JP6678541B2 - 画像処理装置、方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、入力画像に対してダイナミックレンジ圧縮処理を行う画像処理装置、方法およびプログラムに関するものである。

画像診断に用いられる放射線画像はＣＲ(Computed radiography)システムにおける撮影、あるいは放射線検出器（ＦＰＤ(Flat Panel Detector)）を用いた撮影により取得されるが、取得される放射線画像のダイナミックレンジは非常に広い。このようなダイナミックレンジが広い放射線画像を出力装置において再生する場合において、画像上の低濃度部（高輝度部）の白飛びおよび高濃度部（低輝度部）の黒つぶれを防止するために、画像のダイナミックレンジを出力装置が出力可能な濃度域に収めるように、画像のダイナミックレンジを圧縮することが行われている。

例えば、入力された放射線画像に対して、あるマスクサイズのフィルタによりフィルタリング処理を行って非鮮鋭マスク画像（以下ボケ画像とする）を生成し、ボケ画像に対して撮影部位ごとに予め定められた圧縮量となる圧縮テーブルを適用することにより圧縮成分画像を生成し、圧縮成分画像を放射線画像に加算することにより、放射線画像のダイナミックレンジを圧縮することが行われている。しかしながら、このような撮影部位ごとに予め定められた圧縮テーブルを用いると、被写体の体型によっては、白飛びおよび黒つぶれを防止することができない場合がある。例えば、肥満体型の被写体の放射線画像は標準体型の被写体の放射線画像と比較して濃度域が広くなるため、予め定められた圧縮テーブルを用いたのでは、入力画像のダイナミックレンジを十分に圧縮することができず、白飛びおよび黒つぶれが生じてしまう。

このため、入力された放射線画像に応じて、圧縮テーブルを設定する手法が提案されている。例えば、特許文献１においては、入力された放射線画像において少なくとも２つの入力画素値を設定し、そのそれぞれに対して出力画素値を設定し、入力画素値が出力画素値となり、かつダイナミックレンジを圧縮する変換関数の傾きが予め定められた値となる圧縮テーブルを生成することにより、放射線画像における関心領域の濃度およびコントラストを維持しながら、被写体領域を最適な濃度範囲に変換する手法が提案されている．また、特許文献２においては、入力された放射線画像における注目領域の濃度域および出力濃度域を決定し、出力濃度域を変更した場合に、圧縮テーブルを生成する際に使用した第１の濃度域を適切に変更して新たな圧縮テーブルを生成することにより、白飛びおよび黒つぶれのない放射線画像を取得する手法が提案されている。また、特許文献３においては、入力された放射線画像における放射線が直接放射線検出器に照射することにより得られる直接放射線領域と、直接放射線領域に一定幅で接する領域とに基づいて被写体領域を抽出し、被写体領域内の画像にダイナミックレンジ圧縮処理を行う手法が提案されている。

このように、入力された放射線画像の濃度に応じたダイナミックレンジ圧縮処理を行うことにより、被写体領域を最適な濃度範囲に変換して、白飛びおよび黒つぶれを低減した放射線画像を得ることができる。

特開２００９−１６９５９２号公報 特開２０１５−６６１７０号公報 特開２００９−２３９９７５号公報

一方、放射線画像に応じて白飛びおよび黒つぶれが生じないようにダイナミックレンジ圧縮処理を行うと、被写体の体型によってダイナミックレンジの圧縮量が異なるものとなる。例えば、標準体型の被写体の放射線画像と肥満体型の被写体の放射線画像とでは、肥満体型の被写体の放射線画像の濃度域の方が広範囲に亘るため、標準体型の被写体の放射線画像と比較して、低濃度部および高濃度部の圧縮量が大きくなる。したがって、放射線画像に応じてダイナミックレンジ圧縮処理を行うことにより取得される処理済みの放射線画像と、撮影部位ごとに予め定められた圧縮テーブルによりダイナミックレンジ圧縮処理を行うことにより取得される処理済みの放射線画像とでは画質が異なる。このため、医師が、撮影部位ごとに予め定められた圧縮テーブルによりダイナミックレンジ圧縮処理を行うことにより取得した放射線画像の読影を行っていた場合、放射線画像に応じてダイナミックレンジ圧縮処理を行うことにより取得される放射線画像は、その医師にとって見慣れた画質とは異なるものとなり、読影がし難いものとなる。

また、放射線画像の白飛びおよび黒つぶれを防止するために、階調処理を行う濃度域を広くすると、放射線画像のコントラストが低下して、被写体の微細な構造の診断がし難くなる。このため、被写体の体型に拘わらず、医師が見慣れた画質を維持しながら、放射線画像のコントラストを低下させることなく、白飛びおよび黒つぶれを防止することが望まれている。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、医師が見慣れた画質を維持しつつ、放射線画像のダイナミックレンジを圧縮することを目的とする。

本発明による画像処理装置は、入力画像に対してダイナミックレンジ圧縮処理を行う画像処理装置であって、
入力画像に含まれる被写体領域の画素値の最大値および最小値の少なくとも一方を取得する画素値取得手段と、
入力画像に対して予め設定された幅の特定濃度域を設定する濃度域設定手段と、
被写体領域の画素値の最大値および最小値の少なくとも一方を特定濃度域に圧縮する第１の圧縮量、並びに特定濃度域における高濃度域および低濃度域の少なくとも一方を圧縮する予め設定された第２の圧縮量により、入力画像に対してダイナミックレンジ圧縮処理を行ってダイナミックレンジ圧縮画像を生成する圧縮処理手段とを備えたことを特徴とするものである。

「被写体領域」とは、入力画像において被写体を透過した放射線による被写体の像を含む領域である。具体的には、照射野絞りを使用して被写体を撮影して入力画像を取得した場合における照射野領域、および入力画像における、放射線検出器に直接放射線が照射することにより得られる直接放射線領域を放射線画像から除いた領域を、被写体領域として用いることができる。

