JP2002199241A - 濃淡画像をカラーで再現する方法 - Google Patents
濃淡画像をカラーで再現する方法Info
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Abstract
数の濃淡の階調が区別されうると共に医用濃淡画像の解
釈を可能とする、カラーで濃淡画像を再現する方法を提
供することを目的とする。 【解決手段】 本発明は、ルックアップテーブルを用い
て濃淡の各階調にカラーモニタの電子銃を駆動するため
の所与の出力値が割り当てられる、カラーモニタ上でカ
ラーで濃淡画像を再現する方法に関する。割り当ては、
所与の色の逸脱が連続的な濃淡の階調へ分けられ、この
逸脱は妨害的となることなく人間の観察者による濃淡の
階調の区別を可能とする。従って、元の濃淡画像の光学
的な濃度に関する情報が保存され、これは医用画像の解
釈のために特に重要である。更に、濃淡画像の再現を最
適化するために、モニタの特殊なディスプレイ性質及び
/又は周囲環境についての情報を考慮してルックアップ
テーブルに入れることが可能である。
Description
して色値及び輝度を割り当てることにより濃淡画像をカ
ラーで再現する方法に関する。
は、人間である観察者によって区別されうる可能な限り
多くの明度レベルが必要である。実際上は、区別されう
る濃淡の階調の数は、達成されうる明度と再現媒体のコ
ントラスト範囲とに依存する。フィルムは最大で3桁の
コントラスト範囲を有し、最大で6000cd/m2の
輝度値を生じさせるビューボックス上で観察されるた
め、診断用の適用では通常はフィルム複製物が使用され
る。
層撮影又は磁気共鳴断層撮影、並びに画像ファイリング
システムといった最新のディジタル撮像方法の進歩によ
り、ディジタル画像データをモニタ上にも再現する傾向
が高まっている。このために、例えばパーソナルコンピ
ュータ用の従来のカラーモニタが用いられることが多
い。ビューボックスと比較すると、かかるモニタは一般
的には輝度が100cd/m2の低い光レベルを有する
ため、区別されうる濃淡の階調の数はかなり少ない。
及びフランス国2301021号は、擬色再現によって
カラーモニタの狭い再現範囲について補償しようとする
ものである。この擬色再現方法によれば、濃淡の階調は
ランダムに選択される任意の色によって表現される。元
々は単色である画像は、従って、色のついた見かけを有
する。人間の目は、区別されうる濃淡の階調の数よりも
はるかに多い数の色を区別することができるため、擬色
再現方法によれば、明度値に基づいては区別されえない
濃淡の階調が人間の観察者によって区別されることが可
能となる。しかしながら、単色画像の光学的な濃度は組
織の性質を反映し、医師による画像解釈において本質的
に重要であるため、擬色再現方法は医用濃淡画像の再現
には不適切である。この濃度情報は、擬色再現方法によ
って再現される画像中に任意に符号化され、それにより
解釈を妨げる。
に、本発明は、多数の濃淡の階調が再現され、それによ
り多数の濃淡の階調が区別されうると共に医用濃淡画像
の解釈を可能とする、カラーで濃淡画像を再現する方法
を提供することを目的とする。
特徴部に記載の事項に従った方法によって達成される。
更なる有利な変形は従属する請求項に記載されている。
ば、色値及び明度は再現されるべき濃淡の各階調に割り
当てられる。色値は、例えば標準的な色値成分x及びy
によって表わされ、明度は標準的な分光値Yによって表
わされる(以下の説明を参照)。本発明によれば、割り
当ては、元の濃淡の階調と明度値の間に単調な関係が存
在し、関連付けられる色値が所定の基準色の範囲から選
択されるよう行われる。
明るい濃淡の階調と比較した場合に、暗い濃淡の階調
は、より低い明度又は最善の場合でも同じ明度で再現さ
れることを意味する。ネガ再現の場合、この関係は逆に
されうる。このように、医用画像中の濃淡の階調に含ま
れる組織の光学的な濃度に関する情報は、本質的には変
換された画像の明度として保存される。望ましくは、濃
