JP5165732B2 - Multispectral image processing method, image processing apparatus, and image processing system - Google Patents

Multispectral image processing method, image processing apparatus, and image processing system Download PDF

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Description

本発明は、マルチスペクトル画像処理方法、画像処理装置、及び画像処理システムに関し、特に、波長方向に特徴をもつ物体(対象物)を被写体として撮影して得られたマルチスペクトル画像に基づいて、対象物の分類や領域の抽出などの処理を行うマルチスペクトル画像処理方法、画像処理装置、及び画像処理システムに関する。The present invention relates to a multispectral image processing method , an image processing apparatus, and an image processing system , and in particular, based on a multispectral image obtained by photographing an object (target object) having a characteristic in a wavelength direction as a subject. The present invention relates to a multispectral image processing method , an image processing apparatus, and an image processing system that perform processing such as object classification and region extraction.

また、本発明は、マルチスペクトル皮膚画像による診断方法に関し、特に、皮膚を被写体として撮影して得られたマルチスペクトル画像(以下、単にマルチスペクトル皮膚画像と称する)を用いて、乾癬やざ瘡(にきび)などの各種皮膚疾患の状態を定量化して表示することによって、皮膚科医による診断を支援するマルチスペクトル皮膚画像による診断方法に関する。   The present invention also relates to a diagnostic method using a multispectral skin image, and in particular, using a multispectral image obtained by photographing the skin as a subject (hereinafter simply referred to as a multispectral skin image), psoriasis and acne ( The present invention relates to a diagnosis method using a multispectral skin image that supports diagnosis by a dermatologist by quantifying and displaying the state of various skin diseases such as acne.

従来、特定の対象物の分光的な特徴に基づいて、対象物の分類を行う方法としては、例えば、特許文献1に開示されている「色分類装置」において、クラスが既知の対象物の反射分光スペクトルから統計的手法を用いて、クラスが未知の前記対象物の分類を行う方法が用いられている。しかし、このような方法では、注目する分光的な特徴以外の成分に空間的なムラや個人差があった場合に、その影響を除去しきれないという問題が生じてしまう。   Conventionally, as a method of classifying an object based on spectral characteristics of a specific object, for example, in the “color classification device” disclosed in Patent Document 1, reflection of an object whose class is known A method of classifying an object whose class is unknown from a spectrum using a statistical method is used. However, in such a method, when there are spatial unevenness or individual differences in components other than the spectral characteristic of interest, there arises a problem that the influence cannot be completely removed.

また、皮膚の分光的な特徴に基づいて、特定部分の可視化や領域抽出を行う従来技術としては、例えば、ランバートベアの法則によって分光反射率から吸収色素濃度を求めて画像化する方法(特許文献2参照)や、2つの異なる波長の光で撮影した画像の差分を計算することによって特定部分の可視化を行う方法(特許文献3参照)等がある。   In addition, as a conventional technique for visualizing a specific portion or extracting a region based on spectral characteristics of the skin, for example, a method for obtaining an image by obtaining an absorption pigment concentration from spectral reflectance according to Lambert Bear's law (Patent Document) 2), and a method of visualizing a specific portion by calculating a difference between images taken with two different wavelengths of light (see Patent Document 3).

しかし、特許文献2に開示されている「診断システム]において、ランバートベアの法則を用いるためには、分光反射率の絶対値を計測しなければならないことや波長毎の光路長が既知でなければならないことなどの制約があり、適用対象が限られており、且つ、撮影装置が複雑になるといった問題点があった。   However, in the “diagnostic system” disclosed in Patent Document 2, in order to use Lambert-Bear's law, the absolute value of the spectral reflectance must be measured and the optical path length for each wavelength must be known. There are restrictions such as not being able to be applied, the application target is limited, and the photographing apparatus is complicated.

また、特許文献3に開示されている「画像診断装置」において、2つの異なる波長の光で撮影した画像の差分を計算することによって特定部分の可視化を行う方法では、注目する分光的な特徴以外の成分に空間的なムラや個人差があった場合に、その影響を除去しきれないという問題が生じてしまう。   In addition, in the “image diagnostic apparatus” disclosed in Patent Document 3, in the method of visualizing a specific portion by calculating the difference between images taken with two different wavelengths of light, other than the spectral features of interest If there are spatial irregularities or individual differences in the components, there arises a problem that the influence cannot be completely removed.

また、非特許文献1において、マルチスペクトル画像を用いて、下地の色の分布をそのままに特徴の張る波長成分のみを強調したカラー画像を作成する方法が開示されている。   Non-Patent Document 1 discloses a method of creating a color image in which only a wavelength component that characterizes a background color distribution is emphasized using a multispectral image.

特許第3469619号Japanese Patent No. 3469619 特許第3417235号Japanese Patent No. 3417235 特開2002−272744号公報JP 2002-272744 A

エム.ミツイ(M.Mitsui)・ワイ.ムラカミ(Y.Murakami)・ティー.オビ(T.Obi)・エム.ヤマグチ(M.Yamaguchi)・エヌ.オオヤマ(N.Ohyama)共著,『カラー エンハンスメント イン マルチスペクトル イメージ オフ ヒューマン スキン“Color enhancement in multispectral image of human skin”』,プロク. オフ SPIE(Proc. Of SPIE),第4959巻,p.83-88,2003年Co-authored by M. Mitsui, Y. Murakami, T.Obi, M. Yamaguchi, and N. Ohyama, “Color Enhancement In” Multispectral image off human skin “Color enhancement in multispectral image of human skin”, Proc. Of SPIE, Vol. 4959, p.83-88, 2003

ところで、マルチスペクトル画像は、3チャネルのカラー画像と比べて、波長方向に多数の情報をもち、被写体のスペクトルの特徴をより細かく表すことができる。このマルチスペクトル画像から、スペクトルの特徴がある特定の領域を抽出したり、そのスペクトル特徴により画像を分類したりすることで、解析を行うことがよく行われている。   By the way, the multi-spectral image has more information in the wavelength direction than the three-channel color image, and can express the spectral characteristics of the subject in more detail. An analysis is often performed by extracting a specific region having a spectral feature from the multispectral image or classifying the image based on the spectral feature.

このような目的では、特定の波長成分の画像を用いる画像があるが、下地の色の影響を受けやすく、注目するスペクトルの特徴のみを抽出することができないといった問題が生じてしまう。   For such purposes, there is an image using an image of a specific wavelength component, but it is easily affected by the color of the background, and there arises a problem that it is not possible to extract only the feature of the spectrum of interest.

この問題を解決するために、つまり、下地の色の影響を取り除く方法として、マルチスペクトル画像の異なる波長帯域の画像間の差分や比率を用いる方法が用いられている。要するに、これは、注目するスペクトルの特徴と下地の色が含まれる波長成分と、下地の色が含まれる波長成分の二つの波長を選び、その二つの波長成分間で差を計算することなどによって、注目する特徴を抽出するものである。   In order to solve this problem, that is, as a method of removing the influence of the background color, a method using a difference or ratio between images of different wavelength bands of a multispectral image is used. In short, this is done by selecting two wavelengths, the wavelength component that contains the characteristics of the spectrum of interest and the background color, and the wavelength component that contains the background color, and calculating the difference between the two wavelength components. The feature to be noticed is extracted.

例えば、注目するスペクトルの特徴をv(λ)、その特徴成分の量をa、下地の色のスペクトルをu(λ)、下地の色の成分の量をbとするときに、ある波長λでのスペクトルは、下記数1で表される。   For example, when the characteristic of the spectrum of interest is v (λ), the amount of the characteristic component is a, the spectrum of the background color is u (λ), and the amount of the background color component is b, The spectrum of is represented by the following formula 1.

Figure 0005165732
波長λに注目する特徴が含まれており、波長λに下地の色の成分のみが含まれているときに、下記数2、数3が得られる。
Figure 0005165732
The following features 2 and 3 are obtained when the feature focusing on the wavelength λ 0 is included, and only the background color component is included in the wavelength λ 1 .

Figure 0005165732
Figure 0005165732

Figure 0005165732
数2と数3の差分を計算すると、下記数4が得られる。
Figure 0005165732
When the difference between Equation 2 and Equation 3 is calculated, the following Equation 4 is obtained.

Figure 0005165732
u(λ)−u(λ)が一定であるとすれば、Δgは注目する特徴成分の量に比例するので、下地の影響を取り除くことが可能である。しかし、実際には数2、数3が成立するような波長を常に選択できるとは限らない。
Figure 0005165732
If u (λ 0 ) −u (λ 1 ) is constant, Δg is proportional to the amount of feature components of interest, so that the influence of the background can be removed. However, in practice, it is not always possible to select a wavelength that satisfies Equations 2 and 3.

また、数1では、下地の色がu(λ)という一つの関数で表されるとしているが、下地の色のばらつきが複数の関数の組み合わせで表されるときには、上述の方法で下地の色をキャンセルすることができないといった問題が生じてしまう。   Further, in Equation 1, the background color is expressed by a single function u (λ). However, when the background color variation is expressed by a combination of a plurality of functions, the above-described method is used. Will cause a problem that cannot be canceled.

つまり、マルチスペクトル画像の異なる波長帯域の画像間で差分や比を算出することによって領域抽出などを行うような従来技術では、下地の色にばらつきがある場合に、差分や比の値にばらつきが生じてしまい、安定して領域抽出を行うことが困難になるという問題が生じてしまう。
本発明は、上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、波長方向に特 徴をもつ物体(対象物)を被写体として撮影して得られたマルチスペクトル画像に基づい て、対象物の分類や領域の抽出などの処理を行うマルチスペクトル画像処理方法、画像処 理装置、及び画像処理システムを提供することにある。
In other words, in conventional techniques such as region extraction by calculating differences and ratios between images in different wavelength bands of multispectral images, when the background color varies, the differences and ratio values vary. As a result, there arises a problem that it is difficult to stably extract a region.
The present invention has been made in view of the above described circumstances, an object of the present invention is based on multispectral image obtained by the object (target) having a feature in the wavelength direction taken as the object, multispectral image processing method for performing processing such as classification and area of extraction of the object is to provide an image processing apparatus, and an image processing system.

本発明は、上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、皮膚を被写体として撮影して得られたマルチスペクトル皮膚画像を用いて、乾癬やざ瘡(にきび)などの各種皮膚疾患の状態を定量化して表示することによって、皮膚科医による診断を支援し、かつ、正常皮膚の色が個々人または日焼けなどの状態によって異なっていても病変の特徴のみを抽出できるようにしたマルチスペクトル皮膚画像による診断方法を提供することにある。   The present invention has been made under the circumstances as described above, and an object of the present invention is to use various spectrum images such as psoriasis and acne using a multispectral skin image obtained by photographing the skin as a subject. By quantifying and displaying the state of skin disease, diagnosis by dermatologists is supported, and only the characteristics of lesions can be extracted even if the color of normal skin varies depending on the individual or sunburn. The object is to provide a diagnostic method based on multispectral skin images.

本発明は、波長方向に特徴をもつ対象物を被写体として撮影して得られたマルチスペクトル画像を用いて、画像解析によって、前記対象物の特徴領域を抽出するマルチスペクトル画像処理方法に関し、本発明の上記目的は、異なる波長帯域に感度を持つ多チャネルの画像撮影装置を用いて、前記対象物第1部分を撮影する第1のステップと、第1のステップで撮影されたマルチスペクトル画像、または、別途撮影した前記対象物第2部分を含むマルチスペクトル画像の一部または全体の領域で、主成分分析を行う第2のステップと、第2のステップで得られた主成分ベクトルのうち、指定した数の主成分ベクトルの和として再構成されたマルチスペクトル画像と、第1のステップで前記対象物第1部分を撮影して得られた前記マルチスペクトル画像との差分を算出することによって、差分マルチスペクトル画像を得る第3のステップと、第3のステップで得られた前記差分マルチスペクトル画像のうち、指定された一つまたは複数のチャネルの画像を選択する第4のステップと、第4のステップで選択された画像に対して、画像処理を行うことで、前記対象物 の特徴領域を抽出し、抽出された特徴領域の面積、個数または形状を行う第5のステップとを有することによって効果的に達成される。The present invention uses a multispectral image image obtained by photographing the object with the features in the wavelength direction as a subject, by image analysis relates multispectral image processing method of extracting the feature region of the object The above object of the present invention is to provide a first step of photographing the first portion of the object using a multi-channel image photographing device having sensitivity in different wavelength bands, and a multi-image photographed in the first step. spectrum image image, or in a part of or the entire area of the multispectral image image including a second portion of the object which is separately shot, a second step of performing principal component analysis, resulting in a second step of obtained principal component vectors, and multispectral image image reconstructed as the sum of the specified number of principal component vectors, the obtained by photographing a first portion of the object in a first step multithreading By calculating the difference between the transfected Le picture image, a third step of obtaining a difference multispectral image image of the difference multispectral image image obtained in the third step was specified one A fourth step of selecting an image of one or a plurality of channels, and performing image processing on the image selected in the fourth step, thereby extracting a feature region of the object and extracting the extracted feature effectively achieved by having a fifth step intends area of the region, the number or shape line.

