JP7060090B2 - Optical imaging device and image processing method - Google Patents

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Description

本発明は、光イメージング装置および画像処理方法に関し、特に、位相分布画像を生成する光イメージング装置および画像処理手法に関する。 The present invention relates to an optical imaging apparatus and an image processing method, and more particularly to an optical imaging apparatus and an image processing method for generating a phase distribution image.

従来、位相分布画像を生成する光イメージング装置および画像処理手法が知られている。このような光イメージング装置および画像処理方法は、たとえば、国際公開第2014/030115号に開示されている。 Conventionally, an optical imaging device and an image processing method for generating a phase distribution image are known. Such an optical imaging apparatus and an image processing method are disclosed in, for example, International Publication No. 2014/030115.

国際公開第2014/030115号に開示されているX線位相差撮像システムは、タルボ・ロー干渉計によってX線撮像を行い、縞走査法によって位相分布画像を生成するように構成されている。 The X-ray phase difference imaging system disclosed in International Publication No. 2014/030115 is configured to perform X-ray imaging with a Talbot low interferometer and generate a phase distribution image by a fringe scanning method.

ここで、タルボ・ロー干渉計では、マルチスリットと、位相格子と、吸収格子とを用いて撮像が行われる。具体的には、複数の格子のうちいずれか1つを、格子のパターンと直交する方向に並進させながら複数回撮像する。また、縞走査法とは、格子を並進移動させながら複数回撮像されたX線画像の各画素の画素値の強度変化に基づいて、位相コントラスト画像を生成する手法である。具体的には、縞走査法は、X線画像に写るモアレ縞の各画素の画素値の強度変化が、格子の周期の関数の各位相におけるデータであるとして、関数の波形を決定し、波形が決定された関数に基づいて、位相分布画像を生成する手法である。縞走査法で生成される位相分布画像は、位相微分像が含まれる。また、縞走査法では、吸収像および暗視野像を含む画像を生成することができる。位相微分像とは、X線が被写体を通過した際に発生するX線の位相のずれをもとに画像化した像である。また、吸収像とは、X線が被写体を通過した際に生じるX線の減衰に基づいて画像化した像である。また、暗視野像とは、物体の小角散乱に基づくVisibilityの変化によって得られる、Visibility像のことである。また、暗視野像は、小角散乱像とも呼ばれる。「Visibility」とは、鮮明度のことである。 Here, in the Talbot-Lago interferometer, imaging is performed using a multi-slit, a phase grid, and an absorption grid. Specifically, any one of the plurality of grids is imaged a plurality of times while being translated in a direction orthogonal to the pattern of the grids. Further, the fringe scanning method is a method of generating a phase contrast image based on a change in the intensity of the pixel value of each pixel of an X-ray image captured a plurality of times while moving the grid in translation. Specifically, the fringe scanning method determines the waveform of the function assuming that the change in the intensity of the pixel value of each pixel of the moire fringes reflected in the X-ray image is the data in each phase of the function of the period of the lattice, and the waveform. Is a method of generating a phase distribution image based on the determined function. The phase distribution image generated by the fringe scanning method includes a phase differential image. In addition, the fringe scanning method can generate an image including an absorption image and a dark field image. The phase differential image is an image imaged based on the phase shift of the X-rays generated when the X-rays pass through the subject. Further, the absorption image is an image imaged based on the attenuation of the X-rays generated when the X-rays pass through the subject. The dark field image is a Visibility image obtained by a change in Visibility based on small-angle scattering of an object. The dark field image is also called a small-angle scattered image. "Visibility" is sharpness.

国際公開第2014/030115号には開示されていないが、縞走査法を用いて位相分布画像を生成する際、生成する位相分布画像のノイズを低減させるためには、X線を照射する時間を長くする必要がある。しかしながら、X線の照射時間を長くすると、X線源などから発せられる熱などに起因して格子が熱変動することにより、各格子の相対位置に位置ずれが生じる。各格子の相対位置に位置ずれが生じると、モアレ縞の位相が変化するため、得られる位相分布画像にアーチファクトが生じる。 Although not disclosed in International Publication No. 2014/030115, when a phase distribution image is generated using the fringe scanning method, in order to reduce the noise of the generated phase distribution image, the time for irradiating X-rays is set. It needs to be long. However, when the X-ray irradiation time is lengthened, the lattices thermally fluctuate due to heat generated from an X-ray source or the like, and the relative positions of the lattices are displaced. When the relative position of each grid is displaced, the phase of the moire fringes changes, so that an artifact occurs in the obtained phase distribution image.

このようなアーチファクトの発生を抑制するためには、X線の照射時間を短時間にして撮像した複数の位相分布画像を合成することにより位相分布画像を生成する手法が考えられる。この手法では、X線の照射時間が短いため、各位相分布画像を生成する際の格子の熱変動の影響を極力抑制することが可能となる。したがって、格子の熱変動に起因してモアレ縞の位相が変化することを抑制することができる。また、複数の位相分布画像を積算または平均化するため、最終的に得られる位相分布画像のノイズを低減させることができる。 In order to suppress the occurrence of such artifacts, a method of generating a phase distribution image by synthesizing a plurality of phase distribution images captured by shortening the irradiation time of X-rays can be considered. In this method, since the X-ray irradiation time is short, it is possible to suppress the influence of the thermal fluctuation of the lattice when generating each phase distribution image as much as possible. Therefore, it is possible to suppress the change in the phase of the moire fringes due to the thermal fluctuation of the lattice. Further, since a plurality of phase distribution images are integrated or averaged, the noise of the finally obtained phase distribution image can be reduced.

国際公開第2014/030115号International Publication No. 2014/030115

しかしながら、上記のようなX線の照射時間を短時間にして撮像した複数の位相分布画像を合成して1枚の位相分布画像を取得する方法であっても、各位相分布画像間においては、格子の熱変動の影響を抑制することは難しい。すなわち、X線の照射時間を短時間にして撮像した複数の位相分布画像を合成して1枚の位相分布画像を取得する方法では、位相分布画像の個々の撮像時間を短縮することが可能であるので、個々の位相分布画像において、格子の熱変動に起因するアーチファクトが発生することを抑制することができる。しかしながら、複数の位相分布画像の撮像以外の時間においても、格子の熱変動は絶えず生じている。そのため、格子の熱変動に起因して、各位相分布画像間の同一画素領域における位相値が変化するという不都合が生じる。したがって、各位相分布画像間の同一画素領域における位相値が変化した状態の複数の位相分布画像に基づいて1枚の位相分布画像を生成すると、生成された位相分布画像において、各位相分布画像間の画素領域における位相値の変化に基づくアーチファクトが発生し、位相分布画像の画質が劣化するという問題点がある。なお、国際公開第2014/030115号に開示されているタルボ・ロー干渉計だけでなく、位相分布から複数の画像を生成し、複数の画像を合成して1枚の位相分布画像を生成する装置についても同様の問題点がある。 However, even in the method of synthesizing a plurality of phase distribution images captured by shortening the irradiation time of X-rays as described above to obtain one phase distribution image, the phase distribution images are not limited to each other. It is difficult to suppress the influence of thermal fluctuations in the lattice. That is, in the method of acquiring a single phase distribution image by synthesizing a plurality of phase distribution images captured by shortening the X-ray irradiation time, it is possible to shorten the individual imaging time of the phase distribution images. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of artifacts due to the thermal fluctuation of the lattice in each phase distribution image. However, even at times other than the imaging of the plurality of phase distribution images, the thermal fluctuation of the lattice is constantly occurring. Therefore, there is a disadvantage that the phase value in the same pixel region between the phase distribution images changes due to the thermal fluctuation of the grid. Therefore, when one phase distribution image is generated based on a plurality of phase distribution images in which the phase value in the same pixel region between each phase distribution image is changed, in the generated phase distribution image, between each phase distribution image. There is a problem that an artifact is generated based on a change in the phase value in the pixel region of the above, and the image quality of the phase distribution image is deteriorated. In addition to the Talbot-Lago interferometer disclosed in International Publication No. 2014/030115, a device that generates a plurality of images from a phase distribution and synthesizes a plurality of images to generate one phase distribution image. There is a similar problem with.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、複数の位相分布画像に基づいて1枚の位相分布画像を生成する際に、生成された位相分布画像において、各位相分布画像間の画素領域における位相値の変化に起因するアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された位相分布画像の画質が劣化することを抑制することが可能な光イメージング装置および画像処理方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and one object of the present invention is to generate one phase distribution image based on a plurality of phase distribution images. In the phase distribution image, it is possible to suppress the occurrence of artifacts due to the change in the phase value in the pixel region between the phase distribution images, and it is possible to suppress the deterioration of the image quality of the generated phase distribution image. It is to provide an optical imaging apparatus and an image processing method which can be performed.

上記目的を達成するために、この発明の第1の局面における光イメージング装置は、被写体に光を照射する光源と、光源から照射された光を検出する検出器と、検出器によって検出された信号に基づいて位相分布画像を生成する画像処理部と、を備え、画像処理部は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像に基づいて取得された複数の位相分布画像の画素領域の複数の画像間における位相値の変化に基づいて、画素領域の位相値を補正するとともに、画素領域の位相値の補正を行った複数の位相分布画像に基づいて、1枚の位相分布画像を生成するように構成されている。 In order to achieve the above object, the optical imaging apparatus according to the first aspect of the present invention includes a light source that irradiates a subject with light, a detector that detects the light emitted from the light source, and a signal detected by the detector. The image processing unit includes an image processing unit that generates a phase distribution image based on the above, and the image processing unit is located between a plurality of images in a pixel region of a plurality of phase distribution images acquired based on images captured at different timings. It is configured to generate one phase distribution image based on a plurality of phase distribution images obtained by correcting the phase value of the pixel region based on the change of the phase value and correcting the phase value of the pixel region. ing.

この発明の第1の局面における光イメージング装置では、上記のように、複数の位相分布画像の画素領域の複数の画像間における位相値の変化に基づいて、画素領域の位相値を補正した複数の位相分布画像により、1枚の位相分布画像を生成する画像処理部を備える。これにより、各位相分布画像の画素領域間において、位相値の変化が生じている場合でも、位相値を補正することにより複数の位相分布画像の画素領域間における位相値の変化を抑制することができる。その結果、生成された位相分布画像において、各位相分布画像間の画素領域における位相値の変化に起因するアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された位相分布画像の画質が劣化することを抑制することができる。 In the optical imaging apparatus according to the first aspect of the present invention, as described above, a plurality of corrected phase values in the pixel region based on changes in the phase values between the plurality of images in the pixel region of the plurality of phase distribution images. It is provided with an image processing unit that generates one phase distribution image by the phase distribution image. As a result, even if the phase value changes between the pixel regions of each phase distribution image, it is possible to suppress the change in the phase value between the pixel regions of a plurality of phase distribution images by correcting the phase value. can. As a result, in the generated phase distribution image, it is possible to suppress the occurrence of artifacts due to the change in the phase value in the pixel region between the phase distribution images, and the image quality of the generated phase distribution image is improved. Deterioration can be suppressed.

上記第1の局面における光イメージング装置において、好ましくは、画像処理部は、画素領域の位相値の補正処理として、複数の位相分布画像の各画素の画像間における位相値が1周期分ずれることにより不連続となるラッピング領域の位相値を、連続的な変化となるように補正するアンラッピング処理を行うように構成されている。このように構成すれば、各画素の画像間における位相値をアンラッピング処理することにより、各画像間におけるラッピング領域の位置を揃えることができる。したがって、複数の位相分布画像に基づいて1枚の位相分布画像を生成する際に、ラッピング領域の位置がばらついた各位相分布画像を合成することにより、ラッピング領域近傍の位相値が平滑化されてしまうことを抑制することができる。その結果、ラッピング領域における位相値が平滑化されることに起因して、生成された位相分布画像にアーチファクトが生じることを抑制することができる。 In the optical imaging apparatus according to the first aspect, preferably, the image processing unit shifts the phase value between the images of each pixel of the plurality of phase distribution images by one cycle as the phase value correction processing of the pixel region. It is configured to perform an unwrapping process that corrects the phase value of the discontinuous wrapping region so that the change is continuous. With this configuration, the positions of the wrapping regions between the images can be aligned by unwrapping the phase values between the images of each pixel. Therefore, when one phase distribution image is generated based on a plurality of phase distribution images, the phase values in the vicinity of the wrapping region are smoothed by synthesizing the phase distribution images in which the positions of the wrapping regions are scattered. It is possible to prevent it from being stored. As a result, it is possible to suppress the occurrence of artifacts in the generated phase distribution image due to the smoothing of the phase value in the wrapping region.

上記第1の局面における光イメージング装置において、好ましくは、画像処理部は、複数の位相分布画像の撮像順または撮像と反対の順番に並べた複数の位相分布画像の各画素の画像間における位相値の変化に基づいてアンラッピング処理を行うように構成されている。ここで、格子の熱変動は、時間の経過とともに、特定の方向に生じる。したがって、上記のように構成すれば、各画素の画像間における位相値の変化を時系列に取得することができる。その結果、時系列の位相値の変化を取得することが可能となるので、各画像において時間経過に伴って特定の方向に生じる格子の熱変動の影響による位相値の変化を正確に把握することが可能となり、正確なアンラッピング処理を行うことができる。 In the optical imaging apparatus according to the first aspect, preferably, the image processing unit has a phase value between images of each pixel of a plurality of phase distribution images arranged in the order of imaging of the plurality of phase distribution images or in the order opposite to the imaging. It is configured to perform unwrapping processing based on the change in. Here, the thermal fluctuation of the lattice occurs in a specific direction with the passage of time. Therefore, with the above configuration, changes in the phase value between the images of each pixel can be acquired in chronological order. As a result, it is possible to acquire changes in the phase value over time, so it is necessary to accurately grasp the changes in the phase value due to the influence of the thermal fluctuation of the lattice that occurs in a specific direction with the passage of time in each image. Is possible, and accurate unwrapping processing can be performed.

