JPS6080373A - デイジタルフイルタ - 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】 本発明はディジタル画像のフィルタに関する。

ディジタル画像のフィルタには一つには低域周波数を除
去または減衰させ相対的に高域周波数を強調するハイ・
母スフィルタおよび低域周波数を強調し、高域周波数を
除去または減衰させるロー　／４’スフイルタさらに低
域周波数も高域周波数も減衰させ、相対的に注目周波数
を強調するバンド・母スフィルタがある。これらフィル
タはディジタル画像の画質を調整し、画像の使用目的に
合致せしめる為に使用する。例えば医用画像の例ではそ
の画夕処理は診断しゃすい画質を得る為に用いられる。

ディジタル画像は画素と呼ばれる量子化式れた２次元空
間上に濃度値を有する。その１例としてＮＸＮ閏の画素
からなるディジタル画像に対するディジタルフィルタ処
理について第１図で説明する。

第１図はＮＸＮ個の画素を有する画像データを示す。

各画素点（Ｉ、Ｊ）でのデータＤ（Ｉ、Ｊ）にフィルタ
リング処理を行う。そのフィルタリング処理を簡便に行
う方法として画素座標点（Ｉ、Ｊ）の周辺データとの畳
み込み積分を行う方法があるこの方法を（０式で示す。

２ ・・・・・・・・・（１） （１）式Ｄ（Ｉ　、Ｊ）は座標点（Ｉ、Ｊ）の画像デー
タを示す。この座標点（Ｉ　、Ｊ）を中心点とじてＮＸ
Ｎの領域のＮ２個の全データに対して重み関数Ｗを積和
演算し、この結果をＮ２で割り原データＤに加え込む事
によりフィルタリング結果Ｑ　（１，Ｊ）を得る。この
手法におけるフィルタリング結果Ｑ（Ｉ、Ｊ）の画質は
右辺における重み関数Ｗおよび重み関数の領域の太き一
１ＪＮによって調整される。

（１）式によれば本方式における積和演算回数はＭ×Ｍ
ＸＮＸＮとなり美大な計算を行う墨にな９現実的ではな
い。そこで（１）式をさらに簡略化してフィルタレ−ジ
ョン処理を行う事がなされる。すなわち（１）式におい
てＷ（ｋ、４）を一定値として（２）式のごとく与える
。

Ｗ（ｋ、ｔ）−＝Ｅ：Ｋ　・・・・・・・・・（２）但
し、Ｋ≧−１ この時のフィルタレ−ジョン処理（１）式ハ次の（３）
式となる。

（３）式によれば（１）式における積和演算のうち積演
算が省略でき加算のみで実施しうるため計Ｊ！量の削減
が可能となる。

（３）式の右辺は座標点（１，Ｊ）を中心点としてＮＸ
Ｎの領域Ｎ２個の全データを総加算し、との総加算値を
Ｎ２で割算し、これによってＮＸＮ個のデータの平均値
をとる。この平均値に定数Ｋを掛算する。定数には平均
値に対する重み係数である。

したがって（３）式の右辺は平均値に重み係数Ｋを掛算
して得られる値を点（Ｉ　、Ｊ）でのデータＤ（Ｉ。

Ｊ）から差し引く。この結果得られるＱ（１，Ｊ）は点
（１，Ｊ）のデータＤ（Ｉ、Ｊ）に対してフィルタリン
グ結果を与える。

（３）式におけるフィルタリング機能を以下に説明する
。

第２図（イ）はＮなる巾のフィルタリング重み関数Ｗｏ
を示す。この関数Ｗｏ　のパワースペクト／Ｌ、　Ｆ（
りを第２図（ロ）に示す。第２図（ｏ）はω＝０の点で
最大値をとり十「の点で０となり以下減衰振動をくり返
す。したがって重み関数Ｗｏ　による費み込み積分すな
わちＮ個のデータの平均処理は空間周波数上ではＯ付近
の低い周波数はそのままとおし、しだいに高い周波数に
なるほど原データを抑圧し±Ｌの所では０となるロー・
母スフイルタ機能を有する。さらにこのＯとなる周波数
は±１の所であるため、Ｎが小さい時は０となる周波数
は高い周波数となり、Ｎが大きい時は低い周波数となる
為、Ｎの犬！！にさでフィルタリング処理の周波数特性
を変える事ができる。

