JP7654949B2 - Fundus image processing program and fundus photographing device - Google Patents
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Description
本開示は、被検眼の眼底画像を処理するための眼底画像処理プログラム、および眼底撮影装置に関する。 The present disclosure relates to a fundus image processing program for processing a fundus image of a test eye, and a fundus imaging device.
眼底撮影装置として、無散瞳眼底カメラが広く利用されてきた。無散瞳眼底カメラの多くは45°程度の画角で眼底画像を撮影する。特許文献1に開示されているように、固視位置が互いに異なる複数の眼底画像をパノラマ合成することで、眼底の広範囲をパノラマ画像によって一枚絵で表現する手法も知られている。 Non-mydriatic fundus cameras have been widely used as fundus imaging devices. Most non-mydriatic fundus cameras capture fundus images with an angle of view of about 45°. As disclosed in Patent Document 1, a method is also known in which a wide range of the fundus is represented in a single panoramic image by panoramic synthesis of multiple fundus images with different fixation positions.
一方、近年は、より広角な眼底画像を撮影できる装置が注目されている。例えば、特許文献1には、90度以上の画角でカラー眼底画像を撮影する眼底撮影装置が開示されている。 On the other hand, in recent years, devices that can capture wider-angle fundus images have been attracting attention. For example, Patent Document 1 discloses a fundus imaging device that captures color fundus images with a viewing angle of 90 degrees or more.
通常、眼底撮影装置で撮影された眼底画像には歪みが存在している。この歪みは、画像の周辺側ほど大きくなる。また、画角が広角であるほど、周辺側の歪みは、より顕著に現れるようになる。 Fundus images taken with a fundus photography device usually contain distortion. This distortion becomes greater toward the periphery of the image. Also, the wider the angle of view, the more noticeable the distortion becomes on the periphery.
ここで、眼底画像の歪みは、装置の光学系と、眼底形状と、の両方に起因している。このうち、装置の光学系に由来する歪みについては、形状が既知のチャート等を撮影することで、予め補正式を求めることができる。しかしながら、眼球の光学系は個人差があるので、少なくとも眼底形状に起因する歪みを、装置の光学系に由来する歪みと同様の方法で補正することはできない。 The distortion of the fundus image is caused by both the optical system of the device and the shape of the fundus. Of these, a correction formula for the distortion caused by the optical system of the device can be obtained in advance by photographing a chart or the like with a known shape. However, because the optical system of the eye varies from person to person, at least the distortion caused by the fundus shape cannot be corrected in the same way as the distortion caused by the optical system of the device.
また、45°程度の画角で眼底画像をパノラマ合成するうえでは、被検眼の眼底形状に起因する歪みは、特段問題視されていなかった。 In addition, when synthesizing fundus images into a panorama with a field angle of about 45°, distortion caused by the fundus shape of the subject eye was not considered to be a particular problem.
本開示は、従来技術の問題点に基づいてなされたものであり、眼底形状に起因する歪みが良好に抑制された眼底画像を得ることができる、眼底画像処理プログラムおよび眼底撮影装置を提供することである。 The present disclosure has been made in response to problems in the prior art, and aims to provide a fundus image processing program and a fundus photography device that can obtain fundus images in which distortion caused by the fundus shape is effectively suppressed.
本開示の第1態様に係る眼底画像処理プログラムは、被検眼の眼底を撮影した眼底画像のデータを処理するコンピュータによって実行される眼底画像処理プログラムであって、前記眼底画像処理プログラムが前記コンピュータのプロセッサによって実行されることで、互いに異なる撮影位置で撮影光学系を介して撮影された2枚以上の眼底画像であって、互いに一部が重複する2枚以上の眼底画像を取得する取得ステップと、互いに一部が重複する2枚以上の眼底画像の画像情報に基づいて、該2枚以上の眼底画像に含まれる一部または全部の画像の歪みを補正する補正ステップと、歪みが補正された2枚以上の眼底画像を合成することでパノラマ眼底画像を生成する合成ステップと、が前記コンピュータによって実行され、更に、前記補正ステップは、互いに一部が重複する2枚以上の眼底画像の間で対応点を複数設定する対応点設定ステップと、前記複数の対応点間の距離のばらつきを最小化する座標変換を求めて、前記座標変換を対応点が設定された眼底画像に適用することにより、該2枚以上の眼底画像に含まれる一部または全部の画像の歪みを、設定された前記対応点に基づいて補正する座標変換ステップと、を含む。 A fundus image processing program according to a first aspect of the present disclosure is a fundus image processing program executed by a computer that processes data of a fundus image obtained by photographing the fundus of a test eye, and when the fundus image processing program is executed by a processor of the computer, the following steps are executed by the computer: an acquisition step of acquiring two or more fundus images photographed at different photographing positions via an imaging optical system, the two or more fundus images partially overlapping each other; a correction step of correcting distortion of some or all of the images contained in the two or more fundus images based on image information of the two or more fundus images partially overlapping each other; and a synthesis step of generating a panoramic fundus image by synthesizing the two or more fundus images whose distortions have been corrected; and further, the correction step includes a correspondence point setting step of setting a plurality of corresponding points between the two or more fundus images partially overlapping each other, and a coordinate transformation step of calculating a coordinate transformation that minimizes the variation in distance between the plurality of corresponding points, and applying the coordinate transformation to the fundus images in which the corresponding points are set, thereby correcting distortion of some or all of the images contained in the two or more fundus images based on the set corresponding points.
本開示の第2態様に係る眼底画像処理プログラムは、被検眼の眼底を撮影した眼底画像のデータを処理するコンピュータによって実行される眼底画像処理プログラムであって、前記眼底画像処理プログラムが前記コンピュータのプロセッサによって実行されることで、互いに異なる撮影位置で撮影光学系を介して撮影された2枚以上の眼底画像であって、互いに一部が重複する2枚以上の眼底画像を取得する取得ステップと、互いに一部が重複する2枚以上の眼底画像の画像情報に基づいて、該2枚以上の眼底画像に含まれる一部または全部の画像の歪みを補正する補正ステップと、が前記コンピュータによって実行され、更に、前記補正ステップは、互いに一部が重複する2枚以上の眼底画像の間で対応点を複数設定する対応点設定ステップと、前記複数の対応点間の距離のばらつきを最小化する座標変換を求めて、前記座標変換を対応点が設定された眼底画像に適用することにより、該2枚以上の眼底画像に含まれる一部または全部の画像の歪みを、設定された前記対応点に基づいて補正する座標変換ステップと、を含む。 A fundus image processing program according to a second aspect of the present disclosure is a fundus image processing program executed by a computer that processes data of a fundus image obtained by photographing the fundus of a test eye, and when the fundus image processing program is executed by a processor of the computer, an acquisition step of acquiring two or more fundus images photographed via an imaging optical system at different shooting positions, the two or more fundus images partially overlapping each other, and a correction step of correcting distortion of some or all of the images contained in the two or more fundus images based on image information of the two or more fundus images partially overlapping each other , and further, the correction step includes a correspondence point setting step of setting a plurality of corresponding points between the two or more fundus images partially overlapping each other, and a coordinate transformation step of calculating a coordinate transformation that minimizes the variation in distance between the plurality of corresponding points, and applying the coordinate transformation to the fundus images in which the corresponding points are set, thereby correcting distortion of some or all of the images contained in the two or more fundus images based on the set corresponding points.
本開示の第3態様に係る眼底撮影装置は、前記撮影光学系と、第1態様または第2態様に係る眼底画像処理プログラムを実行する画像処理装置と、を備える。 The fundus imaging device according to the third aspect of the present disclosure includes the imaging optical system and an image processing device that executes the fundus image processing program according to the first or second aspect.
本開示によれば、眼底形状に起因する歪みが良好に抑制された眼底画像を得ることができる。 According to the present disclosure, it is possible to obtain a fundus image in which distortion caused by the fundus shape is effectively suppressed.
「概要」
まず、本開示の例示的な実施形態である第1実施形態を説明する。
"overview"
First, a first embodiment that is an exemplary embodiment of the present disclosure will be described.
