JP5027624B2 - 画像処理方法および画像処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像処理方法および画像処理装置、特に被検眼眼底を眼底撮影光学系を介して所定の視差でステレオ撮影し、得られた左右の視差画像を用いて眼底血管の３次元形状測定処理を行う画像処理方法および画像処理装置に関するものである。

従来より、緑内障の診断などの目的で、被検眼眼底の形状を把握するため、被検眼眼底の立体画像を撮影する眼底カメラなどの画像処理装置が知られている。たとえば、眼底カメラの単一の光学系内の絞りを光軸から左右（あるいは上下）に偏心した異なる位置に移動させ、それぞれの絞り位置で撮影を行うことにより被検眼眼底をステレオ撮影する装置が知られている（下記の特許文献１）。

眼底を３次元測定する画像処理は、次のように行うことができる。たとえば、ステレオ撮影された左右（あるいは上下）の画像のパターンマッチングを行い、対応する像点、すなわち対応点を探索する。対応点が探索できれば、３角測量の原理を用いて対応点に共役な物点のｘｙ軸（画像平面に平行な直交２軸）、およびｚ軸（光軸に平行な１軸）に沿う各座標を計算することができる。そして、充分な数の物点の３次元座標値を求めれば、被検眼眼底の３次元モデルを作成することができる。

また、撮影した左右の視差画像を、各種方式による３Ｄモニタなどを用いて３次元表示（３Ｄ表示）する、すなわち、撮影した左右の視差画像をそれぞれ独立して観察者（検者）の左右両眼にそれぞれ観察させることにより、撮影した被検眼眼底の状態を立体視で観察させることができる。
特開平１０−７５９３２号公報

眼底の形状のみならず、眼底血管の３次元形状を把握することは、診断上、有用であると考えられるが、従来の眼底部の３次元測定や立体構築技術では、眼底血管に特化した画像処理、たとえば、実際には管状の器官である眼底血管の形状や位置関係、太さなどといった特性をより際立つように表示したり、測定するのに役立つような特別な画像処理は殆ど行われていない。

通常ステレオ撮影した眼底画像より立体構築を行なった場合、眼底画像の中で血管部位と網膜部位を区別せずにまとめて立体構築をしているために、網膜の手前にあるはずの眼底血管が網膜に埋もれた状態で構築され、実態とはかなりかけ離れた結果となって検者に知覚される。よって眼底血管は単に眼底にある色の異なる凹凸のように表示されるだけで、複数の血管が前後に入り組んで這っている様子などははっきりと見てとることができない。

例えば、実際には眼底血管は網膜から手前にあるにも関らず、単にステレオ撮影した眼底画像を立体表示するだけでは、血管が網膜に埋もれた状態で表示され、立体表示した画像を見ても実態とはかなりかけ離れた映像として検者に知覚される。従来の眼底の立体表示では、眼底血管は単に眼底にある色の異なる凹凸のように表示されるだけで、複数の血管が前後に入り組んで這っている様子などははっきりと見てとることができない。

したがって、血管の３次元構造を誰にでも分かる形で画像化することが望まれているが、通常、この種の撮影に用いられる視差７度程度のステレオ撮影光学系では、血管の裏側は撮影できないため、撮影されたステレオ画像のみから、血管の横や後側までを含めボリュームレンダリングすることは原理的に不可能である、と考えられる。

本発明の課題は、上記の問題に鑑み、眼底部のステレオ撮影画像から、眼底血管の精密な立体モデルを形成し、眼科診断に有用な情報を出力できる画像処理方法および画像処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明においては、被検眼眼底を眼底撮影光学系を介して所定の視差でステレオ撮影し、得られた左右の視差画像を用いて眼底血管の３次元形状測定処理を行う画像処理方法および画像処理装置において、
前記左右の視差画像から眼底血管の撮影部位に相当する血管画像を抽出する過程と、
前記左または右の血管画像のいずれかにおいて血管中心およびその血管中心近傍における血管径を測定する過程と、
前記左または右の血管画像における前記血管中心の周囲に血管中心近傍における血管径に応じて定めたブロックサイズを有する関心領域を設定する過程と、
前記右または左の他方の血管画像において、前記関心領域を含み前記関心領域より広い探索領域を設定し、この探索領域内で前記左または右の血管画像における前記血管中心と相関の高い対応点を前記右または左の他方の血管画像から探索する過程と、
前記左および右の血管画像における前記血管中心、およびその対応点から、前記血管中心の３次元座標値を算出する過程と、
前記左および右の血管画像から求めた複数の前記血管中心の３次元座標値、および当該血管中心近傍における血管径の各情報に基づき、眼底血管の３次元モデルをレンダリングする過程と、
を含む構成を採用した。

