CN104933681B - 图像处理装置以及图像处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种图像处理装置以及图像处理方法，其目的在于提供一种能够最佳地强调想要强调的区域的对比度的图像处理装置以及图像处理方法。代表值计算部(41)根据输入图像计算作为代表主要被检体区域的亮度值的代表值。另一方面，图像分割部(42)对输入图像的图像区域进行分割，并设定分割出的多个范围。系数计算部(43)按由该图像分割部(42)分割出的各区域(各分割区域)计算用于强调或者抑制由代表值计算部(41)计算出的代表值附近的对比度的色阶转换系数。色阶转换部(43)基于由图像分割部(42)分割出的范围、即图像处理对象的像素所属的范围和与该范围相邻的范围内的色阶转换系数，来转换输入图像的各像素的色阶。其结果，能够最佳地强调想要强调的区域的对比度。

Description

图像处理装置以及图像处理方法
技术领域
本发明涉及一种对作为被输入的数字图像的输入图像进行处理的图像处理装置以及图像处理方法，特别是涉及一种色阶转换的技术。
背景技术
一般地，在图像内包含明亮的区域(亮度值高的区域)和暗的区域(亮度值低的区域)的情况下，在两区域间存在亮度差，但在每个区域内存在亮度差消失、对比度小且不清楚的倾向。对于该问题，已知以下方法：生成将横轴设为亮度值(色阶值)、将纵轴设为频率(频数)的图像的亮度直方图，进行使亮度的分布均匀化那样的色阶转换，由此强调要素数(同一亮度值的频率)多的色阶的对比度。通过以这种方式进行色阶校正能够强调对比度。作为色阶校正，提出了各种方法(例如，参照专利文献1、2)。此外，本申请人提出了一种检测想要强调对比度的主要被检体区域(例如肺野区域)的方法(例如，参照专利文献3)。
另外，还已知以下一种更高效的方法：对于图像，并非是一个直方图，而是在分割图像而获得的多个区域内分别计算亮度直方图，并在每个区域内进行色阶校正。在专利文献1：日本特开2011-130243号公报中公开了以下方法：将图像分割为多个块区域，对每个块区域进行对比度校正，并且在彼此相邻的两个块区域的边界部分进行避免明亮度(亮度值)不连续那样的色阶转换。
专利文献1：日本特开2011-130243号公报
专利文献2：日本特开2011-205714号公报
专利文献3：日本特开2011-255033号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在以往的基于亮度直方图的色阶转换方法中，存在如下问题。
即，在如专利文献1：日本特开2011-130243号公报那样的以往的色阶转换方法中，在区域内的局部范围内调整对比度，但在作为图像整体来看的情况下，存在以下问题：未必能将所关注的主要的被检体(关心区域)调整为最佳的明亮度、对比度。
例如，在图像中存在背景那样的相同的明亮度且占据大面积的区域的情况下，相当于区域外的表示色阶的要素数多。因此，虽强调了背景部分的对比度，但没有强调其它的被检体部分的对比度。因而，在所关注的主要的被检体(主要被检体区域)中，对比度没有被最优化，不能获得高品质且理想的画质。另外，在图像中包含各种与被检体有关的区域，但并不限于关注全部被检体。期望以恰当的色阶校正主要被检体区域。换言之，不期望以恰当的色阶仅校正主要被检体区域以外的区域。
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够最佳地强调想要强调的区域的对比度的图像处理装置以及图像处理方法。
用于解决问题的方案
本发明为了实现这样的目的，采用如下结构。
即，本发明所涉及的图像处理装置是对作为被输入的数字图像的输入图像进行处理的图像处理装置，其特征在于，具备：代表值计算单元，其根据该输入图像计算代表值，该代表值是代表主要区域的亮度值；图像分割单元，其对上述输入图像的图像区域进行分割，并设定多个范围；对应关系计算单元，其在按由该图像分割单元分割出的各区域将上述输入图像中的像素的色阶与图像处理后的输出图像中的像素的色阶相关联而得到的与色阶有关的对应关系中，计算用于强调或者抑制由上述代表值计算单元计算出的上述代表值附近的对比度的与色阶有关的对应关系；以及色阶转换单元，其转换输入图像的各像素的色阶，其中，该色阶转换单元基于作为由上述图像分割单元分割出的上述范围的、图像处理对象的像素所属的范围和与该范围相邻的范围内的上述与色阶有关的对应关系，来转换上述图像处理对象的像素的色阶。
