JP4045422B2

JP4045422B2 - 画像処理装置

Info

Publication number: JP4045422B2
Application number: JP2002213297A
Authority: JP
Inventors: 修二菅野; 重之池田; 正中村
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2022-07-23
Also published as: WO2004010379A1; JP2004054726A; US20060098892A1; US7593588B2; CN1672175A; CN1672175B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像処理装置に係り、特に画像診断装置等の計測部で収集した画像の低周波数成分を圧縮することで、画像の細部（カテーテル、ガイドワイヤー、血管等）のコントラストを強調する画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＸ線画像診断装置等によって得られた医用画像において、ガイドワイヤー、カテーテル、及び血管等のコントラストを強調するために、前記医用画像に対してダイナミックレンジ圧縮処理（ＤＲＣ処理）が施されている。ここで、ＤＲＣ処理とは、入力画像の低周波数成分を圧縮する処理である。
【０００３】
ＤＲＣ処理における低周波数成分の抽出には、例えば、Finite Impulse Response(FIR)フィルタ（特開平２−２２６３７５号公報）や、Infinite Impulse Response(IIR)フィルタ（リカーシブフィルタとも呼ばれる）を使用する方式（特開平９−１８２０９３号公報）がある。
【０００４】
ＦＩＲフィルタには、カーネルサイズが水平方向にＮ画素、垂直方向にＮ画素からなる正方形の形状である平均値フィルタがある。この正方形のカーネルである平均値フィルタは、注目画素に対して近隣する画素の値の平均を出力するものである。そして、この正方形のカーネルである平均値フィルタ処理では、１つの注目画素の出力値を得るために、カーネル内の全画素（Ｎ×Ｎ画素）の総和を計算する必要がある。また、入力画像が１０２４×１０２４画素の場合、カテーテル（幅１０画素程度）等のコントラストを向上させるためには、ＤＲＣ処理における平均値フィルタのカーネルサイズは３０画素程度の大きさが必要である。従って、Ｎ×Ｎ画素の平均値フィルタを用いたＤＲＣ処理は、計算量が非常に大きく、Ｘ線透視画像のような動画に対する実時間処理には適していない。
他方、リカーシブフィルタは、前回の平滑化処理結果を用いて今回の平滑化処理を行う帰還形のフィルタであり、ＦＩＲフィルタと比較して少ない計算量で低周波数成分を効率良く抽出できるものである。
【０００５】
また、上下左右方向のリカーシブフィルタとは、入力画像に対して上下左右に往復させて合計４回のリカーシブフィルタ処理を適用し、位相歪みのないぼけ画像を得るものである（特開平９−１８２０９３号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、入力画像に対して上下左右に往復させて合計４回のリカーシブフィルタ処理を施す従来のリカーシブフィルタでは、１つの注目画素の出力値を得るためには、１フレーム分の画像データが入力されるまでの時間が最低限必要である。このように、上下左右方向のリカーシブフィルタを用いたＤＲＣ処理は画像処理の遅延が大きいため、実時間処理には適していない。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、画像処理の遅れが小さく、計算量が小さく、処理画像に黒つぶれのようなアーチファクトが生じず、そしてカテーテル等の画像細部のコントラストを大きく向上できるような画像処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために請求項１に係る画像処理装置は、１フレーム毎に入力される入力画像と１ライン前のアドレスに対応するぼけ画像との差分値を算出する手段と、前記差分値に対応する係数を前記差分値に乗算する手段と、前記係数が乗算された差分値と前記ぼけ画像とを加算する手段と、で構成された前記入力画像の低周波数成分を抽出するエッジ保存型リカーシブフィルタと、前記エッジ保存型リカーシブフィルタの出力に応じて、前記入力画像の低周波数成分を圧縮する量を設定する低周波数成分圧縮量設定手段と、前記低周波数成分圧縮量設定手段の出力値を用いて前記入力画像の低周波数成分を圧縮する低周波数成分圧縮手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
