JP4392757B2 - 画像処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像処理装置に関するものであり、さらに詳細には、光電的に読み取って得られたアナログ画像データをデジタル化して得たデジタル画像データに基づいて生成された画像中に生じる斑点状の特異的な黒い画素や白い画素を、画像全体に悪影響を及ぼすことなく、除去して、画像を補正することのできる画像処理装置に関するものである。

蛋白質、核酸配列などの固定された高分子を、化学発光物質と接触して、化学発光を生じさせる標識物質により、選択的に標識し、標識物質によって選択的に標識された高分子と、化学発光物質とを接触させて、化学発光物質と標識物質との接触によって生ずる可視光波長域の化学発光を、光電的に検出して、デジタル画像信号を生成し、画像処理を施して、ＣＲＴなどの表示手段あるいは写真フイルムなどの記録材料上に、化学発光画像を再生して、遺伝子情報などの高分子に関する情報を得るようにした化学発光検出システムや、蛍光物質を標識物質として使用した蛍光検出（fluorescence) システムが知られている。

このような化学発光検出システムや蛍光システムにおいては、化学発光や蛍光を、ＣＣＤカメラ、とくに、冷却ＣＣＤカメラによって検出して、化学発光画像や蛍光画像を生成するのが一般的である。このようにして、画像を、ＣＣＤカメラによって光電的に検出して、デジタル画像データを生成し、得られたデジタル画像データに基づいて、画像を生成する場合、しばしば、特異的な黒い画素や白い画素が斑点状に生じることが知られており、従来は、メディアンフィルタなどの平滑化フィルタを用いて、デジタル画像データを補正し、これらの斑点状の画素（異常画素）を除去するのが一般であった。

また、画像を光走査などにより光電的に検出し、デジタル画像データを生成する一般的なスキャナにおいても、読取り画像に異常画素があった際にその画像を読み取ってえられたデジタル画像データに基づいて画像を再生する場合、上記の場合と同様に異常画素が生じることとなる。

上述のように、平滑化フィルタを用いて、デジタル画像データを補正する場合には、特異的な黒い画素や白い画素などの異常画素以外の画素に対しても、必然的に、平滑化処理がなされるため、異常画素は除去されるものの、画像のエッジが不鮮明になるなど、画像全体に悪影響を及ぼすという問題があった。特に、画像中に関心領域を設定して定量解析を実行することが要求される化学発光検出システムや蛍光検出システムにあっては、平滑化フィルタを用いてデジタル蛍光画像データを補正すると、定量解析を実行すべき関心領域内の画素の濃度値が変化してしまうなど深刻な問題を生じていた。

そこで、本出願人により、特許文献１において異常画素を抽出して異常画素のみを効排除することができる画像処理装置が提案されている。これによれば、ＣＣＤを用いて生成したアナログ画像データをデジタル化して得たデジタル画像データに基づいて、生成された画像中に孤立して生じる異常画素を、画像全体に悪影響を及ぼすことなく、除去して画像を補正することができる。
特開２００１−６９３５３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の具体的な実施方法に基づいて画像処理を行う場合、孤立して発生している異常画素は、効果的に除去し補正することができるが、原画像データにおいて異常画素が隣接して発生している場合に、その異常画素を異常であると認識することができず、再生画像上に異常画素が残存するという問題が明らかになってきた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、異常画素が隣接して存在するような場合であっても、その異常画素を除去して、異常画素のない再生画像を得ることができる画像処理装置を提供することを目的とするものである。

本発明の画像処理装置は、光電的に検出して得られたデジタル画像データを記憶するメモリ手段と、該メモリ手段に記憶されたデジタル画像データの各画素を注目画素として、前記注目画素およびその近傍の複数画素の画素値を読み取り、該注目画素が異常画素か否かを判定する異常画素判定手段とを備え、
該異常画素判定手段が、前記注目画素の近傍の複数画素の画素値の平均値をＡ、最大値をＭａｘ、該最大値Ｍａｘの次に大きい画素値の値をＢ、最小値をＭｉｎｉ、および該最小値Ｍｉｎｉの次に小さい画素値をＣとしたとき、
前記注目画素の画素値ｘが、
（１）ｘ≧Ｂ、および、ｘ＞Ａ＋（Ｂ−Ｃ）×ｎ（ｎは正の定数）を充足するか、
もしくは、
（２）ｘ≦Ｃ、および、ｘ＜Ａ−（Ｂ−Ｃ）×ｎを充足する
のいずれかの条件を満たすときに、前記注目画素を画素値と判定するものであることを特徴とするものである。

