JP7468603B2 - 画像処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像処理装置に関する。

従来、放射線画像撮影装置で撮影した放射線画像を読影し易いものとするため、放射線画像における特定の周波数成分を強調する各種技術が提案されている。
例えば、複数の帯域制限画像信号のうち少なくとも１つの信号について少なくとも一部を小さくするような変換処理を施し、変換された帯域制限画像信号を積算して積算信号を作成し、積算信号に所定の強調係数を乗じて原画像の信号に加算することにより高周波成分が強調された周波数強調画像を得るといったもの（特許文献１参照）や、放射線線量が小さいほど抑制の度合いが大きくなるように定義された変換関数を用いて、画像信号の各周波数帯域成分を抑制するような非線形処理を行うもの（特許文献２参照）がある。

特開平１０－０７５３９５号公報 特開平１０－１０５７０１号公報

特許文献１に記載された技術を用いれば、周波数強調画像におけるエッジ付近にアーチファクトを生じにくくすることができるし、特許文献２に記載された技術を用いれば、低濃度部の周波数の強調を抑えることにより、ノイズが抑えられた強調を行うことができる。
しかしながら、特許文献１，２に記載された画像処理は、必ずしも被写体にふさわしいもの、あるいはユーザーの好みに合ったものであるとは限らない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、被写体の組成や、ユーザーの好みに応じた周波数強調を行うことができる画像処理装置を提供することを課題とする。

前記の問題を解決するために、本発明は、画像処理装置であって、
入力された一の画像データの信号値を周波数帯域が異なる複数の帯域制限信号成分に分解する画像分解手段と、
一の帯域制限信号成分に対して周波数の応答特性が異なる複数のテーブルを設定するテーブル設定手段と、
前記画像分解手段によって分解された複数の帯域制限信号成分を、前記テーブル設定手段が設定した前記複数のテーブルに基づいて変換する画像変換手段と、を備え、
前記画像変換手段によって変換された複数の帯域制限信号成分のうち、信号値が所定の閾値以上となる帯域制限信号成分の周波数応答特性を弱め、
前記画像変換手段によって変換された前記複数の帯域制限信号成分に基づいて周波数強調画像を生成することを特徴とする。

本発明によれば、被写体の組成や、ユーザーの好みに応じた周波数強調を行うことができる。

本発明の第１（第２）実施形態に係る画像処理装置の全体構成を示すブロック図である。 図１の画像処理装置が備える表示部に表示される画面の一例である。 図１の画像処理装置が実行する画質調節処理のフローチャートである。 図３の画質調節処理において用いるプリセットの内容を表すグラフである。 図４のプリセットの元となる変換関数の一例を表すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る画像処理装置が実行する画質調節処理のフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。

＜第１実施形態＞
〔放射線画像撮影システムの構成〕
まず、本発明の第１実施形態に係る放射線画像撮影システム１００の構成について説明する。図１は本実施形態に係る放射線画像撮影システム１００の機能的構成を表すブロック図である。

本実施形態の放射線画像撮影システム１００は、放射線照射装置１や、放射線画像撮影装置２、画像処理装置３等で構成されている。
また、放射線画像撮影システム１００には、必要に応じて、図示しないコンソールやサーバー（例えば、医療用画像管理システム（Picture Archiving and Communication System：ＰＡＣＳ）を構成するもの）等が接続される。
放射線画像撮影システム１００を構成する各装置は、ＤＩＣＯＭ（Digital Image and Communications in Medicine）規格に準じており、各装置間の通信は、ＤＩＣＯＭに則って行われる。

放射線照射装置１は、図示を省略するが、放射線を生成可能な回転陽極や回転陽極に電子ビームを照射するフィラメント等を有する放射線源や、設定された管電圧や管電流、照射時間（ｍＡｓ値）等に応じた線量の放射線を放射線源から照射させるジェネレーター等を備えている。
そして、ユーザーの操作に基づいて、放射線画像撮影装置２へ放射線を照射するようになっている。

