JP2015205174A - Image processor and method for controlling image processor - Google Patents

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Kentaro Nagai
健太郎 長井
宗一郎 半田
Soichiro Handa
宗一郎 半田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve spatial resolution in an interferometer for recovering phase information from a periodic pattern.SOLUTION: An image processor for extracting phase information from a two-dimensional periodic pattern image includes acquisition means for acquiring the pattern image, first conversion means for converting the pattern image into a two-dimensional spatial frequency image, extraction means for extracting a peak of a spectrum included in the spatial frequency image and the peripheral area thereof, and second conversion means for acquiring a phase image by performing conversion reverse to the conversion performed by the first conversion means to the extracted area. The extraction means extracts an area including a first spectrum and one or more two-dimensional spectra.

Description

本発明は、二次元のパターン像から位相情報を取得する画像処理装置に関する。 The present invention relates to an image processing apparatus for obtaining the phase information from the two-dimensional pattern image.

物質の形状を精密に測定する方法のひとつに、電磁波の干渉によって発生する位相のずれを検出する方法がある。 One way to accurately measure the shape of the material, there is a method of detecting a phase shift caused by interference of electromagnetic waves. 位相を用いた測定法では、波面のそろった(すなわちコヒーレントな)光を被検体に照射し、干渉を発生させる。 In the measurement method using a phase, a uniform wavefront (i.e. coherent) light is irradiated to the subject, to generate interference. このようにして発生させた干渉縞は、波長の数分の一から数十分の一の位相差による入射光波面の変化(位相の変化)についての情報を含んでいるため、干渉縞を測定することで、位相の変化を取得することができる。 Interference fringes this manner is generated, because it contains information about the change of the incident wavefront by the phase difference of a few tenths of a fraction of the wavelength (change in phase), measuring interference fringes by, it is possible to obtain a change in phase. このような方法によって測定を行う装置は位相干渉計とも呼ばれ、例えばレンズ表面のわずかな凹凸を測定するといったように、精密な測定を行うことができる。 Such a method apparatus for making measurements by, also known as phase interferometry, for example, as such for measuring the slight irregularities of the lens surface, it is possible to perform precise measurement.

干渉を用いた計測手法の中でも、特にX線位相イメージングが近年注目を集めている。 Among the measurement method using interference, especially X-ray phase imaging has attracted attention in recent years. X線位相イメージングは、X線が被検体を透過する際に生じる光路長の変化を位相の干渉によって検出し、画像化する手法である。 X-ray phase imaging, the change in optical path length occurring when X-rays are transmitted through the subject is detected by the interference of the phase, it is a technique for imaging. X線位相イメージングは、従来のような、被検体内のX線の吸収率を画像化するものではないため、被検体が生体である場合に被曝量を低く抑えることができるという利点がある。 X-ray phase imaging, conventional as, because it is not intended to image the absorption of X-rays in the object, there is the advantage that it is possible to reduce the radiation exposure when the subject is a living body.

X線位相イメージングの例として、X線を用いたトールボット干渉計がある(非特許文献1参照)。 Examples of X-ray phase imaging, there is a Talbot interferometer using the X-ray (see Non-Patent Document 1). X線源から照射されたX線が被検体を透過すると、当該X線の位相が変化する。 When X-rays emitted from the X-ray source through the subject, the X-ray phase changes. また、被検体を透過したX線が、回折格子と呼ばれる周期的パターンを持った格子を通過すると、トールボット距離と呼ばれる所定の距離だけ離れた位置に干渉パターンが形成される。 Further, X-rays transmitted through the subject, it passes through the having a periodic pattern called a diffraction grating grating, the interference pattern is formed positioned at a predetermined distance called a Talbot distance. X線トールボット干渉計は、当該干渉パターン(以下、第一の干渉パターン)の、被検体の有無による変化を解析することで、前述の入射光波面の変化を測定する。 X-ray Talbot interferometer, the interference pattern (hereinafter, the first interference pattern) of, by analyzing the changes due to the presence or absence of a subject, measuring the change of the incident wavefront of the foregoing.

回折格子のパターン周期は、装置の長さや入射光の波長によって決まり、入射光がX線である場合、通常は数μmオーダーである。 Pattern period of the diffraction grating is determined by the wavelength of the length and the incident light of the device, when the incident light is an X-ray, usually several μm order. したがって、回折格子によって発生する干渉縞も数μmオーダーの周期となるため、通常のX線検出器の分解能では検出することができない。 Therefore, since the period of the interference fringes as several μm order generated by the diffraction grating, it can not be detected with a resolution of conventional X-ray detector. そのため、第一の干渉パターンが形成される位置に、第一の干渉パターンと同じかほぼ同周期の遮蔽格子を配置し、第一の干渉パターンの一部を遮る。 Therefore, the position where the first interference pattern is formed, a shield grid of the same or substantially the same period as the first interference pattern is arranged, blocking a portion of the first interference pattern. これにより、周期が数百μm程度である第二の干渉パターン(モアレ)が発生する。 Thus, a second interference pattern (moire) is generated periodically is several hundred μm or so. このモアレをX線検出器で検出することによって、第一の干渉パターンの変化を間接的に測定することができる。 By detecting the moire by the X-ray detector, it is possible to indirectly measure changes in the first interference pattern.
モアレの生成法には、周期を調節した遮蔽格子を、第一の干渉パターンと同じ向きに設置する方法と、遮蔽格子を回転させて設置する方法がある。 The generation method of the moire, the shielding grating was adjusted period, and how to install in the same direction as the first interference pattern, there is a method of installing rotate the shield grating. 前者によって生成されたモアレを拡大モアレと呼び、後者によって生成されたモアレを回転モアレと呼ぶ。 It referred to as enlarged moire moire generated by the former, called moire generated by the latter and the rotary moire.

一方、X線検出器によって取得される情報はX線の強度分布であるため、これを位相情報に戻さなければ、被検体内の情報を得ることができない。 On the other hand, the information obtained by the X-ray detector is an intensity distribution of X-ray can not be made unless obtain information in the object returned it to phase information.
モアレから微分位相を復元(回復)する方法の一つにフーリエ変換法がある。 Is Fourier transform method from moire One way to restore the differential phase (recovery). モアレ像をフーリエ変換すると、キャリア周波数に対応する位置にスペクトルのピークが生じる。 When Fourier transform moire image, a peak of the spectrum occurs at the position corresponding to the carrier frequency. そこで、当該スペクトルのピーク周辺の一定範囲を切り取り、切り取った領域を対象として逆フーリエ変換を行う。 Therefore, it cuts a certain range around the peak of the spectrum, performing inverse Fourier transform as a target an area cut. これにより、微分位相を回復することができる。 As a result, it is possible to recover the differential phase.
これに関連する発明として、特許文献1には、二次元のモアレ像を空間周波数像に変換し、キャリア周波数に一致するスペクトル周辺のデータを切り取って逆フーリエ変換をかけることで、微分位相を回復する装置が記載されている。 As an invention related to this, Patent Document 1, by applying an inverse Fourier transform cut data around spectrum converting a two-dimensional moiré image in a spatial frequency image corresponds to the carrier frequency, recovery of the differential phase an apparatus is described.

特開2011−153969号公報 JP 2011-153969 JP

前述した領域を切り取る際のサイズは、位相情報を回復した際の空間分解能に影響する。 Size for cutting the above-mentioned area affects the spatial resolution in the recovered phase information. 具体的には、切り取り範囲を広くするほど空間分解能が向上する。 Specifically, to improve the spatial resolution enough to widen the crop area. しかし、切り取り範囲に、他のスペクトルのピークやサイドローブが入ると、回復した位相像にアーチファクトが混入してしまうため、切り取り範囲を無制限に大きくすることはできない。 However, the crop area, enters the other spectral peaks and side lobes, because the artifacts to a phase image recovered will be mixed, it is impossible to increase the crop area indefinitely. すなわち、空間分解能の向上には限度があるという課題があった。 That is, the improvement of the spatial resolution has a problem that there is a limit.

