JP2009034413A - 放射線画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入力画像に影響を与えることなく、効果的にライン状ノイズのみを除去できる放射線画像処理装置11を提供する。
【解決手段】ノイズ成分抽出ブロック13により、入力画像からノイズ成分を抽出する。ライン状ノイズ成分抽出ブロック14により、ノイズ成分抽出ブロック13で抽出したノイズ成分からライン状ノイズ成分のみを抽出する。ライン状ノイズ成分減算ブロック15により、入力画像からライン状ノイズ成分抽出ブロック14で抽出されたライン状ノイズ成分を減算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線画像のライン状ノイズ成分のみを除去する放射線画像処理装置に関する。

Ｘ線画像処理装置では、ノイズを含んだＸ線画像信号から画像信号成分とノイズ成分とを分離する処理が重要である（例えば、特許文献１参照。）。

Ｘ線画像信号の場合は、Ｘ線の量子ノイズとＸ線平面検出器の内部で生じるノイズとが問題となる。例えば、ＴＦＴ型のＸ線平面検出器の内部で発生するノイズにもいろいろな種類があるが、特にゲート走査時に略同相で発生するノイズ成分は、画素毎にランダムに発生するノイズ成分に比べて、ライン状でビートを打つように発生するため非常に目立ちやすい。このライン状に発生するノイズは、ゲート走査周波数のｎ倍の高調波付近のノイズが発生すると、ビートが打ちやすくなる性質を持っている。ライン状に発生するノイズは、シミュレーションによれば、ランダムノイズに対して約１／７以下としないと、画面上で目立ちやすくなってしまうため、Ｘ線画像処理装置で生じるノイズの中でも関心が強く、これらを除去することによって大きな効果が期待できる。

ライン状ノイズもランダムに発生するものであり、時間平均をとると、その平均値はゼロに漸近していく。ライン状ノイズもランダムノイズと同様に固定パターンなどのように確定的に発生するものとは異なり、画像から完全に除去することはできない。

単純な平滑化フィルタでは、高周波成分を含む物体輪郭領域などの情報も削除されてしまうので、物体輪郭領域については平滑化しないような特性を持たせた例えばメディアンフィルタなどのエッジ保存平滑化フィルタも開発されている。
特開２００４−１８７７４４号公報（第２頁）

しかしながら、平滑化フィルタによる従来のノイズ除去技術においては、細かな画像成分が除去されてしまうことがあった。さらに、透視線量でのＸ線画像はＸ線量子ノイズによるランダムノイズ成分のため、画像のＳ／Ｎ比が低く、画像情報の振幅がある程度大きくても、ライン状ノイズ成分のみを除去することは難しい。

また、上述したような平滑化フィルタによる従来のノイズ除去技術は、低周波フィルタによって目立ちやすい高域のノイズを除去するものであり、この処理によって画像の解像度が落ちるという問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、放射線画像に影響を与えることなく、効果的にライン状ノイズのみを除去できる放射線画像処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、放射線画像からノイズ成分を抽出するノイズ成分抽出手段と、このノイズ成分抽出手段により抽出されたノイズ成分からライン状ノイズ成分を抽出するライン状ノイズ成分抽出手段と、このライン状ノイズ成分抽出手段で抽出されたライン状ノイズ成分を前記放射線画像から減算するライン状ノイズ成分減算手段とを具備しているものである。

本発明によれば、放射線画像からノイズ成分を抽出し、この抽出したノイズ成分からライン状ノイズ成分のみを抽出し、放射線画像からライン状ノイズ成分を減算して除去できるため、放射線画像に影響を与えることなく、効果的にライン状ノイズを除去できる。

以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１に放射線画像処理装置のブロック図を示し、この放射線画像処理装置11では、例えば放射線平面検出器であるＸ線平面検出器によって検出された放射線画像であるＸ線画像としての入力画像を輝度補正する輝度補正ブロック12、輝度補正された入力画像からノイズ成分を抽出するノイズ成分抽出手段としてのノイズ成分抽出ブロック13、抽出されたノイズ成分からライン状ノイズ成分のみを抽出するライン状ノイズ成分抽出手段としてのライン状ノイズ成分抽出ブロック14、抽出されたライン状ノイズ成分を輝度補正された入力画像から減算するライン状ノイズ成分減算手段としてのライン状ノイズ成分減算ブロック15を経て、ライン状ノイズ成分が除去された出力画像を得ている。

輝度補正ブロック12では、放射線画像処理装置11への入力画像として効果的にラインノイズを除去するため、回路のリークなどから発生する画像のオフセットを除去するために暗時の画像を除去する暗画像補正処理、各画素の輝度のばらつきを補正するためシェーディング補正処理、欠陥画素を補正する欠陥補正処理を施している。なお、暗時のオフセットや各画素のばらつき、欠陥画素がない場合はこれらの処理は必要ない。

