DE60133694T2

DE60133694T2 - Bildverarbeitungsvorrichtung und -verfahren, Aufzeichnungsmedium und Bildgebungsgerät

Info

Publication number: DE60133694T2
Application number: DE60133694T
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Hino-shi Ogino
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2021-07-19
Also published as: TWI221263B; KR100452644B1; EP1176555B1; DE60133694D1; US20020026947A1; KR20020009443A; CN1262237C; EP1176555A2; JP2002042128A; US7061651B2; CN1342441A; JP4012669B2; EP1176555A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bildverarbeitungsverfahren und -gerät, ein Aufzeichnungsmedium und ein Bildgebungsgerät und speziell auf ein Bildverarbeitungsverfahren und -gerät zum Entfernen von Bildrauschen, ein Medium zum Aufnehmen eines Computerprogramms zum Durchführen einer derartigen Bildverarbeitungsfunktion und ein Bildgebungsgerät, das ein derartiges Bildverarbeitungsgerät umfasst.
In einem MRI(Magnetresonanzbildgebung)-Gerät wird ein abzubildendes Objekt in einen Innenraum eines Magnetsystems eingeführt, d. h. einen Raum, in dem ein statisches Magnetfeld erzeugt wird; werden ein Gradientenmagnetfeld und ein Hochfrequenzmagnetfeld angewandt, um im Innern des Objektes ein Magnetresonanzsignal zu erzeugen; und wird basierend auf dem empfangenen Signal ein Tomographiebild erzeugt (rekonstruiert).
Damit ein Beobachter eine Feinstruktur in dem Tomographiebild detaillierter betrachten kann, wird eine Filterung durchgeführt, um Bildrauschen zu beseitigen. Obwohl die Filterung auf Tiefpassfilterung basiert, wird, weil allein durch die Verwendung der Tiefpassfilterung die Schärfe des Bildes herabgesetzt wird, eine Filterung mit einem zusätzlichen Vorgang angewandt, um die Schärfe zu bewahren.
Die Filterung mit dem zusätzlichen Vorgang zum Bewahren der Schärfe hat jedoch den Nebeneffekt, dass eine zufällige durch Rauschen erzeugte Textur verstärkt wird, was bewirkt, dass eine anatomisch bedeutungslose Struktur (falsche Struktur) erzeugt wird.
Scher et al, "Some new image smoothing techniques" IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics (Einige neue Bildglättungstechniken' IEEE Übertragungen auf Systeme, Mensch und Kybernetik), vol. 10, no. 1, Januar 1080 (1980-01), pp. 153–158, XP008037149 ISSN:00189472 beschreibt Techniken, die Mittelung über die Hälfte der Umgebung, gewichtete Mittelung und Mittelung basierend auf den lokalen Eigenschaftswahrscheinlichkeiten beinhalten.
Daher ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bildverarbeitungsverfahren und -gerät zur richtigen Durchführung der Filterung, ein Medium für die Aufnahme eines Computerprogramms zur Durchführung einer derartigen Bildverarbeitungsfunktion und ein Bildgebungsgerät zu schaffen, das ein derartiges Bildverarbeitungsgerät umfasst.
Verschiedene Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Ansprüchen definiert.
Daher kann die vorliegende Erfindung ein Bildverarbeitungsverfahren und -gerät zur richtigen Durchführung der Filterung, ein Medium für die Aufnahme eines Computerprogramms zur Durchführung einer derartigen Bildverarbeitungsfunktion und ein Bildgebungsgerät zu schaffen, das ein derartiges Bildverarbeitungsgerät umfasst.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung deutlich, wie in den beiliegenden Figuren dargestellt, in denen:
1 ein Blockdiagramm eines Gerätes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
2 ein Blockdiagramm eines Gerätes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
3 ein Diagramm ist, das eine beispielhafte Impulssequenz darstellt, die von dem in 1 oder 2 dargestellten Gerät ausgeführt wird.
4 ein Diagramm ist, das eine beispielhafte Impulssequenz darstellt, die von dem in 1 oder 2 dargestellten Gerät ausgeführt wird.
5 ein Flussdiagramm der Bildverarbeitung ist, die von dem in 1 oder 2 dargestellten Gerät durchgeführt wird.
6 ein Diagramm ist, welches das Konzept einer lokalen Region darstellt.
7 ein Diagramm ist, welches das Konzept einer lokalen Region darstellt.
8 ein Diagramm ist, welches das Konzept einer lokalen Region darstellt.
9 ein Diagramm ist, welches das Konzept einer lokalen Region darstellt.
10 ein Diagramm ist, welches das Konzept einer lokalen Region darstellt.
11 ein Diagramm ist, welches das Konzept einer lokalen Region darstellt.
12 ein Diagramm ist, welches das Konzept eines Pixelgruppensatzes darstellt.
13 ein Flussdiagramm der Bildverarbeitung ist, die von dem in 1 oder 2 dargestellten Gerät durchgeführt wird.
14 ein Diagramm ist, das einen Gewichtungsfaktor darstellt.
15 ein Diagramm ist, welches das Konzept einer Struktur eines Originalbildes in einer lokalen Region darstellt.
16 ein Flussdiagramm der Bildverarbeitung ist, die von dem in 1 oder 2 dargestellten Gerät durchgeführt wird.
17 ein Diagramm ist, das einen Gewichtungsfaktor darstellt.
18 ein Flussdiagramm der Bildverarbeitung ist, die von dem in 1 oder 2 dargestellten Gerät durchgeführt wird.
Nun werden mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren ausführlich beschrieben. 1 stellt ein Blockdiagramm eines Bildgebungsgerätes dar, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Konfiguration des Gerä tes stellt eine Ausführungsform des Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Arbeitsweise des Gerätes stellt eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Wie in 1 dargestellt, weist das vorliegende Gerät ein Magnetsystem 100 auf. Das Magnetsystem 100 weist einen Hauptmagnetfeldspulenabschnitt 102, einen Gradientenspulenabschnitt 106 und einen HF(Hochfrequenz)Spulenabschnitt 108 auf. Diese Spulenabschnitte weisen eine im Wesentlichen zylindrische Form auf und sind konzentrisch angeordnet. Ein abzubildendes Objekt 300 wird auf eine Mulde 500 gelegt und durch ein Führungsmittel, das nicht dargestellt ist, in den und aus dem im Wesentlichen zylindrischen Innenraum (Bohrung) des Magnetsystems 100 geführt.
Der Hauptmagnetfeldspulenabschnitt 102 erzeugt in dem Innenraum des Magnetsystems 100 ein statisches Magnetfeld. Die Richtung des statischen Magnetfeldes verläuft im Wesentlichen parallel zur Richtung der Körperachse des Objektes 300. Das heißt, es wird ein horizontales Magnetfeld erzeugt. Der Hauptmagnetfeldspulenabschnitt 102 besteht zum Beispiel aus einer supraleitfähigen Spule. Es wird leicht erkannt werden, dass der Hauptmagnetfeldspulenabschnitt 102 nicht auf die supraleitfähige Spule begrenzt ist, sondern auch aus einer normal leitfähigen Spule oder Ähnlichem bestehen kann.
Der Gradientenspulenabschnitt 106 erzeugt Gradientenmagnetfelder, um Gradienten an die Stärke des statischen Magnetfeldes abzugeben. Die zu erzeugenden Gradientenmagnetfelder sind die folgenden drei: ein Schichtgradientenmagnetfeld, ein Auslesegradientenmagnetfeld und ein Phasen kodiergradientenmagnetfeld. Der Gradientenspulenabschnitt 106 weist drei Gradientenspulen auf, die nicht dargestellt sind, aber diesen drei Gradientenmagnetfeldern entsprechen.
Der HF-Spulenabschnitt 108 erzeugt ein Hochfrequenzmagnetfeld zum Anregen von Spins in dem Objekt 300, das sich in dem statischen Magnetfeldraum befindet. Die Erzeugung des Hochfrequenzmagnetfeldes wird nachstehend hin und wieder als Übertragung eines HF-Anregungssignals bezeichnet. Der HF-Spulenabschnitt 108 empfängt auch eine elektromagnetische Welle, d. h. ein Magnetresonanzsignal, das von den angeregten Spins erzeugt wurde.
Der Gradientenspulenabschnitt 108 weist Übertragungs- und Empfangsspulen auf, die nicht dargestellt sind. Als Übertragungs- und Empfangsspulen kann dieselbe Spule oder können gesonderte geeignete Spulen verwendet werden.
