輪郭抽出装置およびプログラム
【課題】対象物の輪郭を柔軟かつ適切に抽出する技術を提供する。
【解決手段】エネルギー関数設定部１３が、輪郭曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定し、繰り返し演算処理部１４が、エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる。重み付け係数変更部１５は、繰り返し演算の過程で輪郭曲線に含まれる独立した線の本数が変動したか否かを監視しており、この本数が変動した場合に、エネルギー関数の重み付け係数を変更する。
【解決手段】エネルギー関数設定部１３が、輪郭曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定し、繰り返し演算処理部１４が、エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる。重み付け係数変更部１５は、繰り返し演算の過程で輪郭曲線に含まれる独立した線の本数が変動したか否かを監視しており、この本数が変動した場合に、エネルギー関数の重み付け係数を変更する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、曲線が変形を繰り返して収束することによって輪郭を抽出する動的輪郭モデルの一つであるレベルセット法を用いて、画像に含まれる対象物の輪郭を抽出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療現場では、超音波やＸ線等を用いて内蔵や骨格等に含まれる患部を撮影することにより、各種検査や診断が行われている。これにより、体内の臓器等の情報が視覚的に把握可能となり診断精度の向上が期待できる。
【０００３】
一方で、近年においては、計算機を援用した定量的或いは自動的診断の要望が強まっており、計算機による診断支援（ＣＡＤ：Computer−aided diagnosis）システムの研究が盛んに行われている。計算機による診断支援を行うには、患部を撮像して得られた画像から診断に必要な情報、つまり臓器領域等を正確に抽出することが重要な課題となる。
【０００４】
画像から対象物の輪郭を抽出する手法として、レベルセット（Level set）、スネーク（Snakes）といった動的輪郭モデル（Active Contour Model）を用いた手法が知られている。動的輪郭モデルとは、所定の変形傾向に沿って変形を繰り返す曲線（動的曲線）によって、対象物の輪郭を動的に抽出する手法である。動的曲線の変形傾向は、曲線の状態を定量的に評価した値である「動的曲線のエネルギー」によって規定される。この「動的曲線のエネルギー」は、動的曲線が対象物の輪郭を抽出した時点で最小となるように予め定義される。したがって、動的曲線のエネルギーが最小となるように動的曲線を変形させていき、エネルギーが最小となる安定状態を見つけることによって、対象物の輪郭を抽出することができるのである。
【０００５】
つまり、動的輪郭モデルとは、動的曲線が対象物の輪郭を抽出した時に最小となるエネルギー関数を定義し、このエネルギー関数が最小となる安定状態を見つけることによって、対象物の輪郭を抽出する手法であるといえる。エネルギー関数の最小化処理は、一般に、繰り返し演算によって行われる。
【０００６】
動的曲線のエネルギーは、例えば下記（式１）の関数Ｅｏの形で表される。
【０００７】
Ｅｏ＝Ｗｉ＊Ｅｉ＋Ｗｅ＊Ｅｅ ・・・（式１）
すなわち、エネルギー関数Ｅｏは、動的曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和として定義され、エネルギー項としては、例えば、動的曲線自体の形状（例えば、滑らかさ）から規定されるエネルギー項（内部エネルギー項）Ｅｉ、動的曲線と対象物の輪郭との一致度から規定されるエネルギー項（外部エネルギー項）Ｅｅを採用することができる。ただし、上述した通り、エネルギー関数Ｅｏは、動的曲線が適切な形で対象物の輪郭を抽出した時に最小となるように定義する必要があるので、各エネルギー項は、動的曲線が目標形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されている必要がある。
【０００８】
例えば、外部エネルギー項Ｅｅは、動的曲線と対象物の輪郭との一致度が高いほど小さな値となるように定式化される。エネルギー関数Ｅｏに外部エネルギー項Ｅｅが導入されることによって、対象物の輪郭を忠実に抽出する傾向に動的曲線を変形させることができる。ただし、外部エネルギー項Ｅｅだけでエネルギー関数Ｅｏを規定してしまうと、抽出された輪郭が画像中に現れているノイズ等までをも忠実に再現したものとなってしまうため、逆に対象物の形状が逆に把握されにくい。そこで、動的曲線が滑らかになるほど小さな値となるように定式化された内部エネルギー項Ｅｉをエネルギー関数Ｅｏに導入しておく。エネルギー関数Ｅｏに内部エネルギー項Ｅｉが導入されることによって、動的曲線自身の形状を滑らかにする傾向に動的曲線を変形させることができる。このように、エネルギー関数Ｅｏに内部エネルギー項Ｅｉと外部エネルギー項Ｅｅとの２項を導入し、これらを適切にバランスさせることによって、適切な形で対象物の輪郭を抽出することが可能となる。
【０００９】
エネルギー関数Ｅｏにおいて、複数種類のエネルギー項Ｅｉ，Ｅｅをどのようにバランスさせるかは、画像の状態、対象物の形状、対象物の滑らかさ等に依存し、一般的に決定できるものではない。そこで、エネルギー項Ｅｉ，Ｅｅのそれぞれに重み付け係数Ｗｉ，Ｗｅを付加し、対象物の形状等に応じてその値を調整することによって、各エネルギー項Ｅｉ，Ｅｅのバランスを調整する。例えば、内部エネルギー項Ｅｉの重み付け係数Ｗｉを大きくすると、エネルギー関数Ｅｏが最小値となった時点の動的曲線の形状がより滑らかになる。一方、外部エネルギー項Ｅｅの重み付け係数Ｗｅを大きくすると、エネルギー関数Ｅｏが最小値となった時点の動的曲線が対象物の輪郭をより忠実に捉えたものとなる。このように、重み付け係数の値によって、結果として得られる曲線の様子が変わってくる。
【００１０】
ところで、動的輪郭モデルとしてよく知られているスネークと呼ばれる手法においては、動的な閉曲線による輪郭線モデルを用いて対象物の輪郭を抽出する。この手法は輪郭抽出手法として広く実用化されているものの、閉曲線を変形させながら対象物の輪郭を抽出するものであるため、対象物の輪郭に分離部分や結合部分がある場合に、これを抽出することが困難であるという欠点があった。スネークについては、特許文献１にその概要が説明されている。
【００１１】
一方、やはり代表的な動的輪郭モデルの１つであるレベルセット法においては、対象物よりも１次元高い補助関数（Φ関数）を規定し、対象物の輪郭を、このΦ関数のゼロ等高面（Φ＝０）により抽出する。具体的には、エネルギー関数を、Φ関数が対象物の輪郭を抽出したとき（すなわち、Φ関数のゼロ等高面における断面により規定される曲線（以下「輪郭曲線」という）が、対象物の輪郭を抽出したとき）に最小となるように定義する。そして、このエネルギー関数が最小となる安定状態を見つけることによって、対象物の輪郭を抽出する。この手法によると、対象物よりも１次元高い関数（Φ関数）を用いて輪郭曲線を変形させるので、エネルギー関数の最小化処理の過程で、輪郭曲線の形状をトポロジー変化させることが可能となる。すなわち、エネルギー関数の最小化処理の過程で、輪郭曲線を構成する独立した線を自由に生成、あるいは消滅させることができる。したがって、対象物の輪郭に分離部分や結合部分がある場合であっても、これを難なく抽出することが可能となる。レベルセット法の詳細については、非特許文献１，２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−１１５８８号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】倉爪亮、「レベルセット法とその実装法について」情報処理学会研究報告、2006-CVIM-156-(17),2006
【非特許文献２】T.Chan and L.Vese,"Active Contours Without Edges"IEEE,Trans.Image,Processing,Vol.10,No.2,pp.266-277,Feb.2001
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述した通り、レベルセット法のように、トポロジー変化を許容する動的輪郭モデルにおいては、エネルギー関数の最小化処理の過程で、輪郭曲線を構成する独立した線を自由に生成、あるいは消滅させることが可能であるため、対象物の輪郭を柔軟に抽出できるという利点がある。
【００１５】
ところが実際には、エネルギー関数の最小化処理の過程で輪郭曲線を構成する独立した線が生成、あるいは消滅した場合には、輪郭曲線の最終形状が、例えば、ユーザの意図よりも滑らかさに欠くものとなっていたり、あるいは、ユーザの意図よりも低い精度でしか対象物の輪郭を特定できていないものとなっていたり、といったように、ユーザの意図にそぐわないものとなっていることが多かった。したがって、対象物の輪郭を柔軟かつ適切に抽出することを可能とする技術が求められていた。
【００１６】
この発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、対象物の輪郭を柔軟かつ適切に抽出可能とする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１の発明は、レベルセット法を用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置であって、輪郭曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、前記輪郭曲線の形状が抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定手段と、前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算手段と、前記輪郭曲線を構成する独立した線の本数を前記輪郭曲線の線本数とし、前記繰り返し演算の過程で前記線本数が変動した場合に、前記エネルギー関数の重み付け係数の値を変更する重み付け係数変更手段と、を備える。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の輪郭抽出装置であって、前記重み付け係数変更手段が、前記複数種類のエネルギー項のうち、前記輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の重み付け係数の値を変更する。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項２に記載の輪郭抽出装置であって、前記重み付け係数変更手段が、前記線本数が増加した場合に、前記輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の重み付け係数の値をより小さな値に変更する。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項２または３に記載の輪郭抽出装置であって、前記重み付け係数変更手段が、前記線本数が減少した場合に、前記輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の重み付け係数の値をより大きな値に変更する。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の輪郭抽出装置であって、前記重み付け係数変更手段が、前記繰り返し演算の過程で前記輪郭曲線に独立した線が新たに１本生じ、かつ、当該新たに生じた線の長さが所定の閾値を超えた場合に、前記線本数が１増加したと判断する。
【００２２】
請求項６の発明は、請求項５に記載の輪郭抽出装置であって、前記所定の閾値が、初期形状における前記輪郭曲線の長さに基づいて規定される。
【００２３】
請求項７の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の輪郭抽出装置であって、前記重み付け係数変更手段が、前記繰り返し演算の過程で前記輪郭曲線から独立した線の１本が消滅し、かつ、当該消滅した線が少なくとも一度は所定の閾値を超える長さを有していた場合に、前記線本数が１減少したと判断する。
【００２４】
請求項８の発明は、請求項７に記載の輪郭抽出装置であって、前記所定の閾値が、初期形状における前記輪郭曲線の長さに基づいて規定される。
【００２５】
請求項９の発明は、コンピュータに記憶され、前記コンピュータにおいて実行されることにより、前記コンピュータを、レベルセット法を用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置として機能させるプログラムであって、前記輪郭抽出装置が、輪郭曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、前記輪郭曲線の形状が抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定手段と、前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算手段と、前記輪郭曲線を構成する独立した線の本数を前記輪郭曲線の線本数とし、前記繰り返し演算の過程で前記線本数が変動した場合に、前記エネルギー関数の重み付け係数の値を変更する重み付け係数変更手段と、を備える。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１，９の発明によると、繰り返し演算の過程で輪郭曲線の線本数が変動した場合に、エネルギー関数の重み付け係数の値を変更する。輪郭曲線の線本数が変動するとエネルギー関数におけるエネルギー項間のバランスが崩れるところ、この構成においては、重み付け係数の値を変更することによってこれを補って、エネルギー項間のバランスを常に適正に保ち続けることができる。これによって、輪郭曲線の線本数が変動した場合であっても、対象物の輪郭を適切に抽出することが可能となる。すなわち、対象物の輪郭を柔軟かつ適切に抽出することが可能となる。
