JP2019134387A - 画像処理装置、画像処理方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】対象画素の補正を精度良く行うための技術を提供する。【解決手段】画像処理装置は、補正対象画素を含む放射線画像を取得する取得部と、補正対象画素について、互いに交差する２つの方向のそれぞれの優先度を算出する算出部と、補正対象画素に対して優先度が高い方向にある画素の画素値に大きい重みを割り当て、補正対象画素に対して優先度が低い方向にある画素の画素値に小さい重みを割り当てることによって、補正対象画素の画素値を決定する決定部とを備え、算出部は、２つの方向のそれぞれの優先度の算出において、２つの方向のうち算出対象の方向を第１方向とし、他方の方向を第２方向とした場合に、補正対象画素に隣接した第１画素と、第１方向において第１画素に隣接した第２画素と、補正対象画素を通り第２方向に延びる直線に対して第１画素又は第２画素の反対側にある第３画素とを含む複数の画素の画素値を用いる。【選択図】図６

Description

本発明は、画像処理装置、画像処理方法及びプログラムに関する。

医療画像診断や非破壊検査に用いる撮像装置として、放射線を電荷に変換する変換素子と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのスイッチ素子とを組み合わせた画素がアレイ状に配された撮像パネルを含む放射線撮像装置が利用されている。このような放射線撮像装置では、変換素子やスイッチ素子の異常により、正常な信号を出力しない欠陥画素が存在する。また、変換素子の上部に遮光層を設けてオプティカルブラック画素を作ることも行われている。特許文献１には、このような欠陥画素やオプティカルブラック画素を画像処理によって補正する技術が記載されている。

特開２００２−３３９６４号公報

特許文献１では、対象画素の補正を行う際に優先する画素の方向を決定するために曲率情報を用いる。曲率情報は、補正対象画素から１画素離れた画素の情報を使用して算出される。そのため、高周波成分が多い画像に対して補正方向の算出を正しく行えないことがある。本発明は、対象画素の補正を精度良く行うための技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、画像処理装置であって、補正対象画素を含む放射線画像を取得する取得手段と、前記補正対象画素について、互いに交差する２つの方向のそれぞれの優先度を算出する算出手段と、前記補正対象画素に対して前記優先度が高い方向にある画素の画素値に大きい重みを割り当て、前記補正対象画素に対して前記優先度が低い方向にある画素の画素値に小さい重みを割り当てることによって、前記補正対象画素の画素値を決定する決定手段とを備え、前記算出手段は、前記２つの方向のそれぞれの前記優先度の算出において、前記２つの方向のうち算出対象の方向を第１方向とし、他方の方向を第２方向とした場合に、前記補正対象画素に隣接した第１画素と、前記第１方向において前記第１画素に隣接した第２画素と、前記補正対象画素を通り前記第２方向に延びる直線に対して前記第１画素又は前記第２画素の反対側にある第３画素とを含む複数の画素の画素値を用いることを特徴とする画像処理装置が提供される。

上記手段により、対象画素の補正を精度良く行うための技術が提供される。

第１実施形態に係る放射線撮像システムの構成例を示す図。 第１実施形態に係る放射線撮像装置の撮像パネルの構成例を示す図。 第１実施形態に係る放射線撮像装置の画素の断面の構造例を示す図。 第１実施形態に係る放射線撮像装置の動作を示すタイミングチャート。 第１実施形態に係る放射線撮像装置の動作フローを示す図。 第１実施形態に係る放射線撮像装置の補正方法を説明する図。 第１実施形態に係る放射線撮像装置の補正の効果を説明する図。 第２実施形態に係る放射線撮像装置の撮像パネルの構成例を示す図。 第２実施形態に係る放射線撮像装置の画素の断面の構造例を示す図。 第２実施形態に係る放射線撮像装置の動作フローを示す図。 第２実施形態に係る放射線撮像装置の補正方法を説明する図。

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る放射線撮像装置の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。以下の説明及び図面において、複数の図面にわたって共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。本明細書における放射線は、放射線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Ｘ線や粒子線、宇宙線なども含みうる。

図１〜７を参照して、第１実施形態による放射線撮像装置の構成および動作について説明する。図１は、第１実施形態における放射線撮像装置２１０を用いた放射線撮像システム２００の構成例を示す図である。放射線撮像システム２００は、放射線から変換される光学像を電気的に撮像し、放射線画像を生成するための電気的な信号（放射線画像データ）を得るように構成される。放射線撮像システム２００は、例えば、放射線撮像装置２１０、放射線源２３０、曝射制御部２２０およびコンピュータ２４０を含む。

放射線源２３０は、曝射制御部２２０からの曝射指令（放射指令）に従って放射線の放射を開始する。放射線源２３０から放射された放射線は、不図示の被検体を通って放射線撮像装置２１０に照射される。放射線源２３０はまた、曝射制御部２２０からの停止指令に従って放射線の放射を停止する。

放射線撮像装置２１０は、撮像パネル２１２と、撮像パネル２１２を制御する制御部２１４とを含む。制御部２１４は、撮像パネル２１２から得られる信号に基づいて、放射線源２３０からの放射線の放射を停止させるための停止信号を発生する。停止信号は、曝射制御部２２０に供給される。曝射制御部２２０は、停止信号に応答して、放射線源２３０に対して停止指令を送る。制御部２１４は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのＰＬＤ（Programmable Logic Device）、又は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、又は、プログラムが組み込まれた汎用コンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。

