JP6568487B2 - 画像取得装置及び画像取得方法 - Google Patents

Description

本発明は、ファイバ光学部材及び撮像装置を備える画像取得装置、及び画像取得方法に関するものである。

複数の画素を有する固体撮像装置による画像取得では、取得される画像において、撮像装置の画素構造、及び撮像特性等による画素毎の感度ばらつきに起因する固定パターンノイズ（ＦＰＮ：Fixed Pattern Noise）が生じる。このような固定パターンノイズは、撮像装置で取得される画像の劣化の原因となる。

このような固定パターンノイズの影響を抑制する方法として、フラットフィールド補正（ＦＦＣ：Flat Field Correction）という手法が提案されている。フラットフィールド補正は、撮像装置で取得される画像の各画素に対する感度補正であり、感度が低い画素からの出力を高くし、感度が高い画素からの出力を低くするように補正することで、画像全体で感度が均一の画像が得られる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１３１６１９号公報 特開平１０−２８２２４３号公報 特開２００３−２１７３２号公報 特開２００５−２５９１７６号公報

上記した固体撮像装置を用いた画像取得装置として、撮像装置と、ファイバ光学プレート（ＦＯＰ：Fiber Optic Plate）とを組み合わせた構成が知られている（例えば、特許文献２〜４参照）。このような構成の画像取得装置では、撮像装置に起因する感度ばらつきに加えて、ファイバ光学プレートの構造等に起因する感度ばらつきが生じ、撮像装置のみの場合と比べて、取得される画像での固定パターンノイズの影響が大きくなる。したがって、このような装置では、画像に対して行われるフラットフィールド補正が、高画質の画像を取得をするために特に重要となる。

一方、撮像装置で取得される画像における固定パターンノイズは、画素への入力光強度に対して出力信号の強度が線形に変化する線形領域では一定であるが、入力光強度がある程度よりも大きくなって出力信号が飽和する飽和領域では、出力強度の増大に伴って固定パターンノイズの影響が小さくなる。したがって、このような飽和領域において線形領域と同様のフラットフィールド補正を行うと、補正によって固定パターンノイズの反転パターンが発生することで逆に画質が劣化してしまう。

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、撮像装置とファイバ光学部材とを組み合わせた構成での画像取得について、フラットフィールド補正を好適に行うことが可能な画像取得装置、及び画像取得方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明による画像取得装置は、（１）２次元配列された複数の光ファイバを有し、複数の光ファイバの一方の端面から構成される入力端面から入力された光像を、複数の光ファイバの他方の端面から構成される出力端面へと伝送するファイバ光学部材と、（２）２次元配列された複数の画素を有するとともに、ファイバ光学部材の出力端面と光学的に接続され、出力端面から出力された光像を撮像して、得られた画像を出力する撮像装置と、（３）撮像装置から出力された画像に対して、ファイバ光学部材及び撮像装置に起因する固定パターンノイズを補正するフラットフィールド補正を行う画像処理装置と、を備え、（４）画像処理装置は、補正対象となる画像に含まれる画素での、出力強度の変化に対する固定パターンノイズ強度の変化のノイズピーク点に基づいて、フラットフィールド補正の第１切替点を設定するとともに、（５）画像における複数の画素それぞれを対象としたフラットフィールド補正について、対象画素からの出力強度が第１切替点での第１切替強度よりも小さい場合には、所定の補正パターンによってフラットフィールド補正を行い、対象画素からの出力強度が第１切替強度よりも大きい場合には、フラットフィールド補正を行わないことを特徴とする。

本発明による画像取得方法は、（ａ）２次元配列された複数の光ファイバを有し、複数の光ファイバの一方の端面から構成される入力端面から入力された光像を、複数の光ファイバの他方の端面から構成される出力端面へと伝送するファイバ光学部材と、（ｂ）２次元配列された複数の画素を有するとともに、ファイバ光学部材の出力端面と光学的に接続された撮像装置とを備える画像取得装置を用い、（ｃ）ファイバ光学部材の出力端面から出力された光像を撮像装置によって撮像して、得られた画像を出力する撮像ステップと、（ｄ）撮像装置から出力された画像に対して、ファイバ光学部材及び撮像装置に起因する固定パターンノイズを補正するフラットフィールド補正を行う画像処理ステップと、を備え、（ｅ）画像処理ステップにおいて、補正対象となる画像に含まれる画素での、出力強度の変化に対する固定パターンノイズ強度の変化のノイズピーク点に基づいて、フラットフィールド補正の第１切替点を設定するとともに、（ｆ）画像における複数の画素それぞれを対象としたフラットフィールド補正について、対象画素からの出力強度が第１切替点での第１切替強度よりも小さい場合には、所定の補正パターンによってフラットフィールド補正を行い、対象画素からの出力強度が第１切替強度よりも大きい場合には、フラットフィールド補正を行わないことを特徴とする。

上記した画像取得装置、及び画像取得方法では、複数の光ファイバを有し、入力端面から出力端面へと光像を伝送するファイバ光学プレートなどのファイバ光学部材と、複数の画素を有する撮像装置とを組み合わせるとともに、撮像装置で取得される画像に対して、画像処理装置においてフラットフィールド補正を行っている。これにより、撮像装置で取得される画像におけるファイバ光学部材及び撮像装置の構造、特性等に起因する固定パターンノイズの影響を抑制することができる。

さらに、このような構成において、出力強度の変化に対する固定パターンノイズ強度の変化のノイズピーク点（横軸を出力強度、縦軸を固定パターンノイズ強度としたグラフにおけるピーク点に相当）を参照して、フラットフィールド補正の補正条件を切り替えるための第１切替点を設定し、第１切替点よりも出力強度が小さい領域ではフラットフィールド補正を行うとともに、第１切替点よりも出力強度が大きい領域では補正を行わない構成としている。このような構成によれば、飽和領域における補正による固定パターンノイズの反転パターンの発生を抑制して、画像に対するフラットフィールド補正を全体として好適に行うことが可能となる。

ここで、画像処理装置で設定されるフラットフィールド補正の第１切替点については、具体的には例えば、ノイズピーク点でのピーク出力強度よりも５％大きい出力強度を有する点を第１切替点として設定する構成を用いることができる。あるいは、ノイズピーク点でのピーク出力強度よりも大きい出力強度を有し、出力強度に対する比で表した固定パターンノイズ強度が２％まで低下した点を第１切替点として設定する構成を用いることができる。

