JP2015083056A - 画像処理装置および超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像の明るさをリアルタイムで調整することが可能な画像処理装置および超音波診断装置を提供する。
【解決手段】画像処理装置は、多重解像度分解部１１と、調整部１２と、復元部１４と、を有する。多重解像度分解部１１は、画素値が２次元または３次元の方向に配列された原画像を高周波成分と低周波成分とに分解することを、画素値が各方向に所定個になるまで繰り返すことにより、低周波成分における最下層の画像を生成する。調整部１２は、最下層の画像における各画素の画素値を変更することにより、最下層の画像の明るさを調整する。復元部１４は、明るさが調整された最下層の画像を用いて、画素値が各方向に前記原画像と同じ個数になるように画像を復元する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、画像処理装置および超音波診断装置に関する。

超音波診断装置、Ｘ線ＣＴ装置、およびＭＲＩ装置などのモダリティにより、検査対象が診断され、診断時における検査対象の画像が取得される。

例えば、超音波診断装置は、非侵襲でリアルタイムに検査ができることから多くの医療機関に普及している。超音波診断装置は、超音波パルスを体内に照射する電気音響変換器および画像処理装置を有する。生体に照射された超音波パルスは生体組織の固有音響インピーダンスの差に応じた反射をする。たとえば、インピーダンスの差が大きな境界面でより強い反射信号が得られ、インピーダンスの差が小さな境界面でより弱い反射信号が得られる。反射信号は電気音響変換器によって電気信号に変換される。電気信号は増幅され、断層画像などに再構築されてディスプレイに表示される。ディスプレイに画像が表示されるとき、反射信号が大きなものを明るく、小さなものを暗くなるように、信号振幅に応じた輝度変調が行われる。

画像処理装置は、電気信号を増幅する調整部を有する。調整部は操作部を有する。操作部による指示を受けて、調整部が電気信号を増幅する（ゲイン調整する）ことにより、画像の明るさが調整される。
画像に、軟部組織や筋肉などの低周波成分の構造から骨などの高周波成分の構造までが描画されるときがある。このような画像に対し、点や線状の陰影を強調するための周波数処理が行われる。

ゲイン調整が暗めに働くと、画像において必要な情報が失われるおそれがある。また、画像の明るさをリアルタイムで調整したいという要請がある。また、ユーザーや検査対象に応じて、画像の明るさを簡易に調整したいという要請もある。さらに、周波数処理において、低周波数成分における画像のみの明るさを調整したいという要請もある。

特開２０１２−１０５９７３号公報

しかしながら、空間的に２次元でゲイン調整をすると、計算量が膨大なため、ゲイン調整に多くの時間を要し、画像の明るさをリアルタイムで調整することが困難となる。さらに、周波数処理において、低周波成分における画像のみの明るさを調整することは困難を伴う。

この実施形態は、上記の問題を解決するものであり、画像の明るさをリアルタイムで調整することが可能な画像処理装置および超音波診断装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、実施形態の画像処理装置は、多重解像度分解部と、調整部と、復元部と、を有する。多重解像度分解部は、画素が２次元または３次元の方向に配列された原画像を高周波成分と低周波成分とに分解することを、画素が各方向に所定個になるまで繰り返すことにより、低周波成分における最下層の画像を生成する。調整部は、最下層の画像における各画素の画素値を変更することにより、最下層の画像の明るさを調整する。復元部は、明るさが調整された最下層の画像を用いて、画素が各方向に前記原画像と同じ個数になるように画像を復元することを特徴とする。

第１実施形態に係る画像処理装置の構成ブロック図。 画像処理装置の一連の動作を示すフローチャート。 離散ウェーブレット変換の一連の動作を示すフローチャート。 ３階層までの離散ウェーブレット変換の一例を示す図。 １次の高周波成分を示す図。 ２次の高周波成分を示す図。 ３次の高周波成分を示す図。 最下層の画像における低周波成分を示す図。 ユーザーおよび検査対象と係数との対応関係を示す図。 第２実施形態において、離散ウェーブレット変換から拡大処理までの動作を示すフローチャート。 実施形態の種類と動作との対応関係を示す図。 第３実施形態において、離散ウェーブレット変換から拡大処理までの動作を示すフローチャート。

（原画像）
モダリティにより検査対象が診断され、診断時における検査対象の原画像ｇが取得される。なお、原画像ｇは、画素が２次元または３次元の方向に配列されたものである。

