CN103940835B - 放射线摄影装置及其图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种放射线摄影装置及其图像处理方法，能够在确保非线性最优化运算的收敛精度的同时使计算高速化。估计表示放射线照射单元、工作台、放射线检测单元的几何关系的参数的初始值A＾₁P＾₁M＾₁……A＾_nP＾_nM＾_n，估计特征点三维坐标的最小二乘解(p^W)_i，只更新限定到重投影平方误差收敛为止的参数。这样根据已知的摄影条件估计参数的初始值，从装置的机构、驱动特性进行考虑，限定为被认为参数的初始值与实际摄影时的参数之间的误差大的参数，来进行非线性最优化运算。其结果是，通过利用摄影条件这样的断层摄影的信息，能够在确保非线性最优化运算的收敛精度的同时使计算高速化。

Description

放射线摄影装置及其图像处理方法

技术领域

本发明涉及一种根据通过用放射线检测单元检测从放射线照射单元照射并透过了对象物的放射线所得到的投影图像进行放射线摄影的放射线摄影装置及其图像处理方法。

背景技术

作为放射线，采用X射线为例子进行说明。此外，作为对象物，存在安装基板、多层基板的贯通孔/图案/焊接部、配置在托盘上的集成电路(IC：Integrated Circuit)那样的安装前的电子部件、金属等铸件、视频转录装置那样的成型品等。具体地说，在电子部件的检查(例如基板的布线检查、BGA(球栅阵列：Ball Grid Array)、焊接部、空隙(void)等的检查)、这些对象物的内部缺陷的检查等中使用。

在以往已知的CT(计算机断层摄影：Computed Tomography)装置中，如图10所示，在配置成彼此相对的X射线管T(放射线照射单元)与X射线检测器D(放射线检测单元)之间将对象物O载置在旋转台S上。通过驱动旋转台S来使旋转台S以与旋转台S的面垂直的轴为旋转轴Ax进行旋转，来使载置在旋转台S上的对象物O旋转。通过像这样使对象物O绕旋转轴Ax旋转来对从各个角度的对象物O的投影图像进行摄影，通过对这些投影图像进行重构来计算三维图像。

在通过对球栅阵列(BGA)、布线等具有非常细微的构造的对象物进行断层摄影来进行X射线检查时，需要增大放大率来进行摄影。但是，在增大放大率时，需要使以X射线管为代表的放射线源与对象物接近地进行摄影，因此，在对象物在平面上是宽广的形状的情况下，X射线管和对象物有可能相互干扰。其结果是，为了避免干扰而不太能提高放大率。

因此，如图11所示，已知以下的平面CT(PCT：Planar Computed Tomog raphy)，即在从旋转轴Ax倾斜了断层摄影角度(Laminographic angle)的倾斜方向上配置X射线管T和X射线检测器D，以倾斜方向从X射线管T照射X射线，由此以使对象物O不干扰的方式进行断层摄影。另外，在工作台没有旋转机构的X射线透视装置中，还有以下的方法：如图12所示，使载置了对象物O的工作台S在与旋转轴Ax垂直的平面(在图12中是水平面)上以描绘圆轨迹的方式平行移动，与工作台S的移动同步地驱动X射线检测器D绕同一旋转轴Ax的轴心进行旋转，由此实现PCT(例如参照专利文献1、2)。

在图12的摄影方法中，工作台和X射线检测器为相互独立的驱动机构，因此为了得到理想的断层摄影的扫描轨迹，需要能够高精度的定位、同步的机构和控制，从而变得昂贵。因此，在实际的扫描轨迹与理想扫描轨迹之间存在偏差的情况下，还有以下的方法：通过用校正用体模进行校准(校正)来高精度地计算出实际的扫描轨迹，作为重构用的校正参数而保持(例如参照专利文献3)。这时的校正参数计算是与在计算机视觉的领域中已知的照相机校准相同的问题设定，作为计算算法已知光束法平差(Bundle Adjustment)等方法。

Bundle Adjustment法是以下的方法，即根据从图像中提取的特征点，通过非线性最优化运算计算出特征点的三维坐标和摄影时的几何学模型的参数。这时，由于进行迭代运算，因此因初始值的设定方法、特征点数、帧数、估计参数个数等各种条件而有时计算时间长。因此，提出了减少计算时间的方法(例如参照专利文献4、5)。

在专利文献4的日本特开2007-48068号公报中，对于在从图像中提取的特征量的种类有两种以上(点图案和正方形图案等)的情况下由于未知参数增加而现有的利用雅可比矩阵是包含多个“0”的稀疏矩阵的计算的高速化无法直接进行应用这样的问题，如下这样进行对应。即，将未知参数分割为三个以上并分别落实到可高速化运算的矩阵的形式，阶段性地进行计算，由此实现计算时间的缩短。

在专利文献5的日本特开2009-14629号公报中，针对在从图像中提取的特征点在帧之间的对应存在错误的情况、提取了不适当的特征点的情况下非线性最优化运算的收敛性变差从而对参数计算精度和计算时间产生坏影响这样的问题，如下这样进行对应。即，通过在计算评价函数时应用排除异常值那样的稳健估计法(LmedS法、RANSAC法等)抑制异常值的影响，来实现非线性最优化运算的高精度化、高速化。

专利文献1：日本特开2010-2221号公报

专利文献2：专利第3694833号

专利文献3：专利第4415762号

专利文献4：日本特开2007-48068号公报

专利文献5：日本特开2009-14629号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在专利文献4的日本特开2007-48068号公报中，是在特征量的种类有两种以上这样的特定条件下的高速化方法，与从图像中只提取特征点并实施Bundle Adjustment法的情况无关。另外，在专利文献5的日本特开2009-14629号公报中，是以不适当的特征点提取、帧之间的特征点的错误对应为前提，但在使用校正用体模在受控的环境下实施校准的情况下，这样的影响(对参数计算精度和计算时间的坏影响)少，难以说与高速化有所联系。另外，在现有方法中，并没有提出针对随着参数个数增加而非线性最优化运算中的计算时间变长这样的问题的高速化方法。

