JP3410778B2 - リカーシブフィルタ、x線診断装置 - Google Patents

リカーシブフィルタ、x線診断装置

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JP3410778B2 JP22846093A JP22846093A JP3410778B2 JP 3410778 B2 JP3410778 B2 JP 3410778B2 JP 22846093 A JP22846093 A JP 22846093A JP 22846093 A JP22846093 A JP 22846093A JP 3410778 B2 JP3410778 B2 JP 3410778B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、X線診断装置等で撮影
されたディジタル画像のノイズを低減するリカーシブフ
ィルタ、及びX線診断装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】被写体にX線を爆射して、被写体の後方
に位置するI.I.(イメージインテンシファイア)と
光学系装置と撮像装置を利用して得た動画の透視像をモ
ニタに表示して診断に供する画像表示装置において、デ
ィジタル画像の画像ノイズを低減させる手段の一つとし
てリカーシブフィルタが知られている。このリカーシブ
フィルタを用いて動画像の画像ノイズを低減させる方法
は、残像効果を利用することにより次式(1)のように
行われる。
【0003】 Yi =k・Yi-1 +(1−k)・Xi ・・・・(1) (ここで、Yi :今度得られるフィルタ像、Yi-1 :1
フレーム前のフィルタ像、Xi :今度得られるライブ
像、k:フィルタ係数) すなわち、1フレーム前のフィルタ像Yi-1 にフィルタ
係数kを乗じたものに、今度得られるライブ像Xi に係
数(1−k)を乗じたものを加算することによって、画
像ノイズを低減することが行われる。このリカーシブフ
ィルタではフィルタ係数kを1に近づけるほど(強いフ
ィルタをかけるという)、過去の画像の影響を強く受け
て画像の動いた部分がぼけてノイズが低減される。とこ
ろが動きの大きい部分にリカーシブフィルタ処理を施す
と、残像効果が大きく影響してコントラストが低下す
る、アーチファクトが発生して画像の劣化を招いてしま
うなどの欠点がある。例えば被検体の血管狭窄部の回復
手術をカテーテル、ガイドワイヤなどを用いて行う場
合、これらを血管内を移動させるとガイドワイヤの先端
部も残像効果の影響を受けて見にくくなってしまうこと
になり、診断上差し支えが生じる。このため、これらの
欠点を除去するためのリカーシブフィルタとして実開昭
63−55400号公報に提供されたものがある。
【0004】図5はその構成を示すものである。同図に
おいて、501は撮像装置からの画像信号(ビデオ信
号)をディジタル信号に変換するA/D変換器、502
はA/D変換器501からの画像信号をk(0≦k≦
1)倍する乗算器、503は上記乗算器502及び乗算
器505からの画像信号を加算する加算器、506は比
較器507の制御によりA/D変換器501(端子B
側)又は加算器503(端子A側)からの画像信号を選
択して出力するセレクタ、504は上記セレクタ506
からの画像信号を記憶するフレームメモリ、507は上
記フレームメモリ504及びA/D変換器501からの
画像信号を比較して上記セレクタ506を制御する比較
器、505はフレームメモリ504に書き込まれている
画像信号を(1−k)倍する乗算器で、508は上記フ
レームメモリからの画像信号をアナログ信号に変換して
出力するD/A変換器である。
【0005】次に、動作について説明する。例えば、画
像信号(ビデオ信号)はまずA/D変換器501でディ
ジタル信号に変換され、所望の信号処理が行なわれた後
フレームメモリ504にセレクタ506を介して一旦書
き込まれてから、D/A変換器508によってアナログ
信号に変換されてモニタに画像として表示される。次に
その間の所望の信号処理を説明すると、まずA/D変換
器501からの画像信号はフレームメモリ504にすで
に書き込まれている前フレームの画像信号と、各対応画
素ごとに比較器507で比較される。例えば、この2つ
の画像信号の差があるしきい値より大きければ比較器5
07はセレクタ506のスイッチを端子B側に切り替
え、フレームメモリ504にはA/D変換器501から
の画像信号が書き換えられてモニタに出力される。逆
に、その差がしきい値よりも小さければセレクタ56の
スイッチ端子がA側に切り替えられ、A/D変換器50
1からの画像信号は乗算器502によってk(0≦k≦
1)倍され、これと同時にフレームメモリ504に書き
込まれている画像信号は乗算器505によって(1−
k)倍される。次に両者は加算器503によって加算さ
