JP7084653B2 - Image processing device, image processing method, and image processing program - Google Patents
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Description
本発明は、画像処理装置、画像処理方法、及び画像処理プログラムに関する。 The present invention relates to an image processing apparatus, an image processing method, and an image processing program.
特許文献1及び非特許文献1には、試料を投影した投影像に基づいて試料の三次元画像を再構成する技術が開示されている。この技術では、濃度値を量子化した濃度量子を配置することにより試料の三次元画像を再構成している。 Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 disclose a technique for reconstructing a three-dimensional image of a sample based on a projected image of the sample. In this technique, a three-dimensional image of a sample is reconstructed by arranging a concentration quantum obtained by quantizing a concentration value.
しかしながら、上記従来技術では、再構成した三次元画像に筋状の偽像が発生する場合があり、精度良く三次元画像を再構成することができない場合があった。 However, in the above-mentioned prior art, a streak-like false image may occur in the reconstructed three-dimensional image, and the three-dimensional image may not be reconstructed with high accuracy.
本発明は、単に濃度量子を配置することにより三次元画像を再構成する場合と比較して、精度良く三次元画像を再構成することができる画像処理装置、画像処理方法、及び画像処理プログラムを提供することを目的とする。 The present invention provides an image processing device, an image processing method, and an image processing program capable of accurately reconstructing a three-dimensional image as compared with the case of reconstructing a three-dimensional image simply by arranging density quanta. The purpose is to provide.
上記課題を解決するため、第1態様に係る画像処理装置の発明は、試料に対する複数の角度における複数の第1の投影像を取得する取得部と、前記複数の第1の投影像及び再構成像の前記複数の角度における複数の第2の投影像に基づいて誤差分布を算出する算出部と、前記誤差分布に基づいて、濃度値を量子化した濃度量子を配置することにより再構成像を生成する生成部と、生成された前記再構成像及び前記誤差分布に基づいて前記濃度量子を再配置する再配置部と、を備える。 In order to solve the above problems, the invention of the image processing apparatus according to the first aspect includes an acquisition unit that acquires a plurality of first projection images at a plurality of angles with respect to a sample, and the plurality of first projection images and reconstruction. A reconstructed image is created by arranging a calculation unit that calculates an error distribution based on a plurality of second projection images at the plurality of angles of the image and a density quantum obtained by quantizing the density value based on the error distribution. It includes a generation unit to be generated, and a rearrangement unit for rearranging the density quantum based on the generated reconstruction image and the error distribution.
第2態様に係る画像処理装置の発明は、前記再配置部は、前記誤差分布に基づいて、前記濃度量子の数が最も多すぎる画素から前記濃度量子の数が最も少なすぎる画素に前記濃度量子を移動させることにより、前記濃度量子を再配置する。 In the invention of the image processing apparatus according to the second aspect, the rearrangement unit is based on the error distribution, and the density quantum is changed from the pixel having the largest number of density quanta to the pixel having the least number of density quanta. The concentration quantum is rearranged by moving.
第3態様に係る画像処理装置の発明は、前記再構成像の解像度を段階的に高くしながら、前記算出部、前記生成部、及び前記再配置部による処理が繰り返されるように制御する制御部を備える。 The invention of the image processing apparatus according to the third aspect is a control unit that controls the processing by the calculation unit, the generation unit, and the rearrangement unit to be repeated while gradually increasing the resolution of the reconstructed image. To prepare for.
第4態様に係る画像処理方法の発明は、コンピュータが、試料に対する複数の角度における複数の第1の投影像を取得するステップと、前記複数の第1の投影像及び再構成像の前記複数の角度における複数の第2の投影像に基づいて誤差分布を算出するステップと、前記誤差分布に基づいて、濃度単位を表す濃度量子を配置することにより再構成像を生成するステップと、生成された前記再構成像及び前記誤差分布に基づいて前記濃度量子を再配置するステップと、を含む処理を実行する。 The invention of the image processing method according to the fourth aspect is a step in which a computer acquires a plurality of first projection images at a plurality of angles with respect to a sample, and the plurality of the plurality of first projection images and reconstruction images. A step of calculating an error distribution based on a plurality of second projection images at an angle, and a step of generating a reconstructed image by arranging a concentration quantum representing a concentration unit based on the error distribution, were generated. A process including the step of rearranging the concentration quantum based on the reconstruction image and the error distribution is performed.
