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

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健太郎 長井
宗一郎 半田
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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 that acquires phase information from a 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。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。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。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。   One method for precisely measuring the shape of a substance is to detect a phase shift caused by electromagnetic interference. In the measurement method using the phase, the object is irradiated with light having a uniform wavefront (that is, coherent) to generate interference. The interference fringes generated in this way contain information about changes in the incident light wavefront (phase changes) due to a phase difference of a fraction to a fraction of the wavelength. By doing so, a change in phase can be acquired. An apparatus that performs measurement by such a method is also called a phase interferometer, and can perform precise measurement, for example, by measuring slight irregularities on the lens surface.

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。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。   Among measurement methods using interference, X-ray phase imaging has attracted attention in recent years. X-ray phase imaging is a technique for detecting and imaging an optical path length change that occurs when X-rays pass through a subject by phase interference. Since X-ray phase imaging does not image the X-ray absorption rate in the subject as in the prior art, there is an advantage that the exposure dose can be kept low 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)。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。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。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。   As an example of X-ray phase imaging, there is a Talbot interferometer using X-rays (see Non-Patent Document 1). When the X-ray irradiated from the X-ray source passes through the subject, the phase of the X-ray changes. Further, when X-rays transmitted through the subject pass through a grating having a periodic pattern called a diffraction grating, an interference pattern is formed at a position separated by a predetermined distance called a Talbot distance. The X-ray Talbot interferometer measures the change in the incident light wavefront described above by analyzing the change in the interference pattern (hereinafter referred to as the first interference pattern) depending on the presence or absence of the subject.

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。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。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。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。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。
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。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。
The pattern period of the diffraction grating is determined by the length of the device and the wavelength of incident light, and is usually on the order of several μm when the incident light is X-rays. Accordingly, since the interference fringes generated by the diffraction grating also have a period of the order of several μm, they cannot be detected with the resolution of a normal X-ray detector. Therefore, a shielding grating having the same or substantially the same period as the first interference pattern is arranged at a position where the first interference pattern is formed, and a part of the first interference pattern is blocked. As a result, a second interference pattern (moire) having a period of about several hundred μm is generated. By detecting this moire with an X-ray detector, a change in the first interference pattern can be indirectly measured.
There are two methods for generating moiré: a method in which a shield grating with a controlled period is installed in the same direction as the first interference pattern, and a method in which the shield grating is rotated. The moire generated by the former is called an enlarged moire, and the moire generated by the latter is called a rotational 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。
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。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。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。これにより、微分位相を回復することができる。
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。
On the other hand, since the information acquired by the X-ray detector is an X-ray intensity distribution, information in the subject cannot be obtained unless this is returned to phase information.
One method for restoring (recovering) the differential phase from moire is the Fourier transform method. When the Moire image is Fourier-transformed, a spectrum peak occurs at a position corresponding to the carrier frequency. Therefore, a certain range around the peak of the spectrum is cut out, and inverse Fourier transform is performed on the cut out area. Thereby, the differential phase can be recovered.
As an invention related to this, Patent Document 1 discloses that a differential phase is recovered by converting a two-dimensional moire image into a spatial frequency image, cutting out data around the spectrum matching the carrier frequency, and applying inverse Fourier transform. An apparatus is described.

特開2011−153969号公報JP 2011-153969 A

Itoh,H.et al. Two-dimensional grating-based X-ray phase-contrast imaging using Fourier transform phase retrieval, Optics Express 19, 3339(2011).Itoh, H. et al. Two-dimensional grating-based X-ray phase-contrast imaging using Fourier transform phase retrieval, Optics Express 19, 3339 (2011).

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。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。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。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。   The size at the time of cutting out the region described above affects the spatial resolution when the phase information is recovered. Specifically, the spatial resolution improves as the cutout range becomes wider. However, if a peak or side lobe of another spectrum enters the cutout range, artifacts are mixed into the recovered phase image, so the cutout range cannot be increased without limit. That is, there is a problem that there is a limit in improving the spatial resolution.

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 such a problem of the prior art, and an object of the present invention is to improve spatial resolution in an interferometer that recovers phase information from a periodic pattern.

