JP2004503030A - ディジタル画像欠陥補正及び雑音フィルタリングのための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

適応メジアンフィルタは、放射検出器配列（２０）の欠陥のある又は機能不全の要素により発生される、ディジタル画像欠陥の動的な検出と補正を提供する。適応メジアンフィルタは、欠陥を含みうるディジタル画像の画素値のラインと、ユーザ定義の欠陥しきい値を受信する（１００）。画素値のラインは、検査されている候補画素値を有するｎｘｎ画素のカーネルを使用して（１２０）、画素毎の基準で走査される。各カーネルは、数値的にリオーダーされ（１３０）、そして、メジアン値が計算される（１４０）。欠陥しきい値は、ユーザ定義の欠陥しきい値基準（４４）と候補画素値を乗算することにより計算される（１５０）。基準値は、候補画素値とメジアン値を減算することにより計算される（１６０）。基準値は、欠陥しきい値と比較される（１７０）。候補画素値は、例えば、２０％の所定の欠陥しきい値以上メジアン値から異なる場合には、メジアン値と置換される（１８０）。適応メジアンフィルタは、ディジタル画像内の２重ライン及び２重列欠陥を検出し且つ補正するのに、特に効果的である。さらに加えて、フィルタは、画像の不鮮明化を最小化し、且つ、欠陥画素のみをフィルタリングすることにより、画像の解像度を維持する。

Description

【０００１】
発明の背景
本発明は、ディジタル画像欠陥補正の技術に関連する。平面パネル放射検出器を有する蛍光間接撮影法及び蛍光透視法のシステム内の診断画像と関連する特定の応用があり、且つそれに特定の参照をしながら説明する。しかし、本発明は、ＣＣＤ画像、固体画像ピックアップ装置、従来のＸ−線診断システム、コンピュータ化されたＸ線断層撮影スキャナ、及び、医療及び非医療検査のための他の放射検出システムと関連する応用も見つけられる。
【０００２】
典型的には、蛍光透視法は、患者の検査領域を横断するＸ−線放射を電子的な信号に変換する、複数の画像増強装置又は２次元平面パネル放射検出器を有する。各放射検出器は、受信された放射を対応する光の量に変換する、シンチレーション結晶のような、放射検知面を有する。固体ダイオードは、しばしば、結晶が放出した光の強度即ち受信された放射の強度を示す、シンチレーション結晶から放出された光をアナログ電気信号変換するために設けられている。アナログ信号は、ディジタル画像に再構成される対応するディジタル信号に変換される。
【０００３】
運悪く、多くの平面パネル放射検出器は、特に大面積フラットパネル検出器は、欠陥のあるディジタル画像表現を発生する、単一画素欠陥、ライン欠陥、二重ライン欠陥及び、列欠陥を含む。従来技術は、そのような画素ライン及び、列欠陥を、典型的には、欠陥マップ補正とメジアンフィルタリングより構成される一連の処理により補正する。欠陥マップ補正技術では、各パネル検出器の基本欠陥マップが、平面パネル検出器の製造中に形成される。追加の欠陥マップは、後続の、パネル検出器の較正中に形成される。これらの欠陥マップは、恒久欠陥の１次検出に関して使用され、そして、メジアンフィルタのような補間が、これらの恒久欠陥を補正するのに使用される。メジアンフィルタアルゴリズムは、固定のパターンを有しないランダムな欠陥に対する２次欠陥補正を提供するために全体の画像にも適用される。このマルチフェーズ欠陥補正処理は、処理が複雑で効率が悪い。
【０００４】
従来のメジアンフィルタアルゴリズムは、画像表現の全ての画素を調整する。言いかえれば、画像の各画素は、試験されている特定画素の隣接の画素のメジアン値により置換される。この形式のメジアンフィルタリングは、画像をぼかし、画像解像度が非常に低下することとなる。更に、従来のメジアンフィルタは、二重ラインと２重列欠陥を補正できない。実際には、従来のメジアンフィルタは、欠陥ラインと列に隣接する画素を隣接画素のメジアン値により不正確に置換することにより、追加の画像欠陥を導入する。
