JP3813999B2

JP3813999B2 - 画像処理方法および画像処理装置

Info

Publication number: JP3813999B2
Application number: JP21746195A
Authority: JP
Inventors: 哲也堀内; 誠郷野; 滋松村
Original assignee: ジーイー横河メディカルシステム株式会社
Priority date: 1995-08-25
Filing date: 1995-08-25
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2015-08-25
Also published as: JPH0962836A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理方法および画像処理装置に関し、さらに詳しくは、原画像にエッジ強調を施す際に過剰強調を防止することができる画像処理方法および画像処理装置に関する。特に、Ｘ線ＣＴ（Ｃomputed Ｔomography）装置のような医用画像診断装置により被検体をスキャンして取得した原医用画像にエッジ強調を施す際に有用である。
【０００２】
【従来の技術】
図２２は、Ｘ線ＣＴ装置により被検体の肺野をスキャンして得られた原医用画像ＯＲＩの例示図である。
この原医用画像ＯＲＩにおいて、胸膜に相当するエッジ領域Ｇは、エッジの度合いが大きい（周囲との画素値の差が大きい）ため、比較的明瞭である。これに対して、肺内部の細かい気管やテクスチャ（Ｔexture）成分に相当するエッジ領域Ｌは、エッジの度合いが小さい（周囲との画素値の差が小さい）ため、比較的不明瞭である。
【０００３】
図２３は、上記原医用画像ＯＲＩに対してエッジ強調処理を施して得られたエッジ強調医用画像ＥＥＩの例示図である。
肺内部の細かい気管やテクスチャ成分に相当するエッジ領域Ｌは、上記原医用画像ＯＲＩでは比較的不明瞭であったが、エッジ強調医用画像ＥＥＩでは比較的明瞭になっている。これに対して、胸膜に相当するエッジ領域Ｇは、元々のエッジの度合いが大きいために強調過剰になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、胸膜に相当するエッジ領域Ｇが強調過剰になっていると、その部分に空気層が存在しているかのように見え、診断上、気胸と区別できなくなる問題点がある。また、医用画像に限らず、一般に、過剰強調は好ましくない。
そこで、本発明の目的は、過剰強調を防止して画像にエッジ強調を施すことができる画像処理方法および画像処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、原画像中のエッジ領域を抽出し、所定の閾値よりもエッジの度合いが大きいエッジ領域に対してはそれ以外の領域よりも抑制したエッジ強調を施すか又はエッジ強調を施さないことを特徴とする画像処理方法を提供する。
上記第１の観点による画像処理方法では、エッジの度合いが大きいエッジ領域については抑制したエッジ強調を施すか又はエッジ強調を施さず、エッジの度合いが大きくないエッジ領域についてはエッジ強調を施す。このため、例えば肺野をスキャンして得られた原画像ＯＲＩにおいて、元々のエッジの度合いが大きい胸膜に相当するエッジ領域Ｇは強調過剰にならない。一方、元々のエッジの度合いが大きくない肺内部の細かい気管やテクスチャ成分に相当するエッジ領域Ｌは、適正にエッジ強調されるようになる。
【０００６】
なお、上記構成において、原画像に平滑化処理を施して得た平滑化画像と原画像の差分画像を求めてエッジ領域を抽出するか、又は、原画像にエッジ強調処理を施して得たエッジ強調画像と原画像の差分画像を求めてエッジ領域を抽出することが好ましい。
【０００７】