入力画像からノイズ成分を抽出するノイズ成分抽出ブロック13は、入力画像の各画素に平滑化手段としての平滑化フィルタ21を適用する。この平滑化フィルタ21では、例えば図３に示すように、入力画像のある参照画素に対して、参照画素およびその隣接画素に対してｎ×ｎ行列演算し、その総和を参照画素と置き換えるもので、この処理を全画素について行う。行列の大きさは発生しているライン状ノイズの周期の大きさに関係し、高周波のみを除去する場合は行列サイズは小さく、比較的低周波まで除去する場合は行列サイズを大きくすればよい。図３に示す例では、行列サイズは５×５であるが、ライン状ノイズが発生している方向（ライン状ノイズは横軸方向に発生しているものと仮定）と直交する軸に対して係数を持っていて、それ以外の行列項はすべてゼロとしている。平滑化フィルタ21として、ライン状ノイズが発生しているラインと直交する軸に対してのみ係数を持っている一次元平滑化フィルタを用いれば、ライン状ノイズが発生している軸方向以外は演算されないため、横方向の画像情報が含まれない。この例では係数１／５としてあるが、係数に重み付けをしても良い。さらに、平滑化フィルタ21として、一次元メディアンフィルタ（median filter）を用いれば、局部的なノイズ変動があっても、その情報が含まれにくいというメリットがある。

さらに、ノイズ成分抽出ブロック13では、入力画像の各画素の画素値から平滑化フィルタ21を通した画像の画素値を減算する平滑化成分減算手段22を適用する。これにより、ノイズ成分抽出ブロック13では、ライン状ノイズの発生方向には画像情報が含まれないノイズ成分画像を得ることができる。

また、ライン状ノイズ成分抽出ブロック14では、例えば図４に示すように、ノイズ成分抽出手段13により抽出されたノイズ成分画像をライン状ノイズが発生している方向（ライン状ノイズは横軸方向に発生しているものと仮定）に複数のブロックに分割し、そのノイズ成分抽出ブロック13により抽出されたノイズ成分画像に対してブロック単位で同一ラインのノイズ成分の平均値を求め、同一ブロック内に同相で発生しているノイズ成分を算出する。そして、ブロック単位でその平均値とノイズ成分画像の画素値とを置き換えることにより、ランダムノイズ成分を除去し、ライン状ノイズ成分のみを抽出することができる。

ブロック内の平均化数ｎとしては、ライン状ノイズ成分のうち、同一ライン上に発生しているランダムノイズ成分の標準偏差をσｒとすれば、この平均化処理によって生じる統計的な誤差は、σｒ／√ｎとなる。したがって、ｎを小さく選ぶとランダムノイズが重畳されることになるので、ｎの選び方には注意が必要である。また、ノイズ成分抽出ブロック13で平滑化処理を行うと、コントラストの強い画像の場合にはエッジ情報も平滑化処理されてしまい、擬似画像が発生しやすい。この影響を少なくするためにはｎ≧１６とすることが望ましい。

ライン状ノイズ成分抽出の際に、ノイズ成分抽出ブロック13により抽出された画像エッジの影響を軽減する手段としてメディアンフィルタがある。このメディアンフィルタは画像エッジの影響を受けにくい性質があるため、ライン状ノイズ成分を効果的に抽出することができる。メディアンフィルタは、ノイズ成分抽出ブロック13により抽出されたノイズ成分に対してブロック単位で同一ラインの中央値となるノイズ成分の画素値を参照画素と置き換えるフィルタである。

しかし、このメディアンフィルタでもコントラストが白黒二極化しているような画像の場合には、ヒストグラム中央値付近の値が大きく変化してしまう。したがって、コントラストが二極化しているような画像の場合は補正しきれない。

そこで、中央値の代わりに、ノイズ成分抽出ブロック13により抽出されたノイズ成分に対して同一ラインのノイズ成分の画素値を昇降順に並べ替え、ある順位となる画素値を同一ブロック内の画素値に置き換えることによって、メディアンフィルタで起きる中央値でのエラーを回避することができる。