放射線画像撮影装置２は、図示を省略するが、放射線を受けることで線量に応じた電荷を蓄積する複数の放射線検出素子が二次元状（マトリクス状）に配列された基板や、各放射線検出素子に蓄積された電荷を画像データとして読み出す読み出し回路、外部装置と通信したり画像データを送信したりするための通信部等を備えている。
そして、放射線画像撮影装置２は、放射線照射装置１から放射線の照射を受け、画像データを読み出すと、その画像データを、通信部を介して外部へ送信するようになっている。
なお、放射線画像撮影装置２と放射線照射装置１は、一体化されたものでもよい。

画像処理装置３は、放射線画像撮影装置２と直接的又は間接的に接続され、放射線画像撮影装置２から受信した画像データに所定の画像処理を施すことが可能に構成されている。
なお、画像処理装置３の詳細については後述する。

〔画像処理装置の構成〕
次に、上記放射線画像撮影システム１００を構成する画像処理装置３の構成について説明する。
画像処理装置３は、コンピューター又は専用の制御装置として構成されており、図１に示したように、制御部３１、通信部３２、記憶部３３、操作部３４、表示部３５、を備えて構成され、各部はバス３６により接続されている。

制御部３１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等により構成される。制御部３１のＣＰＵは、操作部３４の操作に応じて、記憶部３３に記憶されているシステムプログラムや、各種処理プログラムを読み出してＲＡＭ内に展開し、展開されたプログラムに従って、各種処理を実行したり、表示部３５の表示内容を制御したりする等、画像処理装置３各部の動作を集中制御する。

通信部３２は、ＬＡＮアダプタやモデム、ＴＡ等を備え、通信ネットワークに接続されたモダリティーやサーバー等をはじめとする各装置との間で画像データを含む各種データの送受信を行う。

記憶部３３は、不揮発性の半導体メモリやハードディスク等により構成されている。
また、記憶部３３は、制御部３１で画質調節処理（詳細後述）をはじめとする各種処理を実行するためのプログラムや、プログラムにより処理の実行に必要なパラメータ、処理結果等を記憶する。プログラムは、読取可能なプログラムコードの形態で格納される。
また、記憶部３３は、通信部が受信した画像データ（静止画像、動画）や、各種処理が施された画像データを記憶することが可能となっている。
また、記憶部３３は、複数種類のプリセット（詳細後述）を予め格納している。

操作部３４は、カーソルキー、数字入力キー、及び各種機能キー等を備えたキーボードや、マウス等のポインティングデバイス等によりユーザーが操作可能に構成されており、キーボードに対するキー操作あるいはマウス操作により入力された指示信号を制御部３１に出力する。
なお、操作部３４は、表示部３５の表示画面に備えられたタッチパネルで構成されていても良く、この場合、タッチパネルを介して入力された指示信号を制御部３１に出力する。

表示部３５は、ＬＣＤやＣＲＴ等のモニタにより構成され、制御部３１から入力される表示信号の指示に従って、各種画像や、操作部３４からの入力指示、データ等を表示することが可能となっている。

〔画像処理装置の動作〕
次に、本実施形態に係る画像処理装置３の動作について説明する。図２は表示部３５の表示画面の一例であり、図３は画像処理装置３が実行する画質調節処理のフローチャートである。

画像処理装置３の制御部３１は、操作部３４に所定操作（例えば、電源の投入操作や、処理対象の画像データの選択操作等）がなされたことに基づいて、表示部３５に、例えば、図２に示したような、画像表示領域３５ａや、プリセット表示領域３５ｂ等を含む操作画面を表示するとともに、図３に示す画質調節処理を実行する。
なお、接続された装置から放射線画像の画像データを受信したことに基づいて自動的に画質調節処理を実行するようにしてもよい。

画質調節処理では、まず、特徴量の算出を行う（ステップＳ１）。特徴量は、例えば、放射線画像を構成する各画素の濃度（信号値）の他、各画素の信号値の標準偏差値、分散値、微分値等、統計的性質に基づいた数値を特徴量としてもよいし、濃度及び分散値等、二種類以上の数値を組み合わせたものを特徴量としてもよい。
なお、以下の説明では、濃度を特徴量とした場合について説明する。
また、特徴量の算出は以下で後述するステップＳ２の後に行っても構わない。

