JP2011204109A - 画像処理方法およびそれを用いた放射線撮影装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の構成によれば、元画像P0をいったん縮小してこれにローパスフィルタを施し、これを拡大して拡大ローパス画像L1を生成する。この拡大ローパス画像L1を用いて、第2帯域画像βを生成する。これにより、第2帯域画像βを生成するのに多くの時間を要することがない。また、第3帯域画像γは、縮小画像P1にバンドパスフィルタを施すことで取得されるので、第3帯域画像γは、アーチファクトの少ないものとなる。これにより、帯域画像の生成時間と画質とのバランスがとれた画像処理方法が提供できる。
【選択図】図1
Description
第1の方法によれば、帯域画像の生成に時間がかかってしまうという問題点がある。帯域画像を生成するには、画像から低周波成分を抽出する必要性から、サイズが大きな行列を用いてフィルタ処理を行わなければならない。サイズが大きな行列を用いる変換処理は、計算に用いられる数画素データの数が多くなるので多くの時間を要してしまうのである。特に第2帯域画像βは、生成に最も時間がかかる。サイズの大きな行列を、サイズの大きな元画像P0の全域に作用させる必要があるからである。この様な処理の遅さは動画のリアルタイム処理で特に問題となる。
すなわち、本発明に係る画像処理方法は、被検体の像が写り込んでいる元画像にハイパスフィルタ処理を施して、第1帯域画像を生成する第1帯域画像生成ステップと、元画像を縮小して縮小画像を生成する元画像縮小ステップと、縮小画像にローパスフィルタ処理を施して、ローパス画像を生成するローパスフィルタ処理ステップと、ローパス画像を拡大して拡大ローパス画像とを生成する画像拡大ステップと、元画像、第1帯域画像、および拡大ローパス画像を基に第2帯域画像を生成する第2帯域画像生成ステップと、縮小画像にバンドパスフィルタ処理を施して、第3帯域画像を生成する第3帯域画像生成ステップと、各帯域画像を用いて元画像に画像処理を施す画像処理ステップとを備えることを特徴とするものである。
まず、実施例1に係るX線撮影装置1の構成について説明する。X線撮影装置1は、図1に示すように被検体Mを載置する天板2と、天板2の上側に設けられたX線を照射するX線管3と、天板2の下側に設けられたX線を検出するFPD4とを備えている。X線管3は、本発明の放射線源に相当し、FPD4は、本発明の放射線検出手段に相当する。
次に、元画像P0から帯域画像α,β,γを取得する方法について説明する。帯域画像α,β,γを取得するには、図6に示すように、まず、元画像P0にハイパスフィルタ処理を施して、第1帯域画像αを生成し(第1帯域画像生成ステップS1),元画像P0を縮小して縮小画像P1を生成する(元画像縮小ステップS2)。そして、縮小画像P1にローパスフィルタ処理を施して、ローパス画像L1を生成し(ローパスフィルタ処理ステップS3),ローパス画像L1を拡大して拡大ローパス画像M1を生成する(画像拡大ステップS4)。続いて、元画像P0,第1帯域画像αおよび拡大ローパス画像M1とを基に第2帯域画像βを生成し、(第2帯域画像生成ステップS5),縮小画像P1にバンドパスフィルタ処理を施して、第3帯域画像γを生成する(第3帯域画像生成ステップS6)。最後に、より低周波側の帯域画像が生成される(低周波帯域画像生成ステップS7)この時点で、帯域画像α,β,γが取得され、これらを用いて、後続の画像処理ステップS8が行われることになる。これら各ステップについて順を追って説明する。