[作用和效果]根据本发明所涉及的图像处理装置，代表值计算单元根据输入图像计算作为代表主要区域的亮度值的代表值。另一方面，图像分割单元对输入图像的图像区域进行分割，并设定(分割出的)多个范围。对应关系计算单元在按由该图像分割单元分割出的各区域将输入图像中的像素的色阶与图像处理后的输出图像中的像素的色阶相关联而得到的与色阶有关的对应关系中，计算用于强调或者抑制由代表值计算单元计算出的代表值附近的对比度的与色阶有关的对应关系。色阶转换单元基于作为由图像分割单元分割出的范围的、图像处理对象的像素所属的范围和与该范围相邻的范围内的与色阶有关的对应关系，来转换输入图像的各像素的色阶。由此，由图像分割单元分割出的各区域的边界部分的亮度值变得平滑。另外，即使由于想要强调的区域外(例如背景区域)占据大面积而导致表示相当于区域外的色阶的要素数多，也能够通过计算用于强调或者抑制代表值附近的对比度的与色阶有关的对应关系，并基于该与色阶有关的对应关系对输入图像的各像素的色阶进行转换，来最佳地强调想要强调的区域的对比度。
上述主要区域通常是想要强调的区域。即，主要区域是成为对比度的强调的对象的主要被检体区域。在该情况下，对应关系计算单元计算用于强调(代表成为对比度的强调的对象的主要被检体区域的)代表值附近的对比度的与色阶有关的对应关系，由此能够最佳地强调想要强调的主要被检体区域的对比度。
当然，上述主要区域也可以是成为对比度的强调的对象外的背景区域。在该情况下，对应关系计算单元计算用于抑制(代表成为对比度的强调的对象外的背景区域的)代表值附近的对比度的与色阶有关的对应关系，由此抑制背景区域的对比度。其结果，相对地强调想要强调的主要被检体区域的对比度，因此发挥与主要区域是成为对比度的强调的对象的主要被检体区域的情况相同的效果。在该情况下，对存在多个想要强调的主要被检体区域的情况是有效的。
此外，也可以还具备确定主要区域的主要区域确定单元。利用运算单元来构成主要区域确定单元，利用该运算单元检测主要区域。由此，能够自动检测主要区域。当然，也可以利用输入单元构成主要区域确定单元，利用该输入单元输入设定主要区域。由此，能够手动地输入设定主要区域。
另外，也可以是，主要区域确定单元将主要区域分割为多个，代表值计算单元针对由主要区域确定单元分割为多个的各主要区域分别计算代表值。能够对每个更细小的区域进行色阶转换。另外，也可以是，主要区域确定单元将主要区域设定为多个，代表值计算单元针对由主要区域确定单元设定为多个的各主要区域分别计算代表值。例如即使各主要区域是离散的(即使各主要区域是飞地)，也能够实现各自的色阶转换的最优化。
代表值是基于区域内的像素数据的统计值即可，例如是亮度值的平均值、亮度值的最大值、亮度值的最小值、亮度值的最频值或者亮度值的中央值。在将亮度值的平均值设定为代表值的情况下，能够均匀地进行色阶转换。在将亮度值的最大值设定为代表值的情况下，能够防止明亮部分的色阶部分变为纯白的状态的所谓“过曝光”。相反地，在将亮度值的最小值设定为代表值的情况下，能够防止暗部分的色阶部分变为纯黑的状态的所谓“曝光不足”。另外，在将亮度值的最频值设定为代表值的情况下，当如上所述的主要区域是成为对比度的强调的对象的主要被检体区域时，能够强调像素数多(即要素数多)的区域、即显著部分。另外，在将亮度值的中央值设定为代表值的情况下，当如上所述的主要区域是成为对比度的强调的对象的主要被检体区域时，能够强调中央的值。
图像分割单元也可以将输入图像的图像区域分割为相同形状。通过分割为相同形状能够进行反复运算。另外，图像分割单元也可以根据被检体的形状来分割输入图像的图像区域。能够实现与被检体的形状相应的色阶转换的最优化。
另外，本发明所涉及的图像处理方法是对作为被输入的数字图像的输入图像进行处理的图像处理方法，该图像处理方法的特征在于，包括以下步骤：代表值计算步骤，根据该输入图像计算代表值，该代表值是代表主要区域的亮度值；图像分割步骤，对上述输入图像的图像区域进行分割，并设定多个范围；对应关系计算步骤，在按通过该图像分割步骤分割出的各区域将上述输入图像中的像素的色阶与图像处理后的输出图像中的像素的色阶相关联而得到的与色阶有关的对应关系中，计算用于强调或者抑制通过上述代表值计算步骤计算出的上述代表值附近的对比度的与色阶有关的对应关系；以及色阶转换步骤，转换输入图像的各像素的色阶，其中，在该色阶转换步骤中，基于作为通过上述图像分割步骤分割出的上述范围的、图像处理对象的像素所属的范围和与该范围相邻的范围内的上述与色阶有关的对应关系，来转换上述图像处理对象的像素的色阶。
[作用和效果]根据本发明所涉及的图像处理方法，通过进行代表值计算步骤、图像分割步骤、对应关系计算步骤以及色阶转换步骤中的处理，能够最佳地强调想要强调的区域的对比度。
发明的效果
