JPWO2009130829A1 - X線透視画像におけるモアレの除去方法、およびそれを用いたx線撮像装置 - Google Patents

X線透視画像におけるモアレの除去方法、およびそれを用いたx線撮像装置 Download PDF

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Abstract

欠損画素を有するX線透視画像であっても、モアレ縞の規則性を乱さずして欠損画素を予備補完し、確実に欠損画素の痕跡とゴーストが生じないX線透視画像におけるモアレの除去方法を提供する。本発明に係るX線透視画像におけるモアレの除去方法は、X線透視画像に写り込んでいるモアレの周波数を求めるモアレ周波数導出部1と、予備補完画像を形成する欠損画素予備補完部2と、予備補完画像を周波数解析し、モアレ除去画像を形成するモアレ除去部3と、予備補完画像に画像平滑化処理を行い、欠損画素の補完によりふさわしい平滑化画像を形成する画像平滑化部4と、モアレ除去画像と平滑化画像とを重ね合わせて欠損画素を再び補完する第1欠損画素再補完部5とを備えている。

Description

本発明は、X線グリッドと配列パターンと、FPDの検出素子配列パターンとが干渉してX線透視画像に写り込むモアレの除去方法およびそれを用いたX線撮像装置に関し、特に、欠損画素を含んだX線透視画像に写り込んだモアレの除去技術に関する。
被検体のX線透視画像を撮像するX線撮像装置には、コーン状のX線ビームを照射するX線源と、それを検出するフラットパネル・ディテクタ(FPDと略記)が備えられたものがある。FPDは、X線検出素子が2次元的に配列されたX線検出面を有している。
ところで、X線源から照射されたX線が一度被検体で散乱して、FPDに入射する散乱X線は、X線透視画像のコントラストの悪化を招く。この様な散乱X線をFPDに入射させないように、X線撮像装置には、短冊状の金属箔が配列しているシート状のX線グリッドがFPDのX線検出面を覆うように設けられる。
一般に、FPDの検出素子の配列ピッチと、X線グリッドの金属箔の配列ピッチとは、同一ではない。したがって、X線透視画像に、両ピッチが干渉して生じたモアレが映りこんでしまう。そこで、従来のX線撮像装置では、モアレを除去するため、画像の周波数解析を行い、モアレの周波数成分を除去して、画像の再構成を行う。
ところが、FPDの検出面には、半導体素子の欠陥などの理由でX線を検出できない検出素子が発生している場合がある。この様な欠陥は、時として、ゲートドライブや、読み出しトランジスタの故障によって起こるので、直列した検出素子の全てにおいて検出が出来なくなっており、X線透視画像には、白、または黒の欠損画素が並んだ直線が表れる。このような直線を有するX線透視画像に対して上述のモアレ除去演算を行うと、欠損画素によってモアレ縞の規則性が乱されることになるので、演算後の画像には欠損画素が配列した直線と、その直線がモアレの配列方向に滲んで広がったゴーストが現れてしまい、X線透視画像の視認性が低下する。
この様な問題の解決を目指した画像処理方法として、一旦欠損画素を補完する方法がある。それは、例えば、特許文献1に開示されている。すなわち、従来の画像処理方法は、図10(a)に示すように、欠損領域Lに隣接した画素の画素値を参照して欠損領域Lを補完する。また、欠損領域Lがモアレの暗部領域Dの延伸方向に配列している場合は、欠損領域Lに現れるはずだったモアレと、これに隣接した画素に現れているモアレとはズレたものとなっているので、図10(a)に示した手法を使うことができず、代わりに、図10(b)に示すように、補完の対象となる欠損画素aに隣接した領域のうち、モアレの配列方向(x方向)に直列した左右の画素E1,E2に対して統計的な処理を行って、最もふさわしい画素値を割り出し、それを欠損領域Lに代入する構成となっている。
特開2002−330341号公報
