(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象画像の各画素の勾配強度をもとにエッジを検出し、該エッジを輪郭候補エッジとする輪郭候補エッジ検出手段と、
前記輪郭候補エッジの勾配強度を閾値処理して輪郭エッジを検出する輪郭エッジ検出手段と、
前記輪郭エッジの端点を接続元とし、他の前記輪郭エッジの端点を接続先として、接続元とする前記輪郭エッジの端点が同じで接続先とする前記他の前記輪郭エッジの端点が異なる複数組の端点対を構成する端点間を接続する複数の補間線を、各端点対を構成する端点間の画素値勾配をもとに作成する補間線作成手段と、
前記複数の補間線上の画素における画素値勾配をもとに前記複数の補間線の中からいずれか１つの補間線を選択し、該選択した補間線が接続する前記端点対を構成する端点間の輪郭エッジを前記選択した補間線によって補間する輪郭エッジ補間手段と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記補間線作成手段は、
前記輪郭エッジの端点を検出する端点検出手段と、
前記輪郭エッジの端点のうちの１つを前記接続元とし、該接続元とする前記輪郭エッジの端点について、前記接続先とする前記他の前記輪郭エッジの端点を複数選択して前記複数組の端点対とする端点対選択手段と、
前記複数組の端点対を構成する端点間を接続する補間線の初期経路を作成する初期補間線作成手段と、
前記補間線の初期経路を、前記補間線上の画素における画素値勾配によって定まるコスト値が最小となるような経路に最適化する補間線最適化手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記端点対検出手段は、前記接続元とする前記輪郭エッジの端点からの距離および／または前記接続元とする前記輪郭エッジの端点における勾配の方向をもとに、前記接続先とする前記他の前記輪郭エッジの端点を選択することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記初期候補線作成手段は、
前記対象画像の各画素の画素値変化を近似した近似曲面を作成する近似曲面作成手段と、
前記端点対の座標に対応する前記近似曲面上の位置を通る直線と直交し、かつ前記対象画像の座標平面と平行な直線を含む平面を決定し、該平面と前記近似曲面との交線上の前記端点対を両端とする線分を前記補間線の初期経路とする初期補間線決定手段と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記近似曲面作成手段は、前記対象画像の各画素の画素値変化を関数近似することで前記近似曲面を作成することを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記近似曲面作成手段は、前記対象画像に対してローパスフィルタ処理を行って前記近似曲面を作成することを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記補間線最適化手段は、
前記補間線の初期経路上に所定の間隔で制御点を設定する制御点設定手段と、
前記制御点における前記コスト値が小さくなるように前記制御点を移動させて前記補間線の初期経路を更新する補間線更新手段と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記補間線最適化手段は、前記補間線上の画素における前記輪郭エッジの方向と、前記補間線上の画素において勾配の変化が最大となる方向とから前記コスト値を算出することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項９】
前記補間線最適化手段は、経路探索アルゴリズムによって前記コスト値が最小となるような経路を探索する経路探索手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項１０】
前記輪郭エッジ補間手段は、
前記複数の補間線上にそれぞれ複数の参照点を設定し、該設定した各参照点における前記画素値勾配のコスト値を取得する勾配コスト取得手段と、
前記各参照点における前記コスト値を前記複数の補間線毎に比較し、該複数の補間線の中から、前記コスト値が所定の閾値以下であって最も小さい補間線を選択する補間線選択手段と、
前記補間線選択手段が選択した補間線と、該補間線が接続する前記端点対の前記接続元を端点とする前記輪郭エッジおよび前記端点対の前記接続先を端点とする前記他の前記輪郭エッジとで補間輪郭エッジを形成する補間輪郭エッジ形成手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項１１】
前記勾配コスト取得手段は、前記複数の補間線上に同じ数の前記参照点をそれぞれ設定することを特徴とする請求項１０に記載の画像処理装置。
【請求項１２】
対象画像の各画素の勾配強度をもとにエッジを検出し、該エッジを輪郭候補エッジとする輪郭候補エッジ検出工程と、
前記輪郭候補エッジの勾配強度を閾値処理して輪郭エッジを検出する輪郭エッジ検出工程と、
前記輪郭エッジの端点を接続元とし、他の前記輪郭エッジの端点を接続先として、接続元とする前記輪郭エッジの端点が同じで接続先とする前記他の前記輪郭エッジの端点が異なる複数組の端点対を構成する端点間を接続する複数の補間線を、各端点対を構成する端点間の画素値勾配をもとに作成する補間線作成工程と、
前記複数の補間線上の画素における画素値勾配をもとに前記複数の補間線の中からいずれか１つの補間線を選択し、該選択した補間線が接続する前記端点対を構成する端点間の輪郭エッジを前記選択した補間線によって補間する輪郭エッジ補間工程と、
を含むことを特徴とする画像処理方法。
【請求項１３】
コンピュータに、
対象画像の各画素の勾配強度をもとにエッジを検出し、該エッジを輪郭候補エッジとする輪郭候補エッジ検出手順と、
前記輪郭候補エッジの勾配強度を閾値処理して輪郭エッジを検出する輪郭エッジ検出手順と、
前記輪郭エッジの端点を接続元とし、他の前記輪郭エッジの端点を接続先として、接続元とする前記輪郭エッジの端点が同じで接続先とする前記他の前記輪郭エッジの端点が異なる複数組の端点対を構成する端点間を接続する複数の補間線を、各端点対を構成する端点間の画素値勾配をもとに作成する補間線作成手順と、
前記複数の補間線上の画素における画素値勾配をもとに前記複数の補間線の中からいずれか１つの補間線を選択し、該選択した補間線が接続する前記端点対を構成する端点間の輪郭エッジを前記選択した補間線によって補間する輪郭エッジ補間手順と、
を実行させることを特徴とする画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象画像から輪郭エッジを検出する画像処理装置、画像処理方法、および画像処理プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、画像内のエッジの検出は、勾配の変化が最も大きい位置（勾配が急峻であり、その勾配強度の値が周囲と比較して大きくなっている位置）を検出することで行われ、基本的には、画像の輝度値の勾配から勾配強度を算出し、この勾配強度に対して閾値処理を行うことで検出されている。このようなエッジ検出の手法を用いて画像から輪郭エッジを検出する際、エッジ検出アルゴリズムの精度やノイズ、画像の不鮮明さ（ぼけ）等の要因、あるいは主観的輪郭部等によって輪郭エッジに途切れが生じる場合がある。このような途切れて離散した輪郭エッジを接続するための手法として、従来から、動的輪郭法やエッジトレース法等が用いられている。しかしながら、従来の動的輪郭法を用いた手法では、接続すべきエッジとノイズエッジとを適正に区別できないという問題があった。一方で、エッジトレース法は、エッジの延びる方向や微分の直交方向等の情報をもとにエッジを辿っていく手法であり、局所的な情報に頼るため、ノイズに弱く、接続すべきエッジに辿り着かない場合があった。
【０００３】
このような従来の問題点を解決するための技術として、例えば、特許文献１には、エッジの切断位置の対応関係を適切に判別してエッジを接続（連結）する方法が示されている。この特許文献１の技術では、先ず、計測領域を複数の分割小領域に分割し、各小領域に番号を付与する。続いて、各エッジに対して個別のエッジラベルを付与する。続いて、各小領域に含まれるエッジの分布から、途切れているエッジが存在する小領域を抽出する。続いて、抽出した小領域において、近傍のエッジラベルから接続すべきエッジを推定する。そして、接続すべきとして推定したエッジ間をベジェ曲線等によって滑らかに接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１５７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献１において、接続すべきエッジの推定には、エッジ間の距離や各エッジの向き、エッジとその連結部分との滑らかさ等を用いている。このため、接続すべきエッジ間に距離がある場合や接続すべきエッジの向きがずれている場合、接続すべきエッジとその連結部分とが滑らかでない場合には、接続すべきエッジの選択を誤る可能性があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑み為されたものであって、途切れた輪郭エッジを適切に接続することができる画像処理装置、画像処理方法、および画像処理プログラム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】
