JP2004317368A

JP2004317368A - Ｘ線透視検査装置及び最適ｘ線条件計算プログラム

Info

Publication number: JP2004317368A
Application number: JP2003113200A
Authority: JP
Inventors: Kiichiro Uyama; 喜一郎宇山; Tatsuyuki Yoshihara; 達行吉原; 祥司 ▲ツル▼; Shoji Tsuru
Original assignee: Toshiba IT and Control Systems Corp
Current assignee: Toshiba IT and Control Systems Corp
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】未知の被検体に対しても、その透過像に基づいて物理的に最適なＸ線条件を求めることのできるＸ線透視検査装置を提供すること。
【解決手段】Ｘ線管１と、このＸ線管１の管電圧と管電流を制御するＸ線制御部９と、被検体５を透過したＸ線を検出するＸ線検出器３とを有し、このＸ線検出器３で得られた被検体５の透過データから被検体５の透過像を作成するＸ線透視検査装置において、透過像を基に観察部分の減衰指数と該減衰指数に波及するノイズとの比が最も大きくなる管電圧と管電流とをコンピュータ８で計算し、Ｘ線制御部９に与える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術野】
本発明は、非破壊検査等に用いられるＸ線透視検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品やアルミ鋳物等の工業製品の内部を検査するためのＸ線透視検査装置では、Ｘ線管の管電圧Ｖと管電流Ｉを手動で変更でき、透過像を観察しながら被検体にあわせた設定を行なって最適画像を得るようにしている。管電圧を変えた場合、Ｘ線フォトンの１つ１つのエネルギーＥが大きくなるとともにフォトン数Ｎが増大する。管電流を変えた場合、エネルギーＥは変わらずフォトン数Ｎが増大する。
【０００３】
この種のＸ線透視検査装置に備わる検出器は、２次元の分解能でＸ線を検出するが、各検出素子の出力は各素子が受けるＸ線エネルギー総量（Ｅ×Ｎ）に比例する。各検出素子の出力に応じて明暗を割り当てることで透過像が作られる。他方、Ｘ線の透過能力はＸ線フォトンエネルギーＥが高くなるほど大きくなる。
【０００４】
管電圧と管電流を手動で変更する場合、まず被検体を透過できる管電圧（すなわちＸ線フォトンエネルギーＥ）を選ぶが、該エネルギーＥが高すぎると画像のコントラストが低下して最良画像とならない。そこで、管電圧を下げ、管電流を増やして出力を補う。管電圧を下げすぎるとコントラストが大きすぎ白飛びや黒つぶれ画像となってしまう。
【０００５】
このように、被検体の交換や観察視野変更の度に、手動で管電圧と管電流を交互に設定することは面倒で、また、操作者の技量に依存してしまう問題があるため、例えば特許文献１では、透過像を取り込み画像処理してフィードバックして、管電圧と管電流を自動設定することを行なっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１４０５９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では未知の被検体に対しても、その透過像に基づいて最適なＸ線条件（管電圧、管電流）を自動設定するものである。その最適な条件とは、透過像の観察しようとする明るさ範囲が目視に適した明るさ範囲になる管電圧、管電流が最適Ｘ線条件であるとして、この条件に自動設定している。
【０００８】
しかしながら、このような諧調調整としての最適Ｘ線条件は物理的な最適Ｘ線条件とは異なる。物理的な最適Ｘ線条件は観察部分の構造に対して最大のＳＮ比（信号／ノイズ）を与える条件であり、透過像の見易さ（諧調の調整）とは無関係である。
【０００９】
本発明の目的は、未知の被検体に対しても、その透過像に基づいて物理的に最適なＸ線条件を求めることのできるＸ線透視検査装置及び最適Ｘ線条件計算プログラムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために請求項１記載の発明は、Ｘ線管と、このＸ線管の管電圧と管電流を制御するＸ線制御部と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを有し、このＸ線検出器で得られた被検体の透過データから被検体の透過像を作成するＸ線透視検査装置において、
前記透過像を基に観察部分の減衰指数と該減衰指数に波及するノイズとの比が最も大きくなる管電圧と管電流を計算する最適Ｘ線条件計算手段を具備する。
