KR101264182B1

KR101264182B1 - 화상 처리 방법 및 화상 처리 장치

Info

Publication number: KR101264182B1
Application number: KR1020100061032A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 오미
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2010-06-28
Publication date: 2013-05-14
Also published as: EP2267655A2; CN103544684A; KR20110000537A; US20100329533A1; EP2267655A3; JP2011005050A; CN101930595A

Abstract

X선 촬상 시스템으로 촬상된 화상에 대하여 계조 변환을 행하는 화상 처리 장치는, 화상의 기준이 되는 기준 영역을 추출하고, 화상이 변화했을 경우에, 추출한 기준 영역에서는 그 화상의 변화에 의한 콘트라스트의 변동을 억제하도록, 또 다른 영역에서는 콘트라스트의 변동을 반영시키도록 계조 변환을 행한다.

Description

화상 처리 방법 및 화상 처리 장치{IMAGE PROCESSING METHOD AND IMAGE PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, X선 화상을 최적의 계조로 변환하는 X선 화상 처리 방법에 관한 것이다. 좀더 구체적으로, 본 발명은 계조 변환 곡선을 작성하여 출력 화상의 콘트라스트를 규정하는 화상 형성 방법(즉, 계조 맵핑 방법) 및 화상 처리 장치에 관한 것으로, 작성된 계조 변환 곡선은 이전 화상의 계조 변환 곡선을 적어도 일부분 포함하고 있다.

X선 화상에서는, 의사의 진단능을 향상시키기 위한 시도로, 입력 X선 화상의 출력 버전을 향상시키기 위해 다양한 형태의 계조 변환이 제안되어 있다. 의사의 진단능을 향상시키려면 X선 화상의 관찰 영역을 최적화하는 계조 변환을 행한다. 이러한 최적화를 행하기 위해서, 노이즈와 움직임에 로버스트(robust)인 X선 화상으로부터의 관찰 영역의 추출이 많이 제안되어 있다. 이러한 영역의 출력 화상을 최적화기 위해서 계조 곡선으로서 시그모이드(sigmoid) 함수가 이용되고 있다. 여기서, X선 화상을 (프레임들의 시퀀스로 이루어진) 동영상으로서 캡처하면, 이들 프레임 간의 콘트라스트 변동을 고려해서 안정시킬 필요가 있다. 이 프레임 간의 콘트라스트 변동의 주된 원인으로서 생각되는 것은, X선의 변동과 피사체의 변동을 들 수 있다. X선의 변동이란, 일정한 촬영 조건 하에서도 X선의 발생량에 가변성(variability)이 있는 것과, X선 조작 및 제어에 의해 촬영 조건이 변화하는 것을 가리킨다. 또 피사체의 변동이란, 호흡을 하는 것으로 촬영 영역 안밖으로 폐야(lung field)가 이동하는 것이나, 조영제(造影劑)가 주입되는 것을 가리킨다.

　지금까지, 이러한 프레임 간의 콘트라스트 변동에 대해서, X선의 발생량이 다른 것에 관해서는 X선을 보다 안정시키는 것으로 대응하고 있다. 한편, 피사체의 변동에 대해서는, 피사체의 해석 방법이나 계조 변환 곡선을 제어하는 것으로 대응하고 있다.

이 피사체의 해석 방법의 예로서는, 입력 화상의 화소값으로부터 히스토그램을 작성하고, 최소값 및 최대값을 추출하며, 그들 값을 시간방향으로 필터링하는 방법이 있다(예를 들면, 일본특허 제3334321호 공보 참조). 최소값 및 최대값을 시간 방향으로 필터링하는 것으로, 콘트라스트 변동에 대한 감도를 억제해서 안정시키는 것이 가능하다.

또, 계조 변환을 제어하는 방법의 예로서는, 입력 화상을 해석해서 장면 변화를 검출하는 것과, 장면 변화에 필요한 시간에 근거해 신규로 작성한 계조 변환 곡선과 과거의 계조 변환 곡선을 합성하는 것을 포함하는 방법이 있다(예를 들면, 일본특허 제4050547호 공보 참조). 이 방법에 의하면, 계조 변환 곡선을 시간 방법으로 필터링하는 것으로, 콘트라스트 변동에 대한 감도를 억제해서 안정시킬 수가 있다.

그렇지만, 상기 종래 기술에서는, 다음과 같은 문제점이 있다. 히스토그램의 최소값 및 최대값을 필터링하는 것으로 화상 전체의 콘트라스트 변동을 억제해도(최대값 및 최소값은 특히 어두운 영역과 특히 밝은 영역을 나타낸다), 주시해서 관찰하고 있는 영역의 변동을 억제할 수 없어, 유저(진단 목적으로 출력 화상을 이용하고 있는 의사 등)는 민감하게 느껴 버린다. 이것에 응답해서 관찰 영역의 변동을 억제하려고 하면, 동영상에 있어서 콘트라스트 변동을 반영시키는 것이 불가능하여, 새추레이션(saturation)과 클리핑(clipping)이 발생하여, 입력 프레임에 최적의 출력 화상을 작성할 수가 없다.

　주시해서 관찰하고 있는 영역의 콘트라스트 변동을 억제하면서, 화상 전체에 콘트라스트의 변동을 반영시키는 방법이 필요하다. 한편, 계조 변환 곡선을 장면 변화에 필요한 시간에 근거해서 제어했을 경우, 장면 변화에 필요한 시간에 관계없이 콘트라스트의 변동을 제어하고 싶은 경우가 많이 존재한다.