コンピュータ２４０は、放射線撮像装置２１０および曝射制御部２２０を制御する。また、コンピュータ２４０は、放射線撮像装置２１０から出力される放射線画像データを受信し、放射線画像データを処理することによって、放射線画像を生成する。そのため、コンピュータ２４０は、画像処理装置として機能する。コンピュータ２４０は、プロセッサ２４１とメモリ２４２とを備える。プロセッサ２４１は、コンピュータ２４０の全体の動作を制御するＣＰＵとして機能する。プロセッサ２４１は上述の放射線撮像装置２１０および曝射制御部２２０の制御や、放射線画像の生成を行う。メモリ２４２は、プログラムを保持する。メモリ２４２に保持されたプログラムをプロセッサ２４１が実行することによって、コンピュータ２４０による処理が行われる。

曝射制御部２２０は、一例として曝射スイッチ（不図示）を有し、ユーザによって曝射スイッチがオンされると、曝射指令を放射線源２３０に送るほか、放射線の放射の開始を示す開始通知をコンピュータ２４０に送る。該開始通知を受けたコンピュータ２４０は、該開始通知に応答して、放射線の放射の開始を放射線撮像装置２１０の制御部２１４に通知する。

図２に、撮像パネル２１２の構成例が示される。撮像パネル２１２は、画素アレイ１１２を備える。画素アレイ１１２は、放射線を検出するための２次元アレイ状に配された変換素子Ｓ１１〜Ｓ４４（以下、変換素子Ｓと総称する）と、スイッチ素子Ｔ１１〜Ｔ４４（以下、スイッチ素子Ｔと総称する）とを含む複数の画素ＰＩＸを備える。また、画素アレイ１１２は、変換素子Ｓで生成された信号を出力するための列方向（図２の縦方向）に沿った複数の列信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ４を有する。さらに、撮像パネル２１２は、画素アレイ１１２を駆動する駆動回路（行選択回路）１１４、および、画素アレイ１１２の列信号線Ｓｉｇに現れる信号を検出するための読出回路１１３を備える。図２に示す構成では、記載の簡単化のために、画素アレイ１１２は、４行×４列の画素ＰＩＸで構成されているが、実際には、より多くの画素ＰＩＸが配列されうる。一例において、撮像パネル２１２は、１７インチの寸法を有し、約３０００行×約３０００列の画素ＰＩＸを有しうる。

それぞれの画素ＰＩＸは、放射線を検出するための変換素子Ｓと、変換素子Ｓと列信号線Ｓｉｇ（複数の信号線Ｓｉｇのうち変換素子Ｓに対応する信号線Ｓｉｇ）とを接続するスイッチ素子Ｔとを含む。それぞれの変換素子Ｓは、入射した放射線の量に対応する信号を列信号線Ｓｉｇに出力する。変換素子Ｓは、例えば、ガラス基板等の絶縁性基板上に配置されアモルファスシリコンを主材料とするＭＩＳ型フォトダイオードであってもよい。また、変換素子Ｓは、ＰＩＮ型フォトダイオードであってもよい。本実施形態において、変換素子Ｓは、放射線をシンチレータ層で光に変換した後に、光を検出する間接型の素子として構成されうる。間接型の素子において、シンチレータ層は、複数の画素ＰＩＸ（複数の変換素子Ｓ）によって共有されうる。

スイッチ素子Ｔは、例えば、制御端子（ゲート）と２つの主端子（ソース、ドレイン）とを有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのトランジスタによって構成されうる。変換素子Ｓは、２つの主電極を有し、変換素子Ｓの一方の主電極は、スイッチ素子Ｔの２つの主端子のうちの一方に接続され、変換素子Ｓの他方の主電極は、共通のバイアス線Ｂｓを介してバイアス電源に接続されている。バイアス電源は、バイアス電圧を供給する。第１行に配されるそれぞれの画素ＰＩＸのスイッチ素子Ｔの制御端子は、行方向（図２の横方向）に沿って配されたゲート線Ｖｇ１に接続される。同様に、第２〜４行に配されるそれぞれの画素ＰＩＸのスイッチＳの制御端子は、それぞれゲート線Ｖｇ２〜Ｖｇ４に接続される。ゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４には、駆動回路１１４によってゲート信号が供給される。

第１列に配されるそれぞれの画素ＰＩＸは、スイッチ素子Ｔの変換素子Ｓと接続されない側の主端子が、第１列の列信号線Ｓｉｇ１に接続さる。同様に、第２〜４列に配されるそれぞれの画素ＰＩＸは、スイッチ素子Ｔの変換素子Ｓと接続されない側の主端子が、それぞれ第２〜４列の列信号線Ｓｉｇ２〜Ｓｉｇ４に接続される。

読出回路１１３は、１つの列信号線Ｓｉｇに１つの列増幅部ＣＡが対応するように複数の列増幅部ＣＡを有する。それぞれの列増幅部ＣＡは、積分増幅器１０５、可変増幅器１０４、サンプルホールド回路１０７、バッファ回路１０６を含みうる。積分増幅器１０５は、列信号線Ｓｉｇに現れた信号を増幅する。積分増幅器１０５は、演算増幅器と、演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に並列に接続された積分容量およびリセットスイッチとを含みうる。演算増幅器の非反転入力端子には、基準電位Ｖｒｅｆが供給される。リセットスイッチをオンさせることによって積分容量がリセットされるとともに、列信号線Ｓｉｇの電位が基準電位Ｖｒｅｆにリセットされる。リセットスイッチは、制御部２１４から供給されるリセットパルスＲＣによって制御されうる。

可変増幅器１０４は、積分増幅器１０５から出力された信号を設定された増幅率で増幅する。サンプルホールド回路１０７は、可変増幅器１０４から出力された信号をサンプルホールドする。サンプルホールド回路１０７は、サンプリングスイッチとサンプリング容量とによって構成されうる。バッファ回路１０６は、サンプルホールド回路１０７から出力された信号をバッファリング（インピーダンス変換）して出力する。サンプリングスイッチは、制御部２１４から供給されるサンプリングパルスＳＨによって制御されうる。

