JP3327948B2 - 光学像再構成装置 - Google Patents
光学像再構成装置Info
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- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
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- G06T11/006—Inverse problem, transformation from projection-space into object-space, e.g. transform methods, back-projection, algebraic methods
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡をはじめとした
光学機器による画像入力処理装置、あるいは各種発光現
象の可視化装置等において断層像や３次元像をディジタ
ル処理により再構成・表示する技術に関する。
光学機器による画像入力処理装置、あるいは各種発光現
象の可視化装置等において断層像や３次元像をディジタ
ル処理により再構成・表示する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光学機器による画像入力処理装置
では、構成上の制約により任意の方向からの画像を入力
するのが困難な場合がある。例として顕微鏡を考える。
図９に一般的な顕微鏡の構成図を示す。一般に顕微鏡は
光学系の光軸方向に垂直なステージ面に置いた対象物の
像が結像されるように構成される。図９に示すように、
対物レンズ１０３の光軸と垂直な方向、つまり水平方向
についてはＸ−Ｙステージ駆動部１０１により対象物の
任意の部分を視野内に設定することができるが、光軸方
向のステージ駆動部１０２は焦点調節に利用され、通常
の観察方法では光軸方向の断面像を得ることはできな
い。ディジタル画像処理的方法により光軸方向の断面像
を再構成した例としては、A.Erhardt,G.Zinser.D.Komit
owski and J.Bille,Appl.Opt.,24,194〜200,(1985). が
挙げられる。この論文では、焦点の合った物体面（以下
合焦面と略す）の位置を光軸方向にステップ的に移動さ
せながら設定合焦面に対応した画像を入力することによ
り３次元光学像を構成し、これに３次元光学伝達関数
（３−ｄ ＯＴＦ）の逆フィルタをかけることにより画
像入力の際に劣化した空間周波数成分を回復する方法が
示されている。
では、構成上の制約により任意の方向からの画像を入力
するのが困難な場合がある。例として顕微鏡を考える。
図９に一般的な顕微鏡の構成図を示す。一般に顕微鏡は
光学系の光軸方向に垂直なステージ面に置いた対象物の
像が結像されるように構成される。図９に示すように、
対物レンズ１０３の光軸と垂直な方向、つまり水平方向
についてはＸ−Ｙステージ駆動部１０１により対象物の
任意の部分を視野内に設定することができるが、光軸方
向のステージ駆動部１０２は焦点調節に利用され、通常
の観察方法では光軸方向の断面像を得ることはできな
い。ディジタル画像処理的方法により光軸方向の断面像
を再構成した例としては、A.Erhardt,G.Zinser.D.Komit
owski and J.Bille,Appl.Opt.,24,194〜200,(1985). が
挙げられる。この論文では、焦点の合った物体面（以下
合焦面と略す）の位置を光軸方向にステップ的に移動さ
せながら設定合焦面に対応した画像を入力することによ
り３次元光学像を構成し、これに３次元光学伝達関数
（３−ｄ ＯＴＦ）の逆フィルタをかけることにより画
像入力の際に劣化した空間周波数成分を回復する方法が
示されている。
【０００３】ところが、このような方法では、顕微鏡対
物レンズのＮ．Ａ．の制限により光軸方向の空間周波数
特性が面方向に比べて大きく劣化しており、回復フィル
タリングを行なったにしても解像度に優れた断面像を得
るのは難しい。また、逆フィルタを作用させる際に、３
−ｄ ＯＴＦの特性が著しく劣っている空間周波数成分
を無理に強調しすぎることにより再構成像のＳ／Ｎが非
常に悪くなる可能性もある。
物レンズのＮ．Ａ．の制限により光軸方向の空間周波数
特性が面方向に比べて大きく劣化しており、回復フィル
タリングを行なったにしても解像度に優れた断面像を得
るのは難しい。また、逆フィルタを作用させる際に、３
−ｄ ＯＴＦの特性が著しく劣っている空間周波数成分
を無理に強調しすぎることにより再構成像のＳ／Ｎが非
常に悪くなる可能性もある。
【０００４】一方、蛍光燈、ガイスラー管など円筒管内
のプラズマ発光現像の断面像を得る方法として、光放射
ＣＴ（光ＥＣＴ）が知られている。特に、特開平０３−
１２５２４号公報では、設定断面における円筒管内から
の発光をスリットとシリンドリカルレンズで構成される
光学系で結像し、その像をＣＣＤカメラなどのイメージ
センサで撮像する方法が提案されている。さらにこの発
明では、光学撮像部を設定断面の面方向に回転させるこ
とによって得られる各方向の像からＣＴ再構成手法によ
り断面像を求める際に断面内の各点の撮像面上における
結像パターンから求められる寄与率を考慮し、逐次近似
計算法によりＣＴ再構成を行なう方法が示されている。
ところがこの方法では、光学結像系の焦点深度が対象円
筒管の内径に対して小さいような場合は、合焦面からは
ずれた部分からの寄与率が撮像面内に分散してしまい、
再構成に必要な投影データが得られない可能性がある。