上記画像処理部が画素領域の位相値の補正処理としてアンラッピング処理を行う構成において、好ましくは、画像処理部は、複数の位相分布画像において、位相値が不連続となる境界の近傍の画素に対して、アンラッピング処理を行うように構成されている。このように構成すれば、複数の位相分布画像に含まれる画素のうち、アンラッピング処理が不必要な領域に対してアンラッピング処理を行うことを抑制することができる。その結果、アンラッピング処理を行う領域の数を低減することが可能となるので、画像処理部の負荷を軽減することができる。なお、位相値が不連続となる境界の近傍の画素とは、位相値が不連続となる境界の位置にある画素そのものと、位相値が不連続となる境界の位置に隣接する画素とを含む。 In the configuration in which the image processing unit performs unwrapping processing as the correction processing of the phase value of the pixel region, preferably, the image processing unit is used for pixels in the vicinity of the boundary where the phase values are discontinuous in a plurality of phase distribution images. On the other hand, it is configured to perform unwrapping processing. With this configuration, it is possible to suppress the unwrapping process from performing the unwrapping process on the region of the pixels included in the plurality of phase distribution images that does not require the unwrapping process. As a result, it is possible to reduce the number of regions to be unwrapped, so that the load on the image processing unit can be reduced. The pixels in the vicinity of the boundary where the phase values are discontinuous include the pixels themselves at the positions of the boundaries where the phase values are discontinuous and the pixels adjacent to the positions of the boundaries where the phase values are discontinuous. ..

上記画像処理部が画素領域の位相値の補正処理としてアンラッピング処理を行う構成において、好ましくは、光源は、X線を照射するように構成されており、検出器は、X線を検出するように構成されており、光源と検出器との間に配置され、光源からX線が照射される第1格子と、第1格子からのX線が照射される第2格子とを含む複数の格子をさらに備え、画像処理部は、複数の位相分布画像を取得するとともに、複数の位相分布画像の各画素の画像間における位相値の変化に基づいて、複数の位相分布画像の画像間における位相値のアンラッピング処理を行い、アンラッピング処理を行った複数の位相分布画像を積算または平均化することにより、1枚の位相分布画像を生成するように構成されている。このように構成すれば、ラッピング領域の位置がばらついた複数の位相分布画像に対してアンラッピング処理を行うことにより、各位相分布画像におけるラッピング領域の位置を揃えることが可能となるので、複数の位相分布画像を積算または平均化する際に、複数の位相分布画像のラッピング領域近傍の各画素間において、位相値が平滑化されることを抑制することができる。その結果、位相分布画像においても、生成された位相分布画像において、各位相分布画像間の各画素における位相値の変化に起因するアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された位相分布画像の画質が劣化することを抑制することができる。 In the configuration in which the image processing unit performs unwrapping processing as the phase value correction processing of the pixel region, the light source is preferably configured to irradiate X-rays, and the detector is configured to detect X-rays. A plurality of grids, which are arranged between the light source and the detector and include a first grid in which X-rays are emitted from the light source and a second grid in which X-rays are emitted from the first grid. Further, the image processing unit acquires a plurality of phase distribution images and, based on the change in the phase value between the images of each pixel of the plurality of phase distribution images, the phase value between the images of the plurality of phase distribution images. It is configured to generate one phase distribution image by performing the unwrapping process of the above and integrating or averaging a plurality of phase distribution images subjected to the unwrapping process. With this configuration, by performing unwrapping processing on a plurality of phase distribution images in which the positions of the wrapping regions are scattered, it is possible to align the positions of the wrapping regions in each phase distribution image. When integrating or averaging the phase distribution images, it is possible to suppress the smoothing of the phase values between each pixel in the vicinity of the wrapping region of the plurality of phase distribution images. As a result, even in the phase distribution image, it is possible to suppress the occurrence of artifacts due to the change in the phase value in each pixel between the phase distribution images in the generated phase distribution image, and it is also generated. It is possible to suppress the deterioration of the image quality of the phase distribution image.

この場合、好ましくは、複数の格子のいずれかを移動させる格子移動機構をさらに備え、画像処理部は、複数の格子のいずれかを移動させながら撮像された複数の位相分布画像に基づいて、1枚の位相分布画像を生成するように構成されている。このように構成すれば、複数の格子を移動させながら撮像を行う縞走査法においても、生成された位相分布画像において、各位相分布画像間の各画素における位相値の変化に起因するアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された位相分布画像の画質が劣化することを抑制することができる。 In this case, preferably, a grid moving mechanism for moving any of the plurality of grids is further provided, and the image processing unit is based on a plurality of phase distribution images captured while moving any of the plurality of grids. It is configured to generate a number of phase distribution images. With this configuration, even in the fringe scanning method in which imaging is performed while moving a plurality of grids, an artifact occurs in the generated phase distribution image due to the change in the phase value in each pixel between the phase distribution images. This can be suppressed, and the deterioration of the image quality of the generated phase distribution image can be suppressed.

上記画像処理部がアンラッピング処理を行った複数の位相分布画像を積算または平均化することにより1枚の位相分布画像を生成する構成において、好ましくは、複数の格子は、光源と第1格子との間に配置された第3格子をさらに含んでいる。このように構成すれば、第3格子によって光源から照射されるX線の可干渉性を高めることができる。その結果、光源の焦点径に依存することなく第1格子の自己像を形成させることが可能となるので、光源の選択の自由度を向上させることができる。 In a configuration in which the image processing unit generates one phase distribution image by integrating or averaging a plurality of unwrapped phase distribution images, preferably, the plurality of grids include a light source and a first grid. It further contains a third grid arranged between. With this configuration, the coherence of X-rays emitted from the light source by the third lattice can be enhanced. As a result, it is possible to form a self-image of the first grid independently of the focal diameter of the light source, so that the degree of freedom in selecting the light source can be improved.

上記画像処理部がアンラッピング処理を行った複数の位相分布画像を積算または平均化することにより1枚の位相分布画像を生成する構成において、好ましくは、画像処理部は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像をフーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理を行うことにより、複数の位相分布画像を生成するように構成されている。このように構成すれば、フーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理によって位相分布画像を生成するフーリエ変換法においても、生成された位相分布画像において、各位相分布画像間の各画素における位相値の変化に起因するアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された位相分布画像の画質が劣化することを抑制することができる。 In a configuration in which the image processing unit generates one phase distribution image by integrating or averaging a plurality of unwrapped phase distribution images, preferably, the image processing units are imaged at different timings. It is configured to generate a plurality of phase distribution images by performing a Fourier transform process and an inverse Fourier transform process on the image. With this configuration, even in the Fourier transform method that generates a phase distribution image by Fourier transform processing and inverse Fourier transform processing, the phase value changes in each pixel between each phase distribution image in the generated phase distribution image. It is possible to suppress the occurrence of the resulting artifacts, and it is also possible to suppress the deterioration of the image quality of the generated phase distribution image.

この発明の第2の局面における画像処理方法は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像に基づいて取得された複数の位相分布画像を取得するステップと、複数の位相分布画像の画素領域の複数の画像間における位相値の変化に基づいて、画素領域の位相値を補正する処理を行うステップと、画素領域の位相値の補正を行った複数の位相分布画像に基づいて、1枚の位相分布画像を生成するステップと、を含む。 The image processing method in the second aspect of the present invention includes a step of acquiring a plurality of phase distribution images acquired based on images captured at different timings, and a plurality of images in a pixel region of the plurality of phase distribution images. One phase distribution image is created based on a step of performing a process of correcting the phase value of the pixel region based on the change of the phase value between the two and a plurality of phase distribution images of which the phase value of the pixel region is corrected. Includes steps to generate.

この発明の第2の局面における画像処理方法は、上記ように、複数の位相分布画像の画素領域の複数の画像間における位相値の変化に基づいて、画素領域の位相値を補正する処理を行うステップと、画素領域の位相値の補正を行った複数の位相分布画像に基づいて、1枚の位相分布画像を生成するステップと、を含む。このように構成すれば、上記第1の局面における光イメージング装置と同様に、複数の位相分布画像に基づいて1枚の位相分布画像を生成する際に、生成された位相分布画像において、各位相分布画像間の画素領域における位相値の変化に基づくアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された位相分布画像の画質が劣化することを抑制することが可能な画像処理方法を提供することができる。 As described above, the image processing method in the second aspect of the present invention performs processing for correcting the phase value of the pixel region based on the change in the phase value between the plurality of images in the pixel region of the plurality of phase distribution images. It includes a step and a step of generating one phase distribution image based on a plurality of phase distribution images in which the phase value of the pixel region is corrected. With this configuration, similar to the optical imaging device in the first aspect, when a single phase distribution image is generated based on a plurality of phase distribution images, each phase is generated in the generated phase distribution image. An image processing method capable of suppressing the occurrence of artifacts based on changes in the phase value in the pixel region between distributed images and suppressing deterioration of the image quality of the generated phase distributed images. Can be provided.

本発明によれば、上記のように、複数の位相分布画像に基づいて1枚の位相分布画像を生成する際に、生成された位相分布画像において、各位相分布画像間の画素領域における位相値の変化に基づくアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された位相分布画像の画質が劣化することを抑制することが可能な光イメージング装置および画像処理方法を提供することができる。 According to the present invention, as described above, when one phase distribution image is generated based on a plurality of phase distribution images, in the generated phase distribution image, the phase value in the pixel region between the phase distribution images. It is possible to provide an optical imaging device and an image processing method capable of suppressing the occurrence of artifacts based on the change in the image and suppressing the deterioration of the image quality of the generated phase distribution image. ..

第1実施形態による光イメージング装置の全体構成を示した模式図である。It is a schematic diagram which showed the whole structure of the optical imaging apparatus by 1st Embodiment. 第1実施形態による格子位置調整機構の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the grid position adjustment mechanism by 1st Embodiment. 第1実施形態による画像処理部が位相分布像を含む位相コントラスト画像を生成する処理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the process which the image processing part by 1st Embodiment generates a phase contrast image including a phase distribution image. 複数の位相分布像におけるラッピング領域の位置の変化を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the change of the position of the wrapping region in a plurality of phase distribution images. アンラッピング処理を行う前のグラフの模式図およびアンラッピング処理を行った後のグラフの模式図である。It is a schematic diagram of the graph before the unwrapping process and the schematic diagram of the graph after the unwrapping process. 第1実施形態による光イメージング装置が位相分布像を積算する処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process which the optical imaging apparatus by 1st Embodiment integrates a phase distribution image. 第1比較例による各位相分布像のラッピング領域の位置の変化および複数の位相分布像を積算することによる位相値の平滑化を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the change of the position of the wrapping region of each phase distribution image by 1st comparative example, and the smoothing of a phase value by integrating a plurality of phase distribution images. 第1実施形態および第1比較例による1枚の位相分布像における位相値の変化および積算された位相分布像における位相値の変化を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the change of the phase value in one phase distribution image and the change of the phase value in the integrated phase distribution image by 1st Embodiment and 1st comparative example. 第1比較例による位相分布像の模式図である。It is a schematic diagram of the phase distribution image by 1st comparative example. 第1実施形態による位相分布像の模式図である。It is a schematic diagram of the phase distribution image by 1st Embodiment. 第2比較例によるアンラッピング処理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the unwrapping process by 2nd comparative example. 第2実施形態による画像処理部が位相分布像を含む位相コントラスト画像を生成する処理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the process which the image processing part by 2nd Embodiment generates a phase contrast image including a phase distribution image. 第2実施形態による光イメージング装置が位相分布像を積算する処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process which the optical imaging apparatus by 2nd Embodiment integrates a phase distribution image. 第3実施形態による光イメージング装置の全体構成を示した模式図である。It is a schematic diagram which showed the whole structure of the optical imaging apparatus by 3rd Embodiment. 第1実施形態の変形例による光イメージング装置の全体構成を示した模式図である。It is a schematic diagram which showed the whole structure of the optical imaging apparatus by the modification of 1st Embodiment.

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1実施形態]
図1~図5を参照して、本発明の第1実施形態による光イメージング装置100の構成、および光イメージング装置100が積算位相分布像14(図3参照)を生成する方法について説明する。
[First Embodiment]
With reference to FIGS. 1 to 5, the configuration of the optical imaging apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention and the method by which the optical imaging apparatus 100 generates an integrated phase distribution image 14 (see FIG. 3) will be described.

(光イメージング装置の構成)
まず、図1を参照して、第1実施形態による光イメージング装置100の構成について説明する。
(Configuration of optical imaging device)
First, with reference to FIG. 1, the configuration of the optical imaging apparatus 100 according to the first embodiment will be described.