上記構成を採用することにより、本発明では撮影した血管に近似する形状の３次元眼底血管モデルをレンダリングすることができ、眼底部のステレオ撮影画像から、眼底血管の精密な立体モデルを形成し、眼科診断に有用な情報を出力できる、という優れた効果を得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態の一例として、被検眼眼底をステレオ撮影光学系を介してステレオ撮影し、得られた撮影画像データに対して３次元測定処理、および３次元表示を行う眼科測定装置に関する実施例につき説明する。

＜眼科測定装置の構成＞
図１において、一点鎖線で囲まれて図示された眼底カメラ１０には、赤外光の照明光を発光する観察ランプ１１が球面ミラー１２の曲率中心に配置され、観察ランプ１１並びに球面ミラー１２からの光は、コンデンサーレンズ１４、撮影用光源である可視光のストロボ１５、コンデンサーレンズ１６を経て、全反射ミラー１７に入射する。

全反射ミラー１７で反射した照明光は、照明絞り１９を経てリレーレンズ２２を通過し、穴あき全反射ミラー２３で反射され、対物レンズ２４を経て被検眼Ｅの前眼部（瞳）Ｅｐに入射する。照明絞り１９は、照明光学系内に被検眼の前眼部Ｅｐ（瞳）とほぼ共役な位置に配置される。

照明光で照明された眼底Ｅｒからの反射光は、対物レンズ２４、穴あき全反射ミラー２３の開口２３ａ、２開口撮影絞り（２孔絞り）２８の開口、合焦レンズ３５、結像レンズ３６、変倍レンズ３８ａを通過してリターンミラー３９に入射する。リターンミラー３９が図示の位置では、眼底からの反射光が眼底とほぼ共役な位置にあり赤外光に感度を有するＣＣＤ（撮像手段）４０に入射し、眼底がＣＣＤ４０により撮像され、またリターンミラー３９が光路から離脱すると、眼底からの反射光が眼底とほぼ共役な位置にあり可視光に感度を有するＣＣＤ（撮像手段）４１に入射し、眼底がＣＣＤ４１により撮影される。

撮影絞り２８には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、矩形の２つの開口２８ａ、２８ｂが設けられている。撮影絞り２８は、その開口２８ａ、２８ｂが光軸２６に対して偏心し、かつ左右対称となるように、またそれぞれ被検眼前眼部（瞳）とほぼ共役な位置となるように配置される。

また、開口２８ａ、２８ｂの位置とその大きさは、穴あき全反射ミラー２３の開口２３ａが、開口２８ａ、２８ｂの全体を含むように設定される。

撮影絞り２８の開口２８ａ、２８ｂは、それぞれガイド２８ｃ、２８ｄに沿って移動されるシャッタ板２９、３０により開放されるか、あるいは閉じられる。

この開閉のためにロータリーソレノイド３１、３２から構成される切替手段が設けられ、ロータリーソレノイド３１、３２が通電されない状態では、シャッタ板２９、３０は、図２（ａ）の位置にあり、開口２８ａ、２８ｂはそれぞれ開放される。

一方、ロータリーソレノイド３１、３２が通電されると、ロータリーソレノイド３１、３２のロッド３１ａ、３２ａが回動し、ロッド３１ａ、３２ａの他端がシャッタ板２９、３０に設けられたピン２９ａ、３０ａと係合していることによりシャッタ板２９、３０がそれぞれ内側に移動して開口２８ａ、２８ｂが閉じられる。

なお、図２（ａ）、（ｂ）の符号３３は、ワーキングディスタンス用の指標（ＷＤ指標）を形成するための光ファイバーである。

上記構成において、ＣＣＤ４０が撮像した眼底像は、ＣＰＵなどで構成される制御演算部６０に入力され、その画像がモニタ６２に動画像として表示される。検者は、モニタ６２に表示される画像を見て、後述するようにアライメントやフォーカス調整などの操作を行うことができる。また、立体視専用ディスプレイとしてステレオモニタ６３が設けられ、検者は、このステレオモニタ６３を介して左右の画像を観察することにより眼底を立体視することができる。