Der Gradientenspulenabschnitt 106 ist mit einem Gradientenansteuerabschnitt 130 verbunden. Der Gradientenansteuerabschnitt 130 liefert Ansteuersignale für den Gradientenspulenabschnitt 106, um die Gradientenmagnetfelder zu erzeugen. Der Gradientenansteuerabschnitt 130 weist drei Ansteuerschaltungen auf, die nicht dargestellt sind, aber den drei Gradientenspulen in dem Gradientenspulenabschnitt 106 entsprechen.
Der HF-Spulenabschnitt 108 ist mit einem HF-Ansteuerabschnitt 140 verbunden. Der HF-Ansteuerabschnitt 140 liefert ein Ansteuersignal an den HF-Spulenabschnitt 108, um das HF-Anregungssignal zu übertragen und dadurch die Spins in dem Objekt 300 anzuregen.
Der HF-Spulenabschnitt 108 ist mit einem Datenerfassungsabschnitt 150 verbunden. Der Datenerfassungsabschnitt 150 sammelt die von dem HF-Spulenabschnitt 108 empfangenen Empfangssignale und erfasst die Signale als Bilddaten.
Der Gradientenansteuerabschnitt 130, der HF-Ansteuerabschnitt 140 und der Datenerfassungsabschnitt 150 sind mit einem Steuerabschnitt 160 verbunden. Der Steuerabschnitt 160 steuert den Gradientenansteuerabschnitt 130 bis einschließlich den Datenerfassungsabschnitt 150, um die Bildgebung durchzuführen.
Ein Teil, bestehend aus dem Magnetsystem 100, dem Gradientenansteuerabschnitt 130, dem HF-Ansteuerabschnitt 140, dem Datenerfassungsabschnitt 150 und dem Steuerabschnitt 160 ist eine Ausführungsform der Signalsammeleinrichtung der vorliegenden Erfindung.
Der Ausgang des Datenerfassungsabschnitts 150 ist mit einem Datenverarbeitungsabschnitt 170 verbunden. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 verwendet zum Beispiel einen Computer.
Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 weist einen Speicher auf, der nicht dargestellt ist. Der Speicher speichert Programme für den Datenverarbeitungsabschnitt 170 und mehrere Datenarten. Die Funktion des vorliegenden Gerätes wird durch den Datenverarbeitungsabschnitt 170 erreicht, der das in dem Speicher gespeicherte Programm ausführt.
Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 speichert die von dem Datenerfassungsabschnitt 150 gesammelten Daten in den Speicher. In dem Speicher ist ein Datenraum gebildet. Der Datenraum besteht aus einem zweidimensionalen Fourier-Raum. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 führt eine zweidimensionale inverse Fourier-Transformation der Daten in dem zweidimensionalen Fourier-Raum durch, um ein Bild des Objektes 300 zu erzeugen (rekonstruieren). Der zweidimensionale Fourier-Raum wird nachstehend hin und wieder als K-Raum bezeichnet. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 ist eine Ausführungsform der Originalbildverarbeitungseinrichtung der vorliegenden Erfindung.
Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 weist ebenfalls eine Funktion zur Filterung des rekonstruierten Bildes auf. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 ist eine Ausführungsform des Bildverarbeitungsgerätes der vorliegenden Erfindung. Die Filterungsfunktion des Datenverarbeitungsabschnitts 170 wird später ausführlicher beschrieben.
Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 ist mit dem Steuerabschnitt 160 verbunden. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 liegt über dem Steuerabschnitt 160 und steuert ihn. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 ist mit einem Anzeigeabschnitt 180 und einem Bedienabschnitt 190 verbunden. Der Anzeigeabschnitt 180 umfasst eine grafische Anzeige, etc. Der Bedienabschnitt 190 umfasst eine Tastatur, etc., die mit einem Zeigegerät versehen ist.
Der Anzeigeabschnitt 180 zeigt das rekonstruierte Bild und mehrere Informationsausgabearten des Datenverarbeitungsabschnitts 170 an. Der Bedienabschnitt 190 wird von einem menschlichen Bediener bedient und gibt verschiedene Befehle, Informationen und so weiter in den Datenverarbeitungsabschnitt 170 ein. Der Bediener bedient das vorliegen de Gerät intuitiv über den Anzeigeabschnitt 180 und den Bedienabschnitt 190.
2 stellt ein Blockdiagramm eines Bildgebungsgerätes einer anderen Art dar, das eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Konfiguration des Gerätes stellt eine Ausführungsform des Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Die Arbeitsweise des Gerätes stellt eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Das in 2 dargestellte Gerät weist ein Magnetsystem 100' einer Art auf, das sich von dem in dem in 1 dargestellten Gerät unterscheidet. Da das Gerät eine ähnliche Konfiguration aufweist, wie das in 1 dargestellte Gerät, mit Ausnahme des Magnetsystems 100', sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen und auf ihre Erklärung wird verzichtet.
Das Magnetsystem 100' weist einen Hauptmagnetfeldspulenabschnitt 102', einen Gradientenspulenabschnitt 106' und einen HF-Spulenabschnitt 108' auf. Der Hauptspulenmagnetfeldabschnitt 102' und die Spulenabschnitte umfassen jeder ein Paar Elemente, die sich in einen Raum gegenüberliegen. Diese Abschnitte sind im Wesentlichen scheibenförmig und so angeordnet, dass sie eine gemeinsame Mittelachse aufweisen. Ein Objekt 300 wird auf eine Mulde 500 gelegt und durch ein Führungsmittel, das nicht dargestellt ist, in den und aus dem Innenraum (Bohrung) des Magnetsystems 100' geführt.
Der Hauptmagnetfeldspulenabschnitt 102' erzeugt in dem Innenraum des Magnetsystems 100' ein statisches Magnetfeld.
Die Richtung des statischen Magnetfeldes ist im Wesentlichen orthogonal zur Richtung der Körperachse des Objektes 300. Das heißt, es wird ein vertikales Magnetfeld erzeugt. Der Hauptmagnetfeldabschnitt 102' verwendet zum Beispiel einen Dauermagneten. Es wird leicht erkannt werden, dass der Hauptmagnetfeldspulenabschnitt 102' nicht auf den Dauermagneten begrenzt ist, sondern auch einen supra- oder normal leitfähigen Magneten oder Ähnliches verwenden kann.
Der Gradientenspulenabschnitt 106' erzeugt Gradientenmagnetfelder, um Gradienten an die Stärke des statischen Magnetfeldes abzugeben. Die zu erzeugenden Gradientenmagnetfelder sind die folgenden drei: ein Schichtgradientenmagnetfeld, ein Auslesegradientenmagnetfeld und ein Phasenkodiergradientenmagnetfeld. Der Gradientenspulenabschnitt 106' weist drei Gradientenspulen auf, die nicht dargestellt sind, aber diesen drei Gradientenmagnetfeldern entsprechen.
Der HF-Spulenabschnitt 108' überträgt ein HF-Anregungssignal zum Anregen von Spins in dem Objekt 300, das sich in dem statischen Magnetfeldraum befindet. Der HF-Spulenabschnitt 108' empfängt auch ein Magnetresonanzsignal, das von den angeregten Spins erzeugt wurde. Der Gradientenspulenabschnitt 108' weist Übertragungs- und Empfangsspulen auf, die nicht dargestellt sind. Als Übertragungs- und Empfangsspulen kann dieselbe Spule oder können gesonderte geeignete Spulen verwendet werden.
Ein Teil, bestehend aus dem Magnetsystem 100', dem Gradientenansteuerabschnitt 130, dem HF-Ansteuerabschnitt 140, dem Datenerfassungsabschnitt 150 und dem Steuerabschnitt 160, ist eine Ausführungsform der Signalsammeleinrichtung der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine beispielhafte Impulssequenz zur Verwendung in der Magnetresonanzbildgebung. Die Impulssequenz ist eine gemäß einer Gradientenecho(GRE)-Technik.
Im Besonderen ist (1) eine Sequenz eines α°-Impulses für die HF-Anregung der GRE-Technik und (2), (3), (4) und (5) sind Sequenzen eines Schichtgradienten Gs, eines Auslesegradienten Gr, eines Phasenkodiergradienten Gp bzw. eines Gradientenechos MR der GRE-Technik. Es sollte beachtet werden, dass der α°-Impuls durch sein Mittelsignal dargestellt wird. Die Impulssequenz läuft entlang einer Zeitachse t von links nach rechts.
Wie dargestellt, erreicht der α°-Impuls eine α°-Anregung der Spins, wobei der Anregungswinkel α° maximal 90° beträgt. Gleichzeitig wird der Schichtgradient Gs angewendet, um bei einer bestimmten Schicht eine selektive Anregung zu erreichen.
