JP4682424B2 - ディジタル画像補正装置、ディジタル画像補正方法、ｘ線画像による診断装置 - Google Patents
ディジタル画像補正装置、ディジタル画像補正方法、ｘ線画像による診断装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線源と、Ｘ線を光に変換する蛍光体と、前記蛍光体で変換された光を電気信号に変換する光電変換体と、前記光電変換体で変換された電気信号をディジタル信号に増幅するアナログ／ディジタル変換部と、前記アナログ／ディジタル変換部で変換されたディジタル画像データをディジタル画像処理し、ＣＲＴなどに表示、及び記録媒体に記録するディジタル画像補正装置、ディジタル画像補正方法及びＸ線画像による診断装置に関するものであり、特に医科用、歯科用の診断装置、または工用非破壊検査に有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線を利用して対象物の外からは見えない状態を画像で見るために、旧来ではＸ線フィルムを利用していた。しかし、近年、現像作業の追放、データ保存の容易性、データ劣化防止などの目的で、Ｘ線を光に変え、光を電気信号に変換する光電変換体としてＣＣＤセンサを使用したＸ線撮影装置が使われている。このような装置では、ＣＣＤセンサで直接Ｘ線を受け、ディジタル化されたデータをＣＲＴ表示する方法がとられてきている。患部を透過してきたＸ線を光に変換する物質を通してＣＣＤで受け、１画素ずつディジタル化された画像データを画像表示装置に表示させる。これにより旧来フィルムにＸ線を当てていた方法に比べ、現像する手間が省け、患部を診断するまでの時間が短縮された。しかも画像データがディジタル化されるので、劣化すること無く記憶媒体に一括して納められ、収納の省スペース化が可能になっている。さらにディジタル画像の特長を生かし、表示装置上で明るさ、コントラスト、患部の拡大などが自由に調整できるので、診断の補助に有効であり、医科用、歯科用では診断の補助に有効となっている。また工業用非破壊検査装置では検査の効率向上につながりその有用性は大きい。
【０００３】
Ｘ線用のＣＣＤセンサは、ビデオカメラに利用されているのと同様で、リアルタイムでＣＣＤセンサが受けた可視光をアナログ信号に変換して出力する。このとき通常のＣＣＤと異なり、ＣＣＤ表面にＸ線を可視光に変換する蛍光体（シンチレータ、例えばＧｄ2Ｏ2Ｓ）が挿入されている。また、ＣＣＤ表面にＣｄＴｅ検出素子を設け、各画素ごとに導通させたものでもよい。
【０００４】
Ｘ線が照射されると、被照射体をＸ線撮影した画像のＸ線強度の情報を備えたＣＣＤセンサからのアナログ信号が、アナログ／ディジタル変換部に備わるＡ／Ｄコンバータによりディジタル化された数値群となる。さらに画像処理部ではディジタル化された数値群を、検査者が診断あるいは検査に適した画像になるように単純な線形変換とマニュアル操作で設定する特性曲線により、ディジタル画像補正を行ない、ＣＲＴなどに表示あるいは記録媒体への記録を行う。
【０００５】
図を用いて従来例について説明する。図１２は従来のディジタル画像補正装置の全体構成を示すブロック図、図１３は従来の画像補正手段の作業手順を示すフローチャート、図１４は全画素ディジタル値の濃度分布図、図１５は線形変換による全画素ディジタル値の変換後の濃度分布図、図１６は表示目的に応じてまたは視覚的に見やすくするための変換特性図を示す。
【０００６】
図１２で、５１はＸ線照射装置、５２はＸ線、５３は被照射物、５４は被照射物を通過したＸ線、５５はＣＣＤセンサ、５６は蛍光体、５７はＣＣＤ、５８は画像アナログ信号、５９は信号増幅手段、６０は画像アナログ信号、６１はＡ／Ｄ変換手段、６２、６７は画像ディジタル値、６３は記憶手段、６５は表示手段、６６はディジタル画像処理部、６４、６８は表示用ディジタル値、７０はＣＲＴ等の表示装置を示す。
【０００７】
Ｘ線照射装置５１からＸ線５２が照射され、被照射物５３を通過したＸ線５４を、信号出力手段５５が受けると、信号出力手段５５は受けたＸ線５４の強度に応じた画像アナログ信号５８を信号増幅手段５９に出力する。
【０００８】
信号出力手段５５は、Ｘ線を可視光に変換する蛍光体５６（シンチレータ、例えばＧｄ2Ｏ2Ｓ）と可視光を電荷に変えて転送するＣＣＤ５７とからなり、ＣＣＤ各画素が受けた光量に応じた信号がアナログ信号５８として全画素分の信号が出力される。これにより信号出力手段５５は、Ｘ線の強度に応じた画像アナログ信号５８を出力することができる。なお、蛍光体５６の代わりにＣＣＤ表面にＣｄＴｅ検出素子を設け、各画素ごとに導通させたものでもよい。
【０００９】
信号増幅手段５９では入力された画像アナログ信号５８をＡ／Ｄ変換するのに必要なレベルになるように信号増幅を行い、増幅された画像アナログ信号５８をＡ／Ｄ変換手段６１に出力する。Ａ／Ｄ変換手段６１では画像アナログ信号６０をディジタル値に変換し、画像ディジタル値６２を記憶手段６３に記憶させる。さらにディジタル値変換手段６６においては記憶された画像ディジタル値６７を補正して表示用ディジタル値６８に変換する。Ａ／Ｄ変換手段６１は被照射物を通過したＸ線５４の照射量に応じて出力された画像アナログ信号６０をディジタル化する。
【００１０】
ディジタル値変換手段６６の具体例を図１３の作業手順を用いて示す。ＳＴＥＰ１では画像補正後のヒストグラムの希望する最大値と最小値をそれぞれ、通常画像データがもつダイナミックレンジの最小値、最大値に設定する。これはできるだけ画像情報の濃淡をはっきりさせ、コントラストをつけるためである。このとき設定する最大値をＨＭＡＸ、最小値をＨＭＩＮとする。
【００１１】
次にＳＴＥＰ２ではＸ線照射によって得られた実際の画像データのディジタル数値群から図１４に示すようなヒストグラムを求め、このヒストグラムから、最大値及び最小値を求める。このとき設定する最大値をＢＭＡＸ、最小値をＢＭＩＮとする。さらにＳＴＥＰ３ではＳＴＥＰ２で決めた画像ディジタル値の範囲を図１５に示すように広い範囲になるように全画素ディジタル値の変換を実施する。このとき下記に示す式により線形変換を用いて変換する。変換する前のディジタル値をＢＤＡＴＡ、変換後の表示用ディジタル値をＨＤＡＴＡとすると次式により線形変換により全画素ディジタル数値群の変換を実施する。
【００１２】
【式１】
【００１３】
ただしａ＝ ＨＭＡＸ−ＨＭＩＮ
ｂ＝ ＢＭＡＸ−ＢＭＩＮ
ｃ＝ ＨＭＡＸ×ＢＭＩＮ−ＨＭＩＮ×ＢＭＡＸ
さらにＳＴＥＰ４では表示目的に応じて図１６に示すように全画素ディジタル値について濃度補正を行う。濃度補正の具体的方法について説明する。図１３はある画素のディジタル値の大きさを変換する特性を示す図である。ディジタル値の大きさを変更することと画像の明るさすなわち濃度を変更することとはまったく同一の作業となる。Ｘ線画像を見る検査者が明るい部分を見たいときは、直線に近いγ１の特性で、暗い部分をより詳しく見たいときは暗い部分の範囲を広げるγ２の特性により変換を行う。
【００１４】
さらにＳＴＥＰ５では変換したディジタル値を記憶手段６３に記憶する。
【００１５】
さらに図１２の表示手段６５により記憶手段の更新された表示用ディジタル値６４をＣＲＴ等の表示装置７０で画像表示させる。
【００１６】
以上のような方法で、Ｘ線撮影したディジタル画像データを検査や診断しやすい画像データに変換して、画像表示や保存ができた。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに上記従来のディジタル画像補正装置では、Ｘ線照射装置の管電圧、出力方式、照射時間、被照射体とＸ線源との距離、被照射体の状態の個体差などのちがいにより、常に検査者が診断あるいは検査するのに適した画像にならず、いったん表示した画像を、マニュアル操作にて濃度、コントラスト調整して最も検査しやすい画像にする必要があり、煩雑な操作や無駄な時間の浪費を強いられた。これは画像が視覚的に最もよく見えるためには明るい部分より暗い部分の方をよりきめ細かに表示するほうがよく、またできるだけ表示されている画像の明暗の範囲を広げる方が良いためである。しかし、検査者が画像を見ながら濃度調整等を行うのは熟練技術が必要となり、実用上、短時間で多くの画像を見るには大きな課題となっていた。