また、本発明は、波長方向に特徴をもつ対象物を被写体として撮影して得られたマルチスペクトル画像を用いて、画像解析によって、前記対象物の特徴領域を抽出するマルチスペクトル画像処理方法に関し、本発明の上記目的は、つまたは複数の波長を指定するステップD1と、前記対象物所定部分の特徴を表す部分空間の次元数Mを指定するステップD2と、ステップD1で指定された一つまたは複数の波長を含む波長帯域に分光感度を持つチャネルと、前記対象物所定部分を表すM次元部分空間への投影値を求めるために必要な所定の種類の異なる分光感度のチャネルとを持つ撮像装置で、前記対象物を撮影するステップD3と、ステップD3で撮影して得られたマルチスペクトル画像を、別途に記憶された前記対象物所定部分の分光的特徴を表すM次元の基底関数の張る部分空間に投影して得られる、M次元部分空間成分画像のうち、前記指定された一つまたは複数の波長に該当する波長成分の画像を求めて、M次元部分空間上での特定波長成分画像とするステップD4と、ステップD3で撮影して得られた前記マルチスペクトル画像から、前記指定された一つまたは複数の波長に対応する波長成分の特定波長画像を抽出するステップD5と、ステップD4で得られた前記M次元部分空間上での特定波長成分画像と、ステップD5で抽出された前記特定波長画像とについて、前記指定された一つまたは複数の波長に対応する波長成分ごとに差分を算出することによって、指定された波長に対応する差分特定波長画像を抽出するステップD6と、ステップD6で抽出された指定された波長に対応する一つまたは複数のチャネルの前記差分特定波長画像の画素値を用いて、画像中の各画素または領域を複数のクラスに分類するステップD7と、ステップD7で分類された前記クラスの特徴に基づいて、前記対象物の特徴領域抽出するステップD8とを有することにより、或いは、前記対象物所定部分を表すM次元部分空間への投影値を、ステップD1で指定された一つまたは複数の波長帯域の画像を含めて計算することにより、或いは、前記別途に記憶された前記対象物所定部分の分光的特徴を表すM次元の基底関数を、同一対象物所定部分を撮影した画像から求めることによって効果的に達成される。
更に、本発明は、対象物の分光的な特徴に基づいて画素群を分類するマルチスペクトル 画像処理装置に関し、本発明の上記目的は、波長方向に特徴をもつ前記対象物を被写体と して、波長方向にNチャネル(Nは2以上の整数である)を持つマルチスペクトル画像を 撮影する手段と、前記撮影手段により撮影して得られた前記対象物のマルチスペクトル画 像を、M次元(M<N、Mは整数である)の基底関数の張る部分空間に投影して、前記対 象物のM次元部分空間成分画像を算出する第1の算出手段と、前記撮影手段により得られ た前記対象物の前記マルチスペクトル画像と、前記第1の算出手段により得られた前記対 象物の前記M次元部分空間成分画像との差分を算出することにより、前記対象物の差分マ ルチスペクトル画像を算出する第2の算出手段と、前記第2の算出手段により得られた前 記対象物の前記差分マルチスペクトル画像のうち、指定された波長に対応する一つまたは 複数のチャネルの差分特定波長画像を抽出する手段と、前記抽出手段により抽出された一 つまたは複数のチャネルの前記差分特定波長画像の画素値を用いて、画像内の各点の属す るクラスを判定する手段とを有することにより、或いは、波長方向に特徴をもつ前記対象 物を被写体として、波長方向にNチャネル(Nは2以上の整数である)を持つマルチスペ クトル画像を撮影する手段と、前記撮影手段により撮影して得られた前記対象物のマルチ スペクトル画像を、M次元(M<N、Mは整数である)の基底関数の張る部分空間に投影 して得られる前記対象物のM次元部分空間成分画像のうち、指定された一つまたは複数の 波長成分の画像を計算して、M次元部分空間上での特定波長成分画像を算出する第1の算 出手段と、前記撮影手段により撮影して得られた前記対象物の前記マルチスペクトル画像 から、前記指定された一つまたは複数の波長成分に対応する波長成分の特定波長画像を抽 出する手段と、前記第1の算出手段により得られた前記M次元部分空間上での特定波長成 分画像と、前記抽出手段により抽出された前記特定波長画像とについて、前記指定された 一つまたは複数の波長成分に対応する波長成分ごとに差分を算出することによって、指定 された波長に対応する差分特定波長画像を算出する第2の算出手段と、前記第2の算出手 段により得られた指定された波長に対応する一つまたは複数のチャネルの前記差分特定波 長画像の画素値を用いて、画像内の各点の属するクラスを判定する手段とを有することに よって効果的に達成される。
また更に、本発明は、対象物の分光的な特徴に基づいて画素群を分類するマルチスペク トル画像処理システムに関し、本発明の上記目的は、M種類以上の異なる分光感度のチャ ネルを持つ第1の撮像装置と、指定された一つまたは複数の波長に対応するチャネルの画 像を撮影するための第2の撮像装置を用いて、同一の前記対象物を撮影する手段と、前記 第1の撮像装置で撮影して得られた前記対象物の画像を、M次元の基底関数の張る部分空 間に投影して得られる前記対象物のM次元部分空間成分画像のうち、ステップC1で指定 された波長に該当する一つまたは複数の波長成分の画像を計算して、M次元部分空間上で の特定波長成分画像を算出する第1の算出手段と、前記第1の算出手段により得られた前 記M次元部分空間上での特定波長成分画像と、前記第2の撮像装置で撮影して得られた一 つまたは複数の波長成分画像とについて、それぞれ対応する波長ごとに差分を抽出する手 段と、前記抽出手段により抽出された指定された波長に対応する一つまたは複数のチャネ ルの差分特定波長画像の画素値を用いて、画像内の各点の属するクラスを判定する手段と を有することにより、或いは、広帯域の画像を撮影できる広帯域画像撮影機能と、注目す る特定波長にのみ感度を持つ狭帯域の画像を撮影できる狭帯域画像撮影機能とを具備する 撮像システムを前記第1の撮像装置及び前記第2の撮像装置として用いることにより、或 いは、前記撮像システムは、赤(R)・緑(G)・青(B)の3原色で撮影するデジタル 撮像装置と、前記注目する特定波長で狭帯域の光を発光する特殊な照明装置とから構成さ れることにより、或いは、前記特殊な照明装置は発光ダイオード(LED)であることに よって効果的に達成される。
Further, the present invention uses a multispectral image image obtained by photographing the object with the features in the wavelength direction as a subject, by image analysis, multispectral image processing of extracting a characteristic region of the object a method, the above object of the present invention, the step D1 to specify one or more wavelengths, the step D2 for specifying the number of dimensions M of the subspace indicating the feature of the predetermined portion of the object, specified in step D1 A channel having spectral sensitivity in a wavelength band including one or a plurality of wavelengths, and a predetermined type of different spectral sensitivity necessary for obtaining a projection value onto an M-dimensional subspace representing a predetermined portion of the object. in the imaging apparatus having a channel, a predetermined portion of the step D3 for photographing an object, the object that the multispectral image image, a separately stored obtained by photographing in step D3 Obtained by projecting the subspace spanned by the basis functions of the M-dimensional representative of the spectral characteristics, of the M-dimensional subspace formed fractionation image, the image of the wavelength component corresponding to one or more wavelengths that the specified seeking, step D4 of the specific wavelength formation fractions image on the M-dimensional subspace, from the multispectral image image obtained by photographing in step D3, one or a plurality of wavelengths the specified a step D5 to extract specific wave Nagaga image corresponding wavelength components, a specific wavelength formation fractions image on the M-dimensional subspace obtained in step D4, the specific wave Nagaga extracted in step D5 for an image, by calculating the difference for each wavelength component corresponding to the designated one or more wavelengths, the step D6 of extracting difference specific wave Nagaga image corresponding to the designated wavelength, step D6 Extracted with By using the pixel values of the differential specific wave Nagaga image of one or more channels corresponding to the specified wavelength, and the step D7 classifying each pixel or region in the image into a plurality of classes, in the step D7 A step D8 for extracting a feature region of the object based on the classified features of the class, or a projection value onto an M-dimensional subspace representing a predetermined portion of the object is obtained in step D1. M-dimensional basis functions representing spectral features of a predetermined portion of the object stored separately are calculated by including one or a plurality of wavelength band images specified by the same object. effectively achieved by a Turkey determined from an image obtained by photographing a predetermined portion of the object.
Furthermore, the present invention relates to a multispectral image processing apparatus for classifying a pixel group based on the spectral characteristics of the object, the object of the present invention is to the object having the features in the wavelength direction and the object, means for capturing multispectral image with the wavelength direction N-channel (N is an integer of 2 or more), the multispectral image image of the object obtained by photographing by the photographing means, M dimensions (M <N, M is projected in the subspace spanned by the basis functions of an integer), a first calculation means for calculating the M-dimensional subspace component image of the Target material, the obtained by the photographing means said multispectral image of the object, by calculating the difference between the M-dimensional subspace component image of the target product obtained by the first calculating means, the difference multispectral image of the object calculate Extracting a second calculation means, among the differential multispectral image before Symbol object obtained by the second calculating means, the difference specific wavelength image of one or more channels corresponding to the specified wavelength by having a means, using the pixel values of the differential specific wavelength image of one or more channels which are extracted by the extraction means, and means for determining a class belonging of each point in the image, or, said object having a characteristic in the wavelength direction as a subject, and means for taking Maruchisupe vector images having an N-channel in the wavelength direction (N is an integer of 2 or more), the obtained by photographing by said photographing means the multispectral image of the object, an M-dimensional (M <N, M is an integer) of the M-dimensional subspace component image of the object obtained by projecting the subspace spanned by the basis functions, By calculating the image of the constant has been one or more wavelength components, and the first calculation output means for calculating the specific wavelength component image on the M-dimensional subspace, the obtained photographing by said photographing means wherein the multispectral image, and means to extract a specific wavelength image wavelength component corresponding to the designated one or more wavelength components, the M-dimensional portion obtained by the first calculating means of the object a specific wavelength ingredient images in space, the for a specific wavelength image extracted by said extraction means, by calculating the difference for each wavelength component corresponding to the designated one or more wavelength components, a second calculation means for calculating a difference specific wavelength image corresponding to the specified wavelength, the difference a particular wave of one or more channels corresponding to said second wavelength that is specified obtained by calculating the hand stages of Long Using the pixel values of the image, thus effectively accomplished by having a means for determining a class which belongs each point in the image.
Furthermore, the present invention relates to multi-spectral imaging system for classifying pixel group based on the spectral characteristics of the object, the object of the present invention, first with a channel of M kinds of different spectral sensitivity by using the first imaging device, a second imaging device for taking images of the channels corresponding to the designated one or more wavelengths, means for capturing the same of the object, the first the image of the object obtained by photographing by the imaging device, of the M-dimensional subspace component image of the object obtained by projecting between the subspace spanned by the basis functions of the M-dimensional, specified in step C1 Obtained by a first calculating means for calculating an image of one or a plurality of wavelength components corresponding to the determined wavelength and calculating a specific wavelength component image on the M-dimensional subspace; and the first calculating means. specific wave in front of Symbol M-dimensional part on the space was A component image, for the one or more wavelength components image obtained by imaging by the second imaging device, and means to extract the difference for each corresponding wavelength, designated extracted by the extraction means using the pixel values of one or more channels of differential specific wavelength image corresponding to the wavelength taken, by having a means for determining a class which belongs each point in the image, or the image of the wide-band can the broadband image capturing function, as a narrow-band image of the first imaging device and the second imaging device an imaging system and a narrowband image capturing function capable shooting of having sensitivity only to a specific wavelength that note by using, Or, the imaging system, red (R) · green (G) · blue and digital imaging apparatus for capturing in three primary colors (B), emit narrowband light at a particular wavelength to the target Do By being composed of a Koto lighting apparatus, or the special lighting apparatus thus it is effectively achieved by a light emitting diode (LED).

本発明に係るマルチスペクトル皮膚画像による診断方法は、「差分マルチスペクトル皮膚画像」から選択した一つまたは複数の特定のチャネルの画像から皮膚病変の状態に関連した数値を算出する点に顕著な特徴がある。従って、本発明に係るマルチスペクトル皮膚画像による診断方法によれば、正常皮膚の色が異なっていても、安定して病態の定量化を行うことができ、皮膚疾患の状態を正確に診断することができるといった優れた効果を奏する。   The diagnostic method using a multispectral skin image according to the present invention is remarkable in that a numerical value related to the state of a skin lesion is calculated from an image of one or a plurality of specific channels selected from the “difference multispectral skin image”. There is. Therefore, according to the diagnosis method based on the multispectral skin image according to the present invention, even if the color of normal skin is different, the pathological condition can be stably quantified and the skin disease state can be accurately diagnosed. There is an excellent effect of being able to.

つまり、本発明に係るマルチスペクトル皮膚画像による診断方法において、患者の皮膚の正常部の分光的特徴を差し引いた特定波長成分を用いることによって、正常部の皮膚の色の個人差や日焼けの状態などによる、正常皮膚の分光的特徴のばらつきをキャンセルすることができる。これによって、乾癬などの炎症性皮膚疾患の血流量を定量化して病変部の面積を計測すること、皮疹を分析して重症度を判定すること、皮膚疾患が自己免疫性疾患によるものか否かを数値的に判定することなどが可能になる。   In other words, in the diagnostic method based on the multispectral skin image according to the present invention, by using a specific wavelength component obtained by subtracting the spectral characteristics of the normal part of the patient's skin, individual differences in the color of the normal part, the state of sunburn, etc. The variation in spectral characteristics of normal skin due to can be canceled. Quantifying blood flow in inflammatory skin diseases such as psoriasis to measure the area of the lesion, analyzing the skin rash to determine the severity, and whether the skin disease is due to an autoimmune disease Can be determined numerically.

本発明に係るマルチスペクトル皮膚画像による診断方法によれば、皮膚科診断を定量的な数値に基づいて行うこと、遠隔診断において画像のみから判断することが困難な症例に付加的な情報を提供すること、投薬などの治療効果の定量化と判定が可能になることなどの効果がある。   According to the diagnostic method using a multispectral skin image according to the present invention, dermatological diagnosis is performed based on quantitative numerical values, and additional information is provided to cases that are difficult to judge from only images in remote diagnosis. In addition, there is an effect that it is possible to quantify and determine a therapeutic effect such as medication.