【０００７】
上記した課題を解決し、目的を達成するための、本発明のある態様にかかる画像処理装置は、対象画像の各画素の勾配強度をもとにエッジを検出し、該エッジを輪郭候補エッジとする輪郭候補エッジ検出手段と、前記輪郭候補エッジの勾配強度を閾値処理して輪郭エッジを検出する輪郭エッジ検出手段と、前記輪郭エッジの端点を接続元とし、他の前記輪郭エッジの端点を接続先として、接続元とする前記輪郭エッジの端点が同じで接続先とする前記他の前記輪郭エッジの端点が異なる複数組の端点対間を接続する複数の補間線を、各端点対間の画素値勾配をもとに作成する補間線作成手段と、前記複数の補間線上の画素における画素値勾配をもとに前記複数の補間線の中からいずれか１つの補間線を選択し、該選択した補間線が接続する前記端点対間の輪郭エッジを前記選択した補間線によって補間する輪郭エッジ補間手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記態様の画像処理装置によれば、接続元とする輪郭エッジの端点が同じで接続先とする他の輪郭エッジの端点が異なる複数組の端点対間を接続する複数の補間線を各端点対間の画素値勾配をもとに作成し、補間線上の画素における画素値勾配をもとに作成した複数の補間線の中から１つを選択することができる。そして、選択した補間線によってその両端の端点対間の輪郭エッジを補間することができる。したがって、複数の輪郭エッジの端点の中から接続すべき端点を適切に選び、選んだ端点との間の輪郭線を適切に補間することができるので、途切れた輪郭エッジを適切に接続することができる。
【０００９】
また、本発明の別の態様にかかる画像処理方法は、対象画像の各画素の勾配強度をもとにエッジを検出し、該エッジを輪郭候補エッジとする輪郭候補エッジ検出工程と、前記輪郭候補エッジの勾配強度を閾値処理して輪郭エッジを検出する輪郭エッジ検出工程と、前記輪郭エッジの端点を接続元とし、他の前記輪郭エッジの端点を接続先として、接続元とする前記輪郭エッジの端点が同じで接続先とする前記他の前記輪郭エッジの端点が異なる複数組の端点対間を接続する複数の補間線を、各端点対間の画素値勾配をもとに作成する補間線作成工程と、前記複数の補間線上の画素における画素値勾配をもとに前記複数の補間線の中からいずれか１つの補間線を選択し、該選択した補間線が接続する前記端点対間の輪郭エッジを前記選択した補間線によって補間する輪郭エッジ補間工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の別の態様にかかる画像処理プログラムは、コンピュータに、対象画像の各画素の勾配強度をもとにエッジを検出し、該エッジを輪郭候補エッジとする輪郭候補エッジ検出手順と、前記輪郭候補エッジの勾配強度を閾値処理して輪郭エッジを検出する輪郭エッジ検出手順と、前記輪郭エッジの端点を接続元とし、他の前記輪郭エッジの端点を接続先として、接続元とする前記輪郭エッジの端点が同じで接続先とする前記他の前記輪郭エッジの端点が異なる複数組の端点対間を接続する複数の補間線を、各端点対間の画素値勾配をもとに作成する補間線作成手順と、前記複数の補間線上の画素における画素値勾配をもとに前記複数の補間線の中からいずれか１つの補間線を選択し、該選択した補間線が接続する前記端点対間の輪郭エッジを前記選択した補間線によって補間する輪郭エッジ補間手順と、を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、途切れた輪郭エッジを適切に接続することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施の形態１の画像処理装置１の機能構成例を説明するブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態１の輪郭候補エッジ検出部の構成例を説明するブロック図である。
【図３】図３は、実施の形態１の補間線作成部の構成例を説明するブロック図である。
【図４】図４は、実施の形態１の画像処理装置が行う処理手順を示す全体フローチャートである。
【図５】図５は、実施の形態１における輪郭候補エッジ検出処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は、輪郭エッジの検出原理を説明する図である。
【図７】図７は、実施の形態１における補間線作成処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は、注目画素と、注目画素の８近傍画素を示す図である。
【図９】図９は、初期補間線の作成原理を説明する図である。
【図１０】図１０は、初期補間線の作成原理を説明する他の図である。
【図１１】図１１は、初期補間線の作成原理を説明する他の図である。
【図１２】図１２は、実施の形態１における初期補間線作成処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、初期補間線決定処理を説明する図である。
【図１４】図１４は、実施の形態１における補間線最適化処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、初期補間線最適化処理を説明する図である。
【図１６】図１６は、実施の形態１の変形例１における輪郭候補エッジ検出部の構成例を説明するブロック図である。
【図１７】図１７は、変形例１における輪郭候補エッジ検出処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、分岐エッジ除去処理を説明する図である。
【図１９】図１９は、変形例２における補間線作成部の構成例を説明するブロック図である。
【図２０】図２０は、実施の形態２の画像処理装置の機能構成例を説明するブロック図である。
【図２１】図２１は、実施の形態２の輪郭エッジ補間部の構成例を説明するブロック図である。
【図２２】図２２は、実施の形態２の画像処理装置が行う処理手順を示す全体フローチャートである。
【図２３】図２３は、実施の形態２における輪郭エッジ補間処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
【図２４】図２４は、本発明を適用したコンピューターシステムの構成を示すシステム構成図である。
【図２５】図２５は、図２４のコンピューターシステムを構成する本体部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、各図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
【００１４】
本実施の形態の画像処理装置は、例えば内視鏡やカプセル内視鏡等の医用観察装置が被検者の体内の消化管等の管腔内を撮像した画像（管腔内画像）を対象画像として処理するものであり、具体的には、管腔内画像から粘膜構造等の輪郭エッジを検出し、途切れた輪郭エッジを接続する処理を行うものである。ここで、本実施の形態の画像処理装置が扱う管腔内画像は、例えば、画素毎にＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各波長成分に対する画素値を持つカラー画像である。この管腔内画像には、主として粘膜構造等の生体組織の表面構造が映る。以下では、管腔内画像から粘膜構造等の輪郭エッジを検出して途切れた輪郭エッジを接続する場合を例にとって説明する。なお、対象画像は、本実施の形態で例示する管腔内画像に限定されるものではなく、対象画像から輪郭エッジを検出し、途切れた輪郭エッジを接続する場合に広く適用できる。
【００１５】
（実施の形態１）
先ず、実施の形態１の画像処理装置について説明する。図１は、実施の形態１の画像処理装置１の機能構成例を説明するブロック図である。また、図２は、実施の形態１の輪郭候補エッジ検出部１６の構成例を説明するブロック図であり、図３は、実施の形態１の補間線作成部１８の構成例を説明するブロック図である。なお、図１〜図３において、画像処理装置１の各部間を接続して画像信号等のデータ信号を伝送するデータ信号線を実線で示し、制御信号を伝送する制御信号線を破線で示している。
【００１６】
図１に示すように、実施の形態１の画像処理装置１は、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）部１１と、操作部１２と、表示部１３と、記録部１４と、演算部１５と、画像処理装置１全体の動作を制御する制御部２０とを備える。
