圖像處理裝置、圖像處理程序及圖像處理方法
【技術領域】
[0001]本技術涉及用于對顯微圖像執行圖像處理的圖像處理裝置、圖像處理程序以及圖像處理方法。
【背景技術】
[0002]當通過使用顯微鏡對觀察對象物體觀察時，為了獲得清晰圖像，必須使顯微鏡聚焦到觀察對象物體。觀察者在調整焦點的同時注視顯微圖像是一件棘手的任務。此外，在活細胞等作為觀察對象物體的情況下，活細胞可以隨時間移動到顯微鏡的視野以外。
[0003]如果可以自動地獲得包括觀察對象物體的形狀、位置等三維信息，則不會引起如上所述的問題，并且可以自動地獲得觀察對象物體的清晰圖像。迄今，可以通過使用掃描顯微鏡，諸如雙光子激發激光掃描顯微鏡和共焦掃描激光顯微鏡獲得觀察對象物體的三維信息。例如，專利文獻I公開了一種掃描顯微鏡系統，其接收通過掃描光接收器中的激光而獲得的光來形成掃描圖像。
[0004]專利文獻1:日本專利申請特開第2005-128086號
【發明內容】
[0005]通過本發明解決的問題
[0006]然而，在專利文獻I公開的掃描顯微鏡系統中，激光在一點掃描，因此增加速度是困難的。因此，存在一種問題是與光學顯微鏡相比系統具有貧乏的多功能性，并且通過激光可能會對細胞等觀察對象物體造成損傷。
[0007]此外，例如，對于家庭照相機等等，提供了一種自動聚焦技術，即通過該技術可自動地檢測最優焦距。這是一種從圖像的對比度檢測物體的焦距的技術。作為顯微鏡觀察的物體中的大量的觀察對象物體是透明的，并且焦點位置和對比度之間具有不同的關系。因此，難以直接應用如上所述的自動聚焦技術。
[0008]此外，在觀察對象物體是透明物體(細胞等)的情況下，存在諸如散射和折射的影像。因此，在焦點深度方向(Z方向)拍攝的圖像中的最清晰的圖像不一定總是與焦平面對應。因此，難以定量觀察對象物體在焦點深度方向上的移動量。當觀察的觀察對象物體在焦點深度方向上移動時，拍攝圖像的焦點深度必須是校對準確地。此外，在實時觀察中，存在一種情形，即在焦點深度方向中的觀察對象物體的移動量旨在被測量。此外，難以定量觀察對象物體的厚度在焦點深度方向上改變的量。例如，存在會導致空間細胞分化的情況，厚度會由于心肌細胞的跳動而改變，并且這種改變最好能夠被定量。
[0009]考慮到如上所述的情況，本發明的目標是提供能夠獲得觀察對象物體三維信息的圖像處理裝置、圖像處理程序以及圖像處理方法。
[0010]用于解決問題的方法
[0011]根據本技術的實施方式的圖像處理裝置包括差分計算單位和差分分布生成單元。
[0012]差分計算單元，針對在不同的焦點深度拍攝的多個拾取圖像的各拾取圖像中的構成拾取圖像的每一個像素，計算與相鄰象素的亮度值的差分。
[0013]差分分布生成單元，基于所述差分和拍攝包含其差分被計算的像素的所述拾取圖像的所述焦點深度，生成相對于所述焦點深度的所述差分的分布。
[0014]無論觀察對象物體是否被調整為適當的焦點深度(聚焦)，都能夠通過觀察對象物體的圖像的清晰度的程度獲得，即與相鄰像素的亮度的差分。圖像處理裝置相對于焦點深度產生在像素之間的亮度的差分的分布，由此能夠獲得與觀察對象物體是否存在于拍攝拾取圖像的焦點深度有關的信息。
[0015]所述差分分布生成單元包括:差分圖像生成單元，針對所述多個拾取圖像的各拾取圖像，生成通過所述差分來替代構成拾取圖像的像素的亮度的差分圖像，以生成分別對應所述多個拾取圖像的多個差分圖像；亮度總計單元，在所述多個差分圖像的各差分圖像中，總計用于構成所述差分圖像的每一個像素列的像素的亮度，以生成針對每一個像素列的亮度總計值；像素列生成單元，針對所述多個差分圖像的各差分圖像，按照所述像素列的次序在第一方向排列具有所述亮度總計值作為亮度的像素，以生成分別對應所述多個差分圖像的多個分析像素列；以及圖像生成單元，按照獲取分別對應于所述分析像素列的所述多個拾取圖像的所述焦點深度的次序在垂直于所述第一方向的第二方向排列所述多個分析像素列，以生成分析圖像。
