JP3706201B2 - 画像処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理方法に関し、詳しくは、周期構造を有する画像を表す画像データに対してウェーブレット変換を施す際に使用するフィルタの特性に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェーブレット変換は、信号の周波数解析方法の１つであるが、同じく周波数解析方法として広く用いられているフーリエ変換に比べ、信号の局所的な変化情報を検出しやすいという点で優れていることから、近年あらゆる信号処理の分野で脚光を浴びている。
【０００３】
画像処理の分野においては、画像データに対して各周波数帯域ごとに異なる処理を施すような場合に、画像データを周波数帯域ごとに分類する手段としてこのウェーブレット変換が用いられている。具体的には、例えばノイズ除去のための高周波の分離、さらにはノイズの多い周波数帯域のデータを削減することによる圧縮処理などが挙げられる。本出願人も、Marc Antoniniらにより提案された方法（Marc Antonini et al.，Image Coding Using Wavelet Transform，IEEE TRANSACTIONS ON IMAGE PROCESSING ，VOL.1 ，NO.2，p205-220，APRIL 1992）をベースとする数々の画像データ圧縮方法を提案しているが、これらはいずれも周波数帯域ごとに異なる圧縮処理を施すことを目的としてウェーブレット変換を行うものである（特開平6-350989号、同6-350990号、同7-23228号、同7-23229号、同7-79350号、特願平8-14510号など）。このような画像処理では、ウェーブレット変換された画像データは、周波数帯域ごとの処理の後に逆ウェーブレット変換され、その結果得られる画像がその画像処理の成果物となる。
【０００４】
一方、Ｘ線撮影を行う際に、記録媒体への散乱Ｘ線の照射による画質低下を防ぐために、被写体と記録媒体との間に所定のピッチの静止グリッドを配置して撮影を行う方法が知られている。従来、このような放射線画像に対しても、画質を高めるため、あるいは伝送用や保管用に画像データを圧縮するために上記ウェーブレット変換が施されていた。この際、逆ウェーブレット変換により最終的に得られる原画像と同じサイズの画像を、主としてフィルムに出力して観察することが行われていた。
【０００５】
ここで、画像データに対してウェーブレット変換を行った結果得られる低周波帯域の画像データは、もとの画像よりも解像度の低い縮小画像になるが、従来の放射線画像では、上述のように観察対象となる画像は逆ウェーブレット変換後の画像であり、中間生成物であるこの縮小画像は利用されていなかった。そのため、この縮小画像の画質が問題となることはなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、画像処理システムにおいて、一般に、処理する画像をＣＲＴなどによって確認したいという要望がある。この要望に対しては、通常、ＣＲＴの解像度に適した解像度となるように原画像データにフィルタリング処理を施して解像度を落とすことが行われている。したがって、その画像処理システムが、画像データに対してウェーブレット変換を行うようなものである場合、上記縮小画像をＣＲＴ表示用の画像として有効利用することができる。
【０００７】
しかしながら、上述のウェーブレット変換により作成された解像度の低い縮小画像は、もとの画像データに対して所定の間隔でサブサンプリングを施して作成した画像に他ならないため、この縮小画像が上記静止グリッドのような周期構造を有する画像であり、その周期構造に対応する周波数がサブサンプリングのナイキスト周波数よりも高い周波数である場合には、この画像を表示した際にサブサンプリングに起因するモアレが発生し、ＣＲＴ表示される画像は見にくいものとなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みて、周期構造を有する原画像データに対してウェーブレット変換を施して縮小画像を得る場合に、モアレのない高画質な縮小画像を得る方法を提供し、前記縮小画像の有効利用を図ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像処理方法は、画像データに対してウェーブレット変換を施すことにより、所定の間隔で前記画像データがサブサンプリングされた前記画像データの低周波成分からなる観察用縮小画像を得る画像処理方法において、前記サブサンプリングのナイキスト周波数よりも高い空間周波数に対応する周期構造を有する画像を表す画像データに対して、該画像データの前記周期構造に対応する周波数成分を低減する少なくとも１種類のローパスフィルタを使用して前記ウェーブレット変換を施すことを特徴とするものである。
【００１０】
