JP4175179B2 - 画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関し、特に、CTスキャンによって取得する3次元物体の2次元投影像を元にして、3次元物体の3次元ボリュームデータを生成する場合に用いて好適な画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、工業用非破壊検査の分野においては、検体に対して全周方向からX線を照射し、得られる複数の2次元投影像を再構成して、検体の3次元ボリュームデータを生成するCT(Computed Tomography)スキャンシステムが利用されている。
【0003】
図1は、従来の一般的なCTスキャンシステムの構成例を示している。一般的なCTスキャンシステムにおいては、X線照射部1によって検体に対してX線が照射され、回転台2に搭載された検体が360°回転され、検出部3によってX線照射部1から照射されて検体を透過したX線が検出されて2次元投影像が生成され、画像処理部4によって全周方向からの各2次元投影像が再構成されて検体の3次元ボリュームデータが生成される(例えば、非特許文献1参照)。
【0004】
なお、回転台2を設ける代わりに、X線照射部1および検出部3が、固定された検体の周囲を360°回転するようにさなされているシステムも存在する。
【0005】
ところで、検体のより解像度の高い3次元ボリュームデータを取得しようとした場合、検出部3に対して検体がより大きく投影されるように、X線照射部1と検体を載せる回転台の距離が近づけられて2次元投影像が取得される。
【0006】
【非特許文献1】
佐々木徹、福田安志著「分散メモリ型マルチプロセッサシステムを用いた三次元X線CT像の再構成」、情報処理学会、pp1681
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ただし、CTスキャンシステムにより3次元ボリュームデータを生成できる検体は、全周方向において、図示する再構成可能領域5に収まっている必要があるので、例えば、図2および図3に示すように、検体11を載せた回転台2がX線照射部1に近づけられて配置された場合、回転台2の回転角度によっては、検体11がX線の照射領域の外、すなわち、再構成可能領域5から外れてしまうことがある。このような場合、元となる2次元投影像のデータ量が不足することになるので、検体の正確な3次元ボリュームデータを生成することができない課題があった。
【0008】
特に、検体の全体が再構成可能領域5に収まらない状態で検出された2次元投影像に基づいて3次元ボリュームデータを生成した場合、生成された3次元ボリュームデータに、実在しないアーチファクトが生じてしまう課題があった。
【0009】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、アーチファクトを生じさせることなく、検体の3次元ボリュームデータを、より詳細に生成できるようにすることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像処理装置は、同一の検体を同一方向から投影した、画面上の検体の投影サイズが異なるズームイン投影像とズームアウト投影像からなる投影像組を取得する取得手段と、取得された投影像組のうち、ズームアウト投影像を拡大することにより、画面上の検体の投影サイズをズームイン投影像と統一する統一手段と、拡大されたズームアウト投影像の輝度を調整する調整手段と、拡大されて輝度が調整されたズームアウト投影像と、ズームイン投影像とを合成して、合成投影像を生成する合成手段と、同一の検体を全周方向から投影して得られた複数の投影像組にそれぞれ対応する合成投影像に基づき、検体の3次元ボリュームデータを生成する生成手段とを含む。
【0011】
前記調整手段は、拡大されたズームアウト投影像の輝度の平均値が、ズームイン投影像の輝度の平均値と一致するように調整するようにすることができる。
【0012】
前記調整手段は、拡大されたズームアウト投影像のズームイン投影像との境界付近の輝度に、境界からの距離に応じて、ズームイン投影像の境界の画素の輝度を合成するようにすることができる。
【0013】
前記合成手段は、拡大されて輝度が調整されたズームアウト投影像を背景、ズームイン投影像を前景として合成し、合成投影像を生成するようにすることができる。
【0014】
本発明の画像処理方法は、同一の検体を同一方向から投影した、画面上の検体の投影サイズが異なるズームイン投影像とズームアウト投影像からなる投影像組を取得する取得ステップと、取得された投影像組のうち、ズームアウト投影像を拡大することにより、画面上の検体の投影サイズをズームイン投影像と統一する統一ステップと、拡大されたズームアウト投影像の輝度を調整する調整ステップと、拡大されて輝度が調整されたズームアウト投影像と、ズームイン投影像とを合成して、合成投影像を生成する合成ステップと、同一の検体を全周方向から投影して得られた複数の投影像組にそれぞれ対応する合成投影像に基づき、検体の3次元ボリュームデータを生成する生成ステップとを含む。