本发明就是鉴于这样的情况而提出的，其目的在于提供一种放射线摄影装置及其图像处理方法，能够在确保非线性最优化运算的收敛精度的同时使计算高速化。

用于解决问题的方案

本发明为了达到这样的目的，采用以下这样的结构。

即，本发明的放射线摄影装置具备：载置对象物的工作台；以及被配置成将该工作台夹在中间且彼此相对的放射线照射单元和放射线检测单元，其中，根据通过用上述放射线检测单元检测从上述放射线照射单元照射并透过了上述对象物的放射线所得到的投影图像，来进行放射线摄影，该放射线摄影装置的特征在于，还具备：驱动单元，其在将校正用体模或上述对象物载置在上述工作台上的状态下，对上述放射线照射单元和上述工作台中的至少一个进行驱动；参数计算单元，其根据多个上述校正用体模的投影图像通过非线性最优化运算来计算表示放射线照射单元、工作台以及放射线检测单元的几何关系的参数；断层图像计算单元，其根据多个上述对象物的投影图像和上述参数计算对象物的断层图像，并在进行该计算时利用适合于在对上述对象物进行摄影时的摄影条件的上述参数进行重构；以及参数个数限定单元，其在上述参数计算单元计算上述参数时，根据在对上述校正用体模进行摄影时的摄影条件，将通过非线性最优化运算要计算的参数的个数以减少的方式进行限定。

[作用和效果]根据本发明所涉及的放射线摄影装置，参数计算单元根据多个校正用体模的投影图像通过非线性最优化运算来计算表示放射线照射单元、工作台、放射线检测单元的几何关系的参数，断层图像计算单元根据多个对象物的投影图像和上述参数(校正参数)计算对象物的断层图像，并在进行该计算时利用适合于在对对象物进行摄影时的摄影条件的参数进行重构。参数个数限定单元在计算该参数时根据在对校正用体模进行摄影时的摄影条件，将通过非线性最优化运算要计算的参数的个数以减少的方式进行限定。这样根据已知的摄影条件估计表示放射线照射单元、工作台、放射线检测单元的几何关系的参数的初始值，从装置的机构、驱动特性进行考虑，限定为被认为参数的初始值和实际摄影时的参数之间的误差大的参数，来进行非线性最优化运算。其结果是，通过利用摄影条件这样的断层摄影的信息，能够在确保非线性最优化运算的收敛精度的同时，使计算高速化。

在上述的本发明所涉及的放射线摄影装置中，优选上述参数个数限定单元根据在变更了摄影条件时变更后的该摄影条件，将通过非线性最优化运算要计算的参数的个数以减少的方式进行限定。例如，在装置出货后、安装后进行一次非线性最优化运算，根据变更了摄影条件时变更后的该摄影条件将参数的个数以减少的方式进行限定。不只存在驱动系统的驱动误差，还存在出货并安装放射线摄影装置的各构成要素时的安装误差，成为与参数的初始值之间的误差。因此，通过在装置出货后、安装后进行一次非线性最优化运算来计算包含安装误差的参数，在变更了摄影条件时只估计驱动系统的驱动误差相关的部分的参数。

此外，将参数的个数以减少的方式进行限定的定时并不只限于实际变更摄影条件时。例如，在装置的电源接通时有可能产生驱动系统的驱动误差，因此也可以在每次装置的电源接通后都根据该电源接通时的摄影条件将参数的个数以减少的方式进行限定。此外，关于将参数的个数以减少的方式进行限定的设定，可以由中央运算处理装置(CPU)等判断并自动地进行摄影条件的变更，也可以由操作者手动地进行摄影条件的变更，还可以自动和手动相结合地进行摄影条件的变更。

在上述这些发明所涉及的放射线摄影装置中，优选上述参数个数限定单元将通过非线性最优化运算要计算的参数限定为表示放射线照射单元与工作台之间的坐标位置关系的三个参数。例如，在三轴驱动中，在变更了放大率的情况、变更从放射线照射单元向放射线检测单元垂下垂线的距离(SID：Source Image Distance，源像距)的情况下，能够限定为三个参数。此外，放射线摄影是透视摄影，因此在放射线检测单元中必定投影放大后的像。因而，与放射线检测单元的驱动误差对投影图像的影响相比，放射线照射单元、工作台的驱动误差对投影图像的影响更大。因此，通过限定为影响大的表示放射线照射单元与工作台之间的坐标位置关系的三个参数来进行计算，能够在确保非线性最优化运算的收敛精度的同时，使运算高速化。

特别能够应用于进行平面CT(PCT：Planar Computed Tomography)的情况，该平面CT是驱动单元驱动工作台来使工作台以与工作台的面垂直的轴为旋转轴进行旋转，进行以从旋转轴倾斜了断层摄影角度的倾斜方向从放射线照射单元照射放射线。在平面CT(PCT)中，能够进行比通常的CT更高的放大率下的放射线摄影。越是设为高放大率，则放射线照射单元、工作台的驱动误差对投影图像的影响越大，因此通过限定为三个参数使对评价函数的收敛精度造成的坏影响变小。

另外，本发明的图像处理方法是放射线摄影装置中的图像处理方法，该放射线摄影装置具备：载置对象物的工作台；以及被配置成将该工作台夹在中间且彼此相对的放射线照射单元和放射线检测单元，该放射线摄影装置根据通过用上述放射线检测单元检测从上述放射线照射单元照射并透过了上述对象物的放射线所得到的投影图像，来进行放射线摄影，该图像处理方法的特征在于，包括参数个数限定步骤，在该参数个数限定步骤中，在根据多个校正用体模的投影图像通过非线性最优化运算来计算表示放射线照射单元、工作台以及放射线检测单元的几何关系的参数时，根据在对上述校正用体模进行摄影时的摄影条件，将通过非线性最优化运算要计算的参数的个数以减少的方式进行限定。

