JP2005319214A - 画像処理装置及びその方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 ダイナミックレンジの変更に用いるＬＵＴを、画像の特徴量に応じて作成することで、出力画像のコントラストの不足や過多を抑えることができ、また、ダイナミックレンジ圧縮でのアーティファクトの発生を抑制することができる画像処理装置及びその方法、プログラムを提供する。
【解決手段】 画像の画素値に基づくヒストグラムを作成する。作成されたヒストグラムの画素値区間毎のヒストグラム値に基づいて、前記画像のダイナミックレンジの変更に用いるＬＵＴを作成する。作成されたＬＵＴに基づき、画像のダイナミックレンジを変更する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、画像のダイナミックレンジを変更する画像処理装置及びその方法、プログラムに関するものである。

近年のデジタル技術の進歩により、放射線画像をデジタル画像信号（以後、デジタル画像信号を構成する画素の値を画素値と呼ぶ）に変換し、該デジタル画像信号に画像処理を行い、ＣＲＴ等の表示装置に表示あるいはフィルムに出力することが行われている。

ところで、放射線画像が撮影された場合、変換されたデジタル画像信号を表示あるいはフィルム出力に適した画像にするため、直線又はフィルムの特性を示すＳ字状の階調変換曲線等のＬＵＴを用いて、階調変換処理するのが一般的である。

また、人体のＸ線画像の場合、被写体の固体差、撮影条件等により被写体のダイナミックレンジが異なるため、予め被写体のダイナミックレンジの最小値と最大値が最適に収まるように被写体のダイナミックレンジを変更（圧縮または伸長）することが行われる（例えば、非特許文献１参照）。

この方法によれば、出力媒体に、与えられたダイナミックレンジ内に被写体のダイナミックレンジが収まるように処理されるため、出力媒体の性能を最大限に活用でき、診断し易い出力画像が得られる。

また、さらに微細構造のコントラストを維持したまま出力媒体のダイナミックレンジに収める処理として、ダイナミックレンジ圧縮処理を行う場合がある。この方法としては、例えば、非特許文献２に記載されるものがある。

この方法は、本処理後の画像の画素値をＳ_D、オリジナル画像の画素値をＳ_org、オリジナル画像をマスクサイズＭ×Ｍ画素で移動平均をとった時の平均画素値（平滑化画像の画素値）をＳusとし、単調減少関数ｆ（ｘ）をもって、

となる式（１）及び（２）により処理されるものである。また、式（１）は、

となる式（３）に変更することも可能である。
ここで、Ｓ_org−Ｓusは、画像の高周波成分に相当するため、低周波成分に限定したダイナミックレンジの変更処理と捉えることができる。よって、高周波成分に相当する微細構造を維持することができる。
田村秀行監修，「コンピュータ画像処理入門」，（日本），総研出版発行，ＰＰ９５−９７。 阿南ほか，「日本放射線学会雑誌」，１９８９年８月，第４５巻，第８号，１０３０頁。

しかしながら、非特許文献１に記載される方法では、画像のダイナミックレンジが過剰に圧縮された場合にコントラストが不足する課題がある。

逆に、過剰に伸長された場合には、必要以上にコントラストがついてしまう課題がある。さらに、画像全体に対して一律な圧縮或いは伸長処理が行われるため、局所領域毎に考えた場合、少ない情報量に対して無駄に広いダイナミックレンジが割り当てられたり、情報量が多いにも関わらず狭いダイナミックレンジが割り当てられてしまうという課題がある。

また、非特許文献２に記載される方法では、低周波成分に対してのみダイナミックレンジが変更されるため、ダイナミックレンジが過剰に圧縮された場合においてもコントラストが不足することはない。

しかしながら、低周波成分と高周波成分のバランスが崩れることによりオーバーシュートやアンダーシュートによるアーティファクトが発生するという課題がある。これは、特に、画素値勾配の大きいエッジ周辺において顕著にあらわれる。つまり、エッジとしての情報量が多いにも関わらず、低周波が狭いダイナミックレンジに割り当てられた場合にアーティファクトが発生する。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ダイナミックレンジの変更に用いるＬＵＴを、画像の特徴量に応じて作成することで、出力画像のコントラストの不足や過多を抑えることができ、また、ダイナミックレンジ圧縮でのアーティファクトの発生を抑制することができる画像処理装置及びその方法、プログラムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明による画像処理装置は以下の構成を備える。即ち、
画像のダイナミックレンジを変更する画像処理装置であって、
前記画像の濃度値ヒストグラム及び微分ヒストグラムの少なくともどちらか一方のヒストグラムを作成するヒストグラム作成手段と、
前記ヒストグラム作成手段によって作成されたヒストグラムの画素値区間毎のヒストグラム値に基づいて、前記画像のダイナミックレンジの変更に用いるＬＵＴを作成するＬＵＴ作成手段と、
前記ＬＵＴ作成手段によって作成されたＬＵＴに基づき、前記画像のダイナミックレンジを変更する変更手段と
を備える。

