CN1291354C - 图象处理装置、图象处理方法、存储介质和程序 - Google Patents

图象处理装置、图象处理方法、存储介质和程序 Download PDF

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Abstract

本发明提供图象处理装置及其方法以及相关存储介质和程序。该装置及其方法对应于变更动态范围的灰度变换，通过多重频率变换对高频成分进行变换，由此得到良好的输出图象。例如，根据灰度变换曲线对原图象进行灰度变换，然后对变换后的图象进行离散子波变换。其后再对应于上述灰度变换曲线的斜率对由离散子波变换得到的各子频带进行变换处理。

Description

图象处理装置、图象处理方法、存储介质和程序
技术领域
本发明涉及图象处理装置、图象处理方法、存储介质和程序，特别涉及变更图象数据动态范围的图象处理装置、图象处理方法、存储介质及程序。
技术背景
因为例如X光胸部图象由X光易穿过的肺部图象区域和X光极难穿过的纵隔部分图象区域构成，所以象素值的分布范围极广。因此，想得到同时能够观察肺部和纵隔部分的X光胸部图象是困难的。
作为避免这个问题的方法，在SPIE Vo1.626Medicine XIV/PACSIV(1986)中有所记载。此方法是设处理后图象的象素值为SD，设原图象(输入图象)的象素值(输入象素值)为Sorg，设原图象的低频图象的象素值为SUS，引入常量A、B、C(例如A＝3，B＝0.7)，于是有公式(1)
SD＝A(Sorg-SUS)+B(SUS)+C    ............(1)
此方法可改变高频成分(第一次项)和低频成分(第二次项)的加权，例如在A＝3，B＝0.7时增强高频成分，并且能取得压缩全体动态范围的效果。此方法由5名放射线医生经过与未处理图象进行比较而得出了对诊断有效的评价。
此外，在日本国专利第2509503号公报中，记载了设处理后的象素值为SD，原象素值(输入象素值)为Sorg，原图象的多个Y方向曲线的平均曲线为Py，多个X方向曲线的平均曲线为Px，于是有公式(2)
SD＝Sorg+F[G(Px，Py)]    ........................(2)
在此对函数F(x)的特性说明如下，
首先，当x＞Dth时F(x)为0，在0≤x≤Dth时f(x)是截距为E的斜率为E/Dth的单调减小函数。由公式(3)表示为：
当0≤x≤Dth时，F(x)＝E-(E/Dth)x，
当x＞Dth时，F(x)＝0........................(3)
Py＝(∑Pyi)/n......................................(4)
Px＝(∑Pxi)/n  .......................................(5)
但条件是(i＝1～n)，Pyi、Pxi为曲线。此外例如：
G(Px，Py)＝max(Px，Py)..............................(6)
在该方法中，在原图象的象素值(浓度值)范围内，其低频图象的象素值是由Dth以下的象素值(浓度值)范围压缩而成的。
此外，作为与日本国专利第2509503号公报的同样方法，在“日本放射线技术协会杂志第45卷第8号1989年8月1030页阿南等”及日本专利第2663189号公报中做了记载。在此方法中，设处理后象素值为SD，原象素值为Sorg，设对原图象的掩码尺寸M×M的象素进行移动平均处理时的平均象素值为SUS，引进单调减小函数f(x)，则有公式(7)、(8)
SD＝Sorg+f(SUS)....................................(7)
SUS＝∑Sorg/M2....................................(8)
此方法不同于公式(2)所示的低频图象做成的方法。相对于由公式(2)所示的用1维数据做成低频图象的方法，此方法用2维数据做成低频图象。此方法同样在原图象的象素值(浓度值)范围内，其低频图象的象素值是由Dth以下的象素值(浓度值)范围压缩而成的。
上述动态范围压缩方法可以由具有低频图象变换(压缩)函数f1()的公式(9)来表示。
另外，本说明书为了简化说明，对函数变量的表示作如下的省略：
SD＝f1(SUS)+(Sorg-SUS)............(9)
以下对公式(9)所示的动态范围压缩方法进行说明。图1、图2是其原理说明图，图1中最上面的图是原图象边缘部分的曲线，中间是将原图象平滑化后的图象曲线，下面是通过减弱其平滑化图象由原图象做成的高频图象的曲线。图2的上部是图1中间的平滑图象的绝对值乘上后得到的图象曲线，中部是与图1的高频图象曲线一样的图，下部是向转换了平滑化图象值的上部图象叠加了中部的高频图象而成的图象曲线。将如下部所示的图象那样得到压缩了动态范围的图象的处理称作动态范围压缩处理。
另外近年来对使用拉普拉斯棱锥变换、子波变换的多重频率处理(以下称多重频率变换处理)的开发也在进展中。在这些多重频率变换处理中，通过对将图象分解为多个频率成分并变换所得到的拉普拉斯系数、波型系数经过变换，来对图象进行频率处理(对特定的空间频率成分进行增强或抑制处理)。
发明内容
