JPH0159616B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学的な視野中に得られる血球や尿
沈渣物などの分析対象物の中で、背景との差異が
明確でない画像の背景と対象物との差異を的確に
判断し、かつ従来法よりもはるかに高速の処理を
可能とする方法およびその装置に関するもので、
とくに顕微鏡画像の被測定物体の領域分割を高速
で行うための画像分析方法およびその装置を提供
せんとするものである。

〔従来の技術〕 従来、白血球分類などのように、塗抹標本にお
ける白血球などの対象物を形態学的な差異または
サイズ、濃淡などの相異により分類し計数して、
臨床上のデータとして提供する際には、顕微鏡画
像を種々のアルゴリズムによつて分析し、分類計
数を行つている。

また、特開昭49―93095号公報には、第１波長
帯と第２波長帯の信号を代数的に結合して区域を
分類する、色代数と像処理技術を用いる分析方法
および装置が記載されている。しかし、この公報
には、本発明におけるようにして、しきい値を得
ることについては、何ら記載されていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

比較的高濃度に染色される白血球細胞などの場
合においては、細胞と背景との光学的な差異が明
確であるのに対し、尿沈渣物などのような透明に
近い物質を含むものの分類計数に際しては、被測
定対象物と背景との差異が殆どなく、予め設定さ
れた固定のしきい値で、すべての画像を分析する
ことは困難であつた。とくに分類計数を行う場合
におては、背景と対象物、対象物中の核などの比
較的高濃度の部分、原形質などのような低濃度の
部分などのように領域の分割を行う際には、たと
えば染色の度合、塗抹のでき具合、光学系のドリ
フト、塗抹標本上の位置によつて得られる画像１
枚ごとに、領域の濃度が異なつて検出されるの
で、各画像ごとに最適のしきい値を求めて設定す
る必要が生じている。したがつて画像の各画素に
対応するメモリの番地内に、各画素の濃度情報を
取り込み、しかる後に各画素の濃度情報をコンピ
ユータなどを用いて濃度ヒストグラムを作成した
り、あるいは類似した各画素を連結させ、特徴の
連続性に着目した領域分割を行うための最適なし
きい値を演算、すなわちコンピユータのソフトウ
エアによつて求めていた。いずれにしても、最適
値を得るためには同一画像について条件を少しず
つ変えて演算処理を行うために、計算のための時
間が非常にかかりすぎるという欠点があつた。す
なわち、一度コンピユータのメモリに情報を入力
させ、分析のためのしきい値を演算によつて求め
る方法は、予め固定したしきい値を利用する方法
と比較して、はるかに高精度の分析が可能であ
り、緻密な補正演算などを付加することができる
という反面、演算処理に相当の時間を要し、した
がつて１件体当りの分析スピードが、きわめて緩
やかになつてしまい、多検体の高速処理を必要と
する病院の検査室などで用いるには実用的ではな
かつた。

本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、画
像中の対象物と背景との差が明確でないもの、た
とえば尿沈渣におけるガラス円柱などにおいて
も、最適のしきい値を決定し、かつ画像をメモリ
内に取り込むのとほぼ同時に処理してしまうこと
ができ、従来同等の精度を上げるために数分から
数十分要していた時間を、１／60〜１／30秒程度
にまで大幅な短縮を行える画像分析方法およびそ
の装置を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段および作用〕

上記の目的を達成するために、本発明の画像分
析方法は、撮像装置で得られる画像の各画素と前
回測定の画素との濃度差分値を求めて、所定の値
以下の濃度差分値を有する画素の濃度ヒストグラ
ムを得、この濃度ヒストグラムの谷の位置を検出
し、この谷の位置の濃度値を新しいしきい値とし
て画像を分析し領域を分割することを特徴として
いる。

