JPH0779956A - リカーシブフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像の中から動きとノイズを正確に判定して
適正な出力画像を得る。 【構成】 動き検出手段２０７において、ライブ像Ｘ_i
が１フレーム前のフィルタ像Ｙ_i-1 と減算処理されて、
画像信号の中の動き部分が検出され、ファクターテーブ
ル２０８において、上記入力手段２０１〜２０６からの
入力に対応する所定の係数曲線が選択され、その係数曲
線より、動き検出手段２０７からの入力に対応する上記
フィルタ係数値ｋが決定される。また、上記ファクター
テーブル２０８において、上記入力手段２０１〜２０６
及び動き検出手段２０７からの入力を変数とする所定の
関数ｍより上記フィルタ係数値ｋが決定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線診断装置等で撮影
されたディジタル画像のノイズを低減するリカーシブフ
ィルタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被写体にＸ線を爆射して、被写体の後方
に位置するＩ．Ｉ．（イメージインテンシファイア）と
光学系装置と撮像装置を利用して得た動画の透視像をモ
ニタに表示して診断に供する画像表示装置において、デ
ィジタル画像の画像ノイズを低減させる手段の一つとし
てリカーシブフィルタが知られている。このリカーシブ
フィルタを用いて動画像の画像ノイズを低減させる方法
は、残像効果を利用することにより次式（１）のように
行われる。

【０００３】 Ｙ_i ＝ｋ・Ｙ_i-1 ＋（１−ｋ）・Ｘ_i ・・・・（１） （ここで、Ｙ_i ：今度得られるフィルタ像、Ｙ_i-1 ：１
フレーム前のフィルタ像、Ｘ_i ：今度得られるライブ
像、ｋ：フィルタ係数） すなわち、１フレーム前のフィルタ像Ｙ_i-1 にフィルタ
係数ｋを乗じたものに、今度得られるライブ像Ｘ_i に係
数（１−ｋ）を乗じたものを加算することによって、画
像ノイズを低減することが行われる。このリカーシブフ
ィルタではフィルタ係数ｋを１に近づけるほど（強いフ
ィルタをかけるという）、過去の画像の影響を強く受け
て画像の動いた部分がぼけてノイズが低減される。とこ
ろが動きの大きい部分にリカーシブフィルタ処理を施す
と、残像効果が大きく影響してコントラストが低下す
る、アーチファクトが発生して画像の劣化を招いてしま
うなどの欠点がある。例えば被検体の血管狭窄部の回復
手術をカテーテル、ガイドワイヤなどを用いて行う場
合、これらを血管内を移動させるとガイドワイヤの先端
部も残像効果の影響を受けて見にくくなってしまうこと
になり、診断上差し支えが生じる。このため、これらの
欠点を除去するためのリカーシブフィルタとして実開昭
６３−５５４００号公報に提供されたものがある。

【０００４】図５はその構成を示すものである。同図に
おいて、５０１は撮像装置からの画像信号（ビデオ信
号）をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、５０２
はＡ／Ｄ変換器５０１からの画像信号をｋ（０≦ｋ≦
１）倍する乗算器、５０３は上記乗算器５０２及び乗算
器５０５からの画像信号を加算する加算器、５０６は比
較器５０７の制御によりＡ／Ｄ変換器５０１（端子Ｂ
側）又は加算器５０３（端子Ａ側）からの画像信号を選
択して出力するセレクタ、５０４は上記セレクタ５０６
からの画像信号を記憶するフレームメモリ、５０７は上
記フレームメモリ５０４及びＡ／Ｄ変換器５０１からの
画像信号を比較して上記セレクタ５０６を制御する比較
器、５０５はフレームメモリ５０４に書き込まれている
画像信号を（１−ｋ）倍する乗算器で、５０８は上記フ
レームメモリからの画像信号をアナログ信号に変換して
出力するＤ／Ａ変換器である。

