides the coordinate space of the speckle image captured by the imaging unit into a plurality of divided regions of a predetermined size, determines the divided region with the smallest regional noise component as the measurement region, A speckle measurement method of searching for a region having the highest degree of coincidence with a speckle image in a measurement region from a speckle image at the next time and using the searched region as the measurement region at the next time

Abstract

【課題】赤血球などの粒体を対象とする流量の計測などの精度向上を図る。 【解決手段】このスペックル測定装置は、測定対象にコヒーレント光を照射したときに前記測定対象から戻ってくる散乱光の像をスペックル像として撮像する撮像部と、前記撮像部により時間的に連続して撮像された複数の前記スペックル像の、前記測定対象の同一部位にあたる測定領域を、前記測定対象と前記撮像部との相対的な位置関係の移動量を加味して判定する制御部とを具備する。

Description

スペックル測定装置およびスペックル測定方法
　本技術は、スペックル測定装置およびスペックル測定方法に関する。
　レーザー光などのコヒーレント光を不均質な構造を持つ物体に照射し、その物体から反射した散乱光を撮像部で観察すると、スペックルパターンと呼ばれる粒状のパターンが出現する。動いていない物体にレーザー光を照射した場合にはスペックルパターンは変化せず、光強度も変動しないが、動いている物体の場合、このスペックルパターンは物体の動いている速度に依存して変動する。この原理により、スペックル強度の時間変化の程度を調べることで、動いている粒子の速度や大きさなどが求められる。この原理は、例えば、生体計測において赤血球の血流速などの生体的パラメータの計測などに応用される。
　例えば、特許文献１には、特定の点での時間系列変化を測定して、粒子群の運動パラメータを推定する技術が開示される。
　特許文献２には、撮像部にて、スペックル像を撮像して、粗面の振動現象を測定することが開示される。
特表２０１４－５００７５１号公報 米国特許第８６３８９９１号明細書
　しかしながら、上記のようにスペックル測定法を、例えば、生体計測において赤血球を対象とする血流速の計測などに実用するためには、様々な点で解決あるいは改善すべき課題が残されている。
　以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、赤血球などの粒体を対象とする流速の計測などの精度向上を図ることのできるスペックル測定装置およびスペックル測定方法を提供することにある。
　上記の課題を解決するために、本技術に係る一形態のスペックル測定装置は、
　測定対象にコヒーレント光を照射したときに前記測定対象から戻ってくる散乱光の像をスペックル像として撮像する撮像部と、
　前記撮像部により時間的に連続して撮像された複数の前記スペックル像の、前記測定対象の同一部位にあたる測定領域を、前記測定対象と前記撮像部との相対的な位置関係の移動量を加味して判定する制御部とを具備する。
　本技術にかかるスペックル測定装置では、スペックル測定において、体の動きや撮像部の振動などによる測定対象と撮像部との相対的な動きの成分をキャンセルして、赤血球などの粒体の動きに起因するスペックル成分のみを測定対象として抽出することができる。これにより、スペックル測定の精度の向上を図れる。
　前記制御部は、前記撮像部により時間的に連続して撮像された複数のスペックル像を比較して前記測定対象と前記撮像部との相対的な位置関係の移動量を検出し、この検出された移動量をもとに、複数のスペックル像の、前記測定対象の同一部位にあたる測定領域を
判定するように構成されたものであってよい。
　また、前記制御部は、前記撮像部により撮像されたスペックル像の座標空間を所定サイズの複数の分割領域に区分し、領域的なノイズ成分が最も少ない前記分割領域を前記測定領域として決定し、この測定領域のスペックル像と一致度が最も高い領域を次の時刻のスペックル像の中から探索して、前記探索された領域を次の時刻の前記測定領域とするように構成されたものであってよい。
