JP4072491B2 - 画像処理装置、画像処理方法、プログラム及びコンピュータ可読媒体 - Google Patents

Description

本発明は、ノイズ減衰処理を行う画像処理装置、画像処理方法、プログラム及びコンピュータ可読媒体に関し、特に高周波成分又は高周波係数を平滑化することでノイズを減衰する画像処理装置、画像処理方法、プログラム及びコンピュータ可読媒体に関するものである。

近年のデジタル技術の進歩により放射線画像をデジタル画像信号に変換し、該デジタル画像信号に対して周波数処理などの画像処理を施し、ＣＲＴ等に表示、あるいはプリント出力することが行われている。このような周波数処理としては原画像に高周波成分を足しこむいわゆる鮮鋭化処理が一般に行なわれている。また、原画像を平滑化することで、ノイズを目立たなくする画像処理が行われている。さらに、近年、原画像を複数の周波数帯毎の高周波係数に分離し、周波数帯毎の高周波係数を増加又は減弱することで周波数処理を行う多重周波数処理が医療画像処理に用いられ初めている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−９２５８８号公報

しかしながら、従来のいわゆる鮮鋭化処理などでは、例えば胸部正面画像の腹部領域の鮮鋭化処理に代表されるように、ノイズ領域の高周波成分を強調することによりかえってノイズが目立ち画質が劣化するなどの問題があった。

また、周波数帯毎の高周波成分を減弱する多重周波数処理では高周波成分の振幅を減ずるだけであり、ノイズ自体の成分は残存している問題があった。さらに、高周波成分に情報として有効な成分が存在する場合にも、一律に高周波成分の振幅を減ずることで有効情報をも失う問題があった。また、高周波成分の一部を、減じるやり方では、現実割合の判定が困難であり、適切にノイズ成分を減じることが困難であった。

また、原画像を平滑化する方法では、ノイズの存在しない周波数帯の情報を失うと共に、ノイズが主として存在する周波数帯の情報も損失する問題があった。

また、特許文献１に開示される様に、多重周波数処理において、原画像のテクスチャを解析し、高周波係数を減じるやり方では、高周波係数を減じる量を決定するのが困難である場合があり、適切にノイズの低減が図れない場合がある。

本発明は以上の問題点に対して鑑みてなされたものであり、高周波成分又は高周波係数を平滑化することで、ノイズ成分を除去することを目的とする。

本発明の目的を達成するために、例えば本発明の画像処理装置は以下の構成を備える。すなわち、原画像から当該原画像の低周波成分と少なくとも１つの高周波成分とを作成する高周波成分作成手段と、該高周波成分作成手段で作成した少なくとも１つの高周波成分を平滑化することでノイズ成分を減衰するノイズ減衰手段と、ノイズ減衰手段でノイズ成分を減衰した高周波成分に基き処理画像を作成する処理画像作成手段とを備える。

本発明の目的を達成するために、例えば本発明の画像処理装置は以下の構成を備える。すなわち、原画像から複数の周波数帯毎の高周波係数を作成する高周波成分作成手段と、該高周波成分作成手段で作成した高周波係数を平滑化するノイズ減衰手段と、ノイズ減衰手段で平滑化された高周波係数を復元処理することで処理画像を作成する処理画像作成手段とを備える。

高周波成分又は高周波係数を平滑化することでノイズを減衰した処理画像を得ることができる効果を有する。

以下添付図面に従って、本発明を好適な実施形態に従って詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１によるＸ線撮影装置１００を示す。すなわち、Ｘ線撮影装置１００は、撮影された画像の周波数帯毎の処理を行う機能を有するＸ線の撮影装置であり、前処理回路１０６、ｃｐｕ１０８、メインメモリ１０９、操作パネル１１０、画像表示器１１１、画像処理回路１１２を備えており、ＣＰＵバス１０７を介して互いにデータ授受されるようになされている。

また、Ｘ線撮影装置１００は、前処理回路１０６に接続されたデータ収集回路１０５と、データ収集回路１０５に接続された２次元Ｘ線センサ１０４及びＸ線発生回路１０１とを備えており、これらの各回路はＣＰＵバス１０７にも接続されている。図２はこの発明の実施の形態１によるＸ線撮影装置１００の処理の流れを示すフローチャートである。