正の定数ｎは、１以上、２以下であることが望ましい。

また、本発明の画像処理装置は、前記異常画素判定手段によって、前記注目画素が異常画素と判定されたときに、前記注目画素の画素値を、前記注目画素の近傍の画素の画素値に基づいて補正する異常画素補正手段をさらに備えるものであることが望ましい。

前記異常画素補正手段は、前記注目画素の画素値ｘを、前記注目画素の近傍の複数画素の画素値の前記最大値Ｍａｘ、最小値Ｍｉｎｉ、ＢおよびＣを除く前記注目画素の近傍の複数画素の画素値の平均値に置き換える補正を行うものであることが望ましい。

本発明の画像処理装置は、注目画素が上記（１）もしくは（２）の条件を満たす場合に、異常画素であると判定する異常画素判定手段を備えており、この条件であれば、隣接して異常画素が生じている場合であっても、注目画素が異常画素であるか否かを正確に判定することができるため、異常画素の除去を効果的に達成することができる。

さらに、異常画素判定手段によって注目画素が異常画素と判定されたときに、注目画素の画素値を、注目画素の近傍の画素の画素値に基づいて補正する異常画素補正手段をさらに備えていれば、異常画素を除去した良好な再生画像を得ることができる。

また、異常画素補正手段が、注目画素の画素値ｘを、注目画素の近傍の複数画素の画素値の最大値Ｍａｘ、最小値Ｍｉｎｉ、ＢおよびＣを除く注目画素の近傍の複数画素の画素値の平均値に置き換える補正を行うものであれば、その注目画素の近傍の異常画素の影響を受けて、不適切に補正されることを防止することができる。

以下、図面に基づいて、本発明にかかる実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施態様にかかる画像処理装置を備えた、画像読取再生装置の概略構成を示すブロック図である。

画像読取再生装置は、本発明の実施形態にかかる画像処理装置１と、所定の画像担体に担持されている画像を光電的に読み取り、読み取ったアナログ画像データをデジタル画像データＤorgに変換し、画像処理装置１に送出する画像読取装置２と、画像処理装置１で処理されたデジタル画像データＤが入力されて、該デジタル画像データの可視再生画像を表示もしくは出力する画像出力装置３を備えている。

本発明の画像処理装置１は、光電的に画像を読み取る画像読取装置２からのデジタル画像データＤorgを記憶するメモリ１１と、該メモリ１１に記憶されたデジタル画像データＤorgの各画素が異常画素であるか否かを判定する異常画素判定手段１２および異常画素判定手段１２により異常画素と判定された画素に対して補正を施す補正手段１３を含む画像処理部１５とを備え、画像出力装置３に再生画像データＤを出力するものである。なお、画像処理部１５は、画像の拡大縮小、階調補正など他の種々の画像処理を行う図示しない機能を備えていてもよく、異常画素補正のみならず、種々の画像処理を施して再生画像データＤを生成するものであってもよい。画像処理部１５で画像処理が施された画像データは一端メモリ１１に記憶され、外部からの指示に基づいて画像出力装置へと送出される。

画像読取装置２は、画像を光電的に読取りアナログ画像データを取得する光電読取手段２１と、読み取ったアナログ画像データをデジタル画像データに変換するＡ／Ｄ変換手段２２とを備え、デジタル画像データを画像処理装置１に送出するものであれば、いかなる形態のものであってもよい。例えば、蛍光物質の画像を担持している画像担体からの蛍光および化学発光物質と標識物質との接触により生ずる化学発光を検出するよう構成されたＣＣＤを備えた読取装置であってもよいし、放射線画像を担持している画像担体に対して光をポイントスキャンもしくはラインスキャンさせ、フォトマルチプライアにより光電的に放射線画像を読み取る読取装置であってもよいし、また、写真プリントやフイルムなどの画像担体から画像を読み取るスキャナであってもよい。

