JP2686274B2

JP2686274B2 - 細胞画像処理方法および装置

Info

Publication number: JP2686274B2
Application number: JP63070775A
Authority: JP
Inventors: 時弘小坂
Original assignee: 東亜医用電子株式会社
Priority date: 1988-03-24
Filing date: 1988-03-24
Publication date: 1997-12-08
Anticipated expiration: 2012-12-08
Also published as: EP0333921B1; DE3854996T2; DE3854996D1; JPH01242961A; EP0333921A3; EP0333921A2; US5099521A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、画像データ専用バスを有する細胞画像処理
に関するものであり、詳しくは、１枚の画像中に多数個
の細胞が存在する場合にも、各々の細胞のエッジ検出情
報から、一度に効率良く多数個の細胞に対する累積色度
情報、色度ヒストグラム、累積勾配情報、勾配ヒストグ
ラム等の細胞画像パラメータが求められる細胞画像処理
方法および装置に関する。

（従来の技術）まず最初に、画像データ専用バスを有する画像処理装
置の一般的なアーキテクチャーと、その動作を簡単に説
明する。

第１図は、画像データ専用バスを有する画像処理装置
の一つの例を示すブロック図である。

一番上位には汎用マイクロコンピュータ12が配置さ
れ、このシステムのホストプロセッサとして統括的な機
能をする。一番下位には実際の画像をハードウェア的に
処理するボード（スレーブボード）が通常は複数枚配置
され、これらのボードはその上位に配置されるマスタコ
ントローラ＆プロセッサ14により、その動作、機能がコ
ントロールされる。すなわち、これらの各ボードは、そ
の動作モード，機能，パラメータ等がマスタコントロー
ラ＆プロセッサ14によりスレーブボード制御用バス16を
介して設定されることによって動作する。また、これら
のボードは、通常８ビットデータバスを１チャンネルと
して６〜９チャンネルの画像データ専用バス18を介して
お互いに結合される。

画像データ専用バス上のデータの流れは、テレビにお
けるラスタスキャチン方式と同じく時系列的であり、１
枚の画像データを全て受渡しするのに1/60秒かかる。つ
まり、この画像データ専用バスは、水平同期，垂直同期
をタイミングのベースとしており、１枚の画像データに
対するランダムなアクセスは、このデータバス18を介し
ては出来ない。画像データ専用バスが垂直同期をタイミ
ングのベースとしていることから、これに繋がる各ボー
ドによる処理も、垂直同期周期（1/60秒）を１回の処理
サイクルとしている。したがって、マスタコントローラ
＆プロセッサからの各スレーブボードへの動作モード，
機能，パラメータ等の設定は、通常、垂直帰線期間中に
行われる。このマスタコントローラ＆プロセッサは、一
番上位に位置する汎用マイクロコンピュータからの画像
処理要求に応じて各スレーブボードを制御するが、それ
とともに、イメージプロセッサボード20の処理によって
得られたデータを基に、細胞像に対するエッジトレー
ス，画積，周囲長等の特徴パラメータを計算する役目も
担っている。さらに、スレーブボード制御用バスを介し
て、イメージメモリボード22,24の内容をランダムにア
クセスすることも可能であり、細胞の写っている位置を
知って、その部分のみの画像データを取り込んで、さら
に別の特徴パラメータを計算することも出来るようにな
っている。

次に、平面シースフロー中を流動する細胞の静止画像
を撮像し画像処理によって細胞をその種類に応じて分類
する場合を例に挙げて、上記一般的画像処理装置10の動
作について概略を説明する。

平面シースフローとは、対象とする粒子のうちの最も
厚みの厚い粒子と同程度の厚さと、最も幅の広い粒子よ
りも何倍も、たとえば、100倍以上も広い幅を持つ流れ
のことであり、その流れの中に対象とする粒子を厚さ方
向には互いに重ならないように流すものである。この平
面シースフローを具体化した装置の一例は特表昭57−50
0995号公報および米国特許第4338024号に開示されてい
る。

平面シースフロー中での細胞の静止画像をとらえるた
めに、発光時間の短いストロボ光またはパルスレーザ光
を上記流れの厚さ方向から照射し、対物レンズを介し
て、ビデオカメラ（カラーカメラ）26の撮像面に画像を
結ばせる。カメラからは、Ｒ（赤）,G（緑）,B（青）の
３色に分解されたアナログ信号が出力され、それらは画
像入力ボード28に入力され、アナログ／デジタル変換
（A/D変換）される。A/D変換されたR,G,Bそれぞれのデ
ータは、３チャンネル分の画像データバスを介して、イ
メージメモリボード22に記憶される。同時に、そのデー
タはイメージプロセッサボードにも入力され、細胞が写
っているか否かの判定のための、および細胞のエッジを
検出するための前処理が行われる。前処理とは、たとえ
ば画像の各点（画素）において、Ｇ（緑）とＢ（青）の
データの平均値を出して、その画面全体のヒストグラム
をリアルタイムに作るといった処理のことである。イメ
ージプロセッサボードで処理加工されたデータは、画像
データ専用バスを介してイメージメモリボード24に記憶
される。２枚のイメージメモリボード22,24の使用法は
特に限定されるわけでは無いが、本説明では、イメージ
メモリボード22をオリジナル画像データの記憶用に、イ
メージメモリボード24を処理加工後のデータの記憶用に
している。

垂直帰線期間中にマスタコントローラ＆プロセッサは
イメージプロセッサボード内に作成されたヒストグラム
をチェックし、１枚の撮像画面内に細胞が存在している
か否かを判断する。もし、細胞が存在しないと判断され
れば、次の新しい撮像画面に対する処理に戻ることにな
り、細胞が存在すると判断されれば、画像処理の次のス
テップへ進むことになる。次の画像処理ステップとして
は、予め記憶されているバックグラウンドのデータの画
像データからの引き算およびその結果からのヒストグラ
ムの作成、さらに細胞のエッジをトレースするための前
処理としての画像データの２値化、細胞のエッジ検出等
の処理が挙げられ、エッジ検出情報は画像データ専用バ
スを介してイメージメモリボードに記憶される。エッジ
検出情報とは、たとえば、１枚の画面の各画素に対して
８ビットのデータを対応させ、０以外の値をとる画素は
エッジ点とし、その値によって次に隣り会うエッジ点が
どちら方向にあるかを示すものである。以上の処理が完
了すると、次にマスタコントローラ＆プロセッサはイメ
ージメモリボードに記憶されているエッジ検出情報等を
スレーブボード制御用バスを介して参照し、各細胞ごと
のエッジトレースをマイクロプログラムによって実行し
ていく。それと同時に各細胞の面積，周囲長，さらには
累積色度情報，形状パラメータ等の計算を行う。こうし
て得られた特徴パラメータより各細胞のクラス分け（細
胞分類）を行う。

