(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像中に設定された所要のマスク領域内の分割された２つの領域間の統計的特徴量から画像のエッジを抽出する画像処理装置において、
画像中の対象物の存在位置及び前記マスク領域の位置から算出される重みを前記抽出されたエッジの強度に乗ずる処理手段と、
この処理手段により重み付けされたエッジの強度からエッジを抽出する抽出手段と、
より構成したことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
画像中に設定された所要のマスク領域内の分割された２つの領域間の統計的特徴量から画像のエッジを抽出する画像処理装置において、
前記マスク領域内の輝度、色、テクスチャ等特徴量から算出される重みを前記抽出されたエッジの強度に乗ずる処理手段と、
この処理手段により重み付けされたエッジの強度からエッジを抽出する抽出手段と、
より構成したことを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】
画像中に設定された所要のマスク領域内の分割された２つの領域間の統計的特徴量から画像のエッジを抽出する画像処理方法において、
画像中の対象物の存在位置及び前記マスク領域の位置から算出される重みを前記抽出されたエッジの強度に乗ずる第１の処理手段と、
前記領域内の輝度、色、テクスチャ等特徴量から算出される重みを前記抽出されたエッジの強度に乗ずる第２の処理手段と、
前記第１および第２の処理手段により重み付けされたエッジの強度からエッジを抽出する抽出手段と、
より構成したことを特徴とする画像処理装置。
【請求項４】
画像中に設定された所要のマスク領域内の分割された２つの領域間の統計的特徴量から画像のエッジを抽出する画像処理装置において、
画像中の対象物の存在位置及び前記マスク領域の位置から算出される重みであって、画像中に設定される基準点から前記領域までの距離を用いて算出される重みを前記抽出されたエッジの強度に乗ずる第１の処理手段と、
前記マスク領域内の輝度、色、テクスチャ等特徴量から算出される重みであって前記マスク領域内の前記分割された片方または両方の領域の特徴量の平均値または最大値または最小値または中間値のいずれかを用いて算出される重みを前記抽出されたエッジの強度に乗ずる第２の処理手段と、
前記第１および第２の処理手段により重み付けされたエッジの強度からエッジを抽出する抽出手段と、
より構成したことを特徴とする画像処理装置。
【請求項５】
画像中に設定された所要のマスク領域内の分割された２つの領域間の統計的特徴量から画像のエッジを抽出する画像処理方法において、
画像中の対象物の存在位置及び前記マスク領域の位置から算出される重みを前記抽出されたエッジの強度に乗ずる処理ステップと、
この処理手段により重み付けされたエッジの強度からエッジを抽出する抽出ステップと、
を具備することを特徴とする画像処理方法。
【請求項６】
画像中に設定された所要のマスク領域内の分割された２つの領域間の統計的特徴量から画像のエッジを抽出する画像処理方法において、
前記マスク領域内の輝度、色、テクスチャ等特徴量から算出される重みを前記抽出されたエッジの強度に乗ずる処理ステップと、
この処理手段により重み付けされたエッジの強度からエッジを抽出する抽出ステップと、
を具備することを特徴とする画像処理方法。
【請求項７】
画像中に設定された所要のマスク領域内の分割された２つの領域間の統計的特徴量から画像のエッジを抽出する画像処理方法において、画像中の対象物の存在位置及び前記マスク領域の位置から算出される重みを前記抽出されたエッジの強度に乗ずる第１の処理ステップと、前記領域内の輝度、色、テクスチャ等特徴量から算出される重みを前記抽出されたエッジの強度に乗ずる第２の処理ステップと、前記第１および第２の処理ステップにより重み付けされたエッジの強度からエッジを抽出する抽出ステップと、を具備することを特徴とする画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像処理にかかわり、特にＭＲ画像などに最適な画像処理方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、虚血性心疾患による死亡者の増加等により、それらの疾患の診断のために、画像による心壁の動きの解析が行なわれるようになってきている。このような解析に適用できる医用の画像診断装置としてはＭＲＩ装置（磁気共鳴イメージング装置）や、Ｘ線ＣＴ装置（ＣＴスキャナ）、超音波診断装置等が考えられるが、画質や人体に対する影響等を考えると、ＭＲＩ装置が最適である。
【０００３】
すなわち、ＭＲＩ装置は、例えば、生体中の水素原子分布を断層像として得るものであり、静止磁場Ｈ0 中に置かれた原子核がｆ0 ＝γＨ0／２π（但し、γは核磁気回転比（定数）、πは円周率）なる周波数を持つ高周波磁界と共鳴する原理を利用しており、この静止磁場にｚ方向の傾斜を与えてＨ＝Ｈ0 ＋ｇｚ（ｇは磁界傾斜）なる静止磁場にすると、共鳴周波数ｆはｆ＝ｆ0 ＋（γｇｚ／２π）の如く、ｚの関数になり、従って特定周波数を持つ高周波磁界を照射するとｚ軸に直交する面の原子核だけが共鳴を起こし、スライス面（画像を得ようとする断面）を選択でき、共鳴を起こした原子核からの信号を収集して再構成処理することでその選択した断面のイメージ（ＭＲ画像）を得ることができる。
【０００４】
このようにＭＲＩ装置は、磁場を用いて無侵襲に生体内の情報を画像として得ることができ、Ｘ線ＣＴと違って任意の断面の画像や３次元画像を直接得ることができる。その上、近年撮像技術の向上により、現実的な時間で動画像を得ることが可能となってきている。
【０００５】
ところで従来、動画像を用いて生体内の組織の動き情報を得る際には、注目部分について時相の異なる画像間での位置の対応をいかにつけるかが問題であったが、ＭＲＩ装置の場合には画像中に次に述べるような磁気標識を入れることができるため、他の撮像装置に比べて有利である。磁気標識は周知の技術である（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００６】
すなわち、この磁気標識とは、ＭＲＩ装置での撮像技術の一つであり、ある組織断面に対して選択的に出力信号の位相を変化させることにより、画像（ＭＲ画像）中に線状または格子状の標識を入れたものである。組織を構成する原子核のエネルギー準位を下げることで、ここから得られる信号のレベルを下げ、これによって画像中に磁気標識が入るが、そのため、磁気標識は組織の移動とともに一体的に移動することになる。従って、この磁気標識を手掛かりとすることで、異なる時相の画像間で注目部分の位置変化を対応つけて観察することが可能になる。
【０００７】
このように、磁気標識を利用して注目部位についての異なる時相の画像間での対応をつけることが可能なので、心臓など動態部の動き解析にこれを利用することは有効である。すなわち、心臓など動態部のどの部分がどのように移動してゆくかを磁気標識の位置を手掛かりに追跡してゆくことで、動きの変化の様子を正確に把握できることになる。そして、そのためには、磁気標識と対象物の輪郭との交点を精度良く検出できるようにする必要がある。
【０００８】
心壁の動きの解析のため、医用分野において、心壁の輪郭を自動検出する方法は従来より種々試みられている。また、格子状に入れた磁気標識の交点を自動的に求めることも最近行なわれるようになってきた。
【０００９】
また、磁気標識（ｔａｇ）と対象物の輪郭との交点を検出する方法としては、エネルギー最小化原理を用いる方法が、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
この提案された手法は対象物の輪郭を抽出後、輪郭上に離散点を配置し、前記離散点の持つ弾性エネルギーと、画像エネルギーと、必要に応じて付加する外部エネルギーとの和が最小になるように離散点を移動させることにより、磁気標識と対象物との輪郭との交点を求める方法であり、離散点を磁気標識に対応する部分とそれ以外の部分に分け、それぞれに異なるエネルギーを与えることを特徴としている。
