KR19990069865A - 삼차원 의학 영상에서의 프랙탈 부호화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 삼차원 의학 영상에서의 프랙탈 부호화 방법에 관한 것으로, 종래의 기술에 있어서 의학영상에서는 궁극적으로 영상을 보거나 판단하는 주체가 사람임을 고려하여 시각적인 측면을 고려하여야 하는데 기존의 기술로는 이 부분에 한계가 있다. 영상의 정보는 보통 경계부근에 치중되어 있고, 또한 전체적인 제곱오차의 크기보다 경계선의 선명도가 주관적인 화질판단에 더 큰 영향을 미치는데 기존의 방법에는 이 점의 고려도가 낮다. 또한 전산화 단층 촬영 영상이나 핵자기 공명영상등이 의학영상의 삼차원적인 특징을 갖는데 이 특징을 살리지 못하는 점이 보인다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 저주파 성분의 정합보다는 경계성분의 정합에 보다 중점을 두고, 의학 영상들이 삼차원 특징을 가지고 있는 것을 이용하여 탐색영역을 인접 슬라이들로 확장하며, 또한 부호화 시간의 단축을 위해 각각의 블록을 평탄영역과 에지영역으로 분할하여 시각적으로 향상된 정합을 위한 원영상을 고주파증폭 필터로 전처리하며, 최소제곱오차 정합은 원영상이 아닌 에지가 강조된 영상에 적용하여 영상압축을 하는 방법을 제공함으로써, 병원에서 날로 늘어나는 엄청난 양의 영상자료를 적은 공간에 저장할 수 있고, 또한 원격의료진단 시스템에 응용할 수 있어 한정된 통신선으로 손실이 적게 높은 압축율로 의학영상을 전송하는데 유용하게 이용될 수 있는 효과가 있다.

Description

삼차원 의학 영상에서의 프랙탈 부호화 방법

본 발명은 삼차원 의학 영상에서의 프랙탈 부호화 방법에 관한 것으로, 특히 정지영상이나 동영상에서는 데이터량이 크기 때문에 원활한 전송이나 저장을 위해서 영상압축은 거의 필수적인 과정이라 할 수 있어 프랙탈 이론을 사용하여 이를 의학영상에 적용함으로써, 낮은 비트율에서도 화질이 우수한 영상을 제공하도록 하는 삼차원 의학 영상에서의 프랙탈 부호화 방법에 관한 것이다.

정지영상 및 동영상의 표준화와 초고속 통신망의 발달 등으로 멀티미디어 통신이 가속화되고 있으며, 이러한 추세는 의학 영상 분야에서도 PACS나 원격 의료 진단등에서 나타나고 있다.

종래의 방법들에 있어서는 도메인(domain)블록과 레인지(range)블록의 유사성을 찾는데 최소제곱오차(Least Mean Square Error)를 사용하고 있으며, 프랙탈의 기본적인 특징인 자기유사성과 준선형 변환(affine transform)과 반복함수계, 즉 대칭, 회전, 수축등을 나타내는 변환의 집합으로 구성되어 있다.

프랙탈 영상 부호화는 프랙탈 영상을 만들어 내는 역과정으로, 이는 부호화할 전체영상에서 주어진 식으로 영상을 만들어 내는 대신 고정점(끌개)를 찾아내는 것이다. 이러한 고정점만 알아낸다면 아무리 복잡한 형태라도 간단하게 그 규칙성으로 표현될 수 있다.

자기 유사성을 갖는 프랙탈 구조란, 어떤 구조가 그 자체 내의 유사 구조의 반복에 의해 만들어지는 것을 말하며, 반복 함수계(Iterated Function Systems)란 영상의 자기 유사성을 준선형 변환의 계수들로 표현하여 임의의 초기 영상으로부터 이들을 반복 적용함으로써, 궁극적인 영상을 복원하는 시스템을 뜻한다.

일반적으로 주어진 반복 함수계에 대하여 하나의 고정점이 존재 경우 그 고정점을 끌개(attractor)라고 한다. 변환이 주어질 때 끌개는 쉽게 구할 수 있으나, 주어진 영상과 동일한 또는 비슷한 끌개를 갖는 변환 시스템을 구성하는 것은 간단하지 않다. 이와 같은 변환 시스템을 구성하는 것이 프랙탈 부호화 과정이다.

실제로 전체 영상을 표현할 수 있는 반복 함수계를 구하기는 어렵기 때문에 프랙탈 부호화에서는 전체 영상을 분할하여 반복 함수계를 적용하게 된다(분할 반복 함수계 : Local Iterated Function Systems). 전체 영상의 반복 함수계는 각각의 분할 반복 함수계를 통해 얻은 고정점들의 합집합으로 나타난다.