（３）式によればこの第２図（ロ）のオペレーション紹
来を割合を示す値にで原データＤ（Ｉ、Ｊ）に加算する
事となりＫが正の時はロー・母スフィルタとして負の時
はノーイノ臂スフィルタとして機能し、このＮ、！：に
の大きさで収望の画質を得る事ができる。

Ｋが負すなわちノ１イ・母スフイルタとして機能させた
時の例を第３図（イ）、仲）に示す。

第３図０）はに＝−１で且つＮを変更した場合の特性変
化を示し、第３図（ロ）はに＝−Σで且′）Ｎを変更し
た場合の空間周波数上でのフィルタレ−ジョン特性の変
化を示す。Ｎを大きく設定すると（矢印ＮＬで示す）ピ
ーク周波数は全体に低周波方向へ移動し、周波数特性そ
のものが急峻な傾きを示す。Ｎを小さく設定すると（矢
印Ｎｓで示す）ピーク周波数は全体に高周波方向へ移動
し、周波数特性そのものが緩慢な傾きを呈する。（にＫ
を変更することによって低周波の抑圧の程度を変更する
ことができる。第３図０）、（ロ）に示すようにＫが負
の時はフィルタ特性Ｆ（（ロ）は低周波数領域で大きな
減少を示し、高周波数領域では減少が小さく・・イパス
フィルタリング機能を有しＫやＮを変更することによっ
てフィルタリング特性を調整し、所望の画質を得る事が
できる。

第３図Ｈは、Ｎを一定にしてＫを変化させた場合のハイ
・母スフイルタの特性図を示す。Ｋの１直が零から離れ
るに従って、立上りの傾斜は犬となり良好なバイパスフ
ィルタ特性となる。更に、図ではに＝−１の場合でのＮ
を変化させた時の特性を’Ｉ＊’２　＋’Ｓとして示す
。特性ｔ１　＋ｔ２　、’３でのＮの値をＮＩ　＋Ｎ２
　＋Ｎ３とすると、Ｎｓ　＞Ｎ２　＞Ｎ３となる。

第４図（イ）はローフ４スフイルタの特性図であり、Ｋ
＝■の場合でＮを変化させた時の特性図を示す。

Ｎの唾が大きい程、立下りの傾斜が急となる。第４図←
）はＮを一定にしてＫの値を変化させた場合の特性図を
示す。Ｋの値が大きくなるに従って、立下り傾斜は急と
なる。以上の第３図（ハ）第４図０）。

（ロ）は正極片側特性であり、負側片側特性はその対象
となる。

（３）式の計算を実行するには右辺第２項が示すように
Ｎ　Ｘ　Ｎ　＝　Ｎ２回のり０算を必要とする。さらに
（３）式はＭ　Ｘ　Ｍ　＝　Ｎ２個の画素点について実
施する必要がおり一画像のフィルタレ−ジョン像を得る
為にはＮ２Ｘ　Ｎ２回の７１０算を必要とする。エック
ス線像のように微細病変を診断する画像ではＭは１００
０〜４０００、Ｎは１００〜２５００１厘が選ばれる為
この加算回数は１０５〜１０’回になり、（３）式のデ
イソタルフィルタリング処理時間の増大を招く。従来こ
うした処理時間を短縮する為、大規模なノロセッサを使
用したり、Ｎの大きさを小さく設定する事により、Ｎ２
回数の減少をはかる等の方法をとっていた。

本発明の目的はかかる加算回数の大巾な減少をハカリハ
ード構成の容易なディジタルフィルタを提供する事にあ
る。

本発明の要旨は二次元画像のディジタルフィルタとして
ラスクスキャンして入力される画像データに対してフィ
ルタ重み関数の大きさＮＸＩラインの太き式のバッファ
メモリ（ＮＸＮ個の画素を有する）と、ラスク方向の加
算値を格納する一次元うインメモＩＪ　（Ｍ個の画素を
有する）およびＮＸＮ個の画素上のデータの総和値を格
納するレジスタとを設け、入力データの更新に対して一
次元ラインメモリを修正すると同時に、−次元ラインメ
モリ内のデータを用いＮＸＮの総和値を格納するレジス
タを修正して常に総和値を保持せしめ、この総和値を一
定の割合で入力データから加算あるいは減算する事によ
り加算回数を大幅に削減するとともにフィルタ重み関数
の大きさＮに無関係とする墨により処理時間の短縮を行
った事である。

