JP4197392B2

JP4197392B2 - ノイズ抑制処理装置並びに記録媒体

Info

Publication number: JP4197392B2
Application number: JP2000316235A
Authority: JP
Inventors: 雅彦山田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2000-10-17
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2020-10-17
Also published as: JP2002125153A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線画像を担持する入力画像信号に対して、放射線画像に含まれるノイズ成分を抑制させるノイズ抑制処理を施すノイズ抑制処理装置およびこのノイズ抑制処理を行なう処理手順を記録した記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピューテッド・ラジオグラフィ装置（以下ＣＲ装置という）などを用いて取得した放射線画像を診断に資するに際しては、得られた放射線画像に対して周波数強調処理や階調処理など所望の画像処理を施して診断に適する画像とした後にＣＲＴモニタにソフトコピーとして表示させたり、フィルムにハードコピーとして出力することが行なわれている。
【０００３】
ここで、放射線画像は、放射線量が少なく濃度が低い部分において、放射線の量子ノイズが目立ってしまうという問題がある。このため、放射線画像を担持する画像信号中に含まれるノイズ成分を抑制させるノイズ抑制処理を施す方法が種々提案されている。
【０００４】
例えば特開平6-96200 号には、画像を一連のディテール像（解像度レベル１〜Ｍ段までの帯域制限画像信号）に多重解像度分解し、各ディテール像において注目画素近辺（Ｎ×Ｎ画素分）の領域に対する２乗和（移動平均）を計算し、この２乗和のディテール象に亘るヒストグラムのピークからノイズ分散を算出し、このノイズ分散と各画素に対応する２乗和の値とを比較し、２乗和の値がノイズ分散より小さいときはディテール信号を小さくすることによりディテール像のノイズを抑制し、この後、逆多重解像度変換を行なって画像を復元することにより、ノイズ成分が抑制された画像を得る方法が提案されている。
【０００５】
また、上記特開平6-96200 号には、最高解像度レベルの画像（最も密なディテール像）のノイズ分散に基づいてそれよりも低解像度レベルの画像におけるノイズ分散を計算する手法も提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平6-96200号に記載された方法は、該当解像度信号（ディテール像）のみの２乗和（移動平均）とそのヒストグラムから算出したノイズ分散値を用いてノイズ抑制を行なっているため、例えば直接Ｘ線があたっている領域などのようにノイズが比較的少ない部分はノイズとエッジの分離が容易でノイズを効果的に抑制することが可能であるが、例えば被写体が写っている領域などのように全体として少ないＸ線量で撮影された画像はエッジ信号だけでなくノイズ信号も多くなりヒストグラムの形状が異なるためにノイズとエッジとの分離が不可能となり、この結果、ノイズを抑制しようとすれば、ノイズと一緒にエッジ情報までもが抑制されるためエッジ劣化が生じ、鮮鋭度の低下した画像となってしまうという問題がある。
【０００７】
また、同一ノイズレベルの画像でも、様々な構造を有する被写体の場合と、多くの横造を有しない被写体とではヒストグラムの形状が異なるものになるから、被写体に応じてノイズとエッジとの分離を最適に行なうことは難しい。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、線量に拘わらずノイズを効果的に抑制あるいは除去するとともに、ノイズが多い画像に対してノイズ除去処理を施した際に生じ得るエッジ劣化を少なくすることができるノイズ抑制処理装置およびこのノイズ抑制処理を行なう処理手順を記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のノイズ抑制処理装置は、入力された放射線画像を担持する入力画像信号に対して、放射線画像に含まれるノイズ成分を抑制させるノイズ抑制処理を施すノイズ抑制処理装置であって、入力画像信号に基づいて、それぞれが異なる周波数帯域を有する画像を担持する複数の帯域制限画像信号を作成する帯域制限画像信号作成手段と、放射線画像を得た際の放射線の線量を示す情報に基づいて、線量に応じたノイズ成分を抑制させる程度を示す指標値を得る指標値取得手段と、この得られた指標値に基づいて、複数の帯域制限画像信号のそれぞれについて、ノイズ抑制処理を施すノイズ抑制処理手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
放射線画像を得た際の放射線の線量を示す情報は、放射線の線量を直接的に示すものに限らず、撮影メニュー、患者年齢、撮影条件、規格化条件（特開平２−108175号などを参照）、あるいは画像の信号値（濃度値）など、放射線の線量を間接的に示し得るもの（線量相当のもの）であってもよい。
【００１１】
ノイズ成分を抑制させる程度を示す指標値は、ノイズ成分を抑制させる程度を示すことができるものである限りどのような指標値を用いてもよく、前記放射線画像を得た際の放射線の線量を示す情報そのものであってもよい。
【００１２】
本発明のノイズ抑制処理装置においては、指標値取得手段を、指標値を複数の帯域制限画像信号ごとに得るものとするとともに、ノイズ抑制処理手段を、複数の帯域制限画像信号ごとに、各帯域制限画像信号の指標値に基づいてノイズ抑制処理を施すものとすることが望ましい。
【００１３】
また、本発明のノイズ抑制処理装置においては、指標値取得手段を、指標値を帯域制限画像信号により表される帯域制限画像の各画素ごとに得るものとするとともに、ノイズ抑制処理手段を、画素それぞれについて、各画素の指標値に基づいてノイズ抑制処理を施すものとすることが望ましい。
【００１４】
また、本発明のノイズ抑制処理装置においては、指標値取得手段を、放射線画像を得た際の放射線の線量を示す情報に応じて加算比を設定し、該設定した加算比により、一の周波数帯域を有する帯域制限画像に基づいて求めた第１の評価値と、一の周波数帯域よりも低い周波数帯域を有する帯域制限画像に基づいて求めた第２の評価値とを加算し、該加算により得た加算結果に基づいて一の周波数帯域を有する帯域制限画像についての指標値を得るものとすることが望ましい。
【００１５】
この場合、指標値取得手段を、帯域制限画像信号により表される帯域制限画像の画素それぞれについて、該画素近傍の帯域制限画像信号の値に基づいて各評価値を求めるものとすることが望ましい。
【００１６】
あるいは、指標値取得手段を、評価値として帯域制限画像信号により表される帯域制限画像の各画素における画素ベクトルを用い、該画素ベクトルの長さおよび／または方向に基づいて指標値を求めるものとするとより望ましい。この場合、指標値取得手段は、指標値として、エッジ信頼性、画素エネルギ、およびベクトル方向の少なくとも１つを得るものであることが望ましい。
【００１７】
また、本発明のノイズ抑制処理装置においては、ノイズ抑制処理手段を、帯域制限画像信号に対して所定の処理を施して変換画像信号を求め、帯域制限画像信号と変換画像信号とを、指標値に基づく所定の加算比にしたがって加算することによりノイズ抑制処理を施すものとすることが望ましい。