また、画像取得装置は、画像処理装置が、ノイズピーク点に基づいて、第１切替点での第１切替強度よりも小さい第２切替強度を有する第２切替点を設定するとともに、対象画素からの出力強度が第２切替強度よりも小さい場合には、第１補正パターンによってフラットフィールド補正を行い、対象画素からの出力強度が第２切替強度よりも大きく第１切替強度よりも小さい場合には、第１補正パターンとは異なる第２補正パターンによってフラットフィールド補正を行い、対象画素からの出力強度が第１切替強度よりも大きい場合には、フラットフィールド補正を行わない構成としても良い。

同様に、画像取得方法は、画像処理ステップにおいて、ノイズピーク点に基づいて、第１切替点での第１切替強度よりも小さい第２切替強度を有する第２切替点を設定するとともに、対象画素からの出力強度が第２切替強度よりも小さい場合には、第１補正パターンによってフラットフィールド補正を行い、対象画素からの出力強度が第２切替強度よりも大きく第１切替強度よりも小さい場合には、第１補正パターンとは異なる第２補正パターンによってフラットフィールド補正を行い、対象画素からの出力強度が第１切替強度よりも大きい場合には、フラットフィールド補正を行わない構成としても良い。

このように、固定パターンノイズ強度の変化のノイズピーク点を参照して、フラットフィールド補正について第２切替点、第１切替点の２つの切替点を設定し、第２切替点よりも出力強度が小さい領域では第１補正パターンを使用し、第２切替点と第１切替点との間の領域では第２補正パターンを使用し、第１切替点よりも出力強度が大きい領域では補正を行わない構成とすることにより、画像に対するフラットフィールド補正を全体としてさらに好適に行うことが可能となる。

また、上記した構成において、画像処理装置で設定されるフラットフィールド補正の第２切替点については、具体的には例えば、ノイズピーク点を第２切替点として設定する構成を用いることができる。また、フラットフィールド補正の切替点については、上記した第１、第２切替点のみでなく、第２切替点と第１切替点との間に、さらに１または複数のフラットフィールド補正の切替点を設定して、３種類以上の補正パターンを使用する構成としても良い。

また、画像取得装置の構成については、ファイバ光学部材及び撮像装置に加えて、ファイバ光学部材の入力端面と光学的に接続され、入射した放射線像を、ファイバ光学部材へと入力される光像へと変換するシンチレータをさらに備える構成としても良い。このようにシンチレータを有する構成の画像取得装置によれば、例えばＸ線像などの放射線像による画像を好適に取得することができる。

本発明の画像取得装置及び画像取得方法によれば、ファイバ光学部材と、撮像装置と、固定パターンノイズに対するフラットフィールド補正を行う画像処理装置とを設けるとともに、画像処理装置で行われるフラットフィールド補正について、固定パターンノイズ強度のノイズピーク点に基づいて第１切替点を設定し、補正対象の画像における対象画素からの出力強度が第１切替点での第１切替強度よりも小さい場合には、所定の補正パターンによってフラットフィールド補正を行い、対象画素からの出力強度が第１切替強度よりも大きい場合には、フラットフィールド補正を行わない構成とすることにより、飽和領域における補正による固定パターンノイズの反転パターンの発生を抑制して、画像に対するフラットフィールド補正を全体として好適に行うことが可能となる。

画像取得装置の一実施形態の構成を示す図である。 出力強度と固定パターンノイズ強度との関係、及びフラットフィールド補正の一例について概略的に示すグラフである。 画像取得方法の一例を示すフローチャートである。 （ａ）、（ｂ）線形領域での固定パターンノイズに対するフラットフィールド補正、及び（ｃ）、（ｄ）飽和領域でのフラットフィールド補正による反転パターンの発生について示す図である。 図１に示した画像取得装置の変形例の構成を示す図である。 ファイバ光学プレートの構成、及びファイバ光学プレートによる固定パターンノイズの発生について示す図である。 （ａ）、（ｂ）ファイバ光学プレートにおける光ファイバと、撮像装置における画素との対応関係について示す図である。 図１に示した画像取得装置の具体的な構成の一例を示す（ａ）平面図、及び（ｂ）側面図である。 図８に示した画像取得装置におけるファイバ光学プレートの構成を一部拡大して示す平面図である。 入力光強度の変化に対する出力強度の変化について示すグラフである。 出力強度の変化に対する固定パターンノイズ強度の変化について示すグラフである。 出力強度の変化に対する固定パターンノイズ強度の変化について示すグラフである。 撮像装置で取得されるフラットフィールド補正前の画像の一例を示す図である。 図１３に示した補正前の画像の一部を拡大して示す図である。 図１４に示した画像に対してフラットフィールド補正を行って得られた画像の一例を示す図である。 出力強度と固定パターンノイズ強度との関係、及びフラットフィールド補正の他の例について概略的に示すグラフである。 画像取得方法の他の例を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）飽和領域での固定パターンノイズに対するフラットフィールド補正について示す図である。

以下、図面とともに本発明による画像取得装置、及び画像取得方法の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１は、画像取得装置の一実施形態の構成を概略的に示す図である。本実施形態による画像取得装置１Ａは、ファイバ光学部材であるファイバ光学プレート（ＦＯＰ）１０と、撮像装置２０と、シンチレータ１５と、支持基板２２と、筐体２５と、画像処理装置３０とを備えている。なお、図１においては、説明のため、ＦＯＰ１０及び撮像装置２０等を含む部分を側面断面図によって示すとともに、画像処理装置３０を含む部分をブロック図によって示している。

ＦＯＰ１０は、所定の配列ピッチで２次元配列された複数の光ファイバ１１を有し、これらの光ファイバ１１を束状にすることで光像を伝送可能に構成された光学素子である。ＦＯＰ１０は、複数の光ファイバ１１の一方の端面から構成される入力端面１０ａと、他方の端面から構成される出力端面１０ｂとを有し、入力端面１０ａから入力された撮像対象となる光像を出力端面１０ｂへと伝送するように構成されている。

