JP2015128237A - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で、高ダイナミックレンジの画像を高フレームレートで撮像することが可能な撮像装置およびその制御方法を提供する。
【解決手段】撮像装置は、複数の撮像素子を有し、複数のゲインで得られる撮像信号を出力する撮像部を有する。撮像装置は、撮像部から出力された撮像信号を所定長のビット列で表される量子化値へ変換し、複数のゲインのそれぞれで取得された量子化値を表すビット列について、複数のゲインで得られた撮像信号の合成に用いられる合成対象のビットを選択する。
【選択図】図４

Description

本発明は、被写体の撮影を行う撮像装置およびその制御方法に関するものである。

近年、放射線画像診断の分野において、微細な固体撮像素子を画素として二次元格子状に配置したＸ線検出器を用い、Ｘ線情報を電荷に変換するＸ線撮影装置（ＦＰＤ：Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）が使われ始めている。ＦＰＤでは、一回の撮影時に画素ごとにフォトダイオードによって光量を電荷に変換し、電荷をコンデンサに移すことでＸ線の線量率に比例した電圧に変換する。そして、このコンデンサの電極間の電圧を読み取ることでＸ線情報が得られる。一般にＦＰＤは、コンデンサの電極間の電圧を増幅器で増幅し、増幅した信号をＡＤ変換器でディジタル値に変換し、変換後の信号を外部の処理装置（例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等）に転送する。またＦＰＤから出力された信号はＰＣ等で画像処理が施され、ディスプレイ等に表示される。

ＦＰＤからＰＣへの転送フレームレートは、ＦＰＤからＰＣへのデータ転送レートの制限により制限される。そのため、ＦＰＤからＰＣにハイゲインとローゲインの画像をそのまま転送した場合、ハイゲインまたはローゲインのみの撮影と比較して、転送できるフレームレートが半分に制限され、撮影できる最大フレームレートが半減することになる。このような課題を解決するために、特許文献１では、露光量を変えて複数枚の画像を撮像し、画素ごとに最も信号ノイズ比が高いデータを選択して一枚の画像を合成し、合成した画像をＰＣに転送することを開示している。

特開２００５−２８６８１９号公報

しかしながら特許文献１記載の方法では、ＦＰＤ内に画素ごとに最も信号ノイズ比が高いデータを選択する回路を構成する必要があり、撮像部であるＦＰＤの製造コストが増加してしまう。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高ダイナミックレンジの画像を高フレームレートで転送することが可能な撮像装置およびその制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の一態様による撮像装置は以下の構成を備える。すなわち、
複数の撮像素子を有し、複数のゲインで得られる撮像信号を出力する撮像手段と、
前記撮像手段から出力された撮像信号を所定長のビット列で表される量子化値へ変換する変換手段と、
前記複数のゲインで取得された量子化値を表すビット列について、撮像信号の合成に用いられる合成対象のビットを選択する選択手段と、を備える。

本発明によれば、高ダイナミックレンジの画像を高フレームレートで撮像する装置を実現することが可能となる。

Ｘ線検出部の構成例を示すブロック図。 Ｘ線撮影装置の構成例を示すブロック図。 Ｘ線撮影装置による撮影処理を示すフローチャート。 第１実施形態のビット選択処理を示すフローチャート。 ビット選択器によるビット選択の一例を示す図。 ハイゲイン信号とローゲイン信号の重み付け加算係数を示す図。 信号、信号ノイズ比、および線量の関係を示す図。 第２実施形態の選択ビットモードの決定処理を示すフローチャート。 第２実施形態のビット選択の処理を示すフローチャート。 信号、信号ノイズ比、及び線量の関係を示す図。 信号、信号ノイズ比、及び線量の関係を示す図。 第３実施形態の選択ビットモードの決定処理を示すフローチャート。 第４実施形態の選択ビットモードの決定処理を示すフローチャート。 第４実施形態のビット選択処理を示すフローチャート。 ハイゲイン信号とローゲイン信号の重み付け加算係数を示す図。 信号、信号ノイズ比、及び線量の関係を示す図。

以下、本発明を適用した好適な実施形態のいくつかを、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の各実施形態の説明では、放射線の一種であるＸ線を用いて被写体のＸ線画像データの撮影を行うＸ線撮影装置に本発明を適用した場合を例示して説明を行う。なお、本発明は、Ｘ線撮影装置に限らず、例えば、他の放射線（例えば、α線、β線、γ線等）を用いて被写体の放射線画像の撮影を行う放射線撮影装置に適用することも可能である。また、ディジタル一眼レフカメラ、テレビカメラ等の放射線撮影装置以外の撮影装置に本発明を適用することも可能である。

＜第１実施形態＞
図２は、第１実施形態に係るＸ線撮影装置２００の全体構成を示す図である。Ｘ線撮影装置２００は、特に医療用として使用される。図２において、Ｘ線照射部２０１は、撮影制御部２０４の制御下で被写体ＰにＸ線を照射する。Ｘ線照射部２０１は、Ｘ線を発生するＸ線発生部２０１１（管球）と、Ｘ線発生部２０１１において発生したＸ線のビーム広がり角を規定するコリメータ２０１２を有する。Ｘ線検出部２０２はＦＰＤを有し、被写体Ｐを透過したＸ線を検出し、Ｘ線画像データを生成する。Ｘ線検出部２０２は、生成したＸ線画像データを画像処理部２０５に送信する。Ｘ線検出部２０２の構成の詳細は図１により後述する。