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、周期的なパターンから位相情報を回復する干渉計において、空間分解能を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems of the conventional art, in the interferometer to recover the phase information from the periodic pattern, and an object thereof is to improve the spatial resolution.

上記課題を解決するために、本発明に係る画像処理装置は、 In order to solve the above problems, an image processing apparatus according to the present invention,
二次元の周期的なパターン像から位相情報を抽出する画像処理装置であって、前記パターン像を取得する取得手段と、前記パターン像を、二次元の空間周波数像に変換する第一の変換手段と、前記空間周波数像に含まれるスペクトルのピークとその周辺領域を抽出する抽出手段と、前記抽出された領域に対して、前記第一の変換手段が行った変換と逆の変換を行うことで位相像を取得する第二の変換手段と、を有し、前記抽出手段は、一次スペクトルと、一つ以上の二次スペクトルと、を含むように領域を抽出することを特徴とする。 An image processing apparatus for extracting phase information from a two-dimensional periodic pattern image, an acquisition unit that acquires the pattern image, the pattern image, the first converting means for converting the spatial frequency image of the two-dimensional When an extraction means for extracting a peak and its surrounding region of the spectrum contained in the spatial frequency image, with respect to the extracted region, by performing the transform and inverse transform the first conversion means is performed It has a second conversion means for acquiring the phase image, wherein the extraction means and extracts the primary spectrum, and one or more secondary spectrum, the region to include.

また、本発明に係る画像処理装置の制御方法は、 The control method for an image processing apparatus according to the present invention,
二次元の周期的なパターン像から位相情報を抽出する画像処理装置の制御方法であって、前記パターン像を、二次元の空間周波数像に変換する第一の変換ステップと、前記空間周波数像に含まれるスペクトルのピークとその周辺領域を抽出する抽出ステップと、前記抽出された領域に対して、前記第一の変換ステップで行った変換と逆の変換を行うことで位相像を取得する第二の変換ステップと、を含み、前記抽出ステップでは、一次スペクトルと、一つ以上の二次スペクトルと、を含むように領域を抽出することを特徴とする。 A method for controlling an image processing apparatus for extracting phase information from a two-dimensional periodic pattern image, the pattern image, a first conversion step of converting the spatial frequency image of the two-dimensional, the spatial frequency image peak of the spectrum contained a an extraction step of extracting the surrounding area, with respect to the extracted region, the second to obtain the phase image by performing transform and inverse transformations were performed by the first conversion step It includes a conversion step of, a, in the extraction step, and extracts the primary spectrum, and one or more secondary spectrum, the region to include.

また、本発明の第二の形態に係る画像処理装置は、 The image processing apparatus according to a second embodiment of the present invention,
二次元の周期的なパターン像から位相情報を抽出する画像処理装置であって、前記パターン像を取得する第一の取得手段と、前記パターン像を窓フーリエ変換することによって位相情報を取得する第二の取得手段と、を有し、前記窓フーリエ変換において用いられる窓関数は、前記パターン像を変換することで得られた二次元の空間周波数像から、一次スペクトルと、一つ以上の二次スペクトルと、を含む領域を抽出するフィルタ関数を逆フーリエ変換した関数であることを特徴とする。 An image processing apparatus for extracting phase information from a two-dimensional periodic pattern image, and first acquisition means for acquiring the pattern image, the acquires phase information by the window Fourier transform the pattern image It includes a second obtaining unit, the window function used in the window Fourier transform, a two-dimensional spatial frequency image obtained by converting the pattern image, a primary spectrum, one or more secondary wherein the spectrum and is a function that has been inverse Fourier transform of the filter function which extracts a region including the.

本発明によれば、周期的なパターンから位相情報を回復する干渉計において、空間分解能を向上させることができる。 According to the present invention, the interferometer to recover the phase information from the periodic pattern, it is possible to improve the spatial resolution.

実施形態に係る撮像装置の概略図である。 It is a schematic diagram of an imaging apparatus according to an embodiment. フーリエ変換法で位相を取得する手順を示した図である。 It is a diagram illustrating a procedure for acquiring a phase in the Fourier transform method. 従来例を用いて位相回復を行った場合の結果を示す図である。 It is a diagram showing a result in the case of performing the phase retrieval using conventional example. 実施形態において位相回復を行った場合の結果を示す図である。 It is a diagram showing a result in the case of performing the phase retrieval in the embodiment. 従来例と実施形態とを比較した図である。 It is a diagram of comparison between the conventional example embodiment. 実施形態に係る撮像装置の処理フローチャート図である。 It is a process flow diagram of an imaging apparatus according to an embodiment.

(システム構成) (System configuration)
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings, an embodiment of the present invention in detail.
図1は、本実施形態に係る撮像装置1の構成を示した図である。 Figure 1 is a diagram showing a configuration of an imaging apparatus 1 according to this embodiment. 撮像装置1は、トールボットX線位相イメージング装置であり、X線源110、回折格子120、遮蔽格子130、X線検出器140、演算部150、画像表示装置160を備えている。 The imaging device 1 is a Talbot X-ray phase imaging apparatus, X-ray source 110, a diffraction grating 120, the shield grid 130, the X-ray detector 140, arithmetic unit 150, and an image display device 160.
なお、測定対象である被検体210は、本実施形態ではX線源110と回折格子120との間に配置されるが、回折格子120と遮蔽格子130の間に配置してもよい。 Incidentally, the object 210 that is a measurement object, in the present embodiment is disposed between the diffraction grating 120 and the X-ray source 110 may be disposed between the diffraction grating 120 and absorption grating 130.

X線源110は、被検体210に照射するX線を発生させるための線源である。 X-ray source 110 is a radiation source for generating X-rays irradiated onto the subject 210. 照射されたX線は、被検体を透過したのちに回折格子120に入射する。 Irradiated X-rays are incident on the diffraction grating 120 after passing through the subject.
回折格子120は、被検体を透過したX線を回折させるための手段であり、所定の周期で格子パターンが配置された位相型の回折格子である。 Diffraction grating 120 is a means for diffracting the X-rays transmitted through the subject, is a phase type diffraction grating in which the grating patterns are arranged in a predetermined cycle. なお、位相型の回折格子の代わりに、振幅型の回折格子を用いることもできる。 Instead of the phase type diffraction grating, it is also possible to use a diffraction grating of the amplitude type. 回折格子120によって回折したX線は、トールボット距離と呼ばれる所定の距離において、明部と暗部が配列方向に並んだパターン像(干渉像310)を形成する。 X-rays diffracted by the diffraction grating 120 is formed at a predetermined distance called a Talbot distance, the light and dark portions are arranged in the array direction pattern image (interference image 310). 図1中、符号L2がトールボット距離である。 1, reference numeral L2 is Talbot distance.
以降、回折格子120によって生じた干渉像を第一の干渉パターンと称する。 Hereinafter, an interference image generated by the diffraction grating 120 is referred to as a first interference pattern.

X線が干渉することによって発生する第一の干渉パターンの周期は、通常、数μmから十数μm程度であり、そのままでは検出器で検出することができない。 Period of the first interference pattern X-rays are generated by interference is typically a ten [mu] m approximately several [mu] m, is as it can not be detected by the detector. そこで、格子の周期を第一の干渉パターンと同じか、僅かに変えた遮蔽格子130をトールボット距離に配置し、第二の干渉パターンを生成する。 Therefore, the period of the grating equal to the first interference pattern, arranged slightly amplitude grating 130 was changed to Talbot distance, to generate a second interference pattern. 遮蔽格子130は、透明部と不透明部を交互に配列することでX線の一部を遮光する遮光格子である。 Shield grating 130 is a light-shielding grating for blocking a part of the X-ray by alternately arranged transparent portion and an opaque portion. このようにすることで、モアレを発生させ、第一の干渉パターンの周期を数十μm以上(あるいは無限)に拡大することができる。 In this way, to generate a moire, it is possible to expand the period of the first interference pattern to several tens of μm or more (or infinite).
生成された第二の干渉パターンは、X線検出器140によって検出される。 The second interference pattern produced is detected by the X-ray detector 140. X線検出器140は、平面(検出面)におけるX線の強度分布を取得する手段である。 X-ray detector 140 is a means for obtaining an intensity distribution of X-ray in the plane (detection plane). X線検出器の分解能は、通常であれば数十μm平方程度であるが、モアレを生成することで、第一の干渉パターンを間接的に測定することができる。 Resolution of X-ray detector is a few tens of μm square about Ordinarily, to produce a moire, it can be measured first interference pattern indirectly.
なお、第二の干渉パターンの周期は、用いる位相回復方法とX線検出器140の検出面のサイズを考慮して適宜決めることができるが、本実施形態においては、画素サイズの2倍以上、かつ、X線検出器140の検出面の範囲以下とすることが好ましい。 The period of the second interference pattern, but can be appropriately determined in consideration of the size of the detection surface of the phase retrieval method and X-ray detector 140 used in the present embodiment, more than twice the pixel size, and preferably it has the following range of the detection surface of the X-ray detector 140.

