JP2004007050A

JP2004007050A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2004007050A
Application number: JP2002157552A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Inoue; 井上　仁司
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】１画素の画素欠陥の影響で、画素加算された画素が欠陥画素になることを防ぐことが可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】複数のエネルギ変換要素の集合で構成され、隣接する複数の画素情報の平均もしくは加算を出力する撮像素子において、素子内に演算要素をもち、平均値もしくは加算値を含まない成分をそれぞれ同時もしくは順次出力する出力手段を含み、もし画素に欠陥がある場合には、該平均値もしくは加算値を含む成分と該平均値もしくは加算値を含まない成分から、平均もしくは加算を行う以前の個々の画素値を復元し、正常画素のみから加算もしくは平均画素値を計算しなおす。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像取得装置、さらに詳しくはＸ線照射により被写体内部を透過する透過量を画像化するＸ線画像取得装置に関する。とくに医療分野で使用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｘ線を代表とする放射線の物体の透過分布を観測することにより、物体特に人体内部を観察する場合、近年フラットパネルＸ線センサと呼ばれる固体撮像素子を用いた大判のイメージセンサにより放射線分布を取得することが一般化しつつある。
【０００３】
固体撮像素子の特徴は平面上に複数の受像画素が存在し、平面状のエネルギー分布を直接空間的にサンプリングして信号化できることにある。このことは利点ではあるが、ある意味欠点でもある。つまり、空間分布を直接サンプリングするため、空間的に連続した、自由にサンプリングできる信号状態が存在しないことにある。たとえば、従来の輝尽性蛍光体を用いてレーザスキャンにてビデオ信号化したものをサンプリングする場合は、輝尽性蛍光体上に空間的に連続した信号が潜像として存在するため、Ｘ線による撮影の後に自由なサンプリングピッチでサンプリングしなおせる。また、銀塩フィルム上に現像化した画像を、読み取ってデジタル信号にする場合も同様にサンプリングピッチは実質上自由である。
【０００４】
これに対し、実空間上に複数並べられた画素センサによって、放射線曝射によって瞬間的に存在する放射線量空間分布を直接空間サンプリングするフラットパネルＸ線センサでは、サンプリング間隔は設計されたサンプリングピッチに依存してしまう。
【０００５】
通常の使用例では、被写体内部構造の動きなどをリアルタイムに動画像として観察する場合は、画像取得速度を速めるためにセンサ上で複数画素の加算を行い、事実上粗いサンプリングピッチにして画像情報を得て、高精細な画像が必要な場合には上述の加算を行わずに画素ごとの情報を個別に取り込む工夫をしており、特開平１０−２８５４６６、特表２０００−５０４５１６もしくは特登録３０３１６０６で開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フラットパネルセンサは半導体装置であり、製造工程の中で複数ある画素要素に何らかの欠陥が生じることを防ぐのが困難である。したがって、完全なものだけを使用するとなると、歩留まりが非常に小さくなり、現実的ではない。
【０００７】
