JPS5856588A - 画像分析分法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 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
りもけ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
域分割を高速で行なうだ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、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
どの相異によ部分類し計数して、臨床」二のデータとし
て提供する際には、顕微鏡画像を種々のアルゴリズムに
よって分析し分類計数を行なっている。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Ｖｇｌｍ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
ことは困難であった。とくに分類計数を行なう場合にお
いては、背景と対象物、対象物中の係などの比較的高濃
度の部分、原形質などのような低濃度の部分などのよう
に領域の分割を行なう際には、たとえは栗色の度合、塗
抹のでき具合、光学系のドリフト、塗抹標本」二の位置
によって得られる画像１枚ことに領域の濃度が異なって
検出されるので、各画像ことに最適のしきい値を求めで
設定する必要が生じている。したがって画像の各画素に
対地・するメモリの番地内に各画素の濃度情報を収り込
み、しかる後に各画素の濃度情報をコンピュータなどを
用いて濃度とスしグラムを作成したシ、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
を行なうための最適なしきい値を演算、すなわちコンピ
ュータのソフトフェアによって求めていた。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なうために、計算のための時
間が非常にかかシすぎるという欠点があった。すなわち
、一度コンピュ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って求める方法は、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、
したがって１件体当シの分析スピードかきわめて緩やか
になってしまい、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った。

本発明の方法および装置は、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も
のであり、従来同等の精度を」ニけるために数分から数
十分要していた時間をｌ／６０〜１／３０秒程度に訃で
大幅な短縮を行なえるものである。

すなわち末完ｆ：ｌｆｌば、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
＠域を分割することを特徴としている。本発明は以１：
のような方法で行なわれる。まずプレパラート」二に作
成された尿などの塗抹標本は顕微鏡カメラなとによシ光
電変換されて、光の濃度が電気信号として収り出される
。

これらの電気信号は画素、すなわち光電変換面の各ドツ
トに対応するノ・電気信号であｐｌこのノぐ電気信号の
畠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、この而の走査
は１方向へ１÷ｍｆで進むと、Ｊ方向へ１進み、再び１
方向に１−＞ｍと進み、合計量Ｘｎ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、ｍＸｎ個の情報を得るための時間、す
なわち而を１回スギャニングする時間は約１／６０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変換が行なわれディジタルの論理値に
変換される。従来はこの論理値を直接メモリに記憶させ
、コンピュータで各番地を読み出してすべての演算処理
を行なっていたために、非常に時間がかかったが、本発
明においては下記のようにしてスピードアンプを図った
。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け所定の
しきい値を設けて分割すれば良いのであるか、Ｗ１述の
ようにこのしきい値は画像ごとに設定する必冴があり、
従来はこれもすべてコンピュ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層手間を行な
って込た。

本発明においては、画像の信号のＡＤ変換値をメモリ内
に収り込むと同時に、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、に記憶された個数を読
み出り、１を加えて再び同・番地に記憶、はさせる。こ
のため第１番目のメモリには画像１而に対応する単なる
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か記憶される。したかつて
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
あるか、第２のメモリの番地１−ｉ′両像の２次元面と
は何ら対応せず、一層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シ、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
値かゼＯ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
において生ずる。第２図においてほぼ中央部の右に片寄
っ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］・ダラムでは得られ
なかっ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
やって、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
ついで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８Ａ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のメモリに収シ込まれ
た画像の濃度を２値化（０−！たばｌ）させれば、背景
と対象物とか分離される。画像が３種の濃度（たとえば
′ｉ！！ｉ′策、原形質、核）に分けられる場合につい
て示した例が第４図であシ、これによって求められた濃
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Ａ６
−ｉＩＯｌＢは１１、Ｃは１２、Ｄば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明域が
含まれるように設定している。すなわちＬきい値ｄｈを
あまシ大きな値にしておくと、ノイズｆｆｙ、分（ごみ
などによる情報）まて拾ってしまい、また小さすきると
主型な背景および対象物の情報までも捨ててしまうので
、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９Ｊ３！理として、平均化が爪要な要素となる
。

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ｇに記入された一番−１
二の数字（しきい値の和）のように凹凸力；はげしいが
、隣り合う累積値を加え合うことを２回繰り返して行な
う（平均化）ことによシ、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
濃度のり°ル−プである。右側のカーブの谷は濃度差の
境界値である。

