JP2005005981A

JP2005005981A - 画像処理装置

Info

Publication number: JP2005005981A
Application number: JP2003166491A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Mori; 一博森
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2023-06-11
Also published as: JP4595294B2

Abstract

【課題】得られる周波数特性の範囲を広くしながらも処理速度の遅延が少なく質の高い画像を得る。
【解決手段】第１および第２の乗算器１１，１２、係数演算器１３、加算器１４、低周波数成分弁別手段としてのテンプレートフィルタ１５、および、ボケ画像記憶手段としてのフレームメモリ１６を備えてボケ画像生成部を構成する。第１の乗算器１１では、Ａ／Ｄ変換器７から入力される原画像と加算係数（１／Ｋ）とを乗算し、一方、第２の乗算器１２では、係数演算器１３で演算された係数（１−１／Ｋ）と、フレームメモリ１６に記憶された過去フレームのボケ画像とを乗算し、加算器１４で、第１および第２の乗算器１１，１２から入力される画像を加算して低周波数成分を抽出したボケ画像を作成し、そのボケ画像をテンプレートフィルタ１５に出力し、低周波数成分を弁別してから減算装置９に出力する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、医療用や工業用のＸ線撮影装置などに用いられる画像処理装置に係り、特には、血管造影や胃などの臓器の撮影などに際して用いられる画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、血管の動きが鮮明に判る状態で心臓を撮影しようとする場合、Ｘ線をほとんど吸収しないために明るい画像となる肺や、逆にＸ線を吸収するために暗い画像となる背骨が重なり、心臓やそこの血管が不鮮明になってしまう。
【０００３】
そこで、高輝度部分を抑えながら全体的に暗くならないように、周波数処理を行ったボケ画像と原画像との差分をとり、画像のダイナミックレンジを圧縮して処理することが提案されている。
【０００４】
このような方法として、従来、イメージインテンシファイアのカソード電極の印加電圧を切り換えてイメージインテンシファイアのフォーカス状態とデフォーカス状態とに切り換え、原画像とボケ画像とを得て、それらによりボケ画像を作成する方法（特許文献１参照）や、イメージインテンシファイアなどの撮像装置で得られる画像をディジタル画像に変換した後に、テンプレート処理するか、もしくは高速フーリエ変換によって処理するなどによりボケ画像を作成する方法があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３４１５８９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、画像処理を動画上で実現する場合、周波数処理に大量の演算が必要になることから、処理速度を速くすると得られる周波数特性の範囲が狭くなり、逆に、得られる周波数特性の範囲を広くしようとすると処理速度が遅くなるといったように、処理速度と、得られる周波数特性の範囲とが限定されてしまうというトレードオフの問題を生じる欠点があった。
【０００７】
イメージインテンシファイアのカソード電極の印加電圧を切り換える方法の場合では、原画像とボケ画像とを同時に収集できないために、時間差を生じる欠点があった。また、ボケ具合を示す周波数の変更範囲についても、印加電圧の調整範囲に限られるという物理的特性により制限を受ける欠点があった。
【０００８】
また、ディジタル処理を行う方法の場合、処理速度を上げるためには膨大な演算回路が必要となり、このような演算回路の膨大化を回避しながら処理速度を上げるためには、得られる周波数特性の範囲に制限を設けた簡易的な演算方法をとらなければならず、画像の質が低下する欠点があった。
【０００９】
