JP2006079590A - 画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 求める階調領域で高いコントラストとなる階調変換曲線を簡易に生成する画像処理装置を実現する。
【解決手段】 階調変換曲線を、生成手段５０により、入力画素値ごとのコントラストを反映する勾配曲線を積分して生成し、さらにこの勾配曲線は、設定手段４０により、オペレータの求める形状に設定することとしているので、階調変換曲線を用いた階調変換で、オペレータの望む入力画素値近傍を高いコントラストに階調変換すること、あるいはもっと広くオペレータの望む入力画素値に対するコントラスト分布に階調変換することが容易に行われ、ひいては画像情報の読影を関心領域が見易い状態で行うことを実現させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、被検体を透過するＸ線の画像情報を階調変換曲線を用いて階調変換する画像処理装置に関する。

近年、被検体の透過Ｘ線を画像化するＸ線撮像装置の分野では、画像のデジタル化および高精細化が進んでいる。ここでは、画像情報は、被検体の疾患あるいは病巣に関する情報を、豊富に含むものとなっている。

他方、これら画像情報を表示しオペレータ等の検査により診断がなされる際には、被検体の疾患あるいは病巣が、人間の視覚に捕らえ易いようにする必要がある。ここで、画像情報は、階調変換曲線により、特に関心領域が人間の視覚に捕らえ易いように階調変換されて表示される。

ここで、この階調変換曲線は、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）の形式でメモリに保存され、必要に応じて、階調変換曲線のパラメータ、例えばシフト値あるいは回転量等の設定および適用がなされる。そして、階調変換曲線は、最適なものとされた後に、画像情報の階調変換に供される（例えば、特許文献１参照）。
特開平０９―１６７６２号公報、（第１頁、図１（代表図面））

しかしながら、上記背景技術によれば、階調変換曲線を、最適なものとするには限界があった。すなわち、階調変換曲線は、予め単数あるいは複数のＬＵＴに保存される基本階調変換曲線に基づいて、設定されるパラメータによる変形を加えた後に実際の変換が行われる。これは、簡便で、ある程度の基本階調変換曲線の変化に対応可能であるにもかかわらず、近年の読影に対して要求される高い水準を満たすには充分でない。

特に、画像情報に含まれ被検体の疾患情報は、存在する階調領域が、疾患あるいは被検体等でも異なるものであり、この毎回異なる限定された階調領域のみを高いコントラストで表示することは、基本階調変換特性曲の変形のみで実現することには困難が伴う。

これらのことから、求める階調領域で高いコントラストとなる階調変換曲線を簡易に生成する画像処理装置をいかに実現するかが重要となる。
この発明は、上述した背景技術による課題を解決するためになされたものであり、求める階調領域で高いコントラストとなる階調変換曲線を簡易に生成する画像処理装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の発明にかかる画像処理装置は、被検体を透過するＸ線の画像情報を入力する入力手段と、前記画像情報の画素値ごとのコントラストを示す勾配曲線を設定する設定手段と、前記勾配曲線を積分して階調変換曲線を生成する生成手段と、前記階調変換曲線を用いて前記画像情報に階調変換を行う画像処理部と、を備える。

この請求項１に記載の発明では、設定手段により、画像情報の画素値ごとのコントラストを示す勾配曲線を設定し、生成手段により、勾配曲線を積分して階調変換曲線を生成し、画像処理部により、階調変換曲線を用いて画像情報に階調変換を行う。

また、請求項２に記載の発明にかかる画像処理装置は、請求項１において、設定手段が、複数の画素値および画素値に対応する勾配曲線の値を入力する操作部を備えることを特徴とする。

この請求項２に記載の発明では、設定手段は、操作部により、複数の画素値および画素値に対応する勾配曲線の値を入力する。
また、請求項３に記載の発明にかかる画像処理装置は、請求項１において、前記設定手段が、前記勾配曲線を前記画素値の凸関数にすることを特徴とする。

この請求項３に記載の発明では、設定手段は、勾配曲線を凸関数にする。
また、請求項４に記載の発明にかかる画像処理装置は、請求項３において、前記設定手段が、前記勾配曲線が正値を有する画素値範囲の最小値および最大値、並びに、前記勾配曲線の最大値および前記最大値を有する画素値を入力する操作部を備えることを特徴とする。

この請求項４に記載の発明では、設定手段は、操作部により、勾配曲線が正値を有する画素値範囲の最小値および最大値、並びに、勾配曲線の最大値および前記最大値を有する画素値を入力する。

また、請求項５に記載の発明にかかる画像処理装置は、請求項１ないし４のいずれか１つにおいて、前記設定手段は、前記勾配曲線の全画素に渡る積分値が一定となるように勾配曲線を設定することを特徴とする。

