JP2017000565A - 画像処理装置、放射線撮影装置、画像処理方法、プログラム、および記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】ダーク補正処理において、残像による変動ダーク成分を補正することが可能な画像処理技術を提供すること。【解決手段】画像処理装置は、被写体画像から、放射線を照射しない状態で取得した第一のダーク画像を減じることにより、被写体画像のダーク成分を除去する補正処理を行う第一補正部と、第一のダーク画像よりも後に取得された第二のダーク画像と、第一のダーク画像とに基づいて、補正処理が行われた補正後画像に含まれる変動ダーク成分による評価値を取得する評価値取得部と、評価値に基づいて、補正後画像から変動ダーク成分を除去する補正処理を行う第二補正部と、を備える。【選択図】 図４

Description

本発明は、画像処理装置、放射線撮影装置、画像処理方法、プログラム、および記憶媒体に関するものである。

近年、アモルファスシリコンや単結晶シリコンからなる撮像素子（検出部）を二次元に配列し、放射線像の撮影を行う放射線撮影装置が実用化されている。このような放射線撮影装置では、撮像素子の暗電流等に起因した固定パターンノイズの影響を低減させるための処理として、被写体画像から放射線を照射しない状態で取得したダーク画像を差し引くダーク補正処理が行われる。

特許文献１には、動作温度の変動による暗電流の増減や被写体撮影時に発生する残像などの影響で変動した撮像素子の変動出力を、一定間隔で撮影したダーク画像の平均値から取得した固定パターンノイズ（検出部の固定出力成分）に基づいて補正する技術が提案されている。

特開２００４−２０１７８４号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、ダーク画像の平均値を使用して固定パターンノイズ（検出部の固定出力成分）を補正している。このため、一定間隔でダーク画像を取得するタイミングが、前回の被写体画像の撮影後になると、入力信号に応じて生じ得る残像が補正結果に影響を与えることになる。例えば、補正処理において、残像により固定出力が高く見積もられてしまうと、被写体情報をダーク補正処理により欠損させてしまう過補正が生じ得る。

上記の課題に鑑み、本発明は、ダーク補正処理において、残像による変動ダーク成分を補正することが可能な画像処理技術を提供することを目的とする。

上記の目的を達成する本発明の一つの側面に係る画像処理装置は、被写体画像から、放射線を照射しない状態で取得した第一のダーク画像を減じることにより、前記被写体画像のダーク成分を除去する補正処理を行う第一補正部と、
前記第一のダーク画像よりも後に取得された第二のダーク画像と、前記第一のダーク画像とに基づいて、前記補正処理が行われた補正後画像に含まれる変動ダーク成分による評価値を取得する評価値取得部と、
前記評価値に基づいて、前記補正後画像から前記変動ダーク成分を除去する補正処理を行う第二補正部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ダーク補正処理において、残像による変動ダーク成分を補正することが可能な画像処理技術の提供が可能になる。

本発明によれば、ダーク補正処理において、残像による変動ダーク成分を補正することにより、画像のコントラストの低下や、被写体情報の欠損による画質の低下を軽減することが可能な画像処理技術の提供が可能になる。

実施形態にかかる放射線撮影装置の構成例を示す図。 第１実施形態における放射線撮影装置の処理の流れを説明する図。 第１実施形態における評価値取得部の処理の流れを説明する図。 評価値取得部の処理を説明する図。 差分画像のヒストグラムの一例を示した図。 第２実施形態における評価値取得部の処理の流れを説明する図。

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

［第１実施形態］
（放射線撮影装置１００の構成）
図１は、第１実施形態の放射線撮影装置の基本構成を示すブロック図である。尚、図１に示す構成を放射線撮影システムということもある。また、本実施形態において放射線とは、Ｘ線だけに限らず、放射性崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えば粒子線や宇宙線なども含まれるものとする。

放射線撮影装置１００は、放射線を発生させる放射線発生部１０１と、被写体１０２を載置するための載置部１０３（寝台）と、放射線を検出する検出部１０４と、を備えている。検出部１０４は、被写体１０２を通過した放射線に応じた画像データを出力する。検出部１０４は、例えば、ＣＣＤや、アモルファスシリコンや単結晶シリコンからなる固体撮像素子を二次元に配列した撮像素子を備えている。検出部１０４は、検出された放射線をデジタルデータに変換し、画像データとして出力する。

また、放射線撮影装置１００は、制御部１０５と、各種データを収集するデータ収集部１０６と、ユーザーの指示に従って画像処理や機器全体の制御を行う情報処理装置１０７と、情報処理装置１０７から出力される画像を表示する表示部１２０とを備えている。情報処理装置１０７は、検出部で検出された画像データを処理する画像処理装置１１９を有する。

制御部１０５（制御装置）は、放射線発生部１０１、検出部１０４、およびデータ収集部１０６（データ収集装置）を制御することが可能である。制御部１０５（制御装置）は、放射線発生部１０１の放射線を発生するタイミングと放射線発生部１０１の撮影条件を制御する。また、検出部１０４は、制御部１０５の制御に基づいて、放射線発生部１０１の放射線照射のタイミングと同期した放射線の検出処理を行い、検出した放射線をデジタルデータに変換し、画像データとして出力する。

データ収集部１０６（データ収集装置）は、データ収集部１０６は、検出部１０４で検出された画像データを収集し、画像処理装置１１９に送信する。データ収集部は、予め定められた送信レートに従い、画像データの画素を間引いて画像処理装置１１９に送信することが可能である。例えば、送信レートは、検出部１０４の全画素データと、表示部１１７の表示に必要な画素データとの比率から決定される。例えば、データ収集部１０６は、制御部１０５の制御に基づいて、検出部１０４から各種デジタルデータを収集し、収集したデータを情報処理装置１０７の画像処理装置１１９に送信する。データ収集部１０６で収集されたデータは、情報処理装置１０７の内部において、ＣＰＵバス１１２を介して、画像処理装置１１９（ダーク補正部１１８や画像処理部１１１）に入力される。

