(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検体の投影像に基づき、前記検体の３次元ボリュームデータを生成する画像処理装置において、
同一の前記検体を同一方向から投影した、画面上の前記検体の投影サイズが異なるズームイン投影像とズームアウト投影像からなる投影像組を取得する取得手段と、
取得された前記投影像組のうち、前記ズームアウト投影像を拡大することにより、画面上の前記検体の投影サイズを前記ズームイン投影像と統一する統一手段と、
拡大された前記ズームアウト投影像の輝度を調整する調整手段と、
拡大されて輝度が調整された前記ズームアウト投影像と、前記ズームイン投影像とを合成して、合成投影像を生成する合成手段と、
同一の前記検体を全周方向から投影して得られた複数の前記投影像組にそれぞれ対応する前記合成投影像に基づき、前記検体の３次元ボリュームデータを生成する生成手段と
を含む画像処理装置。
【請求項２】
前記調整手段は、拡大された前記ズームアウト投影像の輝度の平均値が、前記ズームイン投影像の輝度の平均値と一致するように調整する
請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記調整手段は、拡大された前記ズームアウト投影像の前記ズームイン投影像との境界付近の輝度に、境界からの距離に応じて、前記ズームイン投影像の境界の画素の輝度を合成する
請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記合成手段は、拡大されて輝度が調整された前記ズームアウト投影像を背景、前記ズームイン投影像を前景として合成し、前記合成投影像を生成する
請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項５】
検体の投影像に基づき、前記検体の３次元ボリュームデータを生成する画像処理装置の画像処理方法において、
同一の前記検体を同一方向から投影した、画面上の前記検体の投影サイズが異なるズームイン投影像とズームアウト投影像からなる投影像組を取得する取得ステップと、
取得された前記投影像組のうち、前記ズームアウト投影像を拡大することにより、画面上の前記検体の投影サイズを前記ズームイン投影像と統一する統一ステップと、
拡大された前記ズームアウト投影像の輝度を調整する調整ステップと、
拡大されて輝度が調整された前記ズームアウト投影像と、前記ズームイン投影像とを合成して、合成投影像を生成する合成ステップと、
同一の前記検体を全周方向から投影して得られた複数の前記投影像組にそれぞれ対応する前記合成投影像に基づき、前記検体の３次元ボリュームデータを生成する生成ステップと
を含む画像処理方法。
【請求項６】
検体の投影像に基づき、前記検体の３次元ボリュームデータを生成する画像処理装置の制御用のプログラムであって、
同一の前記検体を同一方向から投影した、画面上の前記検体の投影サイズが異なるズームイン投影像とズームアウト投影像からなる投影像組を取得する取得ステップと、
取得された前記投影像組のうち、前記ズームアウト投影像を拡大することにより、画面上の前記検体の投影サイズを前記ズームイン投影像と統一する統一ステップと、
拡大された前記ズームアウト投影像の輝度を調整する調整ステップと、
拡大されて輝度が調整された前記ズームアウト投影像と、前記ズームイン投影像とを合成して、合成投影像を生成する合成ステップと、
同一の前記検体を全周方向から投影して得られた複数の前記投影像組にそれぞれ対応する前記合成投影像に基づき、前記検体の３次元ボリュームデータを生成する生成ステップと
を含む処理を画像処理装置のコンピュータに実行させるプログラムが記録されている記録媒体。
【請求項７】
検体の投影像に基づき、前記検体の３次元ボリュームデータを生成する画像処理装置の制御用のプログラムであって、
同一の前記検体を同一方向から投影した、画面上の前記検体の投影サイズが異なるズームイン投影像とズームアウト投影像からなる投影像組を取得する取得ステップと、
取得された前記投影像組のうち、前記ズームアウト投影像を拡大することにより、画面上の前記検体の投影サイズを前記ズームイン投影像と統一する統一ステップと、
拡大された前記ズームアウト投影像の輝度を調整する調整ステップと、
拡大されて輝度が調整された前記ズームアウト投影像と、前記ズームイン投影像とを合成して、合成投影像を生成する合成ステップと、
同一の前記検体を全周方向から投影して得られた複数の前記投影像組にそれぞれ対応する前記合成投影像に基づき、前記検体の３次元ボリュームデータを生成する生成ステップと
を含む処理を画像処理装置のコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関し、特に、ＣＴスキャンによって取得する３次元物体の２次元投影像を元にして、３次元物体の３次元ボリュームデータを生成する場合に用いて好適な画像処理装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、工業用非破壊検査の分野においては、検体に対して全周方向からＸ線を照射し、得られる複数の２次元投影像を再構成して、検体の３次元ボリュームデータを生成するＣＴ(Computed Tomography)スキャンシステムが利用されている。
