JP5868119B2 - 画像処理装置、放射線撮影システム、画像処理方法及び記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、イメージセンサにより撮像された画像に対する画像処理に関する。

通常の撮影システムでは、イメージセンサが受ける光の量を調節したり、受光量に対する出力の特性を調整したりすることで、画像の黒つぶれや白とびを低減する。また出力された画像に処理を施すことで画像の画質の水準を保っている。Ｘ線撮影システムを例にすると、線量制御機構がＸ線源を制御することでイメージセンサに到達する線量が調節される。到達した線量に対する出力値をイメージセンサのゲインを変更することにより調整する。調整された出力値に応じて得られるＸ線画像に階調数の圧縮・拡大処理や、画像の特定範囲を強調するコントラスト強調処理などの画像処理が施される。
線量や入出力の特性に応じて画像処理を行う技術として、動画撮影において線量が頻繁に変更されている場合、線量が安定するまで画像処理の応答を弱め、画素値のふらつきによる影響を抑える技術がある（特許文献１）。また、被写体の輝度範囲に合わせてセンサのゲインを変更してセンサの感度領域内に収まるようにし、ゲイン毎に設定された関数で階調変換する方法が開示されている（特許文献２）。

特開２００８−４２４４８号公報 特開２００６−８０９６０号公報

しかしながら、出力特性が良好な範囲から大きく外れた画像が得られた場合に、ノイズを強調した画像が出力されてしまうという問題がある。例えば受光量が不足した画像では光量不足に起因するノイズが多く重畳することとなる。この場合に適切な受光量の画像と同様にコントラスト強調処理をしてしまうと、このノイズを強調した画像が出力されてしまう。

そこで本発明は、イメージセンサで撮像した画像に基づいて該画像において強調される画素値の範囲を設定する設定手段と、前記イメージセンサから得られる画像についてＳＮ比が閾値より大きくなる線量に対応する画素値の範囲を取得する特性取得手段と、前記強調される画素値の範囲が前記特性取得手段にて取得された画素値の範囲に包含されるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により包含されないと判定された場合には前記強調される画素値の範囲を前記特性取得手段にて取得された画素値の範囲に含まれるようにシフトさせる補正手段と、を有することを特徴とする。

かかる本発明によれば、画像において強調される画素値の範囲がＳＮ比が閾値より大きくなる範囲に含まれることとなるため、ノイズの発生を抑えた画像を生成することができる。

画像処理装置１００の構成図である。 画像処理装置１００を含む放射線撮影システム２００の構成図である。 画像処理装置１００による処理の概要を示す図である。 処理の流れを示すフローチャートである。 イメージセンサ２０２のダイナミックレンジを説明する図である。 階調変換曲線の補正例を示す図である。 階調変換カーブのその他の補正例を示す図である。 表示部２１０に表示される調整画面を示す図である。 ＧＵＩ調整ステップを説明する図である。 その他の処理の流れを示すフローチャートである。 その他の画像処理装置１１００の構成図である。 その他の画像処理装置１２００の構成図である。 画像処理装置１２００による処理の概要を示す図である。 画像処理装置１２００により得られる階調変換特性の例を示す図である。

以下、適宜図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。

本発明を放射線撮影システムで実施する例を図１乃至図５を参照しながら説明する。

図１は本実施例の画像処理装置１００の構成を示す。画像処理装置１００は画像入力部１０１、設定部１０２、特性取得部１０３、判定部１０４、補正部１０５、階調処理部１０６、表示制御部１０７を有する。画像入力部１０１は、イメージセンサで取得された画像に対してセンサ特性が補正された画像を取得する。この画像処理装置１００による処理がされる前の画像をオリジナル画像と呼ぶことにする。

設定部１０２は入力された画像についてコントラストを強調する画素値の範囲を設定する。本実施例では設定部１０２が有する画像解析部１０８と階調変換作成部１０９によりこの処理が実現される。画像解析部１０８は、オリジナル画像について階調処理に必要な情報をオリジナル画像から計算し解析結果を出力する。階調変換作成部１０９は、解析結果に基づいてオリジナル画像を適切な画像にするための階調変換曲線を作成する。階調変換曲線の傾きによって強調される画素値の範囲が設定される。なお階調変換作成部１０９では階調変換曲線に限らず入力画素値に対する出力画素値を示すＬＵＴを作成してもよい。さらには画像において強調する領域を設定すればよく、階調変換を作成しなくてもよい。

特性取得部１０３はオリジナル画像を撮像する際に用いられたイメージセンサのダイナミックレンジを示す値を記憶部から取得する。ここでダイナミックレンジとは、イメージセンサの線量に対する出力特性が良好な線量の範囲またはこれに対応する画素値の範囲をいう。

判定部１０４では、このダイナミックレンジに、設定部１０２にて設定された強調される画素値の範囲が包含されるか否かを判定する。包含されないと判定された場合には、補正部１０５は階調変換曲線を入力とし、ダイナミックレンジに包含されるように画像において強調される画素値の範囲を補正する。補正済みの階調変換曲線を出力する。一方、判定部１０４にて包含されると判定された場合には階調変換曲線は補正されない。階調処理部１０６は補正されなかった階調変換曲線または補正済みの階調変換曲線とオリジナル画像とを入力とし、階調処理した画像を出力する。表示制御部１０７は階調処理後の画像を表示部へと出力する。

上述の画像処理装置１００では回路で実装した場合を示したが、画像処理装置１００をソフトウェアで実装することもできる。その場合、先述の各部はソフトウェアとハードウェアにより実現される。

図２には画像処理装置１００をハードウェアとソフトウェアにより実装する場合のハードウェア構成を示している。画像処理装置１００であるコントロールＰＣ２０１はＣＰＵ２０３、ＲＡＭ２０４、ＲＯＭ２０５、記憶部２０６を有している。これらはバス２０９を介して接続されている。さらに外部装置として表示部２０７、入力部２０８が接続される。後述する図３に示す処理をコントロールＰＣ２０１に実行させるプログラムがソフトウェアモジュールとしてＲＯＭ２０５または記憶部２０６に格納されている。このプログラムはＲＡＭ２０４に読み込まれ、ＣＰＵ２０３に実行される。ＣＰＵ２０３はプログラムされた命令に応じてコントロールＰＣ２０１の各ハードウェア資源を制御し、全体として図１に示す各機能が実現される。かかるプログラムは撮影モード毎に分かれたソフトウェアモジュールとして格納されている。