画像出力装置３は、再生画像データに基づく可視画像を表示するＣＲＴ、液晶などのディスプレイ、再生画像データに基づく可視画像を出力するプリンタなどである。

画像処理装置１の異常画素判定手段１２はデジタル画像データＤorgの各画素を注目画素として、注目画素およびその近傍の複数画素の画素値を読み取り、該注目画素が異常画素か否かを判定する。このとき、注目画素の近傍の複数画素の画素値の平均値をＡ、最大値をＭａｘ、該最大値Ｍａｘの次に大きい画素値をＢ、最小値をＭｉｎｉ、および該最小値Ｍｉｎｉの次に小さい画素値をＣとしたとき、注目画素の画素値ｘが、
（１）ｘ≧Ｂ、および、ｘ＞Ａ＋（Ｂ−Ｃ）×ｎ（ｎは正の定数）を充足する。

もしくは、
（２）ｘ≦Ｃ、および、ｘ＜Ａ−（Ｂ−Ｃ）×ｎを充足する。

のいずれかの条件を満たすときに、注目画素を異常画素と判定する。（１）の条件を満たすとき、注目画素は画素値が異常に高くなっている場合であり、画像中において特異な黒い画素となる点である。一方（２）の条件を満たすとき、注目画素は画素値が異常に低くなっている場合であり、画像中において特異な白い画素となる点である。

判定のフローの一例を図２に示す。各画素を順次注目画素として、次の手順で異常画素か否かを判定する。まず、注目画素の画素値ｘ、注目画素の近傍の複数画素の画素値の最大値Ｍａｘ、該最大値Ｍａｘの次に大きい画素値Ｂ、最小値Ｍｉｎｉ、および該最小値Ｍｉｎｉの次に小さい画素値Ｃを求め（Ｓ１）、ｘがＢ以上であるか否かを判定し（Ｓ２）、ｘ≧Ｂ（Ｙｅｓ）のとき、注目画素の近傍の複数画素の画素値の平均値Ａを求める（Ｓ３）。次に、ｘ＞Ａ＋（Ｂ―ｃ）×ｎであるか否かを判定する（Ｓ４）。ここで、ｘ＞Ａ＋（Ｂ−Ｃ）×ｎであれば（Ｙｅｓ）、注目画素を異常画素と判定し、Ｎｏであれば正常画素であると判定する。一方、注目画素の画素値ｘがＣより小さい場合（Ｓ２：Ｎｏ）、ｘ≦Ｃであるか否かを判定し（Ｓ５）、ｘ≦Ｃ（Ｙｅｓ）のとき、注目画素の近傍の複数画素の画素値の平均値Ａを求め（Ｓ６）、ｘ＜Ａ−（Ｂ−Ｃ）×ｎであるか否かを判定する（Ｓ７）。ここで、ｘ＜Ａ−（Ｂ−Ｃ）×ｎであれば（Ｙｅｓ）、注目画素を異常画素と判定し、Ｎｏであれば正常画素と判定する。また、ｘがＣより大きい場合（Ｓ５：Ｎｏ）、注目画素は正常画素であると判定する。

画像データＤorgの各画素を順次注目画素として、上記フローによりそれぞれ異常画素であるか否かを判定し、異常画素であると判定された画素については、補正手段１３により画素値が補正される。

補正手段１３は、異常画素に対して該異常画素の近傍の画素の画素値に基づいた補正を施す。例えば、注目画素の画素値ｘを、注目画素の近傍の複数画素のうち、最大値Ｍａｘ、最小値Ｍｉｎｉ、ＢおよびＣを除く複数画素の画素値の平均値に置き換える補正を行う。

画像処理部１５において、デジタル画像データＤorgは、異常画素の補正のほか必要に応じて画像処理が施され、再生画像データＤとして画像出力装置３へ送出される。

本画像処理装置１が異常画素判定手段１２および補正手段１３を備えているため、異常画素を抽出し、該異常画素の画素値を補正し、再生画像において特異な黒い画素や白い画素の発生を抑制することができる。

以下、注目画素の判定方法および補正について具体的な例を挙げて説明する。

図３は、斜線で示す注目画素X_iY_iと、注目画素X_iY_iを中心とした３×３のマスクサイズ内の画素を概念的に示す図であり、各画素は種々の画素値を有している。図３（ａ）〜（ｄ）は注目画素および近傍画素の画素値が異なる４パターンを示している。ここでは、マスクサイズを３×３とするが、５×５、７×７のサイズなどマスクサイズは任意に設定することができる。ここでは、注目画素X_iY_iの近傍の複数画素とは、注目画素以外のマスク内の画素であり、X_i-1Y_i-1、X_i-1Y_i、X_i-1Y_i-1、X_iY_i-1、X_iY_i+1、X_i+1Y_i-1、X_i+1Y_i、X_i+1Y_i+1の８つの画素となる。また、図中には各画素中にしめされている数値が画素値である。