【００１８】
また画像データはディジタル値であるためその取り得る範囲は有限であるので、Ｘ線照射量が多すぎたり少なすぎたりすると濃度調整をいくら行っても診断に十分な画像が得られなくなる。ＣＣＤセンサはフィルムに比べ感度が優れており、僅かな照射量で十分な画像が得られるという安全面での優位性はある。しかし、照射時間設定や距離設定をＣＣＤセンサの感度に丁度あわせるための条件設定が非常に難しいということがあった。例えば歯科では前歯と臼歯、あるいは幼児と成人の違いでＸ線の透過率が異なり、照射すべきＸ線量が異なる。このため最適な条件で画像が得られるまでに何度も試験照射が必要となり無駄が生じていた。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明第１のディジタル画像補正装置は、光を電気信号に変換する光電変換体と、前記センサで変換された電気信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換部と、前記アナログ／ディジタル変換部で変換された数値群のうちの最大値と最小値とを所定の値になるよう前記数値群を線形変換する第１の画像処理部と、前記第１の画像処理部において線形変換された数値群の中間値を所定の値に変換する所定関数を求め、前記所定関数を用いて前記線形変換された数値群の夫々の値を変換する第２の画像処理部とを具備する。
【００２０】
また、本発明第２のディジタル画像補正装置は、本発明第１のディジタル画像補正装置において、第２の画像処理部が、第１の画像処理部において線形変換された数値群の中間値が変換される所定の値と、前記線形変換された数値群の最大値及び最小値とから演算される所定の円関数によって前記線形変換された数値群のそれぞれの値を変換することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明第３のディジタル画像補正装置は、本発明第１または第２のディジタル画像補正装置に加え、第１の画像処理部において線形変換された数値群の中間値が変換される所定の値を設定する設定部を有する。
【００２２】
また、本発明第４のディジタル画像補正装置は、本発明第１のディジタル画像補正装置において、第２の画像処理部は、第１の画像処理部において線形変換された数値信号群の中間値が変換される所定の値と、前記線形変換された数値信号群の最大値及び最小値とから演算される所定の２次関数によって前記線形変換された数値信号群のそれぞれの値を変換することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明第５のディジタル画像補正装置は、本発明第４のディジタル画像補正装置に加え、第１の画像処理部において線形変換された数値群の中間値が変換される所定の値を設定する設定部を有する。
【００２４】
また、本発明第６のディジタル画像補正装置は、本発明第１または第２のディジタル画像補正装置に加え、第１の画像処理部において、アナログ／ディジタル変換部で変換された数値群の中間値を所定の値になるように各数値に同じ値を加算または減算し、さらに線形変換後の数値群の最大値と最小値の差が、表示領域を超えない範囲で、線形変換前の数値群の最大値と最小値の差の所定倍率になるように、全画素データを線形変換することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明第７のディジタル画像補正装置は、本発明第６のディジタル画像補正装置に加え、第１の画像処理部において線形変換された数値群の中間値が変換される所定の値を設定する設定部を有する。
【００２６】
また、本発明第８のディジタル画像補正装置は、本発明第６のディジタル画像補正装置に加え、第１の画像処理部において、線形変換後の数値群の最大値と最小値の差を線形変換前の数値群の最大値と最小値の差の所定倍率を設定する設定部を有する。
【００２７】
また、本発明第９のディジタル画像補正装置は、本発明第１または第２のディジタル画像補正装置に加え、第１の画像処理部において、アナログ／ディジタル変換部で変換された数値群の最大値と最小値の差が所定の数値以下の場合、入力量不足としてエラー状態にすることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明第１０のディジタル画像補正装置は、本発明第９のディジタル画像補正装置に加え、第１の画像処理部において、アナログ／ディジタル変換部で変換された数値群の最大値と最小値の差が入力量不足としてエラー状態にする基準となる所定の値を設定する設定部を有する。
【００２９】
また、上記課題を解決するため、本発明第１のディジタル画像補正方法は、光電変換体で光を電気信号に変換し、前記センサで変換された電気信号をディジタル信号に変換し、前記アナログ／ディジタル変換部で変換された数値群のうち最大値と最小値とを所定の値になるよう前記数値群を線形変換し、線形変換された数値群の中間値を所定の値に変換する所定関数を求め、前記所定関数を用いて前記線形変換された数値群の夫々の値を変換する。
【００３０】
また、本発明第２のディジタル画像補正方法は、本発明第１のディジタル画像補正方法において、線形変換された数値群の中間値が変換される所定の値と、前記線形変換された数値群の最大値及び最小値とから演算される所定の円関数によって前記線形変換された数値群のそれぞれの値を変換することを特徴とする。
【００３１】
また、本発明のＸ線画像による診断装置は、Ｘ線源と、Ｘ線を光に変換する蛍光体と、前記蛍光体で変換された光を電気信号に変換する光電変換体と、前記光電変換体で変換された電気信号をディジタル信号に増幅するアナログ／ディジタル変換部と、前記アナログ／ディジタル変換部で変換された数値群のうちの最大値と最小値とを所定の値になるよう前記数値群を線形変換する第１の画像処理部と、前記第１の画像処理部において線形変換された数値群の中間値を所定の値に変換する所定関数を求め、前記所定関数を用いて前記線形変換された数値群の夫々の値を変換する第２の画像処理部と、前記第２の画像処理部からの出力を画像として構成し表示装置で表示する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明第１のディジタル画像補正装置によれば、従来、Ｘ線照射装置の管電圧、出力方式、照射時間、被照射体とＸ線源との距離の違い、被照射体の状態の個体差などにより撮影後の画像が濃度的に一定にならなかったが、中間値を所定の設定値に常に変換することによりこの問題は解消される。
【００３３】
また、円関数を用いた変換式で演算できるので、診断等しやすい適切な濃淡の画像に短時間で補正し表示できる点で優れている。また画像全体の印象もフィルムで撮影した時と変わらず、滑らかな画像となる。
【００３４】
また、線形変換された中間値を任意に設定できるので、種々の撮影環境で適切な濃淡によってディジタル画像を表示できる。
【００３５】
また、２次関数を用いた変換式で演算すれば円関数によって変換する場合よりもより簡易に変換可能となる。
【００３６】
上記構成により、本発明のディジタル画像補正装置は、検査者がマニュアル操作せずに、撮影した画像のディジタル数値群に応じて常に最も検査または診断しやすい画像を提供するので迅速な診断、検査に有用なものである。
