(57)【要約】  本発明の目的は、輪郭抽出の適確性と計算コストとを妥当にバランスさせることを可能とする技術を提供することである。この目的を達成するために、エネルギー関数設定部が、動的曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定し、繰り返し演算処理部が、エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる。終了指示部は、繰り返し演算の繰り返し回数に応じて単調増加するように定式化された補助関数を設定し、この補助関数とエネルギー関数との線形和により表される判定関数を設定する。そして、繰り返し演算の過程で判定関数に極小値が現れた時点を、繰り返し演算処理の終了タイミングと判断する。
2011004640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動的輪郭モデルを用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置であって、
自然物を撮像して得られた対象画像を取得する画像取得部と、
前記対象画像に表れる対象物の輪郭を抽出するための動的曲線の初期形状を設定する初期形状設定部と、
前記動的曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定部と、
前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算部と、
前記繰り返し演算の繰り返し回数に応じて変化するように定式化された補助関数を設定する補助関数設定部と、
前記繰り返し演算の過程における前記エネルギー関数の変移と、前記繰り返し演算の過程における前記補助関数の変移とに基づいて、前記繰り返し演算を終了する終了タイミングを判断する終了タイミング判断部と、
を備えることを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の輪郭抽出装置であって、
前記補助関数が、前記繰り返し回数に応じて単調増加するように定式化された関数であることを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の輪郭抽出装置であって、
前記補助関数が、その増加率が前記繰り返し回数に応じて大きくなる関数であることを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項４】
請求項２に記載の輪郭抽出装置であって、
前記終了タイミング判断部が、
前記エネルギー関数と前記補助関数との線形和により表される判定関数を設定する判定関数設定部、
を備え、
前記繰り返し演算の過程で前記判定関数に極小値が現れた時点を、前記終了タイミングと判断することを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項５】
請求項２に記載の輪郭抽出装置であって、
前記終了タイミング判断部が、
前記繰り返し演算の過程で前記エネルギー関数の値が前記補助関数の値よりも小さくなった時点を、前記終了タイミングと判断することを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項６】
コンピュータに記憶され、前記コンピュータにおいて実行されることにより、前記コンピュータを、動的輪郭モデルを用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置として機能させるプログラムであって、前記輪郭抽出装置が、
自然物を撮像して得られた対象画像を取得する画像取得部と、
前記対象画像に表れる対象物の輪郭を抽出するための動的曲線の初期形状を設定する初期形状設定部と、
前記動的曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定部と、
前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算部と、
前記繰り返し演算の繰り返し回数に応じて変化するように定式化された補助関数を設定する補助関数設定部と、
前記繰り返し演算の過程における前記エネルギー関数の変移と、前記繰り返し演算の過程における前記補助関数の変移とに基づいて、前記繰り返し演算を終了する終了タイミングを判断する終了タイミング判断部と、
を備えることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、曲線が変形を繰り返して収束することによって輪郭を抽出する動的輪郭モデルを用いて、画像に含まれる対象物の輪郭を抽出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療現場では、超音波やＸ線等を用いて内蔵や骨格等に含まれる患部を撮影することにより、各種検査や診断が行われている。これにより、体内の臓器等の情報が視覚的に把握可能となり診断精度の向上が期待できる。【０００３】
一方で、近年においては、計算機を援用した定量的或いは自動的診断の要望が強まっており、計算機による診断支援（ＣＡＤ：Computer−aided diagnosis）システムの研究が盛んに行われている。計算機による診断支援を行うには、患部を撮像して得られた画像から診断に必要な情報、つまり臓器領域等を正確に抽出することが重要な課題となる。【０００４】
画像から対象物の輪郭を抽出する手法として、レベルセット（Level set）、スネーク（Snakes）といった動的輪郭モデル（Active Contour Model）を用いた手法が知られている。動的輪郭モデルとは、所定の変形傾向に沿って変形を繰り返す曲線（動的曲線）によって、対象物の輪郭を動的に抽出する手法である。動的曲線の変形傾向は、曲線の状態を定量的に評価した値である「動的曲線のエネルギー」によって規定される。「動的曲線のエネルギー」は、動的曲線が対象物の輪郭を抽出した時点で最小となるように予め定義される。したがって、動的曲線のエネルギーが最小となるように動的曲線を変形させていき、エネルギーが最小となる安定状態を見つけることによって、対象物の輪郭を抽出することができるのである。【０００５】
つまり、動的輪郭モデルとは、動的曲線が対象物の輪郭を抽出した時に最小となるエネルギー関数を定義し、このエネルギー関数が最小となる安定状態を見つけることによって、対象物の輪郭を抽出する手法であるといえる。エネルギー関数の最小化処理は、一般に、繰り返し演算によって行われる。【０００６】
動的曲線のエネルギーは、例えば下記（式１）の関数Ｅの形で表される。【０００７】
Ｅ＝Ｗｉ＊Ｅｉ＋Ｗｅ＊Ｅｅ    ・・・（式１）【０００８】
すなわち、エネルギー関数Ｅは、動的曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和として定義され、エネルギー項としては、例えば、動的曲線自体の形状（例えば、滑らかさ）から規定されるエネルギー項（内部エネルギー項）Ｅｉ、動的曲線と対象物の輪郭との一致度から規定されるエネルギー項（外部エネルギー項）Ｅｅを採用することができる。ただし、上述した通り、エネルギー関数Ｅは、動的曲線が適切な形で対象物の輪郭を抽出した時に最小となるように定義する必要があるので、各エネルギー項は、動的曲線が目標形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されている必要がある。【０００９】
例えば、外部エネルギー項Ｅｅは、動的曲線と対象物の輪郭との一致度が高いほど小さな値となるように定式化される。エネルギー関数Ｅに外部エネルギー項Ｅｅが導入されることによって、対象物の輪郭を忠実に抽出する傾向に動的曲線を変形させることができる。ただし、外部エネルギー項Ｅｅだけでエネルギー関数Ｅを規定してしまうと、抽出された輪郭が画像中に現れているノイズ等までをも忠実に再現したものとなってしまうため、逆に対象物の形状が逆に把握されにくい。そこで、動的曲線が滑らかになるほど小さな値となるように定式化された内部エネルギー項Ｅｉをエネルギー関数Ｅに導入しておく。エネルギー関数Ｅに内部エネルギー項Ｅｉが導入されることによって、動的曲線自身の形状を滑らかにする傾向に動的曲線を変形させることができる。このように、エネルギー関数Ｅに内部エネルギー項Ｅｉと外部エネルギー項Ｅｅとの２項を導入し、これらを適切にバランスさせることによって、適切な形で対象物の輪郭を抽出することが可能となる。【００１０】
