JP2010273138A - 撮像装置及びその制御方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像系の画素ごとの変換特性の補正が必要か否かを人手による観察を要さず自動的に判定する技術を提供する。
【解決手段】 撮像装置は、受光に応じて光電変換を行い電気信号を出力する複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子の各々について、その光電変換特性を補正するための補正値を保持する保持手段と、前記複数の光電変換素子が出力した前記電気信号の各々を、対応する前記補正値を用いて補正する補正手段と、を備え、前記補正手段は、画素配置の所定のパターンに従って増減された前記補正値に基づいて前記電気信号の各々を補正し、前記所定のパターンに基づいて増減された補正値に基づく補正結果を評価して、前記保持手段に保持された補正値の補正誤差の有無を判定する判定手段を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は撮像装置及びその制御方法、プログラムに関し、特に、Ｘ線画像を取得し、デジタル画像を取得する装置に関する。

Ｘ線に代表される放射線を物質に照射し、物質への透過により減弱した放射線の強度分布を測定して画像化する技術は、医療技術の発展をもたらしてきた。Ｘ線発見以来、その強度分布の画像化は、Ｘ線強度分布を蛍光体により可視光に変換した後、銀塩フィルムで潜像を作り現像するという手法が取られてきた。近年、Ｘ線画像をデジタル化する際は輝尽性蛍光体を用い、Ｘ線照射による輝尽性蛍光体上の蓄積エネルギ分布としての潜像をレーザ光で励起して読み出し、デジタル画像化する、いわゆるイメージングプレートを用いる手法が一般化している。さらに、半導体技術の進歩により人体の大きさをカバーできる大判の固体撮像素子、いわゆるフラットパネルディテクタも開発され、潜像をつくることなく直接Ｘ線画像をデジタル化し、効率のよい診断が行えるようになってきた。

また一方、光電子増倍管（イメージインテンシファイア）に代表される高感度の撮像素子により微弱なＸ線による蛍光を画像化し、人体内部の動態を観察することも可能になり、一般に用いられてきている。そして、近年のフラットパネルディテクタはそのイメージインテンシファイアにも匹敵する感度を有しており、人体部位の広範囲における動態をＸ線撮影することが可能になってきている。

フラットパネルディテクタは、被写体を透過したＸ線強度分布をシンチレータによる光強度分布もしくは半導体の自由電子励起による電子密度の２次元分布に変換する。そして、１次元の電気信号として取り出すために、半導体製造技術を用いて２次元平面状に高密度に印刷実装されたＴＦＴ（Thin Film Transistor）とよばれるトランジスタを用いて順次走査する。

（フラットパネルディテクタの原理）
図１１はシンチレータによる光強度分布を電気信号に変換するフラットパネルディテクタの一般的な構成例を示す図である。図１１の例では、シンチレータ２０１と平面イメージセンサ２０２が密着もしくはシンチレータがイメージセンサに直接蒸着して構成されている。図１１の矢印の方向から空間強度分布をもつＸ線が到達すると、シンチレータがＸ線強度分布にあわせて分布発光し、イメージセンサで電気信号として画像情報が取り出される。

図１２は一般的なイメージセンサ２０２の内部構成および周辺回路を表す図であり、図１３はイメージセンサ２０２を内蔵した従来のＸ線撮像装置の構成を模式的に示す図である。

図１２において、破線１０１で囲まれたブロックは１つの画素である。画素１０１は、フォトダイオード１０２と、電解効果トランジスタであるＴＦＴ１０３とを有する。通常はこれら画素が平面状に０.１〜０.２ｍｍ程度の間隔で格子状に配置される。ＴＦＴは通常の電界効果トランジスタと同様にゲート信号線１０８とソース信号線１０９を持つ。

２次元平面上に配置されたゲート信号線１０８は、図１２のように、横方向の他のゲート信号線と接続され、シフトレジスタ１０４の出力の一つに接続される（１１１）。これによりトランジスタのゲート開閉制御が行われる。同様の接続が横方向に並ぶ画素のゲート信号線すべてに適用され、シフトレジスタ１０４の出力に接続される。シフトレジスタ１０４の制御は、図１３のように行選択制御部１４２で行われる。具体的にはシフトレジスタ１０４へのクロックパルス入力（１０５）により、シフトレジスタ１０４においてゲート信号が順次選択される。

一方、ＴＦＴの出力であるソース信号線は図示するように縦方向にすべて接続され、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ回路）１１３を経由してマルチプレクサ１０６へ入力される。以下、Ｓ／Ｈ回路１１３とマルチプレクサ１０６をまとめてサンプルホールド・マルチプレクサ回路（Ｓ／Ｈ−ＭＰＸ）１１０と呼ぶ。