さらに、観測された細胞の画像をセーブ（記憶）して
おく必要のあるシステムでは、各細胞に対するエッジト
レースの結果より、各細胞の画面中における存在位置を
知り、オリジナルな画面のうちの細胞存在領域のみを切
り出し、細胞のクラスごとにまとめてメモリーにセーブ
していくといった処理が必要である。各クラスごとにセ
ーブされた細胞画像データは、画像データ専用バスを介
して表示プロセッサボード30に入力され、カラーモニタ
32上に表示される。以上が、画像データ専用バスを有す
る画像処理装置での画像処理の概略である。

本発明が解決しようとする課題は各細胞像に対する有
力な特徴パラメータであるR,G,B各色の累積色度情報、
色度ヒストグラム、さらに細胞内部の複雑さを表す累積
勾配情報等の細胞画像パラメータを効率良く求めるため
の処理に関するものである。

細胞内部の各色の画像データをＲ（i,j）、Ｇ（i,
j）、Ｂ（i,j）と表すと、細胞内での各色の累積色度情
報は、それぞれと表される。

色度ヒストグラムとは、第９図に示すように、細胞内
部の各画素の色度を横軸に、その色度値をとる画素数
（頻度）を縦軸にとってグラフにしたものである。

累積色度情報および色度ヒストグラムは、細胞を識
別，分類するために、ある適当な染色液を用いて細胞を
染め分けることのできる場合は非常に有力な情報になり
える。

以下に、画像データ専用バスを有する画像処理装置に
おいて、上記細胞画像パラメータを求めるための従来の
方法について説明する。

従来方法Ｉ細胞像のエッジトレースにより、その細胞像の存在範
囲を知ったマスタコントローラ＆プロセッサは、オリジ
ナルの撮像画面が記憶されているイメージメモリをスレ
ーブボード制御用バスを介してアクセスし、細胞内部の
画像データを１ないし２画素分ずつ取り込んでは、累積
色度情報の計算および色度ヒストグラムの作成を行って
いく。その処理ステップを第10図を参照して以下に示
す。

オリジナル画像用メモリに対して、細胞画像のうちの
１つの画素ごとに画素データが記憶されているメモリの
番地を、スレーブボード制御用バスを介して設定する
（イメージメモリボード22内のレジスタにメモリの番地
を設定する）。

上記画素データをスレーブボード制御用バスに読み出
し、そのデータをマスタコントローラ＆プロセッサボー
ド14内に取り込む。

取り込んだデータを足し込むことにより累積色度情報
を更新し、またデータの値に対応した頻度値を＋１する
ことにより色度ヒストグラムを更新する。

以上のからまでのステップを各色（赤，緑，
青，）ごとに繰り返し実行することによって、細胞像全
体の累積色度情報および色度ヒストグラムが求められ
る。これらの処理は全てマスタコントローラ＆プロセッ
サ内のマイクロプログラムによって実行される。

オリジナルな画像データではなく、たとえば画像勾配
を求めるためのゾーベルの式によって計算される画像勾
配データを処理の対象とすれば、細胞内の複雑さを表す
累積勾配情報および勾配ヒストグラムが求められる。

この処理方式の欠点は、マスタコントローラ＆プロセ
ッサからのイメージメモリに対するアクセスに時間が懸
かるということである。上記からまでのステップで
１ないし２画素分のデータを処理するのに数μｓ（マイ
クロセカンド）程度かかってしまう。たとえば、細胞像
の画素数を2000とし、からまでの処理に３μｓかか
るとすれば、その細胞像の３色の累積色度情報および色
度ヒストグラムを求めるのに18ms（ミリセカンド）かか
る。この時間は、垂直同期周期の16.7msよりも長いこと
になり、このことは1/60秒ごとに変わる撮像画に対する
リアルタイム処理が不可能になることを意味する。な
お、細胞像の画素数が1000程度であれば、1/60秒内に処
理することが可能であるが、この処理をする前にマスタ
コントローラ＆プロセッサはエッジ検出情報から細胞像
のエッジトレースを実行し、細胞像の存在範囲を正確に
求めておく必要があり、そのための処理時間も合わせて
考える必要がある。また、１枚の撮像画面に多数個の細
胞が存在する場合には、細胞数に比例して処理に時間が
かかる。

この方式のもう１つの欠点はマスタコントローラ＆プ
ロセッサに対する負荷を増大させることにあり、このマ
スタコントローラ＆プロセッサの処理能力の限界が画像
処理システム全体の処理能力を制限してしまうことにな
り、画像データ専用バスを設けた意味が失われてしま
う。画像データ専用バスの本来の利点は、必要があれ
ば、そのバスにいくつものプロセッサボードおよびイメ
ージメモリボードをつなぐことにより、処理の分散化、
並行化、パイプライン化を図り、1/60秒ごとに変化する
画像に対してもリアルタイムな処理を実現可能とするこ
とにある。

従来方法II この方法は、画像データ専用バスにつながるイメージ
プロセッサボード内に累積加算器およびヒストグラム作
成回路を設けることによって実現されるものである。以
下、累積色度情報を求める処理と色度ヒストグラムを求
める処理とを別々に分けて説明する。

