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断層画像生成システム、断層画像生成方法、および断層画像生成プログラム

国内特許コード P180014862
整理番号 S2016-0923-N0
掲載日 2018年4月18日
出願番号 特願2016-143764
公開番号 特開2018-014650
出願日 平成28年7月21日(2016.7.21)
公開日 平成30年1月25日(2018.1.25)
発明者
  • 西 諒一郎
  • 青砥 隆仁
  • 河合 紀彦
  • 佐藤 智和
  • 向川 康博
  • 横矢 直和
出願人
  • 国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学
発明の名称 断層画像生成システム、断層画像生成方法、および断層画像生成プログラム
発明の概要 【課題】被写界深度の浅い撮像装置を用いて撮影した画像と、撮像装置が持つ位置依存の光学的なボケを利用して、より鮮明な断層画像を生成するシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】第1放物面鏡と第2放物面鏡を正対配置させる。第1放物面鏡の焦点位置に撮像素子を配置する。第2放物面鏡の焦点位置に被写体を配置する。結像光学系の光軸方向に被写体を平行移動させる移動手段を配置する。本システムは、これらが配置された撮像装置と断層画像生成手段から成る。断層画像生成手段は、移動手段により被写体を移動させて異なる位置から撮影された複数の撮影画像と、被写体の位置に依存するボケ関数と、撮影画像の画素値に関する制約とを用いて、被写体の断層画像を生成する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


従来から、被写界深度を浅くするための手法として、複数の小口径の結像系を用いて、大口径の結像系に相当する分解能を得る合成開口法が知られている(例えば、非特許文献1,2を参照。)。これは、多数の小口径の結像系を用いて多視点から撮影対象を見ることにより、仮想的に被写界深度を浅くする手法である。
また、共焦点撮像法は、顕微鏡で特定の一点のみを可視化する手法であり(例えば、非特許文献3を参照。)、顕微鏡の焦点とレーザの焦点を一致させて撮影を行うものである。共焦点撮像法において、共焦点光学系は、従来の顕微鏡と異なり、焦点の合った部分だけが際立って明るく撮像されるため(非合焦の部分は暗い)、焦点の合っていない箇所からの不要な散乱光が除去され、高コントラストになり、高解像度の撮影が可能である。
また、暗視野顕微鏡は、共焦点撮像法と同様、顕微鏡に用いられる手法であり、撮影対象に光源を対物レンズに当たらない角度で照射して、物体に当たって散乱した光のみを撮影することにより、細胞壁などの特定の位置にある物体のみを可視化するものである。



また、断層画像の生成において、所望の被写界深度の画像や所望の視線方向から見た被写体の画像の品質を向上する撮像システムが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。特許文献1に開示された撮像システムは、結像光学系の光軸方向に焦点位置を変えながら被写体を複数回撮像することにより、複数の画像を取得し、それらの画像に基づいて、任意の被写界深度の画像又は任意の視線方向から見た被写体の画像を生成するものであるが、結像光学系の中に開口絞りが存在し(特許文献1中の図2を参照)、この開口絞りを調整することで被写界深度を制御している。



また、撮影した画像のピンボケ等を低減する技術として、被写界深度の制御技術があり、結像光学系の光軸方向に焦点位置を変えながら被写体を複数回撮像した画像と、ボケ関数をデコンボリューションさせることによって、所望の被写界深度の制御画像を生成する技術が知られている。その中で、被写体が二次元コードである場合、二次元コードの構成単位であるセル上に配置されることを制約とした幾何変形行列を用いて、二次元コードの復元画像を決定する技術が知られている(特許文献2を参照。)。

産業上の利用分野


本発明は、正対する2つの放物面鏡を用いた断層画像生成システムおよび断層画像生成方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
結像光学系の焦点位置に被写体を配置して、結像光学系の光軸方向に被写体を平行移動させる移動手段を備えた撮像装置と、
前記移動手段により被写体を移動させて異なる位置から撮影された複数の撮影画像と、被写体の位置に依存するボケ関数と、撮影画像の画素値に関する上界と下界の制約とを用いて、被写体の断層画像を生成する断層画像生成手段と、
を備えたことを特徴とする断層画像生成システム。

