JPS6060061B2 - 画像処理システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、物理的な状態が位置によつて異なる媒体を
パルス波により極座標走査してその媒体の状態を画像表
示する画像処理システムに関する。

この種の画像処理システムの具体的な例として、セクタ
走査型超音波診断装置が知られている。

これは体内に発射される超音波パルスを扇状に偏向させ
て、セクタ走査と呼ばれる極座標走査を行なつて体内の
状態を示す断層像の画像信号を取出し表示するもので、
特に肋骨の間から超音波゛パルスを発射して走査を行な
えるため、主に心臓の断層像を表示するものとして活用
されている。ところで、一般に画像処理システムにおけ
る表示フォーマットとしては、テレビジョンフォーマッ
トが最適である。第１に、多様のテレビジョン関連機器
を直接接続してその機能を活用てきる特に比較的安価な
ＶＴＲを用いて画像を任意に記録し再生できる、第２に
テレビジョンモニタは多くの分野で用いられていて表示
装置としての信頼性が高い、等がその理由である。さて
、前述した極座標走査により得られる画像信号をテレビ
ジョンモニタで表示するには、走査変換という処理が必
要である。

この処理を行なうためのスキャンコンバータとして種々
のもｄ力く考えられているが、その一つとしてディジタ
ルメモリを画像メモリに用いたディジタルスキャンコン
バータについて説明する。第１図はテレビジョンモニタ
１画面分の画像信号データを蓄積することのできる画像
メモリを模式的に示したもので、Ｘ（行）座標とＹ（列
）座標とて表現される直効座標からなるアドレスを持つ
多数の画素領域（セル）を、持つている。

この場合、テレビジョンモニタの走査線数５２５本に適
合するようＸ，Ｙ両方向のセルの数は５１？度とするの
が適当である。また、各セルは各画素の画像信号データ
を階調表現する必要から、４ビットまたは５ビット程度
とすることが多い。この画像メモリからのデータの読出
しは、テレビジョンモニタの走査に同期し、かつこの走
査と同様な走査方式（テレビジョン走査方式）に従つて
行なわれる。

すなわち、テレビジョンモニタのある走査線上に表示す
べきデータを読出すときには、Ｙ座標がその走査線に対
応した値に固定された状態で、Ｘ座標がテレビジョンモ
ニタでの掃引に応じて１つずつインクリメントされるこ
とにより、各アドレスの内容が順次読出される。このよ
うにして画像メモリから読出されたデータ列は、ＤＩ八
変換器でアナログ化され、テレビジョンモニタへ入力さ
れる。なお、スキャンコンバータとしての機能を果たす
ためには、画像メモリの書込みおよび読出し動作が見か
け上独立である必要があるが、これはこれらの各動作を
時分割で高速に切換えるとにより達成できる。一方、こ
の画像メモリに書込むべき画像信号データは、極座標走
査により得られる画像信号、先の例ではセクタ走査によ
るパルス波の各反射信号を、ＡＩＤ変換器で一定周期で
サンプリングしディジタル化することによつて得られる
。

これらの画像信号データを画像メモリに書込むためには
、各データを書込むべきアドレス、つまりＸＹの両座標
を指定する必要があるが、それらはそのデータが得られ
た極座標走査における偏向角と、そのデータのサンプリ
ングの時間位置（これは反射信号を画像信号として取出
す場合、パルス波の発射時点から反射信号が受信される
迄の時間に対応する）、つまりそのデータがその偏向角
で得られた一連のデータ中の何番目のものであるかとい
うことによつて、計算で求めることができる。第２図は
このようにして画像メモリに画像信号データが蓄積され
る様子を模式的に示したもので、斜線部が極座標走査に
おけるθＩ，Ｏｉ＋１という偏向角の走査によつて得ら
れる画像信号データが書込まれるべきアドレスを示して
いる。そして、これらの各アドレスに画像信号がその振
幅に応じた階調性を持つたデータとして書込まれ、これ
が先に説明したようにテレビジョン走査方式で読出され
てテレビジョンモニタで表示される。ここに、２つの問
題が生じる。

