JPH0363884A - 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、ｎｉ像処理方法、特に１画像が含んでいる情
報を読みとりやすく表示するための、画像濃度コントラ
スト強調方法に関する。

〔従来の技術〕

Ｘ＠倣、ＣＴ像等の医用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
、必がしも、目的とする情報を読みとるのに適したもの
とはなっていない。

そこで、画像が本来持っている情報を有効に表示するた
めの画像処理手法が求められる。

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）　　（
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｖｉｓｉｏｎ。

Ｇｒａｆｈｉｃｓ、　ａｎｄ　ｉ＋ｎａｇｅｐｒｏｃｅ
ｓｓｉｎｇ　３９．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ト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。このようなノイズの過強調を避る一方法
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
濃度と最小濃度間に均等に配分する方式が提案されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、画像の持つ情報が十分に利用されて
おらず、画像上不必要な部分が強調され、重要な部分の
強調が不十分になったり、あるいは重要な部分のコント
ラストが減弱される場合がある、という問題点があった
。

例えば、医用−像のうちの胃ｘｉ像で有用な情報は、胃
の辺縁の形状と、胃壁のひだの構造である。画像上有用
な領域は胃の中のバリウム充満部を除いた部分に限定さ
れる。また、この領域に重なっている腸管内のバリウム
がたまった部分、すなわち画像上濃度の部分は、仮に大
向積を占めていたとしても不要な部分である。また１回
しく腸管内等のガスがたまった部分、すなわち、画像上
高濃度の部分は、仮に小面積であったとしても、胃壁の
ひだの構造が現れており、重要である。

本発明の目的は、画像の情報が、上記のように、濃度、
領域に依存した特徴を持つ場合に、この特徴を利用して
、画像が含む有用な情報を効果的に強調した画像を提供
することにある。すなわち、本発明の目的は、画像上大
面積を占めるが不要な濃度領域のコントラストを無用に
強調することなく、有用な部分のコントラストを強調す
ることにある。

本発明の他の目的は、画像上高濃度であるが重用な濃度
領域のコントラストを減弱させることなく１画像のコン
トラストを強調すること、さらに画像上有用な領域を、
それ以外の部分の濃度にかかわらず、効果的に強調する
ことにある。

（７１１題を解決するための手段〕 上記目的を達成するため、本発明では、画像の正規化累
積ヒストグラムを変換関数として濃度を変換する画像処
理方法を、以ドのように嚢更した。

まず、画像上小面積を占めるが不要な濃度範囲のコント
ラスト強調を抑えるために、上記の濃度変換関数の最大
勾配が濃度に依存する設定値以ドになるように変形した
。これは、元のヒストグラムの頻度値を濃度に依存する
設定値以下に制限することで実現できる。

また、画像上小面積であるが重要な濃度範囲のコントラ
ストの減弱を防ぐため、上記の濃度変換関数の最小勾配
が濃度に依存する設定値以上にね・るように変形した。

これは、冗のヒストグラムの頻度値をｍ度に依存する設
定値以下に制限することで実現できる。

また、画像の有用な領域のコントラストを強調するため
、ヒス１〜グラムの作成に用いる領域を画像の有用な部
分領域に限定した。

これらの変更を併用することにより、複合した目的を達
成できる。

〔作用〕

正規化累積ヒストグラムを濃度ｇＱ関数に用いるとする
と、逆にいえば、冗のヒストグラムは、濃度変換関数の
微分関数と等他である。従って、濃度変換関数の最大勾
配をある設定値以！・に制限する操作は、ヒストグラム
の頻度値を制限する操作と等価である。

例えば、第１図（ａ）のヒストグラム（実線）の最大値
を図に示したような制限値Ｃ，（ｄ）で制限すると、図
１　（ｂ）にしめしたように、１！Ａ度変換関数が実線
から破線のように変形される。なお、関数の最大勾配の
制限Ｍｒ、（ｄ）と、ヒストグラムの最大頻度制限値Ｃ
，（ｄ　）の関係を定量的にいうと、 ｒｊｄ）”Ｃ−（ｄ）・Ｒ／ＡＴ （但し、Ｒは関数の出力範囲、ＡＴはヒストグラム作製
領域内の全画素数） となる。

