JP2548005B2

JP2548005B2 - 信号変換器

Info

Publication number: JP2548005B2
Application number: JP62123809A
Authority: JP
Inventors: 謙石川; 勇夫堀場
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1987-05-22
Filing date: 1987-05-22
Publication date: 1996-10-30
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: JPS63290028A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は医用Ｘ線画像情報等の大量の情報を電気的に
収集，伝送，蓄積，処理する系で用いられる信号変換器
に係り、特に該系が情報圧縮手段を有する場合に好適な
信号変換器に関する。

〔従来の技術〕従来医療機関で発生する医用Ｘ線画像の情報はＸ線フ
ィルムとして使用、保管されてきたが、近年保管場所を
減らす、検索を容易にする、画像処理技術を用いて画像
を加工する等の目的の為に、Ｘ線フイルム画像を光学的
に読取り光電変換手段及びアナログ・デイジタル変換手
段によつてデイジタル電気信号に変換し、磁気デイス
ク、光デイスク等の記憶装置に保管したり、電子計算機
によつて画像処理装置を施したりする画像処理装置が開
発されてきた。第６図に、こうした画像処理装置の一例
として、特願昭61−231記載の画像処理装置の構成を示
す。第６図中の１はＸ線フイルム画像の画像情報をデイ
ジタル信号に変換するフイルム画像読取装置、２は画像
処理装置本体ユニツトである。フイルム画像読取装置１
の出力デイジタル信号は画像処理装置本体ユニツト２内
の計測インターフエース３を介して、画像処理部４に至
り、画像処理部４において光の強弱の情報を濃度情報に
交換する計測処理を受け磁気デイスク装置、光デイスク
装置及び大容量半導体記憶装置よりなる記憶装置７に蓄
積される。こうして蓄積した画像情報を必要に応じて表
示画像メモリ６に転送し、該メモリに直結した画像表示
装置９により画像として表示する。又、その際、一旦画
像処理部４に転送し、各種の画像処理演算を行なつてか
ら表示用画像メモリ６に転送する場合もある。画像メモ
リ５は画像処理部４が上記計測処理や画像処理演算を行
う際に画像情報を一時的に保管する為のものである。こ
の画像処理装置全体はI/Oインターフエース８を介して
画像処理装置本体ユニツト２に接続しているI/O装置10
で操作する。

このような画像処理装置で取り扱う画像情報の容量は
Ｘ線フイルム一枚当り約10Mバイトにもなり、そのまま
の形で蓄積すると莫大な記憶容量が必要となる。そこで
このような画像処理装置では「デイジタル画像処理」近
代科学社（1978年）第111頁から第156頁や電子通信学会
論文誌J69−Ｂ巻、第３号（1986年３月）第228頁から第
236頁において論じられているような各種の画像情報圧
縮手法を用いて情報を圧縮してから記憶装置に蓄積して
いる。特願昭61−231の画像処理装置においては、画像
処理部４が画像メモリ５を用いて画像情報圧縮処理を行
なう構成となつており、更に該画像情報圧縮処理を上記
計測処理及び画像を編集し表示用画像メモリへ転送する
処理と並行して実行できる構成とすることにより処理時
間の短縮を計つている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような画像処理装置で行なわれている画像情報
圧縮処理は通常デイジタル処理として行なわれている。
その際、デイジタル信号の量子化誤差が画像情報を混入
している。量子化誤差が画像情報の雑音レベルより小さ
いと、それだけ無効な情報が増え圧縮効率が低下してし
まう。そこで、こうした画像情報圧縮手法を適用する場
合、混合した雑音成分を除去する為に、通常は前処理と
して、雑音の平均振巾（以下ノイズレベルと呼ぶ）以下
の振巾を有する交流成分を切り捨てる量子化を行なつて
いる。

しかし、上記のような画像処理装置が取り扱うＸ線フ
イルム画像情報のノイズレベルはその濃度値に大きく依
存する。第７図にノイルレベルｎの濃度値Ｄに対する依
存性の一例を示す。濃度値が低い領域（第７図中のＡ）
ではＸ線フイルムを露光する際のＸ線光子数の統計的に
ゆらぎに起因する雑音が優勢であり濃度値が増加するに
つれ減少する傾向を示す。一方、濃度値が高い領域（第
７図中のＢ）ではＸ線フイルムの銀粒子数のゆらぎに起
因する雑音とフイルム画像読取装置１の光電変換手段で
発生する電気的雑音が優勢であり濃度値が増加するにつ
れて増加する傾向を示す。

