JP5995743B2 - 画像生成装置、画像生成方法及びプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、X線などの放射線の透過性を利用し、構造物内部の画像を生成する画像生成装置、画像生成方法及びプログラムに関する。
X線などの放射線の透過性を利用し、配管等の構造物内部の画像を撮影する検査装置が一般的に利用されている。ここで、撮影対象とする構造物が円筒形または積層形状など複数の層で構成されるために、検査の対象とする層(以下、「撮影対象層」と記載する)以外に放射線が透過する層(以下、「他の層」と記載する)がある場合、当該他の層の構造が取得した画像に映り込んで当該撮影対象層に存在する欠陥などの情報が得られなくなる場合がある。
また近年、撮影対象物に対し異なる複数の角度からX線を照射することで、当該撮影対象物の所望の断層面を画像として取得するトモシンセシス撮影技術を利用した検査装置が用いられている。トモシンセシス撮影では、X線源をフラットパネルなどの検出器と平行に移動させたり、円や楕円の弧を描くように移動させたりしながら、異なる照射角からX線を撮影対象物に照射して、異なる複数の投影画像を取得する。そして、当該複数の投影画像を再構成することで断層画像を取得することができる。
なお、投影画像の再構成においては、複数の投影画像ごとに平行移動したり、縮尺を調整したりしながら投影画像ごとの同一位置に対応する画素それぞれの輝度加算を行う手法が一般的に用いられている。
特開2012−196492号公報
上記トモシンセシス撮影では、撮影対象物周辺に線源と検出器を平行または円弧移動させるための大掛かりな可動機構が必要不可欠である。またこの可動機構の構築には精密な設計が要求される。したがって、既存の検査装置は簡易な構成とはなっておらず、製造に多大な労力及び費用がかかるという問題があった。
また、上記トモシンセシス撮影では、照射角度を変化させながら複数の投影画像を取得するため、撮影対象物の写る大きさや位置が投影画像ごとに変化する。したがって再構成処理を行うにあたって撮影画像における撮影対象物の各位置を画素ごとに一致させるように、投影画像ごとに位置や大きさの調整処理を行う必要が生じる。現実的に、一の断層面を取得するために必要な画像は数十枚から数百枚に及ぶため、その再構成処理に費やす時間も長期化する。すなわち画像再構成のための演算システムが不可欠であり、断層画像を簡便には取得できないという問題があった。
そこでこの発明は、上述の問題を解決することのできる画像生成装置、画像生成方法及びプログラムを提供することを目的としている。
本発明は、上述の課題を解決すべくなされたもので、撮影対象物の特定の層の画像を取得する画像生成装置であって、放射線を放射する線源と、前記撮影対象物を挟んで前記線源に対向する位置に設けられ放射線の線量を検出する放射線検出器と、前記撮影対象物の撮影対象層と前記線源との距離を示す第一の距離と、前記撮影対象層と前記放射線検出器との距離を示す第二の距離との比が一定となる状態を保ったまま前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように、前記線源及び前記放射線検出器を同一の移動軸に沿って移動させる位置制御部と、前記線源と前記放射線検出器の位置の変化に応じた前記放射線検出器における検出線量に基づいて、前記撮影対象物の複数の放射線投影画像を生成するとともに、前記複数の放射線投影画像を重ね合わせた一つの合成画像を生成する放射線投影画像生成部と、前記複数の放射線投影画像それぞれについての撮影における放射線の露光時間が一定の露光時間となるように制御する露光制御部と、を備え、前記放射線投影画像生成部は、前記位置制御部が前記線源と前記放射線検出器の位置を変化させている最中に、一定時間間隔で前記放射線投影画像を取得し、前記位置制御部は、前記線源と前記放射線検出器の距離の二乗に反比例する移動速度で前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように制御することを特徴とする画像生成装置である。
また本発明は、撮影対象物の特定の層の画像を取得する画像生成装置であって、放射線を放射する線源と、前記撮影対象物を挟んで前記線源に対向する位置に設けられ放射線の線量を検出する放射線検出器と、前記撮影対象物の撮影対象層と前記線源との距離を示す第一の距離と、前記撮影対象層と前記放射線検出器との距離を示す第二の距離との比が一定となる状態を保ったまま前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように、前記線源及び前記放射線検出器を同一の移動軸に沿って移動させる位置制御部と、前記線源と前記放射線検出器の位置の変化に応じた前記放射線検出器における検出線量に基づいて、前記撮影対象物の複数の放射線投影画像を生成するとともに、複数の前記放射線投影画像を重ね合わせた一つの合成画像を生成する放射線投影画像生成部と、前記線源と前記放射線検出器の距離の二乗に比例する露光時間となるよう、前記複数の放射線投影画像それぞれについての撮影における放射線の露光時間を制御する露光制御部と、を備え、前記放射線投影画像生成部は、前記位置制御部が前記線源と前記放射線検出器の位置を変化させている最中に、一定時間間隔で前記放射線投影画像を取得し、前記位置制御部は、一定の移動速度で前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように制御することを特徴とする画像生成装置である。
