图像处理设备、图像处理方法和图像处理程序的制作方法
【专利摘要】[目标]为了恰当确定用于抑制包括周期性图样(例如，栅格图像)在内的放射线照相图像中的周期性图样的通带特性。[解决方案]通过关于至少一个方向对表示包括周期性图样在内的图像的图像信号执行频率分析，来检测与周期性图样相对应的频谱的峰位置(pf)和峰宽(pw)。基于检测到的峰位置(pf)和检测到的峰宽(pw)，确定一维滤波器的通带特性(F)，该一维滤波器对图像信号中与周期性图样相对应的空间频率分量进行抑制。
【专利说明】图像处理设备、图像处理方法和图像处理程序
【技术领域】
[0001]本发明涉及对图像信号中与周期性图样相对应的空间频率分量加以抑制的图像处理设备、方法和程序。具体的，本发明涉及对放射线照相中使用的栅格所引起的放射线照相图像中的周期性图样加以抑制的图像处理设备、方法和程序。
【背景技术】
[0002]传统上，使用了蓄积性荧光体(辉尽性荧光体)。当使用放射线(X射线、α射线、β射线、Y射线、电子束、紫外线等)来辐照蓄积性荧光体时，一部分放射线能量被存储在蓄积性荧光体中。之后，当向蓄积性荧光体输出激发光(例如可见光和激光束)时，蓄积性荧光体发射与其中存储的放射线能量相对应的光致发光。例如，在CR(计算放射线照相)中广泛使用采用蓄积性荧光体的放射线照相图像读出设备。使用已穿透对象(例如，人体)的放射线来辐照蓄积性荧光片，在该蓄积性荧光片中，在衬底上沉积蓄积性荧光体，且在蓄积性荧光片上临时存储和记录放射线照相信息。向蓄积性荧光片输出激发光(例如，激光束)，以引起光致发光。此外，针对光致发光执行光电转换，以获得图像信号。
[0003]此处，当在蓄积性荧光片等上对对象的放射线照相图像进行成像和记录时，在一些情况下通过在对象和片之间放置栅格来执行成像，使得由对象所散射的放射线不辐照该片。例如，在栅格中以约4行/_的狭窄间距来交替布置铅等(其不允许放射线从中穿过)和铝(其倾向于允许放射线从中穿过)等。当通过使用栅格来执行放射线照相时，由对象散射的放射线不倾向于辐照该片。因此，有可能改进对象的放射线照相图像的对比度。然而，由于在图像中包括栅格图像，因此存在图像质量劣化的问题。此外，当对包括栅格图像在内的图像的大小进行放大或缩小时，取决于放大或缩小比率，会出现由折叠所造成的混叠(aliasing)。此外，当混叠与栅格图像等的空间频率重叠时，生成了狭窄的条纹图样(莫尔条纹)，且对重新生成的图像的观察变得困难。
[0004]专利文献I公开了用于移除栅格图像的方法，作为用于从图像中移除这种周期性图样的方法。在该方法中，在布置栅格图像的条纹图样的方向上，针对图像执行一维高通滤波处理。此外，在与栅格图像的条纹图样相平行的方向上，针对图像执行一维低通滤波处理。因此，从原始图像中提取出与栅格图像相对应的空间频率分量，且从原始图像中减去所提取的空间频率分量。
[0005]此外，专利文献2 公开了用于获得图像的方法，其中，抑制了由栅格引起的伪像。在该方法中，通过二维或一维傅立叶变换，对图像数据执行频率分析，且获得莫尔条纹的峰位置(频率)、峰高、半值全宽(HWFM)、峰值处的总能量、栅格的方向等等。此外，以基于图像的像素大小、峰位置和峰值处的能量确定的内核大小，执行平滑滤波。
[0006]此外，专利文献3公开了图像处理方法。在该方法中，针对图像数据执行二维傅立叶变换，以检测与周期性图样相对应的空间频率分量。此外，通过使用仅移除检测到的空间频率分量的滤波器来执行滤波。
[0007]相关技术文献[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本未审专利公开N0.2003-150954
[0010]专利文献2:美国专利N0.6269176
