(57)【要約】本発明は、少なくともポテンシャル［ＰＯＴ］の最小化を用いてパス抽出により画像［ＩＭ］をセグメント化するための方法であって、前記ポテンシャル［ＰＯＴ］はコスト分配関数［ＣＡＦ］を用いて画像［ＩＭ］の特徴［ＦＥＡ］から計算され［ＣＡＳ］、前記計算［ＣＡＳ］は描かれる［ＤＲＷ］等高線の近くの２つの群のポイント［ＮＰおよびＰＰ］の定義を用いて実現され、境界に関係すると考えられる群は正のポイント［ＰＰ］と呼ばれ、境界に関係すると考えられない群は負のポイント［ＮＰ］と呼ばれる、方法に関する。正のポイントの洗練された特徴付けは、正のポイントの特徴付けと負のポイントの特徴付けとの組み合わせにより構築され、コスト分配関数［ＣＡＦ］はこの洗練された特徴付けを用いて修正される。本発明はまた、ポテンシャルの全体関数に個々のポテンシャルの異なるコスト分配関数とそれらの相対的重み付けの十分自動的で同時的な適応を提供する。
2004530996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともポテンシャルの最小化を用いるパス抽出により画像のセグメント化を行うための方法であって、前記ポテンシャルはコスト分配関数を用いて画像の特徴から計算される、方法であり：
前記コスト分配関数を初期化する段階；
描かれる等高線の近くにおいて２つのポイントの群を定義する段階であって、境界に関係すると考えられる前記群は正のポイントと呼ばれ、および前記境界に関係すると考えられない前記群は負のポイントと呼ばれる、段階；
特徴から正のポイントの特徴付けを定義する段階；
特徴から負のポイントの特徴付けを定義する段階；
正のポイントの特徴付けと負のポイントの特徴付けを組み合わせることにより正のポイントの洗練された特徴付けを構築する段階；並びに
前記コスト分配関数を修正するためにこの洗練された特徴付けを用いる段階；
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記描かれる等高線の近くは前記描かれる等高線の周りにおいて定義された矩形状領域を有する前記群の間で選ばれ、領域はこの等高線の周りの前記等高線の形に倣い、幾つかの変換されたパスは前記描かれる等高線に似ている形を有し且つ前記等高線に平行に変換される、ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１および２の何れかに記載の方法であって、前記負のポイントおよび／または正のポイントの特徴付けは前記描かれる等高線のそれらの間隔にしたがった前記ポイントの重み付けを用いて定義される、ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載の方法であって：
幾つかの特徴に対応する幾つかのポテンシャルを重み付けし合計することによりポテンシャルの関数を構築する段階であって、前記重み付けは異なる特徴における前記負のポイントの特徴付けと正のポイントの特徴付けとを用いて計算される、段階；並びに
前記パスを見つけるために前記ポテンシャルの関数を最小化する段階；
を有する、ことを特徴とする方法。
【請求項５】
画像表示手段；
描かれる等高線が画像において定義されるようにする描画手段；並びに
前記請求項１乃至４の何れかに請求されたような画像をセグメント化するための方法を実行するためのセグメント化手段
から構成されることを特徴とするイメージング装置。
【請求項６】
請求項５に記載のイメージング装置であって、前記描画手段は、前記描かれる等高線はユーザにより描かれることが可能である、ことを特徴とするイメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくともポテンシャルの最小化を用いてパス抽出により画像のセグメント化のための方法であって、前記ポテンシャルはコスト分配関数を用いて画像の特徴から計算される方法に関する。前記方法はコスト分配関数を修正するために描かれる等高線を用いる。
【背景技術】
【０００２】