본 발명은, 동영상의 프레임마다(일련의 프레임 또는 동영상으로 이루어진 화상 내부) 최적의 계조를 취득하면서, 동영상에서의 깜박거림을 억제해서 안정된 계조를 취득하는 장치 및 방법을 제공한다. 또, 본 발명은 프레임마다의 콘트라스트 변동을 반영(즉, 고려)시키면서도, 위화감을 주지 않는 관찰 영역의 화상을 작성하는 장치 및 방법을 제공한다. 또, 본 발명은 보다 낮은 콘트라스트 레벨을 갖는 다른 낮은 휘도 영역을 뷰어가 인식 가능하지 않게 하는 고휘도 영역을 갖는 하나의 화상에서도 또는 서로 다른 휘도 또는 콘트라스트 레벨을 갖는 일련의 타임 시퀀스(time-sequenced) 프레임 또는 동시 프레임에서 최적의 계조를 취득하는 장치 및 방법을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 측면에 의하면, X선 촬상 시스템에 의해 발생된 화상 시리즈로부터의 화상에 대하여 계조 변환을 행하는 화상처리방법에 제공되는데, 이 화상처리방법은 상기 화상 시리즈의 제1의 화상으로부터, 상기 화상 시리즈 내의 다른 화상들에서 기준 영역으로서 기능을 하는 영역을 추출하는 추출 단계와, 상기 화상 시리즈 내의 제1의 화상에 관해서 제2의 화상에서 콘트라스트의 변화가 있는 경우에, 상기 기준 영역에서 상기 제1의 화상과 상기 제2의 화상 간에 일어나는 콘트라스트의 변동을 억제하도록, 그리고 상기 기준 영역 이외의 영역에서 상기 콘트라스트의 변동을 반영시키도록 계조 변환을 행하는 계조 변환 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, X선 촬상 시스템에 의해 발생된 화상 시리즈의 화상에 대해 계조 변환을 행하는 화상처리장치가 제공되는데, 이 화상처리장치는 제1의 화상으로부터 상기 화상 시리즈 내의 화상들에서 기준 영역으로서 기능을 하는 영역을 추출하는 추출 수단과, 상기 제1의 화상과 비교하여 제2의 화상에서 콘트라스트의 변화가 있는 경우에, 상기 기준 영역에서 콘트라스트의 변동을 억제하도록, 그리고 상기 기준 영역 이외의 영역에서 콘트라스트의 변동을 반영시키도록, 계조 변환을 행하는 계조 변환 수단을 구비한다.

본 발명의 그외의 특징들은 (첨부도면을 참조하면서) 이하의 예시적인 실시예의 설명으로부터 밝혀질 것이다.

도 1은, 본 발명에 따른 화상 처리 장치의 하드웨어 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 화상 처리부(104)의 상세한 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3a 및 3b는, X선 화상의 프레임에 있어서의 화소값의 히스토그램을 나타낸다.
도 4a 및 4b는, 합성된 계조 변환 곡선의 특성을 나타낸다.
도 5는, 본 발명에 따른 피드백 계수를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 제1의 실시예에 있어서의 화상 처리를 나타내는 플로차트이다.
도 7a 및 7b는, 기준 영역에 있어서의 합성 계조 변환 곡선과 피드백 계수를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 피드백 계수에 근거해 계조 변환 곡선을 합성하는 처리를 나타내는 개략도이다.
도 9는, 제2의 실시예에 있어서의 화상 처리를 나타내는 플로차트이다.

이하, 도면을 참조하면서 발명을 구현하기 위한 실시예에 대해서 상세히 설명한다. 본 실시예에서는, 관찰하고 있는 영역에 대하여 피드백 계수를 큰 값으로 설정해서 관찰하고 있는 영역에 있어서 콘트라스트 변동에 대한 감도를 억제하고, 나머지 영역에 대해서는 피드백 계수를 작은 값으로 설정해서 나머지 영역에 있어서 콘트라스트 변동을 반영시킨(즉, 고려한) 화상을 작성하는 방법을 설명한다. "반영"이란 비기준 영역에서 콘트라스트 변동을 어떻게 해서든지 승인한다는 의미이다. 예를 들면, 표시 처리가 완료하면, 콘트라스트 변동이 표시되어서, 발생한 콘트라스트 변동이 디스플레이에 반영된다. 한편, 풀(full) 표시 처리가 행해지지 않고, 표시시키지 않는 내부 처리만이 행해지면, 콘트라스트 변동을 산출해서 합성된 계조 변환 곡선의 처리에 반영시킨다.

우선, 본 발명에 따른 화상 처리 장치의 하드웨어 구성의 일례를, 도 1을 이용해서 설명한다. 도 1에 나타낸 예는, 화상 처리 장치를 퍼스널 컴퓨터(PC) 상에서 실현하는 경우의 구성이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 화상 처리 장치(100)에는, CPU(Central Processing Unit)(101), ROM(Read-Only Memory)(102), RAM(Random-Access Memory)(103), 화상 처리부(104), HDD(Hard Disk Drive)(105), 입출력 I/F(interface)(106), 네트워크 I/F(107)가 포함된다. 각 부 101 ~107은 시스템 버스(108)를 통해서 접속되어 있다. CPU(101)는 ROM(102), HDD(105) 등에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램에 따라 장치 전체를 제어한다. ROM(102)은 기동시의 프로그램, 제어 데이터 등을 저장하고 있는 메모리이다. RAM(103)는 CPU(101)가 처리를 실행할 때에 프로그램이 전개되는 메모리이며, 각종 테이블, 작업 영역 등이 정의된다.