【０００５】
本発明は、上述の問題点等を解決する、ディジタル画像欠陥を検出し且つ補正する、新たな且つ改善された方法を提供すること意図している。
【０００６】
発明の概要
本発明の１つの特徴に従って、欠陥のある検出器画素によるディジタル画像欠陥を実時間検出し且つ補正する方法は、複数の候補画素値と隣接画素値の対応するカーネルを含む画像データ内の候補画素値を識別する。各候補画素値に対して、隣接画素値から基準値が計算される。本方法は、更に、しきい値基準を用いて、候補画素値と基準画素値の間の関係を比較する。この比較に基づいて、隣接画素値の関数で候補画素値が置換されるか又は、候補画素値が維持されるかの１つを行う。
【０００７】
本発明の他の特徴に従って、放射検出器配列内の欠陥のある検出器によるディジタル画像表現内の欠陥を検出し且つ補正する適応メジアンフィルタは、各候補画素値と隣接画素値を記憶するメモリを有する。プロセッサは、隣接画素値から基準値を計算し、且つ、しきい値基準を用いて、候補画素値と基準値の間の関係を比較する。この比較に基づいて、隣接画素値の関数で候補画素値が置換されるか又は、候補画素値が維持される。
【０００８】
本発明の１つの優位点は、平面パネル放射検出器を使用して取得された画像内の欠陥の検出と補正を単純化することである。
【０００９】
本発明の他の優位点は、先験的なマッピング又は較正なしでも、動作しながら動的に画像データを補正することである。
【００１０】
本発明の他の優位点は、全体的な画像解像度を減少することなく、画像欠陥を補正することである。
【００１１】
本発明の他の優位点は、２重ラインと２重列の欠陥を、補正することである。
【００１２】
本発明の他の優位点は、追加の欠陥を生成することなく画像の欠陥を、補正することである。
【００１３】
更に、本発明の他の優位点は、画像欠陥検出と、補正を単一の手順に結合することである。
【００１４】
更に、本発明の他の優位点は、大部分の画像データを未変更のままとすることである。
【００１５】
本発明の他の利益と優位点は、好適な実施例を読んで理解すれば、当業者には明らかとなろう。
【００１６】
本発明は、種々の構成要素及び、構成要素の配置及び、種々のステップとステップの配置の形式をとる。図面は、好適な実施例を説明する目的のためのみであり、本発明を制限するものではない。
【００１７】
好適な実施例の詳細な説明
図１を参照すると、蛍光透視法システム１０は、Ｘ線撮影的に患者台１２上に配置された対象の診断画像検査し且つ発生する。特に、患者台１２上の対象物の体積が、検査領域１４内に移動される。回転する構台に配置されたＸ−線管１６は、検査領域１４を通して、放射ビームを投影する。コリメーター１８は、放射ビームを１次元に集中する。
【００１８】
２次元Ｘ−線検出器２０は、集積回路に接続された又は好ましくは集積された２次元配列のフォトディテクタを含む。タリウムがドープされたＣｓＩ層を有するシンチレーターが、フォトディテクタ配列上に直接的に集積されている。検査領域１４を横断したＸ−線は、シンチレーター結晶の前面を通して受信される。シンチレーター結晶は、これらのＸ−線を特徴的な波長の可視光のフラッシュ又は閃光に変換する。可視光は光学的にフォトディテクタと結合された面を介して、シンチレーション層を出る。シンチレーション層からの光は、フォトディテクタにより、Ｘ−線管とシンチレーション層部分の間の対応する光線に沿った集積されたＸ−線吸収を示す、受信された放射の強度を示す対応する電気信号に変換される。
【００１９】
回転する構台の角度位置に関する情報と共に、電気信号が、アナログ／ディジタル変換器によりディジタル化される。ディジタル診断データは、画像較正プロセッサ３０により、オフセット及びゲイン較正のために処理される。ディジタル画像表現は、矩形の配列のディジタル画素値を有し、各々は対応する画像の階調値を示す。説明を単純にするために、投影画像に対応する２次元配列を、詳細に説明する。しかしながら、本技術は、体積を表現する３次元配列にも適用できることは理解されるであろう。