淡の階調と明度の間の関係は厳密に単調であり、即ち、
異なる明度が異なる濃淡の階調に関連付けられる。
は、所定の基準色の範囲から選択される。この範囲は、
比較的小さいよう選択されるべきであり、所与の測色系
を定義するとともにパラメータ化されうる。例えば、標
準的な色値成分が使用される場合(DIN5033に準
拠するCIE表色系)、割り当てられる色値成分x,y
は、基準色の標準的な色値成分xR、yRから、絶対的に
は約0.01だけ逸脱し、相対的には10%以下、望ま
しくは3%以下、特に1.5%以下だけ逸脱しうる。
る医用画像の組織の光学的な濃度に情報を保存すると共
に、濃淡の階調の間の僅かであるがそれとわかる程度の
色の逸脱に対する制御された加算により隣接する濃淡の
階調の区別を支援する。公知の擬色再現とは反対に、小
さい色の逸脱を加算することにより、画像の全体的な印
象が保たれ、従って光学的な濃度についての画像データ
の解釈可能性が保たれる。医師は、自分の経験に基づい
て画像を読み取ることができ、更に濃淡の階調の最も小
さい逸脱を区別することが支援される。
択されるべき範囲にある基準色は、例えば白(又は明度
によってはグレー)である。従って、画像は本質的には
区別を強めるよう個々の濃淡の階調が小さい色調のみを
有する濃淡画像のままである。
の階調に割り当てられるよう濃淡の階調に割り当てられ
ることが望ましい。人間の観察者は、色値に基づいて2
つの濃淡の階調を区別しうることが確実とされる。これ
に従って、割り当てられた色値の間のステップは、人間
の目によって適切に区別されうるよう十分に大きく選択
されるべきである。2つの隣接する濃淡レベルが変更さ
れることなく人間の目で適切に区別されうる場合は、色
付けによる苛立ちを出来る限り防止するため異なる色の
割り当てを行わなくともよい。
当ては、全単射でも実行されうる。その場合、色値は、
濃淡の各階調に対して可逆にはっきりと割り当てられ、
それにより濃淡の階調に含まれる情報はいずれの場合も
2回目は損失なしに色値に含まれる。かかる全単射の割
り当ては、同一の色値が2つの異なる濃淡の階調に割り
当てられることを確実とし、なぜならば、そうでなけれ
ばこれらの濃淡の階調を取り違える危険性があるためで
ある。
階調には、昇順で、m≦nの異なる色値の再帰的な系列
が割り当てられる((x1,y1),...(xm,y
m))。m=nである場合、濃淡の階調と色値の間の上
述の全単射の関係が得られる。しかしながら、m<nで
ある場合、同一の色値、例えば(x1,y1)、が割り
当てられる複数の濃淡の階調が存在する。しかしなが
ら、割当て規則に従って、これらの濃淡の階調は、mの
中間階調だけ離される。従って、mが十分に大きいよう
選択されれば、濃淡の階調を同じ割り当てられた色値と
取り違える危険性が回避される。濃淡の階調の区別のた
めにmの異なる色値の再帰的な系列を使用することによ
り、濃淡の階調の色値の割り当てにおける任意性がmの
色値の一定の順序により減少されるという利点が与えら
れる。このように、2つの隣接する色値(xi,yi)及
び(xi+1,yi+1)は、それらの関連付けられる濃淡の
階調の同じ順序(より小さい又はより大きい)を画像の
濃淡の各階調上にエンコードする。例えば、赤っぽいゾ
ーン及び青っぽいゾーンが画像の暗い領域中で隣接して
位置する場合、赤っぽいゾーンは青っぽいゾーンよりも
1つの階調だけ暗いグレー値G1に対応し、画像中のよ
り明るい領域にある赤っぽいゾーンは青っぽいゾーンよ
りも1つの階調だけ暗いグレー値G2に対応する。尚、
もちろん最初の階調が異なるため、G2はG1よりもはる
かに明るい。
全ての適切な媒体、例えばマルチカラープリント上でも
行われうる。しかしながら、再現はカラーモニタを介し
て行われることが望ましく、その場合、濃淡の階調と色
値及び明度との割り当てはカラーモニタの利用可能なダ
イナミックレンジに適合されることが望ましい。ますま
す一般的となっているカラーモニタ上での医用画像の再
現は、資源の最適な利用を可能とし、画像は同時に医療
的な観点から解釈可能となる。