【００１７】
外部Ｉ／Ｆ部１１は、医用観察装置によって撮像された管腔内画像の画像データを取得するためのものであり、この外部Ｉ／Ｆ部１１によって取得された画像データは記録部１４に記録され、演算部１５によって処理された後、必要に応じて適宜表示部１３に表示される。外部Ｉ／Ｆ部１１は、例えば医用観察装置との間の画像データの受け渡しに可搬型の記録媒体が使用される場合であれば、この記録媒体を着脱自在に装着して保存された管腔内画像の画像データを読み出すリーダ装置で構成される。また、医用観察装置によって撮像された管腔内画像の画像データを保存しておくサーバを適所に設置し、このサーバから取得する構成の場合には、外部Ｉ／Ｆ部１１を、サーバと接続するための通信装置等で構成する。そして、この外部Ｉ／Ｆ部１１を介してサーバとデータ通信を行い、管腔内画像の画像データを取得する。また、ケーブルを介して医用観察装置から画像データを取得する構成の場合には、画像データを入力するインターフェース装置等で構成される。
【００１８】
操作部１２は、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等によって実現されるものであり、操作信号を制御部２０に出力する。表示部１３は、ＬＣＤやＥＬディスプレイ等の表示装置によって実現されるものであり、制御部２０の制御のもと、カプセル内視鏡３で撮像された画像の表示画面を含む各種画面を表示する。
【００１９】
記録部１４は、更新記録可能なフラッシュメモリ等のＲＯＭやＲＡＭといった各種ＩＣメモリ、内蔵或いはデータ通信端子で接続されたハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の情報記録媒体およびその読取装置等によって実現されるものであり、画像処理装置１を動作させ、この画像処理装置１が備える種々の機能を実現するためのプログラムや、このプログラムの実行中に使用されるデータ等が記録される。例えば、記録部１４には、外部Ｉ／Ｆ部１１によって取得された管腔内画像の画像データが記録される。また、記録部１４には、実施の形態１の処理を実現して管腔内画像から粘膜構造等の輪郭エッジを検出し、途切れた輪郭エッジを接続するための画像処理プログラム１４１が記録される。
【００２０】
演算部１５は、ＣＰＵ等のハードウェアによって実現され、管腔内画像を処理して粘膜構造等の輪郭エッジを検出し、途切れた輪郭エッジを接続するための種々の演算処理を行う。この演算部１５は、輪郭候補エッジ検出手段としての輪郭候補エッジ検出部１６と、輪郭エッジ検出手段としての輪郭エッジ検出部１７と、補間線作成手段としての補間線作成部１８とを備える。ここで、輪郭候補エッジ検出部１６、輪郭エッジ検出部１７および補間線作成部１８はこの順に接続されている。また、輪郭候補エッジ検出部１６には、外部Ｉ／Ｆ部１１を介して取得され、記録部１４に記録された管腔内画像の画像信号が入力される。そして、補間線作成部１８からは、演算部１５の各部が管腔内画像を処理することで得た補間輪郭エッジの情報（補間輪郭エッジ画像）が出力され、例えば記録部１４に記録される。
【００２１】
輪郭候補エッジ検出部１６は、処理対象とする管腔内画像から輪郭候補エッジを検出する。この輪郭候補エッジ検出部１６は、図２に示すように、線エッジ抽出部１６１と、輪郭候補エッジ選択手段としての輪郭候補エッジ選択部１６２とを備える。
【００２２】
線エッジ抽出部１６１は、管腔内画像の各画素の勾配強度をもとに、線エッジを抽出する。ここで、線エッジとは、幅が１画素のエッジのことをいう。輪郭候補エッジ選択部１６２は、線エッジ上の画素のうち、管腔内画像中の平坦領域（勾配の変化が小さく平坦な領域）外の画素で構成される線エッジ部分を輪郭候補エッジとして選択する。以上のように構成される輪郭候補エッジ検出部１６は、輪郭候補エッジを輪郭エッジ検出部１７に出力する。
【００２３】
輪郭エッジ検出部１７は、輪郭候補エッジ検出部１６から入力される輪郭候補エッジ上の各画素の勾配強度を閾値処理し、輪郭エッジを検出する。この輪郭エッジ検出部１７は、検出した輪郭エッジを、輪郭候補エッジとともに補間線作成部１８に出力する。
【００２４】
補間線作成部１８は、輪郭エッジの途切れを補間する補間線を作成する。実施の形態１では、輪郭エッジの端点間を接続する補間線を作成する。この補間線作成部１８は、図３に示すように、端点検出手段としての端点検出部１８１と、端点対選択手段としての端点対選択部１８２と、初期補間線作成手段としての初期補間線作成部１８３と、補間線最適化手段としての補間線最適化部１８６とを備える。
【００２５】
端点検出部１８１は、輪郭エッジ検出部１７から入力される輪郭エッジの端点を検出する。端点対選択部１８２は、端点検出部１８１が検出した端点のうちの２つを端点対として選択する。実施の形態１では、輪郭エッジの端点毎に、接続対象とする少なくとも１つの他の輪郭エッジの端点を選択し、端点対とする。
【００２６】
初期補間線作成部１８３は、端点対選択部１８２が選択した端点対間を接続する補間線の初期経路（以下、適宜「初期補間線」と呼ぶ）を作成する。この初期補間線作成部１８３は、近似曲面作成手段としての近似曲面作成部１８４と、初期補間線決定手段としての初期補間線決定部１８５とを備える。近似曲面作成部１８４は、管腔内画像の各画素の画素値をもとに、その画素値変化を近似した近似曲面を作成する。初期補間線決定部１８５は、近似曲面作成部１８４が作成した近似曲面をもとに初期補間線を決定する。
【００２７】
補間線最適化部１８６は、補間線の初期経路（初期補間線）を、補間線上の画素の勾配強度（画素値勾配）によって定まるコスト値（以下、「勾配コスト」と呼ぶ。）が最小となるような経路に最適化する。例えば、補間線最適化部１８６は、公知の動的輪郭法（スネーク法）を適用して初期補間線を最適化し、補間線を得る。この補間線最適化部１８６は、制御点設定手段としての制御点設定部１８７と、補間線更新手段としての補間線更新部１８８とを備える。制御点設定部１８７は、初期補間線上に制御点を設定する。補間線更新部１８８は、制御点設定部１８７が設定した制御点毎に勾配コストを算出し、この勾配コストが小さくなるように各制御点を移動させて補間線の初期経路を更新していく。
【００２８】
以上のように構成される補間線作成部１８は、作成した補間線と、この補間線によって接続した輪郭エッジとで補間輪郭エッジを形成し、各画素の画素値を補間輪郭エッジ上の画素か否かを示すフラグ情報とした補間輪郭エッジ画像を例えば記録部１４に出力して保存する。
【００２９】
制御部２０は、ＣＰＵ等のハードウェアによって実現される。この制御部２０は、外部Ｉ／Ｆ部１１を介して取得される画像データや操作部１２から入力される操作信号、記録部１４に記録されるプログラムやデータ等をもとに画像処理装置１を構成する各部への指示やデータの転送等を行い、画像処理装置１全体の動作を統括的に制御する。
【００３０】
図４は、実施の形態１の画像処理装置１が行う処理手順を示す全体フローチャートである。なお、ここで説明する処理は、記録部１４に記録された画像処理プログラム１４１に従って画像処理装置１の各部が動作することにより実現される。
【００３１】
図４に示すように、先ず、制御部２０が画像取得処理を実行し、処理対象の管腔内画像を取得する（ステップａ１）。ここでの処理により、管腔内画像の画像データが外部Ｉ／Ｆ部１１を介して取得され、記録部１４に記録される。このようにして取得された後は、この管腔内画像の画像データは、演算部１５によって読み込み可能な状態となる。以下、管腔内画像の左上を基準にして横方向の画素の座標をｘとし、縦方向の画素の座標をｙとする。
【００３２】
続いて、演算部１５において、輪郭候補エッジ検出部１６が、輪郭候補エッジ検出処理を実行する（ステップａ３）。この輪郭候補エッジ検出処理では、各画素の勾配強度を算出する。そして、算出した各画素の勾配強度をもとに、勾配の方向が同じ領域である勾配範囲において勾配の変化が最も大きい位置（尾根）を検出して輪郭候補エッジを得る。図５は、実施の形態１における輪郭候補エッジ検出処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
【００３３】
図５に示すように、輪郭候補エッジ検出処理では、先ず輪郭候補エッジ検出部１６の線エッジ抽出部１６１が、ノイズ除去処理を実行し、管腔内画像からノイズを除去する（ステップｂ１）。このノイズ除去処理は、例えば、図４のステップａ１で取得した管腔内画像の画像データに対してエッジを保存した平滑化処理を行うことで実現できる。ここでは、例えば、スパイクノイズに強いメディアン（Median）フィルタを適用して平滑化処理を行う。これは、管腔内画像中には、スパイクノイズに相当するノイズ領域として照明光による正面反射が発生した領域（正面反射領域）が含まれ得るためである。フィルタサイズとしては、例えば１１×１１のものを用いる。管腔内画像には、粘膜構造の輪郭エッジ以外にも、例えば、粘膜表面の柔毛（絨毛）等による凹凸や照明光による正面反射領域等によって生じるエッジ（ノイズエッジ）が含まれる。ステップｂ１のノイズ除去処理によれば、前述のようなノイズエッジを抑制することができ、輪郭エッジの誤検出を低減することができる。なお、メディアンフィルタに限らず、例えば、ｋ最近隣平均化フィルタやバイラテラル（Bilateral）フィルタ等のその他のエッジ保存型のフィルタを適用した平滑化処理を行うこととしてもよい。