「特定濃度域」とは、入力画像の濃度（輝度）に拘わらずその幅（濃度範囲）が一定の濃度域である。「特定濃度域」としては、例えば、入力画像に対して行う階調処理に使用する階調テーブルに基づく濃度域、被写体を撮影する際の各種撮影の仕方を規定する撮影メニューに応じた濃度域、および撮影部位に応じた濃度域の少なくとも１つを用いることができる。なお、特定濃度域の中心濃度は、入力画像の濃度に応じて変更されてもよい。例えば、入力画像における関心領域の濃度が特定濃度域の中心濃度となるように、特定濃度域を設定してもよい。

「低濃度域」とは、画像または特定濃度域における最低濃度と、最低濃度から予め定められた濃度高い濃度との間の濃度域を意味する。

「高濃度域」とは、画像または特定濃度域における最高濃度と、最高濃度から予め定められた濃度低い濃度との間の濃度域を意味する。

「予め設定された第２の圧縮量」とは、入力画像の濃度（輝度）に依存することなく、特定濃度域に対して予め設定された圧縮量である。第２の圧縮量は、例えば画像を観察するユーザである医師により設定されるものであってもよく、画像処理装置により固有に設定されるものであってもよい。また、撮影メニューまたは撮影部位に応じて設定されるものであってもよい。

なお、本発明による画像処理装置においては、圧縮処理手段は、入力画像に対して、第１の圧縮量に基づく第１の圧縮テーブルにより第１のダイナミックレンジ圧縮処理を行い、かつ第２の圧縮量に基づく第２の圧縮テーブルにより第２のダイナミックレンジ圧縮処理を行って、ダイナミックレンジ圧縮画像を生成するものであってもよい。

この場合、本発明による画像処理装置においては、第１の圧縮テーブルを生成する圧縮テーブル生成手段をさらに備えるものであってもよい。

「第１の圧縮量に基づく第１の圧縮テーブル」とは、第１の圧縮テーブルによりダイナミックレンジ圧縮処理を行った場合に、画像の高濃度域および低濃度域の少なくとも一方の圧縮量が、第１の圧縮量となる圧縮テーブルを意味する。

「第２の圧縮量に基づく第２の圧縮テーブル」とは、第２の圧縮テーブルによりダイナミックレンジ圧縮処理を行った場合に、画像の高濃度域および低濃度域の少なくとも一方の圧縮量が、第２の圧縮量となる圧縮テーブルを意味する。

また、本発明による画像処理装置においては、圧縮処理手段は、第１の圧縮量および第２の圧縮量に基づく圧縮テーブルにより、入力画像に対してダイナミックレンジ圧縮処理を行って、ダイナミックレンジ圧縮画像を生成するものであってもよい。

この場合、本発明による画像処理装置においては、圧縮テーブルを生成する圧縮テーブル生成手段をさらに備えるものであってもよい。

また、本発明による画像処理装置においては、ダイナミックレンジ圧縮画像に対して、予め設定された階調テーブルにより階調処理を行う階調処理手段をさらに備えるものであってもよい。

「予め設定された階調テーブル」とは、予め設定された濃度およびコントラストを有する階調処理済み画像が得られるように階調処理を行うことが可能な階調テーブルである。階調テーブル、例えば画像を観察するユーザである医師により設定されるものであってもよく、画像処理装置により固有に設定されるものであってもよい。また、撮影メニューまたは撮影部位に応じて設定されるものであってもよい。

この場合、濃度域設定手段は、階調テーブルにより変換される濃度域を、特定濃度域に設定するものであってもよい。

また、本発明による画像処理装置においては、入力画像が複数フレームからなる動画像である場合、濃度域設定手段は、複数フレームのそれぞれに対して特定濃度域を設定し、
画素値取得手段は、複数フレームのそれぞれに含まれる被写体領域の画素値の最大値の代表値および最小値の代表値の少なくとも一方を取得し、
圧縮処理手段は、複数フレームのそれぞれにおいて、最大値の代表値および最小値の代表値の少なくとも一方を特定濃度域に圧縮する第１の圧縮量および第２の圧縮量により、ダイナミックレンジ圧縮処理を行ってダイナミックレンジ圧縮画像を生成するものであってもよい。

「最大値の代表値」および「最小値の代表値」とは、複数フレームのそれぞれにおける最大値および最大値であってもよい。また、複数フレームのうちの注目フレームに前後する幾つかのフレーム、または複数フレームの全てのフレームについての最大値の平均値および最小値の平均値を算出し、最大値の平均値および最小値の平均値を、それぞれ注目フレームの最大値の代表値および最小値の代表値としてもよい。また、注目フレームの最大値および最小値と、最大値の平均値および最小値の平均値のそれぞれとの差が、予め定められたしきい値以上であった場合に、最大値の平均値および最小値の平均値を、それぞれ注目フレームの最大値の代表値および最小値の代表値としてもよい。

また、本発明による画像処理装置においては、濃度域設定手段は、被写体を撮影して入力画像を取得する際の撮影メニューおよび被写体の撮影部位の少なくとも一方に応じて特定濃度域を設定するものであってもよい。

本発明による画像処理方法は、入力画像に対してダイナミックレンジ圧縮処理を行う画像処理方法であって、
入力画像に含まれる被写体領域の画素値の最大値および最小値の少なくとも一方を取得し、
入力画像に対して予め設定された幅の特定濃度域を設定し、
被写体領域の画素値の最大値および最小値の少なくとも一方を特定濃度域に圧縮する第１の圧縮量、並びに特定濃度域における高濃度域および低濃度域の少なくとも一方を圧縮する予め設定された第２の圧縮量により、入力画像に対してダイナミックレンジ圧縮処理を行ってダイナミックレンジ圧縮画像を生成することを特徴とするものである。

なお、本発明による画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。

本発明によれば、入力画像に含まれる被写体領域の画素値の最大値および最小値の少なくとも一方が取得され、入力画像に対して特定濃度域が設定され、被写体領域の画素値の最大値および最小値の少なくとも一方を特定濃度域に圧縮する第１の圧縮量、並びに特定濃度域における高濃度域および低濃度域の少なくとも一方を圧縮する、予め設定された第２の圧縮量により、入力画像に対してダイナミックレンジ圧縮処理が行われる。ここで、第１の圧縮量によるダイナミックレンジの圧縮処理により、入力画像の濃度域は予め設定された幅の特定濃度域に圧縮される。このため、ダイナミックレンジ処理済み画像において、白飛びおよび黒つぶれの発生を防止できる。また、第２の圧縮量によるダイナミックレンジ圧縮処理により、予め設定された幅の特定濃度域に圧縮された入力画像がさらに圧縮されることとなる。このため、ダイナミックレンジ圧縮画像において、予め設定されたコントラストが得られることとなる。したがって、本発明によれば、白飛びおよび黒つぶれを防止しつつ、予め設定されたコントラストを有するダイナミックレンジ圧縮画像を生成することができる。

