JP2006318460A - 縮小デジタル画像の改良された目視検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 目視検査を改良する。
【解決手段】 出力画像における画素位置（ｉ，ｊ）のために、入力画像における対応した区域_ｘｙを決定し、入力画像の区域_ｘｙの画素値を取り出し、サイズ縮小アルゴリズムを使用して画素位置（ｉ，ｊ）に対する出力画素値Ｄ_ｉｊを計算し、出力画像にＤ_ｉｊを挿入し、そして出力画像内の各画素位置（ｉ，ｊ）について以上の諸段階を繰り返すことにより、入力画像のサイズを縮小させることにより出力画像を作る方法である。値Ｄｉ，ｊは、入力画像区域の画素値の低解像度の背景表現Ａに、前記低解像度の背景表現Ａから最も偏差の大きい入力画像区域内の画素値を表しているＭＥＤを重要度係数ＳＦの手段により拡大することにより得られた値を加えることにより得られる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、デジタル画像の改良された目視検査方法に関する。より特別には、本発明は、改良された目視検査のためのデジタル画像のサイズ縮小方法に関する。

デジタル画像化システムは、例えば通常の放射線写真画像に再構成し得るデジタルデータを作成するために広範囲で使用されるようになってきている。データ画像化システムの一応用例においては、放射源からの放射線は、対象物、典型的には医療診断中の患者に指向され、そして放射線の一部が対象物を通過して検知器上を叩く。適切な波長の光の手段によるシュミレートの際に、検知器の表面が放射線を光子に変換し、これが感知される。コンピューター放射線写真（ＣＲ）の場合は、検知器は蛍光スクリーンであり、これは穴、かき傷、割れ目、ねじれ、感度の変動、線量応答の不規則性などのようなアーティファクトを示す可能性がある。２次元直接放射線写真（ＤＲ）の場合は、検知器は、独立した固体の検知器要素に分割され、そして各検知器要素を叩く放射線の量又は強度に基づき出力信号を符号化する。１個の検知器要素又は集合した検知器要素或いは組み合わせられたドライバー素子の組の不完全な応答の発生は、１個の画素の画像のアーティファクト或いは縦方向又は横方向の線状アーティファクトを生じ得る。再現された画像におけるアーティファクトの存在は医師による解釈を誤らせる可能性がある。そこで、検知器の品質を規則的に検査することが重要である。このため、検知器は、一様にＸ線に暴露され、そしてアーティファクト発生について再現された画像が目視検査される。
米国特許第２００３／２１８６２０ Ａ１号 明細書 欧州特許第１ １５４ ３７８ Ａ２号 明細書 欧州特許第１ ０５２ ５９８ Ａ２号 明細書 欧州特許第１ ４６５ １０７ Ａ２号 明細書

しかし、ＣＲ又はＤＲで検出された画像におけるアーティファクト発生に対する目視検査は多くの時間を要し効率的な業務の流れを妨げることが多い。ワークステーションにおける検査ウインドウのマトリックスサイズは、検査される画像全体に適合するためには小さすぎることが多い。表示マトリックスの限界、検査ウインドウ用のより小さい表面部分及びオリジナル画像のマトリックスの広さのため、オリジナル画像は、画素レベルのアーティファクト検査前に隣接したタイルの組に切り分けられる。例えば、１００ミクロンの画素解像度で走査されたサイズ３５×４３ｃｍのＣＲ検知器スクリーンは、３．５ｋ×４．３ｋ（１５メガピクセル）の画像を作る。オリジナル画像内にある全ての情報をカバーするためには少なくも２０個の異なる１ｋ×１ｋ（１メガピクセル）のタイル画像が必要とされるであろう。

この問題を解決するために、通常の縮小技術を使用して、オリジナル画像を、検査ウインドウ内に適合する小さい画像に変化させることができる。特許文献１において、手持ち式のデジタル装置上に電子ドキュメントを表示するための方法が説明される。これにより、まず、手持ち式のデジタル装置のスクリーン幅に対するオリジナルドキュメントの幅の比と等しい縮小率が計算される。次いで、オリジナル画像と縮小率とを掛けたサイズを有する縮小されたドキュメントが作られる。しばしば使用される通常の縮小技術は、二段抽出又は補間である。

