JPH11195116A - 画像の鮮明化および再サンプリング法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短時間で、鮮明化し且つ再スケーリングす
る。 【解決手段】 第１の組のカーネルの値を用いてコンボ
リューションを行うと鮮明化された画像が得られるよう
に第１の組のカーネルの値を選び、次いでこの第１のカ
ーネルの要素の間で内挿を行うことにより要素が決定さ
れたカーネルを用いて画像に対しコンボリューションを
行い、画像の再サンプリングと鮮明化を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】本発明はディジタル画像処理法に関す
る。さらに詳細には本発明は医学的画像の鮮明化および
再サンプリング法に関する。

【０００２】

【従来技術】いくつかの医学的画像処理法においては、
乾熱印刷法のような熱的再生法によって検査対象の目に
見える画像を生成させる。

【０００３】再生された画像は、特に透明な感熱媒体の
上に再生された場合、医学的な診断に対し必ずしも適切
なものではない。これらの画像は鮮明さを欠き、或いは
切れが良くないと考えられている。

【０００４】見る人、例えば医師または放射線技師が感
じる不鮮明さの程度は再生された画像の種類、見る人の
知覚力、画像の取込み特性等に依存することができる。

【０００５】不鮮明さ（また平滑度とも呼ばれる）は、
熱的再生装置の中で起こる熱的効果、例えばプリンター
の感熱ヘッドの部分の熱素子の中の熱分布が原因で生じ
る。また感熱ヘッドの熱素子の温度がゆっくりと増減す
ることによって生じる。多くの場合これらの効果を補償
する装置が備えられているが、依然としてすべての不均
一性を除去することはできない。

【０００６】不鮮明さが起こる原因はなお他にもあるで
あろう。

【０００７】また、ディジタル画像取込み装置によって
取得された画像を再生する場合、ピクセル・マトリック
スを再スケーリング（ｓｃａｌｉｎｇ）する必要がしば
しば生じる。例えば取得されたディジタル画像のピクセ
ル・マトリックスが、ディジタル画像のハードコピーを
つくるための再生装置によって与えられるピクセル・マ
トリックスと合致しないために、画像を再スケーリング
する必要がある。また１枚のフィルムに多数の画像を再
生する場合のようなレイアウト上の要求（しばしば断層
撮影法に応用されるような）に対しても画像の再スケー
リングが必要である。

【０００８】上記の問題、即ち鮮明化と再評価は、従来
法においては別々に取り扱われて来た。

【０００９】鮮明化の技術は公知であり、これによれば
ディジタル画像に対して空間的なディジタル・コンボリ
ューション（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）・フィルターを
かける。画像の鮮明化に使用されるこれらの空間的なデ
ィジタル・コンボリューション・フィルターは、再サン
プリングおよび画像のスケーリングのいずれも行わな
い。

【００１０】このような方法の一例としては、平滑化
（スムージング）用の低域フィルター、例えば平均化フ
ィルター、ガウス・フィルター等を使用する不鮮明マス
ク法がある。

【００１１】他の例としては、ラプラス・フィルターま
たはガウス・フィルターのような高域フィルターをかけ
る場合がある。

【００１２】また、或る画像の元のピクセル・マトリッ
クスのピクセルの間に中間的なピクセルをつくるため
に、例えばスケーリングされた画像のような画像に対し
ディジタル的に空間的な内挿コンボリューション操作を
行うことを基礎とした画像処理法も従来法において公知
である。

【００１３】このような方法の一例は高分解能３次スプ
ライン内挿法（ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｃｕ
ｂｉｃ ｓｐｌｉｎｅ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）
と呼ばれている。

【００１４】しかしこの画像は、鮮明化を行う他に、し
ばしば再スケーリングが必要である。

【００１５】従来法を適用する場合、この両方の問題は
別々に、即ち逐次的に取り組む必要がある。従って従来
の解決法では計算に費用がかかり、大量の処理時間を必
要とし、従って医師が検査後診断を行うために出来るだ
け速くハードコピーの表示を欲しがっているような医学
的な画像に使用するのには適していない。