【０００３】
図１は、従来の一般的なＣＴスキャンシステムの構成例を示している。一般的なＣＴスキャンシステムにおいては、Ｘ線照射部１によって検体に対してＸ線が照射され、回転台２に搭載された検体が３６０°回転され、検出部３によってＸ線照射部１から照射されて検体を透過したＸ線が検出されて２次元投影像が生成され、画像処理部４によって全周方向からの各２次元投影像が再構成されて検体の３次元ボリュームデータが生成される（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
なお、回転台２を設ける代わりに、Ｘ線照射部１および検出部３が、固定された検体の周囲を３６０°回転するようにさなされているシステムも存在する。
【０００５】
ところで、検体のより解像度の高い３次元ボリュームデータを取得しようとした場合、検出部３に対して検体がより大きく投影されるように、Ｘ線照射部１と検体を載せる回転台の距離が近づけられて２次元投影像が取得される。
【０００６】
【非特許文献１】
佐々木徹、福田安志著「分散メモリ型マルチプロセッサシステムを用いた三次元Ｘ線ＣＴ像の再構成」、情報処理学会、ｐｐ１６８１
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ただし、ＣＴスキャンシステムにより３次元ボリュームデータを生成できる検体は、全周方向において、図示する再構成可能領域５に収まっている必要があるので、例えば、図２および図３に示すように、検体１１を載せた回転台２がＸ線照射部１に近づけられて配置された場合、回転台２の回転角度によっては、検体１１がＸ線の照射領域の外、すなわち、再構成可能領域５から外れてしまうことがある。このような場合、元となる２次元投影像のデータ量が不足することになるので、検体の正確な３次元ボリュームデータを生成することができない課題があった。
【０００８】
特に、検体の全体が再構成可能領域５に収まらない状態で検出された２次元投影像に基づいて３次元ボリュームデータを生成した場合、生成された３次元ボリュームデータに、実在しないアーチファクトが生じてしまう課題があった。
【０００９】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、アーチファクトを生じさせることなく、検体の３次元ボリュームデータを、より詳細に生成できるようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像処理装置は、同一の検体を同一方向から投影した、画面上の検体の投影サイズが異なるズームイン投影像とズームアウト投影像からなる投影像組を取得する取得手段と、取得された投影像組のうち、ズームアウト投影像を拡大することにより、画面上の検体の投影サイズをズームイン投影像と統一する統一手段と、拡大されたズームアウト投影像の輝度を調整する調整手段と、拡大されて輝度が調整されたズームアウト投影像と、ズームイン投影像とを合成して、合成投影像を生成する合成手段と、同一の検体を全周方向から投影して得られた複数の投影像組にそれぞれ対応する合成投影像に基づき、検体の３次元ボリュームデータを生成する生成手段とを含む。
【００１１】
前記調整手段は、拡大されたズームアウト投影像の輝度の平均値が、ズームイン投影像の輝度の平均値と一致するように調整するようにすることができる。
【００１２】
前記調整手段は、拡大されたズームアウト投影像のズームイン投影像との境界付近の輝度に、境界からの距離に応じて、ズームイン投影像の境界の画素の輝度を合成するようにすることができる。
【００１３】
前記合成手段は、拡大されて輝度が調整されたズームアウト投影像を背景、ズームイン投影像を前景として合成し、合成投影像を生成するようにすることができる。
【００１４】
本発明の画像処理方法は、同一の検体を同一方向から投影した、画面上の検体の投影サイズが異なるズームイン投影像とズームアウト投影像からなる投影像組を取得する取得ステップと、取得された投影像組のうち、ズームアウト投影像を拡大することにより、画面上の検体の投影サイズをズームイン投影像と統一する統一ステップと、拡大されたズームアウト投影像の輝度を調整する調整ステップと、拡大されて輝度が調整されたズームアウト投影像と、ズームイン投影像とを合成して、合成投影像を生成する合成ステップと、同一の検体を全周方向から投影して得られた複数の投影像組にそれぞれ対応する合成投影像に基づき、検体の３次元ボリュームデータを生成する生成ステップとを含む。
【００１５】
