JP2006234557A

JP2006234557A - Ｘ線画像補正方法およびｘ線検査装置

Info

Publication number: JP2006234557A
Application number: JP2005049151A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Tatezawa; 嘉浩立澤
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】フラットパネルＸ線検出器の欠陥画像を正しく補正し、欠陥のない画像として表示する。
【解決手段】フラットパネルＸ線検出器では線状につながった線欠陥が生じる場合があり、さらにその線欠陥に隣接するラインに一目では欠陥とわかりづらい不確かな欠陥ラインが存在する場合がある。その不確かな欠陥ラインを欠陥かどうか判定するために、不確かな欠陥ラインの平均輝度と、隣接する複数の正常画素からなるラインの平均輝度とを比較して欠陥かどうかを判定する。
【選択図】図５

Description

本発明はフラットパネル型のＸ線検出器によって得られるＸ線画像を補正するためのＸ線画像補正方法に関する。また、本発明は、フラットパネル型のＸ線検出器を用いて工業製品等の被検査体を透視撮影するＸ線検査装置、断層撮影によって検査を行うＸ線検査装置等に関する。すなわち、本発明は、Ｘ線を用いて被検査体の透視を行うＸ線透視装置や、被検査体を回転させて多数の方向から得られたＸ線透過データから被検査体の断層像を演算して表示するＸ線ＣＴ装置等に関するものであって、検出器としてフラットパネル型のＸ線検出器を使用する装置に関する。

フラットパネル型のＸ線検出器はＸ線を検出するための多数の画素が格子状に並んだ構造をしており、画素の一つ一つがその位置に入射するＸ線の強度を検出する検出素子となっている。Ｘ線検出素子としての画素には、その１つだけが他の素子と感度が異なるという点状の欠陥や、１列に並んだ素子のすべての感度が正常とは異なるという線状の欠陥が現れることが多い。ここでいう欠陥画素とは、全く機能しない素子を含むことはもちろんのこと、同じ強度のＸ線を入射させても他の画素とは大きく異なる出力をする画素であり、入射Ｘ線強度を変化させた場合に検出素子の出力変化の仕方が通常とは異なるものを指している。このような状態をこの明細書では“感度特性が異なる”との表現を用いる。

欠陥画素はその周辺の画素とは大きく異なる感度特性となっているので、この状態でＸ線画像を撮影すると欠陥画素の部分だけ有効な画像情報を得られなくなってしまう。欠陥のある検出器で検出したＸ線画像の例を図９に示す。ここには点状の欠陥（点欠陥）５１や線状の欠陥（線欠陥）５２が画像のデータとして現れている。とくに線欠陥は欠陥画素数が多いため目立ちやすく、Ｘ線画像の画質を悪くする原因となる。

これを解決するためには欠陥のないＸ線検出器を使用してＸ線検査を行えばよいのであるが、完全に欠陥のないＸ線検出器を製造することは難しいので、欠陥のあるＸ線検出器を使用した場合でも画像処理において欠陥を目立たなくする工夫も行われている。

たとえば、非特許文献１に記載されているように、線欠陥部分のデータを両隣の画素の情報によって補完し、欠陥画素部分のデータを補正する手法が一般的に行われている。図７に補正の一例を示すように、［欠陥画素の輝度］＝（［隣接画素１の輝度］＋［隣接画素２の輝度］）／２とすることによって、線欠陥がある場合のＸ線画像を画質を悪化させずに表示することができるようになる。

Journal of Electronic Imaging, 9(1), pp22-31, (January 2000)

しかしながら、フラットパネルＸ線検出器の画素の感度特性は一般にばらつきがあるので、正常画素と感度特性が大きく異なる欠陥画素は容易に抽出できるが、正常画素との差異が小さい欠陥画素を抽出する場合には正常画素との区別が難しくなる。

フラットパネルＸ線検出器の感度特性の分布を考えた場合に、その特徴として本発明者は経験的に次の２点を見出した。
（１）正常画素の感度特性は、画素面を縦または横に分割した領域ごとに異なる特性を持つ。この領域内での正常画素同士の特性はほぼ等しくなる。
（２）正常画素に対し感度特性の差異が小さい欠陥画素は、正常画素と感度特性が大きく異なる欠陥画素の周辺に多く分布する。とくに正常画素と感度特性が大きく異なる線欠陥が存在している場合、その線欠陥に隣接するように分布する場合が多い。