累積色度情報は、以下の処理ステップにより求められ
る。第11図を参照して説明する。

イメージメモリに記憶されたオリジナルな画像データ
を、画像データ専用バスを介してイメージプロセッサボ
ード内の累積加算器34へ入力する。

マスタコントローラ＆プロセッサは、水平帰線期間に
なるごとに累積加算器をリセットする。こうすることに
よって、画面の左端を０とした各画素に対する累積色度
データが画像の水平方向ラインごとに計算される。各画
素の色度データをCl（i,j）、各画素に対応する累積色
度データをＣμ（i,j）とすると累積加算器によって計算されていく各画素に対応した
累積色度データは、画像データ専用バスを介してイメー
ジメモリに記憶されていく。

以上〜それぞれの処理ステップはタイムラグはあ
るが並行して行われ、１枚の撮像画に対して1/60秒で処
理が完了する。ただし、Ｒ（赤）,G（緑）,B（青）それ
ぞれの累積色度データを求めるためには、上記処理を３
回繰り返す必要があり、1/60秒の３倍の時間を要する。

マスタコントローラ＆プロセッサは、イメージプロセ
ッサボードにより得られるエッジ検出情報から各細胞の
エッジトレースを行うが、この時同時に、そのエッジ点
に対応する累積色度データをスレーブボード制御用バス
を介してイメージメモリより読み出す。

マスタコントローラ＆プロセッサは、各エッジ点の累
積色度データから細胞部分のみの累積色度情報を計算す
る。

上記の計算は以下のように行われる。

細胞のエッジ点を第12図のように示すものとすると、
細胞画像の内のｊ番目のラインのみに対応する累積色度
情報Ｃ_μｊは次のようになる。

（１）式よりＣ_μｊ＝Ｃ_μ（r_j,j）−Ｃ_μ（l_j,j）細胞全体の累積色度情報はＣ_μは、各ラインごとのＣ
_μｊよりで求められる。

各色ごとの累積色度情報を求めるために上記計算を３
回繰り返す。

この方法による累積色度情報の求め方には、以下に延
びるような欠点がある。１つは、あらかじめ計算される
各画素に対応した累積色度データＣ_μ（i,j）を、マス
タコントローラ＆プロセッサがエッジトレース処理を行
うまで記憶しておく必要があり、そのためのメモリが余
分に必要なことである。２つ目は、イメージプロセッサ
ボード内に累積加算器が１つしか備えられていない場合
には、R,G,Bそれぞれの累積色度データをあらかじめ計
算するためには、３回の垂直同期サイクルを必要とする
ことである。このことは、1/60秒ごとの撮像画に対する
アリルタイム処理が不可能になることを意味する。イメ
ージプロセッサボードを３枚使用した場合にはリアルタ
イム処理も可能となるが、その分コスト高となる。

次に、従来方法IIにおける色度ヒストグラムの求め方
について説明する。この方法は、イメージプロセッサボ
ード内にヒストグラム作成回路およびウィンドウ機能を
設けることによって実現される。ここでいうウィンドウ
とは、第13図に示すように、水平・垂直同期信号をタイ
ミングのベースとした時間的な領域を意味し、ウィンド
ウ機能とは、画像データ専用バス上に乗ってくるデータ
の内、このウィンドウ期間のデータのみを対象として処
理する機能のことである。以下、この方法の処理ステッ
プについて第14図を参照して説明する。

細胞像のエッジトレースにより、その細胞像の存在範
囲を知ったマスタコントローラ＆プロセッサ14は、その
存在範囲に対応した長方形のウィンドウを指示するため
のパラメータをスレーブボード制御用バス16を介してイ
メージプロセッサボード20内のウィンドウ設定用レジス
タに設定する。さらに、ヒストグラムを記憶しておくた
めのメモリをクリアするためのコマンドの発行、そのメ
モリのどの番地（ページ）へ記憶させるか等について
も、あらかじめ垂直帰線期間中にスレーブボード制御用
バスを介して同様に設定する。

イメージメモリボード22に記憶されているオリジナル
な撮像画のデータを画像データ専用バス18へ出力させ
る。

イメージプロセッサボードでは、ウィンドウで指定さ
れた期間中のみのデータをピックアップし、そのデータ
のヒストグラムを作成していく。

ヒストグラム作成回路をボード内に１つしか持ってい
ない場合は、各色の色間ヒストグラムを作成するため
に、上記およびを３回繰り返す必要がある。さら
に、ウィンドウ機能を１つしか持っていない場合には、
１枚の撮像画の中に２個以上の細胞が存在するときに
は、その個数分だけ上記処理を繰り返す必要があり、そ
れに要する時間は、16.7（ms）×３（色）×細胞画像数
となる。

上記からまでの処理によって、イメージプロセッ
サボード内に色度ヒストグラムが作成されると、マスタ
コントローラ＆プロセッサは、その内容をスレーブボー
ド制御用バスを介して読み出す。

イメージプロセッサボードによって作成されたヒスト
グラムは、細胞部分だけでなく、周りのバックグラウン
ドの画像（第15図参照）も含んだ第16図（ａ）に示され
るようなヒストグラムであり、このバックグラウンドに
相当する部分を除くことによって細胞像のみに対する第
16図（ｂ）に示されるような色度ヒストグラムが得られ
る。

この方法による色度ヒストグラムの求め方には以下に
述べるような欠点がある。１つは、前述したようにイメ
ージプロセッサボード内にウィンドウ機能およびヒスト
グラム作成回路を１組しか持っていない場合には、各色
の色度ヒストグラムを求めるために３回の垂直同期サイ
クルが必要であり、さらに１枚の撮像画の中に２個以上
の細胞が存在する場合には、その個数分だけ余分に時間
を要し、1/60秒ごとの撮像画に対するリアルタイム処理
が不可能となる点である。

もう１つの大きな欠点は、イメージプロセッサボード
によって作成されるヒストグラムは、細胞像の部分（第
16図のＡの部分）だけでなく、その周りのバックグラウ
ンドの部分も含んだヒストグラムであり、細胞の種類あ
るいは染色液の種類によっては、細胞内の一部がバック
グラウンドの色と殆ど同じになることがあり、その場合
には、バックグラウンドの部分のヒストグラム（第16図
のＢの部分）と細胞部分のヒストグラム（Ａの部分）と
がオーバーラップしてしまい、細胞部分のみに対する正
確なヒストグラムを得るのは、困難となることである。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、上述のような従来の方法による各細胞の累
積色度情報、色度ヒストグラム、累積勾配等の細胞画像
パラメータの求め方の問題点を解決し、1/60秒ごとに変
わる撮像画に対するリアルタイム処理を低コストで実現
するとともに細胞画像部分のみに対する正確なヒストグ
ラムを求めるものである。