場合、元の濃淡画像の濃淡の階調とカラーモニタの原色
の制御との間の割当て規則はルックアップテーブルに記
憶されることが望ましい。かかるルックアップテーブル
は、例えば実験的及び/又は理論的に設計されうる任意
の割当て規則の簡単な実施を可能とし、これを使用する
ことにより非常に高速な変換が可能となるという利点が
ある。
計するとき、モニタの再現能力に対する周囲の明るさの
影響を考慮に入れることが更に可能である。これは、測
定された周囲の明るさに応じて濃淡の階調と原色との間
の異なる割当て規則が選択されえ、周囲の明るさの関数
としての当該の割当て規則がルックアップテーブルに記
憶されることを意味する。
色値及び明度が割り当てられる変換ユニットを含む、カ
ラーで濃淡画像を再現する装置に関する。変換ユニット
は、上述の種類の方法を実行することが可能であるよう
配置される。これは、濃淡の階調と明度の単調な割り当
てが変換ユニットで行われること、及び、色値が所定の
基準色の範囲から選択されることを意味する。また、変
換ユニットは、上述の方法の変形を実行するよう配置さ
れる。
カラーモニタを含みうる。このような装置は、従来のカ
ラーモニタ上で医用濃淡画像を再現するのに適してお
り、カラーモニタの限られたダイナミックレンジにも関
わらず、グレースケールに含まれる情報はそれでも完全
に再現されえ、医師による画像の理解を可能とする。X
線装置、コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴断層撮影
装置及び/又は超音波装置は、医用濃淡画像の源として
適している。
発明について詳述する。図1は、カラーモニタ6上での
濃淡画像1の表示に必要な要素を概略的に示す図であ
る。本実施例のカラーモニタ6は陰極線管であるが、原
理的には任意の適当なディスプレイシステム、例えば、
液晶ディスプレイ(LCD)、PDP(プラズマディス
プレイパネル)等が使用されうる。濃淡画像1の画素2
は、離散したディジタル符号化された濃淡の階調へとま
とめられ、一般的には256の異なる濃淡の階調が区別
されうる。
をカラーモニタ6用の制御信号(ディジタル駆動レベル
即ちDDL)へ変換する処理が行われ、生じうる256
の異なる濃淡の階調は256の行を含むルックアップテ
ーブルの列4に入れられテーブル化される。ルックアッ
プテーブルは、カラーモニタ6の3つの電子銃8R、8
G及び8Bとして作用し第1の列4の濃淡の階調に関連
付けられる制御信号R、G及びBが入れられる3つの列
5も含む。
カラーモニタ6上に表示されるべきであるとき、画素の
第1の濃淡の階調が決められ、ルックアップテーブルの
関連付けられる行4、5について探索される。この行か
ら、カラーモニタ6のための駆動信号が読み出され、対
応する電子銃に印加される。電子銃8R、8G、8B
は、周知の方法で、夫々の駆動信号の強さに従ってカラ
ーモニタ6のカラースクリーン7上の夫々の関連付けら
れるドットによってルミネセンスを生じさせ、3つの光
のドットは一緒にカラーモニタのカラー画素9を形成す
る。
タ6の明度及びコントラスト範囲は、ディスプレイ画面
7上に再現されうる濃淡の階調の数を制限するため、こ
の数は濃淡画像1の損失のない再現のために必要な数よ
りも少ない。この基本的な問題点、即ち、低い光度のデ
ィスプレイ画面6が生じさせる区別されうる濃淡の階調
の数が限られているという問題点に加え、従来の方法は
実際上の制限による画質の損失を生じさせる。従来の画
像表示システムでは、カラーモニタの原色(一般的には
赤、緑、青)を制御する色チャネルは256のレベル
(8ビット)へ量子化される。濃淡画像を再現するため
に、一般的には各チャネルは同一のディジタル信号によ
って駆動される。これは、以下説明する問題を生じさせ
る。
淡感度に最適に適応されていないことが分かっている。
かかる適応が特に重要なのは、カラーモニタの場合に区
別されうる濃淡の階調の数が基本的に少ないためであ
る。適応は、従来はいわゆるLUT操作(LUT:ルッ
クアップテーブル)によって行われねばならない。次
