JP2003126057A - 画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
圧縮を行える画像処理装置を提供する。 【解決手段】 上記課題は、各種物理量の局所的な計測
値である画素値の二次元分布を読み取って電気信号に変
換する画像読取手段1と、該変換された電気信号を処理
して原画像を生成し、その生成された原画像の画素値分
布、その画素値分布を平滑化して得られる平滑化画素値
分布、および前記画素値分布の局所的な変動成分の各種
パラメータを求めるともに、該求めた平滑化画素値分布
をパラメータとして与える第1の単調増加関数の演算結
果と前記各種パラメータの組み合わせを関連づけて与え
る第2の単調増加関数の演算結果とを加算して加算画素
値分布を演算する信号処理手段2と、該演算された加算
画素値分布を画像として出力する画像表示装置3とを備
えたことによって解決される。
Description
像の階調特性を変更する画像処理装置に係り、特にコン
トラスト圧縮処理に好適な画像処理装置に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、画像情報の大局的な階調特性を変
更して、通常では可視不良域にあたる濃度域を可視域に
移動させ画像を見易くする画像処理方法として、例えば
Medical Imaging Technology誌、第16巻、第6号(1998年
11月発行)の第655頁から第665頁に掲載された、笠井、
藤田他による研究論文「腫瘤陰影自動検出アルゴリズム
における左右乳房画像の比較による偽陽性候補の削除」
の中で論じられているようなダイナミックレンジ圧縮処
理がよく用いられてきた。 【0003】この種のダイナミックレンジ圧縮処理で
は、原画像の画素値分布Oから該画素値分布Oをボケマ
スク法などで平滑化した画素値分布Bを求め、Bを濃度
変換したk(B)を原画像Oから差し引くことで、濃度域
の移動を行う。この処理は画像処理後の画素値分布をP
としたときに式(1)と表される。 P=O−k(B)…(1) 式(1)を変形すれば、式(2)となる。 P=h(B)+V…(2) ここで、h(B)は、式(3)に示されるように、画像情報
の大局的な階調特性の変換を表す関数である。 h(B)=B−k(B)…(3) 式(3)で示される階調特性は、単調増加している途中か
ら減少させるようなことはないので、h(B)はBの広義
の単調増加関数といえる。なお、白黒反転とダイナミッ
クレンジ圧縮処理と一緒に行うこともあるが、その場合
は演算式全体を符号反転した処理となる。また、式(2)
でVは式(4)で示され、Oの局所的な変動成分に相当し
ている。 V=O−B…(4) 【0004】こうした従来のダイナミックレンジ圧縮処
理で、比較的小さくて大きなコントラストを有する対象
を含む画像を処理すると、場合によっては処理後画像P
の画素値変動範囲が原画像Oの変動範囲を大きく逸脱し
てしまうことが生じる。そして、処理後画像を表示する
フィルムやCRTの濃度や輝度の変動範囲は有限なの
で、画像情報の一部が、表示媒体の濃度や輝度の変動範
囲を超えたために失われてしまう現象(以下「ツブレ」
と称する)も生じるものであった。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記変
動範囲には比較的重要な診断情報が含まれることが多
く、上記ツブレによって貴重な診断情報が見えなくなる
おそれがあるという問題があった。 【0006】本発明の目的は、ツブレの影響を除去した
ダイナミックレンジ圧縮を行える画像処理装置を提供す
ることにある。 【0007】 【課題を解決するための手段】上記目的は、各種物理量
の局所的な計測値である画素値の二次元分布を読み取っ
て電気信号に変換する画像読取手段と、該変換された電
気信号を処理して原画像を生成し、その生成された原画
像の画素値分布、その画素値分布を平滑化して得られる
平滑化画素値分布、および前記画素値分布の局所的な変
動成分の各種パラメータを求めるともに、該求めた平滑
化画素値分布をパラメータとして与える第1の単調増加
関数の演算結果と前記各種パラメータの組み合わせを関
連づけて与える第2の単調増加関数の演算結果とを加算
して加算画素値分布を演算する信号処理手段と、該演算
された加算画素値分布を画像として出力する画像表示装
置とを備えたことを特徴とする画像処理装置によって達
成される。 【0008】具体的には、各種物理量の局所的な計測値
である画素値の二次元分布を読み取って電気信号に変換
する画像読取手段と、この画像読取手段からの電気信号
を処理する信号処理手段と、この信号処理手段からの出
力信号を画像として出力する画像出力手段とから成る画