【００１６】

【発明の目的】従って本発明の目的は、簡単に行うこと
ができ、大量の処理時間を必要としない画像を鮮明化し
且つ再スケーリングする方法を提供することである。

【００１７】本発明の他の目的は、異った種類の画像並
びに使用者の好みに容易に適合させることができる上記
方法を提供することである。

【００１８】本発明のさらに他の目的は、医学的な画像
の要求に適合した上記鮮明化および再スケーリング法を
提供することである。

【００１９】本発明のさらに他の目的は下記の説明から
明らかになるであろう。

【００２０】

【発明の概要】本発明の上記目的は特許請求の範囲請求
項１記載の方法により達成される。

【００２１】本発明方法は、信号のディジタル表現によ
って与えられる画像に適用することができる。

【００２２】本発明方法は特に医学的画像に応用するた
めに開発されたものであるが、画像の鮮明化を必要と
し、また画像のスケーリングを変えること、即ち再スケ
ーリングが望まれるすべての種類の画像に適用すること
ができる。

【００２３】本発明方法はソフトウエアとして、またハ
ードウエアとソフトウエアとが混じった具体化例として
実装することができる。

【００２４】本発明方法は画像の鮮明化と再サンプリン
グ法とを組み合せて簡単に実装することができる。病院
のような医学的環境下においては、医師は検査後出来る
だけ速くハードコピーの画像について診断出来ることを
望んでいる。従って乾式画像システムような速いハード
コピーシステムを用い、また従来法に比べて計算が安価
に行える本発明方法のような速く動作する画像処理シス
テムを使用するように注意がなされている。本発明方法
は速く且つ正確に増強した画像を与え、従って医学的環
境下で使用するのに非常に良く適している。

【００２５】本発明方法では、例えばエイリアシング
（平滑度の低下、ａｌｉａｓｉｎｇ）、オーバーシュー
ト（ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ）、コンツアリング（ｃｏｎｔ
ｏｕｒｉｎｇ）等による望ましくない人為的な生成雑音
は導入されない。従って本発明方法は診断に悪い影響を
与えない。

【００２６】本発明方法では一次元または二次元のいず
れかのカーネル（ｋｅｒｎｅｌ）を使用する。

【００２７】二次元のカーネルを使用する場合には、画
像をフィルターに１回通すだけでよいが、一次元のカー
ネルを使用する場合には２回フィルターに通し、二次元
の画像に対しては例えば１回目は水平方向のフィルター
にかけ、２回目は垂直方向のフィルターにかける。

【００２８】好適具体化例においては、（ダウンロード
可能な）コンボリューション表を使用し、画像の処理特
性を種々の種類の画像または使用者の好みに容易に合わ
せることができる。

【００２９】本発明に従えば、第１の組のカーネルの値
をもつ一つのカーネルを用いてコンボリューションを行
いと鮮明化された画像が生成するように第１の組のカー
ネルの値を選び、次いで該第１の組のカーネルの値の間
で内挿を行うことによってカーネルの要素が得られる。

【００３０】内挿は３次の関数をベースにして行うこと
が好ましい。好ましくは所望の内挿関数に対する近似が
得られるように、第１のカーネルの値の間で３次のスプ
ライン内挿を行う。所望の内挿関数は関数ｓｉｎ ｘ／
ｘであることが好ましい。

【００３１】この近似が得られるためには、下記の拘束
条件を課さなければならない。

【００３２】− スケーリング因子が１／１の場合、鮮
明化のカーネルの値（第１のカーネルの値）を使用する
必要がある。

【００３３】− 内挿関数はカーネルの中心点の周りで
対称的でなければならない。

【００３４】− 中心点の傾斜は０である。

【００３５】− この関数はすべての点で連続である。

【００３６】− スプラインの端の点におけるスプライ
ンの傾斜は、隣接したスプラインの最初の点における傾
斜に等しくなければならない。

【００３７】例えば線形内挿法（三角関数を用いる）の
ような他の内挿法も使用することができる。しかし３次
のスプライン近似は、診断に悪い影響を与える望ましく
ない効果を導入しないから好適である。