「周期構造を有する画像」の具体例としては、例えば静止グリッドを使用して撮影された放射線画像、金網越しに撮影された写真、あるいは縞模様のある被写体の写真などが挙げられる。
【００１１】
また、「ナイキスト周波数」は、サブサンプリングの周波数をＮ（「所定の間隔」を１／Ｎ）とするとＮ／２であり、サンプリング定理により定義されるものである。なお、サブサンプリングとはアナログデータがサンプリングされて得られたデジタルデータが、さらにサンプリングされることを意味する。
【００１２】
また、前記「少なくとも１種類のローパスフィルタ」とは、縮小画像を得るためのフィルタリングに用いるローパスフィルタが１種類しかないときには、そのローパスフィルタを意味し、ウェーブレット変換を多段階に、数種類のローパスフィルタを使用して行って縮小画像を得る場合には、その中の少なくとも１種類のフィルタを意味するものとする。
【００１３】
また、前記「観察用縮小画像を得る画像処理」とは、観察用縮小画像を得ることを目的とする画像処理に限られず、処理過程において得られる縮小画像を観察する可能性がある全ての画像処理を意味するものとする。したがって、例えば、ウェーブレット変換によって画像データを周波数成分ごとに分類し、ノイズを多く含む高周波成分の情報量が少なくなるように量子化を行って画像データを圧縮する処理において、その過程で生成される縮小画像を確認のために観察するような場合も含むものとする。ここで、「観察用」とは、具体的にはＣＲＴなどに表示することを意味する。
【００１４】
なお、ウェーブレット変換の理論、ウェーブレット関数に基づくフィルタの設計方法、およびそれらのフィルタによるフィルタリング処理については、上記数々の引用例に詳細に記載されているため、本明細書では説明を省略する。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の画像処理方法によれば、周期構造を有する画像を表す画像データに対してウェーブレット変換を施すことにより縮小画像を得る際に、ウェーブレット変換に使用するローパスフィルタとして、周期構造に対応する周波数成分を低減するフィルタを使用して、縮小画像にこの周波数成分が含まれないようにするため、モアレを防止することができ、高画質の観察用縮小画像を得ることができる。
【００１６】
この画像処理方法は、静止グリッドを使用して撮影された放射線画像をはじめ、周期構造を有する全ての画像に対して適用でき、また、ウェーブレット変換を用いた圧縮処理など、あらゆる画像処理において縮小画像を利用する場合に有効な方法であり、実用上の効果は極めて大きい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の画像処理方法について、図面を参照して詳細に説明する。以下に示す実施の形態は、本出願人が例えば上記特開昭55-12492号などにおいて提案している放射線画像記録再生システムに関するものである。このシステムは、蓄積性蛍光体シートに記録された人体の放射線画像をレーザビーム走査によりデジタル画像データとして読み取り、その画像を記録再生あるいは保管管理するために、種々の画像処理を行うものであり、そのような画像処理の１つとして、上記特開平6-350989号などの引用例に示されるような、ウェーブレット変換を利用した画像データの圧縮処理を行っている。
【００１８】
図１は、この画像処理システムの概要を示す図である。この画像処理システムは、原画像を走査することにより得た画像信号を所定の密度でサンプリングしてデジタル化する読取装置１と、得られた原画像データ２に対してウェーブレット変換などの画像処理を施す画像処理装置３と、処理された原画像データをＣＲＴ５に表示する表示装置４と、処理された原画像データを光ディスク７などにファイリングするファイリング装置６と、同じく処理された原画像データをフィルム９などの記録媒体に出力する記録装置８を有する。
【００１９】
読取装置１により得られる原画像データ１は、画像処理装置３によりウェーブレット変換されるが、ここで行われるウェーブレット変換には３つの意味がある。１つはファイリングの際の記憶媒体の利用効率を高めるためのデータ圧縮処理の一過程としての変換である。このデータ圧縮処理は、画像データの重要な成分は低周波帯域に含まれ、画像データの高周波成分はノイズなどの不要な情報が多いという理由から、その画像データの低周波成分に対してはより正確に情報を記憶できるように多くの記憶領域を割り当て、高周波成分に対しては、例えば各データのビット数を減らすなどして少ない領域しか割り当てないことにより、全体の情報量を減らす、すなわち画像データを圧縮するものである。つまり、画像データに対して圧縮処理を施すためには、まずその画像を周波数帯域ごとの成分に分類しなければならず、ウェーブレット変換がその手段として用いられる。
【００２０】