　さらに、前記制御部は、コヒーレント光の強度の変化に対してスペックル応答が線形に変化しない画像信号を前記局所的なノイズとして判定するように構成されてもよい。
　さらに、制御部は、存在する全てのスペックルの輝度の明暗差の平均値、最大値および中央値のいずれかが閾値以下である分割領域を前記測定領域から排除するように構成されてもよい。
　また、本技術にかかるスペックル測定方法は、
　測定対象にコヒーレント光を照射し、
　前記測定対象から戻ってくる散乱光の像をスペックル像として撮像し、
　制御部にて、時間的に連続して撮像された複数の前記スペックル像の、前記測定対象の同一部位にあたる測定領域を、前記測定対象と撮像部との相対的な位置関係の移動量を加味して判定する。
　以上のように、本技術によれば、表皮のように固定のスペックルパターンを生じる物体の内部で運動する赤血球などの粒体を対象とする流速の計測などの精度向上を図ることができる。
スペックル測定装置の概要を説明するための図である。 本技術にかかる第１の実施形態のスペックル測定装置１００の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態のスペックル測定装置１００において、撮像部４により、ある時刻ｔ０に撮像された全体のスペックル像Ｉt0と測定領域Ａt0を示す図である。 第１の実施形態のスペックル測定装置１００において、撮像部４により時刻ｔ０に撮像された全体のスペックル像Ｉt0と次の時刻ｔ１に撮像された全体のスペックル像Ｉt1との位置関係およびこの位置関係をもとに算出された次の時刻ｔ１の測定領域Ａt1を示す図である。 本技術にかかる第２の実施形態のスペックル測定装置１００Ａの構成を示すブロック図である。 第２の実施形態のスペックル測定装置１００Ａにおいて、時刻ｔ０に撮像された全体のスペックル像Ｉt0と、これに設定された分割領域Ｄ１－Ｄ１６を示す図である。 第２の実施形態のスペックル測定装置１００Ａにおいて、時刻ｔ０に撮像された全体のスペックル像Ｉt0と次の時刻ｔ１に撮像された全体のスペックル像Ｉt1との位置関係およびこの位置関係をもとに算出された次の時刻ｔ１の測定領域Ａt1を示す図である。
　以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
　＜第１の実施形態＞ 
　［概要］
　本明細書では、例えば、図１に示すように、光源１からのレーザー光などのコヒーレント光１ａを、生体を流れる赤血球などの測定対象２に照射し、反射した散乱光３を撮像部４で撮像することによって得たスペックル像を分析して血流速などを測定するスペックル測定装置について説明する。
　このようなスペックル測定装置では、測定中の体の動き（脈動などを含む。）や撮像部４の振動などによって測定対象２と撮像部４との相対的な位置関係が動くと、この動きの成分がスペックル像の全体に重畳されるため、赤血球などの測定対象２に対する正確な流速推定が困難になる。
　本技術にかかる第１の実施形態のスペックル測定装置は、スペックル測定結果から測定対象２と撮像部４との相対的な位置関係の動きの成分を排除して、スペックル測定精度の向上を図ることを目的とする。
　かかる目的を達成するために、第１の実施形態のスペックル測定装置は、
　測定対象２にコヒーレント光１ａを照射したときに測定対象２から戻ってくる散乱光３のスペックル像を撮像する撮像部４と、
　撮像部４により時間的に連続して撮像された複数のスペックル像の、測定対象２の同一部位にあたる測定領域を、測定対象２と撮像部４との相対的な位置関係の移動量を加味して判定する制御部である演算処理回路とを具備するものである。
　より具体的には、演算処理回路は、撮像部４により時間的に連続して撮像された複数のスペックル像を比較して測定対象２と撮像部４との相対的な位置関係の移動量を検出し、この検出された移動量をもとに、複数のスペックル像の、測定対象２の同一部位にあたる測定領域を判定するように構成される。
　また、本技術にかかる第２の実施形態のスペックル測定装置は、
　演算処理回路が、撮像部４により撮像されたスペックル像を所定サイズの複数の分割領域に区分し、領域的なノイズ成分が最も少ない分割領域を測定領域として決定し、この測定領域のスペックル像と一致度が相対的に少ない一つあるいは複数の分割領域を次の時刻のスペックル像の中から探索して、探索された領域を次の時刻のスペックル像の測定領域として判定するように構成されるものである。