本発明に係るマルチスペクトル画像処理方法の好適な第1実施形態を説明するための流れ図である。It is a flowchart for demonstrating suitable 1st Embodiment of the multispectral image processing method which concerns on this invention. 本発明に係るマルチスペクトル画像処理方法の好適な第2実施形態を説明するための流れ図である。It is a flowchart for demonstrating suitable 2nd Embodiment of the multispectral image processing method which concerns on this invention. 本発明に係るマルチスペクトル画像処理方法の好適な第3実施形態を説明するための流れ図である。It is a flowchart for demonstrating suitable 3rd Embodiment of the multispectral image processing method which concerns on this invention. マルチスペクトルカメラの構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a structure of a multispectral camera. 差分特定波長画像の生成に適した、広帯域画像撮影機能と狭帯域画像撮影機能とを具備する撮像システムの概念図である。It is a conceptual diagram of the imaging system which comprises a wideband imaging function and a narrowband imaging function suitable for the production | generation of a difference specific wavelength image. 本発明に係るマルチスペクトル皮膚画像による診断方法の好適な実施形態を説明するための流れ図である。3 is a flowchart for explaining a preferred embodiment of a diagnostic method using a multispectral skin image according to the present invention. 本発明において、波長と抽出される成分との関係を示す概念図である。In this invention, it is a conceptual diagram which shows the relationship between a wavelength and the component extracted. 本発明を適用して得られた炎症性皮膚疾患の解析結果の表示方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the display method of the analysis result of the inflammatory skin disease obtained by applying this invention. 実施例2において、3次元空間でのクラス分類を示す概念図である。In Example 2, it is a conceptual diagram which shows the class classification | category in three-dimensional space. 実施例2において、尋常性ざ瘡(にきび)診断結果の提示方法の例を示す図である。In Example 2, it is a figure which shows the example of the presentation method of the acne vulgaris (acne) diagnostic result.

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、本発明に係るマルチスペクトル画像処理方法について説明する。   First, the multispectral image processing method according to the present invention will be described.

本発明に係るマルチスペクトル画像処理方法とは、波長方向に特徴をもつ物体(対象物)を被写体として、複数の波長帯域の画像を撮影して得られたマルチスペクトル画像を用いて、対象物(以下、撮影対象物とも称する)のスペクトルに空間的なムラや個体差がある場合にその影響を除去した上で、分光的な特徴に基づいて撮影された対象物に含まれる特定部分(特定領域)を可視化・抽出し、または、対象物の分類を行うことを可能にしたものである。   The multispectral image processing method according to the present invention uses a multispectral image obtained by photographing an image of a plurality of wavelength bands using an object (target object) having a characteristic in the wavelength direction as a subject. In the following, when there are spatial unevenness or individual differences in the spectrum of the object to be imaged), the influence is removed, and a specific part (specific area) included in the object imaged based on the spectral characteristics ) Can be visualized and extracted, or the object can be classified.

要するに、本発明に係るマルチスペクトル画像処理方法は、波長方向にNチャネルを持つマルチスペクトル画像をM次元(M<N)の基底関数の張る部分空間に投影して得られる成分画像のうち、一つまたは複数の指定された波長成分の画像と、元のマルチスペクトル画像の対応する波長成分の画像とについて、対応する波長成分ごとに差分を計算し、指定された波長に対応する差分画像を得るようにし、そして、得られた一つまたは複数チャネルの差分画像の画素値を用いて、画像内の各点の属するクラスを判定することを最大な特徴としている。   In short, the multispectral image processing method according to the present invention is one of component images obtained by projecting a multispectral image having N channels in the wavelength direction onto a subspace spanned by M-dimensional (M <N) basis functions. A difference is calculated for each corresponding wavelength component between one or a plurality of specified wavelength component images and the corresponding wavelength component image of the original multispectral image, and a difference image corresponding to the specified wavelength is obtained. Thus, the greatest feature is to determine the class to which each point in the image belongs by using the pixel values of the obtained difference image of one or a plurality of channels.

ところで、下地の色のばらつきが複数の関数の線形的な組み合わせで表されるときに、数1は以下のようになる。   By the way, when the variation in the background color is expressed by a linear combination of a plurality of functions, Equation 1 is as follows.

Figure 0005165732
本発明では、画像の全体または一部の領域で主成分分析を行い、得られた主成分ベクトルのうちで指定した数の主成分ベクトルの和で現される成分を基準画像として、撮影された画像から基準画像を差し引くことにより、数5の第2項の成分をキャンセルする。これによって、下地の色が変化しても、その影響を受けずにスペクトルの特徴だけを抽出することが可能になる。なお、基準画像は、画像の全体または一部の領域で主成分分析を行って得られた主成分ベクトルでなくてもよく、他の画像を主成分分析して得られる主成分ベクトルや主成分分析以外の方法によって得られる基底ベクトルによって構成することもできる。
Figure 0005165732
In the present invention, the principal component analysis is performed on the whole or a part of the image, and the component represented by the sum of the specified number of principal component vectors among the obtained principal component vectors is taken as a reference image. By subtracting the reference image from the image, the component of the second term of Equation 5 is canceled. As a result, even if the background color changes, it is possible to extract only the spectral features without being affected by the change. Note that the reference image does not have to be a principal component vector obtained by performing principal component analysis on the entire image or a partial region of the image, and a principal component vector or principal component obtained by performing principal component analysis on another image. It can also be constituted by basis vectors obtained by a method other than analysis.

本発明に係るマルチスペクトル画像処理方法の好適な実施形態を以下のように説明する。   A preferred embodiment of the multispectral image processing method according to the present invention will be described as follows.

本発明に係るマルチスペクトル画像処理方法の好適な第1実施形態は、撮影対象物の分光的な特徴に基づいて画素群を分類する画像処理方法であり、以下のステップを有することを特徴とする。
ステップA1:
波長方向に特徴をもつ対象物を被写体として、波長方向にNチャネル(Nは2以上の整数である)を持つマルチスペクトル画像を撮影する。
ステップA2:
ステップA1で撮影して得られた対象物のマルチスペクトル画像を、M次元(M<N、Mは整数である)の基底関数の張る部分空間に投影して、対象物のM次元部分空間成分画像を得る。
ステップA3:
ステップA1で得られた対象物のマルチスペクトル画像と、ステップA2で得られた対象物のM次元部分空間成分画像との差分を計算することにより、対象物の差分マルチスペクトル画像を得る。
ステップA4:
ステップA3で得られた対象物の差分マルチスペクトル画像のうち、指定された波長に対応する一つまたは複数のチャネルの差分画像(この「差分画像」を「差分特定波長画像」とも称する)を抽出する。
ステップA5:
ステップA4で抽出された一つまたは複数のチャネルの差分画像の画素値を用いて、画像内の各点(各画素)の属するクラスを判定し、つまり、画素群の分類を行う。
A first preferred embodiment of the multispectral image processing method according to the present invention is an image processing method for classifying a pixel group based on spectral characteristics of an object to be imaged, and includes the following steps. .
Step A1:
A multispectral image having an N channel (N is an integer of 2 or more) in the wavelength direction is taken with an object having characteristics in the wavelength direction as a subject.
Step A2:
The multispectral image of the object obtained by photographing in step A1 is projected onto a subspace spanned by an M-dimensional (M <N, M is an integer) basis function, and an M-dimensional subspace component of the object Get an image.
Step A3:
A difference multispectral image of the object is obtained by calculating a difference between the multispectral image of the object obtained in step A1 and the M-dimensional subspace component image of the object obtained in step A2.
Step A4:
From the differential multispectral image of the object obtained in step A3, a differential image of one or a plurality of channels corresponding to the designated wavelength (this “differential image” is also referred to as “differential specific wavelength image”) is extracted. To do.
Step A5:
Using the pixel values of the difference image of one or a plurality of channels extracted in step A4, the class to which each point (each pixel) in the image belongs is determined, that is, the pixel group is classified.

上記ステップA1〜A5を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法では、Nチャネルを持つマルチスペクトル画像を、M次元(M<N)の基底関数の張る部分空間に投影して、M次元部分空間成分画像を得るようにしているので、M次元の基底関数が撮影対象物の典型的なスペクトルの分布を表すものである場合に、Nチャネルを持つマルチスペクトル画像とM次元部分空間成分画像との差分を表す差分マルチスペクトル画像は、撮影対象物の典型的なスペクトルの分布から逸脱した成分のみを持つようになる。   In the multispectral image processing method of the present invention having the above steps A1 to A5, a multispectral image having N channels is projected onto a subspace spanned by an M-dimensional (M <N) basis function, and an M-dimensional subspace component is projected. Since the image is obtained, the difference between the multispectral image having N channels and the M-dimensional subspace component image when the M-dimensional basis function represents a typical spectral distribution of the object to be imaged. The differential multispectral image representing the image has only components that deviate from the typical spectral distribution of the object to be imaged.

また、上記ステップA1〜A5を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法では、差分マルチスペクトル画像の特定のチャネルのみを用いて、画像内の各点(各画素)の属するクラスを判定するようにしているので、撮影対象物の典型的なスペクトルに空間的なムラや個体差があったとしても、その影響をキャンセルして、画像内の特定領域の抽出や画像内の画素群の分類などの処理を行うことができる。   In the multispectral image processing method of the present invention having steps A1 to A5, the class to which each point (each pixel) in the image belongs is determined using only a specific channel of the differential multispectral image. Therefore, even if there is a spatial unevenness or individual difference in the typical spectrum of the object to be photographed, processing such as extraction of a specific area in the image or classification of pixel groups in the image is canceled. It can be performed.

よって、ステップA1〜A5を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法は、撮影対象物の典型的なスペクトルの分布から逸脱した成分のみを用いるので、撮影対象物内の異常部の検出や領域抽出などに対して、特に有効である。   Therefore, since the multispectral image processing method of the present invention having steps A1 to A5 uses only components deviating from the typical spectral distribution of the object to be imaged, detection of abnormal parts in the object to be imaged, region extraction, etc. This is particularly effective.

また、ステップA1〜A5を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法では、ランバートベアの法則を用いる必要が無いので、絶対的な分光反射率を得る必要がない。そのため、通常のカメラのような簡便な撮像装置を用いることが可能で、撮影も容易である。また、波長毎の光路長分布が未知であっても、本発明のマルチスペクトル画像処理方法を利用することができる。   Further, in the multispectral image processing method of the present invention having steps A1 to A5, it is not necessary to use Lambert-Bear's law, so that it is not necessary to obtain an absolute spectral reflectance. Therefore, a simple imaging device such as a normal camera can be used, and photographing is easy. Even if the optical path length distribution for each wavelength is unknown, the multispectral image processing method of the present invention can be used.

そして、本発明のマルチスペクトル画像処理方法において、M次元の基底関数としては、ステップA1で撮影して得られたNチャネルを持つマルチスペクトル画像全体、又は、ステップA1で撮影して得られたNチャネルを持つマルチスペクトル画像の一部の指定された領域のスペクトルデータを主成分分析し、そのうち主成分分析に用いた元のデータに対する寄与の大きい主成分から、M個を選んだものを用いればよい。   In the multispectral image processing method of the present invention, as the M-dimensional basis function, the entire multispectral image having N channels obtained by photographing at step A1 or N obtained by photographing at step A1. If the spectral data of a specified region of a part of a multispectral image with channels is subjected to principal component analysis, and M components are selected from the principal components that have a large contribution to the original data used in the principal component analysis, Good.

また、ステップA1で撮影して得られたNチャネルを持つマルチスペクトル画像とは別のマルチスペクトル画像から、同様にして、画像全体又は画像の一部の指定された領域のスペクトルデータを主成分分析し、そのうち主成分分析に用いた元のデータに対する寄与の大きい主成分からM個を選んだものを用いてもよい。このとき、別のマルチスペクトル画像として、複数枚の画像を用いることもできる。このようにして、予め対象物の典型的なスペクトルの分布を限定できる場合には、前もって用意した別のマルチスペクトル画像または点計測によって取得したスペクトルデータ群からM次元の基底関数を作成して保存しておくこともできる。   In addition, from the multispectral image different from the multispectral image having N channels obtained by capturing in step A1, the spectral data of the specified region of the entire image or a part of the image is similarly analyzed. Of these, one selected from M principal components having a large contribution to the original data used in the principal component analysis may be used. At this time, a plurality of images can be used as another multispectral image. In this way, when the distribution of the typical spectrum of the object can be limited in advance, an M-dimensional basis function is created and stored from another multispectral image prepared in advance or a spectrum data group acquired by point measurement. You can also keep it.

また、本発明のマルチスペクトル画像処理方法では、基底関数のうちの一つを照明光の分光分布とすれば、表面反射の成分をキャンセルできるので、表面反射の影響を除去して処理することが可能である。   Further, in the multispectral image processing method of the present invention, if one of the basis functions is the spectral distribution of illumination light, the surface reflection component can be canceled, so that the influence of the surface reflection can be removed and processed. Is possible.

さらに、本発明のマルチスペクトル画像処理方法において、波長方向にNチャネルを持つマルチスペクトル画像は、カメラで撮影された画像の値の対数を計算したものでも良い。このとき、基底関数のうちの一つを照明光の分光分布とすれば、照明光の成分をキャンセルできるので、異なる種類の照明光のもとで撮影された画像も同様に処理することが可能である。   Furthermore, in the multispectral image processing method of the present invention, the multispectral image having N channels in the wavelength direction may be obtained by calculating the logarithm of the value of the image taken by the camera. At this time, if one of the basis functions is the spectral distribution of the illumination light, the component of the illumination light can be canceled, so images taken under different types of illumination light can be processed in the same way. It is.

