JP2892676B2

JP2892676B2 - 画像データ圧縮方法

Info

Publication number: JP2892676B2
Application number: JP1090727A
Authority: JP
Inventors: 謙石川
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1989-04-12
Filing date: 1989-04-12
Publication date: 1999-05-17
Anticipated expiration: 2014-05-17
Also published as: JPH02270078A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、医用画像管理システムの画像ワークステー
シヨンのような、複数の種類の多値画像データを取り扱
う装置における画像データのデータ圧縮を統一的に行な
うのに好適な画像データ圧縮方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、多種類のデイジタル医用画像データを集中的に
保管・管理して、高速の画像検索と高精細の画像表示機
能により、医師による画像診断を支援する等の目的で、
医用画像管理システムが開発された。第９図は医用画像
管理システムの一例を示すブロツク図である。第９図の
一点鎖線の内側は、画像ワークステーシヨン１である。
この画像ワークステーシヨン１は、インタフエース2,
インタフエース3,インタフエース４により、３種類
のデイジタルラジオグラフイ装置（以下DR装置と略記す
る。）と接続している。DR装置は、Ｘ線による人体の透
過画像をデイジタル画像データとして収集する装置の総
称である。第９図の５はフイルム方式DR装置であり、通
常のＸ線フイルム画像から光学的・電気的手段を用いて
画像データを読み出す装置である。６はイメージインテ
ンシフアイア方式DR装置であり、Ｘ線イメージインテイ
シフアイアとテレビカメラを用いたDR装置である。７は
輝尽性蛍光体方式DR装置であり、Ｘ線により形成された
輝尽性蛍光体上の潜像を光学的・電気的手段で読み出
し、デイジタル化する装置である。こうしたデイジタル
画像収集装置で収集されるデイジタル画像データは、一
般に装置ごとに異なつた階調数を持つている。デイジタ
ルデータの階調数は、２進表現が一般に用いられている
ために、2ⁿで表わされることが多い。ここでｎは自然数
である。第９図のシステムでは、５の装置は2¹²＝4098
の、６の装置は2¹⁰＝1024の、７の装置は2⁸＝256の階調
数を持つている。画像ワークステーシヨン１の主たる機
能は、（１）上記DR装置より収集されたデイジタル画像
データをシステムバス８を介して外部記憶装置９に書き
込む。（２）外部記憶装置９より操作者の所望する画像
データを読み出し、システムバス８を介して画像メモリ
10に送り、該メモリに結合した高精細CRTモニタを用い
た画像表示装置11により画像として表示する。上記機能
を遂行するために、システムバス８には、マイクロコン
ピユータを搭載したCPU12が接続され、更に、操作者の
マイクロコンピユータに対する命令を受付るための操作
卓13が操作卓インタフエース14を介して接続されてい
る。この画像ワークステーシヨン１により画像データを
外部記憶装置９に蓄積する際、画像データの容量が大き
な問題となる。外部記憶装置９としては高速検索性を考
慮して、高速アクセスが可能で大容量である数十メガバ
イトの磁気デイスクや、数ギガバイトの光デイスクが用
いられるが、DR装置による画像データは画像１枚当り数
メガバイトになるので、光デイスクを用いる場合でも、
光デイスク１枚当り高々1000枚程度の画像しか記録でき
ない。そこで第９図の画像ワークステーシヨンでは、専
用の圧縮／再生モジユール15を用いて画像データのデー
タ圧縮が可能なように構成されている。圧縮／再生モジ
ユール15には高速演算装置16が搭載されており、これを
用いて特願昭62-297556号記載の方法による符号化・復
号化処理が行なわれる。該方法のデータ圧縮を用いる
と、Ｘ線画像に対して10:1程度の圧縮比が得られるの
で、１個の外部記憶装置に蓄積できる画像の枚数を、デ
ータ圧縮を用いない場合の10倍程度にすることができ
る。上記方法のデータ圧縮を用いる場合、上記（１），
（２）の手続きの代りに、次の（３）〜（８）の手続き
が行なわれる。即ち、（３）DR装置２〜４より収集され
たデイジタル画像データをシステムバス８を介して、画
像メモリに書き込む。（４）圧縮／再生モジユール15の
圧縮処理を起動すると、圧縮／再生モジユール15は、デ
ータ転送線17を用いて、画像メモリ10より画像データ
を読み出し、高速演算装置16を用いて上記方法による符
号化処理を行い、形成された圧縮データをデータ転送線
18を用いて、バツフアメモリ19に書き込む。（５）バ
ツフアメモリ19上の圧縮データをシステムバス８を介し
て外部記憶装置９に書き込む。（６）外部記憶装置９よ
り、操作者の所望する画像に対応する圧縮データを読み
出し、システムバス８を介してバツフアメモリ19に書き
込む。（７）圧縮／再生モジユール15の再生処理を起動
すると、圧縮／再生モジユール15は、データ転送線18
を用いて、バツフアメモリ19より圧縮データを読み出
し、高速演算装置16を用いて上記方法による復号化処理
