画像解析入門①：画像解析の基礎知識

ライフサイエンスにおける画像解析とは？

ライフサイエンスにおける画像には、小さいものでは生命現象のスケールと大きいものでは惑星レベルの画像まで様々存在します。

例えば、DNAのATGC塩基配列のレベルを観察する研究もあれば、衛星から見た惑星の画像のレベルを観察する研究もあります。このようにミクロからマクロまでデジタル画像は存在し、何を観察したいのかも様々です。同じビット単位で同じ輝度であっても映っているものが全く異なるのです。

近年は、画像処理の技術があがってきており、あらゆる研究分野においてデジタルデータの量が大量に増えてきています。

全てのデータを一つ一つ裁くのは難しいのが現実です。その為、画像から必要な情報を的確に取捨選択するデータマイニングの力が必要になります。生物学の分野において、"必要な情報"は観察対象がそれぞれ異なります。

撮像装置も沢山ありますし、撮像する対象が非常に多様なので、一概に決められないからです。他の研究では、一つの人、物、対象を調べれば良いものが、ライフサイエンスの分野では、一人一人観察対象が違います。その為、デジタルの画像解析を行えるITに強い人間だけでなく、生命分野に強い人の手も借りないといけないのです。

例えば、色の付け方一つでも分野によって意味が異なります。生物の細胞分析と医用画像は同じ色をつけられるでしょうか？ビットレベル、量子レベルでは同じであっても意味する物は全然違うのです。

画像を作るまでのプロセス

それでは、画像は何で撮るのでしょうか？撮影方法を見ていきましょう。

①画像の撮像

…まず、画像を作るのに必要なものは何でしょうか？まずは、外部光が必要です。外部からの光の量によって、画像の

コントラストが決まって来ます。その為、カメラのピンホール径をどれくらいの大きさにし、露光時間をどれくらいにするか調整するなどして、感度を調整しアドバイスをしていきます。

装置(モダリティ)は良い方がいいのか？(一眼レフカメラの方が解像度が良ければ、それをお勧めします。

重要なのは、一定の装置(モダリティ)を必ず用いることです。環境により異なりますが、撮像装置は必ず一定にして下さい。そうでないと、経過観察などが出来ないからです。

②画像処理

皆さんはどんな形式の画像を使いますか？そのままの画像データ(RAW)か、TIFFか、JPEGか、色々ありますよね。最近だとBPGというJPEGよりも効率のよい圧縮方法が考案されました。 TIFF形式だと圧縮は少ないですが、JPEGだと画像圧縮が行われており、細かいデータが失われていることが多いのです。ブロック状のアーチファクトがしばしば発生します。

生物の観察を行う時は是非、RAWや圧縮の少ないTIFFを用いて観察を行って下さいね。

実験生物学者の話をすると、実験生物学はいわゆるwetな実験が多く、試験管、クリーンベンチ等様々な装置が必要です。

一方で、パソコンの前で主な仕事をする人もいます。こういう人をdryな実験者と言います。彼らも、沢山のアルゴリズムを用いて解析していくことで色々なことを調べているので、実験条件を妥当にしたりなど様々な工夫が必要が必要です。

Image Jを用いた編集の方法

Image Jでは、ファイルを選択し、画像処理を進めていくとより細かい処理を行えます。Image Jの数値データをExcelやRに入れるとデータをプロットすることが出来ます。また、同じ画像処理にも取捨選択の必要があります。このように、様々なアプローチが出来るImage Jですが、画像処理の方法はそれぞれの分野でも異なり、注意が必要です。