【０００５】次に、動作について説明する。例えば、画
像信号（ビデオ信号）はまずＡ／Ｄ変換器５０１でディ
ジタル信号に変換され、所望の信号処理が行なわれた後
フレームメモリ５０４にセレクタ５０６を介して一旦書
き込まれてから、Ｄ／Ａ変換器５０８によってアナログ
信号に変換されてモニタに画像として表示される。次に
その間の所望の信号処理を説明すると、まずＡ／Ｄ変換
器５０１からの画像信号はフレームメモリ５０４にすで
に書き込まれている前フレームの画像信号と、各対応画
素ごとに比較器５０７で比較される。例えば、この２つ
の画像信号の差があるしきい値より大きければ比較器５
０７はセレクタ５０６のスイッチを端子Ｂ側に切り替
え、フレームメモリ５０４にはＡ／Ｄ変換器５０１から
の画像信号が書き換えられてモニタに出力される。逆
に、その差がしきい値よりも小さければセレクタ５６の
スイッチ端子がＡ側に切り替えられ、Ａ／Ｄ変換器５０
１からの画像信号は乗算器５０２によってｋ（０≦ｋ≦
１）倍され、これと同時にフレームメモリ５０４に書き
込まれている画像信号は乗算器５０５によって（１−
ｋ）倍される。次に両者は加算器５０３によって加算さ
れてフレームメモリ５０４に新しい画像信号として書き
込まれて図示されていないモニタに出力される。以上の
処理は各対応画素ごとに独立して行われる。

【０００６】また更に技術として、比較結果によって滑
らかに前記フィルタ係数ｋの大きさを変化させること
で、違和感の少ないノイズ低減を行う方法が、特願平３
−２３５７４５号，特開平５−４９６２９号公報に開示
されている。

【０００７】また、図６は前記Ｉ．Ｉ．及びその周辺を
示す断面図である。同図において、６０１は電源の供給
を受けてＸ線を照射するＸ線管、６０３は上記Ｘ線管か
らの入射Ｘ線を受けるＩ．Ｉ．６０２の入力面、６０４
は上記入力面６０３からの電荷６１１を集極する集極電
極、６０５は集極電極６０４の後に設けられて上記入力
面６０３からの電荷６１１を引きつける陽極、６０６は
上記入力面６０３からの電荷６１１を受けて光学像６１
２を出力する出力面、６０７は光学像６１２の入光量を
調節する光学系装置６１０のアイリス６０７、６０８
ａ，ｂは光学像６１２を撮像管６０９に導くレンズ、６
０９は光学像６１２を電気信号として画像信号をＡ／Ｄ
変換器に出力する撮像装置である。

【０００８】次に動作について説明する。同図に示すよ
うに、Ｉ．Ｉ．６０２と撮像管６０９との間には、入光
量を調節する目的でカメラの絞りに相当するアイリス６
０７（光学系装置６１０の一部）が組み込まれており、
その径（光学的絞りの直径：アイリス径という）は大き
さを自動的に制御することが可能である。また、図７の
ように、Ｉ．Ｉ．６０２は固定された大きさの入力面６
０３から出力面６０６までの間の集極電極６０４の電圧
を換えることで、出力面６０６に出力される入力面の視
野の大きさを数種類を切り換える、視野切り換え機構を
備えている。これを利用して狭い視野の画像を拡大表示
することが出来る。この視野をＩ．Ｉ，サイズと呼ぶ。

【０００９】また、患者，術者の放射線被爆量低減の目
的から、照射Ｘ線線量は少ないことが要求される。しか
し、照射線量低下に伴って画像の鮮明度も低下するた
め、このシステムでは標準線量，低線量，高線量の３つ
の照射線量モードの中から選択することが出来る。