さらに、ブロック単位で同一ラインのノイズ成分の画素値を昇降順に並べ替え、ある順位となる参照画素値を複数個求め、ある順位となるそれぞれの画素値に対して同一ブロック内の画素値をその順位となる画素値で置き換えた画像をそれぞれ求め、ある閾値を超えた画素値はその値を除外してその平均値を求めることによって、メディアンフィルタで起きる中央値でのエラーを回避し、ライン状ノイズ成分のみを効率的に検出することができる。例えば図６には、ブロック単位でヒストグラムを求め、上位１０％に位置する画素値、中央値、下位１０％に位置する画素値をライン状ノイズの発生している軸と直交する軸について求めたグラフを示す。ヒストグラムの中心値が参照画素の値に近いと画素値が大きく変化するため補正エラーが発生し、図６のグラフが大きく変化している部分が補正エラーの発生部分である。しかしながら、注目する画素値を上位１０％に位置する画素値、中央値、下位１０％に位置する画素値に設定して、ある閾値を超えた場合は、その画素を除いて平均化することで、メディアンフィルタで起きるエラーを回避し、効率的にライン状ノイズ成分を補正することができる。

また、図２に示すように、ライン状ノイズ成分減算ブロック15は、ランダムノイズ成分に対してライン状ノイズ成分が十分小さい場合（１／７以下）には、補正によって生じる擬似画像の影響を低減させる目的で、ライン状ノイズ成分抽出ブロック14で抽出されたライン状ノイズ成分の画像をクランプし、そのライン状ノイズ成分の画像にある係数を掛けて入力画像から差し引くことにより、補正効果を制限させる。

ブロック単位で全体のヒストグラムが大きく変化する場合は、補正を実施すると画像が不自然となるため、ライン状ノイズ成分抽出ブロック14により抽出されたライン状ノイズ成分画像の画素値がある閾値を超えた場合には、その画素値をある閾値と置き換えてそれ以上に減算しないようにすることで、入力画像の物体輪郭情報を損なうことなく、ライン状ノイズ成分のみを効果的に除去する。

このように、放射線画像処理装置11では、ノイズ成分抽出ブロック13により入力画像からノイズ成分を抽出し、このノイズ成分抽出ブロック13により抽出したノイズ成分からライン状ノイズ成分抽出ブロック14によりライン状ノイズ成分のみを抽出し、ライン状ノイズ成分減算ブロック15により入力画像からライン状ノイズ成分抽出ブロック14により抽出されたライン状ノイズ成分を減算するため、入力画像に影響を与えることなく、効果的にライン状ノイズのみを除去できる。

また、ノイズ成分を抽出するノイズ成分抽出ブロック13は、入力画像の各画素に平滑化フィルタ21を適用し、入力画像の各画素の画素値から平滑化フィルタ21により平滑化された画素の画素値を差し引くことによってノイズ成分を抽出できる。

平滑化フィルタ21としては、ライン状ノイズが発生している軸と直交する軸に対して一次元平滑化フィルタを施すことにより、ライン状ノイズの発生方向には画像情報が含まれないノイズ成分画像を得て、効果的なライン状ノイズの抽出が可能となる。平滑化フィルタ21としては、ライン状ノイズが発生している軸と直交する軸に対して一次元メディアンフィルタを施すことにより、物体輪郭情報については平滑化せず、ライン状ノイズの発生方向には画像情報が含まれないノイズ成分画像を得て、効果的なライン状ノイズの抽出が可能となる。

また、ライン状に発生するノイズ成分を抽出するライン状ノイズ成分抽出ブロック14としては、ノイズ成分抽出ブロック13により抽出されたノイズ成分に対してブロック単位で同一ラインのノイズ成分の平均値を求め、同一ブロック内のノイズ成分に対してその平均値を差し引くことにより、ライン状に発生しているノイズに揺らぎがあっても、ライン状ノイズのみを効果的に抽出できる。

また、ライン状に発生するノイズ成分を抽出するライン状ノイズ成分抽出ブロック14としては、ノイズ成分抽出ブロック13により抽出されたノイズ成分に対してブロック単位で同一ラインのノイズ成分の画素の中央値を求め、同一ブロック内のノイズ成分に対してその中央値を差し引くことによって、物体輪郭情報については平滑化せずに、ライン状ノイズのみを効果的に抽出できる。

また、ライン状に発生するノイズ成分を抽出するライン状ノイズ成分抽出ブロック14としては、ノイズ成分抽出ブロック13により抽出されたノイズ成分に対してブロック単位で同一ラインのノイズ成分の画素値を昇降順に並べ替え、ある順位となる画素値を同一ブロック内の画素値とその順位となる画素値とで置き換えることによって、コントラストが白黒二極化しているような画像の場合でも、ライン状ノイズのみを効果的に抽出できる。

また、ライン状に発生するノイズ成分を抽出するライン状ノイズ成分抽出ブロック14としては、ノイズ成分抽出ブロック13により抽出されたノイズ成分に対してブロック単位で同一ラインのノイズ成分の画素値を昇降順に並べ替え、ある順位となる画素値を複数個求め、さらにある閾値を超えた画素値はその値を除外して複数画像の画素値の平均値を求め、ブロック単位で画素値を平均値で置き換えることによって、ヒストグラムの全域にわたる物体輪郭情報について平滑化せずに、ライン状ノイズのみを効果的に抽出できる。

