画像処理装置、画像処理方法、プログラム及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体
【課題】関心領域の所望の濃度（或いは輝度）と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（或いは輝度範囲）に変換できるようにする。
【解決手段】入力画像の被写体領域における少なくとも２つの異なる入力画素値を設定する入力画素値設定回路１１１１と、前記２つの異なる入力画素値のそれぞれに対応する出力画素値を設定する出力画素値設定回路１１１２と、入力画素値設定回路１１１１で設定された入力画素値が出力画素値設定回路１１１２で設定された出力画素値となるダイナミックレンジ変換関数を用いて、入力画像の一部又は全部の画素値を変換する処理を行うダイナミックレンジ変換回路１１１３を備える。この際、前記ダイナミックレンジ変換関数は、入力画素値設定回路１１１１で設定された入力画素値のうちの一方の入力画素値における傾きが、予め定められた値となるように生成されたものである。
【解決手段】入力画像の被写体領域における少なくとも２つの異なる入力画素値を設定する入力画素値設定回路１１１１と、前記２つの異なる入力画素値のそれぞれに対応する出力画素値を設定する出力画素値設定回路１１１２と、入力画素値設定回路１１１１で設定された入力画素値が出力画素値設定回路１１１２で設定された出力画素値となるダイナミックレンジ変換関数を用いて、入力画像の一部又は全部の画素値を変換する処理を行うダイナミックレンジ変換回路１１１３を備える。この際、前記ダイナミックレンジ変換関数は、入力画素値設定回路１１１１で設定された入力画素値のうちの一方の入力画素値における傾きが、予め定められた値となるように生成されたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力画像の画像処理を行う画像処理装置及び画像処理方法、当該画像処理方法をコンピュータに実行させるプログラム、並びに、当該プログラムを記憶するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療用のＸ線撮影装置においては、デジタルでＸ線画像データを出力可能なデジタルＸ線撮影装置が普及してきており、このようなデジタルＸ線撮影装置では、画像処理は必要不可欠となっている。このデジタルＸ線撮影装置（画像処理装置）で行われるＸ線画像データの画像処理としては様々なものが適用されているが、撮影されたＸ線画像データを観察しやすい濃度（輝度）とコントラストの画像に変換する階調変換処理は重要な画像処理の１つとなっている。
【０００３】
なお、上述した階調変換処理に使用される関数の形状としては、例えば、図８に示すような銀塩フィルムの特性曲線と同様のＳ字形状のものが一般的に使用されている。図８は、一般的な階調変換処理に使用される入力画素値と出力濃度値との特性曲線の一例を示す模式図である。この図８に示すＳ字の特性曲線（階調変換曲線）の作成方法については、例えば、下記の特許文献１に開示されている。この特許文献１の方法では、以下の（５）式に示される関数を用いる。
【０００４】
【数９】
【０００５】
（５）式において、ＯＤmaxおよびＯＤminは、それぞれ、出力最大濃度および出力最小濃度を示し、また、ａおよびｂは、定数である。また、ｃおよびｄは、それぞれ、階調度および平行移動量を示し、この２変数を変更することで所望とする関心領域の濃度とコントラストを最適に調整することができる。
【０００６】
図９は、胸部撮影に係る画像データの階調変換方法の一例を説明するための模式図である。例えば、胸部撮影においては、一般的に最も関心のある領域は肺野領域である。そこで、図９に示すように、肺野領域の代表値（肺野領域の平均値など）が所定の濃度（例えば、濃度１．８Ｄ）となるコントラストになるようにｃおよびｄを変更することで、肺野領域の濃度とコントラストを最適に調整することができる。
【０００７】
ところで、上述した階調変換処理において、被写体の体格や部位によっては、関心領域のコントラストを維持したまま被写体領域全体を最適な濃度範囲に収めることが困難な場合がある。例えば、胸部撮影においては、Ｘ線が透過しやすい肺野領域とＸ線が透過し難い縦隔領域を含むため、被写体のダイナミックレンジが非常に広い。そのため、図９に示すような階調変換関数（階調変換曲線）を用いて肺野領域のコントラストを最適化すると、縦隔領域の濃度が低くなり過ぎて、当該縦隔領域を同時に観察することができないことがある。
【０００８】
そこで、このような問題を解決するための方法として、一般的に、階調変換の前に微細な構造のコントラストを保存したまま、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。この方法は、例えば、下記の非特許文献１に開示されている。この非特許文献１の方法は、入力画像をＳorg、入力画像をマスクサイズＭ×Ｍ画素で移動平均したときのボケ画像をＳｕｓとした場合、以下の（６）式で表されるものである。
【０００９】
【数１０】
【００１０】
（６）式において、ｆ（ ）は、図１０に示すような広義単調減少関数である。ここで、図１０は、ダイナミックレンジ変換関数の一例を示す模式図である。
【００１１】
また、（６）式は、以下の（７）式で表すことも可能である。
【００１２】
【数１１】
【００１３】
（７）式において、ｆ１（ ）は、図１１に示すような広義単調増加関数で表される。ここで、図１１は、ダイナミックレンジ変換関数の一例を示す模式図である。（７）式に示すＳorg−Ｓｕｓは高周波成分に相当するため、低周波成分に限定した階調変換と捉えることができる。なお、最終的に出力される画像の濃度は、（７）式のｆ１（ ）と（５）式の階調変換関数を組み合わせた形となるため、縦隔等の低濃度領域の濃度を高くする効果がある。
【００１４】
また、（６）式においてｆ（ ）を変更することで、皮膚等の高濃度領域の濃度を低くすることも可能であり、この方法については、例えば、下記の特許文献２に開示されている。
【００１５】
【非特許文献１】阿南ほか、日本放射線技術学会雑誌、１９８９年８月、第４５巻、第８号、１０頁
【特許文献１】特開平１１−８８６８８号公報
【特許文献２】特許第２６６３１８９号公報
【特許文献３】特許第３６３１０９５号公報
【特許文献４】特開２００２−２４５４５３号公報
【特許文献５】特開２０００−２７６６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上述した画像処理技術の背景をもとに、従来の技術では、以下に示す課題があった。
【００１７】
まず、特許文献１に記載の技術では、関心領域の濃度とコントラストが最適化される反面、被写体の個体差等によるダイナミックレンジの違いについては全く考慮されていない。このため、被写体全体を最適な濃度範囲に収めることができない場合があった。なお、階調度ｃによって階調変換曲線の全体の傾きを小さくして、被写体全体を最適な濃度範囲に収めることも可能である。しかしながら、この場合、階調変換曲線の部分毎に傾きを調整することはできないため、関心領域のコントラストを犠牲にしなければならなかった。すなわち、関心領域のコントラストを維持したまま、被写体のダイナミックレンジに応じて階調変換曲線を最適に調整することが困難であるという課題があった。
【００１８】
また、非特許文献１および特許文献２に記載の技術では、被写体全体を最適な濃度に収めることは可能である。しかしながら、これらの技術では、被写体全体を最適な濃度に収める処理を階調変換処理と独立した処理ととらえており、当該処理の効果が階調変換後の画像にどのように反映されるかについては全く考慮されていない。このため、被写体のダイナミックレンジが階調変換後に最適な濃度範囲に必ず収まるという保証がなかった。また、例えば、図１１に示す場合には、ＳｕｓがＢａｓｅ以下の範囲では傾きが一定であるため、Ｂａｓｅの設定値によってはダイナミックレンジをあまり圧縮したくない関心領域や関心領域周辺においても一律にダイナミックが圧縮されてしまうという課題がある。
【００１９】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、関心領域の所望の濃度（或いは輝度）と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（或いは輝度範囲）に変換できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の画像処理装置は、入力画像の被写体領域における少なくとも２つの異なる入力画素値を設定する入力画素値設定手段と、前記２つの異なる入力画素値のそれぞれに対応する出力画素値を設定する出力画素値設定手段と、前記入力画素値設定手段で設定された入力画素値が前記出力画素値設定手段で設定された出力画素値となる変換関数を用いて、前記入力画像の一部又は全部の画素値を変換する処理を行うダイナミックレンジ変換手段とを有し、前記変換関数は、前記入力画素値設定手段で設定された入力画素値のうちの一方の入力画素値における傾きが、予め定められた値となるように生成されたものである。
【００２１】
本発明の画像処理方法は、入力画像の被写体領域における少なくとも２つの異なる入力画素値を設定する入力画素値設定ステップと、前記２つの異なる入力画素値のそれぞれに対応する出力画素値を設定する出力画素値設定ステップと、前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値が前記出力画素値設定ステップで設定された出力画素値となる変換関数を用いて、前記入力画像の一部又は全部の画素値を変換する処理を行うダイナミックレンジ変換ステップとを有し、前記変換関数は、前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値のうちの一方の入力画素値における傾きが、予め定められた値となるように生成されたものである。
【００２２】
本発明のプログラムは、入力画像の被写体領域における少なくとも２つの異なる入力画素値を設定する入力画素値設定ステップと、前記２つの異なる入力画素値のそれぞれに対応する出力画素値を設定する出力画素値設定ステップと、前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値が前記出力画素値設定ステップで設定された出力画素値となる変換関数を用いて、前記入力画像の一部又は全部の画素値を変換する処理を行うダイナミックレンジ変換ステップとをコンピュータに実行させ、前記変換関数は、前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値のうちの一方の入力画素値における傾きが、予め定められた値となるように生成されたものである。
【００２３】
本発明のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、前記プログラムを記憶する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、関心領域の所望の濃度（或いは輝度）と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（或いは輝度範囲）に変換することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す本発明の実施形態においては、本発明に係る画像処理装置として、Ｘ線撮影装置を適用した場合について説明を行う。この際、以下に示す本発明の実施形態では、Ｘ線を用いた撮影を行うＸ線撮影装置を適用した例を示すが、Ｘ線に限らず、例えば、α線、β線、γ線などの他の放射線を用いた放射線撮影装置を適用することも可能である。
【００２６】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＸ線撮影装置（画像処理装置）の概略構成の一例を示す模式図である。図１に示すＸ線撮影装置１００は、Ｘ線を用いて撮影された画像をフィルム上又はモニタ（画像表示器１０９）上に出力する際の効果的な画像処理を行う機能を有する画像処理装置である。
【００２８】
Ｘ線撮影装置１００は、Ｘ線発生回路１０１、２次元Ｘ線センサ１０２、データ収集回路１０３、前処理回路１０４、バス１０５、ＣＰＵ１０６、メインメモリ１０７、操作パネル１０８、画像表示器１０９、画像解析回路１１０及び画像処理回路１１１を有する。また、前処理回路１０４、ＣＰＵ１０６、メインメモリ１０７、操作パネル１０８、画像表示器１０９、画像解析回路１１０及び画像処理回路１１１の各デバイスは、バス１０５を介して互いに、データの授受が可能に（すなわち、通信可能に）接続されている。