本発明の記録媒体は、同一の検体を同一方向から投影した、画面上の検体の投影サイズが異なるズームイン投影像とズームアウト投影像からなる投影像組を取得する取得ステップと、取得された投影像組のうち、ズームアウト投影像を拡大することにより、画面上の検体の投影サイズをズームイン投影像と統一する統一ステップと、拡大されたズームアウト投影像の輝度を調整する調整ステップと、拡大されて輝度が調整されたズームアウト投影像と、ズームイン投影像とを合成して、合成投影像を生成する合成ステップと、同一の検体を全周方向から投影して得られた複数の投影像組にそれぞれ対応する合成投影像に基づき、検体の３次元ボリュームデータを生成する生成ステップとを含む処理を画像処理装置のコンピュータに実行させるプログラムが記録されている。
【００１６】
本発明のプログラムは、同一の検体を同一方向から投影した、画面上の検体の投影サイズが異なるズームイン投影像とズームアウト投影像からなる投影像組を取得する取得ステップと、取得された投影像組のうち、ズームアウト投影像を拡大することにより、画面上の検体の投影サイズをズームイン投影像と統一する統一ステップと、拡大されたズームアウト投影像の輝度を調整する調整ステップと、拡大されて輝度が調整されたズームアウト投影像と、ズームイン投影像とを合成して、合成投影像を生成する合成ステップと、同一の検体を全周方向から投影して得られた複数の投影像組にそれぞれ対応する合成投影像に基づき、検体の３次元ボリュームデータを生成する生成ステップとを含む処理を画像処理装置のコンピュータに実行させる。
【００１７】
本発明においては、同一の検体を同一方向から投影した、画面上の検体の投影サイズが異なるズームイン投影像とズームアウト投影像からなる投影像組が取得され、取得された投影像組のうち、ズームアウト投影像が拡大されることにより、画面上の検体の投影サイズがズームイン投影像と統一され、拡大されたズームアウト投影像の輝度が調整され、拡大されて輝度が調整されたズームアウト投影像と、ズームイン投影像とが合成されて合成投影像が生成される。さらに、同一の検体を全周方向から投影して得られた複数の投影像組にそれぞれ対応する合成投影像に基づき、検体の３次元ボリュームデータが生成される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
図４は、本発明を適用したＣＴスキャンシステムの構成例を示している。当該ＣＴスキャンシステムは、図１に示されたＣＴスキャンシステム、あるいは、図１に示されたＣＴスキャンシステムのように回転台２を設けるのではなく、回転台２を設ける代わりに、Ｘ線照射部１および検出部３が、固定された検体の周囲を３６０°回転するようにさなされているシステムの画像処理部４を、画像処理部２０を用いて置換したものである。
【００２５】
画像処理部２０は、検出部３から供給される、ズームイン投影像とズームアウト投影像を合成して、合成投影像を生成し、生成した複数の合成投影像を再構成して、検体１１の３次元ボリュームデータを生成する。なお、従来の場合と対応する部分には、同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【００２６】
ここで、画像処理部２０に供給されるズームイン投影像とズームアウト投影像について説明する。ズームイン投影像は、図４に示すように、Ｘ線照射部１と検体１１の距離を近づけた状態で全周方向からＸ線が照射され、図５に示すように、検体１１が所望の大きさで投影されている２次元投影像である。
【００２７】
ズームアウト投影像は、図６に示すように、Ｘ線照射部１と検体１１の距離を遠ざけた状態で全周方向からＸ線が照射され、図７に示すように、検体１１の全体が投影された２次元投影像である。
【００２８】
なお、ズームイン投影像には、必ずしも、検体１１の全体が投影されている必要はない。これに対して、ズームアウト投影像には、ズームイン投影像より広い範囲で検体１１が投影されている必要がある。光学倍率を用いて表現すれば、ズームアウト投影像は、ズームイン投影像の投影時の１／２倍程度が望ましい。ただし、回転台２の回転角度に拘わらず、全周の各ズームアウト投影像に検体１１の全体が投影されているならば、それで十分である。
【００２９】
図８は、所定のプログラムを実行することにより、画像処理部２０として動作するパーソナルコンピュータの構成例を示している。
【００３０】
このパーソナルコンピュータは、CPU(Central Processing Unit)２１を内蔵している。CPU２１にはバス２４を介して、入出力インタフェース２５が接続されている。バス２４には、ROM(Read Only Memory)２２およびRAM(Random Access Memory)２３が接続されている。
【００３１】