[0011]专利文献3:日本未审专利公开N0.2009-195512
【发明内容】
[0012]此处，需要在尽可能不移除表示对象的分量的情况下移除周期性图样(例如，莫尔条纹)，以获得适用于基于图像的诊断的高质量图像。然而，在专利文献I所公开的方法中，与周期性图样相对应的空间频率分量(例如，栅格图像的条纹图样)是通过执行一维高通滤波处理来检测的。因此，如果周期性图样未出现在高频带中，而是出现在低频带中，则不可能检测到期望的周期性图样。因此，不可能采用专利文献I中公开的方法。
[0013]此外，在专利文献2中公开的方法中，可以通过执行平滑滤波处理来抑制局部化的噪声分量。然而，该方法不仅从图像中移除检测到的与周期性图样相对应的空间频率分量。因此，不可能集中移除包括周期性图样的空间频率分量。
[0014]在专利文献3所公开的方法中，由于通过二维傅立叶变换来检测与周期性图样相对应的空间频率分量，因此计算的负荷很高。因此，需要使用较低计算负荷来确定与周期性图样相对应的空间频率分量的通带特性的方法。 [0015]考虑到前述事实，本发明的目的是提供图像处理设备、图像处理方法以及图像处理程序，即使在中频带或低频带中出现与周期性图样相对应的频率分量，它们也可以使用低计算负荷来恰当地确定通带特性。
[0016]本发明的图像处理设备是一种图像处理设备，包括:
[0017]周期性图样检测装置，通过关于至少一个方向对表示包括周期性图样在内的图像的图像信号执行频率分析，来检测与所述周期性图样相对应的频谱的峰位置和峰宽；以及
[0018]通带特性确定装置，基于检测到的峰位置和检测到的峰宽，来确定一维滤波器的通带特性，所述一维滤波器对所述图像信号中与所述周期性图样相对应的空间频率分量进is抑制。
[0019]根据本发明的图像处理方法是一种图像处理方法，包括以下步骤:
[0020]通过关于至少一个方向对表示包括周期性图样在内的图像的图像信号执行频率分析，来检测与所述周期性图样相对应的频谱的峰位置和峰宽；以及
[0021]基于检测到的峰位置和检测到的峰宽，来确定一维滤波器的通带特性，所述一维滤波器对所述图像信号中与所述周期性图样相对应的空间频率分量进行抑制。
[0022]本发明的图像处理程序是一种图像处理程序，其使得计算机担当:
[0023]周期性图样检测装置，通过关于至少一个方向对表示包括周期性图样在内的图像的图像信号执行频率分析，来检测与所述周期性图样相对应的频谱的峰位置和峰宽；以及
[0024]通带特性确定装置，基于检测到的峰位置和检测到的峰宽，来确定一维滤波器的通带特性，所述一维滤波器对所述图像信号中与所述周期性图样相对应的空间频率分量进is抑制。
[0025]术语“周期性图样”指 在原始图像中包括的具有周期性图样的噪声。例如，周期性图样指当通过使用栅格在蓄积性荧光片上对放射线照相图像进行成像时在原始图像中包括的栅格图像、莫尔条纹等。
[0026]此外，术语“通带特性”指允许预定频带通过或对其进行移除的滤波器的特性。通带特性包括带通特性(带通特性)和频带移除特性(带阻特性)。
[0027]此外，只要峰位置表示频谱的峰频的代表值，则可以定义任意峰位置。类似地，只要峰宽表示频谱的峰宽的代表值，则可以定义任意峰宽。
[0028]只要通带特性包括与周期图案相对应的频率分量的峰位置，且峰位置在被包括在要通过的频带中，通带特性确定装置就可以确定任何类型的通带特性，且基于峰位置和峰宽可确定通带特性。
[0029]期望带通宽度宽于或等于峰宽，以移除与周期性图样相对应的频率分量。例如，期望通带特性确定装置以下述方式来确定通带特性:包括峰位置且通带宽度随着峰宽更宽而更宽。