【００２９】
また、データ収集回路１０３は、前処理回路１０４と通信可能に接続されており、更に、Ｘ線発生回路１０１及び２次元Ｘ線センサ１０２と通信可能に接続されている。また、画像処理回路１１１は、入力画素値設定回路１１１１、出力画素値設定回路１１１２、ダイナミックレンジ変換回路１１１３及び階調変換回路１１１４を含んで構成されており、１１１１〜１１１４に示す各回路は、バス１０５に接続されている。
【００３０】
上述した構成を有するＸ線撮影装置１００において、メインメモリ１０７は、ＣＰＵ１０６での処理に必要なプログラムや各種のデータなどを記憶すると共に、ＣＰＵ１０６のワーキング・メモリとして機能する。ＣＰＵ１０６は、メインメモリ１０７に記憶されているプログラムや各種のデータ等を用いて、操作パネル１０８からの操作入力に応じて、当該Ｘ線撮影装置１００の全体の動作に係る制御等を行う。これによりＸ線撮影装置１００は、以下のように動作する。
【００３１】
まず、操作パネル１０８を介してユーザから撮影指示が入力されると、ＣＰＵ１０６は、当該撮影指示を、前処理回路１０４を介してデータ収集回路１０３に伝える（送信する）。そして、ＣＰＵ１０６は、データ収集回路１０３を経由してＸ線発生回路１０１及び２次元Ｘ線センサ１０２を制御して、Ｘ線撮影を実行する。
【００３２】
Ｘ線撮影では、まず、Ｘ線発生回路１０１が、被写体２００に対してＸ線ビーム１０１ａを放射する。Ｘ線発生回路１０１から放射されたＸ線ビーム１０１ａは、被写体２００を減衰しながら透過して、２次元Ｘ線センサ１０２に到達する。そして、２次元Ｘ線センサ１０２は、被写体２００を透過したＸ線ビーム１０１ａに基づくＸ線画像信号を生成し出力する。本実施形態では、被写体２００を人体とする。すなわち、２次元Ｘ線センサ１０２から出力されるＸ線画像は、人体画像となる。
【００３３】
データ収集回路１０３は、２次元Ｘ線センサ１０２から出力されたＸ線画像信号を所定のデジタル信号に変換してＸ線画像データとして前処理回路１０４に供給する。
【００３４】
前処理回路１０４は、データ収集回路１０３からの信号（Ｘ線画像データ）に対して、オフセット補正処理やゲイン補正処理等の前処理を行う。この前処理回路１０４で前処理が行われたＸ線画像データは原画像データとして、ＣＰＵ１０６の制御により、バス１０５を介して、メインメモリ１０７に一旦記憶されるとともに、画像解析回路１１０に供給される。
【００３５】
画像解析回路１１０は、バス１０５を介して供給された原画像データ（入力画像データ）の照射野領域や被写体領域及び被写体領域内の関心領域を認識する等の画像解析処理を行う。ここで、照射野領域は、例えば、撮影領域において、不要領域からの散乱を防いでコントラストの低下を防止するため等に、必要領域のみ照射する所謂「照射野絞り」が行われた領域である。この画像解析回路１１０において得られた情報は、ＣＰＵ１０６の制御により、バス１０５を介して、画像処理回路１１１に供給される。
【００３６】
画像処理回路１１１の入力画素値設定回路１１１１は、所定の入力画素値を設定するものである。具体的に、入力画素値設定回路１１１１は、入力画像の被写体領域における少なくとも２つの異なる入力画素値を設定する。
【００３７】
画像処理回路１１１の出力画素値設定回路１１１２は、所定の出力画素値を設定するものである。具体的に、出力画素値設定回路１１１２は、入力画素値設定回路１１１１で設定された入力画素値（少なくとも２つの異なる入力画素値）のそれぞれに対応する出力画素値を設定する。
【００３８】
画像処理回路１１１のダイナミックレンジ変換回路１１１３は、入力画素値設定回路１１１１で設定された入力画素値と出力画素値設定回路１１１２で設定された出力画素値とに基づいて、ダイナミックレンジを変換するものである。具体的に、ダイナミックレンジ変換回路１１１３は、入力画素値設定回路１１１１で設定された入力画素値が出力画素値設定回路１１１２で設定された出力画素値となるダイナミックレンジ変換関数を用いて、入力画像の一部又は全部の画素値を変換する処理を行う。この際、ダイナミックレンジ変換関数は、入力画素値設定回路１１１１で設定された入力画素値のうちの一方の入力画素値における傾きが、予め定められた値となるように生成されたものである。また、ダイナミックレンジ変換関数は、少なくとも２つの異なる画素値の範囲において、その傾きが広義単調増加または広義単調減少する関数を適用することができる。
【００３９】
画像処理回路１１１の階調変換回路１１１４は、ダイナミックレンジ変換回路１１１３で変換された画像に対して階調変換を行うものである。具体的に、階調変換回路１１１４は、ダイナミックレンジ変換回路１１１３によって変換された画像の画素値を、階調変換関数を用いて濃度または輝度に相当の画素値に変換する処理を行う。
【００４０】
以上のような構成を備えた本実施形態のＸ線撮影装置１００における画像処理回路１１１の処理について、図２に示すフローチャートを用いて具体的に説明する。
【００４１】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るＸ線撮影装置（画像処理装置）の処理手順の一例を示すフローチャートである。具体的に、図２のフローチャートにおける処理は、ＣＰＵ１０６がメインメモリ１０７に記憶されているプログラムを実行して、画像処理回路１１１を制御することにより行われる。
【００４２】
まず、図２に示す処理を開始する前に、ＣＰＵ１０６は、前処理回路１０４によって得られた原画像データを、バス１０５を介して画像処理回路１１１の前段に設けられている画像解析回路１１０に転送する。そして、画像解析回路１１０は、原画像データにおける原画像（入力画像）の照射野領域や被写体領域及び被写体領域内の関心領域を認識する等の画像解析処理を行う。
【００４３】
ここで、画像解析回路１１０による画像の解析方法については、特に限定するものではないが、例えば、照射野領域を認識する方法としては、本願の出願人により既に提案されている上記の特許文献３に記載の方法を用いることができる。この特許文献３に記載の方法では、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、照射野領域を精度良く認識することができる。
【００４４】
また、被写体領域を認識する方法としては、例えば、以下に示すものが挙げられる。
具体的には、照射野領域内の最大画素値の９０％の値をＴｈ１として算出し、以下に示す（８）式を用いて、入力画像ｆ（ｘ，ｙ）から素抜け領域及び当該素抜け領域と一定間隔内で接する体領域を削除した後の画像ｆ１（ｘ，ｙ）を求める。
【００４５】
【数１２】
【００４６】
（８）式において、ｄ１及びｄ２は、入力画像ｆ（ｘ，ｙ）から素抜け領域と一定間隔内で接する体領域を削除する際の一定間隔の幅を決定するための定数を示し、これらは、入力画像ｆ（ｘ，ｙ）の大きさ等に基づき設定されるものである。
【００４７】
そして、画像解析回路１１０は、素抜け領域等を除去した画像ｆ１（ｘ，ｙ）から画素値０を除く、画素値の最小値及び最大値を算出し、その範囲を被写体領域として認識する。
【００４８】
さらに、被写体領域内の関心領域を認識する方法としては、例えば、入力画像のヒストグラムから認識する方法や入力画像の２次元的な構造から関心領域を認識する方法等、さまざまな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、操作パネル１０８で設定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良い。
【００４９】
具体的に、例えば、撮影部位が頚椎の場合では、本願の出願人より既に提案されている上記の特許文献４に記載の方法を用いることができる。この特許文献４に記載の方法では、被写体領域内の首領域の輪郭線を抽出することで、高精度に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、本願の出願人より既に提案されている上記の特許文献５に記載の方法を用いることができる。この特許文献５に記載の方法では、画像の空間的な位置関係から領域を限定することで、高精度に肺野内の関心領域を認識することができる。
【００５０】
なお、画像解析回路１１０に転送される原画像データ（入力画像データ）は必ずしもフルサイズの画像の画像データである必要はなく、任意のサイズに縮小した画像の画像データであっても良い。
【００５１】
その後、図２に示すフローチャートが開始される。
図２に示すフローチャートが開始されると、まず、ステップＳ２０１において、階調変換回路１１１４は、関心領域の代表値ｘroiが、操作パネル１０８を介して設定された所望の濃度とコントラストとなる階調変換関数Ｄ（ ）を算出する。
具体的には、本願の出願人より既に提案されている上記の特許文献１に記載のＳ字の特性曲線（階調変換曲線）を用いて、図３に示すように、関心領域の代表値ｘroiが所望の濃度Ｄroiとコントラストとなるような階調変換関数Ｄ（ ）を算出する。ここで、図３は、本発明の実施形態を示し、階調変換関数の算出方法の一例を説明するための模式図である。
【００５２】
なお、関心領域の代表値ｘroiとしては、例えば、画像解析回路１１０で認識された関心領域の画素値の平均値を用いれば良い。また、例えば、画像表示器１０９に画像を表示し、操作パネル１０８を介してユーザが手動にて設定した関心領域の画素値の平均値を用いるようにしても良い。
【００５３】
続いて、ステップＳ２０２において、入力画素値設定回路１１１１は、被写体領域の画素値の最小値ｘmin、最大値ｘmax及び関心領域の代表値ｘroiをダイナミックレンジ変換に係る入力画素値として設定する。ここで、被写体領域の画素値の最小値ｘmin及び最大値ｘmaxは、画像解析回路１１０で認識された被写体領域の画素値の最小値及び最大値を用いる。また、関心領域の代表値ｘroiは、階調変換関数Ｄ（ ）を算出する際に用いた関心領域の代表値ｘroiと同じ値を用いる。
【００５４】
本実施形態では、ステップＳ２０２の処理において、入力画像の被写体領域における少なくとも２つの異なる入力画素値が設定する必要がある。
具体的に、少なくとも２つの異なる入力画素値のうちの一方の入力画素値として、被写体領域の内部の所定領域（関心領域）から算出された値である関心領域の代表値ｘroiを設定する。また、少なくとも２つの異なる入力画素値のうちの他方の入力画素値として、被写体領域の画素値における最大値ｘmaxまたは最小値ｘminを設定する。上述したステップＳ２０２では、被写体領域の画素値における最大値ｘmax及び最小値ｘminの両方を設定した場合を示している。
【００５５】
続いて、ステップＳ２０３において、出力画素値設定回路１１１２は、所望とする被写体領域の最小濃度Ｄmin、最大濃度Ｄmax及び関心領域の濃度Ｄroiを取得する。
具体的に、本実施形態では、被写体領域の最小濃度Ｄmin及び最大濃度Ｄmaxは、ユーザが操作パネル１０８を介して入力した、被写体領域をどの濃度範囲に収めたいかの情報に応じて任意に設定される。また、関心領域の濃度Ｄroiは、階調変換関数Ｄ（ ）を算出する際に用いた所望の濃度Ｄroiと同じ値を用いる。
【００５６】
続いて、ステップＳ２０４において、階調変換回路１１１４は、Ｓ２０１で算出した階調変換関数Ｄ（ ）に基づいて被写体領域の最小濃度Ｄmin、最大濃度Ｄmax及び関心領域の濃度Ｄroiに対応する入力画素値ｆmin、ｆmax、ｆroiを算出する。
具体的には、図４に示すように、被写体領域の最小濃度Ｄmin、最大濃度Ｄmax及び関心領域の濃度Ｄroiに対応する入力画素値ｆmin、ｆmax、ｆroiを、階調変換関数Ｄ（ ）の逆関数Ｄ-1（ ）にて算出する。ここで、図４は、本発明の実施形態を示し、出力画素値の設定方法の一例を説明するための模式図である。
なお、上述した逆関数Ｄ-1（ ）が代数的に算出できない場合には、例えば、直接探索法（２分法、線形逆補間法など）や逐次近似法（ニュートン・ラフソン法、ベイリー法など）を用いて、入力画素値ｆmin、ｆmax、ｆroiを算出すればよい。ここで、直接探索法や逐次近似法に関しては、これらの方法が公知であるため、ここではその説明を省略する。また、ステップＳ２０４の処理は、本実施形態においては、階調変換回路１１１４が行うようにしているが、例えば、出力画素値設定回路１１１２が行うようにしても適用可能である。
【００５７】
