JP2013255040A - 撮像装置、撮像システム、撮像装置の制御方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 周辺画素の統計的性質と欠陥画素の統計的性質とが同じになるように欠陥画素を補正すること。
【解決手段】 撮像装置は、画素単位で電荷を蓄積し、蓄積した電荷量に対応した画像信号を出力する撮像部と、撮像部から各画素の画像信号を設定された繰り返し回数の読出しにより取得し、同一画素から読出された画像信号を平均化した画像データを各画素について算出し、画像データを各画素の特性として有する画像を生成する生成部と、欠陥画素の位置を示す情報を用いて、撮像手段の欠陥画素の位置を特定し、欠陥画素の周辺に位置する設定された個数の画素の画像信号を平均化した補正データを生成して、前記画像データを補正する補正部と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像装置、撮像システム、撮像装置の制御方法およびプログラムに関する。

人体もしくは物体を透過するＸ線強度の空間分布を画像化することにより内部構造を観察するために、Ｘ線画像のデジタル画像が一般化している。特に医療分野においては、人体など比較的大きな物体内部をデジタル画像で観察するために、大判の平板半導体撮像装置（フラットパネルディテクタ；以下「ＦＰＤ」）が用いられている。ＦＰＤを用いることによって、Ｘ線強度分布をデジタル化したデジタル医用Ｘ線画像を得ることができる。

医用Ｘ線画像の一般的な特徴の一つとして、画像に重畳するノイズの多さがあげられる。これは、被写体の放射線被ばくを低減する目的でＸ線量を極力低くするために、画像化すべきＸ線強度の弱い部分が１ｍｍ^２あたり数個〜数百個の単位で観測されるエネルギー量子として扱われるレベルになっていることに由来する。このような元来ノイズの多い医用Ｘ線画像から最大限の情報を引出し医用診断に用いるためには、ＦＰＤおよび周辺の電気回路で発生するいわゆるシステムノイズは極力少なくすることが必要とされる。

また、医用Ｘ線画像の別の特徴として、必要なＸ線強度分布情報のダイナミックレンジが広いことも挙げられる。通常、人体等の被写体のＸ線透過率の低いところはＸ線透過率の高いところの数千分の１になる場合があり、画像を単純に観察する目的であればＸ線の強い部分を飽和させることで対応できる。しかし、Ｘ線ＣＴなどの数値演算に用いるためにはＸ線強度分布の線形性が必要になるため、広いダイナミックレンジが必要になる。

Ｘ線画像において、システムノイズの低下、および、ダイナミックレンジの拡張、という２つの目的達成のために、電荷蓄積された画素情報を同一電圧値として複数回読みだすことが可能なセンサを用いることが有用である。具体的には、複数の非破壊読出し画像の合成によりノイズのより少ない、もしくはダイナミックレンジが拡張された合成画像を作成する。この非破壊読出し技術は、特許文献１および特許文献２に提示されている。

一方、別の従来技術として、ＦＰＤの欠陥画素を補正する技術がある。ＦＰＤは半導体製造プロセスで製造されるため、製造過程の偶発的な事象もしくは部分的な不純物の混入等によりダイオードもしくはトランジスタもしくは配線部分に不具合が生じ、特定の画素が光に反応しない場合がある。これを欠陥画素と称して、対応する特定の画素から得られる画素値をもちいることができない。通常は欠陥画素に相当する画素値は、周辺の正常な画素値から推定して設定される。もっとも典型的であり数学的に安定した推定値は周辺画素の平均である。例えば、図９で示すように画素p11が欠陥画素であり、周辺画素p00、p01、p02、p10、p12、p20、p21、p22が正常である場合に、欠陥画素の補正値p11’は次式（ａ）で計算できる。

p11’ ＝ (p00+p01+p02+p10+p12+p20+p21+p22)÷８ ・・・（ａ）
別の例で、例えば、図１０に示すように、一連の画素p01、p11、p21が欠陥画素である場合の欠陥画素の補正値p11’は次式（ｂ）で計算できる。

p11’ ＝ (p00+p02+p10+p12+p20+p22)÷６ ・・・（ｂ）

特開昭６２-８５５８５号公報 特許第２９６６９７７号公報 特許第４５３２７３０号公報

欠陥画素補正は、不明である欠陥画素値に対する平均値としての最尤値を出力するための手法であるが、平均値である故の問題点がある。前述のように、一般に医用Ｘ線画像は少ないエネルギー量子数によって表現されるためノイズの多い画像である。平均による欠陥画素の補正により画素値のノイズは実質的に軽減されるが、Ｘ線画像の統計的性質として妥当ではない値になりうる。欠陥画素が単独で孤立して存在する場合は問題とならない場合が多いが、図１０のように欠陥画素が連なって欠陥画素群を呈している場合は、周囲の補正していない画素群との比較で、その統計的性質の違いが問題になる。