濃度変換関数の最大濃度勾配の制限値を濃度に依存した
値にすることにより、不要＆ａ度範囲の最大勾配のみを
小さく制限でき、不要な濃度範囲が画像上大面積を占め
る場合でも、この濃度範囲のコントラスト強調を抑える
ことができる。

同様に、濃度変換関数の最小勾配をある設定値以上に制
限する操作も、冗のヒストグラムの頻度値をある設定値
以上とする操作と等価である。！１度変換関数の最小濃
度勾配の制限値を濃度に依存した値にすることにより、
重要な濃度範囲の最小勾配をその頻度に依らない値に設
定できるので、重要な濃度範囲が画像上小面積の場合で
も、この濃度範囲のコントラストの減弱を防ぐことがで
きる。

また、ヒストグラムの作成に用いる領域を画像の有用な
部分領域に限定することにより、有用な領域のコントラ
ストを、それ以外の部分の？！！ｉ１度によらず、効果
的に強調できる・ 以上３つの変更を併用することにより、複合した作用が
得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第２図により説明する。本実
施例は、概略、以下の手順で処理を行う方式である。

１、部分領域内の濃度ヒストグラムを作成する。

２６上記ヒストグラムの頻度の最大値を、濃度の関数で
ある設定値で制限する。

３、上記変形ヒストグラムを累積し、その出力値の範囲
を１表示装置の表示１■能な値の範囲に正規化する。

４、上記の正規化累積ヒストグラムを濃度変換関数とし
て、画像の各画素の濃度を変換する。

以下、これらの手順を詳述する。

（１）部分領域内濃度ヒストグラム作成画像上、予め定
めておいた部分領域内の濃度ヒストグラムｈ　（ｃｆ）
　（但しｄは濃度で、ｄム≦ｄ≦ｄＨなる離散値（ｄｔ
、は濃度の最小値、ｄＨは最大値））を作成する。

これは、例えば第３図に示した方法で実現できる。画像
記憶領域１１に、対象となる画像を記憶しておく。−像
記憶領域１２に、ヒストグラムを作成する領域を指定し
た画像（マスク画像Ｒと呼ぶことにする）を記憶してお
く、領域を指定するには、例えば、ヒストグラム作成領
域内の画素値を１．他の鱈索値をＯとした画像とすれば
よい、もちろん、他の値、他の方式を用いてもよい、ま
た、ヒストグラム記憶領域１３内のすべての値をＯクリ
アしておく、マスク画像の全画素値を、１１＃像記憶領
域１２から。

上画素ずつ読み出しながら、処理部１３において、以下
の操作を行う、読み出した画素がヒストグラム作成領域
内にあれば（例えば上の例で。

マスク画像の画素値Ｒ（ｘｖｙ）＝１であれば）。

対象画像の同位置の画素値１（ｘｖｙ）を、画像記憶領
域１１から読み出し、ヒストグラム記憶領域１４の、濃
度１　（ｘ　ｙ　ｙ）　（ミｄとする）の頻度懺の記憶
内容ｈ　（ｄ）を、１増やす、この操作を全画素に対し
て終えた時、ヒストグラム記憶領域１４には、予め定め
た部分領域内の濃度ヒストグラムが格納されている。

上記の方法は、電子回路や汎用計算機上のソフトウェア
により容易に実現できる。

なお、ヒストグラムの作成を行う部分領域は、汎用画像
処理装置を用いて、対象画像から、マニュアル操作によ
り、予め作成できる。対象画像に応じて、自動処理によ
り生成してもよい。