【００１１】
しかしながら、この手法の場合、磁気標識部分に対応する離散点として、各離散点の近傍の画像輝度が低い部分としているため、輪郭上に磁気標識以外の部分で輝度が低い部分があると、誤った交点を検出してしまうと言う問題点があった。
【００１２】
また、磁気標識と対象物の輪郭との交点を検出するにあたり、対象物の輪郭を精度良く抽出することも重要である。もちろん、これは医用分野に限るものではなく、画像処理においては重要な技術の一つである。そして、輪郭抽出はすなわち、エッジ抽出の技術である。画像処理におけるエッジ抽出を、精度良くかつ安定に行うための手法はこれまでにも数多く研究されてきた。また上述の如く、近年、画像中の対象物を抽出する等の目的のために、対象物のエッジのみを安定に抽出するという要求が増してきている。
【００１３】
画像中のエッジを検出する手法の主要なものとして、差分型オペレータを用いる方法、モデルフィット型オペレータを用いる方法等が挙げられる。差分型オペレータとしては、画像の輝度値の空間微分をとるものでは、Roberts，Prewitt，Sobel 、また２次微分のLaplacian オペレータなどがある。
【００１４】
モデルフィット型オペレータは、局所領域内にエッジモデルを仮定し、オペレータのパラメータを求めるものであり、代表的なものにHueckel の方法などがある（例えば、非特許文献２参照。）。
【００１５】
しかし空間微分を用いる方法は、局所的にオペレータを作用させるために、ノイズの影響を受け易いという欠点がある。すなわち、ノイズによるエッジをも抽出してしまうという欠点である。そこで、ノイズによるエッジを除去する必要が生じるが、このノイズによるエッジを除去するために、ある閾値によって弱いエッジを取り除くようにすると、今度は必要なエッジまでも取り除かれることになり、目的のエッジが検出できなくなる。そのため、目的のエッジが輝度値の変化の小さい弱いエッジである場合、このようなエッジを正確に検出することは困難となる。
【００１６】
これに対して、画像の局所領域内の特徴量を用いた分離度を用いる手法が提案されている（例えば、非特許文献３参照）。ここで分離度とは、エッジを輝度、色、テクスチャ（模様など）の異なる領域間の境界としてとらえ、これら領域間の特徴量から計算されるものである。
【００１７】
分離度は、データの集合を幾つかの部分集合に分割した場合に、それぞれの部分集合がどの程度分離されているかを表す量である。分離度は、集合全体のデータの特徴に対する部分集合のデータの特徴の割合で表わされ、その値は“０”〜“１”の値をとる。
【００１８】
今、画像中の２つの領域を上記の２つの集合と考えた場合、分離度が大きい程、領域の境界に、強いエッジが存在することになる。つまり、ある画素を境とする２つの領域について考えると、その画素における分離度が大きければ、その画素には強いエッジが存在するということができる。
【００１９】
具体的には分離度は以下のようにして計算される。図３１に示すように、画像中のある点ＰXLの近傍に２つの領域Ａ１，Ａ２に分割された矩形のマスク領域ＡＭを考える。マスク領域ＡＭ内におけるこれらの領域Ａ１，Ａ２間の分離度ηはつぎに示す［数１］のように定義される。
【数１】
0003639283.tif 000002
【００２０】
この分離度ηを用いることで、画像の輝度だけでなく、色、テクスチャによるエッジも検出できる。空間微分を用いたエッジ抽出では図３２のように、輝度勾配に応じたエッジ強度が得られる。従って、対象物１００のエッジの輝度勾配が弱い場合には、対象物のエッジ３０３の強度が、ノイズ３０１のエッジ３０２の強度よりも小さくなる。
【００２１】
ここで、ノイズ３０１のエッジ３０２を除去するために閾値Ｔｈによりエッジ選択を行なうと、対象物の弱いエッジ３０３が抽出できない。
【００２２】
一方、分離度ηを用いると図３３のように、輝度勾配が弱くてもエッジを抽出できるが、その反面、分離度ηが輝度の差には依存しないため、エッジ強度に差ができず、対象物１００のエッジ３０３′と、ノイズ３０１のエッジ３０２′を区別することが困難である。
【００２３】
このように、対象物のエッジのみを抽出するという目的においては、分離度をそのまま用いるだけでは不十分であった。
【特許文献１】特願平５−３３２８６１号。
【非特許文献１】“Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ”，１９８８；１６９：５９−６１。
【非特許文献２】「画像処理ハンドブック」（１９８７）。
【非特許文献３】“領域間の分離度に基づくエッジ抽出”、情報処理学会コンピュータビジョン研究会資料８７−１（１９９４）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
心壁の動きの解析のため、医用分野において、ＭＲＩ装置により所望の断層面における所望の位置に磁気標識を入れたＭＲ画像を取得する技術が開発され、使用されている。そして、このような磁気標識付きのＭＲ画像から心壁の輪郭を自動検出すると共に、ＭＲ画像中に入れた磁気標識の交点を自動的に求めることも行なわれるようになってきた。
【００２５】
そして、磁気標識と対象物の輪郭との交点を検出する方法としては、エネルギー最小化原理を用いる方法が、提案されており、この提案された手法は対象物の輪郭を抽出後、輪郭上に離散点を配置し、前記離散点の持つ弾性エネルギーと、画像エネルギーと、必要に応じて付加する外部エネルギーとの和が最小になるように離散点を移動させることにより、磁気標識と対象物との輪郭との交点を求める方法であった。
【００２６】
しかしながら、この手法の場合、磁気標識部分に対応する離散点として、各離散点の近傍の画像輝度が低い部分としているため、輪郭上に磁気標識以外の部分で輝度が低い部分があると、誤った交点を検出してしまうと言う問題点があり、磁気標識部分に対応する離散点を精度よく検出することができる技術の開発が嘱望されている。
【００２７】
また、画像よりエッジを抽出する場合に、空間微分を用いる方法を使用すると、ノイズに基づくエッジをも抽出することになり、対象物に輝度値の変化の小さい部分があるような場合において、これに基づくエッジ（弱いエッジ）を抽出しようとする場合に、ノイズによるエッジを除去するのに適切なしきい値を用いると、対象物の弱いエッジが抽出できなくなるという問題が残り、分離度を用いる方法では、輝度差の小さいエッジをも抽出してしまうため、対象物のエッジのみを抽出することが困難であるという問題があり、目的部分のエッジを抽出することができるようにする技術の開発も心壁の動きの解析のために欠かせない。
【００２８】
そこで、本発明の目的とするところは、分離度を用いて対象物のエッジ抽出を行なう際に、検出しようとする対象物の存在位置の情報、色情報、テクスチャ情報等を利用して、対象物のエッジを選択的に抽出することができるようにすることにより、ノイズの影響を受けることなく、弱いエッジをも抽出できるようにした画像処理方法および画像処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記目的を達成するためには、画像中に設定された所要のマスク領域内の分割された２つの領域間の統計的特徴量から画像のエッジを抽出する画像処理において、画像中の対象物の存在位置及び前記マスク領域の位置から算出される重みを前記抽出されたエッジの強度に乗ずる第１の処理手段と、前記領域内の輝度、色、テクスチャ等特徴量から算出される重みを前記抽出されたエッジの強度に乗ずる第２の処理手段と、前記第１および第２の処理手段により重み付けされたエッジの強度からエッジを抽出する抽出手段とより構成する。
【００３０】
