(57)【要約】【課題】２つ画像の階調特性を安定して一致させる。【解決手段】画像入力部１より入力した第１画像と第２画像の階調合せを行うにおいて、ヒストグラム計算部２は第１画像と第２画像の各々に対応した、輝度レベル毎の画素数を示すヒストグラムを計算する。区間分割部３は、それらヒストグラムの各々を同数の複数区間に分割する。区間平均値計算部４は、区間分割部３により得られた各区間の輝度レベルの平均値を算出し、関連付け部５は算出された第１と第２画像の各区間の平均輝度レベルを対応付ける。内挿補間部６はその対応関係を補間して第１画像と第２画像の輝度レベルの対応情報を生成し、画像変換部７はこの対応情報を用いて第２画像を階調変換し、変換された第２画像を画像表示部８に表示する。【選択図】  図１
2005027168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１画像と第２画像の階調合せを行う画像処理装置であって、
前記第１画像と前記第２画像の各々に対応した、輝度レベル毎の画素数を示すヒストグラムを、それぞれ同数の複数区間に分割する分割手段と、
前記分割手段で得られた各区間の輝度レベルの平均値を算出する算出手段と、
前記算出手段で得られた前記第１と第２画像の各区間の平均輝度レベルを対応付け、その対応関係を補間して該第１画像と該第２画像の輝度レベルの対応情報を生成する生成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】
前記生成手段で生成された対応情報により前記第１画像の輝度レベルを変換することにより、第２画像に階調合せを行う階調合せ手段を更に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】
前記分割手段は、前記第１及び第２画像のヒストグラムのそれぞれを所定画素数毎に分割することにより、それぞれのヒストグラムを複数区間に分割することを特徴とする請求項１に記載の画像階調合せ装置。
【請求項４】
前記分割手段は、前記第１及び第２画像のヒストグラムのそれぞれを、目標値とする画素数に基づいて輝度レベルを単位として複数の区間に分割す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５】
前記分割手段は、得られた区間の数が前記第１及び第２の画像のヒストグラムで異なる場合に、それらの区間数が同じになるように、余剰の区間を他の区間へ統合または削除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】
前記区間の統合または削除は、ヒストグラムの最後から行われることを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
第１画像と第２画像の階調合せを行うための画像処理方法であって、
前記第１画像と前記第２画像の各々に対応した、輝度レベル毎の画素数を示すヒストグラムを、それぞれ同数の複数区間に分割する分割工程と、
前記分割工程で得られた各区間の輝度レベルの平均値を算出する算出工程と、
前記算出工程で得られた前記第１と第２画像の各区間の平均輝度レベルを対応付け、その対応関係を補間して該第１画像と該第２画像の輝度レベルの対応情報を生成する生成工程とを備えることを特徴とする画像処理方法。
【請求項８】
請求項７に記載の画像処理方法をコンピュータに実行させるための制御プログラムを格納する記憶媒体。
【請求項９】
請求項７に記載の画像処理方法をコンピュータに実行させるための制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理技術に関する。特に、放射線画像のＣＡＤ（コンピュータ支援診断：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）技術等において、差分処理等の対象となる画像の階調合せを行う処理に好適な画像処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射線画像診断分野において、比較読影は異なる時点で撮影された２つの画像を比べて、現在画像と過去画像の違いを見出し、病変の早期発見及び病変治癒または悪化の進行状況を把握するものであり、診療上有効な手段である。また、近年、比較読影を支援するために、経時差分ＣＡＤ技術が実用化されつつある。経時差分ＣＡＤ技術は、異なる時点で撮影された２つの画像より、骨や血管などの両画像に共通した画像部分を取り除き、病巣等の変化分だけの画像部分を抽出する。これにより、正常構造に隠された病巣の早期検出、病変の見逃しの防止、読影業務の迅速化が期待できる。
【０００３】