화상 처리부(104)는, 입력된 X선 화상에 대해서 (자세한 것은 후술하는) 계조 변환 등의 화상 처리를 행한다. 도 1에서는, 화상 처리부(104)는 전용의 화상 처리 보드로서 실장되어 있지만, 소프트웨어 모듈로서 실현되어도 된다. 즉, 목적에 따라 적절히 화상 처리부(104)를 실장하면 된다. HDD(105)에는 오퍼레이팅 시스템(OS), 애플리케이션 소프트웨어 등이 저장된다. 입출력 I/F(106)는 디스플레이 등의 출력장치와 키보드나 마우스 등의 입력장치와의 인터페이스이다. 네트워크 I/F(107)는 근거리 통신망(LAN) 등의 외부의 네트워크와의 인터페이스이다.

화상 처리부(104)는 X선 촬상 시스템의 네트워크(140)에 접속되어 있다. 이 네트워크(140)는 제어 에어리어 네트워크(CAN:control area network)로 구성되거나, 광파이버로 구성되어도 된다. 네트워크(140)에는 X선 발생장치(110), 의료용 모니터(120), X선 센서(평면 검출기)(130)가 접속된다. 또, 이 네트워크(140)에는 화상 보관 통신 시스템(PACS:picture archiving and communication system)과 X선 화상을 저장하기 위한 모달리티(modality) 내의 하드 디스크 장치가 접속되어도 된다. 화상 처리부(104)로부터 X선 촬상 시스템의 X선 발생장치(110) 혹은 X선 센서(130)에 커멘드를 발행해서, 피사체의 촬영을 제어해도 된다.

다음에, 도 1에 나타낸 화상 처리부(104)의 상세한 구성을, 도 2를 이용해 설명한다. 화상 처리부(104)에는, 화상 입력부(201), 계조 변환 곡선 산출부(202), 기준 영역 추출부(203), 계조 변환 곡선 합성부(204), 계조 변환 곡선 보존부(205), 계조 변환부(206), 및 화상 출력부(207)가 포함된다. 화상 입력부(201)는 처리해야 할 X선 화상을 입력하고, (후술하는) 계조 변환의 처리까지 필요한 처리를 행한다. 여기서, 필요한 처리란, 예를 들면 X선 센서의 특성을 보정하는 처리나 시스템의 특성을 보정처리이다. 화상 입력부(201)는 랜덤 노이즈를 억제하는 처리와 화상 강조도 필요하면 실행한다.

계조 변환 곡선 산출부(202)는, 화상 입력부(201)에 의해 처리된 후의 X선 화상을 계조 변환하기 위한 계조 변환 곡선을 산출한다. 기준 영역 추출부(203)는 계조 변환 곡선 합성부(204)가 계조 변환 곡선을 합성할 때에 참조하는 "주시해서 관찰하는 영역"을 추출한다. 계조 변환 곡선 합성부(204)는 이전 프레임의 계조 변환 곡선과 현재 프레임의 계조 변환 곡선을 합성한다. 계조 변환 곡선 보존부(205)는 계조 변환 곡선 합성부(204)에 의해 합성된 계조 변환 곡선을 보존한다. 이 계조 변환 곡선 보존부(205)는 RAM(103) 내에 위치되어도 된다.

계조 변환부(206)는, 입력된 X선 화상에 대해서, 계조 변환 곡선 합성부(204)에 의해 합성된 계조 변환 곡선을 사용해서 계조 변환을 행한다. 화상 출력부(207)는 처리 후의 화상에 대해서 필요한 처리를 행하고, 의료용 모니터(120), 하드 디스크 장치 등에 화상을 출력한다. 여기서, "필요한 처리"란, 예를 들면 모니터 감마 변환, 기하 변환 등이다.

이상의 구성에 있어서, 화상 처리부(104)의 구체적인 처리를, 도 3a, 3b 및 도 4a, 4b를 이용해 설명한다. 도 3a는 X선 화상 시리즈의 N－1^th 화상 혹은프레임에 있어서의 화소값의 히스토그램이다. "시리즈(series)"란 알맞은 때에 순차 취득되는 일련의 프레임이거나 동시에 취득되는 복수의 프레임이다. 또, 일련의 프레임은 한 개의 X선 화상으로부터 추출된 몇 개의 프레임일 수 있고, 몇 개의 프레임은 화상에 있어서의 화소에 대해서 서로 다른 휘도 레벨이나 강도를 갖는다. 예를 들면, X선 촬영되고 있는 피사체가 X선의 노출시에 이동되면, 일련의 프레임이 서로 다른 강도 레벨을 갖는 화상으로부터 유용하게 추출되어도 된다.

도 3a의 일점쇄선은, 이 히스토그램에 대한 최적 혹은 선형의 계조 변환 곡선을 나타낸다. 여기서, "최적(optimal)"이란, 히스토그램 레인지를 출력 레인지 전체에 할당하는 것을 말한다. 출력 레인지는 화상 출력부(207)의 출력인 화상으로 구성되는 화소값의 레인지이며, 후술하는 최대 및 회소값 입력 화소가 없을 수도 있다.

도 3b는 X선 화상 시퀀스의 N^th 프레임에 있어서의 화소값의 히스토그램이다. 도 3a 및 3b로부터도 분명한 것처럼, N^th 프레임에서는 N－1^th 프레임에 대하여 피사체 변동이나 조영제 등의 주입에 의해 야기된 이용가능한 입력 화소값의 변동에 의해, x축(입력된 화소값)을 따라 히스토그램의 레인지가 변화한다. 입력된 화소값의 레인지는 X선 센서(130)에 의해 수신된 광의 휘도에 의존하기 때문에, 입력된 화소값의 레이지 내의 변화는 상술한 바와 같이 X선 변동보다 피사체 변동에 의해 더 야기될 것 같다. 이 히스토그램에 대한 최적 혹은 선형의 계조 변환 곡선은 이점쇄선으로 나타낸 것과 같게 된다. 도 3a 및 3b에 있어서, 참조번호 301은 주시해서 관찰하고 있는 장기(臟器) 등의 영역이다.