像処理装置において、上記信号処理手段が、上記原画像
の画素値分布Oから、該画素値分布Oを平滑化して得ら
れる画素値分布Bと、上記画素値分布Oの局所的な変動
成分Vとを求め、画像出力時の画素値分布をPとしたと
きに演算式 P=h(B)+f(B;V) (ただし、h(B)はBの単調増加関数である。又、f
(B;V)はBをパラメータとするVの関数であり、Bが
一定であるとき、V1<V2なるVの組に対して常にf
(B;V1)≦f(B;V2)となるVに関する広義の単調増加
関数である。また、f(B;0)=0であり、Vのとり得
る最大値VmaxとOのとり得る最大値Omaxに対してf
(B;Vmax)≦Omax−h(B)となり、Vのとり得る最小
値VminとOのとり得る最小値Ominに対してf(B;Vmi
n)≧Omin−h(B)となる性質を有する。)で表される演
算を行うようにしたものである。 【0009】また、関数f(B;V)が、 g(0)=0 なる性質を持つ関数g(a)とVが正もしくは0であると
き、Oのとり得る最大値Omaxと定数αによりγ=α(Om
ax−h(B)) で与えられ、Vが負であるとき、Oのとり得る最小値O
minと上式と同じ定数αによりγ=α(h(B)−Omin) で与えられるパラメータγと原画像の画素値分布Oの関
数もしくはOを平滑化して得られる計測値分布Bの関数
もしくは定数であるパラメータβとにより、演算式f
(B;V)=γg(βV/γ)によって規定されるものであ
る。つまり、上記組み合せはパラメータBとVで規定さ
れる。 【0010】 【発明の実施の形態】まず、ダイナミックレンジ圧縮処
理によるツブレの現象について具体例を用いて明らかに
する。 【0011】例えば、図2(1)に断面が示されるよう
に、対象に図面上方からX線を照射して撮像する場合を
考える。この対象は、辺縁部分を肉厚に中央部分を肉薄
に形成された板状であって、辺縁部に近い部分には小さ
な穴が設けられ、中央部分にはX線吸収率が高い鉛のよ
うなX線高吸収体が置かれたものを使用する。ここでは
説明を簡単にするため、上記対象の一断面のX線透過量
分布を表わす一次元プロフィールで表わす。一次元プロ
フィール(図2(2))では、対象の辺縁部分を低い画素値
として対応づけ、中央部分は高い画素値として対応づけ
るが、前記穴の箇所は殆どX線吸収が起こらずに最大値
に近い高い画素値となり、前記X線高吸収体の箇所は殆
どX線吸収がされてしまい最小値に近い低い画素値とな
って、これらは小さい画像領域内で局所的に大きなコン
トラストを有する部分となっている。なお、対象の断面
(図2(1))と比較して一次元プロフィール(図2(2))の
変化が緩やかなのは散乱X線の影響を受けているためで
ある。 【0012】図2(2)の一次元プロフィールにダイナミ
ックレンジ圧縮処理を行うと、図2(3)の実線で示すプ
ロフィールに変化する。点線で示す処理前のプロフィー
ルと比較すると低画素値の肉厚の部分は画素値が上が
り、高画素値の肉薄の部分は画素値が下がり、原画像の
低空間周波数成分の階調特性が圧縮される方向に変化し
ていることがわかる。 【0013】しかし、その信号成分に重畳される高周波
数の変動成分の大きさは変わらないので、肉厚部に開け
られた穴の部分の画素値も押し上げられて、最大画素値
を超えツブレとなっている。又、肉薄部に置かれた金属
小片の部分の画素値も引き下げられ、こちらは最小画素
値を超えたツブレとなっている。 【0014】本発明による画像処理方法は、X線量、光
学濃度、輝度、X線吸収係数、水素原子濃度、放射性同
位元素濃度、超音波反射量、温度等の各種物理量の局所
的な計測値である画素値の二次元分布である原画像に対
して、画像情報を読み取って電気信号に変換しこの電気
信号を画像として出力するに際し、画像情報の大局的な
階調特性を変更して、通常では可視不良域にあたる濃度
域を可視域に移動させ画像を見易くするとともに、処理
に伴うツブレの発生を防止するものである。 【0015】このような画像処理を行うために、本発明
では、二次元画像上の位置座標をx,yとし、原画像の各
種物理量の局所計測値、例えば局所X線量である原画像
の画素値分布O(x,y)から、劾分布O(x,y)を平滑化して
得られる大局的な画素値分布B(x,y)と、上記画素値分
布O(x,y)の局所的な変動成分V(x,y)とを求め、画像出
力時すなわち画像処理後の画素値分布P(x,y)と次の式
(5)のように関係づける。 P(x,y)=h(B(x,y))+f(B(x,y);V(x,y)) …(5) 【0016】ここで、h(B)はBの広義の単調増加関数
であり、ダイナミックレンジ圧縮に相当する画像情報の
大局的な階調特性の変換を表す関数である。又、f(B;
V)は画素値分布B(x,y)をパラメータとする変動成分V