[作用和效果]根据本发明所涉及的图像处理方法，在参数计算时，根据在对校正用体模进行摄影时的摄影条件，将通过非线性最优化运算要计算的参数的个数以减少的方式进行限定。这样根据已知的摄影条件估计表示放射线照射单元、工作台、放射线检测单元的几何关系的参数的初始值，从装置的结构、驱动特性进行考虑，限定为被认为参数的初始值和实际摄影时的参数之间的误差大的参数，来进行非线性最优化运算。其结果是，通过利用摄影条件这样的断层摄影的信息，能够在确保非线性最优化运算的收敛精度的同时，使计算高速化。

具体地说，还包括通过非线性最优化运算来计算上述参数的参数计算步骤，其中，参数计算步骤包括特征点三维坐标估计步骤、重投影坐标计算步骤、重投影平方误差计算步骤、收敛判断步骤以及参数更新步骤，在参数更新步骤中，只更新在上述参数个数限定步骤中所限定的参数。在特征点三维坐标估计步骤中，根据从校正用体模的投影图像中提取出的特征点以及参数的初始值，来估计特征点的三维坐标。在重投影坐标计算步骤中，根据在特征点三维坐标估计步骤中估计出的特征点三维坐标，来计算重投影坐标。在重投影平方误差计算步骤中，根据在重投影坐标计算步骤中计算出的重投影坐标以及上述特征点，来计算重投影平方误差。在收敛判断步骤中，进行在重投影平方误差计算步骤中计算出的重投影平方误差的收敛判断。然后，在参数更新步骤中，在重投影平方误差的值未收敛的情况下，更新参数使得重投影平方误差的值变小，但在进行该更新时，只更新在上述参数个数限定步骤中所限定的参数。这样，在更新参数时，根据摄影条件预先限定了要计算的参数的个数，因此在参数更新步骤中所更新的参数的个数少量即可，能够在确保非线性最优化运算的收敛精度的同时，使计算高速化。

发明的效果

根据本发明所涉及的放射线摄影装置及其图像处理方法，在计算参数时，参数个数限定单元根据在对校正用体模进行摄影时的摄影条件将通过非线性最优化运算要计算的参数的个数以减少的方式进行限定。这样根据已知的摄影条件估计表示放射线照射单元、工作台、放射线检测单元的几何关系的参数的初始值，从装置的结构、驱动特性进行考虑，限定为被认为参数的初始值和实际摄影时的参数之间的误差大的参数，来进行非线性最优化运算。其结果是，通过利用摄影条件这样的断层摄影的信息，能够在确保非线性最优化运算的收敛精度的同时，使计算高速化。

附图说明

图1是实施例所涉及的X射线检查装置的概要结构图。

图2是实施例所涉及的X射线检查装置的概要立体图。

图3是同时记载了基于校正用体模的校准法的实施例所涉及的X射线检查装置的概要立体图。

图4是同时记载了各坐标系的实施例所涉及的X射线检查装置的概要立体图。

图5是实施例所涉及的X射线检查装置的框图。

图6是在放射线摄影时能够搭载校正用体模地构成工作台的一个例子的概要图，图6的(a)是将标记嵌入到工作台而作为校正用体模的情况下的概要立体图，图6的(b)是将标记嵌入到工作台而作为校正用体模的情况下的概要截面图。

图7是在放射线摄影时能够搭载校正用体模地构成工作台的另一个例子的概要图，图7的(a)是将图案作为标记设置到工作台的表面(上表面)时的校正用体模的概要立体图，图7的(b)是将图案作为标记设置到工作台的背面(下表面)时的概要立体图。

图8是表示到根据校正用体模的投影图像计算出参数为止的一连串处理的流程图。

图9是图8的参数计算的具体流程图。

图10是现有的摄影的概要图。

图11是现有的倾斜摄影的概要图。

图12是使工作台平行移动并驱动X射线检测器与工作台的移动同步地进行旋转时的现有的倾斜摄影的概要图。

附图标记说明

2：工作台；3：X射线管；4：X射线检测器；7：工作台驱动机构；8：参数计算部；10：断层图像计算部；t_x、t_y、t_z：平移参数；O：对象物。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施例。

图1是实施例所涉及的X射线检查装置的概要结构图，图2是实施例所涉及的X射线检查装置的概要立体图，图3是同时记载了基于校正用体模的校准法的实施例所涉及的X射线检查装置的概要立体图，图4是同时记载了各坐标系的实施例所涉及的X射线检查装置的概要立体图，图5是实施例所涉及的X射线检查装置的框图。在本实施例中，作为放射线摄影装置，采用X射线检查装置为例子进行说明。

如图1所示，X射线检查装置1具备载置对象物O的工作台2、以及被配置成将该工作台2夹在中间且彼此相对的X射线管3和X射线检测器4。关于X射线检测器4，如图像增光器(I.I)、平板型X射线检测器(FPD：Flat Panel Detector)等所示例的那样，并没有特别限定。在本实施例中，作为X射线检测器4，采用平板型X射线检测器(FPD)为例子进行说明。工作台2相当于本发明的工作台，X射线管3相当于本发明的放射线照射单元，X射线检测器4相当于本发明的放射线检测单元。

FPD由与像素对应地纵横排列的多个检测元件构成，检测元件检测X射线，并将检测出的X射线的数据(电荷信号)作为X射线检测信号进行输出。这样，由FPD构成的X射线检测器4检测从X射线管3照射并透过了对象物O的X射线，并输出X射线检测信号，与像素对应地分别排列基于X射线检测信号的像素值，由此获取投影到X射线检测器4的检测面的投影图像。

除此以外，X射线检查装置1如图1所示，还具备：检测器旋转机构5，其驱动X射线检测器4绕箭头R1进行旋转；以及检测器倾动机构6，其使X射线检测器4向箭头R2方向倾动。检测器倾动机构6由支承X射线检测器4的圆弧状的导轨部6a以及旋转电动机(省略图示)构成，通过由旋转电动机进行旋转驱动，X射线检测器4沿着导轨部6a向箭头R₂方向倾斜地移动。

