JP2016201634A - 撮像装置、撮像方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】アーチファクトの少ない画像を得る撮像装置、撮像方法及びプログラムを提供する。
【解決手段】有効画素とオプティカルブラック画素とを含む複数の領域を有する撮像装置であって、撮像手段と、画像処理装装置を有する。画像処理装置のソフトウェアは、撮像手段により撮像されたフレームのオプティカルブラック画素から得られたデータを空間的な高周波成分と低周波成分とに分割する分割手段３１０と、第１の数のフレームの低周波成分と、第１の数に比べて多い第２の数のフレームの高周波成分とに基づいて、有効画素に対応するオフセットデータを生成するオフセットデータ生成手段３２０とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、撮像装置、撮像方法及びプログラムに関する。

撮像装置において、アーチファクトをもたらすオフセット成分の除去は大きな課題である。撮像装置のオフセット成分除去の方法として、オプティカルブラックを用いた方法が広く普及している。特許文献１には、撮像素子の配列の列毎にオプティカルブラック画素の信号量平均値を求め、その平均値を有効画素領域の信号から減算することでオフセット成分を除く方法が開示されている。また特許文献２には、固体撮像素子のオプティカルブラック領域における一水平走査線分の出力信号を、所定のフィールド又はフレーム周期で動作する再帰型ディジタルフィルタに通してオフセット成分を求める方法が開示されている。これにより、固体撮像素子の温度上昇によるオフセット成分を除去することができる。

特開２００４−１５７１２号公報 特開２００４−２０８２４０号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、列毎のオフセット成分が増加する場合がある。また、特許文献２の方法では、列毎のオフセット成分は減少するものの、特に光量が大きく変化する状況において、変化後の画像に、本来現れるはずのないアーチファクトが数フレームに渡って生じる場合がある。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、アーチファクトの少ない画像を得ることを目的とする。

そこで、本発明は、有効画素と、オプティカルブラック画素と、を含む複数の領域を有する撮像装置であって、撮像手段と、前記撮像手段により撮像されたフレームの前記オプティカルブラック画素から得られたデータを空間的な高周波成分と低周波成分とに分割する分割手段と、第１の数のフレームの前記低周波成分と、前記第１の数に比べて多い第２の数のフレームの前記高周波成分と、に基づいて、前記有効画素に対するオフセットデータを生成するオフセットデータ生成手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、アーチファクトの少ない画像を得ることができる。

撮像装置を示す図である。 パネルを示す図である。 画像処理装置のソフトウェア構成を示す図である。 撮像処理を示すフローチャートである。 ＯＢ補正処理における詳細な処理を示すフローチャートである。 分割処理の説明図である。 オフセットデータ生成処理の説明図である。 第１の変更例に係るＯＢ補正部を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、撮像装置を示す図である。本実施形態においては、撮像装置の一例として、Ｘ線撮像装置を例に説明する。Ｘ線管球１００から放出されるＸ線は、撮像装置１１０にて、Ｘ線からデジタル値へ変換される。図示されていない操作者は、操作装置１２０を通じて撮影を指示する。指示された撮影はコンピュータ１３０と制御装置１４０を通じて、Ｘ線管球１００と不図示の光電変換部に撮影の指示を行う。制御装置１４０は、Ｘ線管球１００と光電変換部を同期させる役割を持つ。撮像により得られた画像は、撮像装置１１０の画像処理装置１１２を経てコンピュータ１３０に転送される。コンピュータ１３０は、必要な画像処理を行った後液晶ディスプレイ等の表示装置１５０に画像を表示する。

撮像装置１１０は、パネル１１１と、画像処理装置１１２とを有している。画像処理装置１１２は、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１１３と、ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）等を用いた中央演算処理装置（ＣＰＵ）１１４とを有している。画像処理装置１１２はまた、主記憶装置１１５と、記録装置１１６と、通信装置１１７とを有している。主記憶装置１１５は、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ等である。記録装置１１６は、フラッシュメモリ等である。通信装置１１７は、ユニバーサル・シリアル・バス、ローカル・エリア・ネットワーク、ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ（ＴＭ）、Ｓｅｒｉａｌ Ｒａｐｉｄ Ｉ／Ｏ（登録商標）等である。

コンピュータ１３０は、既知の要素である中央演算処理装置（ＣＰＵ）１３１と、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ等の主記憶装置１３２と、ハードディスクドライブやフラッシュメモリ等の記録装置１３３とを有している。コンピュータ１３０はまた、通信装置１３４と、グラフィック・ボードと呼ばれる画面形成装置１３５とを有している。通信装置１３４は、例えばユニバーサル・シリアル・バス、ローカル・エリア・ネットワーク、ＣａｍｅｒａＬｉｎｋ（ＴＭ）、Ｓｅｒｉａｌ Ｒａｐｉｄ Ｉ／Ｏ（登録商標）等である。ＣＰＵ１３１、主記憶装置１３２及び画面形成装置１３５は、例えば、断層画像の再構成処理等の比較的負荷のかかる画像処理を行うために用いられる。通信装置１３４は、制御装置１４０、操作装置１２０及び撮像装置１１０と有線又は無線で接続するために用いられる。記録装置１３３は、画像処理後の画像を保存する。画面形成装置１３５は、表示装置１５０を制御する。

