JP2010244537A - イメージ歪曲補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】イメージ歪曲を補正する方法を提供する。
【解決手段】イメージセンサによって被写体のイメージを電気信号に変換し、前記被写体内の位置値を示すｘ、位置ｘの明るさ値を示すｙ’、及び係数を示すａで二次近似式ｙ＝ａｘ^２を決定し、近似式値ｙと前記明るさ値ｙ’との間の差を決定し、不均等な照明及び／又はレンズ屈曲によって生じるｙ’を補正するために、前記差をｙ’に加算したり、又は前記差をｙ’から減算することを含んで免疫学的分析装置のためのイメージ歪曲を補正する方法を構成する。
【選択図】図1

Description

一具体例は、イメージ歪曲補正方法及び前記方法をコンピュータ上で実行するためのプログラムを含むコンピュータ可読記録媒体に関するものである。

レンズを通して伝送されたイメージは、レンズの多様な光学的特性のために人間の目で見えるイメージと多くの面で差がある。カメラでキャプチャされたイメージの歪曲は、レンズの屈曲によってレンズの縁部に向けて増加する。さらに、カメラの照明の明るさは、レンズの中心から縁部に向けて減少し、その結果、イメージの歪曲が発生する。免疫学的分析装置の反応紙を撮影することによって得られたイメージにおいて、反応開始部と反応完了部との間の明るさ差には歪曲が発生する。このようなイメージの歪曲は、キャプチャされたイメージの明るさを数値化する際にエラーをもたらすので、イメージ歪曲を補正する必要がある。

上述したように、人間の肉眼で見えるイメージとレンズを通してイメージセンサで検出されたイメージとの間の差をレンズ収差といい、レンズの設計及び製作時にレンズ収差を補正し、人間の目で見えるイメージと実質的に同一のイメージを得るために多くの研究がなされている。

前記レンズ収差には多様な種類がある。特に、レンズの歪曲収差は、レンズ及びセンサの幾何学的形態差又はレンズの屈曲によって発生する。この場合、人間の目で見える直線は、レンズによって曲線に歪曲される。

このようなレンズ歪曲を補正するための二つの方法がある。その一つの方法では、レンズ歪曲を補正するための追加の補正レンズが設置されることによって、イメージがイメージセンサによって検出される前にイメージを物理的に補正する。他の方法では、歪曲されたイメージがイメージセンサの各ピクセルによって検出された後、ソフトウェア演算を通して補正される。前者の方法は、追加の補正レンズを要求するので、カメラの製造費用を上昇させる。したがって、後者の方法がカメラなどの光学装置のために広く使用されている。

一具体例は、イメージ歪曲を補正する方法を提供する。

さらに、一具体例は、前記方法をコンピュータ上で実行するためのプログラムを含むコンピュータ可読記録媒体を提供する。

一具体例は、イメージセンサによって被写体のイメージを電気信号に変換し、前記被写体内の位置値を示すｘ、位置ｘの明るさ値を示すｙ’、及び係数を示すａで二次近似式ｙ＝ａｘ^２を決定し、近似式値ｙと前記明るさ値ｙ’との間の差を決定し、不均等な照明及び／又はレンズ屈曲によって生じるｙ’を補正するために、前記差をｙ’に加算したり、又は前記差をｙ’から減算することを含む、免疫学的分析装置のためのイメージ歪曲を補正する方法を提供する。

他の一具体例は、前記イメージの歪曲を補正する方法をコンピュータ上で実行するためのプログラムを含むコンピュータ可読記録媒体を提供する。

一具体例によれば、デジタルカメラなどの装置の不均等な照明及びレンズ屈曲によって歪曲されるイメージは、正確なイメージを得るために補正される。

一具体例に係るレンズによる歪曲を補正するための方法を示すフローチャートである。 一具体例に係る免疫学的分析装置で免疫反応前に反応紙を撮影することによって得られたイメージを示す図である。 一具体例に係る免疫学的分析装置で免疫反応後に反応紙を撮影することによって得られたイメージを示す図である。 図２のイメージに基づいたグラフである。 カーブを補正するための補正式を満足する座標系の位置を選択するために使用される基準点を示すグラフである。 図４の凸状カーブを補正することによって得られた結果を示すグラフである。 図３のイメージに基づいたグラフである。 図７の凸状カーブを補正することによって得られた結果を示すグラフである。 免疫学的分析装置を示す図である。

一具体例によれば、カメラで背景領域及び標的領域を含む被写体を撮影した後、被写体のイメージをカメラのイメージセンサに提供し、前記イメージセンサで前記イメージを電気信号に変換し、前記被写体の位置値を示すｘ、ｘによる明るさ値を示すｙ’、及び補正係数を示すａで二次近似式ｙ＝ａｘ^２を決定し、近似明るさ値ｙ、ｙ’の間の差を決定し、前記差をｙ’に加算したり、前記差をｙ’から減算することによって、不均等な照明及びレンズ屈曲によって生じるｙ’を補正することを含むイメージ歪曲補正方法が提供される。