この接続は縦方向にならぶ画素のＴＦＴのソース信号線すべてに適用される。サンプルホールド・マルチプレクサ回路１１０の制御は、図１３のように列選択制御部１４１が行う。具体的には、Ｓ／Ｈ回路１１３が入力された信号をサンプルホールドした後、マルチプレクサ１０６にて順次選択する制御を行う。そして図１３のように、マルチプレクサ１０６の出力を増幅器（ＡＭＰ）１３２へ順次入力する。

行選択制御と列選択制御を繰り返すことで平面走査が完了する。増幅器１３２の出力は画像情報としてデジタル値へ変換されるため、アナログデジタル変換器１２１へ入力され、画像信号としてのデジタル値列が出力される。

図１３中の１２０での破線で囲まれた、Ｘ線強度分布を入力して、画像情報としてのデジタル値列を出力するまでの系をＸ線撮像系と称する。ここで用いられるイメージセンサ２０２は半導体製造技術によって製造されるものであり、各画素１０１の光電気変換特性もしくは容量特性を均一に製造することは困難である。このため、一つ一つの画素の特性がそれぞれ異なることが一般的である。また、その他にもサンプルホールド内の容量の精度、複数存在する増幅器の精度も均一にすることは困難である。したがって、このままで得られる電気信号は、画素ごとのＸ線強度から画像信号としてのデジタル値列への変換特性を含んだものになっており、そのままＸ線強度分布を表す画像情報として扱うことはできない。

（オフセット補正）
一般には、この画素ごとの特性を含んだ画像信号から、Ｘ線撮像系の画素ごとの変換特性を補正することで、Ｘ線強度に比例した画像情報を取得する。そこで、この画像信号の補正（オフセット補正）の原理について概説する。

例えば、ある一つの画素に入射したＸ線強度をＸと定義し、対応する電気信号出力をＹと定義すると、ＸとＹの関係は下記の式（１）で表すことができる。：
Ｙ＝ａＸ＋ｂ （１）
ここで、ａはＸ線強度と出力の比例関係を表す係数であり、ゲイン係数と呼ぶ。またｂは信号に元々加算されている信号レベルであり、オフセット係数と呼ぶ。これらのゲイン係数（ａ）とオフセット係数（ｂ）が画素ごとに異なるため画像信号を補正する必要がある。

画素ごとの特性を補正するためには、上記ａ，ｂを別途測定し、ゲイン補正値Ａ、オフセット補正値Ｂとして保持する。そのゲイン補正値Ａ、オフセット補正値Ｂを利用して（１）式の逆変換を行ってＸに相当する信号を得る。なお、ゲイン係数とゲイン補正値とは対応し、並びにオフセット係数とオフセット補正値とは対応している。

オフセット補正値Ｂを求めるためには、Ｘ線照射をしない状態（Ｘ＝０）で画像信号を取得して、Ｂとすることができる。さらに、フラットパネルディテクタに均一な、Ｘ＝１に対応する強度のＸ線照射を行って画像信号を得、Ｂを減算することで、ゲイン補正値Ａを計算することができる。

Ｘ線強度Ｘは、測定された電気信号出力をＡ，Ｂを用いて式（２）のように演算することで補正することができる。すなわち、出力画像情報と置き換えて、下式（２）で表現する。

Ｘ＝（Ｙ−Ｂ）／Ａ （２）
図１３は、上記補正を行うための一般的な構成を示している。

図１３において、ブロック１２２はオフセット補正値保持メモリであり、オフセット補正値をすべての画素について記憶するメモリである。ブロック１２３は、通常出力される被写体を含む画像信号からオフセット補正値を減ずることでオフセットを補正するオフセット補正部である。

ブロック１２４はゲイン補正値保持メモリであり、均一なＸ線照射を行って得られた信号からオフセット補正を行ったゲイン補正値を保持するメモリである。ゲイン補正部１２５は前出のオフセット補正された信号で除算もしくは対数変換した後の減算の操作を行うため、センサの画素ごとの特性を補正した画像情報が取得される。

ブロック１２７は欠陥画素値補正部であり、イメージセンサ上に存在する機能しない画素（欠陥画素）の画素値を補正するブロックである。欠陥画素値補正部１２７は、通常は周囲の正常な画素の画素値から平均演算などをもちいてその欠陥画素値を推定して補正する。欠陥画素の位置は事前に把握されており、欠陥画素位置保持メモリ１２６によって記録され、利用される。図１３において、結果として補正処理が施された出力が信号１２８で得られ、補正が施された画像１２９が取得される。

図１４は補正前後の信号の変化例を示す図であり、図１４（ａ）は理想的な環境における補正前後の信号の変化例を示している。図１４（ａ）では、横軸は出力画像１２９の行位置を表し、縦軸は画素値を表している。図１４（ａ）において、グラフ１３２は補正処理が施される前の画素値を示しており、図１３の信号線１３１上のデータに相当する。