のプラズマ発光現像の断面像を得る方法として、光放射
ＣＴ（光ＥＣＴ）が知られている。特に、特開平０３−
１２５２４号公報では、設定断面における円筒管内から
の発光をスリットとシリンドリカルレンズで構成される
光学系で結像し、その像をＣＣＤカメラなどのイメージ
センサで撮像する方法が提案されている。さらにこの発
明では、光学撮像部を設定断面の面方向に回転させるこ
とによって得られる各方向の像からＣＴ再構成手法によ
り断面像を求める際に断面内の各点の撮像面上における
結像パターンから求められる寄与率を考慮し、逐次近似
計算法によりＣＴ再構成を行なう方法が示されている。
ところがこの方法では、光学結像系の焦点深度が対象円
筒管の内径に対して小さいような場合は、合焦面からは
ずれた部分からの寄与率が撮像面内に分散してしまい、
再構成に必要な投影データが得られない可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、光学断層
像を得ることを目的とする分野における従来の方法は光
学結像系の通過空間周波数帯域や焦点深度といった光学
的特性の制限内で得られた像情報を用いて処理を行なう
ものであり、解像度やＳ／Ｎの点で限界があった。
像を得ることを目的とする分野における従来の方法は光
学結像系の通過空間周波数帯域や焦点深度といった光学
的特性の制限内で得られた像情報を用いて処理を行なう
ものであり、解像度やＳ／Ｎの点で限界があった。
【０００６】本発明の光学像再構成装置はこのような課
題に着目してなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、解像度やＳ／Ｎに優れた光学断層像あるいは光学
３次元像を再構成でき、しかも実用上有用な光学像再構
成装置を提供することにある。
題に着目してなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、解像度やＳ／Ｎに優れた光学断層像あるいは光学
３次元像を再構成でき、しかも実用上有用な光学像再構
成装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、光学結像系と、この光学結像系における焦点を合
わせた物体面の位置を移動させる合焦面制御手段と、前
記光学結像系により結像された物体の像を電気的信号に
変換する撮像手段と、この撮像手段により入力される像
信号間の加算を行なう加算手段と、この加算手段により
加算された像信号に対する周波数フィルタリング手段
と、前記光学結像系の光軸上の１点を中心として、対象
物もしくは前記光学結像系を所定の角度間隔で回転させ
る回転制御手段と、角度方向の異なる複数の像信号を補
間処理することにより、前記回転制御手段の回転制御面
に平行な面方向の像を合成する像合成手段とを具備す
る。
めに、光学結像系と、この光学結像系における焦点を合
わせた物体面の位置を移動させる合焦面制御手段と、前
記光学結像系により結像された物体の像を電気的信号に
変換する撮像手段と、この撮像手段により入力される像
信号間の加算を行なう加算手段と、この加算手段により
加算された像信号に対する周波数フィルタリング手段
と、前記光学結像系の光軸上の１点を中心として、対象
物もしくは前記光学結像系を所定の角度間隔で回転させ
る回転制御手段と、角度方向の異なる複数の像信号を補
間処理することにより、前記回転制御手段の回転制御面
に平行な面方向の像を合成する像合成手段とを具備す
る。
【０００８】
【作用】すなわち、本発明においては、光学結像系にお
ける焦点を合わせた物体面の位置を移動させ、前記光学
結像系により結像された物体の像を電気的信号に変換す
る。そして、変換された像信号間の加算を行ない、加算
された像信号に対して周波数フィルタリングを施す。さ
らに、回転制御手段によって、光学結像系の光軸上の１
点を中心として、対象物もしくは光学結像系を所定の角
度間隔で回転させ、角度方向の異なる複数の像信号を補
間処理することにより、前記回転制御手段の回転制御面
に平行な面方向の像を合成する。
ける焦点を合わせた物体面の位置を移動させ、前記光学
結像系により結像された物体の像を電気的信号に変換す
る。そして、変換された像信号間の加算を行ない、加算
された像信号に対して周波数フィルタリングを施す。さ
らに、回転制御手段によって、光学結像系の光軸上の１
点を中心として、対象物もしくは光学結像系を所定の角
度間隔で回転させ、角度方向の異なる複数の像信号を補
間処理することにより、前記回転制御手段の回転制御面
に平行な面方向の像を合成する。
【０００９】
【実施例】本発明の一実施例を説明するに先立って、ま
ずＸ線ＣＴなどで実現されている線積分の投影像による
画像再構成原理について簡単に述べる。図６に任意の角
度方向θへの線積分の関係を示す。線積分による投影パ
ターンＰθ(t) は（１）式で表わされる。なお、（１）
式の関係はラドン（Radon ）変換と呼ばれる。
ずＸ線ＣＴなどで実現されている線積分の投影像による
画像再構成原理について簡単に述べる。図６に任意の角
度方向θへの線積分の関係を示す。線積分による投影パ
ターンＰθ(t) は（１）式で表わされる。なお、（１）
式の関係はラドン（Radon ）変換と呼ばれる。
【００１０】
【数１】
【００１１】Ｘ線ＣＴをはじめとした実際の装置におい
ては、投影パターンａθ(t) に物体を通過する前後の放
射線の強度比から求められる。つまり、入力放射線強度
Ｉinと物体通過後の放射線強度Ｉout は（２）式の関係
があるので、投影パターンａ(t) は（３）式で求められ
る。
ては、投影パターンａθ(t) に物体を通過する前後の放