【００１８】
この場合、ノイズ抑制処理手段を、所定の処理として、帯域制限画像信号により表される帯域制限画像の各画素における画素ベクトルを求め、該画素ベクトルの長さおよび方向に基づいて方向依存性フィルタ（異方性フィルタ）を設定し、該方向依存性フィルタと帯域制限画像信号のうちの画素近傍の信号の値とで畳込み積分を行なって変換画像信号を得るものとすることが望ましい。
【００１９】
本発明の記録媒体は、入力された放射線画像を担持する入力画像信号に対して、前記放射線画像に含まれるノイズ成分を抑制させるノイズ抑制処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体であって、前記プログラムが、入力画像信号に基づいて、それぞれが異なる周波数帯域を有する画像を担持する複数の帯域制限画像信号を作成する手順と、放射線画像を得た際の放射線の線量を示す情報に基づいて、放射線量に応じたノイズ成分を抑制させる程度を示す指標値を得る手順と、この得られた指標値に基づいて、複数の帯域制限画像信号のそれぞれについて、ノイズ抑制処理を施す手順とを前記コンピュータに実行させるものであることを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のノイズ抑制処理装置および記録媒体によれば、放射線画像を得た際の放射線の線量を示す情報に基づいて、線量に応じたノイズ成分を抑制させる程度を示す指標値を得、この得られた指標値に基づいて、複数の帯域制限画像信号のそれぞれについてノイズ抑制処理を施す構成としたので、ノイズ抑制処理が施された各帯域制限画像信号に基づいて１つの画像信号を再構成すれば、線量に拘わらずノイズが効果的に抑制されあるいは除去された画像を得ることができる。
【００２１】
また、このノイズ抑制処理に際して、指標値を複数の帯域制限画像信号ごとに得て各帯域制限画像信号ごとにノイズ抑制処理を施したり、あるいは、指標値を帯域制限画像信号により表される帯域制限画像の各画素ごとに得て画素それぞれについてノイズ抑制処理を施すようにすれば、例えば画像全体の平均に基づいて指標値を求め、この指標値に基づいてノイズ抑制処理を施す場合に比べて、画像の各部ごとに該各部に応じた最適な指標値を用いることができるから、きめ細かなノイズ抑制処理を行なうことができる。
【００２２】
また、放射線画像を得た際の放射線の線量を示す情報に応じて加算比を設定し、この加算比により、一の周波数帯域を有する帯域制限画像に基づいて求めた第１の評価値と、一の周波数帯域よりも低い周波数帯域を有する帯域制限画像に基づいて求めた第２の評価値とを加算し、該加算により得た加算結果に基づいて一の周波数帯域を有する帯域制限画像についての指標値を得るようにすれば、ノイズとエッジそれぞれに応じた適正な指標値を用いてノイズ抑制処理を施すことができる。
【００２３】
なお、ノイズが多い画像の場合にはＳ／Ｎの悪い注目帯域の情報に基づいて評価値を算出することもあり、エッジ部でもノイズが多く評価値がノイズの影響を受けるためノイズ抑制によりエッジ劣化を生じることが懸念されるが、帯域制限画像信号により表される帯域制限画像の画素それぞれについて、画素近傍の帯域制限画像信号の値に基づいて各評価値を求めるようにすれば、Ｓ／Ｎのよい低帯域の情報を評価値算出に用いることができるのでエッジと非エッジの分離性能が向上するため、前述のような問題（エッジ劣化）を低減することができる。
【００２４】
さらに、このとき、評価値として帯域制限画像信号により表される帯域制限画像の各画素における画素ベクトルを用い、該画素ベクトルの長さおよび／または方向に基づいて指標値を求めるようにすれば、エッジ成分（方向および鋭さ）に応じたより適正な指標値を用いてノイズを効果的に抑制するとともに、ノイズが多い画像に対してノイズ抑制を行なった際に生じ得るエッジ劣化を低減し、撮影線量による画質のばらつきを抑制することもできる。
【００２５】
さらにまた、指標値として、エッジ信頼性、画素エネルギ、およびベクトル方向の少なくとも１つを得るものとすれば、これらのベクトル情報に基づいて帯域制限画像信号に対して平滑化処理を施すことができるから、エッジ上にのったノイズも適正に抑制することができる。また、こららを全て求めれば、エッジコントラストを低減することなくエッジ上のノイズを一層効果的に抑制することができる。
【００２６】
また、帯域制限画像信号に対して所定の処理を施して変換画像信号を求め、帯域制限画像信号と変換画像信号とを、指標値に基づく所定の加算比にしたがって加算することによりノイズ抑制処理を施すようにすれば、ノイズとエッジとを分離して、それぞれに応じた適正なノイズ抑制処理を施すことができる。
【００２７】
このとき、所定の処理として、帯域制限画像信号により表される帯域制限画像の各画素における画素ベクトルを求め、該画素ベクトルの長さおよび方向に基づいて方向依存性フィルタ（異方性フィルタ）を設定し、該方向依存性フィルタと帯域制限画像信号のうちの画素近傍の信号の値とで畳込み積分を行なって変換画像信号を得るようにすれば、ノイズとエッジとの分離を精度よく行なうことができるとともに、処理全体のスループットを向上させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２９】
図１は本発明のノイズ抑制処理装置の一実施形態の構成を示す概略ブロック図である。
【００３０】
ノイズ抑制処理装置１００は、図１に示すように、読取装置などにおいて得られた所定の解像度を有する放射線画像を担持する入力画像信号Ｓinに基づいて、それぞれが異なる周波数帯域を有する画像を担持する複数の帯域制限画像信号を作成する帯域制限画像信号作成部１と、放射線画像を得た際の放射線の線量を示す情報に基づいて、放射線量に応じたノイズ成分を抑制させる程度を示す指標値を得る指標値取得部２と、この得られた指標値に基づいて複数の帯域制限画像信号のそれぞれについてノイズ抑制処理を施すノイズ抑制処理部３と、それぞれノイズ抑制処理が施された複数の帯域制限画像信号に基づいてノイズが抑制された放射線画像を担持する処理済画像信号Ｓprocを再構成する画像再構成部４とを有する。
【００３１】
なお、本実施形態は、例えば特開昭55-12429号や同56-11395号などに記載のように、蓄積性蛍光体シートを利用した放射線画像情報記録再生システムにおいて、蓄積性蛍光体シートに記録された人体の放射線画像をレーザビーム走査によりデジタル画像信号として読み取ったものをノイズ抑制処理の対象としている。放射線画像の読み取りは、蓄積性蛍光体シートに対して主走査方向（横方向）にレーザビームを走査させながらシートを副走査方向（縦方向）に移動させてシートを２次元走査することにより行なわれる。
【００３２】
次に上記構成のノイズ抑制処理装置１００の作用について説明する。
【００３３】
最初に図２に示すフローチャートを参照して、処理の概要について説明する。
【００３４】
帯域制限画像信号の作成処理としては、例えば特開平5-244508号、同6-096200号、あるいは特願平 11-363766号および特願 2000-022828号などにおいて本願出願人が提案しているラプラシアンピラミッド分解や、特開平6-274615号や特願平 11-363766号などにおいて本願出願人が提案しているウェーブレット変換などの多重解像度変換の手法を用いるとよい。また、特開平10-75364号などに示されているようにボケマスク信号を用いて取得する方法など、公知のその他の方法を用いてもよい。以下の実施形態では、ラプラシアンピラミッドの手法を用いるものとして説明する。