[0016]通過在由差分來代替構成拾取圖像的像素的亮度的差分圖像中，排列將每一個像素列的亮度設定為亮度的像素來獲得，即通過將差分圖像壓縮為像素列來獲得，由像素列生成單元所生成的分析像素列。因此，圖像生成單元按照拍攝(take，捕獲)作為分析像素列的生成源的拾取圖像的焦點深度的次序排列分析像素列，從而使得可能產生相對于焦點深度的差分圖像的亮度分布，即在其上反映拾取圖像的亮度差分的分布的分析圖像。
[0017]所述差分分布生成單元針對所述多個拾取圖像的各拾取圖像生成通過所述差分來替代構成拾取圖像的像素的亮度的差分圖像，以生成分別對應所述多個拾取圖像的多個差分圖像，以及圖像層疊單元，按照獲取分別對應于所述多個差分圖像的所述多個拾取圖像的所述焦點深度的次序層疊所述多個差分圖像。
[0018]圖像層疊單元按照拍攝作為生成源的拾取圖像的焦點深度的次序，來層疊通過差分來替代構成拾取圖像的像素的亮度的差分圖像，從而使得能夠產生相對于焦點深度的差分圖像的亮度分布，即拾取圖像的亮度差分的分布。
[0019]圖像處理裝置可以進一步包括分析單元，基于由所述差分分布生成單元生成的所述差分的分布，獲得在拍攝所述多個拾取圖像的所述焦點深度的范圍中的觀察對象物體的二維彳目息。
[0020]差分分布生成單元產生的亮度差分的分布包括與觀察對象物體的焦點深度是否與存在的焦點深度一致有關的信息。因此，分析單元分析亮度差分的分布，由此使其能夠獲得與對于每個焦點深度的觀察對象物體有關的信息，即觀察對象物體的三維信息(觀察對象物體的尺寸和空間位置)。例如，根據觀察對象物體的尺寸，其可以從觀察對象中排除觀察對象物體或者檢測觀察對象物體的移動量或者其厚度的改變。
[0021]圖像處理裝置可以進一步包括圖像拾取控制單元，基于由分析單元獲得的三維信息控制拍攝觀察對象物體圖像的圖像拾取單元。
[0022]利用該結構，圖像拾取控制單元使用觀察對象物體的三維信息，從而可以通過圖像拾取單元拍攝觀察對象物體的圖像。因此，其同樣能夠通過分析單元控制圖像拾取單元以使得觀察對象物體被設置為觀察目標以具有適于觀察的焦點深度和視野范圍。
[0023]圖像拾取單元可以通過光學顯微鏡拍攝多個拾取圖像。
[0024]如上所述，根據本技術的圖像處理裝置可以通過圖像處理獲得觀察對象物體的三維信息，并且與激光掃描顯微鏡不同的是不需要空間結構。因此，圖像處理裝置具有高靈活性并且可以在相對較高速度檢測三維信息，并且因此適于觀察被激光輻射損害的觀察對象物體(例如，活細胞等)。
[0025]根據本發明另一實施方式的圖像處理程序，使計算機作為差分計算單元和差分分布生成單元。
[0026]差分計算單元，針對在不同的焦點深度拍攝的多個拾取圖像的各拾取圖像中的構成拾取圖像的每一個像素，計算與相鄰象素的亮度值的差分。
[0027]差分分布生成單元，基于所述差分和拍攝包含其差分被計算的像素的所述拾取圖像的所述焦點深度，生成相對于所述焦點深度的所述差分的分布。
[0028]在根據本技術的另一實施方式的圖像處理方法中，差分計算單元，針對在不同的焦點深度拍攝的多個拾取圖像的各拾取圖像中的構成拾取圖像的每一個像素，計算與相鄰象素的亮度值的差分。
[0029]差分分布生成單元，基于所述差分和拍攝包含其差分被計算的像素的所述拾取圖像的所述焦點深度，生成相對于所述焦點深度的所述差分的分布。
[0030]本發明的效果
[0031]如上所述，根據本技術可以提供一種能夠獲得觀察對象物體的三維信息的圖像處理裝置、圖像處理程序、以及圖像處理方法。
【附圖說明】
[0032]圖1示出了根據本技術第一實施方式的圖像處理裝置結構的示意圖。
[0033]圖2示出了圖像處理裝置的操作的流程圖。
[0034]圖3示出了在圖像處理裝置中獲得拾取圖像的焦點深度的示意圖。
[0035]圖4示出了由圖像處理裝置的圖像拾取單元拍攝的拾取圖像組的示意圖。
[0036]圖5示出了其中拍攝在圖4中所示的拾取圖像組的實驗系統的示意圖。
[0037]圖6示出了由圖像處理裝置的圖像拾取單元拍攝的拾取圖像的示意圖。
[0038]圖7示出了由圖像處理裝置的差分計算單元計算的像素亮度的差分的示意圖。
[0039]圖8示出了由圖像處理裝置的差分圖像生成單元所生成的差分圖像的示意圖。
[0040]圖9示出了圖像處理裝置的亮度總計單元進行的亮度的總計的示意圖。
[0041]圖10示出了由圖像處理裝置的像素列生成單元生成的分析像素列的示