ステレオモニタ６３の表示方式には、偏光方向や表示色を左右のステレオ画像で異ならせる、左右の視野を分離する観察スコープを介して左右のステレオ画像を独立して観察させる、といった種々の方式があるが、本実施例のステレオモニタ６３の表示方式は任意であり、左右の視差画像をそれぞれ独立して検者の左右の眼で観察させることができるように構成されたものであれば任意のステレオ表示方式を用いることができる。

また、ＣＣＤ４１により、シャッタスイッチ６６を操作したときストロボ１５で照明された眼底を静止画として撮影することができる。この眼底像は一旦高速なメモリ６１に格納され、制御演算部６０を介して外部記録装置としての低速なハードディスク（ＨＤＤ）６４で実現される記録手段に記録されたり、あるいはモニタ６２、ステレオモニタ６３に表示される。

また、キーボード６７、マウス６８などの入力手段が設けられ、これらの入力手段を介して、種々のデータが入力できるようになっている。

また、眼底カメラには、ＣＰＵなどからなる制御部６５が設けられ、この制御部６５は、制御演算部６０と接続されて互いに信号を交換するとともに、シャッタスイッチ６６が操作されたときに、リターンミラー３９を光路から離脱させるとともに、ストロボ１５を適量な光量で発光させる。また、制御部６５は、変倍レンズ３８ａなどの光路への挿脱を制御し、上述のロータリーソレノイド３１、３２の駆動を制御する。

また、眼底カメラには、操作部（操作パネル）６９が設けられ、この操作部６９で、撮影モードを選択できる。更に、撮影する被検眼が左眼か右眼かを検知する左右眼検知部７０が設けられ、この左右眼検知部７０で検知された左眼か右眼かの情報が制御部６５に入力される。

ここで、上記構成における被検眼眼底のステレオ撮影の概略につき説明する。

最初、観察時には、観察ランプ１１が点灯され、照明絞り１９が光路に挿入される。ロータリーソレノイド３１、３２は図２（ａ）に示した位置に駆動され、それにより撮影絞り２８の２つの開口２８ａ、２８ｂは開放した位置をとる。照明絞り１９を介して赤外光で照射された被検眼眼底からの反射光は、撮影絞り２８の開口２８ａ、２８ｂを介して観察用のＣＣＤ４０に受像され、眼底像がモニタ６２に表示される。

この状態で、被検眼とのアライメント、ピント合せが行われるが、このとき、不図示の視標投影系などにより検者のアライメント、ピント合せ操作が支援される。

アライメント、ピント合せの後、シャッタ操作が完了したら、検者はシャッタスイッチ６６を押下する。この操作に応じて制御部６５は、ロータリーソレノイド３１を駆動してシャッタ板２９を右方に移動させ、撮影絞り２８の左側の開口２８ａを閉じる。シャッタスイッチ６６の操作と同期してストロボ１５が発光し、リターンミラー３９が光路から離脱するので、ストロボで照明された眼底からの光束は、撮影絞り２８の開放している開口２８ｂを通過してＣＣＤ４１の受像面に入射し、立体視用の１枚目の眼底画像がＣＣＤ４１により静止画像として撮像され、メモリ６１に格納される。

続いて、ロータリーソレノイド３１、３２を制御し、シャッタ板２９、３０を左方向に移動して、開口２８ａが開放し、開口２８ｂが閉じたとき、ストロボ１５を再度発光させる。このとき、開口２８ａを通過した立体視用の２枚目の眼底画像がＣＣＤ４１により静止画像として撮像されて、メモリ６１に格納される。

このようにして、１回のシャッタ操作で連続して左右２つの視点から撮影、すなわち、ステレオ撮影された２枚の視差画像は、開放している撮影絞りの開口の位置ないし左位置、右位置などの情報（少なくとも左右の視差画像のいずれかであるかを示す情報）を付して、メモリ６１からＨＤＤ６４に保存される。