【００３５】
入力された原画像から、多重解像度変換の一態様であるラプラシアンピラミッド分解を用いて帯域制限画像信号を得る（ステップＳ２１）。そして、本発明の評価値としての、帯域制限画像信号が担持する多重解像度空間に分解された各帯域制限画像の各画素位置におけるベクトル成分を算出する（ステップＳ２２）。なお、ベクトル成分は、後述するDouble-Angle表現にて算出すると、ある画素位置において、４５度ごとの４方向のベクトルを算出することになる。これら４方向ベクトルから、該当画素位置における情報がノイズ成分なのかエッジ成分なのかを識別することができる。
【００３６】
しかしながら、周辺のベクトルに比べて極端に大きなベクトルを持つなどの特異点（局所的なノイズ）が存在すると、その画素位置での局所的なノイズをエッジ信号と間違えるため、１次元フィルタを用いて各ベクトル成分の近傍平均をとることとする（ステップＳ２３）。ベクトル平均は、エッジ信号は連続しているという仮定から成り立っている。本実施形態では、後述するように、等方性の２次元空間フィルタを用いて近傍平均をとる。また、このベクトル平均を、対象解像度より低解像度のベクトル成分を用いて修正する。このとき、原画像を得た際の放射線の線量に応じてベクトル平均を修正する（ステップ２４）。
【００３７】
次に、平均され且つ修正された各ベクトルに基づいて、後述する方法にしたがって、それぞれノイズ抑制度の一態様であるエッジ信頼性Ｃと画素エネルギＥを算出し（ステップ２５）、このエッジ信頼性Ｃと画素エネルギＥを用いて、適応的フィルタリングによるノイズ抑制処理を施す（ステップＳ２６）。そして最後に、逆多重解像度変換の一態様であるラプラシアンピラミッド再構成を行なってノイズが抑制された処理済画像を得る（ステップＳ２７）。
【００３８】
ステップＳ２６における適応的フィルタリングは、異方性フィルタ（方向依存フィルタ）と等方性フィルタ（方向に依存しないフィルタ）に分けて行なう。異方性フィルタは、予め数１０種類の異方性フィルタ係数を算出しておき、ベクトル方向Ｄに応じて１種類のフィルタ係数を選択するようにする。一方、等方性フィルタは、単純な非線形変換で実現することとする。
【００３９】
次に、各ステップにおいて行なう処理の詳細について説明する。
【００４０】
図３は帯域制限画像信号作成部１の概要を示すブロック図、図４は５段階の帯域制限画像信号作成処理を模式的に示す図である。
【００４１】
例えば上記特開平5-244508号などに示されているように、フィルタリング処理手段１０においては、入力画像信号Ｓinに対して原画像の主副の各走査方向に対してフィルタリング処理を施して入力画像信号Ｓinよりも解像度が低い画像信号Ｌ₁（以下、低解像度画像信号という）を作成し、次にこの低解像度画像信号Ｌ₁に対して同様のフィルタリング処理を施してこの低解像度画像信号Ｌ₁よりもさらに解像度が低い低解像度画像信号Ｌ₂を作成し、以降順次同様のフィルタリング処理を繰り返して各解像度の低解像度画像信号Ｌ_k（ｋ＝１〜ｎ）を得る。そして、補間処理手段１１において、このフィルタリング処理の各段において得られる低解像度画像信号Ｌ_kに対して、主副の各走査方向にそれぞれ２倍（全体としては４倍）の画素数となるように補間処理を施して、鮮鋭度が異なる複数のボケ画像信号Ｓus1 〜Ｓusn （以下Ｓusk （ｋ＝１〜ｎ）で代表させる）を得る。この後、減算器１２により互いに対応する画素数を有する低解像度画像信号Ｌ_k-1とボケ画像信号Ｓusk および入力画像信号Ｓinとボケ画像信号Ｓus1 との差分を求め、これを帯域制限画像信号Ｂ_kとする。
【００４２】
次に、上述のようにして求められた帯域制限画像信号Ｂ_kを用いてノイズ抑制の程度を示す指標値（ノイズ抑制度）を求め、求めた指標値にしたがってノイズ抑制処理を施す過程について説明する。
【００４３】
図５は装置１００の全体構成の詳細を示すブロック図である。図示するように、指標値取得部２は、各帯域制限画像信号Ｂ_kにより表される各帯域制限画像の各画素における画素ベクトル（本発明の評価値の一態様）を得る画素ベクトル取得手段２２と、画素ベクトルの長さおよび／または方向に基づいて、エッジ信頼性、画素エネルギ、およびベクトル方向（それぞれ本発明の指標値の一態様）の少なくとも１つを、帯域制限画像信号Ｂ_kにより表される帯域制限画像の各画素ごとに得る指標値算出手段２４とを各帯域制限画像信号Ｂ_kごとに有している。
【００４４】
ノイズ抑制処理部３は、指標値算出手段２４から出力された指標値に基づいて帯域制限画像信号Ｂ_kに含まれるノイズ成分を抑制する処理を施す抑制処理手段３２を各帯域制限画像信号Ｂ_kごとに有している。
【００４５】
本発明のノイズ抑制処理は、「線信号は線方向に平滑化し、孤立ノイズは２次元的に平滑化する」という手法を用いるものである。この処理の最大の特徴は、線信号の平滑化による滑らかなエッジ（線）の描出であり、そのために必要な情報をベクトル形式もしくはテンソル形式のみで表現している点である。本実施形態では、図２に示したように、処理に用いる情報として、テンソル形式のものではなく、Double‐Angle表現（以下Ｄ−Ａ表現という）という概念のベクトル形式のものを用いる。
【００４６】
ベクトルのＤ−Ａ表現は、線信号を表現するための手法であり、アルゴリズムとしてのメリットは、このＤ−Ａ表現された情報の近傍平均をとるだけで線信号の信頼性（線らしさの指標）が算出できる点である。この点について、図６を参照して簡単に説明する。
【００４７】
図６（Ａ）に示すような画像信号の濃度ベクトルを算出し、通常のベクトル表現（ここではFull-Angle表現；以下Ｆ−Ａ表現という）すると同図（Ｂ）のようになり、中心の低濃度部領域を境にベクトルの向きが正対する。一方、Ｄ−Ａ表現では算出したベクトル角度を２倍するため同図（Ｃ）のようになる。
【００４８】
これらのベクトルの近傍平均によりエッジ信頼性Ｃを算出すると、（Ｂ），（Ｃ）の右側の大矢印のようになり、（Ｃ）に対し（Ｂ）の信頼性はかなり小さくなる。特に図示していないが、ノイズ（近傍べクトルが様々な方向を向く）も信頼性が小さくなることは容易に想像でき、Ｆ−Ａ表現ではノイズと線情報の分離はより困難となる。
【００４９】
これに対して、Ｄ−Ａ表現を用いると、図７に示すように、線方向に対するベクトルを定義することとなる。ｑ０〜ｑ３は、注目画素における各方向成分の大きさを表している。ある画素において、直交する２方向成分の大きさが等しい場合（交点に相当する）、Ｄ−Ａ表現では出力が弱くなり、２つの直交する成分の大きさが異なれば、大きい成分を持つ方向が主方向となる。
【００５０】
したがって、各画素における４方向成分ｑ０〜ｑ３を算出すれば、ベクトルをＤ−Ａ表現することができる。
【００５１】
以下、各方向成分ｑ０〜ｑ３の算出方法について具体的に説明する。
【００５２】
対象となっている帯域制限画像信号は、ラプラシアンピラミッド分解されたラプラシアン信号であり、図８に示す４種類の２次元空間フィルタとのコンボリューションにより４成分を算出する。フィルタ係数の例として５×５のｑ０フィルタのフィル夕係数を表４−１に示す。ラプラシアン信号とフィルタ係数はどちらも０を中心とした正負の値をとるので、方向成分としてはこれらのコンボリューション積の絶対値を用いる。
【表１】