Nach der α°-Anregung werden die Spins durch den Phasenkodiergradienten Gp phasenkodiert. Als nächstes werden die Spins zunächst phasenverschoben und anschließend von dem Auslesegradienten Gr rephasiert, um ein Gradientenecho-MR zu erzeugen. Das Gradientenecho-MR weist seine maximale Signalintensität bei einer Echozeit TE nach der α°-Anregung auf. Die Gradientenecho-MR wird durch den Datenerfassungsabschnitt 150 als Bilddaten gesammelt.
Eine derartige Impulssequenz wird in einem Zyklus von TR 64-512 mal wiederholt. Der Phasenkodiergradient Gp wird für jede Wiederholung variiert, um jedes Mal eine andere Phasenkodierung bereitzustellen. Daher werden Bilddaten für 64-512 Aufnahmen erhalten, die den K-Raum füllen.
Ein anderes Beispiel der Magnetresonanzbildgebungsimpulssequenz ist in 4 dargestellt. Die Impulssequenz ist eine gemäß einer Spinecho(SE)-Technik.
Im Besonderen ist (1) eine Sequenz von 90°- und 180°-Impulsen für die HF-Anregung der SE-Technik und (2), (3), (4) und (5) sind Sequenzen eines Schichtgradienten Gs, eines Auslesegradienten Gr, eines Phasenkodiergradienten Gp bzw. einer Spinecho-MR der SE-Technik. Es sollte beachtet werden, dass die 90°- und 180°-Impulse durch ihre jeweiligen Mittelsignale dargestellt werden. Die Impulssequenz läuft entlang einer Zeitachse t von links nach rechts.
Wie dargestellt, erreicht der 90°-Impuls eine 90°-Anregung der Spins. Gleichzeitig wird der Schichtgradient Gs angewendet, um bei einer bestimmten Schicht eine selektive Anregung zu erreichen. Nach einer vorbestimmten Zeit im Anschluss an die 90°-Anregung wird die 180°-Anregung durch den 180°-Impuls oder die Spinumkehr durchgeführt. Wieder wird gleichzeitig der Schichtgradient Gs angewendet, um für dieselbe Schicht die selektive Inversion zu erreichen.
In der Zeit zwischen der 90°-Anregung und der Spininversion werden der Auslesegradient Gr und der Phasenkodiergradient Gp angewendet. Der Auslesegradient Gr verschiebt die Spins in der Phase. Der Phasenkodiergradient Gp phasenkodiert die Spins.
Nach der Spininversion werden die Spins von dem Auslesegradienten Gr rephasiert, um eine Spinecho-MR zu erzeugen. Die Spinecho-MR weist ihre maximale Signalintensität bei TE nach der 90°-Anregung auf. Die Spinecho-MR wird durch den Datenerfassungsabschnitt 150 als Bilddaten gesammelt. Eine derartige Impulssequenz wird in einem Zyklus von TR 64-512 mal wiederholt. Der Phasenkodiergradient Gp wird für jede Wiederholung variiert, um jedes Mal eine andere Phasenkodierung bereitzustellen. Daher werden Bilddaten für 64-512 Aufnahmen zum Füllen des K-Raums erhalten.
Es sollte beachtet werden, dass die in der Bildgebung verwendete Impulssequenz nicht auf die der SE- oder GRE-Techniken begrenzt ist, sondern auch die einer jeden anderen geeigneten Technik sein kann, wie z. B. schnelle Spinecho-Technik (FSE), Schnellerholungs-FSE-Technik und Echoplanbildgebungs(EPI)-Technik.
Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 führt eine zweidimensionale inverse Fourier-Transformation der K-Raum-Bilddaten durch, um ein Tomographiebild des Objektes 300 zu rekonstruieren. Das rekonstruierte Bild wird in den Speicher gespeichert und von dem Anzeigeabschnitt 180 angezeigt.
Um das Rauschen aus einem Bild zu entfernen, wird die Filterung des Bildes in dem Datenverarbeitungsabschnitt 170 durchgeführt. Die Filterung kann als Teil der Bildkonstruktion durchgeführt werden oder kann durch den Bediener durchgeführt werden, der basierend auf dem Ergebnis der Beobachtung des rekonstruierten Bildes eine Auswahl trifft.
5 stellt ein Flussdiagramm eines Bildfilterungsvorgangs durch den Datenverarbeitungsabschnitt 170 dar. Wie dargestellt, wird in Schritt 502 ein Pixel von Interesse in einem Originalbild definiert. Das Pixel von Interesse ist ein Pixel, dessen Wert anschließend durch die Filterung zu bestimmen ist, und ein Pixel in dem Originalbild wird als das Pixel von Interesse definiert. Zum Beispiel wird ein Pixel in der Mitte des Originalbildes als das erste Pixel definiert.
Als nächstes wird in Schritt 504 eine lokale Region in dem Originalbild definiert. Die lokale Region ist eine Region, die das Pixel von Interesse enthält, und zum Beispiel wird eine 3×3-Pixelmatrix mit Pixel von Interesse K in der Mitte definiert, wie in 6 dargestellt. Es sollte beachtet werden, dass die lokale Region nicht auf die 3×3-Pixelmatrix begrenzt ist, sondern jede geeignete Region sein kann, zum Beispiel eine 5×5- oder 7×7-Pixelmatrix. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 zur Durchführung des Vorgangs von Schritt 504 ist eine Ausführungsform der die Region definierenden Einrichtung der vorliegenden Erfindung.
Als nächstes wird in Schritt 506 ein Satz von Pixelgruppen definiert. Der Satz von Pixelgruppen ist eine Sammlung (Satz) Pixelgruppen, und eine Pixelgruppe ist eine Sammlung (Gruppe) Pixel. Die Pixelgruppe besteht aus einer Vielzahl von Pixeln in der lokalen Region. Die Pixel überschneiden einander in den Gruppen nicht. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 zur Durchführung des Vorgangs von Schritt 506 ist eine Ausführungsform der die Pixelgruppe definierenden Einrichtung der vorliegenden Erfindung.
Entsprechend der Kombinationen der Pixel gibt es mehrere Gruppenkonfigurationsmodi. Im Besonderen ist, in 6, wenn drei vertikale Pixelreihen als A1, A2 und A3 bezeichnet sind, ein Modus eine 3-Gruppen-Konfiguration, in der jede der Pixelreihe A1, A2 und A3 eine separate Pixelgruppe bildet. Ein anderer Modus ist eine 2-Gruppen-Konfiguration, in der die Pixelreihe A1 eine Gruppe bildet und die Pixelreihen A2 und A3 zusammen die andere Gruppe bilden. Ein noch anderer Modus ist eine 2-Gruppen-Konfiguration, in der die Pixelreihen A1 und A2 zusammen eine Gruppe bilden und die Pixelreihe A3 die andere Gruppe bildet.
Alternativ und wie in 7 dargestellt, ist, wenn drei horizontale Pixelreihen als B1, B2 und B3 bezeichnet sind, ein Modus eine 3-Gruppen-Konfiguration, in der jede der Pixelreihen B1, B2 und B3 eine separate Pixelgruppe bildet; ein anderer Modus ist eine 2-Gruppen-Konfiguration, in der die Pixelreihe B1 eine Gruppe bildet und die Pixelreihen B2 und B3 zusammen die andere Gruppe bilden; und ein noch anderer Modus ist eine andere 2-Gruppen-Konfiguration, in der die Pixelreihen B1 und B2 zusammen eine Gruppe bilden und die Pixelreihe A3 die andere Gruppe bildet.
Des Weiteren und wie in 8 dargestellt, ist, wenn eine Pixelreihe, die in 45°-Richtung nach rechts oben ansteigt, als C2 bezeichnet ist und zwei Pixelreihen, die auf beiden Seiten von C2 verbleiben und eine invertierte V-Form und eine V-Form aufweisen, als C1 bzw. C3 bezeichnet sind, ein Modus eine 3-Gruppen-Konfiguration, in der jede der Pixelreihen C1, C2 und C3 eine separate Pixelgruppe bildet; ein anderer Modus ist eine 2-Gruppen-Konfiguration, in der die Pixelreihe C1 eine Gruppe bildet und die Pixelreihen C2 und C3 zusammen die andere Gruppe bilden; und ein noch anderer Modus ist eine andere 2-Gruppen-Konfiguration, in der die Pixelreihen C1 und C2 zusammen eine Gruppe bilden und die Pixelreihe C3 die andere Gruppe bildet.