続いて、ステップＳ２０５において、出力画素値設定回路１１１２は、ステップＳ２０４で算出された入力画素値ｆmin、ｆmax、ｆroiを、ダイナミックレンジ変換の出力画素値として設定する。これにより、ダイナミックレンジ変換の出力画素値ｆmin、ｆmax、ｆroiが設定される。
【００５８】
続いて、ステップＳ２０６において、ダイナミックレンジ変換回路１１１３は、入力画素値設定回路１１１１で設定された入力画素値及び出力画素値設定回路１１１２で設定された出力画素値に基づいて、ダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）を算出する。
具体的に、ダイナミックレンジ変換回路１１１３は、入力画素値ｘmin、ｘmax、ｘroi、及び、出力画素値ｆmin、ｆmax、ｆroiに基づいて、以下に示す（９）式を用いて、ダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）を算出する。
【００５９】
【数１３】
【００６０】
なお、（９）式に示すダイナミックレンジ変換関数ｆl（ ）は、ｘmin〜ｘroiの範囲（すなわち、入力画素値ｘroi以下の範囲）をｆmin〜ｆroiの範囲に変換するための関数であり、以下に示す（１０）式で表すことができる。
【００６１】
【数１４】
【００６２】
また、（９）式に示すダイナミックレンジ変換関数ｆu（ ）は、ｘroi〜ｘmaxの範囲（すなわち、入力画素値ｘroi以上の範囲）をｆroi〜ｆmaxの範囲に変換するための関数であり、以下に示す（１１）式で表すことができる。
【００６３】
【数１５】
【００６４】
この場合のダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）は、例えば、図５に示す形状となる。図５は、本発明の実施形態を示し、ダイナミックレンジ変換関数の一例を示す模式図である。図５に示すダイナミックレンジ変換関数では、入力画素値ｘroiを所望の出力画素値ｆroiに変換し、かつ、入力画素値のｘmin〜ｘmaxの範囲を所望とする出力画素値のｆmin〜ｆmaxの範囲に変換することができる。また、図５に示す入力画素値ｘroiでは、当該入力画素値における出力画素値の傾きが１となっており、入力画素値ｘroiから離れるのに従って徐々にその傾きが大きく変化する関数となっている。すなわち、関心領域である入力画素値ｘroi周辺では、コントラストの変動を極力抑え、被写体領域のダイナミックレンジを所望のダイナミックレンジに変換することができる。
【００６５】
なお、上述したダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）では、入力画素値がｘmin以下及びｘmax以上の領域は、一定の値にクリップされる。通常この領域は、不要な領域であるため問題ないが、画像解析回路１１０で認識される被写体領域の認識精度によっては、当該被写体領域が入力画素値のｘmin以下及びｘmax以上に含まれる可能性がある。
【００６６】
そこで、このような場合を考慮して、傾きの最大限度値ａmax（ａmax＞１、例えば５.０）及び最小限度値ａmin（ａmin＜１、例えば０.２）を設定し、以下に示す（１２）式を用いてダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）を算出しても良い。
【００６７】
【数１６】
【００６８】
（１２）式において、ｘalは、ａmax＝ｆ'l（ｘal）を満たす入力画素値であり、また、ｘauは、ａmax＝ｆ'u（ｘau）を満たす入力画素値である。なお、入力画素値ｘalは、入力画素値ｘa以下の画素値を示し、入力画素値ｘauは、入力画素値ｘa以上の画素値を示す。これらの入力画素値は、例えば、以下に示す（１３）式で表すことができる。
【００６９】
【数１７】
【００７０】
この場合のダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）は、例えば、図６に示す形状となる。図６は、本発明の実施形態を示し、ダイナミックレンジ変換関数の一例を示す模式図である。図６に示すダイナミックレンジ変換関数では、入力画素値がｘal以下及びｘau以上での傾きが最大限度値ａmax以上または最小限度値ａmin以下とならないように、ダイナミックレンジ変換される。この場合、厳密には、入力画素値ｘmin〜ｘmaxの範囲が所望とする出力画素値ｆmin〜ｆmaxの範囲に変換されないが、画像解析回路１１０での誤認識により被写体領域がクリップされるのを防止することができる。
【００７１】
なお、上述した（９）式、（１２）式で表されるダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）では、入力画素値がｘroi以下及びｘroi以上の両方のダイナミックレンジを変換するものであったが、この形態に限定されるものではない。例えば、入力画素値がｘroi以下及びｘroi以上のどちらか一方のダイナミックレンジを変換するダイナミックレンジ変換関数であっても本実施形態に適用可能である。具体的に、以下に説明する。
【００７２】
具体的に、入力画素値がｘroi以下のみのダイナミックレンジを変換するダイナミックレンジ変換関数としては、例えば、以下に示す（１４）式を用いることができる。
【００７３】
【数１８】
【００７４】
また、入力画素値がｘroi以上のみのダイナミックレンジを変換するダイナミックレンジ変換関数としては、例えば、以下に示す（１５）式を用いることができる。
【００７５】
【数１９】
【００７６】
以上のようにして、ステップＳ２０６におけるダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）の算出が行われる。
【００７７】
続いて、ステップＳ２０７において、例えば、ダイナミックレンジ変換回路１１１３は、ステップＳ２０６で算出したダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）を用いて、入力画像（原画像）の画素値を変換する処理を行う。
【００７８】
続いて、ステップＳ２０８において、階調変換回路１１１４は、ステップＳ２０７においてダイナミックレンジ変換回路１１１３で変換された入力画像の画素値を、ステップＳ２０１で算出した階調変換関数Ｄ（ ）を用いて変換する処理を行う。その後、図２に示す処理が終了する。
【００７９】
ここで、上述の如くダイナミックレンジ変換関数では、被写体領域のダイナミックレンジが階調変換後に所望の濃度範囲（或いは、輝度範囲）に収まり、かつ、関心領域の代表値が所望の濃度（或いは、輝度）となるように算出されるものである。また、関心領域の周辺では、ダイナミックレンジ変換前後でのコントラスト変動を極力抑えるように構成されたものである。
よって、本実施形態によれば、被写体領域のダイナミックレンジや階調変換曲線によらず、関心領域の所望の濃度（或いは、輝度）とコントラストを維持したまま、被写体領域を最適な濃度範囲（或いは、輝度範囲）に変換することができる。
【００８０】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態に係るＸ線撮影装置（画像処理装置）の概略構成は、図１に示す第２の実施形態に係るＸ線撮影装置（画像処理装置）の概略構成と同じである。第２の実施形態のＸ線撮影装置１００における画像処理回路１１１の処理について、図７に示すフローチャートを用いて具体的に説明する。
【００８１】
図７は、本発明の第２の実施形態に係るＸ線撮影装置（画像処理装置）の処理手順の一例を示すフローチャートである。具体的に、図７のフローチャートにおける処理は、ＣＰＵ１０６がメインメモリ１０７に記憶されているプログラムを実行して、画像処理回路１１１を制御することにより行われる。なお、図７に示すフローチャートにおいて、図２に示すフローチャートと同様の処理を実行するステップについては同じステップ番号を付しており、以下の説明においては、上述した第１の実施形態と異なる処理についてのみ具体的に説明する。
【００８２】
まず、図７に示す処理では、図２に示すステップＳ２０１〜Ｓ２０６の処理を実行する。
【００８３】
続いて、ステップＳ３０１において、ダイナミックレンジ変換回路１１１３は、入力画像（原画像）を周波数分解する処理を行う。ここでの周波数分解の方法については、特に限定するものではないが、例えば、以下に示す（１６）式のように、ローパスフィルタｇを用いて、画像Ｘを低周波成分Ｌ及び高周波成分の２つの周波数帯域の画像に分解する処理を適用することができる。
【００８４】
【数２０】
【００８５】
（１６）式において、＊は、畳み込み積分を表す。なお、（１６）式に示すローパスフィルタｇとしては、移動平均フィルタ、ガウスフィルタ等を用いればよい。
【００８６】
続いて、ステップＳ３０２において、例えば、ダイナミックレンジ変換回路１１１３は、ステップＳ２０６で算出したダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）を用いて、ステップＳ３０１で周波数分解した入力画像の画素値を変換する処理を行う。
具体的には、ダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）に基づいて、ステップＳ３０１で周波数分解された周波数成分を以下に示す（１７）式により変換する処理を行う。これにより、ダイナミックレンジが変換された画素値Ｙ（ｉ，ｊ）を得る。
【００８７】
【数２１】
【００８８】
なお、（１７）式では、低周波成分Ｌに限定してダイナミックレンジが変換されるため、高周波成分に含まれる微細な構造のコントラストを保存（保持）することができる。
【００８９】
続いて、ステップＳ３０３において、階調変換回路１１１４は、ステップＳ３０２においてダイナミックレンジ変換回路１１１３で変換された入力画像の画素値を、ステップＳ２０１で算出した階調変換関数Ｄ（ ）を用いて変換する処理を行う。その後、図７に示す処理が終了する。
【００９０】
以上、第２の実施形態によれば、第１の実施形態における効果に加えて、高周波成分に含まれる微細な構造のコントラストを保存（保持）することができる効果がある。
【００９１】
なお、第２の実施形態では、入力画像の周波数分解を（１６）式を用いて行うようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、ウェーブレット変換、ラプラシアンピラミッド等を用いてもよい。すなわち、本実施形態の技術的思想は、他の周波数分解を用いた場合にも適用することができる。また、本実施形態では、画像を２つの周波数帯域の画像に分解する例を示したが、例えば、３つ以上の周波数帯域の画像に分解する場合にも適用できることは、当業者にとっては明らかである。
【００９２】
以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００９３】
上述した本発明の各実施形態に係るＸ線撮影装置（画像処理装置）の画像処理方法を示す図２及び図７の各ステップは、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明に含まれる。
【００９４】
具体的に、前記プログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭのような記憶媒体に記録し、或いは各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。前記プログラムを記録する記憶媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、不揮発性メモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒ等を用いることができる。
【００９５】
前記プログラムの供給方法としては、例えば、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、当該ホームページから前記プログラムそのものをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによって供給できる。さらに、当該ホームページから、圧縮され自動インストール機能を含む前記プログラムに係るファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。また、前記プログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムに係るファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明に含まれるものである。
