JP5681475B2 - アナログ−デジタル変換方法、x線画像検出器及びx線装置 - Google Patents
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Description
均一に入射されたX線が被検物体を照射する。被検物体においては異なる密度の物質でのX線の吸収程度が異なるため、透過したX線には被検物体の異なる部分の密度情報が含まれている。X線画像検出器は透過したX線を受光し、その中の光電変換器アレイが直接にX線を電気信号に変換し、又はX線をシンチレータに通過させ可視光に変換した後に光電変換器アレイにより電気信号に変換する。X線画像検出器が受光したX線は異なる空間位置で異なる強度分布を有するため、光電変換器アレイも異なる空間位置で異なる強度の電気信号が得られる。また、これらの電気信号の空間分布は被検物体が異なる部位での密度情報を反応する。光電変換器アレイ中の電気信号はAD変換回路によりデジタル画像信号に変換され、デジタル伝送回路及び通信ポートを介してX線検出システムのホストコンピュータに伝送される。これにより、被検物体の異なる部位の密度情報を反応するデジタル画像が得られる。
n位のバイナリーデータを入力して得られたn個の基準電圧Viを生成し、なお、i=1、…、nで、第(n−i)位は1でほかの位置は0である。またiを1にし、Vr(1)=V1である。比較ステップで、アナログ画像信号と累積電圧Vr(i)とを比較し、アナログ画像信号が累積電圧Vr(i)より大きいと、デジタル画像信号の第(n−i)位を1に、i=i+1にし、Vr(i)=Vr(i−1)+Viとして比較ステップに戻る。アナログ画像信号が累積電圧Vr(i)より小さいと、デジタル画像信号の第(n−i)位を0に、i=i+1にし、Vr(i)=Vr(i−1)−Viとして比較ステップに戻る。
n位のバイナリーデータを入力して得られたn個の基準電圧Viを生成する。但し、i=1、…、nで、第(n−i)位は1でほかの位置は0であり、iが1のとき、Vr(1)=V1、Vr(0)=0である。比較ステップで、アナログ画像信号と累積電圧Vr(i)とを比較し、アナログ画像信号が累積電圧Vr(i)より大きいと、デジタル画像信号の第(n−i)位を1に、i=i+1にし、Vr(i)=Vr(i−1)+Viとして比較ステップに戻る。アナログ画像信号が累積電圧Vr(i)より小さいと、デジタル画像信号の第(n−i)位を0に、i=i+1にし、Vr(i)=Vr(i−2)+Viとして比較ステップに戻る。
まず、量子化精度がn位である大規模のX線画像検出器において、本発明はn位のバイナリー基準電圧Viを生成し、なおi=1、…、nで第(n−i)位を1にほかの位置を0とする。すなわち、第1基準電圧が最大量子化電圧の半分で、第2基準電圧が最大量子化電圧の半分の半分となり、……その半分となる。換言すると、これらの基準電圧値は次第に半分に減少される。また、アナログ画像信号と基準電圧Viより生成した累積電気レベル信号Vrとの比較結果に基づいて、デジタル画像信号の第(n−i)位の値を設定する。Vrの生成がViの累積ステップであるが、毎回累積の方向は前回比較の結果に決定される。アナログ画像信号が今の時点の累積電気レベルVr(i)(Vr(1)=V1)より大きいと、デジタル画像信号の第(n−i)位を1に、i=i+1とする。iとnとが異なれば、Vr(i)=Vr(i−1)+Viにし、次の比較が行われる。アナログ画像信号が今の時点の累積電気レベルVr(i)より小さいと、デジタル画像信号の第(n−i)位を0に、i=i+1とする。iとnとが異なれば、Vr(i)=Vr(i−1)−Viにし、次の比較が行われる。全ての場合における全ての比較ステップの必要な回数は必要な量子化級数nに完全に決定される。本発明は所定の量子化精度を保証した前提に、変換時間を大幅に減少することができる。
図1に示されたように、アナログ−デジタル変換方法を示し、アナログ画像信号をn位のデジタル画像信号に変換し、以下のステップを含んでいる。
ステップ2)iを1にし、累積電気レベルVr(1)を基準電気レベルV1に設定する。
