JPH0997332A - Image processing method for microscope - Google Patents
Image processing method for microscopeInfo
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- JPH0997332A JPH0997332A JP7252237A JP25223795A JPH0997332A JP H0997332 A JPH0997332 A JP H0997332A JP 7252237 A JP7252237 A JP 7252237A JP 25223795 A JP25223795 A JP 25223795A JP H0997332 A JPH0997332 A JP H0997332A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光学顕微鏡や電子
顕微鏡等において、長焦点による観察を行うための画像
処理方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image processing method for observing with a long focus in an optical microscope, an electron microscope or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光学顕微鏡や電子顕微鏡等の顕微鏡は、
通常、焦点深度を有しており、このため観察試料の深度
方向について鮮明な像を得ることができないという問題
点がある。例えば、通常の光学顕微鏡を用いて生体観察
等の凹凸がある試料の観察を行う場合、高倍率となると
それに応じて焦点深度が浅くなるため、試料のある一部
分に焦点があっても他の部分では焦点が合わず、焦点が
ぼけた像となる。そのため、試料の全体について焦点の
合った像を得ることが困難となる。2. Description of the Related Art Microscopes such as optical microscopes and electron microscopes
Usually, it has a depth of focus, which causes a problem that a clear image cannot be obtained in the depth direction of the observation sample. For example, when observing a sample with unevenness such as a biological observation using an ordinary optical microscope, the depth of focus becomes shallower at higher magnifications, so even if there is a focus on one part of the sample Then the image is out of focus and out of focus. Therefore, it is difficult to obtain a focused image of the entire sample.
【０００３】この問題を解決するため、例えば、光学顕
微鏡のレンズの開口数を減らして長焦点化を行うこと
や、焦点位置を焦点深度方向へ移動させながら、フィル
ムや撮像管等の一つの受光面上に多数の像を重ねて露光
したものの画質を調整することによって長焦点像を求め
る方法が知られている。In order to solve this problem, for example, the numerical aperture of the lens of the optical microscope is reduced to make the focal point longer, or while moving the focal position in the depth of focus direction, one of the light-receiving elements such as a film and an image pickup tube is received. A method is known in which a long-focus image is obtained by adjusting the image quality of a plurality of images that have been exposed by superimposing them on a surface.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
レンズの開口数の減少による長焦点化では、像が暗くな
ってしまい、同一受光面上へ複数像を多重露光したもの
の画質調整では、鮮明な像が得られない。However, in the conventional case where the focal length is reduced by decreasing the numerical aperture of the lens, the image becomes dark, and when a plurality of images are multiple-exposed on the same light-receiving surface, the image quality becomes sharp. I can't get a statue.
【０００５】そこで、本発明は前記した従来の顕微鏡の
問題点を解決し、十分な長焦点化によって焦点深度を向
上させることができ、また、試料全体について鮮明な像
を得ることができる顕微鏡の画像処理方法を提供するこ
とを目的とする。Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems of the conventional microscopes, can improve the depth of focus by sufficiently increasing the focal length, and can provide a clear image of the entire sample. An object is to provide an image processing method.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の顕微鏡の画像処
理方法は、焦点位置の異なる複数の顕微鏡像を積算して
積算像を求め、積算像をフーリエ変換して２次元のスペ
クトルを求め、この求めた２次元スペクトルの高調波成
分を強調し、高調波強調した２次元スペクトルをフーリ
エ逆変換して高調波強調した顕微鏡像を求めることによ
って、焦点深度を向上させることができ、また、試料全
体について鮮明な像を得る。According to the image processing method of a microscope of the present invention, a plurality of microscope images having different focal positions are integrated to obtain an integrated image, and the integrated image is Fourier transformed to obtain a two-dimensional spectrum. It is possible to improve the depth of focus by emphasizing the higher harmonic component of the obtained two-dimensional spectrum, and inverse Fourier transforming the two-dimensional spectrum in which the harmonic is emphasized to obtain a microscopic image in which the harmonic is emphasized. Get a clear picture of the whole.
【０００７】本発明の顕微鏡の画像処理方法は、試料に
対して焦点位置を異ならせ求めた複数の顕微鏡像の積算
像をフーリエ変換によって周波数領域のデータに変換
し、この周波数領域において高調波成分を強調すること
によって、焦点の合った高調波成分の割合を高め、焦点
の合っていない低調波成分の割合を低める高調波強調を
行い、この高調波強調した画像データをフーリエ逆変換
するものである。According to the image processing method of the microscope of the present invention, the integrated image of a plurality of microscope images obtained by changing the focal position with respect to the sample is converted into the data of the frequency domain by Fourier transform, and the harmonic components in this frequency domain are converted. By enhancing the ratio of the focused harmonic component and lowering the ratio of the non-focused subharmonic component, the inverse Fourier transform of this harmonic-enhanced image data is performed. is there.