(x,y)の関数である。f(B;V)はBが一定であるとき、
式(6)なる値の組に対して式(7)なる関係を満たす広義
の単調増加関数である。 V1<V2 …(6) f(B;V1)≦f(B;V2) …(7) 【0017】ここで、Vは変動成分であるので正負の値
をとるが、Bの値によらず式(8)である。 f(B;0)=0 …(8) そして、Bを一定にしたとき、Vのとり得る最大値Vma
xに対して式(9)を満たし、 f(B;Vmax)≦Omax−h(B) …(9) Vのとり得る最小値Vminに対して式(10)を満たすよ
うにする。 f(B;Vmin)≧Omin−h(B) …(10) 【0018】ここで、式(9)のOmaxは原画像がとり得
る最大画素値であり、式(10)のOminは原画像がとり
得る最小画素値である。こうすれば、式(5)、式(9)、
式(10)より、式(11)となり、 Omin≦P(x,y)≦Omax …(11) 画像として再生する際の処理後画像の濃度分布P(x,y)
は原画像がとり得る濃度範囲〔Omin,Omax〕を超える
ことがないのでツブレ現象は完全に除去できる。 【0019】上記の性質を満たす関数f(B;V)とし
て、例えば、次のようなものが考えられる。即ち、式
(12)とし、γをVが正もしくは0の場合は式(13)と
し、Vが負の場合は式(14)とする。 f(B;V)=(2γ/π)arctan〔(π/2)βV/γ〕…(12) γ=Omax−h(B) …(13) γ=B−Omin …(14) 式(10)において、βは変動成分の強さを調整するパラ
メータであり、arctanはラジアン単位の逆正接関数であ
り、πは円周率である。 【0020】次に、このように構成された画像処理方法
の動作について、図1に示す上記の画像処理方法の実施
に使用する画像処理装置に即して説明する。 【0021】図1において、画像読取手段1は、各種物
理量の局所的な計測値である画素値の二次元分布である
原画像に対して、画像情報を読み取って電気信号に変換
するもので、例えば入射X線の線量分布を光電変換によ
って画素毎の信号電荷に変換し、マトリックス状に配置
されたスイッチング素子を駆動して順次信号電荷を読出
してディジタル信号に変換するX線平面検出器から成
る。信号処理手段2は、上記画像読取手段1から出力さ
れたディジタル信号を入力して所要の処理、例えばダイ
ナミックレンジ圧縮を行うものである。画像出力手段
は、上記信号処理手段2からの出力信号を画像として出
力するもので、信号処理手段のディジタル信号をアナロ
グの映像信号に変換してモニタ画面に表示する画像表示
装置3や、処理後の信号に従って輝度変調したレーザ光
をフィルムもしくは印画紙上に走査して画像のハードコ
ピーを作成するレーザプリンタ4などから成る。 【0022】このような画像処理装置を用いて、X線
量、光学濃度、輝度、X線吸収係数、水素原子濃度、放
射性同位元素濃度、超音波反射量、温度等の各種物理量
の局所的な計測値である画素値の二次元分布である原画
像に対して画像処理するには、まず、画像読取手段1で
原画像の画像情報を読み取りディジタル信号に変換す
る。次に、この画像読取手段1から出力されたディジタ
ル信号は、信号処理手段2へ入力し、その内部に設けら
れた第一の画像記憶装置5aに蓄積される。この画像記憶
装置5a内で画像情報は画素(i,j)ごとの濃度値に対応
したディジタル値O(i,j)として蓄えられる。ここで、
(i,j)は画素の番号をマトリックス形式で表わしたもの
であり、例えば原画像の左上隅から右にi番目、下にj
番目の画素を表わす。 【0023】次に、上記画像記憶装置5aの出力信号O
(i,j)を平滑化演算器6に入力し、矩形マスクによる平
滑化を行い、出力信号B(i,j)を第二の画像記憶装置5
bに蓄える。即ち、平滑化演算器6では式(15)で表わ
される演算を行う。 【0024】ただし、上式でnはマスクサイズであり、
除算n/2の小数点以下は切り捨てられる。マスクサイズ
nはn値群7の中から第一の切換器8aによって選択す
る。平滑化された画像信号B(i,j)は更に画像情報の大
局的な階調特性を変換するためにhテーブル群9中の第
二の切替器8bで選択したhテーブルに入力してh(B
(i,j))に変換し、第三の画像記憶装置5cに蓄える。hテ
ーブル群9にはICメモリで構成されたルックアップテ
ーブルであるhテーブルが複数個含まれており、ICメ
モリのアドレス入力に対応する入力値B(i,j)に応じ
て、ICメモリのデータ出力に対応する出力値h(B(i,
j))が関係づけられている。 【0025】以上の準備を行った後、実際の画像処理を
実行する。即ち、まず、第一の画像記憶装置5aから読
み出された原画像の画素値O(i,j)と、第二の画像記憶
装置5bから読み出された平滑化した画像濃度B(i,j)
