医療画像解析ソフト ゴブリンアイズ(3)解析手法ガイドページ「科学」

黒月樹人(KULOTSUKI Kinohito @ 9621 ANALYSIS)

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 解析手法ガイドページ「科学」

 ゴブリンアイズには「X線」「科学」「風景」の3つの解析手法ガイドページが用意してあります。
 歯科X線画像解析手法ガイドページ「X線」を作り、ここで紹介していない解析法で、これまで科学的な分野の画像で用いてきた手法があるということに思い至り、科学的分野の画像解析手法ガイドページ「科学」を構成することにしました。
 ここで取り上げるサンプル画像は次の図1です。


図1 土星の衛星タイタン(探査機が着陸して撮影したもの)
http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA11001

 この図1をゴブリンアイズに取り込み、「科学」ページで調べたものが、次の図2です。3行4列の(1/4)小画像の1行1列目が O) 原画像(図1)です。これらの小画像の内容を表1としてまとめました。


図2 解析手法ガイドページ「科学」の全景(土星の衛星タイタン)
(※画像をクリック → 拡大画像ページ)

表1 解析手法ガイドページ「科学」の各小画像の内容



 1行4列目 フルーツ(Peach)解析

 この図1土星の衛星タイタン(探査機が着陸して撮影したもの)の3色の分布を、別の解析ソフトにある「画紋解析」で調べると、赤色がきょくたんに分離していることが分かりました。土星あたりでは、ほんとうにこのような色合いになっているとしても、これでは違和感があります。そこで、このような、異常な色バランスの画像を調整するために、フルーツ解析というシステムを開発しました。その中でPeach解析は、もっとも基本的なものです。
 ゴブリンアイズの「科学」ページの1行4列目にある、C) フルーツ(Peach) の画像をクリックして、そのフルーツ解析ページへと進み、画像を保存したものが、次の図3です。


図3 (図1の)1行4列目 フルーツ(Peach)解析
(※画像をクリック → 拡大画像ページ)

 図1の原画像は小さなものでしたが、このように大きなサイズにしたものや、部分的な領域を取り出して拡大したものでは、「拡大なめらか補間」と私が呼んでいる処理によって、全体に「色のかすみ」がかかってしまうことになります。ちょっとピンボケになるわけです。
 この「色のかすみ」をとるために開発したのが、ゴブリンアイ(G. アイ)です。この「科学」ページではガイドしていませんが、実際、これまでの科学解析で、もっとも役に立ったのは、これでした。
 このタイタン湖畔風景画像を調べ始めたのは2009年のころからです。ここに何が写っているのかということを知るために、私の画像解析の技法が進化してきたと言っても過言ではありません。
 液体のメタンだろうが、エタンだろうが、ここには確かに湖もしくは池が写っています。その湖面には土星のリンクが写っています。この池の周囲が何かおかしいことに気がつきませんか。一様な高さの土手になっているのです。しかも、その上には平らな部分が続いています。まるで「多摩川などの堤にある道路」のように。
 さらにくわしく調べると、湖面に降りるための階段があります。
 ちょうど正面に、この湖面の高さと同じ位置に、二つの穴があります。
 これらのことから、この湖は、自然なものではなく、人かどうかは分かりませんが、言葉だけ適用して表現すると、これはきっとダム湖もしくは貯水池なのです。貯水池という表現も、貯メタン(エタン)池ということになるかもしれません。
 このダム湖の堤の向こう側に、自然な地形が広がっています。しかし、「自然な」というか「(人ではないとしても)人工的な」地形も、各所に観察できます。
 あちらこちらに、岩石で作った住居(あるいは巣)のようなものが見られます。
 恐竜か鳥の頭部の彫刻のような岩石らしきものも見つかります。
 これらのことから、タイタンのこのあたりで、ささやかな文明をつくってきたものたちは、恐竜か鳥のヒューマノイドではないかと推測できるのです。
 また、右上の山際上空に、まるで空中都市か宇宙船のような、丸みを帯びた、不思議な形の「雲」のようなものもあります。
 これらの詳しい解析ページは、私のホームページの各所に散らばっています。「treeman9621 タイタン 湖畔」などのキーワードで検索すると見つかると思います。具体的には、キメラマインドやランダムノート2016のRaN231などです。Cosmic Half 9にもあります。

 解析手法ガイドページ「科学」の各小画像の内容一覧表

 色の調整を終えた図3をあらためて呼出し、「科学」ページで展開したものが図4です。
 これについて、表1の内容を説明します。


図4 解析手法ガイドページ「科学」の全景(1行4列目 フルーツ(Peach)解析)
(※画像をクリック → 拡大画像ページ)

表1(再録) 解析手法ガイドページ「科学」の各小画像の内容



 A) エッジ保存平滑化

 この処理はトップページにあります。科学的なデータを平滑化するのによく使われる移動平均(ランニングアベレージ)では、これを画像に適用すると、ピンボケになってしまうので、中央値フィルタエッジ保存平滑化中央値エッジ保存ヒステリシス平滑化などの、特殊な平滑化アルゴリズムを組み込んであります。
 このエッジ保存平滑化では、ピンボケしないかわりに、小さな領域ごとに色が均一なパターンとなって、イラストとして描いたようなものになります。


図5 フルーツ(Peach)解析のエッジ保存平滑化

 B) 光核(O) 72-156

 原画像(O、ここではもとのOのフルーツ解析)の濃淡値72-156の画素だけを取り出し、0-255のキャンバスに広げ直した光核解析です。湖面に写った土星のリンクなどが明るく輝いているのに、実際の空は、山際だけが明るくて、すぐ上が暗くなっています。これは理解できません。おそらくNASAによって空の部分が作り替えられたと考えられます。土星の空がこんなに明るくシャープなのは、これまでの「科学常識」に反すると考えられたのかもしません。空を加工するのは簡単でも、複雑な地形で区切られている湖面をそのままにしておいたのは、「頭隠して尻尾隠さず」でした。