また本発明は、撮影対象物の特定の層の画像を取得する画像生成装置であって、放射線を放射する線源と、前記撮影対象物を挟んで前記線源に対向する位置に設けられ放射線の線量を検出する放射線検出器と、前記撮影対象物の撮影対象層と前記線源との距離を示す第一の距離と、前記撮影対象層と前記放射線検出器との距離を示す第二の距離との比が一定となる状態を保ったまま前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように、前記線源及び前記放射線検出器を同一の移動軸に沿って移動させる位置制御部と、前記線源と前記放射線検出器の位置の変化に応じた前記放射線検出器における検出線量に基づいて、前記撮影対象物の複数の放射線投影画像を生成するとともに、複数の前記放射線投影画像を重ね合わせた一つの合成画像を生成する放射線投影画像生成部と、前記複数の放射線投影画像それぞれについての撮影における放射線の露光時間が一定の露光時間となるように制御する露光制御部と、を備え、前記位置制御部は、一定の移動速度で前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように制御し、前記放射線投影画像生成部は、前記線源と前記放射線検出器の距離の二乗に反比例する時間間隔で、前記複数の放射線投影画像を撮影することを特徴とする画像生成装置である。
また本発明は、撮影対象物の特定の層の画像を取得する画像生成装置であって、放射線を放射する線源と、前記撮影対象物を挟んで前記線源に対向する位置に設けられ放射線の線量を検出する放射線検出器と、前記撮影対象物の撮影対象層と前記線源との距離を示す第一の距離と、前記撮影対象層と前記放射線検出器との距離を示す第二の距離との比が一定となる状態を保ったまま前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように、前記線源及び前記放射線検出器を同一の移動軸に沿って移動させる位置制御部と、前記位置制御部が前記線源と前記放射線検出器の位置を変化させている最中に、放射線の露光が連続的に行われるように制御する露光制御部と、前記線源と前記放射線検出器の位置の変化中において連続的に検出した放射線の線量を画素ごとに積算した一つの合成画像を生成する放射線投影画像生成部と、前記位置制御部は、前記線源と前記放射線検出器の距離の二乗に反比例する移動速度で前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように制御することを特徴とする画像生成装置である。
また本発明は、撮影対象物の特定の層の画像を、放射線を放射する線源と、前記撮影対象物を挟んで前記線源に対向する位置に設けられ放射線の線量を検出する放射線検出器と、を用いて取得する画像生成方法であって、前記撮影対象物の撮影対象層と前記線源との距離を示す第一の距離と、前記撮影対象層と前記放射線検出器との距離を示す第二の距離との比が一定となる状態を保ったまま前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように、前記線源及び前記放射線検出器を同一の移動軸に沿って移動させる位置制御ステップと、前記線源と前記放射線検出器の位置の変化に応じた前記放射線検出器における検出線量に基づいて、前記撮影対象物の複数の放射線投影画像を生成するとともに、前記複数の放射線投影画像を重ね合わせた一つの合成画像を生成する放射線投影画像生成ステップと、前記複数の放射線投影画像それぞれについての撮影における放射線の露光時間が一定の露光時間となるように制御する露光制御ステップと、を有し、前記放射線投影画像生成ステップにおいて、前記位置制御部が前記線源と前記放射線検出器の位置を変化させている最中に、一定時間間隔で前記放射線投影画像を取得し、前記位置制御ステップにおいて、前記線源と前記放射線検出器の距離の二乗に反比例する移動速度で前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように制御することを特徴とする画像生成方法である。
また本発明は、撮影対象物の特定の層の画像を、放射線を放射する線源と、前記撮影対象物を挟んで前記線源に対向する位置に設けられ放射線の線量を検出する放射線検出器と、を用いて取得する画像生成装置のコンピュータを、前記撮影対象物の撮影対象層と前記線源との距離を示す第一の距離と、前記撮影対象層と前記放射線検出器との距離を示す第二の距離との比が一定となる状態を保ったまま前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように、前記線源及び前記放射線検出器を同一の移動軸に沿って移動させる位置制御手段、前記線源と前記放射線検出器の位置の変化に応じた前記放射線検出器における検出線量に基づいて、前記撮影対象物の複数の放射線投影画像を生成するとともに、前記複数の放射線投影画像を重ね合わせた一つの合成画像を生成する放射線投影画像生成手段、前記複数の放射線投影画像それぞれについての撮影における放射線の露光時間が一定の露光時間となるように制御する露光制御手段、として機能させ、前記放射線投影画像生成手段は、前記位置制御部が前記線源と前記放射線検出器の位置を変化させている最中に、一定時間間隔で前記放射線投影画像を取得し、前記位置制御手段は、前記線源と前記放射線検出器の距離の二乗に反比例する移動速度で前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように制御することを特徴とするプログラムである。
本発明によれば、撮影対象物における所望の断層画像をより簡易な構成で、処理負荷を軽減させながら取得することができる、という効果が得られる。
本発明の第一の実施形態による画像生成装置の機能構成を示す図である。 撮影対象とする層以外の他の層による映り込みの様子を説明する図である。 本発明の第一の実施形態による線源、放射線検出器及び撮影対象物の位置関係等を示す図である。 本発明の第一の実施形態による線源及び放射線検出器の位置の変化に応じた放射線照射の様子を示す図である。 本発明の第一の実施形態による線源及び放射線検出器の位置ごとの放射線投影画像の例を示す画像である。 本発明の第一の実施形態による放射線投影画像生成部の機能を説明する第一の図である。 本発明の第一の実施形態による放射線投影画像生成部の機能を説明する第二の図である。 本発明の第一の実施形態による放射線投影画像生成部が投影画像を取得するタイミングを説明する図である。 本発明の第二の実施形態による画像生成装置の機能構成を示す図である。
<第一の実施形態>