【０００８】本発明の顕微鏡の画像処理方法において、
周波数領域における高調波強調は、顕微鏡像の積算によ
る焦点のぼけを解消して焦点深度を向上させる。また、
顕微鏡像の積算は、焦点位置の移動との同期を必要とし
ないため、長焦点の深さに制限はなく、十分な深さの長
焦点化を行うことができる。In the image processing method of the microscope of the present invention,
Harmonic enhancement in the frequency domain eliminates defocusing due to the integration of microscope images and improves the depth of focus. Also,
Since the integration of the microscopic images does not need to be synchronized with the movement of the focus position, there is no limitation on the depth of the long focus, and it is possible to achieve the long focus with a sufficient depth.
【０００９】本発明の実施態様は、２次元スペクトルか
ら求めたパワースペクトルの一次関数、あるいは二次関
数を重み係数とし、この重み係数を２次元スペクトルに
乗算するものであり、これによって、２次元スペクトル
の高調波強調を行うことができる。In the embodiment of the present invention, a linear function or a quadratic function of the power spectrum obtained from the two-dimensional spectrum is used as a weighting coefficient, and the two-dimensional spectrum is multiplied by this weighting coefficient. It is possible to perform harmonic enhancement of the spectrum.
【００１０】本発明の他の実施態様は、顕微鏡からの色
信号に対して、ＲＧＢの各色信号毎に画像処理を行うも
のであり、これによって、顕微鏡像のカラー表示を行う
ことができる。According to another embodiment of the present invention, the color signal from the microscope is subjected to image processing for each of the RGB color signals, whereby a microscopic image can be displayed in color.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の発明の実施の形態
ついて、図を用いて詳細に説明する。なお、以下では、
顕微鏡として光学顕微鏡を例として説明するが、光学顕
微鏡に限らず電子顕微鏡についても適用することができ
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following,
An optical microscope will be described as an example of the microscope, but the present invention is not limited to the optical microscope and can be applied to an electron microscope.
【００１２】図１は、本発明の光学顕微鏡の全体構成を
説明するためのブロック図である。なお、図１のブロッ
ク図は、本発明の光学顕微鏡の画像処理方法の説明に必
要な構成部分のみを示し、その他の光学顕微鏡の構成に
ついては省略している。FIG. 1 is a block diagram for explaining the overall configuration of the optical microscope of the present invention. Note that the block diagram of FIG. 1 shows only the components necessary for explaining the image processing method of the optical microscope of the present invention, and omits the configurations of other optical microscopes.
【００１３】図１において、１は光学顕微鏡、２は光学
顕微鏡１の顕微鏡像を画像信号として取り出すためのＴ
Ｖカメラ等の撮像手段、３は試料７を載置し、光学顕微
鏡１に対してＸ，Ｙ方向およびＺ方向に移動する試料ス
テージ、４は試料ステージの移動を制御するための試料
ステージ制御手段、５は撮像手段から入力した画像信号
に画像処理を施して表示信号を生成する画像処理手段、
６は表示手段である。また、画像処理手段５は試料ステ
ージ制御手段４に対してステージ駆動信号を出力し、試
料ステージ３の移動と画像信号の取込みとの制御を行っ
ている。In FIG. 1, 1 is an optical microscope, 2 is a T for extracting a microscope image of the optical microscope 1 as an image signal.
An imaging means such as a V camera, a sample stage 3 on which a sample 7 is placed, and a sample stage which moves in the X, Y and Z directions with respect to the optical microscope 1, a sample stage control means for controlling the movement of the sample stage. Reference numeral 5 denotes an image processing unit that performs image processing on the image signal input from the image pickup unit to generate a display signal,
Reference numeral 6 is a display means. The image processing means 5 outputs a stage drive signal to the sample stage control means 4 to control the movement of the sample stage 3 and the acquisition of the image signal.
【００１４】次に、上記構成を備える光学顕微鏡を適用
して顕微鏡像の画像処理を行う方法の動作について、図
２のフローチャートに従って説明する。Next, the operation of the method of performing image processing of a microscope image by applying the optical microscope having the above configuration will be described with reference to the flowchart of FIG.