本発明に係るマルチスペクトル画像処理方法の好適な第2実施形態は、本発明に係るマルチスペクトル画像処理方法の好適な第1実施形態と同等な処理を、M次元部分空間成分画像を得るステップ(つまり、ステップA2)を省略することによって、より効率的に行う画像処理方法であり、以下のステップを有することを特徴とする。
ステップB1:
波長方向に特徴をもつ対象物を被写体として、波長方向にNチャネル(Nは2以上の整数である)を持つマルチスペクトル画像を撮影する。
ステップB2:
ステップB1で撮影して得られた対象物のマルチスペクトル画像を、M次元(M<N、Mは整数である)の基底関数の張る部分空間に投影して得られる対象物のM次元部分空間成分画像のうち、指定された一つまたは複数の波長成分の画像を計算して、M次元部分空間上での特定波長成分画像とする。
ステップB3
ステップB1で撮影して得られた対象物のマルチスペクトル画像から、ステップB2で指定された一つまたは複数の波長成分に対応する波長成分の画像(この「画像」を「特定波長画像」とも称する)を抽出する。
ステップB4:
ステップB2で得られたM次元部分空間上での特定波長成分画像と、ステップB3で抽出された特定波長画像とについて、指定された波長成分に対応する波長成分ごとに差分を計算することによって、指定された波長に対応する差分画像(この「差分画像」を「差分特定波長画像」とも称する)を得る。
ステップB5:
ステップB4で得られた指定された波長に対応する差分画像(つまり、指定された波長に対応する一つまたは複数のチャネルの差分画像)の画素値を用いて、画像内の各点(各画素)の属するクラスを判定し、つまり、画素群の分類を行う。
In the second preferred embodiment of the multispectral image processing method according to the present invention, a process equivalent to the first preferred embodiment of the multispectral image processing method according to the present invention is performed to obtain an M-dimensional subspace component image ( That is, the image processing method is performed more efficiently by omitting step A2), and is characterized by having the following steps.
Step B1:
A multispectral image having an N channel (N is an integer of 2 or more) in the wavelength direction is taken with an object having characteristics in the wavelength direction as a subject.
Step B2:
An M-dimensional subspace of the object obtained by projecting the multispectral image of the object obtained by imaging in step B1 onto a subspace spanned by M-dimensional (M <N, M is an integer) basis function. Among the component images, an image of one or more designated wavelength components is calculated to obtain a specific wavelength component image on the M-dimensional subspace.
Step B3
An image of a wavelength component corresponding to one or a plurality of wavelength components specified in Step B2 from the multispectral image of the object obtained by photographing in Step B1 (this “image” is also referred to as “specific wavelength image”). ).
Step B4:
By calculating the difference for each wavelength component corresponding to the specified wavelength component, for the specific wavelength component image on the M-dimensional subspace obtained in step B2 and the specific wavelength image extracted in step B3, A difference image corresponding to the designated wavelength (this “difference image” is also referred to as a “difference specific wavelength image”) is obtained.
Step B5:
Using the pixel value of the difference image corresponding to the designated wavelength obtained in step B4 (that is, the difference image of one or more channels corresponding to the designated wavelength), each point (each pixel in the image) ) Belong to, that is, classify the pixel group.

前述したように、ステップA1〜A5を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法では、撮影されたマルチスペクトル画像をM次元(M<N)の基底関数の張る部分空間に投影して、M次元部分空間成分画像を得た上で、撮影されたマルチスペクトル画像とM次元部分空間成分画像との差分を計算して、差分マルチスペクトル画像とするようにしている。   As described above, in the multispectral image processing method of the present invention having steps A1 to A5, a captured multispectral image is projected onto a subspace spanned by M-dimensional (M <N) basis functions, and an M-dimensional portion is projected. After obtaining the spatial component image, the difference between the captured multispectral image and the M-dimensional subspace component image is calculated to obtain a differential multispectral image.

しかし、ステップB1〜B5を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法では、差分マルチスペクトル画像のうち、指定された波長成分に対応する一つまたは複数のチャネルの差分画像を得るようにしているので、M次元部分空間成分画像を求めなくても、ステップB1で撮影して得られた対象物のマルチスペクトル画像を、M次元(M<N)の基底関数の張る部分空間に投影して得られる対象物のM次元部分空間成分画像のうち、一つまたは複数の指定された波長成分の画像のみを計算して、M次元部分空間上での特定波長成分画像とすれば、ステップA1〜A5を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法に比べて、より効率的に同等の計算を行うことができる。   However, in the multispectral image processing method of the present invention having steps B1 to B5, the differential image of one or a plurality of channels corresponding to the designated wavelength component is obtained from the differential multispectral image. Object obtained by projecting the multispectral image of the object obtained by photographing in step B1 onto the subspace spanned by the M-dimensional (M <N) basis function without obtaining the M-dimensional subspace component image If only one or a plurality of specified wavelength component images are calculated from the M-dimensional subspace component image of the object to obtain a specific wavelength component image on the M-dimensional subspace, steps A1 to A5 are included. Compared to the multispectral image processing method of the present invention, the same calculation can be performed more efficiently.

上述したステップB1〜B5を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法では、撮影して得られた対象物のマルチスペクトル画像を、いったんM次元の基底関数の張る部分空間に投影してから差分を計算しているが、本発明はそれに限られることがなく、例えば、M次元の基底関数の張る部分空間への投影と差分は、一回の行列・ベクトル積演算によって行うことも可能である。   In the multispectral image processing method of the present invention having the above-described steps B1 to B5, the difference is calculated after the multispectral image of the object obtained by photographing is once projected onto the subspace spanned by the M-dimensional basis function. However, the present invention is not limited to this. For example, the projection and the difference on the subspace spanned by the M-dimensional basis function can be performed by a single matrix / vector product operation.

具体的には、下記数6とすると、差分特定波長成分画像

Figure 0005165732
は下記数7になる。 Specifically, if the following Equation 6 is used, the difference specific wavelength component image
Figure 0005165732
Becomes the following formula 7.

Figure 0005165732
Figure 0005165732

Figure 0005165732
ただし、
Figure 0005165732
はN×Nの単位行列である。また、
Figure 0005165732
は、特定波長成分数をLとするとき、L行N列の行列で、各行の値が、特定波長に対応する列のみ1で、あとは0の値を持つ行列である。
Figure 0005165732
However,
Figure 0005165732
Is an N × N identity matrix. Also,
Figure 0005165732
Is a matrix of L rows and N columns where the number of specific wavelength components is L, and each row has a value of 1 only for the column corresponding to the specific wavelength, and a value of 0 after that.

そこで、下記数8のように、L×Nの行列

Figure 0005165732
を定義すれば、
Figure 0005165732
をかけるだけで、差分特定波長成分画像を得ることができる。 Therefore, an L × N matrix as shown in Equation 8 below.
Figure 0005165732
If we define
Figure 0005165732
The difference specific wavelength component image can be obtained simply by applying.

Figure 0005165732
本発明に係るマルチスペクトル画像処理方法の好適な第3実施形態は、ステップA1〜A5を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法と同等な結果を、改良された画像撮影装置(つまり、後述する図5に示される撮像システム)を用いることによって、さらに効率的に得る画像処理方法であり、以下のステップを有することを特徴とする。
ステップC1:
M種類以上の異なる分光感度のチャネルを持つ第1の撮像装置と、指定された一つまたは複数の波長に対応するチャネルの画像を撮影するための第2の撮像装置を用いて、同一の対象物を撮影する。
ステップC2:
第1の撮像装置で撮影して得られた対象物の画像を、M次元の基底関数の張る部分空間に投影して得られる対象物のM次元部分空間成分画像のうち、ステップC1で指定された波長に該当する一つまたは複数の波長成分の画像を計算して、M次元部分空間上での特定波長成分画像とする。
ステップC3:
ステップC2で得られたM次元部分空間上での特定波長成分画像と、第2の撮像装置で撮影して得られた一つまたは複数の波長成分画像とについて、それぞれ対応する波長ごとに差分を計算する。
ステップC4:
ステップC3で抽出された指定された波長に対応する一つまたは複数のチャネルの差分画像(この「差分画像」を「差分特定波長画像」とも称する)の画素値を用いて、画像内の各点(各画素)の属するクラスを判定し、つまり、画素群の分類を行う。
Figure 0005165732
The third preferred embodiment of the multispectral image processing method according to the present invention provides an improved image photographing apparatus (that is, a diagram to be described later) that is equivalent to the multispectral image processing method of the present invention having steps A1 to A5. 5 is an image processing method that is obtained more efficiently by using the imaging system shown in FIG. 5, and has the following steps.
Step C1:
Using the first imaging device having M or more types of channels having different spectral sensitivities and the second imaging device for capturing images of channels corresponding to one or more designated wavelengths, the same object Shoot things.
Step C2:
Of the M-dimensional subspace component image of the object obtained by projecting the image of the object obtained by photographing with the first imaging device onto the subspace spanned by the M-dimensional basis function, it is designated in step C1. An image of one or a plurality of wavelength components corresponding to the determined wavelength is calculated to obtain a specific wavelength component image on the M-dimensional subspace.
Step C3:
The difference between the specific wavelength component image on the M-dimensional subspace obtained in step C2 and one or a plurality of wavelength component images obtained by photographing with the second imaging device is obtained for each corresponding wavelength. calculate.
Step C4:
Using the pixel values of the difference image of one or more channels corresponding to the specified wavelength extracted in step C3 (this “difference image” is also referred to as “difference specific wavelength image”), each point in the image The class to which (each pixel) belongs is determined, that is, the pixel group is classified.

ステップC1〜C4を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法は、ステップA1〜A5を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法と同様の効果を得ることを目的とする方法である。   The multispectral image processing method of the present invention having steps C1 to C4 is a method for obtaining the same effect as the multispectral image processing method of the present invention having steps A1 to A5.

つまり、ステップC1〜C4を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法は、予めM次元の基底関数を別途求めておくことを前提としており、ステップA1〜A5を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法におけるM次元の基底関数の張る部分空間に投影して得られるM次元部分空間成分画像の代わりに、M種類以上の異なる分光感度のチャネルを持つ第1の撮像装置によって撮影された画像を用いる画像処理方法である。   That is, the multispectral image processing method of the present invention having steps C1 to C4 is based on the premise that M-dimensional basis functions are separately obtained in advance, and the multispectral image processing method of the present invention having steps A1 to A5. Image processing using an image photographed by a first imaging device having M or more types of channels having different spectral sensitivities instead of an M-dimensional subspace component image obtained by projecting onto a subspace spanned by an M-dimensional basis function Is the method.

また、M種類以上の異なる分光感度のチャネルを持つ第1の撮像装置には、狭帯域の分光感度を持つ必要が無く、例えば、Mが3以下のときに、RGB3原色のセンサを持つ通常のカラーカメラを第1の撮像装置として用いることができる。   In addition, the first imaging device having M or more types of channels having different spectral sensitivities does not need to have narrow-band spectral sensitivities. For example, when M is 3 or less, a normal imaging sensor having RGB three primary colors is used. A color camera can be used as the first imaging device.

一方、指定された一つまたは複数の波長に対応するチャネルの画像を撮影するための第2の撮像装置としては、第1の撮像装置として用いられる撮像装置を用いることができる。要するに、例えば、第1の撮像装置として用いられたカラーカメラを、第2の撮像装置として、対象物を撮影する際に、指定された波長に該当する波長を有するLEDまたはレーザ光源を点灯して照明することなどによって、指定された波長に対応するチャネルの画像を撮影することができる。   On the other hand, as the second imaging device for capturing an image of a channel corresponding to one or a plurality of specified wavelengths, an imaging device used as the first imaging device can be used. In short, for example, when a color camera used as a first imaging device is used as a second imaging device and an object is photographed, an LED or laser light source having a wavelength corresponding to a designated wavelength is turned on. An image of a channel corresponding to a designated wavelength can be taken by illuminating or the like.

このため、ステップC1〜C4を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法を用いれば、撮像装置をさらに簡便化することができるという効果を奏する。   For this reason, if the multispectral image processing method of this invention which has step C1-C4 is used, there exists an effect that an imaging device can be simplified further.

また、上述した本発明に係るマルチスペクトル画像処理方法の三つの好適な実施形態、つまり、ステップA1〜A5を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法、ステップB1〜B5を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法、ステップC1〜C4を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法の手順を流れ図で表すと、図1、図2、図3となる。   Also, three preferred embodiments of the above-described multispectral image processing method according to the present invention, that is, the multispectral image processing method of the present invention having steps A1 to A5, and the multispectral image of the present invention having steps B1 to B5. The procedure of the multispectral image processing method of the present invention having the processing method and steps C1 to C4 is represented by flowcharts in FIG. 1, FIG. 2, and FIG.

ここで、図1、図2及び図3に示された処理の流れに基づいて、本発明のマルチスペクトル画像処理方法を以下のように更に詳細に説明する。   Here, the multispectral image processing method of the present invention will be described in more detail as follows based on the processing flow shown in FIG. 1, FIG. 2 and FIG.

本発明に使用される、マルチスペクトル画像を撮影するためのマルチスペクトルカメラシステムについて、その一例として、可視領域の波長範囲を16チャネルで撮影する回転フィルタ方式のマルチスペクトルカメラの構成を図4に示す。   As an example of the multispectral camera system for capturing multispectral images used in the present invention, the configuration of a rotary filter type multispectral camera that captures the wavelength range of the visible region with 16 channels is shown in FIG. .

図4に示されたこのマルチスペクトルカメラは、400万画素のCCDを備える専用光学ユニット10と、16種類の異なる特性を持つ干渉フィルタ20と、モータ30と、モータ制御装置40と、フィルタ・コントローラ50と、カメラ・コントローラ60と、コンピュータI/F70と、カメラ全体を制御するコンピュータ80と、観察用モニタ90と、操作用モニタ100とから構成されている。撮影された画像は、USBインタフェースを介して、コンピュータ80に保存される。   This multispectral camera shown in FIG. 4 includes a dedicated optical unit 10 having a CCD with 4 million pixels, an interference filter 20 having 16 different characteristics, a motor 30, a motor controller 40, and a filter controller. 50, a camera controller 60, a computer I / F 70, a computer 80 for controlling the entire camera, an observation monitor 90, and an operation monitor 100. The captured image is stored in the computer 80 via the USB interface.

なお、本発明において、マルチスペクトル画像を撮影するためのマルチスペクトルカメラのチャネル数は、抽出対象の波長成分の画像と下地の色の分光的特徴を取得するのに十分な数だけがあればよく、16チャネル以下の必要な数であってもよい。   In the present invention, the number of channels of the multispectral camera for capturing a multispectral image only needs to be sufficient to obtain the spectral component characteristics of the image of the wavelength component to be extracted and the background color. The required number of 16 channels or less may be used.

図4に示されたマルチスペクトルカメラは、CCDの暗電流の成分を取得するために、17チャネル目としてフィルタ部を完全に覆った画像を取得する構造になっており、1〜16番目のチャネルの画像から、17チャネル目から推定される暗電流レベルを差し引くことによって、暗電流の影響を取り除くようにしている。この暗電流補正は、別途測定された暗電流レベルを差し引くことによって行っても良い。   The multispectral camera shown in FIG. 4 has a structure for acquiring an image that completely covers the filter section as the 17th channel in order to acquire the dark current component of the CCD. By subtracting the dark current level estimated from the 17th channel from the above image, the influence of dark current is removed. This dark current correction may be performed by subtracting a separately measured dark current level.