Ｘ線撮像装置は、２次元撮影及び３次元撮影が可能である。２次元撮影では、例えば、手術中のカテーテル位置を確認するための透視撮影等の用途が想定される。また３次元撮影では、例えば手技の結果を確認するためのコンピュータ断層撮影が想定される。本実施形態のＸ線撮像装置は、断層撮影を行うために、架台１６０上の被写体Ａの周囲について、Ｘ線管球１００と撮像装置１１０を１８０度以上回転させて投影像を取得するための機構を有している。また、Ｘ線撮像装置は、コンピュータ断層撮影の再構成アルゴリズムとしてフィルタードバックプロジェクション法を用いるものとする。なお、Ｘ線撮像装置は、これ以外の再構成手法、例えばＡｌｇｅｂｒａｉｃ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ（ＡＲＴ）を用いてもよい。こうした断層画像再構成等の手法は、コンピュータ１３０でプログラムとして実装される。

図２は、パネル１１１を示す図である。パネル１１１には、オフセット成分除去のために利用されるオプティカルブラック画素（ＯＢ画素）２００と、有効画素２０１とが配置されている。本実施形態においては、パネル１１１の行方向（横方向）Ａと列方向（縦方向）Ｂに格子状に画素が配置されている。図２に示すように、本実施形態のパネル１１１においては、端部から所定の行数の領域にＯＢ画素２００が配置されている。ＯＢ画素が配置された領域をオプティカルブラック領域（ＯＢ領域）２１０と称する。また、これ以外の行の領域には、有効画素２０１が配置されている。以下、有効画素２０１が配置された領域を、有効画素領域２１１と称する。

また、２２０は、列を示している。各列２２０がＯＢ画素領域２１０及び有効画素領域２１１を含んでいる。また、列方向Ｂに沿って、回路に電流を供給するための電流線２３０が設けられている。またシステム・オン・チップ技術を使い、図示されていない水平シフトレジスタや垂直シフトレジスタ、信号の増幅を行うための回路が形成されている。集積回路をパネル１１１上に作ることが難しい場合（パネルの素材が非晶質シリコン等の場合がこれに当たる）、こうした回路は駆動用や増幅用の集積回路チップで代替される。なお、Ｘ線撮像装置の上部には、Ｘ線を観測可能な信号に変換する部分、例えばヨウ化セシウム等のシンチレータが設けられている。

図３は、画像処理装置１１２のソフトウェア構成を示す図である。画像処理装置１１２は、コンピュータ１３０や制御装置１４０から受信した指令に基づいて、パネル１１１を駆動する。画像処理装置１１２はまた、比較的負担の少ない画像処理を行う。画像処理装置１１２は、ＯＢ補正部３００と、前処理部３４０と、パネル制御部３５０とを有している。ＯＢ補正部３００は、入力フレーム、すなわち処理対象の対象フレームに対し、ＯＢ補正を行う。前処理部３４０は、対象フレームに対し、オフセット補正、ゲイン補正及び欠陥補正を行う。パネル制御部３５０は、画像（フレーム）を取得するためにパネル１１１や集積回路の制御を行う。

ＯＢ補正部３００は、欠陥補正部３０１と、代表値導出部３０２と、分割部３１０と、オフセットデータ生成部３２０と、有効画素減算部３３０とを有している。分割部３１０は、曲線導出部３１１と、減算器３１２とを有している。オフセットデータ生成部３２０は、乗算器３２１と、加算器３２２と、乗算器３２３と、前フレーム保存部３２４と、加算器３２５とを有している。分割部３１０は、ＯＢ画素から得られたデータを空間的な高周波成分と低周波成分とに分割する。オフセットデータ生成部３２０は、高周波成分及び低周波成分に基づいて、ＯＢ補正のためのオフセットデータを生成する。有効画素減算部３３０は、対象フレームに対し、オフセットデータを用いたＯＢ補正を施す。なお、ＯＢ補正部３００の各部の処理については、図４等を参照しつつ後に詳述する。

なお、これらの構成は、ＣＰＵ１１４が主記憶装置１１５等に格納されているプログラムを読み出し、このプログラムを実行することにより実現されるものとする。また、他の例としては、各部は、電気的な回路で実行されてもよい。また、他の例としては、各部は、ＦＰＧＡの回路として実現されてもよい。また、図３を参照しつつ説明した各部の処理のうち少なくとも一部の処理を、撮像装置１１０に替えて、コンピュータ１３０が行うこととしてもよい。撮像装置１１０とコンピュータ１３０の処理速度等に応じて、撮像装置１１０及びコンピュータ１３０それぞれに割り当てる処理を定めることとしてもよい。