Darüber hinaus und wie in 9 dargestellt, ist, wenn eine Pixelreihe, die in 45°-Richtung nach links oben ansteigt, als D2 bezeichnet ist und zwei Pixelreihen, die auf beiden Seiten von D2 verbleiben und eine V-Form und eine invertierte V-Form aufweisen, als D1 bzw. D3 bezeichnet sind, ein Modus eine 3-Gruppen-Konfiguration, in der jede der Pixelreihen D1, D2 und D3 eine separate Pixelgruppe bildet; ein anderer Modus eine 2-Gruppen-Konfiguration, in der die Pixelreihe D1 eine Gruppe bildet und die Pixelreihen D2 und D3 zusammen die andere Gruppe bilden; und ein noch anderer Modus eine andere 2-Gruppen-Konfiguration, in der die Pixelreihen D1 und D2 zusammen eine Gruppe bilden und die Pixelreihe D3 die andere Gruppe bildet.
In Schritt 506 werden diese Modi der Gruppenkonfiguration als entsprechende Pixelgruppensätze definiert. Daher wird eine Gesamtzahl von zwölf Pixelgruppensätzen definiert.
Es sollte beachtet werden, dass beim Definieren der lokalen Region in Schritt 504 eine diamantförmige Pixelmatrix als die lokale Region für die Pixelreihen entlang der 45°-Richtungen definiert werden kann, wie beispielhaft in 10 dargestellt. In diesem Fall wird die lokale Region der in 10 dargestellten diamantförmigen Pixelmatrix zusätzlich zu der lokalen Region der in 6 dargestellten Quadratpixelmatrix definiert. Mit anderen Worten wird die lokale Region in einer Vielzahl von Modi definiert. Während die Anzahl der Modi in diesem Beispiel 2 ist, können je nach Größe der lokalen Region mehr als zwei Modi existieren.
In solch einer diamantförmigen Matrix, werden, wenn drei Pixelreihen, die in 45°-Richtung nach rechts ansteigen, als E1, E2 und E3 bezeichnet sind, die Pixelgruppensätze definiert als aufweisend: eine 3-Gruppen-Konfiguration, in der jede der Pixelreihen E1, E2 und E3 eine separate Pixelgruppe bildet; eine 2-Gruppen-Konfiguration, in der die Pixelreihe E1 eine Gruppe bildet und die Pixelreihen E2 und E3 zusammen die andere Gruppe bilden; und eine andere 2-Gruppen-Konfiguration, in der die Pixelreihen E1 und E2 zusammen eine Gruppe bilden und die Pixelreihe E3 die andere Gruppe bildet.
Außerdem und wie in 11 dargestellt, können, wenn drei Pixelreihen, die in 45°-Richtung nach links ansteigen, als F1, F2 und F3 bezeichnet sind, die Pixelgruppensätze definiert werden als aufweisend: eine 3-Gruppen-Konfiguration, in der jede der Pixelreihen F1, F2 und F3 eine separate Pixelgruppe bildet; eine 2-Gruppen-Konfiguration, in der die Pixelreihe F1 eine Gruppe bildet und die Pixelreihen F2 und F3 zusammen die andere Gruppe bilden; und eine andere 2-Gruppen-Konfiguration, in der die Pixelreihen F1 und F2 zusammen eine Gruppe bilden und die Pixelreihe F3 die andere Gruppe bildet.
Als nächstes wird in Schritt 508 eine Gesamtsumme der Summen der quadrierten Residuen der Pixelgruppen für jeden Pixelgruppensatz berechnet. Die Gesamtsumme der Summen der quadrierten Residuen der Pixelwerte wird erhalten, indem die jeweiligen Summen der quadrierten Residuen der Pixel werte für die Pixelgruppen berechnet werden und diese Summen der quadrierten Residuen innerhalb eines Pixelgruppensatzes kombiniert werden.
Die Gesamtsumme der Summen der quadrierten Residuen von Pixelwerten kann mithilfe einer der nachstehenden Gleichungen berechnet werden:
wobei:
Pi ein Pixelwert ist, und
P m1, P m2, P m3
entsprechende Durchschnittswerte von Pixelwerten der Gruppen M1, M2 und M3 sind.
Gleichung (1) wird für einen Pixelgruppensatz der 3-Gruppen-Konfiguration verwendet und Gleichung (2) wird für einen Pixelgruppensatz der 2-Gruppen-Konfiguration verwendet. Da es zwölf Pixelgruppensätze in diesem Beispiel gibt, werden zwölf PV-Werte erhalten.
Als nächstes wird in Schritt 510 eine Pixelgruppe ausgewählt, die einen Minimum-PV-Wert aufweist. Im Besonderen wird der PV mit einem Minimumwert von den PV-Werten extrahiert, die in den vorangegangenen Schritten erhalten wurden, und der Pixelgruppensatz, der einen Minimumwert hat, wird identifiziert.
Es sollte beachtet werden, dass, wenn die lokale Region in einer Vielzahl von Modi definiert wird, der PV-Wert extrahiert wird, der durch die lokalen Regionsmodi minimal ist, und der Pixelgruppensatz identifiziert wird, der den Minimumwert aufweist. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 zur Durchführung des Vorgangs von Schritt 508 und 510 ist eine Ausführungsform der Auswahleinrichtung der vorliegenden Erfindung.
Der so ausgewählte Pixelgruppensatz ist einer, der am besten zur Struktur des Originalbildes in der lokalen Region passt. Der Grund wird nun erläutert.
Zum Beispiel weisen in der in 6 dargestellten Pixelmatrix, wenn angenommen wird, dass ein Umriss oder eine Kante in dem Originalbild auf der Pixelreihe A2 liegt, die Pixel der Pixelreihe A2 Werte auf, die die Kante anzeigen; die Pixel der Pixelreihe A1 Werte auf, die eine Struktur auf der linken Seite der Kante; und die Pixel der Pixelreihe A3 Werte auf, die eine Struktur auf der rechten Seite der Kante anzeigt, wie in 12(a) dargestellt. Es sollte beachtet werden, dass die Werte in der Praxis ein Rauschen beinhalten.
In 12 sind die Pixelwerte in einer Pixelreihe durch einen Punkt dargestellt und die Differenzen zwischen den Pixelwerten sind als Differenz in der Position in der Figur in vertikaler Richtung dargestellt, und die Differenz der Positionen der Pixelreihe ist durch die Differenz in der Position in der Figur in horizontaler Richtung dargestellt. Außerdem stellt eine die Punkte verbindende Linie ein Profil eines Querschnitts über der Kante dar.
In diesem Fall passt ein Pixelgruppensatz einer Konfiguration, in der die Pixelreihen A1, A2 und A3 separate Pixelgruppen bilden, zu der Struktur in dem Originalbild, und der Satz weist einen kleineren PV-Wert als die anderen Sätze auf.
Der Grund dafür ist Folgender. Der PV-Wert ist in diesem Fall eine Gesamtsumme der entsprechend berechneten Summen der quadrierten Residuale der Pixelwerte der Pixelreihen A1, A2 und A3. Die Pixelwerte der Pixelreihe A1 sind Werte, die einen Abschnitt mit einer identischen Struktur (d. h. eine Struktur auf der linken Seite der Kante) in dem Originalbild darstellen, einschließlich Rauschen; die Pixelwerte der Pixelreihe A2 sind Werte, die einen Abschnitt mit einer anderen identischen Struktur (d. h. die Kante) in dem Originalbild darstellen, einschließlich Rauschen; und die Pixelwerte der Pixelreihe A3 sind Werte, die einen Abschnitt mit noch einer anderen identischen Struktur (d. h. einer Struktur auf der rechten Seite der Kante) in dem Originalbild darstellen, einschließlich Rauschen. Daher stellen ihre entsprechenden Summen der quadrierten Residuale im Wesentlichen Summen der quadrierten Residuale nur fürs Rauschen dar und PV ist im Wesentlichen eine Gesamtsumme der Summen der quadrierten Residuale nur fürs Rauschen.
Andererseits passt die Konfiguration der Pixelgruppen nicht zu der Struktur in dem Originalbild in den anderen Pixelgruppensätzen und daher enthalten diese Sätze immer eine Pixelgruppe, die über den Abschnitten mit verschiedenen Strukturen gebildet wurden. In solch einer Pixelgruppe nimmt zusätzlich zu dem Rauschen die Summe der quadrierten Residuale aufgrund des Unterschieds in der Struktur zu. Dementsprechend nimmt die PV eines Satzes solcher Pixelgruppen zu.
Wenn die Kante in dem Originalbild der Pixelreihe A1 in der in 6 dargestellten Pixelmatrix entspricht, weisen die Pixel der Pixelreihe A1 Werte auf, welche die Kante anzeigen, und die Pixel der Pixelreihen A2 und A3 weisen Werte auf, die eine Struktur auf der rechten Seite der Kante anzeigen, wie in 12(b) dargestellt. Es sollte beachtet werden, dass diese Werte in der Praxis Rauschen beinhalten.