根据本发明所涉及的图像处理装置，按由图像分割单元分割出的各区域计算用于强调或者抑制(代表主要区域的)代表值附近的对比度的与色阶有关的对应关系，并基于作为由图像分割单元分割出的范围的、图像处理对象的像素所属的范围和与该范围相邻的范围内的与色阶有关的对应关系，来转换输入图像的各像素的色阶，由此能够最佳地强调想要强调的区域的对比度。
另外，根据本发明所涉及的图像处理方法，通过进行代表值计算步骤、图像分割步骤、对应关系计算步骤以及色阶转换步骤中的处理，能够最佳地强调想要强调的区域的对比度。
附图说明
图1是实施例所涉及的放射线图像摄影装置的框图。
图2是示出实施例所涉及的一系列图像处理的流程的流程图。
图3是亮度直方图和色阶转换(色调曲线)的示意图。
图4是强调对比度的情况下的加权系数的例子。
图5是用于计算色阶转换值的加权相加的一例。
图6是示出色阶转换部的处理的流程的流程图。
图7是抑制对比度的情况下的加权系数的例子。
图8是表格化为与色阶有关的对应关系的情况下的示意图。
附图标记说明
4：图像处理部；41：代表值计算部；42：图像分割部；43：系数计算部；44：色阶转换部；α(I)：加权系数；Tp(I)：色阶转换式；P(a、b)：图像处理对象的像素(关注像素)；lp′：色阶转换后的亮度值(色阶转换值)。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的实施例。
图1是实施例所涉及的放射线图像摄影装置的框图，图2是示出实施例所涉及的一系列图像处理的流程的流程图，图3是亮度直方图和色阶转换(色调曲线)的示意图，图4是强调对比度的情况下的加权系数的例子，图5是用于计算色阶转换值的加权相加的一例，图6是示出色阶转换部的处理的流程的流程图。在本实施例中，作为图像处理的对象，采用由放射线图像摄影装置得到的放射线图像即数字图像(输入图像)为例来进行说明，并且作为将输入图像中的像素的色阶与图像处理后的输出图像中的像素的色阶相关联而得到的与色阶有关的对应关系，采用色阶转换系数为例来进行说明。
如图1所示，本实施例所涉及的放射线图像摄影装置具备：顶板1，其载置有被检体M；放射线源2(例如X射线管)，其向被检体M照射放射线(例如X射线)；平板型放射线检测器(以下，简称为“FPD”)3，其检测从放射线源2照射并透过被检体M的放射线；图像处理部4，其基于由FPD 3检测出的放射线来进行图像处理；以及显示部5，其显示由图像处理部4进行各种图像处理而得到的放射线图像。显示部5由监视器、电视等显示单元构成。在本实施例中，在放射线图像摄影装置中组装并构成有图像处理部4。图像处理部4相当于本发明中的图像处理装置。
此外，放射线检测器也可以是除平板型放射线检测器(FPD)以外的放射线检测器。例如，在X射线检测器的情况下使用图像强调器(I.I)。这样，用模拟的放射线检测器进行检测而得到的放射线图像是模拟图像，因此将该模拟图像送入图像处理部4并进行数字转换而变为数字图像即可。
图像处理部4由中央运算处理装置(CPU)等构成。此外，将用于进行各种图像处理的程序等写入并存储在以ROM(Read-only Memory：只读存储器)等为代表的存储介质中，从该存储介质读出程序等并由图像处理部4的CPU执行该程序，由此进行与该程序相应的图像处理。特别是图像处理部4的后述的代表值计算部41、图像分割部42、系数计算部43、色阶转换部44通过执行与代表值的计算、图像区域的分割、与色阶有关的对应关系(本实施例中为色阶转换系数)的计算、输入图像的各像素的色阶的转换有关的程序，来分别进行与该程序相应的代表值的计算、图像区域的分割、与色阶有关的对应关系(色阶转换系数)的计算、输入图像的各像素的色阶的转换(参照图2的流程图)。
将由FPD 3进行检测而得到的放射线图像作为数字图像送入图像处理部4。图像处理部4具备：代表值计算部41，其根据作为被输入的数字图像的输入图像来计算作为代表主要被检体区域的亮度值的代表值；图像分割部42，其对输入图像的图像区域进行分割，并设定多个范围；系数计算部43，其按由该图像分割部42分割出的各区域计算色阶转换系数，该色阶转换系数用于强调或者抑制由代表值计算部41计算出的代表值附近的对比度；以及色阶转换部44，其转换输入图像的各像素的色阶。色阶转换部44基于作为由图像分割部42分割出的范围的、图像处理对象的像素所属的范围和与该范围相邻的范围内的色阶转换系数，来转换图像处理对象的像素的色阶。代表值计算部41相当于本发明中的代表值计算单元，图像分割部42相当于本发明中的图像分割单元，系数计算部43相当于本发明中的对应关系计算单元，色阶转换部44相当于本发明中的色阶转换单元。