＜本実施例の画像処理＞
以上のようにして保存された２枚の視差画像は、ＨＤＤ６４から読み出し、ステレオモニタ６３を用いて表示し、検者は左右の眼でそれぞれ対応する一方の眼底画像を観察することにより眼底を立体視することができる。ただしこの立体観察画像は観察者の主観に頼る部分が多く、客観的に血管の走向を把握したいという要望には不十分である。

そこで、本実施例では、眼底を撮影した左右の視差画像から、眼底血管の部位を抽出し、この眼底血管部位の視差画像に基づき３次元の立体画像データとしてレンダリングし、あるいはさらに、この３次元の立体画像データをステレオモニタ６３に表示できるようにする。

この３次元の立体画像データのレンダリングにおいては、眼底血管をほぼ円形断面の管と仮定し、部位によってその直径と３次元空間上の座標が変化する立体画像データを生成する。この立体画像データの眼底血管の基本色は、例えば元の血管の視差画像から得た色データに基づいて決定するか、あるいは赤色系統などの適当な決めた色を用いる。もちろん、用いる色は単色ではなく、管としてレンダリングした血管が立体に見えるようにシェーディングなどを適宜施すことができる。

また、３次元の立体画像データのステレオモニタ６３に表示する場合には、３次元の立体としてレンダリングした眼底血管をＸＹＺ３軸（３次元表示座標軸）の廻りに任意に回転させて表示できるようにする。このような制御の表示態様は、上記のように眼底血管をほぼ円形断面の管と仮定し、部位によってその直径と３次元空間上の座標が変化する立体画像データとして眼底血管をモデリングすることにより初めて可能となるもので、たとえば、撮影したそのままの眼底の視差画像（あるいは抽出した血管部位の画像）をステレオ表示するだけでは不可能である。

以下、本実施例における眼底血管の３次元の立体画像データのレンダリングにつき図３以降を参照して説明する。なお、特に図７は、本実施例における眼底血管の３次元の立体画像データのレンダリング処理の流れを示しており、以下ではこの図７の制御の流れに沿って眼底血管の３次元の立体画像データのレンダリング処理を説明する。なお、図７の制御手順は、例えば制御演算部６０の実行するプログラムとして、制御演算部６０のＲＯＭ部や、ＨＤＤ６４に格納しておくことができる。

図３の符号３０１、３０２は、図１および図２の構成により撮影し、ＨＤＤ６４に格納した被検眼眼底の視差画像（ステレオ眼底画像）を示している。

本実施例では、これら視差画像３０１、３０２をＨＤＤ６４から読み出し（図７ステップＳ１０１）、血管部位のみを図４に示すように抽出する（ステップＳ１０２）。血管部位の抽出は、たとえば、血管に特有の色特性、例えば明度および彩度が特定の範囲内にある領域を視差画像３０１、３０２から切り出すことにより行うことができる。

図４の眼底血管の視差画像４０１、４０２において、符号４０３、および４０４は抽出された血管部位を示している。

この段階で、後述の処理、特にステップＳ１０４〜Ｓ１０６を容易にするために図４の眼底血管の視差画像（血管画像）４０１、４０２を２値化することができる。たとえば、血管が占めている部位（図４の４０３、４０４）を「１」、他の部位を「０」とした２値画像データに変換する（ステップＳ１０３）。下記のステップＳ１０４〜Ｓ１０６の各処理は、このようにして得た２値画像に変換した２値血管画像データに対して行うものとする。

続いて、左右の視差画像４０１、４０２のいずれかを用いて（本実施例では、以下、左の視差画像４０２を用いる）、図５に示すように２値化した血管部位４０２の血管径（直径）を測定する（ステップＳ１０４）。図１の構成においては、所定の撮影距離において、所定の倍率で眼底を撮影することにより、画面上の距離を計れば血管径を測定することができる。

血管径測定は、血管部位４０２の領域を画面上で所定の密度で順次探索して全ての血管部位の範囲に対して行なう。例えば数ドット（画素）のグリッドで画面全体を区分して得られるブロック内で血管が存在する場合には少なくとも１個所の血管径を測定する、といったアルゴリズムを用いることができる。

図５の符号４０４は２値化された血管部位、その近傍ないし上に示した数字は、測定された血管径（たとえばｍｍ単位）である。この血管径測定処理は左右の画像でそれぞれ独立して行なう。また、この段階で、図５のような様式でモニタ６２に測定結果を表示してもよい。

