JP4323708B2

JP4323708B2 - 画像処理方法、画像処理装置および記録媒体

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Publication number: JP4323708B2
Application number: JP2000365329A
Authority: JP
Inventors: 弘之新畠
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP2002171411A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーバーシュートを抑制して良好な階調変換を行う画像処理方法、装置および記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、Ｘ線胸部画像は、Ｘ線が透過しやすい肺野の画像、及びＸ線が非常に透過しにくい縦隔部のの画像より構成されるため、画素値の存在するレンジが非常に広い。このため、肺野及び縦隔部の両方を同時に観察することが可能なＸ線胸部画像を得ることは困難であるとされてきた。
【０００３】
そこで、この問題を回避する方法として、ＳＰＩＥＶｏｌ．６２６Medicine XIV /PACS IV（１９８６）に記載される方法がある。この方法は処理後の画素値Ｓ_D、オリジナル画素値（入力画素値）Ｓ_org、オリジナル画像（入力画像）の低周波画像の画素値Ｓ_US、定数Ａ，Ｂ，Ｃをもって（例えばＡ＝３、Ｂ＝０．７）
Ｓ_D＝Ａ［Ｓ_org−Ｓ_US］＋Ｂ［Ｓ_US］＋Ｃ（１）
なる式（１）で表わされるものである。この方法は高周波成分（第一項）、低周波成分（第二項）の重み付けを変えることが可能で、例えばＡ＝３、Ｂ＝０．７では高周波成分を強調し、かつ全体のダイナミックレンジを圧縮する効果が得られるものである。５人の放射線医には処理なし画像と比較し、診断に有効であるという評価が得られている。
【０００４】
また、第２５０９５０３特許公報には、処理後の画素値Ｓ_D、オリジナル画素値（入力画素値）Ｓ_org、オリジナル画像（入力画像）のＹ方向プロファイルの平均プロファイルＰｙとＸ方向プロファイルの平均プロファイルＰｘをもって
Ｓ_D＝Ｓ_org＋Ｆ［Ｇ（Ｐｘ、Ｐｙ）］（２）
なる式（２）で表わされる方法が記載されている。ここで、関数ｆ（ｘ）が有する特性について説明すると、まず、「ｘ＞Dth」ではｆ（０）が「０」となり、「０≦ｘ≦Dth」ではｆ（ｘ）が切片を「Ｅ」、傾き「E/Dth」として単調減少するものであり、（３）式で示される。
F[x]＝E−（Ｅ／Ｄｔｈ）Ｘ（３）
Ｐｙ＝（ΣＰｙｉ）／ｎ（４）
Ｐｘ＝（ΣＰｘｉ）／ｎ（５）
但し、（ｉ＝１〜ｎ）、pyi、pxiはプロファイル。そして例えば
Ｇ（Ｐｘ，Ｐｙ）＝max（ｐｘ、ｐｙ）（６）
で示されるものである。この方法では低周波画像の画素値でDｔｈ以下の濃度レンジが圧縮されるものである。
【０００５】
また、第２５０９５０３特許公報の方法と同様な方法に「日本放射線技術学会雑誌第４５巻第８号１９８９年８月１０３０頁阿南ほか」、第2663189特許公報がある。この方法は処理後の画素値Ｓ_D、オリジナル画素値（入力画素値）Ｓ_org、オリジナル画像（入力画像）をマスクサイズＭ×Ｍ画素で移動平均をとった時の平均画素値Ｓ_US、単調減少関数ｆ（Ｘ）をもって、
Ｓ_D＝Ｓ_org＋ｆ（Ｓ_US）（７）
Ｓ_US＝ΣＳ_org ／Ｍ² （８）
なる式（７）、（８）式で表わされるものであり、（２）式と低周波画像の作成方法が異なり、（２）式では１次元データで低周波画像を作成していたのに対し、２次元データで低周波画像を作成するものである。この方法も低周波画像の画素値でDth以下の濃度値を圧縮するものである。
【０００６】
上述のダイナミックレンジ圧縮方法は低周波画像を変換する関数ｆ１（）と定数Ａをもって（９）式のようにあらわせるものである。
Ｓ_D＝ｆ１（Ｓ_US）＋ＡＸ（Ｓ_org−Ｓ_US）（９）
【０００７】
しかし、（９）式のようにあらわされるダイナミックレンジ圧縮方法では以下に説明するオーバシュート、アンダーシュートといわれるアーティファクトが生じる。図９、図１０はその原理を説明する図であり、図９において一番上の図は原画像のエッジ部分のプロファイルでり、中段はその原画像の平滑化画像のプロファイルであり、下段は原画像からその平滑化画像を減じることにより作成した高周波画像のプロファイルである。図９において上段は図９の中段の平滑化画像の絶対値の値を１/２倍にした画像のプロファイルであり、中段は図１０の高周波画像のプロファイルと同一の図であり、下段は平滑化画像の値を変換した上段の画像に中断の高周波画像を加算した画像のプロファイルである。この下段に示す画像のようにダイナミックレンジを圧縮する処理をダイナミックレンジ圧縮処理と呼ぶ。
【０００８】
図１０において、エッジ部においてはその平滑化画像がエッジ構造を保持することができず、高周波成分としては矢印で示す様にエッジ部で大きな値を示す様になる。ただし、これらの平滑化画像と高周波画像を加算すると元の原画像にもどるものである。
【０００９】
