JP6161346B2 - 撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、医療診断における一般撮像などの静止画撮像や透視撮像などの動画撮像に好適に用いられる撮像システムに関する。

近年、放射線による医療画像診断や非破壊検査に用いる撮像装置として、半導体材料によって形成された平面検出器（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下検出器と略す）を用いた放射線撮像装置が実用化され始めている。このような放射線撮像装置は、例えば医療画像診断においては、一般撮像のような静止画撮像や、透視撮像のような動画撮像のデジタル撮像装置として用いられている。検出器としては、放射線を光電変換素子が感知可能な波長帯域の光に変換する蛍光体と、変換された可視光を検出するセンサとしての固体撮像素子を組み合わせた間接変換型の検出器が知られている。撮像装置としては、例えば、乳房撮影用、胸部撮影用には最大４３ｃｍ角のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を用いた大面積の静止画撮像装置が実用化されている。

ここで、放射線撮像装置に求められる技術的課題としては、高感度、高速読取り技術、大型化、低コスト化等が挙げられる。しかし、アモルファスシリコンは、半導体の特性が十分でなく、特に高感度、高速読み取りの部分で求められている要求の実現が困難になっている。そこで、アモルファスシリコンを用いた撮像素子の欠点を補うために大面積のＣＭＯＳ型撮像素子をタイル貼りした構成が近年実用化されている。

しかしながら、従来のＣＭＯＳ型撮像素子等の増幅型撮像素子には、固体撮像素子に蛍光体を透過して放射線が照射されてしまう場合があり、その場合、可視光による画像信号に、直接入射した放射線によるノイズ信号が重畳してしまうという不都合がある。この固体撮像素子に直接入射した放射線によるノイズ信号をブリンカーノイズと呼ぶ。

特許文献１には、放射線発生器と、放射線発生器から被写体に照射され被写体を透過した放射線を電気信号に変換する放射線センサとを有する放射線撮像装置が開示されている。放射線の照射時間内に放射線センサの画素ごとの信号値を２回読み出す。ブリンカーノイズ成分は放射線の照射時間内に第１の読み出しによって読み出された画素ごとの第１の信号と、第１の読み出しの後に第２の読み出しによって読み出された放射線照射時間内の画素ごとの第２の信号との差分を算出する。これによって、被写体成分を除去することでブリンカーノイズ成分を抽出し、第１の信号と第２の信号とを加算し、加算した値からノイズ成分の絶対値を減算することでノイズ成分を除去する。

特許第３８９４５３４号公報

特許文献１では、放射線照射時間内に２回読み出した第１の信号と第２の信号の差分を算出することで、画像の被写体を除去し、ブリンカーノイズの成分を抽出しようとしている。しかし、特許文献１の方法では、放射線照射時間内に２回読み出した第１の信号と第２の信号に全く同じ量の放射線が当たっていなければ第１の信号と第２の信号の差分を算出したときに、被写体成分が完全に除去できず、ブリンカーノイズ成分を抽出できない。実際には、放射線発生器から放射される放射線は常に一定の量が出ているわけではなく、常に無作為に変動しているため、第１の信号に当たる放射線の量と、第２の信号に当たる放射線の量を全く同じに制御等することは事実上不可能である。

本発明の目的は、特殊な機構が不要であり、簡単な処理で、ブリンカーノイズを抽出して除去することができる撮像システムを提供することである。

本発明の撮像システムは、放射線を光に変換する変換部と、前記変換部によって変換された光を電気信号に変換する複数の画素と、前記複数の画素から読み出された信号に基づく画像を基に、前記変換部を透過して前記画素に到達した放射線によって生じるノイズが発生した画素を抽出する抽出部と、前記抽出部により抽出された画素から読み出された信号に対して、前記ノイズを除去するための補正を行う補正部とを有し、前記抽出部は、前記変換部に放射線が照射される放射線照射期間のうちの第１の期間に前記変換部に照射された放射線に応じて前記複数の画素から読み出された信号に基づく第１の画像と前記放射線照射期間のうちの前記第１の期間の後の第２の期間に前記変換部に照射された放射線に応じて前記複数の画素から読み出された信号に基づく第２の画像とを除算し、さらに、前記放射線照射期間のうちの前記第１の期間の後かつ前記第２の期間の前の第３の期間に前記変換部に照射された放射線に応じて前記複数の画素から読み出された信号に基づく第３の画像と前記第２の画像とを除算し、前記第１の画像及び前記第２の画像の除算結果と前記第３の画像と前記第２の画像の除算結果を用いた論理演算を行うことにより、前記ノイズが発生した画素を抽出することを特徴とする。

簡単な処理で、ブリンカーノイズを抽出して除去することができ、診断能力を向上させることができる。また、特殊な機構・部材を必要とせずにノイズの除去が行えるため、コストの上昇を抑制することができる。

