JP2004053584A - 画像補正装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ゲイン補正によるアーティファクトの発生を抑制すること。
【解決手段】複数の検出素子を含む画像検出器により取得された画像データを補正するための画像補正装置を、前記画像データから前記画像検出器に起因するオフセット成分を除去してオフセット補正画像を得る第１の補正手段と、前記オフセット補正画像の画素値を、前記複数の検出素子のうちの対応する１つのゲインに基づいて補正する第２の補正手段と、前記オフセット補正画像の画素値に基づいて選択された、前記オフセット補正画像の画素の値を、前記選択された画素に対し前記第２の補正手段により得られる値に代わる画素値を生成することにより、補正する第３の補正手段とを備えるように構成する。
【選択図】 図１
【解決手段】複数の検出素子を含む画像検出器により取得された画像データを補正するための画像補正装置を、前記画像データから前記画像検出器に起因するオフセット成分を除去してオフセット補正画像を得る第１の補正手段と、前記オフセット補正画像の画素値を、前記複数の検出素子のうちの対応する１つのゲインに基づいて補正する第２の補正手段と、前記オフセット補正画像の画素値に基づいて選択された、前記オフセット補正画像の画素の値を、前記選択された画素に対し前記第２の補正手段により得られる値に代わる画素値を生成することにより、補正する第３の補正手段とを備えるように構成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像検出器により取得された画像データの補正に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物体を透過した、Ｘ線を代表とする放射線の分布を観測することにより、物体、特に人体、の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検出することが一般化しつつある。固体撮像素子の利点は、平面上の複数の受像画素により、平面上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。
【０００３】
しかし、その欠点として、空間的にサンプリングするための複数の画素要素は基本的に独立した素子であり、それぞれに異なる特性をもつため、取得された画像に対し当該画素要素ごとの特性ばらつきに基づく補正を行わなければならないことが挙げられる。
【０００４】
エネルギ変換素子である画素要素の主な特性ばらつきは、変換効率（ゲイン）及びオフセットについてのものであり、固体撮像素子であるフラットパネルＸ線センサを用いる場合、第一にゲイン及びオフセットの補正を行わなければならない。
【０００５】
以下、従来技術を説明する。図４は上述のゲイン補正及びオフセット補正に関する形態をブロック図として模式的に示したものである。同図において記号１はＸ線発生装置をあらわし、不図示の高電圧発生を伴う制御装置により矢印で示す方向にＸ線を発する。２は人体で代表される被写体であり、３で示す寝台に横たわっている様子を示す。５で示すブロックが被写体を透過したＸ線強度分布を電気信号に変換する目的で使用されるＸ線イメージセンサであり、大判の固体撮像素子を用いて構成され、平面状にマトリックス状に並べられた複数の画素により、２次元平面上でＸ線強度分布を空間的にサンプリングする。
【０００６】
以下、このＸ線イメージセンサをフラットパネルセンサと呼称する。通常の人体内部構造を撮影する場合、サンプリングピッチは１００μｍ〜２００μｍ程度に設定されている。フラットパネルセンサは不図示のコントローラによって制御され、画素ごとに存在するＸ線量に比例した電荷値を順次走査して電圧もしくは電流である電気量に変換し、当該電気量を出力する。６で示すブロックはフラットパネルセンサから出力されるアナログの電気量をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器である。
【０００７】
７はＡ／Ｄ変換されたデジタル値を画像情報として一旦記憶するメモリ手段を表す。８で示す構造は、７のメモリからデータを読み出し、２つのメモリ９及び１０のいずれかに記憶させる手段を表す。９のメモリはＸ線を曝射せずにフラットパネルセンサから出力される画像信号をオフセット固定パタン画像として記憶するメモリであり、１０は実際にＸ線を曝射して得られた画像を記憶するメモリである。
【０００８】
実際の撮影にあたっては、被写体を透過したＸ線量をモニタする不図示のＸ線量測定装置（フォトタイマーとも呼ばれる）をＸ線曝射制御用に用い、曝射されたＸ線量の積算値が所定値になった瞬間にＸ線曝射を停止するように構成するのが一般的である。本装置のコントローラは、Ｘ線曝射が停止すると同時にフラットパネルセンサを走査し、被写体の画像情報を、７のメモリ及び８の分岐手段を介して、１０のメモリに記憶する。その直後に、Ｘ線曝射を行わずにフラットパネルセンサを駆動して被写体撮影時間と同じ時間だけ電荷を蓄積することにより得られるオフセット固定パタンがメモリ７に記憶される。
【０００９】
このときの分岐手段８はＢ側に設定され、オフセット固定パタンはメモリ９に記憶される。１１で示すブロックは差分を行うブロック（差分器）であり、実質的にメモリ１０の値から、対応する位置のメモリ９の値を順次差し引き、その結果を１２で示すメモリブロックへ記憶させる。
【００１０】
１３で示すブロックは、除算を遂行するために用いる対数値変換のための参照テーブル（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ，ＬＵＴ）である。被写体の放射線画像は通常この１３のＬＵＴ及び分岐手段１９のＣ側を介してメモリ１５へ格納される。
【００１１】
メモリ１６は本装置でキャリブレーションと呼称される操作を行ったときに得られる画像を記憶するメモリであり、上述と同様の操作で画像を取得し、分岐手段１９のＤ側を介して画像を格納する。但し、このキャリブレーションでは、画素要素のゲインばらつきを得るため、被写体２が無い状態でＸ線量分布そのもののみが撮影される。通常このキャリブレーション操作は一日一回程度、例えば始業時に、行われるものであり、この操作によってフラットパネルセンサがもつ、画素要素のゲインばらつきに相当するデータ（ゲイン画像ともいう）がメモリ１６に得られる。