FPD 3连接于代表值计算部41、图像分割部42以及色阶转换部44，来将放射线图像(数字图像)分别送入代表值计算部41、图像分割部42以及色阶转换部44。另外，代表值计算部41连接于系数计算部43，来将代表值送入系数计算部43。另外，图像分割部42连接于系数计算部43和色阶转换部44，来将分割出的范围分别送入系数计算部43和色阶转换部44。另外，系数计算部43连接于色阶转换部44，来将色阶转换系数送入色阶转换部44。将由色阶转换部44对输入图像的各像素的色阶进行转换而得到的图像(色阶转换后的图像)送入显示部5并进行显示。
(步骤S1)代表值计算
代表值计算部41根据输入图像来计算作为代表主要被检体区域的亮度值的代表值。在本实施例中，作为输入图像，采用放射线图像中的胸部正面图像为例来进行说明。在胸部正面图像的情况下，肺野的部分(肺野区域)是诊断时所关注的重要的部分，为所关注的主要被检体区域。代表值计算部41检测肺野区域，将检测出的该区域的平均亮度值设定为代表主要被检体的亮度值(代表值)。此外，也可以除了将平均亮度值设定为代表值以外，还将区域内的最大值、最小值、最频值或者中央值等之类的基于区域内的像素数据的统计值设定为代表值。
作为检测肺野区域的方法，使用上述专利文献3：日本特开2011-255033号公报的方法。当然，也可以使用利用亮度变化等(一次微分、二次微分)检测区域的其它公知方法来检测区域，并将该区域的平均亮度值设定为代表值。除此以外，也可以在显示部5中显示输入图像，操作者(用户)基于该显示部中的显示结果来手动地输入设定区域。此时，操作者(用户)也可以手动地输入设定多个主要被检体区域。
另外，也可以不确定多个主要被检体区域，将主要被检体区域分割为多个，代表值计算部41按被分割为多个的各主要被检体区域分别计算代表值。另外，无论在确定多个主要被检体区域的情况下，还是在将主要被检体区域分割为多个的情况下，既可以用如上所述的运算方法自动进行输入设定，也可以手动地进行输入设定。
此外，关于计算代表值的方法，并不限定于上述这些方法。也可以从输入图像提取亮度变化大的像素，以提取出的像素的重心运算为中心将规定范围内(在此为肺野区域中的规定范围内)的平均亮度值设定为代表值。另外，在本实施例中，主要区域是想要强调的区域(成为对比度的强调的对象的主要被检体区域)，因此将该区域内的平均亮度值设定为代表值，但在主要区域为背景区域的情况下，也可以相反地将规定范围外的平均亮度值设定为代表值。在主要区域是背景区域的情况下，在后面用变形例详细地说明。另外，也可以根据图像区域的中心位置将被包含在主要被检体区域内且被包含在规定范围内的像素的平均亮度值设定为代表值。该步骤S1相当于本发明中的代表值计算步骤。
(步骤S2)图像分割
图像分割部42对输入图像的图像区域进行分割，并设定多个范围。在本实施例中，设定将输入图像的尺寸的纵横的长度分别设定为1/n尺寸的范围，并分割为n2个区域。此外，n优选为n＝4～64左右的值。当然，纵横的分割数可以未必为相同的数量(在此为n个)，纵横的长度也并不需要一定相同。
生成仅由分割出的范围内的像素数据构成的图像数据，由此分别生成具有分割为一个个的范围的图像区域(以下，简称为“分割区域”)。每个分割区域保持固有的区域识别编号。在此，将区域识别编号设为p(p为自然数，p＝1、2、3、…)。
此外，关于分割图像区域的方法，并不限定于上述这些方法。分割出的范围的形状也可以是成为与输入图像不同的纵横比的正方形、长方形、或者菱形、梯形等矩形、以圆形、六边形等为代表的多边形等形状。也就是说，只要是封闭的图形，则不特别地限定分割出的范围的形状。希望留意的是，在此描述为圆形，但由于像素为正方形的点，因此实际上是无限接近于圆的多边形。另外，关于分割出的范围的形状、大小，并不限定于彼此相同的形状、大小，也可以是各不相同的大小、形状。并且，关于分割出的范围，也可以是互相重叠的部分。
如上所述，设定将输入图像的尺寸的纵横的长度分别设定为1/n尺寸的范围，并分割为n2个区域，由此将输入图像的图像区域分割为相同形状。当然，也可以不将输入图像的图像区域分割为相同形状，而根据被检体M(参照图1)的形状(在此为肺野区域)来分割输入图像的图像区域。该步骤S2相当于本发明中的图像分割步骤。
(步骤S3)系数计算