利用上述那样的多重频率变换处理对图象进行频率处理时，理想的是能利用多重频率变换处理进行动态范围变更处理。
本发明的目的是利用灰度变换处理和多重频率变换处理得到良好的输出图象，并利用多重频率变换处理来实现动态范围变更处理，此外利用灰度变换处理和多重频率变换处理变更动态范围或规定的象素值范围(部分象素值范围)以得到良好的输出图象。
通过本发明的第1个方面，提供一种图象处理装置，其特征在于包括：对图象进行灰度变换的灰度变换装置；对原始图象进行离散子波变换处理，分解为多个频带的频率成分的DWT变换装置；根据所述灰度变换装置的灰度变换曲线的斜率，对所述频率成分进行变换的成分变换装置；对由所述成分变换装置变换了的频率成分进行逆DWT变换，得到图象的逆DWT变换装置。
通过本发明的第2个方面，提供一种图象处理装置，其特征在于包括：对图象进行灰度变换的灰度变换装置；对由所述灰度变换装置进行了灰度变换的图象进行离散子波变换处理，分解为多个频带的频率成分的DWT变换装置；根据所述灰度变换装置的灰度变换曲线的斜率，对所述频率成分进行变换的成分变换装置；对由所述成分变换装置进行了变换的频率成分进行逆DWT变换，得到图象的逆DWT变换装置。
根据本发明的第3个方面，提供一种图象处理装置，其特征在于包括：对图象进行离散子波变换处理，分解成第一级的多个频带的频率成分的第一级DWT变换装置；对所述图象进行灰度变换的灰度变换装置；对通过所述灰度变换装置进行了灰度变换后的图象进行离散子波变换处理，分解成第二级的多个频带的频率成分的第二级DWT变换装置；通过在所述第二级的多个频带的频率成分上，加上根据所述灰度变换装置的灰度变换特性对所述第一级的多个频带的频率成分进行变换后得到的频率成分，对所述第二级的多个频带的频率成分进行变换的成分变换装置；对由所述成分变换装置变换后的所述第二级的多个频带的频率成分进行合成，生成图象的逆DWT变换装置。
根据本发明的第4个方面，提供一种图象处理装置，其特征在于包括：对图象进行灰度变换的灰度变换装置；对原始图象进行离散子波变换处理，分解成多个频带的频率成分的DWT变换装置；根据所述灰度变换装置的灰度变换曲线的斜率，对所述频率成分进行变换的成分变换装置；对由所述成分变换装置进行了变换的频率成分进行逆DWT变换，得到所述图象的逆DWT变换装置；把所述逆DWT变换装置生成的图象与由所述灰度变换装置进行了灰度变换后的图象进行相加的相加装置。
根据本发明的第5个方面，提供一种图象处理方法，其特征在于包括：对图象进行灰度变换的灰度变换步骤；对原始图象进行离散子波变换处理，分解为多个频带的频率成分的DWT变换步骤；根据所述灰度变换步骤的灰度变换曲线的斜率，对所述频率成分进行变换的成分变换步骤；对由所述成分变换步骤变换了的频率成分进行逆DWT变换，得到图象的逆DWT变换步骤。
根据本发明的第6个方面，提供一种图象处理方法，其特征在于包括：对图象进行灰度变换的灰度变换步骤；对由所述灰度变换步骤进行了灰度变换后的图象进行离散子波变换处理，分解成多个频带的频率成分的DWT变换步骤；根据所述灰度变换步骤的灰度变换曲线的斜率，对所述频率成分进行变换的成分变换步骤；对由所述成分变换步骤进行了变换的频率成分进行逆DWT变换，得到图象的逆DWT变换步骤。
根据本发明的第7方面，提供一种图象处理方法，其特征在于包括：对图象进行离散子波变换处理，分解成第一级的多个频带的频率成分的第一级DWT变换步骤；对所述图象进行灰度变换的灰度变换步骤；对由所述灰度变换步骤进行了灰度变换后的图象进行离散子波变换处理，分解成第二级的多个频带的频率成分的第二级DWT变换步骤；通过在所述第二级的多个频带的频率成分上，加上根据所述灰度变换步骤的灰度变换特性对所述第一级的多个频带的频率成分进行变换所得到的频率成分，来对所述第二级的多个频带的频率成分做变换的成分变换步骤；对由所述成分变换步骤变换后的所述第二级的多个频带的频率成分进行合成，生成图象的逆DWT变换步骤。
根据本发明的第8个方面，提供一种图象处理方法，其特征在于包括：对图象进行灰度变换的灰度变换步骤；对原始图象进行离散子波变换处理，分解成多个频带的频率成分的DWT变换步骤；根据所述灰度变换步骤的灰度变换曲线的斜率，对所述频率成分进行变换的成分变换步骤；对由所述成分变换步骤进行了变换的频率成分进行逆DWT变换，得到所述图象的逆DWT变换步骤；把所述逆DWT变换步骤生成的图象与由所述灰度变换步骤进行了灰度变换后的图象进行相加的相加步骤。
本发明的上述及其他目的、效果以及特征，参照附图并通过下述对实施例的说明将会明了。
附图说明
图1是为了对现有的动态范围压缩例子进行说明的图。
图2是为了对现有的动态范围压缩例子进行说明的图。
图3是实施例1的图象处理装置的框图。
图4是表示实施例1的图象处理装置的处理顺序的流程图。
图5是为了对动态范围进行变更的灰度变换曲线的一个例子。
图6的A-C是离散子波变换和逆离散子波变换的说明图。
图7是表示频率系数变换曲线的图。
图8是表示频率系数变换曲线的图。
图9是表示实施例2的图象处理装置的处理顺序的流程图。
图10是表示实施例2的图象处理装置的处理顺序的流程图。
图11是表示实施例4的图象处理装置的框图。
图12是表示实施例4的图象处理装置的处理顺序的流程图.