【００２０】
投影画像表現が発生されるときに、画素値のラインが、好ましくはメジアンフィルタである、適応フィルタ３２を通過する。適応メジアンフィルタ３２は、画像欠陥の実時間検出と補正を実行する。そのような画像欠陥は、２次元検出器パネル２０内の、画素欠陥、ライン欠陥、二重ライン欠陥、列欠陥及び、２重列欠陥と、ランダム欠陥による。ｎｘｎ適応フィルタに対しては、読出しラインの画素値が、ｎ−１のディジタルラインメモリ装置３４_１，３４_２，．．．内に一時的に記憶される。図示された３ｘ３の実施例では、バッファは、２つの先行するラインを記憶する。フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）４０は、現在の及び２つの先行するデータラインを読む。最も古いデータラインは、１つのバッファに読み出されるので、現在のデータはそこに読みこまれる。
【００２１】
ＦＰＧＡ４０は、しきい値基準４４を用いて、３つのラインの画素値を比較する、比較回路又はプロセッサ４２を有する。種々のしきい値基準が考えられる。好ましくは、真中のラインの各画素値は、それ自身と２つの隣接するデータライン内の、８つのすぐに取り囲む画素値と比較される。画素値が、８つの最も近い隣接画素のメジアン値から２０％又は予め選択された他のパーセンテージだけ変わると、適応フィルタプロセッサ４６は、それを、最も近い隣接画素のメジアン値と置換する。２０％しきい値基準よりも（又は、それに加えて）、各画素値は、完全黒及び完全白を含む他の基準と比較されることも可能である。適応フィルタは、これらの基準を満たさない各画素値を、完全に黒又は白でない最も近い隣接画素のメジアン又は他の予め選択された他の関数と置換する。テストを通過する画素値は、適応フィルタにより変更されない。この方法で、試験に落ちた中間のデータラインのどの画素も、メジアンフィルタ値と置換され、そして、更なる処理のために、適応フィルタにより送られる。中間のデータラインが、ｎｘｎカーネルで走査された後に、データのラインは、インデックスが付され、新たなラインが追加され、そして、最も離れたラインが、削除される。
【００２２】
しばしばシストリックプロセッサと呼ばれる、パイプライン構造内の適応メジアンフィルタの実行は、未処理入力画素毎に、１つの処理された画素出力を生じる。出力は、パイプライン処理遅延時間だけ、入力に関して遅延される。特に、ｎｘｎ画素がＦＰＧＡにラッチされた後は、ＦＰＧＡ内のソートアルゴリズムが、ｎｘｎカーネルのメジアン値を生じる。平行して、与えられた画素の未処理の値は、記憶され、そして、又は、メジアン値と共に有効にされる。また、これと平行して、ＦＰＧＡ内の乗算器は、未処理又は元の画素値を予め定められた欠陥しきい値、例えば０．２と乗算することにより、検査されている画素に対するしきい値を計算する。元の未処理画素値とメジアン値との間の差分は、ＦＰＧＡ内のソート及び、減算アルゴリズムにより決定されそして、しきい値と比較される。この差分値が、しきい値よりも大きい場合には、メジアン値は、ＦＰＧＡの出力で、元の画素値がメジアン値で置換される。そうでない場合には、元の画素値が、ＦＰＧＡの出力である。当業者は、元の画素、メジアン値、しきい値、及び、差分値を含む、全てのデータは、パイプラインされたラッチを通して同期される。更に、与えられた画素に対する水平及び垂直ラスター同期信号タイミング関係も、シフトレジスタを使用して維持される。
【００２３】
フィルタされた画像は、体積的な画像メモリ５０に記憶される。ビデオプロセッサ５２は、投影画像を形成するために、欠陥補正された画像を処理し、そして、ビデオ又はＬＣＤモニタのような、モニタ５４上に表示するためにそれらを再構成する。