[0030]在通带特性中，低频带包括很多对象分量。因此，在低频带中，将对象分量和与周期性图样相对应的频率分量一起移除的风险随着滤波器的带通更宽而更高。因此，在低频带中，期望带通特性包括周期性图样的峰且通带的宽度较窄。例如，通带特性确定装置可以用下述方式来确定通带特性:通带宽度随着峰位置位于更低频带而更窄。
[0031]此外，通带特性确定装置可以通过由峰位置和峰宽来限定的正态分布函数来确定通带特性。例如，可以通过使用峰位置作为平均值，且使用半值全宽作为标准差，来定义正态分布函数。可以将以下述方式放大或缩小的正态分布曲线确定为通带特性:正态分布函数的峰对应于频率响应中的I。
[0032]通带特性确定装置可以通过矩形函数来确定通带特性，所述矩形函数具有比峰宽更宽或相等的宽度，且该矩形函数的中心是峰位置。
[0033]此外，通带特性确 定装置可以基于峰高来确定通带特性。这是因为当频谱的量值小时，即使不对包括与周期性图样相对应的频率分量在内的整个频带进行抑制(与周期性图样相对应的频率分量的一部分保留在图像信号中)，依然有可能以下述方式来抑制周期性图样:质量足以用作诊断用图像。例如，可以用下述方式来确定通带特性:带通滤波器的带通频率响应随着峰高越高而越高,且带通滤波器的带通频率响应随着峰高越低而越低。
[0034]期望根据本发明的图像处理设备还包括:抑制装置，通过基于所确定的通带特性执行一维滤波，来对所述图像信号中的周期性图样进行抑制。
[0035]此外，根据本发明的图像处理设备中的通带特性确定装置可以在所述通带特性中设置通带宽度的上限或下限。这是因为由仅通过(或阻止)极窄频带的带通(或带阻)滤波器进行的滤波导致在图像中生成伪像等，且这是不想要的。此外，通过过宽频带的带通(带阻)滤波器进行的滤波是不想要的，因为存在将在基于图像的诊断中重要的信息(例如，对象分量)和与周期性图样相对应的分量一起移除的风险。
[0036]通带特性确定装置可以用下述方式来确定通带特性:该通带特性根据图像的成像条件而不同。此处，可以通过使用成像菜单(例如，与成像条件和成像区域相关的信息)来获得图像的成像区域和图像的成像条件，该成像菜单是在原始图像的成像设备处指定的。备选地，可以使用由用 户通过他/她的手动操作来输入的成像区域信息，例如对象的器官和病变。此外，本发明的图像处理设备还可以包括区域提取装置，其从图像中提取图像的成像区域，且使用所提取的成像区域信息。例如，可以使用日本未审专利公开N0.2002-109548和日本未审专利公开N0.2003-6661中公开的方法，它们是由本申请的 申请人:所提出的。在该方法中，通过使用模板执行模板匹配来自动检测胸腔，该模板实质上类似于作为参考的平均心胸腔的轮廓。
[0037]根据本发明的图像处理设备、图像处理方法和图像处理程序，通过关于至少一个方向针对表示包括周期性图样在内的图像的图像信号执行频率分析，来检测与周期性图样相对应的频谱的峰位置和峰宽。此外，基于检测到的峰位置和检测到的峰宽来确定对图像信号中与周期性图样相对应的空间频率分量进行抑制的一维滤波器的通带特性。因此，有可能基于峰位置和峰宽来恰当确定一维滤波器的通带特性，该一维滤波器可以在不过度抑制图像中的对象分量的情况下恰当地抑制频率分量。因此，有可能以相对低的计算负荷来获得高质量图像。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1是示出了放射线照相设备的示意图；
[0039]图2是示出了通过使用栅格成像来获得的放射线照相图像的图；
[0040]图3是示出了放射线照相图像读出设备的示例的立体图；
[0041]图4是示出了扫描方向和要读出的图像之间的关系的图；
[0042]图5是示出了根据本发明的实施例的图像处理设备的配置的示意图；
[0043]图6是示出了根据本发明的实施例的由图像处理设备进行的处理的流程图；
[0044]图7是用于解释本发明的实施例中的区域提取处理的示意图；
