眼底画像からの3次元眼底パターンの復元と表示の研究

眼底画像からの3次元眼底パターンの復元と表示の

研究

著者

出口 光一郎

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眼底画像からの3次元眼底パターンの復元と表示の研究//

平成12年度∼平成14年度科学研究費補助金(基盤研究(ら) (2))/

:研究成果報告書

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は し が き 本報告書は,平成12年度から平成14年度に行った,文部科学省科学研究費補助金 (基盤研究(B) (2))による, ｢眼底画像からの3次元眼底パターンの復元と表示の研 究｣の成果をまとめたものである. 本研究では眼底を多方向から撮影した複数の眼底画像を元に,眼底パターンを3次元 復元･表示する.眼底とは眼球の内面のことである.眼底は人体において血管を直視で きる唯一の場所のため,様々な診断をする上で非常に役立つ部位である.眼底の観察は 眼のレンズを通して行なわれるため,位置表示や面積や容積などの測定が容易ではない. このため今現在,診断は見る人の主観に頼って行われている.これまでには,カメラキ ャリブレーションを行なった後, 1組のステレオ画像から眼底を3次元表示する方法が 提案されていた.しかし, 1枚の眼底画像には限られた狭い範囲しか撮影できないので, この手法では3次元復元も狭い嶺域に限られていた.本研究では,互いに重なり合った より多くの眼底画像から,広い範囲の3次元復元を行なう手法を提案し,実験結果を示 す. 眼底画像は,カメラのレンズや患者の眼の光学系により歪んでいる.このレンズ系の 特性には個人差があり校正できない.ところで眼の光学系を単レンズでモデル化し,眼 底の形状がほぼ球面であることを用いると,眼底の実像は2次曲面となる.眼底画像の 歪み方は,この実像に対するカメラの位置･姿勢を反映している.それぞれ歪み方の異 なる眼底画像が同一の実像を撮影したものであることに基づき,各カメラの位置･姿勢 および2次曲面の形状を推定し,眼底の形状を復元する.結果を3次元表示することに より,広い範囲の疾患を一度に表示できるようになり,また眼底形状の疾患の部位の特 定などが容易になった. 本研究の成果が実用化されるには,まだ,医師の協力による臨床的な検証を経なけれ ばならないが,ここでの成果はコンピュータピジョン応用における新しい手法の開発と ともに,新しい蘭域の開拓をももたらしたものと信じる次第である. 本報告書では,研究の目的,概要とともに,検討され開発された理論,実験およびそ の結果を報告した公表論文のリストを載せ,技術報告編を掲載し,研究成果の報告とし ている. 平成15年3月 研究代表者:出口光一郎 (東北大学大学院情報科学研究科教授) 1

研究組織 研究代表者:出口光一郎 研究分担者:岡谷 貴之 本谷 秀堅 研究協力者:野網 順子 永田 安武 (東北大学大学院情報科学研究科 教授) (東北大学大学院情報科学研究科 助教授) (山形大学工学部 助教授) (東京大学大学院工学系研究科 修士課程) (東北大学大学院情報科学研究科 修士課程) 研究経費 平成12年度  3,900千円 平成13年度  4,300千円 平成14年度  4,100千円 総計   12,300千円 関連研究発表(☆) 学会誌論文        8件 国際学会発表       9件 国内学会･研究会発表 19件 研究成果による工業所有権の出願(辛) 特許の出願 (*)詳細を以下に掲載する 2件

研究成果 以下に､期間中に公表した関連発表論文リストを載せ､主要な論文の別刷りと､本研 究成果の技術報告を掲載する｡ 1.研究発表 (1 )関連学術論文 【1】岡谷､出口､非ランバート性拡散反射に対する等高線の発展による陰影からの形状 復元､情報処理学会論文誌､第41巻､ 1号､ pp.92/100 (2000)

[2】 Deguchi, Kawamata, Kanae, Hontami, WAkabayashi, 3D Fundus Shape

Reconstructionand Displayfrom Stereo Fundus lmageS, IEICETranS. On

lnformationand Systems, vol.E83･D, no.7, pp.1408/1414 (2000)

[31 0kntami, Deguchi, Closed Form Solution of IJOCalShape From Shading at

CriticalPointS, InternationalJournalof Computer VlSion, vol.40, no.2,

pp. 169/178 (2000)

[41 Okatami, Deguchi, On Uniquene88 0f the ThreeLight Source PhotometriC

Stereo: Condition8 0n Surface Re皿ectance and Illumination Condition, Computer ⅥSion and Image Understanding, γol.81, pp.211/226 (2001)

【51出口､日清､視覚センサによる3次元形状計測一一分散協調視覚のための能動視覚セ

ンサの開発､日本ロボット学会誌､ γol. 19, m0.4. pp.420/426 (2001)

