JP4854682B2 - 画像処理装置、画像処理方法、及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、放射線（Ｘ線等）撮影により得られた撮影画像から特徴量を抽出し、その特徴量や画像処理パラメータに基づいて撮影画像に対する画像処理を行う画像処理装置、画像処理方法、及び、当該画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関するものである。

近年では、ディジタル技術の進歩により、例えば、Ｘ線撮影により得られた撮像画像をディジタル化し、そのディジタル画像に画像処理を行って、モニタ装置に表示する、或いはＸ線診断用のフィルム上に出力することが行われている。

上記の画像処理としては、撮像画像の濃度値を、該撮像画像の出力先であるモニタ画面やフィルム等にて観察しやすい濃度値に変換する階調変換処理がある。 この階調変換処理では、例えば、肺領域をＸ線撮影して得られた撮像画像をＸ線診断用のフィルムに出力する場合、先ず、撮像画像を構成する全ての画素のヒストグラムを作成し、そのヒストグラムを解析する。そして、撮像画像の特徴量として、該ヒストグラムの一定部分点（上位５％点等）の画素値を抽出する。この抽出した画素値（特徴量）が、フィルム上において一定濃度値（１．９程度の濃度等）となるように、濃度値の変換（階調変換）を行う。

しかしながら、上述したような階調変換処理では、そのための種々の画像処理パラメータ（階調変換曲線の傾き等）が用いられるが、従来では、これらの画像処理パラメータが固定されていたので、処理対象の画像が如何なる状態で出力されるかにかかわらず、一定の画像処理しか行うことができなかった。このため、例えば、撮像画像を縮小してフィルム上に出力する場合、これに適した画像処理が行われていなかったため、コントラストが上がることにより見づらい画像となってしまうことがあった。

そこで、本発明は、上記の欠点を除去するために成されたもので、画像の出力形態に応じた画像処理を行うことで、常に良好な画像を出力することができる、画像処理装置、画像処理方法、及び、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供することを目的とする。

本発明の画像処理装置は、放射線撮影により得られた画像を画像処理する画像処理装置であって、前記画像内の被写体領域における濃度値を特徴量として抽出する特徴量抽出手段と、前記画像の出力サイズを取得する取得手段と、前記特徴量を、前記画像のサイズと前記出力サイズとの比率に基づいて決定される目的の濃度値とする階調変換曲線に基づいて前記画像を階調変換する階調変換手段とを備え、前記画像の出力サイズが大きくなるに従い前記目的の濃度値を上げる。

本発明の画像処理装置における他の態様は、前記階調変換手段は、前記画像の出力サイズが大きくなるに従い前記目的の濃度値を上げるとともに前記階調変換曲線の傾きを大きくする。
また、本発明の画像処理装置におけるその他の態様は、前記階調変換曲線の傾きを前記出力サイズが小さくなるに従い、小さくする。
また、本発明の画像処理装置におけるその他の態様は、前記目的の濃度値を前記出力サイズが小さくなるに従い、小さくする。
また、本発明の画像処理装置におけるその他の態様は、前記目的の濃度値をｄｅｎｓｅとし、ｃ１及びｃ２を定数とし、前記画像のサイズと前記出力サイズの比率をｓｉｚｅとするときに、ｄｅｎｓｅ＝ｃ１−ｃ２ｘ（１−ｓｉｚｅ）で表される。
また、本発明の画像処理装置におけるその他の態様は、前記特徴量抽出手段は、前記被写体領域における最大濃度値を前記特徴量として抽出する。
また、本発明の画像処理装置におけるその他の態様は、放射線撮影により得られた画像を画像処理する画像処理装置であって、前記画像内の被写体領域における画素値を特徴量として抽出する特徴量抽出手段と、前記画像の出力サイズを取得する取得手段と、前記特徴量を、前記画像のサイズと前記出力サイズとの比率に基づいて決定される目的の輝度値とする階調変換曲線に基づいて前記画像を階調変換する階調変換手段とを備え、前記画像の出力サイズが大きくなるに従い前記目的の輝度値を上げる。

本発明の画像処理方法は、放射線撮影により得られた画像を画像処理する画像処理方法であって、前記画像内の被写体領域における濃度値を特徴量として抽出する特徴量抽出ステップと、前記画像の出力サイズを取得する取得ステップと、前記特徴量を、前記画像のサイズと前記出力サイズとの比率に基づいて決定される目的の濃度値とする階調変換曲線に基づいて前記画像を階調変換する階調変換ステップとを備え、前記画像の出力サイズが大きくなるに従い前記目的の濃度値を上げる。