図１４（ａ）のグラフ１３３は、図１３のオフセット補正値保持メモリ１２２内に保持されたそのラインのオフセット補正値を示している。グラフ１３４はセンサ特性補正が施された図１３の行内の信号１２８をグラフ化したものである。この結果は、信号１３２がセンサ特性の影響を受けて大きな変動を見せているのにもかかわらず、出力される画像は入力のＸ線強度分布を正確に表すセンサ特性補正処理が施されて滑らかな信号情報が得られていることを表している。

なお、欠陥画素を検出する構成として、縦加算、横加算のいずれかのうちで、有効画素数が多くなる加算を用いて欠陥画素補正を行う構成が知られている（特許文献１）。

特開２００９−０４９５２７号公報

上述のオフセット係数・ゲイン係数は半導体の特性に強く依存するため、環境変化（温度・湿度）、経時的劣化などの影響で変化することが一般的である。事前に保持しておいたオフセット補正値もしくはゲイン補正値が、実際Ｘ線撮影を行う際のオフセット係数もしくはゲイン係数と異なる場合、当然ながらセンサ特性補正処理は正常に行われることはない。このため、出力される画像には、センサ特性の画素ごとのばらつきが残留することになる。

通常は、この変化に備えて、定期的にオフセット補正値もしくはゲイン補正値を取得し直し、オフセット補正値保持メモリ１２２もしくはゲイン補正値保持メモリ１２４の内容を書き換える必要がある。この処理を較正（キャリブレーション）と呼ぶ。

図１４（ｂ）は、温度変動の影響などで実際のセンサ出力のオフセット係数が変化した場合における、補正前後の信号の変化例を示す図である。グラフ１３５はセンサ出力の実際のオフセット係数の変化を示している。すなわち、従前のオフセット補正値保持メモリ１２２に記録されているオフセット補正値１３３を用いてセンサ特性補正を行った結果である。グラフ１３６は補正処理が施される前の画素値であり、図１３の信号線１３１上のデータを表している。グラフ１３７は補正処理を施した結果である。グラフ１３７のように、環境変化、経時的劣化等の影響が存在する環境では、補正が適切に行われておらず、滑らかな結果が得られていない。

この現象を以下に説明する。ある一つの画素に注目して、温度変化によるオフセット係数をｂ’とすると、温度変化後に得られる出力Ｙ’は下記で表される。：
Ｙ’＝ａＸ＋ｂ’ （３）
このＹ’をオフセット補正値Ｂで補正すると、得られる補正後の出力Ｘ’は下式で表される。：
Ｘ’＝（Ｙ’−Ｂ）／Ａ
＝（ＡＸ＋ｂ’−Ｂ）／Ａ
∴ Ｘ’＝Ｘ＋（ｂ’−Ｂ）／Ａ （４）
ここで、温度変動によりｂ’≠Ｂとなるため、算出される信号Ｘ’は、本来目的とするＸとは異なる値になり、第２項の成分（（ｂ’−Ｂ）／Ａ）が残留する。以下、この成分を補正誤差と呼ぶ。補正誤差の出方は予測がつかないが、表示画像においてはフラットパネルディテクタの製造工程もしくは構成に起因する固定パタンとして顕在化することが多い。

従来の構成では、この補正誤差が画像上の予測不可能な固定パタンとして顕在化した後、画像の観察者が何らかの違和感をもった段階で、オフセット補正値・ゲイン補正値の再取得という較正をやり直すなどの手段を講じなければならなかった。すなわち、補正誤差の有無を判定し、較正をする必要があるか否かを判断するためには、本来被写体にない画像を観察者が観察して判断する必要があった。ここで、一旦補正誤差が顕在化した画像は修復困難である。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、撮像系の画素ごとの変換特性の補正が必要か否かを人手による観察を要さず自動的に判定する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明による撮像装置は以下の構成を備える。即ち、
受光に応じて光電変換を行い電気信号を出力する複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子の各々について、その光電変換特性を補正するための補正値を保持する保持手段と、
前記複数の光電変換素子が出力した前記電気信号の各々を、対応する前記補正値を用いて補正する補正手段と、
を備え、
前記補正手段は、画素配置の所定のパターンに従って増減された前記補正値に基づいて前記電気信号の各々を補正し、
前記所定のパターンに基づいて増減された補正値に基づく補正結果を評価して、前記保持手段に保持された補正値の補正誤差の有無を判定する判定手段を備える。

