JP2642569B2

JP2642569B2 - 画像読み取り方法及び装置

Info

Publication number: JP2642569B2
Application number: JP4337167A
Authority: JP
Inventors: 吉田　　誠; 敦豪陳
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 1997-08-20
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: JPH06181916A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線写真フイルム等の
読み取り対象物に光を照射してそのフイルム上における
画像を読み取る画像読み取り方法及び装置に関する。更
に詳細には、本発明は、厚さ―透過光量特性の非線形性
が強くても、即ち厚さに対する透過光量の変化が標準物
質の厚さによって大きく異なる場合でも、透過光量を透
過光量に基づく信号に特性変換することで精度よく画像
読み取りを可能とした画像読み取り方法及び装置を提供
するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線写真フイルムの画像読み取りの応用
例として、被検骨にＸ線照射して得られたＸ線写真フイ
ルムを用いてそのフイルムにおける影像の濃淡をマイク
ロデンシトメーターにより測定して骨計測を行なうＭＤ
法（「骨代謝」第１３巻、１８７―１９５頁（１９８０
年）、第１４巻、９１―１０４頁（１９８１年）等参
照）がある。なお、ＭＤ法は、骨折の診断等のための装
置として広く普及しているＸ線像の撮影装置を用いて容
易に得られるＸ線写真フイルムを用いる点で採用しやす
く、次第に広く普及してきている。

【０００３】特開平３―２１５２５６号公報には、かか
るＭＤ法のための画像読み取り装置が開示されている。
ここでは、Ｘ線写真フイルムを照射するための光発生手
段としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の帯状光源
を用い、Ｘ線写真フイルムを透過してきた光量を読み取
るためＣＣＤ（Charge Coupled Device ）等のイメージ
センサーが用いられている。センサーにより透過光量は
アナログ電気信号に変換され、さらにＡＤ変換されてデ
ジタル信号になり被検骨からの透過光量信号は予め読み
取った標準物質の透過光量信号を用いてＭＰＵ（Micro
Proccessing Unit）で標準物質厚さに変換処理され、パ
ターン処理後骨塩量が算出される。

【０００４】一般にＸ線写真フイルムにおいて、段階的
に変化する標準物質の厚さ―透過光量特性は指数関数的
で非線形である（図１（ａ））。即ち、厚さ当たりの透
過光量信号変化は、厚さにより異なる。そのため、厚さ
当たりの透過光量の信号変化が少ない領域では感度がと
れず計測精度が低下していた。これに対して、センサー
が受けた透過光量に対する出力をＬＯＧアンプ等の厚さ
―透過光量特性に対して逆特性のアンプ（図１（ｂ））
で、透過光量を透過光量に基づく信号に変換すること
で、おおまかに厚さ―透過光量に基づく信号の関係をリ
ニアライズし精度の向上を図っていた（図１（ｃ））。
ここで、ＬＯＧアンプがよく用いられるのは、厚さ―透
過光量の関係がおおまかには指数関数で記述できること
が多いからである。

【０００５】しかし、一般にＸ線写真フイルムは撮影、
現像条件により該厚さ―透過光量特性はＡ，Ｂ，Ｃの如
く変動するので、即ちある場合は非線形性が強くなった
り、ある場合は弱くなったりするので（図２（ａ））、
１種の逆特性アンプでは、十分に対応できない場合があ
った（図２（ｂ））。

【０００６】これに対して、特性に応じて、例えばＬＯ
Ｇとリニアの２種のアンプを切り替える方法が考案され
たが（図３（ａ），（ｂ））、図２（ａ）にＡ，Ｂ，Ｃ
として例示された該撮影、現像条件差によるあらゆる該
厚さ―透過光量特性には対応できなかった（図４）。ま
た被検骨の厚さが厚いと該標準物質の濃度変化の広い範
囲を用いることとなり（図５）、ＬＯＧやルートのよう
な単純な関数では特性変換してもリニアライズできない
場合も生じていた。