第1実施形態では、複数の眼底画像からパノラマ眼底画像を生成する手法について説明する。第1実施形態では、コンピュータによって、被検眼の眼底画像のデータが処理される。第1実施形態に係る眼底画像処理プログラムがコンピュータのプロセッサによって実行されることにより、取得ステップ、補正ステップ、および、合成ステップが実行される。 In the first embodiment, a method for generating a panoramic fundus image from multiple fundus images is described. In the first embodiment, data of the fundus image of the subject eye is processed by a computer. The fundus image processing program according to the first embodiment is executed by the processor of the computer, thereby performing an acquisition step, a correction step, and a synthesis step.
<取得ステップ>
取得ステップでは、撮影光学系を介して撮影された2枚以上の眼底画像が取得される。取得される2枚以上の眼底画像は、互いに一部が重複している。2枚以上の眼底画像は、互いに異なる固視位置で撮影することで、互いに一部が重複する2枚以上の眼底画像が撮影されてもよい。各々の眼底画像は、プロセッサによってアクセス可能なメモリに保存される。
<Acquisition steps>
In the acquisition step, two or more fundus images are acquired via an imaging optical system. The two or more acquired fundus images partially overlap each other. The two or more fundus images may be acquired at different fixation positions, resulting in two or more fundus images partially overlapping each other. Each fundus image is stored in a memory accessible by the processor.
取得ステップで取得される眼底画像は、眼底の正面画像(2次元画像)であってもよい。但し、必ずしもこれに限られるものではなく、眼底画像は、正面画像(2次元画像)に対して深さ方向の情報が加わった3次元画像(ボリュームデータ)であってもよい。 The fundus image acquired in the acquisition step may be a front image (two-dimensional image) of the fundus. However, this is not necessarily limited to this, and the fundus image may be a three-dimensional image (volume data) in which depth information is added to the front image (two-dimensional image).
取得される各々の眼底画像は、標準的な眼底カメラの画角である45°よりも大きな画角で撮影されていてもよい。 Each fundus image may be captured at an angle of view greater than 45°, which is the angle of view of a standard fundus camera.
<補正ステップ>
補正ステップでは、互いに一部が重複する2枚以上の眼底画像の画像情報に基づいて、該2枚以上の眼底画像に含まれる一部または全部の画像の歪みが補正される。つまり、本実施形態によれば、眼底画像以外に、装置の光学系の情報、および、眼底形状に関する情報、のいずれについても必ずしも必要としないで、画像の歪みが適切に補正される。すなわち、撮影光学系に由来する像面湾曲だけでなく、眼底の湾曲形状に由来する被検眼毎に異なる歪みの影響も抑制される。
<Correction step>
In the correction step, based on the image information of two or more fundus images that overlap each other, distortion of some or all of the images included in the two or more fundus images is corrected. That is, according to this embodiment, image distortion is appropriately corrected without necessarily requiring information on the optical system of the device and information on the fundus shape other than the fundus image. That is, the influence of not only the field curvature caused by the photographing optical system but also the distortion that differs for each subject eye caused by the curved shape of the fundus is suppressed.
補正ステップは、次のような、対応点設定ステップと座標変換ステップとを更に含んでいてもよい。 The correction step may further include a corresponding point setting step and a coordinate conversion step, as follows:
<対応点設定ステップ>
対応点設定ステップでは、2枚以上の眼底画像の間で対応点が複数設定される。換言すれば、2枚以上の眼底画像における重複部分に対応点が複数設定される。対応点は、2枚以上の眼底画像の間で共通する特徴の位置に設定されてもよい。眼底画像においては、例えば、血管の分岐等の組織の構造上の特徴に対して対応点が設定されてもよい。
<Corresponding point setting step>
In the corresponding point setting step, a plurality of corresponding points are set between two or more fundus images. In other words, a plurality of corresponding points are set in overlapping portions between two or more fundus images. The corresponding points may be set at positions of features common to the two or more fundus images. In the fundus images, the corresponding points may be set at structural features of tissues, such as branching of blood vessels.
ここで、2枚以上の眼底画像の間で複数の対応点を設定する方法は、適宜選択できる。例えば、プロセッサは、2枚以上の眼底画像の1つ(「ターゲット画像」という)の画像領域内から、対応点を求めるための組織上の点(特徴点)を複数検出する。特徴点の検出には、例えば、opencvのgood Features To Track関数等を利用して、位置合わせに適した点を検出してもよいし、等間隔に設置してもよい。次いで、2枚以上の眼底画像のうち、ターゲット画像以外の画像(「ソース画像」という)の画像領域内から、ターゲット画像の特徴点と対応する対応点を検出する。ソース画像の対応点の検出には、例えば、テンプレートマッチングやブロックマッチング法等を利用できる。 Here, the method of setting multiple corresponding points between two or more fundus images can be selected as appropriate. For example, the processor detects multiple points (feature points) on the tissue for finding corresponding points from within the image area of one of the two or more fundus images (referred to as the "target image"). For detecting the feature points, for example, points suitable for alignment may be detected using the good features to track function of opencv, or they may be set at equal intervals. Next, from within the image area of an image other than the target image (referred to as the "source image") among the two or more fundus images, corresponding points that correspond to the feature points of the target image are detected. For example, template matching, block matching, etc. can be used to detect the corresponding points of the source image.
<座標変換ステップ>
次に、座標変換ステップについて説明する。ここでは、便宜上、座標変換ステップの処理対象となる眼底画像を入力画像と称し、処理結果を出力画像と称する場合がある。
<Coordinate conversion step>
Next, the coordinate conversion step will be described. For convenience, the fundus image to be processed in the coordinate conversion step may be referred to as an input image, and the processing result may be referred to as an output image.
座標変換ステップでは、複数の対応点がそれぞれに設定された複数の眼底画像の間で、複数の対応点の位置関係を互いに一致させるような座標変換がプロセッサによって求められる。例えば、第1実施例では、撮影光学系の像面湾曲および眼底の湾曲を考慮した制約条件の下で、2枚以上の入力画像における複数の対応点間の距離が最小化する座標変換(座標変換式)がプロセッサによって求められる。座標変換(座標変換式)は、歪み補正モデルと、平行移動と、の足し合わせによって表現されてもよい(具体例は、実施例を参照されたい)。 In the coordinate transformation step, the processor determines a coordinate transformation that matches the positional relationships of multiple corresponding points between multiple fundus images, each of which has multiple corresponding points set. For example, in the first embodiment, the processor determines a coordinate transformation (coordinate transformation formula) that minimizes the distance between multiple corresponding points in two or more input images under constraints that take into account the field curvature of the imaging optical system and the curvature of the fundus. The coordinate transformation (coordinate transformation formula) may be expressed by adding together a distortion correction model and a parallel translation (see the embodiments for a specific example).
次に、求めた座標変換が2枚以上の入力画像に適用される。換言すれば、制約条件の下で得られた座標変換式に基づいて、入力画像の各画素に対する変換後の座標が求められる。これにより、入力画像の各画素の画素値を、変換後の座標に対してそれぞれ与えることで、出力画像が得られる。このとき、座標変換が適用されることで、それぞれの入力画像が、変形および移動される。これにより、それぞれの眼底画像において歪みが補正され、更には、位置合わせが行われる。 Then, the calculated coordinate transformation is applied to two or more input images. In other words, the transformed coordinates for each pixel of the input image are calculated based on the coordinate transformation formula obtained under the constraints. As a result, an output image is obtained by providing the pixel values of each pixel of the input image to the transformed coordinates. At this time, the application of the coordinate transformation causes each input image to be deformed and moved. As a result, distortion is corrected in each fundus image, and alignment is also performed.
