血管位置取得装置および血管位置取得方法
【課題】使用環境に関わらず血管領域が鮮明に撮像された近赤外画像を取得することが可能な血管位置取得装置および血管位置取得方法を提供する。
【解決手段】血管位置取得装置１００は、生体を撮影する際の撮影条件を設定する撮影条件設定部１０１と、撮影条件に基づいて近赤外光が照射された生体からの反射光または透過光を撮影し近赤外光画像を生成する画像撮影部１０２と、近赤外光画像内の血管像を血管領域として抽出する血管領域抽出部１０３と、血管領域に基づいて血管評価画素と血管領域に隣接する皮膚評価画素とを決定し、血管領域を評価するための血管評価値を算出する血管評価値算出部１０４と、血管評価算出部１０４において算出された血管評価値に基づいて最適撮影条件を決定する撮影条件決定部１０５とを備えている。
【解決手段】血管位置取得装置１００は、生体を撮影する際の撮影条件を設定する撮影条件設定部１０１と、撮影条件に基づいて近赤外光が照射された生体からの反射光または透過光を撮影し近赤外光画像を生成する画像撮影部１０２と、近赤外光画像内の血管像を血管領域として抽出する血管領域抽出部１０３と、血管領域に基づいて血管評価画素と血管領域に隣接する皮膚評価画素とを決定し、血管領域を評価するための血管評価値を算出する血管評価値算出部１０４と、血管評価算出部１０４において算出された血管評価値に基づいて最適撮影条件を決定する撮影条件決定部１０５とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を用いて生体情報を取得する装置の技術に関するものであり、特に、生体の血管位置を画像で取得する血管位置取得装置および血管位置取得方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体の血管位置を画像で取得する装置として、近赤外光を用いたものがある。これは、血液中のヘモグロビンが近赤外光を吸収する性質を利用したものであり、生体に近赤外波長の光を照射し、生体からの反射光もしくは透過光を近赤外感度の高い白黒ＣＣＤカメラで撮像している。撮像した画像においては、血管が存在する領域だけ反射もしくは透過が少なくなり、画像上で暗く映し出される。従って、暗く映し出された領域を画像処理により抽出することで血管領域を特定することができる。
【０００３】
また、このような近赤外光による血管位置取得方式においては、撮影用の近赤外光以外の光、すなわち、外光が、撮影される画像の品質に多大な影響を与え、外光により血管領域が暗く映し出されなくなるため、使用環境に応じて撮影条件の最適化を行う必要がある。これは、一般的に撮影画像内の特定の領域から特徴量を求め、求めた特徴量に基づいて撮影条件を決定する手法が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１０は、特許文献１で開示された環境の変化があっても、それに影響されることなく、常に静脈パターンを鮮明に撮影する撮影方式の処理（指を撮影した指画像において行う処理）の内容を示すフローチャートである。まず指の輪郭を抽出し、指の内側の領域を確定する（ステップＳ６００）。そして、ステップＳ６１６に進み、ステップＳ６１６から始まる光量調整モードでは、撮像画像が最適になるよう光源出力を調整する。まず、点灯している光源と反対側の指の領域の平均輝度が目標範囲内であるかチェックし（ステップＳ６１６）、目標範囲より低ければ（ステップＳ６１８）、光量を上げる（ステップＳ６２０）。目標範囲より高ければ、さらに光量を下げられるかチェックし（ステップＳ６２２）、下げられるようならば下げる（ステップＳ６２４）。ところが、光源の光量を最低出力としてもなお白飛びが見られる。より具体的には、指の輪郭線付近に集中的に飽和輝度の画素が見られる場合には、感度調整モードに遷移して、次にさらにカメラの感度を下げる（ステップＳ６１０）。カメラ感度調整モードでは、光量調整モードと同様に点灯している光源と反対側の指領域の平均輝度が目標範囲内であるかチェックし（ステップＳ６０６）、目標範囲より高ければ（ステップＳ６０８）、カメラの感度を下げる（ステップＳ６１０）。目標範囲より低ければ、さらに感度を上げられるかチェックし（ステップＳ６１２）、上げられるようならば上げる（ステップＳ６１４）。カメラの感度を設定しうる最高値に設定してなお目標値に達しないならば、感度調整では撮像に限界があるので、光源の光量を上げて（ステップＳ６２０）、光量調整モードに遷移する。ここで、上記フローでは、カメラの感度調節範囲に上限を設け、上限を超える場合、光量調節に遷移するようにしている。以上を繰り返し、指の明るさが目標範囲内となった時点で、画質制御を終了する（ステップＳ６２６）、ことで、外光の強度によらずに最適な画質で指を撮像することができる。
【特許文献１】特開２００６−１５５５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の血管位置取得装置では、指領域の平均輝度値を評価値として用いており、目的とする血管の特徴、すなわち、撮影画像における血管領域が暗く映し出される特徴が評価値に反映されていないため、撮影画像内の血管領域がどのくらい鮮明に映っているかの評価を行うことができず、血管領域が暗く映し出され最もよく現れている最適な画像を確実に得ているとはいえない。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、使用環境に関わらず血管領域が鮮明に撮像された近赤外光画像を取得することが可能な血管位置取得装置および血管位置取得方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る血管位置取得装置は、撮影条件設定手段と、画像撮影手段と、血管領域抽出手段と、血管評価値算出手段と、撮影条件決定手段とを備えている。撮影条件設定手段は、生体を撮影する際の撮影条件を設定する。画像撮影手段は、撮影条件に基づいて近赤外光が照射された生体からの反射光または透過光を撮影し近赤外光画像を生成する。血管領域抽出手段は、近赤外光画像内の血管像を血管領域として抽出する。血管評価値算出手段は、血管領域に基づいて血管評価画素と血管領域に隣接する皮膚評価画素とを決定し、血管領域を評価するための血管評価値を算出する。撮影条件決定手段は、血管評価算出手段において算出された血管評価値に基づいて最適撮影条件を決定する。
【０００８】
ここでは、血管評価値算出手段が、例えば、周辺領域とのコントラスト差を表すような血管領域を評価するための血管評価値を算出し、撮影条件決定手段が血管評価値に基づいて撮影条件を決定している。
【０００９】
なお、血管評価値は、例えば、皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算したり、皮膚評価画素の輝度値と血管評価画素の輝度値との比を求めたりすることによって算出される。
【００１０】
従来、近赤外光を用いて血管位置を取得する装置においては、近赤外光以外の光、すなわち、外光に影響されることなく血管位置を取得するための方法として、指領域の平均輝度を算出し、これに基づいて撮影条件を調整していた。ところが、撮像画像中における指部分全体は最適画質に調整されるものの、抽出対象となる血管部分を最も効果的に抽出できるように撮像されているとは限らない。
【００１１】
そこで、本発明の血管位置取得装置においては、血管評価値算出手段が、血管領域に基づいて血管評価画素と血管領域に隣接する皮膚評価画素とを決定し、皮膚評価画素の輝度値および血管評価画素の輝度値に基づいて血管領域を評価するための血管評価値を算出している。そして、撮影条件決定手段が、血管評価算出手段において算出された血管評価値に基づいて撮影条件を決定している。
【００１２】
これにより、血管評価画素における輝度値と皮膚評価画素における輝度値との関係から近赤外光画像において血管領域を最も鮮明に撮像することができる撮影条件を決定する血管評価値を算出することができる。
この結果、撮影条件を血管評価値に基づいて決定することができるので使用環境に関わらず血管領域が鮮明に撮像された近赤外光画像を取得することが可能となる。
【００１３】
第２の発明に係る血管位置取得装置は、第１の発明に係る血管位置取得装置であって、血管評価値算出手段は、皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算することによって血管評価値を算出する。
【００１４】
ここでは、皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算することによって血管評価値を算出している。
これにより、血管領域と周辺領域とのコントラスト差の程度を反映した評価値を算出することが可能となる。この結果、血管領域が周辺領域に比べて最も暗く映し出される撮影条件を決定することができる。
【００１５】
第３の発明に係る血管位置取得装置は、第１または第２の発明に係る血管位置取得装置であって、血管評価値算出手段は、複数の撮影条件において血管評価値を算出し、撮影条件決定手段は、血管評価値が最大の時の撮影条件を最適撮影条件として決定する。
【００１６】
ここでは、複数の撮影条件において血管評価値を算出し、その中で血管評価値が最大となる時の撮影条件を最適撮影条件として決定している。
これにより、血管領域を最も鮮明に撮像することができる撮影条件を決定することが可能となる。
【００１７】
第４の発明に係る血管位置取得装置は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、血管評価値算出手段は、血管評価画素算出手段と、皮膚評価画素算出手段と、評価値算出手段とを有している。血管評価画素算出手段は、血管領域の幅方向において中心となる画素を血管評価画素とする。皮膚評価画素算出手段は、血管領域の輪郭画素を幅方向において外側に所定の画素膨張させ、膨張させた画素を皮膚評価画素とする。評価値算出手段は、血管評価画素の中の１つを中心とした注目範囲に存在する皮膚評価画素の輝度値を用いて求めた皮膚代表値から、注目範囲に存在する血管評価画素の輝度値を用いて求めた血管代表値を減算した差分値を、近赤外光画像における全ての血管評価画素位置においてそれぞれ求め、差分値を全て足し合わせることで血管評価値を算出する。
【００１８】
ここでは、血管評価画素算出手段が、血管領域の幅方向において中心となる画素を血管評価画素として抽出し、皮膚評価画素算出手段が、血管領域の輪郭画素を幅方向において外側に所定の画素、言い換えれば、所定の層分膨張させ、膨張させた画素を皮膚評価画素としている。そして、評価値算出手段が、血管評価画素の中の１つを中心とした注目範囲に存在する皮膚評価画素の輝度値を用いて求めた皮膚代表値から、注目範囲に存在する血管評価画素の輝度値を用いて求めた血管代表値を減算した差分値を、近赤外光画像における全ての血管評価画素位置においてそれぞれ求め、算出した差分値を全て足し合わせることで血管評価値を算出している。
【００１９】
なお、ここでいう「血管評価画素の中の１つを中心とした注目範囲」における「中心」には、重心の場合も含まれる。
これにより、画像撮影手段によって生成された近赤外光画像に撮像された血管領域全体に対して血管評価値を算出することができるので、血管領域全体をより最適に撮影することが可能となる。
【００２０】
第５の発明に係る血管位置取得装置は、第４の発明に係る血管位置取得装置であって、皮膚代表値は、注目範囲に存在する皮膚評価画素の輝度値の平均値とし、血管代表値は、注目範囲の中心に位置する血管評価画素の輝度値、または、注目範囲内に存在する血管評価画素の輝度値の平均値とする。
【００２１】
ここでは、皮膚代表値および血管代表値を、注目範囲に存在する皮膚評価画素あるいは血管評価画素の輝度値を用いて算出している。
これにより、注目範囲に含まれる複数の画素情報の代表値を容易に算出することができる。
【００２２】
第６の発明に係る血管位置取得装置は、第４または第５の発明に係る血管位置取得装置であって、皮膚評価画素算出手段は、膨張させたそれぞれの皮膚評価画素に対して、膨張させた回数を血管領域からの距離として対応づけて記憶し、評価値算出手段は、注目範囲に存在する皮膚評価画素のうち、注目範囲に存在する血管像の太さの半径と等しい血管領域からの距離を持つ皮膚評価画素のみ用いて皮膚代表値を求める。
【００２３】
ここでは、皮膚評価画素算出手段が、例えば、輪郭画素を幅方向において外側に１画素膨張させた場合、その画素に対して「１」、２画素膨張させた場合、その画素に対して「２」を、血管領域からの距離として記憶する。そして、評価値算出手段は、注目範囲に存在する血管像の太さの半径と等しい血管領域からの距離を持つ皮膚評価画素、例えば、上記「１」を記憶した画素のみ用いて皮膚代表値を求める。
【００２４】
これにより、近赤外光画像内において血管像の太さが変化しても、血管評価画素と血管の輪郭までが狭い細い血管では、血管の輪郭に近い皮膚評価画素を、血管評価画素と血管の輪郭までが広い太い血管では、血管の輪郭から遠い皮膚評価画素を自動的に選択することができるので、血管像の太さによらずに同条件で評価値を算出することができる。
【００２５】
第７の発明に係る血管位置取得装置は、第４から第６の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、皮膚評価画素算出手段は、近赤外光画像において最大径を持つ血管像の半径と等しい回数分、血管領域を膨張させる。
【００２６】
ここでは、皮膚評価画素算出手段が、近赤外光画像において最大径を持つ血管像の半径と等しい回数分、血管領域を膨張させている。
これにより、近赤外光画像中の血管像の太さが異なっていても、血管像の太さに応じた皮膚評価画素を確実に選択できる。
【００２７】
第８の発明に係る血管位置取得装置は、第４から第７の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、注目範囲は、近赤外光画像において最大径を持つ血管像の太さの直径と、血管領域を１画素分ずつ膨張させた回数とに基づいて１辺の画素数を設定した正方形形状とし、注目範囲には、血管評価画素と皮膚評価画素とが必ず含まれる。
【００２８】
ここでは、注目範囲の１辺の画素長について、近赤外光画像おける最大径の血管像の直径と血管領域を膨張させる回数とに基づいて、例えば、最大血管径＋膨張回数×２として算出する。
これにより、注目範囲に、無駄なく血管評価画素と血管領域に隣接する皮膚評価画素を含むことができる。
【００２９】
第９の発明に係る血管位置取得装置は、第８の発明に係る血管位置取得装置であって、注目範囲における血管像の太さの半径は、注目範囲に存在する血管領域の画素数を注目範囲の１辺の画素数で除して設定する。
【００３０】
ここでは、血管像の太さの半径について、注目範囲内に存在する血管領域の画素数を注目範囲の１辺の画素数で除して設定している。
これにより、血管像の太さの半径を容易に算出することが可能となる。
【００３１】
第１０の発明に係る血管位置取得装置は、第４から第９の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、評価値算出手段は、注目範囲の血管像が分岐している場合、注目範囲において算出される差分値を血管評価値を算出する際の要素から除外する。
【００３２】
ここでは、上記条件の場合、評価値算出手段は、注目範囲において算出される差分値を血管評価値を算出する際の要素から除外する。また、評価値算出手段は、注目範囲の血管像が分岐している場合には、あらかじめその注目範囲での差分値の算出を行わないようにしてもよい。
【００３３】
ここで、血管が分岐している箇所では、血管が近接しているため意図する皮膚評価画素が得られないという問題がある。
これにより、上記問題のある注目範囲における差分値を除外することができるので、血管評価値の精度を高めることが可能となる。また、差分値の算出を行わないようにすれば効率よく血管評価値の算出を行うことが可能となる。
【００３４】
第１１の発明に係る血管位置取得装置は、第４から第１０の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、評価値算出手段は、注目範囲の血管評価画素の画素数が所定値、または、注目範囲の中心に位置する血管評価画素に連結する血管評価画素の画素数と異なる場合、注目範囲において算出される差分値を血管評価値を算出する際の要素から除外する。
【００３５】
ここでは、上記条件の場合、評価値算出手段は、注目範囲において算出される差分値を血管評価値を算出する際の要素から除外する。また、評価値算出手段は、上記条件の場合には、あらかじめその注目範囲での差分値の算出を行わないようにしてもよい。
【００３６】
なお、上記所定値は、例えば、注目範囲内に血管が１本走っていた場合、注目範囲の１辺の画素長を設定してもよい。これは、血管評価値の画素数は、注目範囲の１辺の画素長と等しくなるためであり、このように設定しておけば１本の血管であることを簡単に判定することができる。
【００３７】
ここで、注目範囲を広く設定した場合、注目範囲に細い血管が複数含まれることが起こり、この場合も、血管が近接しているため意図する皮膚評価画素が得られないという問題がある。
【００３８】
これにより、上記問題のある注目範囲における差分値を除外することができるので、血管評価値の精度を高めることが可能となる。また、差分値の算出を行わないようにすれば効率よく血管評価値の算出を行うことが可能となる。
【００３９】
第１２の発明に係る血管位置取得装置は、第４から第１１の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、評価値算出手段は、注目範囲の皮膚評価画素の画素数が所定値よりも少ない場合、注目範囲において算出される差分値を血管評価値を算出する際の要素から除外する。
【００４０】
ここでは、上記条件の場合、評価値算出手段は、注目範囲において算出される差分値を血管評価値を算出する際の要素から除外する。また、評価値算出手段は、上記条件の場合には、あらかじめその注目範囲での差分値の算出を行わないようにしてもよい。
【００４１】
ここで、血管が斜め方向に走行していたり、血管の太さが想定していたよりも太い場合、血管評価画素に対応する皮膚評価画素が注目範囲に含まれないことが起こる。そして、皮膚評価画素が少ない場合には、精度よく皮膚代表値を求めることができないという問題がある。
【００４２】
これにより、上記問題のある注目範囲における差分値を除外することができるので、血管評価値の精度を高めることが可能となる。また、差分値の算出を行わないようにすれば効率よく血管評価値の算出を行うことが可能となる。
【００４３】
第１３の発明に係る血管位置取得装置は、第４から第１２の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、評価値算出手段は、注目範囲における差分値が所定値よりも小さい場合、差分値を血管評価値を算出する際の要素から除外する。
【００４４】
ここでは、上記条件の場合、評価値算出手段は、注目範囲において算出される差分値を血管評価値を算出する際の要素から除外する。また、評価値算出手段は、上記条件の場合には、あらかじめその注目範囲での差分値の算出を行わないようにしてもよい。
【００４５】
ここで、差分値が小さいものはノイズとして扱い、上記差分値を破棄することで血管評価値の精度を向上させることができる。この際用いる所定値は、例えば、想定される近赤外光画像における血管領域とその周辺の皮膚領域の輝度値の差に基づいて、差が大きいと想定される場合は大きめの値を、差が小さいと想定される場合は小さめの値を設定することができる。
これにより、上記問題のある注目範囲における差分値を除外することができるので、血管評価値の精度を高めることが可能となる。
【００４６】
第１４の発明に係る血管位置取得装置は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、血管評価値算出手段は、近赤外光画像における中央付近に限定した評価範囲を対象に血管評価値を算出する。
【００４７】
ここでは、血管評価値算出手段が、近赤外光画像における中央付近に限定し、血管評価値を算出する。
これにより、近赤外光が良く当たっている中央の画素領域でのみ血管評価値を算出することができるので、血管評価値の精度を高めることが可能となる。また、対象範囲を絞ることで血管評価値を算出するための演算量を減らすことができる。
【００４８】