また、上記構成において、差分画像の画素のうちで所定のエッジ度合い閾値より大きい差分画素値をもつ画素については原画像の対応する画素の原画素値を使用し、大きくない差分画素値をもつ画素については当該差分画素値に強調ゲインを乗じて得られた積を原画素値または平滑化画素値（平滑化画像における画素値）に加算した演算画素値を使用して、新たな画像を生成することが好ましい。
【０００８】
さらに、上記構成において、差分画像の画素のうちで所定のエッジ度合い閾値より大きい差分画素値をもつ画素については異なる方向の複数のラインフィルタによりそれぞれ得た平均画素値と当該差分画素値の差のうちで絶対値が最小のものに強調ゲインを乗じて得られた積を原画素値または平滑化画素値（平滑化画像における画素値）に加算した第２の演算画素値を使用し、大きくない差分画素値をもつ画素については当該差分画素値に強調ゲインを乗じて得られた積を原画素値または平滑化画素値に加算した第１の演算画素値を使用して、新たな画像を生成することが好ましい。
【０００９】
第２の観点では、本発明は、原画像中のエッジ領域を抽出するエッジ領域抽出手段と、所定の閾値よりもエッジの度合いが大きいエッジ領域に対してはそれ以外の領域よりも抑制したエッジ強調を施すか又はエッジ強調を施さない過剰強調防止エッジ強調手段とを具備したことを特徴とする画像処理装置を提供する。
【００１０】
上記第２の観点の画像処理装置によれば、上記第１の観点の画像処理方法を好適に実施することができる。
【００１１】
第３の観点では、本発明は、上記構成の画像処理装置において、前記エッジ領域抽出手段は、原画像に平滑化処理を施して得た平滑化画像と原画像の差分画像を求めるか、又は、原画像にエッジ強調処理を施して得たエッジ強調画像と原画像の差分画像を求めることを特徴とする画像処理装置を提供する。
原画像にエッジ強調処理を施して得たエッジ強調画像からエッジ領域を抽出可能であるが、平滑化画像と原画像の差分画像またはエッジ強調画像と原画像の差分画像からエッジ領域を抽出すると、原画像のバラツキにあまり影響されずにエッジの度合いの大きいエッジ領域を適正に抽出できる。
【００１２】
第４の観点では、本発明は、上記構成の画像処理装置において、前記過剰強調防止エッジ強調手段は、差分画像の画素のうちで所定のエッジ度合い閾値より大きい差分画素値をもつ画素については原画像の対応する画素の原画素値を使用し、大きくない差分画素値をもつ画素については当該差分画素値に強調ゲインを乗じて得られた積を原画素値または平滑化画素値（平滑化画像における画素値）に加算した演算画素値を使用して、新たな画像を生成することを特徴とする画像処理装置を提供する。
上記第４の観点による画像処理方法では、エッジの度合いが大きいエッジ領域についてはエッジ強調を施さず、エッジの度合いが大きくないエッジ領域についてはエッジ強調を施す。これにより過剰強調を防止してエッジ強調を施すことが出来る。
【００１３】
第５の観点では、本発明は、上記構成の画像処理装置において、前記過剰強調防止エッジ強調手段は、差分画像の画素のうちで所定のエッジ度合い閾値より大きい差分画素値をもつ画素については異なる方向の複数のラインフィルタによりそれぞれ得た平均画素値と当該差分画素値の差のうちで絶対値が最小のものに強調ゲインを乗じて得られた積を原画素値または平滑化画素値（平滑化画像における画素値）に加算した第２の演算画素値を使用し、大きくない差分画素値をもつ画素については当該差分画素値に強調ゲインを乗じて得られた積を原画素値または平滑化画素値に加算した第１の演算画素値を使用して、新たな画像を生成することを特徴とする画像処理装置を提供する。
上記第５の観点による画像処理方法では、エッジの度合いが大きいエッジ領域については比較的弱いエッジ強調を施し、エッジの度合いが大きくないエッジ領域については比較的強いエッジ強調を施す。これにより過剰強調を防止してエッジ強調を施すことが出来る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１５】
−第１の実施形態−
図１は、本発明の第１の実施形態に係る医用画像処理装置１００を示す構成図である。