即ち、前記エッジ保存型リカーシブフィルタは、入力画像に対して少なくとも１方向（例えば、画像の垂直方向）のエッジを保存しながら平滑化したぼけ画像（即ち、低周波数成分）を出力する。この低周波数成分は、低周波数成分圧縮量設定手段によって適宜の量に圧縮されて出力される。そして、低周波数成分圧縮手段は、入力画像から低周波数成分圧縮量設定手段の出力値を減算等することにより、入力画像の低周波数成分を圧縮する。前記エッジ保存型リカーシブフィルタは、入力画像の１ライン分の入力時間の遅れで入力画像の低周波成分を抽出することができるため、ＤＲＣ処理は画像処理の遅延が小さく、実時間処理が可能であり、計算量も少なくて済む。
【００１０】
また、前記エッジ保存型リカーシブフィルタにおいて、入力画像と１ライン前の出力画像との差分値の大きさに応じて帰還率を変化させ、逆に差分値の絶対値が小さい程平滑化強度を強くし、差分値の絶対値が大きい程、平滑化強度を弱くするように帰還率を変化させることで、位相歪みによる影響（特に入力画像の立ち下がりの低輝度部分のＤＲＣ処理による黒つぶれのようなアーチファクト）が生じず、カテーテル等の画像細部のコントラストの向上を図っている。
【００１１】
更に、複数方向のエッジを保存しながら平滑化したぼけ画像を出力する複数のエッジ保存型リカーシブフィルタを設け、各エッジ保存型リカーシブフィルタの出力を合成することで、位相歪みをさらに低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る画像処理装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１３】
図１は本発明に係る画像処理装置の実施の形態を示す要部ブロック図である。
【００１４】
同図に示すように、この画像処理装置１０は、エッジ保存型リカーシブフィルタ１２と、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）１４と、遅延回路１６と、減算器１８とから構成されている。
【００１５】
この画像処理装置１０における入力画像は、例えばＸ線透視撮影装置等の場合では、イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラ、あるいはＸ線平面センサ等を含むＸ線画像計測部で計測されたデジタル画像である。このデジタル画像は、例えば、1024×1024画素、4096階調、30フレーム／秒の動画として連続的に出力される透視画像である。あるいは、リアルタイムで収集される超音波診断装置の画像でも良い。
【００１６】
上記入力画像は、画像処理装置１０のエッジ保存型リカーシブフィルタ１２及び遅延回路１６に入力する。
【００１７】
次に、エッジ保存型リカーシブフィルタ１２について説明する。
【００１８】
図２は上記エッジ保存型リカーシブフィルタ１２の構成例を示すブロック図である。このエッジ保存型リカーシブフィルタ１２は、ラインメモリ１２０、１２８、減算器１２２、ＬＵＴ１２４及び加算器１２６から構成されている。
【００１９】
まず、１フレームごとの入力画像が入力される前に、ラインメモリ１２８のすべてのアドレスに値０を設定する。次に、入力画像の第１ライン（最上部）のラインデータがラインメモリ１２０に格納される。減算器１２２は、ラインメモリ１２０から出力される画像データｆ(t) からラインメモリ１２８から出力される１ライン前の対応するアドレスの画像データｇ(t-1) を減算し、その差分値ｄをＬＵＴ１２４に出力する。
【００２０】
ＬＵＴ１２４には、事前に全ての差分値ｄ（例えば、ｄ＝-4095,…,4095)に対してエッジ保存型リカーシブフィルタ１２におけるフィルタ係数ｋを乗じた値（ｋ＊ｄ）が記憶されており、ＬＵＴ１２４は、入力する差分値ｄに対応するテーブル値（ｋ＊ｄ）を読み出し、これを加算器１２６に出力する。加算器１２６の他の入力には、ラインメモリ１２８から出力される画像データｇ(t-1) が加えられており、加算器１２６はこれらの２入力を加算し、その加算値をぼけ画像を示す画像データｇ(t) として出力する。また、この画像データｇ(t) は、ラインメモリ１２８に加えられ、ここで１ライン分遅延された画像データｇ(t-1) として出力される。
【００２１】
上記エッジ保存型リカーシブフィルタ１２の作用を式で表すと、次式となる。
【００２２】
【数１】

上記式(1) で、（１−ｋ）は帰還率を表し、この帰還率が大きい程（ｋが０に近づく程）、平滑化強度が大きくなり、帰還率が小さい程（ｋが１に近づく程）、平滑化強度が小さくなる。そして、ｋ＝１の場合には、エッジ保存型リカーシブフィルタ１２は、平滑化を行わずに入力値をそのまま出力する。
【００２３】
次に、ＬＵＴ１２４の一例を図３に示す。同図に示すように、差分値ｄが小さい場合（非エッジの場合）には、傾き（＝フィルタ係数）ｋが低く設定（例えば、ｋ＝1/64に設定) され、差分値ｄが大きい場合（エッジの場合）には、傾きｋが大きく設定（例えば、ｋ＝１に設定）されている。
