專利名稱：圖像處理方法和圖像處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將X射線圖像變換為具有最佳色調(diào)的輸出圖像的X射線圖像 處理方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于創(chuàng)建色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線以限定輸出圖像的對比度的圖像 處理方法(即，色調(diào)映射(tone-mapping)方法)和圖像處理設(shè)備，其中，所創(chuàng)建的色調(diào)轉(zhuǎn)換 曲線至少部分包含前一圖像的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線。
背景技術(shù)：
對于X射線圖像，已經(jīng)提出了各種類型的色調(diào)轉(zhuǎn)換，以提高輸入X射線圖像的輸出 版本，從而力圖提高醫(yī)生的診斷能力。進行用于最優(yōu)化X射線圖像的觀察區(qū)域的色調(diào)轉(zhuǎn)換， 以提高醫(yī)生的診斷能力。為了進行該最優(yōu)化，已經(jīng)提出了從X射線圖像中提取相對于噪聲 和運動具有更高魯棒性的觀察區(qū)域。已經(jīng)使用S形函數(shù)作為色調(diào)曲線以最優(yōu)化該區(qū)域的輸 出圖像。當(dāng)拍攝X射線圖像作為(由幀序列組成的)運動圖像時，還需要考慮這些幀之間 的對比度變化并使其穩(wěn)定。由于X射線變化以及被攝體變化，因而引起幀之間的對比度變 化。X射線變化是指即使在恒定攝像條件下也產(chǎn)生的X射線的量的變化、以及由于X射線操 作或控制引起的攝像條件的變化。例如，被攝體變化可以是指肺野由于呼吸而移入和移出 攝像區(qū)域，或者是指注入造影劑。迄今為止，已通過使X射線更穩(wěn)定來應(yīng)對由X射線的量的差異所引起的幀之間的 對比度變化。另一方面，已通過分析被攝體的方法或通過控制色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線來應(yīng)對被攝體變化。分析被攝體的示例方法包括涉及根據(jù)輸入圖像的像素值創(chuàng)建直方圖、提取最小值 和最大值并在時間方向上對這些值進行濾波的方法(例如，參見日本專利3334321)。在時 間方向上對最小值和最大值進行濾波使得能夠抑制對對比度變化的靈敏度并使其穩(wěn)定。用于控制色調(diào)轉(zhuǎn)換的示例方法包括涉及通過分析輸入圖像檢測場景變化、并基 于場景變化所需的時間將新創(chuàng)建的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線與過去的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線進行合成的方法 (例如，參見日本專利4050547)。根據(jù)該方法，可以通過在時間方向上對色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線進行 濾波來抑制對對比度變化的靈敏度并使其穩(wěn)定。然而，上述傳統(tǒng)技術(shù)中存在有以下問題。即使通過對直方圖的最小值和最大值 (表示特別暗和特別亮的區(qū)域的最小值和最大值)進行濾波來抑制圖像整體的對比度變 化，也不能抑制正被注視觀察的區(qū)域中的變化，并且(諸如正在使用輸出圖像進行診斷的 醫(yī)生等的)用戶敏銳地感受到該狀況。響應(yīng)于此而抑制觀察區(qū)域中的變化的嘗試導(dǎo)致了飽 和和限幅，這是因為不能反映運動圖像中的對比度變化并且不能創(chuàng)建最適于輸入幀的輸出 圖像。期望一種在反映圖像整體的對比度變化的同時抑制正被注視觀察的區(qū)域中的對 比度變化的方法。此外，存在如下多種情況在圖像序列內(nèi)基于場景變化所需的時間來控制 色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線的情況下，期望與該場景變化所需的時間無關(guān)地控制對比度變化。

發(fā)明內(nèi)容
期望提供在通過抑制運動圖像的閃爍獲得穩(wěn)定色調(diào)的同時針對(一系列幀或構(gòu) 成運動圖像的圖像內(nèi)的)各運動圖像幀獲得最佳色調(diào)的設(shè)備和方法。還期望提供在創(chuàng)建沒 有感覺不自然的觀察區(qū)域的圖像的同時反映(即，考慮)每一幀的對比度變化的設(shè)備和方 法。期望提供在具有不同亮度或?qū)Ρ榷鹊燃壍囊幌盗袝r序幀或同步幀中、或者甚至在具有 使觀察者不能辨別具有較低對比度等級的其它低亮度區(qū)域的高亮度區(qū)域的單個圖像中獲 得最佳色調(diào)的設(shè)備和方法。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種圖像處理方法，用于對由X射線攝像系統(tǒng)所生 成的圖像序列的圖像進行色調(diào)轉(zhuǎn)換，所述圖像處理方法包括提取步驟，用于從所述圖像序 列的第二圖像中提取在所述圖像序列的圖像中用作基準(zhǔn)區(qū)域的區(qū)域；以及色調(diào)轉(zhuǎn)換步驟， 用于在相對于所述圖像序列中的第一圖像在所述第二圖像中存在對比度變化的情況下，對 所述第二圖像進行色調(diào)轉(zhuǎn)換，從而在所述基準(zhǔn)區(qū)域中抑制在所述第一圖像和所述第二圖像 之間產(chǎn)生的對比度變化，并且在所述基準(zhǔn)區(qū)域以外的區(qū)域中反映所述對比度變化。