従来の画像処理装置では、画像情報圧縮処理を行なう
前に、画像の濃度値に対応するデイジタルデータのLSB
を、対象とする濃度範囲内のノイズレベル最小値n_minと
ほぼ一致させてきた。しかし、このような方法では、第
７図中の二重斜線を施した部分に相当する雑音成分が量
子化レベル以下に切り捨てられるが、第７図中の一重斜
線を施した部分に相当するノイズレベル最小値n_minより
大きな変動量をもつ雑音は画像データ中に混入したまま
であり、この事により画像情報圧縮処理全体の効率を落
としていた。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除去し画像情
報圧縮処理全体の効率を上げることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、画像情報圧縮手段に本発明の信号変換器
を接続し、該手段で画像情報圧縮処理を行なうに先立
ち、画像データの変換を行ない、出力信号のノイズレベ
ルを均一化し、以下の変動に相当するデータを切り捨て
る量子化を行なうことにより達成される。

〔作用〕

第１図を用いて、本発明の信号変換器の動作原理を説
明する。第１図中の11は信号源であり、第６図のような
画像処理装置ではＸ線フイルム画像とフイルム画像読取
装置１よりなる系に相当する。信号源11の出力信号ｘは
範囲x_min〜x_maxで変動し、そのノイズレベルｎはｘに依
存して変化するものとする。信号変換器12は入力信号ｘ
に対して式（１）で定められる出力信号ｙが得られる信
号変換回路を備えて構成する。

式（１）においてｂとｃは定数である。このようにす
ると、信号変換器12で発生する雑音がｙの含む雑音全体
に対して無視し得る量である場合、ｙのノイズレベルn_y
は n_y＝（dy/dx）ｎ＝ｃ（２）とｙによらぬ定数となる。このようにしてから、信号ｙ
を量子化器13によつて、LSBが式（２）のｃに相当する
ように量子化し、デイジタル信号Ｙを得る。こうして、
ノイズレベル以下の無効な情報を効果的に切り捨てるこ
とが可能となる。

また、本発明の信号変換器は伝送路に必要とされる容
量を低減する効果を有する。即ち、第１図の系で、信号
ｘの伝送路は信号成分を損なうことなく伝送を行なう為
に C_x＝log₂［（x_max−x_min）/n_min］（ビツト）（３）以上の容量が必要である。

式（３）でn_minはノイズレベルｎの最小値である。こ
れに対して、信号ｙの伝送路の必要容量は C_y＝log₂［（y_max−y_min）/C］（ビツト）（４）となる。式（４）でy_max,y_minはそれぞれｘの最大、最
小値x_max,x_minに対するｙの値であるので、式（１）よ
りとなる。式（３），（４），（５）より不等式が成立する。このようにして、信号変換器12の出力信号
ｙの伝送路に必要な容量C_yは、入力信号ｘの伝送路に必
要な容量C_xより小さくてすむ。

〔実施例〕

以下、本発明の信号変換器を組み込んだ画像処理装置
の一実施例を、第２図と第３図により説明する。第２図
は実施例の画像処理装置の全体構成を示す図であり、第
６図に示す従来の画像処理装置とは画像処理部４に本発
明の信号変換器14が接続している点のみが異なつてい
る。信号変換器14は第１図の信号変換器12と量子化器13
とを併せた機能を有すると共に、信号変換器12における
変換の逆変換を行なう機能も有している。このような機
能を果たすため信号変換器14は第３図に示す構成をとつ
ている。第３図中の変換用LUT15及び逆変換用LUT16は周
知のルツクアツプテーブルの機能を果たすリードオンリ
ーメモリであり、画像処理装部４からのLUT選択信号17
がアドレス入力の上位とチツプセレクト端子に接続し、
入力データ信号18がアドレス入力の下位に接続し、デー
タ出力は出力データ信号19として画像処理部４に入力す
る構成となつている。そして、濃度値Ｄに相当するデイ
ジタル値の入力データ信号18が変換用LUT15に入力され
た時、デイジタル値の出力データ信号19が得られるようなデータが変換用LU
T15に書き込まれている。式（６）でｎ（ｘ）は変換用L
UT15に入力する濃度値に相当するデイジタルデータのノ
イズレベルを濃度変動量として表わしたものであり、本
実施例の画像処理装置では一方の雑音源であるフイルム
画像読取装置１が特定されているので、他方の雑音源で
あるＸ線フイルムと増感紙よりなる系が特定されれば、
濃度値ｘの関数として一意に決定できる。式（６）中の
D_minはＸ線フイルムによつて定まる最低濃度値である。
又、記号I_ntは小数点以下を切り捨てる整数化関数を表
わす。このようにすると、本発明の作用の項で述べたよ
うにして、出力デイジタル値ＹのノイズレベルΔＹはＹ
の値に拘らず ΔＹ＝１（７）となる為、自動的にノイズレベル以下の変動成分を切り
捨てることができる。