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、
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。
In order to solve the above problems, an image processing apparatus according to the present invention provides:
An image processing apparatus for extracting phase information from a two-dimensional periodic pattern image, an acquisition means for acquiring the pattern image, and a first conversion means for converting the pattern image into a two-dimensional spatial frequency image And extracting means for extracting a spectrum peak and its peripheral region included in the spatial frequency image, and performing reverse conversion on the extracted region by the conversion performed by the first conversion means. Second conversion means for acquiring a phase image, wherein the extraction means extracts a region so as to include a primary spectrum and one or more secondary spectra.

また、本発明に係る画像処理装置の制御方法は、
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。
The control method of the image processing apparatus according to the present invention includes:
A control method of an image processing apparatus for extracting phase information from a two-dimensional periodic pattern image, wherein the pattern image is converted into a two-dimensional spatial frequency image, and a first conversion step is performed. An extraction step for extracting the peak of the included spectrum and its surrounding region; and a phase image is obtained by performing a reverse conversion to the conversion performed in the first conversion step on the extracted region. A step of extracting a region so as to include a primary spectrum and one or more secondary spectra.

また、本発明の第二の形態に係る画像処理装置は、
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 according to the second aspect of the present invention is
An image processing apparatus for extracting phase information from a two-dimensional periodic pattern image, the first acquisition means for acquiring the pattern image, and a first information acquisition unit for acquiring phase information by performing window Fourier transform on the pattern image. A window function used in the window Fourier transform is obtained from a two-dimensional spatial frequency image obtained by transforming the pattern image, a primary spectrum, and one or more secondary orders. It is a function obtained by performing inverse Fourier transform on a filter function for extracting a region including a spectrum.

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, spatial resolution can be improved in an interferometer that recovers phase information from a periodic pattern.

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 device concerning 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 the figure which showed the procedure which acquires a phase by a 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 figure which shows the result at the time of performing phase recovery using a prior art 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 figure which shows the result at the time of performing phase recovery in embodiment. 従来例と実施形態とを比較した図である。It is the figure which compared the prior art example and 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 flowchart figure of the imaging device concerning an embodiment.

(システム構成)
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。
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。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。
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。
(System configuration)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus 1 according to the present embodiment. The imaging apparatus 1 is a Talbot X-ray phase imaging apparatus, and includes an X-ray source 110, a diffraction grating 120, a shielding grating 130, an X-ray detector 140, a calculation unit 150, and an image display device 160.
Note that the subject 210 to be measured is disposed between the X-ray source 110 and the diffraction grating 120 in the present embodiment, but may be disposed between the diffraction grating 120 and the shielding 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。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。
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。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。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。図1中、符号L2がトールボット距離である。
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。
The X-ray source 110 is a radiation source for generating X-rays that irradiate the subject 210. The irradiated X-rays enter the diffraction grating 120 after passing through the subject.
The diffraction grating 120 is a means for diffracting X-rays transmitted through the subject, and is a phase type diffraction grating in which a grating pattern is arranged at a predetermined period. An amplitude type diffraction grating may be used instead of the phase type diffraction grating. X-rays diffracted by the diffraction grating 120 form a pattern image (interference image 310) in which a bright portion and a dark portion are arranged in the arrangement direction at a predetermined distance called a Talbot distance. In FIG. 1, the symbol L2 is the Talbot distance.
Hereinafter, the 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。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。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。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。
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。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。
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 first interference pattern generated by the X-ray interference is usually about several μm to several tens of μm, and cannot be detected by the detector as it is. Therefore, a shielding grating 130 whose grating period is the same as or slightly changed from the first interference pattern is arranged at the Talbot distance to generate a second interference pattern. The shielding grid 130 is a light shielding grid that blocks a part of the X-rays by alternately arranging transparent portions and opaque portions. By doing so, moire can be generated and the period of the first interference pattern can be expanded to several tens μm or more (or infinite).
The generated second interference pattern is detected by the X-ray detector 140. The X-ray detector 140 is means for acquiring an X-ray intensity distribution on a plane (detection surface). The resolution of the X-ray detector is normally about several tens of μm square, but the first interference pattern can be indirectly measured by generating moire.
Note that the period of the second interference pattern can be appropriately determined in consideration of the phase recovery method to be used and the size of the detection surface of the X-ray detector 140, but in the present embodiment, it is at least twice the pixel size, And it is preferable to make it below the 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。
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。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。
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。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。
Next, the relationship between the interference pattern and the internal information of the subject will be described.
In the present embodiment, the subject 210 is disposed between the X-ray source 110 and the diffraction grating 120. Since X-rays are generally highly permeable, most of them pass through a subject such as a living body. At that time, the phase changes according to the elemental composition and density of the transmitted substance. Arise.
This phase change affects the arrangement of the first interference pattern. For this reason, the second interference pattern generated by the shielding grating 130 is also distorted.