【０００７】さらにまた、たとえ複雑な非線形アンプを
構築できても、一般的にはＬＯＧアンプのような簡単な
特性の非線形特性アンプでも構成が複雑で、高速のもの
が得にくく、コスト高になったり、さらに温度ドリフト
等の問題のため、実際的ではなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者らは、
Ｘ線写真フイルムにおいて撮影、現像条件等の変化や骨
の標準物質厚さ換算した測定レンジの変化により、厚さ
―透過光量特性が変わっても、比較的簡単でかつ低コス
トで計測精度を確保した計測方法と装置を提供すること
を目的として、鋭意研究を行なった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる目
的達成のための手段として、予めＸ線写真フイルム上の
標準物質の厚さ―光電信号特性を測定し、その特性の実
質上の逆関数またはそれに近い近似関数を求めておき、
透過光量に基づく光電信号を上記関数で特性変換して、
厚さ―透過光量に基づく信号をリニアにすること、さら
に必要に応じて当該特性変換には必要階調より高い分解
能を有するＡＤ変換した後、部分的に透過光量信号の圧
縮処理を含むことで、該目標を達成できることを見いだ
し本発明に到達した。

【００１０】すなわち本発明は、厚さが変化している標
準物質と共に撮影された被検骨のＸ線写真フイルムに光
を照射して得られる透過光量に基づく光電信号を演算処
理して被検骨の計測を行なう方法において、予め該Ｘ線
写真フイルム上の標準物質の厚さ―光電信号の特性を測
定して、該厚さ―光電信号特性の逆関数またはそれに近
い近似関数を求めておき、該透過光量に基づく光電信号
を該関数で特性変換することを特徴とする画像読み取り
方法を提供するものである。

【００１１】かかる本発明には、当該特性変換には、必
要階調より高い分解能を有するＡ／Ｄ変換を行なった
後、部分的に透過光量に基づく光電信号の圧縮処理を行
なうこと含む画像読み取り方法が含まれる。

【００１２】さらに本発明は、厚さが変化している標準
物質と共に撮影された被検骨のＸ線写真フイルムに光を
照射して得られる透過光量に基づく影像を読み取るため
の読み取り手段と、該標準物質の読み取り結果に応じて
透過光量を透過光量に基づく光電信号に特性の変換を行
なう特性変換手段と、読み取られた標準物質と被検骨の
影像を記憶するための影像記憶手段と、該記憶された標
準物質と被検骨の影像に関する骨計測のための演算を行
なうための演算手段と、演算により得られた骨計測結果
を出力するための骨計測出力手段とを備えた骨計測装置
であって、該特性変換手段として、該標準物質及び被検
骨に対する透過光量に、該標準物質の厚さ―透過光量の
逆関数またはそれに近い近似関数を用い、厚さ―透過光
量に基づく光電信号を該関数で特性変換する手段を有す
ることを特徴とする画像読み取り装置を提供するもので
ある。

【００１３】かかる本発明には、当該特性変換手段に
は、必要階調より高い分解能を有するＡ／Ｄ変換する変
換手段と、部分的に透過光量信号を圧縮処理する圧縮処
理手段を含む画像読み取り装置が含まれる。

【００１４】以下に、本発明の画像読み取り方法及び画
像読み取り装置について、必要に応じて図面を用いなが
ら、さらに詳細に説明する。即ち、本発明における読み
取り手段は、光源手段とイメージセンサ手段から構成さ
れている。光源手段としては、多数のＬＥＤを実質上帯
状または面状に配列したものや、多数の光ファイバーの
一方の端面を帯状または面状に配列させて他方の端面に
光を入射するようにしたもの等があげられる。イメージ
センサ手段として、かかる光源手段からの光が被検物を
透過または反射してくる光量を検出できる物でＣＣＤラ
インセンサーやエリアセンサー等が用いられる。