また、本発明の画像分析装置は、第７図を参照
して説明すれば、画像の画素の濃度に対応するア
ナログ信号と画素の位置を示すために必要な水平
同期パルス信号および垂直同期パルス信号を発生
する撮像装置１と、この撮像装置に接続され画像
の位置によつて出力信号補正するための補正信号
を撮像装置に送り本来あるべき信号を出力するよ
うに補正するシエーデイング補正回路２と、撮像
装置からの水平同期パルス信号を受けて画素１個
ずつに対応するサンプリングパルスを発生するサ
ンプリングパルス発生部３と、このサンプリング
パルスによつて各画素の濃度をAD変換し濃度を
表わす論理値を出力するAD変換器４と、この
AD変換器に第１メモリアドレスレジスタ５を介
して接続されたリードアクセスメモリ６と、AD
変換器４に第１メモリデータレジスタ７を介して
接続された画像メモリ８と、AD変換器４に接続
された２個のレジスタ１０，１１と、これらのレ
ジスタに接続され２個のレジスタのデータを比較
し引算を行つて濃度差分値を求めるための減算器
１２と、この濃度差分値を予め設定されたしきい
値と比較ししきい値以下のものだけを通過させし
きい値以上のものを除去するデイジタル比較器１
３と、このデイジタル比較器およびリードアクセ
スメモリ６に第２メモリデータレジスタ１４を介
して接続され予め第１メモリアドレスレジスタ５
の番地指定の論理値によつてすでにリードアクセ
スメモリ６に書き込まれた個数を読み出しておき
その値に１を加えて再びリードアクセスメモリ６
に書き込むためのデイジタル加算器１５と、第２
メモリデータレジスタ１４に接続されかつ前記画
像メモリ８に第１メモリデータレジスタ７を介し
て接続された計算機１６と、前記撮像装置１と画
像メモリ８との間に設けられたＸカウンタ１７、
Ｙカウンタ１８および第２メモリアドレスレジス
タ２０とを包含するものである。

本発明は以下のような方法で行われる。まずプ
レパラート上に作成された尿などの塗抹標本は、
顕微鏡カメラなどにより光電変換されて、光の濃
度が電気信号として取り出される。これらの電気
信号は画素、すなわち光電変換面の各ドツトに対
応するパルス信号であり、このパルス信号の高さ
は光の強弱に比例する。第１図に示す画像の各
点、すなわち画素の濃度をfi、ｊとすると、この
面の走査はｉ方向へ１→ｍまで進むと、ｊ方向へ
１進み、再びｉ方向に１→ｍと進み、合計ｍ×ｎ
個の画素についての信号を得ることができる。一
般のテレビカメラを用いた場合においては、ｍ×
ｎ個の情報を得るための時間、すなわち面を１回
スキヤニングする時間は約１／６秒程度である。
こうして得られた電気信号は各画素のパルス信号
に対し、AD変換が行われデイジタルの論理値に
変換される。従来はこの論理値を直接メモリに記
憶させ、コンピユータで各番地を読み出して、す
べての演算処理を行つていたために、非常に時間
がかかつたが、本発明においては下記のようにし
てスピードアツプを図つた。すなわち画像の各点
である画素が背景に属するのか、原形質に属する
のか、あるいは核に属するのかは所定のしきい値
を設けて分割すれば良いのであるが、前述のよう
に、このしきい値は画像ごとに設定する必要があ
り、従来はこれもすべてコンピユータで演算して
求め、それからメモリ内の情報を分割するという
と二度手間を行つていた。

本発明においては、画像の信号のAD変換値を
メモリ内に取り込むと同時に、別のメモリに各画
素間の濃度の差分をヒストグラムとして記憶させ
る。すなわち画像のある点の濃度をfi，ｊとする
と、Δfi、ｊ＝fi、ｊ−fi、₁、ｊで求まる差分Δfi、
ｊを求め、メモリのΔfi、ｊに該当するメモリの
番地と、濃度fi、ｊが該当する番地との交差する
番地に記憶された固数を読み出し、１を加えて再
び同番地に記憶させる。このため第１番目のメモ
リには画像１面に対応する単なる濃度の情報が、
第２番目のメモリには画像の各点の濃度と差分値
のヒストグラム情報が記憶される。したがつて第
１のメモリの番地は画像の２次元面に対応する番
地であるが、第２のメモリの番地は画像の２次元
面とは何ら対応せず、一度変換された濃度分布情
報に関する番地である。この第２のメモリ内に記
憶される内容は、第２図に示すようなものであ
り、所定の濃度値および濃度差分値に対応する画
素がいくつあるかを示すものである。なお第２図
における数字は度数を示している。差分値がゼロ
ということは、隣りの画素との間に濃度差がない
ことを示し、たとえば均一な背景あるいは細胞の
内部において生じる。第２図において、ほぼ中央
部の右に片寄つた部分は、細胞と背景との境界上
の画素に相当するものであり、単なる濃度の分布
のヒストグラムでは得られなかつた顕著なヒスト
グラムを得ることができる。さらに第２図におい
て、予め濃度差分値にしきい値を設けてやつて、
所定の値以上の差分値、すなわち濃度勾配を有す
る画素を除去してやると、しきい値dh以下の画
素についてのヒストグラムが得られる。これによ
り背景と対象物とを明確に区別することができ
る。

