(57)【要約】【課題】画像データの拡大または縮小の影響を受けない安定したマルチ周波数処理を行うための画像処理装置を提供できるようにする。【解決手段】画像処理回路１１２において画像データを複数の周波数成分に分解する際の周波数帯域ごとの係数を前記画像データの圧縮率または拡大率に基づいて変換または復元することにより、前記圧縮率または拡大率に応じて画像データに対する周波数処理が行われるようになるため、圧縮拡大処理後の被写体画像の画素値及び階調変換後の濃度値等の変動が少なくなり、画像ばらつき及び被写体間ばらつきのない安定した画像を生成することができるようになる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データを複数の周波数成分に分解する周波数成分分解手段と、
前記周波数成分分解手段で分解された画像データの周波数帯毎の係数を前記画像データの圧縮、拡大率に基づき変換する係数変換手段と、
前記係数変換手段で変換された係数を逆変換する復元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】
被写体の最大値及び最小値を算出することにより画像データの圧縮、拡大率を計算する解析手段と、
前記画像データを複数の周波数成分に分解する周波数成分分解手段と、
前記周波数成分分解手段で分解された周波数帯毎の係数を前記解析手段で計算された圧縮、拡大率に基づき変換する係数変換手段と、
前記係数変換手段で変換された係数を逆変換する復元手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】
前記係数変換手段は、前記画像データの拡大率が増大するに従い前記係数の倍率を減少するように変換することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記係数変換手段は、前記画像データの圧縮、拡大率が変更されるに従い、周波数レスポンスが異なるように係数変換することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記係数変換手段は、前記画像データの圧縮、拡大率が変更されるに従い遮断幅を変更して係数変換することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の周波数帯毎の周波数処理を行う画像処理装置に関し、特に、被写体の拡大、縮小率に基づき周波数処理を行う画像処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のデジタル技術の進歩により、放射線画像をデジタル画像信号に変換し、当該デジタル画像信号に対して周波数処理、ノイズ除去などの画像処理を施して、ＣＲＴ等に表示、あるいはプリンタにフィルムとして出力することが行われている。
【０００３】
ところで、このような周波数処理では、複数の周波数帯の画像成分に分離し、周波数帯毎の画像成分を増加又は減弱することが行われている。また、ＣＲＴ等に表示する場合には、ＣＲＴのレンジ幅などに合わせるため画像の幅を拡大、縮小する処理が行われることがある。この場合に、周波数処理等は画像の縮小拡大率とは無関係に行われていた（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１５５８３８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、周波数処理を行った画像を拡大、縮小すると、拡大縮小後の周波数処理効果やノイズ除去処理効果が異なるように見える問題があった。
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、画像の拡大縮小率を基準として、画像処理効果を有効にする画像処理装置を得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周波数成分分解手段が画像データを複数の周波数成分に分解し、係数変換手段が前記周波数成分分解手段で分解された画像データの周波数帯毎の係数を前記画像データの圧縮、拡大率に基づき変換し、復元手段が前記係数変換手段で変換された係数を逆変換するものである。
【０００７】
また、解析手段が被写体の最大値及び最小値を算出することにより画像データの圧縮、拡大率を計算し、周波数成分分解手段が前記画像データを複数の周波数成分に分解し、係数変換手段が前記周波数成分分解手段で分解された周波数帯毎の係数を前記解析手段で計算された圧縮、拡大率に基づき変換し、復元手段が前記係数変換手段で変換された係数を逆変換するものである。