检测器旋转机构5由旋转电动机(省略图示)构成，通过由旋转电动机驱动检测器倾动机构6的导轨部6a绕箭头R₁旋转，来驱动被导轨部6a支承的X射线检测器4也绕箭头R₁进行旋转。另外，在本实施例中，检测器旋转机构5与工作台2的驱动同步地驱动X射线检测器4绕箭头R₁进行旋转。特别地，检测器旋转机构5驱动X射线检测器4绕箭头R₁进行旋转，使得从X射线管3照射的X射线透过对象物O的关注点后在X射线检测器4的中心部分被检测到。

在本实施例中，X射线管3被固定在装置框体(省略图示)上，从X射线管3向广范围照射的X射线穿过对象物O的关注点，被X射线检测器4检测。

除此以外，X射线检查装置1如图5所示，还具备：工作台驱动机构7，其驱动工作台2在作为正交坐标系的世界坐标系X_W、Y_W、Z_W(参照图1、图4)中分别向箭头R₃、R₄、R₅(参照图1、图2)方向直进；参数计算部8，其根据校正用体模Ph(参照图3、图5～图7)的投影图像计算校正用的参数；参数存储部9，其写入通过参数计算部8计算出的参数进行存储；断层图像计算部10，其根据多个对象物O的投影图像和参数，计算对象物O的断层图像；控制器11，其对它们进行统一控制；以及图像输出部12，其输出通过断层图像计算部10得到的断层图像(向监视器进行显示输出、或向打印机进行印刷输出)。包含上述检测器旋转机构5、检测器倾动机构6在内工作台驱动机构7相当于本发明的驱动单元，参数计算部8相当于本发明的参数计算单元，参数计算部8还相当于本发明的参数个数限定单元，断层图像计算部10相当于本发明的断层图像计算单元。

工作台驱动机构7包括：X轴直进电动机(省略图示)，其驱动工作台2向与X_W(参照图1、图4)平行的箭头R₃(参照图1、图2)方向进行直进(在此为水平)；Y轴直进电动机(省略图示)，其驱动工作台2向与Y_W(参照图1、图4)平行的箭头R₄(参照图2)方向进行直进(在此为水平)；以及Z轴直进电动机(省略图示)，其驱动工作台2向与Z_W(参照图1、图4)平行的箭头R₅(参照图1、图2)方向进行直进(在此为升降)。在本实施例中，控制器11驱动工作台2，使得各个X轴直进电动机、Y轴直进电动机的轨迹的合成是圆轨迹，并且与检测器旋转机构5对X射线检测器4的旋转的驱动同步。

这样，在圆轨迹上对工作台2进行驱动，同时驱动X射线检测器4进行旋转，由此能够将工作台2的朝向固定为固定方向。另外，如图3所示，将校正用体模Ph载置在工作台2上，根据所实施的断层摄影条件，按照用实线所示的以旋转轴Ax为中心的圆轨迹同步地驱动工作台2和X射线检测器4来进行放射线摄影，由此获取多个校正用体模Ph的投影图像。

此外，在本实施例中，以图3所示那样的圆轨迹(与现有的图12所示的圆轨迹相同)进行动作来进行断层摄影，但只要是能够进行现有的图10～图12那样的断层摄影的装置结构即可，即使图1～图4以外的轨迹也能够采用各种各样的装置结构。另外，工作台2、X射线管3和X射线检测器4相对地以相同轨迹进行动作即可，因此例如在图10的情况下，也可以代替驱动工作台进行旋转，而驱动X射线管和X射线检测器。另外，不限于图10～图12，如直线断层摄影所示例的那样，只要是断层摄影就没有特别限定。这样，只要是对以X射线管为代表的放射线照射单元和工作台中的至少一个进行驱动的方式，则可以驱动放射线照射单元和工作台两者，也可以只驱动放射线照射单元，还可以只驱动工作台。

此外，如图4所示，将W_C设为世界坐标系，将C_C设为照相机坐标系，将I_C设为图像面坐标系，将P_C设为像素坐标系。世界坐标系是任意设定的基准坐标系，作为原点，例如可以设定为对象物O(参照图1、图2)、校正用体模Ph(参照图3、图5～图7)的位置。照相机坐标系是以下的坐标系，即以X射线管3(所谓的光源)为原点，将Z_C轴设为来自X射线管3的照射轴(所谓的光轴)方向，使X_C轴和Y_C轴与X射线检测器4的检测面的水平方向和垂直方向一致(与图像面坐标系的x轴和y轴平行)。图像面坐标系是以光轴和检测面相交的位置为原点、使x轴和y轴分别与检测面的水平方向和垂直方向一致的坐标系。进而，像素坐标系是以图像的左上为原点的像素单位(pixel单位)的坐标系。

返回到图5的说明，参数计算部8根据校正用体模Ph(也参照图3、图6和图7)的投影图像计算校正用的参数，将计算出的参数按每个摄影条件写入到参数存储部9进行存储。在校正对象物O的断层图像时，读出存储在参数存储部9中的参数，利用该读出的参数。参数存储部9由以RAM(随机存取存储器)等为代表的存储介质构成。

进而，将参数的初始值写入到参数存储部9中进行存储，读出存储在参数存储部9中的参数，参数计算部8更新参数，将更新后的参数写入到参数存储部9进行存储。在更新参数时，只更新限定的参数。由此，参数计算部8具有本发明的参数个数限定单元的功能。将在后面说明参数个数限定单元的具体功能。

断层图像计算部10根据多个对象物O的投影图像和上述参数，计算对象物O的断层图像，在进行该计算时利用适合于在对对象物O进行摄影时的摄影条件的参数进行重构。控制器11统一控制构成X射线检查装置1的各部分，特别地分别控制检测器旋转机构5的旋转电动机(省略图示)、检测器倾动机构6的旋转电动机(省略图示)、工作台驱动机构7的X轴/Y轴/Z轴直进电动机(省略图示)。上述的参数计算部8、断层图像计算部10、控制器11由中央运算处理装置(CPU)等构成。