第5態様に係る画像処理プログラムの発明は、コンピュータを、第1~3の何れかの態様に記載の画像処理装置の各部として機能させるためのプログラムである。 The invention of the image processing program according to the fifth aspect is a program for making a computer function as each part of the image processing apparatus according to any one of the first to third aspects.
本発明によれば、単に濃度量子を配置することにより三次元画像を再構成する場合と比較して、精度良く三次元画像を再構成することができる、という効果を有する。 According to the present invention, there is an effect that the three-dimensional image can be reconstructed with high accuracy as compared with the case where the three-dimensional image is reconstructed simply by arranging the density quanta.
以下、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
図1には、本実施の形態に係る三次元画像再構成システム10の構成を示した。図1に示すように、三次元画像再構成システム10は、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope:TEM)12、駆動部14、及び画像処理装置16を備えている。
FIG. 1 shows the configuration of the three-dimensional
透過型電子顕微鏡12は、特許文献1に記載の透過型電子顕微鏡と同様の構成であり、電子線Eを放出する電子銃18及び電子線Eが照射された試料Sの投影像を検出する画像検出器20を含む。また、透過型電子顕微鏡12は、照射レンズ系及び対物レンズ系等の各種レンズ系を有するが、説明を簡単にするために図示は省略する。
The
駆動部14は、試料Sを把持する図示しないホルダを、図1においてY軸に沿った方向を傾斜軸Kとして矢印A方向に回転させる。これにより、試料Sに対して複数の照射角度で電子線Eを照射することができる。
The
本実施形態では、試料Sの形状が平板状であり、図1において実線で示す試料Sの位置が初期位置であるものとする。そして、試料Sの初期位置にある場合を試料Sの傾斜角度が0度であるものとし、試料Sを右回りに回転させた場合の初期位置に対する試料Sの傾斜角度をプラス方向の傾斜角度とし、試料Sを左回りに回転させた場合の初期位置に対する試料Sの傾斜角度をマイナス方向の傾斜角度とする。 In the present embodiment, it is assumed that the shape of the sample S is a flat plate, and the position of the sample S shown by the solid line in FIG. 1 is the initial position. Then, it is assumed that the tilt angle of the sample S is 0 degrees when it is in the initial position of the sample S, and the tilt angle of the sample S with respect to the initial position when the sample S is rotated clockwise is defined as the tilt angle in the plus direction. The tilt angle of the sample S with respect to the initial position when the sample S is rotated counterclockwise is defined as the tilt angle in the minus direction.
本実施形態では、例えば予め定めた傾斜角度範囲で予め定めた単位角度ずつ試料Sを傾斜させて試料Sを撮影し、複数の投影像を得る。傾斜角度範囲及び単位角度は、試料Sの三次元画像を再構成する際に求められる精度等に応じて適宜設定される。傾斜角度範囲は、試料Sを可能な限り傾斜させることができる範囲に設定され、一例として-70度~+70度の範囲に設定される。また、単位角度は、数度~数十度に設定され、一例として10度に設定される。なお、傾斜角度範囲及び単位角度は、一例であり、これに限られるものではない。 In the present embodiment, for example, the sample S is tilted by a predetermined unit angle within a predetermined tilt angle range, and the sample S is photographed to obtain a plurality of projected images. The tilt angle range and the unit angle are appropriately set according to the accuracy and the like required when reconstructing the three-dimensional image of the sample S. The tilt angle range is set to a range in which the sample S can be tilted as much as possible, and is set to a range of −70 degrees to +70 degrees as an example. Further, the unit angle is set to several degrees to several tens of degrees, and is set to 10 degrees as an example. The tilt angle range and the unit angle are examples, and are not limited to these.