しかし、通常の画像情報は画素ごとに完全に独立ではなく、かなり冗長性をもっているため、たとえば１画素程度の欠陥であれば、周囲の正常画素の画素値から平均などによって十分補正可能である。従って、フラットパネルセンサとしては常に完全なものを用いなくてもかまわない。
【０００８】
画素加算によって、複数画素を加算（平均）により１画素情報として扱う場合は、当該複数画素の内１画素でも欠陥があれば、その加算（平均）画素はすべて欠陥として扱わざるを得ない。
【０００９】
図５（Ａ）は画素加算の様子を表したもので、左側の１６画素の内破線で囲まれた４画素を加算（平均）し、右側の対応する１画素になり、全部で４画素になる。図５（Ｂ）は画素欠陥が存在した例であり、左側の黒く塗りつぶした画素が欠陥画素をあらわす。これらは１６画素中４画素しかないのであるが、すべての加算ブロックに存在するため、右側の加算（平均）画素になるとすべての加算（平均）画素を欠陥として扱わざるを得ない。
【００１０】
これを加算前に、欠陥画素を外して加算（平均）しようとすると、判断機構が必要となり、従来の単純なアナログ信号による加算（平均）回路を用いることができず、複雑な構造が必要になる。また、デジタル値として画像情報を取得すれば、欠陥画素を除外しての演算は容易であるが、すべての画素情報をＡ／Ｄ変換せねばならず、本方式の利点である、高速動作が不可能になる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上述した課題を解決すべくなされたもので、本発明では、空間的に通常必要以上サンプリングした高精細画素情報に対し、高精細画素情報の局所的平均値成分を含む隣接する複数の画素信号の積和である画素加算信号と、該画像信号の局所的平均値成分を含まない該複数画素信号の別の形の積和であり、該画素加算信号から高精細画素情報を復元できる構成とする。すなわち、画像情報をＷａｖｅｌｅｔ変換し、画像情報の局所的平均値成分を含む成分とそれ以外の成分を作る。
【００１２】
通常画素欠陥が存在しない場合は、上記の局所的平均を含む画素情報のみを用いて画像化するが、もし１つでも画素欠陥が存在する場合は、その部分のみ高精細画素情報を復元し、欠陥画素情報と正常画素情報を分離した上で正常画素情報のみの平均値情報をもって画素情報とする。このことによって、１つの欠陥画素の影響で、加算される画素情報すべてを欠陥とする必要な無くなる。
【００１３】
また、上述の局所的平均値を含まない画素情報は、画像情報の冗長性の仮定から事実上ダイナミックレンジを低減できるため、Ａ／Ｄ変換の変換精度を低減できる。現状、医療用画像に必要とされるアナログデジタル変換器のビット数は、各種補正・ダイナミックレンジを考慮すれば１２￣１４ビット程度以上必要とされている。しかし、上述の局所的平均値成分を含まない信号成分のダイナミックレンジが狭いため、８〜１０ビット程度の低コストのアナログデジタル変換が使用可能となる。
【００１４】
また、Ａ／Ｄ変換速度は、画素加算をおこなったときと同様になるため、センサの高速動作が可能になる。
それを、デジタル信号値へ変換する場合、同時に発生するすべての成分を同時に変換することで、アナログデジタル変換のサンプリングレート（クロック周波数）が低く設定できる。さらに、局所的平均値成分を含む成分とそれ以外の成分のデジタル信号への変換精度（ビット数）を異なる値にして（それ以外の成分のビット数を低くする）、並行して保存する。
【００１５】