[0045]图8是用于解释本发明的实施例中的归一化处理的图；
[0046]图9A是用于解释本发明的实施例中的通带特性确定处理的图；
[0047]图9B是用于解释本发明的实施例中的通带特性确定处理的修改示例的图；
[0048]图1OA是用于解释本发明的实施例中的抑制处理的图；
[0049]图1OB是用于解释本发明的实施例中的抑制处理的修改示例的图；
[0050]图11是示出了本发明的实施例中的通带特性的修改示例的图(I号)；
[0051]图12是示出了本发明的实施例中的通带特性的修改示例的图(2号)；以及
[0052]图13是示出了本发明的实施例中的通带特性的修改示例的图(3号)。
【具体实施方式】
[0053]下文中，将参考附图来描述本发明的实施例。在以下实施例中，将描述在放射线照相图像读出设备中使用根据本发明的周期性图样抑制处理设备的情况。备选地，可以在用于抑制放射线照相图像中包括的周期性图样的图像处理设备等中使用该周期性图样抑制处理设备，该放射线照相图像是当通过窗口屏幕、遮光物等来执行放射线照相时在使用数字相机等的普通放射线照相中获得的。此处，放射线照相图像读出设备通过使用激光束扫描放射线照相图像，读出在蓄积性荧光片上记录的人体的放射线照相图像作为数字图像信号。
[0054]图1是示出了放射线照相设备的示意图。从放射线源I输出放射线2，且放射线2穿过对象3，并到达静态栅格(下文中，简称为“栅格”)4。在栅格4中，以例如约4行/mm的间距来交替布置铅4a (其吸收放射线2)和铝4b (其让放射线2通过)。此外，以铅4a的倾斜根据其位置而略微不同的方式来设置铅4a，使得放射线2穿过铝4b，并进入蓄积性荧光片11。
[0055]因此，已穿过对象3的放射线2由铅4a来吸收，且不到达蓄积性荧光片11。然而，放射线2穿过铝4b，并到达蓄积性荧光片11。将具有4行/mm的条纹图样的栅格图像与对象图像一起记录在蓄积性荧光片11上。同时，在对象3中被散射的散射放射线2a由铅4a所吸收，或由栅格4的表面来反射，铅4a是以根据其位置而倾斜的方式设置的。因此，散射的放射线2a不到达蓄积性荧光片11。因此，蓄积性荧光片11可以记录具有少量散射放射线2a的锐利的放射线照相图像，该少量散射放射线2a辐照蓄积性荧光片11。图2是示出了对象图像5和由栅格图像引起的莫尔条纹图样6的放射线照相图像的示例的图。当通过使用图1所示的放射线照相设备来执行放射线照相时，在蓄积性荧光片11上存储和记录放射线照相图像。
[0056]图3是示出了放射线照相图像读出设备的立体图和功能框图的组合的图。在读出单元10的预定位置上设置蓄积性荧光片11，并通过由驱动装置(未示出)来驱动的片传送装置15 (例如环带)来传送。在箭头方向Y上以例如扫描间距10行/mm来传送(辅扫描)蓄积性荧光片11。同时，从激光束源16输出光束17，且由旋转多面镜18向聚光透镜19 (例如，f0透镜)反射。旋转多面镜18由电机24驱动，并在箭头方向上以高速旋转。在光束17穿过聚光透镜19之后，光束17由镜子20向蓄积性荧光片11反射。由光束17在箭头方向X上主扫描蓄积性荧光片11，该箭头方向X与副扫描方向(箭头方向Y)实质上成直角。
[0057]当使用光束17来照射蓄积性荧光片11时，从蓄积性荧光片11的被照射位置发射在量上与在该位置上存储和记录的放射线照相图像信息相对应的受激发射光21。受激发射光21从光导22的入射端面22a进入光导22,并在光导22中重复全反射,并从光导22的输出端面22b输出。由光电倍增器23来接收输出的受激发射光22,并通过光电转换转换为模拟图像信号Sa。