第１には、画面上で一体の斜めの線として表示されるべ
き部分が、画像が画素によつて構成されることから、連
続した一本の線としては表現されないことであり、第２
には、極座標走査のパターンが遠方ほど広がつてその走
査線が荒くなり、画像メモリ内で画像信号データが書込
まれないアドレスが生じることである。その結果として
、最終的にテレビジョンモニタで表示される画像は非常
に品質の悪いものとなつてしまう。このような問題を解
決する方法として、極座標走査の偏向角のピッチを、画
像メモリ内で画像信号データが書込まれないアドレスが
生じなくなる程度に小さくするという方法が考えられる
。

しかし、その方法では一枚の画像を構成するのに必要な
時間が長くなり、そのため心臓のような速い動きを伴う
ものを画像化する場合問題となる。この発明は上記した
点に鑑みてなされたもので、その目的はセクタ走査等の
極座標走査により得られる画像信号を、テレビジョンモ
ニタ上に高品質の画像として表示できる画像処理システ
ムを提供するにある。まず、この発明の概要を説明する
。

前述した問題は、画像メモリ内て画像信号データが蓄積
されていないアドレス（セル）を等価的になくすことに
よつて、解決することができる。この場合、先に述べた
ような極座標走査の偏向角のピッチを小さくするといつ
た方法をとらずに、このような画像信号データのないア
ドレスを等価的になくす方法としては、そのアドレスを
囲むアドレスに蓄積されているデータを基に、そのアド
レスに書込むべきデータ、いわゆる補間データを近似的
に得て、それを画像メモリから読出されるデータ列の、
そのアドレスの内容が読出される位置に挿入する、とい
うのが妥当である。ところで、このような補間処理を行
なう場合、補間データを挿入すべき位置、つまり画像メ
モリ内の画像信号データが蓄積されていないアドレスを
いかに検出するかが問題となる。この方法として、まず
考えられるのは、画像メモリから読出されるデータ列を
順次レベル検出器に加え、検出されたレベルがある一定
値以下なら、そのタイミングに対応するアドレスにはデ
ータが蓄積されていないと判定する方法である。しかし
、実際には各アドレスに蓄積されている画像信号データ
の値はすべて一定値以上とは限らず、０に近いものもあ
るので、この方法ではそのようなデータも補間データに
置換してしまうという不都合が生じる。この発明はこの
ような不都合を避けるため、極座標走査により得られる
画像信号をディジタル化ｒるためのＡＩＤ変換器の入力
または出力にその１量子化レベル以上のレベルに対応す
るバイアスを加算し、画像メモリから読出されるデータ
列のディジタル値が１量子化レベル以上のレベルに対応
する値か否かにより、上記データ列の画像信号データが
蓄積されていないアドレスの内容が読出される位置を検
出して、その位置に補間データを挿入するようにしたも
のである。以下、この発明を実施例により詳細に説明す
る。

第３図はこの発明をセクタ走査型超音波診断装置に適用
した一実施例を示したものである。

図において、１は超音波プローブであり、多数の超音波
振動子を一列に配列したアレイ振動子によつて構成され
ている。この各振動子を駆動するタイミングをコントロ
ールすることによつて、超音波プローブから体内に発射
される超音波パルスのビームが扇状に偏向され、いわゆ
るセクタ走査が行なわれる。送受信回路２は超音波プロ
ーブ１の各振動子をシステムコントロール１０からの、
超音波パルスの発射タイミングを決める一定周期のパル
ス信号と偏向角を決めるデータとに従つて駆動するとと
もに、各振動子で受波された体内各部からの反射波を電
気信号に変換し、画像信号として取出す。超音波プロー
ブ１の１回の超音波パルスの発射によつて送受信回路２
から取出される一連の反射波信号（画像信号）は、加算
部３を介してＡＩＤ変換器４に入力されるシステムコン
トローラ１０からのサンプリングクロックパルスに従い
逐次一定の周期でサンプリングされて、ディジタル化さ
れる。

