JP2004177988A

JP2004177988A - 階調変換処理方法及び画像処理システム

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Publication number: JP2004177988A
Application number: JP2002339814A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Urushiya; 裕之漆家
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】Ｘ線画像における複数の領域でその領域に応じた適当なコントラストが確保されるようにする。
【解決手段】画像入力部５に入力したＸ線画像のうち、複数の見たい領域のヒストグラムを求め、これらのヒストグラム各々の主要な区間を決定し、上記決定した区間において指定された傾きと階調曲線関数との誤差を用いた評価関数を最小化する階調曲線関数のパラメータを求め、上記求めたパラメータによる階調曲線関数を用いて階調変換ルックアップテーブルを作成し階調変換を行う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、階調変換処理方法及び画像処理システムに関し、特に、画像全体にわたってコントラストを有効に確保するために用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ディジタル画像の階調を自動的に調整する方法としては、最も見たい部分の画素値が指定した濃度になるように階調曲線をシフトする１点法と、画像の濃度分布の最大値／最小値を求めて、この範囲に階調曲線を当てはめる２点法がある（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
図５は、上記１点法を説明する図である。図５では、胸部画像を例にとっている。
胸部画像において最も見たい部分は肺野領域であるから、画像解析或いはヒストグラム解析などによって肺野領域の画素値を決定する。この決定された画素値があらかじめ指定された濃度になるように階調曲線をシフトする。
【０００４】
図６は、上記２点法を説明する図である。上記２点法においては、画像全体で見たい全領域における画素値の最大値と最小値を画像解析或いはヒストグラム解析などによって決定する。そして階調曲線がこの最小値から最大値の範囲に入るように階調曲線を伸縮したり、シフトしたりする。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−０８８６８８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記１点法における利点は最も見たい部分のコントラストが常に一定に確保されていることにある。例えば胸部画像においては肺野のコントラストを常に高いコントラストとすることができる。
【０００７】
また、上記２点法においては画像全体としての情報を損なうことはないが、見たい領域のコントラストは画像によって変化してしまい、必要なコントラストが必ずしも確保されているわけではない。
【０００８】
しかしながら、Ｘ線画像において見たい領域は必ずしも１つの領域に限られているわけではない。胸部画像を例にとれば肺野が最も見たい領域ではあるが、これ以外の領域（例えば心臓）も関心の高い領域であり肺野ほどではないにしろ適当なコントラストを確保する必要がある。
【０００９】
また、縦隔領域は診断上それほど重要な領域ではないが、つぶれない程度のコントラストを確保する必要がある。
【００１０】
このように、Ｘ線画像においては、複数の領域でその領域に応じた適当なコントラストが確保されなければならないが、従来の１点法或いは２点法ではこのようなことを実現することができない。
【００１１】
本発明は、上述の問題点にかんがみてなされたものであり、Ｘ線画像における複数の領域でその領域に応じた適当なコントラストが確保されるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の階調変換処理方法は、複数の見たい領域のヒストグラムを求め、これらのヒストグラム各々の主要な区間を決定する処理と、上記決定された区間において指定された傾きと階調曲線関数との誤差を用いた評価関数を最小化する階調曲線関数のパラメータを求める処理と、上記求められたパラメータによる階調曲線関数を用いて階調変換ルックアップテーブルを作成し階調変換を行う処理とを行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明の画像処理システムは、複数の見たい領域のヒストグラムを求め、これらのヒストグラム各々の主要な区間を決定する手段と、上記決定された区間において指定された傾きと階調曲線関数との誤差を用いた評価関数を最小化する階調曲線関数のパラメータを求める手段と、上記求められたパラメータによる階調曲線関数を用いて階調変換ルックアップテーブルを作成し階調変換を行う手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の階調変換処理方法及び画像処理システムの実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態の放射線画像処理システムの全体構成の一例を示す概略図である。
【００１５】
図１において、Ｘ線発生装置制御部４により制御されたＸ線源３より発生したＸ線は、患者２を透過してＸ線センサー１により検知される。検知されたＸ線は、ディジタルＸ線画像として画像入力部５に入力される。
【００１６】
入力されたディジタルＸ線画像は、画像処理部７によってＸ線センサーの補正処理、階調処理、空間フィルタリング処理等の画像処理がなされる。画像処理のなされたディジタルＸ線画像は、診断モニター９に表示されたり、画像保存部８に保存されたり、ネットワーク１１を介してプリンター１２、診断ワークステーション１３、画像データベース１４に出力されたりする。
【００１７】
表示された画像や、出力された画像が満足のいくものでなかった場合には、画像処理パラメータを変えるなどしながら画像処理、表示を繰り返し行う。以上の操作は、操作部１０によって行われる。なお、図１に示した放射線画像処理システムにおける処理は、Ｘ線撮影システム制御部６により統括制御される。
【００１８】
このようなシステムで動作する複数区間による階調変換処理の一例を図２に示す。
図２において、一番上のグラフは画像のヒストグラムを表している。このグラフでは、主に３つの領域の部分ヒストグラムが重なって全体のヒストグラムとなっていることを表している。
【００１９】
胸部画像を例にしてこれを当てはめれば、第１の領域（図２の領域１）が肺野領域に対応し、第２の領域（図２の領域２）が心臓領域に対応し、第３の領域（図２の領域３）が縦隔領域に対応している。
【００２０】
これらの領域の部分ヒストグラムは、セグメンテーション手法を用いた画像解析によって画像中のそれぞれの領域を抽出してヒストグラムを求めれば良い。
そして、この各々の領域の部分ヒストグラムにおける主要区間を決定する。
【００２１】
これは、例えば累積ヒストグラムを用いて中央３０％を占める区間を主要区間とすることによって第１の区間（図２の区間１）［ａ_１，ｂ_１］、第２の区間（図２の区間２）［ａ_２，ｂ_２］、第３の区間（図２の区間３）［ａ_３，ｂ_３］を決定することができる。
【００２２】
このようにして求めた第１の区間［ａ_１，ｂ_１］、第２の区間［ａ_２，ｂ_２］、及び第３の区間［ａ_３，ｂ_３］における傾きが、指定された傾きに最も近くなるようにグラディエント曲線関数ｇ（χ；Ｐ_ｎ）を決定する。
【００２３】
グラディエント曲線関数は、階調曲線関数ｆ（χ；Ｐ_ｎ）を微分した関数である。
したがって、まず階調曲線関数の例として、複数のシグモイド関数の和として次の（１）式で表される関数を挙げる。
【００２４】
【数１】