また、画像を撮影する際の照明光が一定の場合には、照明光の影響を補正しなくても本発明の効果を得ることはできるが、照明環境に依存せずに本発明の画像処理を行うためには、以下の方法で照明環境の補正を行うことができる。   In addition, when the illumination light used when capturing an image is constant, the effect of the present invention can be obtained without correcting the influence of the illumination light, but the image processing of the present invention can be performed without depending on the illumination environment. In order to perform the correction, the illumination environment can be corrected by the following method.

まず、酸化マグネシウムなどがコーティングされた標準白色板を、マルチスペクトルカメラで撮影する。撮影された16チャネルの画素値から各チャネルについての白色レベルを取得して、その白色レベルの値で、被写体を撮影したマルチスペクトル画像の各チャネルの画素値を除算する。なお、照明光の分光分布は、標準白色板を分光放射輝度計などで撮影したものから求めてもよい。   First, a standard white plate coated with magnesium oxide or the like is photographed with a multispectral camera. The white level for each channel is acquired from the captured 16 channel pixel values, and the pixel value for each channel of the multispectral image in which the subject is captured is divided by the white level value. The spectral distribution of the illumination light may be obtained from a standard white plate taken with a spectral radiance meter or the like.

ここで、本発明のマルチスペクトル画像処理方法において、用いられる主成分分析について説明する。   Here, the principal component analysis used in the multispectral image processing method of the present invention will be described.

Nチャネルのマルチスペクトル画像(つまり、上記の「暗電流補正」処理や「照明環境補正」処理によって補正された後のマルチスペクトル画像信号値)をN次元ベクトル

Figure 0005165732
で表現したときに、その主成分分析を行うことで、
Figure 0005165732
は下記数9のようにN個の主成分の和で表現することができる。ただし、
Figure 0005165732
は主成分ベクトルで、αは係数である。 An N-channel multispectral image (that is, a multispectral image signal value corrected by the above-described “dark current correction” processing or “illumination environment correction” processing) is an N-dimensional vector.
Figure 0005165732
By performing the principal component analysis when expressed in
Figure 0005165732
Can be expressed as the sum of N principal components as shown in Equation 9 below. However,
Figure 0005165732
Is a principal component vector, and α i is a coefficient.

Figure 0005165732
本発明において、主成分分析を行う対象としては、次の3通りが考えられる。
(1) 撮影されたマルチスペクトル画像全体
(2) 撮影されたマルチスペクトル画像のうち、指定した領域
(3) 別途撮影された一枚または複数枚のマルチスペクトル画像
(1)及び(2)の場合は、撮影されたマルチスペクトル画像から主成分ベクトルを求めるので、画像ごとに下地の色を表す基底ベクトルが異なっていても対応できる。画像ごとに基底ベクトルを変える必要が無いときは、(3)のように別途撮影された一枚または複数枚のマルチスペクトル画像を用いることができる。
Figure 0005165732
In the present invention, the following three types can be considered as subjects for principal component analysis.
(1) Entire captured multispectral image
(2) Specified area of the captured multispectral image
(3) One or more multispectral images taken separately
In the case of (1) and (2), the principal component vector is obtained from the captured multispectral image, so that it can be handled even if the base vector representing the background color is different for each image. When there is no need to change the basis vector for each image, one or a plurality of multispectral images photographed separately as in (3) can be used.

また、(1)の場合は、領域の指定が不要であるが、撮影された画像の範囲によって基底ベクトルが変化するので、安定した結果が得られない場合がある。(2)の場合は、手作業または自動的に基準とする領域を選択しなければならないが、基準とする領域は、なるべく下地の色のみが含まれている領域であることが望ましい。つまり、基準とする領域を適切に選択すれば、(2)の方法が最も良い結果をもたらす。   In the case of (1), it is not necessary to specify a region. However, since the base vector changes depending on the range of the captured image, a stable result may not be obtained. In the case of (2), it is necessary to manually or automatically select a reference area. It is desirable that the reference area is an area that includes only the background color as much as possible. In other words, if the region to be used as a reference is appropriately selected, the method (2) gives the best result.

主成分分析を行った結果、固有値が大きいものから順にM個の主成分ベクトルを選択し、選択されたM個の主成分ベクトルを基底ベクトルとする。この基底ベクトルは、撮影対象物の下地の色を表すものと考えることができる。従って、次元数Mは、撮影対象物の下地の色を表すのに最低限必要な数を選択する。   As a result of the principal component analysis, M principal component vectors are selected in descending order of eigenvalues, and the selected M principal component vectors are set as basis vectors. This basis vector can be considered as representing the background color of the object to be imaged. Accordingly, the dimension number M is selected as the minimum number necessary to represent the background color of the object to be photographed.

上述したように、本発明のマルチスペクトル画像処理方法では、主成分分析を用いて基底ベクトルを求めているが、本発明はそれに限ることがなく、他の方法を用いて基底ベクトルを決定するようにしても良い。   As described above, in the multispectral image processing method of the present invention, basis vectors are obtained using principal component analysis. However, the present invention is not limited to this, and the basis vectors are determined using other methods. Anyway.

次に、本発明のマルチスペクトル画像処理方法において、M次元部分空間成分画像算出について説明する。   Next, calculation of an M-dimensional subspace component image in the multispectral image processing method of the present invention will be described.

本発明では、前述した「暗電流補正」や「照明環境補正」などの補正後のマルチスペクトル画像信号値

Figure 0005165732
を、上述したように主成分分析によって求められたM個の基底ベクトルの張る部分空間に投影することによって、M次元部分空間成分画像を得るようにしている。これを数式で表現すると、下記数10になる。ただし、tはベクトルの転置を表す。 In the present invention, multispectral image signal values after correction such as “dark current correction” and “illumination environment correction” described above.
Figure 0005165732
Is projected onto a subspace spanned by M basis vectors obtained by principal component analysis as described above, thereby obtaining an M-dimensional subspace component image. When this is expressed by a mathematical formula, the following formula 10 is obtained. However, t represents transposition of a vector.

Figure 0005165732
つまり、数10で表す処理をマルチスペクトル画像の各画素に対して適用することによって、M次元部分空間成分画像を算出することができる。
Figure 0005165732
That is, an M-dimensional subspace component image can be calculated by applying the processing expressed by Equation 10 to each pixel of the multispectral image.

次に、差分マルチスペクトル画像の算出について説明する。   Next, calculation of the differential multispectral image will be described.

差分マルチスペクトル画像

Figure 0005165732
は、前述した「暗電流補正」や「照明環境補正」などの補正後のマルチスペクトル画像信号値
Figure 0005165732
と、数10から算出されるM次元部分空間成分画像
Figure 0005165732
との差をとることによって、下記数11に表されるように、算出することができる。 Differential multispectral image
Figure 0005165732
Is the multispectral image signal value after correction such as “Dark current correction” and “Lighting environment correction” described above.
Figure 0005165732
And an M-dimensional subspace component image calculated from Equation 10
Figure 0005165732
Can be calculated as shown in Equation 11 below.

Figure 0005165732
なお、この差分マルチスペクトル画像のうち、実際に本発明の画像処理に用いるのは、指定された特定波長成分のみであるので、数10や数11を用いて、全ての波長成分に対して計算を行わなくても、指定された特定波長成分のみについて差分を計算すれば十分である。つまり、指定された特定波長成分のみについて差分を計算する方法が、ステップB1〜B5を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法(図2参照)である。
Figure 0005165732
Of these differential multispectral images, only the specified specific wavelength component is actually used for the image processing of the present invention, so calculation is performed for all wavelength components using Equations 10 and 11. Even if it is not performed, it is sufficient to calculate the difference only for the specified specific wavelength component. That is, the method of calculating the difference only for the specified specific wavelength component is the multispectral image processing method of the present invention (see FIG. 2) having steps B1 to B5.

次に、特定波長成分指定について説明する。   Next, specific wavelength component designation will be described.

本発明において、特定波長成分指定とは、数11で得られた差分マルチスペクトル画像から、一つ又は複数の波長帯域の画像を選択することを意味する。波長帯域の選択は、注目する特徴が最もよく現れる波長帯域を用いる。例として、皮膚の発赤部の抽出を行う場合に、ヘモグロビンの吸収に特徴のある550nm付近の波長成分を用いることが好ましい。   In the present invention, the specific wavelength component designation means selecting an image of one or a plurality of wavelength bands from the differential multispectral image obtained in Expression 11. The wavelength band is selected using a wavelength band in which the feature of interest appears most frequently. As an example, when extracting the reddish part of the skin, it is preferable to use a wavelength component near 550 nm, which is characteristic of hemoglobin absorption.

次に、画素群の分類について説明する。   Next, pixel group classification will be described.

本発明において、画素群の分類は、指定された特定波長成分の

Figure 0005165732
の値に基づいて、閾値処理などの方法によって行う。複数の波長成分を指定した場合には、複数の波長成分の値で構成される多次元空間において、多変量解析の方法などを適用することによって行う。これによって、下地の色のばらつきは、差分マルチスペクトル画像を求める際の上位主成分で表されるM次元部分空間成分画像に吸収されるので、下地の色のばらつきに影響されず、スペクトルの特徴だけを抽出することができるようになる。 In the present invention, the classification of the pixel group is the specified specific wavelength component.
Figure 0005165732
This is performed by a method such as threshold processing based on the value of. When a plurality of wavelength components are designated, it is performed by applying a multivariate analysis method or the like in a multidimensional space composed of a plurality of wavelength component values. As a result, the background color variation is absorbed by the M-dimensional subspace component image represented by the upper principal component when obtaining the differential multispectral image. Will be able to extract only.

実際に部分空間を構成するために用いる基底の次元数Mを2とし、550nm近辺の画像に対して、数11を適用して得られた特定波長成分の画像に閾値処理を適用することによって、視覚的にはわずかな色の違いしか認められない発赤部分を抽出することができるようになる。このとき、M次元部分空間成分画像との差分をとらない場合には、下地の色の影響で発赤部分をうまく抽出することができない場合がある。   By applying threshold processing to an image of a specific wavelength component obtained by applying Equation 11 to an image near 550 nm, where the number of base dimensions M used to actually construct the subspace is 2. It becomes possible to extract a reddish portion where a slight color difference is visually recognized. At this time, if the difference from the M-dimensional subspace component image is not taken, the reddish part may not be extracted well due to the influence of the background color.

ところで、前述したように、ステップC1〜C4を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法において、M種類以上の異なる分光感度のチャネルを持つ第1の撮像装置と、指定された一つまたは複数の波長に対応するチャネルの画像を撮影するための第2の撮像装置とが用いられているが、この第1の撮像装置と第2の撮像装置は、別個の撮像装置である必要性がなく、例えば、広帯域画像撮影機能と狭帯域画像撮影機能とを具備する撮像装置(撮像システム)を用いれば良い。このような広帯域撮影機能と狭帯域撮影機能とを具備する撮像装置(撮像システム)は、差分特定波長画像の生成に適している。   By the way, as described above, in the multispectral image processing method of the present invention having steps C1 to C4, the first imaging device having M or more types of channels having different spectral sensitivities, and one or more designated wavelengths. Is used, but the first imaging device and the second imaging device do not need to be separate imaging devices. For example, An imaging device (imaging system) having a wideband image capturing function and a narrowband image capturing function may be used. An imaging apparatus (imaging system) having such a broadband imaging function and a narrowband imaging function is suitable for generating a difference specific wavelength image.

本発明に用いられる、差分特定波長画像の生成に適した撮像装置(つまり、広帯域画像撮影機能と狭帯域画像撮影機能とを具備する撮像システム)について説明する。   An imaging apparatus (that is, an imaging system having a wideband imaging function and a narrowband imaging function) suitable for generating a differential specific wavelength image used in the present invention will be described.

図5は、本発明に用いられる、差分特定波長画像の生成に適した撮像システムの概念図である。図5に示されるように、差分特定波長画像の生成に適した撮像システムとは、広帯域の画像を例えば、一般的な赤(R)・緑(G)・青(B)の3原色で撮影する広帯域画像撮影機能と、注目する特定波長にのみ感度を持つような狭帯域の画像を撮影する狭帯域画像撮影機能とを具備する撮像システムである。   FIG. 5 is a conceptual diagram of an imaging system suitable for generating a differential specific wavelength image used in the present invention. As shown in FIG. 5, an imaging system suitable for generating a differential specific wavelength image is a wide-band image taken with, for example, three general primary colors of red (R), green (G), and blue (B). The imaging system includes a wide-band image capturing function for capturing images and a narrow-band image capturing function for capturing a narrow-band image having sensitivity only at a specific wavelength of interest.

このような撮像システムの好適例としては、一般的な赤(R)・緑(G)・青(B)の3原色で撮影するデジタルカメラと、例えば注目する波長で狭帯域の光を発光する発光ダイオード(LED)などの特殊な照明装置とから構成される。そして、デジタルカメラを用いて、通常照明下で撮影された画像(つまり、広帯域画像)と、特殊な照明装置(例えば、LED)の照明下で撮影された画像(つまり、狭帯域画像)とに基づいて、差分特定波長画像を生成することができる。   As a suitable example of such an imaging system, a digital camera that captures images with three general colors of red (R), green (G), and blue (B), and light of a narrow band at a wavelength of interest, for example, are emitted. It consists of a special lighting device such as a light emitting diode (LED). Then, using a digital camera, an image captured under normal illumination (ie, a broadband image) and an image captured under illumination of a special illumination device (eg, LED) (ie, a narrowband image) Based on this, a difference specific wavelength image can be generated.

図5に示されたような撮像システムを用いて、差分特定波長画像を生成する方法の流れは図3に示されている。つまり、ステップC1〜C4を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法において、図5に示された撮像システムを用いて撮影した広帯域画像と狭帯域画像とに基づいて、差分特定波長画像を生成することができる。   The flow of a method for generating a difference specific wavelength image using the imaging system as shown in FIG. 5 is shown in FIG. That is, in the multispectral image processing method of the present invention having steps C1 to C4, a difference specific wavelength image is generated based on a wideband image and a narrowband image captured using the imaging system shown in FIG. Can do.