図５のように血管径を測定すると、血管が円形断面の管である、との仮定にたてば、測定した血管径の中心位置（血管点Ｂｃ）も特定することができる。したがって、血管径の測定が終了したら、血管の中心位置（血管点Ｂｃ）の測定を行う（ステップＳ１０５）。

なお、上記の血管中心（血管点Ｂｃ）と血管径（Ｂｒ：後述）の測定処理はあくまでも一例にすぎない。血管中心（血管点Ｂｃ）と血管径（Ｂｒ）のいずれを先に測定してもかまわないし、必ずしも血管径を測定した直線上に血管中心が位置していなくても良く、ある血管中心の近傍の特定の範囲内でその付近の血管径を測定すればよい。

また、後述のように、各血管中心（血管点Ｂｃ）の３次元座標値が測定され、この３次元座標値、血管径（Ｂｒ）の集合３次元眼底血管モデルの重要な要素を構成することになる。したがって、どれだけの密度で各血管中心（血管点Ｂｃ）を画面中から取得しておくかは、レンダリングされる３次元眼底血管モデルの精度を決定する重要な要素となる。上記のように所定密度のグリッドで分割した領域から血管中心（血管点Ｂｃ）、ないし血管径（Ｂｒ）を取得する方法は、血管中心（血管点Ｂｃ）の取得密度を容易に制御できる手法の一例である。

また、以上では、２値化した血管画像の一方（左視差画像４０２）のみを用いて血管中心（血管点Ｂｃ）、ないし血管径（Ｂｒ）を取得しているが、特に血管径（Ｂｒ）については、左右の視差画像（４０１、４０２）の両方について求め、算術平均を取るなどの手法も考えられる。これにより血管径の測定精度の向上を期待できる。ただし、その場合、まず、上記のように２値化した血管画像の一方（左視差画像４０２）のみを用いて血管中心（血管点Ｂｃ）とその近傍の血管径（Ｂｒ）を取得し、各血管中心（血管点Ｂｃ）の対応する血管中心を後述の処理によって血管画像の他方（右視差画像４０１）中で求め、その対応する血管中心ないしその近傍の血管径（Ｂｒ）を取得する、といった処理が必要になり、多少、処理が複雑化する。この点を考慮すると、血管がほぼ円形断面の管形状であるとの仮定に基づき、一方の視差画像のみから血管中心（血管点Ｂｃ）とその近傍の血管径（Ｂｒ）を取得する上記の手法は、小さな処理負荷で高速に実行でき、しかも充分な測定精度を得られるものと考えられる。

図６は、撮影絞り２８の開口２８ａ、２８ｂ、に相当する右瞳位置Ｐａ、左瞳位置Ｐｂ、と撮影された血管Ｂ１、Ｂ２…Ｂｎ、および右、左の視差画像の画面ａ、ｂ上の血管の対応点Ｉａ１、Ｉｂ１、Ｉａ２、Ｉｂ２…Ｉａｎ、Ｉｂｎの共役関係を示している。なお、図６は、説明を容易にするために、便宜上、物点側の共役面に右、左の視差画像の画面ａ、ｂを移動して示している。また、図示の理解を容易にするため、右、左の視差画像の画面ａ、ｂを一致させずに表示している。

図６の血管径Ｂｒは、図５（図７のステップＳ１０４）のようにして測定された血管径（直径）に相当する。この血管径Ｂｒが判れば、この部位における（血管を管と仮定した場合の）血管中心（血管点）Ｂｃも計算できる。例えば、血管中心（血管点）Ｂｃは、画面上の血管壁間最短距離の中点として求めることができる。

図６では、血管像を図示していないが、右、左の視差画像の画面ａ、ｂ上において、直径の判明している血管像から、その中心として、対応点Ｉａ１、Ｉｂ１、Ｉａ２、Ｉｂ２…Ｉａｎ、Ｉｂｎを求めることができる。対応点Ｉａ１、Ｉｂ１、Ｉａ２、Ｉｂ２…Ｉａｎ、Ｉｂｎはそれぞれ血管Ｂ１、Ｂ２…Ｂｎの血管中心（血管点）Ｂｃにそれぞれ相当するものである。

