JPH02171871A - 画像処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は１画像処理方法、特に、画像が含む情報を読み
とりやすく表示させるための、画像濃度コントラスト強
調方法に関する。

〔従来の技術〕

Ｘ線像、ＣＴ像等の医用画像をはじめ、画像には非常に
多くの情報が含まれている。が、撮像装置により画像化
された状態の像は、必ずしも、目的とする情報を読みと
るに適したものとはなっていない、また、ＣＲＴデイス
プレィのように、フィルムのような表示媒体に比して、
濃度レンジ。

分解能等の性能は劣るが、ディジタルデータの即時表示
に用いるに適した表示媒体がある。

画像が本来持つ情報を有効に利用し、また、表示系の性
能を最大限に利用する手法が求められる。

このために、同一の画像データを種々の特性により複数
枚表示する方法も考えられる１例えば医療の場では、−
枚の画像から多くの診断情報が読みとれるような表示が
望まれる。

従来、−枚の画像に多くの情報が含まれるような表示を
行うための画像処理方法としては、コンピュータビジョ
ン、グラフィクス、アンドイメージプロセシングの第３
９巻、第３５５頁から第３６８頁（１９８７年）　（Ｃ
ｏｍｐｕｔｅｒ　Ｖｉｓｉｏｎ、　Ｇｒａｐｈｉｃｓ。

ａｎｄ　　Ｉｓ＋ａｇｅ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　　３
９　、ｐｐ３５５−３６８（１９８７））に記載のよう
に、画像の各画素について、その画素を含む部分領域内
の濃度ヒス１−グラムを均一化する濃度変換関数を用い
て、濃度変換を行う方法がある。上記文献で指摘されて
いるように、ヒストグラムを完全に均一にする濃度変換
関数を用いると、−様な濃度をもつ広い領域が画像にあ
る場合その領域に対して強い濃度コントラスト強調が行
なわれるため、ノイズが過強調され、不自然な画像とな
る９このようなノイズの過強調をさける方法の一つとし
て、上記文献に記載のように、濃度変換関数の勾配に上
限を設け、上限を越えた部分の勾配を画像の最大濃度と
最小鑓度間に均等に配分する方式が提案されている（同
文献第３６５頁）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、単純に最大勾配を制限すると生じる
出力濃度範囲の余裕を、画像全体の最大濃度と最小濃度
値間に均等に分配している。そのため、例えば胸部Ｘ線
像のように濃度分布範囲が部分領域により大きく異なる
画像（オリジナルＸ線フィルム上、たとえば胸の心臓部
分で光学摺度０．０〜０．５肺野肋骨間で１．０〜１．
７）に対しては、部分領域でみると、意味のない濃度範
囲にも出力濃度範囲をねりあてることになり、実際に情
報を多く含む濃度範囲のコントラスト強調が不十分なっ
てしまうという問題点があった。

本発明の目的は、ノイズ成分の過強調をおさえ、かつ表
示媒体の性能を最大限に利用できるような画像処理方法
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は１画像の各画素について、その画素を中心と
する部分領域内の濃度ヒストグラムを均一化する関数を
元に、この関数の勾配を一定値以下に制限し、かつ制限
値以下の部分の関数形を変えない（定数倍のみ行う）よ
う変形した濃度変換関数を用いて、画素の濃度を変換す
る方式により達成される。

また、上記方式を変形して、画像中に分散した標本画素
についてのみ、上記のような濃度変換関数を作製し、標
本画素以外の画素の濃度変換は、その画素を囲む、標本
画素の濃度変換関数を用いた補間計算よって行う方法に
よっても、達成される。

〔作用） この方法は、基本的に、濃度ヒストグラムを均一化する
ように濃度変換を行うので、出現頻度の高い濃度範囲、
すなわち情報量の多い濃度範囲のコントラストを強調で
き、画像が含む情報を有効に表現できる。また、最大勾
配を制限することで、コントラストの強調を一定以下に
抑え、ノイズ成分の過強調を抑える６以上は、従来法で
も得られる作用であるが、本方法では、さらに、最大勾
配を制限することで表示可能な濃度範囲の゛余裕″を獲
得し、これを濃度変換関数の形を変えないように、他の
濃度範囲に分配しているので、部分領域毎の濃度範囲の
差が大きい場合にも、その部分領域に適した形で、表示
可能な濃度範囲を有効に利用して、画像が含む情報を表
示できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は、本発明による画像変換方法の大要を示す図であり
１局所的にヒストグラム均一化変換を行う方式に本発明
の最大勾配制限方式を用いた例である。

