JPH03255303A - Reconstruction of three-dimensional image using stereo-pair image in multiple directions - Google Patents
Reconstruction of three-dimensional image using stereo-pair image in multiple directionsInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、電子顕微鏡像や光学顕微鏡像から試料の三次
元立体像を再構築する方法に関し、特に、多方向からの
ステレオベア像を用いた三次元立体像再構築方法に関す
る。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for reconstructing a three-dimensional stereoscopic image of a sample from an electron microscope image or an optical microscope image, and in particular a method using stereoscopic images from multiple directions. This paper relates to a three-dimensional image reconstruction method.
生物や医学の分野では、比較的大きな生体組織を内部構
造を含めて立体的に観察する要望が強い。In the fields of biology and medicine, there is a strong desire to observe relatively large biological tissues three-dimensionally, including their internal structures.
電子顕微鏡では、試料を透過した電子ビームを結像する
ために、極めて薄い試料を準備しなければならない。そ
のため、試料の立体像を構築する場合には、試料を例え
ば、１００枚程度の連続した切片に分割し、各切片につ
いて像を得、得られた像を接続するようにして立体像を
構築する方法がある。In an electron microscope, an extremely thin sample must be prepared in order to image the electron beam transmitted through the sample. Therefore, when constructing a three-dimensional image of a sample, the sample is divided into, for example, about 100 consecutive sections, an image is obtained for each section, and the obtained images are connected to construct a three-dimensional image. There is a way.
また、本出願人は、特開昭６４−６２７７７号（特願昭
６２−２１９８０４号）において、電子顕微鏡の撮影像
等のステレオベア像から対応する点のずれを求め、この
ずれ量が像の高さに依存することを利用して三次元立体
像を形成するステレオベア像からの三次元立体像構築方
法を提案した。Furthermore, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-62777 (Japanese Patent Application No. 62-219804), the applicant calculated the deviation of a corresponding point from a stereoscopic image such as an image taken by an electron microscope, and calculated the amount of deviation of the image. We proposed a method for constructing a 3D stereo image from stereobear images, which takes advantage of the height dependence to form a 3D stereo image.
この方法を簡単に説明すると、第７図（ハ）に示すよう
に、電子顕微鏡による観察試料を真中の傾斜軸を中心に
してわずかばかり右または左に回転させることにより傾
斜させ、この試料を電子顕微鏡で撮影して得られた左右
の２枚の像、即ちステレオベア像から試料の傾斜軸と直
角な方向での２枚の画像のずれ量、例えば第７図（ハ）
の対応する点ＡとＢとの距離を測定する。To briefly explain this method, as shown in Figure 7 (c), a sample to be observed using an electron microscope is tilted by slightly rotating it to the right or left about the central tilt axis, and the sample is The amount of deviation of the two images in the direction perpendicular to the tilt axis of the sample from the two left and right images obtained by photographing with a microscope, that is, the stereoscopic image, for example, Fig. 7 (c)
Measure the distance between corresponding points A and B.
すなわち、第７図（イ）、（ロ）に示すように、左右の
画像中にそれぞれウィンドウ３．４をとり、例えば左ウ
ィンドウ３の中心座標に対して右ウィンドウ４の中心座
標を傾斜軸と直角方向（図のＸ方向）にずらして行き、
左右ウィンドウ画像の各画素ごとの濃度差の絶対値の平
均値を求め、平均値が極小となる右ウィンドウの中心座
標点を左ウィンドウの中心座標の対応点と考え、対応点
のずれを検出する。そして、左ウィンドウの中心座標を
２次元平面上の格子点上にとり、各格子点についてその
対応点のずれを求める。格子点間隔を十分にせばめて行
けば、対応点とのずれ量は視差を表し、これは試料面で
の相対的な高さに対応することになる。That is, as shown in FIGS. 7(a) and 7(b), windows 3 and 4 are taken in each of the left and right images, and for example, the center coordinates of the right window 4 are set as the tilt axis relative to the center coordinates of the left window 3. Shift it in the right angle direction (X direction in the figure),
Find the average value of the absolute value of the density difference for each pixel of the left and right window images, consider the center coordinate point of the right window where the average value is minimum as the corresponding point of the center coordinate of the left window, and detect the shift of the corresponding point. . Then, the center coordinates of the left window are set on the grid points on the two-dimensional plane, and the deviation of the corresponding points for each grid point is determined. If the grid point spacing is sufficiently narrowed, the amount of deviation from the corresponding point represents parallax, which corresponds to the relative height on the sample surface.
こうして求めた各点のずれ量を次式のように分級する。The amount of deviation of each point obtained in this way is classified as shown in the following equation.
ｈ＋＝ｈ−ｔ、＋（ｈ、、、 ｈ ｓｉｎ ） ｌ
／ ｎただし、ｉ＝０． １ ・・・ ｎ
第８図（イ）は、ずれ量を上式により１０区分に分級し
たときの分布を示し、例えば分級値が７の場合、分級値
７の格子点および７より上の値を持つ格子点と７より下
の値を持つ格子点との間を線でつなぐと、高さ７につい
ての等高線６が得られる。この場合、格子点間は、按分
等適当な補間法により位置を決めればよい。h+=h−t,+(h,,,h sin)l
/n, where i=0. 1...n Figure 8 (a) shows the distribution when the amount of deviation is classified into 10 categories using the above formula. For example, if the classification value is 7, the lattice point of classification value 7 and the value above 7 By connecting a grid point with a value below 7 with a line, a contour line 6 with a height of 7 is obtained. In this case, the positions between grid points may be determined by an appropriate interpolation method such as proportional division.