【００１５】また本発明の特性変換手段は、イメージセ
ンサ手段からの出力をデジタルに変換するＡＤと特性変
換メモリから構成されている。図６にその好適な例を示
す。即ち特性変換によりある厚さに対する透過光量は高
階調で透過光量に基づくデータに拡大変換され、一方あ
る厚さに対する透過光量は低階調で圧縮変換され、全体
でバランスして必要階調になる。例えば必要階調８ビッ
トの場合、全体を１０ビットの階調で読み取り、低透過
光量域ではそのまま１０ビットの分解能で透過光量を透
過光量に基づく信号に変換し０〜１２７階調とし（８ビ
ットからみれば分解能は拡大している）、高透過光量域
では６ビットの分解能まで信号を圧縮する特性変換を行
ない１２８階調〜２５５階調までをカバーし、全体で８
ビット２５６階調にするのである。そのため、ここで必
要なＡＤ変換器の階調は必要階調より高い分解能のもの
を用いることが必要であり、例えば８ビット２５６の必
要階調ならば１０〜１２ビットつまり１０２４，４０２
４階調が精度及びコスト等から実際的で好適である。

【００１６】一方、特性変換メモリにはＡＤ変換器の出
力を、ＭＰＵにより演算し求めた該標準物質の厚さ―透
過光量特性の逆関数またはそれに近い近似関数に基づい
て部分的にデータを拡大または圧縮するためのデータテ
ーブルが記憶される。即ち、ＡＤ変換器の出力をメモリ
のアドレスとして、透過光量に基づく信号つまり特性変
換結果をそのアドレスに対応するデータとして記憶させ
ておくことが好適である（表１参照）。なぜなら、別手
法としてソフトを介してＭＰＵで演算する方法もある
が、画像処理のように大量のデータを処理する場合には
時間がかかりすぎ実際的ではない。データテーブルを記
憶するメモリとして測定毎にデータを更新できる特性変
換ＲＡＭ（Random Access Memory）または、代表的な近
似パターンのデータテーブルを複数個予め刻しておくこ
とができる特性変換ＲＯＭ（Read Only Memory）が用い
られる。数十種のパターンが記憶できる場合は特性変換
ＲＯＭでも実用的には使用できることもある。

【００１７】次に、変換データの作成方法であるが、特
性変換メモリの特性変換データとしてリニアの状態つま
り透過光量と透過光量に基づく信号の関係がリニアの状
態で、すなわちリニア変換特性の特性のデータを特性変
換ＲＡＭにロードするかリニア特性のＲＯＭを選択する
かして、標準物質の透過光量を読み取り手段により読み
取り、Ｘ−透過光量Ｙを高次関数Ｙ＝Ｆ（Ｘ）で回帰す
る。

【００１８】回帰関数、Ｆ（Ｘ）は通常変曲点が１つで
きる３次関数以上さらには４次関数とするのが精度と効
果の見地から好適である。

【００１９】Ｆ（Ｘ）＝ＡＸ³＋ＢＸ²＋ＣＸ＋Ｄ …３次関数Ｆ（Ｘ）＝ＡＸ⁴＋ＢＸ³＋ＣＸ²＋ＤＸ＋Ｅ …４次関数

【００２０】次に該関数Ｆ（Ｘ）の逆関数Ｆ^-1（Ｘ）を
求め結果を特性変換Ｆ^-1（Ｘ）ＲＡＭにロードしたり、
またはＲＯＭの場合はデータテーブルが記憶されている
Ｙ＝Ｆｉ^-1（Ｘ）の中からＹ′＝Ｆ^-1（Ｘ）に最も近い
ものを２乗偏差が最小という条件で決定する。つまり、
ｍｉｎΣ（Ｙ−Ｙ′）²となるＦｉ^-1（Ｘ）を決定す
る。そのステップを図７に示す。

【００２１】そして、標準物質及び被検骨の透過光量を
読む時に特性変換Ｆ^-1（Ｘ）を用いて透過光量を透過光
量に基づく信号に特性変換して、影像記憶手段に記憶す
る。さらに、記憶された該標準物質と被検骨の影像に関
する骨計測のための演算手段により被検骨影像を標準物
質厚さに変換し、パターン処理することで骨塩量を求め
ることができる。

【００２２】特性変換手段としての特性変換メモリの制
御やデータロード及び、回帰関数、逆関数の算出にはＭ
ＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭの構成が好適である。また、影像
記憶手段、演算手段もＭＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭの構成が
好適である。

