JP2013240091A - 撮像装置、撮像システム、信号処理方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】簡略な信号処理でラインノイズを目立たなくするオフセット補正を行える撮像装置を提供する。
【解決手段】放射線が照射された変換回路から画像データを読み出す動作とは別に、変換回路からオフセット画像データを読み出す動作を複数回実行するよう制御し、複数のオフセット画像データのうちの１つのオフセット画像データから少なくとも１つの画素に対応するオフセットデータを抽出して補正用オフセット画像データを生成し、補正用オフセット画像データと画像データとを用いて減算処理するようにして、ラインノイズを目立たなくするオフセット補正を行うことができるようにする。
【選択図】図６

Description

本発明は、撮像装置、撮像システム、信号処理方法及びプログラムに関し、撮影した画像に係るオフセット補正技術に関する。

撮像装置の一例としての放射線撮像装置は、光電変換素子等の変換素子に入射した放射線又は光等の入射エネルギーを電荷に変換し、その電荷に応じた電気信号を画素毎に読み取る。この電気信号を以下では画素信号と称し、１画像分の画素信号の集合を画像信号と称する。読み取った画像信号は、デジタル処理等の各種信号処理を介してデータとしての利用、或いは、データの１画像分の集合である画像データとしての印刷や表示等に利用される。また、変換素子から得られた画像信号は、特に画像データとして利用される場合に、オフセット補正が行われる。このオフセット補正は、画像データからオフセット画像データを減算するなどの処理によって行われる。このオフセット画像データは、変換素子に放射線や光等が入射されていない時に変換素子に蓄積される暗電流等に起因する電荷に応じた電気信号に基づくオフセットデータの１画像分の集合である。変換素子に放射線や光等が入射されていない時に変換素子に蓄積される暗電流等に起因する電荷に応じた電気信号を暗出力画素信号と称し、１画像分の暗出力画素信号の集合を暗出力画像信号と称する。

例えば、特許文献１には、ノイズの少ないオフセット補正が提案されており、複数のオフセット画像データを平均化処理した補正画像データで放射線画像データを減算することでオフセット補正を行うことが記載されている。以下では、放射線撮像装置から取得された画像データ（撮影出力）に基づいて生成された画像において、画像全体の出力のバラツキをランダムノイズと呼ぶ。また、マトリックスに配列された画素の信号配線に垂直な方向に配列された（駆動配線に沿った）画素群毎の平均出力のバラツキをラインノイズと呼ぶ。下記特許文献２には、取得された画像信号に基づく撮影出力にラインノイズが含まれるか否かを検知し、ラインノイズが検知された場合にラインノイズ成分を除去する画像処理を行うラインノイズ削減に好適な回路構成が記載されている。

特開２００４−８０７４９号公報 特開２００４−７５５１号公報

ここで、変換素子を有する画素を２次元マトリクス状（行列状）に複数配列し、アクティブマトリクス駆動によって画像が取得される撮像装置では、駆動配線に沿ったノイズ（ラインノイズ）が突発的に混入する場合があった。オフセット補正後の画像において、ランダムノイズに対するラインノイズの比が大きい場合、画質が低下するという問題がある。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、オフセット画像データはそれぞれ独立的なラインノイズを有しているために十分な補正を行うことができない。また、特許文献２に記載の技術では、撮影出力（画像データ）毎に独立したラインノイズの検知及び演算処理を行う。そのために検知及び演算処理が複雑になり、さらには複雑な演算処理を画像データの取得毎に行うため、画像データの取得毎に時間を要する検知及び演算処理が必要となり、動画撮影には適していない。

本発明は、簡略な信号処理でラインノイズを目立たなくするオフセット補正を行える撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、放射線又は光を電荷に変換する画素が行列状に複数配列された変換手段と、前記変換手段から前記電荷に応じた電気信号が行単位で出力された電気信号群を処理する信号処理手段と、放射線が照射された前記変換手段から前記電気信号群として第１の電気信号群を出力する第１の読み出し動作とは別に、前記変換手段から前記電気信号群として第２の電気信号群を出力する第２の読み出し動作を、複数回実行する制御手段とを備え、前記信号処理手段は、複数の前記第２の電気信号群のうちの１つの前記第２の電気信号群から少なくとも１つの画素に対応する電気信号を抽出して第３の電気信号群を生成し、前記第３の電気信号群と前記第１の電気信号群とを用いて減算処理することを特徴とする。

本発明によれば、第２の読み出し動作を複数回行うよう制御して、複数の第２の電気信号群のうちの１つの第２の電気信号群から少なくとも１つの画素に対応する電気信号を抽出して第３の電気信号群を生成し、第３の電気信号群と第１の電気信号群とを用いて減算処理する。これにより、各行方向に複数の第２の電気信号群の電気信号を含むようにした第３の電気信号群を用いてオフセット補正を行うことができ、簡略な信号処理でラインノイズが目立たない良好な画像を得ることができる。

第１の実施形態における撮像装置の構成例を示す図である。 第１の実施形態における読み出し回路の構成例を示す図である。 第１の実施形態における信号処理回路の構成例を示す図である。 第１の実施形態における撮像装置にて画像を読み出す際の動作を示すタイミングチャートである。 第１の実施形態における撮像装置の読み出し動作のタイミングを説明するための図である。 第１の実施形態における補正用オフセット画像データの生成方法の一例を示す図である。 第１の実施形態における補正用オフセット画像データの生成方法の他の例を示す図である。 従来の手法と本実施形態を適用した場合の比較結果を示す図である。 第２の実施形態における補正用オフセット画像データの生成方法を示す図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置を適用した撮像システムの構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の各実施形態における撮像装置は、例えば放射線画像を撮影するための放射線撮像装置、及び医療用の診断や工業用の非破壊検査等に用いられる放射線撮像装置に適用して好適なものである。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における撮像装置の概略構成図である。