を第一の引き算器10aに V(i,j)=O(i,j)−S(i,j) …(16) を行う。この引き算器10aの出力V(i,j)は局所的変
動成分に相当する。 【0026】同時に、第三の画像記憶装置5cから読み
出された変換された平滑化画素値h(B(i,j))を第二の
引き算器10bと第三の引き算器10a 10cにそれ
ぞれ入力し、二種類の減算を式(17)、式(18)のよう
に行う Omax−h(B(i,j)) …(17) h(B(i,j))−Omin …(18) ここで、Omaxは画素値の変動範囲の上限、Ominは下限
である。 【0027】上記第一の引き算器10aから出力された
信号V(i,j)の符号ビットは選択器11に入力し、第二
または第三の引き算器10b、10cの出力のいずれか
を選択して出力させる。 【0028】即ち、選択器11により、V(i,j)の符号
ビットが0である、即ちV(i,j)が正もしくは0の場合
は、選択器11の出力が式(17)の結果となるように、
符号ビットが1である、即ちV(i,j)が負の場合は式(1
8)の結果となるようにしている。ここで、選択器11
の出力は前出の式(13)、式(14)で規定されるγと同
じもので、処理後の変動成分の上限、下限を与えるもの
である。即ちV(i,j)が正もしくは0の場合は式(19)
となり、負の場合は式(20)となる信号γ(i,j)を得
る。 γ(i,j)=Omax−B(i,j) …(19) γ(i,j)=B(i,j)−Omin …(20) 【0029】一方、式(12)において変動成分の強さを
調整するするパラメータであるβは、第三の切換器8c
によって、β値群12の中から選ばれる。逆数テーブル
14は、前述のhテーブルと同様にICメモリで構成さ
れたルックアップテーブルであり、入力信号であるγ
(i,j)の逆数に対応した信号が得られるようになってい
る。パラメータβに対応する信号と局所的変動成分に対
応する信号V(i,j)及び逆数テーブル14の出力は、第
一の乗算器13a及び第二の乗算器13bにより互いに
乗ぜられ、その結果式(21)に対応した信号となり、逆
正接テーブル15に出力する。 βV(i,j)/γ(i,j) …(21) 【0030】上記逆正接テーブル15は、前述のhテーブ
ルと同様にICメモリで構成されたルックアップテーブ
ルであり、入力をaとしたとき、式(22)で規定される
出力bが得られるようになっている。 b=(2/π)arctan(πa/2) …(22) 【0031】ここで、arctanはラジアン単位の逆正接関
数であり、πは円周率である。上記逆正接テーブル15
の出力は、第三の乗算器13cにより信号γ(i,j)と乗
ぜられ、その結果は、加算器16により信号h(B(i,
j))に加えられる。そして、この加算器16の出力が本
発明の信号処理手段2の出力となる。 【0032】以上の説明から明らかなように、加算器1
6の出力は、 h(B(i,j))+(2/π)γ(i,j)arctan〔(π/2)βV(i,j)/γ(i,j)〕…(23) となるが、これは、式(5)の右辺に式(12)の右辺を代
入したものに対応している。従って、本実施例の信号処
理手段2は、ダイナミックレンジ圧縮のような画像情報
の大局的な階調特性の変換を行いながら、それに伴うツ
ブレ現象を完全に除去できる。 【0033】更に、本実施例の信号処理手段2において
は、処理に用いる演算式に含まれる全ての関数に広義の
単調性と連続性及び傾きの連続性が保証されているの
で、処理画像に不自然な階調の急激な変化や、急激な一
定値化や跳びが発生することがない。本実施例の信号処
理手段2は汎用の電子計算機によっても実現できる。し
かし、電子計算機では乗算、除算、逆正接関係計算など
に時間がかかる。それに対して、本実施例では乗算器1
3a〜13c、逆数テーブル14、逆正接テーブル15
を用いているので、高速の処理が可能である。 【0034】以上、本発明の画像処理方法及びその装置
の実施例について説明してきたが、本発明は上記の実施
例に限定されることなく各種の変形が可能である。 【0035】例えば、上記の実施例で用いられた(2/π)
arctan〔(π/2)a〕の逆正接関数を用いた関数は、次の
性質を備えた関数g(a)もしくはそれを折線で近似した
関数に置き換えることができる。即ち、式(24)〜式
(29)のの諸性質である。 g(0)=0…(24) 【0036】これらの性質を満たす逆正接関数以外の関
数としては、例えば滴定曲線に類似した式(30)などが
挙げられる。 g(a)={2/〔1+exp(−2a)〕}+1 …(30) 上式でexpは指数関数を表わす。また、上記の実施例で
は画像情報はX線量として与えられているが、これを光
学濃度、輝度、X線吸収係数、水素原子濃度、放射性同