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。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。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。
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。
In the present embodiment, the distortion generated in this way is acquired by the calculation unit 150 restoring the phase differential information from the second interference pattern. Then, the internal information of the subject is acquired by comparing with the case where the subject does not exist. The acquired internal information is output to the image display device 160 as image information.
Note that the calculation unit 150 is a computer in this embodiment, but the function of performing the calculation may be realized by an FPGA, an ASIC, or the like, or a combination thereof.

(位相像の取得方法)
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。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。
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。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。
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。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。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。
(Phase image acquisition method)
Next, a conventional method for restoring a differential phase image from the acquired second interference pattern will be described. Hereinafter, the interference pattern (second interference pattern in this embodiment) generated by the grating is referred to as a fringe pattern.
In this specification, the term “phase image” refers to both a differential phase image and a non-differentiated phase image (the same as an image obtained by integrating differential phase information, also referred to as an integrated phase image). Point to. Similarly, the term “phase information” simply refers to both differential phase information and non-differentiated phase information (same as information obtained by integrating differential phase information, also referred to as integral phase information).
In the Talbot interferometer, a method such as a phase shift method or a Fourier transform phase recovery method (Fourier transform method) is used as a method for restoring the differential phase image. In this example, the Fourier transform method will be described. In this example, an example in which a fringe pattern is generated using a grid arranged in a two-dimensional direction will be described. By doing in this way, the differential phase image of two directions of an X-axis direction and a Y-axis direction is acquirable by one time of X-ray irradiation.

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。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。
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。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。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。
FIG. 2 is a diagram illustrating a process of acquiring a phase image by a Fourier transform method. When the fringe pattern is Fourier-transformed, a spatial frequency image (spectral pattern) corresponding to the period of the fringe pattern can be obtained.
FIG. 2A is a diagram showing the shape of the subject used in the description of this embodiment. The subject has a pyramid shape, and FIG. 2A shows a state in which the pyramid is viewed from the top of the head. FIG. 2B is an image representing a fringe pattern before the phase is recovered.

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。

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。なお、xおよびyは、画素の座標を示す整数である。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。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。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。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。
The strength I (x, y) of the fringe pattern can be described as shown in Equation (1).

Here, in order to simplify the description, an example in which the direction of the fringe is aligned with the X-axis and Y-axis directions is given. Note that x and y are integers indicating pixel coordinates. Further, a indicates the intensity of the transmitted X-ray, and b 1 and P 1 indicate the amplitude and phase relating to the fringe pattern in the x direction, respectively. Further, b 2 and P 2 represent respectively the amplitude and phase in the y-direction of the fringe pattern. Also, ω is a value representing the fringe spatial frequency, and ω = π / 2. That is, a fringe with a period of 4 pixels is assumed here.

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。(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。 Note that the fringe pattern information (b 1 and P 1 ) in the X-axis direction does not necessarily indicate information regarding the differential phase in the X-axis direction, and the fringe pattern information (b 2 and P 2 ) in the Y-axis direction is not necessarily present. Information regarding the differential phase in the Y-axis direction is not shown. Whether (b 1 , P 1 ) or (b 2 , P 2 ) includes phase information related to X differentiation or phase information related to Y differentiation depends on a method for obtaining 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。
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。
There are roughly two types of approaches for acquiring fringe patterns in a Talbot interferometer: a method of using an enlarged moire and a method of using a rotational moire.
Specifically, the method of using the enlarged moire means that the pattern periodic direction of the self-image by the diffraction grating 120 and the pattern periodic direction of the shield grating 130 are aligned, and the period itself of the shield grating 130 is the self-image of the diffraction grating 120. This is a method of generating moire by shifting from the period of.