図１においては、変換素子として可視光を電荷に変換するアモルファスシリコンの光電変換素子を用いた撮像装置を一例として図示している。なお、Ｘ線等の放射線を捕らえる撮像装置として利用する場合には、Ｘ線を光電変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換する波長変換体である蛍光体を光電変換素子と組み合わせて変換素子として用いることが好ましい。本実施形態ではＸ線撮像を例示するが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、蛍光体を具備せずに、Ｘ線を直接電荷に変換し得る変換素子（直接型の変換素子）を有するものであっても良い。また、本発明における放射線はＸ線だけに限定されるものではなく、α線、β線、γ線なども放射線の範疇に含むものとして説明する。なお、本発明において、放射線や光などを電荷に変換することを光電変換と称して説明する。

図１において、Ｓｍ−ｎは放射線又は光を電荷に変換する変換素子として用いられる光電変換素子であり、Ｔｍ−ｎは光電変換素子で生成された電荷に応じた電気信号を出力するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチ素子である。画素は光電変換素子などの変換素子とスイッチ素子とを有しており、行列状に複数配列されている。Ｇｍはスイッチ素子の導通状態と非導通状態を制御するための駆動信号をスイッチ素子に伝送するための駆動配線であり、スイッチ素子の制御端子に電気的に接続されている。駆動配線Ｇｍは、行方向の複数の画素のスイッチ素子に行単位で共通に接続されており、列方向に複数本設けられている。Ｍｎは出力された電気信号を後述する読み出し回路に伝送するための信号配線であり、スイッチ素子のソース及びドレイン（主端子）の一方と、読み出し回路とに電気的に接続されている。信号配線Ｍｎは列方向の複数の画素のスイッチ素子に列単位で接続されており、行方向に複数本設けられている。なお、ｍ及びｎはそれぞれ添え字であり、ｍ＝１〜３の自然数、ｎ＝１〜３の自然数である（以下についても同様）。なお、図１には、説明の便宜上、画素が３行３列分だけ配列した場合を例示しているが、画素数は任意であり、必要に応じて更に多数の画素が配列される。

各光電変換素子Ｓｍ−ｎは、フォトダイオードと、フォトダイオードで発生した電荷を蓄積するための容量とを並列接続で表記しており、光電変換可能な状態にするための逆方向バイアスが印加される。すなわち、フォトダイオードのカソード電極側は＋（プラス）にバイアスされる。バイアス配線は光電変換素子等の変換素子を光電変換可能な状態とするためのバイアスを変換素子に伝送するためのものであり、変換素子の一方の端子に接続されている。バイアス配線は、通常、行列状に配列された複数の画素に共通に接続されているが、図１中では共通の配線としては図示を省略している。光電変換素子によって光電変換された電荷は容量に蓄積される。

第ｍ行第ｎ列の光電変換素子Ｓｍ−ｎは、一方の端子がバイアス配線に接続され、他方の端子が第ｍ行第ｎ列のスイッチ素子Ｔｍ−ｎのソース及びドレイン（主端子）の他方と接続されている。第ｍ行のスイッチ素子Ｔｍ−１〜Ｔｍ−３は、その制御端子（例えばトランジスタのゲート）が第ｍ行の駆動配線Ｇｍに接続されている。ここで、変換素子としての光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ３−３、スイッチ素子Ｔ１−１〜Ｔ３−３、駆動配線Ｇ１〜Ｇ３、信号配線Ｍ１〜Ｍ３、バイアス配線、これらを総じて変換回路１０１と称する。なお、本実施形態における変換回路１０１は、本発明における変換手段にとして機能するものである。

駆動回路１０２は、駆動配線Ｇｍに電気的に接続されており、変換回路１０１を駆動するためのものである。駆動回路１０２は、スイッチ素子Ｔｍ−１〜Ｔｍ−３を導通状態とするパルス状の導通電圧を有する駆動信号を駆動配線Ｇｍに印加し、変換回路１０１の駆動制御を行う。駆動回路１０２としてはシフトレジスタが好適に用いられる。なお、本実施形態における駆動回路１０２は、本発明における駆動手段にとして機能するものである。

読み出し回路１０５は、信号配線Ｍｎに電気的に接続されており、スイッチ素子Ｔｍ−１〜Ｔｍ−３によって出力された電気信号（画素信号）を読み出し、変換回路１０１内の光電変換素子Ｓｍ−ｎの電荷に応じた１画像分の電気信号（画像信号）を出力する。読み出し回路１０５は、変換回路１０１内の光電変換素子Ｓｍ−１〜Ｓｍ−３からの行単位で出力された並列の電気信号（画素信号）を増幅し、直列変換して１画像分の電気信号（画像信号）を出力する。出力された電気信号はアナログデジタル変換されて、１画像分のデジタル信号の集合であるデジタル画像信号として出力される。なお、本実施形態における読み出し回路１０５は、本発明における読み出し手段にとして機能するものである。また、読み出し回路１０５の構成は図２を用いて後で詳細に説明する。

信号処理回路１０６は、読み出し回路１０５から出力されたデジタル画像信号を処理して画像データを生成して出力するものである。なお、本実施形態の信号処理回路１０６は本発明における信号処理手段として機能するものである。制御手段である制御回路１０８は、駆動回路１０２、読み出し回路１０５、信号処理回路１０６の制御を行うものである。例えば、制御回路１０８は、放射線が照射された変換回路１０１を駆動し放射線像に係る画像信号を読み出す動作と、放射線が照射されることなく変換回路１０１を駆動しオフセットに係る画像信号を読み出す動作とを選択的に実行させるように制御を行う。放射線像に係る画像信号（放射線画像信号）が本発明の第１の画像信号に相当し、オフセットに係る電気信号（暗出力画像信号）が本発明の第２の画像信号に相当する。

