CN107613870B - 图像处理装置以及图像处理程序 - Google Patents

Abstract

在本发明的图像处理部(4)(图像处理装置)中，指标值计算部(41)针对输入图像的各个像素，根据像素附近的亮度分布来计算表示亮度值的分散程度的指标值，按由区域分割部(43)根据指标值自身的分散程度分割出的每个分割区域来设定图像的强调度(滤波器的特性或滤波器的强度)，因此不需要进行与亮度值的大小相应的调整就能够从低亮度部到高亮度部高精度地进行强调处理。另外，没有依赖于亮度值的大小进行的设定，因此不需要摄影前的细微的设定、调整，即使在摄影环境、摄影条件发生了变化的情况下也能够稳定地进行高精度的处理。

Description

图像处理装置以及图像处理程序

技术领域

本发明涉及一种对输入图像进行处理的图像处理装置以及图像处理程序，特别是涉及一种强调图像的清晰度、对比度的技术。

背景技术

在以往的方法中，将关注区域内的像素的离散(分散)设为指标值，根据值的大小来设定高频强调处理的强调度。然而，一般来说，关于像素的离散，即使在所关注的像素处像素值变动率相同的情况下也处于以下倾向：像素值越大则变动的绝对值越大，反之像素值越小则变动的绝对值越小。也就是说，离散指标值处于以下倾向：在监视器的亮度值大的情况下成为大值，反之在亮度值小的情况下成为小值。

因此，当进行与亮度值大的情况下的特性相匹配的对应关系的设定时，无法检测亮度值小的情况下的离散而使指标值成为小值，无法准确地设定要对应地设定的强调度。另外，相反地，在进行与亮度值小的情况下的特性相匹配的对应关系的设定时，会过量地检测出亮度值大的情况下的离散而使指标值变大，要对应地设定的强调度被设定得较强。其结果是存在以下问题：当进行与亮度值小的情况下的特性相匹配的对应关系的设定时，使噪声成分放大而导致图像质量劣化。因此，基于检测到的代表亮度值来估计被检体部位，通过设定强调度来解决上述问题(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本专利第5579639号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在如专利文献1：日本专利第5579639号公报那样的方法中存在以下问题：必须与部位、条件的个数相应地预先持有代表亮度值与强调系数的对应关系，摄影前的事先准备和设定多且烦杂。并且，即使是同一个被检体，亮度值有时也因摄影环境、摄影条件而发生变动，因此难以根据亮度值稳定地估计部位。因此，存在以下问题：设定值未必被设定为适于被检体的值，处理精度不稳定。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种即使在摄影环境、摄影条件发生了变化的情况下也能够稳定地进行高精度的处理的图像处理装置以及图像处理程序。

用于解决问题的方案

本发明为了实现这种目的而采用如下结构。

即，本发明的图像处理装置是对输入图像进行处理的图像处理装置，其特征在于，具备：指标值计算单元，其针对该输入图像的各个像素，根据像素附近的亮度分布来计算表示亮度值的分散程度的指标值；像素检测单元，其针对所述各个像素的指标值，检测在附近区域内相对地具有峰值且指标值超过规定的范围的像素来作为检测像素；区域分割单元，其基于由所述检测像素构成的像素区域，对所述输入图像中的像素进行分类来区域分割为多个区域；以及处理切换单元，其按分割出的每个分割区域变更滤波器的特性或滤波器的强度，来进行各不相同的处理。

根据本发明的图像处理装置，针对输入图像的各个像素，根据像素附近的亮度分布来计算表示亮度值的分散程度的指标值，按根据指标值自身的分散程度分割出的每个分割区域设定图像的强调度(滤波器的特性或滤波器的强度)，因此不需要进行与亮度值的大小相应的调整就能够从低亮度部到高亮度部高精度地进行强调处理。另外，没有依赖于亮度值的大小进行的设定，因此不需要摄影前的细微的设定、调整，即使在摄影环境、摄影条件发生了变化的情况下也能够稳定地进行高精度的处理。另外，基于附近区域内的相对的峰值进行像素检测并进行区域分割，因此不存在由噪声等导致的误检测、误动作。