　＜第１の実施形態＞
　以下、本技術にかかる第１の実施形態のスペックル測定装置について詳細に説明する。
　図２は、第１の実施形態のスペックル測定装置１００の構成を示すブロック図である。
　同図に示すように、このスペックル測定装置１００は、測定対象２にコヒーレント光として例えばレーザー光を照射するレーザー光源などの光源１と、測定対象２で反射した散乱光を受けてスペックル像を生成し、時間的に連続して得られた複数のスペックル像から例えば赤血球を対象とした血流速の測定などを行うスペックル測定系１０とを有する。
　スペックル測定系１０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary
Metal Oxide Semiconductor）などの撮像部４と、演算処理回路６と、メモリー７とを備える。演算処理回路６とメモリー７は１以上のコンピュータ５で構成されてもよい。撮像部４は、インタフェース８を介してバス９に接続される。
　コンピュータ５は、撮像部４とネットワークを通じて接続されたものであってもよい。また、複数のコンピュータによりスペックル測定のための処理を同時並列に行うような構
成を採用してもよい。
　演算処理回路６は、メモリー７などに格納されたプログラムに従って、移動検出部６１、測定領域算出部６２、追尾信号生成部６３および時系列信号処理部６４などとして機能する。
　メモリー７には、撮像部４により時間的に連続して取り込んだ複数のスペックル像が格納される。
　移動検出部６１は、測定対象２と撮像部４との相対的な位置関係の動きを検出するものである。より具体的には、移動検出部６１は、メモリー７に格納された時間的に連続する２枚のスペックル像を、互いの位置関係を、例えばピクセルなどの所定単位でずらすことを繰り返しながら、互いのマッチングをとって最大の一致度が得られるときの両者の距離を、測定対象２と撮像部４との相対的な位置関係の動き量として算出する。あるいは、精度をより高めるために、ピクセルをさらに分割したサブピクセルの単位で、２枚のスペックル像の位置関係を互いにずらしてマッチングを行ってもよい。
　皮膚組織などの固定の構造により散乱されるコヒーレント光のスペックル像は時間的に連続する２枚のスペックル像において、形状は大きく変化しない。したがって、時間的に連続する２枚のスペックル像の相対的な位置関係の動きが分かれば、２枚のスペックル像の、測定対象２の同一部位に相当する測定領域を算出することができる。
　測定領域算出部６２は、移動検出部６１により検出された、時間的に連続する２枚のスペックル像の相対的な位置関係の移動量をもとに、２枚のスペックル像のうち最初の時刻のスペックル像に対して設定された測定領域が、次の時刻のスペックル像のどこに相当するかを算出する。すなわち、本実施形態では、最初の時刻のスペックル像の、例えば、中央部分の縦横所定サイズの領域などが測定領域として初期設定されている。測定中の体の動きや撮像部４の振動によって測定対象２と光源１あるいは撮像部４との相対的な位置関係が移動すると、その移動量の分だけ測定領域も動くので、測定領域算出部６２は、移動検出部６１により検出された移動量から次の時刻のスペックル像の測定領域を算出することができる。
　追尾信号生成部６３は、測定領域算出部６２によって判定された測定領域の各画素値の例えば平均値等の評価値をスペックル測定用の信号として生成する
　時系列信号処理部６４は、追尾信号生成部６３により生成された信号を処理して赤血球などの粒体の速度や粒径などを算出する。例えば、時系列信号処理部６４は、レーザドップラー法による赤血球の速度の測定や、ＤＬＳ（動的光散乱法）による粒径の推定などを行うものであってよい。
　［動作］
　次に、本実施形態のスペックル測定装置１００の動作を説明する。
　図３は、撮像部４により、ある時刻ｔ０に撮像された全体のスペックル像Ｉt0と測定領域Ａt0を示す図である。
　本実施形態では、スペックル像Ｉの中央部の縦横所定サイズの領域が初期の測定領域Ａt0として予め設定されている。測定対象２と撮像部４との相対的な位置関係が動きの方向が未知である場合には、このようにスペックル像の中央部に測定領域Ａt0を設けることが好ましい。なお、図３において符号Ｓとして示されるものは、赤血球に対応するスペックルを示しており、実際には１つのスペックルは時間により明滅を繰り返す１つの斑点模様である。
　図４は、撮像部４により時刻ｔ０に撮像された全体のスペックル像Ｉt0と次の時刻ｔ１に撮像された全体のスペックル像Ｉt1との位置関係およびこの位置関係をもとに算出された次の時刻ｔ１の測定領域Ａt1を示す図である。