図1に示すように、光イメージング装置100は、タルボ(Talbot)効果を利用して、被写体Qの内部を画像化する装置である。光イメージング装置100は、たとえば、非破壊検査用途では、被写体Qの内部の画像化に用いることが可能である。 As shown in FIG. 1, the optical imaging device 100 is a device that images the inside of the subject Q by utilizing the Talbot effect. The optical imaging device 100 can be used for imaging the inside of the subject Q, for example, in non-destructive inspection applications.

図1は、光イメージング装置100をX方向から見た図である。図1に示すように、光イメージング装置100は、X線源1と、第1格子2と、第2格子3と、検出器4と、画像処理部5と、制御部6と、記憶部7と、格子移動機構8とを備えている。なお、X線源1は、請求の範囲の「光源」の一例である。また、本明細書において、X線源1から第1格子2に向かう方向をZ2方向、その逆方向の方向をZ1方向とする。また、Z方向と直交する面内の上下方向をY方向とし、上方向をY1方向、下方向をY2方向とする。また、Z方向と直交する面内の左右方向をX方向とし、図1の紙面の奥に向かう方向をX2方向、図1の紙面の手前側に向かう方向をX1方向とする。 FIG. 1 is a view of the optical imaging device 100 as viewed from the X direction. As shown in FIG. 1, the optical imaging apparatus 100 includes an X-ray source 1, a first grid 2, a second grid 3, a detector 4, an image processing unit 5, a control unit 6, and a storage unit 7. And a grid moving mechanism 8. The X-ray source 1 is an example of a "light source" in the claims. Further, in the present specification, the direction from the X-ray source 1 toward the first grid 2 is the Z2 direction, and the direction opposite to the direction is the Z1 direction. Further, the vertical direction in the plane orthogonal to the Z direction is the Y direction, the upward direction is the Y1 direction, and the downward direction is the Y2 direction. Further, the left-right direction in the plane orthogonal to the Z direction is the X direction, the direction toward the back of the paper surface in FIG. 1 is the X2 direction, and the direction toward the front side of the paper surface in FIG. 1 is the X1 direction.

X線源1は、高電圧が印加されることにより、X線を発生させる。X線源1は、発生させたX線をZ2方向に向けて照射するように構成されている。 The X-ray source 1 generates X-rays by applying a high voltage. The X-ray source 1 is configured to irradiate the generated X-rays in the Z2 direction.

第1格子2は、一定方向に所定の周期(ピッチ)p1で配列される複数のスリット2aおよび、X線位相変化部2bを有している。各スリット2aおよびX線位相変化部2bはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各スリット2aおよびX線位相変化部2bはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。図1に示す例では、各スリット2aおよびX線位相変化部2bはそれぞれ、Y方向に所定の周期(ピッチ)p1で配列され、X方向に延びるように形成されている。第1格子2は、いわゆる位相格子である。 The first grid 2 has a plurality of slits 2a arranged in a fixed direction with a predetermined period (pitch) p1 and an X-ray phase changing portion 2b. Each of the slits 2a and the X-ray phase changing portion 2b is formed so as to extend linearly. Further, each of the slits 2a and the X-ray phase changing portion 2b is formed so as to extend in parallel. In the example shown in FIG. 1, each slit 2a and the X-ray phase changing portion 2b are arranged in the Y direction with a predetermined period (pitch) p1 and are formed so as to extend in the X direction. The first grid 2 is a so-called phase grid.

第1格子2は、X線源1と、第2格子3との間に配置されており、X線源1からX線が照射される。第1格子2は、タルボ効果により、第1格子2の自己像(図示せず)を形成するために設けられている。可干渉性を有するX線が、スリットが形成された格子を通過すると、格子から所定の距離(タルボ距離)離れた位置に、格子の像(自己像)が形成される。これをタルボ効果という。 The first grid 2 is arranged between the X-ray source 1 and the second grid 3, and X-rays are emitted from the X-ray source 1. The first grid 2 is provided to form a self-image (not shown) of the first grid 2 by the Talbot effect. When X-rays having coherence pass through the lattice in which the slit is formed, an image of the lattice (self-image) is formed at a position separated from the lattice by a predetermined distance (Talbot distance). This is called the Talbot effect.

第2格子3は、一定方向に所定の周期(ピッチ)p2で配列される複数のX線透過部3aおよびX線吸収部3bを有する。各X線透過部3aおよびX線吸収部3bはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各X線透過部3aおよびX線吸収部3bはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。図1に示す例では、各X線透過部3aおよびX線吸収部3bはそれぞれ、Y方向に所定の周期(ピッチ)p2で配列され、X方向に延びるように形成されている。第2格子3は、いわゆる、吸収格子である。第1格子2は、X線位相変化部2bとスリット2aとの屈折率の違いによってX線の位相を変化させる機能を有する。第2格子3は、X線吸収部3bによりX線の一部を遮蔽する機能を有する。 The second lattice 3 has a plurality of X-ray transmitting portions 3a and X-ray absorbing portions 3b arranged in a predetermined direction with a predetermined period (pitch) p2. Each of the X-ray transmitting portion 3a and the X-ray absorbing portion 3b is formed so as to extend linearly. Further, each X-ray transmitting portion 3a and X-ray absorbing portion 3b are formed so as to extend in parallel. In the example shown in FIG. 1, the X-ray transmitting portions 3a and the X-ray absorbing portions 3b are arranged in the Y direction with a predetermined period (pitch) p2, and are formed so as to extend in the X direction. The second grid 3 is a so-called absorption grid. The first lattice 2 has a function of changing the phase of X-rays depending on the difference in refractive index between the X-ray phase changing portion 2b and the slit 2a. The second grid 3 has a function of shielding a part of X-rays by the X-ray absorbing unit 3b.

第2格子3は、第1格子2と検出器4との間に配置されており、第1格子2を通過したX線が照射される。また、第2格子3は、第1格子2からタルボ距離離れた位置に配置される。第2格子3は、第1格子2の自己像と干渉して、検出器4の検出表面上にモアレ縞mf(図3参照)を形成する。 The second grid 3 is arranged between the first grid 2 and the detector 4, and is irradiated with X-rays that have passed through the first grid 2. Further, the second grid 3 is arranged at a position separated from the first grid 2 by a Talbot distance. The second grid 3 interferes with the self-image of the first grid 2 to form a moire fringe mf (see FIG. 3) on the detection surface of the detector 4.

検出器4は、X線を検出するとともに、検出されたX線を電気信号に変換し、変換された電気信号を画像信号として読み取るように構成されている。検出器4は、たとえば、FPD(Flat Panel Detector)である。検出器4は、複数の変換素子(図示せず)と複数の変換素子上に配置された画素電極(図示せず)とにより構成されている。複数の変換素子および画素電極は、所定の周期(画素ピッチ)で、X方向およびY方向にアレイ状に配列されている。また、検出器4は、取得した画像信号を、画像処理部5に出力するように構成されている。 The detector 4 is configured to detect X-rays, convert the detected X-rays into an electric signal, and read the converted electric signal as an image signal. The detector 4 is, for example, an FPD (Flat Panel Detector). The detector 4 is composed of a plurality of conversion elements (not shown) and pixel electrodes (not shown) arranged on the plurality of conversion elements. The plurality of conversion elements and pixel electrodes are arranged in an array in the X direction and the Y direction at a predetermined period (pixel pitch). Further, the detector 4 is configured to output the acquired image signal to the image processing unit 5.

画像処理部5は、検出器4から出力された画像信号に基づいて、積算位相分布像14(図11参照)を生成するように構成されている。画像処理部5は、たとえば、GPU(Graphics Processing Unit)または画像処理用に構成されたFPGA(Field-Programmable Gate Array)などのプロセッサを含む。また、画像処理部5は、検出器4から出力された画像信号に基づいて、平均値像11(図3参照)およびビジビリティ像15(図3参照)を生成するように構成されている。 The image processing unit 5 is configured to generate an integrated phase distribution image 14 (see FIG. 11) based on the image signal output from the detector 4. The image processing unit 5 includes, for example, a processor such as a GPU (Graphics Processing Unit) or an FPGA (Field-Programmable Gate Array) configured for image processing. Further, the image processing unit 5 is configured to generate an average value image 11 (see FIG. 3) and a visibility image 15 (see FIG. 3) based on the image signal output from the detector 4.

制御部6は、格子移動機構8を制御して、第1格子2を移動させるように構成されている。制御部6は、たとえば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)などを含む。 The control unit 6 is configured to control the grid movement mechanism 8 to move the first grid 2. The control unit 6 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like.

記憶部7は、画像処理部5が生成したX線画像10、平均値像11、積算位相分布像14、ビジビリティ像15などを保存するように構成されている。記憶部7は、たとえば、HDD(Hard Disk Drive)や不揮発性のメモリなどを含む。 The storage unit 7 is configured to store the X-ray image 10, the average value image 11, the integrated phase distribution image 14, the visibility image 15, and the like generated by the image processing unit 5. The storage unit 7 includes, for example, an HDD (Hard Disk Drive), a non-volatile memory, and the like.

格子移動機構8は、制御部6の制御の下、第1格子2を移動可能に構成されている。また、格子移動機構8は、第1格子2を保持している。 The grid moving mechanism 8 is configured to be able to move the first grid 2 under the control of the control unit 6. Further, the grid moving mechanism 8 holds the first grid 2.

(格子移動機構)
図2に示すように、格子移動機構8は、X方向、Y方向、Z方向、Z方向の軸線周りの回転方向Rz、X方向の軸線周りの回転方向Rx、および、Y方向の軸線周りの回転方向Ryに第1格子2を移動可能に構成されている。具体的には、格子移動機構8は、X方向直動機構80と、Y方向直動機構81と、Z方向直動機構82と、直動機構接続部83と、ステージ支持部駆動部84と、ステージ支持部85と、ステージ駆動部86と、ステージ87とを含む。X方向直動機構80は、X方向に移動可能に構成されている。X方向直動機構80は、たとえば、モータなどを含む。Y方向直動機構81は、Y方向に移動可能に構成されている。Y方向直動機構81は、たとえば、モータなどを含む。Z方向直動機構82は、Z方向に移動可能に構成されている。Z方向直動機構82は、たとえば、モータなどを含む。
(Lattice movement mechanism)
As shown in FIG. 2, the grid moving mechanism 8 has a rotation direction Rz around the X-direction, Y-direction, Z-direction, and Z-direction axes, a rotation direction Rx around the X-direction axis, and around the Y-direction axis. The first lattice 2 is configured to be movable in the rotation direction Ry. Specifically, the grid moving mechanism 8 includes an X-direction linear motion mechanism 80, a Y-direction linear motion mechanism 81, a Z-direction linear motion mechanism 82, a linear motion mechanism connection unit 83, and a stage support unit drive unit 84. , A stage support unit 85, a stage drive unit 86, and a stage 87. The X-direction linear motion mechanism 80 is configured to be movable in the X-direction. The X-direction linear motion mechanism 80 includes, for example, a motor and the like. The Y-direction linear motion mechanism 81 is configured to be movable in the Y-direction. The Y-direction linear motion mechanism 81 includes, for example, a motor and the like. The Z-direction linear motion mechanism 82 is configured to be movable in the Z-direction. The Z-direction linear motion mechanism 82 includes, for example, a motor and the like.

格子移動機構8は、X方向直動機構80の動作により、第1格子2をX方向に移動させるように構成されている。また、格子移動機構8は、Y方向直動機構81の動作により、第1格子2をY方向に移動させるように構成されている。また、格子移動機構8は、Z方向直動機構82の動作により、第1格子2をZ方向に移動させるように構成されている。 The grid moving mechanism 8 is configured to move the first grid 2 in the X direction by the operation of the linear movement mechanism 80 in the X direction. Further, the grid moving mechanism 8 is configured to move the first grid 2 in the Y direction by the operation of the Y-direction linear motion mechanism 81. Further, the grid moving mechanism 8 is configured to move the first grid 2 in the Z direction by the operation of the Z-direction linear motion mechanism 82.

ステージ支持部85は、ステージ87を下方(Y1方向)から支持している。ステージ駆動部86は、ステージ87をX方向に往復移動させるように構成されている。ステージ87は、底部がステージ支持部85に向けて凸曲面状に形成されており、X方向に往復移動されることにより、Z方向の軸線周り(Rz方向)に回動するように構成されている。また、ステージ支持部駆動部84は、ステージ支持部85をZ方向に往復移動させるように構成されている。また、ステージ支持部85は底部が直動機構接続部83に向けて凸曲面状に形成されており、Z方向に往復移動されることにより、X方向の軸線周り(Rx方向)に回動するように構成されている。また、直動機構接続部83は、Y方向の軸線周り(Ry方向)に回動可能にX方向直動機構80に設けられている。したがって、格子移動機構8は、格子をY方向の中心軸線周りに回動させることができる。 The stage support portion 85 supports the stage 87 from below (Y1 direction). The stage drive unit 86 is configured to reciprocate the stage 87 in the X direction. The bottom of the stage 87 is formed in a convex curved surface shape toward the stage support portion 85, and is configured to rotate around an axis in the Z direction (Rz direction) by being reciprocated in the X direction. There is. Further, the stage support unit drive unit 84 is configured to reciprocate the stage support unit 85 in the Z direction. Further, the bottom of the stage support portion 85 is formed in a convex curved surface shape toward the linear motion mechanism connecting portion 83, and by being reciprocated in the Z direction, the stage support portion 85 rotates around the axis in the X direction (Rx direction). It is configured as follows. Further, the linear motion mechanism connecting portion 83 is provided in the X-direction linear motion mechanism 80 so as to be rotatable around an axis in the Y direction (Ry direction). Therefore, the grid moving mechanism 8 can rotate the grid around the central axis in the Y direction.