撮影条件設定部２０３は、撮影部位、被写体に照射されるＸ線の線量、フレームレート、ビニング等の撮影条件を操作者が入力するための入力インタフェースを有する。撮影条件設定部２０３は、操作者が入力インタフェースを介して入力した撮影条件を示す情報を撮影制御部２０４に送信する。撮影制御部２０４は撮影条件設定部２０３からの情報を基に、Ｘ線照射部２０１、Ｘ線検出部２０２、及び画像処理部２０５を制御する。画像処理部２０５は、Ｘ線検出部２０２から送信されたＸ線画像データに対して、複数枚の画像を一枚の画像に合成する合成処理、階調処理、ノイズ低減処理といった処理を施し、処理後のＸ線画像データを画像表示部２０６に送信する。画像表示部２０６は画像処理部２０５から送信された画像情報を、モニタ等に出力する。

以上の構成において、Ｘ線検出部２０２から画像処理部２０５への通信のデータ転送レートの制限により、Ｘ線検出部２０２から画像処理部２０５へ出力される画像のフレームレートが制限される。なお、本実施形態では、Ｘ線撮影装置２００の構成として画像処理部２０５が含まれているがこれに限られるものではない。たとえば、画像処理部２０５をＸ線撮影装置２００の外部の装置（例えば、パーソナルコンピュータ）として実現した構成でもよい。その場合、Ｘ線検出部２０２と画像処理部２０５との間は、有線又は無線による所定の通信インタフェースにより接続されることになる。

図１はＸ線撮影装置２００におけるＸ線検出部２０２の構成例を示す図である。図１において、撮像素子１０１は被写体を透過したＸ線情報を電荷量に変換するフォトダイオードを含み、複数の撮像素子１０１が２次元に配列されてＦＰＤを形成している。ゲイン設定器１０２は、各々の撮像素子１０１で変換された電荷量を電圧に変換するコンデンサである。ゲイン設定器１０２は複数のコンデンサを有しており、それらの組み合わせを切り替えることで電荷量を電圧に変える際の増幅率（ゲイン）を変更することができる。そのような構成は周知であり、ここでは詳細な説明を省略する。以上の撮像素子１０１およびゲイン設定器１０２は、複数の撮像素子を有し、複数のゲインで得られる撮像信号を出力する撮像部を構成する。

ＡＤ変換器１０３は、上述の撮像部から出力された撮像信号を所定長のビット列で表される量子化値へ変換する変換部を構成する。より具体的には、ＡＤ変換器１０３は、ゲイン設定器１０２で変換された電圧（撮像信号）を、１６ビットの符号なし整数（所定長のビット列で表される量子化値）に変換するＡＤコンバータ回路である。ビット選択器１０４は、ゲイン設定器１０２で設定される複数のゲインのそれぞれにおいて取得された量子化値を表すビット列から、複数のゲインで得られた撮像信号の合成に用いられる合成対象のビットを選択する。より具体的には、ビット選択器１０４はゲイン設定器１０２で設定された各ゲインにおいてＡＤ変換器１０３より得られた１６ビット符号なし整数のディジタル値から合成対象のビットを選択し、選択されたビットを送信対象として送信器１０５に供給する。

送信器１０５は、ビット選択器１０４により選択されたビットを画像処理部２０５に出力する。本実施形態では、送信器１０５と画像処理部２０５との間の通信インタフェースのデータ転送レートで、送信器１０５がビット選択器１０４より受信したビットを画像処理部２０５に送信する。本実施形態では、ビット選択器１０４が、ゲイン設定器１０２により提供される複数のゲインのうちの選択されたゲインの量子化値を表すビット列から、選択されたビット（本例では下位５ビットと上位２ビット）を破棄することによりビット列長を短縮する。このように送信されるビット列長が短縮されることにより、制約されたデータ転送レートの中でより高いフレームレートの撮影を実現することを可能としている。

以下、図３を用いて、第１実施形態によるＸ線撮影装置２００の撮影開始から終了までの処理を説明する。第１実施形態では、ゲイン設定器１０２はハイゲイン、ローゲインの２種類の増幅率を設定でき、それらの電圧増幅率の比率が３２倍である場合の例を説明する。この場合、ゲイン設定器１０２から得られたローゲインの被写体信号に含まれるシステムノイズの信号に対する比率は、ハイゲインの被写体信号に対して３２倍高くなる。また、第１実施形態では、シネ撮影において高フレームレートを実現するための処理例を説明する。シネ撮影では被写体透過後の画像に、縦隔等の被写体透過後の線量が低い領域から、肺野等の線量が高い領域までが含まれる。よって高線量の領域においてＸ線検出部２０２の出力信号が飽和せず、かつ低線量の領域においてシステムノイズが低く良好な信号ノイズ比を確保できることが要求される。なお、撮影アプリケーションに応じて送信対象として適切なビットやビット数は異なるため、撮影アプリケーションを選択可能な構成では選択された撮影アプリケーションに応じてビット選択器104の処理を切り替えることが望ましい。シネ撮影を含む複数の撮影アプリケーションから選択された撮影アプリケーションやフレームレートに応じてビット選択器１０４がビットの選択を切り替える構成については、第２実施形態で説明する。

