JPS6157016B2 - - Google Patents

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JPS6157016B2
JPS6157016B2 JP53126829A JP12682978A JPS6157016B2 JP S6157016 B2 JPS6157016 B2 JP S6157016B2 JP 53126829 A JP53126829 A JP 53126829A JP 12682978 A JP12682978 A JP 12682978A JP S6157016 B2 JPS6157016 B2 JP S6157016B2
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JP
Japan
Prior art keywords
image signal
signal processing
processing device
spread
spread function
Prior art date
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Application number
JP53126829A
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Japanese (ja)
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JPS5554940A (en
Inventor
Toshio Takayama
Kazuyoshi Yokogawa
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Nippon Avionics Co Ltd
Original Assignee
Nippon Avionics Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Avionics Co Ltd filed Critical Nippon Avionics Co Ltd
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Publication of JPS5554940A publication Critical patent/JPS5554940A/en
Publication of JPS6157016B2 publication Critical patent/JPS6157016B2/ja
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  • Picture Signal Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波画像表示装置等における表示
画像の画質改善を行なう画像信号処理装置に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an image signal processing device that improves the image quality of a display image in an ultrasonic image display device or the like.

超音波診断装置、レーダ、撮像管などのように
超音波ビーム、電磁波ビーム、電子ビームなどい
つぱんにビームを用いて対象を走査する観測装置
においては、ビームの太さないし拡がりのため原
画像がぼけて解像度を劣化させる傾向がある。い
ま、走査方向をx方向とし、原画像をr(x)、
ビームの走査方向におけける強度分布をh(x)
(スプレツド関数とよばれる)とすると、得られ
る画像信号s(x)は s(x)=∫ −∞r(u)h(x−u)du (1) で与えられる。(1)式はコンボリユーシヨン(畳み
込み)積分とよばれている。s(x),r(x),
h(x)のフーリエ変換をそれぞれ S(nχ)=∫ −∞s(x)e−i2πn〓xdx (2) R(nχ)=∫ −∞r(x)e−i2πn〓xdx (3) H(nχ)=∫ −∞h(x)e−i2πn〓xdx (4) で定義する(n〓は空間周波数)と、一般に S(nχ)=R(nχ)×H(nχ) (5) であるから R(nχ)=S(nχ)/H(nχ) (6) が得られる。
In observation devices such as ultrasound diagnostic equipment, radar, and image pickup tubes that scan objects using beams such as ultrasound beams, electromagnetic beams, and electron beams, the original image may be distorted due to the thickness or spread of the beam. It tends to become blurry and degrade the resolution. Now, let the scanning direction be the x direction, and the original image is r(x),
The intensity distribution in the scanning direction of the beam is h(x)
(referred to as a spread function), the obtained image signal s(x) is given by s(x)=∫ −∞ r(u)h(x−u)du (1). Equation (1) is called convolution integral. s(x), r(x),
The Fourier transform of h(x) is expressed as S(nχ)=∫ −∞ s(x)e−i2πn〓x dx (2) R(nχ)=∫ −∞ r(x)e−i2πn〓x dx (3) H(nχ)=∫ −∞ h(x)e−i2πn〓x dx (4) Defined as (n〓 is the spatial frequency), generally S(nχ)=R(nχ)×H( nχ) (5) Therefore, R(nχ)=S(nχ)/H(nχ) (6) is obtained.

(6)式において、H(nχ)、S(nχ)を既知
とするとR(nχ)を求めることができるから、
h(x)およびs(x)をフーリエ変換してR
(nχ)を求めた後、R(nχ)をフーリエ逆変
換すると原画像r(x)を求めることができる。
一般には、上記の手順を厳密に履行するのは非常
に煩雑でほう大な演算を必要とするだけでなく、
実時間処理に適さないので ∫ −∞m(u)h(x−u)du=δ(x) (7) (δ(x)はデルタ関数)を満足するような処理
関数m(x)を近似的に求め、得られた画像信号
とのコンボリユーシヨン積分 ∫ −∞s(u)m(x−u)du=r′(x)(8) により原画像r(x)の近似値を求めることが行
われている。しかしながら、この手順にしても異
なるスプレツド関数h(x)に対しいちいち処理
関数m(x)を求め直すのに手間がかかる、よい
近似が得られにくい、m(x)の分布がh(x)
の分布より数倍もひろくなる。表示画像の拡がり
を補償した画像信号r′(x)にゴーストが出るな
どの欠点があり、実用的ではなかつた。
In equation (6), if H(nχ) and S(nχ) are known, R(nχ) can be found, so
Fourier transform h(x) and s(x) to R
After determining (nχ), R(nχ) is subjected to inverse Fourier transform to obtain the original image r(x).
In general, strictly implementing the above steps is not only very complicated and requires extensive calculations, but also
Since it is not suitable for real-time processing, the processing function m(x) that satisfies ∫ −∞ m(u)h(x-u)du=δ(x) (7) (δ(x) is a delta function) Approximately find the original image r(x) by convolution integral with the obtained image signal ∫ −∞ s(u)m(x-u)du=r'(x)(8) The value is being calculated. However, even with this procedure, it takes time to recalculate the processing function m(x) for different spread functions h(x), it is difficult to obtain a good approximation, and the distribution of m(x) is
The distribution is several times wider than the distribution of This method has drawbacks such as ghosts appearing in the image signal r'(x) that compensates for the spread of the displayed image, and is not practical.