本発明の実施形態による画像処理装置を適用した放射線画像撮影システムの構成を示す概略ブロック図 画像処理装置の構成を示す概略ブロック図 放射線画像における照射野外領域および直接放射線領域を示す図 特定濃度域の設定を説明するための図 第１の圧縮テーブルの生成を説明するための図 第２の圧縮テーブルを示す図 本実施形態において行われる処理を示すフローチャート 標準体型の被写体および肥満体型の被写体の放射線画像のヒストグラムを示す図 合成圧縮テーブルを示す図

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態による画像処理装置を適用した放射線画像撮影システムの構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように、本実施形態による放射線画像撮影システムは、被写体の放射線画像に対して、ダイナミックレンジ圧縮処理を含む各種画像処理を行うためのものであり、図１に示すように、撮影装置１と、本実施形態による画像処理装置を内包するコンピュータ２とを備える。

撮影装置１は被写体１０にＸ線を照射する放射線源であるＸ線源３と、被写体１０を透過したＸ線を検出して被写体１０の放射線画像を取得する放射線検出器５とを備える。

放射線検出器５は、放射線画像の記録と読み出しを繰り返して行うことができるものであり、放射線の照射を直接受けて電荷を発生する、いわゆる直接型の放射線検出器を用いてもよいし、放射線を一旦可視光に変換し、その可視光を電荷信号に変換する、いわゆる間接型の放射線検出器を用いるようにしてもよい。また、放射線画像信号の読出方式としては、ＴＦＴ（thin film transistor）スイッチをオン・オフさせることによって放射線画像信号が読み出される、いわゆるＴＦＴ読出方式のもの、または読取り光を照射することによって放射線画像信号が読み出される、いわゆる光読出方式のものを用いることが望ましいが、これに限らずその他のものを用いるようにしてもよい。

コンピュータ２は、中央処理装置（ＣＰＵ(Central Processing Unit)）、半導体メモリ、通信インターフェース、並びにハードディスクおよびＳＳＤ(solid state drive)等のストレージデバイス等を備えている。これらのハードウェアによって、図２に示すように本実施形態による画像処理装置の、画像取得部２１、画素値取得部２２、濃度域設定部２３、圧縮テーブル生成部２４、圧縮処理部２５、階調処理部２６および記憶部２７が構成されている。

コンピュータ２には、画像等の表示を行う高精細液晶ディスプレイ等からなる表示部６と、操作者からの入力を受け付ける入力部７とが接続されている。入力部７は、キーボード、マウス、あるいはタッチパネル式入力部等からなるものであり、操作者による撮影の指示、画像処理の指示、撮影メニューの指定等、放射線画像撮影システムに必要な各種入力を受け付けるインターフェースである。

なお、画像取得部２１、画素値取得部２２、濃度域設定部２３、圧縮テーブル生成部２４、圧縮処理部２５、および階調処理部２６が行う処理は、記憶部２７に記憶されたコンピュータプログラムにより中央処理装置が行う。なお、各部のそれぞれの処理を行う複数の処理装置または処理回路をコンピュータ２に設けるようにしてもよい。

画像取得部２１は、放射線検出器５により取得された放射線画像Ｇ０（入力画像）をデジタルデータとして取得するものである。なお、放射線画像Ｇ０としては、図１に示す放射線画像撮影システムにおける単純放射線画像のみならず、断層画像であってもよい。断層画像は、例えばＣＴ（Computed Tomography）画像、またはＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）画像であってもよい。また、断層画像は、放射線源を移動させて複数の線源位置から被写体に放射線を照射して撮影を行い、これにより取得した複数の投影画像を加算して所望の断層面を強調したトモシンセシス画像であってもよい。また、放射線画像Ｇ０としては、被写体１０に対して互いに異なるエネルギーを有する放射線を照射してこれら互いに異なるエネルギーを有する各放射線による複数の放射線画像を得、これら複数の放射線画像を適当に重み付けしてその差を演算することによって、被写体１０の特定の構造物を抽出するいわゆるエネルギーサブトラクション画像を用いてもよい。

画素値取得部２２は、放射線画像Ｇ０に含まれる被写体領域Ｔ０の最大値Ｄ０ｍａｘおよび最小値Ｄ０ｍｉｎを取得する。まず、画素値取得部２２は、放射線画像Ｇ０から直接放射線領域および照射野外領域を除去することにより被写体領域を求める。具体的には、図３に示すように、画素値取得部２２は、放射線画像Ｇ０における照射野外領域Ａ１および直接放射線領域Ａ２を認識し、放射線画像Ｇ０から照射野外領域Ａ１および直接放射線領域Ａ２を除外することにより被写体領域Ｔ０を求める。そして、画素値取得部２２は、被写体領域Ｔ０における画素値の最大値Ｄ０ｍａｘおよび最小値Ｄ０ｍｉｎを取得する。

ここで、直接放射線領域とは、放射線検出器５に直接放射線が照射することにより取得される、放射線画像Ｇ０上の領域である。照射野外領域とは、照射野絞りを用いて撮影を行った場合における、放射線画像Ｇ０に含まれる照射野の領域以外の領域である。画素値取得部２２は、放射線画像Ｇ０における照射野外領域および直接放射線領域を判別する判別器を用いて、放射線画像Ｇ０において照射野外領域および直接放射線領域を認識する。判別器は照射野領域および直接放射線領域を含む多数の放射線画像を用いた機械学習により生成される。なお、機械学習の際の特徴量としては、放射線画像における注目画素を含む周辺領域の画素値の平均値および分散値等を用いればよい。