【００２７】
請求項２の発明によると、繰り返し演算の過程で輪郭曲線の線本数が変動した場合に、輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の重み付け係数の値を変更する。輪郭曲線の線本数が変動した場合、輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の値がその影響を受けて大きく変動するところ、当該エネルギー項の重み付け係数の値を変更することによって、エネルギー関数におけるエネルギー項間のバランスを効果的かつ適正に調整することが可能となる。
【００２８】
請求項３の発明によると、輪郭曲線の線本数が増加した場合に、輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の重み付け係数の値をより小さな値に変更する。線本数が増加すると、輪郭曲線において、長さに依存するエネルギー項により規定される変形傾向が過剰に効いてしまうところ、当該エネルギー項の重み付け係数の値をより小さな値に変更することによって、この変形傾向が過剰に強くなることを抑制することができる。したがって、線本数が増加した場合であっても、対象物の輪郭を適切に抽出することが可能となる。
【００２９】
請求項４の発明によると、輪郭曲線の線本数が減少した場合に、輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の重み付け係数の値をより大きな値に変更する。線本数が減少すると、輪郭曲線において、長さに依存するエネルギー項により規定される変形傾向が弱くなってしまうところ、当該エネルギー項の重み付け係数の値をより大きな値に変更することによって、この変形傾向が弱くなることを抑制することができる。したがって、線本数が減少した場合であっても、対象物の輪郭を適切に抽出することが可能となる。
【００３０】
請求項５の発明によると、繰り返し演算の過程で輪郭曲線に独立した線が新たに生じ、かつ、当該新たに生じた線の長さが所定の閾値を超えた場合に、輪郭曲線の線本数が増加したと判断する。つまり、輪郭曲線に独立した線が新たに生じても、当該新たに生じた線の長さが所定の閾値を超えない限りは輪郭曲線の線本数が変動したと判断しない。すなわち、重み付け係数を変更しない。この構成によると、ノイズに反応して重み付け係数の値が不用意に変更されてしまう、といった事態を未然に防止することができる。
【００３１】
請求項６の発明によると、繰り返し演算の過程で輪郭曲線に独立した線が新たに生じた場合に、これを線本数の増加とするか否かの判断基準となる閾値が、初期形状における輪郭曲線の長さに基づいて規定される。通常、輪郭曲線の初期形状は対象物の輪郭を意識して設定されるため、初期形状における輪郭曲線の長さに基づいて設定された閾値は、対象物のサイズを考慮した値となっている。したがって、閾値を初期形状における輪郭曲線の長さに基づいて規定することによって、ノイズの影響を適切に除去することができる。
【００３２】
請求項７の発明によると、繰り返し演算の過程で輪郭曲線から独立した線が消滅し、かつ、当該消滅した線が少なくとも一度は所定の閾値を超える長さを有していた場合に、輪郭曲線の線本数が減少したと判断する。つまり、輪郭曲線から消滅した線があったとしても、当該消滅した線が、一度も所定の閾値を超える長さにまで成長したことがなかったものである場合は輪郭曲線の線本数が変動したと判断しない。すなわち、重み付け係数を変更しない。この構成によると、ノイズに反応して重み付け係数の値が不用意に変更されてしまう、といった事態を未然に防止することができる。
【００３３】
請求項８の発明によると、繰り返し演算の過程で輪郭曲線から独立した線が消滅した場合に、これを線本数の減少とするか否かの判断基準となる閾値が、初期形状における輪郭曲線の長さに基づいて規定される。通常、輪郭曲線の初期形状は対象物の輪郭を意識して設定されるため、初期形状における輪郭曲線の長さに基づいて設定された閾値は、対象物のサイズを考慮した値となっている。したがって、閾値を初期形状における輪郭曲線の長さに基づいて規定することによって、ノイズの影響を適切に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】輪郭抽出装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２】輪郭抽出機能に関する構成を示すブロック図である。
【図３】輪郭抽出装置において実行される処理の全体の流れを示す図である。
【図４】繰り返し演算処理の流れを示す図である。
【図５】対象画像データの一例を模式的に示す図である。
【図６】初期形状における輪郭曲線を模式的に示す図である。
【図７】繰り返し演算の過程で変形する輪郭曲線の様子を模式的に示した図である。
【図８】繰り返し演算の過程で変形する輪郭曲線の様子を模式的に示した図である。
【図９】繰り返し演算の結果得られる最終形状の輪郭曲線を模式的に示す図である。
【図１０】繰り返し演算の過程で変形する輪郭曲線の様子を模式的に示した図である。
【図１１】重み付け係数を変更しなかった場合に、繰り返し演算の結果得られる輪郭曲線の最終形状を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
〈１．ハードウェア構成〉
この発明の実施の形態に係る輪郭抽出装置１のハードウェア構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、輪郭抽出装置１のハードウェア構成を示すブロック図である。
【００３６】
輪郭抽出装置１は、処理対象とされる画像データ（以下「対象画像データ」という）に現れる対象物の輪郭を、動的輪郭モデルを用いて抽出する。輪郭抽出装置１は、一般的なコンピュータにより構成されており、制御部２、表示部３、操作部４、入力部５、および、記憶部６をバスライン１０に接続した構成となっている。
【００３７】
制御部２は、例えばＣＰＵによって構成され、記憶部６に記憶されるプログラムＰを実行することによって、輪郭抽出装置１全体の動作を決定し、輪郭抽出装置１全体に指令を与える。
【００３８】
表示部３は、液晶表示ディスプレイ等によって構成され、制御部２で生成される画像データなどを可視的に出力する。
【００３９】
操作部４は、キーボード、タッチパネルまたはマウス等から構成され、ユーザの各種操作にしたがって各種指令信号を制御部２に送信する。
【００４０】
入力部５は、対象画像データとなる画像データを入力する。入力部５が画像データを取得する態様はどのようなものであってもよい。例えば、外部装置から画像データをオンライン受信してもよく、ＤＶＤ等の可搬型の記憶媒体からのデータの読み取りや、スキャナによる読み取りによって画像データを取得してもよい。あるいは、ネットワークで接続されたファイルサーバなどに画像データを記憶しておき、これを読み込むことによって画像データを取得してもよい。入力された画像データは、記憶部６に記憶される。
【００４１】
なお、輪郭抽出装置１を医療用画像撮影装置と接続しておけば、医療用画像撮影装置により撮像された各種の画像データを対象画像データとすることも可能となる。例えば、医療用画像撮影装置として広く用いられている装置の１つに、超音波撮影装置がある。超音波撮影装置は、２．５ＭＨｚ〜１３．０ＭＨｚの超音波を撮影対象者の内蔵等の所定部位に当て、その反響を映像化することによって当該部位の超音波画像を取得する。この超音波撮影装置を輪郭抽出装置１と接続しておけば、超音波撮影装置により撮影された撮影対象者の内蔵等を表す超音波画像を入力部５を介して入力し、これを対象画像データとすることが可能となる。
【００４２】
記憶部６は、例えば半導体メモリ、ハードディスクなどの記憶装置によって構成される。記憶部６には、制御部２で実行されるプログラムＰ、プログラムＰを実行する際に必要な情報、入力部５から入力された画像データなどの各種の情報が記憶される。
【００４３】
〈２．輪郭抽出に関する機能部〉
上述した通り、輪郭抽出装置１は、対象画像データに現れる対象物の輪郭を、動的輪郭モデルの１つであるレベルセット法を用いて抽出する機能（輪郭抽出機能）を備えている。上述した通り、レベルセット法は、対象物よりも１次元高い補助関数（Φ関数）を規定し、対象物の輪郭を、このΦ関数のゼロ等高面（Φ＝０）により抽出する手法である。具体的には、Φ関数が対象物の輪郭を抽出したとき（すなわち、Φ関数のゼロ等高面における断面により規定される曲線（輪郭曲線）が、対象物の輪郭を抽出したとき）に最小となるエネルギー関数を定義し、繰り返し演算でこのエネルギー関数の最小化処理を行ってエネルギー関数の値が最小となる安定状態を見つけることによって、対象物の輪郭を抽出する、という手法である。
【００４４】
なお、レベルセット法によると、エネルギー関数の最小化処理の過程で、輪郭曲線の形状をトポロジー変化させることが可能となる。すなわち、エネルギー関数の最小化処理の過程で、輪郭曲線を構成する独立した線（以下「独立線」という）の生成、あるいは消滅が許容されている。これによって、対象物の輪郭に分離部分や結合部分がある場合であっても、これを難なく抽出することが可能となる。
【００４５】
輪郭抽出機能を実現するための構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、輪郭抽出機能に関する構成を示すブロック図である。
【００４６】
輪郭抽出装置１は、輪郭抽出機能に関する構成として、画像取得部１１、初期形状設定部１２、エネルギー関数設定部１３、繰り返し演算処理部１４、重み付け係数変更部１５を備える。これら各部は、記憶部６に記憶されたプログラムＰに従って制御部２が演算処理を行うことにより実現されてもよいし、専用のハードウェアによって実現されてもよい。
【００４７】
画像取得部１１は、対象画像データを取得する。例えば、記憶部６に記憶された画像データのうち、ユーザが指定したものを読み出して対象画像データとして取得する。
【００４８】
初期形状設定部１２は、輪郭曲線の初期形状を設定する。具体的には、例えば、対象画像データを表示部３に表示させ、ユーザが当該表示画面を見ながら操作部４から入力した形状を、輪郭曲線の初期形状として受け付ける。また、１以上の初期形状のサンプルを記憶部６に記憶しておき、記憶されたサンプルのうちのいずれかをユーザに選択させ（もしくは、初期形状設定部１２が対象画像データに付された名称等に基づいて自動に選択し）、選択されたサンプルを輪郭曲線の初期形状として読み出す構成としてもよい。なお、輪郭曲線の初期形状はどのようなものであってもよいが、輪郭抽出に係る処理を効率的かつ適確に行うためには、対象物の輪郭となるべく近い形状であることが好ましい。なお、初期形状における輪郭曲線を、以下「初期輪郭曲線」という。
【００４９】
エネルギー関数設定部１３は、エネルギー関数Ｅを設定する。エネルギー関数Ｅは、輪郭曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表される。エネルギー関数Ｅに含めるエネルギー項の個数、および、各エネルギー項の内容は任意に設定することができるが、この実施の形態においては、「長さエネルギー項Ｅ１」「領域エネルギー項Ｅ２」の２種類のエネルギー項を用いてエネルギー関数Ｅを規定する。すなわち、この実施の形態に係るエネルギー関数Ｅは、下記（式２）により表される関数となる。ただし、（式２）中、「Ｗ１」「Ｗ２」は、長さエネルギー項Ｅ１、領域エネルギー項Ｅ２のそれぞれに付される重み付け係数を表している。
【００５０】
Ｅ＝Ｗ１＊Ｅ１＋Ｗ２＊Ｅ２ ・・・（式２）
ただし、エネルギー関数Ｅは、輪郭曲線（すなわち、Φ関数のゼロ等高面における断面により規定される曲線）が抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されている。
【００５１】
すなわち、第１のエネルギー項（長さエネルギー項Ｅ１）は、輪郭曲線の長さを短くする傾向に働く力であり、輪郭曲線が短くなるほど小さな値となるように定式化されている。具体的には、長さエネルギー項Ｅ１は、輪郭曲線の長さを「Ｌ｛Φ＝０｝」とした場合、下記（式３）で与えられる。ただし、本明細書において「輪郭曲線の長さ」とは、輪郭曲線に含まれる独立線それぞれの長さを総和した値を意味する。
【００５２】
Ｅ１＝Ｌ｛Φ＝０｝ ・・・（式３）
また、第２のエネルギー項（領域エネルギー項Ｅ２）は、輪郭曲線と対象物の輪郭との一致度が高くなる傾向に働く力であり、輪郭曲線の内側に存在する画素値と、外側に存在する画素値との間のばらつきが小さくなるほど小さな値となり、外側に存在する画素値との間のばらつきがなくなった場合にゼロとなるように定式化されている。具体的には、領域エネルギー項Ｅ２は、座標（ｘ、ｙ）における画素値を「ｕo（ｘ、ｙ）」と、輪郭曲線の外側に存在する画素値の平均値を「ｃ+」と、輪郭曲線の内側に存在する画素値の平均値を「ｃ-」と、それぞれ示した場合、下記（式４）で与えられる。
【００５３】
【数１】
【００５４】
なお、重み付け係数Ｗ１，Ｗ２は、エネルギー関数Ｅにおいて、長さエネルギー項Ｅ１と領域エネルギー項Ｅ２とをどのようにバランスさせるかを規定する。例えば、長さエネルギー項Ｅ１の重み付け係数Ｗ１の値を大きくすると、輪郭曲線の長さを短くする傾向が強くなる。すなわち、輪郭曲線を、その長さを短くする傾向に変形させる力が強くなる。したがって、繰り返し演算の結果として得られる輪郭曲線（すなわち、抽出される対象物の輪郭）がより滑らかな形状となる。また、領域エネルギー項Ｅ２の重み付け係数Ｗ２の値を大きくすると、輪郭曲線と対象物の輪郭との一致度が高くなる傾向が強くなる。すなわち、輪郭曲線を、対象物の輪郭と一致する傾向に変形させる力が強くなる。したがって、繰り返し演算の結果として得られる輪郭曲線が対象物の輪郭をより忠実に再現した形状となる。