以り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なった結果の例を第６図
に示す。第６図において、背景を無印字、細胞質を十印
、核をＸ印として表示している。このよう［ｔ４＠域を
分割してしまうと、分類のだ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
よって多少変動しても、上記処理によって常に一定のし
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〃在するか否かによる特徴抽出
においては、核以外の高濃度のこみゃ傷による情報は、
−に記しきい値の決定においては除外さｎ（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−
１ｍの連続した情報のみかしきい値決定のだめの情報と
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
ることかできる。寸だ尿沈渣中のガラス円柱のように半
透明か透り］に近いもので、染色によって顕著な差異が
生しなく、背景の濃度によってしきい値の設定か困難な
も・′）においても、上記方法によれば境界の不安定な
品分やノイズ成分を除去した有効な情報のみによってし
きい値が決定されるので、領域の分割を確実に行なうこ
とかできる。

以降の処理は、従来から行な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って判定が行なわれ、
分類計数さね、る。

つぎに以−にの方法を実１祭の回路に応用した例を第７
図に示す。第７図に示す＋＋！ｊｉ像分析装置は、テレ
ビカメラなどからなる撮像装置ｌと、この撮像装置１に
接続さね、たシエーティング補正回路２と、撮像装置１
からの水平同期パルス信り゛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って各画素
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、Ａ
Ｄ変換器４にメモリチータレジスタフを介して接続され
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なって
濃度差分値を求めるだめの減算器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」二のものを除去するテイ
ジタル比較器１３と、このテイジクル比較器１３および
リードアクセスメモリ６にメモリデータレジスタ１４を
介して接続されたディジタル加算器１５と、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にメモ
リデータレジスタ７を介して接続さね、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およびメモリアドレスレ
ジスタ２０とからなっている。

撮像装置１で得られる画像は、通常シェーディング特性
を有し、画像の明るさか一様でないために、得られた画
像は周辺部で暗くなり中央部でＥ”）−するいといった
現象が生ずる。したがって画像の位置によって出力値づ
を補正するための補正信り・を撮像装置１に送り、未来
あるべき信号を出力するように補正するだめの回路がシ
エーテイング補正回路２である。一般には対象物のない
状態での１画面分の出力値りを記・臆しておき、あとで
得られた画像イｄ８をコノヒ゛ユータで補正して出力す
る方法が用いられるか、この方法で（はスピードの而で
問題があり、撮像装置１の走査時間に同期させ、補ｉｌ
Ｅを行なった力かスピードアンプされる。撮像装置ｌ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
垂直向１９１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って各画
素の濃度かＡＤ変換され、濃度を表わす論理値ｆが油質
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、ｉｆＪ述の領域分割のしきい
値設定を行なう産めに、リードアクセスメモリ６および
レジスタ１ｏ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、とｒＬＶＣ基つ
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き゛る部分をカット
し、Ｌ型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か省略できる。

なおメモリアドレスレジスタ５．２０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、メモリデータ
レジスタ１４．７１−１メモリ内ｖｃＢき込む情報の一
時記憶素子であり、アドレスレジスフとデータレジスタ
への信号が揃った時点で書き込みが行なわれる。レジス
タ１０．１１け、いわゆるデータが転送されるレジスタ
であり、今［朔のデータが久方さｔ′１５ると、４１７
回のデータがレジスタ１０からレジスタ１１へ転送され
、次々と記憶内容か変化していく。このタイミングはサ
ノプリシグバルス発生器のパルスによって行なわねる。

レジスタ１１には１ｌｉｆ７回のデータか８己（意され
ておシ、したがってレジスタ１．０，１１内のデータを
比較し減算器１２で引算をすれば差分値Δｆか求呼る、
この差分値Δｆをディジタル比較器１３で予め設定され
たしきい硫ｄｈと比較し、しきｂ値以下のものだけを通
過させ、しきい値ｄｈ以」二のものを除去する。すなわ
ちしきい値ｄｈ以Ｆを１、しきい値ｄｈ以−１をゼＤと
する。次のディジタル加算器１５１ｊ？めメモリアドレ
スレジスタ５の番地指定の論理値によって、すでにリー
ドアクセスメモリ６に占き込せれた個数を読み出してお
き、その（ＷＶｃｌ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。したがって差分値Δｆ
がしきい値ｄｈ　Ｊ：　ｆｉも大きいときはゼロである
から、１ノードアクセスメモリ６の内容Ｉｉ変らない。