ここで、上記加算とは前述の（３）式説明中の加算を意
味し、この加算を行うとロー・母スフィルタＯ機能を果
す。更に上記減算とは前述の（３）式説明中の減算を意
味し、この減算を行うとノ・イノヤスフィルりの機能を
果す。

第５図は本発明のデイノタルフィルタに人力される画像
データを計測する実施例を示す。この例−ｔ４ＩＸ線フ
ィルム１７をンーザー光で読み取るシステムである。Ｘ
線フィルム１７はローラー１８および１９に支えられロ
ーラー１８に接続されたモーター２０によってラスタ方
向に移動する。レーデ−発振器（発生器）２１から発せ
られたレーザービームはがルパノメータＺうによって回
転振動されるεクー２２によってフィルム向上をライン
状に直線走査せしめられ、ビーム各位置におけるＸ線フ
ィルムの黒化度に従う減弱を受けた後曲面状に成形され
たミラー２４によって光検出６（フォトマルチプライア
）５に導かれ、電気信号に変換はれる。

コントローラー２７はガルバノメータ乙ヲコントロール
し、モーター加の一定速度のフィルム送すに従い、がル
パノメータるを一定時間間隔でドライブするとともにこ
のガルバノメータ乙の一直線走査のうちにアナログデイ
ノタル変僕器２６に一定時間間隔で起動を行いフィルム
面各位置における透過レーザービームの光量をディジタ
ル量に変換し出力ａに与えると共にこのデータの発生タ
イミングを出力すに与える。

第５図に示したようなラスタスキャンしテ得うれたデイ
ソタル二次元画像に対して、本発明のデイノタルフィル
タの実施例を第６図に示す。

このフィルタは第１図に示すようにＭＸＭ個の画素から
成る二次元画像データに対して、ＭＸＭ個（Ｎ＜Ｍ　）
の近傍画素を用いて・・イ・セスフイルンして得られた
デイノタル二次元画像を順次格納する。メモリ１の太き
甥はＭＸＮであり、そのアドレスは（Ｉ　、Ｊ）で与え
ＭＸＭの大きさの画像に対して最初は（ｌ、１）次は（
２，１）、（３゜１）と順に格納して行き１ライン分の
データ（Ｍ。

■）まで格納されるとＪ＝２となり（２，１）。

（２，２）、（２，３）、・・と次のラインが格納され
る。メモリーの全頑域にＭＸＮのｒ−夕が全部格納しお
わると最初のアドレスすなわち（ｌ。

１）、（２，１）、（３，１）と−ライン目の格納にも
どされこうした格納手順がＭＸＭの全データに対してく
り返えされる。

以上のような動作を＜す収すメモリーは入力データの一
時バツファメモリとして動作する。すなわち（３）式に
おいて出力Ｑ（１，Ｊ）を得る為には人力データＤ（Ｉ
、Ｊ、）のみならず■についてはまでのデータを必要と
する。ラスタスキャンして入力されるデータ列はこれら
必要なｒ−夕のうちに入力されたテ゛−タでありＱ（１
，Ｊ）を得る為に到るＭＸＭ個のデータに基き（３）式
の演算を行いＱ（Ｉ、Ｊ）が確定Ｊ−る。従ってａから
人力され砧ｌｆｆ１ｌ家データはメモリーの（工＋−，
Ｊ＋、）のアドレスに格納する必要があり、その時フィ
ルトタレ−ジョン値を得る位置は（Ｉ　、Ｊ）の位置に
ある。

第６図のアドレス発生部８はメモリｌに対してこの格納
位置の指定を行う。アｐｖス発生＝”５８のカウンタ１
２はＩでインデックスされるライン方向を計数するカウ
ンタで、カウンタ１３はＪでインデックスされるラスタ
方向を計数するカウンタである。