【００２４】
図２を参照し且つ、図１を続けて参照すると、ディジタル画像欠陥を検出し且つ補正する更に詳細な方法とソフトウェアに基づく装置は、ステップ１００で、ディジタル画素値のラインと、予め定義された欠陥しきい値を、適応メジアンフィルタに入力することで開始する。再び、画像の所定の画素が隣接する画素のメジアン値により置換されるべきか又は、未変更のまま残されるべきかを決定するために、予め定義された欠陥しきい値が、適応メジアンフィルタにより使用される。画素値の入力されたラインは、ステップ１１０で、処理のための対応するメモリにコピーされる。ｎｘｎ画素のカーネルは、ステップ１２０で選択され、カーネルの中心画素は、検査される候補画素である。一実施例では、３ｘ３カーネルが、試験されるカーネルの中心画素と共に選択され、そして、８つの隣接する最も近い隣接画素と比較される。
【００２５】
選択された、１３０で、リオーダーされる。特に、選択されたｎｘｎカーネルの画素値は、値により数値的にソートされ、そして、同様な値の隣接値は、単一画素値へ、マージされる。リオーダーされ且つ圧縮されたカーネルのメジアン値が、１４０で計算される。例えば、９画素の３ｘ３カーネルでは、処理されている画素値は、カーネル内の９画素のメジアン値と比較される。しかしながら、カーネルのメジアン値が計算される前に、同様な値のカーネル内のどの画素も、共通値の単一の表現に結合され又は圧縮される。例えば、３つの隣接画素が、各々値”１”を有する場合がある。これらの３つの画素は、値”１”を有する単一のマージされた画素へ、マージされる。そして、リオーダーされたカーネルの６つの画素値のメジアン値が計算される。メジアン値は、その計算的な単純さ、速度及び、２重ライン及び２重列欠陥を補正する能力に関して優位である。しかしながら、広がり、傾斜、重み付けされた平均、更に複雑な他の関数に基づく周囲の画素の他の関数も考えられる。
【００２６】
１５０で、試験されている特定の画素に対するしきい値が、計算される。好適な実施例では、候補画素値と予め定められた欠陥しきい値基準が乗算されることにより、しきい値が計算される。更に加えて、１６０で、候補画素値から選択されたカーネルのメジアン値を減算することにより、基準値が計算される。１６０で計算された差分値は、１５０で計算されたしきい値と、１７０で、比較される。差分値が、しきい値よりも大きい場合には、元の画素値は、１８０で、候補画素値が位置しているカーネルのメジアン値により、１８０で置換される。差分値がしきい値よりも小さい場合には、候補画素は欠陥がないと決定され、そして、元の候補画素値が変更されないまま残る。
【００２７】
一実施例では、欠陥しきい値は、２０％であるように選択される。言いかえると、それらが置かれているカーネル内のメジアン値から２０％以上異なる候補画素値が、カーネルのメジアン値と置換される。逆に、それらが置かれているカーネル内のメジアン値から２０％以内の候補画素値は、その元の未処理画素値で残る。代わりの実施例では、適応メジアンフィルタが、ゼロ値即ち黒又は、最大値即ち白を有する画素に対してのみ検索するように、欠陥しきい値が、選択される。以下のフィルタリング手順は、画像欠陥の実時間検出及び補正のために、全ての画素値に関して実行される。
【００２８】
適応メジアンフィルタは、画素欠陥、２重ラインと２重列欠陥を含むラインと列欠陥、１ラインが白で隣接ラインが黒のようなバイポーラライン及び列欠陥、クラスタ画素欠陥、ＡＳＩＣ境界線、ドライバーラインン雑音、雑音のある画素及び、同様なもの、を補正するのに効果的である。
【００２９】