図１に示す構成例では、ＦＯＰ１０での入力端面１０ａと出力端面１０ｂとは、互いに平行な面となっている。また、ＦＯＰ１０において、複数の光ファイバ１１は、例えばその光軸が互いに略平行となるように配列される。本構成例では、図１に模式的に示すように、光ファイバ１１は、ＦＯＰ１０の入力端面１０ａ及び出力端面１０ｂに垂直な方向に対して所定角度で傾いて配列されており、この光ファイバ１１の配列方向が、ＦＯＰ１０での光像の伝送方向となっている。

ＦＯＰ１０の入力端面１０ａ側には、所定のシンチレーション材料からなり、入力端面１０ａと光学的に接続されたシンチレータ１５が設けられている。シンチレータ１５は、ＦＯＰ１０とは反対側の面を放射線の入射端面として構成されており、入射端面から入射されたＸ線像などの放射線像を光像へと変換し、得られた光像を入力端面１０ａからＦＯＰ１０へと入力させる。

撮像装置２０は、好ましくはＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像装置からなり、所定の画素ピッチで２次元配列された複数の画素を有して構成されている。撮像装置２０は、ＦＯＰ１０の出力端面１０ｂと光学的に接続されており、ＦＯＰ１０を伝送されて出力端面１０ｂから出力された光像を撮像して、得られた画像を出力画像信号として出力する（撮像ステップ）。

撮像装置２０に対してＦＯＰ１０と反対側には、支持基板２２が設けられている。これにより、撮像装置２０、ＦＯＰ１０、及びシンチレータ１５は、支持基板２２によって支持されている。また、基板２２と撮像装置２０とはワイヤ２３によって電気的に接続されており、撮像装置２０からの出力信号は、ワイヤ２３、基板２２、及びケーブル２４を介して、外部へと出力される。また、本構成例では、撮像装置２０、ＦＯＰ１０、シンチレータ１５、及び支持基板２２は、筐体２５の内部に収容されている。

画像処理装置３０は、例えばＣＰＵ及びメモリ等を有するコンピュータからなり、撮像装置２０からケーブル２４を介して出力された画像データである出力信号を入力する画像入力部３１と、入力された画像に対して補正処理を行う画像補正部３２とを備えて構成されている。特に、本実施形態では、画像補正部３２は、撮像装置２０から出力された画像に対して、ＦＯＰ１０及び撮像装置２０に起因する固定パターンノイズ（ＦＰＮ）を補正するフラットフィールド補正（ＦＦＣ）を行う（画像処理ステップ）。

また、図１に示す画像処理装置３０では、画像補正部３２に対して、出力強度判定部３３及び補正パターン記憶部３４が設けられている。出力強度判定部３３は、対象画像に対して実行するフラットフィールド補正の補正条件の決定に必要な画像の各画素からの出力強度の判定を行う。また、補正パターン記憶部３４には、フラットフィールド補正に用いられる補正パターン（フラットフィールドフレーム）が記憶されている。また、この画像処理装置３０に対し、画像取得について必要な情報、指示等の操作者による入力に用いられる入力装置３６、及び取得された画像、及び補正条件等の情報の操作者への表示に用いられる表示装置３７が接続されている。入力装置３６としては、例えばキーボード、マウス、タッチパネル等を用いることができる。なお、画像補正部３２、出力強度判定部３３等については、例えば、画像処理装置３０において所定の画像処理プログラムを実行することで実現することができる。

ここで、ＦＯＰ１０と、撮像装置２０とを組み合わせた図１の構成では、取得される画像での固定パターンノイズは、上述したように、撮像装置２０の構造、特性等による画素毎の感度ばらつきの成分に加えて、ＦＯＰ１０の構造等に起因する感度ばらつきの成分を含んでおり、したがって、ＦＯＰを用いない画像取得装置に比べて、固定パターンノイズの画像への影響が大きい。これに対して、適切な補正パターンを用い、対象画像に対してフラットフィールド補正を行うことにより、ＦＯＰ１０によるパターンノイズも含めて、固定パターンノイズの影響を抑制することができる。

このような固定パターンノイズについては、例えば、ＦＯＰ１０及び撮像装置２０に対して、受光面全体に均一強度の光を照射する較正測定を行い、この較正測定で得られる画像における各画素からの出力信号強度のばらつきから固定パターンノイズを求めることができる。また、このようにして取得された固定パターンノイズから、フラットフィールド補正に用いる補正パターンを求めることができる。

例えば、撮像装置２０で取得される画像における各画素の位置を（ｘ，ｙ）とし、較正測定で得られる固定パターンノイズに対応する画像での出力強度分布をＩｎ（ｘ，ｙ）とすると、補正パターンＩｃ（ｘ，ｙ）は、
Ｉｃ（ｘ，ｙ）＝Ｃ／Ｉｎ（ｘ，ｙ）
によって求められる。ここで、Ｃは任意の定数であり、例えば、出力強度Ｉｎ（ｘ，ｙ）の平均値を定数Ｃとして用いることができる。また、本測定で取得される補正対象の画像での各画素の出力強度をＩａ（ｘ，ｙ）とすると、フラットフィールド補正後の画像での出力強度Ｉｂ（ｘ，ｙ）は、
Ｉｂ（ｘ，ｙ）＝Ｉａ（ｘ，ｙ）×Ｉｃ（ｘ，ｙ）
によって求めることができる。なお、較正測定または本測定における画像取得では、必要があれば、別にバックグラウンド画像を取得して、それを差し引く等の画像処理を行っても良い。

図２は、出力強度と固定パターンノイズ強度（ＦＰＮ強度）との関係、及び画像補正部３２において実行されるフラットフィールド補正の一例について概略的に示すグラフである。図２のグラフにおいて、横軸は画像の画素からの出力画像信号での出力強度を示し、縦軸はＦＰＮ強度を示している。縦軸のＦＰＮ強度は、上記した較正測定で得られた画像において、撮像装置２０の全画素、または一部領域の複数の画素（例えば、１００画素×１００画素）での出力強度の標準偏差によって求められる。