情報処理装置１０７は、各構成要素の制御を行うＣＰＵ１１３と、各種データを一時的に記憶するメモリ１１４と、操作部１１５と、各種画像データを記憶する記憶部１１６と、画像処理装置１１９（ダーク補正部１１８および画像処理部１１１）とを有する。情報処理装置１０７の各構成要素は、ＣＰＵバス１１２を介して電気的に接続されており、相互にデータの送受信が可能である。

メモリ１１４はＣＰＵ１１３の処理に必要な各種のデータやプログラムなどを記憶すると共に、ＣＰＵ１１３の作業用のワークメモリを含む。ＣＰＵ１１３は、メモリ１１４を用いて、操作部１１５に入力されるユーザーの指示に従い、情報処理装置１０７、画像処理装置１１９および放射線撮影装置１００の動作制御等を行う。

操作部１１５がユーザーの指示を受けると、ＣＰＵ１１３の全体的な制御の下に、放射線が照射され画像の取得が行われる。放射線発生部１０１から被写体１０２に所定の撮影条件で放射線が照射され、被写体１０２を通過した放射線は検出部１０４により検出される。ここで、制御部１０５は放射線発生部１０１に対して、電圧や電流、照射時間などの撮影条件を制御する。放射線発生部１０１は、所定の撮影条件で放射線が発生されるようになっている。検出部１０４で検出された放射線の情報は、デジタルデータに変換され、データ収集部１０６（データ収集装置）によって画像データとして収集される。

画像処理装置１１９は、ダーク補正部１１８と画像処理部１１１とを備えている。ここで、ダーク補正部１１８は、機能構成として、固定出力補正部１０８（以下、第一補正部ともいう）と、評価値取得部１０９と、変動出力補正部１１０（以下、第二補正部ともいう）とを備えている。ここで、固定出力補正部１０８（第一補正部）は、被写体画像から、放射線を照射しない状態で取得した第一のダーク画像を減じることにより、被写体画像のダーク成分を除去する補正処理を行う。すなわち、固定出力補正部１０８は、放射線を照射した状態で取得した被写体画像から放射線を照射しない状態で取得した第一のダーク画像を減算することにより、被写体画像に含まれるダーク成分として、放射線を検出する検出部の固定出力成分を除去する。評価値取得部１０９は、第一のダーク画像よりも後に取得された第二のダーク画像と、第一のダーク画像とに基づいて、補正処理が行われた補正後画像に含まれる変動ダーク成分による評価値を取得する。変動ダーク成分は、被写体画像のダーク成分の変動成分であり、検出部の固定出力の変動成分である。評価値取得部１０９は、変動ダーク成分を補正するための評価値を取得する。変動出力補正部１１０（第二補正部）は、評価値に基づいて、補正後画像から変動ダーク成分を除去する補正処理を行う。

データ収集部１０６によって収集され、情報処理装置１０７に送信された画像がダーク補正部１１８に入力された後、ダーク補正部１１８は上記の機能構成により画像にダーク補正を行い、ダーク補正を加えた画像データを出力する。

ＣＣＤ、アモルファスシリコンや単結晶シリコン等からなる検出部１０４の固体撮像素子は、放射線が照射されていない無信号状態でも暗電流に基づく電荷が蓄積される特性を有する。以下の説明において、ダークとは、暗電流に基づいて蓄積された電荷のオフセットを意味する。このオフセットを補正する方法をダーク補正という。また、放射線を照射して被写体を撮影した画像を撮影画像（被写体画像）といい、放射線を照射しないで撮影した画像をダーク画像という。固定出力補正部１０８（第一補正部）、評価値取得部１０９、および変動出力補正部１１０（第二補正部）によるダーク補正の具体的な処理内容については後述する。

ダーク補正部１１８によってダーク補正された画像データは、画像処理部１１１に入力される。画像処理部１１１は、ゲイン補正、欠陥補正などの前処理を行った後、ノイズ低減処理、各種強調処理や階調変換処理を適用して、診断を行うための画像データを出力する。ここで、画像処理部１１１が行う画像処理については既知のいかなるものを使用してもよい。本実施形態において、ダーク補正部１１８は情報処理装置１０７に搭載される形態としたが、本実施形態はこの構成に限るものではなく、例えば、情報処理装置１０７とは独立した構成にしたり、ダーク補正装置専用のＣＰＵやメモリを有する構成としてもよい。また、ダーク補正部１１８および画像処理部１１１の構成をデータ収集部１０６や制御部１０５に設け、データ収集部１０６や制御部１０５において、ダーク補正処理や画像処理を実行するようにしてもよい。

（放射線撮影装置１００の動作）
次に、図２を用いて、放射線撮影装置１００の動作について説明する。まず、ステップＳ２０１において、放射線撮影装置１００は、制御部１０５の制御の下、第一のダーク画像を撮影する。検出部１０４は、放射線を照射しない状態（非露光状態）で電荷の蓄積動作を行い、蓄積された電荷に基づく画像をダーク画像として出力する。このダーク画像は、固体撮像素子の暗電流等に起因した固定パターンノイズ（検出部の固定出力成分）を含んだ画像であり、データ収集部１０６は固定パターンノイズ（検出部の固定出力成分）を含んだダーク画像を収集する。データ収集部１０６は、収集したダーク画像を情報処理装置１０７に送信し、データ収集部１０６により送信されたダーク画像は、ＣＰＵバス１１２を介して、記憶部１１６に転送され、保存される。ステップＳ２０１で取得する第一のダーク画像は、被写体画像から基本的な固定パターンノイズ（検出部の固定出力成分）を除去する（後述するステップＳ２０４の第一のダーク補正処理で用いる）ための画像として使用される。第一のダーク補正処理で用いるため、第一のダーク画像は被写体画像と同じ解像度で撮影する必要がある。

放射線撮影装置１００はダーク画像に含まれるノイズの影響を軽減するために、複数枚のダーク画像（第一のダーク画像）を撮影し、撮影した複数枚のダーク画像の特性を平均して、後述のステップＳ２０４の第一のダーク補正処理に用いることが可能である。