二段抽出は、レプリカ（コピイ）技法か、又は縮小出力画像を作っているときの横列又は縦列データの反復飛び越し技法の何れかである。生データは減衰なしに通過するため、２段抽出は細かい細部の大きさを保つ。しかし、有り得る全ての興味ある情報が小さい出力画像に確実に移転される訳ではない。この方法固有の画素データ飛び越しのため、オリジナル画像の内容の多くが必然的に失われる。オリジナル画像の最も細かな細部の発現の出力画像信号化は、画素の複写点が微細位置で一致した場合にのみ支持されるだけである。オリジナル画像と得られた縮尺出力画像との間の、検査関連情報の保証された移動は必然的に不可能である。

補間は、画像の大きさ変更によく使われる技法である。公知の補間技法は平滑化平均（ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ａｖｅｒａｇｅ）、最近近傍（ｎｅａｒｅｓｔ ｎｅｉｇｈｂｏｕｒ）、双線形（ｂｉ−ｌｉｎｅａｒ）、双三次スプライン（ｂｉ−ｃｕｂｉｃ ｓｐｌｉｎｅ）及び高解像度三次スプライン（ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｃｕｂｉｃ ｓｐｌｉｎｅ）核である。補間は、縮小画像を得るために、補間核係数による画素データの空間変換を使用する技法である。このため、主に微細な画像撹乱を示す中位及び高い空間周波数成分は、縮小後、低い空間周波数成分よりもより高度に減衰されて示される。減衰レベルは、使用される転換核係数の空間的な範囲及び形状に数学的にリンクされた周波数応答曲線に依存する。これら核係数は（平滑用平均核を除いて）異なるので、減衰レベルは、補間点に関する画像撹乱の位置にも依存する。これら二つの効果が、オリジナル画像に有った分離された中位及び高い空間周波数撹乱の縮小後における検出可能性を減少させる。

上述の問題を克服するために、画像の目視検査中にアーティファクトを検出する仕事の流れであって、オリジナル画像が検査ウインドウに適合する画像に変換されかつ画像の全体像が保存される改良された仕事の流れに対する要求が存在する。更に、アーティファクトの目視検査中にこれをより容易に検出できるように、その空間周波数の成分及び画像位置に関係なく確実にアーティファクトの存在を表示することが要求される。

以下の文献が知られている。

特許文献１；手持ち式デジタル装置における電子文書の表示方法。

特許文献２；低分解能、低ビット深さの画像を作るための画像処理方法及び装置。

特許文献３；画像用の大きさ変更ユニット及び背景画像用の選択ユニットを有する情報端末装置。

特許文献４；ラスター画像の大きさ変更のための方法及び回路。

上述の諸態様は請求項１において説明される特別の特徴を有する方法により具体化される。本発明の好ましい実施例についての特別な特徴は従属請求項に説明される。

本発明の更なる利点及び実施例が、以下の説明及び図面から明らかとなるであろう。

本発明の方法により、表示ウインドウよりサイズの大きい大きな入力画像が、画像サイ
ズ縮小アルゴリズムを使用して、アーティファクト目視検査用の表示ウインドウに適合する小さな出力画像に縮小される。この方法により、十分に大きくかつアーティファクトの目視検査に関連した高い空間周波数及び低い空間周波数の撹乱が、アーティファクトを表示する目的で、オリジナル入力画像から、小型にされた画像全体を表示するために与えられた縮小出力画像に高効率で変換される。局所的な大きな１個の画素の撹乱、最小の有り得る画像撹乱の存在も、使用されるサイズ縮小率（２次元）及びオリジナル画像内の撹乱の位置とは無関係に縮小出力画像内に表示される。

図１に示されるように、本発明により、画像サイズ縮小アルゴニズムが、大きい入力画像をサイズの縮小された出力画像に変換し、一方、入力画像内の低い空間周波数成分を出力画像に通過させ、更に中位及び高い空間周波数の大きな撹乱の存在を、高効率かつ空間的に拡大して表示する。ダウンサンプリングが係数Ｃ，Ｒ／（Ｃ＊，Ｒ＊）で画素の総数を減らす。ここに、Ｃ及びＣ＊はそれぞれ入力画像及び出力画像内の縦列の数を表し、Ｒ及びＲ＊はそれぞれ入力画像及び出力画像内の横行の数を表す。縮小された出力画像内の各画素Ｄ_ｉｊが、与えられた入力画像区域_ｘｙと空間的に組み合わせられる。出力画像の各画素Ｄ_ｉｊは、画像サイズ縮小アルゴニズム、区域_ｘｙ内にある画素データの演算処理、空間的な関係する入力画像の画素の範囲測定の手段により計算される。