このような事情から、従来の実時間画像処理回
路においては、例えば、日経エレクトロニクス
1978年5月29日号所載(同号38〜40頁“Cモード
表示と実時間画像処理が可能な超音波画像表示装
置を試作”)のように、走査方向に順次サンプリ
ングされた5つの画像信号値si-2,si-1,…si+
を用い、a-2,a-1,…,a2を補償(重み)係数
として により、原画像r(x)の近似値riを求める方
法をとり、重み係数a-2,a-1,…,a2を適宜定
めることによつて、差分処理(輪郭強調)や平滑
化を行つている。しかし、後述の説明から明らか
なように、(9)式はスプレツド関数h(x)との関
連を考慮したものでないから、輪郭強調や平滑化
等の効果は期待できるが、(9)式によつて求められ
る補償後の画像信号riの値で原画像r(x)を
十分に近似する効果を期待するのは、原理的に無
理であつた。
For this reason, in conventional real-time image processing circuits, for example, Nikkei Electronics
As published in the May 29, 1978 issue (pages 38-40 of the same issue, "Prototype of ultrasonic image display device capable of C-mode display and real-time image processing"), five images were sampled sequentially in the scanning direction. Image signal values s i-2 , s i-1 ,...s i+
2 and a -2 , a -1 , ..., a 2 as compensation (weighting) coefficients. By calculating the approximate value r i of the original image r(x) and appropriately determining the weighting coefficients a -2 , a -1 , ..., a 2 , difference processing (contour emphasis) and smoothing can be performed. is going on. However, as is clear from the explanation below, equation (9) does not take into account the relationship with the spread function h(x), so although effects such as edge enhancement and smoothing can be expected, equation (9) In principle, it is impossible to expect the value of the compensated image signal r i thus obtained to sufficiently approximate the original image r(x).

従つて、本発明の目的は、原画像情報が既知の
1次元スプレツド関数特性を有するセンサー部を
経由して画像信号入力となる画像信号処理装置に
おいて、厳密なフーリエ変換などの複雑な演算を
必要とせず、比較的簡便で低コストの実用的な画
像信号補償回路を含む画像信号処理装置を提供す
ることにある。
Therefore, an object of the present invention is to eliminate the need for complex calculations such as strict Fourier transform in an image signal processing device in which original image information is input as an image signal via a sensor unit having known one-dimensional spread function characteristics. The object of the present invention is to provide an image signal processing device including a relatively simple, low-cost, and practical image signal compensation circuit.

本発明の他の目的は、比較的高い近似精度で、
画質ないし解像度の改善ができる実時間画像信号
処理装置を提供することにある。
Another object of the invention is to, with relatively high approximation accuracy,
An object of the present invention is to provide a real-time image signal processing device that can improve image quality or resolution.

つぎに本発明の原理につき第1図および第2図
を用い超音波画像信号を例にとつて説明する。
Next, the principle of the present invention will be explained using FIGS. 1 and 2, taking an ultrasound image signal as an example.

第1図はリニア電子走査型とよばれる超音波画
像診断装置を用いて、水中に張つた数本の糸の断
面を観測したときの、超音波エコー像の説明図で
ある。第1図において、破線の矢印の方向が超音
波ビームが発射された深さ(距離ないしスイー
プ)方向で、実線矢印方向が電子走査(方位ない
しスキヤン)方向を示している。1,1
…,1はそれぞれ糸の断面像を示しているが、
図示のごとく、表示像においては方位方向の長さ
がビームのひろがりのために距離方向の長さの数
倍になつている。方位方向の長さは、リニア電子
走査型のばあい、超音波ビームの3〜5スイーブ
分と云われている。この長さは図示のように距離
方向で、またビームのフオーカスのとりかたによ
つても変化する。
FIG. 1 is an explanatory diagram of an ultrasonic echo image obtained when a cross section of several threads strung in water is observed using an ultrasonic image diagnostic apparatus called a linear electronic scanning type. In FIG. 1, the direction of the broken line arrow indicates the depth (distance or sweep) direction in which the ultrasonic beam is emitted, and the direction of the solid line arrow indicates the electronic scanning (azimuth or scan) direction. 1 1 , 1 2 ,
..., 1 5 each shows a cross-sectional image of the thread,
As shown in the figure, in the displayed image, the length in the azimuth direction is several times the length in the distance direction due to the spread of the beam. In the case of a linear electronic scanning type, the length in the azimuth direction is said to be 3 to 5 sweeps of the ultrasonic beam. As shown, this length varies in the distance direction and also depending on how the beam is focused.

第2図は、スプレツド関数h(x)の関数形の
例を示す。第2図aはレクト(矩)形とよばれる
タイプで、超音波エコー像のじつさい例に近い。
第2図bはスプレツド関数h(x)が誤差関数
(ガウス)曲線に相似な場合を示す。
FIG. 2 shows an example of the functional form of the spread function h(x). Figure 2a shows a type called a rectangular shape, which is close to a real example of an ultrasound echo image.
FIG. 2b shows the case where the spread function h(x) is similar to the error function (Gaussian) curve.

一般にスプレツド関数h(x)のひろがり、即
ち画像のほけは数画素分程度のことが多いので、
そのひろがりが2dの範囲内におさまるとする
と、コンボリユーシヨン積分(1)式をつぎのように
書き直すことができる。
Generally, the spread of the spread function h(x), that is, the blur of the image, is often about several pixels, so
Assuming that the spread is within the range of 2d, the convolution integral equation (1) can be rewritten as follows.

s(x)=∫ (x−u)du =∫ (x−u)du (10) いま、s(x),r(x),h(x)を画素ごとに
サンプリングした値をそれぞれsi,ri,hi
し、スプレツド関数のひろがりを2n画素以下と
して(10)式を書き直すと、 となる。本発明は一般にnが比較的小さい値
(1,2,3など)であることに着目し、(11)式
を用いて画像信号値siならびに1スキヤン前の
表示画像の拡がりを補償した画像信号値riのデ
ータから、現在のri値を算出しようとするもの
で、厳密なフーリエ変換ないし処理関数など繁雑
な演算を用いることなく、比較的簡便に原画像の
近似値を求めようというものである。
s(x)=∫ (x-u)du =∫ (x-u)du (10) Now, the values obtained by sampling s(x), r(x), and h(x) for each pixel are s i , r i , h i and rewriting equation (10) by setting the spread of the spread function to 2n pixels or less, we get becomes. The present invention focuses on the fact that n is generally a relatively small value (1, 2, 3, etc.), and uses equation (11) to compensate for the image signal value s i and the spread of the display image one scan ago. It attempts to calculate the current r i value from the data of the signal value r i , and it aims to obtain an approximate value of the original image relatively easily without using complicated operations such as strict Fourier transform or processing functions. It is something.