【００５３】
この４種類のフィルタは何れも一種の微分フィルタなので、ラプラシアン信号のように２次微分された信号に対して施す場合、２次微分信号値が大きくてもその傾きが小さい場所ではフィルタ出力が大きくならない。この様子を図９で説明する。
【００５４】
図９は、ラプラシアン信号と１次微分フィルタ出力値（１次微分後の絶対値）との関係を示す図である。図示するように、ラプラシアン信号のＡ点はエッジ端の一部を表し、ラプラシアン信号は最大値となるが、Ａ点での信号の傾きが０のため、１次微分フィルタによる出力値も０になる。
【００５５】
また、エッジと非エッジ境界点であるＣ点では、信号に傾きがあるためＡ点での１次微分フィルタ出力値より大きくなる。この傾向は、マスクサイズが大きいほど顕著となる。また、マスクサイズが大きくなると、微小エッジの追従性が悪くなり、微小エッジがボケることも明らかである。
【００５６】
したがって、パターン画像のように人工的に生成されたノイズがない画像信号であれば、小マスクサイズが適切である。しかし、実際の自然画像では、程度の差はあるものの画像全体にノイズが加わっているため、小マスクサイズでの１次微分は、ノイズの影響を強く受ける。
【００５７】
これらのことは、画素エネルギ（ｑ０〜ｑ３の平均値）を用いた適応的フィルタを施す際、画質に悪影響を与える要因の１つとなる。
【００５８】
しかしながら、ノイズの量が推定できれば、ノイズの量に応じてマスクサイズを変更する、あるいはマスクサイズ変更と同等となるフィルタ係数を設定することで、最適化できる可能性がある。本実施形態のように放射線画像を処理対象画像として取り扱う場合、Ｓ値（読取感度）やＬ値（ラチチュード）からＸ線量とノイズ量を推定し、最適なフィルタ係数を計算することができる。なお、Ｓ値やＬ値に関しては、例えば特開平２−108175号などを参照するとよい。
【００５９】
具体的には、各画素に対して算出したベクトル成分（ｑ０〜ｑ３）を、各成分ごとに近傍平均する。近傍平均には、図１０に示すような等方性の２次元空間フィルタを用いる。
【００６０】
ここで、２次元フィルタのマスクサイズを変えると、当然ベクトル成分の平滑化レベルが変わる。この平滑化レベルは、エッジ信頼性や信号の画素エネルギに反映され、最終画像に与える影響は比較的大きい。マスクサイズを大きくすると、ノイズと比較的大きなエッジ信号は精度良く分離可能となるが、小さなエッジ信号がノイズと見なされる虞れがある。したがって、例えば小児胸部などのように細かな情報がない画像では、大きなマスクサイズでの平滑化が有効である。一方、足画像などの骨画像では、骨梁のような細かな信号が縦横無尽に存在しているため、平滑化レベルを強くすると細かな信号がエッジと認識できないため、小さなマスクサイズを用いることとする。
【００６１】
また、このベクトル平均に関しては、本願出願人が特願2000-022828号において提案したように、対象画像の解像度よりも低解像度画像のベクトル成分を用いて修正する。ここで、本願発明者らの調査によれば、ベクトル平均時にたった今対象としている帯域制限画像信号（注目帯域制限画像）から算出されたベクトルのほかに、別の（より低解像度の）帯域制限画像信号から算出されたベクトルを利用する際、以下のようなことが分かった。
１）ノイズが少ない画像（Ｘ線が多く照射された画像）は、Ｓ／Ｎが良いため、たった今注目している帯域制限画像信号だけのベクトル平均を用いた方が、細かな信号に対するベクトルの追従性が向上し、エッジ劣化を防止できる。
２）ノイズが多い画像は、Ｓ／Ｎが悪いため、注目している帯域制限画像信号より算出したベクトル（Ｓ／Ｎが悪い）と低周波帯域情報から算出したベクトル（Ｓ／Ｎが向上している）の平均をとることにより、ノイズに埋もれていない比較的大きな信号に対する追従性が増し、大きなノイズ除去効果が得られる。
つまり、画像中に含まれるノイズ量に応じてノイズ抑制の程度をコントロールすることが、画像品質を向上させる上で重要であるということである。
【００６２】
次に、ノイズ抑制の程度をコントロールするに際して必要となるノイズ量を推測する方法について説明する。
【００６３】
Ｘ線画像などの放射線画像の場合、ノイズは主に透過放射線量の減少によりもたらされるため、透過放射線量が分かれば、おおよそのノイズ量を推測できる。
【００６４】
また、周波数帯域が異なるベクトルの平均方法は、注目帯域制限信号でのベクトル平均をＡ、低周波帯域制限信号のベクトル平均をＢとすると、ベクトル平均Ｃは、次式（１）により計算できる。
【数１】