上記の目的を達成するための本発明による画像処理装置は以下の構成を備える。即ち、
画像のダイナミックレンジを変更する画像処理装置であって、
画像のダイナミックレンジの変更量を設定する変更量設定手段と、
前記画像の画素値に基づくヒストグラムを作成するヒストグラム作成手段と、
前記ヒストグラム作成手段によって作成されたヒストグラムの画素値区間毎のヒストグラム値に基づいて、前記変更量設定手段で設定されたダイナミックレンジとなる、前記画像のダイナミックレンジの変更に用いるＬＵＴを作成するＬＵＴ作成手段と、
前記ＬＵＴ作成手段によって作成されたＬＵＴに基づき、前記画像のダイナミックレンジを変更する変更手段と
を備える。

また、好ましくは、画像のダイナミックレンジの変更量を設定する変更量設定手段とを更に備え、
前記ＬＵＴ作成手段は、前記ヒストグラム作成手段によって作成されたヒストグラムの画素値区間毎のヒストグラム値に基づいて、前記変更量設定手段で設定されたダイナミックレンジとなる、前記画像のダイナミックレンジの変更に用いるＬＵＴを作成する。

また、好ましくは、前記画像内の関心領域を抽出する領域抽出手段と、
前記領域抽出手段によって抽出された関心領域のダイナミックレンジの変更量を設定する変更量設定手段とを更に備え、
前記ヒストグラム作成手段は、前記領域抽出手段によって抽出された関心領域の画像の濃度値ヒストグラム及び微分ヒストグラムの少なくともどちらか一方のヒストグラムを作成し、
前記ＬＵＴ作成手段は、前記ヒストグラム作成手段によって作成されたヒストグラムの画素値区間毎のヒストグラム値に基づいて、前記領域抽出手段で抽出された関心領域が前記変更量設定手段によって設定されたダイナミックレンジとなる、前記画像のダイナミックレンジの変更に用いるＬＵＴを作成する。

また、好ましくは、前記ＬＵＴ作成手段は、前記画像のダイナミックレンジを圧縮する場合は、画素値区間毎のヒストグラム値が最小となる区間が圧縮されるように、前記ＬＵＴを作成する。

また、好ましくは、前記ＬＵＴ作成手段は、前記画像のダイナミックレンジを圧縮する場合は、出力のダイナミックレンジが所望とするダイナミックレンジになるまで、画素値区間毎のヒストグラム値が小さい区間から、順番に出力画素値差が小さくなるように、前記ＬＵＴを変更し作成する。

また、好ましくは、前記ＬＵＴ作成手段は、前記画像のダイナミックレンジを伸長する場合は、画素値区間毎のヒストグラム値が最大となる区間が伸長されるように、前記ＬＵＴを作成する。

また、好ましくは、前記ＬＵＴ作成手段は、前記画像のダイナミックレンジを伸長する場合は、出力のダイナミックレンジが所望とするダイナミックレンジになるまで、画素値区間毎のヒストグラム値が大きい区間から、順番に出力画素値差が大きくなるように、前記ＬＵＴを変更し作成する。

また、好ましくは、前記ＬＵＴ作成手段は、各画素値区間の圧縮率及び伸長率に制限値を設定し、その制限値範囲内で、前記ＬＵＴを作成する。

上記の目的を達成するための本発明による画像処理方法は以下の構成を備える。即ち、
画像のダイナミックレンジを変更する画像処理方法であって、
前記画像の濃度値ヒストグラム及び微分ヒストグラムの少なくともどちらか一方のヒストグラムを作成するヒストグラム作成工程と、
前記ヒストグラム作成工程によって作成されたヒストグラムの画素値区間毎のヒストグラム値に基づいて、前記画像のダイナミックレンジの変更に用いるＬＵＴを作成するＬＵＴ作成工程と、
前記ＬＵＴ作成工程によって作成されたＬＵＴに基づき、前記画像のダイナミックレンジを変更する変更工程と
を備える。