れてフレームメモリ504に新しい画像信号として書き
込まれて図示されていないモニタに出力される。以上の
処理は各対応画素ごとに独立して行われる。
【0006】また更に技術として、比較結果によって滑
らかに前記フィルタ係数kの大きさを変化させること
で、違和感の少ないノイズ低減を行う方法が、特願平3
−235745号,特開平5−49629号公報に開示
されている。
【0007】また、図6は前記I.I.及びその周辺を
示す断面図である。同図において、601は電源の供給
を受けてX線を照射するX線管、603は上記X線管か
らの入射X線を受けるI.I.602の入力面、604
は上記入力面603からの電荷611を集極する集極電
極、605は集極電極604の後に設けられて上記入力
面603からの電荷611を引きつける陽極、606は
上記入力面603からの電荷611を受けて光学像61
2を出力する出力面、607は光学像612の入光量を
調節する光学系装置610のアイリス607、608
a,bは光学像612を撮像管609に導くレンズ、6
09は光学像612を電気信号として画像信号をA/D
変換器に出力する撮像装置である。
【0008】次に動作について説明する。同図に示すよ
うに、I.I.602と撮像管609との間には、入光
量を調節する目的でカメラの絞りに相当するアイリス6
07(光学系装置610の一部)が組み込まれており、
その径(光学的絞りの直径:アイリス径という)は大き
さを自動的に制御することが可能である。また、図7の
ように、I.I.602は固定された大きさの入力面6
03から出力面606までの間の集極電極604の電圧
を換えることで、出力面606に出力される入力面の視
野の大きさを数種類を切り換える、視野切り換え機構を
備えている。これを利用して狭い視野の画像を拡大表示
することが出来る。この視野をI.I,サイズと呼ぶ。
【0009】また、患者,術者の放射線被爆量低減の目
的から、照射X線線量は少ないことが要求される。しか
し、照射線量低下に伴って画像の鮮明度も低下するた
め、このシステムでは標準線量,低線量,高線量の3つ
の照射線量モードの中から選択することが出来る。
【0010】また、テレビカメラなどの撮像装置は、画
像収集レート(1秒間に収集するフレーム枚数),画像
マトリクスサイズ(画像分割の大きさ)などを選択する
ことが出切る。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来例の方法におい
て、画像表示装置においてリカーシブフィルタ処理を行
う目的は、動き部分の鮮明度を低下させることなしにノ
イズを低減することである。実開昭63−55400号
公報記載の方法においては、A/D変換器から取り込ま
れた画像信号とすでにフレームメモリに書き込まれてい
る前フレームの画像信号との差と、あるしきい値を比較
することで動き部と静止部の判定を行っているので、こ
のしきい値がノイズの大きさに対して適正でないと、前
記目的を達成することは出来ない。また特開平5−49
629号公報記載の方法においても、比較結果から適正
な係数値kを出力することは出来ない。
【0012】さて、ノイズの大きさは、照射X線線量,
I.I.サイズ,アイリス径,画像マトリクスサイズ,
画像収集レート,などにより決定される。従ってノイズ
の大きさを支配する要因に応じて係数値kを変化させな
いと、動きとノイズを正確に判定できず、適正な出力画
像を得ることが出来ない。しかし従来の装置では不可能
である。
【0013】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、フィルタ処理すべき画像の中から動き部分
を検出すると共にノイズの大きさを決定させる要因を入
力することで、X線ノイズの大きさを変化させる要因の
入力に応じて係数値を変化させ、ガイドワイヤなど動き
部分の鮮明度の低下および残像の発生をなくし、ノイズ
の低減された画像を得ることのできるリカーシブフィル
タ、及びX線診断装置を提供することを目的としてい
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、取り込まれた画像信号と1フレーム前に
取り込まれた画像信号との減算により、前記取り込まれ
た画像信号中の被写体の動き部分を検出する動き検出手
段と、前記画像信号に発生するノイズの大きさに影響を
与える要因である照射X線線量、I.I.サイズ、前記
I.I.と前記検出手段の間に設けられ、該I.I.か
らの入光量を調節するアイリスの径、画像マトリクスサ
イズ、画像収集レートのうちの少なくとも2つの組み合
わせに対応する係数値及び前記動き検出手段による検出
結果に基づいてフィルタ係数を決定する係数決定手段
と、前記係数決定手段により決定されたフィルタ係数に
基づいて、取り込まれた画像信号に1フレーム前に取り
込まれた画像信号を加算する加算手段とを備えることを
特徴とするものである。
【0015】