【００６５】
ここで、ｘはＸ線量を表し、ｆ（ｘ）はＸ線量に依存した関数を表し、隣り合う解像度レベルの帯域制限画像信号間のベクトル平均の加算比率に相当する。
【００６６】
ノイズ量を推測する手法としては、1)撮影部位や撮影メニュー、2)規格化条件（ＥＤＲ条件）としてのＳ値やＬ値、3)画像の信号値（濃度値）、4)患者年齢あるいは撮影条件など、Ｘ線量を示し得る各種情報を用いることができる。
【００６７】
撮影部位や撮影メニューを用いる場合には、例えば低線量用メニューあるいは小児メニューを用意し、そのメニューに応じて、注目する帯城制限画像信号のベクトルと、より低周波の帯域制限画像信号のベクトルとの加算比率を変えることで対応できる。Ｓ値やＬ値を用いる場合には、Ｓ値が小さいほど（高Ｘ線量）ｆ（ｘ）が大きくなるような関数、例えば次式（２）で示すような関数を用いるとよい。勿論これ以外の関数を用いることもできる。
【数２】

【００６８】
画像の信号値を用いる場合には、蓄積性蛍光体シート面上でのＸ線量と画像濃度とに相関があり、画像信号値は相対的にはＸ線量を表すから、加算比率の関数として、例えば次式（３）で示すような関数を用いるとよい。
【数３】

【００６９】
なお、ここでは、０≦ｆ（ｘ）≦１．０としたが、例えば、０．５≦ｆ（ｘ）≦１．０の範囲としてもよい。
【００７０】
このように信号値を用いる場合は、ベクトル平均を算出するときに、画素位置の画像信号値を参照し、上記式（３）でＸ線量を推測し、予め定義された関数により求められる加算比率でベクトル平均を算出することになる。
【００７１】
次に、４つのベクトル成分（ｑ０〜ｑ３）を用いて、主ベクトルと副ベクトルのそれぞれ方向と長さを算出する。図７に示すように、各ベクトル成分がＤ−Ａ表現となるように算出されているため、主ベクトル長Ｖ１は、式（４）で算出でき、主ベクトルの単位ベクトル成分（ｅｘ１，ｅｙ１）は、それぞれ式（５）のように算出できる。
【数４】

【数５】

【００７２】
また、主ベクトルと直交する副ベクトルの単位ベクトル成分（ｅｘ２，ｅｙ２）は、Ｄ−Ａ表現では、主ベクトルと逆方向となるため、式（６）のようになる。
【数６】

【００７３】
また該当画素での画素エネルギＶｅは、各成分の平均として式（７）で定義できるため、副ベクトル長Ｖ２は、画素エネルギＶｅと主ベクトル長Ｖ１の割合から式（８）のように算出できる。
【数７】

【数８】

【００７４】
次に、平均され且つノイズ量に応じて修正された互いに直交する２つのベクトル情報Ｖ１，Ｖ２を用いて、それぞれノイズ抑制度の一態様であるエッジ信頼性Ｃと画素エネルギＥ、並びに異方性フィルタの平滑化方向Ｄを以下の式に基づいて決定する。すなわち、画素エネルギＥはある閾値Ｔｈに対して式（９）で算出し、エッジの信頼性Ｃは主ベクトル長Ｖ１と副ベクトル長Ｖ２とから式（１０）で算出する。
【数９】

【数１０】

【００７５】
ただし、０．０≦Ｅ≦１．０、０．０≦Ｃ≦１．０、０≦Ｄ≦３１（Ｄは整数）である。
【００７６】
また、式（１１）に示すように、副ベクトルの単位ベクトル成分から角度θを算出し、算出した角度からさらに規格化された平滑化方向Ｄを算出する。なお、本実施形態では、全３２方向とした。
【数１１】