図１は、一具体例に係るデジタルカメラのレンズによる歪曲を補正するための方法を示すフローチャートである。

動作Ｓ１０１で、光学信号が被写体からレンズを通してカメラに入力されれば、動作Ｓ１０２で、カメラ内のイメージセンサは、この光学信号を受信し、これを電気信号に変換する。動作Ｓ１０３で、演算部で原点（０，０）が決定され、原点（０，０）を含む新しい座標系が生成されることによってｙ＝ａｘ^２を決定する。その後、被写体内の位置値はｘに割り当てられ、前記位置値による明るさ値はｙに割り当てられることによって係数ａを決定する。また、前記係数ａを決定するために、多くの数が前記係数ａに順次割り当てられる。動作Ｓ１０４で、レンズによるイメージ歪曲は、前記決定された係数ａでｙ＝ａｘ^２を用いて前記明るさ値を補正することによって補正される。

他の具体例において、前記方法は、イメージ歪曲を補正することによって与えられた結果を出力することをさらに含む。

以下、イメージ歪曲を補正する方法についてより詳細に説明する。

まず、背景領域及び標的領域を含む被写体がカメラで撮影され、被写体のイメージがカメラのイメージセンサに提供される。

ここで、「被写体」という用語は、光学信号を発生し、前記光学信号をカメラに提供する物体を意味し、背景領域及び標的領域を含むことができ、背景領域と標的領域との間の高い明るさ差を有する光学イメージを提供する。例えば、免疫反応キットに使用される反応紙は、免疫反応の発生有無によって背景領域、反応開始部及び反応完了部の間の高い明るさ差を有するので、反応紙は上述した被写体として使用される。

被写体を撮影するためのカメラは、イメージセンサを含むデジタルカメラである。

ここで、「イメージセンサ」という用語は、半導体が光に反応する特徴を用いてイメージをキャプチャする装置を意味し、このようなイメージセンサは、各ピクセルを用いて多様な明るさレベル及び被写体から放出される光の波長を検出し、これらを電気的値に転換する。すなわち、イメージセンサは、光学イメージを電気信号に変換する半導体素子であって、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ―Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）と、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ―Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）とに区分される。ＣＣＤは、互いに非常に近接した状態で電荷を格納及び移送するためのＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ―Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）キャパシタを含む。ＣＭＯＳは、制御回路及び信号処理回路が周辺回路として使用されるＣＭＯＳ技術と、各画素の出力が各画素と同一の数のＭＯＳトランジスタによって順次検出されるスイッチング方法を採用する。

他の一具体例において、イメージ歪曲を補正する方法は、照明部、測定部、イメージセンサ、演算部及び出力部を含む免疫学的分析装置を用いて行われる。

前記免疫学的分析装置は、抗原―抗体反応によって標的タンパク質の発現の増加及び減少を決定する装置を総称し、抗原―抗体反応を通して発光信号又は色信号を発生する試料をカメラで撮影し、発光信号又は色信号の量を決定するための装置である。例えば、抗原又は抗体が粘着されている反応紙に標的タンパク質が接触すれば、標的タンパク質の反応紙上への存在有無又は反応紙上での標的タンパク質の量によって発光信号又は色信号の量が変わる。免疫学的分析装置のカメラが反応紙を被写体として撮影すれば、免疫学的分析装置は、発光信号又は色信号の量を分析し、使用者にグラフ又は値を出力する。

次に、前記イメージセンサで前記被写体のイメージが電気信号に変換される。

その後、電気信号に基づいてｙ＝ａｘ^２が決定される。

基準点は、被写体を含む光学イメージ内で決定され、前記基準点は０に設定されることによって、基準点からの距離に基づいてｘを決定することができる。光学イメージの左側端部は、ｘ軸上の基準点０として設定される。例えば、被写体が免疫反応キットに使用される反応紙である場合、反応紙の左側端部は、ｘ軸上の基準点０として設定され、反応紙の水平長さは、ｘ軸に沿う基準点からの距離として表現される。ｘ軸の範囲は、被写体の長さ単位（例えば、ピクセル、mm又はcm）で表現されるが、これに限定されることはない。

被写体の前記明るさを電気信号に変換することによって得られたｙは、０〜２５５の範囲である。

他の具体例において、前記二次近似式ｙ＝ａｘ^２を決定するのは、ｙ＝ａｘ^２の原点（０，０）として、前記背景領域内の明るさ値が最大又は最小である点を設定し、ｙ＝ａｘ^２の係数ａに多くの数を順次割り当て、背景領域内に配置され、近似明るさ値ｙ＝ａｘ^２を満足する位置ｘ上の位置値と明るさ値の数が最も大きい（又は相対的に大きい）とき、その数を係数ａとして選択することを含む。

