FR2695282A1 - Procédé de réglage de contraste. - Google Patents

Abstract

On règle les contrastes pour passer d'une image directe à une image inverse en choisissant, avec des boutons de commande des pentes à l'origine et en bout de gamme de la fonction de transfert d'inversion. Connaissant les pentes choisies pour cette fonction de transfert, on calcule ensuite une fonction de transfert d'inversion qui souscrit à ces conditions à l'origine. Parmi toutes les solutions possibles on choisit de plus la famille de solution pour lesquelles la réciprocité est atteinte en intervertissant les coefficients de pente. On montre qu'en agissant ainsi on rend plus compréhensible à un opérateur le réglage de contraste au moment de l'inversion.

Description

PROCEDE DE REGLAGE DE CONTRASTE
La présente invention a pour objet un procédé de réglage de contraste utilisable par exemple lors d'une inversion de contraste, pour passer d'une image visualisée en un premier mode dit direct à une image visualisée en un deuxième mode dit inverse ou encore pour modifier le contraste d'une image de base.

L'invention est particulièrement applicable dans le domaine médical où elle permet de comparer des images de type radioscopique à des images de type radiographique.

Néanmoins elle peut trouver son application dans d'autres domaines où, par exemple, pour des raisons de confort visuel, on préfère passer d'une image directe à une image inverse et réciproquement.

Dans le domaine médical, lorsqu'on soumet un patient à une irradiation de rayons X, on a deux principales façons d'acquérir une image. Une première façon consiste à placer un film radiographique de l'autre côté du patient par rapport à l'émetteur de rayons X. La couche radiosensible du film est plus ou moins impressionnée par le rayonnement en fonction de la densité radiologique des parties traversées dans le corps interposé. Après développement photographique, on observe le cliché radiographique par transparence, par exemple en le plaçant contre un tableau lumineux.

L'image acquise dans ces conditions est dite une image en mode radiographique. Une autre façon consiste à acquérir au moyen d'une caméra, ou d'un détecteur d'un autre type, une image électronique du rayonnement X qui traverse le corps. Dans ce but on place après le corps une cible d'une caméra, et on lit la cible avec un rayonnement électronique. En pratique, on interpose entre le corps et la cible de la caméra un écran scintillateur qui fait la conversion pour convertir les rayons X en des rayons lumineux pour la bande passante desquelles la cible est plus particulièrement sensible.

L'image vidéo ainsi acquise dite radioscopique peut être projetée sur un moniteur de visualisation.

Du fait de leur mode différent d'acquisition il résulte que pour une même structure examinée les contrastes de l'image directe et de l'image obtenue par radioscopie sont inversés. Ceci signifie que les parties sombres dans une image sont claires dans l'autre et réciproquement. Les praticiens sont donc habitués à examiner alternativement une image d'un type et d'un autre type. Il importe donc de proposer une système qui permette de passer, pour une même structure, d'une image d'un type à celle d'un autre type parce que le praticien peut vouloir la regarder dans un mode différent de son mode d'acquisition.

Les images sont traitées, notamment pour éliminer le bruit, ou effectuer des corrections de contour ou autres. En ce qui concerne le contraste il y a lieu de distinguer plusieurs types de traitements. Une correction la plus simple permise par les systèmes est obtenue par la présence de boutons de réglage de contraste situés en face avant des moniteurs de visualisation. On peut, en agissant sur des boutons de luminosité et de contraste modifier l'apparence de l'image visualisée. Une autre correction, plus connue sous le nom de correction de gamma, est une correction de visualisation liée d'une part à des lois de visualisation (propre au phénomène de visualisation de l'oeil humain) et d'autre part à des phénomènes d'affichage (propres aux écrans de visualisation utilisés).On connaît encore des corrections de contraste tendant à augmenter le contraste dans des fenêtres de contraste particulières, où même dans des fenêtres géographiques de l'image.