Bei solch einer Struktur passt ein Pixelgruppensatz einer 2-Gruppen-Konfiguration, in der die Pixelreihe A1 eine Pixelgruppe und die Pixelgruppen A2 und A3 zusammen die andere Pixelgruppe bilden, zu der Struktur in dem Originalbild und der Satz weist einen Minimum-PV-Wert auf.
Wenn die Kante in dem Originalbild der Pixelreihe A3 in der in 6 dargestellten Pixelmatrix entspricht, weisen die Pixel der Pixelreihe A3 Werte auf, welche die Kante anzeigen, und die Pixel der Pixelreihe A1 und A2 weisen Werte auf, die eine Struktur auf der linken Seite der Kante anzeigen, wie in 12(c) dargestellt. Es sollte beachtet werden, dass diese Werte in der Praxis Rauschen beinhalten.
Bei solch einer Struktur passt ein Pixelgruppensatz einer 2-Gruppen-Konfiguration, in der die Pixelreihen A1 und A2 zusammen eine Pixelgruppe bilden und die Pixelgruppe A3 die andere Pixelgruppe bildet, zu der Struktur in dem Originalbild und der Satz weist einen Minimum-PV-Wert auf.
Wenn die Kante in einer horizontalen Richtung liegt, weist einer von drei Pixelgruppensätzen, die aus Kombinationen der Pixelreihen B1, B2 und B3 bestehen, wie in 7 dargestellt, einen Minimum-PV-Wert auf.
Wenn die Kante in der 45°-Richtung liegt, die zur rechten Seite ansteigt, weist einer der drei Pixelgruppensätze, die aus Kombinationen der Pixelreihen C1, C2 und C3 bestehen, wie in 8 dargestellt, oder einer der drei Pixelgruppensätze, die aus Kombinationen der Pixelreihen E1, E2 und E3 bestehen, in 10 dargestellt, einen Minimum-PV-Wert auf.
Wenn die Kante in der 45°-Richtung liegt, die zur linken Seite ansteigt, weist einer der drei Pixelgruppensätze, die aus Kombinationen der Pixelreihen D1, D2 und D3 bestehen, wie in 9 dargestellt, oder einer der drei Pixelgruppensätze, die aus Kombinationen der Pixelreihen F1, F1 und F2 bestehen, in 11 dargestellt, einen Minimum-PV-Wert auf.
Der Minimumwert von PV gleicht im Wesentlichen der Summe der quadrierten Residuale des Rauschens, wenn ein Pixelgruppensatz einer Struktur in dem Originalbild entspricht. Die Summe der quadrierten Residuale des Rauschens entsprechen der Rauschvarianz, multipliziert mit der Pixelanzahl in dem Pixelgruppensatz. Somit ist es auch möglich, anstelle des Minimumwertes einen Wert zu extrahieren, welcher der Rauschvarianz, multipliziert mit der Pixelanzahl in dem Pixelgruppensatz, am nächsten liegt, und einen Pixelgruppensatz auszuwählen, der diesen Wert aufweist.
Als nächstes wird in Schritt 512 ein Durchschnittswert der Pixel in einer Pixelgruppe berechnet. Die in der Berechnung des Durchschnittswertes verwendeten Pixel sind die Pixel in einer Pixelgruppe, die zu dem in Schritt 510 ausgewählten Pixelgruppensatz gehören und das Pixel von Interesse K enthalten.
Wenn der ausgewählte Pixelgruppensatz zum Beispiel ein Pixelgruppensatz einer 3-Gruppen-Konfiguration ist, in der jede der Pixelreihen A1, A2 und A3 eine separate Pixelgruppe bildet, ist die Pixelgruppe, die das Pixel von Interesse K enthält, die Pixelreihe A2 und somit wird ein Durchschnittspixelwert der Pixelreihe A2 berechnet.
Wenn der ausgewählte Pixelgruppensatz zum Beispiel ein Pixelgruppensatz einer 2-Gruppen-Konfiguration ist, in der die Pixelreihe A1 eine Pixelgruppe bildet und die Pixelreihen A2 und A3 zusammen die andere Pixelgruppe bilden, ist die Pixelgruppe, die das Pixel von Interesse K enthält, die Kombination der Pixelreihen A2 und A3 und somit wird ein Durchschnittspixelwert der Pixelreihen A2 und A3 berechnet.
Wenn der ausgewählte Pixelgruppensatz zum Beispiel ein Pixelgruppensatz einer 2-Gruppen-Konfiguration ist, in der die Pixelreihen A1 und A2 zusammen eine Pixelgruppe bilden und die Pixelreihe A3 die andere Pixelgruppe bildet, ist die Pixelgruppe, die das Pixel von Interesse K enthält, die Kombination der Pixelreihen A1 und A2 und somit wird ein Durchschnittspixelwert der Pixelreihen A1 und A2 berechnet.
Wenn der ausgewählte Pixelgruppensatz ein Pixelgruppensatz ist, der die Pixelreihen B1–B3, C1–C3, D1–D3, E1–E3 oder F1–F3 umfasst, wird ein Durchschnittspixelwert der Pixelgruppe, die das Pixel von Interesse K enthält, wie vorstehend berechnet.
Da die in der Berechnung des Durchschnittspixelwertes verwendeten Pixelwerte die Werte der Pixelgruppe sind, die zu einer Struktur des Originalbildes in der lokalen Region passen, kann ein Pixelwert erhalten werden, der die Struktur des Originalbildes in der lokalen Region reflektiert. Darüber hinaus wird das Rauschen entfernt, da der erhaltene Pixelwert ein Durchschnitt aus einer Vielzahl von Pixelwerten ist. Mit anderen Worten kann ein Pixelwert mit entferntem Rauschen erhalten werden, während eine Struktur in dem Originalbild verbessert wird. Der so erhaltene Durchschnittspixelwert wird als ein neuer Pixelwert für das Pixel von Interesse K verwendet.
Nach der Bestimmung eines Pixelwertes eines Pixels von Interesse, wie vorstehend, wird in Schritt 514 eine Entscheidung darüber getroffen, ob die Vorgänge für alle Pixel von Interesse abgeschlossen werden und wenn nicht, wird das Pixel von Interesse in Schritt 516 geändert. Das an das vorangegangene Pixel grenzende nächste Pixel wird daher zum Beispiel als ein neues Pixel von Interesse ausgewählt.
Die Vorgänge der Schritte 504–512 werden für das neue Pixel von Interesse durchgeführt und sein Pixelwert wird bestimmt. Anschließend werden alle Pixel von Interesse in dem Originalbild auf ähnliche Weise nacheinander verarbeitet. Nach der Bestimmung der Pixelwerte für alle Pixel von Interesse wird durch die bestimmten Pixelwerte Pf1 in Schritt 518 ein Bild erzeugt.
Die Pixel von Interesse sind alle die Pixel, die das Originalbild darstellen. Allerdings sind die Pixel von Interesse nicht darauf begrenzt, sondern können auch jene in einer vordefinierten Region sein, wie z. B. eine Region von Interesse (ROI) in dem Originalbild, falls erforderlich. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 zur Durchführung der Vorgänge von Schritt 512 und 518 ist eine Ausführungsform der Bilderzeugungseinrichtung der vorliegenden Erfindung.
In dem so erzeugten Bild wird das Rauschen reduziert und eine Struktur des Originalbildes der lokalen Region richtig verbessert. Mit anderen Worten kann ein Bild mit verbesserter Qualität erhalten werden, indem das Originalbild gefiltert wird. Das gefilterte Bild wird in den Speicher gespeichert und vom Anzeigeabschnitt 180 angezeigt.
Allerdings kann das Bild, das wie vorstehend erwähnt eine Filterung durchlaufen hat, in einigen Kombinationen der von Rauschen betroffenen Pixel als ein Nebeneffekt der Verbesserung einer Feinstruktur, eine Struktur anzeigen, die nicht wirklich existiert, oder eine falsche Struktur, obwohl diese Möglichkeit im Vergleich zur herkömmlichen Filterung reduziert ist.
Deshalb wird eine Filterung mit einem zusätzlichen Vorgang zum Entfernen eines solchen Nebeneffektes durchgeführt. 13 stellt ein Flussdiagramm zum Ablauf einer solchen Filterung dar. In 13 werden die Abläufe, die den in 5 dargestellten Abläufen gleichen, mit gleichen Bezugszeichen versehen und auf ihre Erklärung wird verzich tet. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 zur Durchführung des Vorgangs von Schritt 512 ist eine Ausführungsform der den ersten Pixelwert berechnenden Einrichtung der vorliegenden Erfindung.