この医用画像処理装置１００は、操作者の命令や選択を受け付ける操作部１と，各部の作動を制御するシステム制御部２と，原医用画像やそれを画像処理して得た新たな医用画像などを格納するイメージデータ格納部３と，後述する過剰強調防止エッジ強調処理などを行う画像処理部４と，医用画像を表示する表示部５とを具備して構成されている。
【００１６】
図２は、上記医用画像処理装置１００による過剰強調防止エッジ強調処理を示すフロー図である。
ステップＳＴ１では、医用画像診断装置により被検体をスキャンして得られた原医用画像中の一つの画素に着目する。ここで、図３に示すように、画素値の配列によって原医用画像を模式的に表した原画素値テーブルＯＲＴを原医用画像として想定する。この原画素値テーブルＯＲＴにおいて、ｉ，ｊは各画素の座標を表しており、図中の数値は画素値を表している。これら画素値を原画素値という。なお、原画素値は、図３では適当な値にしているが、実際には、ＣＴ値や画面の輝度値である。
【００１７】
ステップＳＴ２では、原画素値と着目している画素の近傍の画素の画素値と平滑化空間フィルタとを用いて平滑化画素値を求める。図４に平滑化空間フィルタＭ（K，L）を例示する。また、図５に、図３の原画素値テーブルＯＲＴと図４の平滑化空間フィルタＭ（K，L）をコンボリューション演算して得られた平滑化画素値テーブルＳＭＴを示す。なお、図３の原画素値テーブルＯＲＴの最外周の画素の平滑化画素値を計算する場合は、図３の原画素値テーブルＯＲＴの最外周の周りに仮想画素を考え、それらの画素の画素値として最近傍の実画素（図３の原画素値テーブルＯＲＴの画素）の画素値を用いた。
【００１８】
ステップＳＴ３では、原画素値から平滑化画素値を減じて差分画素値を求める。図６に、図３の原画素値テーブルＯＲＴから図５の平滑化画素値テーブルＳＭＴを減じて得られた差分画素値テーブルＤＦＴを例示する。
【００１９】
ステップＳＴ４では、着目している画素の差分画素値からエッジ度合いが大きいか否かを判定する。エッジ度合いが大きいならステップＳＴ５に進み、エッジ度合いが大きくなければステップＳＴ６に進む。判定基準は、例えば、差分画素値がエッジ度合い閾値“−９”より負ならエッジ度合いが大きいと判定し、それ以外ならエッジ度合いが大きくないと判定する。この場合、図６の差分画素値テーブルＤＦＴにおける斜線部の画素ではステップＳＴ５に進み、それ以外の画素ではステップＳＴ６に進む。
ステップＳＴ５では、原画素値を、着目している画素に対応する新たな医用画像における画素の画素値として使用する。つまり、エッジ度合いが大きい画素にはエッジ強調を施さない。そして、ステップＳＴ７へ進む。
ステップＳＴ６では、差分画素値に所定の強調ゲインを乗じてから平滑化画素値に加算した結果を、着目している画素に対応する新たな医用画像における画素の画素値として使用する。つまり、エッジ度合いが大きくない画素にはエッジ強調を施す。
ステップＳＴ７では、原医用画像の全ての画素に対して前記ステップＳＴ１〜ＳＴ６を実行する。
【００２０】
図７は、図３の原画素値テーブルＯＲＴについて上記過剰強調防止エッジ強調処理を行った結果として得られた新たな医用画像を表わす選択強調画素値テーブルＳＥＴである。なお、強調ゲインは“４”とした。また、選択強調画素値という名称は、エッジ強調を選択的に施して得られた画素値であることを意味している。
この選択強調画素値テーブルＳＥＴにおける斜線部の画素の画素値は原画素値を使用したものであり、それ以外の画素の画素値はエッジ強調演算の結果を使用したものである。
【００２１】
図８は、図２２に示した原医用画像ＯＲＩに上記過剰強調防止エッジ強調処理を行って得られた新たな医用画像ＳＥＩの例示図である。
この新たな医用画像ＳＥＩでは、元の原医用画像ＯＲＩでは比較的不明瞭であった肺内部の細かい気管やテクスチャ成分に相当するエッジ領域Ｌが比較的明瞭になっている。一方、元々のエッジの度合いが大きい胸膜に相当するエッジ領域Ｇはエッジ強調を施されないため、強調過剰にならず、元のように比較的明瞭になっている。
【００２２】
−第２の実施形態−