そのような方法は、Ｗ．Ａ．ＢａｒｒｅｔｔとＥ．Ｎ．Ｍｏｒｔｅｎｓｅｎによる論文Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｓｃｉｓｓｏｒｓ，Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｍｏｄｅｌｓ  ａｎｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ６０，  ｐｐ  ３４９−３８４，１９９８に開示されている。実際の画像の境界と比較して妥当である等高線が描かれることを仮定すると、ポテンシャルの関数は有効な描かれる等高線と同じ特徴をもつ等高線が好まれるために修正される。この修正は、コスト分配関数の修正により実現する。境界について関連すると考えられる特徴の特定な値が特定であればある程、コストは益々小さく成る筈である。このようなアイデアの特徴は、パスの最後のセグメント（トレーニングパスと呼ばれる）にあるポイントの特徴付けにより象徴化される。ポテンシャルの関数は初期化され、その関数の最小化による抽出の間に、この初期の全体的な特徴付けは、仮定された有効な描かれる等高線におけるポイントの特徴を用いて繰り返して修正される。
【０００３】
従来の方法においては、ポイントの特徴は、仮定された有効な描かれる等高線上にあるポイントについて定義される。したがって、境界に属するポイントは描かれるパスに沿って種々の側面をもつことができるため、そのようなパスの抽出は信頼性に欠ける。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は、少なくともポテンシャルの最小化を用いてパス抽出により画像のセグメント化のための改善された方法であって、前記方法はポテンシャルを修正するために描かれる等高線またはポテンシャルの関数を用いる方法を提供することである。前記改良された方法は、より信頼性の高い、導き出されたポテンシャル関数を提供する。
【０００５】
本発明にしたがった方法は：
コスト分配関数を初期化する段階；
描かれる等高線の近くにおいて２つの群のポイントを定義する段階であって、境界に関連するように考慮される群は正のポイントと呼ばれ、前記境界に関連するように考慮されない群は負のポイントと呼ばれる、段階；
特徴から正のポイントの特徴付けを定義する段階；
特徴から負のポイントの特徴付けを定義する段階；
正のポイントと負のポイントの特徴付けを組み合わせることにより正のポイントの洗練された特徴付けを構成する段階；並びに
コスト分配関数を修正するためにこの洗練された特徴付けを用いる段階；
を有する。
【０００６】
本発明の技術は、“正”ばかりでなく“負”の群のポイントの定義に基づいている。正の群のポイントは、画像にある境界に関連するとみなされるポイントを有し、描かれる等高線上または近くにあるポイントを意味する一方、負の群のポイントは境界に関連するとみなされないポイントを有する。負の情報のために、特徴付けられ且つ本方法により考慮される領域が大きくなるにつれ、得られたポテンシャルはポテンシャルの最小化によりパスのより信頼性の高い抽出を可能にする。
【０００７】
好適な実施形態において、幾つかのポテンシャルについて、正のポイントと負のポイントの特徴付けを比較することは、パスを見つけるために最小化されることが必要である全てのポテンシャル関数における個々のポテンシャルの重み付けに適応させることにおいて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１を参照するに、画像１Ｍは、少なくともポテンシャルＰＯＴにより特徴付けられ、前記ポテンシャルＰＯＴは、分配段階ＣＡＳにおいて特徴ＦＥＡにコスト分配関数を適用することにより得られる。その特徴は、画像の境界を表すことを意図され、画像において簡単な操作段階ＯＰＥから直接得られる。そのような特徴は、例えば、次のようなものとすることができる。
ＰＧ：“勾配の特徴”即ち勾配の大きさ、
ＰＤ：“勾配の方向の特徴”、
ＰＬ：“ラプラシアンの特徴”即ちラプラシアンのゼロ交差
ＰＩ（または、ＰＯ）：“内部の（または、外部の）強度の特徴”即ち勾配方向（または、勾配方向の反対側）の境界における画素強度、
ＰＥ：“エッジ強度の特徴”即ち境界における画素強度。
【０００９】
それらの特徴に関する詳細については、Ｗ．Ａ．ＢａｒｒｅｔｔとＥ．Ｎ．Ｍｏｒｔｅｎｓｅｎによる論文Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｓｃｉｓｓｏｒｓ，Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｍｏｄｅｌｓ  ａｎｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ６０，ｐｐ３４９−３８４，１９９８に記載されている。
【００１０】
そのようなパス抽出方法の主な問題点は、用いられるポテンシャルが画像の異なる境界に関連されなければならないことである。ポテンシャルが関連性のあるものであって、即ち特徴がコスト分配関数を用いて変換される場合、境界はポテンシャルの最小化に対応する。