以下、本発明の第一の実施形態による画像生成装置を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第一の実施形態による画像生成装置の機能構成を示す図である。この図において、符号1は画像生成装置である。
本実施形態による画像生成装置1は、線源10、放射線検出器11及び制御部12を備えている。図1に示すように線源10及び放射線検出器11は撮影対象物を挟んで対向するように配置される。
線源10は、放射線であるX線の線源である。線源10は一点から放射線検出器11の面に向けて均等にX線を放射する点光源であり当該放射されたX線の一部は、撮影対象物を透過して放射線検出器11に到達する。
また放射線検出器11は、フラットパネル状のX線検出器である。放射線検出器11は線源10により放射されたX線を受光して、その撮影対象物の放射線投影画像を生成する。なお放射線検出器11はフラットな面(受光面)が常に図1に示す「移動軸」に対して鉛直となるように配置されている。放射線検出器11は、例えばFPD(Flat Panel Detector)、X線II(Image Intensifier)等で構成されるものであってもよい。また、放射線検出器11は、放射線の照射に応じて感光する「放射線検出フィルム」であってもよい。
また、本実施形態による線源10及び放射線検出器11は、それぞれ図示しない可動部を有している。可動部は後述する制御部12からの所定の指示に基づいて、線源10及び放射線検出器11の位置を移動軸に沿う方向に移動させる。
制御部12は、線源10及び放射線検出器11による放射線投影画像を取得する過程における各制御を行う機能部である。制御部12は、例えば汎用のCPU(Central Processing Unit)であり、所定のプログラムを読み込ませ実行することで制御部12として機能する。なお、本実施形態による制御部12は内部に少なくとも位置制御部120及び放射線投影画像生成部121の機能を有している。
位置制御部120は、線源10及び放射線検出器11の位置を制御する機能部である。位置制御部120は、所定の移動指示を線源10及び放射線検出器11の可動部に出力して、線源10及び放射線検出器11の位置を移動させる機能部である。
また放射線投影画像生成部121は、線源10及び放射線検出器11の位置の変化に応じた放射線検出器11における検出線量に基づいて、複数の放射線投影画像を取得する機能部である。放射線投影画像生成部121はさらに、当該取得した複数の放射線投影画像を重ね合わせて合成し、所望の撮影対象層についての合成画像を生成する。複数の放射線投影画像の合成処理については後述する。
本実施形態による画像生成装置1は、例えば図1に示すような筒型形状の構造物を撮影対象物とする場合が考えられる。この場合、当該撮影対象物の検査にあたっては、利用者が検査しようとする「撮影対象層」と、撮影対象としない「他の層」の両方をX線が透過する態様となる(図1)。
図2は、撮影対象とする層以外の他の層による映り込みの様子を説明する図である。
上述した通り、撮影対象物の形状によっては、X線が撮影対象層以外の他の層を通過せざるを得ない場合がある。図1に示すように、画像生成装置1の撮影対象物が円筒形の場合、線源10が放射するX線はまず他の層を通過した後さらに撮影対象層を通過し、放射線検出器11に到達する。図2は、他の層と撮影対象層の両方を通過したX線に基づいて取得される画像の例を示している。
図2では、撮影対象層において存在する欠陥を“星マーク”で示している。画像生成装置1の利用者の立場からすれば、取得された画像においては、この“星マーク”で示す欠陥のみが鮮明に映っているのが最も理想的といえる。しかしながら、この円筒形の撮影対象物については、図2に示す通り、他の層の構造(図2の斜線で示すもの。例えば、この斜線は当該他の層に形成された溝構造であるとする。)が映り込んで表示されている。このため、取得された画像(図2)においては、撮影対象層の欠陥(星マーク)のコントラストが得られておらず不鮮明となる。
そこで本実施形態による画像生成装置1は、線源10及び放射線検出器11の位置を移動させながら複数の放射線投影画像を取得し、これらを重ね合わせて合成する処理を行い、所望の層を鮮明に映す断面画像を得る、という課題を解決する。以下に、その具体的な内容を説明する。
図3は、本発明の第一の実施形態による線源、放射線検出器及び撮影対象物の位置関係等を示す図である。
本実施形態による線源10及び放射線検出器11は、上述した通り位置制御部120の制御及び可動部に基づいて位置が変化する。図3(図1)に示す移動軸は、放射線検出器11の水平面の法線方向に一致し、同時に線源10の中心を通る直線である。線源10及び放射線検出器11は画像生成装置1に備えられた可動部の動作に基づいて、それぞれ当該移動軸に沿う方向に移動することができる。
ここで図3に示すように、撮影対象物の撮影対象層と線源10との距離を「第一の距離」(d1)とし、また当該撮影対象層と放射線検出器11との距離を「第二の距離」(d2)とする。この場合において、本実施形態による位置制御部120は、第一の距離d1と第二の距離d2の比が一定となる状態を保ったまま第一の距離d1と第二の距離d2とが変化するように制御することを特徴とする。
図4は、本発明の第一の実施形態による線源及び放射線検出器の位置の変化に応じた放射線照射の様子を示す図である。
図4(a)は、ある状態における線源10、放射線検出器11及び撮影対象物の位置関係を示している。この状態における第一の距離は「d1」であり、第二の距離は「d2」であったとする(図4(a))。
図4(b)は、位置制御部120が、図4(a)の状態から線源10及び放射線検出器11の位置を移動軸に沿って移動させた後の状態を示している。この状態における第一の距離は「d1’」であり、一方、第二の距離は「d2’」である。なお、位置制御部120は上述した通り、第一の距離と第二の距離の比は一定の状態を保ったまま、線源10及び放射線検出器11の位置を移動させる。すなわちこの場合においては、d1:d2=d1’:d2’の等式が成り立つ。なおこの説明においてはd1<d1’とする。