【０００８】
また、前記係数変換手段で前記画像データの拡大率が増大するに従い前記係数の倍率を減少するように変換するものである。
【０００９】
また、前記係数変換手段で前記画像データの圧縮、拡大率が変更されるに従い、周波数レスポンスが異なるように係数変換するものである。
【００１０】
また、前記係数変換手段で前記画像データの圧縮、拡大率が変更されるに従い遮断幅を変更して係数変換するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態によるＸ線撮影装置１００を示す。すなわち、Ｘ線撮影装置１００は、撮影された画像のフィルム上又はＣＲＴ上で有効な画像処理効果を行う機能を有するＸ線の撮影装置であり、前処理回路１０６、ＣＰＵ１０８、メインメモリ１０９、操作パネル１１０、画像表示器１１１、画像処理回路１１２を備えており、ＣＰＵバス１０７を介して互いにデータ授受されるようになされている。
【００１２】
また、Ｘ線撮影装置１００は、前処理回路１０６に接続されたデータ収集回路１０５と、データ収集回路１０５に接続された２次元Ｘ線センサ１０４及びＸ線発生回路１０１とを備えており、これらの各回路はＣＰＵバス１０７にも接続されている。
【００１３】
図２はこの発明の実施の形態１によるＸ線撮影装置１００の処理の流れを示すフローチャートである。図３は、通常用いられる図示しない照射野認識回路で抽出した照射野内の画像ヒストグラムであり、横軸が画素値、縦軸が画素の出現頻度を示す。
【００１４】
ここで、図において、３０１がす抜け領域の画素のピークをしめし、３０２が被写体の分布のピークを示し、３０３がピーク３０２と３０２間の最低頻度を示す点であり、例えば被写体の上位画素値として算出する点である。
【００１５】
図４は画像の拡大縮小率に対する係数の倍率を示す図であり、横軸が圧縮、拡大率、縦軸が係数の倍率を示す係数変換パターンである。
図において４０１が係数変換パターンの一例であり、例えば１．０だと何も変更せず、０．５だと高周波係数を０．５倍する。
【００１６】
図５は周波数処理の周波数バランスを示す図であり、周波数処理後の周波数成分の変更率を示している。横軸が周波数であり、縦軸が周波数帯毎の周波数バランスを示している。例えば、５０１が画像の幅を２倍する場合の周波数バランスの一例であり、５０２が画像の幅を変更しない場合の周波数バランスの一例である。周波数バランスの値が大きほど、周波数処理効果が大きいことを示している。
【００１７】
図６は、ノイズ除去効果を有する係数変換曲線の一例であり、６０１が遮断幅を示しており、遮断幅が大きい程ノイズ除去効果が大きくなる。尚、縦軸が入力係数、縦軸が出力係数を示す。図７は、図６で示した遮断幅６０１と画像の圧縮拡大率との関係を示した図であり、横軸が圧縮拡大率、縦軸が遮断幅を示す。
【００１８】
図８は階調変換曲線の一例である８０１を示しており、画素値と階調変換後の濃度値との関係を示している横軸が画素値、縦軸が濃度値を示す。
図９（ａ）は周波数成分分解回路１１４の構成を示す図であり、図９（ｂ）は２次元の変換処理により得られる２レベルの変換係数群の構成例を示し、図９（ｃ）は復元回路１１７の構成を示す図である。
【００１９】
上述の様なＸ線撮影装置１００において、まず、メインメモリ１０９は、ＣＰＵ１０８での処理に必要な各種のデータなどが記憶されるものであると共に、ＣＰＵ１０８の作業用としてのワークメモリを含む。
【００２０】
ＣＰＵ１０８は、メインメモリ１０９を用いて、操作パネル１１０からの操作に従った装置全体の動作制御等を行う。これによりＸ線撮影装置１００は、以下のように動作する。
【００２１】
Ｘ先ず、Ｘ線発生回路１０１は、被検査体１０３に対してＸ線ビーム１０２を放射する。Ｘ線発生回路１０１から放射されたＸ線ビーム１０２は、被検査体１０３を減衰しながら透過して、２次元Ｘ線センサ１０４に到達し、２次元Ｘ線センサ１０４によりＸ線画像として出力される。ここでは、２次元Ｘ線センサ１０４から出力されるＸ線画像を、例えば人体画像等とする。
【００２２】
データ収集回路１０５は、２次元Ｘ線センサ１０４から出力されたＸ線画像を電気信号に変換して前処理回路１０６に供給する。前処理回路１０６は、データ収集回路１０５からの信号（Ｘ線画像信号）に対して、オフセット補正処理やゲイン補正処理等の前処理を行う。
【００２３】
この前処理回路１０６で前処理が行われたＸ線画像信号は原画像として、ＣＰＵ１０８の制御により、ＣＰＵバス１０７を介して、メインメモリ１０９、画像処理回路１１２に転送される。