射線の強度比から求められる。つまり、入力放射線強度
Ｉinと物体通過後の放射線強度Ｉout は（２）式の関係
があるので、投影パターンａ(t) は（３）式で求められ
る。
【００１２】
【数２】
【００１３】多方向からの投影パターンａθ(t) から断
面像ｆ(x,y) を再構成する方法は、次に示す投影定理に
より導かれる。つまり、投影定理とは、「ｆ(x,y) のあ
る角度方向への投影の１次元フーリエ変換は、ｆ(x,y)
の２次元フーリエ変換を対応する角度で切った中心断面
に等しい。」と表現される。これを式で表現すると、
（４）式で表わされる。
面像ｆ(x,y) を再構成する方法は、次に示す投影定理に
より導かれる。つまり、投影定理とは、「ｆ(x,y) のあ
る角度方向への投影の１次元フーリエ変換は、ｆ(x,y)
の２次元フーリエ変換を対応する角度で切った中心断面
に等しい。」と表現される。これを式で表現すると、
（４）式で表わされる。
【００１４】
【数３】
【００１５】
【数４】
【００１６】ＣＴ再構成は、この投影定理と２次元フー
リエ変換における直交座標と極座標の座標変換の関係か
ら導かれるフィルタ逆投影法と呼ばれるアルゴリズムに
より実現される。これは、次の（５）、（６）式で表わ
される。
リエ変換における直交座標と極座標の座標変換の関係か
ら導かれるフィルタ逆投影法と呼ばれるアルゴリズムに
より実現される。これは、次の（５）、（６）式で表わ
される。
【００１７】
【数５】
【００１８】つまり、フィルタ逆投影法とは、各角度方
向の投影パターンに投影方向の周波数の絶対値に比例す
るフィルタ（｜ω｜）をかけたものを、多方向について
集めることにより断面像を再構成する方法である。一般
に、ディジタル画像は正方格子状に並んだ画素により構
成されるが、ＣＴ再構成画像は角度方向の異なる１次元
の像を補間処理することにより求められる。実際の装置
において、投影パターンの検出器の検出エレメントピッ
チをτとすると、投影パターンの周波数帯域Ｗは、Ｗ＝
１／２τとなるが、この場合のフィルタとしては種々の
関数が提案されている。その中でも代表的なものとし
て、（１）式および図７に示すRamanchandran-Lakshmin
arayananの重み係数が用いられる。
向の投影パターンに投影方向の周波数の絶対値に比例す
るフィルタ（｜ω｜）をかけたものを、多方向について
集めることにより断面像を再構成する方法である。一般
に、ディジタル画像は正方格子状に並んだ画素により構
成されるが、ＣＴ再構成画像は角度方向の異なる１次元
の像を補間処理することにより求められる。実際の装置
において、投影パターンの検出器の検出エレメントピッ
チをτとすると、投影パターンの周波数帯域Ｗは、Ｗ＝
１／２τとなるが、この場合のフィルタとしては種々の
関数が提案されている。その中でも代表的なものとし
て、（１）式および図７に示すRamanchandran-Lakshmin
arayananの重み係数が用いられる。
【００１９】
【数６】
【００２０】次に、本実施例による画像再構成原理につ
いて示す。本実施例によれば投影パターンは、合焦面を
光軸方向に移動させながら入力した画像を累積加算し、
これに適当な劣化回復フィルタをかけることにより求め
られる。以下にその作用を説明する。また、図８に本実
施例の概念図を示す。ある角度方向θについて合焦面を
ｓf に設定したときの物体ｆ(t;s) の結像ｇθ´(t;s,s
f ）を（８）式に定義する。
いて示す。本実施例によれば投影パターンは、合焦面を
光軸方向に移動させながら入力した画像を累積加算し、
これに適当な劣化回復フィルタをかけることにより求め
られる。以下にその作用を説明する。また、図８に本実
施例の概念図を示す。ある角度方向θについて合焦面を
ｓf に設定したときの物体ｆ(t;s) の結像ｇθ´(t;s,s
f ）を（８）式に定義する。
【００２１】
【数７】 ただし＊はｔに関するコンボリューションのオペレー
タ。合焦面を光軸方向に移動することにより得られる像
ｇθ(t,s) は（９）式で表わされる。
タ。合焦面を光軸方向に移動することにより得られる像
ｇθ(t,s) は（９）式で表わされる。
【００２２】
【数８】
【００２３】（１０）式は、移動範囲ψを十分大きくと
ることによって、伝達関数ｈａθ(t;s) がＳの位置に寄
らずに一定になるために、ｔだけの関数ｈａθ(t) で表
わされることを意味する。次に、画像を積算することに
より得られる投影像Ｐθ´(t) を（１１）式に示す。
ることによって、伝達関数ｈａθ(t;s) がＳの位置に寄
らずに一定になるために、ｔだけの関数ｈａθ(t) で表
わされることを意味する。次に、画像を積算することに
より得られる投影像Ｐθ´(t) を（１１）式に示す。
【００２４】
【数９】
【００２５】（１１）式よりＰθ´(t) は、伝達関数ｈ
ａθ(t) がコンボリューションされることにより劣化を
うけた投影像と考えることができるので、真の投影像Ｐ
θ(t) は（１２）式に示すようにＰθ´(t) にｈａθ
(t) の逆フィルタをかけることにより求められる。
ａθ(t) がコンボリューションされることにより劣化を
うけた投影像と考えることができるので、真の投影像Ｐ
θ(t) は（１２）式に示すようにＰθ´(t) にｈａθ
(t) の逆フィルタをかけることにより求められる。
【００２６】
【数１０】
【００２７】
【数１１】
【００２８】（１２）式で導かれた投影像Ｐθ(t) を用
いてＣＴの原理による断面像の再構成を行なうことがで
きる。つまり、（５）、（６）式で表わされるフィルタ