次に、図２を用いて読み出し回路１０５の構成を詳細に説明する。図２は、図１に示した読み出し回路１０５の構成例を示す回路図である。ＲＥＳ１〜ＲＥＳ３は信号配線Ｍ１〜Ｍ３をリセットするリセット用スイッチ、Ａ１〜Ａ３は信号配線Ｍ１〜Ｍ３を介して伝達される信号を増幅するアンプである。ＣＬ１〜ＣＬ３はアンプＡ１〜Ａ３で増幅された信号を一時的に記憶するサンプルアンドホールド用容量、Ｓｎ１〜Ｓｎ３はサンプルアンドホールドするためのサンプルアンドホールド用スイッチである。１対のサンプルアンドホールド用容量ＣＬ１〜ＣＬ３とサンプルアンドホールド用スイッチＳｎ１〜Ｓｎ３によりサンプルホールド回路が構成される。Ｂ１〜Ｂ３はバッファアンプである。これらアンプＡ１〜Ａ３、サンプルホールド回路、バッファアンプＢ１〜Ｂ３は、それぞれ信号配線Ｍ１〜Ｍ３毎に少なくとも１つ設けられている。Ｓｒ１〜Ｓｒ３は並列に出力された電気信号（画素信号）を直列変換した電気信号（画像信号）として出力するためのマルチプレクサ用スイッチである。１０３はスイッチＳｒ１〜Ｓｒ３に直列変換に係る動作を実行させるためのパルスを与えるシフトレジスタである。１０４は直列変換された信号を信号Ｖｏｕｔとして出力するバッファアンプである。１０９はアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）であり、アナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するものである。なお、本実施形態ではＡＤＣ１０９はマルチプレクサ用スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３の後段に配置されているが、本発明の読み出し手段はそれに限定されるものではない。ＡＤＣ１０９はマルチプレクサ用スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３の前段に信号配線Ｍ１〜Ｍ３毎に設けられていても良い。本発明の読み出し手段は、変換手段から行単位で並列に出力された電気信号をデジタルの画像信号として出力し得る機能を有するものであればよい。

リセット用スイッチＲＥＳ１〜ＲＥＳ３、サンプルアンドホールド用スイッチＳｎ１〜Ｓｎ３、及びマルチプレクサ用スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３（詳細には、シフトレジスタ１０３）は、制御回路１０８により制御される。スイッチＲＥＳ１〜ＲＥＳ３は、制御回路１０８からの制御信号ＣＲＥＳに応じてその導通状態と非導通状態が制御され、スイッチＳｎ１〜Ｓｎ３は、制御回路１０８からの制御信号ＳＭＰＬに応じてその導通状態と非導通状態が制御される。また、スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３は、制御回路１０８からの制御信号に応じてシフトレジスタ１０３より出力されるパルスに応じてその導通状態と非導通状態が制御される。

次に、図３を用いて信号処理回路１０６の構成を詳細に説明する。図３は、図１に示した信号処理回路１０６の構成例を示す図である。信号処理回路１０６は、第１のオフセット画像データ用メモリ２０１、第２のオフセット画像データ用メモリ２０２、画像データ用メモリ２０３、及びＣＰＵ（中央演算処理装置）１０７を有する。

第１・第２のオフセット画像データ用メモリ２０１，２０２は、変換手段にＸ線が照射されることなく読み出し動作（第２の読み出し動作）を実行して取得された暗出力画素信号に基づくオフセット画像データを格納するための記憶手段である。ここで、画像データを取得するために行われる、変換手段に照射されたＸ線又は光に応じた電気信号を変換手段から読み出すために行われる読み出し動作を第１の読み出し動作と称する。一方、オフセット画像データを取得するために行われる、変換手段にＸ線又は光が照射されることなく変換手段で発生した電気信号を変換手段から読み出すために行われる読み出し動作を第２の読み出し動作と称する。オフセット画像データ用メモリ２０１、２０２は、それぞれ１画像分の暗出力画像信号に応じたオフセット画像データを格納しており、信号処理回路１０６としては２画像分のオフセット画像データが格納される。

画像データ用メモリ２０３は、Ｘ線が照射された後の第１の読み出し動作により取得された画素信号に基づく画像データを格納するための記憶手段である。ＣＰＵ１０７は、信号処理回路１０６内の各機能部を統括的に制御するためのものである。また、ＣＰＵ１０７は、第１，第２のオフセット画像データ用メモリ２０１，２０２、及び画像データ用メモリ２０３に記憶されたデータに基づいて後述するような信号処理を行うためのものである。

ここで、図４を参照して、本実施形態に係る撮像装置において１フレーム（画像）分の画像信号を読み出す際の動作を説明する。図４は、本実施形態に係る撮像装置のタイミングチャートである。図４には、変換回路１０１、駆動回路１０２、読み出し回路１０５の各機能部に対して入出力される信号等を示している。

光電変換素子Ｓｍ−ｎにおいて、光電変換された電荷は、各光電変換素子Ｓｍ−ｎが有する容量に蓄積される。なお、各光電変換素子Ｓｍ−ｎが備える容量の容量値は、ここでは同じと考えるが、実際には各光電変換素子で若干異なる場合がある。

蓄積された電荷に応じた電気信号を光電変換素子Ｓｍ−ｎから読み出す際の順番は、駆動回路１０２により、各画素のスイッチ素子Ｔｍ−ｎを行方向に共通に接続する駆動配線Ｇｍを介して制御される。具体的には、駆動配線Ｇ１を介して駆動回路１０２から与えられる駆動信号により１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３に対応したスイッチ素子Ｔ１−１〜Ｔ１−３が行単位で駆動される。次に、駆動配線Ｇ２を介して駆動回路１０２から与えられる駆動信号により２行目の光電変換素子Ｓ２−１〜Ｓ２−３に対応したスイッチ素子Ｔ２−１〜Ｔ２−３が行単位で駆動される。そして、駆動配線Ｇ３を介して駆動回路１０２から与えられる駆動信号により３行目の光電変換素子Ｓ３−１〜Ｓ３−３に対応したスイッチ素子Ｔ３−１〜Ｔ３−３が行単位で駆動される。なお、ここで述べた順番は任意であり、必要に応じて順番を変更しても良い。このように行単位で駆動されたスイッチ素子を介して、光電変換素子などの変換素子で発生した電荷に応じた電気信号が行単位で出力される。また、駆動回路１０２は制御回路１０８により制御される。