【請求項2】
前記結像光学系は、第1放物面鏡と第2放物面鏡を正対配置させ、第1放物面鏡の焦点位置に撮像素子を配置し、第2放物面鏡の焦点位置に被写体を配置したものであることを特徴とする断層画像生成システム。

【請求項3】
前記断層画像生成手段において、
前記制約の上界は前記ボケ関数から算出した値であり、下界は非負値である、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の断層画像生成システム。

【請求項4】
前記断層画像生成手段は、 推定する断層画像に前記ボケ関数を掛け合わせた画像と、撮影画像との誤差が最小になるもので、前記制約を満たす画像を推定断層画像として生成することを特徴とする請求項1~3の何れかに記載の断層画像生成システム。

【請求項5】
第1放物面鏡と第2放物面鏡は、それぞれの開口径が同じであることを特徴とする請求項2~4の何れかに記載の断層画像生成システム。

【請求項6】
第1放物面鏡と第2放物面鏡は、それぞれの開口径および曲率が同じであり、中心間距離が焦点距離となるように縁同士を合せて正対配置させたことを特徴とする請求項2~4の何れかに記載の断層画像生成システム。

【請求項7】
前記被写体を前記光軸方向に垂直な方向に平行移動させる第2移動手段を更に備え、
前記断層画像生成手段は、
前記光軸方向に垂直な方向に平行移動させながら前記被写体をする撮影した画像を用いて、
前記被写体の断層画像を生成することを特徴とする請求項1~6の何れかに記載の断層画像生成システム。

【請求項8】
前記撮像装置において、
装置外側に光源、
第2放物面鏡の焦点位置に光入射口、
前記撮像素子と前記被写体の間に光遮蔽用マスク、
が設けられたことを特徴とする請求項1~7の何れかに記載の断層画像生成システム。

【請求項9】
結像光学系の光軸方向に被写体を平行移動させる移動ステップと、
光軸方向に移動させて異なる位置から被写体を撮影する撮像ステップと、
被写体を移動させて異なる位置から撮影された複数の撮影画像と、被写体の位置に依存するボケ関数と、撮影画像の画素値に関する上界と下界の制約とを用いて、被写体の断層画像を生成する断層画像生成ステップ、
を備えたことを特徴とする断層画像生成方法。

【請求項10】
前記結像光学系は、第1放物面鏡と第2放物面鏡を正対配置させ、第1放物面鏡の焦点位置に撮像素子を配置し、第2放物面鏡の焦点位置に被写体を配置したものであることを特徴とする断層画像生成方法。

【請求項11】
前記断層画像生成ステップにおいて、
前記制約の上界は前記ボケ関数から算出した値であり、下界は非負値である、
ことを特徴とする請求項9又は10に記載の断層画像生成方法。

【請求項12】
前記断層画像生成ステップは、 推定する断層画像に前記ボケ関数を掛け合わせた画像と、撮影画像との誤差が最小になるもので、前記制約を満たす画像を断層画像として生成することを特徴とする請求項9~11の何れかに記載の断層画像生成方法。

【請求項13】
第1放物面鏡と第2放物面鏡は、それぞれの開口径が同じであることを特徴とする請求項10~12の何れかに記載の断層画像生成方法。

【請求項14】
第1放物面鏡と第2放物面鏡は、それぞれの開口径および曲率が同じであり、中心間距離が焦点距離となるように縁同士を合せて正対配置させたことを特徴とする請求項10~12の何れかに記載の断層画像生成方法。

【請求項15】
前記被写体を前記光軸方向に垂直な方向に平行移動させる第2移動ステップを更に備え、
前記断層画像生成ステップは、
前記光軸方向に垂直な方向に平行移動させながら前記被写体をする撮影した画像を用いて、
前記被写体の断層画像を生成することを特徴とする請求項9~14の何れかに記載の断層画像生成方法。

【請求項16】
コンピュータを、
請求項1~8の何れかの断層画像生成システムにおける前記断層画像生成手段として機能させる断層画像生成プログラム。

【請求項17】
コンピュータに、
請求項9~15の何れかの断層画像生成方法における前記断層画像生成ステップを実行させるための断層画像生成プログラム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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