(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原画像を入力する画像入力手段と、
入力値と出力値の関係を示す１次元列の変更自在な濃度値変換テーブルを用いて上記原画像の濃度値を変換して変換画像を取得する変換手段と、
上記変換画像と対応する目的画像の濃度値の差を計算する計算手段と、
上記画像入力手段で入力された複数の原画像と対応する目的画像との組から上記計算手段で計算された濃度値の差の合計が最小となるように上記変更自在な濃度値変換テーブルを規定する係数を変更して、入力値と出力値の関係を示す１次元列の濃度値変換テーブルを作成する作成手段とを備えたことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
上記計算手段で計算された濃度値の差の合計が最小となるように上記変更自在な濃度値変換テーブルを規定する係数を変更するために、最急降下方法を用いたことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項３】
上記計算手段で計算された濃度値の差の合計が最小となるように上記変更自在な濃度値変換テーブルを規定する係数を変更するために、モンテカルロ方法を用いたことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項４】
上記原画像の濃度値分布を正規化したことを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項５】
上記原画像と上記目的画像とを保存するデータ蓄積手段をさらに備え、
上記画像入力手段は、当該データ蓄積手段に保存される原画像と目的画像を入力することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項６】
原画像を入力する画像入力工程と、
入力値と出力値の関係を示す１次元列の変更自在な濃度値変換テーブルを用いて上記原画像の濃度値を変換して変換画像を取得する変換工程と、
上記変換画像と対応する目的画像の濃度値の差を計算する計算工程と、
上記画像入力工程で入力された複数の原画像と対応する目的画像との組から上記計算工程にて計算された濃度値の差の合計が最小となるように上記変更自在な濃度値変換テーブルを規定する係数を変更して、入力値と出力値の関係を示す１次元列の濃度値変換テーブルを作成する作成工程とを有することを特徴とする画像処理方法。
【請求項７】
原画像を入力する画像入力工程と、
入力値と出力値の関係を示す１次元列の変更自在な濃度値変換テーブルを用いて上記原画像の濃度値を変換して変換画像を取得する変換工程と、
上記変換画像と対応する目的画像の濃度値の差を計算する計算工程と、
上記画像入力工程で入力された複数の原画像と対応する目的画像との組から上記計算工程にて計算された濃度値の差の合計が最小となるように上記変更自在な濃度値変換テーブルを規定する係数を変更して、入力値と出力値の関係を示す１次元列の濃度値変換テーブルを作成する作成工程とをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、濃度値変換テーブルを作成する画像処理装置、画像処理方法及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関し、特に複数の原画像と複数の原画像を画像処理して得られた目的画像が存在する場合に、この原画像を全体として最適に目的画像に変更する濃度値変換テーブルを作成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のディジタル技術の進歩により放射線画像等をディジタル画像信号に変換し、このディジタル画像信号を画像処理してＣＲＴ等に表示、あるいはプリント出力することが行われている。また、画像処理として原画像の濃度値を濃度値変換テーブルに基づいて変換し、目的とする濃度値を持つ画像を得るのが一般的である。複数の原画像とこの複数の画像に対応する目的画像が複数存在する場合に、各原画像をできるだけ目的画像に近づけることのできる１つの濃度値変換テーブルを得れば、その濃度値変換テーブルを他の原画像に用いても略目的画像に近い画像が得られる。そのため、従来は複数の原画像と複数の目的画像を目視で比較しながら、全原画像をうまく目的画像に変換するための濃度値変換テーブルを作成するようにしていた。
【０００３】
