專利名稱：圖像處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像處理設(shè)備，并且更為具體的說涉及一種圖像處理設(shè)備，其通過壓縮由圖像診斷裝置等的測(cè)量部件所收集的圖像的低頻分量而增強(qiáng)圖像的中-小(medium-to-fine)細(xì)節(jié)(導(dǎo)管，血管等)的對(duì)比度。
背景技術(shù)：
對(duì)通過傳統(tǒng)X射線圖像診斷裝置等所得到的醫(yī)療圖像執(zhí)行動(dòng)態(tài)范圍壓縮處理(DRC處理)，以增強(qiáng)引導(dǎo)線，導(dǎo)管，血管等的對(duì)比度。DRC處理是用于壓縮輸入圖像的低頻分量的處理。
對(duì)于DRC處理中提取低頻分量來說，已知一種方法(日本未決專利申請(qǐng)No.9-182093)，其采用無限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器(也稱為遞歸濾波器)。
遞歸濾波器是一種反饋型濾波器，其通過利用在先的平滑處理來完成當(dāng)前的平滑處理，并且相對(duì)于FIR濾波器來說，其能夠有效地以更少的計(jì)算量來提取低頻分量。
上-下/左-右遞歸濾波器的遞歸濾波處理是沿著相對(duì)于輸入圖像的掃描方向的上-下和左-右方向往復(fù)進(jìn)行的，也即，總共四個(gè)遞歸濾波處理周期，從而獲得沒有相位失真的模糊(unsharpened)圖像(日本未決專利申請(qǐng)No.9-182093)。
這種對(duì)輸入圖像沿著上-下和左-右方向往復(fù)進(jìn)行遞歸濾波，也即，總共四個(gè)遞歸濾波處理周期的傳統(tǒng)遞歸濾波器，為獲得特定的一個(gè)像素的輸出值，需要輸入一幀圖像數(shù)據(jù)至少一次。因而，采用上-下和左-右遞歸濾波器的DRC處理由于圖像處理中的延時(shí)長(zhǎng)而不適于實(shí)時(shí)處理。
本發(fā)明的目的是提供一種圖像處理設(shè)備，其僅僅具有因圖像處理和少量計(jì)算而引起的短的延時(shí)，在處理過的圖像中沒有例如黑色區(qū)域這樣的后生現(xiàn)象，并且能夠大大地提高像導(dǎo)管這樣的圖像的中-小細(xì)節(jié)的對(duì)比度。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種圖像處理設(shè)備，其包括平滑輸入圖像的遞歸濾波裝置和從輸入圖像的原圖中減去經(jīng)該遞歸濾波裝置平滑過的輸入圖像的運(yùn)算裝置，其中該遞歸濾波裝置包括設(shè)置至少一個(gè)邊緣與該輸入圖像的掃描線方向成預(yù)定角度的邊緣設(shè)置裝置和，平滑該圖像使得該圖像被對(duì)應(yīng)于由該邊緣設(shè)置裝置所設(shè)定的所述邊緣平滑的控制裝置。
也就是，該控制裝置控制遞歸濾波器，使得遞歸濾波器輸出被沿設(shè)置為輸入圖像的邊緣的方向(例如，垂直于圖像掃描線的方向)的邊緣方向平滑的平滑圖像(模糊圖像，也即低頻分量)。低頻分量壓縮量設(shè)置裝置將低頻分量壓縮為合適的量，然后輸出。低頻分量壓縮裝置通過從輸入圖像中減去來自低頻分量壓縮量設(shè)置裝置的輸出值，由此壓縮輸入圖像的低頻分量。遞歸濾波器能夠以對(duì)應(yīng)于輸入圖像的一行的輸入延時(shí)來提取輸入圖像的低頻分量。因此，DRC處理僅僅具有因圖像處理產(chǎn)生的短延時(shí)，并且能夠以小的計(jì)算量進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。