【００１１】
したがって、ポテンシャルは、画像に関連するために適応されることができる。これは、コスト分配関数が各々の特徴ＦＥＡの興味深い一部を強調するために修正されなければならないことを意味する。
【００１２】
一部の特徴（例えば、画素強度）については、抽出すべき境界についての予めの知識なしに、どの値が好適であるかを決定することは困難である。即ち、トレーニング法は描く段階ＤＲＷにおいて描かれる等高線（例えば、ユーザにより描かれる等高線）を用いる理由は有用である。個々のポテンシャルは、コスト分配ＣＡＳの段階において特徴ＦＥＡに適用されるコスト分配関数ＣＡＦを用いて構築される。トレーニングは、描く段階ＤＲＷから利用可能である情報を用いる計算段階ＣＡＬにおいてこのようなコスト分配関すＣＡＦを動的に修正するために用いられる。トレーニング法は、結果的にコスト分配関すＣＡＦの修正をもたらし、それ故、ポテンシャルＰＯＴの修正をもたらす。
【００１３】
より詳しくは、本発明は、描く段階ＤＲＷの後に利用可能である情報の使用と方法とのこのようなトレーニングの側面に関する。トレーニングの目的は、パスの抽出の間に、描かれる等高線の特性にコスト分配関数を適応されることである。
【００１４】
Ｗ．Ａ．ＢａｒｒｅｔｔとＥ．Ｎ．Ｍｏｒｔｅｎｓｅｎによる論文Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｓｃｉｓｓｏｒｓ，Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｍｏｄｅｌｓ  ａｎｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ６０，ｐｐ３４９−３８４，１９９８は次のようなスキームを紹介した。即ち、描かれる等高線は画像に存在する境界に有効であるかまたは関連すると仮定すると、コスト分配関数は、各々の特徴について同じ側面をもつ等高線が好まれるために、図２に示される計算段階において修正される。好適な実施形態においては、ユーザが画像を見ることにより境界の第１アプローチを定義することができるため、前記等高線はユーザにより描かれる。図２は、特徴（例えば、強度）のパラメータに対するポイントの分布を示す曲線の形においてポイントの特徴付けの例を示している。コスト分配関数は初期化される。例えば、最初のコスト分配関数は、特徴の全体的なヒストグラムＧＦＨの逆であり、前記ヒストグラムは特徴、即ち、例えば、強度に対するポイントの分布の特徴付けを報告する。抽出の間に、最初の特徴付けＧＦＨは、描かれる等高線からの情報ＤＣＩを用いることにより新しい特徴付けＮＦＣに繰り返し修正される。新しいコスト分配関数ＣＡＦは、それ故、新しい特徴付けＮＦＣの逆である。
【００１５】
従来の方法においては、トレーニングは、パスそれ自体の一部に制限され、“正”の情報のみを考慮している。本発明は、正および負のトレーニングの群のポイントを定義することを提案している。
【００１６】
正のトレーニングの群は、画像上にある境界に関連すると仮定される、描かれる等高線の近くにあり、負のトレーニングの群は離れている。第１実施形態（図３ａ参照）においては、正のポイントは、描かれる等高線上にあるポイントであり且つ第１等高線からの距離は第１距離より小さく、そして、負のポイントは、描かれる等高線の周りに定義された矩形状の領域に存在する他のポイントである。この実施形態は多くのポイントを考慮し、したがって、長い計算を必要とする。また、他の境界がその矩形状の領域に存在し、パスの抽出における誤りを示している。
【００１７】
他の実施形態（図３ｂ参照）においては、正のポイントは描かれる等高線上に存在し且つ描かれる等高線からの距離は第１距離より小さいポイントであり、そして負のポイントは、描かれる等高線から第１距離よりさらに遠く離れており且つ第２距離より近い他のポイントである。両方の領域は、ここで、境界としてのパスの形に追随する。この方法はまた、多くのポイントを考慮し、それ故、時間が掛かる。
【００１８】