【００１２】
次に、１７の差分機能（差分器）で該ゲイン画像を被写体画像から引き去ることで、ゲインぱらつきの補正された画像が完成し、１８で示すメモリへ格納される。その後、補正された画像が後段の診断画像処理、ファイリング、伝送、表示等に供される。
【００１３】
通常の放射線撮影装置では、補正された画像に対し階調処理、ダイナミックレンジ変更処理、空間周波数処理などの、診断用画像へ変換する処理が行われ、当該処置後の画像がファイリング装置やハードコピー装置で代表される外部機器へ転送される。
【００１４】
尚、一般的な補正方式としてのオフセット補正及びゲイン補正は、例えば特許文献１に開示されている。
【００１５】
【特許文献１】
特開平７−７２２５６号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
取得されるべきＸ線画像の特徴は、ダイナミックレンジが非常に広いことである。たとえば、医療用放射線画像の場合、人体中に埋め込まれた金属物質により、Ｘ線がほとんど遮断されたような低レベル信号しか得られない領域もある。
【００１７】
このような画像の低レベル信号領域は、情報としてはまったく意味を持たないため、無視してよい。しかしながら、この低レベル信号領域に対しゲイン補正をおこなうと、ほとんど入射エネルギがない領域すなわち信号レベル変動がない領域であるにもかかわらず、画素間のゲイン変動パタン（ゲイン画像）が逆に被写体画像上に重畳されることになり、ゲイン補正によるノイズが発生してしまう。
【００１８】
図５を用いて、この現象を説明する。図５において、（ｉ）〜（ｉｉｉ）は通常のＸ線量分布の画像を１次元で示したものであり、簡便のため、画像取得時に発生するランダムノイズを省略して示している。１０１は前述のキャリブレーションで取得されたゲインばらつきであり、１０２がＸ線のない状態で得られたオフセットをあらわしている。また、１０３が実際の対象物の画像信号であるが、ここでは一様な放射線透過率分布を有する対象物を仮定している。（ｉｉ）は１０３から１０２のオフセットが除去されたオフセット補正後の画像１０４を示している。ついで（ｉｉｉ）は、オフセット補正後の画像１０４を１０１のゲインばらつき（ゲイン画像）で除算することによって得られるゲイン補正後の画像１０５を示している。当該画像１０５は一様な画素値を有する画像となる。
【００１９】
次に、（ｉｖ）〜（ｖｉ）は、センサ感度がほとんどない、非常に低レベルの一様な放射線画像を撮影した場合の画像データの例である。１０６が当該放射線画像の信号であるが、（ｖ）においてオフセット１０２が画像１０６から除去された段階で、ほとんど一定値の安定した画像１０７が得られている。しかし、（ｖｉ）の段階で、ゲイン補正を行ってしまうと、１０８で示したようにゲインばらつき又はＸ線のシェーディングを示すパタンが画像上に現れてしまい、かえって画像上にノイズ（アーティファクト）が発生してしまっている。
【００２０】
この値（ノイズレベル）は非常に小さいものであり、図５では強調して示している。しかし、図４で説明したように対数ＬＵＴをもちいているため、非常に小さな値であっても、出力画像では大きな変動になることがある。一般的な補正方式としてのオフセット補正及びゲイン補正は、例えば、上述の特許文献１に開示されているが、ゲイン補正によるノイズ発生の問題は指摘されていない。
【００２１】
そこで、本発明は上述のような問題を解消することを１つの目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための第１の発明は、複数の検出素子を含む画像検出器により取得された画像データを補正するための画像補正装置であって、前記画像データから前記画像検出器に起因するオフセット成分を除去してオフセット補正画像を得る第１の補正手段と、前記オフセット補正画像の画素値を、前記複数の検出素子のうちの対応する１つのゲインに基づいて補正する第２の補正手段と、前記オフセット補正画像の画素値に基づいて選択された、前記オフセット補正画像の画素の値を、前記選択された画素に対し前記第２の補正手段により得られる値に代わる画素値を生成することにより、補正する第３の補正手段とを備えたことを特徴とする画像補正装置である。
【００２３】
また、第２の発明は、複数の検出素子を含む画像検出器により取得された画像データを補正するための画像補正方法であって、前記画像データから前記画像検出器に起因するオフセット成分を除去してオフセット補正画像を得る第１の補正工程と、前記オフセット補正画像の画素値を、前記複数の検出素子のうちの対応する１つのゲインに基づいて補正する第２の補正工程と、前記オフセット補正画像の画素値に基づいて選択された、前記オフセット補正画像の画素の値を、前記選択された画素に対し前記第２の補正手段により得られる値に代わる画素値を生成することにより、補正する第３の補正工程とを含むことを特徴とする画像補正方法である。
【００２４】
また、第３の発明は、複数の検出素子を含む画像検出器により取得された画像データを補正するための画像補正方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記画像補正方法は、前記画像データから前記画像検出器に起因するオフセット成分を除去してオフセット補正画像を得る第１の補正工程と、前記オフセット補正画像の画素値を、前記複数の検出素子のうちの対応する１つのゲインに基づいて補正する第２の補正工程と、前記オフセット補正画像の画素値に基づいて選択された、前記オフセット補正画像の画素の値を、前記選択された画素に対し前記第２の補正手段により得られる値に代わる画素値を生成することにより、補正する第３の補正工程とを含むことを特徴とするプログラムである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１が本発明を適用したＸ線撮影装置（放射線撮影装置）のブロック図である。図４で説明したブロックと同様のブロックには図４のものと同一の符号を付し、その説明を省略する。図４のブロック図と異なる点は、２１〜２３のブロックが追加されていることにある。２１はオフセット補正され、かつ対数ＬＵＴにより対数変換された後の画素値を評価して、ゲイン補正を行うかどうかを決定する信号を出力するデコーダであり、当該信号により切替スイッチ２３のＥ側もしくはＦ側が選択される。２３はゲイン補正のための減算器による減算結果Ｆ、もしくは減算結果Ｆを棄却して値Ｅを選択するためのスイッチである。変換器２２は、メモリ１５からの画像データに基づき、例えば当該画像データを変換する形で、規定値（減算結果Ｆに代わる画素値）を出力する。