【００１５】試料７を試料ステージ３上に載置し、Ｘ，
Ｙ方向に移動して観察位置を定める。この試料７は光軸
方向に平坦でなく凹凸を有しているものとする。試料ス
テージ３を光学顕微鏡１の光軸方向（図中のＺ方向）に
移動し、光学顕微鏡の観察あるいは自動焦点装置によっ
て試料７の最も凸の部位に焦点を合わせる（ステップＳ
１）。The sample 7 is placed on the sample stage 3, and X,
Move in the Y direction to determine the observation position. This sample 7 is assumed to have irregularities in the optical axis direction instead of being flat. The sample stage 3 is moved in the optical axis direction of the optical microscope 1 (Z direction in the figure), and the most convex portion of the sample 7 is focused by observation of the optical microscope or an automatic focusing device (step S
1).
【００１６】このＺ方向位置において、撮像手段２によ
って光学顕微鏡１の顕微鏡像を撮像し画像信号を取り出
し、画像処理手段５中に取り込む。画像信号は画素単位
の画像データとして出力される。図３の画像データを説
明するための図において、（ａ）に示す試料７の最も凸
の部位である第１画像は（ｂ）に示す画像データの形態
で求められ、図中（ｉ，ｊ）の画素の画像データは１Ｄ
ijで示している（ステップＳ２）。At this Z-direction position, the image pickup means 2 picks up a microscope image of the optical microscope 1 to take out an image signal, which is taken into the image processing means 5. The image signal is output as image data in pixel units. In the diagram for explaining the image data in FIG. 3, the first image, which is the most convex portion of the sample 7 shown in (a), is obtained in the form of the image data shown in (b). ) The pixel image data is 1D
This is indicated by ij (step S2).
【００１７】ステップＳ２で求めた画像データをフレー
ムメモリに画素単位で積算する。ここで、図４に示すフ
レームメモリはｉ方向にＭ画素、ｊ方向にＮ画素のＭ×
Ｎ個の画素から構成することができる。各画素を１６ビ
ットで構成する場合には、例えば８ビット分の階調の画
像データを最大２５６枚（８ビット分）積算することが
できる。なお、このフレームメモリでは、（ｉ，ｊ）の
画素に積算される画像データをΣＤijで示している（ス
テップＳ３）。The image data obtained in step S2 is integrated in the frame memory on a pixel-by-pixel basis. Here, the frame memory shown in FIG. 4 has M pixels of M pixels in the i direction and N pixels of the j direction.
It can be composed of N pixels. When each pixel is composed of 16 bits, a maximum of 256 pieces (8 bits) of image data of gradation of 8 bits can be integrated, for example. In this frame memory, the image data integrated in the pixel (i, j) is indicated by ΣDij (step S3).
【００１８】図３（ａ），（ｂ）において、第１画像の
画像信号を取り込んで、画像データ１Ｄijをフレームメ
モリ中のΣＤijに積算した後、試料ステージ３を移動し
て第２画像の画像信号の取込みを行い、画像データ２Ｄ
ijをフレームメモリ中のΣＤijに積算する。そして、こ
の試料ステージ３の移動，画像信号の取込み，および画
像データの積算の処理を繰り返す。このステップＳ１，
２，３の処理の繰り返しは、試料７の深さ方向について
所定の画像データが得られるまで行う（ステップＳ
４）。In FIGS. 3A and 3B, the image signal of the first image is taken in, the image data 1Dij is integrated into ΣDij in the frame memory, and then the sample stage 3 is moved to move the image of the second image. Signal acquisition and image data 2D
ij is added to ΣDij in the frame memory. Then, the process of moving the sample stage 3, capturing the image signal, and integrating the image data is repeated. This step S1,
The process of 2 and 3 is repeated until predetermined image data is obtained in the depth direction of the sample 7 (step S
4).
【００１９】ここで、試料ステージ３の移動量と顕微鏡
の焦点深度と関係について、図５を用いて説明する。本
発明の積算像は、試料ステージ３のＺ方向の移動毎に得
られる像を積算することにより求める。この試料ステー
ジ３のＺ方向の移動量は、積算像中の画像データに中断
部分が生じないように設定する必要がある。The relationship between the amount of movement of the sample stage 3 and the depth of focus of the microscope will be described with reference to FIG. The integrated image of the present invention is obtained by integrating the images obtained each time the sample stage 3 moves in the Z direction. The amount of movement of the sample stage 3 in the Z direction needs to be set so that no interruption occurs in the image data in the integrated image.