本実施形態において、制約条件は、像面湾曲および眼底の湾曲の実際の程度に関わらず、予め定められていてもよい。ここで、各々の眼底画像の画像中心部は画像周辺部に比べて、眼底の湾曲に起因する歪みが少ないものと考えられる。また、画像中心部は画像周辺部に比べて、撮影光学系の像面湾曲に起因する歪みも少ない。そこで、歪みが補正される各々の眼底画像について、「画像中心部の座標変化量が画像周辺部における座標変化量よりも抑制される」ことが制約条件として用いられてもよい。より好適には、「画像中心部は歪み補正モデルによる座標の変化が無い」ことが制約条件として用いられてもよい。ここでいう画像中心部は、それぞれの眼底画像の画像中心にある、位置、形状、および、大きさが予め定められた領域であってもよい。 In this embodiment, the constraint condition may be determined in advance regardless of the actual degree of curvature of the field and the curvature of the fundus. Here, the image center of each fundus image is considered to have less distortion caused by the curvature of the fundus than the image peripheral portion. In addition, the image center has less distortion caused by the field curvature of the photographing optical system than the image peripheral portion. Therefore, for each fundus image to be corrected for distortion, the constraint condition may be that "the amount of coordinate change in the image center is suppressed more than the amount of coordinate change in the image peripheral portion." More preferably, the constraint condition may be that "there is no change in coordinates in the image center due to the distortion correction model." The image center may be an area in the center of each fundus image, whose position, shape, and size are determined in advance.
なお、撮影光学系の光軸に対して視軸を傾けて撮影された眼底画像においては、眼底の湾曲に起因する歪みが最も少なくなる領域が、光軸と視軸との傾斜量に応じて画像中心部から変位すると考えられる。このため、画像中心部における歪みが画像周辺部の歪みに対して十分少ない画角と傾斜角度の範囲において、「画像中心部は歪み補正モデルによる座標の変化が無い」ことが制約条件として用いられてもよい。或いは、制約条件において「歪み補正モデルによる座標の変化が無い」とする画像領域が、画角と傾斜角度とに応じて、画像毎に変更されてもよい。 In addition, in a fundus image captured with the visual axis tilted relative to the optical axis of the imaging optical system, it is considered that the region in which distortion caused by the curvature of the fundus is the least displaces from the center of the image according to the amount of tilt between the optical axis and the visual axis. For this reason, within the range of field angle and tilt angle in which the distortion in the center of the image is sufficiently small compared to the distortion in the peripheral areas of the image, the constraint that "the center of the image does not change in coordinates due to the distortion correction model" may be used. Alternatively, the image region in which "there is no change in coordinates due to the distortion correction model" is the constraint may be changed for each image according to the field angle and tilt angle.
<合成ステップ>
合成ステップでは、歪みが補正された2枚以上の眼底画像を合成(結合)することでパノラマ眼底画像が生成される。事前に座標変換ステップが実行されている場合は、それぞれに座標変換が適用された2枚以上の眼底画像が合成される。重複部分については、加算平均、または、加重平均によって各画素の画素値が設定されてもよい。加重平均の場合には、各眼底画像における眼底領域の端に近い領域ほど重み付係数を小さく設定することで、画像のつなぎ目が目立ちにくくなる。合成の結果として、パノラマ眼底画像として、合成の基となった眼底画像よりも広角な画像を得ることができる。合成の基となった眼底画像では画像周辺部においてより大きな歪みが存在したが、補正ステップによって歪みが適切に補正されるため、パノラマ眼底画像における画像同士の継ぎ目において眼底の構造が不連続に接続されてしまうことが、適切に軽減される。すなわち、複数の対応点がそれぞれに設定された複数の眼底画像の間で、複数の対応点の位置関係を互いに一致させるような座標変換が適用されていることで、画像同士の継ぎ目における不連続さが抑制される。また、撮影光学系の像面湾曲および眼底の湾曲を考慮した制約条件の下で、2枚以上の入力画像における複数の対応点間の距離が最小化する座標変換によって、歪みが補正されたため、周辺部の組織を観察しやすいパノラマ眼底画像を得ることができる。
<Synthesis Steps>
In the synthesis step, a panoramic fundus image is generated by synthesizing (combining) two or more fundus images in which the distortion has been corrected. If the coordinate transformation step has been performed in advance, two or more fundus images to which the coordinate transformation has been applied are synthesized. The pixel value of each pixel may be set by averaging or weighting the overlapping portion. In the case of weighting the average, the closer to the edge of the fundus region in each fundus image, the smaller the weighting coefficient is set, so that the seam between the images is less noticeable. As a result of the synthesis, a panoramic fundus image having a wider angle than the fundus image on which the synthesis is based can be obtained. Although the fundus image on which the synthesis is based has a larger distortion in the peripheral portion of the image, the distortion is appropriately corrected by the correction step, so that the discontinuous connection of the fundus structure at the seam between the images in the panoramic fundus image is appropriately reduced. That is, the application of coordinate transformation that makes the positional relationship of the multiple corresponding points coincide with each other between the multiple fundus images in which the multiple corresponding points are set, suppresses discontinuity at the seam between the images. In addition, distortion is corrected by coordinate transformation that minimizes the distance between multiple corresponding points in two or more input images under constraints that take into account the field curvature of the photographing optical system and the curvature of the fundus, so that a panoramic fundus image that makes it easy to observe peripheral tissue can be obtained.
<第2実施形態>
第1実施形態の補正ステップにおける座標変換は、パノラマ眼底画像を得ることを前提としたものである。眼底画像に含まれる一部または全部の画像の歪みを補正するだけであれば、必ずしも、2枚以上の入力画像における複数の対応点間の距離が「最小化する」座標変換(座標変換式)を求めることは要求されない。眼底画像に含まれる一部または全部の画像の歪みを補正するだけであれば、2枚以上の入力画像における複数の対応点間の距離のばらつきを最小化する座標変換(座標変換式)を求め、求めた座標変換を、座標変換を、対応点が設定された2枚以上の眼底画像のうち一部または全部に適用すれば足りると考えられる。
Second Embodiment
The coordinate transformation in the correction step of the first embodiment is premised on obtaining a panoramic fundus image. If it is only necessary to correct the distortion of a part or all of the images included in the fundus image, it is not necessarily required to obtain a coordinate transformation (coordinate transformation formula) that "minimizes" the distance between multiple corresponding points in two or more input images. If it is only necessary to correct the distortion of a part or all of the images included in the fundus image, it is considered sufficient to obtain a coordinate transformation (coordinate transformation formula) that minimizes the variation in the distance between multiple corresponding points in two or more input images, and apply the obtained coordinate transformation to a part or all of the two or more fundus images in which corresponding points are set.
このように、パノラマ眼底画像の生成が必ずしも実施されず、歪み補正が行われる場合においても、第1実施形態の<>で示した各説明の一部または全部が適宜援用できる。
<実施例>
以下、1つの実施例を説明する。実施形態では、眼底画像を撮影する眼底撮影装置1自身が、撮影した眼底画像を処理する。つまり、本実施例の眼底撮影装置1は、眼底画像を処理するコンピュータとして機能する。従って、眼底撮影装置1は、眼底画像を撮影しつつ、撮影した眼底画像を処理できる。しかし、コンピュータとして機能できるデバイスは、眼底撮影装置1に限定されない。例えば、眼底撮影装置1によって撮影された眼底画像のデータを取得することが可能なパーソナルコンピュータ、サーバ、携帯端末、またはスマートフォン等が、以下説明する眼底画像処理を実行するコンピュータとして機能してもよい。また、複数のデバイスの制御部が、協働して眼底画像処理を実行してもよい。
Even in the case where a panoramic fundus image is not necessarily generated and distortion correction is performed in this way, some or all of the descriptions in <> in the first embodiment can be appropriately applied.
<Example>
An example will be described below. In the embodiment, the fundus photographing device 1 itself photographs the fundus image and processes the photographed fundus image. That is, the fundus photographing device 1 of this embodiment functions as a computer that processes the fundus image. Therefore, the fundus photographing device 1 can process the photographed fundus image while photographing the fundus image. However, the device that can function as a computer is not limited to the fundus photographing device 1. For example, a personal computer, a server, a mobile terminal, or a smartphone that can acquire data of the fundus image photographed by the fundus photographing device 1 may function as a computer that performs the fundus image processing described below. In addition, the control units of multiple devices may cooperate to perform the fundus image processing.