（課題を解決するための手段）上記課題を解決するための本発明の細胞画像処理方法
は、撮像手段によって細胞画像を撮像するステップと、撮
像された画像をオリジナル画像として記憶するステップ
と、オリジナル画像の中のバックグラウンド部分と細胞
像部分とを識別し画像を２値化するステップと、２値化
された画像から細胞のエッジ検出情報を各画素ごとに導
出するステップと、エッジ検出情報を参照して細胞のエ
ッジをトレースするステップと、エッジトレースの結果
を参照して種々の細胞画像パラメータを導出するステッ
プとを包含する細胞画像処理方法であって、上記エッジ
トレースの際に、各エッジ点がどの細胞のものであるか
を識別するコードであり且つ該エッジ点のどちら側が細
胞外部であるかを示すコードである細胞識別コードを導
出し、上記オリジナル画像と上記細胞識別コードとを各
画素ごとに対応させて順次読み出していくことにより上
記細胞画像パラメータを導出することを特徴とする。

また、上記方法において、オリジナル画像に対して細
胞の特徴を顕著化するための処理加工を施し加工済画像
を導出するステップを設け、オリジナル画像の代わりに
加工済画像を処理対象画像としてもよい。

さらに、本発明の細胞画像処理方法においては、細胞
画像パラメータを導出する工程が、オリジナル画像また
は加工済画像を処理対象画像とし、処理対象画像の各画
素が１画素ごとの画像スキャン方向に見て細胞の始点側
のエッジであるか否かを細胞識別コードから判定するス
テップと、該画素が始点側のエッジであると判定された
とき細胞識別コードから読み取られる細胞番号をラッチ
するステップと、各画素の画像データを細胞番号ごとに
集計処理するステップと、処理対象画像の各画素が１画
素ごとの画像スキャン方向に見て細胞の終点側のエッジ
であるか否かを細胞識別コードから判定するステップ
と、該画素が終点側のエッジであると判定されたとき上
記細胞番号のラッチをクリアするステップと、全画素の
処理が終了したか否かを判定するステップとを包含する
こともできる。

また、本発明の細胞画像処理装置は、撮像手段によって細胞画像を撮像し、撮像された画像
をオリジナル画像として記憶し、オリジナル画像もしく
はオリジナル画像に対して細胞の特徴を顕著化するため
の処理加工を施した加工済画像を処理対象画像とし、オ
リジナル画像の中のバックグラウンド部分と細胞像部分
とを識別し画像を２値化し、２値化された画像から細胞
のエッジ検出情報を各画素ごとに導出し、エッジ検出情
報を参照して細胞のエッジをトレースし、エッジトレー
スの結果を参照して上記処理対象画像についての種々の
細胞画像パラメータを導出する方法を用いた細胞画像処
理装置において、上記処理対象画像の各エッジ点がどの
細胞のものであるかを識別するコードであり且つ該エッ
ジ点のどちら側が細胞外部であるかを示すコードである
細胞識別コードを導出する手段と、上記処理対象画像と
上記細胞識別コードとを各画素ごとに対応させて順次読
み出していく手段と、細胞識別コードから細胞番号を読
み取る手段と、処理対象画像の各画素が１画素ごとの画
像スキャン方向に見て細胞の始点側のエッジであるか否
かを細胞識別コードから判定する手段と、該画素が始点
側のエッジであると判定されたとき上記細胞番号をラッ
チする手段と、各画素の画像データを細胞番号ごとに集
計処理する手段と、処理対象画像の各画素が１画素ごと
の画像スキャン方向に見て細胞の終点側のエッジである
か否かを細胞識別コードから判定する手段と、該画素が
終点側のエッジであると判定されたとき上記細胞番号の
ラッチをクリアする手段と、全画素の処理が終了したか
否かを判定する手段とを包含することを特徴とする。

（作用）本発明の細胞画像処理方法および装置においては、エ
ッジトレースの際に本発明に特徴的な細胞識別コードが
導出される。この細胞識別コードは、処理対象画像の各
エッジ点がどの細胞のものであるかを識別するコードで
あり且つ該エッジ点のどちら側が細胞外部であるかを示
すコードである。この細胞識別コードは細胞画像パラメ
ータ導出の際に用いられ、処理対象画像の各画素が１画
素ごとの画像スキャン方向に見て細胞の始点側のエッジ
であるか否かが判定され、該画素が始点側のエッジであ
ると判定されたとき細胞識別コードから読み取られる細
胞番号がラッチされ、各画素の画像データが細胞番号ご
とに集計処理され、処理対象画像の各画素が１画素ごと
の画像スキャン方向に見て細胞の終点側のエッジである
か否かが判定され、該画素が終点側のエッジであると判
定されたとき上記細胞番号のラッチがクリアされる。

上記処理により、１画面内に複数の細胞が存在する場
合にも、細胞ごとに細胞番号が特定されて細胞画像パラ
メータが求められる。

（実施例）本発明の方法および装置について以下、図面を参照し
て詳述する。

第２図は、本発明の細胞画像処理方法の全体の流れを
示す概略フローチャートである。

ビデオカメラ（カラーカメラ、撮像装置）26によって
撮像された画像は、イメージメモリボード22にオリジナ
ル画像として記憶される。オリジナル画像中の細胞像を
切り出すために、バックグラウンドの部分が“0"、細胞
像の部分が“1"となるように、画像の２値化のための処
理がイメージプロセッサーボード20によって行われる。
２値化されたデータは、イメージプロセッサボードにお
いて、さらに典型的にはスキャン方向に左から右へ３画
素と上から下へ３画素の３×３画素分にまとめられ本ボ
ード内のエッジ検出部に入力され、各画素ごとのエッジ
検出情報が算出され、イメージメモリボード24に出力さ
れる。エッジ検出情報は従来の技術の項で述べたような
当業者周知の情報であるが、後に詳述する。さらに、イ
メージプロセッサボードでは、１画面中にエッジ点がい
くつあるかを各水平ラインごとにカウントして、その値
もリアルタイムに記憶することができる。このエッジカ
ウント値は、１枚の撮像画像の中に多数個の細胞が写っ
ている場合のエッジトレーシング時に必要なものであ
る。すなわち、エッジを１点ずつトレースしていくごと
に、そのエッジに対応する水平ラインのエッジカウント
値を１ずつ減算（−１）している。こうすることによっ
て、１枚の画像中の全ての細胞のエッジ点についてトレ
ースが完了すれば、カウント値は全て０となる。全ての
カウント値が０でければ、まだ他にも細胞のエッジが存
在すると判断するために使用される。

