JP2013102951A - 撮像装置および画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】干渉パターンのデータからx方向とy方向の微分位相データを抽出し、抽出されたx方向の微分位相データをx方向に関して微分しx方向の二階微分位相データを算出し、y方向の微分位相データをy方向に関して微分しy方向の二階微分位相データを算出する。そして、x方向とy方向の二階微分位相データを関数として含む二階微分方程式を解くことによって、被検体の位相像のデータを算出する。
【選択図】図6
Description
微分位相データと、前記第1の方向に交差する第2の方向に関する位相の変化を表す第2の微分位相データとを抽出する工程と、情報処理装置が、抽出された前記第1の微分位相データを前記第1の方向に関して微分することによって第1の二階微分位相データを算出すると共に、抽出された前記第2の微分位相データを前記第2の方向に関して微分することによって第2の二階微分位相データを算出する工程と、情報処理装置が、前記第1および第2の二階微分位相データを関数として含む二階微分方程式を解くことによって、前記被検体の位相像のデータを算出する工程と、を有する画像処理方法である。
図1は本実施形態における撮像装置の構成を示した図である。図1に示した撮像装置1は、概略、干渉計10と情報処理装置11とから構成される。干渉計10は、2次元X線トールボット干渉計であり、X線を発生させるX線源(光源)110、X線を回折する回折格子310、X線の一部を遮る吸収格子410、X線を検出する検出器510を備えている。情報処理装置11は、演算部(コンピュータ本体)610と画像表示装置710を備えている。情報処理装置11は干渉計10にケーブルで接続されており、干渉計10の各部の制御を行う。また干渉計10の検出器510で得られた干渉パターンのデータは情報処理装置11に伝送され、演算部610において後述する各種の演算処理に供される。演算部610による演算結果に基づいた画像は画像表示装置710に出力される。
図3は、情報処理装置11が有する機能を示すブロック図である。情報処理装置11は、概略、干渉計10の制御(例えばX線の照射、検出器510からのデータ取り込みなど)を行う制御部30と、干渉計10から取り込まれたデータに基づいて位相像のデータを生成するデータ処理部31とを有する。データ処理部31は、微分位相データ抽出部32、二階微分位相データ算出部33、及び、位相データ算出部34から構成されている。微分位相データ抽出部32は、干渉パターン(モアレ像)のデータを数値的に解析して微分位相データを抽出する機能であり、二階微分位相データ算出部33は、微分位相データを微分することによって二階微分位相データを算出する機能である。位相データ算出部34は、二階微分位相データを関数として含む二階微分方程式を解くことによって、被検体の位相像のデータを算出する機能である。これらの機能の詳細については後述する。
成することができる。図3に示した機能は、補助記憶装置に格納されたプログラムが主記憶装置にロードされ、CPUにより実行されることで実現されるものである。もちろん、この構成はあくまで一例であり、本発明の範囲を限定するものではない。
以下、本実施形態の撮像装置1において実行される画像処理方法、並びに従来例との差異を説明する。ただしここでは、干渉パターンのデータとして、干渉計10により実際に被検物を計測して得たデータではなく、コンピュータシミュレーションによって生成したデータを用いる。干渉パターンのデータから位相像のデータを生成する一連の処理については、情報処理装置11のデータ処理部31によって行った。
スペクトル911から生成された微分位相像の例であり、y方向(第2の方向)に関する位相の変化を表している。
従来例では、x方向微分位相像とy方向微分位相像を別々に積分するか、フーリエ変換などの手段を用いて積分する。以下ではより誤差の少ない位相が求められるフーリエ変換による積分法(フーリエ積分法)を従来例として述べる。
、本来ありえない位相のゆがみが生じていることがわかる。
図6は、本発明の実施例における位相像取得方法の手順を示すフローチャートである。従来例では、微分位相像を直接積分することで位相像を得ていたのに対し、本実施例では、微分位相像をx,yそれぞれの方向について微分し二階微分位相像を生成した後、二階微分位相像からなる二階微分方程式を解いて位相像を得る点に特徴がある。
、この異常値を除去(修正)する操作、すなわち、位相の折りたたみが生じた状態を元の位相の状態に戻す操作(位相接続)に相当する。以下、W[・・・]をアンラッピング演算子と呼ぶ。