また、読出回路１１３は、それぞれの列信号線Ｓｉｇに対応するように設けられた複数の列増幅部ＣＡからの信号を所定の順序で選択して出力するマルチプレクサ１０８を含む。マルチプレクサ１０８は、例えば、シフトレジスタを含む。シフトレジスタは、制御部２１４から供給されるクロック信号ＣＬＫに従ってシフト動作を行い、シフトレジスタによって複数の列増幅部ＣＡからの１つの信号が選択される。読出回路１１３は、さらに、マルチプレクサ１０８から出力される信号をバッファリング（インピーダンス変換）するバッファ１０９、および、バッファ１０９から出力される信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１１０を含みうる。ＡＤ変換器１１０の出力、即ち、放射線画像データは、コンピュータ２４０に転送される。

図３に、変換素子Ｓを有する画素ＰＩＸの断面構造の一例が模式的に示される。ここでは、図面の上側から放射線を入射させる構成について説明するが、図面の下側から放射線を入射させてもよい。

それぞれの画素ＰＩＸの変換素子Ｓは、ガラス基板などの絶縁性を有する基板３１０の上に配される。それぞれ画素ＰＩＸは、基板３１０の上に、導電層３１１、絶縁層３１２、半導体層３１３、不純物半導体層３１４および導電層３１５を、基板３１０に近い方から順番に含む。導電層３１１は、スイッチ素子Ｔを構成するトランジスタ（例えばＴＦＴ）のゲート電極を構成する。絶縁層３１２は、導電層３１１を覆うように配置され、半導体層３１３は、絶縁層３１２を介して導電層３１１のうちゲート電極を構成する部分の上に配されている。不純物半導体層３１４は、スイッチ素子Ｔを構成するトランジスタの２つの主端子（ソース、ドレイン）を構成するように半導体層３１３の上に配されている。導電層３１５は、スイッチ素子Ｔを構成するトランジスタの２つの主端子（ソース、ドレイン）にそれぞれ接続された配線パターンを構成している。導電層３１５の一部は、列信号線Ｓｉｇを構成し、他の一部は、変換素子Ｓとスイッチ素子Ｔとを接続するための配線パターンを構成する。

それぞれの画素ＰＩＸは、さらに、絶縁層３１２および導電層３１５を覆う層間絶縁膜３１６を含む。層間絶縁膜３１６には、導電層３１５のうちスイッチ素子Ｔを構成する部分と接続するためのコンタクトプラグ３１７が設けられている。また、それぞれの画素ＰＩＸは、層間絶縁膜３１６の上に配された変換素子Ｓを含む。図３に示される例では、変換素子Ｓは、シンチレータ層９０４で放射線から変換された光を電気信号に変換する間接型の変換素子として構成されている。変換素子Ｓは、層間絶縁膜３１６の上に積層された導電層３１８、絶縁層３１９、半導体層３２０、不純物半導体層３２１、導電層３２２、電極層３２５を含む。変換素子Ｓの上には、保護層３２３および接着層３２４が配される。シンチレータ層９０４は、接着層３２４の上に、基板３１０の入射面の側を覆うように配される。

導電層３１８は、個別の変換素子Ｓの下部電極を構成する。また、導電層３２２および電極層３２５は、個別の変換素子Ｓの上部電極を構成する。導電層３１８、絶縁層３１９、半導体層３２０、不純物半導体層３２１、および、導電層３２２は、変換素子ＳとしてＭＩＳ型センサを構成している。例えば、不純物半導体層３２１は、ｎ型の不純物半導体層で形成される。

シンチレータ層９０４は、ＧＯＳ（酸硫化ガドリニウム）やＣｓＩ（ヨウ化セシウム）などの材料を用いて構成されうる。これらの材料は、貼り合わせや印刷、蒸着などによって形成されうる。

本実施形態において、変換素子Ｓは、ＭＩＳ型のセンサを用いる例を示しているが、これに限定されることはない。変換素子Ｓは、例えば、ｐｎ型やＰＩＮ型のフォトダイオードであってもよい。

次いで、図４を参照しながら放射線撮像装置２１０および放射線撮像システム２００の動作を説明する。ここでは、図２に示される、それぞれ変換素子Ｓを備える４行４列の画素ＰＩＸを含む撮像パネル２１２を有する放射線撮像装置２１０の動作を例に説明する。放射線撮像システム２００の動作は、コンピュータ２４０によって制御される。放射線撮像装置２１０の動作は、コンピュータ２４０による制御の下で、制御部２１４によって制御される。

まず、放射線源２３０からの放射線の放射、換言すると、放射線撮像装置２１０への放射線の照射が開始されるまで、制御部２１４は、駆動回路１１４および読出回路１１３にリセット動作を実施させる。リセット動作とは、駆動回路１１４が画素アレイ１１２のそれぞれの行のゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４に供給されるゲート信号を順にアクティブレベルに駆動し、変換素子Ｓに蓄積されているダーク電荷をリセットする動作のことである。ここで、リセット動作の際、積分増幅器１０５のリセットスイッチには、アクティブレベルのリセットパルスＲＣが供給され、列信号線Ｓｉｇが基準電位にリセットされる。ダーク電荷とは、変換素子Ｓに放射線が入射しないにも関わらず発生する電荷のことである。

制御部２１４は、例えば、曝射制御部２２０からコンピュータ２４０を介して供給される開始通知に基づいて、放射線源２３０からの放射線の放射の開始を認識することができる。また、放射線撮像装置２１０に画素アレイ１１２のバイアス線Ｂｓまたは列信号線Ｓｉｇなどを流れる電流を検出する検出回路が設けられてもよい。制御部２１４は、検出回路の出力に基づいて放射線源２３０からの放射線の照射の開始を認識することができる。