しかしながら、比較される２つの画像は異なる時点で撮影されたものであるため、撮影時のパラメータ変更または被検者の姿勢変化などにより、輝尽性蛍光体シートまたは半導体Ｘ線センサで得られた２つの画像の階調特性は異なる。比較読影を行う際、これらの階調特性差は正確な比較判断の妨げとなる。また、経時差分を行う際は、これらの階調特性差が差分画像に反映されるので、誤った情報が医師に提供され、例えば肺炎、肺膿瘍などの病変の変化範囲を正確に描出できなくなってしまう。したがって、簡単な処理で上述した階調特性差を安定して補正する方法が望まれる。
【０００４】
そこで、特許文献１では、第１画像と第２画像のヒストグラムを合わせることにより両画像の階調特性差を一致させることが提案されている。特許文献１では、以下の式（１）を用いて、図８（ａ）の第１画像のヒストグラムを図８（ｃ）の平坦化したヒストグラムに変換する第１画像の階調変換テーブルをつくる。なお、式（１）では、ヒストグラムの累積頻度を全体画素数で割って、現輝度レベルを原画像のダイナミックレンジの中で新輝度レベルにマッピングすることにより、平坦化テーブルを生成している。
【０００５】
【数１】
2005027168.tif 000003
【０００６】
なお、上記式（１）において、ｈ（ｉ）は画像のヒストグラムであり、Ｍ０は画素の最小値、Ｍ１は画素の最大値を表し、さらに、入力データのビット数と出力データのビット数を同じものとしている。
【０００７】
第１画像の平坦化ヒストグラムは第２画像の平坦化ヒストグラムと似ており、第２画像の平坦化ヒストグラムから、第１画像の階調変換テーブルの逆変換テーブルを使って変換すれば、第１画像のヒストグラムにあわせた第２画像のヒストグラムを作成できる。
【０００８】
そこで、特許文献１では、作成された第１画像の階調変換テーブルの逆変換テーブルと第２画像の階調変換テーブルを結合することにより、第２画像の階調を第１画像の階調に合わせる結合変換テーブルを生成する。生成された結合変換テーブルを図８（ｆ）に示す。そして、第２画像のヒストグラムを第１画像のヒストグラムに合わせることにより、即ち第２画像を結合変換テーブルを用いて階調変換することにより両画像の階調特性を一致させる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−０９６３５２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した方法によれば、暗い画像を明るい画像に変換する場合、暗い画像の平坦化階調変換テーブルを作成する際、より小さい画素値で、最大の輝度レベルに達成している。例えば、図８（ｄ）に示すように、第２画像は原画素値の２２００の付近において変換テーブルの特性は横ばいになり、それ以降の変換後画素値は４０００強に止まってほとんど変わらない。一方、第１画像の逆変換テーブル（図８（ｂ）に示す変換テーブルの逆変換テーブル）では、画素値（図８（ｂ）の縦軸）が４０００弱あたりで変換値（図８（ｂ）の横軸）が急激に増加する領域となる。このため、生成される結合変換テーブルは、図８（ｆ）に示されるように２２００弱の値から急激に増加する。実際の胸部Ｘ線写真では、肺野のところに２２００より大きい画素が多少存在するため、図８（ｆ）に示す結合変換テーブルを用いて変換すると、肺野部に複数の白い島が出現し、診断の妨害となる。
【００１１】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、原画像の階調特性によらず、安定して画像間の階調特性をあわせることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明による画像処理装置は以下の構成を備える。即ち、
第１画像と第２画像の階調合せを行う画像処理装置であって、
前記第１画像と前記第２画像の各々に対応した、輝度レベル毎の画素数を示すヒストグラムを、それぞれ同数の複数区間に分割する分割手段と、
前記分割手段で得られた各区間の輝度レベルの平均値を算出する算出手段と、
前記算出手段で得られた前記第１と第２画像の各区間の平均輝度レベルを対応付け、その対応関係を補間して該第１画像と該第２画像の輝度レベルの対応情報を生成する生成手段とを備える。
【００１３】
また、上記の目的を達成するための本発明による画像処理方法は、
第１画像と第２画像の階調合せを行うための画像処理方法であって、
前記第１画像と前記第２画像の各々に対応した、輝度レベル毎の画素数を示すヒストグラムを、それぞれ同数の複数区間に分割する分割工程と、
前記分割工程で得られた各区間の輝度レベルの平均値を算出する算出工程と、
前記算出工程で得られた前記第１と第２画像の各区間の平均輝度レベルを対応付け、その対応関係を補間して該第１画像と該第２画像の輝度レベルの対応情報を生成する生成工程とを備える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１５】
＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態による画像階調合せ装置の機能構成を示すブロック図である。なお、第１実施形態の画像階調合せ装置は、図１に示す機能を実現する専用の装置であってもよいし、汎用のコンピュータに後述の処理を実行させる制御プログラムを提供して実現させてもよい。また、図１に示す各機能ブロックはハードウエアで実現してもソフトウエアで実現してもよい。或いはハードウエアとソフトエアの協働により実現してもよい。
【００１６】
図１において、１は画像入力部であり、不図示の画像蓄積部から２枚のディジタル画像（以下、第１画像、第２画像ともいう）を読み出す。例えば、異なる時点で撮影された同一被検者の２枚のディジタル画像が読み出される。２はヒストグラム計算部であり、画像入力部２で読み出した２枚のディジタル画像のそれぞれのヒストグラムを計算する。
【００１７】
３は区間分割部であり、上記２枚のディジタル画像のヒストグラムをあらかじめ決められた区間数の区間に分割する。第１実施形態では、各区間が同一の画素数となるように振り分ける。また、区間数は、図３により後述する平均輝度対応テーブルの生成において、最小自乗誤差法などによって十分な精度で補間できるサンプリングレートとする。本実施形態では。経験値として、区間数を１６とする。例えば、２枚のディジタル画像のサイズを６７２×６７２とし、区間数を１６とすれば、各区間の画素数は２８２２４となる。区間分割部３は、画素値０から２８２２４個の画素毎にヒストグラムを分割していく。図２に示すように、区間の終点における画素値の画素数の全てを当該区間に振り分けきれない場合は、余剰の画素数を次の区間に振り分ける。従って、第１実施形態では、各区間の終点と次の区間の始点が重複する場合もある。
【００１８】
４は区間平均値計算部であり、２枚のディジタル画像のそれぞれについて区間分割部３で得られた各区間の輝度平均値を計算する。輝度平均値は、例えば、当該区間内に存在する輝度レベルがＹ（ｎ）（ｎ＝ａ〜ｂ）であり、各輝度レベルＹ（ｎ）の画素数がＭ（ｎ）、当該区間内の画素数をＮとした場合に、
【数２】
2005027168.tif 000004
で求めることができる。
【００１９】
５は関連付け部であり、図３に示すように、区間平均値計算部４で計算した第１画像と第２画像の各区間平均輝度レベルをそれぞれ縦軸と横軸とし、対応関係のテーブルを作成する。６は内挿補間部であり、関連付け部５で作成した対応関係のテーブルを最小自乗誤差法を用いて多項式で補間し、第２画像の階調特性から第１画像の階調特性への階調変換テーブルを作成する。７は画像変換部であり、諧調変換テーブルを用いて第２画像の輝度変換を行いって第１画像に階調特性をあわせ、変換された第２画像を画像表示部８で表示する。
【００２０】
以上の構成を備えた第１実施形態の画像階調合せ装置の動作について図４のフローチャートを参照して説明する。
【００２１】
まず、ステップＳ１０１において、画像入力部１は第１画像と第２画像を不図示の画像蓄積部からロードする。ステップＳ１０２において、ヒストグラム計算部２は、ロードされた第１及び第２画像について、各輝度レベルの出現回数をカウントし、それぞれのヒストグラムを計算する。
【００２２】
次に、ステップＳ１０３〜Ｓ１０９において、区間分割部３は両画像のヒストグラムを同一画素数の区間に分割する。まず、ステップＳ１０３において、現在処理している区間の番号（以下、区間ナンバという。本実施形態では１〜１６のいずれかとなる。）が所定の区間数（本実施形態では１６）以下か判定し、区間ナンバが所定の区間数以下であればステップＳ１０４に進む。区間ナンバが所定の区間数を超える場合は、ステップＳ１１０に進む。
【００２３】
ステップＳ１０４では、区間の始点及び画素数を初期化する。より具体的には、区間の始点の初期化では、前区間に割り切れない画素数がある場合には本区間の始点を前区間の終点における輝度レベルとし、前区間に割り切れない画素数がない場合には本区間の始点を前区間の終点の輝度レベルの次の輝度レベル（一般には前の輝度レベルに１を増した輝度レベル）とする。なお、最初の区間の場合、区間の始点の輝度は０である。また、区間の画素数の初期化では、前区間に割り切れない画素数がある場合には本区間の画素数の初期値を残りの画素数とし（後述のステップＳ１０８で取得される）、前区間に割り切れない画素数がない場合には本区間の画素数の初期値を０とする。
【００２４】