出力画像画素Ｄ_ｉｊを得るための本発明による処理の流れが図２に示される。図２の図表は、大きい入力画像を小さい出力画像に変換するために要する二重入れ子式ループ処理の流れを示す。１個の出力画像画素Ｄ_ｉｊの値を計算するために、流れ図の主分岐の各通過中に以下の演算が逐次実行される。
ａ）変換のために選ばれ空間的に組み合わせられた入力画像の区域の中心座標ｘ及びｙ
を計算するために、縦列及び横行の出力画像の指標ｉ及びｊ、並びに入力及び出力の
画像マトリックサイズ（Ｃ．Ｒ及びＣ＊．Ｒ＊）が使用される。区域の画素の量及び
要求される区域の縦横比が、縦列及び横行方向の縮小係数、Ｃ／Ｃ＊及びＲ／Ｒ＊に
より決定される。
ｂ）選定された区域の画素の座標が決定される。
ｃ）入力画像から、区域の画素のデータが読み取られる。
ｄ）画像サイズ縮小アルゴリズムを使用して出力画素データが計算される。
ｅ）選定された出力画像の画素位置Ｄ_ｉｊにおける計算の結果が記憶される。
ｆ）次の出力画像の画素にアクセスするために縦列及び横行の指標が更新される。
結果的に全ての出力画像の画素位置がアドレスされた後、画像サイズ縮小処理が停止される。

出力画像の画素データを計算するための本発明の方法に従って使用されるアルゴリズムの内部処理が図３に詳細に示される。３個のカスケード式処理段階が、出力画像の画素値Ｄ_ｉｊを計算するために必要な中間データを作る。

一般に、出力画素値Ｄ_ｉｊは、低い空間周波数の濾波された成分Ａ、及び区域_ｘｙのより高い周波数成分の存在とその大きさとを示している重みの付けられたＭＥＤ（ｍｏｓｔ
ｅｘｔｒｅｍｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ、最極度差）成分の和として計算される。

Ｄ_ｉｊにおけるＭＥＤ成分加算の相対的な衝撃は、選定され組み合わせられた大きい画像区域_ｘｙ内に存在するノイズレベルに関して見いだされる高い空間周波数の細部の相対的重要度を表している結合利得ＳＦ（重要度係数、ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｆａｃｔｏｒ）により制御される。

さて、このアルゴリズムの処理段階をより詳細に説明することとする。第１の処理段階において、区域_ｘｙの画素データ要素の総量が低域通過濾波された区域の１個の値Ａに縮
小される。この値Ａは、変換のために選定された区域_ｘｙ内にある全ての画素データの局所的な低解像度の背景表示として作用する。このデータ縮減のために、中位値濾波としても知られる統計的オーダー濾波（ＳＯＦ、ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｏｒｄｅｒ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）、又は空間回旋濾波（ｓｐａｔｉａｌ ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）が使用される。空間回旋濾波に対しては、平滑化平均、双線形、及び双三次スプラインのような知られた補間核を使用することができるが、低域通過濾波特性を示すその他の核も適用することができる。

このサイズ縮小処理の空間周波数応答特性は、目標の画像サイズ縮小係数Ｃ．Ｒ／（Ｃ＊，Ｒ＊）及び変換のために選定された濾波技法と核とに依存する。

画像背景、並びに低空間周波数及び中位空間周波数の撹乱は、凝縮された低域通過濾波された区域信号Ａに向かって高効率で伝達される。

第２のカスケード式処理段階においては、区域_ｘｙの内部に置かれた適宜の画素データの項目と局所的に平滑化された値Ａとの間の最極度差（ＭＥＤ）の大きさと極性とを見いだすために、前に計算された値Ａが、生の区域_ｘｙ画素データと比較するための基準として作用する。局所的に利用し得る最小（Ｅ_ｌ）及び最大（Ｅ_ｈ）の画素データを見いだすために、この区域_ｘｙが走査される。これらの最小及び最大の値は、両者のどちらがＡから離れているかを決定するために値Ａと比較される。最極度画素データ（ＭＥ）がＡから最も離れた値である。最後に、検出された最極度画素データ（ＭＥ）からＡを差し引くことによりＭＥＤ、最極度差が計算される。この中間で、１個の結果（ＭＥＤ）が、生の入力画像の多くの画素デーから作られ、画像サイズの縮小を示す。ＭＥＤの大きさと極性とは、区域_ｘｙ内のどこかに置かれた１個の画素のデータの内容に依存する。Ａは、区域_ｘｙにある全ての画素データの低い空間周波数の濾波された表現であるので、ＭＥＤは区域_ｘｙの境界に関して最極度画素の空間位置に極めて敏感である。変換中の選定された入力画像区域内の位置と無関係に、両特性の組合せが１個の画素の画像の撹乱を示す大きさと極性とを決定する。