【００３４】
続いて、線エッジ抽出部１６１は、構造情報取得処理を実行し、ステップｂ３でのノイズ除去処理後の管腔内画像の画像データをもとに粘膜構造表面の形状変化情報（構造情報）を取得する（ステップｂ３）。管腔内画像に映る血管や出血部位等の構成成分であるヘモグロビンは、短波長帯の光を多く吸光する特性を持つ。このヘモグロビンの短波長帯での吸光特性により、波長成分の多くが短波長帯で構成されるＧ（緑）成分やＢ（青）成分は、ヘモグロビンの吸光によって輝度値が下がる。このため、管腔内画像には、血管や出血部位等もノイズエッジとして含まれ得る。一方で、波長成分の多くが長波長帯で構成されるＲ（赤）成分は、吸光が少なく、ほとんどの光を反射するため、粘膜構造を反映した情報として扱うのに適している。そこで、実施の形態１では、後段の処理において粘膜構造の輪郭エッジを精度良く検出するために、Ｒ（赤）の波長成分（Ｒ成分）の画像（Ｒ成分画像：各画素の画素値をＲ（赤）成分の値とした画像）を粘膜構造表面の形状変化情報として取得する。ステップｂ３の構造情報取得処理によれば、粘膜表面の色変化によって生じるノイズエッジを輪郭エッジとして誤検出する事態を低減できる。
【００３５】
続いて、線エッジ抽出部１６１は、線エッジ抽出処理を実行する（ステップｂ５）。処理手順としては、先ず、ステップｂ３で取得したＲ成分画像Ｉ（ｘ，ｙ）に対して１次微分フィルタを用いた微分フィルタ処理を行い、各画素の勾配強度ｇ（ｘ，ｙ）を算出する。ここでは、例えば、ソーベル（sobel）フィルタを適用し、勾配強度画像（各画素の画素値を勾配強度の値とした画像）とともに、横方向成分勾配強度画像（各画素の画素値を勾配強度の横方向成分の値とした画像）と、縦方向成分勾配強度画像（各画素の画素値を勾配強度の縦方向成分の値とした画像）とを得る。
【００３６】
具体的には、先ず、例えば３×３の横方向（ｘ方向）のソーベルフィルタおよび３×３の縦方向（ｙ方向）のソーベルフィルタを適用し、３×３の近傍領域を用いたフィルタリングを行う。そして、横方向のソーベルフィルタを適用した微分フィルタ処理の出力ｓｏｂｅｌＸ（ｘ，ｙ）を各画素における勾配強度の横方向成分として得る。一方、縦方向のソーベルフィルタを適用した微分フィルタ処理の出力ｓｏｂｅｌＹ（ｘ，ｙ）を各画素における勾配強度の縦方向成分として得る。その後、これら勾配強度の横方向成分と縦方向成分とを合成して各画素の勾配強度ｇ（ｘ，ｙ）を得る。なお、ソーベルフィルタに限らず、その他の微分フィルタを適用して微分フィルタ処理を行うこととしてもよい。
【００３７】
次に、各画素に横方向のソーベルフィルタを適用した微分フィルタ処理の出力ｓｏｂｅｌＸ（ｘ，ｙ）および各画素に縦方向のソーベルフィルタを適用した微分フィルタ処理の出力ｓｏｂｅｌＹ（ｘ，ｙ）を用い、次式（１）に従って勾配の変化が最大となる方向θ（ｘ，ｙ）を勾配の方向として各画素それぞれについて算出する。以下、勾配の変化が最大となる方向を、「勾配変化方向」と呼ぶ。
【数１】
0005658963.tif 000002
【００３８】
その後、各画素の勾配変化方向θ（ｘ，ｙ）をもとに、勾配変化方向が同じ領域である勾配範囲の中から勾配強度ｇ（ｘ，ｙ）の凸位置を検出する。この凸位置の検出は、勾配変化方向上で連接する勾配変化方向θ（ｘ，ｙ）が同じ画素の中で、勾配強度ｇ（ｘ，ｙ）の値が最大のものを判定することで行う。これによれば、線エッジ（幅が１画素分のエッジ）を抽出することができる。
【００３９】
続いて、輪郭候補エッジ選択部１６２が、輪郭候補エッジ選択処理を実行する（ステップｂ７）。処理手順としては、先ず、管腔内画像中の平坦領域を抽出する。具体的には、各画素の勾配強度ｇ（ｘ，ｙ）をもとに勾配の変化が小さい領域を抽出し、平坦領域とする。平坦領域とする勾配強度ｇ（ｘ，ｙ）の値の幅は、予め設定しておけばよい。そして、線エッジ上の画素のうち、平坦領域外の画素で構成される線エッジ部分を輪郭候補エッジとして選択する。
【００４０】
その後、次式（２），（３）に従い、輪郭候補エッジ上の画素の画素値Ｇ（ｘ，ｙ）をその勾配強度ｇ（ｘ，ｙ）とし、それ以外の画素の画素値Ｇ（ｘ，ｙ）を「０」とした輪郭候補エッジ勾配強度画像を得る。
輪郭候補エッジ上の画素の場合、Ｇ（ｘ，ｙ）＝ｇ（ｘ，ｙ）  ・・・（２）
それ以外の場合、Ｇ（ｘ，ｙ）＝０  ・・・（３）
【００４１】
また、次式（４），（５）に従い、各画素の画素値を輪郭候補エッジ上の画素か否かを示すフラグ情報とした輪郭候補エッジ画像、具体的には、輪郭候補エッジ上の画素の画素値Ｈ（ｘ，ｙ）を「１」とし、それ以外の画素の画素値Ｈ（ｘ，ｙ）を「０」とした輪郭候補エッジ画像を得る。
輪郭候補エッジ上の画素の場合、Ｈ（ｘ，ｙ）＝１  ・・・（４）
それ以外の場合、Ｈ（ｘ，ｙ）＝０  ・・・（５）
【００４２】
以上のようにして輪郭候補エッジ選択処理を実行したならば、図４のステップａ３にリターンし、その後ステップａ５に移行する。そして、ステップａ５では、輪郭エッジ検出部１７が、輪郭エッジ検出処理を実行する。この輪郭エッジ検出処理では、ステップａ３で検出した輪郭候補エッジ上の画素の中から勾配強度ｇ（ｘ，ｙ）の値が小さい画素を除外し、輪郭エッジとする画素を絞り込む。例えば、輪郭エッジ検出部１７は、ヒステリシス（hysteresis）閾値処理（２段閾値処理）を行い、輪郭エッジを検出する。
【００４３】
図６（ａ）は、図４のステップａ３で検出した輪郭候補エッジの一例を示す模式図であり、３本の輪郭候補エッジＥＬ１，ＥＬ２１，ＥＬ２２を示している。また、図６（ｂ）および図６（ｃ）は、横軸を図６（ａ）中の輪郭候補エッジＥＬ１上の座標（ｘ，ｙ）とし、縦軸を該当する各画素の勾配強度ｇ（ｘ，ｙ）の値として図６（ａ）中の輪郭候補エッジＥＬ１上の勾配強度ｇ（ｘ，ｙ）の変化曲線を示したものである。輪郭エッジ検出部１７は、先ず、図６（ｂ）中に示す第１の閾値を用いて輪郭候補エッジＥＬ１上の勾配強度ｇ（ｘ，ｙ）を閾値処理することで、勾配強度ｇ（ｘ，ｙ）が閾値以上である範囲、具体的には、図６（ａ）に示す輪郭候補エッジＥＬ１上の画素Ｐ１３〜画素Ｐ１４の範囲を輪郭エッジとする。続いて、輪郭エッジ検出部１７は、図６（ｃ）中に示す第１の閾値よりも値の小さい第２の閾値を用いて輪郭候補エッジＥＬ１上の勾配強度ｇ（ｘ，ｙ）を閾値処理し、勾配強度ｇ（ｘ，ｙ）が第２の閾値以上である画素のうち、第１の閾値を用いた閾値処理で検出した範囲の端点である画素Ｐ１３，Ｐ１４と途切れずに連続している輪郭候補エッジＥＬ１上の画素、具体的には画素Ｐ１１〜画素Ｐ１３および画素Ｐ１４〜画素Ｐ１５の範囲を輪郭エッジとしてさらに検出し、最終的に輪郭候補エッジＥＬ１上の画素Ｐ１３〜画素Ｐ１５の範囲を輪郭エッジとする。画素Ｐ１５〜画素Ｐ１１の範囲については、輪郭エッジとして検出しない。なお、輪郭候補エッジＥＬ２１，ＥＬ２２についても、同様に輪郭エッジを検出する。
【００４４】
その後、次式（６），（７）に従い、各画素の画素値を輪郭エッジ上の画素か否かを示すフラグ情報とした輪郭エッジ画像、具体的には、輪郭エッジ上の画素の画素値Ｃ（ｘ，ｙ）を「１」とし、それ以外の画素の画素値Ｃ（ｘ，ｙ）を「０」とした輪郭エッジ画像を得る。
輪郭エッジ上の画素の場合、Ｃ（ｘ，ｙ）＝１  ・・・（６）
それ以外の場合、Ｃ（ｘ，ｙ）＝０  ・・・（７）
【００４５】
なお、以上説明した線エッジ抽出処理（図５のステップｂ５）および輪郭エッジ検出処理（図４のステップａ５）を具体的に実現するアルゴリズムとしては、公知のケニーのエッジ検出アルゴリズム（Canny  edge  detector／参考：ＣＧ−ＡＲＴＳ協会，ディジタル画像処理，２０９Ｐ−輪郭線検出）を用いることができる。
【００４６】
続いて、補間線作成部１８が、補間線作成処理を実行する（ステップａ７）。図７は、実施の形態１における補間線作成処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。図７に示すように、補間線作成処理では、先ず、補間線作成部１８の端点検出部１８１が、端点検出処理を実行し、輪郭エッジの端点を検出する（ステップｃ１）。
【００４７】