ステップＳ１０１では、撮影条件設定部２０３に設けられた入力インタフェースを介して操作者により入力された、撮影モード、照射線量、フレームレートといった被写体撮影時の撮影条件を受け付ける。入力された撮影条件は、撮影制御部２０４に送信される。撮影制御部２０４は受け付けた撮影条件を基に、Ｘ線照射条件、ビット選択方法、画像合成方法、画像処理方法を決定する。ステップＳ１０２において、撮影制御部２０４はＸ線照射部２０１に決定されたＸ線照射条件を含むＸ線照射信号を送信する。Ｘ線照射部２０１は受信したＸ線照射信号を基に、指定されたＸ線照射条件でのＸ線の発生を開始する。

ステップＳ１０３〜Ｓ１０６において、撮影制御部２０４は、Ｘ線検出部２０２に撮影制御信号を送信することで、ゲイン設定器１０２に対してハイゲインとローゲインを交互に指定する。これにより、ゲイン設定器１０２からハイゲインとローゲインの撮像信号が交互に取得される。ビット選択器１０４は、ハイゲインとローゲインの撮像信号から、画像処理部２０５の合成処理に用いられるべきビットを選択し、送信対象のビット列を生成する。

まず、撮影制御部２０４がゲイン設定器１０２にハイゲインを指定し、ビット選択器１０４にハイゲインビット選択信号を送信して、ハイゲインの送信ビット列を生成する（ステップＳ１０３、Ｓ１０４）。より具体的には、ステップＳ１０３において、ハイゲインの指定を受けたゲイン設定器１０２は増幅率をハイゲインに設定する。これにより、Ｘ線照射により撮像素子１０１に生じた画素ごとの電荷量はハイゲインで画素ごとの電圧に変換される。ＡＤ変換器１０３は、ハイゲインの撮像信号の画素ごとの電圧（撮像信号）を、１６ビットの符号なし整数で表される量子化値に変換する。

ハイゲインビット選択信号を受信しているビット選択器１０４は、ステップＳ１０４において、ステップＳ１０３で変換された画素ごとの１６ビット符号なし整数を表す所定長のビット列から一部のビットを選択し、送信器１０５に提供する。本実施形態では、ハイゲインビット選択信号を受信したビット選択器１０４はステップＳ１０３で得られた整数値を表す１６ビットのビット列から下位５ビットと上位２ビットを切り捨てることにより９ビットの送信対象のビット列を選択する。ビット選択器１０４で選択されたビットは送信器１０５により画像処理部２０５へ送信される。ここで、切り捨てられた上位２ビットの少なくとも何れかが“１”であった場合は、送信対象の９ビットによる最大値（すなわち、９ビットの全てが１となる）が送信される。

以下、図４及び図５を用いてステップＳ１０４によるビット選択処理の詳細を説明する。まずステップＳ２０１において、ビット選択器１０４は、画素ごとの１６ビット符号なし整数について、画素ごとに下位の所定数のビット（本実施形態では５ビット）を切り捨てる。上述したように、ハイゲインの増幅率のローゲインの増幅率に対する倍率は３２である。下位５ビットを切り捨てることはハイゲインの量子化値を３２で除することに相当し、この処理によりハイゲインの値をローゲインの値と整合させている。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の例では、それぞれ１６ビット符号なし整数値である３９０４５ＬＳＢ、２６１９４ＬＳＢ、１４４９ＬＳＢの下位５ビットが切り捨てられ、それぞれ１２２０ＬＳＢ、８１８ＬＳＢ、４５ＬＳＢに変換されている。次いでステップＳ２０２において、ビット選択器１０４は、ステップＳ２０１で処理された後の画素ごとの信号について、最上位ビットが１か否かを判定する。最上位ビットが１の場合はステップＳ２０４に進み、それ以外の場合はステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では、最上位から２ビット目が１か否かの判定がなされる。最上位から２ビット目が１の場合はステップＳ２０４に進み、それ以外の場合はステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０４では、全ビットの信号が１に変換される。図５（ａ）の例では最上位ビットが１であり、処理はステップＳ２０２からステップＳ２０５へ進み、１２２０ＬＳＢが２０４７ＬＳＢに変換される。また、図５（ｂ）の例では最上位から２ビット目が１であり、処理はステップＳ２０３からステップＳ２０４に進み、８１８ＬＳＢが２０４７ＬＳＢに変換される。ステップＳ２０５において、ビット選択器１０４は、上位の所定数のビット（本実施形態では２ビット）を切り捨てる。図６により後述するように、ハイゲインの信号が５１１以上の場合には重み付け係数ｋが０となり、ハイゲインの信号は合成に寄与しなくなる。すなわち、ハイゲインの信号において５１２以上の数値表現（上位２ビットのいずれかが１となる状態）は不要であり、本実施形態ではこのような不要なビットを予め切り捨てて、送信対象のビット数を減少させている。図５（ａ）、（ｂ）の例では、２０４７ＬＳＢが共に５１１ＬＳＢに変換される。図５（ｃ）の例の場合は、ステップＳ２０３からステップＳ２０５へ処理が進み、上位２ビットが切り捨てられるが、ステップＳ２０５の前後で値は変化せず、４５ＬＳＢのままである。次いでステップＳ２０６において、Ｘ線検出部２０２に内蔵された送信器１０５は、ステップＳ２０５で変換された画素ごとの信号を画像処理部２０５に送信する。