次に、こうして得られた等高線を第８図（ロ）に示すよ
うに多角形で近似し、形成された各多角形を次式により
その近接上下関係を評価する。α、βを重みづけ定数、
Ｇを評価画数として、Ｇ＝αＭ＋βＬ
Ｍ：多角形の領域の重ならない部分の面積り二多角形間
の各点の最短距離の平均
すなわち、第８図（ロ）の場合、一番外側の多角形と真
中の多角形とについて言えば、斜線部分の面積がＭに相
当し、それぞれ近接する頂点を結ぶ線の平均値がＬに相
当する。そして隣り合った多角形は評価函数Ｇが小さく
、多角形の形状、位置が一致している場合にはＯに近づ
くことになる。Next, the contour lines obtained in this way are approximated by polygons as shown in FIG. 8(b), and the proximity and vertical relationship of each polygon thus formed is evaluated using the following equation. α and β are weighting constants,
Where G is the number of evaluation strokes, G = αM + βL M: Area of non-overlapping areas of polygons Average of the shortest distances between the two polygons, that is, in the case of Figure 8 (b), the outermost polygon Regarding the square and the polygon in the middle, the area of the shaded area corresponds to M, and the average value of the lines connecting adjacent vertices corresponds to L. The evaluation function G of adjacent polygons is small and approaches O when the shapes and positions of the polygons match.
こうして評価函数Ｇを各多角形間で求めることにより、
各多角形の上下近接関係が分かり、これに基づいて等高
線を表現した多角形を接続して行き、その結果をデイス
プレィ上に、例えばワイヤーモデル法やブロックモデル
法で表示することにより、三次元立体像をつくることが
できる。第９図（イ）はワイヤーモデル法で表示した場
合、第９図（ロ）はブロックモデル法で表示した場合の
３次元立体像の例を示している。By finding the evaluation function G between each polygon in this way,
By understanding the vertical proximity relationship of each polygon, connecting polygons expressing contour lines based on this, and displaying the results on a display using, for example, the wire model method or block model method, it is possible to create a three-dimensional solid. You can make a statue. FIG. 9(a) shows an example of a three-dimensional stereoscopic image when displayed using the wire model method, and FIG. 9(b) shows an example of a three-dimensional stereoscopic image when displayed using the block model method.
また、本出願人は、特開平２−４０８４８号（特願昭６
３−１８９８９６号）において、立体像を単に透過電子
Ｕ微鏡像の輪郭線によってｍ築するのではなく、試料を
連続した切片に分割し、例えば上記特開昭６４−６２７
７７号の三次元立体像構築方法により、ステレオベア像
から各切片像の等高線を求め、この等高線に基づいて各
切片像を接続し、その上で多数の等高線に基づいて立体
像の構築を行う三次元立体像構築方法を提案した。この
方法を簡単に説明すると、第１０図のこの方法のフロー
チャートと第１１図のこの方法を実行するシステム構成
図に示すように、まず、この方法の第１ステツプとして
は、ミクロトームによって試料を連続した切片に分割す
る。第２のステップでは、電子顕微鏡（図示せず）本体
において、入射電子ビームに対し直角に傾斜軸を有した
傾斜試料ホルダーを使用して、切片試料を例えば５°〜
１０°程度傾斜させ、その傾斜の前後において２枚の透
過電子顕微鏡像（ステレオベア像）を得る。このステレ
オベア像は連続した多数の切片について撮影される。該
多数のステレオベア像は、画像読み取り装置１３によっ
て読み取られ、フレームメモリ１５に供給されて記憶さ
れる。In addition, the applicant has also filed Japanese Patent Application Laid-open No. 2-40848 (Japanese Patent Application No. 6
3-189896), instead of constructing a three-dimensional image simply by the outline of the transmission electron U microscopic image, the sample is divided into continuous sections, for example, in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 64-627
Using the method for constructing a three-dimensional stereoscopic image in No. 77, the contour lines of each sliced image are determined from the stereobear image, the sliced images are connected based on these contour lines, and a stereoscopic image is then constructed based on a large number of contour lines. A method for constructing 3D stereoscopic images was proposed. To briefly explain this method, as shown in the flowchart of this method in Figure 10 and the system configuration diagram for executing this method in Figure 11, the first step in this method is to continuously collect a sample using a microtome. Divide into sections. In the second step, the sample is sectioned in the body of an electron microscope (not shown) using a tilted sample holder with a tilted axis perpendicular to the incident electron beam, e.g.
It is tilted by about 10 degrees, and two transmission electron microscope images (stereobear images) are obtained before and after the tilt. This stereoscopic image is taken for a large number of consecutive sections. The large number of stereoscopic images are read by the image reading device 13, and are supplied to the frame memory 15 and stored therein.
第３のステップでは、各切片試料について、ステレオベ
ア像における対応点のずれ量が求められる。第７図は対
応点のずれ量を検出する方法の一例（特開昭６４−６２
７７７号の三次元立体像構築方法）を説明するための図
であり、１はステレオベア像の左画面、２は右画面、３
は左ウィンドウ、４は右ウィンドウ、５は格子点である
。第７図（ハ）は切片試料の傾斜の状態を示しており、
試料が実線の状態から点線の状態に傾斜されることによ
り、特定点Ａは已にずれて観測される。このＡとＢとの
間の距離が求めるずれ量である。In the third step, the amount of deviation of corresponding points in the stereoscopic image is determined for each section sample. Figure 7 shows an example of a method for detecting the amount of deviation between corresponding points (Japanese Patent Laid-Open No. 64-62
777), in which 1 is the left screen of the stereo bear image, 2 is the right screen, and 3
is the left window, 4 is the right window, and 5 is the grid point. Figure 7 (c) shows the state of inclination of the section sample.
By tilting the sample from the state shown by the solid line to the state shown by the dotted line, the specific point A is observed to be further shifted. The distance between A and B is the amount of deviation to be sought.