しかし、図１０に示す様に低周波画像の値を変換して高周波画像を加算すると図１０矢印で示す様にエッジ構造が崩れる。これをオーバシュート、アンダーシュートという。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
式（１）および（２）に示されるダイナミックレンジ圧縮処理では、ダイナミックレンジ圧縮処理は行なえるが高周波成分の調整を行なう思想の開示がない。したがってダイナミックレンジ圧縮は行なえるが、高周波成文帯域の調整が行なえない問題がある。
【００１１】
また、（９）式に示される平滑化画像の値を変換して高周波成分を足しこむダイナミックレンジ圧縮方法では、平滑画像の変換の程度によらず、一律に高周波成分を抑制している。よって、平滑画像の変換の程度を変更した場合に、オーバーシュートとアンダーシュートが抑制しきれないという問題がある。
【００１２】
例えば、図７において平滑化画像全体を１／２倍に変換する場合、オーバシュート、アンダーシュートに対応する部分の高周波成分を１／２倍すれば、ダイナミックレンジ圧縮処理の画像において、エッジ構造は保存されるものである。しかし、平滑化画像全体を１／３倍に変換したり、複雑な曲線形で変換した場合には、オーバシュート、アンダーシュートに対応する部分の高周波成分を１／２倍にしていたのではオーバシュート、アンダーシュートを抑制しきれない。
【００１３】
本発明は、低周波成分に対するダイナミックレンジを調整する階調変換の結果に応じて高周波成分を調整できるようにすることにより、良好な出力画像を得られるようにすることを目的とする。
【００１４】
特に、オーバシュートを抑制し、高精度なダイナミックレンジを調整する階調変換を行えるようにすることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の１つは、原画像から作成された低周波成分であって所定の変換曲線による階調変換がされたものに、前記原画像から作成された高周波成分を足し合わせることにより得られる画像を生成する画像生成ステップを有する画像処理方法において、前記画像生成ステップでは、前記足し合わせる前記原画像から作成された該原画像の高周波成分に対して、前記階調変換による前記低周波成分の変更分に合わせて、該高周波成分の画素値が大きくなるほど、前記低周波成分になされた前記階調変換の変換曲線の曲線形により近い曲線形を有する変換曲線により変更する補正を行うことを特徴とする。また本願他の発明は、前記高周波成分に対する補正を行う曲線は微分連続であることを特徴とすることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
【００１７】
（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、ＤＲＣ処理機能を有する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。
【００１８】
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。画像処理回路１１２において、１１３は平滑化画像を作成する低周波成分作成回路、１１４は低周波成分作成回路１１３で作成された平滑化画像の値を変換する低周波成分変換回路、１１５は低周波成分作成回路１１３で作成された平滑化画像を原画像から減じることで高周波成分を作成する高周波成分作成回路であり、１１６は高周波成分作成回路で作成された高周波成分の値を変換する高周波成分変換回路であり、１１７は低周波成分変換回路１１４で変換された平滑化画像と高周波成分変換回路１１６で変換された高周波成分を加算する合成回路である。
【００１９】
図２はこの発明の実施の形態１の処理の流れを示すフローチャートである。図３は低周波成分変換回路１１４で平滑化画像の値を変換するために用いる関数の一例を示す図である。図４は高周波成分変換回路１１６で高周波成分を変換するために用いる関数の一例を示す図である。
【００２０】
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。
【００２１】
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。これにより画像処理装置１００は、以下のように動作する。
【００２２】
先ず、X線発生回路１０１は、被検査体１０２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。
【００２３】
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。
【００２４】
以下に図２の処理の流れに従い画像処理回路102で行われる処理を説明する。
【００２５】
まず、低周波成分作成回路１１３は原画像の平滑化画像を式（１０）に従い作成する（ｓ２０１）。ここで、Ｏｒｇ（ｘ、ｙ）を2次元の原画像、Ｓｕｓ（ｘ，ｙ）平滑化画像、ｘ、ｙを２次元上の座標、ｄをマスクサイズとする。
【００２６】
【外１】

【００２７】
次に低周波成分変換回路１１４は変換関数ｆ（）に従い（１１）式に示す様に平滑化画像を変換して変換後の画像Ｓｕｓ１（ｘ，ｙ）を得る（ｓ２０２）。