.[0058]在由对数放大器26将模拟图像信号Sa进行对数放大之后，使用与空间频率fs =10周期/mm相对应的采样间隔对模拟图像信号Sa采样，并由A/D转换器28来数字化，且输出数字图像信号Sd(下文中，简称为“图像信号Sd”)。图像信号Sd表示通过对蓄积性荧光片11进行二维扫描所获得的放射线照相图像信息。如图4所示，通过在主扫描方向(水平方向)上使用光束17对蓄积性突光片11进行扫描的同时在副扫描方向(垂直方向)上移动蓄积性荧光片11来获得放射线照相图像信息。除了与对象3相对应的放射线照相图像5相关的信息之外，以这种方式获得的图像信号Sd还包括由与栅格4相对应的栅格图像(未示出)所引起的莫尔条纹图样6相关的信息。
[0059]在存储单元29中临时存储图像信号Sd之后，向图像信号处理单元30输入图像信号Sd。图像信号处理单元30包括用于执行本发明中的图像处理方法的图像处理设备40。
[0060]图5是示出了根据本发明的实施例的图像处理设备40的配置的示意图。将参考图5来描述根据本发明的实施例的图像处理设备40。
[0061]根据本发明的实施例的图像处理设备40包括周期性图样检测装置41、通带特性确定装置42、以及抑制装置43。周期性图样检测装置41通过关于至少一个方向针对表示包括周期性图样在内的图像的图像信号Sd执行频率分析，来检测与周期性图样相对应的频谱的峰位置和峰宽。通带特性确定装置基于检测到的峰位置和检测到的峰宽来确定一维滤波器的通带特性，该一维滤波器对图像信号中与周期性图样相对应的空间频率分量进行抑制。抑制装置43通过基于所确定的通带特性执行一维滤波，来抑制图像信号中的周期性图样。
[0062]当安装图像处理程序时，在存储单元29中存储本发明的实施例中的图像处理程序和该图像处理程序所涉及的数据，并当启动图像处理程序时，将其加载到存储单元29中包括的存储器。图像处理程序定义了周期性图样检测处理、通带特性确定处理以及抑制处理，作为由图像信号处理单元30的中央处理单元来执行的处理，该图像信号处理单元30构成了图像处理设备40。中央处理单元基于程序来执行上述各个类型处理。因此，图像信号处理单元30的中央处理单元担当周期性图样检测装置41、通带特性确定装置42、以及抑制装置43。
[0063]图6是示出了根据本发明的实施例中的图像处理设备40中的图像处理的流程的流程图。图7是用于解释周期性图样检测装置41的线状(line-shaped)采样区域提取处理的图。将参考图6和图7来详细描述根据本发明的实施例的图像处理设备40中的图像处理。
[0064]首先，·如图6所示，向周期性图样检测装置41输入图像数据Sd(SOl)。然后，周期性图样检测装置41在由图像数据Sd表示的图像中关于X方向和y方向中的每一个方向提取nxm个线状区域，如图7所示。由于用于关于X方向提取区域的方法和用于关于y方向提取区域的方法相同，因此此处将仅描述用于关于X方向提取区域的方法。
[0065]首先，周期性图样检测装置41提取η个(在本发明的实施例中，η = 9)矩形区域Al至An，它们在由图像数据Sd表示的图像Gl上沿着X方向延伸(S02)。然后，周期性图样检测装置41获得η个区域图像数据集合SRxi中每一个的m个(在本发明的实施例中，m =9)线状区域图像数据SRxij的集合(i = I至n，且j = I至m)。此处，区域Al在y方向上的中心位于远离图像上边缘1/30图像高度的位置处。区域A9在Y方向上的中心位于远离图像上边缘1/30图像高度的位置处。此外，区域A2到区域A7在区域Al和A9之间以相等距离来布置。在y方向上以三个像素间隔来布置m(在本发明的实施例中，m = 9)个线状区域图像数据的集合SRxij(i = I至n，且j = I至m)。在X方向上的像素数目是1024。
