JP2008272202A - 画像処理装置、画像処理プログラムおよびｘ線撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】欠陥画素の画素値を算出する際に周辺の画素値を反映するとともに、ノイズが周辺画素より小さくならないようにすること。
【解決手段】Ｘ線検出部２が被検体を透過した生画像データを生成し、画像処理部７が生画像データを処理して画像を表示部８に表示する。このとき、画像処理部７のノイズ保持補正画素値算出部７１が、加重平均の係数の２乗和が加重平均に使用するデータの数の２乗に等しくなるような係数を用いて周辺画素値を加重平均することによって、欠陥画素の補正値を算出する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、欠陥画素を補正する画素値あるいは画像の拡大・縮小の際の補間画素の画素値を算出する技術に関する。

デジタル画像における欠陥画素の補正方法として、周辺の画素値の平均値を算出して欠陥画素の画素値とする方法がある。しかし、かかる補正を行うと、Ｘ線診断装置のように正常画素値にＸ線の量子ノイズや回路ノイズが含まれる場合には、補正された画素のノイズが周辺画素より小さくなるため、連続した複数枚の画像を再生したときに、欠陥画素の部分が目立ってしまう。

そこで、補正された画素のノイズが周辺画素より小さくなることを防ぐために、特許文献１には、周辺の画素値の平均値を算出して欠陥画素の画素値とする代わりに、近傍の画素値を欠陥画素の画素値とする技術が記載されている。

特開２００６−２３０４８４号公報

しかしながら、近傍の画素値を欠陥画素の画素値とすると、ノイズが小さくなることを防ぐことはできるが、欠陥画素の画素値に他の近傍の画素値が反映されないという問題がある。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、欠陥画素の画素値に周辺の画素値を反映するとともに、欠陥画素のノイズが周辺画素より小さくなることを防ぐことができる画像処理装置、画像処理プログラムおよびＸ線撮影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、請求項１記載の本発明は、画像検出器により検出された画像を処理する画像処理装置であって、加重平均に用いる周辺の画素の数の二乗に二乗和が等しくなるような係数を用いて周辺の画素値を加重平均することにより欠陥画素および補間画素の少なくとも一方の画素値を算出する欠陥・補間画素値算出手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項６記載の本発明は、画像検出器により検出された画像を処理する画像処理プログラムであって、加重平均に用いる周辺の画素の数の二乗に二乗和が等しくなるような係数を用いて周辺の画素値を加重平均することにより欠陥画素および補間画素の少なくとも一方の画素値を算出する欠陥・補間画素値算出手順をコンピュータに実行させることを特徴とする。

また、請求項７記載の本発明は、被検体にＸ線を照射し、透過したＸ線を検出して該被検体を撮影するＸ線撮影装置であって、加重平均に用いる周辺の画素の数の二乗に二乗和が等しくなるような係数を用いて周辺の画素値を加重平均することにより欠陥画素および補間画素の少なくとも一方の画素値を算出する欠陥・補間画素値算出手段を備えたことを特徴とする。

請求項１、６または７記載の本発明によれば、欠陥画素および補間画素の画素値に周辺の画素値を反映するとともに、欠陥画素および補間画素のノイズが周辺画素より小さくなることを防ぐことができる。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る画像処理装置、画像処理プログラムおよびＸ線撮影装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、本実施例では、本発明をＸ線診断装置に適用した場合を中心に説明する。

まず、本実施例に係るＸ線診断装置の構成について説明する。図１は、本実施例に係るＸ線診断装置の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、このＸ線診断装置は、Ｘ線発生部１と、Ｘ線検出部２と、機構部３と、高電圧発生部４と、Ｃアーム５と、天板６と、画像処理部７と、表示部８と、操作部９と、システム制御部１０とを有する。

Ｘ線発生部１は、天板６上の被検体に照射するＸ線を発生する装置であり、高電圧発生部４から供給される高電圧を用いてＸ線を発生するＸ線管、Ｘ線管が発生したＸ線の一部を遮蔽することによって照射野を制御するＸ線絞り器を有する。

Ｘ線検出部２は、被検体を透過したＸ線を検出して画像データを生成する装置であり、Ｘ線を検出する平面検出器、Ｘ線検出器から電荷を取り出すゲートドライバ、Ｘ線検出器により検出された電荷を電圧に変換する電荷・電圧変換器、電荷・電圧変換器により変換された電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器を有する。

機構部３は、Ｃアーム５ならびに天板６を移動する装置であり、Ｃアーム５を回転したり移動したりするＣアーム回動・移動機構、天板６を移動する天板移動機構、システム制御部１０の指示に基づいてＣアーム回動や移動および天板の移動を制御する機構制御部を有する。