Im Anschluss an den Vorgang von Schritt 512 wird in Schritt 520 ein Verhältnis wl des Minimumwertes zum Maximumwert von PV berechnet. Im Besonderen,
Anschließend wird in Schritt 522 ein Durchschnittswert der Pixelwerte in der lokalen Region
P r
berechnet. Die lokale Region, für die der Durchschnittswert berechnet wird, ist eine Region, die den in Schritt 510 ausgewählten Pixelgruppensatz enthält. Dementsprechend wird, wenn der ausgewählte Pixelgruppensatz zum Beispiel in der in 10 oder 11 dargestellten diamantförmigen lokalen Region enthalten ist, ein Durchschnittspixelwert der diamantförmigen lokalen Region berechnet. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 zur Durchführung des Vorgangs von Schritt 522 ist eine Ausführungsform der den zweiten Pixelwert berechnenden Einrichtung der vorliegenden Erfindung.
Als nächstes wird in Schritt 524 eine gewichtete Addition für
P r,
d. h. den Durchschnittspixelwert einer Pixelgruppe, und
P r,
d. h. den Durchschnittswert der Pixelwerte einer Region, gemäß der nachstehenden Gleichung durchgeführt. Der Durchschnittspixelwert einer Pixelgruppe wird nachstehend hin und wieder als Gruppendurchschnittspixelwert, und der Durchschnittspixelwert einer lokalen Region als Regionsdurchschnittspixelwert bezeichnet. Darüber hinaus wird die Struktur des Originalbildes in der lokalen Region hin und wieder einfach als Struktur in dem Originalbild bezeichnet. Pf2 = (1 – f(w1))Pf1 + f(w1)P r, (4)wobei der Gewichtungsfaktor
f(w₁)
eine monoton steigende Funktion von w1 ist und eine Eigenschaft aufweist, wie beispielhaft durch eine durchgezogene Linie in 14 dargestellt. Es sollte beachtet werden, dass die Eigenschaftskurve nicht auf die Eigenschaft einer aufwärts konvex gewölbten Form begrenzt ist, wie dargestellt, sondern eine abwärts konvex gewölbte Form, wie von einer gepunkteten Linie dargestellt, oder eine gerade Linie aufweisen kann, wie von einer Strichpunktlinie dargestellt.
Durch die Durchführung der gewichteten Addition des Gruppendurchschnittpixelwertes und des Regionendurchschnittspixelwertes weist der Gruppendurchschnittpixelwert ein variierendes Maß an Beteiligung an einem Pixelwert Pf2 auf, der aus der Addition resultiert, wobei das Maß an Beteiligung mit dem Gewicht variiert. Die Gewichtung ist eine Funktion von w1, d. h. dem Verhältnis des Minimumwertes zum Maximumwert von PV der Pixelwerte, und wenn sich das Verhältnis 1 annähert, dann nimmt die Gewichtung für den Gruppendurchschnittspixelwert ab und die Gewichtung für den Regionendurchschnittspixelwert zu.
Das Verhältnis des Minimumwertes zum Maximumwert von PV der Pixelwerte nahe 1 bedeutet, dass die Werte von PV für alle Pixelgruppensätze gleich sind, was wiederum bedeutet, dass die Region keine bedeutende Struktur aufweist, wie z. B. eine Kante, und es ist sehr wahrscheinlich, dass die Differenz zwischen den Pixelwerten vom Rauschen herrührt.
In diesem Fall wird die Gewichtung für den Regionendurchschnittspixelwert erhöht, um sein Beitragsmaß zu verbessern, und die Gewichtung für den Gruppendurchschnittspixelwert wird verringert, um sein Beitragsmaß zu reduzieren. Da es sehr wahrscheinlich ist, dass die Region keine bedeutende Struktur aufweist, wird die Schärfe des Bildes durch die Steigerung des Beitragsmaßes des Regionendurchschnittspixelwertes wahrscheinlich nicht reduziert, sondern es kann eher ein viel bedeutenderer Effekt erhalten werden, nämlich dass der Nebeneffekt des Gruppendurchschnittswertes durch die Senkung seines Beitragsmaßes reduziert wird.
Andererseits wird, da das Verhältnis des Minimumwertes zum Maximumwert von PV der Pixelwerte nahe 0 bedeutet, dass es sehr wahrscheinlich ist, dass die Region eine bedeutende Struktur wie z. B. eine Kante aufweist, die Gewichtung für den Gruppendurchschnittspixelwert erhöht, um sein Beitragsmaß zu verbessern, und die Gewichtung für den Regionendurchschnittspixelwert verringert, um sein Beitragsmaß zu verringern.
Die vorstehenden Vorgänge werden nacheinander für alle Pixel von Interesse durchgeführt und es wird basierend auf den entstandenen Pixelwerten Pf2 in Schritt 524 ein Bild erzeugt. Die Pixel von Interesse sind alle die Pixel, die das Originalbild bilden. Allerdings sind die Pixel von Interesse nicht darauf begrenzt, sondern können auch jene Pixel in einer vordefinierten Region sein, wie z. B. eine Region von Interesse (ROI) in dem Originalbild, falls erforderlich. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 zur Durchführung der Abläufe von Schritt 524 und 526 ist eine Ausführungsform der Bilderzeugungseinrichtung der vorliegenden Erfindung.
In dem so erzeugten Bild wird die Eigenschaft der Gruppendurchschnittspixelwerte effektiv angewendet, während ihre Nebeneffekte entfernt werden. Deshalb kann ein Bild mit verbesserter Qualität erhalten werden, indem das Originalbild gefiltert wird. Das gefilterte Bild wird in den Speicher gespeichert und von dem Anzeigeabschnitt 180 angezeigt.
Die vorstehende Bildverarbeitung setzt voraus, dass eine charakteristische Struktur des Originalbildes in der lokalen Region eine Kante ist, die durch die lokale Region durchgeht. Daher wird, wenn eine Struktur in dem Originalbild diese Voraussetzung nicht erfüllt, der Gruppendurchschnittspixelwert die Struktur in dem Originalbild nicht richtig reflektieren.
Im Besonderen enthält, wenn eine Struktur in dem Originalbild zum Beispiel so eine Struktur ist, wie in 15 dargestellt, d. h. keine identische Struktur von einem Ende zum anderen Ende der lokalen Region in der vertikalen, horizontalen oder queren Richtung liegt, eine Pixelgruppe, die das Pixel von Interesse K enthält, notwendigerweise ein Pixel in einem Abschnitt mit einer anderen Struktur. Deshalb ist der Durchschnittswert in der Pixelgruppe ein Durchschnittswert einer Vielzahl von Abschnitten mit verschiedenen Strukturen, der in einer reduzierten Schärfe in solchen Abschnitten resultiert.
16 stellt ein Flussdiagramm zur Filterung mit einem zusätzlichen Vorgang zum Vermeiden dieses Phänomens dar. In 16 werden Abläufe, die den in 13 dargestellten gleichen, mit gleichen Bezugszeichen versehen und auf ihre Erklärung wird verzichtet. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 zur Durchführung des Vorgangs von Schritt 524 ist eine Ausführungsform der Additionseinrichtung der vorliegenden Erfindung.
Nachdem der Pixelwert Pf2 in Schritt 524 erhalten wurde, wird ein Verhältnis w2 des Minimumwertes von PV in Schritt 528 durch N durch die Rauschvarianz dividiert. Im Besonderen,
wobei N eine Gesamtanzahl der Pixel in einem Pixelgruppensatz ist, der einen Minimumwert von PV angibt. Deshalb stellt der Minimumwert von PV geteilt durch N die Varianz der Pixelwerte in dem Pixelgruppensatz dar, der den Minimumwert von PV angibt. Die Varianz wird nachstehend als ein Minimumwert der Pixelwertvarianz bezeichnet.
Als nächstes wird in Schritt 530 eine gewichtete Addition für den Pixelwert Pf2 und den Pixelwert Po des Pixels von Interesse K in dem Originalbild gemäß einer nachstehenden Gleichung durchgeführt. Der Pixelwert des Pixels von Interesse K in dem Originalbild wird einfach als Pixelwert des Originalbildes bezeichnet. Pf3 = f(w2)Pf2 + (1 – f(w2))P0, (6)wobei der Gewichtungsfaktor eine Funktion von w2 ist und zum Beispiel wie folgt gegeben ist:
Diese Funktion weist eine in 17 dargestellte Eigenschaft auf. Im Besonderen ist, wenn w2 1 ist, der Wert der Funktion 1, und nimmt der Funktionswert in Richtung 0 ab, wenn w2 in dem Bereich von w2 größer als 1 größer wird. Der Funktionswert nimmt in Richtung 0 ab, wenn w2 in dem Bereich von w2 kleiner als 1 wird.