如图1所示，通过配置X射线管3、对象物O和X射线检测器4，能够与图12同样地，在倾斜了断层摄影角度的倾斜方向上配置X射线管3和X射线检测器4，来从倾斜方向进行摄影(平面CT)。另外，能够使X射线管3与工作台2甚至对象物O接近，能够使X射线管3和对象物O互不干扰地得到高放大率的投影图像。通过在每次驱动工作台2时都获取投影图像，来获取来自多个角度的投影图像，图5所示的断层图像计算部10根据多个投影图像计算断层图像。

接着，参照图6和图7说明校正用体模Ph。图6是在放射线摄影时能够搭载校正用体模地构成工作台的一个例子的概要图，图6的(a)是将标记嵌入到工作台而作为校正用体模的情况下的概要立体图，图6的(b)是将标记嵌入到工作台而作为校正用体模的情况下的概要截面图，图7是在放射线摄影时能够搭载校正用体模地构成工作台的另一个例子的概要图，图7的(a)是将图案作为标记设置到工作台的表面(上表面)时的校正用体模的概要立体图，图7的(b)是将图案作为标记设置到工作台的背面(下表面)时的校正用体模的概要立体图。

如图6的(a)的概要立体图、图6的(b)的概要截面图所示，可以使校正用体模Ph嵌入到工作台2，也可以如图7的概要立体图所示，将由图案构成的标记设置在工作台2的表面(上表面)(参照图7的(a))或背面(下表面)(参照图7的(b))。另外，也可以将图7的(a)和图7的(b)相结合从而在工作台2的表面背面都设置标记，也可以在其它面(侧面、正面或背面)设置标记。

一般，工作台2由放射线透过率高的物质形成，因此由放射线透过率低的物质(例如铅)形成标记，来与工作台2相区别。在图6的情况下，用放射线透过率低的球状物质形成标记M，将把该球状物质嵌入到工作台2所得的部分作为校正用体模Ph。

另外，在图7的情况下，通过设置标记，能够搭载由标记构成的校正用体模Ph地构成工作台2。希望注意由于图7的标记也能够以图案的交点作为特征点，因此包括在标记的概念中。

另外，对象物O也可以兼用作校正用体模Ph。例如在对象物O是BGA的情况下，对对象物O中的球状物质(Ball)的任意一个设置标记。通过设置标记，对象物O能够兼用作由标记构成的校正用体模Ph，不需要准备有别于对象物O的校正用体模。

并不限于以上那样的能够预先搭载校正用体模Ph地构成工作台2的构造。如图4所示，也可以只在放射线摄影时(必要时)将校正用体模Ph载置在工作台2上。

在任何情况下，关于校正用体模Ph，都能够通过图像处理从投影图像中提取特征点，进而需要具有能够在各投影图像之间进行特征点的对应那样的图案。作为特征点，例如可以考虑图6所示那样的球形状的中心点、图7所示那样的格子形状的交点等。另外，在通过非线性最优化运算(非线性的最优化方法)计算参数的情况下，需要将“特征点个数×2×帧数＞特征点个数×3+参数个数×帧数”成立的个数的特征点三维地配置。

接着，参照图8和图9说明基于校正用体模的校准(校正)。图8是表示到根据校正用体模的投影图像计算出参数为止的一连串处理的流程图，图9是图8的参数计算的具体流程图。

(步骤S1)断层摄影

如图3所示，将校正用体模Ph载置在工作台2上，实施放射线摄影，获取多个校正用体模Ph的断层图像。关于这时的扫描轨迹，按照与对对象物O(参照图1、图2)进行断层摄影时相同的扫描轨迹进行驱动即可。关于摄影帧数，优选获取对对象物O进行断层摄影时的帧数以上。

(步骤S2)特征点计算

从在步骤S1中获取到的校正用体模Ph的投影图像中提取特征点，计算特征点坐标。关于特征点提取的方法，有各种各样的方法，没有特别限定。例如，在如图6所示那样对具有球形状的标记的校正用体模Ph进行摄影的情况下，能够考虑以球的中心为特征点进行提取。作为这时的球的中心，可以利用以开运算处理、侵蚀(erosion)处理等为代表的形态学(morphology)运算来计算球形状的中心位置，也可以利用像素值(亮度值)的信息，例如通过距离变换等将距离图像的极大值坐标作为中心位置来进行计算。

(步骤S3)同一特征点识别

进行在步骤S2中计算出的特征点在帧间的对应。作为对应的方法，能够考虑以下的方法等，即利用在时间上连续的帧中对应的特征点存在于图像上接近的位置这样的特征，将特征点坐标彼此接近的点作为对应的特征点。

(步骤S4)参数计算

根据在步骤S3中进行了对应的特征点坐标计算参数。这时的参数计算如上述那样，是与在计算机的领域中已知的照相机校准相同的问题设定，作为计算算法，已知BundleAdjustment等方法。Bundle Adjustment法如上述那样，是通过非线性最优化运算来计算特征点的三维坐标和摄影时的几何学模型的参数的方法。

具体地说，在考虑到透视投影模型的情况下，在分别定义图4所示那样的坐标系时，与特征点有关的从世界坐标系向像素坐标系的变换以齐次坐标如下述式(1)那样表示。

[式1]

(p_im)_i,j=A_jP_jM_j(p_W)_i ...(1)

其中，p_W=[X_W Y_W Z_W 1]^T是世界坐标系中的特征点的三维齐次坐标，

p_im=[x_im y_im 1]^T是像素坐标系中的特征点的二维齐次坐标，

$M=\left[\begin{array}{cc}R& t\\ 0& 1\end{array}\right]$ 是变换矩阵M(从世界坐标系向照相机坐标系的变换矩阵)，

$P=\left[\begin{array}{cccc}f& 0& 0& 0\\ 0& f& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\end{array}\right]$ 是变换矩阵P(从照相机坐标系向图像面坐标系的变换矩阵)，

$A=\left[\begin{array}{ccc}{k}_x& \mathrm{skew}& {\mathrm{\σ}}_x\\ 0& k_y& {\mathrm{\σ}}_y\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$ 是变换矩阵A(从图像面坐标系向像素坐标系的变换矩阵)，

i是特征点的坐标，j是帧编号，

矩阵M中的矩阵R是三行三列的旋转矩阵，具有旋转的三个自由度(θ_x、θ_y、θ_z)。另外，向量t是三行一列的平移向量，具有平移的三个自由度(t_x，t_y，t_z)。即，矩阵M由六个参数构成。