여기서, 각 프레임에 있어서의 콘트라스트는, 이 계조 변환 곡선의 기울기에 의해 정해진다. N－1^th 프레임으로부터 N^th 프레임으로 변동할 때, 피사체의 휘도 변동을 고려한 결과, 계조 변환 곡선의 기울기가 감소하고, 콘트라스트가 감소한다. N－1^th 프레임과 N^th 프레임 간의 피사체의 변동을 "고려(taking into account)"시키기 위해서, 몇 가지의 대안이 생각된다. 도 3a 및 3b를 비교하면, N－1^th 화상의 최대 및 최소 입력 화소값(즉, 더 적게 자주 발생하는 낮은 값과 높은 값을 갖는 화소값)은 존재하지 않는다. 이들 값은 조영제 등의 높은 콘트라스트 피사체의 부족으로 인해 또는 X선 센서(130)의 설정으로 인해 첫 번째의 장소에는 존재하지 않거나 (휘도 혹은 강도) 화소값이 화상의 처리 시에 어떤 특정 스레숄드(threshold) 이하 및 이상 클립(clipped)되어도 된다. 이 스레숄드는 예컨대 금속 이식에 의해 야기된 어두운 패치(patches) 혹은 특히 밝은 패치를 제거하도록 설정되어도 된다. 그렇지만, 그것은 화상이 샷(shot)되어 처리되는 것이며, 본 실시예에 있어서의 결과는, 제2의 화상(N)보다 제1의 화상(N-1)에 대해서 입력 화소값 이상 출력 화소값의 경사가 더 가파르다는 것이며, 그 후자는 모든 입력 화소값(즉, 보다 높은 값 및 보다 낮은 값을 갖는 화소라도)을 고려한다.

이 점에 있어서, 도 4a에 나타낸 종래 기술에서는, N－1^th과 N^th 프레임 계조 변환 곡선의 평균을 구해서 합성 계조 변환 곡선(실선)을 작성한다. 이 평균화가 행해지는 방식은 실제로는 도 3b의 히스토그램에 있어서의 최대 및 최소 화소값을 화상 입력부(201)로 피드백시키는 것이고, 이러한 평균화는 N^th 화상의 출력에 대해서 이들 값을 고려해서 행해진다.

그러나, 이 실선으로 나타낸 합성 계조 변환 곡선에서도, 주시해서 관찰하고 있는 영역 401에서는 화상의 깜박거림이 눈에 띈다.

이 점에 있어서, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 주시해서 관찰하고 있는 영역 401에서는, 합성 계조 변환 곡선을, N-1^th 프레임의 계조 변환 곡선에 보다 더 가까이하도록 웨이트(weighting)함으로써, 이 영역 401에서 N－1^th 프레임의 콘트라스트를 유지한다. 이와 같이 이 영역에서의 덜 독특한 콘트라스트는 뷰어(viewer)에게 더 잘 보인다. 또한, 주시해서 관찰하고 있는 영역 401 외부의 영역에서는, 영역 401로부터의 거리가 증가함에 따라 합성 계조 변환 곡선을 N^th 프레임의 계조 변환 곡선에 가까이하도록 웨이트(weighting)함으로써, N^th 프레임의 콘트라스트를 표시한다. 이와 같이, 콘트라스트 색조(contrast dyes)에 의해 야기된 것과 같은 콘트라스트의 보다 큰 극값(extremes)을, 주시해서 관찰하고 있는 영역 외부의 영역에서 볼 수 있다.

이것이 행해질 수도 있는 방법은, N－1^th 프레임에서 복수의 화소에 대한 콘트라스트 값을 취득하고; N^th 프레임에서 복수의 화소에 대한 콘트라스트 값을 취득하며; 제3 프레임의 기준 영역에서 N-1^th 프레임의 복수의 화소의 콘트라스트 값과 기준 영역 이외의 영역에서 N^th프레임의 복수의 화소의 콘트라스트 값을 포함하는 제3의 프레임을 효율적으로 발생하는 것이다. 그렇지만, 기준 영역에 있어서의 콘트라스트 값과 기준 영역 이외의 영역에 있어서의 콘트라스트 값 간의 좀 더 매끄러운 천이(smoother transition)를 취득하기 위해서, 기준 영역에 있어서의 N－1^th 프레임의 계조 변환 곡선과 반드시 정확히 같지 않은 제3 프레임에 있어서 계조 변환 곡선을 갖지만 그것에 접근하는 것이 바람직하고; 기준 영역 이외의 N^th 프레임의 계조 변환 곡선과 정확히 같지 않지만 그것에 접근하거나 2개의 콘트라스트 값 경사 사이를 서서히 만곡시키는 것이 바람직하다. 이것은, N－1^th 프레임과 N^th 프레임의 계조 변환 곡선(도 4a에서 실선으로 나타냄)의 평균을 제3의 프레임의 계조 변환 곡선에 소망하는 조정을 하게 하는 제3의 곡선(도 5에서 점선으로 나타냄)을 곱함으로써 행해진다. 이 제3의 곡선은 피드백 계수 α로서 알려져 있다.

좀더 구체적으로, 도 5에 나타낸 바와 같이, 피드백 계수α를 설정한다. 여기서, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 피드백 계수 α는, N－1^th 프레임과 N^th 프레임의 계조 변환 곡선의 평균이 곱해질 때, α의 값이 큰 만큼 그 결과로서의 합성 계조 변환 곡선이 N－1^th 프레임의 계조 변환 곡선에 가까워지고, 그 값이 작은 만큼 그 결과로서의 합성 계조 변환 곡선이 N^th프레임의 계조 변환 곡선에 가까워지도록 설정되어 있다. 이것에 의해, 주시해 관찰하고 있는 영역 401에서는 화상 깜박거림을 억제하지만 화상 전체에서는 콘트라스트의 변동을 반영시킬 수가 있다.