【００２４】
上記エッジ保存型リカーシブフィルタ１２の出力は、図１のＬＵＴ１４に加えられる。ＬＵＴ１４には、入力画像の低周波数成分に応じた低周波数成分の圧縮特性を設定することができる。このＬＵＴ１４は、例えば、ｙ＝αｘ（ｘ：入力、ｙ：出力、低周波数成分圧縮率α＝0. 2）のような入出力特性とすればよい。
【００２５】
尚、低周波数成分圧縮量設定手段には、前記のＬＵＴ１４以外に、例えばビットシフト演算器を用いてもよく、この場合のビットシフト量は２ビット（α＝１／４）程度にすればよい。
【００２６】
ＬＵＴ１４の出力は、減算器１８に加えられる。減算器１８の他の入力には、遅延回路１６を介して入力画像が加えられている。尚、遅延回路１６は、入力画像とその入力画像に対するぼけ画像との時間を合わせるためのもので、エッジ保存型リカーシブフィルタ１２のラインメモリ１２０等によって遅延される時間相当だけ入力画像を遅延させている。
【００２７】
減算器１８は、入力画像からＬＵＴ１４の出力画像（ぼけ画像）を減算し、入力画像から低周波数成分を圧縮した画像を出力する。この減算器１８の出力である出力画像は、図示しないＤ／Ａ変換器によりデジタル信号からアナログ信号に変換され、ＣＲＴ等のモニタに表示される。
【００２８】
上記のようなダイナミックレンジ圧縮処理により、入力画像が例えば4096階調の場合、出力画像は凡そ3277階調（＝4096×（１−0. 2）＋１）となり、また、Ｘ線透視像内でハレーションしやすい肺野において、低周波数成分が大きく圧縮されるため、ハレーションが抑制され、また、カテーテル、ガイドワイヤ、血管等のコントラストが向上する。
【００２９】
図４は本発明に係る画像処理装置の他の実施の形態を示す要部ブロック図である。尚、図１に示した画像処理装置１０と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３０】
図４に示す画像処理装置１００は、３つのエッジ保存型リカーシブフィルタ１２-1、１２-2、１２-3と、平均処理部１３と、ＬＵＴ１４と、遅延回路１６と、減算器１８とから構成されている。
【００３１】
３つのエッジ保存型リカーシブフィルタ１２-1、１２-2、１２-3は、それぞれ入力画像に対して45°方向（左下方向）、90°方向（下方向）、135 °（右下方向）のエッジを保存しながら平滑化したぼけ画像を出力するもので、図５に構成例を示す。
【００３２】
図５に示す構成例は、図２に示した構成例と比較してラインデータシフト演算器１２７を有する点で相違する。尚、他の構成は、図２に示した構成と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
【００３３】
図５において、ラインデータシフト演算器１２７は、シフト量βに応じてラインデータをシフトするもので、45°方向のエッジ保存型リカーシブフィルタ１２-1のラインデータシフト演算器１２７には、シフト量β＝−１（左１画素シフト）が固定的に設定されている。
【００３４】
45°方向のエッジ保存型リカーシブフィルタ１２-1のラインデータシフト演算器１２７は、加算器１２６の出力ラインデータ（ぼけ画像）を左に１画素シフトしたラインデータをラインメモリ１２８に格納し、１ラインの最も右側の画素に関しては、例外的に０を出力する。これにより、45°方向のエッジ保存型リカーシブフィルタ１２-1の出力ラインデータは、45°方向の平滑化処理の出力となる。
【００３５】
90°方向のエッジ保存型リカーシブフィルタ１２-2のラインデータシフト演算器１２７には、シフト量β＝０が固定的に設定される。この場合のエッジ保存型リカーシブフィルタ１２-2のラインデータシフト演算器１２７は、加算器１２６の出力をそのままラインメモリ１２８に格納させる。これにより、90°方向のエッジ保存型リカーシブフィルタ１２-2の出力ラインデータは、90°方向の平滑化処理の出力となる。尚、エッジ保存型リカーシブフィルタ１２-2のラインデータシフト演算器１２７は、図２に示したように省略することができる。
【００３６】
135 °方向のエッジ保存型リカーシブフィルタ１２-3のラインデータシフト演算器１２７には、シフト量β＝１（右１画素シフト）が固定的に設定されている。135 °方向のエッジ保存型リカーシブフィルタ１２-3のラインデータシフト演算器１２７は、加算器１２６の出力ラインデータ（ぼけ画像）を右に１画素シフトしたラインデータをラインメモリ１２８に格納し、１ラインの最も左側の画素に関しては、例外的に０を出力する。これにより、135 °方向のエッジ保存型リカーシブフィルタ１２-3の出力ラインデータは、135 °方向の平滑化処理の出力となる。
【００３７】