L'invention concerne aussi ces derniers types de traitement. Ils pourront par ailleurs être appliqués aux images inversées produites. L'invention concerne la modification où l'inversion de contraste. Pour des images monochromes (pour des images en couleur le problème est triple), chaque point d'image peut être affecté d'une luminosité sur l'écran comprise entre une valeur nulle et une valeur maximum. Quand les images sont numérisées, il est connu de répartir la dynamique de luminosité en un nombre 2N de niveaux (par exemple 256 niveaux compris entre 0 et 255). Le nombre N de bits sur lequel est codé un signal d'image en un point est représentatif de cette dynamique.

Lors d'une inversion de contraste, les points de l'image dont la luminosité est nulle se voient affecter le niveau de la luminosité maximale, et les points dont la luminosité était maximale se voient affecter une limunosité nulle. Les points dont la luminosité est intermédiaire sont affectés d'une luminosité intermédiaire. Le problème principal à résoudre est de choisir une bonne fonction d'inversion pour ces luminosités intermédiaires. Pour la modification de contraste, dite aussi fenêtrage, il faut accentuer le contraste dans une fenêtre de luminosité au détriment du contraste dans les autres parties.

Deux fonctions d'inversion sont envisageables dans l'état de la technique. Si on appelle d le signal calculé pour un point de l'image en mode direct, le signal i de l'image inverse pourra être du type 2N-d (inversion arithmétique) ou du type 2N/(d+1)-1 (inversion géométrique). Mais ces solutions ne correspondent pas vraiment à des images facilement interprétables. Elles n'évoquent rien pour le praticien.

Plutôt que de choisir des fonctions simplistes on a par ailleurs tenté d'utiliser des fonctions de conversion du type suivant formule 1

Cette famille de fonctions d'inversion a permis d'obtenir des contrastes d'image inversées voulus et non pas imposés sans rien pouvoir y changer. La possibilité de choisir A entre 0 et 99, et B entre 0,1 et 5, conduisait à un ensemble de fonctions important.

L'inconvénient présenté par cette méthode, qui au demeurant paraissait simple, est que les praticiens n'avaient pas véritablement de moyens de comprendre ce qu'ils faisaient en modifiant les valeurs A et B sur lesquelles ils pouvaient jouer. Dans un premier temps, on leur a donné des réseaux de courbes d'inversion qui correspondaient aux paramètres A et B. En pratique ces réseaux de courbes étaient peu compréhensibles, et un tracé n'apportait pas une interprétation assez conviviable des coefficients A et B.

Dans 11 invention, sachant que l'on peut choisir n'importe quelle fonction d'inversion entre le minimum et le maximum (pourvu que cette fonction soit au moins monotone), on a remarqué que les praticiens voulaient finalement régler, indépendamment l'un de l'autre le contraste dans les zones foncées, et le contraste dans les zones claires. L'idée de l'invention a alors été de renverser les habitudes anciennes et de demander aux praticiens de choisir leur contraste dans les zones foncées et dans les zones claires, puis de calculer la fonction de modification ou d'inversion qui correspondrait à ce choix. Autrement dit selon l'invention les praticiens disposent de deux commandes permettant de régler ces contrastes.Ces réglages correspondent alors à des modifications de l'apparence des images que le cerveau humain est capable de comprendre. Il suffit par exemple, pour un réglage de contraste constant pour les zones lumineuses, de modifier le contraste des zones sombres pour voir immédiatement qu'elle en est la conséquence sur l'image inversée dans les zones sombres. On choisit alors le réglage le meilleur. Puis on effectue un réglage similaire pour les zones sombres devenant lumineuses par inversion. La particularité de l'invention est alors qu'il y a une correspondance monotone perceptible entre l'action sur un des boutons de réglage et sur le phénomène visualisé sur l'écran.