しかしながら、従来の方法によれば、欠損領域Lがモアレの延伸方向(y方向)に伸びている場合〔図10(b)参照〕、モアレ縞の規則性を無視した欠損領域Lの補完が行われてしまう。結局、欠損画素の補完によってモアレ縞の規則性が乱されてしまう。従来の構成によれば、欠損領域Lにおけるy方向に直列した左右の画素E1,E2に対して統計的な処理を行って、最もふさわしい画素値を割り出す。この統計的な処理においては、欠損領域Lの左右の画素E1,E2における画素値を検定して、欠損領域Lの補完に最もふさわしい画素値を推定する最尤推定が行われることになる。この最尤推定は、単に、画素値バラツキを基に行われるものであって、当然にして画素の順番は無視され、モアレ縞の規則性は処理画像にくみされない。
この問題点を図11に示す。簡単のため、X線透視画像には、被検体の像を写さず、モアレのみ写りこんでいるものとし、画像処理前のX線透視画像には、図11(a)のように、本来は、モアレの暗部領域Dの現れる位置に直線状の欠損領域Lが延在していたとする。この場合、欠損領域Lを補完する画素値で最も適当なものは、暗部領域Dの画素値であることになる。ところが、従来の構成の最尤推定によって得られる画素値は、必ず暗部領域Dの画素値となるとはいえない。したがって、画像処理が終わった画像には、図11(b)に示すように、暗部領域Dと、欠損画素が補完された領域L1との画素値が異なってしまい、モアレ縞の規則性が乱されてしまう。この欠損画素が補完された画像に対して、例えば、周波数解析を行ってモアレを除去しようとすれば、モアレ縞の規則性が乱されているので、図11(c)に示すように、欠損画素の痕跡L2と、それがモアレの配列方向に滲んで広がったゴーストL3が現れてしまう。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、欠損画素を有するX線透視画像であっても、モアレ縞の規則性を乱さずして欠損画素を予備補完し、確実に欠損画素の痕跡とそのゴーストが生じないX線透視画像におけるモアレの除去方法およびそれを用いたX線撮像装置を提供することにある。
本発明は、この様な目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項1に記載の発明は、X線透視画像におけるモアレの除去方法において、X線透視画像に写り込んでいるモアレの周波数を求めるモアレ周波数導出ステップと、欠損画素からモアレ1周期分の整数倍だけ離間した画素を参照して欠損画素を補完することにより第1中間画像を形成する欠損画素予備補完ステップと、第1中間画像を周波数解析し、第1中間画像に写り込んだモアレを除去して第2中間画像を形成するモアレ除去ステップと、第1中間画像に画像平滑化処理を行い、第3中間画像を形成する画像平滑化ステップと、第2中間画像と第3中間画像とを重ね合わせて欠損画素を再び補完する欠損画素再補完ステップとを備えることを特徴とするものである。
[作用・効果]本発明によれば、モアレ縞の規則性を乱さずして欠損画素の補完が行われる。本発明における欠損画素予備補完ステップでは、欠損画素からモアレ1周期分の整数倍だけ離間した画素を参照して欠損画素が補完される。したがって、この参照される画素は、欠損画素に現れるはずのモアレ縞を有していることになる。例えば、モアレの暗部領域の現れる位置に欠損画素が延在していた場合、参照される画素は、モアレの暗部領域となっている。また、例えば、モアレの明部領域の現れる位置に欠損画素が延在していた場合、参照される画素は、確実にモアレの明部領域となっている。この様に、本発明によれば、欠損画素の補完によってモアレの規則性は乱されることがないので、第1中間画像に写り込んだモアレを除去する際に、欠損画素の痕跡と、それがモアレの配列方向に滲んで広がったゴーストが現れることがない。