この請求項５に記載の発明では、設定手段は、勾配曲線の全画素値に渡る積分値を一定にする。
また、請求項６に記載の発明にかかる画像処理装置は、請求項５において、前記積分値が、前記階調変換を行って形成される画像情報の最大出力値であることを特徴とする。

この請求項６に記載の発明では、階調変換後の画像情報の最大出力値を、一定の値にする。
また、請求項７に記載の発明にかかる画像処理装置は、請求項５において、前記設定手段が、前記積分値を入力する操作部を備えることを特徴とする。

この請求項７に記載の発明では、操作部は、積分値を入力する。
また、請求項８に記載の発明にかかる画像処理装置は、請求項５ないし７のいずれか１つにおいて、前記設定手段が、前記勾配曲線が正値を有する画素値範囲の最小値および最大値を入力する操作部を有し、前記積分値を一定に保ったまま、前記最小値および前記最大値の情報に基づいて前記勾配曲線を設定することを特徴とする。

この請求項８に記載の発明では、設定手段は、積分値を一定に保ったまま、最小値および最大値の情報に基づいて勾配曲線を設定する。
また、請求項９に記載の発明にかかる画像処理装置は、請求項５ないし８のいずれか１つにおいて、前記勾配曲線の１つの画素値および前記画素値以下の画素値領域の面積を入力する操作部を有し、前記積分値を一定に保ったまま、前記画素値および前記面積の情報に基づいて前記勾配曲線を設定することを特徴とする。

この請求項９に記載の発明では、設定手段は、積分値を一定に保ったまま、画素値およびこの画素値以下の面積の情報に基づいて勾配曲線を設定する。
また、請求項１０に記載の発明にかかる画像処理装置は、請求項１ないし９のいずれか１つにおいて、前記生成手段に、前記画像処理装置が前記階調変換曲線を基本階調変換曲線とし、前記基本階調変換曲線を前記画素値方向へ平行移動させるシフト値および前記基本階調変換曲線の勾配の大きさを変化させる回転量により、前記基本階調変換曲線を最適化する最適化手段を有する際に、前記勾配曲線に基づいて、前記シフト値および前記回転量を算定させる算定手段を備えることを特徴とする。

この請求項１０に記載の発明では、生成手段は、算定手段により、勾配曲線に基づいたシフト値および回転量の算定を行う。
また、請求項１１に記載の発明にかかる画像処理装置は、請求項５において、前記設定手段が、前記積分値の設定を可変可能であることを特徴とする。

この請求項１１に記載の発明では、設定手段は、積分値を可変可能とする。
また、請求項１２に記載の発明にかかる画像処理装置は、請求項５において、設定手段が、前記階調変換を行って形成される画像情報を出力する出力装置の出力特性に応じて前記積分値を可変にすることを特徴とする。

この請求項１２に記載の発明では、設定手段は、画像情報を出力する出力装置の出力特性に応じて積分値を可変にする。
また、請求項１３に記載の発明にかかる画像処理装置は、請求項５ないし７のいずれか１つにおいて、前記設定手段が、少なくとも１つの入力指定値、出力指定値および指定勾配値の組を入力する操作部を有し、前記積分値を一定に保ったまま、前記入力指定値以下の積分値が前記出力指定値になり、かつ前記入力指定値における値が前記指定勾配値となる勾配曲線を設定することを特徴とする。

この請求項１３に記載の発明では、設定手段は、勾配曲線を、積分値を一定に保ったまま、入力指定値以下の積分値が出力指定値とし、かつ入力指定値における値が指定勾配値とする。

以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、設定手段により、画像情報の画素値ごとのコントラストを示す勾配曲線を設定し、生成手段により、勾配曲線を積分して階調変換曲線を生成し、画像処理部により、階調変換曲線を用いて画像情報に階調変換を行うこととしているので、オペレータが画素値ごとのコントラストを直感的に把握できる勾配曲線を用いた階調変換曲線の生成により、オペレータが望む画素値で、望むコントラストとなる階調変換曲線を容易に実現し、ひいては読影をオペレータが見易い階調で行うことができる。

請求項２に記載の発明によれば、設定手段は、操作部により、複数の画素値および画素値に対応する勾配曲線の値を入力することとしているので、勾配曲線を、オペレータが望む形状に詳細設定することができる。

請求項３に記載の発明によれば、設定手段は、勾配曲線を凸関数にすることとしているので、穏やかにコントラストが高くなり、最高コントラストになった後、穏やかにコントラストが低くなる自然な形状を得ることができる。