制御回路１０８は、駆動回路１０２から駆動配線Ｇ１〜Ｇ３に駆動信号（ゲート信号）を与えるように駆動回路１０２を制御する。これにより、１行目のスイッチ素子Ｔ１−１〜Ｔ１−３がオン状態となり、１行目の光電変換素子Ｓ１−１〜Ｓ１−３の各容量に蓄積されていた電荷に基づく電気信号が、各々の信号配線Ｍ１〜Ｍ３に行単位で並列に出力される。

信号線Ｍ１〜Ｍ３に出力された電気信号は、読み出し回路１０５に並列に送られ、それぞれ読み出し回路１０５内の各アンプＡ１〜Ａ３で増幅される。この際、各信号配線Ｍ１〜Ｍ３に接続されたリセット用スイッチＲＥＳ１〜ＲＥＳ３は非導通状態とされている。

続いて、制御回路１０８の制御により、各サンプルアンドホールド用スイッチＳｎ１〜Ｓｎ３を導通状態すると、各アンプＡ１〜Ａ３で増幅された電気信号が各サンプルアンドホールド用容量ＣＬ１〜ＣＬ３に蓄積され、サンプルアンドホールドされる。各容量ＣＬ１〜ＣＬ３にサンプルアンドホールドされた電気信号は、制御回路１０８によって制御されたシフトレジスタ１０３により、マルチプレクサ用スイッチＳｒ１〜Ｓｒ３を順番に導通状態することで並列直列変換（マルチプレクス）される。このようにして、光電変換素子Ｓｍ−ｎで変換された電荷に応じた電気信号が、各バッファアンプＢ１〜Ｂ３及びバッファアンプ１０４を介してＡＤＣ１０９に順次読み出され画像信号として出力される。出力された画像信号はＡＤＣ１０９によりアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換され画像データとして信号処理回路１０６に出力される。

出力された画像データは、制御回路１０８の制御により、画像データの種類に応じて、信号処理回路１０６内のオフセット画像データ用メモリ２０１、２０２、画像データ用メモリ２０３に送られて格納される。そして、オフセット画像データ用メモリ２０１、２０２、画像データ用メモリ２０３に格納された各種の画像データを用いて、ＣＰＵ１０７により後述する信号処理が行われる。

上述した動作を、２行目の光電変換素子Ｓ２−１〜Ｓ２−３、３行目の光電変換素子Ｓ３−１〜Ｓ３−３と行単位で順に行うことで、１画像分の撮影出力（画像データ）を得ることができる。ただし、次の行の画素からの電気信号の読み出しは、前の行の画素から読み出された電気信号をデジタル変換してメモリに格納した後である必要はない。例えば、１行目の画素から読み出した電気信号をサンプルアンドホールド用容量ＣＬ１〜ＣＬ３にサンプルアンドホールドした後であれば次の行の画素の電気信号を読み出してもよい。つまり、１行目の画素の電気信号をマルチプレクス及びＡ／Ｄ変換を行うための時間内に２行目の画素の電気信号を読み出すことは可能である。

なお、上述した光電変換素子Ｓｍ−ｎの電荷に応じた電気信号の読み出しに係る回路構成及び動作は一例であり、各画素の電気信号を読み出すことが可能であれば、他の構成及び方法であっても良い。

ここで、本実施形態における撮像装置において、駆動回路１０２、読み出し回路１０５、信号処理回路１０６、及び制御回路１０８は、少なくとも電気的に接続されて構成されるが、これらの各回路の切り分けが困難な場合がある。しかし、本実施形態では、物理的に各機能が分離されている必要はなく、システム全体で駆動回路１０２、読み出し回路１０５、信号処理回路１０６、及び制御回路１０８の各々の機能を担えれば良い。例えば、ＡＤＣ１０９とバッファアンプ１０４と制御回路１０８の役割を一つのＩＣで担っていても良い。

図５は、本実施形態における撮像装置の読み出し動作のタイミングを説明するための図である。
図５（Ａ）〜（Ｃ）において、右側に向かう方向が時間の経過を意味している。図５（Ａ）〜（Ｃ）では、Ｘ線又は光が変換手段に照射される照射期間を「Ｘ」で示しており、照射期間「Ｘ」において撮像装置は変換手段によりＸ線又は光に応じて発生した電気信号を蓄積するための第１の蓄積動作を行っている。また、撮像装置から画像データを読み出す動作を行う読み出し期間を「Ｈ」で示しており、読み出し期間「Ｈ」において撮像装置は変換手段に蓄積された電気信号を読み出すための動作を行っている。この読み出し期間「Ｈ」に行われる読み出し動作は本発明の第１の読み出し動作に相当するものである。図５（Ａ）〜（Ｃ）に示す例では、「Ｘ」と「Ｈ」は１０フレーム目に記載している。なお、これは一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。この第１の蓄積動作と第１の読み出し動作により、照射された放射線又は光に応じた画像データを取得する画像データの取得動作がなされる。

また、図５（Ａ）〜（Ｃ）では、照射期間「Ｘ」と同じタイムスケール及び変換手段の動作であるが、変換手段にＸ線又は光の照射を行わない期間を「Ｗ」で示している。「Ｗ」は言わば光電変換素子等の変換素子の暗電流等に起因する電荷に応じた暗出力画素信号を画素に蓄積している期間であって、ウェイト期間と称する。このウェイト期間「Ｗ」において撮像装置は暗出力画素信号を蓄積するための第２の蓄積動作を行っている。また、そのウェイト期間後の撮像装置からオフセット画像データを読み出す動作を行う読み出し期間を「Ｆ」で示しているが、撮像装置の動作においては読み出し期間「Ｈ」と何ら違いはない。期間「Ｆ」と期間「Ｈ」との違いは、放射線画像データを取得するための情報として使用するか否かである。期間「Ｆ」をオフセット読み出し期間と称し、その際の読み出し動作をオフセット読み出し動作と称する。このオフセット読み出し動作は、本発明の第２の読み出し動作に相当するものである。また、この第２の蓄積動作と第２の読み出し動作により、オフセット画像データを取得するオフセット画像データの取得動作がなされる。