上記３方向のエッジ保存型リカーシブフィルタ１２-1、１２-2、１２-3の各方向の出力画像は、平均処理部１３に出力され、ここで平均値が計算される。平均処理部１３は、３方向のエッジ保存型リカーシブフィルタ１２-1、１２-2、１２-3の各出力値に重みを付けた後に加算平均するような荷重平均処理を行うようにしてもよい。例えば、エッジ保存型リカーシブフィルタ１２-2に対する重みを２とし、エッジ保存型リカーシブフィルタ１２-1、１２-3の重みをそれぞれ３とし、これらの出力値の加算とビットシフト、（３ビットシフト）の組み合わせで、３方向のエッジ保存型リカーシブフィルタ１２-1、１２-2、１２-3の出力画像を合成することができる。
【００３８】
次に、本発明に係る画像処理装置の効果を図６及び図７を用いて説明する。
【００３９】
図６は入力画像と、３方向のエッジ保存型リカーシブフィルタを用いたＤＲＣ処理画像と、３方向のリカーシブフィルタ（エッジ保存型でないリカーシブフィルタ）を用いたＤＲＣ処理画像のプロファイルを示すグラフである。
【００４０】
エッジ保存型でないリカーシブフィルタ処理画像の合成画像（ぼけ画像）の場合、入力画像に対する位相歪みのためにリカーシブフィルタの処理方向に対してエッジ近傍領域で、低周波数成分を減算し過ぎてしまい、ＤＲＣ処理画像に黒つぶれ（画素値Ｐ＝０）が生じているが、本発明による３方向のエッジ保存型リカーシブフィルタを用いたＤＲＣ処理によれば、エッジ近傍領域の黒つぶれが低減する。
【００４１】
また、図７に示すように、３方向のエッジ保存型リカーシブフィルタを用いたＤＲＣ処理画像のコントラストＣ２は、３方向のエッジ保存型ではないリカーシブフィルタを用いたＤＲＣ処理画像のコントラストＣ３と同程度に、入力画像のコントラストＣ１を向上させることができる。
【００４２】
即ち、複数方向のエッジ保存型リカーシブフィルタを用いたＤＲＣ処理により、黒つぶれを抑制しながら、カテーテル等のコントラストを向上することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、画像処理の遅れが小さく、計算量が小さく、処理画像に黒つぶれのようなアーチファクトが生じず、そしてカテーテル等の画像細部のコントラストを大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像処理装置の実施の形態を示す要部ブロック図
【図２】図１に示したエッジ保存型リカーシブフィルタの構成例を示すブロック図
【図３】図１に示したＬＵＴの入出力特性を示すグラフ
【図４】本発明に係る画像処理装置の他の実施の形態を示す要部ブロック図
【図５】図４に示したエッジ保存型リカーシブフィルタの構成例を示すブロック図
【図６】本発明の効果（エッジ近傍領域の黒つぶれの抑制）を説明するために用いた図
【図７】本発明の効果（カテーテルのコントラスト向上）を説明するために用いた図
【符号の説明】
１０、１００…画像処理装置、１２、１２-1、１２-2、１２-3…エッジ保存型リカーシブフィルタ、１３…平均処理部、１４、１２４…ルックアップテーブル（ＬＵＴ）、１６…遅延回路、１８、１２２…減算器、１２０、１２８…ラインメモリ、１２６…加算器、１２７…ラインデータシフト演算器

Claims

１フレーム毎に入力される入力画像と１ライン前のアドレスに対応するぼけ画像との差分値を算出する手段と、前記差分値に対応する係数を前記差分値に乗算する手段と、前記係数が乗算された差分値と前記ぼけ画像とを加算する手段と、で構成された前記入力画像の低周波数成分を抽出するエッジ保存型リカーシブフィルタと、
前記エッジ保存型リカーシブフィルタの出力に応じて、前記入力画像の低周波数成分を圧縮する量を設定する低周波数成分圧縮量設定手段と、
前記低周波数成分圧縮量設定手段の出力値を用いて前記入力画像の低周波数成分を圧縮する低周波数成分圧縮手段と、
を備えたことを特徴とする画像処理装置。
前記差分値に対応する係数は、前記差分値が小さい場合は低く、前記差分値が大きい場合は大きく設定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。
前記エッジ保存型リカーシブフィルタは、前記差分値の絶対値が小さい程平滑化強度を強くし、前記差分値の絶対値が大きい程平滑化強度を弱くするように帰還率を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像処理装置。
前記エッジ保存型リカーシブフィルタと異なる方向の低周波数成分を抽出する第２のエッジ保存型リカーシブフィルタと、
前記エッジ保存型リカーシブフィルタ及び前記第２のエッジ保存型リカーシブフィルタの出力を加算平均する平均処理部と、を更に備え、
前記低周波数成分圧縮量設定手段は、前記平均処理部により加算平均された出力に応じて、前記入力画像の低周波数成分を圧縮する量を設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像処理装置。