도 1은 종래 프랙탈 부호화 과정을 보인 동작 흐름도로서, 이에 도시된 바와 같이 실제 프랙탈 부호화에서는 먼저 영상을 읽어들여 블록으로 나눈다음 블록표준편차가 영역분할임계치보다 작은가를 판단하고(SD〈Th), 상기 판단결과에 작으면 평탄영역으로 정하여 임의의 값을 할당하여 그레이레벨 평균값으로 부호화하며, 상기 판단결과 크면 에지영역으로 영역분할을 한 후, 프렉탈부호화를 한다.

상기와 같이 종래의 기술에 있어서 의학영상에서는 궁극적으로 영상을 보거나 판단하는 주체가 사람임을 고려하여 시각적인 측면을 고려하여야 하는데 기존의 기술로는 이 부분에 한계가 있다. 영상의 정보는 보통 경계부근에 치중되어 있고, 또한 전체적인 제곱오차의 크기보다 경계선의 선명도가 주관적인 화질판단에 더 큰 영향을 미치는데 기존의 방법에는 이 점의 고려도가 낮다. 또한 전산화 단층 촬영 영상이나 핵자기 공명영상등이 의학영상의 삼차원적인 특징을 갖는데 이 특징을 살리지 못하는 점이 보인다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 저주파 성분의 정합보다는 경계성분의 정합에 보다 중점을 두고, 의학 영상들이 삼차원 특징을 가지고 있는 것을 이용하여 탐색영역을 인접 슬라이들로 확장하며, 또한 부호화 시간의 단축을 위해 각각의 블록을 평탄영역과 에지영역으로 분할하여 시각적으로 향상된 정합을 위한 원영상을 고주파증폭 필터로 전처리하며, 최소제곱오차 정합은 원영상이 아닌 에지가 강조된 영상에 적용하여 영상압축을 하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 프랙탈 부호화 과정을 보인 동작 흐름도.

도 2는 본 발명을 이용하기 위한 장치의 구성을 보인 예시도.

도 3은 본 발명의 동작 흐름도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

10 : 스캐너 20 : 인식컴퓨터

30 : 링크빌더 40 : 원격지컴퓨터

50 : 중앙컴퓨터 60 : 디스크 어레이

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 삼차원 의학 영상에서의 프랙탈 부호화 방법은 영상을 읽어들여 압축율을 높이기 위하여 원영상을 블록으로 나누기를한 후, 블록표준편차가 영역분할임계치보다 작은가를 판단하는 제1 단계와; 상기 제1 단계의 판단결과 작으면 평탄영역으로 정하여 임의의 값을 할당하고, 이 영역에서 블록의 좌우블록상태가 에지영역에 속하는 가를 판단하는 제2 단계와; 상기 제1 단계의 판단결과 크면 에지영역으로 영역분할을 한 후, 레인지블록에 대응하는 도메인블록의 정합을 고주파증폭필터를 통해 시각적으로 향상된 원영상과 주변영상에서 삼차원탐색을 한 후, 프래탈부호화를 하는 제3 단계와; 상기 제2 단계의 판단결과에 따라 상기 제3 단계를 수행하거나, 그레이레벨 평균값으로 부호화하는 제4 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명을 이용하기 위한 장치의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 인식컴퓨터(20)에서 스캐너(또는 디지털 카메라, 10)로부터 입력되는 영상데이터를 영상압축 프로그램에 의해 압축하여 링크빌더(Link Builder, 30)로 전송하면, 이 링크빌더(30)는 근거리 통신망(LAN) 혹은 인터넷라인을 통하여 원격지컴퓨터(40) 및 중앙컴퓨터(50)로 송신하고, 상기 원격지컴퓨터(40)는 압축된 영상데이터를 의료영상으로 복원하며, 상기 중앙컴퓨터(50)는 압축된 영상데이터를 수 바이트 단위로 분해하여 복수의 디스크 드라이버에 대해서 병렬로 기록/판독하는 디스크 어레이(60)에 저장한다.

도 3은 본 발명의 동작 흐름도로서, 이에 도시한 바와 같이 도 2에서 255 X 255 크기의 256그레이 레벨을 갖는 핵자기 공명영상을 스캔너 혹은 디지털 카메라로컴퓨터에 입력영상읽기를 한 후 원영상을 5 X 5 의 작은 블록으로 분할한 후, 압축시간과 압축율을 높이기 위하여 원영상을 블록나누기(5 X 5) 한 다음, 실험적으로 블록표준편차(SD)가 영역분할임계치(Th) 보다 작으면 평탄영역으로 정하여 임의의 값을 할당하고, 그 이외에는 에지(경계)영역으로 영역분할을 하였다.