피드백 계수 α는 소망하는 결과의 계조 곡선을 주기 위해서 계조 변환 곡선 산출부(202)에 의해 선택된다. 그것은 기준 영역(주시해서 관찰하고 있는 영역)에서 최대를 갖고, 이 영역 이외에서는 최소를 갖는 것이 바람직하다. 이것에 대해서 이하에 상세히 설명한다.

[제1의 실시예]

X선 촬상 시스템으로부터 X선 화상을 취득하고, 그 X선 화상에 대해서 계조 변환을 행하는 제1의 실시예의 화상 처리를, 도 6을 이용해 설명한다. 우선, 화상 입력부(201)에 의해 X선 촬상 시스템으로부터 계조 변환을 행하는 X선 화상을 입력한다(S601). 다음에, 전처리로서 X선 센서(130)의 특성과 X선 촬상 시스템의 특성을 고려한 보정을 행한다(S602). X선 센서(130)의 특성 보정에서는, 오프셋(offset) 보정이나 결함 보정 등을 행한다. X선 촬상 시스템의 특성 보정에서는, MTF(modulation transfer function) 개선 처리나 그리드 라인(grid line) 보정 등을 행한다. 또한, X선 센서(130)의 특성과 시스템의 특성을 보정하는 것 이외에도 필요하면, 랜덤 노이즈나 시스템 노이즈를 억제하는 노이즈 억제 처리와, 엣지 등을 강조하는 강조 처리를 행한다.

여기서, 전처리된 X선 화상을 오리지날 화상으로 한다. 그리고, 장면 변화의 검출을 행한다(S603). 여기서, 장면 변화란, X선 촬영되고 있는 피사체가 변경되었을 경우나 주시해서 관찰하고 있는 관찰 영역이 프레임 간에 변경되었을 경우를 칭한다. 또, 장면 변화는 X선의 제어 등에 의해 화상의 휘도가 안정되지 않는 경우에도 검출된다. 이 검출의 방법에 관해서는, 화상 전체의 휘도의 평균치가 소정의 스레숄드를 넘었을 경우, 혹은 X선의 관전압이나 관전류의 변동이 소정의 스레숄드를 넘었을 경우에, 검출된다. 여기서, 장면의 변화가 있었을 경우, 그대로 S607로 처리를 진행시킨다. 한편, 장면의 변화가 없는 경우에는, S604로 처리를 진행시키고, 오리지날 화상으로부터 기준 영역 추출부(203)에 의해 피사체 영역을 추출한다.

이 S604에서는, 우선, 오리지날 화상으로부터 조사(照射) 필드 밖의 영역 혹은 피사체가 없는 영역을 검출하고, 나머지의 영역을 피사체 영역으로서 인식한다. 조사 필드의 인식 방법은, 프로파일을 취해서 미분값을 계산하는 방법과 뉴럴 네트워크(neural network)를 이용하는 방법을 포함한다. 한편, 피사체가 없는 영역을 검출하는 방법은, 화소값의 히스토그램을 작성해서 화소의 휘도값에 근거해서 검출을 행하는 방법을 포함한다. 이들 방법을 이용해서 피사체 영역을 추출한다. 조사 필드 밖의 영역과 피사체가 없는 영역의 검출을 행하는 것 이외에, 필요하면 피사체에 있어서 이식된 금속 등에서 발생하는 인공 산물을 화상으로부터 제거한 후에 피사체 영역의 인식을 행할 수 있다. 그러한 인공산물은 이식된 금속 혹은 다른 반사/고밀도 재료를 나타내는 영역에 있어서의 화소의 고휘도값에 의해 결정되어도 된다. 이와 같이, 히스토그램에 있어서의 매우 밝은 화소값을, 이러한 형태의 화상 인공산물을 제거하기 위해서 추출할 수도 있다. 이와 같이 화소 휘도에 근거한 추출 처리에 의해 도 3a에 나타낸 바와 같은 히스토그램 형상이 발생한다.

다음에, 추출한 피사체 영역에 근거해 기준 영역을 추출한다(S605). 여기서, 기준 영역이란, 주시해서 관찰하는 영역 301, 401이다. 이 기준 영역을 특정하기 위해서, 내부 기관의 화상 형태의 표시 등의 해부학적 요소를 이용한다. 해부학적 요소를 특정하기 위해서, 제1의 실시예에서는, 촬영 부위 정보(즉, 화상에 있어서 원하는 영역에 관한 정보)를 이용한다. 피사체 영역의 화소값을 나타내는 히스토그램을 작성해서, 히스토그램의 형상과 촬영 부위 정보에 근거해 기준 영역을 결정한다. 예를 들면, 복부 부위를 촬영하는 경우에, 이 영역은, 장(腸), 장 이외의 장기, 뼈, 그 외의 영역으로 크게 나눠질 수 있다. 따라서, 히스트그램에 자동 판별 분석법을 적용해 이 히스토그램을 4개의 영역으로 분할하고, 각 해부학적 구조를 하나의 영역에 할당한다. 이 예에서는, 가장 주목해야 할 영역인, 장에 할당된 히스토그램 레인지(range)를 기준 영역으로서 결정한다.

