KR102165610B1 - 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 영상 처리 방법 - Google Patents

엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 영상 처리 방법 Download PDF

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Abstract

엑스선 영상 장치는, 제1엑스선 영상에서 노이즈가 저감된 노이즈 저감 영상을 생성하는 노이즈 저감 영상 생성부; 상기 입력 영상 및 상기 노이즈 저감 영상의 차이로부터 노이즈 영상을 생성하는 노이즈 영상 생성부; 상기 노이즈 영상으로부터 에지가 강조된 에지 영상을 생성하는 에지 영상 생성부; 및 상기 노이즈 저감 영상 및 상기 에지 영상을 합성하여 디스플레이부에 출력되는 제2엑스선 영상을 생성하는 출력 영상 생성부; 를 포함할 수 있다.
이와 같은 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 영상 처리 방법에 의하면, 노이즈를 저감시키는 동시에 에지를 향상시킴으로 선명도 및 품질이 개선된 영상을 출력할 수 있다. 또한, 사용자는 출력된 영상으로부터 보다 정확한 정보를 획득 또는 판단할 수 있게 된다.

Description

엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 영상 처리 방법{X-ray Imaging Apparatus and Image Processing Method of X-ray Imaging Apparatus}
엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 영상 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노이즈를 저감시키면서 에지를 향상시키는 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 영상 처리 방법에 관한 것이다.
현대 사회에서 영상처리 기술이 향상됨에 따라, 영상은 정보를 저장하거나 표현하기 위한 중요한 수단이 되고 있으며, 영상의 중요도가 높아지면서 영상 품질 개선에 대한 사용자 요구가 증대되고 있다.
특히, 인간의 생명과 관련된 병변의 유무 판단, 병변의 위치 검출, 병변의 진행 모습 추적 등에 사용되는 의료 영상 장치 예를 들어, 초음파 영상 장치(Ultrasound imaging apparatus), 엑스선 영상 장치(X-ray imaging apparatus), CT스캐너(Computerized Tomography Scanner), 자기공명영상장치(Magnetic Resonance Imaging apparatus; MRI apparatus등에 있어, 영상의 품질 개선은 그 중요성이 더욱더 부각되고 있는 실정이다.
영상의 품질 개선의 하나로 영상의 노이즈(noise) 제거 및 영상의 선명도 향상을 들 수 있다. 예를 들어, 의료인 또는 환자 등이 의료영상에 나타난 노이즈를 병변으로 오해하지 않도록 또는 병변의 크기 등을 정확히 측정할 수 있도록, 의료 영상 장치는 노이즈를 가능한 저감시켜야 하며 병변 및 병변의 에지(edge)를 선명하게 처리할 수 있어야 하는 것이다.
하지만, 영상의 노이즈 저감을 위해 필터 등을 이용하는 경우, 노이즈 뿐만 아니라 영상의 중요부분을 구분짓는 에지 또한 훼손되게 된다. 따라서 영상의 노이즈 저감과 함께 에지 훼손을 줄이는 방법 또는 영상의 노이즈를 저감시킨 후 훼손된 에지를 향상시키는 방법 등의 개발이 요구되고 있다.
노이즈를 저감시키면서 에지를 향상시키는 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 영상 처리 방법을 제공한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 다음과 같은 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 영상 처리 방법이 제공된다.
엑스선 영상 장치는, 제1엑스선 영상에서 노이즈가 저감된 노이즈 저감 영상을 생성하는 노이즈 저감 영상 생성부; 상기 입력 영상 및 상기 노이즈 저감 영상의 차이로부터 노이즈 영상을 생성하는 노이즈 영상 생성부; 상기 노이즈 영상으로부터 에지가 강조된 에지 영상을 생성하는 에지 영상 생성부; 및 상기 노이즈 저감 영상 및 상기 에지 영상을 합성하여 디스플레이부에 출력되는 제2엑스선 영상을 생성하는 출력 영상 생성부; 를 포함할 수 있다.
엑스선 영상 장치는, 상기 제1엑스선 영상의 주파수를 분리하여, 저주파 성분에 대응하는 저주파 영상 및 고주파 성분에 대응하는 고주파 영상을 생성하는 주파수 분리부; 를 더 포함할 수도 있다.
상기 노이즈 저감 영상 생성부는, 상기 고주파 영상에서 노이즈가 저감된 노이즈 저감 영상을 생성할 수 있다.
상기 출력 영상 생성부는, 상기 저주파 영상, 노이즈 저감 영상 및 상기 에지 영상을 합성하여 제2엑스선 영상을 생성할 수 있다.
상기 에지 영상 생성부는, 상기 노이즈 영상에 대해 미분 연산을 수행하여 미분 영상을 생성할 수 있다.
상기 에지 영상 생성부는, 상기 노이즈 영상에 대해 표준 편차 연산을 수행하여 표준 편차 영상을 생성할 수도 있다.
상기 에지 영상 생성부는, 상기 미분 영상 및 상기 표준 편차 영상을 곱하여 제 1에지 필터를 생성하고, 상기 제 1에지 필터를 리스케일링(rescaling)하여 제 2에지 필터를 생성하는 것도 가능하다.
상기 에지 영상 생성부는, 상기 노이즈 영상 및 상기 제 2에지 필터를 곱하여 상기 에지 영상을 생성할 수 있다.
상기 리스케일링은, 상기 제 1에지 필터의 각 픽셀에 가중치를 곱하는 것인 엑스선 영상 장치는일 수 있다.
상기 가중치는, 상기 픽셀의 픽셀 값과 증가 함수 관계를 형성하는 엑스선 영상 장치는일 수도 있다.
상기 가중치는, 소정의 값 이상 및 1이하를 갖고, 상기 소정의 값은 0이상 1이하를 갖는 엑스선 영상 장치는인 것도 가능하다.
엑스선 영상 장치의 영상 처리 방법은, 제1엑스선 영상에서 노이즈가 저감된 노이즈 저감 영상을 생성하는 단계; 상기 입력 영상 및 상기 노이즈 저감 영상의 차이로부터 노이즈 영상을 생성하는 단계; 상기 노이즈 영상으로부터 에지가 강조된 에지 영상을 생성하는 단계; 및 상기 노이즈 저감 영상 및 상기 에지 영상을 합성하여 디스플레이부에 출력되는 제2엑스선 영상을 생성하는 단계; 를 포함할 수 있다.
엑스선 영상 장치의 영상 처리 방법은, 상기 제1엑스선 영상의 주파수를 분리하여, 저주파 성분에 대응하는 저주파 영상 및 고주파 성분에 대응하는 고주파 영상을 생성하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
상기 노이즈 저감 영상을 생성하는 단계는, 상기 고주파 영상에서 노이즈가 저감된 노이즈 저감 영상을 생성하는 것일 수 있다.
이 때, 상기 제2엑스선 영상을 생성하는 단계는, 상기 저주파 영상, 노이즈 저감 영상 및 상기 에지 영상을 합성하여 제2엑스선 영상을 생성하는 것일 수 있다.
이와 같은 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 영상 처리 방법에 의하면, 노이즈를 저감시키는 동시에 에지를 향상시킴으로 선명도 및 품질이 개선된 영상을 출력할 수 있다. 또한, 사용자는 출력된 영상으로부터 보다 정확한 정보를 획득 또는 판단할 수 있게 된다.
도 1a은 일반적인 엑스선 영상 장치를 예시한 외관도이다.
도 1b는 유방 촬영을 위한 엑스선 영상 장치를 예시한 외관도이다.
도 2은 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 따른 제어 블럭도이다.
도 3은 영상 처리 모듈이 노이즈 저감 및 에지 향상을 수행하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 노이즈 저감 및 에지 향상을 수행하는 영상 처리 모듈(100)의 일 실시예에 따른 구성도이다.