第３図はしきい値dh以下の画素についての濃
度値に対する分布曲線を求めたものであり、濃度
fv（＝30）という値が背景と対象物との間の安定
な境界レベルである。この求められた境界レベ
ル、すなわち濃度fvを新しいしきい値とし、すで
に第１のメモリに取り込まれた画像の濃度を２値
化（０または１）させれば、背景と対象物とが分
離される。画像が３種の濃度（たとえば背景、原
形質、核）に分けられる場合について示した例が
第４図であり、これによつて求められた濃度ヒス
トグラムを第５図に示す。なお試料は２核の移行
上皮細胞である。第４図において各数字および
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは各濃度および差分値に該当する
画素が、画像中に何個ずつ含まれているかを示す
もので、１〜９とＡは10、Ｂは11、Ｃは12、Ｄは
13個を示している。なおしきい値dhは、予め背
景と対象物の安定領域が含まれるように設定して
いる。すなわち、しきい値dhをあまり大きな値
にしておくと、ノイズ成分（ごみなどによる情
報）まで拾つてしまい、また小さすぎると主要な
背景および対象物の情報までも拾ててしまうの
で、fvの設定が困難となる。また濃度ヒストグラ
ムを得るための処理として、平均化が重要な要素
となる。すなわち第４図のしきい値dh以下の各
個数を、各濃度について累積すると、第４図の下
部に記入された１番上の数字（しきい値の和）の
ように凹凸がはげしいが、隣り合う累積値を加え
合うことを２回繰り返して行う（平均化）ことに
より、比較的なだらかな第５図に示すような濃度
ヒストグラムが得られる。第５図において、左側
が背景の濃度のグループであり、右側が対象物の
濃度のグループである。右側のカーブの谷は濃度
差の境界値である。

以上のようにして得られた谷の中央値を、次の
画像分析のためのしきい値とし、すでに第１のメ
モリ内に記憶された１画面分について処理を行つ
た結果の例を第６図に示す。第６図において、背
景を無印字、細胞質を＋印、核を＊印として表示
している。このようにして領域を分割してしまう
と、分類のための処理は容易である。たとえば面
積による分類において、画質が染色状況などによ
つて多少変動しても、上記処理によつて、常に一
定のしきい値を得ることができるために、正確な
面積を得ることができる。さらに核が存在するか
否かによる特徴抽出においては、核以外の高濃度
のごみや傷による情報は、上記しきい値の決定に
おいては除外され（差分値がしきい値dhを越え
てしまうため）連続する２画素以上の連続した情
報のみが、しきい値決定のための情報として利用
されるため、正確に核を判定し、領域を分割させ
ることができ、このため核の面積までを常に正確
に得ることができる。また尿沈渣中のガラス円柱
のように半透明か透明に近いもので、染色によつ
て顕著な差異が生じなく、背景の濃度によつてし
きい値の設定が困難なものにおいても、上記方法
によれば、境界の不安定な部分やノイズ成分を除
去した有効な情報のみによつて、しきい値が決定
されるので、領域の分割を確実に行うことができ
る。以降の処理は、従来から行われているパター
ン認識またはその他の特徴抽出の手法によつて判
定が行われ、分数計数される。

