JPS5971563A - 空間フイルタリング装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は画像処理装置等において、画質の改善や強調、
雑音除去、特徴の抽出のために用いらｎる空間フィルタ
リング装置に関し、特に任意の中心周波数の帯域通過フ
ィルタを高速に実現できるものに関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、医用画像に対するディジタル処理が急速に進展し
つつある。例えば造影剤注入前のマスク像と注入後の像
とのサブトラクションを行なうディジタルラジオグラフ
ィにあっては、検出器によって得らｆ′した被写体透過
後のＸ線強度を電気信号に変換し、ディジタル化するこ
とによって画像を得ている。この場合の画像は従来のＸ
線フィルム像に比べて広いダイナミックレンジと高い濃
度分解能をもっている。しかし、こｎらの画像表示に用
いら几るＣＲＴ（陰極線管）やフィルムの濃度分解能は
高々２００グレイレベルと低く、さらに人間の視覚にお
ける濃度分解能は６０グレイレベル程度とさらに低く、
保全体を把握すると共に高い濃度分解能を生かした表示
は困難であった。かかる、理由から低い空間周波数成分
の多いテイジタルラジオグラフイ像では空間フィルタに
よジ高周波成分を強調することにより吸収差の少ない部
分をよシコントラストよく表示できるという効果がちつ
た。また、肺野部を強調したいとか、血管を強調したい
等関心臓器に対応した空間周波数を強調する帯域通過フ
ィルタが画像処理に有効であった。

従来このような空間フィルタとして、６×６マトリクス
による非再帰型フィルタや、２次元フーリエ変換法によ
る周波数領域でのフィルタが用いらｎてきた。６×３マ
トリクスの非再帰型フィルタとは、原画像と６×６のマ
トリクス係数とのたたみ込み積分を行ってフィルタリン
グを行なうものであり、その係数を第１図図示のように
す几ば、その空間周波数特性は次式（１）となる。

Ｈ（ｕ、　、　ｖ　）　＝２Ｃｃｏｓ（ｕ＋ｖ　）＋２
ｂｃｏｓｖ＋２ｃｃｏｓ（ｔｂ　−ｖ）＋２か０５１１
．＋α　・・・・・山・　（１）ここで、　ｆＺ、、ｖ
はそ几ぞ几Ｘ方向、ｙ方向の空間周波数である。この特
性ｆｔｂ軸上で見ｎば次式％式％ この関数は周波数軸に関しｃｏｓ関数となっており係数
ａ　、ｈ　、ｃを適当に選ぶことによＶ第２図のような
特性が実現できる。しかし、この関数は周波数に関し単
調増加（４Ｃ＋２ｂ＞０の場合）、あるいｉ単調減少（
４０＋２１！Ｉ＜ＣＩの場合）であり、いわゆるローパ
スフィルタ（低域通過フィルタ）とバイバスフィルタ（
高域通過フィルタ〕しが笑ｆＪ（テきず、しかもその減
衰特性はｃｏｓＯ形に限定さｎてしまう。

また、周波数領域でのフィルタとして第３図（α）のフ
ローチャートで示さｎるような、２次元フーリエ変換法
を用いたフィルタがあるが、その７−リエ変換アルゴリ
ズムとして通常、ＦＦＴ法（高速フーリエ変換法）が用
いらｎるものの、演算時間が長くかかり、またハードウ
ェア化が容易ではないといった問題があった。同図（ｈ
）はフィルタ関数、同図（Ｃ）は原画像、フィルタ関数
、処理画像全そｎぞｎ示している。

〔発明の目的〕

本発明は前記事情に鑑みて成さｎたものであり、バー十
°ウェア化の容易な、６×３ンイルタを複数回組合せる
ことにより、任意の中心周波数の帯域通過特性を実現す
る高速な空間フィルタリング装置を提供することを目的
とするものである。