以上の処理が完了すると、マスタコントローラ＆プロ
セッサ14は、イメージメモリに記憶されたエッジ検出情
報およびイメージプロセッサボード内に記憶された水平
ラインごとのエッジ点数の情報を参照しながら、細胞の
エッジをトレースしていき、各細胞ごとのエッジのチェ
インコードを作成していく。このチェインコードも当業
者周知のコードであり、このコードから各細胞の周囲
長、面積、形状パラメータ等が求められる。

本発明では、このエッジトレースの際に、上記チェイ
ンコードとは別に、各エッジごとに本発明に固有のコー
ド、すなわち細胞識別コードを発生し、それをイメージ
メモリ内のエッジ検出情報と置き換えていく。細胞識別
コードの１例を第３図に示す。この例では、１枚の撮像
画面の中に多数個の細胞が存在する場合の細胞を識別す
るための細胞番号をb0からb4の５ビットで表し、そのエ
ッジ点が１画素ごとの画像スキャン方向に見て細胞の始
点側であるか、終点側であるかをb5およびb6の２ビット
で表している。ところで、１画素ごとの画像スキレン方
向は通常のテレビ（ラスタスキャン方式）の場合、水平
方向に左側から右側へ行われるので、それに合わせて本
実施例における画像処理の１画素ごとのスキャンも水平
方向に左側から右側へ行われるものとして全て説明す
る。ある画素が細胞の始点側のエッジであるとは、水平
方向に１画素ずつ処理（スキャン）していったとき、そ
の画素から細胞画像の部分が始まることを意味する。す
なわち、水平方向の左側からスキャンしていったとき、
始点側エッジの左側は細胞の外部である。この始点側エ
ッジである画素に対して本実施例では細胞識別コードの
ビットb6に“1"を書き込むものとする。ある画素が細胞
の終点側のエッジであるとは、水平方向に１画素ずつ処
理（スキャン）していったとき、その画素まで細胞画像
の部分が終わることを意味する。すなわち、水平方向の
左側からスキャンしていったとき、終点側エッジの右側
は細胞の外部である。この終点側エッジである画素に対
して本実施例では細胞識別コードのビットb5に“1"を書
き込むものとする。

上記b5,b6の２ビットのコードは、エッジトレースの
際にエッジ検出情報から容易に求めることができる。エ
ッジ点を上記コード化した例を以下に示す。

エッジ検出情報とは、前述したように、画像の各画素
ごとに対応して決まる値であり、対応する画素がエッジ
点でなければ“0"の値をとり、エッジ点であれば、細胞
周囲を右周りしたとき次に隣り会うエッジがどちら方向
にあるかを示す“0"でない値をとる。その値の付け方に
は種々あるが、ここでは説明を容易にするため第17図に
示す値が付けられているものとする。

第４図に示すエッジトレースの例では、トレースのス
タート点は、画像をテレビスキャン方式でトレースした
とき一番最初に対象とする細胞のエッジに当たる点すな
わちＣ点である。このＣ点に次に隣り会うエッジ点は右
側にあるので、第17図に示す約束にしたがってＣ点に
は、“a"というエッジ検出情報が付けられている。この
Ｃ点での“a"というエッジ検出情報はビットb5が“0",
ビットb6が“1"である細胞識別コードに変換される。こ
の変換の理屈はビットb5,b6の上記定義から明らかであ
る。なお図中ではb6,b5の２ビットの内容を（b6,b5）で
示している。すなわち、上記Ｃ点の２ビットコードは
（1,0）と表される。

次のエッジ点であるＤ点に対するエッジ検出情報も
“a"という値をとるから、Ｄ点に対する細胞識別コード
のb5は“0"となり、b6は前のエッジ点であるＣ点のエッ
ジ検出情報が“a"という値をとっていたことから“0"と
なる。すなわち、Ｄ点のコードは（0,0）と表される。

さらに次のエッジ点であるＥ点に対するエッジ検出情
報は“h"という値をとるから、Ｅ点に対する細胞識別コ
ードのb5は“1"となり、b6は前のエッジ点であるＤ点の
エッジ検出情報が“a"という値をとっていたことから
“0"となる。すなわち、Ｅ点のコードは（0,1）と表さ
れる。

このようにして、エッジ検出情報を元にしてエッジト
レースしていきながら、各エッジ点に対する細胞識別コ
ードを求めていくことができる。第５図には別の細胞画
像をエッジトレースし細胞識別コードを同様に求めた例
を示している。第４図における３や、第５図における５
は細胞番号を表しており、同一細胞のエッジ点に対して
は当然同じ細胞番号が付けられる。

エッジ点以外の画素に対するエッジ検出情報は、前述
のように“0"であるので、イメージメモリ内のエッジ検
出情報を上記細胞識別コードに置き換えたのちも、エッ
ジ点以外のところは“0"のまま変化しない（コードは
（0,0））。

上記コード化処理を含むエッジトレースは、マイクロ
プログラムによって実行され、その処理スピードは１エ
ッジ点あたり約10μｓであり、垂直同期周期である16.7
msの間に約1500個のエッジ点について処理することがで
きる。細胞１個当たりのエッジ点数を仮に150とする
と、１回の垂直同期サイクルで10個までの細胞のエッジ
トレースをすることができる。