ここでは、輪郭エッジ上の画素に順次注目し、周囲（例えば８近傍画素）における輪郭エッジ上の画素の存在パターンを判別することで、輪郭エッジの端点を検出する。図８は、注目する輪郭エッジ上の画素（注目画素）Ｐ３と、この注目画素Ｐ３の８近傍画素を示す図である。端点検出処理では、注目画素Ｐ３の８近傍画素を識別するため、図８中において８近傍画素の各マス目に示すように、それぞれの座標を左上から右周りにａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈとする。そして、これら８近傍画素ａ〜ｈのうちのいずれか１つが輪郭エッジ上の画素の場合（条件１）に、注目画素Ｐ３を端点と判定する。例えば、８近傍画素ａ〜ｈのうち、８近傍画素ａのみが輪郭エッジ上の画素の場合には、注目画素Ｐ３を端点と判定する。８近傍画素ｂ〜ｈについても同様である。
【００４８】
さらに、近傍画素ａ〜ｈのうちの隣接する２つの画素が輪郭エッジ上の画素の場合（条件２）にも、注目画素Ｐ３を端点と判定する。例えば、８近傍画素ａ〜ｈのうち、隣接する８近傍画素ａ，ｂの２つが輪郭エッジ上の画素の場合には、注目画素Ｐ３を端点と判定する。８近傍画素［ｂ，ｃ］、［ｃ，ｄ］、［ｄ，ｅ］、［ｅ，ｆ］、［ｆ，ｇ］、［ｇ，ｈ］、［ｈ，ａ］の隣接する２画素の各組み合わせについても同様である。
【００４９】
実際の処理では、端点検出部１８１は、輪郭エッジ画像をもとに、次式（８），（９）に従ってＣ（ｘ，ｙ）＝１の画素の８近傍画素が条件１または条件２を満たすか否かを判定することで、輪郭エッジの端点を検出する。
【数２】
0005658963.tif 000003
【００５０】
上記式（８），（９）では、図８に示す８近傍画素ａ〜ｈの画素値Ｃ（ｘ，ｙ）の合計が「１」であることを条件１としており、この条件１によって、８近傍画素ａ〜ｈのうちのいずれか１つが輪郭エッジ位置である場合を判定している。また、８近傍画素ａ〜ｈの画素値Ｃ（ｘ，ｙ）の合計が「２」であり、かつ、隣接する２画素の画素値Ｃ（ｘ，ｙ）を乗算した値の合計が「１」であることを条件２としており、この条件２によって８近傍画素のうちの隣接する２つの画素が輪郭エッジ位置である場合を判定している。端点検出部１８１は、式（８）に従い、輪郭エッジ位置であるＣ（ｘ，ｙ）＝１の画素のうち、条件１または条件２を満たす端点の画素についてＣ（ｘ，ｙ）＝２とする。また、端点検出部１８１は、式（９）に従い、Ｃ（ｘ，ｙ）＝１の画素のうち、条件１を満たさず、条件２も満たさない画素については、Ｃ（ｘ，ｙ）＝１のままとする。
【００５１】
なお、ここでは、式（８），（９）に従って輪郭エッジの端点を検出することとしたが、検出の方法はこれに限定されるものではない。例えば、端点形状（例えば図８を参照して説明した注目画素Ｐ３およびその８近傍画素ａ〜ｈにおける輪郭エッジ上の画素の存在パターン）のフィルタを用いたマッチング等によって端点を検出することとしてもよく、輪郭エッジの端点を検出できれば適宜別の方法を採用することとしてよい。
【００５２】
以上のようにして輪郭エッジの端点を検出したならば、続いて、図７に示すように、端点対選択部１８２が、端点対選択処理を実行する（ステップｃ３）。この端点対選択処理では、輪郭エッジの端点（Ｃ（ｘ，ｙ）＝２；以下、適宜「接続元端点」と呼ぶ。）について、他の輪郭エッジの端点（Ｃ（ｘ，ｙ）＝２）の中から接続対象とする（補間線を引く相手先とする）端点を少なくとも１つ選択し、接続元端点と、前述のようにこの接続元端点について接続対象として選択した他の輪郭エッジの端点（以下、適宜「接続先端点」と呼ぶ。）との組み合わせを端点対とする。なお、後述するように、ここで選択した端点対について作成した補間線上の制御点毎の勾配コストの和が閾値より大きい場合、ステップｃ９において処理を終了しないと判定してステップｃ３に戻るようになっている。この場合には、その輪郭エッジの端点（接続元端点）について接続先端点を別の輪郭エッジの端点に変更して再度端点対を選択する。
【００５３】
例えば、図６（ａ）に示した輪郭候補エッジＥＬ１から検出した輪郭エッジの一方の端点である画素Ｐ１５に着目した場合、輪郭候補エッジＥＬ２１から検出した輪郭エッジの端点Ｐ２１や輪郭候補エッジＥＬ２２から検出した輪郭エッジの端点Ｐ２２等が接続先端点として選択されることとなる。
【００５４】
実際の処理では、例えば、接続元端点との距離や接続元端点における勾配変化方向等をパラメータとして用い、このパラメータの値をもとに、接続元端点以外の輪郭エッジの端点の中から１つをステップｃ３の処理を行う度に順番に接続先端点として選択する。例えば、接続元端点との距離をパラメータとして用いる場合には、接続元端点の全方位において、接続元端点との距離が所定の距離内である輪郭エッジの端点（Ｃ（ｘ，ｙ）＝２）を、最も近いものから順番に接続先端点として選択する。また、接続元端点との距離および接続元端点の勾配変化方向の２つをパラメータとして用いる場合には、輪郭エッジの端点（Ｃ（ｘ，ｙ）＝２）のうち、接続元端点における勾配変化方向に対して垂直な方向を中心とする放射状の範囲内で、その勾配変化方向が接続元端点の勾配変化方向と垂直な方向またはこの垂直な方向と近い方向を向いており、かつ接続元端点と距離が近いものから順番に接続先端点を選択する。なお、接続元端点における勾配変化方向のみをパラメータとして用い、接続先端点を選択することとしてもよい。
【００５５】
続いて、初期補間線作成部１８３が、ステップｃ３で選択した端点対を順次注目対象として初期補間線作成処理を実行し、全ての端点対についてその接続元端点と接続先端点とを接続する初期補間線を作成する（ステップｃ５）。
【００５６】
図９〜図１１は、注目対象の端点対に着目して初期補間線の作成原理を説明する図である。ここで、図９は、管腔内画像の各画素の画素値変化を近似した近似曲面Ｃ４を示す図であり、注目対象の端点対である輪郭エッジＥＬ４１の接続元端点Ｐ４１および輪郭エッジＥＬ４２の接続先端点Ｐ４２を近似曲面Ｃ４上の対応する位置（ｚ位置）に図示している。また、図１０は、図９に示す近似曲面Ｃ４をＺ軸方向側から示した平面図であり、図１１は、図９に示す近似曲面Ｃ４をＹ軸方向側から示した側面図である。
【００５７】
図９〜図１１の各図に示すように、初期補間線作成処理では、先ず、管腔内画像の各画素の画素値をもとに、その画素値変化を近似した近似曲面Ｃ４を作成する。そして、注目対象の端点対である接続元端点Ｐ４１および接続先端点Ｐ４２を含む平面Ｐ４（この平面Ｐ４の詳細については、図１３を参照して後述する。）と近似曲面Ｃ４との交線を求め、交線上の接続元端点Ｐ４１と接続先端点Ｐ４２とを両端とする図９，図１０中に一点鎖線で示す線分を初期補間線Ｌ４として作成する。
【００５８】
図１２は、実施の形態１における初期補間線作成処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。図１２に示すように、初期補間線作成処理では、先ず、初期補間線作成部１８３の近似曲面作成部１８４が近似曲面作成処理を実行し、管腔内画像の画素値をもとにその画素値変化を近似した近似曲面を作成する（ステップｄ１）。ここでは、例えば、管腔内画像に対してローパスフィルタ処理を行うことで、近似曲面を作成する。具体的には、例えば、離散コサイン変換（ＤＣＴ）を行い、低次元の基底のみを用いて近似曲面を構成する。基底の数は、作成した近似曲面と管腔内画像の輝度値との差が所定の閾値以下となるときの基底の数を用いる。なお、近似曲面の作成方法はこれに限定されるものではない。その他にも、例えば、最小二乗法による関数近似を行って近似曲面を作成することとしてもよい。ここで、最小二乗法による関数近似とは、データ分布（管腔内画像の各画素の画素値分布）を示す最もらしい多項式の係数を算出する公知の方法である。
【００５９】
続いて、初期補間線決定部１８５が初期補間線決定処理を実行し、注目対象の端点対である接続元端点と接続先端点とを接続する補間線の初期経路（初期補間線）を決定する（ステップｄ３）。図１３は、初期補間線決定処理を説明する図であり、注目対象の端点対の接続元端点Ｐ５１および接続先端点Ｐ５２を図１２のステップｄ１で作成した近似曲面上の対応する位置（ｚ位置）に図示している。なお、図１３では、近似曲面の図示を省略している。初期補間線決定処理では、先ず、注目対象の端点対である接続元端点Ｐ５１および接続先端点Ｐ５２を含む平面として、接続元端点Ｐ５１および接続先端点Ｐ５２を通る直線（詳細には、接続元端点Ｐ５１および接続先端点Ｐ５２の座標（ｘ，ｙ）に対応する近似曲面上の位置（ｚ位置）を通る直線）Ｌ５１と直交し、かつ管腔内画像の座標平面であるＸＹ平面と平行な直線である直線Ｌ５２を含む平面Ｐ５を決定する。そして、決定した平面Ｐ５と図１２のステップｄ１で作成した近似曲面との交線を求め、この交線上の接続元端点Ｐ５１と接続先端点Ｐ５２とを両端とする図１３中に一点鎖線で示す線分を初期補間線Ｌ５として作成する。より詳細には、この一点鎖線で示す初期補間線Ｌ５上の各画素の座標（ｘ，ｙ）を初期補間線上の画素とする。
【００６０】