２次元の方向にｍ個配列された原画像ｇは、次のように表される。

原画像ｇにおいて、画素の画素値（輝度値または濃度値ともいう）をｐ_ｉｊで表す。ｐの添え字である“ｉ”は行番号（ｉ＝１，２，．．．，ｍ）、“ｊ”は列番号を表す（ｊ＝１，２，．．．，ｍ）。

以下の説明では、原画像ｇを、画素が２次元の方向に６４個（ｍ＝６４）配列されたものとして説明する。

［第１実施形態］
画像処理装置の第１実施形態について各図を参照して説明する。
先ず、画像処理装置の基本的な構成について、図１および図２を参照して簡単に説明する。図１は、画像処理装置１０の構成ブロック図である。

図１に示すように、画像処理装置１０は、多重解像度分解部１１と、調整部１２と、フィルタ１３と、復元部１４と、記憶部１５と、ユーザーインターフェース（ＵＩＦ）１７と、システムゲイン設定部１９と、を有する。

〔多重解像度分解部１１〕
多重解像度解析にはウェーブレット（Ｗａｖｅｌｅｔ）やガウシアンピラミット等が用いられる。ここでは、一例として、ウェーブレットを用いて多重解像度解析を行う多重解像度分解部１１について説明する。
多重解像度分解部１１は、原画像ｇを、離散ウェーブレット変換により高周波成分と低周波成分とに分解する。第１実施形態では、各方向の画素が所定個ｒになるまで、離散ウェーブレット変換が繰り返される。

第１実施形態では、所定個ｒは８である（ｒ＝８）。離散ウェーブレット変換が繰り返される都度、各方向の画素の個数が半分（後述するダウンサンプリング）になるので、各方向の画素の個数が６４個から８個になるためには、離散ウェーブレット変換が階層数Ｎ（＝３）回繰り返される必要がある。

図２は、画像処理装置１０の一連の動作を示すフローチャートである。図２に、画像処理装置１０の一連の動作をステップＳ１０１〜Ｓ１１０で示す。なお、画像処理装置１０の一連の動作は自動的に実行されるものとする。
図２に示すように、この例では、画像処理装置１０の一連の動作において、３階層の離散ウェーブレット変換が行われる（ステップＳ１０１〜Ｓ１０３）。図２に、各階層の離散ウェーブレット変換を、破線により囲まれた部分で示す。

〔１階層目の離散ウェーブレット変換：ステップＳ１０１〕
１階層目の離散ウェーブレット変換について、図３を参照して説明する。図３は、離散ウェーブレットの一連の動作を示すフローチャートである（ステップＳ２０１〜Ｓ２０４）。

（水平方向の離散ウェーブレット変換：ステップＳ２０１）
図３に示すように、最初に、原画像ｇに対して、水平方向（行方向）に離散ウェーブレット変換が行われる（ステップＳ２０１）。

水平方向（行方向）に離散ウェーブレット変換が行われたときの変換後のＦは、次の式で表される。

ここで、ｇ^ｔは、ｇの転置行列である。また、Ｃは、基底関数（正方行列）である。

基底関数Ｃは、次の式で表される。

水平方向（行方向）に行われる離散ウェーブレット変換において、原画像ｇが水平方向の低周波成分と高周波成分とに分解される。

（垂直方向の離散ウェーブレット変換：ステップＳ２０２）
次に、変換後のＦに対し、垂直方向（列方向）に離散ウェーブレット変換が行われる（ステップＳ２０２）。

垂直方向（列方向）に離散ウェーブレット変換が行われたときの変換後のＳは、次の式で表される。

変換後のＳは、各周波数成分（水平方向・垂直方向ともに低周波成分；水平方向が低周波成分でかつ垂直方向が高周波成分；水平方向が高周波成分でかつ垂直方向が低周波成分；水平方向・垂直方向ともに高周波成分）から構成される。

（離散ウェーブレット逆変換：Ｓ２０３）
次に、変換後のＳについて、離散ウェーブレット逆変換が行われる（Ｓ２０３）。
各周波数成分は、離散ウェーブレット逆変換により、画像ｇ^（１）に変換される。

（ダウンサンプリング：Ｓ２０４）
次に、画像ｇ^（１）が、半分にダウンサンプリングされる（Ｓ２０４）。ダウンサンプリングにより、画素がｍ×ｍ（６４×６４）から３２×３２に配列される。