도 5는 에지 필터 생성부의 일 실시예에 따른 구성도이다.
도 6은 에지 필터 생성부의 각 구성에서 생성된 영상 또는 필터를 예시한 도면이다.
도 7은 리스케일링에 이용되는 함수를 예시한 도면들이다.
도 8은 영상 처리 모듈의 일 실시예에 따라 생성된 에지 영상을 예시한 도면들이다.
도 9는 노이즈 저감 및 에지 향상을 수행하는 영상 처리 모듈(100)의 다른 실시예에 따른 구성도이다.
도 10은 영상 처리 모듈의 다른 실시예에 따라, 에지 필터 생성부의 각 구성에서 생성된 영상 또는 필터를 예시한 도면이다.
도 11은 영상 처리 모듈의 다른 실시예에 따라 생성된 에지 영상을 예시한 도면들이다.
도 12은 영상 처리 방법의 일 실시예에 따른 흐름도이다.
도 13은 영상 처리 방법의 다른 실시예에 따른 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 영상 처리 방법을 후술된 실시예들에 따라 상세하게 설명하도록 한다.엑스선 영상 장치는 촬영 부위, 엑스선 영상의 종류 또는 촬영 목적에 따라 그 구조나 촬영 방식이 달라질 수 있다. 구체적으로, 흉부, 팔, 다리 등을 촬영하는 일반적인 엑스선 영상 장치, 유방 촬영 기술인 맘모그래피(mammography)를 이용한 엑스선 영상 장치, 형광 투시법(fluoroscopy)을 이용한 엑스선 영상 장치, 혈관 조영술(angiography)을 이용한 엑스선 영상 장치, 심박동 기록(cardiography)을 위한 엑스선 영상 장치, 단층 촬영법(tomography)을 이용한 엑스선 영상 장치 등이 있는바, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 엑스선 영상 장치는 상기 엑스선 영상 장치 중 어느 하나이거나, 두 종류 이상의 엑스선 영상 장치가 결합된 것일 수도 있다.
도 1a은 일반적인 엑스선 영상 장치를 예시한 외관도이다.
도 1a을 참조하면, 일반적인 엑스선 영상 장치는 엑스선 소스(210), 엑스선 디텍터(220), 호스트 장치(270)을 포함할 수 있다.
엑스선 소스(210)는 대상체(35)에 대한 엑스선 영상을 얻기 위하여 엑스선을 발생시키고, 발생된 엑스선을 피검체(30)에 조사할 수 있다.
여기서 피검체(subject; 30)는 인간이나 동물의 생체가 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 엑스선 영상 장치(200)에 의해 그 내부 구조가 영상화 될 수 있는 것이면 피검체(30)가 될 수 있다.
또한, 대상체(35)는 피검체(30) 내부에서 엑스선 영상 장치(200)를 이용한 진단의 대상이 되는 부분, 즉 엑스선 촬영 부위를 의미한다. 따라서, 도 1a에 도시된 바와 같이 일반적인 엑스선 영상 장치의 경우에, 대상체(35)는 흉부, 팔, 다리 등이 될 수 있다.
엑스선 소스(210)는 엑스선 소스(210)의 상부에 장착된 홀더(202)를 통해 천장과 연결될 수 있다. 홀더(202)는 상하 방향으로 길이가 조절되게 구비될 수 있으며, 홀더(202)의 길이를 조절함으로써 엑스선 소스(210)의 위치가 대상체(35)의 위치에 대응되도록 할 수 있다.
엑스선 디텍터(220)는, 대상체(35)를 사이에 두고 엑스선 소스(210) 반대편에 배치되어, 엑스선 소스(210)에서 조사되어 대상체(35)를 투과한 엑스선을 검출할 수 있다. 또한, 엑스선 디텍터(220)는 검출된 엑스선을 전기적 신호로 변환할 수 있다.
엑스선 디텍터(220)의 일단은 지지대(201)에 상하 방향으로 이동 가능하게 장착될 수 있다. 따라서, 엑스선 디텍터(220)의 위치를 대상체(35)의 위치에 대응되게 이동시킬 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 달리, 피검체(30)를 테이블 위에 눕히고, 엑스선 소스(210)를 천장에서 테이블 길이 방향으로 이동 가능하게 장착하고, 엑스선 디텍터(220)를 테이블 내부에서 테이블 길이 방향으로 이동 가능하게 장착하는 것도 가능하다.
호스트 장치(270)에는 사용자로부터 명령을 입력 받는 입력 모듈(271)과 엑스선 영상을 표시하는 디스플레이 모듈(272)가 구비되어, 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다. 여기서 사용자는 엑스선 영상 장치(200)를 이용하여 대상체(35)의 진단을 수행하는 자로서 의사, 방사선사, 간호사 등을 포함하는 의료진일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 엑스선 영상 장치(200)를 사용하는 자이면 모두 사용자가 될 수 있는 것으로 한다.
입력 모듈(271)의 구성에 있어, 스위치, 키보드, 트랙볼, 터치 스크린중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
디스플레이 모듈(272)는 브라운관(Cathod Ray Tube: CRT)이나, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD), 유기 발광다이오드 표시장치(Light Emitting Diode: LED) 등으로 적용할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
도 1b는 유방 촬영을 위한 엑스선 영상 장치를 예시한 외관도이다.
도 1b를 참조하면, 유방 촬영을 위한 엑스선 영상 장치는 일반적인 엑스선 영상 장치와 마찬가지로 엑스선 소스(210), 엑스선 디텍터(220), 호스트 장치(270)을 포함할 수 있다.
다만, 엑스선 영상 장치(200)가 유방 촬영을 위한 엑스선 영상 장치인 경우에는, 도 1a에 도시된 일반적인 엑스선 영상 장치와 달리, 엑스선 소스(110)와 엑스선 디텍터(220)를 대상체(35)의 상부와 하부에 각각 배치시키고, 대상체(35)의 상부에서 엑스선을 조사할 수 있다.
또한, 엑스선 영상 장치(200)가 유방 촬영을 위한 엑스선 영상 장치인 경우에는 엑스선 소스(210)와 엑스선 디텍터(220) 사이에 대상체(35)를 압착시키기 위한 압착 패들(203)을 더 포함할 수 있다. 여기서 대상체(35)는 유방이며, 압착 패들(203)을 이용하여 대상체를 압착시킴으로써, 대상체에 대한 선명한 엑스선 영상을 얻을 수 있다.
압착 패들(203)은 프레임(206)에 상하 방향으로 이동할 수 있게 장착될 수 있으며, 압착 패들(203)의 이동으로 압착의 정도를 조절할 수 있다.
엑스선 소스(210)와 엑스선 디텍터(220)는 프레임(206)을 통해 연결되고, 프레임(206)은 상하 방향으로 높이가 조절되게 지지대(201)에 장착될 수 있다. 따라서, 프레임(206)의 높이를 조절함으로써 엑스선 소스(210)와 엑스선 디텍터(220) 사이에 대상체(35)가 위치하도록, 더 정확하게는 엑스선 소스(210)와 엑스선 디텍터(220) 사이에 있는 압착 패들(203) 위에 대상체(35)가 위치하도록 할 수 있다.
상술한 바와 같은 엑스선 영상 장치(200)는 도 2에 도시된 바와 같은 구성을 통해 대상체(35)에 대한 엑스선 영상을 획득하고, 영상 처리를 수행하여 출력할 수 있다. 도 2는 엑스선 영상 장치의 일 실시예에 따른 제어 블럭도이다.
엑스선 영상 장치(200)는 엑스선 소스(210), 엑스선 디텍터(220), 영상 처리 모듈(230), 제어 모듈(240), 입력 모듈(271), 디스플레이 모듈(272)를 포함할 수 있다.