入出力インタフェース２５には、ユーザが操作コマンドを入力するキーボード、マウス等の入力デバイスよりなる入力部２６、処理対象の画像等を表示するCRT(Cathode Ray Tube)またはLCD(Liquid Crystal Display)等よりなる出力部２７、プログラムや各種データを格納するハードディスクドライブなどよりなる記憶部２８、およびLAN(Local Area Network)アダプタなどよりなり、インタネットに代表されるネットワークを介した通信処理を実行する通信部２９が接続されている。また、磁気ディスク３１（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク３２（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)を含む）、光磁気ディスク３３（ＭＤ(Mini Disc)を含む）、もしくは半導体メモリ３４などの記録媒体に対してデータを読み書きするドライブ３０が接続されている。
【００３２】
このパーソナルコンピュータに画像処理部２０としての動作を実行させるプログラムは、磁気ディスク３１乃至半導体メモリ３４に格納された状態でパーソナルコンピュータに供給され、ドライブ３０によって読み出されて記憶部２８に内蔵されるハードディスクドライブにインストールされている。記憶部２８にインストールされているプログラムは、入力部２６に入力されるユーザからのコマンドに対応するCPU２１の指令によって、記憶部２８からRAM２３にロードされて実行される。
【００３３】
なお、画像処理部２０は、ハードウェアとして実現することも可能である。
【００３４】
次に、画像処理部２０による、ズームイン投影像とズームアウト投影像から検体１１の３次元ボリュームデータが生成される処理について、図９のフローチャートを参照して説明する。
【００３５】
ステップＳ１において、画像処理部２０は、全周方向から順次、Ｘ線を照射して検出された各ズームイン投影像およびズームアウト投影像を検出部３から取得する。例えば、回転台２の回転角１°毎に１枚ずつ投影像が撮影されている場合、３６０組のズームイン投影像とズームアウト投影像が取得される。
【００３６】
以下に説明するステップＳ２乃至４の処理は、３６０組のズームイン投影像とズームアウト投影像に対して実行される。
【００３７】
ステップＳ２において、画像処理部２０は、図６に示されたズームイン投影像における検体１１のサイズと、図７に示されたズームアウト投影像における検体１１のサイズとが一致するように、ズームアウト投影像を拡大して、図１０Ａに示すような拡大したズームアウト投影像を生成する。
【００３８】
具体的には、ズームアウト投影像の撮影時の拡大率をn_out、ズームイン投影像の撮影時の拡大率をn_inとして場合、ズームアウト投影像を拡大率（n_in／n_out）で拡大する。
【００３９】
なお、ズームアウト投影像とズームイン投影像とは、同一の検体１１を撮影したものであるにも拘わらず、撮影時の拡大率が異なるので、それぞれの輝度値が異なっている。そこで、ステップＳ３において、画像処理部２０は、拡大したズームアウト投影像の輝度を補正する。
【００４０】
ステップＳ３の処理の詳細について、図１１のフローチャートを参照して説明する。ステップＳ１１において、画像処理部２０は、拡大したズームアウト投影像の輝度の平均値（以下、平均輝度値を記述する）とズームイン投影像の平均輝度値が等しくなるように、拡大したズームアウト投影像の全ての画素の輝度値を調整する。
【００４１】
具体的には、次式に従って、調整後の拡大したズームアウト投影像の輝度値p_out'を算出する。
p_out'＝｛ave（p_in）／ave（p_out）｝・p_out                  …（１）
ただし、ave（p_in）は、ズームイン投影像の平均輝度値、ave（p_out）は、拡大されたズームイン投影像の平均輝度値、p_outは、拡大されたズームイン投影像の調整前の輝度値である。
【００４２】
ステップＳ１２において、画像処理部２０は、図１１に示すように、平均輝度値が調整済の拡大したズームアウト投影像のうち、後段の処理において合成されるズームイン画像との境界部分の輝度に、ズームイン画像の端の輝度値を、ズームイン画像の端からの距離に応じて合成することにより、境界の輝度の段差が目立たないように補正する。
【００４３】
具体的には、次式に従って補正後の輝度値out'[k]を算出する。
out'[ｋ]＝｛ｋ・ｉｎ＋（ｂｗ−ｋ）・out[ｋ]｝／ｂｗ          …（２）
ただし、ｋはズームイン投影像からの横方向の距離に対応する整数であり、０≦ｋ＜ｂｗの範囲で変動される。ｉｎはズームイン投影像の端の輝度、ｂｗは境界部分の横方向の幅（画素数）を示している。
【００４４】
以上のようにして、拡大したズームアウト投影像の輝度を補正した後、処理は図９のステップＳ４に戻る。
【００４５】
ステップＳ４において、画像処理部２０は、図１０Ａに示すような輝度が補正済の拡大されたズームアウト投影像を背景に、図１０Ｂに示すようなズームイン投影像を前景にして合成することにより、図１０Ｃに示すような合成投影像を生成する。ただし、図１０Ｃに示した合成投影像では、図示する都合上、合成した境目が明確となっているが、実際にはステップＳ３の処理により、拡大されたズームアウト投影像の輝度が補正されているので、当該境目が目立たない状態になっている。