本発明によれば、撮像系の画素ごとの変換特性の補正が必要か否かを人手による観察を要さず自動的に判定する技術を提供することができる。

Ｘ線撮像装置の構成例を示すブロック図。 補正結果評価部の構成例を示すブロック図。 補正結果評価の手順例を示すフローチャート。 Ｘ線フラットパネルディテクタの構成例を示す図。 Ｘ線撮像装置の構成例を示すブロック図。 オフセット補正の手順例を示すフローチャート Ｘ線撮像装置の構成例を示すブロック図。 補正が正常に行われた結果の例を示す模式図。 補正誤差が存在する場合の結果の例を示す模式図。 ライン情報のパワースペクトル例を示す図。 Ｘ線フラットパネルディテクタの構成例を示す模式図。 イメージセンサの内部構造例を示す模式図。 Ｘ線撮像装置の構成例を示すブロック図。 ライン情報のパワースペクトル例を示す図。

以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、本実施の形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。

＜＜実施形態１＞＞
（Ｘ線撮像装置）
図１は、本実施形態におけるＸ線撮影装置（撮像装置）のブロック図である。１はＸ線フラットパネルディテクタのイメージセンサ部分であり、受光に応じて光電変換を行い電気信号を出力する複数の光電変換素子を有する。後述するように、本実施形態では、複数の光電変換素子がマトリクス状に配置される。２はイメージセンサを駆動するためのパルス信号を発生する行選択制御部である。行選択制御部２から発生したパルス信号はシフトレジスタ４に入力され、シフトレジスタ４の出力信号によってイメージセンサの行選択が行われる。

シフトレジスタ４の出力によって行選択された行内の各列の画素信号は、
・偶数番目の行の画素を受け持つサンプルホールド／マルチプレクサ部（Ｓ／Ｈ−ＭＰＸ）５。
・奇数番目の行の画素を受け持つサンプルホールド／マルチプレクサ部６。
の両方へ並列に入力される。Ｓ／Ｈ−ＭＰＸ５、６がサンプルホールドを行うタイミングと、マルチプレクサで出力される信号選択の制御は、列選択制御部３で行われる。Ｓ／Ｈ−ＭＰＸ５、６のマルチプレクサで順次出力される信号は、増幅器７、８によって信号レベルおよび信号幅が整えられて、アナログデジタル変換器９、１０へ入力され、それぞれデジタル値に変換される。これらの偶数・奇数番目の行のデジタルデータは、一つの信号処理回路で順次補正処理を行わせるために、デジタルマルチプレクサ１１へ入力され、連続する時系列として出力される。

ブロック１４は、光電変換特性のオフセット特性を補正するためのオフセット補正値のオフセット補正値保持メモリである。オフセット補正値保持メモリ１４は、Ｘ線が照射されない状態で事前に取得された画像情報を保持する。オフセット補正部１３において、イメージセンサ１においてＸ線撮影された画像情報に対応する情報から対応する位置のオフセット補正値をオフセット補正値保持メモリ１４から読み出して減算することでオフセットの補正が行われる。

オフセットが補正された情報はゲイン補正部１５において、画素ごとのゲインのばらつきが補正される。ゲイン係数の保持メモリ（ゲイン補正値保持メモリ）１６には、光電変換特性のゲイン特性を補正するためのゲイン補正値が保持されている。ゲイン補正値保持メモリ１６は、被写体が存在しない状態で均一な強度で照射されたＸ線の像（均一Ｘ線強度分布）にオフセット補正を行って取得された画像情報が、ゲインばらつき表す補正値（ゲイン補正値）に数値変換されて保持している。Ｘ線は物理的にランダムノイズを含んでいる。このため、一般にこのゲイン補正値は、複数の均一Ｘ線強度分布に平均演算を行ったものから取得することによって、ランダムノイズの影響を少なくしている。

ブロック１７は、イメージセンサ上に存在する機能しない画素（欠陥画素）の画素値を補正する欠陥画素値補正部である。欠陥画素値補正部１７は、通常は周囲の正常な画素から得られた画素値から平均演算などをもちいて当該欠陥画素値を推定することで補正する。欠陥画素の位置は、事前に把握されており、欠陥画素位置保持メモリ１８によって記録され、欠陥画素値補正部１７が適宜、読み出して補正に利用する。補正された最終的な出力画像は信号線１９上で得られる。

このように、本実施形態では、複数の光電変換素子の各々について、その光電変換特性を補正するための補正値を、オフセット補正値保持メモリ１４、ゲイン補正値保持メモリ１６、欠陥画素位置保持メモリ１８に保持している。そして、オフセット補正部１３、ゲイン補正部１５、欠陥画素値補正部１７が、光電変換素子が出力した電気信号の各々を対応する補正値を用いて補正する。ここで、本実施形態では、画素配置の所定のパターンに従って増減された補正値に基づいて電気信号の各々を補正し、この増減された補正値に基づく補正結果を評価して、予め保持された補正値の補正誤差の有無を判定する。このため、補正誤差の有無を人手による観察を要さず自動的に判定することができる。

