Tendency analysis of image characteristics according to search window size of 3D non-local means algorithm in computed tomographic images : A simulation study

국문 초록 (Abstract)

본 연구의 목적은 전산화단층촬영 (computed tomography, CT)영상으로부터 각각의 검색창 크기가 설정된 3차원 비지역적 평균 (3D non-local means, 3DNLM) 알고리즘을 적용하여 이에 대한 영상 특성 및 시간 분해능의 경향성을 분석하는 것이다. 이를 위해 Gaussian 및 poisson 노이즈가 부가된 3D Shepp-Logan phantom 영상을 모델링한 후 평활화 상수 및 패치크기가 각각 0.01 및 3×3×3으로 설정된 3DNLM 알고리즘의 검색창 크기를 3×3×3부터 2×2×2 간격으로 15×15×15 크기까지 변경하여 각각 적용하였다. 이에 대한 영상 특성의 정량적 평가를 위해 contrast to noise ratio (CNR) 및 peak signal to noise ratio (PSNR)을 측정하였으며, 시간 분해능 분석을 위해 3DNLM 알고리즘의 연산 시간을 측정하였다. 결과적으로, CNR은 검색창이 증가함에 따라 개선됨을 보였으며, PSNR 은 5×5×5 크기의 검색창에서 가장 개선된 결과를 보였다. 시간분해능의 경우 검색창의 크기가 증가함에 따라 지수함수 적으로 증가함이 확인되었다. 결론적으로, CT 영상으로부터 3DNLM 알고리즘을 효율적으로 적용하기 위해서 영상 특성 및 시간분해능이 모두 고려된 검색창의 크기를 설정하는 것이 중요함을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study was to analyze the tendency of image characteristics and time resolution by applying a 3D non-local means (3DNLM) algorithm, which each search window size was set, in computed tomography (CT) images. For this purpose, the 3D Shepp-Logan phantom images were modeled by adding Gaussian and poisson noise. Then, search window size of 3DNLM algorithm with smoothing factor and patch size set to 0.01 and 3×3×3, respectively, changed from 3×3×3 to 15×15 ×15 at interval 2×2×2 and applied, respectively. To quantiative evaluate of image characteristics, contrast to noise ratio (CNR) and peak signal to noise ratio (PSNR) were measured, and the operation time of the 3DNLM was measured for time resolution analysis. As a result, the CNR showed improvement as the search window increased, and PSNR showed the most improved in the search window size of 5×5×5. In addition, time resolution was confirmed that it increased exponentially as the search window size increased. In conclusion, we confirmed that setting the search window size considering both image characteristics and time resolution to efficiently apply the 3DNLM algorithm in CT images.

목차 (Table of Contents)

• Abstract
• Ⅰ. 서론
• Ⅱ. 재료 및 방법
• 1. 3D Shepp-Logan phantom 모델링
• 2. 3D non-local means algorithm 적용
• 3. 정량적 평가
• Ⅲ. 결과
• Ⅳ. 결론
• Ⅴ. 참고문헌
• 요약