【００５５】
この実施の形態においては、ユーザが、対象物の輪郭として予測される形状、どのような形で対象物の輪郭を抽出したいか等を考慮して、重み付け係数Ｗ１，Ｗ２の値を決定し、決定した値を予め（例えば輪郭抽出装置１の初期設定において）輪郭抽出装置１に入力しているものとする。このときユーザに入力された値は記憶部６に記憶されており、エネルギー関数設定部１３は、当該値を読み出してエネルギー関数Ｅを設定する。なお、重み付け係数Ｗ１，Ｗ２の設定方法はこれに限らない。例えば、初期形状のサンプルと対応づけて重み付け係数Ｗ１，Ｗ２の値を記憶しておき、エネルギー関数設定部１３が、選択された初期形状のサンプルと対応づけられた重み付け係数Ｗ１，Ｗ２の値を読み出してエネルギー関数Ｅを設定する構成であってもよい。
【００５６】
繰り返し演算処理部１４は、繰り返し演算によってエネルギー関数Ｅの最小化処理を行う。すなわち、繰り返し演算によって、Φ関数を（ひいては輪郭曲線を）エネルギー関数Ｅによって規定される変形傾向に沿って変形させていく。そして、エネルギー関数Ｅの値が所定の閾値よりも小さくなると繰り返し演算を終了し、その際の動的曲線を、対象物の輪郭を適切に抽出した動的曲線（以下「最終動的曲線」という）として取得する。
【００５７】
重み付け係数変更部１５は、繰り返し演算の過程で、輪郭曲線を構成する独立線の本数（以下、輪郭曲線の「線本数」という）が変動した場合に、エネルギー関数Ｅの重み付け係数の値を変更する。
【００５８】
重み付け係数変更部１５について詳細に説明する。重み付け係数変更部１５は、線本数変動監視部１５１と、係数値調整部１５２とを備える。
【００５９】
線本数変動監視部１５１は、繰り返し演算が行われている間、輪郭曲線の線本数の変動を監視する。具体的には、繰り返し演算に係る演算処理が１回行われる度に、当該演算処理の前後で、輪郭曲線の線本数が増加もしくは減少したか否かを判定する。
【００６０】
ただし、線本数変動監視部１５１は、繰り返し演算の過程で輪郭曲線に独立線が新たに１本生じ、かつ、当該新たに生じた線の長さが第１閾値Ｌ１を超えた場合に、線本数が１増加したと判断する。したがって、例えば、繰り返し演算の過程で輪郭曲線に新たな独立線が生じた場合であっても、当該独立線の長さが第１閾値Ｌ１を超える長さにまで成長しない限り、線本数は増加していないと判断される。
【００６１】
また、線本数変動監視部１５１は、繰り返し演算の過程で輪郭曲線から独立線の１本が消滅し、かつ、当該消滅した線が少なくとも一度は第２閾値Ｌ２を超える長さを有していた場合に、線本数が１減少したと判断する。したがって、例えば、繰り返し演算の過程で輪郭曲線から独立線が消滅した場合であっても、当該独立線が、一度も第２閾値Ｌ２を超える長さにまで成長しないまま消滅したものであった場合は、線本数は減少していないと判断される。
【００６２】
なお、第１閾値Ｌ１の値と第２閾値Ｌ２の値とは、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。また、第１閾値Ｌ１および第２閾値Ｌ２の値は、初期輪郭曲線の長さに基づいて規定することが好ましい。具体的には、例えば、初期輪郭曲線の長さの数％に相当する値を、閾値Ｌ１，Ｌ２の値として採用することが好ましい。通常、輪郭曲線の初期形状は対象物の輪郭を意識して設定されるため、初期輪郭曲線の長さに基づいて設定された閾値Ｌ１，Ｌ２は、対象物のサイズを考慮した値となっている。したがって、閾値Ｌ１，Ｌ２を初期輪郭曲線の長さに基づいて規定することによって、ノイズの影響を適切に除去することができるのである。
【００６３】
係数値調整部１５２は、繰り返し演算の過程で輪郭曲線の線本数が変動したと判断された場合に、エネルギー関数Ｅに含まれるエネルギー項のうちで、輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項（この実施の形態においては、長さエネルギー項Ｅ１）の重み付け係数の値を変更する。具体的には、線本数が増加した場合には、長さエネルギー項Ｅ１の重み付け係数Ｗ１の値をより小さな値に変更する。また、線本数が減少した場合には、長さエネルギー項Ｅ１の重み付け係数Ｗ１の値をより大きな値に変更する。
【００６４】
〈３．輪郭抽出処理の流れ〉
輪郭抽出装置１において実行される処理の流れについて、図３、図４を参照しながら説明する。図３は、輪郭抽出装置１において実行される処理の全体の流れを示す図である。図４は、繰り返し演算処理の流れを示す図である。なお、以下の説明においては、図５〜図９を適宜参照する。図５は、対象画像データの一例を模式的に示す図である。図６は、初期形状における輪郭曲線（初期輪郭曲線Ｔ（０））を模式的に示す図である。図７〜図８（および、後に参照する図１０）の各図は、繰り返し演算の過程で変形する輪郭曲線の様子を模式的に示した図である。図９は、繰り返し演算の結果として得られる最終形状の輪郭曲線（最終輪郭曲線Ｔ（Ｅ））を模式的に示す図である。
【００６５】
〈３−１．全体の流れ〉
輪郭抽出装置１において実行される処理の全体の流れについて、図３を参照しながら説明する。まず、画像取得部１１が、対象画像データを取得する（ステップＳ１）。以下においては、図５に示される超音波画像の画像データＱが対象画像データとして取得されたとする。超音波画像においては、血管領域が暗く現れており、ここでは、この血管が、その輪郭を抽出すべき対象物であるとする。
【００６６】
続いて、初期形状設定部１２が、輪郭曲線の初期形状を設定する（ステップＳ２）。いま、対象物は血管であるので、抽出されるべき形状は管状であると予想される。ここでは、これを意識して、図６に示されるような、２本の独立線Ｋ１，Ｋ２から構成される輪郭曲線が、初期輪郭曲線Ｔ（０）として設定されたとする。
【００６７】
続いて、エネルギー関数設定部１３が、エネルギー関数Ｅを設定する（ステップＳ３）。ここでは、上記（式２）で示される関数がエネルギー関数Ｅとして設定されるとする。
【００６８】
続いて、繰り返し演算処理部１４が、繰り返し演算によるエネルギー関数Ｅの最小化処理を実行する（ステップＳ４）。演算回数が重ねられるにつれてエネルギー関数Ｅの値が減少し、これに対応して、ステップＳ２で設定された初期輪郭曲線Ｔ（０）が変形して対象物の輪郭に近づいていく（図７〜図８参照）。ただし、輪郭曲線の変形傾向は、演算処理に用いられているエネルギー関数Ｅによって規定される。エネルギー関数Ｅの値が所定の閾値よりも小さくなると、繰り返し演算処理部１４は、繰り返し演算を終了し、得られた輪郭曲線を最終輪郭曲線Ｔ（Ｅ）として取得する（図９参照）。
【００６９】
〈３−２．繰り返し演算処理〉
繰り返し演算処理（図３のステップＳ４）について、図４を参照しながらより詳細に説明する。繰り返し演算処理部１４が、繰り返し演算を開始するのに先だって、線本数変動監視部１５１が、ステップＳ２（図３参照）で設定された初期輪郭曲線Ｔ（０）に含まれる独立線の本数を計数しているものとする。ただし、初期輪郭曲線Ｔ（０）に、長さが第１閾値Ｌ１に満たない独立線が含まれている場合、線本数変動監視部１５１は、当該独立線は１本とカウントしない。例えば、図６に示される初期輪郭曲線Ｔ（０）が与えられており、ここに現れる２本の独立線Ｋ１，Ｋ２の長さがいずれも閾値Ｌ１よりも長いとすると、線本数変動監視部１５１は、初期輪郭曲線Ｔ（０）の線本数を「２」と計数する。
【００７０】
繰り返し演算処理部１４が繰り返し演算を開始すると（ステップＳ４１）、１回の演算処理が行われる度にエネルギー関数Ｅの値は減少し、これに対応して輪郭曲線はエネルギー関数Ｅにより規定される変形傾向にしたがって変形して、対象物の輪郭に近づいていく。
【００７１】
繰り返し演算処理部１４は、１回の演算処理が行われる度に（ステップＳ４３）、当該演算処理後のエネルギー関数Ｅの値が所定の閾値よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ４４）。
【００７２】
例えばｎ回目（ｎは任意の自然数）の演算処理後のエネルギー関数Ｅの値が所定の閾値よりも小さいと判断された場合（ステップＳ４４でＹＥＳ）、繰り返し演算処理部１４は、繰り返し演算を終了し、得られた輪郭曲線を最終輪郭曲線Ｔ（Ｅ）として取得する。
【００７３】
一方、例えばｎ回目の演算処理後のエネルギー関数Ｅの値が所定の閾値よりも小さくないと判断された場合（ステップＳ４４でＮＯ）、繰り返し演算処理部１４は、（ｎ＋１）回目の演算処理を行うことになる。ただし、（ｎ＋１）回目の演算処理を行う前に、線本数変動監視部１５１が、ｎ回目の演算処理の前後において、輪郭曲線の線本数が変動したか否かを判定する（ステップＳ４５）。
【００７４】
ｎ回目の演算処理の前後において、輪郭曲線の線本数が変動していないと判断された場合（ステップＳ４５でＮＯ）、係数値調整部１５２は、エネルギー関数Ｅの重み付け係数の値を変更しない。この場合、繰り返し演算処理部１４は、ｎ回目の演算処理に用いられていたエネルギー関数Ｅをそのまま用いて、（ｎ＋１）回目の演算処理を実行することになる（ステップＳ４７〜ステップＳ４３）。
【００７５】
一方、ｎ回目の演算処理の前後において、輪郭曲線の線本数が変動していると判断された場合（ステップＳ４５でＹＥＳ）、係数値調整部１５２は、エネルギー関数Ｅの重み付け係数の値を変更して、エネルギー関数Ｅを更新する（ステップＳ４６）。重み付け係数変更部１５がエネルギー関数Ｅを更新して新たなエネルギー関数Ｅを設定した場合、繰り返し演算処理部１４は、当該新たなエネルギー関数Ｅを用いて（ｎ＋１）回目の演算処理を実行することになる（ステップＳ４７〜ステップＳ４３）。
【００７６】
〈具体例１〉
例えば、図６に示される初期輪郭曲線Ｔ（０）が与えられており、ｎ回（ｎは任意の自然数）の演算処理が行われた段階において、図７（ａ）に示される輪郭曲線Ｔ（ｎ）が得られたとする。ｎ回目の演算処理の前後で、輪郭曲線において、独立線の発生、独立線の消滅のいずれも生じなかったとすると、線本数変動監視部１５１は、ｎ回目の演算処理の前後において輪郭曲線の線本数は変動していないと判断する（ステップＳ４５でＮＯ）。この場合、係数値調整部１５２は、エネルギー関数Ｅの重み付け係数の値を変更しない。したがって、繰り返し演算処理部１４は、ｎ回目の演算処理に用いられていたエネルギー関数Ｅをそのまま用いて、（ｎ＋１）回目の演算処理を実行する。
【００７７】
（ｎ＋１）回目の演算処理が行われた結果、図７（ｂ）に示される輪郭曲線Ｔ（ｎ＋１）が得られたとする。ここでは、（ｎ＋１）回目の演算処理の前後で、輪郭曲線に新たな独立線Ｋ３が発生している。しかしここでは、この独立線Ｋ３の長さは第１閾値Ｌ１を超えていないとする。この場合、線本数変動監視部１５１は、（ｎ＋１）回目の演算処理の前後において、輪郭曲線の線本数は変動していないと判断する（ステップＳ４５でＮＯ）。この場合、係数値調整部１５２は、エネルギー関数Ｅの重み付け係数の値を変更しない。したがって、繰り返し演算処理部１４は、（ｎ＋１）回目の演算処理に用いられていたエネルギー関数Ｅをそのまま用いて、（ｎ＋２）回目の演算処理を実行する。
【００７８】
（ｎ＋２）回目の演算処理が行われた結果、図８（ａ）に示される輪郭曲線Ｔ（ｎ＋２）が得られたとする。ここでは、（ｎ＋２）回目の演算処理の前後で、独立線Ｋ３の長さが第１閾値Ｌ１を超える長さにまで成長したとする。この場合、線本数変動監視部１５１は、（ｎ＋２）回目の演算処理の前後において、輪郭曲線の線本数が増加したと判断する（ステップＳ４５でＹＥＳ）。この場合、係数値調整部１５２は、エネルギー関数Ｅの重み付け係数の値を変更して、エネルギー関数Ｅを更新する（ステップＳ４６）。具体的には、エネルギー関数Ｅに含まれる長さエネルギー項Ｅ１の重み付け係数Ｗ１をより小さな値Ｗ１ａ（Ｗ１ａ＜Ｗ１）に変更する。したがって、繰り返し演算処理部１４は、下記（式５）に示される新たなエネルギー関数Ｅａを用いて、（ｎ＋３）回目の演算処理を実行する。
【００７９】
Ｅａ＝Ｗ１ａ＊Ｅ１＋Ｗ２＊Ｅ２ ・・・（式５）
新たなエネルギー関数Ｅａを用いて（ｎ＋３）回目の演算処理が行われると、図８（ｂ）に示されるような輪郭曲線Ｔ（ｎ＋３）が得られ、さらに繰り返し演算が実行されることによって、最終的に、図９に示されるような最終輪郭曲線Ｔ（Ｅ）が得られる。
【００８０】
〈具体例２〉
例えば、ｍ回（ｍは任意の自然数）の演算処理が行われた段階において、図１０（ａ）に示される輪郭曲線Ｔ（ｍ）が得られたとする。ｍ回目の演算処理の前後で、輪郭曲線において、独立線の発生、独立線の消滅のいずれも生じなかったとすると、線本数変動監視部１５１は、ｍ回目の演算処理の前後において輪郭曲線の線本数は変動していないと判断する（ステップＳ４５でＮＯ）。この場合、係数値調整部１５２は、エネルギー関数Ｅの重み付け係数の値を変更しない。したがって、繰り返し演算処理部１４は、ｍ回目の演算処理に用いられていたエネルギー関数Ｅをそのまま用いて、（ｍ＋１）回目の演算処理を実行する。
【００８１】
（ｍ＋１）回目の演算処理が行われた結果、図１０（ｂ）に示される輪郭曲線Ｔ（ｍ＋１）が得られたとする。ここでは、（ｍ＋１）回目の演算処理の前後で、輪郭曲線から独立線Ｋ４が消滅している。しかし、この独立線Ｋ４は、第２閾値Ｌ２を超える長さにまで一度も成長したことのない独立線であったとする。この場合、線本数変動監視部１５１は、（ｍ＋１）回目の演算処理の前後において、輪郭曲線の線本数は変動していないと判断する（ステップＳ４５でＮＯ）。この場合、係数値調整部１５２は、エネルギー関数Ｅの重み付け係数の値を変更しない。したがって、繰り返し演算処理部１４は、（ｍ＋１）回目の演算処理に用いられていたエネルギー関数Ｅをそのまま用いて、（ｍ＋２）回目の演算処理を実行する。
【００８２】