ここで、加算部３はＡＩＤ変換器４に入力される画像信
号に対し、このＡＩＤ変換器４の１量子化レベル以上、
好ましくは１量子化レベル以上、２量子化レベル未満に
相当するバイアス電圧■８を加算するものである。

ＡＩＤ変換器４でディジタル化された画像信号データは
、システムコントローラ１０の制御下で、画像メモリ５
に順次書込まれ蓄積される。

この場合、前述したように１つ１つの画像信号データが
書込まれる画像メモリ５内の直交座標からなるアドレス
は、そのデータが得られるときの極座標走査（セクタ走
査）における偏向角と、ＡＩＤ変換器４でのサンプリン
グの時間位置とによつて決まり、それらのアドレス情報
はシステムコントローラ１０から画像信号データの入力
に同期して画像メモリ５に与えられる。この画像メモリ
５の内容は、テレビジョン走査方式によつて読出される
。

すなわち、全てのアドレスの内容が画像信号データの有
無に関係なく順次読出される。こうして画像メモリ５か
ら読出されたデータ列は、補間処理部７に入力され、こ
こで画像メモリ５から画像信号データが蓄積されていな
いアドレスの内容が読出される位置に、補間データが挿
入される。

この場合、画像メモリ５から読出されるデータ列におい
て、画像信号データのない部分、つまり画像信号データ
が蓄積されていないアドレスの内容が読出される位置は
、レベル検出部６によつて検出される。

すなわち、画像メモリ５には前述したようにセクタ走査
における偏向角とＡＩＤ変換器４でのサンプリングの時
間位置とによつて定まるアドレスのみ画像信号データが
書込まれているが、それらのデータは、加算部３１で１
量子化レベル以上のレベルに相当するバイアス電圧■Ｂ
が加算された画像信号ＡＩＤ変換器４によりディジタル
化されたものであるため、必らずＶＢに対応するディジ
タル値以上の値、つまり２進数で１以上の値を持つてい
る。一方、画像メモリ５の画像信゛号データが書込まれ
なかつたアドレスには、ＶＢ相当分のディジタル値さえ
も書込まれないので、そのアドレスの内容は０である。
レベル検出部６はシステムコントローラ１０の制御下で
画像メモリ５から読出されるデータ列のディジタル値を
その読出しに同期してチェックし、その値がＡＩＤ変換
器４の１量子化レベル以上のレベルに対応する値か否か
を判定して、否つまりＯの場合は画像信号データの蓄積
されていないアドレスの内容が読出されたとして、補間
処理部７にその旨を示す情報例えば“゜０゛を送出し、
それ以外の場合は“゜１゛を送出する。補間処理部７は
このレベル検出部６からの情報に従つて、画像メモリ５
から読出されたデータ列に補間処理を行なう。補間処理
部７は例えば線形近似によつてデータの補間を行なうが
、これはこの実施例の場合、Ｘ方向（テレビジョン走査
の走査方向）の一次元の線形近似で十分である。

すなわち、超音波プローブ１から発射される超音波パル
スのビーム幅は、現在の技術レベルではその進行方向の
パルス幅ほどには細くすることができないため、得られ
る画像の分解能は超音波の進行方向の分解能（距離分解
能）に比べ、それと直角方向の分解能（方位分解能）の
方が悪い。このことはある点の画像の濃度が、超音波の
進行方向における近傍の画像濃度とよりも、その直角方
向の近傍の画像濃度とより相関が大きい、ということを
示している。換言すれば、画像メモリ５内の１つ１つの
アドレスに蓄積されるべきデータには、それとＹ方向で
隣接するアドレスのデータとの相関よりも、Ｘ方向で隣
接するアドレスのデータとの相関の方が大きい、という
ことを意味する。従つて、このような場合の補間処理は
Ｘ方向の一次元の線形近似によつて良質の画像が得られ
る。このような補間処理部７の具体的な構成例を第．４
図に示す。