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。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。もちろん、両者を取り混ぜてもよい。   Further, the method using the rotational moire is a method of generating moire by shifting the pattern period direction of the self-image by the diffraction grating 120 and the pattern period direction of the shielding grating 130. That is, the diffraction grating and the shielding grating are arranged at different angles. Of course, you may mix 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。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。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。
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。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。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。
Among these, when the moire is rotated by using the method using the rotational moire, the positional relationship between the primary spectrum including the X differential information and the primary spectrum including the Y differential information changes. However, in the present invention and the present specification, the method using rotational moire includes a method in which both rotation and enlargement are mixed, and the rotation moire is a moire formed by a method in which both rotation and enlargement are mixed. Shall be included. That is, the primary spectrum including the X differential information exists on the XY plane other than on the X axis, and the primary spectrum including the Y differential information exists on the XY plane other than on the Y axis.
Therefore, it is also possible to arrange a spectrum including differential information in the Y-axis direction on the X-axis and arrange a spectrum including differential information in the X-axis direction on the Y-axis. In the description of the present embodiment, an example in which a spectrum including differential information in the Y-axis direction is arranged on the X-axis and a spectrum including differential information in the X-axis direction is arranged on the Y-axis will be described. Does not necessarily exist exactly on the X axis and the Y axis. If the spectrum including differential information in the X-axis direction is closer to the Y-axis than the X-axis, and the spectrum including differential information in the Y-axis direction is closer to the X-axis than the Y-axis, this patent The purpose 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。本例では、9つのスペクトルピークが平面上に存在する。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。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。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。   FIG. 2C is an image obtained by taking the logarithm of the absolute value of the spectrum pattern after Fourier transform (hereinafter referred to as Fourier image). In this example, nine spectral peaks exist on the plane. Here, in order to simplify the description, the description will be made using the fringe pattern represented by the formula (1). That is, nine spectral peaks are arranged in a square shape parallel to the X axis and the Y axis. Hereinafter, each spectrum peak and its peripheral region are simply referred to as a spectrum.

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。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。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。
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。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。
In FIG. 2C, the spectrum located at the center is the zeroth-order spectrum. Further, the four spectra (shown by dotted lines) closest to the zeroth order spectrum are the primary spectra. In addition, the four spectra located at the outermost positions are secondary spectra.
Of these, one of the primary spectra is extracted using a filter function, pasted on another frequency space as shown in FIG. 2D, and subjected to inverse Fourier transform, as shown in FIG. It is possible to obtain information on the correct image. The image obtained in this way is an image representing the phase of the X-ray 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。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。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。   Next, a method for cutting out a Fourier image will be described in detail. Conventionally, when a Fourier image is cut out, it is necessary to set a filter function so as not to include a spectrum other than the cut-out spectrum (at least a peak of the spectrum, which may include a tail of the spectrum). This is to prevent artifacts from being mixed into the acquired image by including adjacent spectra.

図3は、従来技術による位相回復例を示す図である。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。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。
FIG. 3 is a diagram illustrating a phase recovery example according to the prior art. In the conventional technique, the filter function is set so as not to include an adjacent spectrum as shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B). An example of such a filter function is a Hann window F expressed by equation (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。また、kx0およびky0はハン窓の中心座標を示し、σはハン窓の幅を示す。
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。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。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。
Here, k x and k y are coordinates in wave number space in which the interval is equally divided by the number of pixels of x and y in the range of −π to π, and the range is shown in FIG. Consistent with the range shown. K x0 and k y0 indicate the center coordinates of the Han window, and σ indicates the width of the Han window.
When the windows as shown in FIGS. 3A and 3B are set, σ is the distance to the nearest spectrum, that is, σ = π / 2. As a result, differential phase images as shown in FIG. 3C or FIG. 3D can be acquired. An integral phase image can be acquired by performing an integration operation using the differential phase images in the X-axis direction and the Y-axis direction acquired in this way.