図４は、撮像装置による撮像処理を示すフローチャートである。まず、Ｓ４００において、撮像装置１１０はコンピュータ１３０の制御の下、オフセット画像を所定枚数撮影する。これにより、後述のＯＢ補正に用いられる、オフセットデータの初期データも得られる。次に、Ｓ４０１において、撮像装置１１０は、オフセット画像の撮影が完了したか否かを確認する。撮像装置１１０は、例えば３２枚等所定枚数のオフセット画像の撮影が完了した場合に、撮影完了と判断する。撮像装置１１０は、オフセット画像の撮影が完了した場合には（Ｓ４０１でＹｅｓ）、処理をＳ４０２へ進める。

Ｓ４０２において、撮像装置１１０の画像処理装置１１２は、オフセット画像の平均作業を行い、平均化されたオフセット画像を主記憶装置１１５に記録する。なお、平均作業が終わるまでの間、コンピュータ１３０は、「起動中」等のメッセージを表示装置１５０に表示し、操作者からの操作を受け付けないこととする。画像処理装置１１２はまた、オフセット画像のうちＯＢ画素から得られたデータを、オフセットデータの初期データとして、主記憶装置１１５にロードする。またコンピュータ１３０は、「起動中」の間に撮像装置１１０へ、ゲイン補正に用いるゲイン画像と、欠陥補正に用いる欠陥マップをロードするよう指示を出す。このロードにより、撮像装置１１０の記録装置１１６から主記憶装置１１５へゲイン画像と欠陥マップがロードされる。

オフセット画像の取得が終了した後は、被写体の存在するＸ線画像、すなわち対象画像（対象フレーム）の撮影が可能となり、Ｓ４０３において、撮像装置１１０は、操作者の操作に従い、対象画像の撮影を行う。次に、Ｓ４０４において、前処理部３４０は、対象画像に対するオフセット補正を行う。次に、Ｓ４０５において、ＯＢ補正部３００は、対象画像に対するＯＢ補正を行う。次に、Ｓ４０６において、前処理部３４０は、対象画像に対するゲイン補正を行う。次に、Ｓ４０７において、前処理部３４０は、対象画像に対する欠陥補正を行う。なお、オフセット補正、ゲイン補正及び欠陥補正は、既知の方法により実行されるものとする。なお、各処理の前に、オフセット画像、ＯＢ補正に用いられるオフセットデータの初期データ、ゲイン画像及び欠陥補正画像が主記憶装置１１５にロードされているものとする。

次に、Ｓ４０８において、撮像装置１１０は、対象画像の撮影が終了したか否かを確認する。具体的には、操作装置１２０から撮影終了の指示を受け付けた場合に、撮影終了と判断する。撮像装置１１０は、撮影が終了したと判断した場合には（Ｓ４０８でＹｅｓ）、制御装置１４０に撮影終了を示す指令を出し、撮像処理を終了する。制御装置１４０は、撮影終了と共に、Ｘ線管球１００の曝射も終了する。撮像装置１１０は、撮影が終了していないと判断した場合には（Ｓ４０８でＮｏ）、処理をＳ４０３へ進め、撮影を継続する。なお、断層画像撮影時は、撮像装置１１０は撮影終了の指示を受け付けたか否かに替えて、必要な枚数の撮影が完了したか否かに基づいて、撮影終了か否かを判断する。

図５は、ＯＢ補正部３００による、ＯＢ補正処理（Ｓ４０５）における詳細な処理を示すフローチャートである。以下、ＯＢ補正処理に沿って、図３に示すＯＢ補正部３００の各部の処理について説明する。ＯＢ補正処理（Ｓ４０５）は、対象フレームからパネル１１１の列に共通なオフセット成分を除くための補正である。Ｓ５００において、欠陥補正部３０１は、ＯＢ領域の欠陥を補正する。ＯＢ領域に欠陥が存在する場合、有効画素減算部３３０による減算後に縦方向のノイズが生じる。そのため、このように、ＯＢ領域に関する有効画素減算部３３０による演算前にＯＢ領域の欠陥補正を行う必要がある。欠陥補正部３０１は、キャリブレーションとして、機器仕様前に取得されるオフセット補正後のダーク画像を用いて、ＯＢ画素の画素値と閾値を比較することにより、ＯＢ領域の欠陥を抽出する。なお、ＯＢ領域の欠陥補正を行う際、欠陥補正に用いる画素は同じ列の画素とするのが望ましい。前述のように、ＯＢ補正は、列に共通なオフセット成分を求め、除去することにあるからである。なお、欠陥補正部３０１の処理は、前処理部３４０が行うこととしてもよい。