另外，在遞歸濾波器中，反饋率可以根據(jù)輸入圖像和遞歸濾波裝置前一行的輸出圖像之間的差值的大小來改變。例如，如果差值的絕對(duì)值較小，那么增加平滑程度。如果差值的絕對(duì)值較大，那么減小平滑程度。這樣，相位失真的影響(具體地說，由于對(duì)輸入圖像的下降低亮度部分進(jìn)行DRC處理引起的例如黑色區(qū)域這樣的后生現(xiàn)象)得以避免，并且例如導(dǎo)管這樣的圖像的中-小細(xì)節(jié)的對(duì)比度得以提高。
通過提供多個(gè)遞歸濾波器，并且將這些遞歸濾波器的輸出組合，能夠進(jìn)一步減小相位失真，其中該濾波器書輸出基于多個(gè)方向的邊緣進(jìn)行平滑的模糊圖像。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像處理設(shè)備的必要部分的方框圖；圖2是示出圖1所示遞歸濾波器的設(shè)置的例子的方框圖；圖3是示出圖1所示的LUT的輸入-輸出特性的曲線圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的圖像處理設(shè)備的必要部分的方框圖；圖5是示出圖4所示遞歸濾波器的設(shè)置例子的方框圖；圖6是解釋本發(fā)明的效果(邊緣鄰近區(qū)域的黑色區(qū)域受限)的曲線圖；以及圖7是解釋本發(fā)明的效果(提高導(dǎo)管對(duì)比度)的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像處理設(shè)備的必要部分的方框圖。
如圖1所示，圖像處理設(shè)備10由邊緣保持型遞歸濾波器12，查詢表(LUT)14，延遲電路16和運(yùn)算單元18構(gòu)成。這里提到的“邊緣”表示圖像的一部分，在該部分圖像的一行內(nèi)相鄰像素的數(shù)據(jù)值之差大。
在比如X射線圖像裝置這樣的醫(yī)療圖像診斷裝置的情況中，圖像處理設(shè)備10中的輸入圖像是包括圖像增強(qiáng)器和CCD照相機(jī)的X射線圖像測(cè)量部件或者X射線平板檢測(cè)器等所測(cè)量的數(shù)字圖像。例如，該數(shù)字圖像是連續(xù)收集到的作為具有1024×1024像素，4096級(jí)灰度和30幀/秒的運(yùn)動(dòng)圖像的熒光圖像。作為選擇地，該數(shù)字圖像可以是超聲診斷裝置實(shí)時(shí)收集到的圖像。
將上述輸入圖像輸入到圖像處理設(shè)備10的邊緣保持型遞歸濾波器12和延遲電路16。
接下來描述邊緣保持型遞歸濾波器12。邊緣保持型遞歸濾波器12按照其中設(shè)置或保持邊緣的方向來進(jìn)行遞歸濾波處理。
圖2是示出上述邊緣保持型遞歸濾波器12的設(shè)置例子的方框圖。邊緣保持型遞歸濾波器12由行存儲(chǔ)器120和128，運(yùn)算器122，LUT(查詢表)124和加法器126構(gòu)成。
在逐幀輸入該輸入圖像之前，將行存儲(chǔ)器128中所有地址中的值設(shè)為0。接下來，把輸入圖像的第一行(最上面部分)的行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在行存儲(chǔ)器120中。運(yùn)算單元122從行存儲(chǔ)器120所存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)f(t)中減去行存儲(chǔ)器128中前一行的相應(yīng)地址所存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)g(t-1)，由此得到差值d，并把差值d輸?shù)絃UT124。
在LUT124中，預(yù)先存儲(chǔ)將所有的差值d(例如，d＝-4095，...，4095)乘以濾波系數(shù)k(其取決于邊緣保持型遞歸濾波器12中的輸入值)得到的值(k×d)。LUT124讀出對(duì)應(yīng)于輸入差值d的表值(k×d)并把該表值輸?shù)郊臃ㄆ?26。另一個(gè)輸入到加法器126的是從行存儲(chǔ)器128中輸出的圖像數(shù)據(jù)g(t-1)。加法器126把這兩個(gè)輸入加在一起，并輸出結(jié)果作為表示模糊圖像的圖像數(shù)據(jù)g(t)。將該圖像數(shù)據(jù)g(t)也存儲(chǔ)在行存儲(chǔ)器128中，并作為延遲一行的圖像數(shù)據(jù)g(t-1)從行存儲(chǔ)器128中輸出。