また、上記構成によれば、たとえ、欠損画素に隣接する画素が欠損画素であっても確実に欠損画素を補完することができる。つまり、欠損画素の補完にふさわしい画素は、欠損画素を予備補完した画像に対して平滑化処理を行うことで得る構成となっているので、たとえ、欠損画素に隣接する画素が欠損画素であっても、すべての欠損画素に対して補完にふさわしい画素は、確実に存在することになる。つまり、上記構成によれば、欠損画素に隣接した画素のみならず、その周辺の画素を使用して欠損画素の補完にふさわしい画素を求めるので、X線透視画像に表れた欠損画素が連なって形成されている欠損画素群がより複雑な形状であっても、確実に欠損画素を補完しつつ、モアレが除去された処理画像を提供することができる。
また、欠損画素の補完にふさわしい画素の全ては、第3中間画像に属している。したがって、欠損画素が離間して複数箇所あったとしても、モアレが除去された第2中間画像と、第3中間画像とを重ね合わせるだけで容易に欠損画素の補完を完了することが出来る。さらに、第3中間画像は、未だ周波数フィルタがかかっていない、元画像に欠損画素が予備補完されただけの第1中間画像から形成される。つまり、第3中間画像は、モアレの周波数と同じ周波数成分を未だ失っていない画像から形成される。したがって、第3中間画像は、元画像により忠実なものとなっており、これを用いて欠損画素を再補完すれば、より元画像を正確に表した処理画像を提供することができる。
また、上述の画像平滑化ステップの画像平滑化処理は、所定の行列を用いた行列演算であり、行列の行数は、モアレの1周期分の画素数以上であればより望ましい。
[作用・効果]上記構成によれば、第3中間画像においてモアレを消去することができる。つまり、本発明の画像平滑化処理は、行列演算であり、演算に用いられる行列の行数は、モアレの1周期分の画素数以上である。つまり、この様な行列を用いれば、モアレの明部領域と暗部領域が互いに打ち消しあわれながら画像の平滑化が行われることになる。したがって、第3中間画像からはモアレは消去されている。また、この画像の平滑化処理は、隣接する画素の全てが欠損画素となっている欠損画素についても有効である。
また、上述のX線透視画像に写り込んでいるモアレの周波数を求めるモアレ周波数導出ステップと、欠損画素からモアレ1周期分の整数倍だけ離間した画素を参照して欠損画素を補完することにより、第1中間画像を形成する欠損画素予備補完ステップと、第1中間画像を周波数解析し、第1中間画像に写り込んだモアレを除去して第2中間画像を形成するモアレ除去ステップと、第2中間画像において、欠損画素予備補完ステップにおいて補完した欠損画素に隣接する画素を参照してさらに補完した欠損画素を補完する欠損画素再補完ステップとを備えればより望ましい。
[作用・効果]上記構成によれば、モアレ縞の規則性を乱さずして欠損画素の補完が行われる。上記構成における欠損画素予備補完ステップでは、欠損画素からモアレ1周期分の整数倍だけ離間した画素を参照して欠損画素が補完される。したがって、この参照される画素は、欠損画素に現れるはずのモアレ縞を有していることになる。例えば、モアレの暗部領域の現れる位置に欠損画素が延在していた場合、参照される画素は、モアレの暗部領域となっている。また、例えば、モアレの明部領域の現れる位置に欠損画素が延在していた場合、参照される画素は、確実にモアレの明部領域となっている。つまり、上記構成によれば、欠損画素の補完によってモアレの規則性は乱されることがなく、第1中間画像に写り込んだモアレを除去する際に、欠損画素の痕跡と、それがモアレの配列方向に滲んで広がったゴーストが現れることがない。