【００２５】
この（１）式の関数で（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９）＝（１，５，２，７，１／１０２．４，１／１０２．４，１，１．５，０．２）としたグラフを図３に示す。
【００２６】
また、この（１）式で表される階調曲線関数を微分したグラディエント曲線関数は次の（２）式で表される。
【００２７】
【数２】

【００２８】
同様にこの関数で（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９）＝（１，５，２，７，１／１０２．４，１／１０２．４，１，１．５，０．２）としたグラフを図４に示す。
【００２９】
この（２）式で表されるグラディエント曲線関数の第１の区間［ａ_１，ｂ_１］、第２の区間［ａ_２，ｂ_２］、及び第３の区間［ａ_３，ｂ_３］における傾きが、指定された傾きに最も近くなるようにグラディエント曲線関数のパラメータ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９）を決定する。
【００３０】
このようなグラディエント曲線関数を求めるために、各区間におけるグラディエント曲線と、指定された傾きとの誤差による評価関数を定義する。この評価関数Ｉ（Ｐ_ｎ）は、次の（３）式によって表される。
【００３１】
【数３】

ここでＷ_ｉは各区間の重みである。
【００３２】
また、この評価関数は、平均２乗誤差を用いた次の（４）式を用いても良い。
【数４】

【００３３】
この評価関数Ｉ（Ｐ_ｎ）を最小化するパラメータＰ_ｎを求める。このために評価関数Ｉ（Ｐ_ｎ）を各パラメータＰ_ｎで偏微分して０とおいたＮ元連立方程式を求める。先ほどのシグモイド関数の例では、次数Ｎは９（Ｎ＝９）である。
【００３４】
このＮ元連立方程式は、次（５）式のようになっている。
【００３５】
【数５】