【００１１】
管電圧、管電流を変えたときに被検体の或る定まった観察部分に対する減衰指数τ（е^−τの減衰を与える）とそのノイズはそれぞれ変化するが、この構成により、未知の被検体に対しても、その透過像に基づき、その観察部分（最明部、最暗部、全体、指定部、等）の減衰指数τとそのノイズとの比が最大となる管電圧と管電流を計算することができ、この条件での透過像は物理的に観察部分の構造を最大限に細部まで見分けられる画像となり、最適なＸ線条件を求めることができる。
【００１２】
以上の課題を解決するために請求項２記載の発明は、請求項１記載のＸ線透視検査装置において、前記最適Ｘ線条件計算手段は、管電圧と管電流の許容される組合せを探索して前記比を計算し、この比が最も大きくなる管電圧と管電流を計算する手段を具備する。
【００１３】
この構成により、管電圧と管電流の許容される組合せを探索して、実際に、観察部分の減衰指数と該減衰指数に波及するノイズとの比を計算することで、この比が最も大きくなる管電圧と管電流の組合せを得るので、確実に最適なＸ条件を求めることができる。
【００１４】
以上の課題を解決するために請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のＸ線透視検査装置において、前記最適Ｘ線条件計算手段は、１つの管電圧とその管電圧に対して許容される最大の管電流の組み合わせの複数について前記比を計算し、この比が最も大きくなる管電圧と管電流を計算する手段を具備する。
【００１５】
この構成により、許容される最大の管電流が（管電圧に対する）どんな関数の場合でも精度よく最適条件が計算でき、また、計算が簡易である。
【００１６】
以上の課題を解決するために請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項記載のＸ線透視検査装置において、前記Ｘ線制御部は、前記最適Ｘ線条件計算手段により計算された管電圧と管電流とをフィードバックして管電圧と管電流を自動設定する手段を具備する。
【００１７】
この構成により、透過像をフィードバックして物理的な最適Ｘ線条件を自動設定することができる。また、フィードバックを繰り返すことで１ループの計算誤差を修正でき精度を高められるとともに、１ループにおける管電圧と管電流の修正値が最適計算で求められるので収束を早くすることができる。
【００１８】
以上の課題を解決するために請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項記載のＸ線透視検査装置において、表示される前記透過像の観察部分の明るさ範囲が観察に適した明るさ範囲になるよう諧調を自動変換する諧調自動変換手段を更に具備する。
【００１９】
この構成により、最適Ｘ線条件設定を行なった物理的に最適な透過像に対し、観察部の明るさ範囲を観察に適した明るさに諧調変換でき、物理的にも視覚的にも最適な透過像が得られる。
【００２０】
以上の課題を解決するために請求項６記載の発明は、Ｘ線透視検査に係る観察部分の構造に対して最大のＳＮ比を与えるようにＸ線管に与える管電圧と管電流とを制御するコンピュータに、
１つの管電圧とその管電圧に対して許容される最大の管電流の組合せの複数である上限線を設定するステップと、
少なくとも、このステップにより設定された前記上限線の上を探索して、前記観察部分の減衰指数と該減衰指数に波及するノイズとの比を計算し、この比が最も大きくなる管電圧と管電流を計算するステップとを実行させるための最適Ｘ線条件計算プログラムである。
【００２１】
この構成により、コンピュータにより最適Ｘ線条件計算プログラムを実行することで、観察部分の減衰指数と該減衰指数に波及するノイズとの比を実際に計算し、この比が最も大きくなる管電圧と管電流の組合せを限定された領域内で、容易に探索できると共に、未知の被検体の透過像は物理的に観察部分の構造を最大限に細部まで見分けられる画像となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るＸ線透視検査装置の一実施形態のシステム構成図である。本実施形態のＸ線透視検査装置は、最適Ｘ線条件計算プログラムを実行するコンピュータ８が特徴である。
【００２３】
Ｘ線管１は発生するＸ線の焦点Ｆが数ないし数十μｍのマイクロフォーカスＸ線管を用い、Ｘ線検出器３にはＸ線Ｉ．Ｉ．（像増強管）３ａとＴＶカメラ３ｂを用いている。被検体５は試料テーブル６に載置されＸ線ビーム２内で位置決めされＸＹ機構７で撮影（観察）視野を変更される。Ｘ線検出器３は昇降機構４で昇降され、検出距離ＦＤＤを変えることで撮影倍率が変更される。また、試料テーブル６も図示してない昇降機構で昇降され、撮影倍率が変更される。
【００２４】
