JP5627275B2 - 画像処理装置、画像処理方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、撮影された画像データから暗電流成分を除去するためのオフセット補正処理の技術に関するものである。

近年、デジタル技術の進歩により、医療用のＸ線撮影で得られる画像をデジタル化することが一般的となってきた。従来広く使われていたＸ線診断用のフィルムを用いたＸ線撮影に代わって、Ｘ線を電気信号に変換する変換素子を２次元行列状に配設させた平面検出器を用いたＸ線画像撮影装置が使用され始めている。このようなＸ線画像撮影装置で得られるデジタルデータ（以下、Ｘ線画像データと称す）から診断価値のあるデータを提供するためには、後段に画像処理装置を接続し、検出器特性の補正、対数変換、階調変換等の処理を加えることが不可欠となる。

Ｘ線画像撮影装置は、Ｘ線を照射せずに撮影した場合においても暗電流による電荷が蓄積される性質を持つ。このため、画像処理装置が未処理のＸ線画像データには、被写体を透過したＸ線による被写体信号の電荷成分以外に、暗電流による電荷成分が加え合わされている。この暗電流成分は画像データにアーティファクトを生じさせる原因となる。暗電流成分の影響を低減させるために、Ｘ線を照射しないで撮影を行い、得られた暗電流成分を含むオフセット補正用画像データを上記未処理のＸ線画像データから差し引くオフセット補正処理が行われている。

しかしながら、暗電流成分は、Ｘ線画像撮影装置の動作温度や画像撮影の際の電荷を蓄積する時間によって変動することが知られており、オフセット補正処理によって暗電流成分を完全に取り除くことは困難である。とりわけ、例えば高温且つ長時間蓄積の撮影等、暗電流成分の時間変動が大きくなる撮影条件下においては、画像データ上の低信号の領域においてオフセット補正処理を行った結果、計測データに０以下の画素値を持つ領域が含まれる場合がある。後段の画像処理装置において対数変換を行う際、０以下の画素値を含む領域を適宜な正値に置換する必要があるため、この領域の画像信号は失われ、０以下の画素値を含む領域の形をしたアーティファクトが発生していた。

このようなとき、オフセット補正処理後のＸ線画像データの最小値から求めたバイアス値を画像全体に加算した後に画像処理を行うことによって０以下の値をなくし、画像信号が失われることによって起こるアーティファクトを抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１６８５３６号公報

しかしながら、上述の従来技術は、単純にオフセット補正処理後のＸ線画像データの最小値から求めたバイアス値を加算するだけである。従って、画像情報を含みながらも０以下の値を持ってしまっている画素と、突発的に低い値を持ってしまっている画素（ノイズ成分）とを区別することができない。そのため、突発的に低い値をバイアス値として画像全体に加算した場合、本来小さい画素値によって表されていた信号は不要に大きな値となってしまい、ダイナミックレンジが大きく損なわれるという課題が発生していた。

そこで、本発明の目的は、オフセット補正処理を行う際に起こるダイナミックレンジの低下を軽減することにある。

本発明の画像処理装置は、被写体を放射線で撮影する際のフレームレートを含む撮影条件に基づく加算値を算出する算出手段と、前記被写体を透過した放射線により画像データを生成する生成手段と、前記画像データに対して暗電流成分を含む補正用画像データを用いてオフセット補正を行う第１のオフセット補正手段と、前記第１のオフセット補正手段によりオフセット補正された前記画像データに対して、前記算出手段により算出された前記加算値を用いてオフセット補正を行う第２のオフセット補正手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、オフセット補正処理を行う際に起こるダイナミックレンジの低下を軽減することができる。

本発明の実施形態に係るＸ線画像処理システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態におけるオフセット補正装置の処理の流れを示す図である。 本発明の第２の実施形態におけるオフセット補正装置の処理の流れを示す図である。

以下、本発明を適用した好適な実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の本発明の各実施形態の説明では、本発明に係る放射線撮影装置として、放射線の一種であるＸ線を用いて被写体のＸ線画像データの撮影を行うＸ線画像撮影装置を適用した場合について説明を行う。また、本発明においては、このＸ線画像撮影装置に限らず、例えば、他の放射線（例えば、α線、β線、γ線等）を用いて被写体の放射線画像の撮影を行う放射線画像撮影装置に適用することも可能である。