上記の目的を達成するための本発明によるプログラムは以下の構成を備える。即ち、
画像のダイナミックレンジを変更する画像処理を実現するプログラムであって、
前記画像の濃度値ヒストグラム及び微分ヒストグラムの少なくともどちらか一方のヒストグラムを作成するヒストグラム作成工程のプログラムコードと、
前記ヒストグラム作成工程によって作成されたヒストグラムの画素値区間毎のヒストグラム値に基づいて、前記画像のダイナミックレンジの変更に用いるＬＵＴを作成するＬＵＴ作成工程のプログラムコードと、
前記ＬＵＴ作成工程によって作成されたＬＵＴに基づき、前記画像のダイナミックレンジを変更する変更工程のプログラムコードと
を備える。

本発明によれば、ダイナミックレンジの変更に用いるＬＵＴを、画像の特徴量に応じて作成することで、出力画像のコントラストの不足や過多を抑えることができ、また、ダイナミックレンジ圧縮でのアーティファクトの発生を抑制することができる画像処理装置及びその方法、プログラムを提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は本実施形態のＸ線撮影装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すＸ線撮影装置１００は、撮影された画像をフィルム上又はモニタ上に出力する際の効果的な画像処理を行う機能を有するＸ線の撮影装置である。Ｘ線撮影装置１００は、データ収集回路１０５、前処理回路１０６、ＣＰＵ１０８、メインメモリ１０９、操作パネル１１０、画像表示器１１１、画像処理回路１１２を備えており、これらはＣＰＵバス１０７を介して互いにデータ授受が可能に接続されている。

また、Ｘ線撮影装置１００において、データ収集回路１０５と前処理回路１０６は相互に接続されており、データ収集回路１０５には２次元Ｘ線センサ１０４及びＸ線発生回路１０１とが接続されている。

更に、画像処理回路１１２は、領域抽出回路１１３、変更量設定回路１１４、ヒストグラム作成回路１１５、ＬＵＴ作成回路１１６、変更回路１１７、特徴量抽出回路１１８、階調処理回路１１９を含んで構成されており、各回路はＣＰＵバス１０７に接続されている。

このＸ線撮影装置１００において、まず、メインメモリ１０９は、ＣＰＵ１０８での処理に必要な各種データ等を記憶すると共に、ＣＰＵ１０８のワーキング・メモリとして機能する。ＣＰＵ１０８は、メインメモリ１０９を用いて、操作パネル１１０からの操作に従った装置全体の動作制御を行う。これにより、Ｘ線撮影装置１００は、以下のように動作する。

まず、操作パネル１１０を介してユーザから撮影指示が入力されると、この撮影指示はＣＰＵ１０８によりデータ収集回路１０５に伝えられる。ＣＰＵ１０８は、撮影指示を受けると、Ｘ線発生回路１０１及び２次元Ｘ線センサ１０４を制御してＸ線撮影を実行させる。

Ｘ線撮影では、まず、Ｘ線発生回路１０１が、被写体１０３に対してＸ線ビーム１０２を放射する。Ｘ線発生回路１０１から放射されたＸ線ビーム１０２は、被写体１０３を減衰しながら透過して、２次元Ｘ線センサ１０４に到達する。そして、２次元Ｘ線センサ１０４によりＸ線画像信号が出力される。本実施形態では、被写体１０３を人体とする。すなわち、２次元Ｘ線センサ１０４から出力されるＸ線画像は人体画像となる
データ収集回路１０５は、２次元Ｘ線センサ１０４から出力されたＸ線画像信号を所定のデジタル信号に変換してＸ線画像データとして前処理回路１０６に供給する。前処理回路１０６は、データ収集回路１０５からの信号（Ｘ線画像データ）に対して、オフセット補正処理やゲイン補正処理等の前処理を行う。この前処理回路１０６で前処理が行われたＸ線画像データは原画像データとして、ＣＰＵ１０８の制御により、ＣＰＵバス１０７を介して、メインメモリ１０９、画像処理回路１１２に転送される。

画像処理回路１１２において、領域抽出回路１１３は入力画像から関心領域を抽出する。変更量設定回路１１４は、領域抽出回路１１３で抽出された関心領域のダイナミックレンジ変更量を設定する。ヒストグラム作成回路１１５は、領域抽出回路１１３で抽出された関心領域のヒストグラムを作成する。