系数计算部43基于由图像分割部42分割出的范围的色阶分布来计算色阶转换系数，该色阶转换系数用于强调或者抑制由代表值计算部41计算出的代表值附近的对比度。因此，系数计算部43从代表值计算部41接收代表值，从图像分割部42接收每个区域识别编号p所关联的分割区域图像数据。关于每个分割区域，分别计算作为色阶分布的亮度直方图，用图像的位宽将累积得到的要素数进行归一化，由此生成色阶转换式。例如，如果色阶转换前的输入是8位图像数据(具有8位的色阶值(28：0～255的色阶值)的图像数据)，则通过使色阶转换后的输出也符合8位图像数据来用图像的位宽将累积得到的要素数进行归一化。图3的(a)是与8位的色阶值的亮度直方图有关的示意图，图3的(b)是与输入输出均符合8位图像数据的色阶转换(色调曲线)有关的示意图(在图3中用“8bit”表示)。此外，输出并不限定于8位，也可以用与输入不同的位宽进行归一化。
此时，对代表值附近的要素数进行加权。在8位图像数据的情况下，8位的一成(25～26)左右为代表值附近。当将色阶设为I、将色阶I的要素数设为h(I)、将加权系数设为α(I)时，在8位图像数据的情况下，利用下述(1)式的计算式来计算区域识别编号p的色阶转换式Tp(I)。此外，色阶转换式Tp(I)相当于本发明中的色阶转换系数。
[数1]
此外，在强调代表值附近的对比度的情况下，如图4所示，当色阶I的值在代表值附近时，加权系数α(I)表示大于“1”的值，当色阶I的值在代表值附近以外的情况下，将加权系数α(I)设为表示“1”的函数(在图4中用lp表示色阶值，用α(lp)表示加权系数)。加权系数α(I)可以如图4的(a)所示那样平滑地变化，加权系数α(I)也可以如图4的(b)所示那样以代表值为边界单调地减少和增加，当如图4的(c)所示那样处于包含代表值的附近时，加权系数α(I)也可以是固定值。此外，加权系数α的函数并不限定于上述形式，如果代表值附近的值是1以上，则也可以是其它函数。
关于用于强调值的宽度(附近的宽度)、强调的强度，预先设定了合适的值，但操作者(用户)也能够适当地变更该值。并且，在系数计算部43中分别计算构成每个区域识别编号p的分割区域的像素的重心坐标，将该重心坐标与用上述(1)式求出的色阶转换式Tp(I)一起与区域识别编号p相关联地进行保持。另外，附近并不限定于位宽的一成，操作者(用户)如上所述那样适当地变更附近的宽度即可。另外，也可以在相同的主要被检体区域将代表值设定为多个。
通过这样，在主要区域是想要强调的区域(成为对比度的强调的对象的主要被检体区域)的情况下，为了对代表成为对比度的强调的对象的主要被检体区域的代表值附近的对比度进行强调，计算由强调了代表值附近的对比度的加权系数α(I)(参照图4)组成的色阶转换式Tp(I)(色阶转换系数)。该步骤S3相当于本发明中的对应关系计算步骤。
(步骤S4)色阶转换
色阶转换部44基于作为图像分割部42分割出的范围的、图像处理对象的像素所属的范围和与该范围相邻的范围内的色阶转换系数(色阶转换式Tp(I))，来转换输入图像的各像素的色阶。因此，色阶转换部44将各个分割区域所对应的色阶转换式Tp(I)的数据与重心坐标一起接收，从FPD 3接收作为放射线图像(数字图像)的输入图像。然后，色阶转换部44对输入图像的像素值(亮度值)进行色阶转换。
当将图像处理对象的像素(关注像素)的坐标位置设为P(a、b)时，通过将与P(a、b)所属的分割区域对应的色阶转换式Tp(I)和与P(a、b)所属的分割区域相邻的分割区域的色阶转换式Tp(I)进行加权相加，来计算与P(a、b)有关的色阶转换值。在本实施例中，根据每个分割区域的重心位置与像素的位置之间的距离来决定加权。图5表示一例。
设为图像处理对象的像素(关注像素)P(a、b)属于分割区域R1，将上下左右相邻的分割区域分别设为R2、R3、R4。将各个分割区域R1、R2、R3、R4的色阶转换式按分割区域R1、R2、R3、R4的顺序分别设为Tr1、Tr2、Tr3、Tr4。另外，将各个分割区域R1、R2、R3、R4的重心坐标按分割区域R1、R2、R3、R4的顺序分别设为(rx1、ry1)、(rx2、ry2)、(rx3、ry3)、(rx4、ry4)。
在图5中，希望留意的是，为了方便图示，在同一位置处图示了各重心坐标的x、y坐标(即用正方形图示了由重心坐标(rx1、ry1)、(rx2、ry2)、(rx3、ry3)、(rx4、ry4)围成的图形)，但实际上也包含不在同一位置的情况。
此时，当将图像处理对象的像素(关注像素)P(a、b)的(色阶转换前的)亮度值设为lp、将色阶转换后的亮度值(色阶转换值)设为lp′时，利用下述(2)式计算色阶转换值lp′。
[数2]
此外，在用分割区域的重心坐标围成的图形不是正方形的情况下，并不限定于上述(2)式，通过与关注像素和分割区域的重心坐标之间的距离相应地进行加权相加，来计算色阶转换值。另外，关于相邻的范围，并不限定于如图5那样的情况，也可以根据分割区域的形状进行变更。如图5的右下方的区域(分割区域R4)那样在顶点处相接的情况也包含于相邻的范围内。