この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明は、得られる周波数特性の範囲を広くしながらも処理速度の遅延が少なく質の高い画像を得ることができるようにすることを目的とし、請求項２に係る発明は、モーションアーチファクトの影響の少ない画像を得られるようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上述のような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に係る発明の画像処理装置は、被写体を撮像した原画像を入力して低周波数成分を弁別処理する低周波数成分弁別手段と、前記低周波数成分弁別手段で低周波数成分を弁別処理したボケ画像の１フレーム分を入力して記憶するボケ画像記憶手段と、原画像と前記ボケ画像記憶手段で記憶された過去フレームのボケ画像とを演算処理して低周波数成分を抽出したボケ画像を作成するボケ画像作成手段とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
（作用・効果）
請求項１に係る発明の画像処理装置の構成によれば、原画像に対して低周波数成分弁別手段で低周波数成分を弁別処理することによりボケ画像を得、その原画像を利用したボケ画像と原画像とを用いて、低周波数成分を抽出したボケ画像を作成することができる。
【００１２】
したがって、原画像とそれを利用したボケ画像とを同時に利用し、低周波数成分を繰り返し抽出してボケ画像を作成できるから、時間方向に遅らせた過去の画像を利用することができ、例えば、テンプレート処理をする場合に、大量の演算を必要とする広い面積のテンプレート処理を行わなくても、処理結果が速く得られる小さなテンプレートサイズのフィルタによる処理を繰り返すことで、実質的により広い面積、つまり低周波数成分をより一層抽出した処理が可能になるといったように、得られる周波数特性の範囲を広くしながらも処理速度の遅延が少なく、ボケ度合いが均一な質の高い画像を得ることができる。
【００１３】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の画像処理装置において、被写体の動き量を検出する動き量検出手段と、前記動き量検出手段で検出される動き量に応じ、動き量が大きいほど過去フレームの画像の影響が少なくなるように影響低減係数を抽出する係数変換手段とを備え、被写体を撮像した原画像とボケ画像とに影響低減係数を付与するように構成する。
【００１４】
（作用・効果）
請求項２に係る発明の画像処理装置の構成によれば、動き量が大きい場合には、原画像およびボケ画像に対して付与する影響低減係数を過去フレームの画像の影響の少ないものにし、逆に、動き量が小さい場合には、原画像およびボケ画像に対して付与する影響低減係数を過去フレームの画像の影響の多いものにすることができる。
したがって、例えば、カテーテルなどのより高周波成分の画像の変化のみを観察したいような場合には、過去フレームの画像の影響を少なくして、他の臓器の微小な動きなどの高周波成分の影響が少ないボケ画像を良好に得ることができ、モーションアーチファクトの影響の少ない画像を得ることができる。また、心筋の拍動などによる周期的な動きのある画像を対象とした場合には、過去フレームの画像の影響を多くして、低周波数成分を抽出した均一なボケ画像を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明に係る画像処理装置を用いたＸ線撮影装置の実施例を示す全体構成図であり、被写体１を載置するＸ線透視台２を挟んで、Ｘ線を放射するＸ線管３と、被写体１を透過したＸ線管３からのＸ線像を撮影するイメージインテンシファイア４とが設けられ、そのイメージインテンシファイア４に画像処理装置５が接続されるとともに、画像処理装置５にモニタ６が接続されてＸ線撮影装置が構成されている。
【００１６】
画像処理装置５には、Ａ／Ｄ変換器７とボケ画像生成部８と減算装置９とＤ／Ａ変換器１０とが備えられ、イメージインテンシファイア４から得られる画像をディジタル画像に変換し、その原画像をボケ画像生成部８と減算装置９とに入力し、ボケ画像生成部８で作成したボケ画像と原画像とを減算処理して、コントラストを損なわない全体的に明るさのバランスがとれた画像を得、その画像をモニタ６に表示させるように構成されている。
【００１７】
図２は、この発明の画像処理装置の第１実施例を示す回路図であり、ボケ画像生成部８が、第１および第２の乗算器１１，１２、係数演算器１３、加算器１４、低周波数成分弁別手段としてのテンプレートフィルタ１５、および、ボケ画像記憶手段としてのフレームメモリ１６を備えて構成されている。
【００１８】
第１の乗算器１１では、Ａ／Ｄ変換器７から入力される原画像と加算係数（１／Ｋ）とを乗算し、その乗算して得られる画像を加算器１４に出力するようになっている。一方、第２の乗算器１２では、係数演算器１３で演算された係数（１−１／Ｋ）と、フレームメモリ１６に記憶された過去フレームのボケ画像とを乗算し、その乗算して得られる画像を加算器１４に出力するようになっている。