【００２４】
１１２は画像処理回路の構成を示すブロック図であり、１１２において、１１３は解析回路であり、画像のヒストグラム等から被写体の最大値、最小値を算出する解析回路である。
【００２５】
１１４は解析回路１１３で算出した拡大率に従い画像を拡大処理する第一の階調変換回路１１４であり、１１５は第一の階調変換回路１１４で拡大した原画像に対して離散ウェーブレット変換（以後、ＤＷＴ変換）を施し、各周波数帯の高周波係数（ウェーブレット変換係数）を得る周波数成分分解回路である。
【００２６】
１１６は周波数成分分解回路１１５で得られた高周波係数に対して、例えば図４に示す係数倍率によって、図５に示す周波数特性が得られるように係数変換し、又、例えば、図６で示すような遮断領域を有する係数変換曲線で係数変換を行うことで、ノイズ成分に対応する係数を落とす係数変換回路である。
この場合、先に図６に示す遮断領域を有する係数変換曲線で係数を変換した後、図５に示す周波数バランスが得られるような係数変換を行うことが望ましい。
【００２７】
１１７は係数変換回路１１６で変換された高周波係数に基づき、逆離散ウェーブレット変換（以後逆ＤＷＴ）を行う復元回路である。
１１８は復元回路で復元された画像を、例えば図８に示すような階調変換曲線を用いて画像を階調変換する階調変換回路である。
【００２８】
多重周波数処理は、ＤＷＴに限らず、ラプラシアンピラミッドを用いても良く、また、サブバンド化しないフィルタを用いてもよい。
【００２９】
図２の処理の流れに従い、第１の実施の形態について以下に説明する。
前処理回路１０６で前処理された原画像は、ＣＰＵバス１０７を介して画像処理装置１１２に転送される。画像処理装置１１２では、図示しない照射野認識回路で認識された照射野領域の画像のヒストグラムを作成する（ステップＳ２０１）。
【００３０】
まず、解析回路１１３では、ヒストグラムのピークの数を抽出し、ピークの数が１しかない場合には、す抜けがないものと判定して、照射野内の画像の最大値を被写体の最大値とする。
一方、ピークが２以上あった場合は、例えば、図３においてヒストグラムの最大値側からの第一ピーク３０１と第二ピーク３０２との間の最小値を示す画素値点３０３を被写体の最大値とする（ステップＳ２０２）。
【００３１】
また、被写体の最小値は照射野領域内の画像の最低値とする（ステップＳ２０３）。ここで示した例は、ヒストグラム解析の簡易な方法の一例であるが、被写体の最小、最大値はこれらの方法に限らず、如何様な方法を用いて算出しても良い。
【００３２】
次に、撮影部位情報によりあらかじめ定まる画素値幅と、上記で算出した被写体の最大値と最小値の差から拡大率を算出する。例えば、上記で算出した被写体の最大値と最小値の差が１０００であり、あらかじめ定まる画素値幅が２０００である場合は拡大率を２とするものである。逆に、あらかじめ定まる画素値幅が２０００で被写体幅が４０００である場合には拡大率は０．５となる（ステップＳ２０４）。
【００３３】
そして、解析関数１１３で算出した拡大率に従い、第一の階調変換回路が原画像を拡大処理するものである。この場合、例えば、被写体の最大、最小画素値の中間値を中心として被写体幅を拡大するものである。
【００３４】
次に、周波数成分分解回路１１５が原画像をｆ（ｘ、ｙ）に対して２次元の離散ウェーブレット変換処理を行い、周波数帯毎の高周波係数を計算して出力するものである。入力された画像信号は遅延素子およびダウンサンプラの組み合わせにより、偶数アドレスおよび奇数アドレスの信号に分離され、２つのフィルタｐおよびｕによりフィルタ処理が施される。
【００３５】
図９（ａ）に示すｓおよびｄは、各々１次元の画像信号に対して１レベルの分解を行った際のローパス係数およびハイパス係数を表しており、次式により計算されるものとする。
ｄ（ｎ）  ＝  ｘ（２＊ｎ  ＋  １）  −  ｆｌｏｏｒ（（ｘ（２＊ｎ）  ＋  ｘ（２＊ｎ  ＋  ２））／２）  ………（１）
ｓ（ｎ）  ＝  ｘ（２＊ｎ）  ＋  ｆｌｏｏｒ（（ｄ（ｎ  −  １）  ＋  ｄ（ｎ））／４）          ………（２）
ただし、ｘ（ｎ）は変換対象となる画像信号である。
【００３６】
以上の処理により、画像信号に対する１次元の離散ウェーブレット変換処理が行われる。２次元の離散ウェーブレット変換は、１次元の変換を画像の水平・垂直方向に対して順次行うものであり、その詳細は公知であるのでここでは説明を省略する。
【００３７】