図1および図2を参照して、眼底撮影装置1の概略構成について説明する。図1に示すように、眼底撮影装置1は、光学ユニット1Aと制御ユニット1Bを備える。光学ユニット1Aには、撮影光学系2(図2参照)が格納されている。制御ユニット1Bは、プロセッサ(CPU)70および記憶装置(メモリ)75を備える。プロセッサ70は、眼底撮影装置1の制御を司る制御部である。記憶装置75には、眼底画像処理プログラムが記憶されている。制御ユニット1Bには、操作部85およびモニタ90が接続されている。操作部85は、マウスおよびタッチパネル等のポインティングデバイスであってもよいし、その他のユーザインターフェースであってもよい。モニタ90は、撮影された眼底画像等の各種画像を表示させることができる。制御ユニット1Bとして、パーソナルコンピュータ(PC)等が使用されてもよい。また、光学ユニット1Aと制御ユニット1Bは、同一の筐体に収容されてもよいし、別々の筐体に収容されてもよい。 The schematic configuration of the fundus photographing device 1 will be described with reference to Figs. 1 and 2. As shown in Fig. 1, the fundus photographing device 1 includes an optical unit 1A and a control unit 1B. The optical unit 1A stores a photographing optical system 2 (see Fig. 2). The control unit 1B includes a processor (CPU) 70 and a storage device (memory) 75. The processor 70 is a control unit that controls the fundus photographing device 1. The storage device 75 stores a fundus image processing program. The control unit 1B is connected to an operation unit 85 and a monitor 90. The operation unit 85 may be a pointing device such as a mouse or a touch panel, or may be another user interface. The monitor 90 can display various images such as a photographed fundus image. A personal computer (PC) or the like may be used as the control unit 1B. In addition, the optical unit 1A and the control unit 1B may be housed in the same housing or in separate housings.
図2を参照して、撮影光学系2について説明する。図2に例示する撮影光学系2は、走査型の光学系である。詳細には、本実施例の撮影光学系2は、二次元スキャンタイプの光学系である。二次元スキャンタイプの光学系では、照明光が眼底上でスポット状に形成されると共に、眼底上で二次元的に走査される。ただし、走査型の光学系として、ラインスキャンタイプ(あるいは、スリットスキャンタイプ)の光学系が採用されてもよい。この場合、照明光が眼底上でライン状またはスリット状に形成されると共に、照明光の光束の断面長手方向と交差する方向に走査される。また、撮影光学系は走査型の光学系でなくてもよい。例えば、撮影光学系は、眼底上の二次元領域に同時に照明光を照射することで、二次元の眼底正面画像を撮影してもよい。撮影光学系2は、照射光学系10および受光光学系20を備える。 The photographing optical system 2 will be described with reference to FIG. 2. The photographing optical system 2 illustrated in FIG. 2 is a scanning type optical system. In detail, the photographing optical system 2 in this embodiment is a two-dimensional scanning type optical system. In a two-dimensional scanning type optical system, the illumination light is formed in a spot shape on the fundus and is scanned two-dimensionally on the fundus. However, a line scanning type (or slit scanning type) optical system may be adopted as the scanning type optical system. In this case, the illumination light is formed in a line shape or a slit shape on the fundus and is scanned in a direction intersecting the cross-sectional longitudinal direction of the light beam of the illumination light. In addition, the photographing optical system does not have to be a scanning type optical system. For example, the photographing optical system may capture a two-dimensional front image of the fundus by simultaneously irradiating the illumination light to a two-dimensional area on the fundus. The photographing optical system 2 includes an illumination optical system 10 and a light receiving optical system 20.
照射光学系10について説明する。照射光学系10は、光源11、ビームスプリッタ13、レンズ14、走査部16、および対物レンズ17を備える。 The following describes the irradiation optical system 10. The irradiation optical system 10 includes a light source 11, a beam splitter 13, a lens 14, a scanning unit 16, and an objective lens 17.
本実施例の照射光学系10は、眼底上でポイント状に集光させた照明光を、走査部16によって走査させる。走査部16は、互いに異なる2方向に照明光を走査する。説明の便宜上、以下では、ラスタースキャンによって照明光が走査される場合を例示する。この場合、走査部16は、主走査用の第1の光スキャナ16Aと、副走査用の第2の光スキャナ16Bを含む。ただし、走査部16の構成を変更することも可能である。例えば、走査部は、2自由度のデバイス(例えばMEMS等)であってもよい。光スキャナは、ガルバノミラー、ポリゴンミラー、レゾナントスキャナ、MEMS、および音響光学素子(AOM)等の少なくともいずれかが適宜選択されてもよい。 The irradiation optical system 10 of this embodiment scans the illumination light focused into a point shape on the fundus by the scanning unit 16. The scanning unit 16 scans the illumination light in two different directions. For convenience of explanation, the following will exemplify a case in which the illumination light is scanned by raster scanning. In this case, the scanning unit 16 includes a first optical scanner 16A for main scanning and a second optical scanner 16B for sub-scanning. However, it is also possible to change the configuration of the scanning unit 16. For example, the scanning unit may be a two-degree-of-freedom device (e.g., MEMS, etc.). The optical scanner may be at least one of a galvanometer mirror, a polygon mirror, a resonant scanner, a MEMS, and an acousto-optical element (AOM), etc., as appropriate.
照射光学系10は、光源11が出射した照明光を、被検眼Eの眼底Erへ照射する。照射光学系10は、複数の波長域の光(波長が互いに異なる複数の照明光)を同時に照射可能であってもよいし、複数の波長域の光を選択的に切り替えて照射可能であってもよい。本実施例の照射光学系10は、可視光と不可視光(本実施例では赤外光)を切り替えて眼底Erに照射することが可能である。また、複数の波長域の可視光を同時に眼底Erに照射することが可能である。 The irradiation optical system 10 irradiates the illumination light emitted by the light source 11 onto the fundus Er of the subject eye E. The irradiation optical system 10 may be capable of simultaneously irradiating light in multiple wavelength ranges (multiple illumination lights having different wavelengths), or may be capable of selectively switching between light in multiple wavelength ranges to irradiate. The irradiation optical system 10 of this embodiment is capable of switching between visible light and invisible light (infrared light in this embodiment) to irradiate the fundus Er. It is also capable of simultaneously irradiating the fundus Er with visible light in multiple wavelength ranges.
ビームスプリッタ13は、照射光学系10の光路と受光光学系20の光路を結合および分離する。ビームスプリッタ13は、穴あきミラーであってもよいし、他の部材であってもよい。レンズ14はフォーカシングレンズであり、駆動部(図示せず)によって変位される。レンズ14が光軸に沿って変位されることで、フォーカス(視度)が調整される。 The beam splitter 13 combines and separates the optical path of the irradiation optical system 10 and the optical path of the light receiving optical system 20. The beam splitter 13 may be a perforated mirror or another member. The lens 14 is a focusing lens, and is displaced by a drive unit (not shown). The focus (visual acuity) is adjusted by displacing the lens 14 along the optical axis.
対物レンズ17は、走査部16によって走査される照明光(本実施例ではレーザ光)を、被検眼Eの眼底Erに向けて出射する。対物レンズ17は、射出瞳の位置に旋回点Pを形成する。旋回点Pでは、走査部16を経た照明光が旋回される。その結果、照明光が眼底Er上で走査される。波長が互いに異なる複数の照明光が同時に出射される場合、複数の照明光は、被検眼Eの瞳孔を通過する同一の光路で眼底Erに照射される。照明光の眼底反射光は、平行光として瞳孔から出射される。 The objective lens 17 emits illumination light (laser light in this embodiment) scanned by the scanning unit 16 toward the fundus Er of the subject's eye E. The objective lens 17 forms a rotation point P at the position of the exit pupil. At the rotation point P, the illumination light that has passed through the scanning unit 16 is rotated. As a result, the illumination light is scanned on the fundus Er. When multiple illumination lights with different wavelengths are emitted simultaneously, the multiple illumination lights are irradiated onto the fundus Er along the same optical path that passes through the pupil of the subject's eye E. Fundus reflection light of the illumination light is emitted from the pupil as parallel light.