逆投影法に、本実施例による投影像Ｐθ(t) を適用する
ことができる。そこで、（６）式の投影パターンａθ
(t) に（１２）式のＰθ(t) を代入する。
いてＣＴの原理による断面像の再構成を行なうことがで
きる。つまり、（５）、（６）式で表わされるフィルタ
逆投影法に、本実施例による投影像Ｐθ(t) を適用する
ことができる。そこで、（６）式の投影パターンａθ
(t) に（１２）式のＰθ(t) を代入する。
【００２９】
【数１２】
【００３０】以上、導かれたことがらを整理すると本実
施例の要旨は次のように説明することができる。つま
り、ある角度方向に光軸を合わせ結像された像を合焦面
を所定の範囲にわたって移動しながら積算することによ
り像Ｐθ´(t) を入力し、これを（１５）式で表わされ
る関数Ｇ（ω）でフィルタリングしたものを多方向につ
いて集めることにより断面像を再構成するものである。
施例の要旨は次のように説明することができる。つま
り、ある角度方向に光軸を合わせ結像された像を合焦面
を所定の範囲にわたって移動しながら積算することによ
り像Ｐθ´(t) を入力し、これを（１５）式で表わされ
る関数Ｇ（ω）でフィルタリングしたものを多方向につ
いて集めることにより断面像を再構成するものである。
【００３１】以下に、図１を参照して本発明の第１の実
施例の構成を示す。構成は大きくステージ２００、撮像
装置３００、画像プロセッサ４００、ＴＶモニタ５０
０、マン＝マシーンインターフェース６００に分けられ
る。まず、ステージ２００は、種々の発光体などの測定
対象となる試料２０１を固定し・保持した回転ステージ
２０２、および回転ステージ２０２を回転駆動するステ
ージ回転駆動装置２０３とで構成される。撮像装置３０
０は、結像光学系としてのシリンドリカルレンズ３０１
と、シリンドリカルレンズ３０１の位置を光軸方向に駆
動することにより合焦面を制御する合焦面駆動装置３０
２、および結像された光学像を電気信号に変換するＣＣ
Ｄなどのライン撮像素子３０３、ライン撮像素子３０３
からの電気信号を増幅し、適当な信号列として出力する
ライン信号プロセッサ３０４とで構成される。画像プロ
セッサ４００には、撮像装置３００からのライン信号を
ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４０１、ディジ
タル信号間の加算を行なう加算器４０２、およびバッフ
ァメモリ４０３が含まれ、ディジタルライン信号間の累
積加算が行なわれるように構成されている。また、複数
のディジタルライン信号を記録するメモリ４０４、ＦＦ
Ｔ演算器（ＤＳＰ）４０５、ＣＰＵ４０６、フィルタ係
数値が記録されているＲＯＭ４０７、画像メモリ４０８
が内部バス４１０に接続されており、ＣＰＵ４０６から
の指令信号に基づいて画像再構成処理が行なわれる。画
像メモリ４０８に記録された再構成画像は、ビデオＤ／
Ａ変換器４０９により所定のアナログビデオ信号に変換
されて、ＴＶモニタ５００に表示される。また、画像プ
ロセッサ４００内にはステージ回転駆動装置２０３を制
御するステージ回転装置ドライバ４１１と合焦面駆動装
置３０２を制御する合焦面駆動装置ドライバ４１２が内
蔵され、ＣＰＵ４０６からの指令信号に基づき、各々の
駆動装置に制御信号を送る。マン＝マシーンインターフ
ェース６００はＣＰＵ４０６に接続され、設定条件など
が表示されると共に、操作者が動作指令などを送れるよ
うに構成されている。以下に上記構成の作用を説明す
る。
施例の構成を示す。構成は大きくステージ２００、撮像
装置３００、画像プロセッサ４００、ＴＶモニタ５０
０、マン＝マシーンインターフェース６００に分けられ
る。まず、ステージ２００は、種々の発光体などの測定
対象となる試料２０１を固定し・保持した回転ステージ
２０２、および回転ステージ２０２を回転駆動するステ
ージ回転駆動装置２０３とで構成される。撮像装置３０
０は、結像光学系としてのシリンドリカルレンズ３０１
と、シリンドリカルレンズ３０１の位置を光軸方向に駆
動することにより合焦面を制御する合焦面駆動装置３０
２、および結像された光学像を電気信号に変換するＣＣ
Ｄなどのライン撮像素子３０３、ライン撮像素子３０３
からの電気信号を増幅し、適当な信号列として出力する
ライン信号プロセッサ３０４とで構成される。画像プロ
セッサ４００には、撮像装置３００からのライン信号を
ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４０１、ディジ
タル信号間の加算を行なう加算器４０２、およびバッフ
ァメモリ４０３が含まれ、ディジタルライン信号間の累
積加算が行なわれるように構成されている。また、複数
のディジタルライン信号を記録するメモリ４０４、ＦＦ
Ｔ演算器（ＤＳＰ）４０５、ＣＰＵ４０６、フィルタ係
数値が記録されているＲＯＭ４０７、画像メモリ４０８
が内部バス４１０に接続されており、ＣＰＵ４０６から
の指令信号に基づいて画像再構成処理が行なわれる。画
像メモリ４０８に記録された再構成画像は、ビデオＤ／
Ａ変換器４０９により所定のアナログビデオ信号に変換
されて、ＴＶモニタ５００に表示される。また、画像プ
ロセッサ４００内にはステージ回転駆動装置２０３を制
御するステージ回転装置ドライバ４１１と合焦面駆動装
置３０２を制御する合焦面駆動装置ドライバ４１２が内
蔵され、ＣＰＵ４０６からの指令信号に基づき、各々の
駆動装置に制御信号を送る。マン＝マシーンインターフ
ェース６００はＣＰＵ４０６に接続され、設定条件など
が表示されると共に、操作者が動作指令などを送れるよ
うに構成されている。以下に上記構成の作用を説明す
る。