【作用】上述の如く構成された本発明によれば、動き検
出手段により今回得られたディジタル画像(ライブ像)
と1フレーム前の出力画像の(フィルタ像)との減算が
行なわれ、フィルタ処理すべき画像の中から動き部分が
検出される。そして、アイリス径,I.I.サイズ,画
像マトリクスサイズ,画像収集レート、照射X線線量等
のノイズの大きさを決定する要因を入力し、前記動き検
出結果と前記要因に基づいてファクターテーブルの出力
を変化させることによって動き検出結果をより有効に利
用できるとともに、残像効果を利用したノイズ低減効果
をより高めることができる。
【0016】
【実施例】
実施例1.以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
【0017】なお、I.I.サイズ、アイリス径、画像
マトリクスサイズ、画像収集レート、照射線量などのノ
イズ支配要因を環境と称し、各々データを環境データと
称する。図1は、本発明の一実施例におけるリカーシブ
フィルタを示す構成図である。同図において、101は
被写体102に対してX線101aを曝射するX線管、
103は被写体102を通過したX線101aを光学像
に変換して出力するI.I.(イメージインテンシファ
イア)、104はI.I.から出力される光線の入光量
を径の大きさを変化させることにより調節するアイリス
を含む光学系装置、105は光学系装置104の光学出
力を電気信号に変換する撮像装置であり、この撮像装置
105は光学出力を撮像してアナログ信号を得る撮像部
105a、この撮像部105aにより得られたアナログ
信号をディジタル信号に変換するA/D変換器105b
により構成されている。A/D変換器、106は撮像装
置105から出力されたディジタル画像信号(ライブ
像)をリカーシブフィルタ処理してフィルタ像として出
力するリカーシブフィルタ、107はリカーシブフィル
タ106から出力された画像信号(フィルタ像)をアナ
ログ信号に変換するD/A変換器、108は上記アナロ
グ信号を画像として表示するTVモニタである。更に1
12はオペレータがキーボードやマウスなどを介して前
記環境の変更を入力する入力手段である。また111は
CPUであり、前記環境の変更に従って、I.I.10
3を所定のI.I.サイズに、光学系装置104を所定
のアイリス径に、撮像部105aを所定の画像マトリク
スサイズと所定の画像収集レートに制御する。また、C
PU111は照射X線線量モードの入力に従い、入力に
応じた線量を照射する条件を決定して(X線管101に
接続された)電源109を制御し、所定の照射線量を照
射させる。またCPU111は、各種の環境データをリ
カーシブフィルタ106に入力する。
【0018】図2は本実施例装置に用いられているリカ
ーシブフィルタの構成を示すものである。同図におい
て、207はA/D変換器から出力されたディジタル画
像信号(ライブ像)Xi と前回出力画像Yi-1 とを入力
し減算処理する減算器207aから成る動き検出手段、
201はアイリス径データを入力する入力手段としての
アイリス径入力手段と、203はI.I.サイズデータ
を入力する入力手段としてのI.I.サイズ入力手段、
203は画像マトリクスサイズデータを入力する入力手
段としての画像マトリクスサイズ入力手段、204は画
像収集レートデータを入力する入力手段としての画像収
集レート入力手段、206はライブ像Xiの画素値を入
力する入力手段としてのライブ像画素値入力手段、20
5はX線照射線量モードを入力する入力手段としてのX
線照射線量入力手段、208は減算器207aの減算結
果と入力手段201〜206の入力結果に応じてフィル
タ係数値kを決定するファクターテーブル、209はこ
のファクターテーブル208の出力信号に基づきライブ
像Xi の動きを強調する動き強調用フィルタ回路、21
0はこの動き強調用フィルタ回路209からの出力画像
(フィルタ像)Yi を一時的に記憶するワーキングメモ
リである。また、上記動き強調用フィルタ回路209
は、1フレーム前のフィルタ像Yi-1 にフィルタ係数k
を乗じる第1の乗算器209cと、ライブ像Xi に係数
(1−k)を乗じる第2の乗算器209aと、第1およ
び第2の乗算器209a,209cの出力を加算してフ
ィルタ像Yi を出力する加算器209bとから構成され
ている。ここで、上記動き強調用フィルタ像Yi は次の
式(1)式のように示される。
【0019】 Yi =k・Yi-1 +(1−k)・Xi ・・・・(1) 次に、図2のリカーシブフィルタの動作について説明す
る。A/D変換器105から出力されたライブ像Xi
動き検出手段207に入力され、ワーキングメモリ21
0に貯えられていた1フレーム前のフィルタ像Yi-1
減算処理されてその動き量が検出され、ファクターテー
ブル208に入力される。またアイリス径入力手段20
1によってアイリス径データが、I.I.サイズ入力手