ＬＵＴ作成回路１１６は、処理対象画像のダイナミックレンジの変更に用いるＬＵＴを作成する。特に、本実施形態では、ヒストグラム作成回路１１５で作成されたヒストグラムの画素値区間毎のヒストグラム値に基づいて、領域抽出回路１１３で抽出された関心領域が変更量設定回路１１４で設定されたダイナミックレンジとなるＬＵＴを作成する。変更回路１１７は、ＬＵＴ作成回路１１６で作成されたＬＵＴに基づきダイナミックレンジを変更する変更回路である
特徴量抽出回路１１８が、階調処理に必要な特徴量を抽出する。階調処理回路１１９は、特徴量抽出回路１１８で抽出された特徴量に応じて階調変換を行う。

以上のような構成を備える本実施形態のＸ線撮影装置の動作について、以下により詳細に説明する。

図２は本発明の実施形態の画像処理回路によるダイナミックレンジの変更処理を示すフローチャートである。

前処理回路１０６によって得られた原画像データは、ＣＰＵバス１０７を介して画像処理１１２に転送される。

まず、ステップＳ２０１において、画像処理装置１１２の領域抽出回路１１３が原画像データから関心領域を抽出する。ここでは、出力媒体（例えば、画像表示器１１１あるいはフィルム出力）に出力する領域を算出する。

例えば、素抜けを除く被写体領域を抽出する。また、算出方法は特に限定するものでないが、例えば、入力画像全体の画素値から最大画素値の９０％の値をＴｈ１として算出し、式（４）により入力画像ｆ（ｘ，ｙ）から素抜け及び素抜け領域と一定間隔内で接する体領域を削除した後の画像ｆ１（ｘ，ｙ）を算出する。

ここで、式（４）のｄ１およびｄ２は、入力画像ｆ（ｘ，ｙ）から素抜け領域と一定間隔内で接する被写体領域を削除する際の一定間隔の幅を決定するための定数を示し、入力画像ｆ（ｘ，ｙ）の大きさ等に基づいて設定される。

以上のように、素抜けを除去した画像ｆ（ｘ，ｙ）から画素値０を除く、最大値及び最小値から被写体領域を算出する。この方法は、例えば、本出願人によりすでに提案されているものである（特開２００１−０９４８２８参照）。
ここで、関心領域は、素抜けを除いた被写体領域に限定されるものではなく、被写体内の特定部分を関心領域として抽出してもよい、また関心領域は手動で設定しても良い。

次に、ステップＳ２０２において、変更量設定回路１１４が領域抽出回路１１３で抽出された関心領域のダイナミックレンジ変更量の設定を行う。ここで、ダイナミックレンジ変更量の設定方法は特に限定しないが、手動で設定しても良いし、出力媒体のダイナミックレンジや出力の際に用いる階調変換曲線に基づいて算出しても良い。本実施形態では、操作パネル１１０によってユーザが手動で設定できる構成となっている。

次に、ステップＳ２０３において、ヒストグラム作成回路１１５が領域抽出回路１１３で抽出された関心領域の画素値に基づくヒストグラムを作成する。ヒストグラムは画素値に対する出現頻度を表す濃度値ヒストグラム、あるいは画素値に対する微分値の和を表す微分ヒストグラムを作成すれば良い。ここで、濃度値ヒストグラムの出現頻度が高い領域ほど画像の情報が集中していることを意味する。また、微分ヒストグラムで微分値の和が高い領域ほど画素値勾配の大きいエッジが集中していることを意味する。

次に、ステップＳ２０４において、ＬＵＴ作成回路１１６がヒストグラム作成回路１１５で作成されたヒストグラムの画素値区間毎のヒストグラム値に基づいて、ＬＵＴを作成するＬＵＴ作成処理を実行する。

ここで、ＬＵＴ作成処理の詳細について、図３及び図４を用いて説明する。ここで、図３はダイナミックレンジを圧縮するための圧縮用ＬＵＴを作成する圧縮用ＬＵＴ作成処理を示し、図４はダイナミックレンジを伸長するための伸長用ＬＵＴを作成する伸長用ＬＵＴ作成処理を示している。

尚、圧縮、伸長どちらを行うかは変更量設定回路１１４で設定されたダイナミックレンジと画像の関心領域のダイナミックレンジに基づいて決定される。

以下、図３及び図４のフローチャートに従うＬＵＴ作成処理について説明する。

まず、図３のフローチャートを用いて、ダイナミックレンジを圧縮する場合の圧縮用ＬＵＴ作成処理について説明する。

まず、ステップＳ３０１において、画素値区間毎のヒストグラム値及び圧縮率を算出する。ヒストグラム値及び圧縮率を算出する単位となる初期区間は、例えば、図５（ａ）のａ，ｂのように重ならないように設定しても良いし、図５（ｂ）のａ、ｂのように重なるように設定してもよい。