図6 フルーツ(Peach)解析の光核(O) 72-156

 C) フルーツ(Peach)

 原画像がフルーツ(Peach)解析なので、(フルーツ解析のアルゴリズムの性質から)これは原画像と同じものとなります。


図7 フルーツ(Peach)解析のフルーツ(Peach)解析

 D) 変換(R>G>B>R)

 変換(R>G>B>R)というのは、各画素の色値(r, g, b)を入れ替えるというものです。
 R>G>B>Rという記号の意味は、緑Gのところに赤Rを入れ、青Bのところに緑Gを入れ、赤Rのところに青Bを入れるということです。だから、各画素の色値(r, g, b) → (b, r, g)ということになります。
 原画像は赤みの強いものでしたから、この変換により、緑が強くなります。


図8 フルーツ(Peach)解析の変換(R>G>B>R)

 E) コンター(72-80 step2)

 コンター(72-80 step2)の意味は、濃淡値72-80の範囲をstep2で数えて、72, 74, 76, 78, 80のところだけ、(ここでは)赤色に置き換えるということです。
 このような範囲とstep数はサンプル画像としての値です。実際の解析ページへ移って、いろいろな組み合わせで色を置き換えると、微妙な変化が見えてきます。
 コンター解析は、もっと小さな領域を拡大したものに適用すると、この言葉の意味が納得できると思われます。つまり、そのようなとき、置き換えた色が、まるで等高線のようにつながって模様を作るのです。そのような模様がコンターです。


図9 フルーツ(Peach)解析のコンター(72-80 step2)

 F) 色加味 1C硬

 色加味解析の配色リスト1Cは、虹の7色に対応しており、暗いほうが赤色で、明るいほうが青色という並びになっています。(暗い)赤 → 橙 → 黄 → 黄緑 → 緑 → 水色 → 紺(明るい)のような感じです。


図10 フルーツ(Peach)解析の色加味 1C硬

 G) 色の強弱 CX280

 色の強弱 CX280のCはカラーColorの頭文字で、Xは実は×(掛ける)の代用です。もとの色の強さを100として、CX280は2.8倍ということになります。色を弱くするときは、CX50などとなり、CX1で白黒画像ということになります。


図11 フルーツ(Peach)解析の色の強弱 CX280

 H) 平均合成(B&F)

 B) 光核 と F) 色加味 の、各画素ごとの色を平均するものです、5対5の比率で合わせるのが平均と言う意味ですが、他の組み合わせの画像にすることもできます。
 B) 光核 の画像が黒っぽくて、F) 色加味 の画像が白っぽかったので、全体的に中間濃度の灰色がかった画像となりました。
 実際の解析ページでは、P画像とQ画像を自由に呼出し、さまざまな重みづけの比率で合成することができます。


図12 フルーツ(Peach)解析の平均合成(B&F)

 I) 明暗合成(D&F)

 明暗合成というのは、ある濃淡値の付近で、P画像(D)とQ画像(F)を区別して合成しようというものです。


図13 フルーツ(Peach)解析の明暗合成(D&F)

 J) 対照(コントラスト)

 実は光核解析が、究極のコントラスト解析なのですが、あまりに極端なことが可能となってしまいますので、のちに、もっと緩やかで、安全な操作として表現できるコントラスト解析のページを作ることにしました。
 光核解析では情報量をかなり減らしてしまいますが、このコントラスト解析では、極力減らさないようにしてあります。フルーツ解析も、実は色についてのコントラスト解析と言えますが、このときは、情報量をまったく失っていません。色値の配置換えをするだけです。


図14 フルーツ(Peach)解析の対照(コントラスト)

 K) 小波 11N(Gray-8-64)

 小波というのはウェーブレットの直訳です。つまり、これは画像に関するウェーブレット解析の一種で、いろいろと工夫したウェーブレット関数における、レリーフ解析と名づけたものです。壁から少し盛り上がった半彫刻のレリーフのように見えるという性質があります。
 ほかにもさまざまなウェーブレット解析が用意してあります。


図15 フルーツ(Peach)解析の小波 11N(Gray-8-64)

 あとがき

 ここで説明した11の解析手法は、それらの本格的な解析ページのための入り口にすぎません。実際の科学画像について調べるときは、ここに示した11サンプルですぐに何かを見出すというのではなく、微妙な調整をいくつもこころみてゆきます。
 また、全体の画像だけではなく、何かピンときた部分だけを取り出して、さらにくわしく調べるということを行います。
 タイタン湖畔風景では、色のバランスが、私たちが親しんでいるものとは異なりましたので、フルーツ解析が有効でした。
 たとえば、月面探査衛星の「かぐや」が撮影した画像を画紋解析で調べてみると、月の大気の薄さによるのか、色の強さが弱まっているということが分かりましたので、この色の強さを通常の状態にしたところ、コケや草の緑と同じものがたくさん現われました。
 コンター解析の成果は、アポロ月面探査の画像で、暗い空を調べたところ、金網模様が現われたということでしょうか。暗い部分には何も写っていないと安心していたのでしょうが、これによって、この画像が地球のスタジオで撮影されたということが明らかになりました。
 このように、「科学」でガイドしている手法には、これまでに、いくつもの戦績を残してきたものが含まれています。
 (Written by KLOTSUKI Kinohito, July 27, 2016)

 

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