（ｍ＋２）回目の演算処理が行われた結果、図１０（ｃ）に示される輪郭曲線Ｔ（ｍ＋２）が得られたとする。ここでは、（ｍ＋２）回目の演算処理の前後で、輪郭曲線において、独立線Ｋ３が消滅している。また、この独立線Ｋ３は、第２閾値Ｌ２を超える長さにまで成長したことがある独立線であったとする。この場合、線本数変動監視部１５１は、（ｍ＋２）回目の演算処理の前後において、輪郭曲線の線本数が減少したと判断する（ステップＳ４５でＹＥＳ）。この場合、係数値調整部１５２は、エネルギー関数Ｅの重み付け係数の値を変更して、エネルギー関数Ｅを更新する（ステップＳ４６）。具体的には、エネルギー関数Ｅに含まれる長さエネルギー項Ｅ１の重み付け係数Ｗ１をより大きな値Ｗ１ｂ（Ｗ１ｂ＞Ｗ１）に変更する。したがって、繰り返し演算処理部１４は、下記（式６）に示される新たなエネルギー関数Ｅｂを用いて、（ｍ＋３）回目の演算処理を実行する。
【００８３】
Ｅｂ＝Ｗ１ｂ＊Ｅ１＋Ｗ２＊Ｅ２ ・・・（式６）
〈４．効果〉
上述した通り、レベルセット法を用いた輪郭抽出においては、繰り返し演算の過程において輪郭曲線の線本数が変動する場合がある。上記の実施の形態に係る輪郭抽出装置１においては、繰り返し演算の過程において輪郭曲線の線本数が変動した場合に、エネルギー関数Ｅの重み付け係数を変更する。この構成によると、例えば図９に示されるように、対象物の輪郭を適切に抽出した輪郭曲線を、最終輪郭曲線として得ることが可能となる。
【００８４】
繰り返し演算の過程において輪郭曲線の線本数が変動した場合にも、はじめに設定されたエネルギー関数Ｅをそのまま用いて繰り返し演算を行った場合を考える。この場合、最終輪郭曲線として得られる輪郭曲線は、例えば図１１に示されるような輪郭曲線Ｔ（Ｅ）’となる。この輪郭曲線Ｔ（Ｅ）’と図９に示される輪郭曲線Ｔ（Ｅ）とを比べると、輪郭曲線Ｔ（Ｅ）’においては独立線Ｋ３’が対象物の輪郭を十分に抽出できていないのがわかる。その理由は次の通りである。
【００８５】
上述した通り、ユーザは、対象物の輪郭としてどのような形状が抽出されるかを予測し、予測される形状に基づいて、エネルギー関数Ｅの重み付け係数Ｗ１，Ｗ２の値を決定している。例えば、対象物が血管の場合、抽出されるべき形状は管状であると想定して、重み付け係数Ｗ１，Ｗ２の値を決定している。ところが、実際の対象物の形状がユーザの予測していたものとは異なっている場合、繰り返し演算の過程において輪郭曲線の線本数が変動する。例えば、管状と予測した対象物が実は分岐した形状であった場合、繰り返し演算の過程において、初期形状で設定されていた独立線Ｋ１，Ｋ２に加え、新たな独立線Ｋ３が発生する（図７（ｂ））。
【００８６】
輪郭曲線の線本数が増加すると、長さエネルギー項Ｅ１の値は、ユーザが想定していたよりも大きな値となってくる。すると、エネルギー関数Ｅにおける長さエネルギー項Ｅ１の比重が大きくなり、輪郭曲線の長さを短くする傾向に働く力が強く効いてくる。つまり、輪郭曲線を、その長さを短くする傾向に変形させる力が、他の力（例えば、輪郭曲線を対象物の輪郭と一致する傾向に変形させる力）に比べて強くなる。その結果、新たに発生した独立線は思うように伸びることができず、対象物の輪郭を十分に抽出することができない。例えば、輪郭曲線Ｔ（ｎ＋１）で発生した独立線Ｋ３（図７（ｂ））が、繰り返し演算の過程で思うように伸びることができないと、図１１に示されるように、分岐部分の輪郭を十分に抽出していない輪郭曲線が最終輪郭曲線として得られてしまう。
【００８７】
一方、輪郭曲線の線本数が減少すると、長さエネルギー項Ｅ１の値は、ユーザが想定していたよりも小さな値となってくる。すると、エネルギー関数Ｅにおける長さエネルギー項Ｅ１の比重が小さくなり、輪郭曲線の長さを短くする傾向に働く力が弱くしか効いてこない。つまり、輪郭曲線を、その長さを短くする傾向に変形させる力が他の力に比べて弱くなる。その結果、輪郭曲線は対象物の輪郭を過度に忠実に再現し、滑らかさに欠けるものとなってしまう。
【００８８】
このように、繰り返し演算の過程において輪郭曲線の線本数が変動すると、輪郭曲線の変形傾向を規定するエネルギー関数Ｅにおけるエネルギー項Ｅ１，Ｅ２間のバランスが崩れるため、対象物の輪郭を適切に抽出することができないのである。
【００８９】
上記の実施の形態においては、重み付け係数変更部１５が、繰り返し演算の過程で輪郭曲線の線本数が変動した場合に、エネルギー関数Ｅの重み付け係数を変更することによって、輪郭曲線の線本数が変動することに起因して生じたエネルギー項間のバランスの崩れを補う。
【００９０】
具体的には、繰り返し演算の過程において輪郭曲線の線本数が増加した場合、長さエネルギー項Ｅ１の重み付け係数をより小さな値Ｗ１ａに変更する。すなわち、線本数が増加すると、輪郭曲線において、長さエネルギー項Ｅ１により規定される変形傾向（すなわち、輪郭曲線の長さを短くする傾向）が過剰に効いてしまうところ、当該エネルギー項Ｅ１の重み付け係数をより小さな値に変更することによって、この変形傾向が過剰に強くなることを抑制する。その結果、図９に示されるように、対象物の輪郭を適切に抽出した輪郭曲線を最終輪郭曲線として得ることができる。
【００９１】
また、繰り返し演算の過程において輪郭曲線の線本数が減少した場合、長さエネルギー項Ｅ１の重み付け係数をより大きな値Ｗ１ｂに変更する。すなわち、線本数が減少すると、輪郭曲線において、長さエネルギー項Ｅ１により規定される変形傾向が弱くなってしまうところ、当該エネルギー項Ｅ１の重み付け係数をより大きな値に変更することによって、この変形傾向が弱まってしまうことを抑制する。その結果、対象物の輪郭を適切に抽出した輪郭曲線を最終輪郭曲線として得ることができる。
【００９２】
また特に、上記の実施の形態に係る輪郭抽出装置１においては、線本数変動監視部１５１が、繰り返し演算の過程で輪郭曲線に独立線が新たに生じ、かつ、当該新たに生じた独立線の長さが第１閾値Ｌ１を超えた場合に、輪郭曲線の線本数が増加したと判断する。つまり、輪郭曲線に独立線が新たに生じても、当該新たに生じた独立線の長さが第１閾値Ｌ１を超えない限りは輪郭曲線の線本数が変動したと判断しない。すなわち、重み付け係数を変更しない。この構成によると、ノイズに反応して重み付け係数が不用意に変更されてしまう、といった事態を未然に防止することができる。
【００９３】
また、線本数変動監視部１５１は、繰り返し演算の過程で輪郭曲線に存在していた独立線が消滅し、かつ、当該消滅した独立線が少なくとも一度は第２閾値Ｌ２を超える長さを有していた場合に、輪郭曲線の線本数が減少したと判断する。つまり、輪郭曲線において消滅した独立線があったとしても、当該消滅した独立線が、一度も第２閾値Ｌ２を超える長さにまで成長したことのなかったものである場合は輪郭曲線の線本数が変動したと判断しない。すなわち、重み付け係数を変更しない。この構成によると、ノイズに反応して重み付け係数が不用意に変更されてしまう、といった事態を未然に防止することができる。
【００９４】
なお、上記の実施の形態に係る輪郭抽出装置１は、たとえ、対象物が想定外の形状をとっている場合であっても、その輪郭を適切に抽出できるという点に利点がある。例えば、人間を含む動物の臓器等が対象物とされた場合、その対象物が想定外の形状をとっている場合であっても、その輪郭を適切に抽出することができる。対象物が臓器の場合、その形状が想定外のものとなっていることは、当該臓器に何らかの異常が発生していることを意味している可能性が高い。したがって、医療現場においては、このような場合にこそ、対象物の輪郭を適切に把握したいという要望がある。上記の実施の形態に係る輪郭抽出装置１においては、このような要望に応えることができる。
【００９５】
〈５．変形例〉
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記に説明した内容のものに限定されるものではない。
【００９６】
例えば、上記の実施の形態においては、係数値調整部１５２は、線本数が変動した場合には長さエネルギー項Ｅ１の重み付け係数Ｗ１の値を変更する構成としていたが、重み付け係数Ｗ１，Ｗ２を変更する態様はこれに限らず、輪郭曲線の線本数が変動することに起因して生じたエネルギー項間のバランスの崩れを補うことができれば、どのような構成であってもよい。例えば、線本数が増加した場合には領域エネルギー項Ｅ２の重み付け係数Ｗ２を大きくし、また、線本数が減少した場合には領域エネルギー項Ｅ２の重み付け係数Ｗ２を大きくする構成としてもよい。また例えば、長さエネルギー項Ｅ１の重み付け係数Ｗ１の値と、領域エネルギー項Ｅ２の重み付け係数のＷ２の値との両方を変更する構成としてもよい。ただし、線本数が変動した場合、その影響を最もダイレクトに受けるのは、輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項（上記の実施の形態においては、長さエネルギー項Ｅ１）であるので、そのようなエネルギー項の重み付け係数を変更すれば、エネルギー関数Ｅにおけるエネルギー項間のバランスを効果的かつ適正に調整することができる。
【００９７】
また、上記の実施の形態においては、第１閾値Ｌ１および第２閾値Ｌ２の具体的な値は、初期輪郭曲線の長さに基づいて規定するとしたが、これらの値は、画像サイズに基づいて規定してもよい。また、ユーザが予め設定した値を用いてもよい。
【００９８】
また、上記の実施の形態においては、エネルギー関数Ｅが、２種類のエネルギー項（長さエネルギー項Ｅ１、領域エネルギー項Ｅ２）を含む構成としていたが、これらのエネルギー項Ｅ１，Ｅ２に加え、もしくはこれらと変えて、他の各種のエネルギー項でエネルギー関数Ｅを規定してもよい。例えば、輪郭曲線を対象物のエッジに向かわせる傾向に働く力であり、輪郭曲線が対象物のエッジに近づくほど小さな値となるように定式化されたエネルギー項等を加味してもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１ 輪郭抽出装置
２ 制御部
１１ 画像取得部
１２ 初期形状設定部
１３ エネルギー関数設定部
１４ 繰り返し演算処理部
１５ 重み付け係数変更部
１５１ 線本数変動監視部
１５２ 係数値調整部
Ｐ プログラム
【技術分野】
【０００１】
この発明は、曲線が変形を繰り返して収束することによって輪郭を抽出する動的輪郭モデルの一つであるレベルセット法を用いて、画像に含まれる対象物の輪郭を抽出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療現場では、超音波やＸ線等を用いて内蔵や骨格等に含まれる患部を撮影することにより、各種検査や診断が行われている。これにより、体内の臓器等の情報が視覚的に把握可能となり診断精度の向上が期待できる。
【０００３】
一方で、近年においては、計算機を援用した定量的或いは自動的診断の要望が強まっており、計算機による診断支援（ＣＡＤ：Computer−aided diagnosis）システムの研究が盛んに行われている。計算機による診断支援を行うには、患部を撮像して得られた画像から診断に必要な情報、つまり臓器領域等を正確に抽出することが重要な課題となる。
【０００４】
画像から対象物の輪郭を抽出する手法として、レベルセット（Level set）、スネーク（Snakes）といった動的輪郭モデル（Active Contour Model）を用いた手法が知られている。動的輪郭モデルとは、所定の変形傾向に沿って変形を繰り返す曲線（動的曲線）によって、対象物の輪郭を動的に抽出する手法である。動的曲線の変形傾向は、曲線の状態を定量的に評価した値である「動的曲線のエネルギー」によって規定される。この「動的曲線のエネルギー」は、動的曲線が対象物の輪郭を抽出した時点で最小となるように予め定義される。したがって、動的曲線のエネルギーが最小となるように動的曲線を変形させていき、エネルギーが最小となる安定状態を見つけることによって、対象物の輪郭を抽出することができるのである。
【０００５】
つまり、動的輪郭モデルとは、動的曲線が対象物の輪郭を抽出した時に最小となるエネルギー関数を定義し、このエネルギー関数が最小となる安定状態を見つけることによって、対象物の輪郭を抽出する手法であるといえる。エネルギー関数の最小化処理は、一般に、繰り返し演算によって行われる。
【０００６】
動的曲線のエネルギーは、例えば下記（式１）の関数Ｅｏの形で表される。
【０００７】
Ｅｏ＝Ｗｉ＊Ｅｉ＋Ｗｅ＊Ｅｅ ・・・（式１）
すなわち、エネルギー関数Ｅｏは、動的曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和として定義され、エネルギー項としては、例えば、動的曲線自体の形状（例えば、滑らかさ）から規定されるエネルギー項（内部エネルギー項）Ｅｉ、動的曲線と対象物の輪郭との一致度から規定されるエネルギー項（外部エネルギー項）Ｅｅを採用することができる。ただし、上述した通り、エネルギー関数Ｅｏは、動的曲線が適切な形で対象物の輪郭を抽出した時に最小となるように定義する必要があるので、各エネルギー項は、動的曲線が目標形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されている必要がある。
【０００８】
例えば、外部エネルギー項Ｅｅは、動的曲線と対象物の輪郭との一致度が高いほど小さな値となるように定式化される。エネルギー関数Ｅｏに外部エネルギー項Ｅｅが導入されることによって、対象物の輪郭を忠実に抽出する傾向に動的曲線を変形させることができる。ただし、外部エネルギー項Ｅｅだけでエネルギー関数Ｅｏを規定してしまうと、抽出された輪郭が画像中に現れているノイズ等までをも忠実に再現したものとなってしまうため、逆に対象物の形状が逆に把握されにくい。そこで、動的曲線が滑らかになるほど小さな値となるように定式化された内部エネルギー項Ｅｉをエネルギー関数Ｅｏに導入しておく。エネルギー関数Ｅｏに内部エネルギー項Ｅｉが導入されることによって、動的曲線自身の形状を滑らかにする傾向に動的曲線を変形させることができる。このように、エネルギー関数Ｅｏに内部エネルギー項Ｅｉと外部エネルギー項Ｅｅとの２項を導入し、これらを適切にバランスさせることによって、適切な形で対象物の輪郭を抽出することが可能となる。
【０００９】