[0066]周期性图样检测装置41通过对每个SRxij (i = I至n，且j = I至m)执行快速傅立叶变换来执行频率分析(S03)。具体地，针对每个区域图像数据SRxij的像素串SRxii (k)(k = O至1023)来执行快速傅立叶变换。换言之，当频谱是Pii (k) (k = O至1023)且通过快速傅立叶变换获得的运算结果的实部和虚部是Re (k)和Im(k)时，通过以下公式来计算频谱 Pij (k):
[0067][式I]
[0068]
【权利要求】
1.一种图像处理设备，包括: 周期性图样检测装置，通过关于至少一个方向对表示包括周期性图样在内的图像的图像信号执行频率分析，来检测与所述周期性图样相对应的频谱的峰位置和峰宽；以及 通带特性确定装置，基于检测到的峰位置和检测到的峰宽来确定一维滤波器的通带特性，所述一维滤波器对所述图像信号中与所述周期性图样相对应的空间频率分量进行抑制。
2.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中，所述通带特性确定装置以下述方式来确定所述通带特性:包括所述峰位置且通带宽度随着所述峰宽更宽而更宽。
3.根据权利要求2所述的图像处理设备，其中，所述通带特性确定装置通过由所述峰位置和所述峰宽限定的正态分布函数来确定所述通带特性。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的图像处理设备，其中，所述通带特性确定装置以下述方式来确定所述通带特性:通带宽度随着所述峰位置位于更低频带而更窄。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的图像处理设备，其中，所述通带特性确定装置基于峰高来确定所述通带特性。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的图像处理设备，所述图像处理设备还包括: 抑制装置，通过基于所确定的通带特性执行一维滤波，对所述图像信号中的周期性图样进行抑制。.
7.根据权利要求1至6中任一项所述的图像处理设备，其中，所述通带特性确定装置在所述通带特性中设置通带宽度的上限或下限。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的图像处理设备，其中，所述通带特性确定装置以下述方式来确定所述通带特性:所述通带特性根据所述图像的成像条件而不同。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的图像处理设备，其中，所述通带特性确定装置通过矩形函数来确定所述通带特性，所述矩形函数具有比所述峰宽更宽或相等的宽度，且所述矩形函数的中心是所述峰位置。
10.一种图像处理方法，包括以下步骤: 通过关于至少一个方向对表示包括周期性图样在内的图像的图像信号执行频率分析，来检测与所述周期性图样相对应的频谱的峰位置和峰宽；以及 基于检测到的峰位置和检测到的峰宽来确定一维滤波器的通带特性，所述一维滤波器对所述图像信号中与所述周期性图样相对应的空间频率分量进行抑制。
11.一种图像处理程序，使得计算机担当: 周期性图样检测装置，通过关于至少一个方向对表示包括周期性图样在内的图像的图像信号执行频率分析，来检测与所述周期性图样相对应的频谱的峰位置和峰宽；以及 通带特性确定装置，基于检测到的峰位置和检测到的峰宽来确定一维滤波器的通带特性，所述一维滤波器对所述图像信号中与所述周期性图样相对应的空间频率分量进行抑制。
【文档编号】G06T5/10GK103442641SQ201280014904
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年3月23日 优先权日:2011年3月24日
【发明者】今井睦朗 申请人:富士胶片株式会社