要するに、図5に示された撮像システムを用いて、そして、ステップC1〜C4を有する本発明のマルチスペクトル画像処理方法が用いられた場合に、撮影対象物となる物体と類似した性質を持つ物体のマルチスペクトル画像または点計測によって得た分光反射率などのスペクトルに対して、主成分分析などを行って、主成分ベクトルを予め取得しておく。そして、図5に示された撮像システムで撮影された広帯域画像から、M次元部分空間成分画像、または、M次元部分空間上での注目する特定波長成分の画像を下記のように算出する。   In short, using the imaging system shown in FIG. 5 and when the multispectral image processing method of the present invention having steps C1 to C4 is used, an object having properties similar to those of an object to be photographed. The principal component analysis is performed on the multispectral image or the spectrum such as the spectral reflectance obtained by the point measurement to acquire the principal component vector in advance. Then, an M-dimensional subspace component image or an image of a specific wavelength component of interest on the M-dimensional subspace is calculated from the wideband image captured by the imaging system shown in FIG. 5 as follows.

つまり、広帯域のnチャネル目の分光感度をS(λ)とし、数1のようなモデルが成立するときに、撮影されたnチャネル目の画素値xは、下記数12で表される。 That is, when the spectral sensitivity of the broadband n-channel is S n (λ) and a model such as Equation 1 is established, the captured pixel value x n of the n-channel is expressed by the following Equation 12. .

Figure 0005165732
ここで、抽出対象の特徴成分aが小さいとき、または、S(λ)とv(λ)とがスペクトル空間上でほぼ直交しているときに、数12の第1項を無視することができる。
Figure 0005165732
Here, when the feature component a to be extracted is small, or when S n (λ) and v (λ) are substantially orthogonal on the spectrum space, the first term of Expression 12 may be ignored. it can.

また、u(λ)は、波長空間上での主成分ベクトルと考えて差し支えない。このとき、数12は下記数13で表されるように、行列・ベクトル積の形で書き直すことができる。 Further, u k (λ) can be considered as a principal component vector in the wavelength space. At this time, Expression 12 can be rewritten in the form of a matrix / vector product as represented by Expression 13 below.

Figure 0005165732
下地の色の分布を表す基底関数の次元数Kが、広帯域画像のチャネル数Jよりも小さければ、行列
Figure 0005165732
の擬似逆行列Tを用いて、
Figure 0005165732
すなわちbを推定することができる。また、u(λ)が波長空間上での主成分ベクトルであれば、特定波長λでの部分空間成分画像は、下記数14に基づいて求めることができる。
Figure 0005165732
If the dimension number K of the basis function representing the distribution of the background color is smaller than the channel number J of the wideband image, the matrix
Figure 0005165732
Using the pseudo inverse matrix T + of
Figure 0005165732
That is, b k can be estimated. If u k (λ) is a principal component vector in the wavelength space, the subspace component image at the specific wavelength λ 0 can be obtained based on the following equation (14).

Figure 0005165732
仮に、図5に示された撮像システムの狭帯域撮影機能によって得られる画像をg)というように単一波長での値で表したとすると、波長λでの差分特定波長画像Δg(λ)は、下記数15に基づいて求めることができる。
Figure 0005165732
If the image obtained by the narrow-band imaging function of the imaging system shown in FIG. 5 is expressed as a value at a single wavelength such as g b0 ), a differential specific wavelength image at wavelength λ 0 is assumed. Δg (λ 0 ) can be obtained based on the following formula 15.

Figure 0005165732
実際の図5に示された撮像システムの狭帯域撮影機能では、分光感度に幅を持つので、それを考慮に入れるには、数14を下記数16に置き換えればよい。ここで、S(λ)はλに中心波長を持つ狭帯域チャネルの分光感度である。
Figure 0005165732
In the actual narrow-band imaging function of the imaging system shown in FIG. 5, the spectral sensitivity has a width, and in order to take it into consideration, it is sufficient to replace the equation 14 with the following equation 16. Here, S b (λ) is the spectral sensitivity of a narrow band channel having a center wavelength at λ 0 .

Figure 0005165732
次に、本発明に係るマルチスペクトル皮膚画像による診断方法について説明する。
Figure 0005165732
Next, a diagnostic method using a multispectral skin image according to the present invention will be described.

本発明に係るマルチスペクトル皮膚画像による診断方法とは、皮膚を被写体として撮影して得られたマルチスペクトル皮膚画像に基づいて、皮膚疾患の状態を定量化して表示することによって、皮膚科医による診断を支援する診断方法であって、より詳細に、異なる波長帯域に感度を持つマルチスペクトル画像撮影装置を用いて、皮膚の病変部を撮影して得られたマルチスペクトル皮膚画像、または、別途撮影した皮膚の正常部を含むマルチスペクトル皮膚画像の一部または全体の領域で主成分分析を行い、得られた主成分ベクトルのうち、指定した数の主成分ベクトルの和として再構成されたマルチスペクトル皮膚画像と、皮膚の病変部を撮影して得られたマルチスペクトル皮膚画像との差分を計算し、皮膚疾患の種類によって選択された一つまたは複数のチャネルの差分画像を用いて、皮膚の病変部(以下、病変領域とも称する)の抽出や、抽出された病変領域の面積、個数または形状などの算出を行うことを可能にしたものである。   The diagnostic method using a multispectral skin image according to the present invention is a diagnosis by a dermatologist by quantifying and displaying the state of a skin disease based on a multispectral skin image obtained by photographing the skin as a subject. In more detail, a multispectral skin image obtained by imaging a skin lesion using a multispectral image capturing apparatus having sensitivity in different wavelength bands, or separately captured Multispectral skin reconstructed as the sum of a specified number of principal component vectors out of the principal component vectors obtained by performing principal component analysis on part or the entire region of a multispectral skin image including the normal part of the skin The difference between the image and the multispectral skin image obtained by imaging the skin lesion was calculated and selected according to the type of skin disease Using the differential image of one or more channels, it is possible to extract the lesion part of the skin (hereinafter also referred to as the lesion area) and calculate the area, number, or shape of the extracted lesion area It is.

要するに、本発明に係るマルチスペクトル皮膚画像による診断方法では、異なる波長帯域に感度を持つ多チャネルの画像撮影装置を用いて、皮膚の病変部を撮影し、撮影されたマルチスペクトル皮膚画像、または、別途撮影した皮膚の正常部を含むマルチスペクトル皮膚画像の一部または全体の領域で主成分分析を行い、得られた主成分ベクトルのうち、指定した数の主成分ベクトルの和として再構成されたマルチスペクトル皮膚画像と、皮膚の病変部を撮影して得られたマルチスペクトル皮膚画像との差分を計算することによって、「差分マルチスペクトル皮膚画像」が得られ、そして、得られた「差分マルチスペクトル皮膚画像」のうち、皮膚疾患の種類によって指定された一つまたは複数のチャネルの画像を選択し、選択された画像に対して処理を行うことで、一つまたは複数のカテゴリに属する病変部を抽出し、さらに抽出された病変領域の面積、個数または形状などを基に病態(皮膚疾患の状態)の数値化または画像化を行うことによって、皮膚疾患を診断することを最大な特徴としている。   In short, in the diagnostic method using a multispectral skin image according to the present invention, a multichannel image capturing apparatus having sensitivity in different wavelength bands is used to photograph a lesioned portion of the skin, and the captured multispectral skin image, or Principal component analysis was performed on a part of or the whole area of a multispectral skin image including the normal part of the skin photographed separately, and the result was reconstructed as the sum of the specified number of principal component vectors. By calculating the difference between the multispectral skin image and the multispectral skin image obtained by photographing the skin lesion, a “differential multispectral skin image” is obtained, and the obtained “differential multispectral image” Select the image of one or more channels specified by the type of skin disease from “Skin image” and select the selected image. In this way, lesions belonging to one or a plurality of categories are extracted, and the pathological condition (skin disease state) is digitized or imaged based on the area, number, or shape of the extracted lesion areas. It is characterized by diagnosing a skin disease by performing the conversion.

本発明に係るマルチスペクトル皮膚画像による診断方法の好適な実施形態を以下のように説明する。   A preferred embodiment of a diagnostic method using a multispectral skin image according to the present invention will be described as follows.

本発明に係るマルチスペクトル皮膚画像による診断方法の好適な実施形態は、「差分マルチスペクトル皮膚画像」に基づいて、皮膚疾患の状態を分析・診断する皮膚画像による診断方法であり、以下のステップを有することを特徴とする。
ステップD1:
診断しようとする皮膚疾患の種類(つまり、皮膚疾患の病名)に応じて、一つまたは複数の波長を指定する。
ステップD2:
診断対象である皮膚の正常部の特徴を表す部分空間の次元数Mを指定する。
ステップD3:
ステップD1で指定された一つまたは複数の波長を含む波長帯域に分光感度を持つチャネルと、皮膚の正常部を表すM次元部分空間への投影値を求めるために必要な所定の種類の異なる分光感度のチャネルとを持つ撮像装置で、診断対象である皮膚を撮影する。
A preferred embodiment of the diagnostic method using a multispectral skin image according to the present invention is a diagnostic method using a skin image for analyzing and diagnosing the state of a skin disease based on a “difference multispectral skin image”. It is characterized by having.
Step D1:
One or more wavelengths are designated according to the type of skin disease to be diagnosed (that is, the disease name of the skin disease).
Step D2:
The subspace dimension number M representing the characteristics of the normal part of the skin to be diagnosed is designated.
Step D3:
A channel having spectral sensitivity in a wavelength band including one or a plurality of wavelengths designated in step D1, and a predetermined type of different spectrum necessary for obtaining a projection value on an M-dimensional subspace representing a normal part of the skin The skin to be diagnosed is imaged with an imaging device having a sensitivity channel.

なお、皮膚の正常部を表すM次元部分空間への投影値は、ステップD1で指定された一つまたは複数の波長帯域の画像を含めて計算しても良い。
ステップD4:
ステップD3で撮影して得られたマルチスペクトル皮膚画像を、別途に記憶された皮膚の正常部の分光的特徴を表すM次元の基底関数の張る部分空間に投影して得られる、M次元部分空間成分皮膚画像のうち、ステップD1で指定された一つまたは複数の波長に該当する波長成分の画像を求めて、M次元部分空間上での特定波長成分皮膚画像とする。
Note that the projection value onto the M-dimensional subspace representing the normal part of the skin may be calculated including an image of one or a plurality of wavelength bands specified in step D1.
Step D4:
An M-dimensional subspace obtained by projecting the multispectral skin image obtained by photographing in step D3 onto a subspace spanned by an M-dimensional basis function representing the spectral characteristics of the normal part of the skin stored separately. Among the component skin images, an image of a wavelength component corresponding to one or a plurality of wavelengths specified in step D1 is obtained and set as a specific wavelength component skin image on the M-dimensional subspace.

なお、別途に記憶された皮膚の正常部の分光的特徴を表すM次元の基底関数は、同一患者の正常部の皮膚を撮影した画像から求めてもよい。
ステップD5:
ステップD3で撮影して得られたマルチスペクトル皮膚画像から、ステップD1で指定された一つまたは複数の波長に対応する波長成分の特定波長皮膚画像を抽出する。
ステップD6:
ステップD4で得られたM次元部分空間上での特定波長成分皮膚画像と、ステップD5で抽出された特定波長皮膚画像とについて、ステップD1で指定された一つまたは複数の波長に対応する波長成分ごとに差分を計算することによって、指定された波長に対応する差分特定波長皮膚画像を抽出する。
ステップD7:
ステップD6で抽出された指定された波長に対応する一つまたは複数のチャネルの差分特定波長皮膚画像の画素値を用いて、画像中の各画素または領域を複数のクラスに分類する。
ステップD8:
ステップD7で分類されたクラスの特徴に基づいて、皮膚疾患の状態を画像中の領域ごとに数値化もしくは画像化する。
The M-dimensional basis function representing the spectral characteristics of the normal part of the skin stored separately may be obtained from an image obtained by photographing the skin of the normal part of the same patient.
Step D5:
A specific wavelength skin image having a wavelength component corresponding to one or a plurality of wavelengths specified in step D1 is extracted from the multispectral skin image obtained by photographing in step D3.
Step D6:
Wavelength components corresponding to one or more wavelengths specified in step D1 for the specific wavelength component skin image on the M-dimensional subspace obtained in step D4 and the specific wavelength skin image extracted in step D5 A difference specific wavelength skin image corresponding to the designated wavelength is extracted by calculating the difference for each.
Step D7:
Each pixel or region in the image is classified into a plurality of classes using the pixel values of the differential specific wavelength skin image of one or more channels corresponding to the designated wavelength extracted in step D6.
Step D8:
Based on the characteristics of the class classified in step D7, the state of the skin disease is digitized or imaged for each region in the image.

上述した本発明に係るマルチスペクトル皮膚画像による診断方法の好適な実施形態、つまり、ステップD1〜D8を有する本発明のマルチスペクトル皮膚画像による診断方法の手順を流れ図で表すと、図6となる。   FIG. 6 is a flowchart illustrating a preferred embodiment of the above-described diagnostic method using multispectral skin images according to the present invention, that is, the procedure of the diagnostic method using multispectral skin images according to the present invention having steps D1 to D8.

次に、上述したステップD1〜D8を有する本発明のマルチスペクトル皮膚画像による診断方法を実際に具体的な皮膚疾患に適用した実施例について説明する。   Next, an embodiment in which the diagnosis method based on the multispectral skin image of the present invention having steps D1 to D8 described above is actually applied to a specific skin disease will be described.

実施例1としては、本発明のマルチスペクトル皮膚画像による診断方法を「乾癬などの炎症性皮膚疾患の血流量の診断」に適用した例である。   Example 1 is an example in which the diagnostic method based on multispectral skin images of the present invention is applied to “diagnosis of blood flow in inflammatory skin diseases such as psoriasis”.