【００２０】通常、顕微鏡は顕微鏡の持つ焦点の前後に
焦点深度を備え、該焦点深度内について明瞭な像が得ら
れる。図５（ｂ），（ｃ）は異なる焦点位置で求められ
る第ｐ画像と第ｑ画像の焦点深度範囲を斜線で示してお
り、この範囲内の像は明瞭な像となる。そこで、試料ス
テージ３のＺ方向の移動量を、隣接する画像の焦点深度
範囲が重なるよう定める。これによって、積算像中の明
瞭な画像部分を断続することなく連続させることができ
る。図５（ｄ）は第ｐ画像と隣接する第ｑ画像の積算画
像を示しており、また、図５（ｅ）は隣接する画像の重
なり状態を模式的示している。Usually, the microscope has depths of focus before and after the focus of the microscope, and a clear image can be obtained within the depth of focus. 5 (b) and 5 (c), the focal depth ranges of the p-th image and the q-th image obtained at different focal positions are indicated by diagonal lines, and the images within this range are clear images. Therefore, the amount of movement of the sample stage 3 in the Z direction is determined so that the focal depth ranges of adjacent images overlap. As a result, the clear image portion in the integrated image can be made continuous without interruption. FIG. 5D shows an integrated image of the qth image adjacent to the pth image, and FIG. 5E schematically shows the overlapping state of the adjacent images.
【００２１】ステップＳ１からステップＳ４によって、
試料７について深さ方向の情報を含んだ積算画像データ
ΣＤijをフレームメモリ中に格納する。From step S1 to step S4,
The integrated image data ΣDij including the depth direction information of the sample 7 is stored in the frame memory.
【００２２】次に、ステップＳ５からステップＳ８の工
程によって、積算画像データの高調波強調の処理を行
う。Next, in steps S5 to S8, the process of emphasizing harmonics of the integrated image data is performed.
【００２３】はじめに、積算画像データの高調波強調処
理を周波数領域で行うために、フレームメモリ中に格納
されている積算画像データΣＤijを用いて２次元ＦＦＴ
処理を行って２次元スペクトルを求め、パワースペクト
ルを求める（ステップＳ５，ステップＳ６）。First, in order to perform harmonic enhancement processing of integrated image data in the frequency domain, a two-dimensional FFT is performed using integrated image data ΣDij stored in the frame memory.
Processing is performed to obtain a two-dimensional spectrum and a power spectrum (steps S5 and S6).
【００２４】次に、パワースペクトルＳ（ｋ，ｌ）を用
いて高調波強調の処理を行う。ここで、ｋはｉ方向の周
波数、ｌはｊ方向の周波数を表し、Ｓ（ｋ，ｌ）はその
周波数成分の強度を表す。図６は高調波強調を説明する
ための図である。図６（ａ）のパワースペクトルＳ
（ｋ，ｌ）を示す図において、矢印は周波数（ｋ，ｌ）
におけるパワースペクトルの大きさを示している。この
パワースペクトルに重み係数を乗ずることによって高調
波成分を強調する。積算画像中には、鮮明な画像となる
高周波成分と画像を不鮮明とする低周波成分が含まれて
いる。そこで、低周波成分を抑制し、高周波成分を強調
することによって鮮明な画像を生成する。Next, harmonic enhancement processing is performed using the power spectrum S (k, l). Here, k represents the frequency in the i direction, l represents the frequency in the j direction, and S (k, l) represents the intensity of the frequency component. FIG. 6 is a diagram for explaining harmonic emphasis. The power spectrum S of FIG.
In the figure showing (k, l), the arrow indicates the frequency (k, l).
It shows the magnitude of the power spectrum in. The harmonic component is emphasized by multiplying the power spectrum by a weighting coefficient. The integrated image contains a high-frequency component that makes a clear image and a low-frequency component that makes the image unclear. Therefore, a clear image is generated by suppressing the low frequency component and emphasizing the high frequency component.
【００２５】図６（ｂ）は高調波強調を行うための重み
係数の一例であり、ａｒ＋ｂであらわすことができる。
ここで、ｒはパワースペクトルの中心からの距離であ
り、ａ，ｂは重み係数の特性を定める係数である。な
お、この重み係数はａｒ＋ｂに限らず任意に設定するこ
とができ、例えばａｒ2 ＋ｂｒ＋ｃ等を用いることがで
きる。FIG. 6B shows an example of a weighting coefficient for emphasizing harmonics, which can be represented by ar + b.
Here, r is the distance from the center of the power spectrum, and a and b are coefficients that determine the characteristics of the weighting coefficient. The weighting coefficient is not limited to ar + b but can be set arbitrarily, and for example, ar2 + br + c can be used.