コンピュータ８は、ＣＰＵ、メモリ、ディスク、表示器、キーボードなどより成る。このコンピュータ８は検出距離ＦＤＤなどの装置ステータスを読み取り、表示したり、操作者の指令入力により装置を駆動したり、また、ＴＶカメラ３ｂからの被検体の透過像をキャプチャーボード８ａにより取り込み、表示したりする。
【００２５】
コンピュータ８はキャプチャーボード８ａを備え、該キャプチャーボード８ａは入力される透過像の諧調を変換して、さらにデジタルデータに変換する機能を持つ。この諧調変換はオフセットとゲインを変更する線形変換である。
【００２６】
コンピュータ８は、取り込んだ画像から最適Ｘ線条件計算により最適の管電圧Ｖ、管電流Ｉを計算しＸ線制御部９に送り、Ｘ線制御部９は高圧発生部１０を通じてＸ線管１のＶ、Ｉを計算値に合わせる。これがフィードバックの１ループとなる。実際には計算誤差があるのでこれを繰り返すことで高速に最適値に合わせることができる。この最適Ｖ、Ｉの計算はコンピュータ８のソフトウエアプログラム（最適Ｘ線条件計算プログラム）によって行なわれる。
【００２７】
なお、管電圧と管電流には、Ｘ線制御部９により制限された範囲即ち、Ｘ線装置制限がある。このＸ線装置制限は、ターゲットの熱制限や高圧発生部の容量などできめられたものである。また、この範囲内で最適制御としての制限範囲を別に設定することもできる。たとえば、マイクロフォーカスＸ線管の場合、電流をとりすぎると焦点が大きくなる場合があるので管電流を小さ目に制限する。
【００２８】
次に本実施形態のＸ線透視検査装置の作用について説明する。
【００２９】
本発明の作用のポイントはコンピュータ８内の最適Ｘ線条件（Ｖ、Ｉ）の計算機能（以下、オートＶＩと記す）である。以下順を追って説明する。
【００３０】
操作者は被検体５を試料テーブル６に載置した上で、コンピュータへの入力操作によりモードを一つ選択する。モードは、
モード１：明部観察
モード２：全部観察
モード３：暗部観察
モード４：ＲＯＩ観察
の４モードがある。
【００３１】
モード１は、透過像の一番明るい部分が最大のＳＮ比を与えるように最適なＸ線条件を与えるモードである。モード２は、透過像の全体が最大のＳＮ比を与えるように最適なＸ線条件を与えるモードである。モード３は、透過像の一番暗い部分が最大のＳＮ比を与えるように最適なＸ線条件を与えるモードである。モード４は、透過像において任意に設定（操作者によるコンピュータへの入力操作）した関心領域（ＲＯＩ）が最大のＳＮ比を与えるように最適なＸ線条件を与えるモードである。
【００３２】
次に、操作者はオートＶＩを指令する（操作者によるコンピュータへの入力操作）。オートＶＩソフトは最適透過像を得るＶとＩを自動計算し、このＶ、Ｉを設定してオートＶＩを終える。
【００３３】
ここで、オートＶＩの作用説明の前にその定式化と原理を説明する。
【００３４】
まず、透過像（リニアスケール）の明るさＢ（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）は、例えば０〜２５５の画素値で表されるが、明るさＢはＸ線エネルギー総量／画素／サンプルに略比例し、基本式、
Ｂ＝Ｂ０（ｎ）・ｍ・ｎ^ａｋｅ・（ＦＤＤ０／ＦＤＤ）^２・ｅｘｐ｛−ｕｖ（ｖ０・ｎ）・ｔ｝＋Ｂｏｆ …（１）
ｎ＝Ｖ／ｖ０ …（２）
ｍ＝Ｉ／ａｉ０ …（３）
で表される。ここで、ｖ０とａｉ０をＶとＩそれぞれの最小設定単位として、ＶとＩのかわりに自然数ｎ、ｍを用いる。ａｋｅは約２．２の定数、ｕｖ（ｖ）は被検体吸収係数、ｔは被検体透過長、ＢｏｆはＸ線ＯＦＦ時の明るさである。ｕｖ（ｖ）は被検体自身の正確な値は未知であるので類似した関数を用いる。キャプチャーボード８ａのオフセットはオートＶＩ中、Ｂｏｆ＝０になるように、ゲインは最小に設定される。基本式（１）のｎ^ａｋｅはｎの広域では誤差が生じるため、Ｂ０（ｎ）で誤差を吸収させる。Ｂ０（ｎ）は較正により予め求められた値である（後述）。
【００３５】
次に、ＢＮ（フォトン数／画素／サンプル）はＢ／Ｖにほぼ比例し、基本式、
ＢＮ＝ａ０・（Ｂ−Ｂｏｆ）／ｎ …（４）
で表される。ここでは、相対ＢＮが求まればよいので、ａ０は任意の定数でよい。
【００３６】
次に、オートＶＩの原理は、
「最適Ｖ、Ｉはτを減衰指数、στを減衰指数のノイズとして、τ／στを最大にするＶ、Ｉである。」
である。ここで、減衰指数τはＸ線経路に沿った被検体の吸収係数の線積分に相当し、減衰がе^−τの時のτのことである。減衰を受けて、フォトン数ＢＮ_０がＢＮ（明るさＢ_０がＢ）になったとすると、減衰指数τは、
τ＝ｌｎ（ＢＮ_０／ＢＮ）
｛＝ｌｎ（（Ｂ_０−Ｂｏｆ）／（Ｂ−Ｂｏｆ））＝ｕｖ（ｖ０・ｎ）・ｔ｝…（５）
で計算される。ＢＮのノイズσ_ＢＮ（二乗平均誤差）は、ほとんどフォトンノイズであり、
σ_ＢＮ＝√（ＢＮ） …（６）
で計算される。τのノイズすなわちτへ波及するノイズστは、