図９は、本発明の第２の実施形態に係る医用画像処理装置を示す構成図である。
この医用画像処理装置２００は、操作者の命令や選択を受け付ける操作部１と，各部の作動を制御するシステム制御部２と，原医用画像やそれを画像処理して得られた新たな医用画像などを格納するイメージデータ格納部３と，後述する過剰強調防止エッジ強調処理などを行う画像処理部１４と，医用画像を表示する表示部５とを具備して構成されている。
【００２３】
図１０は、この医用画像処理装置２００による医用画像処理を示すフロー図である。
ステップＳＵ１では、医用画像診断装置により被検体をスキャンして得られた原医用画像中の一つの画素に着目する。ここでは、図３に示す原画素値テーブルＯＲＴを原医用画像として想定する。
ステップＳＵ２では、原画素値と着目している画素の近傍の画素の画素値とエッジ強調空間フィルタとを用いてエッジ強調画素値を求める。図１１および図１２にエッジ強調空間フィルタＦ（K，L）を例示する。また、図１３に、図３の原画素値テーブルＯＲＴと図１１の平滑化空間フィルタＦ（K，L）をコンボリューション演算して得られたエッジ強調画素値テーブルＥＥＴを示す。
【００２４】
ステップＳＵ３では、原画素値からエッジ強調画素値を減じて差分画素値を求める。図１４に、図３の原画素値テーブルＯＲＴから図１３のエッジ強調画素値テーブルＥＥＴを減じて得られた差分画素値テーブルＤＦＴを例示する。
【００２５】
ステップＳＵ４では、着目している画素の差分画素値からエッジ度合いが大きいか否かを判定する。エッジ度合いが大きいならステップＳＵ５に進み、エッジ度合いが大きくなければステップＳＵ６に進む。判定基準は、例えば、差分画素値がエッジ度合い閾値“−４９”より負ならエッジ度合いが大きいと判定し、それ以外ならエッジ度合いが大きくないと判定する。この場合、図１４の差分画素値テーブルＤＦＴにおける斜線部の画素ではステップＳＵ５に進み、それ以外の画素ではステップＳＵ６に進む。
ステップＳＵ５では、異なる方向のラインフィルタによりそれぞれ得た平均画素値と差分画素値の差のうちで絶対値が最も小さいもので差分画素値を置換する。この演算は、差分画素値を連結性が最も強い方向に平均化することに相当する。図１５に、４方向のラインフィルタＬ（K，L）をそれぞれ例示する。また、図１６に、置換された差分画素値テーブルＤＥＦ’を例示する。図１４の例では、前記絶対値が最も小さくなるラインフィルタは、斜線部の画素値「−５０」に対しては図１５の（ｂ）のものであり、斜線部の画素値「−６０」に対しては図１５の（ｃ）のものであり、斜線部の画素値「−８０」に対しては図１５の（ａ）のものである。
ステップＳＵ６では、差分画素値に所定の強調ゲインを乗じてから原画素値に加算した結果を、着目している画素に対応する新たな医用画像における画素の画素値として使用する。これにより、エッジ度合いが大きくない画素は、通常のエッジ強調を施されることになる。一方、エッジ度合いが大きい画素は、差分画素値が連結方向に平均化されているため、抑制されたエッジ強調が施されることになる。
ステップＳＵ７では、原医用画像の全ての画素に対して前記ステップＳＵ１〜ＳＵ６を実行する。
【００２６】
図１７は、図３の原画素値テーブルＯＲＴについて上記過剰強調防止エッジ強調処理を行った結果として得られた新たな医用画像を表わす選択強調画素値テーブルＳＥＴである。なお、強調ゲインは“１”とした。また、選択強調画素値という名称は、通常のエッジ強調と抑制したエッジ強調を選択的に施して得られた画素値であることを意味している。
この選択強調画素値テーブルＳＥＴにおける斜線部の画素の画素値は抑制したエッジ強調演算の結果を使用したものであり、それ以外の画素の画素値はエッジ強調演算の結果を使用したものである。
【００２７】
図１８は、図２２に示した原医用画像ＯＲＩに上記過剰強調防止エッジ強調処理を行って得られた新たな医用画像ＳＥＩの例示図である。