【００３７】
以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００３８】
（実施の形態１）
図１は本発明におけるＸ線画像装置の全体構成を示すブロック図、図２乃至図５はディジタル値変換手段の一連の作業手順を示すフローチャート、図６は全画素ディジタル値の濃度分布図、図７は線形変換による第１の画像処理部で変換後の濃度分布図、図８は中間値を所定の値になるようにする所定関数による変換特性図、図９は所定関数による第２の画像処理部で変換後の全画素ディジタル値の濃度分布図を示す。
【００３９】
図１で、１はＸ線照射装置、２はＸ線、３は被照射物、４は被照射物を通過したＸ線、５は信号出力手段、６は蛍光体、７はＣＣＤ、８は画像アナログ信号、９は信号増幅手段、１０は画像アナログ信号、１１はＡ／Ｄ変換手段、１２、１７は画像ディジタル値、１３は記憶手段、１５は表示手段、１６はディジタル画像処理部、１４、１８は表示用ディジタル値、２０はＣＲＴ等の表示装置を示す。
【００４０】
Ｘ線照射装置１からＸ線２が照射され、被照射物３を通過したＸ線４を、信号出力手段５が受けると、信号出力手段５は受けたＸ線４の強度に応じた画像アナログ信号８を信号増幅手段９に出力する。
【００４１】
信号出力手段５は、Ｘ線を可視光に変換する蛍光体６（シンチレータ、例えばＧｄ2Ｏ2Ｓ）と可視光を電荷に変えて転送するＣＣＤ７とからなり、ＣＣＤ各画素が受けた光量に応じた信号がアナログ信号８として全画素分の信号が出力される。これにより信号出力手段５は、Ｘ線の強度に応じた画像アナログ信号８を出力することができる。なお、蛍光体６の代わりにＣＣＤ表面にＣｄＴｅ検出素子を設け、各画素ごとに導通させたものでもよい。
【００４２】
信号増幅手段９では入力された画像アナログ信号８をＡ／Ｄ変換するのに必要なレベルになるように信号増幅を行い、増幅された画像アナログ信号８をＡ／Ｄ変換手段１１に出力する。Ａ／Ｄ変換手段１１では画像アナログ信号１０をディジタル値に変換し、画像ディジタル値１２を記憶手段１３に記憶させる。さらにディジタル画像処理部１６においては記憶された画像ディジタル値１７を本発明のディジタル画像補正方法により表示用ディジタル値１８に変換する。
【００４３】
ディジタル画像処理部１６の具体例を図２乃至図５の作業手順を用いて説明する。
【００４４】
ＳＴＥＰ１では画像補正後のヒストグラムの希望する最大値と最小値を設定する。通常画像データがもつダイナミックレンジの最小、最大値に設定する。すなわち８ビット階調では０と２５５、１０ビット階調では０と１０２３というふうに設定する。これはできる限り、画像情報の濃淡をはっきりさせ、コントラストをつけるためである。このとき設定する最大値をＨＭＡＸ、最小値をＨＭＩＮとする。なおこの例ではＨＭＩＮ＝０とする。
【００４５】
ＳＴＥＰ２では第２の画像処理部による画像補正において、撮影画像のディジタル数値群の中間値を変換後にどの値に設定するかを予め設定する。この値は予備実験でＣＣＤセンサを含む全体の系で最適な数値を決定しておく。従来のフィルム撮影での見やすい画像から最適な数値を選択することは困難ではない。この値をＴＧとする。
【００４６】
ＳＴＥＰ３ではＸ線照射によって得られた実際の画像データのディジタル数値群から図６に示すようなヒストグラムを求め、このヒストグラムから、最大値及び最小値を求める。このとき求めた最大値をＢＭＡＸ、最小値をＢＭＩＮとする。
【００４７】
ＳＴＥＰ４では求めたＢＭＡＸ、ＢＭＩＮがＳＴＥＰ１で決めたＨＭＡＸ、０となるよう、全画素ディジタル値の変換を行い、図７に示すような広い範囲になるようにする。このとき下記に示す式により線形変換を用いて変換する。変換する前のディジタル値をＢＤＡＴＡ、変換後の表示用ディジタル値をＨＤＡＴＡとすると次式により線形変換により全画素ディジタル数値群の変換を実施する。
【００４８】
【式２】
【００４９】
ただし
ａ＝ ＨＭＡＸ
ｂ＝ ＢＭＡＸ−ＢＭＩＮ
ｃ＝ＨＭＡＸ×ＢＭＩＮ
ＳＴＥＰ５ではＳＴＥＰ４で新しく変換された画像データのディジタル数値群からヒストグラムを求め、このヒストグラムから、中間値を求める。このとき求めた中間値をＭＸとする。
【００５０】
ＳＴＥＰ６では変換したディジタル値を円関数または２次関数を使って、ＳＴＥＰ５で求めたＭＸをＳＴＥＰ２で設定したＴＧに変換するように、全画素ディジタル値の変換を行なう。このとき円関数または２次関数を求める条件は次の３つである。
（１）ＨＭＡＸ → ＨＭＡＸ （最大値はそのまま最大値で数値は変わらな い。）
（２）ＨＭＩＮ → ＨＭＩＮ＝０ （最小値はそのまま最小値で数値は変わ らない。）
（３）ＭＸ → ＴＧ （求めた中間値は設定した数値へ変換する）
また、元データの全範囲（０−ＨＭＡＸ）に対し、変換後の結果が一意的に求められ、かつ決定した関数によって算出された数値がすべて０−ＨＭＡＸ内であることが拘束条件となる。
【００５１】
円関数及び２次関数の、変数ｘ，ｙを用いた基本式は、定数ａ，ｂ，ｃ，ｒを用いると、
円関数の場合
【００５２】
【式３】
【００５３】
（（ａ，ｂ）は円の中心座標、ｒは円の半径）
２次関数の場合
【００５４】
【式４】
【００５５】
である。それぞれ未知数が３個であるので、上記３つの条件から、撮影した画像に特有の変換関数を一意的に求めることができる。
【００５６】
条件を代入して実際の関数を求めると、変換する前のディジタル値をＨＤＡＴＡ、変換後の表示用ディジタル値をＮＤＡＴＡとして、次のようになる。
円関数の場合
（１）ＭＸ＝ＴＧの場合 補正しない（すでに条件満足している）
（２）ｄ≦ＨＭＡＸ／２の場合
【００５７】
【式５】
【００５８】
[（ＨＭＡＸ−ｄ）2＋２×ｄ×ＨＤＡＴＡ―ＨＤＡＴＡ2]1/2
ただし０＜ｄ≦ＨＭＡＸ／２の場合
ｄ＝０として上記式にて算出する。
（３）ＨＭＡＸ／２＜ｄの場合
【００５９】
【式６】
【００６０】
[（ＨＭＡＸ−ｄ）2＋２×ｄ×ＨＤＡＴＡ―ＨＤＡＴＡ2]1/2
ただしＨＭＡＸ／２＜ｄ≦ＨＭＡＸの場合
ｄ＝ＨＭＡＸとして上記式にて算出する。
【００６１】
ただし
【００６２】
【式７】
【００６３】
（ここでｄは円関数の中心のｘ座標を示している）
２次関数の場合
【００６４】
【式８】
【００６５】
（ＭＸ2―ＴＧ×ＨＭＡＸ）／ｅ×ＨＤＡＴＡ
ただし
【００６６】
【式９】
【００６７】
の場合
【００６８】
【式１０】
【００６９】
として上記式にて算出する。
【００７０】
【式１１】
【００７１】
の場合
【００７２】
【式１２】
【００７３】
として上記式にて算出する。
【００７４】
(iii)ＭＸ＝０またはＭＸ＝ＨＭＡＸの場合
計算不可のため変換しない。（通常ありえない）
ただし
【００７５】
【式１３】
【００７６】
上記式を求める過程で平方根の正負の選択をする必要がある。これは図８に示すように、必要とする変換曲線の状態を考慮して選択可能である。変換曲線はヒストグラムの分布状況やＴＧの値で変換する関数の曲線は上に凸であったり、下に凸であったりするが、関数を求める過程で算出された結果から、条件分岐で自動的に決定される。また、求めたＭＸと設定したＴＧがある範囲を超えると求められない。これらの場合が上記式中の条件分岐に現れており、この分岐境界は、全ての変換前の数値に対し、変換後の結果が一意的に求められ、かつ決められた範囲内に入らなければならないという拘束条件から求められる。上記式ではこの条件が満たされない場合、ＴＧにできるだけ近い数値になるようにＭＸの数値を境界の値に変更して変換式を決定している。
【００７７】
実際には、このような条件を満たさない場合というのは、ヒストグラムが明暗どちらかに偏った非適切な撮影がされていたり、設定したＴＧの数値が非適切であったりする場合である。これらの場合は適切な画像を得ることはできず、条件を変えて再撮影するかＴＧをもっと適切な数値に設定するべきであるので本発明の弊害とはならない。