請求項４に記載の発明によれば、設定手段は、操作部により、勾配曲線が正値を有する画素値範囲の最小値および最大値、並びに、勾配曲線の最大値および前記最大値を有する画素値を入力することとしているので、主要パラメータのみを用いて、簡易に凸関数の設定を行うことができる。

請求項５に記載の発明によれば、設定手段は、勾配曲線の全画素値に渡る積分値を一定にすることとしているので、階調変換を行った際に変換される信号の範囲を所定の範囲に納めることができる。

請求項６に記載の発明によれば、階調変換後の画像情報の最大出力値を、一定の値にすることとしているので、オペレータは、最大出力値が一定の画像情報を得ることができる。

請求項７に記載の発明によれば、操作部は、積分値を入力することとしているので、オペレータは、最大出力値が目的とする値にされた画像情報を得ることができる。
請求項８に記載の発明によれば、設定手段は、積分値を一定に保ったまま、最小値および最大値に基づいて勾配曲線を設定することとしているので、オペレータは、階調変換後の画像情報を、最大出力値を一定にしたまま、ダイナミックレンジの狭い画像情報とすることができる。

請求項９に記載の発明によれば、設定手段は、積分値を一定に保ったまま、１つの画素値およびこの画素値以下の値を有する画素値領域の面積の情報に基づいて勾配曲線を設定することとしているので、オペレータは、階調変換後の画像情報を、最大出力値を一定にしたまま、１つの画素値およびこの画素値の階調変換後の出力値を、目的とする値にすることができる。

請求項１０に記載の発明によれば、生成手段は、算定手段により、勾配曲線に基づいたシフト値および回転量の算定を行うこととしているので、従来の最適化手段を用いて、勾配曲線を反映させたを基本階調変換曲線の設定を簡易に行うことができる。

請求項１１に記載の発明によれば、設定手段は、積分値を可変可能とすることとしているので、オペレータは、最大出力値を意図する値にすることができる。
請求項１２に記載の発明では、設定手段は、画像情報を出力する出力装置の出力特性に応じて積分値を可変にすることとしているので、出力装置に適合した最大出力値とすることができる。

請求項１３に記載の発明では、設定手段は、勾配曲線を、積分値を一定に保ったまま、入力指定値以下の積分値が出力指定値とし、かつ入力指定値における値が指定勾配値とすることとしているので、階調変換曲線の入力指定値における出力値および勾配を、オペレータの意図したものにすることができる。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる画像処理装置を実施するための最良の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
まず、本実施の形態１にかかる画像処理装置１を含むＸ線撮像システムの全体構成について説明する。図２は、この全体構成を示すブロック図である。この全体構成は、放射線画像取得装置２、画像処理装置１および画像出力装置３を含んでいる。放射線画像取得装置２は、例えば、ＣＲ等の、放線線を用いて被検体の画像情報を取得する装置である。画像処理装置１は、放射線画像取得装置２から通信回線を介して取得される画像情報に、階調変換処理等の画像処理を施す装置である。画像出力装置３は、例えば、高精細モニタあるいはイメージャ等からなり、画像処理が施された画像処理装置１の画像情報を、オペレータが読影可能な、モニタ表示あるいはフィルム状態で出力する装置である。

図１は、画像処理装置１の構成を示す機能ブロック図である。なお、この構成は、ハードウェア、ファームウェアあるいはソフトウェアのいずれを用いても構成することができる。画像処理装置１は、画像情報を入力する入力手段１０、画像データ記憶手段２０、画像処理部３０、設定手段４０、生成手段５０、出力データ記憶手段６０および出力手段７０を含む。

入力手段１０は、放射線画像取得装置２で取得される画像情報、例えば１２ビットの０〜４０９５の分解能を有する画像情報を入力するインターフェースで、画像データ記憶手段２０は、この入力された画像情報を、記憶して保存する。

設定手段４０は、ＣＲＴあるいはＬＣＤ等で構成されるオペレータが各種パラメータの調整操作を行う際のＧＵＩをなす表示部４２およびキーボード等からなる入力装置である操作部４１等を含み、操作部４１からの画像処理を行う各種パラメータの設定、さらにはこれら各種パラメータを用いた画像処理条件の形成を行う。特に、後述する勾配曲線を決定するパラメータの入力を行い、これらパラメータから勾配曲線を決定する。

生成手段５０は、積分手段５１を含み、設定手段４０で決定された勾配曲線情報を取得し、この勾配曲線を積分して階調変換曲線を生成する。この階調変換曲線は、画像処理部３０で階調処理を行う際に用いられる。