画像生成部11で生成された元画像P0(図7参照)は、第1帯域画像生成部12に送出される。第1帯域画像生成部12は、元画像P0を構成する画素の各々に対して、ハイパスフィルタとして機能する行列を作用させる。図8は、元画像P0を構成する画素aについて、ハイパスフィルタ処理が行われている時の様子を示している。第1帯域画像生成部12は、例えば、5×5のハイパスフィルタ用の行列を記憶部28より読み出して、画素aに対してこの行列を作用させる。すると、行列は、図8に示すように、画素aを中心とした5行5列の大きさの画素領域Rに作用することになる。そして、第1帯域画像生成部12は、行列を作用させて得られた画素データを第1帯域画像αにおける画素aに相当する位置に配置する。第1帯域画像生成部12は、同様の動作を元画像P0を構成する画素a以外の画素の全てについて行い、その度に、取得された画素データを元画像P0に対応させて第1帯域画像αにマッピングする。ハイパスフィルタは、領域Rに含まれる高周波成分のみを通過させるので、第1帯域画像αは、画素データが細かく変化するザラついた画像となる。第1帯域画像αの生成に必要な計算コストを1とする。第1帯域画像生成部12は、本発明の第1帯域画像生成手段に相当する。
元画像P0は、画像縮小部13にも送られる。画像縮小部13は、図9に示すように元画像P0を例えば縦、横ともに1/2に縮小された縮小画像P1を生成する。これによって、元画像P0の面積が1/4となっている縮小画像P1が生成される。この画像処理の計算コストは、2×2の画素束ねをするだけで可能であるので、上述の第1帯域画像αの生成時の計算コストに比べて遙かに小さい。従って、縮小処理の計算コストはほぼ0である。以降、行列を用いない画像処理の計算コストはすべてほぼ0である。
縮小画像P1は、ローパスフィルタ処理部14に送られる。ローパスフィルタ処理部14は、ハイパスフィルタ用の行列と同じサイズである5×5のローパスフィルタ用の行列を記憶部28より読み出して、縮小画像P1を構成する画素の各々に対してこの行列を作用させる。行列の作用によって得られた画素データは、縮小画像P1に対応させてローパス画像L1にマッピングされる。この様子は、図8を用いた説明と同様である。異なる点は、用いる行列が違うことと、処理対象の縮小画像P1の面積が元画像P0の1/4となっていることである。これにより本ステップの計算コストは1よりも小さいことになり、具体的には、1/4となる。このように、バンドパスフィルタを使わず、いったん元画像P0を縮小してローパスフィルタをかけるようにすれば、計算コストを大幅に抑制することができる。
ローパス画像L1は、画像拡大部15に送られる。画像拡大部15は、図10に示すようにローパス画像L1を例えば縦、横ともに2倍に拡大された拡大ローパス画像M1を生成する。つまり、拡大ローパス画像M1と元画像P0の画像の大きさは、同じである。このときの計算コストはローパスフィルタ処理と比べればほぼ0と見なせる。
拡大ローパス画像M1は、第2帯域画像生成部16に送られる。この第2帯域画像生成部16には、元画像P0,および第1帯域画像αも送られてきている。第2帯域画像生成部16は、元画像P0から第1帯域画像αおよび拡大ローパス画像M1を減算して、第2帯域画像βを生成する。
縮小画像P1は、第3帯域画像生成部17にも送られている。第3帯域画像生成部17は、ローパスフィルタ用の行列のほぼ倍の大きさである9×9のバンドパスフィルタ用の行列を記憶部28より読み出して、縮小画像P1を構成する画素の各々に対してこの行列を作用させる。行列の作用によって得られた画素データは、縮小画像P1に対応させて第3帯域画像γにマッピングされる。この様子は、図8を用いた説明と同様である。異なる点は、用いる行列の種類が違うこと、行列の大きさが縦横ともにほぼ2倍となっていること、処理対象の縮小画像P1の面積が元画像P0の1/4となっていることである。バンドパスフィルタは、ローパスフィルタのほぼ4倍の面積があるので、本ステップの計算コストは、画素1つずつに対して第1帯域画像生成ステップS1のほぼ4倍かかるはずである。しかし、縮小画像P1の面積は元画像P0の1/4しかないので、本ステップの計算コストは、結局ほぼ1である。