【００７８】
この変換により図７のヒストグラムは図９のように、ＭＸがＴＧと一致し、全体の画像が滑らかにつながり、コントラストがよく、濃度的に適度で、かつ照射条件の影響を受けにくい常に安定した画像を得ることが出きる。
【００７９】
ＳＴＥＰ６では変換したディジタル値を記憶手段１３に記憶する。
【００８０】
さらに図１の表示手段１５により記憶手段の更新された表示用ディジタル値１４をＣＲＴ等の表示装置２０で画像表示させる。
【００８１】
以上のような方法で、Ｘ線撮影したディジタル画像データを検査や診断しやすい画像データに変換して、画像表示や保存ができた。
【００８２】
また、第１の画像処理部で、Ｘ線照射量が少なく、ノイズ重畳成分が多い時の処理方法として、以下に発明の実施の形態を図１０、１１を用いて説明する。図１０は画像データの中間値が所定値になるようシフトする状態を示した線形変換前の濃度分布図、図１１は線形変換後の最大値と最小値の差が線形変換前の所定倍率になるよう線形変換した時の濃度分布図を示す。
【００８３】
図１０でＢＭＡＸ、ＢＭＩＮはそれぞれ画像データ分布の中間値が所定値βになるように全画像データを加算または減算した後の全画像データの最大値、最小値を示す。図１１でαは線形変換後の全画像データの最大値と最小値の差が線形変換前の全画像データの最大値と最小値の差の倍率を示す所定値を示し、ＴＭＡＸとＴＭＩＮはそれぞれ最大値と最小値の差が所定倍率になるよう変換した後の全画像データの最大値と最小値を示す。γは線形変換前の全画像データの最大値と最小値の差が小さい時にエラー状態にする基準となる所定値を示す。
【００８４】
撮影直後のディジタル変換された画像データの濃度分布は図１０の右方の点線で示される。この全画像データから中間値を求め、その値があらかじめ設定された値βになるよう全画像データを加算または減算し濃度分布をシフトする。図１１の実線で示す部分がその濃度分布を示す。さらにシフトされた全画像データから最大値、最小値を求め、それぞれＢＭＡＸ、ＢＭＩＮとする。次に、あらかじめ設定された値αを使って、図１１下部に示した式に従ってＨＭＡＸ、ＨＭＩＮを算出する。この計算式はＢＭＡＸ、ＢＭＩＮ、αが既知であれば、ＨＭＡＸとＨＭＩＮの差がＢＭＡＸとＢＭＩＮの差のα倍となるようにＨＭＡＸとＨＭＩＮが決定できるものである。なお、算出したＨＭＡＸまたはＨＭＩＮが表示領域を超えないように限界値を設ける。さらにＢＭＡＸとＢＭＩＮの差があらかじめ設定した値γ以下の場合はＸ線照射不足と判断し、再撮影を促す等のエラー状態にする。算出したＨＭＡＸ、ＨＭＩＮを使って、既に説明した方法で線形変換し、第１の画像処理部での処理を終了する。
【００８５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のディジタル画像補正装置は、全体の画像が滑らかにつながっていて、照射条件の違いに影響されず、常に安定した画像を、マニュアル操作の必要なしに自動的に得ることが出来る。
【００８６】
また撮影した画像に特有の変換関数を容易に一意的に求めることができ、全体画像の演算に時間を必要としない。
【００８７】
これらにより、Ｘ線を用いたディジタル画像補正処理をする本発明は、迅速な診断、検査に有用なものである。
【００８８】
また、線形変換して元の画像データの濃度分布を広げる際にその倍率を抑えることにより、ノイズ成分の抑えられ診断に適した画像が提供できる。また、照射量が少なく、濃度補正しても画像コントラストが期待できず、診断に適した画像が得られないときはエラー状態にし、正しい診断、検査を行うことに有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における一実施の形態を示すＸ線画像装置の全体構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態のディジタル値変換手段の作業手順を示すフローチャート
【図３】本発明の一実施の形態のディジタル値変換手段の作業手順を示すフローチャート
【図４】本発明の一実施の形態のディジタル値変換手段の作業手順を示すフローチャート
【図５】本発明の一実施の形態のディジタル値変換手段の作業手順を示すフローチャート
【図６】本発明の一実施の形態における全画素ディジタル値の濃度分布図
【図７】本発明の一実施の形態における線形変換による第１の画像処理部での変換後の濃度分布図
【図８】本発明の一実施の形態における中間値を所定の値になるようにする所定関数による変換特性図
【図９】本発明の一実施の形態における所定関数による第２の画像処理部での変換後の濃度分布図
【図１０】本発明の一実施の形態における画像データの中間値が所定値になるようシフトする状態を示した線形変換前の濃度分布図
【図１１】本発明の一実施の形態における線形変換後の最大値と最小値の差が線形変換前の所定倍率になるよう線形変換した時の濃度分布図
【図１２】従来のディジタル画像補正装置の全体構成を示すブロック図
【図１３】従来の画像補正手段の作業手順を示すフローチャート
【図１４】従来の全画素ディジタル値の濃度分布図
【図１５】従来のディジタル画像補正装置による線形変換による全画素ディジタル値の変換後の濃度分布図
【図１６】従来のディジタル画像補正装置の表示目的に応じてまたは視覚的に見やすくするための変換特性図
【符号の説明】
１ Ｘ線照射装置
２ Ｘ線
３ 被照射物
４ 被照射物を通過したＸ線
５ ＣＣＤセンサ
６ 蛍光体
７ ＣＣＤ
８ 画像アナログ信号
９ 信号増幅手段
１０ 画像アナログ信号
１１ Ａ／Ｄ変換手段
１２、１７ 画像ディジタル値
１３ 記憶手段
１４、１８ 表示用ディジタル値
１５ 表示手段
１６ ディジタル画像処理部
１９ 表示用アナログ信号
２０ 表示装置
２１ アナログ／ディジタル変換部
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線源と、Ｘ線を光に変換する蛍光体と、前記蛍光体で変換された光を電気信号に変換する光電変換体と、前記光電変換体で変換された電気信号をディジタル信号に増幅するアナログ／ディジタル変換部と、前記アナログ／ディジタル変換部で変換されたディジタル画像データをディジタル画像処理し、ＣＲＴなどに表示、及び記録媒体に記録するディジタル画像補正装置、ディジタル画像補正方法及びＸ線画像による診断装置に関するものであり、特に医科用、歯科用の診断装置、または工用非破壊検査に有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線を利用して対象物の外からは見えない状態を画像で見るために、旧来ではＸ線フィルムを利用していた。しかし、近年、現像作業の追放、データ保存の容易性、データ劣化防止などの目的で、Ｘ線を光に変え、光を電気信号に変換する光電変換体としてＣＣＤセンサを使用したＸ線撮影装置が使われている。このような装置では、ＣＣＤセンサで直接Ｘ線を受け、ディジタル化されたデータをＣＲＴ表示する方法がとられてきている。患部を透過してきたＸ線を光に変換する物質を通してＣＣＤで受け、１画素ずつディジタル化された画像データを画像表示装置に表示させる。これにより旧来フィルムにＸ線を当てていた方法に比べ、現像する手間が省け、患部を診断するまでの時間が短縮された。しかも画像データがディジタル化されるので、劣化すること無く記憶媒体に一括して納められ、収納の省スペース化が可能になっている。さらにディジタル画像の特長を生かし、表示装置上で明るさ、コントラスト、患部の拡大などが自由に調整できるので、診断の補助に有効であり、医科用、歯科用では診断の補助に有効となっている。また工業用非破壊検査装置では検査の効率向上につながりその有用性は大きい。