优选的是，随着检测像素与作为对象的像素之间的距离变长而减弱地设定滤波器的强度，针对该作为对象的像素进行利用所述设定的滤波器的处理。在检测像素是作为对象的像素的情况下，将滤波器的强度设定得最强，并针对作为对象的像素(即检测像素)进行利用所述设定的滤波器的处理。然后，随着检测像素与作为对象的像素之间的距离变长而减弱地设定滤波器的强度，并针对该作为对象的像素进行利用所述设定的滤波器的处理。能够针对在附近区域内表示分散程度的指标值相对大的像素(即检测像素)进行利用被设定得较强的滤波器的处理。认为随着在附近区域内与检测像素相距的距离变长而作为对象的像素的指标值相对地变小。由此，能够针对与检测像素相距的距离长且指标值相对小的像素进行利用被设定得较弱的滤波器的处理。

区域分割单元优选按照与检测像素相距的距离来区域分割为多个区域。如上述那样，认为随着在附近区域内与检测像素相距的距离变长而作为对象的像素的指标值相对变小。由此，按照与检测像素相距的距离来区域分割为多个区域，按分割出的每个分割区域变更滤波器的特性或滤波器的强度，来进行各不相同的处理，由此能够高精度地进行强调处理。只要能够区域分割为多个区域，则不特别地限定区域分割数。

另外，本发明所涉及的图像处理程序是一种用于使计算机执行对输入图像进行处理的图像处理的图像处理程序，其特征在于，包括以下工序并使计算机执行这些工序中的处理：指标值计算工序，针对该输入图像的各个像素，根据像素附近的亮度分布来计算表示亮度值的分散程度的指标值；像素检测工序，针对所述各个像素的指标值，检测在附近区域内相对地具有峰值且指标值超过规定的范围的像素来作为检测像素；区域分割工序，基于由所述检测像素构成的像素区域，对所述输入图像中的像素进行分类来区域分割为多个区域；以及处理切换工序，按分割出的每个分割区域变更滤波器的特性或滤波器的强度，来进行各不相同的处理。

根据本发明的图像处理程序，使计算机执行指标值计算工序、像素检测工序、区域分割工序以及处理切换工序中的处理，由此即使在摄影环境、摄影条件发生了变化的情况下，也能够稳定地进行高精度的处理。

发明的效果

根据本发明所涉及的图像处理装置，针对输入图像的各个像素，根据像素附近的亮度分布来计算表示亮度值的分散程度的指标值，按根据指标值自身的分散程度分割出的每个分割区域来设定图像的强调度(滤波器的特性或滤波器的强度)，因此即使在摄影环境、摄影条件发生了变化的情况下，也能够稳定地进行高精度的处理。

另外，根据本发明的图像处理程序，使计算机执行指标值计算工序、像素检测工序、区域分割工序以及处理切换工序中的处理，由此即使在摄影环境、摄影条件发生了变化的情况下，也能够稳定地进行高精度的处理。

附图说明

图1是放射线图像摄影装置的框图。

图2是示出实施例所涉及的一系列的图像处理的流程的流程图。

图3是示出区域分割部的处理的流程的流程图。

图4是区域分割后的图像的示意图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施例。图1是放射线图像摄影装置的框图，图2是示出实施例所涉及的一系列的图像处理的流程的流程图，图3是示出区域分割部的处理的流程的流程图，图4是区域分割后的图像的示意图。在本实施例中，作为图像处理的对象，采用在放射线图像摄影装置中得到的放射线图像即输入图像为例来进行说明。