以上のようにして、２枚の血管の視差画像に対して、血管径Ｂｒ、および血管中心の血管点Ｂｃをそれぞれ測定することができる。

さらに、以下のようにして、各血管点Ｂｃにおける血管径Ｂｒと、各血管点Ｂｃの３次元測定から求めた３次元座標情報から、眼底血管の３次元の立体画像データのレンダリングを行うことができる（図７のステップＳ１０６〜Ｓ１１１）。

まず、ステップＳ１０６〜Ｓ１０８、Ｓ１０９では、ステレオ撮影された眼底血管の左右の視差画像間の視差量算出、および深さ量（Ｚ座標）算出処理を行う。この視差量算出処理は、次のようなものである。

まず、左視差画像中に視差量を求める注目点（上記のようにして求めた血管点Ｂｃ）を中心とした縦横ｎ×ｎ画素（図８の例では１５×１５画素）の関心領域を設定する（ステップＳ１０６、図８（ａ）、（ｂ））。この処理は、上記のようにして２値化された血管画像データを用いて行えばよい。

ここで、ｎ×ｎ画素の関心領域のブロックサイズ（ｎ）は、実際に撮影されている血管の直径に応じて決定する。たとえば、血管点Ｂｃにおける血管径Ｂｒの５倍程度とする。

続いて、左視差画像の関心領域（図８（ｃ））と最も相関が高い領域を右視差画像（図８（ｄ））の中から探索する（ステップＳ１０７）。この探索処理以降の処理（ステップＳ１０７〜Ｓ１１０）は、２値化する前の血管画像データを用いて行う。

その際、画像全面から探索すると計算時間が掛かるので、探索する領域を（ｎ＋α）×（ｎ＋α）画素の範囲（図８の例ではα＝５で２０×２０画素）に制限する。すなわち、左視差画像の視差量を求める点を中心として右視差画像中の（ｎ＋α）×（ｎ＋α）画素の範囲（探索領域）で探索を行う。

なお、眼底全体の３次元モデルを作成するような場合は、画面の端部からあらかじめ固定ブロックサイズの関心領域および探索領域を設定するような処理を行えば良いが、この手法によると、既にこの段階で血管の部位のみを抽出した血管画像を用いている本実施例においては、関心領域および探索領域の中心に血管が存在しなかったり、左右の関心領域および探索領域においてそれぞれ異なる奥行き情報を含む複数の血管がそれぞれ入ってしまう可能性が生じる。

そこで、本実施例では、上記の関心領域および探索領域（図８（ａ））の選択は、左右いずれかの画像、例えば左画像のある関心点、つまりある血管点Ｂｃを中心にして行うものとする。まず、左視差画像のある血管点Ｂｃを中心に、上記のように血管径に基づきｎ×ｎ画素の関心領域を設定し、右視差画像の血管点Ｂｃに対応する座標を中心とする（ｎ＋α）×（ｎ＋α）画素の探索領域を設定し、ここで、左の関心領域および右の探索領域において血管が１本だけ含まれるかどうかを確認した上、もし２本以上の血管が左の関心領域および右の探索領域に含まれている場合には、ｎ、あるいはさらにαの値を補正して関心領域および探索領域のブロックサイズを補正し、続いて、探索領域で探索を行う。

視差量を求める注目点は左視差画像の全ての血管点とし、各血管点について右視差画像中で最も相関が高くなる領域を探索する。このとき、１画素ごとに探索を行うのではなく、たとえば４画素程度の間隔を開けて探索を行ってもよい。

そして、左視差画像中の関心領域に対して最も相関が高くなった右視差画像中の領域の位置のずれを視差（視差画素数）として求める。このようにして視差量は、各注目点（血管点）ごとに１つ算出される（ステップＳ１０８）。

上記の処理によって、特定の血管点の視差画素数、すなわち、特定の血管点が左右の視差画像で何画素ずれて撮影されているかを求めることができる。

そして、光学系の倍率（ないし撮影距離）の条件を記録しておけば、撮影画面上の特定の画素、ないし特定の部位の視差画素数は、網膜（眼底）上における実際の視差量に変換することができる。

特定の画素、ないし特定の部位の網膜（眼底）上における実際の視差量を求めれば、その特定の画素、ないし特定の部位の深さ（あるいは光軸に平行なｚ軸方向の座標値）を次のようにして求めることができる（ステップＳ１０９）。