撮像装置２０で取得される画像でのＦＰＮは、画素への入力光強度に対して出力強度が線形に変化する線形領域では一定であり、このとき、ＦＰＮ強度は、図２中に破線の直線Ｌによって示すように、出力強度に比例して変化し、出力強度に対する比で表したＦＰＮ強度は、略一定値（例えば、後述する構成例では約８％）となる。一方、画素からの出力強度が増大して飽和領域に近づくと、ＦＰＮ強度は比例関係から外れ、さらに出力強度が増大すると、ＦＰＮ強度は減少に転じる。図２のグラフにおいて、点Ｐ０は、出力強度の変化に対するＦＰＮ強度の変化のノイズピーク点である。

図１に示す画像処理装置３０の画像補正部３２では、この出力強度とＦＰＮ強度との相関におけるノイズピーク点Ｐ０を参照し、ノイズピーク点Ｐ０に基づいて、フラットフィールド補正の補正条件を切り替えるための第１切替点Ｐ１を設定する。また、補正対象の画像における複数の画素それぞれを対象としたフラットフィールド補正について、出力強度判定部３３において対象画素からの出力強度Ｉの判定を行う。そして、画像補正部３２は、対象画素からの出力強度Ｉが第１切替点Ｐ１での第１切替強度Ｉ１よりも小さい領域Ｒ１では、補正パターン記憶部３４に記憶されている所定の補正パターンによってフラットフィールド補正を行うとともに、出力強度Ｉが第１切替強度Ｉ１よりも大きい領域Ｒ０では、補正パターンを用いたフラットフィールド補正を行わないこととする。

図３は、図１に示した画像取得装置１Ａにおいて実行される画像取得方法の一例を示すフローチャートである。図３に示す方法では、まず、補正対象の画像における対象画素での画像信号の出力強度について判定を行い（ステップＳ１１）、出力強度Ｉが第１切替点Ｐ１での第１切替強度Ｉ１よりも小さいかどうかを判断する（Ｓ１２）。そして、出力強度Ｉが第１切替強度Ｉ１よりも小さい場合には、所定の補正パターンによってフラットフィールド補正を行う（Ｓ１３）。一方、出力強度Ｉが第１切替強度Ｉ１よりも大きい場合には、その画素についてはフラットフィールド補正は行わない（Ｓ１４）。

対象画素についての出力強度の判定、及びフラットフィールド補正が終了したら、画像に含まれる複数の画素の全画素についてフラットフィールド補正を行ったかどうかを確認し（Ｓ１５）、補正を行っていない画素があれば、その対象画素について、ステップＳ１１〜Ｓ１４を繰り返して行う。一方、画像の全画素について補正を行っていれば、その画像についてのフラットフィールド補正の処理を終了する。

本実施形態による画像取得装置１Ａ、及び画像取得方法の効果について説明する。

図１〜図３に示した画像取得装置１Ａ及び画像取得方法では、複数の光ファイバ１１を有し、入力端面１０ａから出力端面１０ｂへと光像を伝送するファイバ光学プレート１０と、複数の画素を有する撮像装置２０とを組み合わせるとともに、撮像装置２０で取得される画像に対して、画像処理装置３０においてフラットフィールド補正を行っている。これにより、補正対象の画像におけるファイバ光学プレート１０及び撮像装置２０の構造、特性等に起因する固定パターンノイズの影響を抑制することができる。

さらに、このような構成において、図２に示したように、出力強度の変化に対する固定パターンノイズ強度の変化のノイズピーク点Ｐ０を参照して、フラットフィールド補正の第１切替点Ｐ１を設定し、第１切替点Ｐ１よりも出力強度が小さい領域Ｒ１ではフラットフィールド補正を行うとともに、第１切替点Ｐ１よりも出力強度が大きい領域Ｒ０では補正を行わない構成としている。このように、ノイズピーク点Ｐ０を超えた飽和領域内で出力強度が大きい領域Ｒ０において、補正パターンを用いたフラットフィールド補正を行わない構成によれば、飽和領域における補正による固定パターンノイズの反転パターンの発生を抑制して、画像に対するフラットフィールド補正を全体として好適に行うことが可能となる。

図４は、線形領域での固定パターンノイズに対するフラットフィールド補正、及び飽和領域でのフラットフィールド補正による反転パターンの発生について示す図である。ここでは、線形領域での出力強度に対する比で表したＦＰＮ強度を８％とし、図４（ａ）に示すように、画像に含まれる４個の画素での出力強度を、左上の画素での強度を１００として、１００、１０８、１０８、９２とする。このような画像に対して、ＦＰＮ強度８％に対応する補正パターンでフラットフィールド補正を行うと、図４（ｂ）に示すように感度が均一の画像が得られる。

一方、画像の各画素からの出力強度が増大して飽和領域に入ると、ＦＰＮ強度はノイズピーク点Ｐ０（図２参照）を経て減少していく。例えば、図４（ｃ）では、画像の各画素からの出力強度は１００、１０２、１０２、９８であり、ＦＰＮ強度は２％まで減少している。このような画像に対して、線形領域と同様の補正パターンを用いて、フラットフィールド補正を行うと、図４（ｄ）に示すように、補正後の画像での出力強度は１００、９４、９４、１０６となり、過度の補正によって固定パターンノイズの反転パターンが発生してしまう。

これに対して、上記したように、ＦＰＮ強度の変化でのノイズピーク点Ｐ０に基づいて設定された第１切替点Ｐ１によって、フラットフィールド補正の実行の有無を切り替える構成とすることにより、このような反転パターンの発生を抑制することができる。また、ある程度以上の出力強度の領域でフラットフィールド補正を行わない構成とすることにより、画像に対する補正処理を簡略化することができる。

ここで、画像処理装置３０で設定されるフラットフィールド補正の補正条件を切り替えるための第１切替点Ｐ１については、一般には、ノイズピーク点Ｐ０でのピーク出力強度Ｉ０以上の出力強度を有する点を第１切替点Ｐ１として設定することが好ましい。