図4(c)は、位置制御部120が、図4(b)の状態からさらに線源10及び放射線検出器11の位置を移動軸に沿って移動させた後の状態を示している。この状態における第一の距離は「d1”」であり、一方、第二の距離は「d2”」である。なお、位置制御部120は上述した通り、第一の距離と第二の距離の比は一定の状態を保ったまま、線源10及び放射線検出器11の位置を移動させる。すなわちこの場合においては、d1:d2=(d1’:d2’=)d1”:d2”の等式が成り立つ。なおこの説明においてはd1’<d1”とする。
次に、図4(a)、(b)、(c)それぞれの場合において放射線検出器11に投影される撮影対象層及び他の層の範囲について説明する。まず図4(a)においては、他の層においては「x1」で示す範囲が、撮影対象層においては「x2」で示す範囲が放射線検出器11に投影されることとなる。一方、図4(b)においては、他の層においては「x1’」で示す範囲が、撮影対象層においては「x2’」で示す範囲が放射線検出器11に投影される。同様に図4(c)においては、他の層においては「x1”」で示す範囲が、撮影対象層においては「x2”」で示す範囲が放射線検出器11に投影される。
ここで、位置制御部120が第一の距離と第二の距離との比を一定に保ちながら距離を移動させることから、図4(a)の状態から図4(c)の状態へと推移した場合でも、撮影対象層の投影範囲x2、x2’、x2”はいずれも一定である(x2=x2’=x2”)。したがって、位置制御部120が線源10及び放射線検出器11の位置を変化させる過程において、放射線検出器11に投影される撮影対象層の範囲は変化しない。
一方、他の層における投影範囲は、図4(a)の状態から図4(c)の状態へと推移した場合、撮影対象層の投影範囲x1、x1’、x1”は徐々に大きくなるように変化する(x1<x1’<x1”)。したがって、位置制御部120が線源10及び放射線検出器11の位置を変化させる過程において、放射線検出器11に投影される他の層の範囲は徐々に広がっていく。
図5は、本発明の第一の実施形態による線源及び放射線検出器の位置ごとの放射線投影画像の例を示す画像である。
図5(a)、(b)、(c)は、図4(a)、(b)、(c)それぞれの場合において放射線投影画像生成部121が取得する放射線投影画像の例である。例えば図5(a)に示す放射線投影画像は、図4(a)の状態すなわち第一の距離が「d1」、第二の距離が「d2」の場合において取得された放射線投影画像である。
ここで図5(a)と図5(b)の放射線投影画像について比較する。まず、図4(a)の状態と図4(b)の状態とを比較すると、撮影対象層における投影範囲は変化していない(x2=x2’)のに対し、他の層における投影範囲は大きくなっている(x1<x1’)。したがって、図5(a)、図5(b)において投影される撮影対象層における欠陥はその投影位置が変化することはないが、他の層の構造による映り込みについては、その投影範囲が広がる方向に変化する。
次に、図5(b)と図5(c)の放射線投影画像について比較する。まず、図4(b)の状態と図4(c)の状態とを比較すると、撮影対象層における投影範囲は上記と同様に変化していない(x2’=x2”)のに対し、他の層における投影範囲はさらに大きくなる方向に変化している(x1’<x1”)。したがって、図5(b)、図5(c)において投影される撮影対象層における欠陥はその投影位置が変化することはないが、他の層の構造による映り込みについては、その投影範囲がさらに広がる方向に変化する。
放射線投影画像生成部121は、位置制御部120が線源10及び放射線検出器11の位置を変化させる過程において、図5に示すような放射線投影画像を複数取得する。そして、放射線投影画像生成部121は、取得した複数の放射線投影画像を重ね合わせて一つの合成画像を生成する。
図6は、本発明の第一の実施形態による放射線投影画像生成部の機能を説明する図である。
本実施形態による放射線投影画像生成部121は、取得した複数の放射線投影画像における画素ごとの輝度を加算して合成する処理を行う。ここで、図6を参照しながら当該合成処理の具体的内容を説明する。
図6では、説明の便宜上、放射線検出器11において検出されるX線の投影画像が3×3画素で構成されるものであるとする。そして、撮影対象層における欠陥が当該3×3画素のうちの中央の画素に該当する位置に存在していたとする。図6左上に示す図(真の状態P0)は、X線投影によりこの欠陥を有する層のみを捉えた場合、放射線検出器11において検出される各画素に生じ得る輝度を数値化したものである。すなわち、3×3画素のうち中央のみに輝度「10」として映し出された画像は、真の状態(撮影対象層における欠陥)を正確に捉えた理想的な画像である。
撮影対象層以外にX線が透過する他の層がない場合、画像生成装置1はこの真の状態を反映した放射線投影画像を直接取得することができる。しかしながら上述した通り、X線が同時に撮影対象層以外の他の層を透過する場合、当該他の層の構造が一緒に映り込んでしまう。このような状態で画像生成装置1が取得した画像を図6中央(放射線投影画像P1、P2、P3)に示す。
他の層の構造が一緒に映り込んでしまう状況下においても真の状態(撮影対象層における欠陥)を判別するため、放射線投影画像生成部121がこの撮影対象物に対しX線の投影を複数回行い、放射線投影画像P1、P2、P3を取得したとする。ここで、放射線投影画像P1、P2、P3は、図4に示したように線源10及び放射線検出器11のそれぞれ異なる位置で取得された放射線投影画像である。なお、放射線投影画像P1、P2、P3の各画素に示す数値はその画素における輝度を表している。
例えば生成された放射線投影画像P1において、欠陥が存在する中央の画素は、撮影対象層の欠陥に他の層による映り込みが重なって輝度「20」となっている。さらに当該中央の画素以外の画素においても、他の層の構造による映り込みにより輝度「10」となっている。その結果、欠陥が検出されるはずの中央の画素とそれ以外の他の画素との輝度比が、「真の状態」として検出されるべき画像(P0)よりも小さくなっており、当該欠陥を判別しにくい状態となっている。