矩阵P由表示从X射线管3(参照图1)、所谓的光源向X射线检测器4(参照图1、图2)垂下垂线的距离(即SID)的参数f构成。

矩阵A由向像素单位(pixel单位)变换的比例尺变量k_x、k_y、表示图像面坐标系和像素坐标系之间的原点位置关系的σ_x、σ_y、表示像素坐标系的x轴和y轴所成的角度的skew总计五个参数构成。

即，在透视投影模型中，用表示12个几何关系的参数(自由度为11)表示从世界坐标系向像素坐标系的变换，在Bundle Adjustment法中计算这些参数。

图9是图8的参数计算的具体流程图，示出基于Bundle Adjustment法的参数计算处理流程。另外，图9的步骤T1～T5相当于本发明的参数计算步骤。关于参数的初始值，可以根据断层摄影条件进行设定，也可以将在以前的校准中计算出的某个适当的参数设定为参数的初始值。

(步骤T1)特征点三维坐标估计

根据对应的特征点(在图9中，用“对应特征点坐标群”记载)(p_im)_1，1……(p_im)_m，n，参数的初始值A＾₁P＾₁M＾₁……A＾_nP＾_nM＾_n，估计特征点的三维坐标。在该步骤T1中，输入全部参数的初始值A＾₁P＾₁M＾₁……A＾_nP＾_nM＾_n。该步骤T1相当于特征点三维坐标估计步骤。在用z＾_j=A＾_jP＾_jM＾_j重写上述式(1)中的变换矩阵，扩展到n帧的情况时，成为下述式(2)那样。

[式2]

${\left(P_{\mathrm{im}}\right)}_i=\hat{Z}{\left(p_w\right)}_i...\left(2\right)$

其中， ${\left(P_{\mathrm{im}}\right)}_i=\left[\begin{array}{c}{\left(p_{\mathrm{im}}\right)}_{i,1}\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\left(p_{\mathrm{im}}\right)}_{i,n}\end{array}\right],\hat{Z}=\left[\begin{array}{c}{\hat{z}}_1\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\hat{z}}_n\end{array}\right]$

在说明书中用A^_j记载，

在说明书中用P^_j记载，

在说明书中用M^_j记载，

在说明书中用z^_j记载，

根据上述式(2)计算伪逆矩阵，由此根据下述式(3)求出特征点三维坐标的最小二乘解(p^W)_i。

[式(3)]

${\left({\hat{p}}_w\right)}_i={\left({\hat{Z}}^T\hat{Z}\right)}^{-1}{\hat{Z}}^T{\left(P_{\mathrm{im}}\right)}_i...\left(3\right)$

在说明书中用(p^W)_i记载。

(步骤T2)重投影坐标计算

通过将在步骤T1中估计出的特征点三维坐标p^_W代入到上述式(2)，求出重投影坐标(p＾_im)_1，1……(p＾_im)_m，n。该步骤T2相当于重投影坐标计算步骤。

(步骤T3)重投影平方误差计算

根据在步骤T2中计算出的重投影坐标(p＾_im)_1，1……(p＾_im)_m，n、对应的特征点(p_im)_1，1……(p_im)_m，n，用下述式(4)计算重投影平方误差C。该步骤T3相当于重投影平方误差计算步骤。

[式(4)]

$C=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{({\left(p_{\mathrm{im}}\right)}_{i,j}-{\left({\hat{p}}_{\mathrm{im}}\right)}_{i,j})}^2...\left(4\right)$

在说明书中用(p^_im)_i、j记载。

(步骤T4)收敛判断

判断在步骤T3中计算出的重投影平方误差C的值是否收敛。该步骤T4相当于收敛判断步骤。在重投影平方误差C的值充分收敛的情况下，将这时的参数设为是最终限定了个数的参数，结束一连串的流程。

(步骤T5)参数更新

在重投影平方误差C的值未充分收敛的情况下，更新参数使得C的值变小。该步骤T5相当于参数更新步骤。参数更新方法是在非线性最优化的领域中一般处理的问题，有Levenberg-Marquardt法等各种方法。

在认为全部参数是未知的情况下，通过Bundle Adjustment法估计的变量的个数如上述那样是(特征点个数×3+参数个数×帧数)个。如在“发明要解决的问题”栏中也说明的那样，在非线性最优化运算中，存在变量的个数越多则计算时间越长这样的问题。因此，通过利用断层摄影的信息(摄影条件)，来在确保收敛精度的同时，将所估计的变量的个数以减少的方式进行限定，从而使计算高速化。因而，在步骤T5中更新参数时，只更新根据摄影条件预先限定了的参数，因此所更新的参数的个数少量即可。

在非线性最优化运算中根据断层摄影条件设定了初始值的情况下，可以说初始值与真实值之间的误差是装置的设计图纸与实际的装置之间的组装误差和驱动系统的驱动误差相加所得到的误差。关于因组装误差而产生误差的参数，如果进行一次校准，则在变更了断层摄影条件时也能够使用。由此，在通过一次的非线性最优化运算来估计全部参数、并且变更断层摄影条件再次进行校准的情况下，限定为因驱动误差而产生误差的参数来实施非线性最优化运算，由此能够在确保收敛精度的同时，减少变量的个数。

另外，在各驱动系统中产生了驱动误差的情况下，根据上述式(4)可知这些驱动误差对投影图像的影响是影响收敛性。放射线摄影是透视摄影，因此将放大后的像投影到X射线检测器4。由此，工作台2的驱动误差的影响与放大率对应地增大，出现在X射线检测器4上。另一方面，X射线检测器4的驱动误差的影响没有放大，因此为了提高收敛性，工作台2的驱动精度更重要。因此，例如将进行估计的参数限定为与工作台2的驱动精度有关的参数θ_x、θ_y、θ_z、t_x、t_y、t_z，由此能够抑制收敛精度的恶化，减少变量的个数。

