(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原画像にエロージョン処理及びダイレーション処理を施してボケ画像を作成するボケ画像作成手段と、
該ボケ画像作成手段により作成されたボケ画像と原画像との差分に対して、輝度上限値とボケ画像との差分に対する輝度上限値の比率を乗算することで、前記原画像の輝度補正を行う輝度補正手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記ボケ画像作成手段は、
前記原画像にエロージョン処理及びダイレーション処理を順次施すことで、オープニング処理を実現するオープニング処理手段と、
前記原画像にダイレーション処理及びエロージョン処理を順次施すことで、クロージング処理を実現するクロージング処理手段と、
前記オープニング処理手段によりオープニング処理が施された原画像、及び、前記クロージング処理手段によりクロージング処理が施された原画像の輝度の平均値を演算し、その演算結果をボケ画像とする輝度平均値演算手段と、
を含んだ構成である請求項１記載の画像処理装置。
【請求項３】
輝度補正を行う最低輝度を指定する輝度指定手段を備え、
前記輝度補正手段は、前記輝度指定手段により指定された最低輝度以上の輝度を有する画素に対してのみ、前記原画像の輝度補正を行う構成である請求項１又は請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
輝度補正を行う領域を指定する領域指定手段を備え、
前記輝度補正手段は、前記領域指定手段により指定された領域に含まれる画素に対してのみ、前記原画像の輝度補正を行う構成である請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の画像処理装置。
【請求項５】
原画像にエロージョン処理及びダイレーション処理を施してボケ画像を作成するボケ画像作成機能と、
該ボケ画像作成機能により作成されたボケ画像と原画像との差分に対して、輝度上限値とボケ画像との差分に対する輝度上限値の比率を乗算することで、前記原画像の輝度補正を行う輝度補正機能と、
をコンピュータに実現させるための画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像全体のコントラスト及び輝度を人間の目の感度に適応させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療用のＸ線画像（ＣＲ画像）は、通常、Ｘ線の透過量が多いところほど暗くなるように撮影され、医師等により読影される。ところで、このように撮影されたＸ線画像は高輝度部分がまぶしいので、医師等は、１日に数多くのＸ線画像を読影する必要上、目の疲労を低減することを目的として、高輝度部分を紙などで隠して読影することが多い。また、高輝度部分はもともとＸ線の検出感度が低いことに加え、人間の目は高輝度部分に対して感度が低くなっているため、医師等は高輝度部分の読影に苦労している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、医用画像のデジタル化が進んできており、前述したような問題を解決するため、次のような画像処理が行なわれている。即ち、暗い部分を詳細に読影するためには、高輝度部分を犠牲にして低輝度のレンジを広げ、一方、明るい部分を詳細に読影するためには、低輝度部分を犠牲にして高輝度のレンジを低輝度まで広げるといった画像処理が行なわれる。しかし、このような画像処理では、暗い部分又は明るい部分の一方が明確になるが、暗い部分及び明るい部分を同時に読影できないため、病変部の見落としにつながるおそれがある。
【０００４】
このため、画像全体を見やすくするために、高輝度部分を抑制するダイナミックレンジフィルタと、コントラストを高めるアンシャープマスクと、いう手法が提案されている（医用放射線科学講座１４「医用画像工学」参照）。
ダイナミックレンジフィルタでは、高輝度部分の細かいテクスチャのコントラストが強調されないため、明るい部分のコントラストが弱くなり、画像全体がのっぺりした感じになってしまうという欠点がある。
【０００５】
一方、アンシャープマスクは、平均化したボケ画像又は周波数変換を利用したボケ画像を作成し、原画像とボケ画像との差分を強調することで、コントラストを高める手法であるが、高輝度部分は依然としてまぶしく、もともとコントラストの高い部分では、図１８に示すように、ギブス現象が起こって誤診につながるおそれがある。例えば、健康診断で撮影される胸部のＣＲ画像の場合、肺の周囲に沿ってコントラストが非常に強いので、アンシャープマスクを施すと、肺の辺縁に沿って影のような部分が表われ、気胸であると誤診されるおそれがある。また、アンシャープマスクを施すことで、高輝度部分において輝度上限値を超えることもある。