上述邊緣保持型遞歸濾波器12的函數(shù)由下列等式表示g(t)＝k·d+g(t-1)＝k{f(t)-g(t-1)}+g(t-1)＝k·f(t)+(1-k)·g(t-1)...(1)在等式(1)中，(1-k)表示反饋率。如果反饋率較高(k接近于0)，那么平滑程度會(huì)增加。如果反饋率較低(k接近于1)，那么平滑程度會(huì)降低。當(dāng)k＝1時(shí)，邊緣保持型遞歸濾波器12不進(jìn)行平滑處理直接輸出輸入值。
圖3示出LUT124的例子。當(dāng)差值d較小(非邊緣部分的情況)時(shí)，那么原點(diǎn)處的斜率k(＝濾波系數(shù))設(shè)為較小的值(例如k＝1/64)。當(dāng)差值d較大(邊緣情況)時(shí)，斜率k設(shè)為較大的值(例如k＝1)。
如圖1所示，將上述邊緣保持型遞歸濾波器12的輸出量輸入到LUT14中。在LUT14中可以設(shè)置根據(jù)輸入圖像低頻分量的低頻分量壓縮特性。例如，LUT14可以具有y＝αx這樣的輸入-輸出特性。(x輸入；y輸出；低頻分量壓縮率α＝0.2)。通過由輸入裝置例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的輸入裝置鼠標(biāo)和鍵盤組成的各種設(shè)置裝置，可在顯示單元上顯示出位于該顯示單元中的輸入圖像和壓縮特性輸入菜單，從而能夠輸入所需區(qū)域和例如數(shù)值這樣的各種值。
作為低頻分量壓縮量設(shè)置裝置，例如可以采用移位運(yùn)算單元以及上述LUT14。這里的移位程度可以被設(shè)為大約兩位(α＝1/4)。
將LUT14中的輸出輸入到運(yùn)算單元18中。另一個(gè)輸入到運(yùn)算單元18的是由延遲電路16提供的輸入圖像。延遲電路16是一個(gè)這樣的電路，相對(duì)于輸入圖像的某一特定像素與模糊圖像的一個(gè)相應(yīng)像素之間的時(shí)間來說，其與該時(shí)間一致。延遲電路16將輸入圖像延時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)短設(shè)定為對(duì)應(yīng)于邊緣保持型遞歸濾波器12的行存儲(chǔ)器120等引起的延時(shí)。
運(yùn)算器18從輸入圖像中減去LUT14的輸出圖像(模糊圖像)，并將其中已經(jīng)壓縮了輸入圖像的低頻分量的圖像輸出。從運(yùn)算器18中輸出的數(shù)字輸出圖像由圖中未示出的D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并且在監(jiān)視器，如CRT或者液晶監(jiān)視器上顯示所得到的圖像。
對(duì)于上述動(dòng)態(tài)范圍壓縮處理器，如果輸入圖像具有例如4096級(jí)灰度，那么輸出圖像具有大約3277級(jí)灰度(＝4095(1-0.2)+1)。因而，其中易于產(chǎn)生暈影的X射線熒光圖像的肺狀區(qū)域中的低頻分量得到很大的壓縮。因此減少了暈影，并且提高了導(dǎo)管，血管等行進(jìn)的對(duì)比度。
圖4是示出本發(fā)明另一實(shí)施例中的圖像處理設(shè)備的必要部分的方框圖。這個(gè)實(shí)施例中與圖1所示的圖像處理設(shè)備10相同的部分采用與之相同的參考符號(hào)來表示，并且省略對(duì)它們的細(xì)節(jié)描述。
圖4所示的圖像處理設(shè)備100由三個(gè)邊緣保持型遞歸濾波器12-1、12-2、12-3，求均值單元13，LUT14，延遲電路16和運(yùn)算單元18構(gòu)成。