另外，在由直线驱动元件(直进驱动元件)构成工作台2的情况下，如果紧固地将驱动轴固定在装置上，则能够认为坐标系不怎么倾斜。因此，通过将进行估计的参数限定为作为平移参数的t_x、t_y、t_z三个，能够抑制收敛精度的恶化，减少变量的个数。

如上述那样，越是以高放大率进行放射线摄影，则工作台2的驱动精度越重要，因此在PCT中以高放大率进行断层摄影的情况等下，工作台2的驱动精度对于X射线检测器4的驱动精度的重要性增加。即，将参数限定为上述平移参数t_x、t_y、t_z的情况和不限定的情况之间的收敛性的差更加没有变化，因此能够进一步有效地抑制收敛精度的恶化，减少变量的个数。

由参数计算部8(参照图5)进行图8的步骤S2～S4。另外，也由参数计算部8进行图9的步骤T1～T5。在由参数计算部8更新参数时，只更新限定的参数。另外，将参数的个数以减少的方式进行限定的步骤相当于本发明的参数个数限定步骤。

断层图像计算部10(参照图5)实施对象物O的投影图像的逆投影，计算断层图像。断层图像计算算法有公知的方法，例如已知FBP法(滤波反投影：Fi ltered BackProjection法)等。

根据具备上述结构的本实施例所涉及的X射线检查装置及其图像处理方法，参数计算部8根据多个校正用体模Ph的投影图像通过非线性最优化运算来计算表示放射线照射单元(在本实施例中为X射线管3)、工作台2、放射线检测单元(在本实施例中为X射线检测器4)的几何关系的参数，断层图像计算部10根据多个对象物O的投影图像和上述参数(校正参数)计算对象物O的断层图像，在进行该计算时利用适合于在对对象物O进行摄影时的摄影条件的参数进行重构。在计算该参数时，参数个数限定单元(在本实施例中是参数计算部8)根据在对校正用体模Ph进行摄影时的摄影条件，将通过非线性最优化运算要计算的参数的个数以减少的方式进行限定。这样，根据已知的摄影条件估计表示放射线照射单元(X射线管3)、工作台2、放射线检测单元(X射线检测器4)的几何关系的参数的初始值，从装置的机构、驱动特性考虑，限定为被认为参数的初始值和实际摄影时的参数之间的误差大的参数，进行非线性最优化运算。其结果是，通过利用摄影条件这样的断层摄影的信息，能够在确保非线性最优化运算的收敛精度的同时，使计算高速化。

优选在本实施例中，上述参数个数限定单元(参数计算部8)根据在变更了摄影条件时变更后的该摄影条件，将通过非线性最优化运算要计算的参数的个数以减少的方式进行限定。例如，在装置出货后、安装后进行一次非线性最优化运算，根据变更了摄影条件时变更后的该摄影条件将参数的个数以减少的方式进行限定。不只存在驱动系统的驱动误差，还存在出货并安装放射线摄影装置(在本实施例中为X射线检查装置1)的各构成要素时的安装误差，成为与参数的初始值之间的误差。因此，通过在装置出货后、安装后进行一次非线性最优化运算来计算包含安装误差的参数，在变更了摄影条件时只估计驱动系统的驱动误差相关的部分的参数。

如在“用于解决问题的方案”的栏中也说明的那样，将参数的个数以减少的方式进行限定的定时并不只限于实际变更摄影条件时。例如，在装置的电源接通时有可能产生驱动系统的驱动误差，因此也可以在每次装置的电源接通后都根据该电源接通时的摄影条件将参数的个数以减少的方式进行限定。此外，关于将参数的个数以减少的方式进行限定的设定，可以由中央运算处理装置(CPU)等(在本实施例中为控制器11)判断并自动地进行摄影条件的变更，也可以由操作者手动地进行摄影条件的变更，还可以自动和手动相结合地进行摄影条件的变更。

优选在本实施例中，上述参数个数限定单元(参数计算部8)将通过非线性最优化运算要计算的参数限定为表示放射线照射单元(X射线管3)与工作台2之间的坐标位置关系的三个参数(在本实施例中为平移参数t_x、t_y、t_z)。例如，在三轴驱动(在本实施例中，X射线管3是固定的，工作台2只有水平和升降驱动)中，在变更了放大率的情况、变更从放射线照射单元(X射线管3)向放射线检测单元(X射线检测器4)垂下垂线的距离(SID：Source ImageDistance)的情况下，能够限定为三个参数(平移参数t_x、t_y、t_z)。此外，放射线摄影是透视摄影，因此在放射线检测单元(X射线检测器4)中必定投影放大后的像。因而，与放射线检测单元(X射线检测器4)的驱动误差对投影图像的影响相比，放射线照射单元(X射线管3)、工作台2的驱动误差对投影图像的影响更大。因此，通过限定为影响大的表示放射线照射单元(X射线管3)与工作台2之间的坐标位置关系的三个参数(平移参数t_x、t_y、t_z)来进行计算，能够在确保非线性最优化运算的收敛精度的同时，使运算高速化。

特别如本实施例那样，能够应用于进行平面CT(PCT：Planar ComputedTomography)的情况，该平面CT是驱动单元(在本实施例中为工作台驱动机构7)驱动工作台2来使工作台2以与工作台2的面垂直的轴为旋转轴Ax进行旋转，进行以从旋转轴Ax倾斜了断层摄影角度的倾斜方向从放射线照射单元(X射线检测器4)照射放射线(在本实施例中为X射线)。在平面CT(PCT)中，能够进行比通常的CT更高的放大率下的放射线摄影。越是设为高放大率，则放射线照射单元(X射线检测器4)、工作台2的驱动误差对投影图像的影响越大，因此通过限定为三个参数(平移参数t_x、t_y、t_z)使对评价函数的收敛精度造成的坏影响变小。