〔発明の概要〕

前記目的を達成するために本発明は、原画像を格納して
いる第１の画像メモリと、第１の画像メモリから読み出
さ几るデータに対してサポートサイズ６×６の非再帰型
２次元フィルタリング全行なう第１のフィルタ回路と、
該フィルタ回路からの出力データを格納する第２の画像
メモリと、該第２の画像メモリから読み出さｎるデータ
に対してサポートサイズ６×６の非再帰型２次元フィル
タリングを行なう第２のフィルタ回路と、該フィルタ回
路からの出力データを格納する第６の画像メモリと、任
意の中心周波数を入力して前記第１のフィルタ回路にお
ける周波数特性を決めるための第１の係数値を演算する
と共に、第２のフィルタ回路における周波数特性を決め
る第２の係数値４様ト会ｊヨ一ド沁４月Ｃ対４；右」テ
、右）４上、−左に−７５トｌ々掃→λ４ミんり；ト逸
１５凄−↓ｓＡ歯４彰φＬら１し１１綱糺都１【ン４←
定４□−〔発明の原理説明〕 第４図は本発明の空間フィルタリング装置の原理説明因
である。回内において横＠はＸ方向の空間周波数１Ｌを
示しており、その範囲は直流分に相当する周波数りから
ナイキスト周波数（サンプリング周波数の１／２）に相
当する周波数πまでである。また、縦軸はゲインＨ（ｕ
　ｔ　Ｏ）を示している。今中心周波ｅｆｏがπ／２以
下である場合の帯域通過フィルタを同図（ａ）を参照し
て考えてみる。

周波数ｆ、で１、周波数πで０であるＡωｓｕ十Ｂなる
関数（Ｒ（ｔｔ）は次式（３）で表わさｎる。

この関数へは同図（α）のＫで示さｎる。

また、Ｈ（ｕ、　、　Ｑ　）　−１なる軸に関しへ（！
：線対称になる関数Ｇｚは次式（４）で表わさ１″Ｌる
。

Ｇ２”２　　Ｇ１ この関数Ｇ２は同図（α）のに′で示さｎる。

次にｂ　Ｇｌと０２との積は周波数ｆ、において次式（
５）％式％ （５） また、そｎ以外の周波数では次式（６）となる。

ＧＩＣｆ）Ｇ２Ｃｆ）　−１−（（Ｒ（ｊ）−１）”−
ＣＩ（ｆ〆ｆｏ）・・・・・・・・・（６） すなわち、同図（ｂ）のＬで示すような中心周波数ｆ、
なる帯域通過フィルタ特性が実現さｎる。

また、同図（Ｃ）に示すように中心周波数ｆ、が一以上
の場合には次式（７）で表わさ几る関数ｑが得ら几る。

すなわち、この関数は周波数０で０、周波数ｆ。

で１となる同図（Ｃ）のＭで示さｆる。

また、Ｈ（ＴＬ、Ｑ）＝１なる軸に関し偽と線対称とな
る関数０２は次式（８）で表わさｎる。

このような関数０２は同図（Ｃ）のノＷ’で示さ几る。

次にＧｌと０２の積を用いると前述の場合と同様に同図
（ｄ）のＮで示さ扛る帯域通過特性が得らｎる。

〔発明の実施例〕

上記原理を実現するための装置のシステムブロック図を
第５図に示して説明する。

同図において２は第１の画像メモリであり、例えばＸ方
向が２５６．　ｙ方向が２５６の濃淡方向８ビツトの画
像が記憶さｎている。１は指足さｎた中心周波数ｆ、に
対応する２つの６×６フイルタ回路６．５の係数αＩｓ
　”Ｉｙ　’１及びα２＋　ｂ２ｔ　’２を演算するた
めの演算回路であり、ｆｏが入力さ几ると各係数が出力
さｎる。６は６×６フイルタ回路（以下第１のフィルタ
回路）であり、演算回路１から出力さｎた係数”１　ｔ
　ｈｌ　＋　’１にｊ、Ｑ定まる次式（９）　、　（１
０）％式％ を有し、画像メモリ２から画像データを読出し、フィル
タリング演算を行い、結果を第２の画像メモリ４へ出力
する。５は６×３フィルタ回路（以下第２のフィルタ回
路）であり、第１のフィルタ回路６と同様の構成を有し
、演算回路１から出力さ几た係数α２ｖ　ｂ２ｅ　’２
により足まる次式ａυ、（１ｚのような周波数特性 を有し、′第２の画像メモリ４から画像データを読み出
しフィルタリング演算を行ない、結果全果６の画像メモ
リ６へ出力する。７は表示装置である。