固定パターンノイズ（検出部の固定出力成分）の量は、撮影時の蓄積時間によって変動することが知られている。そのため、動画撮影を行う場合などのように、撮影時の動作モードやフレームレートの違いによって被写体の撮影時間（電荷の蓄積時間）が一定にならない場合が生じ得る。このような場合は、本ステップにおいて、複数の異なる蓄積時間に対応したダーク画像（第一のダーク画像）を撮影しておき、記憶部１１６に保存しておくことも可能である。この場合、固定出力補正部１０８（第一補正部）は、制御部１０５から撮影時の動作モードやフレームレート等の撮影条件を示す情報を取得する。そして、固定出力補正部１０８（第一補正部）は、撮影条件に対応するダーク画像を記憶部１１６から取得して、第一のダーク補正処理（Ｓ２０４）で用いることが可能である。

ステップＳ２０２において、放射線撮影装置１００は、制御部１０５の制御の下、第一のダーク画像よりも後に第二のダーク画像を撮影する。撮影に伴う検出部１０４の動作はステップＳ２０１と同等であるが、ステップＳ２０１における第一のダーク画像の撮影から、ステップＳ２０３における被写体画像の撮影までの間に、断続的に第二のダーク画像の取得動作が実行されるところに特徴がある。放射線撮影装置１００は、断続的な取得動作を、一定の時間の間隔（例えば１秒毎）で行うことが可能である。ＣＰＵ１１３は、この時間の間隔を任意に設定することが可能であり、ＣＰＵ１１３により設定された時間間隔に基づいて、第二のダーク画像が取得される。

なお、ステップＳ２０２で取得する第二のダーク画像は、固定パターンノイズの変動分（検出部の固定出力成分の変動分）を追加補正する（後述するステップＳ２０８の第二のダーク補正処理で用いる）ための画像として使用される。被写体画像の撮影間隔（撮影タイミング）は、ユーザーの使用方法によって異なるため、放射線撮影装置１００側では制御できない。このため、第二のダーク画像の取得はなるべく簡便に、短時間で行うことが必要とされる。

本ステップでは、データ収集部１０６は、情報処理装置１０７へのデータ送信を制御することにより、後述するステップＳ２０５〜Ｓ２０７の処理で必要とされる情報を情報処理装置１０７に送信可能である。データ収集部１０６は、例えば、画像データを１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）に間引いて情報処理装置１０７に送信したり、取得時の蓄積時間を１種類とするなどして、データ送信処理を高速に実行することが可能である。

画像の間引き方については、種々の技術を用いることが可能である。データ収集部１０６は、送信レートを、検出部１０４の全画素データと、表示部１１７の表示に必要な画素データとの比率から決定することが可能である。例えば、２次元の固体撮像素子の総画素数を２６８８×２６８８画素とし、情報処理装置１０７のＣＰＵ１１３が表示制御を行う表示部１１７の表示可能画素を３３６×３３６画素とする。この場合、補正の結果を表示部１１７で確認することができるように、データ収集部１０６は、画像データを１／８（＝３３６／２６８８）に間引いて情報処理装置１０７に送信することが可能である。

散乱放射線を抑制するためにグリッドを使用した撮影においても、グリッド密度と検出部１０４の画素ピッチの干渉によって画像上に発生するモアレに対処できるようにデータ収集部１０６は、画像データの間引きを制御してデータの送信することが可能である。間引きされた画像データは、ＣＰＵ１１３の制御によりＣＰＵバス１１２を介して記憶部１１６に転送され、記憶される。

ステップＳ２０３において、放射線撮影装置１００は、被写体画像の撮影を行う。操作部１１５を介したユーザーの指示に従って、制御部１０５は放射線発生部１０１からの放射線の照射動作と、検出部１０４の蓄積動作とを同期して行うように制御する。検出部１０４で撮影された被写体画像データは、データ収集部１０６によって収集され、データ収集部１０６は、収集した被写体画像データを情報処理装置１０７に送信する。送信された被写体画像データは、ＣＰＵ１１３の制御によりＣＰＵバス１１２を介して画像処理装置１１９に入力される。

ステップＳ２０４において、固定出力補正部１０８（第一補正部）は、第一のダーク補正処理を行う。すなわち、固定出力補正部１０８（第一補正部）は、被写体画像から、放射線を照射しない状態で取得した第一のダーク画像を減じることにより、被写体画像のダーク成分を除去する補正処理を行う。固定出力補正部１０８（第一補正部）は、放射線を照射した状態で取得した被写体画像から第一のダーク画像を減算することにより、被写体画像に含まれる検出部の固定出力成分を除去する。具体的には、固定出力補正部１０８（第一補正部）は、ステップＳ２０３で取得した被写体画像から、ステップＳ２０１で取得した第一のダーク画像を減算し、固定パターンノイズ（検出部の固定出力成分）を除去する処理を行う。第一のダーク補正処理により、被写体画像から基本的な固定パターンノイズ（検出部の固定出力成分）が除去される。ただし、本ステップの処理では、ダーク撮影から被写体画像撮影までの時間に変動した固定パターンノイズの変動分（検出部の固定出力成分の変動分）を補正することができない。このため、固定パターンノイズの変動分が第一のダーク補正処理後の画像（補正後画像）に残った状態となっている。

ステップＳ２０５において、評価値取得部１０９は、第一のダーク画像および第二のダーク画像、およびこれまで撮影した被写体画像を解析し、補正後画像に含まれる変動ダーク成分（検出部１０４の固定出力の変動成分）を補正するための評価値を取得する処理を行う。尚、評価値取得部１０９の具体的な処理については後述する。

ステップＳ２０６において、変動出力補正部１１０（第二補正部）は、第二のダーク補正処理を行う。変動出力補正部１１０（第二補正部）は、取得した評価値に基づいて、補正後画像から変動ダーク成分を除去する補正処理を行う。すなわち、変動出力補正部１１０（第二補正部）は、ステップＳ２０５で取得した評価値に基づき、第一のダーク補正処理後の画像（補正後画像）に対して更に第二のダーク補正処理を行う。具体的には、変動出力補正部１１０（第二補正部）は、ステップＳ２０４で補正された第一のダーク補正処理後の画像（補正後画像）から、ステップＳ２０５で取得した評価値を減算し、変動ダーク成分（検出部１０４の固定出力の変動成分）を除去する補正処理を行う。第二のダーク補正処理により、第一のダーク補正処理後の画像（補正後画像）から変動ダーク成分が除去される。尚、変動出力補正部１１０（第二補正部）の具体的な処理については後述する。