このようなアナログ信号での演算を可能にするため、フラットパネルセンサの各画素出力信号を非破壊で取り出す必要がある、通常電位で取り出す場合、出力部分にインピーダンス変換を伴うアンプ（ボルテージフォロア）を用いて、電位情報を取り出しても、画素中に蓄積された電荷情報への影響を少なくする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は本発明を実施他Ｘ線画像取得装置のブロック図である。２０１はＸ線発生装置、２０２は被写体であり２０３の寝台上に横たわっている様子をあらわす、１で示すブロックがフラットパネルセンサである。詳細は後述するが、本フラットパネルセンサを駆動すると実質的な１画素情報について、Ｘ１０１、Ｘ１０２、Ｘ１０３、Ｘ１０４の４つの信号が出力される。この場合Ｘ１０１が局所的平均を含む成分であり、それ以外は直交変換で表される、局所的平均を含まない変換成分である。
【００１７】
ここではそれぞれの信号がＡ／Ｄ変換される。２のＡ／Ｄ変換器は１４ビット精度であり、３，４，５のＡ／Ｄ変換器は８ビット精度である。また、局所的平均を含まない変換成分は基本的に従来にない正負の値を持つ信号であり、Ａ／Ｄ変換器３，４，５はそれぞれ、プラス・マイナスの電圧値に対応するように設定することも重要である。
【００１８】
本装置にて、Ｘ線を曝射せずにセンサのオフセット成分が取得される。この場合、各成分ともオフセット除去を行う。事前に切替器６，７，８，９を同時にＢ側へ設定し、オフセットメモリ１０，１１，１２，１３へ各要素のオフセット値を画像情報として記憶する。通常の被写体を撮影する場合は、すべてＡ側に設定し、１４，１５，１６，１７で示す減算装置にてオフセット補正を行う。１８は画素欠陥を補正する補正装置であり、オフセット補正がなされたすべての変換成分と、１９で示すメモリにあらかじめ製造時などで検査の結果、記憶された欠陥画素のアドレスに従って後述の方法で画素補正を行う。
【００１９】
２０は画素ごとのゲイン補正を行うための、除算用の対数値変換参照テーブル（ＬＵＴ）であり、２２のメモリに記憶した被写体なしでのＸ線曝射の画像情報をもとに作成された局所的平均値をもつ画素におけるゲイン補正用画像（対数変換済み）を用いて減算器２３にて画素ごとのゲイン補正を行ない、２４のＤ／Ａ変換装置を含むビデオ信号変換装置にてビデオ信号に変換し、２５の信号線でビデオ信号を出力する。不図示ではあるが、本装置の操作者もしくは患者を診察する医師は、このビデオ信号をモニタへ入力し、被写体の内部構造を観察する。
【００２０】
図２は、１のフラットパネルセンサの内部構造を模式的に示した図であり、隣接する４画素分を拡大表示してある。破線の丸で囲んだ部分が１画素であり、回路部品記号のダイオードで示す、３０１はフォトダイオードであり、あらかじめキャパシタ３０２へ充電された電荷をフォトダイオードの光電流で放電することにより、当該画素への入射光量を電圧信号に変換する。３０３はキャパシタ３０２へ強制的に充電する機構であり、すべての画素信号をリセットする。３０５で示す回路部分はＦＥＴを用いたボルテージフォロアであり、３０４のスイッチングトランジスタにより電源オンオフ制御が行われ、出力選択が行われる。
【００２１】
図２ではこの画素が４個示してある。同図で１０５の信号はラインの選択信号であり、この場合、隣接する２ラインを同時に選択する。選択された２ラインを隣接する４画素ごとのブロックで考え、この場合はＸ００、Ｘ０１、Ｘ０２、Ｘ０３の４画素の画素信号が出力され、右側の演算増幅器によるアナログ演算回路３０６〜３０９に入力される。　３０６の演算増幅回路は加算回路であり、出力Ｘ１０１にＸ００＋Ｘ０１＋Ｘ１０＋Ｘ１１を出力する。（反転増幅回路であるので、信号の極性は反転する）
【００２２】
同様に３０７は出力Ｘ１０２にＸ００＋Ｘ０１−Ｘ１０−Ｘ１１、３０８は出力Ｘ１０３にＸ００−Ｘ０１＋Ｘ１０−Ｘ１１、３０９は出力Ｘ１０４にＸ００−Ｘ０１−Ｘ１０＋Ｘ１１を出力する。　この変換動作は下式であらわされる。
【数１】