次に、Ｓ５０１において、代表値導出部３０２は、各列に属するＯＢ画素から得られたデータの代表値を求める。具体的には、代表値導出部３０２は、処理対象の列に所属するすべてのＯＢ画素それぞれから得られたデータの平均値を代表値として求める。代表値導出部３０２は、同様の処理を各列に対して行うことにより、各列の代表値を得る。なお、代表値導出部３０２は、列に所属するＯＢ画素の各データに基づいて、各データを代表するような値を代表値として求めればよく、そのための処理等は実施形態に限定されるものではない。他の例としては、代表値導出部３０２は、列に属するすべてのＯＢ画素のデータの中間値等を代表値として求めてもよい。こうして得られた代表値は、列に共通のオフセットを求め、除去するために利用される。なお、行に共通のオフセット成分を除く場合には、代表値導出部３０２は、列に替えて、行毎の代表値を求めればよい。

次に、Ｓ５０２において、分割部３１０は、列毎の代表値それぞれを空間的な高周波成分と低周波成分とに分割する（分割処理）。具体的には、曲線導出部３１１は、図６（ａ）に示すように、列ナンバーを横軸、代表値を縦軸とするグラフに、Ｓ５０１において得られた代表値６００をプロットする。なお、列ナンバーは、列の識別情報であり、パネル１１１における列の配列順に沿って割り当てられる。そして、曲線導出部３１１は、図６（ａ）に示す代表値のフィッティング曲線（近似曲線）を求める。なお、曲線導出部３１１は、このフィッティング曲線を低周波成分として得る。曲線導出部３１１は、最小二乗法、移動平均等の計算方法によりフィッティング曲線を求めることができる。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す代表値から得られたフィッティング曲線６１０を示す図である。さらに、減算器３１２は、各列の代表値６００からフィッティング曲線６１０の値を減算し、減算により得られた値を高周波成分として得る。図６（ｃ）は、図６（ａ）に示す代表値６００と図６（ｂ）に示すフィッティング曲線６１０から得られた高周波成分６２０を示す図である。

次に、Ｓ５０３において、オフセットデータ生成部３２０は、対象フレームと、対象フレームの直前に得られた直前フレーム、それぞれの高周波成分に基づいて、オフセットデータの高周波成分を再帰的に生成する。具体的には、オフセットデータ生成部３２０は、乗算器３２１、加算器３２２、乗算器３２３及び前フレーム保存部３２４を用いて、（式１）により、オフセットデータの高周波成分を生成する。

ＯＢｒｅｃ（Ｎ）＝αＯＢｎｅｗ＋（１−α）ＯＢｒｅｃ（Ｎ−1） …（式１）

ここで、分割部３１０により得られた、対象フレームの高周波成分をＯＢｎｅｗ、前フレームの高周波成分をＯＢｒｅｃ（Ｎ−１）、更新により得られた対象フレームの高周波成分をＯＢｒｅｃ（Ｎ）とする。αは、再帰係数である。再帰係数は任意の値であり、再帰係数を変化させることにより、前フレームの情報の重み付け量を調整することができる。ここで、αは、対象フレームの高周波成分の利用比率の一例である。（式１）により得られた高周波成分は、次のフレームの処理において、ＯＢｒｅｃ（Ｎ−１）の値として使用すべく、前フレーム保存部３２４に記録される。

なお、ＯＢ補正部３００は、図４を参照しつつ説明したオフセット画像撮影処理（Ｓ４００）において得られるオフセット画像を利用して、高周波成分の初期値を求め、これを前フレーム保存部３２４に保存しておくものとする。撮像装置１１０は、例えば、３２枚のオフセット画像を撮影した後に、さらに３２枚のＯＢ領域の画像を取得する。そして、撮像装置１１０は、ＯＢ領域の画像からオフセット画像を撮影した時のＯＢ領域のオフセット画像を減算した画像を初期値とする。なお、本処理は、Ｓ４０５の処理前に完了していればよい。

次に、Ｓ５０４において、オフセットデータ生成部３２０は、加算器３２５を用いて、Ｓ５０３において生成された高周波成分と、Ｓ５０２において得られた低周波成分とを結合（加算）する。これにより、有効画素を得るための減算に利用される列毎のオフセット成分を含むオフセットデータが得られる。すなわち、Ｓ５０３，Ｓ５０４において、オフセットデータ生成部３２０は、対象フレームの低周波成分に基づいて、オフセットデータの低周波成分を生成する。オフセットデータ生成部３２０は、さらに、対象フレームと、直前フレーム、それぞれの高周波成分に基づいて、オフセットデータの高周波成分を再帰的に生成する。ここで、直前フレームの高周波成分は、さらに前のフレームの高周波成分に基づいて生成されている。すなわち、対象フレームのオフセットデータの高周波成分は、対象フレームと、対象フレームよりも前に得られた複数のフレームそれぞれの高周波成分に基づいて生成されるものである。そして、オフセットデータ生成部３２０は、得られたオフセットデータの低周波成分と高周波成分とを加算することにより、オフセットデータを生成する。ここで、Ｓ５０３及びＳ５０４の処理は、オフセットデータ生成処理の一例である。