L'invention a donc pour objet un procédé de réglage de contraste, par exemple lors d'une inversion de contraste pour passer d'une image radiologique d'une structure visualisée selon un premier mode dit direct à une image de cette structure visualisée selon un deuxième mode dit inverse, ou réciproquement, ou lors d'une modification de contraste, comportant les étapes suivantes::
- on acquiert une image radiologique de la structure en mesurant pour chaque point de cette image une grandeur radiologique représentative de cette structure,
- on numérise les valeurs de cette grandeur, selon le mode direct, en attribuant à chaque point de l'image acquise une valeur numérique d représentative de la valeur mesurée,
- on visualise l'image directe en affectant à chaque point de l'image une luminosité 1 correspondant à cette valeur numérisée d,
- on modifie ou on inverse le contraste par une fonction de modification ou d'inversion en affectant dans une image modifiée ou inversée à chaque point de l'image modifiée ou inversée une valeur numérisée, modifiée ou inversée i qui correspond à cette valeur numérisée d,
- et on visualise l'image modifiée ou inversée en affectant à chaque point de l'image une luminosité m correspondant à cette valeur numérisée i, caractérisé en ce que
- pour modifier ou inverser le contraste on transforme les valeurs numérisées d en valeurs modifiées ou inverses i selon une fonction f d'inversion présentant des pentes -b et -1/a respectivement pour des valeur nulles et maximum de d, et jouant donc sur les contrastes des parties les plus sombres et les plus lumineuses,
- on prévoit des boutons de réglage qui agissent directement sur ces pentes,
- et on détermine une fonction d'inversion à partir de ces valeurs de pentes.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont données qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent - Figure 1 : le schéma de principe d'un système de
réglage de contraste selon l'invention ; - Figure 2 : un ensemble de réseaux de courbes montrant
l'évolution des fonctions de transfert avec la
modification des réglages.

La figure 1 montre un système utilisable pour mettre en oeuvre le procédé de 11 invention. Il est plus particulièrement décrit dans une application de radiologie bien que cela ne soit pas nécessaire. Un tube à rayon X 1 émet en direction d'un corps 2 un rayonnement X 3. Le rayonnement X 3 après avoir traversé le corps 2 impressionne une plaque photosensible 4 ou, alternativement, attaque la face d'entrée 5 d'une caméra 6. La caméra 6 délivre un signal vidéo numérisé par un convertisseur analogique numérique 7. Lorsqu'on utilise une plaque photosensible, cette plaque photo sensible 4, après révélation photographique, est amenée, en face d'un rayonnement lumineux 8, au-dessus d'un dispositif de numérisation 9. Le dispositif de numérisation 9 peut être quelconque mais peut par exemple comporter, dans son principe, un ensemble tels que l'ensemble 5 - 7.Une des images, l'image acquise en numérisant la plaque 4, est dite traditionnellement image directe alors que 1 t autre image est dite inversée. Ces appellations sont seulement conventionnelles. Elles peuvent être elles-mêmes inversées, le procédé fonctionnant dans les deux sens.

Les images numérisées sont stockées dans des mémoires de masse 10 d'un dispositif informatique, par exemple dans un disque dur ou sur des bandes magnétiques. Pour la visualisation de ces images, normalement un microprocesseur 11 provoque l'extraction des images hors du support 10 et les envoie à un moniteur de visualisation 12, le plus souvent au moyen d'une mémoire d'image 13 à laquelle le moniteur 12 est relié. Le moniteur 12 comporte des boutons de réglage de contraste 14 évoqués précédemment. Le signal de l'image numérisée brute stockée dans le support 10 peut par ailleurs subir une correction dans un dispositif 15 en vue d'éliminer le bruit, rehausser les contours, fenêtrer l'image ou autre.Le dispositif 15 de correction de contraste peut être un circuit, ou un programme mis en oeuvre par le microprocesseur 11 en temps réel pour charger la mémoire d'image 13 avec des informations d'image corrigées. De ce point de vue la représentation de la figure 1 est symbolique.

Un praticien qui regarde l'image sur le moniteur 12 peut, selon l'invention, agir sur un bouton de commande 16 disponible sur un clavier 17 pour choisir de visualiser l'image directe ou l'image inverse. En visualisant l'une ou l'autre de ces images inverses, il peut agir sur des boutons de commande 18 et 19 pour régler respectivement le contraste dans les parties sombres et dans les parties lumineuses de l'image. Les boutons de commande du clavier 17 peuvent être de toute nature : souris, boule de manoeuvre, utilisation des flèches du clavier, utilisation du pavé numérique, ou autre.