また、医師の所属する閥、医師個人の指向により目的画像の色調が異なるため、個々の指向に応じた濃度値変換テーブルを作成する必要がある。従来は個々の指向に応じた適切な濃度値変換テーブルを作成するために作成者が病院等にこもり人手による煩雑な調整作業が行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、上述のように目視による方法により、客観的指標を用いず、人の主観により濃度値変換テーブルを作成していたため、最適な濃度値変換テーブルを得るのが困難であるという問題があった。特に、原画像と目的画像が多数存在する場合に、人の目視では濃度値変換テーブルの作成が困難であり、また、人手だと時間がかかり、さらには、作成された濃度値変換テーブルにより逐次処理を行えない等の問題があった。また、蓄積された原画像と目的画像を有効に利用しにくいという問題があった。
【０００５】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、複数の原画像とこの原画像の目的画像から最適な濃度値変換テーブルを自動的に作成することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像処理装置は、原画像を入力する画像入力手段と、入力値と出力値の関係を示す１次元列の変更自在な濃度値変換テーブルを用いて上記原画像の濃度値を変換して変換画像を取得する変換手段と、上記変換画像と対応する目的画像の濃度値の差を計算する計算手段と、上記画像入力手段で入力された複数の原画像と対応する目的画像との組から上記計算手段で計算された濃度値の差の合計が最小となるように上記変更自在な濃度値変換テーブルを規定する係数を変更して、入力値と出力値の関係を示す１次元列の濃度値変換テーブルを作成する作成手段とを備えたことを特徴とする。
本発明の画像処理方法は、原画像を入力する画像入力工程と、入力値と出力値の関係を示す１次元列の変更自在な濃度値変換テーブルを用いて上記原画像の濃度値を変換して変換画像を取得する変換工程と、上記変換画像と対応する目的画像の濃度値の差を計算する計算工程と、上記画像入力工程で入力された複数の原画像と対応する目的画像との組から上記計算工程にて計算された濃度値の差の合計が最小となるように上記変更自在な濃度値変換テーブルを規定する係数を変更して、入力値と出力値の関係を示す１次元列の濃度値変換テーブルを作成する作成工程とを有することを特徴とする。
本発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、原画像を入力する画像入力工程と、入力値と出力値の関係を示す１次元列の変更自在な濃度値変換テーブルを用いて上記原画像の濃度値を変換して変換画像を取得する変換工程と、上記変換画像と対応する目的画像の濃度値の差を計算する計算工程と、上記画像入力工程で入力された複数の原画像と対応する目的画像との組から上記計算工程にて計算された濃度値の差の合計が最小となるように上記変更自在な濃度値変換テーブルを規定する係数を変更して、入力値と出力値の関係を示す１次元列の濃度値変換テーブルを作成する作成工程とをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態による画像処理装置の構成を示すブロック図である。
図において、１０１は外部より原画像を入力する画像入力部、１０２は原画像に基づいて濃度値変換テーブルを作成する濃度値変換テーブル作成部、１０３は濃度値変換テーブル作成部１０２から読み込んだ画像を処理する画像処理部、１０４は画像処理部１０３で処理した結果を画面表示する表示部である。
【００１３】
図２は濃度値変換テーブル作成部１０２での処理の流れを示す図である。図３は基準濃度値変換テーブルＡと係数変更後の変更濃度値変換テーブルＢとを示す図である。図３において、基準濃度値変換テーブルＡの丸印が原画像上の代表点Ｚ0 〜Ｚ5 を示し、この基準濃度値変換テーブルＡを５等分する位置にある。この６つの代表点Ｚ0 〜Ｚ5 を変動することにより変更濃度値変換テーブルＢを作成する。各隣接する代表点は直線で結ばれ、基準濃度値変換テーブルＡからの変動量を係数と呼び、Ｏ0 〜Ｏ5 で示す。
【００１４】
次に動作について説明する。
図１において、図示しない外部装置より画像入力部１０１により入力された原画像は、濃度値変換テーブル作成部１０２に入力される。濃度値変換テーブル作成部１０２では濃度値変換テーブルを作成し、画像処理部１０３に出力する。画像処理部１０３では所定の画像処理を行い、表示部１０４に出力する。表示部１０４では画像処理部１０３で処理された画像を表示する。