次に、干渉パターンと被検体の内部情報との関係について説明する。 Next, a description will be given of the relationship between the internal information of the interference pattern and the object.
本実施形態では、被検体210を、X線源110と回折格子120の中間に配置する。 In this embodiment, the subject 210 is placed in the middle of the X-ray source 110 and the diffraction grating 120. X線は一般的に透過性が高いため、生体をはじめとする被検体に照射すると、その大部分が透過するが、その際に、透過した物質の元素組成と密度に応じた位相の変化が生じる。 Since X-rays generally has high permeability, is irradiated to a subject, including biological, but mostly is transmitted, when the change in phase in response to the elemental composition and density of the transmitted material occur.
この位相の変化は、第一の干渉パターンの配置に影響を与える。 This change in phase, affects the positioning of the first interference pattern. そのため、遮蔽格子130によって発生する第二の干渉パターンにも歪みが生じる。 Therefore, distortion occurs in the second interference pattern generated by the absorption grating 130.

本実施形態では、このようにして発生した歪みを、演算部150が、第二の干渉パターンから位相の微分情報を復元することで取得する。 In the present embodiment, the distortion generated in this manner, the arithmetic unit 150 obtains by restoring the differential information of the phase from the second interference pattern. そして、被検体が存在しない場合と比較することで、被検体の内部情報を取得する。 Then, by comparing with the case where there is no object, and acquires internal information of the subject. 取得された内部情報は、画像情報として画像表示装置160に出力される。 Acquired internal information is output to the image display apparatus 160 as image information.
なお、演算部150は、本実施形態ではコンピュータであるが、演算を行う機能は、FPGAやASICなどによって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。 The arithmetic unit 150 is in this embodiment is a computer, a function of performing a calculation, may be realized by a FPGA or ASIC, it may be implemented by a combination thereof.

(位相像の取得方法) (Method of obtaining the phase image)
次に、取得した第二の干渉パターンから微分位相像を復元する従来の方法について説明する。 Next, the related art will be described how to restore the differential phase image from the second interference pattern acquired. 以下、格子によって生じた干渉パターン(本実施形態では第二の干渉パターン)をフリンジパターンと称する。 Hereinafter referred to as a fringe pattern (second interference pattern in this embodiment) interference pattern generated by the grating.
なお、本明細書において、単に「位相像」と言うときは、微分位相像と、微分されていない位相像(微分位相情報を積分して得られる像と同じ。積分位相像とも呼ぶ)の両方を指す。 Incidentally, both in the present specification, when simply referred to as "phase image" (also referred to as the same. Integration phase image and an image obtained by integrating the differential phase information) and differential phase image, a phase image that is not differentiated the point. 同様に、単に「位相情報」と言うときは、微分位相情報と、微分されていない位相情報(微分位相情報を積分して得られる情報と同じ。積分位相情報とも呼ぶ)の両方を指す。 Similarly, when simply referred to as "phase information", it refers a differential phase information, both the phase information which are not differentiated (also referred to as the same. Integration phase information and information obtained by integrating the differential phase information).
トールボット干渉計では、微分位相像を復元する方法として、位相シフト法やフーリエ変換位相回復法(フーリエ変換法)などの方法が用いられるが、本例ではフーリエ変換法について説明する。 The Talbot interferometer, as a method for restoring the differential phase image, a method such as phase-shift method and the Fourier transform phase retrieval method (Fourier transform) is used, in the present embodiment will be described Fourier transform method. また、本例では、二次元方向に配列された格子を用いてフリンジパターンを生成する例について説明する。 Further, in this embodiment, an example of generating a fringe pattern with a grating arranged in two-dimensional directions. このようにすることで、一回のX線照射で、X軸方向およびY軸方向の二方向の微分位相像を取得することができる。 By doing so, it is possible in a single X-ray irradiation, to obtain a two-way differential phase image of the X-axis direction and the Y-axis direction.

図2は、フーリエ変換法によって位相像を取得する過程を説明した図である。 Figure 2 is a diagram illustrating a process of acquiring a phase image by the Fourier transform method. フリンジパターンをフーリエ変換すると、当該フリンジパターンの周期に応じた空間周波数像(スペクトルパターン)を得ることができる。 When the fringe pattern is Fourier transform, it is possible to obtain the spatial frequency image corresponding to the period of the fringe pattern (spectrum pattern).
図2(A)は、本実施形態の説明で用いる被検体の形状を表した図である。 2 (A) is a diagram showing the shape of the object used in the description of this embodiment. 当該被検体はピラミッド型の形状をしており、図2(A)は、当該ピラミッドを頭頂部から俯瞰した状態を表している。 The subject is in the form of a pyramid, FIG. 2 (A) shows a state looking down the pyramid from the top. また、図2(B)は、位相を回復する前のフリンジパターンを表す画像である。 Also, FIG. 2 (B), an image representing the previous fringe pattern to recover the phase.

フリンジパターンの強度I(x,y)は、式(1)のように記述できる。 Intensity of the fringe pattern I (x, y) is can be described as in Equation (1).

ここでは、説明を簡単にするため、フリンジの方向がX軸およびY軸方向に揃っている例を挙げる。 Here, in order to simplify the description, examples in which the direction of fringe are aligned in X-axis and Y-axis direction. なお、xおよびyは、画素の座標を示す整数である。 Incidentally, x and y are integers indicating the coordinates of a pixel. また、aは透過するX線の強度を示し、b およびP は、x方向のフリンジパターンに関する振幅と位相をそれぞれ表す。 Further, a is indicated the intensity of X-rays passing through, b 1 and P 1 represent respectively the amplitude and phase related to the fringe pattern in the x direction. また、b およびP は、y方向のフリンジパターンに関する振幅と位相をそれぞれ表す。 Further, b 2 and P 2 represent respectively the amplitude and phase in the y-direction of the fringe pattern. また、ωはフリンジの空間周波数を表す値で、ω=π/2とする。 Further, omega is a value representing the spatial frequency of the fringes, and ω = π / 2. すなわち、ここでは4ピクセル周期のフリンジを想定する。 That is, here it is assumed a fringe of 4 pixel period.

なお、X軸方向のフリンジパターンの情報(b およびP )は必ずしもX軸方向の微分位相に関する情報を示さず、また、Y軸方向のフリンジパターンの情報(b およびP )は必ずしもY軸方向の微分位相に関する情報を示さない。 The information of the fringe pattern of the X-axis direction (b 1 and P 1) is not necessarily indicative of information about the X-axis direction of the differential phase, also information of the fringe pattern of the Y-axis direction (b 2 and P 2) is not always show no information about the Y-axis direction of the differential phase. (b ,P )もしくは(b ,P )がX微分に関する位相情報を含むか、Y微分に関する位相情報を含むかは、第二の干渉パターンを取得する際の方法に依存する。 (B 1, P 1) or (b 2, P 2) or contains a phase information regarding X derivative, comprises or phase information about the Y derivative, depending on the method for acquiring the second interference pattern.