第１５の発明に係る血管位置取得装置は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、画像撮影手段において撮影した近赤外光画像を縮小した縮小近赤外光画像を作成する縮小画像作成手段をさらに備えており、血管領域抽出手段は、縮小近赤外光画像に対して血管領域を抽出し、血管評価値算出手段は、縮小近赤外光画像に対して血管評価値を算出する。
【００４９】
ここでは、縮小画像作成手段が、近赤外光画像を縮小した縮小近赤外光画像を作成し、血管領域抽出手段および血管評価値算出手段は、上記縮小した近赤外光画像に対して各種処理を実行する。
これにより、演算を行う対象画素を減らすことができるので血管評価値を算出するための演算量を大幅に減らすことが可能となる。
【００５０】
第１６の発明に係る血管位置取得装置は、第１５の発明に係る血管位置取得装置であって、縮小画像作成手段は、近赤外光画像において最大径を持つ血管像の太さの直径が一定になるように倍率を決定し、近赤外光画像を縮小する。
【００５１】
ここでは、縮小画像作成手段は、近赤外光画像において最大径を持つ血管像の太さの直径が一定になるように倍率を決定し、近赤外光画像を縮小する。
これにより、撮影対象の変更等によりカメラと生体との距離が変化し、近赤外光画像内の対象物の大きさが変わって血管径が変化しても、縮小近赤外光画像においては、血管径を常に一定にすることができるため、血管評価値を算出する際に用いる多種のパラメータを個別に修正する手間を省くことができる。
【００５２】
第１７の発明に係る血管位置取得装置は、第１から第１６の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、撮影条件設定手段において設定する撮影条件は、生体に照射する近赤外光の光量とする。
ここでは、生体に照射する近赤外光の光量を調節し、撮影条件を設定している。
これにより、血管評価値に基づいて容易に撮影条件を変えることが可能となる。
【００５３】
第１８の発明に係る血管位置取得装置は、第１から第１６の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、撮影条件設定手段において設定する撮影条件は、生体に照射する近赤外光の波長とする。
【００５４】
ここでは、血管への吸光率や生体への透過率に影響を及ぼす生体に照射する光の波長を調節し、撮影条件を設定している。
これにより、血管評価値に基づいて容易に撮影条件を変えることが可能となる。
【００５５】
第１９の発明に係る血管位置取得装置は、第１から第１６の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、撮影条件設定手段において設定する撮影条件は、特定の波長のみ通過させる光学フィルタの通過帯域とする。
【００５６】
ここでは、外光の影響を低減するために用いられ、特定の波長のみ通過させる光学フィルタの通過帯域を調節し、撮影条件を設定している。
これにより、血管評価値に基づいて容易に撮影条件を変えることが可能となる。
【００５７】
第２０の発明に係る血管位置取得装置は、第１から第１６の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、撮影条件設定手段において設定する撮影条件は、生体を撮影する画像撮影手段の絞り値とする。
【００５８】
ここでは、生体を撮影する、例えば、ＣＣＤカメラのレンズの絞り値を調節し、撮影条件を設定している。
これにより、血管評価値に基づいて容易に撮影条件を変えることが可能となる。
【００５９】
第２１の発明に係る血管位置取得装置は、第１の発明に係る血管位置取得装置であって、撮影条件設定手段は、小さい値から大きい値に、もしくは、大きい値から小さい値に比例して変化するように撮影条件を設定するパラメータ設定し、撮影条件決定手段は、血管評価値算出手段で求めた複数の血管評価値のうち時間軸方向に連続する血管評価値の前後で値が所定値以上変化した場合を除いて、最適撮影条件を決定する。
【００６０】
ここでは、撮影条件設定手段に上記条件でパラメータを設定した場合において、血管評価値算出手段で算出された血管評価値が上記条件の場合、撮影条件として決定をしない。
ここで、例えば、近赤外光の光量を０から順次上げていき、撮影した近赤外光画像の特徴が大きく変化しないように撮影条件を設定しているにもかからず、血管評価値が大きく変化している場合、撮影中に対象物が動いた、もしくは、外光が大きく変化したと判断することができる。
【００６１】
これにより、対象物が動いた場合等、撮影条件以外の要素が変化した場合を反映した血管評価値を取り除くことができるので、不適切な撮影条件を決定することを回避することができる。
【００６２】
第２２の発明に係る血管位置取得方法は、撮影条件設定工程と、画像撮影工程と、血管領域抽出工程と、血管評価値算出工程と、撮影条件決定工程とを備えている。撮影条件設定工程は、生体を撮影する際の撮影条件を設定する。画像撮影工程は、撮影条件に基づいて近赤外光が照射された生体からの反射光または透過光を撮影し近赤外光画像を生成する。血管領域抽出工程は、近赤外光画像内の血管像を血管領域として抽出する。血管評価値算出工程は、血管領域に基づいて血管評価画素と血管領域に隣接する皮膚評価画素とを決定し、血管領域を評価するための血管評価値を算出する。撮影条件決定工程は、血管評価算出工程において算出された血管評価値に基づいて最適撮影条件を決定する。
【００６３】
ここでは、血管評価値算出工程では、例えば、周辺領域とのコントラスト差を表すような血管領域を評価するための血管評価値を算出し、撮影条件決定工程では、血管評価値に基づいて撮影条件を決定している。
【００６４】
なお、血管評価値は、例えば、皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算したり、皮膚評価画素の輝度値と血管評価画素の輝度値との比を求めたりすることによって算出される。
【００６５】
従来、近赤外光を用いて血管位置を取得する方法においては、近赤外光以外の光、すなわち、外光に影響されることなく血管位置を取得するための方法として、指領域の平均輝度を算出し、これに基づいて撮影条件を調整していた。ところが、撮像画像中における指部分全体は最適画質に調整されるものの、抽出対象となる血管部分を最も効果的に抽出できるように撮像されているとは限らない。
【００６６】
そこで、本発明の血管位置取得方法においては、血管評価値算出工程において、血管領域に基づいて血管評価画素と血管領域に隣接する皮膚評価画素とを決定し、皮膚評価画素の輝度値および血管評価画素の輝度値に基づいて血管領域を評価するための血管評価値を算出している。そして、撮影条件決定工程において、血管評価算出工程で算出された血管評価値に基づいて撮影条件を決定している。
【００６７】
これにより、血管評価画素における輝度値と皮膚評価画素における輝度値との関係から近赤外光画像において血管領域を最も鮮明に撮像することができる撮影条件を決定する血管評価値を算出することができる。
この結果、撮影条件を血管評価値に基づいて決定することができるので使用環境に関わらず血管領域が鮮明に撮像された近赤外光画像を取得することが可能となる。
【００６８】
第２３の発明に係る血管位置取得方法は、第２２の発明に係る血管位置取得方法であって、血管評価値算出工程は、皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算することによって血管評価値を算出する。
【００６９】
ここでは、皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算することによって血管評価値を算出し、血管評価値を算出している。
これにより、血管領域と周辺領域とのコントラスト差の程度を反映した評価値を算出することが可能となる。この結果、血管領域が周辺領域に比べて最も暗く映し出される撮影条件を決定することができる。
【００７０】
第２４の発明に係る血管位置取得方法は、第２２と第２３の発明に係る血管位置取得方法であって、血管評価値算出工程は、複数の撮影条件において血管評価値を算出し、撮影条件決定工程は、血管評価値が最大の時の撮影条件を最適撮影条件として決定する。
【００７１】
ここでは、複数の撮影条件において血管評価値を算出し、その中で血管評価値が最大となる時の撮影条件を最適撮影条件として決定している。
これにより、血管領域を最も鮮明に撮像することができる撮影条件を決定することが可能となる。
【００７２】
第２５の発明に係る血管位置取得方法は、第２２から第２４の発明のいずれか１つに係る血管位置取得方法であって、血管評価値算出工程は、血管評価画素算出工程と、皮膚評価画素算出工程と、評価値算出工程とを有している。血管評価画素算出工程は、血管領域の幅方向において中心となる画素を血管評価画素とする。皮膚評価画素算出工程は、血管領域の輪郭画素を幅方向において外側に所定の画素膨張させ、膨張させた画素を皮膚評価画素とする。評価値算出工程は、血管評価画素の中の１つを中心とした注目範囲に存在する皮膚評価画素の輝度値を用いて求めた皮膚代表値から、注目範囲に存在する血管評価画素の輝度値を用いて求めた血管代表値を減算した差分値を、近赤外光画像における全ての血管評価画素位置においてそれぞれ求め、差分値を全て足し合わせることで血管評価値を算出する。
【００７３】
ここでは、血管評価画素算出工程で、血管領域の幅方向において中心となる画素を血管評価画素として抽出し、皮膚評価画素算出工程で、血管領域の輪郭画素を幅方向において外側に所定の画素、言い換えれば、所定の層分膨張させ、膨張させた画素を皮膚評価画素としている。そして、評価値算出工程で、血管評価画素の中の１つを中心とした注目範囲に存在する皮膚評価画素の輝度値を用いて求めた皮膚代表値から、注目範囲に存在する血管評価画素の輝度値を用いて求めた血管代表値を減算した差分値を、近赤外光画像における全ての血管評価画素位置においてそれぞれ求め、算出した差分値を全て足し合わせることで血管評価値を算出している。
【００７４】
なお、ここでいう「血管評価画素の中の１つを中心とした注目範囲」における「中心」には、重心の場合も含まれる。
これにより、画像撮影工程によって生成された近赤外光画像に撮像された血管領域全体に対して血管評価値を算出し撮影条件を決定することができるので、血管領域全体をより最適に撮影することが可能となる。
【００７５】
第２６の発明に係る血管位置取得方法は、第２２から第２５の発明のいずれか１つに係る血管位置取得方法であって、画像撮影手段において撮影した近赤外光画像を縮小した縮小近赤外光画像を作成する縮小画像作成工程をさらに備えており、血管領域抽出工程は、縮小近赤外光画像に対して血管領域を抽出し、血管評価値算出工程は、縮小近赤外光画像に対して血管評価値を算出する。
【００７６】
ここでは、縮小画像作成工程において、近赤外光画像を縮小した縮小近赤外光画像を作成し、血管領域抽出工程および血管評価値算出工程において、上記縮小した近赤外光画像に対して各種処理を実行する。
【００７７】
これにより、演算を行う対象画素を減らすことができるので血管評価値を算出するための演算量を大幅に減らすことが可能となる。また、撮影対象の変更等によりカメラと生体との距離が変化し、近赤外光画像内の対象物の大きさが変わって血管径が変化しても、縮小近赤外光画像においては、血管径を常に一定にすることができる。このため、血管評価値を算出する際に用いる多種のパラメータを個別に修正する手間を省くことができる。
【発明の効果】
【００７８】
本発明によれば、使用環境に関わらず血管領域が鮮明に撮像された近赤外光画像を取得することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７９】
以下に、本発明の血管位置取得装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
本発明の実施の形態１として、ＬＥＤ光源から近赤外光を生体である腕に対し上部から照射し、腕からの反射光を近赤外光波長のみを透過する光学フィルタを通して、近赤外波長の感度が高い白黒のＣＣＤカメラで撮像し、デジタル化した近赤外光画像を取得する場合を例として説明を行う。この近赤外光画像は、１画素を８ｂｉｔで表し、画素値は、輝度を示す濃淡画像とする。このようにして撮像された近赤外光画像においては、血液中のヘモグロビンは近赤外光を吸収する性質をもっているため、血管が存在する領域だけ反射光が少なくなり、血管が存在する画素の輝度値は小さくなる。
【００８０】
［実施の形態１］
まず、本発明の実施の形態１における血管位置取得装置１００の説明を行う。図１は、本発明の実施の形態１における血管位置取得装置１００の要部概略構成を示すブロック図である。
【００８１】
血管位置取得装置１００は、撮影条件設定部（撮影条件設定手段）１０１、画像撮影部（画像撮影手段）１０２、血管領域抽出部（血管領域抽出手段）１０３、血管評価値算出部（血管評価値算出手段）１０４および撮影条件決定部（撮影条件決定手段）１０５を含んで構成される。また、さらに、血管評価値算出部１０４は、血管評価画素算出部（血管評価画素算出手段）１０４１、皮膚評価画素算出部（皮膚評価画素算出手段）１０４２および評価値算出部（評価値算出手段）１０４３を含んで構成される。
【００８２】
撮影条件設定部１０１は、生体に照射する近赤外光の光量等の調節パラメータ値を予め複数記憶しておき、記憶している調節パラメータ値を順次画像撮影部１０２に出力する。
画像撮影部１０２は、ＣＣＤカメラ、近赤外ＬＥＤ光源、光学フィルタで構成されており、撮影条件設定部１０１が出力する調節パラメータに応じて撮影条件を調節し、生体に対して近赤外光を照射し、その反射光を、光学フィルタを通してＣＣＤカメラで撮影することで近赤外光画像を生成し、生成した近赤外光画像を血管領域抽出部１０３と血管評価値算出部１０４に出力する。また、血管位置取得装置１００から出力近赤外光画像１０６として出力する。
【００８３】
血管領域抽出部１０３は、画像撮影部１０２から出力される近赤外光画像において、相対的に周辺画素よりも輝度値が小さくなっている画素を血管領域として抽出し、抽出した血管領域の位置情報を示す血管領域画像を血管評価値算出部１０４に出力する。
【００８４】
血管評価値算出部１０４は、画像撮影部１０２から出力される近赤外光画像と、血管領域抽出部１０３から出力される血管領域画像に示されている血管領域の位置情報とを元に、近赤外光画像の血管領域を評価するための血管評価値を算出し、算出した血管評価値を撮影条件決定部１０５に出力する。
【００８５】
具体的には、血管評価値算出部１０４に含まれる血管評価画素算出部１０４１は、血管領域抽出部１０３から出力される血管領域画像に示されている血管領域の位置情報に基づき、血管評価値を算出する際に血管画素として用いる血管評価画素を算出し、算出した血管評価画素を示す血管評価画素画像を評価値算出部１０４３に出力する。
【００８６】
皮膚評価画素算出部１０４２は、血管領域抽出部１０３から出力される血管領域画像に示されている血管領域の位置情報に基づき、血管評価値を算出する際に血管領域に隣接する皮膚画素として用いる皮膚評価画素を算出し、算出した皮膚評価画素を示す皮膚評価画素画像を評価値算出部１０４３に出力する。
【００８７】
評価値算出部１０４３は、画像撮影部１０２から出力される近赤外光画像、血管領域抽出部１０３から出力される血管領域画像、血管評価画素算出部１０４１から出力される血管評価画素画像および皮膚評価画素算出部１０４２から出力される皮膚評価画素画像を用いて、近赤外光画像における皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算することで血管評価値を算出する。
【００８８】
撮影条件決定部１０５は、複数の撮影条件で算出した血管評価値算出部１０４から出力される血管評価値の中で最大となる撮影条件を最適な撮影条件として決定し、決定した撮影条件を撮影条件設定部１０１に出力する。そして、撮影条件設定部１０１において、撮影条件決定部１０５から出力される最適な撮影条件を設定し、画像撮影部１０２で近赤外光画像を撮影することで、血管領域が周辺領域とのコントラスト差により最も暗く映し出され鮮明に現れている近赤外光画像を血管位置取得装置１００から出力近赤外光画像１０６として出力する。
【００８９】
次に、以上のように構成された本発明の実施の形態１の血管位置取得装置１００の動作について、撮影条件として生体に照射する近赤外光の光量の調節パラメータを用いる場合を例として図２から図７を用いて詳細に説明する。
【００９０】
図２は、本発明の実施の形態１における血管位置取得装置１００が行う処理を示すフローチャートである。図２のフローチャートは、ステップＳ１０１ないしステップＳ１０７からなり、ステップＳ１０１は撮影条件設定工程の一例を、ステップＳ１０２は画像撮影工程の一例を、ステップＳ１０３は血管領域抽出工程の一例を、ステップＳ１０４１からステップＳ１０４３からなるステップＳ１０４は血管評価値算出工程の一例を、ステップＳ１０５は全ての撮影条件を終了したかどうかの判定を行う工程を、ステップＳ１０６は撮影条件決定工程の一例を、ステップＳ１０７は撮影条件決定工程で決定した撮影条件で近赤外光画像を撮影する工程を、それぞれ示す。
【００９１】
まず、撮影条件設定部１０１において、生体に照射する近赤外光の光量の調節パラメータの初期値を設定する（ステップＳ１０１）。なお、この光量の調節パラメータは、最小の光量を０、最大の光量を２５５とするデジタル値とし、５刻みで５２個の調節パラメータが記憶されているものとする。また、初期値は０とし、順次、値が大きくなるように調節パラメータを設定していく。このように設定することで、撮影される近赤外光画像は、暗い画像から明るい画像に徐々に変化する。なお、上記調整パラメータとしては、近赤外光の光量に加え、ＣＣＤカメラの感度や光量調節の絞り量を用いてもよい。
【００９２】
次に、画像撮影部１０２において、撮影条件設定部１０１で設定された光量の調節パラメータで、近赤外光を生体に照射し、生体からの反射光を近赤外光波長のみを透過する光学フィルタを通して、ＣＣＤカメラで撮像した近赤外光画像を生成する（ステップＳ１０２）。そして、生成した近赤外光画像を血管領域抽出部１０３と血管評価値算出部１０４とに出力する。
【００９３】
次に、血管領域抽出部１０３において、画像撮影部１０２から出力された近赤外光画像に対して、血管画素を血管領域として抽出する（ステップＳ１０３）。これは、相対的に周辺画素よりも輝度値が小さくなっている画素を血管画素として抽出することで行う。なお、近赤外光画像と同サイズの画像メモリを用意しておき、抽出された血管領域の位置情報は、血管領域に対応する画素値を１、その他の画素値を０とすることで画像データ（血管領域画像）として記憶しておく。
【００９４】
以下、血管領域抽出処理について説明する。図３は、本発明の実施の形態１における血管領域抽出処理を説明する図である。図３（ａ）は、画像撮影部１０２から出力された血管が映っている近赤外光画像３００であり、図３（ｂ）は図３（ａ）における近赤外光画像３００の破線矢印で示す水平ライン上のＬ１―Ｌ２間の輝度値を示す輝度グラフである。また、３０１は、血管を示し、３０２は、皮膚を示している。
【００９５】
血管領域抽出処理は、血管領域抽出部１０３が図３（ａ）に示すように近赤外光画像３００の水平ライン上のＬ１―Ｌ２間の画素を抜き出し、抜き出した画素の輝度値に基づき血管３０１であるかどうかの判定に用いる輝度閾値ＴＨ１を算出する。そして、血管領域抽出部１０３は、算出した輝度閾値ＴＨ１とＬ１―Ｌ２間の中点となる注目画素の輝度値とを比較し、注目画素の輝度値が輝度閾値ＴＨ１よりも小さい場合、注目画素を血管位置として抽出する。図３（ｂ）では、注目画素Ｃ１の輝度値が輝度閾値ＴＨ１よりも小さいので、注目画素Ｃ１は、血管領域抽出部１０３によって血管３０１として抽出される。
【００９６】
なお、本実施の形態においては、Ｌ１―Ｌ２間の距離は、例えば、撮像する近赤外光画像３００において想定される血管の太さの最大径の２倍の画素数を設定する。また、輝度閾値ＴＨ１は、Ｌ１―Ｌ２間の画素の輝度値のうち値の大きいほうからＬ１―Ｌ２間の画素数の半分を抜き出し、抜き出した画素の輝度平均値を算出し、算出した輝度平均値を０．８倍した値とする。このように輝度閾値ＴＨ１を算出することで、血管位置と皮膚位置とを分離する閾値を算出することができる。
【００９７】