【００２６】
変換器２２は入力データを棄却して、新たな固定値を出力する構成も取れるし、入力データに基づきある程度変動する値を出力するようにも設定可能である。
【００２７】
上記規定値の決定方法を図６を用いて説明する。図６において、ＬＵＴと示したカーブは対数変換ＬＵＴの特性をあらわし、入力の幅であるΔＷ０は実際にゲインばらつきを補正するデータの変動範囲（ゲイン画像の画素値範囲）をあらわす。また、入力のＤ０という値は、この値以下では、センサの線形性が保証されず、ゲイン補正の必要性がない部分を表す。このＤ０の入力に対応する出力がＤ１であり、図１の２１のデコーダはこの値以下であれば、Ｅ側を選択するような出力をする。
【００２８】
このときの規定値は、ΔＷ０に対応する出力範囲がΔＷ１であるから、ゲイン補正としての差分の出力範囲がＢ１〜Ａ１である可能性が高いため、規定値として差分結果の絶対値の最小値（差分結果は負値になる）であるＢ１に相当する値を設定することが妥当だと考えられる。この場合、変換機２２は入力画像データに関係なくＢ１を出力する。
【００２９】
また、別の考え方では、入力画像データに依存して妥当な出力を推定する方法も考えられ、たとえば、変換器２２を図７のようなＬＵＴで構成し、出力を入力に依存してある程度可変するＬＵＴを用いることも可能である。尚、本実施形態では、デコーダ２１が対数ＬＵＴ１３を通過した後のデータを評価したが、このＬＵＴは入出力が１対１に対応するものであるので、対数ＬＵＴ１３通過前のデータを評価するように構成することも当然可能である。
【００３０】
たとえば、デコーダ２１は入力（対数変換前の値）が１０以下であるとＥ側を指示する出力を行なう。規定値には適当な低レベルの値を設定しておく。
【００３１】
尚、本実施形態における処理、判断などは当然、コンピュータとソフトウエアとを用いて実現可能であり、図１で示した画像処理構成はすべて計算機プログラミングにより実現可能であるのは明白である。
【００３２】
また、本実施形態では２次元画像センサ（Ｘ線イメージセンサ５）を用いたが、１次元ラインセンサを用いた場合にも同様に適用できることはいうまでもない。
【００３３】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。同図において、図４に対し３１〜３４のブロックが新たに設けられている。３１のブロックは図１の２１と同様の動作を行う値判別用デコーダであり、判別結果に従って切替スイッチ３４をＧ側もしくはＨ側に設定するための出力を行なう。３２のブロックは空間フィルタリングを行うブロックであり、通常１００×１００以上の核をもつ平滑化フィルタ（単純移動平均）の機能によって、ゲイン補正用データ（ゲイン画像）をぼかし、メモリ３３に格納する。
【００３４】
よって、画素値が非常に低く、線形性がない画素値領域に属する画素に対しては、デコーダ３１及びスイッチ３４の機能により、メモリ１６に格納されているゲイン補正用データを空間フィルタリングによりぼかした、メモリ３３に記憶されている補正用データによってゲイン補正がなされ、結果的に正確なゲイン補正は行われない。
【００３５】
しかし、線形性のない画素値領域にはゲインのばらつきは実質的に存在しないとみなせるため、必ずしもゲイン補正の必要性はなく、上述のようなぼけた（平滑化された）補正データを用いたほうが良好なゲイン補正が行われる。この実施形態の特徴は、あらかじめ規定値を設定する必要がないことから、より自然な補正ノイズ（補正に起因したノイズ）の除去が行える点にある。
【００３６】
上述の説明では、補正用データ（ゲイン画像）の補正に空間フィルタリング（移動平均）を用いたが、補正用データの一部又は全体の平均処理を用いることも可能であり、この場合はメモリの節約にもなる。
【００３７】
尚、本実施形態では、デコーダ２１が対数ＬＵＴ１３を通過した後のデータを評価したが、このＬＵＴは入出力が１対１に対応するものであるので、対数ＬＵＴ１３通過前のデータを評価するように構成することも当然可能である。
【００３８】
（第３の実施形態）
実施形態１では、低画素値（低線量）領域の画素値に対し、ゲイン補正値を利用せずに規定値におきかえる処理を行った。本実施形態では、ゲイン補正を行った後に、イメージセンサの入出力特性に線形性がないことに起因してゲイン補正による余計な補正ノイズが発生していると思われる画素に対して、規定値に置き換えるのでなく、ゲイン補正後画像のフィルタリングによって補正ノイズを除去する。しかし、あくまで、線形性があるかどうかの判断はゲイン補正前の画素値を評価して行う。
【００３９】
図３が本実施形態を説明するブロック図であり、図４に比し実質的に新たに追加されたブロックは第１の制御装置４１、第２の制御装置４２、および画像メモリ４３である。各制御装置の動作を図８に示す。図８の（ｉ）は本実施形態における画素値のビット構成を示したものであり、画素値自体は１４ビット幅のデータで示される（０ビット目〜１３ビット目）。
【００４０】
本実施形態では、１６ビット（２バイト）でメモリ要素が構成されているとして、１４ビット目の不使用であるビットに対してＦＬＧというフラグが設定してある。このフラグは、０であると通常の画素値であることを示し、１であれば、線形性のない領域の画素値であることを示す。すなわち、フラグ１は、ゲイン補正を行った結果補正ノイズが発生することを意味する。尚、ゲイン補正を行った結果では、画素値が変動している（到達線量の指標とはならない）ため、当該画素値のみでは、線形性のある範囲内の線量であるかかどうかの判断は困難である。
【００４１】
図３のブロック４１の動作は、ゲイン補正前に画素値を評価し、上記フラグを設定することである。この動作を図８（ｉｉ）にフローチャートで示す。同フローチャートにおいて、画素値を判断し（ステップｓ８２１）、１０以下であれば、線形性が失われている（線形成がない領域の画素値）として、フラグＦＬＧを１にする（ステップｓ８２２）。それ以外ではフラグＦＬＧを０に設定する（ステップｓ８２３）。