ただし、エネルギー関数Ｅにおいて、複数種類のエネルギー項Ｅｉ，Ｅｅをどのようにバランスさせるかは、画像の状態、対象物の形状、対象物の滑らかさ等に依存し、一般的に決定できるものではない。そこで、エネルギー項Ｅｉ，Ｅｅのそれぞれに重み付け係数Ｗｉ，Ｗｅを付加し、対象物の形状等に応じてその値を調整することによって、各エネルギー項Ｅｉ，Ｅｅのバランスを調整する。例えば、内部エネルギー項Ｅｉの重み付け係数Ｗｉを大きくすると、エネルギー関数Ｅが最小値となった時点の動的曲線の形状がより滑らかになる。一方、外部エネルギー項Ｅｅの重み付け係数Ｗｅを大きくすると、エネルギー関数Ｅが最小値となった時点の動的曲線が対象物の輪郭をより忠実に捉えたものとなる。このように、重み付け係数の値によって、結果として得られる曲線の様子が変わってくる。【００１１】
例えば、特許文献１および非特許文献１には、代表的な動的輪郭モデルの１つであるスネークの概要について説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−１１５８８号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】美濃導彦、天野晃「Snakes：現在・過去・未来」信学技報、458（12）,81-88,(1997)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述した通り、動的輪郭モデルにおいては、予め設定されたエネルギー関数を、繰り返し演算等によって最小化させることによって対象物の輪郭を抽出する。すなわち、繰り返し演算の繰り返し回数が進むにつれて、エネルギー関数は、例えば図３に模式的に示されるように徐々に小さくなる。これに対応して動的曲線の形状は対象物の輪郭に近づいていく。そして、十分な回数の繰り返しが重ねられると、エネルギー関数はある一定の値に収束する。これに対応して動的曲線の形状も安定状態に収束し、対象物の輪郭を適確に抽出した動的曲線が得られる。【００１５】
したがって、本来、動的輪郭モデルにおいては、エネルギー関数が完全に収束するまで繰り返し演算を続け、エネルギー関数が完全に収束した際の動的曲線を取得することが望ましい。ここで得られた動的曲線が、対象物の輪郭を最も適確に抽出したものとなっているからである。エネルギー関数が完全に収束する前の動的曲線は、まだ変形途中であり、対象物の輪郭を適確に抽出しているとはいえない。【００１６】
しかしながら、一般に、エネルギー関数は、図３に示されるように、収束が近づくにつれてその変化がなだらかになるため、これを完全に収束させようとすると相当な回数の繰り返し演算を行わなければならず、多大な計算コストが掛かってしまう。【００１７】
この発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、輪郭抽出の適確性と計算コストとを妥当にバランスさせることを可能とする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、第１の態様に係る輪郭抽出装置は、動的輪郭モデルを用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置であって、自然物を撮像して得られた対象画像を取得する画像取得部と、前記対象画像に表れる対象物の輪郭を抽出するための動的曲線の初期形状を設定する初期形状設定部と、前記動的曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定部と、前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算部と、前記繰り返し演算の繰り返し回数に応じて変化するように定式化された補助関数を設定する補助関数設定部と、前記繰り返し演算の過程における前記エネルギー関数の変移と、前記繰り返し演算の過程における前記補助関数の変移とに基づいて、前記繰り返し演算を終了する終了タイミングを判断する終了タイミング判断部と、を備える。【００１９】
第２の態様に係る輪郭抽出装置は、第１の態様に係る輪郭抽出装置であって、前記補助関数が、前記繰り返し回数に応じて単調増加するように定式化された関数である。【００２０】
第３の態様に係る輪郭抽出装置は、第２の態様に係る輪郭抽出装置であって、前記補助関数が、その増加率が前記繰り返し回数に応じて大きくなる関数である。【００２１】
第４の態様に係る輪郭抽出装置は、第２の態様または第３の態様に係る輪郭抽出装置であって、前記終了タイミング判断部が、前記エネルギー関数と前記補助関数との線形和により表される判定関数を設定する判定関数設定部、を備え、前記繰り返し演算の過程で前記判定関数に極小値が現れた時点を、前記終了タイミングと判断する。【００２２】
第５の態様に係る輪郭抽出装置は、第２の態様または第３の態様に係る輪郭抽出装置であって、前記終了タイミング判断部が、前記繰り返し演算の過程で前記エネルギー関数の値が前記補助関数の値よりも小さくなった時点を、前記終了タイミングと判断する。【００２３】
第６の態様に係るプログラムは、コンピュータに記憶され、前記コンピュータにおいて実行されることにより、前記コンピュータを、動的輪郭モデルを用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置として機能させるプログラムであって、前記輪郭抽出装置が、自然物を撮像して得られた対象画像を取得する画像取得部と、前記対象画像に表れる対象物の輪郭を抽出するための動的曲線の初期形状を設定する初期形状設定部と、前記動的曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定部と、前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算部と、前記繰り返し演算の繰り返し回数に応じて変化するように定式化された補助関数を設定する補助関数設定部と、前記繰り返し演算の過程における前記エネルギー関数の変移と、前記繰り返し演算の過程における前記補助関数の変移とに基づいて、前記繰り返し演算を終了する終了タイミングを判断する終了タイミング判断部と、を備える。
【発明の効果】
【００２４】
第１から第５の態様に係る輪郭抽出装置、および、第６の態様に係るプログラムのうちのいずれによっても、繰り返し演算を終了する終了タイミングを、繰り返し演算の過程におけるエネルギー関数の変移だけでなく、繰り返し演算の過程における補助関数の変移をも加味して判断する。すなわち、輪郭抽出の適確性の指標となるエネルギー関数の値だけでなく、計算コストの指標となる繰り返し演算の繰り返し回数をも加味して終了タイミングを特定する。これによって、輪郭抽出の適確性と計算コストとを妥当にバランスさせることができる。【００２５】
特に、第３の態様に係る輪郭抽出装置によると、補助関数が、その増加率が繰り返し回数に応じて大きくなる関数であるので、最低限必要な輪郭抽出の適確性を確実に保証しつつ、計算コストが過大となることを防止することができる。【００２６】
特に、第４の態様に係る輪郭抽出装置によると、エネルギー関数と補助関数との線形和により表される判定関数を設定する。繰り返し演算の過程で減少するエネルギー関数と、繰り返し演算の過程で単調増加する補助関数との線形和により表される判定関数には極小値が現れるので、ここでは、この極小値が現れた時点を終了タイミングと判断する。この構成によると、簡易な構成で、適切な終了タイミングを特定することが可能となる。【００２７】