なお、ここで用いた数値は一例であり、Ｌ１―Ｌ２間の距離は、血管３０１と皮膚３０２とが必ず含まれるように画素距離を設定すればよい。また、平均値に用いる画素の個数は、Ｌ１―Ｌ２間の距離から必ず皮膚３０２の画素となる個数分を設定し、皮膚画素の輝度平均値を求め、輝度閾値ＴＨ１は、算出した皮膚画素の輝度平均値を元に皮膚画素の輝度値よりも小さくなる値を設定すればよい。
【００９８】
血管領域抽出部１０３は、この一連の処理を近赤外光画像３００全体に対し、画像上部から各水平ライン毎に、画像の左側から順に１画素ずつずらしながらＬ１―Ｌ２間の画素を抜き出して行っていくことで、血管画素を順次抽出していく。
【００９９】
なお、ここで用いた血管領域抽出処理は一例であり、他の手法により、相対的に周辺画素よりも輝度値が小さくなっている画素領域を血管位置として抽出してもよい。例えば、水平ラインだけではなく垂直ラインの画素も同時に抜き出し２つのラインを用いて抽出したり、２次元平面で同様の処理を行っても良い。
そして、こうして抽出した血管領域を示す血管領域画像を血管評価値算出部１０４に出力する。
【０１００】
次に、画像撮影部１０２から出力される近赤外光画像と、血管領域抽出部１０３から出力される血管領域画像に示されている血管領域の位置情報とを元に、血管評価値算出部１０４は、近赤外光画像の血管領域を評価するための血管評価値を算出する（ステップＳ１０４）。なお、ここで算出する血管評価値は、近赤外光画像において血管領域と皮膚領域との輝度コントラストの差が大きいほど値が大きくなるものである。
【０１０１】
このステップにおいては、血管領域抽出部１０３にて抽出した血管領域の位置情報に基づき、血管評価画素算出部１０４１が血管評価値の算出に用いる血管の画素を血管評価画素として算出し（ステップＳ１０４１：血管評価画素算出工程）、また、皮膚評価画素算出部１０４２が血管評価値の算出に用いる血管領域に隣接する皮膚の画素を皮膚評価画素として算出し（ステップＳ１０４２：皮膚評価画素算出工程）、評価値算出部１０４３が、近赤外光画像における皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算することで血管評価値を算出する（ステップＳ１０４３：血管評価値算出工程）。
【０１０２】
上記輝度コントラストの差は、血管領域の輝度値とその血管領域に隣接する周辺の皮膚の輝度値との差から生じるため、血管評価画素と皮膚評価画素とを用いて血管評価値を算出することで、近赤外光画像における血管領域とその周辺の皮膚領域とのコントラストの差の程度を反映した評価値を算出することができる。
【０１０３】
以下、ステップＳ１０４における血管評価値算出処理をより具体的に説明する。まず、血管評価画素算出部１０４１が、血管領域抽出部１０３から出力される血管領域画像に示されている血管領域の位置情報を用いて、血管評価値の算出に用いる血管の画素を血管評価画素として算出する（ステップＳ１０４１）。なお、血管領域画像と同サイズの画像メモリを用意しておき、算出された血管評価画素の情報は、血管評価画素に対応する画素値を１、その他の画素値を０とすることで画像データ（血管評価画素画像）として記憶しておく。そして、後段の処理（ステップＳ１０４３）では、血管評価画素画像の各画素を参照することで血管評価画素を知ることができる。
【０１０４】
図４は、図３（ａ）に示す近赤外光画像３００の血管領域画像から算出した血管評価画素を示す血管評価画素画像４００であり、４０１は、血管評価画素を示す。血管評価画素は、図４に示すとおり、血管領域の中心線に位置する画素を設定する。
【０１０５】
なお、血管領域の中心線を求める方法としては、細線化処理を用いる。細線化処理とは、太さが不揃いの輪郭線を１画素幅に整える処理であり、太い輪郭線を外側から削っていき、１画素の太さになったところで処理を終了することで行う。ここでは、細線化処理として一般的によく用いられるＨｉｌｄｉｔｃｈの方法を用いて、血管領域画像の画素値が１となっている血管領域を細線化し、細線化後に画素値が１となっている画素を血管評価画素として算出する。
【０１０６】
なお、ここで用いた中心線を求める方法は一例であり、他の手法を用いて血管評価画素を算出してもよい。
そして、こうして算出した血管評価画素を示す血管評価画素画像を評価値算出部１０４３に出力する。
【０１０７】
次に、皮膚評価画素算出部１０４２が、血管領域抽出部１０３から出力される血管領域画像に示されている血管領域の位置情報を用いて、血管評価値の算出に用いる皮膚の画素を皮膚評価画素として算出する（ステップＳ１０４２）。なお、血管領域画像と同サイズの画像メモリを用意しておき、算出された皮膚評価画素の情報は、皮膚評価画素に対応する画素値を１以上、その他の画素値を０とすることで画像データ（皮膚評価画素画像）として記憶しておく。そして、後段の処理（ステップＳ１０４３）では、皮膚評価画素画像の各画素を参照することで皮膚評価画素を知ることができる。
【０１０８】
図５（ａ）は、図３（ａ）に示す近赤外光画像３００の血管領域画像から算出した皮膚評価画素を示す皮膚評価画素画像５００であり、５０１は、皮膚評価画素を示す。皮膚評価画素は、図５（ａ）に示すように、血管領域に隣接する周辺の画素を設定する。
【０１０９】
なお、血管領域に隣接する周辺の画素を設定する方法としては、膨張処理を用いる。膨張処理とは、連結成分の輪郭画素を外側に複数層分増やし厚くする処理である。ここでは、血管領域画像において血管領域以外（画素値が０）の画素を膨張処理の対象とし、対象となる対象画素を中心とする８つの隣接する画素の中で少なくとも１つの画素に画素値が０以外の値がある場合、対象画素に１以上の値を書き込む。この処理により、処理前の血管領域画像における血管領域に対して全ての方向に１画素広がり１層分膨張した血管領域を示す画像を得ることができる。そして、この１層分膨張させる処理を血管領域画像に対し複数回繰り返し行った後の複数層分血管領域を厚くした血管領域画像から、膨張させる前の血管領域画像の対応する画素の画素値を引くことで、血管領域に隣接する皮膚評価画素を示す皮膚評価画素画像を得ることができる。
【０１１０】
また、１層分膨張させる処理を行う回数は、本実施の形態の血管位置取得装置１００で撮影される近赤外光画像において撮影されうる血管像の中で、最大径を持つ血管像の太さの半径の画素幅を予め設定しておくものとし、最大径を持つ血管像の太さの半径は、（最大血管径＋１）／２で求まる整数値とする。つまり、最大血管径が５画素の場合、血管の太さの半径は３となり、膨張回数を３回とする。
【０１１１】
さらに、皮膚評価画素を示す皮膚評価画素画像の画素値は、膨張処理を行っている際の回数を書き込むようにする。こうすることにより、皮膚評価画素の画素値が、血管領域からの距離となる。この値は、血管評価値を算出する際に用いる。図５（ｂ）は、図５（ａ）の皮膚評価画素画像５００の一部分を抜き出したものであり、このようにして算出した皮膚評価画素の画素値を示したものである。なお、空白の画素は、画素値が０とする。
【０１１２】
そして、こうして算出した皮膚評価画素を示す皮膚評価画素画像を評価値算出部１０４３に出力する。
次に、評価値算出部１０４３が、画像撮影部１０２から出力される近赤外光画像、血管領域抽出部１０３から出力される血管抽出画像、血管評価画素算出部１０４１から出力される血管評価画素画像および皮膚評価画素算出部１０４２から出力される皮膚評価画素画像を用いて、近赤外光画像における皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算することで血管評価値を算出する（ステップＳ１０４３）。
【０１１３】
より具体的には、近赤外光画像における全ての血管評価画素位置において、まず、血管評価画素を中心とし所定の範囲をもつ注目範囲内に存在する皮膚評価画素の輝度値から皮膚代表値を、同注目範囲内に存在する血管評価画素の輝度値から血管代表値を求め、次に、求めた皮膚代表値から血管代表値を減算して差分値を求める。そして、これら全ての血管評価画素位置で求めた差分値を全て足しあわせることで血管評価値を算出する。ただし、注目範囲が近赤外光画像からはみ出さない位置でのみ差分値の算出を行うものとする。
【０１１４】
また、ここで用いる注目範囲の形状は正方形とし、１辺の画素長はステップＳ１０４２で用いた近赤外光画像において撮影されうる血管像の中で最大径を持つ血管像の太さの直径と血管領域を膨張させる回数とを用いて、最大血管径＋膨張回数×２で求め、設定しておく。つまり、最大血管径は５で、膨張回数は３回なので、ここでの注目範囲の１辺の画素長は１１となる。このように設定することで、注目範囲内に、無駄なく血管評価画素と血管領域に隣接する皮膚評価画素を含むことができる。
【０１１５】
図６は、血管評価値の算出処理を説明する図であり、図６（ａ）は、近赤外光画像３００に対する注目範囲の走査を示し、図６（ｂ）は、血管代表値と皮膚代表値との算出方法を説明する図である。
【０１１６】
図６（ａ）に示すとおり、まず、血管評価値に０を代入しておき、近赤外光画像３００の左上の注目範囲６０１の位置において、注目範囲の中心画素が血管評価画素かどうかのチェックを行う。これは、血管評価画素画像の画素値を参照することで行うことができる。注目範囲の中心画素が、血管評価画素で無い場合は、注目範囲を１画素分右にずらして、再度チェックを行い、これを繰り返す。そして、注目範囲６０２の位置においては、注目範囲の中心画素が血管評価画素となっているため、注目範囲内の血管評価画素から血管代表値を、皮膚評価画素から皮膚代表値を求め、皮膚代表値から血管代表値を減算した差分値を求め、求めた差分値を血管評価値に加算する。この一連の処理を矢印６０３の順で近赤外光画像３００全体に対して行うことで、近赤外光画像３００における血管評価値を算出する。
【０１１７】
また、注目範囲における血管代表値と皮膚代表値とは次のように求める。図６（ｂ）は、図５（ｂ）の皮膚評価画素画像に図４の血管評価画素画像４００の位置を合わせて重ね合わせた図である。図５（ｂ）中の数字が示されている画素は、皮膚評価画素であると共にその画素値を示し、斜線画素と塗りつぶし画素は、血管評価画素を示し、さらに、塗りつぶし画素は、注目範囲６０４の中心にある注目画素である。
【０１１８】
まず、この注目範囲６０４における血管代表値は、注目範囲６０４の中心にある注目画素に対応する近赤外光画像の輝度値とする。そして、注目範囲６０４における皮膚代表値は、注目範囲６０４内の血管の半径と等しい血管領域からの距離を持つ皮膚評価画素に対応する近赤外光画像の輝度値を平均することで求める。具体的には、血管領域画像を参照し、注目範囲６０４内の血管の半径を求め、求めた血管の半径の値を持つ皮膚評価画素に対応する近赤外光画像の輝度値を平均する。また、血管の半径は、注目範囲を正方形としているので、注目範囲６０４に含まれる血管画素の面積である画素数を、注目範囲の１辺の画素長で割ることで血管径を求め、（（面積／１辺の画素長）＋１）／２で求めることができる。従って、図６（ｂ）では、血管の半径は、（（５５／１１）＋１）／２＝３となり、皮膚代表値は、注目範囲６０４内の皮膚評価画素において、画素値が３となっている画素に対応する近赤外光画像の輝度値を平均することで求める。そして、求めた皮膚代表値から血管代表値を減算した差分値を求め、血管評価値に足し合わせる。
【０１１９】
このようにして血管評価値を求めることで、近赤外光画像内において血管像の太さが変化しても、血管評価画素と血管の輪郭までが狭い細い血管では、血管の輪郭に近い皮膚評価画素を、血管評価画素と血管の輪郭までが広い太い血管では、血管の輪郭から遠い皮膚評価画素を自動的に選択することができるので、血管像の太さによらずに同条件で評価値を算出することができる。また、注目範囲を正方形としているため、血管の走行方向によらずに同様の処理で血管評価値を求めることができる。
【０１２０】
なお、ここでは注目範囲の１辺の画素長を、最大血管径＋膨張回数×２で求めているが、これは、最大血管径を持つ血管が水平又は垂直方向に存在した場合に隙間なく皮膚評価画素が注目範囲に入るように設定しているためである。ところが、最大血管径をもつ血管が斜め方向にあった場合には、注目範囲から皮膚評価画素がはみ出してしまい注目範囲内の血管評価値の算出に用いる皮膚評価画素が少なくなるという問題が発生する。従って、注目範囲の１辺の画素長を、最大血管径＋膨張回数×２＋α（αは２の倍数）としてもよい。ただし、α値を大きくすると演算量が増加するため２または４程度とし、このα値は、近赤外光画像内の血管の特徴に応じて設定すればよい。
【０１２１】
また、説明において、血管代表値は、注目範囲の中心に位置する血管評価画素に対応する近赤外光画像の輝度値としているが、注目範囲に含まれる全ての血管評価画素に対応する近赤外光画像の輝度値の平均値としてもよい。このように求めることで、平均値を算出するため演算量は増加するが、ノイズに対して強くなる。また、皮膚代表値は、注目範囲に含まれる全ての皮膚評価画素に対応する近赤外光画像の輝度値の平均値としてもよい。この場合、血管評価値の算出に用いる皮膚評価画素の選択を行わないので高速に処理することが可能となり、ラフに評価する際に有効である。
【０１２２】
また、さらに、算出する血管評価値の精度を高めるために次の処理を行っても良い。まず、注目範囲内の血管の形状が分岐している場合、その位置での血管評価値の算出処理を行わないようにする。これは、血管が分岐している箇所では、血管が近接しているため意図する皮膚評価画素が得られないためである。血管の分岐は、注目範囲内の全血管評価画素位置において、連結する血管評価画素の数をカウントし、カウント数が３以上となっている場合、分岐していると判断することができる。
【０１２３】
さらに、注目範囲内の血管評価画素の画素数が所定値と異なっている場合、その位置での血管評価値の算出処理を行わないようにしてもよい。これは、注目範囲を広く設定した場合、注目範囲内に細い血管が複数含まれることが起こり、この場合も、血管が近接しているため意図する皮膚評価画素が得られず、こういう位置での血管評価値の算出を防ぐ。
【０１２４】
なお、ここで用いる所定値は、例えば、注目範囲内に血管が１本走っていた場合、血管評価値の画素数は注目範囲の１辺の画素長と等しくなるため、注目範囲の１辺の画素長を設定しておけば簡単に判定することができる。
【０１２５】
また、上記所定値ではなく、注目範囲の中心に位置する血管評価画素に連結する注目範囲内の血管評価画素の画素数と比較してもよい。この値を用いれば、所定値を用いる場合に比べ演算量は増加してしまうが、注目範囲内に短く細い血管が複数存在し、血管評価画素の画素数が前述した所定値と一致してしまう場合でも、確実に血管評価値の算出を防ぐことができる。
【０１２６】
また、注目範囲内の血管評価値算出に用いる皮膚評価画素の画素数が所定数よりも少ない場合、その位置での血管評価値の算出を行わないようにしてもよい。これは、血管が斜め方向に走行していたり、血管の太さが想定していたよりも太い場合、血管評価画素に対応する皮膚評価画素が注目範囲外となってしまうことで起こる。そして、皮膚評価画素が少ないと精度よく皮膚代表値を求めることができない。このため、このようなケースについては、血管評価値の算出を回避する。ここで用いる所定数は、例えば、注目範囲内の血管評価画素の画素数を設定しておけば、一定量以上の血管を挟む両側の皮膚評価画素を用いて皮膚代表値を求めることができる。
【０１２７】
また、各血管評価画素位置において皮膚代表値と血管代表値との差分値を求める際、求めた差分値が所定値よりも小さい場合、求めた差分値を破棄し足し合わせないようにしてもよい。これは、差分値が小さいものはノイズとして扱い、破棄することで血管評価値の精度を向上させることができる。この際用いる所定値は、想定される近赤外光画像における血管領域とその周辺の皮膚領域の輝度値の差を元に設定すればよく、差が大きいと想定される場合は大きめの値を、差が小さいと想定される場合は小さめの値を設定する。
【０１２８】
また、血管評価値を算出するステップＳ１０４の各処理は、近赤外光画像の中央付近の限定した評価範囲内に含まれる領域でのみ行ってもよい。こうすることで、生体に照射している近赤外光が良く当たっている中央の画素領域でのみ血管評価値を算出することができ、また、範囲を絞ることで演算量を減らすことができる。
【０１２９】
以上のステップＳ１０４の処理により、近赤外光画像における血管領域の特徴を反映した血管評価値を求めることができる。具体的には、血管領域とその周辺領域とのコントラスト差が大きくはっきりと映し出されているほど、また、血管領域の面積が大きく沢山の血管が映し出されているほど、値が大きくなる血管評価値を求めることができる。そして、求めた血管評価値を撮影条件決定部１０５に出力する。
【０１３０】
次に、ステップＳ１０５において、全ての撮影条件において血管評価値の算出を行ったかどうか判定を行う。終了していない場合は、ステップＳ１０１に戻り、次の撮影条件を設定し、続くステップＳ１０２からステップＳ１０４の処理を行い、全ての撮影条件を終了した場合は、ステップＳ１０６に進む。
【０１３１】
次に、血管評価値算出部１０４にて算出した全撮影条件における血管評価値に基づいて、撮影条件決定部１０５が、最適な撮影条件を決定する（ステップＳ１０６）。図７は、ステップＳ１０１において設定した近赤外光の光量を順次強めながら撮影した近赤外光画像に対し算出した血管評価値を示すグラフの一例であり、横軸は近赤外光画像を撮影した際に用いた撮影条件の番号であり、縦軸は血管評価値を示す。図７において、最初は光量が０のため撮影した近赤外光画像に血管が映らず血管評価値が０となっているが、光量を上げていくと共に、血管評価値が上昇している。しかしながら、光量を上げすぎると画像の輝度が全体的に飽和してくるため、血管評価値が下降していく。従って、図７に示すグラフのピーク位置７０１である血管評価値の中で最大となる値を持つ撮影条件が、最も血管領域とその周辺領域とのコントラストの差が現れる撮影条件であると決定することができる。そして、決定した撮影条件の番号を、撮影条件設定部１０１に出力する。
【０１３２】
そして、撮影条件設定部１０１では、撮影条件決定部１０５から出力された撮影条件の番号に対応する光量を設定し、画像撮影部１０２において撮影して得られた近赤外光画像を出力近赤外光画像１０６として、血管位置取得装置１００から出力する（ステップＳ１０７）。
【０１３３】
なお、撮影条件決定部１０５におけるステップＳ１０６において撮影条件を決定する際、時間軸方向に連続する撮影条件で撮影しているにもかかわらず、算出した血管評価値の前後で値が所定値以上変化した場合には、撮影条件を決定しないようにしてもよい。これは、ステップＳ１０１において、近赤外光の光量を０から順次上げていき、撮影した近赤外光画像の特徴が大きく変化しないように撮影条件を設定しているにもかからず、血管評価値が大きく変化しているため、撮影中に対象物が動いた、もしくは、外光が大きく変化したと判断することができる。対象物が動くと撮影条件以外の要素が変化し、最大の血管評価値をもつ撮影条件が最適であるとはいえなくなるため、撮影条件を決定しないようにする。
【０１３４】
具体的には、血管評価値の前後で値が所定値以上変化した場合、撮影条件決定部１０５は、撮影条件の番号以外の値、例えば、−１を撮影条件設定部１０１に出力する。撮影条件設定部１０１は、−１が入力されると再度撮影条件の初期値から順次設定を行い、血管評価値を算出する一連の処理を繰り返し行うようにする。
【０１３５】
また、ここで用いる所定値は、例えば、全ての撮影条件における血管評価値のピーク値の２０％を設定すればよい。ただし、撮影条件設定部１０１において設定する撮影条件の個数が少ない場合や、設定する調節パラメータが大きく異なる場合は、連続する前後の血管評価値でも値が大きく変化するため、所定値を決定するためのパーセンテージを大きく設定しておけばよい。
【０１３６】
以上のステップＳ１０１からステップＳ１０７の一連の処理を行うことで、近赤外光画像において血管領域が周辺領域とのコントラスト差により最も暗く映し出され、鮮明に現れている近赤外光画像を確実に得ることが可能となる。
【０１３７】
なお、本実施の形態１の説明において、撮影条件設定部１０１におけるステップＳ１０１において設定する撮影条件を、生体に照射する近赤外光の光量を例として説明したが、光量以外にも、近赤外光画像における血管像のコントラストの差に影響を及ぼす撮影条件を設定してもよい。例えば、血管への吸光率や生体への透過率に影響を及ぼす生体に照射する光の波長や、外光の影響を低減するために用いる特定の波長のみ通過させる光学フィルタの通過帯域や、生体を撮影するＣＣＤカメラのレンズの絞り値とすることも可能であり、同様の処理で、それら撮影条件の中で最適な近赤外光画像を得ることが可能である。