図４は、３階層まで行われた離散ウェーブレット変換の一例を示す図である。図４に、画像ｇ^（１）における、水平方向・垂直方向ともに低周波成分を“ＬＬ_１”、水平方向が低周波成分でかつ垂直方向が高周波成分を“ＬＨ_１”、水平方向が高周波成分でかつ垂直方向が低周波成分を“ＨＬ_１”、水平方向・垂直方向ともに高周波成分を“ＨＨ_１”で示す。また、Ｈ、Ｌの添え字は、変換されたときの階層数を示す。

画像ｇ^（１）における各周波数成分は、次の式で表される。

１階層目の離散ウェーブレット変換において、単に「低周波成分」というときは、水平方向・垂直方向ともに低周波成分のことをいい、それ以外の成分を、単に「高周波成分」という（２階層目以降の離散ウェーブレット変換においても同様とする）。

なお、画像ｇ^（１）における高周波成分ＬＨ_１、ＨＬ_１、および、ＨＨ_１は、記憶部１５に記憶される。
図５は１次の高周波成分を示す図である。画像ｇ^（１）における高周波成分の一例を図５に示す。

〔２階層目の離散ウェーブレット変換：ステップＳ１０２〕
２階層目の離散ウェーブレット変換も１階層目の離散ウェーブレット変換と同様に行われるため、その説明を省略する。

２階層目の離散ウェーブレット変換により、画像ｇ^（１）における低周波成分ＬＬ_１は、各周波数成分（水平方向・垂直方向ともに低周波成分；水平方向が低周波成分でかつ垂直方向が高周波成分；水平方向が高周波成分でかつ垂直方向が低周波成分；水平方向・垂直方向ともに高周波成分）に分解される。
図４に、画像ｇ^（２）における、水平方向・垂直方向ともに低周波成分を“ＬＬ_２”、水平方向が低周波成分でかつ垂直方向が高周波成分を“ＬＨ_２”、水平方向が高周波成分でかつ垂直方向が低周波成分を“ＨＬ_２”、水平方向・垂直方向ともに高周波成分を“ＨＨ_２”で示す。

画像ｇ^（２）における各周波数成分は、次の式で表される。

２階層目の離散ウェーブレット変換において、ダウンサンプリングにより、画素が３２×３２から１６×１６に配列される。
なお、高周波成分ＬＨ_２、ＨＬ_２、および、ＨＨ_２は、記憶部１５に記憶される。
図６は２次の高周波成分を示す図である。画像ｇ^（２）における高周波成分の一例を図６に示す。

〔３階層目の離散ウェーブレット変換：ステップＳ１０３〕
３階層目の離散ウェーブレット変換も１階層目の離散ウェーブレット変換と同様に行われるため、その説明を省略する。

３階層目の離散ウェーブレット変換により、画像ｇ^（２）における低周波成分ＬＬ_２は、各周波数成分（水平方向・垂直方向ともに低周波成分；水平方向が低周波成分でかつ垂直方向が高周波成分；水平方向が高周波成分でかつ垂直方向が低周波成分；水平方向・垂直方向ともに高周波成分）に分解される。

図４に、画像ｇ^（３）における、水平方向・垂直方向ともに低周波成分を“ＬＬ_３”、水平方向が低周波成分でかつ垂直方向が高周波成分を“ＬＨ_３”、水平方向が高周波成分でかつ垂直方向が低周波成分を“ＨＬ_３”、水平方向・垂直方向ともに高周波成分を“ＨＨ_３”で示す。

画像ｇ^（３）における各周波数成分は、次の式で表される。

３階層目の離散ウェーブレット変換において、ダウンサンプリングにより、画像値が１６×１６から８×８の配列となる。すなわち、各方向に配列された画素の個数が所定個である８個になる（ｒ＝８）。それにより、離散ウェーブレット変換の繰り返しが３階層目で終了する。画像ｇ^（３）が最下層の画像となる。この画像ｇ^（３）における低周波成分ＬＬ_３は、次の調整部１２による調整対象となる。ここで、「最下層の画像」とは、離散ウェーブレット変換が予め定められた階層数繰り返されたとき、最後の繰り返しが終了したときの画像をいう。

図７は３次の高周波成分を示す図である。画像ｇ^（３）における高周波成分の一例を図７に示す。また、図８は、最下層の画像における低周波成分を示す図である。画像ｇ^（３）における低周波成分の一例を図８に示す。