受光光学系20について説明する。本実施例の受光光学系20は、対物レンズ17からビームスプリッタ13までの光路上に配置された各部材を、照射光学系10と共用する。眼底Erからの光(例えば、照明光の眼底反射光、または蛍光等)は、照射光学系10の光路を遡って、ビームスプリッタ13まで導光される。ビームスプリッタ13は、眼底Erからの光を受光光学系20の独立光路へ導く。 The light receiving optical system 20 will now be described. In this embodiment, the light receiving optical system 20 shares with the illumination optical system 10 each component arranged on the optical path from the objective lens 17 to the beam splitter 13. Light from the fundus Er (e.g., fundus reflection of illumination light, or fluorescence, etc.) is guided back along the optical path of the illumination optical system 10 to the beam splitter 13. The beam splitter 13 guides the light from the fundus Er to an independent optical path of the light receiving optical system 20.
受光光学系20の独立光路には、レンズ21、ピンホール板23、および光分離部30が設けられている。ピンホール板23は、眼底共役面に配置されており、眼底Erの集光点あるいは焦点面以外の位置からの光を取り除くと共に、集光点あるいは焦点面からの光を光分離部30へ導光する。光分離部30は、眼底Erからの光を分離させる。本実施例では、光分離部30によって、眼底Erからの光が波長選択的に分離される。つまり、光分離部30は、受光光学系20の光路を光の波長に応じて分岐させる。図2に示すように、本実施例の光分離部30は、光分離特性(波長分離特性)が互いに異なる2つのダイクロイックミラー31,32を含む複数のダイクロイックミラーを含んでいてもよい。受光光学系20の光路は、複数のダイクロイックミラーによって、3つ以上の光路に分岐される。分岐された複数の光路の各々には、受光素子25,27,29の1つがそれぞれ配置される。 The independent optical path of the light receiving optical system 20 includes a lens 21, a pinhole plate 23, and a light separation unit 30. The pinhole plate 23 is disposed on the fundus conjugate plane, and removes light from positions other than the focal point or focal plane of the fundus Er, and guides light from the focal point or focal plane to the light separation unit 30. The light separation unit 30 separates light from the fundus Er. In this embodiment, the light separation unit 30 selectively separates light from the fundus Er in a wavelength-selective manner. That is, the light separation unit 30 branches the optical path of the light receiving optical system 20 according to the wavelength of light. As shown in FIG. 2, the light separation unit 30 of this embodiment may include multiple dichroic mirrors, including two dichroic mirrors 31 and 32 having different optical separation characteristics (wavelength separation characteristics). The optical path of the light receiving optical system 20 is branched into three or more optical paths by multiple dichroic mirrors. One of the light receiving elements 25, 27, and 29 is disposed on each of the multiple branched optical paths.
本実施例の光分離部30は、眼底Erからの光を波長毎に分離させ、3つの受光素子25,27,29の各々に、互いに異なる波長域の光を受光させる。詳細には、3つの受光素子25,27,29の各々は、青、緑、および赤の3色の光のいずれかを受光する。従って、眼底撮影装置1は、眼底Erについて、青、緑、および赤の各々の波長の照明光によって撮影された複数(本実施例では3つ)の眼底正面画像を同時に撮影することができる。同時に撮影された複数の眼底正面画像によって、カラー眼底正面画像を生成することも可能である。なお、眼底正面画像とは、照明光の光軸方向から眼底を見た場合の二次元の画像である。 The light separation unit 30 in this embodiment separates the light from the fundus Er by wavelength, and causes each of the three light receiving elements 25, 27, and 29 to receive light in a different wavelength range. In detail, each of the three light receiving elements 25, 27, and 29 receives one of the three colors of light: blue, green, and red. Therefore, the fundus imaging device 1 can simultaneously capture multiple (three in this embodiment) front fundus images of the fundus Er captured with illumination light of each of the blue, green, and red wavelengths. It is also possible to generate a color front fundus image from multiple front fundus images captured simultaneously. Note that a front fundus image is a two-dimensional image of the fundus viewed from the optical axis direction of the illumination light.
また、前述したように、本実施例の照射光学系10は、可視光と赤外光を切り替えて眼底Erに照射することが可能である。眼底撮影装置1は、赤外光を眼底Erに照射し、眼底Erからの赤外光の反射光を受光素子によって受光することで、眼底Erの赤外画像(二次元正面画像)を撮影することができる。赤外画像が撮影される間、被検者はまぶしさを感じることが無いので、瞬き等によって赤外画像の品質が低下する可能性は低い。 As described above, the irradiation optical system 10 of this embodiment is capable of switching between visible light and infrared light to irradiate the fundus Er. The fundus imaging device 1 can capture an infrared image (two-dimensional front image) of the fundus Er by irradiating the fundus Er with infrared light and receiving the infrared light reflected from the fundus Er with a light receiving element. Since the subject does not feel glare while the infrared image is being captured, there is little possibility that the quality of the infrared image will be degraded by blinking, etc.
眼底撮影装置1は、更に、固視呈示光学系を有する。本実施例では、照射光学系10によって、固視呈示光学系が兼用される。固視光学系は、被検眼に対して固視標を呈示する。より詳細には、光照射部11により照射される可視光が、固視標として利用される。この場合、光出射部10において可視光を、所定の走査位置で点灯させ、その他の走査位置では消灯させることによって、被検眼の固視を誘導してもよい。光スキャナ16A,16Bの位置を制御することによって、固視標の呈示位置を変更できる。 The fundus imaging device 1 further has a fixation presenting optical system. In this embodiment, the irradiation optical system 10 also serves as the fixation presenting optical system. The fixation optical system presents a fixation target to the subject's eye. More specifically, visible light irradiated by the light irradiating unit 11 is used as the fixation target. In this case, the light emitting unit 10 may turn on the visible light at a specified scanning position and turn it off at other scanning positions to induce fixation of the subject's eye. The position of the fixation target can be changed by controlling the positions of the optical scanners 16A and 16B.
図3を参照して、眼底撮影装置1が実行する眼底画像処理について説明する。前述したように、眼底撮影装置1は、コンピュータの一例である。従って、図3に例示する眼底画像処理を実行するデバイスは、眼底撮影装置1に限定されない。以下説明する眼底画像処理が、眼底撮影装置1とは異なるデバイスによって実行される場合、画像の「撮影・取得」の処理は、眼底撮影装置1によって撮影された画像のデータを取得する処理に読み替えられる。本実施例の眼底画像処理では、撮影光学系2によって撮影された複数枚の眼底画像が合成されることで、パノラマ眼底画像が生成される。 With reference to Figure 3, the fundus image processing performed by the fundus imaging device 1 will be described. As described above, the fundus imaging device 1 is an example of a computer. Therefore, the device that performs the fundus image processing illustrated in Figure 3 is not limited to the fundus imaging device 1. If the fundus image processing described below is performed by a device other than the fundus imaging device 1, the process of "capturing and acquiring" the image will be interpreted as a process of acquiring the data of the image captured by the fundus imaging device 1. In the fundus image processing of this embodiment, a panoramic fundus image is generated by combining multiple fundus images captured by the imaging optical system 2.
ここでは、説明の簡略化のため、パノラマ眼底画像を構成するうえでの眼底画像の枚数は、最小である2枚である場合について説明する。但し、必ずしもこれに限られるものでは無く、3枚以上の眼底画像に基づいてパノラマ眼底画像を生成してもよい。 For simplicity of explanation, the number of fundus images used to construct a panoramic fundus image will be described as the minimum of two. However, this is not necessarily limited to this, and a panoramic fundus image may be generated based on three or more fundus images.
図3に示すように、眼底画像処理が開始されると、眼底撮影装置1のプロセッサ70は、同一の被検眼の眼底を撮影対象として、眼底上の複数の撮影位置で眼底画像を撮影し、画像データを取得する(S1)。これにより、互いに異なる撮影位置で撮影された複数枚の眼底画像が取得される。 As shown in FIG. 3, when fundus image processing is started, the processor 70 of the fundus imaging device 1 captures fundus images at multiple imaging positions on the fundus of the same subject eye as the imaging target, and acquires image data (S1). This results in the acquisition of multiple fundus images captured at mutually different imaging positions.