三個(gè)邊緣保持型遞歸濾波器12-1、12-2、12-3分別以相對(duì)于輸入圖像45°方向(左下方向)，90°(向下)和135°(右下方向)的方向保持邊緣，同時(shí)輸出平滑了的模糊圖像。圖5示出邊緣保持型遞歸濾波器12-1、12-2、12-3的設(shè)置的例子。
圖5所示設(shè)置的例子和圖2所示設(shè)置的例子的不同在于提供了行數(shù)據(jù)移位運(yùn)算單元127。其它方面的設(shè)置與圖2所示相同。省去相同點(diǎn)的詳細(xì)描述。
參照?qǐng)D5，行數(shù)據(jù)移位運(yùn)算單元127根據(jù)移位量β將行數(shù)據(jù)移位。固定設(shè)置45°方向邊緣保持型遞歸濾波器12-1的行數(shù)據(jù)移位運(yùn)算單元127的移位量β＝-1。
45°方向邊緣保持型遞歸濾波器12-1的行數(shù)據(jù)移位運(yùn)算單元127將從加法器126輸出的行數(shù)據(jù)(模糊圖像)左移一個(gè)像素，從而將得到的行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在行存儲(chǔ)器128中，且例外地將一行中最右邊的像素存儲(chǔ)為0。因而，45°方向邊緣保持型遞歸濾波器12-1的行數(shù)據(jù)輸出是被作為45°方向上的平滑輸出獲得的。
固定設(shè)置90°方向邊緣保持型遞歸濾波器12-2的行數(shù)據(jù)移位運(yùn)算單元127的移位量β＝0。在這里，90°方向邊緣保持型遞歸濾波器12-2的行數(shù)據(jù)移位運(yùn)算單元127將來自加法器126的輸出沒有移位地存儲(chǔ)在行存儲(chǔ)器128中。因而，90°方向邊緣保持型遞歸濾波器12-2的行數(shù)據(jù)輸出被作為90°方向上的平滑輸出獲得。如圖2所示，形成邊緣保持型遞歸濾波器12-2而沒有行數(shù)據(jù)移位運(yùn)算單元127。
固定設(shè)置135°方向邊緣保持型遞歸濾波器12-3的行數(shù)據(jù)移位運(yùn)算單元127的移位量β＝1。135°方向邊緣保持型遞歸濾波器12-3的行數(shù)據(jù)移位運(yùn)算單元127將從加法器126輸出的行數(shù)據(jù)(模糊圖像)右移一個(gè)像素而得到的行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在行存儲(chǔ)器128中，且例外地將一行中最左邊的像素存為0。因而，135°方向邊緣保持型遞歸濾波器12-3的行數(shù)據(jù)輸出就被作為135°方向上的平滑輸出獲得。
將來自上述用于在三個(gè)方向上濾波的邊緣保持型遞歸濾波器12-1、12-2、12-3的各自方向上的輸出圖像輸出到求均值單元13中，然后由求均值單元13算出平均值。求均值單元13可以通過將來自所述用于在三個(gè)方向上濾波的邊緣保持型遞歸濾波器12-1、12-2、12-3的輸出值加權(quán)并且之后進(jìn)行平均來完成加權(quán)平均，從而用于運(yùn)算裝置。例如，將邊緣保持型遞歸濾波器12-2的加權(quán)設(shè)為2，且將邊緣保持型遞歸濾波器12-1和12-3每個(gè)的加權(quán)設(shè)為3，并且得出其中輸出值和移位(移位三位)的加法的組合，可以將來自所述用于在三個(gè)方向上濾波的邊緣保持型遞歸濾波器12-1、12-2、12-3的輸出圖像組合起來。
下面將參照?qǐng)D6和7討論根據(jù)本發(fā)明的圖像處理設(shè)備的結(jié)果。
圖6是表示輸入圖像、通過使用在三個(gè)方向上濾波的邊緣保持型遞歸濾波器所處理的圖像DRC，以及通過使用在三個(gè)方向上濾波的遞歸濾波器(不是邊緣保持型)處理的圖像DRC的形狀的曲線圖。