【０００３】
Ｘ線用のＣＣＤセンサは、ビデオカメラに利用されているのと同様で、リアルタイムでＣＣＤセンサが受けた可視光をアナログ信号に変換して出力する。このとき通常のＣＣＤと異なり、ＣＣＤ表面にＸ線を可視光に変換する蛍光体（シンチレータ、例えばＧｄ2Ｏ2Ｓ）が挿入されている。また、ＣＣＤ表面にＣｄＴｅ検出素子を設け、各画素ごとに導通させたものでもよい。
【０００４】
Ｘ線が照射されると、被照射体をＸ線撮影した画像のＸ線強度の情報を備えたＣＣＤセンサからのアナログ信号が、アナログ／ディジタル変換部に備わるＡ／Ｄコンバータによりディジタル化された数値群となる。さらに画像処理部ではディジタル化された数値群を、検査者が診断あるいは検査に適した画像になるように単純な線形変換とマニュアル操作で設定する特性曲線により、ディジタル画像補正を行ない、ＣＲＴなどに表示あるいは記録媒体への記録を行う。
【０００５】
図を用いて従来例について説明する。図１２は従来のディジタル画像補正装置の全体構成を示すブロック図、図１３は従来の画像補正手段の作業手順を示すフローチャート、図１４は全画素ディジタル値の濃度分布図、図１５は線形変換による全画素ディジタル値の変換後の濃度分布図、図１６は表示目的に応じてまたは視覚的に見やすくするための変換特性図を示す。
【０００６】
図１２で、５１はＸ線照射装置、５２はＸ線、５３は被照射物、５４は被照射物を通過したＸ線、５５はＣＣＤセンサ、５６は蛍光体、５７はＣＣＤ、５８は画像アナログ信号、５９は信号増幅手段、６０は画像アナログ信号、６１はＡ／Ｄ変換手段、６２、６７は画像ディジタル値、６３は記憶手段、６５は表示手段、６６はディジタル画像処理部、６４、６８は表示用ディジタル値、７０はＣＲＴ等の表示装置を示す。
【０００７】
Ｘ線照射装置５１からＸ線５２が照射され、被照射物５３を通過したＸ線５４を、信号出力手段５５が受けると、信号出力手段５５は受けたＸ線５４の強度に応じた画像アナログ信号５８を信号増幅手段５９に出力する。
【０００８】
信号出力手段５５は、Ｘ線を可視光に変換する蛍光体５６（シンチレータ、例えばＧｄ2Ｏ2Ｓ）と可視光を電荷に変えて転送するＣＣＤ５７とからなり、ＣＣＤ各画素が受けた光量に応じた信号がアナログ信号５８として全画素分の信号が出力される。これにより信号出力手段５５は、Ｘ線の強度に応じた画像アナログ信号５８を出力することができる。なお、蛍光体５６の代わりにＣＣＤ表面にＣｄＴｅ検出素子を設け、各画素ごとに導通させたものでもよい。
【０００９】
信号増幅手段５９では入力された画像アナログ信号５８をＡ／Ｄ変換するのに必要なレベルになるように信号増幅を行い、増幅された画像アナログ信号５８をＡ／Ｄ変換手段６１に出力する。Ａ／Ｄ変換手段６１では画像アナログ信号６０をディジタル値に変換し、画像ディジタル値６２を記憶手段６３に記憶させる。さらにディジタル値変換手段６６においては記憶された画像ディジタル値６７を補正して表示用ディジタル値６８に変換する。Ａ／Ｄ変換手段６１は被照射物を通過したＸ線５４の照射量に応じて出力された画像アナログ信号６０をディジタル化する。
【００１０】
ディジタル値変換手段６６の具体例を図１３の作業手順を用いて示す。ＳＴＥＰ１では画像補正後のヒストグラムの希望する最大値と最小値をそれぞれ、通常画像データがもつダイナミックレンジの最小値、最大値に設定する。これはできるだけ画像情報の濃淡をはっきりさせ、コントラストをつけるためである。このとき設定する最大値をＨＭＡＸ、最小値をＨＭＩＮとする。
【００１１】
次にＳＴＥＰ２ではＸ線照射によって得られた実際の画像データのディジタル数値群から図１４に示すようなヒストグラムを求め、このヒストグラムから、最大値及び最小値を求める。このとき設定する最大値をＢＭＡＸ、最小値をＢＭＩＮとする。さらにＳＴＥＰ３ではＳＴＥＰ２で決めた画像ディジタル値の範囲を図１５に示すように広い範囲になるように全画素ディジタル値の変換を実施する。このとき下記に示す式により線形変換を用いて変換する。変換する前のディジタル値をＢＤＡＴＡ、変換後の表示用ディジタル値をＨＤＡＴＡとすると次式により線形変換により全画素ディジタル数値群の変換を実施する。
【００１２】
【式１】
ただしａ＝ ＨＭＡＸ−ＨＭＩＮ
ｂ＝ ＢＭＡＸ−ＢＭＩＮ
ｃ＝ ＨＭＡＸ×ＢＭＩＮ−ＨＭＩＮ×ＢＭＡＸ
さらにＳＴＥＰ４では表示目的に応じて図１６に示すように全画素ディジタル値について濃度補正を行う。濃度補正の具体的方法について説明する。図１３はある画素のディジタル値の大きさを変換する特性を示す図である。ディジタル値の大きさを変更することと画像の明るさすなわち濃度を変更することとはまったく同一の作業となる。Ｘ線画像を見る検査者が明るい部分を見たいときは、直線に近いγ１の特性で、暗い部分をより詳しく見たいときは暗い部分の範囲を広げるγ２の特性により変換を行う。
【００１４】
さらにＳＴＥＰ５では変換したディジタル値を記憶手段６３に記憶する。
【００１５】
さらに図１２の表示手段６５により記憶手段の更新された表示用ディジタル値６４をＣＲＴ等の表示装置７０で画像表示させる。
【００１６】
以上のような方法で、Ｘ線撮影したディジタル画像データを検査や診断しやすい画像データに変換して、画像表示や保存ができた。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに上記従来のディジタル画像補正装置では、Ｘ線照射装置の管電圧、出力方式、照射時間、被照射体とＸ線源との距離、被照射体の状態の個体差などのちがいにより、常に検査者が診断あるいは検査するのに適した画像にならず、いったん表示した画像を、マニュアル操作にて濃度、コントラスト調整して最も検査しやすい画像にする必要があり、煩雑な操作や無駄な時間の浪費を強いられた。これは画像が視覚的に最もよく見えるためには明るい部分より暗い部分の方をよりきめ細かに表示するほうがよく、またできるだけ表示されている画像の明暗の範囲を広げる方が良いためである。しかし、検査者が画像を見ながら濃度調整等を行うのは熟練技術が必要となり、実用上、短時間で多くの画像を見るには大きな課題となっていた。
【００１８】
また画像データはディジタル値であるためその取り得る範囲は有限であるので、Ｘ線照射量が多すぎたり少なすぎたりすると濃度調整をいくら行っても診断に十分な画像が得られなくなる。ＣＣＤセンサはフィルムに比べ感度が優れており、僅かな照射量で十分な画像が得られるという安全面での優位性はある。しかし、照射時間設定や距離設定をＣＣＤセンサの感度に丁度あわせるための条件設定が非常に難しいということがあった。例えば歯科では前歯と臼歯、あるいは幼児と成人の違いでＸ線の透過率が異なり、照射すべきＸ線量が異なる。このため最適な条件で画像が得られるまでに何度も試験照射が必要となり無駄が生じていた。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明第１のディジタル画像補正装置は、光を電気信号に変換する光電変換体と、前記センサで変換された電気信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換部と、前記アナログ／ディジタル変換部で変換された数値群のうちの最大値と最小値とを所定の値になるよう前記数値群を線形変換する第１の画像処理部と、前記第１の画像処理部において線形変換された数値群の中間値を所定の値に変換する所定関数を求め、前記所定関数を用いて前記線形変換された数値群の夫々の値を変換する第２の画像処理部とを具備する。
【００２０】