次に、エッジ検出情報から細胞識別コードに変換され
た情報を元に各細胞の累積色度情報、色度ヒストグラム
等の細胞画像パラメータを求める手順について第６図に
示すフローチャートも参照して説明する。その手順は、
上記細胞識別コードを読み取るためのデコーダおよびメ
モリ、加算器、インクリメンタ等の機能を有するイメー
ジプロセッサボードを備えることにより具体化される。
第７図は、そのイメージプロセッサボードの要部ブロッ
ク図を示すものである。以下同ブロック図に基づいて説
明する。

第１図に示すイメージメモリボード22および24にそれ
ぞれ記憶されたオリジナル画像のデータおよび細胞識別
コードは、画像データ専用バス18を介して上記イメージ
プロセッサボード20に入力される。画像データ専用バス
18上でのこれらのデータの流れは、テレビにおけるラス
タスキャン方式でのタイミングと同じであり、画面上部
の左端のデータから順に流れる。

細胞識別コードはライン36を介してイメージプロセッ
サボード20内のラッチ回路38に入力される。１画素ごと
の画像データはライン40を介してラッチ回路42に入力さ
れる。画像データ専用バスの１信号であるピクセル（画
素）同期用クロックはライン44を介してラッチ回路38,4
2のCLK端子に入力される。細胞識別コードはラッチ回路
38においてピクセル同期用クロックが入力されるタイミ
ングでラッチされる。

ラッチ回路38からは細胞識別コード内の５ビットで表
される細胞番号がライン46へ出力される。また、ラッチ
回路38からは細胞識別コード内の１ビットであり現在処
理中の画素が細胞の左側（始点側）エッジ点であるか否
かを表すビットb6の内容がライン48へ出力される。ライ
ン48上の信号はライン44上の信号であるピクセル同期用
クロックとゲート50において論理積がとられたのちラッ
チ回路52のCLK端子へ入力される。上記ビットb6が“1"
すなわち上記画素が左側エッジ点である場合にはライン
46上の細胞番号はラッチ回路52においてラッチされる。

この細胞番号は１から31までの数字で表し、０という
番号は使用しないものとする。ラッチされた細胞番号は
ヒストグラム用メモリ54の上位アドレスラインおよび累
積色度メモリ56のアドレスラインへライン58を介して供
給される。一方、画像データはラッチ回路42においてピ
クセル同期用クロックが入力されるタイミングでラッチ
されて、ヒストグラムメモリ54の下位アドレスラインお
よび累積色度を計算するための加算器60へライン62を介
して入力される。

細胞番号および画素データをアドレスとして与えられ
たヒストグラムメモリ54からは、その細胞に対するその
画素データの値に対応するメモリの番地に蓄積されてい
る頻度値がライン64へ出力される。この頻度値の初期値
は“0"であるが、その細胞のその画素データがヒストグ
ラムメモリ54へ入力されるごとにインクリメンタ66によ
って１ずつ加算されて元のメモリの番地に書き込まれ、
更新されていく。

細胞番号がアドレスとして与えられた累積色度メモリ
56からは、その細胞に対応するメモリの番地に蓄積され
ている画素データの累積値がライン68へ出力される。こ
の累積値の初期値は“0"であるが、その細胞の画素デー
タがくるごとに、その時までの累積値と加算器60におい
て加算され、再びその細胞に対応するメモリの番地に書
き込まれて更新されていく。

上記処理は、細胞識別コードのビットb6が“1"とチェ
ックされてからビットb5が“1"となる細胞識別コードが
くるまでは、その間の全ての画像データに対して行われ
る。ビットb5が“1"であることは、前述したように、そ
の細胞識別コードに対応する画素がエッジ点であり、そ
のエッジの右側は細胞の外部であることを意味してい
る。

ラッチ回路38からは細胞識別コード内の１ビットであ
り現在処理中の画素が細胞の右側（終点側）エッジ点で
あるか否かを表すビットb5の内容がライン70へ出力され
る。ビットb5が“1"となったときには、ライン70上の信
号は２段のフリップフロップ72,74およびゲート76を介
してラッチ回路52のCLR端子に入力される。このときラ
ッチ回路はクリアされ、ライン58へ出力される細胞番号
は０となる。前述のように、細胞に対しては細胞番号０
は使用しないことにしているため、細胞番号０は画像内
の細胞以外の部分を表していることになる。細胞以外の
部分すなわちバックグラウンドの部分の画像データに対
する処理結果は、ヒストグラムメモリ54および累積色度
メモリ56の細胞番号０に対応するメモリの番地に蓄積さ
れる。したがって、画素データが細胞部分のものである
か、バックグラウンド部分のものであるかにかかわら
ず、インクリメンタ66および加算器60には、全ての画素
データに対して同じ処理をさせることができ、その処理
のための制御回路がシンプルに構成される。

なお、上記２段のフリップフロップ72,74は細胞の右
側エッジ点の画素データもその細胞内のデータとして上
記処理の対象とするための遅延を設けるためのものであ
る。

また、水平同期パルスはライン78、ゲート76を介して
ラッチ回路のCLR端子に入力される。ゲート76において
は論理和がとられるので、ラッチ回路52はビットb5が
“1"となったときか、もしくは水平同期パルスが入力さ
れたときにクリアされる。以上の説明からも理解される
ように、画像を水平方向へ１回スキャンする間に複数の
細胞が存在する場合には、１つの細胞のスキャン方向左
側のエッジ点で細胞番号がラッチされ、その細胞のスキ
ャン方向右側のエッジ点を通過するまでは、その細胞番
号が固定されたままインクリメンタ66および加算器60の
演算処理が行われ、その細胞のスキャン方向右側のエッ
ジ点を通過後は細胞番号は０にクリアされ、上記演算処
理が行われ、さらに次の細胞のスキャン方向左側のエッ
ジ点に達するとその細胞の細胞番号がラッチされて以下
同様の処理が行われる。そして、水平方向のスキャンが
画像の右端に達すると水平同期パルスによって細胞番号
は０にクリアされ、次の水平方向のスキャンに進む。