なお、画素値取得部２２は、例えば特許文献１に記載されたように、注目画素とその周辺画素の画素値のパターンにより照射野端らしさを点数化して照射野領域を求める手法を用いて照射野外領域を認識してもよい。また、画素値取得部２２は、直接放射線領域および照射野外領域に加えて、特許文献１に記載されたように、直接放射線領域と一定幅で接する被写体領域を放射線画像Ｇ０から除去して、被写体領域Ｔ０を求めるようにしてもよい。

濃度域設定部２３は、放射線画像Ｇ０に対して、予め設定された幅の特定濃度域を設定する。図４は特定濃度域の設定を説明するための図である。まず、濃度域設定部２３は、放射線画像Ｇ０における被写体領域Ｔ０のヒストグラムＨ０を作成する。なお、ヒストグラムＨ０は最大値Ｄ０ｍａｘおよび最小値Ｄ０ｍｉｎを有する。また、以降の説明において、ヒストグラムの横軸は画素値、縦軸は頻度を示す。そして、濃度域設定部２３は、ヒストグラムＨ０に予め設定された幅の特定濃度域Ｒ０を設定する。特定濃度域Ｒ０はヒストグラムＨ０において、最大値Ｄ１ｍａｘおよび最小値Ｄ１ｍｉｎを有するものとなる。ここで、本実施形態における特定濃度域Ｒ０とは、放射線画像Ｇ０の濃度（輝度）に拘わらずその幅である濃度範囲が一定の濃度域である。具体的には、特定濃度域Ｒ０の幅は、後述する階調変換処理において階調が変換される濃度の幅とすればよい。また、被写体１０の撮影部位または各種撮影の仕方を規定するための撮影メニューに応じて特定濃度域Ｒ０の幅を設定してもよい。

なお、本実施形態においては、濃度域設定部２３は、ヒストグラムＨ０を解析して、ヒストグラムＨ０上に特定濃度域Ｒ０を設定する。具体的には、被写体領域Ｔ０の平均値またはメディアン値を算出し、算出された値が予め定められた値となる画素値に特定濃度域Ｒ０の中心値が一致するように、特定濃度域Ｒ０を設定する。

ここで、関心領域は、ヒストグラムＨ０から認識する方法、および被写体領域Ｔ０の２次元的な構造から認識する方法等、任意の方法を用いることができる。なお、関心領域は、撮影部位毎に異なるため、例えば、入力部７から入力された撮影部位に基づいて、各種の方法の中から所望の方法を用いて認識するようにしてもよい。また、特許文献１に記載されたように、撮影部位が頚椎の場合、被写体領域Ｔ０内の主領域の輪郭線を抽出することにより、頚椎内の関心領域を認識することができる。また、例えば、撮影部位が胸部の場合では、画像の空間的な位置関係から領域を限定することにより、高精度に肺野内の関心領域を認識することができる。

また、被写体領域Ｔ０における骨部領域または軟部領域を抽出し、骨部領域または軟部領域を関心領域として認識してもよい。骨部領域を抽出する手法としては、例えば、特開２０１５−０１９９９６号公報に記載されたように、骨部領域の濃度がその他の領域、すなわち軟部領域の濃度よりも低い（輝度が高い）ことを利用して、被写体領域から基準濃度以下の濃度を有する領域を骨部領域として抽出する手法、骨部の輪郭を抽出する手法等、公知の任意の手法を用いることができる。また、特許第４８４４５６０号公報に記載されたように、トップハット処理やスケルトン処理等の骨格化を行う各種画像処理によって、被写体領域に含まれる骨部エッジ等に基づいて骨部領域を抽出してもよく、ラプラシアンフィルタまたはソーベルフィルタ等によるエッジ検出手法を用いて骨部領域を抽出してもよい。また、複数の手法を用いた場合には、複数の手法による結果を、所定の重みに従って足し合わせるようにして、骨部領域を抽出してもよい。この場合、ニューラルネットワークに従って足し合わせ方を決定する手法を用いてもよい。なお、抽出した骨部領域を被写体領域から除去することにより、軟部領域を抽出することができる。また、被写体１０が乳房の場合、被写体領域Ｔ０における乳腺領域を抽出し、乳腺領域を関心領域として認識してもよい。

圧縮テーブル生成部２４は、被写体領域Ｔ０の画素値の最大値Ｄ０ｍａｘおよび最小値Ｄ０ｍｉｎを特定濃度域Ｒ０に圧縮する第１の圧縮量に基づく第１の圧縮テーブルを生成する。図５は第１の圧縮テーブルの生成を説明するための図である。図５に示すように、圧縮テーブル生成部２４は、ヒストグラムＨ０の最小値Ｄ０ｍｉｎから特定濃度域Ｒ０の最小値Ｄ１ｍｉｎまでの濃度域、およびヒストグラムＨ０の最大値Ｄ０ｍａｘから特定濃度域Ｒ０の最大値Ｄ１ｍａｘまでの濃度域を、特定濃度域Ｒ０内に圧縮する第１の圧縮テーブルＬＵＴ１を生成する。ここで、図５において、第１の圧縮テーブルＬＵＴ１の横軸は、後述する放射線画像Ｇ０の低周波成分に関する画像の画素値、縦軸は第１の圧縮テーブルＬＵＴ１の出力値、すなわち放射線画像Ｇ０の低周波成分に関する画像を第１の圧縮テーブルＬＵＴ１により変換して得られる画素値を示す。なお、縦軸は後述する式（１）に合わせて「Ｃ」と示している。また、図５においては、線形の第１の圧縮テーブルＬＵＴ１を示しているが、非線形の関数となる第１の圧縮テーブルＬＵＴ１を用いてもよい。

ここで、本実施形態においては、例えば特開平１０−７５３６４号公報に記載された手法を用いてダイナミックレンジ圧縮処理を行うものとする。特開平１０−７５３６４号公報に記載された手法は、下記の式（１）に示すように、放射線画像から複数の帯域制限画像を作成し、この帯域制限画像に基づいて放射線画像の低周波成分に関する画像を得、この低周波成分に関する画像を圧縮テーブルにより変換して得られた出力値を、放射線画像に加算してダイナミックレンジ圧縮処理を行う手法である。