画像処理部３０は、画像データ記憶手段２０に保存された画像情報に階調処理を行う。出力データ記憶手段６０は、画像処理部３０から階調処理された表示画像情報を入力および記憶し、出力手段７０は、この表示画像情報を画像出力装置３へ出力する。

ここで、設定手段４０で設定される勾配曲線および生成手段５０で生成される階調変換曲線について詳述する。まず、階調変換曲線は、画像データ記憶手段２０に保存された画像情報の入力画素値に対する表示画像情報の出力値を決める関数である。図３に、この階調変換曲線となる曲線ｙ＝ｆ（ｘ）の一例を示す。横軸は入力画素値ｘ、縦軸は出力値ｙを現す。

図３の階調変換曲線は、入力画素値Ｉｓの近傍で勾配が最も大きなものとなっている。従って、このＩｓ近傍の領域は、大きな出力値の領域に拡大され、高コントラストの状態となる。なお、図３中に、入力画素値Ｉｓにおける階調変換曲線ｙ＝ｆ（ｘ）の接線が、ｙ＝ａ１＊ｘ＋ｂ１で示されており、最大となる勾配がａ１で示されている。

ここで、被検体の透過Ｘ線の画像情報に含まれる、オペレータが特に高コントラストでの読影を望む関心領域の画素値に、階調変換曲線の入力画素値Ｉｓを一致させる。これにより、関心領域の画像が、高コントラストで読影可能となる。また、Ｉｓ近傍の階調変換曲線の勾配ａ１を変化させることにより、コントラストの大きさも変化させられる。

設定手段４０で設定される勾配曲線は、入力画素値ごとのコントラストを示す関数である。図４は、勾配曲線の一例である。なお、ここで勾配曲線とは、入力画素値に対して、その近傍画素値における出力値の変化率を表したものである。図４で横軸は画素値、縦軸は勾配（コントラスト）を示す。ここで、勾配関数は、概ね凸型の関数形をなしており、オペレータにより読影部位ごとに設定され、読影に適したものとされる。また、この勾配関数は、入力画素値ごとのコントラストの大きさを直感的に表現するもので、オペレータにとって感覚的に捕らえやすく、入力画素値ごとのコントラストを詳細に、しかも容易に設定することもできる。

階調変換曲線は、この勾配曲線を積分することにより生成される。従って、階調変換曲線の入力画素値ごとの勾配は、勾配曲線の値、すなわちコントラストの大きさを反映したものとなる。例えば、図４の勾配曲線では入力画素値Ｉｓの近傍で最大コントラスト、すなわち最大勾配ａ１となっており、他方、図３に示す階調変換曲線では、入力画素値Ｉｓの近傍で最大勾配ａ１となりコントラストが最大となる。また、階調変換曲線の入力画素値のＩｓ近傍から離れた領域でも、勾配曲線に基づいた任意の形状とすることができる。

なお、階調変換曲線の最大出力値は、画像処理装置１固有の、例えば４０９５と言った規定値を有する。ここで、勾配曲線を入力画素値の全領域に渡って積分した結果に基づく最大出力値は、この積分値が規定値、例えば４０９５になる様に設定され、勾配曲線はこの規定値により規格化される。

つづいて、本実施の形態にかかる画像処理装置１の動作について説明する。図５は、画像処理装置１の動作を示すフローチャートである。まず、オペレータは、設定手段４０を用いて、勾配曲線の設定を行う（ステップＳ５０１）。この設定の例を、図６および７に示す。図６は、設定手段４０の表示部４２に設けられる表示画面上に、操作部４１から勾配曲線の形状を直接指定する例である。表示画面は、勾配関数の複数の座標点を入力する座標入力部と、入力された勾配関数を表示する関数表示部を含む。操作部４１から、勾配関数上の各点が、座標値として逐次入力される。そして、これらの座標値に基づいて、補間処理あるいは関数のフィッティング等により勾配関数を求める。なお、関数表示部は、横軸を入力画素値、縦軸をコントラストあるいは勾配の値とし、入力座標値に基づいて決定された勾配関数を表示する。

図７は、設定手段４０の表示部４２に設けられる表示画面で、操作部４１から勾配曲線の形状を、主要パラメータにより指定する例である。表示画面は、主要パラメータを入力するパラメータ入力部と、入力された勾配関数を表示する関数表示部を含む。操作部４１から、主要パラメータが入力され、これらの主要パラメータに基づいて決定される勾配関数を求める。なお、関数表示部は、横軸を入力画素値、縦軸をコントラストの値とし、主要パラメータに基づいて決定された勾配関数を表示する。

