JP5924408B2 - 画像処理装置 - Google Patents
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Description
すなわち、従来の画像処理においては、視認性の低い画像しか取得できない。すなわち、従来の画像処理においては、ガイドワイヤを強調するような処理ではできない。
すなわち、本発明に係る画像処理装置は、被検体を透視することで得られる元画像を処理する画像処理装置であって、元画像を基に、元画像上の線状構造物であるかどうかを画素の各々について評価する評価画像を生成する評価画像生成手段と、元画像を基に、画素の各々が元画像上の線状構造物であるとしたときの線の伸びる方向を示す方向画像を生成する方向画像生成手段と、方向画像を基に、元画像を構成する画素の各々に方向性のフィ ルタを作用させることにより、元画像に写り込む線状構造物の部分の画素値から当該部分 の周辺の画素の画素値を減算して差分画像を生成する差分画像生成手段と、評価画像および差分画像を基に、元画像上の線状構造物が抽出された抽出画像を生成する抽出画像生成手段と、方向画像を基に抽出画像に写り込む線状構造物の伸びる方向を取得し、抽出画像上で線状構造物の伸びる方向に配列した始点画素と終点画素とを定めて、2つの画素の間を補間することにより、抽出画像に途切れて写り込んだ線状構造物を接続して断片化解消画像を生成する線接続処理手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の線接続処理手段が始点画素と終点画素とのペアを複数定めることにより 動作する構成としてもよい。
実施例1に係る画像処理装置1は、図1に示すように、2次元ヘッセ行列を用いて元画像P0を解析する解析部13と、元画像P0上の線状構造物であるかどうかを画素の各々について評価する評価画像P3を生成する評価画像生成部15と、元画像P0を基に、画素の各々が元画像P0上の線状構造物であるとしたときの線の伸びる方向を示す方向画像P5を生成する方向画像生成部16と、方向画像P5を基に、線状構造物の部分の画素値から線状構造物以外の画素値が減算された差分画像P6を生成する差分画像生成部17と、評価画像P3および差分画像P6を基に、元画像P0上の線状構造物が元画像P0上の濃淡を保ったまま元画像P0から抽出された抽出画像P7を生成する抽出画像生成部18とを備えている。評価画像生成部15は、本発明の評価画像生成手段に相当し、方向画像生成部16は、本発明における方向画像生成手段に相当する。また、差分画像生成部17は、本発明の差分画像生成手段に相当し、抽出画像生成部18は、本発明の抽出画像生成手段に相当する。
次に、画像処理装置1の主な動作について説明する。画像処理装置1は、主に解析部13,固有値画像生成部14,評価画像生成部15,方向画像生成部16,差分画像生成部17,抽出画像生成部18,線接続処理部19の各部により動作する。このうちまずは、各部13,14,15,16,17についての動作説明をまとめて行い、次に、線接続処理部19についての動作説明をするものとする。
画像処理装置1に入力された元画像P0は、解析部13に入力される。解析部13の微分動作について説明する。元画像P0は、画像上の位置と画素値が関連している。すなわち、元画像P0におけるx方向、およびy方向の位置を指定すればそこに位置する画素の画素値が取得できるということである。つまり、元画像P0は、図2に示すように、x方向(横方向),y方向(縦方向)の2変数について画素値が関連した2変数関数と捉えることができる。画素値をdとすると、d=f(x,y)という関係が成り立つことになる。
解析部13は、絶対値が最大の固有値λ1を固有値画像生成部14に送出する。ヘッセ行列Hは、元画像P0の位置に応じた関数が行列化したものである。従って、固有値λ1は、元画像P0の位置に応じて値が変化するはずである。固有値画像生成部14は、固有値λ1を元画像P0の位置に対応させて配列し、固有値λ1が2次元マトリックス状に配列された固有値画像P2を生成する。
固有値画像生成部14は、固有値画像P2を評価画像生成部15に送出する。評価画像生成部15は、固有値λ1の各々に所定の関数を作用させることにより、固有値λ1の値を調整する。すなわち、評価画像生成部15は、固有値画像P2における正の高い値の固有値λ1を全てほぼ1に近い値に変換する。そして、評価画像生成部15は、固有値画像P2における低い値の固有値λ1を全てほぼ0に近い値に変換する。また、評価画像生成部15は、固有値画像P2における中間的な値の固有値λ1を、例えば0.1〜0.9までのいずれかの値に変換する。この様にすることにより固有値画像P2において−16,384から16,383までのいずれかの値となっていた固有値λ1は、変換により0から1までのいずれかの値をとるようになる。