On va expliquer maintenant le mode de calcul d'une fonction d'inversion préférée pour mettre en oeuvre l'invention. Pour simplifier l'écriture on utilisera une échelle réduite de niveaux de luminosité comprise entre 0 et 1. Une échelle définitive, par exemple comprise entre 0 et 255 peut être reprise en fin de calcul. Dans l'image directe, la luminosité mesurée pour chaque point est comprise entre 0 et 1. Dans l'image inverse la luminosité doit également être comprise entre 0 et 1. Ce faisant on utilise la dynamique totale du moniteur 12.

La fonction d'inversion f telle que i = f(d) doit satisfaire les conditions - 1) f (0) = 1 ; f (1) = 0; - 2) f'(d) < 0, où f' est la dérivée de f par rapport à
d : la fonction doit être monotone décroissante et
biunivoque; - 3) f' (0) = -b, f' (1) = -1/a.

Sous cette forme le problème peut rester encore imprécis. On a alors choisi de renforcer la deuxième condition par une symétrie. Ceci signifie qu'une fonction inverse g, qui permet d'obtenir d à partir de i, d = g (i), doit être telle qu'elle appartient à la même famille que f. Dans ce cas g sera obtenu à partir de f par une commutation des paramètres a et b. En pratique fa, b = gb, a Cette condition détermine une famille de fonctions.

Pour résoudre ce système, on a procédé à un changement de variables tels que
x = d/(1 - d) et y = i/(1 - i).

Ces variables s'inversent aisément en
b = x/(l + x) et i = y/(A + y).

On a alors constaté que la condition de symétrie d'inversion conduisait à une condition simple
ax + by = 1/x + 1/y.

Ceci a permis de déduire y connaissant x c'est à dire i connaissant d. La formule résultante est la suivante
1 - ax2 + #(1-ax2)2 + 4bx2 formule 2 y =
2 b x
Bien que le choix d'une fonction symétrique ne soit pas à priori nécessaire, on a découvert qu'il a un certain intérêt. En effet, si on ne fait pas ce choix, n'importe quelle fonction d'inversion monotone, qui souscrirait aux conditions à l'origine (prédéfinies) pourrait être acceptée.Par contre le fait de choisir parmi toutes les familles de fonctions possibles celles qui sont symétriques, et qui sont donc données par la formule indiquée ci-dessus, permet, à partir d'une information numérique stockée dans le support 10 d'afficher alternativement, pour les gammes de contraste correspondantes entre elles d'une manière permanente, l'image directe et l'image inverse. Autrement dit avec le choix préconisé, l'utilisateur peut, par apprentissage, acquérir une certaine dextérité du phénomène d'inversion de contraste, ce qui l'aide dans l'interprétation des images. Un autre avantage est qu'il suffit de commuter a et b dans une mémoire 21, ou son équivalent, pour aboutir à la fonction réciproque.

La fonction ci-dessus est mise en oeuvre dans un programme contenu dans une mémoire 20 reliée au microprocesseur 11. Le déroulement des opérations de ce programme est le suivant. Le praticien choisit des valeurs pour les paramètres a et b. Ces valeurs sont stockées dans une mémoire de paramètres 21. Par action sur le bouton 16, l'image stockée dans la mémoire 13 est transformée en une image inverse soit stockée dans la même mémoire 13, soit dans une autre mémoire d'image 22 elle aussi en relation avec le moniteur 12 ou encore visualisée en direct. Le bouton 16 peut aussi commuter cette mémoire d'image. La transformation consiste à calculer x à partir de d, lu dans le support 10 ou la mémoire 13, puis y à partir de x et de a et b contenus dans la mémoire 21. Enfin i est calculé à partir de y.

Une méthode rapide consiste à écrire préalablement, à partir des paramètres a et b choisis, une table de correspondance des 256 (ou autres) niveaux possibles de l'image. Cette table est chargée dans le dispositif 15 en quelques milli-secondes, dans un premier temps. La transformation des images s'effectue ensuite, pour chaque point d'image, par lecture de la table. Cette transformation est effectuée en temps réel pour l'opérateur. Le procédé de l'invention se prête aussi à une commande directe analogique des paramètres a et b.