該左右の画像中にそれぞれウィンドウ３．４をとり、例
えば、左ウィンド３の中心座標に対して右ウィンドウ４
の中心座標を傾斜軸と直角方向く図のＸ方向）にずらし
て行き、左右ウィンドウ画彎の各画素ごとの濃度差の絶
対値の平均値を求め、該平均値の差が極小となる右ウィ
ンドウの中心座標点を左ウィンドウの中心座標点と考え
、対応点のずれを検出する。そして、左ウィンドウの中
心座標を２次元平面上の格子点上にとり、各格子点につ
いてその対応点のずれを求める。該格子点間隔をせばめ
ていけば対応点とのずれ量は視差を現し、これは試料面
での相対的な高さに対応することになる。A window 3.4 is taken in each of the left and right images, and for example, the right window 4 is set relative to the center coordinates of the left window 3.
Shift the central coordinates of The center coordinate point of the window is considered to be the center coordinate point of the left window, and the shift of corresponding points is detected. Then, the center coordinates of the left window are set on the grid points on the two-dimensional plane, and the deviation of the corresponding points for each grid point is determined. If the distance between the grid points is narrowed, the amount of deviation from the corresponding point will represent parallax, which corresponds to the relative height on the sample surface.
第４ステツプでは、第３ステツプで求められた各点のず
れ量に基づいて等高線が求められる。等高線を求める場
合、例えば、各点のずれ量が分級される。第８図（イ）
は１０区分に分級されたときの分布を示しており、例え
ば、分級値が７の場合、分級値７の格子点および７より
上の値を持つ格子点と７より下の値を持つ格子点との間
を線でつなぐと、高さ７についての等高線６が得られる
。In the fourth step, contour lines are determined based on the amount of deviation of each point determined in the third step. When obtaining contour lines, for example, the amount of deviation of each point is classified. Figure 8 (a)
shows the distribution when classified into 10 categories. For example, if the classification value is 7, the grid point with the classification value 7, the grid point with a value above 7, and the grid point with a value below 7. By connecting with a line between , a contour line 6 for height 7 is obtained.
この場合は、格子点間は、比例按分等適当な補間法によ
って位置を決めればよい。In this case, the positions between grid points may be determined by an appropriate interpolation method such as proportional division.
第５ステツプでは、連続した切片像が接続される。この
接続に当たっては、上下隣接した切片像の内、例えば、
上の像の最も低い等高線と、下の像の最も高い等高線を
基準として行われる。この接続は２種の等高線の位置を
合わせた上で行われるが、位置合わせは表示装置１７の
画面に２種の像を表示し、この像の等高線をみながら手
動によって行ってもよいし、また、コンビコータ１２に
よって自動的に行ってもよい。理想的には、この２種の
等高線は形状が一致しているので位置合わせは簡単に行
うことができるが、切片作製時に部分構造が歪んだりし
て像が歪んでいる場合には、両等高線の形状が相違し、
比較的複雑な位置合わせを行う必要が生じる。この位置
合わせの手法としては、等高線を多角形で近似し、この
多角形の上下近接関係を求める手法をとることができる
。In the fifth step, consecutive section images are connected. For this connection, for example, among the upper and lower adjacent section images,
This is done based on the lowest contour line of the upper image and the highest contour line of the lower image. This connection is performed after aligning the positions of the two types of contour lines, but the position alignment may be performed manually by displaying the two types of images on the screen of the display device 17 and looking at the contour lines of this image. Alternatively, the coating may be performed automatically by the combi coater 12. Ideally, these two types of contour lines match in shape, so alignment can be easily performed, but if the partial structure is distorted during sectioning and the image is distorted, both contour lines The shape of is different,
It becomes necessary to perform relatively complicated alignment. As a method for this alignment, a method can be used in which the contour lines are approximated by polygons and the vertical proximity relationship of the polygons is determined.
第６ステツプでは、接続された切片像の各等高線に基づ
いて、立体像が構築され、得られた立体像は表示装置１
７に表示される。この立体像は、各等高線を接続し、ワ
イヤーフレームモデル法、ブロックモデル法、ソリッド
モデル法等既知の方法によって形成される。In the sixth step, a stereoscopic image is constructed based on each contour line of the connected section images, and the obtained stereoscopic image is displayed on the display device 1.
7 is displayed. This three-dimensional image is formed by connecting each contour line and using a known method such as a wire frame model method, a block model method, or a solid model method.
第１２図は、第１３図（イ）、（ロ）の切片試料の部分
構造Ｐ、、Ｐ２の立体像を形成する場合を示したもので
、第１２図（イ）は、第１３図（イ）の切片試料の部分
構造Ｐ、を示し、第１２！！Ｉ（ロ）は、第１３図（ロ
）の切片試料の部分構造Ｐ、を示している。図中ｅ１〜
ｅ、は上記第４ステツプによって求められた等直線であ
る。この２種の切片像を等直線に基づいて位置合わせし
、ワイヤーフレームモデルの立体像を形成すると、第１
２図（ハ）が得られる。図から明らかなように、部分構
造Ｐ１の最下部の等直線ｅ、と、部分構造Ｐ２の最上部
の等直線ｅ、とは一致し、したがって、５本の等直線に
よって立体像が構築される。FIG. 12 shows the case where three-dimensional images of partial structures P, P2 of the sectioned samples in FIGS. 13(a) and 13(b) are formed. B) shows the partial structure P of the sectioned sample, and the 12th! ! I (b) shows a partial structure P of the sectioned sample in FIG. 13 (b). e1~ in the figure
e is the isoline obtained in the fourth step. When these two types of section images are aligned based on equal straight lines and a three-dimensional image of the wire frame model is formed, the first
Figure 2 (c) is obtained. As is clear from the figure, the isoline e at the bottom of the substructure P1 and the isoline e at the top of the substructure P2 match, and therefore a three-dimensional image is constructed by the five isolines. .