区域_ｘｙ内に大きい高い周波数の画像成分がない場合は、ＭＥＤは、見いだされる最極度の局所的なノイズ画素データを表すであろう。

小さい入力画像の撹乱が相対的な空間的斜視図から見られ、これらが幾つかのサイズの縮小された入力画像の画素を表している全出力画像の画素として現れることにより最大に拡大されるため、画像サイズの縮小が小さい入力画像撹乱の検出可能性を改善する。

第３のカスケード式処理段階においては、区域_ｘｙを取り巻く空間的に組み合わせられたより大きい領域内の画像データの標準偏差ＳＤとＭＥＤとを比較することにより、相対偏心（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｅｘｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ）ＲＥが得られる。このＳＤは、入力画像内にある局所的ノイズレベルのための尺度である。また、ＳＤは、撹乱のない近傍領域からの所定の標準偏差を補間することによっても得ることができる。

局所的ノイズレベルで正規化されたＭＥＤ値ＲＥが、比ＭＥＤ／ＳＤとして計算される。従って、大きなＲＥ値は大きい高い空間周波数画像成分を示し、低いＲＥ値は画像ノイズのみを示す。

次の段階で、ＲＥが、予め定められた手段及び／又は使用者の管理可能な重要度グラフの手段により重要度係数ＳＦに変換される。低域通過濾波された区域_ｘｙの値Ａを中心とした（ＲＥ＝０，ＭＥ＝Ａ）この重要度グラフは、出力画素Ｄ_ｉｊの最終計算中にＭＥＤに割り当てられた乗算結合のレベルを決定する。

重要度グラフは、各が相対偏心ＲＥ軸の一方の極にアドレスしている２個の中心連鎖の変換グラフから構成される。

グラフの低い部分（ＲＥ＜０）及び高い部分（ＲＥ＞０）は、別々の媒介変数の数学的モデルであって、各がＲＥ領域、ＳＦ利得、複合変換グラフの形状及びスチープネスを制御している前記数学的モデルの手段を特徴とする。

ＲＦ領域はオフセット値ｓ及びｔにより制御可能であり、ＳＦ利得はクリッピングレベルｇ及びｈにより制御可能であり、一方、グラフのスチープネス及び形状は値ｕ及びｖにより制御することができる。

結果として、高い周波数撹乱に、それらの画素値がＡより大きいか又は小さいかに応じて異なる変換挙動を割り付けることができる。グラフの形状は、だんだんと曲げられる直線から階段状の不連続のものにまで変えることができる。媒介変数的グラフ制御には、指数関数的、放物線状、双曲線状、楕円状、並びにある種の角度測定的な数学モデルが適している。ブロック図に示されるようにクリッピングを機能的に追加することができる。

ＲＦ領域、「ｓから０まで」及び「０からｔまで」は、大きくし又は小さくすることができ、更にＳＦ軸に関して対称的に又は非対称的に位置決めするように変更することができる。

重要度係数クリッピングレベル、ｇ及びｈの両者は正又は負の何れとすることもでき、更に１より大きいか又は小さいの何れともすることができる。ｇ及びｈの異なる極性により、出力画像内の実在物をより明るくし又はより暗くするように、より明るい入力画像撹乱及びより暗い入力画像撹乱の両者の変換が可能となる。

相対偏心がより大きくなると（ＳＤに関してＭＥＤがより大きいと）、関心のあるより高い空間周波数の検査の値する特徴が区域_ｘｙにある機会が多くなる。

このため、増加するＲＥにより徐々により多くの信頼性係数結合が割り当てられる。これが、縮小サイズの出力画像における非撹乱画像区域内の局所的ノイズ極限値の撹乱衝撃を抑制し、これにより出力画像検査中の改良された視覚化が得られる。

Ａ、Ｍ及びＳＦの決定後、出力画像画素値を、Ｄ_ｉｊ＝（Ａ＋ＳＦ．ＭＥＤ）_ｘｙとして計算することができる。

全ての出力画像画素が計算された後、縮小された出力画像が得られ、これを１個の表示ウインドウにおける目視検査用に提示することができる。画像は、恐らくは大きい入力画像において発生する（局所的ノイズレベルと比較して）大きい低、中、高の空間周波数の画像撹乱が、平滑化された背景上の増強され、空間的に誇張された状態で示される。