アナログ画像信号が累積電圧Vr(i)より大きいと、ステップ4)はデジタル画像信号の第(n−i)位を1にし、i=i+1にする。
アナログ画像信号が累積電圧Vr(i)より小さいと、ステップ7)はデジタル画像信号の第(n−i)位を0にし、i=i+1にする。
アキュムレータ2は、基準電圧生成回路1の出力を累積する。
コンパレータ3は、アナログ画像信号とアキュムレータ2の出力とを比較する。
エンコーダ4は、コンパレータ3の結果に基づいて、デジタル画像信号を位置決めし、基準電圧生成回路1をコントロールする。
電気抵抗R1及び電気抵抗R2をそれぞれに増幅器U1の2つの負の入力源入力電気抵抗とし、並列された電気抵抗R3及び電気容量C1が増幅器U1の負の入力端と出力端との間に接続されてフィートバック回路を構成し、増幅器U1の正の入力端はアースする。スイッチS1は電気抵抗R3と電気容量C1とより構成された直列回路に直列され、電気抵抗R2の一端は基準電気レベルの入力端に接続されている。電気抵抗R1の一端は第2級保持回路の出力に接続されている。
直列された電気抵抗R5、増幅器U3を有し、電気容量C2は直列された電気抵抗R6及びスイッチS3に並列して増幅器U3の負の入力端と出力端との間に接続されて負のフィートバック回路を構成し、増幅器U3の正の入力端はアースする。
Vout=−R3×((V1/R1)+(V2/R2)である。
R1=R2=R3であるとき、Vout=−(V1+V2)となる。
第1級と類似し、増幅器U3を核心として反転保持回路が構成される。
図5は、図4に示されたアキュムレータの時系列図である。すなわち、3つのスイッチS1、S2及びS3、並び入力基準電圧Vi(図4では電圧源Vi)の時系列である。
2、第1回の累積において、まず正の基準電気レベルを選択して入力し、新しい累積序列が始まる前にスイッチS3を介して累積保持部を空にする。
3、各階段時間帯において、まずスイッチS1がオンされて前回の累積出力(第1回のときは0である)とこの時点の基準電気レベルとを電気容量C1に累積する。
4、同じ時間帯において、スイッチS1をオフした後、スイッチS2及びスイッチS3を同時にオンして累積結果を電気容量C2に伝送する。
5、電気容量C2上の電気レベルは出力級を介してコンパレータの入力端に伝送して比較される。
6、比較結果に基づいて、累積信号が積分で増幅された画像信号より大きいと、次回に基準電気レベルは負の基準電気レベルを選択する。
7、累積信号が画像信号より小さいと、次回に基準電気レベルは正の入力を選択する。
8、全ての基準電気レベルの階段が遍歴されるまでステップ2〜7を繰り返す。
注:基準電気レベルの階段数(すなわち、変換で得られたデジタル画像信号のバイナリー桁)は任意の数値でもよく、基準電気レベルの選択及び許容されるSN比によって決定される。
ステップ101)iを1にし、累積電気レベルVr(1)を基準電気レベルV1に設定する。
アナログ画像信号が累積電圧Vr(i)より大きいと、ステップ103)はデジタル画像信号の第(n−i)位を1にし、i=i+1にする。
注:この方法において、Vr(0)が0で、Vr(1)がV1である。
コンパレータ3はアナログ画像信号とアキュムレータ2’の出力とを比較し、その結果をエンコーダ4に出力する。
この回路において、基準電圧生成回路1’はDA変換器10のみを有し、反転器11(図2を参照)を有していない。エンコーダ4はコンパレータ3の結果に基づいてデジタル画像信号の対応する位置を決める。
まず、DA変換器10が基準電圧V1=10000bを生成し、電圧V1がアキュムレータ2’に伝送される。アキュムレータ2’が累積電圧Vr(1)=V1を出力し、Vr(1)がコンパレータ3の1つの入力端に入力されてコンパレータ3の別の入力端における画像画素からのアナログ画像信号と比較される。比較結果はエンコーダ4に入力され、この信号電圧が累積電圧Vr(1)より大きいと、エンコーダ4が出力バイトの最高位を1とし、それでない場合は出力バイトの最高位を0とする。この例では最高位置を1とする。第2回の比較を行う際、DA変換器10が電圧V2=01000bを生成し、電圧V2がアキュムレータ2’に伝送される。