他の一具体例において、前記二次近似式又は二次曲線ｙ＝ａｘ^２を決定するのは、ｙ＝ａｘ^２の原点（０，０）として、前記背景領域内の明るさ値が最大又は最小である点を設定し、係数ａとして、背景領域の少なくとも二つの位置値及び前記少なくとも二つの位置値による明るさ値をｙ＝ａｘ^２に入力することによって与えられた係数ａの平均値を選択することを含む。

特に、前記背景領域が白色系列である場合、最大明るさ値に対応する位置値及び最大明るさ値は、原点（０，０）の座標として設定される。一方、前記背景領域が黒色系列である場合、最小明るさ値に対応する位置値及び最小明るさ値は、原点（０，０）の座標として設定される。原点（０，０）を有する新しい座標系によって係数ａが決定される。係数ａを決定する方法において、ｙ＝ａｘ^２の係数ａに数が順次割り当てられ、背景領域内に配置され、ｙ＝ａｘ^２を満足する位置値ｘと明るさ値の数が最も大きい（又は相対的に大きい）とき、その数を係数ａとして選択する。係数ａを決定する他の方法において、係数ａとして、背景領域の少なくとも二つの位置値及び前記少なくとも二つの位置値による明るさ値を近似明るさ式ｙ＝ａｘ^２に入力することによって与えられた係数ａの平均値が選択される。この場合、背景領域の少なくとも二つの位置値と前記少なくとも二つの位置値による明るさ値の数は、係数ａの正確な値を得るために増加する。

係数ａを決定する方法は、プログラムによって自動的に実行されたり、又は出力されたグラフに基づいて実験者がｙ＝ａｘ^２に手動で値を指定することができる。

前記被写体上のレンズの屈曲及び／又は不均等な照明は、被写体内の位置値による明るさ値が被写体の中心から縁部に減少又は増加する歪曲をもたらす。この歪曲は、ｙ＝ａｘ^２を用いて補正される。

最後に、近似明るさｙと位置ｘ上の明るさｙ’との間の差が決定され、前記差は、不均等な照明及び／又はレンズ屈曲によって生じるｙ’を補正するために、ｙに加算されたり、ｙから減算される。

ｙ＝ａｘ^２は、ｙ’を補正するために使用される補正式であって、イメージ歪曲を補正する。

以下、補正式を用いたイメージ歪曲の補正方法を説明する。

まず、近似明るさｙと位置ｘ上の明るさｙ’との間の差が決定される。前記差は、原点（０，０）で０であって、不均等な照明及び／又はレンズ屈曲により、前記差が前記被写体の縁部に向けて増加する。ｙ’は、係数ａが０以下であるときに前記差をｙ’に加算することによって補正され、係数ａが０以上であるときに前記差をｙ’から減算することによって補正される。

したがって、光学イメージの標的領域の標的明るさ値は、ｙ’を補正することによって与えられた補正された値を用いて正確に計算される。

他の具体例によれば、コンピュータ上でイメージ歪曲補正方法を実行するためのプログラムを含むコンピュータ可読記録媒体が提供される。

前記方法は、コンピュータ可読記録媒体上のコンピュータ可読コードとして具現される。コンピュータ可読記録媒体は、コンピュータによって読まれるシステム処理情報であるデータを格納するデータ記録装置である。コンピュータ可読記録媒体の例としては、ＲＯＭ（ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ―ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピー（登録商標）ディスク及び光データ格納装置などがある。

実施例１：レンズによるイメージ歪曲分析

図２は、一具体例による免疫学的分析装置で反応紙を被写体として照明下で撮影することによって得られたイメージを示し、図４は、図２のイメージに基づいて被写体の位置値ｘによる明るさ値ｙを表示したグラフである。

図３は、免疫反応後に反応紙を被写体として照明下で撮影することによって得られたイメージを示し、図７は、図３のイメージに基づいて被写体の位置値ｘによる明るさ値ｙ’を表示したグラフである。

図４〜図７のグラフにおいて、ｘ軸は、反応紙の左側端部を０とする水平距離を示し、ｙ軸は、得られたイメージの明るさ値を示す。

図２を参照すれば、反応紙には免疫反応試料が存在しないので、反応紙内の各位置による明るさのレベルは一定である。そのため、電気信号を分析することによって得られた明るさ値は、グラフ上で直線を形成しなければならない。しかし、光学イメージがレンズを通してカメラの内部に入射しながら、レンズ及び照明による光学イメージの歪曲が発生するので、凸状カーブは、図４に示したグラフの上端に表示される。水平距離が０に近いグラフの部分に示されたトラフカーブは、トラフカーブが背景領域及び標的領域の明るさ値でないことから、反応紙の背景領域及び標的領域の明るさ値を分析するときに除かれる。