　この例では、時刻ｔ０のスペックル像Ｉt0と時刻ｔ１のスペックル像Ｉt1とを互いにピクセル単位でずらすことを繰り返しながらマッチングをとり、最大の一致度が得られる両者間のｘ軸方向の距離がｘ１、ｙ軸方向の距離がｙ１である場合を示している。
　この移動量をもとに、測定領域算出部６２は、時刻ｔ１のスペックル像Ｉt1において、時刻ｔ０の測定領域Ａt0に相当する測定対象２の部位と同一部位の領域を、時刻ｔ１の測定領域Ａt1として算出する。すなわち、時刻ｔ１のスペックル像Ｉt1における測定領域Ａt1は、検出された移動量分だけ、スペックル像の座標空間内での前の時刻t0の測定領域Ａt0の位置Ｐt0から移動される。
　次に、追尾信号生成部６３が、各時刻の測定領域の各画素値の例えば平均値等の評価値をスペックル測定用の信号として生成して時系列信号処理部６４に出力する。そして時系列信号処理部６４にて、各時刻のスペックル測定用の信号が処理されて赤血球などの粒体の速度や粒径などの算出が行われる。
　以上のように、本実施形態のスペックル測定装置１００では、体の動きや撮像部４の振動などによる測定対象２と撮像部４との相対的な動きの成分をキャンセルして、赤血球などの粒体の動きに起因するスペックル成分のみを抽出することができる。これにより、スペックル測定の精度の向上を図れる。
　＜第２の実施形態＞
　以下、本技術にかかる第２の実施形態のスペックル測定装置１００Ａについて詳細に説明する。
　図５は、本技術にかかる第２の実施形態のスペックル測定装置１００Ａの構成を示すブロック図である。
　同図に示すように、このスペックル測定装置１００Ａにおいて、演算処理回路６Ａは、領域生成部６５Ａ、領域品質判定部６６Ａ、測定領域算出部６２Ａ、追尾信号生成部６３Ａおよび時系列信号処理部６４Ａを有する。
　領域生成部６５Ａは、撮像部４により取り込んだ全体のスペックル像を所定サイズの複数の分割領域に区分する。分割領域のサイズは、少なくとも、スペックル像が複数存在するような値に設定される。１つの分割領域に存在する複数の粒子のスペックル粒子の位置関係は、測定対象２と撮像部４との相対的な位置関係の動きに影響を受けない。このため、分割領域はスペックル粒子が複数存在するようなサイズに設定されることが、測定対象２と撮像部４との相対的な位置関係の動きに起因するスペックル像の変動と、粒子の動きに起因するスペックル像の変動とを判別する上で必要である。
　領域品質判定部６６Ａは、スペックル像の各分割領域の測定領域としての品質を評価する。例えば、全体のスペックル像に対応する測定対象２の部位には、外光をはじめとする様々な領域的なノイズ要因が存在している可能性がある。ここで、領域的なノイズは、体の動きや撮像部４の振動などによる測定対象２と撮像部４との相対的な動きによる全体的なスペックル画像の移動とは異なるものである。
　領域品質判定部６６Ａは、スペックル像の各分割領域の測定領域としての品質を評価するために、レーザー光の強度の変化に対してスペックルの応答が線形に変化しない領域、全てのスペックルの輝度の明暗差の平均値あるいは最大値が閾値以下である領域などを、
領域的なノイズが存在する領域として判定する。すなわち、領域品質判定部６６Ａは、このような領域的なノイズが可及的に少ない分割領域を高品質の測定領域として判定する。
　測定領域算出部６２Ａは、領域品質判定部６６Ａにより判定された測定領域のスペックル像と、次の時刻のスペックル像において分割領域と同一サイズの探索窓を例えばピクセルなどの所定の単位でずらすことを繰り返しながらマッチングを行う。移動検出部６１は、最大の一致度が得られる探索窓を、次の時刻のスペックル像の測定領域として判定する。
　追尾信号生成部６３Ａは、測定領域算出部６２Ａによって判定された測定領域の各画素値の例えば平均値を算出し、スペックル測定用の信号として出力する。
　時系列信号処理部６４Ａは、信号生成部により生成された信号を処理して赤血球などの粒体の速度や粒径などを算出する。例えば、時系列信号処理部６４Ａは、レーザドップラー法による赤血球の速度の測定や、ＤＬＳ（動的光散乱法）による粒径の推定などを行うものであってよい。
　［動作］
　次に、本実施形態のスペックル測定装置１００Ａの動作を説明する。
　図６は、撮像部４により、ある時刻ｔ０に撮像された全体のスペックル像Ｉt0と、これに設定された分割領域Ｄ１－Ｄ１６を示す図である。
　本実施形態では、分割領域の初期値として、縦横に例えば４×４の計１６個の分割領域Ｄ１－Ｄ１６が設定される。