なお、ここでは、管腔内画像の各画素の画素値変化を近似した近似曲面を作成して初期補間線を作成することとしたが、初期補間線の作成方法はこれに限定されるものではない。例えば、端点対間（その接続元端点と接続先端点との間）を結ぶ直線を初期補間線としてもよい。また、端点対間をベジェ曲線等の近似曲線で結び、この近似曲線を初期補間線としてもよい。以上のようにして注目対象の端点対について初期補間線を作成したならば、図７のステップｃ５にリターンし、その後ステップｃ７に移行する。
【００６１】
そして、ステップｃ７では、補間線最適化部１８６が、ステップｃ３で選択した端点対を順次注目対象として補間線最適化処理を実行し、全ての端点対を結ぶ初期補間線を最適化する。上記したように、実施の形態１では、動的輪郭法（スネーク法）を用い、初期補間線を勾配コストが最小となるような経路に最適化する。図１４は、実施の形態１における補間線最適化処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。また、図１５は、初期補間線最適化処理を説明する図であり、注目対象の端点対である輪郭エッジＥＬ６１の接続元端点Ｐ６１および輪郭エッジＥＬ６２の接続先端点Ｐ６２と、これらを接続する初期補間線Ｅ６とを示している。
【００６２】
図１４に示すように、補間線最適化処理では、先ず、補間線最適化部１８６の制御点設定部１８７が制御点設定処理を実行し、注目対象の端点対を接続する初期補間線上に複数の制御点を例えば一定の間隔で設定する（ステップｅ１）。例えば、図１５の例では、初期補間線Ｅ６上に等間隔で４つの制御点Ｐｃが設定されている。
【００６３】
続いて、補間線更新部１８８が、補間線更新処理を実行する（ステップｅ３）。例えば、補間線更新部１８８は、ステップｅ１で設定した各制御点の位置における勾配強度の値を用いて制御点毎に勾配コストを算出し、算出した勾配コストの和が小さくなるように各制御点を移動させて初期補間線を更新していく。例えば、図１５中の制御点Ｐｃ−１の周囲において矢印で示すように、各制御点Ｐｃをその周囲８方向のいずれかの方向へ移動させることで初期補間線Ｅ６を更新していく。なお、このように初期補間線Ｅ６を更新する際、その両端については動かさず、接続元端点Ｐ６１および接続先端点Ｐ６２の位置で固定とする。
【００６４】
勾配コストの算出について説明すると、先ず、各制御点Ｐｃの位置での輪郭エッジの方向を求める。輪郭エッジの方向は、その制御点Ｐｃの位置の周囲（例えば８近傍画素）における輪郭エッジの情報をもとに、水平方向を０°とした角度（−９０°≦θ＜９０°で表記する。）を正接（ｔａｎθ）を用いて算出することで得る。
【００６５】
例えば、図８に示す注目画素Ｐ３を制御点Ｐｃの位置とする。ここで、輪郭エッジの情報から、８近傍画素ａ〜ｈのうち、８近傍画素ｈ，ｄの２つが輪郭エッジ上の画素であったとする。この場合、注目画素Ｐ３である制御点Ｐｃの輪郭エッジの方向（θ（Ｐ３））は、次式（１０）によってθ（Ｐ３）＝０°として得られる。ｘ（ｈ）およびｘ（ｄ）は、８近傍画素ｈ，ｄそれぞれのｘ座標であり、ｙ（ｈ）およびｙ（ｄ）は、８近傍画素ｈ，ｄそれぞれのｙ座標である。
【数３】
0005658963.tif 000004
【００６６】
同様に、輪郭エッジの情報から、８近傍画素ｇ，ｄの２つが輪郭エッジ上の画素であれば、注目画素Ｐ３である制御点Ｐｃの輪郭エッジの方向（θ（Ｐ３））は、次式（１１）によってθ（Ｐ３）＝１３５°として得られる。ｘ（ｇ）およびｘ（ｄ）は、８近傍画素ｇ，ｄそれぞれのｘ座標であり、ｙ（ｇ）およびｙ（ｄ）は、８近傍画素ｇ，ｄそれぞれのｙ座標である。
【数４】
0005658963.tif 000005
【００６７】
また、上記した式（１）に従って各制御点Ｐｃそれぞれについて勾配変化方向を算出する。そして、輪郭エッジの方向と、勾配変化方向との差分を算出し、差分が大きい程小さく、差分が小さいほど大きい値として勾配コストを算出する。例えば、差分の逆数を算出して勾配コストの値とする。
【００６８】
最終的に、補間線更新部１８８は、制御点を移動させて経路を更新した後の勾配コストの和が更新前の勾配コストの和よりも大きく、更新を繰り返しても更新後の勾配コストの和が変化しない場合には、補間線の初期経路が最適化されたとしてステップｅ３の処理を終える。そして、図７のステップｃ７にリターンし、その後ステップｃ９に移行する。
【００６９】
そして、ステップｃ９では、補間線作成部１８が判定処理を行い、ステップｃ３で選択した端点対毎に、ステップｃ７の補間線最適化処理で最適化された補間線上の制御点毎の勾配コストの和が予め設定される閾値以下か否かによって処理の終了を判定する。勾配コストの和が閾値より大きい端点対間は接続すべきではないため、勾配コストの和が閾値より大きい端点対がある場合には処理を終了しないと判定し、ステップｃ３に戻って上記した処理を繰り返す。この場合のステップｃ３では、閾値より大きいと判定した端点対の接続元端点について接続先端点を変更し、再度端点対を選択する。その後、ステップｃ５以降の処理を選択した端点対について行う。
【００７０】
一方、全ての端点対の勾配コストの和が閾値以下であれば、処理を終了するが、このとき、端点対毎に、その接続元端点を端点とする輪郭エッジと、接続先端点を端点とする輪郭エッジと、接続元端点と接続先端点との間を接続する最適化された補間線とを補間輪郭エッジとする。そして、各画素の画素値を補間輪郭エッジ上の画素か否かを示すフラグ情報とした補間輪郭エッジ画像、具体的には、形成した補間輪郭エッジ上の画素の画素値を「１」とし、それ以外の画素の画素値を「０」とした補間輪郭エッジ画像を得る。その後、図４のステップａ７にリターンし、ステップａ９に移行する。
【００７１】
そして、ステップａ９では、演算部１５は、補間輪郭エッジ画像出力処理を実行し、ステップａ７の補間線作成処理の結果得られた補間輪郭エッジ画像を例えば記録部１４に出力して保存する。
【００７２】
以上説明したように、実施の形態１では、輪郭エッジの端点を接続元端点とし、他の輪郭エッジの端点を接続先端点として端点対を選択することとした。そして、この端点対間を接続する補間線の初期経路を、補間線上の画素における画素値勾配のコスト値（勾配コスト）が最小となるような経路に最適化することで補間線を作成することとした。これによれば、粘膜構造の輪郭形状に沿って端点対間を接続する補間線を作成することができる。したがって、接続元端点とした輪郭エッジの端点に対して接続すべき輪郭エッジの端点を適切に選択し、これら接続元端点と接続先端点との間の途切れを作成した補間線によって適切に補間することができる。したがって、途切れた輪郭エッジを適切に接続することができる。
【００７３】
（変形例１）
図１６は、実施の形態１の変形例１における輪郭候補エッジ検出部１６ａの構成例を説明するブロック図である。変形例１の画像処理装置は、図１の輪郭候補エッジ検出部１６を図１６に示す輪郭候補エッジ検出部１６ａで置き換えた構成で実現できる。なお、図１６において、実施の形態１と同一の構成には、同一の符号を付している。図１６に示すように、変形例１では、輪郭候補エッジ検出部１６ａは、線エッジ抽出部１６１と、分岐エッジ除去手段としての分岐エッジ除去部１６３ａと、輪郭候補エッジ選択部１６２とを備える。
【００７４】
分岐エッジ除去部１６３ａは、線エッジ抽出部１６１が抽出した線エッジから分岐している線エッジ部分を除去する。また、変形例１では、輪郭候補エッジ選択部１６２は、分岐エッジ除去部１６３ａによる分岐エッジ除去後の線エッジ上の画素の中から平坦領域外の画素で構成されるエッジ部分を輪郭候補エッジとして選択する。
【００７５】
この変形例１は、図４の全体フローチャートにおいて、ステップａ３の輪郭候補エッジ検出処理が実施の形態１と異なる。図１７は、変形例１における輪郭候補エッジ検出処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。なお、図１７において、実施の形態１と同一の処理工程には、同一の符号を付している。
【００７６】
図１７に示すように、変形例１では、線エッジ抽出部１６１が線エッジを抽出した後、分岐エッジ除去部１６３ａが分岐エッジ除去処理を実行する（ステップｆ６）。図１８は、分岐エッジ除去処理を説明する図であり、図１８（ａ）において、図１７のステップｂ５で抽出した線エッジＥＬ７を例示している。分岐エッジ除去処理では、先ず、抽出した線エッジの端点を検出するとともに、線エッジの分岐点を検出する。そして、分岐点から端点までの長さが予め設定される所定の長さに満たない場合に、この分岐点から端点までの線エッジ部分を線エッジから除去する。例えば、図１８（ａ）に示すように、図１７のステップｆ６で抽出した線エッジＥＬ７が分岐しており、分岐点Ｐ７１から端点Ｐ７２までの長さが所定の長さ未満であったとする。この場合には、分岐点Ｐ７１から端点Ｐ７２までの線エッジ部分を線エッジＥＬ７から除去する（図１８（ｂ））。以上のように分岐エッジ除去処理を実行した後は、ステップｂ７以降の処理を実施の形態１と同様に行う。
【００７７】
（変形例２）