放射線が照射されると、制御部２１４は、スイッチ素子Ｔを開かれた状態（オフ状態）に制御する。これによって、放射線の照射によって変換素子Ｓに発生した電荷が蓄積される。放射線の照射が終了まで、制御部２１４は、この状態で待機する。

次に、制御部２１４は、駆動回路１１４および読出回路１１３に読出し動作を実行させる。読出し動作とは、駆動回路１１４が、画素アレイ１１２のそれぞれの行のゲート線Ｖｇ１〜Ｖｇ４に供給されるゲート信号をアクティブレベルに駆動する動作のことである。そして、読出回路１１３は、列信号線Ｓｉｇを介して変換素子Ｓに蓄積されている電荷を読み出し、マルチプレクサ１０８、バッファ１０９およびＡＤ変換器１１０を通して放射線画像データとしてコンピュータ２４０に出力する。

次にオフセット画像データの取得について説明する。変換素子Ｓは、放射線を照射しない状態においても、ダーク電荷が溜まり続ける。このため、制御部２１４は、放射線を照射せずに放射線画像データを取得する際と同様の動作を行うことによって、オフセット画像データを取得する。放射線画像データからオフセット画像データを引き算することで、ダーク電荷によるオフセット成分を除去できる。

次に、本実施形態における画像処理フローについて、図５を用いて説明する。まず、ステップＳ９１０において、制御部２１４は、上述のリセット動作を行った後、放射線画像データを取得するために、放射線の照射中に変換素子Ｓで生成される電荷を蓄積するように制御する。次いで、制御部２１４は、ステップＳ９１１において、駆動回路１１４および読出回路１１３に読出し動作を実行させ、放射線画像データを読み出す。このステップＳ９１１で、放射線画像データがコンピュータ２４０に出力される。次いで、制御部２１４は、ステップＳ９１２においてオフセット画像データを取得するための蓄積動作を行い、ステップ９１３において、オフセット画像データを駆動回路１１４および読出回路１１３に読み出させ、コンピュータ２４０に出力させる。

次いで、コンピュータ２４０のプロセッサ２４１は、ステップＳ９１４において、ステップＳ９１１で取得した放射線画像データから、ステップＳ９１３で取得したオフセット画像データを減算することによってオフセット補正を行う。プロセッサ２４１は、ステップＳ９１５において、オフセット補正後の画像データを、あらかじめ取得しておいたゲイン補正画像データで除算することによりゲイン補正を実施する。このようにして、プロセッサ２４１は、放射線画像を取得する。後述するように、この放射線画像は補正対象画素を含む。補正対象画素とは、画素アレイ１１２やシンチレータ層９０４を製造する際にできてしまった異常な画素値を出力をする欠陥画素や、意図的に配置されたオプティカルブラック画素のように、有意な画素値を有していない画素のことである。プロセッサ２４１は、放射線撮像装置２１０で生成され、その後に外部の記憶装置に格納された放射線画像を読み出すことによって、放射線画像を取得してもよい。

続いて、プロセッサ２４１は、ステップＳ９１６で、放射線画像に含まれる補正対象画素の補正を行う。具体的に、プロセッサ２４１は、ステップＳ９１７で、補正対象画素について、互いに交差する２つの方向のそれぞれの優先度を算出する。その後、プロセッサ２４１は、ステップＳ９１８は、算出された優先度に基づいて補正対象画素の画素値を決定する。

まず、図６を参照して優先度の算出方法について詳細に説明する。図６は、放射線画像のうち補正対象画素を含む部分に着目した図である。図６に示すように、画素ａ〜画素ｍと参照符号を付す。また、画素ａ〜画素ｍの画素値もそれぞれａ〜ｍで表す。説明のために、図６に示す部分において、補正対象画素は画素ｅのみであり、その他の画素は有意の画素値を有するとする。

プロセッサ２４１は、画素ｅについて、矢印６０１で示す横方向と、矢印６０２で示す縦方向とのそれぞれの優先度を算出する。具体的に、プロセッサ２４１は、横方向の優先度Ｘを以下のように差分絶対値を用いて算出する。

ａｖｅ１＝（ａ＋ｂ＋ｃ）／３
ａｖｅ２＝（ｇ＋ｈ＋ｉ）／３
Ｓ１＝｜ａ−ａｖｅ１｜＋｜ｂ−ａｖｅ１｜＋｜ｃ−ａｖｅ１｜
Ｓ２＝｜ｇ−ａｖｅ２｜＋｜ｈ−ａｖｅ２｜＋｜ｉ−ａｖｅ２｜
Ｓ＝（Ｓ１＋Ｓ２）／２
Ｘ＝１／Ｓ
この式において、Ｓ１は、３つの画素ａ、ｂ、ｃの画素値と、これらの平均値ａｖｅ１との差分絶対値の和である。すなわち、Ｓ１は、横方向に並んだ３つの画素ａ、ｂ、ｃの画素値のばらつき具合を示す。Ｓ１が小さいほど３つの画素ａ、ｂ、ｃの画素値のばらつきが小さく、Ｓ１が大きいほど３つの画素ａ、ｂ、ｃの画素値のばらつきが大きい。Ｓは、画素ｅの上側で横方向に並んだ３つの画素ａ、ｂ、ｃの画素値のばらつき具合と、画素ｅの下側で横方向に並んだ３つの画素ｇ、ｈ、ｉの画素値のばらつき具合との平均である。すなわち、Ｓは、画素ｅの周囲の画素の画素値の横方向におけるばらつき具合を示す。