画像縮小部13は、縮小画像P1以外に、縮小画像P1を縦横1/2ずつ縮小した縮小画像P2も生成している。この縮小画像P2も第3帯域画像生成部17に送出され、第4帯域画像δが生成される。この時の計算コストは、第3帯域画像生成ステップS6の計算コストの1/4なので、ほぼ1/4である。更に低周波成分を元画像P0から抽出する目的で、縮小画像P2を更に縦横1/2ずつ縮小した縮小画像P3を生成してこれを第3帯域画像生成部17に送り込むようにしてもよい。縮小画像P3に関する第3帯域画像生成部17の計算コストは、縮小画像P2のときの計算コストの1/4となりほぼ1/16である。
実施例1に係るX線撮影装置1は、帯域画像α,β,γを用いて元画像P0にノイズ低減処理、高周波強調処理、ダイナミックレンジ圧縮処理の3つの画像処理を行うことができる。各処理の具体的な手法について、説明する。
まず、ノイズ低減処理についての具体的な方法について説明する。画像処理部18は、図12に示すように、各帯域画像α,β,γに所定の画像処理を施すことにより、各帯域画像α,β,γに含まれているノイズ成分が抽出されたノイズ抽出画像Nα,Nβ,Nγを各帯域画像α,β,γごとに生成する。
次に、元画像P0の高周波成分が強調された高周波強調処理について説明する。これにより、元画像P0の細かな部分を詳細に観察することができる。実施例1に係るX線撮影装置1において、元画像P0に高周波強調処理を行うには、まず、画像処理部18に帯域画像α,β,γが呼び出される。そして、画像処理部18は、帯域画像α,β,γを構成する画素データを変換して絶対値抑制画像LUTの各々を生成する。
次に、元画像P0の画素データの広がりを調節するダイナミックレンジ圧縮処理について説明する。これにより、元画像P0のコントラストを調節することができる。元画像P0に対し、ダイナミックレンジ圧縮処理を行う場合、画像処理部18は、まず、帯域画像α,β,γを適宜拡大しつつ、足し合わせて、圧縮用合計画像ΣBPを生成する。この圧縮用合計画像ΣBPは、元画像P0から低い方の周波数成分を除去したものとなっており、画素データから構成される。
次に、X線撮影装置1の動作について説明する。まず、被検体Mが天板2に載置され、術者は操作卓26を通じて放射線照射の開始を指示する。すると、X線管3からX線が照射され、被検体Mを透過したX線がFPD4で検出される。このとき元画像P0が生成される。この元画像P0を基に、帯域画像α,β,γが生成される。
P1 縮小画像
L1 ローパス画像
M1 拡大ローパス画像
α 第1帯域画像
β 第2帯域画像
γ 第3帯域画像
S1 第1帯域画像生成ステップ
S2 元画像縮小ステップ
S3 ローパスフィルタ処理ステップ
S4 画像拡大ステップ
S5 第2帯域画像生成ステップ
S6 第3帯域画像生成ステップ
S7 低周波帯域画像生成ステップ
S8 画像処理ステップ
3 X線管(放射線源)
4 FPD(放射線検出手段)
11 画像生成部(画像生成手段)
12 第1帯域画像生成部(第1帯域画像生成手段)
13 画像縮小部(画像縮小手段)
14 ローパスフィルタ処理部(ローパスフィルタ処理手段)
15 画像拡大部(画像拡大手段)
16 第2帯域画像生成部(第2帯域画像生成手段)
17 第3帯域画像生成部(第3帯域画像生成手段)
18 画像処理部(画像処理手段)
Claims (8)
- 被検体の像が写り込んでいる元画像にハイパスフィルタ処理を施して、第1帯域画像を生成する第1帯域画像生成ステップと、
前記元画像を縮小して縮小画像を生成する元画像縮小ステップと、
前記縮小画像にローパスフィルタ処理を施して、ローパス画像を生成するローパスフィルタ処理ステップと、
前記ローパス画像を拡大して拡大ローパス画像を生成する画像拡大ステップと、
前記元画像、前記第1帯域画像、および前記拡大ローパス画像とを基に第2帯域画像を生成する第2帯域画像生成ステップと、