また、この第１切替点Ｐ１については、具体的には例えば、ノイズピーク点Ｐ０でのピーク出力強度Ｉ０よりも５％大きい出力強度Ｉを有する点を第１切替点Ｐ１として設定する構成を用いることができる。画素からの出力強度Ｉがピーク点Ｐ０を超えた直後は、ＦＰＮ強度はまだ大きいが、出力強度Ｉがピーク出力強度Ｉ０よりも５％大きくなると、ＦＰＮ強度が出力強度Ｉに対して例えば２〜３％程度と小さくなり、画像においてＦＰＮが目立たなくなる。したがって、上記のように第１切替点Ｐ１を設定することにより、フラットフィールド補正の実行の有無を好適に切り替えることができる。

あるいは、第１切替点Ｐ１については、ノイズピーク点Ｐ０でのピーク出力強度Ｉ０よりも大きい出力強度Ｉを有し、出力強度Ｉに対する比で表したＦＰＮ強度が２％まで低下した点を第１切替点Ｐ１として設定する構成としても良い。このような構成によっても、同様に、フラットフィールド補正の実行の有無を好適に切り替えることができる。

また、画像取得装置１Ａの構成については、図１に示した実施形態では、ファイバ光学プレート１０及び撮像装置２０に加えて、ファイバ光学プレート１０の入力端面１０ａと光学的に接続されたシンチレータ１５を備える構成としている。このように、シンチレータ１５を有する構成の画像取得装置１Ａによれば、例えば、Ｘ線像などの放射線像による画像を好適に取得することができる。このような画像取得装置は、例えば口腔内で歯牙の撮影を行うＸ線画像取得装置として利用することができる。

また、このシンチレータ１５については、光像を直接に撮像する場合など不要であれば設けない構成としても良い。このようにシンチレータを含まない画像取得装置は、例えば指紋などの凹凸パターンを検出する画像取得装置として利用することができる。

また、図１に示した画像取得装置１Ａでは、ＦＯＰ１０を構成する光ファイバ１１が、ＦＯＰ１０の入力端面１０ａ及び出力端面１０ｂに垂直な方向に対して所定角度で傾いて配列されている構成を例示したが、ＦＯＰ１０での光ファイバ１１の配列については、このような構成に限られない。例えば、図５に変形例の画像取得装置１Ｂの構成を示すように、ＦＯＰ１０を構成する光ファイバ１１が、ＦＯＰ１０の入力端面１０ａ及び出力端面１０ｂに対して垂直に延びるように配列されている構成を用いても良い。

次に、ＦＯＰ１０の構造等に起因する感度ばらつきによる固定パターンノイズの発生について具体的に説明する。図６は、ＦＯＰ１０の構成、及びＦＯＰ１０による固定パターンノイズの発生について模式的に示す図である。ＦＯＰ１０は、例えば、複数本の光ファイバ１１を束ねて、断面が所定形状（図６の例では六角形状）の光ファイバ束１２とし、さらに、この光ファイバ束１２を複数タイリングすることによって構成される。

このような構成を有するＦＯＰ１０を撮像装置２０と組み合わせて用いた場合、光ファイバ１１同士の境界面、あるいは複数の光ファイバ１１を束ねた光ファイバ束１２同士の境界面のパターンが、撮像装置２０で取得される画像において、固定パターンノイズ（ＦＰＮ）として現れることとなる。

また、このような構成のＦＯＰ１０では、光ファイバ１１を束ねて光ファイバ束１２とする際、または光ファイバ束１２をタイリングしてＦＯＰ１０とする際に、境界面において光ファイバ１１が潰れる場合がある。このような場合、光ファイバ１１が潰れた境界部位では、光ファイバ１１への入力光量が他の光ファイバ１１よりも減少し、これによってＦＰＮ強度が増大する。また、光ファイバ１１間でのクロストークを抑制するために、光ファイバ１１間に光を吸収するガラス等を挿入する場合があるが、このような光吸収ガラスもＦＰＮ強度の増大に寄与する場合がある。

また、図７は、ＦＯＰ１０における光ファイバ１１と、撮像装置２０における画素２１との対応関係について示す図であり、図７（ａ）は、画素サイズｗ１×ｗ２＝２０μｍ×２０μｍの画素２１に対し、直径ｄ＝６μｍの光ファイバ１１が配列された構成を示し、図７（ｂ）は、同様のサイズの画素２１に対し、直径ｄ＝１５μｍの光ファイバ１１が配列された構成を示している。

図７（ａ）、（ｂ）からわかるように、撮像装置２０での画素２１のサイズに対し、ＦＯＰ１０での光ファイバ１１または光ファイバ束１２のサイズが大きいと、その境界面のパターンが大きく目立ちやすくなり、撮像装置２０で取得される画像でのＦＰＮ強度が増大する。また、このような場合のＦＰＮは、画像において視覚的にも目立ちやすくなる。また、図１に示したように、ＦＯＰ１０において光ファイバ１１を傾けて配列した場合、光ファイバ１１の端面が大きくなるため、ＦＰＮが目立ちやすくなる。画像処理装置３０で実行されるフラットフィールド補正では、このようなＦＯＰ１０の構造による影響を考慮して補正を行う必要がある。

次に、図１に示した画像取得装置の構成例について説明する。図８は、画像取得装置の具体的な構成の一例を示す（ａ）平面図、及び（ｂ）側面図である。図８に示す構成例では、支持基板２２上に、ＣＭＯＳチップからなる撮像装置２０、及びＦＯＰ１０とシンチレータ１５とを一体化したシンチレータ素子が配置されている。本構成例での有効撮像面積は、ａ１×ａ２＝２０ｍｍ×３０ｍｍである。また、ＦＯＰ１０、シンチレータ１５、及び撮像装置２０を含む素子高さは、ｈ＝１．７ｍｍである。また、撮像装置２０のＣＭＯＳチップにおいて、画素サイズは２０μｍ×２０μｍ、画素数は１０００画素×１５００画素である。

また、図９は、図８に示した画像取得装置におけるＦＯＰ１０の構成を一部拡大して示す平面図である。図９では、図８（ａ）において四角形の枠１８で示した領域に含まれるＦＯＰ１０での六角形状の光ファイバ束１２の構成を示している。本構成例では、ＦＯＰ１０を構成する光ファイバ１１として、直径ｄ＝１５μｍの光ファイバを用いている。また、複数の光ファイバ１１を束ねた光ファイバ束１２のサイズは、図９においてｂ１＝１６００μｍ、ｂ２＝２８００μｍである。また、ＦＯＰ１０における光ファイバ１１の傾き角度（図１参照）は、３０°〜４０°である。