図８に上記考え方の欠陥分布の模式図を示す。図８の例では、検出器全体の感度が領域Ａから領域Ｄまでの４つに分かれている。そして、領域Ａに差異の大きな点状の欠陥が存在するとともに、領域Ｃに差異の大きな欠陥画素が線状に分布している。これが線欠陥である。この線欠陥に隣接する画素は周囲との感度特性の差異が小さいが、これも線欠陥の一種であるとする。画素面全体でこの差異の小さい欠陥画素を見つけ出そうとすると、領域Ｂや領域Ｄの正常画素と区別がつきにくい。

ここで、領域ごとの感度特性の違いは十分に小さいので、一般に検出器からの信号を電気回路で取り込む際のゲイン補正によって十分な補正を行うことができる。しかし、差異の小さな欠陥画素は正常画素とは入射したＸ線量に対する画素からの出力の変化率が異なるため、ゲイン補正を行ってもＸ線量が変化した場合に補正が適切でなくなり、周囲とは異なった感度を示す。したがって、差異の小さな欠陥画素に対してゲイン補正を行っても、補正が十分には行えない。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、フラットパネルＸ線検出器の欠陥画素を適切に抽出し、その画素において補正を行って欠陥を目立たなくするＸ線画像補正方法を提供することを目的とする。

さらに本発明は欠陥のあるフラットパネルＸ線検出器を用いたＸ線検査装置においても画質のよいＸ線画像の得られるＸ線検査装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る本発明は、上記第１の課題を解決するために、フラットパネルＸ線検出器によって得られるＸ線画像を補正するＸ線画像補正方法において、フラットパネルＸ線検出器上の欠陥画素のうち、感度特性の平均値との差異が第１のしきい値よりも大きな第１の欠陥画素を最初に抽出し、続いて、第１の欠陥画素に隣接する画素のうち感度特性の平均値との差異が第２のしきい値よりも大きい第２の欠陥画素を抽出し、これら全ての欠陥画素に対して輝度補正を行ってＸ線画像を得ることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、あきらかに発見される欠陥周辺に隣接して感度特性の平均値との差異が小さい欠陥が存在する可能性が高いという事実に基づいて、欠陥に隣接する画素の感度特性が正常であるかどうかを判定するので、感度特性の差異の小さな欠陥をも正しく抽出することができる。そして判定された画素が欠陥である場合はこれを含めて補正するので画像全体が正しく補正される。

また、請求項２に係る本発明は上記第２の課題を解決するために、被検査体にＸ線を照射し、そのＸ線をフラットパネルＸ線検出器によって検出するＸ線検査装置において、前記フラットパネルＸ線検出器上の欠陥画素のうち、感度特性の平均値との差異が第１のしきい値よりも大きな第１の欠陥画素を最初に抽出し、続いて、第１の欠陥画素に隣接する画素のうち感度特性の平均値との差異が第２のしきい値よりも大きい第２の欠陥画素を抽出し、これら全ての欠陥画素に対して輝度補正を行ってＸ線画像を得るようにした画像処理装置を備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明によれば、欠陥のあるフラットパネルＸ線検出器を用いても、画像処理装置によって欠陥部分の画素を正しく抽出しデータを正しく補正することができるから、欠陥部分のない正しいＸ線画像を得ることができる。

フラットパネルＸ線検出器における欠陥画素の出現可能性の特徴を利用して、正常画素との感度特性の差異が小さな欠陥画素を正しく抽出し補正することにより、欠陥画素の存在する位置においても正常画素と同等の画質が確保される。また欠陥画素を抽出する範囲を限定するため、欠陥画素を抽出し補正するための計算量を最小限に抑えることができる。

また、完全に欠陥のないフラットパネルＸ線検出器を製造することは非常に困難でありコストのかかるものであるが、本発明によれば、欠陥のあるフラットパネルＸ線検出器を用いても、欠陥部分の目立たない正しいＸ線画像を得ることができる。これは装置全体のコストを低く抑えるために有効である。