ここで、特定の撮影において、撮影距離、および、絞り２８ａ、２８ｂの位置で定まる視差角度が８度であるものとし、ある特定部位の眼底上における視差量が上記の演算（Ｓ１６２）により０．１ｍｍと算出された場合、図９に示すように三角測量の原理を用いてこの視差量から特定部位の深さ量（奥行き、ないしｚ軸方向の座標）は、
深さ量＝（視差量／２）／ｔａｎ（視差角／２） （式１）
により、０．７１５ｍｍ（視差量０の部位からの相対量）と算出される。

なお、眼底カメラの場合、撮影距離は撮影前のアライメントにより、特定のワーキングディスタンスに調整されるため、絞り２８ａ、２８ｂの位置により定まる視差角度（上の例では８度）は一定であるものとして３次元測定処理を行うことができる。

以上のようにして、ある血管点Ｂｃの深さ量（Ｚ座標）を求めることができる。さらに、図６の共役関係から明らかなように、右瞳位置Ｐａ、左瞳位置Ｐｂ、被検眼焦点距離ｆなどが既知であることから、ある血管点Ｂｃの左右の視差画像の画面上の対応点Ｉｂｎ、Ｉａｎから、血管点ＢｃのＸ座標、さらに同様にしてＹ座標も求めることができる（ステップＳ１１０）。

以上のようにして、撮影された血管を構成する多数の血管点Ｂｃに関して、その位置を示す３次元座標値（ｘ，ｙ，ｚ）と、その位置における血管径Ｂｒを算出することができる。

なお、下記の血管モデルのレンダリング処理の構成から明らかなように、血管径、３次元座標を求めるある血管点と、この血管点に隣接して同じ血管上で求める血管点は、その血管の直径Ｂｒ（好ましくは半径Ｂｒ／２）以上は離間しないような、または距離範囲内で求めるようにする。たとえば、ある血管点に続いて次の血管点を選択する場合は、その血管点における血管径Ｂｒ（好ましくは半径Ｂｒ／２）以内の範囲で次の血管点を選択するようにする。このようにして連続した管形状の３次元物体として眼底血管をレンダリングすることができる。なお、離間した球しか配置できないような密度でしか血管点を得られていない場合には、その間を円柱などの形状を用いて補完するようにしてもよい。

以上のようにして、血管点Ｂｃの位置を示す３次元座標値（ｘ，ｙ，ｚ）と、その位置における血管径Ｂｒに関する情報が全て揃えば、眼底血管の３次元モデルを作成することができる（ステップＳ１１１）。

この眼底血管の３次元モデルの作成においては、たとえば、３次元モデル空間の３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）に、血管点Ｂｃを配置し、血管点Ｂｃを中心とし、血管径Ｂｒを直径とする球を配置する。この球を充分な数だけ３次元モデル空間に配置することができれば、撮影した血管に近似する形状の３次元眼底血管モデルをレンダリングすることができる。

なお、離れた２つの球と球の間を連結して血管モデルをレンダリングする場合は、連結させるためのルールが必要である。このためには、たとえば、注目点の血管点と候補の血管点の間の距離が、血管径より短く、且つ２つの血管点の血管径の差が５０％以内の場合には連結させる。この条件を満たさない血管点どうしは１本の血管と見なさずに連結させないようにする。また、血管の交点（分岐点）では、１本の血管の枝分かれの場合と、２本の血管の交差の場合と２種類存在する。したがって、血管画像の明るさ情報を用いて（２値化する前の血管画像（たとえば図４）の明度情報を参照する）、明るさが大きく異なる血管点どうしは連結させず、明るさが近いものを連結させるという条件を用いることで、２本の血管が重なっている場合でも対応することができる。

一旦、このような３次元眼底血管モデルをレンダリングした後は、視点情報を設定すればレイトレーシングなどの手法を用いて、上記光学系で行なった撮影位置に限定されることなく、任意の視点から見た３次元眼底血管モデルの形状をモニタ６２に表示することができる。また、トラックボールやマウスなどの操作デバイスを用いて、視点を移動することにより、レンダリングした３次元眼底血管モデルを任意の回転軸で回転させたり、拡大縮小させたりすることができる。