Durch die Durchführung der gewichteten Addition für Pf2 und Po unter Verwendung einer solchen Funktion wird die Gewichtung für Pf2 verringert und die Gewichtung für Po er höht, wenn das Verhältnis des Minimumwertes der Pixelwertvarianz zur Rauschvarianz größer wird als 1.
Das Verhältnis des Minimumwertes der Pixelwertvarianz zur Rauschvarianz nahe 1 bedeutet, dass ein Pixelgruppensatz mit einem Minimum-PV-Wert zu der Struktur in dem Originalbild passt. In diesem Fall wird die Gewichtung für Pf2 erhöht, um sein Beitragsmaß zu verbessern.
Andererseits bedeutet das Verhältnis des Minimumwertes der Pixelwertvarianz zur Rauschvarianz größer als 1, dass nicht einmal der Pixelgruppensatz mit einem Minimum-PV-Wert zu der Struktur in dem Originalbild passt. In diesem Fall wird die Gewichtung für den Pixelwert des Originalbildes Po erhöht, um sein Beitragsmaß zu verbessern und die Gewichtung für den Pf2 wird verringert, um sein Beitragsmaß zu verringern. Somit kann ein Pixelwert erhalten werden, der die Struktur in dem Originalbild wiederspiegelt.
Es ist für ein gewöhnliches Bild unmöglich, das Verhältnis des Minimumwertes der Pixelwertvarianz zur Rauschvarianz von weniger als 1 zu erhalten, d. h. einen Minimumwert der Pixelwertvarianz zu haben, der kleiner ist als die Rauschvarianz, und somit zeigt so ein Verhältnis wahrscheinlich irgendetwas anormales an, wie z. B. eine übermäßige Anpassung an das Rauschen. In diesem Fall wird ebenfalls die Gewichtung für den Pf2 verringert, um sein Beitragsmaß zu reduzieren und die Gewichtung für den Pixelwert des Originalbildes Po wird erhöht, um sein Beitragsmaß zu verbessern.
Die vorstehenden Vorgänge werden nacheinander für alle Pixel von Interesse durchgeführt und es wird basierend auf den entstandenen Pixelwerten Pf3 in Schritt 532 ein Bild erzeugt. Die Pixel von Interesse sind alle die Pixel, die das Originalbild bilden. Allerdings sind die Pixel von Interesse nicht darauf begrenzt, sondern können auch die Pixel in einer vordefinierten Region sein, wie z. B. eine Region von Interesse (ROI) in dem Originalbild, falls erforderlich. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 zur Durchführung der Abläufe von Schritt 530 und 532 ist eine Ausführungsform der Bilderzeugungseinrichtung der vorliegenden Erfindung.
Das so erzeugte Bild kann spezielle Strukturen in dem Originalbild darstellen, ohne sie zu verschlechtern. Somit kann ein besser gefiltertes Bild aus dem Originalbild erhalten werden. Das gefilterte Bild wird in den Speicher gespeichert und von dem Anzeigeabschnitt 180 angezeigt.
Ein in den vorstehenden Vorgängen erhaltenes Bild ist im Wesentlichen ein Bild unter sehr starkem Filtereffekt. Zur angenehmen Betrachtung des Bildes muss das Maß der Filterung richtig einstellbar sein.
18 stellt ein Flussdiagramm zur Filterung mit einem zusätzlichen Vorgang dar, um auf diese Anforderung zu reagieren. In 18 werden Abläufe, die den in 16 dargestellten gleichen, mit gleichen Bezugszeichen versehen und auf ihre Erklärung wird verzichtet.
Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 zur Durchführung des Vorgangs von Schritt 524 ist eine Ausführungsform der ersten Additionseinrichtung der vorliegenden Erfindung. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 zur Durchführung der Vor gänge von Schritt 530 und 532 ist eine Ausführungsform der Bilderzeugungseinrichtung der vorliegenden Erfindung.
Im Anschluss an Schritt 532 wird in Schritt 534 ein Gewichtungsfaktor α von dem Bediener spezifiziert. Als nächstes wird in Schritt 536 eine gewichtete Addition durchgeführt für den Pixelwert P13 und den Pixelwert Po des Originalbildes für das gleiche Pixel gemäß der nachstehenden Gleichung: Pf4 = α Pf3 + (1 – α)P0 (8)
Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 zur Durchführung des Vorgangs von Schritt 536 ist eine Ausführungsform der zweiten Additionseinrichtung der vorliegenden Erfindung.
Als nächstes wird in Schritt 538 mithilfe des Pixelwertes Pf4 ein Bild erzeugt. Durch die Durchführung der gewichteten Addition für Pf3 und Po mithilfe des Gewichtungsfaktors α kann das Maß der Filterung für das finale Bild gemäß dem Wert von α eingestellt werden, wie gewünscht. Das in dem Speicher gespeicherte Bild wird von dem Anzeigeabschnitt 180 angezeigt.
Ein Computerprogramm zum Durchführen der vorstehend beschriebenen Funktionen wird in einer computerlesbaren Art auf ein Aufzeichnungsmedium aufgenommen. Als Aufzeichnungsmedium kann zum Beispiel ein magnetisches Aufzeichnungsmedium, ein optisches Aufzeichnungsmedium, ein magnetoptisches Aufzeichnungsmedium und jede andere Art Aufzeichnungsmedium verwendet werden. Das Aufzeichnungsmedium kann ein Halbleiterspeichermedium sein. In der vorliegenden Dar stellung wird Speichermedium synonym für Aufzeichnungsmedium verwendet.
Die vorangegangene Beschreibung erfolgte anhand eines Beispiels, bei dem die Filterung eines Bildes von dem Datenverarbeitungsabschnitt 170 in einem Magnetresonanzbildgebungsgerät durchgeführt wird; allerdings wird leicht erkannt werden, dass die Filterung von einem Datenverarbeitungsgerät durchgeführt werden kann, das von dem Magnetresonanzbildgebungsgerät getrennt ist, wie z. B. ein EWS (Engineering Workstation) oder PC (Personalcomputer).
Ferner ist, obwohl das Bildgebungsgerät als Magnetresonanzgerät in der vorangegangenen Beschreibung beschrieben wurde, das Bildgebungsgerät nicht darauf begrenzt, sondern kann jede andere Art Bildgebungsgerät sein, wie z. B. Röntgen-CT(Computertomographie)-Gerät, ein Röntgenbildgebungsgerät, PET(Positronen-Emissions-Tomographie) oder eine Y-Kamera.
Darüber hinaus ist, während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf ein Beispiel der Verarbeitung eines medizinischen Bildes beschrieben wird, das zu verarbeitende Objekt nicht auf das medizinische Bild begrenzt, sondern kann die vorliegende Erfindung im Wesentlichen auf zum Beispiel Rauschreduktion eines von einem optischen Instrument eingefangenen digitalen Bildes angewendet werden.

Claims

Bildverarbeitungsverfahren, welches die folgenden Schritte umfasst: Definition (502) einer lokalen Region, die ein Pixel von Interesse (K) in einem Originalbild enthält; Definition (506) einer Pixelgruppe in einer Vielzahl von Sätzen von Pixelgruppen (A1–A3 ... F1–F3), die aus einer Vielzahl von Pixels besteht und die das Pixel von Interesse enthält, sowie mindestens einer anderen Pixelgruppe, die aus einer Vielzahl von Pixels besteht, welche sich in der Region nicht mit denjenigen in der vorherigen Pixelgruppe überschneiden; Berechnung (508) einer Gesamtsumme PV von Summen der quadrierten Residuen von Pixelwerten für jeden Pixelgruppensatz durch die Berechnung der entsprechenden Summen der quadrierten Residuen von Pixelwerten für die Pixelgruppen und Kombination dieser Summen der quadrierten Residuen innerhalb eines Pixelgruppensatzes, wobei die Summe der quadrierten Residuen von Pixelwerten die Summe von Quadraten der Differenzen zwischen den Pixelwerten (P_i) und den Durchschnittswerten (P m1, P m2, P m3) für die jeweiligen Pixelgruppen (M₁, M₂, M₃) ist; Auswahl (510) derjenigen Pixelgruppe aus der definierten Vielzahl von Pixelgruppen, welche das kleinste berechnete PV aufweist; Berechnung (512) eines durchschnittlichen Pixelwertes Pf₁ der ausgewählten Pixelgruppe; Berechnung (520) eines Verhältnisses w₁ von Minimum- zu Maximumwert von PV; Berechnung (522) eines durchschnittlichen Pixelwertes p r der lokalen Region; Berechnung (524) eines neuen Pixelwertes Pf2 = (1 – f(w1))Pf1 + f(w1)p r, wobei F(w₁) ein Gewichtungsfaktor ist, welcher eine monoton steigende Funktion von w₁ darstellt; und Erzeugung eines Bildes unter Verwendung des neuen Pixelwertes für das Pixel von Interesse.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Bilderzeugung umfasst: Berechnung eines durchschnittlichen Pixelwertes der Pixelgruppe, die das Pixel von Interesse in der ausgewählten Pixelgruppe enthält; und Berechnung eines durchschnittlichen Pixelwertes der Region.