以上のような処理が１枚の画像データの全画素に対し
て行われると、その画像中に存在する個々の細胞ごとの
累積色度情報および色度ヒストグラムが同時に求められ
る。インクリメンタ、加算器およびメモリを３組設けれ
ば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対して、１
回の垂直同期サイクルで最大31個までの細胞に対する情
報が同時に得られる。

第７図のブロック図では図示していないが、ヒストグ
ラムメモリ54および累積色度メモリ56はスレーブボード
制御用バス16にも繋がっており、その内容をマスタコン
トローラ＆プロセッサ14がアクセスできるようになって
いる。したがって、色度ヒストグラムが得られたのち、
その頻度値を足し合わせることによって細胞の面積を求
める等の処理がマスタコントローラ＆プロセッサによっ
て容易に行い得る。

なお、画像データとしてオリジナル画像データを用い
れば上述のように累積色度情報および色度ヒストグラム
がもとめられるが、画像データとして前述の画像勾配デ
ータを用いれば累積勾配情報および勾配ヒストグラムが
求められる。また、細胞の特徴を顕著化させるデータに
変換された上記とは別種の画像データを用いることもで
きる。

また、細胞識別コードは本実施例においては第３図に
示されるように８ビットの１語内に細胞番号とエッジ情
報とが書き込まれたコードであったが、２語以上のコー
ドに分割して、それぞれに細胞番号またはエッジ情報を
書き込むようにしてもよい。細胞番号を５ビットよりも
増やして、より多くの細胞を１度に処理することも可能
である。

さらに、第６図に示す細胞画像パラメータを導出する
工程において、細胞識別コードおよび処理対象画像の１
画素ごとの読み出しの後、処理対象画像の諸画素が細胞
の外部であるか否かを細胞識別コードから判定し、該画
素が細胞の外部であると判定されたときには該画素につ
いては処理をせずに次の画素に進むようにしてもよい。
その場合のフローチャートを第８図に示す。ただし、そ
の場合には、第７図に示すブロック図の場合とは異なっ
て、画素データが細胞部分のものであるか、バックグラ
ウンド部分のものであるかによって、インクリメンタ66
および加算器60の処理を行うか否かを切り換える必要が
あり、そのための制御回路が若干複雑になる。

（発明の効果） 1.1枚の撮像画の中に多数個の細胞が存在する場合で
も、効率良く一度に全ての細胞に対する累積色度情報や
色度ヒストグラム等の細胞画像パラメータを求めること
ができる。

2.各細胞ごとの細胞画像パラメータはイメージプロセッ
サボードにおいて求められるので、マスタコントローラ
＆プロセッサに負担をかけずに済むので、マスタコント
ローラ＆プロセッサの処理能力の限界が画像処理装置全
体の処理能力を制限してしまうということが無くなる。

3.本発明に固有の細胞識別コードは、エッジ検出情報と
置き換えてイメージメモリに記憶されるので、このコー
ドデータのために別のメモリを設ける必要はなく、コス
トおよびスペースの点で有利となる。