しかしながら、ステレオベア像から立体像を再構築する
場合、物体の立体像をより正確に再構築するためには、
一方向に傾けて得られたステレオベア像だけでは不十分
である。すなわち、第４図に模式的に示すような物体Ｍ
がある場合、物体Ｍの立体構造を認識するためには、一
方向だけでなく多方向からの観察が必要である。同様に
、物体の投影像と考えられる透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ
）像からの三次元物体の立体形状を把握する方法である
上記特開昭６４−６２７７７号の三次元立体像構築方法
は、第５図に示すように、１軸（Ｙ軸）について試料を
角度±θ傾斜して得られたステレオベア像を観察する方
法である。しかしながら、この方法では、第６図に示す
ように、試料（１）中の物体（ｉ）の側面ＡとＢの把握
は可能であるが、もう一方の側面の組ＣとＤの把握はで
きない。したがって、１枚の切片（１）のステレオペア
ＴＥＭ写真をもとにして得られる物体（ｉ）の等直線は
、ＡとＢ方向の側面部は正確に物体（ｉ）の輪郭を反映
しているが、ＤとＣ方向の側面部は正確に物体（ｉ）の
輪郭とは言い難いのが現状である。However, when reconstructing a 3D image from a stereoscopic image, in order to reconstruct the 3D image of an object more accurately,
A stereoscopic image obtained by tilting in one direction is insufficient. That is, an object M as schematically shown in FIG.
If there is, in order to recognize the three-dimensional structure of the object M, observation from not only one direction but from multiple directions is necessary. Similarly, a transmission electron microscope (TEM), which can be considered as a projected image of an object,
) The three-dimensional three-dimensional image construction method disclosed in JP-A No. 64-62777, which is a method of grasping the three-dimensional shape of a three-dimensional object from an image, is a method of constructing a three-dimensional image with respect to one axis (Y-axis), as shown in Fig. 5. This is a method of observing stereoscopic images obtained by tilting at an angle of ±θ. However, with this method, as shown in Figure 6, although it is possible to grasp sides A and B of object (i) in sample (1), it is not possible to grasp the other set of sides C and D. . Therefore, the isolines of object (i) obtained based on the stereo pair TEM photograph of one section (1) are such that the side parts in directions A and B accurately reflect the outline of object (i). However, at present, it is difficult to accurately say that the side parts in the D and C directions are the outline of the object (i).
本発明は上記のような現状に鑑みてなされたものであり
、その目的は、従来のステレオベア像から三次元立体像
を再構築する方法の上記のような問題点を解決して、よ
り正確で実体に近い立体像を再構築する方法を提供する
ことである。The present invention was made in view of the above-mentioned current situation, and its purpose is to solve the above-mentioned problems of the conventional method of reconstructing a three-dimensional stereoscopic image from a stereoscopic image, and to achieve a more accurate method. The objective is to provide a method for reconstructing a three-dimensional image that is close to the real thing.
本発明の多方向からのステレオベア像を用いた三次元立
体像再構築方法は、次のステップからなる方法である。The method of reconstructing a three-dimensional stereoscopic image using stereoscopic images from multiple directions according to the present invention is a method consisting of the following steps.
（ａ）試料を連続した切片に分割するステップ、（ｂ）
分割された各切片試料について、交差する複数の傾斜軸
各々についてステレオベア像を得るステップ、
（ｃ）各切片試料について、複数組のステレオベア像に
おける対応点のずれ量を求めるステップ、（ｄ）ステッ
プ（ｃ）で求められた各ステレオベア像における対応点
のずれ量の等しい部分を結んで等直線を求め、各切片試
料につき複数組の異なる等直線を求めるステップ、
（ｅ）各切片試料について、複数組の異なる等直線から
各組の等直線の信頼度方向依存性を考慮に入れて１組の
等直線を合成するステップ、（ｆ）上下隣接する切片像
を等直線に基づいて位置合わせを行い接続するステップ
、
（匂ステップ（０において接続された各切片像の等直線
に基づいて三次元立体像を再構築し表示するステップ。(a) dividing the sample into consecutive sections; (b)
(c) For each section sample, obtaining a stereoscopic image for each of the plurality of intersecting tilt axes; (c) For each section sample, calculating the amount of deviation of corresponding points in the plurality of sets of stereoscopic images; (d) (e) determining a plurality of sets of different isolines for each section sample by connecting the portions of the corresponding points in each stereoscopic image obtained in step (c) with equal deviations to obtain equal lines; (e) for each section sample; , synthesizing one set of isolines from multiple sets of different isolines by taking into account the reliability direction dependence of each set of isolines; (f) aligning the upper and lower adjacent section images based on the isolines; (Step of reconstructing and displaying a three-dimensional stereoscopic image based on the isolines of each section image connected at 0).
別の、本発明の多方向からのステレオベア像を用いた三
次元立体像再構築方法は、次のステップからなる方法で
ある。Another three-dimensional image reconstruction method using stereoscopic images from multiple directions according to the present invention is a method consisting of the following steps.