画像処理装置16は、制御部22、操作部24、表示部26、及び記憶部28を備える。
The
制御部22は、図1に示すように、機能的には、取得部30、算出部32、生成部34、再配置部36、及び繰り返し制御部38を備える。
As shown in FIG. 1, the
取得部30は、試料Sに対する複数の角度における複数の第1の投影像を取得する画像検出器20から取得する。具体的には、取得部30は、試料Sに対して複数の照射角度で電子線Eを照射することにより得られた複数の第1の投影像を画像検出器20から取得する。
The
算出部32は、複数の第1の投影像及び再構成像の複数の角度における複数の第2の投影像に基づいて誤差分布を算出する。具体的には、算出部32は、複数の第1の投影像及び再構成像を複数の照射角度で投影した場合における複数の第2の投影像に基づいて誤差分布を算出する。
The
生成部34は、算出部32が算出した誤差分布に基づいて、濃度値を量子化した濃度量子を配置することにより再構成像を生成する。
The
再配置部36は、生成部34により生成された再構成像及び誤差分布に基づいて濃度量子を再配置する。具体的には、再配置部36は、誤差分布に基づいて、濃度量子の数が最も多すぎる画素から濃度量子の数が最も少なすぎる画素に濃度量子を移動させることにより、濃度量子を再配置する。
The
繰り返し制御部38は、再構成像の解像度を段階的に高くしながら、算出部32、生成部34、及び再配置部36による処理が繰り返されるように制御する。これにより、試料Sの再構成像、すなわち三次元画像が生成される。
The
制御部22は、ハードウェア構成としては、図示しないCPU、ROM、及びRAM等を含んで構成される。CPUは、後述する画像処理をCPUに実行させるための画像処理プログラムが記憶された記憶部28から当該画像処理プログラムを読み出して実行する。
The
操作部24は、各種操作を行うためのマウス、キーボード等を含んで構成される。
The
表示部26は、例えば液晶ディスプレイ等で構成される。
The
記憶部28は、画像処理プログラム及び画像処理プログラムを実行することにより得られた三次元画像のデータ等を記憶する。
The
以下、制御部22で実行される画像処理について図2に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図2に示す画像処理は、例えば、ユーザーの操作により画像処理プログラムの実行が指示された場合に、記憶部28から画像処理プログラムが読み込まれることにより実行される。
Hereinafter, the image processing executed by the
ステップS100では、試料Sに対して複数の照射角度で電子線Eを照射することにより得られた複数の投影像を取得する。具体的には、予め定めた傾斜角度範囲で予め定めた単位角度ずつ試料Sが傾斜されると共に、各傾斜角度において電子銃18から電子線Eが試料Sに対して放出されるように、駆動部14及び電子銃18を制御する。
In step S100, a plurality of projection images obtained by irradiating the sample S with the electron beam E at a plurality of irradiation angles are acquired. Specifically, the sample S is tilted by a predetermined unit angle within a predetermined tilt angle range, and the electron beam E is driven from the
例えば傾斜角度範囲を-70度~70度、単位角度を10度とすると、-70度、-60度、・・・、-10度、0度、10度、・・・、60度、70度の傾斜角度θi(iは1~15)で撮影された15個の投影像が得られる。 For example, if the tilt angle range is -70 degrees to 70 degrees and the unit angle is 10 degrees, then -70 degrees, -60 degrees, ..., -10 degrees, 0 degrees, 10 degrees, ..., 60 degrees, 70. Fifteen projection images taken at a degree tilt angle θ i (i is 1 to 15) are obtained.
そして、各傾斜角度において画像検出器20により検出された投影像を取得し、記憶部28に記憶する。
Then, the projected image detected by the
ステップS102では、ステップS100で取得した複数の投影像の少なくとも1つの投影像に基づいて、濃度量子(クォンタムユニット:QU)の総数Nを算出する。ここで、濃度量子とは、上記特許文献1及び非特許文献1に記載されたものと同様の概念であり、試料Sの三次元画像の各画素の濃度値を量子化した場合の単位量子をいう。従って、各画素の濃度値は、濃度量子の積算値で表される。すなわち、1つの濃度量子は濃度値「1」に相当し、例えば、濃度値が「50」の場合、濃度量子の数が50であることを表す。 In step S102, the total number N of concentration quanta (quantum unit: QUA) is calculated based on at least one projection image of the plurality of projection images acquired in step S100. Here, the density quantum is the same concept as that described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, and is a unit quantum when the density value of each pixel of the three-dimensional image of the sample S is quantized. Say. Therefore, the density value of each pixel is represented by the integrated value of the density quantum. That is, one concentration quantum corresponds to the concentration value "1", and for example, when the concentration value is "50", it means that the number of concentration quanta is 50.