好適な実施形態（図３ｃ参照）において、正および負のポイントの群が、この描かれる等高線ＤＣに平行である描かれる等高線ＤＣのトランスレーションとして選択されている。正のポイントの群はｐ個の最近接の変換の群であり、そして負のポイントの群はｎ個の次の変換の群である。異なる変換されたセグメントに存在するポイントは、特徴付けの定義におけるトレーニングパスに対するそれらの距離により重み付けされることができる。そのような重み付けを用いると、描かれる等高線ＤＣ（例えば、図２における曲線ＤＣＩ）からの情報を表すことは、ＤＣの最近接のポイントは曲線構成の他のポイントより強い重み付けを有するため、そのような重み付けを考慮する。負／正のポイントの群は、図３ｃに示すように、勾配の大きさおよびエッジ強度の特長について対称的とすることができる。しかしながら、“内側”および“外側”の特徴の非対称性の側面を考慮するために、パスにおける勾配の方向、パスの方向および考慮された特徴に依存して、それらのために非対称性トレーニング領域を採用することが可能である。
【００１９】
図３において提供された実施形態のために図１を参照するに、描かれる等高線からの情報は、本発明にしたがって、２倍である。ここで、ＰＰは正のトレーニングのポイントの群に対応し、ＮＰは負のトレーニングのポイントの群に対応する。
【００２０】
図４を参照するに、正／負のトレーニングのポイントの群が、それぞれ、正のポイント（図４ａ）および負のポイント（図４ｂ）に対応する２つの区別可能なトレーニングの特徴付けを構築するために用いられる。正の特徴付け（図４ａ）と負の特徴付け（図４ｂ）との間の代数的な差（図４ｃ）が計算され、そして、コスト分配関数（図４ｄ）は図４ｃに示されたこの差のスケールを逆にしたものである。図２を参照するに、描かれる等高線からの情報ＤＣＩは、本発明にしたがった正のポイントの群と負のポイントの群との間の代数的な差である。この差は正のポイントの洗練された特徴付けを定義する。図２と比較するに、図４においては、コスト分配関数は、０に初期化することを用いて計算され、それ故、特徴の全体的なヒストグラム（または、特徴付け）を用いて計算されない。この初期化のために、コスト分配関数の何れかの演繹的な知識を有することは必要ない。
【００２１】
本発明にしたがった方法の結果は、そのような洗練された正のポイントの特徴付けを用いることにより、負の領域の特徴の値が著しく不利にされる一方、正の領域のグレーレベルは有利にされることである。
【００２２】
好適な実施形態において、異なる特徴に対応する幾つかのポテンシャルが用いられる。その結果、ポテンシャル関数が定義され、パス抽出はポテンシャル関数の最小化となる。実際には、ポテンシャル関数は、複合的なポテンシャルである。
【００２３】
そのようなポテンシャルを用いることにより、画像に対して最小化される必要がある関数の著しい適応を可能にする。この場合の境界は、ポテンシャル関数の最小として尚も定義される。
【００２４】
Ｄｉｊｋｓｔｒａ並びにＣｏｈｅｎおよびＫｉｍｍｅｌは、そのようなポテンシャル関数からのパスを調べるために種々のアルゴリズムを提案している（Ｅ．Ｗ．ＤｉｊｋｓｔｒａによるＡ  ｎｏｔｅ  ｏｎ  ｔｗｏ  ｐｒｏｂｌｅｍ  ｉｎ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈ  ｇｒａｐｈｓ，Ｎｕｍｅｒｉｓｃｈｅ  Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ，ｐｐ２６９−２７１，１９５９，およびＬ．ＣｏｈｅｎとＲ．ＫｉｍｍｅｌによるＧｌｏｂａｌ  Ｍｉｎｉｍｕｍ  ｆｏｒ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｃｏｎｔｏｕｒ  Ｍｏｄｅｌｓ：  ａ  Ｍｉｎｉｍａｌ  Ｐａｔｈ  Ａｐｐｒｏａｃｈ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｖｉｓｉｏｎ，ｐｐ５７−７８，１９９７）。
【００２５】
例えば、ポテンシャル関数は、６つのデータ駆動の個別のポテンシャルの重み付けの合計である。それは、ポイントｐからポイントｑまで方向付けられたグラフアーク（ｇｒａｐｈ−ａｒｃ）において、次のように定義される。
【００２６】
Ｐ（ｐ，ｑ）＝ωＧＰＧ（ｑ）＋ωＬＰＬ（ｑ）＋ωＤＰＤ（ｐ，ｑ）＋ωＯＰＯ（ｑ）＋ωＥＰＥ（ｑ）
ここで、ＰＧ、ＰＬ、ＰＤ、ＰＯ、ＰＥは上記した特徴であるが、ポテンシャルを有するようにコスト分配関数を用いて変換されたものであり、ωは対応するポテンシャルの重み付けである。
【００２７】