ステップＳ１の処理を終えた後は、分解処理を行う（ステップＳ２）。具体的には、入力された一の画像データの各画素の信号値に、ラプラシアンピラミッド法による多重解像度変換や、離散ウェーブレット変換などを施して、周波数帯域（解像度）が異なる複数の帯域制限信号を取得する。ここでは分解回数に応じて帯域制限信号の数は増えるが、少なくとも帯域制限信号は2つ以上のものとする。ここで制御部３１は、本発明における画像分解手段をなす。

ステップＳ２の処理を終えた後は、画質調節処理の開始以降に、プリセットの設定がなされたか否か、すなわち、本実施形態においては、ユーザーが、操作部３４に、表示部３５のプリセット表示領域３５ｂに一のプリセット番号を表示させる操作を行ったか否かを判定する（ステップＳ３）。つまり、制御部３１は、操作部３４になされた操作に基づいて、記憶部に格納された複数のプリセットの中からいずれかのプリセットを設定するので、本発明のテーブル設定手段として機能することになる。
ステップＳ３の処理においてプリセットの設定がなされていないと判定した場合（ステップＳ３；Ｎｏ）は、なされたと判定するまでステップＳ３の処理を繰り返す。
なお、このステップＳ３の処理を実行する代わりに、一のプリセットが設定されたことに基づいて画質調節処理を開始するようにしてもよいし、所定のプリセットを画質調節処理開始の際に自動的に設定するようにしてもよい。

一方、ステップＳ３の処理においてプリセットの設定がなされたと判定した場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）は、変換処理を行う（ステップＳ４）。具体的には、ステップＳ２の処理で得られた複数の帯域制限信号成分を、ステップＳ１で求めた特徴量及び設定されたプリセットに基づいてそれぞれ非線形変換する。すなわち、制御部３１は、本発明における画像変換手段をなす。

ここで、ステップＳ４における非線形変換の詳細について説明する。図４はプリセットの内容を表すグラフであり、図５はプリセットの内容を決定するための変換関数の一例である。
上述したように、記憶部３３には、複数種類のプリセットが記憶されている。プリセットは、周波数と応答との関係（応答特性）を規定する周波数バランステーブル（以下、テーブル）を予め登録しておいたものであり、テーブル毎に応答特性は異なっている。なお、テーブルの周波数を横軸、周波数に対応する応答を縦軸としてグラフ化すると、例えば図４に示したような曲線が得られる。

複数のプリセットの中には、特徴量に応じて異なる複数のテーブルを組み合わせたものを含めるのが好ましい。
例えば、図４（ａ），（ｂ）に示したプリセット１，２は、濃度（信号値）が所定値Ａ未満の低濃度の画素に適用するテーブル（破線）と、濃度が所定値Ａ以上の高濃度の画素に適用するテーブル（実線）を組み合わせたものとなっている。
なお、所定値Ａは、定数としてもよいし、濃度分布のヒストグラムに基づいて決定してもよい。

この図４（ａ）に示したプリセット１を用いて非線形変換を行うと、低濃度の画素については低周波成分が主として強調され、高濃度の画素については高周波成分が主として強調されることとなる。
また、図４（ｂ）に示したプリセット２を用いて非線形変換を行うと、低濃度の画素については中周波成分が主として強調され、高濃度の画素については高周波成分が主として強調される。

各プリセットは、例えば、図５に示したようなグラフで表される変換関数に基づいて決定される。なお、図５に示したグラフは、プリセット２に対応するもので、（ａ）は高濃度用、（ｂ）は低濃度用である。具体的には、高濃度用の変換関数は、図５（ａ）に示したように、低周波領域では寝た形になり周波数が高くなるにつれて傾きが大きくなるため、低周波成分の応答は弱め、高周波成分の応答は強めとなる。また、低濃度用の変換関数は、図５（ｂ）に示したように、高濃度用に比べ高周波領域が寝た形になるため、低濃度側は中周波成分の応答を強め、高周波成分の応答については、高濃度用に比べ弱めとなる。
なお、図５には、多重解像度分解信号を三つとしたものを例示したが、四つ以上、あるいは二つでもよい。また、変換関数のグラフは図示した形となるものに限られない。