また放射線投影画像P2では、欠陥が存在する中央の画素は、輝度「10」となっており、当該中央の画素以外の画素においても、他の層の構造に基づいて同様に輝度「10」となって映り込んでいる。その結果、欠陥が存在する箇所は他の画素と同一の輝度となり、「真の状態」として検出されるべき画像(P0)のように一画素分の欠陥を判別できない状態となっている。
放射線投影画像P3では放射線投影画像P1と同様に、欠陥が存在する中央の画素は、撮影対象層の欠陥に他の層による映り込みが重なって輝度「20」となっており、さらに当該中央の画素以外の画素においても、他の層の構造による映り込みで輝度「10」となっている。
ここで放射線投影画像生成部121は、放射線投影画像P1、P2、P3における各輝度を、それぞれ画素ごとに加算する処理を行う。このようにして得た合成画像を図6右下(合成画像P4)に示す。図6右下に示す合成画像は、上述した通り放射線投影画像P1、P2、P3のそれぞれの画素の輝度を、各画素それぞれについてそのまま加算することで生成された合成画像である。
この合成画像によると、他の層による映り込み(中央以外の画素の輝度)は、均一化されている(輝度「10」〜「20」)のに対し、欠陥が存在する場所は強調され輝度「50」として表示されている。これは、図4及び図5で説明した通り、位置制御部120が線源10及び放射線検出器11の位置を変化させる過程において、撮影対象層においての投影範囲は変化しないのに対し、他の層における投影範囲は、第一の距離及び第二の距離が変化するに伴って変化することに起因する。
すなわち、各画素の輝度を加算した場合において、放射線投影画像P1、P2、P3を通じて中央の画素に投影され続ける欠陥は、放射線投影画像P1、P2、P3それぞれにおいて異なる位置に投影される他の層の構造よりも鮮明に中央の画素に表示されることとなる。画像生成装置1の利用者は、放射線投影画像生成部121が生成した合成画像(図6)を参照することで欠陥の様子を認知することができる。
図7は、本発明の第一の実施形態による放射線投影画像生成部の機能を説明する第二の図である。
ここで、図5(a)、(b)、(c)に示した各放射線投影画像について、本実施の形態による放射線投影画像生成部121が輝度の加算処理による合成を行って取得した合成画像を図7に示す。放射線投影画像生成部121は、図5(a)、(b)、(c)に示す各放射線投影画像の画素ごとの輝度をそのまま加算した結果、図7に示すような合成画像を得る。図7に示す合成画像では、撮影対象層における欠陥(星マーク、ハートマークなどで表す)が明確に浮かび上がっている。一方、他の層における構造の映り込みは、合成処理の結果均一化され、逆に不明確となっている。
本実施形態による画像生成装置1によれば、線源10及び放射線検出器11の可動部は、いずれも移動軸に沿った直線的な動機構のみで構成されるため、従来のX線検査装置(照射角度を変えながら複数回の撮影を行うトモシンセシス撮影技術)に比べ簡易な構成で実現することができる。
また、照射角度を変えながら撮影を行う場合においては、複数の放射線投影画像に投影される撮影対象物の位置や大きさを照射角度ごとに補正するために、放射線投影画像の各々に対し所定の演算処理を行う必要が生じる。一方、本実施形態による放射線投影画像生成部121は、取得した複数の放射線投影画像に渡り、画素ごとの輝度をそのまま加算するだけで合成画像を得ることができる。したがって、本実施形態による画像生成装置1は、従来のX線検査装置において必須であった、画像再構成のための複雑な演算システムを廃することができる。
以上、本実施形態の画像生成装置1によれば、撮影対象物における所望の断層画像をより簡易な構成で、処理負荷を軽減させながら取得することができる、という効果が得られる。
なお、画像生成装置1は、さらに以下に説明するような機能を有していてもよい。
本実施形態による放射線投影画像生成部121は、位置制御部120が線源10と放射線検出器11の位置を変化させている最中に、一定時間間隔で放射線投影画像を取得するものとする。そして位置制御部120は、線源10と放射線検出器11の距離の二乗に反比例する移動速度で第一の距離と第二の距離とが変化するように制御するようにしてもよい。
図8は、本発明の第一の実施形態による放射線投影画像生成部が投影画像を取得するタイミングを説明する図である。
上述したように、放射線投影画像生成部121が一定時間間隔で放射線投影画像を取得するという前提において、位置制御部120は、線源10と放射線検出器11の距離の二乗に反比例する移動速度で当該線源10及び放射線検出器11の位置を変化させる。放射線投影画像生成部121及び位置制御部120がこのような制御を行った場合、各画像が取得されるタイミングにおける線源10の位置(画像取得ポイント)を図8に示す。
位置制御部120は、線源10が撮影対象物及び放射線検出器11から遠ざける過程において、当該線源10と放射線検出器11が遠ざかるほどその移動速度が距離の二乗に反比例して低速化させるように制御する。この場合、線源10についての画像取得ポイントは、図8に示すように、線源10と放射線検出器11の距離が近いほどその画像取得ポイントが“疎”になる一方、線源10と放射線検出器11の距離が遠いほどその画像取得ポイントが“密”になる。
ここで点光源から距離dだけ離れた面に照射される光量は、距離dの二乗に反比例することが一般的に知られている。したがって、全ての放射線投影画像ごとの露光時間が一定であることを前提とすれば、線源10がポイントAにあるときに取得した放射線投影画像は、線源10がポイントBにあるときに取得した放射線投影画像よりもその全画素の平均輝度が高いものになる。このような放射線投影画像ごとの平均輝度差が生じているものをそのまま合成しても、平均輝度が低い放射線投影画像(ポイントB)よりも、平均輝度が高い放射線投影画像(ポイントA)の方が、その合成画像に与える影響度が高くなるため、図6で説明したような欠陥のみを鮮明化する効果が得られにくいものとなる。