画像の各画素の１底値Ｉ　（ｘ、ｙ）を、以下の手順で
変換する６ １、ヒストグラム作成 着目画素を含む、予め指定した部分領域内の濃度ヒスト
グラムｈ（ｄ）（但しｄは濃度で、ｄＬ≦ｄ≦ｄｏなる
離散値（ｄｔ、は１度の最小値、ｄｏは最大値））を作
成する。この部分領域としては１例えば、各点を中心と
する辺長ｘ　／　４〜ｘ　／　８　ｙ　ｙ／　４〜ｙ／
８　（ｘ、ｙはそれぞれ画像の横、縦の画素数）の長方
形領域（但し、画像の外へはみ出す場合は、画像内のみ
）をとる。

但し、辺長はこの値に限らないし１画像全面をとっても
よい。領域の形状は円形、その他の形状でもよい。また
画素の辺縁部で、定めた大きさの領域が画像からはみ出
す場合の処理も。

上記に限らず１例えば、画像内に入る位置に所定の大き
さの領域をとるようにしてもよい。

２、関数形保持最大勾配制限（ヒストグラム・クリッピ
ング） １で作成したヒストグラムｈ　（ｄ）で、頻度が予め定
めた値Ｃ１以上の濃度があれば（すなわち、ｈ、（ｄ）
≧Ｃ１なるｄがあれば）、後に詳述する方法により、ヒ
ストグラムの最大値を制限し５頭打ちヒストグラムｈ’
　（ｄ）（ｄｔ、≦ｄ≦ｄＨ）を作る。このとき、最大
値以下の部分の関数値には手を加えない。

ヒストグラムを均一にするための濃度変換関数は、累積
ヒストグラムと等価であるから、元のヒストグラムは、
濃度変換関数の微分関数と等価である。従って、ヒスト
グラム・の最大値を制限するこの操作は、１度変換関数
の最大勾配を制限する操作と等価である。最大勾配で１
と最大頻度Ｃ１１は、ｒ’＊　＝ＣｍＸＲ／Ａｔ　（但
し、Ｒは出力濃度レンジ、ＡＴはヒストグラム作成領域
内の全画像素数）という関係になる。

Ｃ１の値は、変換の結果、ノイズの過強調が起きないよ
う、画像の性質（ノイズの大きさ（変動）など）と表示
媒体の性質（濃度分解能）および画像の利用目的に応じ
て定める０例えば医用画像で、画像の濃度レンジと出力
濃度レンジが等しい場合、ｒ、＝１０．０〜２０．０程
度とし、Ｃ１には、これに対応する値を用いる。

ただし、本実施例は、Ｃ１の値をこれに限定するもので
はない。

３、ｆｉ度変換関数作成 ２で作成した頭打ちヒストグラムｈ’　（ｄ）の頻度値
を累積した後、関数の出力値の範囲を所望の範囲（例え
ば表示装置の出力レジン）に正規化して、濃度変換関数
ｆ　（ｄ）を作成する。

式で示すと、 ｆ　（ｄ）＝Ｒ／Ａｔ’　・Ｈ（ｄ） 但し、Ｒは出力レンジ ｄム Ｈ（ｄｔ）＝　　Σ　　ｈ’　　（ｄ）ｄ　＝ｄ　Ｉ。

Ａｔ’　は頭打ちヒストグラムに寄与する全画素数（＝
　Ｈ（ｄ　Ｈ）　） また、ｆ　　（ｄ）＝Ｒ／”フ【−丁′　拳−Ｈ（ｄ）
但し、 １（（ｄｔ）＝　Ｘ　ｈ’　（ｄ）　０．５Ｘ（ｈ’　
（ｄｔ、）＋ｈ’　（ｄｔ））ｄ喝り としでもよい。