〔調整部１２による明るさ調整１〕
最下層の画像ｇ^（３）における低周波成分をＬＬ_３で示した。ここで、最下層の画像ｇ^（３）における画像の画素値も“ＬＬ_３”で表すものとする。最下層の画像ｇ^（３）における画像の画素値ＬＬ_３は、８×８に配列される。
調整部１２は、画像ｇ^（３）における画像の画素値ＬＬ_３に対し係数αを乗算することにより、画素値ＬＬ_３を変更する（図２に示すステップＳ１０４；明るさ調整１）。変更された画素値ＬＬ_３を所定の値ｖ_０とすると、所定の値ｖ_０は、次の式で表される。

所定の値ｖ_０も、画素が８×８に配列されたものとなる。

〔フィルタ１３〕
フィルタ１３は、ぼかし処理をすることにより、所定の値ｖ_０（８×８に配列された画素の画素値）の明るさを均一にする（図２に示すステップＳ１０５；明るさの均一化）。ここで、「明るさを均一にする」あるいは「明るさの均一化」とは、明るさの変化を少なくすることを意味する。
ぼかし処理においては、８×８に配列された画素の画素値に対して所定の値ｖ_０を求めればよいため、計算量が膨大にならない。

ぼかし処理の一例としては、平滑化フィルタにおける係数の重みをいう。平滑化フィルタとして、例えば、移動平均フィルタ（平均化フィルタとも呼ばれる）、ガウシアンフィルタ、メディアンフィルタが用いられる。

移動平均フィルタは、対象となる画素（８×８に配列された画素）の画素値を計算するために、それに隣接した画素を用いるものである。
フィルタサイズ３×３の移動平均フィルタを次に示す。

ここで、係数の重みを“ｗ”で示し、ｗの添え字は、行番号および列番号を示す。

フィルタサイズ３×３の移動平均フィルタの一例としては、対象となる画素の画素値を計算するために、それに隣接した８つの画素の画素値を用いるものであって、重みｗを合計した値は１とし、全ての重みｗを１／９とする。

明るさの均一化において、対象となる所定の値ｖ_０（８×８に配列された画素の画素値）を次に示す。

所定の値ｖ_０において、８×８に配列された画素の画素値をｑ_ｉｊで表す。ｑの添え字である“ｉ”は行番号（ｉ＝１，２，．．．，８）、“ｊ”は、列番号を表す（ｊ＝１，２，．．．，８）。

明るさの均一化には、重みｗ＝１／９であって、フィルタサイズが３×３である移動平均フィルタが用いられる。このとき、例えば、対象となる所定の値ｖ_０（８×８に配列された画素の画素値）のうち、行番号３で列番号３の位置に配置された画素の画素値ｑ_３３は、次のように表される。

ここで、ｐ´_３３は、画素値ｑ_３３がフィルタ１３のぼかし処理により、変更された値を示す。

以上のようなフィルタ１３のぼかし処理により、所定の値ｖ_０がｖ_１に変更され、最下層の画像の明るさが均一になる。
変換された値ｖ_１は次の式で表される。

βは、フィルタサイズおよび重みを示す数値の並びに相当するものである。画素の画素値が８×８に配列された所定の値ｖ_０に対し値ｖ_１を求めればよいので、計算量が膨大にならずに済む。

なお、移動平均フィルタは、３×３のフィルタサイズのものに限らない。例えば、ｎ(≧４）×ｎのフィルタサイズのものを用いることで、明るさをさらに均一にするものであってもよい。さらに、フィルタ１３は、移動平均フィルタに限らず、他の平滑化フィルタであってもよい。

なお、次のように構成してもよい。これらのフィルタ１３を、ユーザーおよび検査対象に対応づけて予め記憶部１５に記憶する。画像処理装置１０は、ユーザーおよび検査対象の情報を受けて、ユーザー等に対応するフィルタを用いることにより、ぼかし処理するようにしてもよい。ぼかし処理は、ＵＩＦ１７による操作を受けて、フィルタ調整部１８により行われる。

〔調整部１２による明るさ調整２〕
調整部１２は、フィルタ１３により変換された値ｖ_１（８×８に配列された画素の画素値）にオフセット値や補正係数を乗算／加算することにより、ｖ_２に調整する（図２に示すステップＳ１０６；明るさ調整２）。調整された値ｖ_２は、次の式で表される。

ここで、ｋ_０は補正係数の初期値、ａ_０はオフセット値の初期値である。

初期値ｋ_０、ａ_０は、ユーザーおよび検査対象に対応づけられて予め記憶部１５に記憶される。

図９は、ユーザーおよび検査対象と係数との対応関係を示す図である。図９に、初期値ｋ_０、ａ_０に乗算すべき係数を、ユーザーおよび検査対象に対応づけて示す。初期値ｋ_０、ａ_０、に乗算すべき係数が記憶部１５に記憶される。調整部１２は、記憶部１５から読み出した初期値ｋ_０、ａ_０および、記憶部１５から読み出した、初期値に乗算すべき係数に基づき、ユーザーおよび検査対象に対応づけられた係数を参照して、値ｖ_１を値ｖ_２に調整する。