【００９６】
また、前記プログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対して、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせることもできる。この場合、ユーザは、その鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行して、コンピュータにインストールすることになる。
【００９７】
また、コンピュータが、読み出した前記プログラムを実行することによって、前述した本発明の各実施形態の機能が実現される他、次の態様でも適用可能である。例えば、前記プログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した本発明の各実施形態の機能を実現する態様も適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の第１の実施形態（或いは、第２の実施形態）に係るＸ線撮影装置（画像処理装置）の概略構成の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＸ線撮影装置（画像処理装置）の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態を示し、階調変換関数の算出方法の一例を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施形態を示し、出力画素値の設定方法の一例を説明するための模式図である。
【図５】本発明の実施形態を示し、ダイナミックレンジ変換関数の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態を示し、ダイナミックレンジ変換関数の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るＸ線撮影装置（画像処理装置）の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】一般的な階調変換処理に使用される入力画素値と出力濃度値との特性曲線の一例を示す模式図である。
【図９】胸部撮影に係る画像データの階調変換方法の一例を説明するための模式図である。
【図１０】ダイナミックレンジ変換関数の一例を示す模式図である。
【図１１】ダイナミックレンジ変換関数の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９９】
１００ Ｘ線撮影装置
１０１ Ｘ線発生回路
１０１ａ Ｘ線ビーム
１０２ ２次元Ｘ線センサ
１０３ データ収集回路
１０４ 前処理回路
１０５ バス
１０６ ＣＰＵ
１０７ メインメモリ
１０８ 操作パネル
１０９ 画像表示器
１１０ 画像解析回路
１１１ 画像処理回路
１１１１ 入力画素値設定回路
１１１２ 出力画素値設定回路
１１１３ ダイナミックレンジ変換回路
１１１４ 階調変換回路
２００ 被写体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力画像の画像処理を行う画像処理装置及び画像処理方法、当該画像処理方法をコンピュータに実行させるプログラム、並びに、当該プログラムを記憶するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療用のＸ線撮影装置においては、デジタルでＸ線画像データを出力可能なデジタルＸ線撮影装置が普及してきており、このようなデジタルＸ線撮影装置では、画像処理は必要不可欠となっている。このデジタルＸ線撮影装置（画像処理装置）で行われるＸ線画像データの画像処理としては様々なものが適用されているが、撮影されたＸ線画像データを観察しやすい濃度（輝度）とコントラストの画像に変換する階調変換処理は重要な画像処理の１つとなっている。
【０００３】
なお、上述した階調変換処理に使用される関数の形状としては、例えば、図８に示すような銀塩フィルムの特性曲線と同様のＳ字形状のものが一般的に使用されている。図８は、一般的な階調変換処理に使用される入力画素値と出力濃度値との特性曲線の一例を示す模式図である。この図８に示すＳ字の特性曲線（階調変換曲線）の作成方法については、例えば、下記の特許文献１に開示されている。この特許文献１の方法では、以下の（５）式に示される関数を用いる。
【０００４】
【数９】
【０００５】
（５）式において、ＯＤmaxおよびＯＤminは、それぞれ、出力最大濃度および出力最小濃度を示し、また、ａおよびｂは、定数である。また、ｃおよびｄは、それぞれ、階調度および平行移動量を示し、この２変数を変更することで所望とする関心領域の濃度とコントラストを最適に調整することができる。
【０００６】
図９は、胸部撮影に係る画像データの階調変換方法の一例を説明するための模式図である。例えば、胸部撮影においては、一般的に最も関心のある領域は肺野領域である。そこで、図９に示すように、肺野領域の代表値（肺野領域の平均値など）が所定の濃度（例えば、濃度１．８Ｄ）となるコントラストになるようにｃおよびｄを変更することで、肺野領域の濃度とコントラストを最適に調整することができる。
【０００７】
ところで、上述した階調変換処理において、被写体の体格や部位によっては、関心領域のコントラストを維持したまま被写体領域全体を最適な濃度範囲に収めることが困難な場合がある。例えば、胸部撮影においては、Ｘ線が透過しやすい肺野領域とＸ線が透過し難い縦隔領域を含むため、被写体のダイナミックレンジが非常に広い。そのため、図９に示すような階調変換関数（階調変換曲線）を用いて肺野領域のコントラストを最適化すると、縦隔領域の濃度が低くなり過ぎて、当該縦隔領域を同時に観察することができないことがある。
【０００８】
そこで、このような問題を解決するための方法として、一般的に、階調変換の前に微細な構造のコントラストを保存したまま、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。この方法は、例えば、下記の非特許文献１に開示されている。この非特許文献１の方法は、入力画像をＳorg、入力画像をマスクサイズＭ×Ｍ画素で移動平均したときのボケ画像をＳｕｓとした場合、以下の（６）式で表されるものである。
【０００９】
【数１０】
【００１０】
（６）式において、ｆ（ ）は、図１０に示すような広義単調減少関数である。ここで、図１０は、ダイナミックレンジ変換関数の一例を示す模式図である。
【００１１】
また、（６）式は、以下の（７）式で表すことも可能である。
【００１２】
【数１１】
【００１３】
（７）式において、ｆ１（ ）は、図１１に示すような広義単調増加関数で表される。ここで、図１１は、ダイナミックレンジ変換関数の一例を示す模式図である。（７）式に示すＳorg−Ｓｕｓは高周波成分に相当するため、低周波成分に限定した階調変換と捉えることができる。なお、最終的に出力される画像の濃度は、（７）式のｆ１（ ）と（５）式の階調変換関数を組み合わせた形となるため、縦隔等の低濃度領域の濃度を高くする効果がある。
【００１４】
また、（６）式においてｆ（ ）を変更することで、皮膚等の高濃度領域の濃度を低くすることも可能であり、この方法については、例えば、下記の特許文献２に開示されている。
【００１５】
【非特許文献１】阿南ほか、日本放射線技術学会雑誌、１９８９年８月、第４５巻、第８号、１０頁
【特許文献１】特開平１１−８８６８８号公報
【特許文献２】特許第２６６３１８９号公報
【特許文献３】特許第３６３１０９５号公報
【特許文献４】特開２００２−２４５４５３号公報
【特許文献５】特開２０００−２７６６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上述した画像処理技術の背景をもとに、従来の技術では、以下に示す課題があった。
【００１７】
まず、特許文献１に記載の技術では、関心領域の濃度とコントラストが最適化される反面、被写体の個体差等によるダイナミックレンジの違いについては全く考慮されていない。このため、被写体全体を最適な濃度範囲に収めることができない場合があった。なお、階調度ｃによって階調変換曲線の全体の傾きを小さくして、被写体全体を最適な濃度範囲に収めることも可能である。しかしながら、この場合、階調変換曲線の部分毎に傾きを調整することはできないため、関心領域のコントラストを犠牲にしなければならなかった。すなわち、関心領域のコントラストを維持したまま、被写体のダイナミックレンジに応じて階調変換曲線を最適に調整することが困難であるという課題があった。
【００１８】
また、非特許文献１および特許文献２に記載の技術では、被写体全体を最適な濃度に収めることは可能である。しかしながら、これらの技術では、被写体全体を最適な濃度に収める処理を階調変換処理と独立した処理ととらえており、当該処理の効果が階調変換後の画像にどのように反映されるかについては全く考慮されていない。このため、被写体のダイナミックレンジが階調変換後に最適な濃度範囲に必ず収まるという保証がなかった。また、例えば、図１１に示す場合には、ＳｕｓがＢａｓｅ以下の範囲では傾きが一定であるため、Ｂａｓｅの設定値によってはダイナミックレンジをあまり圧縮したくない関心領域や関心領域周辺においても一律にダイナミックが圧縮されてしまうという課題がある。
【００１９】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、関心領域の所望の濃度（或いは輝度）と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（或いは輝度範囲）に変換できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の画像処理装置は、入力画像の被写体領域における少なくとも２つの異なる入力画素値を設定する入力画素値設定手段と、前記２つの異なる入力画素値のそれぞれに対応する出力画素値を設定する出力画素値設定手段と、前記入力画素値設定手段で設定された入力画素値が前記出力画素値設定手段で設定された出力画素値となる変換関数を用いて、前記入力画像の一部又は全部の画素値を変換する処理を行うダイナミックレンジ変換手段とを有し、前記変換関数は、前記入力画素値設定手段で設定された入力画素値のうちの一方の入力画素値における傾きが、予め定められた値となるように生成されたものである。
【００２１】
本発明の画像処理方法は、入力画像の被写体領域における少なくとも２つの異なる入力画素値を設定する入力画素値設定ステップと、前記２つの異なる入力画素値のそれぞれに対応する出力画素値を設定する出力画素値設定ステップと、前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値が前記出力画素値設定ステップで設定された出力画素値となる変換関数を用いて、前記入力画像の一部又は全部の画素値を変換する処理を行うダイナミックレンジ変換ステップとを有し、前記変換関数は、前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値のうちの一方の入力画素値における傾きが、予め定められた値となるように生成されたものである。
【００２２】
本発明のプログラムは、入力画像の被写体領域における少なくとも２つの異なる入力画素値を設定する入力画素値設定ステップと、前記２つの異なる入力画素値のそれぞれに対応する出力画素値を設定する出力画素値設定ステップと、前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値が前記出力画素値設定ステップで設定された出力画素値となる変換関数を用いて、前記入力画像の一部又は全部の画素値を変換する処理を行うダイナミックレンジ変換ステップとをコンピュータに実行させ、前記変換関数は、前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値のうちの一方の入力画素値における傾きが、予め定められた値となるように生成されたものである。
【００２３】