本実施形態では、一例として傾斜角度が0度の投影像の各画素の濃度値を積算した値を濃度量子の総数Nとする。なお、複数の投影像の全ての濃度量子の総数を算出し、算出した複数の濃度量子の総数の平均値を総数Nとしてもよい。 In the present embodiment, as an example, the value obtained by integrating the density values of each pixel of the projected image having an inclination angle of 0 degrees is defined as the total number of density quanta N. The total number of all concentration quanta of the plurality of projected images may be calculated, and the average value of the total number of the calculated total number of concentration quanta may be set to the total number N.
ステップS104では、解像度rを設定する。ここで、解像度rとは、予め定めたサイズの画像に含まれる画素数をいう。本実施形態では、ステップS100で取得した投影像の解像度が一例として512×512画素であるものとする。そして、本実施形態では、解像度rを段階的に高くする。このため、最初の解像度rは、一例として32×32画素に設定する。そして、64×64画素、128×128画素、512×512画素のように解像度を段階的に高くする。なお、解像度rが段階的に高くなるに従って、濃度量子のサイズは段階的に小さくなる。 In step S104, the resolution r is set. Here, the resolution r means the number of pixels included in an image of a predetermined size. In the present embodiment, it is assumed that the resolution of the projected image acquired in step S100 is 512 × 512 pixels as an example. Then, in the present embodiment, the resolution r is gradually increased. Therefore, the first resolution r is set to 32 × 32 pixels as an example. Then, the resolution is gradually increased such as 64 × 64 pixels, 128 × 128 pixels, 512 × 512 pixels. As the resolution r increases stepwise, the size of the concentration quantum gradually decreases.
ステップS105では、ステップS104で設定した解像度rが最低解像度か否かを判定する。本実施形態では、一例としてステップS104で設定した解像度rが32×32画素であるか否かを判定する。そして、ステップS104でした解像度rが最低解像度である場合はステップS106へ移行する。一方、ステップS104でした解像度rが最低解像度でない場合、すなわちステップS104で設定した解像度rが最低解像度より高い解像度である場合はステップS107へ移行する。 In step S105, it is determined whether or not the resolution r set in step S104 is the lowest resolution. In the present embodiment, as an example, it is determined whether or not the resolution r set in step S104 is 32 × 32 pixels. Then, when the resolution r in step S104 is the lowest resolution, the process proceeds to step S106. On the other hand, if the resolution r in step S104 is not the lowest resolution, that is, if the resolution r set in step S104 is higher than the lowest resolution, the process proceeds to step S107.
ステップS106では、ステップS104で設定した解像度r、具体的には最低解像度の三次元の再構成像を初期化する。すなわち、再構成像を構成する全ての画素の濃度値を「0」に設定する。 In step S106, the resolution r set in step S104, specifically, the lowest resolution three-dimensional reconstructed image is initialized. That is, the density values of all the pixels constituting the reconstructed image are set to "0".
ステップS107では、後述するステップS108で算出する誤差分布の算出に必要な再構成像として、前解像度で算出した再構成像を設定する。具体的には、後述するステップS118を前回実行したときの再構成像、すなわち前回の解像度で算出した再構成像を設定する。より具体的には、前回の解像度で算出した再構成像を、ステップS104で設定した解像度rに解像度変換した再構成像を設定する。 In step S107, the reconstructed image calculated at the previous resolution is set as the reconstructed image necessary for calculating the error distribution calculated in step S108 described later. Specifically, the reconstructed image when the step S118 described later is executed last time, that is, the reconstructed image calculated at the previous resolution is set. More specifically, a reconstructed image obtained by converting the reconstructed image calculated at the previous resolution to the resolution r set in step S104 is set.
ステップS108では、傾斜角度θiの投影像に対応する誤差分布Emap(x、z)を上記非特許文献1と同様の手法を用いて下記式を用いて算出する。なお、インデックスiは、全ての傾斜角度θに対して付される。そして、全ての傾斜角度θに対して算出された誤差分布の総和がEmapである。 In step S108, the error distribution E map (x, z) corresponding to the projected image of the tilt angle θ i is calculated using the following equation using the same method as in Non-Patent Document 1. The index i is attached to all inclination angles θ. Then, the sum of the error distributions calculated for all the inclination angles θ is E map .