トールボット干渉計においてフリンジパターンを取得するアプローチには、大まかに分類して、拡大モアレを利用する方法と、回転モアレを利用する方法の二種類が存在する。 Approach to obtain a fringe pattern in the Talbot interferometer, and roughly classified, a method of utilizing expanded moire, two methods utilizing rotation moire is present.
拡大モアレを利用する方法とは、具体的には、回折格子120による自己像のパターン周期方向と、遮蔽格子130のパターン周期方向をそろえつつ、遮蔽格子130の周期そのものを回折格子120の自己像の周期よりずらすことでモアレを発生させる方法である。 The method utilizing an enlarged moire, specifically, the pattern period direction of the self image by diffraction grating 120, while aligning the pattern period direction of the shielding grating 130, the self-image of the diffraction grating 120 a cycle itself of the absorption grating 130 a method of generating moire by shifting than the period of the.

また、回転モアレを利用する方法とは、具体的には、回折格子120による自己像のパターン周期方向と、遮蔽格子130のパターン周期方向をずらすことでモアレを発生させる方法である。 Further, the method utilizing the rotating moire, specifically, the pattern period direction of the self image by diffraction grating 120, a method of generating moire by shifting the pattern period direction of the shielding grating 130. すなわち、回折格子と遮蔽格子とを互いに異なる角度で配置する方法である。 That is a method of arranging at different angles to the diffraction grating and the absorption grating with each other. もちろん、両者を取り混ぜてもよい。 Of course, it may be a mix of both.

このうち、回転モアレを利用する方法を用いてモアレを回転させると、X微分の情報を含んだ一次スペクトルと、Y微分の情報を含んだ一次スペクトルの位置関係が変化する。 Among them, rotating the moire, the positional relationship between X and primary spectrum that contains information of the differential, primary spectrum that contains information of the Y derivative varies with the method of using rotation moire. 但し、本発明及び本明細書において、回転モアレを利用する方法とは、回転と拡大の両者を取り混ぜた方法を含み、回転モアレとは、回転と拡大の両者を取り混ぜた方法により形成されるモアレを含むものとする。 However, moire in the present invention and the present specification, a method using a rotating moire includes a method of mix of both rotation and expansion, the rotary moire, which is formed by a method mix of both rotation and expansion It is intended to include. つまり、X微分の情報を含んだ一次スペクトルがXY平面のうちX軸上以外に存在し、Y微分の情報を含んだ一次スペクトルがXY平面のうちY軸上以外に存在することになる。 In other words, the primary spectrum including information X derivative is present in addition to the X-axis of the XY plane, the primary spectrum that contains information of the Y derivative will be present in addition to the Y axis of the XY plane.
そのため、Y軸方向の微分情報を含んだスペクトルをX軸上に配置し、X軸方向の微分情報を含んだスペクトルをY軸上に配置することも可能である。 Therefore, the spectrum including the differential information in the Y-axis direction is arranged on the X-axis, it is also possible to arrange the spectrum including the differential information in the X-axis direction on the Y axis. なお、本実施形態の説明では、Y軸方向の微分情報を含んだスペクトルをX軸上に配置し、X軸方向の微分情報を含んだスペクトルをY軸上に配置する例を挙げるが、スペクトルは必ずしも正確にX軸上、Y軸上に存在する必要はない。 In the description of this embodiment, a spectrum containing the derivative information in the Y-axis direction is arranged on the X-axis, example of placing a spectral including differential information of the X-axis direction on the Y axis, the spectrum It is not always exactly on the X-axis, must be present on the Y axis. X軸方向の微分情報を含んだスペクトルが、X軸よりもY軸に近くなり、Y軸方向の微分情報を含んだスペクトルが、Y軸よりもX軸に近くなるように設定すれば本特許の趣旨は達成される。 Spectrum including differential information in the X-axis direction, near becomes Y axis than the X-axis, the spectrum including the differential information in the Y-axis direction, the patent is set to be close to the X-axis than the Y-axis the spirit is achieved.

図2(C)は、フーリエ変換後のスペクトルパターンの絶対値の対数を取った画像(以下、フーリエ像)である。 Figure 2 (C) is an image in which the logarithm of the absolute value of the spectral pattern of the Fourier transform (hereinafter, Fourier image). 本例では、9つのスペクトルピークが平面上に存在する。 In this example, nine spectral peaks are present on the plane. なお、ここでは、説明を簡単にするため、式(1)で表されるフリンジパターンを用いて説明を行う。 Here, for simplicity of explanation, it will be described with reference to the fringe pattern represented by the formula (1). すなわち、9つのスペクトルピークがX軸およびY軸に平行な正方形状に配置されている。 That is disposed parallel square nine spectral peaks X and Y axes. 以下、各スペクトルピークとその周辺領域を単にスペクトルと称する。 Hereinafter simply referred to as spectral each spectrum peak and its surrounding area.

図2(C)において、中央に位置するスペクトルが0次スペクトルである。 In FIG. 2 (C), the spectrum at the center is zero-order spectrum. また、0次スペクトルに最近接する4つのスペクトル(点線で図示)が一次スペクトルである。 The four spectra closest to the 0 order spectrum (shown in phantom) is the primary spectrum. また、最も外方に位置する4つのスペクトルが二次スペクトルである。 Also, four spectral located closest to the outside is a secondary spectrum.
このうち一次スペクトルのうちの一つを、フィルタ関数を用いて抽出し、図2(D)のように別の周波数空間上にペーストし、逆フーリエ変換を行うと、図2(E)のような画像の情報を得ることができる。 One of these primary spectra, extracted with filter function, and paste on another frequency space as shown in FIG. 2 (D), the The reverse Fourier transform, as shown in Figure 2 (E) it is possible to obtain information of an image. このようにして得られる画像が、被検体を透過したX線の位相を表す画像となる。 Image obtained in this manner, the image representing the phase of the X-rays transmitted through the subject.

次に、フーリエ像を切り取る方法について詳しく説明する。 It will now be described in detail how to cut the Fourier image. 従来、フーリエ像を切り取る際には、切り取るスペクトル以外のスペクトル(少なくともスペクトルのピーク。スペクトルの裾が含まれることはあり得る)を含まないようにフィルタ関数を設定する必要があった。 Conventionally, when cutting a Fourier image, it is necessary to set the filter function so as not to include spectra other than the spectrum cutting (which may be at least spectral peaks. Be included spectrum hem). これは、隣接スペクトルが含まれることで、取得した像にアーチファクトが混入するのを防ぐためである。 This is because that contain adjacent spectrum, it is to prevent the artifacts are mixed in the obtained image.

図3は、従来技術による位相回復例を示す図である。 Figure 3 is a diagram showing a phase retrieval example according to the prior art. 従来の技術では、フィルタ関数は、図3(A)および図3(B)のように、隣接スペクトルを含まないように設定された。 In the prior art, the filter function, as shown in FIG. 3 (A) and FIG. 3 (B), the set to not include adjacent spectrum. このようなフィルタ関数として、例えば、式(2)で表されたハン窓Fがある。 Such a filter function, for example, Han window F which is represented by the formula (2).

ここで、k およびk は、−πからπの範囲で、間隔をx、yそれぞれ画像のピクセル数で等分した波数空間上の座標を示し、その範囲は、図2(C)で示した図の範囲と一致する。 Here, k x and k y are in the range of π from - [pi], the coordinates of the Fourier space obtained by equally dividing the interval x, y in the number of each pixel image, the range in FIG. 2 (C) consistent with the scope of the indicated Fig. また、k x0およびk y0はハン窓の中心座標を示し、σはハン窓の幅を示す。 Also, k x0 and k y0 represents the center coordinates of Han window, sigma is the width of the Han window.
図3(A)および図3(B)のような窓を設定した場合、σは、最近接スペクトルまでの距離、すなわちσ=π/2となる。 Figure 3 when setting the window, such as (A) and FIG. 3 (B), sigma is the distance to the closest spectrum, that is, σ = π / 2. この結果、それぞれ図3(C)もしくは図3(D)のような微分位相像を取得することができる。 As a result, it is possible to obtain the differential phase image, such as, respectively, in FIG 3 (C) or FIG. 3 (D). こうして取得したX軸方向、Y軸方向それぞれの微分位相像を用いて積分演算を行うことで、積分位相像を取得することができる。 Thus obtained X-axis direction, by performing integral calculation with the Y-axis direction of the differential phase image, it is possible to obtain the integration phase image.