Verfahren gemäß Anspruch 2, ferner folgende Schritte umfassend: Durchführung einer gewichteten Addition bei dem durchschnittlichen Pixelwert der Pixelgruppe und dem durchschnittlichen Pixelwert der Region.
Verfahren gemäß Anspruch 3, ferner die folgenden Schritte umfassend: Durchführung einer gewichteten Addition bei dem erzeugten Bild und dem Originalbild.
Verfahren gemäß einem beliebigen der vorangegangenen Ansprüche, ferner folgende Schritte umfassend: Definition (502) einer lokalen Region in einer Vielzahl von Pixelgruppen, die in einem Originalbild ein Pixel von Interesse enthält; Definition (506) einer Pixelgruppe in einer Vielzahl von Pixelgruppen, die aus einer Vielzahl von Pixels besteht und die das Pixel von Interesse enthält, sowie einer Pixelgruppe(n), die aus einer Vielzahl von Pixels besteht (bzw. bestehen), welche sich in jeder der definierten Vielzahl von Pixelgruppen der Region nicht mit denjenigen in der vorherigen Pixelgruppe überschneiden; Auswahl derjenigen Pixelgruppe aus der definierten Vielzahl von Pixelgruppen, welche unter der definierten Vielzahl von Pixelgruppen der Region am besten zu einer Struktur des Originalbildes in der Region passt; und Erzeugung eines Bildes unter Verwendung eines durchschnittlichen Pixelwertes der Pixelgruppe, welche das Pixel von Interesse in dem ausgewählten Pixelgruppenmodus als neuen Pixelwert für das Pixel von Interesse enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Bilderzeugung umfasst: Berechnung des durchschnittlichen Pixelwertes der Pixelgruppe, die in der ausgewählten Pixelgruppe das Pixel von Interesse enthält; und Berechnung des durchschnittlichen Pixelwertes der Region von Interesse in einer der Vielzahl von Pixelgruppen der Region, in der die ausgewählte Pixelgruppe identifiziert wurde.
Verfahren gemäß Anspruch 6, ferner die folgenden Schritte umfassend: Durchführung einer gewichteten Addition bei dem durchschnittlichen Pixelwert der Pixelgruppe und dem durchschnittlichen Pixelwert der Region.
Verfahren gemäß Anspruch 7, ferner die folgenden Schritte umfassend: Durchführung einer gewichteten Addition bei dem erzeugten Bild und dem Originalbild.
Bildverarbeitungsgerät, umfassend: eine Regionsdefinitions-Vorrichtung (502) zur Definition einer lokalen Region, die ein Pixel von Interesse (K) in einem Originalbild enthält; eine Pixelgruppendefinitions-Vorrichtung (506) zur Definition einer Pixelgruppe in einer Vielzahl von Sätzen von Pixelgruppen (A1–A3 ... F1–F3), die aus einer Vielzahl von Pixels besteht und die das Pixel von Interesse enthält, sowie mindestens einer anderen Pixelgruppe, die aus einer Vielzahl von Pixels besteht, welche sich in der Region nicht mit denjenigen in der vorherigen Pixelgruppe überschneiden; eine Berechnungs-Vorrichtung (508) zur Berechnung einer Gesamtsumme PV von Summen der quadrierten Residuen von Pixelwerten für jeden Pixelgruppensatz durch die Berechnung der entsprechenden Summen der quadrierten Residuen von Pixelwerten für die Pixelgruppen und Kombination dieser Summen der quadrierten Residuen innerhalb eines Pixelgruppensatzes, wobei die Summe der quadrierten Residuen von Pixelwerten die Summe von Quadraten der Differenzen zwischen den Pixelwerten (P_i) und den Durchschnittswerten (P m1, P m2, P m3) für die jeweiligen Pixelgruppen (M₁, M₂, M₃) ist; eine Auswahlvorrichtung zur Auswahl der Pixelgruppe aus der definierten Vielzahl von Pixelgruppen, welche das kleinste berechnete PV aufweist; eine Vorrichtung zur Berechnung (512) eines durchschnittlichen Pixelwertes Pf₁ der ausgewählten Pixelgruppe; die Berechnung (520) eines Verhältnisses w₁ von Minimum- zu Maximumwert von PV; die Berechnung (522) eines durchschnittlichen Pixelwertes p r der lokalen Region; die Berechnung (524) eines neuen Pixelwertes Pf2 = (1 – f(w1))Pf1 + f(w1)p r, wobei F(w₁) ein Gewichtungsfaktor ist, welcher eine monoton steigende Funktion von w₁ darstellt; und eine Bilderzeugungs-Vorrichtung (526) zur Erzeugung eines Bildes unter Verwendung des neuen Pixelwertes für das Pixel von Interesse.
Gerät gemäß Anspruch 9, ferner umfassend: eine erste Pixelwert-Berechnungsvorrichtung zur Berechnung eines durchschnittlichen Pixelwertes der Pixelgruppe, die das Pixel von Interesse in der ausgewählten Pixelgruppe enthält; und eine zweite Pixelwert-Berechnungsvorrichtung zur Berechnung eines durchschnittlichen Pixelwertes der Region.
Gerät gemäß Anspruch 10, ferner umfassend: eine Additionsvorrichtung zur Durchführung einer gewichteten Addition bei dem durchschnittlichen Pixelwert der Pixelgruppe und dem durchschnittlichen Pixelwert der Region.
Aufzeichnungsmedium, das auf eine computerlesbare Weise ein Programm für einen Computer aufzeichnet, damit dieser die folgenden Funktionen ausführt: Definition (502) einer lokalen Region, die in einem Originalbild ein Pixel von Interesse (K) enthält; Definition (506) einer Pixelgruppe in einer Vielzahl von Sätzen von Pixelgruppen (A1–A3...F1–F3), die aus einer Vielzahl von Pixels besteht und die das Pixel von Interesse enthält, sowie mindestens einer anderen Pixelgruppe, die aus einer Vielzahl von Pixels besteht, welche sich in der Region nicht mit denjenigen in der vorherigen Pixelgruppe überschneiden; Berechnung (508) einer Gesamtsumme (PV) von Summen der quadrierten Residuen von Pixelwerten für jeden Satz von Pixelgruppen durch die Berechnung der entsprechenden Summen der quadrierten Residuen von Pixelwerten für die Pixelgruppen und Kombination dieser Summen der quadrierten Residuen innerhalb eines Pixelgruppensatzes, wobei die Restsumme von Quadraten von Pixelwerten die Summe von Quadraten der Differenzen zwischen den Pixelwerten (P_i) und den Durchschnittswerten (P m1, P m2, P m3) für die jeweiligen Pixelgruppen (M₁, M₂, M₃) ist; Auswahl (510) derjenigen Pixelgruppe aus der definierten Vielzahl von Pixelgruppen, welche das kleinste berechnete PV aufweist; Berechnung (512) eines durchschnittlichen Pixelwertes Pf₁ der ausgewählten Pixelgruppe; Berechnung (520) eines Verhältnisses w₁ von Minimum- zu Maximumwert von PV; Berechnung (522) eines durchschnittlichen Pixelwertes p r der lokalen Region; Berechnung (524) eines neuen Pixelwertes Pf2 = (1 – f(w1))Pf1 + f(w1)p r, wobei F(w₁) ein Gewichtungsfaktor ist, welcher eine monoton steigende Funktion von w₁ darstellt; und Erzeugung eines Bildes unter Verwendung des neuen Pixelwertes für das Pixel von Interesse.
Medium gemäß Anspruch 12, das ferner so bedient werden kann, dass es die folgende Funktion ausführt: Berechnung eines durchschnittlichen Pixelwertes der Pixelgruppe, die das Pixel von Interesse in dieser Pixelgruppe enthält; und Berechnung eines durchschnittlichen Pixelwertes der Region.
Medium gemäß Anspruch 13, das ferner so bedient werden kann, dass es die folgende Funktion ausführt: Durchführung einer gewichteten Addition bei dem durchschnittlichen Pixelwert der Pixelgruppe und dem durchschnittlichen Pixelwert der Region.
Bildgebungsgerät, umfassend: eine Signalerfassungsvorrichtung zur Erfassung von Signalen von einem Objekt; eine Originalbild-Erzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Originalbildes auf der Grundlage des erfassten Signals; und ein Bildverarbeitungsgerät, wie es in einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 11 definiert wird.