【００３８】

【実施例】図１のブロック図においては、ディジタル信
号表現として与えられた医学的な画像を再生する感熱プ
リンターの種々の動作ブロックが示されている。

【００３９】この感熱プリンターは４個の主ブロック、
即ち数字１で示される感熱印刷ヘッド、数字２で示され
る印刷エンジン機構、印刷エンジン３およびコントロー
ラ４を含んでいる。

【００４０】印刷エンジン機構２は再生材料に対して感
熱ヘッド１を動かす。

【００４１】コントローラ４は画像の取込み、画像の組
み立ておよび画像の処理をコントロールする。この例で
はコントローラ４は種々の入力を受け取る医療ゲートウ
エー・コントローラである。

【００４２】印刷すべき画像は二つの方法で医療ゲート
ウエー・コントローラに供給することができる。即ちデ
ィジタル画像表現はネットワーク入力５を介するか、ま
たは点と点を結ぶ入力６を介して供給される。

【００４３】点と点とを結ぶ入力は単一の外部画像取込
み装置、例えばＣＴ装置、ＵＳ装置等と連結した入力で
ある。ここに挙げた例ではこのような４個の入力が備え
られており、この入力はアナログまたはディジタルの画
像入力であることができる。この点と点とを結ぶ入力は
医療ゲートウエー・コントローラの一部である画像取込
み区域７に連結されている。

【００４４】取込み区域７またはネットワーク入力５を
介して入力された画像は緩衝区域８に一時的に保存さ
れ、さらに組立ておよび画像処理区域９に送られる。

【００４５】画像処理区域９では所望のレイアウトがつ
くられ、本発明の画像処理、即ちスケーリングと内挿と
が組み合わせて行われる。

【００４６】この目的に対して、下記にさらに記載する
方法で決定されるコンボリューションのカーネルを用い
て画像に対し２回コンボリューションが行われる。２回
目のコンボリューションに対しては１回目のコンボリュ
ーションを行った位置に関し画像を９０°回転させる。

【００４７】処理した画像を次に印刷エンジン３に送
る。印刷エンジン３は画像補償区域１０および印刷エン
ジン・コントロール区域１１からなっている。

【００４８】近傍に対する補償のような画像補償区域１
０で行われる補償操作は、例えばヨーロッパ特許明細書
Ａ−６２７ ３１９号に記載されている。

【００４９】またプリンターの中でのフィルム取り扱い
に必要なコマンドは印刷エンジン・コントロール１１で
発せられる。

【００５０】画像処理装置９における画像処理は主とし
てハードウエアで行われる。ハードウエアの画像処理促
進回路は下記のＨＩＰ（ハードウエア画像処理機）の所
で説明する。

【００５１】図２はＨＩＰの構成を模式的に示す。

【００５２】このＨＩＰは基本的には入力ライン・バッ
ファー１２、状態およびコントロール・レジスター１
３、画像スケーリングおよび内挿シークエンサー１４、
および出力ライン・バッファー１５から成っている。

【００５３】ＨＩＰの状態およびコントロール・レジス
ター１３および入力バッファー１２並びに出力バッファ
ー１５は、埋め込まれたコンピュータのメモリー・マッ
プの中に割り当てられている。

【００５４】入力および出力バッファーは先入れ先出し
バッファー（ＦＩＦＯ）として構成されている。

【００５５】コントロール・レジスターにより再生画像
の中のライン１本当たりのピクセルの数、コンボリュー
ションの値、ズームの割合等のようないくつかのパラメ
ータが設定される。

【００５６】このシステムは画像ラインを基準として動
作し、ライン１本当たりのピクセルの数（入力および出
力）はプログラム可能である。

【００５７】シークエンサー１４においては、入力およ
び出力のＦＩＦＯ（先入れ先出し）バッファーの間のデ
ータの流れが処理される。入力ＦＩＦＯライン・バッフ
ァーに格納されたデータはシークエンサーにより必要な
分解能において一連のピクセル流に変換される。次いで
このデータは出力ＦＩＦＯライン・バッファーに書き込
まれる。入力と出力とのクロックの割合は内挿（スケー
リング）因子に依存している。