Ｓｕｓ１（ｘ、ｙ）＝ｆ（Ｓｕｓ（ｘ，ｙ））（１１）
【００２８】
ここで例えば関数ｆ（）としては図３に示すような関数形を用いる。例えば実線１は傾き１の関数である。つまり、入力値と出力値を変更しない場合であり、ダイナミックレンジ圧縮の効果はない。次に破線２の場合は低画素値側のダイナミックレンジを圧縮する関数形であり、破線３は低画素値側のダイナミックレンジを拡大する関数形である。同様に破線４は高画素値側のダイナミックレンジを拡大するものであり、破線５は高画素値側のダイナミックレンジを圧縮する関数形である。
【００２９】
なお、これらの曲線形は微分連続に構成する方が好ましい。微分不連続点で擬輪郭が生じることがあるからである。
【００３０】
次に高周波成分作成回路１１５は（１２）式に示す様に低周波成分作成回路113で作成した平滑化画像Ｓｕｓ（ｘ，ｙ）を原画像Ｏｒｇ（ｘ、ｙ）から減じることで高周波成分ｈ（ｘ、ｙ）を得る（ｓ２０３）。
ｈ（ｘ、ｙ）＝Ｏｒｇ（ｘ、ｙ）− Ｓus（ｘ、ｙ）（１２）
そして、高周波成分変換回路116は（１３）式に従い高周波成分ｈ（ｘ、ｙ）をｈ１（ｘ、ｙ）に変換する（ｓ２０４）。
ｈ1(x,y) = h(x,y) + f１(|h(x,y)|)X(f'(x,y)-1)X h(x,y) (１３)
【００３１】
ここで関数ｆ１（）は例えば図４に示すような関数形を有する。ｈ（ｘ、ｙ）の値が小さいときには０で一定値以上ならば１となる関数形となっている。これはｈ（ｘ、ｙ）の値がエッジ部分で通常の高周波成分よりも大きくなる性質を利用したものであり、ｈ（ｘ、ｙ）がエッジ部分の値に相当すれば値１をそれ以外ならなだらかに０になるようにしたものである。
【００３２】
これにより（１３）式に示す様に、ｈ１（ｘ、ｙ）は高周波成分が一定値以上ならばf’（Ｘ、Ｙ）Ｘｈ（ｘ、ｙ）となり、それ以外ならばなだらかにｈ（ｘ、ｙ）となる。これにより、オ−バシュートを構成しない高周波成分はそのまま画像Ｓｕｓ１（ｘ，ｙ）に足しこまれ、オーバーシュートを構成する高周波成分はS２０２で用いられる関数ｆ（ｘ、ｙ）の傾きｆ’（ｘ、ｙ）に依存した値となる。
【００３３】
したがって、エッジ部分における平滑化画像Ｓｕｓ（ｘ，ｙ）の変更分を考慮して高周波成分ｈ（ｘ、ｙ）を変更していることになり、ダイナミックレンジ圧縮処理後の画像でエッジ構造が保存される効果がある。
【００３４】
次に合成回路１１７では低周波成分変換回路１１４で変換された平滑化画像Ｓｕｓ１（ｘ、ｙ）と高周波成分変換回路１１６で変換された高周波成分ｈ１（ｘ、ｙ）を（１４）式に示す様に加算し処理画像Ｐｒｃ（ｘ、ｙ）を得る（ｓ２０５）。
Ｐｒｃ（ｘ，ｙ）＝Ｓｕｓ１（ｘ，ｙ）＋ｈ１（ｘ、ｙ）（１４）
【００３５】
以上の処理によって、実施の形態１では、以下の処理を実現する。原画像の画素値Ｏｒｇ（ｘ、ｙ）、原画像の処理済み画像の画素値Ｐｒｃ（ｘ、ｙ），原画像の平滑化画像の画素値Ｓｕｓ（ｘ、ｙ）、関数ｆ（）、ｆ１（）、定数a,b,、画像上の座標ｘ、ｙとした場合、

なる演算式で表わされる変換処理を原画像に対して行う。
【００３６】
実施の形態１によれば、高周波成分を平滑化画像の変更分と高周波成分の大きさに依存して変更することで、オーバシュートを構成しない高周波成分の振幅は原画像の振幅を維持することがでる効果がある。さらに、オーバシュートを構成する高周波成分は平滑化画像の変更分にあわせて変更するのでエッジ部分にオーバシュートが生じることなくダイナミックレンジ変更処理後でもエッジ構造が保存される効果がある。また、平滑化画像を変換する曲線形を微分連続とすることで儀輪郭が生じない効果がある。さらに、高周波成分を変換する曲線形を微分連続とすることで擬輪郭を生じない効果がある。
【００３７】
（他の実施形態）
また前述した実施形態の機能を実現する様に各種のデバイスを動作させる様に該各種デバイスと接続された装置あるいはシステム内のコンピュータに、前記実施形態機能を実現するためのソフトウエアのプログラムコードを供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（CPUあるいはMPU）を格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも本発明の範疇に含まれる。
【００３８】
またこの場合、前記ソフトウエアのプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記憶媒体は本発明を構成する。
【００３９】
かかるプログラムコードを格納する記憶媒体としては例えばフロッピーディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM,、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることが出来る。
【００４０】
またコンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、前述の実施形態の機能が実現されるだけではなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティングシステム)、あるいは他のアプリケーションソフト等と共同して前述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。