例えば、図6において、放射性投影画像P1、P2、P3は、その順に線源10と放射線検出器11の距離が遠ざかりながら撮影されたものであって、放射性投影画像P2及びP3の平均輝度が放射線投影画像P1の平均輝度に比べて極めて小さいものであったとする。この場合、放射性投影画像P1〜P3の輝度を全てそのまま加算したとしてもその合成画像P4は、ほとんど放射線投影画像P1と変わらないものとなる。すなわちこの場合、放射性投影画像P2及びP3は、放射線投影画像P1よりも、合成画像P4に対して「影響度が小さい」と考えられる。この場合、放射性投影画像P1、P2、P3をそのまま輝度加算するのみでは、図6で説明したような撮影対象層の欠陥が撮影される画素のみを強調するような効果はほとんど得られない。
したがって、放射性投影画像P2及びP3は、合成画像P4に対し放射線投影画像P1と同等の影響度を有するように撮影されることが必要である。このような課題を解決する手法の一つとして、放射線投影画像P1を撮影した地点付近よりも放射性投影画像P2及びP3を撮影した地点付近の撮影画像数を、放射線投影画像P1を撮影した地点付近よりも多く取得すればよい。このようにすれば、これらの全ての画像を合成した場合において、放射線投影画像P2及びP3付近で撮影した画像の影響度がその枚数分だけ増加して、その影響度が放射線投影画像P1の一枚と同等なものとなる。
よって図8に示したように、画像生成装置1は、線源10と放射線検出器11の距離が近いほどその画像取得ポイントを“疎”とし、当該線源10と放射線検出器11が遠ざかるほど画像取得ポイントが“密”となるように放射線投影画像を複数枚取得する。このようにすることで、画像生成装置1は、距離が近い場合に取得した放射線投影画像と、距離が遠い場合に取得した放射線投影画像の合成画像に対する影響度を、単位移動距離ごとで均一化させることができる。
なお、上述した影響度を均一化する機能を実現するにあたっては、放射線投影画像生成部121が所定のデジタル処理をもって放射線投影画像ごとの平均輝度を調整してから合成画像を生成するような態様であってもよい。例えば、放射線投影画像生成部121は、放射線投影画像P2の平均輝度が放射線投影画像P1の平均輝度の1/10であることを検知して、放射線投影画像P2の輝度をデジタル処理で10倍に補正してから合成画像P4を出力する。このようにすることで、取得する枚数を増やさないで上述した機能と同等の効果を得ることができる。
なお本実施形態による画像生成装置1は、利用者が撮影対象物を当該画像生成装置1に設置する際において、撮影対象物の撮影対象層を配置すべき「合わせ位置」を予め定めておいてもよい。このようにすれば、利用者は当該定められた「合わせ位置」に撮影対象層を合わせながらこの撮影対象物を設置することで、所望の層を撮影対象層として指定することができる。
また、画像生成装置1は、所定のユーザインターフェイスを介して具体的に第一の距離、第二の距離の何れか一方または両方の入力を受け付けることで、利用者が撮影対象層を指定できるようにしてもよい。
<第二の実施形態>
以下、本発明の第二の実施形態による画像生成装置を、図面を参照して説明する。
図9は、本発明の第二の実施形態による画像生成装置の機能構成を示す図である。この図において、本実施形態による画像生成装置1は、制御部12が露光制御部122を備えている点が、第一の実施形態による画像生成装置1と異なっている。なお、第一の実施形態による画像生成装置1と同一の機能構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
露光制御部122は、放射線投影画像生成部121が複数の放射線投影画像を取得するにあたり、当該放射線投影画像ごとにおける線源10に対する放射線検出器11の露光時間を制御する機能部である。本実施形態による露光制御部122は、線源10と放射線検出器の距離の二乗に比例する露光時間となるよう、前記複数の放射線投影画像それぞれについての撮影におけるX線の露光時間を制御する。なおこの場合、放射線投影画像生成部121は一定時間間隔で放射線投影画像を取得し、さらに位置制御部120は、線源10と放射線検出器11の距離を一定の速度で変化させることを前提とする。
ここで、上述した通り点光源から距離dだけ離れた面に照射される光量は、距離dの二乗に反比例する。そこで線源10と放射線検出器11の距離が遠ざかるほど露光制御部122が線源10の露光時間を長くすることで各放射線投影画像の輝度を均一化することができる。
なお、本実施形態による位置制御部120は、露光制御部122による露光処理中においては線源10及び放射線検出器11の位置を固定したまま変化させないような制御を行ってもよい。
以上、本実施形態による画像生成装置1によれば、位置制御部120及び放射線投影画像生成部121による複雑な制御を要することなく所望する層の状態を写す合成画像を取得することができる。
また、本実施形態による画像生成装置1は上述した態様の代わりに、以下のような制御を行ってもよい。
まず露光制御部122は、全ての放射線投影画像それぞれについての撮影における露光時間が一定となるように制御する。また位置制御部120は、第一の距離及び第二の距離が一定の速度で変化するように線源10及び放射線検出器11の位置を移動させる。そしてこの条件下において、放射線投影画像生成部121は、線源10と前記放射線検出器11の距離の二乗に反比例する時間間隔で、複数の放射線投影画像を撮影するようにしてもよい。
このようにすることで、位置制御部120の制御に基づき線源10が撮影対象物及び放射線検出器11から遠ざかるにつれ、撮影枚数が距離の二乗に比例して増加することとなる。線源10についての画像取得ポイントは、第一の実施形態において図8に示したものと同様に、線源10と放射線検出器11の距離が近いほどその画像取得ポイントが“疎”になり、線源10と放射線検出器11の距離が遠いほどその画像取得ポイントが“密”になる。
<第三の実施形態>
以下、本発明の第三の実施形態による画像生成装置を、図面を参照して説明する。