本発明のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶する。

本発明では、画像の出力形態（出力サイズ）に応じて、階調変換処理等の画像処理に用いる画像処理パラメータを変更する等をして、画像処理の方式を変更するように構成した。これにより、如何なる出力形態であっても、その出力形態に最適な濃度値やコントラスト等で画像出力を行うことができる。また、出力形態が変更されても、これに対応することができる。
よって、本発明によれば、出力形態に応じた画像を常に良好な状態で出力することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

本発明は、例えば、図１に示すようなＸ線撮影装置１００に適用される。
このＸ線撮影装置１００は、撮像画像の出力サイズに応じて画像処理パラメータを変更可能なようになされており、上記図１に示すように、Ｘ線を発生するＸ線発生回路１０１と、被写体１０３を透過したＸ線光が結像される２次元Ｘ線センサ１０４と、２次元Ｘ線センサ１０４から出力される撮像画像を収集するデータ収集回路１０５と、データ収集回路１０５にて収集された撮像画像に前処理を行う前処理回路１０６と、前処理回路１０６にて前処理が行われた撮像画像（原画像）等の各種情報や各種処理実行のための処理プログラムを記憶するメインメモリ１０９と、Ｘ線撮影実行等の指示や各種設定を本装置に対して行うための操作パネル１１０と、前処理回路１０６にて前処理が行われた撮像画像（原画像）に階調変換処理等の画像処理を行う画像処理回路１１５と、画像処理回路１１５での処理後の撮像画像等を表示する画像表示器１１１と、本装置全体の動作制御を司るＣＰＵ１０８とを含んでなり、データ収集回路１０５、前処理回路１０６、画像処理回路１１５、ＣＰＵ１０８、メインメモリ１０９、操作パネル１１０、及び画像表示器１１１はそれぞれＣＰＵバス１０７に接続され互いにデータ授受できるようになされている。

ここで、画像処理回路１１５は、撮像画像をフィルム出力や表示出力する際の出力サイズに応じて、階調変換処理に用いる画像処理パラメータを変更するようになされており、本実施の形態での最も特徴とする構成としている。
このため、画像処理回路１１５は、原画像の被写体領域から特徴量を抽出する特徴量抽出回路１１５ａと、撮像画像の出力サイズに応じて画像処理パラメータを決定するパラメータ決定回路１１５ｂと、特徴量抽出回路１１５ａにて得られた特徴量及びパラメータ決定回路１１５ｂにて決定された画像処理パラメータを用いた階調変換処理を行う階調変換回路１１５ｃとを含んでなる。したがって、階調変換回路１１５ｃでの処理後の画像が、画像表示器１１１で良好な状態で表示されることになる。

そこで、上述のようなＸ線撮影装置１００において、まず、メインメモリ１０９には、ＣＰＵ１０８での各種処理実行に必要なデータや処理プログラム等が予め記憶されると共に、ＣＰＵ１０８の作業用としてのワークメモリを含むものである。メインメモリ１０９に記憶される処理プログラム、特に、画像処理パラメータの変更のための処理プログラムとして、ここでは例えば、図２のフローチャートに従った処理プログラムを用いる。
したがって、ＣＰＵ１０８は、上記処理プログラムをメインメモリ１０９から読み出して実行することで、操作パネル１１０からの操作に従った、以下に説明するような本装置全体の動作制御を行う。

ステップＳ２００：
先ず、Ｘ線発生回路１０１は、被検査体１０３に対してＸ線ビーム１０２を放射する。このＸ線発生回路１０１から放射されたＸ線ビーム１０２は、被検査体１０３を減衰しながら透過して、２次元Ｘ線センサ１０４に到達し、２次元Ｘ線センサ１０４によりＸ線画像として出力される。
ここでは、２次元Ｘ線センサ１０４から出力されるＸ線画像を、例えば、肺部画像とする。
次に、データ収集回路１０５は、２次元Ｘ線センサ１０４から出力されたＸ線画像を電気信号に変換し、それを前処理回路１０６に供給する。
前処理回路１０６は、データ収集回路１０５からの信号（Ｘ線画像信号）に対して、オフセット補正処理やゲイン補正処理等の前処理を行う。この前処理回路１０６で前処理が行われたＸ線画像信号は入力画像の情報（以下、「対象画像」とも言う）として、ＣＰＵ１０８の制御により、ＣＰＵバス１０７を介して、メインメモリ１０９及び画像処理回路１１５にそれぞれ転送される。
画像処理回路１１５では、次のステップＳ２０１〜Ｓ２０７の処理が実行される。

ステップＳ２０１：
先ず、特徴量抽出回路１１５ａは、ＣＰＵ１０８の制御により転送されてきた入力画像に対して、照射野領域認識のための平滑化処理を行う。例えば、入力画像を"ｆ０（ｘ，ｙ）"、平滑化処理後画像を"ｆｕｓ（ｘ，ｙ）"とすると、ここでの平滑化処理は、