【０１３８】
近赤外光の波長は、波長が異なるＬＥＤを光源として複数種類用意しておき、撮影条件を設定する際に、順次、波長毎に点灯を切り替えてやればよい。光学フィルタの通過帯域は、通過帯域が異なる光学フィルタを複数種類用意しておき、撮影条件を設定する際に、順次、光学フィルタを切り替えてやればよい。カメラレンズの絞り値は、電気式で行い、撮影条件を設定する際に、絞り値の調節パラメータを変化させればよい。さらに、これら複数の撮影条件を組み合わせても同様に、その中で最適な近赤外光画像を得ることができる。
【０１３９】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２における血管位置取得装置８００の説明を行う。図８は、本発明の実施の形態２の血管位置取得装置８００の要部概略構成を示すブロック図である。
【０１４０】
血管位置取得装置８００は、図８に示すように、撮影条件設定部（撮影条件設定手段）１０１と、画像撮影部（画像撮影手段）１０２と、縮小画像作成部（縮小画像作成手段）８０７と、血管領域抽出部（血管領域抽出手段）８０３と、血管評価値算出部（血管評価値算出手段）８０４と、撮影条件決定部（撮影条件決定手段）１０５とを含んで構成される。なお、図１に示す実施の形態１で説明したものと同じ構成のものについては同じ符号を付し、説明を省略する。図１に示す実施の形態１の血管位置取得装置の構成と異なる点は、縮小画像作成部８０７が新しく追加された点である。
【０１４１】
縮小画像作成部８０７は、画像撮影部１０２から出力された近赤外光画像を縮小した縮小近赤外光画像を作成し、血管領域抽出部８０３および血管評価値算出部８０４に出力するものである。そして、縮小画像作成部８０７から出力される縮小近赤外光画像を用いて、血管領域抽出部８０３では血管領域を抽出し、血管評価値算出部８０４では血管評価値を算出することで、演算を行う対象画素を減らすことになるため演算量を大幅に減らすことができる。また、撮影対象の変更等でカメラと生体との距離が変化するなどの理由で近赤外光画像内の対象物の大きさが変わり血管径が変化しても、縮小近赤外光画像では常に血管径が一定になるため、血管評価値を算出する際に用いる多種のパラメータを個別に修正する手間を省くことができる。
【０１４２】
次に、本発明の実施の形態２の血管位置取得装置８００の動作について図９を用いて詳細に説明する。図９は、本発明の実施の形態２の血管位置取得装置８００が行う処理を説明するためのフローチャートである。図９のフローチャートは、ステップＳ２０１ないしステップＳ２０８からなり、ステップＳ２０１は撮影条件設定工程の一例を、ステップＳ２０２は画像撮影工程の一例を、ステップＳ２０３は縮小画像作成工程の一例を、ステップＳ２０４は血管領域抽出工程の一例を、ステップＳ２０５１からステップＳ２０５３からなるステップＳ２０５は血管評価値算出工程の一例を、ステップＳ２０６は全ての撮影条件を終了したかどうかの判定を行う工程を、ステップＳ２０７は撮影条件決定工程の一例を、ステップＳ２０８は撮影条件決定工程で決定した撮影条件で近赤外光画像を撮影する工程を、それぞれ示す。
【０１４３】
以下、実施の形態１と同様に、生体に照射する近赤外光の光量を撮影条件とする場合を例としてフローチャートに従って詳細に説明する。
まず、図２のステップＳ１０１と同様に、撮影条件設定部１０１において、生体に照射する近赤外光の光量の調節パラメータの初期値を設定する（ステップＳ２０１）。
【０１４４】
次に、図２のステップＳ１０２と同様に、画像撮影部１０２において、撮影条件設定部１０１で設定された光量の調節パラメータで、近赤外光を生体に照射し、生体からの反射光を近赤外光波長のみを透過する光学フィルタを通して、ＣＣＤカメラで撮像した近赤外光画像を生成する（ステップＳ２０２）。そして、生成した近赤外光画像を縮小画像作成部８０７に出力する。
【０１４５】
次に、縮小画像作成部８０７において、画像撮影部１０２から出力された近赤外光画像を縦横同倍率で縮小し、縮小近赤外光画像を作成する（ステップＳ２０３）。
なお、近赤外光画像を縮小する方法は、一般的に良く用いられているバイリニア法を用いればよい。ただし、これは一例であり他の手法を用いてもよい。
【０１４６】
また、縮小率は、想定される近赤外光画像内の最大血管径に基づいて設定する。具体的には、撮影対象が変わった際、各撮影対象を撮影した近赤外光画像において撮影されうる血管像の中で最大径を持つ血管像の太さの直径が一定になるように倍率を決定し、血管評価値算出部８０４に設定されている注目範囲の一辺の画素長や血管領域の膨張回数に対し、適した血管径となるように近赤外光画像を縮小する。さらに、縮小する際に基準となる最大径を持つ血管像の太さの直径は、予め撮影した近赤外光画像における血管像の中で最小径を持つ血管の太さの直径が、縮小近赤外光画像では太さが１となるように縮小した後、その縮小近赤外光画像における最大径を持つ血管の太さの直径を設定しておけばよい。
こうして作成した縮小近赤外光画像は、血管領域抽出部８０３と血管評価値算出部８０４に出力される。
【０１４７】
次に、血管領域抽出部８０３において、縮小画像作成部８０７から出力される縮小近赤外光画像に対して、血管画素を血管領域として抽出する（ステップＳ２０４）。なお、血管領域を抽出する処理は、図２のステップＳ１０３と同様のため説明を省略する。そして、抽出した血管領域の位置情報は、縮小近赤外光画像と同サイズの画像メモリを用意しておき、抽出された血管領域の位置情報は、血管領域に対応する画素値を１、その他の画素値を０とする血管領域画像として記憶し、血管領域画像を血管評価値算出部８０４に出力する。
【０１４８】
次に、縮小画像作成部８０７から出力される縮小近赤外光画像と、血管領域抽出部８０３から出力される血管抽出画像に示されている血管領域の位置情報を元に、血管評価値算出部８０４は、近赤外光画像の血管領域を評価するための血管評価値を算出する（ステップＳ２０５）。
【０１４９】
具体的には、血管領域抽出部８０３にて抽出した血管領域の位置情報に基づき、血管評価画素算出部１０４１は、図２のステップＳ１０４１と同様に血管評価画素を算出し（ステップＳ２０５１：血管評価画素算出工程）、皮膚評価画素算出部１０４２は、図２のステップＳ１０４２と同様に皮膚評価画素を算出し（ステップＳ２０５２：皮膚評価画素算出工程）、評価値算出部８０４３は、縮小近赤外光画像における皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算し、図２のステップＳ１０４３と同様にして血管評価値を算出する（ステップＳ２０５３：血管評価値算出工程）。そして、算出した血管評価値を撮影条件決定部１０５に出力する。
【０１５０】
そして、ステップＳ２０６において、図２のステップＳ１０５と同様に、全ての撮影条件において血管評価値の算出を行ったかどうか判定を行う。終了していない場合は、ステップＳ２０１に戻り、次の撮影条件を設定し、続くステップＳ２０２からステップＳ２０５の処理を行う。全ての撮影条件を終了した場合は、ステップＳ２０７に進む。
【０１５１】
次に、血管評価値算出部８０４にて算出した全撮影条件における血管評価値に基づいて、撮影条件決定部１０５が、図２のステップＳ１０６と同様にして最適な撮影条件を決定する（ステップＳ２０７）。そして、決定した撮影条件の番号を、撮影条件設定部１０１に出力する。
【０１５２】
そして、撮影条件設定部１０１では、図２のステップＳ１０７と同様に、撮影条件決定部１０５から出力された撮影条件の番号に対応する光量を設定し、画像撮影部１０２において撮影して得られた近赤外光画像を出力近赤外光画像１０６として、血管位置取得装置８００から出力する（ステップＳ２０８）。
【０１５３】
以上のステップＳ２０１からステップＳ２０８の一連の処理を行うことで、少ない演算量で、近赤外光画像における血管領域が周辺領域とのコントラスト差により最も暗く映し出され鮮明に現れている近赤外光画像を確実に得ることが可能となり、さらに、撮影対象が変わっても、血管評価値を算出する際に用いる多種のパラメータを撮影対象毎に設定する手間を省くことができる。
【０１５４】
なお、実施の形態２の説明において、撮影条件設定部１０１におけるステップＳ２０１において、撮影条件を生体に照射する近赤外光の光量を例として説明したが、実施の形態１と同様に、光量以外にも、近赤外光画像における血管の明暗の差に影響を及ぼす撮影条件を設定してもよく、例えば、血管への吸光率や生体への透過率に影響を及ぼす生体に照射する光の波長、外光の影響を低減するために用いる特定の波長のみ通過させる光学フィルタの通過帯域、生体を撮影するＣＣＤカメラのレンズの絞り値とすることも可能であり、同様の処理で最適な近赤外光画像を得ることが可能である。さらに、これら複数の撮影条件を組み合わせても同様の処理で最適な近赤外光画像を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
本発明にかかる血管位置取得装置および血管位置取得方法は、最適な撮影条件を決定し、血管領域が鮮明に現れている画像を得ることができ、生体の血管位置を画像で取得する装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】本発明の実施の形態１における血管位置取得装置のブロック図。
【図２】本発明の実施の形態１における血管位置取得方法を説明するフローチャート。
【図３】（ａ），（ｂ）は、図１に含まれる血管領域抽出部が行う血管領域抽出処理を説明する図。
【図４】図１に含まれる血管評価画素算出部が作成した血管評価画素画像を示す図。
【図５】（ａ），（ｂ）は、図１に含まれる皮膚評価画素算出部が作成した皮膚評価画素画像を示す図。
【図６】（ａ），（ｂ）は、図１に含まれる評価値算出部が行う血管評価値算出処理を説明する図。
【図７】図１に含まれる撮影条件決定部に入力された血管評価値を示すグラフ。
【図８】本発明の実施の形態２における血管位置取得装置のブロック図。
【図９】本発明の実施の形態２における血管位置取得方法を説明するフローチャート。
【図１０】従来の静脈パターンを鮮明に撮影する撮影方式の処理を示す図。
【符号の説明】
【０１５７】
１００ 血管位置取得装置
１０１ 撮影条件設定部（撮影条件設定手段）
１０２ 画像撮影部（画像撮影手段）
１０３ 血管領域抽出部（血管領域抽出手段）
１０４ 血管評価値算出部（血管評価値算出手段）
１０４１ 血管評価画素算出部（血管評価画素算出手段）
１０４２ 皮膚評価画素算出部（皮膚評価画素算出手段）
１０４３ 評価値算出部（評価値算出手段）
１０５ 撮影条件決定部（撮影条件決定手段）
１０６ 出力近赤外光画像
３００ 近赤外光画像
３０１ 血管
３０２ 皮膚
４００ 血管評価画素画像
４０１ 血管評価画素
５００ 皮膚評価画素画像
５０１ 皮膚評価画素
６０１ 最初の注目範囲
６０２ 中心に血管評価画素が存在する注目範囲
６０３ 注目範囲の走査を示す矢印
６０４ 注目範囲
７０１ ピーク位置
８００ 血管位置取得装置
８０３ 血管領域抽出部（血管領域抽出手段）
８０４ 血管評価値算出部（血管評価値算出手段）
８０４３ 評価値算出部（評価値算出手段）
８０７ 縮小画像作成部（縮小画像作成手段）
ＴＨ１ 輝度閾値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を用いて生体情報を取得する装置の技術に関するものであり、特に、生体の血管位置を画像で取得する血管位置取得装置および血管位置取得方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体の血管位置を画像で取得する装置として、近赤外光を用いたものがある。これは、血液中のヘモグロビンが近赤外光を吸収する性質を利用したものであり、生体に近赤外波長の光を照射し、生体からの反射光もしくは透過光を近赤外感度の高い白黒ＣＣＤカメラで撮像している。撮像した画像においては、血管が存在する領域だけ反射もしくは透過が少なくなり、画像上で暗く映し出される。従って、暗く映し出された領域を画像処理により抽出することで血管領域を特定することができる。
【０００３】
また、このような近赤外光による血管位置取得方式においては、撮影用の近赤外光以外の光、すなわち、外光が、撮影される画像の品質に多大な影響を与え、外光により血管領域が暗く映し出されなくなるため、使用環境に応じて撮影条件の最適化を行う必要がある。これは、一般的に撮影画像内の特定の領域から特徴量を求め、求めた特徴量に基づいて撮影条件を決定する手法が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１０は、特許文献１で開示された環境の変化があっても、それに影響されることなく、常に静脈パターンを鮮明に撮影する撮影方式の処理（指を撮影した指画像において行う処理）の内容を示すフローチャートである。まず指の輪郭を抽出し、指の内側の領域を確定する（ステップＳ６００）。そして、ステップＳ６１６に進み、ステップＳ６１６から始まる光量調整モードでは、撮像画像が最適になるよう光源出力を調整する。まず、点灯している光源と反対側の指の領域の平均輝度が目標範囲内であるかチェックし（ステップＳ６１６）、目標範囲より低ければ（ステップＳ６１８）、光量を上げる（ステップＳ６２０）。目標範囲より高ければ、さらに光量を下げられるかチェックし（ステップＳ６２２）、下げられるようならば下げる（ステップＳ６２４）。ところが、光源の光量を最低出力としてもなお白飛びが見られる。より具体的には、指の輪郭線付近に集中的に飽和輝度の画素が見られる場合には、感度調整モードに遷移して、次にさらにカメラの感度を下げる（ステップＳ６１０）。カメラ感度調整モードでは、光量調整モードと同様に点灯している光源と反対側の指領域の平均輝度が目標範囲内であるかチェックし（ステップＳ６０６）、目標範囲より高ければ（ステップＳ６０８）、カメラの感度を下げる（ステップＳ６１０）。目標範囲より低ければ、さらに感度を上げられるかチェックし（ステップＳ６１２）、上げられるようならば上げる（ステップＳ６１４）。カメラの感度を設定しうる最高値に設定してなお目標値に達しないならば、感度調整では撮像に限界があるので、光源の光量を上げて（ステップＳ６２０）、光量調整モードに遷移する。ここで、上記フローでは、カメラの感度調節範囲に上限を設け、上限を超える場合、光量調節に遷移するようにしている。以上を繰り返し、指の明るさが目標範囲内となった時点で、画質制御を終了する（ステップＳ６２６）、ことで、外光の強度によらずに最適な画質で指を撮像することができる。
【特許文献１】特開２００６−１５５５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の血管位置取得装置では、指領域の平均輝度値を評価値として用いており、目的とする血管の特徴、すなわち、撮影画像における血管領域が暗く映し出される特徴が評価値に反映されていないため、撮影画像内の血管領域がどのくらい鮮明に映っているかの評価を行うことができず、血管領域が暗く映し出され最もよく現れている最適な画像を確実に得ているとはいえない。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、使用環境に関わらず血管領域が鮮明に撮像された近赤外光画像を取得することが可能な血管位置取得装置および血管位置取得方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る血管位置取得装置は、撮影条件設定手段と、画像撮影手段と、血管領域抽出手段と、血管評価値算出手段と、撮影条件決定手段とを備えている。撮影条件設定手段は、生体を撮影する際の撮影条件を設定する。画像撮影手段は、撮影条件に基づいて近赤外光が照射された生体からの反射光または透過光を撮影し近赤外光画像を生成する。血管領域抽出手段は、近赤外光画像内の血管像を血管領域として抽出する。血管評価値算出手段は、血管領域に基づいて血管評価画素と血管領域に隣接する皮膚評価画素とを決定し、血管領域を評価するための血管評価値を算出する。撮影条件決定手段は、血管評価算出手段において算出された血管評価値に基づいて最適撮影条件を決定する。
【０００８】
ここでは、血管評価値算出手段が、例えば、周辺領域とのコントラスト差を表すような血管領域を評価するための血管評価値を算出し、撮影条件決定手段が血管評価値に基づいて撮影条件を決定している。
【０００９】
なお、血管評価値は、例えば、皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算したり、皮膚評価画素の輝度値と血管評価画素の輝度値との比を求めたりすることによって算出される。
【００１０】
従来、近赤外光を用いて血管位置を取得する装置においては、近赤外光以外の光、すなわち、外光に影響されることなく血管位置を取得するための方法として、指領域の平均輝度を算出し、これに基づいて撮影条件を調整していた。ところが、撮像画像中における指部分全体は最適画質に調整されるものの、抽出対象となる血管部分を最も効果的に抽出できるように撮像されているとは限らない。
【００１１】
そこで、本発明の血管位置取得装置においては、血管評価値算出手段が、血管領域に基づいて血管評価画素と血管領域に隣接する皮膚評価画素とを決定し、皮膚評価画素の輝度値および血管評価画素の輝度値に基づいて血管領域を評価するための血管評価値を算出している。そして、撮影条件決定手段が、血管評価算出手段において算出された血管評価値に基づいて撮影条件を決定している。
【００１２】
これにより、血管評価画素における輝度値と皮膚評価画素における輝度値との関係から近赤外光画像において血管領域を最も鮮明に撮像することができる撮影条件を決定する血管評価値を算出することができる。
この結果、撮影条件を血管評価値に基づいて決定することができるので使用環境に関わらず血管領域が鮮明に撮像された近赤外光画像を取得することが可能となる。
【００１３】
第２の発明に係る血管位置取得装置は、第１の発明に係る血管位置取得装置であって、血管評価値算出手段は、皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算することによって血管評価値を算出する。
【００１４】
ここでは、皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算することによって血管評価値を算出している。
これにより、血管領域と周辺領域とのコントラスト差の程度を反映した評価値を算出することが可能となる。この結果、血管領域が周辺領域に比べて最も暗く映し出される撮影条件を決定することができる。
【００１５】
第３の発明に係る血管位置取得装置は、第１または第２の発明に係る血管位置取得装置であって、血管評価値算出手段は、複数の撮影条件において血管評価値を算出し、撮影条件決定手段は、血管評価値が最大の時の撮影条件を最適撮影条件として決定する。
【００１６】
ここでは、複数の撮影条件において血管評価値を算出し、その中で血管評価値が最大となる時の撮影条件を最適撮影条件として決定している。
これにより、血管領域を最も鮮明に撮像することができる撮影条件を決定することが可能となる。
【００１７】
第４の発明に係る血管位置取得装置は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、血管評価値算出手段は、血管評価画素算出手段と、皮膚評価画素算出手段と、評価値算出手段とを有している。血管評価画素算出手段は、血管領域の幅方向において中心となる画素を血管評価画素とする。皮膚評価画素算出手段は、血管領域の輪郭画素を幅方向において外側に所定の画素膨張させ、膨張させた画素を皮膚評価画素とする。評価値算出手段は、血管評価画素の中の１つを中心とした注目範囲に存在する皮膚評価画素の輝度値を用いて求めた皮膚代表値から、注目範囲に存在する血管評価画素の輝度値を用いて求めた血管代表値を減算した差分値を、近赤外光画像における全ての血管評価画素位置においてそれぞれ求め、差分値を全て足し合わせることで血管評価値を算出する。
【００１８】
ここでは、血管評価画素算出手段が、血管領域の幅方向において中心となる画素を血管評価画素として抽出し、皮膚評価画素算出手段が、血管領域の輪郭画素を幅方向において外側に所定の画素、言い換えれば、所定の層分膨張させ、膨張させた画素を皮膚評価画素としている。そして、評価値算出手段が、血管評価画素の中の１つを中心とした注目範囲に存在する皮膚評価画素の輝度値を用いて求めた皮膚代表値から、注目範囲に存在する血管評価画素の輝度値を用いて求めた血管代表値を減算した差分値を、近赤外光画像における全ての血管評価画素位置においてそれぞれ求め、算出した差分値を全て足し合わせることで血管評価値を算出している。