例えば、被検眼に呈示される固視標の位置が変更されることで、撮影位置が変更される。ここでは、左右方向に異なる2つの撮影位置で撮影が行われることで、2枚の眼底画像(5A,5B)が取得されるものとする。このとき、2枚の眼底画像5A,5Bの撮影位置は、互いの画像の一部が重複するように設定される。また、本実施例では、一例として、眼底画像5Aは、撮影光学系の光軸と視軸とが一致した状態で撮影された画像(つまり、中心窩が画像の略中心部に位置する画像)とし、眼底画像5Bを、眼底画像5Aに対して左右方向に変位した位置で撮影された画像とする。但し、必ずしもこれに限られるものではない。なお、以下の説明では、説明の簡略化のため、特段の断りが無い限り、2枚の撮影画像5A,5Bを撮影するうえで上下方向に関する撮影位置のズレは考慮しない(生じていない)ものとする。 For example, the photographing position is changed by changing the position of the fixation target presented to the subject's eye. Here, two fundus images (5A, 5B) are acquired by photographing at two photographing positions different in the left-right direction. At this time, the photographing positions of the two fundus images 5A and 5B are set so that the images partially overlap each other. In addition, in this embodiment, as an example, the fundus image 5A is an image photographed in a state where the optical axis of the photographing optical system and the visual axis are aligned (i.e., an image in which the fovea is located approximately at the center of the image), and the fundus image 5B is an image photographed at a position displaced in the left-right direction from the fundus image 5A. However, this is not necessarily limited to this. In the following description, for the sake of simplicity, unless otherwise specified, it is assumed that the vertical deviation of the photographing positions is not taken into consideration (does not occur) when photographing the two photographed images 5A and 5B.
次いで、プロセッサ70は、補正処理を実行する(S2)。補正処理(S2)では、2枚の眼底画像5A,5Bのうち、互いに一部が重複する複数の眼底画像の画像情報に基づいて、該複数の眼底画像の歪みが補正される。また、本実施例の補正処理(S2)による処理結果として、互いに一部が重複する2枚の眼底画像5A,5Bの歪みがそれぞれ補正されるだけでなく、位置合わせが行われる。但し、必ずしもこれに限られるものではなく、歪みの補正と、位置合わせとは、個別の処理によって段階的に実行されてもよい。 Then, the processor 70 executes a correction process (S2). In the correction process (S2), the distortion of the two fundus images 5A, 5B that partially overlap each other is corrected based on the image information of the fundus images. As a result of the correction process (S2) in this embodiment, not only are the distortions of the two fundus images 5A, 5B that partially overlap each other corrected, but alignment is also performed. However, this is not necessarily limited to this, and the distortion correction and alignment may be performed in stages by separate processes.
以下、補正処理(S2)の詳細について説明する。本実施例では、左右方向に異なる2つの撮影位置で撮影された2枚の眼底画像5A,5Bの画像情報に基づいて、それぞれの画像の歪みであって、左右方向の歪み成分が、補正処理(S2)によって補正される。 The correction process (S2) will be described in detail below. In this embodiment, based on the image information of two fundus images 5A and 5B taken at two different photographing positions in the left-right direction, the distortion of each image, which is the distortion component in the left-right direction, is corrected by the correction process (S2).
まず、プロセッサ70は、2枚の眼底画像5A,5Bの対応点6a,6bを複数設定する。ここでは、眼底画像5Aがターゲット画像として、眼底画像5Bがソース画像として、それぞれ扱われるものとする。まず、プロセッサ70は、ターゲット画像である眼底画像5Aの画像領域内から、対応点を求めるための組織上の点(特徴点)を複数検出する。一例として、特徴点の検出には、公知のopencvのgood Features To Track関数等が利用される。その結果、眼底画像5Aの画像領域の全域に、略均等となるように複数の特徴点が検出される。詳細には、本実施例では、単位面積中の特徴点の数が所定範囲内の数となるように、複数の特徴点が配置される。 First, the processor 70 sets multiple corresponding points 6a, 6b on the two fundus images 5A, 5B. Here, the fundus image 5A is treated as the target image, and the fundus image 5B is treated as the source image. First, the processor 70 detects multiple points (feature points) on the tissue to obtain the corresponding points from within the image area of the fundus image 5A, which is the target image. As an example, the well-known opencv good features to track function or the like is used to detect the feature points. As a result, multiple feature points are detected approximately uniformly throughout the image area of the fundus image 5A. In detail, in this embodiment, multiple feature points are arranged so that the number of feature points in a unit area is within a predetermined range.
次に、プロセッサ70は、ソース画像である眼底正面画像5Bの画像領域内から、ターゲット画像である眼底画像5Aの特徴点と対応する対応点6bを検出する。対応点6bの検出には、例えばテンプレートマッチングまたはブロックマッチング法等を利用できる。眼底画像5Aに設定される複数の特徴点のうち、眼底画像5Bに対応点6bが存在する一部が、眼底画像5Aにおける対応点6aとして扱われる。 Next, the processor 70 detects corresponding points 6b that correspond to the feature points of the fundus image 5A, which is the target image, from within the image area of the frontal fundus image 5B, which is the source image. To detect the corresponding points 6b, for example, template matching or block matching methods can be used. Of the multiple feature points set in the fundus image 5A, some that have corresponding points 6b in the fundus image 5B are treated as corresponding points 6a in the fundus image 5A.
次に、2枚の眼底画像5A,5Bの対応点間の距離(つまり、互いに同一の特徴に設定される対応点6a,6bの距離)が最小化する座標変換式が求められる。本実施例において、座標変換式は、歪み補正モデルを示す式と、平行移動を示す式と、の足し合わせによって表現される。本実施例における歪み補正モデルを示す式は、歪曲補正の式が用いられる。点iについての座標変換式を、[数1]として示す。 Next, a coordinate transformation equation that minimizes the distance between corresponding points on the two fundus images 5A and 5B (i.e., the distance between corresponding points 6a and 6b that are set to the same feature) is found. In this embodiment, the coordinate transformation equation is expressed by adding together an equation representing a distortion correction model and an equation representing parallel translation. The equation representing the distortion correction model in this embodiment is the distortion correction equation. The coordinate transformation equation for point i is shown as [Equation 1].
数1において、”xai(1+ka1rai 2+ka2rai 4+ ka3rai 6)”が、歪み補正モデルを表す。また、x_shiftaが、平行移動を表す。なお、xaiは、眼底画像5Aの点iのx座標であり、xai´は、変換後の眼底画像5A´における点iのx座標であり、raiは、眼底画像5Aにおける点iの原点からの距離である。なお、ここでの原点は、画像中心である。眼底画像5Bの座標変換式についても、[数1]と同様の形式で表すことができる。 In Equation 1, "x ai (1+k a1 r ai 2 +k a2 r ai 4 +k a3 r ai 6 )" represents the distortion correction model. Also, x_shift a represents parallel translation. Note that x ai is the x coordinate of point i in fundus image 5A, x ai ' is the x coordinate of point i in fundus image 5A' after transformation, and r ai is the distance from the origin of point i in fundus image 5A. Note that the origin here is the center of the image. The coordinate transformation equation for fundus image 5B can also be expressed in a format similar to [Equation 1].
上記の座標変換式の係数を、本実施例では、最小二乗法を用いて解く。対応点間の距離を最小化することは、[数2]として数式化できる。[数2]の係数が導出されることで、2枚の眼底画像5A,5Bの対応点間の距離が最小化される座標変換式を得ることができる。 In this embodiment, the coefficients of the above coordinate transformation equation are solved using the least squares method. Minimizing the distance between corresponding points can be expressed as [Equation 2]. By deriving the coefficients of [Equation 2], it is possible to obtain a coordinate transformation equation that minimizes the distance between corresponding points on the two fundus images 5A and 5B.
