JP2010244537A - イメージ歪曲補正方法 - Google Patents
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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=ax2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
【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=ax2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=ax2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=ax2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=ax2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=ax2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=ax2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=ax2を決定するのは、y=ax2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=ax2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=ax2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=ax2を決定するのは、y=ax2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=ax2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=ax2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=ax2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=ax2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=ax2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=ax2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=ax2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=ax2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=ax2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x1及びx2の座標は、係数aを決定するためにy=ax2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
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)
- 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=ax2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。 - 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。
- 前記二次近似式y=ax2を決定するのは、
y=ax2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=ax2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=ax2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。 - 前記二次近似式y=ax2を決定するのは、
y=ax2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=ax2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。 - 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。
- 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。
- 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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