符号２０は出力画像情報を模式的に示したものであり、符号２１の複数の破線で示す行情報が取り出されて、補正誤差の有無が検査される。符号２２は補正誤差の有無を検査する補正結果評価部である。補正結果評価部２２は、補正結果を評価した結果、正常に補正が行われていな場合には、信号線２３を経由して、補正誤差がある旨の警告を例えば不図示の表示部に出力する。なお、後述の各種動作は、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のコンピュータ読取可能な記録媒体に格納されたプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit、不図示）が実行することにより実行できる。

（動作概要）
ここで、奇数番目の行の画素に対応するゲイン係数と偶数番目の行の画素に対応する増幅器７，８のゲイン係数を意図的に異ならせたとする。イメージセンサのアナログ出力値をＶとし、符号１２で得られるデジタル出力値をＹとすると、
Ｙ＝ｃ・Ｖ＋ｄ （５）
となる。ここで、ｃはサンプルホールドに付随する増幅器もしくは後段の増幅器のゲインを総合したゲインであり、ｄは同様の増幅器のオフセットである。通常、較正を行った段階では、ｃ，ｄは正確に測定され、ゲイン補正値Ｃ、オフセット補正値Ｄとして保持される。

オフセットｄが温度変動の影響などによりｄ’に変化した場合のデジタル出力値Ｙ’は、以下のようになる。

Ｙ’＝ｃ・Ｖ＋ｄ’ （６）
Ｙ’を補正値ｂおよびＡで補正した場合に得られるイメージセンサ出力値Ｖ’は、
Ｖ’＝Ｖ＋（ｄ’−Ｄ）／Ｃ （７）
となり、ゲイン補正値Ｃおよびｄ’が残留する形になる。

ここで、奇数番目の行のアンプのゲインＣeと偶数番目の行のアンプのゲインＣoを意図的に異ならせると、Ｘ’には、１画素ごとゲインＣe、Ｃoに応じて、強弱を繰り返すパタンが現れることになる。

図８および図９はこの現象を模式的に示した図であり、どちらも一定値のＸ線が入射されていることを想定している。図８はオフセットが変動せず正常にセンサ特性補正がなされた場合の図である。図８において、符号３０１は偶数番目の行のアンプの出力、符号３０２は奇数番目の行のアンプの出力であり、符号３０３はマルチプレクスされて順序が並べ直された出力である。符号３０４は補正処理がなされた結果であり、アンプのゲインばらつきが補正されている。

図９はオフセットの変動があった場合であり、符号３０５が偶数番目の行のアンプの出力、符号３０６が奇数番目の行のアンプの出力であり、符号３０７がマルチプレクスされて順序で並べ直された出力である。符号３０８は補正処理がなされた結果であり、補正誤差があるために奇数番目と偶数番目の行の値で強弱を繰り返している。

このようなパタンは、画素間隔は０.１〜０.２ｍｍと微小であり、表示した場合は人眼での視認は困難であるが、例えば、画像情報のフーリエ変換を行えば、通常の被写体にはない情報（１画素ごとに強い強弱を繰り返す）として、検出することが可能である。

このように、温度変動等により変化したオフセットＤ’と、オフセット補正値保持メモリ１２２に予め保持されているオフセット補正値Ｄとが一致しない場合は、アンプのゲインＣを変動させると、（ｄ’−Ｄ）／Ｃの成分もそれに応じて変動する。このため、（見かけ上の）イメージセンサ出力値Ｖ’もゲインＣに応じて変動する。一方、オフセットｄ’とオフセット補正値Ｄとが一致する場合は、（ｄ’−Ｄ）／Ｃの成分は０になるため、（見かけ上の）イメージセンサ出力値Ｖ’はゲインＣを変化させても変動しない。したがって、ゲインＣを変動させたときにそれに合わせてイメージセンサ出力値Ｖ’が変化したときは、オフセット補正値Ｄはオフセットｄ’と一致してないから正しくないと判定できる。一方、イメージセンサ出力値Ｖ’が変化しなかったときはオフセット補正値Ｄは正しいと判定できる。

（補正結果評価部）
図２は、図１の補正結果評価部２２の一例を示した図であり、図１の信号線１９を介して信号を入力し、信号線２３を介して出力をする。符号２４は画像中の特定のラインを選択し、その中の連続するＮ点を抽出する処理部である。符号２５は後段のフーリエ変換を行う際のトレンド成分などを除去し、フーリエ変換時の数値系列の裁断誤差の発生を防ぐための空間周波数の低域通過フィルタである。低域通過フィルタ２５は、例えば、ラプラシアンなどを用いて構成することができる。

符号２６はＮ点フーリエ変換を示す。フーリエ変換をＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて実行する場合は、Ｎは２のべき乗となる。符号２７はフーリエ変換出力からパワースペクトル計算を行うブロックであり、具体的には実数部と虚数部の２乗和をとる。もし行内に１画素ごとに強弱を繰り返すパタンが存在する場合は、ナイキスト周波数に相当するパワースペクトルのＮ／２点目のデータが他の周波数のパワースペクトルに比して突出して大きくなることになる。