[6】 Deguchi, Detection and enhancement of line structures in an image by

amisotropic difEu8ion, PatternRecogmitionLetterS, 23, pp. 1399/1405 (2002)

【7】岡谷､出口､反射鏡を用いた全方位カメラにおける画像の照度について､情報処理 学会論文誌-コンピュータビジョンとイメージメディア､ γol.42, SIG13(C†川3). pp. 71/80 (2001) 【8】岡谷､久保田､出口､カメラモデルの段階的切り替えによる多視点カメラシステム のセルフキャリブレーション､情報処理学会論文誌一一コンピュータビジョンとイメ ージメディア､ γol.43, SIGlHCVIM5), pp.33/42 (2002) (2)国際学会

[9】 Koichiro Deguchi, JunknNoami, Hideknta Honntami, D Fundus Pattern

Reconstruction and Display from Multiple Fundus lmageS, Proc. 15th International Conference on Pattern Recognition, Barcelona, Sept. 3-･8,

pp.94/97 (2000)

[10】 Takayuki Okatami and Xoichiro Deguchi, Estimation of Inumination

Distribution USing a Specular Sphere, Proc･ 15thInternationalConference on

pattern Recognition, Barcelona, Sept. 31･8, pp.596/599 (2000)

ll l】 ndekata Hontami= Koichiro Deguchi, Primitive Curve Generation Based on

Multiscale Contour Figure Approximation, Proc･ 15thInternationalConference

on patternRecogmition, Barcelona, Sept. 3･･8, pp.891/894 (2000)

[12】 K.Deguchi, KYonaiyama, Real･Time 3I) Shape Recogmition of mghSpeed

Moving Object by Fixation PointTracking withActive Camera, Proc･ of

IROS2000, Takamatsu, Oet.30-Nov:4, pp.596/601 (2006)

[ I 3】 Takayuki OKATAm and Koichiro DEGUCHI, YetAnother Appearance-Based

Method for Pose Estimation Based on aLinear Model, Proceedings of IAPR workshop on Machine Vision Applications 2000, pp.258/261 (2000)

[ 14】 Thkayuki OKATANI and Koichiro DEGUCHI, Recovering Camera Motion from

lmage sequence Based on Registration of Silhouette Cones: Shape from

silhouette USing a Mobile Camera Witha Gyro Sensor, Proceedings of IAPR workShop on Machine Vision Applications 2000, pp･45 1/454 (2000)

[15】 KDeguchi, T.Izumitani, H.Hontami, Detection and Enhancement of Line

structures in An lmage by AmSotropic Diffusion, Proceedings of 4th

InternationalWorkshop on VisualForm, IWVF4, Capri, Italy, May, pp･313/322

(2001)

[16】 Taknyuki Okntamiand Koichiro Deguchi, On PhotometriCAspects of

catadioptric Cameras, Proc･ IEEE Computer Society Conference on Computer

Ⅵsion and PatternRecogmition, Kauai, Hawaii, December, pp. 1106/1113 (2001)

[ 1 7】 T.0kntami, KDeguchi, Robust Estimation of CameraTranSlation Between Two

lmages Using a Camera witha 3I) Orientation Sensor, 16thInternational

conference on PatternRecognition, Quebec City, Canada, August (2002)

(3)国内学会･研究会 【18】今泉､本谷､出口､オプティカルフローへのミクスチヤモデルのあてはめによる 動画像からの3次元形状と動きの推定､情報処理学会コンピュータピジョンとイメ ージメディア研究会､ CVIM-120-4, pp. 25/32 (2000) 【19】米内山､出口､能動カメラの注視点を固定した追跡による高速移動物体の実時間 3次元形状認識､第4回ロボテイクスシンポジア､ llAl, pp. 1/6 (2000) 【20】若林貴和新家真出口光一郎正宗賢鈴木真土肥健純､ステレオ画像を用いた眼 底画像の三次元化､第6回日本コンピュータ外科学会論文集, pp. 105-106 (2000) 【211岡谷､出口､視点の位置が不明な画像系列における物体の輪郭形状の重ね合わせ: ジャイロセンサを用いた輪郭からの3次元形状復元､画像の認識･理解シンポジウ