本発明の第三の実施形態による画像生成装置の機能構成は、第二の実施形態による画像生成装置(図9)と同等である。なお、第一の実施形態及び第二の実施形態による画像生成装置1と同一の機能構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態による放射線投影画像生成部121は、線源10及び放射線検出器11の位置の変化に応じた放射線検出器11における検出線量に基づいて一枚の放射線投影画像を取得する機能部である。本実施形態による放射線投影画像生成部121は複数の放射線投影画像の合成処理などは行わない。
位置制御部120は、線源10及び放射線検出器11の位置を制御する機能部である。本実施形態による位置制御部120は、線源10と放射線検出器11の距離の二乗に反比例する移動速度で当該線源10及び放射線検出器11の位置を変化させる。
そして本実施形態による露光制御部122は、位置制御部120が線源10及び放射線検出器11の位置を変化させる過程において、放射線検出器11において連続的に露光が行われるように露光時間を制御することを特徴とする。
この場合、線源10及び放射線検出器11の移動中、放射線検出器11において連続露光が行われる。ここで放射線投影画像生成部121が、当該連続露光中に積算された検出線量に基づいて一つの放射線投影画像を取得することで、所望の断層面が投影された放射線投影画像を得ることができる。
本実施形態による画像生成装置1によれば、複数の放射線投影画像の電子的な合成処理等も不要となるため、より簡便な制御のみで撮影対象物における所望の断層画像を取得することができる。また本実施形態であれば、放射線検出器11に「放射線検出フィルム」を用いる場合であっても、これを継続的に放射線で感光させるフィルム撮影を行うだけで簡単に断面画像を取得することができる。
なお、本発明の他の実施形態による画像生成装置は、上述した第一の実施形態、第二の実施形態及び第三の実施形態による画像生成装置1における各機能の全てを有する態様であっても構わない。また、当該他の実施形態による画像生成装置の利用者は、いずれの機能を使用して断層画像を取得するかを選択できる態様であってもよい。
また、上述した第一の実施形態、第二の実施形態及び第三の実施形態による画像生成装置1の説明において、いずれも撮影対象物を円筒形であるとして説明したが、本発明の各実施形態においては、この態様に限定されることはない。すなわち、撮影対象物は三以上の複数層からなる構造物でもよいし、バルク状の構造物であっても構わない。
また、上述した第一の実施形態、第二の実施形態及び第三の実施形態による画像生成装置1は、内部にコンピュータシステムを有していてもよい。そして、画像生成装置1の位置制御部120、放射線投影画像生成部121、露光制御部122における各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって上記処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
1・・・画像生成装置
10・・・線源
11・・・放射線検出器
12・・・制御部
120・・・位置制御部
121・・・放射線投影画像生成部
122・・・露光制御部

Claims (6)

  1. 撮影対象物の特定の層の画像を取得する画像生成装置であって、
    放射線を放射する線源と、
    前記撮影対象物を挟んで前記線源に対向する位置に設けられ放射線の線量を検出する放射線検出器と、
    前記撮影対象物の撮影対象層と前記線源との距離を示す第一の距離と、前記撮影対象層と前記放射線検出器との距離を示す第二の距離との比が一定となる状態を保ったまま前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように、前記線源及び前記放射線検出器を同一の移動軸に沿って移動させる位置制御部と、
    前記線源と前記放射線検出器の位置の変化に応じた前記放射線検出器における検出線量に基づいて、前記撮影対象物の複数の放射線投影画像を生成するとともに、前記複数の放射線投影画像を重ね合わせた一つの合成画像を生成する放射線投影画像生成部と、
    前記複数の放射線投影画像それぞれについての撮影における放射線の露光時間が一定の露光時間となるように制御する露光制御部と、
    を備え、
    前記放射線投影画像生成部は、
    前記位置制御部が前記線源と前記放射線検出器の位置を変化させている最中に、一定時間間隔で前記放射線投影画像を取得し、
    前記位置制御部は、
    前記線源と前記放射線検出器の距離の二乗に反比例する移動速度で前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように制御する
    ことを特徴とする画像生成装置。
  2. 撮影対象物の特定の層の画像を取得する画像生成装置であって、
    放射線を放射する線源と、
    前記撮影対象物を挟んで前記線源に対向する位置に設けられ放射線の線量を検出する放射線検出器と、
    前記撮影対象物の撮影対象層と前記線源との距離を示す第一の距離と、前記撮影対象層と前記放射線検出器との距離を示す第二の距離との比が一定となる状態を保ったまま前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように、前記線源及び前記放射線検出器を同一の移動軸に沿って移動させる位置制御部と、
    前記線源と前記放射線検出器の位置の変化に応じた前記放射線検出器における検出線量に基づいて、前記撮影対象物の複数の放射線投影画像を生成するとともに、複数の前記放射線投影画像を重ね合わせた一つの合成画像を生成する放射線投影画像生成部と、
    前記線源と前記放射線検出器の距離の二乗に比例する露光時間となるよう、前記複数の放射線投影画像それぞれについての撮影における放射線の露光時間を制御する露光制御部と、
    を備え、
    前記放射線投影画像生成部は、
    前記位置制御部が前記線源と前記放射線検出器の位置を変化させている最中に、一定時間間隔で前記放射線投影画像を取得し、
    前記位置制御部は、
    一定の移動速度で前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように制御する