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種圖像處理設(shè)備，用于對由X射線攝像系統(tǒng)所 生成的圖像序列的圖像進行色調(diào)轉(zhuǎn)換，所述圖像處理設(shè)備包括提取部件，用于從所述圖 像序列的第二圖像中提取在所述圖像序列的圖像中用作基準(zhǔn)區(qū)域的區(qū)域；以及色調(diào)轉(zhuǎn)換 部件，用于在相對于所述圖像序列中的第一圖像在所述第二圖像中存在對比度變化的情況 下，對所述第二圖像進行色調(diào)轉(zhuǎn)換，從而在所述基準(zhǔn)區(qū)域中抑制所述對比度變化，并且在所 述基準(zhǔn)區(qū)域以外的區(qū)域中反映所述對比度變化。通過以下(參考附圖)對典型實施例的說明，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的圖像處理設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)的示例的框圖。圖2是示出圖1所示的圖像處理單元104的詳細結(jié)構(gòu)的框圖。圖3A和圖3B示出兩個X射線圖像幀中的像素值的直方圖。圖4A和圖4B示出合成色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線的特性。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的反饋系數(shù)的圖。圖6是示出第一實施例中的圖像處理的流程圖。圖7A和圖7B是示出基準(zhǔn)區(qū)域中的合成色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線和反饋系數(shù)的圖。圖8是示出基于反饋系數(shù)對色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線進行合成的處理的示意圖。圖9是示出第二實施例中的圖像處理的流程圖。
具體實施例方式下文中，將參考附圖詳細說明用于實現(xiàn)本發(fā)明的實施例。在實施例中，將說明用于 創(chuàng)建如下圖像的方法，在該圖像中，通過將正被觀察的區(qū)域的反饋系數(shù)設(shè)置為大值而在該 正被觀察的區(qū)域中抑制對對比度變化的靈敏度，并且通過將剩余區(qū)域的反饋系數(shù)設(shè)置為小 值而在該剩余區(qū)域中反映(即，考慮)對比度變化?！胺从场钡暮x是指在非基準(zhǔn)區(qū)域中以 某種方式識別到對比度變化。例如，如果顯示處理完成，則顯示對比度變化，因此在該顯示 中反映已出現(xiàn)的對比度變化。另一方面，如果沒有進行完整的顯示處理并且僅進行沒有引
5起顯示的內(nèi)部處理，則計算對比度變化，并且在合成色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線的處理中考慮該對比度變化。首先，將使用圖1說明根據(jù)本發(fā)明的圖像處理設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)的示例。圖1所示的 示例是在個人計算機(PC)上實現(xiàn)圖像處理設(shè)備的情況下的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，圖像處理設(shè) 備100包括中央處理單元，即CPU 101 ；只讀存儲器，即ROM 102 ；隨機存取存儲器，即RAM 103 ；圖像處理單元104 ；硬盤驅(qū)動器，即HDD 105 ；輸入/輸出接口，即輸入/輸出I/F 106 ； 以及網(wǎng)絡(luò)接口，即網(wǎng)絡(luò)I/F 107。組件101 107經(jīng)由系統(tǒng)總線108相連接。CPUlOl根據(jù) 存儲在ROM 102和HDD 105等中的計算機程序來控制整體設(shè)備。ROM 102是存儲啟動程序 和控制數(shù)據(jù)等的存儲器。RAM 103是當(dāng)CPU 101執(zhí)行處理時對程序進行展開的、且定義有各 種表和工作區(qū)等的存儲器。圖像處理單元104對輸入X射線圖像進行(稍后詳述的)色調(diào)轉(zhuǎn)換等的圖像處理。 在圖1中，將圖像處理單元104實現(xiàn)為專用圖像處理板，但是還可以實現(xiàn)為軟件模塊。換句 話說，可以根據(jù)目的來適當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)圖像處理單元104。HDD 105存儲操作系統(tǒng)(OS)和應(yīng)用 程序軟件等。輸入/輸出I/F 106是與顯示器等的輸出設(shè)備和鍵盤或鼠標(biāo)等的輸入設(shè)備的 接口。網(wǎng)絡(luò)I/F 107是與局域網(wǎng)(LAN)等的外部網(wǎng)絡(luò)的接口。圖像處理單元104連接至X射線攝像系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)140。該網(wǎng)絡(luò)140可以包括控制 局域網(wǎng)(control area network，CAN)，或者可以包括光纖。X射線生成設(shè)備110、醫(yī)療監(jiān) 視器120和X射線傳感器(平面檢測器)130連接至網(wǎng)絡(luò)140。此外，影像存檔和通信系統(tǒng) (picture archiving and communication system, PACS)和用于存儲 X 射線圖像的醫(yī)學(xué)影 像設(shè)備內(nèi)置(intra-modality)硬盤設(shè)備也可以連接至網(wǎng)絡(luò)140?？梢酝ㄟ^將命令從圖像處 理單元104發(fā)出至X射線攝像系統(tǒng)中的X射線生成設(shè)備110或發(fā)出至X射線攝像系統(tǒng)中的 X射線傳感器130來控制被攝體的攝像。接著，將使用圖2來說明圖1所示的圖像處理單元104的詳細結(jié)構(gòu)。圖像處理單元 104包括圖像輸入單元201、色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線計算單元202、基準(zhǔn)區(qū)域提取單元203、色調(diào)轉(zhuǎn)換 曲線合成單元204、色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線存儲單元205、色調(diào)轉(zhuǎn)換單元206、以及圖像輸出單元207。 