【００４２】
第１の制御装置４１でこの処理が行われた後、差分を含むゲイン補正がなされるが、このとき補正後の画像は、Ｄ１４のＦＬＧが保持されたまま次段に転送され、メモリ１８に格納される。ブロック４２（第２の制御装置）は、保持されたＤ１４（ＦＬＧ）を評価し、補正ノイズを除去する処理を行う。具体的には、処理対象画素を含むその周囲画素の平均値を出力する空間フィルタリングを用いて補正ノイズを除去する。図８（ｉｉｉ）はその動作のフローチャートである。
【００４３】
まず、Ｄ１４を評価し（ステップｓ８３１）、Ｄ１４＝１すなわち線形性の欠如に起因してゲイン補正による補正ノイズが発生していると判断すると、当該画素の周囲画素、例えば１０＊１０画素分、の平均値を次段のメモリ４３に書き込み（ステップｓ８３２）、通常（Ｄ１４＝０）の場合、そのままの画素値をメモリ４３に書き込む（ステップｓ８３３）。このようにしてメモリ４３に記憶された画像が最終出力となる。
【００４４】
また、本実施形態では、ゲイン補正前のデータに関しての評価結果をその後の処理系でも保持しているため、第２の制御装置４２において、平均値（移動平均値）でなく実施形態１と同様の規定値を出力するような構成にすれば、実施形態１と同様の効果を得ることも可能である。
【００４５】
以上のように、オフセット補正を行った直後の画素データ又は線量の指標となるデータを評価して、イメージセンサの線形性がないような低レベルの画素値に対し、ゲイン補正を行わない、ゲイン補正用データ（ゲイン画像）を補正して用いる、又はゲイン補正後の画像を補正することにより、ゲイン補正に起因するノイズ等のアーティファクトの発生を防ぐことができる。ここで、ゲイン補正部に対する入力データ等の放射線線量の指標となるデータに従って、ゲイン補正方法を切り替えることが肝要である。
【００４６】
ゲイン補正を行わなかった画素データを、画像データの最小値などの特定値に固定することも有効である。通常、低レベル画素値等をクリッピングする場合、ゲイン補正後の画像に対し行なうことが多いが、ゲイン補正後の画像では、画素値のばらつきが増えるため、画素値がイメージセンサの線形性のないレベル（レンジ）のものかどうかの判断がつきにくい。よって、ゲイン補正前の画素値等、放射線線量の指標となるデータに基づいて当該判断を行なえば、そのような問題は解消される。
【００４７】
（他の実施形態）
尚、本発明の目的は、実施形態１〜３のいずれかの装置又はシステムの機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、装置又はシステムに供給し、その装置又はシステムのコンピュータ（ＣＰＵ又はＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【００４８】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が実施形態１〜３のいずれかの機能を実現することとなり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体及び当該プログラムコードは本発明を構成することとなる。
【００４９】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等を用いることができる。
【００５０】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、実施形態１〜３のいずれかの機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ等を利用して実際の処理の一部又は全部が行われ、その処理によって実施形態１〜３のいずれかの機能が実現される場合も本発明の実施の態様に含まれることは言うまでもない。
【００５１】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって実施形態１〜３のいずれかの機能が実現される場合も本発明の実施の態様に含まれることは言うまでもない。
【００５２】
このようなプログラム又は当該プログラムを格納した記憶媒体に本発明が適用される場合、当該プログラムは、例えば、上述の図８に示されるフローチャートに対応したプログラムコードから構成される。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ゲイン補正によるアーティファクトの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態のブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態のブロック図である。
【図４】従来技術を説明するための図である。
【図５】本発明の課題を説明するための図である。
【図６】第１実施形態における規定値を説明するための図である。
【図７】第１実施形態におけるＬＵＴの例を示す図である。
【図８】第３実施形態を説明するための図である。
【符号の説明】
１１ 差分器
１３ 参照テーブル
１７ 差分器
２１ デコーダ
２２ 変換器
２３ 切替スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像検出器により取得された画像データの補正に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物体を透過した、Ｘ線を代表とする放射線の分布を観測することにより、物体、特に人体、の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検出することが一般化しつつある。固体撮像素子の利点は、平面上の複数の受像画素により、平面上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。
【０００３】
しかし、その欠点として、空間的にサンプリングするための複数の画素要素は基本的に独立した素子であり、それぞれに異なる特性をもつため、取得された画像に対し当該画素要素ごとの特性ばらつきに基づく補正を行わなければならないことが挙げられる。
【０００４】
エネルギ変換素子である画素要素の主な特性ばらつきは、変換効率（ゲイン）及びオフセットについてのものであり、固体撮像素子であるフラットパネルＸ線センサを用いる場合、第一にゲイン及びオフセットの補正を行わなければならない。