第１の実施形態による撮像システムのブロック図である。 第１の実施形態の撮像素子の全体回路を示す図である。 第１の実施形態の撮像素子の１画素の回路図である。 第１の実施形態による読み出し動作のタイミングチャートである。 第１の実施形態による読み出し動作を示す図である。 ノイズ発生画素の抽出の原理を説明するための図である。 ノイズ発生画素抽出及びノイズ除去の例を説明するための図である。 第２の実施形態による読み出し動作を示す図である。 第２の実施形態によるノイズ発生画素抽出の説明図である。 第３の実施形態による読み出し動作のタイミングチャートである。 第３の実施形態による読み出し動作を示す図である。 ノイズ発生画素抽出及びノイズ除去の例を説明するための図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による放射線撮像システムの構成例を示す図である。放射線撮像システムは、撮像装置１００、 コンピュータ１０８、放射線制御装置１０９、放射線発生装置１１０、制御卓１１３及び表示装置１１４を有する。放射線発生装置１１０は、放射線（例えばＸ線）を照射する。撮像装置１００は、蛍光体１０１と、撮像素子１０２と、駆動回路１０３と、読出回路１０４と、信号処理部１０５と、制御部１０６と、電源部１０７とを有する。蛍光体１０１は、放射線を撮像素子（光電変換素子）１０２が感知可能な波長帯域の光に変換する変換部である。撮像素子１０２は、蛍光体１０１によって変換された光を電気信号に変換する複数の画素を有する。駆動回路１０３は、撮像素子１０２を駆動する。読出回路１０４は、駆動された撮像素子１０２からの電気信号を画像データとして出力する。信号処理部１０５は、読み出し回路１０４からの画像データを処理して出力する。制御部１０６は、各構成要素に夫々制御信号を供給して、読出回路１０４と駆動回路１０３の動作を制御する。電源部１０７は、各構成要素に夫々バイアス電圧を供給する。信号処理部１０５は、後述するコンピュータ１０８から制御信号を入力し、制御部１０６に制御信号を出力する。電源部１０７は、不図示の外部電源や内蔵バッテリから電圧を受けて、検出部１０１、駆動回路１０３、読出回路１０４に必要な電圧を供給するレギュレータ等を有する。コンピュータ１０８は、放射線の照射条件を決定する制御信号を制御卓１１３から入力し、放射線制御装置１０９と撮像装置１００を同期し、曝射要求信号を放射線制御装置１０９に出力し、状態を決定する制御信号を撮像装置１００に出力する。また、コンピュータ１０８は、画像情報を蓄積するフレームメモリ１１５を内蔵し、信号処理部１０５からの画像データに対して後述する画像演算を行い、さらに表示のための画像処理を行い、表示装置１１４に出力する。放射線制御装置１０９は、コンピュータ１０８から曝射要求信号を入力し、放射線源１１１や照射絞り機構１１２に制御信号を出力する。制御卓１１３は、各種制御のためのパラメータとして放射線撮影条件の入力や曝射要求の信号をコンピュータ１０８に出力する。表示装置１１４は、コンピュータ１０８で画像処理された画像データを表示する。

次に、図２及び図３を用いて、図１の撮像装置１００について説明する。なお、本実施形態においては、低消費電力で駆動でき、光電変換を行う素子とその周辺の駆動ための素子とが、同一回路内に形成されるＣＭＯＳ型の固体撮像素子を用いた場合について説明する。

図２は、本実施形態の撮像装置１００の構成例を示す図である。撮像素子１０２は、行列状に配置された複数の画素Ｓ１１〜Ｓｍｎを有する。図２において、画素Ｓ１１〜Ｓｍｎは、ｍ列ｎ行に配置された各々の画素を表す。転送選択線ＴＸ１〜ＴＸｍ、リセット線ＲＥＳ１〜ＲＥＳｍ、行選択線ＳＥＬ１〜ＳＥＬｍは、駆動回路１０３から各画素Ｓ１１〜Ｓｍｎに接続されており、画素Ｓ１１〜Ｓｍｎ内のトランジスタを制御する駆動信号を、画素Ｓ１１〜Ｓｍｎの行単位に供給する。また、各画素Ｓ１１〜Ｓｍｎからの出力は、列ごとの信号線ＳＩＧ１〜ＳＩＧｎに接続されている。列方向に配列された複数の信号線ＳＩＧ１〜ＳＩＧｎは、複数の画素Ｓ１１〜Ｓｍｎから出力された電気信号を並列に読出回路１０４に出力する。

図３は、撮像素子１０２の１画素の回路図である。図３では、ｍ行ｎ列目の画素Ｓｍｎの構成例を示しているが、他の画素も同様の構成を有する。画素Ｓｍｎは、フォトダイオードＰＤと、転送トランジスタＴＸと、コンデンサＣｇと、リセットトランジスタＭ１と、行選択トランジスタＭ２と、増幅トランジスタＭ３とを有する。フォトダイオードＰＤは、入射光を電気信号に変換し、蓄積する。転送トランジスタＴＸは、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷をコンデンサＣｇへ転送する。コンデンサＣｇは、フォトダイオードＰＤから転送された電荷を蓄積する。リセットトランジスタＭ１は、コンデンサＣｇに蓄積される電気信号をリセットするリセット部である。行選択トランジスタＭ２は、画素の行選択を行う。増幅トランジスタＭ３は、コンデンサＣｇに蓄積された電荷の増幅を行う。フォトダイオードＰＤは、アノードが転送トランジスタＭ１のドレインに接続され、カソードがグランド電位ノードに接続されている。転送トランジスタＴＸのゲートは、転送選択線ＴＸｍに接続されている。リセットトランジスタＭ１のゲートは、リセット線ＲＥＳｍに接続されている。リセットトランジスタＭ１のドレインには、リセット電圧ＶＲが供給される。行選択トランジスタＭ２のゲートは、行選択線ＳＥＬｍに接続されている。行選択トランジスタＭ２のドレインは、電源電圧ＶＤＤのノードに接続されている。増幅トランジスタＭ３のソースは、信号線ＳＩＧｎに接続されている。

次に、図４を用いて、本実施形態の撮像装置１００の動作を説明する。図４において、ＸＲＡＹのハイレベルは放射線の照射時間を示す。ＲＥＳは図３のリセット線ＲＥＳ１〜ＲＥＳｍのリセットパルスを示す。ＴＸは図３の転送選択線ＴＸ１〜ＴＸｍの転送パルスを示す。ＳＥＬ１〜ＳＥＬｎは、行選択線ＳＥＬ１〜ＳＥＬｎの行選択パルスを示す。