この新たな医用画像ＳＥＩでは、元の原医用画像ＯＲＩでは比較的不明瞭であった肺内部の細かい気管やテクスチャ成分に相当するエッジ領域Ｌが比較的明瞭になっている。一方、元々のエッジの度合いが大きい胸膜に相当するエッジ領域Ｇは抑制されたエッジ強調を施されているため、強調過剰にならず、元のように比較的明瞭になっている。
【００２８】
なお、上記第２の実施形態では、図１５に示すラインフィルタ（方向数＝４，画素数＝３）を用いたが、図１９に示すラインフィルタ（方向数＝４，画素数＝５）または図２０に示すラインフィルタ（方向数＝８，画素数＝５）を用いてもよい。
【００２９】
−変形した実施形態−
図２１は、原画像からランダムノイズを除去する画像処理を示すフロー図である。
原画像信号をエッジ強調フィルタに通してエッジ強調画像を生成する（ステップＵ１）。
エッジ強調画像から原画像信号を差し引くことにより高周波成分画像を生成する（ステップＵ２）。エッジ強調画像は、原画像信号の変化すなわち高周波成分が強調されたものなので、エッジ強調画像から原画像信号を差し引くと、高周波成分画像のみ残ることとなる。
高周波成分画像を複数方向のラインフィルタに通してエッジ・テクスチャ成分を除去し、ランダムノイズ成分を抽出する（ステップＵ３）。高周波成分画像は、高周波領域におけるランダムノイズとエッジ・テクスキャ成分とからなっているので、複数方向の向きを持つラインフィルタによりエッジ・テクスチャ成分を除去すると、ランダムノイズ成分のみ残る。複数方向の向きを持つラインフィルタは、モルフォグラフィックフィルタ（morpho graphic filter）と呼ばれ、それぞれの向きに働くローパスフィルタの集りである。ここで、モルフォグラフィックとは、物体の形状に適合してカーネルの形を変化させる、という意味である。
原画像信号からランダムノイズを差し引き、出力画像信号を得る（ステップＵ４）。
この結果、出力画像信号は高周波領域におけるランダムノイズが除去され、見やすい画像が得られる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の画像処理方法および画像処理装置によれば、エッジの度合いが大きいエッジ領域に対するエッジ強調を抑制するか又は行わず、エッジの度合いが大きくない領域に対してはエッジ強調を行うことで、過剰強調を防止してエッジ強調を施すことができ、見やすい画像を得ることが出来る。特に、医用画像の場合には、診断に好都合な画像が得られるので、有用性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る医用画像処理装置を示す構成図である。
【図２】図１の医用画像処理装置による過剰強調防止エッジ強調処理を示すフロー図である。
【図３】Ｘ線ＣＴ装置で被検体をスキャンして得られた原画像を画素値のテーブル形式で表現した原画素値テーブルの例示図である。
【図４】平滑化空間フィルタの一例の説明図である。
【図５】図３の原画素値テーブルと図４の平滑化空間フィルタから生成した平滑化画素値テーブルの例示図である。
【図６】図３の原画素値テーブルから図５の平滑化画素値テーブルを減じて得られた差分画素値テーブルの例示図である。
【図７】図３の原画素値テーブルに対して図２の過剰強調防止エッジ強調処理を施して得られた選択強調画素値テーブルの例示図である。
【図８】図２２の原画像に対して図２の過剰強調防止エッジ強調処理を施して得られた選択強調画像の例示図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る医用画像処理装置を示す構成図である。
【図１０】図９の医用画像処理装置による過剰強調防止エッジ強調処理を示すフロー図である。
【図１１】エッジ強調空間フィルタの一例の説明図である。
【図１２】エッジ強調空間フィルタの他の例の説明図である。
【図１３】図３の原画素値テーブルと図１１のエッジ強調空間フィルタから生成したエッジ強調画素値テーブルの例示図である。
【図１４】図３の原画素値テーブルから図１３のエッジ強調画素値テーブルを減じて得られた差分画素値テーブルの例示図である。