段202によってI.I.サイズデータが、画像マトリ
クスサイズ入力手段203によって画像マトリクスサイ
ズデータが、画像収集レート入力手段204によって画
像収集レートデータが、X線照射線量入力手段205に
よってX線照射線量モードデータが、更に、ライブ像画
素値入力手段206によってライブ像(画素値)Xi
各々ファクターテーブル208に入力される。ファクタ
ーテーブル208は入力された上記データからフィルタ
係数値kを決定し、動き強調用フィルタ回路209に入
力する。動き強調用フィルタ回路209はライブ像(画
素値)Xi 、ワーキングメモリから1フレーム前のフィ
ルタ像(画素値)Yi-1 、ファクターテーブル208で
決定した係数値kを用いて前記(1)式のようにフィル
タ処理して、ノイズがその大きさに応じて低減されたフ
ィルタ像Yi を出力する。入力手段201〜206は環
境が変化しないときには前回と同じ値を入力し続けるも
のとする。このようにして得られたフィルタ像Yi はD
/A変換器105に送られ、ノイズが低減され動きが強
調された画像としてモニタ108に表示されると共に、
次のフィルタ像Yi-1 を得るために一旦ワーキングメモ
リ210に貯えられる。
【0020】次にファクターテーブル208の動作の一
例を説明する。前述のようにファクターテーブル208
には入力手段201〜206の合計6つのデータが入力
される。
【0021】また、アイリス径データ、ライブ像画素値
は連続的な変化が可能であるが、例えば、アイリス径デ
ータは表1、ライブ像画素値は表2のようにして各々1
5段階、12段階に分類する。また、I.I.サイズ、
画像マトリクスサイズ、画像収集レート、照射X線線量
モードの各データはそれぞれ例えば3、4、3種類あり
各々表3のようになっている。
【0022】
【表1】
【表2】
【表3】 このようにして分類されたデータの組み合わせは、15
×12×3×4×3×3=19440通りである。従っ
て、19440通りの係数曲線を用意し、動き検出手段
207からの結果に応じてフィルタ係数値kを決定す
る。ここで、19440通りの係数曲線は各組合わせ
(アイリス径、ライブ像画素値、I.I.サイズ、画像
マトリクスサイズ、画像収集レート)におけるノイズの
大きさに応じて決定される。
【0023】例えば、ある係数曲線は経験的に次式
(2)に従っており、図3のようになっているとする。
【0024】
【数1】 あるケースではアイリス径が24.3mm、画素値がラ
イブ像で492、1フレーム前のフィルタ像で523、
I.I.サイズが9" 、画像マトリクスサイズが512
×512、画像収集レートが30frame/sec、
X線照射線量が「標準線量」だったとする。表1,2,
3に従って(10,5,2,3,2,2)の組み合わせ
となり、対応する係数曲線(図3)が選択される。動き
検出手段207からの入力523−492=31を横軸
にとると、フィルタ係数値は0.77となり、この値が
出力される。更に動き強調フィルタ回路209によって
上記式(1)に従ってY1 =0.77×523+0.2
3×492=402.71+113.16=402+1
13=515となってフィルタ出力値515が出力され
る。
【0025】このように、ノイズの大きさを支配する要
因をファクターテーブル208に入力することによっ
て、前記要因を入力しない場合に比べて最適なフィルタ
係数kを決定することが出来る。
【0026】なお、上記ファクターテーブル208への
入力におけるアイリス径データ、I.I.サイズデータ
など種々のデータの分類方法は一例であり、この分類方
法に限定されるものではない。
【0027】また、各分類数について係数曲線を用意す
る必要はなく、幾つかの分類を1つの係数曲線で適用し
てもよい。
【0028】実施例2.実施例1においては、各種入力
手段201〜206によってファクターテーブル208
へアイリス径やライブ像の画素値データ等の環境データ
を入力し、それぞれの値を表1〜表3のように数段階に
変換した後に他の入力結果と組み合わせて対応する係数
曲線を決定し、減算値(図3横軸)を用いてフィルタ係
数値k(縦軸)を決定していたが、以下のようにしても
良い。
【0029】すなわち、アイリス径d,画素値Xi
I.I.サイズI,画像マトリクスサイズGm,画像収
集レートGr,X線照射線量モードXmを変数とする関
数m(d,Xi ,I,Gm,Gr,Xm)を決定してお
き、次式(3)に順次代入することでフィルタ係数kを
求め、出力する。
【0030】m=m(d,Xi ,I,Gm,Gr,X
m),k' (Yi-1 −Xi ),k=k(m,k' )・・
・・・・・(3) このような構成においても前記実施例1と同様に最適な
フィルタ係数kを決定することができる。
【0031】実施例3.実施例1,2においては、入力
手段201〜206からの各種入力は、ファクターテー
ブル208において数種類に分類されるか、または、関