여기서, 평탄영역이란 원영상블록에서 그레이레벨 값이 변화가 적은 영상 즉, 색의 변화가 적은 영역을 말하고, 에지(경계)영역이란 변화가 심한 영역을 뜻한다.

평탄영역으로 분류된 영역에서 블록의 좌우블록상태(X1,X2)를 검토하여 주변블록들이 모두 에지영역에 속할 경우 평탄영역으로 분리된 블록을 다시 에지영역으로 수정하였고, 그 이외에는 그레이레벨 평균값 부호화 하였다.

에지영역에서 레인지블록에 대응하는 도메인블록의 정합을 고주파 증폭필터를 통해 에지가 향상된 원영상과 주변영상에서 탐색하였으며, 평균값의 차이는 원영상의 그레이레벨의 평균값을 부호화하였다.

상기의 동작을 좀더 자세히 설명하면 표준편차를 이용하여 영상을 복잡도의 변화가 거의 없는 평탄영역과 복잡도가 큰 에지(경계)영역으로 분류하여 평탄영역에 대해서는 프랙탈 부호화를 하는 대신에 그 해당블록의 평균값만을 부호화하였다. 분류 오차를 최소화하기 위하여 분류하고자 하는 블록의 주변 블록들을 검토하여 주변블록들이 모두 경계영역에 속할 경우, 그 블록은 표준편차와 무관하게 경계영역으로 정의하여 압축율의 향상과 압축시간을 현저히 줄일 수 있었다.

사람이 인지하는 정보는 보통 경계 부근에 치중되어 있고, 또한 전체적인 제곱오차의 크기보다 경계선의 선명도가 주관적인 화질 판단에 더 큰 영향을 주기 때문에 먼저 고주파 증폭 필터를 사용하여 원영상으로부터 경계가 강조된 영상을 만든 후, 원영상이 아닌 경계가 강조된 영상과 경계가 강조된 영상의 축소 변환된 영상에서 최소제곱오차 방법으로 정합을 찾으며, 경계가 강조된 영상으로부터 정합블록의 좌표가 결정되면 도메인블록과 레인지 블록간의 평균 그레이레벨 값의 차이는 경계가 강조된 영상이 아닌 원영상과 원영상의 축소영상에서 구함으로써, 경계가 강조된 영상을 재구성하는 것이 아니라 시각적인 정합을 고려한 원영상에 가까운 재구성을 이루어지도록 하였다.

또한, 의학 영상이 삼차원적인 특징을 갖는 것을 이용하여 탐색 영역을 인접 슬라이스들로 확장시킴으로써, 향상된 정합과 최대신호대잡음비의 개선을 얻을 수 있었다. 프랙탈 변환은 축소변환과 어파인(affine)변환을 통해여 가장 근접한 정합블록을 찾아 반복함수계를 구성하기 때문에, 탐색영역의 확장은 근본적으로 부호화의 오차를 줄 일 수 있다.

부호화된 계수를 근거리통신망(LAN)이나 인터넷 상으로 원격지에 있는 다른 컴퓨터에 전송하고, 전송을 받은 컴퓨터는 단지 계수만으로 오차의 손실이 적은 의학영상을 빠른 시간내에 복호화하여 본래의 이미지를 복원하여 볼 수 있다.

그러므로, 의학영상은 본질적으로 왜곡이 최소가 되어야 하기 때문에 프랙탈 의학 영상 압축은 효과적이라 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 삼차원 의학 영상에서의 프랙탈 부호화 방법은 병원에서 날로 늘어나는 엄청난 양의 영상자료를 적은 공간에 저장할 수 있고, 또한 원격의료진단 시스템에 응용할 수 있어 한정된 통신선으로 손실이 적게 높은 압축율로 의학영상을 전송하는데 유용하게 이용될 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 영상을 읽어들여 압축율을 높이기 위하여 원영상을 블록으로 나누기를한 후, 블록표준편차가 영역분할임계치보다 작은가를 판단하는 제1 단계와; 상기 제1 단계의 판단결과 작으면 평탄영역으로 정하여 임의의 값을 할당하고, 이 영역에서 블록의 좌우블록상태가 에지영역에 속하는 가를 판단하는 제2 단계와; 상기 제1 단계의 판단결과 크면 에지영역으로 영역분할을 한 후, 레인지블록에 대응하는 도메인블록의 정합을 고주파증폭필터를 통해 시각적으로 향상된 원영상과 주변영상에서 삼차원탐색을 한 후, 프래탈부호화를 하는 제3 단계와; 상기 제2 단계의 판단결과에 따라 상기 제3 단계를 수행하거나, 그레이레벨 평균값으로 부호화하는 제4 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 삼차원 의학 영상에서의 프랙탈 부호화 방법.