図５（Ａ）は、オフセット画像データの取得動作を複数回行う場合を例示している。
まず、撮像装置に対して、ウェイト期間「Ｗ」における第２の蓄積動作とオフセット読み出し期間「Ｆ」における第２の読み出し動作とを交互に動作させる。この時、実際の撮影現場では、Ｘ線技師（撮影者）は、撮像装置におけるＸ線の受光面上で、患者（被撮影者）の撮影部位の位置合わせを行っている。このオフセット読み出し動作「Ｆ」において取得したオフセット画像データは、この後いつＸ線が照射されるのかわからないため、最新の２画像分のオフセット画像データだけを順次オフセット画像データ用メモリ２０１，２０２に記憶する。

患者の位置合わせが終了し撮影の準備が整ったならば、Ｘ線技師（撮影者）は制御回路１０８を介して曝射命令を発する。制御回路１０８から曝射命令を受けた撮像装置は、照射期間「Ｘ」における第１の蓄積動作に遷移する。第１の蓄積動作によって蓄積された電気信号は第１の読み出し期間「Ｈ」における第１の読み出し動作によって画像データを取得する。この際の画像データは画像データ用メモリ２０３に記憶される。

図５（Ａ）に示す例では、後述する信号処理で用いるオフセット画像データは、画像データの読み出し動作を行う第１の読み出し期間「Ｈ」の前にオフセット画像データ用メモリ２０１，２０２に記憶されている２画像分のオフセット画像データが用いられる。

また、図５（Ｂ）に示すように、第１の読み出し期間「Ｈ」の後のウェイト期間「Ｗ」における第２の蓄積動作とオフセット読み出し期間「Ｆ」における第２の読み出し動作によって取得されたオフセット画像データを用いて後述する信号処理を行ってもよい。したがって、画像データの取得動作の直後に補正された画像データは得られないものの、画像データの取得動作の前には、オフセット画像データ用メモリ２０１，２０２への記憶作業が不要となる。

また、図５（Ｃ）に示すように、画像データの取得動作の前、及び後１回ずつオフセット画像データの取得動作を行って取得されたオフセット画像データを用いて後述する信号処理を行ってもよい。図５（Ｃ）に示す例では、画像データの取得動作の前においては、オフセット画像データを取得する毎に第１のオフセット画像データ用メモリ２０１のデータを更新する。そして、画像データの取得動作の後に取得されたオフセット画像データは第２のオフセット画像データ用メモリ２０２に格納する。

ＣＰＵ１０７のデータバスは、適宜３つのメモリ２０１、２０２、２０３を選択可能なように３つのメモリ２０１、２０２、２０３のデータ線に接続されている。

ここで、オフセット補正後の画像において、ラインノイズの低減が画質の向上の観点から重要である。加えて、ランダムノイズに対するラインノイズの割合が大きい場合には、画質評価において違和感を生じる場合があることからランダムノイズに対するラインノイズの比の低減も画質の向上の観点から重要である。これらが簡易な補正によって成されるとなお良い。

以下に、本実施形態における撮像装置でのオフセット補正方法について説明する。なお、上述した撮像装置においては、説明の便宜上、変換回路１０１内の画素の行列数を３行３列であるとしたが、以下では画素の行列数は８行８列として説明する。

図６は、本実施形態における補正用オフセット画像データの生成方法の一例を示す図である。図６（Ａ）〜（Ｄ）は、２画像分のオフセット画像データから、オフセット補正に用いる、すなわち画像データとの減算処理に用いる補正用オフセット画像データを生成する例を示す概念図である。ここでは、生成される補正用オフセット画像データが本発明における第３の電気信号群に相当するものとして説明する。本実施形態では、２画像分のオフセット画像データから、各画素（変換素子）の各々に対して、１つの暗出力画素信号に基づくオフセットデータを抽出し、それらを用いて再合成することにより補正用オフセット画像データを生成する。

図６（Ａ）に示す例では、８行８列分の画素の第１のオフセット画像データ３０１、第２のオフセット画像データ３０２から、８行８列分の画素の補正用オフセット画像データ３０３を生成する。第１のオフセット画像データ３０１、第２のオフセット画像データ３０２は、それぞれ第１のオフセット画像データ用メモリ２０１、第２のオフセット画像データ用メモリ２０２に記憶されたオフセット画像データである。

図６（Ａ）において、オフセット画像データ３０１、３０２の一つの格子は、２次元アレー状に配列された画素（変換素子）の暗出力画素信号に基づくオフセットデータである。それぞれの画素毎のオフセットデータは、オフセット画像データ用メモリ２０１、２０２からデータバスを介してＣＰＵ１０７に取り込まれる。ＣＰＵ１０７では、取り込んだ２画素分のオフセット画像データ３０１，３０２の画素毎の出力を交互に抽出し、補正用オフセット画像データ３０３を新たに生成する。

図６（Ａ）では、補正用オフセット画像データ３０３は、オフセット画像データ３０１、３０２の各画素のオフセットデータを、縦方向且つ横方向に交互に配列されるように抽出し再合成されている。ここで、変換手段の駆動配線が設けられる行方向に対し垂直方向を縦方向と称し、行方向に対し水平方向を横方向と称す。すなわち、補正用オフセット画像データ３０３は、オフセット画像データ３０１から抽出されたある画素のオフセットデータの隣に、オフセット画像データ３０２から抽出されたある画素の隣の画素のオフセットデータが用いられるように、再合成されて生成される。

なお、図６（Ｂ）に示す補正用オフセット画像データ３０４のように、オフセット画像データ３０１、３０２の各画素のオフセットデータを、横方向だけ交互に配列されるように並べても良い。