図１０は、Ｎ＝１０２４とした場合のパワースペクトルの例を示す図である。図１０（ａ）の符号３１０は補正が正常に行われた場合のパワースペクトル系列を示し、図１０（ｂ）の符号３１１は補正誤差があった場合のパワースペクトル系列を示している。図１０（ｂ）のように、パワースペクトル系列３１１には突出したピーク３１２が存在している。このピークの検出は、例えば、Ｎ／２点目（５１２点目）のパワースペクトルとその他の部分のパワースペクトルとの比に基づいて行うことができる。図２のブロック２８が当該演算を行うブロックであり、比としてＰという値を出力する。符号２９はＰ値の大小を判断するブロックであり、Ｐ値が規定値以上である場合には警告を出力する。このように、補正誤差ありと判定した場合にその旨を操作者に通知することによって、操作者は補正誤差があることを知ることができる。補正誤差の存在を示す警告が出力されると、操作者は公知の手法を用いて装置の較正を行う。

このように、本実施形態では、マトリクスの隣接する各行について補正値の増減を交互に繰り返すようなパターンを用いるため、フーリエ変換した結果のピーク値を用いる等のように、補正誤差の有無の自動的な判定の実現が容易である。さらに、補正誤差の有無の評価はフーリエ変換を用いるものに限られない。

この評価の別の手法として、奇数番目の行のすべての画素値の平均値と偶数番目の行のすべての画素値の平均値との２つの平均値とを比較し、これらの平均値の差分が規定値以上であれば補正誤差があったと判断してもよい。この手法は、画像中の隣り合った画素値はほぼ等しいことを利用したものである。すなわち、補正誤差がない場合は、奇数番目と偶数番目の行の画素値の平均値はほぼ等しい値になることを利用している。

図３は、この手法による補正結果評価の手順を示すフローチャートである。図３において、Ｓ４１にてライン中の偶数番目の行の画素値を取り出し、平均値（Ｅe）を計算し、Ｓ４２では同様に奇数番目の行の画素値の平均値（Ｅo）を計算する。Ｓ４３で両者の平均値の差の絶対値（ε＝|Ｅe−Ｅo|）を計算し、その計算結果をＳ４４で規定値Ｒと比較する。規定値Ｒよりも大きい場合、すなわちε＞Ｒの場合（Ｓ４４でＹＥＳ）は、Ｓ４５へ進んで「補正誤差あり」の結果を出力する。一方、大きくない場合、すなわちε≦Ｒの場合（Ｓ４４でＮＯ）は、Ｓ４６へ進んで「補正誤差なし」の結果を出力する。

また、別の手法としては、行方向に隣接する画素の差分をとる１次元差分フィルタを画像に施し、マトリクスの全体について得られた画像情報のパワー（２乗和）を評価し、規定値より大きい場合には、補正誤差があると評価してもよい。

＜＜実施形態２＞＞
実施形態１では、複数用いる増幅器のゲインに特定パタンを持たせて、後段の増幅器の特性変動を監視する構成について説明した。本実施形態では、増幅器の特性変動ではなく、イメージセンサの特性変動を監視する構成について説明する。

図４はイメージセンサの表面を模式的に示したものであり、全体の面積はＷ×Ｈで示しており、符号３１、３２は、イメージセンサ内の画素中にあるフォトダイオードの受光部分を表している。フォトダイオードは、イメージセンサ上に間隔Ｔで、縦・横に正確に並んでいるが、フォトダイオードの列３１は、幅Ｑ１の受光部を持つフォトダイオードが並んでいる。フォトダイオードの列３２は、幅Ｑ２の受光部を持つフォトダイオードが並んでいる。この場合Ｑ１＞Ｑ２である。このように、このイメージセンサは列方向に異なる光感度を持つイメージセンサであり、Ｘ線に対するゲイン係数が異なる。

このように本実施形態では、第１の光電変換特性または第２の光電変換特性を持つ複数の光電変換素子が所定のパターンに従って配置されている。そして、これらの光電変換素子が出力した電気信号の補正結果を評価して、光電変換素子の光電変換特性の誤差の有無を判定する。このため、実施形態１のように偶数番目・奇数番目の行のゲイン係数を異ならせたのと同様の効果が得られ、センサ特性補正に誤差がある場合には、１画素ごとに強弱を繰り返すパタンがライン状に現れる。したがって、実施形態１と同様の補正結果評価部２２によって、補正の良否の判断を自動的に行うことができる。

＜＜実施形態３＞＞
実施形態１、２では補正誤差の存在に応じて操作者が再較正を行う構成を説明した。本実施形態では補正誤差を少なくするように、保持しているオフセット補正値を自動的に修正する構成を説明する。