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。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。
When this filter function is expanded by a factor of two, equation (3) is obtained. Note that when the wave number space in the range of −π to π protrudes, the periodic boundary condition is applied.

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。
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。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。
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。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。

Next, the filter function in this embodiment will be described.
In the present embodiment, the spectrum on the Y axis is cut out in order to obtain differential information in the X axis direction. At this time, the filter function is set so that the width in the X axis direction is longer than the width in the Y axis direction. Set. Similarly, in order to obtain differential information in the Y-axis direction, the spectrum on the X-axis is cut out. At this time, the filter function is set so that the width in the Y-axis direction is longer than the width in the X-axis direction. .
Such a filter function is shown in the figure as shown by the solid lines in FIG. 4 (A) and FIG. 4 (B). Specifically, the filter function corresponding to FIG. 4A is as shown in Expression (4), and the filter function corresponding to FIG. 4B is as shown in Expression (5).

この結果、フィルタ関数は非等方になる。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。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。   As a result, the filter function is anisotropic. Also, the filter function for acquiring phase information in the Y differential direction on the X axis and the filter function for acquiring phase information in the X differential direction on the Y axis are different functions. Further, since the range of the filter function is expanded, two of the four secondary spectra indicated by dotted lines are included.

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。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。   FIG. 4C and FIG. 4D show the acquisition results of differential phase images in the X-axis and Y-axis directions as a result of filtering using the above-described function. As a result, it can be seen that the fringe phase is recovered despite the inclusion of the secondary spectrum.

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。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。
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。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。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。
Further, FIG. 5A and FIG. 5B show a comparison between the prior art and the present embodiment in which the edge portion is enlarged and compared. From this comparison result, it can be seen that the edge portion is sharper in this embodiment.
FIG. 5C shows a modulation transfer function (MTF) calculated from the edge portion. The graph of FIG. 5C shows the transmission intensity on the vertical axis and the frequency on the horizontal axis, which means that the spatial resolution is improved as the graph spreads in the horizontal direction. This graph also shows that the spatial resolution is improved as compared with the conventional example.

このような処理が可能な理由について説明する。
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。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。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。
The reason why such processing is possible will be described.
When Fourier transform is performed, the phase information included in the fringe is localized near the spectrum peak in the wave number space. Therefore, in the Fourier transform method, phase information is acquired by cutting out the periphery of the spectrum peak and further performing inverse Fourier transform. In this case, the cut area is required to be small in order to avoid interference from adjacent spectra.

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。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。
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。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。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。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。
However, since the high frequency information for improving the spatial resolution exists at a position away from the spectrum peak, only an image with a low spatial resolution can be obtained if the cut area is reduced. Therefore, conventionally, the cut-out area has been set as large as possible within a range where interference from adjacent spectra can be avoided.
However, as a result of the study by the present inventors, it has been clarified that when a Fourier image is cut out, it is not always necessary to avoid all the spectra other than the cut out spectrum. Specifically, the phase can be recovered even if the secondary spectrum is included within the effective range of the above clipping. That is, the cut-out range can be an isotropic shape such as a rectangle including a secondary spectrum or an ellipse instead of a conventional isotropic shape such as a square or a circle. In this embodiment, as described above, when the phase is recovered, the cutout range is increased in one direction, thereby improving the spatial resolution in 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。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。   In the example of FIG. 2C, the spatial resolution in the Y-axis direction is improved by including the secondary spectrum before and after the primary spectrum related to the differential phase in the Y-direction located on the X-axis as the center. ing. In addition, the spatial resolution in the X-axis direction is improved by including the secondary spectrum before and after the primary spectrum on the Y-axis in the cutout range.