まず、放射線が曝射される前に、リセットパルスＲＥＳ及び転送パルスＴＸがハイレベルとなり、全画素のリセットトランジスタＭ１及び転送トランジスタＴＸがオンの状態となる。これにより、全画素のフォトダイオードＰＤとコンデンサＣｇがリセット電圧ＶＲに固定されてリセットされる。

次に、放射線発生装置１１０は、放射線ＸＲＡＹの照射を開始する。被写体を透過した放射線が蛍光体１０１に当たり、可視光に変換され、撮像素子１０２に到達すると、光量に応じた電荷、つまり被写体を透過した放射線の量に応じた電荷がフォトダイオードＰＤに蓄積されていく。

次に、放射線ＸＲＡＹの照射中の任意の時間に全画素一斉転送パルスＴＸをハイレベルにすると、全ての画素で転送トランジスタＴＸがオンの状態となり、図４の期間ｔ１の放射線照射で発生した電荷がフォトダイオードＰＤからコンデンサＣｇに転送される。

次に、行選択パルスＳＥＬ１〜ＳＥＬｎを順次ハイレベルにしていき、転送トランジスタＭ２を行ごとに順次オン状態にしていく。これにより、コンデンサＣｇに転送された電荷に応じた出力が増幅トランジスタＭ３を介して、１行目からｎ行目まで画像データを順次、信号線ＳＩＧ１〜ＳＩＧｎに読み出していく。

この、最初に全画素一斉の転送パルスＴＸをハイレベルにした後の読み出しを１回目の読み出しとする。１回目の読み出しで生成される画像は、期間ｔ１の放射線で発生した電荷の画像となる。

続いて、放射線の照射が終了した後に、全画素一斉の転送パルスＴＸを再度ハイレベルにし、図４の期間ｔ２の放射線照射で発生した電荷をフォトダイオードＰＤからコンデンサＣｇに転送する。１回目の読み出しの時に転送した電荷と合わせ、コンデンサＣｇには期間ｔ１＋ｔ２の放射線照射で発生した電荷が蓄積されることになる。

その後、再度、行選択パルスＳＥＬ１〜ＳＥＬｎを順次ハイレベルにしていき、１行目からｎ行目まで画像データを順次、信号線ＳＩＧ１〜ＳＩＧｎに読み出していく。この放射線照射終了後に、転送パルスＴＸをハイレベルにした後の読み出しを最後の読み出しとする。最後の読み出しでは、全ての期間ｔ１＋ｔ２の放射線照射で発生した電荷の画像となる。

なお、１回目の読み出しが終了した後、最後の読み出しが始まる前までの放射線照射期間ｔ２にさらに１回以上の読み出し動作を行い、計３枚以上の画像を取得しても良い。さらに、放射線の照射条件や撮影条件などから最適な撮影枚数を自動的に計算しても良い。本実施形態では、以上のような動作で放射線の画像の読み出しを行う。

続いて、図５を用いて、本実施形態によるブリンカーノイズ発生画素の抽出及び補正方法について説明する。図５は、図４の読み出し動作を簡略化して書いたものである。本実施形態では、放射線の照射中に１回画像を読み出し、放射線照射終了後に再度読み出しを行い、１回の放射線照射で２フレームの画像を取得した場合の処理について説明する。

図５では、放射線照射期間をｔ１＋ｔ２とし、放射線照射中の１回目の読み出しにより、放射線が期間ｔ１照射された画像を画像Ａとして読み出し、画像Ａがコンピュータ１０８のフレームメモリ１１５に蓄積される。そして、放射線が全て照射された後に最後の読み出しを行い、放射線が期間ｔ１＋ｔ２照射された画像として画像Ｂを読み出し、画像Ｂがフレームメモリ１１５に蓄積される。このとき、ブリンカーノイズは、放射線照射中にランダムな時間・場所で発生する。すなわち、画像Ａには期間ｔ１で発生したブリンカーノイズが重畳し、画像Ｂには期間ｔ１＋ｔ２で発生したブリンカーノイズ（＝放射線照射で発生したすべてのブリンカーノイズ）が重畳している。そこで、コンピュータ（抽出部）１０８は、例えば、複数の画素Ｓ１１〜Ｓｍｎから出力された出力信号に基づく画像を基に、次式のような除算を用いた演算処理をする。これにより、蛍光体１０１を透過して画素Ｓ１１〜Ｓｍｎに到達した放射線によって生じるノイズが発生した画素を抽出する。
画像Ｃ＝画像Ｂ／画像Ａ

画像Ａと画像Ｂは異なる放射線強度で同じ被写体を撮影したものであり、これらを除算した商となる画像Ｃのうち、ブリンカーノイズが重畳していない画素値は全ての画素値がある一定の値となり、被写体の情報が除去された画像となる。ブリンカーノイズの重畳した画素は、画素値が通常の画素と異なるようになり、両者の区別が可能となる。

以下、除算を用いた演算処理でブリンカーノイズの発生した画素を抽出する原理について、図６を用いて説明する。図６は、横軸に放射線の照射時間、縦軸に画素の信号レベルをとったもので、放射線が０からｔ２までの時間に放射線が当たった時の撮像素子１０２のある４点の画素（画素Ａ、画素Ｂ、画素Ｃ、画素Ｄ）の信号レベルの変化を示している。ここで、４点の画素の信号レベルの上昇の傾きが異なっているのは、被写体の影響であり放射線の透過しやすい部分は傾きが大きく、放射線の透過しにくい部分は傾きが小さくなる。また、画素Ａと画素Ｂは、ブリンカーノイズが発生していない画素で、画素Ｃと画素Ｄは、それぞれ時刻ｔｎ１及びｔｎ２にブリンカーノイズが発生し、信号レベルが大きくなっていることを示している。本実施形態では、放射線照射中の任意の時間に１回読み出しを行い、放射線照射後に再度読み出しを行うため、時刻ｔ１に最初１回目の読み出しを行い、時刻ｔ２に放射線の照射を終了し、最後の読み出しを行う。