如图1所示，本实施例所涉及的放射线图像摄影装置具备：顶板1，其载置有被检体M；放射线源2(例如X射线管)，其朝向被检体M照射放射线(例如X射线)；平板型放射线检测器(以下，简称为“FPD”)3，其检测从放射线源2照射并透过了被检体M的放射线；图像处理部4，其基于由FPD 3检测到的放射线来进行图像处理；以及显示部5，其显示由图像处理部4进行各种图像处理后的放射线图像。显示部5由监视器、电视机等显示单元构成。在本实施例中，构成为在放射线图像摄影装置中安装有图像处理部4。图像处理部4相当于本发明的图像处理装置。

此外，放射线检测器也可以是平板型放射线检测器(FPD)以外的放射线检测器。例如，在X射线检测器的情况下，使用图像增强器(I.I)。像这样用模拟的放射线检测器进行检测而得到的放射线图像是模拟图像，因此只要向图像处理部4送入该模拟图像并进行数字转换来将该模拟图像变为数字图像即可。而且，在本实施例中，将该数字图像作为输入图像。希望留意的是，以下用10进制来表现数值，但实际上用2进制进行处理。

图像处理部4由中央运算处理装置(CPU)等构成。此外，将用于进行各种图像处理的程序等写入以ROM(Read-only Memory：只读存储器)等为代表的存储介质来进行存储，从该存储介质读出程序等并使图像处理部4的CPU执行该程序，由此进行与该程序相应的图像处理。特别是，图像处理部4的后述的指标值计算部41、像素检测部42、区域分割部43、处理切换部44通过执行与指标值的计算、检测像素的检测、区域分割、处理的切换有关的程序，来分别进行与该程序相应的指标值的计算、检测像素的检测、区域分割、处理的切换(参照图2的流程图)。与指标值的计算、检测像素的检测、区域分割、处理的切换有关的程序相当于本发明的图像处理程序。

将用FPD 3进行检测而得到的放射线图像作为输入图像送入图像处理部4。图像处理部4具备：指标值计算部41，其针对被输入的输入图像的各个像素，根据像素附近的亮度分布来计算表示亮度值的分散程度的指标值；像素检测部42，其针对各个像素的指标值，检测在附近区域内相对地具有峰值且指标值超过规定的范围的像素来作为检测像素；区域分割部43，其基于由检测像素构成的像素区域，对输入图像中的像素进行分类来区域分割为多个区域；以及处理切换部44，其按分割出的每个分割区域来变更滤波器的特性或滤波器的强度，来进行各不相同的处理。指标值计算部41相当于本发明的指标值计算单元，像素检测部42相当于本发明的像素检测单元，区域分割部43相当于本发明的区域分割单元，处理切换部44相当于本发明的处理切换单元。

FPD 3与指标值计算部41和处理切换部44连接，放射线图像(输入图像)分别被送入指标值计算部41和处理切换部44。另外，指标值计算部41与像素检测部42连接，指标值被送入像素检测部42。另外，像素检测部42与区域分割部43连接，检测像素被送入区域分割部43。另外，区域分割部43与处理切换部44连接，分割区域被送入处理切换部44。将用处理切换部44进行强调处理后的图像送入显示部5来进行显示。

在此，将对像素值进行灰度变换而得到的亮度值和灰度变换前的像素值视为等同。由此，既可以使用灰度变换前的像素值进行图2的步骤S1～S4，也可以使用灰度变换后的亮度值进行图2的步骤S1～S4。

(步骤S1)指标值计算

指标值计算部41针对输入图像的各个像素，根据像素附近的亮度分布来计算表示亮度值的分散程度的指标值。在本实施例中，从FPD 3获取以关注像素为中心的规定大小的矩形范围(例如9×9像素的图像)中包含的像素值数据，计算标准偏差来作为指标值。关于图像中的所有像素，同样进行上述运算。这样，在计算出指标值之后将下一个像素(例如相邻的像素)新设定为关注像素，以使以新设定的该关注像素为中心的像素附近的范围(在此为矩形范围)与前一个像素附近的范围(矩形范围)重叠的方式来进行扫描。