【００５８】本発明に従えばスケーリングおよび内挿は
単一のプログラム可能なコンボリューションのカーネル
を用いて行われる。この具体化例の場合カーネルは８×
１６個の値を含んでいる。各入力ピクセル間の距離を１
５個のサブサンプリング点に分割する。

【００５９】シークエンサーの動作は基本的には次の通
りである。シークエンサーは先ずラインの長さ、ズーム
比、コンボリューション係数等のパラメータに値を与え
ることにより初期化を行う。次いでシークエンサーの操
作が開始される。外部の入力ライン・バッファーが埋ま
っている場合、シークエンサーは入力ラインを読み初
め、本発明方法を適用して新しいピクセル値を計算し、
結果を出力バッファーに格納する。入力バッファーが空
になり出力バッファーが埋まるまでこの操作を続ける。
この状態の変化は画像処理機によって監視される。

【００６０】入力バッファーが再び埋まり出力バッファ
ーが空になると直ぐシークエンサーの操作が再開され
る。このようにして入力バッファーがもはや埋まらなく
なった時、一連の内挿操作は画像の最後のラインの終端
の所で終了する。

【００６１】本発明の画像処理を行うためには、画像を
２回ＨＩＰに通す。最初のスケーリングと内挿は第１の
方向、例えば画像の水平方向において行う。２回目の際
には画像を９０°回転させてＨＩＰに供給し、垂直方向
のスケーリングおよび内挿を行う。

【００６２】二次元の過程を水平および垂直の過程に分
割する場合、一次元のコンボリューション・ベクトルが
必要である。

【００６３】この例においてはコンボリューション・ベ
クトルは８×１６個の値から成り、これは次のようにし
て計算される。先ず、画像に適用した場合画像を鮮明化
する８個のカーネルの値の組を決定し、次いでいわゆる
第１の組の間で内挿を行う。

【００６４】次の例によってこの方法を例示する。

【００６５】元の画像ベクトルはＶ_org＝（００００１
０００）である。

【００６６】平均の平滑化したベクトルは Ｖ_smooth＝（０.１２５ ０.１２５ ０.１２５ ０.１２５ ０.１２５ ０.１２５ ０.１２５ ０.１２５） である。

【００６７】因子： ｋ＝０．７５。

【００６８】鮮明化フィルターにより定義される値はＶ
_sharpによって定義される。

【００６９】この時、鮮明化画像ベクトルは Ｖ_sharp＝（−０.０９４ −０.０９４ −０.０９４ −０.０９４ １.６５６ −０.０９４ −０.０９４ −０.０９４） に等しい。内挿値は３次のスプライン近似によりこの８
個の値を通るｓｉｎ ｘ／ｘに似た関数を描くことによ
って得られる。