次に、図3~図5を参照して、第1実施形態による光イメージング装置100が積算平均値像12(図3参照)、積算位相分布像14(図3参照)、および積算ビジビリティ像16(図3参照)を生成する構成について説明する。 Next, with reference to FIGS. 3 to 5, the optical imaging apparatus 100 according to the first embodiment performs an integrated average value image 12 (see FIG. 3), an integrated phase distribution image 14 (see FIG. 3), and an integrated visibility image 16. A configuration for generating (see FIG. 3) will be described.

(複数の位相分布像の取得)
まず、図3を参照して、第1実施形態による光イメージング装置100が取得する画像10および生成する複数の平均値像11、位相分布像13およびビジビリティ像15について説明する。なお、平均値像11、位相分布像13およびビジビリティ像15とは、それぞれ、縞走査法において第2格子3を並進移動させながら取得した複数の画像10における各画素の画素値の変化に対して、サイン関数でフィッティングを行った関数の平均値と、位相値と、ビジビリティ値とをそれぞれマッピングして得られる像である。
(Acquisition of multiple phase distribution images)
First, with reference to FIG. 3, the image 10 acquired by the optical imaging apparatus 100 according to the first embodiment, the plurality of average value images 11, the phase distribution image 13, and the visibility image 15 to be generated will be described. The average value image 11, the phase distribution image 13, and the visibility image 15 are each for a change in the pixel value of each pixel in a plurality of images 10 acquired while translating the second grid 3 in the fringe scanning method. , It is an image obtained by mapping the average value of the function fitted by the sine function, the phase value, and the visibility value, respectively.

図3に示す例は、格子移動機構8によって、第2格子3を4回並進させて撮像した4枚の画像10(画像10a、画像10b、画像10cおよび画像10dを含む画像セット)に基づいて、平均値像11、位相分布像13およびビジビリティ像15を生成する例である。第1実施形態では、画像処理部5は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像10(画像10a~画像10d)の各セットに基づいて、複数の平均値像11、位相分布像13およびビジビリティ像15を取得する。また、画像処理部5は、複数の位相分布像13を積算することにより、積算位相分布像14を生成する。また、画像処理部5は、複数の平均値像11およびビジビリティ像15をそれぞれ積算することにより、積算平均値像12および積算ビジビリティ像16を生成する。なお、位相分布像13および積算位相分布像14は、モアレ縞mfの位相値の分布を示した画像である。位相分布像13および積算位相分布像14の位相値の取り得る範囲は-π~πであり、位相値は、その範囲を繰り返す周期的な値である。したがって、位相分布像13(積算位相分布像14)では、位相値が1周期分ずれることにより不連続となるラッピング領域が生じる。なお、図3に示す例では、位相値の範囲が-π~πであるため、ラッピング領域では、位相値の符号が反転する。 The example shown in FIG. 3 is based on four images 10 (an image set including an image 10a, an image 10b, an image 10c, and an image 10d) obtained by translating the second grid 3 four times by the grid moving mechanism 8. , An example of generating an average value image 11, a phase distribution image 13, and a visibility image 15. In the first embodiment, the image processing unit 5 has a plurality of average value images 11, a phase distribution image 13, and a visibility image 15 based on each set of images 10 (images 10a to 10d) captured at different timings. To get. Further, the image processing unit 5 generates an integrated phase distribution image 14 by integrating a plurality of phase distribution images 13. Further, the image processing unit 5 generates the integrated average value image 12 and the integrated visibility image 16 by integrating the plurality of average value images 11 and the visibility images 15, respectively. The phase distribution image 13 and the integrated phase distribution image 14 are images showing the distribution of the phase values of the moire fringes mf. The possible range of the phase values of the phase distribution image 13 and the integrated phase distribution image 14 is −π to π, and the phase value is a periodic value that repeats the range. Therefore, in the phase distribution image 13 (integrated phase distribution image 14), a wrapping region that becomes discontinuous is generated due to the phase value being deviated by one cycle. In the example shown in FIG. 3, since the range of the phase value is −π to π, the sign of the phase value is inverted in the wrapping region.

第2格子3に熱変動が生じた場合、各位相分布像13におけるラッピング領域の位置がずれる。ラッピング領域の位置がずれた複数の位相分布像13をそのまま積算すると、ラッピング領域における位相値が平滑化され、積算位相分布像14にアーチファクトが生じる。そのため、第1実施形態では、画像処理部5は、取得された複数の位相分布像13の画素領域Ra(図4参照)の画像間における位相値の変化に基づいて、画素領域Raの位相値を補正するとともに、画素領域Raの位相値の補正を行った複数の位相分布像13に基づいて、1枚の積算位相分布像14を生成するように構成されている。具体的には、画像処理部5は、複数の位相分布像13を取得するとともに、複数の位相分布像13の各画素の画像間における位相値の変化に基づいて、複数の位相分布像13の画像間における位相値のアンラッピング処理を行い、アンラッピング処理を行った複数の位相分布像13を積算することにより、1枚の積算位相分布像14を生成するように構成されている。なお、位相分布像13および積算位相分布像14は、請求の範囲の「位相分布画像」の一例である。また、画像間における位相値の補正処理およびアンラッピング処理の詳しい説明は後述する。 When the second lattice 3 undergoes thermal fluctuation, the position of the wrapping region in each phase distribution image 13 shifts. When a plurality of phase distribution images 13 in which the positions of the wrapping regions are displaced are integrated as they are, the phase values in the wrapping region are smoothed and an artifact is generated in the integrated phase distribution image 14. Therefore, in the first embodiment, the image processing unit 5 determines the phase value of the pixel region Ra based on the change in the phase value between the images of the pixel region Ra (see FIG. 4) of the acquired plurality of phase distribution images 13. Is corrected, and one integrated phase distribution image 14 is generated based on the plurality of phase distribution images 13 obtained by correcting the phase value of the pixel region Ra. Specifically, the image processing unit 5 acquires a plurality of phase distribution images 13, and based on the change in the phase value between the images of each pixel of the plurality of phase distribution images 13, the plurality of phase distribution images 13 of the plurality of phase distribution images 13. It is configured to generate one integrated phase distribution image 14 by performing unwrapping processing of phase values between images and integrating a plurality of phase distribution images 13 that have undergone unwrapping processing. The phase distribution image 13 and the integrated phase distribution image 14 are examples of the "phase distribution image" in the claims. Further, a detailed description of the phase value correction process and the unwrapping process between images will be described later.

また、第1実施形態では、画像処理部5は、第2格子3を移動させながら撮像された複数の位相分布像13に基づいて、1枚の積算位相分布像14を生成するように構成されている。すなわち、画像処理部5は、いわゆる縞走査法によって複数の位相分布像13を生成する。 Further, in the first embodiment, the image processing unit 5 is configured to generate one integrated phase distribution image 14 based on a plurality of phase distribution images 13 captured while moving the second grid 3. ing. That is, the image processing unit 5 generates a plurality of phase distribution images 13 by a so-called fringe scanning method.

ここで、縞走査法によって位相分布像13を取得する場合、X線源1などからの発熱などによる格子の熱変動が生じると、複数の画像10(画像10a~画像10d)の画像間において、モアレ縞mfの位相がずれる。複数の画像10の画像間におけるモアレ縞mfの位相値がずれた場合、位相分布像13にアーチファクトが生じるため、位相分布像13の画質が劣化する。位相分布像13の画質が劣化すると、積算位相分布像14の画質も劣化する。格子の熱変動は時間とともに蓄積するため、コントラストが高い画像を得るために撮像時間を長くすると、熱変動に起因するアーチファクトの影響が大きくなる。そこで、第1実施形態では、X線源1からの発熱などによる格子の熱変動の影響を極力抑制するために、各画像10の撮像時間(X線の露光時間)を短くして撮像している。各画像10の撮像時間が短いので、各画像10のコントラストは低下する。したがって、画像10に基づいて生成される各位相分布像13も、コントラストが低い画像となっている。 Here, when the phase distribution image 13 is acquired by the fringe scanning method, when the thermal fluctuation of the lattice occurs due to heat generation from the X-ray source 1 or the like, between the images of the plurality of images 10 (images 10a to 10d), The phase of the moire fringe mf is out of phase. When the phase value of the moire fringe mf is deviated between the images of the plurality of images 10, an artifact occurs in the phase distribution image 13, and the image quality of the phase distribution image 13 deteriorates. When the image quality of the phase distribution image 13 deteriorates, the image quality of the integrated phase distribution image 14 also deteriorates. Since the thermal fluctuations of the grid accumulate over time, increasing the imaging time to obtain a high-contrast image increases the effect of artifacts caused by the thermal fluctuations. Therefore, in the first embodiment, in order to suppress the influence of heat fluctuation of the lattice due to heat generation from the X-ray source 1 as much as possible, the imaging time (X-ray exposure time) of each image 10 is shortened and imaged. There is. Since the imaging time of each image 10 is short, the contrast of each image 10 is lowered. Therefore, each phase distribution image 13 generated based on the image 10 is also an image having low contrast.

第1実施形態では、図3に示すように、コントラストが低い複数の位相分布像13を積算することにより、コントラストが高い1枚の積算位相分布像14を取得する。各位相分布像13の画質が劣化することを抑制することが可能となるので、積算位相分布像14の画質が劣化することを抑制することができる。しかしながら、格子に熱変動が生じると、各位相分布像13の画像間における位相値の分布が変化する。 In the first embodiment, as shown in FIG. 3, by integrating a plurality of phase distribution images 13 having low contrast, one integrated phase distribution image 14 having high contrast is acquired. Since it is possible to suppress the deterioration of the image quality of each phase distribution image 13, it is possible to suppress the deterioration of the image quality of the integrated phase distribution image 14. However, when thermal fluctuation occurs in the grid, the distribution of the phase values between the images of each phase distribution image 13 changes.

図4は、複数の位相分布像13の模式図および各位相分布像13の画素領域Raを拡大した画像17(位相分布像13の一部分)の模式図である。図4に示す例は、第2格子3の熱変動に起因して、モアレ縞mfの位相が変化することにより、各位相分布像13における位相値の分布が変化する例である。また、図4に示す例は、各位相分布像13の画素領域Raに含まれる画素のうち、画素Gに着目して位相値の分布の変化を示した例である。なお、図4に示す例は、ハッチングの有無により、位相値の違いを表している。すなわち、ハッチングを付した領域は、ハッチングを付していない領域よりも位相値が低い領域である。また、ハッチングを付していない領域は、ハッチングを付した領域よりも位相値が高い領域である。また、ハッチングを付した領域とハッチングを付していない領域との境界pbでは、位相値の符号が反転し、不連続となる。このような領域を、ラッピング領域という。 FIG. 4 is a schematic diagram of a plurality of phase distribution images 13 and a schematic diagram of an image 17 (a part of the phase distribution image 13) in which the pixel region Ra of each phase distribution image 13 is enlarged. The example shown in FIG. 4 is an example in which the distribution of the phase values in each phase distribution image 13 changes due to the change in the phase of the moire fringes mf due to the thermal fluctuation of the second lattice 3. Further, the example shown in FIG. 4 is an example showing a change in the distribution of the phase value by focusing on the pixel G among the pixels included in the pixel region Ra of each phase distribution image 13. The example shown in FIG. 4 shows the difference in phase value depending on the presence or absence of hatching. That is, the region with hatching is a region having a lower phase value than the region without hatching. Further, the region without hatching is a region having a higher phase value than the region with hatching. Further, at the boundary pb between the region with hatching and the region without hatching, the sign of the phase value is inverted and becomes discontinuous. Such an area is called a wrapping area.

第1位相分布像13aでは、画素Gの位置よりもラッピング領域の位置が左側にあり、画素Gは、位相値が高い領域(ハッチングを付していない領域)に位置している。第2位相分布像13bでは、ラッピング領域の位置と画素Gの位置とがほぼ一致している。また、第N位相分布像13cでは、ラッピング領域の位置が画素Gの位置よりも右側にあり、画素Gは位相値が低い領域に位置している。すなわち、図4に示す例は、時間の経過に伴って、第2格子3の熱変動によって、第1X線画像セットから第NX線画像セットまでの間に、モアレ縞mfの位相が変化することにより、位相分布像13におけるラッピング領域が徐々に画像の右側移動する例である。 In the first phase distribution image 13a, the position of the wrapping region is on the left side of the position of the pixel G, and the pixel G is located in the region where the phase value is high (the region without hatching). In the second phase distribution image 13b, the position of the wrapping region and the position of the pixel G are substantially the same. Further, in the Nth phase distribution image 13c, the position of the wrapping region is on the right side of the position of the pixel G, and the pixel G is located in the region where the phase value is low. That is, in the example shown in FIG. 4, the phase of the moire fringe mf changes between the first X-ray image set and the NX-ray image set due to the thermal fluctuation of the second grid 3 with the passage of time. This is an example in which the wrapping region in the phase distribution image 13 gradually moves to the right side of the image.