此外，也可以以避免新设定的像素附近的范围(矩形范围)与前一个像素附近的范围(矩形范围)重叠的方式来进行扫描。在扫描至端部并在该端部计算指标值时比规定大小的像素附近的范围(矩形范围)窄的情况下，可以以折叠像素并附加像素值等方式来虚拟地生成像素范围。另外，也可以在扫描至端部并在该端部计算指标值时如后述那样变更像素附近的范围(矩形范围)的大小。

此外，也可以根据图像尺寸、被检体尺寸来变更像素附近的范围(矩形范围)的大小。并且，像素附近的范围并不限定于上述矩形范围，也可以是以关注像素为中心的固定的距离内的区域(例如圆形区域)等其它形状。需要留意的是，在此记述为圆形，但由于像素是正方形的点，因此像素附近的范围实际上是无限接近圆的多边形。

另外，表示亮度值(像素值)的分散程度的指标值并不限定于上述标准偏差，如果是如相对于方差值、平均值的偏离等那样以统计学方式表示亮度值的分散程度的指标，则也可以是其它数值。该步骤S1相当于本发明的指标值计算工序。

(步骤S2)像素检测

像素检测部42针对各个像素的指标值，检测在附近区域内相对地具有峰值且指标值超过规定的范围的像素来作为检测像素。在本实施例中，从指标值计算部41获取如上述那样以关注像素为中心的规定大小的矩形范围(例如9×9像素的图像)中包含的指标值数据，如下述式(1)那样与指标值数据的平均值(参照式(1)的左边的第一项)进行比较，检测在附近区域内表示大幅地变大的值的像素来作为检测像素。具体地说，当将关注像素P(x，y)处的指标值设为I(x，y)、将附近区域设为R_xy时，检测满足下述式(1)的像素来作为检测像素。

[数1]

av erage[I(i，j)|I(i,j)∈R_xy]×α≤I(x,y)...(1)

此外，α设为1.0～1.2左右的常数。没有特别地限定α的具体的数值。对检测到的检测像素设定用于识别区域的识别编号或标识符(标记、字符)。

另外，检测像素的方法并不限定于此。也可以设为计算指标值的标准偏差或方差值，并检测所设定的分布(偏差值等)范围外的像素等。该步骤S2相当于本发明的像素检测工序。

(步骤S3)区域分割

区域分割部43基于由检测像素构成的像素区域对输入图像中的像素进行分类来区域分割为多个区域。在本实施例中，分割为由用像素检测部42检测到的检测像素的集合、检测像素附近的像素的集合、其它像素的集合组合的三个区域。对各个像素设定用于识别区域的识别编号或标识符(标记、字符)。

用图3的流程图来表示区域分割部43的处理的流程。

(步骤T1)检测像素？

在作为对象的像素(即关注像素)处判定是否为用像素检测部42检测到的检测像素。在不是检测像素的情况下进入步骤T2。在是检测像素的情况下进入步骤T6。

(步骤T2)接近？

在关注像素处判定是否为接近检测像素的(例如相邻)的像素。在不是接近检测像素的像素的情况下进入步骤T3。在判定为是接近检测像素的像素的情况下进入步骤T7。在该步骤T2中，关于区域的设定，并不限定于接近的像素。例如，也可以进行是否与检测像素相距固定的范围内等的判定。

(步骤T3)区域3标识符设定

在不是接近检测像素的像素的情况下设定“区域3”的标识符，进入步骤T4。

(步骤T4)所有的像素？

调查是否针对所有像素进行了判定，在没有针对所有像素进行判定的情况下进入步骤T5。在针对所有像素进行了判定的情况下结束步骤T1～T7。

(步骤T5)下一个像素

在没有针对所有像素进行判定的情况下，通过将下一个像素(例如相邻的像素)设定为关注像素来向该下一个像素移动，返回到步骤T1来进行同样的判定、设定。

(步骤T6)区域1标识符设定

在是检测像素的情况下设定“区域1”的标识符，进入步骤T4。

(步骤T7)区域2标识符设定

在是接近检测像素的像素的情况下设定“区域2”的标识符，进入步骤T4。

这样，通过进行步骤T1～T7对输入图像中的像素进行分类并区域分割为多个(在此为三个)区域。在图4中表示区域分割后的图像的一例。图4中的附图标记1表示检测像素的区域(区域1的标识符)，图4中的附图标记2表示检测像素附近的区域(区域2的标识符)，图4中的附图标记3表示其它区域(区域3的标识符)。