プリセット１，２のように、濃度に応じたテーブルの使い分けが無い場合、すなわち、例えばプリセットが図４（ａ）の実線で示されたようなテーブルのみの場合、濃度によらず高周波成分のみが強調されることになるので、低濃度の画素においてはノイズが必要以上に強調され、高濃度の画素においては低中周波が強調されないために、コントラストが不十分となる可能性がある。しかし、上述したように、特徴量によって、異なるテーブルを使い分けることにより、ノイズを低減しつつ、十分なコントラストを有する画像を得ることができる。

なお、図４（ａ），（ｂ）に示したプリセットは一例であり、他のプリセットを格納しておくこともできる。
例えば、図４（ｃ）に示したように、濃度が所定値Ａ未満の低濃度画素に適用するテーブル（粗い破線）、濃度が所定値Ａ以上所定値Ｂ未満の中濃度画素に適用するテーブル（細かい破線）、濃度が所定値Ｂ以上の高濃度画素に適用するテーブル（実線）という三つ（或いは四つ以上）のテーブルを組み合わせたプリセットを格納しておいてもよい。
このように、特徴量に応じて異なる複数のテーブルを組み合わせた、選択可能なプリセットを複数用意しておくことにより、より被写体の組成、あるいはユーザーの好みに合った画像を提供することが可能となる。

また、ステップＳ４の処理においては、基本的に、設定されたプリセットのテーブルに従って非線形変換を行うようになっているが、例えば、ある帯域制限信号成分の信号値がある閾値以上の画素に対しては周波数応答を弱めるといった制御を行うようにしてもよい。例えばある帯域制限信号成分の信号値が閾値以上になったら図５（ａ）の破線の変換関数を用いるなどが考えられる。
このようにすれば、非線形変換を行った後、画像のエッジ近傍にアーチファクトが発生してしまうのを防止することができる。

ここで、図３のフローチャートの説明に戻る。ステップＳ４の処理を終えた後は、再構成処理を行う（ステップＳ５）。具体的には、周波数帯域ごとに分解され、ステップＳ４の処理で非線形変換（バランス調節）された複数の帯域制限信号成分を逆変換することにより、一の強調画像データに再構成する。すなわち、制御部３１は、本発明における画像再構成手段をなす。

ステップＳ５の処理を終えた後は、前記強調画像データに所定の強調係数を乗じたものを一の画像データに加算し、周波数強調画像を生成する（ステップＳ６）。すなわち、制御部３１は、本発明における加算手段をなす。

ステップＳ６の処理を終えた後は、周波数強調画像を表示部３５に表示する（ステップＳ７）。本実施形態の表示部３５は、画像表示領域３５ａとプリセット表示領域３５ｂを一緒に表示するようになっているので、設定中のプリセットの情報（番号）が、周波数強調画像とともに表示される。

ステップＳ７の処理を終えた後は、ステップＳ４の処理の開始以降にプリセットの再設定がなされたか否かを判定する（ステップＳ８）。ステップＳ８の処理において、再設定がなされていないと判断した場合（ステップＳ８；Ｎｏ）は、画質調節処理を終了する。
一方、ステップＳ８の処理において、プリセットの再設定がなされたと判断した場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）は、ステップＳ４の処理に戻り、特徴量と再設定されたプリセットに基づいて非線形変換を行う。

このような動作をする本実施形態の画像処理装置３において、例えば、初めにプリセット１が設定されていた場合、表示部３５の画像表示領域３５ａに最初に表示されるプリセット１に基づく強調画像は、低濃度の画素は低中周波成分のみ強調されるため、ノイズがあまり強調されない一方で、高周波成分が強調されないものとなる。このため、この周波数強調画像を見たユーザーは、鮮鋭度が足りないと感じてしまう可能性がある。しかし、このような場合に、ユーザーがプリセット２を設定すると、画像表示領域３５ａには、プリセット２に基づく新たな周波数強調画像が表示される。プリセット２は、低濃度の画素についても高周波成分をある程度強調するため、鮮鋭性を担保しつつノイズの少ない（よりユーザーの好みに合っている可能性が高い）周波数強調画像が表示される。