ステップＳ１０５では、現在処理している区間における画素数が所定の画素数（本実施形態では２８２２４）より小さいか否かを判定し、ＹＥＳであればステップＳ１０６へ進み、次の輝度レベルの画素数を当該区間における画素数に加算する。こうして、現在処理している区間における画素数が所定の画素数と等しいかそれよりも大きくなった場合は、ステップＳ１０５からステップＳ１０７へ進む。現在処理している区間における画素数が所定の画素数と等しい場合は、ステップＳ１０７からステップＳ１０９へ進み、次の区間について処理をすべく区間ナンバを一つ増加する。現在処理している区間における画素数が所定の画素数より大きい場合は、ステップＳ１０８に進み、本区間に振り分けきれない余剰の画素数を次の区間に振り分ける。
【００２５】
区間分割部３により処理が終了すると、即ち、区間ナンバが所定の区間数より大きくなった場合、処理はステップＳ１１０へ進む。ステップＳ１１０では、区間平均値計算部４が、各区間に属する輝度レベルと頻度により区間毎の平均輝度レベルを計算する。そして、ステップＳ１１１において、関連付け部５は計算された第１画像と第２画像の各区間の平均輝度レベルを関連付けて対応関係表を生成する。ステップＳ１１２において、内挿補間部６は、最小自乗誤差法などを用いることにより、多項式で上記対応関係表を補間し、図３に示すような第１と第２画像の各輝度レベルの対応関係テーブルを生成する。なお、本実施形態では、前記対応関係を１次〜４次の多項式で近似して、最も誤差の少ないものを選択する、言い換えれば、最大多項式次数を４とする。ステップＳ１１３では、画像変換部７が上記で求めた対応関係テーブルを用いて第２画像の輝度を変換する。
【００２６】
以上のような第１実施形態の階調合せによれば、２つの画像の階調特性を精度よく合せることが可能となる。特に、両画像の各区間の平均輝度を一致させるので、両画像の僅かな階調特性差を補正できる。また、こうして得られた、階調特性が合わせられた２つの画像の差分画像により、正確な比較読影がより容易となる。
【００２７】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態と第１実施形態との違いは、区間分割部３による、画像の所定区間数への分割処理方法にある。即ち、第２実施形態の階調合せ装置装置の機能構成は図１に示したとおりであるが、区間分割部３の処理が異なる。以下、第１実施形態との相違点を主として、第２実施形態について説明する。
【００２８】
第２実施形態において、区間分割部３は、図５に示すように、まず、所定の画素数をターゲットとしてヒストグラムをほぼ等画素数の区間に分割する。例えば、第１実施形態と同様にデジタル画像のサイズを６７２×６７２とした場合に、上記所定の画素数を２８２２４とする。第１実施形態とは異なり、各区間毎に所定の画素数を越えるところの輝度レベルを終点とする。分割によって得られる各区間の始点及び終点は重複しない。
【００２９】
次に、図６に示すように、分割された両ヒストグラムの区間数を比較し、区間数に差がある場合は、区間数の多いヒストグラムにおいてその末尾から余剰の区間を前の区間に統合または削除する。例えば、図６では（ｂ）のヒストグラムの区間数が（ａ）よりも１つ多くなっており、最後の区間（ｎ＋１）は直前の区間（ｎ）に統合されるか、削除されることになる。
【００３０】
以下、第２実施形態による階調合せの処理手順を図７のフローチャートを参照して説明する。
【００３１】
まずステップＳ２０１において、画像入力部１は第１及び第２画像を画像蓄積部からロードする。ステップＳ２０２において、ヒストグラム計算部２は、ロードされた第１及び第２画像について各輝度レベルの出現回数をカウントし、それぞれのヒストグラムを計算する。
【００３２】
ステップＳ２０３〜ステップＳ２０８において、区間分割部３は両画像のヒストグラムを同一数の区間に分割する。なお、各区間がほぼ同じ画素数を有するように分割が行なわれる。
【００３３】
まず、ステップＳ２０３において、全画素数について区間分割を終えたか否かが判定される。全画素数について処理を終えていなければステップＳ２０４へ進み、区間始点を初期化する。処理対象の区間が最初の区間の場合には輝度レベル０が本区間の始点に設定され、他の場合は前区間の終点の輝度レベルを１つ増加した輝度レベルが本区間の始点に設定される。次に、ステップＳ２０５において、現在処理している区間の画素数が所定の画素数より小さいか否かを判定する。ＹＥＳの場合はステップＳ２０６に進み、輝度レベルを１つ増加させ、その輝度レベルの画素数を処理中の区間の画素数に加算し、ステップＳ２０５に戻る。こうして、処理中の区間の画素数が所定の画素数以上になったならば、当該区間の処理は終わりであるため、ステップＳ２０３に戻り上記処理を繰り返す。
【００３４】
以上のステップＳ２０３〜Ｓ２０６により全画素数について複数の区間への分割が完了したならば、ステップＳ２０３からステップＳ２０７へ進む。ステップＳ２０７では、両ヒストグラムの区間数が等しいかどうかを判定し、等しい場合はステップＳ２０９へ、等しくない場合はステップＳ２０８へ進む。ステップＳ２０８では、図６により上述したように余剰の区間をその直前の区間に統合、或いは削除して、両ヒストグラムの区間数を等しくする。