エネルギー関数Ｅｏにおいて、複数種類のエネルギー項Ｅｉ，Ｅｅをどのようにバランスさせるかは、画像の状態、対象物の形状、対象物の滑らかさ等に依存し、一般的に決定できるものではない。そこで、エネルギー項Ｅｉ，Ｅｅのそれぞれに重み付け係数Ｗｉ，Ｗｅを付加し、対象物の形状等に応じてその値を調整することによって、各エネルギー項Ｅｉ，Ｅｅのバランスを調整する。例えば、内部エネルギー項Ｅｉの重み付け係数Ｗｉを大きくすると、エネルギー関数Ｅｏが最小値となった時点の動的曲線の形状がより滑らかになる。一方、外部エネルギー項Ｅｅの重み付け係数Ｗｅを大きくすると、エネルギー関数Ｅｏが最小値となった時点の動的曲線が対象物の輪郭をより忠実に捉えたものとなる。このように、重み付け係数の値によって、結果として得られる曲線の様子が変わってくる。
【００１０】
ところで、動的輪郭モデルとしてよく知られているスネークと呼ばれる手法においては、動的な閉曲線による輪郭線モデルを用いて対象物の輪郭を抽出する。この手法は輪郭抽出手法として広く実用化されているものの、閉曲線を変形させながら対象物の輪郭を抽出するものであるため、対象物の輪郭に分離部分や結合部分がある場合に、これを抽出することが困難であるという欠点があった。スネークについては、特許文献１にその概要が説明されている。
【００１１】
一方、やはり代表的な動的輪郭モデルの１つであるレベルセット法においては、対象物よりも１次元高い補助関数（Φ関数）を規定し、対象物の輪郭を、このΦ関数のゼロ等高面（Φ＝０）により抽出する。具体的には、エネルギー関数を、Φ関数が対象物の輪郭を抽出したとき（すなわち、Φ関数のゼロ等高面における断面により規定される曲線（以下「輪郭曲線」という）が、対象物の輪郭を抽出したとき）に最小となるように定義する。そして、このエネルギー関数が最小となる安定状態を見つけることによって、対象物の輪郭を抽出する。この手法によると、対象物よりも１次元高い関数（Φ関数）を用いて輪郭曲線を変形させるので、エネルギー関数の最小化処理の過程で、輪郭曲線の形状をトポロジー変化させることが可能となる。すなわち、エネルギー関数の最小化処理の過程で、輪郭曲線を構成する独立した線を自由に生成、あるいは消滅させることができる。したがって、対象物の輪郭に分離部分や結合部分がある場合であっても、これを難なく抽出することが可能となる。レベルセット法の詳細については、非特許文献１，２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−１１５８８号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】倉爪亮、「レベルセット法とその実装法について」情報処理学会研究報告、2006-CVIM-156-(17),2006
【非特許文献２】T.Chan and L.Vese,"Active Contours Without Edges"IEEE,Trans.Image,Processing,Vol.10,No.2,pp.266-277,Feb.2001
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述した通り、レベルセット法のように、トポロジー変化を許容する動的輪郭モデルにおいては、エネルギー関数の最小化処理の過程で、輪郭曲線を構成する独立した線を自由に生成、あるいは消滅させることが可能であるため、対象物の輪郭を柔軟に抽出できるという利点がある。
【００１５】
ところが実際には、エネルギー関数の最小化処理の過程で輪郭曲線を構成する独立した線が生成、あるいは消滅した場合には、輪郭曲線の最終形状が、例えば、ユーザの意図よりも滑らかさに欠くものとなっていたり、あるいは、ユーザの意図よりも低い精度でしか対象物の輪郭を特定できていないものとなっていたり、といったように、ユーザの意図にそぐわないものとなっていることが多かった。したがって、対象物の輪郭を柔軟かつ適切に抽出することを可能とする技術が求められていた。
【００１６】
この発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、対象物の輪郭を柔軟かつ適切に抽出可能とする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１の発明は、レベルセット法を用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置であって、輪郭曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、前記輪郭曲線の形状が抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定手段と、前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算手段と、前記輪郭曲線を構成する独立した線の本数を前記輪郭曲線の線本数とし、前記繰り返し演算の過程で前記線本数が変動した場合に、前記エネルギー関数の重み付け係数の値を変更する重み付け係数変更手段と、を備える。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の輪郭抽出装置であって、前記重み付け係数変更手段が、前記複数種類のエネルギー項のうち、前記輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の重み付け係数の値を変更する。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項２に記載の輪郭抽出装置であって、前記重み付け係数変更手段が、前記線本数が増加した場合に、前記輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の重み付け係数の値をより小さな値に変更する。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項２または３に記載の輪郭抽出装置であって、前記重み付け係数変更手段が、前記線本数が減少した場合に、前記輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の重み付け係数の値をより大きな値に変更する。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の輪郭抽出装置であって、前記重み付け係数変更手段が、前記繰り返し演算の過程で前記輪郭曲線に独立した線が新たに１本生じ、かつ、当該新たに生じた線の長さが所定の閾値を超えた場合に、前記線本数が１増加したと判断する。
【００２２】
請求項６の発明は、請求項５に記載の輪郭抽出装置であって、前記所定の閾値が、初期形状における前記輪郭曲線の長さに基づいて規定される。
【００２３】
請求項７の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の輪郭抽出装置であって、前記重み付け係数変更手段が、前記繰り返し演算の過程で前記輪郭曲線から独立した線の１本が消滅し、かつ、当該消滅した線が少なくとも一度は所定の閾値を超える長さを有していた場合に、前記線本数が１減少したと判断する。
【００２４】
請求項８の発明は、請求項７に記載の輪郭抽出装置であって、前記所定の閾値が、初期形状における前記輪郭曲線の長さに基づいて規定される。
【００２５】
請求項９の発明は、コンピュータに記憶され、前記コンピュータにおいて実行されることにより、前記コンピュータを、レベルセット法を用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置として機能させるプログラムであって、前記輪郭抽出装置が、輪郭曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、前記輪郭曲線の形状が抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定手段と、前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算手段と、前記輪郭曲線を構成する独立した線の本数を前記輪郭曲線の線本数とし、前記繰り返し演算の過程で前記線本数が変動した場合に、前記エネルギー関数の重み付け係数の値を変更する重み付け係数変更手段と、を備える。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１，９の発明によると、繰り返し演算の過程で輪郭曲線の線本数が変動した場合に、エネルギー関数の重み付け係数の値を変更する。輪郭曲線の線本数が変動するとエネルギー関数におけるエネルギー項間のバランスが崩れるところ、この構成においては、重み付け係数の値を変更することによってこれを補って、エネルギー項間のバランスを常に適正に保ち続けることができる。これによって、輪郭曲線の線本数が変動した場合であっても、対象物の輪郭を適切に抽出することが可能となる。すなわち、対象物の輪郭を柔軟かつ適切に抽出することが可能となる。
【００２７】
請求項２の発明によると、繰り返し演算の過程で輪郭曲線の線本数が変動した場合に、輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の重み付け係数の値を変更する。輪郭曲線の線本数が変動した場合、輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の値がその影響を受けて大きく変動するところ、当該エネルギー項の重み付け係数の値を変更することによって、エネルギー関数におけるエネルギー項間のバランスを効果的かつ適正に調整することが可能となる。
【００２８】
請求項３の発明によると、輪郭曲線の線本数が増加した場合に、輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の重み付け係数の値をより小さな値に変更する。線本数が増加すると、輪郭曲線において、長さに依存するエネルギー項により規定される変形傾向が過剰に効いてしまうところ、当該エネルギー項の重み付け係数の値をより小さな値に変更することによって、この変形傾向が過剰に強くなることを抑制することができる。したがって、線本数が増加した場合であっても、対象物の輪郭を適切に抽出することが可能となる。
【００２９】
請求項４の発明によると、輪郭曲線の線本数が減少した場合に、輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の重み付け係数の値をより大きな値に変更する。線本数が減少すると、輪郭曲線において、長さに依存するエネルギー項により規定される変形傾向が弱くなってしまうところ、当該エネルギー項の重み付け係数の値をより大きな値に変更することによって、この変形傾向が弱くなることを抑制することができる。したがって、線本数が減少した場合であっても、対象物の輪郭を適切に抽出することが可能となる。
【００３０】
請求項５の発明によると、繰り返し演算の過程で輪郭曲線に独立した線が新たに生じ、かつ、当該新たに生じた線の長さが所定の閾値を超えた場合に、輪郭曲線の線本数が増加したと判断する。つまり、輪郭曲線に独立した線が新たに生じても、当該新たに生じた線の長さが所定の閾値を超えない限りは輪郭曲線の線本数が変動したと判断しない。すなわち、重み付け係数を変更しない。この構成によると、ノイズに反応して重み付け係数の値が不用意に変更されてしまう、といった事態を未然に防止することができる。
【００３１】
請求項６の発明によると、繰り返し演算の過程で輪郭曲線に独立した線が新たに生じた場合に、これを線本数の増加とするか否かの判断基準となる閾値が、初期形状における輪郭曲線の長さに基づいて規定される。通常、輪郭曲線の初期形状は対象物の輪郭を意識して設定されるため、初期形状における輪郭曲線の長さに基づいて設定された閾値は、対象物のサイズを考慮した値となっている。したがって、閾値を初期形状における輪郭曲線の長さに基づいて規定することによって、ノイズの影響を適切に除去することができる。
【００３２】
請求項７の発明によると、繰り返し演算の過程で輪郭曲線から独立した線が消滅し、かつ、当該消滅した線が少なくとも一度は所定の閾値を超える長さを有していた場合に、輪郭曲線の線本数が減少したと判断する。つまり、輪郭曲線から消滅した線があったとしても、当該消滅した線が、一度も所定の閾値を超える長さにまで成長したことがなかったものである場合は輪郭曲線の線本数が変動したと判断しない。すなわち、重み付け係数を変更しない。この構成によると、ノイズに反応して重み付け係数の値が不用意に変更されてしまう、といった事態を未然に防止することができる。
【００３３】
請求項８の発明によると、繰り返し演算の過程で輪郭曲線から独立した線が消滅した場合に、これを線本数の減少とするか否かの判断基準となる閾値が、初期形状における輪郭曲線の長さに基づいて規定される。通常、輪郭曲線の初期形状は対象物の輪郭を意識して設定されるため、初期形状における輪郭曲線の長さに基づいて設定された閾値は、対象物のサイズを考慮した値となっている。したがって、閾値を初期形状における輪郭曲線の長さに基づいて規定することによって、ノイズの影響を適切に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】輪郭抽出装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２】輪郭抽出機能に関する構成を示すブロック図である。
【図３】輪郭抽出装置において実行される処理の全体の流れを示す図である。
【図４】繰り返し演算処理の流れを示す図である。
【図５】対象画像データの一例を模式的に示す図である。
【図６】初期形状における輪郭曲線を模式的に示す図である。
【図７】繰り返し演算の過程で変形する輪郭曲線の様子を模式的に示した図である。
【図８】繰り返し演算の過程で変形する輪郭曲線の様子を模式的に示した図である。
【図９】繰り返し演算の結果得られる最終形状の輪郭曲線を模式的に示す図である。
【図１０】繰り返し演算の過程で変形する輪郭曲線の様子を模式的に示した図である。