【００３２】回転ステージ２０２が撮像装置３００に対
してある設定角度に固定された状態において、シリンド
リカルレンズ３０１の合焦面が試料の存在領域が完全に
含まれる範囲にわたって移動されながら対象物の像が撮
像され、画像プロセッサ４００内で累積加算される。こ
の動作の際に、シリンドリカルレンズ３０１の合焦面は
所定の間隔でステップ動作されることにより移動されて
も良いし、連続的に移動されても良い。この動作は回転
ステージの設定角度が所定の間隔で変更されながら１回
転するまでくり返されることによりメモリ４０４には、
多方向における累積加算像が記録される。メモリ４０４
に記録された各ライン信号はＦＦＴ演算器４０５とＣＰ
Ｕ４０６によりＲＯＭ４０７に記録されている（１５）
式のフィルタ係数に基いて所定のフィルタリングが施さ
れる。そして、ＣＰＵ４０６ではフィルタリングされた
各ライン信号を用いた補間処理が行なわれ、画像メモリ
４０８に再構成された画像が記録される。
してある設定角度に固定された状態において、シリンド
リカルレンズ３０１の合焦面が試料の存在領域が完全に
含まれる範囲にわたって移動されながら対象物の像が撮
像され、画像プロセッサ４００内で累積加算される。こ
の動作の際に、シリンドリカルレンズ３０１の合焦面は
所定の間隔でステップ動作されることにより移動されて
も良いし、連続的に移動されても良い。この動作は回転
ステージの設定角度が所定の間隔で変更されながら１回
転するまでくり返されることによりメモリ４０４には、
多方向における累積加算像が記録される。メモリ４０４
に記録された各ライン信号はＦＦＴ演算器４０５とＣＰ
Ｕ４０６によりＲＯＭ４０７に記録されている（１５）
式のフィルタ係数に基いて所定のフィルタリングが施さ
れる。そして、ＣＰＵ４０６ではフィルタリングされた
各ライン信号を用いた補間処理が行なわれ、画像メモリ
４０８に再構成された画像が記録される。
【００３３】以上のように上記の第１実施例によれば、
シリンドリカルレンズを用いることにより、試料の設定
断面の投影像を効率良く入力することができ、また合焦
面を異なる位置に設定して入力したライン信号を累積加
算することによりＳ／Ｎの良い信号を入力できるように
構成される。以下に、本発明の第２の実施例を説明す
る。
シリンドリカルレンズを用いることにより、試料の設定
断面の投影像を効率良く入力することができ、また合焦
面を異なる位置に設定して入力したライン信号を累積加
算することによりＳ／Ｎの良い信号を入力できるように
構成される。以下に、本発明の第２の実施例を説明す
る。
【００３４】本実施例は、本発明を光学顕微鏡に適用し
た例であり、その構成を図２に示す。この構成は大きく
顕微鏡装置７００、ＴＶカメラ８００、画像プロセッサ
９００、ＴＶモニタ１０００、マン＝マシーンインター
フェース１１００に分けられる。顕微鏡装置７００には
試料回転装置７１０が設けられており、試料を保持しな
がら回転操作できるように構成されている。また、対物
レンズ７２０は、合焦面駆動装置７３０により光軸方向
に駆動されるように構成されており、対物レンズ７２０
の合焦面が光軸方向の所定の物体面に設定されるように
なっている。
た例であり、その構成を図２に示す。この構成は大きく
顕微鏡装置７００、ＴＶカメラ８００、画像プロセッサ
９００、ＴＶモニタ１０００、マン＝マシーンインター
フェース１１００に分けられる。顕微鏡装置７００には
試料回転装置７１０が設けられており、試料を保持しな
がら回転操作できるように構成されている。また、対物
レンズ７２０は、合焦面駆動装置７３０により光軸方向
に駆動されるように構成されており、対物レンズ７２０
の合焦面が光軸方向の所定の物体面に設定されるように
なっている。
【００３５】図３には、試料回転装置７１０の詳細を示
す。モータ７１１によりプーリー７１２が回転制御さ
れ、その動力はベルト７１３により透明管７１４に伝え
られる。透明管７１４には、内部に生理食塩水やアルコ
ールなどの液体が満たされ、生体組織、生体細胞といっ
た試料が保持される。また透明管７１４は保持台７１５
Ａ、７１５Ｂにより支えられながらも回転できるように
設置されている。図２における顕微鏡装置７００以外の
構成について説明する。ＴＶカメラ８００は顕微鏡装置
７００の鏡筒の先に取り付けられており、顕微鏡が撮像
される。画像プロセッサ９００内には、ＴＶカメラ８０
０からのビデオ信号をディジタル変換するビデオＡ／Ｄ
変換器９０１、ディジタル画像信号間の加算を行なう加
算器９０２、バッファメモリ９０３が含まれ、ディジタ
ル画像信号の累積加算が行なわれるように構成される。
また、複数の画像信号を記録する画像メモリ９０４、Ｆ
ＦＴ演算器（ＤＳＰ）９０５、ＣＰＵ９０６、ＲＯＭ９
０７、画像メモリ９０８、およびボクセルプロセッサ９
１０が内部バス９１１に接続され、ＣＰＵ９０６の指令
に基づいて３次元像の再構成処理が行なわれると共に、
ボクセルプロセッサ９１０により３次元像から所定の２
次元投影像が算出されて画像メモリ９０８に記録され
る。画像メモリ９０８に記録された画像はビデオＤ／Ａ
変換器９０９により所定のアナログビデオ信号に変換さ
れて、ＴＶモニタ１０００に表示される。また、画像プ
ロセッサ９００内には、試料回転装置７１０を制御する
試料回転装置ドライバ９１２と合焦面駆動装置７３０を
制御する合焦面駆動装置ドライバ９１３が内蔵され、Ｃ
ＰＵ９０６からの指令信号に基づき、各々の駆動装置に
制御信号を送る。マン＝マシーンインターフェース１１
００は、第１実施例におけるマン＝マシーンインターフ
ェース６００と同様に構成される。以下に上記構成の作
用を説明する。