【図１５】ラインフィルタの一例の説明図である。
【図１６】図１４の差分画素値テーブルから生成した置換された差分画素値テーブルの例示図である。
【図１７】図３の原画素値テーブルに対して図１０の過剰強調防止エッジ強調処理を施して得られた選択強調画素値テーブルの例示図である。
【図１８】図２２の原画像に対して図１０の過剰強調防止エッジ強調処理を施して得られた選択強調画像の例示図である。
【図１９】ラインフィルタの他の例の説明図である。
【図２０】ラインフィルタのさらに他の例の説明図である。
【図２１】高周波領域におけるランダムノイズを除去して見やすい医療診断画像を得ることが出来る画像処理のフロー図である。
【図２２】Ｘ線ＣＴ装置で被検体をスキャンして得られた原画像の例示図である。
【図２３】図２２の原画像と図１１のエッジ強調空間フィルタから生成したエッジ強調画像の例示図である。
【符号の説明】
１００，２００医用画像処理装置
１操作部
２システム制御部
３イメージデータ格納部
４，１４画像処理部
５表示部

Claims

原画像に平滑化処理を施して得た平滑化画像と原画像の差分画像を求めるか、又は、原画像にエッジ強調処理を施して得たエッジ強調画像と原画像の差分画像を求めて原画像中のエッジ領域を抽出し、
抽出されたエッジ領域のエッジの度合いが所定の閾値よりも大きい場合はそれ以外の領域よりも抑制したエッジ強調を施すか又はエッジ強調を施さず、抽出されたエッジ領域のエッジの度合いが所定の閾値以下である場合はエッジ強調を施す画像処理方法であって、
差分画像の画素のうちで所定のエッジ度合い閾値より大きい差分画素値をもつ画素については異なる方向の複数のラインフィルタによりそれぞれ得た平均画素値と当該差分画素値の差のうちで絶対値が最小のものに強調ゲインを乗じて得られた積を原画素値または平滑化画素値（平滑化画像における画素値）に加算した第２の演算画素値を使用し、大きくない差分画素値をもつ画素については当該差分画素値に強調ゲインを乗じて得られた積を原画素値または平滑化画素値に加算した第１の演算画素値を使用して、新たな画像を生成することを特徴とする画像処理方法。
前記異なる方向の複数のラインフィルタは、方向数＝４，画素数＝３のラインフィルタ、方向数＝４，画素数＝５のラインフィルタ又は方向数＝８，画素数＝５のラインフィルタのいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の画像処理方法。
原画像に平滑化処理を施して得た平滑化画像と原画像の差分画像を求めるか、又は、原画像にエッジ強調処理を施して得たエッジ強調画像と原画像の差分画像を求めて原画像中のエッジ領域を抽出するエッジ領域抽出手段と、
前記エッジ領域抽出手段により抽出されたエッジ領域のエッジの度合いが所定の閾値よりも大きい場合はそれ以外の領域よりも抑制したエッジ強調を施すか又はエッジ強調を施さず、前記エッジ領域抽出手段により抽出されたエッジ領域のエッジの度合いが所定の閾値以下である場合はエッジ強調を施すエッジ強調手段とを具備した画像処理装置であって、
前記エッジ強調手段は、差分画像の画素のうちで所定のエッジ度合い閾値より大きい差分画素値をもつ画素については異なる方向の複数のラインフィルタによりそれぞれ得た平均画素値と当該差分画素値の差のうちで絶対値が最小のものに強調ゲインを乗じて得られた積を原画素値または平滑化画素値（平滑化画像における画素値）に加算した第２の演算画素値を使用し、大きくない差分画素値をもつ画素については当該差分画素値に強調ゲインを乗じて得られた積を原画素値または平滑化画素値に加算した第１の演算画素値を使用して、新たな画像を生成することを特徴とする画像処理装置。
前記異なる方向の複数のラインフィルタは、方向数＝４，画素数＝３のラインフィルタ、方向数＝４，画素数＝５のラインフィルタ又は方向数＝８，画素数＝５のラインフィルタのいずれか一つであることを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。