メジアンフィルタは、特に効果的であるが、他のフィルタと補間技術を使用できることも考えられる。例えば、検査されている画素及びゼロレベル画素及び飽和された画素は、カーネルメジアンから除外されることが可能である。カーネル内の画素値は、選択的に重み付けされることも可能である。大きなカーネル、正方形でないカーネル、及び同様なもののような、他のカーネルも考えられる。より高次の補間が使用されても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に従った適応メジアンフィルタを使用するＣＴスキャナーに取りつけられた、フルオロ補助ＣＴシステム（ＦＡＣＴｓ）を示す図である。
【図２】
本発明に従った欠陥検出及び補正手順の詳細を示すフローチャートである。

Claims (10)

1. 欠陥のある検出器画素によるディジタル画像欠陥を実時間検出し且つ補正する方法であって、
   （ａ）複数の候補画素値と隣接画素値の対応するカーネルを含む画像データ内の候補画素値を識別し、
   （ｂ）隣接画素値のカーネルから基準値を計算し、
   （ｃ）しきい値基準を用いて、候補画素値と基準画素値の間の関係を比較し、
   （ｄ）比較ステップに基づいて、隣接画素値の関数で候補画素値を置換するか又は、候補画素値を維持するかの１つを行う、方法。
2. カーネルに対するメジアン画素値を計算し、
   候補画素値の未処理画素値と予め定められた欠陥しきい値に基づいて、しきい値を計算し、
   メジアン画素値と未処理画素値の間の差分値を計算し
   差分値をしきい値と比較することを更に有する、請求項１に記載の方法。
3. 候補画素値は、差分値がしきい値よりも大きい画素位置のメジアン画素値により置換され、
   しきい値が差分値よりも大きい位置の候補画素値は、維持される請求項２に記載の方法。
4. メジアン画素値を計算することには、
   数値に従って、選択されたカーネルの画素値をソートし、
   メジアン画素値を計算する前に、同様な画素値を単一画素値にマージすることを含む、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の方法。
5. 各カーネルは、３画素かける３画素であり、且つ欠陥しきい値は２０％である、請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の方法。
6. 放射検出器配列内の欠陥のある検出器によるディジタル画像表現内の欠陥を検出し且つ補正する適応メジアンフィルタであって、
   各候補画素値と隣接画素値を記憶するメモリと、
   隣接画素値から基準値を計算し、しきい値基準を用いて、候補画素値と基準値の間の関係を比較するプロセッサと、
   前記比較に基づいて、隣接画素値の関数で候補画素値を置換するか又は、候補画素値を維持するかの１つを行う、適応メジアンフィルタ。
7. プロセッサは、候補画素値に対応するカーネル内の画素値のメジアン値を計算し、基準値と隣接画素値の関数の少なくとも１つはメジアン値である、請求項６に記載の適応メジアンフィルタ。
8. 候補画素が基準値から予め選択されたパーセンテージ以上偏差する場合には、候補画素値が、対応するメジアン値と置換される、請求項７に記載の適応メジアンフィルタ。
9. プロセッサは、フィールドプログラマブルゲートアレイを含む、請求項６乃至８のうちいずれか一項に記載の適応メジアンフィルタ。
10. 検査領域をわたってＸ−線を投射する貫通性の放射源と、貫通性の放射源からのＸ−線検査領域をわたって配置された、検出器配列がアナログ信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器を有する、複数の放射検出器配列と、ディジタル信号をディジタル画像表現の画素値に較正し且つ再構成する画像較正プロセッサとを有するＸ−線撮影装置、によって発生された、ディジタル画像表現内の欠陥を検出し且つ補正する、請求項６乃至９のうちいずれか一項に記載の適応メジアンフィルタ。

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