上記構成の場合、画像中に自動または手動で設定されたマスク領域内の分割された２つの領域間の統計的特徴量からエッジを抽出するにあたり、マスク領域内の分割された２つの領域間の分離度によりエッジ抽出を行なう際に、対象物の存在位置、輝度、色、テクスチャ等の特徴量を用いることで、画像中の輪郭抽出したい対象物の弱いエッジなど、必要とするエッジを選択的に抽出し得るようになるものであり、不要な他の部分の画像の輪郭やノイズなどによるエッジを抽出することなく必要とするエッジを選択的に抽出することが可能になる。
【００３１】
このような構成によれば、分離度によりエッジ抽出を行なう際に、対象物の存在位置、輝度、色、テクスチャ等の特徴量を用いることで、必要とするエッジを選択的に抽出し得る。
【発明の効果】
【００３２】
以上、本発明によれば、磁気標識付きのＭＲ画像について、その磁気標識の境界部分を直線として検出することにより、磁気標識と対象物の交点検出が精度よく行なえ、その実用的効果は多大である。
【００３３】
また、本発明は、分離度を用いたエッジ抽出において、画像中の対象物の特徴がある程度既知の場合に、各画素での分離度と位置重みαと特徴重みから重み付き分離度を求めることで、必要とするエッジを選択的に抽出することを可能にするものである。
【００３４】
画像処理を用いるアプリケーションによっては、画像中の対象物が限定されている場合も少なくなく、その対象物の特徴の情報を用いてエッジ抽出を行なう本発明の実用的効果は多大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００３６】
はじめに磁気標識付きのＭＲ画像から、対象物の目的の輪郭と磁気標識部分との交点を精度良く検出する画像処理方法及び画像処理装置の実施形態を説明する。
【００３７】
（第一の実施形態）  
ここで説明する処理システムは磁気標識付ＭＲ画像の磁気標識と対象物の交点検出を精度よく行なうために、磁気標識付ＭＲ画像中に例えば、任意に設定した複数の離散点を画像のエネルギーに応じて移動させてゆくことにより磁気標識付ＭＲ画像から対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出部と、磁気標識対応点決定部と、磁気標識対応点検証部と、磁気標識交点検出部を設け、輪郭抽出部において任意に設定した複数の離散点を画像のエネルギーに応じて移動させてゆくことにより対象物の輪郭を抽出し、磁気標識対応点決定部において前記移動した離散点のうち、磁気標識部分に対応する離散点を決定し、磁気標識対応点検証部において磁気標識の境界部分にあたる直線を求め、この直線を用いて磁気標識部分に対応する離散点を検証し、磁気標識交点検出部において前記検証された離散点の有する弾性エネルギーと、磁気標識部分に対応する離散点の有する磁気標識部分の特徴を表す画像エネルギーと、磁気標識以外の部分に対応する離散点の有する画像エネルギーと、必要に応じて付加される外部エネルギーの総和を最小にするように前記離散点を移動させることにより、磁気標識と対象物の交点を検出するようにするもので、その詳細を以下、説明する。
【００３８】
第一の実施形態はＭＲ画像中の磁気標識部分を検出するための実施形態であり、図１は本発明の第一の実施形態としての構成を表すブロック図である。図において、１は画像入力部、２は輪郭抽出部、３は磁気標識対応点決定部、４は磁気標識対応点検証部、５は磁気標識交点検出部、６は出力部である。
【００３９】
画像入力部１は磁気標識付きのＭＲ画像データを与えるためのもので、ＭＲＩ装置そのものあるいはＭＲ画像データを記録／再生する装置等が相当する。輪郭抽出部２はこの画像入力部１から与えられたＭＲ画像データから目的部分の輪郭を抽出するための装置であり、画像中における目的部分の像領域の内側に任意に複数の点（離散点）をプロット入力してゆくことで、この複数の離散点を像の境界位置まで移動させてゆき、輪郭を抽出するといった機能を有する。
【００４０】
磁気標識対応点決定部３は輪郭抽出部２で求めた複数個の離散点に対して、それぞれ磁気標識対応点か否かを判断するものである。
【００４１】
また、磁気標識対応点検証部４は磁気標識対応点決定部３で求めた磁気標識対応点が正しいかどうかを検証するものであり、磁気標識交点検出部５は磁気標識と輪郭の交点を検出するものである。また、出力部６は結果を出力するためのものであり、例えば、データとしてファイルに記録する記録装置や、ディスプレイなどである。
【００４２】
つぎに本装置の作用を説明する。ここでは、図２のような磁気標識Ｔｇの入った心臓部ＨＴの２次元ＭＲ画像から、心室の内側の輪郭Ｅと磁気標識Ｔｇの交点を検出する場合を例にして説明する。
【００４３】
画像入力部１では、対象とする画像データ、すなわち、図２のような磁気標識Ｔｇの写し込まれた心臓部ＨＴの２次元ＭＲ画像を入力する。するとこの画像データは輪郭抽出部２に入力され、輪郭抽出部２ではこの画像データから像の輪郭（この場合、心臓部ＨＴの心壁Ｅ）を抽出する。
【００４４】
輪郭抽出部２の例を図３に示す。ここでは複数個の離散点の持つエネルギーを最小化することにより輪郭抽出する方法を採用している。図３に示すように、この輪郭抽出部２は初期値設定部７と、離散点移動部８および収束判定部９よりなる。
【００４５】
初期値設定部７は、複数個の離散点の位置座標の初期値を設定するためのものであり、この初期値設定部７を用いて対象物である画像中の心臓部ＨＴの内側任意位置に、位置座標を設定してゆくことにより任意点数分の離散点をおく。この設定入力は手動であり、例えば、画像をディスプレイに表示させ、この画像中の所望の位置にマウスやトラックボールなどのポインテンィングデバイスを利用して、あるいはペン入力等により、操作者が任意に位置入力することで、初期値設定をすることができるようにしてある。
【００４６】
また、離散点移動部８は後述する［数２］の式（２）にのっとり、全エネルギーが最小になるように前記複数個の離散点を移動させる処理を行うものである。収束判定部９は移動した離散点が収束条件を満たすかどうかを判定するものである。
【００４７】
輪郭抽出部２は、離散点移動部８により離散点を移動させるごとに、収束判定部９で収束条件を満たすかどうかを判定し、収束条件を満たさない場合には再び離散点移動部８で離散点の移動を行ない、収束判定部９で判定するといった処理を収束条件を満たすまで繰り返す機能を有する。
【００４８】
輪郭抽出部２の作用を説明すると、操作者は、初期値設定部７で画像中の心臓部ＨＴの内側任意位置に、位置座標を設定してゆくことにより任意点数分の離散点をおく。複数個の離散点の位置座標の初期値の設定例を図４に示す。図４における符号１０を付した部分が、離散点を円軌跡上に連ねて設定した部分である。
【００４９】
離散点移動部８では［数２］においてＥall で表される全エネルギーが最小になるように前記複数個の離散点を移動させる。
【数２】
0003639283.tif 000003
【００５０】
ここで、ｉは図５で表わされるような複数個の離散点に付した番号である。また、ｗimage (i) 、ｗext (i) は重み係数である。Ｅint (i) は離散点の弾性エネルギーであり、本実施形態では次式を用いる。
【数３】
0003639283.tif 000004
【００５１】
ただし、Ｖi ＝（ｘi ，ｙi ）は離散点の位置座標である。Ｅimage (i) は画像エネルギーであり、ここでは次式を用いる。
【数４】
0003639283.tif 000005
【００５２】
Ｅext (i) は必要に応じて付加する外部エネルギーである。本実施形態ではこの外部エネルギーは離散点をある点から遠ざけたり、近付けたりするエネルギーであるので次式Ｅext (i) 
＝ｋ（Ｖi −Ｖ0 ）2を用いる。この式ではＥext (i) は、離散点をある点Ｖ0 から遠ざけたり、Ｖ0に近付けたりするエネルギーであることを表現している。遠ざけるか近付けるかは係数ｋの正負によって決まる。本実施形態では遠ざけるために、負の係数を使用した。
【００５３】