（ａ）切片試料について、交差する複数の傾斜軸各々に
ついてステレオベア像を得るステップ、（ハ）複数組の
ステレオベア像における対応点のずれ量を求めるステッ
プ、
（ｃ）ステップ（ｂ）で求められた各ステレオベア像に
おける対応点のずれ量の等しい部分を結んで等直線を求
め、複数組の異なる等直線を求めるステップ、
（６）複数組の異なる等直線から各組の等直線の信頼度
方向依存性を考慮に入れて１組の等直線を合成するステ
ップ、
（ｅ）合成された等直線に基づいて三次元立体像を再構
築し表示するステップ。(a) Obtaining stereoscopic images for each of the plurality of intersecting tilt axes for the sectioned sample; (c) Obtaining the amount of deviation of corresponding points in multiple sets of stereoscopic images; (c) Obtaining in step (b) (6) determining the reliability of each set of isolines from the plurality of different sets of isolines by connecting the parts of the corresponding points in each stereobear image that have the same amount of deviation to find isolines, and obtaining multiple sets of different isolines; (e) reconstructing and displaying a three-dimensional stereoscopic image based on the synthesized isolines;
第１発明の場合はステップ（ｅ）において、また第２発
明の場合はステップ（ｄ）において、複数組の異なる等
直線から各組の等直線の信頼度方向依存性を考慮に入れ
て１組の等直線を合成するので、複数の異なる方向につ
いて、より正確で実体に近い等直線が得られる結果、よ
り正確で実体に近い立体像が再構築される。In the case of the first invention, in step (e), and in the case of the second invention, in step (d), from a plurality of different sets of isolines, one set is determined by taking into account the reliability direction dependence of each set of isolines. Since the isolines are synthesized, more accurate and realistic isolines are obtained in a plurality of different directions, and as a result, a more accurate and realistic 3D image is reconstructed.
以下、図面を参照にして、本発明の実施例を詳細に説明
する。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
まず、第Ｆ図の本発明の詳細な説明するだめの図を用い
て、本発明の多方向からのステレオベア像を用いた三次
元立体像再構築方法の原理を説明する。例えば、図（イ
）の試料■を直交する２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の周りでわず
かに傾斜させてステレオベア像写真を撮影するものとす
る。Ｘ軸上の点ＡとＹ軸上の点Ｂについてみると、Ｙ軸
傾斜の場合は、Ａ点についてのステレオペア像写真にず
れ量が生じるが、Ｂ点については生じない（図（ロ））
。一方、Ｘ軸傾斜の場合はその逆で、Ｂ点についてはず
れ量が生じるが、Ａ点については生じない（図（ハ））
。ずれ量の接点（何れの傾斜の場合にも等量ずれる点）
は、Ｘ軸とＹ軸が直交する場合、Ｙ＝ＸあるいはＹ＝−
Ｘ上の点となる。前記したように、Ｘ軸とＹ軸からπ／
４傾斜した直線を引き、区域■、■、■、■を定めると
、区域■、■では、Ｙ軸傾斜のステレオペア像写真から
得られる等直線がより信頼性が高いと言える。First, the principle of the three-dimensional three-dimensional image reconstruction method using stereoscopic images from multiple directions of the present invention will be explained using the detailed explanation diagram of the present invention shown in FIG. For example, let's assume that a stereoscopic image photograph is taken with the sample (2) in Figure (A) slightly tilted around two orthogonal axes (X-axis, Y-axis). Looking at point A on the X-axis and point B on the Y-axis, in the case of Y-axis tilt, a shift occurs in the stereo pair image photographs for point A, but not for point B (Figure (B)). )
. On the other hand, in the case of X-axis tilt, the opposite is true; a deviation occurs at point B, but not at point A (Figure (c))
. Contact point of deviation amount (point where the deviation is the same amount for any slope)
If the X and Y axes are orthogonal, then Y=X or Y=-
It becomes a point on X. As mentioned above, π/
4. If we draw a tilted straight line and define areas ■, ■, ■, ■, it can be said that in areas ■ and ■, the equal straight lines obtained from the Y-axis tilted stereo pair image photograph are more reliable.
逆に、区域の、■では、Ｙ軸傾斜のステレオベア像写真
から得られる等直線がより信頼性が高いと言える。した
がって、例えば、第２図に示したように、Ｙ軸傾斜の場
合に得られた等直線の中の１本１と、Ｘ軸傾斜の場合に
得られた対応する高さの等直線をｉｏ とすると、区域
■、■については１上の点を採用し、区域■、■ではｌ
゛上の点を採用し、区域の接点部は例えば両者の中点を
採用する方式により、新たな等直線ビを求めることがで
きる。なお、２組ステレオベア像写真から求めた１組の
等直線から１つの等直線を求める上記の方法は、１つの
例のすぎず、後記するようにその他の方法が考えられる
。このようにして求めた新たな等直線１″を用いて、従
来の方法と同様にして、三次元立体像を再構築する。On the other hand, in area (■), it can be said that the isostraight line obtained from the Y-axis tilted stereoscopic image photograph is more reliable. Therefore, for example, as shown in FIG. Then, for areas ■ and ■, the point above 1 is adopted, and for areas ■ and ■, l
A new equilinear line B can be obtained by using the above point and using, for example, the midpoint between the two points as the contact point of the area. Note that the above method of determining one isoline from a set of isolines obtained from two sets of stereoscopic image photographs is only one example, and other methods may be considered as described later. Using the new isoline 1'' obtained in this way, a three-dimensional stereoscopic image is reconstructed in the same manner as the conventional method.