【００７７】
エッジ信頼性Ｃは、エッジらしさを表す指標であり、該当画素位置が直線上であるほど大きな値をとる一方、画素エネルギＥが大きいほど信号であることを示す。エッジ信頼性Ｃと画素エネルギＥとの関係における、直線信号と交点・端点信号およびノイズの認識モデル（適応フィルタの一例）を図１１に示す。
【００７８】
次に、互いに直交する２つのベクトル情報から算出された画素エネルギＥ、エッジ信頼性Ｃ、および平滑化方向Ｄに基づいて、各帯域制限画像信号（ラプラシアン信号）の各画素に対して異方性フィルタを用いた平滑化処理と適応的フィルタリングを用いてノイズ抑制処理を施す。
【００７９】
ここで、エッジ信頼性Ｃが大きいほど直線であるため、本実施形態では、先ず直線方向に沿うように異方性フィルタを用いた平滑化処理を施す。換言すれば、ラプラシアン信号に施す異方性の２次元空間フィルタは、主ベクトル方向に平滑化を行なうものである。この異方性フィルタは、図１２に示すような係数となっている。このような異方性フィルタを用いる意図は、ノイズが多い画像になると、エッジ信号上にもノイズが重畳するため、エッジコントラストを低減することなくエッジ上のノイズを除去するためである。
【００８０】
具体的には、ベクトルから算出した平滑化方向Ｄ（θ）に応じて方向依存性フィルタとしての異方性フィルタを選択し、選択されたフィルタでコンボリューション（畳込み積分）を行なって変換画像信号としてのコンボリューション積を得る。このコンボリューション積（異方性フィルタ信号）が後述する式（１２）や式（１３）に記載されているＡである。
【００８１】
図１２に、３６０度を８方向に分割したときの異方性フィルタの中から０〜１８０度までの５個を示す。なお、異方性フィルタは、エッジに対してはエッジ保存となるが、エッジ交点では平滑化方向に働く。しかし、実際の画像上に見られる交点は、理想的な交点（線がシャープで線が互いに直交している交点）とは異なり、それ程平滑化されない。
【００８２】
ノイズ抑制処理部３においては、ノイズ成分を抑制するための適応的フィルタリング処理として、上述のように異方性フィルタとラプラシアン信号のコンボリューション積Ａを求め、このコンボリューション積Ａとラプラシアン信号との加算比率を画素エネルギＥおよびエッジ信頼性Ｃに基づいて制御することで、各帯域制限画像信号（ラプラシアン信号）の各画素に対応する処理済帯域制限画像信号ｆＢ_k（ｋ＝１〜ｎ）（式ではＰroc で代表させる）を算出する。処理済帯域制限画像信号Ｐroc はノイズ成分が抑制された信号となる。この処理済帯域制限画像信号Ｐroc の算出時の定義には、下記１，２がある。
【００８３】
定義１：図１１（ｂ）を直線と定義する場合
図１１（ｂ）を直線と定義する場合であり、ノイズ成分が抑制された処理済帯域制限画像信号Ｐroc は次式（１２）で計算される。
【数１２】

【００８４】
エッジ信頼性Ｃが高いときは、エッジなので異方性フィルタ出力を選択し（第１項）、信頼性が低いときはさらに画素エネルギＥによってオリジナルのラプラシアン信号を減衰し、ノイズと交点を分離する（第２項）。
【００８５】
定義２：図１１（ｂ）をノイズと定義する場合
図１１（ｂ）をノイズと定義する場合であり、ノイズ成分が抑制された処理済帯域制限画像信号Ｐroc は次式（１３）で計算される。
【数１３】

【００８６】
エッジ信頼性Ｃが高い場合は、画素エネルギＥに依存して異方性フィルタ出力を減衰し、ノイズとエッジを分離する（第１項）。エッジ信頼性Ｃが低い時も画素エネルギＥによってオリジナルのラプラシアン信号を減衰し、ノイズと交点を分離する（第２項）。
【００８７】
ここで、定義１の場合、Ｓ／Ｎが良い画像ではノイズ除去効果があるものの、Ｓ／Ｎが悪い画像になると効果がほとんどない。この結果から、Ｓ／Ｎが悪くなるとノイズでも線の信頼性が高くなるということが考察できる。
【００８８】
また、定義２の場合は、Ｓ／Ｎが悪い画像ほど、不連続感（突然ノイズやエッジが見える現象：局所的な不連続感）を生じアーチファクトとなる。このアーチファクトを消すためには、画素エネルギ算出時の閾値を高くする必要があるが、閾値が高くなると当然エッジもボケることになる。これは、Ｓ／Ｎが悪い画像の場合は、エッジの画素エネルギとノイズの画素エネルギが拮抗しているためであり、画素エネルギを利用している限り必ず生じる問題である。
【００８９】
なお、エッジ信頼性Ｃは非直線信号（交点や端点および点信号など）でも小さな値を有するため、これらの非直線信号とノイズと分離するために、画素エネルギＥを用いて、画素エネルギＥがある値以上であれは信号、以下であればノイズというような判断を行なうこともできる。実際には、任意の非線形関数により連続的にノイズらしさを決定する。例えば、ノイズらしさＮは、しきい値ＴＨ、画素エネルギに基づいて、次式（１４）で示すような非線形関数で決定することもできる。
【数１４】

【００９０】
この場合、エッジ信頼性ＣとノイズらしさＮから、上記式（１２）に対応して次式（１５）を用いたり、あるいは上記式（１３）に対応して次式（１６）を用いるとよい。
【数１５】