【００１５】
濃度値変換テーブル作成部１０２の処理について図２の流れに沿って説明する。まづ初期状態のエネルギーを下記式（１）に従い計算する。
【００１６】
【数１】
0003639700.tif 000002
【００１７】
ここで、ｆn1（ｘ，ｙ）は、原画像を濃度値変換テーブルに基づいて変換した変換画像の濃度値を示し、この変換画像上の座標を（ｘ，ｙ）で示す。またｆn2（ｘ，ｙ）は目的画像を示す。また添え字のｎは原画像と変換画像との組を識別する数字である。式（１）で示すエネルギー関数は、変換画像が目的画像に近づく程値が減少する単調減少関数である。式（１）では濃度値の差の２乗を用いているが、単調減少関数であるなら、さらに高次のものでも絶対値を用いてもよい。
【００１８】
尚、目的画像は、予め作成しておくものであり、例えば体の同じ部位をＸ線撮影した複数例（ｎ例）の原画像の１つ１つを、例えばある医師の好みの濃度値に変換した画像を目的画像とする。
【００１９】
初期状態では、上記濃度値変換テーブルとして基準濃度値変換テーブルＡを用いる。この基準濃度値変換テーブルＡは入力画像（原画像）を変換せず、入力画像そのものを出力する。原画像をｆn （ｘ，ｙ）とする場合は、ｆn （ｘ，ｙ）＝ｆn1（ｘ，ｙ）となるため、初期状態のエネルギーは原画像を用いて計算する（図２のステップＳ２０１）。
【００２０】
次に式（２）に示す変更式（最急降下方法）に従い係数Ｏ0 からＯ5 を逐次、一定微定数Ｃの絶対値（係数変更量の刻み値）づつ変更する。
【００２１】
【数２】
0003639700.tif 000003
【００２２】
ここで、係数の変化量に対するエネルギーの変化量を計算する場合、係数の変化量に対応して濃度値変換テーブルを変更して変更濃度値変換テーブルＢを作成し、この変更濃度値変換テーブルＢに従い変換画像を取得する。次に上記取得した変換画像と元の変換画像との濃度値の差よりエネルギーの変化量を計算する。
【００２３】
係数Ｃの変更方向（係数をＣづつ増加させる方向、もしくは、Ｃづつ減少させる方向）はエネルギー関数の増減に従い変更するが、初期状態では係数を増加する方向とする。初期状態（Ｓ２０１）では係数は全て０であるため、まづ、係数Ｏ0 をＣに変更する（Ｓ２０２）。次にＯ0 ＝Ｃ、Ｏ1 ＝０、Ｏ2 ＝０、Ｏ3 ＝０、Ｏ4 ＝０、Ｏ5 ＝０として、変更濃度値変換テーブルＢを作成する（Ｓ２０３）。ついでＳ２０３で作成された変更濃度値変換テーブルＢに従いすべての原画像の濃度値を変換し（Ｓ２０４）。式（１）に従いエネルギーを計算する（Ｓ２０５）。
【００２４】
次に元のエネルギーの値Ｅ（元）と変更後のエネルギーの値Ｅ（後）との差を式（３）に従い計算し（Ｓ２０６）、ΔＥの値に基づき処理方向を判定する（Ｓ２０７）。
【００２５】
【数３】
0003639700.tif 000004
【００２６】
ここで｜ΔＥ｜≦αなら終了、ΔＥ＜−αなら係数の変更を確定し（Ｏ0 ＝Ｃとする）、ΔＥ＞αなら係数の変更方向を逆転（今の場合係数Ｏ0 をＣづつ減少させる方向にする）（Ｏ0 ＝−Ｃとする）する（Ｓ２０８）。Ｓ２０２からＳ２０８までの処理を係数Ｏ1 からＯ5 まで同様に逐次行い、Ｓ２０７の判定で終了するまで繰り返す。これによって、上記ｎ例の原画像及び他の原画像の全ての濃度値変換を行うことのできる唯一の濃度値変換テーブルを作成することができる。
【００２７】
ここでは、原画像の濃度値をそのまま用いたが、原画像の最大値、最小値で原画像を正規化した画像を原画像として用いてもよい。また、画像の大きさが異なる場合には、画像の大きさで正規化した画像を用いる。
【００２８】
以上のように、この第１の実施の形態によれば、変換画像の濃度値とこの変換画像に対応する目的画像の濃度値との濃度値の差異が小さくなる程値が小さくなるエネルギー関数の値を客観的指標としているため、エネルギー関数を最小とするような濃度値変換テーブルを作成すればよく、精度のよい安定な濃度値変換テーブルを作成できる効果が得られる。
【００２９】
また、代表点の位置を変更することで変更自在な濃度値変換テーブルを導入したことにより、濃度値変換テーブルの変更量を客観的数値とすることが可能であり、濃度値変換テーブルの変更を人手によらず自動的に作成することができる効果が得られる。
【００３０】
また、エネルギー関数を最小となるように係数を変更するために最急降下方法を用いたので、濃度値変換テーブルを自動的に短時間で作成することができるという効果が得られる。