次に、図１、図８、図９に示した構成を有する画像取得装置１Ａで取得される画像における出力特性、及び固定パターンノイズ特性等について説明する。

図１０は、入力光強度の変化に対する出力強度の変化について示すグラフである。図１０のグラフにおいて、横軸は入力光強度（ａ．ｕ．）を示し、縦軸は撮像装置２０からの画像信号の出力強度（ＤＮ、デジタル出力値）を示している。図１０に示すように、入力光強度が小さい線形領域では、入力光強度の増大に応じて、出力強度が線形に増大している。一方、入力光強度が大きくなって飽和領域になると、出力強度は徐々に飽和して線形には増大しなくなっている。

図１１、図１２はそれぞれ、出力強度の変化に対する固定パターンノイズ（ＦＰＮ）強度の変化について示すグラフである。図１１のグラフにおいて、横軸は出力強度（ＤＮ）を示し、縦軸はＦＰＮ強度（ＤＮｒｍｓ、デジタル出力値の標準偏差）を示している。また、図１２のグラフにおいて、横軸は出力強度（ＤＮ）を示し、縦軸は出力強度に対する比で表したＦＰＮ強度（％）を示している。図２に関して上述したように、図１１、図１２に示すグラフでは、線形領域でのＦＰＮ強度は８％程度であるが、出力強度が増大して飽和領域になると、ＦＰＮ強度はノイズピーク点を経て減少に転じている。

図１３は、撮像装置で取得されるフラットフィールド補正前の画像の一例を示す図である。図１３では、テスト用のグレイチャートを撮像対象とし、ＬＥＤ光源からの波長６２６ｎｍの光を用いて取得した画像を示している。また、図１４は、図１３に示した補正前の画像の一部を拡大して示す図であり、図１３に示した画像の左側のパターンのうちで、領域Ｆ０内にある画像を拡大して示している。

図１４の画像では、上から下に向かって入力光強度、及び画像の各画素における出力強度が増大しており、領域Ｆ１が、ノイズピーク点Ｐ０（図２参照）近傍の領域となっている。また、領域Ｆ１よりも上にある領域Ｆ５は線形領域、領域Ｆ１よりも下にある領域Ｆ２、Ｆ３はそれぞれ飽和領域に対応している。線形領域内の領域Ｆ５、及びピーク点Ｐ０近傍の領域Ｆ１でのＦＰＮ強度は約８％である。また、ＦＰＮ強度が減少する飽和領域内の領域Ｆ２でのＦＰＮ強度は約４％、領域Ｆ３でのＦＰＮ強度は約２％である。

図１４の画像において、領域Ｆ５、Ｆ１では、ＦＯＰ１０における六角形状の光ファイバ束１２の構造に起因する固定パターンノイズが明確に確認できる。また、ＦＰＮ強度が４％まで低下した領域Ｆ２においても、固定パターンノイズを確認することができる。一方、出力強度が大きくＦＰＮ強度が２％まで低下している領域Ｆ３では、固定パターンノイズは視覚的に確認しにくくなっている。

図１５は、図１４に示した画像に対して単一の補正パターンを用いてフラットフィールド補正を行って得られた画像の一例を示す図である。図１５の画像において、領域Ｆ５、Ｆ１では、フラットフィールド補正によって、固定パターンノイズの影響が充分に抑制されている。一方、飽和領域の領域Ｆ２、Ｆ３では、線形領域と同様の補正パターンを用いてフラットフィールド補正を行った結果、過度の補正によって固定パターンノイズの反転パターンが発生している。

これに対して、ＦＰＮ強度の変化でのノイズピーク点Ｐ０に基づいて設定された第１切替点Ｐ１によって、フラットフィールド補正の実行の有無を切り替える構成とすることにより、上述したように、図１５に示したような反転パターンの発生を抑制して、画像に対するフラットフィールド補正を全体として好適に行うことが可能となる。

上記実施形態による画像取得装置１Ａ、及び画像取得方法の構成について、さらに説明する。図１６は、出力強度とＦＰＮ強度との関係、及び画像補正部３２において実行されるフラットフィールド補正の他の例について概略的に示すグラフである。

図１に示す画像処理装置３０の画像補正部３２では、本構成例においては、この出力強度とＦＰＮ強度との相関におけるノイズピーク点Ｐ０を参照し、ノイズピーク点Ｐ０に基づいて、フラットフィールド補正の第１切替点Ｐ１を設定するとともに、さらに、第１切替点Ｐ１での第１切替強度Ｉ１よりも小さい第２切替強度Ｉ２を有する第２切替点Ｐ２を設定する。図１６では、第２切替点の設定の一例として、ノイズピーク点Ｐ０を第２切替点Ｐ２として設定している。

また、補正対象の画像における複数の画素それぞれを対象としたフラットフィールド補正について、出力強度判定部３３において対象画素からの出力強度Ｉの判定を行う。そして、画像補正部３２は、対象画素からの出力強度Ｉが第２切替強度Ｉ２よりも小さい領域Ｒ１では、補正パターン記憶部３４に記憶されている第１補正パターンによってフラットフィールド補正を行い、出力強度Ｉが第２切替強度Ｉ２よりも大きく第１切替強度Ｉ１よりも小さい領域Ｒ２では、第１補正パターンとは異なる第２補正パターンによってフラットフィールド補正を行うとともに、出力強度Ｉが第１切替強度Ｉ１よりも大きい領域Ｒ０では、補正パターンを用いたフラットフィールド補正を行わないこととする。

図１７は、図１に示した画像取得装置１Ａにおいて実行される画像取得方法の他の例を示すフローチャートである。図１７に示す方法では、まず、補正対象の画像における対象画素での画像信号の出力強度について判定を行い（ステップＳ２１）、出力強度Ｉが第２切替点Ｐ２での第２切替強度Ｉ２よりも小さいかどうかを判断する（Ｓ２２）。そして、出力強度Ｉが第２切替強度Ｉ２よりも小さい場合には、第１補正パターンによってフラットフィールド補正を行う（Ｓ２３）。