【図１１】重み付け係数を変更しなかった場合に、繰り返し演算の結果得られる輪郭曲線の最終形状を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
〈１．ハードウェア構成〉
この発明の実施の形態に係る輪郭抽出装置１のハードウェア構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、輪郭抽出装置１のハードウェア構成を示すブロック図である。
【００３６】
輪郭抽出装置１は、処理対象とされる画像データ（以下「対象画像データ」という）に現れる対象物の輪郭を、動的輪郭モデルを用いて抽出する。輪郭抽出装置１は、一般的なコンピュータにより構成されており、制御部２、表示部３、操作部４、入力部５、および、記憶部６をバスライン１０に接続した構成となっている。
【００３７】
制御部２は、例えばＣＰＵによって構成され、記憶部６に記憶されるプログラムＰを実行することによって、輪郭抽出装置１全体の動作を決定し、輪郭抽出装置１全体に指令を与える。
【００３８】
表示部３は、液晶表示ディスプレイ等によって構成され、制御部２で生成される画像データなどを可視的に出力する。
【００３９】
操作部４は、キーボード、タッチパネルまたはマウス等から構成され、ユーザの各種操作にしたがって各種指令信号を制御部２に送信する。
【００４０】
入力部５は、対象画像データとなる画像データを入力する。入力部５が画像データを取得する態様はどのようなものであってもよい。例えば、外部装置から画像データをオンライン受信してもよく、ＤＶＤ等の可搬型の記憶媒体からのデータの読み取りや、スキャナによる読み取りによって画像データを取得してもよい。あるいは、ネットワークで接続されたファイルサーバなどに画像データを記憶しておき、これを読み込むことによって画像データを取得してもよい。入力された画像データは、記憶部６に記憶される。
【００４１】
なお、輪郭抽出装置１を医療用画像撮影装置と接続しておけば、医療用画像撮影装置により撮像された各種の画像データを対象画像データとすることも可能となる。例えば、医療用画像撮影装置として広く用いられている装置の１つに、超音波撮影装置がある。超音波撮影装置は、２．５ＭＨｚ〜１３．０ＭＨｚの超音波を撮影対象者の内蔵等の所定部位に当て、その反響を映像化することによって当該部位の超音波画像を取得する。この超音波撮影装置を輪郭抽出装置１と接続しておけば、超音波撮影装置により撮影された撮影対象者の内蔵等を表す超音波画像を入力部５を介して入力し、これを対象画像データとすることが可能となる。
【００４２】
記憶部６は、例えば半導体メモリ、ハードディスクなどの記憶装置によって構成される。記憶部６には、制御部２で実行されるプログラムＰ、プログラムＰを実行する際に必要な情報、入力部５から入力された画像データなどの各種の情報が記憶される。
【００４３】
〈２．輪郭抽出に関する機能部〉
上述した通り、輪郭抽出装置１は、対象画像データに現れる対象物の輪郭を、動的輪郭モデルの１つであるレベルセット法を用いて抽出する機能（輪郭抽出機能）を備えている。上述した通り、レベルセット法は、対象物よりも１次元高い補助関数（Φ関数）を規定し、対象物の輪郭を、このΦ関数のゼロ等高面（Φ＝０）により抽出する手法である。具体的には、Φ関数が対象物の輪郭を抽出したとき（すなわち、Φ関数のゼロ等高面における断面により規定される曲線（輪郭曲線）が、対象物の輪郭を抽出したとき）に最小となるエネルギー関数を定義し、繰り返し演算でこのエネルギー関数の最小化処理を行ってエネルギー関数の値が最小となる安定状態を見つけることによって、対象物の輪郭を抽出する、という手法である。
【００４４】
なお、レベルセット法によると、エネルギー関数の最小化処理の過程で、輪郭曲線の形状をトポロジー変化させることが可能となる。すなわち、エネルギー関数の最小化処理の過程で、輪郭曲線を構成する独立した線（以下「独立線」という）の生成、あるいは消滅が許容されている。これによって、対象物の輪郭に分離部分や結合部分がある場合であっても、これを難なく抽出することが可能となる。
【００４５】
輪郭抽出機能を実現するための構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、輪郭抽出機能に関する構成を示すブロック図である。
【００４６】
輪郭抽出装置１は、輪郭抽出機能に関する構成として、画像取得部１１、初期形状設定部１２、エネルギー関数設定部１３、繰り返し演算処理部１４、重み付け係数変更部１５を備える。これら各部は、記憶部６に記憶されたプログラムＰに従って制御部２が演算処理を行うことにより実現されてもよいし、専用のハードウェアによって実現されてもよい。
【００４７】
画像取得部１１は、対象画像データを取得する。例えば、記憶部６に記憶された画像データのうち、ユーザが指定したものを読み出して対象画像データとして取得する。
【００４８】
初期形状設定部１２は、輪郭曲線の初期形状を設定する。具体的には、例えば、対象画像データを表示部３に表示させ、ユーザが当該表示画面を見ながら操作部４から入力した形状を、輪郭曲線の初期形状として受け付ける。また、１以上の初期形状のサンプルを記憶部６に記憶しておき、記憶されたサンプルのうちのいずれかをユーザに選択させ（もしくは、初期形状設定部１２が対象画像データに付された名称等に基づいて自動に選択し）、選択されたサンプルを輪郭曲線の初期形状として読み出す構成としてもよい。なお、輪郭曲線の初期形状はどのようなものであってもよいが、輪郭抽出に係る処理を効率的かつ適確に行うためには、対象物の輪郭となるべく近い形状であることが好ましい。なお、初期形状における輪郭曲線を、以下「初期輪郭曲線」という。
【００４９】
エネルギー関数設定部１３は、エネルギー関数Ｅを設定する。エネルギー関数Ｅは、輪郭曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表される。エネルギー関数Ｅに含めるエネルギー項の個数、および、各エネルギー項の内容は任意に設定することができるが、この実施の形態においては、「長さエネルギー項Ｅ１」「領域エネルギー項Ｅ２」の２種類のエネルギー項を用いてエネルギー関数Ｅを規定する。すなわち、この実施の形態に係るエネルギー関数Ｅは、下記（式２）により表される関数となる。ただし、（式２）中、「Ｗ１」「Ｗ２」は、長さエネルギー項Ｅ１、領域エネルギー項Ｅ２のそれぞれに付される重み付け係数を表している。
【００５０】
Ｅ＝Ｗ１＊Ｅ１＋Ｗ２＊Ｅ２ ・・・（式２）
ただし、エネルギー関数Ｅは、輪郭曲線（すなわち、Φ関数のゼロ等高面における断面により規定される曲線）が抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されている。
【００５１】
すなわち、第１のエネルギー項（長さエネルギー項Ｅ１）は、輪郭曲線の長さを短くする傾向に働く力であり、輪郭曲線が短くなるほど小さな値となるように定式化されている。具体的には、長さエネルギー項Ｅ１は、輪郭曲線の長さを「Ｌ｛Φ＝０｝」とした場合、下記（式３）で与えられる。ただし、本明細書において「輪郭曲線の長さ」とは、輪郭曲線に含まれる独立線それぞれの長さを総和した値を意味する。
【００５２】
Ｅ１＝Ｌ｛Φ＝０｝ ・・・（式３）
また、第２のエネルギー項（領域エネルギー項Ｅ２）は、輪郭曲線と対象物の輪郭との一致度が高くなる傾向に働く力であり、輪郭曲線の内側に存在する画素値と、外側に存在する画素値との間のばらつきが小さくなるほど小さな値となり、外側に存在する画素値との間のばらつきがなくなった場合にゼロとなるように定式化されている。具体的には、領域エネルギー項Ｅ２は、座標（ｘ、ｙ）における画素値を「ｕo（ｘ、ｙ）」と、輪郭曲線の外側に存在する画素値の平均値を「ｃ+」と、輪郭曲線の内側に存在する画素値の平均値を「ｃ-」と、それぞれ示した場合、下記（式４）で与えられる。
【００５３】
【数１】
【００５４】
なお、重み付け係数Ｗ１，Ｗ２は、エネルギー関数Ｅにおいて、長さエネルギー項Ｅ１と領域エネルギー項Ｅ２とをどのようにバランスさせるかを規定する。例えば、長さエネルギー項Ｅ１の重み付け係数Ｗ１の値を大きくすると、輪郭曲線の長さを短くする傾向が強くなる。すなわち、輪郭曲線を、その長さを短くする傾向に変形させる力が強くなる。したがって、繰り返し演算の結果として得られる輪郭曲線（すなわち、抽出される対象物の輪郭）がより滑らかな形状となる。また、領域エネルギー項Ｅ２の重み付け係数Ｗ２の値を大きくすると、輪郭曲線と対象物の輪郭との一致度が高くなる傾向が強くなる。すなわち、輪郭曲線を、対象物の輪郭と一致する傾向に変形させる力が強くなる。したがって、繰り返し演算の結果として得られる輪郭曲線が対象物の輪郭をより忠実に再現した形状となる。
【００５５】
この実施の形態においては、ユーザが、対象物の輪郭として予測される形状、どのような形で対象物の輪郭を抽出したいか等を考慮して、重み付け係数Ｗ１，Ｗ２の値を決定し、決定した値を予め（例えば輪郭抽出装置１の初期設定において）輪郭抽出装置１に入力しているものとする。このときユーザに入力された値は記憶部６に記憶されており、エネルギー関数設定部１３は、当該値を読み出してエネルギー関数Ｅを設定する。なお、重み付け係数Ｗ１，Ｗ２の設定方法はこれに限らない。例えば、初期形状のサンプルと対応づけて重み付け係数Ｗ１，Ｗ２の値を記憶しておき、エネルギー関数設定部１３が、選択された初期形状のサンプルと対応づけられた重み付け係数Ｗ１，Ｗ２の値を読み出してエネルギー関数Ｅを設定する構成であってもよい。
【００５６】
繰り返し演算処理部１４は、繰り返し演算によってエネルギー関数Ｅの最小化処理を行う。すなわち、繰り返し演算によって、Φ関数を（ひいては輪郭曲線を）エネルギー関数Ｅによって規定される変形傾向に沿って変形させていく。そして、エネルギー関数Ｅの値が所定の閾値よりも小さくなると繰り返し演算を終了し、その際の動的曲線を、対象物の輪郭を適切に抽出した動的曲線（以下「最終動的曲線」という）として取得する。
【００５７】
重み付け係数変更部１５は、繰り返し演算の過程で、輪郭曲線を構成する独立線の本数（以下、輪郭曲線の「線本数」という）が変動した場合に、エネルギー関数Ｅの重み付け係数の値を変更する。
【００５８】
重み付け係数変更部１５について詳細に説明する。重み付け係数変更部１５は、線本数変動監視部１５１と、係数値調整部１５２とを備える。
【００５９】
線本数変動監視部１５１は、繰り返し演算が行われている間、輪郭曲線の線本数の変動を監視する。具体的には、繰り返し演算に係る演算処理が１回行われる度に、当該演算処理の前後で、輪郭曲線の線本数が増加もしくは減少したか否かを判定する。
【００６０】
ただし、線本数変動監視部１５１は、繰り返し演算の過程で輪郭曲線に独立線が新たに１本生じ、かつ、当該新たに生じた線の長さが第１閾値Ｌ１を超えた場合に、線本数が１増加したと判断する。したがって、例えば、繰り返し演算の過程で輪郭曲線に新たな独立線が生じた場合であっても、当該独立線の長さが第１閾値Ｌ１を超える長さにまで成長しない限り、線本数は増加していないと判断される。
【００６１】
また、線本数変動監視部１５１は、繰り返し演算の過程で輪郭曲線から独立線の１本が消滅し、かつ、当該消滅した線が少なくとも一度は第２閾値Ｌ２を超える長さを有していた場合に、線本数が１減少したと判断する。したがって、例えば、繰り返し演算の過程で輪郭曲線から独立線が消滅した場合であっても、当該独立線が、一度も第２閾値Ｌ２を超える長さにまで成長しないまま消滅したものであった場合は、線本数は減少していないと判断される。
【００６２】
なお、第１閾値Ｌ１の値と第２閾値Ｌ２の値とは、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。また、第１閾値Ｌ１および第２閾値Ｌ２の値は、初期輪郭曲線の長さに基づいて規定することが好ましい。具体的には、例えば、初期輪郭曲線の長さの数％に相当する値を、閾値Ｌ１，Ｌ２の値として採用することが好ましい。通常、輪郭曲線の初期形状は対象物の輪郭を意識して設定されるため、初期輪郭曲線の長さに基づいて設定された閾値Ｌ１，Ｌ２は、対象物のサイズを考慮した値となっている。したがって、閾値Ｌ１，Ｌ２を初期輪郭曲線の長さに基づいて規定することによって、ノイズの影響を適切に除去することができるのである。
【００６３】
係数値調整部１５２は、繰り返し演算の過程で輪郭曲線の線本数が変動したと判断された場合に、エネルギー関数Ｅに含まれるエネルギー項のうちで、輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項（この実施の形態においては、長さエネルギー項Ｅ１）の重み付け係数の値を変更する。具体的には、線本数が増加した場合には、長さエネルギー項Ｅ１の重み付け係数Ｗ１の値をより小さな値に変更する。また、線本数が減少した場合には、長さエネルギー項Ｅ１の重み付け係数Ｗ１の値をより大きな値に変更する。
【００６４】
〈３．輪郭抽出処理の流れ〉
輪郭抽出装置１において実行される処理の流れについて、図３、図４を参照しながら説明する。図３は、輪郭抽出装置１において実行される処理の全体の流れを示す図である。図４は、繰り返し演算処理の流れを示す図である。なお、以下の説明においては、図５〜図９を適宜参照する。図５は、対象画像データの一例を模式的に示す図である。図６は、初期形状における輪郭曲線（初期輪郭曲線Ｔ（０））を模式的に示す図である。図７〜図８（および、後に参照する図１０）の各図は、繰り返し演算の過程で変形する輪郭曲線の様子を模式的に示した図である。図９は、繰り返し演算の結果として得られる最終形状の輪郭曲線（最終輪郭曲線Ｔ（Ｅ））を模式的に示す図である。
【００６５】
〈３−１．全体の流れ〉
輪郭抽出装置１において実行される処理の全体の流れについて、図３を参照しながら説明する。まず、画像取得部１１が、対象画像データを取得する（ステップＳ１）。以下においては、図５に示される超音波画像の画像データＱが対象画像データとして取得されたとする。超音波画像においては、血管領域が暗く現れており、ここでは、この血管が、その輪郭を抽出すべき対象物であるとする。