このとき、値ｖ_２は次の式で表される。

ここで、γ、εは、初期値ｋ_０、ａ_０に乗算される、ユーザーに対応づけられた係数である。また、δ、ηは、初期値ｋ_０、ａ_０に乗算される、検査対象に対応づけられた係数である。

図９に示すように、初期値ｋ_０、ａ_０、に乗算すべき係数は、ユーザーの識別番号（ＵＩＤ）が“ＡＡＡＡＡＡＡＡ”のとき、“１．０”、“１．０”である。さらに、ＵＩＤが“ＢＢＢＢＢＢＢＢ”のとき、係数は“１．１”、“１．４”である。さらに、検査対象が“ＣＣＣ”のとき、係数は“１．０”、“１．０”である。さらに、検査対象が“ＤＤＤ”のとき、係数は“１．２”、“１．５”である。

例えば、ＵＩＤが“ＢＢＢＢＢＢＢＢ”、かつ、検査対象が“ＤＤＤ”のとき、調整された値ｖ_２は、次の式で表される。

以上のように、調整部１２は、式（１１）に基づき、記憶部１５に記憶された初期値ｋ_０、ａ_０およびそれらに乗算すべき係数を参照して、フィルタ１３により変換された値ｖ_１（８×８に配列された画素の画素値）をユーザーおよび検査対象に対応づけられた値ｖ_２に調整する。

さらに、調整部１２は、値ｖ_２を調整可能に構成される。値ｖ_２の調整は、調整された値ｖ_２に対し直接的に行ってもよく、初期値ｋ_０、ａ_０やそれらに乗算すべき係数を変更することにより間接的に行ってもよい。値ｖ_２、初期値ｋ_０、ａ_０、係数の変更はユーザーインターフェース（ＵＩＦ）１７による操作を受けて、数値調整部１６により行われる。

なお、第１実施形態では、明るさの均一化（ステップＳ１０５）の後に、明るさ調整２（ステップＳ１０６）をしたが、動作の順番を逆にしてもよい。

〔復元部１４〕
復元部１４は、明るさが調整された、各方向に８個の画素が配列された低周波成分における最下層の画像（８×８の画像）を、各方向に６４個の画素が配列された原画像と同じサイズ（６４×６４の画像）にアップサンプリングする（図２に示すステップＳ１０７；拡大処理）。アップサンプリングされた画像をｇ^（４）とする。このアップサンプリングでは、水平、垂直の２次元方向に画素を８倍すればよいため、短時間に計算することが可能となる。ここで、「拡大処理」とは、対象の画像における各方向の画素の個数を原画像と同じ個数に戻すことをいう。以下、ステップＳ１０８、Ｓ１０９で行われる拡大処理において同様である。

画像の復元には、高周波成分の画像が用いられる。ここで、高周波成分の画像とは、前述したように、水平方向・垂直方向ともに低周波成分（ＬＬ_１、および、ＬＬ_２）以外の周波数成分（ＬＨ_１、ＨＬ_１、および、ＨＨ_１、並びに、ＬＨ_２、ＨＬ_２、および、ＨＨ_２）の画像をいう。

復元部１４は、記憶部１５に記憶された、高周波成分ＬＨ_２、ＨＬ_２、および、ＨＨ_２の画像（１６×１６の画像）をそれぞれ原画像と同じサイズ（６４×６４の画像）にアップサンプリングする（図２に示すステップＳ１０８；拡大処理）。アップサンプリングされた画像をｇ^（５）とする。このアップサンプリングでは、水平、垂直の２次元方向に画素の個数を４倍すればよいため、短時間に計算することが可能となる。

さらに、復元部１４は、記憶部１５に記憶された、高周波成分ＬＨ_１、ＨＬ_１、および、ＨＨ_１の画像（３２×３２の画像）をそれぞれ原画像と同じサイズ（６４×６４の画像）にアップサンプリングする（図２に示すステップＳ１０９；拡大処理）。アップサンプリングされた画像をｇ^（６）とする。このアップサンプリングでは、水平、垂直の２次元方向に画素の個数を２倍すればよいため、短時間に計算することが可能となる。