を行ない、形成された再生画像データを、データ転送線
17を用いて、画像メモリ10に書き込む。（８）画像メ
モリ10上の再生画像データを、該メモリに結合した画像
表示装置11により画像として表示する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の手続きによつて画像データ圧縮を行なう
際、操作者は画像ごとに特願昭62-297556号記載の符号
化方法に含まれる再生画像の原画像に対する忠実度に影
響する２種類のパラメータを操作卓13より入力する必要
があつた。上記符号化方法において、画像は第10図に示
すように一辺16画素の正方形のサブ画像20に分割して取
り扱われる。そして、各サブ画像20の画像データは第11
図の流れ図に従う符号化処理を受けて圧縮される。第11
図は上記文献の第１図に対応する。第11図において、前
処理21では、上記文献の（１），（２）式による直流成
分の抑圧を行なう。双線形関数近似22では、上記文献の
（４）〜（24）式を用いて、入力されたサブ画像のブロ
ツク分割と、ブロツク内の画像データ値の変化に対する
双線形近似を行なう。この過程で、記号ｄで表わす許容
歪と呼ぶパラメータが用いられる。これは、上記文献の
（24）式に示されており、双線形近似による誤差の許容
程度に関するパラメータである。即ち、ｄが大きい程、
近似の程度が進み圧縮比が大きくなる反面、再生画像の
原画像に対する忠実度が低下する。次に、量子化23で
は、まず双線形近似の４種類の係数Ａ〜Ｄを、上記文献
の（25）〜（28）式を用いて正規化する。ここで、第２
のパラメータである４個の正規化係数SD_i（ｉ＝１〜
４）が用いられる。SD_iは量子化の精度に関係してお
り、SD_iを小さくする程精度が上がり、再生画像の忠実
度が向上するが、小さくし過ぎると、上記文献の第10図
に示す拡張モードの発生頻度が多くなり、圧縮比が低下
する。正規化された４種類の係数は、それらの統計的性
質に適合するように設計された量子化器により、数ビツ
トに量子化される。次に、係数パツキング24では、量子
化された係数データをブロツク分割形態を記述するQuad
-Treeデータ等と共に上記文献の第７図，第８図に示す
ように圧縮データとしてメモリに格納する。上記第11図
の処理で用いたｄとSD_i（ｉ＝１〜４）の圧縮パラメー
タ25は、第12図に示すように、圧縮データのデータ量を
示す情報等と共に圧縮データ付属情報26となり、圧縮デ
ータ27と圧縮データ付属情報26とを併せて全圧縮データ
28が外部記憶装置に書き込まれる。再生時の復号化処理
においても、第10図のサブ画像20ごとに処理が行なわれ
る。第13図はサブ画像20の復号化処理の流れ図であり、
上記文献の第11図に対応する。第13図においてRM,RF解
析29では、圧縮データを解析して、そこから、Quad-Tre
eデータや、量子化された係数データを取り出す。取り
出された係数データは、逆量子化30で逆量子化された
後、逆正規化31で上記文献の（29）〜（32）式によつて
逆正規化される。ここで第12図の圧縮パラメータ25に含
まれる正規化係数SD_i（ｉ＝１〜４）を使用する。最後
に双線形補間32において、このようにして再生された係
数データを用い、Quad-Treeデータの示す分割ブロツク
内の画像データ値を、上記文献の（32）〜（35）式に従
つて計算し、各サブ画像の再生が終了する。上述のよう
に、上記文献の方法で画像データを圧縮／再生する場
合、圧縮時の符号化処理において、ｄとSD_i（ｉ＝１〜
４）の２種類のパラメータを与える必要がある。第９図
の画像ワークステーシヨン１において、これらのパラメ
ータの値は、画像ごとに変えなければならない。例え
ば、第９図の３種類のDR装置５〜７で同一の被写体のＸ
線画像の３種類の画像データを得た場合を考えてみる。
いずれの画像データも、透過Ｘ線量の大小を表わすもの
に相当するので、画像データの２次元的変動の様子は相
互に相似したものになることは明らかである。しかし、
それらの画像データの２次元的変動の振幅（以下、これ
をコントラストと呼ぶ。）は、それらの画像データの階
調数の比程度に異なつている。それら３種類の画像デー
タを圧縮し再生した時、同様の画質の再生画像を得よう
とする際、元来大きなコントラストを有する画像データ
に対しては、比較的大きな誤差が許されるし、逆に小さ
いなコントラストしか持たない画像データの誤差の大き
さは小さく抑えられなければならない。従つて、圧縮パ
ラメータｄとSD_i（ｉ＝１〜４）は、2¹²の階調数を有す
るフイルム方式DR装置５より得られた画像データに対し
ては、大きく選ぶべきであり、逆に、2⁸の階調数しかな
い輝尽性蛍光体方式DR装置７より得られた画像データに
対しては、小さく選ぶべきである。更に、同一のDR装置
で同一の被写体の画像データを得たとしても、画像を得
る際のＸ線条件の違いによつてコントラストが異なつて
くる。一般に、Ｘ線管電圧が高い場合、画像のコントラ
ストは小さくなる。従つて、そのような場合には、圧縮
パラメータ、特に再生画像の忠実度に直接に関係するｄ
を小さくするべきである。上述のように、圧縮パラメー
タの値は画像ごとに変えるべきであるが、従来の手続で
は、この要請に応えるために、操作者による手入力を必
要としていた。即ち、第９図において圧縮／再生モジユ
ール15の圧縮処理を起動する前に、操作者13は、圧縮対
象の画像に適すると考えられる圧縮パラメータの値を、
操作卓13から入力していた。