本実施形態では、時刻ｔ１に取得した画像Ａと時刻ｔ２に取得した画像Ｂの割り算を行い、ブリンカーノイズの発生した画素を抽出する。これは、つまり２枚の画像の信号レベルの比を取ることに等しい。時刻ｔ１での画素Ａの信号レベルをａｔ１、画素Ｂの信号レベルをｂｔ１、時刻ｔ２での画素Ａの信号レベルをａｔ２、画素Ｂの信号レベルをｂｔ２とすると、２枚の画像の信号レベルの比は、画素Ａではａｔ１／ａｔ２、画素Ｂではｂｔ１／ｂｔ２となる。また、図６より、三角形の相似の関係から、次式のようになる。
ａｔ１：ａｔ２＝ｂｔ１：ｂｔ２
ａｔ１／ａｔ２＝ｂｔ１／ｂｔ２

これは、つまり２枚の画像Ａ及びＢを、除算を用いて演算することで、画像から被写体の情報が除去できるということを示している。また、時刻ｔ１は時刻０〜ｔ２の間の任意の時刻であり、この時刻が変化しても、前述した関係は変わらない。以上のことから、ブリンカーノイズが発生していない画素Ａ及びＢにおいては、先述した実施形態で得られる２枚の画像Ａ及びＢを除算を用いて演算処理することで画素値がある値で一定となり、被写体情報を除去できる。

続いて、ブリンカーノイズが発生した画素の場合を述べる。図示していないが、ブリンカーノイズが発生した画素である画素Ｃの時刻ｔ１での信号レベルをｃｔ１、時刻ｔ２での信号レベルをｃｔ２とすると、次式のようになる。
ａｔ１：ａｔ２≠ｃｔ１：ｃｔ２
ａｔ１／ａｔ２≠ｃｔ１／ｃｔ２

つまり、ブリンカーノイズが発生した画素Ｃはノイズが発生していない通常の画素Ａの画素値とは異なることを示している。また、ブリンカーノイズの発生時刻が違う画素Ｄについても、時刻ｔ１での信号レベルをｄｔ１、時刻ｔ２での信号レベルをｄｔ２とすると、次式のようになり、通常画素Ａの画素値とは異なる。
ａｔ１／ａｔ２≠ｄｔ１／ｄｔ２

前述した駆動で読み出し動作を行い、２枚の画像Ａ及びＢを取得した後に、２枚の画像Ａ及びＢの除算の演算処理をすることで、ブリンカーノイズが発生していない通常の画素はある値で一定となる。これにより、ブリンカーノイズが発生した画素は通常の画素とは異なる値となり、両者の区別ができることになる。

なお、ブリンカーノイズの発生した画素を全て抽出するための必要条件は、全てのブリンカーノイズが、除算する画像のいずれかに入っていることである。本実施形態の場合では、画像Ｂに全てのブリンカーノイズが重畳しているため、この条件を満たしている。

図７の上段は、上記動作で得られた画像Ａ及び画像Ｂのある行の画素値を示し、被写体画像に所々ブリンカーノイズが重畳して信号レベルが高くなっていることを示している。また、図７の中段及び下段では、その後の処理の過程を示している。図７の中段では、画像Ｃは画像Ｂ／画像Ａをしたものを示したものであり、ブリンカーノイズが重畳していない画素は一定の値になるが、ブリンカーノイズが重畳した画素は通常の画素と異なる値となることがわかる。このような演算処理をした画像Ｃに、例えば、次式のような閾値ＴＨを設け、閾値ＴＨを超えた画素の座標をブリンカーノイズが重畳した画素として座標を抽出する。
閾値ＴＨ＝（画像Ｃの平均値）±（画像Ｃの平均値×１０％）

なお、上記の％値は、通常３〜２０％程度の値をとる。この閾値ＴＨは要求品質で決定され、撮像素子１０２のバラつきによる誤差の許容範囲と同等の許容範囲で閾値を設定することが好ましい。通常、撮像素子１０２には線形性等のバラつきがあり、一定の範囲内で誤差が許容されている。例えば、撮像素子１０２のバラつきによる誤差を１０％の範囲で許容した場合、除算処理した画像Ｃのうちブリンカーノイズが重畳していない通常の画素値には最大１０％の誤差があると考えられる。そこで、ブリンカーノイズの閾値設定でも、これと同等の誤差は許容するように設定するのが好ましい。なお、平均値からプラス方向の閾値とマイナス方向の閾値で異なっていても良い。また、上記では、閾値の設定に画像平均値を利用したが、例えば画像Ｃの標準偏差の５倍と規定しても良い。また、画像の出力値から閾値の設定値を自動的に変化させるようにしても良い。いずれであっても、ブリンカーノイズが診断画像に認識されないようにするべきである。

以上のように、コンピュータ（抽出部）１０８は、変換部１０１に放射線が照射される放射線照射期間のうちの第１の期間ｔ１に変換部１０１に照射された放射線に応じて複数の画素Ｓ１１〜Ｓｍｎから出力された出力信号に基づく第１の画像Ａを取得する。そして、コンピュータ（抽出部）１０８は、放射線照射期間のうちの第１の期間ｔ１の後の第２の期間ｔ２に変換部１０１に照射された放射線に応じて複数の画素Ｓ１１〜Ｓｍｎから出力された出力信号に基づく第２の画像Ｂを取得する。そして、コンピュータ（抽出部）１０８は、第１の画像Ａと第２の画像Ｂとを除算することにより、ノイズが発生した画素を抽出する。