特に、第５の態様に係る輪郭抽出装置によると、繰り返し演算の過程でエネルギー関数の値が補助関数の値よりも小さくなった時点を、終了タイミングと判断する。すなわち、繰り返し演算の終了判定の基準値が、繰り返し演算の繰り返し回数に応じて単調増加するように定式化された補助関数により規定されることになる。この構成によると、繰り返し演算の繰り返し回数が多くなるにつれて終了判定の基準が甘くなるので、エネルギー関数がなかなか減少しない場合であっても、計算コストが過大になることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、輪郭抽出装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、輪郭抽出機能に関する構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、エネルギー関数を模式的に例示する図である。
【図４】図４は、補助関数を模式的に例示する図である。
【図５】図５は、判定関数を模式的に例示する図である。
【図６】図６は、輪郭抽出装置において実行される処理の流れを示す図である。
【図７】図７は、対象画像データ、および、対象画像データについて設定される初期動的曲線を模式的に示す図である。
【図８】図８は、繰り返し演算の過程で変形する動的曲線の様子を模式的に示した図である。
【図９】図９は、輪郭抽出機能に関する構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、輪郭抽出装置において実行される処理の流れを示す図である。
【図１１】図１１は、終了指示部が実行する処理を説明するための図である。
【図１２】図１２は、一定の基準値を用いた場合の終了タイミングを説明するための図である。
【図１３】図１３は、一定の基準値を用いた場合の終了タイミングを説明するための図である。
【図１４】図１４は、判定基準関数を用いた場合の終了タイミングを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
〈第１の実施の形態〉
〈１．ハードウェア構成〉
この発明の第１の実施の形態に係る輪郭抽出装置１のハードウェア構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、輪郭抽出装置１のハードウェア構成を示すブロック図である。
【００３０】
輪郭抽出装置１は、処理対象とされる画像データ（以下「対象画像データ」という）に現れる対象物の輪郭を、動的輪郭モデルを用いて抽出する。輪郭抽出装置１は、一般的なコンピュータにより構成されており、制御部２、表示部３、操作部４、入力部５、および、記憶部６をバスライン１０に接続した構成となっている。
【００３１】
制御部２は、例えばＣＰＵによって構成され、記憶部６に記憶されるプログラムＰを実行することによって、輪郭抽出装置１全体の動作を決定し、輪郭抽出装置１全体に指令を与える。
【００３２】
表示部３は、液晶表示ディスプレイ等によって構成され、制御部２で生成される画像データなどを可視的に出力する。
【００３３】
操作部４は、キーボード、タッチパネルまたはマウス等から構成され、ユーザの各種操作にしたがって各種指令信号を制御部２に送信する。
【００３４】
入力部５は、対象画像データとなる画像データを入力する。入力部５が画像データを取得する態様はどのようなものであってもよい。例えば、外部装置から画像データをオンライン受信してもよく、ＤＶＤ等の可搬型の記憶媒体からのデータの読み取りや、スキャナによる読み取りによって画像データを取得してもよい。あるいは、ネットワークで接続されたファイルサーバなどに画像データを記憶しておき、これを読み込むことによって画像データを取得してもよい。入力された画像データは、記憶部６に記憶される。ただし、この実施の形態においては、対象画像データは、自然物（例えば、人間を含む動物や植物、風景等）を撮像して得られた画像データであるとする。
【００３５】
なお、輪郭抽出装置１を医療用画像撮影装置と接続しておけば、医療用画像撮影装置により撮像された各種の画像データを対象画像データとすることも可能となる。例えば、医療用画像撮影装置として広く用いられている装置の１つに、超音波撮影装置がある。超音波撮影装置は、２．５ＭＨｚ〜１３．０ＭＨｚの超音波を撮影対象者の内蔵等の所定部位に当て、その反響を映像化することによって当該部位の超音波画像を取得する。この超音波撮影装置を輪郭抽出装置１と接続しておけば、超音波撮影装置により撮影された撮影対象者の内蔵等を表す超音波画像を入力部５を介して入力し、これを対象画像データとすることが可能となる。
【００３６】
記憶部６は、例えば半導体メモリ、ハードディスクなどの記憶装置によって構成される。記憶部６には、制御部２で実行されるプログラムＰ、プログラムＰを実行する際に必要な情報、入力部５から入力された画像データなどの各種の情報が記憶される。
【００３７】
〈２．輪郭抽出に関する機能部〉
輪郭抽出装置１は、対象画像データに現れる対象物の輪郭を、動的輪郭モデルを用いて抽出する機能（輪郭抽出機能）を備えている。ただし、動的輪郭モデルとは、上述した通り、動的曲線を変形させながら対象物の輪郭を抽出する方法である。具体的には、動的曲線が対象物の輪郭を抽出した時に最小となるエネルギー関数を定義し、繰り返し演算でこのエネルギー関数の最小化処理を行ってエネルギー関数の値が最小となる安定状態を見つけることによって、対象物の輪郭を抽出する。
【００３８】
輪郭抽出機能を実現するための構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、輪郭抽出機能に関する構成を示すブロック図である。なお、以下においては、図３〜図５を適宜参照する。図３〜図５の各図は、エネルギー関数Ｅ、補助関数Ｆ、判定関数Ｇのそれぞれを模式的に例示する図である。
【００３９】
輪郭抽出装置１は、輪郭抽出機能に関する構成として、画像取得部１１、初期形状設定部１２、エネルギー関数設定部１３、繰り返し演算処理部１４、終了指示部１５を備える。これら各部は、記憶部６に記憶されたプログラムＰに従って制御部２が演算処理を行うことにより実現されてもよいし、専用のハードウェアによって実現されてもよい。
【００４０】
画像取得部１１は、対象画像データを取得する。例えば、記憶部６に記憶された画像データのうち、ユーザが指定したものを読み出して対象画像データとして取得する。
【００４１】
初期形状設定部１２は、動的曲線の初期形状を設定する。具体的には、例えば、対象画像データを表示部３に表示させ、ユーザが当該表示画面を見ながら操作部４から入力した形状を、動的曲線の初期形状として受け付ける。また、１以上の初期形状のサンプルを記憶部６に記憶しておき、記憶されたサンプルのうちのいずれかをユーザに選択させ（もしくは、初期形状設定部１２が対象画像データに付された名称等に基づいて自動に選択し）、選択されたサンプルを動的曲線の初期形状として読み出す構成としてもよい。なお、動的曲線の初期形状はどのようなものであってもよいが、輪郭抽出に係る処理を効率的かつ適確に行うためには、対象物の輪郭となるべく近い形状であることが好ましい。なお、初期形状における動的曲線を、以下「初期動的曲線」という。
【００４２】
エネルギー関数設定部１３は、エネルギー関数Ｅを設定する。エネルギー関数Ｅは、動的曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表される。エネルギー関数Ｅに含めるエネルギー項の個数、および、各エネルギー項の内容は任意に設定することができるが、この実施の形態においては、「内部エネルギー項Ｅｉ」「外部エネルギー項Ｅｅ」の２種類のエネルギー項を用いてエネルギー関数Ｅを規定する。すなわち、この実施の形態に係るエネルギー関数Ｅは、下記（式２）により表される関数となる。ただし、（式２）中、「Ｗｉ」「Ｗｅ」は、内部エネルギー項Ｅｉ、外部エネルギー項Ｅｅのそれぞれに付される重み付け係数を表している。
【００４３】
Ｅ＝Ｗｉ＊Ｅｉ＋Ｗｅ＊Ｅｅ    ・・・（式２）
【００４４】
ただし、エネルギー関数Ｅは、抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されている。すなわち、内部エネルギー項Ｅｉおよび外部エネルギー項Ｅｅは、動的曲線が目標形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されている。例えば、内部エネルギーＥｉは、動的曲線が滑らかになるほど小さな値となるように定式化されている。また、外部エネルギーＥｅは、動的曲線と対象物の輪郭との一致度が高いほど小さな値となるように定式化されている。