图13是频率系数变换曲线的模式图。
具体实施方式
(实施例1)
图3表示有关实施例1的X射线摄影装置100。X射线摄影装置100是具有对拍摄图象的每个频带进行处理的功能的X射线摄影装置，它具备前处理电路106、CPU108、主存储器109、操作控制板110、图象显示器111、图象处理电路112，它们通过CPU总线107相互传递数据。
此外，X射线摄影装置100具有与前处理电路106连接的数据收集电路105、与数据收集电路105连接的2维X射线传感器104以及X射线发生电路101，这些电路还与CPU总线107连接。
在上述这样的X射线摄影装置100中，首先，主存储器109存储CPU108进行处理所必需的各种数据等，同时还包含了CPU108工作用的工作存储器。
CPU108利用主存储器109，根据对操作控制板110的操作控制装置全体的动作等。因此X射线摄影装置100进行如下动作。
首先，X射线发生电路101对被检查体103照射X射线束102，从X射线发生电路101照射的X射线束102穿过被检查体103时衰减，并到达2维X射线传感器104。2维X射线传感器104检测出X射线图象。这里X射线图象是例如人体图象等。
数据收集电路105把从2维X射线传感器104输出的X射线图象信息(电信号)变换成规定的电信号并传送给前处理电路106。前处理电路106对来自数据收集电路105的信号(X射线图象信号)进行偏移补偿处理和放大补偿处理等前处理。由该前处理电路106做过前处理的X射线图象信号被作为原始图象，通过CPU108的控制，经由CPU总线107，被传送到主存储器109和图象处理电路112。
112是表示图象处理电路的结构的框图。在112中，113是对原始图象进行灰度变换的灰度变换电路，114是对经灰度变换电路113灰度变换后的原始图象作离散子波变换(以后称为DWT变换)，取得频带图象成分(子波变换系数)的离散子波变换电路，115是对由离散子波变换电路114取得的各频带的图象成分进行变换的成分变换电路，116是根据由成分变换电路115变换的图象成分进行逆离散子波变换(以后称为逆DWT变换)的逆DWT变换电路。
图4是图象处理电路112的处理流程图。图5表示为了用灰度变换电路113对动态范围进行变更而使用的灰度变换曲线的一个例子图。图6A是DWT电路114的结构图，图6B表示由2维变换处理取得的2级变换系数组的构成例子。图6C是表示逆DWT变换电路116的结构的图。图7、8是对图象成分(DWT系数)进行变更的函数图形的一个例子。
根据图4的处理流程，对实施例1的处理进行说明。
用前处理电路106进行了前处理的原始图象经CPU总线107被传送给图象处理电路112。
在图象处理装置112中，先由灰度变换电路用灰度变换曲线f()将原始图象Org(x，y)变换为f(Org(x，y))(s201)。此外在本说明书中，「曲线」与「函数」同义。这里，x，y是原始图象上的坐标。图5所示的曲线是灰度变换曲线f()的示例。例如：实线是斜率为1的函数。即在输入值和输出值无变更(输入值和输出值相等)的情况下，没有动态范围压缩的效果。接下来，虚线2是对低象素值侧的动态范围进行压缩的函数图形，虚线3是对低象素值侧的动态范围进行放大的函数图形。同样，虚线4对高象素值侧的动态范围进行放大的函数图形，虚线5是对高象素值侧的动态范围进行压缩的函数图形。
另外，实施时这些曲线图形最好为微分连续的(可微分并连续的函数)。在灰度变换曲线中存在不可微分或不连续点时，变换后的图象中会产生轮廓模糊。
接下来DWT变换电路(离散子波变换电路)114对灰度变换后的图象f(Org(x，y))进行2维离散子波变换处理，计算图象成分(也称变换系数或频率系数)并输出。存储于主存储器109中的图象数据由DWT变换电路114顺序读出后作变换处理，并再次被写入主存储器109。在本实施例的DWT变换电路114中，通过用延迟元件和下降取样器的组合，把输入的图象信号分解成偶数地址信号和奇数地址信号，由两个过滤器p和u进行过滤处理。图6A的s和d分别表示对1维的图象信号进行1级分解时的低传输系数和高传输系数，由下式算出，
d(n)＝x(2×n+1)-floor((x(2×n)+x(2×n+2))/2)
                                      ...(11)
s(n)＝x(2×n)+floor((d(n-1)+d(n))/4)......(12)
其中，x(n)是作为变换对象的图象信号。
通过以上处理，对图象信号进行1维的离散子波变换处理。2维的离散子波变换是依次在图象的水平、垂直方向进行1维变换，其详细已周知故在此省略。图6B是由2维变换处理得到的2级变换系数组的构成例子，图象信号被分解成不同频带域的图象成分HH1、HL1、LH1、...、LL(s202)。在图6B中HH1、HL1、LH1、...、LL等(以下称为子频带)表示每个频带域的图象成分。