本発明をＸ線検査装置の一種であるＸ線透視装置の例で説明する。図１はＸ線透視装置の概略図である。Ｘ線を発生するＸ線源１とフラットパネル型のＸ線検出器２が対向して配置され、その間に検査対象である被検査体３が配置される。Ｘ線源１の微小な一点からからある広がりを持って放射されたＸ線４は被検査体３を透過し平面状のＸ線検出器２で検出される。Ｘ線検出器２は二次元的に広がった領域を一度に検出するものであるから、被検査体３の透過Ｘ線像を一度の撮影で得ることができる。被検査体３を透過したＸ線は被検査体３の内部情報を表しているので、この透過画像から被検査体３の内部状態を検査することができる。

Ｘ線検出器２から出力される信号は取込回路７を介して制御装置５に取り込まれ、各種の補正処理や演算処理が行われ、最終的にＸ線像として表示器８に表示される。制御装置５には各種の動作条件や演算処理条件などを入力するための入力装置９も接続されている。さらに、制御装置５はＸ線電源６を介してＸ線源１の管電圧や管電流を制御する。

Ｘ線検出器２はフラットパネル型のＸ線検出器であって、多数のＸ線検出素子が格子状に配列されて二次元的な面としてＸ線を検出できる。それぞれのＸ線検出素子はその位置のＸ線強度を計測することができ、その一つの強度が全体を画像として表示した場合の一点の明るさに相当するので、一つ一つのＸ線検出素子は画素と呼ばれることがある。それぞれのＸ線検出素子はＸ線を光に変換するシンチレータや光を電気的信号に変換する半導体素子などの組み合わせで構成され、その出力信号を読み出すための縦横にマトリックス状に配置された導線を備えている。そのような構造からフラットパネルＸ線検出器は、一つの素子が正しく動作しないという点欠陥だけでなく、一列に並んだ素子の全体が正しく動作しないという線欠陥を持つことが多くなっている。

以下にフラットパネルＸ線検出器によって得られるＸ線画像を補正するＸ線画像補正方法の一例を示す。線欠陥周辺の補正を行うために以下の手順で画像の処理を行う。

（１）図２に示すように、Ｘ線源１とフラットパネルＸ線検出器２との間に何も存在しない状態でＸ線を発生して画像撮影を行う。このようにして得られた画像は一般にエア画像と呼ばれる。
（２）エア画像上では、正常画素は領域ごとにほぼ同レベルの輝度値を持つ。したがって、画像全体の輝度値平均に対して大きく異なる輝度値の画素は欠陥画素として判別できる（図３）。欠陥画素と判別するためには平均的な輝度とその輝度分布から第１のしきい値を設定し、特定の画素の輝度と平均輝度との差がその第１のしきい値以内にあるものは正常画素と判定し、第１の上下しきい値以上のものを欠陥画素と判定する。第１のしきい値としては例えば輝度分布の標準偏差の３倍程度とすればよい。この時点では輝度の差異の小さな欠陥画素は差異が十分ではないために欠陥とは判別されない。そして、この時点で欠陥画素と判別できたもののＸ線検出器内の座標を記録する。
（３）欠陥と判別された画素のうち、一直線上につながっているものを探す。これが線欠陥である（図４）。

（４）線欠陥に隣接する画素群１ラインの輝度値を参照し、その平均値を求める（図５（ａ））。
（５）（４）のラインに隣接する数ライン分の画素群の輝度値を参照し、その平均値を求める（図５（ｂ））。
（６）（４）と（５）の結果を比較し、一定以上の差があれば（４）のラインも欠陥であるとして欠陥画素の座標の記録に追加する。すなわち、数ライン分の画素群の輝度値の平均輝度とその分布から第２のしきい値を設定し、（４）と（５）の結果の差がその第２のしきい値以上であれば（４）のライン（すなわち、線欠陥に隣接する１ライン）も欠陥であると判定する。この第２のしきい値は上述の第１のしきい値よりも小さいことが普通である。
（７）上記（４）〜（６）の手順を、線欠陥を挟んだ反対側でも適用する。画像上に複数の線欠陥がある場合には、全ての線欠陥に対して同様の処理を行う。