また、図６（Ｃ）に示す補正用オフセット画像データ３０５のように、オフセット画像データ３０１、３０２の各画素のオフセットデータを無作為（ランダム）に抽出して再合成し、補正オフセット画像データとして良い。ただし、この場合には、横方向に並ぶ画像データは、オフセット画像データ３０１、３０２から同数又は略同数ずつ抽出されていることが望ましい。また、補正用オフセット画像データの各画素のオフセットデータは、同数又は略同数のオフセット画像データ３０１からのオフセットデータとオフセット画像データ３０２からのオフセットデータから構成されても良い。逆に、図６（Ｄ）に示す補正用オフセット画像データ３０６のように、補正用オフセット画像データ３０６を構成するオフセット画像データ３０１からのオフセットデータの数とオフセット画像データ３０２からのオフセットデータの数が違っていても良い。

本実施形態では、２画素分のオフセット画像データ３０１、３０２から補正用オフセット画像データを生成する際には、行方向においてオフセット画像データ３０１からのオフセットデータとオフセット画像データ３０２からのオフセットデータを用いて生成する。言い換えれば、オフセット画像データ３０１又は３０２において、１行分のオフセットデータのすべてが抽出されることがないようにして補正用オフセット画像データを生成する。また、補正用オフセット画像データにおいては、横方向において同じオフセット画像データ３０１、３０２からのオフセットデータが隣り合わないことが望ましい。

また、オフセット画像データ３０１、３０２の各オフセット画像データの平均値が同じになるような補正を行うと、補正用オフセット画像データの生成時に平均値の違いによって生じるノイズの増加が抑えられる。

また、図７に示すように、オフセット画像データ３０１、３０２に対して、画素加算やフィルター処理等の補正処理を施したオフセット画像データ３１１、３１２を用いて、前述の方法で補正用オフセット画像データ３０７を生成しても良い。

そして、ＣＰＵ１０７は、生成された補正用オフセット画像データと、画像データ用メモリ２０３に格納されている画像データとを用いて、更に画素毎に減算処理を行う。このようにして、画像データから補正用オフセット画像データを減算して得られたデータがオフセット補正後の補正画像データとなる。

以上のようにして、画像データは、オフセット補正されるとともに、ランダムノイズに対するラインノイズの比及びラインノイズが抑制された良好な補正画像データとなる。

例えば、各オフセット画像データ３０１，３０２において、ランダムノイズがσ_randomと、ラインノイズがσ_Lineとそれぞれ等しいと仮定すると、ランダムノイズに対するラインノイズの比は、（σ_Line／σ_random）となる。それに対して、本実施形態では、図６（Ａ）に示される補正用オフセット画像データのラインノイズが、概ね（σ_Line／√２）になる。そのため、補正用オフセットのランダムノイズに対するラインノイズの比は、（１／√２）×（σ_Line／σ_random）となる。この補正用オフセット画像データを用いて画像データを減算補正すると、オフセット画像データ３０１，３０２の一方だけを直接減算処理に用いて画像データから減算する場合に比べて、より高品質な補正画像が得られる。

例えば、画像データのランダムノイズ、ラインノイズがオフセット画像データのそれと同様の値であったとする。従来の補正法の一例であるオフセット画像データ３０１，３０２の一方だけを直接減算処理に用いて画像データから減算する場合、オフセット補正後の補正画像データのノイズは次のようになる。従来の補正法によるオフセット補正後の補正後画像データのノイズは、ラインノイズが（√２）σ_Lineとなり、ランダムノイズに対するラインノイズの比が（σ_Line／σ_random）となる。それに対して、本実施形態によるオフセット補正後の補正後画像データのノイズは、ラインノイズが（（√３）／（√２））σ_Lineとなり、ランダムノイズに対するラインノイズの比が（（√３）／２）×（σ_Line／σ_random）となる。

オフセット画像データを直接減算処理に用いる従来の手法に対して、本実施形態におけるラインノイズ、及びランダムノイズに対するラインノイズの比は、（（√３）／２）＝０．８６６倍に低減される。

図８（Ａ）は、実際に前述の従来の手法（一般例）と本実施形態を適用した場合のラインノイズの比を示している。同様に、図８（Ｂ）は、従来の手法（一般例）と本実施形態を適用した場合のランダムノイズに対するラインノイズの比を示している。

図８（Ａ）及び（Ｂ）から明らかなように、本実施形態では、ラインノイズ、及びランダムノイズに対するラインノイズの比が従来の手法に比べて改善していることがわかる。また、図８（Ａ）に示されるように、本実施形態によれば、実際にラインノイズが低減された良好な画像が提供されることがわかる。また、図８（Ｂ）に示されるように、本実施形態によれば、ランダムノイズに対するラインノイズの比が低減され、ラインノイズの影響がより目立たなくなった画像が提供されることがわかる。特に、画質においてラインノイズによるスジが目立ちやすくなる（σ_Line／σ_random）＞０．１となる場合に、最終的な画質評価においてラインノイズ、及びランダムノイズに対するラインノイズの比が改善された効果が得られやすい。

第１の実施形態によれば、複雑な処理を行うことなく簡略な処理で、撮影を行うに際して撮像装置内で発生するオフセット成分を補正し、且つラインノイズ、及びランダムノイズに対するラインノイズの比が抑制された良好な画像を得ることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態では、補正用オフセット画像データを生成するためのオフセット画像データを３画像分以上取得してラインノイズを低減する。すなわち、３画像分以上のオフセット画像データを用いて補正用オフセット画像データを生成する。

なお、補正用オフセット画像データの生成方法以外は、第１の実施形態と同様であるので説明は省略し、以下では、第２の実施形態における補正用オフセット画像データの生成方法についてのみ説明する。ただし、信号処理回路１０６は、補正用オフセット画像データの生成に使用するオフセット画像データの数以上のオフセット画像データ用メモリを有している。