エネルギーの総和が最小となるような離散点の位置を求める解法としては、変分法による方法を用いる。変分法によれば［数２］が最小となるためには［数５］のような連立方程式が成り立つことが必要である。
【数５】
0003639283.tif 000006
【００５４】
ただし、ｆ(Vi)＝ｗimage (i) Ｅimage (i) ＋ｗext (i) Ｅext (i)とする。
【００５５】
今、ｘ座標のみを考えるとすると、［数５］に示す式（５），（６）からなる連立方程式は、ベクトル表示で次式（７），（８）のように表すことができる。
【数６】
0003639283.tif 000007
【００５６】
この連立方程式をヤコビ法を用いて逐次近似法で解く。Ａを次式のように対角行列Ｄとそれ以外の部分Ｆに分ける。
【数７】
0003639283.tif 000008
【００５７】
ただし、γは収束速度パラメータである。
【００５８】
離散点移動部８の構成例を図７に示す。離散点移動部８は画像エネルギー算出部１１、外部エネルギー算出部１２、次座標算出部１３、パラメータ記憶部１４から構成されており、画像エネルギー算出部１１、外部エネルギー算出部１２において、それぞれ［数２］に示す式（２）におけるＥimage (i) 、Ｅext (i) を算出する。
【００５９】
また、パラメータ記憶部１４には各エネルギーの重み係数、［数７］に示す式（１０）における行列Ｄ、Ｆの要素の値、γ等が記憶されている。次座標算出部１３では、［数７］に示す式（１０）を用いて各離散点の次座標を計算して、離散点を移動させる。
【００６０】
離散点を移動させる毎に、収束判定部９で収束条件を満たすかどうかを判定し、収束条件を満たさない場合には再び離散点移動部８で離散点の移動を行ない、これを輪郭抽出部２では収束条件を満たすまで繰り返す。
【００６１】
収束条件としては、本実施形態では［数８］における式（１１）で表わされるようなｎ回目の繰り返しでのエネルギーの変化量ΔＥall n が、ある一定量より小さくなったときとする。
【数８】
0003639283.tif 000009
【００６２】
収束判定部９の一構成例を図８に示す。この図８に示す構成例の場合、収束判定部９は離散点移動部８からの結果を元に、全エネルギーＥall を算出するエネルギー算出部１５、エネルギー算出部１５の求めた計算結果を記憶する記憶部１６、エネルギー算出部１５の求めた計算結果と記憶部１６に記憶した内容とを比較して比較結果を離散点移動部８に送るエネルギー比較部１７より構成される。
【００６３】
すなわち、エネルギー算出部１５においては、［数２］に示す式（２）におけるＥall を算出する。それをｎ回目の値Ｅall n として、記憶部１６に記憶しておく。そしてエネルギー比較部１７で、記憶部１６に予め記憶しておいたｎ−１回目の値Ｅall n-1 との差の絶対値ΔＥall n を求めて、それが一定量εより小さければ収束したと判定し、大きければ収束していないと判定する。そして、この判定結果を離散点移動部８に送る。離散点移動部８は収束していなければ、離散点の移動を行なうことになる。
【００６４】
以上のようにして収束するまで離散点の移動を行った結果、収束された段階での離散点の列は目的領域の輪郭に一致することになり、目的部位の輪郭を抽出したことになる。この抽出された輪郭の例を図９に符号１８で示す。
【００６５】
ここで、輪郭抽出部２では必要に応じて離散点の再配置処理を行なう。この処理は具体的には、隣接する離散点間の距離を算出し、その距離が最も近い離散点を取り除き、最も遠い離散点間の中点に挿入するという処理であり、これを継続して行ない、最も近い離散点間距離が、最も遠い離散点間距離の半分を超えたら終了するという方法を用いる。
【００６６】
磁気標識対応点決定部３では、輪郭抽出部２で求めた複数個の離散点に対して、それぞれ磁気標識対応点かどうかを判断する。
【００６７】
磁気標識対応点決定部３の処理の流れの例を、図１０に示す。図中のｉは離散点を、そして、Ｎは離散点ｉの数を表す。
【００６８】
図１０を参照して説明すると、離散点ｉの近傍の画素値の平均値である画素平均Ｉmean(i) を算出し、その値を閾値Ｉthreと比較する。閾値Ｉthreは磁気標識の画素値を考慮した最適値に適宜設定して用いる。その結果、Ｉmean(i) ＜ Ｉthreを満たす場合には、その制御点を磁気標識対応点とする。これを離散点ｉの数Ｎ分まで行なう。
【００６９】
このようにして磁気標識対応点決定部３は、磁気標識対応点を決定する。磁気標識対応点が決定されたならば、次に磁気標識対応点決定部３で求めた磁気標識対応点が正しいかどうかを磁気標識対応点検証部４が検証する。
【００７０】
磁気標識対応点検証部４ではまず、磁気標識の境界部分に相当する直線を検出する。本実施形態では直線の検出方法としてハフ変換を使用する。これはつぎにようにして行なう。
【００７１】
まず、画像を入力し、その画像からエッジを検出してエッジ画像を作成する。エッジ画像の例を図１１に示す。この画像ではエッジの存在するところを黒線で表わしている。
【００７２】
つぎに磁気標識対応点検証部４では得られたエッジ画像を構成する各エッジ点（エッジ像の座標点）について、その座標（ｘ，ｙ）を元にθを０からπまで変化させて、各ρの値を次式（１２）で計算し、特徴空間Ｈ（ρ，θ）中に投票する。
【００７３】
ρ ＝ ｘ cos θ ＋ ｙ sin θ …（１２）
全てのエッジ点について以上のような投票を行なった後、特徴空間Ｈ（ρ，θ）で、閾値ｈthreより大きい特徴空間点（ρ，θ）を選び出し、このようなρ,θの表す直線を磁気標識の境界を表わす直線とする。
【００７４】
次に、磁気標識対応点のうち、磁気標識対応点以外の離散点と接する磁気標識対応点を選ぶ。この選んだ磁気標識対応点を、磁気標識交点対応点（ｅｔａｇ）と呼ぶ。また、これ以外の磁気標識対応点を磁気標識内部対応点（ｆｔａｇ）と呼ぶ。各磁気標識交点対応点について、先に検出した直線からの距離を計算する。
【００７５】
ここで、図６に示すように磁気標識Ｔｇの側縁部が直線Ｌ１，Ｌ２として検出され、また磁気標識対応点として、ａ１，ａ２，ａ３，ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｃ１，ｃ２，ｃ３があるとする。この場合、磁気標識交点対応点（ｅｔａｇ）であるａ１，ａ３，ｂ１，ｂ３，ｃ１，ｃ３について直線Ｌ１，Ｌ２との距離を計算する。
【００７６】
この距離が閾値ｄthre以下となる直線の存在しない磁気標識交点対応点があった場合には、この磁気標識交点対応点に連続する別の磁気標識対応点については、磁気標識対応点ではない点に変更する。
【００７７】
例えば、ｄthreが図６中に示すような距離であった場合には、ａ１，ａ３，ｃ１，ｃ３についてはこの距離の中に直線が存在するが、ｂ１，ｂ３についてはこの距離の中に直線が存在しない。従って、ｂ１，ｂ３に連続する磁気標識対応点、すなわち、ｂ１，ｂ２，ｂ３は磁気標識対応点ではない一般の離散点とする。
【００７８】
このようにして、磁気標識対応点検証部４は磁気標識対応点とそうでない一般の離散点とを検証して分ける。
【００７９】
磁気標識対応点検証部４によるこのような磁気標識対応点の検証が終わると、次に磁気標識交点検出部５が磁気標識と輪郭の交点を検出する。磁気標識交点検出部５の構成例を図１２に示す。
【００８０】
図１２に示すように、磁気標識交点検出部５は離散点移動部８ａ、収束判定部９ａにて構成してある。離散点移動部８ａは全エネルギーが最小になるように前記複数個の離散点を移動させる処理を行うものであり、収束判定部９ａは移動した離散点が収束条件を満たすかどうかを判定するものである。
【００８１】
離散点移動部８ａ、収束判定部９ａでは図３で説明した輪郭抽出部２における離散点移動部８、収束判定部９と同様の処理を行なう。すなわち、図７、図８の構成で説明した処理である。ただし、画像エネルギーとしては、［数９］に示した式（１３ａ），（１３ｂ），（１３ｃ）を用いる。
【数９】