なお上記の条件（１）および（２）において、正の定数であるｎは、１≦ｎ≦２であることが好ましく、本実施形態においては一例としてｎ＝１．６とする。しかしながら、ｎの値は１以上、２以下の範囲に限るものではない。但し、正の定数ｎの値が小さいほど、注目画素が特異的な黒い画素あるいは白い画素に該当する異常画素であると判定される確率が高くなり、特異的な黒い画素あるいは白い画素に該当する異常画素でないにもかかわらず、注目画素が異常画素であると誤って判定される虞が高く、他方、正の定数ｎの値が小さいほど、注目画素が、特異的な黒い画素あるいは白い画素に該当する異常画素ではないと判定される確率が高くなり、逆に、特異的な黒い画素あるいは白い画素に該当する異常画素であるにもかかわらず、注目画素Ｃが異常画素ではないと誤って判定される虞が高くなるので、正の定数ｎの値は、読取装置で読取られた画像の画素値（濃度値）、孤立点の度合いなどに応じて決定することが望ましい。

まず、図３（ａ）の場合について説明する。図３（ａ）では、注目画素X_iY_iの画素値ｘ＝２６０、近傍の複数画素の画素値の平均値Ａ＝（２６０＋１００＋１１０＋１１０＋１２０＋７０＋９０＋１００）／８＝１２０、最大値Ｍａｘは画素X_i-1Y_i-1の２６０、最大値Ｍａｘの次に大きい画素値Ｂは、画素X_i+1Y_iの１２０、最小値Ｍｉｎｉは画素X_i-1Y_i＋1の７０、最小値Ｍｉｎｉの次に小さい画素値Ｃは画素X_iY_i＋1の９０である。Ａ＋（Ｂ−Ｃ）×ｎ＝１２０＋（１２０−９０）×１．６＝１６８
すなわちｘ＞Ｂ、ｘ＞Ａ＋（Ｂ−Ｃ）×ｎであり、条件（１）を満たす。従って、異常画素判定手段１２は、図３（ａ）の注目画素X_i-1Y_i-1が異常画素であると判定する。

この場合、補正手段１３が、注目画素X_iY_iの画素値ｘを、注目画素の近傍の複数画素のうち、最大値Ｍａｘ、最小値Ｍｉｎｉ、ＢおよびＣを除く複数画素の画素値の平均値に置き換える補正を行う。ここでは、X_iY_i-1、X_i+1Y_i-1、X_i-1Y_i、X_i+1Y_i+1の画素値の平均値＝（１００＋１１０＋１１０＋１００）／４＝１０５に置き換える。

図３（ｂ）の場合、注目画素X_iY_iの画素値ｘ＝２０、近傍の複数画素の画素値の平均値Ａ＝（２６０＋１００＋１１０＋１１０＋１２０＋８０＋９０＋９０）／８＝１２０、最大値Ｍａｘは画素X_i-1Y_i-1の２６０、最大値Ｍａｘの次に大きい画素値Ｂは、画素X_i+1Y_iの１２０、最小値Ｍｉｎｉは画素X_i-1Y_i＋1の８０、最小値Ｍｉｎｉの次に小さい画素値Ｃは画素X_iY_i＋1およびX_i+1Y_i+1の９０である。また、Ａ−（Ｂ−Ｃ）×ｎ＝１２０−（１２０−９０）×１．６＝７２となる。

すなわちｘ＜Ｃ、ｘ＜Ａ−（Ｂ−Ｃ）×ｎであり、条件（２）を満たす。従って、異常画素判定手段１２は図３（ｂ）の注目画素X_i-1Y_i-1が異常画素であると判定する。

この場合、補正手段１３が、注目画素X_iY_iの画素値ｘ＝２０を、注目画素の画素値ｘを、注目画素の近傍の複数画素のうち、最大値Ｍａｘ、最小値Ｍｉｎｉ、ＢおよびＣを除く複数画素の画素値の平均値に置き換える補正を行う。本例においては、最小値Ｍｉｎｉの次に小さい画素値Ｃ９０を有する画素がX_iY_i＋1およびX_i+1Y_i＋1の２つある。しかし、この場合そのうちの１つの画素のみ除くものとし、画素値９０のもう１つの画素を含む他の４画素の画素値の平均値（１００＋１１０＋１１０＋９０)／４≒１０３を求め、注目画素の画素値を該平均値１０３に置き換える。