図２はまた、画像処理装置１００を含む放射線撮影システム２００のハードウェア構成を示している。画像処理装置１００であるコントロールＰＣ２０１とイメージセンサ２０２、Ｘ線発生装置２１１が信号線である光ファイバー２１４でつながっている。信号線は光ファイバーでなくてもＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やギガビットイーサなどでもよい。光ファイバー２１４には、表示部２１０、データベース２１２、ネットワークインタフェース部２１３が接続されている。

コントロールＰＣ２０１はイメージセンサ２０２や放射線源であるＸ線発生装置２１１などにコマンドを送る。イメージセンサ２０２はＸ線を光に変換する蛍光体と、蛍光体が発する光を電気信号に変換する半導体基板と、電気信号を読み出すための駆動回路と、読み出された電気信号からデジタル画像データを作成する回路とを含む。表示部２１０はＸ線発生装置２１１や撮影に応じて得られる動画像をユーザがリアルタイムで確認するためのＧＵＩの表示に主に用いられる。一方表示部２０７はユーザが撮影条件の設定を行うためのＧＵＩの表示に主に用いられる。

本システムでは動画撮影と静止画撮影が可能となっている。動画撮影の場合、イメージセンサ２０２が受光して得られる出力値に基づいて、放射線の線量が制御される。これによりイメージセンサ２０２が出力するＸ線画像の一定画質を保持することができる。

この制御においてはＣＰＵ２０３が出力値を定期的にチェックすることでイメージセンサ２０２の決められた範囲に到達する線量を監視し、その値が一定になるように入射線量を制御する。ＣＰＵ２０３は到達線量が基準より少ないと判定した場合に入射線量を多くするようにＸ線発生装置２１１に命令する。到達線量が基準を超えていると判定すれば入射線量を少なくするようにＸ線発生装置２１１に対して命令する。Ｘ線発生装置２１１は命令に応じて適切な線量のＸ線をＸ線管から射出する。また、表示部２１０のＧＵＩや不図示の操作ボタン、または入力部２０８を介して手動での線量の制御が可能である。

このように透視撮影やシネ撮影などの動画撮影では線量制御は自動で行われるため、線量の監視に用いる範囲が適切でないと必ずしも最適な線量になるとは限らない。また動画撮影を開始した直後や撮影領域が移動する場合は、フィードバック制御が収束するために時間がかかることから、その間イメージセンサからは適切な線量でない画像が出力される恐れがある。また、線量制御は正しく動作する場合でも、安全性の観点から線量に上限があるため、必要な量だけの線量を曝射することができない場合もある。この場合もノイズだけを強調してしまった画像を出力することになる。

画像処理装置１００により行われる処理の概要を図３に基づいて説明する。図３は、イメージセンサ２０２に検出される線量に応じた画素値と、出力特性が良好なダイナミックレンジの範囲と、イメージセンサ２０２が生成した画像の画素値の範囲との関係を示す図である。

図３（ａ）で、出力特性が良好な範囲を示すダイナミックレンジ３００が示されている。これに対して、線量（受光量）に応じた画像が生成されることとなる。範囲３０１はある画像の画素値の範囲を示している。ここでは、画像の画素値のヒストグラムを取ったときに出現回数が所定の閾値よりも高い値の下限と上限で画される範囲を示している。設定範囲３０２は、設定部１０２が画像の関心領域の画素値に基づいて設定した画像において強調される画素値の範囲である。

範囲３０１を画素値の範囲とする画像では、設定範囲３０２がダイナミックレンジ３００に一部包含されない。この場合、補正部１０５は包含されない範囲分だけ設定範囲３０２を高画素値側にシフトする。ここでシフトとは、画素値の範囲の大きさを変えずに下限値と上限値を変えることを意味する。範囲３０３はこのシフト補正された範囲を示している。これにより、画像の本来強調されるべき領域が強調されず潰れたような画像となる。よって作業者に対して、この画像を見て画像の線量が不足していることを直感的に理解させることができる。

また別の画像の画素値の範囲が範囲３１１で示されている。この画像において強調される画素値の範囲が３１２で示されている。この場合、設定範囲３１２はダイナミックレンジ３００の範囲を超えている部分があるため、補正部１０５が強調する範囲を範囲３１３にシフトする。これにより、画像の本来強調されるべき領域よりも低画素値側が強調されるため、白とびしたような画像を得ることができる。よって作業者に対して、この画像を見て画像の線量が不足していることを直感的に理解させることができる。

図３（ｂ）では、ある画像の画素値の範囲が範囲３３１で示されており、その強調されるべき範囲が設定範囲３３２で示されている。この場合、画像の画素値の範囲も、設定範囲３３２もダイナミックレンジ３００内に包含されているため、補正部１０５による補正は必要ない。本来強調されるべき設定範囲３３２が強調された画像を得ることができる。

また別の画像における画素値の範囲が範囲３４１で示され、強調される範囲が設定範囲３４２で示されている。この場合、画像の画素値の範囲３４１は一部ダイナミックレンジ３００に包含されていないが、設定範囲３４２は包含されている。この場合にも、ノイズやアーチファクトを強調することがないため、設定範囲３４２を強調した画像を得ることができる。

上述の放射線撮影システム２００により実現される処理の流れを図４に従い説明する。図４は放射線撮影システム２００が実行する動画撮影処理の流れを示している。

まずステップＳ４０１の前段階として、Ｘ線発生装置２１１はＸ線管を制御し断続的にＸ線を射出させる。ここで射出するＸ線の線量制御は、イメージセンサ２０２の所定領域が受光して得られる出力値を所定のタイミングで取得することで監視し、それに応じてＸ線発生装置２１１により制御される。

Ｘ線の射出と同期して、イメージセンサ２０２はＸ線を受光しフレーム画像を連続して出力する。この画像に対してイメージセンサ２０２内の回路でセンサ特性の補正がされる。ここでセンサ特性の補正とは、オフセット補正、Ｌｏｇ変換、ゲイン補正、欠陥画素補正などである。この補正された画像の生成と画像処理装置１００の処理が並行して行われる。