(a)[・・・]の値がπ以上のものに関して、その値から2πを引く
(b)[・・・]の値が−π以下のものに関して、その値に2πを足す
以上のルールを適用することで元関数φx(x,y)やφy(x,y)に位相折りたたみが生じていても、位相接続がなされたのと同じ効果を持つ。
比べた結果である。入力画像として平均0、分散が0.5のランダムパターンの画像2枚を微分位相像とみなして位相を計算し、その位相像にどれだけのノイズが存在するかを比較した表である。この実験では、純粋にノイズリダクションを評価するため、被検体を含まない画像を用いている。表1の数値は分散であり、値が小さいほどノイズが少ない(ノイズが低減されている)ことを示す。10回の計算を行なった結果、すべての回において本実施例の手法でノイズが減少していた。
範囲を限定する趣旨のものではない。例えば、上記実施例では、直交する2方向について演算を行ったが、第1の方向及び第2の方向については互いに交差する限りにおいて任意に設定することができる。また上記実施例ではトールボット干渉計を例示したが、本発明は他のシアリング干渉計にも好適に適用することができる。
Claims (7)
- シアリング干渉計により得られる干渉パターンに基づいて位相像のデータを生成する撮像装置であって、
被検体を透過した電磁波により形成された干渉パターンのデータから、第1の方向に関する位相の変化を表す第1の微分位相データと、前記第1の方向に交差する第2の方向に関する位相の変化を表す第2の微分位相データとを抽出する微分位相データ抽出手段と、
抽出された前記第1の微分位相データを前記第1の方向に関して微分することによって第1の二階微分位相データを算出すると共に、抽出された前記第2の微分位相データを前記第2の方向に関して微分することによって第2の二階微分位相データを算出する二階微分位相データ算出手段と、
前記第1および第2の二階微分位相データを関数として含む二階微分方程式を解くことによって、前記被検体の位相像のデータを算出する位相データ算出手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記位相データ算出手段は、位相像のデータを算出する際に、前記第1および第2の二階微分位相データに対して位相接続処理を施すことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記位相接続処理は、前記第1および第2の二階微分位相データの値のうち所定の範囲を外れた値を、前記所定の範囲内に収める処理であることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
- 前記二階微分方程式は、既知関数である前記第1の二階微分位相データと前記第2の二階微分位相データとの和が、未知関数である前記被検体の位相像のデータを前記第1の方向に二階微分したものと前記第2の方向に二階微分したものとの和に等しいとする方程式であることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記位相データ算出手段によって算出された前記被検体の位相像のデータを微分することによって、前記被検体の微分位相像のデータを生成する微分位相データ算出手段をさらに有することを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の撮像装置。
- シアリング干渉計により得られる干渉パターンに基づいて位相像のデータを生成する画像処理方法であって、
情報処理装置が、被検体を透過した電磁波により形成された干渉パターンのデータから、第1の方向に関する位相の変化を表す第1の微分位相データと、前記第1の方向に交差する第2の方向に関する位相の変化を表す第2の微分位相データとを抽出する工程と、
情報処理装置が、抽出された前記第1の微分位相データを前記第1の方向に関して微分することによって第1の二階微分位相データを算出すると共に、抽出された前記第2の微分位相データを前記第2の方向に関して微分することによって第2の二階微分位相データを算出する工程と、
情報処理装置が、前記第1および第2の二階微分位相データを関数として含む二階微分方程式を解くことによって、前記被検体の位相像のデータを算出する工程と、
を有することを特徴とする画像処理方法。 - 請求項6に記載の画像処理方法の各工程を情報処理装置に実行させることを特徴とするプログラム。
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