【００１０】また、テレビカメラなどの撮像装置は、画
像収集レート（１秒間に収集するフレーム枚数），画像
マトリクスサイズ（画像分割の大きさ）などを選択する
ことが出切る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来例の方法におい
て、画像表示装置においてリカーシブフィルタ処理を行
う目的は、動き部分の鮮明度を低下させることなしにノ
イズを低減することである。実開昭６３−５５４００号
公報記載の方法においては、Ａ／Ｄ変換器から取り込ま
れた画像信号とすでにフレームメモリに書き込まれてい
る前フレームの画像信号との差と、あるしきい値を比較
することで動き部と静止部の判定を行っているので、こ
のしきい値がノイズの大きさに対して適正でないと、前
記目的を達成することは出来ない。また特開平５−４９
６２９号公報記載の方法においても、比較結果から適正
な係数値ｋを出力することは出来ない。

【００１２】さて、ノイズの大きさは、照射Ｘ線線量，
Ｉ．Ｉ．サイズ，アイリス径，画像マトリクスサイズ，
画像収集レート，などにより決定される。従ってノイズ
の大きさを支配する要因に応じて係数値ｋを変化させな
いと、動きとノイズを正確に判定できず、適正な出力画
像を得ることが出来ない。しかし従来の装置では不可能
である。

【００１３】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、フィルタ処理すべき画像の中から動き部分
を検出すると共にノイズの大きさを決定させる要因を入
力することで、Ｘ線ノイズの大きさを変化させる要因の
入力に応じて係数値を変化させ、ガイドワイヤなど動き
部分の鮮明度の低下および残像の発生をなくし、ノイズ
の低減された画像を得ることのできるリカーシブフィル
タを提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、取り込まれた画像信号と１フレーム前に
取り込まれた画像信号との減算により、前記取り込まれ
た画像信号中の被写体の動き部分を検出する動き検出手
段と、前記画像信号にノイズを発生させる要因に関する
データ及び前記動き検出手段による検出結果に基づいて
フィルタ係数を決定する係数決定手段と、前記係数決定
手段により決定されたフィルタ係数に基づいて、取り込
まれた画像信号に１フレーム前に取り込まれた画像信号
を加算する加算手段とを備えることを特徴とする。

【００１５】

【作用】上述の如く構成された本発明によれば、動き検
出手段により今回得られたディジタル画像（ライブ像）
と１フレーム前の出力画像の（フィルタ像）との減算が
行なわれ、フィルタ処理すべき画像の中から動き部分が
検出される。そして、アイリス径，Ｉ．Ｉ．サイズ，画
像マトリクスサイズ，画像収集レート、照射Ｘ線線量等
のノイズの大きさを決定する要因を入力し、前記動き検
出結果と前記要因に基づいてファクターテーブルの出力
を変化させることによって動き検出結果をより有効に利
用できるとともに、残像効果を利用したノイズ低減効果
をより高めることができる。

【００１６】

【実施例】

実施例１．以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【００１７】なお、Ｉ．Ｉ．サイズ，アイリス径，画像
マトリクスサイズ，画像収集レート，照射線量などのノ
イズ支配要因を環境と称し、各々データを環境データと
称する。図１は、本発明の一実施例におけるリカーシブ
フィルタを示す構成図である。同図において、１０１は
被写体１０２に対してＸ線１０１ａを曝射するＸ線管、
１０３は被写体１０２を通過したＸ線１０１ａを光学像
に変換して出力するＩ．Ｉ．（イメージインテンシファ
イア）、１０４はアイリスを含む光学系装置、１０５は
光学系装置１０４の光学出力を電気信号に変換する撮像
装置であり、この撮像装置１０５は光学出力を撮像して
アナログ信号を得る撮像部１０５ａ，この撮像部１０５
ａにより得られたアナログ信号をディジタル信号に変換
するＡ／Ｄ変換器１０５ｂにより構成されている。Ａ／
Ｄ変換器、１０６は撮像装置１０５から出力されたディ
ジタル画像信号（ライブ像）をリカーシブフィルタ処理
してフィルタ像として出力するリカーシブフィルタ、１
０７はリカーシブフィルタ１０６から出力された画像信
号（フィルタ像）をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換
器、１０８は上記アナログ信号を画像として表示するＴ
Ｖモニタである。更に１１２はオペレータがキーボード
やマウスなどを介して前記環境の変更を入力する入力手
段である。また１１１はＣＰＵであり、前記環境の変更
に従って、Ｉ．Ｉ．１０３を所定のＩ．Ｉ．サイズに、
光学系装置１０４を所定のアイリス径に、撮像部１０５
ａを所定の画像マトリクスサイズと所定の画像収集レー
トに制御する。また、ＣＰＵ１１１は照射Ｘ線線量モー
ドの入力に従い、入力に応じた線量を照射する条件を決
定して（Ｘ線管１０１に接続された）電源１０９を制御
し、所定の照射線量を照射させる。またＣＰＵ１１１
は、各種の環境データをリカーシブフィルタ１０６に入
力する。