本発明の目的は、従来技術の欠点である、上記の圧縮
パラメータの手入力を除去し、第９図の画像ワークステ
ーシヨン１のような、複数の多値画像データを取り扱う
装置において、圧縮パラメータを統一的かつ自動的に決
定する画像データ圧縮方法を提供する事にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、画像データ
を収集した装置によって定まる１枚の画像の画像データ
全体の階調数と、該画像データ全体ごとに定められる標
準表示階調数とに着目し、圧縮パラメータをそれらの関
数として自動的に決定する。ここで、標準表示階調数と
は次のようなものである。第９図の画像ワークステーシ
ヨン１において、画像メモリ10上の画像データを画像表
示装置11で表示する際に、画像表示装置11に表示階調数
Ｗと表示階調中央値Ｌを与える必要がある。画像表示装
置11は第14図に示すように、階調数2ⁿのデイジタルの画
像データ33を最大振幅Ｖのアナログのビデオ信号34に変
換するデイジタルアナログ変換器35と高精細CRTモニタ3
6よりなる。ＷとＬは第14図中にグラフで示したよう
に、画像データからビデオ信号への変換時に用いられ
る。即ち、2ⁿの幅のデータの内Ｌを中心としたＷの幅の
階調をＶの幅のビデオ信号に変換する。このＷの標準値
が標準表示階調数である。標準表示階調数は通常画像デ
ータ階調数と同一に設定されるが、異なる場合もある。
第９図の医用画像管理システムにおいて、３種類のDR装
置５〜７は、それぞれ収集した画像データを検査するた
めの画像表示装置を備えている。そして、収集した画像
データのコントラストが小さい場合、表示階調数を小さ
くして、表示画像に充分大きなコントラストを持たせら
れるようになつている。このようにして選ばれた表示階
調数は標準表示階調数として、画像データと共にDR装置
５〜７から画像ワークステーシヨン１に送られ、画像ワ
ークステーシヨン１の画像表示装置11で画像データを表
示するときに使われる。

〔作用〕

第９図のDR装置５〜７のような画像データ収集装置
は、対象画像の最大コントラストを表現するのに必要か
つ充分な大きさに、その画像データ階調数を設計するの
が通例である。従つて、画像データ階調数の比は、画像
データ収集装置に依存する画像データのコントラストの
比をほぼ反映している。先に述べたように、元来大きな
コントラストを持つ画像データに対しては、再生画像デ
ータの原画像データに対する誤差は比較的大きくてよい
ので、再生画像の忠実度に関する圧縮パラメータをデー
タ階調数の関数として決めるようにすれば、多種の画像
データ収集装置を取り扱う場合も、統一的，自動的に圧
縮パラメータが決定できる。又、標準表示階調数は画像
ごとのコントラストの違いを反映するものなので、圧縮
パラメータを標準表示階調数の関数とすれば、よりきめ
細かい取り扱いとなる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を添付図面を参照して説明す
る。