誤差分布Emap(x、z)は、断層面(X-Z平面)の或る座標(x、z)に濃度量子を配置する必要があるか否かの度合いを数値化したものであり、値が負であれば、その座標の画素に濃度量子が不足していることを表し、値が正であれば、その座標の画素に濃度量子が多すぎることを表す。 The error distribution E map (x, z) is a numerical value of the degree of whether or not it is necessary to place the concentration quantum at a certain coordinate (x, z) of the fault plane (XX plane). If the value is negative, it means that the pixel at that coordinate lacks concentration quantum, and if the value is positive, it means that the pixel at that coordinate has too much concentration quantum.
・・・(1)
... (1)
ここで、g(x、z)は、再構成像を表し、FP[g(x、z)]は再構成像g(x、z)の投影像を表す。また、pθiexp(x’)は、傾斜角度θiの投影像であるが、再構成像g(x、z)の解像度rに合わせて解像度変換を行った投影像である。また、BP[Eθi(x’)]は、Eθi(x’)の逆投影像を表す。 Here, g (x, z) represents a reconstructed image, and FP [g (x, z)] represents a projected image of the reconstructed image g (x, z). Further, p θiexp (x') is a projection image having an inclination angle θ i , but is a projection image obtained by performing resolution conversion according to the resolution r of the reconstructed image g (x, z). Further, BP [E θi (x')] represents a back projection image of E θi (x').
すなわち、再構成像g(x、z)を傾斜角度θiで投影した投影像と、実際に試料Sを傾斜角度θiで投影した投影像との差を逆投影する演算を、各傾斜角度θiについて行うことにより、Y軸に沿った複数の断層像の誤差分布Emap(x、z)の集合である三次元の誤差分布Emap(x、y、z)が得られる。 That is, the operation of back-projecting the difference between the projected image obtained by projecting the reconstructed image g (x, z) at the tilt angle θ i and the projected image actually projected on the sample S at the tilt angle θ i is performed at each tilt angle. By performing for θ i , a three-dimensional error distribution E map (x, y, z), which is a set of error distributions E map (x, z) of a plurality of tomographic images along the Y axis, can be obtained.
ステップS110では、解像度rの再構成像を投影した投影像に基づいて濃度量子の総数Nrを算出する。例えばステップS102と同様に、再構成像を傾斜角度0度で投影した投影像の各画素の濃度値を積算した値を濃度量子の総数Nrとする。なお、再構成像を全ての傾斜角度で投影した複数の投影像の全ての濃度量子の総数を算出し、算出した複数の濃度量子の総数の平均値を総数Nrとしてもよい。 In step S110, the total number of concentration quanta Nr is calculated based on the projected image obtained by projecting the reconstructed image having the resolution r. For example, as in step S102, the total number of density quanta Nr is the sum of the density values of each pixel of the projected image obtained by projecting the reconstructed image at an inclination angle of 0 degrees. The total number of all density quanta of the plurality of projected images obtained by projecting the reconstructed image at all the tilt angles may be calculated, and the average value of the total number of the calculated plurality of density quanta may be the total number Nr.
ステップS112では、ステップS108で算出した誤差分布Emap(x、y、z)と、ステップS110で算出した解像度rの再構成像の濃度量子の総数Nrと、に基づいて、濃度量子を再構成像の各画素に配置する。具体的には、非特許文献1記載の方法と同様に、誤差分布Emap(x、y、z)に従って、総数Nrの濃度量子を誤差が最も大きい画素から順に配置していく。 In step S112, the concentration quantum is reconstructed based on the error distribution E map (x, y, z) calculated in step S108 and the total number of concentration quanta Nr of the reconstructed image of the resolution r calculated in step S110. Place it in each pixel of the image. Specifically, similarly to the method described in Non-Patent Document 1, the concentration quanta of the total number Nr are arranged in order from the pixel having the largest error according to the error distribution E map (x, y, z).