図において、端子Ｔ１には画像メモリ５から読出された
データ列が入力され、このデータ列の各データは、画像
メモリ５からのデータの読出しに同期して端子Ｔ２に入
力されるクロックパルスによつてまず第１のラッチ１１
に蓄積さ．れる。第１のラッチ１１の内容は、さらに次
のクロックパルスにより第２のラッチ１２に転送され、
そのとき同時に第１のラッチ１１には次のデータが蓄積
される。端子Ｔ１への入力データαと第２のラッチ１２
の出力データγとは、加算平均一部１３に入力され、そ
れらの加算平均値が求められる。今、第５図に示すよう
にデータαおよびγが、画像メモリ５内でＹ座標が同一
のアドレス、すなわちテレビジョン走査の同一走査線に
位置する画像信号データであつて、画像メモリ５のこれ
ら２つのアドレスの間のアドレス（Ｘｍ，Ｙｎ）には画
像信号データが蓄積されていないとする。

この場合、画像メモリ５から読出されるデータ列の、こ
のアドレス（Ｘｍ，Ｙｎ）の内容が読出される位置に補
間データとして挿入して、あたかも初めからアドレス（
Ｘ．．，Ｙｎ）に蓄積されていたものとして表示すべき
画像信号データは、加算平均部１３ａの出力データであ
る（α＋γ）／２となる。一方、画像メモリ５の上記ア
ドレス（Ｘｍ，Ｙｎ）に画像信号データが蓄積されてい
る場合は、第１のラッチ１１の出力データβが表示すべ
きデータとなる。これら（α＋γ）／２，βのいずれの
データを表示すべきデータとして出力するかは、端子Ｔ
３に入力されるレベル検出部６からの情報に基いて、セ
レクタ１４によつて選択される。すなわち、レベル検出
部６から読出される情報は、画像メモリ５より直前に読
出されたアドレスの画像信号データの有無を示している
から、この情報は第１のラッチ１１の出力データβと対
応している。そして、セレクタ１４はセクタパターンメ
モリ５より端子Ｔ３に入力される情報“０゛の場合は、
そのときの第１のラッチ１１の出力データβは画像メモ
リ４の画像信号データが蓄積されていないアドレスから
読出されたもの（従つてそのデータ値はＯてある）とし
て、加算平均部１３の出力データ（α＋β）／２を選択
し、補間データとして出力する。また、端子Ｔ３に入力
される情報が゜゜１゛のときは、そのときの第１のラッ
チ１１の出力データβは画像メモリ４の画像信号データ
が蓄積されているアドレスから読出されたものとして、
セレクタ１４はこのデータβを選択してそのまま出力す
る。このようにして、補間処理部７で画像メモリ５から
読出されるデータ列の画像信号データの欠如した位置に
、補間データが挿入される。

この補間処理部７からの出力される画像信号データは、
システムコントローラ１０の制御下でＤＩＡ変換器８で
アナログ化され、さらにシステムコントロール１０から
供給されるテレビジョン走査のための同期信号と混合さ
れた後、テレビジョンモニタ９に供給される。こうして
テレビジョンモニタ９で体内の状態を示す画像、すなわ
ちセクタ走査による断層像が表示される。この場合、表
示される画像は、セクタ走査の遠方かつ側方の部分にお
いても、補間データに基く画像の補間によつてボケを生
じることがなく、全体として非常に高品質で見易いもの
となる。なお、上記実施例では画像メモリ５の画像信号
データが書込まれないアドレスの内容は２進数で０とし
たが、ＡＩＤ変換器４においてデータの゜“１゛と“０
゛を反転して画像メモリ５に書込む場合は、データが書
込まれないアドレスにはデータを表現するビット数で表
わすことのできる最大のディジタル値を予め書込んでお
けばよい。

