JPH0997332A - 顕微鏡の画像処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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
顕微鏡の画像処理を行う。 【解決手段】 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（ステップＳ１〜３）、積算像をフー
リエ変換して２次元のスペクトルを求め（ステップＳ
５，６）、この求めた２次元スペクトルの高調波成分を
強調し（ステップＳ７）、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（ステップＳ８）ことによって、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から、焦
点深度を向上させた長焦点像を得る。これによって、焦
点深度を向上させ、試料全体について鮮明な像を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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）。

【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）。

【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）。

【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）。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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）。

【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。

【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。

【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）。

【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。

【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）。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【図３】画像データを説明するための図である。

【図４】フレームメモリを説明するための図である。

【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。

【図６】高調波強調を説明するための図である。

【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。

【符号の説明】

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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、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。