기준 영역을 추출할 때에, 상기에 정의된 해부학적 요소뿐만 아니라 촬영 기술 정보(즉, 촬영 기술에 관한 정보)를 이용해도 된다. 그 경우, 피사체 영역의 화소값을 나타내는 히스토그램를 작성하고, 히스토그램의 형상과 촬영 기술 정보에 근거해 기준 영역을 결정한다. 예를 들면, 신장 혈관 조영의 촬영 기술을 행하는 경우에, 이 영역을 신장 혈관, 신장, 신장 이외의 장기, 그 외의 영역으로 크게 나눌 수 있다. 따라서, 히스토그램에 자동 판별 분석법을 적용해 5개의 영역으로 분할하고, 각 해부학적 구조를 하나의 영역에 할당한다. 그리고, 기준 영역은 사용되고 있는 촬영 기술(이 경우에, 신장 혈관 조영법)에 의존하기 때문에, 이 기준 영역을 혈관 조영법과 관련되어 있는 영역으로서 결정한다. 따라서, 가장 주목해야 할 영역인, 신장 혈관 및 신장에 할당된 히스토그램 레인지를 기준 영역으로서 결정한다.

또, 기준 영역을 추출할 때에, 통계학적 요소를 이용해도 된다. 통계학적 요소로서 예를 들면 히스토그램를 작성하고, 그 히스토그램 내에 있어서, 누적 히스토그램의 40%~60%의 위치를 기준 영역으로서 결정한다. 또, 히스토그램 레인지의 40%~60%의 위치를 기준 영역으로서 결정해도 된다.

기준 영역을 추출할 때에, 이용하고 있는 통계학적 요소의 예에 대해서는 아래에 기술되어 있다. 통계학적 요소로서 피사체 영역의 중심을 포함한 소정의 ROI(region of interest)를 이용한다. 예를 들면, 피사체 영역의 중심을 포함한 N*N의 구형의 ROI를 설정하고, ROI 내에 있어서의 화소값의 히스토그램을 산출한다. 그리고, ROI 내의 히스토그램의 누적 히스토그램 40%~60%의 위치를 기준 영역으로서 결정한다. 또, 상술한 ROI 내에 있어서의 평균값을 중심 화소로 해서, 기준 영역의 중심 화소에 근거해서 소정의 화소 범위를 기준 영역으로서 결정해도 된다.

다음에, 취득한 기준 영역에 대해서, 피드백 계수를 산출한다(S606). 이 피드백 계수는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 기준 영역 내에서 피드백 계수가 그 최대값에 도달하는 함수이어도 된다. 구체적으로, 피드백 계수의 최소값을 α_min, 대응하는 포인트에서의 피드백 계수에 대한 현재의 화소값을 x, 오리지날 화상의 최대의 화소값을 x_max, 기준 영역 내에서 피드백 계수가 그 최대값에 도달하는 오리지날 화상의 화소값을 x_basis로 했을 때, 아래의 식 1과 같은 3차 함수에 의해 피드백 계수를 근사한다. k는 기준영역으로부터의 거리에 의존하는 가중(weighted) 계수이다.

　x ≤ x_basis :α = k₁x³ ＋ k₂x² ＋ k₃x ＋ α_min

　x > x_basis :α = k₁(x_max - x)³ ＋ k₂(x_max - x)² ＋ k₃(x_max - x)＋α_min (1)

x_basis을, 기준 영역 레인지 내에 있어서의 중간점 혹은 기준 영역 레인지 내에 있어서의 누적 히스토그램의 50%의 위치로서 결정한다. 도 7a와 같은 콘트라스트의 변동에 대해서는, 상기 식(1)의 함수를 이용할 수 있지만, 도 7b와 같은 콘트라스트 변동에는 적용할 수 없다. 도 7b에 나타낸 경우의 피드백 계수의 함수는, 피드백 계수의 최소값 α_min와 최대값α_max에 근거해서, 스프라인(spline) 보간, 다항식 보간, 혹은 그 외 N차 함수로 근사를 행해서 산출한다. 본 실시예에 의하면, 현재의 계조 변환 곡선을 결정하기 위해서, 상술한 것과 같은 이전의 계조 변환 곡선을 이용한다. 이전의 화상으로부터 현재의 화상으로의 콘트라스트의 변화가 기준 영역 이외의 화상의 영역에서 인식가능하고 이 기준 영역에서 억제된다는 것을 확보하기 위해서, 최대 피드백 계수값 α_max은, 0.5이상인 것이 바람직하다.

다음에, 계조 변환 곡선 산출부(202)에 의해 계조 변환 곡선을 산출한다(S607). 여기서, 계조 변환 곡선의 기본이 되는 형상, 예를 들면 직선, 혹은 시그모이드(sigmoid) 함수 등을 미리 결정해 둔다. S604에서 산출한 피사체 영역을 상술한 기본 형상에 할당하도록, 계조 변환 곡선을 산출한다.

다음에, 계조 변환 곡선 합성부(204)가 S606에서 산출한 피드백 계수에 근거해서, 보존되어 있는 1프레임 전의 과거 계조 변환 곡선과 S607에서 산출한 신규 계조 변환 곡선을 오리지날 화상의 화소값마다 합성해서(S608), 오리지날 화상의 각 화소값에 적용된 합성 계조 곡선을 포함하는 제3의 프레임을 효율적으로 작성한다.

도 8은, 피드백 계수에 근거해 계조 변환 곡선을 합성하는 처리를 나타내는 도면이다. 여기서, N^th 프레임에 대해서 신규로 작성된 계조 변환 곡선에 1-α을 곱하고, N-1^th 프레임의 계조 곡선에 α을 곱한다. 이들 2개의 곱은 합성 계조 변환 곡선을 발생하도록 추가된다. 신규(N^th 프레임) 계조 변환 곡선을 Tc_new, 과거(N-1^th 프레임)의 계조 변환 곡선을 Tc_old, 오리지날 화상의 화소값을 x로 했을 때, 합성된 계조 변환 곡선 Tc_merge는, 식(2)과 같이 표현된다. 첫 번째 프레임에 대해서 과거 계조 변환 곡선이 존재하지 않는 경우에는,　α(x)=0으로 해, 신규 계조 변환 곡선을 산출한다. 또, S603에서 장면 변화가 검출되었을 경우에도,　α(x)=0으로 해서, 신규 계조 변환 곡선을 산출한다.