【００３６】
この（５）式のＮ元連立方程式を解くことによって最適パラメータＰ_ｎを決定する。先ほどのシグモイド関数の例では、最適パラメータ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９）が求まる。
【００３７】
この最適パラメータＰ_ｎを階調曲線関数ｆ（χ；Ｐ_ｎ）に代入した関数が求める最適階調曲線関数になっている。すなわち、先ほどのシグモイド関数の例では、最適パラメータ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９）を（１）式に代入した関数が最適階調曲線関数となっている。
【００３８】
以上のようにして求めた最適階調曲線関数より階調変換ルックアップテーブルを作成し、階調変換することによって最適な画像に変換することができる。したがって、複数の見たい領域において必要なコントラストを確保した画像を作成することができ、見たい領域の優先度にしたがって重み付けをすることができる。これにより、診断能の高い画像にすることができ、精度の高い診断を行うことができる。
【００３９】
上述した本実施の形態の概要を以下にまとめて示す。
まず、画像解析、或いはヒストグラム解析などによって複数の見たい領域のヒストグラムを求める。
【００４０】
この部分ヒストグラムから各々の主な区間（例えば中央Ｎ％を占める区間）を決定する。このｉ番目の部分ヒストグラムの主な区間を［ａ_ｉ，ｂ_ｉ］として、各区間［ａ_ｉ，ｂ_ｉ］における階調曲線の傾きが指定された傾き（γ_ｉとする）に最も近くなるように階調曲線を決める。
【００４１】
このためには、まずＮ個のパラメータＰ_ｎをもつ階調曲線関数を微分したグラディエント曲線関数をｇ（χ；Ｐ_ｎ）として、ｇ（χ；Ｐ_ｎ）と各区間における傾きγ_ｉとの平均誤差の重み付き和を、以下の（６式）によって求める。
【００４２】
【数６】

【００４３】
そして、この（６）式を評価関数として最小化する各パラメータＰ_ｎを求める。このために評価関数Ｉ（Ｐ_ｎ）を各パラメータＰ_ｎで偏微分して０とおいたＮ元連立方程式を求め、これを解くことによって最適パラメータＰ_ｎを決定する。
【００４４】
この最適パラメータＰ_ｎによるグラディエント曲線関数ｇ（χ；Ｐ_ｎ）を積分した階調曲線関数は次の（７）式で表される。
【００４５】
【数７】

【００４６】
この（７）式で表される階調曲線関数ｆ（χ；Ｐ_ｎ）が求める最適階調曲線関数である。
このような階調曲線関数により階調変換ルックアップテーブルを作成し、階調変換することによって複数の見たい領域において必要なコントラストを確保した画像を形成することができる。
【００４７】
（本発明の他の実施形態）
上述した実施形態の機能を実現するべく各種のデバイスを動作させるように、該各種デバイスと接続された装置あるいはシステム内のコンピュータに対し、前記実施形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（ＣＰＵあるいはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
【００４８】
また、この場合、前記ソフトウェアのプログラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、およびそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えば、かかるプログラムコードを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００４９】
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、上述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）あるいは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。
【００５０】
さらに、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることは言うまでもない。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数の見たい領域において必要なコントラストを確保した画像を作成することができ、見たい領域の優先度にしたがって重み付けをすることができるため診断能の高い画像にすることができ、精度の高い診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示し、放射線画像処理システムの全体構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態を示し、最適階調変換曲線を作成する際の処理の一例を説明する概念図である。
【図３】本発明の実施の形態を示し、シグモイド関数による階調曲線の一例を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態を示し、シグモイド関数による階調曲線のグラディエント曲線の一例を示した図である、
【図５】従来の技術を示し、１点法を説明する概念図である。
【図６】従来の技術を示し、２点法を説明する概念図である。
【符号の説明】
１Ｘ線センサー
２患者
３Ｘ線源
４Ｘ線発生装置制御部
５画像入力部
６Ｘ線撮影システム制御部
７画像入力部
８画像保存部
９診断モニター
１０操作部
１１ネットワーク
１２プリンター
１３診断ワークステーション
１４画像データベース

Claims

複数の見たい領域のヒストグラムを求め、これらのヒストグラム各々の主要な区間を決定する処理と、
上記決定された区間において指定された傾きと階調曲線関数との誤差を用いた評価関数を最小化する階調曲線関数のパラメータを求める処理と、
上記求められたパラメータによる階調曲線関数を用いて階調変換ルックアップテーブルを作成し階調変換を行う処理とを行うことを特徴とする階調変換処理方法。
上記階調曲線関数のパラメータを、シグモイド関数を用いて求めるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の階調変換処理方法。
複数の見たい領域のヒストグラムを求め、これらのヒストグラム各々の主要な区間を決定する手段と、
上記決定された区間において指定された傾きと階調曲線関数との誤差を用いた評価関数を最小化する階調曲線関数のパラメータを求める手段と、
上記求められたパラメータによる階調曲線関数を用いて階調変換ルックアップテーブルを作成し階調変換を行う手段とを有することを特徴とする画像処理システム。
上記階調曲線関数のパラメータを、シグモイド関数を用いて求めるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の画像処理システム。