(11)式において簡単のため、hj=h−j=0
(j3),h1=h-1,h2=h-2とする。またh0
1従つて0h1,h21としても一般性を失わな
い。
For simplicity in equation (11), h j =h− j =0
(j3), h 1 = h -1 and h 2 = h -2 . Also, h 0 =
1 Therefore, even if 0h 1 and h 2 are 1, generality is not lost.

i-2=h2ri-4+h1ri-3+ri-2 +h1ri-1h2ri (12) ∴ri=1/h{si-2−h1ri-1−ri-2 −h1ri-3−h2ri-4} (13) (13)式によるとh1,h2を既知とし、ri-4,r
i-3,…,ri-1が算出済とすると、原理的にはsi
のデータからriが求められることがわかる。し
かしながら、(13)式をそのまま用いることには
実用上問題がある。即ち、(13)式によつて求め
た値は第2図aのようにh2〓h1〓h0=1のときは
問題ないが、一般の例で第2図bのように、h2
スプレツド関数h(x)のすそ野に近い値の場合
は、十分な精度が得られないことが多い。また、
iに関し、データをひとつしか使わないことに
も不安が残る。つぎに(12)式にもとづき、
(13)式に代るいくつかの実用公式が導出できる
ことを実施例で示す。
s i-2 =h 2 r i-4 +h 1 r i-3 +r i-2 +h 1 r i-1 h 2 r i (12) ∴r i =1/h 2 {s i-2 −h 1 r i-1 −r i-2 −h 1 r i-3 −h 2 r i-4 } (13) According to equation (13), h 1 and h 2 are known, and r i-4 , r
If i-3 ,..., r i-1 have been calculated, in principle s i
It can be seen that r i can be found from the data. However, there are practical problems in using equation (13) as is. That is, the value obtained by equation (13) is fine when h 2 〓h 1 〓h 0 = 1 as shown in Figure 2a, but in a general example, as shown in Figure 2b, h If 2 is close to the base of the spread function h(x), sufficient accuracy is often not obtained. Also,
Concerning s i , there are also concerns about using only one piece of data. Next, based on equation (12),
Examples will show that some practical formulas can be derived in place of equation (13).

(12)式と同様にsi-1を求めると、 si-1=h2ri-3+h1ri-2+ri-1 +h1ri+h2ri+1 (14) (14)式から(13)式を引くと、 si-1i-2=h2ri+1+(h1−h2)ri +(1−h1)ri-1−(1−h1) ri-2−(h1−h2)ri-3 −h2ri-4 (15) 同様に、 si-2−si-3=h2ri+(h1−h2)ri-1 +(1−h1)ri-2−(1−h1)ri-3 −(h1−h2)ri-4−h2ri-5 (16) (16)式においてh1=h2=1(h3=0)とおく
と次式が得られる。
Calculating s i-1 in the same way as equation (12), s i-1 = h 2 r i-3 + h 1 r i-2 + r i-1 + h 1 r i + h 2 r i+1 (14) ( 14) Subtracting equation (13) from equation s i-1 s i-2 = h 2 r i+1 + (h 1 − h 2 ) r i + (1− h 1 ) r i-1 − ( 1 − h 1 ) r i-2 − (h 1 − h 2 ) r i-3h 2 r i-4 (15) Similarly, s i-2 − s i -3 = h 2 r i +( h 1 - h 2 ) r i-1 + (1-h 1 ) r i-2 - (1- h 1 ) r i-3 - (h 1 - h 2 ) r i-4 - h 2 r i- 5 (16) By setting h 1 = h 2 = 1 (h 3 = 0) in equation (16), the following equation is obtained.

r′i=si-2−si-3+ri-5 ≒1/2(si-1−si-2+ri-1+ri-4) ≒1/3(sii-1+2ri-1+ri-3)(17) これはスプレツド関数h(x)が、第2図aの
形を有するばあいである。同様に(15)式におい
てh1=1(h2=0)とおくと次式が得られる。
r′ i =s i-2 −s i-3 +r i-5 ≒1/2(s i-1 −s i-2 +r i-1 +r i-4 ) ≒1/3(s i s i- 1 +2r i-1 +r i-3 ) (17) This is the case when the spread function h(x) has the form shown in Figure 2a. Similarly, by setting h 1 =1 (h 2 =0) in equation (15), the following equation is obtained.

r″i=si-1−si-2+ri-3 ≒1/2(si−si-1+ri-1+ri-2) (18) これはスプレツド関数h(x)が、第2図cの
形を有するばあいである。
r″ i = s i-1s i-2 + r i-3 ≒ 1/2 (s i − s i-1 + r i-1 + r i-2 ) (18) This means that the spread function h(x) is , if it has the shape shown in FIG. 2c.