人力データと同時に発生する・ｅ）レスは入ノコ端すよ
り入力し、カウンタ化の人力に導かれデータの入力に従
い１づつ増力口せしめられ１ライン分の終了すなわちカ
ウンタの内容がＭになった時ｉＲ）レス７５；入力され
るとキャリーが出力されカウンタ１はｐ＋び初期化され
ると同時にカウンタ２に入力され、カウンタ２の出力は
ｌ増力口する。この動作をくり返しカウンタ２の出力が
Ｎになった時／ｌ／レス７５；入力芒れるとカウンタ１
およびカウンタ２は共に初期化される。

メモ１月４はフィルタ特性を指す定数−Ｎのイ［口にＮ ■−１−−、Ｉ　−−−１、が発生され、加算器１６に
より２ 、Ｊ、Ｊ＋Σのメモリアドレスが発生される。−ＮはＤ
Ｏ算器１６にオーバフロー（Ｎ以上）が発生した時メモ
リから出力され正しいＪ方向位置を常に出力する。

メモリ２は１ライン分すなわちＭ個の１次元メモリであ
り以下の動作をくり返す事によりメモリ１に格納をれた
Ｊ方向（ラスク方向）総和値ΣＤ（Ｉ、Ｊ）を格納する
バッファメモリである。

Ｊ＝１ メモリｌにデータを格納する際に先に同じアドレスに格
納された旧データを読み出しおきこのデータは減算器３
に入力源れメモリ２のＪ方向同一アドレスすなわちＪ　
＋２の位置に格納されているデータとの差演算が実行さ
れこの出力値は７１０算器４に人力され新しく入力され
るデータを加算し、この出力値をメモリ２の同一アドレ
スの所に格納する。メモリ２のデータに対するこうした
操作はメモリ１の新データ入れ侠えに対して、対応する
１方向位置における旧データをメモリ２の位置から差し
引き新データを加え込む修正を行った事になり、メモリ
１の新データ格納ごとにくり返され、メモリ２にはアド
レスＩ＝１，２、・・、Ｍそれぞれに常にＪ方向（ラス
ク方向）総和（直ΣＤ　（Ｉ　、Ｊ）り；ｌ を保持せしめる。

レジスタ５はメモリｌの（Ｉ、Ｊ）を中心位置とするＮ
ＸＮ個のデータの総和値を格納するレジスタであり以下
の動作を行う。

減算器６はレジスタ５の出力とラインメモリ２の出力と
の差分をとる。ラインメモリ２の出カドはアドレス（Ｉ
−Σ−１）によって読み出きれるラスク方向総和値であ
る。７ＪＯ算器７は、減算器６の出力と加算器４のデー
タとの加算を行う。この加算器７の出力結果はレジスタ
５に格納式れ、次の画像データ人力時のくり返し演算に
供する。このアドレス（Ｉ−Σ−１）はアドレス発生器
８より出力される。

以上の手順の経過を経て、レジスタ５には、（工。

Ｊ）で水爆れる位置を中心とするＮＸＮの領域の総和値
、即ち ド　ド ２ の演算結果を格納する。

レジスタ９にはフィルタ特性を指定する定ＵＫを朶の形
で格納しておき乗算器１０に入力し、この値と（Ｉ、Ｊ
）を中心とするＮＸＮの領域の総和イ１１との積演算を
行い、加算器１１に入力する。メモＩＪ　１からはＤ（
Ｉ、Ｊ）が読み出され加算器１１によって力ロ算きれフ
ィルタ結果である（３）式の結果を出力端Ｃに得る。こ
の出力端Ｃにはディスクメモリ」が結合され、デイノタ
ルフィルタレーションの結果を格納する。このメモＩＪ
　２０の山谷はＣＲＴＣ図示せず）に表示きれ、又はｆ
ｔ、算ｒ−夕としても利用される。

本構成によるフィルタ特性はＮおよびＫにょって決定式
れ一１≦Ｋ（Ｑでは・・イ・母スフィルタとして機能し
、０（Ｋではロー・ぐスフィルタとして機能する。ハイ
・ぐスフィルタの特性、及びロー・やスフィルタの特性
は第３図、第４図で示した特性と同じであり、Ｋ、Ｈの
ｊ＋Ｍを種々変化させることによって種々のフィルタ特
性を得る。