このときアキュムレータ2’からV1+V2=11000bであるVr(2)を出力し、この値がコンパレータ3で画像信号と比較され、この値が画像信号電圧より小さいと、エンコーダ4が出力バイトの最高位置を0とする。第3回の比較を行う際、DA変換器10が電圧V3=00100bを生成し、同時にアキュムレータが前回の累積結果Vr(2)を放棄し、新しい基準電気レベルを前回の累積結果Vr(1)に累積する。その累積電圧Vr(3)=Vr(1)+V3=V1+V3=10100bとなり、コンパレータ3で画像信号と比較される。このように出力バイトのn個の位の全てが位置決めされるまでに循環を繰り返す。最後に得られた出力バイトがこのアナログ画像信号から変換されたデジタル画像信号である。
電気抵抗R1及び電気抵抗R2をそれぞれに増幅器U1の2つの負の入力源入力電気抵抗とし、並列された電気抵抗R3及び電気容量C1が増幅器U1の負の入力端と出力端との間に接続されてフィートバック回路を構成し、増幅器U1の正の入力端はアースする。スイッチS1は電気抵抗R3と電気容量C1とより構成された直列回路に直列され、電気抵抗R2の一端は基準電気レベルの入力端に接続されている。電気抵抗R1の一端は第2級保持回路の出力に接続されている。
直列された電気抵抗R5、増幅器U3を有し、電気容量C2は直列された電気抵抗R6及びスイッチS3に並列して増幅器U3の負の入力端と出力端との間に接続されて負のフィートバック回路を構成し、増幅器U3の正の入力端はアースする。
Vout=−R3×((V1/R1)+(V2/R2)である。
R1=R2=R3であるとき、Vout=−(V1+V2)となる。
2、各階段時間帯において、スイッチS1がオンされて前回の累積出力(第1回のときは0である)とこの時点の基準電気レベルとを電気容量C1に累積する。
3、このとき累積結果がコンパレータ3に伝送されて積分で増幅された画像信号と比較する。
4、比較結果に基づいて、累積信号が積分で増幅された画像信号より大きいと、スイッチS2がオフされた状態を保持し、この累積結果が放棄される。
5、累積信号が画像信号より小さいと、スイッチS1をオフした後、スイッチS2及びスイッチS3を同時にオンして累積結果を電気容量C2に伝送する。
6、全ての基準電気レベルの階段が遍歴されるまでステップ2〜5を繰り返す。
注:基準電気レベルの階段数(すなわち、変換で得られたデジタル画像信号のバイナリー桁)は任意の数値でもよく、基準電気レベルDAの選択及び許容されるSN比によって決定される。同時に、図9に示された回路構成において、基準電気レベルの極性が信号電気レベルの極性と必ず異なるようにする。基準電気レベルが差分で得られてもよいし、比較する前に反転又は平行移動を行ってもよい。
Claims (9)
- X線信号の変換に用いられるアナログ−デジタル変換回路を備え、
前記アナログ−デジタル変換回路は、基準電圧生成回路、ゲート、アキュムレータ、コンパレータ及びエンコーダを有し、
前記基準電圧生成回路はDA変換器と前記DA変換器の出力を反転する反転器とを有し、
前記アキュムレータはスイッチにより接続された第1級加算部及び第2級保持部を有し、
前記第1級加算部は、
電気抵抗R1及び電気抵抗R2をそれぞれに増幅器U1の2つの負の入力源入力電気抵抗とし、並列された電気抵抗R3及び電気容量C1が増幅器U1の負の入力端と出力端との間に接続されてフィートバック回路を構成し、増幅器U1の正の入力端はアースし、スイッチS1が電気抵抗R3と電気容量C1とより構成された直列回路に直列され、電気抵抗R2の一端が基準電気レベルの入力端に接続され、電気抵抗R1の一端が前記第2級保持回路の出力に接続され、
前記エンコーダは前記基準電圧生成回路の出力を前記アキュムレータに与えるように前記ゲートをコントロールし、
前記コンパレータはアナログ画像信号と前記アキュムレータの出力とを比較し結果を前記エンコーダに出力するX線画像検出器。 - X線信号の変換に用いられるアナログ−デジタル変換回路を備え、
前記アナログ−デジタル変換回路は、基準電圧生成回路、アキュムレータ、コンパレータ及びエンコーダを有し、
前記基準電圧生成回路はDA変換器を有し、