以上のように、第１と第２のフィルタ回路３゜５を介す
ることによって前述のような特性Ｇ１とＧ２との積に等
しい次式（１３）　、αａで表わさｎる周波数物を有す
るフィルタリング、すなわち中心周波数ｆＯの帯域通過
フィルタリングが行わｎ１結果力；第３の画像メモリ６
に格納さｎ１最終的に表示装置７に表示さｎることにな
る。

第６図は第１のフィルタ回路ろの概略動作を説明するた
めのブロック図である。

一般に６×６フイルタ回路は、入力画像ｋＦｉｇハ出力
画像ｋＧｉ、）とし、係数をαＬ、ノとｊｎば次式（１
５１によってＧが得られる。

Ｇｉ、）　＝α−１．−１Ｆｉ−１．ノーｌ＋αｏ、−
１Ｆｉ、ノー１＋α１９−Ｉ　ＦＬ　＋１　＋　）−１
＋α−１＋　ＯＦｔ””　ｒ　ノ＋”　０＋　ＯＦＬ＋
　７＋ｃｚ１　、ｏＦｉ−Ｈ、）十（Ｌ−１，１Ｆｉ−
１，）＋Ｉ＋ａＯ、Ｆｉ　。

ノ＋１＋α甲Ｆｉ＋１．ノ＋１　　　　”””°゛°　
Ｇ９すなわち、３Ｘ３フィルタ回路はＸ座標、ｙ座標が
そｎぞｎｔ、ノである画素Ｇｉ、ｊｋ演算するために入
力画像Ｆが格納さｎている画像メモリ１から画素Ｆｉ　
、、およびその回りの８画素を読み出し、係数α’Ｊ　
との積和演算を行う。ろ×３フィルタ回路６より出力さ
ｎる信号ＸｉｎおよびＹｉｎは画像メモリ２から画素を
読み出す際のＸ方向およびｙ方向のアドレスを与えるた
めのものであり、読み出さ′ｎ−た画素Ｆは順次、３×
６フイルり回路６に入力さｎる。３Ｘ３フィルタ回路６
で演算さｎた画素Ｇｉ、ｊｔｌ’１画像メモリ４へ格納
さｎる。その際の格納すべきＸ座標、ｙ座標を与える信
号がＸ　ｏ　ｕ　ｔおよびＹｏｔｂｔである。

第７図は前記６×６フイｉり回路乙の具体的回路例を示
すものであり、第８図は雪の動作説明のためのタイミン
グチャートである。

第７図における信号α〜ｍは第８図における波形α〜ｍ
に対応している。信号αは基本クロック（ＣＫ）であり
、カウンタ１ｉｖＣ入力さｎる。カウンタ１１は基本ク
ロックαをカウントし、クロック周期ごとにＱ、１．２
の２ビツトの値を繰り返す出力信号すが得らｎる。信号
すはカウンタ１２へ入力さ扛る。カウンタ１２では信号
ｂ　７５Ｅカウントさｎ、ｂの周期ごとに［１，１，２
の２ビツトの値を繰り返す出力信号Ｃが得ら几る。信号
Ｃはカウンタ１６へ入力さｎる。カウンタ１６では信号
Ｃがカウントさｎｌ　ｃの周期ごとに［１，１，２゜・
・・・・・、２５５の８ビツトの値を繰り返す出力信号
ｄが得らｎる。信号ｄはカウンタ１４へ入力さ几、ｄの
周期ごとにｏ　＝　１９２−・・・・・・、２５５の８
ビツトの値を繰り返す出力信号ｅが得らｎる。信号すと
ｄ−ハ加算器６２で加算さｎ１信号ｆが得らｎる。