ステップＳ２０７において、ＣＰＵ１１３は、操作部１１５を介して放射線の照射指示が継続されているか否かを判定する。放射線の照射指示が継続されている場合（Ｓ２０７−Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０３に戻され、放射線撮影装置１００は、制御部１０５の制御の下に、被写体画像の撮影を連続して実行する。一方、ステップＳ２０７の判定で、放射線の照射指示が継続されていない場合（Ｓ２０７−Ｎｏ）、処理はステップＳ２０８に進められる。

一連の撮影動作が完了したあと、ステップＳ２０８において、ＣＰＵ１１３は、被検者に対する撮影手技情報に基づいて、放射線撮影装置１００の撮影可能な状態を継続するか否かを判定する。例えば、被検者に対する撮影手技が完了していない場合、ＣＰＵ１１３は、撮影可能な状態を継続すると判定し（Ｓ２０８−Ｙｅｓ）、処理をステップＳ２０２に戻す。そして、ステップＳ２０２において、放射線撮影装置１００は、制御部１０５の制御の下、断続的に第二のダーク画像を撮影する動作を行う。そして、ステップＳ２０２以降、同様の処理を繰り返す。

ステップＳ２０８の判定で、被検者に対する撮影手技が終了し、装置の使用が完了して電源を落とすような場合、ＣＰＵ１１３は、撮影可能な状態を継続しないと判定し（Ｓ２０８−Ｎｏ）、処理を終了する。次に放射線撮影装置１００を再起動する場合は、ステップＳ２０１の第一のダーク画像撮影から再度処理を行うこととなる。

（評価値取得部１０９の処理）
次に、図２のステップＳ２０５における評価値取得部１０９の具体的な処理について説明する。本処理において、評価値取得部１０９は、第二のダーク画像と第一のダーク画像との差分により取得された差分画像について検出部の出力値のヒストグラムを生成する。そして、評価値取得部１０９は、ヒストグラムの分布を、クラスタリング処理により分類し、分類の結果に基づいて、補正後画像に含まれる変動ダーク成分を除去するための評価値を取得する。すなわち、評価値取得部１０９は、分類の結果に基づいて、補正後画像に含まれる、検出部１０４の固定出力の変動成分を除去するための評価値を取得する。評価値取得部１０９の処理を、具体的に図３を参照して説明する。

図３は、評価値取得部１０９が行う処理のフローチャートである。ステップＳ３０１において、評価値取得部１０９は、第一のダーク画像Ｄ１と、第二のダーク画像Ｄ２_ｉｊとの減算（差分演算）を行い、差分画像Ｄ３_ｉを取得する。ここで、係数ｉは、撮影シーケンスが開始してからｉ回目の被写体画像の撮影が行われる前のタイミングで取得したことを示し、係数ｊは、あるタイミングで画像をｊ枚取得したことを示す。評価値取得部１０９は、第一のダーク画像Ｄ１の撮影から被写体画像の撮影までの間で、固定パターンノイズの変動情報が多く含まれる被写体画像撮影の直前に取得された画像を、差分画像Ｄ３_ｉの取得に用いる第二のダーク画像として使用可能である。

図４は、評価値取得部１０９の処理を具体的に説明する図である。図４に示す具体例では、係数ｉ＝１、２の場合が示されている。図４において、固定パターン出力４０１は固定パターンノイズ（検出部の固定出力成分）の出力（固定パターン出力）を例示する図である。参照番号４０２は、第一のダーク画像Ｄ１、第二のダーク画像Ｄ２_ｉｊ、および被写体画像の撮影の撮影シーケンスを例示する図である。

撮影シーケンス４０２に示すように、初めに第一のダーク画像Ｄ１を撮影した後（図２のＳ２０１）、被写体画像の撮影の指示を受けるまで、断続的に第二のダーク画像Ｄ２_１１〜Ｄ２_１ａまでのａ枚の第二のダーク画像を取得する（図２のＳ２０２）。その後、被写体画像の撮影を開始し、撮影指示が終了するまでＸ_１１〜Ｘ_１ｂの、ｂ枚の被写体画像の撮影を行っている（図２のＳ２０３、Ｓ２０７−Ｙｅｓ）。放射線の照射指示が継続されずに被写体画像の撮影が終了した後、更に撮影可能状態を継続する場合、第二のダーク画像の撮影処理を行う（図２のＳ２０７−Ｎｏ、Ｓ２０８−Ｙｅｓ、Ｓ２０２）。

そして、第二のダーク画像Ｄ２_２１〜Ｄ２_２ｃまでのｃ枚の第二のダーク画像を取得する。撮影シーケンス４０２では、その後、被写体画像の撮影を開始し、撮影指示が終了するまでＸ_２１〜Ｘ_２ｄの、ｄ枚の被写体画像の撮影を行っている（図２のステップＳ２０３、Ｓ２０７−Ｙｅｓ）。以降、同様に第二のダーク画像Ｄ２_３１・・・が同様に取得される。

固定パターン出力４０１では、検出部１０４の固定パターンノイズ（検出部の固定出力成分）が温度変化等によって経時的に変動していく状態が例示的に示されている。ここでは、第二のダーク画像Ｄ２_１ａを取得した時点における固定パターンノイズの変動量（検出部１０４の固定出力成分の変動量）はＡ１である。また、第二のダーク画像Ｄ２_２ｃを取得した時点における固定パターンノイズの変動量（検出部１０４の固定出力成分の変動量）はＡ２である。固定パターンノイズの変動量は、時間の経過に従って、Ａ１からＡ２に増加（Ａ２＞Ａ１）している。固定パターンノイズの変動量を過不足なく補正し、画像のコントラストに与える影響を軽減するためには、固定パターンノイズの変動量Ａ１、Ａ２を正しく推定することが重要となる。