【００３５】
以上のようにして区間分割部３により両ヒストグラムが同じ数の区間に分割されると、処理はステップＳ２０９へ進む。ステップＳ２０９では、区間平均値計算部４が、各区間に属する輝度レベルと頻度により区間毎の平均輝度レベルを計算する。そして、ステップＳ２１０において、関連付け部５は計算された第１画像と第２画像の各区間の平均輝度レベルを関連付けて対応関係表を生成する。ステップＳ２１１において、内挿補間部６は、最小自乗誤差法を用いることにより、多項式で上記対応関係表を補間し、図３に示すような第１と第２画像の各輝度レベルの対応関係テーブルを生成する。なお、本実施形態では、最大の多項式次数を４とする。ステップＳ２１２では、画像変換部７が上記で求めた対応関係テーブルを用いて第２画像の輝度を変換する。
【００３６】
なお、上記第２実施形態によれば、ステップＳ２０５の処理により、処理中の区間内の画素数が所定の画素数を超えた時点の輝度レベルが区間の終点となる。この方法で区間分割を行なうと、所定の画素数に１画素足りないだけでも次の輝度レベルが当該区間に入ってしまい、かえって目標画素数からはずれてしまう可能性がある。そこで、ステップＳ２０５では、所定の画素数を目標画素数よりも少なくする設定するのが好ましい。或いは、次の輝度レベルの画素数を加算する前と後とで、目標の画素数との差が小さくなる方を選択するようにしてもい。更に、区間の分割方法として、各区間の終点における累積画素数が目標画素数と本区間までの区間数との積を越えるところの輝度レベルあるいはそれらの差が最小となる輝度レベルに設定してもよい。
【００３７】
なお、上記第１、第２実施形態において、第１画像と第２画像のサイズについては特に制限はない。よって、第１画像と第２画像のサイズが異なる場合でも処理できる。また、第１、第２実施形態において、第１画像と第２画像の輝度レベルの対応関係テーブルを生成する際、各区間について平均輝度レベルを用いたがこれに限られるものではない。例えば、各区間の始点または終点の輝度レベルを用いて対応関係を関連付け、これを内挿補間することにより輝度レベルの対応関係テーブルを作ってもよい。
【００３８】
また、本発明は、複数の機器（例えば、ホストコンピュータ、インタフェース機器、撮像装置、ｗｅｂアプリケーション等）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置に適用してもよい。
【００３９】
また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記録媒体（または記憶媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記録媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００４０】
さらに、記録媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【００４１】
本発明を上記記録媒体に適用する場合、その記録媒体には、先に説明したフローチャートに対応するプログラムコードが格納されることになる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２つ画像の階調特性を安定して一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態による画像階調合せ装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態による、ヒストグラムの区間分割の状態を説明する図である。
【図３】２つの画像の区間毎の平均輝度の対応付けを示すプロットとそれらを補間して得られる対応付けテーブルを示す図である。
【図４】第１実施形態による階調合せ処理を説明するフローチャートである。
【図５】第２実施形態による、ヒストグラムの区間分割の状態を説明する図である。
【図６】第２実施形態による区間分割処理において、余剰の区間の発生と処理を説明する図である。
【図７】第２実施形態による階調合せ処理を説明するフローチャートである。
【図８】従来技術による階調合せ処理を説明する図である。
【図１】
2005027168.tif 000005
【図２】
2005027168.tif 000006
【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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