図１９は、実施の形態１の変形例２における補間線作成部１８ｂの構成例を説明するブロック図である。変形例２の画像処理装置は、図１の補間線作成部１８を図１９に示す補間線作成部１８ｂで置き換えることで実現できる。なお、図１９において、実施の形態１と同一の構成には、同一の符号を付している。図１９に示すように、変形例２では、補間線作成部１８ｂは、端点検出部１８１と、端点対選択部１８２と、初期補間線作成部１８３と、補間線最適化部１８６ｂとを備える。そして、変形例２では、補間線最適化部１８６ｂは、経路探索手段としての経路探索部１８９ｂを備える。
【００７８】
この変形例２は、図６の補間線作成処理において、ステップｃ７の補間線最適化処理にかえて経路探索処理を行う点が実施の形態１と異なる。この経路探索処理では、経路探索部１８９ｂが、端点対を順次注目対象とし、注目対象の端点対を接続する補間線の初期経路をもとに、経路探索アルゴリズムによって勾配コストの値が最小となるような経路を探索する。
【００７９】
経路探索アルゴリズムとしては、例えば、遺伝的アルゴリズムや、Ａ−ｓｔａｒアルゴリズム等が知られており、いずれの経路探索アルゴリズムを用いることとしてもよい。例えば、遺伝的アルゴリズムは、ある世代を形成している個体の集合を基本単位とした進化型の計算を行うアルゴリズムである。この遺伝的アルゴリズムでは、先ず初期集団を生成し、初期集団の中から個体を選択する。そして、選択した個体に対して交叉や突然変異を行って次世代集団を形成する。その後、次世代集団について処理を繰り返し、最終的に適応度の高い個体を選ぶものである。この遺伝的アルゴリズムを用いる場合には、各個体を特徴付ける遺伝子の染色体として、例えば、補間線上の各画素における勾配強度の方向成分（図５のステップｂ３で算出した勾配強度の横方向成分（左右）と縦方向（上下）成分）の組み合わせを用いる。また、評価値には、勾配コスト（補間線上の各画素における勾配コストの和）を用いる。
【００８０】
（実施の形態２）
先ず、実施の形態２の画像処理装置の構成について説明する。図２０は、実施の形態２の画像処理装置１ｃの機能構成例を説明するブロック図である。また、図２１は、演算部１５ｃを構成する輪郭エッジ補間部１９ｃの構成例を説明するブロック図である。なお、実施の形態１で説明した構成と同一の構成については、同一の符号を付する。図２０に示すように、実施の形態２の画像処理装置１ｃは、外部Ｉ／Ｆ部１１と、操作部１２と、表示部１３と、記録部１４ｃと、演算部１５ｃと、画像処理装置１ｃ全体の動作を制御する制御部２０とを備える。
【００８１】
記録部１４ｃには、実施の形態２の処理を実現して管腔内画像から粘膜構造等の輪郭エッジを検出し、途切れた輪郭エッジを接続するための画像処理プログラム１４１ｃが記録される。
【００８２】
また、演算部１５ｃは、輪郭候補エッジ検出手段としての輪郭候補エッジ検出部１６と、輪郭エッジ検出手段としての輪郭エッジ検出部１７と、補間線作成手段としての補間線作成部１８ｃと、輪郭エッジ補間手段としての輪郭エッジ補間部１９ｃとを含む。ここで、輪郭候補エッジ検出部１６、輪郭エッジ検出部１７、補間線作成部１８ｃおよび輪郭エッジ補間部１９ｃは、この順に接続されている。
【００８３】
補間線作成部１８ｃは、実施の形態１と同様に構成され、図３に示して説明したように、端点検出手段としての端点検出部１８１と、端点対選択手段としての端点対選択部１８２と、近似曲面作成手段としての近似曲面作成部１８４および初期補間線決定手段としての初期補間線決定部１８５を備えた初期補間線作成手段としての初期補間線作成部１８３と、制御点設定手段としての制御点設定部１８７および補間線更新手段としての補間線更新部１８８を備えた補間線最適化手段としての補間線最適化部１８６とを備える。実施の形態２の補間線作成部１８ｃは、接続元端点とする輪郭エッジの端点について、複数の接続先端点との間を接続する複数の補間線を作成する。そして、この補間線作成部１８ｃは、接続元端点毎に作成した複数の補間線を輪郭エッジ補間部１９ｃに出力する。
【００８４】
輪郭エッジ補間部１９ｃは、補間線作成部１８ｃが接続元端点毎に作成した複数の補間線の中から１つを選択し、選択した補間線によって該当する端点対間の輪郭エッジを補間する。この輪郭エッジ補間部１９ｃは、図２１に示すように、勾配コスト取得手段としての勾配コスト取得部１９１ｃと、補間線選択手段としての補間線選択部１９２ｃと、補間輪郭エッジ形成手段としての補間輪郭エッジ形成部１９３ｃとを備える。
【００８５】
勾配コスト取得部１９１ｃは、補間線作成部１８ｃから入力される接続元端点毎の複数の補間線それぞれの勾配コストを取得する。補間線選択部１９２ｃは、勾配コスト取得部１９１ｃが取得した勾配コストをもとに、接続元端点毎の複数の補間線の中からそれぞれ１つを選択する。補間輪郭エッジ形成部１９３ｃは、接続元端点毎に選択した補間線に従って、選択した補間線と、選択した補間線によって接続される端点対の接続元端点を端点とする輪郭エッジおよび接続先端点を端点とする輪郭エッジとで補間輪郭エッジを形成する。
【００８６】
図２２は、実施の形態２の画像処理装置１ｃが行う処理手順を示す全体フローチャートである。なお、ここで説明する処理は、記録部１４ｃに記録された画像処理プログラム１４１ｃに従って画像処理装置１ｃの各部が動作することにより実現される。なお、図２２において、実施の形態１と同一の処理工程には、同一の符号を付する。
【００８７】
図２２に示すように、実施の形態２では、ステップａ５において輪郭エッジ検出部１７が輪郭エッジ検出処理を実行し、輪郭エッジを検出した後で、補間線作成部１８ｃが補間線作成処理を実行する（ステップｇ７）。この補間線作成処理の処理手順自体は、実施の形態１と同様（図７を参照）である。ただし、実施の形態２では、図７に示すステップｃ３の端点対選択処理において、接続元端点とする輪郭エッジの端点（Ｃ（ｘ，ｙ）＝２）について、接続先端点とする他の輪郭エッジの端点（Ｃ（ｘ，ｙ）＝２）を複数選択し、接続元端点毎に端点対を複数組作成する。
【００８８】
ここで、接続先端点を選択する際、接続元端点との距離をパラメータとして用いる場合には、接続元端点の全方位において、接続元端点との距離が所定の距離内である全ての輪郭エッジの端点（Ｃ（ｘ，ｙ）＝２）を接続先端点として選択する。また、接続元端点との距離および接続元端点の勾配変化方向の２つをパラメータとして用いる場合には、接続元端点との距離が所定の距離内である輪郭エッジの端点（Ｃ（ｘ，ｙ）＝２）のうち、接続元端点における勾配変化方向に対して垂直な方向を中心とした所定の角度範囲内の全ての輪郭エッジの端点（Ｃ（ｘ，ｙ）＝２）を接続先端点として選択する。また、接続元端点の勾配変化方向のみをパラメータとして用いる場合には、例えば、接続元端点における勾配変化方向に対して垂直な方向を中心とした所定の角度範囲内の全ての輪郭エッジの端点（Ｃ（ｘ，ｙ）＝２）を接続先端点として選択する。
【００８９】
その後は、接続元端点毎に複数組作成した端点対を順次注目対象とし、実施の形態１と同様に各端点対について初期補間線作成処理（図７のステップｃ５）、補間線最適化処理（図７のステップｃ７）、判定処理（図７のステップｃ９）を順次行う。この補間線作成処理の結果、接続元端点毎に、その複数組の各端点対間をそれぞれ接続する複数の補間線が作成される。
【００９０】
以上のようにして補間線作成処理を実行したならば、続いて、図２２に示すように、輪郭エッジ補間部１９ｃが、ステップｇ７で端点対を複数組選択した接続元端点を順次注目対象として、全ての接続元端点について輪郭エッジ補間処理を実行する（ステップｇ８）。図２３は、実施の形態２における輪郭エッジ補間処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
【００９１】
図２３に示すように、輪郭エッジ補間処理では、先ず、輪郭エッジ補間部１９ｃの勾配コスト取得部１９１ｃが、勾配コスト取得処理を実行する（ステップｈ１）。この勾配コスト取得処理では、勾配コスト取得部１９１ｃは、注目対象の接続元端点について図２２のステップｇ７で作成した複数の補間線上にそれぞれ複数の参照点を設定し、各参照点における勾配コストの値を取得する。このとき、複数の補間線上にそれぞれ同じ数の参照点を例えば一定間隔で設定する。各参照点における勾配コストの値は、実施の形態１（図１４のステップｅ３の説明を参照）と同様に算出する。そして、補間線毎に各参照点における勾配コストの和を算出する。
【００９２】
続いて、補間線選択部１９２ｃが補間線選択処理を実行し、注目対象の接続元端点について図２２のステップｇ７で作成した複数の補間線の中から１つを選択する（ステップｈ３）。この補間線選択処理では、補間線選択部１９２ｃは、例えば、ステップｈ１で算出した補間線毎の勾配コストの和をもとに、これら補間線の中から、勾配コストの和が予め設定される閾値以下であって、最も小さい補間線を選択する。
【００９３】