【００４６】
ステップＳ５において、画像処理部２０は、ステップＳ４までの処理によって得られた複数の（いまの例の場合、３６０枚）の合成投影像を再構成することにより、検体１１の３次元ボリュームデータを生成する。
【００４７】
なお、ステップＳ５の処理において用いられた複数の合成投影像には、検体１１が部分的に欠けることもなく投影されているので、実在しないアーチファクトを生じさせることなく、任意の倍率で３次元ボリュームデータを生成することができる。
【００４８】
以上で、画像処理部２０による、ズームイン投影像とズームアウト投影像から検体１１の３次元ボリュームデータが生成される処理の説明を終了する。
【００４９】
次に、従来のＣＴスキャンシステムによって生成された３次元ボリュームデータと、本発明を適応したＣＴスキャンシステムによって生成された３次元ボリュームデータとを比較する。
【００５０】
図１３は、従来のＣＴスキャンシステムより、検体４１が再構成可能領域５からはみ出した状態で得られた２次元投影像を元にして生成された３次元ボリュームデータの例を示している。同図に示すように、３次元ボリュームデータには、実在しないアーチファクト４２が生じている。これに対し、図１４は、本発明を適応したＣＴスキャンシステムにより、同一の検体４１の３次元ボリュームデータを生成した例を示している。同図に示すように、本発明を適応したＣＴスキャンシステムによれば、アーチファクトを発生させることなく、３次元ボリュームデータを生成することができる。
【００５１】
同様に、図１５は、従来のＣＴスキャンシステムより、検体５１が再構成可能領域５からはみ出した状態で得られた２次元投影像を元にして生成された３次元ボリュームデータの例を示している。同図に示すように、３次元ボリュームデータには、実在しないアーチファクト５２が生じている。これに対し、図１６は、本発明を適応したＣＴスキャンシステムにより、同一の検体５１の３次元ボリュームデータを生成した例を示している。同図に示すように、本発明を適応したＣＴスキャンシステムによれば、アーチファクトを発生させることなく、３次元ボリュームデータを生成することができる。
【００５２】
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に従って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【００５３】
また、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、アーチファクトを生じさせることなく、検体の３次元ボリュームデータを、より詳細に生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の一般的なＣＴスキャンシステムの構成例を示す図である。
【図２】検体が再構成可能領域５からはみ出す状態を説明するための図である。
【図３】検体が再構成可能領域５からはみ出す状態を説明するための図である。
【図４】ズームイン投影像を検出するときにＸ線照射部と回転台の位置関係を示す図である。
【図５】ズームイン投影像の一例を示す図である。
【図６】ズームアウト投影像を検出するときにＸ線照射部と回転台の位置関係を示す図である。
【図７】ズームアウト投影像の一例を示す図である。
【図８】所定のプログラムを実行することにより、本発明を適用した画像処理部として動作するパーソナルコンピュータの構成例を示すブロック図である。
【図９】本発明を適用した画像処理部の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明を適用した画像処理部の動作を説明するための図である。
【図１１】図９のステップＳ３の処理を説明するフローチャートである。
【図１２】図９のステップＳ３の処理を説明するための図である。
【図１３】従来のＣＴスキャンシステムにより生成された３次元ボリュームデータの一例を示す図である。
【図１４】図１３の場合と同一の検体について、本発明を適用したＣＴスキャンシステムにより生成された３次元ボリュームデータの一例を示す図である。
【図１５】従来のＣＴスキャンシステムにより生成された３次元ボリュームデータの一例を示す図である。
【図１６】図１５の場合と同一の検体について、本発明を適用したＣＴスキャンシステムにより生成された３次元ボリュームデータの一例を示す図である。
【符号の説明】
１  Ｘ線照射部，  ２  回転台，  ３  検出部，  ５  再構成可能領域，  ２０  画像処理部，  ２１  CPU，  ３１  磁気ディスク，  ３２  光ディスク，３３  光磁気ディスク，  ３４  半導体メモリ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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