スプレツド関数h(x)が、第2図aまたはc
のような形に一義的に定められる場合には、
(15)または(16)式を用い本発明の画像信号処
理装置における演算式を(17)または(18)式の
ように定めることができるが、じつさいの場合に
は、スプレツド関数h(x)は第2図aとcの中
間の形をとりうるし、また同一画面中で形が変化
する。そのようなとき、回路構成のさい想定した
スプレツド関数と、じつさいのスプレツド関数と
が大巾に相違すると、表示画像の位置がわずかな
がらずれると共に有害なゴースト像が現われる。
従つて本発明をリニア電子走査型超音波画像診断
装置に適用した1実施例では、(17)式と(18)
式を1次的に結合した次の近似式を用いている。
If the spread function h(x) is
When it is uniquely defined in the form,
Using equation (15) or (16), the calculation equation in the image signal processing device of the present invention can be determined as equation (17) or (18), but in actual cases, the spread function h( x) can have a shape intermediate between those in Figure 2 a and c, and can also change shape within the same screen. In such a case, if the spread function assumed during circuit configuration and the actual spread function differ by a wide range, the position of the displayed image will shift slightly and a harmful ghost image will appear.
Therefore, in one embodiment in which the present invention is applied to a linear electronic scanning ultrasound imaging apparatus, equations (17) and (18) are
The following approximate equation is used, which is a linear combination of equations.

i≒lr″i+mr′i =l(si-1−si-2+ri-3) +m(si-2−si-3+ri-5) (19) (l+m=1) 上式においてlおよびmは補償係数(パラメー
タ)であり、超音波素子(プローブ)の特性や画
素位置により変化させる。ちなみにl=mの場合
は、スプレツド関数h(x)が第2図dのような
形である場合に相当し、第2図bのような関数形
の近似になる。lおよびmの値は、スプレツド関
数の測定または試行錯誤によつて求めている。
r i ≒lr″ i +mr′ i =l(s i-1 −s i-2 +r i-3 ) +m(s i-2 −s i-3 +r i-5 ) (19) (l+m=1) In the above equation, l and m are compensation coefficients (parameters), which are changed depending on the characteristics of the ultrasonic element (probe) and the pixel position.Incidentally, when l = m, the spread function h(x) is as shown in Figure 2 d. This corresponds to the case where the function form is as shown in Fig. 2b.The values of l and m are determined by measuring the spread function or by trial and error.

(19)式をさらに拡張するため、h(x)が第
2図eのような形をとる場合(h0=1,h1=h2
0)を想定すると、 ri=si−si-1+ri-1 (20) が得られるので、(17),(18)および(20)式に
よつて求めたr′i,r″iおよびriを用いると、
(19)式をさらに一般化した近似式として、 ri≒kri+lr″i+mr′i(k+l+m=1) =k(si−si-1+ri-1) +l(si-1−si-2+ri-3) +m(si-2−si-3+ri-5) (21) が得られる。上記の説明から明らかなように、
(21)式はじつさいのh(x)が第2図a,cお
よびeのいずれかの形またはこれらの組合せから
成るとして近似的に導出されたものであるが、第
1図に示したような、リニア電子走査型超音波診
断装置における超音波エコーの表示画像の画質改
善に適用するのに適しており、パラメータk,l
およびmの値を超音波素子(プローブ)の特性や
画素位置によつて変化させることにより、十分に
原画像r(x)に近い表示画像が得られる。
To further expand equation (19), if h(x) takes the form as shown in Figure 2 e (h 0 = 1, h 1 = h 2 =
0), we get r i = s i −s i-1 + r i-1 (20), so r′ i , r obtained by equations (17), (18), and (20) ″ Using i and r i ,
As an approximation formula that further generalizes equation (19), r i ≒kr i +lr″ i +mr′ i (k+l+m=1) =k(s i −s i-1 +r i-1 ) +l(s i-1 −s i-2 +r i-3 ) +m(s i-2 −s i-3 +r i-5 ) (21) is obtained.As is clear from the above explanation,
Equation (21) was approximately derived assuming that the actual h(x) consists of any of the forms a, c, and e in Figure 2, or a combination thereof, but the equation shown in Figure 1 It is suitable for application to improving the image quality of displayed images of ultrasound echoes in linear electronic scanning ultrasound diagnostic equipment such as
By changing the values of and m depending on the characteristics of the ultrasonic element (probe) and the pixel position, a display image sufficiently close to the original image r(x) can be obtained.

(21)式は、h(x)の形が第2図a,cまた
はeである場合につきそれぞれ別々にriの演算
式(17),(18)または(19)式を求め、最終的な
iはそれらの一次結合で近似できるとして導出
したものであるが、パラメータk,l,mの値を
適宜選ぶことによりh(x)の形が第2図bのよ
うな形である場合(h1,h2≠1の場合)にも実用
的に適用できる。
Equation (21) is obtained by calculating equations (17), (18), or (19) for r i separately for each case where h(x) has the form a, c, or e in Figure 2. r i was derived assuming that it can be approximated by a linear combination of these, but if the shape of h(x) is the shape shown in Figure 2 b by appropriately selecting the values of parameters k, l, and m, It can also be practically applied (when h 1 , h 2 ≠1).

しかし、h(x)が第2図bのような形である
ことを最初から想定した別の形の演算式も導出で
きるので、それを次に示す。(15)式または
(16)式と同様に、 si−si-1=h2ri+2+(h1−h2)ri+1 +(1−h1)ri−(1−h1)ri-1 −(h1−h2)ri-2−h2ri-3 (22) (22)式においてri+1≒ri+2+r/2および、
i≒ ri+1+ri−1/2の近似を用いると、 ri≒1/1+h+h{si−si-1+(1+h2
i-1 +(h1−h2)ri-2+h2ri-3} が得られる。
However, it is also possible to derive an arithmetic expression in another form assuming from the beginning that h(x) has the form shown in FIG. 2b, which will be shown below. Similar to equation (15) or (16), s i −s i-1 = h 2 r i+2 + (h 1 − h 2 ) r i+1 + (1− h 1 ) r i −( 1-h 1 )r i-1 −(h 1 −h 2 )r i-2 −h 2 r i-3 (22) In equation (22), r i+1 ≒ r i+2 + r i /2 and,
Using the approximation of r i ≒ r i+1 + r i-1 /2, r i ≒ 1/1 + h 1 + h 2 {s i −s i-1 + (1 + h 2 )
r i-1 + (h 1 - h 2 ) r i-2 + h 2 r i-3 } is obtained.