能够利用上述(2)式来消除在各分割区域的边界部分产生的亮度水平差。因而，通过进行上述(2)式的加权相加使各分割区域的边界部分的亮度值变得平滑。
用图6的流程图表示色阶转换部44的处理的流程。
(步骤T1)获取关注像素的像素值数据
获取关注像素的像素值数据(亮度值数据)。
(步骤T2)获取分割区域的重心坐标
检测位于关注像素的坐标附近的上下左右的分割区域，获取各分割区域的重心坐标。
(步骤T3)距离测量
测量关注像素的坐标与在步骤T2中获取到的相邻的分割区域的重心坐标之间的各个距离。
(步骤T4)加权相加
进行每个分割区域的色阶转换式(色阶转换系数)的加权相加。通过进行与在步骤T3中测量出的距离相应的加权相加，来根据上述(2)式计算出色阶转换后的亮度值(色阶转换值)。
(步骤T5)获取到所有像素？
判断是否获取到输入图像内的所有像素，在没有获取到所有像素的情况下，返回到步骤T1并进行相同的处理。
在获取到输入图像内的所有像素的情况下，按对应的每个像素排列色阶转换度的亮度值(色阶转换值)。由此，对输入图像的像素值(亮度值)进行色阶转换。包括步骤T1～T5(参照图6)的步骤S4(参照图2)相当于本发明中的色阶转换步骤。
显示部5接收色阶转换后的图像，并输出到监视器等显示设备来进行显示。另外，将输出结果写入并存储在以RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等为代表的硬盘、存储器等存储介质中(省略图示)。
此外，在本实施例中，通过根据分割区域的重心位置与关注像素的位置之间的距离进行加权相加，来计算色阶转换后的亮度值(色阶转换值)，但并不限定于此。也可以使用在分割区域的边界部分不产生亮度水平差而变得平滑那样的其它公知技术。
根据本实施例所涉及的图像处理部4(图像处理装置)，代表值计算部41根据输入图像来计算代表主要区域(在本实施例中为主要被检体区域)的亮度值、即代表值。另一方面，图像分割部42对输入图像的图像区域进行分割，并设定(分割出的)多个范围。系数计算部43在按由该图像分割部42分割出的各区域(各分割区域)将输入图像中的像素的色阶与图像处理后的输出图像中的像素的色阶相关联而得到的与色阶有关的对应关系(在本实施例中为色阶转换系数(色阶转换式Tp(I)))中，计算用于强调或者抑制(在本实施例中为强调)由代表值计算部41计算出的代表值附近的对比度的与色阶有关的对应关系(色阶转换系数(色阶转换式Tp(I)))。色阶转换部44基于作为由图像分割部42分割出的范围的、图像处理对象的像素所属的范围和与该范围相邻的范围内的与色阶有关的对应关系(色阶转换系数(色阶转换式Tp(I)))，来转换输入图像的各像素的色阶。由此，由图像分割部42分割出的各区域(各分割区域)的边界部分的亮度值变得平滑。另外，即使由于想要强调的区域外(例如背景区域)占据大面积而导致相当于区域外的表示色阶的要素数多，也能够通过计算用于强调或者抑制代表值附近的对比度的与色阶有关的对应关系(色阶转换系数(色阶转换式Tp(I)))，并基于该与色阶有关的对应关系(色阶转换系数(色阶转换式Tp(I)))对输入图像的各像素的色阶进行转换，来最佳地强调想要强调的区域的对比度。
主要区域通常是想要强调的区域。即，在本实施例中，主要区域是成为对比度的强调的对象的主要被检体区域。在该情况下，系数计算部43计算出用于强调(代表成为对比度的强调的对象的主要被检体区域的)代表值附近的对比度的与色阶有关的对应关系(在实施例中为色阶转换系数(色阶转换式Tp(I)))，由此能够最佳地强调想要强调的主要被检体区域的对比度。
利用运算单元(例如CPU、FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列))构成如上所述那样确定主要区域的主要区域确定单元，利用该运算单元检测主要区域(在实施例中为主要被检体区域)。由此，能够自动检测主要区域(主要被检体区域)。当然，也可以利用输入单元构成主要区域确定单元，利用该输入单元输入设定主要区域(主要被检体区域)。由此，能够手动地输入设定主要区域(主要被检体区域)。
另外，也可以如上所述那样，主要区域确定单元将主要区域(在实施例中为主要被检体区域)分割为多个，代表值计算部41按由主要区域确定单元分割为多个的各主要区域(各主要被检体区域)来分别计算代表值。能够对每个更细小的区域进行色阶转换。另外，也可以是，主要区域确定单元将主要区域(主要被检体区域)设定为多个，代表值计算部41按由主要区域确定单元设定为多个的各主要区域(各主要被检体区域)分别计算代表值。例如即使各主要区域如左右的肺野区域那样处于离散(即使各主要区域是飞地)，也能够实现各自的色阶转换的最优化。