一方、逆変換用LUT16には、基本的に変換用LUT15と逆
の入・出力関係を与えるデータが書き込まれている。し
かし、変換用LUT15は本発明の作用の項で述べたように
伝送路の容量を低減する効果がある。これは入・出力が
デイジタル値の場合、入力デイジタル値の変動巾より出
力デイジタル値の変動巾の方が小さい事を意味し、異な
つた入力デイジタル値に対して同一の出力デイジタル値
を与える場合がある事を意味する。従つて一般には変換
用LUT15の入・出力関係と全く逆の入・出力関係を持つ
逆変換用LUT16を作成する事はできない。そこで本実施
例では逆変換用LUT16の入・出力関係を次のように定め
ている。即ち、式（６）においてあるＹの値Y₁を与える
Ｄの値の下限がD₁₁,上限がD₁₂である時、逆変換用LUT16
にY₁に相当する入力信号が与えられた場合、式（８）で
与えられる濃度値D₁に相当するデイジタル信号が出力す
るように、逆変換用LUT16の入・出力関係を定めた。

D₁＝（D₁₁＋D₁₂）/2. （８）次にLUT選択信号17は信号変換用LUT15と逆変換用LUT1
6のいずれかを動作させるかの選択及び信号変換用LUT15
と逆変換用LUT16の内に収められた数種類のルツクアツ
プテーブルデータのいずれかを動作させるかの選択に用
いる。即ち、先に述べた様に、式（６）中のｎ（ｘ）は
Ｘ線フイルムと増感紙よりなる系が特定されれば一意に
定まるが、通常使用されているＸ線フイルムと増感紙の
組合せはレギユラー型、オルソ型等数種類あるので、本
実施例では、それらの組合せに対応した数種類のルツク
アツプテーブルを用意している。

以上説明してきた信号変換器14を用いた第２図の画像
処理装置２において、Ｘ線フイルム画像情報を画像情報
圧縮処理を行なつて記憶装置７に蓄積する場合、画像処
理部４は前記計測処理により、フイルム画像読取装置１
の出力を濃度情報に変換してから、画像情報圧縮処理に
先立ち、信号変換器14内の変換用LUT15を使つてノイズ
レベル以下の変動成分を切り捨て、然る後画像情報圧縮
処理を行い、圧縮された情報を記憶装置７に蓄積する。
又、記憶装置７に蓄積された圧縮された情報を再生する
場合は、画像処理部４は、記憶装置７からの情報の読み
出しと上記圧縮処理に対応する再生処理を行なつてか
ら、信号変換器14内の逆変換用LUT16を使つて濃度情報
を復元する。このように圧縮処理に先立ち、無効な情報
を効果的に切り捨てているので圧縮効率を上げることが
できる。

次に、本発明の信号変換器14の効果を、第４図の実線
で示す雑音特性をもつＸ線フイルム画像情報の場合の例
として、定量的に示す。第４図の実線で示すノイズレベ
ルｎは濃度値Ｄの関数として式（９−１）と式（９−
２）のように近似できる。

ｎ（ｘ）＝α（Ｄ−β）^２＋γ；（９−１） α＝0.016,β＝1.0,γ＝0.005 （９−２）濃度値Ｄの変動範囲D_min〜D_maxを D_min＝0,D_max＝3.5 （10）とするとこの範囲のノイズレベル最小値n_minは n_min＝γ＝0.005 （11）となるので、濃度値Ｄに相当する信号を伝送する伝送路
に必要な容量C_Dは式（10），式（11）より C_D＝log₂[（D_max−D_min）/n_min]=9.5（ビツト）（12）となる。これに対して、本発明の信号変換器を適用した
後の信号の伝送路に必要な容量は、式（６）の左辺に式
（９−１）及び式（９−２）を適用してとなり、信号変換器出力にノイズレベル以下の変動を切
り捨てる量子化を施せば、画像情報が濃度範囲全体に分
布している場合、式（14）に示すように、約20％の無効
な情報を切り捨てることができる：（C_y−C_D）/C_D0.2 （14）即ち、信号変換器入・出力信号が共にデイジタル信号で
ある場合、入力信号は式（12）で示すように最低10ビツ
トのビツト深さが必要であるのに対し、出力信号は式
（13）に示すように最低８ビツトのビツト深さでよくな
る為、信号変換器後段の伝送路、信号処理系、記憶装置
等が簡便、高速、安価になる。

以上、本発明の一実施例について、その構成、動作、
効果を説明してきたが、本発明は上記実施例に限定され
ることなく、種々の変形が可能なことは言うまでもな
い。例えば、上記実施例において信号変換器の変換特性
は式（１）もしくは式（６）によつて規定されている
が、これらの式中で入力信号の関数として与えられてい
るノイズレベルｎ（ｘ）を、それと類似の関数ｎ′
（ｘ）に置き換えても、同様の効果が達成される事は明
らかである。例えば、ｎ（ｘ）が第４図の実線のような
関数になつている場合、ｎ（ｘ）の代わりに第４図に破
線で示すような折線関数ｎ′（ｘ）を用いても、ほぼ同
様な効果が達成でき、かつ、信号変換器を作成する際の
式（１）もしくは式（６）による積分が簡便になる。

