(57)【要約】【課題】放射線画像処理において、入力画像を全画素域にわたってコントラストを過不足なく確保した画像に変換することができるようにする。【解決手段】シグモイド関数のパラメータを定数に設定するのではなく、滑らかな関数（例えば、階調曲線と同じシグモイド関数）になるように設定するようにして、緩やかなシグモイド関数から急峻なシグモイド関数、或いは急峻なシグモイド関数から緩やかなシグモイド関数に連続に変化するダブルガンマの階調曲線を作成することにより、全画素にわたって滑らかな階調変換を行うことが可能となり、入力画像のコントラストを適切にすることができるようにする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾きのパラメータが滑らかに変化する関数である階調曲線関数を用いて階調変換ルックアップテーブルを作成し階調変換を行う階調変換処理方法。
【請求項２】
上記パラメータの関数をシグモイド関数とすることを特徴とする請求項１に記載の階調変換処理方法。
【請求項３】
上記階調曲線関数をシグモイド関数とすることを特徴とする請求項１に記載の階調変換処理方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の階調変換処理方法を用いることを特徴とする画像処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディジタル画像処理の分野に属し、特に、画像全体にわたって滑らかなコントラストを確保するための階調変換方法及びこれを用いた画像処理システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＸ線フィルムと同等な画像を作成するためには、Ｓ字形の階調曲線によって階調変換する方法が用いられる。このＳ字形の階調曲線の基本的な関数として、次の（１）式で表わされるシグモイド関数が用いられてきた。
【０００３】
【数１】
2004173076.tif 000003
【０００４】
このようなシグモイド関数による階調曲線の例を図２に示す。
このシグモイド関数は左右対称となっているため、左右非対称であるダブルガンマの階調曲線を表す関数を作成する場合、次の（２）式で表わされるようなシグモイド関数の和の関数が用いられてきた。
【０００５】
【数２】
2004173076.tif 000004
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１‐０８８６８８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記（２）式で表わされたダブルガンマの階調曲線は、第１項の曲線と第２項の曲線の間隔が離れると不自然なＳ字曲線となってしまう。
このような不自然な階調曲線の例を第３図に示す（例えば、特許文献１）。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記（１）式のシグモイド関数は第２図のグラフのように左右対称の関数となっており、パラメータＣ０は傾きを表わしている。このＣ０が小さな値であれば図４のような緩やかなシグモイド関数となり、Ｃ０が大きな値であれば図５のような急峻なシグモイド関数となる。
【０００９】
ダブルガンマの階調曲線を作成するためには、シグモイド関数のパラメータＣ０を定数ではなく、滑らかな関数（例えば、階調曲線と同じシグモイド関数）とすることによって、緩やかなシグモイド関数から急峻なシグモイド関数に（或いはその逆に）、連続的に変化するダブルガンマの階調曲線を作成することができる。
【００１０】
このような滑らかに変化するダブルガンマの階調曲線により階調変換ルックアップテーブルを作成して階調変換を行えば、全画素域にわたってコントラストを過不足なく確保した画像に変換することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による放射線画像処理システムの一例の全体構成を示す概略図である。
Ｘ線発生装置制御部４により制御されたＸ線源３より発生したＸ線は、患者２を透過してＸ線センサー１により検知される。検知されたＸ線はディジタルＸ線画像として画像入力部５に入力される。
【００１２】
入力されたディジタルＸ線画像は画像処理部７によってＸ線センサーの補正処理、階調処理、空間フィルタリング処理等の画像処理がなされる。画像処理のなされたディジタルＸ線画像は診断モニター９に表示されたり、画像保存部８に保存されたり、ネットワーク１１を介してプリンター１２、診断ワークステーション１３、画像データベース１４に出力されたりする。
【００１３】
表示、出力された画像が満足のいくものでなかった場合には画像処理パラメータを変えるなどしながら画像処理、表示を繰り返し行う。以上の操作は操作部１０によって行われる。
このようなシステムで動作する階調変換処理におけるダブルガンマ階調曲線作成の実施の形態の例を図６、図７に示す。
【００１４】
図６は胸部画像の例である。胸部画像は画素値の高い肺野領域から画素値の低い縦隔領域まで広いダイナミックレンジを持った画像である。この胸部画像において診断に重要な領域は肺野領域であり、この領域では高いコントラストが要求される。
【００１５】
これに対して、縦隔領域は診断における重要性は低いためコントラストを下げてもかまわないが、コントラストがなくなってつぶれてしまうのは避けなければならない。
そこで、このような胸部画像に対しては肺野領域には大きな傾きを、縦隔領域には小さな傾きを割り当てた図６のようなダブルガンマ階調曲線を作成して階調変換すれば良い。
【００１６】
図７は膝画像の例である。膝画像において診断に重要な領域は骨領域であり、この領域では高いコントラストが要求される。また、軟部組織領域は診断における重要性は低いためコントラストを下げてもかまわないが、コントラストがなくなってつぶれてしまうのは避けなければならない。