図９（ｂ）は２次元の変換処理により得られる２レベルの変換係数群の構成例であり、画像信号は異なる周波数帯域の高周波係数ＨＨ１，ＨＬ１，ＬＨ１，．．．，ＬＬに分解される（ステップＳ２０６）。図９（ｂ）においてＨＨ１，ＨＬ１，ＬＨ１，．．．，ＬＬ等（以下、サブバンドと呼ぶ）が周波数帯毎の高周波係数を示す。
この係数をサブバンド毎に、増減することにより周波数処理効果を得るものである。
【００３８】
まず、係数変換回路１１６では、図４の拡大率と係数の倍率の関係からきまる倍率に従い、ＬＬ成分を除き全係数の値を変更する。このような処理を行うのは、画像を拡大する場合には、コントラストがあがるため、強度の強い周波数処理をかけることは不用であり、逆に圧縮する場合には、強い周波数処理効果が必要となるためである。
【００３９】
従って、拡大率に従い周波数処理効果を変更することで、拡大率を変更した画像に対する処理効果と、拡大率を変更しない場合の処理効果の差を無くす効果がある。これは診断などを行う場合に重要であり、診断への影響を減じる効果がある。
【００４０】
ここでは、拡大率と処理効果を線形的な図で示しているが非線形な関係としても良い。人間の主観評価では、拡大率と処理効果（係数の倍率）が線形といえない場合もあり、それに対応するためである。
従って、拡大率と処理効果（係数の倍率）が、線形的な関係に無い場合でも、対応できる効果がある。
【００４１】
また、各サブバンド毎で、係数の倍率を変更することも可能である。人間の主観評価では、拡大率と処理効果（係数の倍率）の関係が周波数帯毎で異なっている場合もあり、それに対応する場合が必要となる場合があるからである。
従って、各サブバンド毎に拡大率と係数の倍率を変更することにより、各周波数帯毎の処理効果を拡大率に対して、変更することができる効果がある。
【００４２】
さらに、復元画像の周波数バランスを考慮して各サブバンド毎の係数の値を変更する（ステップＳ２０６）。例えば、第一レベルの係数の値を増加させると、第一レベルに対応する周波数成分が強調されるものである。
【００４３】
従って、各レベルの係数の値を変更する割合を変更すると、復元画像の周波数バランスが調整されるものである。ここでは、第一レベルが最も高周波な成分に対応し、逐次第二、第三とレベルが下がるに従い、より低周波成分にシフトしていくものである。
【００４４】
また、この場合も拡大率を考慮して、周波数バランスを変更するものである。
例えば、図５に示すように、拡大率が小さい場合には５０１を選択し、逆に大きい場合には５０２を選択する。この周波数バランスも拡大率に従い、滑らかにシフトするものである。画像の拡大率に従い、拡大後の周波数帯がシフトするためである。
【００４５】
この場合でも、拡大率に対して非線形のシフトをすることも可能である。上述のように、拡大率と処理効果（係数の倍率）の関係が必ずしも線形とは限らないからである。
【００４６】
ここで、周波数バランスとは、各サブバンド毎の係数の増減を調整することにより、復元画像上での周波数帯ごとの処理効果を変えることをいう。一般に、マルチ周波数処理の利点の一つに、この周波数バランスの調整が容易であることが上げられる。従って、拡大率に応じて、線形又は非線形に周波数バランスを変更することにより、人間の主観評価に適う周波数処理効果を可能とする効果がある。
【００４７】
また、ノイズ低減処理効果を持たせたい場合には、上記の係数変換を行う前に、例えば図６で示す係数変換曲線で、係数の値を変換しておくこともできる。
この場合、一般にノイズ成分に対応する係数値が小さい範囲（図において遮断幅６０１の領域）の値を０とする。
【００４８】
また、この領域６０１を上記拡大率に従い変更するものである。拡大率が増すと、それに従いノイズ領域の範囲も広がるため、拡大率に従い遮断幅６０１を増加させるものである。従って、拡大率の変更に対しても、安定してノイズを減ずる効果がある。
【００４９】
そして、復元回路１１７では係数変換回路１１６で変更された高周波係数に基づき、逆離散ウェーブレット変換処理を行う。入力された係数はｕおよびｐの２つのフィルタ処理を施され、アップサンプリングされた後に重ね合わされて画像信号ｘ’が出力される。これらの処理は次式により行われる。
【００５０】
ｘ’（２＊ｎ）  ＝  ｓ’（ｎ）  −  ｆｌｏｏｒ  （（ｄ’（ｎ−１）  ＋  ｄ’（ｎ））／４）                ………（３）
ｘ’（２＊ｎ＋１）  ＝  ｄ’（ｎ）  ＋  ｆｌｏｏｒ  （（ｘ’（２＊ｎ）  ＋  ｘ’（２＊ｎ＋２））／２）      ………（４）
【００５１】
