JP6439515B2 - 眼底画像処理装置 - Google Patents
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Description
カラー眼底画像を処理して血管領域を強調するための装置であって、
前記カラー眼底画像に対し、各色成分に所定の演算を施し、第1の色成分が大きい程、画素値が小さくなるように変換してグレースケール眼底画像(Gray)を得るグレースケール変換手段と、
前記グレースケール眼底画像に対して、所定の構造要素を用いてオープニング処理を行い血管候補領域の輝度を一定以上に揃えた線状成分強調画像(Tray)を作成する線状成分強調手段と、
前記線状成分強調画像において、所定の条件を満たす画素値を、変換後の血管強調画像の階調の最小値付近になるように置き換え、前記所定の条件を満たす画素値以上となる前記線状成分強調画像の画素値が、階調の最小値付近の値から最大値の範囲になるように画素の階調を補正し、血管強調画像(Tray´)を作成する画素階調変換手段と、
を有することを特徴とする眼底画像処理装置を提供する。
<1.装置構成>
図1は、本発明の一実施形態に係る眼底画像処理装置のハードウェア構成図である。本実施形態に係る眼底画像処理装置100は、汎用のコンピュータで実現することができ、図1に示すように、CPU(Central Processing Unit)1と、コンピュータのメインメモリであるRAM(Random Access Memory)2と、CPU1が実行するプログラムやデータを記憶するためのハードディスク、フラッシュメモリ等の大容量の記憶装置3と、キーボード、マウス等のキー入力I/F(インターフェース)4と、3Dプリンタやデータ記憶媒体等の外部装置とデータ通信するためのデータ入出力I/F(インターフェース)5と、液晶ディスプレイ等の表示デバイスである表示部6と、を備え、互いにバスを介して接続されている。
<2.1.前処理>
まず、処理対象とするフルカラー眼底画像を用意する。フルカラー眼底画像としては、デジタル方式の眼底カメラによりフルカラーで撮影した画像ファイルがあれば、そのまま使用でき、アナログ方式の眼底カメラにより写真媒体に記録された古いものであれば、保管されていたアナログのモノクロまたはカラーのネガ・ポジフィルム、印画紙、インスタント写真等をスキャナによりフルカラーで読み取る等してデジタルのフルカラー眼底画像ファイルを取得する。この時、たとえ原画がモノクロであっても、フルカラーで読み取る。一般には、可視光・光源方式の眼底カメラを用いてフルカラーで撮影することによりフルカラー眼底画像が得られる。取得したフルカラー眼底画像は、眼底画像処理装置の眼底画像記憶手段40に記憶させる。本実施形態では、フルカラー眼底画像としてR,G,B各成分8ビット256階調のカラー画像を用意する。
次に、図1、図2に示した眼底画像処理装置の処理動作について説明する。図3は、本発明の一実施形態に係る眼底画像処理装置の処理概要を示すフローチャートである。まず、グレースケール変換手段10が、フルカラー眼底画像に対して、グレースケール変換を行い、グレースケール眼底画像を得る(ステップS100)。
Gr(x,y)=[Image(x,y,1)×(255−Image(x,y,2))]1/2
Gray(x,y)=255−Gr(x,y)
Σh=0,hminH(h)≧(Xs×Ys)×α
Tray´(x,y)={Tray(x,y)−hmin}×255×β/(255−hmin)
線状成分強調は、トップハット変換を用いて行う。トップハット変換とは、一般に、オープニング処理により得られたオープニング画像を元画像から減じる処理を意味し、撮影時の光源ムラの均一化などに利用される。次に、ステップS200におけるトップハット変換の2つの各手法について詳細に説明する。
図4は、ステップS200における線状成分強調の第1の手法の処理動作を示すフローチャートである。まず、線状成分強調手段20は、グレースケール変換手段10により得られたグレースケール眼底画像に対して、円形構造要素によるオープニング処理を行う(ステップS210)。一般に、オープニング処理とは、収縮処理および膨張処理の各々を同一回数だけ繰り返し行う処理を意味する。白と黒の二値画像で白を対象としたとき、収縮処理とは、注目画素の周辺に黒い画素があれば黒に置き換えることにより白い画素を削減する処理であり、膨張処理とは、注目画素の周辺に白い画素があれば白に置き換えることにより白い画素を増大させる処理である。
Eray(x,y)=MINu=-R,R;v=-R,R[(255−M(u,v)×254)×(Gray(x+u,y+v)+1)−1]
Fray(x,y)=MAXu=-R,R;v=-R,R[M(u,v)×Eray(x+u,y+v)]
Tray(x,y)=Gray(x,y)−Fray(x,y)+128
図7は、ステップS200における線状成分強調の第2の手法の処理動作を示すフローチャートである。まず、線状成分強調手段20は、グレースケール変換手段10により得られたグレースケール眼底画像に対して、線形構造要素によるオープニング処理を行う(ステップS250)。
Edray(d,x,y)=MINu=-R,R;v=-R,R[(255−M(d,u,v)×254)×(Gray(x+u,y+v)+1)−1]
Fdray(d,x,y)=MAXu=-R,R;v=-R,R[M(d,u,v)×Edray(d,x+u,y+v)]
Lray(x,y)=MAXd=1,8Fdray(d,x,y)
ELray(x,y)=MINu=-R,R;v=-R,R[(255−M(u,v)×254)×(Lray(x+u,y+v)+1)−1]