【００３１】
また、原画像の濃度値を正規化した場合には、濃度値のばらつきを吸収でき、原画像をより目的画像に近づけることができるという効果が得られる。
【００３２】
次に第２の実施の形態について説明する。
本実施の形態では、上記式（１）で示されるエネルギー関数を最小とするような係数を変換するために、モンテカルロ方法を用いている。図４の流れに従い説明する。まづエネルギーを式（１）に従い計算する。また、初期状態では濃度値変換テーブルとして基準濃度値変換テーブルＡを用いるため、初期状態のエネルギーは原画像を用いて計算する（Ｓ４０１）。
【００３３】
上記エネルギーの値が所定値（Ｋ）以下であるか、あらかじめ定められている計算回数（Ｔ）を超えた場合に、計算を終了する（Ｓ４０２）。
【００３４】
第１の実施の形態と同様に基準濃度値変換テーブルからの変動量を係数と呼び、Ｏ0 〜Ｏ5 で示す。ここで、係数の変化量に対するエネルギーの変化量を計算する場合、係数の変化量に対応して濃度値変換テーブルを変更し、この濃度値変換テーブルに従い変換画像を取得する。次に上記取得した変換画像と元の変換画像との濃度値の差よりエネルギーの変化量を計算する。
【００３５】
係数の値を変更するのに、まず、係数Ｏ0 〜Ｏ5 の中から乱数により変更係数を選択する。次に係数変更量を乱数で決定する。この場合には、変更量を−Ｃか＋Ｃ（Ｃは一定微小定数）にするか乱数で決定する（Ｓ４０４）。
【００３６】
次に、係数を変更するか変更しないかの遷移確率を式（３）（４）を用いて計算する（Ｓ４０５）。
【００３７】
【数４】
0003639700.tif 000005
【００３８】
次に、例えば０から１までの乱数を発生し、式（４）で示されるＰ値よりも小さければ係数の値を変更する（Ｓ４０６）。ここで、変更されない場合はＳ４０３からＳ４０６の処理を繰り返す。係数を変更する場合は、係数の変更量に従い濃度値変換テーブルを変更する（Ｓ４０７）。そして、上記変更された濃度値変換テーブルに基づいて原画像を新たな変換画像に変換する（Ｓ４０８）。さらに、式（１）に基づいてエネルギーを計算し（Ｓ４０１）、以降、終了判定（Ｓ４０２）がでるまで処理を繰り返す。また、式（４）におけるｔの値をスケジューリングにより変更してもよい。
【００３９】
以上のように、この第２の実施の形態によれば、モンテカルロ方法を用いることにより、係数の値を変更するため、ローカルミニマムにとらわれることなく、ほぼグローバルミニマムのエネルギー値が得られ、より精度のよい濃度値変換テーブルが得られるという効果が得られる。また、計算時間を短縮できるという効果が得られる。
【００４０】
図５は第３の実施の形態による濃度値変換装置の構成を示すブロック図であり、図において、６０１は複数種類の濃度値変換テーブルを保存する濃度値変換テーブル保存部、６０２は濃度値変換テーブル保存部６０１に保存される濃度値変換テーブルを選択する選択部、６０３は選択部６０２で選択された濃度値変換テーブルに基づき画像の濃度値を変換する濃度値変換部、６０４は原画像と目的画像を保存するデータ部、６０５はデータ蓄積部６０４に蓄積されるデータを用いて適時に濃度値変換テーブルを作成する濃度値変換テーブル作成部である。
【００４１】
次に動作について説明する。
まず、選択部６０２を用いて濃度値変換テーブル保存部６０１に保存される濃度値変換テーブルを選択する。ここでは、病院内に在籍する医師の名前や派閥、画像濃度の濃い目、薄目等の好み、部位、診断目的、あるいは濃度値変換テーブル名等を用いて選択する。濃度値変換部６０３では選択部６０２で選択された濃度値変換テーブルを用いて画像の濃度値を変換する。
【００４２】
データ蓄積部６０４は原画像とこの原画像の目的画像を保存し、濃度値変換テーブル作成部６０５はデータ蓄積部６０４に蓄積されるデータにより濃度値変換テーブルを作成する。ここでは、医師個人毎、病院毎などに蓄積されるデータを用いて各カテゴリ毎に作成する。また、蓄積されたデータ数に応じて自動的に作成してもよい。
【００４３】
以上のように、この第３の実施の形態によれば、選択部６０２により好みの濃度値変換テーブルを選択できるので、個人の嗜好、派閥の嗜好、部位や診断目的に合わせた目的画像が得られるという効果が得られる。また、データ蓄積部６０４でデータを蓄積し、適時濃度値変換テーブル作成部６０５で濃度値変換テーブルを作成できるため、データ数に応じてより精度のよい濃度値変換テーブルを作成できるという効果が得られる。