なる式（１）〜式（４）にて示される。
これらの式（１）〜（４）において、"Ｄ（ｘ，ｙ）"は、円盤状フィルタを示し、定数ｒ１を持って、

なる式（５）によって示される。

ステップＳ２０２：
次に、特徴量抽出回路１１５ａは、ステップＳ２０１にて取得した平滑化処理後画像ｆｕｓ（ｘ，ｙ）から照射領域の端部（ここでは左領域端Ｘｅ）を、

なる式（６）〜式（８）を用いて抽出する。
ここで、式（６）において、"ｆ（ｘ）"は、平滑化処理後画像ｆｕｓ（ｘ，ｙ）の水平軸への投影を示し、"Ｄ"は、画像の縦長を示す。また、式（７）の"ＳＳ（ｘ）"は、２次差分値を示し、同式の"ｃ"は、定数を示す。
また、特徴量抽出回路１１５ａは、左領域端Ｘｅと同様にして、左上下の照射領域の端部を抽出する。

次に、特徴量抽出回路１１５ａは、上述のようにして取得した照射領域の領域外と、す抜け領域及び該す抜け領域と一定間隔内で接する体領域とを、例えば、画素値＝"０"で置き換える。
具体的には、入力画像データｆ０（ｘ，ｙ）として、

なる式（９）により、画像の変換を行い、照射領域外と、す抜け領域及び該す抜け領域と一定間隔内で接する体領域とを削除した画像データｆ４（ｘ，ｙ）を得る。
式（９）における"ｓｎｇ（ｘ，ｙ）"は、

なる式（１０）にて表される。この式（１０）において、"Ｔｈ１"は、実験等により予め定められる定数であり、例えば、入力画像（原画像）の画素値の最大値の５％の値とする。また、"ｄ１"及び"ｄ２"は、す抜け領域と一定間隔内で接する体領域を削除する際の該一定間隔（幅）を決定する定数である。

ステップＳ２０３：
次に、特徴量抽出回路１１５ａは、ステップＳ２０１にて取得したす抜け削除後の画像ｆ４（ｘ，ｙ）の画素の最大値（画像濃度値の最高値）ｍａｘを、

なる式（１１）により求める。この式（１１）において、"ｄ１"及び"ｄ２"は、入力画像（原画像）の横サイズ及び縦サイズを示す。

ステップＳ２０４〜Ｓ２０６：
次に、パラメータ決定回路１１５ｂは、入力画像（原画像）のヘッダ部分に出力サイズ及び出力先（フィルム出力するか表示出力するか等）の情報が記載されている場合、その情報を抽出し（ステップＳ２０４、Ｓ２０５）、詳細は後述するが、その情報から階調変換処理のための画像処理パラメータを決定する（ステップＳ２０６）。
尚、ここでの出力サイズ及び出力先の情報としては、例えば、ＣＰＵ１０８を介して操作パネル１１０から入力された情報を用いるようにしてもよい。

ステップＳ２０７：
階調変換回路１１５ｃは、パラメータ決定回路１１５ｂにて決定された画像処理パラメータに基づいて、及び特徴量抽出回路１１５ａにて得られた最大値（画像濃度値の最高値）ｍａｘを特徴量として、入力画像に階調変換処理を行う。
具体的には例えば、図３に示す階調変換曲線により、特徴量ｍａｘが、濃度値ｄｅｎｓｅとなるような、濃度値の変換を行う。ここでの濃度値ｄｅｎｓｅは、実際の画像サイズ（入力画像サイズ）と出力画像サイズの比率ｓｉｚｅ、定数ｃ１，ｃ２を持って、

なる式（１２）により示される。

そこで、パラメータ決定回路１１５ｂは、上述したステップＳ２０６において画像処理パラメータを決定する際、上記図３の階調変換曲線の傾きｔ、及び上記式（１２）での定数ｃ１，ｃ２，ｃ３を画像処理パラメータとして、これを、ステップＳ２０４及びＳ２０５にて抽出した出力示サイズ及び出力先の情報に基づいて決定する。
例えば、フィルム出力する場合、定数ｃ１，ｃ２をそれぞれｃ１＝１．８，ｃ２＝０．４と決定する。また、上記図３の階調変換曲線の傾きｔを、実際の画像サイズと出力画像サイズの比率ｓｉｚｅ、定数ｃ３＝２．８８３、ｃ４＝０．８を持って、