前記アキュムレータは、スイッチにより接続された第1級加算部及び第2級保持部と、一端が前記第1級加算部の出力に接続された出力駆動部とを有し、
前記第1級加算部は、
電気抵抗R1及び電気抵抗R2をそれぞれに増幅器U1の2つの負の入力源入力電気抵抗とし、並列された電気抵抗R3及び電気容量C1が増幅器U1の負の入力端と出力端との間に接続されてフィートバック回路を構成し、増幅器U1の正の入力端はアースし、スイッチS1が電気抵抗R3と電気容量C1とより構成された直列回路に直列され、電気抵抗R2の一端が基準電気レベルの入力端に接続され、電気抵抗R1の一端が第2級保持回路の出力に接続され、
前記アキュムレータは前記基準電圧生成回路の出力を累積し、累積結果を前記コンパレータに出力し、
前記コンパレータはアナログ画像信号と前記アキュムレータの出力とを比較し、結果を前記エンコーダに出力するX線画像検出器。 - 前記X線画像検出器の量子化精度が14位である請求項1または2に記載のX線画像検出器。
- 前記第2級保持部は、
直列された電気抵抗R5、増幅器U3を有し、電気容量C2が直列された電気抵抗R6及びスイッチS3に並列して増幅器U3の負の入力端と出力端との間に接続されて負のフィートバック回路を構成し、増幅器U3の正の入力端はアースする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のX線画像検出器。 - 前記基準電圧生成回路及び前記エンコーダをコントロールする主論理コントロールユニットを有する請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のX線画像検出器。
- 前記アナログ−デジタル変換回路の全てのアナログ−デジタル変換チャンネルは1つ又は複数の基準電圧生成回路を共用する請求項5に記載のX線画像検出器。
- 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のX線画像検出器を備えるX線装置。
- 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のX線画像検出器が、アナログ画像信号をn位のデジタル画像信号に変換するX線信号の変換に用いられるアナログ−デジタル変換方法において、
n位のバイナリーデータを入力して得られたn個の基準電圧Viを生成し、なお、i=1、…、nで、第(n−i)位は1でほかの位置は0であり、
iを1にし、Vr(1)=V1で、
比較ステップで、アナログ画像信号と累積電圧Vr(i)とを比較し、
前記アナログ画像信号が前記累積電圧Vr(i)より大きいと、デジタル画像信号の第(n−i)位を1に、i=i+1にし、Vr(i)=Vr(i−1)+Viとして比較ステップに戻り、
前記アナログ画像信号が前記累積電圧Vr(i)より小さいと、デジタル画像信号の第(n−i)位を0に、i=i+1にし、Vr(i)=Vr(i−1)−Viとして比較ステップに戻るアナログ−デジタル変換方法。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のX線画像検出器が、アナログ画像信号をn位のデジタル画像信号に変換するX線信号の変換に用いられるアナログ−デジタル変換方法において、
n位のバイナリーデータを入力して得られたn個の基準電圧Viを生成し、なお、i=1、…、nで、第(n−i)位は1でほかの位置は0であり、
iを1にし、Vr(1)=V1、Vr(0)=0で、
比較ステップで、アナログ画像信号と累積電圧Vr(i)とを比較し、
前記アナログ画像信号が前記累積電圧Vr(i)より大きいと、デジタル画像信号の第(n−i)位を1に、i=i+1にし、Vr(i)=Vr(i−1)+Viとして比較ステップに戻り、
前記アナログ画像信号が前記累積電圧Vr(i)より小さいと、デジタル画像信号の第(n−i)位を0に、i=i+1にし、Vr(i)=Vr(i−2)+Viとして比較ステップに戻るアナログ−デジタル変換方法。
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