JP2013080144A - 画像取得装置、画像取得方法、およびコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この画像取得装置は、撮像対象の部位を拡大する対物レンズを含む光学系と、前記光学系により拡大される前記部位を結像する全画素同時露光が可能な撮像素子と、前記撮像対象の部位の厚さ方向に前記対物レンズの焦点を移動させる移動制御部と、前記焦点を移動させることが可能な方向の位置によって区分される範囲毎に、当該範囲を網羅する平均画像が得られるように撮像素子を複数の位置で多重露光させる多重露光処理部とを具備する。
【選択図】図5
Description
<第1の実施形態>
[1.本実施形態の画像取得装置の概要]
図1は、典型的なZスタック撮像方法を示す図である。
例えば細胞スメアスライドなど、厚さのある生体サンプルの検査においては、細胞1内に存在するかもしれない細菌2などの観察対象を逃さず見つけ出すことができるように、複数の焦点位置(Z1,Z2,・・・Zn)で画像を撮像することが行われる。このような複数の焦点位置で撮像された複数の画像は「Zスタック」と呼ばれる。
より具体的には、本実施形態の画像取得装置は、例えば、対物レンズを用いた光学系の焦点深度などを基準に予め決められた複数の焦点位置(Z1,Z2,・・・Zn)のなかの連続する複数の焦点位置で撮像素子を多重露光させたり、連続する複数の焦点位置間に跨って撮像素子を連続的に露光させたりすることで上記の平均画像を取得する。これによって、Zスタックの画像の枚数を低減しつつ、観察対象の撮像漏れのないZスタックを得ることができる。
以下に、本実施形態の画像取得装置の詳細を説明する。
なお、本実施形態は、連続する2つの焦点位置で撮像素子を多重露光させることによって上記の平均画像を取得する画像取得装置である。
図3は本実施形態の画像取得装置100の構成を示す図である。
顕微鏡10は、ステージ11、光学系12、光源ユニット13、撮像素子14、光源駆動部15、ステージ駆動部16、およびカメラ制御部17を有する。
なお、生体サンプルSPLは、この実施形態ではスライドガラスSGに対して所定の固定手法により固定され、必要に応じて染色が施される。この染色には、HE(Hematoxylin-Eosin)染色、ギムザ染色又はパパニコロウ染色等に代表される一般染色のみならず、FISH(Fluorescence In-Situ Hybridization)や酵素抗体法等の蛍光染色が含まれる。
次に、データ処理部20の構成について説明する。
図4はデータ処理部20のハードウェアの構成を示すブロック図である。
データ処理部20は、演算制御を行うCPU(Central Processing Unit)21、ROM(Read Only Memory)22、CPU21のワークメモリとなるRAM(Random Access Memory)23、ユーザの操作に応じた命令を入力する操作入力部24、インターフェイス部25、表示部26、記憶部27及びこれらを互いに接続するバス28を備える。
次に、本実施形態の画像取得装置100における生体サンプル画像の取得処理について説明する。
まず、ステージ制御部31は、最初の焦点位置Z1に焦点が結ばれるようにステージ11のz軸方向の位置を設定する。
露光制御部32は、顕微鏡10内の撮像素子14を画像の取り込み状態である露光可能状態にするようにカメラ制御部17に露光制御信号S3を供給する。カメラ制御部17は露光制御信号S3を受けると、光源ユニット13からの光照射に先立ち、撮像素子14を露光可能な状態にする(T1)。
続いて、次の2つの焦点位置Z3、Z4についての多重露光による撮像が同様に行われる。すなわち、前の2つの焦点位置Z1、Z2で多重露光がされた撮像素子14からの画像の取り込みが完了したところで、露光制御部32は再度、カメラ制御部17に露光制御信号S3を供給して撮像素子14を再び露光可能状態にする(T8)。
以降に続く焦点位置においても、二重露光による平均画像の取得が同様に繰り返される。
典型的なZスタックにおけるそれぞれの固定焦点画像は、撮像間隔を0.5μmとして、それぞれの焦点位置Z1,Z2,・・・,Z10,・・・(図1参照)で撮像して得られた画像である。なお、これらの固定焦点画像は、図9に示すように、撮像素子14により撮像された画像(図6の小領域AR)の中のさらに一部分BRである。
このように、連続する4つの焦点位置での多重露光により得られた平均画像についても、生体サンプルの観察上問題無い程度の画質が得られることが確認された。参考のため、図10に連続する4つの焦点位置での多重露光により得られた平均画像と、その4つの焦点位置での固定焦点画像とを対比して示す。
図11は微細な発光点から発せられる540nm(緑色)の光をNA0.8の対物レンズにて観察した際に得られる輝点イメージのデフォーカス特性を示すグラフである。
このグラフにおいて、縦軸は情報を計算した各ピクセルの輝度を示すカウント値(intensity count)、横軸はイメージャ上のピクセル(pixels)、グラフ中の複数の線はデフォーカス量毎の光軸のずれ量とカウント値との相関をそれぞれ示す。なお、カウント値(intensity count)は輝度(コントラスト)の指標値である。このように、540nm緑色のイメージのデフォーカス特性においては、デフォーカス量が2μmを越えるあたりから急激に輝度(コントラスト)が低下することが分かる。
次に、上記の実施形態の変形例を説明する。
図13はZスタックの撮像時の動作の変形例1を示すタイミングチャートである。