プロセッサ２４１は、横方向の優先度Ｙも同様に、以下のように差分絶対値を用いて算出する。

ａｖｅ３＝（ａ＋ｄ＋ｇ）／３
ａｖｅ４＝（ｃ＋ｆ＋ｉ）／３
Ｔ１＝｜ａ−ａｖｅ３｜＋｜ｄ−ａｖｅ３｜＋｜ｇ−ａｖｅ３｜
Ｔ２＝｜ｃ−ａｖｅ４｜＋｜ｆ−ａｖｅ４｜＋｜ｉ−ａｖｅ４｜
Ｔ＝（Ｔ１＋Ｔ２）／２
Ｙ＝１／Ｔ
Ｓについての説明と同様に、Ｔは画素ｅの周囲の画素の画素値の縦方向におけるばらつき具合を示す。

画素ｅの周囲の画素の画素値に基づいて画素ｅの画素値を決定する場合に、ばらつき具合の少ない方向に位置する画素の画素値を優先的に使用することによって、画素値を精度よく補正できる。そこで、優先度Ｘ、ＹをそれぞれＳ、Ｔの逆数とする。逆数を取ることは、優先度Ｘ、ＹとＳ、Ｔとに負の相関関係を持たせるための１つの方法であり、他の方法が用いられてもよい。

続いて、算出された優先度に基づいて補正対象画素の画素値を決定する方法について説明する。具体的に、プロセッサ２４１は、補正対象画素に対して優先度が高い方向にある画素の画素値に大きい重みを割り当て、補正対象画素に対して優先度が低い方向にある画素の画素値に小さい重みを割り当てることによって、補正対象画素の画素値を決定する。

例えば、プロセッサ２４１は、画素ｅの画素値を以下の式で算出する。

ｅ＝α×（ｄ＋ｆ）／２＋β×（ｂ＋ｈ）／２
ただし、重みα、βは、α＋β＝１を満たし、優先度Ｘ、Ｙの大小関係と一致する値である。

例えば、一例では、Ｘ＞Ｙ（すなわち、横方向の優先度が高い）場合に、α＝１、β＝０（すなわち、画素ｅの横方向に位置する画素ｄ、ｆの画素値のみを用いる）とする。Ｘ＜Ｙ（すなわち、縦方向の優先度が高い）場合に、α＝０、β＝１（すなわち、画素ｅの縦方向に位置する画素ｂ、ｈの画素値のみを用いる）とする。Ｘ＝Ｙのとき、α＝β＝０．５とする。

別の例で、
α＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）
β＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ）
としてする。この方法では、各方向の優先度合いに応じて重みα、βが定まる。

横方向のばらつき具合を示すＳ１を算出するために、プロセッサ２４１は、以下の画素を含む複数の画素の画素値を用いる。算出対象とは異なる方向である縦方向において画素ｅに隣接した画素ｂ、横方向において画素ｂに隣接した画素ａ、画素ｅを通り縦方向に延びる直線に対して画素ａの反対側にある画素ｃとを含む複数の画素。Ｓ２の算出に用いられる画素ｇ、ｈ、ｉもこの性質を満たす。優先度を算出するために使用する画素が補正対処画素に隣接した画素を含むことによって、高周波成分の影響を加味しやすくなる。また、横方向に連続した２つ以上の画素を含むことによって、縞々模様の影響を含めることができる。さらに、画素ｅを通り縦方向に延びる直線に対して画素ａの反対側にある２つの画素を含むことによって、補正対象画素を含んだ高周波成分の連続性の影響も加味できる。縦方向のばらつき具合を示すＴ１を算出する場合も同様に、プロセッサ２４１は、以下の画素を含む複数の画素の画素値を用いる。算出対象とは異なる方向である横方向において画素ｅに隣接した画素ｄ、縦方向において画素ｄに隣接した画素ａ、画素ｅを通り横方向に延びる直線に対して画素ａの反対側にある画素ｇ。

図７を参照して、本実施形態による補正の効果について説明する。図７（ａ）は、補正対象画素を含まない放射線画像を示す。この放射線画像のうち、１つの画素（枠線部分の中央にある黒塗りの画素）の画素値を、様々な方法で各方向の優先度を決定することによって周囲の画素の画素値から補正する。図７（ｂ）は、補正対象画素から１画素以上離れた複数の画素（ハッチングされた画素）を用いて優先度を決定することによって得られる放射線画像を示す。図７（ｃ）は、補正対象画素の一方の側だけにある複数の画素（ハッチングされた画素）を用いて優先度を決定することによって得られる放射線画像を示す。図７（ｄ）は、本実施形態に従って優先度を決定することによって得られる放射線画像を示す。図７（ｄ）に示す放射線画像は図７（ｂ）、７（ｃ）に示す放射線画像と比較して元の放射線画像（図７（ａ））に近いことがわかる。

プロセッサ２４１は、優先度Ｘ、Ｙを算出するために、上述の差分絶対値の他に、周囲の画素の画素値の標準偏差や分散、曲率を用いてもよい。プロセッサ２４１は、これらの少なくとも何れかを組み合わせて優先度Ｘ、Ｙを算出してもよい。例えば、プロセッサ２４１は、曲率を用いて優先度Ｘ、Ｙを算出する場合に、以下の式を用いる。

Ｘ＝｜ａ−２×ｂ＋ｃ｜＋｜ｇ−２×ｈ＋ｉ｜
Ｙ＝｜ａ−２×ｄ＋ｇ｜＋｜ｃ−２×ｆ＋ｉ｜
曲率が小さいほど周囲の画素の画素値が高い線形性を有するので、周囲の画素を用いて精度よく補正対象画素の画素値を補正できるようになる。