ステップＳ４０１では、画像処理に必要な情報を外部から取得する。画像入力部１０１は、センサ特性を補正したオリジナル画像を取得する。また特性取得部１０３は、予め計測され記憶部２０６に格納された、イメージセンサ２０２のダイナミックレンジを示す値を取得する。

以下ステップＳ４０２乃至Ｓ４０４で、設定部１０２が画像に基づいて強調する画素値の範囲を設定する。画像解析部１０８は、オリジナル画像を解析し、階調変換カーブを作成するためのパラメータを計算する（ステップＳ４０２）。本実施例では階調処理方法として、固定の階調変換カーブをシフトさせて使用する方法を行う。シフトさせる量はオリジナル画像上での関心領域に最適な輝度が割り当てられるように決める。そこで画像解析部１０８は関心領域内の平均値を計算し出力する。

関心領域の設定はＲＯＩ設定部として機能する設定部１０２により行われる。関心領域は画像の中心から数インチの正方形領域とする。これは、診断上重要と思われる部位を中心に撮影することが多いことに対応したものである。画像の中心付近を関心領域とすることで結果的に診断上注目すべき部位を関心領域とすることができる。関心領域を設定する別の方法としては、画像を解析することで撮影部位毎に適切な領域を設定することができる。例えば胸部の画像であれば肺野を抽出し、肺野の領域を関心領域とする。この技術は、必ずしも注目したい領域が画像の中央に位置しない場合があることに対応するものである。そのような場合としては例えば、撮影部位や目的によっては画像の複数の部位を注目する必要がある場合や、または予め撮影フォーマットが決まっている場合がある。これに対応して、撮影部位の情報に基づいて画像を解析し関心領域を設定することで、注目したい部位を基準に画像の階調を設定することができる。更に別の方法として、関心領域を線量の監視に用いる先述の所定領域に合わせて同じ領域に設定する方法がある。これにより、線量の制御の基準となる領域と画像処理の基準となる領域が揃うこととなるため、画像の品質をより適切に向上させることができる。

次に階調変換作成部１０９は解析により得られた関心領域内の平均値と、階調変換カーブ用の外部パラメータを取得し、階調変換カーブ（第１の階調変換関数）を作成する（ステップＳ４０３）。本実施例では階調変換カーブとして式１に示す画素値ｗのシグモイド関数Ｓ（ｗ）を利用する。

式１においてｐｘＳｍｉｎ、ｐｘＳｍａｘはそれぞれＳ（ｗ）の最小値、最大値である。ｓＰｒｍＣはＳ（ｗ）の傾きで、ｓＸ０は、Ｓ（ｗ）のｗ方向のシフト量である。

次に階調変換作成部１０９はこの階調変換カーブＳ（ｗ）のコントラストを示す値として微分値Ｓ’（ｗ）を計算する（ステップＳ４０４）。この微分値がある入力画素値において所定の値以上である場合、例えば１より大きい場合には、オリジナル画像よりもコントラストが強調される。逆に１より小さい場合には、オリジナル画像よりも画素値の差が小さく扱われることとなるため、コントラストが弱められる。階調変換作成部１０９はこの微分値が所定の閾値より大きい画素値の範囲を、画像において強調する画素値の範囲として設定する。この閾値は上述のとおり１としてもよいが、１より大きい値としてもよく、画像や撮影部位などの情報に応じて決められる。以上ステップＳ４０２乃至Ｓ４０４の処理により設定部１０２は強調する画素値の範囲を設定する。

ステップＳ４０５では判定部１０４が階調変換カーブへの入力値と微分値Ｓ’（ｗ）との間に指定の条件が成り立っているかを判定する（ステップＳ４０５）。指定の条件とは、ノイズが支配的な画素値の範囲を高コントラストに変換しないという条件である。ノイズが支配的な画素に高コントラストを与えたとしてもノイズだけが強調されて情報がなく、診断上不適切な画像となる。これを防ぐことを目的に、設定部１０２により設定された強調する画素値の範囲がイメージセンサの出力特性が良好な画素値の範囲を意味するダイナミックレンジに含まれるか否かを判定する。含まれると判定された場合（ステップＳ４０６でＹｅｓ）には、画像の関心領域に基づいて設定された強調範囲がノイズやアーチファクトを強調することがない。よって設定部１０２で設定された範囲がそのまま強調される（ステップＳ４０８）。

含まれないと判定された場合には（ステップＳ４０６でＮｏ）、ノイズやアーチファクトを強調してしまい、画像として不自然なものとなる。さらには、作業者は画像を見ても適切な線量が照射されているのかいないのかを判断することができなくなってしまう。例えば、本来低線量であれば画像は暗くなるのに対して、低画素値のノイズの多い画素値範囲をコントラスト強調してしまうと、画像全体がざらついた画像となってしまう。これでは作業者は、適切な線量が照射されていないことは分かっても、線量を上げればいいのか下げればいいのかが分からなくなってしまう。そこで、関心領域に応じたコントラストの強調を放棄し、基準を超えた低線量であることを示すような画像となるように階調を変更する。そのために、ステップＳ４０７で補正部１０５により強調する画素値の範囲が補正される。

ステップＳ４０６での判定部１０４の判定処理と、ステップＳ３０７での補正部１０５による補正処理を図５及び図６を参照しながら詳述する。まず、図５はイメージセンサの特性を示す図に基づいてイメージセンサ２０２のダイナミックレンジについて説明する。横軸にイメージセンサへの到達線量（受光量）、縦軸はセンサ出力値とし、実線が信号成分、破線がノイズ成分を表している。イメージセンサの出力値は、この信号値とノイズ値を合わせた値となる。線量（受光量）Ｅ１まではノイズ成分の方が支配的であるが、そこからは信号成分が支配的となる。そして線量（受光量）Ｅ２に達すると信号成分は飽和する。このような関係の中で、Ｅ１からＥ２までの範囲をセンサのダイナミックレンジと定義する。

定性的に言えば、イメージセンサの信号値及びノイズ値の出力特性が良好な画素値または線量（受光量）の範囲である。また別の観点では、ダイナミックレンジの中ではＳＮ比が閾値より大きい範囲である。また別の観点では、信号成分が飽和しない、または信号成分の出力の線型性が良好に保たれている画素値の範囲である。