本実施例の画像データ圧縮は、第９図の画像ワークス
テーシヨン１で、CPU12によつて、第１図の流れ図に従
つて行なわれる。第１図の処理に先立ち、画像ワークス
テーシヨン１には、対象画像に関して第２図に示す画像
付属情報37と画像データ38よりなる全画像データ39が存
在している。画像付属情報37には、患者名，撮影日付等
と共に、画像データ38が収集されたDR装置によつて定ま
る画像データ階調数40と、そのDR装置より画像データ38
と共に送られて来た標準表示階調数41が含まれている。
全画像データ39の内、画像付属情報37はCPU12の作業用
メモリに、画像データ38は画像メモリ10に書き込まれて
いる。第１図の処理において、ステツプ42では、画像
付属情報37中の画像データ階調数40と標準表示階調数41
より第11図の圧縮パラメータ25を求め、圧縮／再生モジ
ユール15にそのパラメータを入力する。本実施例におい
ては、第11図の圧縮パラメータ25の内、許容歪ｄは第３
図に示すように、標準表示階調数WSに比例するものとし
て計算される。ここで比例係数はそれぞれの画像によら
ず定められるパラメータである。もう１個の圧縮パラメ
ータである正規化係数SD_i（ｉ＝１〜４）は第４図に示
すように、画像データ階調数2ⁿに比例するものとして計
算される。ここでも、比例係数は画像によらず定められ
るパラメータである。次にステツプ43では、圧縮／再
生モジユールの圧縮処理を起動する。画像メモリ10上の
画像データは、第10図に示したサブ画像ごとに、ステツ
プで与えられた圧縮パラメータ25を使つた、第11図の
符号化処理を受け、圧縮データとなつてバツフアメモリ
19に書き込まれる。最後にステツプ44では、バツフア
メモリ19上の圧縮データ27を第12図に示すように圧縮デ
ータ付属情報26と共に全圧縮データ28として外部記憶装
置９に記録する。本実施例によれば、コントラストの小
さな画像データに対しては、小さな標準表示階調数WSが
付属するので、第３図より許容歪ｄも小さくなり、再生
画像の原画像に対する誤差が小さく抑えられる。又、画
像データ階調数2ⁿが小さなDR装置より得られたコントラ
ストの小さな画像データに対しては、第４図より小さな
正規化係数SD_i（ｉ＝１〜４）が与えられる。このよう
に、画像ごとに適合した圧縮パラメータを自動的に得る
ことができる。本実施例で、正規化係数SD_iを標準表示
階調数WSに比例するように変更しても同様な効果が得ら
れる。しかし、正規化係数SD_i（ｉ＝１〜４）は、先に
述べたように、圧縮データの精度に関係するものなの
で、画像データの濃淡表現の尺度に関係する画像データ
階調数2ⁿの関数として取り扱つた方がふさわしいと考え
る。

次に、本発明の第２の実施例について述べる。本実施
例も上記実施例と同様に、第９図のワークステーシヨン
１で、CPU12によつて第１図の流れ図に従つて行なわれ
る。但し、圧縮／再生モジユール15におけるサブ画像ご
との符号化処理の内容が第11図のものから若干異なる第
５図のものに変更されており、これに伴い、圧縮パラメ
ータ25にスケーリングフアクタSFが追加され、これを含
めた圧縮パラメータの決定法が変更されている。即ち、
第５図の流れ図では、第11図と較べて、前処理21の前に
乗算45が挿入されている。乗算45では、画像データに新
しいパラメータであるスケーリングフアクタSFを乗ず
る。前処理21以降では、SFを乗じた画像データに対して
第11図と同じ処理が行なわれる。スケーリングフアクタ
SFは第１図のステツプ42において第６図に示すように
画像データ階調数2ⁿに反比例するように決定される。こ
こで比例定数は画像によらず定められたパラメータであ
る。このようにすると、第５図の乗算45でSFを乗じるこ
とにより、DR装置５〜７による画像データ階調数2ⁿの違
いがキヤンセルされるので、前処理21以降の処理では、
DR装置の違いによるコントラストの違いを考えなくても
良いことになる。これに対応して、正規化係数SD_i（ｉ
＝１〜４）は、画像によらず一定の値に固定することが
できる。又、許容歪ｄは第７図に示すように、標準表示
階調数WSの画像データ階調数2ⁿに対する比WS/2ⁿに比例
して決定される。ここでも、比例定数は画像によらず定
められたパラメータである。本実施例の方法で作成した
圧縮データから画像を再生する際、第13図に示したサブ
画像ごとの復号化処理の代りに、第８図の流れ図による
復号化処理が用いられる。即ち、第８図では、第13図と
較べて、双線形補間32の後に除算46が挿入されている。
除算46では、双線形補間32までで計算された再生画像デ
ータをスケーリングフアクタSFで除している。本実施例
の方法による圧縮データから双線形補間32までの処理で
再生される画像データは原画像データにSFを乗じたもの
に対応している。従つて、除算46でSFで除することによ
り、原画像データと同じ階調数の画像データとなる。本
実施例は、前記実施例と比較して、サブ画像ごとの符号
化・復号化処理に乗算45,除算46の処理が付加されてい
るため、その分処理時間が増す欠点がある。しかし、本
実施例によれば、符号化処理の本体である前処理21以降
の処理及び復号化処理の本体である双線形補間32以前の
処理において、画像データの階調数が一定になる。この
性質は、特に処理を行なう高速演算装置における演算情
報の一定化や、データのオーバフロー、アンダーフロー
の防止法が容易になる利点がある。