此外，成分变换电路根据公式(13)对每个子频带的图象成分hn(x，y)进行变换(s203)。这里用h2n(x，y)作为变换后的图象成分，n表示子频带的类别。
h2n(x，y)＝(1/f′(Org(x，y)))×hn(x，y)......(13)
通过此处理，经过对原始图象Org(x，y)的图象成分作灰度变换处理，能够将对f′()倍(f′()是对应于hn(x，y)的Org(x，y)中的灰度变换曲线f()的斜率)的灰度变换处理后的图象成分变换成几乎与原始图象Org(x，y)的图象成分相同的值。这里，作为最下层低频率成分的LL子频带图象成分不被变更。由此，虽然变更了图象全体的动态范围，但对应于高频成分的图象成分仍能够保持与原始图象的图象成分几乎同样的值。此外，也可向公式(13)右侧乘以规定的常数，这时对动态范围逐步变更，就能对图象的高频成分进行调整(增强或抑制)了。根据公式(13)，在原始图象的象素值范围被压缩的区域里，高频成分被增强，在原始图象的象素值范围被扩大的区域里，高频成分被抑制。但是，还可以具备例如用来如上所述向公式(13)右边乘上任意常数的调整部件。
另外，也可以将公式(13)的右边与具有原始图象Org(x，y)或依存于其平滑化图象的象素值的曲线的规定函数进行相乘。这样的函数是例如当原始图象Org(x，y)或其平滑化图象的象素值在规定象素值以下时其值变小，在超过规定象素值时其值变大的函数。在这种情况下，能够抑制例如低象素值区域的高频成分的绝对值，可以减少干扰成分。
然而，在通过灰度变换处理对全体的动态范围做过变更的图象中不会产生过调等人为因素。
但是，在公式(13)的处理中通过高频成分变换能够使高频成分增幅，但同时也产生过调等人为因素。
为防止这种情况，代替公式(13)，公式(14)可对高频成分进行变换。
h2n(x，y)＝hn(x，y)+(1/f′(Org(x，y))-1)×fn(hn(x，y))                                   ......(14)
此处函数fn()具有图7或图8那样的曲线。图7、图8的横轴表示输入频率系数，纵轴表示输出频率系数。这里表示的是频率系数为正时的变换曲线，频率系数为负时也有同样的变换。即是只表示了奇函数的第一象限的图。此外，本说明书中对频率系数(高频成分或高频系数)进行变换的函数均为奇函数，均只展示其第一象限。另外，这些曲线是微分连续的(连续并可微分的函数)，不产生轮廓模糊等。另外，与通常的成分比较，在边缘部分生成的图象成分的数值变大，这些曲线是对与边缘成分相对应的图象成分形成为0或抑制的曲线。由此，公式(14)在图象成分变大时，fn(hn(x，y))为0或为被抑制值，h2n(x，y)几乎成为hn(x，y)或为被抑制值(比原始图象成分小的值)。另一方面，图象成分为通常大小时，公式(14)的h2n(x，y)与公式(13)的值相同。
由此，动态范围被变更，高频成分中有效的图象成分(规定值以下的图象成分)与灰度变换前的图象成分大小相同。此外，由于不对高频成分中的作为产生过调的原因的图象成分(超过规定值的图象成分)做补足，即不变更，或对变更进行抑制，所以不产生过调，或过调被抑制。此外，通过使函数型fn()的斜率在1以上(比1大)，输入值在规定值以下的范围内，能够增强高频成分，同时抑制过调。这样就可以在对过调进行抑制的同时对动态范围和高频成分进行变更了。
此外，逆DWT变换电路116对用成分变换电路115变换的图象成分(变换系数)进行如下的逆离散子波变换(s204)。存储在主存储器109内的变换后的图象成分通过逆离散子波变换电路116被顺序读出进行逆变换处理，并重新被存入主存储器109。图6C展示了本实施例中的由逆离散子波变换电路116进行的逆离散子波变换处理的结构。输入的图象成分由u和p两个过滤器进行过滤处理，向上取样后被叠加并输出图象信号x′。这些处理通过下式被执行。
x′(2×n)＝s′(n)-floor((d′(n-1)+d′(n))/4)
                                  .........(15)
x′(2×n+1)＝d′(n)+floor((x′(2*n)+x′(2×n+2))/2)                                    .........(16)
由以上处理，对变换系数进行了1维逆离散子波变换处理。2维逆离散子波变换就是在图象的水平、垂直方向上依次执行1维逆变换处理，因其详细已周知，故在此省略其说明。
在以上实施例1中，通过利用多重频率变换处理来实现动态范围变更处理，进而对应于用来变更动态范围的灰度变换来调整高频成分，可以得到动态范围被变更了的良好输出图象。另外，在抑制过调等人为因素的同时，能够实现变更图象的动态范围，并变更高频成分。由此，能够使动态范围压缩等动态范围变更处理与通过改变每个频带的图象成分而使每个频带清晰化的处理同时进行。
(实施例2)
根据图9的处理流程对实施例2作说明，省略了与实施例1相同的处理部分。