（２）ヒストグラムの最大値制限（最大値濃度依存）第
１図（ａ）に示したように、上記（１）で作成したヒス
トグラムｈ　（ｄ）で、頻度が予め定めた値Ｃ，（ｄ）
以上の濃度があれば（すなわち、ｈ（ｄ）≧Ｃ，（ｄ）
なるｄがあれば）、後に詳述する方法により、ヒストグ
ラムの最大頻度値を制限し、最大懐制限ヒストグラムｈ
’　（ｄ）（ｄＬ≦ｄ≦ｄｏ）を作る。

ヒストグラムの最大頻度の制限値Ｃ，（ｄ　）（ｄム≦
ｄ≦ｄｏ）は１重要でない濃度ｉｌ＠囲では小さく設定
し、その他のＳ度範囲では、ノイズの過強調が起きない
よう１画像の性質、すなわちノイズ大きさ（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１例えば胃Ｘ線二重造影像では、バリウ
ム充満部内部は１診断には無用の部分である。

この低濃度部分（０，Ｄ、０．２〜０．４程度）の部分
では、最大勾配ｒ　ｍ　＝　１　、０〜２．０程度とし
、その他の濃度範囲では、ノイズの過強調を押さえるた
め、ｒ、＝１０．０〜２０．０８Ｓ度とし、Ｃ，（ｄ）
には、これに対応する値を用いる。

但し、この値は一例として挙げたものであり。

本実施例は、ａ、（Ｃｔ）の値と関数形を限定するもの
ではない。

（３）ｓ度変換関数作成＝ヒストグラム累積・正規化２
で作成した最大値制限ヒストグラム作成　（ｄ）の頻度
値を素積した後、関数の出力値の範囲を所望の濃度範囲
（例えば表示装置の出力＃度範囲）に正規化して、Ｓ度
変換関数ｆ　（ｄ）作成する。式で示すと、 ｆ　（ｄ）＝Ｒ／Ａｔ’　　＊Ｈ（ｄ）但し、Ｒは出力
濃度範囲 Ｉ Ｈ（ｄｔ）＝　　Σ　　ｈ’　　（ｄ）ｄ＝ｄｔ。

Ａ　ｒ　’は頭打ちヒストグラムを構成する全ｌ！！ｉ
素数 （＝Ｈ（ｄＨ）） また、ｆ　　（ｄ）＝Ｒ／Ａｔ’　　串Ｈ（ｄ）ｄ。

ただし、ＡＴ’＝　Σ　ｈ’　（ｄ）−０，５ｄ＝ｄ＋
。

Ｘ　　（ｈ’　　（ｄｔ、）＋ｈ’　　（ｄｕ））Ｉ Ｈ（ｄｉ）＝　　Σ　ｈ’　　（ｄ）−０，５ｄ＝ｄｔ
。

Ｘ　（ｈ’　（ｄｔ、）十ｈ’　（ｄｉ））としでもよ
い。

（４）濃度変換 ３で作成した濃度金換関数ｆ　（ｄ）を用い、今扱って
いるｍｓの濃度値Ｉ（ｘｅｙ）を変換する。

Ｉ’　（ｘｔ　ｙ）　＝ｆ　（１（ＸＰ　ｙ））以上、
本実施例の全体の手順を述べた。

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、これはもちろんヒストグラム作成
の直後に行ってもよい。

次に、ヒストグラムの最大値を制限する方法を。

詳細に説明する。

まず、単純な方法としては、各濃度ｄ　（ｄｔ、≦ｄ≦
ｄｏ）について、ヒストグラムの頻度値ｈ　（ｄ）とＣ
，（Ｃｔ）を比較し、ｈ　（ｄ）の方が大きければ、ｈ
　（ｄ）＝Ｃ，（ｄ）とする方法がある。

ところが、このようにヒストグラムｈ　（ｄ）を最大頻
度Ｃ，（ｄ）で単純に制限すると、図１（ａ）に示した
ように、頻度Ｃ，（ｄ）以上の画素数ＡＣ。

だけ全体の画素数が減るので、全画素数を元の画素数Ａ
Ｔに正規化すると、最大頻度ｃ、’　（ｄ）＝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
意図した値ｒＪｄ）より大きく結果の最大勾配をｒｊｄ
）にするようなヒストグラムｈ　（ｄ）の盆形方法には
、次の２方法などがある。