すなわちもとの記憶内容のｉｔである。−力、（面像メ
モリ８には、Ｘカクンク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
ｘ、ｙ座標のデータが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がメモリデ−
タレジスタ７に送らね１、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にはシキい値ｄｈ以上の差
分値を有する画素の濃度と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。ｌ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］・ダラムの平均化が行なわれ、さらに
谷の（装置の検出が計算機内蔵の主プログラムに従って
行なわれ、続いて谷の位１１１を新しいしきい姶とし、
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
によって処理し、Ｏかｌの２硝化または０．１−１■−
などの３　イｒｆｔ化などのような多値化を行ない、領
域の決定が行なわれる。この処理によって得られた出力
の例（ま第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
って行なわれる。従来のこの種の分類計数装置において
は、１ｆ１述のような方法や装置を用いずにコンピュー
タのソフトグログラムによって領域を決定したり、呼た
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、−力、後者では精度か得られなかっ
たが、本発明の方法および装置によｈば、精度が」二が
るとともに、大幅な時間の短縮化がなされるようになシ
、多検体の多画面の処理が短時間で実施てき、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
−Ｌ−させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、従来ソフトウェ
ア（コンピュータのプログラム）で行なわれた被測定物
体の領域分割のためのしきい値の設定が、ハードウェア
（回路）で行なえるようになり、このため従来数分から
数１−分かかつでいたものが１／６０秒から１／３０秒
程度で行なえるようになシ時間を大幅に短縮することか
できる。また従来のスピードが速かった固定式のしきい
値を用いた方法は、サンプルが変わったり、半透明の物
体の処理においては精度が得られなかったが、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なわね２、かつごみ
や傷などのノイズ成分の影響を受は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１〜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（たとえば背鰍、原
形質、核）に分けらね、る場合について一例２しこ示し
た説１１図、第５図は第４図によっ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なった
結果の一例を示す説明図、第７図は本発明の装置の一実
施態様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個ずつに対応するナンブリングパルスの波形
図である。 ■・・・撮像装置？′ｔ、２・・・シェーディング補正
回路、３・・・サンプリングパルス発生器、４・・・Ａ
Ｄ変換器、５・・・メモリアドレスレジスタ、６・・・
リードアクセスメモリ、７・・・メモリデータレジスク
、８・・・画像メモリ、１０．１１・・・レジスタ、１
２・・・減算器、１３・・・ディジタル比較器、１４・
・・メモリデータレジスタ、ｌ’５・・・ティシタル加
算器、１６・・・計算機、１７・・・Ｘカクンタ、１８
・・・Ｙカクンタ、２０・・・メモリアドレスレジスタ 特　許　出　願　人　　東亜医用電子株式会社第１図 第２図 ’ｆｔ、７−ｆＬ４五−リ

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０７７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−６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ｖＡ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回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−と、この撮像装置
   に接続され画像の位置によって出力信号を補正するため
   の補正信号を撮像装置に送、シ木米あるべき信号を出力
   するように補正するシエーテイング補正回路と、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ヅンゾリングパル
   ス発生器と、このサンプリングパルスによって６＋ｉＷ
   素の濃度をＡＤ変換し濃度を表わす論理値を出／ｙする
   ＡＤ変換器と、このＡＤ変換器にメモリアドレスレジス
   タを介して接続されたリードアクセスメモリと、ＡＤ変
   換器にメモリデータレジスタを介して接続された画像メ
   モリと、ＡＤ変換器に接続された２個のレジスタと、こ
   れらのレジスタに接続さｔｌ、２個のレジスタのテーク
   を比較し引算を行なって濃度差分値を求めるだめの減算
   器と、この濃度差分値をＰ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
   のを除去するディジタル比較器と、このディジタル比較
   器およびリードアクセスメモリにメモリデータレジスタ
   を介して接続され予めメモリアドレスレジスタの番地指
   定の論理値によってすでにリードアクセスメモリに占き
   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に書き込むだめのテイジタル加算
   器と、メモリテータンジスクに接続されかつ前記画像メ
   モリにメモリデータレジスタを介して接続された計算機
   と、前記撮像装置と画像メモリとの間に設けられたＸカ
   クンタ、Ｙカクンタおよびメモリアドレスレジスタとか
   らなることを特徴とする画像分析装置。