次に、Ｓ５０５において、有効画素減算部３３０は、補正対象の対象フレームの有効画素領域の画素値から、Ｓ５０４で得られたオフセット成分を減算する。以上で、ＯＢ補正処理（Ｓ４０５）が終了する。これにより、有効画素領域の列方向オフセット成分を除去することができる。以上のように、本実施形態に係るＸ線撮像装置は、アーチファクトの少ない画像を得ることができる。

ここで、本実施形態に係るＸ線撮像装置が、減算を行う補正として、オフセット補正とＯＢ補正の２種類の補正を共に行うことの効果について説明する。オフセット成分は、ノイズ量が撮像素子の温度に依存することが知られている。すなわち、撮影を続けると撮像素子の温度が上昇し、これに伴いオフセット成分が変化し、画像に現れる。そのため、オフセット画像は時間変化（温度変化）がある程度大きくなった時に更新することが望ましい。ところが動画の撮像装置では、こうしたオフセット画像の更新が難しい状況がある。例えば、Ｘ線の動画撮像においては、連続Ｘ線による撮影（Ｘ線を曝射し続けての撮影）がしばしば行われる。この連続Ｘ線による撮影では、操作者がＸ線曝射を止めるまでＸ線の曝射が続くため、オフセット画像として用いるダーク画像の撮影が不可能となる場合がある。ダーク画像の更新が不可能な状況では、対象画像のオフセット成分が時間の経過に伴い変化するため、時間の経過につれてオフセット成分が画像に徐々に表れることになる。

ところで時間変化するオフセット成分は、必ずしも画素毎とは限らない。例えば、列に共通する回路が温度変化で変化する場合、ある列のみの画素値が共通して変化し、縦線や横線となって現れる。こうした行や列に共通の成分を取り除くためなら、オフセット画像を新規に取得しなくても、上記実施形態において説明したＯＢ補正を用いればよい。なぜなら、こうしたオフセット成分は行や列に共通な成分なので、列の一部のダーク画素を用いることで列全体の画素値変化を求めることができるからである。そこで、本実施形態に係るＸ線撮像装置においては、オフセット成分のうち、列に共通な時間（温度）変化の成分を除くために、オフセット補正に加えてＯＢ補正を行うこととした。なお、オフセット成分がほとんど列方向のアーチファクトであることが予めわかっているような場合には、Ｘ線撮像装置は、オフセット補正を行うことなく、ＯＢ補正のみを行うこととしてもよい。また、また画素の線形性が用途に対して十分であることが予めわかっているような場合には、Ｘ線撮像装置は、ゲイン補正を省略してもよい。

次に、本実施形態に係るＸ線撮像装置が、ＯＢ画素から得られたデータを高周波成分と低周波成分に分割し、高周波成分のみ、前フレームのデータを再帰的に用いて、オフセット値を生成することの効果について、図７を参照しつつ説明する。図７（ａ）は、動画の撮影において、Ｎフレーム目で撮像装置１１０のＸ線の受光量が急激に変化する状況を示す図である。受光量が急激に変化する場合としては、例えば、高速の断層撮影において、ある撮影領域が、被写体がなくＸ線が直に照射される領域から、被写体領域に変化し、これに伴い受光量が急激に減少する場合等がある。

この場合、本来感光しないはずのＯＢ画素領域２１０の画素値が照射されるＸ線量に応じて変化する場合がある。このようなＸ線量に応じた、列毎の代表値の変化を図７（ｂ）に示す。この時の列毎の代表値を計算すると、代表値の分布は、グラフ７００からグラフ７０１のようにその形状が変化する。

さらに、図２に示す電流線２３０の電流変化によるＯＢの列毎の代表値の時間変化を検討すると、高周波成分は受光量にかかわらず値の変化が緩い一方、低周波成分は受光量に依存して値が変化する場合がある。図７（ｃ）がその結果を示す図である。高周波成分の変化が少ない理由は、高周波成分の由来は列回路の温度特性によるものであるからである。一方、低周波成分の変化は電流線２３０の電流変化によるもので、電流量は信号の量、すなわち受光量に大きく依存するため、受光量が大きく変化した時に急激に変化する。

以上のことから、オフセットデータを生成するために、光量に依存する低周波成分については過去のフレームの情報を用いることは好ましくない。一方温度特性は光量変化と比べて急激に変化しないため、過去のフレームの情報を用いることで、適切なオフセットデータが得られる。