先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るＸ線画像処理システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係るＸ線画像撮影システムは、制御装置１００、Ｘ線発生装置１０１、Ｘ線画像撮影装置１０２、画像処理装置１０３、画像表示装置１０４及び画像保存装置１０５を備える。制御装置１００はＸ線発生装置１０１に接続され、Ｘ線発生装置１０１を制御する。Ｘ線発生装置１０１は被写体に対してＸ線を照射し、被写体を透過したＸ線がＸ線画像撮影装置１０２に対して入射される。Ｘ線画像撮影装置１０２は、入射したＸ線によって被写体像を撮影し、Ｘ線画像データを生成する。画像処理装置１０３はＸ線画像撮影装置１０２と接続され、Ｘ線画像撮影装置１０２から出力されたＸ線画像データに対して画像処理を施す。画像表示装置１０４は画像処理装置１０３に接続され、画像処理装置１０３から出力される画像処理後のＸ線画像データを表示する。画像保存装置１０５は画像処理装置１０３に接続され、画像処理装置１０３から出力される画像処理後のＸ線画像データを保存する。

Ｘ線画像撮影装置１０２は、Ｘ線信号読取部１０２１、Ｘ線画像格納部１０２２、オフセット補正用画像格納部１０２３、撮影条件測定部１０２４及びオフセット補正用バイアス加算値格納部１０２５を備える。画像処理装置１０３は、オフセット補正部１０３１、対数変換部１０３２及び画像処理部１０３３を備える。

操作者が制御装置１００を操作することにより、Ｘ線発生装置１０１はＸ線を発生する。Ｘ線は被写体を透過してＸ線信号読取部１０２１に照射され、Ｘ線画像データが生成される。Ｘ線信号読取部１０２１はＸ線画像データを読み出し、Ｘ線画像格納部１０２２に格納する。また、Ｘ線信号読取部１０２１は暗電流成分を補正するためのオフセット補正用画像データを生成し、オフセット補正用画像格納部１０２３に格納する。なお、オフセット補正用画像データの生成方法については、暗電流を補正する技術において幾つか公知のオフセット補正用画像データの生成方法が知られているが、何れの方法を適用してもよい。ここで、撮影条件測定部１０２４は、Ｘ線信号読取部１０２１によってＸ線画像データの撮影が開始される際の撮影条件を取得し、オフセット補正用バイアス加算値を決定する。決定されたオフセット補正用バイアス加算値はオフセット補正用バイアス加算値格納部１０２５に格納される。Ｘ線画像格納部１０２２、オフセット補正用画像格納部１０２３及びオフセット補正用バイアス加算値格納部１０２５に格納される情報は画像処理装置１０３に転送され、オフセット補正部１０３１によってオフセット補正処理が行われる。以下の説明においては、Ｘ線画像格納部１０２２、オフセット補正用画像格納部１０２３、撮影条件測定部１０２４、オフセット補正用バイアス加算値格納部１０２５及びオフセット補正部１０３１をまとめてオフセット補正装置１０６と称することがある。なお、Ｘ線画像撮影装置１０２及び画像処理装置１０３は、本発明の画像処理装置の適用例となる構成である。また、撮影条件測定部１０２４は、本発明の画像処理装置における測定手段及び算出手段の適用例となる構成である。Ｘ線信号読取部１０２１は、本発明の画像処理装置における生成手段の適用例となり構成である。オフセット補正部１０３１は、本発明の画像処理装置における第１のオフセット補正手段及び第２のオフセット補正手段の適用例となる構成である。対数変換部１０３２は、本発明の画像処理装置における対数変換手段の適用例となる構成である。

オフセット補正が完了した画像データは後段の対数変換部１０３２によって対数変換される。対数変換部１０３２は、対数変換前のＸ線画像データに０以下の値が含まれていた場合、適宜な正値（例えば１）に置換した後に対数変換を行う。対数変換後のＸ線画像データは画像処理部１０３３によって所定の画像処理が施される。画像処理部１０３３によって画像処理が行われたＸ線画像データは、画像表示装置１０４において表示されるとともに、画像保存装置１０５で保存される。