【００１８】図２は本実施例装置に用いられているリカ
ーシブフィルタの構成を示すものである。同図におい
て、２０７はＡ／Ｄ変換器から出力されたディジタル画
像信号（ライブ像）Ｘ_i と前回出力画像Ｙ_i-1 とを入力
し減算処理する減算器２０７ａから成る動き検出手段、
２０１はアイリス径データを入力する入力手段としての
アイリス径入力手段と、２０３はＩ．Ｉ．サイズデータ
を入力する入力手段としてのＩ．Ｉ．サイズ入力手段、
２０３は画像マトリクスサイズデータを入力する入力手
段としての画像マトリクスサイズ入力手段、２０４は画
像収集レートデータを入力する入力手段としての画像収
集レート入力手段、２０６はライブ像Ｘ_iの画素値を入
力する入力手段としてのライブ像画素値入力手段、２０
５はＸ線照射線量モードを入力する入力手段としてのＸ
線照射線量入力手段、２０８は減算器２０７ａの減算結
果と入力手段２０１〜２０６の入力結果に応じてフィル
タ係数値ｋを決定するファクターテーブル、２０９はこ
のファクターテーブル２０８の出力信号に基づきライブ
像Ｘ_i の動きを強調する動き強調用フィルタ回路、２１
０はこの動き強調用フィルタ回路２０９からの出力画像
（フィルタ像）Ｙ_i を一時的に記憶するワーキングメモ
リである。また、上記動き強調用フィルタ回路２０９
は、１フレーム前のフィルタ像Ｙ_i-1 にフィルタ係数ｋ
を乗じる第１の乗算器２０９ｃと、ライブ像Ｘ_i に係数
（１−ｋ）を乗じる第２の乗算器２０９ａと、第１およ
び第２の乗算器２０９ａ，２０９ｃの出力を加算してフ
ィルタ像Ｙ_i を出力する加算器２０９ｂとから構成され
ている。ここで、上記動き強調用フィルタ像Ｙ_i は次の
式（１）式のように示される。

【００１９】 Ｙ_i ＝ｋ・Ｙ_i-1 ＋（１−ｋ）・Ｘ_i ・・・・（１） 次に、図２のリカーシブフィルタの動作について説明す
る。Ａ／Ｄ変換器１０５から出力されたライブ像Ｘ_i は
動き検出手段２０７に入力され、ワーキングメモリ２１
０に貯えられていた１フレーム前のフィルタ像Ｙ_i-1 と
減算処理されてその動き量が検出され、ファクターテー
ブル２０８に入力される。またアイリス径入力手段２０
１によってアイリス径データが、Ｉ．Ｉ．サイズ入力手
段２０２によってＩ．Ｉ．サイズデータが、画像マトリ
クスサイズ入力手段２０３によって画像マトリクスサイ
ズデータが、画像収集レート入力手段２０４によって画
像収集レートデータが、Ｘ線照射線量入力手段２０５に
よってＸ線照射線量モードデータが、更に、ライブ像画
素値入力手段２０６によってライブ像（画素値）Ｘ_i が
各々ファクターテーブル２０８に入力される。ファクタ
ーテーブル２０８は入力された上記データからフィルタ
係数値ｋを決定し、動き強調用フィルタ回路２０９に入
力する。動き強調用フィルタ回路２０９はライブ像（画
素値）Ｘ_i 、ワーキングメモリから１フレーム前のフィ
ルタ像（画素値）Ｙ_i-1 、ファクターテーブル２０８で
決定した係数値ｋを用いて前記（１）式のようにフィル
タ処理して、ノイズがその大きさに応じて低減されたフ
ィルタ像Ｙ_i を出力する。入力手段２０１〜２０６は環
境が変化しないときには前回と同じ値を入力し続けるも
のとする。このようにして得られたフィルタ像Ｙ_i はＤ
／Ａ変換器１０５に送られ、ノイズが低減され動きが強
調された画像としてモニタ１０８に表示されると共に、
次のフィルタ像Ｙ_i-1 を得るために一旦ワーキングメモ
リ２１０に貯えられる。