本発明によれば従来Ｎ２回の加算によって総和値をめた
部分が４回（第５図減算器３．６および加算器４．７）
の力■減算を行うだけでよい。しかも、この４回の加減
算はＮの大きさすなわちフィルタ特性に無関係である。

それ故にフィルタリング機能を向上できると共にその処
理時間の短縮をはかることができた。

第１図に示す画像の座標とバッファメモリｌの座標とは
一対一に対応しない。即ち、バッファメモリ１の記憶領
域はＮＸＭでおるのに対し、第１図に示す画像はＭＸＭ
の領域をとり、互いに同一の座標をとり得ないためによ
る。ラスク走査の手順の説明図を第７図に示す。この第
７図で画像とバッファメモｌ）　ｌとの間の座標の関係
をも説明できる。

第７図で、画１家１００は第１図に示したＭＸＭ個の画
素を持つ画像を示す。この画像１００かＩＱ）、Ｐｗｉ
×Ｎの大きさで画像を構成するブロックＢＭＩを読出し
、バッファメモリ１に格納する。但し、ＭＸＮの大きさ
を持つ画１象は１サイクルで並列的に読出し格納きせる
のではなく、一点毎にラスク走食しながら即ち走査点（
Ｉ、Ｊ）を移動しながら読出すことになる。従って、Ｍ
ＸＮの大きさのＢＭＩをバッファメモｌ）　１に格納さ
せるには、ＭＸＮ回の読出し操作（走査）とＭＸＮ回の
書込み操作が必要となる。この一連の操作が完了すると
、・クツファメモリ１にはＢＭＩが格納されたことにな
る。

次ニ、Ｂ＋Ｍ２　全読出しバッファメモリに格納する。

この手順は以下となる。先ず、８Ｍ２の先頭位置のデー
タを読出し、このデータをバッファメモリ１の先頭位置
（アドレス）に格納する。この際、前回のＢＭｌの先頭
データは削除され、代ってＢＭｌの先頭データが格納さ
れることになる。いわゆるデータの更新を行ったことに
なる。以下、次々に画像１００の８Ｍ２を走査し、前回
のＢＭＩのデータを削除しながら、その走査によって得
た８Ｍ２のデータを新しく・ぐソファメモリに格納させ
てゆく。８Ｍ２に代って８Ｍ３を格納させる場合でも同
様な手順となる。

第８図、第９図にその時の手順の様子を示す。

第８図で、ｔ０〜ｔ、ｉｊ：ＢＭＩの読出し、格納のタ
イムチャート、ｔ！〜ｔ２は８Ｍ２の読出し、格納のタ
イムチャート、ｔ２〜ｔ３は８Ｍ３の読出し、格納のタ
イムチャートを示す。他のＢＭｉについても同様となる
。（但しｉ＝４．５・・・）。

第９図は、その時のバッファメモリ１へのデータ格納の
状態を示す。ｔ＝ｔ１時点でＢＭＩが格納終ｒし、ｔ＝
ｔ２時点で８Ｍ２が格納終了したことを示す。

第１０　図ｉｄ、／Ｊツファメモリｌでのデータ更新中
の様子を示す。今、最新の情報ａの画像を・ぐソファメ
モリ１に格納させる場合を想定する。この情報ａがブロ
ックＢＭｍに属するとするとし、且つブロックＢＭｍの
途中の位置での情報とすると、その時のバッファメモリ
への書込みは第１０図の如くなる。即ち、前回のブロッ
クをＢＭｔとすると、新しい現在のブロックＢＭｍの一
部のデータと前回のブロックＢＭｚの一部のデータとが
バッファメモリの中で共存することになる。画像の走査
が進むに従って、ＢＭｍのデータは実線矢印の方向に次
々に格納されてゆく。

サテ、第１０図でＴｉ１ｒ報ａの走査点を（ｔ、ｊ）と
、すると、この情報ａを格納する・々ソファメモリーの
格納位置（書込み位置）は（ｉ、ｊ）ではなく、ブロッ
ク単位に換算したｔｒｉ　（＋’　、　ｊ’）となる。