【００１９】
なお、ここでいう「血管評価画素の中の１つを中心とした注目範囲」における「中心」には、重心の場合も含まれる。
これにより、画像撮影手段によって生成された近赤外光画像に撮像された血管領域全体に対して血管評価値を算出することができるので、血管領域全体をより最適に撮影することが可能となる。
【００２０】
第５の発明に係る血管位置取得装置は、第４の発明に係る血管位置取得装置であって、皮膚代表値は、注目範囲に存在する皮膚評価画素の輝度値の平均値とし、血管代表値は、注目範囲の中心に位置する血管評価画素の輝度値、または、注目範囲内に存在する血管評価画素の輝度値の平均値とする。
【００２１】
ここでは、皮膚代表値および血管代表値を、注目範囲に存在する皮膚評価画素あるいは血管評価画素の輝度値を用いて算出している。
これにより、注目範囲に含まれる複数の画素情報の代表値を容易に算出することができる。
【００２２】
第６の発明に係る血管位置取得装置は、第４または第５の発明に係る血管位置取得装置であって、皮膚評価画素算出手段は、膨張させたそれぞれの皮膚評価画素に対して、膨張させた回数を血管領域からの距離として対応づけて記憶し、評価値算出手段は、注目範囲に存在する皮膚評価画素のうち、注目範囲に存在する血管像の太さの半径と等しい血管領域からの距離を持つ皮膚評価画素のみ用いて皮膚代表値を求める。
【００２３】
ここでは、皮膚評価画素算出手段が、例えば、輪郭画素を幅方向において外側に１画素膨張させた場合、その画素に対して「１」、２画素膨張させた場合、その画素に対して「２」を、血管領域からの距離として記憶する。そして、評価値算出手段は、注目範囲に存在する血管像の太さの半径と等しい血管領域からの距離を持つ皮膚評価画素、例えば、上記「１」を記憶した画素のみ用いて皮膚代表値を求める。
【００２４】
これにより、近赤外光画像内において血管像の太さが変化しても、血管評価画素と血管の輪郭までが狭い細い血管では、血管の輪郭に近い皮膚評価画素を、血管評価画素と血管の輪郭までが広い太い血管では、血管の輪郭から遠い皮膚評価画素を自動的に選択することができるので、血管像の太さによらずに同条件で評価値を算出することができる。
【００２５】
第７の発明に係る血管位置取得装置は、第４から第６の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、皮膚評価画素算出手段は、近赤外光画像において最大径を持つ血管像の半径と等しい回数分、血管領域を膨張させる。
【００２６】
ここでは、皮膚評価画素算出手段が、近赤外光画像において最大径を持つ血管像の半径と等しい回数分、血管領域を膨張させている。
これにより、近赤外光画像中の血管像の太さが異なっていても、血管像の太さに応じた皮膚評価画素を確実に選択できる。
【００２７】
第８の発明に係る血管位置取得装置は、第４から第７の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、注目範囲は、近赤外光画像において最大径を持つ血管像の太さの直径と、血管領域を１画素分ずつ膨張させた回数とに基づいて１辺の画素数を設定した正方形形状とし、注目範囲には、血管評価画素と皮膚評価画素とが必ず含まれる。
【００２８】
ここでは、注目範囲の１辺の画素長について、近赤外光画像おける最大径の血管像の直径と血管領域を膨張させる回数とに基づいて、例えば、最大血管径＋膨張回数×２として算出する。
これにより、注目範囲に、無駄なく血管評価画素と血管領域に隣接する皮膚評価画素を含むことができる。
【００２９】
第９の発明に係る血管位置取得装置は、第８の発明に係る血管位置取得装置であって、注目範囲における血管像の太さの半径は、注目範囲に存在する血管領域の画素数を注目範囲の１辺の画素数で除して設定する。
【００３０】
ここでは、血管像の太さの半径について、注目範囲内に存在する血管領域の画素数を注目範囲の１辺の画素数で除して設定している。
これにより、血管像の太さの半径を容易に算出することが可能となる。
【００３１】
第１０の発明に係る血管位置取得装置は、第４から第９の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、評価値算出手段は、注目範囲の血管像が分岐している場合、注目範囲において算出される差分値を血管評価値を算出する際の要素から除外する。
【００３２】
ここでは、上記条件の場合、評価値算出手段は、注目範囲において算出される差分値を血管評価値を算出する際の要素から除外する。また、評価値算出手段は、注目範囲の血管像が分岐している場合には、あらかじめその注目範囲での差分値の算出を行わないようにしてもよい。
【００３３】
ここで、血管が分岐している箇所では、血管が近接しているため意図する皮膚評価画素が得られないという問題がある。
これにより、上記問題のある注目範囲における差分値を除外することができるので、血管評価値の精度を高めることが可能となる。また、差分値の算出を行わないようにすれば効率よく血管評価値の算出を行うことが可能となる。
【００３４】
第１１の発明に係る血管位置取得装置は、第４から第１０の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、評価値算出手段は、注目範囲の血管評価画素の画素数が所定値、または、注目範囲の中心に位置する血管評価画素に連結する血管評価画素の画素数と異なる場合、注目範囲において算出される差分値を血管評価値を算出する際の要素から除外する。
【００３５】
ここでは、上記条件の場合、評価値算出手段は、注目範囲において算出される差分値を血管評価値を算出する際の要素から除外する。また、評価値算出手段は、上記条件の場合には、あらかじめその注目範囲での差分値の算出を行わないようにしてもよい。
【００３６】
なお、上記所定値は、例えば、注目範囲内に血管が１本走っていた場合、注目範囲の１辺の画素長を設定してもよい。これは、血管評価値の画素数は、注目範囲の１辺の画素長と等しくなるためであり、このように設定しておけば１本の血管であることを簡単に判定することができる。
【００３７】
ここで、注目範囲を広く設定した場合、注目範囲に細い血管が複数含まれることが起こり、この場合も、血管が近接しているため意図する皮膚評価画素が得られないという問題がある。
【００３８】
これにより、上記問題のある注目範囲における差分値を除外することができるので、血管評価値の精度を高めることが可能となる。また、差分値の算出を行わないようにすれば効率よく血管評価値の算出を行うことが可能となる。
【００３９】
第１２の発明に係る血管位置取得装置は、第４から第１１の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、評価値算出手段は、注目範囲の皮膚評価画素の画素数が所定値よりも少ない場合、注目範囲において算出される差分値を血管評価値を算出する際の要素から除外する。
【００４０】
ここでは、上記条件の場合、評価値算出手段は、注目範囲において算出される差分値を血管評価値を算出する際の要素から除外する。また、評価値算出手段は、上記条件の場合には、あらかじめその注目範囲での差分値の算出を行わないようにしてもよい。
【００４１】
ここで、血管が斜め方向に走行していたり、血管の太さが想定していたよりも太い場合、血管評価画素に対応する皮膚評価画素が注目範囲に含まれないことが起こる。そして、皮膚評価画素が少ない場合には、精度よく皮膚代表値を求めることができないという問題がある。
【００４２】
これにより、上記問題のある注目範囲における差分値を除外することができるので、血管評価値の精度を高めることが可能となる。また、差分値の算出を行わないようにすれば効率よく血管評価値の算出を行うことが可能となる。
【００４３】
第１３の発明に係る血管位置取得装置は、第４から第１２の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、評価値算出手段は、注目範囲における差分値が所定値よりも小さい場合、差分値を血管評価値を算出する際の要素から除外する。
【００４４】
ここでは、上記条件の場合、評価値算出手段は、注目範囲において算出される差分値を血管評価値を算出する際の要素から除外する。また、評価値算出手段は、上記条件の場合には、あらかじめその注目範囲での差分値の算出を行わないようにしてもよい。
【００４５】
ここで、差分値が小さいものはノイズとして扱い、上記差分値を破棄することで血管評価値の精度を向上させることができる。この際用いる所定値は、例えば、想定される近赤外光画像における血管領域とその周辺の皮膚領域の輝度値の差に基づいて、差が大きいと想定される場合は大きめの値を、差が小さいと想定される場合は小さめの値を設定することができる。
これにより、上記問題のある注目範囲における差分値を除外することができるので、血管評価値の精度を高めることが可能となる。
【００４６】
第１４の発明に係る血管位置取得装置は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、血管評価値算出手段は、近赤外光画像における中央付近に限定した評価範囲を対象に血管評価値を算出する。
【００４７】
ここでは、血管評価値算出手段が、近赤外光画像における中央付近に限定し、血管評価値を算出する。
これにより、近赤外光が良く当たっている中央の画素領域でのみ血管評価値を算出することができるので、血管評価値の精度を高めることが可能となる。また、対象範囲を絞ることで血管評価値を算出するための演算量を減らすことができる。
【００４８】
第１５の発明に係る血管位置取得装置は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、画像撮影手段において撮影した近赤外光画像を縮小した縮小近赤外光画像を作成する縮小画像作成手段をさらに備えており、血管領域抽出手段は、縮小近赤外光画像に対して血管領域を抽出し、血管評価値算出手段は、縮小近赤外光画像に対して血管評価値を算出する。
【００４９】
ここでは、縮小画像作成手段が、近赤外光画像を縮小した縮小近赤外光画像を作成し、血管領域抽出手段および血管評価値算出手段は、上記縮小した近赤外光画像に対して各種処理を実行する。
これにより、演算を行う対象画素を減らすことができるので血管評価値を算出するための演算量を大幅に減らすことが可能となる。
【００５０】
第１６の発明に係る血管位置取得装置は、第１５の発明に係る血管位置取得装置であって、縮小画像作成手段は、近赤外光画像において最大径を持つ血管像の太さの直径が一定になるように倍率を決定し、近赤外光画像を縮小する。
【００５１】
ここでは、縮小画像作成手段は、近赤外光画像において最大径を持つ血管像の太さの直径が一定になるように倍率を決定し、近赤外光画像を縮小する。
これにより、撮影対象の変更等によりカメラと生体との距離が変化し、近赤外光画像内の対象物の大きさが変わって血管径が変化しても、縮小近赤外光画像においては、血管径を常に一定にすることができるため、血管評価値を算出する際に用いる多種のパラメータを個別に修正する手間を省くことができる。
【００５２】
第１７の発明に係る血管位置取得装置は、第１から第１６の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、撮影条件設定手段において設定する撮影条件は、生体に照射する近赤外光の光量とする。
ここでは、生体に照射する近赤外光の光量を調節し、撮影条件を設定している。
これにより、血管評価値に基づいて容易に撮影条件を変えることが可能となる。
【００５３】
第１８の発明に係る血管位置取得装置は、第１から第１６の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、撮影条件設定手段において設定する撮影条件は、生体に照射する近赤外光の波長とする。
【００５４】
ここでは、血管への吸光率や生体への透過率に影響を及ぼす生体に照射する光の波長を調節し、撮影条件を設定している。
これにより、血管評価値に基づいて容易に撮影条件を変えることが可能となる。
【００５５】
第１９の発明に係る血管位置取得装置は、第１から第１６の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、撮影条件設定手段において設定する撮影条件は、特定の波長のみ通過させる光学フィルタの通過帯域とする。
【００５６】
ここでは、外光の影響を低減するために用いられ、特定の波長のみ通過させる光学フィルタの通過帯域を調節し、撮影条件を設定している。
これにより、血管評価値に基づいて容易に撮影条件を変えることが可能となる。
【００５７】
第２０の発明に係る血管位置取得装置は、第１から第１６の発明のいずれか１つに係る血管位置取得装置であって、撮影条件設定手段において設定する撮影条件は、生体を撮影する画像撮影手段の絞り値とする。
【００５８】
ここでは、生体を撮影する、例えば、ＣＣＤカメラのレンズの絞り値を調節し、撮影条件を設定している。
これにより、血管評価値に基づいて容易に撮影条件を変えることが可能となる。
【００５９】
第２１の発明に係る血管位置取得装置は、第１の発明に係る血管位置取得装置であって、撮影条件設定手段は、小さい値から大きい値に、もしくは、大きい値から小さい値に比例して変化するように撮影条件を設定するパラメータ設定し、撮影条件決定手段は、血管評価値算出手段で求めた複数の血管評価値のうち時間軸方向に連続する血管評価値の前後で値が所定値以上変化した場合を除いて、最適撮影条件を決定する。
【００６０】
ここでは、撮影条件設定手段に上記条件でパラメータを設定した場合において、血管評価値算出手段で算出された血管評価値が上記条件の場合、撮影条件として決定をしない。
ここで、例えば、近赤外光の光量を０から順次上げていき、撮影した近赤外光画像の特徴が大きく変化しないように撮影条件を設定しているにもかからず、血管評価値が大きく変化している場合、撮影中に対象物が動いた、もしくは、外光が大きく変化したと判断することができる。
【００６１】
これにより、対象物が動いた場合等、撮影条件以外の要素が変化した場合を反映した血管評価値を取り除くことができるので、不適切な撮影条件を決定することを回避することができる。
【００６２】
第２２の発明に係る血管位置取得方法は、撮影条件設定工程と、画像撮影工程と、血管領域抽出工程と、血管評価値算出工程と、撮影条件決定工程とを備えている。撮影条件設定工程は、生体を撮影する際の撮影条件を設定する。画像撮影工程は、撮影条件に基づいて近赤外光が照射された生体からの反射光または透過光を撮影し近赤外光画像を生成する。血管領域抽出工程は、近赤外光画像内の血管像を血管領域として抽出する。血管評価値算出工程は、血管領域に基づいて血管評価画素と血管領域に隣接する皮膚評価画素とを決定し、血管領域を評価するための血管評価値を算出する。撮影条件決定工程は、血管評価算出工程において算出された血管評価値に基づいて最適撮影条件を決定する。
【００６３】
ここでは、血管評価値算出工程では、例えば、周辺領域とのコントラスト差を表すような血管領域を評価するための血管評価値を算出し、撮影条件決定工程では、血管評価値に基づいて撮影条件を決定している。
【００６４】
なお、血管評価値は、例えば、皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算したり、皮膚評価画素の輝度値と血管評価画素の輝度値との比を求めたりすることによって算出される。
【００６５】
従来、近赤外光を用いて血管位置を取得する方法においては、近赤外光以外の光、すなわち、外光に影響されることなく血管位置を取得するための方法として、指領域の平均輝度を算出し、これに基づいて撮影条件を調整していた。ところが、撮像画像中における指部分全体は最適画質に調整されるものの、抽出対象となる血管部分を最も効果的に抽出できるように撮像されているとは限らない。
【００６６】
そこで、本発明の血管位置取得方法においては、血管評価値算出工程において、血管領域に基づいて血管評価画素と血管領域に隣接する皮膚評価画素とを決定し、皮膚評価画素の輝度値および血管評価画素の輝度値に基づいて血管領域を評価するための血管評価値を算出している。そして、撮影条件決定工程において、血管評価算出工程で算出された血管評価値に基づいて撮影条件を決定している。
【００６７】
これにより、血管評価画素における輝度値と皮膚評価画素における輝度値との関係から近赤外光画像において血管領域を最も鮮明に撮像することができる撮影条件を決定する血管評価値を算出することができる。
この結果、撮影条件を血管評価値に基づいて決定することができるので使用環境に関わらず血管領域が鮮明に撮像された近赤外光画像を取得することが可能となる。
【００６８】
第２３の発明に係る血管位置取得方法は、第２２の発明に係る血管位置取得方法であって、血管評価値算出工程は、皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算することによって血管評価値を算出する。
【００６９】
ここでは、皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算することによって血管評価値を算出し、血管評価値を算出している。
これにより、血管領域と周辺領域とのコントラスト差の程度を反映した評価値を算出することが可能となる。この結果、血管領域が周辺領域に比べて最も暗く映し出される撮影条件を決定することができる。
【００７０】
第２４の発明に係る血管位置取得方法は、第２２と第２３の発明に係る血管位置取得方法であって、血管評価値算出工程は、複数の撮影条件において血管評価値を算出し、撮影条件決定工程は、血管評価値が最大の時の撮影条件を最適撮影条件として決定する。
【００７１】
ここでは、複数の撮影条件において血管評価値を算出し、その中で血管評価値が最大となる時の撮影条件を最適撮影条件として決定している。
これにより、血管領域を最も鮮明に撮像することができる撮影条件を決定することが可能となる。
【００７２】
第２５の発明に係る血管位置取得方法は、第２２から第２４の発明のいずれか１つに係る血管位置取得方法であって、血管評価値算出工程は、血管評価画素算出工程と、皮膚評価画素算出工程と、評価値算出工程とを有している。血管評価画素算出工程は、血管領域の幅方向において中心となる画素を血管評価画素とする。皮膚評価画素算出工程は、血管領域の輪郭画素を幅方向において外側に所定の画素膨張させ、膨張させた画素を皮膚評価画素とする。評価値算出工程は、血管評価画素の中の１つを中心とした注目範囲に存在する皮膚評価画素の輝度値を用いて求めた皮膚代表値から、注目範囲に存在する血管評価画素の輝度値を用いて求めた血管代表値を減算した差分値を、近赤外光画像における全ての血管評価画素位置においてそれぞれ求め、差分値を全て足し合わせることで血管評価値を算出する。
【００７３】
ここでは、血管評価画素算出工程で、血管領域の幅方向において中心となる画素を血管評価画素として抽出し、皮膚評価画素算出工程で、血管領域の輪郭画素を幅方向において外側に所定の画素、言い換えれば、所定の層分膨張させ、膨張させた画素を皮膚評価画素としている。そして、評価値算出工程で、血管評価画素の中の１つを中心とした注目範囲に存在する皮膚評価画素の輝度値を用いて求めた皮膚代表値から、注目範囲に存在する血管評価画素の輝度値を用いて求めた血管代表値を減算した差分値を、近赤外光画像における全ての血管評価画素位置においてそれぞれ求め、算出した差分値を全て足し合わせることで血管評価値を算出している。
【００７４】
なお、ここでいう「血管評価画素の中の１つを中心とした注目範囲」における「中心」には、重心の場合も含まれる。
これにより、画像撮影工程によって生成された近赤外光画像に撮像された血管領域全体に対して血管評価値を算出し撮影条件を決定することができるので、血管領域全体をより最適に撮影することが可能となる。
【００７５】
第２６の発明に係る血管位置取得方法は、第２２から第２５の発明のいずれか１つに係る血管位置取得方法であって、画像撮影手段において撮影した近赤外光画像を縮小した縮小近赤外光画像を作成する縮小画像作成工程をさらに備えており、血管領域抽出工程は、縮小近赤外光画像に対して血管領域を抽出し、血管評価値算出工程は、縮小近赤外光画像に対して血管評価値を算出する。