以上の処理により、変換係数に対する１次元の逆離散ウェーブレット変換処理が行われる（ステップＳ２０７）。２次元の逆離散ウェーブレット変換は、１次元の逆変換を画像の水平・垂直方向に対して順次行うものであり、その詳細は公知であるのでここでは説明を省略する。
【００５２】
ここで、係数を増加する場合には一般に鮮鋭化処理の効果が得られ、係数を低減することでは平滑化の効果が得られるものである。そして、復元画像を、例えば図８の階調変換曲線８０１で階調変換を行うものである。
【００５３】
尚、ここで、被写体の画素値幅があらかじめ正規化されているため、階調変換後の画像の被写体における濃度幅の一定範囲に入っている濃度が飛んだり（濃度が真っ黒や真っ白となる領域）する問題は生じないものである。
【００５４】
以上の様に第１の実施の形態では、画像の拡大率に従い、周波数処理効果が異なるように、周波数処理が行われているため、画像を拡大、縮小しても、同様の周波数処理効果が得られる効果がある。
また、画像の拡大、縮小率を被写体の幅に基づき決めているため、拡大縮小処理後の被写体画像の画素値幅が同一となる効果があり、階調変換後の画像もほぼ同様の濃度値幅となるため、画像のばらつきが減る効果がある。
【００５５】
また、同時に、周波数処理効果も被写体幅に従い変更しているため、周波数処理効果も被写体幅によらず同様にかかり、上記正規化の効果との相乗効果により、被写体間のばらつきがない処理済み画像が得られる効果がある。
【００５６】
また、拡大率に従い周波数処理効果を変更することで、拡大率を変更した画像に対する処理効果と、拡大率を変更しない場合の処理効果の差を無くす効果がある。これは、診断などを行う場合に重要であり、診断への影響を減じる効果がある。
【００５７】
また、各サブバンド毎に拡大率と係数の倍率を変更することにより、各周波数帯毎の、処理効果を拡大率に対して、変更することができる効果がある。
【００５８】
また、拡大率に応じて線形又は非線形に周波数バランスを変更することにより、人間の主観評価に適う周波数処理効果を可能とする効果がある。
また、拡大率の変更に対しても安定してノイズを減ずる効果がある。
【００５９】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、画像データの拡大率に従い周波数処理効果が異なるように周波数処理が行われているため、画像を拡大、縮小しても同様の周波数処理効果が得られる効果がある。
【００６０】
また、本発明の他の特徴によれば、画像データ圧縮、拡大率を被写体の幅に基づき決めているため、圧縮拡大処理後の被写体画像の画素値幅が同一となる効果があり、階調変換後の画像もほぼ同様の濃度値幅となるため、画像のばらつきが減る効果がある。
【００６１】
また、同時に、周波数処理効果も被写体幅に従い変更しているため、周波数処理効果も被写体幅によらず同様にかかり、上記正規化の効果との相乗効果により、被写体間のばらつきがない処理済み画像が得られる効果がある。これは、診断などを行う場合に重要であり、診断への影響を減じる効果がある。
【００６２】
また、本発明の他の特徴によれば、拡大率が増大するに従い係数の倍率を変更することにより、画像の拡大率によらず同様の周波数処理効果を得られる効果がある。
【００６３】
また、本発明の他の特徴によれば、拡大率に応じて線形又は非線形に周波数バランスを変更することにより、人間の主観評価に適う周波数処理効果を可能とする効果がある。
【００６４】
また、本発明の他の特徴によれば、拡大率の変更に対しても安定してノイズを減ずる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の画像処理装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】ヒストグラム解析の一例を説明する特性図である。
【図４】拡大率と係数の倍率との関係を示す特性図である。
【図５】拡大率と周波数バランスとの関係を示す特性図である。
【図６】遮断幅を説明するための特性図である。
【図７】拡大率と遮断幅との関係を示す特性図である。
【図８】階調変換曲線の一例を示す特性図である。
【図９】離散ウェーブレット変換およびその逆変換の説明図である。
【符号の説明】
１１３  解析回路
１１４  第一の階調変換回路
１１５  周波数成分分解回路
１１６  係数変換回路
１１７  復元回路
１１８  第二の階調変換回路
【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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