プロセッサ２４１は、画素ｅについて、横方向の優先度Ｘと縦方向の優先度Ｙとを以下のように算出してもよい。

ａｖｅ５＝（ｋ＋ｄ＋ｆ＋ｌ）／４
Ｓ＝｜ｋ−ａｖｅ５｜＋｜ｄ−ａｖｅ５｜＋｜ｆ−ａｖｅ５｜＋｜ｌ−ａｖｅ５｜
Ｘ＝１／Ｓ
ａｖｅ６＝（ｊ＋ｂ＋ｈ＋ｍ）／４
Ｔ＝｜ｊ−ａｖｅ６｜＋｜ｂ−ａｖｅ６｜＋｜ｈ−ａｖｅ６｜＋｜ｍ−ａｖｅ６｜
Ｙ＝１／Ｔ
この式で、横方向のばらつき具合を示すＳを算出するために、プロセッサ２４１は、以下を含む複数の画素の画素値を用いる。算出対象の方向である横方向において画素ｅに隣接した画素ｄ、横方向において画素ｄに隣接した画素ｋ、画素ｅを通り縦方向に延びる直線に対して画素ｋの反対側にある画素ｌ。縦方向のばらつき具合を示すＴを算出するために、プロセッサ２４１は、算出対象の方向である縦方向において画素ｅに隣接した画素ｂと、縦方向において画素ｂに隣接した画素ｊと、画素ｅを通り横方向に延びる直線に対して画素ｊの反対側にある画素ｍとを含む複数の画素の画素値を用いる。

第１実施形態では、縦方向と横方向との２方向の優先度を算出したが、斜め方向の優先度を算出し、補正対処画素の斜め方向に位置する画素を用いて補正対象画素の画素値を決定してもよい。

＜第２実施形態＞
図８〜１１を参照して、第２実施形態による放射線撮像装置の構成および動作について説明する。第１実施形態と重複する箇所については説明を省略する。放射線撮像システムの構成例は図１と同様である。

図９に、撮像パネル２１２の構成例が示される。第１実施形態の撮像パネル２１２と、第２実施形態の撮像パネル２１２との相違点を以下に説明する。撮像パネル２１２には、放射線を入射させるための入射面の側と、入射面とは反対側の裏面と、の両方に、放射線を可視光に変換するシンチレータ層が、それぞれの面を覆うように配される。また、それぞれの画素ＰＩＸに含まれる変換素子Ｓは、２種類の変換素子Ｓを含む。図８に示す構成において、変換素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３４、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４は、基板の両側に配されたシンチレータ層からの光を受けるように配される。以下において、変換素子Ｓのうち両側のシンチレータ層からの光を受ける変換素子を特定する場合、変換素子９０１と呼ぶ。また、変換素子Ｓ１４、Ｓ２１、Ｓ３３には、一方のシンチレータ層と当該変換素子Ｓのそれぞれとの間に遮光層９０３が配される。これによって、変換素子Ｓ１３、Ｓ２１、Ｓ３３は、一方のシンチレータ層からの光が遮断され、他方のシンチレータ層からの光を受けるように配される。これらの変換素子Ｓを、以下において、変換素子Ｓのうち片側のシンチレータ層からの光が遮断される変換素子を特定する場合、変換素子９０２と呼ぶ。遮光層９０３は、シンチレータ層で発光した光を遮る層であり、基板の入射面の側または裏面の側を覆うシンチレータ層の何れか一方と、変換素子９０２との間を遮光すればよい。

本実施形態では、基板の入射面の側に配されたシンチレータ層と変換素子９０２との間に遮光層９０３が配されるとする。基板の入射面の側から入射した放射線のうち、エネルギーの低い成分は、基板の入射面の側を覆うシンチレータ層で吸収され、可視光に変換されて、それぞれの画素ＰＩＸに入射する。変換素子９０２は、基板の入射面の側が遮光されているため、基板の入射面の側のシンチレータ層で発光した光が入射しない。そのため、放射線のエネルギーの低い成分から変換された光は、変換素子９０２に入射しない。一方、変換素子９０１は、遮光層９０３が配されないため、放射線のエネルギーの低い成分から変換された光が入射する。

また、放射線のうち、基板の入射面の側に配されたシンチレータ層で吸収されなかったエネルギーの高い成分は、基板の裏面の側を覆うシンチレータ層で吸収され、可視光に変換される。変換素子９０１および変換素子９０２において、基板の裏面の側は遮光されていないため、放射線のうちエネルギーが高い成分から変換された光は、変換素子９０１および変換素子９０２の両方に入射する。

このように、変換素子９０１は、放射線のうちエネルギーの高い成分およびエネルギーの低い成分に起因する信号を取得でき、変換素子９０２は、放射線のうちエネルギーの高い成分に起因する信号を取得できる。つまり、互いに隣接する画素ＰＩＸで、異なる放射線エネルギーの情報を保持することができる。このように隣接する画素ＰＩＸで、異なるエネルギー成分の放射線から取得される情報を保持することによって、後述する方法を用いてエネルギーサブトラクションを行うことができる。

図９は、変換素子９０１を有する画素ＰＩＸＡと変換素子９０２を有する画素ＰＩＸＢおよび画素ＰＩＸＣとの断面構造の一例が模式的に示される。ここでは、図面の上側から放射線を入射させるとして説明するが、図面の下側から放射線を入射させてもよい。図９（ａ）は、変換素子９０１および変換素子９０２が基板３１０と基板３１０の入射面の側を覆うシンチレータ層９０４との間に配され、画素ＰＩＸＢにおいて、遮光層９０３が、変換素子９０２とシンチレータ層９０４との間に配される場合を示す。また、図９（ｂ）は、変換素子９０１および変換素子９０２が基板３１０と基板３１０の入射面の側を覆うシンチレータ層９０４との間に配されることは図９（ａ）と同じである。一方、図９（ｂ）の構成において、画素ＰＩＸＣにおいて、遮光層９０３が、変換素子９０２と基板３１０の入射面とは反対側の裏面を覆うシンチレータ層９０５との間に配される場合を示す。