圖像輸入單元201輸入要處理的X射線圖像，并且進行(稍后所述的)色調(diào)轉(zhuǎn)換的處理之 前所需的處理。這里，所需的處理例如包括校正X射線傳感器特性或校正系統(tǒng)特性。圖像 輸入單元201還根據(jù)需要進行用以抑制隨機噪聲的處理和圖像增強。色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線計算單元202計算用于對由圖像輸入單元201處理后的X射線圖像 進行色調(diào)轉(zhuǎn)換的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線?；鶞?zhǔn)區(qū)域提取單元203提取色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線合成單元204在 對色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線進行合成時所參考的“要被注視觀察的區(qū)域”。色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線合成單元204 對前一幀的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線和當(dāng)前幀的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線進行合成。色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線存儲單元205 保存由色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線合成單元204合成后的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線。該色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線存儲單元205 可以位于RAM 103中。色調(diào)轉(zhuǎn)換單元206使用由色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線合成單元204合成后的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線，對 輸入X射線圖像進行色調(diào)轉(zhuǎn)換。圖像輸出單元207對處理后的圖像進行所需的處理，并且 將該圖像輸出到醫(yī)療監(jiān)視器120或硬盤設(shè)備等。這里，“所需的處理”例如可以包括監(jiān)視器 伽瑪轉(zhuǎn)換或幾何轉(zhuǎn)換等。將使用圖3A和圖3B以及圖4A和圖4B來說明上述結(jié)構(gòu)中的圖像處理單元104的具體處理。圖3A是X射線圖像序列的第N-I個圖像或幀中的像素值的直方圖。“序列”的 含義是指按時間順序拍攝的幀序列或者同時拍攝的多個幀。另外可選地，幀序列可以是從 單個X射線圖像提取出的多個幀，其中該多個幀對于圖像中的像素具有不同的亮度或強度 等級。例如，如果正被X射線照射的被攝體在曝光至X射線期間發(fā)生移動，則可以有效地從 圖像中提取具有不同強度等級的幀序列。圖3A的點劃線表示對于該直方圖的最佳或線性色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線。這里，“最佳”是 指直方圖范圍分布在整個輸出范圍上。如稍后所述，輸出范圍是構(gòu)成作為圖像輸出單元207 的輸出的圖像的像素值的范圍，并且可以缺少輸入像素的最大值和最小值。圖3B是X射線圖像序列的第N個幀中的像素值的直方圖。從圖3A和圖3B可以看 出，由于被攝體變化或造影劑的注入等引起的可應(yīng)用輸入像素值的變化，因而相對于第N-I 個幀，沿著χ軸(輸入像素值)的直方圖的范圍在第N個幀中改變。因為輸入像素值的范 圍依賴于X射線傳感器130所接收到的光的亮度，因此與如上所述的X射線變化相比，輸入 像素值的范圍的變化更可能是由被攝體變化引起的。該直方圖的最佳或線性色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線 如由雙點劃線所示。注意，在圖3A和圖3B中，附圖標(biāo)記301表示正被注視觀察的內(nèi)臟等的 區(qū)域。這里，通過色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線的傾斜度(gradient)來確定各幀的對比度。當(dāng)從第N_1 個幀改變?yōu)榈贜個幀時，作為考慮了正被X射線照射的被攝體的亮度變化的結(jié)果，色調(diào)轉(zhuǎn) 換曲線的傾斜度降低，并且對比度減小。通過“考慮”第N-I個幀和第N個幀之間的被攝體 的變化，理解了一些替代方案。比較圖3A和圖3B，第N-I個圖像的最大和最小輸入像素值 (即，具有極少出現(xiàn)的低值和高值的輸入像素值)不存在。可能因為缺少造影劑等的高對比 度被攝體或者因為X射線傳感器130的設(shè)置，原本就不存在這些值，或者可能在圖像處理期 間將(亮度或強度)像素值鉗位在特定閾值之間。例如，可以對該閾值進行設(shè)置，以去除由 金屬移植引起的特別亮的片或暗片。然而，正是由于拍攝了圖像并對其進行處理，因而本實 施例的結(jié)果是對于第一圖像(N-I)，輸出像素值相對于輸入像素值的傾斜度與對于第二圖 像(N)的傾斜度相比更陡，其中第二圖像沒有考慮到所有輸入像素值(即，甚至沒有考慮具 有較高值和較低值的像素)。由此，在圖4A所示的傳統(tǒng)技術(shù)中，通過對第N-I和第N個幀的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線取平 均，來創(chuàng)建合成色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線(實線)。