Ｓproc＝Ｓorg ＋Ｃ（Ｓorg−Ｆdrc（Ｓorg,Ｓus1,Ｓus2,…Ｓusn）） （１）
Ｆdrc（Ｓorg,Ｓus1,Ｓus2,…Ｓusn）
＝｛ｆ_d1(Ｓorg−Ｓus1)＋ｆ_d2(Ｓus1 −Ｓus2)＋…
＋ｆ_dk(Ｓusk-1−Ｓusk )＋…＋ｆ_dn(Ｓusn-1−Ｓusn)｝
但し、
Ｓproc：ダイナミックレンジ圧縮画像
Ｓorg：処理前の放射線画像
Ｓusk(k=1〜n）：周波数帯域ごとのボケ画像
ｆ_dk(k=1〜n）：低周波成分を表す画像を得るために使用する関数
Ｃ（）：圧縮テーブルに基づく関数
なお、ダイナミックレンジ圧縮処理は、上記の式（１）に限定されるものではなく、下記の式（２）に示す手法を用いてもよい。

Ｓproc＝Ｓorg＋Ｃ（Ｓus） （２）
Ｓus＝Σ（Ｓorg）／Ｍ²
Ｓproc：ダイナミックレンジ圧縮画像
Ｓorg：処理前の放射線画像
Ｃ（）：圧縮テーブルに基づく関数
なお、式（１）においてはＳorg−Ｆdrc（Ｓorg,Ｓus1,Ｓus2,…Ｓusn）が、式（２）においてはＳusが、それぞれ放射線画像の低周波成分に関する画像となる。

ここで、第１の圧縮テーブルＬＵＴ１における傾きの大きさは、低濃度側について−１、高濃度側について−１である。なお、特定濃度域と階調処理を適用する濃度域との関係によっては、−１よりも大きい値としてもよい。具体的には、階調処理を提供する濃度域よりも特定濃度域が狭い場合、−１より若干大きい−０．９５等の値としてもよい。放射線画像Ｇ０の低周波成分に関する画像の画素値を図５に示す第１の圧縮テーブルＬＵＴ１により変換して得られる出力値をＣ１とすると、出力値Ｃ１を放射線画像Ｇ０に加算してダイナミックレンジ圧縮処理を行うことにより、低濃度側においては、ヒストグラムＨ０の最小値Ｄ０ｍｉｎから特定濃度域Ｒ０の最小値Ｄ１ｍｉｎまでの濃度幅分ΔＤＬ１が特定濃度域Ｒ０内に圧縮され、高濃度側においては、ヒストグラムＨ０の最大値Ｄ０ｍａｘから特定濃度域Ｒ０の最大値Ｄ１ｍａｘまでの濃度幅分ΔＤＨ１が特定濃度域Ｒ０内に圧縮される。第１の圧縮テーブルＬＵＴ１により、ダイナミックレンジ圧縮処理を施した後の放射線画像Ｇ０のヒストグラムＨ１を、図５に併せて示す。

一方、本実施形態においては、記憶部２７に、特定濃度域Ｒ０における高濃度域および低濃度域を圧縮する予め設定された第２の圧縮量に基づく第２の圧縮テーブルＬＵＴ２が記憶されている。図６は第２の圧縮テーブルを示す図である。図６に示すように、第２の圧縮テーブルＬＵＴ２は、低濃度側および高濃度側ともに、予め定められた傾きとなるように設定されている。なお、図６において、第２の圧縮テーブルＬＵＴ２の横軸は、放射線画像Ｇ０の低周波成分に関する画像の画素値、縦軸は第２の圧縮テーブルＬＵＴ２の出力値、すなわち放射線画像Ｇ０の低周波成分に関する画像の画素値を第２の圧縮テーブルＬＵＴ２により変換して得られる画素値を示す。なお、第２の圧縮テーブルＬＵＴ２は、高濃度側および低濃度側において同一の傾きであってもよく、異なる傾きであってもよい。

放射線画像Ｇ０の低周波成分に関する画像の画素値を図６に示す第２の圧縮テーブルＬＵＴ２により変換して得られる出力値をＣ２とすると、出力値Ｃ２を第１の圧縮テーブルＬＵＴ１によりダイナミックレンジ圧縮処理が施された放射線画像Ｇ０に加算してダイナミックレンジ圧縮処理を行うことにより、低濃度側においては、ヒストグラムＨ１の最小値Ｄ１ｍｉｎからＤ２ｍｉｎまでの濃度幅分ΔＤＬ２が圧縮され、高濃度側においては、ヒストグラムＨ１の最大値Ｄ１ｍａｘからＤ２ｍａｘまでの濃度幅分ΔＤＨ２が圧縮される。このような第２の圧縮テーブルＬＵＴ２により、ダイナミックレンジ圧縮処理を施した後の放射線画像Ｇ０のヒストグラムＨ２を、図６に併せて示す。なお、図６には線形の第２の圧縮テーブルＬＵＴ２を示しているが、非線形の関数となる第２の圧縮テーブルＬＵＴ２を用いてもよい。

ここで、本実施形態においては、被写体１０の撮影部位または各種撮影の仕方を規定するための撮影メニューに応じて、各種第２の圧縮量により予め作成された複数の第２の圧縮テーブルＬＵＴ２が記憶部２７に記憶されている。後述する圧縮処理部２５は、撮影部位または撮影メニューに応じて、ダイナミックレンジ圧縮処理に使用する第２の圧縮テーブルＬＵＴ２を記憶部２７から選択して読み出して、ダイナミックレンジ圧縮処理に使用する。なお、第２の圧縮テーブルＬＵＴ２は、装置に固有のものであってもよい。また、放射線画像を観察して診断を行う医師に応じて生成された第２の圧縮テーブルＬＵＴ２を記憶部２７に記憶しておいて、ダイナミックレンジ圧縮処理に用いるようにしてもよい。