このフィルタ関数を二倍に拡大した場合、式(3)のようになる。 When enlarging the filter function doubled, so equation (3). なお、範囲が−πからπまでの波数空間をはみ出した場合、周期的境界条件を適用する。 Incidentally, if the range is protruding a wave number space from -π to [pi, applying a periodic boundary condition.

次に、本実施形態におけるフィルタ関数について説明する。 Next, a description will be given filter function in this embodiment.
本実施形態においては、X軸方向の微分情報を取得するためにY軸上のスペクトルを切り取るが、この際に、X軸方向に対する幅がY軸方向に対する幅よりも長くなるようにフィルタ関数を設定する。 In the present embodiment, cut spectrum on the Y axis in order to obtain the derivative information in the X-axis direction, in this case, the filter function such that the width with respect to the X-axis direction is longer than the width for the Y-axis direction set to. 同様に、Y軸方向の微分情報を取得するためにX軸上のスペクトルを切り取るが、この際に、Y軸方向に対する幅がX軸方向に対する幅に比べて長くなるようにフィルタ関数を設定する。 Similarly, although cut spectrum on X-axis in order to obtain the derivative information in the Y-axis direction, when the width relative to the Y-axis direction is set the filter function to be longer than the width with respect to the X-axis direction .
このようなフィルタ関数を図に示すと、図4(A)および図4(B)に示した実線のようになる。 When shows such a filter function in FIG, so the solid line shown in FIG. 4 (A) and FIG. 4 (B). 具体的には、図4(A)に対応するフィルタ関数は、式(4)のようになり、図4(B)に対応するフィルタ関数は、式(5)のようになる。 Specifically, the filter function corresponding to FIG. 4 (A), becomes as shown in Equation (4), the filter function corresponding to FIG. 4 (B), it is as shown in Equation (5).

この結果、フィルタ関数は非等方になる。 As a result, the filter function is a non-isotropic. また、X軸上にあるY微分方向の位相情報を取得するためのフィルタ関数と、Y軸上にあるX微分方向の位相情報を取得するためのフィルタ関数は異なる関数となる。 The filter function for obtaining the filter functions to get the phase information in the Y differential direction in the X-axis, the phase information of X derivative in a certain direction on the Y axis are different functions. また、フィルタ関数の範囲が拡大されるため、四つの二次スペクトルのうち、点線で示した二つがそれぞれ含まれるようになる。 Further, since the range of the filter function is expanded, of the four secondary spectrum, so that the two indicated by a dotted line are included, respectively.

前述した関数を用いてフィルタリングを行った結果の、X軸およびY軸方向の微分位相像の取得結果を、図4(C)および図4(D)に示す。 The result of filtering by using the above-mentioned functions, the acquisition result of the X-axis and Y-axis direction of the differential phase image, shown in FIG. 4 (C) and FIG. 4 (D). その結果、二次スペクトルを含んでいるにもかかわらず、フリンジの位相が回復されていることが分かる。 As a result, despite containing secondary spectrum, it can be seen that the fringe phase is recovered.

また、従来技術と本実施形態とでエッジ部分を拡大し、比較したものが図5(A)および図5(B)である。 Moreover, expanding the edge portion in the prior art and the present embodiment, a comparison is shown in FIG. 5 (A) and FIG. 5 (B). この比較結果から、本実施形態では、エッジ部がよりシャープになっていることが分かる。 From this comparison result, in the present embodiment, it can be seen that the edge portion is sharper.
また、当該エッジ部から変調伝達関数(MTF:Modulation Transfer Function)を計算したものが、図5(C)である。 Also, the edge portion modulation transfer function from (MTF: Modulation Transfer Function) that was calculated, diagrams 5 (C). 図5(C)のグラフは、縦軸に伝達強度、横軸に周波数を示したもので、グラフが横方向に広がるほど空間分解能が向上していることを意味する。 Graph of FIG. 5 (C), transmitted intensity on the vertical axis, shows the frequency on the horizontal axis means that the graph has improved spatial resolution higher spreads laterally. このグラフからも、従来例に比べて空間分解能が向上していることがわかる。 From this graph, it can be seen that the spatial resolution in comparison with the prior art is improved.

このような処理が可能な理由について説明する。 Such processing for the possible reasons are described.
フーリエ変換を行うと、フリンジに含まれる位相情報は、波数空間上でスペクトルピーク付近に局在化される。 When performing a Fourier transform, phase information included in the fringe is localized near the spectral peak at wavenumber space. そのため、フーリエ変換法では、スペクトルピークの周辺を切り取り、さらに逆フーリエ変換を行うことで位相情報を取得している。 Therefore, in the Fourier transform method, which obtains the phase information by performing cut around the spectral peaks, further inverse Fourier transform. この際の切り取り面積は、隣接スペクトルからの干渉を避けるため、小さくすることが求められる。 Cut area at this time, to avoid interference from the adjacent spectral, it is required to reduce.

しかしながら、空間分解能を向上させるための高周波数情報は、スペクトルピークから離れた位置に存在するため、切り取り面積を小さくすると、空間分解能が低い像しか得ることができなくなる。 However, the high frequency information in order to improve the spatial resolution in order to present in a position away from the spectral peaks, reducing the cut area, can not be spatial resolution obtained only low image. よって従来は、切り取り面積を、隣接スペクトルからの干渉を避けられる範囲内でなるべく大きく設定していた。 Thus conventionally, the cut area was set as large as possible within a range that avoids interference from an adjacent spectrum.
しかし、本発明者らの検討により、実際は、フーリエ像を切り取る際には、必ずしも切り取るスペクトル以外のすべてのスペクトルを避ける必要はないことが明らかになった。 However, the study of the present inventors, in fact, when cutting a Fourier image, that it is not always necessary to avoid all spectra except spectra cutting revealed. 具体的には、二次スペクトルについては、上記切り取りの実効範囲内に含めても位相を回復することができる。 Specifically, for the secondary spectrum, be included within the effective range of the cut can be recovered phase. すなわち、切り取り範囲を、従来の正方もしくは正円形といった等方的な形状ではなく、二次スペクトルを含んだ長方形、もしくは楕円形といった非等方的な形状とすることができる。 That is, the crop area, rather than isotropic shapes, such as a conventional square or a round may be a non-isotropic shape such inclusive rectangular or oval secondary spectrum. 本実施形態では、このように、位相回復の際に、ある一方向に対して切り取り範囲を大きくすることで、その方向に対する空間分解能を向上させている。 In the present embodiment, thus, when the phase retrieval, and there by increasing the crop area against one direction, to improve the spatial resolution for that direction.

図2(C)の例では、X軸上に位置したY方向の微分位相に関する一次スペクトルを中心として、前後の二次スペクトルを切り取り範囲に含ませることで、Y軸方向に対する空間分解能を向上させている。 In the example of FIG. 2 (C), the around the primary spectrum for differential phase in the Y direction positioned on the X axis, by including in the crop area before and after the secondary spectrum, to improve spatial resolution with respect to the Y-axis direction ing. また、Y軸上の一次スペクトルを中心として、前後の二次スペクトルを切り取り範囲に含ませることで、X軸方向に対する空間分解能を向上させている。 Further, around the primary spectrum on the Y axis, by including in the crop area before and after the secondary spectrum, thereby improving the spatial resolution with respect to the X-axis direction.