實際進行該取平均的方式是將圖3B的直方圖中的 最大和最小像素值反饋至圖像輸入單元201，并且針對第N個圖像的輸出考慮這些值而進 行取平均。然而，即使利用由實線示出的該合成色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線，正被注視觀察的區(qū)域401中 的圖像閃爍也是明顯的。由此，如圖4B所示，通過對合成色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線進行加權(quán)以使其更近似接近于正被 注視觀察的區(qū)域401中的第N-I個幀的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線，在該區(qū)域401中維持第N-I個幀的 對比度。因此，對于觀察者來說，該區(qū)域中的較不明顯的對比度更加可見。此外，通過對合 成色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線進行加權(quán)以使得隨著相對注視觀察的區(qū)域401的距離增加而接近第N個幀 的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線，在該區(qū)域401之外的區(qū)域中顯示第N個幀的對比度。這樣，在注視觀察的 區(qū)域之外的區(qū)域中可以看見諸如由造影劑所引起的對比度的較大的極值?？梢酝ㄟ^以下步驟來實現(xiàn)以上操作獲得第N-I個幀中的多個像素的對比度值；
7獲得第N個幀中的多個像素的對比度值；以及有效地生成如下的第三幀，其中，該第三幀 在其基準(zhǔn)區(qū)域中包含第N-I個幀的多個像素的對比度值，并且在該基準(zhǔn)區(qū)域以外的區(qū)域中 包含第N個幀的多個像素的對比度值。然而，為了獲得基準(zhǔn)區(qū)域和基準(zhǔn)區(qū)域之外的區(qū)域的 對比度值之間的平滑轉(zhuǎn)變，優(yōu)選在第三幀中具有如下色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線，其中，該色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線 沒有精確地與基準(zhǔn)區(qū)域中的第N-I個幀的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線相同，而是接近該基準(zhǔn)區(qū)域中的第 N-I個幀的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線；并且沒有精確地與基準(zhǔn)區(qū)域之外的第N個幀的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線相 同，而是接近該基準(zhǔn)區(qū)域之外的第N個幀的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線，在兩個對比度值傾斜度之間逐 漸彎曲。這可以通過將第N-I和第N個幀的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線的(如圖4A中的實線所示的) 平均值乘以用于對第三幀的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線進行期望調(diào)整的第三曲線(圖5中的點線)來進 行。該第三曲線已知為反饋系數(shù)α。更具體地，如圖5所示，對反饋系數(shù)α進行設(shè)置。這里，對反饋系數(shù)α進行設(shè)置， 從而當(dāng)將該反饋系數(shù)α乘以第N-I和第N個幀的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線的平均值時，如圖4Β所示， α的值越大，由此得到的合成色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線接近第N-I個幀的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線，且α的值越 小，由此得到的合成色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線接近第N個幀的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線。稍后將進一步說明該反 饋系數(shù)α。因此，可以抑制正被注視觀察的區(qū)域401中的圖像閃爍，并且反映圖像整體的對 比度變化。通過色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線計算單元202來選擇反饋系數(shù)α，以使得由此得到期望的色調(diào) 曲線。優(yōu)選地該反饋系數(shù)α在基準(zhǔn)區(qū)域(正被注視觀察的區(qū)域)處具有最大值，并且在該 區(qū)域之外具有最小值。以下將詳細進行說明。第一實施例將使用圖6來說明第一實施例中用以從X射線攝像系統(tǒng)獲取X射線圖像并對該X 射線圖像進行色調(diào)轉(zhuǎn)換的圖像處理。首先，通過圖像輸入單元201從X射線攝像系統(tǒng)輸入 要經(jīng)過色調(diào)轉(zhuǎn)換的X射線圖像(S601)。接著，進行考慮到X射線傳感器130的特性和X射 線攝像系統(tǒng)的特性的校正，作為預(yù)處理(S602)。對X射線傳感器130的特性的校正可以包 含進行偏移校正或缺陷校正等。對X射線攝像系統(tǒng)的特性的校正可以包含進行調(diào)制傳遞函 數(shù)(modulation transfer function,MTF)改善或網(wǎng)格線(grid line)校正等。