なお、図６には、後述する階調処理部２６において階調処理に使用する階調テーブルＬＵＴ３を示している。図６に示す階調テーブルＬＵＴ３において、横軸は入力画素値、縦軸は出力画素値を示す。階調テーブルＬＵＴ３は、特定濃度域Ｒ０において、放射線画像Ｇ０すなわち被写体領域Ｔ０の階調を変換するものとなっている。なお、被写体１０の撮影部位または撮影メニューに応じて、複数の階調テーブルＬＵＴ３が記憶部２７に記憶されている。後述する階調処理部２６は、撮影部位または撮影メニューに応じて、階調処理に使用する階調テーブルＬＵＴ３を記憶部２７から読み出して、階調処理に使用する。なお、階調テーブルＬＵＴ３は、装置に固有のものであってもよい。また、放射線画像を観察して診断を行う医師に応じて生成された階調テーブルＬＵＴ３を記憶部２７に記憶しておいて、階調処理に用いるようにしてもよい。

圧縮処理部２５は、第１の圧縮テーブルＬＵＴ１および第２の圧縮テーブルＬＵＴ２により、放射線画像Ｇ０に対してダイナミックレンジ圧縮処理を行う。まず、圧縮処理部２５は、放射線画像Ｇ０における被写体領域Ｔ０の低周波成分に関する画像の画素値を、第１の圧縮テーブルＬＵＴ１により変換して出力値Ｃ１を算出し、出力値Ｃ１を放射線画像Ｇ０に加算することによりダイナミックレンジ圧縮処理を行い、中間処理済み画像Ｇ１を生成する。中間処理済み画像Ｇ１のヒストグラムＨ１は図５に示すものとなる。この場合、式（１）において、Ｓorgが被写体領域Ｔ０における放射線画像Ｇ０、Ｓprocが中間処理済み画像Ｇ１、Ｃ（）は第１の圧縮テーブルＬＵＴ１に基づく関数となる。次いで圧縮処理部２５は、放射線画像Ｇ０における被写体領域Ｔ０の低周波成分に関する画像の画素値を、第２の圧縮テーブルＬＵＴ２により変換して出力値Ｃ２を算出し、出力値Ｃ２を中間処理済み画像Ｇ１に加算することによりダイナミックレンジ圧縮処理を行い、ダイナミックレンジ圧縮画像Ｇ２を生成する。ダイナミックレンジ圧縮画像Ｇ２のヒストグラムＨ２は図６に示すものとなる。この場合、式（１）において、右辺の第１項のＳorgが中間処理済み画像Ｇ１、第２項のＳorgが放射線画像Ｇ０、Ｓprocがダイナミックレンジ圧縮画像Ｇ２、Ｃ（）は第２の圧縮テーブルＬＵＴ２に基づく関数となる。

なお、圧縮処理部２５は、中間処理済み画像Ｇ１を生成することなく、ダイナミックレンジ圧縮処理を行うものであってもよい。すなわち、放射線画像Ｇ０における被写体領域Ｔ０の低周波成分に関する画像の画素値について、第１の圧縮テーブルＬＵＴ１および第２の圧縮テーブルＬＵＴ２による出力値Ｃ１および出力値Ｃ２をそれぞれ算出し、出力値Ｃ１と出力値Ｃ２とを加算し、加算した出力値（Ｃ１＋Ｃ２）を放射線画像Ｇ０に加算することによりダイナミックレンジ圧縮処理を行うものであってもよい。加算した出力値（Ｃ１＋Ｃ２）を放射線画像Ｇ０に加算することにより得られるダイナミックレンジ圧縮画像は、出力値Ｃ２を中間処理済み画像Ｇ１に加算することにより得られるダイナミックレンジ圧縮画像Ｇ２と等価なものとなる。

階調処理部２６は、ダイナミックレンジ圧縮画像Ｇ２に対して、階調テーブルＬＵＴ３を用いて階調処理を行い、処理済み画像Ｇ３を生成する。なお、階調処理部２６において、周波数処理およびノイズ除去処理等の他の画像処理を行うようにしてもよい。また、階調処理部２６とは別個に、周波数処理およびノイズ除去処理等を行う処理部を設けてもよい。

次いで、本実施形態において行われる処理について説明する。図７は本実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、被写体１０の撮影は完了しているものとする。まず、画像取得部２１が放射線検出器５から放射線画像Ｇ０を取得し（ステップＳＴ１）、画素値取得部２２が、放射線画像Ｇ０に含まれる被写体領域Ｔ０の最大値Ｄ０ｍａｘおよび最小値Ｄ０ｍｉｎを取得する（ステップＳＴ２）。次いで、濃度域設定部２３が、放射線画像Ｇ０の被写体領域Ｔ０に対して、予め設定された幅の特定濃度域Ｒ０を設定する（ステップＳＴ３）。そして、圧縮テーブル生成部２４が、第１の圧縮テーブルＬＵＴ１を生成する（ステップＳＴ４）。さらに、圧縮処理部２５が、放射線画像Ｇ０に対して第１および第２の圧縮テーブルＬＵＴ１，ＬＵＴ２によりダイナミックレンジ圧縮処理を行ってダイナミックレンジ圧縮画像Ｇ２を取得する（ステップＳＴ５）。続いて、階調処理部２６がダイナミックレンジ圧縮画像Ｇ２に対して階調処理を行って処理済み画像Ｇ３を取得し（ステップＳＴ６）、処理を終了する。

ここで、特許文献１等に記載されたダイナミックレンジ圧縮処理は、放射線画像の濃度に依存する。図８は標準体型の被写体を撮影することにより取得した放射線画像のヒストグラムおよび肥満体型の被写体を撮影することにより取得した放射線画像のヒストグラムを示す図である。図８に示すように標準体型の被写体を撮影することにより取得した放射線画像のヒストグラムＨ１０および肥満体型の被写体を撮影することにより取得した放射線画像のヒストグラムＨ１１を比較すると、後者の放射線が濃度の分布範囲が広い。このため、階調処理を行う濃度域を、放射線画像のヒストグラムに基づいて決定すると、肥満体型の被写体を撮影することにより取得した放射線画像の方がコントラストが低くなり、医師にとって診断がし難いものとなる。

