조명-투과 영상모델에서 동형필터를 이용한 진단 방사선 영상의 개선 = Image enhancement of diagnostic radiotraphy using homomorphic filter in illumination-transillumination model
디지털 영상 처리에서 동형필터는 영상의 일반적인 영상 모델로서 시각적 인식 원리에 따라 조명- 반사모델을 기반으로 하고 있다. 이러한 영상처리 방법은 진단 방사선 필름과 같은 조명- 투과 모델에도 적용이 가능하다.
동형필터를 이용한 영상처리 효과는 영상의 농도 압축과 동시에 대조도를 개선할 수 있다. 동형필터를 영상 처리에 이용하는 과정에서 가장 중요한 것은 영상의 조명성분과 투과성분을 별도로 분리할 수 있도록 적절한 주파수 도메인필터함수를 만드는 것이다.
동형필터로 처리된 영상의 화질의 평가 요소로서 대조도, 선명도 그리고 잡음의 평가를 이용하였다. 이들 화질 평가 요소는 방사선 영상에 적용할 때 이들중 하나를 우선으로 할 수 있으나, 모형을 촬영한 영상을 이용하여 경험적인 방법으로 영상을 처리하여 주파수 도메인에서 적합한 필터 함수를 구할 수 있다. 본 연구는 영상의 화질에서 최적의 조건을 갖는 동형필터 함수의 계수를 구하였으며 그 값은 증폭계수가 1.6, 옵셋은 0.6이었다.
동형필터 처리영상의 성적을 평가하기 위하여 원영상을 비롯하여 버터워스 고역통과필터와 후치필터로 처리한 영상을 비교하였다.
원영상를 비롯한 버터워스 고역통과 필터, 후치필터 그리고 동형필터의 MTF값을 구하였는데, 이때 모형의 공간주파수는 10 line/㎜로 하였다. 선명도 평가는 이들 MTF 값으로부터 구하였고 각 필터의 순서에 따라 0.066, 0.077, 0.045 그리고 0.081로 나타났다.
계단 모형의 필터 처리 영상으로부터 특성곡선의 경사도를 구하였고, 이들 경사도로부터 대조도를 구하였다. 이들 대조도의 값은 각각 순서에 따라 0.561, 0.011, 0.18 그리고 0.511로 나타났다.
임상사례의 경우에는 핵의학 영상을 포함하여 모두 5개의 사례를 대상으로 하였다. 평가 결과 동형필터에 의한 영상이 가장 우수한 것으로 나타났으며, 높은 농도 범위를 갖는 영상의 밝고 어두운 부분의 농도가 균형있게 처리되었고 대조도와 선명도가 향상되었다.
동형필터는 다른 영상 개선 방법에 비해 우수한 영상처리방법으로 확인되었으며, 진단 방사선 필름을 디지털 영상으로 처리하는데 유용한 도구가 될 수 있음을 알 수 있었다. 본 연구에서 사용한 프로그램은 영상처리 팩키지(IDL, Intersys)를 이용하였다.
The approach of homomorphic filtering is derived from an illumination-reflectance model of the image in digital image processing. Also the approach can be applied to illumination -trans illumination model in diagnostic radiography.
Homomorphic filter can perform simultaneous contrast enhancement and density range compression. Important elements for the success of the homomorphic approach is the selection of an appropriate frequency domain filter function in order to modify the illumination and transillumination components of an image differently.
The factors used to evaluate image quality are contrast, sharpness and noise. Although there are tradeoffs between the factors as they apply to radiography, a suitable and adjustable filter function was derived for frequency domain processing with heuristic method using MTF phantom experiments.
We found coefficients of homomorphic filter function, as the optimum values, that was amplitude of 1.6 and offset of 0.6.
Homomorphic filtering is compared to Butterworth high-pass filter and post filtering, including original image.
Four MTFs were obtained by changing the filters to original, Butterworth high-pass filter, post filtering and homomorphic filter when spatial frequency of phantom is 10 line/mm. Sharpnesses were measured from these MTFs, and they were 0.066, 0.077, 0.045, and 0.081 respectively.
Slopes of characteristic curve from stepwedge image by each filtering were obtained, and contrasts were measured from these slopes. They were 0.561, 0.011, 0.18 and 0.511 respectively.
A clinical study was reported utilizing 5 cases of X-ray films, including nuclear medicine images. The homomorphic filter works best here, decreasing the high density range of the image and balancing the dark and bright region while performing contrast and sharpness enhancement in both regions.
Homomorphic filter has proven far superior to other enhancement methods, and also was found a valuable tool to process for diagnostic radiography film to digital image. The program was written in Intersys IDL to run as a module under the image processing software package.
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