另外，除了 校正X射線傳感器130的特性和系統(tǒng)特性以外，還可以根據(jù)需要進行用于抑制隨機噪聲或 系統(tǒng)噪聲的噪聲抑制處理以及用于增強邊緣的增強處理等。這里，預(yù)處理后的X射線圖像是原始圖像。然后，進行場景變化檢測(S603)。這里， 場景變化是指正被X射線照射的被攝體變化或正被注視觀察的觀察區(qū)域在幀之間變化。在 圖像的輝度由于X射線操作等導(dǎo)致不穩(wěn)定的情況下，也檢測到場景變化。關(guān)于檢測方法，如 果整個圖像的平均輝度超過預(yù)定閾值，或者如果X射線管電壓或管電流的變化超過預(yù)定閾 值，則檢測到場景變化。這里，如果存在場景變化，則處理直接進入S607。另一方面，如果不 存在場景變化，則處理進入S604，并且通過基準(zhǔn)區(qū)域提取單元203從原始圖像提取被攝體 區(qū)域。在S604中，首先，從原始圖像中檢測照射野(treatment field)以外的或不存在 被攝體的區(qū)域，并且將剩余區(qū)域識別為被攝體區(qū)域。用于識別照射野的方法包括涉及得到 輪廓并計算微分值的方法以及使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法。另一方面，用于檢測不存在被攝體的 區(qū)域的方法可以涉及創(chuàng)建像素值的直方圖并基于像素的輝度值進行檢測。因此，可以使用這些方法提取被攝體區(qū)域。除進行照射野以外的以及不存在被攝體的區(qū)域的檢測之外，在 根據(jù)需要去除由于被攝體中的移植金屬等而引起的圖像中的假象(artefact)之后，可以 進行被攝體區(qū)域的識別?？梢酝ㄟ^示出移植金屬或其它反射/高密度材料的區(qū)域中的像素 的高輝度值來確定這類假象。因此，可以提取直方圖中的非常亮的像素值，以去除這些種類 的圖像假象。因此，基于像素輝度的提取處理可以產(chǎn)生圖3A所示的直方圖形狀。接著，基于所提取的被攝體區(qū)域來提取基準(zhǔn)區(qū)域(S605)。這里，基準(zhǔn)區(qū)域是要被注 視觀察的區(qū)域301、401?？梢允褂弥T如內(nèi)臟的圖像形式的表現(xiàn)等的解剖學(xué)要素來指定該基 準(zhǔn)區(qū)域。在第一實施例中，使用攝像區(qū)域信息(即，與圖像中的期望區(qū)域有關(guān)的信息)來指 定解剖學(xué)要素。創(chuàng)建表示被攝體區(qū)域的像素值的直方圖，并且基于攝像區(qū)域信息和直方圖 的形狀來確定基準(zhǔn)區(qū)域。例如，在對腹部區(qū)域進行攝像的情況下，可以將該區(qū)域大體地劃分 為腸、腸以外的臟器、骨頭、以及其它區(qū)域。因此，將自動判別分析應(yīng)用于直方圖，以將該直 方圖劃分為四個區(qū)域，并將上述的各解剖學(xué)結(jié)構(gòu)分配至區(qū)域。將分配給在本示例中作為最 受關(guān)注的區(qū)域的腸的直方圖范圍確定為基準(zhǔn)區(qū)域。注意，當(dāng)提取基準(zhǔn)區(qū)域時，除了上述定義的解剖學(xué)要素以外，還可以使用攝像技術(shù) 信息(即，與攝像技術(shù)有關(guān)的信息)。在這種情況下，創(chuàng)建表示被攝體區(qū)域的像素值的直 方圖，并且基于攝像技術(shù)信息和直方圖的形狀來確定該基準(zhǔn)區(qū)域。例如，在進行腎血管造 影(renal angiography)的攝像技術(shù)的情況下，可以將該區(qū)域大體地劃分為腎血管、腎臟、 腎臟以外的臟器、以及其它區(qū)域。因此，將自動判別分析應(yīng)用于該直方圖，以將該直方圖劃 分為五個區(qū)域，并將各解剖學(xué)結(jié)構(gòu)分配至區(qū)域。因為該基準(zhǔn)區(qū)域依賴于所使用的攝像技術(shù) (在這種情況下為腎血管造影術(shù))，因此該基準(zhǔn)區(qū)域被確定為與血管造影術(shù)有關(guān)的區(qū)域。因 此，接著將分配給作為在血管造影術(shù)中最受關(guān)注的區(qū)域的腎血管和腎臟的直方圖范圍確定 為基準(zhǔn)區(qū)域。可選地，當(dāng)提取基準(zhǔn)區(qū)域時，可以使用統(tǒng)計學(xué)要素。例如，創(chuàng)建直方圖作為統(tǒng)計學(xué) 要素，并且在該直方圖內(nèi)，可以將累積直方圖的40%和60%的位置之間的區(qū)域確定為基準(zhǔn) 區(qū)域?？蛇x地，可以將直方圖范圍自身的40%和60%的位置之間的區(qū)域確定為基準(zhǔn)區(qū)域。按照如下說明當(dāng)提取基準(zhǔn)區(qū)域時所使用的統(tǒng)計學(xué)要素的示例?？梢允褂冒粩z 體區(qū)域的中心的預(yù)定ROI (region of interest，關(guān)注區(qū)域)作為統(tǒng)計學(xué)要素。例如，對包含 被攝體區(qū)域的中心的N*N矩形ROI進行設(shè)置，并計算ROI內(nèi)的像素值的直方圖。將ROI內(nèi) 的直方圖的累積直方圖的40%和60%的位置之間的區(qū)域確定為基準(zhǔn)區(qū)域?？蛇x地，以上述 ROI中的平均值作為基準(zhǔn)區(qū)域的中心像素，并基于基準(zhǔn)區(qū)域的中心像素，可以將規(guī)定像素范 圍確定為基準(zhǔn)區(qū)域。接著，針對所獲得的基準(zhǔn)區(qū)域計算反饋系數(shù)(S606)。如圖5所示，該反饋系數(shù)可以 是反饋系數(shù)在基準(zhǔn)區(qū)域內(nèi)達到其最大值的函數(shù)。具體地，可以通過諸如以下等式1等的三 次函數(shù)來近似該反饋系數(shù)，其中，α min是反饋系數(shù)的最小值，χ是針對相應(yīng)點處的反饋系數(shù) 的當(dāng)前像素值，Xmax是原始圖像中的最大像素值，并且Xbasis是反饋系數(shù)在基準(zhǔn)區(qū)域內(nèi)達到其 最大值處的原始圖像的像素值。k是依賴于與基準(zhǔn)區(qū)域的距離的加權(quán)系數(shù)。χ ( Xbasis α = kix3+k2x2+k3x+ α minχ > Xbasis α = ki (xmax-x) 3+k2 (xmax-x) 2+k3 (xmax_x) + α min (1)Xbasis被確定為基準(zhǔn)區(qū)域范圍中的中間點或者基準(zhǔn)區(qū)域范圍中的累積直方圖的