ステップS114では、濃度量子の再配置処理を行う。具体的には、濃度量子が配置され解像度rの再構成像を構成する画素のうち、座標(x、y)のZ軸方向に沿った画素列の各画素について、誤差分布の同じ座標の誤差と比較し、濃度量子の数が最も多すぎる画素と、濃度量子の数が最も少なすぎる画素と、をペアの画素として設定する。すなわち、画素の濃度値と誤差(濃度量子の数)との差が正で最も大きい第1の画素と、前記差が負で最も小さい第2の画素と、をペアの画素として設定する。そして、第1の画素から第2の画素へ濃度量子を予め定めた数(例えば1個)だけ仮移動させる。図3には、ペアの画素の設定の一例を示した。図3に示すように、或る座標(x、y)の矢印A方向、すなわちZ軸方向に沿った画素列のうち、濃度量子の数が最も多すぎる第1の画素P1及び濃度量子の数が最も少なすぎる第2の画素P2がペアの画素として設定される。 In step S114, the concentration quantum rearrangement process is performed. Specifically, among the pixels in which the density quantum is arranged and constitutes the reconstructed image of the resolution r, for each pixel of the pixel array along the Z-axis direction of the coordinates (x, y), the error of the same coordinates of the error distribution. The pixel having the largest number of density quantums and the pixel having the smallest number of density quantums are set as a pair of pixels. That is, the first pixel having the largest positive difference between the pixel density value and the error (number of density quanta) and the second pixel having the smallest negative difference are set as paired pixels. Then, the concentration quanta are temporarily moved from the first pixel to the second pixel by a predetermined number (for example, one). FIG. 3 shows an example of setting the pixels of the pair. As shown in FIG. 3, among the pixel sequences along the arrow A direction of a certain coordinate (x, y), that is, the Z-axis direction, the number of the first pixel P1 and the density quantum having the largest number of concentration quanta is too large. The second pixel P2, which has too few, is set as a pair of pixels.
次に、濃度量子を仮移動させた再構成像について、上記(1)式により誤差分布を再計算する。そして、濃度量子を移動させる前の誤差分布から算出した誤差の総数と、濃度量子を移動させた後の誤差分布から算出した誤差の総数と、を比較し、誤差が減少したか否かを判定する。そして、誤差が減少した場合は、誤差の減少数及びペアの画素の座標を記憶部28に記憶する。
Next, the error distribution of the reconstructed image in which the concentration quantum is temporarily moved is recalculated by the above equation (1). Then, the total number of errors calculated from the error distribution before moving the concentration quantum and the total number of errors calculated from the error distribution after moving the concentration quantum are compared, and it is determined whether or not the error has decreased. do. Then, when the error is reduced, the reduced number of errors and the coordinates of the paired pixels are stored in the
このように誤差の減少数を判定する処理を、座標(x、y)の全ての組み合わせにおけるZ軸方向の画素列の各々について行う。そして、最も誤差の減少数が大きいペアの画素について濃度量子を移動させる、すなわち濃度量子を再配置することにより、再構成像を更新する。 In this way, the process of determining the number of reductions in the error is performed for each of the pixel strings in the Z-axis direction in all combinations of coordinates (x, y). Then, the reconstructed image is updated by moving the density quantum with respect to the pair of pixels having the largest reduction in error, that is, by rearranging the density quantum.
そして、上記の処理、すなわち、ペアの画素の設定、濃度量子の仮移動、誤差の減少数の判定、及び濃度量子の再配置の各処理を、誤差の総数が減少しなくなるまで実行する。すなわち、誤差の総数が減少から増加に転じるまで行い、増加する直前の再構成像を本ステップにおける最終的な再構成像とする。 Then, the above processes, that is, the setting of the pair of pixels, the temporary movement of the density quantum, the determination of the number of reductions in the error, and the rearrangement of the density quantum are executed until the total number of errors does not decrease. That is, the total number of errors is changed from decreasing to increasing, and the reconstruction image immediately before the increase is used as the final reconstruction image in this step.
ステップS116では、全ての傾斜角度θiについてステップS105~S114の処理を実行したか否かを判定し、肯定された場合はステップS118へ移行する。一方、否定された場合はステップS105へ移行し、未処理の傾斜角度θiについてステップS105~S114の処理を実行する。 In step S116, it is determined whether or not the processes of steps S105 to S114 have been executed for all the inclination angles θ i , and if affirmed, the process proceeds to step S118. On the other hand, if it is denied, the process proceeds to step S105, and the processing of steps S105 to S114 is executed for the unprocessed inclination angle θ i .
ステップS118では、全ての傾斜角度θiについて算出された再構成像を平均化する処理を行い、最終的な再構成像とする。すなわち、全ての傾斜角度θiについて算出された再構成像の同じ座標の画素の平均値を各々算出することにより、最終的な再構成像を算出する。 In step S118, a process of averaging the reconstructed images calculated for all the inclination angles θi is performed, and the final reconstructed image is obtained. That is, the final reconstructed image is calculated by calculating the average value of the pixels at the same coordinates of the reconstructed image calculated for all the inclination angles θ i .