【0015】
本発明の記録媒体は、同一の検体を同一方向から投影した、画面上の検体の投影サイズが異なるズームイン投影像とズームアウト投影像からなる投影像組を取得する取得ステップと、取得された投影像組のうち、ズームアウト投影像を拡大することにより、画面上の検体の投影サイズをズームイン投影像と統一する統一ステップと、拡大されたズームアウト投影像の輝度を調整する調整ステップと、拡大されて輝度が調整されたズームアウト投影像と、ズームイン投影像とを合成して、合成投影像を生成する合成ステップと、同一の検体を全周方向から投影して得られた複数の投影像組にそれぞれ対応する合成投影像に基づき、検体の3次元ボリュームデータを生成する生成ステップとを含む処理を画像処理装置のコンピュータに実行させるプログラムが記録されている。
【0016】
本発明のプログラムは、同一の検体を同一方向から投影した、画面上の検体の投影サイズが異なるズームイン投影像とズームアウト投影像からなる投影像組を取得する取得ステップと、取得された投影像組のうち、ズームアウト投影像を拡大することにより、画面上の検体の投影サイズをズームイン投影像と統一する統一ステップと、拡大されたズームアウト投影像の輝度を調整する調整ステップと、拡大されて輝度が調整されたズームアウト投影像と、ズームイン投影像とを合成して、合成投影像を生成する合成ステップと、同一の検体を全周方向から投影して得られた複数の投影像組にそれぞれ対応する合成投影像に基づき、検体の3次元ボリュームデータを生成する生成ステップとを含む処理を画像処理装置のコンピュータに実行させる。
【0017】
本発明においては、同一の検体を同一方向から投影した、画面上の検体の投影サイズが異なるズームイン投影像とズームアウト投影像からなる投影像組が取得され、取得された投影像組のうち、ズームアウト投影像が拡大されることにより、画面上の検体の投影サイズがズームイン投影像と統一され、拡大されたズームアウト投影像の輝度が調整され、拡大されて輝度が調整されたズームアウト投影像と、ズームイン投影像とが合成されて合成投影像が生成される。さらに、同一の検体を全周方向から投影して得られた複数の投影像組にそれぞれ対応する合成投影像に基づき、検体の3次元ボリュームデータが生成される。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
【0024】
図4は、本発明を適用したCTスキャンシステムの構成例を示している。当該CTスキャンシステムは、図1に示されたCTスキャンシステム、あるいは、図1に示されたCTスキャンシステムのように回転台2を設けるのではなく、回転台2を設ける代わりに、X線照射部1および検出部3が、固定された検体の周囲を360°回転するようにさなされているシステムの画像処理部4を、画像処理部20を用いて置換したものである。
【0025】
画像処理部20は、検出部3から供給される、ズームイン投影像とズームアウト投影像を合成して、合成投影像を生成し、生成した複数の合成投影像を再構成して、検体11の3次元ボリュームデータを生成する。なお、従来の場合と対応する部分には、同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【0026】
ここで、画像処理部20に供給されるズームイン投影像とズームアウト投影像について説明する。ズームイン投影像は、図4に示すように、X線照射部1と検体11の距離を近づけた状態で全周方向からX線が照射され、図5に示すように、検体11が所望の大きさで投影されている2次元投影像である。
【0027】
ズームアウト投影像は、図6に示すように、X線照射部1と検体11の距離を遠ざけた状態で全周方向からX線が照射され、図7に示すように、検体11の全体が投影された2次元投影像である。
【0028】
なお、ズームイン投影像には、必ずしも、検体11の全体が投影されている必要はない。これに対して、ズームアウト投影像には、ズームイン投影像より広い範囲で検体11が投影されている必要がある。光学倍率を用いて表現すれば、ズームアウト投影像は、ズームイン投影像の投影時の1/2倍程度が望ましい。ただし、回転台2の回転角度に拘わらず、全周の各ズームアウト投影像に検体11の全体が投影されているならば、それで十分である。
【0029】
図8は、所定のプログラムを実行することにより、画像処理部20として動作するパーソナルコンピュータの構成例を示している。
【0030】
このパーソナルコンピュータは、CPU(Central Processing Unit)21を内蔵している。CPU21にはバス24を介して、入出力インタフェース25が接続されている。バス24には、ROM(Read Only Memory)22およびRAM(Random Access Memory)23が接続されている。