また、信号Ｃとｅは加算器６１で加算が行わｎ１信号１
が得らｎる。信号ｆは第６図におけるＸｉルに、信号１
は第６図におけるＹｉｎに相当する。すなわち、Ｘ１ｒ
Ｌ、　Ｙｉｎは演算しようとする点の回りの３×６の領
域を順次走査する。このようＫして１ラインを終了する
と、ｙ方向に１画素移動し、同様の走査を繰ジ返丁。Ｘ
ｉｎ　、　Ｙｉｎは画像メモリの読み出しのためのＸ方
向およびｙ方向のアドレス信号として作用し、こｎによ
り読み出さ几た画素は信号Ｆとしてラッチ回路４１〜４
９に並列に入力さｎる。ラッチ回路４１〜４９に信号Ｆ
が保持さｎるタイミングはシフトレジスタ２２よジ出力
さ几る制御信号ｈ１〜ｈ９により決定さｎる。シフトレ
ジスタ２２の出力は基本クロックに同期した形になって
いる。ラッチ回路４１〜４９にはそｎぞｎＦｃ０．Ｏ）
、Ｆ（１，０）、Ｆ（２ｔＯＬＦ（０，１）、Ｆ（１，
１）、Ｆ（２，１）、Ｆ（０，２）、Ｆ（１，２）、Ｆ
（２，２）が蓄えらｎｌこｎらが出力Ｌ１−’２＋・・
＋ｔ９に現ｎる。レジスタ５１〜５９には予めフィルタ
係数αＯＯ＋α１０ｗ・・・。

α２２が格納さｎているものとする。乗算器６１にはレ
ジスタ５１の出力信号（係数α。０に当る）とラッチ回
路４１の出力信号ｔｔ　（Ｆ（０、Ｏ）に当る）が入力
さｎ乗算が行わ几る。演算に十分な遅延時間の後、乗算
結果は制御信号ｈ９のタイミングでラッチ回路７１に保
持さｎ１信号ノ゛１となる。同様にして、乗算器６２〜
６９により、そｎぞｎＦ（１，０）〜ＦＣ２，２）とα
１゜〜α２２の乗算が行わ几ラッチ回路７２〜７９に結
果が保持さｎる。

各乗算結果は加算器８１〜８８により加算さ几る。

なる積和演算が終了する。その結果はシフトレジスタ２
１の出力信号ｌにより規定さｎるタイミングでラッチ回
路３７に保持さｎ信号ｍが得らｎる。

７７１は６×６フイルタ回路の出力データＧであり、フ
ィルタ処理結果格納用の画像メモリへ接続さｎる。ここ
で、Ｇ’（］−格納すべき画像メモリに対するＸ方向お
よびｙ方向のアドレスＸｏｔＬｔ　、　Ｙｏｕ、ｔはそ
ｎぞｎ２段に継続接続さｎたラッチ回路６６〜６６によ
り制御信号ｈ５　＋　ｈ３　のタイミングでＸｔル、Ｙ
ｉｎをランチすることにより得らｎる。

次に第５図に戻ってその動作を説明する。

第５図に示す演算回路１は、帯域通過フィルタの中心周
波数ｆｏが入力さｎると、２つの３×６フイルタ回路ろ
、５に対する係数値ａＩ、”Ｉ＋’ｌおよびα２ｅ　ｈ
２ｖ　’２が演算出力さ庇る。このときの演算は次のよ
うにして行わｎる。２つの６×３フイルタ回路の周波数
特性が中心周波数ｆ、により上記式０３１、αａで与え
ら扛、各々の６×６フイルタの周波数特性を実現するた
めの係数値が上記式（２）によって次式〇５１．α６）
の関係をもつ関数となる。

ここで例えばαＩ＋ｂｌ＋’ｌを求める際に２つの条件
式しかないので、一義的には足まらない。こ几は空間周
波数特性の方向依存性に関する条件が入っていないため
である。そこでたとえばｃ＝Ｑと′ｆｒシば次式αη、
ｕ８）が得ら几る。