復元部１４は、アップサンプリングされた画像ｇ^（４）、ｇ^（５）、ｇ^（６）を加算することにより、画像ｇ^（ｎ）を復元する（図２に示すステップＳ１１０；加算処理）。

復元された画像ｇ^（ｎ）は、次の式で表される。

画像ｇ^（ｎ）を復元するためには、６４×６４の画像である、画像ｇ^（４）、ｇ^（５）、ｇ^（６）を加算すればよいので、算出に多くの時間を要しない。
なお、第１実施形態では、復元部１４により画像ｇ^（４）に画像ｇ^（５）、ｇ^（６）の両方が加算されたものを示したが、いずれか一方が加算されてもよい。

さらに、第１実施形態では、フィルタ１３による明るさの均一化をし（ステップＳ１０５）、その後、明るさ調整２をした（ステップＳ１０６）。しかし、明るさ調整２をし、その後、明るさの均一化をしてもよい。

前記第１実施形態によれば、骨などの高周波成分の構造や軟部組織などの低周波成分の構造が混在していても、構造はそのままで、骨の明るさと軟部組織の明るさを近いレベルに自動でかつリアルタイムで調整でき、ゲイン調整の手間を省くことができる。さらに、心臓の検査においては、心筋部以外のノイズ成分（高周波成分）を暗く表示することも可能となる。

［第２実施形態］
次に、画像処理装置１０の第２実施形態について図１０および図１１を参照して説明する。図１０は、第２実施形態において、離散ウェーブレット変換から拡大処理までの動作を示すフローチャート、図１１は、実施形態の種類と動作との対応関係を示す図である。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同じ構成については同一番号を付してその説明を省略し、異なる構成について主に説明する。

第１実施形態では、図２に示すように、離散ウェーブレット変換による低周波成分ＬＬ_３の抽出（ステップＳ１０３）、その後、低周波成分ＬＬ_３を所定の値ｖ_０とする明るさ調整１（ステップＳ１０４）、その後、フィルタ１３による明るさの均一化（ステップＳ１０５）、その後、明るさ調整２（ステップＳ１０６）、その後、拡大処理（ステップＳ１０７）を行うように構成した。

第２実施形態では、図１１に示すように、明るさ調整１（ステップＳ１０４）、明るさの均一化（ステップＳ１０５）、および、明るさ調整２（ステップＳ１０６）の３つの処理のうち、一つの処理を省略する。それにより、画像処理の迅速化を図ることができる。

一つの形態は、図１０に示すように、明るさ調整２（ステップＳ１０６）を省略する。すなわち、明るさ調整１（ステップＳ１０４）の後に、明るさの均一化（ステップＳ１０５）をするように構成する。

他の形態は、明るさの均一化（ステップＳ１０５）を省略する。すなわち、明るさ調整１（ステップＳ１０４）の後に、明るさ調整２（ステップＳ１０６）をするように構成してもよい。

さらに、他の形態は、明るさ調整１（ステップＳ１０４）を省略する。このとき、処理の順番としては、明るさの均一化（ステップＳ１０５）の後に、明るさ調整２（ステップＳ１０６）をするように構成してもよく、明るさ調整２（ステップＳ１０６）の後に、明るさの均一化（ステップＳ１０５）をするように構成してもよい。

これらの形態における各処理が終了した後に、拡大処理（ステップＳ１０７、Ｓ１０８、Ｓ１０９）が行われる。

前記第２実施形態によれば、高周波成分の構造や低周波成分の構造が混在していても、構造はそのままで、高周波成分の構造と低周波成分の構造の明るさを近いレベルに自動でかつリアルタイムで調整できる。

［第３実施形態］
次に、画像処理装置１０の第３実施形態について図１１および図１２を参照して説明する。図１２は、第３実施形態において、離散ウェーブレット変換から拡大処理までの動作を示すフローチャートである。なお、第３実施形態において、第１実施形態と同じ構成については同一番号を付してその説明を省略し、異なる構成について主に説明する。

第３実施形態では、図１１に示すように、明るさ調整１（ステップＳ１０４）、明るさの均一化（ステップＳ１０５）、および、明るさ調整２（ステップＳ１０６）の３つの処理のうち、二つの処理を省略する。それにより、画像処理のさらなる迅速化を図ることができる。

一つの形態は、図１２に示すように、明るさの均一化（ステップＳ１０５）、および、明るさ調整２（ステップＳ１０６）を省略する。すなわち、明るさ調整１（ステップＳ１０４）のみを行うように構成してもよい。