もう１つは、診断用画像としてフィルム９に記録される画像の画質が診断を行う医師にとって見やすい画像となるようにするために施す画像処理の一過程としての変換である。このような目的で施される画像処理としては、数々の方法が提案されているが、その中にはその画像の所定の周波数成分を取り除いたり、周波数成分ごとに施す処理を変えるといった方法が多くあり、ウェーブレット変換を、そのための周波数成分の分類手段として用いることができる。
【００２１】
さらに１つは、縮小画像を得るための手段としてのウェーブレット変換である。一般に、ＣＲＴなどの解像度は、レーザーイメージャーなどで記録する際の解像度に比べて低い。図１の例では、原画像データの解像度は3520×3520であり、フィルムに記録する際の解像度は同じく3520×3520であるが、ＣＲＴの解像度は1760×1760である。したがって、ウェーブレット変換を用いない画像処理システムでＣＲＴ表示を行うためには、何らかの方法により画素数が1760×1760の縮小画像を作成しなければならない。これに対し、ウェーブレット変換を行う画像処理システムでは、低周波帯域の画像データが原画像の縮小画像となるため、これをＣＲＴ表示用としてそのまま利用することができ、ウェーブレット変換を行わない画像処理システムに比べ少ない処理でＣＲＴ表示を行うことができる。
【００２２】
以上のように３つの目的を兼ねたウェーブレット変換が施された画像データは、それぞれ、ファイリング装置６、記録装置８、表示装置４に送られる。この際、例えば圧縮処理における情報量の削減などは、画像処理装置３により行ってもよいし、ファイリング装置６で行っても良い。
【００２３】
次に、画像処理装置３により行われるウェーブレット変換の具体的な処理について、図２を参照して説明する。本実施の形態において、ウェーブレット変換は、原画像データに対し、その原画像データの読取時における主走査の方向（以下、単に主走査方向という）、および読取時における副走査の方向（以下、単に副走査方向という）の２方向に対して、それぞれ１画素おきにフィルタリング処理を施すことによって行われる。この際、このフィルタとして、基本ウェーブレット関数に基づいて設計されたものを使用し、ウェーブレット変換の理論に基づいて複数のフィルタにより段階的にフィルタリング処理を施す。（ウェーブレット変換の理論および適切なフィルタの設計方法については、上記引用例を参照。）図２に示されるように、原画像データ２はローパスフィルタ10およびハイパスフィルタ11により、それぞれ、主走査方向に１画素おきに処理される。この結果、各フィルタにより処理された後の原画像データは、主走査方向に１／２に縮小されたものとなる。
【００２４】
さらにローパスフィルタ10により処理された後の画像データは、ローパスフィルタ12とハイパスフィルタ13により、それぞれ、副走査方向に１画素おきに処理される。この結果、主走査方向、副走査方向それぞれが１／２に縮小された、すなわち、もとの画像の１／４の大きさのLL画像データ16およびLH画像データ17が得られる。なお、ここでＬはローパスフィルタのＬ、ＨはハイパスフィルタのＨを意味し、主走査方向、副走査方向ともにローパスフィルタで処理された結果をLL、主走査方向はローパスフィルタ、副走査方向はハイパスフィルタで処理された結果をLHのように表現するものとする。
【００２５】
同様に、ハイパスフィルタ11により処理された後の画像データはローパスフィルタ14と、ハイパスフィルタ15により、それぞれ、副走査方向に１画素おきに処理され、HL画像データ18およびHH画像データ19が得られる。なお、本実施の形態においては、ローパスフィルタ10、12、14は同じフィルタであり、ハイパスフィルタ11、13、15は同じフィルタであるが、これらのフィルタはそれぞれ異なるものであってもよい。
【００２６】
本実施の形態では、LL画像データ16に対して上記処理を繰り返すことにより、さらに細かい周波数成分に分類しているが、本発明は、LL画像データ16を得られれば実施できるものであるため、必ずしも何段階ものウェーブレット変換を施す必要はなく、表示に必要な解像度、すなわち縮小の度合いと、他の例えばファイリングのための圧縮処理などとの関係で、何段階にするかを決定すればよい。本実施の形態では、ＣＲＴの解像度が1760×1760であるため、ウェーブレット変換を１段施して得られるLL画像16を、表示に用いている。
【００２７】
このような画像処理システムは、原画像データ２が所定の周期的な周波数を含まない画像である場合には、問題なく機能するものである。しかしながら、原画像データ２が静止グリッドを使用して撮影された画像である場合には、グリッドの空間周波数と、サブサンプリングの周波数とが原因となって、LL画像データ16にモアレが発生する。本実施の形態では、このLL画像16、すなわちＣＲＴに表示される画像のモアレを除去するために、ローパスフィルタ10、12、14としてグリッドの空間周波数に対応する周波数成分を低減するようなフィルタを使用する。
【００２８】