【００４１】
更に供給されたプログラムコードが、コンピュータの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格納された後そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能格納ユニットに備わるCPU等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も本発明に含まれることは言うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、低周波成分に対するダイナミックレンジを調整する階調変換の結果に応じて高周波成分を調整できるようにすることにより、良好な出力画像を得られるようにすることができる。
【００４３】
特に、オーバシュートを抑制し、高精度なダイナミックレンジを調整する階調変換を行えるようにすることができる。
本願他の発明によれば、高周波成分を平滑化画像の変更分と高周波成分の大きさに依存して変更することで、オーバシュートを構成しない高周波成分の振幅は原画像の振幅を維持することがでる効果がある。さらに、オーバシュートを構成する高周波成分は平滑化画像の変更分にあわせて変更するのでエッジ部分にオーバシュートが生じることなくダイナミックレンジ変更処理後でもエッジ構造が保存される効果がある。
本願他の発明によれば、高周波成分を変換する曲線形を微分連続とすることで擬輪郭を生じない効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１の処理の流れを示す図である。
【図３】平滑画像を変換する関数形の例である。
【図４】高周波成分を変換する関数形の例である。
【図５】オーバシュートを説明する図である。
【図６】オーバシュートを説明する図である。

Claims

原画像から作成された低周波成分であって所定の変換曲線による階調変換がされたものに、前記原画像から作成された高周波成分を足し合わせることにより得られる画像を生成する画像生成ステップを有する画像処理方法において、
前記画像生成ステップでは、前記足し合わせる前記原画像から作成された該原画像の高周波成分に対して、前記階調変換による前記低周波成分の変更分に合わせて、該高周波成分の画素値が大きくなるほど、前記低周波成分になされた前記階調変換の変換曲線の曲線形により近い曲線形を有する変換曲線により変更する補正を行う
ことを特徴とする画像処理方法。
原画像から作成された低周波成分であって所定の変換曲線による階調変換がされたものに、前記原画像から作成された高周波成分を足し合わせることにより得られる画像を生成する画像生成ステップを有する画像処理方法において、
前記画像生成ステップでは、前記足し合わせる前記原画像から作成された該原画像の高周波成分のうち画素値の大きさが所定値以上である部分について前記低周波成分になされた前記所定の変換曲線により変更する補正を行う
ことを特徴とする画像処理方法。
前記低周波成分に対する階調変換を行う曲線は微分連続であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理方法。
前記高周波成分に対する補正を行う曲線は微分連続であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理方法。
前記原画像は医療画像であることを特徴とする請求項１記載の画像処理方法。
前記高周波成分への補正は、オーバーシュートを抑制すべく前記高周波成分を補正することを特徴とする請求項１記載の画像処理方法。
原画像から作成された低周波成分であって所定の変換曲線による階調変換がされたものに、前記原画像から作成された高周波成分を足し合わせることにより得られる画像を生成する画像生成手段を有する画像処理装置において、
前記画像生成手段においては、前記足し合わせる前記原画像から作成された該原画像の高周波成分のうち大きさが所定値以上である部分に対して、前記階調変換による前記低周波成分の変更分に合わせて、前記低周波成分になされた前記所定の変換曲線により変更する補正を行う
ことを特徴とする画像処理装置。
原画像から作成された低周波成分であって所定の変換曲線による階調変換がされたものに、前記原画像から作成された高周波成分を足し合わせることにより得られる画像を生成する画像生成ステップとを実行するコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録された記録媒体であって、
前記画像生成ステップでは、前記足し合わせる前記原画像から作成された該原画像の高周波成分のうち大きさが所定値以上である部分に対して、前記階調変換による前記低周波成分の変更分に合わせて、前記低周波成分になされた前記所定の変換曲線により変更する補正を行う
ことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録された記憶媒体。