엑스선 소스(210)는 엑스선을 발생시켜 대상체에 조사하는 구성으로, 엑스선의 발생을 위해 엑스선 튜브를 포함할 수 있다. 엑스선 튜브는 양극과 음극을 포함하는 2극 진공관으로 구현될 수 있고, 양극과 음극을 둘러싸는 관체는 규산성질 유리 등을 재료로 하여 유리관으로 마련될 수 있다. 또한, 양극은 음극과 마주보는 면에 타겟 물질이 도포 또는 배치될 수 있다.
엑스선 튜브의 음극과 양극 사이에 관전압(크기는 파고치 kvp로 표시됨)이라 불리는 고전압을 걸어주면, 열전자가 가속되고 양극의 타겟 물질에 충돌하면서 엑스선이 발생되게 된다. 관전압이 증가할수록 열전자의 속도가 증가되고, 결과적으로 타겟 물질에 충돌하여 발생되는 엑스선의 에너지(광자의 에너지)가 증가하게 된다. 또한, 관전압의 인가에 따라, 엑스선 튜브에는 관전류(평균치는 mA로 표시됨)라 불리는 전류가 흐르게 되는데, 관전류가 증가할수록 엑스선의 선량(엑스선 관자의 수)이 증가되게 된다. 즉, 관전압에 의해 발생되는 엑스선의 에너지가 제어될 수 있고, 관전류에 의해 발생되는 엑스선의 선량이 제어될 수 있는 것이다.
엑스선 디텍터(220)는 엑스선 소스(210)에서 조사되어 대상체(35)를 투과한 엑스선을 검출하는 구성이며, 검출된 엑스선을 전기적 신호로 변환하여 대상체에 대한 영상을 획득할 수도 있다. 엑스선 디텍터(220)는 재료 구성 방식, 검출된 엑스선을 전기적 신호로 변환시키는 방식 및 전기적 신호를 획득하는 방식에 따라 분류될 수 있다.
먼저, 엑스선 디텍터(220)는 재료 구성 방식에 따라 단일형 소자로 구성되는 경우와 혼성형 소자로 구성되는 경우로 구분된다.
단일형 소자로 구성되는 경우는, 엑스선을 검출하여 전기적 신호를 발생시키는 부분과 전기적 신호를 읽고 처리하는 부분이 단일 소재의 반도체로 구성되거나, 단일 공정으로 제조되는 경우에 해당하며, 예를 들어, 수광 소자인 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)를 단일하게 이용하는 경우이다.
혼성형 소자로 구성되는 경우는, 엑스선을 검출하여 전기적 신호를 발생시키는 부분과 전기적 신호를 읽고 처리하는 부분이 각각 다른 소재로 구성되거나, 다른 공정으로 제조되는 경우에 해당한다. 예를 들어, 포토다이오드, CCD, CdZnTe 등의 수광 소자를 이용하여 엑스선을 검출하고 CMOS ROIC(Read Out Intergrated Circuit)을 이용하여 전기적 신호를 읽고 처리하는 경우, 스트립 디텍터를 이용하여 엑스선을 검출하고 CMOS ROIC를 이용하여 전기적 신호를 읽고 처리하는 경우 및 a-Si 또는 a-Se 플랫 패널 시스템을 이용하는 경우 등이 있다.
그리고, 엑스선 디텍터(220)는 엑스선을 전기적 신호로 변환시키는 방식에 따라 직접변환방식과 간접변환방식으로 구분된다.
직접변환방식에서는, 엑스선이 조사되면 수광 소자 내부에 일시적으로 전자-정공 쌍이 생성되고, 수광 소자의 양단에 인가되어 있는 전장에 의해 전자는 양극으로 정공은 음극으로 이동하는바, 엑스선 디텍터(220)가 이러한 이동을 전기적 신호로 변환한다. 직접변환방식에서 수광 소자에 사용되는 물질은 a-Se, CdZnTe, HgI2, PbI2 등이 있다.
간접변환방식에서는, 엑스선 소스(210)에서 조사된 엑스선이 섬광체(scintillator)와 반응하여 가시광 영역의 파장을 갖는 광자(photon)를 방출하면 이를 수광 소자가 감지하여 전기적 신호로 변환한다. 간접변환방식에서 수광 소자로 사용되는 물질은 a-Si 등이 있고, 섬광체로는 박막 형태의 GADOX 섬광체, 마이크로 기둥형 또는 바늘 구조형 CSI(T1) 등이 사용된다.
또한, 엑스선 디텍터(220)는 전기적 신호를 획득하는 방식에 따라, 전하를 일정 시간 동안 저장한 후에 그로부터 신호를 획득하는 전하누적방식(Charge Integration Mode)과 단일 엑스선 광자에 의해 신호가 발생될 때마다 계수하는 광자계수방식(Photon Counting Mode)으로 구분된다.
엑스선 디텍터(220)는 상술한 바와 같은 단일형 소자, 혼성형 소자, 직접변환방식 및 간접변환방식 중 어느 방식으로도 적용가능하다.
영상 처리 모듈(100)은 엑스선 디텍터(220)에서 획득한 영상을 제어 모듈(230)을 통해 입력받고, 영상 처리를 수행하는 구성이다. 실시예에 따라서는, 영상 처리 모듈(100)이 엑스선 디텍터(220)에서 획득한 영상을 직접 입력받을 수도 있을 것이다. 이 때, 제어 모듈(230) 또는 엑스선 디텍터(220)로부터 입력받은 영상을 입력 영상으로 정의할 수 있다.
영상 처리 모듈(100)은 입력 영상이 아날로그 형태인 경우, 아날로그 형태의 영상을 디지털 형태의 영상으로 변환시킬 수 있으며, 이를 위해 A/D(Analog to Digital) 변환기를 포함할 수 있다. 영상 처리 모듈(100)은 영상을 수치화하거나, 특정 영역 예를 들어, 관심 영역(Region Of Interest; ROI) 등을 추출하고 그 크기를 알아내는 영상 분석을 수행할 수도 있다.
영상 처리 모듈(100)은 출력되는 영상의 크기가 달라질 수 있도록 또는 관심 영역과 같은 특정 영역을 기준으로 영상이 출력될 수 있도록, 영상을 리사이즈(resize)하거나 클리핑(clipping)할 수 있다. 영상 처리 모듈(100)은 영상에서 불필요하거나 중복되는 데이터를 제거하고 압축된 영상을 생성함으로써, 효율적인 영상의 전송 또는 저장이 이루어지도록 할 수 있다.
영상 처리 모듈은(100)은 훼손이나 오류에 의해 발생된 영상의 왜곡을 복원하는 과정을 수행할 수도 있다. 또한, 영상의 밝기 및 명암을 조정하고, 영상에 포함된 노이즈를 제거 또는 저감시키거나, 에지의 검출 및 에지를 향상시키는 과정을 통해 입력 영상에 대한 개선을 수행할 수도 있다.
영상 처리 모듈(100)은 당업계에 알려진 다양한 방법에 따라 또 다른 영상 처리를 수행할 수도 있으며, 상술한 바에 한정되는 것은 아니다. 다만, 이하에서는 입력 영상에 포함된 노이즈의 저감(Noise Reduction; NR) 및 에지의 향상(Edge Enhancement; EE)과 관련하여, 영상 처리 모듈(100)의 구성 및 동작을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 영상 처리 모듈이 노이즈 저감 및 에지 향상을 수행하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
엑스선 디텍터(200)가 영상을 획득하는 과정 및 엑스선 디텍터(200)나 제어 모듈(230)이 영상을 전송하는 과정 중에 노이즈가 부가되고, 이로써 입력 영상은 대상체(35) 내부에 대응하는 원신호(original signal)뿐만 아니라 노이즈 신호를 포함하게 된다. 이 때, 도 3의 상단에 도시된 바와 같이, 원신호는 스텝 함수(step function) 또는 계단 형태로 예시될 수 있고, 노이즈 신호는 크기 및 분포가 불규칙적인 지그재그 형태로 표현될 수 있다.