對(duì)于使用非邊緣保持型遞歸濾波器的DRC處理來說，由于輸入圖像的相位失真，相對(duì)于遞歸濾波處理方向的邊緣鄰近區(qū)域內(nèi)的低頻分量被減去得過多，導(dǎo)致在DRC處理過的圖像中出現(xiàn)黑色區(qū)域(像素值P＝0)。相反的，本發(fā)明所述的使用在三個(gè)方向上濾波的邊緣保持型遞歸濾波器能確保邊緣鄰近區(qū)域中的黑色區(qū)域的減少。
另外，如圖7所示，通過使用用于在三個(gè)方向上濾波的邊緣保持型遞歸濾波器處理過的圖像DRC的對(duì)比度C2實(shí)質(zhì)上與通過使用用于在三個(gè)方向上濾波的非邊緣保持型遞歸濾波器處理過的圖像DRC的對(duì)比度C3相同，并且可以提高輸入圖像的導(dǎo)管的對(duì)比度C1。
也就是，通過使用用于在多個(gè)方向上濾波的邊緣保持型遞歸濾波器所進(jìn)行的DRC處理，可以提高現(xiàn)有技術(shù)中如導(dǎo)管和血管以及引導(dǎo)線這樣的圖像的中-小細(xì)節(jié)的對(duì)比度，同時(shí)限制黑色區(qū)域。
工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明，如上所述，因圖像處理引起的延遲短；計(jì)算量小；在處理的圖像中沒有產(chǎn)生如黑色區(qū)域這樣的后生現(xiàn)象；大大地提高了類如導(dǎo)管這樣的圖像的中-小細(xì)節(jié)的對(duì)比度。
權(quán)利要求
1.一種圖像處理設(shè)備，其包括遞歸濾波裝置，其平滑輸入圖像；和運(yùn)算裝置，其從輸入圖像原圖中減去經(jīng)該遞歸濾波裝置平滑過的輸入圖像，其中該遞歸濾波裝置包括邊緣設(shè)置裝置，其設(shè)置至少一個(gè)邊緣與該輸入圖像的掃描線方向成預(yù)定角度；和控制裝置，其平滑該圖像，使得該圖像對(duì)應(yīng)于由該邊緣設(shè)置裝置所設(shè)置的邊緣被平滑。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，進(jìn)一步包括顯示裝置，其顯示輸入圖像；和所需區(qū)域設(shè)置裝置，其在顯示裝置所顯示的輸入圖像中設(shè)置所需區(qū)域，其中該邊緣設(shè)置裝置基于由該所需區(qū)域設(shè)置裝置設(shè)置的所需區(qū)域來設(shè)置邊緣。
3.如權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，進(jìn)一步包括低頻分量壓縮裝置，其根據(jù)所述遞歸濾波裝置產(chǎn)生的平滑圖像，設(shè)置壓縮輸入圖像的低頻分量的壓縮量，其中該控制裝置基于該低頻分量壓縮裝置所設(shè)置的壓縮量來改變來自該遞歸濾波裝置的輸出。
4.如權(quán)利要求3所述的圖像處理設(shè)備，其中，該低頻分量壓縮裝置具有查詢表裝置，向該查詢表裝置提供來自遞歸濾波裝置的輸出值，其該查詢表裝置將輸出值轉(zhuǎn)換為通過對(duì)該輸出值乘以預(yù)定系數(shù)所得的值。
5.如權(quán)利要求4所述的圖像處理設(shè)備，其中，該查詢表裝置根據(jù)該輸入圖像中顯示的導(dǎo)管來改變預(yù)定系數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其中，該遞歸濾波裝置執(zhí)行的處理被表示為g(t)＝k·f(t)+(1-k)·g(t-1)其中，g(t)是該遞歸濾波裝置的輸出，k是濾波系數(shù)，f(t)是輸入圖像，1-k是反饋率，g(t-1)是該遞歸濾波裝置的前一行的輸出，并且基于輸入圖像(f(t))和該遞歸濾波裝置的前一行的輸出值(g(t-1))之間的差值(d)的大小來改變反饋率(1-k)。