ステップS120では、最大解像度、すなわち512×512画素までステップS104~S118の処理を実行したか否かを判定し、肯定された場合は本ルーチンを終了する。一方、否定された場合は、ステップS104へ移行し、解像度rを一段階高くして、ステップS104~S118の処理を実行する。 In step S120, it is determined whether or not the processing of steps S104 to S118 has been executed up to the maximum resolution, that is, 512 × 512 pixels, and if affirmed, this routine is terminated. On the other hand, if it is denied, the process proceeds to step S104, the resolution r is increased by one step, and the processes of steps S104 to S118 are executed.
図4には、段階的に解像度を高くして再構成像を生成した例を示した。画像G1は、濃度変化がある試料Sの計算モデルを表しており、解像度は512×512画素である。また、画像G2は、解像度が32×32画素の再構成像であり、画像G3は、解像度が64×64画素の再構成像であり、画像G4は、解像度が128×128画素の再構成像であり、画像G5は、解像度が512×512画素の再構成像である。なお、階調数は何れも256階調である。図4に示すように、解像度が高くなるに従って、計算モデルに近づいていくのが分かる。 FIG. 4 shows an example in which the resolution is gradually increased to generate a reconstructed image. The image G1 represents a calculation model of the sample S having a density change, and the resolution is 512 × 512 pixels. Further, the image G2 is a reconstructed image having a resolution of 32 × 32 pixels, the image G3 is a reconstructed image having a resolution of 64 × 64 pixels, and the image G4 is a reconstructed image having a resolution of 128 × 128 pixels. The image G5 is a reconstructed image having a resolution of 512 × 512 pixels. The number of gradations is 256 gradations. As shown in FIG. 4, it can be seen that the higher the resolution, the closer to the computational model.
このように、本実施形態では、単に濃度量子を配置することにより試料Sの三次元画像を再構成するのではなく、その後誤差分布に基づいて濃度量子の再配置処理を行う。これにより、単に濃度量子を配置することにより試料Sの三次元画像を再構成する場合と比較して、精度良く三次元画像を再構成することができる。 As described above, in the present embodiment, the three-dimensional image of the sample S is not reconstructed simply by arranging the concentration quanta, but then the concentration quanta are rearranged based on the error distribution. As a result, the three-dimensional image can be reconstructed with high accuracy as compared with the case where the three-dimensional image of the sample S is reconstructed simply by arranging the concentration quanta.
なお、本実施形態では、試料Sを回転させて撮影する場合について説明したが、電子線Eの照射方向を複数の角度に変えて撮影するようにしてもよい。 In the present embodiment, the case where the sample S is rotated for shooting is described, but the irradiation direction of the electron beam E may be changed to a plurality of angles for shooting.
また、本実施形態では、試料Sに電子線Eを照射する電子線CT(Computed Tomography)に本発明を適用した場合について説明したが、これに限られるものではない。電子線CTに限らず、例えば医療用又は工業用のX線CT、放射光CT、光音響CT、及びMRI(Magnetic Resonance Image)等、試料Sの投影像を取得して断層像を得ることができる装置であれば本発明を適用可能である。 Further, in the present embodiment, the case where the present invention is applied to an electron beam CT (Computed Tomography) that irradiates a sample S with an electron beam E has been described, but the present invention is not limited thereto. Not limited to electron beam CT, for example, medical or industrial X-ray CT, synchrotron radiation CT, photoacoustic CT, and MRI (Magnetic Resolution Image) can be obtained to obtain a projected image of sample S to obtain a tomographic image. The present invention can be applied to any device capable of this.
また、本実施形態では、粒子放射線の1つである電子線Eを試料Sに照射する場合について説明したが、中性子線、重粒子線、アルファ線、及びベータ線等の他の粒子放射線を用いても良く、X線及びガンマ線等の電磁放射線を用いてもよい。 Further, in the present embodiment, the case where the sample S is irradiated with the electron beam E, which is one of the particle radiations, has been described, but other particle radiations such as neutron rays, heavy particle rays, alpha rays, and beta rays are used. Alternatively, electromagnetic radiation such as X-rays and gamma rays may be used.