【０００５】
以下、従来技術を説明する。図４は上述のゲイン補正及びオフセット補正に関する形態をブロック図として模式的に示したものである。同図において記号１はＸ線発生装置をあらわし、不図示の高電圧発生を伴う制御装置により矢印で示す方向にＸ線を発する。２は人体で代表される被写体であり、３で示す寝台に横たわっている様子を示す。５で示すブロックが被写体を透過したＸ線強度分布を電気信号に変換する目的で使用されるＸ線イメージセンサであり、大判の固体撮像素子を用いて構成され、平面状にマトリックス状に並べられた複数の画素により、２次元平面上でＸ線強度分布を空間的にサンプリングする。
【０００６】
以下、このＸ線イメージセンサをフラットパネルセンサと呼称する。通常の人体内部構造を撮影する場合、サンプリングピッチは１００μｍ〜２００μｍ程度に設定されている。フラットパネルセンサは不図示のコントローラによって制御され、画素ごとに存在するＸ線量に比例した電荷値を順次走査して電圧もしくは電流である電気量に変換し、当該電気量を出力する。６で示すブロックはフラットパネルセンサから出力されるアナログの電気量をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器である。
【０００７】
７はＡ／Ｄ変換されたデジタル値を画像情報として一旦記憶するメモリ手段を表す。８で示す構造は、７のメモリからデータを読み出し、２つのメモリ９及び１０のいずれかに記憶させる手段を表す。９のメモリはＸ線を曝射せずにフラットパネルセンサから出力される画像信号をオフセット固定パタン画像として記憶するメモリであり、１０は実際にＸ線を曝射して得られた画像を記憶するメモリである。
【０００８】
実際の撮影にあたっては、被写体を透過したＸ線量をモニタする不図示のＸ線量測定装置（フォトタイマーとも呼ばれる）をＸ線曝射制御用に用い、曝射されたＸ線量の積算値が所定値になった瞬間にＸ線曝射を停止するように構成するのが一般的である。本装置のコントローラは、Ｘ線曝射が停止すると同時にフラットパネルセンサを走査し、被写体の画像情報を、７のメモリ及び８の分岐手段を介して、１０のメモリに記憶する。その直後に、Ｘ線曝射を行わずにフラットパネルセンサを駆動して被写体撮影時間と同じ時間だけ電荷を蓄積することにより得られるオフセット固定パタンがメモリ７に記憶される。
【０００９】
このときの分岐手段８はＢ側に設定され、オフセット固定パタンはメモリ９に記憶される。１１で示すブロックは差分を行うブロック（差分器）であり、実質的にメモリ１０の値から、対応する位置のメモリ９の値を順次差し引き、その結果を１２で示すメモリブロックへ記憶させる。
【００１０】
１３で示すブロックは、除算を遂行するために用いる対数値変換のための参照テーブル（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ，ＬＵＴ）である。被写体の放射線画像は通常この１３のＬＵＴ及び分岐手段１９のＣ側を介してメモリ１５へ格納される。
【００１１】
メモリ１６は本装置でキャリブレーションと呼称される操作を行ったときに得られる画像を記憶するメモリであり、上述と同様の操作で画像を取得し、分岐手段１９のＤ側を介して画像を格納する。但し、このキャリブレーションでは、画素要素のゲインばらつきを得るため、被写体２が無い状態でＸ線量分布そのもののみが撮影される。通常このキャリブレーション操作は一日一回程度、例えば始業時に、行われるものであり、この操作によってフラットパネルセンサがもつ、画素要素のゲインばらつきに相当するデータ（ゲイン画像ともいう）がメモリ１６に得られる。
【００１２】
次に、１７の差分機能（差分器）で該ゲイン画像を被写体画像から引き去ることで、ゲインぱらつきの補正された画像が完成し、１８で示すメモリへ格納される。その後、補正された画像が後段の診断画像処理、ファイリング、伝送、表示等に供される。
【００１３】
通常の放射線撮影装置では、補正された画像に対し階調処理、ダイナミックレンジ変更処理、空間周波数処理などの、診断用画像へ変換する処理が行われ、当該処置後の画像がファイリング装置やハードコピー装置で代表される外部機器へ転送される。
【００１４】
尚、一般的な補正方式としてのオフセット補正及びゲイン補正は、例えば特許文献１に開示されている。
【００１５】
【特許文献１】
特開平７−７２２５６号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
取得されるべきＸ線画像の特徴は、ダイナミックレンジが非常に広いことである。たとえば、医療用放射線画像の場合、人体中に埋め込まれた金属物質により、Ｘ線がほとんど遮断されたような低レベル信号しか得られない領域もある。
【００１７】
このような画像の低レベル信号領域は、情報としてはまったく意味を持たないため、無視してよい。しかしながら、この低レベル信号領域に対しゲイン補正をおこなうと、ほとんど入射エネルギがない領域すなわち信号レベル変動がない領域であるにもかかわらず、画素間のゲイン変動パタン（ゲイン画像）が逆に被写体画像上に重畳されることになり、ゲイン補正によるノイズが発生してしまう。
【００１８】
図５を用いて、この現象を説明する。図５において、（ｉ）〜（ｉｉｉ）は通常のＸ線量分布の画像を１次元で示したものであり、簡便のため、画像取得時に発生するランダムノイズを省略して示している。１０１は前述のキャリブレーションで取得されたゲインばらつきであり、１０２がＸ線のない状態で得られたオフセットをあらわしている。また、１０３が実際の対象物の画像信号であるが、ここでは一様な放射線透過率分布を有する対象物を仮定している。（ｉｉ）は１０３から１０２のオフセットが除去されたオフセット補正後の画像１０４を示している。ついで（ｉｉｉ）は、オフセット補正後の画像１０４を１０１のゲインばらつき（ゲイン画像）で除算することによって得られるゲイン補正後の画像１０５を示している。当該画像１０５は一様な画素値を有する画像となる。
【００１９】