首先，用DWT变换电路114对原始图象Org(x，y)做DWT变换处理，由此得到的图象成分作为horgn(x，y)(s601)。其次，用灰度变换电路113依照灰度变换曲线f()对原始图象Org(x，y)进行灰度变换处理(s602)。然后由DWT变换电路114对灰度变换处理后的图象f(Org(x，y))进行DWT变换处理，由此得到的图象成分作为hn(x，y)(s603)。这里与实施例1同样，n表示子频带区域的编号，x、y表示坐标。
接下来，成分变换电路115如公式(17)所示那样地对图象成分hn(x，y)和图象成分horgn(x，y)做加法运算，得到新的图象成分h2n(x，y)(s604)。
h2n(x，y)＝hn(x，y)+(1-f′(Org(x，y)))×horgn(x，y)                                        .........(17)
这里，不变更最下层的低频成分LL子频带图象成分。由此，动态范围变更后图象的高频成分大小与原始图象的高频成分大小几乎保持一致。此时，由于利用原始图象的高频成分补足高频成分，所以使更高精度的高频成分的大小更接近于原始图象的高频成分。此外，也可以向公式(17)的右边第2项乘以规定的常数，此时就能够一边变更动态范围，一边对图象的高频成分进行调整了(增强或抑制)。此外，用公式(18)代替公式(17)，也可得到同样效果
h2n(x，y)＝horgn(x，y).................................(18)
此外，也可以向公式(17)右边第二项乘以具有原始图象Org(x，y)或依存于其平滑化图象的象素值的曲线的规定的函数。这样的函数具有以下曲线，例如当原始图象Org(x，y)或其平滑化图象的象素值在规定值以下时其值变小，超过规定象素值时其值变大。
然而，在通过灰度变换处理对全体动态范围进行变更了的图象中，并不产生过调等人为因素。可是在公式(17)的处理中，通过叠加进原始图象的高频成分可使高频成分增幅，但同时，叠加时也加入了产生过调等人为因素的原始图象成分，于是出现了过调的情况。
为防止上述情况，替代公式(17)，如公式(19)那样对高频成分做变换是有效的。
h2n(x，y)＝hn(x，y)+(1-f′(Org(x，y)))×fn(horgn(x，y))                                        ...(19)
这里，fn()具有图7或图8那样的曲线。在图象成分(高频成分)中，与通常的成分相比，边缘部分生成的图象成分的值增大，而这些曲线对应于边缘成分的图象成分为0或呈抑制曲线。由此，公式(19)在图象成分较大时，fn(horgn(x，y))被置成0或为抑制值，h2n(x，y)近似于hn(x，y)或是比horgn(x，y)还小的抑制值。另一方面，在图象成分为通常大小时，h2n(x，y)具有与公式(17)同样的值。
由此，动态范围被变更，高频成分中有效的图象成分(规定值以下的图象成分)与灰度变换前的图象成分的大小几乎一样。此外，不对高频成分中的成为引起过调原因的图象成分(超过规定值的图象成分)做补足，即不变更，或对变更或补足进行抑制，由此能够不产生过调或抑制它。此外，通过使函数型fn()的斜率范围在1以上(比1大)，并在输入值在规定值以下的范围内，能够使对高频成分的增强与抑制过调同时进行。这样就可以在抑制过调的同时对动态范围和高频成分进行变更了。
此外，基于由成分变更电路115变更了的图象成分，用逆DWT变换电路116进行逆变换处理。(s605)
在实施例2中，通过利用多重频率处理实现对动态范围的变更处理，进而对应于用来变更动态范围的灰度变换对高频成分进行调整，能够得到动态范围被变更了的良好的输出图象。再有，由于使用原始图象的高频成分作为用来叠加的高频成分，所以能够使处理后图象的高频成分精度更高，并产生逼近原始图象高频成分的效果。此外，在抑制过调等人为因素的同时变更图象的动态范围，能够同时取得变更高频成分的效果。由此，使动态范围压缩等动态范围变更处理与通过变更每个频带的图象成分来使每个频带清晰化的处理同时进行，可以得到良好的输出图象。
(实施例3)
根据图10的处理流程来说明实施例3。省略了对与实施例1相同的处理的说明。
首先由灰度变换电路113根据灰度变换曲线f()对原始图象Org(x，y)做灰度变换处理，得到图象f(Org(x，y))(s701)。接下来由DWT变换电路114对原始图象做DWT变换处理，得到图象成分hn(x，y)(s702)。这里与实施例1相同，n表示子频带区域的编号，x，y表示坐标。
接下来如公式(20)所表示那样地由成分变换电路115对图象成分hn(x，y)做的变换，得到新的图象成分h2n(x，y)(s703)。
h2n(x，y)＝(1-f′(Org(x，y)))×hn(x，y)...(20)
接下来，将最下限的低频成分LL的值全部置0。由此，当从h2n(x，y)复原图象时，就可以只得到依存于变换曲线斜率的高频成分的图象Hr(x，y)了。此外，也可以向公式(20)的右边乘上规定的常数，此时就可以一边对动态范围做变更，一边进行图象高频成分的调整(增强或抑制)了。