図３に戻り、ステップＳ１０３、Ｓ１０４によるハイゲインでのビット列の送信を終えると、撮影制御部２０４は、ゲイン設定器１０２にゲインをローゲインに設定する信号を送信し、ビット選択器１０４にローゲインビット選択信号を送信する。これにより、ローゲインにおける送信ビット列が生成される（ステップＳ１０５、Ｓ１０６）。

まず、ステップＳ１０５において、ローゲインに設定する信号を受信したゲイン設定器１０２は、増幅率をローゲインに設定する。そしてステップＳ１０３と同様の処理で、ＡＤ変換器１０３からローゲインの量子化値である１６ビットの符号なし整数を得る。次いでステップＳ１０６において、ローゲインビット選択信号を受信したビット選択器１０４により送信対象のビットが選択される。本例では、ローゲインビット選択信号は、ローゲインの１６ビット符号なし整数の全ビットを選択することを指示する信号である。したがって、ビット選択器１０４はＡＤ変換器１０３から受信した信号（１６ビットのビット列）をそのまま送信器１０５に送信する。そして送信器１０５は送信された信号を受信し、受信した信号を画像処理部２０５に送信する。

次にステップＳ１０７において、画像処理部２０５は撮影制御部２０４から受信した画像合成制御信号を基に、ステップＳ１０４、Ｓ１０６でそれぞれ受信したハイゲインとローゲインの被写体信号を、画素ごとに一つの信号に合成する。その処理の詳細を図６及び図７を用いて説明する。ステップＳ１０７において、画像処理部２０５は、画素ごとに、ハイゲインの信号Ｈとローゲインの信号Ｌを、重み付け係数ｋを用いてｋ×Ｈ＋（１−ｋ）×Ｌの割合で加算する。重み付け係数ｋは図６に示されるように、ハイゲインの信号が２５５から５１１へ変化するのにしたがって１から０に変化する。本実施形態では、ハイゲインの信号はビット選択器１０４により下位５ビットと上位２ビットが切り捨てられ、中央の９ビットからなるビット列であるため、５１１以上のハイゲインの信号の混合率（重み）を０としている。別の側面から述べると、ハイゲインの信号が５１１以上の領域ではローゲインの信号のみを用いて合成画像を生成しても十分なＳＮ比を得ることができる。そのため、ビット選択器１０４においてハイゲインの信号の上位２ビットを切り捨てることにより、画質への影響を回避しながら送信対象のビット列をより短縮することができる。

ステップＳ１０３及びステップＳ１０５でＡＤ変換された後のハイゲイン、ローゲインの信号、信号ノイズ比、及びステップＳ１０７で信号が合成された後の信号ノイズ比の関係を図７に示す。図７のように、重み付け加算をすることによって、信号ノイズ比が線量に対して不連続になる線量を生じさせることなく、ハイゲインとローゲインの信号を合成することができる。

次いでステップＳ１０８において、撮影制御部２０４から画像処理信号を受信した画像処理部２０５は、ステップＳ１０７で合成された画素ごとの被写体信号に対し、階調処理、リカーシブ処理を施す。画像処理部２０５は処理後の信号を画像表示部２０６に送信する。次いでステップＳ１０９では画像表示部２０６が、受信した情報を２次元画像に変換し、表示器に表示する。操作者は、画像表示部２０６に表示された画像データを確認し、撮影を継続するか否かを判断する。撮影条件設定部２０３の入力インタフェースから操作者が撮影継続情報を入力した場合、処理はステップＳ１１０からステップＳ１０２へ戻り、上述したステップＳ１０２〜Ｓ１０９の処理が繰り返される。また、入力インタフェースから撮影終了が指示された場合は、Ｘ線画像撮影を終了する。

以上説明したように、上記第１実施形態の撮像装置は、複数の撮像素子を有し、複数のゲインで得られる撮像信号を出力する撮像部（たとえば、撮像素子１０１とゲイン設定器１０２）と、撮像部から出力された撮像信号を所定長のビット列で表される量子化値へ変換する変換部（たとえば、ＡＤ変換器１０３）と、複数のゲインで取得された量子化値を表すビット列について、撮像信号の合成に用いられる合成対象のビットを選択する選択部（例えば、ビット選択器１０４）を備えたことにより、高ダイナミックレンジの画像を高フレームレートで撮像する装置を実現することが可能となる。