上述の様なＸ線撮影装置１００において、まず、メインメモリ１０９は、ＣＰＵ１０８での処理に必要な各種のデータなどが記憶されるものであると共に、ＣＰＵ１０８の作業用としてのワークメモリを含む。尚、図２に示したフローチャートに従ったプログラムコードはメインメモリ１０９、もしくは図不示のＲＯＭに格納され、ＣＰＵ１０８により読み出され、実行されるものとする。

ＣＰＵ１０８は、メインメモリ１０９を用いて、操作パネル１１０からの操作にしたがった装置全体の動作制御等を行う。これによりＸ線撮影装置１００は、以下のように動作する。

先ず、Ｘ線発生回路１０１は、被検査体１０３に対してＸ線ビーム１０２を放射する。

Ｘ線発生回路１０１から放射されたＸ線ビーム１０２は、被検査体１０３を減衰しながら透過して、２次元Ｘ線センサ１０４に到達し、２次元Ｘ線センサ１０４によりＸ線画像として出力される。ここでは、２次元Ｘ線センサ１０４から出力されるＸ線画像を、例えば人体画像等とする。

データ収集回路１０５は、２次元Ｘ線センサ１０４から出力されたＸ線画像を電気信号に変換して前処理回路１０６に供給する。前処理回路１０６は、データ収集回路１０５からの信号（Ｘ線画像信号）に対して、オフセット補正処理やゲイン補正処理等の前処理を行う。この前処理回路１０６で前処理が行われたＸ線画像信号は原画像として、ＣＰＵ１０８の制御により、ＣＰＵバス１０７を介して、メインメモリ１０９、画像処理回路１１２に転送される。

１１２は画像処理回路の構成を示すブロック図であり、１１２において、１１３は原画像から平滑画像を減じることにより高周波成分を作成するか、又は、ラプラシアンピラミッドやウエーブレット等のフィルタ処理により高周波係数を作成する高周波成分作成回路であり、１１４は高周波成分作成回路１１３で作成した高周波成分又は高周波係数の所定領域を平滑化する高周波成分平滑化回路、１１５は高周波成分平滑化回路１１４で変更された高周波成分又は高周波係数に基き処理画像を作成する処理画像作成回路である。

図２は画像処理回路１１２での処理の流れを示すフローチャートである。尚、上記フィルタはラプラシアンやウエーブレットに限らず、周波数分解に使用できるものであればいずれでもよいものである。

図２の処理の流れに従い、実施の形態１．について以下に説明する。

高周波成分作成回路１１３では（１）式で示す式に従い平滑化画像ｆ１（ｘ、ｙ）を作成する（ｓ２０１）。ここで、ｆ（ｘ、ｙ）を座標（ｘ、ｙ）のにおける原画像の画素値とする。また、ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４は定数であり、実験的に決められる。

次に高周波成分作成回路１１４は平滑化画像ｆ１（ｘ、ｙ）を用いて（２）式に示す様に高周波成分ｆｈ（ｘ、ｙ）を算出する（ｓ２０１）。
ｆｈ（ｘ、ｙ）＝ｆ（ｘ、ｙ）−ｆ１（ｘ、ｙ） （２）
次に高周波成分平滑回路１１４はあらかじめ決まるパラメータに従い（３）式で示すように高周波成分ｆｈ（ｘ、ｙ）の平滑化画像を作成するためのマスクサイズＭ（ｘ）を算出する。ここでＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を定数とする。すなわち、画素値Ｄ２以下でマスクサイズが１から徐々に増加し画素値がＤ３より小さくなる場合に一定値となるものである。ここで、Ｄ３＜Ｄ２である。
ｆ（ｘ、ｙ）≧Ｄ２で
Ｍ（ｆ（ｘ、ｙ））＝１（平滑化処理をしない事を示す。）
ｆ（ｘ、ｙ）＜Ｄ２で
Ｍ（ｆ（ｘ、ｙ））＝Ｄ４Ｘ（Ｄ１−ｆ（ｘ、ｙ）Ｘ（Ｄ１／Ｄ２））＋１
ｆ（ｘ、ｙ）＜Ｄ３で
Ｍ（ｆ（ｘ、ｙ））＝Ｄ４Ｘ（Ｄ１−Ｄ３ＸＤ１／Ｄ２）＋１ （３）
次に高周波成分平滑化回路１１４はマスクサイズＭ（ｘ）にしたがい、（４）式で平滑化処理を行う（ｓ２０２）。ここでｆｈ２（ｘ、ｙ）を処理後の画像とする。

ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＝Ｍ（Ｘ）−１ （５）
ここで、マスクサイズは画素値Ｄ３以下で一定値となるようにしたものである。マスクサイズを徐々に大きくしたのは不連続に平滑化することで偽輪郭等のアーティファクトが生じるのを避けるためである。

そして、処理画像作成回路１１５は一部領域を平滑化した高周波成分ｆＨ（ｘ、ｙ）を（６）式で示すように平滑化画像ｆ１（ｘ、ｙ）に足しこむことで処理画像Ｐｒ（ｘ，ｙ）を得る（ｓ２０３）。
Ｐｒ（ｘ，ｙ）＝ｆ１（ｘ，ｙ）＋ｆＨ（ｘ，ｙ） （６）
また、高周波成分に対して（１）式、（２）式を繰り返すことで、更に高周波成分を分解して、より高周波に寄った高周波成分を作成することも可能である。つまり、高周波成分ｆｈ（ｘ、ｙ）を（１）式上で原画像ｆ（ｘ、ｙ）とみなすことで、さらに細分化した新たな高周波成分ｆｈ（ｘ、ｙ）を（２）式上で作成することができるものである。このようにして複数の周波数帯に相当する高周波成分を作成することができる。この場合にも、複数の周波数帯に相当する成分ごとに平滑化処理を行うことでノイズ成分を減衰できるものである。平滑化処理を行った処理画像を今度は（６）式を繰り返すことで、最終的な処理画像を算出することができるものである。

以上の様に実施の形態１によればノイズは高周波成分を主とした成分としているため，高周波成分を平滑化することでノイズが減衰され、これにより画像全体の画質が改善されることになる。特に、高周波成分を平滑化するため、ノイズに相当する高周波成分を増減する量を決定する事が不要であり、適切にノイズ成分を減じることができる効果がある。また、原画像そのものを平滑化した場合にはノイズ成分をそれほど含まない中、低周波の情報を失うことないなり、画質改善の効率がはかれない問題がある。これに対して、本実施の形態１によれば、ノイズ成分を多く含む周波数帯を対象としてノイズ成分の減数を行うことができるため、処理画像での情報の損失を押さえることができる効果がある。また、高周波成分を一律に減じる場合には、高周波成分の情報を失うものである。これに対して、高周波成分を平滑化する場合には、ランダム的なむら（ノイズに相当する）成分だけを除去することが可能であり、高周波成分の情報の損失を極力押さえることができるものである。ランダム的なむらはなくなるが、高周波成分自体が本来有している値は、ほぼ保存されるためである。

また、原画像の画素値に基き高周波成分を平滑化することでノイズ成分の多く含まれる特定領域に対してのみ、ノイズ減衰処理を行うことができる効果がある。ノイズは低画素値領域で多く含まれる傾向があるためである。

高周波成分を平滑化する方法は上述の方法に限らず、モルフォロジを用いる方法等どのような方法を用いてもよい。

（実施の形態２）
実施の形態１．は移動平均を用いた周波数処理について説明したが、実施の形態２．ではウエーブレット変換に代表される多重周波数処理をもちいた場合について説明する。

図３（ａ）はＤＷＴ変換回路の構成を示す図であり、図３（ｂ）は２次元の変換処理により得られる２レベルの変換係数群の構成例を示し、図３（ｃ）は逆ＤＷＴ変換回路の構成を示す図である。図４は実施の形態２．における処理の流れを示す図である。

本実施の形態における高周波成分作成回路１１３において、入力された画像信号は遅延素子およびダウンサンプラの組み合わせにより、偶数アドレスおよび奇数アドレスの信号に分離され、２つのフィルタｐおよびｕによりフィルタ処理が施される。図３（ａ）ｓおよびｄは、各々１次元の画像信号に対して１レベルの分解を行った際のローパス係数およびハイパス係数を表しており、次式により計算されるものとする。
ｄ（ｎ）＝ｘ（２＊ｎ＋１）−ｆｌｏｏｒ（（ｘ（２＊ｎ）＋ｘ（２＊ｎ＋２））／２） （７）
ｓ（ｎ）＝ｘ（２＊ｎ）＋ｆｌｏｏｒ（（ｄ（ｎ−１）＋ｄ（ｎ））／４） （８）
ただし、ｘ（ｎ）は変換対象となる画像信号である。