以上、本発明の実施例について述べてきたが、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、第３図，第７図で設定
された比例関係は横軸にオフセツト値を持たせて一次関
数形に置き換えることも可能であり、場合によつてはも
つと一般的な広義単調増加関数形の方がよい結果となる
可能性がある。又、本発明の考え方は、実施例で用いた
特願昭62-297556号記載の符号化方法以外の符号化方法
にも適用できる。例えば、NHK技術月報、昭和60年５月
（1985年）第164頁から第171頁で論じられている２階層
符号化では、該文献の第168頁の第６図中の「モード選
択１」及び「モード選択２」で用いる閾値Th₀及びTh₁が
忠実度に影響するパラメータであるが、これらは上記実
施例におけるｄやSD_i（ｉ＝１〜４）と同様に、画像デ
ータ階調数2ⁿや標準表示階調数WSに比例して決定するこ
とにより、適切な値が自動的に得られる。又、映像情報
（Ｍ）、18、（1986年）第719頁から第724頁で論じられ
ている離散コサイン変換法でも、該文献の第720頁の第
１図中の「係数の切捨て」で用いる閾値Th及び「係数の
量子化」で用いる量子化精度ｑは、上記実施例のｄやSD
_i（ｉ＝１〜４）と同様な性質を備えているので、上記
実施例と同様の取り扱いを行なうことにより、適切な値
が自動的に求められる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、再生画質の原画像に対する忠実度に
影響するパラメータの適切な値を自動的に決定すること
ができるので、従来の方法で行なわれていたパラメータ
の手入力が不要となり、操作性が向上すると共に、入力
誤りによる事故も防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における画像データ圧縮処理の
全体の手順を示す流れ図、第２図は実施例における対象
画像に関する情報の格納形態を示す説明図、第３図は第
１の実施例における許容歪と標準表示階調数の関係を示
すグラフ、第４図は第１の実施例における正規化係数と
画像データ階調数の関係を示すグラフ、第５図は第２の
実施例におけるサブ画像の符号化処理手順を示す流れ
図、第６図は第２の実施例におけるスケーリングフアク
タと画像データ階調数の関係を示すグラフ、第７図は第
２の実施例における許容歪と標準表示階調数／画像デー
タ階調数の関係を示すグラフ、第８図は第２の実施例に
おけるサブ画像の復号化処理手順を示す流れ図、第９図
は医用画像管理システムの一例を示すブロツク図、第10
図はサブ画像の概念を示す説明図、第11図は特願昭62-2
97556号の画像データ符号化方式によるサブ画像の符号
化手順を示す流れ図、第12図は全圧縮データの構成を示
す模式図、第13図は特願昭62-297556号の画像データ符
号化方式によるサブ画像の復号化手順を示す流れ図、第
14図は画像表示処理の構成と機能を示すブロツク図であ
る。１……画像ワークステーシヨン、11……画像表示装置、
15……圧縮／再生モジユール、20……サブ画像、25……
圧縮パラメータ、40……画像データ階調数、41……標準
表示階調数、45……乗算、46……除算。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06T 1/00 G06T 5/00 - 5/50 H04N 1/40 - 1/419 A61B 5/00 A61B 6/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】画像データの階調数と該画像データの標準
表示階調数の双方もしくは一方が既知である画像データ
を圧縮する際に、再生画像の原画像に対する忠実度に影
響する少なくとも１個のパラメータを含む画像データ圧
縮方法において、１枚の画像の画像データ全体の階調数
と該画像データ全体の標準表示階調数の双方もしくは一
方を前記パラメータの関数とすることを特徴とする画像
データ圧縮方法。