具体的な影響としては、例えば、欠陥画素群がライン状に存在する場合の補正結果として、補正したラインのノイズ量が周辺画素のノイズ量と異なるため、なめらかな線状の領域が観察者に観察され得る。例えば、図１０のようなライン状の欠陥画素群が存在し、欠陥補正を（ｂ）式の方法で行った場合を想定する。周辺の画像に含まれるランダムノイズのパワー（分散値）をσ²で表現すると、欠陥画素群のランダムノイズのパワーはσ²／６に減少する。このため、ライン状の欠陥画素群を単純に周辺の平均値で補正した場合、補正された画素値は信頼性の高い最尤値であるが、ランダムノイズは周辺の画素に比べて減少する。比較的なめらかな線分が顕著になり、観察者に欠陥画素であることが明白に感知される可能性が高くなる。

この課題に対して、例えば、特許文献３は統計的性質を保持する目的で平均する周辺画素数を変化させた上に、ゆらぎを加えるなどの操作を提案している。しかしながら、特許文献３による手法では、欠陥画素補正本来の目的である信頼性の高い最尤値を求める演算から逸脱し、正確な欠陥画素補正（推定）ではなくなっている。

本発明は、上記の課題を鑑みて、周辺画素の統計的性質と欠陥画素の統計的性質とが同じになるように欠陥画素を補正することが可能な撮像技術の提供を目的とする。

上記の目的を達成する本発明の一つの側面に係る撮像装置は、画素単位で電荷を蓄積し、蓄積した電荷量に対応した画像信号を出力する撮像手段と、
前記撮像手段から各画素の画像信号を設定された繰り返し回数の読出しにより取得し、同一画素から読出された画像信号を平均化した画像データを各画素について算出し、前記画像データを前記各画素の特性として有する画像を生成する生成手段と、
欠陥画素の位置を示す情報を用いて、前記撮像手段の欠陥画素の位置を特定し、当該欠陥画素の周辺に位置する設定された個数の画素の画像信号を平均化した補正データを生成して、前記画像データを補正する補正手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、周辺画素の統計的性質と欠陥画素の統計的性質とが同じになるように欠陥画素を補正することが可能になる。

実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図。 実施形態に係る撮像装置の演算を模式的に説明する図。 実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図。 実施形態の撮像装置で撮像したＸ線画像のＳ／Ｎ比を説明する図。 実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図。 非破壊読出し可能なＦＰＤの等価回路を示す図。 非破壊読出しを利用したノイズ低減回路の構成を示す図。 非破壊読出しを利用したダイナミック拡張回路の構成を示す図。 従来の画素欠陥方法を説明するための図。 従来の画素欠陥方法を説明するための図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

図６は、同じ電圧値を複数回取り出すこと（非破壊読出し）が可能なフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）の等価回路を示す図である。ＦＰＤは画素単位で電荷を蓄積し、蓄積した電荷量に対応した画像信号を出力する。破線で囲われた部分が１画素に相当するブロックであり、ブロックが縦・横のマトリックス状に配置されている。１画素に相当する各ブロックには光を検知するフォトダイオード１０２とフォトダイオード１０２によって得られた電気エネルギーを電荷として蓄積するキャパシタ１０３が接続されている。蓄積された電荷はキャパシタ１０３上で電圧として検知され、当該電圧は、符号１０４で示すトランジスタと負荷で構成されるソースフォロアアンプによって出力される。

このソースフォロアアンプの特徴は、入力インピーダンスが高いため、キャパシタ１０３中に蓄えられた電荷を消費しないという特徴がある。順次行選択用のシフトレジスタ１０１の出力がトランジスタ１０５のゲートに入力されることにより各キャパシタ１０３からの電圧は、順次列選択用のマルチプレクサ１０９に伝えられる。

シフトレジスタ１０１により選択された１行、およびマルチプレクサ１０９により選択された１列の電圧データは、ゲインＡを持つアンプ１０７を介して、符号１０６で示す信号として順次出力される。ここで、ソースフォロアアンプ１０４は電荷を消費しないため、同じ電圧を複数回取り出すことが可能である。このため、ＦＰＤを構成する各画素の画像信号（電圧）を複数回読出した場合でも、それぞれの読出し回において、同じ画像信号（電圧）を読出すことが可能である。このような画像信号（電圧）の読出しを「非破壊読出し」という。トランジスタ１０８は、キャパシタ１０３に蓄積された電荷が不要になった場合に１画素に相当する各ブロックをリセットし、別の電荷蓄積可能な初期状態に戻すことが可能である。