本実施形態では、遮蔽格子130を用いて回転モアレを発生させることで、Y軸方向の微分情報を有するスペクトルを、X軸上あるいはそこから±45度の範囲内に一次スペクトルとして存在させることができる。 In the present embodiment, by generating a rotating moire with shielding grating 130, a spectrum having a differential information in the Y-axis direction, from there or on the X-axis within a range of 45 degrees ± be present as a primary spectrum it can. また、X軸方向の微分情報を有するスペクトルを、Y軸上あるいはそこから±45度の範囲内に一次スペクトルとして存在させることができる。 Further, a spectrum having a differential information in the X-axis direction, may be present as a primary spectrum in the range of 45 degrees ± the Y-axis or therefrom. その結果、X軸およびY軸の両方向の微分情報を一回の測定で取得することができる。 As a result, the differential information of both the X-axis and Y-axis can be obtained in a single measurement.
このようにして得た各軸方向についての微分情報は、1次スペクトルのみが含まれるように切り出して得た微分情報よりも高い空間分解能を持つものであるため、位相像を積分することにより、X軸およびY軸方向の空間分解能が互いに補完され、結果として、空間分解能が向上した位相積分像を得ることができる。 Differential information for each axial direction obtained in this way, since those with a higher spatial resolution than the differential information obtained by cutting to include only the first order spectrum, by integrating the phase image, X-axis and the spatial resolution of the Y-axis direction is complement each other, as a result, it is possible to obtain a phase integration images with improved spatial resolution.

なお、切り取りにおける有効範囲は、フィルタ関数として式(2)のような関数を用いる場合、フィルタ関数の出力値がゼロになる箇所を境界として定義することができる。 Note that the effective range in the cut, when using a function such as equation (2) as a filter function, it is possible to define the location where the output value of the filter function is zero as the boundary.
一方、式(6)に示したガウス関数など、無限の広がりを持つ関数をフィルタ関数として用いてもよい。 On the other hand, such as a Gaussian function shown in equation (6) may be used function having infinite extent as a filter function. このような場合、関数の出力値が十分に小さい値(例えば、中央最大値の1%以下)となる箇所を切り取り範囲の境界とすればよい。 In this case, the output value is sufficiently small value of the function (e.g., less than 1% of the central maximum value) become point may be set as the boundary of the crop area. この他にも、例えば、中心よりも3σだけ離れた位置を境界とし、当該境界よりも内方を有効範囲としてもよい。 In addition to this, for example, to a position apart 3σ from the center and the boundary may be scoped inward from the boundary.

(処理フローチャート) (Flowchart)
次に、以上に説明した機能を実現するための処理フローチャートについて説明する。 Next, a description will be given of a process flow chart for realizing the functions described above.
図6は、本実施形態に係る撮像装置1が行う処理のフローチャートである。 Figure 6 is a flowchart of processing by the imaging apparatus 1 according to the embodiment. 当該処理は、ユーザの操作(例えば撮像を行う操作)によって開始される。 The process is initiated by a user operation (for example, an operation for imaging).

まず、ステップS11で、X線源110がX線を発生させ、被検体210に照射する。 First, in step S11, the X-ray source 110 generates X-rays, is irradiated to a subject 210. 照射されたX線は、被検体を透過し、回折格子120および遮蔽格子130を通過したのち、X線検出器140に入射する。 Irradiated X-rays, transmitted through the subject, after passing through the diffraction grating 120 and absorption grating 130 is incident on the X-ray detector 140.
次に、ステップS12で、X線検出器140が、検出面におけるX線の強度分布を取得する。 Next, in step S12, the X-ray detector 140 obtains the intensity distribution of X-ray on the detection surface. 取得された強度分布は、演算部150へ送信される。 Acquired intensity distribution is sent to the arithmetic unit 150.

次に、ステップS13で、演算部150が、取得したX線の強度分布をフーリエ変換によって空間周波数像(フーリエ像)に変換する。 Next, in step S13, the arithmetic unit 150 converts the intensity distribution of the obtained X-ray to the spatial frequency image by Fourier transform (Fourier image).
次に、ステップS14で、演算部150が、前述した方法によって、フィルタ関数を用いてフーリエ像の一部を切り取る。 Next, in step S14, the calculation unit 150, by the method described above, it cuts out part of the Fourier image by using a filter function. この際、X軸方向の微分情報を取得するための領域と、Y軸方向の微分情報を取得するための領域の二つの領域を切り取る。 At this time, cut the two areas of a region for obtaining a region for obtaining differential information in the X-axis direction, the differential information in the Y-axis direction.

次に、ステップS15で、演算部150が、切り取った複数の領域を別の周波数空間にペーストし、それぞれ逆フーリエ変換を行う。 Next, in step S15, the arithmetic unit 150, and paste the plurality of regions taken to another frequency space, an inverse Fourier transform respectively. これにより、X軸方向の微分位相像と、Y軸方向の微分位相情報が取得できる。 Thus, a differential phase image of the X-axis direction, differential phase information in the Y-axis direction can be obtained.
最後に、ステップS16で、演算部150が、それぞれの微分位相像を用いて積分演算を行い、積分位相像を取得する。 Finally, in step S16, the arithmetic unit 150 performs an integrating operation using the respective differential phase image, obtains the integrated phase image. 取得された積分位相像は、画像処理が施されたのちに画像表示装置160に出力される。 Obtained integrated phase image is output to the image display device 160 after the image processing has been performed.

以上に説明したように、本実施形態に係る撮像装置は、フーリエ像に含まれる一次スペクトルのピークとその周辺を切り取る際に、二次スペクトルを含む一以上のスペクトルが含まれるような非等方的な切り取り範囲を設定する。 As described above, the imaging apparatus according to this embodiment, when cutting the peak and its vicinity of the primary spectrum contained in the Fourier image, anisotropy, such as contain one or more spectrum comprising secondary spectrum to set a specific cut range. これにより、アーチファクトを発生させずに、空間解像度のみを向上させることが可能となる。 Thus, without causing artifacts, it is possible to improve the only spatial resolution.

(変形例) (Modification)
なお、実施形態の説明は本発明を説明する上での例示であり、本発明は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更または組み合わせて実施することができる。 Incidentally, the description of the embodiments are illustrative in order to explain the present invention, the present invention can be implemented appropriately changed or combined without departing from the scope of the invention. 例えば、本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む撮像装置として実施することもできるし、干渉像を検出する手段(干渉像検出装置)を有さず、入力された干渉像に基づいて積分位相像を生成する画像処理装置として実施することもできる。 For example, the invention can also be implemented as an imaging device that includes at least a part of the process, no means for detecting the interference image (interference image detector), based on the input interference image integration It may also be implemented as an image processing apparatus for generating a phase image. また、画像処理装置の制御方法として実施することもできるし、当該制御方法を画像処理装置に実行させるプログラムとして実施することもできる。 Furthermore, can also be implemented as a control method for an image processing apparatus can also be implemented as a program for executing the control method in an image processing apparatus. 上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。 It said processing and means, as long as a technical contradiction does not occur, can be implemented by being freely combined. なお、本発明及び本明細書において、撮像装置とは、周期的なパターンを撮像する装置であれば、被検体の情報を画像化するものに限定されない。 In the present invention, and the present specification, the imaging device, if the device for imaging a periodic pattern, but are not limited to image the information on the subject. また、画像処理装置とは、周期的なパターンの強度情報を用いて入力された情報とは異なる情報を取得する装置であれば、画像を形成するものに限定されない。 Further, the image processing apparatus, if the device for obtaining information different from the information input by using the intensity information of the periodic pattern is not limited to an electrophotographic image forming process.

また、実施形態の説明では、トールボット型X線位相イメージング装置を例としてあげているが、本発明に係る位相像取得方法は、干渉に起因する位相変化を生じせしめ、当該位相の変化を取得する装置であれば、他のいかなる形態の微分干渉計に適用してもよい。 In the description of the embodiments, although raised Talbot-type X-ray phase imaging device as an example, the phase image acquisition method according to the present invention, allowed introduce a phase change due to interference, obtains the change in the phase if a device that may be applied to a differential interferometer any other form. また測定に用いる光はX線に限らず、いかなる波長の電磁波であってもよい。 The light used for measurement is not limited to X-ray, it may be electromagnetic waves any wavelength.

また、実施形態の説明では、切り取り範囲に一つの一次スペクトルと、二つの二次スペクトルが含まれる例を挙げたが、一つの一次スペクトルと、一つ以上の二次スペクトルを含んでいれば、切り取り範囲はどのように設定してもよい。 In the description of the embodiments, and one of the primary spectrum crop area, an example that contains two secondary spectra, and one of the primary spectrum, if it contains one or more secondary spectrum, cut range may be set in any way.
また、実施形態の説明では、切り取り関数として窓関数を用いたが、フーリエ像の所定の領域を切り取ることができれば、任意の関数を用いてもよい。 In the description of the embodiment uses a window function as a cut function, if it is possible to cut a predetermined area of ​​the Fourier image, you may use any function.