前記縮小画像にバンドパスフィルタ処理を施して、第3帯域画像を生成する第3帯域画像生成ステップと、
各帯域画像を用いて前記元画像に画像処理を施す画像処理ステップとを備えることを特徴とする画像処理方法。 - 請求項1に記載の画像処理方法において、
各帯域画像からノイズ成分を抽出して、前記元画像に重畳するノイズ成分を除去するノイズ除去ステップを更に備えることを特徴とする画像処理方法。 - 請求項1または請求項2に記載の画像処理方法において、
各帯域画像に重み付けを加えて足し合わせを行って前記元画像の高周波成分を含んだ合計画像を取得する第1合計画像取得ステップと、
前記合計画像と前記元画像とを重み付けを加えて足し合わせることで、前記元画像に高周波強調処理を行う高周波強調処理ステップとを更に備えることを特徴とする画像処理方法。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の画像処理方法において、
前記元画像の低周波成分を含んだ低周波成分画像を取得する低周波成分画像取得ステップと、
各帯域画像に重み付けを加えて足し合わせを行って前記元画像の高周波成分を含んだ合計画像を取得する第2合計画像取得ステップと、
前記合計画像、および低周波成分画像を構成する画素データをそれぞれ非線形的に反転させて反転画像を生成する反転ステップと、
前記反転画像と前記元画像とを重み付けを加えて足し合わせることで、前記元画像にダイナミックレンジ圧縮処理を行うダイナミックレンジ圧縮処理ステップとを更に備えることを特徴とする画像処理方法。 - 放射線を照射する放射線源と、
放射線を検出する放射線検出手段と、
前記放射線検出手段から出力された検出信号を基に、被検体の像が写り込んだ元画像を生成する画像生成手段と、
前記元画像にハイパスフィルタ処理を施して、第1帯域画像を生成する第1帯域画像生成手段と、
前記元画像を縮小して縮小画像を生成する画像縮小手段と、
前記縮小画像にローパスフィルタ処理を施して、ローパス画像を生成するローパスフィルタ処理手段と、
前記ローパス画像を拡大して拡大ローパス画像を生成する画像拡大手段と、
前記元画像、前記第1帯域画像、および前記拡大ローパス画像とを基に第2帯域画像を生成する第2帯域画像生成手段と、
前記縮小画像にバンドパスフィルタ処理を施して、第3帯域画像を生成する第3帯域画像生成手段と、
各帯域画像を用いて前記元画像に画像処理を施す画像処理手段とを備えることを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項5に記載の放射線撮影装置において、
前記画像処理手段は、各帯域画像からノイズ成分を抽出して、前記元画像に重畳するノイズ成分を除去することを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項5または請求項6に記載の放射線撮影装置において、
前記画像処理手段は、各帯域画像に重み付けを加えて足し合わせを行って前記元画像の高周波成分を含んだ前記合計画像を取得し、
前記合計画像と前記元画像とを重み付けを加えて足し合わせることで、前記元画像に高周波強調処理を行うことを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項5ないし請求項7のいずれかに記載の放射線撮影装置において、
前記画像処理手段は、前記元画像の低周波成分を含んだ低周波成分画像を取得し、
各帯域画像に重み付けを加えて足し合わせを行って前記元画像の高周波成分を含んだ前記合計画像を取得し、
前記合計画像、および前記低周波成分画像を構成する画素データをそれぞれ非線形的に反転させて反転画像を生成し、
前記反転画像と前記元画像とを重み付けを加えて足し合わせることで、前記元画像にダイナミックレンジ圧縮処理を行うことを特徴とする放射線撮影装置。
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