図７は、非破壊読出し可能なＦＰＤを利用して複数回読み出される１画素に相当する各ブロックのデータ（非破壊画像）を合成し、システムノイズの少ない合成画像を生成する撮像装置のブロック図である。ＦＰＤ７１は図６で示したＦＰＤの全体を表している。ＦＰＤ７１の１画素に相当する各ブロックからの出力電圧は符号１０６で示す信号として出力される。

撮像装置の全体を制御するコントローラ７９は、画素の電荷を蓄積する直前のタイミングでNew_page信号を出力してＦＰＤ７１の各ブロックに蓄積された電荷をリセット（reset）する。また、コントローラ７９は、非破壊読出しをするタイミングでRead_image信号を出力する。コントローラ７９から出力されるRead_image信号を受信すると、非破壊読出しを行う回数を計数する。カウンタ７４は非破壊読出しを行う回数を計数する。カウンタ７４はコントローラ７９から出力されるNew_page信号を受信すると、計数値を０にクリアする。

Ａ/Ｄ(アナログ/デジタル)変換器７２は、ＦＰＤ７１からの出力電圧（非破壊画像情報）である信号１０６をデジタル値に変換し、平均計算部７３へデジタル値を出力する。平均計算部７３は、２つのデータ入力ａおよびｂをもち、平均を求めるためのカウント数Ｎをもとに、cで示す値（平均値）を出力する。平均計算部７３の出力値ｃは下記の（１）式で計算される。平均計算部７３は、（１）式の計算において、浮動小数点演算を用いることが可能である。

ｃ＝ｂ＋（ａ−ｂ）/Ｎ (Ｎ≧１) ・・・・（１）
平均計算部７３の出力cは画像メモリ７５へ入力され、記憶される。画像メモリ７５はコントローラ７９から出力されるNew_page信号を受信すると、画像メモリ７５の内容をすべて０にクリアすることが可能である。画像メモリ７５に記憶された画素値は、次の非破壊読出し時に順次読みだされ、平均計算部７３へ入力される（データ入力ｂ）。画像メモリ７５には非破壊読出し画像の平均値（ｃ）が記憶される。画像メモリ７５から信号線７６に合成画像として非破壊読出しの平均画像が出力され、システムノイズの少ない合成画像データが得られる。

図８は、ＦＰＤを利用して複数回読み出される１画素に相当する各ブロックのデータ（非破壊画像）を合成し、ダイナミックレンジを拡張した合成画像を生成する撮像装置のブロック図である。図８において、図７と同じ機能のブロックには同じ符号を付し、各ブロックの重複する機能については説明を省略する。

ゲイン制御器８８は、非破壊読出しをするタイミングでコントローラ７９から出力されるRead_image信号を受信すると、このタイミングに合わせて、ＦＰＤ７１に対するゲイン値を出力する。ゲイン値は予めａ１、ａ２、・・・等と異なる値のゲイン値が設定されており、ゲイン制御器８８はこれらのゲイン値をgain出力信号線を介してＦＰＤ７１に出力する。

ＦＰＤ７１は、図６で説明した出力の最終段に設けられているアンプ１０７のゲインＡを、ゲイン制御器８８から出力されたゲイン値に従って設定する。Ａ/Ｄ(アナログ/デジタル)変換器７２は、信号１０６を変換したデジタル値を積和平均計算部８０に出力する。ゲイン制御器８８は、各ゲイン値ａ１、ａ２、・・・に合わせてアンプ出力が飽和してＡ／Ｄ変換出力が使用不可能になる画素値ｓ１、ｓ２・・・を予め保持しておき、積和平均計算部８０に出力する。ここで、ゲイン制御器８８から積和平均計算部８０に入力される画素値ｓ１、ｓ２・・・を代表して「ｓ」と表記する。また、ゲイン制御器８８から積和平均計算部８０に入力されるゲイン値ａ１、ａ２、・・・を代表して「Ｇ」と表記する。

積和平均計算部８０は、Ａ/Ｄ(アナログ/デジタル)変換器７２の出力値ａに、ゲイン値Ｇ＝｛ａ１、ａ２、・・・｝の逆数を乗じた加重平均に基づき、以下の（２）、（３）の演算を行う。積和平均計算部８０は下記の演算で算出される値ｄを出力する。積和平均計算部８０は、（２）、（３）式の計算において、浮動小数点演算を用いることが可能である。