本実施形態においては、被写体領域Ｔ０の画素値の最大値Ｄ０ｍａｘおよび最小値Ｄ０ｍｉｎを、放射線画像Ｇ０の濃度に拘わらずその幅が一定の特定濃度域Ｒ０に圧縮する第１の圧縮量に基づく第１の圧縮テーブルＬＵＴ１、並びに特定濃度域Ｒ０における高濃度域および低濃度域の少なくとも一方を圧縮する予め設定された第２の圧縮量に基づく第２の圧縮テーブルＬＵＴ２により、放射線画像Ｇ０に対してダイナミックレンジ圧縮処理を行うようにしたものである。ここで、第１の圧縮量によるダイナミックレンジの圧縮処理により、放射線画像Ｇ０の濃度域は予め設定された幅の特定濃度域Ｒ０に圧縮される。このため、ダイナミックレンジ圧縮画像Ｇ２において、白飛びおよび黒つぶれの発生を防止できる。また、第２の圧縮量によるダイナミックレンジ圧縮処理により、予め設定された幅の特定濃度域Ｒ０に圧縮された放射線画像Ｇ０がさらに圧縮されることとなる。このため、ダイナミックレンジ圧縮画像Ｇ２において、予め設定されたコントラストが得られることとなる。したがって、本実施形態によれば、白飛びおよび黒つぶれを防止しつつ、予め設定されたコントラストを有するダイナミックレンジ圧縮画像Ｇ２を生成することができる。

また、ダイナミックレンジ圧縮画像に対して予め設定された階調テーブルにより階調処理を行っているため、予め設定された濃度範囲の特定濃度域Ｒ０の画像に対して階調処理が行われることとなる。したがって、処理済み画像Ｇ３を予め設定された濃度およびコントラストを有するものとすることができる。

なお、上記実施形態においては、圧縮処理部２５において、放射線画像Ｇ０に対して第１の圧縮テーブルＬＵＴ１によりダイナミックレンジ圧縮処理を行った後に、第２の圧縮テーブルＬＵＴ２によりダイナミックレンジ圧縮処理を行ってダイナミックレンジ圧縮画像Ｇ２を生成している。しかしながら、圧縮テーブル生成部２４において、第１の圧縮テーブルＬＵＴ１および第２の圧縮テーブルＬＵＴ２を合成した１つの合成圧縮テーブルＬＵＴ４を生成してもよい。図９は合成圧縮テーブルＬＵＴ４を示す図である。このように１つの合成圧縮テーブルＬＵＴ４を生成し、これを用いてダイナミックレンジ圧縮処理を行うことにより、圧縮処理部２５においては、放射線画像Ｇ０に対して一度の処理を行うのみでダイナミックレンジ圧縮画像Ｇ２を生成することができる。このため、演算量を低減して迅速な処理を行うことができる。

また、上記実施形態においては、動画像に対しても同様にダイナミックレンジ圧縮処理を行うことができる。動画像は複数のフレームが時系列で連続することにより構成されている。このため、フレームのそれぞれを１つの画像と見なして、上記実施形態と同様に動画像を構成するフレームのそれぞれに対してダイナミックレンジ圧縮処理さらには階調処理を行うことにより、動画像に対してダイナミックレンジ圧縮処理および階調処理を行うことができる。この場合、複数のフレームのそれぞれに対して被写体領域Ｔ０の最大値および最小値を取得してダイナミックレンジ圧縮処理を行えばよい。この場合、最大値および最小値が、それぞれ最大値の代表値および最小値の代表値となる。

また、複数のフレームのうちの処理の対象となる注目フレームおよび注目フレームの前後の幾つかのフレームのそれぞれの最大値および最小値を取得し、これらのフレームの最大値の平均値および最小値の平均値を算出し、算出した最大値の平均値および最小値の平均値を注目フレームの最大値および最小値としてもよい。また、複数のフレームの最大値の平均値および最小値の平均値を算出し、算出した最大値の平均値および最小値の平均値を注目フレームの最大値および最小値としてもよい。これらの場合、注目フレームの最大値および最小値と、最大値の平均値および最小値の平均値のそれぞれとの差が、予め定められたしきい値以上であった場合に、最大値の平均値および最小値の平均値を、注目フレームの最大値の代表値および最小値の代表値としてもよい。この場合、最大値の平均値および最小値の平均値が、それぞれ最大値の代表値および最小値の代表値となる。このように、最大値の平均値および最小値の平均値を用いてダイナミックレンジ圧縮処理および階調処理を行うことにより、フレーム間において濃度のばらつきを抑えることができるため、処理済みの動画像を再生した際に、違和感を防止することができる。

また、上記実施形態においては、被写体領域Ｔ０の最大値および最小値を取得し、放射線画像Ｇ０の高濃度側および低輝度側の双方においてダイナミックレンジ圧縮処理を行っている。しかしながら、被写体領域Ｔ０の最大値および最小値のいずれか一方を取得し、放射線画像Ｇ０の高濃度側および低輝度側のいずれか一方においてのみ、ダイナミックレンジ圧縮処理を行うようにしてもよい。この場合、第１の圧縮量および第２の圧縮量によりにより高濃度側および低濃度側のいずれか一方のみを圧縮してもよく、第１の圧縮量により高濃度側および低濃度側のいずれか一方のみを圧縮し、第２の圧縮量により高濃度側および低濃度側のいずれか他方のみを圧縮してもよい。例えば、第１の圧縮量により高濃度側のみを、第２の圧縮量により低濃度側のみを圧縮するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、画像処理装置が階調処理部２６を備えているが、階調処理部２６を本実施形態の画像処理装置、すなわちコンピュータ２とは別個に設け、別個に設けられた階調処理部２６において階調処理を行うようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、画像処理装置が圧縮テーブル生成部２４を備えているが、圧縮テーブル生成部２４を本実施形態の画像処理装置、すなわちコンピュータ２とは別個に設け、別個に設けられた圧縮テーブル生成部２４において、第１の圧縮テーブルＬＵＴ１または合成圧縮テーブルＬＵＴ４を生成するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、放射線検出器５を用いて被写体１０の放射線画像を取得しているが、放射線の照射により放射線エネルギーの一部を蓄積し、その後、可視光やレーザ光等の励起光の照射により、蓄積された放射線エネルギーに応じた輝尽発光光を発光する蓄積性蛍光体を利用した蓄積性蛍光体シートを用いることにより、放射線画像を取得するようにしてもよい。蓄積性蛍光体シートを用いる場合、被写体を透過した放射線を蓄積性蛍光体シートに照射することにより、放射線画像情報を一旦蓄積記録し、この蓄積性蛍光体シートに励起光を照射して、輝尽発光光を生じさせ、この輝尽発光光を光電変換することにより放射線画像が取得される。