また、本発明第２のディジタル画像補正装置は、本発明第１のディジタル画像補正装置において、第２の画像処理部が、第１の画像処理部において線形変換された数値群の中間値が変換される所定の値と、前記線形変換された数値群の最大値及び最小値とから演算される所定の円関数によって前記線形変換された数値群のそれぞれの値を変換することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明第３のディジタル画像補正装置は、本発明第１または第２のディジタル画像補正装置に加え、第１の画像処理部において線形変換された数値群の中間値が変換される所定の値を設定する設定部を有する。
【００２２】
また、本発明第４のディジタル画像補正装置は、本発明第１のディジタル画像補正装置において、第２の画像処理部は、第１の画像処理部において線形変換された数値信号群の中間値が変換される所定の値と、前記線形変換された数値信号群の最大値及び最小値とから演算される所定の２次関数によって前記線形変換された数値信号群のそれぞれの値を変換することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明第５のディジタル画像補正装置は、本発明第４のディジタル画像補正装置に加え、第１の画像処理部において線形変換された数値群の中間値が変換される所定の値を設定する設定部を有する。
【００２４】
また、本発明第６のディジタル画像補正装置は、本発明第１または第２のディジタル画像補正装置に加え、第１の画像処理部において、アナログ／ディジタル変換部で変換された数値群の中間値を所定の値になるように各数値に同じ値を加算または減算し、さらに線形変換後の数値群の最大値と最小値の差が、表示領域を超えない範囲で、線形変換前の数値群の最大値と最小値の差の所定倍率になるように、全画素データを線形変換することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明第７のディジタル画像補正装置は、本発明第６のディジタル画像補正装置に加え、第１の画像処理部において線形変換された数値群の中間値が変換される所定の値を設定する設定部を有する。
【００２６】
また、本発明第８のディジタル画像補正装置は、本発明第６のディジタル画像補正装置に加え、第１の画像処理部において、線形変換後の数値群の最大値と最小値の差を線形変換前の数値群の最大値と最小値の差の所定倍率を設定する設定部を有する。
【００２７】
また、本発明第９のディジタル画像補正装置は、本発明第１または第２のディジタル画像補正装置に加え、第１の画像処理部において、アナログ／ディジタル変換部で変換された数値群の最大値と最小値の差が所定の数値以下の場合、入力量不足としてエラー状態にすることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明第１０のディジタル画像補正装置は、本発明第９のディジタル画像補正装置に加え、第１の画像処理部において、アナログ／ディジタル変換部で変換された数値群の最大値と最小値の差が入力量不足としてエラー状態にする基準となる所定の値を設定する設定部を有する。
【００２９】
また、上記課題を解決するため、本発明第１のディジタル画像補正方法は、光電変換体で光を電気信号に変換し、前記センサで変換された電気信号をディジタル信号に変換し、前記アナログ／ディジタル変換部で変換された数値群のうち最大値と最小値とを所定の値になるよう前記数値群を線形変換し、線形変換された数値群の中間値を所定の値に変換する所定関数を求め、前記所定関数を用いて前記線形変換された数値群の夫々の値を変換する。
【００３０】
また、本発明第２のディジタル画像補正方法は、本発明第１のディジタル画像補正方法において、線形変換された数値群の中間値が変換される所定の値と、前記線形変換された数値群の最大値及び最小値とから演算される所定の円関数によって前記線形変換された数値群のそれぞれの値を変換することを特徴とする。
【００３１】
また、本発明のＸ線画像による診断装置は、Ｘ線源と、Ｘ線を光に変換する蛍光体と、前記蛍光体で変換された光を電気信号に変換する光電変換体と、前記光電変換体で変換された電気信号をディジタル信号に増幅するアナログ／ディジタル変換部と、前記アナログ／ディジタル変換部で変換された数値群のうちの最大値と最小値とを所定の値になるよう前記数値群を線形変換する第１の画像処理部と、前記第１の画像処理部において線形変換された数値群の中間値を所定の値に変換する所定関数を求め、前記所定関数を用いて前記線形変換された数値群の夫々の値を変換する第２の画像処理部と、前記第２の画像処理部からの出力を画像として構成し表示装置で表示する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明第１のディジタル画像補正装置によれば、従来、Ｘ線照射装置の管電圧、出力方式、照射時間、被照射体とＸ線源との距離の違い、被照射体の状態の個体差などにより撮影後の画像が濃度的に一定にならなかったが、中間値を所定の設定値に常に変換することによりこの問題は解消される。
【００３３】
また、円関数を用いた変換式で演算できるので、診断等しやすい適切な濃淡の画像に短時間で補正し表示できる点で優れている。また画像全体の印象もフィルムで撮影した時と変わらず、滑らかな画像となる。
【００３４】
また、線形変換された中間値を任意に設定できるので、種々の撮影環境で適切な濃淡によってディジタル画像を表示できる。
【００３５】
また、２次関数を用いた変換式で演算すれば円関数によって変換する場合よりもより簡易に変換可能となる。
【００３６】
上記構成により、本発明のディジタル画像補正装置は、検査者がマニュアル操作せずに、撮影した画像のディジタル数値群に応じて常に最も検査または診断しやすい画像を提供するので迅速な診断、検査に有用なものである。
【００３７】
以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００３８】
（実施の形態１）
図１は本発明におけるＸ線画像装置の全体構成を示すブロック図、図２乃至図５はディジタル値変換手段の一連の作業手順を示すフローチャート、図６は全画素ディジタル値の濃度分布図、図７は線形変換による第１の画像処理部で変換後の濃度分布図、図８は中間値を所定の値になるようにする所定関数による変換特性図、図９は所定関数による第２の画像処理部で変換後の全画素ディジタル値の濃度分布図を示す。
【００３９】
図１で、１はＸ線照射装置、２はＸ線、３は被照射物、４は被照射物を通過したＸ線、５は信号出力手段、６は蛍光体、７はＣＣＤ、８は画像アナログ信号、９は信号増幅手段、１０は画像アナログ信号、１１はＡ／Ｄ変換手段、１２、１７は画像ディジタル値、１３は記憶手段、１５は表示手段、１６はディジタル画像処理部、１４、１８は表示用ディジタル値、２０はＣＲＴ等の表示装置を示す。
【００４０】
Ｘ線照射装置１からＸ線２が照射され、被照射物３を通過したＸ線４を、信号出力手段５が受けると、信号出力手段５は受けたＸ線４の強度に応じた画像アナログ信号８を信号増幅手段９に出力する。
【００４１】
信号出力手段５は、Ｘ線を可視光に変換する蛍光体６（シンチレータ、例えばＧｄ2Ｏ2Ｓ）と可視光を電荷に変えて転送するＣＣＤ７とからなり、ＣＣＤ各画素が受けた光量に応じた信号がアナログ信号８として全画素分の信号が出力される。これにより信号出力手段５は、Ｘ線の強度に応じた画像アナログ信号８を出力することができる。なお、蛍光体６の代わりにＣＣＤ表面にＣｄＴｅ検出素子を設け、各画素ごとに導通させたものでもよい。
【００４２】
信号増幅手段９では入力された画像アナログ信号８をＡ／Ｄ変換するのに必要なレベルになるように信号増幅を行い、増幅された画像アナログ信号８をＡ／Ｄ変換手段１１に出力する。Ａ／Ｄ変換手段１１では画像アナログ信号１０をディジタル値に変換し、画像ディジタル値１２を記憶手段１３に記憶させる。さらにディジタル画像処理部１６においては記憶された画像ディジタル値１７を本発明のディジタル画像補正方法により表示用ディジタル値１８に変換する。