解析部13は、固有ベクトルv1を方向画像生成部16に送出する。方向画像生成部16は、固有ベクトルv1とx軸とがなす角θ1を算出する。そして、解析部13は、この角θ1と90°とを足し合わせて角θ2を算出する。ヘッセ行列Hは、元画像P0の位置に応じた関数が行列化したものである。従って、角θ2は、元画像P0の位置に応じて値が変化するはずである。方向画像生成部16は、角θ2を元画像P0の位置に対応させて配列し、角θ2が2次元マトリックス状に配列された方向画像P5を生成する。
方向画像P5は、差分画像生成部17に送出される。差分画像生成部17は、方向画像P5を参照しながら、元画像に写り込む線状構造物と線状構造物以外の部分の差分をとり、線状構造物が写り込んだ差分画像を生成する。以降、この差分画像生成部17の動作について説明する。
差分画像P6および評価画像P3は、抽出画像生成部18に送出される。抽出画像生成部18は、評価画像P3と差分画像P6とを積算処理することにより、元画像P0から暗線が抽出された抽出画像P7を生成する。評価画像P3は、元画像P0に暗線が現れている部分を1とし、現れていない部分を0としている。評価画像P3は、0から1までの間の画素値を含むものの、元画像P0における暗線の位置を表した二値画像に近い画像である。したがって、評価画像P3は、元画像P0において暗線がどのような濃度で写り込んでいるかを示す情報を有していない。差分画像P6は、方向性フィルタを元画像P0に施した画像であるので、暗線の濃度情報は保持している。しかし、方向性フィルタを施すことによって偽像を含んでしまっている画像である。
次に、本発明において最も特徴的な構成である線接続処理部19の動作について説明する。線接続処理部19は、図11に示すように、ノイズ等によって線状構造物が途切れ途切れに写り込んでいる抽出画像P7に線接続処理を加えて、線状構造物の断片化が解消された断片化解消画像P8を生成するものである。このとき、線接続処理部19は、方向画像P5を参照する。より具体的には、線接続処理部19は、抽出画像P7における線を接続する始点の画素と終点の画素の2つを決定する。そして、これら2点の間に短い線を書き足すことにより線接続処理を実現するのである。図11においては、線接続の始点をフロンティア画素F,終点を終点画素Gとして表している。線接続処理部19は、方向画像P5を基に抽出画像P7に写り込む線状構造物の伸びる方向を取得し、抽出画像P7における線状構造物の伸びる方向に配列したフロンティア画素Fと終点画素Gとを定めて、2つの画素の間を補間することにより、抽出画像P7に途切れて写り込んだ線状構造物を接続して断片化解消画像P8を生成する。フロンティア画素Fは、本発明の始点画素に相当する。
まず、線接続処理部19は、記憶部28より設定値を読み出して、抽出画像P7における絶対値が設定値よりも低い部分の画素値について符号を反転させない状態で絶対値が更に低くなるように変更する。具体的には、画素値を0に変更する。これにより、抽出画像P7に含まれていたノイズや細かな被検体像が除かれ、線状構造物がより際立った簡略化抽出画像P7aが生成される。この様にすることで、後段の画像処理が単純なものとなる。
次に、線接続処理部19は、簡略化抽出画像P7aの各画素を2種類に種類分けをして分類を示すラベルを各画素について取得する。すなわち、線接続処理部19は、記憶部28より閾値を読み出して、読み出した閾値よりも絶対値が高い画素をフロンティア画素Fと分類し、絶対値が低い画素を非フロンティア画素Nと分類する。このフロンティア画素Fは、これから線接続をしようとするときの始点となる画素である。線接続処理部19は、抽出画像P7(簡略化抽出画像P7a)上の画素の中からフロンティア画素Fを定める際に、閾値以上の画素値を有する画素をフロンティア画素Fであると定める。
線接続処理部19は、ラベル画像Q1を参照してこれから画像処理をしようとする処理対象のフロンティア画素Fを選択する。図14において、選択されたフロンティア画素Fを符号F0で表すことにする。
次に、線接続処理部19は、画素値の補間を行う補間画素IP0の検索を開始する。補間画素IP0とは、これから画素値が変更される画素であり、フロンティア画素F0とこれから取得する終点画素G0との間に位置している。フロンティア画素F0とは、線接続処理部19が簡略化抽出画像P7aにおける途切れた線を接続するときの始点となる画素である。同様に、終点画素G0とは、線接続処理部19が簡略化抽出画像P7aにおける途切れた線を接続するときの終点となる画素である。つまり、線接続処理部19は、フロンティア画素F0を始点とし、終点画素G0を終点とする線を抽出画像P7に書き足すことで線接続処理を実現するのである。まずは、この終点画素G0の取得方法について説明する。この終点画素G0が決定されないと補間画素IP0の探索ができないからである。