【００１７】
そこで、このような膝画像に対しては、骨領域には大きな傾きを、軟部組織には小さな傾きを割り当てた図７のようなダブルガンマ階調曲線を作成して階調変換すれば良い。
【００１８】
次に、このようなダブルガンマ階調曲線の具体的な作成方法を説明する。
まず、基本となる関数を定義する。ここでは１つの例としてシグモイド関数を挙げる。
シグモイド関数は次式で与えられる。
【００１９】
【数３】
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【００２０】
このシグモイド関数の傾きはパラメータＣによって指定することができる。
そこで、関心領域に応じた傾きＣ１、Ｃ２によって、２つのシグモイド関数Ｓ１（ｘ）、Ｓ２（ｘ）を作成する。
【００２１】
例えば、関心領域が肺野であれば大きなＣ１であり、関心領域が縦隔であれば小さなＣ２とすれば良い。このようにして作成したシグモイド関数Ｓ１（ｘ）、Ｓ２（ｘ）をつなぎ合わせる。
【００２２】
つなぎ合わせるためには、まず単純につなぎ合わせてからつなぎ目をスムーズにする。単純につなぎ合わせる方法を説明した図が図８である。
ここではまず、シグモイド関数の必要な区間を取り出すためにシグモイド関数の値域を設定する。この値域を［ｙｍｉｎ、ｙｍａｘ］とする。
【００２３】
この値域に対応するシグモイド関数Ｓ１（ｘ）、Ｓ２（ｘ）の区間をそれぞれ、［ｘｍｉｎ１、ｘｍａｘ１］、［ｘｍｉｎ２、ｘｍａｘ２］とする。
そしてシグモイド関数Ｓ１（ｘ）、Ｓ２（ｘ）の境目を決定するためにｙｍｉｄを設定し、このｙｍｉｄに対応する区間内の位置をそれぞれｘｍｉｄ１、ｘｍｉｄ２とする。このｘｍｉｄ１とｘｍｉｄ２とを合わせることによって、シグモイド関数Ｓ１（ｘ）、Ｓ２（ｘ）を合成する。
【００２４】
ｘｍｉｄ１とｘｍｉｄ２とを合わせるために、シグモイド関数Ｓ２（ｘ）をシフト量ｄ＝ｘｍｉｄ１−ｘｍｉｄ２の大きさだけシフトさせる。このようにして合成されたシグモイド関数Ｓ（ｘ）は次式のようになる。
【００２５】
【数４】
2004173076.tif 000006
【００２６】
このように合成されたシグモイド関数Ｓ（ｘ）はつなぎ目ｘｍｉｄ１において傾きが不連続に変化してしまう。この傾きの不連続をスムーズにするために、つなぎ目ｘｍｉｄ１を中心にしてシグモイド関数Ｓ２（ｘ）のパラメータからシグモイド関数Ｓ１（ｘ）のパラメータに滑らかに遷移していくようにする。
【００２７】
このパラメータを滑らかに遷移させるための関数の例として階調曲線関数と同じシグモイド関数を用いる。
シグモイド関数を用いるパラメータは傾きｃとシフト量ｄであり、これらのパラメータをシグモイド関数にしたものをｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）とする。このパラメータ関数のための基本シグモイド関数Ｓ３（ｘ）を階調曲線関数と同様に、傾きｃ３を用いて次式で定義する。
【００２８】
【数５】
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【００２９】
この基本シグモイド関数Ｓ３（ｘ）において、値域［ｙｍｉｎ、ｙｍａｘ］に対応する区間を［ｘｍｉｎ３、ｘｍａｘ３］としてｙｍｉｄに対応する区間内の位置をｘｍｉｄ３とする。ｘｍｉｄ１とｘｍｉｄ３を合わせるためのシフト量ｄ３は、ｄ３＝ｘｍｉｄ１−ｘｍｉｄ３となる。Ｓ３（ｘ）をシフト量ｄ３だけシフトして、値域［ｙｍｉｎ、ｙｍａｘ］にクリッピングした関数を値域［ｃ２、ｃ１］、及び［ｄ、０］に変換した関数をｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）とすれば良い。
【００３０】
このパラメータ関数ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）をパラメータにしたシグモイド関数は滑らかなダブルガンマ関数となっている。
このダブルガンマシグモイド関数を階調曲線関数として階調変換ルックアップテーブルを作成するには、区間［ｘｍｉｎ２、ｘｍａｘ１］と値域［ｙｍｉｎ、ｙｍａｘ］を画像の画素値の範囲（例えば、０−４０９５）に変換すれば良い。
【００３１】
そして、最終的に階調変換を行う際には、このような階調変換ルックアップテーブルを伸縮及びシフトすることによって、関心領域の範囲毎に望まれる傾きとなるようにしてルックアップテーブルを修正して階調変換を行う。
【００３２】
【発明の効果】
滑らかなダブルガンマ階調曲線を作成することができ、この滑らかなダブルガンマ階調曲線によって階調変換を行うことによって全画素域にわたってコントラストを過不足なく確保した画像にすることができ、診断能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシステム構成の例を示す図である。
【図２】シグモイド関数を示す特性図である。
【図３】ダブルガンマ階調曲線関数の例を示す特性図である。
【図４】緩やかなシグモイド関数を示す特性図である。
【図５】急峻なシグモイド関数を示す特性図である。
【図６】胸部画像における階調曲線例の概念図である。
【図７】膝画像における階調曲線例の概念図である。
【図８】ダブルガンマ階調曲線作成を説明した概念図である。
【符号の説明】
１  Ｘ線センサー
２  患者
３  Ｘ線源
４  Ｘ線発生装置制御部
５  画像入力部
６  Ｘ線撮影システム制御部
７  画像入力部
８  画像保存部
９  診断モニター
１０  操作部
１１  ネットワーク
１２  プリンター
１３  診断ワークステーション
１４  画像データベース
【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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