本実施形態では、図５（ｂ）のように重なる２階調分づつを区間として設定する。ここで、区間毎のヒストグラム値は、図６のように設定した画素値幅内のヒストグラム値の和をそれぞれ算出すれば良い。区間毎の圧縮率は、１/（区間の入力階調数）として定義し、圧縮率が１より小さいほど、圧縮の度合いが強いことを意味する。本実施形態では、初期状態の区間の入力階調数は２であるので圧縮率は１／２となる。

次に、ステップＳ３０２において、圧縮率が制限範囲内の区間で、かつヒストグラム値が最小となる区間を探索する。ここで、圧縮率の制限値は０より大きく１より小さい範囲で設定する。これは、区間毎の圧縮率が極端に小さくなるのを防ぐためであり、経験的に算出し設定すれば良い。このように、制限値を設けることで圧縮による極端なコントラスト低下を抑えることができる。

次に、ステップＳ３０３において、ヒストグラム値が最小となる区間のＬＵＴの傾きを変更する。

具体的には、区間内の出力画素値が同じになるようにＬＵＴを変更する。例えば、図７（ａ）が初期状態のＬＵＴである。初期状態のＬＵＴはリニアであり、入力と出力の階調数は同一である。ここで、図６のヒストグラムの場合、区間ｃがヒストグラム値が最小となる区間であるので、この区間の画素値が、図７（ｂ）のように同一となるように変更する。また、区間ｃ以外の区間の傾きが変わらないように、区間ｃ以上の各区間の画素値は同様の比率でシフトさせる。ここで、区間ｃ以上ではなく区間ｃ以下の各区間をシフトさせても良い。

次に、ステップＳ３０４において、ダイナミックレンジが最適であるか否かを判定する。ここで、最適であるか否かの判定は、変更量設定回路１１４で設定されたダイナミックレンジと作成されたＬＵＴの出力ダイナミックレンジが等しいか否かを判定する。等しい場合、つまり、最適である場合（ステップＳ３０４でＹＥＳ）、ＬＵＴの作成は終了する。一方、等しくない場合、つまり、最適でない場合（ステップＳ３０４でＮＯ）、さらにＬＵＴの変更を行うために、ステップＳ３０５に進む。

次に、ステップＳ３０５において、ダイナミックレンジをさらに圧縮する場合は各画素値区間を更新し、ステップＳ３０１で区間毎のヒストグラム値及び圧縮率を再計算する。

まず、図６の区間ｃに対する出力後画素値は既に統一されたので、区間ｃは結合し、図８のａ’、ｂ’、c’のように区間を更新する。

そして、ステップＳ３０１に戻り、更新された区間内のヒストグラム値の和を再計算する。また、ｂ’及びｃ’は区間の入力階調数が３となるので区間ｂ’及びｃ’の圧縮率を１／３に更新する。

ここで、再び、ステップＳ３０２及びステップＳ３０３によって、ＬＵＴを変更していく。図８では、区間ｂ’がヒストグラム値が最小となる区間となるので、図９（ａ）のように更新されたＬＵＴを、図９（ｂ）のようにさらに変更する。

以上のような一連の操作を所望とするダイナミックレンジになるまで、繰り返し行い最適なＬＵＴを作成する。つまり、ダイナミックレンジを圧縮する場合は、出力のダイナミックレンジが所望とするダイナミックレンジになるまで、画素値区間毎のヒストグラム値が小さい区間から、順番に出力画素値差が小さくなるように、ＬＵＴを変更し作成する。

このように作成された圧縮用ＬＵＴでは、濃度値ヒストグラムを元に作成した場合、濃度分布が疎な領域が優先的に圧縮される。このことにより、画像全体で圧縮される画素の数が必要最低限に減少されるため、画像全体でみた場合のコントラストの低下を極力抑えることができる。

また、微分ヒストグラムを用いた場合は、さらにエッジの勾配の大きさが反映されるため、エッジの勾配の大きい領域の圧縮は極力抑えられる。このことにより、ダイナミックレンジ圧縮を行う場合においてもアーティファクトを抑制することができる。また、圧縮率に制限値を設けているため局部領域の極端なコントラスト低下を抑えることができる。

次に、図４のフローチャートを用いて、ダイナミックレンジを伸長する場合の伸長用ＬＵＴ作成処理について説明する。

まず、ステップＳ４０１において、画素値区間毎のヒストグラム値及び伸長率を算出する。ヒストグラム値及び伸長率を算出する単位となる初期区間は、例えば、図１０のように設定する。図１０に示すにように、本実施形態では１階調づつを初期区間として設定する。ここで、区間毎のヒストグラム値を圧縮の場合と同様に算出する。