以上の処理により、画像信号に対する１次元の離散ウェーブレット変換処理が行われる。

２次元の離散ウェーブレット変換は、１次元の変換を画像の水平・垂直方向に対して順次行うものであり、その詳細は公知であるのでここでは説明を省略する。図３（ｂ）は２次元の変換処理により得られる２レベルの変換係数群の構成例であり、画像信号は異なる周波数帯域の係数成分ＨＨ１，ＨＬ１，ＬＨ１，．．．，ＬＬに分解される（ｓ４０１）。図３（ｂ）においてＨＨ１，ＨＬ１，ＬＨ１，．．．，ＬＬ等（以下サブバンドと呼ぶ）が周波数帯毎の高周波係数をあらわす。

次に、高周波成分平滑回路１１６は実施の形態１．と同様に（９）式の処理により係数成分ＬＬを除く高周波係数（ＨＨ１，ＨＬ１，ＬＨ１，．．等）を平滑化にして新たな高周波係数を作成する（ｓ４０２）。式（９）では座標（ｘ、ｙ）の高周波係数ＨＨ１（ｘ、ｙ）をマスクサイズｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４で平滑化して、新たな高周波係数ｈｈ２（ｘ，ｙ）を算出する例を示している。ここで、マスクサイズは同一サイズの定数であるものとする。そして、処理画像作成回路１１５は逆ＤＷＴ変換方式に基づき以下のように逆ＤＷＴ変換を行う（ｓ４０３）。逆離散ウェーブレット変換処理の構成は図３（ｃ）に示すものとする。入力された画像成分はｕおよびｐの２つのフィルタ処理を施され、アップサンプリングされた後に重ね合わされて画像信号ｘ’が出力される。これらの処理は次式により行われる。

ｘ’（２＊ｎ）＝ｓ’（ｎ）−ｆｌｏｏｒ（（ｄ’（ｎ−１）＋ｄ’（ｎ））／４） （１０）
ｘ’（２＊ｎ＋１）＝ｄ’（ｎ）＋ｆｌｏｏｒ（（ｘ’（２＊ｎ）＋ｘ’（２＊ｎ＋２））／２） （１１）
以上の処理により、変換係数に対する１次元の逆離散ウェーブレット変換処理が行われる。２次元の逆離散ウェーブレット変換は、１次元の逆変換を画像の水平・垂直方向に対して順次行うものであり、その詳細は公知であるのでここでは説明を省略する。

ここでは、高周波係数を同一のマスクサイズで平滑化したが、高周波係数ごとに異なるマスクサイズを用意しておき、それに基き高周波係数を平滑化することも好ましい。例えば、ＨＨ１，ＨＨ２，ＨＬ１ごとに異なるマスクサイズのスケジュールを用意しておき係数を平滑化することも有効である。この場合には、周波数帯毎にきめ細かいノイズ減衰処理を行う事が可能であり、画質改善を効率良く行える効果がある。ノイズは特定のサブバンドに偏って存在するため，サブバンドごとにノイズを平滑化する領域の強さを変更することで的確にノイズ成分を減衰できるからである。

従来の方法では、ノイズに相当する係数を解析的に求めても、係数を増減する量が適切でない場合には、適切にノイズ成分を低減することができなかった問題があった。これに対して、高周波係数を平滑化する方法では、個々の高周波係数を増減する量を決定することが不要であり、適切にノイズ成分を減衰することができる。一般にノイズとして視認される領域に対応する高周波係数の分散値は、大きな値を示すが、平滑化することで分散値を減じることができるからである。また、高周波係数を平滑化する方法では、ノイズ成分に相当する係数を解析的に算出することが不要となる効果もある。これにより、解析の失敗に基づき生じた、本来画像が有していた情報量の損失を抑制することができる効果もある。さらに、高周波係数を平滑化して、分散値を低減しても、個々の高周波係数は一定値になるものでなく、各高周波係数が有している値は保存される。これにより、本来画像が有していた情報量の低下も抑制できる効果もある。