0003639283.tif 000010
【００８２】
磁気標識交点検出部５における収束判定部９が収束条件を満たしたことを判定すると、磁気標識と輪郭の交点が検出されたことになるので、出力部６で結果を出力する。
【００８３】
結果の出力方法としては、データとしてファイルに記録したり、ディスプレイに表示するなどの方法があるが、本実施形態では例えば、ディスプレイに表示する。
【００８４】
以上は、測定対象とする心臓等の対象物の磁気標識付ＭＲ画像のデータを用い、この画像における対象物に複数の離散点を設定してその離散点を画像の内部エネルギー（滑らかさ）と外部エネルギー（エッジ）の関係から両者の境界点に到達するようそれぞれ移動させてゆくことにより対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出部と、移動した離散点のうち、磁気標識に対応する離散点を決定するための磁気標識対応点決定部と、磁気標識対応点決定部において決定された磁気標識対応点が正しいかどうかを判定する磁気標識対応点検証部と、磁気標識と対象物の輪郭との交点を検出する磁気標識交点検出部を有する構成とした。
【００８５】
そして、対象とする磁気標識付ＭＲ画像を用い、この画像における対象物の領域内に複数の離散点を設定すると、輪郭抽出部はその離散点を画像のエネルギーとエッジのエネルギーの関係から両者の境界点（画像のエッジ位置）に到達するようそれぞれ移動させてゆくことにより対象物の輪郭を抽出し、磁気標識対応点決定部において、前記離散点のうち磁気標識部分に近い位置の離散点を磁気標識部分に対応する離散点として求める。そして、磁気標識対応点検証部において、磁気標識の境界部分にあたる直線を求め、前記磁気標識に対応する離散点のうち、前記直線が存在しない部分にある離散点は磁気標識対応点としないようにして、前記直線が存在しない部分にある離散点を除外する。これは画像の状態により、磁気標識対応部でない位置の離散点も磁気標識対応点として求められている可能性があるので、これら不要な離散点を除外するためである。
【００８６】
そして、これを終えたならば、磁気標識交点検出部において、前記離散点の有する弾性エネルギーと、磁気標識部分に対応する離散点の有する磁気標識部分の特徴を表す画像エネルギーと、磁気標識以外の部分に対応する離散点の有する画像エネルギーと、必要に応じて付加される外部エネルギーの総和を最小にするように前記離散点を移動させることにより、磁気標識と対象物の交点を検出するというものである。
【００８７】
この結果、磁気標識と対象物の交点が精度よく検出できて、時相的に異なるＭＲ画像について、その測定対象物の磁気標識を付した特定位置の移動先が正確にわかるようになる。
【００８８】
（第二の実施形態）  
図１３は本発明の第二の実施形態の構成例を表す図である。図における画像入力部１、輪郭抽出部２、磁気標識交点検出部５、出力部６については第一の実施形態と機能および構成が同じである。この実施形態では第一の実施形態における磁気標識対応点決定部３を磁気標識対応点決定部２１に置き換えてある。
【００８９】
磁気標識対応点決定部２１は、輪郭抽出部２で求めた複数個の離散点に対して、それぞれ磁気標識対応点か否かを判断するものであり、この磁気標識対応点決定部２１の処理の流れを図１４に示す。
【００９０】
磁気標識対応点決定部２１の動作を説明すると、この磁気標識対応点決定部２１においても、まず初めに第一の実施形態で述べたハフ変換を用いて直線を検出する。
【００９１】
次に検出された直線ｋについて最も近い離散点ｉと、この離散点ｉと隣接する離散点であって、直線ｋについて前記離散点ｉと反対側に位置する離散点ｊを選択する（図１５参照）。ただし、反対側に位置する離散点が存在しない場合には次の直線の処理に移る。
【００９２】
離散点ｉ、離散点ｊにおける画像輝度をそれぞれＩ(i) ，Ｉ(j) とし、ある決められた閾値ｔｈｒｅについて、［数１０］に示す式（１４）が成り立つ場合には、離散点ｉ、ｊを磁気標識対応点の端点の候補とする。
【数１０】
0003639283.tif 000011
【００９３】
そして、ｉ，ｊとＩ(i) ，Ｉ(j) の大小によって、ｐｔａｇまたはｎｔａｇなるラベルをつける。ｉ，ｊとＩ(i) ，Ｉ(j) の大小の関係の条件は次の如きである。
【数１１】
0003639283.tif 000012
【００９４】
この後、直線ｋに２番目に近い離散点ｎを選択する。ただし、離散点ｎが離散点ｉに隣接する場合には、次に近い離散点を選択し、離散点ｎが離散点ｉから決められた距離より離れた位置になるまでこの処理を続ける。
【００９５】
次に直線ｋに関して離散点ｎの反対側に位置する離散点ｍを選択する。ただし、反対側に位置する離散点が存在しない場合には次の直線の処理に移る。
【００９６】
この後は離散点ｉ，ｊの場合と同様の処理を離散点ｎ，ｍについても行なう。すなわち、
【数１２】
0003639283.tif 000013
このような処理を、検出された直線全てに対して行なう。
【００９７】
次に、ｐｔａｇ，ｎｔａｇのラベルを用いて実際に磁気標識対応点を決定する。離散点の番号順にｐｔａｇ からｎｔａｇの順に並んでいて、その間にはｐｔａｇでもｎｔａｇでもない離散点のみが存在する場合、ｐｔａｇからｎｔａｇまでの離散点を磁気標識対応点とする。このようにしても、輪郭抽出部２で求めた複数個の離散点に対して、それぞれ磁気標識対応点か否かを判断することができる。
【００９８】
以上、磁気標識付のＭＲ画像について、この画像における対象物に複数の離散点を設定すると、その離散点を対象物の境界位置に移動させて輪郭抽出し、かつ、前記離散点のうち磁気標識部分に近い位置の離散点を磁気標識部分に対応する離散点として求め、また、磁気標識の境界部分にあたる直線を求め、前記磁気標識に対応する離散点のうち、この直線が存在しない部分にある離散点を除外して磁気標識に対応する離散点を求めるようにしたものであるから、磁気標識と対象物の交点が精度よく検出できて、時相的に異なるＭＲ画像について、その測定対象物の磁気標識を付した特定位置の移動先が正確にわかるようになるものである。
【００９９】
なお、本発明はここにあげた実施形態に限定されるものではない。例えば、第一、第二実施形態において、収束判定部９，９ａにおける収束条件としては、エネルギーの変化量による方法をあげたが、複数個の離散点の移動量がある一定量より小さくなったとき、あるいはこのような条件で収束しない場合もあることを考慮して、繰り返しの回数で収束させるようにすることもできる。
【０１００】
また、第一、第二の実施形態において、輪郭抽出部２で、輪郭抽出方法としてエネルギー最小化による方法の例を示したが、手で輪郭抽出した結果を用いても差し支えない。
【０１０１】
また、第一、第二の実施形態において、一枚の画像についての処理の例を示したが、連続する複数枚の画像についての処理も可能である。その場合は、二枚目以降の場合、輪郭及び磁気標識に対応する離散点として、前の画像における結果を利用する。
【０１０２】
また、第一の実施形態について、直線の存在する部分の磁気標識対応点を残す方法を挙げたが、例えば図１６（ａ）のように、ある直線について片側の交点（ａ１〜ａ３）のみが検出された場合に図１６（ｂ）のように、反対側の離散点（ｃ１〜ｃ３）を新たに磁気標識対応点とするといった方法を採用することも考えられる。
【０１０３】
また、第二の実施形態においては直線の情報のみを用いて、磁気標識対応点を決定する方法をあげたが、この後で、輝度情報の大きさにより磁気標識対応点の検証を行なっても差し支えない。
【０１０４】
また、第一、第二の実施形態では直線の情報をそのまま使用したが、一つの磁気標識について直線が複数個検出された場合に、それら複数個の直線の交点を求め、それらの交点によって分割される線分を連結したものをそれぞれ直線とみなしてもよい。複数の直線が検出された例を図１７に示す。
【０１０５】