本实施例所涉及的图像处理方法具体如下。具体地说，包括通过非线性最优化运算来计算上述参数的参数计算步骤(图9的步骤T1～T5)，其中，参数计算步骤(步骤T1～T5)包括特征点三维坐标估计步骤(步骤T1)、重投影坐标计算步骤(步骤T2)、重投影平方误差计算步骤(步骤T3)、收敛判断步骤(步骤T4)以及参数更新步骤(步骤T5)，在参数更新步骤(步骤T5)中，只更新所限定的参数。在特征点三维坐标估计步骤(步骤T1)中，根据从校正用体模的投影图像中提取出的特征点以及参数的初始值，来估计特征点的三维坐标。在重投影坐标计算步骤(步骤T2)中，根据在特征点三维坐标估计步骤(步骤T1)中估计出的特征点三维坐标，来计算重投影坐标。在重投影平方误差计算步骤(步骤T3)中，根据在重投影坐标计算步骤(步骤T2)中计算出的重投影坐标以及上述特征点，来计算重投影平方误差。在收敛判断步骤(步骤T4)中，进行在重投影平方误差计算步骤(步骤T3)中计算出的重投影平方误差的收敛判断。然后，在参数更新步骤(步骤T5)中，在重投影平方误差的值未收敛的情况下，更新参数使得重投影平方误差的值变小，但在进行该更新时，只更新所限定的参数。这样，在更新参数时，根据摄影条件预先限定了要计算的参数的个数，因此在参数更新步骤(步骤T5)中更新的参数的个数少量即可，能够在确保非线性最优化运算的收敛精度的同时，使计算高速化。

本发明并不限于上述实施方式，也能够如下述那样变形实施。

(1)在上述实施例中，作为放射线摄影装置，采用X射线检查装置为例子进行了说明，但只要是根据通过用放射线检测单元检测从放射线照射单元照射并透过了对象物的放射线所得到的投影图像进行放射线摄影的装置，则放射线并不限于X射线，也可以是X射线以外的放射线(α射线、β射线、γ射线等)。

(2)在上述实施例中，如上述那样，是对如安装基板、多层基板的贯通孔/图案/焊接部、配置在托盘上的集成电路(IC)那样的安装前的电子部件、金属等铸件、视频转录装置那样的成型品等所示例的那样的对象物进行放射线摄影即可。

Claims (6)

1.一种放射线摄影装置，具备：

载置对象物的工作台；以及

被配置成将该工作台夹在中间且彼此相对的放射线照射单元和放射线检测单元，

其中，根据通过用上述放射线检测单元检测从上述放射线照射单元照射并透过了上述对象物的放射线所得到的投影图像，来进行放射线摄影，

该放射线摄影装置的特征在于，还具备：

驱动单元，其在将校正用体模或上述对象物载置在上述工作台上的状态下，对上述放射线照射单元和上述工作台中的至少一个进行驱动；

参数计算单元，其根据多个上述校正用体模的投影图像通过非线性最优化运算来计算表示放射线照射单元、工作台以及放射线检测单元的几何关系的参数；

断层图像计算单元，其根据多个上述对象物的投影图像和上述参数计算对象物的断层图像，并在进行该计算时利用适合于在对上述对象物进行摄影时的摄影条件的上述参数进行重构；以及

参数个数限定单元，其在上述参数计算单元计算上述参数时，根据在对上述校正用体模进行摄影时的摄影条件，基于该放射线摄影装置的机构或驱动特性，将通过非线性最优化运算要计算的参数限定为被认为参数的初始值和实际摄影时的参数之间的误差大的参数。

2.根据权利要求1所述的放射线摄影装置，其特征在于，

上述参数个数限定单元根据在变更了摄影条件时变更后的该摄影条件，将通过非线性最优化运算要计算的参数的个数以减少的方式进行限定。

3.根据权利要求1或2所述的放射线摄影装置，其特征在于，

上述参数个数限定单元将通过非线性最优化运算要计算的参数限定为表示上述放射线照射单元与上述工作台之间的坐标位置关系的三个参数。

4.根据权利要求3所述的放射线摄影装置，其特征在于，

上述驱动单元驱动工作台来使工作台以与上述工作台的面垂直的轴为旋转轴进行旋转，

进行以从上述旋转轴倾斜了断层摄影角度的倾斜方向从上述放射线照射单元照射放射线的平面计算机断层摄影。

5.一种放射线摄影装置的图像处理方法，该放射线摄影装置具备：

载置对象物的工作台；以及

被配置成将该工作台夹在中间且彼此相对的放射线照射单元和放射线检测单元，

该放射线摄影装置根据通过用上述放射线检测单元检测从上述放射线照射单元照射并透过了上述对象物的放射线所得到的投影图像，来进行放射线摄影，

该图像处理方法的特征在于，

包括参数个数限定步骤，在该参数个数限定步骤中，在根据多个校正用体模的投影图像通过非线性最优化运算来计算表示放射线照射单元、工作台以及放射线检测单元的几何关系的参数时，根据在对上述校正用体模进行摄影时的摄影条件，基于该放射线摄影装置的机构或驱动特性，将通过非线性最优化运算要计算的参数限定为被认为参数的初始值和实际摄影时的参数之间的误差大的参数。

6.根据权利要求5所述的放射线摄影装置的图像处理方法，其特征在于，

还包括通过非线性最优化运算来计算上述参数的参数计算步骤，

上述参数计算步骤包括以下步骤：

特征点三维坐标估计步骤，根据从上述校正用体模的投影图像中提取出的特征点以及参数的初始值，来估计特征点的三维坐标；

重投影坐标计算步骤，根据在上述特征点三维坐标估计步骤中估计出的特征点三维坐标，来计算重投影坐标；

重投影平方误差计算步骤，根据在上述重投影坐标计算步骤中计算出的重投影坐标以及上述特征点，来计算重投影平方误差；

收敛判断步骤，进行在上述重投影平方误差计算步骤中计算出的重投影平方误差的收敛判断；以及

参数更新步骤，在上述重投影平方误差的值未收敛的情况下，更新参数使得上述重投影平方误差的值变小，

其中，在上述参数更新步骤中，只更新在上述参数个数限定步骤中所限定的参数。