また、Ｘ線撮像装置は、正確なオフセット値を求めるために、高周波成分については、低周波成分と比較して、より多くのフレーム数を用いることとする。これは、オフセットの高周波成分が列方向の情報のみ用いて定められている（列方向の平均値がオフセットの高周波成分である）のに対し、低周波成分は列方向の情報の他、フィッティングにより行方向の情報も用いて定められるためである。したがって、Ｘ線撮像装置では、正確なオフセットの高周波成分を求めるために、対象フレームの情報だけでなく過去フレーム（前フレーム）の情報も用いることとした。

例えば、図７に示すＮ番目のフレームに対し、高周波成分と低周波成分とを分割することなく、過去のフレームのＯＢのデータを再帰的に用いてＯＢ補正を行ったとする。この場合、過去フレームに存在する光量依存の低周波成分が減算されることとなるため、ＯＢ補正後の画像には、過去成分のアーチファクトが現れることになる。これに対し、本実施形態に係るＸ線撮像装置は、温度依存の高周波成分と、光量依存の低周波成分を分割し、各成分で異なるフレームのデータに基づいて生成したオフセット値を利用するので、こうしたアーチファクトを回避することができる。

次に、本実施形態に係るＸ線撮像装置が、ＯＢ補正を行うことの効果について説明する。断層画像を生成するアルゴリズムであるフィルタードバックプロジェクションでは、投影画像の高周波成分が強調される場合が多い。そのため、時間変化により投影画像に縦筋（本実施形態においては、列に共通なオフセット成分がこれに当たる）等の高周波オフセット成分が画像に現れると、フィルタードバックプロジェクションの過程でこうした高周波オフセット成分が強調される。その結果、高周波オフセット成分を持つ画像から生成された断層画像には同心円状のアーチファクト（リングアーチファクト）が現れる。このため、断層撮像装置では、できる限り高周波パターンを除去することが非断層撮影と比較して特に重要である。これに対し、本実施形態に係るＸ線撮像装置では、ＯＢ補正により、投影画像からオフセット成分を除くことが可能となり、こうした同心円状のアーチファクト（リングアーチファクト）を大幅に軽減することができる。

一方投影画像に複数フレームにわたるアーチファクトが現れた場合は、角度の変化にしたがって減衰するアーチファクトが生じる。そのため、こうした複数フレームにわたるアーチファクトを抑えることが断層撮影で重要な課題である。これに対し、本実施形態に係るＸ線撮像装置は、ＯＢ補正により、変化後の画像に本来現れるはずのないアーチファクトが数フレームに渡って生じる現象を軽減し、断層画像のアーチファクトを抑えることができる。すなわち、本実施形態に係るＸ線撮像装置は、断層画像に現れる各種アーチファクトを軽減することが可能になる。また、断層撮影の場合だけでなく通常の２次元動画撮影においても、こうしたアーチファクトが生じないことが望ましい。本実施形態に係るＸ線撮像装置は、このような２次元動画撮影においても、アーチファクトを軽減し、画質を改善することができる。

本実施形態に係るＸ線撮像装置の第１の変更例としては、高周波成分に対しても、過去のフレーム（前フレーム）のデータを用いてオフセット値を生成してもよい。光量に依存する成分でも、平均のサンプリング数が足りない場合は前フレームの情報を用いることで、より望ましい補正結果を得ることが可能な場合がある。これに対し、第１の変更例に係るＸ線撮像装置は、光量に依存する低周波成分についても、前フレームのデータを再帰的に利用してオフセットデータを得る。

図８は、第１の変更例に係るＸ線撮像装置のＯＢ補正部８００を示す図である。なお、図３を参照しつつ説明したＯＢ補正部３００の各部と同一の部には同一の番号を付している。ＯＢ補正部８００は、欠陥補正部３０１と、代表値導出部３０２と、分割部３１０と、オフセットデータ生成部８１０と、有効画素減算部３３０とを有している。オフセットデータ生成部８１０は、高周波成分生成部８２０と、低周波成分生成部８３０と、加算器８４０とを有している。高周波成分生成部８２０は、乗算器３２１と、加算器３２２と、乗算器３２３と、前フレーム保存部３２４とを有している。低周波成分生成部８３０は、乗算器８３１と、加算器８３２と、乗算器８３３と、前フレーム保存部８３４とを有している。

高周波成分生成部８２０は、オフセットデータ生成部３２０と同様に、乗算器３２１、加算器３２２、乗算器３２３及び前フレーム保存部３２４を用いて、（式１）により、オフセットデータの高周波成分を生成する。同様に、低周波成分生成部８３０は、乗算器８３１、加算器８３２、乗算器８３３及び前フレーム保存部８３４を用いて、（式２）により、オフセットデータの高周波成分を生成する。