他の形態は、図１１に示すように、明るさ調整１（ステップＳ１０４）、および、明るさ調整２（ステップＳ１０６）を省略する。すなわち、明るさの均一化（ステップＳ１０５）のみを行うように構成してもよい。この明るさの均一化（ステップＳ１０５）の後に、ある任意の係数を乗算して、輝度変化を強調または弱めてもよい。輝度変化を強調すれば、輝度の低いノイズを低減することができる。

さらに、他の形態は、図１１に示すように、明るさ調整１（ステップＳ１０４）、および、明るさの均一化（ステップＳ１０５）を省略する。すなわち、明るさ調整２（ステップＳ１０６）のみを行うように構成してもよい。

これらの形態における各処理が終了した後に、拡大処理（ステップＳ１０７、Ｓ１０８、Ｓ１０９）が行われる。

前記第３実施形態によれば、高周波成分の構造や低周波成分の構造が混在していても、構造はそのままで、高周波成分の構造と低周波成分の構造の明るさを近いレベルに自動でかつリアルタイムで調整できる。

［第４実施形態］
次に、画像処理装置１０の第４実施形態について図１を参照して説明する。なお、第４実施形態において、第１実施形態と同じ構成については同一番号を付してその説明を省略し、異なる構成について主に説明する。

第４実施形態では、図１に示すように、フィルタ１３のぼかし処理により計算された値ｖ_１（８×８に配列された画素の画素値）が、システムゲイン設定部１９に出力されるように構成する。システムゲイン設定部１９は、値ｖ_１に基づいて、ゲイン調整することにより、画像処理装置１０の性能を最適化することができる。
システムゲイン設定部１９によるゲイン調整は、値ｖ_１（８×８に配列された画素の画素値）に基づいて行われるので、計算量が膨大にならないで済む。

［超音波診断装置］
次に、前記各実施形態に係る画像処理装置１０を備えた超音波診断装置について、説明する。

前述したように、超音波診断装置は、超音波パルスを体内に照射する電気音響変換器および画像処理装置１０を有する。生体から反射して戻ってきた反射信号は電気音響変換器によって電気信号に変換される。電気信号は増幅器で増幅される。増幅された信号に基づいて、画像が構築され、画像がディスプレイに出力される。構築される画像としては、Ｂモード画像、Ｍモード画像、パルスドプラ方式により取得された画像、連続波ドプラ方式により取得された画像がある。

Ｂモード画像は、反射信号が発生した時間と反射信号の強度から、生体内部組織の音響的反射強度分布を断層画像としたものである。Ｍモード画像は、縦軸には反射強度を輝度に変換したものを、横軸には縦軸で輝度表示したものを、時系列で表示したものである。パルスドプラ方式により取得された画像は、超音波パルスを繰り返し照射し、反射信号の周波数偏移から移動組織（血流）の速度を求め、電気音響変換器（振動子）に向かってくる速度の方向は赤色成分で、反対に、遠ざかる方向は青色成分で表示されるものである。連続波ドプラ方式により取得された画像は、音波パルスを連続的に照射し、反射信号を周波数偏移してから移動組織（血流）の速度を求め、電気音響変換器（振動子）に向かってくる速度の方向は赤色成分で、反対に、遠ざかる方向は青色成分で表示されるものである。

超音波診断装置は、前述する画像処理装置１０を備えている。超音波診断装置は、Ｂモード画像；Ｍモード画像；パルスドプラ方式により取得された画像；連続波ドプラ方式により取得された画像の少なくとも一つを原画像ｇとして画像処理装置１０に出力する。

さらに、超音波診断装置によりフリーズ前に取得された画像、および／または、超音波診断装置により過去に取得された画像が、原画像ｇとして画像処理装置１０に出力されるように構成される。

ここで、「フリーズ」とは、Ｂモード画像等が表示されているとき、例えば、ユーザーの操作を受けて、画像が静止されることをいう。フリーズされたときの画像は、自動的に、または、ユーザーの操作により、画像処理装置１０の記憶部１５に記憶される。

なお、前記各実施形態では、１階層目の離散ウェーブレット変換により、原画像ｇを低周波成分ＬＬ_１と高周波成分ＬＨ_１、ＨＬ_１、および、ＨＨ_１とに分解し、高周波成分ＬＨ_１、ＨＬ_１、および、ＨＨ_１を、画像ｇ^（６）として画像の復元に用いたが、これに限らない。高周波成分を変更せず、そのまま画像の復元に用いるように構成してもよい。それにより、診断に必要となる検査対象に関する情報を失うことがない。