Tc_merge(x)=α(x)Tc_old(x)＋(1－α(x)) Tc_new(x) (2)

다음에, 계조 변환 곡선 합성부(204)에 의해 합성된 계조 변환 곡선을 계조 변환 곡선 보존부(205)에 보존한다(S609). 그리고, 계조 변환부(206)가 합성한 계조 변환 곡선을 이용해 오리지날 화상을 계조 변환한다(S610). 여기서, 필요하면 화상을 출력하기 전에 후처리를 행한다(S611). 후처리는, 비트 변환, 기하 변환, 혹은 P값 변환을 포함할 수도 있다. 또, 의료용 모니터(120)에 화상을 출력하면, 모니터 감마 변환 등의 처리도 행한다.

마지막으로, 화상 출력부(207)는 S610에서 계조 변환되어 S611에서 후처리되는 화상을 의료용 모니터(120), HDD(105) 혹은 모달리티(modality) 내의 하드 디스크 장치 등에 출력한다(S612).

제1의 실시예에 의하면, 주시해서 관찰하고 있는 영역에서는, 화상을 안정시켜서, 화상 전체에서는 콘트라스트의 변동을 반영시킨 화상 혹은 화상 시리즈를 작성할 수가 있다. 실질적으로는, 예를 들면, 미리 정의된 범위의 화소 강도 혹은 발광성(luminosity)에 의해 제한되는 화상을 작성한다. 이 제한된 범위를 이용해서 관심 영역 밖의 영역에 있어서의 큰 범위의 화소 강도(즉, 매우 어두운 곳에서 매우 밝은 곳으로)를 나타내지만, 관심 영역 내에는 콘트라스트(즉, 휘도차)를 보다 보기에 명확하게 하기 위해서 같은, 제한된, 미리 정의된 범위에 걸쳐서 "전개된(spread out)" 보다 적은 범위의 화소 강도(강도의 극값(extremes) 제외)를 나타낸다. 예를 들면, 밝은 인공 산물은 밝은 화소로서 관심 영역 밖에서 보이게 되지만, 관심 영역에서는, 최고 휘도가 보이지 않게 되어, 뷰어의 눈은 좀더 미묘한 특징들을 발견할 수 있을 것이다. 그 결과, 시인성을 높일 수가 있어 의사의 진단 정밀도 및 수술 정밀도를 향상시킬 수 있다.

[제2의 실시예］

다음에, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 제2의 실시예를 상세히 설명한다. 제1의 실시예에서는, 피드백 계수에 근거해 과거의 계조 변환 곡선과 신규의 계조 변환 곡선을 합성한 후에, 합성된 계조 변환 곡선을 보존하고 있었지만, 제2의 실시예에서는, 도 6의 스텝 S608 및 S609와 비교해서 도 9의 스텝 S908 및 S909의 반전으로 나타낸 것처럼 합성하기 전에 계조 변환 곡선을 보존한다.

제2의 실시예에 있어서의 화상 처리 장치 및 X선 촬상 시스템의 구성은, 도 1 및 2에 나타낸 제1의 실시예의 구성과 같고, 그러한 설명은 생략한다. 여기에서는, X선 촬상 시스템으로부터 X선 화상을 취득해, 그 X선 화상을 계조 변환하는 제2의 실시예의 화상 처리를, 도 9를 이용해서 설명한다. 도 9에 나타낸 S901~S907 및 S910~S912의 각 처리는, 도 6에 나타낸 S601~S607 및 S610~S612의 각 처리와 같다. 따라서, S908 및 S909의 처리를 설명한다.

계조 변환 곡선 산출부(202)가 S907에서 산출한 신규 계조 변환 곡선을 계조 변환 곡선 보존부(205)에 보존한다(S908). 여기서, 보존한 신규 계조 변환 곡선은 합성되기 전의 계조 변환 곡선이 된다. 다음에, S906에서 산출한 피드백 계수에 근거해 S907에서 산출한 신규 계조 변환 곡선과 보존되어 있는 과거의 계조 변환 곡선을 합성한다(S909).

여기서, 신규 계조 변환 곡선을 Tc_new, 과거의 계조 변환 곡선의 합성을 Tc_oldmerge, 오리지날 화상의 화소값을 x로 했을 때, 합성된 계조 변환 곡선 Tc_merge는, 식(3)과 같이 표현된다.

Tc_merge(x) = α(x)Tc_oldmerge(x)＋(1-α(x)) Tc_new(x)

Tc_oldmerge(n) = kTc_old(n－1) ＋ (1－k) Tc_old(n－2) (3)

Tc_old(n－1)는, n－1^th 프레임에 있어서 S907에서 산출한 계조 변환 곡선이다. 과거에 S907에서 작성된 계조 변환 곡선을 합성해, Tc_oldmerge로서 결과의(과거의) 계조 변환 곡선을 합성한다.

그 외의 실시예

본 발명의 측면들은, 상술한 실시예(들)의 기능들을 행하도록 메모리 디바이스 상에 기록된 프로그램을 판독 및 실행하는 시스템 또는 장치의 컴퓨터(또는 CPU 혹은 MPU와 같은 디바이스)에 의해서도 실현될 수 있고, 또 예를 들면 상술한 실시예의 기능을 행하도록 메모리 디바이스 상에 기록된 프로그램을 판독 및 실행함으로써 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해 행해지는 방법의 스텝들에 의해 실현될 수 있다. 이 목적을 위해서, 이 프로그램을, 예를 들면 메모리 디바이스(예를 들면, 컴퓨터 판독가능한 매체)로서 기능을 하는 다양한 형태의 기록매체로부터 또는 네트워크를 통해서 컴퓨터에 제공한다.