図4に示す複数の位相分布像13を積算した場合、画素領域Raにおける位相値が平滑化され、ラッピング領域における位相値の変化がなだらかになる。ラッピング領域における位相値の変化がなだらかになると、積算位相分布像14にアーチファクトが生じる。また、被写体Qと背景との境界部分や、被写体Qの内部構造の境界部分などにおいても、位相値が急激に変化するため、各画像間の位相値が変化すると、境界部分における位相値の変化がなだらかになるため、被写体Qのエッジが不鮮明になるなど、積算位相分布像14の画質が劣化する原因となる。そこで、第1実施形態では、各画素領域Raの位相値を補正するように構成されている。 When the plurality of phase distribution images 13 shown in FIG. 4 are integrated, the phase value in the pixel region Ra is smoothed, and the change in the phase value in the wrapping region becomes gentle. When the change in the phase value in the wrapping region becomes gentle, an artifact occurs in the integrated phase distribution image 14. Further, since the phase value also changes abruptly at the boundary portion between the subject Q and the background or the boundary portion of the internal structure of the subject Q, when the phase value between each image changes, the phase value changes at the boundary portion. Since the surface becomes gentle, the edge of the subject Q becomes unclear, which causes deterioration of the image quality of the integrated phase distribution image 14. Therefore, in the first embodiment, it is configured to correct the phase value of each pixel region Ra.

(位相分布像の補正処理)
第1実施形態では、画像処理部5は、各位相分布像13の画素Gの位相値の変化に基づいて画素領域Raにおける画素の位相値の補正を行うように構成されている。具体的には、画像処理部5は、画素領域Raの位相値の補正処理として、複数の位相分布像13の各画素の画像間における位相値が1周期分ずれることにより不連続となるラッピング領域の位相値を連続的な変化となるように補正するアンラッピング処理を行うように構成されている。なお、図4に示す例では、便宜上、ラッピング領域の一部分を画素領域Raとして図示しているが、画素領域Raは、位相値の符号が反転する領域であり、位相分布像13において複数カ所存在する。また、画像処理部5は、画素領域Ra以外の領域においても、位相値の補正処理を行う。すなわち、画像処理部5は、位相分布像13の各画素において、画像間で位相値のラッピングが生じているか否かを判定し、画像間においてラッピングが生じている画素では、アンラッピング処理を行う。
(Correction processing of phase distribution image)
In the first embodiment, the image processing unit 5 is configured to correct the phase value of the pixel in the pixel region Ra based on the change in the phase value of the pixel G of each phase distribution image 13. Specifically, the image processing unit 5 performs a wrapping region in which the phase value between the images of each pixel of the plurality of phase distribution images 13 is deviated by one cycle to correct the phase value of the pixel region Ra. It is configured to perform an unwrapping process that corrects the phase value of the image so that it changes continuously. In the example shown in FIG. 4, for convenience, a part of the wrapping region is shown as a pixel region Ra, but the pixel region Ra is a region in which the sign of the phase value is inverted, and exists at a plurality of locations in the phase distribution image 13. do. Further, the image processing unit 5 also performs phase value correction processing in a region other than the pixel region Ra. That is, the image processing unit 5 determines whether or not phase value wrapping occurs between the images in each pixel of the phase distribution image 13, and performs unwrapping processing on the pixels where the wrapping occurs between the images. ..

図5は、画像処理部5におけるアンラッピング処理を行う前のグラフ18およびアンラッピング処理を行った後のグラフ20の模式図である。グラフ18およびグラフ20は、横軸が画像No(N)であり、縦軸が位相値(rad)である。なお、横軸である画素Noの単位(N)は、位相分布像13の撮像順であり、0(ゼロ)を含む整数値である。本実施形態では、最初に撮像した画像の撮像順を0番目とする。また、グラフ18およびグラフ20に示すプロットpvは、各位相分布像13の画素Gの位相値を示している。 FIG. 5 is a schematic diagram of the graph 18 before the unwrapping process in the image processing unit 5 and the graph 20 after the unwrapping process. In the graph 18 and the graph 20, the horizontal axis is the image No. (N) and the vertical axis is the phase value (rad). The unit (N) of the pixel No. on the horizontal axis is the imaging order of the phase distribution image 13, and is an integer value including 0 (zero). In the present embodiment, the imaging order of the first captured image is set to 0th. Further, the plot pv shown in the graph 18 and the graph 20 shows the phase value of the pixel G of each phase distribution image 13.

図5のグラフ18に示すように、画像処理部5は、複数の位相分布像13の画素Gの位相値を、位相分布像13が撮像された順にプロットする。熱変動に起因するモアレ縞mfの位相が変化しているため、グラフ18に示す各画素Gの位相値は、楕円Rbで囲った部分において、ラッピング領域が生じている。 As shown in the graph 18 of FIG. 5, the image processing unit 5 plots the phase values of the pixels G of the plurality of phase distribution images 13 in the order in which the phase distribution images 13 are captured. Since the phase of the moire fringe mf due to the thermal fluctuation is changed, the phase value of each pixel G shown in the graph 18 has a wrapping region in the portion surrounded by the ellipse Rb.

グラフ18に示すように、各位相分布像13の画素領域Raにおける画素の位相値にラッピング領域が生じた状態で各位相値を積算すると、各画素領域Raの位相値は、線分19で示す位相値(各画素Gの位相値の平均値)となり、各画素領域Raの位相値の値がそれぞれ大幅に変動する。位相値の境界pbにおけるこのような大幅な変動は、積算位相分布像14の画質の劣化の原因となる。 As shown in Graph 18, when each phase value is integrated in a state where a wrapping region is generated in the phase value of the pixel in the pixel region Ra of each phase distribution image 13, the phase value of each pixel region Ra is shown by the line segment 19. It becomes a phase value (an average value of the phase values of each pixel G), and the value of the phase value of each pixel region Ra fluctuates significantly. Such a large variation at the boundary pb of the phase value causes deterioration of the image quality of the integrated phase distribution image 14.

そこで、第1実施形態では、グラフ20に示すように、画像処理部5は、複数の位相分布像13の撮像順に並べた複数の位相分布像13の各画素の画像間における位相値の変化に基づいてアンラッピング処理を行うように構成されている。本実施形態において、アンラッピング処理とは、各画素Gの位相値を、ラッピング領域の前後において連続的になるように、ラッピング領域以降の各画素Gの位相値を補正する処理である。アンラッピング処理を行った後のグラフ20では、楕円Rcで囲った部分において、位相分布像13の画素Gの位相値が連続的になり、ラッピング領域がなくなっている。このように位相値を補正した後の各位相分布像13を積算した場合、各画素領域Raの位相値は、線分21で示す位相値(各画素Gの位相値の平均値)となり、各画素領域Raの位相値の値はそれほど変動しない。したがって、積算位相分布像14の画質の劣化を抑制することができる。 Therefore, in the first embodiment, as shown in the graph 20, the image processing unit 5 changes the phase value between the images of each pixel of the plurality of phase distribution images 13 arranged in the order of imaging of the plurality of phase distribution images 13. It is configured to perform unwrapping processing based on this. In the present embodiment, the unwrapping process is a process of correcting the phase value of each pixel G after the wrapping region so that the phase value of each pixel G becomes continuous before and after the wrapping region. In the graph 20 after the unwrapping process, the phase values of the pixels G of the phase distribution image 13 are continuous in the portion surrounded by the ellipse Rc, and the wrapping region is eliminated. When the phase distribution images 13 after correcting the phase values in this way are integrated, the phase value of each pixel region Ra becomes the phase value indicated by the line segment 21 (the average value of the phase values of each pixel G), and each of them becomes. The value of the phase value of the pixel region Ra does not fluctuate so much. Therefore, deterioration of the image quality of the integrated phase distribution image 14 can be suppressed.

また、画像処理部5は、複数の位相分布像13において、位相値が不連続となる境界pbの近傍の画素に対して、アンラッピング処理を行うように構成されている。具体的には、画像処理部5は、画素領域Raのうち、第1位相分布像13aから第N位相分布像13cにおいて、位相値の境界pbが移動する範囲mrに含まれる画素に対して、アンラッピング処理を行うように構成されている。図5に示す例は、位相値が不連続となる境界pbの近傍の画素として、各位相分布像13の画素Gに対してアンラッピング処理を行う例である。すなわち、画像処理部5は、第1位相分布像13a~第N位相分布像13cまでの各画像の同一画素Gに対して、アンラッピング処理を行う。 Further, the image processing unit 5 is configured to perform unwrapping processing on pixels in the vicinity of the boundary pb whose phase values are discontinuous in the plurality of phase distribution images 13. Specifically, the image processing unit 5 refers to the pixels included in the range mr in the pixel region Ra from the first phase distribution image 13a to the Nth phase distribution image 13c in which the boundary pb of the phase value moves. It is configured to perform unwrapping processing. The example shown in FIG. 5 is an example in which the pixel G of each phase distribution image 13 is unwrapped as pixels in the vicinity of the boundary pb whose phase values are discontinuous. That is, the image processing unit 5 performs unwrapping processing on the same pixel G of each image from the first phase distribution image 13a to the Nth phase distribution image 13c.

次に、図6を参照して、第1実施形態による光イメージング装置100による積算位相分布像14を生成する処理の流れについて説明する。 Next, with reference to FIG. 6, the flow of the process of generating the integrated phase distribution image 14 by the optical imaging apparatus 100 according to the first embodiment will be described.

ステップS1において、画像処理部5は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像10に基づいて、複数の位相分布像13を取得する。なお、ステップS1において、画像処理部5は、縞走査法によって複数の位相分布像13を取得する。その後、処理は、ステップS2へ進む。 In step S1, the image processing unit 5 acquires a plurality of phase distribution images 13 based on the images 10 captured at different timings. In step S1, the image processing unit 5 acquires a plurality of phase distribution images 13 by the fringe scanning method. After that, the process proceeds to step S2.

ステップS2において、画像処理部5は、複数の位相分布像13の画素領域Raの画像間における位相値の変化に基づいて、画素領域Raの位相値を補正する処理を行う。その後、処理は、ステップS3へ進む。 In step S2, the image processing unit 5 performs a process of correcting the phase value of the pixel region Ra based on the change of the phase value between the images of the pixel region Ra of the plurality of phase distribution images 13. After that, the process proceeds to step S3.

ステップS3において、画像処理部5は、画素領域Raの位相値の補正を行った複数の位相分布像13に基づいて、1枚の積算位相分布像14を生成し、処理を終了する。 In step S3, the image processing unit 5 generates one integrated phase distribution image 14 based on the plurality of phase distribution images 13 for which the phase value of the pixel region Ra has been corrected, and ends the processing.

(第1比較例)
ここで、図7~図10を参照して、複数の位相分布像13をそのまま積算することによって1枚の位相分布像13を生成する第1比較例による光イメージング装置と、本実施形態における光イメージング装置100とについて説明する。
(First comparative example)
Here, with reference to FIGS. 7 to 10, the optical imaging apparatus according to the first comparative example that generates one phase distribution image 13 by integrating a plurality of phase distribution images 13 as they are, and the light in the present embodiment. The imaging device 100 and the like will be described.

図7は、複数の位相分布像13の模式図および複数の位相分布像13を積算した積算位相分布像22の模式図および各画像の画素領域Raを拡大した拡大画像17の模式図である。 FIG. 7 is a schematic diagram of a plurality of phase distribution images 13, a schematic diagram of an integrated phase distribution image 22 in which a plurality of phase distribution images 13 are integrated, and a schematic diagram of an enlarged image 17 in which the pixel region Ra of each image is enlarged.

積算位相分布像22は、複数の位相分布像13を積算した画像である。各位相分布像13においてラッピング領域の位置がそれぞれわずかにずれているので、ラッピング領域における位相値の変化がなだらかになる。したがって、図7に示すように、積算位相分布像22のラッピング領域では、第1位相分布像13位相値がグラデーション状に変化する。 The integrated phase distribution image 22 is an image obtained by integrating a plurality of phase distribution images 13. Since the positions of the wrapping regions are slightly deviated in each phase distribution image 13, the change in the phase value in the wrapping region becomes gentle. Therefore, as shown in FIG. 7, in the wrapping region of the integrated phase distribution image 22, the phase value of the first phase distribution image 13 changes in a gradation pattern.

図8は、積算位相分布像14のうち、ラッピング領域の位相値の変化を示すグラフ23の模式図、第2位相分布像13bの画素領域Raのうち、領域Rdにおける位相値の変化を示すグラフ24の模式図および積算位相分布像22の画素領域Raのうち、領域Reにおける位相値の変化を示すグラフ25の模式図である。 FIG. 8 is a schematic diagram of a graph 23 showing a change in the phase value of the wrapping region in the integrated phase distribution image 14, and a graph showing a change in the phase value in the region Rd of the pixel region Ra of the second phase distribution image 13b. It is a schematic diagram of the graph 25 which shows the change of the phase value in the region Re in the schematic diagram of 24 and the pixel region Ra of the integrated phase distribution image 22.

グラフ24に示すように、第2位相分布像13bのラッピング領域では、位相値が反転する。一方、グラフ25に示すように、積算位相分布像22のラッピング領域では、位相値が段階的に変化し、グラフ24のラッピング領域と比較して、位相値の変化がなだらかになっている。このような積算位相分布像22では、図9に示すように、ラッピング領域の位置において縦縞のアーチファクト26が生じる。 As shown in the graph 24, the phase value is inverted in the wrapping region of the second phase distribution image 13b. On the other hand, as shown in the graph 25, the phase value changes stepwise in the wrapping region of the integrated phase distribution image 22, and the change of the phase value is gentle as compared with the wrapping region of the graph 24. In such an integrated phase distribution image 22, as shown in FIG. 9, vertical stripe artifact 26 is generated at the position of the wrapping region.