【００４４】
尚、図１、図５の各機能ブロック１０１〜１０４、６０１〜６０５は、ハード的に構成してもよく、また、ＣＰＵやメモリ等から成るマイクロコンピュータシステムに構成してもよい。マイクロコンピュータシステムに構成する場合、上記メモリは本発明による記録媒体を構成し、この記録媒体には、図２、図４のフローチャートに示す処理を含む各実施の形態における前述した処理を実行するためのプログラムが記録される。またこの記録媒体としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の半導体メモリや、光ディスク、光磁気ディスク、磁気媒体等を用いてよく、これらをＣＤ−ＲＯＭ、フロッピディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等として用いてよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、入力値と出力値の関係を示す１次元列の変更自在な濃度値変換テーブルにより原画像の濃度値を変更して変換画像を取得し、この変換画像の濃度値とこの変換画像に対応する目的画像の濃度値との差を計算し、入力された複数の原画像と対応する目的画像との組から計算された濃度値の差の合計が最小となるように変更自在な濃度値変換テーブルを規定する係数を変更して、入力値と出力値の関係を示す１次元列の濃度値変換テーブルを作成するようにしたことにより、変換画像と目的画像との濃度値の差の合計を最小とするような入力値と出力値の関係を示す１次元列の濃度値変換テーブルを作成すればよく、安定な精度のよい濃度値変換テーブルを作成できる効果が得られる。また、変換画像と目的画像との濃度値の差の合計が最小となるように濃度値変換テーブルを規定する係数を変更することにより、濃度値変換テーブルの変更量を客観的数値とすることが可能であり、濃度値変換テーブルの変更を人手によらず自動的に作成することができる効果が得られる。
【００４６】
また、変換画像と対応する目的画像との濃度値の差の合計が最小となるように変更自在な濃度値変換テーブルを規定する係数を変更するために、最急降下方法を用いた場合には、濃度値変換テーブルを自動的に短時間で作成することができるという効果が得られる。
【００４７】
また、変換画像と対応する目的画像との濃度値の差の合計が最小となるように変更自在な濃度値変換テーブルを規定する係数を変更するために、モンテカルロ方法を用いた場合には、ローカルミニマムにとらわれることなく、ほぼグローバルミニマムのエネルギー値を得られ、より精度のよい濃度値変換テーブルが得られると共に、計算時間を短縮できるという効果が得られる。
【００４８】
また、原画像の濃度値分布を正規化した場合には、濃度値のばらつきを吸収でき、原画像をより目的画像に近付けることができるという効果が得られる。
【００５０】
また、データ蓄積手段でデータを蓄積した場合には、作成手段で適時濃度値変換テーブルを作成できるため、データ数に応じより精度のよい濃度値変換テーブルを作成できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態による濃度値変換方法を用いた画像処理装置のブロック図である。
【図２】濃度値変換テーブル作成部内の処理手段（最急降下方法）を示すフローチャートである。
【図３】基準濃度値変換テーブルと自動変換濃度値変換テーブルを示す特性図である。
【図４】濃度値変換テーブル作成部内の処理手段（モンテカルロ方法）を示すフローチャートである。
【図５】この発明の第３の実施の形態による濃度値変換装置を用いた画像処理装置のブロック図である。
【符号の説明】
１０２  濃度値変換テーブル保存部
１０３  画像処理部
Ｓ２０２  係数を変更する工程
Ｓ２０４  画像の濃度値を変換する工程
Ｓ２０５  エネルギーを計算する工程
Ｓ４０４  係数変更量を決定する工程
Ｓ４０８  画像の濃度値を変換する工程
Ｓ４０６  係数変更量を選択する工程
６０１  濃度値変換テーブル保存部
６０２  選択部
６０３  濃度値変換部
６０４  データ蓄積部
６０５  濃度値変換テーブル作成部
【図１】
0003639700.tif 000006
【図２】
0003639700.tif 000007
【図３】
0003639700.tif 000008
【図４】
0003639700.tif 000009
【図５】
0003639700.tif 000010