す。モータ７１１によりプーリー７１２が回転制御さ
れ、その動力はベルト７１３により透明管７１４に伝え
られる。透明管７１４には、内部に生理食塩水やアルコ
ールなどの液体が満たされ、生体組織、生体細胞といっ
た試料が保持される。また透明管７１４は保持台７１５
Ａ、７１５Ｂにより支えられながらも回転できるように
設置されている。図２における顕微鏡装置７００以外の
構成について説明する。ＴＶカメラ８００は顕微鏡装置
７００の鏡筒の先に取り付けられており、顕微鏡が撮像
される。画像プロセッサ９００内には、ＴＶカメラ８０
０からのビデオ信号をディジタル変換するビデオＡ／Ｄ
変換器９０１、ディジタル画像信号間の加算を行なう加
算器９０２、バッファメモリ９０３が含まれ、ディジタ
ル画像信号の累積加算が行なわれるように構成される。
また、複数の画像信号を記録する画像メモリ９０４、Ｆ
ＦＴ演算器（ＤＳＰ）９０５、ＣＰＵ９０６、ＲＯＭ９
０７、画像メモリ９０８、およびボクセルプロセッサ９
１０が内部バス９１１に接続され、ＣＰＵ９０６の指令
に基づいて３次元像の再構成処理が行なわれると共に、
ボクセルプロセッサ９１０により３次元像から所定の２
次元投影像が算出されて画像メモリ９０８に記録され
る。画像メモリ９０８に記録された画像はビデオＤ／Ａ
変換器９０９により所定のアナログビデオ信号に変換さ
れて、ＴＶモニタ１０００に表示される。また、画像プ
ロセッサ９００内には、試料回転装置７１０を制御する
試料回転装置ドライバ９１２と合焦面駆動装置７３０を
制御する合焦面駆動装置ドライバ９１３が内蔵され、Ｃ
ＰＵ９０６からの指令信号に基づき、各々の駆動装置に
制御信号を送る。マン＝マシーンインターフェース１１
００は、第１実施例におけるマン＝マシーンインターフ
ェース６００と同様に構成される。以下に上記構成の作
用を説明する。
【００３６】この作用は原理的に第１実施例の作用と同
様であるが、第１実施例では１次元の投影像から２次元
の断面像が再構成されるのに対し、第２実施例では２次
元の投影像から３次元像が再構成される。つまり、次の
ような手順で処理が行なわれる。まず、対物レンズ７２
０の合焦面が透明管７１４の最下部から最上部まで完全
に含まれる範囲にわたって移動されながら撮像された対
象物の画像が画像プロセッサ９００内において累積加算
され、画像メモリ９０４に記録される。この動作は対物
レンズ７２０の光軸に対する透明管７１４の設定角度が
所定の間隔で変更されながら１回転するまでくり返され
ることにより画像メモリ９０４には多方向における累積
加算画像が記録される。メモリ９０４に記録された各画
像は、ＦＦＴ演算器９０５、ＣＰＵ９０６によりＲＯＭ
９０７に記録されている係数に基づいてフィルタリング
され、さらにそれらの画像の補間処理から３次元像が再
構成されて結果は再び画像メモリ９０４に記録される。
画像メモリ９０４に記録された３次元像は、ＴＶモータ
１０００に映し出される画像として可視化されるように
ボクセルプロセッサ９１０により所定の処理が実行され
る。つまり、３次元像を所定の視点から見た投影像に変
換したり、所定の切断面像を構成したり所定の等濃度面
を構成したりすることにより、３次元像が目的に応じて
視覚的に把握され易い画像に変換され表示される。
様であるが、第１実施例では１次元の投影像から２次元
の断面像が再構成されるのに対し、第２実施例では２次
元の投影像から３次元像が再構成される。つまり、次の
ような手順で処理が行なわれる。まず、対物レンズ７２
０の合焦面が透明管７１４の最下部から最上部まで完全
に含まれる範囲にわたって移動されながら撮像された対
象物の画像が画像プロセッサ９００内において累積加算
され、画像メモリ９０４に記録される。この動作は対物
レンズ７２０の光軸に対する透明管７１４の設定角度が
所定の間隔で変更されながら１回転するまでくり返され
ることにより画像メモリ９０４には多方向における累積
加算画像が記録される。メモリ９０４に記録された各画
像は、ＦＦＴ演算器９０５、ＣＰＵ９０６によりＲＯＭ
９０７に記録されている係数に基づいてフィルタリング
され、さらにそれらの画像の補間処理から３次元像が再
構成されて結果は再び画像メモリ９０４に記録される。
画像メモリ９０４に記録された３次元像は、ＴＶモータ
１０００に映し出される画像として可視化されるように
ボクセルプロセッサ９１０により所定の処理が実行され
る。つまり、３次元像を所定の視点から見た投影像に変
換したり、所定の切断面像を構成したり所定の等濃度面
を構成したりすることにより、３次元像が目的に応じて
視覚的に把握され易い画像に変換され表示される。
【００３７】以下に、本発明の原理を３次元像再構成に
適用した場合の理論について説明する。図４に示すよう
に、ｘ、ｙ、ｚの３つの直交軸で表わされる３次元空間
において、物体をｘ軸を中心軸として回転させる系を考
える。この場合、投影画像はｘ軸と平行な面で検出され
ることになる。ある設定角度θにおける投影面上の２次
元座標をｔ＝（ｘ，ｙ）とすると（８）〜（１３）式は
次の（１６）〜（２１）式で表わされる。
適用した場合の理論について説明する。図４に示すよう
に、ｘ、ｙ、ｚの３つの直交軸で表わされる３次元空間
において、物体をｘ軸を中心軸として回転させる系を考
える。この場合、投影画像はｘ軸と平行な面で検出され
ることになる。ある設定角度θにおける投影面上の２次
元座標をｔ＝（ｘ，ｙ）とすると（８）〜（１３）式は
次の（１６）〜（２１）式で表わされる。
【００３８】
【数１３】
【００３９】
【数１４】
【００４０】
【数１５】 また、３次元像再構成のためのフィルタ逆投影法は次の
（２２）、（２３）式で表わされる。