次に、（ｉｖ）〜（ｖｉ）は、センサ感度がほとんどない、非常に低レベルの一様な放射線画像を撮影した場合の画像データの例である。１０６が当該放射線画像の信号であるが、（ｖ）においてオフセット１０２が画像１０６から除去された段階で、ほとんど一定値の安定した画像１０７が得られている。しかし、（ｖｉ）の段階で、ゲイン補正を行ってしまうと、１０８で示したようにゲインばらつき又はＸ線のシェーディングを示すパタンが画像上に現れてしまい、かえって画像上にノイズ（アーティファクト）が発生してしまっている。
【００２０】
この値（ノイズレベル）は非常に小さいものであり、図５では強調して示している。しかし、図４で説明したように対数ＬＵＴをもちいているため、非常に小さな値であっても、出力画像では大きな変動になることがある。一般的な補正方式としてのオフセット補正及びゲイン補正は、例えば、上述の特許文献１に開示されているが、ゲイン補正によるノイズ発生の問題は指摘されていない。
【００２１】
そこで、本発明は上述のような問題を解消することを１つの目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための第１の発明は、複数の検出素子を含む画像検出器により取得された画像データを補正するための画像補正装置であって、前記画像データから前記画像検出器に起因するオフセット成分を除去してオフセット補正画像を得る第１の補正手段と、前記オフセット補正画像の画素値を、前記複数の検出素子のうちの対応する１つのゲインに基づいて補正する第２の補正手段と、前記オフセット補正画像の画素値に基づいて選択された、前記オフセット補正画像の画素の値を、前記選択された画素に対し前記第２の補正手段により得られる値に代わる画素値を生成することにより、補正する第３の補正手段とを備えたことを特徴とする画像補正装置である。
【００２３】
また、第２の発明は、複数の検出素子を含む画像検出器により取得された画像データを補正するための画像補正方法であって、前記画像データから前記画像検出器に起因するオフセット成分を除去してオフセット補正画像を得る第１の補正工程と、前記オフセット補正画像の画素値を、前記複数の検出素子のうちの対応する１つのゲインに基づいて補正する第２の補正工程と、前記オフセット補正画像の画素値に基づいて選択された、前記オフセット補正画像の画素の値を、前記選択された画素に対し前記第２の補正手段により得られる値に代わる画素値を生成することにより、補正する第３の補正工程とを含むことを特徴とする画像補正方法である。
【００２４】
また、第３の発明は、複数の検出素子を含む画像検出器により取得された画像データを補正するための画像補正方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記画像補正方法は、前記画像データから前記画像検出器に起因するオフセット成分を除去してオフセット補正画像を得る第１の補正工程と、前記オフセット補正画像の画素値を、前記複数の検出素子のうちの対応する１つのゲインに基づいて補正する第２の補正工程と、前記オフセット補正画像の画素値に基づいて選択された、前記オフセット補正画像の画素の値を、前記選択された画素に対し前記第２の補正手段により得られる値に代わる画素値を生成することにより、補正する第３の補正工程とを含むことを特徴とするプログラムである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１が本発明を適用したＸ線撮影装置（放射線撮影装置）のブロック図である。図４で説明したブロックと同様のブロックには図４のものと同一の符号を付し、その説明を省略する。図４のブロック図と異なる点は、２１〜２３のブロックが追加されていることにある。２１はオフセット補正され、かつ対数ＬＵＴにより対数変換された後の画素値を評価して、ゲイン補正を行うかどうかを決定する信号を出力するデコーダであり、当該信号により切替スイッチ２３のＥ側もしくはＦ側が選択される。２３はゲイン補正のための減算器による減算結果Ｆ、もしくは減算結果Ｆを棄却して値Ｅを選択するためのスイッチである。変換器２２は、メモリ１５からの画像データに基づき、例えば当該画像データを変換する形で、規定値（減算結果Ｆに代わる画素値）を出力する。
【００２６】
変換器２２は入力データを棄却して、新たな固定値を出力する構成も取れるし、入力データに基づきある程度変動する値を出力するようにも設定可能である。
【００２７】
上記規定値の決定方法を図６を用いて説明する。図６において、ＬＵＴと示したカーブは対数変換ＬＵＴの特性をあらわし、入力の幅であるΔＷ０は実際にゲインばらつきを補正するデータの変動範囲（ゲイン画像の画素値範囲）をあらわす。また、入力のＤ０という値は、この値以下では、センサの線形性が保証されず、ゲイン補正の必要性がない部分を表す。このＤ０の入力に対応する出力がＤ１であり、図１の２１のデコーダはこの値以下であれば、Ｅ側を選択するような出力をする。
【００２８】
このときの規定値は、ΔＷ０に対応する出力範囲がΔＷ１であるから、ゲイン補正としての差分の出力範囲がＢ１〜Ａ１である可能性が高いため、規定値として差分結果の絶対値の最小値（差分結果は負値になる）であるＢ１に相当する値を設定することが妥当だと考えられる。この場合、変換機２２は入力画像データに関係なくＢ１を出力する。
【００２９】
また、別の考え方では、入力画像データに依存して妥当な出力を推定する方法も考えられ、たとえば、変換器２２を図７のようなＬＵＴで構成し、出力を入力に依存してある程度可変するＬＵＴを用いることも可能である。尚、本実施形態では、デコーダ２１が対数ＬＵＴ１３を通過した後のデータを評価したが、このＬＵＴは入出力が１対１に対応するものであるので、対数ＬＵＴ１３通過前のデータを評価するように構成することも当然可能である。
【００３０】
たとえば、デコーダ２１は入力（対数変換前の値）が１０以下であるとＥ側を指示する出力を行なう。規定値には適当な低レベルの値を設定しておく。
【００３１】
尚、本実施形態における処理、判断などは当然、コンピュータとソフトウエアとを用いて実現可能であり、図１で示した画像処理構成はすべて計算機プログラミングにより実現可能であるのは明白である。
【００３２】
また、本実施形態では２次元画像センサ（Ｘ線イメージセンサ５）を用いたが、１次元ラインセンサを用いた場合にも同様に適用できることはいうまでもない。