評価値取得部１０９は、第一のダーク画像Ｄ１と、被写体画像の撮影が行われる前のタイミングで取得した第二のダーク画像Ｄ２_１ａとの差分演算により、差分画像Ｄ３_１を取得する。図４に示す差分画像Ｄ３_１のように、被写体画像の撮影が行われる前のタイミングで取得した第二のダーク画像Ｄ２_１ａを用いた差分画像には、ほぼ固定パターンノイズの変動分の情報のみが含まれる。

放射線撮影装置１００の種々のユースケースによっては、第二のダーク画像Ｄ２の取得前に被写体画像の撮影が行われる場合も想定される。被写体画像の撮影条件により、放射線の残像成分が第二のダーク画像に重畳する場合が生じ得る。例えば、被写体の胸部撮影のように、被写体がない領域に放射線が直接的に連続照射される撮影領域においては残像成分Ｌが発生し、残像成分Ｌが第二のダーク画像Ｄ２の信号に重畳する場合が生じ得る。

この場合、評価値取得部１０９は、差分画像Ｄ３_１と同様に、第一のダーク画像Ｄ１と、第二のダーク画像Ｄ２_２ｃとの差分演算により、差分画像Ｄ３_２を取得すると、本来取得するべき固定パターンノイズの変動量Ａ２（検出部１０４の固定出力成分の変動量）に加えて、残像成分Ｌの信号が重畳された状態で差分画像Ｄ３_２が取得される場合が生じ得る。本実施形態において、評価値取得部１０９は、以下の処理によりに残像成分Ｌが重畳していない固定パターンノイズの変動量Ａ２を取得する。

説明を図３に戻し、ステップＳ３０２において、評価値取得部１０９は、先のステップＳ３０１で取得した差分画像Ｄ３_ｉのヒストグラムを生成する。図４の参照番号４０３は、差分画像のヒストグラムを例示する図である。ヒストグラムの横軸は差分画像Ｄ３_ｉに含まれる各画素の固定パターンノイズの出力値であり、縦軸は頻度である。図４の例において、ヒストグラム４０３ａは、差分画像Ｄ３_１のヒストグラムであり、ヒストグラム４０３ｂは、差分画像Ｄ３_２のヒストグラムである。

差分画像Ｄ３_１のヒストグラム４０３ａでは、固定パターンノイズの変動量Ａ１に残像成分Ｌが重畳していないため、固定パターンノイズの変動量Ａ１（検出部１０４の固定出力成分の変動量）に由来する度数分布のクラスタ（ピーク）が一つ発生する。一方、差分画像Ｄ３_２のヒストグラム４０３ｂでは、固定パターンノイズの変動量Ａ２（検出部１０４の固定出力成分の変動量）に残像成分Ｌが重畳される。このため、ヒストグラム４０３ｂの度数分布は、固定パターンノイズの変動量Ａ２に由来する度数分布のクラスタ（ピーク）と、残像成分Ｌに由来するクラスタ（ピーク）と、を有する度数分布となる。

ステップＳ３０３において、評価値取得部１０９は、差分画像Ｄ３_ｉのヒストグラムをクラスタリングする。前述したように、差分画像Ｄ３_ｉのヒストグラムには、固定パターンノイズの変動量のクラスタに加えて残像成分に由来するクラスタが重畳される場合が生じ得る。残像成分Ｌは固定パターンノイズの出力成分に加算されるものであるから、ヒストグラム上で、残像成分Ｌは固定パターンノイズの出力値に比べてより高い出力値の分布を持つことが想定される。評価値取得部１０９は、この特徴を利用して、差分画像のヒストグラムから固定パターンノイズの変動量の情報を推定する処理を行う。

図５は、差分画像のヒストグラムの一例を示した図である。評価値取得部１０９は、クラスタリング処理を行った結果により、差分画像のヒストグラムを、出力の小さい集団に属する第一のクラスタ５０１と、それ以外の集団に属する第二のクラスタ５０２とに分類することができる。

固定パターンノイズは、検出部１０４の動作温度の変動による暗電流の増減や、被写体撮影時に発生する残像などの影響によって変動することが知られている。図５に例示する第一のクラスタ５０１は、検出部１０４の動作温度の変動による暗電流の増減に基づく固定パターンノイズの変動に対応している。また、第二のクラスタ５０２は、被写体撮影時に発生する残像などの影響に基づく固定パターンノイズの変動に対応している。

評価値取得部１０９は、クラスタリングの方法として、例えば、判別分析法を用いて差分画像の出力値を二値化し、二値化の結果のうち小さい方を第一のクラスタ５０１に分類し、二値化の結果のうち大きい方を第二のクラスタ５０２に分類することができる。

あるいは、評価値取得部１０９は、ガウス混合モデルを用いて、差分画像のヒストグラムを複数のクラスタに分類することも可能である。そして、評価値取得部１０９は、複数のクラスタのうち、より小さい出力のクラスタを第一のクラスタ５０１とし、それ以外のクラスタを第二のクラスタ５０２として分類することも可能である。尚、評価値取得部１０９が使用するクラスタリングの方法は、上記のものに限定されるものではなく、評価値取得部１０９は、種々の方法を適用して、差分画像Ｄ３_ｉのヒストグラムのクラスタリングを行うことが可能である。

ステップＳ３０４において、評価値取得部１０９は、分類したクラスタから、固定パターンノイズの変動量を推定した評価値Ｃｉを取得する処理を行う。評価値取得部１０９は、ステップＳ３０３で分類した第一のクラスタ５０１（代表クラスタ）の中央値Ｃを評価値として取得する。