図３は、このモアレ除去機能付きのウェーブレット変換用ローパスフィルタのレスポンスを示す図であり、横軸が周波数、縦軸がレスポンスを表している。図４は、モアレ除去機能無しの従来のウェーブレット変換用ローパスフィルタを示す図である。両図中の周波数3.4cycle/mmおよび4.0cycle/mmは、一般によく使用されている静止グリッドの周波数であるが、図３および図４に示されるように、図３のフィルタは、3.4cycle/mmについては図４のフィルタに比べて大幅にレスポンスが低く、また、4.0cycle/mmについては図４のフィルタと同等のレスポンスとなっており、どちらのタイプのグリッドが使用されてもモアレを除去できるようになっている。
【００２９】
なお、画像データに対して多段階にウェーブレット変換を施した結果得られる画像を表示用として用いる場合には、全ての段階において図３のようなローパスフィルタを用いてもよいし、一部のローパスフィルタのみ図３のようなものとし、その他はモアレ除去機能無しのものを使用してもよい。
【００３０】
このように、本発明の画像処理方法は、ウェーブレット変換により得られる縮小画像を、グリッドの有無に拘わらず、表示用として利用できるようにしたものであり、周波数解析処理の過程における単なる中間生成物でしかなかったウェーブレット変換後の縮小画像に、観察画像としての役割を与えたことによる効果は極めて大きい。例えば、ウェーブレット変換を単に画質を向上させるため、あるいは画像データを圧縮するためだけの手段として用い、同じ画像データに対し、別途ＣＲＴ表示に適する画像となるようなフィルタリング処理を施して縮小画像を作成することも可能ではある。しかし、このような処理は多くのメモリを必要とし、また施す処理が倍増する分、速度は低下することになる。すなわち、本発明は、ウェーブレット変換の特徴を生かし、最小限の手段で、高画質な観察用縮小画像を得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づいて画像処理を行う画像処理システムの一例を示す図
【図２】ウェーブレット変換処理の概要を示す図
【図３】本発明の画像処理方法においてウェーブレット変換に使用されるローパスフィルタの一例を示す図
【図４】従来の画像処理方法においてウェーブレット変換に使用されていたローパスフィルタの一例を示す図
【符号の説明】
１ 読取装置
２ 原画像データ
３ 画像処理装置
４ 表示装置
５ ＣＲＴ
６ ファイリング装置
７ 光ディスク
８ 記録装置
９ フィルム
10 主走査方向に１画素おきにフィルタリングするためのローパスフィルタ
11 主走査方向に１画素おきにフィルタリングするためのハイパスフィルタ
12 主走査方向にローパスフィルタによりフィルタリングされた画像データを副走査方向に１画素おきにフィルタリングするためのローパスフィルタ
13 主走査方向にローパスフィルタによりフィルタリングされた画像データを副走査方向に１画素おきにフィルタリングするためのローパスフィルタ
14 主走査方向にハイフィルタによりフィルタリングされた画像データを副走査方向に１画素おきにフィルタリングするためのローパスフィルタ
15 主走査方向にハイフィルタによりフィルタリングされた画像データを副走査方向に１画素おきにフィルタリングするためのローパスフィルタ
16 主走査方向、副走査方向ともにローパスフィルタによりフィルタリングされた画像データ
17 主走査方向はローパスフィルタにより、副走査方向はハイパスフィルタによりフィルタリングされた画像データ
18 主走査方向はハイパスフィルタにより、副走査方向はローパスフィルタによりフィルタリングされた画像データ
19 主走査方向、副走査方向ともにハイパスフィルタによりフィルタリングされた画像データ

Claims (3)

1. 画像データに対してウェーブレット変換を施すことにより、所定の間隔で前記画像データがサブサンプリングされた前記画像データの低周波成分からなる縮小画像を得る画像処理方法において、
   前記サブサンプリングのナイキスト周波数よりも高い空間周波数に対応する周期構造を有する画像を表す画像データに対して、該画像データの前記周期構造に対応する周波数成分を低減する少なくとも１種類のローパスフィルタを使用して前記ウェーブレット変換を施して、
   前記ウェーブレット変換により生成された前記縮小画像を、表示装置に出力する観察用画像として利用できるようにしたことを特徴とする画像処理方法。
2. 前記周期構造を有する画像が、静止グリッドを使用して撮影された放射線画像であることを特徴とする請求項１記載の画像処理方法。
3. 前記ウェーブレット変換により前記縮小画像とともに得られる前記画像データの高周波成分を該高周波成分の情報量が少なくなるように量子化することにより、前記画像データの圧縮を行うことを特徴とする請求項１または２記載の画像処理方法。

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