また、ライン状ノイズ成分減算ブロック15は、ライン状ノイズ成分抽出ブロック14により抽出されたライン状ノイズ成分画像に係数を掛け、補正効果を制限することによって、補正によって生じる擬似画像の影響を低減させ、ライン状ノイズ成分のみを効果的に除去できる。

また、ライン状ノイズ成分減算ブロック15は、ライン状ノイズ成分抽出ブロック14により抽出されたライン状ノイズ成分画像の画素値がある閾値を超えた場合は、それ以上に減算しないようにすることで、物体輪郭情報を損なうことなく、ライン状ノイズ成分のみを効果的に除去できる。

本発明の一実施の形態を示す放射線画像処理装置のブロック図である。 同上放射線画像処理装置の詳細なブロック図である。 同上放射線画像処理装置のノイズ成分抽出行列式を示す説明図である。 同上放射線画像処理装置のノイズ抽出するブロックの説明図である。 同上放射線画像処理装置のブロック単位でヒストグラムを求めたグラフである。

符号の説明

11 放射線画像処理装置
13 ノイズ成分抽出手段としてのノイズ成分抽出ブロック
14 ライン状ノイズ成分抽出手段としてのライン状ノイズ成分抽出ブロック
15 ライン状ノイズ成分減算手段としてのライン状ノイズ成分減算ブロック
21 平滑化手段としての平滑化フィルタ
22 平滑化成分減算手段

Claims (10)

1. 放射線画像からノイズ成分を抽出するノイズ成分抽出手段と、
   このノイズ成分抽出手段により抽出されたノイズ成分からライン状ノイズ成分を抽出するライン状ノイズ成分抽出手段と、
   このライン状ノイズ成分抽出手段で抽出されたライン状ノイズ成分を前記放射線画像から減算するライン状ノイズ成分減算手段と
   を具備していることを特徴とする放射線画像処理装置。
2. ノイズ成分抽出手段は、放射線画像の各画素に平滑化フィルタを適用する平滑化手段と、放射線画像の各画素の画素値から前記平滑化手段により平滑化された画素の画素値を差し引く平滑化成分減算手段とを備えている
   ことを特徴とする請求項１記載の放射線画像処理装置。
3. 平滑化手段は、一次元平滑化フィルタである
   ことを特徴とする請求項２記載の放射線画像処理装置。
4. 平滑化手段は、一次元メディアンフィルタである
   ことを特徴とする請求項２記載の放射線画像処理装置。
5. ライン状ノイズ成分抽出手段は、ノイズ成分抽出手段により抽出されたノイズ成分の画像に対してブロック単位で同一ラインのノイズ成分の平均値を求め、同一ブロック内のノイズ成分をその平均値で置き換えることによってライン状ノイズ成分を抽出する
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の放射線画像処理装置。
6. ライン状ノイズ成分抽出手段は、ノイズ成分抽出手段により抽出されたノイズ成分に対してブロック単位で同一ラインのノイズ成分の中央値を求め、同一ブロック内のノイズ成分をその中央値で置き換えることによってライン状ノイズ成分を抽出する
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の放射線画像処理装置。
7. ライン状ノイズ成分抽出手段は、ノイズ成分抽出手段により抽出されたノイズ成分に対してブロック単位で同一ラインのノイズ成分の画素値を昇降順に並べ替え、ある順位となる画素値を同一ブロック内の画素値とその順位となる画素値とで置き換えることによってライン状ノイズ成分を抽出する
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の放射線画像処理装置。
8. ライン状ノイズ成分抽出手段は、ノイズ成分抽出手段により抽出されたノイズ成分に対してブロック単位で同一ラインのノイズ成分の画素値を昇降順に並べ替え、ある順位となる画素値を複数個求め、ある順位となるそれぞれの画素値に対して同一ブロック内の画素値をその順位となる画素値で置き換えた画像をそれぞれ求め、ある閾値を超えた画素値はその値を除外して複数画像の画素値の平均値を求めることによってライン状ノイズ成分を抽出する
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の放射線画像処理装置。
9. ライン状ノイズ成分減算手段は、ライン状ノイズ成分抽出手段により抽出されたライン状ノイズ成分画像に係数を掛けて差し引くライン状ノイズ成分減算である
   ことを特徴とする請求項１ないし８いずれか記載の放射線画像処理装置。
10. ライン状ノイズ成分減算手段は、ライン状ノイズ成分抽出手段により抽出されたライン状ノイズ成分画像の画素値がある閾値を超えた場合は、画素値をある閾値と置き換える
    ことを特徴とする請求項１ないし９いずれか記載の放射線画像処理装置。

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