数mに入力された後に、係数値kが決定されたが、上記
分類又は関数mは入力手段において行っておいても良
い。
【0032】その構成図の一例を図4に示す。同図にお
いて、401はノイズの大きさを決定する要因を入力す
る入力手段、401aは上記入力手段401を構成する
変換テーブル、402は上記入力手段401及び動き検
出手段207の出力を受けてフィルタ係数値kを求める
ファクターテーブル208である。なお、同一符号は同
一要素であり説明を省略する。
【0033】入力手段401は変換テーブル401aを
持ち、入力手段401への各種入力は前述実施例1,2
のように分類または関数入力された後に、各々前述のよ
うな形で出力される。この場合は、CPU111がこの
分類、関数入力を行うと考えれば良い。
【0034】また、実施例1,2,3において、入力手
段への各種入力は、その全データをファクターテーブル
においてか、または、入力手段において変換,分類した
が、これに限定されるものではない。
【0035】すなわち、データの一部を入力手段におい
て、残りをファクターテーブルにおいて変換分類しても
良い。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
動き検出手段により取り込まれた画像信号中の被写体の
動き部分を検出すると共に、動き検出手段による検出結
果及びノイズの大きさに影響を与える要因に応じてフィ
ルタ係数を決定することによって、動き検出結果をより
有効に利用できると共に、ノイズ低減効果をより高める
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリカーシブフィルタの一実施例の構成
を示した構成図である。
【図2】本発明のリカーシブフィルタの実施例1,2の
構成を示した構成図である。
【図3】本発明のリカーシブフィルタの一実施例のフィ
ルタ係数曲線を示したグラフである。
【図4】本発明のリカーシブフィルタの実施例3の構成
を示した構成図である。
【図5】従来のリカーシブフィルタの一例の構成を示す
構成図である。
【図6】I.I.近辺を示す断面図である。
【図7】I.I.入力面の視野の大きさを示す説明図で
ある。
【符号の説明】
106 リカーシブフィルタ 112(201〜206,401) 入力手段 Xi ライブ像 Yi (Yi-1 )フィルタ像 207 動き検出手段 k フィルタ係数値 208(402) ファクターテーブル 401a 変換テーブル 112(201〜206,401) 入力手段

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】取り込まれた画像信号と1フレーム前に取
    り込まれた画像信号との減算により、前記取り込まれた
    画像信号中の被写体の動き部分を検出する動き検出手段
    と、 前記画像信号に発生するノイズの大きさに影響を与える
    要因である照射X線線量、I.I.サイズ、前記I.
    I.と前記検出手段の間に設けられ、該I.I.からの
    入光量を調節するアイリスの径、画像マトリクスサイ
    ズ、画像収集レートのうちの少なくとも2つの組み合わ
    せに対応する係数値及び前記動き検出手段による検出結
    果に基づいてフィルタ係数を決定する係数決定手段と、 前記係数決定手段により決定されたフィルタ係数に基づ
    いて、取り込まれた画像信号に1フレーム前に取り込ま
    れた画像信号を加算する加算手段とを備えることを特徴
    とするリカーシブフィルタ。
  2. 【請求項2】被写体にX線を曝射するX線管と、 被写体を透過したX線を光学像に変換して出力するI.
    I.と、 前記光学出力に基づいて画像信号を出力する撮像手段
    と、 前記撮像手段から出力される画像信号を取り込み、この
    取り込まれた画像信号と1フレーム前に取り込まれた画
    像信号との減算により、前記取り込まれた画像信号中の
    被写体の動き部分を検出する動き検出手段と、 前記画像信号に発生するノイズの大きさに影響を与える
    要因である照射X線線量、I.I.サイズ、前記I.
    I.と前記撮像手段の間に設けられ、該I.I.からの
    入光量を調節するアイリスの径、画像マトリクスサイ
    ズ、画像収集レートのうちの少なくとも2つの組み合わ
    せに対応する係数値及び前記動き検出手段による検出結
    果に基づいてフィルタ係数を決定する係数決定手段と、 前記係数決定手段により決定されたフィルタ係数に基づ
    いて、取り込まれた画像信号に1フレーム前に取り込ま
    れた画像信号を加算する加算手段と、この加算されたが
    像信号を表示する表示手段とを備えることを特徴とする
    X線診断装置。
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