なお、本実施例では、Nチャネルのマルチスペクトルカメラで、診断対象である皮膚を撮影することを前提としているが、他の方法で撮影する撮像装置を用いてもかまわない。   In this embodiment, it is assumed that the skin to be diagnosed is photographed with an N-channel multispectral camera, but an imaging device that photographs by other methods may be used.

本発明において、波長と抽出される成分との関係を示す概念図を図7に示す。図7に示されるように、皮膚の主な吸収体はヘモグロビンとメラニンであるが、光散乱に波長依存性があるため、短い波長にはごく表層近くの特徴が反映され、長い波長では真皮よりも深い部分の吸収体の特徴が反映されやすい。   FIG. 7 is a conceptual diagram showing the relationship between the wavelength and the extracted component in the present invention. As shown in FIG. 7, the main absorbers of the skin are hemoglobin and melanin. However, since light scattering is wavelength-dependent, the characteristics near the surface layer are reflected at short wavelengths, and at longer wavelengths than the dermis. The characteristics of the absorber in the deep part are easily reflected.

慢性の炎症性皮膚疾患の病態と血管新生とは密接な関係があり、表層近くの毛細血管の状態が病勢の指標となる場合がある。本発明のマルチスペクトル皮膚画像による診断方法を「炎症性皮膚疾患の血流量の診断」に適用した実施例1の場合には、表層近くの毛細血管の血液成分と相関の高い550nm付近を中心波長として指定する。   The pathology of chronic inflammatory skin disease and angiogenesis are closely related, and the state of capillaries near the surface layer may be an indicator of disease state. In the case of Example 1 in which the diagnosis method based on the multispectral skin image of the present invention is applied to “diagnosis of blood flow of inflammatory skin disease”, the central wavelength is around 550 nm, which has a high correlation with blood components of capillaries near the surface layer. Specify as.

一方、後述する、本発明のマルチスペクトル皮膚画像による診断方法を「尋常性ざ瘡(にきび)の重症度の診断」に適用した実施例2の場合には、そのほかに表層近くのメラニンに感度のある波長帯域(430nm付近)や少し深い部位での血液の吸収に感度のある波長帯域(620nm)を用いる。   On the other hand, in the case of Example 2 in which the diagnosis method based on the multispectral skin image of the present invention, which will be described later, is applied to “diagnosis of acne vulgaris”, it is sensitive to melanin near the surface layer. A certain wavelength band (around 430 nm) or a wavelength band (620 nm) sensitive to blood absorption at a slightly deeper site is used.

そして、本発明のマルチスペクトル皮膚画像による診断方法を「自己免疫性皮膚疾患の可能性の診断」に適用した実施例3の場合には、実施例2に用いられる620nmの帯域よりも、さらに深い部分の血液量に感度のある波長帯域として710nm付近を用いる。   In the case of Example 3 where the diagnosis method based on the multispectral skin image of the present invention is applied to “diagnosis of the possibility of autoimmune skin disease”, it is deeper than the 620 nm band used in Example 2. The vicinity of 710 nm is used as a wavelength band sensitive to the blood volume of the portion.

もちろん、本発明では、可視領域だけでなく近赤外の波長帯域を用いることも可能である。   Of course, in the present invention, not only the visible region but also the near-infrared wavelength band can be used.

本発明のマルチスペクトル皮膚画像による診断方法では、診断対象である皮膚(つまり、診断対象部分)のマルチスペクトル皮膚画像と、正常皮膚(つまり、正常部分)のマルチスペクトル皮膚画像とを撮影し、正常部分のマルチスペクトル皮膚画像からM個の主成分ベクトルを求めるようにしている。   In the diagnosis method using a multispectral skin image of the present invention, a multispectral skin image of a skin to be diagnosed (that is, a portion to be diagnosed) and a multispectral skin image of normal skin (that is, a normal portion) are photographed, and normal M principal component vectors are obtained from the partial multispectral skin image.

なお、この正常部分のマルチスペクトル皮膚画像は、診断対象部分のマルチスペクトル皮膚画像の中に含まれる一部の領域が正常皮膚と判断された場合に、正常皮膚と判断されたその一部の領域を用いることも可能である。   In addition, this multispectral skin image of the normal part is a part of the area determined to be normal skin when a part of the area included in the multispectral skin image of the diagnosis target part is determined to be normal skin. It is also possible to use.

そして、正常皮膚成分を主成分上位M個、例えば2個の基底関数で表し、診断対象である皮膚を撮影して得られたマルチスペクトル皮膚画像を、その2次元の基底関数の張る部分空間に投影して中心波長550nm付近の成分のみを抽出し、これをM次元部分空間上での特定波長成分皮膚画像とする。   The normal skin component is represented by the top M principal components, for example, two basis functions, and the multispectral skin image obtained by photographing the skin to be diagnosed is converted into a subspace spanned by the two-dimensional basis function. Only the component near the center wavelength of 550 nm is extracted by projection, and this is used as the specific wavelength component skin image on the M-dimensional subspace.

次に、診断対象である皮膚を撮影して得られたマルチスペクトル画像から、中心波長550nm付近の成分を抽出し、これを特定波長皮膚画像とする。   Next, a component near the center wavelength of 550 nm is extracted from the multispectral image obtained by photographing the skin to be diagnosed, and this is used as the specific wavelength skin image.

そして、特定波長皮膚画像と、M次元部分空間上での特定波長成分皮膚画像との差分画像(つまり、差分特定波長皮膚画像)を求める。求められた差分画像の画素値に対して、閾値処理をすることにより、クラス分類を行う。これによって、毛細血管の血液量が増加している部分の抽出を行うことができる。   Then, a difference image between the specific wavelength skin image and the specific wavelength component skin image on the M-dimensional subspace (that is, the difference specific wavelength skin image) is obtained. Class classification is performed by performing threshold processing on the obtained pixel values of the difference image. As a result, it is possible to extract a portion where the blood volume of the capillary blood vessel is increasing.

皮膚疾患の状態を数値化、表示する方法の一例を図8に示す。図8に示されるように、この例では、画像中の小領域ごとに閾値を越えた画素の密度を計算し、その密度に応じて異なる色を割り当てた画像を作成して表示する。また、閾値を越えた画素の密度が特定の範囲の値をとる領域の面積を算出して数値化もしくはグラフ化して表示する。   An example of a method for quantifying and displaying the state of the skin disease is shown in FIG. As shown in FIG. 8, in this example, the density of pixels exceeding the threshold value is calculated for each small region in the image, and an image assigned with a different color according to the density is created and displayed. In addition, the area of the region where the density of pixels exceeding the threshold value takes a value in a specific range is calculated and displayed as a numerical value or a graph.

さらに、本発明のマルチスペクトル皮膚画像による診断方法を、同一対象症例について異なる時期に撮影された複数枚の画像に対して適用すれば、定量化した血液量分布の変化を比較することが可能になり、病状の進行度や治療効果を判定することができる。   Furthermore, if the diagnostic method using multispectral skin images of the present invention is applied to a plurality of images taken at different times for the same target case, it is possible to compare changes in the quantified blood volume distribution. Thus, the degree of progression of the disease state and the therapeutic effect can be determined.

次に、本発明のマルチスペクトル皮膚画像による診断方法を「尋常性ざ瘡(にきび)の重症度の診断」に適用した実施例2について説明する。   Next, Example 2 in which the diagnosis method based on multispectral skin images of the present invention is applied to “diagnosis of acne vulgaris severity” will be described.

本発明のマルチスペクトル皮膚画像による診断方法を尋常性ざ瘡(にきび)の診断へ適用する場合には、つまり、実施例2の場合には、430nm、580nm、620nmといった3つの波長を中心波長として指定する。   When applying the diagnosis method based on the multispectral skin image of the present invention to the diagnosis of acne vulgaris, that is, in the case of Example 2, three wavelengths such as 430 nm, 580 nm, and 620 nm are set as the central wavelengths. specify.

正常皮膚成分を主成分上位M個、例えば2個の基底関数で表し、診断対象である皮膚を撮影して得られたマルチスペクトル皮膚画像を、その2次元の基底関数の張る部分空間に投影して中心波長430nm、580nm、620nm付近の成分をそれぞれ抽出し、これをM次元部分空間上での特定波長成分皮膚画像とする。   The normal skin component is represented by the top M principal components, for example, two basis functions, and a multispectral skin image obtained by photographing the skin to be diagnosed is projected onto the subspace spanned by the two-dimensional basis function. Then, components near the center wavelengths of 430 nm, 580 nm, and 620 nm are extracted, respectively, and set as specific wavelength component skin images on the M-dimensional subspace.

そして、診断対象である皮膚を撮影して得られたマルチスペクトル皮膚画像から、430nm、580nm、620nmに対応する中心波長付近の成分を抽出し、各波長成分について差分画像を求める。   Then, components near the center wavelength corresponding to 430 nm, 580 nm, and 620 nm are extracted from the multispectral skin image obtained by photographing the skin to be diagnosed, and a difference image is obtained for each wavelength component.

このようにして、得られた3種類の差分画像の画素値を、図9に示すように、3次元空間で複数のクラスに分類し、分類結果を画像化する。   In this way, the pixel values of the obtained three types of difference images are classified into a plurality of classes in a three-dimensional space as shown in FIG. 9, and the classification results are imaged.

つまり、画像中の小領域ごとに、分類された画素の数をクラスごとに計算し、その数に応じてにきびの領域を抽出する。また、にきびの領域ごとに分類された画素の数を算出し、その結果から皮疹の状態(炎症状態、化膿した状態、色素沈着など)を分析し、にきびの重症度を判定する。   That is, for each small region in the image, the number of classified pixels is calculated for each class, and acne regions are extracted according to the number. In addition, the number of pixels classified for each acne region is calculated, and the state of the rash (inflammatory state, suppuration, pigmentation, etc.) is analyzed from the result to determine the severity of acne.

その解析結果は、図10に示されるように、判定されたにきびの領域、進行度、重症度ごとに、面積または皮疹の数を算出して数値化もしくはグラフ化して表示する。   As shown in FIG. 10, the analysis result is calculated and displayed as a numerical value or a graph by calculating the area or the number of rashes for each determined acne region, degree of progression, and severity.

次に、本発明のマルチスペクトル皮膚画像による診断方法を「自己免疫性皮膚疾患の可能性の診断」に適用した実施例3について説明する。   Next, Example 3 in which the diagnostic method using multispectral skin images of the present invention is applied to “diagnosis of the possibility of autoimmune skin disease” will be described.

膠原病を代表とする自己免疫性皮膚疾患の皮疹は、専門医も時に誤診する微妙な皮膚変化を伴うものが多い。   Skin rashes from autoimmune skin diseases such as collagen disease are often accompanied by subtle skin changes that are sometimes misdiagnosed by specialists.

本発明のマルチスペクトル皮膚画像による診断方法を膠原病(例えば皮膚筋炎)などの自己免疫性皮膚疾患の可能性の診断へ適用する場合には、つまり、実施例3の場合には、例えば、430nm、580nm、710nmといった3つの波長を中心波長として指定する。   When applying the diagnostic method based on multispectral skin images of the present invention to diagnosis of the possibility of autoimmune skin diseases such as collagen disease (for example, dermatomyositis), that is, in the case of Example 3, for example, 430 nm. Three wavelengths such as 580 nm and 710 nm are designated as center wavelengths.

正常皮膚成分を主成分上位M個、例えば2個の基底関数で表し、診断対象である皮膚を撮影して得られたマルチスペクトル皮膚画像を、その2次元の基底関数の張る部分空間に投影して中心波長430nm、580nm、710nm付近の成分をそれぞれ抽出し、これをM次元部分空間上での特定波長成分皮膚画像とする。   The normal skin component is represented by the top M principal components, for example, two basis functions, and a multispectral skin image obtained by photographing the skin to be diagnosed is projected onto the subspace spanned by the two-dimensional basis function. Then, the components near the center wavelengths of 430 nm, 580 nm, and 710 nm are extracted, respectively, and set as specific wavelength component skin images on the M-dimensional subspace.

そして、診断対象である皮膚を撮影して得られたマルチスペクトル皮膚画像から、430nm、580nm、710nmに対応する中心波長付近の成分を抽出し、各波長成分について差分画像を求める。   Then, components near the center wavelength corresponding to 430 nm, 580 nm, and 710 nm are extracted from the multispectral skin image obtained by photographing the skin to be diagnosed, and a difference image is obtained for each wavelength component.

このようにして、得られた3種類の差分画像から、病変部の画素値を抽出する。抽出された病変部の画素値の分布と、別途保存された参照データを比較し、比較結果に基づいて自己免疫性皮膚疾患に特有な特徴がどの程度含まれているか、または、炎症性皮膚疾患に特有な特徴がどの程度含まれているか、を数値化、グラフ化、もしくは画像化して表示する。   In this way, the pixel value of the lesion is extracted from the three types of difference images obtained. Compare the distribution of the extracted pixel values of the lesion and the reference data stored separately, and based on the comparison result, how much features unique to autoimmune skin diseases are included, or inflammatory skin diseases The degree to which a characteristic characteristic is included is displayed as a numerical value, a graph, or an image.

なお、上述した本発明に係るマルチスペクトル画像処理方法を皮膚科医の診断に適用した場合、つまり、本発明のマルチスペクトル皮膚画像による診断方法を例として説明したが、本発明はそれに限られることがなく、例えば、撮影対象物を鮮魚或いは果物として、鮮魚或いは果物の痛み具合のチェックにも適用することができる。   In addition, when the multispectral image processing method according to the present invention described above is applied to the diagnosis of a dermatologist, that is, the diagnosis method using the multispectral skin image of the present invention has been described as an example, the present invention is not limited thereto. For example, the subject to be photographed is a fresh fish or fruit, and can be applied to check the pain of fresh fish or fruit.