続いて、出力強度Ｉが第２切替強度Ｉ２よりも大きい場合には、出力強度Ｉが第１切替点Ｐ１での第１切替強度Ｉ１よりも小さいかどうかを判断する（Ｓ２４）。そして、出力強度Ｉが第１切替強度Ｉ１よりも小さい場合には、第２補正パターンによってフラットフィールド補正を行う（Ｓ２５）。一方、出力強度Ｉが第１切替強度Ｉ１よりも大きい場合には、その画素についてはフラットフィールド補正は行わない（Ｓ２６）。

対象画素についての出力強度の判定、及びフラットフィールド補正が終了したら、画像に含まれる複数の画素の全画素についてフラットフィールド補正を行ったかどうかを確認し（Ｓ２７）、補正を行っていない画素があれば、その対象画素について、ステップＳ２１〜Ｓ２６を繰り返して行う。一方、画像の全画素について補正を行っていれば、その画像についてのフラットフィールド補正の処理を終了する。

図１６、図１７に示した構成では、ＦＰＮ強度の変化におけるノイズピーク点Ｐ０を参照して、フラットフィールド補正について第２切替点Ｐ２、第１切替点Ｐ１の２つの切替点を設定し、第２切替点Ｐ２よりも出力強度が小さい領域Ｒ１では第１補正パターンを使用し、第２切替点Ｐ２と第１切替点Ｐ１との間の領域Ｒ２では第２補正パターンを使用するとともに、第１切替点Ｐ１よりも出力強度が大きい領域Ｒ０では補正を行わない構成としている。

このような構成によれば、第１切替点Ｐ１よりも出力強度が小さい領域を、第２切替点Ｐ２によって２つの領域Ｒ１、Ｒ２に区分し、これらの領域Ｒ１、Ｒ２のそれぞれで異なる補正パターンを用いてフラットフィールド補正を行う構成とすることにより、画像に対するフラットフィールド補正を全体としてさらに高精度で行うことが可能となる。

図１８は、飽和領域での固定パターンノイズに対するフラットフィールド補正について示す図である。ここでは、第２切替点Ｐ２と第１切替点Ｐ１との間の領域Ｒ２内で出力強度に対する比で表したＦＰＮ強度が４％まで低下した点を想定し、図１８（ａ）に示すように、画像に含まれる４個の画素での出力強度を、左上の画素での強度を１００として、１００、１０４、１０４、９６とする。このような画像に対して、線形領域と同様のＦＰＮ強度８％に対応する補正パターンでフラットフィールド補正を行うと、図１８（ｂ）に示すように、過度の補正によって固定パターンノイズの反転パターンが発生する。

これに対して、線形領域とは異なるＦＰＮ強度６％に対応する補正パターンでフラットフィールド補正を行った場合、図１８（ｃ）に示すように、固定パターンノイズの反転パターンの発生を抑制することができる。また、ＦＰＮ強度４％に対応する補正パターンでフラットフィールド補正を行った場合、図１８（ｄ）に示すように、固定パターンノイズの反転パターンの発生をさらに抑制することができる。

ここで、フラットフィールド補正の補正条件を切り替えるための第２切替点Ｐ２については、具体的には例えば、図１６に例示したように、ノイズピーク点Ｐ０を第２切替点Ｐ２として設定する構成を用いることができる。また、第２切替点Ｐ２については、ノイズピーク点Ｐ０以外の点、例えば、ノイズピーク点Ｐ０と第１切替点Ｐ１との間にある所定の点を第２切替点Ｐ２として設定しても良い。なお、第１切替点Ｐ１の設定については、図２、図３に示した構成に関して上述した通りである。

また、フラットフィールド補正の切替点については、上記した第１切替点Ｐ１、第２切替点Ｐ２のみでなく、第２切替点Ｐ２と第１切替点Ｐ１との間に、さらに１または複数のフラットフィールド補正の切替点を設定して、３種類以上の補正パターンを切り替えて使用する構成としても良い。

このような構成の例としては、線形領域でのＦＰＮ強度が８％で、ノイズピーク点Ｐ０よりも出力強度が大きくＦＰＮ強度が２％まで低下した点を第１切替点Ｐ１とした構成において、ノイズピーク点Ｐ０よりも出力強度が大きくＦＰＮ強度が６％まで低下した点を第２切替点Ｐ２とし、ノイズピーク点Ｐ０よりも出力強度が大きくＦＰＮ強度が４％まで低下した点を第３切替点Ｐ３とする。

そして、画像に対するフラットフィールド補正について、第２切替点Ｐ２よりも出力強度が小さい領域ではＦＰＮ強度８％に対応する第１補正パターンを使用し、第２切替点Ｐ２と第３切替点Ｐ３との間の領域ではＦＰＮ強度６％に対応する第２補正パターンを使用し、第３切替点Ｐ３と第１切替点Ｐ１との間の領域ではＦＰＮ強度４％に対応する第３補正パターンを使用し、第１切替点Ｐ１よりも出力強度が大きい領域では補正を行わない構成とする。このように、フラットフィールド補正について３個以上の切替点を設定して、補正パターンの切り替え、及び補正の実行の有無の切り替えを行うことにより、画像に対するフラットフィールド補正をさらに精度良く行うことができる。

本発明による画像取得装置及び画像取得方法は、上記した実施形態及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、撮像装置２０及びＦＯＰ１０等を収容する筐体２５については、不要であれば設けない構成としても良い。また、撮像装置２０、ＦＯＰ１０、画像処理装置３０等のそれぞれの具体的な構成については、上記した構成以外にも様々な構成を用いて良い。

本発明は、撮像装置とファイバ光学部材とを組み合わせた構成での画像取得について、フラットフィールド補正を好適に行うことが可能な画像取得装置及び画像取得方法として利用可能である。

１Ａ、１Ｂ…画像取得装置、１０…ファイバ光学プレート（ファイバ光学部材）、１０ａ…入力端面、１０ｂ…出力端面、１１…光ファイバ、１２…光ファイバ束、１５…シンチレータ、２０…撮像装置、２１…画素、２２…支持基板、２３…ワイヤ、２４…ケーブル、２５…筐体、
３０…画像処理装置、３１…画像入力部、３２…画像補正部、３３…出力強度判定部、３４…補正パターン記憶部、３６…入力装置、３７…表示装置。