在此分割为三个区域，但并不限定于此。也可以根据与用像素检测部42检测到的检测像素相距的距离来进一步精细地进行分割。另外，也可以通过形态学运算等使检测结果的区域膨胀，通过取膨胀后的区域与膨胀前的区域之差来对检测像素附近的区域(在图4中为区域2的标识符)进行检测，并进行区域分割。包括步骤T1～T7(参照图3)在内的步骤S3(参照图2)相当于本发明的区域分割工序。

(步骤S4)处理切换

处理切换部44按分割出的每个分割区域变更滤波器的特性或滤波器的强度，来分别进行不同的处理。对于滤波器，一般使用用于图像的强调处理的滤波器。在本实施例中，例如利用以下示出的反锐化掩膜滤波器(unsharp masking filter)(参照下述式(2))。

[数2]

此外，s是滤波器尺寸，k是常数。

按用像素检测部42检测到的检测像素的区域(在图4中为区域1的标识符)、检测像素附近的区域(在图4中为区域2的标识符)、其它区域(在图4中为区域3的标识符)的顺序减弱地设定强调等级。例如，将滤波器尺寸固定并将上述k的值设定为2、1、0.5等值。只要强调等级是按顺序的，则当然可以设定为其它值。

另外，也可以将常数k的值固定并按每个分割区域变更滤波器尺寸。在该情况下，对强调等级强的区域设定滤波器尺寸大的值。另外，也可以将滤波器尺寸和常数一起变更。在区域分割数为4以上的情况下也同样如此。

还可以对强调等级为中间的区域输出将强调等级设定得较强后的处理结果与将强调等级设定得较弱后的处理结果的平均值。但是，强调处理并不限定于此，只要是强调图像的对比度、边缘的滤波器处理，就可以利用其它公知的方法。该步骤S4相当于本发明的处理切换工序。

显示部5从处理切换部44接收处理后的图像(处理结果数据)并输出显示于监视器等显示设备。另外，也可以将输出结果写入以RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等为代表的硬盘、存储器等存储介质(省略图示)来进行存储。

根据本实施例所涉及的图像处理部4(图像处理装置)，针对输入图像的各个像素，根据像素附近的亮度分布来计算表示亮度值的分散程度的指标值I(x，y)，按根据指标值自身的分散程度分割出的每个分割区域来设定图像的强调度(滤波器的特性或滤波器的强度)，因此不需要进行与亮度值的大小相应的调整就能够从低亮度部到高亮度部高精度地进行强调处理。另外，没有不依赖亮度值的大小进行的设定，因此不需要摄影前的细微的设定、调整，即使在摄影环境、摄影条件发生了变化的情况下，也能够稳定地进行高精度的处理。另外，基于附近区域内的相对的峰值来进行像素检测并进行区域分割，因此不存在由噪声等导致的误检测、误工作。

如本实施例那样，优选的是，随着检测像素与作为对象的像素之间的距离变长而减弱地设定滤波器的强度，针对该作为对象的像素进行利用所述设定的滤波器的处理。在检测像素是作为对象的像素的情况下，将滤波器的强度设定得最强(在反锐化掩膜滤波器的情况下，例如将k的值设定为2的值)，并对作为对象的像素(即检测像素)进行利用所述设定的滤波器的处理。然后，随着检测像素与作为对象的像素之间的距离变长而减弱地设定滤波器的强度(在反锐化掩膜滤波器的情况下，例如将k的值设定为1、0.5的值)，并针对该作为对象的像素进行利用所述设定的滤波器的处理。能够针对在附近区域内表示分散程度的指标值为相对大的像素(即检测像素)进行利用被设定得较强的滤波器的处理。认为随着在附近区域内与检测像素相距的距离变长而作为对象的像素的指标值相对变小。由此，能够针对与检测像素相距的距离长且指标值相对小的像素进行利用被设定得较弱的滤波器的处理。