図３（ｃ）の場合、注目画素X_iY_iの画素値ｘ＝１００、であり、最大値Ｍａｘの次に大きい画素X_i-1Y_iおよびX_i+1Y_iの１２０よりも小さく、最小値Ｍｉｎｉの次に小さい画素X_iY_i＋1およびX_i+1Y_i+1の９０より大きい。従って、注目画素は正常画素であると判定される。

図３（ｄ）の場合、注目画素X_iY_iの画素値ｘ＝７０、近傍の複数画素の画素値の平均値Ａ＝（１３０＋１００＋１１０＋１１０＋１３０＋８０＋８０＋９０）／８＝１００、最大値を有する画素、最小値を有する画素がそれぞれ２画素ずつ存在する。この場合、１３０の画素値を有する一方の画素を最大値Ｍａｘ、他方の画素を最大値の次に大きい画素値を有するものとみなし、Ｍａｘ＝Ｂ＝１３０とし、８０の画素値を有する一方の画素の画素値をＭｉｎｉ、他方の画素を最小値の次に小さい画素値を有するものとみなし、Ｍｉｎｉ＝Ｃ＝８０とする。そこで、Ａ−（Ｂ−Ｃ）×ｎ＝１００−（１３０−８０）×１．６＝２０
すなわちｘ＜Ｃであるが、ｘ＜Ａ−（Ｂ−Ｃ）×ｎを満たしていないため、注目画素は正常画素であると判定される。

従来の場合、図３（ａ）のように同一マスク内に異常画素が２つ存在する場合、注目画素が異常画素であると判定されない虞があったが、上記実施形態のように本発明画像処理装置によれば、同一マスク内に異常画素が２つ存在する場合であってもその異常画素を認識し、適切な画素値に補正することができるため、良好な再生画像を得ることができる。

本発明の実施形態にかかる画像処理装置を備えた画像読取再生装置の概略構成を示すブロック図 異常画素判定の手順を表すフローチャート 注目画素を中心とする３×３の画素のデータを概念的に示す図

符号の説明

１ 画像処理装置
２ 画像読取装置
３ 画像出力装置
１１ メモリ
１２ 異常画素判定手段
１３ 補正手段
１５ 画像処理部
２１ 光電読取手段
２２ Ａ／Ｄ変換手段

Claims (4)

1. 光電的に検出して得られたデジタル画像データを記憶するメモリ手段と、
   前記メモリ手段に記憶されたデジタル画像データの各画素を注目画素として、前記注目画素およびその近傍の複数画素の画素値を読み取り、該注目画素が異常画素か否かを判定する異常画素判定手段とを備え、
   該異常画素判定手段が、前記注目画素の近傍の複数画素の画素値の平均値をＡ、該平均値を求めるために用いられた前記複数画素の画素値のうち、最大値をＭａｘ、該最大値Ｍａｘの次に大きい画素値をＢ、最小値をＭｉｎｉ、および該最小値Ｍｉｎｉの次に小さい画素値をＣとしたとき、
   前記注目画素の画素値ｘが、
   （１）ｘ≧Ｂ、および、ｘ＞Ａ＋（Ｂ−Ｃ）×ｎ（ｎは正の定数）を充足するか、
   もしくは、
   （２）ｘ≦Ｃ、および、ｘ＜Ａ−（Ｂ−Ｃ）×ｎを充足する
   のいずれかの条件を満たすときに、前記注目画素を異常画素と判定するものであることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記正の定数ｎが１以上、２以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記異常画素判定手段によって、前記注目画素が異常画素と判定されたときに、前記注目画素の画素値を、前記注目画素の近傍の画素の画素値に基づいて補正する異常画素補正手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の画像処理装置。
4. 前記異常画素補正手段が、前記注目画素の画素値ｘを、前記注目画素の近傍の複数画素の画素値の前記最大値Ｍａｘ、最小値Ｍｉｎｉ、ＢおよびＣを除く前記注目画素の近傍の複数画素の画素値の平均値に置き換える補正を行うものであることを特徴とする請求項３記載の画像処理装置。

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