Claims (14)

1. ２次元配列された複数の光ファイバを有し、前記複数の光ファイバの一方の端面から構成される入力端面から入力された光像を、前記複数の光ファイバの他方の端面から構成される出力端面へと伝送するファイバ光学部材と、
   ２次元配列された複数の画素を有するとともに、前記ファイバ光学部材の前記出力端面と光学的に接続され、前記出力端面から出力された前記光像を撮像して、得られた画像を出力する撮像装置と、
   前記撮像装置から出力された前記画像に対して、前記ファイバ光学部材及び前記撮像装置に起因する固定パターンノイズを補正するフラットフィールド補正を行う画像処理装置とを備え、
   前記画像処理装置は、補正対象となる前記画像に含まれる画素での、出力強度の変化に対する固定パターンノイズ強度の変化のノイズピーク点に基づいて、前記フラットフィールド補正の第１切替点を設定するとともに、
   前記画像における前記複数の画素それぞれを対象とした前記フラットフィールド補正について、対象画素からの出力強度が前記第１切替点での第１切替強度よりも小さい場合には、所定の補正パターンによって前記フラットフィールド補正を行い、前記対象画素からの出力強度が前記第１切替強度よりも大きい場合には、前記フラットフィールド補正を行わないことを特徴とする画像取得装置。
2. 前記画像処理装置は、前記ノイズピーク点でのピーク出力強度よりも５％大きい出力強度を有する点を前記第１切替点として設定することを特徴とする請求項１記載の画像取得装置。
3. 前記画像処理装置は、前記ノイズピーク点でのピーク出力強度よりも大きい出力強度を有し、出力強度に対する比で表した固定パターンノイズ強度が２％まで低下した点を前記第１切替点として設定することを特徴とする請求項１記載の画像取得装置。
4. 前記画像処理装置は、前記ノイズピーク点に基づいて、前記第１切替点での前記第１切替強度よりも小さい第２切替強度を有する第２切替点を設定するとともに、
   前記対象画素からの出力強度が前記第２切替強度よりも小さい場合には、第１補正パターンによって前記フラットフィールド補正を行い、前記対象画素からの出力強度が前記第２切替強度よりも大きく前記第１切替強度よりも小さい場合には、前記第１補正パターンとは異なる第２補正パターンによって前記フラットフィールド補正を行い、前記対象画素からの出力強度が前記第１切替強度よりも大きい場合には、前記フラットフィールド補正を行わないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の画像取得装置。
5. 前記画像処理装置は、前記ノイズピーク点を前記第２切替点として設定することを特徴とする請求項４記載の画像取得装置。
6. 前記画像処理装置は、前記第２切替点と前記第１切替点との間に、さらに１または複数の前記フラットフィールド補正の切替点を設定することを特徴とする請求項４または５記載の画像取得装置。
7. 前記ファイバ光学部材の前記入力端面と光学的に接続され、入射した放射線像を、前記ファイバ光学部材へと入力される前記光像へと変換するシンチレータを備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の画像取得装置。
8. ２次元配列された複数の光ファイバを有し、前記複数の光ファイバの一方の端面から構成される入力端面から入力された光像を、前記複数の光ファイバの他方の端面から構成される出力端面へと伝送するファイバ光学部材と、
   ２次元配列された複数の画素を有するとともに、前記ファイバ光学部材の前記出力端面と光学的に接続された撮像装置とを備える画像取得装置を用い、
   前記ファイバ光学部材の前記出力端面から出力された前記光像を前記撮像装置によって撮像して、得られた画像を出力する撮像ステップと、
   前記撮像装置から出力された前記画像に対して、前記ファイバ光学部材及び前記撮像装置に起因する固定パターンノイズを補正するフラットフィールド補正を行う画像処理ステップとを備え、
   前記画像処理ステップにおいて、補正対象となる前記画像に含まれる画素での、出力強度の変化に対する固定パターンノイズ強度の変化のノイズピーク点に基づいて、前記フラットフィールド補正の第１切替点を設定するとともに、
   前記画像における前記複数の画素それぞれを対象とした前記フラットフィールド補正について、対象画素からの出力強度が前記第１切替点での第１切替強度よりも小さい場合には、所定の補正パターンによって前記フラットフィールド補正を行い、前記対象画素からの出力強度が前記第１切替強度よりも大きい場合には、前記フラットフィールド補正を行わないことを特徴とする画像取得方法。
9. 前記画像処理ステップにおいて、前記ノイズピーク点でのピーク出力強度よりも５％大きい出力強度を有する点を前記第１切替点として設定することを特徴とする請求項８記載の画像取得方法。
10. 前記画像処理ステップにおいて、前記ノイズピーク点でのピーク出力強度よりも大きい出力強度を有し、出力強度に対する比で表した固定パターンノイズ強度が２％まで低下した点を前記第１切替点として設定することを特徴とする請求項８記載の画像取得方法。
11. 前記画像処理ステップにおいて、前記ノイズピーク点に基づいて、前記第１切替点での前記第１切替強度よりも小さい第２切替強度を有する第２切替点を設定するとともに、
    前記対象画素からの出力強度が前記第２切替強度よりも小さい場合には、第１補正パターンによって前記フラットフィールド補正を行い、前記対象画素からの出力強度が前記第２切替強度よりも大きく前記第１切替強度よりも小さい場合には、前記第１補正パターンとは異なる第２補正パターンによって前記フラットフィールド補正を行い、前記対象画素からの出力強度が前記第１切替強度よりも大きい場合には、前記フラットフィールド補正を行わないことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項記載の画像取得方法。
12. 前記画像処理ステップにおいて、前記ノイズピーク点を前記第２切替点として設定することを特徴とする請求項１１記載の画像取得方法。
13. 前記画像処理ステップにおいて、前記第２切替点と前記第１切替点との間に、さらに１または複数の前記フラットフィールド補正の切替点を設定することを特徴とする請求項１１または１２記載の画像取得方法。
14. 前記画像取得装置は、前記ファイバ光学部材の前記入力端面と光学的に接続され、入射した放射線像を、前記ファイバ光学部材へと入力される前記光像へと変換するシンチレータを備えることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一項記載の画像取得方法。