評価値取得部１０９は、クラスタリング処理による分類の結果、ヒストグラムの分布が一つのクラスタになる場合、クラスタにおける中央値を評価値として取得する。また、評価値取得部１０９は、クラスタリング処理による分類の結果、ヒストグラムの分布が複数のクラスタになる場合、複数のクラスタのうち、より小さい出力値のクラスタの中央値を評価値として取得する。例えば、図４に示したヒストグラム４０３ａにおいて、クラスタは一つであり、評価値取得部１０９はヒストグラム４０３ａのクラスタにおける中央値Ｃ１を評価値として取得する。また、評価値取得部１０９は、ヒストグラム４０３ｂにおいて、分類した複数のクラスタのうち、より小さい出力値のクラスタの中央値Ｃ２を評価値として取得する。以上の処理により、評価値取得部１０９の処理を終了する。評価値取得部１０９は、クラスタリング処理により、ヒストグラムの分布を、検出部の動作温度の変動に基づく変動ダーク成分に対応した第１の分布と、被写体撮影時に発生する残像の影響に基づく変動ダーク成分に対応した第２の分布とに分類する。そして、評価値取得部１０９は、第１の分布に基づいて、補正後画像に含まれる変動ダーク成分を除去するための評価値を取得することが可能である。すなわち、評価値取得部１０９は、第１の分布に基づいて、補正後画像に含まれる検出部１０４の固定出力の変動成分を補正するための評価値を取得することが可能である。

（変動出力補正部１１０の処理）
次に、図２のステップＳ２０６における、変動出力補正部１１０（第二補正部）の具体的な処理について説明する。変動出力補正部１１０（第二補正部）は、評価値が閾値より小さい場合、固定出力補正部（第一補正部）により補正された補正後画像から評価値を減算することにより、補正後画像に含まれる変動ダーク成分（検出部１０４の固定出力の変動成分）を除去する補正処理を行う。また、変動出力補正部１１０（第二補正部）は、評価値が閾値以上となる場合、第一のダーク画像のダーク成分（検出部の固定出力成分）に、評価値に基づいた係数を乗算することによって、第一のダーク画像のダーク成分の変動量（検出部の固定出力成分の変動量）を取得する。そして、変動出力補正部１１０（第二補正部）は、固定出力補正部（第一補正部）により補正された補正後画像から、取得したダーク成分の変動量を減算することにより、補正後画像に含まれる変動ダーク成分（検出部の固定出力の変動成分）を除去する補正処理を行う。

具体的には、変動出力補正部１１０（第二補正部）は、以下の処理を実行する。すなわち、変動出力補正部１１０は、評価値取得部１０９により取得された評価値Ｃｉに基づき、第一のダーク補正処理を行った画像（Ｘ_ｉｊ−Ｄ１）に対して、以下の（１）式により第二のダーク補正処理を行う。

（１）式において、Ｘ_ｉｊは被写体画像であり、Ｄ１は第一のダーク画像である。Ｘ_ｉｊ−Ｄ１は、被写体画像から第一のダーク画像を減算した第一のダーク補正処理後の画像（補正後画像）を示す。

Ｃ１は、第一のダーク画像Ｄ１に対して評価値取得部１０９の処理を行って求めた評価値である。この評価値は、例えば、図４で示したヒストグラム４０３ａの評価値Ｃ１に対応する値である。

係数ｉは、撮影シーケンスが開始してからｉ回目の被写体撮影が行われることを指し、係数ｊは、あるタイミングで被写体画像をｊ枚取得したことを示す。ｐｒｏｃＸ_ｉｊは、第二のダーク補正処理済み画像であることを示している。閾値Ｔｈは、検出部１０４の特性によって異なる情報であり、予め測定によって閾値Ｔｈを取得し、メモリ１１４に設定しておくことが可能である。

変動出力補正部１１０（第二補正部）は、第二のダーク補正処理を実行する際に、メモリ１１４から閾値Ｔｈを取得し、評価値Ｃｉと閾値Ｔｈとを比較する。変動出力補正部１１０（第二補正部）は、比較結果に基づいて、（１）式により第二のダーク補正処理を行う。

本処理で補正する対象は、変動ダーク成分（検出部の固定出力の変動成分）である。固定パターンノイズの変動様式を考えると、変動量が少ない（閾値より小さい）場合は、変動量をおおよそ画像全体で一定値と見積もることができ、評価値Ｃｉを画像で一律減算すれば良好に補正することが可能である。すなわち、変動出力補正部（第二補正部）は、評価値が閾値より小さい場合、固定出力補正部（第一補正部）により補正された補正後画像から評価値を減算することにより、補正後画像に含まれる変動ダーク成分を補正する。

一方、変動量が大きい（閾値以上となる場合）場合は、固定パターンノイズが画像全体で増減する影響が大きくなる。そのため、評価値の一律の減算のみでは、画像に固定パターンノイズが残ってしまう場合が生じ得る。変動出力補正部（第二補正部）は、評価値が閾値以上となる場合、第一のダーク画像のダーク成分（検出部の固定出力成分）に、評価値に基づいた係数を乗算することによって、第一のダーク画像のダーク成分の変動量（検出部の固定出力成分の変動量）を取得する。そして、変動出力補正部（第二補正部）は、固定出力補正部（第一補正部）により補正された補正後画像から、取得したダーク成分の変動量（検出部の固定出力成分の変動量）を減算することにより、補正後画像に含まれる変動ダーク成分（検出部の固定出力の変動成分）を除去する補正処理を行う。具体的には、変動出力補正部１１０（第二補正部）は、第一のダーク画像の固定パターンノイズ出力（ダーク成分）に、評価値に基づいた係数（Ｃｉ／Ｃ１）を乗算することによって、第一のダーク画像Ｄ１の固定パターンノイズ出力（ダーク成分）の変動量（検出部の固定出力成分の変動量）を取得する。そして、変動出力補正部１１０（第二補正部）は、取得した第一のダーク画像Ｄ１の固定パターンノイズの変動量（Ｄ１×Ｃｉ／Ｃ１）に基づいて、第一のダーク補正処理後の画像（Ｘ_ｉｊ−Ｄ１）を補正する。すなわち、変動出力補正部（第二補正部）は、固定出力補正部（第一補正部）により補正された画像（Ｘ_ｉｊ−Ｄ１）から、取得した固定出力成分の変動量（Ｄ１×Ｃｉ／Ｃ１）を減じることにより、第一のダーク補正処理後の補正後画像に含まれる変動ダーク成分を除去する補正処理を行う。