950%的位置。等式1的函數(shù)可以用于如圖7A所示的對比度變化，但是不能應(yīng)用于如圖7B 所示的對比度變化。通過基于反饋系數(shù)的最小值α min和最大值α _利用樣條插值、多項式 插值、或可選的N維函數(shù)進行近似，來計算圖7Β所示的情況下的反饋系數(shù)的函數(shù)。根據(jù)本 實施例，為了確定當(dāng)前的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線，如上所述使用前一色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線。為了確保在基準(zhǔn) 區(qū)域之外的圖像的區(qū)域內(nèi)可識別從前一圖像到當(dāng)前圖像的對比度變化而在該基準(zhǔn)區(qū)域內(nèi) 抑制該對比度變化，最大反饋系數(shù)值α _期望為0.5以上。接著，通過色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線計算單元202來計算色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線(S607)。這里，預(yù)先確 定直線或S形函數(shù)等的用作色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線的基礎(chǔ)的基本形狀。計算色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線，從而將 在S604計算出的被攝體區(qū)域分配至上述基本形狀。接著，色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線合成單元204基于在S606計算出的反饋系數(shù)，針對原始圖像 的每一個像素值，對所保存的一幀前的過去的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線和在S607計算出的新的色調(diào) 轉(zhuǎn)換曲線進行合成(S608)，由此有效地創(chuàng)建包含應(yīng)用于原始圖像的每一個像素值的合成色 調(diào)曲線的第三幀。圖8示出基于反饋系數(shù)對色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線進行合成的處理。將新創(chuàng)建的第N個幀的 色調(diào)曲線乘以1-α，并且將第N-I個幀的色調(diào)曲線乘以α。將這兩個乘積相加在一起以生 成合成色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線。通過以下等式2來表示合成色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線Tc—其中，Tcmw是新的 (第N個幀的)色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線，Tc-是過去的(第N-I個幀的)色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線，并且χ是原 始圖像的像素值。注意，在第一個幀不存在過去的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線的情況下，以α (x) =0來 計算新的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線。如果在S 603檢測到場景變化，則也以α (χ) =0來計算新的色 調(diào)轉(zhuǎn)換曲線。Tcmerge(X) = α (χ)Tcold(χ) + (1-α (χ))Tcnew(χ) (2)接著，將由色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線合成單元204合成后的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線保存到色調(diào)轉(zhuǎn)換曲 線存儲單元205(S609)。色調(diào)轉(zhuǎn)換單元206使用合成色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線，對原始圖像進行色調(diào)轉(zhuǎn) 換(S610)。這里，在輸出圖像之前根據(jù)需要進行后處理(S611)。注意，后處理可以包含比 特轉(zhuǎn)換、幾何轉(zhuǎn)換、或P值轉(zhuǎn)換。當(dāng)將圖像輸出至醫(yī)療監(jiān)視器120時，還進行監(jiān)視器伽瑪轉(zhuǎn) 換等的處理。最后，圖像輸出單元207將已經(jīng)過了 S610的色調(diào)轉(zhuǎn)換和S611的后處理的圖像輸 出至醫(yī)療監(jiān)視器120、HDD 105或醫(yī)學(xué)影像設(shè)備內(nèi)置硬盤設(shè)備等(S612)。根據(jù)第一實施例，可以使圖像在正被注視觀察的區(qū)域中穩(wěn)定，并且可以創(chuàng)建反映 整體圖像或圖像序列上的對比度變化的圖像。實際上，例如，創(chuàng)建由像素強度或發(fā)光度的預(yù) 定范圍所限制的圖像。使用該限制范圍來示出關(guān)注區(qū)域之外的區(qū)域中的像素強度的大的范 圍(即，從非常暗到非常亮)，但是在該關(guān)注區(qū)域內(nèi)，像素強度的較小的范圍(排除強度的 極值)在相同的所限制的預(yù)定范圍上“展開”，以使對比度(即，輝度之間的差)更容易看 見。例如，亮的假象在關(guān)注區(qū)域之外可視為亮的像素，但是在關(guān)注區(qū)域中，將看不見極值的 輝度，并且觀察者的眼睛將能夠辨認出更精細的特征。結(jié)果，可以提高可視性，從而改善醫(yī) 生的診斷精度和手術(shù)精度。第二實施例接著，將參考附圖來說明根據(jù)本發(fā)明的第二實施例。在第一實施例中，基于反饋系 數(shù)對過去的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線和新的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線進行合成，然后保存合成色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線，但