ＯＢｌｏｗ（Ｎ）＝βＯＢｌｏｗ＿ｎｅｗ＋（１−β）ＯＢｌｏｗ（Ｎ−１）
…（式２）

ここで、分割部３１０により得られた低周波成分をＯＢｌｏｗ＿ｎｅｗ、前フレームの低周波成分をＯＢｌｏｗ（Ｎ−１）、更新により得られた高周波成分をＯＢｌｏｗ（Ｎ）とする。また、βは、再帰係数である。再帰係数は任意の値であり、再帰係数を変化させることにより、前フレームの情報の重み付け量を調整することができる。ここで、βは、対象フレームの低周波成分の利用比率の一例である。

なお、高周波成分と低周波成分とにおいて、オフセットデータに対する前フレームの寄与率を異なるものとすべく、再帰係数αと再帰係数βは、異なる値が設定されてもよい。これらの再帰係数を変化させることにより、前フレームの情報の重み付け量を調整することができる。加算器８４０は、高周波成分生成部８２０により生成された高周波成分と、低周波成分生成部８３０により得られた低周波成分とを加算し、オフセットデータを出力する。

正確なオフセット値を求めるためには高周波成分に対し低周波成分に比べて、過去フレームの利用比率を高くして、オフセットデータを生成するのが好ましい。。すなわち、Ｘ線撮像装置において、α＜βとなるような再帰係数α、βが設定されているのが好ましい。なお、図３に示すように、低周波成分のオフセット値を求める際に、対象フレームのみのデータのみを用いるのは、β＝１の場合に相当する。

第１の変更例において、さらに撮像装置が、受光量の変化量を検出し、受光量の変化量に基づいて、βの値を決定してもよい。撮像装置は、例えば、有効画素領域２１１の画素値を取得し、その平均値を受光量とし、定期的に受光量を特定することにより、受光量の変化量を特定することができる。そして、撮像装置は、受光量の変化量が閾値を超えた場合に、βの値を、１よりも小さい、所定の値に変更してもよい。また、撮像装置は、変化量が大きくなる程、大きくなるようなβの値を決定してもよい。

第２の変更例としては、Ｘ線撮像装置の分割部３１０は、フィッティングにより列毎の高周波成分と、低周波の成分とを分割したが、分割のための処理は、実施形態に限定されるものではない。他の例としては、分割部３１０は、例えば空間的帯域通過フィルタにより、低周波成分と高周波成分とを分割してもよい。

第３の変更例としては、本実施形態においては、Ｘ線の撮像装置を例に説明したが、撮像装置の種類はこれに限定されるものではなく、例えば、可視光の撮像装置であってもよい。この場合も、撮像装置の構成は、実施形態において説明したＸ線の撮像装置の構成とほぼ同様である。このような可視光の撮像装置においては、例えば、照度の高い屋外から照度の低い屋内へ撮像装置を移動させた時にオフセット成分によるアーチファクトの少ない画像を得ることができる。なお、可視光の撮像装置における、Ｘ線の撮像装置との主要な変更部分は以下の通りである。すなわち、Ｘ線を可視光に変換する必要がないためシンチレータが不要である。可視光の像を結像するための光学系と、カラー撮影を行う場合は分光のためのカラーフィルタを用意する。ＣＰＵとしては、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定用途向け集積回路を用いてもよい。記録装置として、挿入や取り出しの可能な媒体が用いられてもよい。動画圧縮処理等の画像処理を行う回路を設けてもよい。

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

以上、上述した各実施形態によれば、アーチファクトの少ない画像を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１００ Ｘ線管球
１１０ 撮像装置
１１１ パネル
１１２ 画像処理装置
３００ ＯＢ補正部
３１０ 分割部
３２０ オフセットデータ生成部

Claims (11)