【数１６】

【００９１】
このようにして、ノイズ抑制処理を各帯域制限画像信号に対して施して処理済帯域制限画像信号Ｐroc を得た後、画像再構成部４において、逆多重解像度変換としてのラプラシアン再構成を行ない、ノイズ成分が抑制された画像を表す処理済画像信号Ｓprocを得る。
【００９２】
画像再構成部４には、図５に示すように、ノイズ抑制処理が施された帯域制限画像信号に対して補間処理を施す補間処理手段４３と、帯域制限画像信号と補間処理が施された拡大画像信号とを加算する加算器４４とが、解像度レベルの段数に応じて設けられている。
【００９３】
図１３はラプラシアン再構成を行なう処理を模式的に示す図である。ノイズ成分が抑制された処理済帯域制限画像信号ｆＢ_k（ｋ＝１〜ｎ）が得られたら、処理済帯域制限画像信号ｆＢ_kのうち、最低解像度の信号ｆＢ_nが１段階高解像度の処理済帯域制限画像信号ｆＢ_k-1と同一画素数となるように、補間処理手段４３において上記補間処理手段１１と同様の補間処理がなされて拡大画像信号Ｓｎ′が得られる。この後、処理済帯域制限画像信号ｆＢ_k-1と拡大画像信号Ｓｎ′とが加算器４４において加算されて、加算画像信号Ｓｎ−１が得られる。このような処理をより高解像度となる方向に繰り返し行なって、最高解像度の加算画像信号Ｓ１を得る。この最高解像度の加算画像信号Ｓ１は、ノイズ成分が抑制された処理済画像信号Ｓprocとなる。
【００９４】
したがって、この処理済画像信号Ｓprocに基づいて画像出力すれば、画質的には、適応的フィルタなどのパラメータ調整をすることで、「低線量画像を、通常線量画像の高周波成分を少し暈かしたような画像」として得ることができる。つまり、放射線画像を得た際のＸ線量に依存して、注目する帯域制限画像信号の平均ベクトルと、より低周波の帯域制限画像信号の平均ベクトルとの加算比率を制御しているので、高Ｘ線量領域では微細エッジ重視のノイズ抑制処理がなされる一方、低Ｘ線領域では大きなエッジを重視したノイズ抑制処理がなされるから、総合的には、ノイズを効果的に抑制あるいは除去するとともに、ノイズが多い画像に対してノイズ抑制を行なった際に生じ得るエッジの劣化を軽減し、撮影線量による画質のばらつきを抑制することができる。換言すれば、撮影線量にバラ付きがあるなどに起因して画像に含まれるノイズ成分量が異なる場合においても、常にノイズ抑制効果が大きく、唐草模様状のアーチファクト（不自然さ）を低減させ、より自然な画像を得ることができ、また微細信号の劣化が少ない、高画質な画像を得ることができる。
【００９５】
以上本発明のノイズ抑制処理装置の好ましい実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではない。
【００９６】
例えば、上記実施形態は、ラプラシアンピラミッドの手法により入力画像信号Ｓinからそれぞれ異なる周波数帯域を有する帯域制限画像信号を得ているが、例えば特開平6-274615号に示すように、ウェーブレット変換により帯域制限画像信号を得るようにしてもよい。
【００９７】
また、ノイズ成分が抑制された各帯域制限画像信号を逆多重解像度変換することによりノイズ成分が抑制された画像を得るようにしていたが、例えば本願出願人が特願平 11-363766号に提案しているように、多重解像度信号を用いてノイズ成分ＳＨ１を分離した後、ノイズ分離手段４５により入力画像信号Ｓinからノイズ成分ＳＨ１を差し引くことによってノイズ成分が抑制された画像を得るという構成とすることもできる。図１４は、このような形態の装置１００の詳細を示すブロック図である。
【００９８】
また、上記実施形態は、注目画素近傍の値から局所的に算出される情報（以下局所情報という）としてベクトル情報を用い、このベクトル情報に基づいてノイズ抑制度を示す指標値を求めたりフィルタ処理を施すようにしていたが、局所情報は、これに限らず、例えばテンソル平均や移動平均値を用いることもできる。移動平均値を用いる場合、一の帯域制限画像信号に対する第１の移動平均値算出時に、撮影メニューやＸ線撮影条件およびＸ線相当量などの放射線の線量を示す情報に応じて、より周波数帯域の低い帯域制限画像信号における該当画素における第２の移動平均値を加味するようにしてもよい。
【００９９】
また、ノイズ成分を抑制させる程度を示す指標値を、画像信号、特に帯域制限画像信号に基づいて求め、この求めた指標値に応じてノイズ抑制処理を施すことにより線量に拘わらずノイズが効果的に抑制された画像を得るようにしていたが、この指標値はノイズ成分を抑制させる程度を示すことができるものである限りどのような指標値を用いてもよく、例えば放射線画像を得たときの放射線の線量を示す情報そのものを用いることもできる。また、この放射線の線量を示す情報としては、例えばフォトタイマなどを用いて取得した撮影時の線量そのものの情報を用いることもできる。
【０１００】
さらに、例えば上記特開平6-96200 号に記載のように、各ディテール像の近傍２乗和を計算する際により低いディテール像の該当する領域における近傍２乗和を加算するとき、場所ごとの線量に応じて加算比を変更し、ノイズ成分Ｎを算出して、Proc＝Ｎ×Org と変換することもできる。
【０１０１】
また、上述したノイズ抑制方法をコンピュータにより実行するものとし、該ノイズ抑制方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを、コンピュータ読取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のノイズ抑制処理装置の一実施形態の構成を示す概略ブロック図
【図２】本発明のノイズ抑制処理装置における処理手順を示すフローチャート
【図３】帯域制限画像信号作成部の概要を示すブロック図
【図４】帯域制限画像信号作成処理を模式的に示す図
【図５】ノイズ抑制処理装置の全体構成の詳細を示すブロック図
【図６】 Double-Angle表現を説明する概念図
【図７】 Double-Angle表現の定義を説明する図
【図８】４種類の２次元空間フィルタの例を示す図
【図９】ラプラシアン信号と１次微分フィルタ出力値（１次微分後の絶対値）との関係を示す図
【図１０】等方性の２次元空間フィルタの例を示す図
【図１１】エッジ信頼性と画素エネルギとの関係における、直線信号と交点・端点信号およびノイズの認識モデルを示す図
【図１２】異方性フィルタの一例を示す図
【図１３】ラプラシアン再構成を行なう処理を模式的に示す図
【図１４】本発明のノイズ抑制処理装置の他の実施形態の構成を示す詳細ブロック図
【符号の説明】
１００ノイズ抑制処理装置
１帯域制限画像信号作成部
２指標値取得部
３ノイズ抑制処理部
４画像再構成部