영상 처리 모듈(100)은 노이즈를 저감시키기 위하여, 입력 영상에 로우패스 필터(low-pass filter) 등을 적용하는데, 이 때, 블러링(blurring) 효과에 따라 노이즈 신호뿐만 아니라 에지 신호도 약화된다. 다시 말하면, 노이즈의 저감과 동시에 에지의 저감도 발생하게 되며, 따라서 입력 영상보다 노이즈가 저감된 영상에서 오히려 선명도가 떨어지게 될 수 있다. 한편, 노이즈가 저감된 영상을 이하에서는 간단히 NR영상이라 칭하기로 한다.
저감된 에지를 다시 향상시키기 위해, 영상 처리 모듈(100)은 먼저 입력 영상 및 NR영상의 차이를 이용하여 노이즈 신호 및 에지 신호가 포함된 노이즈 영상을 획득한다. 그리고, 도 3의 하단에 도시된 바와 같이, 노이즈 영상에서 노이즈 신호와 에지 신호를 분리하고, 에지 신호만을 추출하거나 에지 신호만을 강조하여 추출한다. 영상 처리 모듈(100)은 NR영상에 추출된 에지 신호를 더함으로써, 에지가 향상된 출력 영상을 생성한다. 따라서, 출력 영상은 원신호에 근접한 신호를 포함하게 되는 것이다.
이와 같은 영상 처리 모듈(100)은 도 4 내지 도 11을 통해 더욱 구체적으로 설명될 수 있다. 도 4는 노이즈 저감 및 에지 향상을 수행하는 영상 처리 모듈(100)의 일 실시예에 따른 구성도이다.
도 4를 참조하면, 영상 처리 모듈(100)은 노이즈 저감부(110), 노이즈 영상 생성부(120), 에지 향상부(130) 및 출력 영상 생성부(140)를 포함할 수 있다.
노이즈 저감부(110)는 입력 영상에 포함된 노이즈를 저감시키며, 이를 위해 다양한 형태의 필터나 알고리즘을 이용할 수 있다.
일 예로, 노이즈 저감부(110)는 입력 영상 전체에 임의로 발생한 노이즈(즉, 광역적 노이즈)를 저감시키기 위해, 주변 픽셀(pixel)들의 평균치를 적용하는 로우패스 필터(low-pass filter), 시그마 필터(sigma filter), 중앙값 필터(median filter) 및 Nagao-Matsuyama 필터 등을 이용할 수 있으며, 입력 영상 전체에 걸쳐 일정한 간격을 두고 반복적으로 발생한 노이즈(즉, 주기적 노이즈)를 저감시키기 위해, Destriping 알고리즘, Debanding 알고리즘 등을 이용할 수 있다.
다른 예로, 노이즈 저감부(110)는 입력 영상의 일부 영역에 발생한 노이즈(즉, 국소적 노이즈)에 대해, 공간적 상관관계 및 방사적 상관관계 등을 통해 노이즈 발생 영역을 탐지하고, 중앙값 필터 등을 이용하여 노이즈를 저감시킬 수 있다.
다만, 상술한 예들에 한정되는 것은 아니며, 입력 영상에 포함된 노이즈를 저감시키기 위해 노이즈 저감부(110)가 당업계에 알려진 다른 형태의 필터나 알고리즘 등을 이용하는 것도 가능하다. 또한, 이와 같은 필터나 알고리즘 등은 노이즈 저감부(110)에서 이용될 수 있도록, 별도의 저장 장치에 저장되어 있을 수 있다.
노이즈 영상 생성부(120)는 입력 영상 및 노이즈가 저감된 영상 즉, NR영상의 차이를 이용하여 노이즈 영상을 생성한다. 다시 말하면, 노이즈 영상 생성부(120)는 입력 영상에서 노이즈 및 에지를 추출하고, 추출된 노이즈 및 에지로 구성된 노이즈 영상을 생성한다.
에지 향상부(130)는 에지 필터 생성부(131) 및 에지 영상 생성부(136)를 포함하여, 노이즈 영상에서 노이즈와 에지를 분리하고 에지를 향상시킨다. 이하에서는 에지 필터 생성부(131) 및 에지 영상 생성부(136)의 동작과 관련하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5는 에지 필터 생성부의 일 실시예에 따른 구성도이고, 도 6은 에지 필터 생성부의 각 구성에서 생성된 영상 또는 필터를 예시한 도면이다.
에지 필터 생성부(131)는 노이즈 영상에서 노이즈와 에지를 분리하기 위한 필터를 생성하며, 이를 위해 도 5에 도시된 바와 같이 윈도우 설정부(131a), 미분 검출부(131b), 표준 편차 검출부(131c), 제 1에지 필터 생성부(131d) 및 제 2에지 필터 생성부(131e)를 포함할 수 있다.
윈도우 설정부(131a)는 노이즈 영상에 대한 윈도우을 설정하여, 미분 검출부(131a) 또는 표준 편차 검출부(131b)에서 이용될 수 있도록 한다. 여기서, 윈도우란 노이즈 영상 안에서 소정의 영역에 위치시키기 위한 행렬 모양의 구조체를 의미한다.
윈도우 설정부(131a)는 미분 검출부(131a)에서 이용될 윈도우와 표준 편차 검출부(131b)에서 이용될 윈도우를 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어, 3×3의 윈도우를 설정하여 미분 검출부(131a)에서 이용되도록 하고, 5×5 윈도우를 설정하여 표준 편차 검출부(131b)에서 이용되도록 할 수 있다.
또한, 윈도우 설정부(131b)는 미분 검출부(131a)에서 이용될 윈도우를 복수개 설정하거나, 표준 편차 검출부(131b)에서 이용될 윈도우를 복수개 설정할 수도 있다. 예를 들어, 1×3의 윈도우 및 3×1의 윈도우를 설정하여 미분 검출부(131a)에서 이용되도록 할 수 있는 것이다.
도 6에 예시된 바와 같이, 미분 검출부(131b)는 노이즈 영상에 미분 연산을 수행하여 미분 정보를 검출하고, 표준 편차 검출부(131c)는 노이즈 영상의 분산 및 표준 편차를 연산하여 표준 편차 정보를 검출한다.
구체적으로, 미분 검출부(131b)는 노이즈 영상의 각 픽셀에 대하여 1차 미분 값, 2차 미분 값, 또는 1차 미분 값과 2차 미분 값 모두를 연산하고, 연산된 값을 해당 픽셀의 픽셀 값으로 하여 새롭게 영상화할 수 있다. 이와 같이, 미분 검출부(131b)에서 획득한 영상을 미분 영상이라 정의할 수 있다.
1차 미분은 x축 및 y축 방향 각각에 대해 미분을 수행하는 그레디언트(gradient) 즉, 하기의 [수학식 1]을 이용할 수 있다.
Figure 112014038507754-pat00001
여기서, N은 노이즈 영상, ∇ 그레디언트를 각각 의미하며, 그레디언트의 크기는 에지의 강도가 되고, 그레디언트 방향은 에지 방향의 수직 방향이 된다.
2차 미분은 하기의 [수학식 2]와 같은 라플라시안(laplacian)을 이용할 수 있다.
Figure 112014038507754-pat00002
여기서, ∇2은 라플라시안으로서 에지의 강도를 의미한다.
다시 말하면, 미분 검출부(131b)는 노이즈 영상의 각 픽셀에 대한 그레디언트 및 라플라시안 중 적어도 하나를 연산하여 미분 영상을 획득할 수 있는 것이다.