位元素濃度、超音波反射量、温度等で置き換えることも
可能である。 【0037】本実施形態により、ツブレを除去したダイ
ナミックレンジ圧縮を行うための画像処理装置を提供す
ることができる。これによって、例えば医用ディジタル
画像の鮮鋭化処理において処理画像の高画質化を達成で
き、良い診断情報を得ることができる。 【0038】 【発明の効果】本発明は、ツブレの影響を除去したダイ
ナミックレンジ圧縮を行える画像処理装置を提供すると
いう効果を奏する。
ロック図。 【図2】図1の画像処理装置で行うダイナミックレンジ
圧縮でのツブレの発生例と、本発明のツブレ抑制の効果
を説明する説明図。 【符号の説明】 1…画像読取手段、2…信号処理手段、3…画像表示装
置
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項1】 各種物理量の局所的な計測値である画素
値の二次元分布を読み取って電気信号に変換する画像読
取手段と、該変換された電気信号を処理して原画像を生
成し、その生成された原画像の画素値分布、その画素値
分布を平滑化して得られる平滑化画素値分布、および前
記画素値分布の局所的な変動成分の各種パラメータを求
めるともに、該求めた平滑化画素値分布をパラメータと
して与える第1の単調増加関数の演算結果と前記各種パ
ラメータの組み合わせを関連づけて与える第2の単調増
加関数の演算結果とを加算して加算画素値分布を演算す
る信号処理手段と、該演算された加算画素値分布を画像
として出力する画像表示装置とを備えたことを特徴とす
る画像処理装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2001322060A JP3967105B2 (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | 画像処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001322060A JP3967105B2 (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | 画像処理装置 |
Publications (2)
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JP3967105B2 JP3967105B2 (ja) | 2007-08-29 |
Family
ID=19139169
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001322060A Expired - Lifetime JP3967105B2 (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | 画像処理装置 |
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JP (1) | JP3967105B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005125174A1 (ja) * | 2004-06-18 | 2005-12-29 | Nikon Corporation | 画像処理装置、画像処理プログラム、電子カメラ、および画像処理方法 |
JP2007037864A (ja) * | 2005-08-04 | 2007-02-15 | Hitachi Medical Corp | 医用画像処理装置 |
JP2012176082A (ja) * | 2011-02-25 | 2012-09-13 | Shimadzu Corp | X線診断装置およびx線診断用プログラム |
JP2018094400A (ja) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 撮像装置 |
-
2001
- 2001-10-19 JP JP2001322060A patent/JP3967105B2/ja not_active Expired - Lifetime
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CN108234892A (zh) * | 2016-12-15 | 2018-06-29 | 松下知识产权经营株式会社 | 摄像装置及摄像方法 |
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JP3967105B2 (ja) | 2007-08-29 |
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