【００４５】
エネルギー関数Ｅにおいて内部エネルギー項Ｅｉと外部エネルギー項Ｅｅとをどのようにバランスさせるかは、重み付け係数Ｗｉ，Ｗｅにより規定される。この実施の形態においては、ユーザが、対象物の輪郭として予測される形状、どのような形で対象物の輪郭を抽出したいか等を考慮して、重み付け係数Ｗｉ，Ｗｅの値を決定し、決定した値を予め（例えば輪郭抽出装置１の初期設定において）輪郭抽出装置１に入力しているものとする。このときユーザに入力された値は記憶部６に記憶されており、エネルギー関数設定部１３は、当該値を読み出してエネルギー関数Ｅを設定する。なお、重み付け係数Ｗｉ，Ｗｅの設定方法はこれに限らない。例えば、初期形状のサンプルと対応づけて重み付け係数Ｗｉ，Ｗｅの値を記憶しておき、エネルギー関数設定部１３が、選択された初期形状のサンプルと対応づけられた重み付け係数Ｗｉ，Ｗｅの値を読み出してエネルギー関数Ｅを設定する構成であってもよい。
【００４６】
繰り返し演算処理部１４は、繰り返し演算によってエネルギー関数Ｅの最小化処理を行う。すなわち、繰り返し演算によって、動的曲線をエネルギー関数Ｅによって規定される変形傾向に沿って変形させていく。そして、後述する終了タイミング判断部１６から繰り返し演算を終了すべき旨の指示（終了指示）を受け取ると、繰り返し演算を終了し、その際の動的曲線を、対象物の輪郭を適切に抽出した動的曲線（以下「最終動的曲線」という）として取得する。
【００４７】
終了指示部１５は、所定のタイミングで繰り返し演算処理部１４に繰り返し演算の終了指示を与える。終了指示部１５は、補助関数設定部１５１と、終了タイミング判断部１５２とを備える。
【００４８】
補助関数設定部１５１は、繰り返し演算の繰り返し回数（以下「演算回数」という）に応じて変化するように定式化された関数（補助関数Ｆ）を設定する。具体的には、演算回数に応じて単調増加するように定式化された補助関数Ｆを設定する。したがって、補助関数Ｆは、演算回数を「ｎ」と表した場合、下記（式３）で与えられる関数となる。
【００４９】
Ｆ＝ｆ（ｎ）（ただし、ｎ１＜ｎ２の場合、ｆ（ｎ１）＜ｆ（ｎ２））・・・（式３）
【００５０】
なお、補助関数Ｆは、単調増加関数であればどのような形の関数であってもよいが、この実施の形態においては、図４に示されるように、増加率（傾き）が演算回数に応じて大きくなる関数により規定されるものとする。
【００５１】
終了タイミング判断部１５２は、繰り返し演算の過程におけるエネルギー関数Ｅの変移と補助関数Ｆの変移とに基づいて、繰り返し演算を終了するタイミング（終了タイミング）を判断する。終了タイミング判断部１５２は、判定関数設定部１５２１と、極小値検出部１５２２とを備える。
【００５２】
判定関数設定部１５２１は、エネルギー関数Ｅと補助関数Ｆとの線形和により表される関数（判定関数Ｇ）を設定する。すなわち、判定関数Ｇは、下記（式４）で与えられる関数となる。
【００５３】
Ｇ＝Ｅ＋Ｆ    ・・・（式４）
【００５４】
エネルギー関数Ｅは、繰り返し演算の過程で減少する関数である（図３参照）。一方、補助関数Ｆは、繰り返し演算の過程で増加する関数である（図４参照）。したがって、判定関数Ｇは、図５に模式的に示されるように、極小値ｍを有する関数となる。
【００５５】
極小値検出部１５２２は、繰り返し演算が実行されている間、判定関数Ｇの変移を監視する。上述した通り、判定関数Ｇは、繰り返し演算の過程のどこかで極小値ｍを有する。極小値検出部２２は、繰り返し演算の過程でこの極小値ｍが検出されると、その時点を終了タイミングと判断する。
【００５６】
〈３．輪郭抽出処理の流れ〉
輪郭抽出装置１において実行される処理の流れについて、図６を参照しながら説明する。図６は、輪郭抽出装置１において実行される処理の流れを示す図である。なお、以下の説明においては、図３〜図５および図７、図８を適宜参照する。図７（ａ）は対象画像データの一例を模式的に示す図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示される対象画像データについて設定される初期動的曲線（初期動的曲線Ｔ（０））の一例を模式的に示す図である。図８は、繰り返し演算の過程で変形する動的曲線の様子を模式的に示した図である。特に、図８（ａ）は演算回数がｎ１回（図５参照）の際の動的曲線Ｔ（ｎ１）の様子を、図８（ｂ）は演算回数がｎ２回（図５参照）の際の動的曲線Ｔ（ｎ２）の様子を、図８（ｃ）は演算回数がｎ３回（図５参照）の際の動的曲線Ｔ（ｎ３）の様子を、それぞれ示している（ただし、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３）。
【００５７】
〈３−１．全体の流れ〉
はじめに、輪郭抽出装置１において実行される処理の全体の流れについて説明する。まず、画像取得部１１が、対象画像データを取得する（ステップＳ１）。以下においては、図７（ａ）に示される超音波画像の画像データＱが対象画像データとして取得されたとする。超音波画像においては、血管領域が暗く現れており、ここでは、この血管が、その輪郭を抽出すべき対象物であるとする。
【００５８】
続いて、初期形状設定部１２が、動的曲線の初期形状（初期動的曲線）を設定する（ステップＳ２）。いま、対象物は血管であるので、抽出されるべき形状は管状であると予想される。ここでは、これを意識して、図７（ｂ）に示されるように管状の初期動的曲線Ｔ（０）が設定されたとする。
【００５９】
続いて、エネルギー関数設定部１３が、エネルギー関数Ｅを設定する（ステップＳ３）。ここでは、上記（式２）で示される関数がエネルギー関数Ｅとして設定されたとする。
【００６０】
続いて、繰り返し演算処理部１４が、繰り返し演算によるエネルギー関数Ｅの最小化処理を開始する（ステップＳ４）。演算回数が重ねられるにつれてエネルギー関数Ｅの値が減少する（図５参照）。これに対応して、ステップＳ２で設定された初期動的曲線Ｔ（０）が変形して、対象物の輪郭に近づいていく（図８参照）。
【００６１】
繰り返し演算処理部１４は、終了指示部１５から終了指示が与えられるまで繰り返し演算を続ける。終了指示部１５から終了指示が与えられると（ステップＳ５でＹＥＳ）、繰り返し演算処理部１４は繰り返し演算を終了する（ステップＳ６）。ここで得られた動的曲線が、最終動的曲線として取得される。
【００６２】
〈３−２．終了指示部１５が実行する処理の流れ〉
次に、終了指示部１５が実行する処理の流れについて説明する。繰り返し演算処理部１４が繰り返し演算処理を開始するのに先立って、補助関数設定部１５１が補助関数Ｆ（（式３）および図４参照）を設定する（ステップＳ１１）。
【００６３】
続いて、判定関数設定部１５２１が、ステップＳ３にて設定されたエネルギー関数Ｅ（（式２）および図３参照）と、ステップＳ１１で設定された補助関数Ｆとに基づいて、判定関数Ｇ（（式４）および図５参照）を設定する（ステップＳ１２）。
【００６４】
繰り返し演算処理部１４が繰り返し演算処理を開始すると（ステップＳ４）、極小値検出部１５２２が、ステップＳ１２で設定された判定関数Ｇの変移の監視を開始し（ステップＳ１３）、判定関数Ｇに極小値ｍが現れたことを検出すると（ステップＳ１４でＹＥＳ）、その時点を終了タイミングと判断して繰り返し演算処理部１４に終了指示を与える（ステップＳ１５）。
【００６５】
〈４．効果〉
図８に示されるように、繰り返し演算処理においては、演算回数が重ねられるにつれて動的曲線の形状が変形して対象物の輪郭に近づき、演算回数が多くなるほど対象物の輪郭が適確に抽出される。したがって、輪郭抽出の適確性という面から見ると、図５に示されるように、エネルギー関数Ｅが完全に収束する演算回数ｎ３まで繰り返し演算を続け、この際の動的曲線Ｔ（ｎ３）を、最終動的曲線として取得することが望ましい。ところが、多くの場合、エネルギー関数Ｅは、図３に示されるように収束が近づくにつれて変化がなだらかとなるため、演算回数が大きくなってくると、計算コストに見合うだけの変形が動的曲線に起こらない。一方で、計算コストを小さくするために、例えば、比較的少ない演算回数ｎ１で繰り返し演算を終了してしまうと、エネルギー関数Ｅがまだ十分に小さな値となっていないので、対象物の輪郭を十分に捉えられていない動的曲線Ｔ（ｎ１）が最終動的曲線として取得されることになってしまう。このように、輪郭抽出処理において、輪郭抽出の適確性と計算コストとを妥当にバランスさせるためには、繰り返し演算処理を終了するタイミングが重要となってくる。