στ＝√（（∂τ／∂ＢＮ）^２）・σ_ＢＮ＝１／√（ＢＮ） …（７）
で計算される。
【００３７】
次に、図２は最適Ｖ、Ｉの探索原理である。ｎ，ｍはＸ線装置制限（ＡＢＣＤＥＦ）内で可動である。これは電流上限ｍｍａｘ（ｎ）と電流下限ｍｍｉｎ（ｎ）にはさまれた領域である。また最明部が飽和しない条件を入れると、ｍｈ（ｎ）を最明部＝飽和直前のラインとして、ｎ＜ｍｈ（ｎ）であることが必要であるのでＶＩ可動域は図の斜線の領域（ＡＢＣＧＨＦ）となる。
【００３８】
なお、前述した最明部が飽和しない条件は、Ｘ線検出器３の種類によっては条件に含めなくても良い場合がある。すなわち、サチュレーションによって飽和部の周囲までハレーションが生ずるようなＴＶカメラでハレーションがおこっている確認済みＸ線検出器３を構成した場合は、前述した最明部が飽和しない条件を、ＶＩ可動域の画定に含めるが、ハレーションが生じないＸ線検出器３の場合は、必須条件ではない。
【００３９】
τ／στが最大になるのはＶＩ可動域の上限ライン（ＡＢＣＧＨ）上である。これは同じｎならτが同じで、ｍが大きいほどστが小さくなることでわかる。これより、探索原理は、
「ＶＩ可動域の上限ラインに沿って、ｎ，ｍを変化させて、τ／στを計算し、最大になる点を探す。」
となる。ここで、ＶＩ可動域全体を計算してもかまわないが、計算に無駄があるだけで、結果は変わらない。
【００４０】
図３にτ／στの計算例を示す。これは、ｍｈ（ｎ）制限なしで、Ｘ線装置制限上限がイソワット制限（Ｖ・Ｉ＝一定）、被検体がある厚さのアルミニウムの場合で、ピーク値をとる管電圧で最適となっている。これ以下ではノイズが上り、これ以上ではコントラスト（τ）が下がることでτ／στが低下する。
【００４１】
図４はオートＶＩのフローチャートである。図２を参照してオートＶＩの作用を説明する。
【００４２】
Ｓ１：キャプチャーボードのリセット。
【００４３】
キャプチャーボードのオフセットとゲインを規定値にリセットする。すなわち、オフセットはＸ線ＯＦＦ時の明るさＢｏｆが０になるように、ゲインは最小に設定される。
【００４４】
Ｓ２：ＦＤＤ値読み取り。
【００４５】
検出距離ＦＤＤを読み取る。
【００４６】
Ｓ３：初期位置ｎ_Ａ，ｍ_Ａ計算。
【００４７】
図５は初期位置ｎ_Ａ，ｍ_Ａである。初期位置ｎ_Ａ，ｍ_Ａは、ＡＩＲ部＝飽和直前のラインｍａｉｒ（ｎ）と、Ｘ線装置制限の対角線ＦＤとの交点とする。これにより最初の画像は飽和しない。ｍａｉｒ（ｎ）は式（１）から、
ｍａｉｒ（ｎ）＝ｉｎｔ｛（Ｂｈ−Ｂｏｆ）／Ｂ０（ｎ）・ｎ^−ａｋｅ・（ＦＤＤ０／ＦＤＤ）^−２｝ …（８）
となることがわかる。ここでＢｈは飽和直前の明るさで、定数である。ｎをかえてこの式を計算し直線を横切る点を求める。交点が点Ｄの外になるときはＤ点を初期位置とする。
【００４８】
初期位置を決めるとき対角線ＦＤでなく、たとえばＤ点を通る水平線等を用いてもよい。
【００４９】
Ｓ４：ｉを１からｉｌｍｔまで繰り返す。
【００５０】
ｉｌｍｔは収束しない場合のフィードバック制限回数で、たとえば８とする。
【００５１】
Ｓ５：ｎ_Ａ，ｍ_ＡでＸ線照射開始する。
【００５２】
Ｓ６：現在位置での最明部明るさＢｍｅａｓｈ、観察部明るさＢｍｅａｓを求める。
【００５３】
まず、予め定めた（碁盤目状の）区画ごとに平均を行ない、各値の最大値Ｂ１と最小値Ｂ２を求める。ここで、Ｂ１とＢ２の計算で、別々の区画を用いる。通常Ｂ１のほうが細かい区画とする。また、別にＲＯＩの平均明るさＢ３を計算する。
【００５４】
最明部明るさＢｍｅａｓｈ、観察部明るさＢｍｅａｓは次のように求める。
【００５５】

【００５６】
ここでは、Ｓ６のＢｍｅａｓｈ，Ｂｍｅａｓを用いて、被検体の最明部の透過長ｔｍｅａｓｈと観察部の透過長ｔｍｅａｓを求める。まず、ＡＩＲ部明るさＢａｉｒは式（１）より導出した式、
Ｂａｉｒ＝Ｂ０（ｎ_Ａ）・ｍ_Ａ・ｎ_Ａ ^ａｋｅ・（ＦＤＤ０／ＦＤＤ）^２＋Ｂｏｆ…（１１）
で計算される。これを用いて、ｔｍｅａｓｈ，ｔｍｅａｓは式（１）より導出した式、
ｔｍｅａｓｈ＝ｌｎ｛（Ｂａｉｒ−Ｂｏｆ）／（Ｂｍｅａｓｈ−Ｂｏｆ）｝／ｕｖ（ｎ_Ａ・ｖ０） …（１２）
ｔｍｅａｓ＝ｌｎ｛（Ｂａｉｒ−Ｂｏｆ）／（Ｂｍｅａｓ −Ｂｏｆ）｝／ｕｖ（ｎ_Ａ・ｖ０） …（１３）
で計算される。
【００５７】
Ｓ８：最適位置ｎ_Ｂ，ｍ_Ｂ計算。
【００５８】
ｎ＝ｎｍｉｎないしｎｍａｘで次の計算をする。
【００５９】
ｔｍｅａｓｈが既知であるので、最明部＝飽和直前のラインｍｈ（ｎ）は式（１）より導出した式、
ｍｈ（ｎ）＝ｉｎｔ｛（Ｂｈ−Ｂｏｆ）／Ｂ０（ｎ）・ｎ^−ａｋｅ・（ＦＤＤ０／ＦＤＤ）^−２・ｅｘｐ（ｕｖ（ｎ・ｖ０）・ｔｍｅａｓｈ）｝…（１４）
で計算できる。上限ラインｍ（ｎ）は
ｍ（ｎ）＝ｍｍａｘ（ｎ）とｍｈ（ｎ）の小さい方
で計算できる。次に、ｔｍｅａｓが既知であるので減衰指数τが式、