各到達線量に対応するセンサ出力値がＯｕｔＤＲＭｉｎとＯｕｔＤＲＭａｘである。ＯｕｔＤＲＭｉｎ以下の出力値となる場合、ノイズが支配的な値であることがいえる。一方、ＯｕｔＤＲＭａｘ以上の出力値となる場合、センサ出力値が飽和し、センサ特有のアーチファクトが発生する。したがって、ＯｕｔＤＲＭｉｎ以下、ＯｕｔＤＲＭａｘ以上となる値は、センサ出力値として有効ではないことがいえる。

次に図６に基づいて階調変換カーブの補正処理を説明する。入力画素値は、センサ出力値に修正を施して得られるオリジナル画像の画素値である。図５の線量Ｅ１に対応する入力画素値はｗＥ１、線量Ｅ２に対応する入力画素値はｗＥ２である。ｗＥ１とｗＥ２の範囲をグレーで示している。これがイメージセンサ２０２のダイナミックレンジに対応する。すなわちセンサ出力値として有効な範囲はグレーゾーン内だけと判断できる。補正部１０５はこの範囲に階調変換カーブの高コントラストな領域があたるように制御する（ステップ４０７）。シグモイド関数Ｓ（ｗ）の微分値Ｓ’（ｗ）について、低コントラストから高コントラストへと変わる閾値をＴｈ１とし、高コントラストから低コントラストへと変わる閾値をＴｈ２とする。また、Ｔｈ１とＴｈ２に対応する入力画素値ｗをそれぞれｗｔｈ１とｗｔｈ２とする。この範囲が画像において強調される領域である。

判定部１０４は、これら２つの閾値ｗｔｈ１、ｗｔｈ２で定義される範囲がｗＥ１からｗＥ２の範囲内に包含されるか否かを判定する。ここで包含されないと判定された場合には、階調変換カーブを式（２）のように補正する。この処理は、階調変換カーブを低画素値シフトする処理である。

図５に示すようにｗｔｈ１がｗＥ１以下である場合は、ノイズだけを強調することになるため、階調変換カーブを高線量域側（高画素値側）へとシフトする。一方、ｗｔｈ２がｗＥ２以上である場合は、センサのアーチファクトだけを強調することになるため、階調変換カーブを低線量域側（低画素値側）へとシフトする。

補正部１０５により決められるシフト量は、強調される画素値の範囲がダイナミックレンジの範囲内に含まれるように決められる。強調される画素値の範囲がダイナミックレンジにぎりぎり含まれるようにシフトする。例えば、ダイナミックレンジよりも低画素値側を強調するよう設定されていた場合には、強調する範囲の下限がダイナミックレンジの下限と一致するようにシフト量を決める。このようにすると、シフト量は最小に抑えられることとなる。シフト量を最小に抑えることで画像の見えやすさを極力保つことができる。

以上の処理により、階調変換カーブが補正されることに応じて強調する画素値の範囲も補正される。このようにして、強調する範囲がダイナミックレンジに範囲内に含まれない場合には強調する範囲をシフトする処理が行われる。

画像のダイナミックレンジの範囲が十分に大きい場合には、画素値の範囲をシフトさせるだけではノイズ等の強調を防ぐことができない場合がある。信号出力の線型性のよい画素値の範囲に収めることよりもＳＮ比が閾値より大きい画素値の範囲に収めることを優先させてシフトさせる。こうすることで強調される画素値の範囲が高画素値側にシフトされ白とびした画像となるため、手動で線量をより高く設定されてしまうのを防ぐことができる。

図４のステップＳ４０８にて、階調処理部１０６は、オリジナル画像に階調変換を施す。設定部１０２により設定された画素値の範囲がダイナミックレンジに包含される場合には、設定された範囲を強調する階調変換カーブＳ（ｗ）（第１の階調変換関数）を画像に適用する。一方でダイナミックレンジに包含されない範囲がある場合には、包含されるように画素値の範囲がシフトされた階調変換カーブＳｎｅｗ（ｗ）（第２の階調変換関数）を適用する。

ここで、オリジナル画像において特定の二次元領域が決められていた場合は、その特定の領域のみをＳｎｅｗ（ｗ）にて変換し、特定の領域外はＳ（ｗ）にて変換する。これにより特定の領域だけはノイズやアーチファクトを強調しない、線量の過不足が明らかな部分画像として表示される。

階調変換した画像は、表示制御部１０７が表示部２１０に階調変換された画像を表示させる。その他画像処理はメモリ保存、ＰＡＣＳ転送などを行い、ユーザに提供する（ステップＳ４０９）。

上述の処理により、撮影線量が足りずノイズだけが強調されてしまった画像が、ノイズが強調されることのない画像となり、線量が不足していることが明らかな暗い画像が出力される。撮影線量が多すぎてセンサの特性に起因するアーチファクトが強調されてしまったような画像が、センサの特性が強調されない画像となり、線量が多すぎであることが明らかな明るい画像が出力される。このように、線量が不足または過多で画像処理による画質の改善が望めない場合には、線量が不足または過多であることを示す画像処理を画像に施す。これによりノイズやアーチファクトを強調した不自然な画像が出力されてしまう状況を減らすことができる。また、作業者が画像を見ることで線量が不足しているか過多であるのかが一目瞭然となるため、線量の制御を適切に行うことができる。

なお関心領域の画素値などの情報から、線量が不足した画像であることが明らかである場合には、特性取得部１０３はダイナミックレンジの情報として下限値Ｅ１またはｗＥ１の値のみを取得する。この場合ダイナミックレンジの情報としてはＳＮ比が閾値よりも大きい画素値の範囲を示す情報となる。

また別の例として、イメージセンサのダイナミックレンジが十分に広い場合や、イメージセンサの信号成分の出力について線型性が保たれる範囲が十分に広い場合も考えられる。この場合にも特性取得部１０３はダイナミックレンジの情報として下限値Ｅ１またはｗＥ１の値のみを取得することとしてもよい。