그레이언트 또는 라플라시안의 연산 시, 미분 검출부(131b)는 윈도우 설정부(131a)에서 설정된 윈도우를 이용할 수도 있으며, 윈도우의 형태에 따라 소벨(Sobel) 윈도우, 프리윗(Prewitt) 윈도우, 로버트(Robert) 윈도우, 라플라시안(Laplacian) 윈도우 및 캐니(Canny) 윈도우 등을 이용할 수 있다.
표준 편차 검출부(131c)는 노이즈 영상의 각 픽셀에 대하여 분산 및 표준 편차를 연산하고, 연산된 표준 편차 값을 해당 픽셀의 픽셀 값으로 하여 새롭게 영상화할 수 있다. 이와 같이, 표준 편차 검출부(131c)에서 획득한 영상을 표준 편차 영상이라 정의할 수 있다.
분산 및 표준 편차 연산 시, 표준 편차 검출부(131c)는 윈도우 설정부(131a)에서 설정된 윈도우를 이용하며, 윈도우의 이용을 통해 표준편차를 연산하는 방법은 하기의 [수학식 3]에 따를 수 있다.
Figure 112014038507754-pat00003
여기서, w는 윈도우,
Figure 112014038507754-pat00004
는 윈도우 내 평균값, P는 윈도우가 내 픽셀 개수, σ는 표준 편차를 각각 의미한다.
도 6을 다시 참조하면, 노이즈 영상에서 픽셀 값의 변화가 거의 없는 평탄한 부분, 픽셀 값의 변화가 다소 존재하는 노이즈 부분, 픽셀 값이 크게 변화하는 에지 부분의 순서대로 그레디언트 크기 등이 커지므로, 미분 영상에서의 픽셀 값도 평탄한 부분, 노이즈 부분, 에지 부분의 순서대로 커지게 되고, 따라서 에지 부분의 컬러가 화이트에 가장 가까워진다.
마찬가지로, 표준 편차 값에 대응하여 표준 편차 영상에서의 픽셀 값도 평탄한 부분, 노이즈 부분, 에지 부분의 순서대로 커지게 되고, 이에 따라 에지 부분의 컬러가 화이트에 가장 가까워진다.
제 1에지 필터 생성부(131d)는 상술한 바와 같은 미분 영상과 표준 편차 영상을 곱하여 제 1에지 필터를 생성한다. 그리고 제 2에지 필터 생성부(131d)는 제 1에지 필터를 리스케일링하여 제 2에지 필터를 생성한다. 이 때 생성된 제 2에지 필터가, 노이즈 영상에서 노이즈와 에지를 분리하기 위한 필터가 되며, 이에 대한 구체적 설명은 후술하기로 한다.
미분 검출부(131b)는 노이즈 영상을 x축이나 y축 방향과 같은 일방향으로 미분 연산한다. 다시 말하면, 미분 검출부(131b)는 노이즈 영상에서 각 픽셀의 좌우나 상하 방향의 픽셀을 이용하여 미분 값을 각각 구하고, 이로써 미분 영상을 획득한다. 반면, 표준 편차 검출부(131c)는 노이즈 영상에서 각 픽셀의 좌우, 상하뿐만 아니라 사선 방향의 픽셀까지 이용하여 표준 편차를 구하고, 이에 기초하여 표준 편차 영상을 획득한다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 표준 편차 영상은 미분 영상에 비해 노이즈에 대한 정보를 더 많이 표현하는 반면, 에지에 대한 정보도 더 부각시켜 표현할 수 있다.
상술한 바와 같은 이유에서, 제 1에지 필터 생성부(131d)는 미분 영상과 표준편차 영상을 동시에 이용하여 제 1에지 필터를 생성한다. 다만, 실시예에 따라서, 표준 편차 검출부(131c)는 생략될 수 있으며, 이에 따라 제 1에지 필터 생성부(131d) 또한 생략되는 것도 가능하다.
제 2에지 필터 생성부(131e)는 다양한 함수를 이용하여 제 1에지 필터를 리스케일링 함으로써, 노이즈에 대한 정보를 약화시킨 제 2에지 필터를 생성한다.
도 6에 도시된 에지 필터 F1는 제2에지 필터를 예시하는 것이며, 제 2에지 필터 생성부(131e)가 이용하는 함수는 도 7을 참조하여 설명할 수 있다. 도 7은 리스케일링에 이용되는 함수를 예시한 도면들이다. 이 때, 리스케일링에 이용되는 함수를 간단히 리스케일링 함수라 칭하도록 한다.
리스케일링 함수는 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 선형(linear)의 형태를 가질 수도 있고, 도 7의 (b) 또는 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이 비선형(nonlinear)의 형태를 가질 수도 있으나, 가로축의 상대적인 픽셀 값 및 세로축의 가중치가 증가 함수 관계를 형성하도록 마련된다.
여기서, 리스케일링을 위한 가중치는 α 내지 1의 값을 갖으며, 이 때 α를 최소 가중치라 정의한다. 최소 가중치 α는 사용자에 의해 선택되거나, 미리 설정되어 있을 수 있다.
또한, 상대적인 픽셀 값은 제 1에지 필터의 복수의 픽셀 값 중 최소 픽셀 값과 최대 픽셀 값을 기준으로 산정된 픽셀 값을 의미하는 것으로, Vα 내지 1의 값을 갖는다. 예를 들어, 제 1에지 필터가 복수의 픽셀 P1, P2, P3, P4, P5 및 P6로 구성되고, 각각에 대응되는 픽셀 값이 30, 45, 50, 80, 160, 200 및 210 이라고 할 때, Vα=0.1에 대하여 최소 픽셀 값 30은 Vα(=0.1)에 대응되고, 최대 픽셀 값 210은 1에 대응되며, 이를 기준으로 나머지 픽셀 값이 산정된다. 따라서, 복수의 픽셀 P1, P2, P3, P4, P5 및 P6의 상대적인 픽셀 값은 Vα(=0.1), 0.175, 0.2, 0.35, 0.75, 0.95 및 1이 되는 것이다.
제 2에지 필터 생성부(131e)는 먼저 제 1에지 필터의 각 픽셀에 대하여 상대적인 픽셀 값을 산정하고, 리스케일링 함수를 이용하여 해당 픽셀의 가중치를 산정한 후, 산정된 가중치를 해당 픽셀의 원래 픽셀 값에 곱함으로써 제 2에지 필터를 생성한다. 이 때, 상대적인 픽셀 값을 산정하는 알고리즘, 각 픽셀에 대응되는 가중치를 산정하는 알고리즘, 산정된 가중치를 곱하는 알고리즘 등은 별도의 저장 장치에 저장되어 있을 수 있다.
전술한 바 있듯이, 리스케일링 함수가 증가 함수 관계를 형성하므로, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2에지 필터(F1)에서는 노이즈에 대한 정보가 상대적으로 약해진다. 바꾸어 말하면, 제 2에지 필터(F1)에서 에지에 대한 정보가 상대적으로 높아지는 것이다.
에지 영상 생성부(136)는 노이즈 영상과 상술한 제 2에지 필터를 곱하여 에지가 추출된 에지 영상을 생성한다.
도 8은 영상 처리 모듈의 일 실시예에 따라 생성된 에지 영상을 예시한 도면들이다. 이 때, 도 8의 노이즈 영상 N1 및 제 2에지 필터 F1은 도 6에 도시된 것과 각각 동일한 것이다. 도 8의 에지 영상 E1에서 확인할 수 있듯이, 제 2에지 필터의 곱으로 노이즈 영상에서 노이즈와 에지가 분리된 다시 말하면, 노이즈 영상에 대해 노이즈는 저감되고 에지는 향상된 에지 영상 E1을 생성하게 된다. 이 때, 리스케일링을 위한 최소 가중치 α가 어떻게 설정되는지에 따라, 노이즈 영상에 대해 노이즈가 저감되는 정도 및 에지가 향상되는 정도 즉, 에지가 추출되는 정도는 달라질 수 있다.