また、伸長率は２／（区間の入力階調数）として定義し、圧縮率が１より大きいほど、伸長の度合いが強いことを意味する。本実施形態では、初期状態の区間の入力階調数は１であるので伸長率は２／１となる。

次に、ステップＳ４０２において、伸長率が制限範囲内の区間で、かつヒストグラム値が最大となる点を探索する。ここで、伸長率の制限値は１より大きい範囲で経験的に算出し設定すればよい。ここで、伸長率に制限を設けるのは、区間毎の伸長率が極端に大きくなるのを防ぐためである。このように、制限値を設けることで伸長による極端なコントラスト増加を抑えることができる。

次に、ステップＳ４０３において、ヒストグラム値が最大となる区間のＬＵＴの傾きを変更する。

具体的には、区間内を２等分し出力画素値増加するようにＬＵＴを変更する。例えば、図１１において、ヒストグラム値が最大となる区間は区間ｃである。そこで、図１２（ａ）の初期ＬＵＴの区間ｃを２等分し、出力値差を図１２（ｂ）のように一段増加させる。また、区間ｃ以上の区間の傾きが変わらないように区間ｃ以上の各区間の画素値は同様の比率でシフトさせる。ここで、区間ｃ以上ではなく区間ｃ以下の各区間をシフトさせても良い。

次に、ステップＳ４０４において、ダイナミックレンジが最適であるか否かを判定する。ここで、最適であるか否かの判定は、変更量設定回路１１４で設定されたダイナミックレンジと作成されたＬＵＴの出力ダイナミックレンジが等しいか否かを判定する。等しい場合、つまり、最適である場合（ステップＳ４０４でＹＥＳ）、ＬＵＴの作成は終了する。一方、等しくない場合、つまり、最適でない場合（ステップＳ４０４でＮＯ）、さらにＬＵＴの変更を行うために、ステップＳ４０５に進む。。

次に、ステップＳ４０５において、ダイナミックレンジをさらに伸長する場合は各画素値区間を更新し、ステップＳ４０１で区間毎のヒストグラム値及び伸長率を再計算する。

まず、図１１の区間ｃに対する出力後画素値は既に分離されたので、区間ｃは分離し、図１３のａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’のように区間を更新する。

ここで、ステップＳ４０１において、更新された区間内のヒストグラム値の和を再計算するが区間ｃが分離されたことで、区間ｃ’、ｄ’のヒストグラム値は区間ｃのヒストグラム値を２等分した値とする。また、ｃ’及びｄ’は区間の入力階調数が０．５となるので区間ｃ’及びｄ’の圧縮率を、２／０．５に更新する。

ここで、再び、ステップＳ４０２及びステップＳ４０３によって、ＬＵＴを変更していく。図１３では、区間ａ’のヒストグラム値が最も大きいので、図１４（ａ）のように更新されたＬＵＴを図１４（ｂ）のようにさらに変更する。

以上のような一連の操作を所望とするダイナミックレンジになるまで、繰り返し行い最適なＬＵＴを作成する。つまり、ダイナミックレンジを伸長する場合は、出力のダイナミックレンジが所望とするダイナミックレンジになるまで、画素値区間毎のヒストグラム値が大きい区間から、順番に出力画素値差が大きくなるように、ＬＵＴを変更し作成する。

このように作成された伸長用ＬＵＴでは、濃度値ヒストグラムを元に作成した場合、濃度分布が蜜な領域が優先的に伸長される。このことにより、画像全体で伸長される画素の数が最大限に増加されるため、画像全体でみた場合ではコントラストの高い画像を作成することができる。また、伸長率に制限値を設けているため局部領域の極端なコントラスト増加を抑えることができる。

以上の処理によって、ダイナミックレンジを圧縮するあるいは伸長するための圧縮用あるいは伸長用ＬＵＴを作成することができる。ここで、高速に処理するためにヒストグラムをあらかじめ間引いても同様のことが行えることはいうまでもない。また、さらに作成されたＬＵＴの所定の各端点を全範囲にわたって関数フィッティングすることで、滑らかなＬＵＴを作成しても良い。また、ヒストグラムに対して処理対象領域を複数設定し、領域毎に圧縮あるいは伸長用ＬＵＴを作成して、これらを最終的に繋げて構成しても良い。