実施例２では、強調される画素値の範囲が前記ダイナミックレンジに包含されるように補正するため、階調変換曲線をシフトさせる代わりに曲線の傾きを変更する。ハードウェア構成は実施例１とほぼ同様であるが、補正部１０５による処理が異なっている。実施例２を図７を参照しながら説明する。

図１の構成図と図４の全体フローに基づいて実施例２の処理の流れを説明する。ステップＳ４０１からステップＳ４０５までは実施例１と同様であるため省略する。図７に階調変換カーブでの変換を示した。入力画素値は、センサ出力値に修正を施した値である。図５の線量Ｅ１に対応する入力画素値はｗＥ１、線量Ｅ２に対応する入力画素値はｗＥ２である。ｗＥ１とｗＥ２の範囲をグレーで示している。すなわちセンサ出力値として有効な範囲はグレーゾーン内だけと判断できる。補正部１０５はこの範囲に階調変換カーブの高コントラストな領域があたるように制御する（ステップ４０６）。微分値Ｓ’（ｗ）上にて、低コントラストと高コントラストとの閾値をそれぞれＴｈ１とＴｈ２とするとする。入力画素値ｗＥ１とｗＥ２での傾きがＴｈ１、Ｔｈ２となるようなＳ（ｗ）の傾きｓＰｒｍＣｔｈ１、ｓＰｒｍＣｔｈ２に設定することで制御ができる。すなわち階調変換カーブを構成するｆ（ｗ）を式（３）のように補正する。

図７に示すようにｗＥ１におけるコントラストが高い場合は、ノイズだけを強調することになるため、階調変換カーブの傾きを小さくする。一方、ｗＥ２におけるコントラストが高い場合は、センサのアーチファクトだけを強調することになるため、階調変換カーブの傾きを小さくする。式（３）では全ての入力画素に対し一律で傾きを変えているが、Ｓ（ｗ）の中心を境に傾きの異なる階調変換カーブなどへと変換してもよい。（ステップＳ４０７）。ステップＳ４０８以降は実施例１と同様であるため省略する。

また別の例として、ｗｔｈ１とｗｔｈ２の範囲に収まらないときは、ｗｔｈ１とｗｔｈ２の範囲に階調変換カーブを圧縮（もしくは入力画素値を圧縮）する。

このように階調変換曲線をシフトさせるだけでなく傾きを変更したり画素値方向に圧縮したりすることでも、ノイズやアーチファクトを強調した不自然な画像を出力させないようにすることができる。

実施例３では、線量制御に応じたコントラスト強調処理を行うか否かを切り替える機能を有している。ハードウェア構成は実施例１とほぼ同様であるが、階調処理部１０６は表示部２０７に表示されたＧＵＩへの入力に応じて処理を行う点が異なっている。以下本実施例を図８乃至図１０を参照しながら説明する。

ユーザ入力からの入力を得るための調整画面８００を図８に基づいて説明する。制御モードの選択ＧＵＩ８０２は例えば図８のようにＧＵＩのチェックボックスを含む。選択ＧＵＩでの選択に応じて、判定部１０４が上述の実施例に記載された画像処理を行うか否かを選択する。ユーザがこのチェックボックスをオンにすると、図３のフローチャートに示す画像処理が行われるが、オフにすると図３の処理は行われない。輝度を調整するための調整ＧＵＩ８０３はユーザが輝度を調整するための図８のようなＧＵＩを含む。この調整ＧＵＩ８０３への入力に応じて補正部１０５は階調変換カーブをシフトされる。コントラストを調整する調整ＧＵＩ８０４はユーザがコントラストを調整するための図９のようなＧＵＩを含む。この調整ＧＵＩ８０４への入力に応じて補正部１０５により階調変換カーブが変更され、コントラストが調整される。

調整ＧＵＩ８０３の詳細を図９に基づいて説明する。調整ＧＵＩ８０３には図９に図示するように輝度調整ステップが中央（Ｓｔｅｐ０）に近い位置からＳｔｅｐ０、Ｓｔｅｐ２、Ｓｔｅｐ−２、Ｓｔｅｐ４、・・・、ＳｔｅｐＴＨと表示されている。また、各輝度調整ステップに対応して輝度シフト量が中央に近い位置から０、５、−５、１０、−１０、・・・・と５刻みで表示されている。例えば、Ｓｔｅｐ２は輝度シフト量１０に対応し、ＳｔｅｐＴＨは輝度シフト量−３０に対応している。ユーザが輝度調整ステップを選択すると、補正部１０５は対応した輝度シフト量分だけ階調変換カーブがシフトされ輝度が調整される。

調整ＧＵＩ８０３では、あるステップを超えると階調変換カーブが指定のコントラスト内に収まらなくなる境界となるステップをＳｔｅｐＴＨとしている。ＳｔｅｐＴＨよりも（絶対値が）大きく輝度を変更する場合、診断上ふさわしくない画像が作成される。

ここで、任意のステップが選択された場合に、輝度シフト量の最小単位を小さくするため、輝度シフト量と輝度調整ステップとの再割当てが実行される。これは、表示制御部１０７により行われる。図９の下段には、輝度調整ステップＳｔｅｐ０が選択された場合の再割当てを示している。図９ではステップが負の方向にいく場合に指定のコントラスト以上になる。したがってＳｔｅｐＴＨからＳｔｅｐ０までの間を３刻みで割り当てる。この結果、ＳｔｅｐＴＨからＳｔｅｐ０までの間で詳細に調整することができる。コントラスト調整部９０４においても同様の調整機構を採用することが可能である。