図５は実施形態３に係るＸ線撮像装置のブロック図である。図１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。図５においてブロック３３はオフセット修正部である。オフセット修正部３３は、補正結果評価部２２の出力を受けて、評価結果がＯＫ（良好）でない場合にオフセット補正値を修正し、再度補正処理を施すことで評価結果をＯＫにする。

この場合、補正結果評価部２２において、絶対的な評価基準でＯＫか否かを判断するのではなく、図２を参照して実施形態１で説明した評価指標としてのＰ値を最小にするようにオフセット補正値を繰り返し修正することで、補正を最適化できる。ここで、Ｐ値とは、所定の画素に係るパワースペクトル（例えば、Ｎ／２点目（５１２点目）のパワースペクトル）とその他の部分のパワースペクトルとの比である。

図６は、オフセット補正値を補正結果の評価に基づいて自動的に修正する処理の手順を示すフローチャートである。図６の処理は、例えば、ＲＯＭ等のコンピュータ読取可能な記録媒体に格納されたプログラムをＣＰＵ（不図示）が実行することにより実行することができる。

Ｓ６１において、オフセット補正値保持メモリ１４、ゲイン補正値保持メモリ１６等に保持されている補正値を用いて、入力された画素値を補正する。補正処理の具体的な手順は、実施形態１で説明したものを適用することができる。次に、Ｓ６２において、補正後の画素値を解析して補正結果が良好（ＯＫ）か否かを評価する。この評価手順は上述のとおりである。Ｓ６３で評価の結果、補正が良好である（Ｓ６３でＹＥＳ）は処理を終了する。補正が良好でない（Ｓ６３でＮＯ）はＳ６４でオフセット係数を修正して、Ｓ６１に戻る。なお、オフセット係数の修正は、例えば、所定値を補正値に加減することによって行うことができる。

このように、本実施形態では、補正結果の評価に基づいて、予め保持された補正値を自動的に修正するため、操作者が煩雑な作業をすることなく補正誤差を適切に保つことが可能となる。

＜＜実施形態４＞＞
本実施形態では、オフセット補正値を修正するのではなく、あらかじめ保持しておいた複数の状態におけるオフセット補正値を補正結果評価部の出力に応じて切り替えることで、常に最適な補正処理を行う。図７は実施形態４に係るＸ線撮像装置のブロック図である。図１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図７のように本実施形態では、それぞれオフセット補正値を保持する複数のオフセット保持メモリ３６を備えている。図７において、補正結果評価部２２からの出力に応じて、複数のオフセット保持メモリ３６がそれぞれ保持したオフセット補正値から、メモリ切替部３５がメモリを選択することにより、オフセット補正部１３で用いるオフセット補正値を選択する。メモリ切替部３５がオフセット補正値を選択すると、オフセット補正部１３はそのオフセット補正値を用いて自動的に補正を行う。

このように、本実施形態では、あらかじめ保持しておいたオフセット補正値を補正結果評価部の出力に応じて切り替えるため、複雑な構成を要さずに補正誤差を適切に保つことができる。

＜＜実施形態５＞＞
実施形態１では、オフセット補正値が変動する例について説明したが、温度などの影響でゲイン補正値などのオフセット補正値以外の補正値が変動した場合も同様の手法により補正誤差の有無を判定することができる。本実施形態では、オフセット補正値以外の補正値が変動した場合にその補正誤差の有無を自動的に判定する手法について説明する。

この手法の原理は以下のとおりである。ある温度Ｔでの実際のゲインｃとオフセットｄとは既知であり、それぞれゲイン補正値Ｃ、オフセット補正値Ｄとしてメモリ１２２、１２４に予め記憶されているとする。このときＣ＝ｃ、Ｄ＝ｄが成り立つ。温度Ｔでは、イメージセンサのアナログ出力値をＶとし、イメージセンサ１から得られるデジタル出力値をＹとすると、
Ｙ＝ｃ・Ｖ＋ｄ （８）
が成り立つ。したがって、デジタル出力値Ｙから、ゲイン補正値Ｃ、オフセット補正値Ｄを用いて、以下の式によりアナログ出力値Ｖを復元することができる。

Ｖ＝（Ｙ−Ｄ）／Ｃ （９）
ここで、（８）に（９）を代入すると、
Ｖ＝（ｃ・Ｖ＋ｄ−Ｄ）／Ｃ
＝（ｃ／Ｃ）・Ｖ＋（ｄ−Ｄ）／Ｃ （１０）
となる。

（１０）において、仮に、オフセット補正値Ｄがオフセットｄと一致していて、（ｄ−Ｄ）／Ｃ＝０であるとしても、ゲイン補正値Ｃを変動させると（ｃ／Ｃ）も変動し、従って、ゲイン補正値Ｃの変動パタンに従ってデジタル出力値Ｙも変動する。したがって、実施形態１と同様の手法を用いることで、Ｃを、被写体の情報に存在しない所定のパターンに従って変動させることによって、ゲイン成分に係る補正誤差も検出することができる。また、オフセット成分とゲイン成分の両方が変動した場合も同様である。