図２の説明に戻る。

次に、ＬＵＴ作成処理後、ステップＳ２０５において、変更回路１１７がＬＵＴ作成回路１１６で作成されたＬＵＴを用いて画像のダイナミックレンジを変更する。ここで、単純に画像のダイナミックレンジを変更する場合は、入力画像に対してＬＵＴを適用すればよい。また、変更回路１１７は高周波成分を保持するダイナミックレンジ圧縮でも良い。

尚、ダイナミックレンジ圧縮の方法については特に限定しないが、上述で述べた非特許文献２に記載されている方法を用いる場合では、式（３）の関数ｆ１（）を、本方式で作成したＬＵＴとすれば良い。また、ウェーブレットやラプラシアンピラミッド方式を用いた多重解像度分解によるダイナミックレンジ圧縮であっても良い。

以上説明したように、本実施形態によれば、画像のダイナミックレンジを変更する際に区間毎のヒストグラム値によって変更度を調整する。このことにより、ダイナミックレンジを圧縮する場合は、コントラストの低下を極力抑えることができる。また、ダイナミックレンジを伸長する場合においては、逆に画像全体のコントラストを大幅に改善することができる。

また、さらに、エッジ情報を加味することで、ダイナミックレンジ圧縮において、アーティファクトの発生しやすいエッジ周辺の圧縮を効果的に抑えることができる。さらに、圧縮及び伸長に制限値を設けたことで、局所領域の極端なコントラスト変動を抑えることができる。

画素値区間毎のヒストグラム値に基づいてＬＵＴを作成することで、画像の局所領域毎の情報量に応じた柔軟なＬＵＴを作成することができる。

ダイナミックレンジの変更量を設定することで、出力媒体や好みのダイナミックレンジを設定でき、自由度のある画像処理を実行することができる。

関心領域を予め抽出することで、特定領域に限定した画像処理を実行することができる。

濃度値ヒストグラムあるいは微分ヒストグラムを用いることで、濃度分布やエッジの勾配の大きさを加味した柔軟なＬＵＴを作成することができる。

ダイナミックレンジを圧縮する場合に画素値区間毎のヒストグラム値が小さい区間を圧縮することで、画像全体のコントラストの低下を最低限に抑えるながら所望とするダイナミックレンジとなるＬＵＴを作成することができる。

ダイナミックレンジを伸長する場合に画素値区間毎のヒストグラム値が大きい区間を伸長することで、画像全体のコントラストの大幅に改善しながら所望とするダイナミックレンジとなるＬＵＴを作成することができる。

各画素値区間の圧縮率及び伸長率に制限値を設けることで、局所領域の極端なコントラスト変動を抑えることができる。

以上、実施形態例を詳述したが、本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラムもしくは記憶媒体等としての実施態様をとることが可能であり、具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、また、一つの機器からなる装置に適用しても良い。

尚、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラム（実施形態では図に示すフローチャートに対応したプログラム）を、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。

従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。

その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等の形態であっても良い。

プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ）などがある。

その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、該ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明に含まれるものである。

また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせ、その鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。

また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。

さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された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書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。

本実施形態のＸ線撮影装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態の画像処理回路によるダイナミックレンジの変更処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の圧縮用ＬＵＴ作成処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の伸長用ＬＵＴ作成処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態のヒストグラムの画素値区間の分割方法の一例を示す図である。 本発明の実施形態の画素値区間のヒストグラム値の算出方法を説明するための図である。 本発明の実施形態のＬＵＴの変更手順を説明するための図である。 本発明の実施形態のヒストグラムの画素値区間の再分割方法を説明するための図である。 本発明の実施形態のＬＵＴの変更手順を説明するための図である。 本発明の実施形態のヒストグラムの画素値区間毎の分割方法の一例を示す図である。 本発明の実施形態の画素値区間のヒストグラム値の算出方法を説明するための図である。 本発明の実施形態のＬＵＴの変更手順を説明するための図である。 本発明の実施形態のヒストグラムの画素値区間の再分割方法を説明するための図である。 本発明の実施形態のＬＵＴの変更手順を説明するための図である。

符号の説明

１００ Ｘ線撮影装置
１０１ Ｘ線発生回路
１０２ Ｘ線ビーム
１０３ 被写体
１０４ ２次元Ｘ線センサ
１０５ データ収集回路
１０６ 前処理回路
１０７ ＣＰＵバス
１０８ ＣＰＵ
１０９ メインメモリ
１１０ 操作パネル
１１１ 画像表示器
１１２ 画像処理回路
１１３ 領域抽出回路
１１４ 変更量設定回路
１１５ ヒストグラム作成回路
１１６ ＬＵＴ作成回路
１１７ 変更回路
１１８ 特徴量抽出回路
１１９ 階調処理回路