図９は、第２の実施形態における補正用オフセット画像データの生成方法を示す図である。第２の実施形態では、信号処理回路１０６は、補正用オフセット画像データ４０１の画素毎のオフセットデータを、Ｎ画像分のオフセット画像データからそれぞれ対応する画素のオフセットデータをランダムに抽出して、補正用オフセット画像データ４０１を生成する。なお、第１の実施形態と同様に、各オフセット画像データを取得するタイミングは、画像データを取得するタイミングの前後どちらであっても良い。また、Ｘ線技師（撮影者）は、最終的な補正画像を見てラインノイズが気になった場合、制御回路１０６を用いて補正用オフセット画像データ４０１を生成するために用いるオフセット画像データ数を自由に増やすよう指示することができる。その際のオフセット画像データ数は、信号処理回路１０６が有するオフセット画像データ用メモリの量が上限となる。

ここで、Ｎ画像分のオフセット画像データの各々から同数の画素毎のオフセットデータを抽出して、補正用オフセット画像データ４０１を作成したとする。さらに、すべてのオフセットデータにおいて、ランダムノイズがσ_randomと、ラインノイズがσ_Lineとそれぞれ等しいと仮定する。このとき、補正用オフセット画像データのラインノイズが（σ_Line／√Ｎ）、補正用オフセット画像データのランダムノイズに対するラインノイズの比は、（１／√Ｎ）×（σ_Line／σ_random）となる。

またここで、画像データのランダムノイズ及びラインノイズがオフセット画像データと同様の値であったとする。この場合には、第２の実施形態によれば、オフセット補正後の補正後画像データのノイズは、ラインノイズが（√（（Ｎ＋１）／Ｎ））σ_Line、ランダムノイズに対するラインノイズの比が（√（（Ｎ＋１）／Ｎ））×（σ_Line／σ_random）となる。したがって、補正に用いるオフセットデータの数を増やすことで、オフセット画像データの取得に必要な時間及びメモリ容量は増大するが、オフセット補正後のラインノイズ、及びランダムノイズに対するラインノイズの比を低減し良好な画像を得ることができる。

なお、取得したオフセット画像データ中で補正用オフセット画像データの生成に使用しないオフセットデータをオフセットメモリに記憶させないことで、補正用オフセット画像データと同量のメモリ量さえあれば、補正用オフセット画像データを生成可能である。この場合、オフセット画像データの取得に必要な時間が増大するだけで、オフセット補正後の画像におけるラインノイズ、及びランダムノイズに対するラインノイズの比を低減することができる。

次に、前述した各実施形態に係る撮像装置を適用した撮像システムについて説明する。
図１０は、撮像システムの構成例を示す図である。

図１０において、Ｘ線チューブ６０５０で発生したＸ線６０６０は患者又は被験者６０６１の胸部６０６２を透過し、本発明の実施形態に係る撮像装置を内部に備えたイメージセンサ６０４０に入射する。イメージセンサ６０４０に、前述の実施形態における変換回路１０１、駆動回路１０２、読み出し回路１０５、及び信号処理回路１０６が含まれている。この入射したＸ線には患者６０６１の体の内部の情報が含まれている。Ｘ線の入射に対応してシンチレータ（蛍光体）は発光し、これを変換回路１０１の光電変換素子Ｓｍ−ｎが光電変換して、電気的情報を得る。

イメージセンサ６０４０は、この情報を電気信号（デジタル信号）としてイメージプロセッサ６０７０に出力する。イメージプロセッサ６０７０は、受信した信号に対して画像処理を施して、制御室のディスプレイ６０８０に出力する。ユーザは、ディスプレイ６０８０に表示された画像を観察して、患者６０６１の体の内部の情報を得ることができる。なお、イメージプロセッサ６０７０は、各種制御機能も有しており、動画／静止画の撮影モードを切り換えたり、Ｘ線チューブ（放射線発生装置）６０５０の制御を行ったりすることも可能である。

また、イメージプロセッサ６０７０は、イメージセンサ６０４０から出力された電気信号を電話回線６０９０等の伝送処理手段を介して遠隔地へ転送し、ドクタールーム等の別の場所にあるディスプレイ６０８１に表示することもできる。また、イメージセンサ６０４０から出力された電気信号を光ディスク等の記録手段に保存し、この記録手段を用いて遠隔地の医師が診断することも可能である。また、フィルムプロセッサ６１００によりフィルム６１１０に記録することもできる。

なお、前述した各実施形態において、光電変換素子の構造は、特に限定されるものではない。例えば、絶縁基板上のアモルファスシリコンを主材料とし、放射線を光電変換体が感知可能な波長帯域の光に変換する波長変換体と、その光を受光して電荷に変換する光電変換体を有する光電変換素子が用いられてもよい。このような素子としては、例えば、アクセプタ不純物をドープしたＰ層と、真性半導体層であるＩ層と、ドナー不純物をドープしたＮ層と、を有するＰＩＮ型の光電変換素子があげられる。また、基板上に金属薄膜層、電子及び正孔の通過を阻止するアモルファス窒化シリコンからなる絶縁層、水素化アモルファスシリコンからなる半導体層、正孔の注入を阻止するＮ型の不純物半導体層、導電層が順に形成されたＭＩＳ型の光電変換素子等が挙げられる。

ＭＩＳ型の光電変換素子では、導電層は透明導電層であってもよく、また、導電層が注入阻止層上の一部に形成されていてもよい。変換素子として、これらの光電変換素子が用いられ、波長変換体が必要とされる場合、波長変換体としては、例えばＧｄ₂Ｏ₂Ｓ、Ｇｄ₂Ｏ₃又はＣｓＩを主成分とする蛍光体を用いることができる。更に、変換素子として、波長変換体を用いずに半導体層の材料としてアモルファスセレン、ガリウム砒素、ヨウ化鉛又はヨウ化水銀を含有し、照射された放射線を吸収し直接電気信号に変換する素子を用いてもよい。

また、読み出し回路１０５の構成も特に限定されるものではない。例えば、変換回路１０１から読み出した信号を増幅する増幅手段と、この増幅手段により増幅された信号を蓄積する蓄積手段と、この蓄積手段により蓄積された信号をシリアル変換するシリアル変換手段と、を有する読み出し回路１０５を適用することができる。