図２は、Ｘ線画像撮影装置１０２においてＸ線画像データの撮影が開始された際のオフセット補正装置１０６の処理の流れを示す図である。第１の実施形態においては、オフセット補正用バイアス加算値を用いたオフセット補正を行う否かがＸ線画像データの撮影前に決定される。以下、本実施形態に係るオフセット補正装置１０６の動作を、図２を参照しながら詳細に説明する。

操作者によって撮影操作が行われると、ステップＳ２０１において、撮影条件測定部１０２４は撮影条件の測定を行う。なお、撮影条件とは、撮影の際におけるＸ線の照射量、撮影の際におけるＸ線画像撮影装置１０２の動作温度及び動作環境の湿度、Ｘ線信号読取部１０２１によって生成される画像データのフレームレート、オフセット補正用バイアス加算値を用いたオフセット処理の有無、Ｘ線信号読取部１０２１から電荷を読み出す領域、電荷の蓄積時間、撮影動作開始から撮影動作完了までの時間、撮影履歴、Ｘ線画像撮影装置１０２の持つシステムノイズ及び感度のうちの少なくとも何れか一つを指し、これらの測定には公知のいかなる方法を用いてもよい。例えば、駆動方法の情報を格納するメモリを用意してもよいし、温度を計測するために温度センサを備えてもよい。

ステップＳ２０２において、撮影条件測定部１０２４は、ステップＳ２０１で取得した撮影条件に基づいて、オフセット補正用バイアス加算値を計算する。ここで、オフセット補正処理は、Ｘ線を照射せずに撮影を行うことによって得られた暗電流成分を含むオフセット補正用画像データをＸ線画像データから差し引く処理である。Ｘ線画像撮影装置１０２の暗電流値の時間変動が大きくなり、上記オフセット補正処理を行った場合に０以下の画素値が発生するような撮影条件である場合、撮影条件測定部１０２４はオフセット補正用バイアス加算値を０より大きな適切な値とする。一方、Ｘ線画像撮影装置１０２の暗電流値の時間変動が小さく、上記オフセット補正を行った場合に０以下の画素値が発生しないような撮影条件である場合、撮影条件測定部１０２４はオフセット補正用バイアス加算値を０とする。

なお、撮影条件測定部１０２４はオフセット補正用バイアス加算値を撮影条件のパラメータから算出する。撮影条件測定部１０２４が撮影条件のパラメータからオフセット補正用バイアス加算値を算出する方法としては、次のような方法が挙げられる。例えば、撮影条件測定部１０２４は、Ｘ線画像撮影装置１０２のシステムノイズ、感度及び駆動方法から温度及び駆動時間を変数とする関係式を推定し、その関係式を用いてオフセット補正用バイアス加算値を算出するようにしてもよい。その他、予めいくつかの撮影条件で最適なオフセット補正用バイアス加算値を測定し、撮影条件とオフセット補正用バイアス加算値とを対応付けたテーブルを用意しておく。そして、撮影条件測定部１０２４は撮影条件に最も近いものを選び、重み付けをしてオフセット補正用バイアス加算値を決定するようにしてもよい。

ステップＳ２０３において、Ｘ線信号読取部１０２１は撮影によりＸ線画像データを生成する。ステップＳ２０４において、オフセット補正装置１０６はオフセット補正処理を行う。以下、ステップＳ２０４におけるオフセット補正処理の詳細について説明する。

オフセット補正部１０３１は、Ｘ線画像格納部１０２２からＸ線画像データ２０４１を取得する。またオフセット補正部１０３１は、オフセット補正用画像格納部１０２３からオフセット補正用画像データ２０４２を取得する。またオフセット補正部１０３１は、オフセット補正用バイアス加算値格納部１０２５からオフセット補正用バイアス加算値を取得する。そして、オフセット補正部１０３１は、Ｘ線画像データ２０４１からオフセット補正用画像データ２０４２を減算し、さらにオフセット補正用バイアス加算値２０４３を加算する。これにより、オフセット補正済み画像データ２０４４が生成される。なお、撮影条件測定部１０２４によってオフセット補正用バイアス加算値として０が決定された場合には、オフセット補正用バイアス加算値２０４３の加算は行われない。