加算器１４では、第１および第２の乗算器１１，１２から入力される画像を加算して低周波数成分を抽出したボケ画像を作成し、そのボケ画像をテンプレートフィルタ１５に出力し、低周波数成分を弁別してから減算装置９に出力するようになっている。
上記第１および第２の乗算器１１，１２、係数演算器１３および加算器１４から成る構成をしてボケ画像作成手段と称する。
【００１９】
テンプレートフィルタ１５では、時間方向に積分処理をする際に、過去のフレームになるに従い、フィルタリングの回数が異なることを利用し、よりフィルタリングの回数の多い画像をボケ画像に重畳することにより、より低周波数成分の領域を抽出するようになっている。
【００２０】
すなわち、図３の経過フレームと加算比率の関係のグラフに示すように、テンプレートフィルタ１５によるフィルタリングを繰り返すことにより、単純にテンプレートサイズＡ（ひとつの画素に対して平均値を算出処理する画素数のことをいう。図５のグラフでも同じである。）を大きくした場合と異なり、画素数が多くならないために、処理速度の遅延を少なくでき、かつ、過去のフレームの画像の影響を減少させながら、実質的にテンプレートルサイズを大きくできる。
【００２１】
図４は、この発明の画像処理装置の第２実施例を示す回路図であり、ボケ画像生成部８が、低周波数成分弁別手段としての第１、第２、第３および第４のテンプレートフィルタ２１，２２，２３，２４、ボケ画像記憶手段としての第１、第２および第３のフレームメモリ２５，２６，２７、第１、第２および第３の加算器２８，２９，３０を備え、時間方向の処理に移動加算の原理を用いるように構成されている。
【００２２】
この第２実施例の構成によれば、第１実施例と同様に、第１、第２および第３のフレームメモリ２５，２６，２７で保存・遅延された画像はより大きなテンプレートサイズのテンプレート処理が行われるため、遅延期間が長くなるに従い、より低い周波数成分が抽出されたボケ度合いが均一な画像となる。
【００２３】
第１、第２、第３および第４のテンプレートフィルタ２１，２２，２３，２４では、図５の経過フレームと加算比率の関係のグラフに示すように、低周波数成分が弁別処理された画像が、第１、第２および第３のフレームメモリ２５，２６，２７で保存・遅延された過去フレームの画像に均一な割合で加算され、大きな割合で低周波数成分が加算されるように構成されている。過去画像の影響度合いは、設けられた３個の第１、第２および第３のフレームメモリ２５，２６，２７の個数分だけで、それ以降は影響を及ぼさない。
上記第１、第２および第３の加算器２８，２９，３０から成る構成をしてボケ画像作成手段と称する。
【００２４】
図６は、この発明の画像処理装置の第３実施例を示す回路図であり、ボケ画像生成部８が、低周波数成分弁別手段としての第１、第２、第３および第４のテンプレートフィルタ３１，３２，３３，３４、ボケ画像記憶手段としての第１、第２および第３のフレームメモリ３５，３６，３７、第１、第２、第３および第４の乗算器３８，３９，４０，４１、第１、第２および第３の加算器４２，４３，４４が備えて構成されている。
【００２５】
第１、第２、第３および第４の乗算器３８，３９，４０，４１それぞれには、加算係数ａ，ｂ，ｃ，ｄが入力され、第１、第２および第３のフレームメモリ３５，３６，３７で保存・遅延された過去フレームの画像を加算する際に重み付けを行い、過去フレームの画像の影響度合いをコントロ−ルできるように構成されている。
上記第１、第２、第３および第４の乗算器３８，３９，４０，４１、ならびに、第１、第２および第３の加算器４２，４３，４４から成る構成をしてボケ画像作成手段と称する。
【００２６】
図７は、この発明の画像処理装置の第４実施例を示す回路図であり、第１実施例の係数演算器１３と、Ａ／Ｄ変換器７からの原画像の入力ラインとが、加算器５１とフレームメモリ５２とから成る動き量検出手段５３、および、係数変換手段５４を介して接続されている。
【００２７】
動き量検出手段５３では、原画像と、フレームメモリ５２で保存・記憶された１フレーム前の画像との差分を加算器５１で算出し、その差分に基づいて被写体の動き量を検出するように構成されている。
【００２８】
係数変換手段５４は、動き検出値変換部５５と係数演算部５６と動き量―係数テーブル５７とから構成され、動き量検出手段５３で検出された動き量を係数演算部５６に入力し、その動き量に対応する加算係数を動き量―係数テーブル５７から導出し、その導出した加算係数（Ｋ）を動き検出値変換部５５で付与するようになっている。