に、画像点のディジタル濃淡値は、所望の濃淡の階調を
ディスプレイ画面上で表わすためにルックアップテーブ
ルによってディジタル値へマッピングされる。上述のよ
うに、この種の表色系では各色チャネルのルックアップ
テーブル中に列が設けられる。濃淡画像の場合に表示シ
ステムの各色チャネル上に同一のディジタルグレー値が
マッピングされるとき、かかる割当て規則は、単一の列
を含み、その出力値がモニタの全ての色チャネルに同様
に印加されるルックアップテーブルによって表わされう
る。しかしながら、従来のテーブルは、256の異なる
開始値によってのみ使用されうる256のエントリを有
するため(8ビット対8ビットのマッピング)、問題が
生ずる。表示システムの固有のグレースケール分布の補
正のために必要な非線形マッピングを達成するために、
256の出力値のうちの多くが数回使用されねばなら
ず、一方で、他の値は全く使用されない。従って、出力
信号の中で濃淡の階調の損失が生ずる。例えば、以下の
表では、値1及び2は出力信号中にはもはや生じないの
に対して、値0、3及び255は2回使用される。
ングを行なうにも関わらず全ての濃淡の階調の損失のな
い再現が実現されることを可能とする3つの別個の電子
銃を有する特殊な白黒モニタのために方法を開示してい
る。
に生ずる更なる問題点は、人間の観察者による色知覚の
生理的な原則によるものである。色知覚の理論より、表
現される色の明るさの印象は、モニタによって使用され
る原色による輝度の寄与から加法的に導出されることが
知られている。しかしながら、色の印象は、原色による
輝度の寄与の比率によって決定される。従って、異なる
明るさに対して同一の色の印象を得るためには、原色の
輝度の比率は一定に保たれねばならない。このように、
明度が同じ色の印象に対して例えば10%だけ増加され
た場合、各原色による輝度の寄与は10%だけ増加され
ねばならない。しかしながら、従来のLUT方法によれ
ば、原色による実際の輝度の貢献ではなく、色チャネル
のディジタルLUT出力値が等しく増加される(上記の
表を参照)。しかしながら、モニタの色チャネルによる
輝度の貢献は、通常はディジタルLUT出力値に対して
異なる依存性を示すため、原色の比率は制御されずモニ
タのダイナミックレンジに亘って変化する。例えば、明
るいグレーに対して青い見かけを有するモニタは、より
暗いグレーに対しては赤っぽい色調を有することが可能
である。
ルックアップテーブル5を適切に使用することによって
上述の問題点を解決する。ルックアップテーブル5のエ
ントリの計算については以下詳述する。
では、各色チャンネルについて、ルックアップテーブル
のディジタル出力値と画素9の関連付けられる光のドッ
トの中に生ずる輝度との間の関係が決定される。較正
は、全てのディジタル値を完全に測定すること、又は、
適当なパラメータが決定されるモデルによって行われう
る。較正の測定又はモデルの評価は、WO00/368
25に記載されるのと同じ方法で行われ、即ち、全体の
輝度が個々の色チャネルによる寄与により加法的に構成
され、飽和効果を考慮に入れることが可能である。適当
な周囲光センサを用いることにより周囲光の効果を考慮
に入れることもできる。このように、構成は、現在の状
態で表示システムによって生成されうる最小輝度及び最
大輝度、並びに、個々のチャネルの特徴曲線を明らかと
する。更に、色チャネルの測色座標(xr,yr)、(x
g,yg)、(xb,yb)もまた、較正データから得られ
る。望ましい最適の濃淡の階調の関数は輝度範囲につい
ての知識から導出されえ、この操作は、例えば米国のD
ICOM規格に従って行われうる。
は、モニタによって生成されるべき輝度のみを特定す
る。濃淡の階調の色点についての印は与えられない。本
発明による方法は、更に各濃淡値のために適当な色点を
定義するために、この自由性を利用する。例えば、2つ
以上の色点の間で変化する一連の濃淡の階調が実現され
え、色の逸脱は、妨害的な色の効果が生じないが隣接す
る濃淡の階調の区別はできる程度に小さく保たれる。