【００２０】次にファクターテーブル２０８の動作の一
例を説明する。前述のようにファクターテーブル２０８
には入力手段２０１〜２０６の合計６つのデータが入力
される。

【００２１】また、アイリス径データ、ライブ像画素値
は連続的な変化が可能であるが、例えば、アイリス径デ
ータは表１、ライブ像画素値は表２のようにして各々１
５段階、１２段階に分類する。また、Ｉ．Ｉ．サイズ、
画像マトリクスサイズ、画像収集レート、照射Ｘ線線量
モードの各データはそれぞれ例えば３、４、３種類あり
各々表３のようになっている。

【００２２】

【表１】

【表２】

【表３】 このようにして分類されたデータの組み合わせは、１５
×１２×３×４×３×３＝１９４４０通りである。従っ
て、１９４４０通りの係数曲線を用意し、動き検出手段
２０７からの結果に応じてフィルタ係数値ｋを決定す
る。ここで、１９４４０通りの係数曲線は各組合わせ
（アイリス径、ライブ像画素値、Ｉ．Ｉ．サイズ、画像
マトリクスサイズ、画像収集レート）におけるノイズの
大きさに応じて決定される。

【００２３】例えば、ある係数曲線は経験的に次式
（２）に従っており、図３のようになっているとする。

【００２４】

【数１】 あるケースではアイリス径が２４．３ｍｍ、画素値がラ
イブ像で４９２、１フレーム前のフィルタ像で５２３、
Ｉ．Ｉ．サイズが９" 、画像マトリクスサイズが５１２
×５１２、画像収集レートが３０ｆｒａｍｅ／ｓｅｃ、
Ｘ線照射線量が「標準線量」だったとする。表１，２，
３に従って（１０，５，２，３，２，２）の組み合わせ
となり、対応する係数曲線（図３）が選択される。動き
検出手段２０７からの入力５２３−４９２＝３１を横軸
にとると、フィルタ係数値は０．７７となり、この値が
出力される。更に動き強調フィルタ回路２０９によって
上記式（１）に従ってＹ1 ＝０．７７×５２３＋０．２
３×４９２＝４０２．７１＋１１３．１６＝４０２＋１
１３＝５１５となってフィルタ出力値５１５が出力され
る。

【００２５】このように、ノイズの大きさを支配する要
因をファクターテーブル２０８に入力することによっ
て、前記要因を入力しない場合に比べて最適なフィルタ
係数ｋを決定することが出来る。

【００２６】なお、上記ファクターテーブル２０８への
入力におけるアイリス径データ、Ｉ．Ｉ．サイズデータ
など種々のデータの分類方法は一例であり、この分類方
法に限定されるものではない。

【００２７】また、各分類数について係数曲線を用意す
る必要はなく、幾つかの分類を１つの係数曲線で適用し
てもよい。

【００２８】実施例２．実施例１においては、各種入力
手段２０１〜２０６によってファクターテーブル２０８
へアイリス径やライブ像の画素値データ等の環境データ
を入力し、それぞれの値を表１〜表３のように数段階に
変換した後に他の入力結果と組み合わせて対応する係数
曲線を決定し、減算値（図３横軸）を用いてフィルタ係
数値ｋ（縦軸）を決定していたが、以下のようにしても
良い。