如上所述，代表值是基于区域内的像素数据的统计值即可，例如是亮度值的平均值、亮度值的最大值、亮度值的最小值、亮度值的最频值或者亮度值的中央值。在将亮度值的平均值设定为代表值的情况下，能够均匀地进行色阶转换。在将亮度值的最大值设定为代表值的情况下，能够防止明亮部分的色阶部分变为纯白的状态的所谓“过曝光”。相反地，在将亮度值的最小值设定为代表值的情况下，能够防止暗部分的色阶部分变为纯黑的状态的所谓“曝光不足”。另外，在将亮度值的最频值设定为代表值的情况下，当如本实施例那样主要区域是成为对比度的强调的对象的主要被检体区域时，能够强调像素数多(即要素数多)的区域、即显著部分。另外，在将亮度值的中央值设定为代表值的情况下，当如本实施例那样主要区域是成为对比度的强调的对象的主要被检体区域时，能够强调中央的值。
如上所述，图像分割部42也可以将输入图像的图像区域分割为相同形状。通过分割为相同形状能够进行反复运算。另外，图像分割部42也可以根据被检体M的形状(例如肺野区域)来分割输入图像的图像区域。能够实现与被检体M的形状相应的色阶转换的最优化。
另外，根据本实施例所涉及的图像处理方法，通过进行相当于代表值计算步骤、图像分割步骤、对应关系计算步骤以及色阶转换步骤的图2的步骤S1～S4中的处理，能够最佳地强调想要强调的区域的对比度。
本发明并不限于上述实施方式，能够如下述那样进行变形实施。
(1)在上述实施例中，作为图像处理的对象，采用作为由放射线图像摄影装置获得的放射线图像的数字图像(输入图像)为例来进行说明，但只要是由如数字照相机、数字摄像机等所例示那样的数字图像摄影装置获得的数字图像或者将模拟图像进行数字转换而得到的数字图像，就不特别地限定。另外，也可以将对由核医学诊断装置获得的、被投放了放射性药剂的被检体的核医学数据进行数字转换而得到的数字图像作为图像处理的对象。
(2)在上述实施例中，适用于将被检体设为人体的医疗用的放射线图像摄影装置，但也可以适用于拍摄被检体为人体以外的基板的内部构造的无损检查装置。
(3)在上述实施例中，在放射线图像摄影装置中组装有图像处理部(图像处理装置)，但也可以将放射线图像摄影装置作为外部装置，图像处理部(图像处理装置)为单体。
(4)在上述实施例中，主要区域是成为对比度的强调的对象的主要被检体区域，但相反也可以是成为对比度的强调的对象以外的背景区域。在该情况下，通过计算用于抑制(代表成为对比度的强调的对象以外的背景区域的)代表值附近的对比度的与色阶有关的对应关系(在实施例中为色阶转换系数(色阶转换式Tp(I)))，来抑制背景区域的对比度。具体地说，在抑制代表值附近的对比度的情况下，当如图7所示那样色阶I的值在代表值附近时，构成色阶转换式Tp(I)的加权系数α(I)表示小于“1”的值，在色阶I的值在代表值附近以外的情况下，将构成色阶转换式Tp(I)的加权系数α(I)设为表示“1”的函数(在图7中用lp表示色阶值，用α(lp)表示加权系数)。其结果，相对地强调想要强调的主要被检体区域的对比度，因此发挥与主要区域是成为对比度的强调的对象的主要被检体区域的情况相同的效果。在该情况下，对存在多个想要强调的主要被检体区域的情况是有效的。
(5)在上述实施例中，基于如图3的(a)所示的由图像分割部42(参照图1)分割出的范围的色阶分布(亮度直方图)来计算出用于强调或者抑制代表值附近的对比度的与色阶有关的对应关系(在实施例中为色阶转换系数)，但并不限于此。也可以不经过图3的(a)的亮度直方图，而按由图像分割部42分割出的各区域(各分割区域)直接操作图3的(b)的色阶转换(色调曲线)，由此强调或者抑制代表值附近的对比度。
(6)在上述实施例中，作为将输入图像中的像素的色阶与图像处理后的输出图像中的像素的色阶相关联而得到的与色阶有关的对应关系，采用色阶转换系数(色阶转换式Tp(I))为例进行了说明，但并不限定于上述公式、色阶转换系数。也可以如图8所示，表格化为与色阶有关的对应关系。在图8中，也可以将色阶转换前的亮度值(在此为8位图像数据：“00000000”、“00000001”、“00000010”、…、“11111101”、“11111110”、“11111111”)作为索引，排列色阶转换后的亮度值(在此为lp00000000、lp00000001、lp00000010、…、lp11111101、lp11111110、lp11111111)来进行表格化，由此计算将输入图像中的像素的色阶与图像处理后的输出图像中的像素的色阶相关联而得到的与色阶有关的对应关系。
产业上的可利用性
如上所述，本发明适用于放射线图像摄影装置、数字照相机、数字摄像机等数字图像摄影装置。