本実施形態では、各画素領域Raの位相値に対してアンラッピング処理を行ってから各位相分布像13を積算するため、積算後の積算位相分布像14のラッピング領域における位相値は、グラフ23に示すように、反転する。したがって、図10に示すように、積算位相分布像14では、アーチファクト26が生じることを抑制することができる。 In the present embodiment, since the phase value of each pixel region Ra is unwrapped and then each phase distribution image 13 is integrated, the phase value in the wrapping region of the integrated phase distribution image 14 after integration is shown in Graph 23. Invert as shown in. Therefore, as shown in FIG. 10, in the integrated phase distribution image 14, it is possible to suppress the occurrence of the artifact 26.

(第2比較例)
次に、図11を参照して、各位相分布像13のそれぞれに対してアンラッピング処理を行った後に積算する第2比較例について説明する。モアレ縞mfの位相のずれに起因して生じるラッピング領域の位置の変化による積算位相分布像14の画質の劣化を抑制するためには、図11に示すように、各位相分布像13について、各画像をそれぞれアンラッピング処理した複数の画像27を取得し、複数の画像27を積算する方法が考えられる。しかし、たとえば、検出器4の画素に欠損が生じている場合には、位相分布像13において、画素の欠損に起因するノイズが生じる。ノイズが生じた各位相分布像13をアンラッピング処理した場合、アンラッピング処理後の画像27において、同一画像内の画素の欠損に起因するノイズが他の画素にまで影響し、縞状(ストリーク状)のアーチファクト28が生じる。これらのアーチファクト28が生じた画像27を積算すると、積算後の画像29において、各画像27のアーチファクト28も積算されてしまう。積算後の画像29にアーチファクト28が生じていると、積算位相分布像14の画質が劣化する原因となる。
(Second comparative example)
Next, with reference to FIG. 11, a second comparative example of integration after performing unwrapping processing on each of the phase distribution images 13 will be described. In order to suppress the deterioration of the image quality of the integrated phase distribution image 14 due to the change in the position of the wrapping region caused by the phase shift of the moire fringe mf, as shown in FIG. 11, for each phase distribution image 13, each phase distribution image 13 is used. A method of acquiring a plurality of images 27 obtained by unwrapping the images and integrating the plurality of images 27 can be considered. However, for example, when the pixel of the detector 4 has a defect, noise due to the pixel defect occurs in the phase distribution image 13. When each phase distribution image 13 in which noise is generated is unwrapped, the noise caused by the loss of pixels in the same image affects other pixels in the unwrapped image 27, and is striped (streak-shaped). ), The artifact 28 is generated. When the images 27 in which these artifacts 28 are generated are integrated, the artifacts 28 of each image 27 are also integrated in the image 29 after the integration. If the artifact 28 is generated in the integrated image 29, it causes deterioration of the image quality of the integrated phase distribution image 14.

本実施形態では、画素領域Raの位相値の補正(アンラッピング処理)を行った後の位相分布像13を積算するため、各画像における画素欠損の影響は、同一画素においてのみ生じるため、他の画素に影響がおよぶことを抑制することができる。すなわち、欠損画素の影響をその画素だけに留めることが可能となるので、位相分布像13に縞状のアーチファクト28が生じることを抑制することができる。 In the present embodiment, since the phase distribution image 13 after correcting the phase value of the pixel region Ra (unwrapping process) is integrated, the influence of pixel loss in each image occurs only in the same pixel, so that other It is possible to suppress the influence on the pixels. That is, since the influence of the missing pixel can be limited to only that pixel, it is possible to suppress the occurrence of the striped artifact 28 in the phase distribution image 13.

(第1実施形態の効果)
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of the first embodiment)
In the first embodiment, the following effects can be obtained.

第1実施形態では、上記のように、光イメージング装置100は、被写体Qに光を照射するX線源1と、X線源1から照射された光を検出する検出器4と、検出器4によって検出された信号に基づいて位相分布像13を生成する画像処理部5と、を備え、画像処理部5は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像10に基づいて取得された複数の位相分布像13の画素領域Raの画像間における位相値の変化に基づいて、画素領域Raの位相値を補正するとともに、画素領域Raの位相値の補正を行った複数の位相分布像13に基づいて、1枚の積算位相分布像14を生成するように構成されている。これにより、各位相分布像13の画素領域Ra間において、位相値の変化が生じている場合でも、位相値を補正することにより複数の位相分布像13の画素領域Ra間に位相値の変化を抑制することができる。その結果、生成された積算位相分布像14において、各位相分布像13間の画素領域Raにおける位相値の変化に基づくアーチファクト26が生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された積算位相分布像14の画質が劣化することを抑制することができる。 In the first embodiment, as described above, the optical imaging apparatus 100 includes an X-ray source 1 that irradiates the subject Q with light, a detector 4 that detects the light radiated from the X-ray source 1, and a detector 4. The image processing unit 5 includes an image processing unit 5 that generates a phase distribution image 13 based on the signal detected by the image processing unit 5, and the image processing unit 5 has a plurality of phase distribution images acquired based on the images 10 captured at different timings. Based on the change in the phase value between the images of the pixel region Ra of 13, the phase value of the pixel region Ra is corrected, and the phase value of the pixel region Ra is corrected. It is configured to generate an integrated phase distribution image 14. As a result, even if the phase value changes between the pixel regions Ra of each phase distribution image 13, the phase value changes by correcting the phase value so that the phase value changes between the pixel regions Ra of the plurality of phase distribution images 13. It can be suppressed. As a result, in the generated integrated phase distribution image 14, it is possible to suppress the occurrence of an artifact 26 based on the change in the phase value in the pixel region Ra between the respective phase distribution images 13, and it is possible to suppress the occurrence of the generated integrated phase. It is possible to suppress the deterioration of the image quality of the distributed image 14.

また、第1実施形態では、上記のように、画像処理部5は、画素領域Raの位相値の補正処理として、複数の位相分布像13の各画素の画像間における位相値が1周期分ずれることにより不連続となるラッピング領域の位相値を、連続的な変化となるように補正するアンラッピング処理を行うように構成されている。これにより、各画素の画像間における位相値をアンラッピング処理することにより、各画像間におけるラッピング領域の位置を揃えることができる。したがって、複数の位相分布像13に基づいて1枚の積算位相分布像14を生成する際に、ラッピング領域がばらついた各位相分布像13を合成することにより、ラッピング領域近傍の位相値が平滑化されてしまうことを抑制することができる。その結果、ラッピング領域における位相値が平滑化されることに起因して、生成された積算位相分布像14にアーチファクトが生じることを抑制することができる。 Further, in the first embodiment, as described above, the image processing unit 5 shifts the phase value between the images of each pixel of the plurality of phase distribution images 13 by one cycle as the phase value correction processing of the pixel region Ra. As a result, the unwrapping process is configured to correct the phase value of the wrapping region that becomes discontinuous so that the change is continuous. This makes it possible to align the positions of the wrapping regions between the images by unwrapping the phase values between the images of each pixel. Therefore, when one integrated phase distribution image 14 is generated based on the plurality of phase distribution images 13, the phase values in the vicinity of the wrapping region are smoothed by synthesizing each phase distribution image 13 in which the wrapping region is dispersed. It can be suppressed that it is done. As a result, it is possible to suppress the occurrence of artifacts in the generated integrated phase distribution image 14 due to the smoothing of the phase value in the wrapping region.

また、第1実施形態では、上記のように、画像処理部5は、複数の位相分布像13の撮像順に並べた複数の位相分布像13の各画素の画像間における位相値の変化に基づいてアンラッピング処理を行うように構成されている。ここで、第2格子3の熱変動は、時間の経過とともに、特定の方向に生じる。したがって、上記のように構成することにより、各画素の画像間における位相値の変化を時系列に取得することができる。その結果、時系列の位相値の変化を取得することが可能となるので、各画像において時間経過に伴って特定の方向に生じる第2格子3の熱変動の影響による位相値の変化を正確に把握することが可能となり、正確なアンラッピング処理を行うことができる。 Further, in the first embodiment, as described above, the image processing unit 5 is based on the change in the phase value between the images of each pixel of the plurality of phase distribution images 13 arranged in the order of imaging of the plurality of phase distribution images 13. It is configured to perform unwrapping processing. Here, the thermal fluctuation of the second lattice 3 occurs in a specific direction with the passage of time. Therefore, by configuring as described above, it is possible to acquire the change in the phase value between the images of each pixel in time series. As a result, it becomes possible to acquire the change of the phase value in the time series, so that the change of the phase value due to the influence of the thermal fluctuation of the second lattice 3 that occurs in a specific direction with the passage of time in each image can be accurately obtained. It becomes possible to grasp and perform accurate unwrapping processing.

また、第1実施形態では、上記のように、画像処理部5は、複数の位相分布像13において、位相値が不連続となる境界pbの近傍の画素に対して、アンラッピング処理を行うように構成されている。これにより、複数の位相分布像13に含まれる画素のうち、アンラッピング処理が不必要な領域に対してアンラッピング処理を行うことを抑制することができる。その結果、アンラッピング処理を行う領域の数を低減することが可能となるので、画像処理部5の負荷を軽減することができる。 Further, in the first embodiment, as described above, the image processing unit 5 performs unwrapping processing on the pixels in the vicinity of the boundary pb where the phase values are discontinuous in the plurality of phase distribution images 13. It is configured in. As a result, it is possible to suppress the unwrapping process from performing the unwrapping process on the region of the pixels included in the plurality of phase distribution images 13 that does not require the unwrapping process. As a result, the number of regions to be unwrapped can be reduced, so that the load on the image processing unit 5 can be reduced.

また、第1実施形態では、上記のように、X線源1は、X線を照射するように構成されており、検出器4は、X線を検出するように構成されており、X線源1と検出器4との間に配置され、X線源1からX線が照射される第1格子2と、第1格子2からのX線が照射される第2格子3とを含む複数の格子をさらに備え、画像処理部5は、複数の位相分布像13を取得するとともに、複数の位相分布像13の各画素の画像間における位相値の変化に基づいて、複数の位相分布像13の画像間における位相値のアンラッピング処理を行い、アンラッピング処理を行った複数の位相分布像13を積算することにより、1枚の積算位相分布像14を生成するように構成されている。これにより、ラッピング領域の位置がばらついた複数の位相分布像13に対してアンラッピング処理を行うことにより、各位相分布像13におけるラッピング領域の位置を揃えることが可能となるので、複数の位相分布像13を積算する際に、複数の位相分布像13のラッピング領域近傍の各画素間において、位相値が平滑化されることを抑制することができる。その結果、積算位相分布像14においても、生成された積算位相分布像14において、各位相分布像13間の各画素における位相値の変化に起因するアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された積算位相分布像14の画質が劣化することを抑制することができる。 Further, in the first embodiment, as described above, the X-ray source 1 is configured to irradiate X-rays, and the detector 4 is configured to detect X-rays. A plurality of cells arranged between the source 1 and the detector 4, including a first lattice 2 to be irradiated with X-rays from the X-ray source 1 and a second lattice 3 to be irradiated with X-rays from the first lattice 2. Further, the image processing unit 5 acquires a plurality of phase distribution images 13 and, based on the change in the phase value between the images of each pixel of the plurality of phase distribution images 13, the plurality of phase distribution images 13 It is configured to generate one integrated phase distribution image 14 by performing unwrapping processing of phase values between images and integrating a plurality of phase distribution images 13 that have undergone unwrapping processing. As a result, by performing unwrapping processing on a plurality of phase distribution images 13 in which the positions of the wrapping regions are scattered, it is possible to align the positions of the wrapping regions in each phase distribution image 13, and thus a plurality of phase distributions. When integrating the images 13, it is possible to prevent the phase values from being smoothed between the pixels in the vicinity of the wrapping region of the plurality of phase distribution images 13. As a result, in the integrated phase distribution image 14, it is possible to suppress the occurrence of artifacts due to the change in the phase value in each pixel between the phase distribution images 13 in the generated integrated phase distribution image 14. At the same time, it is possible to suppress deterioration of the image quality of the generated integrated phase distribution image 14.

また、第1実施形態では、上記のように、第2格子3を移動させる格子移動機構8をさらに備え、画像処理部5は、第2格子3を移動させながら撮像された複数の位相分布像13に基づいて、1枚の積算位相分布像14を生成するように構成されている。これにより、第2格子3を移動させながら撮像を行う縞走査法においても、生成された積算位相分布像14において、各位相分布像13間の各画素における位相値の変化に起因するアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された積算位相分布像14の画質が劣化することを抑制することができる。 Further, in the first embodiment, as described above, the grid moving mechanism 8 for moving the second grid 3 is further provided, and the image processing unit 5 has a plurality of phase distribution images imaged while moving the second grid 3. It is configured to generate one integrated phase distribution image 14 based on 13. As a result, even in the fringe scanning method in which imaging is performed while moving the second grid 3, an artifact is generated in the generated integrated phase distribution image 14 due to the change in the phase value in each pixel between the phase distribution images 13. This can be suppressed, and the deterioration of the image quality of the generated integrated phase distribution image 14 can be suppressed.