ここで、主要パラメータとして、例えば入力画素値の最小値ｍｉｎＸ、最大値ｍａｘＸおよび最大コントラストを有する画素値ｍａｘＣおよび最大コントラストの値ａ１等が用いられる。また、フィッティング関数としては、“ｓｍｕｄｇｅ”関数と呼ばれる滑らかに上に凸な関数を用いるか、あるいはＬＵＴ等のテーブルに記憶された凸型関数を用いることができる。なお、関数形によっては、さらに主要パラメータとして、最大コントラストａ１を有する画素値ｍａｘＣの近傍領域の幅等を設定するようにすることもできる。

図５に戻り、生成手段５０は、積分手段５１により、設定された勾配関数の積分を行い階調変換曲線を生成する（ステップＳ５０２）。ここで、図３に示す様な階調変換曲線が得られる。

その後、画像処理部３０は、画像データ記憶手段２０から画像情報および生成手段５０から階調変換曲線情報を取得し、階調変換を行う（ステップＳ５０３）。ここで、画像処理部３０は、階調変換された表示画像情報を求め、出力データ記憶手段６０に保存する。

その後、出力手段７０は、表示画像情報を画像出力装置３に出力し（ステップＳ５０４）、表示を行って本処理を終了する。
上述してきたように、本実施の形態１では、階調変換曲線を、入力画素値ごとのコントラストを反映する勾配曲線を積分して生成し、さらにこの勾配曲線は、設定手段４０により、オペレータの求める形状に設定することとしているので、階調変換曲線を用いた階調変換で、オペレータの望む入力画素値近傍を高いコントラストに階調変換すること、あるいはもっと広くオペレータの望む入力画素値に対するコントラスト分布に階調変換することが容易に行われ、ひいては画像情報の読影を関心領域が見易い状態で行うことができる。

また、本実施の形態１では、異なる３つの放射線画像取得装置２、画像処理装置１および画像出力装置３で１つのＸ線撮像システムを構成するとしたが、これら複数の装置は、各々一体化して１つの装置とすることもできる。例えば、放射線画像取得装置に画像処理装置を含め、一体化することもできる。
（実施の形態２）
ところで、上記実施の形態１では、階調変換曲線を勾配曲線の積分から直接求めることとしたが、従来用いられている、ＬＵＴに保存される基本階調変換曲線にシフト値及び回転量を適用し最適な階調変換曲線とする方法に、設定手段４０で設定される勾配曲線の情報を用いてさらに最適な階調変換曲線を生成させることもできる。そこで本実施の形態２では、基本階調変換曲線、シフト値および回転量を勾配曲線から決定する場合を示すことにする。

ここで、本実施の形態２にかかる画像処理装置４のハードウェアの構成は、画像処理装置１と生成手段５０および最適化手段８０を省いて、図１〜２に示すものと同様であり、同一部分の説明を省略し異なる部分のみを説明する。図８は、本実施の形態２にかかる画像処理装置４の生成手段５５および最適化手段８０を中心とする部分のブロック図である。図８に示す画像処理装置４の部分は、設定手段４０、生成手段５５および最適化手段８０からなり、図１に示す画像処理装置１の設定手段４０および生成手段５０に対応するものである。

図８の画像処理装置４では、図１の画像処理装置１と同様の設定手段４０に加え、生成手段５５および最適化手段８０を含む。また、生成手段５５は、積分手段５１に加え算定手段９０を含む。設定手段４０および積分手段５１は、実施の形態１と全く同様に、設定された勾配関数を積分し階調変換曲線を生成する。そして、この階調変換曲線を、基本階調変換曲線として最適化手段８０に転送する。

最適化手段８０は、生成手段５０からの基本階調変換曲線および算定手段９０からのシフト値および回転量に基づいて最適な階調変換曲線を形成する。そして、この階調変換曲線を画像処理部３０に出力する。ここで、基本階調変換曲線を最適化するシフト値および回転量について述べる。

基本階調変換曲線は、図３に示す様な関数ｙ＝ｆ（ｘ）である。これに対して、基本階調変換曲線の平行移動量を現すシフト値ｓおよび直線部分の勾配を現す回転量ｇの２つのパラメータにより最適化された階調変換曲線が決定される。図３に示す基本階調変換曲線の直線領域は、ｙ＝ａ１＊ｘ＋ｂ１で現される。ここで、所望の階調変換曲線を得るための調整用パラメータとして、基本階調変換曲線ｙ＝ｆ（ｘ）に対してｘ軸の負方向への平行移動を正の値としたシフト値ｓと、また基本階調変換曲線ｙ＝ｆ（ｘ）に対して所定の出力値Ｏｓを基準として直線部分の傾きを変えた階調変換曲線の傾きである回転量ｇが定義される。このシフト値ｓおよび回転量ｇを調整することで、基本階調変換曲線ｙ＝ｆ（ｘ）を基に形状を変化させた階調変換曲線が求められる。