ｌ）比例分配方式　（第４図（ａ）参照）Ｃ（ｄ）　＝
γ・Ｃ，（ｄ） ＡＴ （ただし、Ａ　ｃ　（γ）は頻度Ｃ（ｄ）以上の画素　
数）なるＣ　（ｄ）でｈ　（ｄ）を制限する。

２）ゲタはかせ方式　（第５図（ａ）参照）Ｃ（ｄ）＝
に、（ｄ）−α ただし、ａ　・（ｄｏ−ｄｔ、）　＝ＡｃなるＣ　（ｄ
）でｈ　（ｄ）を制限する。

以ト、この二方法を詳述する。

１）比例分配方式 なる式をＭくことが、ここでの課題である。

Ａｃ（γ）は、定義から明らかなとおり、第４１１（ｂ
）に示したようにγ＝１ののとき（Ｃ（ｄ）＝Ｃ，（ｄ
）であり）　、　Ａｃ（γ）＝Ａｃ、、γ＝０のとき（
Ｃ（ｄ）＝Ｃのとき）Ａｃ（γ）＝ＡＴ（全画素）であ
り、０くγく１の範囲で単調減少の関数となラフ上の適
当な点を初期イ直として逐次的に消に近づいていく、（
ｉｉ）解析的に解く、などの方法がある。

ｉ）の逐次解法を用いるとすると、例えば始点として、
γ＝１に対応する点を設定し、第４図にボした折線のよ
うな形で解を求めることができる。

この方法によると、解が複数ある場合でもγ＝１に最も
近い解を求めることができ、画像強調の効果が最も大き
い。

五）の解析的な解法は、可能な精度でＧ　（ｄ）を変化
させてＡｃ求め、（１）式をみたす、すなわ４図（Ｃ）
に示いたように、γ＝０でＯ１γ＝１Ａ丁 （１）式を解くことは、グラフ上で言うと、ｆｌ（γ）
Ｔ を求めることである。

このような解を求めるには、一般に、　（ｉ）グＴ やり方で実施できる。解が複数あるときは、γ＝１に最
も近い値を用いればよい。

ところで、（１）式は、第４図（ｄ）にボしたように、
２関数が交わらず、解がない場合がある。

この場合に対しては、例えば、次のような対応をすれば
よい。

ａ）初期値ｃｍ（ｄ）で値を制限する ｂ）解に最も近くなるＣ　（ｄ）で値を制限する。

また、この他の手段を講じてもよい。本実施例は、この
場合に対する処理を規定しない。

２）ゲタはかせ方式 ここでの１１１１ＩＷｉは、次の式をＭくことである。

γ 但し、γ＝　ｄ　Ｈ−ｄ　１．　：人力有効濃度範囲Ａ
ｃ（α）は、Ｃ（ｄ）＝Ｃ，（ｄ）−ａなるときの頻度
Ｃ（ｄ）以上の画素数（第５図（ａ）参照） Ａｃ（α）は、第５図（ｂ）にボしたように、α＝０の
とき最小値Ａ　ｃ　ｍをとる単調増加関数で、αの最大
値は、Ｃ，（ｄ）の最小値（ＥＥＣとする）である。

＜ａを”ｔｔＬ以上大きくすると、に　（ｄ）＝Ｃ，（
ｄ）−αが負の値になってしまう） 従って、（２）式を解くことは、グラフ上でゴうの交点
を求めることである。このがは、先の比例分配方式の場
合と同様に、逐次的手法または解析的手法によって求め
ることができる。

この方式の場合も、解が存在しない場合がある。

この場合の対応策としては、例えばαをＣ′よりさらに
大きくし、 とすればよい。

本実施例によれば、ヒストグラム作成領域を限定してい
るので、画像の有用な情報のみを強調するような画像変
換ができるという効果がある。また、濃度変換関数の最
大勾配を、ｏＪｊｌ：、に依存した値に制限しているの
でノイズの過強調を抑制できるだけでなく、有用な情報
を含む濃度範囲を有効に強調できるという効果がある。