　図６において、白い丸は赤血球に対応するスペックルを示し、黒い丸は赤血球以外の局所的なノイズによるスペックルを示している。
　領域品質判定部６６Ａは、このような１６個の分割領域Ｄ１－Ｄ１６について、スペックル像の測定領域としての品質を評価し、品質の高い一まいし複数の分割領域を測定領域として決定する。図６の例では、Ｄ１０の分割領域が品質の最も高い分割領域として判定され、この分割領域Ｄ１０が時刻t0での測定領域Ａt0として決定される。
　図７は、時刻ｔ０に撮像された全体のスペックル像Ｉt0と次の時刻ｔ１に撮像された全体のスペックル像Ｉt1との位置関係およびこの位置関係をもとに算出された次の時刻ｔ１の測定領域Ａt1を示す図である。
　この例では、測定領域算出部６２Ａは、時刻ｔ０の測定領域Ａt0のスペックル像に対して、次の時刻ｔ１のスペックル像において１つの分割領域と同一サイズの探索窓Ｗを例えばピクセルなどの所定の距離単位にずらすことを繰り返しながら各時刻のスペックル像のマッチングを行う。そして測定領域算出部６２Ａは、最大の一致度が得られたときの探索窓Ｗの領域を次の時刻ｔ１の測定領域Ａt1として判定する。
　これにより、撮像部４により時間的に連続して撮像された２つのスペックル像の、測定対象２の同一部位にあたりかつノイズ成分が少ない高品質の測定領域Ａを算出することができる。
　次に、各時刻の測定領域の各画素値から追尾信号生成部６３Ａにてスペックル測定用の信号が生成されて時系列信号処理部６４Ａに出力され、時系列信号処理部６４にて、各時刻のスペックル測定用の信号が処理されて赤血球などの粒体の速度や粒径などの算出が行われる。
　領域品質判定部６６Ａが複数の領域を出力する場合は、前述した処理を領域の数だけ実行し、測定領域を算出する。複数の領域から算出された速度や粒径などの数値を、例えば
平均することにより、より精度の高いスペックル測定が可能になる。
　以上のように、本実施形態のスペックル測定装置１００Ａによっても、体の動きや撮像部４の振動などによる測定対象２と撮像部４との相対的な動きの成分をキャンセルして、赤血球などの粒体の動きに起因するスペックル成分のみを抽出することができる。これにより、スペックル測定の精度の向上を図れる。また、測定領域として、局所的なノイズ成分が少ない領域が選択されるので、さらに精度の向上を図ることができる。
　［変形例］
　以上説明した各実施形態では、測定対象２にレーザー光を照射して測定対象２から戻ってくる散乱光の像を撮像部４にて直接撮像するスペックル測定装置１００、１００Ａについて説明したが、本開示は、測定対象２から戻ってくる散乱光の像をレンズを介して撮像部４にて撮像するスペックル測定装置１００Ａにも適用することができる。
　このような構成においては、測定対象２の像が得られるので、連続的に撮像された２つの測定対象２の像を比較することによって、測定対象２と撮像部４との相対的な位置関係の動きを検出することができる。
　本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）
　測定対象にコヒーレント光を照射したときに前記測定対象から戻ってくる散乱光の像をスペックル像として撮像する撮像部と、
　前記撮像部により時間的に連続して撮像された複数の前記スペックル像の、前記測定対象の同一部位にあたる測定領域を、前記測定対象と前記撮像部との相対的な位置関係の移動量を加味して判定する制御部とを具備する
　スペックル測定装置。
（２）
　上記（１）のスペックル測定装置であって、
　前記制御部は、前記撮像部により時間的に連続して撮像された複数のスペックル像を比較して前記測定対象と前記撮像部との相対的な位置関係の移動量を検出し、この検出された移動量をもとに、複数のスペックル像の、前記測定対象の同一部位にあたる測定領域を判定するように構成された
　スペックル測定装置。
（３）
　上記（１）のスペックル測定装置であって、
　前記制御部は、前記撮像部により撮像されたスペックル像の座標空間を所定サイズの複数の分割領域に区分し、領域的なノイズ成分が最も少ない前記分割領域を前記測定領域として決定し、この測定領域のスペックル像と一致度が最も高い領域を次の時刻のスペックル像の中から探索して、前記探索された領域を次の時刻の前記測定領域とするように構成された
　スペックル測定装置
（４）
　上記（３）のスペックル測定装置であって、
　前記制御部は、コヒーレント光の強度の変化に対して線形に変化しない画像信号を局所的なノイズとして判定するように構成された
　スペックル測定装置。
（５）
　上記（３）または（４）のスペックル測定装置であって、