より具体的には、ビット選択器１０４により、ハイゲインの信号のうち、Ｘ線量子ノイズが被写体信号に対して大きく、シネ撮影では必須ではないビットの信号（上記の例では下位の５ビット）が自動的に削除される。また、ハイゲインの信号のうち、ローゲインの信号を用いてもシネ撮影で要求される信号ノイズ比を満足できるビットの信号（上記の例では上位の２ビット）が自動的に削除される。そしてハイゲインの信号のうちの上記のようにして選択されたビットからなるビット列およびローゲインの信号の全ビット列が画像処理部２０５に送信される。そのため、
・ハイゲインとローゲインの信号から構成される１フレーム当たりのビット数を１６＋１６ビットから９＋１６ビットへ減少させることにより高フレームレートの撮影装置を実現することができ、
・高線量率のＸ線照射においても信号の飽和が抑制され、システムノイズが低い合成画像を生成することが可能となる。

さらに、本実施形態の構成によれば、一般的なＦＰＤにビット選択器１０４を設けるだけで実現できるため、特許文献１の撮像装置に比べて低コストで高ダイナミックレンジ、高フレームレートの撮像装置を実現することが可能となる。

＜第２実施形態＞
上述の第１実施形態では、シネ撮影に好適なビット列を生成するように、ハイゲインとローゲインの信号についてビット選択器１０４が送信対象とするビットを選択していた。これに対して、第２実施形態では、操作者が選択した撮影アプリケーション、及び撮影フレームレートに応じて、ビット選択器１０４によるビットの選択を切り替えることを可能にした構成を説明する。放射線画像診断においては、シネ撮影や透視撮影といったような撮影アプリケーションに応じて被写体に照射されるＸ線量が異なり、それに応じて被写体透過後の関心領域のＸ線線量域が異なる。よってＸ線検出部２０２は関心領域で飽和せず、かつシステムノイズをより低くするための適切なゲインおよびビット選択方法を撮影アプリケーションに応じて適宜選択できることが好ましい。

また同じ撮影アプリケーションを使用する場合でも、操作者が所望する撮影フレームレートは異なる場合がある。操作者が所望する撮影フレームレートが低ければ取得した撮影信号の全ビットを画像処理部２０５に送信することが可能となり、飽和線量が高く、システムノイズの低い高ダイナミックの画像を操作者に提供できる。しかし操作者が高いフレームレートを要求した場合、Ｘ線検出部２０２から画像処理部２０５へのデータ転送レートによりフレームレートが制限されてしまう。よってデータ転送レートの制限の中で放射線画像診断に適切な画像を高フレームレートで操作者に提供できるよう、被写体信号のビットを適切に選択する必要がある。すなわち操作者が選択した撮影アプリケーション、および撮影フレームレートに応じてＸ線検出部２０２から画像処理部２０５へ送信する撮影信号のビットが適切に選択される必要がある。第２の実施形態では、撮影アプリケーションおよび撮影フレームレートに応じて送信する被写体信号のビットを切り替えるための条件判断機能を撮影制御部２０４に付加することにより適切なビット選択を実現する。

第２実施形態のＸ線撮影装置２００、Ｘ線検出部２０２の構成は、第１実施形態（図１、図２）と同様である。第２実施形態ではＸ線撮影装置２００がシネ撮影アプリケーション、及び透視アプリケーションの２つの撮影アプリケーションを有する場合について説明する。以下、第２実施形態の動作について、図３のフローチャートを用いて、主として第１実施形態の処理と異なる部分を説明する。

ステップＳ１０１において、撮影制御部２０４は、操作者が入力インタフェースを介して行った撮影アプリケーションおよび撮影フレームレートを含む被写体撮影時の撮影条件の設定を受け付ける。そして撮影制御部２０４は入力された撮影条件を基に、図８に示す選択ビットモード決定処理によってＸ線検出部２０２から画像処理部２０５へ送信する被写体信号の選択ビットモードを決定する。以下に図８に示す選択ビットモード決定処理を説明する。

ステップＳ３０１において、撮影制御部２０４は、ステップＳ１０１で操作者が選択した撮影アプリケーションがシネ撮影であるか判定する。選択された撮影アプリケーションがシネ撮影であった場合、処理はステップＳ３０２に進み、それ以外の場合はステップＳ３０３に進む。ステップＳ３０２では、撮影制御部２０４は、ステップＳ１０１で受け付けた撮影フレームレートが、５ｆｐｓ以下であるか判定する。撮影フレームレートが５ｆｐｓ以下の場合、処理はステップＳ３０４に進み、それ以外の場合はステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０３では、ステップＳ１０１で受け付けた撮影フレームレートが１０ｆｐｓ以下であるか判定する。撮影フレームレートが１０ｆｐｓ以下の場合、処理はステップＳ３０６に進み、それ以外の場合はステップＳ３０７に進む。ステップＳ３０４では、撮影制御部２０４が被写体信号の選択ビットモードとして「低速シネモード」を内部メモリに記録する。同様にステップＳ３０５、Ｓ３０６、Ｓ３０７では被写体信号の選択ビットモードとしてそれぞれ「高速シネモード」、「低速透視モード」、「高速透視モード」を内部メモリに記憶する。

ステップＳ１０３とステップＳ１０５の処理は第１実施形態と同様である。ステップＳ１０４、Ｓ１０６では、上述した選択ビットモード決定処理により特定された選択ビットモードに応じて処理が切り換わる。撮影制御部２０４は、ステップＳ１０４、Ｓ１０６におけるビット選択の処理に先立って、ステップＳ１０１で内部メモリに記録された選択ビットモードの情報をビット選択器１０４に送信しておく。