【００６６】
続いて、初期形状設定部１２が、輪郭曲線の初期形状を設定する（ステップＳ２）。いま、対象物は血管であるので、抽出されるべき形状は管状であると予想される。ここでは、これを意識して、図６に示されるような、２本の独立線Ｋ１，Ｋ２から構成される輪郭曲線が、初期輪郭曲線Ｔ（０）として設定されたとする。
【００６７】
続いて、エネルギー関数設定部１３が、エネルギー関数Ｅを設定する（ステップＳ３）。ここでは、上記（式２）で示される関数がエネルギー関数Ｅとして設定されるとする。
【００６８】
続いて、繰り返し演算処理部１４が、繰り返し演算によるエネルギー関数Ｅの最小化処理を実行する（ステップＳ４）。演算回数が重ねられるにつれてエネルギー関数Ｅの値が減少し、これに対応して、ステップＳ２で設定された初期輪郭曲線Ｔ（０）が変形して対象物の輪郭に近づいていく（図７〜図８参照）。ただし、輪郭曲線の変形傾向は、演算処理に用いられているエネルギー関数Ｅによって規定される。エネルギー関数Ｅの値が所定の閾値よりも小さくなると、繰り返し演算処理部１４は、繰り返し演算を終了し、得られた輪郭曲線を最終輪郭曲線Ｔ（Ｅ）として取得する（図９参照）。
【００６９】
〈３−２．繰り返し演算処理〉
繰り返し演算処理（図３のステップＳ４）について、図４を参照しながらより詳細に説明する。繰り返し演算処理部１４が、繰り返し演算を開始するのに先だって、線本数変動監視部１５１が、ステップＳ２（図３参照）で設定された初期輪郭曲線Ｔ（０）に含まれる独立線の本数を計数しているものとする。ただし、初期輪郭曲線Ｔ（０）に、長さが第１閾値Ｌ１に満たない独立線が含まれている場合、線本数変動監視部１５１は、当該独立線は１本とカウントしない。例えば、図６に示される初期輪郭曲線Ｔ（０）が与えられており、ここに現れる２本の独立線Ｋ１，Ｋ２の長さがいずれも閾値Ｌ１よりも長いとすると、線本数変動監視部１５１は、初期輪郭曲線Ｔ（０）の線本数を「２」と計数する。
【００７０】
繰り返し演算処理部１４が繰り返し演算を開始すると（ステップＳ４１）、１回の演算処理が行われる度にエネルギー関数Ｅの値は減少し、これに対応して輪郭曲線はエネルギー関数Ｅにより規定される変形傾向にしたがって変形して、対象物の輪郭に近づいていく。
【００７１】
繰り返し演算処理部１４は、１回の演算処理が行われる度に（ステップＳ４３）、当該演算処理後のエネルギー関数Ｅの値が所定の閾値よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ４４）。
【００７２】
例えばｎ回目（ｎは任意の自然数）の演算処理後のエネルギー関数Ｅの値が所定の閾値よりも小さいと判断された場合（ステップＳ４４でＹＥＳ）、繰り返し演算処理部１４は、繰り返し演算を終了し、得られた輪郭曲線を最終輪郭曲線Ｔ（Ｅ）として取得する。
【００７３】
一方、例えばｎ回目の演算処理後のエネルギー関数Ｅの値が所定の閾値よりも小さくないと判断された場合（ステップＳ４４でＮＯ）、繰り返し演算処理部１４は、（ｎ＋１）回目の演算処理を行うことになる。ただし、（ｎ＋１）回目の演算処理を行う前に、線本数変動監視部１５１が、ｎ回目の演算処理の前後において、輪郭曲線の線本数が変動したか否かを判定する（ステップＳ４５）。
【００７４】
ｎ回目の演算処理の前後において、輪郭曲線の線本数が変動していないと判断された場合（ステップＳ４５でＮＯ）、係数値調整部１５２は、エネルギー関数Ｅの重み付け係数の値を変更しない。この場合、繰り返し演算処理部１４は、ｎ回目の演算処理に用いられていたエネルギー関数Ｅをそのまま用いて、（ｎ＋１）回目の演算処理を実行することになる（ステップＳ４７〜ステップＳ４３）。
【００７５】
一方、ｎ回目の演算処理の前後において、輪郭曲線の線本数が変動していると判断された場合（ステップＳ４５でＹＥＳ）、係数値調整部１５２は、エネルギー関数Ｅの重み付け係数の値を変更して、エネルギー関数Ｅを更新する（ステップＳ４６）。重み付け係数変更部１５がエネルギー関数Ｅを更新して新たなエネルギー関数Ｅを設定した場合、繰り返し演算処理部１４は、当該新たなエネルギー関数Ｅを用いて（ｎ＋１）回目の演算処理を実行することになる（ステップＳ４７〜ステップＳ４３）。
【００７６】
〈具体例１〉
例えば、図６に示される初期輪郭曲線Ｔ（０）が与えられており、ｎ回（ｎは任意の自然数）の演算処理が行われた段階において、図７（ａ）に示される輪郭曲線Ｔ（ｎ）が得られたとする。ｎ回目の演算処理の前後で、輪郭曲線において、独立線の発生、独立線の消滅のいずれも生じなかったとすると、線本数変動監視部１５１は、ｎ回目の演算処理の前後において輪郭曲線の線本数は変動していないと判断する（ステップＳ４５でＮＯ）。この場合、係数値調整部１５２は、エネルギー関数Ｅの重み付け係数の値を変更しない。したがって、繰り返し演算処理部１４は、ｎ回目の演算処理に用いられていたエネルギー関数Ｅをそのまま用いて、（ｎ＋１）回目の演算処理を実行する。
【００７７】
（ｎ＋１）回目の演算処理が行われた結果、図７（ｂ）に示される輪郭曲線Ｔ（ｎ＋１）が得られたとする。ここでは、（ｎ＋１）回目の演算処理の前後で、輪郭曲線に新たな独立線Ｋ３が発生している。しかしここでは、この独立線Ｋ３の長さは第１閾値Ｌ１を超えていないとする。この場合、線本数変動監視部１５１は、（ｎ＋１）回目の演算処理の前後において、輪郭曲線の線本数は変動していないと判断する（ステップＳ４５でＮＯ）。この場合、係数値調整部１５２は、エネルギー関数Ｅの重み付け係数の値を変更しない。したがって、繰り返し演算処理部１４は、（ｎ＋１）回目の演算処理に用いられていたエネルギー関数Ｅをそのまま用いて、（ｎ＋２）回目の演算処理を実行する。
【００７８】
（ｎ＋２）回目の演算処理が行われた結果、図８（ａ）に示される輪郭曲線Ｔ（ｎ＋２）が得られたとする。ここでは、（ｎ＋２）回目の演算処理の前後で、独立線Ｋ３の長さが第１閾値Ｌ１を超える長さにまで成長したとする。この場合、線本数変動監視部１５１は、（ｎ＋２）回目の演算処理の前後において、輪郭曲線の線本数が増加したと判断する（ステップＳ４５でＹＥＳ）。この場合、係数値調整部１５２は、エネルギー関数Ｅの重み付け係数の値を変更して、エネルギー関数Ｅを更新する（ステップＳ４６）。具体的には、エネルギー関数Ｅに含まれる長さエネルギー項Ｅ１の重み付け係数Ｗ１をより小さな値Ｗ１ａ（Ｗ１ａ＜Ｗ１）に変更する。したがって、繰り返し演算処理部１４は、下記（式５）に示される新たなエネルギー関数Ｅａを用いて、（ｎ＋３）回目の演算処理を実行する。
【００７９】
Ｅａ＝Ｗ１ａ＊Ｅ１＋Ｗ２＊Ｅ２ ・・・（式５）
新たなエネルギー関数Ｅａを用いて（ｎ＋３）回目の演算処理が行われると、図８（ｂ）に示されるような輪郭曲線Ｔ（ｎ＋３）が得られ、さらに繰り返し演算が実行されることによって、最終的に、図９に示されるような最終輪郭曲線Ｔ（Ｅ）が得られる。
【００８０】
〈具体例２〉
例えば、ｍ回（ｍは任意の自然数）の演算処理が行われた段階において、図１０（ａ）に示される輪郭曲線Ｔ（ｍ）が得られたとする。ｍ回目の演算処理の前後で、輪郭曲線において、独立線の発生、独立線の消滅のいずれも生じなかったとすると、線本数変動監視部１５１は、ｍ回目の演算処理の前後において輪郭曲線の線本数は変動していないと判断する（ステップＳ４５でＮＯ）。この場合、係数値調整部１５２は、エネルギー関数Ｅの重み付け係数の値を変更しない。したがって、繰り返し演算処理部１４は、ｍ回目の演算処理に用いられていたエネルギー関数Ｅをそのまま用いて、（ｍ＋１）回目の演算処理を実行する。
【００８１】
（ｍ＋１）回目の演算処理が行われた結果、図１０（ｂ）に示される輪郭曲線Ｔ（ｍ＋１）が得られたとする。ここでは、（ｍ＋１）回目の演算処理の前後で、輪郭曲線から独立線Ｋ４が消滅している。しかし、この独立線Ｋ４は、第２閾値Ｌ２を超える長さにまで一度も成長したことのない独立線であったとする。この場合、線本数変動監視部１５１は、（ｍ＋１）回目の演算処理の前後において、輪郭曲線の線本数は変動していないと判断する（ステップＳ４５でＮＯ）。この場合、係数値調整部１５２は、エネルギー関数Ｅの重み付け係数の値を変更しない。したがって、繰り返し演算処理部１４は、（ｍ＋１）回目の演算処理に用いられていたエネルギー関数Ｅをそのまま用いて、（ｍ＋２）回目の演算処理を実行する。
【００８２】
（ｍ＋２）回目の演算処理が行われた結果、図１０（ｃ）に示される輪郭曲線Ｔ（ｍ＋２）が得られたとする。ここでは、（ｍ＋２）回目の演算処理の前後で、輪郭曲線において、独立線Ｋ３が消滅している。また、この独立線Ｋ３は、第２閾値Ｌ２を超える長さにまで成長したことがある独立線であったとする。この場合、線本数変動監視部１５１は、（ｍ＋２）回目の演算処理の前後において、輪郭曲線の線本数が減少したと判断する（ステップＳ４５でＹＥＳ）。この場合、係数値調整部１５２は、エネルギー関数Ｅの重み付け係数の値を変更して、エネルギー関数Ｅを更新する（ステップＳ４６）。具体的には、エネルギー関数Ｅに含まれる長さエネルギー項Ｅ１の重み付け係数Ｗ１をより大きな値Ｗ１ｂ（Ｗ１ｂ＞Ｗ１）に変更する。したがって、繰り返し演算処理部１４は、下記（式６）に示される新たなエネルギー関数Ｅｂを用いて、（ｍ＋３）回目の演算処理を実行する。
【００８３】
Ｅｂ＝Ｗ１ｂ＊Ｅ１＋Ｗ２＊Ｅ２ ・・・（式６）
〈４．効果〉
上述した通り、レベルセット法を用いた輪郭抽出においては、繰り返し演算の過程において輪郭曲線の線本数が変動する場合がある。上記の実施の形態に係る輪郭抽出装置１においては、繰り返し演算の過程において輪郭曲線の線本数が変動した場合に、エネルギー関数Ｅの重み付け係数を変更する。この構成によると、例えば図９に示されるように、対象物の輪郭を適切に抽出した輪郭曲線を、最終輪郭曲線として得ることが可能となる。
【００８４】
繰り返し演算の過程において輪郭曲線の線本数が変動した場合にも、はじめに設定されたエネルギー関数Ｅをそのまま用いて繰り返し演算を行った場合を考える。この場合、最終輪郭曲線として得られる輪郭曲線は、例えば図１１に示されるような輪郭曲線Ｔ（Ｅ）’となる。この輪郭曲線Ｔ（Ｅ）’と図９に示される輪郭曲線Ｔ（Ｅ）とを比べると、輪郭曲線Ｔ（Ｅ）’においては独立線Ｋ３’が対象物の輪郭を十分に抽出できていないのがわかる。その理由は次の通りである。
【００８５】
上述した通り、ユーザは、対象物の輪郭としてどのような形状が抽出されるかを予測し、予測される形状に基づいて、エネルギー関数Ｅの重み付け係数Ｗ１，Ｗ２の値を決定している。例えば、対象物が血管の場合、抽出されるべき形状は管状であると想定して、重み付け係数Ｗ１，Ｗ２の値を決定している。ところが、実際の対象物の形状がユーザの予測していたものとは異なっている場合、繰り返し演算の過程において輪郭曲線の線本数が変動する。例えば、管状と予測した対象物が実は分岐した形状であった場合、繰り返し演算の過程において、初期形状で設定されていた独立線Ｋ１，Ｋ２に加え、新たな独立線Ｋ３が発生する（図７（ｂ））。
【００８６】
輪郭曲線の線本数が増加すると、長さエネルギー項Ｅ１の値は、ユーザが想定していたよりも大きな値となってくる。すると、エネルギー関数Ｅにおける長さエネルギー項Ｅ１の比重が大きくなり、輪郭曲線の長さを短くする傾向に働く力が強く効いてくる。つまり、輪郭曲線を、その長さを短くする傾向に変形させる力が、他の力（例えば、輪郭曲線を対象物の輪郭と一致する傾向に変形させる力）に比べて強くなる。その結果、新たに発生した独立線は思うように伸びることができず、対象物の輪郭を十分に抽出することができない。例えば、輪郭曲線Ｔ（ｎ＋１）で発生した独立線Ｋ３（図７（ｂ））が、繰り返し演算の過程で思うように伸びることができないと、図１１に示されるように、分岐部分の輪郭を十分に抽出していない輪郭曲線が最終輪郭曲線として得られてしまう。
【００８７】
一方、輪郭曲線の線本数が減少すると、長さエネルギー項Ｅ１の値は、ユーザが想定していたよりも小さな値となってくる。すると、エネルギー関数Ｅにおける長さエネルギー項Ｅ１の比重が小さくなり、輪郭曲線の長さを短くする傾向に働く力が弱くしか効いてこない。つまり、輪郭曲線を、その長さを短くする傾向に変形させる力が他の力に比べて弱くなる。その結果、輪郭曲線は対象物の輪郭を過度に忠実に再現し、滑らかさに欠けるものとなってしまう。
【００８８】
このように、繰り返し演算の過程において輪郭曲線の線本数が変動すると、輪郭曲線の変形傾向を規定するエネルギー関数Ｅにおけるエネルギー項Ｅ１，Ｅ２間のバランスが崩れるため、対象物の輪郭を適切に抽出することができないのである。
【００８９】
上記の実施の形態においては、重み付け係数変更部１５が、繰り返し演算の過程で輪郭曲線の線本数が変動した場合に、エネルギー関数Ｅの重み付け係数を変更することによって、輪郭曲線の線本数が変動することに起因して生じたエネルギー項間のバランスの崩れを補う。
【００９０】
具体的には、繰り返し演算の過程において輪郭曲線の線本数が増加した場合、長さエネルギー項Ｅ１の重み付け係数をより小さな値Ｗ１ａに変更する。すなわち、線本数が増加すると、輪郭曲線において、長さエネルギー項Ｅ１により規定される変形傾向（すなわち、輪郭曲線の長さを短くする傾向）が過剰に効いてしまうところ、当該エネルギー項Ｅ１の重み付け係数をより小さな値に変更することによって、この変形傾向が過剰に強くなることを抑制する。その結果、図９に示されるように、対象物の輪郭を適切に抽出した輪郭曲線を最終輪郭曲線として得ることができる。
【００９１】
また、繰り返し演算の過程において輪郭曲線の線本数が減少した場合、長さエネルギー項Ｅ１の重み付け係数をより大きな値Ｗ１ｂに変更する。すなわち、線本数が減少すると、輪郭曲線において、長さエネルギー項Ｅ１により規定される変形傾向が弱くなってしまうところ、当該エネルギー項Ｅ１の重み付け係数をより大きな値に変更することによって、この変形傾向が弱まってしまうことを抑制する。その結果、対象物の輪郭を適切に抽出した輪郭曲線を最終輪郭曲線として得ることができる。
【００９２】