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。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。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。
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。
In the present embodiment, by generating rotational moire using the shielding grating 130, a spectrum having differential information in the Y-axis direction can be present as a primary spectrum on the X-axis or within a range of ± 45 degrees therefrom. it can. Further, a spectrum having differential information in the X-axis direction can exist as a primary spectrum on the Y-axis or within a range of ± 45 degrees therefrom. As a result, differential information in both the X-axis and Y-axis directions can be obtained by a single measurement.
Since the differential information about each axial direction obtained in this way has higher spatial resolution than the differential information obtained by cutting out so that only the primary spectrum is included, by integrating the phase image, The spatial resolution in the X-axis and Y-axis directions are complemented with each other, and as a result, a phase integral image with improved spatial resolution can be obtained.

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。
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。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。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。
Note that the effective range in clipping can be defined as a boundary where the output value of the filter function becomes zero when a function such as Expression (2) is used as the filter function.
On the other hand, a function having an infinite spread, such as a Gaussian function shown in Expression (6), may be used as the filter function. In such a case, a portion where the output value of the function becomes a sufficiently small value (for example, 1% or less of the central maximum value) may be set as the boundary of the cutout range. In addition to this, for example, a position separated by 3σ from the center may be used as a boundary, and the inside of the boundary may be set as an effective range.

(処理フローチャート)
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。
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。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。
(Processing flowchart)
Next, a processing flowchart for realizing the functions described above will be described.
FIG. 6 is a flowchart of processing performed by the imaging apparatus 1 according to the present embodiment. This process is started by a user operation (for example, an operation for performing 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。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。
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。取得された強度分布は、演算部150へ送信される。
First, in step S11, the X-ray source 110 generates X-rays and irradiates the subject 210. The irradiated X-ray passes through the subject, passes through the diffraction grating 120 and the shielding grating 130, and then enters the X-ray detector 140.
Next, in step S12, the X-ray detector 140 acquires an X-ray intensity distribution on the detection surface. The acquired intensity distribution is transmitted to the calculation 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。
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。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。
Next, in step S13, the calculation unit 150 converts the acquired X-ray intensity distribution into a spatial frequency image (Fourier image) by Fourier transform.
Next, in step S14, the calculation unit 150 cuts off a part of the Fourier image using the filter function by the method described above. At this time, two regions are cut out: a region for acquiring differential information in the X-axis direction and a region for acquiring 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。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。
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。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。
Next, in step S15, the calculation unit 150 pastes the plurality of cut regions into another frequency space, and performs inverse Fourier transform on each of them. Thereby, a differential phase image in the X-axis direction and differential phase information in the Y-axis direction can be acquired.
Finally, in step S16, the calculation unit 150 performs an integration calculation using each differential phase image to obtain an integration phase image. The acquired integral phase image is output to the image display device 160 after being subjected to image processing.

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。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。   As described above, the imaging apparatus according to the present embodiment is anisotropic such that one or more spectra including the secondary spectrum are included when the peak of the primary spectrum included in the Fourier image and its periphery are cut out. Set a specific cropping range. This makes it possible to improve only the spatial resolution without generating artifacts.

(変形例)
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。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。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。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。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。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。
(Modification)
It should be noted that the description of the embodiment is an example for explaining the present invention, and the present invention can be implemented with appropriate modifications or combinations without departing from the spirit of the invention. For example, the present invention can be implemented as an imaging device including at least a part of the above processing, and does not have a means for detecting an interference image (interference image detection device) and integrates based on the input interference image. It can also be implemented as an image processing apparatus that generates a phase image. The image processing apparatus can also be implemented as a control method, or can be implemented as a program that causes the image processing apparatus to execute the control method. The above processes and means can be freely combined and implemented as long as no technical contradiction occurs. In the present invention and the present specification, the imaging apparatus is not limited to an apparatus that images subject information as long as the imaging apparatus captures a periodic pattern. The image processing apparatus is not limited to an apparatus that forms an image as long as the apparatus acquires information different from information input using the intensity information of the periodic pattern.