    ことを特徴とする画像生成装置。
  3. 撮影対象物の特定の層の画像を取得する画像生成装置であって、
    放射線を放射する線源と、
    前記撮影対象物を挟んで前記線源に対向する位置に設けられ放射線の線量を検出する放射線検出器と、
    前記撮影対象物の撮影対象層と前記線源との距離を示す第一の距離と、前記撮影対象層と前記放射線検出器との距離を示す第二の距離との比が一定となる状態を保ったまま前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように、前記線源及び前記放射線検出器を同一の移動軸に沿って移動させる位置制御部と、
    前記線源と前記放射線検出器の位置の変化に応じた前記放射線検出器における検出線量に基づいて、前記撮影対象物の複数の放射線投影画像を生成するとともに、複数の前記放射線投影画像を重ね合わせた一つの合成画像を生成する放射線投影画像生成部と、
    前記複数の放射線投影画像それぞれについての撮影における放射線の露光時間が一定の露光時間となるように制御する露光制御部と、
    を備え、
    前記位置制御部は、
    一定の移動速度で前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように制御し、
    前記放射線投影画像生成部は、
    前記線源と前記放射線検出器の距離の二乗に反比例する時間間隔で、前記複数の放射線投影画像を撮影する
    ことを特徴とする画像生成装置。
  4. 撮影対象物の特定の層の画像を取得する画像生成装置であって、
    放射線を放射する線源と、
    前記撮影対象物を挟んで前記線源に対向する位置に設けられ放射線の線量を検出する放射線検出器と、
    前記撮影対象物の撮影対象層と前記線源との距離を示す第一の距離と、前記撮影対象層と前記放射線検出器との距離を示す第二の距離との比が一定となる状態を保ったまま前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように、前記線源及び前記放射線検出器を同一の移動軸に沿って移動させる位置制御部と、
    前記位置制御部が前記線源と前記放射線検出器の位置を変化させている最中に、放射線の露光が連続的に行われるように制御する露光制御部と、
    前記線源と前記放射線検出器の位置の変化中において連続的に検出した放射線の線量を画素ごとに積算した一つの合成画像を生成する放射線投影画像生成部と、
    前記位置制御部は、
    前記線源と前記放射線検出器の距離の二乗に反比例する移動速度で前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように制御する
    ことを特徴とする画像生成装置。
  5. 撮影対象物の特定の層の画像を、放射線を放射する線源と、前記撮影対象物を挟んで前記線源に対向する位置に設けられ放射線の線量を検出する放射線検出器と、を用いて取得する画像生成方法であって、
    前記撮影対象物の撮影対象層と前記線源との距離を示す第一の距離と、前記撮影対象層と前記放射線検出器との距離を示す第二の距離との比が一定となる状態を保ったまま前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように、前記線源及び前記放射線検出器を同一の移動軸に沿って移動させる位置制御ステップと、
    前記線源と前記放射線検出器の位置の変化に応じた前記放射線検出器における検出線量に基づいて、前記撮影対象物の複数の放射線投影画像を生成するとともに、前記複数の放射線投影画像を重ね合わせた一つの合成画像を生成する放射線投影画像生成ステップと、
    前記複数の放射線投影画像それぞれについての撮影における放射線の露光時間が一定の露光時間となるように制御する露光制御ステップと、
    を有し、
    前記放射線投影画像生成ステップにおいて、
    前記位置制御ステップで前記線源と前記放射線検出器の位置を変化させている最中に、一定時間間隔で前記放射線投影画像を取得し、
    前記位置制御ステップにおいて、
    前記線源と前記放射線検出器の距離の二乗に反比例する移動速度で前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように制御する
    ことを特徴とする画像生成方法。
  6. 撮影対象物の特定の層の画像を、放射線を放射する線源と、前記撮影対象物を挟んで前記線源に対向する位置に設けられ放射線の線量を検出する放射線検出器と、を用いて取得する画像生成装置のコンピュータを、
    前記撮影対象物の撮影対象層と前記線源との距離を示す第一の距離と、前記撮影対象層と前記放射線検出器との距離を示す第二の距離との比が一定となる状態を保ったまま前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように、前記線源及び前記放射線検出器を同一の移動軸に沿って移動させる位置制御手段、
    前記線源と前記放射線検出器の位置の変化に応じた前記放射線検出器における検出線量に基づいて、前記撮影対象物の複数の放射線投影画像を生成するとともに、前記複数の放射線投影画像を重ね合わせた一つの合成画像を生成する放射線投影画像生成手段、
    前記複数の放射線投影画像それぞれについての撮影における放射線の露光時間が一定の露光時間となるように制御する露光制御手段、
    として機能させ、
    前記放射線投影画像生成手段は、
    前記位置制御手段が前記線源と前記放射線検出器の位置を変化させている最中に、一定時間間隔で前記放射線投影画像を取得し、
    前記位置制御手段は、
    前記線源と前記放射線検出器の距離の二乗に反比例する移動速度で前記第一の距離と前記第二の距離とが変化するように制御する
    ことを特徴とするプログラム。
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