ｄ＝ｂ （ａ≧ｓ） ・・・・(２)
ｄ＝ｂ＋（ａ／Ｇ−ｂ）／Ｎ（ａ＜ｓ） ・・・・(３)
ゲイン制御器８８は、非破壊読出しをするタイミングでコントローラ７９から出力されるRead_image信号を受信すると、予め設定されているゲイン値をａ１、ａ２、・・・の順に更新して出力する。各ゲイン値の大小関係としては、ａ１≦ａ２≦ａ３・・・（ｓ１≧ｓ２≧ｓ３・・・）となることが要求される。最終的に符号７６の信号線にＮ回の非破壊読出しにおいてダイナミックレンジが拡張された合成画像が出力される。ここで、ａ１＝ａ２＝ａ３・・・（ｓ１＝ｓ２＝ｓ３・・）となる場合は図７と同機能の装置になる。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図であり、図７と同様のブロックには同一の参照番号を付し、その説明は省略する。本実施形態では、ＦＰＤから各画素の画像信号を設定された繰り返し回数（例えば、Ｎ≧１：Ｎは整数）の読出しにより取得する。そして、同一画素から読出された画像信号を平均化した画像データを各画素について算出し、画像データを前記各画素の特性として有する画像を生成する。図１において、画素欠陥補正部１１は周辺に位置する設定された個数の画素の画素値の平均（算術平均）により補正データを生成し画素欠陥補正を行う。ＦＰＤ７１の欠陥画素の位置情報（欠陥画素位置情報（アドレス））は予め欠陥画素位置記憶部１２に登録されている。画素欠陥補正部１１は欠陥画素位置記憶部１２に登録されている欠陥画素位置情報（アドレス）を読出し、ＦＰＤ７１上の欠陥画素の位置を特定し、欠陥画素の周辺画素の画素値の平均（算術平均）によって補正データを生成し欠陥画素の画素値を補正する。周辺画素の平均（算術平均）を用いるため、画素欠陥補正部１１は少なくとも３ライン分の画像メモリを含む必要があるが、好適には１画像分のメモリを保有し、周辺画素の平均演算を行うことが望ましい。画素欠陥補正部１１には、Ａ/Ｄ(アナログ/デジタル)変換器７２から出力される画素値ａと、カウンタ７４の出力である非破壊読出し画像の番号Ｎと、が入力される。

本実施形態では、例として、ＦＰＤから各画素の画像信号を設定された繰り返し回数（例えば、４回）の読出しにより取得し、４枚の非破壊読出し画像の平均を出力する場合を説明する。この場合、１枚分の非破壊読出し画像のシステムノイズのパワー（分散値）をσ²とすると、４枚平均の出力画像のシステムノイズのパワーはσ²/４に減少する。したがって、画素欠陥補正部１１は、欠陥画素補正に用いる画素数を、Ｎ＝１の場合、周辺４個の非破壊読出し画像として平均（算術平均）を計算すれば、欠陥画素のノイズパワーと周辺画素のノイズパワーとは等しくなる。

図２は撮像装置の演算を模式的に説明する図であり、符号３１〜３４は３画素×３画素の領域のＮ＝１〜４に相当する非破壊読出し画像を表している。４つの非破壊読出し画像から１つの合成画像（符号３５）が生成される。非破壊読出し画像を構成する各画素の画素値は{ｐＹＸ（Ｎ）|Ｙ,Ｘ＝０，１，２；Ｎ＝１〜４} で表現される。合成画像（符号３５）の画素値は非破壊読出し画像の画素値が平均されたものであり、合成画像の画素値ｐＹＸ（ａ）（Ｙ,Ｘ＝０，１，２）は（４）式で計算される。

pYX(A)＝（pYX(1)+pYX(2)+pYX(3)+pYX(4)）÷４ ・・・・（４）
ここで、p11(N)に相当する部分が欠陥画素であり、それ以外の周辺画素が正常な画素であった場合を想定する。画素欠陥補正部１１は、Ｎ＝１の場合のみ周辺４画素で平均（算術平均）を算出し、（４）式の演算がなされた後に、画素欠陥補正部１１はp11(A)の値を（５）式の演算結果で書き換えることにより補正する。

p11(A)＝（p00(1)+p02(1)+p20(1)+p22(1)）÷４ ・・・・（５）
（４）式の合成画像の演算と（５）式の欠陥補正の演算との比較とを比較すると、周辺画素の平均値と欠陥画素の補正値はともに４個の同様の統計的性質をもつ画素値の平均（算術平均）である。このため、欠陥画素補正の統計的性質が同じになり、好適な欠陥画素補正が可能になる。