τ＝ｕｖ（ｎ・ｖ０）・ｔｍｅａｓ
で計算でき、ＢとＢＮが式（１）（４）をもちいた式、
Ｂ＝Ｂ０（ｎ）・ｍ（ｎ）・ｎ^ａｋｅ・（ＦＤＤ０／ＦＤＤ）^２・ｅｘｐ（−τ）＋Ｂｏｆ …（１５）
ＢＮ＝ａ０・（Ｂ−Ｂｏｆ）／ｎ …（１６）
で計算できる。更にτのノイズστが式（７）で計算でき、τ／στが求められる。
【００６０】
すべてのｎ，ｍ（ｎ）（ただしｍ（ｎ）＜ｍｍｉｎ（ｎ）の点は除く）でτ／στを計算して、最大のτ／στを与える点をｎ_Ｂ，ｍ_Ｂとする。
【００６１】
Ｓ９：収束判定。
【００６２】
ｎ_Ａ，ｍ_Ａからｎ_Ｂ，ｍ_Ｂへの変化が規定値より小さいとき収束と判定し、ｉループをぬけてＳ１２に進む。大きいときはＳ１０に進む。
【００６３】
Ｓ１０：ｎ_Ａ＝ｎ_Ｂ、ｍ_Ａ＝ｍ_Ｂの代入計算。
【００６４】
最適位置を現在位置に設定する。以上Ｓ５ないしＳ１０がＶ，Ｉ制御の１フィールドバックである。
【００６５】
Ｓ１１：ｉについてＳ５ないしＳ１０を繰り返す。
【００６６】
通常、吸収係数ｕｖ（ｖ）が被検体と異なるため１回のフィードバックでは誤差を伴う。そこで、フィードバックを繰り返し収束させる。ｉｌｍｔ回でも収束しない場合は打ち切ってＳ１２に進む。
【００６７】
Ｓ１２：キャプチャーボード復元。
【００６８】
キャプチャーボードのオフセットとゲインをリセット前に戻す。これにより、透過像の諧調変換を元に戻す。（Ｘ線はＯＮのまま。）
オートＶＩが終わって、最適ＶＩでの照射状態となるが、通常（オートＶＩ中もオートＶＩ後も）、透過像の諧調は見やすい状態にはなっていない。操作者は、次に、キャプチャーボードのオフセットとゲインを手動変更し、見やすい画面に調整して、被検体の検査を行なう。
【００６９】
操作者は被検体を移動したり拡大率を変えたりして被検体の検査を続けるが、観察部分が替わってＸ線吸収状態が異なってくるとＶＩが最適でなくなってくる。この場合、操作者は、何度でもオートＶＩを指令して、Ｖ，Ｉを合わせ直すことができる。
【００７０】
次に、Ｂ０（ｎ）の較正時の作用を説明する。
【００７１】
まず、被検体なし（試料テーブル６は有り）とし、ＦＤＤを一定値ＦＤＤ０に固定する。さらに、キャプチャーボード８ａをリセットする。管電圧ｖｃａｌ（ｉ）を設定し、透過像が中間の明るさ（Ｂｃａｌ（ｉ））になるように、管電流Ｉｃａｌ（ｉ）を設定する。ｖｃａｌ（ｉ）を変えて繰り返し、測定値、
ｉｍａｘ，ｖｃａｌ（ｉ），Ｉｃａｌ（ｉ），Ｂｃａｌ（ｉ），ＦＤＤ０
をコンピュータ８にインプットする。
【００７２】
コンピュータ８の較正プログラムは、式、
ｎｃａｌ（ｉ）＝ｖｃａｌ（ｉ）／ｖ０ …（１７）
ｍｃａｌ（ｉ）＝Ｉｃａｌ（ｉ）／ａｉ０ …（１８）
でｎｃａｌ（ｉ），ｍｃａｌ（ｉ）を計算し、さらに、較正点でのＢ０（ｎ）を、式（１）から導出した式、
Ｂ０（ｎｃａｌ（ｉ））＝（Ｂｃａｌ（ｉ）−Ｂｏｆ）／ｍｃａｌ（ｉ）・ｎｃａｌ（ｉ）^−ａｋｅ…（１９）
で計算する。このＢ０（ｎｃａｌ（ｉ）は飛び飛びなので、補間あるいは補外計算で、ｎ＝ｎｍｉｎ〜ｎｍａｘでＢ０（ｎ）を求め、記憶する。またＦＤＤ０を記憶する。
【００７３】
なお、試料テーブル６有りで較正するので、試料テーブルのτは計算するτには含まれない。
【００７４】
管電圧Ｖ、管電流Ｉを変えたときに被検体の或る定まった観察部分に対する減衰指数τ及びそのノイズはそれぞれ変化するが、本実施形態によれば、観察部分に対して減衰指数τとそのノイズとの比が最大になるような管電圧Ｖ、管電流Ｉが得られるので、この条件での透過像は物理的に観察部分の構造を最大限に細部まで見分けられる画像となる。例えば、この画像を減衰指数τ（＝ｌｎ（Ｂ０／Ｂ））の画像に変換したとすると、これはネガ写真の濃淡画像に相当し、濃淡幅（コントラスト）／濃淡ノイズが最大で最良の画像である。別の例として、被検体が均質材料で厚さｔが一定の場合を例にすると、厚さの差異Δｔが最も細かく識別できる。これは、ＪＩＳ規格による線状透過度計（線状ペネトラメータ）を用いた識別度が最高に良くなることを示す。
【００７５】
以上のように本実施形態によれば、ＶＩ可動域の上限ラインに沿って、ｎ，ｍを変化させて、実際にτ／στを計算し、最大になる点を探しているので、許容される最大／最小の管電流が（管電圧に対する）どんな関数の場合でも精度よく容易に最適条件が計算できる。すなわち、図２のように曲線や角があっても、記憶している配列ｍｍａｘ（ｎ），ｍｍｉｎ（ｎ）を変えるだけでどのようなＸ線制御部にも対応できる。また、厳密には、最小設定単位があるため、ＶＩ可動域は階段状であるが、本形態によれば、この階段の凸凹まで考慮して最適条件が計算でき、正確な計算となる。特に最小設定単位がおおきなＸ線制御部の場合この効果が大きい。また、ＶＩ可動域全体でなく上限ライン上だけでよいので計算が簡易である。
【００７６】