選択ビットモードとして低速シネモードが選択されている場合、ステップＳ１０４、ステップＳ１０６では、第１の実施形態のステップＳ１０６と同様の処理を行う。すなわち、ビット選択器１０４はハイゲイン、ローゲインの撮影信号のそれぞれの全ビットを送信対象のビットに選択し、送信器１０５は選択されたビット（全ビット）を画像処理部２０５に送信する。一方、選択ビットモードとして高速シネモードが選択されている場合、ステップＳ１０４、ステップＳ１０６では、それぞれ第１の実施形態のステップＳ１０４、ステップＳ１０６と同様の処理が行われる。すなわち、ビット選択器１０４はハイゲインの被写体信号の一部のビットとローゲインの被写体信号の全ビットを選択し、送信器１０５が選択されたビットを画像処理部２０５に送信する。

選択ビットモードとして低速透視モードが選択されている場合、ステップＳ１０４では、第１実施形態のステップＳ１０６と同様に全ビットを選択する処理が行われ、ハイゲインの被写体信号の全ビットが送信対象に選択される。また、ステップＳ１０６では、ビット選択器１０４は、ローゲインの信号の上位３ビットを切り捨てる処理を行う。この処理のフローチャートを図９に示す。ビット選択器１０４は、ローゲインの上位３ビットの少なくとも何れかに１が含まれていれば下位ビットをすべて１にする（ステップＳ４０１、Ｓ４０２、Ｓ４０３、Ｓ４０４）。そして、ビット選択器１０４は、ローゲインの信号の上位３ビットを切り捨てて１３ビットのビット列を送信対象とし（ステップＳ４０５）、送信器１０５がそのビット列を画像処理部２０５に送信する（ステップＳ４０６）。すなわちＸ線検出部２０２はハイゲインの被写体信号の全ビットと、ローゲインの被写体信号の一部のビットを画像処理部２０５に送信する。

選択ビットモードとして高速透視モードが選択されている場合、ステップＳ１０４ではハイゲインの被写体信号について第１実施形態のステップＳ１０４と同様の処理が行われる。ステップＳ１０６ではローゲインの被写体信号について低速透視モードの場合と同様の処理が行われる。すなわちビット選択器１０４はハイゲインの被写体信号の一部のビット（下位５ビットと上位２ビットを除いたビット列）と、ローゲインの被写体信号の一部のビット（上位３ビットを除いたビット列）を画像処理部２０５に送信するために選択する。

第２実施形態におけるステップＳ１０７の画像合成の処理は、選択ビットモードによって異なる。選択ビットモードとして低速シネモードが選択されている場合、画像処理部２０５はステップＳ１０４で受信したハイゲインの信号を３２で除算する。そして第１の実施形態のステップＳ１０７で説明した方法でハイゲインの信号とローゲインの信号を一つの信号に合成する。但し、第１実施形態と異なりハイゲイン信号の上位２ビットが存在しており、１１ビットの信号が扱われるので、重み係数を用いた合成を行う範囲は、図６とは異なる。他方、選択ビットモードとして高速シネモードが選択されている場合は、第１実施形態と同様のビット列が画像処理部２０５に送信されるため、第１実施形態のステップＳ１０７で説明した処理と同様の処理により合成が行われる。

選択ビットモードとして低速透視モードが選択されている場合、ステップＳ１０７における合成処理は、低速シネモードが選択された場合と同様である。また、選択ビットモードとして高速透視モードが選択されている場合、ハイゲインの信号のビット列は第１実施形態と同様の構成であり、ステップＳ１０７における合成処理は第１実施形態の合成処理と同様である。

各選択ビットモードと、ステップＳ１０３及びステップＳ１０５でＡＤ変換された後のハイゲイン、ローゲインの信号、信号ノイズ比、及びステップＳ１０７で信号が合成された後の信号ノイズ比の関係を図１０および図１１に示す。選択ビットモードとして低速シネモードが選択された場合は、図１０に示す関係となる。上記の通り、シネ撮影では被写体透過後の画像に縦隔等の被写体透過後の線量が低い領域から、肺野等の線量が高い領域までが含まれる。図１０に示すように低速シネモードでは、ハイゲインとローゲインの信号の合成後に、低線量域でも良好な信号ノイズ比を維持し、高線量でも飽和せず、シネ撮影で要求される高いダイナミックレンジを有している。また、高速シネモードが選択された場合は、第１実施形態と同様（図７）の特性となる。高速シネモードは低速シネモードと比較して低線量域での撮影可能線量が高くなり、低速シネモードよりダイナミックレンジは下がるが、低速シネモードより高フレームレートでの撮影が可能である。

選択ビットモードとして低速透視モードが選択された場合は、図１１（ａ）に示すようにハイゲインとローゲインの信号の合成後に、低線量域で良好な信号ノイズ比を維持するとともに、高線量域においても透視撮影で要求される最大線量を満たしている。また、選択ビットモードとして高速透視モードが選択された場合は、図１１（ｂ）に示すように、低速透視モードと比較して低線量域での撮影可能線量が高くなり、低速透視モードよりもダイナミックレンジは低下する。しかしながら、高速透視モードでは、送信対象のビット数がより削減されており、低速透視モードより高フレームレートでの撮影が可能である。