このように、(21)式または(23)式のいずれ
かを選んで加重相加演算を行なえば、原画像r
(x)に相当するサンプリングされた画像信号ri
を求めることができる。
In this way, if you select either equation (21) or equation (23) and perform the weighted addition operation, the original image r
Sampled image signal r i corresponding to (x)
can be found.

(21)式ないし(23)式を用いて演算を行うに
当り、riが方位方向走査開始の起点にあるとき
はri-1,ri-2…等の値は存在しないので“零”
と規定し、以下これに準ずる。
When performing calculations using equations (21) to (23), when r i is at the starting point of the azimuth direction scanning, there are no values of r i-1 , r i-2 , etc., so the values are “zero.” ”
This shall apply hereinafter.

つぎに、(13)式、(21)式、ないし(23)式で
例示した本発明の信号処理における演算式を、一
般的な共通表現で表わして本発明の信号処理の特
長をクローズアツプして示す。即ち、本発明の画
像信号処理装置に用いられる加重相加演算は、単
数または複数個の入力画像信号…,si,…に加
え、1スキヤン前の単数または複数個の表示画像
の拡がりを補償した(計算済)画像信号…ri
…を用いて、つぎのような一般的表現を用いて表
わすことができる。
Next, we will express the arithmetic expressions in the signal processing of the present invention, exemplified by formulas (13), (21), and (23), in general common expressions and highlight the features of the signal processing of the present invention. Shown. That is, the weighted addition operation used in the image signal processing device of the present invention compensates for the spread of the single or multiple displayed images one scan before, in addition to the single or multiple input image signals..., s i ,... (calculated) image signal...r i ,
It can be expressed using the following general expression.

上式において、Nはあまり大きくない整数(例
えば3ないし5)、aoおよびboは正負の値をも
つパラメータであり、スプレツド関数h(x)の
形などによつて定まる。(24)式を例えば前出の
(9)式と比較すると、本発明の画像信号処理装
置の原理の本質的な特長は、(24)式における右
辺の第2項、 を附加したことにあることがわかる。
In the above equation, N is a not very large integer (for example, 3 to 5), and a o and b o are parameters with positive and negative values, which are determined by the shape of the spread function h(x). Comparing equation (24) with, for example, equation (9) above, the essential feature of the principle of the image signal processing device of the present invention is that the second term on the right side of equation (24), It can be seen that this is due to the addition of .

以上、本発明における画像信号処理の原理につ
いて詳述したが、つぎに具体的な回路実施例とし
て、リニア電子走査型超音波診断装置における超
音波エコー画像信号に、(21)式を適用して処理
を行なつた場合を例にとつて説明する。
The principle of image signal processing in the present invention has been described in detail above, but next, as a specific circuit example, equation (21) is applied to an ultrasound echo image signal in a linear electronic scanning ultrasound diagnostic device. An example of processing will be explained below.

第3図は、第1図に示したようなリニア電子走
査型超音波診断装置における超音波エコー表示画
像の画面の一部を拡大したもので、第1図同様破
線矢印方向は超音波ビームの発射方向を示し、実
線矢印方向は電子走査の方向を示している。超音
波ビームの第i番目のスイーブにおいて、深さ
(距離)方向の第j番目の画素をpi,jとする。
このpi,j画素に対応する生体からの反射波を
A/D変換し、得られるデジタル信号の値(レベ
ルデータ)をsi,j、求めようとしている振動
子スキヤン方向の拡がりを補償した場合の画像信
号の値(レベルデータ)をri,jとし、以下j
の一定値に対しそれぞれsi,riと略記するもの
とする。同様に、pi-5,j;pi-4,j;pi-3
j;pi-2,j;pi-1,j;等に対し、それぞれ
i-5,ri-5;si-4,ri-4;si-3,ri-3;si-2
i-2;si-1;ri-1;等を対応させるものとす
る。前記のごとく、リニア電子走査型超音波診断
装置においては、方位方向即ちpi-5,j;pi-
,j;…pi,j;の並んだ方向に超音波ビー
ムのひろがりによる表示画像のひろがり(ぼけ)
が見られるので、スプレツド関数h(x)におけ
るx方向は、この場合方位方向と一致する。
Figure 3 is an enlarged view of a part of the screen of the ultrasound echo display image in the linear electronic scanning ultrasound diagnostic device shown in Figure 1. As in Figure 1, the direction of the dashed arrow is the direction of the ultrasound beam. The firing direction is shown, and the solid arrow direction shows the direction of electronic scanning. In the i-th sweep of the ultrasonic beam, the j-th pixel in the depth (distance) direction is p i ,j.
The reflected wave from the living body corresponding to this p i ,j pixel is A/D converted, and the resulting digital signal value (level data) is calculated by compensating for the spread in the transducer scan direction to be determined. The value of the image signal (level data) in the case is r i ,j, and hereafter j
The constant values of are abbreviated as s i and r i , respectively. Similarly, p i-5 , j; p i-4 , j; p i-3 ,
s i - 5 , r i-5 ; s i-4 , r i-4 ; s i-3 , r i-3 for j; p i- 2 , j; p i-1 , j;, etc. ;s i-2 ;
It is assumed that r i-2 ; s i-1 ; r i-1 ;, etc. are made to correspond. As mentioned above, in the linear electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus, the azimuth direction, that is, p i-5 , j; p i-
4. Spreading (blurring) of the displayed image due to spreading of the ultrasound beam in the direction in which p i , j;
can be seen, so the x direction in the spread function h(x) coincides with the azimuthal direction in this case.