（変形例）
（５）式の計算では、Ｎ＝１の場合の非破壊読出し画像について、欠陥画素の周辺の４つの画素の画素値を欠陥画素補正に用いているが、本発明の趣旨は、この例に限定されるものではなく、各Ｎの画像の画素値を用いることも可能である。例えば、Ｎ＝１の非破壊読出し画像における画素値をｐ００（１）、Ｎ＝２の非破壊読出し画像における画素値をｐ０２（２）とする。また、Ｎ＝３の非破壊読出し画像における画素値をｐ２０（３）、Ｎ＝４の非破壊読出し画像における画素値をｐ２２（４）とする。非破壊読出し画像の番号Ｎの異なる画像について、欠陥画素の周辺の画素値を用いて、画素欠陥補正部１１は、周辺４の画素の平均からp11(A)を算出する。そして、（４）式の演算がなされた後に、画素欠陥補正部１１はp11(A)の値を（６）式の演算結果で書き換えることも可能である。

p11(A)＝（p00(1)+p02(2)+p20(3)+p22(4)）÷４ ・・・・（６）
（４）式の合成画像の演算と（６）式の欠陥補正の演算との比較とを比較すると、周辺画素の平均値と欠陥画素補正値はともに４個の同様の統計的性質をもつ画素平均である。このため、欠陥画素補正の統計的性質が周辺画素の画素値の統計的性質と同じになり、好適な欠陥画素補正が可能になる。

（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態に係る撮像装置の構成例を示す図であり、図８と同様のブロックには同一の参照番号を付し、その説明は省略する。

図３において、画素欠陥補正部３３は周辺画素の画素値平均による画素欠陥補正を行う。画素欠陥補正部３３は、欠陥画素位置記憶部１２に登録されている欠陥画素位置情報（アドレス）を読出し、ＦＰＤ７１上の欠陥画素の位置を特定し、欠陥画素の周辺の画素の画素値の平均化（加重平均）によって欠陥画素の画素値を補正する。周辺画素の画素値の加重平均を用いるため、画素欠陥補正部３３は少なくとも３ライン分の画像メモリを含む必要があるが、好適には１画像分のメモリを保有し、周辺画素の加重平均演算を行うことが望ましい。画素欠陥補正部３３には、Ａ/Ｄ(アナログ/デジタル)変換器７２から出力される画素値ａと、カウンタ７４の出力である非破壊読出し画像の番号Ｎと、ゲイン制御器の出力Ｇとが入力される。

本実施形態では、例として、４枚の非破壊読出し画像を用いてダイナミックレンジ拡張を行うため、Ｇ＝a1,a2,a3,a4の各ゲイン値を用いて加重平均演算を行う場合を説明する。

画素欠陥補正部３３は、図２で説明した符号３１〜３４の画素値{ ｐＹＸ（Ｎ） | Ｙ,Ｘ＝０，１，２；Ｎ＝１〜４}について、（７）式の加重平均により符号３５の合成画像ｐＹＸ（ａ）（Ｙ,Ｘ＝０，１，２）を求める。
pYX(A)＝（pYX (1)/a1+pYX (2)/a2+pYX (3)/a3+pYX (4)/a4）
÷（1/a1+1/a2+1/a3+1/a4） ・・・・（７）
ここで、p11(N)に相当する部分が欠陥画素であり、それ以外の周辺画素が正常な画素であった場合を想定する。画素欠陥補正部３３は、Ｎ＝１の場合のみ周辺４画素で加重平均を算出し、（７）式の演算がなされた後に、画素欠陥補正部３３は、p11(A)の値を（８）式の演算結果で書き換える。

p11(A)＝（p00(1)/a1+p02(1)/a2+pY20(1)/a3+p22(1)/a4）
÷（1/a1+1/a2+1/a3+1/a4) ・・・・（８）
（７）式の合成画像の演算と（８）式の欠陥画素の補正演算の比較とを比較すると、周辺画素の加重平均値と欠陥画素の補正値はともに４個の同様の統計的性質をもつ画素値の加重平均である。このため、欠陥画素の補正値の統計的性質が周辺画素の画素値の統計的性質と同じになり、好適な欠陥画素補正が可能になる。