さて、本発明の多方向からのステレオベア像を用いた三
次元立体像再構築方法を第１０図に示した三次元立体像
構築方法（特開平２−４０８４８号）に適用した場合の
例について説明する。この三次元立体像再構築方法は、
従来の一軸傾斜のステレオベア像（２枚）の写真をもと
にして１枚の切片から試料の等直線を導き、それをもと
にして連続切片より立体像を再構築する方法に、より正
確に立体像を再構築する目的で、改良を加えた方法であ
る。すなわち、１枚の切片について異なる２軸以上の回
りで傾斜を行い、得られた２組以上のステレオベア像を
もとにしてその切片に対応する等直線を導き、これを連
続切片の各切片について行い、全体の試料の立体像を再
構築する方法である。したがって、１枚の切片について
等直線を導く方法に改良があるだけで、他は第１０図の
場合と全く変わらない。以下に、２軸傾斜ステレオペア
写真２組（４枚）をもとにして等直線を導き、連続切片
より立体像を再構築する方法を示す。第３図はこの場合
のフローチャートである。Now, let's talk about an example in which the method of reconstructing a three-dimensional stereoscopic image using stereoscopic images from multiple directions of the present invention is applied to the method of reconstructing a three-dimensional stereoscopic image (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-40848) shown in FIG. explain. This three-dimensional image reconstruction method is
The method of deriving the isoline of the sample from one section based on the conventional uniaxially tilted stereoscopic image (two images) and reconstructing the three-dimensional image from serial sections based on that is more advanced. This is an improved method for the purpose of accurately reconstructing a 3D image. In other words, one section is tilted around two or more different axes, and based on two or more sets of stereoscopic images obtained, isolines corresponding to the section are derived, and this is used for each section of the continuous section. This method reconstructs a three-dimensional image of the entire sample. Therefore, the only improvement is in the method of deriving isolines for one section, and everything else is completely the same as in the case of FIG. Below, we will show a method for deriving isolines based on two pairs of biaxially tilted stereo photographs (four photos) and reconstructing a three-dimensional image from serial sections. FIG. 3 is a flowchart in this case.
第１ステツプで、ミクロトームによって試料を連続した
切片に分割する。第２のステップでは、電子顕微鏡（図
示せず）本体において、入射電子ビームに対し直角のＸ
軸とＹ軸（第１図（イ））を定め、Ｘ軸、Ｙ輪番々につ
いて、傾斜試料ホルダーを使用して切片試料を例えば５
°〜１０°程度傾斜させ、その傾斜の前後において２枚
の透過電子顕微鏡像（ステレオベア像）の写真を得、Ｘ
軸について１組、Ｙ軸について１組、合計２組のステレ
オペア像写真を得る。このステレオベア像写真は連続し
た多数の切片について撮影される。In the first step, the sample is divided into serial sections by a microtome. In the second step, in the main body of an electron microscope (not shown), an X
Determine the axis and Y axis (Fig. 1 (a)), and use a tilted sample holder to cut the section sample, for example, 5 times for the X axis and Y rotation.
Tilt by about 10° to 10°, obtain two transmission electron microscope images (stereobear images) before and after the tilt, and
A total of two sets of stereo pair images are obtained, one set for the axis and one set for the Y axis. This stereoscopic image photograph is taken for a large number of consecutive sections.
該多数のステレオベア像は、画像読み取り装置１３によ
って読み取られ、フレームメモリ１５に供給されて記憶
される（第１１図）。The large number of stereoscopic images are read by the image reading device 13, and supplied to and stored in the frame memory 15 (FIG. 11).
第３のステップでは、各切片試料について、それぞれ２
組のステレオベア像写真における対応点のずれ量が求め
られる。各ステレオペア像写真についての対応点のずれ
量の求め方は、前記の従来の技術の説明における特開昭
６４−６２７７７号、特開平２−４０８４８号の方法と
同じである。次に、第４ステツプにおいては、第３ステ
ツプで求められた対応ずれ量をもとに、対応点のずれ量
の等しい部分を結び１枚の切片について２組の等直線を
求める。In the third step, for each section sample, two
The amount of deviation between corresponding points in the set of stereoscopic image photographs is determined. The method of determining the amount of shift between corresponding points for each stereo pair image photograph is the same as the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 64-62777 and 2-40848 in the description of the prior art described above. Next, in the fourth step, based on the amount of correspondence deviation determined in the third step, two sets of equal straight lines are obtained for one section by connecting the portions of the corresponding points having the same amount of deviation.
第５ステツプにおいては、各切片試料について、第４ス
テツプで求められた２組の等直線をも出に、前記したよ
うな方法で１組の等直線を求める。その際、第２図にお
いて、Ｙ軸傾斜より求めた等直線ｌは新たな等直線ｌ”
の左右の領域（■と■）を、Ｘ軸傾斜より求めた等直線
１°は新たな等直線ｉ′の上下の領域（■と■）を構成
する方式で行い、Ｙ軸傾斜、Ｘ軸傾斜の対応する等直線
から新たな等直線を求める。これを各切片試料について
行い、１つの切片試料について１組の等直線を定める。In the fifth step, for each section sample, one set of equal straight lines is determined using the method described above, using the two sets of equal straight lines determined in the fourth step. At that time, in Figure 2, the isoline l obtained from the Y-axis inclination is the new isoline l''
The left and right areas (■ and ■) of the isoline 1 degree obtained from the X-axis inclination are calculated using the method that constitutes the upper and lower areas (■ and ■) of the new isoline i', and the Y-axis inclination, Find new isolines from the isolines with corresponding slopes. This is done for each section sample, and a set of equal straight lines is determined for each section sample.