４、濃度変換 ３で作成した濃度変換関数ｆ　（ｄ）を用ｔ１、今扱っ
ている画素のＡ底値Ｌ（ｘｔｙ）を変換する。

Ｉ’　（ｘｔ　ｙ）＝ｆ（Ｉ（ｘ、ｙ））以上、本実施
例の全体の手順を述ｌくた。

この実施例では、出力値の正規化を、濃度変換関数作成
時に行なっているが、ニオしはもちろん、ヒストグラム
作成の直後に行ってもよｔｌ、次に、本発明の特徴とな
る部分である、関数ノし保持最大勾配制限（ヒストグラ
ムクリッピング）２について、第２図を用いて説明する
。

ヒストグラムｈ　（ｄ）を、最大頻度値Ｃ１で頭打ちに
すると、頻度０．以上の画素数Ａ　ＣＩＩだけ全体の画
素数が減るので、全画素数を元の全画素数Ａｔ−Ａｃ１
Ｉ ・Ｃ，（＞Ｃ，）で頭打ちしたのと等価になってしまう
、すなわち、濃度関数の最大勾配が、最初につてしまう
。

従って、結果のクリッピング値を０１にするため（最大
勾配をｒ、にするため）には、実際のクリッピング値を
、Ｃ，より小さい値Ｃ１すなわち、Ａｃ は頻度Ｃ以上の画素数） にしなければならな い。

逐次的手法を、第３図に示した。この手法は、Ｃ１から
、値を小さくして、Ｃを求めるものである。

全画素数Ａｔは、予め求めておく。

まず、逐次処理の初期値を設定する。

ｉ冨０　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２０）
とし、Ｃの候補の初期値を、 Ｇ　ｏ　＝　Ｃ，１，、（２１） とする。

また、先に作製したヒストグラムｈ　（ｄ）　　（ｄＬ
≦ｄ≦ｄＨ）において頻度Ｃｏ　を越える頻度数の合計 ｄ。

Ａｃｏ＝　Σ　［ｈ　（ｄ　）　−Ｃｏｌ　　　　　　
　　　　−（２２）１−ｄＬ を求める。

このあと、以Ｆのように逐次的にＣを求める。

ｉ　＝　ｉ　＋　１　　　　　　　　　　　　　・・・
（２３）とする。

このＣＩに対し、改めて、Ａ　ｃ　ｓを求める（２５）
。

する。（２６）。

Ｃ′≦Ｃ１なら、このときのＣ１を実際のクリッピング
値Ｃと定め（２７）、次の処理（３０）へ進む。

ｃ’　＞ｃ、なら、ＣＩがＯに近いある値α（例えば１
．０以上であることを確認（２８）　して、（２３）に
戻る。この確認は、与えられたＣ１を実現するＣが解と
して存在しない場合に対処するためのもので、Ｃが一定
値以下になってしまった場合は、例えばＣ＝αとして次
（３０）にすすむ、また、解がないとして全ての処理を
終了し、何の濃度変換を施さないようにしてもよい、ま
た、従来技術の手法（引用文献の手法）を用いて、クリ
ッピング値をＣ，とする変形を実現してもよい。

本実施例はＣ〈αの場合の特例処理を上記のものに限定
はしない。

以上のように定めたクリッピング値を用いて、ヒストグ
ラムの最大頻度値を制限する。すなわちとする。

以上に述べた手続きは、計算機上のソフトウェアプロゲ
ラ１１や電子回路により容易に実現できる。

一般に、前記のようなＣの値は一意ではない。

本実施例の方法によると、Ｃが一意でない場合にも、そ
のうちの最大の値が得られるので、最も効果的なコント
ラスト強調が実現される。

以上に記載したＣの決定法は、一実施例であり、この方
式に限るものではない、記載例は、Ｃ，から値を小さく
していってＣを定める方式であるが、他のパラメータ（
例えば勾配）で同等の判定を行ってもよい、また、ヒス
トグラムの最大値を制限する処理と、ヒストグラムの全
画素をＡ「に正規化する処理を、最大値が０１を越えな
くなるまで繰り返す方式でもよい、Ｃ１とＯを初期値と
する二分法など、他の方式でＣを定めてもよい。