また、本実施形態では、画像処理プログラムが記憶部28に予め記憶(インストール)されている態様を説明したが、これに限定されない。画像処理プログラムは、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD-ROM(Digital Versatile Disc Read Only Memory)、及びUSB(Universal Serial Bus)メモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、画像処理プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。
Further, in the present embodiment, the embodiment in which the image processing program is stored (installed) in the
10 三次元画像再構成システム
12 透過型電子顕微鏡
14 駆動部
16 画像処理装置
18 電子銃
20 画像検出器
22 制御部
24 操作部
26 表示部
28 記憶部
30 取得部
32 算出部
34 生成部
36 再配置部
38 繰り返し制御部
10 Three-dimensional
Claims (4)
前記複数の第1の投影像及び再構成像の前記複数の角度における複数の第2の投影像に基づいて誤差分布を算出する算出部と、
前記誤差分布に基づいて、濃度値を量子化した濃度量子を配置することにより再構成像を生成する生成部と、
生成された前記再構成像及び前記誤差分布に基づいて前記濃度量子を再配置する再配置部と、
を備え、
前記再配置部は、前記誤差分布に基づいて、前記再構成像を構成する画素のうち前記試料に対して照射された電子線の照射方向に沿った画素列の中で前記濃度量子の数が最も多い画素から前記画素列の中で前記濃度量子の数が最も少ない画素に前記濃度量子を移動させることにより、前記濃度量子を再配置する
画像処理装置。 An acquisition unit that acquires a plurality of first projection images at a plurality of angles with respect to a sample,
A calculation unit that calculates an error distribution based on a plurality of second projection images at the plurality of angles of the plurality of first projection images and reconstruction images, and a calculation unit.
A generation unit that generates a reconstructed image by arranging a concentration quantum obtained by quantizing a concentration value based on the error distribution.
A rearrangement unit that rearranges the concentration quantum based on the generated reconstruction image and the error distribution, and the rearrangement unit.
Equipped with
Based on the error distribution, the rearrangement unit has the number of concentration quanta in the pixel array along the irradiation direction of the electron beam irradiated to the sample among the pixels constituting the reconstruction image. The concentration quanta are rearranged by moving the concentration quanta from the most pixels to the pixel having the smallest number of concentration quanta in the pixel array.
Image processing device.
を備えた請求項1記載の画像処理装置。 The image processing according to claim 1, further comprising a repeat control unit that controls the processing by the calculation unit, the generation unit, and the rearrangement unit while gradually increasing the resolution of the reconstructed image. Device.
試料に対する複数の角度における複数の第1の投影像を取得するステップと、
前記複数の第1の投影像及び再構成像の前記複数の角度における複数の第2の投影像に基づいて誤差分布を算出するステップと、
前記誤差分布に基づいて、濃度単位を表す濃度量子を配置することにより再構成像を生成するステップと、
生成された前記再構成像及び前記誤差分布に基づいて前記濃度量子を再配置するステップと、
を含み、
前記再配置するステップは、前記誤差分布に基づいて、前記再構成像を構成する画素のうち前記試料に対して照射された電子線の照射方向に沿った画素列の中で前記濃度量子の数が最も多い画素から前記画素列の中で前記濃度量子の数が最も少ない画素に前記濃度量子を移動させることにより、前記濃度量子を再配置する
処理を実行する画像処理方法。 The computer
The step of acquiring multiple first projections at multiple angles with respect to the sample,
A step of calculating an error distribution based on a plurality of second projection images at the plurality of angles of the plurality of first projection images and the reconstruction image, and a step of calculating the error distribution.
Based on the error distribution, a step of generating a reconstructed image by arranging a concentration quantum representing a concentration unit, and
A step of rearranging the concentration quantum based on the generated reconstruction image and the error distribution, and
Including
The rearrangement step is based on the error distribution, and is the number of the concentration quanta in the pixel sequence along the irradiation direction of the electron beam irradiated to the sample among the pixels constituting the reconstructed image. The concentration quanta are rearranged by moving the concentration quanta from the pixel having the largest number to the pixel having the smallest number of concentration quanta in the pixel array.
An image processing method that performs processing.
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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馬場則男、金子賢治,「濃度量子を用いた非線形再構成法」,顕微鏡,53巻3号,日本顕微鏡学会,2018年09月03日,P103-107 |
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