例えば、基本特性曲線ｙ＝ｆ（ｘ）の出力値Ｏｓに対する入力画素値をＩｓとし、上述したシフト値ｓおよび回転量ｇで決定される任意の階調変換曲線は、基本階調変換曲線ｙ＝ｆ（ｘ）から、独立変数ｘを、新たな変数ｘ´すなわち、
ｘ´＝ｇ／ａ１＊（ｘ＋ｓ）＋（１−ｇ／ａ１）＊Ｉｓ
で示される式で置き換えることにより取得される。なお、変数ｘ´が整数値とならない場合には、最寄りの整数値を用いて階調変換曲線値を求め、線形補間等により、精密化することもできる。

算定手段９０は、上述したシフト値ｓおよび回転量ｇを、設定手段４０で設定される勾配曲線より算定する。算定方法としては、例えば、画像信号全体、あるいは特定の注目領域に対してヒストグラムを作成し、このヒストグラムに基づいた勾配曲線の設定により、このヒストグラムの最大値Ｍ、最小値ｍ、中間値ｄ＝（Ｍ＋ｍ）／２を用いて、
ｇ＝Ｃ／（Ｍ−ｍ）
ｓ＝Ｉｓ−ｄ
で与えればよい。ここで、Ｃは、予め設定される定数である。

なお、画像処理装置４の動作は、ステップＳ５０２を省いて図５に示すフローチャートと同様である。なお、ステップＳ５０２の階調変換曲線の生成は、生成手段５５および最適化手段８０を用いて上述した様に行われる。

上述してきたように、本実施の形態２では、設定手段４０で設定される勾配関数を用いて、階調変換曲線の基になる基本階調変換曲線を生成し、さらにこの勾配関数から、シフト値ｓおよび回転量ｇを求め、基本階調変換曲線を最適な階調変換曲線としているので、基本階調変換曲線を予めＬＵＴ等に保存される限定されたものとすることなく、読影に最適なものとし、ひいては画像情報の読影を関心領域が見易い状態で行うことができる。
（実施の形態３）
ところで、上記実施の形態１では、画像処理装置４は、設定手段４０により設定された最小および最大入力画素値等の主要パラメータから、補間等によりこの勾配曲線の曲線形を求めることとしたが、これら主要パラメータを、オペレータにとって臨床上有用なパラメータにすることにより、階調変換された表示画像情報を、一層見易い有用なものとすることができる。

そこで、本実施の形態３では、主要パラメータとして、階調変換された表示画像情報の最大出力値、そしてさらに、この最大出力値を維持したまま、最小および最大入力画素値を指定する等の場合を示すことにする。なお、本実施の形態３にかかる画像処理装置のハードウェア構成および動作は、図１〜２および５に示す画像処理装置１の構成および動作と全く同様であるので詳しい説明を省略し、異なる主要パラメータを入力する表示部４２およびこの主要パラメータを用いて形成される勾配曲線である勾配関数およびこの勾配関数から生成される階調変換曲線についてのみ説明する。

図９（Ａ）は、設定手段４０の表示部４２に設けられる表示画面で、操作部４１から勾配曲線の形状を、主要パラメータとして最大出力値（ｍａｘＰ）を用いて指定する例である。表示画面は、主要パラメータを入力するパラメータ入力部と、入力された勾配関数を表示する関数表示部を含む。操作部４１から、最大出力値が入力され、この値に基づいて勾配関数を求める。なお、関数表示部は、横軸を入力画素値、縦軸をコントラストの値とし、最大出力値に基づいて決定された勾配関数を表示する。

図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の関数表示部に表示された勾配関数から求めた階調変換曲線を示している。ここで、勾配関数をｇ（ｘ）とし、階調変換曲線をＧ（Ｘ）とすると、ｇ（ｘ）およびＧ（Ｘ）の間には、上述したように以下に示す積分関係が存在する。

従って、階調変換曲線Ｇ（Ｘ）の最大出力値は、勾配関数ｇ（ｘ）の全画素値に渡る積分値、すなわち面積となる。
図９（Ａ）の関数表示部には、最大出力値としてＰ１＞Ｐ２の関係にあるＰ１あるいはＰ２が設定された場合の、勾配関数ｇ１およびｇ２が実線および破線で図示されている。階調変換曲線は、入力画素値が最小および最大となる画素値近傍で勾配が概ね零となるＳ字状の形状を有するので、勾配関数ｇ１およびｇ２は、入力画素値が最小および最大となる画素値近傍で零となる半円形状の曲線となり、勾配関数ｇ１は、勾配関数ｇ２よりも大きな面積を有するものとなる。