以上、第１図、第３図に示した、画像の全画素について
それぞれ１度変換関数を求める方式は、並列処理装置で
実行するのに適している。

第４図は、汎用計算機でも高速に実行できる形の実施例
を説明する図である。

本実施例では、画像中に分散させて選ぶ標本画素とその
周辺の部分領域についてのみ、先の方法で最大勾配を制
限したａ度分布均−化変換関数を求め、標本画素以外の
画素については、隣接する標本画素の変換関数間の補間
により、濃度を変換する。

例えば、第４図に示したように、画像の各辺をｎ分割し
た長方形領域を各部分領域とし、その中心画素を標本画
素とする。この分割数は、小さすぎると強調が不十分に
なり、大きすぎるとアーチファクトが目立ってくるが、
適切な値は対象画像の性質と表示媒体の性能による８例
えば、胸部ＸＭ像、胃Ｘ線像、ＣＴ像を、ＣＲＴに表示
したり、フィルムに焼くときはｎ＝４〜８である。また
、部分領域は、互いに重なりあってもよいし、互いに接
していなくてもよい。また、長方形領域と限らず、任意
の多角形領域や円領域でもよい。

標本画素間の補間は、例えば次のように行う。

第４図のように、ある位置（ｘ、ｙ）の画素の濃度をｉ
　＝　Ｉ　　（ｘ、　ｙ）とし、この画素を囲む４つの
標本点を（ｘ−＋　ｙ−）、（Ｘ÷＋　３’−）＋（Ｘ
−＋　３’Ｏ＋（Ｘ＋、ｙ＋）とし、各標本点の濃度変
換関数を、ｆ−−、ｆ＋−、ｆ−＋、ｆ＋十とすると、
変換後の一度Ｉ’（ｘ＋ｙ）は Ｉ’　（ｘ、　ｙ）＝ａ（ｂｆ−−（ｉ）＋（１＋ｂ）
ｆ＋−（ｊ））＋（１−ａ）（ｂ　　ｆ−＋（ｉ）＋（
１−ｂ）ｆ＋＋（ｉ））のように、線形補間により、算
出する。但し、ａ＝　（ｙ−ｙ−）　／　（ｙ＋−ｙ−
）、ｂ＝　（ｘ−ｘ−）　／　（ｘ＋−ｘ−）である。

なお、４つの標本画素に囲まれない周辺領域の画素では
、４すみの画素については、最も近い１つの標本画素の
濃度変換関数を用い、四辺の画素では、隣接する２つの
標本画素の濃度関数間の線形補間を、上式と同様に行う
。

本実施例によると、汎用計算機でも高速に計算実行して
、ノイズ成分の過強調を押えつつ、表示装置の出力レン
ジを有効に利用できる濃度コントラスト強調変換が実現
できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、画像表示媒体の濃度範囲を有効に利用
した濃度コントラスト強調が、ノイズの過強調をおさえ
つつ、実施できるので、例えば医用画像を医師が読影す
る際、診断情報を容易に読みとることができるようにな
り１診断端度が向上できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概要を示す処理フロー図、
第２図は、関数形保持最大勾配制限方式を説明する説明
図、第３図は１本発明の実施例の方式の処理フロー図、
第４図は、本発明の他の実施例の説明図である。 ２・・・関数形保持最大勾配制限（ヒストグラム・クリ
ッピング）部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、画像の各画素について、画素の濃度を、その画素を
   含む部分領域内の濃度ヒストグラムを均一化する濃度変
   換関数を用いて変換する画像処理方法において、関数の
   最大勾配を制限し制限値以下の部分の関数形を定数倍し
   変えないことを特徴とする画像処理方法。 ２、請求項１記載の方法により最大勾配を制限した濃度
   変換関数を、画像中に分散させて選ぶ標本画素の周辺領
   域についてのみ作製し、標本画素以外の画素の濃度変換
   は、その画素に隣接する標本画素の濃度変換関数間の補
   間、補外により行う画像処理方法。