さらに、このような表示は、ステレオモニタ６３を用いて行うこともできる。その場合、検者の左眼に視認させる画像と右眼に視認させる画像について、それぞれ異なる視点情報を設定すれば、レイトレーシングなどの手法を用いて、ステレオ画像としてレンダリングした眼底血管モデルを表示することができる。もちろん、このステレオ表示の場合でも、トラックボールやマウスなどの操作デバイスを用いて、視点を移動することにより、レンダリングした３次元眼底血管モデルを任意の回転軸で回転させたり、拡大縮小させたりする表示制御を行うことができる。

モニタ６２、ステレオモニタ６３などに表示するだけでなく、眼底血管モデルの表示情報は（カラー）プリンタなどを用いて記録出力することができる。

また、レンダリングした眼底血管モデルの情報は、たとえば各血管点Ｂｃの血管径Ｂｒ、および各血管点Ｂｃの３次元座標情報、あるいはさらに被検者の氏名や撮影日時などの書誌情報などを含むデータベースフォーマットなどのファイル形式でＨＤＤ６４に格納したり、ネットワークインターフェースなどを介して外部装置（他の眼科測定装置やコンピュータなど）に送信することができる。

本発明は、被検眼眼底をステレオ撮影光学系を介してステレオ撮影し、得られた撮影画像データに対して３次元測定処理あるいはさらに撮影画像の表示／記録処理を行う眼底カメラのような画像処理装置において実施することができる。

本発明を採用した画像処理装置として、眼底カメラの構成を示した説明図である。 （ａ）は撮影絞りを撮影側から見たときの正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’に沿った断面図である。 図１の装置で撮影された眼底の視差画像を示した説明図である。 図３の視差画像から抽出した血管画像を示した説明図である。 図４の血管画像から算出された血管径を示した説明図である。 眼底血管、右、左の視差画像の画面上の血管の対応点の共役関係を示した説明図である。 図１の装置における眼底血管の３次元の立体画像データのレンダリング処理を示したフローチャート図である。 図１の装置における視差量測定処理の様子を示した説明図である。 図１の装置における深さ量（ｚ軸座標）測定の様子を示した説明図である。

符号の説明

１０ 眼底カメラ
２４ 対物レンズ
２８ 撮影絞り
２８ａ、２８ｂ 開口
３５ 合焦レンズ
３６ 結像レンズ
６２ モニタ
６３ ステレオモニタ
Ｐａ、Ｐｂ 瞳位置
Ｂ１、Ｂ２…Ｂｎ 血管
Ｂｃ 血管点
Ｂｒ 血管径

Claims (4)

1. 被検眼眼底を眼底撮影光学系を介して所定の視差でステレオ撮影し、得られた左右の視差画像を用いて眼底血管の３次元形状測定処理を行う画像処理方法において、
   前記左右の視差画像から眼底血管の撮影部位に相当する血管画像を抽出する過程と、
   前記左または右の血管画像のいずれかにおいて血管中心およびその血管中心近傍における血管径を測定する過程と、
   前記左または右の血管画像における前記血管中心の周囲に血管中心近傍における血管径に応じて定めたブロックサイズを有する関心領域を設定する過程と、
   前記右または左の他方の血管画像において、前記関心領域を含み前記関心領域より広い探索領域を設定し、この探索領域内で前記左または右の血管画像における前記血管中心と相関の高い対応点を前記右または左の他方の血管画像から探索する過程と、
   前記左および右の血管画像における前記血管中心、およびその対応点から、前記血管中心の３次元座標値を算出する過程と、
   前記左および右の血管画像から求めた複数の前記血管中心の３次元座標値、および当該血管中心近傍における血管径の各情報に基づき、眼底血管の３次元モデルをレンダリングする過程と、
   を含むことを特徴とする画像処理方法。
2. 請求項１に記載の画像処理方法において、前記探索領域に１本の血管のみが含まれるよう前記探索領域のサイズが決定されることを特徴とする画像処理方法。
3. 請求項１に記載の画像処理方法において、前記血管中心の３次元座標値を中心とし、当該血管中心近傍における血管径を直径とする球を３次元モデル空間に複数配置することにより眼底血管の３次元モデルをレンダリングすることを特徴とする画像処理方法。
4. 請求項１〜３に記載の画像処理方法を実施するための眼底撮影光学系、および画像処理手段を含むことを特徴とする画像処理装置。

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