また、第1実施形態では、上記のように、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像10に基づいて取得された複数の位相分布像13を取得するステップS1と、複数の位相分布像13の画素領域Raの画像間における位相値の変化に基づいて、画素領域Raの位相値を補正する処理を行うステップS2と、画素領域Raの位相値の補正を行った複数の位相分布像13に基づいて、1枚の積算位相分布像14を生成するステップS3と、を含む。これにより、生成された積算位相分布像14において、各位相分布像13間の画素領域Raにおける位相値の変化に起因するアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された積算位相分布像14の画質が劣化することを抑制することが可能な画像処理方法を提供することができる。 Further, in the first embodiment, as described above, step S1 for acquiring a plurality of phase distribution images 13 acquired based on the images 10 captured at different timings, and a pixel region of the plurality of phase distribution images 13 Based on the step S2 in which the phase value of the pixel region Ra is corrected based on the change in the phase value between the images of Ra, and the plurality of phase distribution images 13 in which the phase value of the pixel region Ra is corrected. A step S3 for generating one integrated phase distribution image 14 is included. As a result, in the generated integrated phase distribution image 14, it is possible to suppress the occurrence of artifacts due to changes in the phase value in the pixel region Ra between the respective phase distribution images 13, and it is possible to suppress the occurrence of artifacts and the generated integrated phase. It is possible to provide an image processing method capable of suppressing deterioration of the image quality of the distributed image 14.

[第2実施形態]
次に、図1および図12を参照して、第2実施形態による光イメージング装置200(図1参照)について説明する。第2格子3を移動させながら撮像した複数の画像10に基づいて複数の位相分布像13を取得する第1実施形態とは異なり、第2実施形態では、画像処理部5は、モアレ縞mfを生じさせた状態で被写体Qを撮像した画像30に基づいて、複数の位相分布像13を生成するように構成されている。なお、上記第1実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, the optical imaging apparatus 200 (see FIG. 1) according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 12. Unlike the first embodiment in which a plurality of phase distribution images 13 are acquired based on a plurality of images 10 captured while moving the second grid 3, in the second embodiment, the image processing unit 5 generates moire fringes mf. It is configured to generate a plurality of phase distribution images 13 based on the image 30 in which the subject Q is captured in the generated state. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

(光イメージング装置の構成)
まず、図1を参照して、第2実施形態による光イメージング装置200の構成について説明する。
(Configuration of optical imaging device)
First, the configuration of the optical imaging apparatus 200 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 1.

第2実施形態では、画像処理部5は、格子移動機構8によって第2格子3の位置をわずかにずらし、予めモアレ縞mfを生じさせた状態で撮像した画像30に基づいて、複数の位相分布像13を取得する。具体的には、画像処理部5は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像30をフーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理を行うことにより、複数の位相分布像13を生成するように構成されている。 In the second embodiment, the image processing unit 5 slightly shifts the position of the second grid 3 by the grid moving mechanism 8 and has a plurality of phase distributions based on the image 30 taken in a state where moire fringes mf are generated in advance. Acquire the image 13. Specifically, the image processing unit 5 is configured to generate a plurality of phase distribution images 13 by performing a Fourier transform process and an inverse Fourier transform process on the images 30 captured at different timings.

次に、図13を参照して、第2実施形態による光イメージング装置200による積算位相分布像14を生成する処理の流れについて説明する。なお、第1実施形態と同様のステップの説明については省略する。 Next, with reference to FIG. 13, the flow of the process of generating the integrated phase distribution image 14 by the optical imaging apparatus 200 according to the second embodiment will be described. The description of the same steps as in the first embodiment will be omitted.

ステップS4において、画像処理部5は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像10に基づいて、複数の位相分布像13を取得する。なお、ステップS4では、画像処理部5は、第2格子3を並進移動させながら撮像する縞走査法ではなく、予めモアレ縞mfを生じさせた状態で撮像した画像30に対してフーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理を行うフーリエ変換法によって複数の位相分布像13を取得する。その後、処理は、ステップS2およびS3へと進み、画素領域Raの位相値が補正された複数の位相分布像13に基づいて、1枚の積算位相分布像14を生成し、処理を終了する。 In step S4, the image processing unit 5 acquires a plurality of phase distribution images 13 based on the images 10 captured at different timings. In step S4, the image processing unit 5 performs a Fourier transform process on the image 30 imaged in a state where moire fringes mf are generated in advance, instead of the fringe scanning method in which the second grid 3 is imaged while being translated. A plurality of phase distribution images 13 are acquired by a Fourier transform method that performs an inverse Fourier transform process. After that, the process proceeds to steps S2 and S3, generates one integrated phase distribution image 14 based on the plurality of phase distribution images 13 in which the phase value of the pixel region Ra is corrected, and ends the process.

なお、第2実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態と同様である。 The other configurations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.

(第2実施形態の効果)
第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of the second embodiment)
In the second embodiment, the following effects can be obtained.

第2実施形態では、上記のように、画像処理部5は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像30をフーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理を行うことにより、複数の位相分布像13を生成するように構成されている。これにより、フーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理によって位相分布像13を生成するフーリエ変換法においても、生成された積算位相分布像14において、各位相分布像13間の各画素における位相値の変化に起因するアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された積算位相分布像14の画質が劣化することを抑制することができる。 In the second embodiment, as described above, the image processing unit 5 generates a plurality of phase distribution images 13 by performing a Fourier transform process and an inverse Fourier transform process on the images 30 captured at different timings. It is configured in. As a result, even in the Fourier transform method in which the phase distribution image 13 is generated by the Fourier transform process and the inverse Fourier transform process, the phase value changes in each pixel between the phase distribution images 13 in the generated integrated phase distribution image 14. It is possible to suppress the occurrence of the resulting artifacts, and it is also possible to suppress the deterioration of the image quality of the generated integrated phase distribution image 14.

なお、第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。 The other effects of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.

[第3実施形態]
次に、図14を参照して、第3実施形態による光イメージング装置300について説明する。被写体QにX線を照射して位相分布像13を取得する第1および第2実施形態とは異なり、第3実施形態では、光イメージング装置300は、参照面37および被写体Qによって反射された光の位相差に基づいて位相分布画像を生成するように構成されている。なお、上記第1および第2実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, with reference to FIG. 14, the optical imaging apparatus 300 according to the third embodiment will be described. Unlike the first and second embodiments in which the subject Q is irradiated with X-rays to acquire the phase distribution image 13, in the third embodiment, the optical imaging apparatus 300 is the light reflected by the reference surface 37 and the subject Q. It is configured to generate a phase distribution image based on the phase difference of. The same configurations as those of the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

(光イメージング装置の構成)
図14に示すように、光イメージング装置300は、光源31と、フィルタ32と、第1ビームスプリッタ33と、対物レンズ34と、第2ビームスプリッタ35と、被写体載置台36と、参照面37と、検出器38と、画像処理部39と、を備える。
(Configuration of optical imaging device)
As shown in FIG. 14, the optical imaging device 300 includes a light source 31, a filter 32, a first beam splitter 33, an objective lens 34, a second beam splitter 35, a subject mounting table 36, and a reference surface 37. , A detector 38, and an image processing unit 39.

光源31は、第1ビームスプリッタ33に向けて白色光を照射するように構成されている。光源31は、たとえば、白色レーザーまたは白色LEDなどを含む。フィルタ32は、光源31と第1ビームスプリッタ33との間に設けられている。フィルタ32は、光源31から照射された光のうち、所定波長の光を透過するように構成されている。フィルタ32は、たとえば、バンドパスフィルタを含む。 The light source 31 is configured to irradiate white light toward the first beam splitter 33. The light source 31 includes, for example, a white laser or a white LED. The filter 32 is provided between the light source 31 and the first beam splitter 33. The filter 32 is configured to transmit light having a predetermined wavelength among the light emitted from the light source 31. The filter 32 includes, for example, a bandpass filter.

第1ビームスプリッタ33は、光源31から照射された白色光のうち、フィルタ32を透過した光を、対物レンズ34に向けて反射させるように構成されている。また、第1ビームスプリッタ33は、被写体Qおよび参照面37によって反射された光を透過するように構成されている。 The first beam splitter 33 is configured to reflect the white light emitted from the light source 31 that has passed through the filter 32 toward the objective lens 34. Further, the first beam splitter 33 is configured to transmit the light reflected by the subject Q and the reference surface 37.

対物レンズ34は、第1ビームスプリッタ33と、第2ビームスプリッタ35との間に設けられている。 The objective lens 34 is provided between the first beam splitter 33 and the second beam splitter 35.

第2ビームスプリッタ35は、対物レンズ34を透過した光を、被写体載置台36に向けて透過させる。また、第2ビームスプリッタ35は、対物レンズ34を透過した光を、参照面37に向けて反射させる。 The second beam splitter 35 transmits the light transmitted through the objective lens 34 toward the subject mounting table 36. Further, the second beam splitter 35 reflects the light transmitted through the objective lens 34 toward the reference surface 37.

被写体載置台36は、被写体Qを載置させる。参照面37は、照射された光を反射させるように構成されている。参照面37は、たとえば、反射ミラーを含む。 The subject mounting table 36 mounts the subject Q. The reference surface 37 is configured to reflect the irradiated light. The reference surface 37 includes, for example, a reflection mirror.

検出器38は、被写体載置台36に載置された被写体Qによって反射された光および参照面37によって反射された光を検出するように構成されている。また、検出器38は、検出された光を電気信号に変換し、変換された電気信号を画像信号として読み取るように構成されている。検出器38は、たとえば、CCD(Charged Coupled Devices)またはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などのイメージセンサを含む。 The detector 38 is configured to detect the light reflected by the subject Q placed on the subject mounting table 36 and the light reflected by the reference surface 37. Further, the detector 38 is configured to convert the detected light into an electric signal and read the converted electric signal as an image signal. The detector 38 includes, for example, an image sensor such as a CCD (Charged Coupled Devices) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Sensor).

画像処理部39は、検出器38が検出した信号に基づいて、位相分布画像を生成するように構成されている。画像処理部39は、たとえば、GPUまたは画像処理用に構成されたFPGAなどのプロセッサを含む。 The image processing unit 39 is configured to generate a phase distribution image based on the signal detected by the detector 38. The image processing unit 39 includes, for example, a processor such as a GPU or an FPGA configured for image processing.

第3実施形態における光イメージング装置300は、いわゆる走査型白色干渉計である。 The optical imaging device 300 in the third embodiment is a so-called scanning white interferometer.

(位相分布画像の生成)
第3実施形態では、画像処理部39は、被写体Qによって反射された光と、参照面37によって反射された光との位相差に基づいて、位相分布画像を生成するように構成されている。位相分布画像の画素値は、被写体Qによって反射された光と、参照面37によって反射された光との位相差に基づく位相値である。また、画像処理部39は、撮像時間をずらして撮像された複数の位相分布画像を合成することにより、1枚の位相分布画像を生成するように構成されている。
(Generation of phase distribution image)
In the third embodiment, the image processing unit 39 is configured to generate a phase distribution image based on the phase difference between the light reflected by the subject Q and the light reflected by the reference surface 37. The pixel value of the phase distribution image is a phase value based on the phase difference between the light reflected by the subject Q and the light reflected by the reference surface 37. Further, the image processing unit 39 is configured to generate one phase distribution image by synthesizing a plurality of phase distribution images captured at different imaging times.

ここで、第1ビームスプリッタ33、対物レンズ34および第2ビームスプリッタ35などの光学系が光源31などの熱によって熱変動した場合、各位相分布画像の位相値が変化する。したがって、第3実施形態においても、上記第1および第2実施形態と同様に、画像処理部39は、複数の位相分布画像の画素領域Raにおけるラッピング領域の位相値を、アンラッピング処理した後に積算することにより、1枚の位相分布画像を生成するように構成されている。 Here, when the optical systems such as the first beam splitter 33, the objective lens 34, and the second beam splitter 35 thermally fluctuate due to the heat of the light source 31 and the like, the phase value of each phase distribution image changes. Therefore, also in the third embodiment, as in the first and second embodiments, the image processing unit 39 integrates the phase values of the wrapping region in the pixel region Ra of the plurality of phase distribution images after unwrapping processing. By doing so, it is configured to generate one phase distribution image.

なお、第3実施形態のその他の構成は、上記第1および第2実施形態と同様である。 The other configurations of the third embodiment are the same as those of the first and second embodiments.

(第3実施形態の効果)
第3実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of the third embodiment)
In the third embodiment, the following effects can be obtained.

第3実施形態では、上記のように、被写体Qによって反射された光と、参照面37によって反射された光との位相差に基づいて、位相分布画像を生成する画像処理部39を含む。これにより、上記第1および第2実施形態と同様に、複数の位相分布画像を積算する場合でも、第1ビームスプリッタ33、対物レンズ34および第2ビームスプリッタ35などの光学系が熱変動することにより、生成された位相分布画像において、各位相分布画像間の画素領域における位相値の変化に基づくアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された位相分布画像の画質が劣化することを抑制することができる。 In the third embodiment, as described above, the image processing unit 39 that generates a phase distribution image based on the phase difference between the light reflected by the subject Q and the light reflected by the reference surface 37 is included. As a result, as in the first and second embodiments, the optical systems such as the first beam splitter 33, the objective lens 34, and the second beam splitter 35 thermally fluctuate even when a plurality of phase distribution images are integrated. Therefore, in the generated phase distribution image, it is possible to suppress the occurrence of an artifact based on the change in the phase value in the pixel region between the phase distribution images, and the image quality of the generated phase distribution image is deteriorated. It can be suppressed.