線接続処理部19は、まず、候補画素Tのうち判定対象となる候補画素T0を決定し、これについて終点画素G0かどうかの判定を行う。候補画素Tは、図14右側に示すように、24個あることからすると線接続処理部19は、判定動作を24回繰り返すことになる。
線接続処理部19は、図18に示すようにフロンティア画素F0と終点画素G0とを結ぶ直線が通過する画素を補間画素IPと特定する。ただし、フロンティア画素Fは補間画素IPから除外される。簡略化抽出画像P7aにおける補間画素IPの位置は、補間画素マッピング画像Q6(F0,G0)に保持される。図18においては、フロンティア画素F0と終点画素G0とが画素1つぶんだけしか離間していないので、補間画素IPは1つしかない。しかし、図19左側に示すように補間画素IPの特定に係るフロンティア画素Fと終点画素Gとのペアが互いに離れていれば、それだけ多くの補間画素IPが特定されることになる。線接続処理部19は、この補間画素IPの画素値を変更することで線接続処理を実現する。すなわち、線接続処理部19は、フロンティア画素Fと終点画素Gとに挟まれる位置にある画素の画素値を変換することにより線接続処理を行う。
補間画素IPの画素値を具体的にどのような画素値に変更するかについて説明する。線接続処理部19は、補間画素IP,フロンティア画素F0および終点画素Gの位置関係を基に変更後の画素値を算出する。線接続処理部19がこれから求めようとする変更後の画素値を新画素値nと呼ぶことにする。
n=Vf・B/(A+B)+Vg・A/(A+B)
図21は、線接続処理部19が抽出画像P7に対し画素値変更を行い線接続処理を実行する様子を示している。すなわち、線接続処理部19は、新画素値マッピング画像Q7における新画素値nが算出されている新画素値算出済画素の位置を特定して、この画素と同一位置にある抽出画像P7上の画素を特定する。そして、線接続処理部19は、抽出画像P7上で特定された画素の画素値を同一位置の新画素値算出済画素の画素値に変更する。この様にして図21に示すように、抽出画像P7に線接続処理がなされ、断片化解消画像P8が生成されるのである。一方、線接続処理部19は、新画素値マッピング画像Q7における新画素値nが算出されていない新画素値非算出画素と同一位置にある抽出画像P7上の画素については画素値の変更を行わない。
以上の説明は、簡略化抽出画像P7aが有している8つのフロンティア画素Fのうちの1つであるF0についての動作である。線接続処理部19は、他のフロンティア画素F1〜F7についても同様な動作を行う。すなわち、図14で説明した候補画素Tの特定は、フロンティア画素F0〜F7の各々について8回行われ、図15,図16,図17,図18を用いて説明した終点画素Gの判定はフロンティア画素F0〜F7の各々について8回行われることになる。その度に複数の終点画素Gが特定される。すなわち、フロンティア画素F0〜F7には、図22に示すように、それぞれに対応する終点画素グループ[G0]〜[G7]が存在することになる。
この様な事情からすると簡略化抽出画像P7aには相当に多数の補間画素IPが認定されるようにも思われるが、実はそうではない。線接続処理部19が補間画素検索ステップS4を繰り返していくと、簡略化抽出画像P7aにおける同じ位置の画素が何度も補間画素IPとして特定されるからである。線接続処理部19は、補間画素IPを特定する度に新画素値nを算出するので、簡略化抽出画像P7a上の同じ位置の画素に対して複数の新画素値nが算出されることになる。そこで、図21で説明した画素値変更処理において、これら新画素値nのうちどれを用いるかという問題がある。
重合画像生成部20は、断片化解消画像P8と元画像P0とを重み付けを加えて加算し、両者が重ね合わせられた重合画像P9を生成する。これにて、画像処理装置1の動作は終了となる。断片化解消画像P8には、元画像P0に写り込んだ線状構造物が濃淡を保った状態で写り込んでいる。しかも、線状構造物は、線接続処理により途切れることなく自然に接続されている。したがって、このような断片化解消画像P8と元画像P0とを重ね合わせれば、視認性の高い重合画像P9が生成できる。
上述のように線接続処理部19は、抽出画像P7において途切れて写り込んでいる線状構造物を連結することで、重合画像P9の視認性を向上させる。しかし、線接続処理部19は、別異の理由によって重合画像P9の視認性を向上させてもいる。そこで、実施例1の構成が有する別異の効果について説明する。
F フロンティア画素(始点画素)
G 終点画素
P0 元画像
P3 評価画像
P5 方向画像
P6 差分画像
P7 抽出画像
P8 断片化解消画像
P9 重合画像