【００７６】
ここでは、縮小画像作成工程において、近赤外光画像を縮小した縮小近赤外光画像を作成し、血管領域抽出工程および血管評価値算出工程において、上記縮小した近赤外光画像に対して各種処理を実行する。
【００７７】
これにより、演算を行う対象画素を減らすことができるので血管評価値を算出するための演算量を大幅に減らすことが可能となる。また、撮影対象の変更等によりカメラと生体との距離が変化し、近赤外光画像内の対象物の大きさが変わって血管径が変化しても、縮小近赤外光画像においては、血管径を常に一定にすることができる。このため、血管評価値を算出する際に用いる多種のパラメータを個別に修正する手間を省くことができる。
【発明の効果】
【００７８】
本発明によれば、使用環境に関わらず血管領域が鮮明に撮像された近赤外光画像を取得することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７９】
以下に、本発明の血管位置取得装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
本発明の実施の形態１として、ＬＥＤ光源から近赤外光を生体である腕に対し上部から照射し、腕からの反射光を近赤外光波長のみを透過する光学フィルタを通して、近赤外波長の感度が高い白黒のＣＣＤカメラで撮像し、デジタル化した近赤外光画像を取得する場合を例として説明を行う。この近赤外光画像は、１画素を８ｂｉｔで表し、画素値は、輝度を示す濃淡画像とする。このようにして撮像された近赤外光画像においては、血液中のヘモグロビンは近赤外光を吸収する性質をもっているため、血管が存在する領域だけ反射光が少なくなり、血管が存在する画素の輝度値は小さくなる。
【００８０】
［実施の形態１］
まず、本発明の実施の形態１における血管位置取得装置１００の説明を行う。図１は、本発明の実施の形態１における血管位置取得装置１００の要部概略構成を示すブロック図である。
【００８１】
血管位置取得装置１００は、撮影条件設定部（撮影条件設定手段）１０１、画像撮影部（画像撮影手段）１０２、血管領域抽出部（血管領域抽出手段）１０３、血管評価値算出部（血管評価値算出手段）１０４および撮影条件決定部（撮影条件決定手段）１０５を含んで構成される。また、さらに、血管評価値算出部１０４は、血管評価画素算出部（血管評価画素算出手段）１０４１、皮膚評価画素算出部（皮膚評価画素算出手段）１０４２および評価値算出部（評価値算出手段）１０４３を含んで構成される。
【００８２】
撮影条件設定部１０１は、生体に照射する近赤外光の光量等の調節パラメータ値を予め複数記憶しておき、記憶している調節パラメータ値を順次画像撮影部１０２に出力する。
画像撮影部１０２は、ＣＣＤカメラ、近赤外ＬＥＤ光源、光学フィルタで構成されており、撮影条件設定部１０１が出力する調節パラメータに応じて撮影条件を調節し、生体に対して近赤外光を照射し、その反射光を、光学フィルタを通してＣＣＤカメラで撮影することで近赤外光画像を生成し、生成した近赤外光画像を血管領域抽出部１０３と血管評価値算出部１０４に出力する。また、血管位置取得装置１００から出力近赤外光画像１０６として出力する。
【００８３】
血管領域抽出部１０３は、画像撮影部１０２から出力される近赤外光画像において、相対的に周辺画素よりも輝度値が小さくなっている画素を血管領域として抽出し、抽出した血管領域の位置情報を示す血管領域画像を血管評価値算出部１０４に出力する。
【００８４】
血管評価値算出部１０４は、画像撮影部１０２から出力される近赤外光画像と、血管領域抽出部１０３から出力される血管領域画像に示されている血管領域の位置情報とを元に、近赤外光画像の血管領域を評価するための血管評価値を算出し、算出した血管評価値を撮影条件決定部１０５に出力する。
【００８５】
具体的には、血管評価値算出部１０４に含まれる血管評価画素算出部１０４１は、血管領域抽出部１０３から出力される血管領域画像に示されている血管領域の位置情報に基づき、血管評価値を算出する際に血管画素として用いる血管評価画素を算出し、算出した血管評価画素を示す血管評価画素画像を評価値算出部１０４３に出力する。
【００８６】
皮膚評価画素算出部１０４２は、血管領域抽出部１０３から出力される血管領域画像に示されている血管領域の位置情報に基づき、血管評価値を算出する際に血管領域に隣接する皮膚画素として用いる皮膚評価画素を算出し、算出した皮膚評価画素を示す皮膚評価画素画像を評価値算出部１０４３に出力する。
【００８７】
評価値算出部１０４３は、画像撮影部１０２から出力される近赤外光画像、血管領域抽出部１０３から出力される血管領域画像、血管評価画素算出部１０４１から出力される血管評価画素画像および皮膚評価画素算出部１０４２から出力される皮膚評価画素画像を用いて、近赤外光画像における皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算することで血管評価値を算出する。
【００８８】
撮影条件決定部１０５は、複数の撮影条件で算出した血管評価値算出部１０４から出力される血管評価値の中で最大となる撮影条件を最適な撮影条件として決定し、決定した撮影条件を撮影条件設定部１０１に出力する。そして、撮影条件設定部１０１において、撮影条件決定部１０５から出力される最適な撮影条件を設定し、画像撮影部１０２で近赤外光画像を撮影することで、血管領域が周辺領域とのコントラスト差により最も暗く映し出され鮮明に現れている近赤外光画像を血管位置取得装置１００から出力近赤外光画像１０６として出力する。
【００８９】
次に、以上のように構成された本発明の実施の形態１の血管位置取得装置１００の動作について、撮影条件として生体に照射する近赤外光の光量の調節パラメータを用いる場合を例として図２から図７を用いて詳細に説明する。
【００９０】
図２は、本発明の実施の形態１における血管位置取得装置１００が行う処理を示すフローチャートである。図２のフローチャートは、ステップＳ１０１ないしステップＳ１０７からなり、ステップＳ１０１は撮影条件設定工程の一例を、ステップＳ１０２は画像撮影工程の一例を、ステップＳ１０３は血管領域抽出工程の一例を、ステップＳ１０４１からステップＳ１０４３からなるステップＳ１０４は血管評価値算出工程の一例を、ステップＳ１０５は全ての撮影条件を終了したかどうかの判定を行う工程を、ステップＳ１０６は撮影条件決定工程の一例を、ステップＳ１０７は撮影条件決定工程で決定した撮影条件で近赤外光画像を撮影する工程を、それぞれ示す。
【００９１】
まず、撮影条件設定部１０１において、生体に照射する近赤外光の光量の調節パラメータの初期値を設定する（ステップＳ１０１）。なお、この光量の調節パラメータは、最小の光量を０、最大の光量を２５５とするデジタル値とし、５刻みで５２個の調節パラメータが記憶されているものとする。また、初期値は０とし、順次、値が大きくなるように調節パラメータを設定していく。このように設定することで、撮影される近赤外光画像は、暗い画像から明るい画像に徐々に変化する。なお、上記調整パラメータとしては、近赤外光の光量に加え、ＣＣＤカメラの感度や光量調節の絞り量を用いてもよい。
【００９２】
次に、画像撮影部１０２において、撮影条件設定部１０１で設定された光量の調節パラメータで、近赤外光を生体に照射し、生体からの反射光を近赤外光波長のみを透過する光学フィルタを通して、ＣＣＤカメラで撮像した近赤外光画像を生成する（ステップＳ１０２）。そして、生成した近赤外光画像を血管領域抽出部１０３と血管評価値算出部１０４とに出力する。
【００９３】
次に、血管領域抽出部１０３において、画像撮影部１０２から出力された近赤外光画像に対して、血管画素を血管領域として抽出する（ステップＳ１０３）。これは、相対的に周辺画素よりも輝度値が小さくなっている画素を血管画素として抽出することで行う。なお、近赤外光画像と同サイズの画像メモリを用意しておき、抽出された血管領域の位置情報は、血管領域に対応する画素値を１、その他の画素値を０とすることで画像データ（血管領域画像）として記憶しておく。
【００９４】
以下、血管領域抽出処理について説明する。図３は、本発明の実施の形態１における血管領域抽出処理を説明する図である。図３（ａ）は、画像撮影部１０２から出力された血管が映っている近赤外光画像３００であり、図３（ｂ）は図３（ａ）における近赤外光画像３００の破線矢印で示す水平ライン上のＬ１―Ｌ２間の輝度値を示す輝度グラフである。また、３０１は、血管を示し、３０２は、皮膚を示している。
【００９５】
血管領域抽出処理は、血管領域抽出部１０３が図３（ａ）に示すように近赤外光画像３００の水平ライン上のＬ１―Ｌ２間の画素を抜き出し、抜き出した画素の輝度値に基づき血管３０１であるかどうかの判定に用いる輝度閾値ＴＨ１を算出する。そして、血管領域抽出部１０３は、算出した輝度閾値ＴＨ１とＬ１―Ｌ２間の中点となる注目画素の輝度値とを比較し、注目画素の輝度値が輝度閾値ＴＨ１よりも小さい場合、注目画素を血管位置として抽出する。図３（ｂ）では、注目画素Ｃ１の輝度値が輝度閾値ＴＨ１よりも小さいので、注目画素Ｃ１は、血管領域抽出部１０３によって血管３０１として抽出される。
【００９６】
なお、本実施の形態においては、Ｌ１―Ｌ２間の距離は、例えば、撮像する近赤外光画像３００において想定される血管の太さの最大径の２倍の画素数を設定する。また、輝度閾値ＴＨ１は、Ｌ１―Ｌ２間の画素の輝度値のうち値の大きいほうからＬ１―Ｌ２間の画素数の半分を抜き出し、抜き出した画素の輝度平均値を算出し、算出した輝度平均値を０．８倍した値とする。このように輝度閾値ＴＨ１を算出することで、血管位置と皮膚位置とを分離する閾値を算出することができる。
【００９７】
なお、ここで用いた数値は一例であり、Ｌ１―Ｌ２間の距離は、血管３０１と皮膚３０２とが必ず含まれるように画素距離を設定すればよい。また、平均値に用いる画素の個数は、Ｌ１―Ｌ２間の距離から必ず皮膚３０２の画素となる個数分を設定し、皮膚画素の輝度平均値を求め、輝度閾値ＴＨ１は、算出した皮膚画素の輝度平均値を元に皮膚画素の輝度値よりも小さくなる値を設定すればよい。
【００９８】
血管領域抽出部１０３は、この一連の処理を近赤外光画像３００全体に対し、画像上部から各水平ライン毎に、画像の左側から順に１画素ずつずらしながらＬ１―Ｌ２間の画素を抜き出して行っていくことで、血管画素を順次抽出していく。
【００９９】
なお、ここで用いた血管領域抽出処理は一例であり、他の手法により、相対的に周辺画素よりも輝度値が小さくなっている画素領域を血管位置として抽出してもよい。例えば、水平ラインだけではなく垂直ラインの画素も同時に抜き出し２つのラインを用いて抽出したり、２次元平面で同様の処理を行っても良い。
そして、こうして抽出した血管領域を示す血管領域画像を血管評価値算出部１０４に出力する。
【０１００】
次に、画像撮影部１０２から出力される近赤外光画像と、血管領域抽出部１０３から出力される血管領域画像に示されている血管領域の位置情報とを元に、血管評価値算出部１０４は、近赤外光画像の血管領域を評価するための血管評価値を算出する（ステップＳ１０４）。なお、ここで算出する血管評価値は、近赤外光画像において血管領域と皮膚領域との輝度コントラストの差が大きいほど値が大きくなるものである。
【０１０１】
このステップにおいては、血管領域抽出部１０３にて抽出した血管領域の位置情報に基づき、血管評価画素算出部１０４１が血管評価値の算出に用いる血管の画素を血管評価画素として算出し（ステップＳ１０４１：血管評価画素算出工程）、また、皮膚評価画素算出部１０４２が血管評価値の算出に用いる血管領域に隣接する皮膚の画素を皮膚評価画素として算出し（ステップＳ１０４２：皮膚評価画素算出工程）、評価値算出部１０４３が、近赤外光画像における皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算することで血管評価値を算出する（ステップＳ１０４３：血管評価値算出工程）。
【０１０２】
上記輝度コントラストの差は、血管領域の輝度値とその血管領域に隣接する周辺の皮膚の輝度値との差から生じるため、血管評価画素と皮膚評価画素とを用いて血管評価値を算出することで、近赤外光画像における血管領域とその周辺の皮膚領域とのコントラストの差の程度を反映した評価値を算出することができる。
【０１０３】
以下、ステップＳ１０４における血管評価値算出処理をより具体的に説明する。まず、血管評価画素算出部１０４１が、血管領域抽出部１０３から出力される血管領域画像に示されている血管領域の位置情報を用いて、血管評価値の算出に用いる血管の画素を血管評価画素として算出する（ステップＳ１０４１）。なお、血管領域画像と同サイズの画像メモリを用意しておき、算出された血管評価画素の情報は、血管評価画素に対応する画素値を１、その他の画素値を０とすることで画像データ（血管評価画素画像）として記憶しておく。そして、後段の処理（ステップＳ１０４３）では、血管評価画素画像の各画素を参照することで血管評価画素を知ることができる。
【０１０４】
図４は、図３（ａ）に示す近赤外光画像３００の血管領域画像から算出した血管評価画素を示す血管評価画素画像４００であり、４０１は、血管評価画素を示す。血管評価画素は、図４に示すとおり、血管領域の中心線に位置する画素を設定する。
【０１０５】
なお、血管領域の中心線を求める方法としては、細線化処理を用いる。細線化処理とは、太さが不揃いの輪郭線を１画素幅に整える処理であり、太い輪郭線を外側から削っていき、１画素の太さになったところで処理を終了することで行う。ここでは、細線化処理として一般的によく用いられるＨｉｌｄｉｔｃｈの方法を用いて、血管領域画像の画素値が１となっている血管領域を細線化し、細線化後に画素値が１となっている画素を血管評価画素として算出する。
【０１０６】
なお、ここで用いた中心線を求める方法は一例であり、他の手法を用いて血管評価画素を算出してもよい。
そして、こうして算出した血管評価画素を示す血管評価画素画像を評価値算出部１０４３に出力する。
【０１０７】
次に、皮膚評価画素算出部１０４２が、血管領域抽出部１０３から出力される血管領域画像に示されている血管領域の位置情報を用いて、血管評価値の算出に用いる皮膚の画素を皮膚評価画素として算出する（ステップＳ１０４２）。なお、血管領域画像と同サイズの画像メモリを用意しておき、算出された皮膚評価画素の情報は、皮膚評価画素に対応する画素値を１以上、その他の画素値を０とすることで画像データ（皮膚評価画素画像）として記憶しておく。そして、後段の処理（ステップＳ１０４３）では、皮膚評価画素画像の各画素を参照することで皮膚評価画素を知ることができる。
【０１０８】
図５（ａ）は、図３（ａ）に示す近赤外光画像３００の血管領域画像から算出した皮膚評価画素を示す皮膚評価画素画像５００であり、５０１は、皮膚評価画素を示す。皮膚評価画素は、図５（ａ）に示すように、血管領域に隣接する周辺の画素を設定する。
【０１０９】
なお、血管領域に隣接する周辺の画素を設定する方法としては、膨張処理を用いる。膨張処理とは、連結成分の輪郭画素を外側に複数層分増やし厚くする処理である。ここでは、血管領域画像において血管領域以外（画素値が０）の画素を膨張処理の対象とし、対象となる対象画素を中心とする８つの隣接する画素の中で少なくとも１つの画素に画素値が０以外の値がある場合、対象画素に１以上の値を書き込む。この処理により、処理前の血管領域画像における血管領域に対して全ての方向に１画素広がり１層分膨張した血管領域を示す画像を得ることができる。そして、この１層分膨張させる処理を血管領域画像に対し複数回繰り返し行った後の複数層分血管領域を厚くした血管領域画像から、膨張させる前の血管領域画像の対応する画素の画素値を引くことで、血管領域に隣接する皮膚評価画素を示す皮膚評価画素画像を得ることができる。
【０１１０】
また、１層分膨張させる処理を行う回数は、本実施の形態の血管位置取得装置１００で撮影される近赤外光画像において撮影されうる血管像の中で、最大径を持つ血管像の太さの半径の画素幅を予め設定しておくものとし、最大径を持つ血管像の太さの半径は、（最大血管径＋１）／２で求まる整数値とする。つまり、最大血管径が５画素の場合、血管の太さの半径は３となり、膨張回数を３回とする。
【０１１１】
さらに、皮膚評価画素を示す皮膚評価画素画像の画素値は、膨張処理を行っている際の回数を書き込むようにする。こうすることにより、皮膚評価画素の画素値が、血管領域からの距離となる。この値は、血管評価値を算出する際に用いる。図５（ｂ）は、図５（ａ）の皮膚評価画素画像５００の一部分を抜き出したものであり、このようにして算出した皮膚評価画素の画素値を示したものである。なお、空白の画素は、画素値が０とする。
【０１１２】
そして、こうして算出した皮膚評価画素を示す皮膚評価画素画像を評価値算出部１０４３に出力する。
次に、評価値算出部１０４３が、画像撮影部１０２から出力される近赤外光画像、血管領域抽出部１０３から出力される血管抽出画像、血管評価画素算出部１０４１から出力される血管評価画素画像および皮膚評価画素算出部１０４２から出力される皮膚評価画素画像を用いて、近赤外光画像における皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算することで血管評価値を算出する（ステップＳ１０４３）。
【０１１３】
より具体的には、近赤外光画像における全ての血管評価画素位置において、まず、血管評価画素を中心とし所定の範囲をもつ注目範囲内に存在する皮膚評価画素の輝度値から皮膚代表値を、同注目範囲内に存在する血管評価画素の輝度値から血管代表値を求め、次に、求めた皮膚代表値から血管代表値を減算して差分値を求める。そして、これら全ての血管評価画素位置で求めた差分値を全て足しあわせることで血管評価値を算出する。ただし、注目範囲が近赤外光画像からはみ出さない位置でのみ差分値の算出を行うものとする。
【０１１４】
また、ここで用いる注目範囲の形状は正方形とし、１辺の画素長はステップＳ１０４２で用いた近赤外光画像において撮影されうる血管像の中で最大径を持つ血管像の太さの直径と血管領域を膨張させる回数とを用いて、最大血管径＋膨張回数×２で求め、設定しておく。つまり、最大血管径は５で、膨張回数は３回なので、ここでの注目範囲の１辺の画素長は１１となる。このように設定することで、注目範囲内に、無駄なく血管評価画素と血管領域に隣接する皮膚評価画素を含むことができる。
【０１１５】
図６は、血管評価値の算出処理を説明する図であり、図６（ａ）は、近赤外光画像３００に対する注目範囲の走査を示し、図６（ｂ）は、血管代表値と皮膚代表値との算出方法を説明する図である。
【０１１６】
図６（ａ）に示すとおり、まず、血管評価値に０を代入しておき、近赤外光画像３００の左上の注目範囲６０１の位置において、注目範囲の中心画素が血管評価画素かどうかのチェックを行う。これは、血管評価画素画像の画素値を参照することで行うことができる。注目範囲の中心画素が、血管評価画素で無い場合は、注目範囲を１画素分右にずらして、再度チェックを行い、これを繰り返す。そして、注目範囲６０２の位置においては、注目範囲の中心画素が血管評価画素となっているため、注目範囲内の血管評価画素から血管代表値を、皮膚評価画素から皮膚代表値を求め、皮膚代表値から血管代表値を減算した差分値を求め、求めた差分値を血管評価値に加算する。この一連の処理を矢印６０３の順で近赤外光画像３００全体に対して行うことで、近赤外光画像３００における血管評価値を算出する。
【０１１７】
また、注目範囲における血管代表値と皮膚代表値とは次のように求める。図６（ｂ）は、図５（ｂ）の皮膚評価画素画像に図４の血管評価画素画像４００の位置を合わせて重ね合わせた図である。図５（ｂ）中の数字が示されている画素は、皮膚評価画素であると共にその画素値を示し、斜線画素と塗りつぶし画素は、血管評価画素を示し、さらに、塗りつぶし画素は、注目範囲６０４の中心にある注目画素である。
【０１１８】
まず、この注目範囲６０４における血管代表値は、注目範囲６０４の中心にある注目画素に対応する近赤外光画像の輝度値とする。そして、注目範囲６０４における皮膚代表値は、注目範囲６０４内の血管の半径と等しい血管領域からの距離を持つ皮膚評価画素に対応する近赤外光画像の輝度値を平均することで求める。具体的には、血管領域画像を参照し、注目範囲６０４内の血管の半径を求め、求めた血管の半径の値を持つ皮膚評価画素に対応する近赤外光画像の輝度値を平均する。また、血管の半径は、注目範囲を正方形としているので、注目範囲６０４に含まれる血管画素の面積である画素数を、注目範囲の１辺の画素長で割ることで血管径を求め、（（面積／１辺の画素長）＋１）／２で求めることができる。従って、図６（ｂ）では、血管の半径は、（（５５／１１）＋１）／２＝３となり、皮膚代表値は、注目範囲６０４内の皮膚評価画素において、画素値が３となっている画素に対応する近赤外光画像の輝度値を平均することで求める。そして、求めた皮膚代表値から血管代表値を減算した差分値を求め、血管評価値に足し合わせる。