【００３３】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。同図において、図４に対し３１〜３４のブロックが新たに設けられている。３１のブロックは図１の２１と同様の動作を行う値判別用デコーダであり、判別結果に従って切替スイッチ３４をＧ側もしくはＨ側に設定するための出力を行なう。３２のブロックは空間フィルタリングを行うブロックであり、通常１００×１００以上の核をもつ平滑化フィルタ（単純移動平均）の機能によって、ゲイン補正用データ（ゲイン画像）をぼかし、メモリ３３に格納する。
【００３４】
よって、画素値が非常に低く、線形性がない画素値領域に属する画素に対しては、デコーダ３１及びスイッチ３４の機能により、メモリ１６に格納されているゲイン補正用データを空間フィルタリングによりぼかした、メモリ３３に記憶されている補正用データによってゲイン補正がなされ、結果的に正確なゲイン補正は行われない。
【００３５】
しかし、線形性のない画素値領域にはゲインのばらつきは実質的に存在しないとみなせるため、必ずしもゲイン補正の必要性はなく、上述のようなぼけた（平滑化された）補正データを用いたほうが良好なゲイン補正が行われる。この実施形態の特徴は、あらかじめ規定値を設定する必要がないことから、より自然な補正ノイズ（補正に起因したノイズ）の除去が行える点にある。
【００３６】
上述の説明では、補正用データ（ゲイン画像）の補正に空間フィルタリング（移動平均）を用いたが、補正用データの一部又は全体の平均処理を用いることも可能であり、この場合はメモリの節約にもなる。
【００３７】
尚、本実施形態では、デコーダ２１が対数ＬＵＴ１３を通過した後のデータを評価したが、このＬＵＴは入出力が１対１に対応するものであるので、対数ＬＵＴ１３通過前のデータを評価するように構成することも当然可能である。
【００３８】
（第３の実施形態）
実施形態１では、低画素値（低線量）領域の画素値に対し、ゲイン補正値を利用せずに規定値におきかえる処理を行った。本実施形態では、ゲイン補正を行った後に、イメージセンサの入出力特性に線形性がないことに起因してゲイン補正による余計な補正ノイズが発生していると思われる画素に対して、規定値に置き換えるのでなく、ゲイン補正後画像のフィルタリングによって補正ノイズを除去する。しかし、あくまで、線形性があるかどうかの判断はゲイン補正前の画素値を評価して行う。
【００３９】
図３が本実施形態を説明するブロック図であり、図４に比し実質的に新たに追加されたブロックは第１の制御装置４１、第２の制御装置４２、および画像メモリ４３である。各制御装置の動作を図８に示す。図８の（ｉ）は本実施形態における画素値のビット構成を示したものであり、画素値自体は１４ビット幅のデータで示される（０ビット目〜１３ビット目）。
【００４０】
本実施形態では、１６ビット（２バイト）でメモリ要素が構成されているとして、１４ビット目の不使用であるビットに対してＦＬＧというフラグが設定してある。このフラグは、０であると通常の画素値であることを示し、１であれば、線形性のない領域の画素値であることを示す。すなわち、フラグ１は、ゲイン補正を行った結果補正ノイズが発生することを意味する。尚、ゲイン補正を行った結果では、画素値が変動している（到達線量の指標とはならない）ため、当該画素値のみでは、線形性のある範囲内の線量であるかかどうかの判断は困難である。
【００４１】
図３のブロック４１の動作は、ゲイン補正前に画素値を評価し、上記フラグを設定することである。この動作を図８（ｉｉ）にフローチャートで示す。同フローチャートにおいて、画素値を判断し（ステップｓ８２１）、１０以下であれば、線形性が失われている（線形成がない領域の画素値）として、フラグＦＬＧを１にする（ステップｓ８２２）。それ以外ではフラグＦＬＧを０に設定する（ステップｓ８２３）。
【００４２】
第１の制御装置４１でこの処理が行われた後、差分を含むゲイン補正がなされるが、このとき補正後の画像は、Ｄ１４のＦＬＧが保持されたまま次段に転送され、メモリ１８に格納される。ブロック４２（第２の制御装置）は、保持されたＤ１４（ＦＬＧ）を評価し、補正ノイズを除去する処理を行う。具体的には、処理対象画素を含むその周囲画素の平均値を出力する空間フィルタリングを用いて補正ノイズを除去する。図８（ｉｉｉ）はその動作のフローチャートである。
【００４３】
まず、Ｄ１４を評価し（ステップｓ８３１）、Ｄ１４＝１すなわち線形性の欠如に起因してゲイン補正による補正ノイズが発生していると判断すると、当該画素の周囲画素、例えば１０＊１０画素分、の平均値を次段のメモリ４３に書き込み（ステップｓ８３２）、通常（Ｄ１４＝０）の場合、そのままの画素値をメモリ４３に書き込む（ステップｓ８３３）。このようにしてメモリ４３に記憶された画像が最終出力となる。
【００４４】
また、本実施形態では、ゲイン補正前のデータに関しての評価結果をその後の処理系でも保持しているため、第２の制御装置４２において、平均値（移動平均値）でなく実施形態１と同様の規定値を出力するような構成にすれば、実施形態１と同様の効果を得ることも可能である。
【００４５】
以上のように、オフセット補正を行った直後の画素データ又は線量の指標となるデータを評価して、イメージセンサの線形性がないような低レベルの画素値に対し、ゲイン補正を行わない、ゲイン補正用データ（ゲイン画像）を補正して用いる、又はゲイン補正後の画像を補正することにより、ゲイン補正に起因するノイズ等のアーティファクトの発生を防ぐことができる。ここで、ゲイン補正部に対する入力データ等の放射線線量の指標となるデータに従って、ゲイン補正方法を切り替えることが肝要である。
【００４６】
ゲイン補正を行わなかった画素データを、画像データの最小値などの特定値に固定することも有効である。通常、低レベル画素値等をクリッピングする場合、ゲイン補正後の画像に対し行なうことが多いが、ゲイン補正後の画像では、画素値のばらつきが増えるため、画素値がイメージセンサの線形性のないレベル（レンジ）のものかどうかの判断がつきにくい。よって、ゲイン補正前の画素値等、放射線線量の指標となるデータに基づいて当該判断を行なえば、そのような問題は解消される。
【００４７】
（他の実施形態）