此外，也可以向公式(20)的右边乘上具有原始图象Org(x，y)或依存于其平滑化图象的象素值的曲线的规定函数，作为这种函数的例子，是具有原始图象Org(x，y)或其平滑化图象的象素值在所定值以下时其值变小，超过规定象素值时其值变大的曲线的函数。
接下来，基于由成分变换电路115变换后的成分，逆DWT变换电路116进行逆WDT变换，得到复原图象Hr(x，y)(s704)。然后，如公式(21)所表示的那样，对由灰度变换电路113得到的图象f(Org(x，y))和由逆DWT变换电路116得到的图象Hr(x，y)进行加法运算，从而得到处理后的图象Prc(x，y)(s705)。
Prc(x，y)＝f(Org(x，y))+Hr(x，y)...............(21)
然而，在通过灰度变换处理对全体动态范围进行了变更的图象中，不产生过调等人为因素，但是在由公式(20)得到的高频成分中含有产生过调等人为因素的原始图象成分。于是，在对该图象成分直接做逆变换得到的图象中含有成为过调的原因的成分，与之做叠加就会发生过调的情况。
为了防止这种情况的发生，代替公式(20)，如公式(22)那样地对高频成分进行变更是有效的。
h2n(x，y)＝(1-f′(Org(x，y)))×fn(hn(x，y))
                               ............(22)
这里，fn()具有图7或图8那样的曲线。在图象成分(高频成分)中，与通常的成分相比，边缘部分生成的图象成分的值增大，而这些曲线中对应于边缘成分的图象成分为0或呈抑制曲线。由此，在公式(22)中，在图象成分较大时，fn(hn(x，y))为0或抑制值，h2n(x，y)也为0或抑制值。另一方面，图象成分为通常大小时，h2n(x，y)具有与公式(20)同样的值。
通过向灰度变换后的图象叠加对由公式(20)或公式(22)的图象成分进行了逆DWT变换的图象，动态范围被变更了，但仍可以得到高频成分与原始图象的高频成分大小几乎一致的图象。
进而，如公式(22)所示，通过对应于图象成分的大小变更图象成分，能够使高频成分中的有效图象成分(规定值以下的图象成分)与灰度变换前的图象的图象成分大小几乎一样。此外，通过不对高频成分中的作为产生过调原因的图象成分(超过规定值的图象成分)进行补足，即不变更，或抑制补足和变更，能够不发生过调或过调被抑制。此外，使函数fn()的斜率大于1，并在输入值在规定值以下的范围内，能够在对过调进行抑制的同时增强高频成分。由此，能够使动态范围的变更和高频成分的变更与过调的抑制同时进行。
在实施例3中，通过实现利用多重频率变换处理对动态范围进行变更处理，进而对应于用来变更动态范围的灰度变换对高频成分进行调整，能够得到动态范围被变更了的良好的输出图象。还有因为使用了原始图象的高频成分作为用来叠加的高频成分，所以能够得到使高精度处理后的图象的高频成分更加地逼近原始图象的效果。此外，DWT变换也可以只做1回，能够缩短计算时间。进而，能够在抑制过调等人为因素的同时，变更图象的动态范围与高频成分。由此，能够使动态范围压缩等动态变更处理与通过对每个频带的图象成分进行变更来使每个频带清晰化的处理同时进行，从而获得良好的输出图象。
(实施例4)
实施例4是有关保存边缘构造的原来状态，得到动态范围变更以及频率处理的效果的图象处理例子。图11是实施例4的结构示意图，省略了对与实施例1相同的处理的相关说明。
图11中的112表示图象处理电路，2101是用子波变换或拉普拉斯棱锥体变换等方法将原始图象分解成多个频带，得到频率系数的频带分解电路，2102是根据随后进行的动态范围变更的灰度变换曲线斜率变换系数的系数变换电路，2103是对由系数变换电路2102变换得到的系数进行逆变换的逆变换电路，2104是对由逆变换电路2103作逆变换得到的图象的动态范围做变更的灰度变换电路。
图12是本发明的实施例4的图象处理电路112的处理流程图。图13是系数变换电路2102中使用的系数变换曲线的一个例子，横轴表示输入系数，纵轴表示输出系数。
根据图12的处理流程对实施例4做如下说明。频带分解电路2101对原始图象f(x，y)做2维离散子波变换，并输出频率系数，(s2201)。作为此频率分解的方法，例如可以使用子波变换或拉普拉斯棱锥体变换等任意方法，但在这里是使用2维离散子波变换分解为每个频带的频率系数HH1、HL1、LH1、...、LL。
接下来系数变换电路2102根据在灰度变换电路2104使用的灰度变换曲线(例如图5所示的变换曲线)F()对频率系数进行变换(s2202)。这时，如图13所示只对规定绝对值以下的区域2301的系数做变换，超过规定绝对值的系数保持不变。规定绝对值是根据图象边缘部分的系数大小由实验确定的，通过保持超过规定绝对值的系数不变来保存边缘构造，可以抑制再构成图象中过调等人为因素的产生。
