DFDiによる細胞群の高速奥行き位置推定

概要

我々は細胞を対象として高速なオートフォーカスの実現を可能にする手法として Depth From Diffraction (DFDi) を提案している．この手法は， 細胞を平行かつコヒーレントな光で照明した際にその背後にできる干渉パターンを計測することで， 焦点面と細胞の奥行き方向の位置関係を一枚の画像から推定可能とするものである．

これまで細胞単体に対してその有効性を確認してきたが， 走査型顕微鏡による計測や自動検査等を考慮すると，視野内に複数の細胞が存在する方が一般的である． そこで本研究では，視野内に多くの細胞が存在する場合でも適用できるDFDi手法に基づく画像処理アルゴリズムを開発した．

本アルゴリズムは，細胞群を構成する個々の細胞の輪郭を抽出してから， 輪郭と垂直な方向にどのような光量分布をもっているのかを抽出し， これを画像特徴量として細胞群の奥行き位置を推定する物である． 図(a)に抽出している光量分布(Radial Intensity Profile)を示した模式図を示す． また，実際にイースト菌の細胞を対象として，この特徴量を基に奥行き位置を推定した結果を図(b)に示す． おおむね1マイクロメートル程度の誤差で対象の奥行き位置を推定できていることがわかる．

実際にこのアルゴリズムを用いてオートフォーカスを行った結果は 高速オートフォーカスによる高速走査型顕微鏡 に示す．

参考文献

1. Soshiro Makise, Hiromasa Oku, and Masatoshi Ishikawa : Serial Algorithm for High-speed Autofocusing of Cells using Depth From Diffraction (DFDi) Method, 2008 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2008) (Pasadena, 2008.5.23) / Conference Proceedings, pp.3124-3129 [PDF (4.1M)] ^*IEEE
2. 牧瀬壮四郎，奥寛雅，石川正俊： 細胞の回折像を用いた高速オートフォーカスの走査型顕微鏡への応用， 第47回日本生体医工学会大会 (神戸，2008.5.8)／プログラム・論文集，pp.390-391
3. 牧瀬壮四郎，奥寛雅，石川正俊： 回折像を用いた細胞群深さ位置の広範囲・高速推定手法， 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'07 (ROBOMEC 2007) (秋田，2007.5.11)／講演論文集，1A2-N02
4. 牧瀬壮四郎，奥寛雅，石川正俊： 回折像を用いた細胞群に対する高速なオートフォーカスの研究， 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2006(ROBOMEC 2006) (東京，2006.5.28)／講演論文集，1A1-C28

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