【００２６】図６（ｃ）は高調波強調後のパワースペク
トルＳ（ｋ，ｌ）’およびスペクトルを示し、高調波強
調の処理によって高調波成分が強調される（ステップＳ
７）。FIG. 6C shows the power spectrum S (k, l) 'and the spectrum after the harmonic enhancement, and the harmonic component is enhanced by the processing of the harmonic enhancement (step S).
7).
【００２７】高調波強調の処理で得られるデータは、周
波数領域におけるスペクトルであるため、フーリエ逆変
換によって表示可能なデータ形式に変換する。図７は画
像データの高調波強調の処理状態を説明するための図で
あり、画像データは図７（ａ）の処理前から図７（ｂ）
の処理後に変換され、例えば、ｉが３における画像が鮮
明に表示されることになる。Since the data obtained by the harmonic enhancement processing is a spectrum in the frequency domain, it is converted into a displayable data format by inverse Fourier transform. FIG. 7 is a diagram for explaining the processing state of the harmonic enhancement of the image data. The image data is processed from before the processing of FIG. 7A to FIG. 7B.
Is converted after the processing of 1, and the image with i = 3 is displayed clearly.
【００２８】変換された画像データは、しきい値との比
較等による輝度階調変換を行って出力バッファに格納し
た後（ステップＳ９）、表示手段６に表示信号として送
られて表示を行う（ステップＳ１０）。The converted image data is subjected to luminance gradation conversion by comparison with a threshold value and stored in the output buffer (step S9) and then sent to the display means 6 as a display signal for display (step S9). Step S10).
【００２９】これによって、長焦点像を得ることができ
る。また、顕微鏡からの色信号に対して、ＲＧＢの各色
信号毎に同様の画像処理を行うことによって、顕微鏡像
のカラー表示を行うことができる。As a result, a long focus image can be obtained. Further, by performing the same image processing on the color signals from the microscope for each of the RGB color signals, it is possible to perform color display of the microscope image.
【００３０】前記説明では、顕微鏡として光学顕微鏡を
用いたが、電子顕微鏡についても適用することができ
る。In the above description, an optical microscope is used as the microscope, but an electron microscope can be applied.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
十分な長焦点化によって焦点深度を向上させることがで
き、また、試料全体について鮮明な像を得ることができ
る。As described above, according to the present invention,
The depth of focus can be improved by sufficiently increasing the focal length, and a clear image can be obtained for the entire sample.
【図１】本発明の光学顕微鏡の全体構成を説明するため
のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram for explaining an overall configuration of an optical microscope of the present invention.
【図２】顕微鏡像の画像処理を行う方法の動作を説明す
るためのフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart for explaining an operation of a method for performing image processing of a microscope image.
【図３】画像データを説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining image data.
【図４】フレームメモリを説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a frame memory.
【図５】試料ステージの移動量と顕微鏡の焦点深度と関
係を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the amount of movement of the sample stage and the depth of focus of the microscope.
【図６】高調波強調を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining harmonic emphasis.
【図７】画像データの高調波強調の処理状態を説明する
ための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a processing state of harmonic enhancement of image data.
１…光学顕微鏡、２…撮像手段、３…試料ステージ、４
…試料ステージ制御手段、５…画像処理手段、６…表示
手段、７…試料、Ｓ…パワースペクトル、ΣＤij…積算
画像データ。1 ... Optical microscope, 2 ... Imaging means, 3 ... Sample stage, 4
... sample stage control means, 5 ... image processing means, 6 ... display means, 7 ... sample, S ... power spectrum, ΣDij ... integrated image data.
Claims (1)
して積算像を求め、積算像をフーリエ変換して２次元の
スペクトルを求め、該２次元スペクトルの高調波成分を
強調し、高調波強調した２次元スペクトルをフーリエ逆
変換して高調波強調した顕微鏡像を求めることを特徴と
する顕微鏡の画像処理方法。1. A plurality of microscopic images having different focal positions are integrated to obtain an integrated image, the integrated image is Fourier transformed to obtain a two-dimensional spectrum, and a harmonic component of the two-dimensional spectrum is emphasized to obtain a harmonic wave. An image processing method of a microscope, characterized in that the enhanced two-dimensional spectrum is inversely Fourier transformed to obtain a microscope image with harmonic enhancement.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7252237A JPH0997332A (en) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | Image processing method for microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7252237A JPH0997332A (en) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | Image processing method for microscope |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0997332A true JPH0997332A (en) | 1997-04-08 |
Family
ID=17234428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7252237A Withdrawn JPH0997332A (en) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | Image processing method for microscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
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