また特に、上記の実施の形態に係る輪郭抽出装置１においては、線本数変動監視部１５１が、繰り返し演算の過程で輪郭曲線に独立線が新たに生じ、かつ、当該新たに生じた独立線の長さが第１閾値Ｌ１を超えた場合に、輪郭曲線の線本数が増加したと判断する。つまり、輪郭曲線に独立線が新たに生じても、当該新たに生じた独立線の長さが第１閾値Ｌ１を超えない限りは輪郭曲線の線本数が変動したと判断しない。すなわち、重み付け係数を変更しない。この構成によると、ノイズに反応して重み付け係数が不用意に変更されてしまう、といった事態を未然に防止することができる。
【００９３】
また、線本数変動監視部１５１は、繰り返し演算の過程で輪郭曲線に存在していた独立線が消滅し、かつ、当該消滅した独立線が少なくとも一度は第２閾値Ｌ２を超える長さを有していた場合に、輪郭曲線の線本数が減少したと判断する。つまり、輪郭曲線において消滅した独立線があったとしても、当該消滅した独立線が、一度も第２閾値Ｌ２を超える長さにまで成長したことのなかったものである場合は輪郭曲線の線本数が変動したと判断しない。すなわち、重み付け係数を変更しない。この構成によると、ノイズに反応して重み付け係数が不用意に変更されてしまう、といった事態を未然に防止することができる。
【００９４】
なお、上記の実施の形態に係る輪郭抽出装置１は、たとえ、対象物が想定外の形状をとっている場合であっても、その輪郭を適切に抽出できるという点に利点がある。例えば、人間を含む動物の臓器等が対象物とされた場合、その対象物が想定外の形状をとっている場合であっても、その輪郭を適切に抽出することができる。対象物が臓器の場合、その形状が想定外のものとなっていることは、当該臓器に何らかの異常が発生していることを意味している可能性が高い。したがって、医療現場においては、このような場合にこそ、対象物の輪郭を適切に把握したいという要望がある。上記の実施の形態に係る輪郭抽出装置１においては、このような要望に応えることができる。
【００９５】
〈５．変形例〉
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記に説明した内容のものに限定されるものではない。
【００９６】
例えば、上記の実施の形態においては、係数値調整部１５２は、線本数が変動した場合には長さエネルギー項Ｅ１の重み付け係数Ｗ１の値を変更する構成としていたが、重み付け係数Ｗ１，Ｗ２を変更する態様はこれに限らず、輪郭曲線の線本数が変動することに起因して生じたエネルギー項間のバランスの崩れを補うことができれば、どのような構成であってもよい。例えば、線本数が増加した場合には領域エネルギー項Ｅ２の重み付け係数Ｗ２を大きくし、また、線本数が減少した場合には領域エネルギー項Ｅ２の重み付け係数Ｗ２を大きくする構成としてもよい。また例えば、長さエネルギー項Ｅ１の重み付け係数Ｗ１の値と、領域エネルギー項Ｅ２の重み付け係数のＷ２の値との両方を変更する構成としてもよい。ただし、線本数が変動した場合、その影響を最もダイレクトに受けるのは、輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項（上記の実施の形態においては、長さエネルギー項Ｅ１）であるので、そのようなエネルギー項の重み付け係数を変更すれば、エネルギー関数Ｅにおけるエネルギー項間のバランスを効果的かつ適正に調整することができる。
【００９７】
また、上記の実施の形態においては、第１閾値Ｌ１および第２閾値Ｌ２の具体的な値は、初期輪郭曲線の長さに基づいて規定するとしたが、これらの値は、画像サイズに基づいて規定してもよい。また、ユーザが予め設定した値を用いてもよい。
【００９８】
また、上記の実施の形態においては、エネルギー関数Ｅが、２種類のエネルギー項（長さエネルギー項Ｅ１、領域エネルギー項Ｅ２）を含む構成としていたが、これらのエネルギー項Ｅ１，Ｅ２に加え、もしくはこれらと変えて、他の各種のエネルギー項でエネルギー関数Ｅを規定してもよい。例えば、輪郭曲線を対象物のエッジに向かわせる傾向に働く力であり、輪郭曲線が対象物のエッジに近づくほど小さな値となるように定式化されたエネルギー項等を加味してもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１ 輪郭抽出装置
２ 制御部
１１ 画像取得部
１２ 初期形状設定部
１３ エネルギー関数設定部
１４ 繰り返し演算処理部
１５ 重み付け係数変更部
１５１ 線本数変動監視部
１５２ 係数値調整部
Ｐ プログラム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レベルセット法を用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置であって、
輪郭曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、前記輪郭曲線の形状が抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定手段と、
前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算手段と、
前記輪郭曲線を構成する独立した線の本数を前記輪郭曲線の線本数とし、前記繰り返し演算の過程で前記線本数が変動した場合に、前記エネルギー関数の重み付け係数の値を変更する重み付け係数変更手段と、
を備えることを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の輪郭抽出装置であって、
前記重み付け係数変更手段が、
前記複数種類のエネルギー項のうち、前記輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の重み付け係数の値を変更することを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の輪郭抽出装置であって、
前記重み付け係数変更手段が、
前記線本数が増加した場合に、前記輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の重み付け係数の値をより小さな値に変更することを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の輪郭抽出装置であって、
前記重み付け係数変更手段が、
前記線本数が減少した場合に、前記輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の重み付け係数の値をより大きな値に変更することを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の輪郭抽出装置であって、
前記重み付け係数変更手段が、
前記繰り返し演算の過程で前記輪郭曲線に独立した線が新たに１本生じ、かつ、当該新たに生じた線の長さが所定の閾値を超えた場合に、前記線本数が１増加したと判断することを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の輪郭抽出装置であって、
前記所定の閾値が、初期形状における前記輪郭曲線の長さに基づいて規定されることを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の輪郭抽出装置であって、
前記重み付け係数変更手段が、
前記繰り返し演算の過程で前記輪郭曲線から独立した線の１本が消滅し、かつ、当該消滅した線が少なくとも一度は所定の閾値を超える長さを有していた場合に、前記線本数が１減少したと判断することを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の輪郭抽出装置であって、
前記所定の閾値が、初期形状における前記輪郭曲線の長さに基づいて規定されることを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項９】
コンピュータに記憶され、前記コンピュータにおいて実行されることにより、前記コンピュータを、レベルセット法を用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置として機能させるプログラムであって、前記輪郭抽出装置が、
輪郭曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、前記輪郭曲線の形状が抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定手段と、
前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算手段と、
前記輪郭曲線を構成する独立した線の本数を前記輪郭曲線の線本数とし、前記繰り返し演算の過程で前記線本数が変動した場合に、前記エネルギー関数の重み付け係数の値を変更する重み付け係数変更手段と、
を備えることを特徴とするプログラム。
【請求項１】
レベルセット法を用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置であって、
輪郭曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、前記輪郭曲線の形状が抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定手段と、
前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算手段と、
前記輪郭曲線を構成する独立した線の本数を前記輪郭曲線の線本数とし、前記繰り返し演算の過程で前記線本数が変動した場合に、前記エネルギー関数の重み付け係数の値を変更する重み付け係数変更手段と、
を備えることを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の輪郭抽出装置であって、
前記重み付け係数変更手段が、
前記複数種類のエネルギー項のうち、前記輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の重み付け係数の値を変更することを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の輪郭抽出装置であって、
前記重み付け係数変更手段が、
前記線本数が増加した場合に、前記輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の重み付け係数の値をより小さな値に変更することを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の輪郭抽出装置であって、
前記重み付け係数変更手段が、
前記線本数が減少した場合に、前記輪郭曲線の長さに依存するエネルギー項の重み付け係数の値をより大きな値に変更することを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の輪郭抽出装置であって、
前記重み付け係数変更手段が、
前記繰り返し演算の過程で前記輪郭曲線に独立した線が新たに１本生じ、かつ、当該新たに生じた線の長さが所定の閾値を超えた場合に、前記線本数が１増加したと判断することを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の輪郭抽出装置であって、
前記所定の閾値が、初期形状における前記輪郭曲線の長さに基づいて規定されることを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の輪郭抽出装置であって、
前記重み付け係数変更手段が、
前記繰り返し演算の過程で前記輪郭曲線から独立した線の１本が消滅し、かつ、当該消滅した線が少なくとも一度は所定の閾値を超える長さを有していた場合に、前記線本数が１減少したと判断することを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の輪郭抽出装置であって、
前記所定の閾値が、初期形状における前記輪郭曲線の長さに基づいて規定されることを特徴とする輪郭抽出装置。
【請求項９】
コンピュータに記憶され、前記コンピュータにおいて実行されることにより、前記コンピュータを、レベルセット法を用いて対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出装置として機能させるプログラムであって、前記輪郭抽出装置が、
輪郭曲線の状態に対応して定義される複数種類のエネルギー項の重み付き線形和により表され、前記輪郭曲線の形状が抽出すべき輪郭の形状に近づくほど、その値が小さくなるように定式化されたエネルギー関数を設定するエネルギー関数設定手段と、
前記エネルギー関数を繰り返し演算により最小化させる繰り返し演算手段と、
前記輪郭曲線を構成する独立した線の本数を前記輪郭曲線の線本数とし、前記繰り返し演算の過程で前記線本数が変動した場合に、前記エネルギー関数の重み付け係数の値を変更する重み付け係数変更手段と、
を備えることを特徴とするプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図１０】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図１０】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２８２２６８（Ｐ２０１０−２８２２６８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３３００６（Ｐ２００９−１３３００６）
【出願日】平成２１年６月２日（２００９．６．２）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２日（２００９．６．２）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
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