なる式（１３）により決定する。
上述のようにして決定された画像処理パラメータが、階調変換回路１１５ｃに与えられ、階調変換回路１１５ｃは、その画像処理パラメータに基づいて、上述したような階調変換処理を行うことになる。これにより、フィルム上へ出力する画像のコントラストが出力サイズに依存して変更されることにより、良好な状態でのフィルム出力を行うことができる。

尚、上述した階調変換処理で用いる階調変換曲線としては、上記図３に示したものに限らず、例えば、出力サイズが小さくなるに従って単調減少する関数であればよい。これにより、階調変換処理後の濃度が出力サイズに依存して変更されることになる。
また、階調変換処理後の画像をプリントアウトする場合や、画像表示器１１１で表示する場合も、上述したフィルム出力の場合と同様にして、画像処理パラメータが出力サイズに依存して変更されることになる。これにより、良好な状態でのプリント出力や表示出力を行うことができる。

上述のように、本実施の形態では、画像処理後の画像の出力サイズに応じて、該画像処理に用いる画像処理パラメータを変更するように構成したので、診断用のフィルムや表示器等の出力先に対して良好な濃度値やコントラストで、撮像画像の出力を行うことができる。また、出力サイズが変更されても、これに対応することができる。

尚、本発明の目的は、上述した実施の形態のホスト及び端末の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読みだして実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が本実施の形態の機能を実現することとなり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等を用いることができる。
また、コンピュータが読みだしたプログラムコードを実行することにより、本実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって本実施の形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された拡張機能ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって本実施の形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。

本発明を適用したＸ線撮影装置の構成を示すブロック図である。 上記Ｘ線撮影装置の動作を説明するためのフローチャートである。 上記Ｘ線撮影装置での階調変換処理に用いる階調変換曲線の一例を説明するための図である。

符号の説明

１００ Ｘ線撮影装置
１０１ Ｘ線発生回路
１０２ Ｘ線ビーム
１０３ 被写体
１０４ ２次元Ｘ線センサ
１０５ データ収集回路
１０６ 前処理回路
１０７ ＣＰＵバス
１０８ ＣＰＵ
１０９ メインメモリ
１１０ 操作パネル
１１１ 画像表示器
１１５ 画像処理回路
１１５ａ 特徴量抽出回路
１１５ｂ パラメータ決定回路
１１５ｃ 階調変換回路

Claims (9)

1. 放射線撮影により得られた画像を画像処理する画像処理装置であって、
   前記画像内の被写体領域における濃度値を特徴量として抽出する特徴量抽出手段と、
   前記画像の出力サイズを取得する取得手段と、
   前記特徴量を、前記画像のサイズと前記出力サイズとの比率に基づいて決定される目的の濃度値とする階調変換曲線に基づいて前記画像を階調変換する階調変換手段とを備え、
   前記画像の出力サイズが大きくなるに従い前記目的の濃度値を上げることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記階調変換手段は、前記画像の出力サイズが大きくなるに従い前記目的の濃度値を上げるとともに前記階調変換曲線の傾きを大きくすることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記階調変換曲線の傾きを前記出力サイズが小さくなるに従い、小さくすることを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記目的の濃度値を前記出力サイズが小さくなるに従い、小さくすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
5. 前記目的の濃度値をｄｅｎｓｅとし、ｃ１及びｃ２を定数とし、前記画像のサイズと前記出力サイズの比率をｓｉｚｅとするときに、
   ｄｅｎｓｅ＝ｃ１−ｃ２ｘ（１−ｓｉｚｅ）
   で表されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
6. 前記特徴量抽出手段は、前記被写体領域における最大濃度値を前記特徴量として抽出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
7. 放射線撮影により得られた画像を画像処理する画像処理方法であって、
   前記画像内の被写体領域における濃度値を特徴量として抽出する特徴量抽出ステップと、
   前記画像の出力サイズを取得する取得ステップと、
   前記特徴量を、前記画像のサイズと前記出力サイズとの比率に基づいて決定される目的の濃度値とする階調変換曲線に基づいて前記画像を階調変換する階調変換ステップとを備え、
   前記画像の出力サイズが大きくなるに従い前記目的の濃度値を上げることを特徴とする画像処理方法。
8. 請求項７に記載の画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
9. 放射線撮影により得られた画像を画像処理する画像処理装置であって、
   前記画像内の被写体領域における画素値を特徴量として抽出する特徴量抽出手段と、
   前記画像の出力サイズを取得する取得手段と、
   前記特徴量を、前記画像のサイズと前記出力サイズとの比率に基づいて決定される目的の輝度値とする階調変換曲線に基づいて前記画像を階調変換する階調変換手段とを備え、
   前記画像の出力サイズが大きくなるに従い前記目的の輝度値を上げることを特徴とする画像処理装置。

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