　前記制御部は、存在する全てのスペックルの輝度の明暗差の平均値、最大値および中央値のいずれかが閾値以下である分割領域を前記測定領域から排除するように構成された
　スペックル測定装置。
（６）
　測定対象にコヒーレント光を照射し、
　前記測定対象から戻ってくる散乱光の像をスペックル像として撮像し、
　制御部にて、時間的に連続して撮像された複数の前記スペックル像の、前記測定対象の同一部位にあたる測定領域を、前記測定対象と撮像部との相対的な位置関係の移動量を加味して判定する
　スペックル測定方法。
（７）
　上記（１）のスペックル測定方法であって、
　前記制御部は、前記撮像部により時間的に連続して撮像された複数のスペックル像を比較して前記測定対象と前記撮像部との相対的な位置関係の移動量を検出し、この検出された移動量をもとに、複数のスペックル像の、前記測定対象の同一部位にあたる測定領域を判定する
　スペックル測定方法。
（８）
　上記（７）のスペックル測定方法であって、
　前記制御部は、前記撮像部により撮像されたスペックル像の座標空間を所定サイズの複数の分割領域に区分し、領域的なノイズ成分が最も少ない前記分割領域を前記測定領域として決定し、この測定領域のスペックル像と一致度が最も高い領域を次の時刻のスペックル像の中から探索して、前記探索された領域を次の時刻の前記測定領域とする
　スペックル測定方法
（９）
　上記（８）のスペックル測定方法であって、
　前記制御部は、コヒーレント光の強度の変化に対して線形に変化しない画像信号を前記局所的なノイズとして判定する
　スペックル測定方法。
（１０）
　上記（８）または（９）のスペックル測定方法であって、
　前記制御部は、存在する全てのスペックルの輝度の明暗差の平均値、最大値および中央値のいずれかが閾値以下である分割領域を前記測定領域から排除する
　スペックル測定方法。
　１…光源
　２…測定対象
　４…撮像部
　６…演算処理回路
　７…メモリー
　１０…スペックル測定系
　６１…移動検出部
　６２、６２Ａ…測定領域算出部
　６３、６３Ａ…追尾信号生成部
　６４，６４Ａ…時系列信号処理部
　６５Ａ…領域生成部
　６６Ａ…領域品質判定部
　１００、１００Ａ…スペックル測定装置

Claims (6)

  1. 　測定対象にコヒーレント光を照射したときに前記測定対象から戻ってくる散乱光の像をスペックル像として撮像する撮像部と、
    　前記撮像部により時間的に連続して撮像された複数の前記スペックル像の、前記測定対象の同一部位にあたる測定領域を、前記測定対象と前記撮像部との相対的な位置関係の移動量を加味して判定する制御部とを具備する
    　スペックル測定装置。
  2. 　請求項１に記載のスペックル測定装置であって、
    　前記制御部は、前記撮像部により時間的に連続して撮像された複数のスペックル像を比較して前記測定対象と前記撮像部との相対的な位置関係の移動量を検出し、この検出された移動量をもとに、複数のスペックル像の、前記測定対象の同一部位にあたる測定領域を判定するように構成された
    　スペックル測定装置。
  3. 　請求項１に記載のスペックル測定装置であって、
    　前記制御部は、前記撮像部により撮像されたスペックル像の座標空間を所定サイズの複数の分割領域に区分し、領域的なノイズ成分が最も少ない前記分割領域を前記測定領域として決定し、この測定領域のスペックル像と一致度が最も高い領域を次の時刻のスペックル像の中から探索して、前記探索された領域を次の時刻の前記測定領域とするように構成された
    　スペックル測定装置。
  4. 　請求項３に記載のスペックル測定装置であって、
    　前記制御部は、コヒーレント光の強度の変化に対して線形に変化しない画像信号を局所的なノイズとして判定するように構成された
    　スペックル測定装置。
  5. 　請求項４に記載のスペックル測定装置であって、
    　前記制御部は、存在する全てのスペックルの輝度の明暗差の平均値、最大値および中央値のいずれかが閾値以下である分割領域を前記測定領域から排除するように構成された
    　スペックル測定装置。
  6. 　測定対象にコヒーレント光を照射し、
    　前記測定対象から戻ってくる散乱光の像をスペックル像として撮像し、
    　制御部にて、時間的に連続して撮像された複数の前記スペックル像の、前記測定対象の同一部位にあたる測定領域を、前記測定対象と撮像部との相対的な位置関係の移動量を加味して判定する
    　スペックル測定方法。
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