这里，hn(x，y)是由n级频率系数(高频率系数)所确定的规定绝对值以下区域2301的系数，h2n(x，y)是根据公式(23)对hn(x，y)做系数变换后的系数值。
h2n(x，y)＝f5(f(x，y))×(1/F′(x，y))×hn(x，y)                                 ......(23)
这里，函数f5()具有例如原始图象f(x，y)或依存其平滑化图象的象素值的曲线，或是说原始图象f(x，y)或其平滑化图象的象素值在规定值以下时其值变小，超过规定象素值时其值变大的曲线。另外，图13的变换曲线F2()模式地表现了以上曲线。区域2301的系数并不一定是被线性变换的，可以根据公式(23)变换。由此，变换曲线F2()可表示为如下面的公式(23)′的形式。
当hn(x，y)的绝对值在规定值以下时
F2(hn(x，y))＝h2n(x，y)＝f5(f(x，y))×(1/F′(x，y))×hn(x，y)
当hn(x，y)的绝对值超过规定值时
F2(hn(x，y))＝hn(x，y)           ......(23)′
接下来，由逆变换电路对h2n(x，y)进行逆变换(逆DWT变换)(s2203)。于是得到复原图象f2(x，y)，再由灰度变换电路2104对复原图象f2(x，y)进行公式(24)所示的灰度变换，得到动态范围变更了的图象f3(x，y)(s2204)。
f3(x，y)＝F(f2(x，y))            ......(24)
根据以上的实施例4，由于预先根据变更动态范围的灰度变换的曲线对频率系数进行了变更，所以能够使动态范围变更后的图象中的高频成分大小与原始图象的高频成分大小几乎保持一致。另外，由于未变更规定绝对值范围的系数值，所以能够保存边缘构造，抑制在频率处理和动态范围变更处理时的图象中产生过调等。
此外，在图13中，变换函数F2()中有不可微分且不连续的点，但在逆变换后的图象里不产生轮廓模糊等人为因素。由于具有规定绝对值的系数(对应于变换曲线的不可微分且不连续点的系数)在系数空间内随机分布，所以在逆变换了的图象中，不表现为直线等作为连续分界线的可视构造。子波系数即频率系数，是通过逆子波变换处理，对应于频率系数的大小将规定图象范围复原而得到的。此外，也有在系数空间上对应于图象边缘部分的规定绝对值的频率系数连续排列的情况。此时，通过图象变换函数F2()那样的不连续函数进行系数变换后表现为系数空间上的连续构造，在复原图象上的边缘部分也表现为连续的构造，见不到轮廓模糊。
还有，由于将原始图象分解为多重频率系数，所以能够对干扰进行抑制处理，也就容易实现高清晰化或与其他处理的复合处理。例如，在抑制干扰处理等中，基于将原始图象分解成多重频率处理时的系数进行解析处理等，并基于该解析结果等对规定的频率系数做变换。
(其他实施例)
为了实现上述实施例的功能，就要驱动各种设备，将用来实现上述实施例的功能的软件程序代码提供给与该各种设备连接的装置或系统内的计算机，通过根据存储在该系统或装置的计算机(CPU或MPU)中的程序而使各种设备工作以实现上述实施例的功能也被包含在本发明中。
这时，上述软件程序代码自身也成为实现上述实施例功能的东西，其程序代码自身和将程序代码供给计算机的装置，例如涉及保存程序代码的存储介质也构成本发明。
涉及保存程序代码的存储介质，可以使用例如软盘、硬盘、光盘、光磁盘、CD-ROM、磁带、不挥发性存储卡，ROM等。
此外，不仅通过执行提供给计算机的程序代码，能实现上述实施例的功能，而且使程序代码与在计算机中执行的OS(操作系统)，或其他应用程序等连动而实现上述的实施例的功能的程序代码自然也包含在本发明内。
进而，在将所提供的程序代码存储在计算机的功能扩展板和与计算机连接的功能扩展单元所具有的存储器中后，依照该程序代码的指示，由该功能扩展板或功能扩展单元所具备的CPU等执行处理的一部分或全部，并通过该处理实现上述实施例的功能的情况，自然也包含在本发明中。
如上说明，根据各实施例，通过使用灰度变换处理和多重频率变换处理进行灰度变换和基于灰度变换的频率成分变换，可以得到良好的输出图象。
此外，通过灰度变换变更图象的动态范围或规定象素值范围，并基于灰度变换曲线斜率对高频成分进行变换，能够得到动态范围或规定象素值范围被变更了的良好的输出图象。

Claims (18)

1.一种图象处理装置，其特征在于包括：
对图象进行灰度变换的灰度变换装置；
对原始图象进行离散子波变换处理，分解为多个频带的频率成分的DWT变换装置；
根据所述灰度变换装置的灰度变换曲线的斜率，对所述频率成分进行变换的成分变换装置；
对由所述成分变换装置变换了的频率成分进行逆DWT变换，得到图象的逆DWT变换装置。
2.根据权利要求1所述的图象处理装置，其特征在于：所述成分变换装置不对规定的低频成分做变换，或者将规定的低频成分置0。
3.根据权利要求1所述的图象处理装置，其特征在于：所述成分变换装置根据所述灰度变换装置的灰度变换曲线的斜率对除了由离散子波变换处理得到的LL子频带以外的规定的子频带成分进行变换。