【０００６】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、コントラストが強い部分にギブス現象が起こらないようにしつつ、画像全体のコントラスト及び輝度を人間の目の感度に適応させることができる画像処理装置及び画像処理プログラムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の発明では、原画像にエロージョン処理及びダイレーション処理を施してボケ画像を作成するボケ画像作成手段と、該ボケ画像作成手段により作成されたボケ画像と原画像との差分に対して、輝度上限値とボケ画像との差分に対する輝度上限値の比率を乗算することで、前記原画像の輝度補正を行う輝度補正手段と、を含んで画像処理装置を構成したことを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、原画像に対してエロージョン処理及びダイレーション処理が施されて、ボケ画像が作成される。このように作成されたボケ画像は、所定面積未満の領域における輝度の変動を無視する一方、所定面積以上の領域における輝度の変動の変化を正確に反映する。そして、ボケ画像と原画像との差分に対して、輝度上限値とボケ画像との差分に対する輝度上限値の比率を乗算することで、原画像の輝度補正が行なわれる。従って、原画像において、１回の処理で、所定面積以上を占める高輝度部分の輝度が下がる一方、その部分のコントラストが上がる。
【０００９】
請求項２記載の発明では、前記ボケ画像作成手段は、前記原画像にエロージョン処理及びダイレーション処理を順次施すことで、オープニング処理を実現するオープニング処理手段と、前記原画像にダイレーション処理及びエロージョン処理を順次施すことで、クロージング処理を実現するクロージング処理手段と、前記オープニング処理手段によりオープニング処理が施された原画像、及び、前記クロージング処理手段によりクロージング処理が施された原画像の輝度の平均値を演算し、その演算結果をボケ画像とする輝度平均値演算手段と、を含んだ構成であることを特徴とする。
【００１０】
かかる構成によれば、原画像にエロージョン処理及びダイレーション処理を順次施してオープニング処理が実現され、また、原画像にダイレーション処理及びエロージョン処理を順次施してクロージング処理が実現される。そして、オープニング処理が施された原画像及びクロージング処理が施された原画像の輝度の平均値が演算され、その演算結果がボケ画像となる。このため、所定面積以上を占める高輝度部分の輝度を下げつつ、その部分のコントラストを上げる輝度補正基準としてのボケ画像が容易に作成される。
【００１２】
請求項３記載の発明では、輝度補正を行う最低輝度を指定する輝度指定手段を備え、前記輝度補正手段は、前記輝度指定手段により指定された最低輝度以上の輝度を有する画素に対してのみ、前記原画像の輝度補正を行う構成であることを特徴とする。
かかる構成によれば、輝度指定手段により指定された最低輝度以上の輝度を有する画素に対してのみ、原画像の輝度補正が行なわれる。このため、原画像の状態に合わせて最低輝度を設定するようにすれば、低輝度部分の輝度が下がることが防止される。
【００１３】
請求項４記載の発明では、輝度補正を行う領域を指定する領域指定手段を備え、前記輝度補正手段は、前記領域指定手段により指定された領域に含まれる画素に対してのみ、前記原画像の輝度補正を行う構成であることを特徴とする。
かかる構成によれば、領域指定手段により指定された領域に含まれる画素に対してのみ、原画像の輝度が補正される。このため、ユーザが着目したい領域のみ画像処理を行なうことが可能となり、無駄な画像処理を行なわないようにすることで、画像処理装置のパフォーマンスが向上する。
【００１４】
請求項５記載の発明では、原画像にエロージョン処理及びダイレーション処理を施してボケ画像を作成するボケ画像作成機能と、該ボケ画像作成機能により作成されたボケ画像と原画像との差分に対して、輝度上限値とボケ画像との差分に対する輝度上限値の比率を乗算することで、前記原画像の輝度補正を行う輝度補正機能と、をコンピュータに実現させるための画像処理プログラムであることを特徴とする。