本実施形態によれば、被検体の透過像をフィードバックして自動的にＸ線条件設定を行ない、最適透過像を得ることができる。さらにフィードバックの１ループにおけるＶ，Ｉの修正値が１回でほぼ最適値に合わせるような修正であるので収束を早くすることができる。
【００７７】
図１に示すような構成のＸ線透視検査装置では、透過像を処理するコンピュータ８と独自のＣＰＵで動作しているＸ線制御部９との通信時間がながく、Ｘ線制御部でのＸ線制御時間も長いためフィードバックの１ループの時間が短くできない。このような場合であっても、本発明によれば、１回の修正が１回でほぼ最適値に合わせるような修正であるので高速で収束できる。
【００７８】
その結果、操作者の技量に依存せずに、未知の被検体に対しても、簡便に最適透過像が得られ、また観察視野変更や像倍率変更に対応して再設定も容易である。またモード変更でさまざまなケースに対応できる。
【００７９】
（変形例１）
本実施形態では、オートＶＩはＸ線制御部へ最適ＶＩ値を送ってフィードバックしているが、求めた最適ＶＩ値を表示するだけにすることもできる。この場合は、操作者は表示を読み取ってＸ線制御部へインプットする。このようにすると、Ｘ線制御部とコンピュータが通信で接続されていないようなＸ線透視検査装置の場合に有効に用いることができる
（変形例２）
本実施形態では、予め定めた区画を平均してＢ１，Ｂ２を求める、あるいはＲＯＩ指定した部分を平均してＢ３を求める最も単純な方法を記載しているが、これに限られるものではない。たとえば色々な画像処理を行なって決めることが可能である。たとえば全体あるいはＲＯＩ内の明るさのヒストグラムをとり、ヒストグラム面積の９０％位置をＢ１、２０％位置をＢ２として「モード２：全体観察」の制御を行なってもよいし、５０％位置をＢ３として「モード４：ＲＯＩ観察」の制御を行なってもよい。画像処理でＲＯＩを自動設定してこの部分を平均してＢ３を求めることも考えられる。
【００８０】
（変形例３）
本実施形態では、吸収係数ｕｖ（ｖ）を１種記憶しているが、多種記憶して切換えるようにすることができる。この場合、操作者は被検体に応じ、たとえば、アルミ鋳物用、基板用、コンデンサ用、電池用、鉄用等を入力して選択するようにする。これにより収束を早く正確にすることができる。また、オートＶＩの中で、１つの被検体での実測Ｂｍｅａｓの履歴から最適ｕｖ（ｖ）を自動選択することも可能である。
【００８１】
（変形例４）
本実施形態では、オートＶＩは収束した時に終了するが、終了させずに連続して制御を続けるようにすることもできる。この場合、観察視野変更や像倍率変更に追従してリアルタイムに最適透過像が得られる。
【００８２】
（変形例５）
本実施形態では、オートＶＩ後、キャプチャーボードのオフセットとゲインを手動変更し、見やすい画面に諧調調整しているが、これを自動で行なうこともできる。この機能を以下、オート諧調と記載する。図４のフローチャートで、ステップＳ１２をこのオート諧調プログラムで置き換えれば、諧調も自動調整される。以下オート諧調を説明する。
【００８３】
諧調変換の変換式は、例えば、
Ｂｏｕｔ＝Ｇａｉｎ・（Ｂｉｎ−Ｏｆｆｓｅｔ） …（２０）
で表される。ここで、Ｂｉｎは変換前、Ｂｏｕｔは変換後の明るさである。
【００８４】
図６はオート諧調説明図である。キャプチャーボードリセット時に観察部分の明るさ範囲がＢ_Ｌ〜Ｂ_Ｈであったとすると、この明るさ範囲が視覚的に見やすい諧調範囲Ｂｏｂｓ．１〜Ｂｏｂｓ．ｈ（たとえば８０〜１８０）になるようにキャプチャーボードをセットすればよい。このような、セット時のゲインとオフセットは計算で求めることができる。
【００８５】
リセット時のゲイン、オフセットをＧａｉｎ（）、Ｏｆｆｓｅｔ（）とすると、
Ｂ_Ｈ＝Ｇａｉｎ０・（Ｂｉｎ_Ｈ−Ｏｆｆｓｅｔ０） …（２１）
Ｂ_Ｌ＝Ｇａｉｎ０・（Ｂｉｎ_Ｌ−Ｏｆｆｓｅｔ０） …（２２）
となる。セット時のゲイン、オフセットをＧａｉｎ，Ｏｆｆｓｅｔとすると、
Ｂｏｂｓ．ｈ＝Ｇａｉｎ・（Ｂｉｎ_Ｈ−Ｏｆｆｓｅｔ） …（２３）
Ｂｏｂｓ．ｌ＝Ｇａｉｎ・（Ｂｉｎ_Ｌ−Ｏｆｆｓｅｔ） …（２４）
である。連立方程式（２１）ないし（２４）で、ｂｉｎ_Ｌ，Ｂｉｎ_Ｈを消去して、Ｇａｉｎ，Ｏｆｆｓｅｔについて解くと、
Ｇａｉｎ＝Ｇａｉｎ０・（Ｂｏｂｓ．ｈ−Ｂｏｂｓ．ｌ）／（Ｂ_Ｈ−Ｂ_Ｌ）…（２５）
Ｏｆｆｓｅｔ＝Ｏｆｆｓｅｔ０＋（Ｂ_Ｌ・Ｂｏｂｓ．ｈ−Ｂ_Ｈ・Ｂｏｂｓ．ｌ）／（Ｂｏｂｓ．ｈ−Ｂｏｂｓ．ｌ）／Ｇａｉｎ０…（２６）
となる。ここで、Ｇａｉｎ０，Ｏｆｆｓｅｔ０，Ｂｏｂｓ．ｌ，Ｂｏｂｓ．ｈは定数であるので、Ｇａｉｎ，Ｏｆｆｓｅｔが求められる。変換式が（２０）と異なっても同様にセット時の状態を求めることができ、観察部分の明るさ範囲、Ｂ_Ｌ〜Ｂ_Ｈを視覚的に見やすい諧調範囲Ｂｏｂｓ．ｌ〜Ｂｏｂｓ．ｈにすることができる。