Il suffit d'utiliser les boutons de commande de contraste et luminosité du clavier : le premier bouton agissant par exemple sur les niveaux sombres, le second sur les niveaux clairs.

La figure 2 permet de voir le réseau de courbes auxquelles on aboutit en choisissant pour a et b respectivement les valeurs, en grades, 5, 15, 25, 35, 45, 55, 65, 75, 85 et 95 en terme de pente. On peut voir alors sur cette figure que, pour un contraste donné par exemple pour les parties sombres (pente imposée sur la partie gauche de la courbe ; pente constante de la fonction d'inversion à l'origine), on peut avoir accès, en modifiant l'autre coefficient relatif au contraste des parties lumineuses, à un lot de courbes 20 se répartissant entre une première courbe pour laquelle dans les parties lumineuses la tangente est horizontale, à une dernière courbe 21 pour laquelle la tangente est verticale. On retrouve le même arrangement si on choisit une autre valeur de la pente de la fonction de transfert à l'origine.

Bien entendu, si au lieu de maintenir le contraste dans les zones sombres pendant que l'on fait varier le contraste dans les zones lumineuses on fait l'inverse, c'est à dire qu'on maintient le contraste sans les zones lumineuses pendant que l'on fait varier le contraste des les zones sombres, on balaye les réseaux de courbe différemment. Dans les deux cas on voit qu'il y a une dissociation très nette des effets.

En conséquence on a ainsi constitué une indépendance, visible à l'oeil, du réglage des contrastes dans les parties lumineuses et dans les parties sombres. Le choix pour les praticiens devient beaucoup plus facile. On aboutit alors à un des but de l'invention qui était de corréler d'une manière physique l'action sur un réglage avec la vérification visuelle des effets de ce réglage.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1 - Procédé de réglage de contraste, lors par exemple d'une inversion de contraste pour passer d'une image radiologique d'une structure visualisée selon un premier mode dit direct à une image de cette structure visualisée selon un deuxième mode dit inverse, ou réciproquement, ou lors d'une modification du contraste comportant les étapes suivantes::

- on acquiert une image radiologique de la structure en mesurant pour chaque point de cette image une grandeur radiologique représentative de cette structure,

- on numérise les valeurs de cette grandeur, selon le mode direct, en attribuant à chaque point de l'image acquise une valeur numérique d représentative de la valeur mesurée,

- on visualise l'image directe en affectant à chaque point de 11 image une luminosité 1 correspondant à cette valeur numérisée d,

- on modifie ou on inverse le contraste par une fonction de modification ou d'inversion en affectant dans une image modifiée ou inversée à chaque point de l'image modifiée ou inversée une valeur numérisée modifée ou inversée i qui correspond à cette valeur numérisée d,

- et on visualise l'image modifiée ou inversée en affectant à chaque point de l'image une luminosité m correspondant à cette valeur modifiée ou inversée i, caractérisé en ce que

- pour modifier ou inverser le contraste on transforme les valeurs numérisées d en valeurs modifiées ou inversées i selon une fonction f d'inversion présentant des pentes -b et -1/a respectivement pour des valeur nulles et maximum de d, et jouant donc sur les contrastes des parties les plus sombres et les plus lumineuses,

- on prévoit des boutons (18, 19) de réglage qui agissent sur ces pentes,

- et on détermine une fonction d'inversion à partir de ces valeurs de pentes.

2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que

- pour inverser le contraste on choisit une fonction f d'inversion avec des pentes -b et -1/a telles que la fonction inverse g de cette fonction f d'inversion soit une fonction identique mais avec des coefficients respectivement -1/a et -b.

3 - Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que

- pour inverser le contraste on transforme les valeurs numérisées d en valeurs inverses i selon la fonction f d'inversion suivante:

1 - ax2 + #(1-ax2)2 + 4bx2

Y=

2 b x où

x = d/(1-d) et y = i/(1-i) .

4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que - on calcule préalablement une table de conversion, - on modifie ou inverse suscessivement le contraste de chaque point de l'image par lecture de cette table.