以上説明したように、本実施形態によれば、ダーク画像の撮影から被写体撮影までの間に、検出部の固定出力成分が変動する場合であっても、固定出力成分の変動の影響を補正することが可能になる。検出部の固定出力の変動を補正することにより、画像のコントラストの低下や、被写体情報の欠損による画質の低下を軽減することが可能になる。すなわち、本実施形態によれば、ダーク補正処理において、残像による変動ダーク成分を補正することが可能になる。また、ダーク補正処理において、残像による変動ダーク成分を補正することにより、画像のコントラストの低下や、被写体情報の欠損による画質の低下を軽減することが可能になる。

（変動出力補正部１１０の処理の変形例）
また、変動出力補正部１１０（第二補正部）は、評価値取得部１０９のクラスタリング処理により分類された被写体撮影時に発生する残像の影響に基づく検出部の固定出力の変動成分に対応した第２の分布のピーク値を取得し、閾値と比較をすることが可能である。ここで、第２の分布（例えば、図５の５０２）は、被写体撮影時に発生する残像の影響によるものであり、時間経過によって減衰する特徴を有する。

変動出力補正部１１０（第二補正部）は、第２の分布のピーク値と閾値との比較処理をヒストグラム作成後のタイミングで実行する。変動出力補正部１１０（第二補正部）は、第２の分布のピーク値が閾値以上となる場合、領域推定のため公知の技術を適用して、残像成分に対応する領域を推定することが可能である。そして、変動出力補正部１１０（第二補正部）は、推定の結果に基づいて、第一のダーク補正処理（Ｓ２０４）および第二のダーク補正処理（Ｓ２０６）が施された、画像から残像成分を除去する補正処理（第三のダーク補正処理）を行うことが可能である。

これにより、残像成分の影響による画像のコントラストの低下を低減しつつ、残像成分が時間経過によって減衰して閾値より小さくなるより前に残像成分の影響を早期に除去し装置のスループットの向上を図ることが可能になる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る画像処理装置の構成について説明する。本実施形態の基本的な装置構成は第１実施形態と同様に図１により示される。本実施形態の処理フローも第１実施形態と多くが共通するため、重複する構成や処理については詳細な説明を省略し、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

第２実施形態における画像処理装置において、ダーク補正部１１８の評価値取得部１０９の処理が第１実施形態で説明した評価値取得部１０９の処理と相違する。以下、図６を用いて、第２実施形態における評価値取得部１０９の処理を説明する。

まず、ステップＳ６０１において、評価値取得部１０９は、第二のダーク画像と第一のダーク画像との差分により差分画像を取得する。評価値取得部１０９は、第一のダーク画像Ｄ１と、第二のダーク画像Ｄ２_ｉｊとの減算（差分演算）を行い、差分画像Ｄ３_ｉを取得する。ここで、係数ｉは、撮影シーケンスが開始してからｉ回目の被写体撮影が行われることを示し、係数ｊは、あるタイミングで被写体画像をｊ枚取得することを示している。

ステップＳ６０２において、評価値取得部１０９は、複数の被写体画像のそれぞれに変動ダーク成分（検出部の固定出力の変動成分）の傾向を示す重み係数を乗算し、乗算結果を加算した評価画像を生成する。具体的には、評価値取得部１０９は、以下の（２）式に従って、被写体画像Ｘ_ｉｊに重み係数α_ｊを乗算し、加算した重みづけ評価画像Ｅ_ｉを取得する。被写体画像をｎ枚撮影したときの重み係数α_ｊは、複数の被写体画像のそれぞれに対する変動ダーク成分（検出部の固定出力の変動成分）の傾向を示す重み係数であり、以下の（３）式のように与えられる。

ここで、Ａは任意の定数、ｋは減衰係数、ｓは被写体撮影時のフレームレートである。残像は、被写体画像の撮影時に検出部１０４に入力される信号が大きく、それが長時間続くほど発生しやすい特徴があり、また、残像は、時間経過によって減衰するという特徴がある。

重みづけ評価画像Ｅ_ｉは、一連の撮影時に入力された被写体画像の信号を残像の減衰に合わせて重みづけ加算したものであって、Ｘ_ｉ１〜Ｘ_ｊｎまでの一連の被写体画像の撮影による残像の発生しやすさを数値にした評価画像として扱うことができる。上記に挙げた各種係数情報は、検出部１０４の特性によって決まる情報であり、予め測定によって各種係数情報を取得し、メモリ１１４に設定しておくことが可能である。

ステップＳ６０３において、評価値取得部１０９は、評価画像の出力値が閾値より小さくなる部分領域画像を取得する。例えば、評価値取得部１０９は、重みづけ評価画像Ｅ_ｉから、評価値を取得するために、残像の発生量が少ないことが想定される部分領域画像Ｌ_ｉを取得する。部分領域画像Ｌ_ｉの取得には、例えば、特定の閾値Ｔｈｉを予め設定しておく。評価値取得部１０９は、重みづけ評価画像Ｅ_ｉの各画素の出力値と閾値Ｔｈｉとを比較する。そして、評価値取得部１０９は、比較結果により、重みづけ評価画像Ｅ_ｉの各画素の出力値＜Ｔｈｉとなる画素の座標群を部分領域画像Ｌ_ｉとして取得することが可能である。

あるいは、評価値取得部１０９は、評価画像の各画素の出力値の大小順を判定し、判定結果に基づいて、出力値の小さい順に予め定められた割合の画素により構成される部分領域画像を取得することが可能である。例えば、評価値取得部１０９は、重みづけ評価画像Ｅ_ｉの各画素の出力値の大小順を判定し、判定結果に基づいて、出力値の小さい順に下位Ｎ％（例えば下位１０％）となる画素の座標群を部分領域画像Ｌ_ｉとして取得することも可能である。

ステップＳ６０４において、評価値取得部１０９は、差分画像Ｄ３_ｉと部分領域画像Ｌ_ｉから評価値Ｃｉを取得する。評価値取得部１０９は、第二のダーク画像と第一のダーク画像との差分により取得された差分画像において部分領域画像に対応する部分を、部分領域画像の座標情報に基づいて取得し、取得した領域における各画素の出力値の平均値を評価値として取得する。具体的には、評価値取得部１０９は、差分画像Ｄ３_ｉの中で部分領域画像Ｌ_ｉに相当する部分を取得し、取得した部分における各画素の出力の平均値を評価値として取得する。以上の処理により、本実施形態における評価値取得部１０９の処理を終了する。