（変形例）
（８）式の計算では、Ｎ＝１の場合の非破壊読出し画像について、欠陥画素の周辺の４つの画素の画素値を欠陥画素補正に用いているが、本発明の趣旨は、この例に限定されるものではなく、各Ｎの画像の画素値を用いることも可能である。例えば、Ｎ＝１の非破壊読出し画像における画素値をｐ００（１）、Ｎ＝２の非破壊読出し画像における画素値をｐ０２（２）とする。また、Ｎ＝３の非破壊読出し画像における画素値をｐ２０（３）、Ｎ＝４の非破壊読出し画像における画素値をｐ２２（４）とする。非破壊読出し画像の番号Ｎの異なる画像について、欠陥画素の周辺の画素値を用いて、画素欠陥補正部３３は、周辺４の画素の平均からp11(A)を算出する。そして、（７）式の演算がなされた後に、画素欠陥補正部３３はp11(A)の値を（９）式の演算結果で書き換えることも可能である。

p11(A)＝（p00(1)/a1+p02(2)/a2+pY20(3)/a3+p22(4)/a4）
÷（1/a1+1/a2+1/a3+1/a4) ・・・・（９）
（７）式の合成画像の演算と（９）式の欠陥画素補正演算とを比較すると、周辺画素の加重平均値と欠陥画素補正値はともに４個の同様の統計的性質をもつ画素値の加重平均である。このため、欠陥画素補正の統計的性質が同じになり、好適な欠陥画素補正が可能になる。

（第３実施形態）
先に説明した第１および第２実施形態では、非破壊読出し画像の画像数Ｎ＝４の場合を例に説明したが、本発明の趣旨はこの例に限定されるものではなく、任意の画像数Ｎ（自然数）において適用することが可能である。任意の画像数Ｎの場合は、Ｎ＝１の非破壊読出し画像からＮ個の画素（周辺画素）の画素値を用いて、（５）、（８）式による欠陥画素補正を行うことが可能である。

あるいは、各Ｎの非破壊読出し画像から１つの周辺画素の画素値を用いて、（６）、（９）式による欠陥画素補正を行うことも可能である。本実施形態によれば、周辺画素と欠陥画素の統計的性質が同じになり、好適な欠陥画素補正が可能になる。

（第４実施形態）
先に説明した各実施形態では、静止画における欠陥画素の補正を例示したものであるが、本発明は、この例に限定されるものではなく、動画像に対しても適用可能である。動画の撮影は、連続する静止画（フレーム）の撮影であるため、動画を構成する欠陥フレームの補正に、例えば、正常なＮ個のフレームを用いて先に説明した各実施形態の欠陥補正方法を適用することも可能である。

（第５実施形態）
先に説明した各実施形態では、一回の電荷蓄積から得られる複数回の非破壊読出しで得られる合成画像が一枚の場合（符号３５）を説明した。本発明の趣旨はこの例に限定されるものではなく、複数回の非破壊読出しで複数の合成画像が作成される場合にも適用可能である。例えば、複数回の非破壊読出しが４回の場合、４つの非破壊読出し画像のうちから２枚または３枚の非破壊読出し画像を用いて複数の合成画像を生成することも可能である。この場合の欠陥画素の補正においても、（４）〜（９）式による欠陥画素補正を行うことが可能である。本実施形態によれば、周辺画素と欠陥画素の統計的性質が同じになり、好適な欠陥画素補正が可能になる。

（第６実施形態）
本発明は、Ｘ線量とノイズ量とが明確な関係を持つ医用Ｘ線画像の欠陥補正にも適用可能である。Ｘ線量は、ランダムに生成されるエネルギー量子数として扱うことができるため、量子ノイズと呼ばれるセンサ上に到達する単位面積あたりのＸ線量すなわちランダム量子数のばらつきはポアソン分布に従う。すなわち、Ｘ線量（量子数）をＱで表すと、ポアソン分布に従えば、その分散値σ²は平均値と同一になり、やはりＱで表すことができる。平均値と分散値の平方根であるσの比をシグナルノイズ比（Ｓ／Ｎ比）とすると、強度ＱのＸ線量で得られるＸ線画像のＳ／Ｎ比はＱ/Ｑ^1/2＝Ｑ^1/2で表すことがでる。Ｘ線量とノイズ量（シグナルノイズ比（Ｓ／Ｎ比））は一意の関係で結びつけることができる。

図４は、本発明の実施形態に係る撮像装置で撮像したＸ線画像の欠陥補正の流れを説明する図である。Ｘ線量の原信号４１に対して、上述のＸ線特有の量子ノイズの分散４２が付加されたＸ線強度分布のＳ／Ｎ比４４（Ｑ^1/2）が演算部４３により算出される。次に、このＸ線強度分布にセンサおよび周辺の電気系統で付加されるシステムノイズの分散４５（Ｐ）が付加された非破壊読出し画像４７が読出し部４６で読み出される。非破壊読出し画像４７のＳ／Ｎ比は、Ｑ／（Ｑ＋Ｐ）^1/2で表される。