次に、他の実施例について説明する。第６１Ｆｌに示し
たように、本実施例の構成は、先の実施例の構成（第２
図）の第２番目の処理を「ヒストグラムの最大頻度およ
び最小頻度を濃度に依存した値で制限する」処理５に置
きかえた形になっている。

その他の部分は、先の実施例と同一の方式で実施できる
。

以ド、ヒストグラムの最大頻度と最小頻度を濃度に依存
した値で制限する方式について詳細に述べる。

まず、単純な方法としては、第１の実施例と同様に、各
濃度値ｄについて、ヒストグラムの頻度値ｈ　（ｄ）が
、最大制限値Ｃ（ａ）以上であれば。

ｈ（ｄ）＝ｃ　（ｄ）とし、最小制限値０（ｄ）以ドで
あれば、ｈ　（ｄ）　＝Ｃ（ｄ）とする方法がある。

このようにすると、濃度変換関数の最大・最小勾配が所
期の値と異なってしまうのは、第１の実施例の場合と同
じである。

結果の勾配を所期の値にする方法は、やはり、（１）比
例分配式、（２）ゲタはかせ方式の２方法がある。

１）比例分配方式 第７図（ａ）に示したように、ヒストグラムの変形に用
いる実際の最大制限値Ｃ（ｄ）と最小制限値０（ｄ）を
、それぞれ、冗のＣ，（ｄ）、０．（ｄ）に対し、 に（ｄ）＝γ−Ｃ，（ｄＬ　○（ｄ）＝γ・０．（ｄ）
とする方式である。

ここで、結果をしての勾配制限値を所期の位とするため
に、γが満足すべき式は、 但し、Ａｒは全画素数、 Ａｃ（ｙ）はＣ（ｄ）によりヒストグラムから取り除か
れる画素数 Ｂｏ（γ）は０　（ｄ）によりヒストグラム加にえられ
る画素数（図７（ａ）参照）このようなγも、第Ｉの実
施例と同様に、第７図（ｂ）にボしたグラフの交点を与
えるγであり、逐次解法、解析解法によって解ける。た
だし、第１の実施例と異なり、γは１以上の値もとりつ
る。

逐次解法で解くときは、初期値を例えばγ＝１とすると
、Ａ　ｃ　＋ａ　＞　Ｂ　ｃ　ａならばγく１の側に解
を探索し、　Ａｃ１１（Ｂ（２＠なら、γ〉工の側に探
索すことになる。

（３）にも、複数個の解が存在する場合と、解が存在し
ない場合がある。これに対する対応は、第１の実施例の
場合と同様である。

２）ゲタはかせ方式 ヒストグラムの全形に用いる実際の制限値Ｃ（ｄ）とオ
フセット値０　（ｄ）を、冗のｃｊｄ）、０Ｊｄ）に対
し、ＣＣｄ）＝Ｃ，（ｄ）−α、０（ｄ）＝Ｃ，（ｄ）
−αとする方式である。

ここで。

Ａｃ（α）−Ｂｏ（α）＝γ・　α　　　　　　　　　
・・・（４）但し、Ａｃ（ｄＬ　Ｂｏ（α）は（３）式
と同じ、γは人力有効濃度範囲 となるようなαを用いれば、結果の勾配値を、所期の値
に制限できる。

このようなαも、これまでの他の場合と同様に、第Ｅｌ
ｌ　（ｂ）にボしたグラフの交点を与えるものであり、
やはり、逐次解法、解析解法によって求められる。ただ
し、第１の実施例と異なり、αは初期値をα＝０とする
と、Ａ、＞Ｂｏ、なら、α〉Ｏの値に解を探索し、Ａｃ
ｅ＜Ｂｏｗなら、α〈Ｏの側に解を探索することになる
。