それぞれの画素ＰＩＸの変換素子Ｓは、シンチレータ層９０４、９０５で発光した光を透過するガラス基板などの絶縁性を有する基板３１０の上に配される。シンチレータ層９０４は、接着層３２４の上に、基板３１０の入射面の側を覆うように配される。また、シンチレータ層９０５は、基板３１０の裏面の側を覆うように配される。シンチレータ層９０４、９０５は、ＧＯＳ（酸硫化ガドリニウム）やＣｓＩ（ヨウ化セシウム）などの材料を用いて構成されうる。シンチレータ層９０４とシンチレータ層９０５とは、同じ材料を用いてもよいし、取得する放射線のエネルギーに応じて異なる材料を用いてもよい。シンチレータ層９０４とシンチレータ層９０５とは基板３１０を挟むように配されている。

次いで、シンチレータ層９０４またはシンチレータ層９０５から入射する光を遮断するために変換素子９０２に配される遮光層９０３の配置について説明する。図９（ａ）に示す構成において、画素ＰＩＸＢの変換素子９０２は、基板３１０の入射面の側からシンチレータ層９０４に向かって下部電極を構成する導電層３１８と半導体層３２０と上部電極を構成する導電層３２２とをこの順番で含む。この上部電極を構成する導電層３２２が、遮光層９０３として機能する。具体的には、導電層３２２をＡｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕなど、シンチレータ層９０４で発せられる光に対して不透明な材料で形成することによって、導電層３２２が遮光層９０３として機能する。また、図９（ｂ）に示す構成において、画素ＰＩＸＣの変換素子９０２は、基板３１０の入射面の側からシンチレータ層９０４に向かって下部電極を構成する導電層３１８と半導体層３２０と上部電極を構成する導電層３２２、電極層３２５とをこの順番で含む。この下部電極を構成する導電層３１８が、遮光層９０３として機能する。具体的には、導電層３１８をＡｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕなど、シンチレータ層９０５で発せられる光に対して不透明な材料で形成することによって、導電層３２２が遮光層９０３として機能する。

一方、画素ＰＩＸＡの変換素子９０１において、導電層３１８および電極層３２５には、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）など、シンチレータ層９０４で発せられる光に対して透明な材料が用いられる。これによって、隣接する画素ＰＩＸＡと画素ＰＩＸＢまたは画素ＰＩＸＣとの間でエネルギー成分の異なる信号を取得することができる。

また、本実施形態において、画素ＰＩＸＢの導電層３２２および画素ＰＩＸＣの導電層３１８を単層構造とする例を示したが、これに限られることはない。例えば、画素ＰＩＸＢの導電層３２２および画素ＰＩＸＣの導電層３１８において、透明な材料と不透明な材料とを積層させてもよく、その場合、不透明な材料の面積で遮光量が決定する。また、本実施形態において、画素ＰＩＸＢの導電層３２２および画素ＰＩＸＣの導電層３１８を遮光層９０３として機能させたが、遮光層９０３の配置はこれに限られることはない。例えば、画素ＰＩＸＢにおいて、保護層３２３の中にシンチレータ層９０４から入射する光に対し、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｕなどを用いた専用の遮光層９０３を配してもよい。この場合、遮光層９０３の電位を一定の電位に固定して用いてもよい。

次に、本実施形態における画像処理フローについて、図１０及び図１１を用いて説明する。ステップＳ９１０〜Ｓ９１５は第１実施形態同様である。

プロセッサ２４１は、ステップＳ９２１において、ゲイン補正後の放射線画像を、複数の変換素子９０１で得られた信号に基づく両面入射画像と、複数の変換素子９０２で得られた信号に基づく片面入射画像とに分離する。

図１１を参照して、これらの２つの放射線画像について説明する。図１１の左側の画像は、放射線撮像装置２１０から得られた放射線画像、すなわち変換素子９０１からの信号と変換素子９０２からの信号との両方に基づく画像である。この画像において、ハッチングなしの画素が変換素子９０１に対応し、ハッチングありの画素が変換素子９０２に対応する。プロセッサ２４１は、この放射線画像を、図１１の右側に示すように、複数の変換素子９０１で得られた信号に基づく両面入射画像（上側）と、複数の変換素子９０２で得られた信号に基づく片面入射画像（下側）とに分離する。両側入射画像は、放射線撮像装置２１０に入射した放射線のうち高エネルギー及び低エネルギーの情報を含む画像である。片側入射画像は、低エネルギーの情報を含み高エネルギーの情報を含まない画像である。これに代えて、片側入射画像は、高エネルギーの情報を含み低エネルギーの情報を含まない画像であってもよい。両側入射画像では変換素子９０２に対応する画素が補正対象画素となり、片側入射画像では変換素子９０１に対応する画素が補正対象画素となる。両側入射画像に含まれる補正対象画素の個数は、片側入射画像に含まれる補正対象画素の個数よりも少ない。

続いて、プロセッサ２４１は、補正対象画素の個数が少ない両側入射画像の補正対象画素の補正を行い、その後に、片側入射画像の補正対象画素の補正を行う。プロセッサ２４１は、ステップＳ９２２〜Ｓ９２４で、図５のステップＳ９１６〜Ｓ９１８と同様にして、両側入射画像の補正対象画素の補正を行う。

続いて、プロセッサ２４１は、ステップＳ９２５で、片側入射画像の補正対象画素の補正を行う。図１１の片側入射画像の補正対象画素である画素ｑの画素値を決定する場合について説明する。片側入射画像において、画素ｑの周囲には有意な画素値を有する画素が少ないので、各方向の優先度を精度よく算出することが困難である。そのため、プロセッサ２４１は、両側入射画像を用いて各方向の優先度を算出する。