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。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。
In the description of the embodiment, a Talbot type X-ray phase imaging apparatus is taken as an example. However, the phase image acquisition method according to the present invention causes a phase change caused by interference and acquires the phase change. Any other form of differential interferometer may be used as long as it is an apparatus capable of performing the above. The light used for measurement is not limited to X-rays, and may be electromagnetic waves having 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。
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。
Further, in the description of the embodiment, an example in which one primary spectrum and two secondary spectra are included in the cut-out range is given, but if one primary spectrum and one or more secondary spectra are included, The cutting range may be set in any way.
In the description of the embodiment, the window function is used as the cutting function. However, any function may be used as long as a predetermined region of the Fourier image can be cut.

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。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。
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 embodiment, a two-dimensional spatial frequency image is acquired by performing Fourier transform on the pattern image. However, a method other than Fourier transform may be used as long as the two-dimensional spatial frequency image can be acquired. . In the description of the embodiment, the phase information of the subject is acquired by performing the inverse Fourier transform on the region extracted from the two-dimensional spatial frequency image. However, if the extracted region can be converted into the real space, the inverse Fourier is obtained. A method other than conversion may be used.
In the description of the embodiment, the process using Fourier transform (steps S13 to S16 in FIG. 6) is exemplified as the phase recovery method. However, instead of the process, phase recovery is performed using window Fourier transform. Also good.

窓フーリエ変換とは、式(7)で定義される変換である。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。
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 is a transform defined by equation (7). In Expression (7), g (x, y) is called an original function, w (x, y) is called a window function, and S (x 1 , y 1 , k ′ x , k ′ y ) is a window Fourier transform. Is the result.
This window Fourier transform can be expressed as in 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。また、*は畳み込み積分を表す。
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
)は、窓関数w(x,y)のフーリエ変換を表す。
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。
Here, F of the calligraphic font is an operator indicating Fourier transform, and the superscript -1 represents inverse Fourier transform. * Represents a convolution integral.
G (k x , k y ) represents the Fourier transform of the original function g (x, y), and W (k x , k
y ) represents the Fourier transform of the window function w (x, y).
Equation (8) is derived by using the properties of convolution and Fourier transform shown in Equation (9).

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。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
)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。
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。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。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。
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。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。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。
The window Fourier transform represented by equation (8) is equivalent to performing a Fourier transform on the function g, moving the primary spectrum to the origin, and multiplying the result by the Fourier transform of the window function. That is, the filter function F (k x , k y ) used in the embodiment is associated with W (k x , k y ), and I (x, y
) And g (x, y) correspond to each other, the last line of the equation (8) is equal to the inverse Fourier transform of the I Fourier transform multiplied by the filter function F.
This is the same as the process of steps S13 to S15 in FIG. That is, steps S13 to S15 in the embodiment can be replaced with processing by window Fourier transform. Specifically, the window Fourier transform may be performed using the inverse Fourier transform of the filter function F described in the embodiment as the window function w (x, y).
When performing phase recovery using window Fourier transform, the shape of the window function can be changed for each location on the image. As a result, it is possible to reduce noise and increase spatial resolution. Moreover, these synergistic effects can be obtained by combining different methods.

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。
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。
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。
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。
As described above, the filter function F in the present embodiment cuts out a region including the primary spectrum and one or more secondary spectra in the two-dimensional Fourier image.
When performing window Fourier transform, the period and direction of the pattern image are acquired in advance, the peak position in the two-dimensional Fourier image is predicted based on the pattern image, and the filter function clipping region is set from the prediction result. Good.
The period and direction of the pattern image can be theoretically obtained from the configuration of the imaging device (configuration of optical elements, arrangement method, etc.), or by capturing the pattern image without placing the subject. You may get it.
In the case of a differential interferometer, since the change in the peak position in the two-dimensional Fourier image by the subject is small, the peak position can be predicted 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。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。   Further, the imaging apparatus according to the present invention may be configured separately from the X-ray source or the electromagnetic wave source, and may be configured to be capable of imaging by combining with the X-ray source or the electromagnetic wave source. In addition, the imaging apparatus according to the present invention may be an apparatus that acquires a differential phase image, and may not necessarily include means for generating an integrated phase image and means for displaying information in the subject.