【００６６】
上記の実施の形態においては、終了指示部１５が、動的曲線のエネルギー関数Ｅと、演算回数に応じて変化する補助関数Ｆとの線形和により表される判定関数Ｇを設定し、この補助関数Ｆに極小値ｍが現れた際の演算回数（ｎ２）で、繰り返し演算処理部１４に繰り返し演算処理を終了させる。このように決定された終了タイミングにおいては、輪郭抽出の適確性と計算コストとが妥当にバランスされている。
【００６７】
すなわち、エネルギー関数Ｅが（完全には収束していないものの）ある程度は小さな値となっているので、対象物の輪郭を（完全ではないものの）十分適確に捉えた動的曲線Ｔｎ２を最終動的曲線として取得することができる。また、これ以上繰り返し演算処理を続けても、計算コストに見合う形状変化が動的曲線に期待できないところ、そのような非効率な演算処理が行われることがない。
【００６８】
また、特に、補助関数Ｆをその増加率が演算回数に応じて大きくなる関数により規定することによって、最低限必要な輪郭抽出の適確性を確実に保証しつつ、計算コストが過大となることを防止することができる。
【００６９】
〈第２の実施の形態〉
この発明の第２の実施の形態に係る輪郭抽出装置１ａについて説明する。なお、以下においては、先に説明したものと同じ構成要素については同じ参照符号で示し、その説明を省略する。
【００７０】
〈１．ハードウェア構成〉
輪郭抽出装置１ａのハードウェア構成は、第１の実施の形態に係る輪郭抽出装置１と同様であるのでその説明を省略する（図１参照）。
【００７１】
〈２．輪郭抽出に関する機能部〉
輪郭抽出装置１ａは、第１の実施の形態に係る輪郭抽出装置１と同様、輪郭抽出機能を備えている。輪郭抽出機能を実現するための構成について、図９を参照しながら説明する。図９は、輪郭抽出機能に関する構成を示すブロック図である。なお、以下においては、図３〜図４を適宜参照する。
【００７２】
輪郭抽出装置１ａは、輪郭抽出機能に関する構成として、上述した画像取得部１１、初期形状設定部１２、エネルギー関数設定部１３、繰り返し演算処理部１４を備える。また、上述した終了指示部１５に変えて、以下に説明する終了指示部１５ａを備える。これら各部は、記憶部６に記憶されたプログラムＰに従って制御部２が演算処理を行うことにより実現されてもよいし、専用のハードウェアによって実現されてもよい。
【００７３】
終了指示部１５ａは、所定のタイミングで繰り返し演算処理部１４に繰り返し演算の終了指示を与える。終了指示部１５ａは、上述した補助関数設定部１５１を備える。また、上述した終了タイミング判断部１５２に変えて、以下に説明する終了タイミング判断部１５２ａを備える。
【００７４】
終了タイミング判断部１５２ａは、繰り返し演算の過程におけるエネルギー関数Ｅの変移と補助関数Ｆの変移とに基づいて、終了タイミングを判断する。終了タイミング判断部１５２ａは、判定基準関数取得部１５２３と、比較判断部１５２４とを備える。
【００７５】
判定基準関数取得部１５２３は、繰り返し演算においてエネルギー関数Ｅが収束したか否かを判定する基準となる値（基準値）を規定する関数（判定基準関数Ｈ）を取得する。具体的には、補助関数設定部１５１が設定した補助関数Ｆを判定基準関数Ｈとして取得する。すなわち、判定基準関数Ｈは、下記（式５）で与えられる関数となる。
【００７６】
Ｈ＝Ｆ    ・・・（式５）
【００７７】
補助関数Ｆは、繰り返し演算の過程で増加する関数である（図４参照）。したがって、判定基準関数Ｈも、繰り返し演算の過程で増加する関数となる。すなわち、基準値は、繰り返し演算が進むにつれて大きな値となる。
【００７８】
比較判断部１５２４は、繰り返し演算が実行されている間、エネルギー関数Ｅの変移を監視する。そして、エネルギー関数Ｅの値が、判定基準関数Ｈ（すなわち、補助関数Ｆ）により規定される基準値より小さくなると、エネルギー関数Ｅが収束したとみなし、その時点を終了タイミングと判断する。
【００７９】
〈３．輪郭抽出処理の流れ〉
輪郭抽出装置１ａにおいて実行される処理の流れについて、図１０を参照しながら説明する。図１０は、輪郭抽出装置１ａにおいて実行される処理の流れを示す図である。なお、以下の説明においては、図１１を参照する。図１１は、終了指示部が実行する処理を説明するための図である。
【００８０】
〈３−１．全体の流れ〉
輪郭抽出装置１ａにおいて実行される処理の全体の流れ（ステップＳ１〜ステップＳ６）は、第１の実施の形態と同様である。
【００８１】
〈３−２．終了指示部１５ａが実行する処理の流れ〉
終了指示部１５ａが実行する処理の流れについて説明する。繰り返し演算処理部１４が繰り返し演算処理を開始するのに先立って、補助関数設定部１５１が補助関数Ｆ（（式３）および図４参照）を設定する（ステップＳ２１）。
【００８２】
続いて、判定基準関数取得部１５２３が、ステップＳ１１で設定された補助関数Ｆを判定基準関数Ｈとして取得する（ステップＳ２２）。
【００８３】
繰り返し演算処理部１４が繰り返し演算処理を開始すると（ステップＳ４）、比較判断部１５２４が、ステップＳ３で設定されたエネルギー関数Ｅの変移の監視を開始し（ステップＳ２３）、エネルギー関数Ｅの値が判定基準関数Ｈ（すなわち、補助関数Ｆ）により規定される基準値より小さくなると（ステップＳ２４でＹＥＳ）、エネルギー関数Ｅが収束したとみなし、その時点を終了タイミングと判断して繰り返し演算処理部１４に終了指示を与える（図１１）（ステップＳ２５）。
【００８４】
〈４．効果〉
上記の実施の形態に係る輪郭抽出装置１ａから得られる効果について図１２〜図１４を参照しながら説明する。図１２〜図１４の各図には、それぞれ異なる態様で変化する３種類のエネルギー関数Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃが例示されている。
【００８５】
上述した通り、繰り返し演算処理においては、エネルギー関数Ｅが完全に収束するまで繰り返し演算を続けることによって、対象物の輪郭を最も適確な形で抽出することができる。ところで、エネルギー関数Ｅが収束したか否かを判断するにあたっては、予め設定された基準値が用いられることがある。つまり、エネルギー関数Ｅが予め設定された基準値よりも小さくなると、エネルギー関数Ｅは収束したとみなし、その時点で繰り返し演算を終了するのである。
【００８６】
ここで、エネルギー関数Ｅが完全に収束した時点を捉えようとすると、図１２に示されるように、この基準値を十分小さな値Ｈ１に設定しておく必要がある。しかしながら、上述したとおり、エネルギー関数Ｅは一般に収束が近づくにつれて変化がなだらかとなるため、基準値を小さくすると必要とされる演算回数が非常に大きくなり、計算コストが掛かってしまう。
【００８７】
一方で、演算回数を抑えて計算コストを小さくするべく、図１３に示されるように、基準値を比較的大きな値Ｈ２に設定すると、エネルギー関数Ｅの変化の態様によっては、エネルギー関数Ｅの値がまだ収束にほど遠い状態で繰り返し演算が終了されてしまう場合がある（例えば、エネルギー関数Ｅｃの繰り返し演算終了タイミング参照）。このような場合においては、動的曲線が対象物の輪郭を十分に捉えられていないうちに、繰り返し演算が終了されてしまうことになる。
【００８８】
上記の実施の形態においては、終了指示部１５ａが、演算回数に応じて変化する補助関数Ｆを判定基準関数Ｈとして用い、エネルギー関数Ｅの値がこの判定基準関数Ｈにより規定される基準値より小さくなると、繰り返し演算処理部１４に繰り返し演算処理を終了させる。このように決定された終了タイミングにおいては、輪郭抽出の適確性と計算コストとが妥当にバランスされている。
【００８９】