7.如權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其中，該遞歸濾波裝置相對(duì)于該輸入圖像的掃描線方向成45°的方向(左下方向)、與掃描線方向成90°的方向(向下)和與掃描線方向成135°的方向(右下方向)的邊緣，分別產(chǎn)生平滑的圖像。
8.如權(quán)利要求7所述的圖像處理設(shè)備，其中，該加權(quán)平均是在由該遞歸濾波裝置相對(duì)于所述邊緣分別產(chǎn)生的平滑圖像上進(jìn)行的。
9.如權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其中，該遞歸濾波裝置通過根據(jù)其中輸入圖像中顯示的導(dǎo)管行進(jìn)的方向選擇邊緣，來產(chǎn)生平滑圖像。
10.如權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其進(jìn)一步包括延遲裝置，其相對(duì)于包括該遞歸濾波裝置在內(nèi)的處理裝置所執(zhí)行的處理時(shí)間將輸入圖像延遲，其中由該延遲裝置延遲的所述輸入圖像被作為輸入到所述運(yùn)算裝置的圖像的原圖輸入。
11.如權(quán)利要求1所述的圖像處理設(shè)備，其中，該遞歸濾波裝置包括第一行存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)該輸入圖像的一行；第二行存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)第一行存儲(chǔ)器存儲(chǔ)之前的行數(shù)據(jù)；運(yùn)算設(shè)備，其從第二行存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)的行數(shù)據(jù)中減去第一行存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的行數(shù)據(jù)；查詢表裝置，其將由該運(yùn)算裝置執(zhí)行減法所得到的差值轉(zhuǎn)換為通過對(duì)該差值乘以濾波系數(shù)得到的值；以及加法器，其把由該查詢表裝置轉(zhuǎn)換的、作為乘以所述濾波系數(shù)的結(jié)果的值和第二行存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的行數(shù)據(jù)加起來。
全文摘要
邊緣保持型遞歸濾波器12輸出模糊圖像(也即低頻分量)，該圖像被平滑同時(shí)在沿至少一個(gè)方向(例如圖像的垂直方向)保持輸入圖像的邊緣。低頻分量由被提供用作低頻分量壓縮量設(shè)置裝置的LUT14壓縮成適當(dāng)?shù)牧?，然后輸出。被提供用作低頻分量壓縮裝置的運(yùn)算單元18通過從輸入圖像中減去來自LUT14的輸出值而將輸入圖像的低頻分量壓縮。邊緣保持型遞歸濾波器12能夠以對(duì)應(yīng)于輸入圖像的一行的輸入延時(shí)來提取輸入圖像的低頻分量。因此，DRC處理僅僅具有因圖像處理產(chǎn)生的短延時(shí)，并且能夠以小的計(jì)算量進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。這樣，例如導(dǎo)管這樣的圖像的中－小的細(xì)節(jié)的對(duì)比度得以提高，同時(shí)避免在處理過的圖像中出現(xiàn)例如黑色區(qū)域這樣的后生現(xiàn)象。
文檔編號(hào)G06T5/00GK1672175SQ0381739
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2003年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月23日
發(fā)明者菅野修二, 池田重之, 中村正 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立醫(yī)藥