以上のように、撮影条件から算出されるオフセット補正用バイアス加算値をＸ線画像データに加算することで、画像情報を含みながらも０以下の値を持ってしまっている画素と、突発的に低い画素（ノイズ成分）とを区別することができる。従って、本実施形態によれば、余分な画素加算を行わないため、大幅なダイナミックレンジの低下を起こさず、診断価値の高いＸ線画像データを提供することが可能となる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の第２の実施形態に係るＸ線画像処理システムは、図１に示す第１の実施形態に係るＸ線画像処理システムと同様の構成を備えているが、オフセット補正装置１０６の処理が第１の実施形態とは異なる。

図３は、本発明の第２の実施形態におけるオフセット補正装置１０６の処理の流れを示す図である。第２の実施形態においては、オフセット補正用バイアス加算値を用いたオフセット補正を行うか否かがＸ線画像データの撮影後に決定される。以下、本発明の第２の実施形態におけるオフセット補正装置１０６の動作を、図３を参照しながら詳細に説明する。

操作者によって撮影操作が行われると、ステップＳ３０１において、Ｘ線信号読取部１０２１によるＸ線画像データの撮影が行われる。ステップＳ３０２において、オフセット補正装置１０６は第１のオフセット補正処理を行う。第１のオフセット補正処理においては、オフセット補正部１０３１は、Ｘ線画像格納部１０２２からＸ線画像データ３０２１を、オフセット補正用画像格納部１０２３からオフセット補正用画像データ３０２２をそれぞれ取得する。そして、オフセット補正部１０３１は、Ｘ線画像データ３０２１からオフセット補正用画像データ３０２２を減算する。これにより、第１のオフセット補正済画像データ３０２３が生成される。

ステップＳ３０３において、撮影条件測定部１０２４は撮影条件の測定を行う。ここで測定される撮影条件は第１の実施形態において測定される撮影条件と同様である。第１の実施形態との違いは、ステップＳ３０３の撮影条件測定の前に第１のオフセット補正済画像データ３０２３が算出されているため、撮影条件に第１のオフセット補正済画像データ３０２３が追加される。

ステップＳ３０４において、撮影条件測定部１０２４は、ステップＳ３０３で測定した撮影条件から第２のオフセット補正処理（ステップＳ３０５）で用いるオフセット補正用バイアス加算値３０５１を算出する。オフセット補正用バイアス加算値３０５１の算出方法としては、第１の実施形態で説明した方法に加えて、例えば、仮に算出したオフセット補正用バイアス加算値３０５１と第１のオフセット補正済画像データ３０２３における最小画素値の絶対値とを比較し、前者が後者を超えるものであればオフセット補正用バイアス加算値３０５１を０としてもよい。これにより、測定エラーによって最小画素値を超える画素加算を行うことを防ぐことができる。

ステップＳ３０５において、オフセット補正装置１０６は、第２のオフセット補正処理を行う。即ち、オフセット補正部１０３１は、第１のオフセット補正済画像データ３０２３に対してオフセット補正用バイアス加算値３０５１を加算する。これにより、第２のオフセット補正済み画像データ３０５２が生成される。

第２の実施形態においては、第２のオフセット補正処理を実行するか否か、即ちオフセット補正用バイアス加算値を用いたオフセット補正処理を実行するか否かを第１のオフセット補正処理の後に決定している。これにより、本実施形態によれば、オフセット補正用バイアス加算値の算出に失敗したとしても、単純に第１のオフセット補正済画像データの最小画素値からバイアス値を求めた場合よりもダイナミックレンジが低くならないことを保証することができる。また、本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、大幅なダイナミックレンジの低下を起こさず、診断価値の高いＸ線画像データを提供することが可能となるという効果も奏する。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１００：制御装置、１０１：Ｘ線発生装置、１０２：Ｘ線画像撮影装置、１０３：画像処理装置、１０４：画像表示装置、１０５：画像保存装置、１０２１：Ｘ線信号読取部、１０２２：Ｘ線画像格納部、１０２３：オフセット補正用画像格納部、１０２４：撮影条件測定部、１０２５：オフセット補正用バイアス加算値格納部、１０３１：オフセット補正部、１０３２：対数変換部、１０３３：画像処理部

Claims (10)