【００７０】対称性のため４個のセグメントを計算する
だけで良いことを注意しておく。

【００７１】 ＊ 第１のセグメント、間隔 ０ ．．１ ｙ¹＝ａｌ.ｘ³＋ｂ１.ｘ²＋ｃ１.ｘ＋ｄ１ ｄｉ＝ｖ０ ...ｘ＝０に対する値 ｃ１＝０ ...傾斜はｘ＝０に対し０ ａ１＋ｂ１＋ｃ１＋ｄ１＝ｖ１ ...ｘ＝１に対する値 ６.１.ａ１＋２.ｂ１＝０ ...ｘ＝１に対する変曲点 ＊ 第２のセグメント、間隔 １ ．．２ ｙ²＝ａ２.ｘ³＋ｂ２.ｘ²＋ｃ２.ｘ＋ｄ２ ａ２＋ｂ２＋ｃ２＋ｄ２＝ｖ１ ...ｘ＝１に対する値 ３.ａ１.１²＋２.ｂ１.１＋ｃ１＝３.２.１²１＋２.ｂ.２.１＋ｃ２ ...２個のセグメントの傾斜は ｘ＝１において等しい ａ２.２³＋ｂ２.２²＋ｃ２.２＋ｄ２＝ｖ２ ...ｘ＝２に対する値 ６.２ａ２＋２.ｂ２＝０ ...ｘ＝２に対する変曲点 ＊ 第３のセグメント、間隔 ２ ．．３ ｙ³＝ａ３.ｘ³＋ｂ３.ｘ²＋ｃ３.２＋ｄ３ｖ−２ ａ３.２³＋ｂ３.２²＋ｃ３.２＋ｄ３＝ｖ２ ...ｘ＝２に対する値 (３.ａ３.２²＋２.ｂ３.２＋ｃ３）.Ａ＝３.ａ２.２²＋２.ｂ２＋ｃ２ ...２個のセグメントの傾斜は ｘ＝２において等しい ａ３.３³＋ｂ３.３²＋ｃ３.３＋ｄ３＝ｖ３ ...ｘ＝３に対する値 ６.３.ａ３＋２.ｂ３＝０ ...ｘ＝３に対する変曲点 ＊ 第４のセグメント、間隔 ３ ．．４ ｙ⁴＝ａ４.ｘ³＋ｂ４.ｘ²＋ｃ４.ｘ＋ｄ４ ａ４.３³＋ｂ４.３²＋ｃ４.３＋ｄ４＝ｖ３ ...ｘ＝３に対する値 ３.ａ３.３²＋２.ｂ３.３＋ｃ３＝３.ａ４.3²＋２ｂ４.３＋ｃ４ ...２個のセグメントの傾斜は ｘ＝３において等しい ａ４.４³＋ｂ４.４²＋ｃ４.４＋ｄ４＝０ ...ｘ＝４に対する値 ３.ａ４.４²＋２.ｂ４.４＋ｃ４＝０ ...傾斜はｘ＝４に対して０ ＊ カーネルの半分に対する内挿点

【００７２】

【表１】

【００７３】図３は純粋なｓｉｎ ｘ／ｘ関数、並びに
本発明方法を適用して得られたカーネル（種々のセグメ
ントに対するカーネルの値）の半分に対する内挿点を示
す。

【００７４】本発明の主な特徴および態様は次の通りで
ある。

【００７５】１．画像を再サンプリングし鮮明化する画
像処理法において、再サンプリングと鮮明化とが同時に
得られるように選ばれたカーネル要素を有する離散した
（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）有限のコンボリューション・カー
ネルを用いて該画像のコンボリューションを行う方法。

【００７６】２． − 第１の組のカーネル値をもつカ
ーネルにより画像のコンボリューションを行うと鮮明化
された画像が生成するようにカーネル値の第１の組を選
び、 − 第１の組のカーネル値の間で内挿を行う工程により
該カーネル要素が得られる上記第１項記載の画像処理
法。

【００７７】３．内挿は、該第１の組の要素を通る内挿
関数を描くことによって行われる上記第２項記載の画像
処理法。

【００７８】４．内挿は、該第１のカーネル要素を通る
該内挿関数の３次のスプライン近似を適用することによ
り行われる上記第３項記載の画像処理法。

【００７９】５．該内挿関数は１種のｓｉｎ ｘ／ｘ関
数である上記第３項記載の画像処理法。

【００８０】６．該カーネル要素はコンボリューション
閲覧表の中に格納されている上記第１項記載の画像処理
法。

【００８１】７．該コンボリューション・カーネルは一
次元のカーネルであり、該画像に対して２回コンボリュ
ーションを行い、２回目は１回目に関して９０°回転さ
せて行う上記第１項記載の画像処理法。

【００８２】８．該画像が医学的画像である上記第１〜
７項記載の画像処理法。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用し得る感熱プリンターの動作要素
を例示する全体的なブロック図。

【図２】本発明方法を実施する信号処理装置の構成と動
作を示す図。

【図３】純粋なｓｉｎ ｘ／ｘ関数および内挿点（カー
ネルの半分に対し）のグラフ表示。

【符号の説明】

１ 感熱ヘッド ２ 印刷エンジン構造 ３ 印刷エンジン ４ コントローラー ５ ネットワーク入力 ９ 画像処理区域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像を再サンプリングし鮮明化する画像
   処理法において、再サンプリングと鮮明化とが同時に得
   られるように選ばれたカーネル要素を有する離散した有
   限のコンボリューション・カーネルを用いて該画像のコ
   ンボリューションを行うことを特徴とする方法。