具体的に、プロセッサ２４１は、ステップＳ９２６で、片側入射画像の画素ｑと同じ位置にある両側入射画像の画素ｆについて、両側入射画像の画素ｆの周囲にある画素の画素値を用いて各方向の優先度を算出する。優先度の算出は第１実施形態と同様に行われてもよく、例えば以下の式に従って行われる。

Ｘ＝｜ａ−２×ｂ＋ｃ｜＋｜ｅ−２×ｆ＋ｇ｜＋｜ｉ−２×ｊ＋ｋ｜
Ｙ＝｜ａ−２×ｅ＋ｉ｜＋｜ｂ−２×ｆ＋ｊ｜＋｜ｃ−２×ｇ＋ｋ｜
ここで、画素ｅの画素値はステップＳ９２４で決定された値である。

続いて、プロセッサ２４１は、ステップＳ９２７で、算出された優先度を用いて補正対象画素の画素値を決定する。画素値の決定は第２実施形態と同様に行われてもよく、例えば以下の式に従って行われる。

ｑ＝α×（ｔ＋ｕ）／２＋β×（ｒ＋ｓ）／２
上述の通り、重みα、βは、α＋β＝１を満たし、優先度Ｘ、Ｙの大小関係と一致する値である。

その後、プロセッサ２４１は、Ｓ９２８で、補正後の両側入射画像及び片側入射画像を用いてエネルギーサブトラクション処理を行う。

以上、本発明に係る実施形態を示したが、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、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。

２１０：放射線撮像装置、３１０：基板、９０１、９０２：変換素子、９０３：遮光層、９０４、９０５：シンチレータ層

Claims (10)

1. 画像処理装置であって、
   補正対象画素を含む放射線画像を取得する取得手段と、
   前記補正対象画素について、互いに交差する２つの方向のそれぞれの優先度を算出する算出手段と、
   前記補正対象画素に対して前記優先度が高い方向にある画素の画素値に大きい重みを割り当て、前記補正対象画素に対して前記優先度が低い方向にある画素の画素値に小さい重みを割り当てることによって、前記補正対象画素の画素値を決定する決定手段とを備え、
   前記算出手段は、前記２つの方向のそれぞれの前記優先度の算出において、前記２つの方向のうち算出対象の方向を第１方向とし、他方の方向を第２方向とした場合に、前記補正対象画素に隣接した第１画素と、前記第１方向において前記第１画素に隣接した第２画素と、前記補正対象画素を通り前記第２方向に延びる直線に対して前記第１画素又は前記第２画素の反対側にある第３画素とを含む複数の画素の画素値を用いることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記第１画素は、前記第１方向において前記補正対象画素に隣接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. 前記第１画素は、前記第２方向において前記補正対象画素に隣接することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
4. 前記算出手段は、前記複数の画素の画素値の標準偏差と、差分絶対値と、曲率との少なくとも何れかに基づいて前記優先度を算出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像処理装置。
5. 前記取得手段は、第１放射線画像及び第２放射線画像を取得し、
   前記算出手段は、前記第２放射線画像について、前記第１放射線画像を用いて前記優先度を算出し、
   前記決定手段は、前記第１放射線画像を用いて算出された前記優先度を用いて前記第２放射線画像の補正対象画素の画素値を決定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像処理装置。
6. 前記第１放射線画像に含まれる補正対象画素の個数は、前記第２放射線画像に含まれる補正対象画素の個数よりも少ないことを特徴とする請求項５に記載の画像処理装置。
7. 前記第１放射線画像は、放射線撮像装置に入射した放射線のうち第１エネルギー及び第２エネルギーの情報を含む画像であり、
   前記第２放射線画像は、前記第１エネルギーの情報を含み前記第２エネルギーの情報を含まない画像であることを特徴とする請求項５又は６に記載の画像処理装置。
8. 前記放射線撮像装置は、
   複数の第１変換素子及び複数の第２変換素子を有する基板と、
   前記基板を挟むように配された第１シンチレータ層及び第２シンチレータ層と、
   前記複数の第２変換素子のそれぞれと前記第１シンチレータ層との間に配された遮光層とを備え、
   前記複数の第１変換素子は、前記第１シンチレータ層で発生した光と前記第２シンチレータ層で発生した光とを受け、
   前記複数の第２変換素子は、前記第２シンチレータ層で発生した光を受け、
   前記第１放射線画像は前記複数の第１変換素子で得られた信号に基づいて生成され、
   前記第２放射線画像は前記複数の第２変換素子で得られた信号に基づいて生成されることを特徴とする請求項７に記載の画像処理装置。
9. 画像処理方法であって、
   取得手段が、補正対象画素を含む放射線画像を取得する取得工程と、
   算出手段が、前記補正対象画素について、互いに交差する２つの方向のそれぞれの優先度を算出する算出工程と、
   決定手段が、前記補正対象画素に対して前記優先度が高い方向にある画素の画素値に大きい重みを割り当て、前記補正対象画素に対して前記優先度が低い方向にある画素の画素値に小さい重みを割り当てることによって、前記補正対象画素の画素値を決定する決定工程とを有し、
   前記２つの方向のそれぞれの前記優先度の算出において、前記２つの方向のうち算出対象の方向を第１方向とし、他方の方向を第２方向とした場合に、前記補正対象画素に隣接した第１画素と、前記第１方向において前記第１画素に隣接した第２画素と、前記補正対象画素を通り前記第２方向に延びる直線に対して前記第１画素又は前記第２画素の反対側にある第３画素とを含む複数の画素の画素値を用いることを特徴とする画像処理方法。
10. コンピュータを、請求項１乃至８の何れか１項に記載の画像処理装置の各手段として機能させるためのプログラム。