〔実施例〕

つぎに以上の方法を実際の回路に応用した実施
例を第７図に示す。第７図に示す画像分析装置
は、テレビカメラなどからなる撮像装置１と、こ
の撮像装置１に接続されたシユーデイング補正回
路２と、撮像装置１からの水平同期パルス信号を
受けて画素１個ずつに対応するサンプリングパル
スを発生するサンプリングパルス発生器３と、こ
のサンプリングパルスによつて各画素の濃度を
AD変換し濃度を表わす論理値を出力するAD変
換器４と、このAD変換器４に第１メモリアドレ
スレジスタ５を介して接続されたリードアクセス
メモリ６と、AD変換器４に第１メモリデータレ
ジスタ７を介して接続された画像メモリ８と、
AD変換器４に接続された２個のレジスタ１０，
１１と、これらのレジスタ１０，１１に接続され
２個のレジスタのデータを比較し引算を行つて濃
度差分値を求めるための減算器１２と、この濃度
差分値を予め設定されたしきい値と比較ししきい
値以下のものだけを通過させしきい値以上のもの
を除去するデイジタル比較器１３と、このデイジ
タル比較器１３およびリードアクセスメモリ６に
第２メモリデータレジスタ１４を介して接続され
たデイジタル加算器１５と、第２メモリデータレ
ジスタ１４に接続されかつ前記画像メモリ８に第
１メモリデータレジスタ７を介して接続された計
算機１６と、前記撮像装置１と画像メモリ８との
間に設けられたＸカウンタ１７、Ｙカウンタ１８
および第２メモリアドレスレジスタ２０とからな
つている。

撮像装置１で得られる画像は、通常シエーデイ
ング特性を有し、画像の明るさが一様でないため
に、得られた画像は周辺部で暗くなり中央部で明
るいといつた現象が生ずる。したがつて画像の位
置によつて出力信号を補正するための補正信号を
撮像装置１に送り、本来あるべき信号を出力する
ように補正するための回路が、シエーデイング補
正回路２である。一般には対象物のない状態での
１画面分の出力信号を記憶しておき、あとで得ら
れた画像信号をコンピユータで補正して出力する
方法が用いられるが、この方法ではスピードの面
で問題があり、撮像装置１の走査時間に同期さ
せ、補正を行つた方がスピードアツプされる。撮
像装置１からは、画像の画素の濃度に対応するア
ナログ信号と、画素の位置を示すために必要な水
平同期パルス信号および垂直同期パルス信号とが
出力される。水平同期パルス信号を受けて、サン
プリングパルス発生器３は、第８図に示すような
画素１個ずつに対応するサンプリングパルスを発
生する。このサンプリングパルスによつて各画素
の濃度がAD変換され、濃度を表わす論理値ｆが
AD変換器４から出力される。AD変換器４の出
力ｆは、画像メモリ８に送られるともに、前述の
領域分割のしきい値設定を行うために、リードア
クセスメモリ６およびレジスタ１０に送られる。
前述の方法においては、説明をわかり易くするた
めに、第２図および第４図に示すような差分値を
含むヒストグラムを示し、これに基づいて第３図
および第５図に示すような濃度に対する個数を表
示する濃度ヒストグラムを求める方法について説
明したが、結果として差分値の大きすぎる部分を
カツトし、主要部分のみによる濃度ヒストグラム
だけで良いので、実際の回路ではその部分が省略
できる。なお第１メモリアドレスレジスタ５、第
２メモリアドレスレジスタ２０はメモリ内の番地
を指定するための一時記憶素子であり、前者にお
いては濃度に対応する番地を、後者においては画
素の位置に対応するメモリ内の番地を指定する。
一方、第２メモリデータレジスタ１４、第１メモ
リデータレジスタ７はメモリ内に書き込む情報の
一時記憶素子であり、アドレスレジスタとデータ
レジスタへの信号が揃つた時点で書き込みが行わ
れる。レジスタ１０，１１は、いわゆるデータが
転送されるレジスタであり、今回のデータが入力
されると、前回のデータがレジスタ１０からレジ
スタ１１へ転送され、次々と記憶内容が変化して
いく。このタイミングはサンプリングパルス発生
器のパルスによつて行われる。レジスタ１１には
前回のデータが記憶されており、したがつてレジ
スタ１０，１１内のデータを比較し、減算器１２
で引算をすれば、差分値Δfが求まる。この差分
値Δfをデイジタル比較器１３で、予め設定され
たしきい値dhと比較し、しきい値以下のものだ
けを通過させ、しきい値dh以上のものを除去す
る。すなわちしきい値dh以下を１、しきい値dh
以上をゼロとする。次のデイジタル加算器１５
は、予めメモリアドレスレジスタ５の番地指定の
論理値によつて、すでにリードアクセスメモリ６
に書き込まれた個数を読み出しておき、その値に
１を加え、再びリードアクセスメモリ６に書き込
むためのものである。したがつて差分値Δfがし
きい値dhよりも大きいときは、ゼロであるから、
リードアクセスメモリ６の内容は変らない。すな
わちもとの記憶内容のままである。一方、画像メ
モリ８には、Ｘカウンタ１７、Ｙカウンタ１８で
数えられた指定の番地、すなわち画像の画素の位
置に対応するｖ、ｙ座標のデータが第２メモリア
ドレスレジスタ２０を介して送られ、一方、AD
変換器４の出力ｆが第１メモリデータレジスタ７
に送られ、画像メモリ内に濃度情報として記憶さ
れる。