【００２９】
動き量―係数テーブル５７では、動き量が大きいほど過去フレームの画像の影響が少なくなるように影響低減係数が予め設定されている。他の構成は、第１実施例と同じであり、同一図番を付すことにより、その説明は省略する。
【００３０】
この第４実施例によれば、被写体の動き量に応じ、動き量が大きいほど過去フレームの画像の影響が少なくなるように影響低減係数が抽出され、動き量が大きい場合には、原画像およびボケ画像に対して付与する影響低減係数を影響の少ないものにし、逆に、動き量が小さい場合には、原画像およびボケ画像に対して付与する影響低減係数を影響の多いものにすることができるようになっている。
【００３１】
その結果、例えば、カテーテルなどのより高周波成分の画像の変化のみを観察したいような場合には、過去フレームの画像の影響を少なくして、他の臓器の微小な動きなどの高周波成分の影響が少ないボケ画像を良好に得ることができ、モーションアーチファクトの影響の少ない画像を得ることができる。また、心筋の拍動などによる周期的な動きのある画像を対象とした場合には、過去フレームの画像の影響を多くして、低周波数成分を抽出した均一なボケ画像を得ることができる。
【００３２】
図８は、この発明の画像処理装置の第５実施例を示す回路図であり、第３実施例の第１、第２、第３および第４の乗算器３８，３９，４０，４１それぞれと、Ａ／Ｄ変換器７からの原画像の入力ラインとが、第４実施例と同様に、加算器５１とフレームメモリ５２とから成る動き量検出手段５３、および、係数変換手段５４を介して接続されている。
【００３３】
係数変換手段５４は、動き検出値変換部５５と係数演算部５６と動き量―係数テーブル５７とから構成され、動き量検出手段５３で検出された動き量を係数演算部５６に入力し、その動き量に対応する加算係数を動き量―係数テーブル５７から導出し、その導出した加算係数（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を動き検出値変換部５５で付与するようになっている。
【００３４】
動き量―係数テーブル５７では、動き量が大きいほど過去フレームの画像の影響が少なくなるように影響低減係数が予め設定されている。すなわち、動き量が少ない通常時には、ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄといったように、１フレーム前の加算係数がそれより前の加算係数よりも大きくなるように設定されていても、動き量が大きいときには、逆に、ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄといったように、１フレーム前の加算係数がそれより前の加算係数よりも小さくなるように設定され、更に、動き量に応じて、各加算係数（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）の値が、前述したように、動き量が大きいほど過去フレームの画像の影響が少なくなるように設定されている。他の構成は、第３実施例と同じであり、同一図番を付すことにより、その説明は省略する。
【００３５】
上記実施例では、低周波数成分弁別手段としてテンプレートフィルタ１５を用いているが、次のようなフィルタに代えても良い。
（１）各画素の周囲何点かの平均値を算出し、その平均値を対応する画素の値として使用するように設定する移動平均フィルタを用いる。
【００３６】
図９の移動平均フィルタの説明図に示すように、例えば、対応する画素（●で示す）の周囲３×３の９点の平均値を画素値とするのである［図９の（ａ）参照］。
この移動平均を算出するに際しては、常に、３×３の周囲９点の値を加算しなくても、各列ごとにおいて、移動前の３点の合計値［Ａ＋Ｂ＋Ｃ、図９の（ｂ）参照］に対して移動後に除外される画素の値Ａを減算するとともに、移動後に加わる画素の値Ｄを加算するようにして［Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ａ＋Ｄ＝Ｂ＋Ｃ＋Ｄ、図９の（ｃ）参照］、簡単に計算することができる。
【００３７】
（２）各画素の周囲何点かの値を二次元方向に拡張して、対応する画素に近づくほど重みを持たせて横方向および縦方向それぞれにフィルタリングして各画素の値を算出し、その算出値を互いに乗算したものを加算して平均値を算出し、その平均値を対応する画素の値として使用するように設定するピラミッド形フィルタを用いる。