図３を参照すれば、免疫反応が起きる反応紙の反応領域はその周辺領域よりも暗くなり、免疫反応の強度によって反応紙の明るさが変わる。そのため、反応領域に対応するグラフの部分が凹状になる。反応領域を除いた残りの反応紙は一定の明るさを有するので、一定の値を有する線がグラフの上部に形成されなければならない。しかし、この場合も、光学イメージがレンズを通してカメラの内部に入射しながら、レンズによる光学イメージの歪曲が発生するので、凸状カーブは、図７に示したグラフの上部に表示される。

実施例２：補正式を用いたイメージ歪曲補正

図２、図３、図４及び図７の具体例で説明したように、反応の強度を数値化する免疫学的分析装置は、レンズによって歪曲された光学イメージを補正するために要求される。図６及び図８は、上述した補正式を用いて、図４及び図７に示した凸状カーブを補正することによって得られた結果を示すグラフである。

図４のグラフは、図２、図３、図４及び図７の具体例で説明したように、レンズの形状及び照明による凸状又は凹状のカーブを有する。図４の凸状カーブは、ｙ＝aｘ^２として表現され、補正係数aは、レンズ屈曲を補正するために使用される。また、最大の明るさ値を有する位置、すなわち、ｙが最も大きい点の座標がｙ＝aｘ^２の頂点として使用される。

図５は、カーブを補正するための補正式を満足する座標系の位置を選択するために使用される基準点を示すグラフである。凸状カーブの中心でのｘ及びｙは、補正式の頂点の座標であって、頂点からの点ｘ_１及びｘ_２の座標は、係数aを決定するためにｙ＝aｘ^２に入力される。

図６のグラフは、直線を有し、補正式を用いて図４のグラフを補正することによって得られる。図８のグラフは、上部で直線を有し、補正式を用いて図７のグラフを補正することによって得られる。

１００ 測定部
１１０ 照明部
１２０ レンズ
１３０ イメージセンサ
１４０ 演算部
１５０ 出力部

Claims (7)

1. イメージセンサによって被写体のイメージを電気信号に変換し、
   前記被写体内の位置値を示すｘ、位置ｘの明るさ値を示すｙ’、及び係数を示すａで二次近似式ｙ＝ａｘ^２を決定し、
   近似式値ｙと前記明るさ値ｙ’との間の差を決定し、
   不均等な照明及び／又はレンズ屈曲によって生じるｙ’を補正するために、前記差をｙ’に加算したり、又は前記差をｙ’から減算することを含む、免疫学的分析装置のためのイメージ歪曲を補正する方法。
2. 前記イメージ歪曲を補正することによって得られた結果を出力することをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の免疫学的分析装置のためのイメージ歪曲を補正する方法。
3. 前記二次近似式ｙ＝ａｘ^２を決定するのは、
   ｙ＝ａｘ^２の原点（０，０）として、前記背景領域の明るさ値が最大又は最小である点を設定し、
   ｙ＝ａｘ^２の係数ａに多くの数を順次割り当て、前記背景領域内に配置され、ｙ＝ａｘ^２を満足する位置値と明るさ値の数が最も大きい（又は相対的に大きい）とき、前記数を係数ａとして選択することを含む、請求項１に記載の免疫学的分析装置のためのイメージ歪曲を補正する方法。
4. 前記二次近似式ｙ＝ａｘ^２を決定するのは、
   ｙ＝ａｘ^２の原点（０，０）として、前記背景領域の明るさ値が最大又は最小である点を設定し、
   前記係数ａとして、前記背景領域の少なくとも二つの位置値及び前記少なくとも二つの位置値による明るさ値をｙ＝ａｘ^２に入力することによって与えられた前記係数ａの平均値を選択することを含む、請求項１に記載の免疫学的分析装置のためのイメージ歪曲を補正する方法。
5. 前記方法は、照明部、測定部、イメージセンサ、演算部及び出力部を含む免疫学的分析装置を用いて行われることを特徴とする、請求項１に記載の免疫学的分析装置のためのイメージ歪曲を補正する方法。
6. 請求項１の方法をコンピュータ上で実行するためのプログラムを含むコンピュータ可読記録媒体。
7. 免疫学的分析装置の反応紙のイメージをキャプチャするレンズによって生じる明るさに対応する二次カーブをコンピュータによって決定し、
   前記カーブを用いて前記イメージの前記明るさを前記コンピュータによって補正することを含むイメージ歪曲を補正する方法。

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