第６ステツプ、第７ステツプは第１０図の第５ステツプ
、第６ステツプと同じで、第６ステツプでは、連続した
切片像が接続される。この接続に当たっては、上下隣接
した切片像の内、倒えば、上の像の最も低い等直線と、
下の像の最も高い等直線を基準として行われる。この接
続は２種の等直線の位置を合わせた上で行われるが、位
置合わせは表示装置１７ （第１１図）の画面に２種の
像を表示し、この像の等直線をみながら手動によって行
ってもよいし、また、コンピュータ１２（第１１図）に
よって自動的に行ってもよい。理想的には、この２種の
等直線は形状が一致しているので位置合わせは簡単に行
うことができるが、切片作製時に部分構造が歪んだりし
て像が歪んでいる場合には、両等直線の形状が相違し、
比較的複雑な位置合わせを行う必要が生じる。この位置
合わせの手法としては、等直線を多角形で近似し、この
多角形の上下近接関係を求める手法をとることができる
。第７ステツプでは、接続された切片像の各等高線に基
づいて、立体像が構築され、得られた立体像は表示装置
１７ （第１１図）に表示される。この立体像は、各等
高線を接続し、ワイヤーフレームモデル法、ブロックモ
デル法、ソリッドモデル法等既知の方法によって形成さ
れる（第１２図）。The sixth and seventh steps are the same as the fifth and sixth steps in FIG. 10, and in the sixth step, consecutive section images are connected. For this connection, the lowest isoline of the upper image among the upper and lower adjacent section images,
This is done using the highest isoline in the lower image as a reference. This connection is performed after aligning the positions of the two types of isolines, but the alignment is performed manually by displaying two types of images on the screen of the display device 17 (Fig. 11) and looking at the isolines of this image. This may be performed automatically by the computer 12 (FIG. 11). Ideally, these two types of isolines have the same shape and can be easily aligned, but if the partial structure is distorted during sectioning and the image is distorted, both The shapes of the isolines are different,
It becomes necessary to perform relatively complicated alignment. As a method for this positioning, a method can be used in which equal straight lines are approximated by polygons and the vertical proximity relationship of the polygons is determined. In the seventh step, a stereoscopic image is constructed based on each contour line of the connected section images, and the obtained stereoscopic image is displayed on the display device 17 (FIG. 11). This three-dimensional image is formed by connecting each contour line and using a known method such as a wire frame model method, a block model method, or a solid model method (FIG. 12).
以上の説明においては、連続切片の各切片において、直
交するＸ軸とＹ軸の周りの傾斜から得られる２組のステ
レオペア像写真をもとに２組の等直線を求めて、これを
合成して新たな１組の等直線を得、それにより三次元立
体像を再構築する方法を示したが、傾斜軸はＸ軸とＹ軸
のみでなく多数設定し、多くのステレオベア像写真から
等直線を求めてもよい。数が多ければ多いほど実体によ
り対応した等直線を引くことができる。２組の等直線か
ら１組の等直線を求める方式は、上記の説明では、Ｘ軸
とＹ軸を直交すると仮定したが、２軸の場合には直交す
るのが理想的であるが、直交しなくてもよい。また、２
紐の等直線からより実体に近いと考えられる１組の等直
線を求める方式は、第２図の説明では、軸傾斜に対応す
る区域を正確に設定する例を示したが、区域の接点の領
域を広くして２つの等直線の中間の点を広く採用する方
式でもよい。さらに、等高線上の点のＸ軸となす角度の
逆数とＹ軸となす角度の逆数を重み係数として、両等高
Ｊｉｌｉ、ｉの重み付は平均をとってもよい。In the above explanation, in each section of the continuous section, two sets of equal straight lines are obtained based on two sets of stereo pair images obtained from tilts around the orthogonal X and Y axes, and these are synthesized. We showed a method to reconstruct a three-dimensional stereo image by obtaining a new set of equal straight lines using You can also find equal lines. The larger the number, the more it is possible to draw equal straight lines that correspond to the substance. In the above explanation, it is assumed that the X-axis and Y-axis are perpendicular to each other. You don't have to. Also, 2
The method of finding a set of isolines that are considered to be closer to reality from the isolines of the string is to It is also possible to use a method in which the area is widened and a point between two equal straight lines is widely adopted. Furthermore, the weighting of both contour heights Jili,i may be averaged using the reciprocal of the angle between the point on the contour line and the X-axis and the reciprocal of the angle between the point and the Y-axis as weighting coefficients.
本発明の方法は、連続切片立体像の再構築について主に
説明したが、第３図の第２ステツプから第５ステツプの
みからな方法であってもよい。すなわち、１枚の厚い切
片について多方向からのステレオペア像写真を撮影し、
各方向のステレオベア像写真より少なくともその方向に
ついて正確な等直線を導き、得られた複数組の等直線か
ら１組の等直線を新たに合成し、新たな１組の等直線か
ら三次元立体像を再構築する方法としても利用できる。Although the method of the present invention has mainly been described with respect to the reconstruction of a continuous section stereoscopic image, it may be a method that does not consist only of steps 2 to 5 in FIG. 3. In other words, stereo pair images of one thick section are taken from multiple directions,
Accurate isolines are derived at least in that direction from the stereoscopic image photographs in each direction, a new set of isolines is synthesized from the obtained multiple sets of isolines, and a three-dimensional solid is created from the new set of isolines. It can also be used as a method to reconstruct images.
本発明においては、特に異なる方向の複数組のステレオ
ベア像を得、また、複数組の異なる等直線から各組の等
直線の信頼度方向依存性を考慮に入れて１組の等直線を
合成するので、複数の異なる方向について、より正確で
実体に近い等直線が得られる結果、より正確で実体に近
い立体像が再構築される。In the present invention, in particular, a plurality of sets of stereoscopic images in different directions are obtained, and a set of isolines is synthesized from the plurality of sets of different isolines, taking into account the reliability direction dependence of each set of isolines. Therefore, more accurate and realistic isolines are obtained in a plurality of different directions, and as a result, a more accurate and realistic 3D image is reconstructed.