【００２３】本発明の画像読み取り装置の好ましい実施
態様例を図８に示したものである。即ち、自動読み取り
部１０は、ラインセンサー（ＣＣＤ）をフイルム移動方
向に直角に並べて、Ｘ線写真フイルムの上面または下面
から帯状光源（ＬＥＤ）によりフイルムを照射し、その
透過光をラインセンサー上に焦点を結ぶように配置した
ロッドレンズにより集光し、そのＸ線写真フイルム濃度
に応じた透過光の強度等の信号を得るようにすると同時
に、ラインセンサー及び帯状光源と直角方向に微少移動
することのできるパルスモータを用いた微少フイルム走
行手段を具備している。

【００２４】フイルムフィードコントローラーは、かか
るＸ線写真フイルムでの特定部位にしぼって透過光の検
知を可能にしたり、フイルムを所定の速度で間欠的に走
行させることを制御するための制御手段である。ＣＣＤ
ドライバーは、ＣＣＤに蓄積されたデータを所定のタイ
ミングで取り出せるように制御する機能を有するもので
ある。またＬＥＤコントローラは、Ｘ線写真フイルムの
濃淡のレベルに合わせて光源の強さを調節するための光
源の光強度調節手段である。

【００２５】図９は、図８における骨計測データ処理部
２０におけるＣＲＴなる画像表示手段に拡大された表示
された第２中手骨の例である。１が表示画面であり、２
が第２中手骨の画像であり、３、４、５が骨計測のため
に必要とされる基準ポイントの位置を示すものである。
そのポイント入力手段としては、カーソル位置表示、指
示制御手段や、ライトペン型入力手段、タッチパネルに
より外部より入力する方法等があげられる。

【００２６】図８における自動読み取り部１０によって
読み取られたデータ群がデータ処理部２０におけるイメ
ージ入出力部及びイメージメモリーから主としてなる影
像記憶手段によって記憶されて、記憶された影像に関す
るデータ群は、ＣＲＴ及びＣＲＴから主としてなる画像
表示手段によって図９に示す如き拡大された被検骨の画
像として表示される。

【００２７】さらに本発明の骨計測装置に含まれる演算
手段としては、ポイント入力手段により入力された基準
ポイントを基準として、影像記憶手段に記憶された被検
骨の影像における測定すべき所定の位置を決定し、かか
る所定位置での被検骨の影像に関する記憶データ群を用
いて骨測定のための演算を行なうことができるものであ
ればいかなるものであってもよい。その例としては骨計
測のための演算プログラムが入力されたＲＯＭ及び演算
・一時記憶のためのＲＡＭから構成されるマイクロコン
ピュータ手段があげられる。

【００２８】演算の内容の具体例を示すために、図１０
に例示された如き第２中手骨の長軸の中間点の横断線上
での記憶データをパターンとして表示したものである。
即ちＤが骨幅を示し、斜線部で示される部分によって骨
密度分布が表現されたものである。ｄ1 、ｄ2 がそれぞ
れ骨皮質幅を示し、ｄが骨髄幅を示す。ＳＧｍｉｎはピ
ーク６、ピーク８の間の谷部７の最小値に相当し、（骨
皮質、骨髄質）の密度の指標を示すものであり、ＧＳｍ
ａｘ１、ＧＳｍａｘ２は各々ピーク部の最大値に相当す
る。ΣＧＳは幅Ｄについての斜線部の全面積に相当する
ものである（「骨代謝」第４巻、３１９―３２５頁（１
９８１年）参照）。

【００２９】図１１（ａ）に例示された非線形透過光量
に基づく信号に対し、厚みに変換した被検骨のパターン
（図１１（ｂ））から見ると、１cm，２cmの厚さのとこ
ろで精度が悪いことが分かる。本発明により、上述非線
形透過光量に基づく信号を図７のようにして実質上逆関
数による変換によりニリアに変換してさらに圧縮処理し
（図１２（ａ））、厚みに変換した被検骨のパターン
（図１２（ｂ））から見ると、精度が大幅に改善された
ことが分かる。このようにして、同一被検骨Ｘ線写真フ
イルムを３回測定し、測定結果のバラツキ（ＣＶ）が表
２に示したようになり、変換前（即ち従来の技術）のＣ
Ｖに比べ本発明の変換後のＣＶは小さくなることが分か
った。