コンピュータ（補正部）１０８は、ノイズが生じた画素の抽出を終えた後、図７の下段のように、画像Ｂからノイズ座標として抽出した画素から出力された出力信号に対して、ノイズを除去するための補正を行う。例えば、ブリンカーノイズが重畳した画素として抽出された座標の画素の元の画素値を一旦破棄し、隣接画素の平均値をその画素値とすることで補正を行う。以上のように、本実施形態によれば、ノイズの少ない良質な画像が得られる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態による撮像装置は、図１、図２及び図３に示した第１の実施形態の構成と同様であり、詳細な説明は割愛する。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、放射線照射中に２回以上、照射後に１回以上の読み出し動作を行い、３枚以上の画像を取得した時の処理方法である。

図８は、１回の放射線照射で画像を３回読み出しを行った時の、読み出し動作を簡略化して書いたものである。図８では、放射線照射期間をｔ１＋ｔ２＋ｔ３とし、放射線照射中の１回目の読み出しにより、期間ｔ１の放射線照射で発生した電荷の画像を画像Ｄとして読み出す。次に、放射線照射中の２回目の読み出しにより、期間ｔ１＋ｔ２の放射線照射で発生した電荷の画像を画像Ｅとして読み出す。最後に、放射線が全て照射された後に、最後の読み出しにより、期間ｔ１＋ｔ２＋ｔ３の放射線照射で発生した電荷の画像として画像Ｆを読み出し、画像Ｄ，Ｅ，Ｆをフレームメモリ１１５に蓄積する。

次に、図９を用いて、ブリンカーノイズが発生した画素を抽出する方法を説明する。図９は、画像Ｄ、画像Ｅ及び画像Ｆのある行の画素値で示したものであり、本実施形態で読み出した画像及びそれを用いてブリンカーノイズが発生した画素を抽出する方法を示している。本実施形態では、例えば、次式のような除算を用いた演算処理により、画像Ｘ及びＹを求め、ノイズが発生した画素を抽出する。
画像Ｘ＝画像Ｄ／画像Ｆ
画像Ｙ＝画像Ｅ／画像Ｆ

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、画像Ｘ及び画像Ｙはブリンカーノイズが重畳していない通常の画素は全ての画素がある一定の値となり、ブリンカーノイズの重畳した画素は演算後の画素値が通常の画素値と異なる値を取る。本実施形態では、第１の実施形態と同様に、例えば、次式のような閾値ＴＨｘ及びＴＨｙを設け、画像Ｘ及びＹにおいて、それぞれ閾値Ｔｘ及びＴｙを超えた画素の座標をブリンカーノイズが重畳した画素として座標を抽出する。閾値の好ましい設定値に関しては、第１の実施形態と同様であり、詳細は割愛する。

閾値ＴＨｘ＝（画像Ｘの平均値）±（画像Ｘの平均値×１０％）
閾値ＴＨｙ＝（画像Ｙの平均値）±（画像Ｙの平均値×１０％）

さらに、画像Ｘからの抽出座標と画像Ｙからの抽出座標の論理積をとり、その論理積値が１である座標をブリンカーノイズが発生した画素の座標とする。このように取得した３枚以上の画像から２枚以上の演算処理画像を作成してブリンカーノイズが発生した画素の座標を抽出し、その抽出座標の論理積又は論理和を取る。これにより、ブリンカーノイズ以外のノイズ成分による座標抽出誤差を低減させることができ、ブリンカーノイズが発生した画素座標の抽出精度を上げることができる。

なお、ブリンカーノイズが発生した画素を抽出するための計算式は、本実施形態の方法以外にも多数あり、全てのブリンカーノイズが発生した画素を抽出するために必要な条件は、全てのブリンカーノイズが、除算する画像のいずれかに入っていることである。

以上のように、コンピュータ（抽出部）１０８は、変換部１０１に放射線が照射される放射線照射期間のうちの第１の期間ｔ１に変換部１０１に照射された放射線に応じて複数の画素Ｓ１１〜Ｓｍｎから出力された出力信号に基づく第１の画像Ｄを取得する。そして、コンピュータ（抽出部）１０８は、放射線照射期間のうちの第１の期間ｔ１の後かつ第２の期間ｔ３の前の第３の期間ｔ２に変換部１０１に照射された放射線に応じて複数の画素Ｓ１１〜Ｓｍｎから出力された出力信号に基づく第３の画像Ｅを取得する。そして、コンピュータ（抽出部）１０８は、放射線照射期間のうちの第３の期間ｔ２の後の第２の期間ｔ３に変換部１０１に照射された放射線に応じて複数の画素Ｓ１１〜Ｓｍｎから出力された出力信号に基づく第２の画像Ｆを取得する。そして、コンピュータ（抽出部）１０８は、第１の画像Ｄと第２の画像Ｆとを除算し、第３の画像Ｅと第２の画像Ｆとを除算する。そして、コンピュータ（抽出部）１０８は、第１の画像Ｄ及び第２の画像Ｆの除算結果画像Ｘと第３の画像Ｅと第２の画像Ｆの除算結果画像Ｙを用いた論理演算を行うことにより、ノイズが発生した画素を抽出する。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態では、読み出し処理後に画素内に電気信号を残さない方法で読み出しを行う方法及びこの方法で読み出しを行った場合の演算処理方法について、図１０、図１１、図１２を用いて説明する。第１の実施形態（図４及び図５）では、リセットトランジスタＭ１は、第１の期間ｔ１の放射線に応じた第１の画像Ａが出力された後かつ第２の期間ｔ２の放射線に応じた第２の画像Ｂが出力される前に、複数の画素Ｓ１１〜Ｓｍｎをリセットしない。また、第２の実施形態（図８）では、リセットトランジスタＭ１は、第１の期間ｔ１の放射線に応じた第１の画像Ｄが出力された後かつ第２の期間ｔ３の放射線に応じた第２の画像Ｆが出力される前に、複数の画素Ｓ１１〜Ｓｍｎをリセットしない。これに対し、第３の実施形態（図１０及び図１１）では、リセットトランジスタＭ１は、第１の期間ｔ１の放射線に応じた第１の画像Ｇが出力された後かつ第２の期間ｔ２の放射線に応じた第２の画像Ｈが出力される前に、複数の画素Ｓ１１〜Ｓｍｎをリセットする。なお、第３の実施形態に係る撮像装置は、図１、図２及び図３の第１及び第２の実施形態の構成と同様であり、詳細な説明は割愛する。