【0031】
入出力インタフェース25には、ユーザが操作コマンドを入力するキーボード、マウス等の入力デバイスよりなる入力部26、処理対象の画像等を表示するCRT(Cathode Ray Tube)またはLCD(Liquid Crystal Display)等よりなる出力部27、プログラムや各種データを格納するハードディスクドライブなどよりなる記憶部28、およびLAN(Local Area Network)アダプタなどよりなり、インタネットに代表されるネットワークを介した通信処理を実行する通信部29が接続されている。また、磁気ディスク31(フレキシブルディスクを含む)、光ディスク32(CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)を含む)、光磁気ディスク33(MD(Mini Disc)を含む)、もしくは半導体メモリ34などの記録媒体に対してデータを読み書きするドライブ30が接続されている。
【0032】
このパーソナルコンピュータに画像処理部20としての動作を実行させるプログラムは、磁気ディスク31乃至半導体メモリ34に格納された状態でパーソナルコンピュータに供給され、ドライブ30によって読み出されて記憶部28に内蔵されるハードディスクドライブにインストールされている。記憶部28にインストールされているプログラムは、入力部26に入力されるユーザからのコマンドに対応するCPU21の指令によって、記憶部28からRAM23にロードされて実行される。
【0033】
なお、画像処理部20は、ハードウェアとして実現することも可能である。
【0034】
次に、画像処理部20による、ズームイン投影像とズームアウト投影像から検体11の3次元ボリュームデータが生成される処理について、図9のフローチャートを参照して説明する。
【0035】
ステップS1において、画像処理部20は、全周方向から順次、X線を照射して検出された各ズームイン投影像およびズームアウト投影像を検出部3から取得する。例えば、回転台2の回転角1°毎に1枚ずつ投影像が撮影されている場合、360組のズームイン投影像とズームアウト投影像が取得される。
【0036】
以下に説明するステップS2乃至4の処理は、360組のズームイン投影像とズームアウト投影像に対して実行される。
【0037】
ステップS2において、画像処理部20は、図6に示されたズームイン投影像における検体11のサイズと、図7に示されたズームアウト投影像における検体11のサイズとが一致するように、ズームアウト投影像を拡大して、図10Aに示すような拡大したズームアウト投影像を生成する。
【0038】
具体的には、ズームアウト投影像の撮影時の拡大率をn_out、ズームイン投影像の撮影時の拡大率をn_inとして場合、ズームアウト投影像を拡大率(n_in/n_out)で拡大する。
【0039】
なお、ズームアウト投影像とズームイン投影像とは、同一の検体11を撮影したものであるにも拘わらず、撮影時の拡大率が異なるので、それぞれの輝度値が異なっている。そこで、ステップS3において、画像処理部20は、拡大したズームアウト投影像の輝度を補正する。
【0040】
ステップS3の処理の詳細について、図11のフローチャートを参照して説明する。ステップS11において、画像処理部20は、拡大したズームアウト投影像の輝度の平均値(以下、平均輝度値を記述する)とズームイン投影像の平均輝度値が等しくなるように、拡大したズームアウト投影像の全ての画素の輝度値を調整する。
【0041】
具体的には、次式に従って、調整後の拡大したズームアウト投影像の輝度値p_out'を算出する。
p_out'={ave(p_in)/ave(p_out)}・p_out …(1)
ただし、ave(p_in)は、ズームイン投影像の平均輝度値、ave(p_out)は、拡大されたズームイン投影像の平均輝度値、p_outは、拡大されたズームイン投影像の調整前の輝度値である。
【0042】
ステップS12において、画像処理部20は、図11に示すように、平均輝度値が調整済の拡大したズームアウト投影像のうち、後段の処理において合成されるズームイン画像との境界部分の輝度に、ズームイン画像の端の輝度値を、ズームイン画像の端からの距離に応じて合成することにより、境界の輝度の段差が目立たないように補正する。
【0043】
具体的には、次式に従って補正後の輝度値out'[k]を算出する。
out'[k]={k・in+(bw−k)・out[k]}/bw …(2)
ただし、kはズームイン投影像からの横方向の距離に対応する整数であり、0≦k<bwの範囲で変動される。inはズームイン投影像の端の輝度、bwは境界部分の横方向の幅(画素数)を示している。
【0044】
以上のようにして、拡大したズームアウト投影像の輝度を補正した後、処理は図9のステップS4に戻る。