高電圧発生部４は、Ｘ線発生部１がＸ線の発生に必要とする高電圧を供給する装置であり、システム制御部１０の指示に基づいて高電圧の発生を制御してＸ線の発生を制御するＸ線制御部、高電圧を発生する高電圧発生器を有する。

Ｃアーム５は、Ｘ線発生部１やＸ線検出器を保持するアームであり、天板６は、被検体を乗せる板である。画像処理部７は、Ｘ線検出部２により生成された画像データを処理する処理部であり、ノイズを保持するように欠陥画素の画素値を補正するノイズ保持補正画素値算出部７１を有する。なお、ノイズ保持補正画素値算出部７１の詳細は後述する。

表示部８は、画像処理部７によって処理された画像を表示する装置であり、画像を表示するモニタ、モニタへの表示を制御する表示制御部を有する。操作部９は、術者による操作を受け付けるコンソールであり、システム制御部１０は、術者の操作に基づいてＸ線診断装置全体を制御する装置である。

次に、ノイズ保持補正画素値算出部７１の詳細について図２〜図６を用いて説明する。図２は、ノイズ保持補正画素値算出部７１の補正画素値算出方法を説明するための説明図である。同図に示すように、このノイズ保持補正画素値算出部７１は、欠陥画素の補正値をＳ₀とし、周辺画素の値をＳ₁〜Ｓ₈とすると、係数ａ₁〜ａ₈を用いて周辺画素値の加重平均によりＳ₀を計算する。すなわち、加重平均に使用するデータの数をＮとすると、Ｓ₀＝Σａ_iＳ_i／Ｎである。ここで、加重平均の定義からΣａ_i＝Ｎであるが、このノイズ保持補正画素値算出部７１は、さらにΣａ_i ²＝Ｎ²となるような係数ａ₁〜ａ₈を用いてＳ₀を計算する。

このように、ノイズ保持補正画素値算出部７１が、加重平均の係数の２乗和が加重平均に使用するデータの数の２乗に等しくなるような係数を用いて加重平均することによって、ノイズを保持するように欠陥画素の画素値を補正することができる。その理由は以下のとおりである。

一般的に信号に正規分布に従ったノイズが載っている場合、いくつかの信号を加算すると、最終的なノイズは、各ノイズ成分の２乗和の平方根で表現される。このため、Ｎ個の相加平均をとると、ノイズは、ルートＮ分の１に減少する。一方、Σａ_i ²＝Ｎ²となるような係数ａ₁〜ａ₈を用いて加重平均することによって、ノイズを保持した補正値を算出することができる。

また、加重平均の係数ａ₁〜ａ₈を２種類の係数ａ_Aおよびａ_Bのみで構成し、ａ_Aをｎ個、ａ_BをＮ−ｎ個とすると、ａ_Aおよびａ_Bは以下の通りとなる。

上式を用いて計算すると、Ｎが８までの場合には、ａ_Aおよびａ_Bの具体的な値は図３に示す通りとなる。図３は、一方の係数が０となる場合は、１画素で置き換えることを示し、それ以外の場合は、係数は必ず正と負の値からなることを示す。

なお、係数に正と負の値がある場合には、係数の割り当て方によっては、Ｓ₀が負になることがあるが、画素値が負になることは適切でない。そこで、係数に正と負の値がある場合には、図４に示すように、周辺画素値に対して大きい順に正と負の係数を正の係数から開始して交互に割り当てることによって、Ｓ₀が負になることを防ぐことができる。

次に、本実施例に係るＸ線診断装置の処理手順について図５および図６を用いて説明する。図５は、本実施例に係るＸ線診断装置の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、本実施例に係るＸ線診断装置は、Ｘ線発生部１が被検体にＸ線を照射し（ステップＳ１）、Ｘ線検出部２が被検体を透過したＸ線を検出してＸ線生画像を出力する（ステップＳ２）。そして、画像処理部７が、Ｘ線生画像に対してデジタル画像処理を行い（ステップＳ３）、画像を表示部８に表示するとともに画像を記憶する（ステップＳ４）。

ここで、画像処理部７は、図６に示す処理手順でデジタル画像処理（ステップＳ３）を行う。図６に示すように、画像処理部７は、画像の基準レベルを決めるために暗時画像を生画像から引くオフセット補正を行う（ステップＳ３１）。

そして、画像処理部７は、アンプや画素間のゲインのバラツキを補正するゲイン補正を行い（ステップＳ３２）、画像処理部７のノイズ保持補正画素値算出部７１がノイズを保持するように欠陥画素を補正する欠陥補正を行う（ステップＳ３３）。なお、ここでは、ノイズ保持補正画素値算出部７１が欠陥画素位置に関する情報を事前に取得しておくこととする。