【００３０】なお、図８のＲＳ２３２Ｃ及びＭＯＤＥＭ
は、骨計測装置を通信手段を介した骨評価システムに用
いる場合の通信手段に連結されて通信機能を付与するた
めのものであり、ＰＩＯはディジタル制御入出力をコン
ピューターシステムに入出力するためのインターフェイ
スとして機能するものである。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、撮影、現像条件等が変
化や測定レンジ変化による特性が変わっても、比較的簡
単でかつ低コストで計測精度を確保した計測方法と装置
を提供することができる。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【図面の簡単な説明】

【図１】標準物質厚さと透過光量の間の指数関数的特性
（ａ）を、ＬＯＧアンプ（ｂ）により変換することによ
って線形化（ｃ）した場合の模式的例示。

【図２】種々の非線形的特性（ａ）を、１種の逆特性ア
ンプにより変換した結果（ｂ）の模式的例示。

【図３】特性に応じてＬＯＧアンプとリニアアンプの切
り換える方法（ａ）及びその変換関数（ｂ）の模式的例
示。

【図４】ＬＯＧアンプ及びリニアアンプによる変換結果
の模式的例示。

【図５】広い範囲での特性の模式的例示。

【図６】本発明の特性変換手段についての好適なものの
模式的例示。

【図７】本発明における変換データの好適な作成方法の
例示。

【図８】本発明の画像読み取り装置の好ましい態様例。

【図９】図８の画像表示手段における表示例。

【図１０】図８の演算手段における演算例。

【図１１】非線形透過光量に基づく信号（ａ）及びそれ
に基づく被検骨のパターン（ｂ）の例示。

【図１２】本発明のリニア及び圧縮変換した後の信号
（ａ）及びそれに基づく被検骨のパターン（ｂ）の例
示。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】厚さが変化している標準物質と共に撮影
された被検骨のＸ線写真フイルムに光を照射して得られ
る透過光量に基づく光電信号を演算処理して被検骨の計
測を行う方法において、予め該Ｘ線写真フイルム上の標
準物質の厚さ―光電信号の特性を測定して、該厚さ―光
電信号特性の逆関数またはその近似関数を求めておき、
該透過光量に基づく光電信号を該関数で特性変換するこ
とを特徴とする画像読み取り方法。
【請求項２】当該特性変換には、必要階調より高い分
解能を有するＡ／Ｄ変換を行なった後、部分的に透過光
量に基づく光電信号の圧縮処理を行なうことを含む請求
項１の画像読み取り方法。
【請求項３】厚さが変化している標準物質と共に撮影
された被検骨のＸ線写真フイルムに光を照射して得られ
る透過光量に基づく影像を読み取るための読み取り手段
と、該標準物質の読み取り結果に応じて透過光量を透過
光量に基づく光電信号に特性の変換を行なう特性変換手
段と、読み取られた標準物質と被検骨の影像を記憶する
ための影像記憶手段と、該記憶された標準物質と被検骨
の影像に関する骨計測のための演算を行なうための演算
手段と、演算により得られた骨計測結果を出力するため
の骨計測出力手段とを備えた骨計測装置であって、該特
性変換手段として、該標準物質及び被検骨に対する透過
光量に、該標準物質の厚さ―透過光量の逆関数またはそ
れに近い近似関数を用い、厚さ―透過光量に基づく光電
信号を該関数で特性変換する手段を有することを特徴と
する画像読み取り装置。
【請求項４】当該特性変換手段には、必要階調より高
い分解能を有するＡ／Ｄ変換する変換手段と、部分的に
透過光量信号を圧縮処理する圧縮処理手段を含む請求項
３の画像読み取り装置。