【００４３】
ディジタル画像処理部１６の具体例を図２乃至図５の作業手順を用いて説明する。
【００４４】
ＳＴＥＰ１では画像補正後のヒストグラムの希望する最大値と最小値を設定する。通常画像データがもつダイナミックレンジの最小、最大値に設定する。すなわち８ビット階調では０と２５５、１０ビット階調では０と１０２３というふうに設定する。これはできる限り、画像情報の濃淡をはっきりさせ、コントラストをつけるためである。このとき設定する最大値をＨＭＡＸ、最小値をＨＭＩＮとする。なおこの例ではＨＭＩＮ＝０とする。
【００４５】
ＳＴＥＰ２では第２の画像処理部による画像補正において、撮影画像のディジタル数値群の中間値を変換後にどの値に設定するかを予め設定する。この値は予備実験でＣＣＤセンサを含む全体の系で最適な数値を決定しておく。従来のフィルム撮影での見やすい画像から最適な数値を選択することは困難ではない。この値をＴＧとする。
【００４６】
ＳＴＥＰ３ではＸ線照射によって得られた実際の画像データのディジタル数値群から図６に示すようなヒストグラムを求め、このヒストグラムから、最大値及び最小値を求める。このとき求めた最大値をＢＭＡＸ、最小値をＢＭＩＮとする。
【００４７】
ＳＴＥＰ４では求めたＢＭＡＸ、ＢＭＩＮがＳＴＥＰ１で決めたＨＭＡＸ、０となるよう、全画素ディジタル値の変換を行い、図７に示すような広い範囲になるようにする。このとき下記に示す式により線形変換を用いて変換する。変換する前のディジタル値をＢＤＡＴＡ、変換後の表示用ディジタル値をＨＤＡＴＡとすると次式により線形変換により全画素ディジタル数値群の変換を実施する。
【００４８】
【式２】
ただし
ａ＝ ＨＭＡＸ
ｂ＝ ＢＭＡＸ−ＢＭＩＮ
ｃ＝ＨＭＡＸ×ＢＭＩＮ
ＳＴＥＰ５ではＳＴＥＰ４で新しく変換された画像データのディジタル数値群からヒストグラムを求め、このヒストグラムから、中間値を求める。このとき求めた中間値をＭＸとする。
【００５０】
ＳＴＥＰ６では変換したディジタル値を円関数または２次関数を使って、ＳＴＥＰ５で求めたＭＸをＳＴＥＰ２で設定したＴＧに変換するように、全画素ディジタル値の変換を行なう。このとき円関数または２次関数を求める条件は次の３つである。
（１）ＨＭＡＸ → ＨＭＡＸ （最大値はそのまま最大値で数値は変わらな い。）
（２）ＨＭＩＮ → ＨＭＩＮ＝０ （最小値はそのまま最小値で数値は変わ らない。）
（３）ＭＸ → ＴＧ （求めた中間値は設定した数値へ変換する）
また、元データの全範囲（０−ＨＭＡＸ）に対し、変換後の結果が一意的に求められ、かつ決定した関数によって算出された数値がすべて０−ＨＭＡＸ内であることが拘束条件となる。
【００５１】
円関数及び２次関数の、変数ｘ，ｙを用いた基本式は、定数ａ，ｂ，ｃ，ｒを用いると、
円関数の場合
【００５２】
【式３】
（（ａ，ｂ）は円の中心座標、ｒは円の半径）
２次関数の場合
【００５４】
【式４】
である。それぞれ未知数が３個であるので、上記３つの条件から、撮影した画像に特有の変換関数を一意的に求めることができる。
【００５６】
条件を代入して実際の関数を求めると、変換する前のディジタル値をＨＤＡＴＡ、変換後の表示用ディジタル値をＮＤＡＴＡとして、次のようになる。
円関数の場合
（１）ＭＸ＝ＴＧの場合 補正しない（すでに条件満足している）
（２）ｄ≦ＨＭＡＸ／２の場合
【００５７】
【式５】
[（ＨＭＡＸ−ｄ）2＋２×ｄ×ＨＤＡＴＡ―ＨＤＡＴＡ2]1/2
ただし０＜ｄ≦ＨＭＡＸ／２の場合
ｄ＝０として上記式にて算出する。
（３）ＨＭＡＸ／２＜ｄの場合
【００５９】
【式６】
[（ＨＭＡＸ−ｄ）2＋２×ｄ×ＨＤＡＴＡ―ＨＤＡＴＡ2]1/2
ただしＨＭＡＸ／２＜ｄ≦ＨＭＡＸの場合
ｄ＝ＨＭＡＸとして上記式にて算出する。
【００６１】
ただし
【００６２】
【式７】
（ここでｄは円関数の中心のｘ座標を示している）
２次関数の場合
【００６４】
【式８】
（ＭＸ2―ＴＧ×ＨＭＡＸ）／ｅ×ＨＤＡＴＡ
ただし
【００６６】
【式９】
の場合
【００６８】
【式１０】
として上記式にて算出する。
【００７０】
【式１１】
の場合
【００７２】
【式１２】
として上記式にて算出する。
【００７４】
(iii)ＭＸ＝０またはＭＸ＝ＨＭＡＸの場合
計算不可のため変換しない。（通常ありえない）
ただし
【００７５】
【式１３】
上記式を求める過程で平方根の正負の選択をする必要がある。これは図８に示すように、必要とする変換曲線の状態を考慮して選択可能である。変換曲線はヒストグラムの分布状況やＴＧの値で変換する関数の曲線は上に凸であったり、下に凸であったりするが、関数を求める過程で算出された結果から、条件分岐で自動的に決定される。また、求めたＭＸと設定したＴＧがある範囲を超えると求められない。これらの場合が上記式中の条件分岐に現れており、この分岐境界は、全ての変換前の数値に対し、変換後の結果が一意的に求められ、かつ決められた範囲内に入らなければならないという拘束条件から求められる。上記式ではこの条件が満たされない場合、ＴＧにできるだけ近い数値になるようにＭＸの数値を境界の値に変更して変換式を決定している。
【００７７】
実際には、このような条件を満たさない場合というのは、ヒストグラムが明暗どちらかに偏った非適切な撮影がされていたり、設定したＴＧの数値が非適切であったりする場合である。これらの場合は適切な画像を得ることはできず、条件を変えて再撮影するかＴＧをもっと適切な数値に設定するべきであるので本発明の弊害とはならない。
【００７８】
この変換により図７のヒストグラムは図９のように、ＭＸがＴＧと一致し、全体の画像が滑らかにつながり、コントラストがよく、濃度的に適度で、かつ照射条件の影響を受けにくい常に安定した画像を得ることが出きる。
【００７９】
ＳＴＥＰ６では変換したディジタル値を記憶手段１３に記憶する。
【００８０】
さらに図１の表示手段１５により記憶手段の更新された表示用ディジタル値１４をＣＲＴ等の表示装置２０で画像表示させる。
【００８１】
以上のような方法で、Ｘ線撮影したディジタル画像データを検査や診断しやすい画像データに変換して、画像表示や保存ができた。
【００８２】
また、第１の画像処理部で、Ｘ線照射量が少なく、ノイズ重畳成分が多い時の処理方法として、以下に発明の実施の形態を図１０、１１を用いて説明する。図１０は画像データの中間値が所定値になるようシフトする状態を示した線形変換前の濃度分布図、図１１は線形変換後の最大値と最小値の差が線形変換前の所定倍率になるよう線形変換した時の濃度分布図を示す。
【００８３】
図１０でＢＭＡＸ、ＢＭＩＮはそれぞれ画像データ分布の中間値が所定値βになるように全画像データを加算または減算した後の全画像データの最大値、最小値を示す。図１１でαは線形変換後の全画像データの最大値と最小値の差が線形変換前の全画像データの最大値と最小値の差の倍率を示す所定値を示し、ＴＭＡＸとＴＭＩＮはそれぞれ最大値と最小値の差が所定倍率になるよう変換した後の全画像データの最大値と最小値を示す。γは線形変換前の全画像データの最大値と最小値の差が小さい時にエラー状態にする基準となる所定値を示す。
【００８４】
撮影直後のディジタル変換された画像データの濃度分布は図１０の右方の点線で示される。この全画像データから中間値を求め、その値があらかじめ設定された値βになるよう全画像データを加算または減算し濃度分布をシフトする。図１１の実線で示す部分がその濃度分布を示す。さらにシフトされた全画像データから最大値、最小値を求め、それぞれＢＭＡＸ、ＢＭＩＮとする。次に、あらかじめ設定された値αを使って、図１１下部に示した式に従ってＨＭＡＸ、ＨＭＩＮを算出する。この計算式はＢＭＡＸ、ＢＭＩＮ、αが既知であれば、ＨＭＡＸとＨＭＩＮの差がＢＭＡＸとＢＭＩＮの差のα倍となるようにＨＭＡＸとＨＭＩＮが決定できるものである。なお、算出したＨＭＡＸまたはＨＭＩＮが表示領域を超えないように限界値を設ける。さらにＢＭＡＸとＢＭＩＮの差があらかじめ設定した値γ以下の場合はＸ線照射不足と判断し、再撮影を促す等のエラー状態にする。算出したＨＭＡＸ、ＨＭＩＮを使って、既に説明した方法で線形変換し、第１の画像処理部での処理を終了する。