そのような関数が定義されるとき、正のトレーニングのポイントの群および負のトレーニングのポイントの群を用いる他の利点は、各々の個別のポテンシャルのための両方のポイントの群の特徴付けの間の差の評価が、全体的なポテンシャル関数における対応する個別のポテンシャルの重み付けの適応を容易にすることである。例えば、図４における場合のように、正のポイントと負のポイントとの間の特徴付けが所定の特徴について十分区別可能である場合、考慮された特徴は境界に関連し、その重み付けは増加されることができると仮定されることが可能である。それにより、際立った特徴が所定の画像のために選択されること、または正確な特徴が多くの特徴から選択されること（例えば、対象の等高線のための適切な解像度の選択）が可能となる。
【００２８】
したがって、これら２つの正の特徴付けおよび負の特徴付けを用いる利点は２倍である。即ち、適応されたコスト分配関数の構成により各々の特徴のための適応ポテンシャルを構築すること、および、以下に述べるように、ポテンシャル関数における個々のポテンシャルの重み付けを自動的に適応させることである。
【００２９】
負の領域の導入は、よりよい個々のポテンシャルばかりでなく、ポテンシャルの全関数におけるこれら全てのポテンシャルの自動的な重み付けを生成する。
【００３０】
このような相乗効果のセグメント化ツールは、非専門家が何れかの収集の様式から解剖学の対象の等高線を即座にセグメント化することを可能にする。効果的には、１つのこのセグメント化の必要性は、画像からの視覚的決定を用いて等高線を描くことである。本方法のローバスト性は、ユーザが２つのポイントの間のパスを要求するとき、本方法が本発明にしたがって生成するポテンシャルの最小化により最小のポテンシャルパスを直接求めることが可能であることである。このセグメント化は、等高線を各々描いた後にコスト分配関数の自動的適応によりリアルタイムに適用されることができる。
【００３１】
図５を参照するに、イメージング装置ＡＰＰは、上記のようなセグメント化方法を実行するための画像セグメント化装置ＳＥＧ、表示手段ＤＩＳを有する前記イメージング装置および画像ＩＭにおける等高線を定義するための描画手段を有する。セグメント化装置ＳＥＧと表示手段は、イメージング装置ＡＰＰそのものにおいてではなく、または含まれることが可能である収集手段ＡＣＱから画像ＩＭを受け取る。セグメント化の方法は、プログラムされたコンピュータ、または本発明にしたがって関数化または計算を実行するために配置されるソフトウェア／ハードウェア手段を有する特別目的プロセッサにおいて適切に実行されることができる。
【００３２】
そのようなセグメント化装置の特定の実施形態において、インタラクティビティが最適なパスアプローチに導入された。この方法は、セグメント化プロセスにおける制御性の拡大をユーザに提供する。このアイデアは次のようなものである。即ち、開始ポイントは、抽出されるべき境界においてユーザにより選択され、最適な等高線は計算され、開始ポイントと現カーソルポイントとの間でリアルタイムに描かれる。このようにして、抽出の間に、ユーザ制御が適用される。このインタラクティビティは、描かれる等高線が生成されることを可能にする。これは、本発明にしたがった装置がユーザによりリアルタイムにインタラクティビティを可能にする描画手段ＤＲＷを有することを意味する。ユーザの描画が非常に正確でないとき、本発明により提供される正確なトレーニングは重要な特徴となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明にしたがったセグメント化方法のブロック図である。
【図２】コスト分配関数の計算段階を示す図である。
【図３】本発明の幾つかの実施形態を示す図である。
【図４】本発明にしたがったコスト分配関数の計算段階を示す図である。
【図５】本発明が実行されるイメージング装置のブロック図である。
【国際公開パンフレット】
2004530996.tif 000003
2004530996.tif 000004
2004530996.tif 000005
2004530996.tif 000006
2004530996.tif 000007
2004530996.tif 000008
2004530996.tif 000009
2004530996.tif 000010
2004530996.tif 000011
2004530996.tif 000012
2004530996.tif 000013
2004530996.tif 000014
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004530996.tif 000015
【国際調査報告】
2004530996.tif 000016
2004530996.tif 000017
2004530996.tif 000018