上述の調整機能を利用する際の画像処理装置１００が実行する処理の流れを図１０のフローチャートに従い説明する。まず、階調変換作成部１０９がユーザによって輝度・コントラスト調整された量を取得する（ステップＳ１００１）。次に階調変換作成部１０９は取得した輝度調整量を使って階調変換カーブを更新する。そして判定部１０４は、センサダイナミックレンジ外の範囲にある画素値が指定のコントラストの範囲内であるかを計算する（ステップＳ１００２）。ここで判定部１０４が、指定のコントラストの範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１００３）。この処理は上述の実施例と同様である。ここで指定のコントラストの範囲内であると判定された場合には（ステップＳ１００３でＹｅｓ）、ステップＳ８０６へと進む。一方、範囲内ではないと判定すると（ステップＳ１００３でＮｏ）、引き続き判定部１０４は現在の階調制御モードがＯＮであるかＯＦＦであるかを判定する（ステップＳ１００４）。ここでの判定は、調整画面制御モードの選択ＧＵＩ８０２がＯＮの時は、センサダイナミックレンジの範囲外にある入力画素が指定のコントラスト以上である場合に、以下となるように制御する。実施例の１や２と同様に階調変換カーブを修正する（ステップＳ１００５）。ＯＦＦの時は制御をしない。つまりステップＳ１００２で作成した階調変換カーブで処理をする（ステップＳ１００６）。そして表示制御部１０７は階調処理済みの画像を画像表示ＧＵＩ８０１に表示させる（ステップＳ１００７）。またステップＳ１００８で表示制御部１０７は上述の図９に示したとおり、調整ＧＵＩ８０３及び８０４のシフト量と調整ステップとの再割当て処理を行う。

以上のとおり本実施例では、イメージセンサのダイナミックレンジに応じたコントラスト強調処理を行うか行わないかを選択可能とし、ユーザが調整可能とする。これにより適切な画像処理を画像に施すことができる。

実施例４では、先述の実施例において、強調される画素値の範囲がダイナミックレンジの範囲内に含まれていないと判定された場合には、表示制御部１０７で表示部２１０に警告を表示させる。システムの構成及び処理の流れについて、先述の実施例と重複する部分については説明を省略する。

関心領域に基づいて設定された画像において強調される画素値の範囲がダイナミックレンジの範囲内に含まれないと判定部１０４で判定された場合、適切な階調変換が行われない旨の警告を表示する。

または、設定部１０２で設定された画素値の範囲がダイナミックレンジよりも低画素値側の範囲を包含する場合には、線量が不足している旨の表示をする。この表示は、「線量が不足している」旨を文字情報で知らせる表示でも、線量不足であることを示すアイコンでもその両方でもよい。また表示部２１０には警告の表示と並べて、実施例１に示す処理により階調処理部１０６にて処理された画像が表示されることとなる。この画像は設定部１０２にて設定された範囲がダイナミックレンジを外れている場合には、線量不足であることが明らかな階調変換が施された画像である。そのためＸ線画像と、文字情報及び／またはアイコンとの両方によって線量不足であることをユーザに分かりやすく提示することができる。

同様に設定部１０２で設定された画素値の範囲がダイナミックレンジよりも高画素値側の範囲を包含する場合には、線量が過多となっている旨の警告表示をする。この場合でも線量過多であることが強調された画像と警告表示が並べて表示されるため、線量が過多であることをユーザに分かりやすく提示することができる。

また実施例３のステップＳ１００３の処理で、指定のコントラストの範囲に含まれない場合は、線量不足または線量過多である旨の警告を出してもよい。警告を出し、ユーザに階調変換カーブを修正せずに処理をするか否かを選択させるメッセージを表示してもよい。もしくは警告を出すだけで表示を行ってしまってもよい。

また別の例として、手動での線量制御を支援する方法に適用することができる。動画撮影をする際に、最初ダイナミックレンジを外れた低線量で撮影を開始する。この場合、表示部２１０には線量が不足していることが明らかな画像と警告表示とが表示部２１０に表示される。そこで作業者は徐々に線量を上昇させ、ダイナミックレンジにぎりぎり含まれるようななるべく少ない線量に調節していく。線量が適切となったところで線量の変更を終了する。特に放射線撮影においては被写体の被曝を抑えるためなるべく低線量で撮影したいという要求がある。本発明は係る手動での線量制御を支援することができる。

上述の実施例では、強調する範囲がイメージセンサのダイナミックレンジを外れてしまった場合にもコントラストを強調する処理を行っていたが、実施例５では当該場合に強調処理を省略する。図１１を参照しながら本実施例を説明する。なお図１１にて図１と同様の名称を付されたブロックは図１と同等であるため説明を省略する。画像処理装置１１００を含むシステムは図２と同様であるため説明を省略する。

画像処理装置１１００の制御部１１１０は判定部１１０４の判定結果を取得する。ここで、制御部１１１０は階調処理部１１０６に処理を実行させるか否かを制御する。制御部１１１０は設定されたコントラストを強調する範囲がイメージセンサのダイナミックレンジに包含されない場合には、階調処理部１１０６に対して所定の信号を送る。一方、コントラストを強調する範囲がイメージセンサのダイナミックレンジに包含されない場合には、当該所定の信号を送信しないよう制御する。この所定の信号を入力した場合、階調処理部１１０６は入力された画像に対して階調変換を施さず表示制御部１１０７に送る。所定の信号が入力されない場合には、先述の実施例と同様に階調処理部１１０６は設定された範囲のコントラストを強調する処理を実行する。このようにして階調処理部１１０６に入力された画像はコントラスト強調処理が施されないまま表示制御部１１０７に入力され、表示部２０７に表示される。

これにより画像の線量が不足している場合や、線量が多すぎる場合にはコントラストを強調する処理が施されないこととなる。これにより、画像から線量不足であるか、線量過多であるかを示す情報をシステムの操作者に直感的に確認させることができる。システムの操作者は線量の調節やイメージセンサのゲイン切り替え、または撮影の中止など必要に応じた対処を行うことができる。

本実施例では、あらかじめ作成した第１の階調変換特性を補正して第２の階調変換特性処理を得ることをせず、画像から直接に階調変換特性を決定する。

図１２に画像処理装置１２００の構成を示す。画像入力部１２０１、階調処理部１２０６、表示制御部１２０７は上述の実施例と同様である。図２に示すハードウェアと、ＲＯＭ２０５または記憶部２０６に記憶されたソフトウェアプログラムとが共同して各部の機能を実現する。以下上述の実施例と異なる点を説明する。

本実施例では、画像解析部１２０８はＸ線画像を解析して階調変換特性を決めるための基準の画素値を取得する。基準の画素値の一例は被写体領域の平均値または中央値等の統計値を用いる。被写体領域は、画像解析部１２０８がＸ線画像から周知のアルゴリズムにより被写体領域を抽出することで得られる。被写体領域を基準に階調変換を行うことが可能となるため、被写体領域を診断しやすい画像を得ることができる。