そして、補間輪郭エッジ形成部１９３ｃが、補間輪郭エッジ形成処理を実行する（ステップｈ５）。この補間輪郭エッジ形成処理では、補間輪郭エッジ形成部１９３ｃは、注目対象の接続元端点についてステップｈ３で選択した補間線と、注目対象の接続元端点を端点とする輪郭エッジおよび選択した補間線によって注目対象の接続元端点と接続される接続先端点を端点とする輪郭エッジとで補間輪郭エッジを形成する。
【００９４】
以上説明したように、実施の形態２では、接続元端点とする輪郭エッジの端点について異なる複数の接続先端点を選択して端点対を複数組作成し、各端点対それぞれを接続する補間線を作成することとした。そして、補間線上の画素における画素値勾配のコスト値（勾配コスト）をもとに、作成した複数の補間線の中から１つを選択し、選択した補間線と、選択した補間線によって接続される接続元端点を端点とする輪郭エッジおよび接続先端点を端点とする輪郭エッジとで補間輪郭エッジを形成することとした。これによれば、実施の形態１と同様の効果を奏することができ、接続元端点とした輪郭エッジの端点に対して接続すべき輪郭エッジの端点を適切に選択し、これら接続元端点と接続先端点との間の途切れを補間線によって適切に補間することができる。したがって、途切れた輪郭エッジを適切に接続することができる。
【００９５】
なお、上記した各実施の形態１，２では、輪郭エッジの端点の中から２つの端点を端点対として選択し、選択した端点対間を接続する補間線を作成することとしたが、輪郭候補エッジの端点の中から２つの端点を端点対として選択するようにしてもよい。あるいは、輪郭エッジの端点のうちの１つと輪郭候補エッジの端点のうちの１つとを端点対として選択するようにしてもよい。この場合、輪郭候補エッジの端点は、輪郭エッジの端点の検出と同様の手順で算出すればよい。
【００９６】
また、上記した実施の形態１の画像処理装置１、実施の形態２の画像処理装置１ｃは、予め用意されたプログラムをパソコンやワークステーション等のコンピュータシステムで実行することによって実現することができる。以下、各実施の形態１，２で説明した画像処理装置１，１ｃと同様の機能を有し、画像処理プログラム１４１，１４１ｃを実行するコンピュータシステムについて説明する。
【００９７】
図２４は、本変形例におけるコンピューターシステム４００の構成を示すシステム構成図であり、図２５は、このコンピューターシステム４００を構成する本体部４１０の構成を示すブロック図である。図２４に示すように、コンピューターシステム４００は、本体部４１０と、本体部４１０からの指示によって表示画面４２１に画像等の情報を表示するためのディスプレイ４２０と、このコンピューターシステム４００に種々の情報を入力するためのキーボード４３０と、ディスプレイ４２０の表示画面４２１上の任意の位置を指定するためのマウス４４０とを備える。
【００９８】
また、このコンピューターシステム４００における本体部４１０は、図２４および図２５に示すように、ＣＰＵ４１１と、ＲＡＭ４１２と、ＲＯＭ４１３と、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）４１４と、ＣＤ−ＲＯＭ４６０を受け入れるＣＤ−ＲＯＭドライブ４１５と、ＵＳＢメモリ４７０を着脱可能に接続するＵＳＢポート４１６と、ディスプレイ４２０、キーボード４３０およびマウス４４０を接続するＩ／Ｏインターフェース４１７と、ローカルエリアネットワークまたは広域エリアネットワーク（ＬＡＮ／ＷＡＮ）Ｎ１に接続するためのＬＡＮインターフェース４１８とを備える。
【００９９】
さらに、このコンピューターシステム４００には、インターネット等の公衆回線Ｎ３に接続するためのモデム４５０が接続されるとともに、ＬＡＮインターフェース４１８およびローカルエリアネットワークまたは広域エリアネットワークＮ１を介して、他のコンピューターシステムであるパソコン（ＰＣ）４８１、サーバ４８２、プリンタ４８３等が接続される。
【０１００】
そして、このコンピューターシステム４００は、記録媒体に記録された画像処理プログラム（例えば実施の形態１の画像処理プログラム１４１や実施の形態２の画像処理プログラム１４１ｃ）を読み出して実行することで画像処理装置（例えば実施の形態１の画像処理装置１や実施の形態２の画像処理装置１ｃ）を実現する。ここで、記録媒体とは、ＣＤ−ＲＯＭ４６０やＵＳＢメモリ４７０の他、ＭＯディスクやＤＶＤディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、光磁気ディスク、ＩＣカード等を含む「可搬用の物理媒体」、コンピューターシステム４００の内外に備えられるＨＤＤ４１４やＲＡＭ４１２、ＲＯＭ４１３等の「固定用の物理媒体」、モデム４５０を介して接続される公衆回線Ｎ３や、他のコンピューターシステムであるＰＣ４８１やサーバ４８２が接続されるローカルエリアネットワークまたは広域エリアネットワークＮ１等のように、プログラムの送信に際して短期にプログラムを記憶する「通信媒体」等、コンピューターシステム４００によって読み取り可能な画像処理プログラムを記録するあらゆる記録媒体を含む。
【０１０１】
すなわち、画像処理プログラムは、「可搬用の物理媒体」「固定用の物理媒体」「通信媒体」等の記録媒体にコンピューター読み取り可能に記録されるものであり、コンピューターシステム４００は、このような記録媒体から画像処理プログラムを読み出して実行することで画像処理装置を実現する。なお、画像処理プログラムは、コンピューターシステム４００によって実行されることに限定されるものではなく、他のコンピューターシステムであるＰＣ４８１やサーバ４８２が画像処理プログラムを実行する場合や、これらが協働して画像処理プログラムを実行するような場合にも、本発明を同様に適用することができる。
【０１０２】
また、本発明は、上記した各実施の形態１，２や変形例１，２そのままに限定されるものではなく、各実施の形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成できる。例えば、各実施の形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を除外して形成してもよい。あるいは、異なる実施の形態や変形例に示した構成要素を適宜組み合わせて形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
以上のように、本発明の画像処理装置、画像処理方法、および画像処理プログラムは、途切れた輪郭エッジを適切に接続するのに適している。
【符号の説明】
【０１０４】
１，１ｃ      画像処理装置
１１      外部Ｉ／Ｆ部
１２      操作部
１３      表示部
１４，１４ｃ      記録部
１４１，１４１ｃ      画像処理プログラム
１５，１５ｃ      演算部
１６，１６ａ      輪郭候補エッジ検出部
１６１      線エッジ抽出部
１６２      輪郭候補エッジ選択部
１６３ａ      分岐エッジ除去部
１７      輪郭エッジ検出部
１８，１８ｂ，１８ｃ      補間線作成部
１８１      端点検出部
１８２      端点対選択部
１８３      初期補間線作成部
１８４      近似曲面作成部
１８５      初期補間線決定部
１８６，１８６ｂ      補間線最適化部
１８７      制御点設定部
１８８      補間線更新部
１８９ｂ      経路探索部部
１９ｃ      輪郭エッジ補間部
１９１ｃ      勾配コスト取得部
１９２ｃ      補間線選択部
１９３ｃ      補間輪郭エッジ形成部
２０      制御部
【図１】
0005658963.tif 000006
【図２】
0005658963.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
0005658963.tif 000010
【図６】
0005658963.tif 000011
【図７】
0005658963.tif 000012
【図８】
0005658963.tif 000013
【図９】
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【図１０】
0005658963.tif 000015
【図１１】
0005658963.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
0005658963.tif 000018
【図１４】
0005658963.tif 000019
【図１５】
0005658963.tif 000020
【図１６】
0005658963.tif 000021
【図１７】
0005658963.tif 000022
【図１８】
0005658963.tif 000023
【図１９】
0005658963.tif 000024
【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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