すなわち、図１４に示されるように、演算回数が少ないうちは基準値が比較的小さな値となっているので、エネルギー関数Ｅが十分小さな値となっていない限りは収束したとみなされない。したがって、動的曲線が対象物の輪郭を十分に捉えられていないうちに、繰り返し演算処理が終了されてしまうといった事態を回避できる（例えばエネルギー関数Ｅｃの繰り返し演算終了タイミング参照）。
【００９０】
一方、演算回数が増えるにつれて、基準値が徐々に大きな値に変更されていくので、演算回数が増えてくると、実際にはまだ完全に収束していないエネルギー関数Ｅであっても収束したものとみなして繰り返し演算処理を終了する。したがって、完全に収束するまでに相当の演算回数が必要とされるエネルギー関数Ｅであっても、演算回数が過度に大きくなる前に演算処理を終了することができる（例えば、エネルギー関数Ｅｂの繰り返し演算終了タイミング参照）。
【００９１】
なお、特に、補助関数Ｆをその増加率が演算回数に応じて大きくなる関数により規定することによって、最低限必要な輪郭抽出の適確性を確実に保証しつつ、計算コストが過大となることを防止することができる。
【００９２】
〈変形例〉
〈１．第１の変形例〉
上記の各実施の形態においては、補助関数Ｆが、増加率が演算回数に応じて大きくなる関数により規定されるものとしたが、補助関数は単調増加関数であればどのような形の関数であってもよい。例えば、一次関数であってもよいし、二次関数であってもよい。
【００９３】
特に、輪郭抽出が行われる目的（輪郭抽出が用いられるアプリケーション）に応じた補助関数Ｆを設定することによって、各種の目的（アプリケーション）に応じた輪郭抽出を行うことができる。
【００９４】
例えば、比較的大きな増加率の関数で補助関数Ｆを設定すれば、対象物の輪郭を、低い計算コスト・短い計算時間で特定することができる。したがって、対象物の輪郭を、粗くてもよいので低い計算コスト・短い計算時間で特定することが求められるアプリケーションの場合は、このような補助関数Ｆを設定すればよい。
【００９５】
一方、比較的小さな増加率の関数で補助関数Ｆを設定すれば、対象物の輪郭を適確に特定することができる。したがって、対象物の輪郭を、計算コスト・計算時間は掛かってもよいので適確に特定することが求められるアプリケーションの場合は、このような補助関数Ｆを設定すればよい。
【００９６】
〈２．第２の変形例〉
第１の実施の形態に係る終了指示部１５は、判定関数Ｇを用いて終了タイミングを判定する構成としていた。ここで用いられる判定関数Ｇは、エネルギー関数Ｅと補助関数Ｆとの線形和により表されるものとしたが、これら関数Ｅ，Ｆの重み付け線形和により表されるものであってもよい。例えば、補助関数Ｆに重み付け係数を付加した場合、判定関数Ｇは、下記（式６）で与えられる関数となる。ただし、（式６）中、「Ｗｆ」は、補助関数Ｆに付される重み付け係数を表している。
【００９７】
Ｇ＝Ｅ＋Ｗｆ＊Ｆ    ・・・（式６）
【００９８】
重み付け係数Ｗｆの値は、輪郭抽出の適確性と計算コストとをどのようにバランスさせるかを規定する値であり、どのような目的で輪郭抽出が行われるか（どのようなアプリケーションにおいて輪郭抽出を行うか）に応じて設定することが望ましい。
【００９９】
例えば、重み付け係数Ｗｆの値を比較的大きな値とすると、補助関数Ｆの影響が大きくなる。補助関数Ｆは、繰り返し演算の回数を小さく抑える傾向（すなわち、終了タイミングを早める方向）に働く力であるので、この場合は、計算コストを抑えて迅速に対象物の輪郭を抽出することができる。したがって、例えば、輪郭抽出が、対象物の輪郭を大まかでよいので計算コストを抑えて迅速に抽出することが求められるアプリケーションに用いられる場合は、重み付け係数Ｗｆの値を比較的大きな値に設定しておけばよい。
【０１００】
一方、重み付け係数Ｗｆの値を比較的小さな値とすると、エネルギー関数Ｅの影響が大きくなる。この場合は、対象物の輪郭を適確に抽出することができる。したがって、例えば、輪郭抽出が、時間や計算コストがかかってもよいので対象物の輪郭を適確に抽出することが求められるアプリケーションに用いられる場合は、重み付け係数Ｗｆの値を比較的小さな値に設定しておけばよい。
【０１０１】
このように、この変形例においては、重み付け係数Ｗｆの値を調整することによって、輪郭抽出が行われる目的（輪郭抽出が用いられるアプリケーション）に応じた輪郭抽出を行うことができる。
【０１０２】
〈３．第３の変形例〉
第２の実施の形態係る終了指示部１５ａは、判定基準関数Ｈを用いて終了タイミングを判定する構成していた。上記においては、補助関数Ｆをそのまま判定基準関数Ｈとして用いる構成としたが、補助関数Ｆに係数を付した関数を、判定基準関数Ｈとして用いる構成としてもよい。この場合、判定基準関数Ｈは、下記（式７）で与えられる関数となる。ただし、（式７）中「Ｗｈ」は、補助関数Ｆに付される係数を表している。
【０１０３】
Ｈ＝Ｗｈ＊Ｆ    ・・・（式７）
【０１０４】
係数Ｗｈの値は、上記の重み付け係数Ｗｆと同様、輪郭抽出の適確性と計算コストとをどのようにバランスさせるかを規定する値であり、どのような目的で輪郭抽出が行われるかに応じて設定することが望ましい。
【０１０５】
例えば、係数Ｗｈの値を１より大きな値とすると、終了タイミングを規定する基準値の値が大きな値となるので、終了タイミングが早まる。この場合は、計算コストを抑えて迅速に対象物の輪郭を抽出することができる。したがって、例えば、輪郭抽出が、対象物の輪郭を大まかでよいので計算コストを抑えて迅速に抽出することが求められるアプリケーションに用いられる場合は、係数Ｗｈの値を１より大きな値に設定しておけばよい。
【０１０６】
一方、係数Ｗｈの値を１より小さな値とすると、終了タイミングを規定する基準値の値が小さな値となるので、終了タイミングが遅くなる。この場合は、ある程度の計算コストは要する場合があるものの、対象物の輪郭を適確に抽出することができる。したがって、例えば、輪郭抽出が、時間や計算コストがかかってもよいので対象物の輪郭を適確に抽出することが求められるアプリケーションに用いられる場合は、係数Ｗｈの値を１より小さな値に設定しておけばよい。
【０１０７】
このように、この変形例においては、係数Ｗｈの値を調整することによって、輪郭抽出が行われる目的（輪郭抽出が用いられるアプリケーション）に応じた輪郭抽出を行うことができる。
【０１０８】
〈４．第４の変形例〉
上記の各実施の形態においては、エネルギー関数Ｅが、繰り返し演算の過程で減少する滑らかな関数であることが前提となっており、本来、エネルギー関数Ｅはそのような関数であるはずである。ところが、実際の実装態様においては、エネルギー関数Ｅにわずかな振れ等（ノイズ）現れる場合がある。例えば、繰り返し演算の途中で再初期化処理が行われた場合、エネルギー関数Ｅが瞬間的に微増してしまう。このようなノイズを含むエネルギー関数Ｅでは、適切に終了タイミングを決定することができない可能性がある。
【０１０９】
これを回避するためには、エネルギー関数Ｅからノイズを除去した近似エネルギー関数を取得し、エネルギー関数Ｅに変えてこの近似エネルギー関数を用いればよい。近似エネルギー関数を取得する方法はどのようなものであってもよい。例えば、一定の時間間隔でエネルギー関数Ｅの値をサンプリングして離散サンプリングデータを取得し、得られる値により規定される曲線を近似エネルギー関数として取得してもよい。また、エネルギー関数Ｅを最小二乗法等で近似して得られる曲線を近似エネルギー関数として取得してもよい。
【０１１０】
〈５．その他の変形例〉
上記の各実施の形態は、各種の動的輪郭モデル（例えば、レベルセット、スネーク等）を用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置に適用することができる。
【符号の説明】
【０１１１】
１，１ａ  輪郭抽出装置
２  制御部
１１  画像取得部
１２  初期形状設定部
１３  エネルギー関数設定部
１４  繰り返し演算処理部
１５，１５ａ  終了指示部
１５１  補助関数設定部
１５２，１５２ａ  終了タイミング判断部
１５２１  判定関数設定部
１５２２  極小値検出部
１５２３  判定基準関数取得部
１５２４  比較判断部
Ｐ  プログラム
【図１】
2011004640.tif 000003
【図２】
2011004640.tif 000004
【図３】