また、上記実施例においてはバイアスをＡＩＤ変換器４
の入力に加算しているが、ＡＩＤ変換器４の出力に１量
子化レベル以上のレベルに対応するディジタル値、例え
ば２進数で１以上の値を加算しても全く同じ結果が得ら
れる。また、この発明はセクタ走査型超音波診断装置に
限定されるものではなく、一般に極座標走査により得た
画像信号をディジタルスキャンコンバータを介してテレ
ビジョンモニタで画像表示するものに適用が可能である
。

さらに、この発明における補間処理の具体的な方法は、
第４図および第５図を用いて説明した加算平均値を補間
データとする方法に限らず、重み，付け加算その他の種
々の線形近似による補間処理を用いることができ、場合
によつては画像メモリのデータのないアドレスと例えば
ｘ方向で隣接するアドレスに蓄積されているデータをそ
のまま補間データとして用いることも可能である。

以上説明したように、この発明によればセクタ走査等の
極座標走査によつて得られる画像信号を直交座標からな
るアドレスを持つ画像メモリに蓄積した後、テレビジョ
ン走査方式で読出してテレビジョンモニタに表示する場
合、特に極座標走査の遠方に対応する部分で走査が荒く
なることによて生じるデータの欠如を補間し、高品質の
画像を表示することができる。

特に、この発明ではＡＩＤ変換器の入力または出力に１
量子化レベル以上のレベルに対応するバイノアスを加算
した上で、画像メモリから読出されるデータ列のディジ
タル値を判定することによつて、画像信号データが蓄積
されていないアドレスの内容が読出される位置を誤りな
く確実に検出することがでくるため、補間処理をデータ
の欠如した位置にのみ正しく行なえる利点がある。

なお、この発明においては上記バイアス相当分のディジ
タル値が画像メモリに書込まれる画像信号データが重畳
されるため、濃淡画像を表現する階調数が減少するが、
それは例えばデータが５ビットで表現されるとすれば、
３沸皆調が３１階調になるという程度であり、実用上ほ
とんど問題とならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は直交座標構成の画像メモリを模式的に示す図、
第２図は上記画像メモリにセクタ走査における２本の走
査線の画像信号データが書込まれる様子を示す図、第３
図はこの発明の一実施例に係る画像処理システムの構成
を示す図、第４図は同実施例における補間処理部の具体
的な構成例を示す図、第５図は同実施例における補間処
理態様を説明するための図てある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 物理的な状態が位置によつて異なる媒体をパルス波
   により極座標走査する手段と、この走査により得られる
   画像信号をサンプリングしてディジタル化するＡ／Ｄ変
   換器と、このＡ／Ｄ変換器より出力される画像信号デー
   タを前記極座標走査におけるパルス波の偏向角と前記サ
   ンプリングの時間位置とに基いて決定される直効座標か
   らなるアドレスに蓄積しかつその内容がテレビジョン走
   査方式で読出される画像メモリと、この画像メモリから
   読出される画像信号データをアナログ化するＤ／Ａ変換
   器と、このＤ／Ａ変換器の出力を受けて前記媒体の状態
   を画像表示するテレビジョンモニタとからなる画像処理
   システムにおいて、前記Ａ／Ｄ変換器の入力または出力
   にこのＡ／Ｄ変換器の１量子化レベル以上のレベルに対
   応するバイアスを加算する手段と、前記画像メモリから
   読出されるデータ列のディジタル値が前記Ａ／Ｄ変換器
   の１量子化レベル以上のレベルに対応する値か否かによ
   り、上記データ列の前記画像信号データが蓄積されてい
   ないアドレスの内容が読出される位置を検出する手段と
   、この手段により検出された位置に補間データを挿入す
   る手段とを備えたことを特徴とする画像処理システム。