このように、本発明によれば、磁気標識の境界部分を直線として検出することにより、磁気標識と対象物の交点検出が精度良く行なえ、その実用的効果は多大である。
【０１０６】
（第三の実施形態）  
次に、画像エッジ抽出の改良した手法について実施形態を説明する。エッジ抽出には種々の手法があるが、そのうち空間微分を用いる方法は、ノイズによるエッジを除去するのに適切な閾値を用いると、対象物の弱いエッジが抽出できなくなり、一方、分離度を用いる方法では、輝度差の小さいエッジをも抽出してしまうため、対象物のエッジのみを抽出することは困難であるという問題があるが、ここでは分離度を用いて対象物のエッジ抽出を行なう際に、検出しようとする対象物の存在位置の情報、色情報、テクスチャ情報等を利用して、対象物のエッジを選択的に抽出することにより、対象物の持つ弱いエッジをも抽出でき、不要なエッジは抽出しないようにしたエッジ抽出を実現する。
【０１０７】
第三の実施形態について図を参照しながら説明する。図１８は本発明の実施形態に係るエッジ抽出のための装置の構成を示すブロック図である。また、図１９は実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【０１０８】
図１８に示すようにエッジ抽出のための装置構成として、ここでは画像を入力する画像入力部２０１、入力された画像に対してマスク領域を設定してこれに対してｘ方向の分離度、ｙ方向の分離度、位置重み、特徴重みを計算し、それらから、重み付き分離度を計算するといった機能を有するエッジ強度計算部２０２、このエッジ強度計算部２０２で得られた画像に２値化処理を施し、強いエッジのみを抽出すると共に、この抽出されたエッジ画像を蓄え、また、このエッジ画像を映し出す構成となっているエッジ抽出部２０３から構成される。
【０１０９】
図１８における画像入力部２０１は画像を入力するためのものであり、図１の画像入力部１に相当する。
【０１１０】
この画像入力部２０１は、例えば、ＭＲ画像を対象とする場合は、ＭＲＩ装置もしくはＭＲ画像データを記録した記憶装置等であり、通常の画像を対象とする場合は対象物を撮像するテレビカメラ２１０と、このテレビカメラ２１０で撮像されたアナログ画像データをディジタル画像データに変換するＡ／Ｄ変換器２１１と、Ａ／Ｄ変換器２１１から出力されるディジタル画像データを記憶する画像メモリ２１２などから構成される。
【０１１１】
本装置において、画像入力部２０１の出力である画像データはエッジ強度計算部２０２へ送られる。エッジ強度計算部２０２は、マスク位置制御部２２０と、ｘ方向分離度計算部２２１と、ｙ方向分離度計算部２２２と、対象物の形状の特徴量を計算する位置重み計算部２２３と、対象物の輝度または色またはテクスチャ等の特徴量を計算する特徴重み計算部２２４と、これらから重み付き分離度を計算する重み付き分離度計算部２２５と、スケール変換部２２６と、画像メモリ２２７とから構成されており、エッジ強度計算部２０２の詳細は後述するが、ここで入力された画像データに対してマスク領域を設定してこれに対してｘ方向の分離度、ｙ方向の分離度を計算し、また、入力された画像データに対して位置重み、特徴重みを計算し、重み付き分離度を計算してこれらを出力する。
【０１１２】
ここで分離度とは、データの集合を幾つかの部分集合に分割した場合に、それぞれの部分集合がどの程度分離されているかを表す量である。分離度は、集合全体のデータの特徴に対する部分集合のデータの特徴の割合で表され、その値は“０”〜“１”の値をとる。
【０１１３】
今、画像中の２つの領域を上記の２つの集合と考えた場合、分離度が大きい程、領域の境界に、強いエッジが存在することになる。つまり、ある画素を境とする２つの領域について考えると、その画素における分離度が大きければ、その画素には強いエッジが存在するということができる。そして、この分離度を用いることで、画像の輝度だけでなく、色、テクスチャによるエッジも検出できる。
【０１１４】
ｘ方向の分離度はｘ方向に対するある画素の分離度であり、ｙ方向の分離度はｙ方向に対するある画素の分離度である。また、位置重みは対象物の形状がある程度既知の場合に、対象物の形状に関する知識を用いて、選択的にエッジを抽出するための重みであり、対象物の形状がある程度既知である画像を対象とする場合にこれを使用することでその境界を求め易くなる。
【０１１５】
特徴重みは対象物の輝度、色、テクスチャ等がある程度既知の場合に、選択的にそのエッジを抽出するための重みであり、対象物の輝度、色、テクスチャ等がある程度既知である画像を対象とする場合にこれを使用することでその境界を求め易くなる。
【０１１６】
本実施形態では、エッジ強度計算部２０２の出力であるｘ方向の分離度、ｙ方向の分離度、位置重み、特徴重み、重み付き分離度は、エッジ抽出部２０３に入力される。そして、エッジ抽出部２０３はエッジ強度計算部２０２で得られた画像に２値化処理を施し、強いエッジのみを抽出する。そして、これを輪郭抽出画像として利用することになる。
【０１１７】
ここでエッジ抽出部２０３は、エッジ強度計算部２０２で得られた画像に２値化処理を施し、強いエッジのみを抽出するといった処理機能を有する２値化処理部２３０と、検出されたエッジ画像を蓄える画像メモリ２３１と、エッジ画像を映し出すモニタ２３２で構成される。これらはそれぞれ画像バス２３３に接続されており、２値化処理を施す前の画像も表示することもできる。
【０１１８】
次にエッジ強度計算部２０２の詳細を説明する。まず、ｘ方向分離度計算部２２１とｙ方向分離度計算部２２２について説明する。ｘ方向の分離度とｙ方向の分離度の違いは、マスク領域の設定にあり、本実施形態では、ｘ方向とｙ方向の分離度を求めるために、図２０に実線と鎖線で示すような２種のマスクを用いる。実線で示すマスクＭｙがｙ方向用のマスクであり、鎖線で示すマスクＭｘがｘ方向用のマスクである。また、ＢＤｘがｘ方向用のマスクの領域内の境界線であり、ＢＤｙがｙ方向用のマスクの領域内の境界線である。ＰXLa は分離度を求めようとする画素である。なお、マスク領域は特に矩形である必要はなく、他の形状のものを用いても良い。また、ｘ方向、ｙ方向の２方向だけでなく、任意の方向のマスクを用いても良い。
【０１１９】
このようにマスクされた領域に対して、［数１］における式（１）を用いてそれぞれｘ方向の分離度、ｙ方向の分離度を計算する。本実施形態では、式（１）における特徴として輝度値を用いた。
【０１２０】
次に、位置重み計算部２２３について説明する。上述したように、位置重みは対象物の形状がある程度既知の場合に、対象物の形状に関する知識を用いて、選択的にエッジを抽出するための重みである。位置重みを計算するためには、基準点を設定しなければならない。
【０１２１】
図２１は球状の物体が画像の中央付近に映し出されることが、既知の場合の例である。このような状態が既知の画像の場合、エッジを抽出する対象領域ＥＡとして図２１における斜線領域を指定し、その領域ＥＡ内の画像のエッジを選択的に抽出するようにすると、対象領域ＥＡ外にある対象物以外のエッジＥＧULを取り込むことなく、対象物１００のエッジＥＧのみの抽出がし易くなる。そこでこの例の場合、対象物が球状で画像中央に映し出されるので、画像の中央に基準点Ｐｔを設定すると良い。
【０１２２】
ここで、図２２に示すように、エッジ強度を計算しようとする画素ＰXLと基準点（第一、第二の実施形態での分散点に対応する）Ｐｔとの距離をｄ、基準点Ｐｔからエッジ強度を計算しようとする範囲（探索範囲と呼ぶ）の長さをＬとすると、例えば［数１３］に示す式（２１）のように位置重みαを定義することができる。
【数１３】
0003639283.tif 000014
【０１２３】
このように位置重みを定義すると、基準点に近いエッジがより抽出され易くなる。従って、対象物がどこにあるかがわかっている場合に特に有効である。逆に［数１４］に示す式（２２）のように位置重みαを定義すると、基準点から遠いエッジがより抽出され易くなる。
【数１４】
0003639283.tif 000015
【０１２４】