FLray(x,y)=MAXu=-R,R;v=-R,R[M(u,v)×ELray(x+u,y+v)]
Tray(x,y)=Lray(x,y)−FLray(x,y)+128
図12〜図14を用いて画像変換事例について説明する。図12は、従来手法による画像変換事例を示す図である。図12(a)は、撮影により得られたフルカラー眼底画像である。図12(b)は、図12(a)に示したフルカラー眼底画像をグレースケール化した後、256階調中のしきい値220により二値化した二値画像である。図12(c)は、図12(a)に示したフルカラー眼底画像をグレースケール化した後、領域ごとに異なるしきい値を用いて二値化した二値画像である。図12(d)は、米国のSTAREプロジェクトで作成されたツールを用いて得られた画像である。図12(b)〜図12(d)のいずれも血管のみを適切に抽出できてはいない。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、線形構造要素においてd=1・・・8として8方向を設定したが、図9に示す線形構造要素を7方向以下に削減するか9方向以上に拡充し、より粗いまたは細かい角度ステップで線形オープニング画像を作成するようにしてもよい。
2・・・RAM(Random Access Memory)
3・・・記憶装置
4・・・キー入力I/F
5・・・データ入出力I/F
6・・・表示部
10・・・グレースケール変換手段
20・・・線状成分強調手段
30・・・画素階調変換手段
40・・・眼底画像記憶手段
50・・・血管強調画像記憶手段
100・・・眼底画像処理装置
Claims (8)
- カラー眼底画像を処理して血管領域を強調するための装置であって、
前記カラー眼底画像に対し、各色成分に所定の演算を施し、第1の色成分が大きい程、画素値が小さくなるように変換してグレースケール眼底画像を得るグレースケール変換手段と、
前記グレースケール眼底画像に対して、所定の構造要素を用いてオープニング処理を行い血管候補領域の輝度を一定以上に揃えた線状成分強調画像を作成する線状成分強調手段と、
前記線状成分強調画像において、所定の条件を満たす画素値を、変換後の血管強調画像の階調の最小値付近の値になるように置き換え、前記所定の条件を満たす画素値以上となる前記線状成分強調画像の画素値が、階調の最小値付近の値から最大値の範囲になるように画素の階調を補正し、血管強調画像を作成する画素階調変換手段と、 を有することを特徴とする眼底画像処理装置。 - 前記グレースケール変換手段は、RGB3原色成分からなる前記カラー眼底画像のG成分を前記第1の色成分として抽出するものであり、B成分の値が大きい程、値が小さくなるように変換した反転B成分とG成分との相乗平均値を算出し、当該相乗平均値が大きい程、値が小さくなるように変換して前記グレースケール眼底画像を得ることを特徴とする請求項1に記載の眼底画像処理装置。
- 前記線状成分強調手段は、前記グレースケール眼底画像に対して、所定の半径の円形の構造要素である円形構造要素を用いてオープニング処理(収縮・膨張処理)を行ってオープニング画像を作成し、前記グレースケール眼底画像より前記オープニング画像を減算することにより、前記線状成分強調画像を作成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の眼底画像処理装置。
- 前記線状成分強調手段は、前記グレースケール眼底画像に対して、方向が異なる線形の構造要素である線形構造要素を複数個用いてオープニング処理(収縮・膨張処理)を行い複数の線形オープニング画像を作成し、得られた複数の線形オープニング画像より画素ごとの最大値を画素値として与えた代表線形オープニング画像として作成し、前記代表線形オープニング画像に対して、所定の半径の円形の構造要素である円形構造要素を用いてオープニング処理を行い円形オープニング画像を作成し、前記代表線形オープニング画像より前記円形オープニング画像を減算することにより、前記線状成分強調画像を作成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の眼底画像処理装置。
- 前記線形構造要素は、前記円形構造要素の前記半径の2倍の長さで画素幅が1画素であって、22.5度間隔の直線の少なくとも近傍に配置され、8方向を定義していることを特徴とする請求項4に記載の眼底画像処理装置。
- 前記オープニング処理は、前記グレースケール眼底画像に対して所定の複数回だけ収縮処理を行った後に収縮処理と同一の回数だけ膨張処理を行うようにしていることを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか一項に記載の眼底画像処理装置。
- 前記画素階調変換手段は、
前記所定の条件を満たす画素値として、前記線状成分強調画像に対して、画素値の度数分布を算出し、前記線状成分強調画像の最小画素値から数えて画素数の総和が前記線状成分強調画像の全画素数の所定の割合を超える画素値のうち最小の画素値を設定するようにしていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の眼底画像処理装置。 - コンピュータを、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の眼底画像処理装置として機能させるためのプログラム。
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