また、前記各実施形態では、明るさ調整１（ステップＳ１０４）、明るさの均一化（ステップＳ１０５）、および、明るさ調整２（ステップＳ１０６）の３つの処理のうち、少なくとも一つの処理を行うように構成したが、全部の処理を省略してもよい。それにより、画像処理の迅速化をさらに図ることができる。

さらに、前記各実施形態では、離散ウェーブレット変換が２次元データとしての原画像ｇに対し行われるものを示したが、３次元データとしての原画像に対し行われるように構成されてもよく、このように構成されても、２次元データのときと同様に、原画像の明るさ調整をリアルタイムに行うことができる。

なお、前記各実施形態では、画素が６４×６４に配列された原画像ｇに対し、離散ウェーブレット変換を３階層繰り返すことにより、画素が８×８に配列された最下層の画像を生成したが、画素が４×４に配列された最下層の画像を生成するには、離散ウェーブレット変換を４階層繰り返す必要があることはいうまでもない。さらに、画素の個数がｍ（≧１２８）×ｍに配列された原画像ｇに対し、画素の個数がｒ（≦８）×ｒに配列された最下層の画像を生成するには、離散ウェーブレット変換を４階層以上繰り返す必要があることはいうまでもない。

また、前記各実施形態では、離散ウェーブレット変換の対象としての原画像ｇを画素の個数が２次元または３次元の方向にｍ個配列されたデータとして説明したが、座標変換前のデータ形式である生データ（Ｒａｗ ｄａｔａ）であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるととともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 画像処理装置
１１ 多重解像度分解部
１２ 調整部
１３ フィルタ
１４ 復元部
１５ 記憶部
１６ 数値調整部
１７ ユーザーインターフェース（ＵＩＦ）
１８ フィルタ調整部
１９ システムゲイン設定部

Claims (11)

1. 画素が２次元または３次元の方向に配列された原画像を高周波成分と低周波成分とに分解することを、前記画素が前記各方向に所定個になるまで繰り返すことにより、前記低周波成分における最下層の画像を生成する多重解像度分解部と、
   前記最下層の画像における各画素の画素値を変更することにより、前記最下層の画像の明るさを調整する調整部と、
   前記明るさが調整された前記最下層の画像を用いて、前記画素が前記各方向に前記原画像と同じ個数になるように画像を復元する復元部と、
   を有する
   ことを特徴とする画像処理装置。
2. 前記調整部は、前記各画素間の画素値の変化を少なくすることにより、前記最下層の画像の明るさを調整するフィルタをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記フィルタは、各画素値をそれに隣接した画素値の平均値とすることにより、前記明るさを調整するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記明るさが調整された前記最下層の画像を受けて、ゲイン調整を行うシステムゲイン設定部をさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像処理装置。
5. 前記調整部は、前記変更した画素値を調整可能に構成されることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
6. ユーザーおよび／または検査対象に対応づけられて係数が予め記憶部に記憶され、
   前記変更した画素値を調整するとき、前記ユーザーおよび／または検査対象に対応づけられた前記係数に基づいて行われるように構成されることを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
7. 前記復元部は、前記明るさが調整された前記最下層の画像に基づいて、前記各方向に前記原画像と同じ個数の画素値が配列された第１の画像を生成し、前記画像を復元するとき、前記第１の画像を用いることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
8. 前記復元部は、前記分解された前記高周波成分の画像に基づいて、前記各方向に前記原画像と同じ個数の画素値が配列された第２の画像を生成し、前記画像を復元するとき、前記第１の画像に加えて、前記第２の画像を用いることを特徴とする請求項７に記載の画像処理装置。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の画像処理装置を有し、
   検査対象に超音波を送信し、検査対象からの反射エコー信号を受信し、前記反射エコー信号に基づいて画像を取得し、前記取得した画像を前記原画像として前記画像処理装置に出力することを特徴とする超音波診断装置。
10. 前記超音波診断装置によりフリーズ前に取得された画像、および／または、前記超音波診断装置により過去に取得された画像が、前記原画像として前記画像処理装置に出力されるように構成されることを特徴とする請求項９に記載の超音波診断装置。
11. Ｍモード画像、Ｂモード画像から再構成されるＭモード画像、パルスドプラ方式により取得された画像、および、連続波ドプラ方式により取得された画像の少なくとも一つを、前記原画像として前記画像処理装置に出力することを特徴とする請求項９または１０に記載の超音波診断装置。

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