【００２９】すなわち、アイリス径ｄ，画素値Ｘ_i ，
Ｉ．Ｉ．サイズＩ，画像マトリクスサイズＧｍ，画像収
集レートＧｒ，Ｘ線照射線量モードＸｍを変数とする関
数ｍ（ｄ，Ｘ_i ，Ｉ，Ｇｍ，Ｇｒ，Ｘｍ）を決定してお
き、次式（３）に順次代入することでフィルタ係数ｋを
求め、出力する。

【００３０】ｍ＝ｍ（ｄ，Ｘ_i ，Ｉ，Ｇｍ，Ｇｒ，Ｘ
ｍ），ｋ' （Ｙ_i-1 −Ｘ_i ），ｋ＝ｋ（ｍ，ｋ' ）・・
・・・・・（３） このような構成においても前記実施例１と同様に最適な
フィルタ係数ｋを決定することができる。

【００３１】実施例３．実施例１，２においては、入力
手段２０１〜２０６からの各種入力は、ファクターテー
ブル２０８において数種類に分類されるか、または、関
数ｍに入力された後に、係数値ｋが決定されたが、上記
分類又は関数ｍは入力手段において行っておいても良
い。

【００３２】その構成図の一例を図４に示す。同図にお
いて、４０１はノイズの大きさを決定する要因を入力す
る入力手段、４０１ａは上記入力手段４０１を構成する
変換テーブル、４０２は上記入力手段４０１及び動き検
出手段２０７の出力を受けてフィルタ係数値ｋを求める
ファクターテーブル２０８である。なお、同一符号は同
一要素であり説明を省略する。

【００３３】入力手段４０１は変換テーブル４０１ａを
持ち、入力手段４０１への各種入力は前述実施例１，２
のように分類または関数入力された後に、各々前述のよ
うな形で出力される。この場合は、ＣＰＵ１１１がこの
分類、関数入力を行うと考えれば良い。

【００３４】また、実施例１，２，３において、入力手
段への各種入力は、その全データをファクターテーブル
においてか、または、入力手段において変換，分類した
が、これに限定されるものではない。

【００３５】すなわち、データの一部を入力手段におい
て、残りをファクターテーブルにおいて変換分類しても
良い。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
動き検出手段によってフィルタ処理すべき画像の中から
動き部分を検出すると共にノイズの大きさを決定する要
因を入力することで、ファクターテーブルの出力を変化
させることによって、動き検出結果をより有効に利用で
きると共に、残像効果を利用したノイズ低減効果をより
高めることが出来るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリカーシブフィルタの一実施例の構成
を示した構成図である。

【図２】本発明のリカーシブフィルタの実施例１，２の
構成を示した構成図である。

【図３】本発明のリカーシブフィルタの一実施例のフィ
ルタ係数曲線を示したグラフである。

【図４】本発明のリカーシブフィルタの実施例３の構成
を示した構成図である。

【図５】従来のリカーシブフィルタの一例の構成を示す
構成図である。

【図６】Ｉ．Ｉ．近辺を示す断面図である。

【図７】Ｉ．Ｉ．入力面の視野の大きさを示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１０６ リカーシブフィルタ １１２（２０１〜２０６，４０１） 入力手段 Ｘ_i ライブ像 Ｙ_i （Ｙ_i-1 ）フィルタ像 ２０７ 動き検出手段 ｋ フィルタ係数値 ２０８（４０２） ファクターテーブル ４０１ａ 変換テーブル １１２（２０１〜２０６，４０１） 入力手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 取り込まれた画像信号と１フレーム前に
   取り込まれた画像信号との減算により、前記取り込まれ
   た画像信号中の被写体の動き部分を検出する動き検出手
   段と、 前記画像信号にノイズを発生させる要因に関するデータ
   及び前記動き検出手段による検出結果に基づいてフィル
   タ係数を決定する係数決定手段と、 前記係数決定手段により決定されたフィルタ係数に基づ
   いて、取り込まれた画像信号に１フレーム前に取り込ま
   れた画像信号を加算する加算手段とを備えることを特徴
   とするリカーシブフィルタ。