次に特徴重み計算部２２４について説明する。上述したように、特徴重みは対象物の輝度、色、テクスチャ等がある程度既知の場合に、選択的にそのエッジを抽出するための重みである。
【０１２５】
図２３は対象物１００の輝度が背景の輝度よりも高いことが既知である場合の例である。分離度を計算する時のマスク領域ＡＭ内の平均輝度が
【数１５】
0003639283.tif 000016
であるとすると、特徴重みβは例えば［数１６］に示す式（２３）のように定義することができる。
【数１６】
0003639283.tif 000017
【０１２６】
Ｐmax の値は各画素の輝度値が８ｂｉｔで表されているとき“２５５”、あるいは画面上の最大輝度、あるいは予め決定された領域内の最大輝度の値等にすれば良い。特徴重みβは、
【数１７】
0003639283.tif 000018
の値をとる。このように特徴重みβを定義することで、図２４に示すように、領域Ａ２側の平均輝度が高いエッジ部が抽出され易くなる。
【０１２７】
また、［数１８］における式（２４）のように特徴重みβを定義すると、領域Ａ１側の平均輝度が高いエッジ部が抽出され易くなる。
【数１８】
0003639283.tif 000019
【０１２８】
また、［数１９］における式（２５）のように特徴重みβを定義すると、領域Ａ２側の平均輝度が低いエッジ部が抽出され易くなる。
【数１９】
0003639283.tif 000020
【０１２９】
また、［数２０］における式（２６）のように特徴重みβを定義すると、領域Ａ１側の平均輝度が低いエッジ部が抽出され易くなる。
【数２０】
0003639283.tif 000021
【０１３０】
［数１９］で示した式（２５）、［数２０］で示した式（２６）は片側の領域の輝度の低さを重みに用いた場合で、それぞれの領域の輝度が低いほど、最大値“１”に近づく。
【０１３１】
また、両側の領域の平均輝度を用いて［数２１］に示す式（２７），（２８），（２９），（３０）のように特徴重みβを定義することもできる。ただし、式（２９），（３０）のように定義した場合、特徴重みβの値は
【数２１】
0003639283.tif 000022
あるいは、式（２７），（２８）の変形として［数２２］に示す式（３１），（３２）のように特徴重みβを定義することで各領域の平均輝度がエッジ強度に及ぼす影響を調節することもできる。
【数２２】
0003639283.tif 000023
【０１３２】
次に重み付き分離度計算部２２５の説明を行う。重み付き分離度計算部２２５は、エッジ強度計算部２０２におけるｘ方向分離度計算部２２１、ｙ方向分離度計算部２２２、位置重み計算部２２３、特徴重み計算部２２４によってそれぞれ求められたｘ方向の分離度ηx 、ｙ方向の分離度ηy 、位置重みα、特徴重みβから重み付き分離度η´を［数２３］における式（３３），（３４）により計算する。
【数２３】
0003639283.tif 000024
【０１３３】
あるいは式（３３），（３４）の代わりに次式（３５）で重み付き分離度を定義することで、位置重み、特徴重みの分離度に対する影響の仕方を調節することもできる。
【０１３４】
Ｓ ＝ αA ×βB ×（η´）C …（３５）
次にスケール変換部２２６について説明する。スケール変換部２２６では、得られた重み付き分離度η´を定数倍、例えば２５５倍し、画像表示用のデータを作成する。画像メモリ２２７は、スケール変換部２２６から得られる画像を蓄える。
【０１３５】
次に、上記のように構成された本実施形態装置の作用について説明する。本装置の処理手順は図１９のフローチャートの如きであり、まずはじめに画像入力を行う。画像入力は例えば、テレビカメラ２１０から行われる。そして、テレビカメラ２１０から入力された画像の信号は、Ａ／Ｄ変換器２１１によってディジタルデータ化され、画像メモリ２１２に格納される。
【０１３６】
画像が入力されたならば次に、画像中の対象物の形状に応じて基準点と探索経路を設定する。そして、マスク領域を設定した後、ｘ方向分離度計算、ｙ方向分離度計算、位置重み計算、特徴重み計算が行われる。これにより、ｘ方向の分離度ηx 、ｙ方向の分離度ηy 、位置重みα、特徴重みβが求められる。そして、これらを用いて次に重み付き分離度η´を求めるべく、重み付き分離度計算が行われる。
【０１３７】
重み付き分離度η´は探索経路ＲＴに沿って各画素毎に順に計算される。探索経路ＲＴは、図２５に示すような通常のラスタースキャン（テレビスキャンと同様のＸＹ走査）で良いが、対象物の形状に合わせて任意に設定することができる。例えば、図２６に示す例のように、基準点Ｐｔを画像中央に、探索経路ＲＴは基準点Ｐｔを中心として放射状となるように設定することもできる。
【０１３８】
また、対象物１００が図２６に示すようなドーナツ形状の場合、分離度を計算する際のマスク領域ＡＭを図２４のように探索経路ＲＴ方向に設定すると効果的である。その際、図２７に示すようにマスク領域ＡＭを探索方向のみに設定しても良い。
【０１３９】
また、図２８に示すように、マスク領域ＡＭを探索経路ＲＴ方向のものと、探索経路ＲＴ方向に垂直なものに設定しても良い。この場合、探索経路ＲＴ方向にマスク領域ＡＭを設定した場合の分離度を
【数２４】
0003639283.tif 000025
そして、探索経路ＲＴ方向に垂直なマスク領域を設定した場合の分離度を
【数２５】
0003639283.tif 000026
と表すと、［数２３］の式（３３），（３４）におけるη′は、それぞれ［数２６］における式（３５），（３６）の如きとなる。
【数２６】
0003639283.tif 000027
【０１４０】
次に図１８の構成におけるエッジ強度計算部２０２のマスク位置制御部２２０が、探索経路ＲＴに沿ってマスク領域ＡＭを設定する。
【０１４１】
そして、ｘ方向分離度計算部２２１、ｙ方向分離度計算部２２２、位置重み計算部２２３により探索方向の分離度、探索経路ＲＴ方向と垂直な方向の分離度、位置重みα、特徴重みβが計算され、それらから、特徴量重み計算部２２４により重み付き分離度η´が計算される。
【０１４２】
重み付き分離度η´が求められると次にスケール変換が行われ、エッジ強度のデータに変換される。すなわち、この求められた重み付き分離度η´がスケール変換部２２６に与えられてここでこの重み付き分離度η´は定数倍され、エッジ強度として画像メモリ２２７に格納される。
【０１４３】
ここで、エッジ強度計算部２０２は全ての探索経路ＲＴを探索したか否かを調べ、その結果、未探索のものがあればエッジ強度計算部２０２内のマスク位置制御部２２０に指示して探索経路に沿って次の画素を探索点に設定させるようにし、同様の処理を行なう。
【０１４４】
このようにして処理される結果、各画素についてそのエッジ強度のデータが画像メモリ２２７に格納される。
【０１４５】
また、上記探索経路の全経路を探索済みであれば、ここでの必要な処理は完了となるので２値化処理に移る。すなわち、上記探索経路の全経路を探索済みとなったならば、エッジ強度計算部２０２は、画像メモリ２２７に格納されたエッジ強度のデータをメモリ２２７から読出して、エッジ抽出部２０３に与え、エッジ抽出部２０３ではこれを受けて２値化処理部２３０により２値化処理を行うことによって、エッジ画像を抽出して画像メモリ２３１に蓄える。そして、この画像メモリ２３１に蓄えたエッジ画像をモニタに表示したり、あるいは図１の構成における抽出された輪郭画像（エッジ画像）として利用する。
【０１４６】
なお、本実施形態では、静止画像でのエッジ抽出について述べたが、動画像でのエッジ抽出を効果的に行なうこともできる。
【０１４７】
ここで、本システムでは図２９（ａ）に示すように、１フレーム目は本実施形態で示した方法、またはその他の方法でエッジＥＧを検出、あるいは手動でエッジＥＧを入力し、図２９（ｂ）に示すように、２フレーム以降は前フレームで検出されたエッジＥＧ上に複数の基準点Ｐt を設定する。
【０１４８】