以上のようにして、画像メモリ８には画像の情
報が、一方、リードアクセスメモリ６にはしきい
値dh以下の差分値を有する画素の濃度ヒストグ
ラム情報が記憶され、両者の記憶は数十分の１秒
の高速で１画像につき処理される。１画像につい
てのメモリ書込みが終ると、前述のように濃度ヒ
ストグラムの平均化が行われ、さらに谷の位置の
検出が、計算機内蔵の主プログラムに従つて行わ
れ、続いて谷の位置を新しいしきい値とし、画像
メモリ８に記憶された画素の濃度を新しいしきい
値によつて処理し、０か１の２値化または０、＋、
＊などの３値化などのような多値化を行い、領域
の決定が行われる。この処理によつて得られた出
力の例は、第６図に示すようなものであり、これ
以降の分類などの処理も計算機１６に記憶された
プログラムに従つて行われる。従来のこの種の分
類計数装置においては、前述のような方法や装置
を用いずにコンピユータのソフトプログラムによ
つて領域を決定したり、または固定のしきい値で
すべて処理していたために、前者は時間がかかり
すぎ、一方、後者では精度が得られなかつたが、
本発明の方法および装置によれば、精度が上がる
とともに、大幅な時間の短縮化がなされるように
なり、多検体の多画面の処理が短時間で実施で
き、白血球分類装置、尿沈渣分類計数装置などの
処理能力を大幅に向上させることができる。

〔発明の効果〕 本発明の方法および装置においては、均一な背
景あるいは細胞の内部であるか、細胞と背景との
境界であるか等、従来の濃度ヒストグラムでは得
られなかつた顕著なヒストグラムを得ることがで
きる。また、所定値を越える濃度差分値を有する
画素を除去したヒストグラムを得ることができる
ので、高濃度のごみ等のノイズの影響を除去する
ことができる。

このため、画像中の対象物と背景との差が明確
でないもの（例えば尿沈渣物などのような透明に
近い物質を含んでいる場合）や、ノイズのある場
合において、最適のしきい値を決定できるという
効果を有する。

また、本発明の装置においては、画像の信号の
AD変換値を画像メモリに取り込むと同時に、リ
ードアクセスメモリに各画素の濃度の差分をヒス
トグラムとして記憶させている。さらに、デイジ
タル比較器により所定値を越える濃度差分値のデ
ータをリードアクセスメモリへの記憶対象からは
ずしている。これらのことにより処理時間が短縮
される。