上記各実施形態に係る構成では補正誤差のパターンとして、本来被写体には存在しえない画像であって、計算機解析によって検出しやすいパターンとしている。このため、補正後画像を常時監視することで、補正誤差が発生しても、補正誤差が弱い段階で早期発見を行い、顕在化する補正誤差の発生を未然に防いでいる。特に、本実施形態では、オフセット係数が変動した場合に、従前のゲイン補正値が残留する特性をもつことを利用し、ゲイン係数に特定のパタンを意図的にもたせ、出力画像に現れる当該パタンを検出することでオフセット係数が変動することを検出する。したがって、Ｘ線フラットパネルディテクタの補正誤差を早期に発見でき、警告による早期の再較正、補正用データの修正などの対応が取れ、常に安定したＸ線画像取得が行える。

Claims (11)

1. 受光に応じて光電変換を行い電気信号を出力する複数の光電変換素子と、
   前記複数の光電変換素子の各々について、その光電変換特性を補正するための補正値を保持する保持手段と、
   前記複数の光電変換素子が出力した前記電気信号の各々を、対応する前記補正値を用いて補正する補正手段と、
   を備え、
   前記補正手段は、画素配置の所定のパターンに従って増減された前記補正値に基づいて前記電気信号の各々を補正し、
   前記所定のパターンに基づいて増減された補正値に基づく補正結果を評価して、前記保持手段に保持された補正値の補正誤差の有無を判定する判定手段を備える
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記保持手段が保持する前記補正値には、前記光電変換特性の、オフセット特性を補正するためのオフセット補正値と、ゲイン特性を補正するためのゲイン補正値と、が含まれ、
   前記補正手段は、前記オフセット補正値と、前記所定のパターンに従って増減された前記ゲイン補正値とに少なくとも基づいて前記電気信号の各々を補正する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記判定手段が前記補正誤差ありと判定した場合にその旨を通知する通知手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記判定手段における前記補正結果の評価に基づいて、前記保持手段に保持された前記補正値を修正する修正手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記複数の光電変換素子はマトリクス状に配置され、
   前記所定のパターンは、前記マトリクスの隣接する各行について、前記補正値の増減を交互に繰り返すものである
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記判定手段は、前記補正結果を前記マトリクスの行方向にフーリエ変換した結果のピーク値が予め定めた値以上である場合に、前記補正誤差ありと判定する
   ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記判定手段は、前記マトリクスの奇数番目の行の前記補正結果の平均値と、前記マトリクスの偶数番目の行の前記補正結果の平均値と、の差分が予め定めた値以上の場合に、前記補正誤差ありと判定する
   ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
8. 前記マトリクスの行方向に隣接する画素の前記補正結果の差分を計算する差分フィルタをさらに備え、
   前記判定手段は、前記マトリクスの全体にわたる前記差分の２乗和が予め定められた値以上である場合に、前記補正誤差ありと判定する
   ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
9. 受光に応じて光電変換を行い電気信号を出力する複数の光電変換素子と、
   前記複数の光電変換素子の各々について、その光電変換特性を補正するための補正値を保持する保持手段と、
   前記複数の光電変換素子が出力した前記電気信号の各々を、対応する前記補正値を用いて補正する補正手段と、
   を備え、
   前記光電変換素子は、第１の光電変換特性を持つものと、第２の光電変換特性を持つものとが、所定のパターンに従って配置されており、
   前記光電変換素子が出力した前記電気信号の補正結果を評価して、該光電変換素子の光電変換特性の誤差の有無を判定する判定手段を備える
   ことを特徴とする撮像装置。
10. 受光に応じて光電変換を行い電気信号を出力する複数の光電変換素子と、
    前記複数の光電変換素子の各々について、その光電変換特性を補正するための補正値を保持する保持手段と、
    を備えた撮像装置の制御方法であって、
    前記複数の光電変換素子が出力した前記電気信号の各々を、対応する前記補正値を用いて補正する補正工程を有し、
    前記補正工程においては、画素配置の所定のパターンに従って増減された前記補正値に基づいて前記電気信号の各々を補正し、
    前記所定のパターンに基づいて増減された補正値に基づく補正結果を評価して、前記保持手段に保持された補正値の補正誤差の有無を判定する判定工程を有する
    ことを特徴とする撮像装置の制御方法。
11. コンピュータを請求項１から９のいずれか１項に記載の撮像装置として機能させるためのプログラム。

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