変動出力補正部１１０（第二補正部）は、評価値取得部１０９により取得された評価値Ｃｉに基づき、第一のダーク補正処理を行った画像（Ｘ_ｉｊ−Ｄ１）に対して、第１実施形態で説明した（１）式により第二のダーク補正処理を行う。

本実施形態によれば、第１実施形態で得られる効果に加えて、固定パターンノイズの出力と残像の影響とをより精密に切り分けた評価値を取得し、第二のダーク補正処理を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。また、本発明はシステム、装置、方法、プログラム若しくは記憶媒体等としての実施態様を採ることもできる。具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、一つの機器からなる装置に適用してもよい。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１００：放射線撮影装置、１０１：放射線発生部、１０３：載置部（寝台）、
１０４：検出部、１０５：制御部、１０６：データ収集部、
１０７：情報処理装置、１０８：固定出力補正部（第一補正部）、
１０９：評価値取得部、１１０：変動出力補正部（第二補正部）

Claims (18)

1. 被写体画像から、放射線を照射しない状態で取得した第一のダーク画像を減じることにより、前記被写体画像のダーク成分を除去する補正処理を行う第一補正部と、
   前記第一のダーク画像よりも後に取得された第二のダーク画像と、前記第一のダーク画像とに基づいて、前記補正処理が行われた補正後画像に含まれる変動ダーク成分による評価値を取得する評価値取得部と、
   前記評価値に基づいて、前記補正後画像から前記変動ダーク成分を除去する補正処理を行う第二補正部と、
   を備えることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記第一補正部は、放射線を照射した状態で取得した被写体画像から前記放射線を照射しない状態で取得した第一のダーク画像を減算することにより、前記被写体画像に含まれるダーク成分として、放射線を検出する検出部の固定出力を除去することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記評価値取得部は、
   前記第二のダーク画像と前記第一のダーク画像との差分により取得された差分画像について検出部の出力値のヒストグラムを生成し、
   前記ヒストグラムの分布を、クラスタリング処理により分類し、
   前記分類の結果に基づいて、前記補正後画像に含まれる変動ダーク成分を除去するための評価値を取得する
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記評価値取得部は、前記クラスタリング処理による分類の結果、前記ヒストグラムの分布が一つのクラスタになる場合、前記クラスタにおける中央値を前記評価値として取得することを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
5. 前記評価値取得部は、前記クラスタリング処理による分類の結果、前記ヒストグラムの分布が複数のクラスタになる場合、前記複数のクラスタのうち、より小さい出力値のクラスタの中央値を前記評価値として取得することを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
6. 前記評価値取得部は、
   前記クラスタリング処理により、前記ヒストグラムの分布を、前記検出部の動作温度の変動に基づく変動ダーク成分に対応した第１の分布と、被写体撮影時に発生する残像の影響に基づく変動ダーク成分に対応した第２の分布とに分類し、
   前記第１の分布に基づいて、前記補正後画像に含まれる変動ダーク成分を除去するための評価値を取得することを特徴とする請求項３または５に記載の画像処理装置。
7. 前記評価値取得部は、複数の被写体画像のそれぞれに前記変動ダーク成分の傾向を示す重み係数を乗算し、乗算結果を加算した評価画像を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の画像処理装置。
8. 前記評価値取得部は、前記評価画像の出力値が閾値より小さくなる部分領域画像を取得することを特徴とする請求項７に記載の画像処理装置。
9. 前記評価値取得部は、前記評価画像の各画素の出力値の大小順を判定し、判定結果に基づいて、前記出力値の小さい順に予め定められた割合の画素により構成される部分領域画像を取得することを特徴とする請求項７に記載の画像処理装置。
10. 前記評価値取得部は、前記第二のダーク画像と前記第一のダーク画像との差分により取得された差分画像において前記部分領域画像に対応する部分を、前記部分領域画像の座標情報に基づいて取得し、前記取得した領域における各画素の出力値の平均値を前記評価値として取得することを特徴とする請求項８または９に記載の画像処理装置。
11. 前記第二補正部は、前記評価値が閾値より小さい場合、前記第一補正部により補正された補正後画像から前記評価値を減算することにより、前記補正後画像に含まれる変動ダーク成分を除去する補正処理を行うことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像処理装置。
12. 前記第二補正部は、
    前記評価値が閾値以上となる場合、前記第一のダーク画像のダーク成分に、前記評価値に基づいた係数を乗算することによって、前記第一のダーク画像のダーク成分の変動量を取得し、
    前記第一補正部により補正された補正後画像から、前記取得したダーク成分の変動量を減算することにより、前記補正後画像に含まれる変動ダーク成分を除去する補正処理を行うことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像処理装置。
13. 放射線を発生させる放射線発生部と、
    前記放射線を検出する検出部と、
    前記検出部で検出された画像データを処理する請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の画像処理装置と、
    を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
14. 前記検出部で検出された画像データを収集し、前記画像処理装置に送信するデータ収集部を更に備え、
    前記データ収集部は、予め定められた送信レートに従い、前記画像データの画素を間引いて前記画像処理装置に送信することを特徴とする請求項１３に記載の放射線撮影装置。
15. 前記送信レートは、前記検出部の全画素データと、表示部の表示に必要な画素データとの比率から決定されることを特徴とする請求項１４に記載の放射線撮影装置。
16. 被写体画像から、放射線を照射しない状態で取得した第一のダーク画像を減じることにより、前記被写体画像のダーク成分を除去する補正処理を行う工程と、
    前記第一のダーク画像よりも後に取得された第二のダーク画像と、前記第一のダーク画像とに基づいて、前記補正処理が行われた補正後画像に含まれる変動ダーク成分による評価値を取得する工程と、
    前記評価値に基づいて、前記補正後画像から前記変動ダーク成分を除去する補正処理を行う工程と、
    を有することを特徴とする画像処理方法。
17. コンピュータを、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の画像処理装置の各部として機能させるためのプログラム。
18. 請求項１７に記載のプログラムを記憶した、コンピュータにより読み取り可能な記憶媒体。