な色値成分x、yと明度Y(定義については以下参照)
の系において図式的に示す図である。従来の技術によれ
ば、所与の基準色(xR,yR)(一般的には白/グレ
ー)が選択され、0乃至255の全ての元の濃淡の階調
の再現のために維持されるのに対して、本発明によれ
ば、濃淡の階調0乃至25は基準色(xR,yR)の周辺
の比較的小さい範囲Uの中に分布される。小さい範囲U
へ制限することにより、確実に色付けがグレー値情報に
対する妨害的な効果と重なり合わないようにされる。更
に、濃淡の階調0乃至255と色値(x,y)との間の
関連づけは、例えば図2に示すような螺旋状の線に沿っ
て濃淡の階調が増加するような所与の系に従って実現さ
れることが望ましい。すると、濃淡の階調と明度Yとの
間に単調な関係が成り立ち、結果としての曲線は常に上
方へ向かう(或いは、いずれの場合でも局部的には水平
となる)。
全に指定されると、変換のために必要とされるモニタの
個々の色チャネルが計算される。この計算のための理論
的な原理は比色分析に基づく。比色分析の理論に従え
ば、人間の目は3つの異なる色受容器によってモデル化
される。2つの光学的な刺激物は、3つの色受容器を同
様に刺激する場合は、同じであることが経験される。こ
れは、刺激物が完全に異なる分光的な分布を有する場合
でも成り立つ。この適当な分光的な重み付け関数、即ち
いわゆる分光値曲線、を用いて、光学的な刺激物の発光
スペクトルの積分により、色知覚を正確に定義する3つ
の特徴数が決定されうる。原色の基本系に対する曲線が
知覚的な試みによって決定されたものであれば、他の基
本系は線形の組合せによりそこから導出されうる。いわ
ゆる標準分光曲線、
る。刺激物の分光的な分布が夫々、
値X、Y及びZが得られる。
化の場合、積分Yは刺激物の輝度に等しい。
めに、標準的な分光値は、X、Y、及びZの和へ正規化
される。正規化された量、 x=X/(X+Y+Z)及びy=Y/(X+Y+Z) は、標準色値成分と称される。標準色値成分x及びy
は、明度とは独立に色点を定義する。第3の成分、 z=Z/(X+Y+Z) は、関係式x+y+z=1によりx及びyからはっきり
と導出され、もはや色定義のために必要でない。カラー
テレビジョン管の赤、緑、及び青の蛍光体は、このよう
に、標準色値成分(xr,yr)、(xg,yg)、
(xb,yb)によって指定される。標準色値成分とモニ
タの原色による輝度の寄与(YR,YG,YB)が知られ
ているとき、再現される色刺激物の標準分光値は、以下
の行列式、
y によって計算されうる。
T)又は(XY,YT,ZT)を実現するために必要な
モニタの原色の輝度の寄与は、行列を逆にすること、即
ち、
度の寄与との間の関係を表わす。色の刺激物が予め決め
られている場合、個々の色チャネルの寄与はこの式から
決定される。
に色チャネルの当該の輝度の寄与が決定された後、色チ
ャネルの較正データによって対応するLUT出力値が決
定されうる。これは、実現される輝度が当該のチャネル
に要求されるそれぞれの輝度に出来る限り近く近似され
るようなLUT出力値を決定する探索演算である。この
段階の後、個々に決定されたLUT値が各チャネルに対
して利用可能である。これらの値は、全てのチャネルに
ついて一緒に観察されえ、所与の誤差規準に従って最適
化段階において強調されうる。例えば、見いだされたL
UT値は、結果としての全体の輝度が必要とされる輝度
により近く近似されるよう、濃淡の各階調について所与
の限界の範囲内で入れ替えられうる。かかる最適化は、
通常は調整された色点の精度を低下させるが、実際上は
これは問題とならないことが分かっている。このように
8ビットシステムについて決定された256の濃淡の階
調を有するルックアップテーブルについて以下説明す
る。このテーブルは重複するエントリを有さないことを
特徴とし、即ち、テーブルは、3つの色チャネルの8ビ
ットまでの制限に関わらず256の異なるグレー値を生
じさせることを意味する。データは、以下の色点、赤:
(0.619,0.341);緑:(0.296,0.