【００８６】
Ｂ_ＬとＢ_Ｈは例えば、次のように選ぶ、
モード１（明部観察）の場合：
Ｂ_Ｈ＝Ｂ１区画内の明るいほうから２０％（明るさ頻度分布の面積２０％位置）
Ｂ_Ｌ＝Ｂ１区画内の暗いほうから２０％
モード２（全部観察）の場合：
Ｂ_Ｈ＝Ｂ１
Ｂ_Ｌ＝Ｂ２
モード３（暗部観察）の場合：
Ｂ_Ｈ＝Ｂ２区画内の明るいほうから２０％
Ｂ_Ｌ＝Ｂ２区画内の暗いほうから２０％
モード４（ＲＯＩ観察）の場合：
Ｂ_Ｈ＝Ｂ３区画内の明るいほうから２０％
Ｂ_Ｌ＝Ｂ３区画内の暗いほうから２０％
とする。これにより、物理的にも視覚的にも最適な透過像が自動で得られる。
【００８７】
なお、本実施形態では、電気信号での扱いとしてオフセットとゲインという言葉を用いたが、これらはＸ線検出での扱いではウインドウレベル、ウインドウ幅と同義である。
【００８８】
（変形例６）
本実施形態では、測定した明るさの１点、Ｂｍｅａｓ、におけるτ／στが最大になる点ｎ_Ｂ，ｍ_Ｂを求めているが、測定した明るさ範囲Ｂｍｅａｓ１〜Ｂｍｅａｓ２内の複数点でそれぞれτ／στを計算して、これを例えば重み付平均や最小値選択して明るさ範囲を代表するτ／στを求め、これが最大となる点ｎ_Ｂ，ｍ_Ｂを求めてもよい。
【００８９】
これは、より丁寧な計算であり、精度を上げることができる。
【００９０】
一例を示す。明るさ範囲の上限をＢｍｅａｓ１、下限をＢｍｅａｓ２とする。図４のオートＶＩのフローチャートで、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８を次のように変更する。簡単のためモード２と４のみ説明する。
【００９１】
Ｓ６’：現在位置での最明部明るさＢｍｅａｓｈと観察部明るさ範囲を求める。
【００９２】
まず、Ｓ６同様Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を計算する。次に、最明部明るさＢｍｅａｓｈ、観察部明るさ範囲Ｂｍｅａｓ１〜Ｂｍｅａｓ２を次のように求める。
【００９３】

Ｓ７’：各透過長ｔｍｅａｓｈ，ｔｍｅａｓ１，ｔｍｅａｓ２計算。
【００９４】
ここでは、Ｓ６’のＢｍｅａｓｈ，Ｂｍｅａｓ１，Ｂｍｅａｓ２を用いて、それぞれ透過長ｔｍｅａｓｈ，ｔｍｅａｓ１，ｔｍｅａｓ２を求める。計算はＳ７と同様である。
【００９５】
Ｓ８’：最適位置ｎ_Ｂ，ｍ_Ｂ計算。
【００９６】
Ｓ８と同様に、（ｔｍｅａｓの代わりに）ｔｍｅａｓ１を用いて（τ／στ）_１を計算し、ｔｍｅａｓ２を用いて（τ／στ）_２を計算する。各ｎ，ｍで（τ／στ）_１と（τ／στ）_２の小さい方をτ／στとする。最大のτ／στを与えるｎ，ｍをｎ_Ｂ，ｍ_Ｂとして、終了となる。
【００９７】
（変形例７）
本実施形態では、キャプチャーボード８ａで諧調変換してからデジタルデータに変換（ＡＤ変換）しているが、ＡＤ変換後に諧調変換してもよい。この場合は、諧調変換はデジタルデータのウインドウレベル、ウインドウ幅の変換計算で行なわれる。
【００９８】
この場合に、ＴＶカメラ３ｂにデジタル出力カメラを用いて、ここでＡＤ変換を行なってもよい。また、Ｘ線検出器３にデジタル出力のフラットパネルディテクター（ＦＰＤ）を用いてもよい。
【００９９】
（変形例８）
諧調変換をＸ線検出器３で行なうようにしてもよい。この場合、ＡＤ変換はＸ線検出器３か、キャプチャーボード８ａで行なう。
【０１００】
（変形例９）
前記実施形態では、τへ波及するノイズστは、フォトンサイズだけを考慮したが、これに限らず、他のノイズを考慮することもできる。一例として、例えばＸ線検出器に（明るさＢの目盛りで）一定のノイズσ_Ｂがあるとすると、στは、式、
στ＝√｛１／ＢＮ＋（σ_Ｂ／（Ｂ₋Ｂｏｆ））^２｝…（２７）
となる。√内の第１項がフォトンノイズ成分、第２項がＸ線検出器ノイズ成分である。
【０１０１】
この式で、σ_Ｂは_、Ｘ線検出器のノイズではなく、キャプチャーボードのデジタル化ノイズ等であってもよい。なお、他のノイズを考慮する場合はＢＮを相対値でなく絶対値で求める必要があるので、式（４）の係数ａ０を予め較正して求めておく。
【０１０２】
なお、前記実施形態に記載したオートＶＩ、最適ＶＩ探索、オート階調等の各手法は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、光磁気ディスク（ＭＯ）、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することもできる。また、この記憶媒体としては、プログラムを記憶でき、かつコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であっても良い。
【０１０３】