このように、従来ソフトウエアで行つていた領
域分割のためのしきい値の設定を、ハードウエア
で行うことにより、処理時間を大幅に短縮するこ
とができる。

以上説明したように、本発明によれば、従来ソ
フトウエア（コンピユータのプログラム）で行わ
れた被測定物体の領域分割のためのしきい値の設
定が、ハードウエア（回路）で行えるようにな
り、このため従来数分から数十分かかつていたも
のが、１／60秒から１／30秒程度で行えるように
なり、時間を大幅に短縮することができる。また
従来のスピードが速かつた固定式のしきい値を用
いた方法は、サンプルが変わつたり、半透明の物
体の処理においては精度が得られなかつたが、本
発明の方法および装置を用いると、スピードが変
わらず高精度の処理がサンプルの濃度に応じて行
われ、かつごみや傷などのノイズ成分の影響を受
け難いなどの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はテレビカメラなどの撮像装置の画像に
おける画素を示す説明図、第２図は所定の濃度値
および濃度差分値に対応する画素の数を示す説明
図、第３図はしきい値以下の画素についての濃度
値に対する分布曲線を示すグラフ、第４図は画像
が３種の濃度（たとえば背景、原形質、核）に分
けられる場合について一例として示した説明図、
第５図は第４図によつて求められた濃度ヒストグ
ラム、第６図は１画面分について処理を行つた結
果の一例を示す説明図、第７図は本発明の装置の
一実施例を示す系統的説明図、第８図は本発明の
方法における画素１個ずつに対応するサンプリン
グパルスの波形図である。 １……撮像装置、２……シユーデイング補正回
路、３……サンプリングパルス発生器、４……
AD変換器、５……第１メモリアドレスレジス
タ、６……リードアクセスメモリ、７……第１メ
モリデータレジスタ、８……画像メモリ、１０，
１１……レジスタ、１２……減算器、１３……デ
イジタル比較器、１４……第２メモリデータレジ
スタ、１５……デイジタル加算器、１６……計算
機、１７……Ｘカウンタ、１８……Ｙカウンタ、
２０……第２メモリアドレスレジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 撮像装置で得られる画像の各画素と前回測定
   の画素との濃度差分値を求めて、所定の値以下の
   濃度差分値を有する画素の濃度ヒストグラムを
   得、この濃度ヒストグラムの谷の位置を検出し、
   この谷の位置の濃度値を新しいしきい値として画
   像を分析し領域を分割することを特徴とする画像
   分析方法。 ２ 画像の画素の濃度に対応するアナログ信号と
   画素の位置を示すために必要な水平同期パルス信
   号および垂直同期パルス信号を発生する撮像装置
   １と、この撮像装置に接続され画像の位置によつ
   て出力信号を補正するための補正信号を撮像装置
   に送り本来あるべき信号を出力するように補正す
   るシエーデイング補正回路２と、撮像装置からの
   水平同期パルス信号を受けて画素１個ずつに対応
   するサンプリングパルスを発生するサンプリング
   パルス発生器３と、このサンプリングパルスによ
   つて各画素の濃度をAD変換し濃度を表わす論理
   値を出力するAD変換器４と、このAD変換器に
   第１メモリアドレスレジスタ５を介して接続され
   たリードアクセスメモリ６と、AD変換器４に第
   １メモリデータレジスタ７を介して接続された画
   像メモリ８と、AD変換器４に接続された２個の
   レジスタ１０，１１と、これらのレジスタに接続
   され２個のレジスタのデータを比較し引算を行つ
   て濃度差分値を求めるための減算器１２と、この
   濃度差分値を予め設定されたしきい値と比較しし
   きい値以下のものだけを通過させしきい値以上の
   ものを除去するデイジタル比較器１３と、このデ
   イジタル比較器およびリードアクセスメモリ６に
   第２メモリデータレジスタ１４を介して接続され
   予め第１メモリアドレスレジスタ５の番地指定の
   論理値によつてすでにリードアクセスメモリ６に
   書き込まれた個数を読み出しておきその値に１を
   加えて再びリードアクセスメモリ６に書き込むた
   めのデイジタル加算器１５と、第２メモリデータ
   レジスタ１４に接続されかつ前記画像メモリ８に
   第１メモリデータレジスタ７を介して接続された
   計算機１６と、前記撮像装置１と画像メモリ８と
   の間に設けられたＸカウンタ１７、Ｙカウンタ１
   ８および第２メモリアドレスレジスタ２０とを包
   含することを特徴とする画像分析装置。