【０１１９】
このようにして血管評価値を求めることで、近赤外光画像内において血管像の太さが変化しても、血管評価画素と血管の輪郭までが狭い細い血管では、血管の輪郭に近い皮膚評価画素を、血管評価画素と血管の輪郭までが広い太い血管では、血管の輪郭から遠い皮膚評価画素を自動的に選択することができるので、血管像の太さによらずに同条件で評価値を算出することができる。また、注目範囲を正方形としているため、血管の走行方向によらずに同様の処理で血管評価値を求めることができる。
【０１２０】
なお、ここでは注目範囲の１辺の画素長を、最大血管径＋膨張回数×２で求めているが、これは、最大血管径を持つ血管が水平又は垂直方向に存在した場合に隙間なく皮膚評価画素が注目範囲に入るように設定しているためである。ところが、最大血管径をもつ血管が斜め方向にあった場合には、注目範囲から皮膚評価画素がはみ出してしまい注目範囲内の血管評価値の算出に用いる皮膚評価画素が少なくなるという問題が発生する。従って、注目範囲の１辺の画素長を、最大血管径＋膨張回数×２＋α（αは２の倍数）としてもよい。ただし、α値を大きくすると演算量が増加するため２または４程度とし、このα値は、近赤外光画像内の血管の特徴に応じて設定すればよい。
【０１２１】
また、説明において、血管代表値は、注目範囲の中心に位置する血管評価画素に対応する近赤外光画像の輝度値としているが、注目範囲に含まれる全ての血管評価画素に対応する近赤外光画像の輝度値の平均値としてもよい。このように求めることで、平均値を算出するため演算量は増加するが、ノイズに対して強くなる。また、皮膚代表値は、注目範囲に含まれる全ての皮膚評価画素に対応する近赤外光画像の輝度値の平均値としてもよい。この場合、血管評価値の算出に用いる皮膚評価画素の選択を行わないので高速に処理することが可能となり、ラフに評価する際に有効である。
【０１２２】
また、さらに、算出する血管評価値の精度を高めるために次の処理を行っても良い。まず、注目範囲内の血管の形状が分岐している場合、その位置での血管評価値の算出処理を行わないようにする。これは、血管が分岐している箇所では、血管が近接しているため意図する皮膚評価画素が得られないためである。血管の分岐は、注目範囲内の全血管評価画素位置において、連結する血管評価画素の数をカウントし、カウント数が３以上となっている場合、分岐していると判断することができる。
【０１２３】
さらに、注目範囲内の血管評価画素の画素数が所定値と異なっている場合、その位置での血管評価値の算出処理を行わないようにしてもよい。これは、注目範囲を広く設定した場合、注目範囲内に細い血管が複数含まれることが起こり、この場合も、血管が近接しているため意図する皮膚評価画素が得られず、こういう位置での血管評価値の算出を防ぐ。
【０１２４】
なお、ここで用いる所定値は、例えば、注目範囲内に血管が１本走っていた場合、血管評価値の画素数は注目範囲の１辺の画素長と等しくなるため、注目範囲の１辺の画素長を設定しておけば簡単に判定することができる。
【０１２５】
また、上記所定値ではなく、注目範囲の中心に位置する血管評価画素に連結する注目範囲内の血管評価画素の画素数と比較してもよい。この値を用いれば、所定値を用いる場合に比べ演算量は増加してしまうが、注目範囲内に短く細い血管が複数存在し、血管評価画素の画素数が前述した所定値と一致してしまう場合でも、確実に血管評価値の算出を防ぐことができる。
【０１２６】
また、注目範囲内の血管評価値算出に用いる皮膚評価画素の画素数が所定数よりも少ない場合、その位置での血管評価値の算出を行わないようにしてもよい。これは、血管が斜め方向に走行していたり、血管の太さが想定していたよりも太い場合、血管評価画素に対応する皮膚評価画素が注目範囲外となってしまうことで起こる。そして、皮膚評価画素が少ないと精度よく皮膚代表値を求めることができない。このため、このようなケースについては、血管評価値の算出を回避する。ここで用いる所定数は、例えば、注目範囲内の血管評価画素の画素数を設定しておけば、一定量以上の血管を挟む両側の皮膚評価画素を用いて皮膚代表値を求めることができる。
【０１２７】
また、各血管評価画素位置において皮膚代表値と血管代表値との差分値を求める際、求めた差分値が所定値よりも小さい場合、求めた差分値を破棄し足し合わせないようにしてもよい。これは、差分値が小さいものはノイズとして扱い、破棄することで血管評価値の精度を向上させることができる。この際用いる所定値は、想定される近赤外光画像における血管領域とその周辺の皮膚領域の輝度値の差を元に設定すればよく、差が大きいと想定される場合は大きめの値を、差が小さいと想定される場合は小さめの値を設定する。
【０１２８】
また、血管評価値を算出するステップＳ１０４の各処理は、近赤外光画像の中央付近の限定した評価範囲内に含まれる領域でのみ行ってもよい。こうすることで、生体に照射している近赤外光が良く当たっている中央の画素領域でのみ血管評価値を算出することができ、また、範囲を絞ることで演算量を減らすことができる。
【０１２９】
以上のステップＳ１０４の処理により、近赤外光画像における血管領域の特徴を反映した血管評価値を求めることができる。具体的には、血管領域とその周辺領域とのコントラスト差が大きくはっきりと映し出されているほど、また、血管領域の面積が大きく沢山の血管が映し出されているほど、値が大きくなる血管評価値を求めることができる。そして、求めた血管評価値を撮影条件決定部１０５に出力する。
【０１３０】
次に、ステップＳ１０５において、全ての撮影条件において血管評価値の算出を行ったかどうか判定を行う。終了していない場合は、ステップＳ１０１に戻り、次の撮影条件を設定し、続くステップＳ１０２からステップＳ１０４の処理を行い、全ての撮影条件を終了した場合は、ステップＳ１０６に進む。
【０１３１】
次に、血管評価値算出部１０４にて算出した全撮影条件における血管評価値に基づいて、撮影条件決定部１０５が、最適な撮影条件を決定する（ステップＳ１０６）。図７は、ステップＳ１０１において設定した近赤外光の光量を順次強めながら撮影した近赤外光画像に対し算出した血管評価値を示すグラフの一例であり、横軸は近赤外光画像を撮影した際に用いた撮影条件の番号であり、縦軸は血管評価値を示す。図７において、最初は光量が０のため撮影した近赤外光画像に血管が映らず血管評価値が０となっているが、光量を上げていくと共に、血管評価値が上昇している。しかしながら、光量を上げすぎると画像の輝度が全体的に飽和してくるため、血管評価値が下降していく。従って、図７に示すグラフのピーク位置７０１である血管評価値の中で最大となる値を持つ撮影条件が、最も血管領域とその周辺領域とのコントラストの差が現れる撮影条件であると決定することができる。そして、決定した撮影条件の番号を、撮影条件設定部１０１に出力する。
【０１３２】
そして、撮影条件設定部１０１では、撮影条件決定部１０５から出力された撮影条件の番号に対応する光量を設定し、画像撮影部１０２において撮影して得られた近赤外光画像を出力近赤外光画像１０６として、血管位置取得装置１００から出力する（ステップＳ１０７）。
【０１３３】
なお、撮影条件決定部１０５におけるステップＳ１０６において撮影条件を決定する際、時間軸方向に連続する撮影条件で撮影しているにもかかわらず、算出した血管評価値の前後で値が所定値以上変化した場合には、撮影条件を決定しないようにしてもよい。これは、ステップＳ１０１において、近赤外光の光量を０から順次上げていき、撮影した近赤外光画像の特徴が大きく変化しないように撮影条件を設定しているにもかからず、血管評価値が大きく変化しているため、撮影中に対象物が動いた、もしくは、外光が大きく変化したと判断することができる。対象物が動くと撮影条件以外の要素が変化し、最大の血管評価値をもつ撮影条件が最適であるとはいえなくなるため、撮影条件を決定しないようにする。
【０１３４】
具体的には、血管評価値の前後で値が所定値以上変化した場合、撮影条件決定部１０５は、撮影条件の番号以外の値、例えば、−１を撮影条件設定部１０１に出力する。撮影条件設定部１０１は、−１が入力されると再度撮影条件の初期値から順次設定を行い、血管評価値を算出する一連の処理を繰り返し行うようにする。
【０１３５】
また、ここで用いる所定値は、例えば、全ての撮影条件における血管評価値のピーク値の２０％を設定すればよい。ただし、撮影条件設定部１０１において設定する撮影条件の個数が少ない場合や、設定する調節パラメータが大きく異なる場合は、連続する前後の血管評価値でも値が大きく変化するため、所定値を決定するためのパーセンテージを大きく設定しておけばよい。
【０１３６】
以上のステップＳ１０１からステップＳ１０７の一連の処理を行うことで、近赤外光画像において血管領域が周辺領域とのコントラスト差により最も暗く映し出され、鮮明に現れている近赤外光画像を確実に得ることが可能となる。
【０１３７】
なお、本実施の形態１の説明において、撮影条件設定部１０１におけるステップＳ１０１において設定する撮影条件を、生体に照射する近赤外光の光量を例として説明したが、光量以外にも、近赤外光画像における血管像のコントラストの差に影響を及ぼす撮影条件を設定してもよい。例えば、血管への吸光率や生体への透過率に影響を及ぼす生体に照射する光の波長や、外光の影響を低減するために用いる特定の波長のみ通過させる光学フィルタの通過帯域や、生体を撮影するＣＣＤカメラのレンズの絞り値とすることも可能であり、同様の処理で、それら撮影条件の中で最適な近赤外光画像を得ることが可能である。
【０１３８】
近赤外光の波長は、波長が異なるＬＥＤを光源として複数種類用意しておき、撮影条件を設定する際に、順次、波長毎に点灯を切り替えてやればよい。光学フィルタの通過帯域は、通過帯域が異なる光学フィルタを複数種類用意しておき、撮影条件を設定する際に、順次、光学フィルタを切り替えてやればよい。カメラレンズの絞り値は、電気式で行い、撮影条件を設定する際に、絞り値の調節パラメータを変化させればよい。さらに、これら複数の撮影条件を組み合わせても同様に、その中で最適な近赤外光画像を得ることができる。
【０１３９】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２における血管位置取得装置８００の説明を行う。図８は、本発明の実施の形態２の血管位置取得装置８００の要部概略構成を示すブロック図である。
【０１４０】
血管位置取得装置８００は、図８に示すように、撮影条件設定部（撮影条件設定手段）１０１と、画像撮影部（画像撮影手段）１０２と、縮小画像作成部（縮小画像作成手段）８０７と、血管領域抽出部（血管領域抽出手段）８０３と、血管評価値算出部（血管評価値算出手段）８０４と、撮影条件決定部（撮影条件決定手段）１０５とを含んで構成される。なお、図１に示す実施の形態１で説明したものと同じ構成のものについては同じ符号を付し、説明を省略する。図１に示す実施の形態１の血管位置取得装置の構成と異なる点は、縮小画像作成部８０７が新しく追加された点である。
【０１４１】
縮小画像作成部８０７は、画像撮影部１０２から出力された近赤外光画像を縮小した縮小近赤外光画像を作成し、血管領域抽出部８０３および血管評価値算出部８０４に出力するものである。そして、縮小画像作成部８０７から出力される縮小近赤外光画像を用いて、血管領域抽出部８０３では血管領域を抽出し、血管評価値算出部８０４では血管評価値を算出することで、演算を行う対象画素を減らすことになるため演算量を大幅に減らすことができる。また、撮影対象の変更等でカメラと生体との距離が変化するなどの理由で近赤外光画像内の対象物の大きさが変わり血管径が変化しても、縮小近赤外光画像では常に血管径が一定になるため、血管評価値を算出する際に用いる多種のパラメータを個別に修正する手間を省くことができる。
【０１４２】
次に、本発明の実施の形態２の血管位置取得装置８００の動作について図９を用いて詳細に説明する。図９は、本発明の実施の形態２の血管位置取得装置８００が行う処理を説明するためのフローチャートである。図９のフローチャートは、ステップＳ２０１ないしステップＳ２０８からなり、ステップＳ２０１は撮影条件設定工程の一例を、ステップＳ２０２は画像撮影工程の一例を、ステップＳ２０３は縮小画像作成工程の一例を、ステップＳ２０４は血管領域抽出工程の一例を、ステップＳ２０５１からステップＳ２０５３からなるステップＳ２０５は血管評価値算出工程の一例を、ステップＳ２０６は全ての撮影条件を終了したかどうかの判定を行う工程を、ステップＳ２０７は撮影条件決定工程の一例を、ステップＳ２０８は撮影条件決定工程で決定した撮影条件で近赤外光画像を撮影する工程を、それぞれ示す。
【０１４３】
以下、実施の形態１と同様に、生体に照射する近赤外光の光量を撮影条件とする場合を例としてフローチャートに従って詳細に説明する。
まず、図２のステップＳ１０１と同様に、撮影条件設定部１０１において、生体に照射する近赤外光の光量の調節パラメータの初期値を設定する（ステップＳ２０１）。
【０１４４】
次に、図２のステップＳ１０２と同様に、画像撮影部１０２において、撮影条件設定部１０１で設定された光量の調節パラメータで、近赤外光を生体に照射し、生体からの反射光を近赤外光波長のみを透過する光学フィルタを通して、ＣＣＤカメラで撮像した近赤外光画像を生成する（ステップＳ２０２）。そして、生成した近赤外光画像を縮小画像作成部８０７に出力する。
【０１４５】
次に、縮小画像作成部８０７において、画像撮影部１０２から出力された近赤外光画像を縦横同倍率で縮小し、縮小近赤外光画像を作成する（ステップＳ２０３）。
なお、近赤外光画像を縮小する方法は、一般的に良く用いられているバイリニア法を用いればよい。ただし、これは一例であり他の手法を用いてもよい。
【０１４６】
また、縮小率は、想定される近赤外光画像内の最大血管径に基づいて設定する。具体的には、撮影対象が変わった際、各撮影対象を撮影した近赤外光画像において撮影されうる血管像の中で最大径を持つ血管像の太さの直径が一定になるように倍率を決定し、血管評価値算出部８０４に設定されている注目範囲の一辺の画素長や血管領域の膨張回数に対し、適した血管径となるように近赤外光画像を縮小する。さらに、縮小する際に基準となる最大径を持つ血管像の太さの直径は、予め撮影した近赤外光画像における血管像の中で最小径を持つ血管の太さの直径が、縮小近赤外光画像では太さが１となるように縮小した後、その縮小近赤外光画像における最大径を持つ血管の太さの直径を設定しておけばよい。
こうして作成した縮小近赤外光画像は、血管領域抽出部８０３と血管評価値算出部８０４に出力される。
【０１４７】
次に、血管領域抽出部８０３において、縮小画像作成部８０７から出力される縮小近赤外光画像に対して、血管画素を血管領域として抽出する（ステップＳ２０４）。なお、血管領域を抽出する処理は、図２のステップＳ１０３と同様のため説明を省略する。そして、抽出した血管領域の位置情報は、縮小近赤外光画像と同サイズの画像メモリを用意しておき、抽出された血管領域の位置情報は、血管領域に対応する画素値を１、その他の画素値を０とする血管領域画像として記憶し、血管領域画像を血管評価値算出部８０４に出力する。
【０１４８】
次に、縮小画像作成部８０７から出力される縮小近赤外光画像と、血管領域抽出部８０３から出力される血管抽出画像に示されている血管領域の位置情報を元に、血管評価値算出部８０４は、近赤外光画像の血管領域を評価するための血管評価値を算出する（ステップＳ２０５）。
【０１４９】
具体的には、血管領域抽出部８０３にて抽出した血管領域の位置情報に基づき、血管評価画素算出部１０４１は、図２のステップＳ１０４１と同様に血管評価画素を算出し（ステップＳ２０５１：血管評価画素算出工程）、皮膚評価画素算出部１０４２は、図２のステップＳ１０４２と同様に皮膚評価画素を算出し（ステップＳ２０５２：皮膚評価画素算出工程）、評価値算出部８０４３は、縮小近赤外光画像における皮膚評価画素の輝度値から血管評価画素の輝度値を減算し、図２のステップＳ１０４３と同様にして血管評価値を算出する（ステップＳ２０５３：血管評価値算出工程）。そして、算出した血管評価値を撮影条件決定部１０５に出力する。
【０１５０】
そして、ステップＳ２０６において、図２のステップＳ１０５と同様に、全ての撮影条件において血管評価値の算出を行ったかどうか判定を行う。終了していない場合は、ステップＳ２０１に戻り、次の撮影条件を設定し、続くステップＳ２０２からステップＳ２０５の処理を行う。全ての撮影条件を終了した場合は、ステップＳ２０７に進む。
【０１５１】
次に、血管評価値算出部８０４にて算出した全撮影条件における血管評価値に基づいて、撮影条件決定部１０５が、図２のステップＳ１０６と同様にして最適な撮影条件を決定する（ステップＳ２０７）。そして、決定した撮影条件の番号を、撮影条件設定部１０１に出力する。
【０１５２】
そして、撮影条件設定部１０１では、図２のステップＳ１０７と同様に、撮影条件決定部１０５から出力された撮影条件の番号に対応する光量を設定し、画像撮影部１０２において撮影して得られた近赤外光画像を出力近赤外光画像１０６として、血管位置取得装置８００から出力する（ステップＳ２０８）。
【０１５３】
以上のステップＳ２０１からステップＳ２０８の一連の処理を行うことで、少ない演算量で、近赤外光画像における血管領域が周辺領域とのコントラスト差により最も暗く映し出され鮮明に現れている近赤外光画像を確実に得ることが可能となり、さらに、撮影対象が変わっても、血管評価値を算出する際に用いる多種のパラメータを撮影対象毎に設定する手間を省くことができる。
【０１５４】
なお、実施の形態２の説明において、撮影条件設定部１０１におけるステップＳ２０１において、撮影条件を生体に照射する近赤外光の光量を例として説明したが、実施の形態１と同様に、光量以外にも、近赤外光画像における血管の明暗の差に影響を及ぼす撮影条件を設定してもよく、例えば、血管への吸光率や生体への透過率に影響を及ぼす生体に照射する光の波長、外光の影響を低減するために用いる特定の波長のみ通過させる光学フィルタの通過帯域、生体を撮影するＣＣＤカメラのレンズの絞り値とすることも可能であり、同様の処理で最適な近赤外光画像を得ることが可能である。さらに、これら複数の撮影条件を組み合わせても同様の処理で最適な近赤外光画像を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
本発明にかかる血管位置取得装置および血管位置取得方法は、最適な撮影条件を決定し、血管領域が鮮明に現れている画像を得ることができ、生体の血管位置を画像で取得する装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】本発明の実施の形態１における血管位置取得装置のブロック図。
【図２】本発明の実施の形態１における血管位置取得方法を説明するフローチャート。
【図３】（ａ），（ｂ）は、図１に含まれる血管領域抽出部が行う血管領域抽出処理を説明する図。
【図４】図１に含まれる血管評価画素算出部が作成した血管評価画素画像を示す図。
【図５】（ａ），（ｂ）は、図１に含まれる皮膚評価画素算出部が作成した皮膚評価画素画像を示す図。
【図６】（ａ），（ｂ）は、図１に含まれる評価値算出部が行う血管評価値算出処理を説明する図。
【図７】図１に含まれる撮影条件決定部に入力された血管評価値を示すグラフ。
【図８】本発明の実施の形態２における血管位置取得装置のブロック図。
【図９】本発明の実施の形態２における血管位置取得方法を説明するフローチャート。
【図１０】従来の静脈パターンを鮮明に撮影する撮影方式の処理を示す図。
【符号の説明】
【０１５７】
１００ 血管位置取得装置
１０１ 撮影条件設定部（撮影条件設定手段）
１０２ 画像撮影部（画像撮影手段）
１０３ 血管領域抽出部（血管領域抽出手段）
１０４ 血管評価値算出部（血管評価値算出手段）
１０４１ 血管評価画素算出部（血管評価画素算出手段）
１０４２ 皮膚評価画素算出部（皮膚評価画素算出手段）
１０４３ 評価値算出部（評価値算出手段）
１０５ 撮影条件決定部（撮影条件決定手段）
１０６ 出力近赤外光画像
３００ 近赤外光画像
３０１ 血管
３０２ 皮膚
４００ 血管評価画素画像
４０１ 血管評価画素