Claims (10)

1. 画像のダイナミックレンジを変更する画像処理装置であって、
   前記画像の濃度値ヒストグラム及び微分ヒストグラムの少なくともどちらか一方のヒストグラムを作成するヒストグラム作成手段と、
   前記ヒストグラム作成手段によって作成されたヒストグラムの画素値区間毎のヒストグラム値に基づいて、前記画像のダイナミックレンジの変更に用いるＬＵＴを作成するＬＵＴ作成手段と、
   前記ＬＵＴ作成手段によって作成されたＬＵＴに基づき、前記画像のダイナミックレンジを変更する変更手段と、
   を備えることを特徴とする画像処理装置。
2. 画像のダイナミックレンジの変更量を設定する変更量設定手段とを更に備え、
   前記ＬＵＴ作成手段は、前記ヒストグラム作成手段によって作成されたヒストグラムの画素値区間毎のヒストグラム値に基づいて、前記変更量設定手段で設定されたダイナミックレンジとなる、前記画像のダイナミックレンジの変更に用いるＬＵＴを作成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記画像内の関心領域を抽出する領域抽出手段と、
   前記領域抽出手段によって抽出された関心領域のダイナミックレンジの変更量を設定する変更量設定手段とを更に備え、
   前記ヒストグラム作成手段は、前記領域抽出手段によって抽出された関心領域の画像の濃度値ヒストグラム及び微分ヒストグラムの少なくともどちらか一方のヒストグラムを作成し、
   前記ＬＵＴ作成手段は、前記ヒストグラム作成手段によって作成されたヒストグラムの画素値区間毎のヒストグラム値に基づいて、前記領域抽出手段で抽出された関心領域が前記変更量設定手段によって設定されたダイナミックレンジとなる、前記画像のダイナミックレンジの変更に用いるＬＵＴを作成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
4. 前記ＬＵＴ作成手段は、前記画像のダイナミックレンジを圧縮する場合は、画素値区間毎のヒストグラム値が最小となる区間が圧縮されるように、前記ＬＵＴを作成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
5. 前記ＬＵＴ作成手段は、前記画像のダイナミックレンジを圧縮する場合は、出力のダイナミックレンジが所望とするダイナミックレンジになるまで、画素値区間毎のヒストグラム値が小さい区間から、順番に出力画素値差が小さくなるように、前記ＬＵＴを変更し作成する
   ことを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
6. 前記ＬＵＴ作成手段は、前記画像のダイナミックレンジを伸長する場合は、画素値区間毎のヒストグラム値が最大となる区間が伸長されるように、前記ＬＵＴを作成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
7. 前記ＬＵＴ作成手段は、前記画像のダイナミックレンジを伸長する場合は、出力のダイナミックレンジが所望とするダイナミックレンジになるまで、画素値区間毎のヒストグラム値が大きい区間から、順番に出力画素値差が大きくなるように、前記ＬＵＴを変更し作成する
   ことを特徴とする請求項６に記載の画像処理装置。
8. 前記ＬＵＴ作成手段は、各画素値区間の圧縮率及び伸長率に制限値を設定し、その制限値範囲内で、前記ＬＵＴを作成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
9. 画像のダイナミックレンジを変更する画像処理方法であって、
   前記画像の濃度値ヒストグラム及び微分ヒストグラムの少なくともどちらか一方のヒストグラムを作成するヒストグラム作成工程と、
   前記ヒストグラム作成工程によって作成されたヒストグラムの画素値区間毎のヒストグラム値に基づいて、前記画像のダイナミックレンジの変更に用いるＬＵＴを作成するＬＵＴ作成工程と、
   前記ＬＵＴ作成工程によって作成されたＬＵＴに基づき、前記画像のダイナミックレンジを変更する変更工程と
   を備えることを特徴とする画像処理方法。
10. 画像のダイナミックレンジを変更する画像処理を実現するプログラムであって、
    前記画像の濃度値ヒストグラム及び微分ヒストグラムの少なくともどちらか一方のヒストグラムを作成するヒストグラム作成工程のプログラムコードと、
    前記ヒストグラム作成工程によって作成されたヒストグラムの画素値区間毎のヒストグラム値に基づいて、前記画像のダイナミックレンジの変更に用いるＬＵＴを作成するＬＵＴ作成工程のプログラムコードと、
    前記ＬＵＴ作成工程によって作成されたＬＵＴに基づき、前記画像のダイナミックレンジを変更する変更工程のプログラムコードと
    を備えることを特徴とするプログラム。

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