但し、単に、対応点間の距離を最小化するだけでは、2枚の眼底画像5A,5Bを、実際の歪みに対して不適切に変形して位置合わせするような場合もあり得る。そこで、本実施例では、以下の制約条件に基づく制約付き最小二乗法を解くことで、係数が導出される。
・制約条件1:任意の1画像は平行移動による座標の変化がない。
・制約条件2:画像中心部は歪み補正モデルによる座標の変化が無い。
However, simply minimizing the distance between corresponding points may result in the two fundus images 5A and 5B being aligned inappropriately with respect to the actual distortion. Therefore, in this embodiment, the coefficients are derived by solving the constrained least squares method based on the following constraints:
Constraint 1: The coordinates of any one image do not change when translated.
Constraint 2: The coordinates of the center of the image do not change due to the distortion correction model.
<制約条件1について>
制約条件1は、複数の画像を位置合わせする際に、適当な画像を基準として定める必要があることから導かれる。本実施例では、眼底画像5Aの座標変換から平行移動を除外することで、眼底画像5Aにおける原点が、変換後の画像の原点として固定される。
<Regarding constraint 1>
Constraint condition 1 is derived from the need to determine an appropriate image as a reference when aligning a plurality of images. In this embodiment, by excluding translation from the coordinate transformation of the fundus image 5A, the origin of the fundus image 5A is fixed as the origin of the transformed image.
<制約条件2について>
撮影光学系の光軸付近では、撮影光学系の像面湾曲と眼底面の光軸方向に関する変位とのそれぞれが、被検眼の形状の個体差、および、撮影光学系の光軸と視軸との角度等に関わらず、ほとんど無いと考えられる。本実施例のように、撮影光学系の光軸と視軸との位置関係を変えることで撮影位置を変更する場合には、それぞれの眼底画像5A,5Bの画像中心部が、それぞれの画像において最も歪みの少ない領域となることから、制約条件2が導かれる。
<Regarding constraint 2>
Near the optical axis of the photographing optical system, it is considered that there is almost no curvature of field of the photographing optical system and almost no displacement of the fundus surface in the direction of the optical axis, regardless of individual differences in the shape of the subject eye and the angle between the optical axis of the photographing optical system and the visual axis, etc. When the photographing position is changed by changing the positional relationship between the optical axis of the photographing optical system and the visual axis, as in this embodiment, the image center of each fundus image 5A, 5B is the area with the least distortion in each image, and thus constraint condition 2 is derived.
制約条件1,2は、例えば、以下のような式で表すことができる。制約条件1に基づいて、[数3]が導かれる。また、制約条件2によれば、それぞれの眼底画像5A,5Bにおける中心付近(x=0.1)では歪み補正で座標が動かないことから、[数4],[数5]がそれぞれ導かれる。 Constraints 1 and 2 can be expressed, for example, by the following equations. Based on constraint 1, [Equation 3] is derived. Furthermore, according to constraint 2, the coordinates do not move near the center (x=0.1) of each fundus image 5A and 5B due to distortion correction, so [Equation 4] and [Equation 5] are derived, respectively.
[数2]~[数5]を解くことで求められる座標変換式が、それぞれの眼底画像5A,5Bの各画素に適用されることで、変換後の各画素の座標を求めることができる。これにより、入力画像(変換前の眼底画像5A,5B)の各画素の画素値を、変換後の座標に対してそれぞれ与えることで、出力画像が得られる。ここで、出力画像の中で画素値が与えられなかった画素については、周辺画素の補間により画素値を求めることができる。。 The coordinates of each pixel after transformation can be obtained by applying the coordinate transformation formula obtained by solving [Equation 2] to [Equation 5] to each pixel of each fundus image 5A, 5B. In this way, the pixel values of each pixel in the input image (fundus images 5A, 5B before transformation) are assigned to the transformed coordinates, respectively, to obtain an output image. Here, for pixels in the output image to which no pixel value has been assigned, the pixel value can be obtained by interpolating the surrounding pixels. .
画像の歪みは、2枚の眼底画像5A,5Bの撮影位置を結ぶ方向である左右方向(x方向)だけでなく、左右方向と垂直である上下方向(y方向)にも生じている。y方向に関しても同様の方法で変換式を求めることができるが、本実施例のように撮影位置が左右方向に異なる画像のみを扱う場合、上下方向の歪みを適切に補正するのは困難である。そこで、例えば、一方の眼底画像(好ましくは、撮影光学系の光軸と視軸とが一致した状態で撮影された眼底画像5A;中心窩が画像の略中心部に位置する画像)においては、x方向の歪みとy方向の歪みが同等であると仮定して、眼底画像5A,5Bのy座標毎のy方向に関する座標変換を求めてもよい。 Image distortion occurs not only in the left-right direction (x direction), which is the direction connecting the photographing positions of the two fundus images 5A and 5B, but also in the up-down direction (y direction), which is perpendicular to the left-right direction. A transformation formula for the y direction can be obtained in a similar manner, but when dealing with only images photographed at different positions in the left-right direction as in this embodiment, it is difficult to appropriately correct the distortion in the up-down direction. Therefore, for example, in one fundus image (preferably, fundus image 5A photographed with the optical axis of the photographing optical system and the visual axis aligned; an image in which the fovea is located approximately at the center of the image), it is possible to assume that the distortion in the x direction and the distortion in the y direction are equivalent, and to obtain a coordinate transformation in the y direction for each y coordinate of fundus images 5A and 5B.
本実施例では、このようにして、眼底画像5A,5Bにおける各画素が、制約条件の下で得られた座標変換式に基づいて、移動される。 In this embodiment, each pixel in the fundus images 5A and 5B is moved based on the coordinate transformation equation obtained under the constraints.
詳細には、歪み補正モデルの式に基づいて、それぞれの眼底画像5A,5Bにおける歪みが補正される。上記のように、画像中心部は歪み補正モデルによる座標の変化が無いとの条件(条件1)の下で、眼底画像5A,5Bの対応点間の距離を最小化するように変形されることで、各々の画像中心部から離れるほど増大する歪みが適切に抑制される。このとき、変換後の眼底画像5A,5Bは、変換前の眼底画像5A,5Bに対して、画像周辺部が画像中心部と比べて引き延ばされる。このようにして、本実施例では、装置の光学系の情報、および、眼底形状に関する情報、のいずれについても必ずしも必要としないで、眼底画像5A,5Bにおける歪みを適切に補正できる。すなわち、撮影光学系10,20に由来する像面湾曲だけでなく、眼底の湾曲形状に由来する被検眼毎に異なる歪みの影響も抑制される。更には、平行移動の式に基づいて位置合わせが行われる。 In detail, the distortion in each of the fundus images 5A and 5B is corrected based on the equation of the distortion correction model. As described above, the center of the image is transformed to minimize the distance between corresponding points of the fundus images 5A and 5B under the condition that the coordinates of the center of the image do not change due to the distortion correction model (condition 1), and the distortion that increases the further away from the center of each image is appropriately suppressed. At this time, the peripheral parts of the transformed fundus images 5A and 5B are elongated compared to the center of the fundus images 5A and 5B before the transformation. In this way, in this embodiment, the distortion in the fundus images 5A and 5B can be appropriately corrected without necessarily requiring either the information on the optical system of the device or the information on the fundus shape. That is, not only the effect of the field curvature caused by the photographing optical systems 10 and 20, but also the effect of the distortion that differs for each subject eye caused by the curved shape of the fundus is suppressed. Furthermore, alignment is performed based on the equation of parallel movement.
以上のようにして補正処理が行われた後、眼底画像5A,5Bが結合される(S3)。これにより、2枚の眼底画像5A,5Bに基づくパノラマ眼底画像が得られる。合成の基となった眼底画像5A,5Bでは画像周辺部においてより大きな歪みが存在したが、補正ステップ(S2)によって歪みが適切に補正されているため、パノラマ眼底画像における画像同士の継ぎ目の不自然さが適切に軽減される。また、合成の基となった変換後の眼底画像5A,5Bは各々の変換前に対して歪みの大きな画像周辺部が引き延ばされているため、周辺部の組織を観察しやすいパノラマ眼底画像を得ることができる。 After the correction process is performed as described above, the fundus images 5A and 5B are combined (S3). This results in a panoramic fundus image based on the two fundus images 5A and 5B. The fundus images 5A and 5B on which the synthesis was based had larger distortions in the peripheral areas of the images, but the distortions have been appropriately corrected by the correction step (S2), so that the unnatural appearance of the seams between the images in the panoramic fundus image is appropriately reduced. In addition, the converted fundus images 5A and 5B on which the synthesis was based have larger distortions in the peripheral areas stretched compared to the images before the transformation, so that a panoramic fundus image in which the tissue in the peripheral areas is easy to observe can be obtained.