589);青:(0.144,0.06)を有する従来
のカラーモニタに関するものである。LUTは、表示シ
ステム上でDICOM標準を実施し、すると隣接する濃
淡の階調の間で色差(δx,δy)=(0.01,0.
01)が生ずる。
示性質(較正、周囲光の効果)に適応されたルックアッ
プテーブルの計算、輝度及び色点についての表示システ
ム中での画像再現の制御、異なる濃淡の階調の区別を強
めるための色の逸脱の制御された加算、8ビットの値を
出力するためのグラフィックカードの制限による従来の
LUT方法において生ずるグレー陰影の損失の防止、に
より従来の色表示システム上での医用濃淡画像の最適化
された再現を可能とする。
きるため、特に医療用に開発された高価なグラフィック
カードを使用することは必要ない。
装置を概略的に示す図である。
当て規則を概略的に示す図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 濃淡の各階調に色値及び明度が割り当て
られるカラーで濃淡画像を再現する方法であって、 濃淡の階調と明度の割り当ては単調であり、割り当てら
れる色値は所定の基準色の範囲から選択されることを特
徴とする方法。 - 【請求項2】 上記基準色は白であることを特徴とす
る、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 2つの連続する濃淡の階調の夫々に異な
る色値が割り当てられることを特徴とする請求項1又は
2記載の方法。 - 【請求項4】 上記濃淡の階調と色値の割り当ては全単
射であることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれ
か一項記載の方法。 - 【請求項5】 nの濃淡の階調に対してm≦nの異なる
色値((x1,y1),...,xm,ym))の再帰的な
系列が昇順で割り当てられることを特徴とする請求項1
乃至4のうちいずれか一項記載の方法。 - 【請求項6】 上記濃淡画像のカラーでの再現はカラー
モニタ上で行われ、濃淡の階調と色値及び明度との割り
当ては上記モニタのダイナミックレンジに適合されるこ
とを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか一項記載
の方法。 - 【請求項7】 上記濃淡の階調と上記カラーモニタの原
色の制御との間の割当て規則はルックアップテーブルに
格納されることを特徴とする、請求項6記載の方法。 - 【請求項8】 上記ルックアップテーブルは周囲光の効
果も考慮に入れることを特徴とする、請求項7記載の方
法。 - 【請求項9】 ディスプレイの色値及び明度を濃淡の各
階調に割り当てる変換ユニットを含む、濃淡画像をカラ
ーで再現する装置であって、 上記変換ユニットは、請求項1乃至8のうちいずれか一
項記載の方法を行うことが可能であるよう配置されるこ
とを特徴とする装置。 - 【請求項10】 濃淡画像をカラーで再現するためのカ
ラーモニタを含み、上記変換ユニットは上記カラーモニ
タの原色の駆動を上記濃淡の階調に割り当てることを特
徴とする請求項9記載の装置。
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