第１図は本発明の詳細な説明するための図、第２図は異
なる方向のステレオベア像写真から得た１対の等高線か
ら新たな１つの等高線を合成する方法を例示するための
図、第３図は本発明の方法を連続切片より立体像を再構
築する方法に適用した場合のフローチャート、第４図は
１つの物体の立体構造を認識するためは多方向から観察
する必要があることを示すための模式図、第５図は１軸
（Ｙ軸）についての試料の傾斜を説明するための図、第
６図は１つの物体の立体構造を認識するためは２方向か
ら観察する必要があることを示すた約の模式図、第７図
は本発明の第１の前提技術のステレオベア像の三次元立
体像構築方法における対応点のずれ検出方法を説明する
ための図、第８図は等高線と多角形を示す図、第９図は
得られた立体像の例を示す図、第１０図は本発明第２の
前提技術の方法のフローチャート、第１１図はその方法
を実施するシステムの一例を示す図、第１２図は等高線
による立体像の構築を説明するための図、第１３図は切
片試料から立体像を構築する方法を模式的に示した図で
ある。
１・・・左画像、２・・・右画像、３・・・左ウィンド
ウ、４・・・右ウィンドウ、５・・・格子点、６・・・
等高線、７・・多角形
出 願
人
日本電子株式会社FIG. 1 is a diagram for explaining the present invention in detail, FIG. 2 is a diagram for illustrating a method of synthesizing a new contour line from a pair of contour lines obtained from stereoscopic image photographs in different directions, Fig. 3 is a flowchart when the method of the present invention is applied to a method for reconstructing a three-dimensional image from serial sections, and Fig. 4 shows that in order to recognize the three-dimensional structure of one object, it is necessary to observe it from multiple directions. Figure 5 is a schematic diagram to explain the inclination of a sample about one axis (Y-axis), Figure 6 is a diagram showing the need to observe from two directions in order to recognize the three-dimensional structure of one object. FIG. 7 is a schematic diagram of a contract showing that The figure shows contour lines and polygons, Figure 9 shows an example of the obtained three-dimensional image, Figure 10 is a flowchart of the method of the second premise technology of the present invention, and Figure 11 shows how to implement the method. FIG. 12 is a diagram showing an example of the system, FIG. 12 is a diagram for explaining construction of a three-dimensional image using contour lines, and FIG. 13 is a diagram schematically showing a method for constructing a three-dimensional image from a section sample. 1...Left image, 2...Right image, 3...Left window, 4...Right window, 5...Lattice point, 6...
Contour line, 7...Polygon Applicant: JEOL Ltd.
Claims (2)
像を用いた三次元立体像再構築方法： （ａ）試料を連続した切片に分割するステップ、 （ｂ）分割された各切片試料について、交差する複数の
傾斜軸各々についてステレオペア像を得るステップ、 （ｃ）各切片試料について、複数組のステレオペア像に
おける対応点のずれ量を求めるステップ、 （ｄ）ステップ（ｃ）で求められた各ステレオペア像に
おける対応点のずれ量の等しい部分を結んで等高線を求
め、各切片試料につき複数組の異なる等高線を求めるス
テップ、 （ｅ）各切片試料について、複数組の異なる等高線から
各組の等高線の信頼度方向依存性を考慮に入れて１組の
等高線を合成するステップ、 （ｆ）上下隣接する切片像を等高線に基づいて位置合わ
せを行い接続するステップ、 （ｇ）ステップ（ｆ）において接続された各切片像の等
高線に基づいて三次元立体像を再構築し表示するステッ
プ。(1) A three-dimensional image reconstruction method using stereo pair images from multiple directions, which consists of the following steps: (a) dividing the sample into continuous sections, (b) for each divided sample section, Obtaining stereo pair images for each of the plurality of intersecting tilt axes; (c) For each section sample, calculating the amount of deviation of corresponding points in the plurality of sets of stereo pair images; (d) The amount of deviation of the corresponding points obtained in step (c). (e) determining contour lines by connecting the parts of the corresponding points in each stereo pair image with the same amount of deviation, and determining multiple sets of different contour lines for each section sample; (e) for each section sample, each set of contour lines is a step of synthesizing a set of contour lines taking into account reliability direction dependence of the contour lines; (f) a step of aligning and connecting upper and lower adjacent section images based on the contour lines; (g) in step (f). Reconstructing and displaying a three-dimensional stereoscopic image based on the contour lines of each connected section image.
像を用いた三次元立体像再構築方法： （ａ）切片試料について、交差する複数の傾斜軸各々に
ついてステレオペア像を得るステップ、 （ｂ）複数組のステレオペア像における対応点のずれ量
を求めるステップ、 （ｃ）ステップ（ｂ）で求められた各ステレオペア像に
おける対応点のずれ量の等しい部分を結んで等高線を求
め、複数組の異なる等高線を求めるステップ、 （ｄ）複数組の異なる等高線から各組の等高線の信頼度
方向依存性を考慮に入れて１組の等高線を合成するステ
ップ、 （ｅ）合成された等高線に基づいて三次元立体像を再構
築し表示するステップ。(2) A three-dimensional three-dimensional image reconstruction method using stereo pair images from multiple directions consisting of the following steps: (a) Obtaining stereo pair images for each of a plurality of intersecting tilt axes for a sectioned sample; (b) ) calculating the amount of deviation of corresponding points in multiple sets of stereo pair images; (c) finding contour lines by connecting the portions with equal amounts of deviation of corresponding points in each stereo pair image obtained in step (b); (d) synthesizing one set of contour lines from a plurality of different sets of contour lines by taking into account reliability direction dependence of each set of contour lines; (e) based on the synthesized contour lines; A step of reconstructing and displaying a three-dimensional stereoscopic image.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2053453A JPH03255303A (en) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | Reconstruction of three-dimensional image using stereo-pair image in multiple directions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2053453A JPH03255303A (en) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | Reconstruction of three-dimensional image using stereo-pair image in multiple directions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03255303A true JPH03255303A (en) | 1991-11-14 |
Family
ID=12943277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2053453A Pending JPH03255303A (en) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | Reconstruction of three-dimensional image using stereo-pair image in multiple directions |
Country Status (1)
| Country | Link |
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