10是在第二實施例中，與圖6的步驟S608和S609相比，如由圖9的步驟S908和S909的顛倒 所示，在進行合成之前保存色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線。第二實施例中的圖像處理設(shè)備和X射線攝像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與圖1和圖2所示的第一 實施例中的結(jié)構(gòu)相同，并且將省略對其的說明。這里，將使用圖9來說明第二實施例中的用 以從X射線攝像系統(tǒng)中獲取X射線圖像并對該X攝像圖像進行色調(diào)轉(zhuǎn)換的圖像處理。注 意，圖9所示的S901 S907和S910 S912的處理與圖6所示的S601 S607和S610 S612的處理相同。因此，將說明S908和S909的處理。色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線計算單元202將在S907計算出的新的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線保存至色調(diào)轉(zhuǎn) 換曲線存儲單元205 (S908)。這里，所保存的新的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線等同于在進行合成之前的色 調(diào)轉(zhuǎn)換曲線。接著，基于在S906計算出的反饋系數(shù)，對在S907計算出的新的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線 和已保存的過去的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線進行合成(S909)。這里，通過以下等式3來表示合成色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線Tc·一其中，Tcnrat是新的色調(diào)轉(zhuǎn) 換曲線，Tcoldfflerge是過去的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線的組合，并且χ是原始圖像的像素值。Tcmerge(x) = α (χ)Tcoldmerge(χ) + (1-α (χ)) Tcnew(χ)Tcoldfflerge (η) =kTcold(n-l) + (l-k) Tcold (η-2) (3)Tcold(η-1)是在S907計算出的第Ν_1個幀中的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線。對過去在S907創(chuàng) 建的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線進行合成，并且對由此得到的(過去的)色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線進行合成，作為
Tc0IcJmerge (η) ο其它實施例還可以通過系統(tǒng)或設(shè)備的計算機(或諸如CPU(中央處理單元)或MPU(微處理 器單元)等的裝置)或通過以下方法來實現(xiàn)本發(fā)明的各方面，其中該計算機讀出并執(zhí)行記 錄在存儲器設(shè)備上的程序以進行上述實施例的功能，并且系統(tǒng)或設(shè)備的計算機通過例如讀 出并執(zhí)行記錄在存儲器設(shè)備上的程序以進行上述實施例的功能來進行該方法的各步驟。為 此，例如，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)或者從用作存儲器設(shè)備的各種類型的記錄介質(zhì)(例如，計算機可讀介 質(zhì))向計算機提供程序。盡管已經(jīng)參考典型實施例說明了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不局限于所公開 的典型實施例，而是包括所有這類修改、等同結(jié)構(gòu)和功能，并落入權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
一種圖像處理方法，用于對由X射線攝像系統(tǒng)所生成的圖像序列的圖像進行色調(diào)轉(zhuǎn)換，所述圖像處理方法包括提取步驟，用于從所述圖像序列的第二圖像中提取在所述圖像序列的圖像中用作基準(zhǔn)區(qū)域的區(qū)域；以及色調(diào)轉(zhuǎn)換步驟，用于在相對于所述圖像序列中的第一圖像在所述第二圖像中存在對比度變化的情況下，對所述第二圖像進行色調(diào)轉(zhuǎn)換，從而在所述基準(zhǔn)區(qū)域中抑制在所述第一圖像和所述第二圖像之間產(chǎn)生的對比度變化，并且在所述基準(zhǔn)區(qū)域以外的區(qū)域中反映所述對比度變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理方法，其特征在于，還包括第一獲得步驟，用于獲得所述第一圖像中的多個像素的對比度值；以及第二獲得步驟，用于獲得所述第二圖像中的多個像素的對比度值，其中，所述色調(diào)轉(zhuǎn)換步驟包括生成如下第三圖像，其中，所述第三圖像在所述基準(zhǔn)區(qū)域 