また別の例としては、画像中心を含む部分領域内の統計値を用いても良い。Ｘ線撮影においては写損を防ぐ観点から被写体の位置決めを行ってから撮影を行うことが多いため画像の中心付近に診断上重要な部位がくることが多い。本例はこれを利用したものであり、被写体抽出処理が不要となるため、解析処理の負荷を低減することができる。

記憶部２０６には、イメージセンサ２０２の出荷前等のタイミングで予め取得されたダイナミックレンジの範囲が記憶される。なお、特性の変化などに対応して、ダイナミックレンジを取得する特性取得部１２０３を設けることとしてもよい。この場合特性取得部１２０３は、にイメージセンサ２０２から得られる画像についてＳＮ比が閾値より大きくなる線量に対応する画素値の範囲を取得し、記憶部２０６に記憶する。また、ダイナミックレンジの情報として、先述の図５に示すようにイメージセンサ２０２により得られる画像のＳＮ比が閾値より大きい画素値の範囲でありかつ信号成分の出力の線型性が保たれる画素値の範囲を記憶部２０６に記憶することとしても良い。これには、たとえば所定の規則で線量透過率が空間的に変化するファントムを撮影した画像について、ＳＮ比及びセンサに到達した入射線量に対する出力画素値の変化を計測することで得ることができる。

判定部１２０４は、画像解析部１２０８により得られた階調変換の基準の画素値が、記憶部２０６に記憶されたダイナミックレンジに含まれるか否かを判定する。基準の画素値がダイナミックレンジに含まれる場合には、決定部として機能する階調変換作成部１２０９は、画像解析部１２０８により得られた基準の画素値を基準に階調変換特性が決定する。この場合、階調変換により階調が広げられる画素値の範囲の中心が画像解析部１２０８により得られた基準の画素値をとなる。

画像解析部１２０８により得られた基準の画素値が前記記憶された画素値の範囲に含まれると判定されなかった場合には、階調変換作成部１２０９はダイナミックレンジに含まれる特定の画素値を新たな基準の画素値として選ぶ。この新たな基準の画素値が、階調変換により階調が広げられる画素値の範囲の中心となるように階調変換の特性が決定される。

上述の機能により実現される処理の例を図１３、図１４に基づき説明する。図１３（ａ）、図１３（ａ）は本実施例の処理を示す図である。範囲１３０１はＸ線画像の画素値の範囲を示す。ダイナミックレンジ３００よりも範囲１３０１が大きくなっているのは、Ｘ線画像の場合被写体を通過せず直接Ｘ線がイメージセンサ２０２に到達する場合があるからである。画像特徴量の値は、たとえば被写体領域に基づいて得られた階調変換の基準となる画素値の値である。特に低線量の撮影を行う場合、この特徴量の値がダイナミックレンジ３００よりも下回る場合があり、その場合には、階調カーブの基準点をダイナミックレンジ３００に含まれる特定の画素値とする。この基準の値が、階調カーブにより階調が広げられる画素値の範囲の中心位置となる。図１３（ａ）の例では、特定の画素値はダイナミックレンジ３００の下限値となっている。図１４（ａ）が、図１３（ａ）の処理で決定される階調カーブの例である。これに限らず、ダイナミックレンジ３００の下限値よりも所定の画素値だけ大きい画素値を基準の値としてもよい。

上述の処理により画像特徴量の値を基準に決められる階調カーブを用いるよりも、ノイズの領域を抑圧することができる。

図１３（ｂ）は画像特徴量の値がダイナミックレンジ３００に包含される場合を示したものである。この場合画像特徴量の値がそのまま階調変換の基準の値となる。この場合は、被写体領域の階調を適切に広げ、診断しやすい画像を提供することができる。図１４（ｂ）は図１３（ｂ）の場合に対応する階調カーブの例である。

本実施例の処理により、被写体の領域を反映した階調処理を行うことができる。また、適正な線量を下回る線量で撮影した場合には、ノイズの抑圧を優先し被写体領域の少なくとも一部の階調を狭める。これにより、不自然にノイズが強調された画像が表示されないようにすることができる。

（その他の実施例）
本実施例では強調される画素値の範囲を階調変換曲線によって設定したが、ＬＵＴによって行っても、また階調変換曲線やＬＵＴ等の階調変換によらずともよい。

また、予めイメージセンサの出力特性が良好な画素値の範囲を抑圧するコントラスト変更処理を行うこととしてもよい。また、関心領域の画素値の範囲に基づいて設定された強調される画素値の範囲がイメージセンサの出力特性が良好な範囲よりも低線量側の領域を含む場合には、素抜け領域を除いてコントラストを抑圧することで、低線量であることが診断者にとって分かりやすい画像を生成することができる。

画像処理装置１００または画像処理装置１１００で行われている処理を複数の装置で分散させ画像処理システムとして実現してもよい。また図１または図１０、図１２に示す１つの機能ブロックとしてまとめられている処理を複数の回路または機能ブロックで分散させて実現してもよい。またイメージセンサと、上述の実施例における画像処理装置及び表示装置の機能とを組み込んだＦＰＤまたは撮像装置により本実施例のシステムを実現することとしてもよい。

図２で示すように本実施例をコンピュータのハードウェアとソフトウェアの協働により実現する場合、複数のＣＰＵで分散させて本実施例を実現することとしてもよい。ここでコンピュータ上で稼動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、その処理によって上述の機能が実現してもよい。またソフトウェアであるプログラムまたはプログラムコードを記録した記録媒体もまた本実施例を構成する。ここでいう記録媒体は、ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙなものであり、電波等記録対象が固定されないは様な媒体は含まないが、キャッシュや揮発メモリ等は含む概念である。

上述した本実施の形態における記述は、実施例の好適な画像処理装置の一例であり、実施の形態はこれに限定されるものではない。

以上、上述した実施例では、被写体に照射されるＸ線の線量が線量である場合に得られたＸ線画像について、Ｘ線画像における被写体領域の階調を狭めることでノイズを抑圧することができる。このように被写体領域の階調を広げることよりもノイズを抑圧することを優先した階調処理を行うことで、不自然にノイズが強調された画像が表示されないようにすることができる。