도 4를 다시 참조하면, 출력 영상 생성부(140)는 노이즈 저감부(110)에서 생성된 NR영상에 에지 향상부(130)에서 생성된 에지 영상을 더하여 출력 영상을 생성한다. 입력 영상에 대한 노이즈의 저감 시, 블러링 효과에 의해 함께 발생되었던 에지의 저감은, 에지 영상을 더함으로써 회복되게 된다. 따라서, 최종적으로 생성된 출력 영상은 입력 영상에 대해 노이즈는 저감되고 에지는 향상된 영상이 될 수 있다.
이상에서는 입력 영상이 바로 노이즈 저감부(110)에 전송되는 것을 기초로 설명하였으나, 도 9에 도시된 바와 같이 영상 처리 모듈(100)이 주파수 분리부(105)를 더 포함하여, 입력 영상이 주파수 분리된 후 노이즈 저감부(110)에 전송될 수도 있다.
도 9는 노이즈 저감 및 에지 향상을 수행하는 영상 처리 모듈(100)의 다른 실시예에 따른 구성도이다.
구체적으로, 영상 처리 모듈(100)은 주파수 분리부(105), 노이즈 저감부(110), 노이즈 영상 생성부(120), 에지 향상부(130) 및 출력 영상 생성부(140)를 포함할 수 있다.
주파수 분리부(105)는 입력 영상에서 저주파 성분과 고주파 성분을 분리하고, 저주파 성분으로 이루어진 저주파 영상 및 고주파 성분으로 이루어진 고주파 영상을 생성한다. 노이즈 및 에지는 고주파 성분에 해당되므로, 고주파 영상을 구성하게 된다. 이 때, 저주파 성분과 고주파 성분을 분리하는 방법은, 로우패스 필터(low-pass filter) 또는 하이패스 필터(high-pass filter)를 이용하는 등 당업계의 공지된 기술에 따르는 바, 이하에서는 그에 대한 구체적 설명을 생략하기로 한다.
주파수 분리부(105)에서 생성된 저주파 영상은 출력 영상 생성부(140)로 전송되고, 고주파 영상은 NR영상 및 노이즈 영상의 생성을 위해 노이즈 저감부(110) 및 노이즈 영상 생성부(120)로 각각 전송된다.
노이즈 저감부(110)는 고주파 영상에 포함된 노이즈를 저감시키고 NR영상을 생성한다. 저감시키는 대상 영상이 입력 영상에서 고주파 영상으로 바꼈을 뿐, 노이즈 저감부(110)의 동작은 일 실시예와 동일한 것으로 한다.
노이즈 영상 생성부(120)는 고주파 영상 NR영상의 차이를 이용하여 노이즈 영상을 생성한다. 다시 말하면, 노이즈 영상 생성부(120)는 고주파 영상에서 노이즈 및 에지를 추출하고, 추출된 노이즈 및 에지로 구성된 노이즈 영상을 생성한다. 노이즈 영상의 생성을 위해 이용되는 영상이 입력 영상 및 NR영상에서 고주파 영상 및 NR영상으로 바꼈을 뿐, 노이즈 영상 생성부(120)의 동작은 일 실시예와 동일한 것으로 한다.
에지 향상부(130)는 에지 필터 생성부(131) 및 에지 영상 생성부(136)를 포함하여, 노이즈 영상에서 노이즈와 에지를 분리하고 에지를 향상시킨다. 이 때, 에지 필터 생성부(131)의 구성 및 동작 혹은 에지 영상 생성부(136)의 동작은 도 5를 통해 설명한 바와 동일하므로, 이하에서는 간략히 언급하기로 한다.
도 10은 영상 처리 모듈의 다른 실시예에 따라, 에지 필터 생성부의 각 구성에서 생성된 영상 또는 필터를 예시한 도면이다.
에지 필터 생성부(131)는 노이즈 영상에서 노이즈와 에지를 분리하기 위한 필터를 생성하며, 이를 위해 윈도우 설정부(131a), 미분 검출부(131b), 표준 편차 검출부(131c), 제 1에지 필터 생성부(131d) 및 제 2에지 필터 생성부(131e)를 포함할 수 있다.
윈도우 설정부(131a)는 노이즈 영상에 대한 윈도우을 설정하여, 미분 검출부(131a) 또는 표준 편차 검출부(131b)에서 이용될 수 있도록 하며, 미분 검출부(131b)는 노이즈 영상의 각 픽셀에 대한 그레디언트 및 라플라시안 중 적어도 하나를 연산하여 도 10에 도시된 바와 같은 미분 영상을 획득한다. 또한, 표준 편차 검출부(131c)는 노이즈 영상의 각 픽셀에 대하여 분산 및 표준 편차를 연산하고, 연산된 표준 편차 값을 해당 픽셀의 픽셀 값으로 하여 도 10의 하단에 도시된 바와 같은 표준 편차 영상을 획득한다.
제 1에지 필터 생성부(131d)는 미분 영상과 표준 편차 영상을 곱하여 제 1에지 필터를 생성한다. 다만, 표준 편차 검출부(131c)는 생략될 수 있고, 이에 따라 제 1에지 필터 생성부(131d) 또한 생략될 수 있다. 표준 편차 검출부(131c) 및 제 1에지 필성 생성부(131d)가 생략되는 경우, 미분 영상은 바로 제 2에지 필터 생성부(131d)로 전송되게 된다.
제 2에지 필터 생성부(131d)는 제 1에지 필터를 리스케일링하여 제 2에지 필터를 생성한다. 구체적으로, 제 2에지 필터 생성부(131e)는 먼저 제 1에지 필터의 각 픽셀에 대하여 상대적인 픽셀 값을 산정하고, 리스케일링 함수를 이용하여 해당 픽셀의 가중치를 산정한 후, 산정된 가중치를 해당 픽셀의 원래 픽셀 값에 곱함으로써 제 2에지 필터를 생성한다.
전술한 바 있듯이, 리스케일링 함수가 증가 함수 관계를 형성하므로, 도 10의 우측에 도시된 바와 같이, 제 2에지 필터(F2)에서는 노이즈에 대한 정보가 상대적으로 약해진다. 바꾸어 말하면, 제 2에지 필터(F2)에서 에지에 대한 정보가 상대적으로 높아지는 것이다. 이 때 생성된 제 2에지 필터가, 노이즈 영상에서 노이즈와 에지를 분리하기 위한 필터가 된다.
에지 영상 생성부(136)는 노이즈 영상과 상술한 제 2에지 필터를 곱하여 에지가 추출된 에지 영상을 생성한다.
도 11은 영상 처리 모듈의 다른 실시예에 따라 생성된 에지 영상을 예시한 도면들이다. 도 11의 에지 영상 E2에서 확인할 수 있듯이, 제 2에지 필터의 곱으로 노이즈 영상에서 노이즈와 에지가 분리된 다시 말하면, 노이즈 영상에 대해 노이즈는 저감되고 에지는 향상된 에지 영상 E1을 생성하게 된다. 이 때, 리스케일링을 위한 최소 가중치 α가 어떻게 설정되는지에 따라, 노이즈 영상에 대해 노이즈가 저감되는 정도 및 에지가 향상되는 정도 즉, 에지가 추출되는 정도는 달라질 수 있다.
도 9를 다시 참조하면, 출력 영상 생성부(140)는 주파수 분리부(105)에서 생성된 저주파 영상, 노이즈 저감부(110)에서 생성된 NR영상 및 에지 향상부(130)에서 생성된 에지 영상을 더하여 출력 영상을 생성한다. 고주파 영상에 대한 노이즈의 저감 시 블러링 효과에 의해 함께 발생되었던 에지의 저감은, 에지 영상을 더함으로써 회복되게 된다. 따라서, 최종적으로 생성된 출력 영상은 입력 영상에 대해 노이즈는 저감되고 에지는 향상된 영상이 될 수 있다.