【００３８】
図１０のピラミッド形フィルタの説明図に示すように、例えば、対応する画素（●で示す）の周囲５×５の２５点の二次元方向に拡張し、頂点側ほど大きい係数を割り当てて求めた値の平均値を画素値とするのである［図１０の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）参照］。
次の画素値を算出するに際しては、常に、５×５の周囲２５点の値を加算しなくても、フィルタリングの方向に応じ、各列ごとの変数部分において、移動前の５点の合計値［Ａ＋２Ｂ＋３Ｃ＋２Ｄ＋Ｅ］に対して移動後に除外される画素の値［Ａ＋Ｂ＋Ｃ、図１０の（ｄ）および（ｅ）参照］を減算するとともに、移動後に加わる画素の値［Ｄ＋Ｅ＋Ｆ］を加算するようにして各列の合計値［Ｂ＋２Ｃ＋３Ｄ＋２Ｅ＋Ｆ］を求め、簡単に計算することができる。
【００３９】
上記実施例では、医療用のＸ線撮影装置に適用して示したが、この発明の画像処理装置としては、工業用や一般の撮影装置にも適用できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明の画像処理装置によれば、原画像に対して低周波数成分弁別手段で低周波数成分を弁別処理することによりボケ画像を得、その原画像を利用したボケ画像と原画像とを用いて、低周波数成分を抽出したボケ画像を作成することができる。
したがって、原画像とそれを利用したボケ画像とを同時に利用し、低周波数成分を繰り返し抽出してボケ画像を作成するから、時間方向に遅らせた過去の画像を利用することができ、例えば、テンプレート処理をする場合に、大量の演算を必要とする広い面積のテンプレート処理を行わなくても、小さなテンプレートサイズのフィルタによる処理を繰り返すことで、実質的により広い面積、つまり低周波数成分をより一層抽出した処理が可能になるといったように、得られる周波数特性の範囲を広くしながらも処理速度の遅延が少なく、ボケ度合いが均一な質の高い画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る画像処理装置を用いたＸ線撮影装置の実施例を示す全体構成図である。
【図２】この発明の画像処理装置の第１実施例を示す回路図である。
【図３】第１実施例の経過フレームと加算比率の関係を示すグラフである。
【図４】この発明の画像処理装置の第２実施例を示す回路図である。
【図５】第２実施例の経過フレームと加算比率の関係を示すグラフである。
【図６】この発明の画像処理装置の第３実施例を示す回路図である。
【図７】この発明の画像処理装置の第４実施例を示す回路図である。
【図８】この発明の画像処理装置の第５実施例を示す回路図である。
【図９】移動平均フィルタの説明図である。
【図１０】ピラミッド形フィルタの説明図である。
【符号の説明】
１…被写体
５…画像処理装置
１１、１２…第１、第２の乗算器（ボケ画像作成手段）
１３…係数演算器（ボケ画像作成手段）
１４…加算器（ボケ画像作成手段）
１５…テンプレートフィルタ（低周波数成分弁別手段）
１６…フレームメモリ（ボケ画像記憶手段）
２１、２２、２３、２４…第１、第２、第３、第４のテンプレートフィルタ（低周波数成分弁別手段）
２５、２６、２７…第１、第２、第３のフレームメモリ（ボケ画像記憶手段）
２８、２９、３０…第１、第２、第３の乗算器（ボケ画像作成手段）
３１、３２、３３、３４…第１、第２、第３、第４のテンプレートフィルタ（低周波数成分弁別手段）
３５、３６、３７…第１、第２、第３のフレームメモリ（ボケ画像記憶手段）
３８、３９、４０、４１…第１、第２、第３、第４の乗算器（ボケ画像作成手段）
４２、４３、４４…第１、第２、第３の加算器（ボケ画像作成手段）
５３…動き量検出手段
５４…係数変換手段

Claims

被写体を撮像した原画像を入力して低周波数成分を弁別処理する低周波数成分弁別手段と、前記周波数成分弁別手段で低周波数成分を弁別処理したボケ画像の１フレーム分を入力して記憶するボケ画像記憶手段と、原画像と前記ボケ画像記憶手段で記憶された過去フレームのボケ画像とを演算処理して低周波数成分を抽出したボケ画像を作成するボケ画像作成手段とを備えたことを特徴とする画像処理装置。
請求項１に記載の画像処理装置において、被写体の動き量を検出する動き量検出手段と、前記動き量検出手段で検出される動き量に応じ、動き量が大きいほど過去フレームの画像の影響が少なくなるように影響低減係数を抽出する係数変換手段とを備え、被写体を撮像した原画像とボケ画像とに影響低減係数を付与するものである画像処理装置。