【0045】
ステップS4において、画像処理部20は、図10Aに示すような輝度が補正済の拡大されたズームアウト投影像を背景に、図10Bに示すようなズームイン投影像を前景にして合成することにより、図10Cに示すような合成投影像を生成する。ただし、図10Cに示した合成投影像では、図示する都合上、合成した境目が明確となっているが、実際にはステップS3の処理により、拡大されたズームアウト投影像の輝度が補正されているので、当該境目が目立たない状態になっている。
【0046】
ステップS5において、画像処理部20は、ステップS4までの処理によって得られた複数の(いまの例の場合、360枚)の合成投影像を再構成することにより、検体11の3次元ボリュームデータを生成する。
【0047】
なお、ステップS5の処理において用いられた複数の合成投影像には、検体11が部分的に欠けることもなく投影されているので、実在しないアーチファクトを生じさせることなく、任意の倍率で3次元ボリュームデータを生成することができる。
【0048】
以上で、画像処理部20による、ズームイン投影像とズームアウト投影像から検体11の3次元ボリュームデータが生成される処理の説明を終了する。
【0049】
次に、従来のCTスキャンシステムによって生成された3次元ボリュームデータと、本発明を適応したCTスキャンシステムによって生成された3次元ボリュームデータとを比較する。
【0050】
図13は、従来のCTスキャンシステムより、検体41が再構成可能領域5からはみ出した状態で得られた2次元投影像を元にして生成された3次元ボリュームデータの例を示している。同図に示すように、3次元ボリュームデータには、実在しないアーチファクト42が生じている。これに対し、図14は、本発明を適応したCTスキャンシステムにより、同一の検体41の3次元ボリュームデータを生成した例を示している。同図に示すように、本発明を適応したCTスキャンシステムによれば、アーチファクトを発生させることなく、3次元ボリュームデータを生成することができる。
【0051】
同様に、図15は、従来のCTスキャンシステムより、検体51が再構成可能領域5からはみ出した状態で得られた2次元投影像を元にして生成された3次元ボリュームデータの例を示している。同図に示すように、3次元ボリュームデータには、実在しないアーチファクト52が生じている。これに対し、図16は、本発明を適応したCTスキャンシステムにより、同一の検体51の3次元ボリュームデータを生成した例を示している。同図に示すように、本発明を適応したCTスキャンシステムによれば、アーチファクトを発生させることなく、3次元ボリュームデータを生成することができる。
【0052】
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に従って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【0053】
また、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【0054】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、アーチファクトを生じさせることなく、検体の3次元ボリュームデータを、より詳細に生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の一般的なCTスキャンシステムの構成例を示す図である。
【図2】検体が再構成可能領域5からはみ出す状態を説明するための図である。
【図3】検体が再構成可能領域5からはみ出す状態を説明するための図である。
【図4】ズームイン投影像を検出するときにX線照射部と回転台の位置関係を示す図である。
【図5】ズームイン投影像の一例を示す図である。
【図6】ズームアウト投影像を検出するときにX線照射部と回転台の位置関係を示す図である。
【図7】ズームアウト投影像の一例を示す図である。
【図8】所定のプログラムを実行することにより、本発明を適用した画像処理部として動作するパーソナルコンピュータの構成例を示すブロック図である。
【図9】本発明を適用した画像処理部の動作を説明するフローチャートである。
【図10】本発明を適用した画像処理部の動作を説明するための図である。
【図11】図9のステップS3の処理を説明するフローチャートである。
【図12】図9のステップS3の処理を説明するための図である。
【図13】従来のCTスキャンシステムにより生成された3次元ボリュームデータの一例を示す図である。
【図14】図13の場合と同一の検体について、本発明を適用したCTスキャンシステムにより生成された3次元ボリュームデータの一例を示す図である。
【図15】従来のCTスキャンシステムにより生成された3次元ボリュームデータの一例を示す図である。