以上実施の形態２．においては周波数帯毎にきめ細かいノイズ減衰処理を行う事が可能であり、画質改善が適切に行える効果がある。

実施の形態２はウエーブレットフィルタを用いた例であるが、周波数帯毎への分解はウエーブレットフィルタに限定するものでなく、他のフィルタを用いてもよいことは当然である。

尚、ラプラシアンフィルタを用いた例では、ラプラシアンピラミッドを用いた方法が一般である。

尚、本発明の目的は、実施形態１〜２の装置又はシステムの機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、装置又はシステムに供給し、その装置又はシステムのコンピュータ（ＣＰＵ又はＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読みだして実行することによっても、達成されることは言うまでもない。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が実施形態１〜２の機能を実現することとなり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体及び当該プログラムコードは本発明を構成することとなる。

プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等を用いることができる。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、実施形態１〜２の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって実施形態１〜２の機能が実現される場合も本発明の実施の態様に含まれることは言うまでもない。

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって実施形態１〜２の機能が実現される場合も本発明の実施の態様に含まれることは言うまでもない。

このようなプログラム又は当該プログラムを格納した記憶媒体に本発明が適用される場合、当該プログラムは、例えば、上述の図２又は図４に示されるフローチャートに対応したプログラムコードから構成される。

この発明の実施の形態１による画像処理装置のブロック図である。 この発明の実施の形態１による画像処理装置の処理手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２による画像処理装置のブロック図である。 この発明の実施の形態２による画像処理装置の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１１３ 高周波成分作成回路
１１４ ノイズ減衰回路
１１５ 処理画像作成回路

Claims (7)

1. 原画像から当該原画像の低周波成分と少なくとも１つの高周波成分とを作成する高周波成分作成手段と、
   前記原画像上での目的とする座標の位置に対応する前記少なくとも１つの高周波成分を、前記座標の位置からあらかじめ決まる距離内の前記原画像上での座標の位置に対応する高周波成分に基づいて第一の平滑化処理をすることで、ノイズ成分を減衰するノイズ減衰手段と、
   ノイズ減衰手段でノイズ成分を減衰した高周波成分に基き処理画像を作成する処理画像作成手段と、
   を備えることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記ノイズ減衰手段は少なくとも１つの高周波成分を移動平均することで第一の平滑化処理をすることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記ノイズ減衰手段は少なくとも１つの高周波成分を移動平均することで第一の平滑化処理をし、移動平均の範囲を示すマスクサイズは原画像の画素値の値に基づきあらかじめ決まるパラメータで変更されることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
4. 前記高周波成分作成手段は、原画像を第二の平滑化処理をすることで低周波成分を作成し、原画像から前記低周波成分を減じることで高周波成分を作成し、該高周波成分を第三の平滑化処理をすることで第二の低周波成分を作成し、該高周波成分から前記第二の低周波成分を減じることで第二の高周波成分を作成することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
5. 前記処理画像作成手段は前記ノイズ減衰手段でノイズを減衰した少なくとも１つの高周波成分を、前記低周波成分に加算することで処理画像を作成することを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
6. 原画像から当該原画像の低周波成分と少なくとも１つの高周波成分とを作成する高周波成分作成工程と、
   前記原画像上での目的とする座標の位置に対応する前記少なくとも１つの高周波成分を、前記座標の位置からあらかじめ決まる距離内の前記原画像上での座標の位置に対応する高周波成分に基づいて第一の平滑化処理をすることで、ノイズ成分を減衰するノイズ減衰工程と、
   ノイズ減衰手段でノイズ成分を減衰した高周波成分に基き処理画像を作成する処理画像作成工程と、
   を備えることを特徴とする画像処理方法。
7. コンピュータに画像処理を実行させるためのプログラムであって、コンピュータを、
   原画像から当該原画像の低周波成分と少なくとも１つの高周波成分とを作成する高周波成分作成手段と、
   前記原画像上での目的とする座標の位置に対応する前記少なくとも１つの高周波成分を、前記座標の位置からあらかじめ決まる距離内の前記原画像上での座標の位置に対応する高周波成分に基づいて第一の平滑化処理をすることで、ノイズ成分を減衰するノイズ減衰手段と、
   ノイズ減衰手段でノイズ成分を減衰した高周波成分に基き処理画像を作成する処理画像作成手段と、
   して機能させるためのプログラム。

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