Claims

入力された放射線画像を担持する入力画像信号に対して、前記放射線画像に含まれるノイズ成分を抑制させるノイズ抑制処理を施すノイズ抑制処理装置であって、
前記入力画像信号に基づいて、それぞれが異なる周波数帯域を有する画像を担持する複数の帯域制限画像信号を作成する帯域制限画像信号作成手段と、
前記放射線画像を得た際の放射線の線量を示す情報に基づいて、前記線量に応じた前記ノイズ成分を抑制させる程度を示す指標値を得る指標値取得手段と、
この得られた指標値に基づいて、前記複数の帯域制限画像信号のそれぞれについて、前記ノイズ抑制処理を施すノイズ抑制処理手段とを備え、
前記指標値取得手段が、前記放射線画像を得た際の放射線の線量を示す情報に応じて加算比を設定し、該設定した加算比により、一の周波数帯域を有する帯域制限画像に基づいて求めた第１の評価値と、前記一の周波数帯域よりも低い周波数帯域を有する帯域制限画像に基づいて求めた第２の評価値とを加算し、該加算により得た加算結果に基づいて前記一の周波数帯域を有する帯域制限画像についての前記指標値を得るものであることを特徴とするノイズ抑制処理装置。
前記指標値取得手段が、前記指標値を前記複数の帯域制限画像信号ごとに得るものであり、
前記ノイズ抑制処理手段が、前記複数の帯域制限画像信号ごとに、各帯域制限画像信号の指標値に基づいて前記ノイズ抑制処理を施すものであることを特徴とする請求項１記載のノイズ抑制処理装置。
前記指標値取得手段が、前記指標値を前記帯域制限画像信号により表される帯域制限画像の各画素ごとに得るものであり、
前記ノイズ抑制処理手段が、前記画素それぞれについて、各画素の指標値に基づいて前記ノイズ抑制処理を施すものであることを特徴とする請求項１または２記載のノイズ抑制処理装置。
前記指標値取得手段が、前記帯域制限画像信号により表される帯域制限画像の画素それぞれについて、該画素近傍の帯域制限画像信号の値に基づいて前記評価値を求めるものであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のノイズ抑制処理装置。
前記指標値取得手段が、前記評価値として前記帯域制限画像信号により表される帯域制限画像の各画素における画素ベクトルを用い、該画素ベクトルの長さおよび／または方向に基づいて前記指標値を求めるものであることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のノイズ抑制処理装置。
前記指標値取得手段が、前記指標値として、エッジ信頼性、画素エネルギ、およびベクトル方向の少なくとも１つを得るものであることを特徴とする請求項５記載のノイズ抑制処理装置。
入力された放射線画像を担持する入力画像信号に対して、前記放射線画像に含まれるノイズ成分を抑制させるノイズ抑制処理を施すノイズ抑制処理装置であって、
前記入力画像信号に基づいて、それぞれが異なる周波数帯域を有する画像を担持する複数の帯域制限画像信号を作成する帯域制限画像信号作成手段と、
前記放射線画像を得た際の放射線の線量を示す情報に基づいて、前記線量に応じた前記ノイズ成分を抑制させる程度を示す指標値を得る指標値取得手段と、
この得られた指標値に基づいて、前記複数の帯域制限画像信号のそれぞれについて、前記ノイズ抑制処理を施すノイズ抑制処理手段とを備え、
前記ノイズ抑制処理手段が、前記帯域制限画像信号に対して所定の処理を施して変換画像信号を求め、前記帯域制限画像信号と前記変換画像信号とを、前記指標値に基づく所定の加算比にしたがって加算することにより前記ノイズ抑制処理を施すものであることを特徴とするノイズ抑制処理装置。
前記ノイズ抑制処理手段が、前記所定の処理として、前記帯域制限画像信号により表される帯域制限画像の各画素における画素ベクトルを求め、該画素ベクトルの長さおよび方向に基づいて方向依存性フィルタを設定し、該方向依存性フィルタと前記帯域制限画像信号のうちの前記画素近傍の信号の値とで畳込み積分を行なって前記変換画像信号を得るものであることを特徴とする請求項７記載のノイズ抑制処理装置。
入力された放射線画像を担持する入力画像信号に対して、前記放射線画像に含まれるノイズ成分を抑制させるノイズ抑制処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体であって、前記プログラムが、
前記入力画像信号に基づいて、それぞれが異なる周波数帯域を有する画像を担持する複数の帯域制限画像信号を作成する手順と、
前記放射線画像を得た際の放射線の線量を示す情報に基づいて、前記放射線量に応じた前記ノイズ成分を抑制させる程度を示す指標値を得る手順と、
この得られた指標値に基づいて、前記複数の帯域制限画像信号のそれぞれについて、前記ノイズ抑制処理を施す手順とを前記コンピュータに実行させるものであり、
前記指標値を得る手順が、前記放射線画像を得た際の放射線の線量を示す情報に応じて加算比を設定し、該設定した加算比により、一の周波数帯域を有する帯域制限画像に基づいて求めた第１の評価値と、前記一の周波数帯域よりも低い周波数帯域を有する帯域制限画像に基づいて求めた第２の評価値とを加算し、該加算により得た加算結果に基づいて前記一の周波数帯域を有する帯域制限画像についての前記指標値を得るものであることを特徴とするコンピュータ読取り可能な記録媒体。
入力された放射線画像を担持する入力画像信号に対して、前記放射線画像に含まれるノイズ成分を抑制させるノイズ抑制処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体であって、前記プログラムが、
前記入力画像信号に基づいて、それぞれが異なる周波数帯域を有する画像を担持する複数の帯域制限画像信号を作成する手順と、
前記放射線画像を得た際の放射線の線量を示す情報に基づいて、前記放射線量に応じた前記ノイズ成分を抑制させる程度を示す指標値を得る手順と、
この得られた指標値に基づいて、前記複数の帯域制限画像信号のそれぞれについて、前記ノイズ抑制処理を施す手順とを前記コンピュータに実行させるものであり、
前記ノイズ抑制処理を施す手順が、前記帯域制限画像信号に対して所定の処理を施して変換画像信号を求め、前記帯域制限画像信号と前記変換画像信号とを、前記指標値に基づく所定の加算比にしたがって加算することにより前記ノイズ抑制処理を施すものであることを特徴とするコンピュータ読取り可能な記録媒体。