また、実施形態の説明では、パターン像をフーリエ変換することで二次元の空間周波数像を取得したが、二次元の空間周波数像を取得することができれば、フーリエ変換以外の方法を用いても良い。 In the description of the embodiment it has acquired the spatial frequency image of the two-dimensional by Fourier transform pattern image, if it is possible to acquire the spatial frequency image of the two-dimensional, a method may be used other than the Fourier transform . また、実施形態の説明では、二次元の空間周波数像から抽出した領域を逆フーリエ変換することで被検体の位相情報を取得したが、抽出した領域を実空間へ変換することができれば、逆フーリエ変換以外の方法を用いても良い。 In the description of embodiments has been acquired the phase information of the subject by inverse Fourier transform the area extracted from the two-dimensional spatial frequency image, the extracted area as long as it can be converted into real space, the inverse Fourier a method other than the conversion may be used.
また、実施形態の説明では、位相回復法として、フーリエ変換を用いた処理(図6のステップS13〜S16)を例示したが、当該処理の代わりに、窓フーリエ変換を用いて位相回復を行っても良い。 In the description of the embodiments, as the phase retrieval method has been described by way of processing using a Fourier transform (step S13~S16 in FIG. 6), instead of the processing by performing phase retrieval using a window Fourier transform it may be.

窓フーリエ変換とは、式(7)で定義される変換である。 The window Fourier transform is a transform defined by equation (7). 式(7)において、g(x,y)は元関数、w(x,y)は窓関数と呼ばれ、S(x ,y ,k' ,k' )が、窓フーリエ変換された結果である。 In the formula (7), g (x, y) is the original function, w (x, y) is called a window function, S (x 1, y 1 , k 'x, k' y) is the window Fourier transform which is a result of the.
この窓フーリエ変換は、式(8)のように表すことができる。 The window Fourier transform can be expressed by Equation (8).

ここで、カリグラフィーフォントのFは、フーリエ変換を示す演算子であり、上付きの−1は、フーリエ逆変換を表す。 Here, F calligraphy font is an operator indicating a Fourier transform, -1 superscript represents the inverse Fourier transform. また、*は畳み込み積分を表す。 In addition, * represents a convolution integral.
また、G(k ,k )は、元関数g(x,y)のフーリエ変換を表し、W(k ,k Further, G (k x, k y ) represents the Fourier transform of the original function g (x, y), W (k x, k
)は、窓関数w(x,y)のフーリエ変換を表す。 y) represents the Fourier transform of the window function w (x, y).
式(8)は、式(9)に示す、畳み込みとフーリエ変換の性質を用いることで導かれる。 Equation (8) is shown in equation (9) is guided by using the properties of convolution and the Fourier transform.

式(8)が示す窓フーリエ変換は、関数gをフーリエ変換し、一次スペクトルを原点に移動させ、その結果に窓関数のフーリエ変換を掛けることに等しい。 Window Fourier transform represented by the expression (8), the function g is Fourier transform, to move the primary spectrum origin, equivalent to multiplying the Fourier transform of the window function to the results. すなわち、実施形態で用いたフィルタ関数F(k ,k )と、W(k ,k )とを対応させ、I(x,y That is, the filter function F (k x, k y) used in the embodiment and, W (k x, k y ) and made to correspond to, I (x, y
)とg(x,y)とを対応させると、式(8)の最終行は、Iのフーリエ変換にフィルタ関数Fを掛けて逆フーリエ変換したものと等しくなる。 ) And g the (x, y) and adapt the last line of Equation (8) is equal to that inverse Fourier transform is multiplied by the filter function F in the Fourier transform of I.
これは、図6におけるステップS13〜S15のプロセスと同一である。 This is the same as the process of steps S13~S15 in FIG. すなわち、実施形態におけるステップS13〜S15を、窓フーリエ変換による処理に置き換えることができる。 That is, the steps S13~S15 in the embodiment, can be replaced by treatment with window Fourier transform. 具体的には、実施形態で説明したフィルタ関数Fを逆フーリエ変換したものを窓関数w(x,y)として、窓フーリエ変換を行えばよい。 Specifically, the filter function F described in the embodiment as the inverse Fourier transformed as a window function w (x, y), may be performed window Fourier transform.
窓フーリエ変換を用いて位相回復を行う場合、画像上の場所ごとに窓関数の形状を変更することができる。 When performing phase retrieval using a window Fourier transform, it is possible to change the shape of the window function for each location in the image. これにより、ノイズを従来より減らしたり、空間分解能を上げたりすることができる。 Thus, it reduces conventionally noise, or can increase the spatial resolution. また、異なる手法を組み合わせることにより、これらの相乗効果を得ることができる。 Moreover, by combining different approaches, it is possible to obtain these synergies.

上述したように、本実施形態におけるフィルタ関数Fは、2次元フーリエ像において、1次スペクトルと、1つ以上の2次スペクトルとを含む領域を切り取る。 As described above, the filter function F in the present embodiment, in the two-dimensional Fourier image, cut out a region including a primary spectrum, and one or more secondary spectrum.
窓フーリエ変換を行う場合、予め、パターン像の周期と周期方向を取得し、これに基づいて2次元フーリエ像中のピーク位置を予測し、当該予測結果からフィルタ関数の切り取り領域を設定してもよい。 When performing window Fourier transform, in advance, it obtains the period and periodic direction of the pattern image, based on this predicted peak positions in 2-dimensional Fourier image, setting snip filter function from the prediction result good.
なお、パターン像の周期と周期方向は、撮像装置の構成(光学素子の構成、配置方法など)から理論的に取得することもできるし、被検体を配置しない状態でパターン像を撮像することで取得してもよい。 The period and the period direction of the pattern image, (the configuration of an optical element, arranged such methods) configuration of the imaging apparatus can either be theoretically obtained from, by imaging the pattern image in a state that does not place the object it may be acquired.
微分干渉計の場合、被検体による2次元フーリエ像中のピーク位置の変化は小さいため、被検体の影響を考慮しないでピーク位置を予測することができる。 For differential interferometer, since the change of peak positions in the two-dimensional Fourier image by the object is small, it is possible to predict the peak position without considering the influence of the subject.

また、本発明に係る撮像装置は、X線源または電磁波源と別体に構成され、X線源または電磁波源と組み合わせることで撮像が可能になる構成であってもよい。 The imaging apparatus according to the present invention is constructed in the X-ray source or electromagnetic wave source and separately, may be configured to imaging is enabled by combining the X-ray source or electromagnetic source. また、本発明に係る撮像装置は、微分位相像を取得する装置であればよく、積分位相像を生成する手段や、被検体内の情報を表示する手段は必ずしも有していなくてもよい。 The imaging apparatus according to the present invention may be any device for obtaining a differential phase image, it means and for generating an integrated phase image, means for displaying information in the subject may not necessarily include.

また、記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータ(又はCPU、MPU等のデバイス)によっても、本発明を実施することができる。 The storage device in a recording computer (or CPU, devices such as an MPU) of the program system and device for realizing the functions of the above by reading performed also makes it possible to implement the present invention. また、例えば、記憶装置に記録されたプログラムを読み込み実行することで前述した実施形態の機能を実現するシステムや装置のコンピュータによって実行されるステップからなる方法によっても、本発明を実施することができる。 Further, for example, by a method comprising the steps performed by a computer of a system or apparatus for implementing the functions of the above by reading executes a program recorded in the storage device, it is possible to implement the present invention .
この目的のために、上記プログラムは、例えば、ネットワークを通じて、又は、上記記憶装置となり得る様々なタイプの記録媒体(つまり、非一時的にデータを保持するコンピュータ読取可能な記録媒体)から、上記コンピュータに提供される。 For this purpose, the program is, for example, through a network, or from various types of recording media that can be the storage device (i.e., non-temporarily computer-readable recording medium for holding data), the computer It is provided to. したがって、上記コンピュータ(CPU、MPU等のデバイスを含む)、上記方法、上記プログラム(プログラムコード、プログラムプロダクトを含む)、上記プログラムを非一時的に保持するコンピュータ読取可能な記録媒体は、いずれも本発明の範疇に含まれる。 Therefore, the computer (CPU, including a device such as an MPU), the above-described method, the program (program code includes a program product), computer-readable recording medium for holding the program non temporarily are all included in the scope of the invention.