また、本実施形態の画像処理装置３は、上述したように、設定中のプリセットの情報（番号）が、周波数強調画像とともに表示されるので、ユーザーがプリセットを変えたときに、処理後の周波数強調画像を即座に確認することができるので、作業効率を高めることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る画像処理装置について説明する。図６は本実施形態に係る画像処理装置３Ａが行う画質調節処理のフローチャートである。

第１実施形態の放射線画像撮影システムでは、使用するプリセットをユーザーが選択するようにしていたが、本実施形態に係る放射線画像撮影システム１００Ａは、使用するプリセットを画像処理装置３Ａが自動で選択するようになっている。
このため、本実施形態に係る画像処理装置３Ａは、実行する画質調節処理の内容（記憶部３３Ａの記憶内容）が第１実施形態と異なっている。なお、記憶部３３Ａの記憶内容を除く他の構成は第１実施形態と同様である。

具体的には、本実施形態の画質調節処理では、図６に示したように、ステップＳ１の処理の後に、設定処理を行う（ステップＳ３Ａ）。具体的には、算出した特徴量に基づいて複数のプリセットの中から何れかのプリセットを設定する。ステップＳ３Ａの処理を終えた後は、ステップＳ２の処理へ進み、その後、ステップＳ４の処理へ進む。

なお、ステップＳ３Ａの処理は、ステップＳ２の処理とステップＳ４の処理との間で行うようにしてもよい。
また、ステップＳ７の処理の後に、第１実施形態のステップＳ８の処理（ユーザーによる再設定）を行うようにしてもよい。

１００，１００Ａ 放射線画像撮影システム
１ 放射線照射装置
２ 放射線画像撮影装置
３，３Ａ 画像処理装置
３１ 制御部（画像分解手段、テーブル設定手段、画像変換手段、画像再構成手段、加算手段）
３２ 通信部
３３ 記憶部
３３Ａ 記憶部
３４ 操作部
３５ 表示部
３５ａ 画像表示領域
３５ｂ プリセット表示領域
３６ バス

Claims (6)

1. 入力された一の画像データの信号値を周波数帯域が異なる複数の帯域制限信号成分に分解する画像分解手段と、
   一の帯域制限信号成分に対して周波数の応答特性が異なる複数のテーブルを設定するテーブル設定手段と、
   前記画像分解手段によって分解された複数の帯域制限信号成分を、前記テーブル設定手段が設定した前記複数のテーブルに基づいて変換する画像変換手段と、を備え、
   前記画像変換手段によって変換された複数の帯域制限信号成分のうち、信号値が所定の閾値以上となる帯域制限信号成分の周波数応答特性を弱め、
   前記画像変換手段によって変換された前記複数の帯域制限信号成分に基づいて周波数強調画像を生成することを特徴とする画像処理装置。
2. 前記複数のテーブルを組み合わせたプリセットを複数格納する記憶部と、
   ユーザーが操作可能な操作部を備え、
   前記テーブル設定手段は、前記操作部になされた操作に基づいて複数の前記プリセットの中からいずれかのプリセットを設定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. 前記複数のテーブルを組み合わせたプリセットを複数格納する記憶部を備え、
   前記テーブル設定手段は、前記一の画像データから算出した特徴量に基づいて複数の前記プリセットの中からいずれかのプリセットを自動で設定することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
4. 前記特徴量は、画素の濃度、標準偏差値、分散値又は微分値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。
5. 前記特徴量は、濃度、標準偏差値、分散値及び微分値の中の二種以上の数値を組み合わせたもの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。
6. 前記画像変換手段によって変換された前記複数の帯域制限信号成分を一の強調画像データに再構成する画像再構成手段と、
   前記強調画像データに所定の強調係数を乗じたものを前記一の画像データに加算して周波数強調画像を生成する加算手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。

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