この変換はＨａａｒ変換とよばれ、この逆変換は
【数２】

で表される直交変換系をなしている、ウエーブレット変換に相当する。　したがって、この変換により元の画素信号値は（式２）を用いて復元できる。　この出力が図１の各Ａ／Ｄ変換に入力されており、前述のごとく、オフセット補正がなされた上で２５〜２８のＲＡＩＤに記憶されている。
【００２３】
これらの信号出力は、２ライン同時に選択された場合、２ライン分の信号が同時に出力される。　これらをすべて同時にＡ／Ｄ変換しても良いが、Ａ／Ｄ変換器の数を減らすために、同時に出力される信号をブロックごとに分割し、分割された信号成分に対し１つのＡ／Ｄ変換器を割り当て、マルチプレクサを用いて時間的に分割してＡ／Ｄ変換することも可能である。
【００２４】
また、近年の半導体製造技術の細密化により、センサ内部にＡ／Ｄ変換装置を内蔵することも可能である。
図６は図１の１８の欠陥画素補正装置の内部構造のブロック図である。　２０２、２０３は局所的平均値を含む成分Ｘ１０１’のためのラインバッファであり、２０１、２０４で示す切替装置によって、入力を書き込まれる側と出力される側を交互に選択できる。　２０２に書き込まれている間は、事前のタイミングで書き込まれた２０３のラインバッファからデータＸ１０１’’が出力される。　また、同図には同様にＸ１０２’〜Ｘ１０４’の局所的平均値を含まない成分に対しても対応するデータを扱うためのラインバッファがそれぞれ設けられ、同じタイミングで切替が行われる。
【００２５】
図６の２０６は制御装置を示し、局所的手平均値を含む成分Ｘ１０１’と局所的平均を含まないＸ１０２’〜Ｘ１０４’および欠陥画素アドレス情報ＤＥＦＰに従ってラインバッファ２０２もしくは２０３上の欠陥画素を補正する。　図７は信号処理の動作を表すためのフローチャートであり、上から順に、ラインバッファ２０２／２０３の動作指示信号、２０２の動作状態、２０２の書き込み終了信号、２０３の動作状態、２０３の書き込み終了信号、そして、出力ビデオ信号の様子をそれぞれ示している。
【００２６】
５０１のタイミングで２０２が書き込み、２０３が読み出し状態であるため、ビデオ信号は２０３の内容を反映したものになっている。　２０２へは局所的平均値を含む信号Ｘ１０１’が順次入力され、記憶されていく。　書き込みが終了すると、２０２の書き込み終了信号がａｓｓｅｒｔされる。　この信号を受けて、制御装置２０６は補正演算操作に入り、終了するとともに、前述の２０２の書き込み終了信号をｎｅｇａｔｅ状態にし、読み出し可能であることを伝える。　すると次のタイミングで欠陥補正がなされた２０２が読み出され、ビデオ信号化される。　ついで、２０３でも同様の補正操作が行われ、これらの操作が交互に繰り返されることでビデオ信号が形成される。
【００２７】
図３は、図６における２０６の画素欠陥補正装置の内部動作を表すフローチャートであり、（Ｐ１）〜（Ｐ９）の各プロセスがある。
まず、（Ｐ１）において、ラインバッファ２０２もしくは２０３の書き込み終了信号をモニタし、書き込み終了であることを確認する。　書き込み終了であれば、欠陥補正のループに入り、プロセス（Ｐ２）において欠陥情報から当該ライン中のすべての欠陥画素を補正したかどうかを判断し、すべての欠陥補正が行われるまでループ動作を行う。
【００２８】
プロセス（Ｐ３）で、欠陥がある４アドレスそれぞれの欠陥情報を取得し、プロセス（Ｐ４）の判断で、４画素すべてが欠陥画素であれば、復元しても仕方がないため、プロセス（Ｐ９）へ進み、局所的平均値のラインバッファ（２０２もしくは２０３）の一つ前のアドレスの画素値で当該アドレスの画素値を書き換えることで欠陥補正を行う。　プロセス（Ｐ４）で、もし一つの画素でも正常なものがあれば、ラインバッファから該当する変換成分Ｘ１０１’〜Ｘ１０４’を取得し、プロセス（Ｐ６）で（式２）を用いて元画素値（Ｘ００，Ｘ０１，Ｘ１０，Ｘ１１）を復元し、プロセス（Ｐ７）で４画素中の欠陥画素ではない成分の平均値を演算する。　この場合点数が少ないため、たとえば３個の平均であれば４／３を乗ずるなどの振幅値補正も必要となる。
【００２９】
ついで、（Ｐ８）において、欠陥補正された画素値でラインバッファ２０２もしくは２０３の当該アドレスを書き直す。　この動作が当該ラインすべて終了するまで続き、終了した時点で、書き込み終了信号をｎｅｇａｔｅして終了する。
この結果、画素加算した場合でも画素欠陥の増殖が防げる。
本方式では、リアルタイムに画素欠陥補正を行うことを示したが、すべての変換要素を一旦記録媒体上に記憶させ、後段の処理で読み出しながら、同補正を行うことも当然可能である。
【００３０】
（実施例２）
前実施例では図２の回路での各演算に４画素の情報すべてを用いていた。　しかし、本変換は直交していればよく、（式１）、（式２）であらわされるような同じ演算要素で正逆変換を行う必要は無い。
たとえば以下の変換を用いる。
【数３】