図９（Ｂ）には、勾配関数ｇ１の階調変換曲線Ｇ１、および勾配関数ｇ２の階調変換曲線Ｇ２が、実線および破線で図示されている。階調変換曲線Ｇ１は、出力値の上限としてＰ１を有し、階調変換曲線Ｇ２は、出力値の上限としてＰ２を有する。この様に、オペレータは、最大出力値を表示部４２に設定することにより、目的とする大きさの最大出力値を有する階調変換曲線を生成することができる。なお、オペレータにより入力される最大出力値の代わりに、予め初期値として設定された最大出力値、例えば画像処理部３０で処理可能な最大画素値等を用いることもできる。

図１０は、表示部４２の表示画面に、主要パラメータとして最大出力値（ｍａｘＰ）、最小入力画素値（ｍｉｎＸ）および最大入力画素値（ｍａｘＸ）を用いて指定する例である．ここで、最小入力画素値および最大入力画素値は、勾配関数が正の値を有する入力画素値の中で最小のものおよび最大のものを示している。なお、最小入力画素値未満の入力画素値および最大入力画素値を越える入力画素値は、勾配関数の値が零となり、階調変換曲線は水平となる。

図１０（Ａ）には、最小入力画素値および最大入力画素値が、入力画素値の一部の限定された範囲に指定された場合の勾配関数ｇ３を例示する。ここで、最小入力画素値および最大入力画素値で指定される入力画素値範囲Ｘ１およびＸ２は狭く、一方勾配関数ｇ３の全面積は、最大出力値Ｐ３で指定される一定のものであるので、勾配関数ｇ３は、図１０（Ａ）に示す様に、最大勾配関数値が大きなものとなる。

図１０（Ｂ）は、勾配関数ｇ３の階調変換曲線Ｇ３を示したものである。階調変換曲線Ｇ３は、最小入力画素値Ｘ１および最大入力画素値Ｘ２の間で、最大出力値Ｐ３まで急峻に立ち上がるＳ字状の曲線となる。この様な設定を行う例としては、輝度のダイナミックレンジが狭い画像情報を、これら輝度の最小画素値および最大画素値を、最小入力画素値Ｘ１および最大入力画素値Ｘ２として入力することにより、画素値近傍を高いコントラストで表示し、オペレータにとって見易いものとする。

図１１は、表示部４２の表示画面に、主要パラメータとして最大出力値（ｍａｘＰ）、入力指定値（ｓｐｅｃＸ）、出力指定値（ｓｐｅｃＰ）および指定勾配値（ｓｐｅｃＧ）を入力する。ここで、出力指定値は、入力指定値における階調変換曲線の出力値である。

図１１（Ａ）には、入力指定値ＳＸ、出力指定値ＳＰおよび指定勾配値ＳＧが入力された場合の勾配関数ｇ４を例示する。ここで、最大出力値Ｐ４が入力されているので、勾配関数ｇ４の全面積が一定となる一方で、入力指定値ＳＸ以下の入力画素値における部分面積は、出力指定値ＳＰの値となり、入力指定値ＳＸにおける勾配関数ｇ４の値は、指定勾配値ＳＧとなる。すなわち、勾配関数ｇ４は、指定勾配値ＳＧを有する入力指定値ＳＸの位置を境界として、入力画素値の低い部分および高い部分が、指定された面積となるように決定される。

図１１（Ｂ）は、勾配関数ｇ４の階調変換曲線Ｇ４を示したものである。階調変換曲線Ｇ４は、最大出力値としてＰ４の値を有する曲線で、入力画素値がＳＸである場合には、勾配に大きさが指定勾配値ＳＧとなり、また出力値がＳＰとなる。この様な設定を行う例としては、乳房の乳腺領域の透過Ｘ線量に当たる画素値を入力指定値とし、この入力指定値に対する出力値を、オペレータの見易い出力指定値として指定する。これにより、乳腺領域は、オペレータの望む輝度（出力値）およびコントラストで表示され、見易いものとなる。

上述してきたように、本実施の形態３では、設定手段４０の表示部４２から、最大出力値、さらには勾配関数が正値を有する最小および最大入力画素値、または入力指定値に対する階調変換曲線の出力指定値を設定し、勾配曲線ｇ１〜４を面積一定のもとで決定し、階調変換曲線Ｇ１〜４を求めることとしているので、オペレータの望む入力画素値領域を、見易い出力値領域で表示することを簡易に行い、ひいてはオペレータの負担を軽減することができる。