（４）式にも、複数個の解が存在する場合と、解が存在
しない場合がある。このときの対応は、第１の実施例の
場合と同様である。

本実施例によれば、ヒストグラムの作成に用いる領域を
画像の有用な部分領域に限定しているので、有用な領域
のコントラストを、それ以外の部分の濃度によらず、効
果的に強調できるという効果がある６また、濃度交換関
数の最大濃度勾配の制限値を濃度に依存した値にしてい
るので、重要な濃度範囲の最大勾配を小さく制限でき、
不要な濃度範囲が画像上小面積占める場合でも、この濃
度範囲のコントラスト強調を抑えることができる。

さらに、濃度変換関数の最小濃度勾配の制限値を濃度に
依存した値にしているので、重要な濃度範囲の最小勾配
をその頻度に依らない値に設定でき、重要な濃度範囲が
画像上小面積の場合でも、この濃度範囲のコントラスト
の減弱を防ぐことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、有用な情報を含む部分領域に限定して
ヒストグラムを作成できるので、有用な領域のコントラ
ストを、それ以外の部分の濃度によらず、効果的に強調
できる。また、濃度変換関数の最大濃度勾配の制限値を
濃度に依存した値にしているので、不要な濃度範囲の最
大勾配を小さく制限でき、不要な濃度範囲が画像上大向
積を占める場合でも、この濃度範囲のコントラスト強調
を抑えるこてができる。さらに、濃度変換関数の最小濃
度勾配の制限値を濃度に依存した値にしているので１重
要な濃度範囲の最小勾配をその頻度に依らない値に設定
でき１重要な濃度範囲が画像上小血積の場合でも、この
濃度範囲のコントラストの減弱を防ぐことができる０以
上述べたことから、画像を表示したときに、画像が持っ
ている有用な情報（医用蛎像で言えば診断情報）が読み
取りやすくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方式である、濃度値依存最大勾配制
限の説明図、第２図は、本発明の一実施例の概要をホす
処理流れ図、簗３図は領域制限ヒストグラム作成の、−
実現方法を示す説明図、第４図、第５−は濃度依存最大
勾配制限方法の説明図、第６図は、本発明の他の実施例
の概要を爪す処理流れ図、第７図、第８図は、濃度依存
最低・最大勾配制限方法の説明図である。 工・・・部分領域内ヒストグラム作成部、２・・・制限
イ直濃度依りヒストグラム最大頻度制眼＝；ａ度変換関
数最大勾配制限、５・・・制限値濃度依存ヒストグラム
最大・最小頻度制限＝濃度変換関数最大・最小勾配制限
。 拓　）　図 （α） 巧　２　図 第　３１！ｌ 妬 乙 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、画像の正規化累積ヒストグラムを変換関数として濃
   度を変換する画像処理方法において、変換関数の最大勾
   配を、濃度に依存する設定値以下になるように変形する
   ことを特徴とする画像処理方法。 ２、画像の正規化累積ヒストグラムを変換関数として濃
   度を変換する画像処理方法において、変換関数の最小勾
   配を濃度に依存する設定値以上になるように変形するこ
   とを特徴とする画像処理方法。 ３、画像の正規化累積ヒストグラムを変換関数として濃
   度を変換する画像処理方法において、ヒストグラムの作
   成に用いる領域を、画像の部分領域に限定することを特
   徴とする画像処理方法。 ４、請求項１記載の最大勾配制限と、請求項２記載の最
   小勾配制限の両方を行つた濃度変換関数を用いることを
   特徴とする画像処理方法。 ５、請求項１記載の最大勾配制限と、請求項３記載の領
   域限定の両方を行つた濃度変換関数を用いることを特徴
   とする画像処理方法。 ６、請求項２記載の最小勾配制限と、請求項３記載の領
   域限定の両方を行つた濃度変換関数を用いることを特徴
   とする画像処理方法。 ７、請求項１記載の最大勾配制限と、請求項２記載の最
   小勾配制限と、請求項３記載の領域限定を全て行つた濃
   度変換関数を用いることを特徴とする画像処理方法。