以上のような基本構成の場合には、中心周波のように選
び、その周波数特性を計算すｎば、第２図に示すような
特性が得ら几る（中心周波数ｆ。

を種々変化させた結果を示しである）。同図に示すよう
にこの特性はかなシ清らがである。

しかしながら、処理対象となる画像の特性等によっては
さらに急峻な帯域通過特性によシ、帯域像の抽出を行い
たいという要求が生じる場合がある。

第１０図は本発明の他の実施例を示すものであり、上記
要求に答えるために構成さ几たものである。前記第５図
の構成と比較した場合、第１０図の装置には第１の画像
メモリ２と第１のフィルタ回路６との間に繰り返し回数
指定信号ｎｆ制御信号とするセレクタ８が設けらｎてい
る点で異なっている。このセレクタ８は初め第１の画像
メモリ２内に格納さｎた原画像を出力側に転送するよう
に選択さｎる。その後掲１のフィルタ回路３、第２の画
像メモＩＪ４．第２のフィルタ回路５．第６の画像メモ
リ６を介することによって前述のような帯域通過フィル
タリング処理が行わｎ％第３の画像メモリ６にフィルタ
リング結果が蓄えらｎると、セレクタ８は第６の画像メ
モリ６の出力を第１のフィルタ回路に転送するように切
換ジ、再び帯域通過フィルタリング処理に供さｎる。以
下繰り返し回数指定信号ルによってル回の繰り返しが行
なわｎた後、処理を終了する。この結果、基本構成の周
波数特性をＧとすると、ル回の繰り返し処理の後周波数
特性はＧｎとなり、その中心周波数ｆ、は基本構成と変
らず、減衰特性のみが急峻となる。第１１図（α＞　ｖ
　（ｈ）　９　（Ｃ）はそＩしぞ几前記繰り返し回数ｙ
Ｌｉ２，４，１６と変化させたときの周波数特性を示す
ものである。このよ５ＶＣして、用途に応じて任意の周
波数特性の帯域通過フィルタを選択することが可能とな
る。

〔発明の効果〕

以上詳述した本発明によｎば、ハードウェア化の容易な
６×６フイルタを複数回組合せることにより、任意の中
心周波数の帯域通過特性を実現する高速な空間フィルタ
リング装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置に用いらｎる６×６フイルタの係数
値の説明図、第２図は６×６非再帰型フイルタによって
実現できる種々の空間周波数特性をＷ軸において模式的
に表わした図、第６図は従来のフィルタを説明するため
の図であり同図（α）はフローチャート、同図（ｈ）は
そｎに用いらｎるフィルタ関数のベクトル図９同図（Ｃ
）は各フローにおける処理波形図、第４図（ａ）〜Ｃｄ
）は本１発明の原理説明図、第５図は本発明の一実施例
を示すシステムブロック図、第６図は本発明に用いら几
る６×３フィルタ回路と周辺装置とのインターフェイス
説明図、第７図は本発明に用いらｎる３×３フィルタ回
路の一例を示す具体的回路図、第８図は動作説明のため
のタイミングチャート、第９図は本発明装置によって得
らＩした周波Ｊ！１％性図、第１０図本発明の他の実施
例であってフィルタリングを複数回流ｊ場合のシステム
ブロック図、第１１図（ａ）〜＜Ｃ＞Ｖｉ前記フィルタ
リング回数を変化させたときの周波数特性図である。 １・・・演算回路、　　２・・・第１の画像メモリ、３
・・・第１のフィルタ回路、　　４・・・第２の１ｉｌ
ｉｉｆ家メモリ、５・・・第２のフィルタ回路、　　６
・・・第６の画像メモＨ） 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）原画像を格納している第１の画像メモリと、第１
   の画像メモリから読み出さｎるテークに対してサポート
   サイズ３×６の非再帰型２次元フィルタリングを行なつ
   第１のフィルタ回路と、該フィルタ回路からの出力デー
   タを格納する第２の画像メモリと、該第２の画像メモリ
   から読み出さ几るテークに対してサポートサイズ３×６
   の非再帰型２次元フィルタリングを行なう第２のフィル
   タ回路と、該フィルタ回路からの出力テークを格納する
   第６の画像メモリと、任意の中心周波数を入力して前記
   第１のフィルタ回路における周波数特性を決めるための
   第１の係数値を演算すると共に、第２のフィルタ回路に
   おける周波数特性を決める囃券噸　　゛ 左上、左下に位置する点の値ｆｃとすると、中心周波数
   ｆ。がπ／２ラジアン以下のときなる関係から第１の係
   数値を決定し、 以上の場合には １−ωｓｆ。 なる関係式から第１の係数値を決定し、なる関係式から
   第２の係数値を決定するものであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のグを同じ特性で複数回施すこ
   ｔを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の空間フィル
   タリング装置。