このように、ノイズ保持補正画素値算出部７１がノイズを保持するように欠陥画素を補正することによって、Ｘ線診断装置は欠陥画素が目立たないように画像を表示することができる。

上述してきたように、本実施例では、ノイズ保持補正画素値算出部７１が、加重平均の係数の２乗和が加重平均に使用するデータの数の２乗に等しくなるような係数を用いて周辺画素値を加重平均することによって、欠陥画素の補正値を算出することとしたので、欠陥画素の画素値に周辺の画素値を反映するとともに、ノイズが周辺画素より小さくなることを防ぐことができる。

なお、上記実施例では、ノイズ保持補正画素値算出部７１が、欠陥画素値の算出に用いる周辺画素の位置に関する情報を用いることなく加重平均の係数を算出する場合について説明した。しかしながら、周辺の画素値を欠陥画素値に正確に反映するためには、周辺画素の位置に関する情報を用いる必要がある。そこで、以下では、ノイズ保持補正画素値算出部７１が、周辺画素の位置に関する情報を用いて加重平均の係数を算出する場合について説明する。

図７は、補正値を求める欠陥画素を原点に配置した場合の加重平均の係数の重心を説明するための説明図である。同図に示すように、加重平均の係数の重心の位置（ｄ_x，ｄ_y）は、ｄ_x＝Σ（ａ_i×Ｐ_xi）／Ｎ、ｄ_y＝Σ（ａ_i×Ｐ_yi）／Ｎであり、原点からの距離ｄ＝（ｄ_x ²＋ｄ_y ²）^1/2をできるだけ小さくし、０となるようにすると、加重平均の係数の重心と欠陥画素の位置が一致する。このとき、周辺画素の位置に関する情報が欠陥画素の値の算出に最も正確に反映されることとなる。

したがって、ノイズ保持補正画素値算出部７１が、ｄ＝０となるように加重平均の係数を決定することによって、周辺画素の位置に関する情報を欠陥画素の値の算出に最も正確に反映することができる。

図８は、加重平均の係数が２種類からなる場合に加重平均の係数の重心と欠陥画素の位置が一致する係数の配置例を示す図である。同図に示すように、欠陥画素を中心にして同じ係数を対称に配置することによって、加重平均の係数の重心と欠陥画素の位置を一致させることができる。

また、上記実施例では、欠陥画素の補正値を算出する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図９に示すような画像の拡大・縮小（リサイズ）を行う場合にも補間する画素の画素値を周辺画素の画素値から算出する必要があり、本発明を同様に適用することができる。そこで、以下では、画像の拡大・縮小を行う場合に、補間する画素の画素値を周辺画素の画素値から算出する補間処理を画像処理部７のノイズ保持補間画素値算出部７２が行うものとして、ノイズ保持補間画素値算出部７２が行う補間処理について説明する。

図１０は、補間する画素の画素値Ｓ₀を周辺画素の画素値Ｓ₁〜Ｓ₄から算出する方法を説明するための説明図である。同図に示すように、補間する画素を原点とし、周辺画素の座標をＰ₁＝（−ｂ，ｃ）、Ｐ₂＝（ａ，ｃ）、Ｐ₃＝（−ｂ，−ｄ）、Ｐ₄＝（ａ，−ｄ）とすると、単純に比例配分で計算した場合には、Ｓ₀は以下の通りとなる。

したがって、加重平均の係数ａ₁〜ａ₄は以下の通りとなる。

ここで、画素間の距離を１とすると、ｂ＝１−ａ、ｄ＝１−ｃとおけるので、加重平均の係数ａ₁〜ａ₄は以下の通りとなる。

したがって、位置によって、係数の２乗和の値（ノイズ成分）が変化することとなる。一方、この場合、係数の重心は以下の通りとなり、補間する画素の位置と一致している。

そこで、ノイズ成分を一定に保ちながら、係数の重心と補間する画素の位置を一致させるためには、係数ａ₁〜ａ₄は以下の条件を満たす必要がある。

すなわち、ノイズ保持補間画素値算出部７２は、以下の方程式を満たすように係数ａ₁〜ａ₄を求めることになる。

上記方程式の一般解は以下の通りである。

ここで、０＜ａ＜１、０＜ｃ＜１であるので、√内は必ず１以上となり、上記方程式は必ず解を持つこととなる。例えば、ａ＝０．２５、ｃ＝０．２５の場合、係数ａ₁〜ａ₄は以下の通りとなる。

このように、ノイズ保持補間画素値算出部７２は、拡大縮小の倍率から補間画素と周辺の既存画素の位置関係を計算し、計算した位置関係に基づいて係数を算出して周辺の既存画素値の加重平均を計算することによって、補間画素の画素値を算出することができる。