第4図は具体的な回路の一実施例を示すブロツ
ク図である。第4図においてシリーズ接続された
2,3および4はそれぞれ超音波ビームの1スイ
ーブ分の画像信号(レベルデータ)を記憶するシ
フトレジスタであり、生体からの反射波をアナロ
グデジタル変換し、得られたデジタル信号のレベ
ルデータを順次入力することにより、シフトレジ
スタ2には画素pi-1,j;pi-1,j+1;…pi
1;pi,2;…;pi,j-1に対応する画像信号
(表示画像における1走査線分に相当し、詳記す
れば、si-1,j;si-1,j+1…;si,1;si
2;…;si,j-1となる。)が格納され、さらに
入力があると出力端子からはpi-1,jに対応す
る画像信号si-1が出力される。同様にシフトレ
ジスタ3および4からは、それぞれ画像信号si-
,si-3が出力される。5,6,および7は加算
器であり、それぞれにsi,si-1;si-1,si-2
およびsi-2;si-3;の各組を入力すると、入力
間の減算を行なつてそれぞれ、si−si-1;si-1
−si-2;si-2,si-3;の値を出力する。いつぽ
う、8,9,10,11,12もシフトレジスタ
2,3,4と同様、1スイープ分の画像信号(レ
ベルデータ)を記憶するシフトレジスタで、後述
する加算器23の出力、即ち振動子スキヤン方向
の拡がりを補償した画像信号ri,j(riと略
記)を順次シフトレジスタ8に入力することによ
り、それぞれの出力としてri-1,ri-2,ri-3
i-4,ri-5が得られる。13,14,15は加
算器で、シフトレジスタ5と8,6と10,7と
12の出力をそれぞれ加算することにより、出力
としてそれぞれsi−si-1+ri-1,si-1−si-2
i-3,si-2−si-3+ri-5が得られる。16,1
7,18は超音波素子の特性や画素位置に応じて
それぞれ手動で任意に設定し得る必要な桁数より
成る補償係数設定器で、(21)式におけるパラメ
ータk,lおよびmの値を出力する。19,2
0,21は乗算器で、k,lおよびmの値をそれ
ぞれ加算器13,14,15の出力と掛け合わせ
る。さらに加算器22,23により乗算器19,
20,21の出力の和を求めることにより(21)
式にもとづいた演算を完了し、振動子スキヤン方
向の拡がりを補償した画像信号riの値が求めら
れる。(21)式においてパラメータk,lおよび
mの設定値については、k+l+m=1なる制限
条件が設けられているが、一般にはriの相対値
が求められれば十分なので、上記の制限条件は必
要でない。ただし、画素の位置によりk,l,お
よびmの値を変化させる場合には、任意の定数c
に対し、k+l+m=cになるように設定しなけ
ればならない。
FIG. 4 is a block diagram showing one embodiment of a specific circuit. In Fig. 4, 2, 3, and 4 connected in series are shift registers that store image signals (level data) for one sweep of the ultrasound beam, respectively, and convert the reflected waves from the living body into analog and digital. By sequentially inputting level data of digital signals, the shift register 2 has pixels p i-1 , j; p i-1 , j +1 ;... p i ,
1; p i , 2;...; p i , j −1 (corresponding to one scanning line segment in the display image; in detail, s i-1 , j; s i-1 , j +1 ...; s i , 1; s i ,
2;...;s i ,j -1 . ) is stored, and when there is further input, an image signal s i-1 corresponding to p i-1 , j is output from the output terminal. Similarly, image signals s i-
2 , s i-3 are output. 5, 6, and 7 are adders, respectively s i , s i-1 ; s i-1 , s i-2 ;
and s i-2 ; s i-3 ;, subtraction between the inputs is performed to obtain s i -s i-1 ; s i-1 , respectively.
- Output the values of s i-2 ; s i-2 , s i-3 ; Similarly to shift registers 2, 3, and 4, shift registers 8, 9, 10, 11, and 12 are shift registers that store image signals (level data) for one sweep. By sequentially inputting the image signals r i , j (abbreviated as r i ) whose expansion in the child scan direction has been compensated for into the shift register 8, the respective outputs r i-1 , r i-2 , r i-3 ,
r i-4 and r i-5 are obtained. Adders 13, 14, and 15 add the outputs of shift registers 5 and 8, 6 and 10, and 7 and 12, respectively, to output s i -s i-1 +r i-1 , s i- 1 −s i-2 +
r i-3 , s i-2 −s i-3 +r i-5 are obtained. 16,1
7 and 18 are compensation coefficient setters consisting of the necessary number of digits that can be manually set arbitrarily according to the characteristics of the ultrasonic element and the pixel position, and output the values of parameters k, l, and m in equation (21). do. 19,2
Multipliers 0 and 21 multiply the values of k, l, and m by the outputs of adders 13, 14, and 15, respectively. Furthermore, the adders 22 and 23 cause the multiplier 19,
By finding the sum of the outputs of 20 and 21 (21)
The calculation based on the formula is completed, and the value of the image signal r i with compensation for the spread in the transducer scan direction is obtained. In equation (21), there is a restriction condition of k+l+m=1 for the set values of parameters k, l, and m, but in general, it is sufficient to find the relative value of r i , so the above restriction condition is not necessary. Not. However, when changing the values of k, l, and m depending on the pixel position, an arbitrary constant c
However, it must be set so that k+l+m=c.