영상 처리 모듈(100)의 일 실시예에 따라 또는 다른 실시예에 따라 생성된 출력 영상은 디스플레이 모듈(272)에 표시되어 사용자가 확인할 수 있게 한다.
제어 모듈(230)은 엑스선 영상 장치(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어 모듈(230)는 입력 모듈(271)를 통해 입력된 지시나 명령에 대응하여 엑스선 소스(210), 엑스선 디텍터(220), 영상 처리 모듈(100) 및 디스플레이 모듈(272) 중 적어도 하나를 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 경우에 따라 제어 모듈(230)은 유선 통신 또는 무선 통신을 통해 외부 장치로부터 수신한 지시나 명령에 대응하여 각 구성요소를 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수도 있다.
제어 모듈(230)은 롬(Read Only Memory: ROM), 피롬(Programmable Read Only Memory: PROM), 하드 디스크, 광 디스크 등과 같은 저장 장치를 포함하여, 엑스선 영상 장치(200) 특히, 영상 처리 모듈(100)의 조작을 위한 데이터나 알고리즘을 저장할 수 있다.
일 예로, 저장 장치는 입력 영상 또는 고주파 영상의 노이즈 저감을 위해 노이즈 저감부(110)에서 이용되는 다양한 형태의 필터나 알고리즘을 저장할 수 있다. 다른 예로, 저장 장치는 윈도우 설정부(131a)에서 설정된 윈도우를 저장할 수도 있고, 미분 연산을 수행하기 위한 알고리즘, 표준 편차를 연산하기 위한 알고리즘, 미분 영상 및 표준 편차 영상을 곱하기 위한 알고리즘을 저장할 수도 있다.
또 다른 예로, 저장 장치는 설정된 최소 가중치 α를 저장할 수도 있고, 제 2에지 필터 생성부(131e)가 상대적인 픽셀 값을 산정하기 위한 알고리즘, 각 픽셀에 대응되는 가중치를 산정하기 위한 알고리즘, 산정된 가중치를 곱하기 위한 알고리즘을 저장할 수도 있다.
이상으로 엑스선 영상 장치(200) 및 영상 처리 모듈(100)의 구성 및 각 구성의 역할을 실시예들을 바탕으로 설명하였다. 다만, 상술한 영상 처리 모듈(100)은 초음파 영상 장치, CT스캐너, 자기공명영상장치 등 다른 의료 영상 장치의 구성이 될 수도 있고, 의료 분야 외의 영상 장치에 구성될 수도 있다.
이하에서는 주어진 흐름도를 참조하여, 상술한 영상 처리 모듈(100)에 따른 영상 처리 방법을 살펴보기로 한다.
도 12는 엑스선 영상 처리 방법의 일 실시예에 따른 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 먼저 입력 영상에 대해 노이즈가 저감된 영상 즉, NR영상을 생성한다(700).
다음으로, 입력 영상 및 NR영상의 차이를 이용하여 노이즈 영상을 생성한다(710). 즉, 입력 영상에서 노이즈 및 에지를 추출하고, 추출된 노이즈 및 에지로 구성된 노이즈 영상을 생성한다.
노이즈 영상에 대한 미분 정보 및 표준 편차 정보를 검출하고, 검출된 미분 정보 및 표준 편차 정보를 이용하여 제 1에지 필터를 생성한다(720).
구체적으로, 노이즈 영상의 각 픽셀에 대하여 1차 미분 값, 2차 미분 값, 또는 1차 미분 값과 2차 미분 값 모두를 연산하고, 연산된 값을 해당 픽셀의 픽셀 값으로 하여 미분 영상을 획득한다. 그리고 노이즈 영상의 각 픽셀에 대하여 분산 및 표준 편차를 연산하고, 연산된 표준 편차 값을 해당 픽셀의 픽셀 값으로 하여 표준 편차 영상을 획득한다. 이와 같이 획득한 미분 영상에는 노이즈 영상에 대한 미분 정보가 포함되고, 표준 편차 영상에는 노이즈 영상에 대한 표준 편차 정보가 포함되게 된다. 한편, 미분 영상 또는 표준 편차 정보의 획득 시, 미리 설정된 윈도우를 이용할 수도 있다.
상술한 미분 영상과 표준 편차 영상을 곱하여 제 1에지 필터를 생성한다.
제 1에지 필터를 리스케일링하여 제 2에지 필터를 생성한다(730).
구체적으로, 최소 가중치 α를 이용하여 제 1에지 필터의 각 픽셀에 대하여 상대적인 픽셀 값을 산정하고, 리스케일링 함수를 이용하여 해당 픽셀의 가중치를 산정한다. 이 때, 최소 가중치 α는 0이상 1이하의 값으로 선택 또는 설정되며, 리스케일링 함수는 가로축을 상대적인 픽셀 값으로 하고, 세로축을 가중치로 하는 증가 함수가 된다.
산정된 가중치를 해당 픽셀의 원래 픽셀 값에 곱함으로써 제 2에지 필터를 생성한다. 리스케일링 함수가 증가 함수를 형성하므로, 제 2에지 필터에서는 노이즈에 대한 정보보다 에지에 대한 정보가 상대적으로 높아지게 된다.
제 2에지 필터를 이용하여 노이즈 영상에서 에지가 추출된 에지 영상을 생성한다(740). 다시 말하면, 노이즈 영상과 상술한 제 2에지 필터를 곱함으로써, 노이즈 영상에 대해 노이즈는 저감되고 에지는 향상된 에지 영상을 생성한다.
NR영상에 에지 영상을 더하여 출력 영상을 생성한다(750).
입력 영상에 대한 노이즈의 저감 시, 블러링 효과에 의해 함께 발생되었던 에지의 저감은, 에지 영상을 더함으로써 회복되게 된다. 즉, 750단계까지 거치면서, 입력 영상에 대해 노이즈는 저감되고 에지는 향상된 출력 영상이 최종적으로 생성될 수 있는 것이다.
도 12는 영상 처리 방법의 일 실시예에 따른 흐름도이다.
입력 영상의 주파수를 분리하여, 저주파 영상 및 고주파 영상을 생성한다(800).
구체적으로, 입력 영상에서 저주파 성분과 고주파 성분을 분리하고, 저주파 성분으로 이루어진 저주파 영상 및 고주파 성분으로 이루어진 고주파 영상을 생성한다. 노이즈 및 에지는 고주파 성분에 해당되므로, 고주파 영상을 구성하게 된다. 이 때, 저주파 성분과 고주파 성분을 분리하는 방법은, 로우패스 필터(low-pass filter) 또는 하이패스 필터(high-pass filter)를 이용하는 등 당업계의 공지된 기술에 따르는 것으로 한다.
고주파 영상에 대해 노이즈가 저감된 영상 즉, NR영상을 생성한다(810).
고주파 영상 및 NR영사의 차이를 이용하여 노이즈 영상을 생성한다(820).
노이즈 영상에 대한 미분 정보 및 표준 편차 정보를 검출하고, 검출된 미분 정보 및 표준 편차 정보를 이용하여 제 1에지 필터를 생성한다(830).
구체적으로, 노이즈 영상의 각 픽셀에 대한 그레디언트 및 라플라시안 중 적어도 하나를 연산하고, 연산된 값을 해당 픽셀의 픽셀 값으로 하여 미분 영상을 획득한다. 그리고 노이즈 영상의 각 픽셀에 대하여 분산 및 표준 편차를 연산하고, 연산된 표준 편차 값을 해당 픽셀의 픽셀 값으로 하여 표준 편차 영상을 획득한다. 이와 같이 획득한 미분 영상에는 노이즈 영상에 대한 미분 정보가 포함되고, 표준 편차 영상에는 노이즈 영상에 대한 표준 편차 정보가 포함되게 된다. 한편, 미분 영상 또는 표준 편차 정보의 획득 시, 미리 설정된 윈도우를 이용할 수도 있다.