T 候補画素
15 評価画像生成部(評価画像生成手段)
16 方向画像生成部(方向画像生成手段)
17 差分画像生成部(差分画像生成手段)
19 線接続処理部(線接続処理手段)
18 抽出画像生成部(抽出画像生成手段)
20 重合画像生成部(重合画像生成手段)
Claims (9)
- 被検体を透視することで得られる元画像を処理する画像処理装置であって、
前記元画像を基に、元画像上の線状構造物であるかどうかを画素の各々について評価する評価画像を生成する評価画像生成手段と、
前記元画像を基に、画素の各々が元画像上の線状構造物であるとしたときの線の伸びる方向を示す方向画像を生成する方向画像生成手段と、
前記方向画像を基に、前記元画像を構成する画素の各々に方向性のフィルタを作用させ ることにより、前記元画像に写り込む線状構造物の部分の画素値から当該部分の周辺の画 素の画素値を減算して差分画像を生成する差分画像生成手段と、
前記評価画像および前記差分画像を基に、元画像上の線状構造物が抽出された抽出画像を生成する抽出画像生成手段と、
前記方向画像を基に前記抽出画像に写り込む線状構造物の伸びる方向を取得し、前記抽出画像上で線状構造物の伸びる方向に配列した始点画素と終点画素とを定めて、2つの画素の間を補間することにより、前記抽出画像に途切れて写り込んだ線状構造物を接続して断片化解消画像を生成する線接続処理手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1に記載の画像処理装置において、
前記線接続処理手段は、前記抽出画像上の画素の中から前記始点画素を定める際に、
絶対値が閾値以上となっている画素値を有する画素を前記始点画素と定めることを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1または請求項2に記載の画像処理装置において、
前記線接続処理手段は、前記抽出画像上の候補画素の中から前記終点画素を定める際に、
前記候補画素と予め定められた前記始点画素とを結ぶ方向を取得するとともに、
前記始点画素が属する画素線状構造物の伸びる方向を前記方向画像から取得し、
取得した2つの方向の一致度が高いと判定された前記候補画素を優先的に前記終点画素と定めることを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の画像処理装置において、
前記線接続処理手段は、前記抽出画像上の候補画素の中から前記終点画素を定める際に、
前記候補画素の画素値の絶対値を前記抽出画像より取得することにより、
画素値の絶対値が高いと判定された前記候補画素を優先的に前記終点画素と定めることを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の画像処理装置において、
前記線接続処理手段は、前記始点画素と前記終点画素とに挟まれる位置にある画素の画素値を変更することにより線接続処理を行うことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項5に記載の画像処理装置において、
前記線接続処理手段は、画素値変更処理に先立って変更後の画素値を求める際に、
前記始点画素と画素値置換処理対象の画素との間の距離と、前記終点画素と画素値置換処理対象の画素との間の距離とを算出することにより、
前記始点画素および前記終点画素のうち画素値置換処理対象の画素から距離が遠い方の画素の画素値よりも距離が近い方の画素の画素値に近づくように変更後の画素値を求めることを特徴とする画像処理装置。 - 請求項5に記載の画像処理装置において、
前記線接続処理手段は、画素値変更処理に先立って変更後の画素値を求める際に、
変更後の画素値が抽出画像上の同じ位置について複数算出された場合には、より絶対値の大きいものを変更処理に用いることを特徴とする画像処理装置。 - 請求項5ないし請求項7のいずれかに記載の画像処理装置において、
前記元画像と前記断片化解消画像とを重ね合わせて重合画像を生成する重合画像生成手段を備え、
前記線接続処理手段は、変更後の画素値を求めた後、
変更後の画素値の絶対値が前記始点画素の画素値の絶対値よりも大きくなるとともに、前記終点画素の画素値の絶対値よりも大きくなるように変更後の画素値を調整して、前記断片化解消画像において線が延長された部分を強調することを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の画像処理装置において、
前記線接続処理手段は、前記始点画素と前記終点画素とのペアを複数定めることにより 動作することを特徴とする画像処理装置。
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