【００８５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のディジタル画像補正装置は、全体の画像が滑らかにつながっていて、照射条件の違いに影響されず、常に安定した画像を、マニュアル操作の必要なしに自動的に得ることが出来る。
【００８６】
また撮影した画像に特有の変換関数を容易に一意的に求めることができ、全体画像の演算に時間を必要としない。
【００８７】
これらにより、Ｘ線を用いたディジタル画像補正処理をする本発明は、迅速な診断、検査に有用なものである。
【００８８】
また、線形変換して元の画像データの濃度分布を広げる際にその倍率を抑えることにより、ノイズ成分の抑えられ診断に適した画像が提供できる。また、照射量が少なく、濃度補正しても画像コントラストが期待できず、診断に適した画像が得られないときはエラー状態にし、正しい診断、検査を行うことに有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における一実施の形態を示すＸ線画像装置の全体構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態のディジタル値変換手段の作業手順を示すフローチャート
【図３】本発明の一実施の形態のディジタル値変換手段の作業手順を示すフローチャート
【図４】本発明の一実施の形態のディジタル値変換手段の作業手順を示すフローチャート
【図５】本発明の一実施の形態のディジタル値変換手段の作業手順を示すフローチャート
【図６】本発明の一実施の形態における全画素ディジタル値の濃度分布図
【図７】本発明の一実施の形態における線形変換による第１の画像処理部での変換後の濃度分布図
【図８】本発明の一実施の形態における中間値を所定の値になるようにする所定関数による変換特性図
【図９】本発明の一実施の形態における所定関数による第２の画像処理部での変換後の濃度分布図
【図１０】本発明の一実施の形態における画像データの中間値が所定値になるようシフトする状態を示した線形変換前の濃度分布図
【図１１】本発明の一実施の形態における線形変換後の最大値と最小値の差が線形変換前の所定倍率になるよう線形変換した時の濃度分布図
【図１２】従来のディジタル画像補正装置の全体構成を示すブロック図
【図１３】従来の画像補正手段の作業手順を示すフローチャート
【図１４】従来の全画素ディジタル値の濃度分布図
【図１５】従来のディジタル画像補正装置による線形変換による全画素ディジタル値の変換後の濃度分布図
【図１６】従来のディジタル画像補正装置の表示目的に応じてまたは視覚的に見やすくするための変換特性図
【符号の説明】
１ Ｘ線照射装置
２ Ｘ線
３ 被照射物
４ 被照射物を通過したＸ線
５ ＣＣＤセンサ
６ 蛍光体
７ ＣＣＤ
８ 画像アナログ信号
９ 信号増幅手段
１０ 画像アナログ信号
１１ Ａ／Ｄ変換手段
１２、１７ 画像ディジタル値
１３ 記憶手段
１４、１８ 表示用ディジタル値
１５ 表示手段
１６ ディジタル画像処理部
１９ 表示用アナログ信号
２０ 表示装置
２１ アナログ／ディジタル変換部
Claims (5)
- 光を電気信号に変換する光電変換体と、前記光電変換体で変換された電気信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換部と、前記アナログ／ディジタル変換部で変換された数値群のうちの最大値と最小値とを所定の値になるよう前記数値群を線形変換する第１の画像処理部と、前記第１の画像処理部において線形変換された数値群の中間値（ＭＸ）が変換される任意の値（ＴＧ）を設定する設定部と、前記設定部で設定された任意の値（ＴＧ）と前記第１の画像処理部において線形変換された数値群の最大値（ＨＭＡＸ）及び最小値（ＨＭＩＮ）とから所定の円関数を演算し、前記所定の円関数の中心のｘ座標をｄとしたときに、０＜ｄ≦ＨＭＡＸ／２の場合には、ｄ＝０となるように任意の値（ＴＧ）を変更し、ＨＭＡＸ／２＜ｄ≦ＨＭＡＸの場合には、ｄ＝ＨＭＡＸとなるように任意の値（ＴＧ）を変更し、変更後の任意の値（ＴＧ）と前記第１の画像処理部において線形変換された数値群の最大値（ＨＭＡＸ）及び最小値（ＨＭＩＮ）とから演算された所定の円関数によって前記線形変換された数値群のそれぞれの値を変換する第２の画像処理部とを具備するディジタル画像補正装置。
- 第１の画像処理部は、アナログ／ディジタル変換部で変換された数値群の中間値を所定の値になるように各数値に同じ値を加算または減算し、さらに線形変換後の数値群の最大値と最小値の差が、表示領域を超えない範囲で、線形変換前の数値群の最大値と最小値の差の所定倍率になるように、全画素データを線形変換することを特徴とする請求項１記載のディジタル画像補正装置。
- 第１の画像処理部は、アナログ／ディジタル変換部で変換された数値群の最大値と最小値の差が所定の数値以下の場合、入力量不足としてエラー状態にすることを特徴とする請求項１記載のディジタル画像補正装置。
- 光電変換体で光を電気信号に変換し、前記光電変換体で変換された電気信号をディジタル信号に変換し、前記アナログ／ディジタル変換部で変換された数値群のうち最大値と最小値とを所定の値になるよう前記数値群を線形変換し、線形変換された数値群の中間値（ＭＸ）が変換される任意の値（ＴＧ）を設定し、設定された任意の値（ＴＧ）と線形変換された数値群の最大値（ＨＭＡＸ）及び最小値（ＨＭＩＮ）とから所定の円関数を演算し、前記所定の円関数の中心のｘ座標をｄとしたときに、０＜ｄ≦ＨＭＡＸ／２の場合には、ｄ＝０となるように任意の値（ＴＧ）を変更し、ＨＭＡＸ／２＜ｄ≦ＨＭＡＸの場合には、ｄ＝ＨＭＡＸとなるように任意の値（ＴＧ）を変更し、変更後の任意の値（ＴＧ）と線形変換された数値群の最大値（ＨＭＡＸ）及び最小値（ＨＭＩＮ）とから演算された所定の円関数によって前記線形変換された数値群のそれぞれの値を変換するディジタル画像補正方法。
- Ｘ線源と、Ｘ線を光に変換する蛍光体と、前記蛍光体で変換された光を電気信号に変換する光電変換体と、前記光電変換体で変換された電気信号をディジタル信号に増幅するアナログ／ディジタル変換部と、前記アナログ／ディジタル変換部で変換された数値群のうちの最大値と最小値とを所定の値になるよう前記数値群を線形変換する第１の画像処理部と、前記第１の画像処理部において線形変換された数値群の中間値（ＭＸ）が変換される任意の値（ＴＧ）を設定する設定部と、前記設定部で設定された任意の値（ＴＧ）と前記第１の画像処理部において線形変換された数値群の最大値（ＨＭＡＸ）及び最小値（ＨＭＩＮ）とから所定の円関数を演算し、前記所定の円関数の中心のｘ座標をｄとしたときに、０＜ｄ≦ＨＭＡＸ／２の場合には、ｄ＝０となるように任意の値（ＴＧ）を変更し、ＨＭＡＸ／２＜ｄ≦ＨＭＡＸの場合には、ｄ＝ＨＭＡＸとなるように任意の値（ＴＧ）を変更し、変更後の任意の値（ＴＧ）と前記第１の画像処理部において線形変換された数値群の最大値（ＨＭＡＸ）及び最小値（ＨＭＩＮ）とから演算された所定の円関数によって前記線形変換された数値群のそれぞれの値を変換する第２の画像処理部と、前記第２の画像処理部からの出力を画像として構成し表示装置で表示するＸ線画像による診断装置。
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