4.上記1.〜3.の効果により1/60秒ごとに変わる撮像画に
対するリアルタイム処理が低コストで実現される。

5.細胞画像パラメータを求めるための集計処理は細胞画
像部分のみについて行われるので、細胞画像部分のみに
対する正確なヒストグラムが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は画像データ専用バスを有する画像処理装置の一
例を示すブロック図、第２図は本発明の細胞画像処理方
法の全体の流れを示す概略フローチャート、第３図は本
発明に固有の細胞識別コードの一例を示す説明図、第４
図および第５図は細胞識別コードにより細胞のエッジ点
をコード化した例を示す説明図、第６図は本発明による
細胞画像パラメータの導出手順の一実施例を示すフロー
チャート、第７図は同実施例に使用されるイメージプロ
セッサボードの構成を示す要部ブロック図、第８図は細
胞画像パラメータの導出手順の別の実施例を示すフロー
チャート、第９図は細胞の色度ヒストグラムを示す説明
図、第10図は従来方法１による細胞画像パラメータの導
出手順を示す説明図、第11図は従来方法IIによる累積色
度情報の導出手順を示す説明図、第12図は細胞のエッジ
点を示す説明図、第13図はウィンドウを示す説明図、第
14図は従来方法IIによる色度ヒストグラムの導出手順を
示す説明図、第15図はウィンドウに囲まれた細胞像を示
す説明図、第16図は従来方法IIにより得られる色度ヒス
トグラムの説明図であり、（ａ）図はバックグラウンド
の部分を除く前の色度ヒストグラム、（ｂ）図はバック
グラウンドの部分を除いた後の色度ヒストグラム、第17
図はエッジ検出情報の付け方の一例を示す説明図であ
る。 10……画像データ専用バスを有する画像処理装置、12…
…汎用マイクロコンピュータ、14……マスタコントロー
ラ＆プロセッサ、16……スレーブボード制御用バス、18
……画像データ専用バス、20……イメージプロセッサボ
ード、22,24……イメージメモリボード、26……ビデオ
カメラ、28……画像入力部、30……表示プロセッサボー
ド、32……カラーモニタ、34……累積加算器、36,40,4
4,46,48,58,62,64,68,70,78……ライン、38,42,52……
ラッチ回路、50,76……ゲート、54……ヒストグラムメ
モリ、56……累積色度メモリ、60……加算器、66……イ
ンクリメンタ、72,74……フリップフロップ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像手段によって細胞画像を撮像するステ
ップと、撮像された画像をオリジナル画像として記憶す
るステップと、オリジナル画像の中のバックグラウンド
部分と細胞像部分とを識別し画像を２値化するステップ
と、２値化された画像から細胞のエッジ検出情報を各画
素ごとに導出するステップと、エッジ検出情報を参照し
て細胞のエッジをトレースするステップと、エッジトレ
ースの結果を参照して種々の細胞画像パラメータを導出
するステップとを包含する細胞画像処理方法であって、
上記エッジトレースの際に、各エッジ点がどの細胞のも
のであるかを識別するコードであり且つ画像スキャン方
向に見て該エッジ点のどちら側が細胞外部であるかを示
すコードである細胞識別コードを導出し、上記オリジナ
ル画像と上記細胞識別コードとを各画素ごとに対応させ
て順次読み出していくことにより上記細胞画像パラメー
タを導出することを特徴とする細胞画像処理方法。
【請求項２】撮像手段によって細胞画像を撮像するステ
ップと、撮像された画像をオリジナル画像として記憶す
るステップと、オリジナル画像に対して細胞の特徴を顕
著化するための処理加工を施し加工済画像を導出するス
テップと、オリジナル画像の中のバックグラウンド部分
と細胞像部分とを識別し画像を２値化するステップと、
２値化された画像から細胞のエッジ検出情報を各画素ご
とに導出するステップと、エッジ検出情報を参照して細
胞のエッジをトレースするステップと、エッジトレース
の結果を参照して種々の細胞画像パラメータを導出する
ステップとを包含する細胞画像処理方法であって、上記
エッジトレースの際に、各エッジ点がどの細胞のもので
あるかを識別するコードであり且つ画像スキャン方向に
見て該エッジ点のどちら側が細胞外部であるかを示すコ
ードである細胞識別コードを導出し、上記加工済画像と
上記細胞識別コードとを各画素ごとに対応させて順次読
み出していくことにより上記細胞画像パラメータを導出
することを特徴とする細胞画像処理方法。
【請求項３】細胞画像パラメータを導出する工程が、オ
リジナル画像または加工済画像を処理対象画像とし、処
理対象画像の各画素が１画素ごとの画像スキャン方向に
見て細胞の始点側のエッジであるか否かを細胞識別コー
ドから判定するステップと、該画素が始点側のエッジで
あると判定されたとき細胞識別コードから読み取られる
細胞番号をラッチするステップと、各画素の画像データ
を細胞番号ごとに集計処理するステップと、処理対象画
像の各画素が１画素ごとの画像スキャン方向に見て細胞
の終点側のエッジであるか否かを細胞識別コードから判
定するステップと、該画素が終点側のエッジであると判
定されたとき上記細胞番号のラッチをクリアするステッ
プと、全画素の処理が終了したか否かを判定するステッ
プとを包含する第（１）項または第（２）項に記載の方
法。
【請求項４】細胞画像パラメータを導出する工程におい
て処理対象画像の各画素が細胞の外部であるか否かを細
胞識別コードから判定するステップを包含し、該画素が
細胞の外部であると判定されたときには該画素について
は処理をせずに次の画素にすすむようにした第（３）項
に記載の方法。
【請求項５】集計処理が細胞内画像データのヒストグラ
ム計算処理である第（３）項または第（４）項に記載の
方法。
【請求項６】集計処理が細胞内画像データの累積加算処
理である第（３）項または第（４）項に記載の方法。
【請求項７】集計処理が細胞内画像データのヒストグラ
ム計算処理および累積加算処理である第（３）項または
第（４）項に記載の方法。
【請求項８】ヒストグラム計算処理によって求められる
細胞画像パラメータが色度ヒストグラムまたは勾配ヒス
トグラムである第（５）項または第（７）項に記載の方
法。
【請求項９】累積加算処理によって求められる細胞画像
パラメータが累積色度情報または累積勾配情報である第
（６）項または第（７）項に記載の方法。
【請求項１０】撮像手段によって細胞画像を撮像し、撮
像された画像をオリジナル画像として記憶し、オリジナ
ル画像もしくはオリジナル画像に対して細胞の特徴を顕
著化するための処理加工を施した加工済画像を処理対象
画像とし、オリジナル画像の中のバックグラウンド部分
と細胞像部分とを識別し画像を２値化し、２値化された
画像から細胞のエッジ検出情報を各画素ごとに導出し、
エッジ検出情報を参照して細胞のエッジをトレースし、
エッジトレースの結果を参照して上記処理対象画像につ
いての種々の細胞画像パラメータを導出する方法を用い
た細胞画像処理装置において、上記処理対象画像の各エ
ッジ点がどの細胞のものであるかを識別するコードであ
り且つ画像スキャン方向に見て該エッジ点のどちら側が
細胞外部であるかを示すコードである細胞識別コードを
導出する手段と、上記処理対象画像と上記細胞識別コー
ドとを各画素ごとに対応させて順次読み出していく手段
と、細胞識別コードから細胞番号を読み取る手段と、処
理対象画像の各画素が１画素ごとの画像スキャン方向に
見て細胞の始点側のエッジであるか否かを細胞識別コー
ドから判定する手段と、該画素が始点側のエッジである
と判定されたとき上記細胞番号をラッチする手段と、各
画素の画像データを細胞番号ごとに集計処理する手段
と、処理対象画像の各画素が１画素ごとの画像スキャン
方向に見て細胞の終点側のエッジであるか否かを細胞識
別コードから判定する手段と、該画素が終点側のエッジ
であると判定されたとき上記細胞番号のラッチをクリア
する手段と、全画素の処理が終了したか否かを判定する
手段とを包含することを特徴とする細胞画像処理装置。
【請求項１１】集計処理する手段が細胞内画像データの
ヒストグラム計算処理手段である第（10）項に記載の装
置。
【請求項１２】集計処理する手段が細胞内画像データの
累積加算処理手段である第（10）項に記載の装置。
【請求項１３】集計処理する手段が細胞内画像データの
ヒストグラム計算処理手段および累積加算処理手段であ
る第（10）項に記載の装置。
【請求項１４】ヒストグラム計算処理手段の構成要素と
してヒストグラムメモリとインクリメンタとを含む第
（11）項または第（13）項に記載の装置。
【請求項１５】累積加算処理手段の構成要素として累積
色度メモリと加算器とを含む第（12）項または第（13）
項に記載の装置。
【請求項１６】ヒストグラム計算処理手段によって求め
られる細胞画像パラメータが色度ヒストグラムまたは勾
配ヒストグラムである第（11），（13），（14）項のい
ずれかに記載の装置。
【請求項１７】累積加算処理手段によって求められる細
胞画像パラメータが累積色度情報または累積勾配情報で
ある第（12），（13），（15）項のいずれかに記載の装
置。