（本発明の他の実施形態）
前述した実施形態の機能を実現するべく各種のデバイスを動作させるように、該各種デバイスと接続された装置又はシステム内のコンピュータ（ＣＰＵ又はＭＰＵ）に対し、前記実施形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムを供給する。そして、そのシステム又は装置のコンピュータに格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
また、この場合、前記ソフトウェアのプログラム自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラム自体は本発明を構成する。また、そのプログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムを記憶する記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
また、供給されたプログラムがコンピュータにおいて稼働しているオペレーティングシステム又は他のアプリケーションソフト等と共同して前述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。
さらに、供給されたプログラムがコンピュータに係る機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムの指示に基づいてその機能拡張ボード等に備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行う。その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることは言うまでもない。
例えば、制御回路１０８及び信号処理回路１０６の機能を、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを有するコンピュータ機能により実現する。そして、前述したような処理動作を行うための処理プログラムをＲＯＭに記憶しておき、ＣＰＵが、ＲＯＭから処理プログラムを読み出して実行することで、前述した処理動作を実現するための制御を行う場合も本発明に含まれる。

なお、前記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１０１：変換回路 １０２：駆動回路 １０３：シフトレジスタ １０５：読み出し回路 １０６：信号処理回路 １０７：ＣＰＵ １０８：制御回路 ２０１、２０２：オフセット画像データ用メモリ ２０３：明画像データ用メモリ ３０１、３０２：オフセット画像データ ３０３〜３０７：補正用オフセット画像データ Ｓ１−１〜Ｓ３−３：光電変換素子 Ｔ１−１〜Ｔ３−３：スイッチ素子 Ｇ１〜Ｇ３：駆動配線 Ｍ１〜Ｍ３：信号配線

Claims (13)

1. 放射線又は光を電荷に変換する画素が行列状に複数配列された変換手段と、
   前記変換手段から前記電荷に応じた電気信号が行単位で出力された電気信号群を処理する信号処理手段と、
   放射線が照射された前記変換手段から前記電気信号群として第１の電気信号群を出力する第１の読み出し動作とは別に、前記変換手段から前記電気信号群として第２の電気信号群を出力する第２の読み出し動作を、複数回実行する制御手段と、
   を備え、
   前記信号処理手段は、複数の前記第２の電気信号群のうちの１つの前記第２の電気信号群から少なくとも１つの画素に対応する電気信号を抽出して第３の電気信号群を生成し、前記第３の電気信号群と前記第１の電気信号群とを用いて減算処理することを特徴とする撮像装置。
2. 前記信号処理手段は、前記第２の電気信号群に補正処理を施し、補正処理された前記第２の電気信号群を用いて前記第３の電気信号群を生成することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記信号処理手段は、１つの前記第２の電気信号群の電気信号が各行方向において隣り合わないように抽出して前記第３の電気信号群を生成することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
4. 前記信号処理手段は、２つの前記第２の電気信号群の電気信号が行方向及び列方向に交互になるように抽出して前記第３の電気信号群を生成することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
5. 前記信号処理手段は、複数の前記第２の電気信号群から前記電気信号をランダムに抽出して前記第３の電気信号群を生成することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
6. 前記信号処理手段は、複数の前記第２の電気信号群の各々から略同数の前記電気信号を抽出して前記第３の電気信号群を生成することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の撮像装置。
7. 前記制御手段は、前記第１の読み出し動作の前と後に少なくとも１回ずつ前記第２の読み出し動作を実行することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の撮像装置。
8. 前記変換手段は、
   画素毎に設けられた放射線又は光を電荷に変換する変換素子に対応して設けられたスイッチ素子と、
   前記変換手段を駆動する駆動手段と行方向の複数の前記スイッチ素子に共通に接続された駆動配線と、
   前記変換素子の電荷に応じた電気信号を読み出して複数の前記変換素子に応じた前記電気信号群を出力する読み出し手段と列方向の複数の前記スイッチ素子に共通に接続された信号配線とを有することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の撮像装置。
9. 前記変換素子は、入射する放射線を光に波長変換するための波長変換体と、前記光を前記電荷に変換するための光電変換素子とを有することを特徴とする請求項８記載の撮像装置。
10. 前記駆動手段と前記読み出し手段とを更に有することを特徴とする請求項８記載の撮像装置。
11. 請求項１〜１０の何れか１項に記載の撮像装置と、
    放射線を発生する放射線発生装置とを有することを特徴とする撮像システム。
12. 放射線又は光を電荷に変換する画素が行列状に複数配列された変換手段から前記電荷に応じた電気信号が行単位で出力された電気信号群を処理する撮像装置の信号処理方法であって、
    放射線が照射された前記変換手段から前記電気信号群として第１の電気信号群を出力する第１の読み出し動作とは別に、前記変換手段から前記電気信号群として第２の電気信号群を出力する第２の読み出し動作を、複数回実行する工程と、
    複数の前記第２の電気信号群のうちの１つの前記第２の電気信号群から少なくとも１つの画素に対応する電気信号を抽出して第３の電気信号群を生成する工程と、
    前記第３の電気信号群と前記第１の電気信号群とを用いて減算処理する工程と、
    を実行することを特徴とする信号処理方法。
13. 放射線又は光を電荷に変換する画素が行列状に複数配列された変換手段から前記電荷に応じた電気信号が行単位で出力された電気信号群を処理する撮像装置の信号処理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、
    放射線が照射された前記変換手段から前記電気信号群として第１の電気信号群を出力する第１の読み出し動作とは別に、前記変換手段から前記電気信号群として第２の電気信号群を出力する第２の読み出し動作を、複数回実行するステップと、
    複数の前記第２の電気信号群のうちの１つの前記第２の電気信号群から少なくとも１つの画素に対応する電気信号を抽出して第３の電気信号群を生成するステップと、
    前記第３の電気信号群と前記第１の電気信号群とを用いて減算処理するステップと、
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。

Images