かかる構成によれば、請求項１記載の発明における作用に加え、例えば、インターネットに接続されたサーバ上に、ボケ画像作成機能及び輝度補正機能をコンピュータに実現させるための画像処理プログラムが登録されていれば、電気通信回線を介して、かかるプログラムをダウンロードすることで、本発明に係る画像処理装置が容易に構築される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
本発明に係る画像処理装置（以下「画像処理装置」という）は、図１に示すように、中央処理装置（ＣＰＵ）１０と、主記憶装置としてのメモリ１２と、入出力チャネル１４と、ディスプレイ装置１６と、マウス１８と、を含んで構成されるコンピュータシステム上に構築される。そして、画像処理装置では、メモリ１２にロードされたプログラムに従って、後述する画像処理が行なわれる。
【００１６】
なお、メモリ１２にロードされたプログラムにより、ボケ画像作成手段，輝度補正手段，オープニング処理手段，クロージング処理手段，輝度平均値演算手段，輝度指定手段，領域指定手段，ボケ画像作成機能及び輝度補正機能が実現される。
図２は、画像処理内容の概要を示したフローチャートである。
【００１７】
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、画像処理を行なう処理領域が指定される。処理領域としては、高輝度領域，任意領域，特定部位領域等がある。高輝度領域は、所定輝度（最低輝度）以上の画素に対してのみ画像処理が行なわれるようにするものであって、所定輝度を特定する閾値を介して指定される。任意領域は、指定された領域に含まれる画素に対してのみ画像処理が行なわれるようにするものであって、マウス１８を介して指定される。特定部位領域は、例えば、胸部ＣＲ画像における肺のように、画像の特定部分に対してのみ画像処理が行なわれるようにするものであって、部位認識機能と連携して指定される。なお、処理領域は、高輝度領域，任意領域及び特定部位領域の少なくとも２つを組み合わせて指定するようにしてもよい。
【００１８】
ここで、高輝度領域に関する閾値を指定する手段が、輝度指定手段に該当し、任意領域に関する領域を指定する手段が、領域指定手段に該当する。
ステップ２では、原画像の輝度を補正する基準となるボケ画像が作成される。ボケ画像は、モルフォロジー（Morphology）という画像の構造を解析する手法を用い、図３に示すような流れ図に沿って作成される。以下、ボケ画像の作成について、詳細に説明する。なお、ステップ２における処理が、ボケ画像作成手段及びボケ画像作成機能に該当する。
【００１９】
先ず、原画像に対して、オープニング（Opening）とクロージング（Closing）という処理が施される。オープニング処理とは、画像の小さな凸部を平滑化する処理、クロージング処理とは、画像の小さな凹部を平滑化する処理のことをいう。オープニング処理及びクロージング処理は、夫々、エロージョン（Erosion）とダイレーション（Dilation）という処理を組み合わせて実現される。
【００２０】
エロージョン処理及びダイレーション処理は、構造要素よりも小さな凹凸を画像から取り除く処理である。ここで、構造要素とは、画像に対する演算に用いられる要素であって、例えば、画像の一辺の画素数の１／４０を直径とする円で囲まれる領域のことをいう。また、画素間のスケールが明らかな場合には、構造要素の直径を９ｃｍと定義することもできる。即ち、モルフォロジーにおいては、任意の領域からなる構造要素を指定することができるのである。
【００２１】
エロージョン処理では、図４に示すように、構造要素よりも小さな凸部を画像から取り除く処理が行なわれる。即ち、図４（Ａ）に示すような構造要素を用い、図４（Ｂ）に示すように、構造要素を上下逆にした状態で原点を原画像に沿って平行移動したとき、その幅Ｗ内における輝度の最小値が出力画像となる。
【００２２】
【外１】
0003730872.tif 000002
【００２３】
次に、図６（Ａ）に示す十字形の構造要素を用いて、図６（Ｂ）に示す原画像に対してエロージョン処理を施すとどのようになるかを説明する。なお、図６（Ａ）の構造要素において、「＜＞」は原点、「＊」は領域外であることを示す。また、構造要素の領域内における数値は、構造要素が取り得る値を示す。
図６（Ｂ）に示す原画像に対してエロージョン処理を施す場合には、図６（Ｃ）に示すように、原画像の左上から右下に向かって、各画素に対して処理が行なわれる。構造要素が、図６（Ｃ）の左上に位置するとき、エロージョン処理の定義式を適用すると、