また、記憶媒体からコンピュータにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）や、データベース管理ソフト、ネットワークソフト等のＭＷ（ミドルウェア）等が本実施形態を実現するための各処理の一部を実行しても良い。
【０１０４】
さらに、本発明における記憶媒体は、コンピュータと独立した媒体に限らず、ＬＡＮやインターネット等により伝送されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記憶媒体も含まれる。
【０１０５】
また、記憶媒体は１つに限らず、複数の媒体から本実施形態における処理が実行される場合も本発明における記憶媒体に含まれ、媒体構成は何れの構成であっても良い。
【０１０６】
尚、本発明におけるコンピュータは、記憶媒体に記憶されたプログラムに基づき、本実施形態における各処理を実行するものであって、パーソナルコンピュータ等の１つからなる装置、複数の装置がネットワーク接続されたシステム等の何れの構成であっても良い。
【０１０７】
また、本発明におけるコンピュータとは、情報処理機器に含まれる演算処理装置等も含み、プログラムによって本発明の機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。
【０１０８】
この他、本願発明は、前記各実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わされた効果が得られる。さらに、前記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【０１０９】
【発明の効果】
本発明によれば、未知の被検体に対しても、その透過像に基づいて物理的に最適なＸ線条件を求めることが可能なＸ線透視検査装置及び最適Ｘ線条件計算プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線透視検査装置の一実施形態のシステム構成図。
【図２】同実施形態における最適Ｖ，Ｉの探索原理を示す図。
【図３】同実施形態におけるτ／στの計算例を示す図。
【図４】同実施形態におけるオートＶＩを示すフローチャート。
【図５】初期位置ｎ_Ａ，ｍ_Ａを説明する図。
【図６】同実施形態におけるオート諧調の説明図。
【符号の説明】
１…Ｘ線管、２…Ｘ線ビーム、３…Ｘ線検出器、３ａ…Ｘ線Ｉ．Ｉ．（像増強管）、３ｂ…ＴＶカメラ、４…昇降機構、５…被検体、６…試料テーブル、７…ＸＹ機構、８…コンピュータ、８ａ…キャプチャーボード、９…Ｘ線制御部、１０…高圧発生部。

Claims

Ｘ線管と、このＸ線管の管電圧と管電流を制御するＸ線制御部と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを有し、このＸ線検出器で得られた被検体の透過データから被検体の透過像を作成するＸ線透視検査装置において、
前記透過像を基に観察部分の減衰指数と該減衰指数に波及するノイズとの比が最も大きくなる管電圧と管電流を計算する最適Ｘ線条件計算手段を具備することを特徴とするＸ線透視検査装置。
前記最適Ｘ線条件計算手段は、管電圧と管電流の許容される組合せを探索して前記比を計算し、この比が最も大きくなる管電圧と管電流を計算する手段を具備する請求項１記載のＸ線透視検査装置。
前記最適Ｘ線条件計算手段は、１つの管電圧とその管電圧に対して許容される最大の管電流の組み合わせの複数について前記比を計算し、この比が最も大きくなる管電圧と管電流を計算する手段を具備することを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線透視検査装置。
前記Ｘ線制御部は、前記最適Ｘ線条件計算手段により計算された管電圧と管電流とをフィードバックして管電圧と管電流を自動設定する手段を具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のＸ線透視検査装置。
表示される前記透過像の観察部分の明るさ範囲が観察に適した明るさ範囲になるよう諧調を自動変換する諧調自動変換手段を更に具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載のＸ線透視検査装置。
Ｘ線透視検査に係る観察部分の構造に対して最大のＳＮ比を与えるようにＸ線管に与える管電圧と管電流とを制御するコンピュータに、
１つの管電圧とその管電圧に対して許容される最大の管電流の組合せの複数である上限線を設定するステップと、
少なくともＸ線装置制限と、前記管電流の上限と、前記管電流の下限とに挟まれたＶＩ可動域を設定するステップと、
少なくともこのステップにより設定された前記上限線の上を探索して、前記観察部分の減衰指数と該減衰指数に波及するノイズとの比を計算し、この比が最も大きくなる管電圧と管電流を計算するステップとを実行させるための最適Ｘ線条件計算プログラム。