本発明のクレームでは、この（１／　、　ｒ′）の座４
票をもってバッファメモリ１への格納位置（薔込み位置
）とした。更に、クレームでは、第６図で現在の書込み
位置を（、Ｉ’十−、Ｊ’＋ｉ　）としたが、これを（
１／、Ｊ′）と示し、代りにフィルりの注目点（中心点
）（Ｉ’、Ｊ’）を＜　ｒ′、　Ｊ／−Σ）とした。

これらの表現の違いは、あくまで表現の違いのみであっ
て、実質上は何ら変化はない。

【図面の簡単な説明】

第１図はディジタルフィルタの説明図、第２図（イ）、
（ロ）は重み開成とその周波数領域での特性図、第３図
Ｂ）、（ロ）、、ｅｌはディジタル・・イ・ぐスフィル
タの特性図、第４図（イ）、（ロ）はディジタルロー・
やスフ、イルタの特性図、第５図は本発明の２次元ディ
ノタル画像を計測するだめの一例を示す図、第６図は本
発明のディジタルフィルタの実施例図、第７図は画像１
００とブロックとの関係を示す図、第８図はブロックの
読出し手順を示す図、第９図はバッファメモリへの格納
順序を示す図、第１０図は・々ソファメモリのデータ更
新中を示す図で−ある。 １・・・メモリ、２・・・メモリ、８・・・アドレス発
生部。 特許出願人　株式会社　日立メディコ 代理人　弁理士　秋　本　正　実 第１図 第２　因　（イ）　第２　図　（ロ） 第　３　図　（イ） 第３図　（ロ） Ｆ（げ） 第３図　（ハ） 第　４　因　（イ） ｖ 第　４　図　（ロ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＭＸＭの２次元ディジタル画像をラスク走査しなか
   らＮＸＮ　（但し、Ｎ（Ｍ　）のフィルタ領域でフィル
   タレ−ジョンを行うディジタルフィルタに於て、 ＮＸＭの大きさの記憶領域を持つバッファメモリと、 上記２次元ディジタル画像をラスク走査し次々に各走査
   点（１，Ｊ）（但し、Ｉ＝１．２、・・・Ｍ。 Ｊ＝ｌ、２、・・・Ｍ）毎のデータを上記バッファメモ
   リに格納させると共に、該バッファメモリがデータ満杯
   となった時にはバッファメモリのスタート位置（アドレ
   ス）から順々に新しい走査点のデータを古いデータに代
   って入れ換えて更新させる第１の手段と、 １×Ｍの大きさの記憶領域を持つ第１のレジスタと、 上記バッファメモリへの走査点毎のデータ書込み毎に、
   そのバッファメモリの最新書込み位置（アドレス）を（
   Ｉ’、Ｊ’）（但し、１′−１，２、・・・Ｍ、Ｊ’＝
   １．２、・・Ｎとする）とした時、第１のレジスタのＪ
   ′番目の位置（アドレス）に匝（それまでのＪ′番目の
   位置の格納値−バッファメモリの更新前の値十最新書込
   みデータ）を書込ませる第２の手段と、 第２のレジスタと、 走査点（Ｉ’、Ｊ’）（但し、Ｉ’−１，２、・・Ｍ　
   、　Ｊ’たＮＸＮのフィルタ領域の総和値を上記第１の
   レジスタの格納内容より得、第２のレジスタに格納させ
   ると共に、走査点が更新する毎に該更新点を中心とした
   ＮＸＮのフィルタ領域の総和値を前回の走査点でのフィ
   ルタ領域での総和値に代って格納させてなる第２の手段
   と、 該第２のレジスタの格納値と所定の設定値との積をめる
   第３の手段と、 現在の走査点（Ｉ’、Ｊ’）（但し、Ｉ’＝　１．２、
   ・・・Ｍ　、　Ｊ’＝　１．２、・・・Ｎ）とした時の
   バッファメモラフアメモリの格納データと上記第３の手
   段による積算結果との加算又は減算を行い、その結果を
   フィルタレ−ジョン出力とする第４の手段と、より成る
   ディジタルフィルタ。 ２、上記所定の設定値およびフィルタ長Ｎを変化させる
   事により所望のフィルタ特性を実現する特許請求の範囲
   第１項記載のディジタルフィルタ。