なお、第3実施形態のその他の効果は、上記第1および第2実施形態と同様である。 The other effects of the third embodiment are the same as those of the first and second embodiments.

(変形例)
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく、請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
(Modification example)
It should be noted that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and are not considered to be restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims, not the description of the above-described embodiment, and further includes all modifications (modifications) within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

たとえば、上記第1および第2実施形態では、格子移動機構8が、第2格子3を移動させる例を示したが、本発明はこれに限られない。格子移動機構8が移動させる格子は、いずれの格子であってもよい。 For example, in the first and second embodiments, the grid moving mechanism 8 moves the second grid 3, but the present invention is not limited to this. The grid moved by the grid moving mechanism 8 may be any grid.

また、上記第1および第2実施形態では、複数の格子として、第1格子2および第2格子3を設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図15に示す光イメージング装置400のように、X線源1と第1格子2との間に、第3格子40を設ける構成でもよい。第3格子40は、Y方向に所定の周期(ピッチ)p3で配列される複数のスリット40aおよびX線吸収部40bを有している。各スリット40aおよびX線吸収部40bはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各スリット40aおよびX線吸収部40bはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。また、第3格子40は、X線源1と第1格子2との間に配置されており、X線源1からX線が照射される。第3格子40は、各スリット40aを通過したX線を、各スリット40aの位置に対応する線光源とするように構成されている。これにより、第3格子40によってX線源1から照射されるX線の可干渉性を高めることができる。その結果、X線源1の焦点径に依存することなく第1格子2の自己像を形成させることが可能となるので、X線源1の選択の自由度を向上させることができる。 Further, in the first and second embodiments, the first grid 2 and the second grid 3 are provided as a plurality of grids, but the present invention is not limited to this. For example, as in the optical imaging apparatus 400 shown in FIG. 15, a third grid 40 may be provided between the X-ray source 1 and the first grid 2. The third grid 40 has a plurality of slits 40a and an X-ray absorption unit 40b arranged in the Y direction with a predetermined period (pitch) p3. Each of the slits 40a and the X-ray absorbing portion 40b is formed so as to extend linearly. Further, each of the slits 40a and the X-ray absorbing portion 40b is formed so as to extend in parallel. Further, the third grid 40 is arranged between the X-ray source 1 and the first grid 2, and X-rays are emitted from the X-ray source 1. The third grid 40 is configured to use X-rays that have passed through each slit 40a as a line light source corresponding to the position of each slit 40a. This makes it possible to increase the coherence of X-rays emitted from the X-ray source 1 by the third grid 40. As a result, the self-image of the first lattice 2 can be formed independently of the focal diameter of the X-ray source 1, so that the degree of freedom in selecting the X-ray source 1 can be improved.

また、上記第1および第2実施形態では、画像処理部5が複数の位相分布像13を積算することにより積算位相分布像14を生成する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、画像処理部5は、複数の位相分布像13を平均化することにより、積算位相分布像14を生成するように構成されていてもよい。 Further, in the first and second embodiments, an example of a configuration in which the image processing unit 5 generates an integrated phase distribution image 14 by integrating a plurality of phase distribution images 13 is shown, but the present invention is limited to this. I can't. For example, the image processing unit 5 may be configured to generate an integrated phase distribution image 14 by averaging a plurality of phase distribution images 13.

また、上記第1実施形態では、画像処理部5が、撮像順に並べた複数の位相分布像13の各画素の画像間における位相値の変化に基づいてアンラッピング処理を行う構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、画像処理部5は、撮像と反対の順番に並べた複数の位相分布像13の各画素の画像間における位相値の変化に基づいてアンラッピング処理を行うように構成されていてもよい。 Further, in the first embodiment, an example of the configuration in which the image processing unit 5 performs unwrapping processing based on the change in the phase value between the images of each pixel of the plurality of phase distribution images 13 arranged in the order of imaging is shown. However, the present invention is not limited to this. For example, the image processing unit 5 may be configured to perform unwrapping processing based on the change in the phase value between the images of each pixel of the plurality of phase distribution images 13 arranged in the order opposite to the imaging.

また、上記第1および第2実施形態では、画像処理部5が、各位相分布像13の画素領域Raに含まれる画素Gの位相値を補正する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、画像処理部5は、各位相分布像13の画素領域Raに含まれる画素Gの位相値と、画素領域Raの範囲mr内に含まれる画素のうち、画素G以外の画素の位相値との変化に基づいて、アンラッピング処理を行うように構成されていてもよい。 Further, in the first and second embodiments, the image processing unit 5 has shown an example of a configuration in which the phase value of the pixel G included in the pixel region Ra of each phase distribution image 13 is corrected. Not limited to. For example, the image processing unit 5 determines the phase value of the pixel G included in the pixel region Ra of each phase distribution image 13 and the phase value of the pixels other than the pixel G among the pixels included in the range mr of the pixel region Ra. It may be configured to perform the unwrapping process based on the change of.

また、上記第1および第2実施形態では、画像処理部5が、アンラッピング処理として、位相値が低い画素の位相値を高くする処理を行う構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、画像処理部5は、位相値が高い画素の位相値を低くすることにより、アンラッピング処理を行うように構成されていてもよい。 Further, in the first and second embodiments, the image processing unit 5 has shown an example of a configuration in which a process of increasing the phase value of a pixel having a low phase value is performed as an unwrapping process. Not limited. For example, the image processing unit 5 may be configured to perform unwrapping processing by lowering the phase value of a pixel having a high phase value.

また、上記第1~第3実施形態では、X線源1(光源31)がX線(白色光)を照射し、画像処理部5(画像処理部39)がX線(白色光)の位相分布に基づいて位相分布像13(位相分布画像)を生成する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、光イメージング装置100(200、300、400)は、X線および白色光(可視光)以外に、赤外線または紫外線などの可視領域以外の光を被写体Qに対して照射するように構成されていてもよい。画像処理部5(画像処理部39)が位相分布を用いて画像化することが可能であれば、光イメージング装置100(200、300、400)が被写体Qに対して照射する光はどのような光であってもよい。 Further, in the first to third embodiments, the X-ray source 1 (light source 31) irradiates X-rays (white light), and the image processing unit 5 (image processing unit 39) has the phase of X-rays (white light). An example of a configuration for generating a phase distribution image 13 (phase distribution image) based on a distribution has been shown, but the present invention is not limited to this. For example, the optical imaging device 100 (200, 300, 400) is configured to irradiate the subject Q with light other than the visible region such as infrared rays or ultraviolet rays in addition to X-rays and white light (visible light). You may. If the image processing unit 5 (image processing unit 39) can image using the phase distribution, what kind of light is emitted by the optical imaging device 100 (200, 300, 400) to the subject Q? It may be light.

1 X線源(光源)
2 第1格子
3 第2格子
4、38 検出器
5、39 画像処理部
6 制御部
8 格子移動機構
13 位相分布像(位相分布画像)
14 積算位相分布像(位相分布画像)
31 光源
40 第3格子
100、200、300、400 光イメージング装置
Ra 画素領域
Q 被写体
1 X-ray source (light source)
2 1st grid 3 2nd grid 4, 38 Detector 5, 39 Image processing unit 6 Control unit 8 Grid movement mechanism 13 Phase distribution image (phase distribution image)
14 Integrated phase distribution image (phase distribution image)
31 Light source 40 Third grid 100, 200, 300, 400 Optical imaging device Ra Pixel area Q Subject

Claims (9)

被写体に光を照射する光源と、
前記光源から照射された光を検出する検出器と、
前記検出器によって検出された信号に基づいて位相分布画像を生成する画像処理部と、を備え、
前記画像処理部は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像に基づいて取得された複数の前記位相分布画像の画素領域の複数の画像間における位相値の変化に基づいて、前記画素領域の位相値を補正するとともに、前記画素領域の位相値の補正を行った複数の前記位相分布画像に基づいて、1枚の前記位相分布画像を生成するように構成されている、光イメージング装置。
A light source that illuminates the subject and
A detector that detects the light emitted from the light source, and
An image processing unit that generates a phase distribution image based on the signal detected by the detector is provided.
The image processing unit determines the phase value of the pixel region based on the change in the phase value between the plurality of images of the pixel region of the plurality of phase distribution images acquired based on the images captured at different timings. An optical imaging device configured to generate one phase distribution image based on a plurality of phase distribution images corrected and corrected for the phase value of the pixel region.
前記画像処理部は、前記画素領域の位相値の補正処理として、複数の前記位相分布画像の各画素の画像間における位相値が1周期分ずれることにより不連続となるラッピング領域の位相値を、連続的な変化となるように補正するアンラッピング処理を行うように構成されている、請求項1に記載の光イメージング装置。 As a process for correcting the phase value of the pixel region, the image processing unit obtains the phase value of the wrapping region which becomes discontinuous due to the phase value of each pixel of the plurality of phase distribution images being deviated by one cycle. The optical imaging apparatus according to claim 1, which is configured to perform an unwrapping process for compensating for continuous changes. 前記画像処理部は、複数の前記位相分布画像の撮像順または撮像と反対の順番に並べた複数の前記位相分布画像の各画素の画像間における位相値の変化に基づいてアンラッピング処理を行うように構成されている、請求項1に記載の光イメージング装置。 The image processing unit performs unwrapping processing based on the change in the phase value between the images of each pixel of the plurality of the phase distribution images arranged in the imaging order of the plurality of phase distribution images or in the order opposite to the imaging. The optical imaging apparatus according to claim 1, which is configured in the above. 前記画像処理部は、複数の前記位相分布画像において、位相値が不連続となる境界の近傍の画素に対して、アンラッピング処理を行うように構成されている、請求項2に記載の光イメージング装置。 The optical imaging according to claim 2, wherein the image processing unit performs unwrapping processing on pixels in the vicinity of a boundary where the phase values are discontinuous in the plurality of phase distribution images. Device. 前記光源は、X線を照射するように構成されており、
前記検出器は、X線を検出するように構成されており、
前記光源と前記検出器との間に配置され、前記光源からX線が照射される第1格子と、前記第1格子からのX線が照射される第2格子とを含む複数の格子をさらに備え、
前記画像処理部は、複数の前記位相分布画像を取得するとともに、複数の前記位相分布画像の各画素の画像間における位相値の変化に基づいて、複数の前記位相分布画像の画像間における位相値のアンラッピング処理を行い、アンラッピング処理を行った複数の前記位相分布画像を積算または平均化することにより、1枚の前記位相分布画像を生成するように構成されている、請求項2に記載の光イメージング装置。
The light source is configured to irradiate X-rays.
The detector is configured to detect X-rays.
A plurality of grids arranged between the light source and the detector and including a first grid to be irradiated with X-rays from the light source and a second grid to be irradiated with X-rays from the first grid are further added. Prepare,
The image processing unit acquires a plurality of the phase distribution images, and based on the change in the phase value between the images of each pixel of the plurality of phase distribution images, the phase value between the images of the plurality of phase distribution images. 2. The second aspect of the present invention is configured to generate one phase distribution image by performing the unwrapping process of the above and integrating or averaging the plurality of the phase distribution images subjected to the unwrapping process. Optical imaging device.
複数の前記格子のいずれかを移動させる格子移動機構をさらに備え、
前記画像処理部は、複数の前記格子のいずれかを移動させながら撮像された複数の前記位相分布画像に基づいて、1枚の前記位相分布画像を生成するように構成されている、請求項5に記載の光イメージング装置。
Further equipped with a grid moving mechanism for moving any of the plurality of grids,
5. The image processing unit is configured to generate one phase distribution image based on a plurality of phase distribution images captured while moving any of the plurality of lattices. The optical imaging apparatus according to.
複数の前記格子は、前記光源と前記第1格子との間に配置された第3格子をさらに含んでいる、請求項5に記載の光イメージング装置。 The optical imaging apparatus according to claim 5, wherein the plurality of grids further include a third grid arranged between the light source and the first grid. 前記画像処理部は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像をフーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理を行うことにより、複数の前記位相分布画像を生成するように構成されている、請求項5に記載の光イメージング装置。 The fifth aspect of claim 5, wherein the image processing unit is configured to generate a plurality of the phase distribution images by performing a Fourier transform process and an inverse Fourier transform process on images captured at different timings. Optical imaging device. それぞれ異なるタイミングで撮像された画像に基づいて取得された複数の位相分布画像を取得するステップと、
複数の前記位相分布画像の画素領域の複数の画像間における位相値の変化に基づいて、前記画素領域の位相値を補正する処理を行うステップと、
前記画素領域の位相値の補正を行った複数の前記位相分布画像に基づいて、1枚の前記位相分布画像を生成するステップと、を含む、画像処理方法。
The step of acquiring a plurality of phase distribution images acquired based on the images captured at different timings, and
A step of performing a process of correcting the phase value of the pixel region based on a change in the phase value between a plurality of images of the pixel region of the plurality of phase distribution images, and a step of performing the process.
An image processing method comprising a step of generating one phase distribution image based on a plurality of phase distribution images for which the phase value of the pixel region has been corrected.
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