（８）記録された欠陥画素に対して、図７で例示したような補正処理を実行する。すなわち、［欠陥画素の輝度］＝（［隣接画素１の輝度］＋［隣接画素２の輝度］）／２というような補正を行う。線欠陥に隣接する欠陥ライン等のように欠陥画素同士が隣接する画素の輝度を補正する場合については、上記の隣接画素１および２とは、さらにその外側に隣接する正常画素を指している。
（９）画像全体に対して、領域ごとの感度特性差をなくすためにゲイン補正を実行する。

以上ですべての欠陥画素を補正したデータを得ることができる。以上の手順は、差異の大きな欠陥画素の周辺の１画素ごと、または数画素ごとに実行してもよいものとする。

なお、本実施例ではエア画像上で感度特性の判定を行ったが、Ｘ線を照射せずに撮影するオフセット画像上でも同様の判定を行いエア画像での結果と合成してもよい。この場合、欠陥画素の感度特性に加えてダークノイズ特性も補正される。オフセット画像とは、図６に示すように、Ｘ線を照射しない場合にＸ線検出器から得られる画像のことである。Ｘ線照射しないようにするにはＸ線源１に電源を供給せずＸ線を発生させない場合や、Ｘ線源１とＸ線検出器２との間にシャッタなどを設けてＸ線がＸ線検出器２に届かないようにする場合などがある。

上記で説明したＸ線画像補正方法を図１に例示したＸ線透視装置に適用すれば、使用するＸ線検出器２に線欠陥などがあったとしても、より確実に画像の補正ができ、最終的に表示される画像としてみた場合に良好な画質のＸ線透過画像として見ることができる。このとき上述のＸ線画像補正は主に制御装置５によって実現される。

また、上述のＸ線画像補正方法はＸ線ＣＴ装置にも適用される。典型的なＸ線ＣＴ装置はＸ線源とＸ線検出器との間に配置した被検査体をＸ線光軸と直交する軸の周りに回転しつつＸ線透過データを採取し、そのデータを用いて再構成処理を行うことにより被検査体の断層像を得る装置である。Ｘ線ＣＴ装置においてもフラットパネルＸ線検出器を用いた装置が実用化されている。

フラットパネルＸ線検出器を有するＸ線ＣＴ装置を運転する際には、被検査体を回転しつつＸ線透過データを採取するのであるから、このときに本発明のＸ線画像補正方法を適用すれば欠陥のないＸ線透過データが得られる。したがって最終的に演算される断層像においてもより正確な断層像が得られることになる。

本発明のＸ線検査装置の概略構成図である。エア画像を説明する図である。エア画像に表れた欠陥部分を説明する図である。抽出された線欠陥を説明する図である。線欠陥の隣に存在する欠陥検出を説明する図である。オフセット画像を説明する図である。欠陥画素の補正の一例を説明する図である。フラットパネルＸ線検出器の感度分布を説明する図である。Ｘ線画像上の欠陥を説明する図である。

符号の説明

１…Ｘ線源、２…Ｘ線検出器、３…被検査体、４…Ｘ線、５…制御装置、６…Ｘ線電源、７…取込回路、８…表示器、９…入力装置

Claims

フラットパネルＸ線検出器によって得られるＸ線画像を補正するＸ線画像補正方法において、フラットパネルＸ線検出器上の欠陥画素のうち、感度特性の平均値との差異が第１のしきい値よりも大きな第１の欠陥画素を最初に抽出し、続いて、第１の欠陥画素に隣接する画素のうち感度特性の平均値との差異が第２のしきい値よりも大きい第２の欠陥画素を抽出し、これら全ての欠陥画素に対して輝度補正を行ってＸ線画像を得ることを特徴とするＸ線画像補正方法。
被検査体にＸ線を照射し、そのＸ線をフラットパネルＸ線検出器によって検出するＸ線検査装置において、前記フラットパネルＸ線検出器上の欠陥画素のうち、感度特性の平均値との差異が第１のしきい値よりも大きな第１の欠陥画素を最初に抽出し、続いて、第１の欠陥画素に隣接する画素のうち感度特性の平均値との差異が第２のしきい値よりも大きい第２の欠陥画素を抽出し、これら全ての欠陥画素に対して輝度補正を行ってＸ線画像を得るようにした画像処理装置を備えたことを特徴とするＸ線検査装置。