（２２）、（２３）式で表わされる。
【００４１】
【数１６】 （２３）式に、（２０）式の投影画像Ｐθ(t) を代入す
ると次の（２４）式が導かれる。
ると次の（２４）式が導かれる。
【００４２】
【数１７】
【００４３】ＴＶカメラ８００内の撮像素子の透明管７
１４と垂直な方向における帯域がＷ＝１／２τである場
合、（７）式で表わされるRamanchandran-Lakshminaray
ananの重み係数に相当するフィルタは、次の（２６）式
で表わされ、図５に示すような形状になる。
１４と垂直な方向における帯域がＷ＝１／２τである場
合、（７）式で表わされるRamanchandran-Lakshminaray
ananの重み係数に相当するフィルタは、次の（２６）式
で表わされ、図５に示すような形状になる。
【００４４】
【数１８】
【００４５】以上のように、上記の第２実施例によれば
顕微鏡のように通常光軸方向の断面像を得るのが困難な
光学機器に対し、解像度に優れた断面像を再構成するこ
とができ、しかもイメージセンサで投影像を構成するこ
とにより３次元光学像の再構成が比較的容易に実現でき
る。
顕微鏡のように通常光軸方向の断面像を得るのが困難な
光学機器に対し、解像度に優れた断面像を再構成するこ
とができ、しかもイメージセンサで投影像を構成するこ
とにより３次元光学像の再構成が比較的容易に実現でき
る。
【００４６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
合焦面を所定の範囲にわたって移動させながら積算入力
し、適当な劣化回復フィルタリングを行なう手段を設け
ている。このように構成することにより解像度を保った
まま実質的に焦点深度を増大させることが可能である。
また、合焦面の移動範囲を対象物に対して適当に設定す
ると共に、劣化回復フィルタが高周波ノイズ成分を強調
しすぎないように設定することによりＳ／Ｎに対しても
有利な装置を構成できる。従って本発明によれば、解像
度やＳ／Ｎに優れた光学断層像あるいは光学３次元像を
再構成でき、しかも実用上有用な光学像再構成装置を提
供できる。
合焦面を所定の範囲にわたって移動させながら積算入力
し、適当な劣化回復フィルタリングを行なう手段を設け
ている。このように構成することにより解像度を保った
まま実質的に焦点深度を増大させることが可能である。
また、合焦面の移動範囲を対象物に対して適当に設定す
ると共に、劣化回復フィルタが高周波ノイズ成分を強調
しすぎないように設定することによりＳ／Ｎに対しても
有利な装置を構成できる。従って本発明によれば、解像
度やＳ／Ｎに優れた光学断層像あるいは光学３次元像を
再構成でき、しかも実用上有用な光学像再構成装置を提
供できる。
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。
【図２】本発明を光学顕微鏡に適用した第２の実施例の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図３】図２に示す試料回転装置の詳細な構成を示す図
である。
である。
【図４】ｘ、ｙ、ｚの３つの直交軸で表わされる３次元
空間において、物体をｘ軸を中心軸として回転させる系
を示す図である。
空間において、物体をｘ軸を中心軸として回転させる系
を示す図である。
【図５】Ramanchandran-Lakshminarayananの重み係数に
相当するフィルタの形状を示す図である。
相当するフィルタの形状を示す図である。
【図６】任意の角度方向θへの線積分の関係を示す図で
ある。
ある。
【図７】Ramanchandran-Lakshminarayananの重み係数を
示す図である。
示す図である。
【図８】本発明による画像再構成原理を説明するための
図である。
図である。
【図９】一般的な顕微鏡の構成図を示す図である。
２００…ステージ、２０１…試料、２０２…回転ステー
ジ、２０３…ステージ回転駆動装置、３００…撮像装
置、３０１…シリンドリカルレンズ、３０２…合焦点駆
動装置、３０３…撮像素子、３０４…ライン信号プロセ
ッサ、４００…画像プロセッサ、４０１…Ａ／Ｄ、４０
２…加算器、４０３…バッファメモリ、４０４…メモ
リ、４０５…ＦＦＴ、４０６…ＣＰＵ、４０７…ＲＯ
Ｍ、４０８…画像メモリ、４０９…Ｄ／Ａ、５００…Ｔ
Ｖモニタ、６００…マン＝マシーンインターフェース。
ジ、２０３…ステージ回転駆動装置、３００…撮像装
置、３０１…シリンドリカルレンズ、３０２…合焦点駆
動装置、３０３…撮像素子、３０４…ライン信号プロセ
ッサ、４００…画像プロセッサ、４０１…Ａ／Ｄ、４０
２…加算器、４０３…バッファメモリ、４０４…メモ
リ、４０５…ＦＦＴ、４０６…ＣＰＵ、４０７…ＲＯ
Ｍ、４０８…画像メモリ、４０９…Ｄ／Ａ、５００…Ｔ
Ｖモニタ、６００…マン＝マシーンインターフェース。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−12524（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−309478（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−34769（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 19/00 - 21/00 G02B 21/06 - 21/36
Claims (4)
- 【請求項１】 光学結像系と、 この光学結像系における焦点を合わせた物体面の位置を
移動させる合焦面制御手段と、 前記光学結像系により結像された物体の像を電気的信号