Claims (17)

1.一种图像处理装置，对作为被输入的数字图像的输入图像进行处理，其特征在于，具备：
代表值计算单元，其根据该输入图像计算代表值，该代表值是代表主要区域的亮度值；
图像分割单元，其对上述输入图像的图像区域进行分割，并设定多个范围；
对应关系计算单元，其在按由该图像分割单元分割出的各区域将上述输入图像中的像素的色阶与图像处理后的输出图像中的像素的色阶相关联而得到的与色阶有关的对应关系中，计算用于强调或者抑制由上述代表值计算单元计算出的上述代表值附近的对比度的与色阶有关的对应关系；以及
色阶转换单元，其转换输入图像的各像素的色阶，
其中，该色阶转换单元基于作为由上述图像分割单元分割出的上述范围的、图像处理对象的像素所属的范围和与该范围相邻的范围内的上述与色阶有关的对应关系，来转换上述图像处理对象的像素的色阶。
2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，
上述主要区域是成为对比度的强调的对象的主要被检体区域，
上述对应关系计算单元计算用于强调上述代表值附近的对比度的上述与色阶有关的对应关系。
3.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，
上述主要区域是成为对比度的强调的对象外的背景区域，
上述对应关系计算单元计算用于抑制上述代表值附近的对比度的上述与色阶有关的对应关系。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的图像处理装置，其特征在于，
还具备确定上述主要区域的主要区域确定单元。
5.根据权利要求4所述的图像处理装置，其特征在于，
上述主要区域确定单元由运算单元构成，
利用该运算单元检测上述主要区域。
6.根据权利要求4所述的图像处理装置，其特征在于，
上述主要区域确定单元由输入单元构成，
利用该输入单元输入设定上述主要区域。
7.根据权利要求4所述的图像处理装置，其特征在于，
上述主要区域确定单元将上述主要区域分割为多个，
上述代表值计算单元针对由上述主要区域确定单元分割为多个的各主要区域分别计算上述代表值。
8.根据权利要求4所述的图像处理装置，其特征在于，
上述主要区域确定单元将上述主要区域设定为多个，
上述代表值计算单元针对由上述主要区域确定单元设定为多个的各主要区域分别计算上述代表值。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的图像处理装置，其特征在于，
上述代表值是基于区域内的像素数据的统计值。
10.根据权利要求9所述的图像处理装置，其特征在于，
上述代表值是基于区域内的像素数据的平均值。
11.根据权利要求9所述的图像处理装置，其特征在于，
上述代表值是基于区域内的像素数据的最大值。
12.根据权利要求9所述的图像处理装置，其特征在于，
上述代表值是基于区域内的像素数据的最小值。
13.根据权利要求9所述的图像处理装置，其特征在于，
上述代表值是基于区域内的像素数据的最频值。
14.根据权利要求9所述的图像处理装置，其特征在于，
上述代表值是上述亮度值的中央值。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的图像处理装置，其特征在于，
上述图像分割单元将上述输入图像的图像区域分割为相同形状。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的图像处理装置，其特征在于，
上述图像分割单元根据被检体的形状来分割上述输入图像的图像区域。
17.一种图像处理方法，对作为被输入的数字图像的输入图像进行处理，该图像处理方法的特征在于，包括以下步骤：
代表值计算步骤，根据该输入图像计算代表值，该代表值是代表主要区域的亮度值；
图像分割步骤，对上述输入图像的图像区域进行分割，并设定多个范围；
对应关系计算步骤，在按通过该图像分割步骤分割出的各区域将上述输入图像中的像素的色阶与图像处理后的输出图像中的像素的色阶相关联而得到的与色阶有关的对应关系中，计算用于强调或者抑制通过上述代表值计算步骤计算出的上述代表值附近的对比度的与色阶有关的对应关系；以及
色阶转换步骤，转换输入图像的各像素的色阶，
其中，在该色阶转换步骤中，基于作为通过上述图像分割步骤分割出的上述范围的、图像处理对象的像素所属的范围和与该范围相邻的范围内的上述与色阶有关的对应关系，来转换上述图像处理对象的像素的色阶。
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