第２実施形態におけるステップＳ１０８からＳ１１０の処理は、第１実施形態におけるステップＳ１０８からＳ１１０の処理と同様である。以上の処理により、第２実施形態では撮影アプリケーションおよび撮影フレームレートに応じて送信する被写体信号のビットを自動で適切に切り替えることが可能となる。これによって、操作者が選択した撮影アプリケーションおよび撮影フレームレートに応じてＸ線検出部２０２から画像処理部２０５へ送信する被写体信号のビットを適切に選択することが可能となる。そして操作者は、要求したフレームレートの中でダイナミックレンジを最大限広げた画像を得ることができ、かつ各撮影方法で要求される最大線量でも飽和しない画像を得ることができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態では、画質優先モードと撮影フレームレート優先モードを動作モードとして有するＸ線撮影装置２００において、ビット選択器１０４が選択された動作モードに応じて取得した画素信号のうちの送信対象のビットを切り替える構成を説明する。放射線画像診断においては、手技に応じて操作者が高画質の画像を所望する場合と、高フレームレートの画像を所望する場合があり、このような切り替えを可能にすることにより操作性が向上する。第３実施形態では、撮影制御部２０４に撮影アプリケーション及び画質優先モードとフレームレート優先モードの選択結果に応じて送信する被写体信号のビットを切り替える条件判断機能が付加される。

第３実施形態のＸ線撮影装置２００、Ｘ線検出部２０２の構成は、第１実施形態（図１、図２）と同様である。第３実施形態の動作は、第２実施形態で説明したビット選択モード決定処理（図８）を、図１２のフローチャートで示されるビット選択モード決定処理に置き換えたものであり、その他は第２実施形態と同様である。

操作者は、撮影条件設定部２０３の入力インタフェースを介して、画質優先モードまたはフレームレート優先モードを選択できる。図３のステップＳ１０１において、撮影制御部２０４は、操作者による画質優先モードまたはフレームレート優先モードの選択を受け付けると、図１２に示す処理により選択ビットモードを決定する。撮影アプリケーションとしてシネ撮影が選択されている場合（Ｓ５０１でＹＥＳ）、操作者による画質優先モードまたはフレームレート優先モードの選択に応じて低速シネまたは高速シネにビット選択モードが決定される（Ｓ５０２、Ｓ５０３，Ｓ５０４）。また、撮影アプリケーションがシネ撮影以外の場合は（Ｓ５０１でＮＯ）、操作者による画質優先モードまたはフレームレート優先モードの選択に応じて低速透視または高速透視にビット選択モードが決定される（Ｓ５０２、Ｓ５０３，Ｓ５０４）。決定されたビット選択モードにおける送信対象のビット列の生成、ハイゲイン及びローゲインの被写体信号の合成は第２実施形態と同様である。

以上の第３実施形態によれば、操作者は画質とフレームレートのいずれを優先するかを選択することができ、ビット選択器１０４は、その選択に応じて適切に画像処理部２０５へ送信するビットを選択する。このとき、同じ撮影アプリケーションであっても、撮影フレームレート優先モードで選択される合成対象のビット列の全ビット数が、画質優先モードで選択される合成対象のビット列の全ビット数より少なくなる。よって、画質優先モードではより画質を向上することができ、撮影フレームレート優先モードではより高いフレームレートを実現することが可能になる。これによって操作者は高画質の画像を所望する場合と、高フレームレートの画像を所望する場合のいずれでも、所望の画像を得ることができる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態では、画像処理部２０５がハイゲインとローゲインの信号の合成方法を複数有しており、画像処理部２０５が実行する合成方法に応じて、取得した画素信号のうちの送信対象のビットを切り替える。このような機能を付加することにより、合成方法に応じてよりビット数が削減されたビット列をＸ線検出部２０２から画像処理部２０５に送信できるようになり、より高いフレームレートで画像を撮影することが可能となる。

第４実施形態のＸ線撮影装置２００、Ｘ線検出部２０２の構成は、第１実施形態（図１、図２）と同様である。第４実施形態では、ビット選択モードとして、第２実施形態で示した低速シネ、高速シネ、低速透視、高速透視モードのうち、高速透視モードをさらにフレームレートに応じて高速透視Ａ、高速透視Ｂとし、５種類のビット選択モードを用いる。したがって、第４実施形態では、第２実施形態のビット選択モード決定処理（図８）に代えて、図１３のフローチャートにより示される処理が実行される。また、これに応じて、図３に示されるフローチャートのステップＳ１０４、Ｓ１０６におけるビット選択処理において、第２実施形態と異なる処理が実行される。他の処理は、第２実施形態と同様であり、以下、主として第２実施形態と異なる点を説明する。

図１３において、図８と同様の処理には、同一のステップ番号が付されている。第４実施形態では、シネ撮影モード以外の場合で、設定された撮影フレームレートが１０ｆｐｓより大きい場合、撮影制御部２０４は、設定された撮影フレームレートが１５ｆｐｓ以下であるかを判定する（ステップＳ６０１）。撮影フレームレートが１５ｆｐｓ以下の場合は、撮影制御部２０４は、選択ビットモードを高速透視Ａとし（ステップＳ６０２）、それ以外の場合は高速透視Ｂ（ステップＳ６０３）とする。