4.根据权利要求3所述的图象处理装置，其特征在于：所述成分变换装置不对所述LL子频带成分进行变换，或将所述LL子频带成分置0。
5.根据权利要求1所述的图象处理装置，其特征在于：所述成分变换装置根据所述图象或其平滑化图象的象素值对所述频率成分进行变换。
6.一种图象处理装置，其特征在于包括：
对图象进行灰度变换的灰度变换装置；
对由所述灰度变换装置进行了灰度变换的图象进行离散子波变换处理，分解为多个频带的频率成分的DWT变换装置；
根据所述灰度变换装置的灰度变换曲线的斜率，对所述频率成分进行变换的成分变换装置；
对由所述成分变换装置进行了变换的频率成分进行逆DWT变换，得到图象的逆DWT变换装置。
7.根据权利要求6所述的图象处理装置，其特征在于：所述成分变换装置不对所述LL子频带的成分做变换。
8.根据权利要求6所述的图象处理装置，其特征在于：所述成分变换装置根据所述图象或其平滑化图象的象素值对所述频率成分进行变换。
9.一种图象处理装置，其特征在于包括：
对图象进行离散子波变换处理，分解成第一级的多个频带的频率成分的第一级DWT变换装置；
对所述图象进行灰度变换的灰度变换装置；
对通过所述灰度变换装置进行了灰度变换后的图象进行离散子波变换处理，分解成第二级的多个频带的频率成分的第二级DWT变换装置；
通过在所述第二级的多个频带的频率成分上，加上根据所述灰度变换装置的灰度变换特性对所述第一级的多个频带的频率成分进行变换后得到的频率成分，对所述第二级的多个频带的频率成分进行变换的成分变换装置；
对由所述成分变换装置变换后的所述第二级的多个频带的频率成分进行合成，生成图象的逆DWT变换装置。
10.根据权利要求9所述的图象处理装置，其特征在于：所述成分变换装置根据所述灰度变换装置的灰度变换曲线的斜率对所述第一级的多个频带的频率成分进行变换。
11.根据权利要求9或10所述的图象处理装置，其特征在于：所述成分变换装置不对所述第二级的多个频带的频率成分中的规定的低频成分做变换。
12.根据权利要求9所述的图象处理装置，其特征在于：所述成分变换装置不对通过所述第二级频率变换装置进行了离散子波变换处理得到的LL子频带成分做变换。
13.根据权利要求9所述的图象处理装置，其特征在于：所述成分变换装置根据所述图象或其平滑化图象的象素值对所述第一级的多个频带的频率成分做变换。
14.一种图象处理装置，其特征在于包括：
对图象进行灰度变换的灰度变换装置；
对原始图象进行离散子波变换处理，分解成多个频带的频率成分的DWT变换装置；
根据所述灰度变换装置的灰度变换曲线的斜率，对所述频率成分进行变换的成分变换装置；
对由所述成分变换装置进行了变换的频率成分进行逆DWT变换，得到所述图象的逆DWT变换装置；
把所述逆DWT变换装置生成的图象与由所述灰度变换装置进行了灰度变换后的图象进行相加的相加装置。
15.一种图象处理方法，其特征在于包括：
对图象进行灰度变换的灰度变换步骤；
对原始图象进行离散子波变换处理，分解为多个频带的频率成分的DWT变换步骤；
根据所述灰度变换步骤的灰度变换曲线的斜率，对所述频率成分进行变换的成分变换步骤；
对由所述成分变换步骤变换了的频率成分进行逆DWT变换，得到图象的逆DWT变换步骤。
16.一种图象处理方法，其特征在于包括：
对图象进行灰度变换的灰度变换步骤；
对由所述灰度变换步骤进行了灰度变换后的图象进行离散子波变换处理，分解成多个频带的频率成分的DWT变换步骤；
根据所述灰度变换步骤的灰度变换曲线的斜率，对所述频率成分进行变换的成分变换步骤；
对由所述成分变换步骤进行了变换的频率成分进行逆DWT变换，得到图象的逆DWT变换步骤。
17.一种图象处理方法，其特征在于包括：
对图象进行离散子波变换处理，分解成第一级的多个频带的频率成分的第一级DWT变换步骤；
对所述图象进行灰度变换的灰度变换步骤；
对由所述灰度变换步骤进行了灰度变换后的图象进行离散子波变换处理，分解成第二级的多个频带的频率成分的第二级DWT变换步骤；
通过在所述第二级的多个频带的频率成分上，加上根据所述灰度变换步骤的灰度变换特性对所述第一级的多个频带的频率成分进行变换所得到的频率成分，来对所述第二级的多个频带的频率成分做变换的成分变换步骤；
对由所述成分变换步骤变换后的所述第二级的多个频带的频率成分进行合成，生成图象的逆DWT变换步骤。
18.一种图象处理方法，其特征在于包括：
对图象进行灰度变换的灰度变换步骤；
对原始图象进行离散子波变换处理，分解成多个频带的频率成分的DWT变换步骤；
根据所述灰度变换步骤的灰度变换曲线的斜率，对所述频率成分进行变换的成分变换步骤；
对由所述成分变换步骤进行了变换的频率成分进行逆DWT变换，得到所述图象的逆DWT变换步骤；
把所述逆DWT变换步骤生成的图象与由所述灰度变换步骤进行了灰度变换后的图象进行相加的相加步骤。
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