５００ 皮膚評価画素画像
５０１ 皮膚評価画素
６０１ 最初の注目範囲
６０２ 中心に血管評価画素が存在する注目範囲
６０３ 注目範囲の走査を示す矢印
６０４ 注目範囲
７０１ ピーク位置
８００ 血管位置取得装置
８０３ 血管領域抽出部（血管領域抽出手段）
８０４ 血管評価値算出部（血管評価値算出手段）
８０４３ 評価値算出部（評価値算出手段）
８０７ 縮小画像作成部（縮小画像作成手段）
ＴＨ１ 輝度閾値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体を撮影する際の撮影条件を設定する撮影条件設定手段と、
前記撮影条件に基づいて近赤外光が照射された前記生体からの反射光または透過光を撮影し近赤外光画像を生成する画像撮影手段と、
前記近赤外光画像内の血管像を血管領域として抽出する血管領域抽出手段と、
前記血管領域に基づいて血管評価画素と前記血管領域に隣接する皮膚評価画素とを決定し、前記血管領域を評価するための血管評価値を算出する血管評価値算出手段と、
前記血管評価算出手段において算出された前記血管評価値に基づいて最適撮影条件を決定する撮影条件決定手段と、
を備えている血管位置取得装置。
【請求項２】
前記血管評価値算出手段は、前記皮膚評価画素の輝度値から前記血管評価画素の輝度値を減算することによって前記血管評価値を算出する、
請求項１に記載の血管位置取得装置。
【請求項３】
前記血管評価値算出手段は、複数の前記撮影条件において前記血管評価値を算出し、
前記撮影条件決定手段は、前記血管評価値が最大の時の前記撮影条件を前記最適撮影条件として決定する、
請求項１または２に記載の血管位置取得装置。
【請求項４】
前記血管評価値算出手段は、
前記血管領域の幅方向において中心となる画素を前記血管評価画素とする血管評価画素算出手段と、
前記血管領域の輪郭画素を前記幅方向において外側に所定の画素膨張させ、膨張させた前記画素を皮膚評価画素とする皮膚評価画素算出手段と、
前記血管評価画素の中の１つを中心とした注目範囲に存在する前記皮膚評価画素の輝度値を用いて求めた皮膚代表値から、前記注目範囲に存在する前記血管評価画素の輝度値を用いて求めた血管代表値を減算した差分値を、前記近赤外光画像における全ての前記血管評価画素位置においてそれぞれ求め、前記差分値を全て足し合わせることで前記血管評価値を算出する評価値算出手段と、
を有している、請求項１から３のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項５】
前記皮膚代表値は、前記注目範囲に存在する前記皮膚評価画素の輝度値の平均値とし、
前記血管代表値は、前記注目範囲の中心に位置する前記血管評価画素の輝度値、または、前記注目範囲内に存在する前記血管評価画素の輝度値の平均値とする、
請求項４に記載の血管位置取得装置。
【請求項６】
前記皮膚評価画素算出手段は、膨張させたそれぞれの前記皮膚評価画素に対して、膨張させた回数を前記血管領域からの距離として対応づけて記憶し、
前記評価値算出手段は、前記注目範囲に存在する前記皮膚評価画素のうち、前記注目範囲に存在する前記血管像の太さの半径と等しい前記血管領域からの距離を持つ前記皮膚評価画素のみ用いて前記皮膚代表値を求める、
請求項４または５に記載の血管位置取得装置。
【請求項７】
前記皮膚評価画素算出手段は、前記近赤外光画像において最大径を持つ前記血管像の半径と等しい回数分、前記血管領域を膨張させる、
請求項４から６のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項８】
前記注目範囲は、前記近赤外光画像において最大径を持つ前記血管像の太さの直径と、前記血管領域を１画素分ずつ膨張させた回数とに基づいて１辺の画素数を設定した正方形形状とし、
前記注目範囲には、前記血管評価画素と前記皮膚評価画素とが必ず含まれる、
請求項４から７のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項９】
前記注目範囲における前記血管像の太さの半径は、前記注目範囲に存在する前記血管領域の画素数を前記注目範囲の１辺の画素数で除して設定する、
請求項８に記載の血管位置取得装置。
【請求項１０】
前記評価値算出手段は、前記注目範囲の前記血管像が分岐している場合、前記注目範囲において算出される前記差分値を前記血管評価値を算出する際の要素から除外する、
請求項４から９のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項１１】
前記評価値算出手段は、前記注目範囲の前記血管評価画素の画素数が所定値、または、前記注目範囲の中心に位置する前記血管評価画素に連結する前記血管評価画素の画素数と異なる場合、前記注目範囲において算出される前記差分値を前記血管評価値を算出する際の要素から除外する、
請求項４から１０のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項１２】
前記評価値算出手段は、前記注目範囲の前記皮膚評価画素の画素数が所定値よりも少ない場合、前記注目範囲において算出される前記差分値を前記血管評価値を算出する際の要素から除外する、
請求項４から１１のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項１３】
前記評価値算出手段は、前記注目範囲における前記差分値が所定値よりも小さい場合、前記差分値を前記血管評価値を算出する際の要素から除外する、
請求項４から１２のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項１４】
前記血管評価値算出手段は、前記近赤外光画像における中央付近に限定した評価範囲を対象に前記血管評価値を算出する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項１５】
前記画像撮影手段において撮影した前記近赤外光画像を縮小した縮小近赤外光画像を作成する縮小画像作成手段をさらに備えており、
前記血管領域抽出手段は、前記縮小近赤外光画像に対して前記血管領域を抽出し、
前記血管評価値算出手段は、前記縮小近赤外光画像に対して前記血管評価値を算出する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項１６】
前記縮小画像作成手段は、前記近赤外光画像において最大径を持つ前記血管像の太さの直径が一定になるように倍率を決定し、前記近赤外光画像を縮小する、
請求項１５に記載の血管位置取得装置。
【請求項１７】
前記撮影条件設定手段において設定する前記撮影条件は、前記生体に照射する前記近赤外光の光量とする、
請求項１から１６に記載の血管位置取得装置。
【請求項１８】
前記撮影条件設定手段において設定する撮影条件は、前記生体に照射する前記近赤外光の波長とする、
請求項１から１６のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項１９】
前記撮影条件設定手段において設定する撮影条件は、特定の波長のみ通過させる光学フィルタの通過帯域とする、
請求項１から１６のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項２０】
前記撮影条件設定手段において設定する撮影条件は、前記生体を撮影する前記画像撮影手段の絞り値とする、
請求項１から１６のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項２１】
前記撮影条件設定手段は、小さい値から大きい値に、もしくは、大きい値から小さい値に比例して変化するように前記撮影条件を設定するパラメータ設定し、
前記撮影条件決定手段は、前記血管評価値算出手段で求めた複数の前記血管評価値のうち時間軸方向に連続する前記血管評価値の前後で値が所定値以上変化した場合を除いて、前記最適撮影条件を決定する、
請求項１記載の血管位置取得装置。
【請求項２２】
生体を撮影する際の撮影条件を設定する撮影条件設定工程と、
前記撮影条件に基づいて近赤外光が照射された前記生体からの反射光または透過光を撮影し近赤外光画像を生成する画像撮影工程と、
前記近赤外光画像内の血管像を血管領域として抽出する血管領域抽出工程と、
前記血管領域に基づいて血管評価画素と前記血管領域に隣接する皮膚評価画素とを決定し、前記血管領域を評価するための血管評価値を算出する血管評価値算出工程と、
前記血管評価算出工程において算出された前記血管評価値に基づいて最適撮影条件を決定する撮影条件決定工程と、
を備えている血管位置取得方法。
【請求項２３】
前記血管評価値算出工程は、前記皮膚評価画素の輝度値から前記血管評価画素の輝度値を減算することによって前記血管評価値を算出する、
請求項２２に記載の血管位置取得方法。
【請求項２４】
前記血管評価値算出工程は、複数の前記撮影条件において前記血管評価値を算出し、
前記撮影条件決定工程は、前記血管評価値が最大の時の前記撮影条件を前記最適撮影条件として決定する、
請求項２２または２３に記載の血管位置取得方法。
【請求項２５】
前記血管評価値算出工程は、
前記血管領域の幅方向において中心となる画素を前記血管評価画素とする血管評価画素算出工程と、
前記血管領域の輪郭画素を前記幅方向において外側に所定の画素膨張させ、膨張させた前記画素を皮膚評価画素とする皮膚評価画素算出工程と、
前記血管評価画素の中の１つを中心とした注目範囲に存在する前記皮膚評価画素の輝度値を用いて求めた皮膚代表値から、前記注目範囲に存在する前記血管評価画素の輝度値を用いて求めた血管代表値を減算した差分値を、前記近赤外光画像における全ての前記血管評価画素位置においてそれぞれ求め、前記差分値を全て足し合わせることで前記血管評価値を算出する評価値算出工程と、
を有している、請求項２２から２４のいずれか１項に記載の血管位置取得方法。
【請求項２６】
前記画像撮影工程において撮影した前記近赤外光画像を縮小した縮小近赤外光画像を作成する縮小画像作成工程をさらに備えており、
前記血管領域抽出工程は、前記縮小近赤外光画像に対して前記血管領域を抽出し、
前記血管評価値算出工程は、前記縮小近赤外光画像に対して前記血管評価値を算出する、
請求項２２から２５のいずれか１項に記載の血管位置取得方法。
【請求項１】
生体を撮影する際の撮影条件を設定する撮影条件設定手段と、
前記撮影条件に基づいて近赤外光が照射された前記生体からの反射光または透過光を撮影し近赤外光画像を生成する画像撮影手段と、
前記近赤外光画像内の血管像を血管領域として抽出する血管領域抽出手段と、
前記血管領域に基づいて血管評価画素と前記血管領域に隣接する皮膚評価画素とを決定し、前記血管領域を評価するための血管評価値を算出する血管評価値算出手段と、
前記血管評価算出手段において算出された前記血管評価値に基づいて最適撮影条件を決定する撮影条件決定手段と、
を備えている血管位置取得装置。
【請求項２】
前記血管評価値算出手段は、前記皮膚評価画素の輝度値から前記血管評価画素の輝度値を減算することによって前記血管評価値を算出する、
請求項１に記載の血管位置取得装置。
【請求項３】
前記血管評価値算出手段は、複数の前記撮影条件において前記血管評価値を算出し、
前記撮影条件決定手段は、前記血管評価値が最大の時の前記撮影条件を前記最適撮影条件として決定する、
請求項１または２に記載の血管位置取得装置。
【請求項４】
前記血管評価値算出手段は、
前記血管領域の幅方向において中心となる画素を前記血管評価画素とする血管評価画素算出手段と、
前記血管領域の輪郭画素を前記幅方向において外側に所定の画素膨張させ、膨張させた前記画素を皮膚評価画素とする皮膚評価画素算出手段と、
前記血管評価画素の中の１つを中心とした注目範囲に存在する前記皮膚評価画素の輝度値を用いて求めた皮膚代表値から、前記注目範囲に存在する前記血管評価画素の輝度値を用いて求めた血管代表値を減算した差分値を、前記近赤外光画像における全ての前記血管評価画素位置においてそれぞれ求め、前記差分値を全て足し合わせることで前記血管評価値を算出する評価値算出手段と、
を有している、請求項１から３のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項５】
前記皮膚代表値は、前記注目範囲に存在する前記皮膚評価画素の輝度値の平均値とし、
前記血管代表値は、前記注目範囲の中心に位置する前記血管評価画素の輝度値、または、前記注目範囲内に存在する前記血管評価画素の輝度値の平均値とする、
請求項４に記載の血管位置取得装置。
【請求項６】
前記皮膚評価画素算出手段は、膨張させたそれぞれの前記皮膚評価画素に対して、膨張させた回数を前記血管領域からの距離として対応づけて記憶し、
前記評価値算出手段は、前記注目範囲に存在する前記皮膚評価画素のうち、前記注目範囲に存在する前記血管像の太さの半径と等しい前記血管領域からの距離を持つ前記皮膚評価画素のみ用いて前記皮膚代表値を求める、
請求項４または５に記載の血管位置取得装置。
【請求項７】
前記皮膚評価画素算出手段は、前記近赤外光画像において最大径を持つ前記血管像の半径と等しい回数分、前記血管領域を膨張させる、
請求項４から６のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項８】
前記注目範囲は、前記近赤外光画像において最大径を持つ前記血管像の太さの直径と、前記血管領域を１画素分ずつ膨張させた回数とに基づいて１辺の画素数を設定した正方形形状とし、
前記注目範囲には、前記血管評価画素と前記皮膚評価画素とが必ず含まれる、
請求項４から７のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項９】
前記注目範囲における前記血管像の太さの半径は、前記注目範囲に存在する前記血管領域の画素数を前記注目範囲の１辺の画素数で除して設定する、
請求項８に記載の血管位置取得装置。
【請求項１０】
前記評価値算出手段は、前記注目範囲の前記血管像が分岐している場合、前記注目範囲において算出される前記差分値を前記血管評価値を算出する際の要素から除外する、
請求項４から９のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項１１】
前記評価値算出手段は、前記注目範囲の前記血管評価画素の画素数が所定値、または、前記注目範囲の中心に位置する前記血管評価画素に連結する前記血管評価画素の画素数と異なる場合、前記注目範囲において算出される前記差分値を前記血管評価値を算出する際の要素から除外する、
請求項４から１０のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項１２】
前記評価値算出手段は、前記注目範囲の前記皮膚評価画素の画素数が所定値よりも少ない場合、前記注目範囲において算出される前記差分値を前記血管評価値を算出する際の要素から除外する、
請求項４から１１のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項１３】
前記評価値算出手段は、前記注目範囲における前記差分値が所定値よりも小さい場合、前記差分値を前記血管評価値を算出する際の要素から除外する、
請求項４から１２のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項１４】
前記血管評価値算出手段は、前記近赤外光画像における中央付近に限定した評価範囲を対象に前記血管評価値を算出する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項１５】
前記画像撮影手段において撮影した前記近赤外光画像を縮小した縮小近赤外光画像を作成する縮小画像作成手段をさらに備えており、
前記血管領域抽出手段は、前記縮小近赤外光画像に対して前記血管領域を抽出し、
前記血管評価値算出手段は、前記縮小近赤外光画像に対して前記血管評価値を算出する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項１６】
前記縮小画像作成手段は、前記近赤外光画像において最大径を持つ前記血管像の太さの直径が一定になるように倍率を決定し、前記近赤外光画像を縮小する、
請求項１５に記載の血管位置取得装置。
【請求項１７】
前記撮影条件設定手段において設定する前記撮影条件は、前記生体に照射する前記近赤外光の光量とする、
請求項１から１６に記載の血管位置取得装置。
【請求項１８】
前記撮影条件設定手段において設定する撮影条件は、前記生体に照射する前記近赤外光の波長とする、
請求項１から１６のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項１９】
前記撮影条件設定手段において設定する撮影条件は、特定の波長のみ通過させる光学フィルタの通過帯域とする、
請求項１から１６のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項２０】
前記撮影条件設定手段において設定する撮影条件は、前記生体を撮影する前記画像撮影手段の絞り値とする、
請求項１から１６のいずれか１項に記載の血管位置取得装置。
【請求項２１】
前記撮影条件設定手段は、小さい値から大きい値に、もしくは、大きい値から小さい値に比例して変化するように前記撮影条件を設定するパラメータ設定し、
前記撮影条件決定手段は、前記血管評価値算出手段で求めた複数の前記血管評価値のうち時間軸方向に連続する前記血管評価値の前後で値が所定値以上変化した場合を除いて、前記最適撮影条件を決定する、
請求項１記載の血管位置取得装置。
【請求項２２】
生体を撮影する際の撮影条件を設定する撮影条件設定工程と、
前記撮影条件に基づいて近赤外光が照射された前記生体からの反射光または透過光を撮影し近赤外光画像を生成する画像撮影工程と、
前記近赤外光画像内の血管像を血管領域として抽出する血管領域抽出工程と、
前記血管領域に基づいて血管評価画素と前記血管領域に隣接する皮膚評価画素とを決定し、前記血管領域を評価するための血管評価値を算出する血管評価値算出工程と、
前記血管評価算出工程において算出された前記血管評価値に基づいて最適撮影条件を決定する撮影条件決定工程と、
を備えている血管位置取得方法。
【請求項２３】
前記血管評価値算出工程は、前記皮膚評価画素の輝度値から前記血管評価画素の輝度値を減算することによって前記血管評価値を算出する、
請求項２２に記載の血管位置取得方法。
【請求項２４】
前記血管評価値算出工程は、複数の前記撮影条件において前記血管評価値を算出し、
前記撮影条件決定工程は、前記血管評価値が最大の時の前記撮影条件を前記最適撮影条件として決定する、
請求項２２または２３に記載の血管位置取得方法。
【請求項２５】
前記血管評価値算出工程は、
前記血管領域の幅方向において中心となる画素を前記血管評価画素とする血管評価画素算出工程と、
前記血管領域の輪郭画素を前記幅方向において外側に所定の画素膨張させ、膨張させた前記画素を皮膚評価画素とする皮膚評価画素算出工程と、
前記血管評価画素の中の１つを中心とした注目範囲に存在する前記皮膚評価画素の輝度値を用いて求めた皮膚代表値から、前記注目範囲に存在する前記血管評価画素の輝度値を用いて求めた血管代表値を減算した差分値を、前記近赤外光画像における全ての前記血管評価画素位置においてそれぞれ求め、前記差分値を全て足し合わせることで前記血管評価値を算出する評価値算出工程と、
を有している、請求項２２から２４のいずれか１項に記載の血管位置取得方法。
【請求項２６】
前記画像撮影工程において撮影した前記近赤外光画像を縮小した縮小近赤外光画像を作成する縮小画像作成工程をさらに備えており、
前記血管領域抽出工程は、前記縮小近赤外光画像に対して前記血管領域を抽出し、
前記血管評価値算出工程は、前記縮小近赤外光画像に対して前記血管評価値を算出する、
請求項２２から２５のいずれか１項に記載の血管位置取得方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１７２０７７（Ｐ２００９−１７２０７７Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２３９２（Ｐ２００８−１２３９２）
【出願日】平成２０年１月２３日（２００８．１．２３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２３日（２００８．１．２３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]