また、上記実施形態においては、放射線画像を対象としてダイナミックレンジ圧縮処理を行っているが、デジタルカメラ等により取得した画像を対象としてダイナミックレンジ圧縮処理を行う場合にも本発明を適用できることはもちろんである。

以下、本実施形態の作用効果について説明する。

第１の圧縮量および第２の圧縮量に基づく圧縮テーブルにより、ダイナミックレンジ圧縮処理を入力画像に対して行うことにより、一度の処理でダイナミックレンジ圧縮画像を生成することができるため、演算量を低減して迅速な処理を行うことができる。

ダイナミックレンジ圧縮画像に対して予め設定された階調テーブルにより階調処理を行うことにより、予め設定された濃度範囲の特定濃度域の画像に対して階調処理が行われるため、階調処理済みの画像を予め設定された濃度およびコントラストを有するものとすることができる。

階調テーブルにより変換される濃度域を特定濃度域に設定することにより、階調テーブルと特定濃度域を関連づけて、予め設定された濃度およびコントラストを有する階調処理済み画像を生成することができる。

１ 撮影装置
２ コンピュータ
３ Ｘ線源
５ 放射線検出器
６ 表示部
７ 入力部
２１ 画像取得部
２２ 画素値取得部
２３ 濃度域設定部
２４ 圧縮テーブル生成部
２５ 圧縮処理部
２６ 階調処理部
２７ 記憶部

Claims (11)

1. 入力画像に対してダイナミックレンジ圧縮処理を行う画像処理装置であって、
   前記入力画像に含まれる被写体領域の画素値の最大値および最小値の少なくとも一方を取得する画素値取得手段と、
   前記入力画像に対して予め設定された幅の特定濃度域を設定する濃度域設定手段と、
   前記被写体領域の画素値の最大値および最小値の少なくとも一方を前記特定濃度域に圧縮する第１の圧縮量、並びに前記特定濃度域における高濃度域および低濃度域の少なくとも一方を圧縮する予め設定された第２の圧縮量により、前記入力画像に対してダイナミックレンジ圧縮処理を行ってダイナミックレンジ圧縮画像を生成する圧縮処理手段とを備えたことを特徴とする画像処理装置。
2. 前記圧縮処理手段は、前記入力画像に対して、前記第１の圧縮量に基づく第１の圧縮テーブルにより第１のダイナミックレンジ圧縮処理を行い、かつ前記第２の圧縮量に基づく第２の圧縮テーブルにより第２のダイナミックレンジ圧縮処理を行って、ダイナミックレンジ圧縮画像を生成する請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記第１の圧縮テーブルを生成する圧縮テーブル生成手段をさらに備えた請求項２記載の画像処理装置。
4. 前記圧縮処理手段は、前記第１の圧縮量および第２の圧縮量に基づく圧縮テーブルにより、前記入力画像に対して前記ダイナミックレンジ圧縮処理を行って、ダイナミックレンジ圧縮画像を生成する請求項１記載の画像処理装置。
5. 前記圧縮テーブルを生成する圧縮テーブル生成手段をさらに備えた請求項４記載の画像処理装置。
6. 前記ダイナミックレンジ圧縮画像に対して、予め設定された階調テーブルにより階調処理を行う階調処理手段をさらに備えた請求項１から５のいずれか１項記載の画像処理装置。
7. 前記濃度域設定手段は、前記階調テーブルにより変換される濃度域を、前記特定濃度域に設定する請求項６記載の画像処理装置。
8. 前記入力画像が複数フレームからなる動画像である場合、前記濃度域設定手段は、前記複数フレームのそれぞれに対して前記特定濃度域を設定し、
   前記画素値取得手段は、前記複数フレームのそれぞれに含まれる被写体領域の画素値の最大値の代表値および最小値の代表値の少なくとも一方を取得し、
   前記圧縮処理手段は、前記複数フレームのそれぞれにおいて、前記最大値の代表値および前記最小値の代表値の少なくとも一方を前記特定濃度域に圧縮する前記第１の圧縮量および前記第２の圧縮量により、前記ダイナミックレンジ圧縮処理を行って前記ダイナミックレンジ圧縮画像を生成する請求項１から７のいずれか１項記載の画像処理装置。
9. 前記濃度域設定手段は、被写体を撮影して前記入力画像を取得する際の撮影メニューおよび前記被写体の撮影部位の少なくとも一方に応じて前記特定濃度域を設定する請求項１から８のいずれか１項記載の画像処理装置。
10. 入力画像に対してダイナミックレンジ圧縮処理を行う画像処理方法であって、
    前記入力画像に含まれる被写体領域の画素値の最大値および最小値の少なくとも一方を取得し、
    前記入力画像に対して予め設定された幅の特定濃度域を設定し、
    前記被写体領域の画素値の最大値および最小値の少なくとも一方を前記特定濃度域に圧縮する第１の圧縮量、並びに前記特定濃度域における高濃度域および低濃度域の少なくとも一方を圧縮する予め設定された第２の圧縮量により、前記入力画像に対してダイナミックレンジ圧縮処理を行ってダイナミックレンジ圧縮画像を生成することを特徴とする画像処理方法。
11. 入力画像に対してダイナミックレンジ圧縮処理を行う画像処理方法をコンピュータに実行させるための画像処理プログラムであって、
    前記入力画像に含まれる被写体領域の画素値の最大値および最小値の少なくとも一方を取得する手順と、
    前記入力画像に対して予め設定された幅の特定濃度域を設定する手順と、
    前記被写体領域の画素値の最大値および最小値の少なくとも一方を前記特定濃度域に圧縮する第１の圧縮量、並びに前記特定濃度域における高濃度域および低濃度域の少なくとも一方を圧縮する予め設定された第２の圧縮量により、前記入力画像に対してダイナミックレンジ圧縮処理を行ってダイナミックレンジ圧縮画像を生成する手順とをコンピュータに実行させることを特徴とする画像処理プログラム。