ム(MIRU2000), Ⅰト49/54 (2000) 【22】出口､米内山､能動カメラでの追跡による移動体の実時間3次元形状認識､第39 回計測自動制御学会学術講演会予稿集､ 308A-4 (2000) 【23】出口､岡谷､固有空間法はなぜうまく働くか､情報処理学会コンピュータビジョ ンとイメージメディア研究会､ CV川-128-1, pp..1/8 (2001) 【24】佐藤､岡谷､出口､双眼注視制御による移動体の3次元追跡､第40回計測自動制 御学会学術講演会予稿集､ 306A-3 (2001) 【25】人見､高橋､岡谷､出口､多視点画像を用いた画像マッチングと立体形状復元の 研究､情報処理学会コンピュータビジョンとイメージメディア研究会､ CV川-127-12, pp. 81/86 (2001) 【26】武田､岡谷､出口､多視点動画像からの実時間3次元形状復元の研究､情報処理 学会コンピュータビジョンとイメージメディア研究会､ CVIM-127-ll, pp.75/80 (2001) 【27】人見､岡谷､出口､ 3次元復元のための精密なステレオ画像対応点検出､第40回 計測自動制御学会学術講演会予稿集､ 2068-3 (2001) 【28】岡谷､出口､ 3次元向きセンサを取付けたカメラを用いた投票によるカメラの並 進運動の推定､情報処理学会コンピュータピジョンとイメージメディア研究報告 CVIM-129-4, pp. 25/32 (2001) 【29】出口､岡谷､見え方に基づく線形モデルあてはめによる画像からの姿勢推定､第 18回センシングフォーラム､ lA-3, pp. 19/24 (2001) 【30】出口､岡谷､ 3次元環境理解のための多視点カメラキャリブレーション､情報処 理学会コンピュータビジョンとイメージメディア研究会､ CV川-131-1, pp. 1/8 (2002) t31】佐藤､中川､岡谷､出口､双眼での協調注視制御による移動体の3次元追跡､第 7回ロボテイクスシンポジア､ pp.361/366 (2002) 【32】福元､岡谷､出口､近似固有空間法による画像と物体姿勢の直接的関係付け､第 7回ロボテイクスシンポジア､ pp.251/256 (2002)

[33】 R. Nagao, T. Okatami, K. Deguchi,3D Object Surface Generation from Range

Point Data for Object Shape Model Matching, SICE2002, TEAO3･2 (2002)

【34】岡谷貴之,出口光一郎､画像からのカメラの姿勢･ 3次元形状復元における推定 精度の限界について､画像の認識･理解シンポジウム(MIRU 2002), P5-2.名古屋 (2002) 【35】佐藤美徳,中川智洋,岡谷貴之,出口光一郎､双眼協調注視による3次元特徴抽 出に基づく移動体追跡､画像の認識･理解シンポジウム(MIRU 2002), P6-7,名古 屋(2002) 【36】永田安武､出口光一郎､眼底画像からの眼底の表面形状の復元､第19回センシン 5

グフォーラム､ pp.211/214､横浜(2002)

[37] Takayuki Okatani, Koichiro I)eguchi, Theory of Nuisance Paratneter probleJnS in Computer Vision and Examples of Application for Linear Case, Proceedings

of the Workshop on Science of Computer Vision, pp. 94/loo, September (2002)

2.関連特許出願 【1】 ｢ステレオ眼底画像からの眼底形状の3次元復元･表示｣､発明者:出口光一郎､ 出願番号:特願2000･218885､出願日:平成12年7月19日 [2] ｢多方向から撮影した眼底画像の重合せによる眼底3次元パターンの復元法及び装 置｣､発明者:出口光一郎､出願番号:特願2000･220663､出願日:平成12年7 月21日

論文･技術報告別刷り

[1】 Deguchi, Kawamata, Kanae, Hontami, Wakabayashi, 3D FunduS Shape

Reconstruction and DiSPlayfrom Stereo Fundus Images, IEICETrans. on

Informationand Systems, VOl.E83･D, no.7, pp.1408/1414 (2000)

[21 Eoichiro Deguchi, Junko Noami, Hideknta Honntani, D Fundus Pattern

Reconstruction and DiSplay from Multiple Fundus lmageS, Proc. 15th lnternational Conference on Pattern Recognition, Barcelona, Sept. 3･･8,

pp.94/97 (2000) 【3】出口､日浦､視覚センサによる3次元形状計測一一分散協調視覚のための能動視覚セ ンサの開発､日本ロボット学会誌､ γol. 19, m0.4, pp.420/426 (2001) 【4】岡谷､出口､反射鏡を用いた全方位カメラにおける画像の照度について､情報処理 学会論文誌--コンピュータビジョンとイメージメディア､ vol.42, SIG13(CVIM3). pp. 71/80 (2001) 【5】出口､岡谷､ 3次元環境理解のための多視点カメラキャリブレーション､情報処理 学会コンピュータビジョンとイメージメディア研究会､ CVIM-131-1, pp. 1/8 (2002)

[6】 Takayuki Okatani, Eoichiro Deguchi, Theory of Nuisance Parameter problems

in Computer Vision and Examples of Application forLinear Case, Proceedings ofthe Workshop on Science of Computer vision, pp.94/100, September (2002)

【7】技術報告｢眼底画像からの眼底パターンの3次元復元･表示の研究｣出口光一郎､

野網順子､東北大学情報科学研究科イメージ解析学研究室研究資料､ IALTR-0300 1､

(2003)

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