１００ 画像処理装置
１０１ 画像入力部
１０２ 設定部
１０３ 特性取得部
１０４ 判定部
１０５ 補正部
１０６ 階調処理部
１０７ 表示制御部
２００ 放射線撮影システム

Claims (19)

1. 階調変換の特性を取得する取得手段と、
   Ｘ線センサにより取得される画像のＳＮ比が閾値より大きい画素値の範囲であり、かつ信号成分の出力の線型性が保たれる画素値の範囲を取得する特性取得手段と、
   前記階調変換の特性により階調が設定される画素値の範囲が、前記取得された画素値の範囲に含まれるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定の結果に応じて前記階調変換の特性を補正する補正手段と を有することを特徴とする画像処理装置。
2. 前記補正手段は、前記階調が設定される画素値の範囲が前記取得された画素値の範囲に含まれるように階調変換の特性を補正することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記補正手段は、前記階調が設定される画素値の範囲が、前記取得された画素値の範囲に含まれないと判定された場合には、前記補正前の階調変換で階調が設定される画素値の範囲を前記取得された画素値の範囲内となるように階調変換の特性を補正することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記Ｘ線センサで撮像した画像に基づいて該画像において強調される画素値の範囲を設定する設定手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
5. 前記補正手段は、前記取得された画素値の範囲に包含されない一部に対応する画素値の範囲分だけ前記階調が設定される画素値の範囲をシフトさせることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
6. 前記補正手段は、前記階調が設定される画素値の範囲を前記取得された画素値の範囲が包含する場合には該画素値の範囲の階調を広げる処理を前記画像に施し、前記階調が広げられる画素値の範囲を包含しない場合には該画素値の範囲をシフトさせることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
7. 前記補正手段は、前記強調される画素値の範囲をシフトさせても前記特性取得手段により取得された画素値の範囲内に収めることができない場合には、前記線型性が保たれる画素値の範囲に収めることよりも前記ＳＮ比が閾値より大きい画素値の範囲に収めることを優先させて該強調される画素値の範囲をシフトさせることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
8. 前記特性取得手段にて取得された画素値の範囲が前記強調される画素値の範囲の一部を包含しない場合には警告を出力する出力手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
9. 前記Ｘ線センサで撮像した画像の関心領域に基づき階調変換関数を作成する作成手段と、
   前記設定手段は前記作成された階調変換関数の傾きが閾値より大きい画素値の範囲を該画像のコントラストを強調する画素値の範囲として設定することを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
10. 前記画像における固定の二次元領域、被写体の撮影部位のいずれかに応じて関心領域を設定するＲＯＩ設定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
11. 前記強調される画素値の範囲が前記特性取得手段にて取得された画素値の範囲に包含される場合には該強調される画素値の範囲を強調する処理を前記補正手段に実行させ、前記特性取得手段にて取得された画素値の範囲に前記強調される画素値の範囲を包含しない場合には前記画像にコントラスト強調処理を施さないよう前記補正手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
12. 階調変換の特性を取得する取得手段と、
    Ｘ線センサにより取得される画像のＳＮ比が閾値より大きい画素値の範囲であり、かつ信号成分が飽和しない画素値の範囲を取得する特性取得手段と、
    前記階調変換の特性により階調が設定される画素値の範囲が、前記取得された画素値の範囲に含まれるか否かを判定する判定手段と、
    前記判定の結果に応じて前記階調変換の特性を補正する補正手段とを有することを特徴とする画像処理装置。
13. 階調変換の基準の画素値を取得する取得手段と、
    前記Ｘ線センサの特性によりＳＮ比が閾値より大きくなる画素値の範囲を記憶する記憶手段と、
    前記基準となる画素値が、前記記憶された画素値の範囲に含まれるか否かを判定する判定手段と、
    前記判定の結果に応じて階調変換特性を決定する決定手段と、
    を有することを特徴とする画像処理装置。
14. 前記取得手段は、画像の被写体領域における統計値を前記基準となる画素値として取得し、
    前記決定手段は、前記基準の画素値が前記記憶された画素値の範囲に含まれると判定された場合には、前記階調変換により階調が広げられる画素値の範囲の中心が前記基準の画素値となるように階調変換の特性を決定する前記決定手段は、前記基準の画素値が前記記憶された画素値の範囲に含まれると判定されなかった場合には、前記記憶された画素値の範囲に含まれる特定の画素値が前記階調変換により階調が広げられる画素値の範囲の中心となるように階調変換の特性を決定することを特徴とする請求項１３に記載の画像処理装置。
15. 前記決定手段は、前記画像における被写体領域の階調を狭めることでノイズを抑圧することを特徴とする請求項１３に記載の画像処理装置。
16. 階調変換の特性を取得するとともに、Ｘ線センサにより取得される画像のＳＮ比が閾値より大きい画素値の範囲であり、かつ信号成分の出力の線型性が保たれる画素値の範囲を取得する取得ステップと、
    前記階調変換の特性により階調が設定される画素値の範囲が、前記取得された画素値の範囲に含まれるか否かを判定する判定ステップと、
    前記判定の結果に応じて前記階調変換の特性を補正する補正ステップと、を有することを特徴とする画像処理方法。
17. 階調変換の特性を取得するとともに、Ｘ線センサにより取得される画像のＳＮ比が閾値より大きい画素値の範囲であり、かつ信号成分が飽和しない画素値の範囲を取得する取得ステップと、
    前記階調変換の特性により階調が設定される画素値の範囲が、前記取得された画素値の範囲に含まれるか否かを判定する判定ステップと、
    前記判定の結果に応じて前記階調変換の特性を補正する補正ステップと、を有することを特徴とする画像処理方法。
18. 階調変換の基準の画素値を取得する取得ステップと、
    Ｘ線センサの特性によりＳＮ比が閾値より大きくなる画素値の範囲を記憶する記憶ステップと、
    前記基準となる画素値が、前記記憶された画素値の範囲に含まれるか否かを判定する判定ステップと、
    前記判定の結果に応じて階調変換特性を決定する決定ステップと、
    を有することを特徴とする画像処理方法。
19. 請求項１６乃至１８のいずれか１項の画像処理方法をコンピュータに実行させるための指示を記録した記録媒体。