min(2-0，0-0，2-0，8-0，8-0)=0
となり、その演算値は０となる。また、構造要素が、図６（Ｃ）の右上に位置するとき、エロージョン処理の定義式を適用すると、
min(8-0，6-0，2-0，2-0，6-0)=2
となり、その演算値は２となる。そして、このようなエロージョン処理を全画素に対して行なうと、図６（Ｄ）のようになる。ここで、図６（Ｂ）〜（Ｄ）における各画素の値は、輝度を表わしている（以下同様）。
【００２４】
ダイレーション処理では、図７に示すように、構造要素よりも小さな凹部を画像から取り除く処理が行なわれる。即ち、エロージョン処理と同じ構造要素（図４（Ａ）参照）を用い、構造要素の原点を原画像に沿って平行移動したとき、その幅Ｗ内における輝度の最大値が出力画像となる。
【００２５】
【外２】
0003730872.tif 000003
【００２６】
次に、エロージョン処理と同様に、図６（Ａ）に示す十字形の構造要素を用いて、図６（Ｂ）に示す原画像に対してダイレーション処理を施すとどのようになるかを説明する。
図６（Ｂ）に示す原画像に対してエロージョン処理を施す場合には、図６（Ｃ）に示すように、原画像の左上から右下に向かって、各画素に対して処理が行なわれる。構造要素が、図６（Ｃ）の左上に位置するとき、ダイレーション処理の定義式を適用すると、
max(2+0，0+0，2+0，8+0，8+0)=8
となり、その演算値は８となる。また、構造要素が、図６（Ｃ）の右上に位置するとき、ダイレーション処理の定義式を適用すると、
max(8+0，6+0，2+0，2+0，6+0)=8
となり、その演算値は８となる。そして、このようなダイレーション処理を全画素に対して行なうと、図９のようになる。
【００２７】
【外３】
0003730872.tif 000004
【００２８】
要するに、オープニング処理は、エロージョン処理の後ダイレーション処理を続けて施し、クロージング処理は、ダイレーション処理の後エロージョン処理を続けて施すことで実現される。そして、オープニング処理及びクロージング処理を施すことにより、図１０及び図１１に示すように、原画像の小さな凹部及び凸部が平滑される。また、図６（Ｂ）に示す原画像に対して、オープニング処理及びクロージング処理を施した結果は、夫々、図１２及び図１３のようになる。
【００２９】
なお、エロージョン処理及びダイレーション処理を組み合わせることで、オープニング処理及びクロージング処理を実現する一連の処理が、夫々、オープニング処理手段及びクロージング処理手段に該当する。
その後、図１４（Ａ）に示すオープニング処理結果と、図１４（Ｂ）に示すクロージング処理結果と、を単純平均して、図１４（Ｃ）に示すようなボケ画像が作成される。なお、図６（Ｂ）に示す原画像より作成されたボケ画像は、図１５のようになる。ここで、オープニング処理結果とクロージング処理結果とを単純平均してボケ画像を作成する処理が、輝度平均値演算手段に該当する。
【００３０】
ステップ３では、ボケ画像に基づく輝度補正が行なわれる。なお、ステップ３における処理が、輝度補正手段及び輝度補正機能に該当する。
【００３１】
【外４】
0003730872.tif 000005
【００３２】
そして、図１６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ボケ画像を閾値分だけ下げ、輝度上限値をベースラインとして、ボケ画像が輝度０になるまで拡大することで、図１６（Ｃ）に示すように、輝度補正が行なわれる。即ち、ボケ画像と原画像との差分に対して、輝度上限値をボケ画像との差分に対する輝度上限値の比率を乗算することで、原画像の輝度が補正される。また、図６（Ｂ）に示す原画像は、最終的には、図１７に示すようになる。
【００３３】
ステップ４では、輝度補正が行なわれた画像がディスプレイ１６に表示される。
以上説明した処理によれば、原画像は、図１６（Ｃ）に示すように、閾値ｔよりも輝度が高くかつ構造要素よりも面積が広い部分において、その輝度が下がると共にコントラストが上がる。このため、閾値ｔよりも輝度が低い低輝度部分の輝度の低下を伴わずに、高輝度部分の輝度を下げつつそのコントラストを上げることができ、コントラストが強い部分にギブス現象が起こらないようにしつつ、画像全体のコントラスト及び輝度を人間の目の感度に適応させることができる。
【００３４】
この結果、一見して画像全体を読影できる質の高い画像が得られ、医師等は、ＣＲ画像を読影する際、画像全体から病変部の診断を行なうことが可能となり、診断精度を向上させることができるようになる。