本発明のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、前記プログラムを記憶する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、関心領域の所望の濃度（或いは輝度）と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（或いは輝度範囲）に変換することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す本発明の実施形態においては、本発明に係る画像処理装置として、Ｘ線撮影装置を適用した場合について説明を行う。この際、以下に示す本発明の実施形態では、Ｘ線を用いた撮影を行うＸ線撮影装置を適用した例を示すが、Ｘ線に限らず、例えば、α線、β線、γ線などの他の放射線を用いた放射線撮影装置を適用することも可能である。
【００２６】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＸ線撮影装置（画像処理装置）の概略構成の一例を示す模式図である。図１に示すＸ線撮影装置１００は、Ｘ線を用いて撮影された画像をフィルム上又はモニタ（画像表示器１０９）上に出力する際の効果的な画像処理を行う機能を有する画像処理装置である。
【００２８】
Ｘ線撮影装置１００は、Ｘ線発生回路１０１、２次元Ｘ線センサ１０２、データ収集回路１０３、前処理回路１０４、バス１０５、ＣＰＵ１０６、メインメモリ１０７、操作パネル１０８、画像表示器１０９、画像解析回路１１０及び画像処理回路１１１を有する。また、前処理回路１０４、ＣＰＵ１０６、メインメモリ１０７、操作パネル１０８、画像表示器１０９、画像解析回路１１０及び画像処理回路１１１の各デバイスは、バス１０５を介して互いに、データの授受が可能に（すなわち、通信可能に）接続されている。
【００２９】
また、データ収集回路１０３は、前処理回路１０４と通信可能に接続されており、更に、Ｘ線発生回路１０１及び２次元Ｘ線センサ１０２と通信可能に接続されている。また、画像処理回路１１１は、入力画素値設定回路１１１１、出力画素値設定回路１１１２、ダイナミックレンジ変換回路１１１３及び階調変換回路１１１４を含んで構成されており、１１１１〜１１１４に示す各回路は、バス１０５に接続されている。
【００３０】
上述した構成を有するＸ線撮影装置１００において、メインメモリ１０７は、ＣＰＵ１０６での処理に必要なプログラムや各種のデータなどを記憶すると共に、ＣＰＵ１０６のワーキング・メモリとして機能する。ＣＰＵ１０６は、メインメモリ１０７に記憶されているプログラムや各種のデータ等を用いて、操作パネル１０８からの操作入力に応じて、当該Ｘ線撮影装置１００の全体の動作に係る制御等を行う。これによりＸ線撮影装置１００は、以下のように動作する。
【００３１】
まず、操作パネル１０８を介してユーザから撮影指示が入力されると、ＣＰＵ１０６は、当該撮影指示を、前処理回路１０４を介してデータ収集回路１０３に伝える（送信する）。そして、ＣＰＵ１０６は、データ収集回路１０３を経由してＸ線発生回路１０１及び２次元Ｘ線センサ１０２を制御して、Ｘ線撮影を実行する。
【００３２】
Ｘ線撮影では、まず、Ｘ線発生回路１０１が、被写体２００に対してＸ線ビーム１０１ａを放射する。Ｘ線発生回路１０１から放射されたＸ線ビーム１０１ａは、被写体２００を減衰しながら透過して、２次元Ｘ線センサ１０２に到達する。そして、２次元Ｘ線センサ１０２は、被写体２００を透過したＸ線ビーム１０１ａに基づくＸ線画像信号を生成し出力する。本実施形態では、被写体２００を人体とする。すなわち、２次元Ｘ線センサ１０２から出力されるＸ線画像は、人体画像となる。
【００３３】
データ収集回路１０３は、２次元Ｘ線センサ１０２から出力されたＸ線画像信号を所定のデジタル信号に変換してＸ線画像データとして前処理回路１０４に供給する。
【００３４】
前処理回路１０４は、データ収集回路１０３からの信号（Ｘ線画像データ）に対して、オフセット補正処理やゲイン補正処理等の前処理を行う。この前処理回路１０４で前処理が行われたＸ線画像データは原画像データとして、ＣＰＵ１０６の制御により、バス１０５を介して、メインメモリ１０７に一旦記憶されるとともに、画像解析回路１１０に供給される。
【００３５】
画像解析回路１１０は、バス１０５を介して供給された原画像データ（入力画像データ）の照射野領域や被写体領域及び被写体領域内の関心領域を認識する等の画像解析処理を行う。ここで、照射野領域は、例えば、撮影領域において、不要領域からの散乱を防いでコントラストの低下を防止するため等に、必要領域のみ照射する所謂「照射野絞り」が行われた領域である。この画像解析回路１１０において得られた情報は、ＣＰＵ１０６の制御により、バス１０５を介して、画像処理回路１１１に供給される。
【００３６】
画像処理回路１１１の入力画素値設定回路１１１１は、所定の入力画素値を設定するものである。具体的に、入力画素値設定回路１１１１は、入力画像の被写体領域における少なくとも２つの異なる入力画素値を設定する。
【００３７】
画像処理回路１１１の出力画素値設定回路１１１２は、所定の出力画素値を設定するものである。具体的に、出力画素値設定回路１１１２は、入力画素値設定回路１１１１で設定された入力画素値（少なくとも２つの異なる入力画素値）のそれぞれに対応する出力画素値を設定する。
【００３８】
画像処理回路１１１のダイナミックレンジ変換回路１１１３は、入力画素値設定回路１１１１で設定された入力画素値と出力画素値設定回路１１１２で設定された出力画素値とに基づいて、ダイナミックレンジを変換するものである。具体的に、ダイナミックレンジ変換回路１１１３は、入力画素値設定回路１１１１で設定された入力画素値が出力画素値設定回路１１１２で設定された出力画素値となるダイナミックレンジ変換関数を用いて、入力画像の一部又は全部の画素値を変換する処理を行う。この際、ダイナミックレンジ変換関数は、入力画素値設定回路１１１１で設定された入力画素値のうちの一方の入力画素値における傾きが、予め定められた値となるように生成されたものである。また、ダイナミックレンジ変換関数は、少なくとも２つの異なる画素値の範囲において、その傾きが広義単調増加または広義単調減少する関数を適用することができる。
【００３９】
画像処理回路１１１の階調変換回路１１１４は、ダイナミックレンジ変換回路１１１３で変換された画像に対して階調変換を行うものである。具体的に、階調変換回路１１１４は、ダイナミックレンジ変換回路１１１３によって変換された画像の画素値を、階調変換関数を用いて濃度または輝度に相当の画素値に変換する処理を行う。
【００４０】
以上のような構成を備えた本実施形態のＸ線撮影装置１００における画像処理回路１１１の処理について、図２に示すフローチャートを用いて具体的に説明する。
【００４１】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るＸ線撮影装置（画像処理装置）の処理手順の一例を示すフローチャートである。具体的に、図２のフローチャートにおける処理は、ＣＰＵ１０６がメインメモリ１０７に記憶されているプログラムを実行して、画像処理回路１１１を制御することにより行われる。
【００４２】
まず、図２に示す処理を開始する前に、ＣＰＵ１０６は、前処理回路１０４によって得られた原画像データを、バス１０５を介して画像処理回路１１１の前段に設けられている画像解析回路１１０に転送する。そして、画像解析回路１１０は、原画像データにおける原画像（入力画像）の照射野領域や被写体領域及び被写体領域内の関心領域を認識する等の画像解析処理を行う。
【００４３】
ここで、画像解析回路１１０による画像の解析方法については、特に限定するものではないが、例えば、照射野領域を認識する方法としては、本願の出願人により既に提案されている上記の特許文献３に記載の方法を用いることができる。この特許文献３に記載の方法では、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、照射野領域を精度良く認識することができる。
【００４４】
また、被写体領域を認識する方法としては、例えば、以下に示すものが挙げられる。
具体的には、照射野領域内の最大画素値の９０％の値をＴｈ１として算出し、以下に示す（８）式を用いて、入力画像ｆ（ｘ，ｙ）から素抜け領域及び当該素抜け領域と一定間隔内で接する体領域を削除した後の画像ｆ１（ｘ，ｙ）を求める。
【００４５】
【数１２】
【００４６】
（８）式において、ｄ１及びｄ２は、入力画像ｆ（ｘ，ｙ）から素抜け領域と一定間隔内で接する体領域を削除する際の一定間隔の幅を決定するための定数を示し、これらは、入力画像ｆ（ｘ，ｙ）の大きさ等に基づき設定されるものである。
【００４７】
そして、画像解析回路１１０は、素抜け領域等を除去した画像ｆ１（ｘ，ｙ）から画素値０を除く、画素値の最小値及び最大値を算出し、その範囲を被写体領域として認識する。
【００４８】
さらに、被写体領域内の関心領域を認識する方法としては、例えば、入力画像のヒストグラムから認識する方法や入力画像の２次元的な構造から関心領域を認識する方法等、さまざまな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、操作パネル１０８で設定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良い。
【００４９】
具体的に、例えば、撮影部位が頚椎の場合では、本願の出願人より既に提案されている上記の特許文献４に記載の方法を用いることができる。この特許文献４に記載の方法では、被写体領域内の首領域の輪郭線を抽出することで、高精度に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、本願の出願人より既に提案されている上記の特許文献５に記載の方法を用いることができる。この特許文献５に記載の方法では、画像の空間的な位置関係から領域を限定することで、高精度に肺野内の関心領域を認識することができる。
【００５０】
なお、画像解析回路１１０に転送される原画像データ（入力画像データ）は必ずしもフルサイズの画像の画像データである必要はなく、任意のサイズに縮小した画像の画像データであっても良い。
【００５１】
その後、図２に示すフローチャートが開始される。
図２に示すフローチャートが開始されると、まず、ステップＳ２０１において、階調変換回路１１１４は、関心領域の代表値ｘroiが、操作パネル１０８を介して設定された所望の濃度とコントラストとなる階調変換関数Ｄ（ ）を算出する。
具体的には、本願の出願人より既に提案されている上記の特許文献１に記載のＳ字の特性曲線（階調変換曲線）を用いて、図３に示すように、関心領域の代表値ｘroiが所望の濃度Ｄroiとコントラストとなるような階調変換関数Ｄ（ ）を算出する。ここで、図３は、本発明の実施形態を示し、階調変換関数の算出方法の一例を説明するための模式図である。
【００５２】
なお、関心領域の代表値ｘroiとしては、例えば、画像解析回路１１０で認識された関心領域の画素値の平均値を用いれば良い。また、例えば、画像表示器１０９に画像を表示し、操作パネル１０８を介してユーザが手動にて設定した関心領域の画素値の平均値を用いるようにしても良い。
【００５３】
続いて、ステップＳ２０２において、入力画素値設定回路１１１１は、被写体領域の画素値の最小値ｘmin、最大値ｘmax及び関心領域の代表値ｘroiをダイナミックレンジ変換に係る入力画素値として設定する。ここで、被写体領域の画素値の最小値ｘmin及び最大値ｘmaxは、画像解析回路１１０で認識された被写体領域の画素値の最小値及び最大値を用いる。また、関心領域の代表値ｘroiは、階調変換関数Ｄ（ ）を算出する際に用いた関心領域の代表値ｘroiと同じ値を用いる。
【００５４】
本実施形態では、ステップＳ２０２の処理において、入力画像の被写体領域における少なくとも２つの異なる入力画素値が設定する必要がある。
具体的に、少なくとも２つの異なる入力画素値のうちの一方の入力画素値として、被写体領域の内部の所定領域（関心領域）から算出された値である関心領域の代表値ｘroiを設定する。また、少なくとも２つの異なる入力画素値のうちの他方の入力画素値として、被写体領域の画素値における最大値ｘmaxまたは最小値ｘminを設定する。上述したステップＳ２０２では、被写体領域の画素値における最大値ｘmax及び最小値ｘminの両方を設定した場合を示している。
【００５５】
続いて、ステップＳ２０３において、出力画素値設定回路１１１２は、所望とする被写体領域の最小濃度Ｄmin、最大濃度Ｄmax及び関心領域の濃度Ｄroiを取得する。
具体的に、本実施形態では、被写体領域の最小濃度Ｄmin及び最大濃度Ｄmaxは、ユーザが操作パネル１０８を介して入力した、被写体領域をどの濃度範囲に収めたいかの情報に応じて任意に設定される。また、関心領域の濃度Ｄroiは、階調変換関数Ｄ（ ）を算出する際に用いた所望の濃度Ｄroiと同じ値を用いる。