以下、図１０を用いて、第３の実施形態の撮像装置１００における読み出し動作について、第１の実施形態と異なる点を説明する。図１０において、ＸＲＡＹのハイレベルは放射線の照射時間を示す。ＲＥＳは図３のリセット線ＲＥＳ１〜ＲＥＳｍのリセットパルスを示す。ＴＸは図３の転送選択線ＴＸ１〜ＴＸｍの転送パルスを示す。ＳＥＬ１〜ＳＥＬｎは、行選択線ＳＥＬ１〜ＳＥＬｎの行選択パルスを示す。

図１０における期間ｔ１が終了するまでは第１の実施形態と同様であり、まず、放射線照射中に１回目の読み出しを行う。１回目の読み出しで生成される画像は、期間ｔ１の放射線照射で発生した電荷の画像となる。

次に、１回目の読み出し終了後の放射線照射中に、一度、リセットパルスＲＥＳをハイレベルにし、コンデンサＣｇの電荷をリセットする。続いて、放射線の照射が終了した後に、全画素一斉の転送パルスＴＸをハイレベルにし、図１０の期間ｔ２の放射線照射で発生した電荷がフォトダイオードＰＤからコンデンサＣｇに転送される。コンデンサＣｇには、期間ｔ２の放射線照射で発生した電荷が転送されることになる。その後、第１の実施形態と同様に、最後の読み出しを行う。第３の実施形態では、最後の読み出しで生成される画像は、期間ｔ２の放射線照射で発生した電荷の画像となる。

なお、１回目の読み出しが終了した後、最後の読み出しが始まる前までの放射線照射期間中に、さらに１回以上の読み出し動作を行い、計３枚以上の画像を取得しても良い。また、放射線の照射条件や撮影条件などから最適な撮影枚数を自動的に計算しても良いことは、第１の実施形態と同じである。

続いて、図１１を用いて、第３の実施形態におけるブリンカーノイズ発生画素の補正方法について、第１の実施形態と異なる点を説明する。図１１は、読み出し動作を簡略化して書いたものである。本実施形態では、放射線の照射中に１回画像を読み出し、放射線照射終了後に再度読み出しを行い、１回の放射線照射で２フレームの画像を取得した場合の処理について説明する。第３の実施形態では、放射線照射中に１回目の読み出しにより、放射線が期間ｔ１照射された画像を画像Ｇとして読み出し、コンピュータ１０８のフレームメモリ１１５に蓄積する。そして、放射線が全て照射された後に最後の読み出しを行い、放射線が期間ｔ２照射された画像を画像Ｈとして読み出し、フレームメモリ１１５に蓄積する。

このとき、ブリンカーノイズは放射線照射中にランダムな時間・場所で発生するため、画像Ｇには期間ｔ１で発生したブリンカーノイズが重畳し、画像Ｈには期間ｔ２で発生したブリンカーノイズが重畳している。そこで、本実施形態では、例えば、次式のような除算を用いた演算処理することで、画像Ｚを求め、ノイズが発生した画素を抽出する。
画像Ｚ＝画像Ｈ／画像Ｇ

第１の実施形態と同様に、画像Ｚではブリンカーノイズが重畳していない画素は全ての画素がある一定の値となり、被写体の情報が除去された画像となる。ブリンカーノイズの重畳した画素は、画素値が通常の画素値と異なるようになり、両者の区別が可能となる。なお、ブリンカーノイズが発生した画素を全て抽出するための必要条件は、第１の実施形態と同様に、全てのブリンカーノイズが、除算する画像のいずれかに入っていることである。

第３の実施形態では、ブリンカーノイズが期間ｔ１＋ｔ２ですべて発生しており、画像Ｇには期間ｔ１で発生したブリンカーノイズが、画像Ｈには期間ｔ２で発生したブリンカーノイズがそれぞれ重畳しているため、上記の条件を満たしている。

図１２の上段は、画像Ｇ及び画像Ｈのある行の画素値を示し、被写体画像の所々にブリンカーノイズが重畳して信号レベルが高くなっていることを示している。図１２の中段及び下段では、その後の処理の過程を示している。図１２の中段では、画像Ｚは画像Ｈ／画像Ｇの演算を行ったものであり、ブリンカーノイズが重畳していない画素は一定の値になるが、ブリンカーノイズが重畳した画素は通常の画素と異なる値となることがわかる。このような演算処理をした画像Ｚに、例えば、次式のような閾値ＴＨｚを設け、閾値ＴＨｚを超えた画素の座標をブリンカーノイズが重畳した画素として座標を抽出する。閾値の好ましい設定値に関しては、第１の実施形態と同様であり、詳細は割愛する。
閾値ＴＨｚ＝（画像Ｚの平均値）±（画像Ｚの平均値×１０％）