1. 有効画素と、オプティカルブラック画素と、を含む複数の領域を有する撮像装置であって、
   撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像されたフレームの前記オプティカルブラック画素から得られたデータを空間的な高周波成分と低周波成分とに分割する分割手段と、
   第１の数のフレームの前記低周波成分と、前記第１の数に比べて多い第２の数のフレームの前記高周波成分と、に基づいて、前記有効画素に対するオフセットデータを生成するオフセットデータ生成手段と
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記オフセットデータ生成手段は、前記第１の数のフレームの前記低周波成分に基づいて、前記オフセットデータの低周波成分を生成し、前記第１の数に比べて多い第２の数のフレームの前記高周波成分に基づいて、前記オフセットデータの高周波成分を生成し、前記オフセットデータの前記高周波成分と前記低周波成分とを加算することにより、前記オフセットデータを生成することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記オフセットデータ生成手段は、補正対象の対象フレーム及び前記対象フレームよりも前に得られた前フレームそれぞれの前記高周波成分と、前記対象フレームの前記低周波成分と、に基づいて前記オフセットデータを生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 有効画素と、オプティカルブラック画素と、を含む複数の領域を有する撮像装置であって、
   撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像されたフレームの前記オプティカルブラック画素から得られたデータを空間的な高周波成分と低周波成分とに分割する分割手段と、
   複数のフレームの前記低周波成分に対する、補正対象の対象フレームの低周波成分の利用比率を第１の利用比率として、前記対象フレームを含む前記複数のフレームの前記低周波成分に基づいて、前記有効画素に対するオフセットデータの低周波成分を生成する第１の生成手段と、
   前記複数のフレームの前記高周波成分に対する、補正対象の対象フレームの高周波成分の利用比率を、前記第１の利用比率に比べて低い第２の利用比率として、前記複数のフレームの前記高周波成分に基づいて、前記オフセットデータの高周波成分を生成する第２の生成手段と、
   前記オフセットデータの前記高周波成分と前記低周波成分とを加算することにより、前記オフセットデータを生成する第３の生成手段と
   を有することを特徴とする撮像装置。
5. 前記撮像手段の受光量の変化量に基づいて、前記第１の利用比率を決定する決定手段をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 各領域のオプティカルブラック画素から得られたデータの代表値の近似曲線を求める曲線導出手段をさらに有し、
   前記分割手段は、前記近似曲線に基づいて、前記オプティカルブラック画素から得られたデータを、前記高周波成分と前記低周波成分に分割することを特徴とする請求項１乃至５何れか１項に記載の撮像装置。
7. 前記分割手段は、空間的帯域通過フィルタを有することを特徴とする請求項１乃至５何れか１項に記載の撮像装置。
8. 有効画素と、オプティカルブラック画素と、を含む複数の領域を有する撮像装置が実行する撮像方法であって、
   撮像ステップと、
   前記撮像ステップにおいて撮像されたフレームの前記オプティカルブラック画素から得られたデータを空間的な高周波成分と低周波成分とに分割する分割ステップと、
   第１の数のフレームの前記低周波成分と、前記第１の数に比べて多い第２の数のフレームの前記高周波成分と、に基づいて、前記有効画素の対するオフセットデータを生成するオフセットデータ生成ステップと
   を含むことを特徴とする撮像方法。
9. 有効画素と、オプティカルブラック画素と、を含む複数の領域を有する撮像装置が実行する撮像方法であって、
   撮像ステップと、
   前記撮像ステップにおいて撮像されたフレームの前記オプティカルブラック画素から得られたデータを空間的な高周波成分と低周波成分とに分割する分割ステップと、
   複数のフレームの前記低周波成分に対する、補正対象の対象フレームの低周波成分の利用比率を第１の利用比率として、前記対象フレームを含む前記複数のフレームの前記低周波成分に基づいて、前記有効画素に対するオフセットデータの低周波成分を生成する第１の生成ステップと、
   前記複数のフレームの前記高周波成分に対する、補正対象の対象フレームの高周波成分の利用比率を、前記第１の利用比率に比べて低い第２の利用比率として、前記複数のフレームの前記高周波成分に基づいて、前記オフセットデータの高周波成分を生成する第２の生成ステップと、
   前記オフセットデータの前記高周波成分と前記低周波成分とを加算することにより、前記オフセットデータを生成する第３の生成ステップと
   を含むことを特徴とする撮像方法。
10. コンピュータを、
    有効画素と、オプティカルブラック画素と、を含む複数の領域を有する撮像手段により撮像されたフレームの前記オプティカルブラック画素から得られたデータを空間的な高周波成分と低周波成分とに分割する分割手段と、
    第１の数のフレームの前記低周波成分と、前記第１の数に比べて多い第２の数のフレームの前記高周波成分と、に基づいて、前記有効画素に対するオフセットデータを生成するオフセットデータ生成手段と
    して機能させるためのプログラム。
11. コンピュータを、
    有効画素と、オプティカルブラック画素と、を含む複数の領域を有する撮像手段により撮像されたフレームの前記オプティカルブラック画素から得られたデータを空間的な高周波成分と低周波成分とに分割する分割手段と、
    複数のフレームの前記低周波成分に対する、補正対象の対象フレームの低周波成分の利用比率を第１の利用比率として、前記対象フレームを含む前記複数のフレームの前記低周波成分に基づいて、前記有効画素に対するオフセットデータの低周波成分を生成する第１の生成手段と、
    前記複数のフレームの前記高周波成分に対する、補正対象の対象フレームの高周波成分の利用比率を、前記第１の利用比率に比べて低い第２の利用比率として、前記複数のフレームの前記高周波成分に基づいて、前記オフセットデータの高周波成分を生成する第２の生成手段と、
    前記オフセットデータの前記高周波成分と前記低周波成分とを加算することにより、前記オフセットデータを生成する第３の生成手段と
    して機能させるためのプログラム。

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