【００５６】
続いて、ステップＳ２０４において、階調変換回路１１１４は、Ｓ２０１で算出した階調変換関数Ｄ（ ）に基づいて被写体領域の最小濃度Ｄmin、最大濃度Ｄmax及び関心領域の濃度Ｄroiに対応する入力画素値ｆmin、ｆmax、ｆroiを算出する。
具体的には、図４に示すように、被写体領域の最小濃度Ｄmin、最大濃度Ｄmax及び関心領域の濃度Ｄroiに対応する入力画素値ｆmin、ｆmax、ｆroiを、階調変換関数Ｄ（ ）の逆関数Ｄ-1（ ）にて算出する。ここで、図４は、本発明の実施形態を示し、出力画素値の設定方法の一例を説明するための模式図である。
なお、上述した逆関数Ｄ-1（ ）が代数的に算出できない場合には、例えば、直接探索法（２分法、線形逆補間法など）や逐次近似法（ニュートン・ラフソン法、ベイリー法など）を用いて、入力画素値ｆmin、ｆmax、ｆroiを算出すればよい。ここで、直接探索法や逐次近似法に関しては、これらの方法が公知であるため、ここではその説明を省略する。また、ステップＳ２０４の処理は、本実施形態においては、階調変換回路１１１４が行うようにしているが、例えば、出力画素値設定回路１１１２が行うようにしても適用可能である。
【００５７】
続いて、ステップＳ２０５において、出力画素値設定回路１１１２は、ステップＳ２０４で算出された入力画素値ｆmin、ｆmax、ｆroiを、ダイナミックレンジ変換の出力画素値として設定する。これにより、ダイナミックレンジ変換の出力画素値ｆmin、ｆmax、ｆroiが設定される。
【００５８】
続いて、ステップＳ２０６において、ダイナミックレンジ変換回路１１１３は、入力画素値設定回路１１１１で設定された入力画素値及び出力画素値設定回路１１１２で設定された出力画素値に基づいて、ダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）を算出する。
具体的に、ダイナミックレンジ変換回路１１１３は、入力画素値ｘmin、ｘmax、ｘroi、及び、出力画素値ｆmin、ｆmax、ｆroiに基づいて、以下に示す（９）式を用いて、ダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）を算出する。
【００５９】
【数１３】
【００６０】
なお、（９）式に示すダイナミックレンジ変換関数ｆl（ ）は、ｘmin〜ｘroiの範囲（すなわち、入力画素値ｘroi以下の範囲）をｆmin〜ｆroiの範囲に変換するための関数であり、以下に示す（１０）式で表すことができる。
【００６１】
【数１４】
【００６２】
また、（９）式に示すダイナミックレンジ変換関数ｆu（ ）は、ｘroi〜ｘmaxの範囲（すなわち、入力画素値ｘroi以上の範囲）をｆroi〜ｆmaxの範囲に変換するための関数であり、以下に示す（１１）式で表すことができる。
【００６３】
【数１５】
【００６４】
この場合のダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）は、例えば、図５に示す形状となる。図５は、本発明の実施形態を示し、ダイナミックレンジ変換関数の一例を示す模式図である。図５に示すダイナミックレンジ変換関数では、入力画素値ｘroiを所望の出力画素値ｆroiに変換し、かつ、入力画素値のｘmin〜ｘmaxの範囲を所望とする出力画素値のｆmin〜ｆmaxの範囲に変換することができる。また、図５に示す入力画素値ｘroiでは、当該入力画素値における出力画素値の傾きが１となっており、入力画素値ｘroiから離れるのに従って徐々にその傾きが大きく変化する関数となっている。すなわち、関心領域である入力画素値ｘroi周辺では、コントラストの変動を極力抑え、被写体領域のダイナミックレンジを所望のダイナミックレンジに変換することができる。
【００６５】
なお、上述したダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）では、入力画素値がｘmin以下及びｘmax以上の領域は、一定の値にクリップされる。通常この領域は、不要な領域であるため問題ないが、画像解析回路１１０で認識される被写体領域の認識精度によっては、当該被写体領域が入力画素値のｘmin以下及びｘmax以上に含まれる可能性がある。
【００６６】
そこで、このような場合を考慮して、傾きの最大限度値ａmax（ａmax＞１、例えば５.０）及び最小限度値ａmin（ａmin＜１、例えば０.２）を設定し、以下に示す（１２）式を用いてダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）を算出しても良い。
【００６７】
【数１６】
【００６８】
（１２）式において、ｘalは、ａmax＝ｆ'l（ｘal）を満たす入力画素値であり、また、ｘauは、ａmax＝ｆ'u（ｘau）を満たす入力画素値である。なお、入力画素値ｘalは、入力画素値ｘa以下の画素値を示し、入力画素値ｘauは、入力画素値ｘa以上の画素値を示す。これらの入力画素値は、例えば、以下に示す（１３）式で表すことができる。
【００６９】
【数１７】
【００７０】
この場合のダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）は、例えば、図６に示す形状となる。図６は、本発明の実施形態を示し、ダイナミックレンジ変換関数の一例を示す模式図である。図６に示すダイナミックレンジ変換関数では、入力画素値がｘal以下及びｘau以上での傾きが最大限度値ａmax以上または最小限度値ａmin以下とならないように、ダイナミックレンジ変換される。この場合、厳密には、入力画素値ｘmin〜ｘmaxの範囲が所望とする出力画素値ｆmin〜ｆmaxの範囲に変換されないが、画像解析回路１１０での誤認識により被写体領域がクリップされるのを防止することができる。
【００７１】
なお、上述した（９）式、（１２）式で表されるダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）では、入力画素値がｘroi以下及びｘroi以上の両方のダイナミックレンジを変換するものであったが、この形態に限定されるものではない。例えば、入力画素値がｘroi以下及びｘroi以上のどちらか一方のダイナミックレンジを変換するダイナミックレンジ変換関数であっても本実施形態に適用可能である。具体的に、以下に説明する。
【００７２】
具体的に、入力画素値がｘroi以下のみのダイナミックレンジを変換するダイナミックレンジ変換関数としては、例えば、以下に示す（１４）式を用いることができる。
【００７３】
【数１８】
【００７４】
また、入力画素値がｘroi以上のみのダイナミックレンジを変換するダイナミックレンジ変換関数としては、例えば、以下に示す（１５）式を用いることができる。
【００７５】
【数１９】
【００７６】
以上のようにして、ステップＳ２０６におけるダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）の算出が行われる。
【００７７】
続いて、ステップＳ２０７において、例えば、ダイナミックレンジ変換回路１１１３は、ステップＳ２０６で算出したダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）を用いて、入力画像（原画像）の画素値を変換する処理を行う。
【００７８】
続いて、ステップＳ２０８において、階調変換回路１１１４は、ステップＳ２０７においてダイナミックレンジ変換回路１１１３で変換された入力画像の画素値を、ステップＳ２０１で算出した階調変換関数Ｄ（ ）を用いて変換する処理を行う。その後、図２に示す処理が終了する。
【００７９】
ここで、上述の如くダイナミックレンジ変換関数では、被写体領域のダイナミックレンジが階調変換後に所望の濃度範囲（或いは、輝度範囲）に収まり、かつ、関心領域の代表値が所望の濃度（或いは、輝度）となるように算出されるものである。また、関心領域の周辺では、ダイナミックレンジ変換前後でのコントラスト変動を極力抑えるように構成されたものである。
よって、本実施形態によれば、被写体領域のダイナミックレンジや階調変換曲線によらず、関心領域の所望の濃度（或いは、輝度）とコントラストを維持したまま、被写体領域を最適な濃度範囲（或いは、輝度範囲）に変換することができる。
【００８０】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態に係るＸ線撮影装置（画像処理装置）の概略構成は、図１に示す第２の実施形態に係るＸ線撮影装置（画像処理装置）の概略構成と同じである。第２の実施形態のＸ線撮影装置１００における画像処理回路１１１の処理について、図７に示すフローチャートを用いて具体的に説明する。
【００８１】
図７は、本発明の第２の実施形態に係るＸ線撮影装置（画像処理装置）の処理手順の一例を示すフローチャートである。具体的に、図７のフローチャートにおける処理は、ＣＰＵ１０６がメインメモリ１０７に記憶されているプログラムを実行して、画像処理回路１１１を制御することにより行われる。なお、図７に示すフローチャートにおいて、図２に示すフローチャートと同様の処理を実行するステップについては同じステップ番号を付しており、以下の説明においては、上述した第１の実施形態と異なる処理についてのみ具体的に説明する。
【００８２】
まず、図７に示す処理では、図２に示すステップＳ２０１〜Ｓ２０６の処理を実行する。
【００８３】
続いて、ステップＳ３０１において、ダイナミックレンジ変換回路１１１３は、入力画像（原画像）を周波数分解する処理を行う。ここでの周波数分解の方法については、特に限定するものではないが、例えば、以下に示す（１６）式のように、ローパスフィルタｇを用いて、画像Ｘを低周波成分Ｌ及び高周波成分の２つの周波数帯域の画像に分解する処理を適用することができる。
【００８４】
【数２０】
【００８５】
（１６）式において、＊は、畳み込み積分を表す。なお、（１６）式に示すローパスフィルタｇとしては、移動平均フィルタ、ガウスフィルタ等を用いればよい。
【００８６】
続いて、ステップＳ３０２において、例えば、ダイナミックレンジ変換回路１１１３は、ステップＳ２０６で算出したダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）を用いて、ステップＳ３０１で周波数分解した入力画像の画素値を変換する処理を行う。
具体的には、ダイナミックレンジ変換関数ｆ（ ）に基づいて、ステップＳ３０１で周波数分解された周波数成分を以下に示す（１７）式により変換する処理を行う。これにより、ダイナミックレンジが変換された画素値Ｙ（ｉ，ｊ）を得る。
【００８７】
【数２１】
【００８８】
なお、（１７）式では、低周波成分Ｌに限定してダイナミックレンジが変換されるため、高周波成分に含まれる微細な構造のコントラストを保存（保持）することができる。
【００８９】
続いて、ステップＳ３０３において、階調変換回路１１１４は、ステップＳ３０２においてダイナミックレンジ変換回路１１１３で変換された入力画像の画素値を、ステップＳ２０１で算出した階調変換関数Ｄ（ ）を用いて変換する処理を行う。その後、図７に示す処理が終了する。
【００９０】
以上、第２の実施形態によれば、第１の実施形態における効果に加えて、高周波成分に含まれる微細な構造のコントラストを保存（保持）することができる効果がある。
【００９１】
なお、第２の実施形態では、入力画像の周波数分解を（１６）式を用いて行うようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、ウェーブレット変換、ラプラシアンピラミッド等を用いてもよい。すなわち、本実施形態の技術的思想は、他の周波数分解を用いた場合にも適用することができる。また、本実施形態では、画像を２つの周波数帯域の画像に分解する例を示したが、例えば、３つ以上の周波数帯域の画像に分解する場合にも適用できることは、当業者にとっては明らかである。
【００９２】
以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００９３】
上述した本発明の各実施形態に係るＸ線撮影装置（画像処理装置）の画像処理方法を示す図２及び図７の各ステップは、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明に含まれる。
【００９４】