続いて、抽出した座標情報からブリンカーノイズを除去するための補正を行う。第３の実施形態では、画像Ｇは期間ｔ１の放射線照射で発生した電荷の画像であり、画像Ｈは期間ｔ２の放射線照射で発生した電荷の画像であり、期間ｔ１＋ｔ２の放射線照射で発生した電荷の画像は取得していない。このため、次式により、画像Ｊを求める。
画像Ｊ＝画像Ｇ＋画像Ｈ

画像Ｊは期間ｔ１＋ｔ２の放射線照射で発生した電荷の画像となり、画像Ｊを用いてブリンカーノイズを除去するための補正を行う。ブリンカーノイズが重畳した画素として抽出された座標の画素は、画像Ｊの元の画素値を一旦破棄し、例えば隣接画素の平均値をその画素値とすることで補正を行う。

次に、ノイズが発生した画素を抽出する他の方法を説明する。放射線照射中に取得した画像をｍ₁、ｍ₂、ｍ₃・・・ｍ_n-1、放射線照射終了後に取得した画像をｍ_n（ｎは整数）としたときに、次式（１）の演算により複数の第５の画像を取得する。すなわち、コンピュータ（抽出部）１０８は、第１の画像ｍ₁、ｍ₂、ｍ₃・・・ｍ_n-1及び第２の画像ｍ_nを加算することにより第４の画像を取得する。そして、第１の画像ｍ₁、ｍ₂、ｍ₃・・・ｍ_n-1及び第４の画像の除算結果並びに第２の画像ｍ_n及び第４の画像の除算結果を用いて式（１）の複数の第５の画像を取得する。

その後、式（１）により取得した複数の画像に対して、第２の実施形態（図９）と同様に、閾値ＴＨｘ及びＴＨｙ等を用いて、ノイズが発生した画像を抽出する。その後の補正方法は、第２の実施形態と同様である。すなわち、抽出部は、式（１）の複数の第５の画像の論理演算（論理積又は論理和）を行い、ノイズが発生した画素を抽出する。

（第４の実施形態）
第２の実施形態に示すように、放射線照射期間に画像を取得する回数を増やすことで、ブリンカーノイズが発生した画素の抽出精度を上げることができる。しかし、読み出し動作に必要な時間は決まっているため、例えば放射線の照射時間が短ければ、画像の取得回数をむやみに多くすることはできない。放射線の照射時間が長ければ画像の取得回数を多くすることはできる。しかし、むやみに多くすると消費電力が増大し、発熱による誤作動などの可能性が高くなり、バッテリで駆動するタイプの撮像装置の場合では総撮影枚数の低下の可能性があり、画像の取得回数には限度がある。

さらに、放射線の強度とブリンカーノイズの発生確率には関係性があり、例えば、放射線源１１１の管電圧が高いとブリンカーノイズの発生確率が低いことが分かっている。そこで、本発明の第４の実施形態では、これらの情報から放射線照射中の画像の取得回数を自動的に規定する方法について、図１を用いて説明する。

制御卓１１３では、放射線源１１１の撮像条件（放射線の管電圧、管電流）、放射線の照射条件（照射時間）及び／又は消費電力などの情報が操作者から入力され、コンピュータ１０８にそれらの情報が出力される。コンピュータ１０８は、これらの情報に基づき、撮像条件の情報からブリンカーノイズが発生した画素を完全に抽出するために必要とされる撮影枚数を、放射線の照射条件の情報から撮影可能枚数を、消費電力等の関係から決定される撮影限界枚数を算出する。そして、コンピュータ１０８は、それらを比較して、最も少ない枚数を放射線照射中の画像の取得回数として決定する。その後、コンピュータ１０８は、放射線制御装置１０９と撮像装置１００を同期し、曝射要求信号を放射線制御装置１０９に出力し、撮像装置１００の動作を決定する制御信号を出力し、動作を開始させる。放射線照射中、照射後の駆動及びノイズ画素座標抽出のための演算手段、ノイズ補正手段に関しては、第１〜第３の実施形態と同様である。

第１〜第４の実施形態によれば、簡単な処理で、ブリンカーノイズを抽出して除去することができ、診断能力を向上させることができる。また、特殊な機構・部材を必要とせずにノイズの除去が行えるため、コストの上昇を抑制することができる。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１００ 撮像装置、１０１ 蛍光体、１０８ コンピュータ、１０９ 放射線制御装置、１１０ 放射線発生装置、Ｓ１１〜Ｓｍｎ 画素

Claims (18)