高速透視Ａに分類された場合の後続の処理は、第２実施形態の高速透視の処理と同様である。これに対して、高速透視Ｂの場合、画像処理部２０５における合成処理では図１５に示す重みづけが用いられる。すなわち、本実施形態では、要求されたフレームレートに応じて合成処理が変更され、これに応じて、ビット選択器１０４におけるビット選択処理（ステップＳ１０４、Ｓ１０６）も変更される。図１５に示される重みづけを用いた合成処理では、ハイゲインの信号が２５５のときにローゲインの信号へ切り替わる。したがって、ハイゲインの２５５以上を表す信号は不要であり、その結果、本実施形態ではハイゲインの信号の上位３ビットが切り捨てられる。図１４のフローチャートによりこの処理の詳細を示す。

高速透視Ｂに分類された場合、ステップＳ１０４において、ビット選択器１０４は、図１４に示すようにハイゲインの信号について、下位５ビットと上位３ビットを切り捨てる処理を実施する。すなわち、ビット選択器１０４は、まずハイゲインの信号のうち下位５ビットを切り捨てる（ステップＳ７０１）。そして、ハイゲインの信号の上位３ビットの少なくとも何れかに１が含まれていれば下位ビットをすべて１にする（ステップＳ７０２、Ｓ７０３、Ｓ７０４、Ｓ７０５）。そして、ビット選択器１０４は、ハイゲインの信号の上位３ビットを切り捨てて１３ビットのビット列を送信対象とし（ステップＳ７０６）、送信器１０５がそのビット列を画像処理部２０５に送信する（ステップＳ７０７）。

なお、ローゲインの信号に対するビット選択器１０４のビット選択処理（ステップＳ１０６）は第２実施形態の高速透視モードの場合（図９）と同様であり、ローゲインの信号の上位３ビットが切り捨てられる。

そしてステップＳ１０７の画像合成処理において、図１５に示すように重み付け係数を閾値２５５ＬＳＢでステップ状にしてハイゲインとローゲインの信号を合成する。以上の処理を実施後の信号ノイズ比は、図１６に示すようにハイゲイン信号使用線量域とローゲイン信号使用線量域の間でステップ状に変化する。しかし、高速透視Ｂでは、Ｘ線検出部２０２から画像処理部２０５に送信される総ビット数が高速透視Ａより少なくなるため、より高フレームレートでの撮影が可能となる。

なお、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 (14)

1. 複数の撮像素子を有し、複数のゲインで得られる撮像信号を出力する撮像手段と、
   前記撮像手段から出力された撮像信号を所定長のビット列で表される量子化値へ変換する変換手段と、
   前記複数のゲインで取得された量子化値を表すビット列について、撮像信号の合成に用いられる合成対象のビットを選択する選択手段と、を備えることをを特徴とする撮像装置。
2. 前記選択手段は、複数の撮影アプリケーションから選択された撮影アプリケーションに応じて、ビット列長を短縮するゲインと破棄するビットを選択することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記選択手段は、複数のフレームレートから選択されたフレームレートに応じて、ビット列長を短縮するゲインと破棄するビットを選択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. 前記選択手段は、撮影フレームレートより画質を優先させる画質優先モードと、画質よりも撮影フレームレートを優先させる撮影フレームレート優先モードとを含む複数の動作モードから選択された動作モードに応じて、ビット列長を短縮するゲインと破棄するビットを選択する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. 前記選択手段による合成対象のビットの選択では、前記撮影フレームレート優先モードで選択される合成対象の全ビット数が、前記画質優先モードで選択される合成対象の全ビット数より少なくなることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記選択手段は、前記複数のゲインで得られた複数のフレームを合成するための複数の合成方法の中から選択された合成方法に基づいて、前記複数のゲインからビット列長を短縮するゲインと破棄するビットを選択することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記複数のゲインは、第１のゲインと、前記第１のゲインよりも大きい第２のゲインとを含み、
   前記選択手段は、前記第２のゲインの量子化値を表すビット列の下位から第１の所定数のビットを切り捨てることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
8. 前記選択手段は、さらに前記第２のゲインの量子化値を表すビット列の上位から第２の所定数のビットを切り捨てることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
9. 前記第１の所定数は、前記第１のゲインに対する前記第２のゲインの倍率に相当するビット数であることを特徴とする請求項７または８に記載の撮像装置。
10. 前記第２の所定数は、前記複数のゲインで得られた複数のフレームを合成するときに、前記第２のゲインの信号が合成に寄与しない数値を構成する上位ビットであることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. 前記選択手段は、前記第１のゲインの量子化値を表すビット列の上位から第３の所定数のビットを切り捨てることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
12. 前記選択手段により選択されたビットを出力する出力手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
13. 複数の撮像素子を有し、複数のゲインで得られる撮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、
    前記撮像手段から出力された撮像信号を所定長のビット列で表される量子化値へ変換する変換工程と、
    前記複数のゲインで取得された量子化値を表すビット列について、撮像信号の合成に用いられる合成対象のビットを選択する選択工程と、を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
14. 請求項１３に記載された制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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