최소 가중치 α 및 리스케일링 함수를 이용하여, 제 1에지 필터를 리스케일링하고 제 2에지 필터를 생성한다(840). 이 때, 리스케일링 함수는 증가 함수를 형성하기 때문에, 제 2에지 필터에서는 노이즈에 대한 정보보다 에지에 대한 정보가 상대적으로 높아지게 된다.
제 2에지 필터를 이용하여 노이즈 영상에서 에지가 추출된 에지 영상을 생성한다(850). 즉, 노이즈 영상에 제 2에지 필터를 곱하여 에지 영상을 생성한다.
저주파 영상, NR영상 및 에지 영상을 더하여 출력 영상을 생성한다(860).
고주파 영상에 대한 노이즈의 저감 시, 블러링 효과에 의해 함께 발생되었던 에지의 저감은, 에지 영상을 더함으로써 회복되게 된다. 이와 같이 860단계까지 거치면서, 입력 영상에 대해 노이즈는 저감되고 에지는 향상된 출력 영상이 최종적으로 생성될 수 있는 것이다.
이상과 같이 예시된 도면을 참조로 하여, 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 장치의 제어 방법의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 영상 처리 모듈 105 : 주파수 분리부
110 : 노이즈 저감부 120 : 노이즈 영상 생성부
130 : 에지 향상부 131 : 에지 필터 생성부
136 : 에지 영상 생성부 140 : 출력 영상 생성부
200 : 엑스선 영상 장치 210 : 엑스선 소스
220 : 엑스선 디텍터 230 : 제어 모듈
271 : 입력 모듈 272 : 디스플레이 모듈

Claims (25)

  1. 영상을 생성하는 영상 처리부; 및
    상기 영상 처리부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 영상 처리부는,
    엑스선 디텍터로부터 수신된 영상 정보에 기초하여 엑스선 영상을 생성하고, 상기 엑스선 영상에서 노이즈가 저감된 노이즈 저감 영상을 생성하고,
    상기 엑스선 영상 및 상기 노이즈 저감 영상의 차이로부터 노이즈 영상을 생성하고,
    상기 노이즈 영상의 주파수 성분을 조정하여 상기 노이즈 영상을 가공하고,
    상기 노이즈 저감 영상 및 상기 노이즈 영상의 가공 영상을 결합하는 엑스선 영상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 엑스선 영상의 픽셀값과 상기 노이즈 저감 영상의 픽셀값 간의 차이값에 기초하여 상기 노이즈 영상을 생성하는 엑스선 영상 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 노이즈 영상의 가공 영상에 가중치를 적용하여 상기 노이즈 저감 영상과 결합하는 엑스선 영상 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 노이즈 영상의 가공 영상의 각 픽셀마다 가중치를 적용하여 상기 노이즈 저감 영상과 결합하는 엑스선 영상 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 노이즈 영상의 가공 영상의 각 픽셀마다 서로 다른 가중치를 적용하여 상기 노이즈 저감 영상과 결합하는 엑스선 영상 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 노이즈 영상의 가공 영상의 전체에 가중치를 적용하여 상기 노이즈 저감 영상과 결합하는 엑스선 영상 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 노이즈 영상의 주파수 성분을 평탄화함으로써 상기 노이즈 영상을 가공하는 엑스선 영상 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 노이즈 영상이 포함하는 복수개의 픽셀의 픽셀값을 주파수 영역에서 평탄화함으로써 상기 노이즈 영상을 가공하는 엑스선 영상 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 노이즈 영상의 주파수 성분의 주파수 대역을 변환하는 엑스선 영상 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 노이즈 영상이 포함하는 복수개의 픽셀에 대한 픽셀값의 주파수 대역을 변환하는 엑스선 영상 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 노이즈 영상의 주파수 성분을 고주파화하는 엑스선 영상 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 노이즈 영상이 포함하는 복수개의 픽셀의 픽셀값을 주파수 영역에서 고주파화하는 엑스선 영상 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 노이즈 영상에 대한 윈도우를 설정하고, 상기 윈도우를 이용하여 상기 노이즈 영상을 가공하는 엑스선 영상 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 윈도우는 소벨(Sobel) 윈도우, 프리윗(Prewitt) 윈도우, 로버트(Robert) 윈도우, 라플라시안(Laplacian) 윈도우 및 캐니(Canny) 윈도우 중 적어도 어느 하나인 엑스선 영상 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 노이즈 영상을 스케일링함으로써 상기 노이즈 영상의 가공 영상을 생성하는 엑스선 영상 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 노이즈 영상에 가중치를 적용함으로써 상기 노이즈 영상을 스케일링하는 엑스선 영상 장치.
  18. 엑스선을 대상체에 조사하는 엑스선 소스;
    상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하고, 상기 대상체의 영상 정보를 생성하는 엑스선 디텍터;
    상기 영상 정보에 기초하여 영상을 생성하는 영상 처리부; 및
    상기 영상을 출력하는 디스플레이부;를 포함하고,
    상기 영상 처리부는,
    상기 영상 정보에 기초하여 엑스선 영상을 생성하고,
    상기 엑스선 영상에서 노이즈가 저감된 노이즈 저감 영상을 생성하고,
    상기 엑스선 영상 및 상기 노이즈 저감 영상의 차이로부터 노이즈 영상을 생성하고,
    상기 노이즈 영상의 주파수 성분을 조정하여 상기 노이즈 영상을 가공하고,
    상기 노이즈 저감 영상 및 상기 노이즈 영상의 가공 영상을 결합하는 엑스선 영상 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 엑스선 영상의 픽셀값과 상기 노이즈 저감 영상의 픽셀값 간의 차이값에 기초하여 상기 노이즈 영상을 생성하는 엑스선 영상 장치.
  20. 삭제
  21. 컴퓨터에 의해 판독 가능한 비일시적인 저장매체에 있어서,
    대상체를 투과한 엑스선을 검출하여 생성된영상 정보에 기초하여 엑스선 영상을 생성하고,
    상기 엑스선 영상에서 노이즈가 저감된 노이즈 저감 영상을 생성하고,
    상기 엑스선 영상 및 상기 노이즈 저감 영상의 차이로부터 노이즈 영상을 생성하고,
    상기 노이즈 영상의 주파수 성분을 조정하여 상기 노이즈 영상을 가공하고,
    상기 노이즈 저감 영상 및 상기 노이즈 영상의 가공 영상을 결합하는 프로그램을 저장하는 저장매체.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 노이즈 영상을 생성하는 것은,
    상기 엑스선 영상의 픽셀값과 상기 노이즈 저감 영상의 픽셀값 간의 차이값에 기초하여 상기 노이즈 영상을 생성하는 것을 포함하는 저장매체.
  23. 삭제
  24. 엑스선 영상 장치에 의해 수행되는 제어방법에 있어서,
    엑스선 디텍터로부터 영상 정보를 수신하는 단계;
    상기 영상 정보에 기초하여 엑스선 영상을 생성하는 단계;
    상기 엑스선 영상에서 노이즈가 저감된 노이즈 저감 영상을 생성하는 단계;
    상기 엑스선 영상 및 상기 노이즈 저감 영상의 차이로부터 노이즈 영상을 생성하는 단계;
    상기 노이즈 영상의 주파수 성분을 조정하여 상기 노이즈 영상을 가공하는 단계; 및
    상기 노이즈 저감 영상 및 상기 노이즈 영상의 가공 영상을 결합하는 단계를 포함하는 엑스선 영상 장치의 제어방법.
  25. 삭제
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