具体的に、前記プログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭのような記憶媒体に記録し、或いは各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。前記プログラムを記録する記憶媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、不揮発性メモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒ等を用いることができる。
【００９５】
前記プログラムの供給方法としては、例えば、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、当該ホームページから前記プログラムそのものをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによって供給できる。さらに、当該ホームページから、圧縮され自動インストール機能を含む前記プログラムに係るファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。また、前記プログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムに係るファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明に含まれるものである。
【００９６】
また、前記プログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対して、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせることもできる。この場合、ユーザは、その鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行して、コンピュータにインストールすることになる。
【００９７】
また、コンピュータが、読み出した前記プログラムを実行することによって、前述した本発明の各実施形態の機能が実現される他、次の態様でも適用可能である。例えば、前記プログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した本発明の各実施形態の機能を実現する態様も適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の第１の実施形態（或いは、第２の実施形態）に係るＸ線撮影装置（画像処理装置）の概略構成の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＸ線撮影装置（画像処理装置）の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態を示し、階調変換関数の算出方法の一例を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施形態を示し、出力画素値の設定方法の一例を説明するための模式図である。
【図５】本発明の実施形態を示し、ダイナミックレンジ変換関数の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態を示し、ダイナミックレンジ変換関数の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るＸ線撮影装置（画像処理装置）の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】一般的な階調変換処理に使用される入力画素値と出力濃度値との特性曲線の一例を示す模式図である。
【図９】胸部撮影に係る画像データの階調変換方法の一例を説明するための模式図である。
【図１０】ダイナミックレンジ変換関数の一例を示す模式図である。
【図１１】ダイナミックレンジ変換関数の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９９】
１００ Ｘ線撮影装置
１０１ Ｘ線発生回路
１０１ａ Ｘ線ビーム
１０２ ２次元Ｘ線センサ
１０３ データ収集回路
１０４ 前処理回路
１０５ バス
１０６ ＣＰＵ
１０７ メインメモリ
１０８ 操作パネル
１０９ 画像表示器
１１０ 画像解析回路
１１１ 画像処理回路
１１１１ 入力画素値設定回路
１１１２ 出力画素値設定回路
１１１３ ダイナミックレンジ変換回路
１１１４ 階調変換回路
２００ 被写体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像の被写体領域における少なくとも２つの異なる入力画素値を設定する入力画素値設定手段と、
前記２つの異なる入力画素値のそれぞれに対応する出力画素値を設定する出力画素値設定手段と、
前記入力画素値設定手段で設定された入力画素値が前記出力画素値設定手段で設定された出力画素値となる変換関数を用いて、前記入力画像の一部又は全部の画素値を変換する処理を行うダイナミックレンジ変換手段とを有し、
前記変換関数は、前記入力画素値設定手段で設定された入力画素値のうちの一方の入力画素値における傾きが、予め定められた値となるように生成されたものであることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記予め定められた値は、１であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記変換関数は、前記２つの異なる画素値の範囲において前記傾きが広義単調増加または広義単調減少する関数であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記一方の入力画素値は、前記被写体領域の内部の所定領域から算出された値であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記入力画素値設定手段で設定された入力画素値のうちの前記一方の入力画素値ではない他方の入力画素値は、前記被写体領域の画素値における最大値または最小値であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記一方の入力画素値をｘroiとし、当該一方の入力画素値に対応する出力画素値をｆroiとし、また、前記入力画素値設定手段で設定された入力画素値のうちの前記一方の入力画素値ではない他方の入力画素値として前記被写体領域の画素値における最大値ｘmaxを用い、当該他方の入力画素値に対応する出力画素値をｆmaxとし、前記変換関数をｆu（ｘ）とすると、
前記ダイナミックレンジ変換手段は、
【数１】
（１）式で表される変換関数ｆu（ｘ）を用いて、前記入力画像の前記一方の入力画素値ｘroi以上の領域における一部又は全部の画素値を変換する処理を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記一方の入力画素値をｘroiとし、当該一方の入力画素値に対応する出力画素値をｆroiとし、また、前記入力画素値設定手段で設定された入力画素値のうちの前記一方の入力画素値ではない他方の入力画素値として前記被写体領域の画素値における最小値ｘminを用い、当該他方の入力画素値に対応する出力画素値をｆminとし、前記変換関数をｆl（ｘ）とすると、
前記ダイナミックレンジ変換手段は、
【数２】
（２）式で表される変換関数ｆl（ｘ）を用いて、前記入力画像の前記一方の入力画素値ｘroi以下の領域における一部又は全部の画素値を変換する処理を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記ダイナミックレンジ変換手段は、前記変換関数ｆu（ｘ）における前記傾きの最大限度値ａmax（ａmax＞１）及び最小限度値ａmin（ａmin＜１）を設定し、ａmax＝ｆ'u（ｘa）またはａmin＝ｆ'u（ｘa）を満たす、前記入力画像の画素値ｘa以上の領域の画素値については、
【数３】
（３）式に基づき変換することを特徴とする請求項６に記載の画像処理装置。
【請求項９】
前記ダイナミックレンジ変換手段は、前記変換関数ｆl（ｘ）における前記傾きの最大限度値ａmax（ａmax＞１）及び最小限度値ａmin（ａmin＜１）を設定し、ａmax＝ｆ'l（ｘa）またはａmin＝ｆ'l（ｘa）を満たす、前記入力画像の画素値ｘa以下の領域の画素値については、
【数４】
（４）式に基づき変換することを特徴とする請求項７に記載の画像処理装置。
【請求項１０】
前記ダイナミックレンジ変換手段によって変換された画像の画素値を、階調変換関数を用いて濃度または輝度に相当の画素値に変換する階調変換手段を更に有し、
前記出力画素値設定手段で設定される出力画素値は、前記階調変換手段で用いる前記階調変換関数に基づき決定されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１１】
入力画像の被写体領域における少なくとも２つの異なる入力画素値を設定する入力画素値設定ステップと、
前記２つの異なる入力画素値のそれぞれに対応する出力画素値を設定する出力画素値設定ステップと、
前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値が前記出力画素値設定ステップで設定された出力画素値となる変換関数を用いて、前記入力画像の一部又は全部の画素値を変換する処理を行うダイナミックレンジ変換ステップとを有し、
前記変換関数は、前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値のうちの一方の入力画素値における傾きが、予め定められた値となるように生成されたものであることを特徴とする画像処理方法。
【請求項１２】
前記予め定められた値は、１であることを特徴とする請求項１１に記載の画像処理方法。
【請求項１３】
前記変換関数は、前記２つの異なる画素値の範囲において前記傾きが広義単調増加または広義単調減少する関数であることを特徴とする請求項１１に記載の画像処理方法。
【請求項１４】
前記一方の入力画素値は、前記被写体領域の内部の所定領域から算出された値であることを特徴とする請求項１１に記載の画像処理方法。
【請求項１５】
前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値のうちの前記一方の入力画素値ではない他方の入力画素値は、前記被写体領域の画素値における最大値または最小値であることを特徴とする請求項１１に記載の画像処理方法。
【請求項１６】
前記一方の入力画素値をｘroiとし、当該一方の入力画素値に対応する出力画素値をｆroiとし、また、前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値のうちの前記一方の入力画素値ではない他方の入力画素値として前記被写体領域の画素値における最大値ｘmaxを用い、当該他方の入力画素値に対応する出力画素値をｆmaxとし、前記変換関数をｆu（ｘ）とすると、
前記ダイナミックレンジ変換ステップでは、
【数５】
（１）式で表される変換関数ｆu（ｘ）を用いて、前記入力画像の前記一方の入力画素値ｘroi以上の領域における一部又は全部の画素値を変換する処理を行うことを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の画像処理方法。
【請求項１７】
前記一方の入力画素値をｘroiとし、当該一方の入力画素値に対応する出力画素値をｆroiとし、また、前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値のうちの前記一方の入力画素値ではない他方の入力画素値として前記被写体領域の画素値における最小値ｘminを用い、当該他方の入力画素値に対応する出力画素値をｆminとし、前記変換関数をｆl（ｘ）とすると、
前記ダイナミックレンジ変換ステップでは、
【数６】
（２）式で表される変換関数ｆl（ｘ）を用いて、前記入力画像の前記一方の入力画素値ｘroi以下の領域における一部又は全部の画素値を変換する処理を行うことを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の画像処理方法。
【請求項１８】
前記ダイナミックレンジ変換ステップでは、前記変換関数ｆu（ｘ）における前記傾きの最大限度値ａmax（ａmax＞１）及び最小限度値ａmin（ａmin＜１）を設定し、ａmax＝ｆ'u（ｘa）またはａmin＝ｆ'u（ｘa）を満たす、前記入力画像の画素値ｘa以上の領域の画素値については、
【数７】
（３）式に基づき変換することを特徴とする請求項１６に記載の画像処理方法。