【図16】図15の場合と同一の検体について、本発明を適用したCTスキャンシステムにより生成された3次元ボリュームデータの一例を示す図である。
【符号の説明】
1 X線照射部, 2 回転台, 3 検出部, 5 再構成可能領域, 20 画像処理部, 21 CPU, 31 磁気ディスク, 32 光ディスク,33 光磁気ディスク, 34 半導体メモリ
Claims (7)
- 検体の投影像に基づき、前記検体の3次元ボリュームデータを生成する画像処理装置において、
同一の前記検体を同一方向から投影した、画面上の前記検体の投影サイズが異なるズームイン投影像とズームアウト投影像からなる投影像組を取得する取得手段と、
取得された前記投影像組のうち、前記ズームアウト投影像を拡大することにより、画面上の前記検体の投影サイズを前記ズームイン投影像と統一する統一手段と、
拡大された前記ズームアウト投影像の輝度を調整する調整手段と、
拡大されて輝度が調整された前記ズームアウト投影像と、前記ズームイン投影像とを合成して、合成投影像を生成する合成手段と、
同一の前記検体を全周方向から投影して得られた複数の前記投影像組にそれぞれ対応する前記合成投影像に基づき、前記検体の3次元ボリュームデータを生成する生成手段と
を含む画像処理装置。 - 前記調整手段は、拡大された前記ズームアウト投影像の輝度の平均値が、前記ズームイン投影像の輝度の平均値と一致するように調整する
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記調整手段は、拡大された前記ズームアウト投影像の前記ズームイン投影像との境界付近の輝度に、境界からの距離に応じて、前記ズームイン投影像の境界の画素の輝度を合成する
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記合成手段は、拡大されて輝度が調整された前記ズームアウト投影像を背景、前記ズームイン投影像を前景として合成し、前記合成投影像を生成する
請求項1に記載の画像処理装置。 - 検体の投影像に基づき、前記検体の3次元ボリュームデータを生成する画像処理装置の画像処理方法において、
同一の前記検体を同一方向から投影した、画面上の前記検体の投影サイズが異なるズームイン投影像とズームアウト投影像からなる投影像組を取得する取得ステップと、
取得された前記投影像組のうち、前記ズームアウト投影像を拡大することにより、画面上の前記検体の投影サイズを前記ズームイン投影像と統一する統一ステップと、
拡大された前記ズームアウト投影像の輝度を調整する調整ステップと、
拡大されて輝度が調整された前記ズームアウト投影像と、前記ズームイン投影像とを合成して、合成投影像を生成する合成ステップと、
同一の前記検体を全周方向から投影して得られた複数の前記投影像組にそれぞれ対応する前記合成投影像に基づき、前記検体の3次元ボリュームデータを生成する生成ステップと
を含む画像処理方法。 - 検体の投影像に基づき、前記検体の3次元ボリュームデータを生成する画像処理装置の制御用のプログラムであって、
同一の前記検体を同一方向から投影した、画面上の前記検体の投影サイズが異なるズームイン投影像とズームアウト投影像からなる投影像組を取得する取得ステップと、
取得された前記投影像組のうち、前記ズームアウト投影像を拡大することにより、画面上の前記検体の投影サイズを前記ズームイン投影像と統一する統一ステップと、
拡大された前記ズームアウト投影像の輝度を調整する調整ステップと、
拡大されて輝度が調整された前記ズームアウト投影像と、前記ズームイン投影像とを合成して、合成投影像を生成する合成ステップと、
同一の前記検体を全周方向から投影して得られた複数の前記投影像組にそれぞれ対応する前記合成投影像に基づき、前記検体の3次元ボリュームデータを生成する生成ステップと
を含む処理を画像処理装置のコンピュータに実行させるプログラムが記録されている記録媒体。 - 検体の投影像に基づき、前記検体の3次元ボリュームデータを生成する画像処理装置の制御用のプログラムであって、
同一の前記検体を同一方向から投影した、画面上の前記検体の投影サイズが異なるズームイン投影像とズームアウト投影像からなる投影像組を取得する取得ステップと、
取得された前記投影像組のうち、前記ズームアウト投影像を拡大することにより、画面上の前記検体の投影サイズを前記ズームイン投影像と統一する統一ステップと、
拡大された前記ズームアウト投影像の輝度を調整する調整ステップと、
拡大されて輝度が調整された前記ズームアウト投影像と、前記ズームイン投影像とを合成して、合成投影像を生成する合成ステップと、
同一の前記検体を全周方向から投影して得られた複数の前記投影像組にそれぞれ対応する前記合成投影像に基づき、前記検体の3次元ボリュームデータを生成する生成ステップと
を含む処理を画像処理装置のコンピュータに実行させるプログラム。
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