<変形例>
上記実施例で開示された技術は一例に過ぎない。従って、上記実施例で例示された技術を変更することも可能である。
<Modification>
The techniques disclosed in the above embodiments are merely examples, and therefore the techniques exemplified in the above embodiments can be modified.
例えば、上記実施例では、2枚の眼底画像5A,5Bに基づいて歪み補正が行われ、更には、パノラマ眼底画像が生成される場合について説明した。但し、必ずしもこれに限られるものでは無く、例えば、3枚以上の眼底画像に基づいて歪み補正が行われてもよく、更には、パノラマ眼底画像が生成されてもよい。 For example, in the above embodiment, a case has been described in which distortion correction is performed based on two fundus images 5A and 5B, and a panoramic fundus image is generated. However, this is not necessarily limited to this, and for example, distortion correction may be performed based on three or more fundus images, and a panoramic fundus image may be generated.
例えば、上記実施例で示した2枚の眼底画像5A,5Bに加えて、少なくとも第3の眼底画像5Cが用いられてもよい。第3の眼底画像5Cは、2枚の眼底画像5A,5Bとは、y方向に関して異なる撮影位置で撮影された眼底画像であり、2枚の眼底画像5A,5Bの少なくともいずれかと一部が重複する画像であってもよい。 For example, in addition to the two fundus images 5A and 5B shown in the above embodiment, at least a third fundus image 5C may be used. The third fundus image 5C may be a fundus image captured at a different capturing position in the y direction from the two fundus images 5A and 5B, and may be an image that partially overlaps with at least one of the two fundus images 5A and 5B.
入力画像として、3枚の眼底画像5A,5B,5Cが存在する場合には3枚の画像の座標変換を同時に解いてもよい。すなわち、上記実施例で示した眼底画像5A,5Bの対応点間の距離の最小化に加え、眼底画像5A,5Cの対応点間の距離の最小化を満たす各画像の座標変換の係数を求める。ここで、上記実施例で示した制約条件に加え、眼底画像5Cにおいても中心付近の歪みが無いとの制約条件の下で、各画像の座標変換の係数を求める。これをx方向,y方向それぞれに対し行うことで、5A,5B,5Cの歪みの補正、および、位置合わせに用いられる、座標変換式を求めることができる。 When three fundus images 5A, 5B, and 5C are present as input images, the coordinate transformation of the three images may be solved simultaneously. That is, in addition to minimizing the distance between corresponding points in fundus images 5A and 5B as shown in the above embodiment, the coordinate transformation coefficients of each image that satisfy the minimization of the distance between corresponding points in fundus images 5A and 5C are found. Here, in addition to the constraints shown in the above embodiment, the coordinate transformation coefficients of each image are found under the constraint that there is no distortion near the center in fundus image 5C as well. By performing this for each of the x and y directions, it is possible to find the coordinate transformation equations used to correct the distortion of 5A, 5B, and 5C and to align them.
本手法では、y方向に関する歪みの補正が、2枚の眼底画像5A,5Bとは、y方向に関して異なる撮影位置で撮影された第3の眼底画像5Cの画像情報を用いた座標変換に基づいて実施されるため、被検眼の実際の形状に即して、適正に歪みが補正されやすくなる。 In this method, the correction of distortion in the y direction is performed based on coordinate transformation using image information from a third fundus image 5C, which is taken at a different shooting position in the y direction from the two fundus images 5A and 5B, making it easier to properly correct distortion in accordance with the actual shape of the subject's eye.
1 眼底撮影装置 1 Fundus photography device
Claims (4)
前記眼底画像処理プログラムが前記コンピュータのプロセッサによって実行されることで、
互いに異なる撮影位置で撮影光学系を介して撮影された2枚以上の眼底画像であって、互いに一部が重複する2枚以上の眼底画像を取得する取得ステップと、
互いに一部が重複する2枚以上の眼底画像の画像情報に基づいて、該2枚以上の眼底画像に含まれる一部または全部の画像の歪みを補正する補正ステップと、
歪みが補正された2枚以上の眼底画像を合成することでパノラマ眼底画像を生成する合成ステップと、が前記コンピュータによって実行され、
更に、前記補正ステップは、
互いに一部が重複する2枚以上の眼底画像の間で対応点を複数設定する対応点設定ステップと、
前記複数の対応点間の距離のばらつきを最小化する座標変換を前記複数の対応点の座標情報に基づいて求めて、前記座標変換を対応点が設定された眼底画像に適用することにより、該2枚以上の眼底画像に含まれる一部または全部の画像の歪みを、設定された前記対応点に基づいて補正する座標変換ステップと、を含む、眼底画像処理プログラム。 A fundus image processing program executed by a computer that processes fundus image data obtained by photographing a fundus of a subject's eye,
The fundus image processing program is executed by the processor of the computer,
acquiring two or more fundus images captured at different photographing positions through an imaging optical system, the two or more fundus images being partially overlapped with each other;
a correction step of correcting distortion of a part or all of images included in two or more fundus images that partially overlap each other based on image information of the two or more fundus images;
a synthesis step of generating a panoramic fundus image by synthesizing two or more fundus images in which the distortion has been corrected, the synthesis step being executed by the computer;
Furthermore, the correction step
a corresponding point setting step of setting a plurality of corresponding points between two or more fundus images that partially overlap each other;
a coordinate transformation step of determining a coordinate transformation that minimizes the variation in distance between the plurality of corresponding points based on coordinate information of the plurality of corresponding points, and applying the coordinate transformation to the fundus image in which the corresponding points are set, thereby correcting distortion of some or all of the images contained in the two or more fundus images based on the set corresponding points.
前記眼底画像処理プログラムが前記コンピュータのプロセッサによって実行されることで、
互いに異なる撮影位置で撮影光学系を介して撮影された2枚以上の眼底画像であって、互いに一部が重複する2枚以上の眼底画像を取得する取得ステップと、
互いに一部が重複する2枚以上の眼底画像の画像情報に基づいて、該2枚以上の眼底画像に含まれる一部または全部の画像の歪みを補正する補正ステップと、
が前記コンピュータによって実行され、
更に、前記補正ステップは、
互いに一部が重複する2枚以上の眼底画像の間で対応点を複数設定する対応点設定ステップと、
前記複数の対応点間の距離のばらつきを最小化する座標変換を前記複数の対応点の座標情報に基づいて求めて、前記座標変換を対応点が設定された眼底画像に適用することにより、該2枚以上の眼底画像に含まれる一部または全部の画像の歪みを、設定された前記対応点に基づいて補正する座標変換ステップと、を含む、眼底画像処理プログラム。 A fundus image processing program executed by a computer that processes fundus image data obtained by photographing a fundus of a subject's eye,
The fundus image processing program is executed by the processor of the computer,
acquiring two or more fundus images captured at different photographing positions through an imaging optical system, the two or more fundus images being partially overlapped with each other;
a correction step of correcting distortion of a part or all of images included in two or more fundus images that partially overlap each other based on image information of the two or more fundus images;
is executed by the computer,
Furthermore, the correction step
a corresponding point setting step of setting a plurality of corresponding points between two or more fundus images that partially overlap each other;
a coordinate transformation step of determining a coordinate transformation that minimizes the variation in distance between the plurality of corresponding points based on coordinate information of the plurality of corresponding points, and applying the coordinate transformation to the fundus image in which the corresponding points are set, thereby correcting distortion of some or all of the images contained in the two or more fundus images based on the set corresponding points.
請求項1から3のいずれかに記載の眼底画像処理プログラムを実行する画像処理装置と、を備える眼底撮影装置。 The photographing optical system;
A fundus photographing apparatus comprising: an image processing apparatus that executes the fundus image processing program according to claim 1 .
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