なお、インターネットに接続されたサーバ上に、本発明に係る画像処理プログラムを登録させておけば、電気通信回線を介して、かかるプログラムをダウンロードすることで、本発明に係る画像処理装置を容易に構築することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、１回の処理で、所定面積以上を占める高輝度部分の輝度が下がる一方、その部分のコントラストが上がるため、コントラストが強い部分にギブス現象が起こらないようにしつつ、画像全体のコントラスト及び輝度を人間の目の感度に適応させることができる。
【００３６】
請求項２記載の発明によれば、所定面積以上を占める高輝度部分の輝度を下げつつ、その部分のコントラストを上げる輝度補正基準としてのボケ画像を容易に作成することができる。
【００３７】
請求項３記載の発明によれば、原画像の状態に合わせて最低輝度を設定するようにすれば、低輝度部分の輝度が下がることを防止することができる。
請求項４記載の発明によれば、無駄な画像処理を行なわないようにすることで、画像処理装置のパフォーマンスを向上することができる。
請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の発明における効果に加え、例えば、インターネットに接続されたサーバ上に、ボケ画像作成機能及び輝度補正機能をコンピュータに実現させるための画像処理プログラムが登録されていれば、電気通信回線を介して、かかるプログラムをダウンロードすることで、本発明に係る画像処理装置を容易に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像処理装置の構成図である。
【図２】同上における画像処理内容を示したフローチャートである。
【図３】ボケ画像の作成処理を示す流れ図である。
【図４】エロージョン処理を示し、（Ａ）は構造要素、（Ｂ）は（Ａ）に示す構造要素を用いた処理の説明図である。
【図５】エロージョン処理を実現するプログラムの説明図である。
【図６】エロージョン処理の具体例を示し、（Ａ）は構造要素、（Ｂ）は原画像、（Ｃ）は処理順序、（Ｄ）は処理結果の説明図である。
【図７】ダイレーション処理の説明図である。
【図８】図６（Ｂ）に示す原画像に対するダイレーション処理を実現するプログラムの説明図である。
【図９】ダイレーション処理結果の説明図である。
【図１０】オープニング処理結果の説明図である。
【図１１】クロージング処理結果の説明図である。
【図１２】図６（Ｂ）に示す原画像に対するオープニング処理結果の説明図である。
【図１３】図６（Ｂ）に示す原画像に対するクロージング処理結果の説明図である。
【図１４】ボケ画像の作成原理を示し、（Ａ）はクロージング処理結果、（Ｂ）はオープニング処理結果、（Ｃ）は作成されたボケ画像の説明図である。
【図１５】図６（Ｂ）に示す原画像から作成されたボケ画像の説明図である。
【図１６】ボケ画像に基づく輝度補正を示し、（Ａ）は原画像に対する閾値及びボケ画像、（Ｂ）は閾値によるボケ画像の補正、（Ｃ）は輝度補正結果の説明図である。
【図１７】図６（Ｂ）に示す原画像の輝度補正結果の説明図である。
【図１８】アンシャープマスクの問題点の説明図である。
【符号の説明】
１０・・・中央処理装置
１２・・・メモリ
１４・・・入出力チャネル
１８・・・マウス
【図１】
0003730872.tif 000006
【図２】
0003730872.tif 000007
【図３】
0003730872.tif 000008
【図４】
0003730872.tif 000009
【図５】
0003730872.tif 000010
【図６】
0003730872.tif 000011
【図７】
0003730872.tif 000012
【図８】
0003730872.tif 000013
【図９】
0003730872.tif 000014
【図１０】
0003730872.tif 000015
【図１１】
0003730872.tif 000016
【図１２】
0003730872.tif 000017
【図１３】
0003730872.tif 000018
【図１４】
0003730872.tif 000019
【図１５】
0003730872.tif 000020
【図１６】
0003730872.tif 000021
【図１７】
0003730872.tif 000022
【図１８】
0003730872.tif 000023