1. 被写体を放射線で撮影する際のフレームレートを含む撮影条件に基づく加算値を算出する算出手段と、
   前記被写体を透過した放射線により画像データを生成する生成手段と、
   前記画像データに対して暗電流成分を含む補正用画像データを用いてオフセット補正を行う第１のオフセット補正手段と、
   前記第１のオフセット補正手段によりオフセット補正された前記画像データに対して、前記算出手段により算出された前記加算値を用いてオフセット補正を行う第２のオフセット補正手段とを有することを特徴とする画像処理装置。
2. 被写体を放射線で撮影する際のフレームレート及び撮影装置の感度を含む撮影条件に基づく加算値を算出する算出手段と、
   前記被写体を透過した放射線により画像データを生成する生成手段と、
   前記画像データに対して暗電流成分を含む補正用画像データを用いてオフセット補正を行う第１のオフセット補正手段と、
   前記第１のオフセット補正手段によりオフセット補正された前記画像データに対して、前記算出手段により算出された前記加算値を用いてオフセット補正を行う第２のオフセット補正手段とを有することを特徴とする画像処理装置。
3. 前記撮影条件は更に、撮影の際における放射線の照射量、前記生成手段を含む放射線画像撮影装置の撮影の際における動作温度、前記放射線画像撮影装置の動作環境の湿度、前記加算値を用いたオフセット補正の有無、前記画像データを生成する生成手段からの電荷の読み出し領域、前記生成手段における電荷の蓄積時間、撮影動作開始から撮影動作完了までの時間、撮影履歴及び前記放射線画像撮影装置が持つシステムノイズのうちの少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の画像処理装置。
4. 前記撮影条件は更に、前記第１のオフセット補正手段により補正された前記画像データを含むことを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
5. 前記第２のオフセット補正手段は、前記撮影条件に応じて、前記加算値を用いたオフセット補正を実行するか否かを決定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像処理装置。
6. 前記第２のオフセット補正手段の後段に対数変換を行う対数変換手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の画像処理装置。
7. 画像処理装置により実行される画像処理方法であって、
   被写体を放射線で撮影する際のフレームレートを含む撮影条件に基づく加算値を算出する算出ステップと、
   前記被写体を透過した放射線により画像データを生成する生成ステップと、
   前記画像データに対して暗電流成分を含む補正用画像データを用いてオフセット補正を行う第１のオフセット補正ステップと、
   前記第１のオフセット補正ステップによりオフセット補正された前記画像データに対して、前記算出ステップにより算出された前記加算値を用いてオフセット補正を行う第２のオフセット補正ステップとを含むことを特徴とする画像処理方法。
8. 画像処理装置により実行される画像処理方法であって、
   被写体を放射線で撮影する際のフレームレート及び撮影装置の感度を含む撮影条件に基づく加算値を算出する算出ステップと、
   前記被写体を透過した放射線により画像データを生成する生成ステップと、
   前記画像データに対して暗電流成分を含む補正用画像データを用いてオフセット補正を行う第１のオフセット補正ステップと、
   前記第１のオフセット補正ステップによりオフセット補正された前記画像データに対して、前記算出ステップにより算出された前記加算値を用いてオフセット補正を行う第２のオフセット補正ステップとを含むことを特徴とする画像処理方法。
9. 被写体を放射線で撮影する際のフレームレートを含む撮影条件に基づく加算値を算出する算出ステップと、
   前記被写体を透過した放射線により画像データを生成する生成ステップと、
   前記画像データに対して暗電流成分を含む補正用画像データを用いてオフセット補正を行う第１のオフセット補正ステップと、
   前記第１のオフセット補正ステップによりオフセット補正された前記画像データに対して、前記算出ステップにより算出された前記加算値を用いてオフセット補正を行う第２のオフセット補正ステップとをコンピュータに実行させるためのプログラム。
10. 被写体を放射線で撮影する際のフレームレート及び撮影装置の感度を含む撮影条件に基づく加算値を算出する算出ステップと、
    前記被写体を透過した放射線により画像データを生成する生成ステップと、
    前記画像データに対して暗電流成分を含む補正用画像データを用いてオフセット補正を行う第１のオフセット補正ステップと、
    前記第１のオフセット補正ステップによりオフセット補正された前記画像データに対して、前記算出ステップにより算出された前記加算値を用いてオフセット補正を行う第２のオフセット補正ステップとをコンピュータに実行させるためのプログラム。

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