2011004640.tif 000005
【図４】
2011004640.tif 000006
【図５】
2011004640.tif 000007
【図６】
2011004640.tif 000008
【図７】
2011004640.tif 000009
【図８】
2011004640.tif 000010
【図９】
2011004640.tif 000011
【図１０】
2011004640.tif 000012
【図１１】
2011004640.tif 000013
【図１２】
2011004640.tif 000014
【図１３】
2011004640.tif 000015
【図１４】
2011004640.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月26日(2011.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
上記課題を解決するために、第１の態様に係る輪郭抽出装置は、動的輪郭モデルを用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置であって、自然物を撮像して得られた対象画像を取得する画像取得部と、前記対象画像に表れる対象物の輪郭を抽出するための動的曲線の初期形状を設定する初期形状設定部と、前記動的曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定部と、前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算部と、前記繰り返し演算の繰り返し回数に応じて変化するように定式化された補助関数を設定する補助関数設定部と、前記繰り返し演算の過程における前記エネルギー関数の変移と、前記繰り返し演算の過程における前記補助関数の変移とに基づいて、前記繰り返し演算を終了する終了タイミングを判断する終了タイミング判断部と、を備え、前記補助関数が、前記繰り返し回数に応じて単調増加するように定式化された関数であり、前記終了タイミング判断部が、前記エネルギー関数と前記補助関数との線形和により表される判定関数を設定する判定関数設定部、を備え、前記繰り返し演算の過程で前記判定関数に極小値が現れた時点を、前記終了タイミングと判断する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
第２の態様に係る輪郭抽出装置は、動的輪郭モデルを用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置であって、自然物を撮像して得られた対象画像を取得する画像取得部と、前記対象画像に表れる対象物の輪郭を抽出するための動的曲線の初期形状を設定する初期形状設定部と、前記動的曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定部と、前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算部と、前記繰り返し演算の繰り返し回数に応じて変化するように定式化された補助関数を設定する補助関数設定部と、前記繰り返し演算の過程における前記エネルギー関数の変移と、前記繰り返し演算の過程における前記補助関数の変移とに基づいて、前記繰り返し演算を終了する終了タイミングを判断する終了タイミング判断部と、を備え、前記補助関数が、前記繰り返し回数に応じて単調増加するように定式化された関数であり、前記終了タイミング判断部が、前記繰り返し演算の過程で前記エネルギー関数の値が前記補助関数の値よりも小さくなった時点を、前記終了タイミングと判断する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
第３の態様に係る輪郭抽出装置は、第１の態様または第２の態様に係る輪郭抽出装置であって、前記補助関数が、その増加率が前記繰り返し回数に応じて大きくなる関数である。
【００２１】
第４の態様に係るプログラムは、コンピュータに記憶され、前記コンピュータにおいて実行されることにより、前記コンピュータを、動的輪郭モデルを用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置として機能させるプログラムであって、前記輪郭抽出装置が、自然物を撮像して得られた対象画像を取得する画像取得部と、前記対象画像に表れる対象物の輪郭を抽出するための動的曲線の初期形状を設定する初期形状設定部と、前記動的曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定部と、前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算部と、前記繰り返し演算の繰り返し回数に応じて変化するように定式化された補助関数を設定する補助関数設定部と、前記繰り返し演算の過程における前記エネルギー関数の変移と、前記繰り返し演算の過程における前記補助関数の変移とに基づいて、前記繰り返し演算を終了する終了タイミングを判断する終了タイミング判断部と、を備え、前記補助関数が、前記繰り返し回数に応じて単調増加するように定式化された関数であり、前記終了タイミング判断部が、前記エネルギー関数と前記補助関数との線形和により表される判定関数を設定する判定関数設定部、を備え、前記繰り返し演算の過程で前記判定関数に極小値が現れた時点を、前記終了タイミングと判断する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
第５の態様に係るプログラムは、コンピュータに記憶され、前記コンピュータにおいて実行されることにより、前記コンピュータを、動的輪郭モデルを用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置として機能させるプログラムであって、前記輪郭抽出装置が、自然物を撮像して得られた対象画像を取得する画像取得部と、前記対象画像に表れる対象物の輪郭を抽出するための動的曲線の初期形状を設定する初期形状設定部と、前記動的曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定部と、前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算部と、前記繰り返し演算の繰り返し回数に応じて変化するように定式化された補助関数を設定する補助関数設定部と、前記繰り返し演算の過程における前記エネルギー関数の変移と、前記繰り返し演算の過程における前記補助関数の変移とに基づいて、前記繰り返し演算を終了する終了タイミングを判断する終了タイミング判断部と、を備え、前記補助関数が、前記繰り返し回数に応じて単調増加するように定式化された関数であり、前記終了タイミング判断部が、前記繰り返し演算の過程で前記エネルギー関数の値が前記補助関数の値よりも小さくなった時点を、前記終了タイミングと判断する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
第１から第３の態様に係る輪郭抽出装置、および、第４および第５の態様に係るプログラムのうちのいずれによっても、繰り返し演算を終了する終了タイミングを、繰り返し演算の過程におけるエネルギー関数の変移だけでなく、繰り返し演算の過程における補助関数の変移をも加味して判断する。すなわち、輪郭抽出の適確性の指標となるエネルギー関数の値だけでなく、計算コストの指標となる繰り返し演算の繰り返し回数をも加味して終了タイミングを特定する。これによって、輪郭抽出の適確性と計算コストとを妥当にバランスさせることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
特に、第１の態様に係る輪郭抽出装置、および、第４の態様に係るプログラムのいずれによっても、エネルギー関数と補助関数との線形和により表される判定関数を設定する。繰り返し演算の過程で減少するエネルギー関数と、繰り返し演算の過程で単調増加する補助関数との線形和により表される判定関数には極小値が現れるので、ここでは、この極小値が現れた時点を終了タイミングと判断する。この構成によると、簡易な構成で、適切な終了タイミングを特定することが可能となる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