アーティファクトの目視検査を更に改良するために、中位及び小さい画像撹乱を安定した背景の上で点滅させることができる。これは、同じ入力画像を重要度係数グラフ制御の２組の対照用セットで処理し、これにより別々に記憶し得る２種の異なった縮小サイズの出力画像を作ることにより得ることができる。同じ検査ウインドウに表示された両記憶画像間を、人の視覚系の最大撹乱に最適化された速度でトグルすることにより、入力画像において発生するより高い空間周波数の特徴に、出力画像の検査中により容易に気が付くであろう。

本発明の更なる態様により、１個のウインドウにおけるサイズ圧縮出力画像の検査中、予め決められた重要度係数グラフの制御子（ｓ、ｕ、ｇ、ｈ、ｖ、ｔ）を、容易な手段、ユーザーインターフェースを介して外部から導入された対話式の変更により重ね合わせることができる。この方法により、使用者は重要度グラフの形状、クリッピングレベル及び重要度グラフの傾斜／スティープネスを決定することができる。結果として、使用者は、入力画像内で発生している低い、中位又は高い周波数の撹乱を出力画像内で決定することができる。

大きい入力画像の縮小サイズの出力画像への変換を示す。 大きい入力画像を小さい出力画像に変換するための２重入れ子形の処理の流れを示す。 サイズ縮小のアルゴリズムを示す。

Claims (13)

1. 入力画像のサイズを縮小させることにより出力画像を作る方法であって：
   ａ．前記出力画像における画素位置（ｉ，ｊ）について、前記入力画像における対応し
   た区域_ｘｙを決定し、
   ｂ．入力画像の区域_ｘｙの画素値を取り出し、
   ｃ．サイズ縮小アルゴリズムを使用し前記画素位置（ｉ，ｊ）に対する出力画素値Ｄ_{ｉ
   ｊ}を計算し、
   ｄ．出力画像にＤ_ｉｊを挿入し、
   ｅ．前記出力画像内の各画素位置（ｉ，ｊ）について段階ａからｄまでを繰り返す
   諸段階を含み：
   前記値Ｄｉ，ｊは、区域_ｘｙの画素データの総量を１個の低域通過濾波された区域の値に処理することにより得られた低解像度の背景表現Ａに、重要度係数ＳＦで、前記低解像度の背景表現Ａから最も偏差の大きい前記入力画像区域内の画素値を表すＭＥＤを拡大することにより得られた値を加えることにより得られる
   ことを特徴とする方法。
2. Ａが、前記入力画像区域の画素値の統計的オーダー濾波又は空間回旋濾波により得られる請求項１による方法。
3. 前記ＭＥＤが、入力画像区域_ｘｙにおいて検出され、Ａから最も偏差の大きい値である最極度画素データＭＥからＡを引くことにより得られる請求項１による方法。
4. 前記重要度係数ＳＦが、ＳＤを入力画像における局所的ノイズレベルに対する尺度としたとき、比ＭＥＤ／ＳＤとして得られた相対偏心ＲＥの関数である請求項１による方法。
5. ＳＤが、入力画像領域の中心の区域_ｘｙの標準偏差である請求項４による方法。
6. ＳＤが、撹乱を受けない近傍領域の所定の標準偏差間の補間により得られる請求項４による方法。
7. ＲＥが重要度グラフの手段によりＳＦに変換され、そして前記重要度グラフが予め定められ及び／又は使用者の管理可能である請求項４による方法。
8. 前記重要度グラフが、ＲＥ範囲、ＳＦ利得、及び重要度グラフのスティープネスを制御している別々の媒介変数的数学モデルにより特徴付けられる２個の中心連鎖の変換グラフよりなる請求項７による方法。
9. 前記重要度グラフのＲＥ範囲が、オフセット値ｓ及びｈにより制御される請求項７又は８による方法。
10. 前記重要度グラフのＳＦ利得が、クリッピングレベルｇ及びｈにより制御される請求項７ないし９による方法。
11. 前記重要度グラフのスティープネスが、値ｕ及びｖにより制御される請求項７ないし１０による方法。
12. ２個の出力画像が、重要度グラフの値の２個の対照セットを適用することにより作られる請求項１ないし１１による方法。
13. 目視検査を改良するために、前記出力画像が、予め設定された速度で交互に表示される請求項１２による方法。

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