中的對比度值接近所述第一圖像中的多個像素的對比度值，并且所述第三圖像在所述基準(zhǔn) 區(qū)域以外的區(qū)域中的對比度值接近所述第二圖像中的多個像素的對比度值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像處理方法，其特征在于，生成所述第三圖像的步驟包括獲得所述第一圖像的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線的步驟；計算步驟，用于計算所述第二圖像的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線；合成步驟，用于基于反饋系數(shù)(α )，對所述第一圖像的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線和所述第二圖像 的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線進行合成，以獲得合成色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線，從而生成所述第三圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像處理方法，其特征在于，所述反饋系數(shù)(α)包括依賴于 與所述基準(zhǔn)區(qū)域的距離進行加權(quán)的乘數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像處理方法，其特征在于，根據(jù)以下等式計算所述反饋系 數(shù)(α )Χ ( Xbasis α = k!x3+k2x2+k3x+ α minx > Xbasis α = k! (xmax-x) 3+k2 (xmax-x) 2+k3 (xmax-x) + α min,其中，χ是輸入像素值，Xbasis是所述基準(zhǔn)區(qū)域中的中間像素，Xfflax是原始圖像中的最大 像素值，α min是最小反饋系數(shù)值，以及k是根據(jù)χ與Xbasis之間的距離進行加權(quán)的加權(quán)系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理方法，其特征在于，還包括合成步驟，用于基于反饋系數(shù)(α )，對所述圖像序列的所述第一圖像的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線 和所述第二圖像的色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線進行合成，其中，與針對所述基準(zhǔn)區(qū)域以外的區(qū)域的反饋 系數(shù)相比，針對所述基準(zhǔn)區(qū)域的反饋系數(shù)被設(shè)置為較大的值，其中，在所述色調(diào)轉(zhuǎn)換步驟中，使用在所述合成步驟中合成得到的合成色調(diào)轉(zhuǎn)換曲線 來進行色調(diào)轉(zhuǎn)換。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理方法，其特征在于，所述基準(zhǔn)區(qū)域是包含所關(guān)注的 解剖學(xué)區(qū)域的圖像的圖像區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理方法，其特征在于，通過攝像區(qū)域信息或攝像技術(shù) 信息來確定所述基準(zhǔn)區(qū)域的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理方法，其特征在于，所述基準(zhǔn)區(qū)域是使用統(tǒng)計學(xué)要 素確定出的區(qū)域。
10.一種圖像處理設(shè)備，用于對由X射線攝像系統(tǒng)所生成的圖像序列的圖像進行色調(diào) 轉(zhuǎn)換，所述圖像處理設(shè)備包括提取部件，用于從所述圖像序列的第二圖像中提取在所述圖像序列的圖像中用作基準(zhǔn) 區(qū)域的區(qū)域；以及色調(diào)轉(zhuǎn)換部件，用于在相對于所述圖像序列中的第一圖像在所述第二圖像中存在對比 度變化的情況下，對所述第二圖像進行色調(diào)轉(zhuǎn)換，從而在所述基準(zhǔn)區(qū)域中抑制所述對比度 變化，并且在所述基準(zhǔn)區(qū)域以外的區(qū)域中反映所述對比度變化。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像處理設(shè)備，其特征在于，還包括獲得部件，用于獲得所述第一圖像中的多個像素的對比度值，并且獲得所述第二圖像 中的多個像素的對比度值，其中，所述色調(diào)轉(zhuǎn)換部件用于生成如下第三圖像，其中，所述第三圖像在所述基準(zhǔn)區(qū)域 中的對比度值接近所述第一圖像中的多個像素的對比度值，并且所述第三圖像在所述基準(zhǔn) 區(qū)域以外的區(qū)域中的對比度值接近所述第二圖像中的多個像素的對比度值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像處理方法和圖像處理設(shè)備。該圖像處理設(shè)備用于對由X射線攝像系統(tǒng)拍攝的圖像進行色調(diào)轉(zhuǎn)換，該圖像處理設(shè)備提取用作圖像基準(zhǔn)的基準(zhǔn)區(qū)域，并且如果存在圖像變化，則進行色調(diào)轉(zhuǎn)換，從而在所提取的基準(zhǔn)區(qū)域中抑制由圖像變化所引起的對比度變化，并且在其它區(qū)域中反映該對比度變化。
文檔編號G06T5/00GK101930595SQ20101021230
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者近江裕行 申請人:佳能株式會社