図１１は、画像をリサイズする場合に画像処理部７が行う処理の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、この処理では、画像処理部７は、画像の基準レベルを決めるために暗時画像を生画像から引くオフセット補正を行う（ステップＳ３１ａ）。

そして、画像処理部７は、アンプや画素間のゲインのバラツキを補正するゲイン補正を行い（ステップＳ３２ａ）、リサイズ処理を行う（ステップＳ３３ａ）。このリサイズ処理において、画像処理部７のノイズ保持補間画素値算出部７２は、ノイズを保持するように補間画素の画素値を計算する。

上述してきたように、ノイズ保持補間画素値算出部７２は、加重平均係数の重心と補間する画素の位置を一致させ、加重平均係数の和が加重平均に使用するデータの数に等しくなり、加重平均係数の２乗和が加重平均に使用するデータの数の２乗に等しくなるような加重平均係数を算出する。そして、算出した加重平均係数を用いて周辺画素値を加重平均することによって補間画素の画素値を算出する。したがって、補間画素の画素値に周辺の画素値を反映するとともに、ノイズが周辺画素より小さくなることを防ぐことができる。

なお、本実施例では、欠陥画素周辺の３×３の領域の画素を周辺画素とする場合について主に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、欠陥画素周辺の５×５の領域の画素を周辺画素とする他の場合にも同様に適用することができる。

以上のように、本発明は、デジタル画像処理に有用であり、特に、ノイズの影響が大きい場合に適している。

本実施例に係るＸ線診断装置の構成を示す機能ブロック図である。 ノイズ保持補正画素値算出部の補正画素値算出方法を説明するための説明図である。 Ｎが８までのａ_Aおよびａ_Bの具体的な値を示す図である。 周辺画素値への係数の割当方法を示す図である。 本実施例に係るＸ線診断装置の処理手順を示すフローチャートである。 画像処理部が行うデジタル画像処理の処理手順を示すフローチャートである。 補正値を求める欠陥画素を原点に配置した場合の加重平均の係数の重心を説明するための説明図である。 ２種類の係数からなる場合に加重平均の係数の重心と欠陥画素の位置が一致する係数の配置例を示す図である。 画像の拡大・縮小（リサイズ）を示す図である。 補間する画素の画素値Ｓ₀を周辺画素の画素値Ｓ₁〜Ｓ₄から算出する方法を説明するための説明図である。 画像をリサイズする場合に画像処理部が行う処理の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ Ｘ線発生部
２ Ｘ線検出部
３ 機構部
４ 高電圧発生部
５ Ｃアーム
６ 天板
７ 画像処理部
８ 表示部
９ 操作部
１０ システム制御部
７１ ノイズ保持補正画素値算出部
７２ ノイズ保持補間画素値算出部

Claims (7)

1. 画像検出器により検出された画像を処理する画像処理装置であって、
   加重平均に用いる周辺の画素の数の二乗に二乗和が等しくなるような係数を用いて周辺の画素値を加重平均することにより欠陥画素および補間画素の少なくとも一方の画素値を算出する欠陥・補間画素値算出手段
   を備えたことを特徴とする画像処理装置。
2. 前記欠陥・補間画素値算出手段が欠陥画素および補間画素の少なくとも一方の画素値の算出に用いる係数の値が２種類であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記欠陥・補間画素値算出手段は、加重平均する際に、周辺の画素値に対して大きい方から順に２種類の係数のうちの大きい方を先頭として係数を交互に割り当てることを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記欠陥・補間画素値算出手段は、加重平均する際に、欠陥画素または補間画素を原点とする二次元座標系において周辺の画素の座標に関して前記係数を重みとする加重平均値が原点に最も近くなるように該係数を決定することを特徴とする請求項１、２または３に記載の画像処理装置。
5. 前記欠陥・補間画素値算出手段は、加重平均する際に、欠陥画素または補間画素を原点とする二次元座標系において周辺の画素の座標に関して前記係数を重みとする加重平均値が原点と一致するように該係数を決定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. 画像検出器により検出された画像を処理する画像処理プログラムであって、
   加重平均に用いる周辺の画素の数の二乗に二乗和が等しくなるような係数を用いて周辺の画素値を加重平均することにより欠陥画素および補間画素の少なくとも一方の画素値を算出する欠陥・補間画素値算出手順
   をコンピュータに実行させることを特徴とする画像処理プログラム。
7. 被検体にＸ線を照射し、透過したＸ線を検出して該被検体を撮影するＸ線撮影装置であって、
   加重平均に用いる周辺の画素の数の二乗に二乗和が等しくなるような係数を用いて周辺の画素値を加重平均することにより欠陥画素および補間画素の少なくとも一方の画素値を算出する欠陥・補間画素値算出手段
   を備えたことを特徴とするＸ線撮影装置。

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