また、入力画像信号si,…にノイズが存在す
るのは好ましくないので、例えば特願昭53−
64413号所載の「画像信号処理装置」などによ
り、本発明による信号処理を行なう前の段階で、
十分なノイズ除去処理を行つておく必要がある。
Furthermore, since it is undesirable for the input image signals s i , . . . to contain noise, for example,
Before signal processing according to the present invention is performed using the "image signal processing device" described in No. 64413, etc.,
It is necessary to perform sufficient noise removal processing.

さらに、入力画像信号si,…の質が悪く、散
乱などによる偽信号を多く含む場合は、補償後の
画像に乱れを生じ、ゴースト像などの副作用を生
じ易い。このような場合は、例えば(21)式にお
けるlおよびm、または(23)式におけるh1およ
びh2などの値を、じつさいのh(x)データから
得られる値より小さくとつて、本発明による画像
信号処理の作用を緩和し、補償効果と有害な副作
用とのバランスをとることが必要である。
Furthermore, if the input image signals s i , . In such a case, for example, by setting the values of l and m in equation (21) or h 1 and h 2 in equation (23) smaller than the values obtained from the actual h(x) data, It is necessary to mitigate the effects of image signal processing according to the invention and to balance compensatory effects with harmful side effects.

以上の説明においては前記(21)式を適用した
場合の回路の一実施例につき説明したが、一般に
本発明における画像信号処理の原理の一般的表現
として示した前記(24)式を適用する場合にも、
同様な回路構成によつて実現可能なことは説明す
るまでもなく、また上記のような回路構成におい
ては、画像信号のサンプリング・クロツク周期ご
とに回路を動作させる実時間処理が可能なことも
云うまでもない。
In the above explanation, an example of the circuit when formula (21) is applied has been described, but in general, when formula (24) is applied, which is shown as a general expression of the principle of image signal processing in the present invention. Also,
It goes without saying that this can be achieved with a similar circuit configuration, and it is also possible to perform real-time processing in which the circuit operates every sampling clock period of the image signal with the circuit configuration described above. Not even.

また、上記の説明においては、超音波ビームの
電子走査(方位)方向の解像度を改善することを
目的とした実施例について説明したが、超音波ビ
ームの発射(深さないし距離)方向または一般に
表示画像の走査線の方向の解像度についても、ス
プレツド関数h(x)の形が(実測ないし試行錯
誤により)求まれば本発明を拡張適用することが
可能である。
In addition, in the above description, an embodiment has been described for the purpose of improving the resolution in the electronic scanning (azimuth) direction of the ultrasound beam, but it is also Regarding the resolution in the scanning line direction of an image, the present invention can be extended and applied if the shape of the spread function h(x) is determined (by actual measurement or trial and error).

さらに、スプレツド関数h(x)の形は画素の
位置によつて変化するばあいがあるが、この場合
には上記の加重相加演算((21)式、(23)式、
(24)式など)における補償係数例えば、(21)式
におけるk,lおよびm;(24)式におけるan
およびbnなどの値を画素の位置によつて変化さ
せることにより、本発明の有効用途を拡大するこ
とが可能である。
Furthermore, the shape of the spread function h(x) may change depending on the pixel position, but in this case, the above weighted addition operation (Equation (21), Equation (23),
For example, k, l, and m in equation (21); an in equation (24)
By changing values such as and bn depending on the pixel position, it is possible to expand the effective application of the present invention.

以上の説明においてはリニア電子走査型超音波
診断装置に適用した場合に限つて説明したが、本
発明はリニア電子走査型に限らず、原画像情報が
既知の1次元スプレツド関数特性を有する系を経
由して画像信号を形成するようなすべての画像機
器、即ち、セクター電子走査型など他の超音波診
断装置の画像信号処理、さらに超音波探傷装置な
ど他の超音波機器をはじめ、レーダ、X線断層診
断装置(CT)、走査型電子顕微鏡撮像管など一般
にビームを用いて対象を走査し画像信号を出力す
る装置において、ビームの太さが問題となる場合
に適用することができ、また種々の変形が可能で
ある。従つて本発明の特許請求範囲は上記の説明
に用いた実施例や用途に限定されるものではな
い。
In the above explanation, the explanation was limited to the case where it is applied to a linear electronic scanning type ultrasonic diagnostic device, but the present invention is not limited to the linear electronic scanning type, but can also be applied to a system in which the original image information has known one-dimensional spread function characteristics. All imaging devices that form image signals via the image signal processing system, such as sector electronic scanning type and other ultrasonic diagnostic equipment, as well as other ultrasonic equipment such as ultrasonic flaw detection equipment, radar, It can be applied when the thickness of the beam is a problem in devices that generally use a beam to scan an object and output an image signal, such as a tomographic diagnostic device (CT) or a scanning electron microscope image pickup tube. Variations are possible. Therefore, the scope of the claims of the present invention is not limited to the embodiments or applications used in the above description.

以上詳述したごとく、本発明は原画像情報が既
知の1次元スプレツド関数特性を有する系を経由
して画像信号を形成する画像機器の画像信号処理
において、スプレツド関数との関連を維持しつつ
簡略化したフーリエ変換を行なうので、リニア電
子走査型超音波診断装置等における電子走査(方
位)方向の超音波ビームのひろがりによる表示画
像のぼけを適確に補償して、表示画像を被写体の
実像に十分に近似させることができる。
As described in detail above, the present invention simplifies image signal processing in an imaging device in which original image information forms an image signal via a system having known one-dimensional spread function characteristics while maintaining the relationship with the spread function. Since the Fourier transform is performed in a linear manner, it accurately compensates for the blurring of the displayed image due to the spread of the ultrasound beam in the electronic scanning (azimuth) direction in linear electronic scanning ultrasound diagnostic equipment, etc., and converts the displayed image into a real image of the subject. It can be sufficiently approximated.