又、上記実施例において信号変換器14は画像処理部４
とは別に設置する構成をとつたが、画像処理部４のラン
ダムアクセスメモリに記憶装置７に保存しておいたデー
タをセツトすることにより、信号変換器14内の変換用LU
T15もしくは逆変換用LUT16と同じ機能を実現することも
可能である。

更に、本発明の信号変換器は上記実施例のような画像
処理装置の内だけではなく、一般に、信号源と伝送路が
あり、伝達される信号の雑音平均振巾が信号値に依存し
て変化し、かつその依存性の既知である系において、伝
送路中に設置でき、作用の項で述べたように、伝送路の
必要容量を低減させる効果を持つ。上記実施例において
は信号変換器の入・出力信号は共にデイジタル信号であ
つたが、それらはデイジタル信号でもアナログ信号でも
可能である。例えば、デイジタル入力、アナログ出力の
場合は、ルツクアツプテーブルとデイジタル・アナログ
変換器の組合せによつて、アナログ入力、デイジタル出
力の場合はアナログ・デイジタル変換器とルツクアツプ
テーブルの組合せによつて実現できる。又、入・出力信
号が共にアナログ信号の場合は、アナログ・デイジタル
変換器、ルツクアツプテーブル及びデイジタル・アナロ
グ変換器の組合せによつても構成できるが、より簡便に
は「改訂OPアンプ回路の設計」CQ出版社（昭和48年８
月）第183頁から第186頁において論じられているような
演酸増巾器とダイオードとの組合せによる関数発生器と
して構成できる。なお、伝送路の必要容量の低減は、デ
イジタル信号の場合は、ビツト数の低減に、アナログ信
号の場合は必要S/N比の低減に対応する。

又、本発明の信号変換器をこのように伝送路の容量低
減に用いる場合、第５図に示すように、伝送路22の信号
源23側の端に、式（１）式に従いノイズレベルを均一化
させる信号変換器（イ）24を配し、伝送路22の受信系25
側の端に、前記実施例の逆変換用LUT16に相当する、逆
変換用の信号変換器（ロ）26を配せば、信号源23、受信
系25の双方に影響を与えることなく、伝送路22の容量が
低減できる。その場合、信号変換器イ24、信号変換器口
26の双方共、入・出力信号として、アナログ信号もデイ
ジタル信号も可能であることは、先に述べた如く明らか
である。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によれば、信号に含ま
れる有効な情報を損うことなく、ノイズルレベル以下の
無効な情報を効果的に切り捨てることができるのみなら
ず、一般に信号伝送系に適用された場合その伝送路に必
要とされる容量を低減できるので、伝送路を有効に活用
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の信号変換器の原理を示す構成図、第２
図は本発明の信号変換器を用いた画像処理装置の一実施
例の構成図、第３図は第２図の実施例で用いる信号変換
器の構成図、第４図はＸ線フイルム画像のノイズレベル
の濃度値依存性の一例を示すグラフ、第５図は本発明の
信号変換器を一般の信号伝送系に適用したときの構成
図、第６図は従来の画像処理装置の構成図、第７図は従
来の装置における無効な情報の残留を説明する説明図で
ある。１……フイルム画像読取装置、２……画像処理装置本体
ユニツト、４……画像処理部、７……記憶装置、11……
信号源、12……信号変換器、13……量子化器、14……信
号変換器、15……変換用LUT、16……逆変換用LUT、22…
…伝送路、23……信号源、24……信号変換器（イ）、25
……受信系、26……信号変換器（ロ）。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】信号に混入している雑音の平均振巾の信号
値に対する依存性が既知であり、信号源と伝送路と受信
系とより成る信号伝送系の伝送路に挿入される信号変換
器において、入力信号を実質的に次式の関数関係で出力
信号に変換する信号変換回路を備えたことを特徴とする
信号変換器。ただし、ｘは該信号変換器に入力する信号の値、ｙは該
信号変換器が出力する信号の値、ξは該信号変換器に入
力する信号の値に相当する積分変数、ｎ（ξ）は該積分
変数の関数として表わされた該信号変換器入力信号に混
入している雑音の平均振巾、ｂ及びｃはそれぞれ別個に
定める定数。
【請求項２】前記信号変換器は、その出力信号がディジ
タル信号であり、該ディジタル信号の最小階調巾が前記
式の定数ｃに実質的に同等な値であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の信号変換器。
【請求項３】前記信号変換器は情報処理装置を構成する
情報圧縮手段の前段に設けたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の信号変換器。