この変形例1の画像取得装置は、上記の実施形態の画像取得装置100によるZスタック撮像動作において、ステージ11を連続して移動させる、つまり焦点位置を連続的に移動させるようにしたものである。ステージ11の移動速度は少なくとも露光中は一定であることが望ましい。
図14はZスタックの撮像時の動作の変形例2を示すタイミングチャートである。
変形例2の画像取得装置は、ステージ11を連続して移動させるとともに、連続する複数の焦点位置に跨って撮像素子14を連続的に露光させるように光照射タイミングが設定されたものである。本変形例2の画像取得装置のその他の動作は、変形例1の画像取得装置と基本的には同様である。この変形例2によっても、上記の実施形態の効果を同様に得ることができる。また、連続する複数の焦点位置に跨って撮像素子14を連続的に露光させることによって、上記の変形例1に比較して、観察対象の撮像漏れによる見逃しが生じる危険をよりいっそう低減することができる。
図15はZスタックの撮像時の動作の変形例3を示すタイミングチャートである。
変形例3の画像取得装置は、連続する複数の焦点位置に跨って撮像素子14を連続的に露光させる間、光源ユニット13の光照射のオンとオフを焦点位置の間隔よりも短い一定の周期で繰り返し切り替えるようにしたものである。この変形例3によっても、上記の実施形態の画像処理装置100および変形例2の画像処理装置の効果を同様に得ることができる。また、本変形例3によれば、光照射のオンデューティ比の選択により露光時間を調整することが可能である。
図16はZスタックの撮像時の動作の変形例4を示すタイミングチャートである。
本変形例4の画像取得装置は、光源ユニット13からの光照射タイミングとステージ11の移動タイミングとを同期させるとともに、Zスタックの間隔毎にステージ11の移動と停止を切り替えることによって、連続的に露光される位置が範囲(図2参照)間で連続するようにしたものである。
(1) 撮像対象の部位を拡大する対物レンズを含む光学系と、
前記光学系により拡大される前記部位を結像する全画素同時露光が可能な撮像素子と、
前記撮像対象の部位の厚さ方向に前記対物レンズの焦点を移動させる移動制御部と、
前記焦点を移動させることが可能な方向の位置によって区分される範囲毎に、当該範囲を網羅する平均画像が得られるように撮像素子を複数の位置で多重露光させる多重露光処理部と
を具備する画像取得装置。
(2)前記(1)に記載の画像取得装置であって、
前記範囲の長さは、前記光学系の焦点深度に前記露光の多重数を乗じた値以下である
画像取得装置。
(3)前記(1)から(2)のうちいずれか1つに記載の画像取得装置であって、
前記多重露光処理部は、前記対物レンズの焦点位置を移動させながら前記撮像素子を多重露光させる
画像取得装置。
(4)前記(1)から(2)のうちいずれか1つに記載の画像取得装置であって、
前記多重露光処理部は、前記複数の位置に跨って前記撮像素子を連続的に露光させる
画像取得装置。
(5)前記(4)に記載の画像取得装置であって、
前記範囲毎の前記連続的に露光させる位置が、それぞれの前記範囲間で連続する
画像取得装置。
10…顕微鏡
20…データ処理部
11…ステージ
12…光学系
12A…対物レンズ
12B…結像レンズ
13…光源ユニット
13A…光源
13B…集光レンズ
14…撮像素子
15…光源駆動部
16…ステージ駆動部
17…カメラ制御部
21…CPU
22…ROM
23…RAM
24…操作入力部
31…ステージ制御部
32…露光制御部
33…ストロボ制御部
34…画像取得部
100…画像取得装置
Claims (7)
- 撮像対象の部位を拡大する対物レンズを含む光学系と、
前記光学系により拡大される前記部位を結像する全画素同時露光が可能な撮像素子と、
前記撮像対象の部位の厚さ方向に前記対物レンズの焦点を移動させる移動制御部と、
前記焦点を移動させることが可能な方向の位置によって区分される範囲毎に、当該範囲を網羅する平均画像が得られるように撮像素子を複数の位置で多重露光させる多重露光処理部と
を具備する画像取得装置。 - 請求項1に記載の画像取得装置であって、
前記範囲の長さは、前記光学系の焦点深度に前記露光の多重数を乗じた値以下である
画像取得装置。 - 請求項2に記載の画像取得装置であって、
前記多重露光処理部は、前記対物レンズの焦点位置を移動させながら前記撮像素子を多重露光させる
画像取得装置。 - 請求項1に記載の画像取得装置であって、
前記多重露光処理部は、前記複数の位置に跨って前記撮像素子を連続的に露光させる
画像取得装置。 - 請求項4に記載の画像取得装置であって、
前記範囲毎の前記連続的に露光させる位置が、それぞれの前記範囲間で連続する
画像取得装置。 - 移動制御部が、観察対象の部位の厚さ方向に対物レンズの焦点を移動させ、
多重露光処理部が、前記焦点を移動させることが可能な方向の位置によって区分される範囲毎に、当該範囲を網羅する平均画像が得られるように撮像素子を複数の位置で多重露光させる
画像取得方法。 - 撮像対象の部位を拡大する対物レンズを含む光学系と、
前記光学系により拡大される前記部位を結像する全画素同時露光が可能な撮像素子とを具備する顕微鏡を制御するコンピュータを動作させるプログラムであって、
前記撮像対象の部位の厚さ方向に前記対物レンズの焦点を移動させる移動制御部と、
前記焦点を移動させることが可能な方向の位置によって区分される範囲毎に、当該範囲を網羅する平均画像が得られるように撮像素子を複数の位置で多重露光させる多重露光処理部として前記コンピュータを動作させるプログラム。
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