また、比較的簡単な回路構成で厳密なフーリエ
変換と同等の精度の演算を実時間で処理できるの
で、超音波エコー表示画像等の画質改善ないし解
像度向上に用いてその実用的効果は極めて大なる
ものがある。
In addition, since calculations with a precision equivalent to strict Fourier transform can be processed in real time with a relatively simple circuit configuration, its practical effects are extremely large when used to improve the image quality or resolution of ultrasound echo display images, etc. There is something.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はリニア電子走査型超音波画像診断装置
を用いて、水中に張つた数本の糸の断面を観測し
たときの超音波エコー像の説明図、第2図はスプ
レツド関数h(x)の関数形の例を示す図、第3
図はリニア電子走査型超音波画像診断装置におけ
る超音波エコー表示画像の一部拡大画面図、第4
図は本発明になる画像信号処理装置の特徴的回路
を説明するためのブロツク図である。 図中、h(x)…スプレツド関数、si……処
理前の画像信号データ、ri……処理後の画像信
号データ、k・l・m……パラメータ、2・3・
4・8・9・10・11・12……シフトレジス
タ、5・6・7・13・14・15・22・23
……加算器、16・17・18……補償係数設定
器、19・20・21……乗算器。
Figure 1 is an explanatory diagram of an ultrasound echo image obtained when a cross section of several threads stretched in water is observed using a linear electronic scanning ultrasound imaging system, and Figure 2 is an illustration of the spread function h(x). Figure 3 shows an example of the functional form of
The figure is a partially enlarged screen view of an ultrasound echo display image in a linear electronic scanning ultrasound imaging system.
The figure is a block diagram for explaining a characteristic circuit of the image signal processing device according to the present invention. In the figure, h(x)...spread function, s i ...image signal data before processing, r i ...image signal data after processing, k・l・m...parameters, 2.3.
4, 8, 9, 10, 11, 12...shift register, 5, 6, 7, 13, 14, 15, 22, 23
... Adder, 16, 17, 18 ... Compensation coefficient setter, 19, 20, 21 ... Multiplier.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 原画像情報が既知の1次元スプレツド関数特
性を有するセンサー部を経由して画像信号入力と
なる画像信号処理装置において、前記1次元スプ
レツド関数のひろがりの方向に順次サンプリング
された少なくとも1個の入力画像信号データを蓄
積するシフトレジスタと、前記1次元スプレツド
関数のひろがりの方向に順次サンプリングされた
少なくとも1個の下記加重相加演算手段からの1
スキヤン前の画像信号データを蓄積するシフトレ
ジスタと、任意に設定し得る補償係数設定器と、
前記2組のシフトレジスタからそれぞれ出力され
る少なくとも1個の入力画像信号データおよび少
なくとも1個の加重相加演算済みの画像信号デー
タ並びに前記補償係数を用いて実時間で加重相加
演算を行なう手段とを備え、前記加重相加演算手
段は少なくとも下記の演算を行うように構成され
ることを特徴とする画像信号処理装置。 ただし ri;振動子スキヤン方向の拡がりを補償した画
像信号データ si;入力画像信号データ N;あまり大きくない整数 【表】 2 特許請求の範囲第1項記載の画像信号処理装
置において、前記1次元スプレツド関数のひろが
りの方向を、原画像情報における画素掃引の方向
と一致させたことを特徴とする画像信号処理装
置。 3 特許請求の範囲第1項記載の画像信号処理装
置において、前記1次元スプレツド関数のひろが
りの方向を、原画像情報における画素掃引の方向
と直交させたことを特徴とする画像信号処理装
置。 4 特許請求の範囲第2項または第3項記載の画
像信号処理装置において、前記加重相加演算に用
いられる複数個の補償係数のそれぞれの値を、前
記1次元スプレツド関数のひろがりの方向または
それと直交する方向に変化させるように構成した
ことを特徴とする画像信号処理装置。 5 特許請求の範囲第2項または第3項記載の画
像信号処理装置において、前記加重相加演算に用
いられる複数個の補償係数の値を、前記1次元ス
プレツド関数のひろがりの方向およびそれと直交
する方向に変化させるように構成したことを特徴
とする画像信号処理装置。
[Scope of Claims] 1. In an image signal processing device in which original image information is input as an image signal via a sensor unit having known one-dimensional spread function characteristics, the image signal is sequentially sampled in the direction of the spread of the one-dimensional spread function. a shift register for accumulating at least one input image signal data; and at least one of the following weighted addition calculation means, which is sampled sequentially in the direction of spread of the one-dimensional spread function.
a shift register that stores image signal data before scanning; a compensation coefficient setter that can be set arbitrarily;
Means for performing a weighted addition operation in real time using at least one input image signal data outputted from the two sets of shift registers, at least one image signal data subjected to a weighted addition operation, and the compensation coefficient. An image signal processing device, characterized in that the weighted addition calculation means is configured to perform at least the following calculations. However, r i ; image signal data compensated for the spread in the transducer scan direction s i ; input image signal data N; an integer that is not very large. An image signal processing device characterized in that the direction of expansion of the dimensional spread function is made to match the direction of pixel sweep in original image information. 3. The image signal processing device according to claim 1, wherein the direction of spread of the one-dimensional spread function is orthogonal to the direction of pixel sweep in the original image information. 4. In the image signal processing device according to claim 2 or 3, the values of each of the plurality of compensation coefficients used in the weighted addition calculation are determined in the direction of spread of the one-dimensional spread function or in the direction of the spread of the one-dimensional spread function. An image signal processing device characterized by being configured to change in orthogonal directions. 5. In the image signal processing device according to claim 2 or 3, the values of the plurality of compensation coefficients used in the weighted addition calculation are set in the direction of spread of the one-dimensional spread function and orthogonal thereto. An image signal processing device characterized by being configured to change the image signal in a direction.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01111006U (en) * 1988-01-21 1989-07-26

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