1. 放射線を光に変換する変換部と、
   前記変換部によって変換された光を電気信号に変換する複数の画素と、
   前記複数の画素から読み出された信号に基づく画像を基に、前記変換部を透過して前記画素に到達した放射線によって生じるノイズが発生した画素を抽出する抽出部と、
   前記抽出部により抽出された画素から読み出された信号に対して、前記ノイズを除去するための補正を行う補正部とを有し、
   前記抽出部は、前記変換部に放射線が照射される放射線照射期間のうちの第１の期間に前記変換部に照射された放射線に応じて前記複数の画素から読み出された信号に基づく第１の画像と前記放射線照射期間のうちの前記第１の期間の後の第２の期間に前記変換部に照射された放射線に応じて前記複数の画素から読み出された信号に基づく第２の画像とを除算し、さらに、前記放射線照射期間のうちの前記第１の期間の後かつ前記第２の期間の前の第３の期間に前記変換部に照射された放射線に応じて前記複数の画素から読み出された信号に基づく第３の画像と前記第２の画像とを除算し、前記第１の画像及び前記第２の画像の除算結果と前記第３の画像と前記第２の画像の除算結果を用いた論理演算を行うことにより、前記ノイズが発生した画素を抽出することを特徴とする撮像システム。
2. さらに、前記複数の画素に蓄積される電気信号をリセットするリセット部を有し、
   前記リセット部は、前記第１の期間に照射された放射線に応じた信号が前記複数の画素から読み出された後かつ前記第２の期間に照射された放射線に応じた信号が前記複数の画素から読み出される前に、前記複数の画素をリセットしないことを特徴とする請求項１記載の撮像システム。
3. 前記補正部は、前記第２の画像を基に補正することを特徴とする請求項２記載の撮像システム。
4. さらに、前記複数の画素に蓄積される電気信号をリセットするリセット部を有し、
   前記リセット部は、前記第１の期間に照射された放射線に応じた信号が前記複数の画素から読み出された後かつ前記第２の期間に照射された放射線に応じた信号が前記複数の画素から読み出される前に、前記複数の画素をリセットすることを特徴とする請求項１記載の撮像システム。
5. 前記補正部は、前記第１の画像及び前記第２の画像を基に補正することを特徴とする請求項４記載の撮像システム。
6. 前記抽出部は、前記第１の画像及び前記第２の画像を加算することにより第４の画像を取得し、前記第１の画像及び前記第４の画像の除算結果並びに前記第２の画像及び前記第４の画像の除算結果を用いて論理演算を行うことにより、前記ノイズが発生した画素を抽出することを特徴とする請求項４又は５記載の撮像システム。
7. 前記放射線照射期間に画像を取得する回数は、撮像条件、放射線の照射条件、及び／又は消費電力を基に決定されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像システム。
8. 放射線を光に変換する変換部と、
   前記変換部によって変換された光を電気信号に変換する複数の画素と、
   前記複数の画素から読み出された信号に基づく画像を基に、前記変換部を透過して前記画素に到達した放射線によって生じるノイズが発生した画素を抽出する抽出部と、
   前記抽出部により抽出された画素から読み出された信号に対して、前記ノイズを除去するための補正を行う補正部と、
   前記複数の画素に蓄積される電気信号をリセットするリセット部とを有し、
   前記抽出部は、前記変換部に放射線が照射される放射線照射期間のうちの第１の期間に前記変換部に照射された放射線に応じて前記複数の画素から読み出された信号に基づく第１の画像と前記放射線照射期間のうちの前記第１の期間の後の第２の期間に前記変換部に照射された放射線に応じて前記複数の画素から読み出された信号に基づく第２の画像とを除算し、
   前記リセット部は、前記第１の期間に照射された放射線に応じた信号が前記複数の画素から読み出された後かつ前記第２の期間に照射された放射線に応じた信号が前記複数の画素から読み出される前に、前記複数の画素をリセットしないことを特徴とする撮像システム。
9. 前記補正部は、前記第２の画像を基に補正することを特徴とする請求項８記載の撮像システム。
10. 前記放射線照射期間に画像を取得する回数は、撮像条件、放射線の照射条件、及び／又は消費電力を基に決定されることを特徴とする請求項８又は９記載の撮像システム。
11. 放射線を光に変換する変換部と、
    前記変換部によって変換された光を電気信号に変換する複数の画素と、
    前記複数の画素から読み出された信号に基づく画像を基に、前記変換部を透過して前記画素に到達した放射線によって生じるノイズが発生した画素を抽出する抽出部と、
    前記抽出部により抽出された画素から読み出された信号に対して、前記ノイズを除去するための補正を行う補正部とを有し、
    前記抽出部は、前記変換部に放射線が照射される放射線照射期間のうちの第１の期間に前記変換部に照射された放射線に応じて前記複数の画素から読み出された信号に基づく第１の画像と前記放射線照射期間のうちの前記第１の期間の後の第２の期間に前記変換部に照射された放射線に応じて前記複数の画素から読み出された信号に基づく第２の画像とを除算し、
    前記放射線照射期間に画像を取得する回数は、撮像条件、放射線の照射条件、及び／又は消費電力を基に決定されることを特徴とする撮像システム。
12. 前記抽出部は、さらに、前記放射線照射期間のうちの前記第１の期間の後かつ前記第２の期間の前の第３の期間に前記変換部に照射された放射線に応じて前記複数の画素から読み出された信号に基づく第３の画像と前記第２の画像とを除算し、前記第１の画像及び前記第２の画像の除算結果と前記第３の画像と前記第２の画像の除算結果を用いた論理演算を行うことにより、前記ノイズが発生した画素を抽出することを特徴とする請求項１１記載の撮像システム。
13. さらに、前記複数の画素に蓄積される電気信号をリセットするリセット部を有し、
    前記リセット部は、前記第１の期間に照射された放射線に応じた信号が前記複数の画素から読み出された後かつ前記第２の期間に照射された放射線に応じた信号が前記複数の画素から読み出される前に、前記複数の画素をリセットしないことを特徴とする請求項１１又は１２記載の撮像システム。
14. 前記補正部は、前記第２の画像を基に補正することを特徴とする請求項１３記載の撮像システム。
15. さらに、前記複数の画素に蓄積される電気信号をリセットするリセット部を有し、
    前記リセット部は、前記第１の期間に照射された放射線に応じた信号が前記複数の画素から読み出された後かつ前記第２の期間に照射された放射線に応じた信号が前記複数の画素から読み出される前に、前記複数の画素をリセットすることを特徴とする請求項１１又は１２記載の撮像システム。
16. 前記補正部は、前記第１の画像及び前記第２の画像を基に補正することを特徴とする請求項１５記載の撮像システム。
17. 前記抽出部は、前記第１の画像及び前記第２の画像を加算することにより第４の画像を取得し、前記第１の画像及び前記第４の画像の除算結果並びに前記第２の画像及び前記第４の画像の除算結果を用いて論理演算を行うことにより、前記ノイズが発生した画素を抽出することを特徴とする請求項１５又は１６記載の撮像システム。
18. さらに、放射線を照射する放射線発生装置を有することを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の撮像システム。

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