Claims (10)

波長方向に特徴をもつ対象物を被写体として撮影して得られたマルチスペクトル画像を用いて、画像解析によって、前記対象物の特徴領域を抽出するマルチスペクトル画像処理方法であって、
異なる波長帯域に感度を持つ多チャネルの画像撮影装置を用いて、前記対象物第1部 を撮影する第1のステップと、
第1のステップで撮影されたマルチスペクトル画像、または、別途撮影した前記対象物第2部分を含むマルチスペクトル画像の一部または全体の領域で、主成分分析を行う第2のステップと、
第2のステップで得られた主成分ベクトルのうち、指定した数の主成分ベクトルの和として再構成されたマルチスペクトル画像と、第1のステップで前記対象物第1部分を撮影して得られた前記マルチスペクトル画像との差分を算出することによって、差分マルチスペクトル画像を得る第3のステップと、
第3のステップで得られた前記差分マルチスペクトル画像のうち、指定された一つまたは複数のチャネルの画像を選択する第4のステップと、
第4のステップで選択された画像に対して、画像処理を行うことで、前記対象物の特徴 領域を抽出し、抽出された特徴領域の面積、個数または形状を行う第5のステップと、
を有することを特徴とするマルチスペクトル画像処理方法。
Using multispectral image image obtained by photographing the object with the features in the wavelength direction as a subject, by image analysis, a multispectral image processing method of extracting the feature region of the object,
Using the image capturing apparatus for a multi-channel having sensitivity to different wavelength bands, a first step of taking a first part portion of the object,
Multispectral image image captured in the first step, or, in some or all regions of the multispectral image image including a second portion of the object which is separately shot, the second performing principal component analysis Steps,
Of the principal component vector obtained by the second step, the multispectral image image reconstructed, the first portion of the object in the first step taken as the sum of a specified number of principal component vectors by calculating a difference between the multispectral image image obtained Te, a third step of obtaining a difference multispectral image image,
Of the difference multispectral image image obtained in the third step, a fourth step of selecting an image for the specified the one or more channels,
For the selected image in the fourth step, by performing the image processing to extract the characteristic region of the object, the area of the extracted feature region, and a fifth step intends row the number or shape,
Multispectral image processing method characterized by having a.
波長方向に特徴をもつ対象物を被写体として撮影して得られたマルチスペクトル画像を用いて、画像解析によって、前記対象物の特徴領域を抽出するマルチスペクトル画像処理方法であって、
つまたは複数の波長を指定するステップD1と、
前記対象物所定部分の特徴を表す部分空間の次元数Mを指定するステップD2と、
ステップD1で指定された一つまたは複数の波長を含む波長帯域に分光感度を持つチャネルと、前記対象物所定部分を表すM次元部分空間への投影値を求めるために必要な所定の種類の異なる分光感度のチャネルとを持つ撮像装置で、前記対象物を撮影するステップD3と、
ステップD3で撮影して得られたマルチスペクトル画像を、別途に記憶された前記対象 所定部分の分光的特徴を表すM次元の基底関数の張る部分空間に投影して得られる、M次元部分空間成分画像のうち、前記指定された一つまたは複数の波長に該当する波長成分の画像を求めて、M次元部分空間上での特定波長成分画像とするステップD4と、
ステップD3で撮影して得られた前記マルチスペクトル画像から、前記指定された一つまたは複数の波長に対応する波長成分の特定波長画像を抽出するステップD5と、
ステップD4で得られた前記M次元部分空間上での特定波長成分画像と、ステップD5で抽出された前記特定波長画像とについて、前記指定された一つまたは複数の波長に対応する波長成分ごとに差分を算出することによって、指定された波長に対応する差分特定波長画像を抽出するステップD6と、
ステップD6で抽出された指定された波長に対応する一つまたは複数のチャネルの前記差分特定波長画像の画素値を用いて、画像中の各画素または領域を複数のクラスに分類するステップD7と、
ステップD7で分類された前記クラスの特徴に基づいて、前記対象物の特徴領域抽出するステップD8と、
を有することを特徴とするマルチスペクトル画像処理方法。
Using multispectral image image obtained by photographing the object with the features in the wavelength direction as a subject, by image analysis, a multispectral image processing method of extracting the feature region of the object,
Step D1 for designating one or more wavelengths,
Designating a dimension M of the subspace representing the characteristics of the predetermined part of the object ;
A channel having spectral sensitivity in a wavelength band including one or a plurality of wavelengths specified in step D1, and a predetermined type of a necessary type for obtaining a projection value onto an M-dimensional subspace representing a predetermined portion of the object. Step D3 of photographing the object with an imaging device having different spectral sensitivity channels;
The multispectral image image obtained by photographing in step D3, obtained by projecting the subspace spanned by the basis functions of the M-dimensional representative of the spectral signature of a predetermined portion of the object which is separately stored, M of dimensional subspace formed fractionation image, seeking an image of a wavelength component corresponding to one or more wavelengths that the designated, step D4 of the specific wavelength formation fractions image on the M-dimensional subspace,
From obtained by photographing in step D3 the multispectral image image, a step D5 to extract specific wave Nagaga image wavelength component corresponding to one or more wavelengths that the specified,
A specific wavelength formation fractions image on the M-dimensional subspace obtained in step D4, the said specific wave Nagaga image extracted in step D5, corresponding to the designated one or more wavelengths by calculating the difference for each wavelength component, and step D6 of extracting difference specific wave Nagaga image corresponding to the specified wavelength,
Using the pixel values of the differential specific wave Nagaga image of one or more channels corresponding to the wavelengths specified have been extracted in step D6, classifies each pixel or region in the image into a plurality of classes Step D7 When,
Extracting a feature region of the object based on the features of the class classified in step D7; and
Multispectral image processing method characterized by having a.
前記対象物所定部分を表すM次元部分空間への投影値を、ステップD1で指定された一つまたは複数の波長帯域の画像を含めて計算する請求項2に記載のマルチスペクトル画 像処理方法。The projection value of the M-dimensional subspace representing a predetermined portion of the object, multispectral image image processing according to claim 2 for calculating including an image of the specified one or more wavelength bands at step D1 Method. 前記別途に記憶された前記対象物所定部分の分光的特徴を表すM次元の基底関数を、同一対象物所定部分を撮影した画像から求める請求項2又は請求項3に記載のマルチスペクトル画像処理方法。The basis functions of the M-dimensional representative of the spectral signature of a predetermined portion of said object which is separately stored, multispectral according to claim 2 or claim 3 obtained from the image obtained by photographing a predetermined portion of the same object Image processing method. 対象物の分光的な特徴に基づいて画素群を分類するマルチスペクトル画像処理装置であって、
波長方向に特徴をもつ前記対象物を被写体として、波長方向にNチャネル(Nは2以上の整数である)を持つマルチスペクトル画像を撮影する手段と、
前記撮影手段により撮影して得られた前記対象物のマルチスペクトル画像を、M次元(M<N、Mは整数である)の基底関数の張る部分空間に投影して、前記対象物のM次元部分空間成分画像を算出する第1の算出手段と、
前記撮影手段により得られた前記対象物の前記マルチスペクトル画像と、前記第1の算出手段により得られた前記対象物の前記M次元部分空間成分画像との差分を算出することにより、前記対象物の差分マルチスペクトル画像を算出する第2の算出手段と、
前記第2の算出手段により得られた前記対象物の前記差分マルチスペクトル画像のうち、指定された波長に対応する一つまたは複数のチャネルの差分特定波長画像を抽出する手段と、
前記抽出手段により抽出された一つまたは複数のチャネルの前記差分特定波長画像の画素値を用いて、画像内の各点の属するクラスを判定する手段と、
を有することを特徴とするマルチスペクトル画像処理装置。
A multispectral image processing apparatus for classifying a pixel group based on spectral characteristics of an object,
Means for taking a multispectral image having an N channel (N is an integer of 2 or more) in the wavelength direction, using the target object characterized in the wavelength direction as a subject;
The multispectral image of the object obtained by photographing by the photographing means is projected onto a subspace spanned by M-dimensional (M <N, M is an integer) basis function, and the M-dimension of the object is projected. First calculating means for calculating a subspace component image;
By calculating the difference between the multispectral image of the object obtained by the photographing means and the M-dimensional subspace component image of the object obtained by the first calculating means, the object Second calculating means for calculating the difference multispectral image of
Means for extracting a differential specific wavelength image of one or a plurality of channels corresponding to a designated wavelength from among the differential multispectral images of the object obtained by the second calculation means;
Means for determining a class to which each point in the image belongs, using pixel values of the difference specific wavelength image of one or more channels extracted by the extraction means;
A multispectral image processing apparatus comprising:
対象物の分光的な特徴に基づいて画素群を分類するマルチスペクトル画像処理装置であって、
波長方向に特徴をもつ前記対象物を被写体として、波長方向にNチャネル(Nは2以上の整数である)を持つマルチスペクトル画像を撮影する手段と、
前記撮影手段により撮影して得られた前記対象物のマルチスペクトル画像を、M次元(M<N、Mは整数である)の基底関数の張る部分空間に投影して得られる前記対象物のM次元部分空間成分画像のうち、指定された一つまたは複数の波長成分の画像を計算して、M次元部分空間上での特定波長成分画像を算出する第1の算出手段と、
前記撮影手段により撮影して得られた前記対象物の前記マルチスペクトル画像から、前記指定された一つまたは複数の波長成分に対応する波長成分の特定波長画像を抽出する手段と、
前記第1の算出手段により得られた前記M次元部分空間上での特定波長成分画像と、前記抽出手段により抽出された前記特定波長画像とについて、前記指定された一つまたは複数の波長成分に対応する波長成分ごとに差分を算出することによって、指定された波長に対応する差分特定波長画像を算出する第2の算出手段と、
前記第2の算出手段により得られた指定された波長に対応する一つまたは複数のチャネルの前記差分特定波長画像の画素値を用いて、画像内の各点の属するクラスを判定する手段と、
を有することを特徴とするマルチスペクトル画像処理装置。
A multispectral image processing apparatus for classifying a pixel group based on spectral characteristics of an object,
Means for taking a multispectral image having an N channel (N is an integer of 2 or more) in the wavelength direction, using the target object characterized in the wavelength direction as a subject;
M of the object obtained by projecting a multispectral image of the object obtained by photographing by the photographing means onto a subspace spanned by M-dimensional (M <N, M is an integer) basis function. A first calculating means for calculating a specific wavelength component image on the M-dimensional subspace by calculating an image of one or more designated wavelength components among the dimensional subspace component images;
Means for extracting a specific wavelength image of a wavelength component corresponding to the specified one or more wavelength components from the multispectral image of the object obtained by photographing by the photographing means;
For the specific wavelength component image on the M-dimensional subspace obtained by the first calculation means and the specific wavelength image extracted by the extraction means, the specified one or more wavelength components A second calculating means for calculating a difference specific wavelength image corresponding to the designated wavelength by calculating a difference for each corresponding wavelength component;
Means for determining a class to which each point in the image belongs, using pixel values of the difference specific wavelength image of one or more channels corresponding to the designated wavelength obtained by the second calculation means;
A multispectral image processing apparatus comprising:
対象物の分光的な特徴に基づいて画素群を分類するマルチスペクトル画像処理システムであって、
M種類以上の異なる分光感度のチャネルを持つ第1の撮像装置と、指定された一つまたは複数の波長に対応するチャネルの画像を撮影するための第2の撮像装置を用いて、同一の前記対象物を撮影する手段と、
前記第1の撮像装置で撮影して得られた前記対象物の画像を、M次元の基底関数の張る部分空間に投影して得られる前記対象物のM次元部分空間成分画像のうち、ステップC1で指定された波長に該当する一つまたは複数の波長成分の画像を計算して、M次元部分空間上での特定波長成分画像を算出する第1の算出手段と、
前記第1の算出手段により得られた前記M次元部分空間上での特定波長成分画像と、前記第2の撮像装置で撮影して得られた一つまたは複数の波長成分画像とについて、それぞれ対応する波長ごとに差分を抽出する手段と、
前記抽出手段により抽出された指定された波長に対応する一つまたは複数のチャネルの差分特定波長画像の画素値を用いて、画像内の各点の属するクラスを判定する手段と、
を有することを特徴とするマルチスペクトル画像処理システム。
A multispectral image processing system for classifying pixels based on spectral features of an object,
Using the first imaging device having M or more types of channels having different spectral sensitivities and the second imaging device for capturing an image of a channel corresponding to one or more designated wavelengths, the same Means for photographing the object;
Of the M-dimensional subspace component image of the object obtained by projecting the image of the object obtained by photographing with the first imaging device onto the subspace spanned by the M-dimensional basis function, Step C1 Calculating a specific wavelength component image on the M-dimensional subspace by calculating an image of one or a plurality of wavelength components corresponding to the wavelength specified in
Corresponding respectively to the specific wavelength component image on the M-dimensional subspace obtained by the first calculation means and one or more wavelength component images obtained by photographing with the second imaging device Means for extracting the difference for each wavelength to be
Means for determining a class to which each point in the image belongs, using pixel values of the difference specific wavelength image of one or more channels corresponding to the designated wavelength extracted by the extraction means;
A multispectral image processing system comprising:
広帯域の画像を撮影できる広帯域画像撮影機能と、
注目する特定波長にのみ感度を持つ狭帯域の画像を撮影できる狭帯域画像撮影機能と、を具備する撮像システムを前記第1の撮像装置及び前記第2の撮像装置として用いる請求項7に記載のマルチスペクトル画像処理システム。
Broadband image capture function that can capture wideband images,
The narrow-band image photographing function capable of photographing a narrow-band image having sensitivity only at a specific wavelength of interest is used as the first imaging device and the second imaging device. Multispectral image processing system.
前記撮像システムは、赤(R)・緑(G)・青(B)の3原色で撮影するデジタル撮像装置と、前記注目する特定波長で狭帯域の光を発光する特殊な照明装置とから構成される請求項8に記載のマルチスペクトル画像処理システム。  The imaging system includes a digital imaging device that captures images in three primary colors of red (R), green (G), and blue (B), and a special illumination device that emits narrow band light at the specific wavelength of interest. The multispectral image processing system of claim 8. 前記特殊な照明装置は発光ダイオード(LED)である請求項9に記載のマルチスペクトル画像処理システム。  The multispectral image processing system of claim 9, wherein the special illumination device is a light emitting diode (LED).
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