如本实施例那样，如图4所示，区域分割部43优选按照与检测像素相距的距离来区域分割为多个(在图4中为三个)区域。如上述那样，认为随着在附近区域内与检测像素相距的距离变长而作为对象的像素的指标值相对变小。由此，按照与检测像素相距的距离来区域分割为多个区域，按分割出的每个分割区域变更滤波器的特性或滤波器的强度，来进行各不相同的处理，由此能够高精度地进行强调处理。只要是区域分割为多个区域，则不特别地限定区域分割数。

另外，根据本实施例所涉及的图像处理程序，使计算机执行与指标值计算工序、像素检测工序、区域分割工序以及处理切换工序相当的图2的步骤S1～S4中的处理，由此能够最佳地强调想要强调的区域的对比度。

本发明并不限于上述实施方式，能够如下述那样变形并实施。

(1)在上述实施例中，作为图像处理的对象，以用放射线图像摄影装置得到的放射线图像即输入图像为例进行了说明，但并非如数字照相机、数字摄像机等所例示那样将用数字图像摄影装置得到的数字图像或对模拟图像进行数字转换而得到的数字图像设为输入图像等那样，对输入图像特别地限定。例如，也可以将用核医学诊断装置得到的被投放了放射性药剂的被检体的核医学数据设为输入图像。

(2)在上述实施例中，应用于将被检体设为人体的医疗用的放射线图像摄影装置，但也可以应用于拍摄被检体为人体以外的基板的内部构造的无损检查装置。

(3)在上述实施例中，在放射线图像摄影装置中装入图像处理部(图像处理装置)，但也可以将放射线图像摄影装置设为外部装置而使图像处理部(图像处理装置)为单体。

产业上的可利用性

如上所述，本发明适用于放射线图像摄影装置、数字照相机、数字摄像机等数字图像摄影装置。

附图标记说明

4：图像处理部；41：指标值计算部；42：像素检测部；43：区域分割部；44：处理切换部；I(x，y)：指标值。

Claims (4)

1.一种图像处理装置，对输入图像进行处理，其特征在于，具备：

指标值计算单元，其针对该输入图像的各个像素，根据像素附近的亮度分布来计算表示亮度值的分散程度的指标值；

像素检测单元，其针对所述各个像素的指标值，检测在附近区域内相对地具有峰值且指标值超过规定的范围的像素来作为检测像素；

区域分割单元，其基于由所述检测像素构成的像素区域，对所述输入图像中的像素进行分类来区域分割为多个区域；以及

处理切换单元，其按分割出的每个分割区域变更滤波器的强度，来进行各不相同的处理。

2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，

随着所述检测像素与作为对象的像素之间的距离变长而减弱地设定所述滤波器的强度，所述处理切换单元针对该作为对象的像素进行利用被如上设定的滤波器的处理。

3.根据权利要求1或2所述的图像处理装置，其特征在于，

所述区域分割单元按照与所述检测像素相距的距离来区域分割为多个区域。

4.一种存储介质，存储有用于使计算机执行对输入图像进行处理的图像处理的图像处理程序，该存储介质的特征在于，该图像处理程序包括以下工序并使计算机执行这些工序中的处理：

指标值计算工序，针对该输入图像的各个像素，根据像素附近的亮度分布来计算表示亮度值的分散程度的指标值；

像素检测工序，针对所述各个像素的指标值，检测在附近区域内相对地具有峰值且指标值超过规定的范围的像素来作为检测像素；

区域分割工序，基于由所述检测像素构成的像素区域，对所述输入图像中的像素进行分类来区域分割为多个区域；以及

处理切换工序，按分割出的每个分割区域变更滤波器的强度，来进行各不相同的处理。

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