【請求項１９】
前記ダイナミックレンジ変換ステップでは、前記変換関数ｆl（ｘ）における前記傾きの最大限度値ａmax（ａmax＞１）及び最小限度値ａmin（ａmin＜１）を設定し、ａmax＝ｆ'l（ｘa）またはａmin＝ｆ'l（ｘa）を満たす、前記入力画像の画素値ｘa以下の領域の画素値については、
【数８】
（４）式に基づき変換することを特徴とする請求項１７に記載の画像処理方法。
【請求項２０】
前記ダイナミックレンジ変換ステップによって変換された画像の画素値を、階調変換関数を用いて濃度または輝度に相当の画素値に変換する階調変換ステップを更に有し、
前記出力画素値設定ステップで設定される出力画素値は、前記階調変換ステップで用いる前記階調変換関数に基づき決定されることを特徴とする請求項１１乃至１９のいずれか１項に記載の画像処理方法。
【請求項２１】
入力画像の被写体領域における少なくとも２つの異なる入力画素値を設定する入力画素値設定ステップと、
前記２つの異なる入力画素値のそれぞれに対応する出力画素値を設定する出力画素値設定ステップと、
前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値が前記出力画素値設定ステップで設定された出力画素値となる変換関数を用いて、前記入力画像の一部又は全部の画素値を変換する処理を行うダイナミックレンジ変換ステップとをコンピュータに実行させ、
前記変換関数は、前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値のうちの一方の入力画素値における傾きが、予め定められた値となるように生成されたものであることを特徴とするプログラム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のプログラムを記憶することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１】
入力画像の被写体領域における少なくとも２つの異なる入力画素値を設定する入力画素値設定手段と、
前記２つの異なる入力画素値のそれぞれに対応する出力画素値を設定する出力画素値設定手段と、
前記入力画素値設定手段で設定された入力画素値が前記出力画素値設定手段で設定された出力画素値となる変換関数を用いて、前記入力画像の一部又は全部の画素値を変換する処理を行うダイナミックレンジ変換手段とを有し、
前記変換関数は、前記入力画素値設定手段で設定された入力画素値のうちの一方の入力画素値における傾きが、予め定められた値となるように生成されたものであることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記予め定められた値は、１であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記変換関数は、前記２つの異なる画素値の範囲において前記傾きが広義単調増加または広義単調減少する関数であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記一方の入力画素値は、前記被写体領域の内部の所定領域から算出された値であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記入力画素値設定手段で設定された入力画素値のうちの前記一方の入力画素値ではない他方の入力画素値は、前記被写体領域の画素値における最大値または最小値であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記一方の入力画素値をｘroiとし、当該一方の入力画素値に対応する出力画素値をｆroiとし、また、前記入力画素値設定手段で設定された入力画素値のうちの前記一方の入力画素値ではない他方の入力画素値として前記被写体領域の画素値における最大値ｘmaxを用い、当該他方の入力画素値に対応する出力画素値をｆmaxとし、前記変換関数をｆu（ｘ）とすると、
前記ダイナミックレンジ変換手段は、
【数１】
（１）式で表される変換関数ｆu（ｘ）を用いて、前記入力画像の前記一方の入力画素値ｘroi以上の領域における一部又は全部の画素値を変換する処理を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記一方の入力画素値をｘroiとし、当該一方の入力画素値に対応する出力画素値をｆroiとし、また、前記入力画素値設定手段で設定された入力画素値のうちの前記一方の入力画素値ではない他方の入力画素値として前記被写体領域の画素値における最小値ｘminを用い、当該他方の入力画素値に対応する出力画素値をｆminとし、前記変換関数をｆl（ｘ）とすると、
前記ダイナミックレンジ変換手段は、
【数２】
（２）式で表される変換関数ｆl（ｘ）を用いて、前記入力画像の前記一方の入力画素値ｘroi以下の領域における一部又は全部の画素値を変換する処理を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記ダイナミックレンジ変換手段は、前記変換関数ｆu（ｘ）における前記傾きの最大限度値ａmax（ａmax＞１）及び最小限度値ａmin（ａmin＜１）を設定し、ａmax＝ｆ'u（ｘa）またはａmin＝ｆ'u（ｘa）を満たす、前記入力画像の画素値ｘa以上の領域の画素値については、
【数３】
（３）式に基づき変換することを特徴とする請求項６に記載の画像処理装置。
【請求項９】
前記ダイナミックレンジ変換手段は、前記変換関数ｆl（ｘ）における前記傾きの最大限度値ａmax（ａmax＞１）及び最小限度値ａmin（ａmin＜１）を設定し、ａmax＝ｆ'l（ｘa）またはａmin＝ｆ'l（ｘa）を満たす、前記入力画像の画素値ｘa以下の領域の画素値については、
【数４】
（４）式に基づき変換することを特徴とする請求項７に記載の画像処理装置。
【請求項１０】
前記ダイナミックレンジ変換手段によって変換された画像の画素値を、階調変換関数を用いて濃度または輝度に相当の画素値に変換する階調変換手段を更に有し、
前記出力画素値設定手段で設定される出力画素値は、前記階調変換手段で用いる前記階調変換関数に基づき決定されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項１１】
入力画像の被写体領域における少なくとも２つの異なる入力画素値を設定する入力画素値設定ステップと、
前記２つの異なる入力画素値のそれぞれに対応する出力画素値を設定する出力画素値設定ステップと、
前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値が前記出力画素値設定ステップで設定された出力画素値となる変換関数を用いて、前記入力画像の一部又は全部の画素値を変換する処理を行うダイナミックレンジ変換ステップとを有し、
前記変換関数は、前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値のうちの一方の入力画素値における傾きが、予め定められた値となるように生成されたものであることを特徴とする画像処理方法。
【請求項１２】
前記予め定められた値は、１であることを特徴とする請求項１１に記載の画像処理方法。
【請求項１３】
前記変換関数は、前記２つの異なる画素値の範囲において前記傾きが広義単調増加または広義単調減少する関数であることを特徴とする請求項１１に記載の画像処理方法。
【請求項１４】
前記一方の入力画素値は、前記被写体領域の内部の所定領域から算出された値であることを特徴とする請求項１１に記載の画像処理方法。
【請求項１５】
前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値のうちの前記一方の入力画素値ではない他方の入力画素値は、前記被写体領域の画素値における最大値または最小値であることを特徴とする請求項１１に記載の画像処理方法。
【請求項１６】
前記一方の入力画素値をｘroiとし、当該一方の入力画素値に対応する出力画素値をｆroiとし、また、前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値のうちの前記一方の入力画素値ではない他方の入力画素値として前記被写体領域の画素値における最大値ｘmaxを用い、当該他方の入力画素値に対応する出力画素値をｆmaxとし、前記変換関数をｆu（ｘ）とすると、
前記ダイナミックレンジ変換ステップでは、
【数５】
（１）式で表される変換関数ｆu（ｘ）を用いて、前記入力画像の前記一方の入力画素値ｘroi以上の領域における一部又は全部の画素値を変換する処理を行うことを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の画像処理方法。
【請求項１７】
前記一方の入力画素値をｘroiとし、当該一方の入力画素値に対応する出力画素値をｆroiとし、また、前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値のうちの前記一方の入力画素値ではない他方の入力画素値として前記被写体領域の画素値における最小値ｘminを用い、当該他方の入力画素値に対応する出力画素値をｆminとし、前記変換関数をｆl（ｘ）とすると、
前記ダイナミックレンジ変換ステップでは、
【数６】
（２）式で表される変換関数ｆl（ｘ）を用いて、前記入力画像の前記一方の入力画素値ｘroi以下の領域における一部又は全部の画素値を変換する処理を行うことを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の画像処理方法。
【請求項１８】
前記ダイナミックレンジ変換ステップでは、前記変換関数ｆu（ｘ）における前記傾きの最大限度値ａmax（ａmax＞１）及び最小限度値ａmin（ａmin＜１）を設定し、ａmax＝ｆ'u（ｘa）またはａmin＝ｆ'u（ｘa）を満たす、前記入力画像の画素値ｘa以上の領域の画素値については、
【数７】
（３）式に基づき変換することを特徴とする請求項１６に記載の画像処理方法。
【請求項１９】
前記ダイナミックレンジ変換ステップでは、前記変換関数ｆl（ｘ）における前記傾きの最大限度値ａmax（ａmax＞１）及び最小限度値ａmin（ａmin＜１）を設定し、ａmax＝ｆ'l（ｘa）またはａmin＝ｆ'l（ｘa）を満たす、前記入力画像の画素値ｘa以下の領域の画素値については、
【数８】
（４）式に基づき変換することを特徴とする請求項１７に記載の画像処理方法。
【請求項２０】
前記ダイナミックレンジ変換ステップによって変換された画像の画素値を、階調変換関数を用いて濃度または輝度に相当の画素値に変換する階調変換ステップを更に有し、
前記出力画素値設定ステップで設定される出力画素値は、前記階調変換ステップで用いる前記階調変換関数に基づき決定されることを特徴とする請求項１１乃至１９のいずれか１項に記載の画像処理方法。
【請求項２１】
入力画像の被写体領域における少なくとも２つの異なる入力画素値を設定する入力画素値設定ステップと、
前記２つの異なる入力画素値のそれぞれに対応する出力画素値を設定する出力画素値設定ステップと、
前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値が前記出力画素値設定ステップで設定された出力画素値となる変換関数を用いて、前記入力画像の一部又は全部の画素値を変換する処理を行うダイナミックレンジ変換ステップとをコンピュータに実行させ、
前記変換関数は、前記入力画素値設定ステップで設定された入力画素値のうちの一方の入力画素値における傾きが、予め定められた値となるように生成されたものであることを特徴とするプログラム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のプログラムを記憶することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１６９５９２（Ｐ２００９−１６９５９２Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５７６４（Ｐ２００８−５７６４）
【出願日】平成２０年１月１５日（２００８．１．１５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１５日（２００８．１．１５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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