演算部４２０は、Ｓ／Ｎ比を向上させるためにＮ枚の非破壊読出し画像を平均した合成画像を生成する。ここで生成された合成画像のＳ／Ｎ比４８はシステムノイズが減少し、Ｑ／（Ｑ＋Ｐ/Ｎ）^1/2となる。従来では、欠陥画素補正はこの合成画像を用いて行われる。例えば、図１０で示すようなライン状のノイズの場合、演算部４３０によって周辺の６個の正常画素の平均により欠陥画素の補正が行われるため、Ｓ／Ｎ比４９は６^1/2倍（≒２．４５倍）される。この欠陥画素群（ライン）はＳ／Ｎが周囲の製造画素群のＳ／Ｎ比４８より高いため、容易に観察可能となる。

一方、本発明の実施形態における欠陥画素補正では、非破壊読出し画像４７を用いる。演算部４１０による欠陥画素補正はＭ個の画素平均によるものであり、欠陥画素群のＳ／Ｎ比４０はＭ個の画素平均であるためＭ^1/2・Ｑ／（Ｑ＋Ｐ）^1/2で表現できる。

ここで比較すべきは、合成画像のＳ／Ｎ比４８＝Ｑ／（Ｑ＋Ｐ/Ｎ）^1/2と欠陥画素補正のＳ／Ｎ比４０＝Ｍ^1/2・Ｑ／（Ｑ＋Ｐ）^1/2である。

両者を等しいとしてＭの値を算出すると、以下の（１０）式となる。

Ｍ＝（Ｑ／Ｐ＋１）／（Ｑ／Ｐ＋１／Ｎ） ・・・・（１０）
これは、欠陥画素補正の演算に用いる画素数は、Ｘ線量（量子ノイズの分散）Ｑとシステムノイズの分散Ｐの比（Ｑ／Ｐ）、および合成画像の演算に用いる非破壊読出し画像の画像数Ｎに依存することを表している。この演算結果に従って平均化の処理のための画素数を設定することができる。

ＦＰＤの撮像領域において、Ｘ線量が所定の基準値以上となるＸ線量が多い領域（Ｘ線量ＱとＦＰＤが有するシステムノイズの分散Ｐの比（Ｑ／Ｐ）が０に近い部分）ではＭ＝Ｎとなる（Ｍ，Ｎ≧１：Ｍ，Ｎは整数）。合成画像生成用の画像数（Ｎ）と欠陥画素演算に用いる画素数（Ｍ）は等しくなる。すなわち、Ｎ枚の非破壊読出し画像を合成画像の生成のために用いた場合、欠陥画素補正に用いる画素数はＮ個となる。

Ｘ線量が基準値より少ないＦＰＤの撮像領域では、欠陥画素演算に用いる画素数は（１０）式に従って設定可能である。欠陥画素の周辺のＸ線量Ｑ、ＦＰＤが有するシステムノイズの分散Ｐ、合成画像生成用の画像数Ｎ（読出し回数）を用いた（１０）の演算結果に従って、画素数を設定すれば、安定した統計量を持つ欠陥画素補正が可能となる。

図５は、本発明の実施形態に係る撮像装置を医用Ｘ線撮影に応用した例（Ｘ線撮像システム）を示す図である。Ｘ線源５１はＸ線を放射する。被検体５２を透過したＸ線の強度分布はセンサ（例えば、ＦＰＤ７１）で検出される。制御部５３はＸ線源５１によるＸ線放射とセンサの駆動を同期制御する。センサ（ＦＰＤ７１）からのデータは符号１０６で示す信号として順次出力され画像取得部５４に入力される。

画像取得部５４は図１または図３のセンサ（ＦＰＤ７１）以外の部分と同様の構成を有し、欠陥画素が補正された合成画像を生成し、信号線７６から合成画像を出力する。画像取得部５４の画素欠陥補正部１１（図１）又は画素欠陥補正部３３（図３）は、撮像条件（例えばＸ線量）に応じて、欠陥画素の補正に用いる周辺画素の画素数Ｍ、合成画像の生成に用いる非破壊読出し画像の枚数Ｎ（読出し回数）を可変に設定可能である。画像取得部５４が図１の構成（ＦＰＤ７１を除く）を有する場合、設定された周辺画素の画素数Ｍおよび非破壊読出し画像の枚数Ｎ（読出し回数）を用いて画素欠陥補正部１１により（４）〜（６）式を用いた欠陥画素補正が行われる。また、画像取得部５４が図３の構成（ＦＰＤ７１を除く）を有する場合、設定された周辺画素の画素数Ｍおよび非破壊読出し画像の枚数Ｎ（読出し回数）を用いて画素欠陥補正部３３により（７）〜（９）式を用いた欠陥画素補正が行われる。