この場合でも、Ｘ１０２〜Ｘ１０４の信号には局所的平均値は含まれないので、これらの実質的なダイナミックレンジは抑えられるので、Ａ／Ｄ変換のビット数が低く抑えられる。
【００３１】
【数４】

ここでは、Ｈ_２≠Ｈ_３である。
（式３）を実現する回路構成を図４に示す。図２と異なる部分は、演算部分であり、加算回路が簡略化されている。この場合、図３の復元演算を行う４０の演算は（式４）を実行するものになる。
その他にも
【数５】

【数６】

という変換でも同様のことが行える。
【００３２】
（実施例３）
前述の実施例では、アナログ演算部で単純加算もしくは減算を行ったが、演算部の抵抗値を正確にできれば、重み付の演算も可能であり、たとえば通常使われるいわゆる５−３型のＷａｖｅｌｅｔ変換も用いることが可能になる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フラットパネルセンサの画素出力の演算で、平均値もしくは加算値を含む成分と含まない成分に分離して出力することで、１画素の画素欠陥の影響で、画素加算された画素が欠陥画素になることを防ぐことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した撮像装置のブロック図である。
【図２】本発明に用いる撮像素子内部の例を示す図である。
【図３】本発明を実施した欠陥補正のフローチャートである。
【図４】本発明に用いる撮像素子内部の別例の図である。
【図５】従来例と課題を説明するための図である。
【図６】図１中のブロック１８内部構造を表すブロック図である。
【図７】タイミングチャートである。
【符号の説明】
１　センサ
２〜５　　Ａ／Ｄ変換
２０１　Ｘ線発生装置
２０２　被写体

Claims

複数のエネルギ変換要素の集合で構成され、隣接する複数の画素情報の平均もしくは加算を出力する撮像素子において、素子内に演算要素をもち、平均値もしくは加算値を含まない成分をそれぞれ同時もしくは順次出力する出力手段を含み、もし画素に欠陥がある場合には、該平均値もしくは加算値を含む成分と該平均値もしくは加算値を含まない成分から、平均もしくは加算を行う以前の個々の画素値を復元し、正常画素のみから加算もしくは平均画素値を計算しなおすことを特徴とする撮像装置。
前記行う演算はウエーブレット変換であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記撮像装置の外部へ出力された信号をデジタル値に変換する手段を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記平均値を含む成分と平均値を含まない成分ではデジタル値に変換するビット数を異ならせることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の撮像装置。
前記平均値を含む成分のデジタル値よりも含まない成分のデジタル値の方が小さいことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
前記出力手段よりそれぞれ出力される成分から、撮像素子へエネルギ入射がない状態でのオフセット値の差分をとるオフセット補正手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記平均値を含む各成分に対して、ゲインばらつきを補正する手段を持つことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記エネルギ変換要素の動作に欠陥がある場合は、その出力を周囲の正常な変換要素の出力で補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
放射線強度分布を複数の画素の集合で構成される撮像素子を用いて画像化する場合、隣接する複数の画素情報の平均もしくは加算を出力する撮像素子において、素子内に演算要素をもち、平均値もしくは加算値を含まない成分をそれぞれ同時もしくは順次出力する手段を含み、もし画素に欠陥がある場合には、該平均値もしくは加算値を含む成分と該平均値もしくは加算値を含まない成分から、平均もしくは加算を行う以前の個々の画素値を復元し、正常画素のみから加算もしくは平均画素値を計算しなおすことを特徴とする撮像装置。