尚、本発明の目的は、実施形態１〜３のいずれかの装置又はシステムの機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、装置又はシステムに供給し、その装置又はシステムのコンピュータ（ＣＰＵ又はＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【００４８】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が実施形態１〜３のいずれかの機能を実現することとなり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体及び当該プログラムコードは本発明を構成することとなる。
【００４９】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等を用いることができる。
【００５０】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、実施形態１〜３のいずれかの機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ等を利用して実際の処理の一部又は全部が行われ、その処理によって実施形態１〜３のいずれかの機能が実現される場合も本発明の実施の態様に含まれることは言うまでもない。
【００５１】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって実施形態１〜３のいずれかの機能が実現される場合も本発明の実施の態様に含まれることは言うまでもない。
【００５２】
このようなプログラム又は当該プログラムを格納した記憶媒体に本発明が適用される場合、当該プログラムは、例えば、上述の図８に示されるフローチャートに対応したプログラムコードから構成される。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ゲイン補正によるアーティファクトの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態のブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態のブロック図である。
【図４】従来技術を説明するための図である。
【図５】本発明の課題を説明するための図である。
【図６】第１実施形態における規定値を説明するための図である。
【図７】第１実施形態におけるＬＵＴの例を示す図である。
【図８】第３実施形態を説明するための図である。
【符号の説明】
１１ 差分器
１３ 参照テーブル
１７ 差分器
２１ デコーダ
２２ 変換器
２３ 切替スイッチ
Claims (14)
- 複数の検出素子を含む画像検出器により取得された画像データを補正するための画像補正装置であって、
前記画像データから前記画像検出器に起因するオフセット成分を除去してオフセット補正画像を得る第１の補正手段と、
前記オフセット補正画像の画素値を、前記複数の検出素子のうちの対応する１つのゲインに基づいて補正する第２の補正手段と、
前記オフセット補正画像の画素値に基づいて選択された、前記オフセット補正画像の画素の値を、前記選択された画素に対し前記第２の補正手段により得られる値に代わる画素値を生成することにより、補正する第３の補正手段と
を備えたことを特徴とする画像補正装置。 - 前記オフセット補正画像における所定値以下の画素値を有する画素を、前記選択された画素として、選択する選択手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像補正装置。
- 前記第３の補正手段は、前記選択された画素の値を所定の定数に変換することを特徴とする請求項１に記載の画像補正装置。
- 前記第３の補正手段は、前記選択された画素の値を所定の参照テーブルにより変換することを特徴とする請求項１に記載の画像補正装置。
- 前記第３の補正手段は、前記選択された画素の値を、前記複数の検出素子のゲインからなるゲイン画像を変換して得られる変換ゲイン画像のうちの対応する１つのゲインに基づいて補正することを特徴とする請求項１に記載の画像補正装置。
- 前記変換は平滑化であることを特徴とする請求項５に記載の画像補正装置。
- 前記変換は平均化であることを特徴とする請求項５に記載の画像補正装置。
- 前記第３の補正手段は、前記選択された画素の値を、前記第２の補正手段により得られたゲイン補正画像を変換して得ることを特徴とする請求項１に記載の画像補正装置。
- 前記変換は平滑化であることを特徴とする請求項８に記載の画像補正装置。
- 前記画像検出器をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像補正装置。
- 前記画像検出器は放射線画像を検出可能に構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の画像補正装置。
- 複数の検出素子を含む画像検出器により取得された画像データを補正するための画像補正方法であって、
前記画像データから前記画像検出器に起因するオフセット成分を除去してオフセット補正画像を得る第１の補正工程と、
前記オフセット補正画像の画素値を、前記複数の検出素子のうちの対応する１つのゲインに基づいて補正する第２の補正工程と、
前記オフセット補正画像の画素値に基づいて選択された、前記オフセット補正画像の画素の値を、前記選択された画素に対し前記第２の補正手段により得られる値に代わる画素値を生成することにより、補正する第３の補正工程と
を含むことを特徴とする画像補正方法。 - 複数の検出素子を含む画像検出器により取得された画像データを補正するための画像補正方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記画像補正方法は、
前記画像データから前記画像検出器に起因するオフセット成分を除去してオフセット補正画像を得る第１の補正工程と、
前記オフセット補正画像の画素値を、前記複数の検出素子のうちの対応する１つのゲインに基づいて補正する第２の補正工程と、
前記オフセット補正画像の画素値に基づいて選択された、前記オフセット補正画像の画素の値を、前記選択された画素に対し前記第２の補正手段により得られる値に代わる画素値を生成することにより、補正する第３の補正工程と
を含むことを特徴とするプログラム。 - 請求項１３に記載のプログラムを記憶していることを特徴とするコンピュータ可読記憶媒体。
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