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。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。
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。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。
The present invention can also be implemented by a computer (or a device such as a CPU or MPU) of a system or apparatus that implements the functions of the above-described embodiments by reading and executing a program recorded in a storage device. For example, the present invention can be implemented by a method including steps executed by a computer of a system or apparatus that implements the functions of the above-described embodiments by reading and executing a program recorded in a storage device. .
For this purpose, the program is stored in the computer from, for example, various types of recording media that can serve as the storage device (ie, computer-readable recording media that holds data non-temporarily). Provided to. Therefore, the computer (including devices such as CPU and MPU), the method, the program (including program code and program product), and the computer-readable recording medium that holds the program non-temporarily are all present. It is included in the category 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   DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 ... X-ray source, 120 ... Diffraction grating, 130 ... Light-shielding grating, 140 ... X-ray detector, 150 ... Calculation part, 160 ... Image display apparatus

Claims (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、
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、画像処理装置。
An image processing apparatus for extracting phase information from a two-dimensional periodic pattern image,
An 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 spectrum peak and its peripheral region included in the spatial frequency image;
A second conversion unit that acquires a phase image by performing a reverse conversion to the conversion performed by the first conversion unit on the extracted region;
Have
The extraction unit extracts an area so as to include a primary spectrum and one or more secondary spectra.
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 image processing apparatus according to claim 1, wherein the extraction unit extracts a plurality of regions each including a spectrum having differential information in the X-axis direction and a spectrum having differential information in the Y-axis direction.
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 image processing apparatus according to claim 2, wherein the extraction unit extracts regions having an anisotropic shape and different shapes.
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 is a spatial frequency image obtained as a result of conversion by the first conversion means. A spectrum including differential information in the Y-axis direction is arranged within a range of ± 45 degrees from the X-axis, and from the Y-axis. The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the image includes a spectrum including differential information in the X-axis direction within a range of ± 45 degrees.
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。
The extraction means applies a window function to the spatial frequency image, and a position where the output value of the window function becomes zero or a position where the output value becomes a predetermined rate with respect to the maximum value is used as the boundary. The image processing device according to claim 1, wherein the image processing device is extracted.
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。
The image processing apparatus according to claim 5, wherein the window function is a Gaussian function.
前記パターン像は、
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。
The pattern image is
7. An image generated by an interference image detection device that forms an interference pattern formed by causing an electromagnetic wave irradiated to a subject to interfere, and detects the interference pattern by a detector. The image processing apparatus according to any one of the above.
被検体に照射された電磁波を回折する回折格子と、
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、
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、
を有する干渉像検出装置と、
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、
を有することを特徴とする、撮像装置。
A diffraction grating that diffracts the electromagnetic wave irradiated to the subject;
A shielding grating for periodically shielding a part of the electromagnetic wave that has passed through the diffraction grating;
A detector for detecting an intensity distribution in a plane of the electromagnetic wave that has passed through the shielding grating;
An interference image detection device having
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 6,
An imaging device comprising:
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 imaging apparatus according to claim 8, wherein the shielding grating has a grating arrangement direction inclined within a range of ± 45 degrees with respect to the diffraction grating arrangement direction.
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、画像処理装置の制御方法。
A control method of an image processing apparatus for extracting phase information from a two-dimensional periodic pattern image,
A first conversion step of converting the pattern image into a two-dimensional spatial frequency image;
An extraction step for extracting a peak of the spectrum included in the spatial frequency image and its peripheral region;
A second conversion step for obtaining a phase image by performing a reverse conversion to the conversion performed in the first conversion step on the extracted region;
Including
In the extraction step, a region is extracted so as to include a primary spectrum and one or more secondary spectra. A method for controlling an image processing apparatus.
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 program for making a computer perform each step of the control method of the image processing apparatus of Claim 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
ことを特徴とする画像処理装置。
An image processing apparatus for extracting phase information from a two-dimensional periodic pattern image,
First acquisition means for acquiring the pattern image;
Second acquisition means for acquiring phase information by subjecting the pattern image to window Fourier transform,
The window function used in the window Fourier transform is a filter that extracts a region including a primary spectrum and one or more secondary spectra from a two-dimensional spatial frequency image obtained by transforming the pattern image. An image processing apparatus characterized by being a function obtained by performing inverse Fourier transform on a function.
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