に変換する撮像手段と、 この撮像手段により入力される像信号間の加算を行なう
加算手段と、 この加算手段により加算された像信号に対する周波数フ
ィルタリング手段と、 前記光学結像系の光軸上の１点を中心として、対象物も
しくは前記光学結像系を所定の角度間隔で回転させる回
転制御手段と、 角度方向の異なる複数の像信号を補間処理することによ
り、前記回転制御手段の回転制御面に平行な面方向の像
を合成する像合成手段と、 を有することを特徴とする光学像再構成装置。 - 【請求項２】 前記周波数フィルタリング手段は、加算
されることによって劣化した周波数成分を回復するよう
なフィルタリングを行なう周波数フィルタと、計算機ト
モグラフィーアルゴリズムにおける投影像から断面像を
再構成する際の補正フィルタとを含む請求項１記載の光
学像再構成装置。 - 【請求項３】 前記撮像手段と加算手段とは前記撮像手
段の受光面に光像を積算することにより同一要素で構成
されることを特徴とする請求項１記載の光学像再構成装
置。 - 【請求項４】 前記撮像手段はイメージセンサであり、
前記像合成手段は複数の断面像を同時に求めることによ
り３次元像を再構成することを特徴とする請求項１記載
の光学像再構成装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14967292A JP3327948B2 (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | 光学像再構成装置 |
| US08/773,221 US5680484A (en) | 1992-06-09 | 1996-12-23 | Optical image reconstructing apparatus capable of reconstructing optical three-dimensional image having excellent resolution and S/N ratio |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14967292A JP3327948B2 (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | 光学像再構成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05341195A JPH05341195A (ja) | 1993-12-24 |
| JP3327948B2 true JP3327948B2 (ja) | 2002-09-24 |
Family
ID=15480314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14967292A Expired - Fee Related JP3327948B2 (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | 光学像再構成装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5680484A (ja) |
| JP (1) | JP3327948B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6275252B1 (en) * | 1997-03-25 | 2001-08-14 | Sony Corporation | Method and apparatus for improving video conferencing video capture by distance adaptive filtering |
| JPH10333054A (ja) * | 1997-05-30 | 1998-12-18 | Yokogawa Electric Corp | 共焦点顕微鏡 |
| DE19809790B4 (de) * | 1998-03-09 | 2005-12-22 | Daimlerchrysler Ag | Verfahren zur Ermittlung einer Drallstruktur in der Oberfläche eines feinbearbeiteten zylindrischen Werkstücks |
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| DE102007020577B4 (de) * | 2007-04-26 | 2021-09-09 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Probenhalterung für ein Mikroskop und Verwendung eines Mikroskops mit einer solchen Probenhalterung |
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| DE102007048409A1 (de) * | 2007-10-09 | 2009-04-16 | Carl Zeiss Microimaging Gmbh | Verfahren zum Positionieren von biologischen Proben in einer mikroskopischen Anordnung |
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