また、本実施の形態３においては、最大出力値を、オペレータの入力操作で入力することとしているが、当該画像処理装置とネットワーク経由で接続されている複数の出力装置が存在する場合には、出力に使用する装置種別（イメージャあるいはビュワー、最高濃度等の異なる画像情報出力特性の種別またはマンモグラフィ等）に対応する最大出力値を記憶テーブルに記憶しておき、出力に使用する装置を、装置ＩＤやＩＰアドレスの入力、または、ディスプレイ上のデバイス選択アイコンによりオペレータが指定し、指定された出力装置に対応する最大出力値を、当該記憶テーブルから自動的に入力する構成としても良い。

なお、本発明により、所望のＬＵＴを生成後、イメージャの場合はフィルム露光光量を、ビュワーの場合は駆動レベル（輝度レベル）を、各出力装置が制御することとなるのは、言うまでもない。

画像処理装置の全体構成を示すブロック図である。 Ｘ線撮像システムの構成を示すブロック図である。 階調変換曲線の一例を示す特性図である。 勾配曲線の一例を示す特性図である。 実施の形態１の画像処理装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１の表示部の表示画面を示す説明図である（その１）。 実施の形態１の表示部の表示画面を示す説明図である（その２）。 実施の形態２の画像処理装置の生成手段を示すブロック図である。 実施の形態３の表示画面および階調変換曲線を示す説明図（その１）である。 実施の形態３の表示画面および階調変換曲線を示す説明図（その２）である。 実施の形態３の表示画面および階調変換曲線を示す説明図（その３）である。

符号の説明

１、４ 画像処理装置
２ 放射線画像取得装置
１０ 入力手段
２０ 画像データ記憶手段
３０ 画像処理部
４０ 設定手段
４１ 操作部
４２ 表示部
５０、５５ 生成手段
５１ 積分手段
６０ 出力データ記憶手段
７０ 出力手段
８０ 最適化手段
９０ 算定手段

Claims (13)

1. 被検体を透過するＸ線の画像情報を入力する入力手段と、
   前記画像情報の画素値ごとのコントラストを示す勾配曲線を設定する設定手段と、
   前記勾配曲線を積分して階調変換曲線を生成する生成手段と、
   前記階調変換曲線を用いて前記画像情報に階調変換を行う画像処理部と、
   を備える画像処理装置。
2. 前記設定手段は、複数の画素値および前記画素値に対応する前記勾配曲線の値を入力する操作部を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記設定手段は、前記勾配曲線を、前記画素値の凸関数に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. 前記設定手段は、前記勾配曲線が正値を有する画素値範囲の最小値および最大値、並びに、前記勾配曲線の最大値および前記最大値を有する画素値を入力する操作部を備えることを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
5. 前記設定手段は、前記勾配曲線の全画素に渡る積分値が一定となるように勾配曲線を設定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の画像処理装置。
6. 前記積分値は、前記階調変換を行って形成される画像情報の最大出力値であることを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
7. 前記設定手段は、前記積分値を入力する操作部を備えることを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
8. 前記設定手段は、前記勾配曲線が正値を有する画素値範囲の最小値および最大値を入力する操作部を有し、前記積分値を一定に保ったまま、前記最小値および前記最大値の情報に基づいて前記勾配曲線を設定することを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１つに記載の画像処理装置。
9. 前記設定手段は、前記勾配曲線の１つの画素値および前記画素値を越えない画素値領域の面積を入力する操作部を有し、前記積分値を一定に保ったまま、前記画素値および前記面積の情報に基づいて前記勾配曲線を設定することを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１つに記載の画像処理装置。
10. 前記生成手段は、前記画像処理装置が、前記階調変換曲線を基本階調変換曲線とし、前記基本階調変換曲線を前記画素値方向へ平行移動させるシフト値および前記基本階調変換曲線の勾配の大きさを変化させる回転量により、前記基本階調変換曲線を最適化する最適化手段を有する際に、前記勾配曲線に基づいて、前記シフト値および前記回転量を算定する算定手段を備えることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の画像処理装置。
11. 前記設定手段は、前記積分値の設定を可変可能であることを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
12. 前記設定手段は、前記階調変換を行って形成される画像情報を出力する出力装置の出力特性に応じて前記積分値を可変にすることを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
13. 前記設定手段は、少なくとも１つの入力指定値、出力指定値および指定勾配値の組を入力する操作部を有し、前記積分値を一定に保ったまま、前記入力指定値以下の積分値が前記出力指定値になり、かつ前記入力指定値における値が前記指定勾配値となる勾配曲線を設定することを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１つに記載の画像処理装置。

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