본 발명은 예시적인 실시 예를 참조하면서 설명되었지만, 본 발명은 이 개시된 예시적인 실시 예에 한정되는 것이 아니라는 것이 이해될 것이다. 이하의 특허청구범위의 범주는 모든 변형 및 균등구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 할 것이다.

Claims

X선 촬상 시스템에 의해 발생된 화상 시리즈로부터의 화상에 대하여 계조 변환을 행하는 화상처리방법으로서,
상기 화상 시리즈의 제1의 화상으로부터, 해부학적 요소와 통계학적 요소중 적어도 하나에 의해 결정되고 상기 화상 시리즈 내의 다른 화상들에서 기준 영역으로서 기능을 하는 영역을 추출하는 추출 단계와,
상기 화상 시리즈 내의 제1의 화상에 관해서 제2의 화상에서 콘트라스트의 변동이 있는 경우에, 상기 기준 영역에서 상기 제1의 화상과 상기 제2의 화상 간에 일어나는 콘트라스트의 변동을 억제하도록, 그리고 상기 기준 영역 이외의 영역에서 상기 콘트라스트의 변동을 반영시키도록 계조 변환을 행하는 계조 변환 단계를 포함하는 화상처리방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제1의 화상에서 복수의 화소에 대한 콘트라스트값을 취득하는 제1의 취득 단계와,
상기 제2의 화상에서 복수의 화소에 대한 콘트라스트값을 취득하는 제2의 취득 단계를 더 포함하고,
상기 계조 변환 단계는 상기 기준영역에서 상기 제2의 화상의 복수의 화소의 콘트라스값에 가까운 콘트라스트값과, 상기 기준영역 이외의 영역에서 상기 제1의 화상의 복수의 화소의 콘트라스트값에 가까운 콘트라스트값을 포함하는 제3의 화상을 발생하는 것을 포함하는 화상처리방법.
제 2 항에 있어서,
상기 제3의 화상의 발생은,
상기 제1의 화상에 대한 계조 변환 곡선을 취득하는 단계와,
상기 제2의 화상에 대한 계조 변환 곡선을 산출하는 산출 단계와,
피드백 계수(α)에 따라 상기 제1의 화상에 대한 계조 변환 곡선과 상기 제2의 화상에 대한 계조 변환 곡선을 합성해서 합성된 계조 변환 곡성을 취득하여 상기 제3의 화상을 발생하는 합성 단계를 포함하는 화상처리방법.
제 3 항에 있어서,
상기 피드백 계수 (α)는 상기 기준 영역으로부터의 거리에 의존해서 웨이트(weight)되는 곱셈기를 포함하는 화상처리방법.
제 3 항에 있어서,
상기 피드백 계수 (α)는 이하의 식에 따라 산출되고,
x ≤ x_basis :α = k₁x³ ＋ k₂x² ＋ k₃x ＋ α_min
x > x_basis :α = k₁(x_max - x)³ ＋ k₂(x_max - x)² ＋ k₃(x_max - x)＋α_min
여기에서는, 입력 화소값을 x, 상기 기준 영역에 있어서의 중간 화소를 x_basis, 오리지날 화상의 최대의 화소값을 x_max, 최소 피드백 계수값을 α_min, x_basis로부터의 x의 거리에 따라 웨이트되는 가중 계수를 k로 한 화상처리방법.
제 1 항에 있어서,
상기 기준 영역 이외의 영역보다 상기 기준 영역에 대해서 보다 큰 값으로 설정되는 피드백 계수(α)에 근거해 상기 화상 시리즈의 상기 제1의 화상의 계조 변환 곡선과 상기 제2의 화상의 계조 변환 곡선을 합성하는 합성 단계를 더 포함하고,
상기 계조 변환 단계에서는, 상기 합성 단계에서 합성된 합성 계조 변환 곡선을 이용해서 상기 계조 변환을 행하는 화상처리방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 기준 영역의 위치는 촬영 부위 정보 또는 촬영 기술 정보에 의해 결정되는 화상처리방법.
삭제
X선 촬상 시스템에 의해 발생된 화상 시리즈의 화상에 대해 계조 변환을 행하는 화상처리장치로서,
제1의 화상으로부터 해부학적 요소와 통계학적 요소중 적어도 하나에 의해 결정되고 상기 화상 시리즈 내의 다른 화상들에서 기준 영역으로서 기능을 하는 영역을 추출하는 추출 수단과,
상기 제1의 화상과 비교하여 제2의 화상에서 콘트라스트의 변동이 있는 경우에, 상기 기준 영역에서 콘트라스트의 변동을 억제하도록, 그리고 상기 기준 영역 이외의 영역에서 콘트라스트의 변동을 반영시키도록, 계조 변환을 행하는 계조 변환 수단을 구비하는 화상처리장치.
제 10 항에 있어서,
상기 제1의 화상에서 복수의 화소에 대한 콘트라스트값을 취득하고, 상기 제2의 화상에서 복수의 화소에 대한 콘트라스트값을 취득하는 취득수단을 더 구비하고,
상기 계조 변환 수단은 상기 기준영역에서 상기 제2의 화상의 복수의 화소의 콘트라스값에 가까운 콘트라스트값과, 상기 기준영역 이외의 영역에서 상기 제1의 화상의 복수의 화소의 콘트라스트값에 가까운 콘트라스트값을 포함하는 제3의 화상을 발생하도록 구성된 화상처리장치.