特に、第２の態様に係る輪郭抽出装置、および、第５の態様に係るプログラムのいずれによっても、繰り返し演算の過程でエネルギー関数の値が補助関数の値よりも小さくなった時点を、終了タイミングと判断する。すなわち、繰り返し演算の終了判定の基準値が、繰り返し演算の繰り返し回数に応じて単調増加するように定式化された補助関数により規定されることになる。この構成によると、繰り返し演算の繰り返し回数が多くなるにつれて終了判定の基準が甘くなるので、エネルギー関数がなかなか減少しない場合であっても、計算コストが過大になることを防止することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
繰り返し演算処理部１４は、繰り返し演算によってエネルギー関数Ｅの最小化処理を行う。すなわち、繰り返し演算によって、動的曲線をエネルギー関数Ｅによって規定される変形傾向に沿って変形させていく。そして、後述する終了タイミング判断部１５２から繰り返し演算を終了すべき旨の指示（終了指示）を受け取ると、繰り返し演算を終了し、その際の動的曲線を、対象物の輪郭を適切に抽出した動的曲線（以下「最終動的曲線」という）として取得する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
続いて、判定基準関数取得部１５２３が、ステップＳ２１で設定された補助関数Ｆを判定基準関数Ｈとして取得する（ステップＳ２２）。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動的輪郭モデルを用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置であって、
自然物を撮像して得られた対象画像を取得する画像取得部と、
前記対象画像に表れる対象物の輪郭を抽出するための動的曲線の初期形状を設定する初期形状設定部と、
前記動的曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定部と、
前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算部と、
前記繰り返し演算の繰り返し回数に応じて変化するように定式化された補助関数を設定する補助関数設定部と、
前記繰り返し演算の過程における前記エネルギー関数の変移と、前記繰り返し演算の過程における前記補助関数の変移とに基づいて、前記繰り返し演算を終了する終了タイミングを判断する終了タイミング判断部と、
を備え、
前記補助関数が、前記繰り返し回数に応じて単調増加するように定式化された関数であり、
前記終了タイミング判断部が、
前記エネルギー関数と前記補助関数との線形和により表される判定関数を設定する判定関数設定部、
を備え、
前記繰り返し演算の過程で前記判定関数に極小値が現れた時点を、前記終了タイミングと判断することを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項２】
動的輪郭モデルを用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置であって、
自然物を撮像して得られた対象画像を取得する画像取得部と、
前記対象画像に表れる対象物の輪郭を抽出するための動的曲線の初期形状を設定する初期形状設定部と、
前記動的曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定部と、
前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算部と、
前記繰り返し演算の繰り返し回数に応じて変化するように定式化された補助関数を設定する補助関数設定部と、
前記繰り返し演算の過程における前記エネルギー関数の変移と、前記繰り返し演算の過程における前記補助関数の変移とに基づいて、前記繰り返し演算を終了する終了タイミングを判断する終了タイミング判断部と、
を備え、
前記補助関数が、前記繰り返し回数に応じて単調増加するように定式化された関数であり、
前記終了タイミング判断部が、
前記繰り返し演算の過程で前記エネルギー関数の値が前記補助関数の値よりも小さくなった時点を、前記終了タイミングと判断することを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の輪郭抽出装置であって、
前記補助関数が、その増加率が前記繰り返し回数に応じて大きくなる関数であることを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項４】
コンピュータに記憶され、前記コンピュータにおいて実行されることにより、前記コンピュータを、動的輪郭モデルを用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置として機能させるプログラムであって、前記輪郭抽出装置が、
自然物を撮像して得られた対象画像を取得する画像取得部と、
前記対象画像に表れる対象物の輪郭を抽出するための動的曲線の初期形状を設定する初期形状設定部と、
前記動的曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定部と、
前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算部と、
前記繰り返し演算の繰り返し回数に応じて変化するように定式化された補助関数を設定する補助関数設定部と、
前記繰り返し演算の過程における前記エネルギー関数の変移と、前記繰り返し演算の過程における前記補助関数の変移とに基づいて、前記繰り返し演算を終了する終了タイミングを判断する終了タイミング判断部と、
を備え、
前記補助関数が、前記繰り返し回数に応じて単調増加するように定式化された関数であり、
前記終了タイミング判断部が、
前記エネルギー関数と前記補助関数との線形和により表される判定関数を設定する判定関数設定部、
を備え、
前記繰り返し演算の過程で前記判定関数に極小値が現れた時点を、前記終了タイミングと判断することを特徴とするプログラム。
【請求項５】
コンピュータに記憶され、前記コンピュータにおいて実行されることにより、前記コンピュータを、動的輪郭モデルを用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置として機能させるプログラムであって、前記輪郭抽出装置が、
自然物を撮像して得られた対象画像を取得する画像取得部と、
前記対象画像に表れる対象物の輪郭を抽出するための動的曲線の初期形状を設定する初期形状設定部と、
前記動的曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定部と、
前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算部と、
前記繰り返し演算の繰り返し回数に応じて変化するように定式化された補助関数を設定する補助関数設定部と、
前記繰り返し演算の過程における前記エネルギー関数の変移と、前記繰り返し演算の過程における前記補助関数の変移とに基づいて、前記繰り返し演算を終了する終了タイミングを判断する終了タイミング判断部と、
を備え、
前記補助関数が、前記繰り返し回数に応じて単調増加するように定式化された関数であり、
前記終了タイミング判断部が、
前記繰り返し演算の過程で前記エネルギー関数の値が前記補助関数の値よりも小さくなった時点を、前記終了タイミングと判断することを特徴とするプログラム。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2011004640.tif 000017
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2011004640.tif 000018
【国際調査報告】
2011004640.tif 000019
2011004640.tif 000020