110・・・X線源、120・・・回折格子、130・・・遮光格子、140・・・X線検出器、150・・・演算部、160・・・画像表示装置 110 ... X-ray source, 120 ... diffraction grating, 130 ... light-shielding grating, 140 ... X-ray detector, 150 ... arithmetic unit, 160 ... image display device

Claims (12)

  1. 二次元の周期的なパターン像から位相情報を抽出する画像処理装置であって、 An image processing apparatus for extracting phase information from a two-dimensional periodic pattern image,
    前記パターン像を取得する取得手段と、 An acquisition means for acquiring the pattern image,
    前記パターン像を、二次元の空間周波数像に変換する第一の変換手段と、 The pattern image, the first converting means for converting the spatial frequency image of the two-dimensional,
    前記空間周波数像に含まれるスペクトルのピークとその周辺領域を抽出する抽出手段と、 Extracting means for extracting a peak and its surrounding region of the spectrum contained in the spatial frequency image,
    前記抽出された領域に対して、前記第一の変換手段が行った変換と逆の変換を行うことで位相像を取得する第二の変換手段と、 A second conversion means for acquiring the phase image by performing relative to the extracted region, the transform and inverse transform the first conversion means is performed,
    を有し、 Have,
    前記抽出手段は、一次スペクトルと、一つ以上の二次スペクトルと、を含むように領域を抽出する ことを特徴とする、画像処理装置。 It said extraction means, and extracting the primary spectrum, and one or more secondary spectrum, the region to include the image processing apparatus.
  2. 前記抽出手段は、X軸方向の微分情報を有するスペクトルと、Y軸方向の微分情報を有するスペクトルをそれぞれ含む複数の領域を抽出する ことを特徴とする、請求項1に記載の画像処理装置。 The extracting means includes a spectrum having a differential information in the X-axis direction, and extracts a plurality of regions each including a spectrum having a differential information in the Y-axis direction, the image processing apparatus according to claim 1.
  3. 前記抽出手段は、非等方な形状を有し、かつ、それぞれ異なる形状を有する領域を抽出する ことを特徴とする、請求項2に記載の画像処理装置。 The extracting means includes for anisotropic shape, and, and extracts a region having a different shape, respectively, the image processing apparatus according to claim 2.
  4. 前記パターン像は、前記第一の変換手段によって変換された結果の空間周波数像において、X軸から±45度の範囲内にY軸方向の微分情報を含むスペクトルが配置され、かつ、Y軸から±45度の範囲内にX軸方向の微分情報を含むスペクトルが配置された像である ことを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の画像処理装置。 The pattern image in the spatial frequency image of the result converted by the first conversion means, spectrum comprising differential information in the Y-axis direction within the range of X-axis of ± 45 degrees are arranged, and the Y-axis wherein the spectrum comprising differential information in the X-axis direction within a range of ± 45 degrees is arranged the image, the image processing apparatus according to any one of claims 1 to 3.
  5. 前記抽出手段は、前記空間周波数像に窓関数を適用し、前記窓関数の出力値がゼロになる箇所、あるいは、出力値が最大値に対して所定の率となる箇所を境界としてその内方を抽出する ことを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の画像処理装置。 Said extraction means applies a window function to the spatial frequency image, it places the output value is zero the window function, or the inner a portion where the output value becomes a predetermined rate relative to the maximum value as a boundary and extracting the image processing apparatus according to any one of claims 1 4.
  6. 前記窓関数はガウス関数である ことを特徴とする、請求項5に記載の画像処理装置。 Wherein the window function is a Gaussian function, the image processing apparatus according to claim 5.
  7. 前記パターン像は、 The pattern image,
    被検体に照射された電磁波を干渉させて形成した干渉パターンを形成し、当該干渉パターンを検出器によって検出する干渉像検出装置によって生成された像である ことを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載の画像処理装置。 Form an interference pattern formed by interference electromagnetic waves irradiated to the subject, characterized in that it is an image generated by the interference image detector for detecting the interference pattern by the detector, of claims 1-6 the image processing apparatus according to any one of.
  8. 被検体に照射された電磁波を回折する回折格子と、 A diffraction grating for diffracting the electromagnetic wave irradiated to the subject,
    前記回折格子を通過した電磁波の一部を周期的に遮蔽する遮蔽格子と、 A shielding grid which shields a part of the electromagnetic wave that has passed through the diffraction grating periodically,
    前記遮蔽格子を通過した電磁波の、平面における強度分布を検出する検出器と、 Of the electromagnetic wave that has passed through the shielding grating, a detector for detecting the intensity distribution in the plane,
    を有する干渉像検出装置と、 An interference image detecting device having,
    請求項1から6のいずれか1項に記載の画像処理装置と、 An image processing apparatus according to any one of claims 1 to 6,
    を有することを特徴とする、撮像装置。 And having an image pickup device.
  9. 前記遮蔽格子は、格子の配列方向を、前記回折格子の配列方向に対して±45度の範囲内において傾けたものである ことを特徴とする、請求項8に記載の撮像装置。 The shielding grid has an array direction of the grating, characterized in that with respect to the arrangement direction of the diffraction grating in which inclined within a range of 45 degrees ±, imaging apparatus according to claim 8.
  10. 二次元の周期的なパターン像から位相情報を抽出する画像処理装置の制御方法であって、 A method for controlling an image processing apparatus for extracting phase information from a two-dimensional periodic pattern image,
    前記パターン像を、二次元の空間周波数像に変換する第一の変換ステップと、 The pattern image, a first conversion step of converting the spatial frequency image of the two-dimensional,
    前記空間周波数像に含まれるスペクトルのピークとその周辺領域を抽出する抽出ステップと、 An extraction step of extracting a peak and its surrounding region of the spectrum contained in the spatial frequency image,
    前記抽出された領域に対して、前記第一の変換ステップで行った変換と逆の変換を行うことで位相像を取得する第二の変換ステップと、 A second conversion step of acquiring a phase image by performing relative to the extracted region, the transform and inverse transform performed in the first conversion step,
    を含み、 It includes,
    前記抽出ステップでは、一次スペクトルと、一つ以上の二次スペクトルと、を含むように領域を抽出する ことを特徴とする、画像処理装置の制御方法。 Wherein in the extraction step, and extracts the primary spectrum, and one or more secondary spectrum, the region to include the method of controlling an image processing apparatus.
  11. 請求項10に記載の画像処理装置の制御方法の各ステップを、コンピュータに実行させるためのプログラム。 The steps of the method of controlling an image processing apparatus according to claim 10, a program to be executed by a computer.
  12. 二次元の周期的なパターン像から位相情報を抽出する画像処理装置であって、 An image processing apparatus for extracting phase information from a two-dimensional periodic pattern image,
    前記パターン像を取得する第一の取得手段と、 A first acquisition means for acquiring the pattern image,
    前記パターン像を窓フーリエ変換することによって位相情報を取得する第二の取得手段と、を有し、 Anda second acquisition means for acquiring phase information by the window Fourier transform the pattern image,
    前記窓フーリエ変換において用いられる窓関数は、前記パターン像を変換することで得られた二次元の空間周波数像から、一次スペクトルと、一つ以上の二次スペクトルと、を含む領域を抽出するフィルタ関数を逆フーリエ変換した関数である ことを特徴とする画像処理装置。 The window function used in the window Fourier transform, to extract from the two-dimensional spatial frequency image obtained by converting the pattern image, a primary spectrum, and one or more secondary spectrum, the region containing the filter the image processing apparatus characterized by a function which is inverse Fourier transformed function.
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