本実施形態によれば、撮像条件に応じて、欠陥画素の補正に用いる周辺画素の画素数Ｍ、合成画像の生成に用いる非破壊読出し画像の枚数Ｎを可変に設定することで、安定した統計量を持つ欠陥画素補正が可能となる。

上記の各実施形態によれば、周辺画素の統計的性質と欠陥画素の統計的性質とが同じになるように欠陥画素を補正することが可能になる。

（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (12)

1. 画素単位で電荷を蓄積し、蓄積した電荷量に対応した画像信号を出力する撮像手段と、
   前記撮像手段から各画素の画像信号を設定された繰り返し回数の読出しにより取得し、同一画素から読出された画像信号を平均化した画像データを各画素について算出し、前記画像データを前記各画素の特性として有する画像を生成する生成手段と、
   欠陥画素の位置を示す情報を用いて、前記撮像手段の欠陥画素の位置を特定し、当該欠陥画素の周辺に位置する設定された個数の画素の画像信号を平均化した補正データを生成して、前記画像データを補正する補正手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記生成手段は、前記画像信号の平均化として、前記画像信号から求めた画素値の算術平均または加重平均を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記生成手段が算術平均により前記画像信号の平均化の処理を行う場合に、
   前記補正手段は、前記画像信号の平均化として、前記欠陥画素の周辺に位置する画素の前記画像信号から求めた画素値の算術平均により前記補正データを生成し、
   前記生成手段が加重平均により前記画像信号の平均化の処理を行う場合に、
   前記補正手段は、前記画像信号の平均化として、前記欠陥画素の周辺に位置する画素の前記画像信号から求めた加重平均により前記補正データを生成する
   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. 前記補正手段は、前記生成手段で生成された前記画像データのうち、前記欠陥画素に対応する画像データを前記補正データで書き換えて、前記補正を行う
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記生成手段が、前記設定された繰り返し回数としてＮ回（Ｎ≧１：整数）の読出しにより各画素の画像信号を取得した場合、
   前記補正手段は、前記設定された個数としてＮ個（Ｎ≧１：整数）の画素の画像信号を用いて前記平均化を行う
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記補正手段は、前記生成手段によって一の読出し回で読出された各画素の画像信号のうち、前記Ｎ個の画素の画像信号を用いて前記平均化を行う
   ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記補正手段は、前記生成手段によって前記Ｎ回の読出しで読出された各画素の画像信号のうち、異なる読出し回で読出された前記Ｎ個の画素の画像信号を用いて前記平均化を行う
   ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
8. Ｘ線源と、
   前記Ｘ線源から放射されたＸ線を撮像する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置と、
   を有することを特徴とする撮像システム。
9. 前記Ｘ線源からのＸ線量が基準値以上となる前記撮像手段の撮像領域では、
   前記撮像装置の生成手段が、設定された繰り返し回数としてＮ回（Ｎ≧１：整数）の読出しにより各画素の画像信号を取得した場合、
   前記撮像装置の補正手段は、設定された個数としてＮ個（Ｎ≧１：整数）の画素の画像信号を用いて前記平均化を行う
   ことを特徴とする請求項８に記載の撮像システム。
10. 前記Ｘ線源からのＸ線量が基準値より少ない前記撮像手段の撮像領域では、
    前記撮像装置の生成手段が、設定された繰り返し回数としてＮ回（Ｎ≧１：整数）の読出しにより各画素の画像信号を取得した場合、
    前記撮像装置の補正手段は、
    前記Ｘ線量（Ｑ）と、前記撮像装置が有するノイズの分散値（Ｐ）と、前記生成手段の読出し回数として設定されたＮ（Ｎ≧１：整数）と、を用いて、
    （Ｑ／Ｐ＋１）／（Ｑ／Ｐ＋１／Ｎ）
    による演算結果に従って画素数を設定し、当該設定された個数の画素の画像信号を用いて前記平均化を行う
    ことを特徴とする請求項８に記載の撮像システム。
11. 画素単位で電荷を蓄積し、蓄積した電荷量に対応した画像信号を出力する撮像手段を有する撮像装置の制御方法であって、
    生成手段が、前記撮像手段から各画素の画像信号を設定された繰り返し回数の読出しにより取得し、同一画素から読出された画像信号を平均化した画像データを各画素について算出し、前記画像データを前記各画素の特性として有する画像を生成する生成工程と、
    前記撮像装置の補正手段が、欠陥画素の位置を示す情報を用いて、前記撮像手段の欠陥画素の位置を特定し、当該欠陥画素の周辺に位置する設定された個数の画素の画像信号を平均化した補正データを生成して、前記画像データを補正する補正工程と、
    を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
12. コンピュータを、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置の各手段として機能させるためのプログラム。

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