そして、基準点Ｐt に近いエッジを抽出し易いように、位置重みαを例えば前述した式（２１）の如く定義することで、前フレームで抽出されたエッジに近いエッジが抽出され易くなり、対象物のエッジＥＧ１を追跡することが可能となる。なお、図２９（ｂ）におけるＲＴは各基準点Ｐt 毎の探索経路である。また、対象物の移動方向が予めわかっている場合には、図３０のように前フレームでのエッジＥＧ上の基準点Ｐt に対する探索経路ＲＴを対象物１００の移動方向ＭＶに設定することで、誤ったエッジの抽出を防いで目的のエッジＥＧ１を能率的に見付けるようにすることもできる。
【０１４９】
このように、本実施形態によれば、検出しようとする対象物に応じた重みを定義することで、エッジ抽出の精度を向上させることができる。
【０１５０】
以上、第三の実施形態は、画像中に自動または手動で設定された領域（マスク領域）内の分割された２つの領域間の統計的特徴量からエッジを抽出する画像処理方法において、画像中の対象物の存在位置、輝度、色、テクスチャ等の特徴を利用することで、大きなノイズ等に影響されることなく、必要とするエッジを選択的に抽出するようにしたもので、対象物をディジタル画像として入力する画像入力部と、この画像中に手動または自動で設定した所要もしくは所望の前記領域内の分割された２つの領域間の分離度を求め、この分離度と画像中の対象物の特徴に応じた位置重みα、特徴重みから重み付き分離度を求め、エッジ強度を計算するエッジ強度計算部と、エッジ強度を２値化処理しエッジ画像を得るエッジ抽出部とから構成され、分離度によりエッジ抽出を行なう際に、対象物の存在位置、輝度、色、テクスチャ等の特徴量を用いることで、画像中の輪郭抽出したい対象物の弱いエッジなど、必要とするエッジを選択的に抽出し得るようにしたものであり、不要な他の部分の画像の輪郭やノイズなどによるエッジを抽出することなく必要とするエッジを選択的に抽出することが可能になるといった効果が得られる。
【０１５１】
なお、以上のエッジ抽出に関しての本発明はここに示した実施形態に限定されるものではない。例えば、分離度を計算する時に用いる特徴量として、色やテクスチャに関する量を用いることもできる。また、位置重みαは画像中の対象物の形状に応じて多様な定義が考えられる。特徴重みについても、色やテクスチャに関する量を用いて定義することができる。また、重み付き分離度η´は必ずしも位置重みαと特徴重みβの双方を同時に用いる必要はなく、いずれか一方のみを使用するようにしてもよい。すなわち、式（２９）の代わりに、
Ｓ＝α×η´ …（３７）
Ｓ＝β×η´ …（３８）
を用いるようにしても差支えない。
【０１５２】
また、本実施形態における画像入力部２０１はテレビカメラを中心に構成されたものであるが、本発明はこれに限らず、他の装置から画像を入力してもよい。例えば、Ｘ線画像、超音波画像、ＭＲ画像等の医用画像を入力画像として用いてもよい。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】本発明の実施形態を説明するための図であって、本発明の第一の実施形態の構成例を示すブロック図。
【図２】本発明の実施形態を説明するための図であって、磁気標識ＭＲ画像の例を示す図。
【図３】本発明の実施形態を説明するための図であって、輪郭抽出部の例を示す図。
【図４】本発明の実施形態を説明するための図であって、初期値の設定例を示す図。
【図５】本発明の実施形態を説明するための図であって、離散点の番号の付与例を説明するための図。
【図６】本発明の実施形態を説明するための図であって、本発明の第一の実施形態における磁気標識の検証方法を説明するための図。
【図７】本発明の実施形態を説明するための図であって、本発明の第一の実施形態における離散点移動部の処理の流れを示す図。
【図８】本発明の実施形態を説明するための図であって、本発明の第一の実施形態における収束判定部の例を表す図。
【図９】本発明の実施形態を説明するための図であって、抽出された輪郭の例示す図。
【図１０】本発明の実施形態を説明するための図であって、本発明の第一の実施形態における磁気標識対応点決定部の処理の流れを表す図。
【図１１】本発明の実施形態を説明するための図であって、得られたエッジ画像の例を示す図。
【図１２】本発明の実施形態を説明するための図であって、本発明の第一の実施形態における磁気標識交点検出部の構成例を示す図。
【図１３】本発明の実施形態を説明するための図であって、本発明の第二の実施形態の構成を示すブロック図。
【図１４】本発明の実施形態を説明するための図であって、本発明の第二の実施形態における磁気標識対応点決定の処理の流れを表す図。
【図１５】本発明の実施形態を説明するための図であって、本発明の第二の実施形態における磁気標識対応点決定方法を説明する図。
【図１６】本発明の実施形態を説明するための図であって、磁気標識対応点検証方法の別の例を説明する図。
【図１７】本発明の実施形態を説明するための図であって、複数の直線が検出された例を示す図。
【図１８】本発明の実施形態を説明するための図であって、本発明の第三実施形態に係るエッジ抽出装置の構成例を示すブロック図。
【図１９】本発明の実施形態を説明するための図であって、本発明の第三実施形態の処理の説明をするためのフローチャート。
【図２０】本発明の実施形態を説明するための図であって、マスク領域の方向に関する説明図。
【図２１】本発明の実施形態を説明するための図であって、対象物の形状が既知の場合の例を説明するための図。
【図２２】本発明の実施形態を説明するための図であって、位置重みに関する基準点と基準点からの距離の説明をするための図。
【図２３】本発明の実施形態を説明するための図であって、特徴重みの効果に関する説明図。
【図２４】本発明の実施形態を説明するための図であって、探索経路とマスク領域の設定例の説明図。
【図２５】ラスタースキャンの説明図。
【図２６】本発明の実施形態を説明するための図であって、探索経路の設定例の説明図。
【図２７】本発明の実施形態を説明するための図であって、マスク領域の設定例を示す図。
【図２８】本発明の実施形態を説明するための図であって、マスク領域の設定例を示す図。
【図２９】本発明の実施形態を説明するための図であって、動画像におけるエッジ追跡例の説明図。
【図３０】本発明の実施形態を説明するための図であって、エッジの移動方向がわかっている場合の探索経路の設定例を示す図。
【図３１】従来技術を説明するための図であって、分離度を計算する際のマスク領域の説明をするための図。
【図３２】従来技術を説明するための図であって、空間微分によるエッジ抽出の説明をするための図。
【図３３】従来技術を説明するための図であって、分離度によるエッジ抽出の説明をするための図。
【符号の説明】
【０１５４】
１…画像入力部、２…輪郭抽出部、３…磁気標識対応点決定部、４…磁気標識対応点検証部
５…磁気標識交点検出部、６…出力部、７…初期値設定部、８…離散点移動部、９…収束判定部、１１…画像エネルギー算出部、１２…外部エネルギー算出部、１３…次座標算出部、１４…記憶部、１５…エネルギー算出部、１６…記憶部、１７…エネルギー比較部、１８…抽出された輪郭の例、１９…磁気標識対応点決定部、２０１…画像入力部、２０２…エッジ強度計算部、２０３…エッジ抽出部、２１０…テレビカメラ、２１１…Ａ／Ｄ変換器、２１２…画像メモリ、２２０…マスク位置制御部、２２１…ｘ方向分離度計算部、２２２…ｙ方向分離度計算部、２２３…位置重み計算部、２２４…特徴重み計算部、２２５…重み付き分離度計算部、２２６…スケール変換部、２２７…画像メモリ、２３０…２値化処理部、２３１…画像メモリ、２３２…モニタ、２３３…画像バス、１００…対象物、Ｐｔ…基準点、３０１…ノイズ部分、３０２…ノイズ部分のエッジ、３０３…対象物の弱いエッジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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