また、上記構成によれば、第2中間画像において、補完した欠損画素に隣接する画素を参照して補完した欠損画素を再び補完する構成となっている。第2中間画像は、欠損画素に現れるはずのモアレ縞を再現した第1中間画像からモアレを除去したものである。したがって、第2中間画像には、モアレの影響は現れていない。しかしながら、第2中間画像における補完した欠損画素は、そこから離間した画素を参照して画素値を置き換えられたものであることからすると、補完した欠損画素に写りこんだ被検体の像は、欠損画素に写りこむはずだった被検体の像とは異なったものとなっている。上記構成によれば、たとえ、そうであったとしても、補完した欠損画素に隣接する画素を参照して、補完した欠損画素に写りこむはずだった被検体の像を極力再現するような構成となっている。したがって、上記構成によって形成されたX線透視画像は、診断に好適なものとなっている。
また、上述のX線透視画像におけるモアレの除去方法を用いたX線撮像装置においては、X線ビームを照射するX線源と、X線ビームを検出するX線検出手段と、X線検出手段と、X線源の介在する位置に設けられた散乱X線を除去するX線グリッドと、欠損画素予備補完ステップを行う欠損画素予備補完手段と、モアレ除去ステップを行うモアレ除去手段と、画像平滑化ステップを行う画像平滑化手段と、欠損画素再補完ステップを行う欠損画素再補完手段とを備えればより望ましい。
また、上述のX線撮像装置においては、X線ビームを照射するX線源と、X線ビームを検出するX線検出手段と、X線検出手段と、X線源の介在する位置に設けられた散乱X線を除去するX線グリッドと、欠損画素予備補完ステップを行う欠損画素予備補完手段と、モアレ除去ステップを行うモアレ除去手段と、欠損画素再補完ステップを行う欠損画素再補完手段とを備えればより望ましい。
また、本明細書には、次のような放射線撮影装置に係る発明も記載している。
(A)X線ビームを照射するX線源と、(B)X線ビームを検出するX線検出手段と、(C)X線検出手段と、X線源の介在する位置に設けられた散乱X線を除去するX線グリッドと、(D)X線透視画像に写り込んでいるモアレの周波数を求めるモアレ周波数導出手段と、(E)欠損画素からモアレ1周期分の整数倍だけ離間した画素を参照して欠損画素を補完することにより第1中間画像を形成する欠損画素予備補完手段と、(F)第1中間画像を周波数解析し、第1中間画像に写り込んだモアレを除去して第2中間画像を形成するモアレ除去手段と、(G)第1中間画像に画像平滑化処理を行い、第3中間画像を形成する画像平滑化手段と、(H)第2中間画像と第3中間画像とを重ね合わせて欠損画素を再び補完する第1欠損画素再補完手段とを備えることを特徴とするX線撮影装置。
なお、上述の画像平滑化手段が行う画像平滑化処理は、所定の行列を用いた行列演算であり、行列の行数は、モアレの1周期分の画素数以上であればより望ましい。
これに加えて、本明細書は、次のような放射線撮影装置に係る発明も記載している。
(A)X線ビームを照射するX線源と、(B)X線ビームを検出するX線検出手段と、(C)X線検出手段と、X線源の介在する位置に設けられた散乱X線を除去するX線グリッドと、(D)X線透視画像に写り込んでいるモアレの周波数を求めるモアレ周波数導出手段と、(E)欠損画素からモアレ1周期分の整数倍だけ離間した画素を参照して欠損画素を補完することにより第1中間画像を形成する欠損画素予備補完手段と、(F)第1中間画像を周波数解析し、第1中間画像に写り込んだモアレを除去して第2中間画像を形成するモアレ除去手段と、(I)第1中間画像に属する予備的に補完された予備補完画素の画素値を第2中間画像における予備補完画素と同一位置にある画素に隣接する隣接画素の画素値に置き換えることにより、第1中間画像の予備補完画素を再び補完する第2欠損画素再補完手段とを備えることを特徴とするX線撮影装置。
上記構成によれば、X線検出手段に欠損画素が含まれていても、欠損画素が滲んで広がったゴーストの発生を抑えつつ、確実に欠損画素を補完し、診断に好適なX線透視画像を形成するX線撮像装置が提供できる。上記構成によれば、散乱X線を除去するX線グリッドを有するので、X線検出手段によって検出されるX線には、散乱X線は除去されている。したがって、最終的に得られるX線透視画像のコントラストは、高いものとなる。しかも、上記構成は、モアレ除去手段を有するので、X線透視画像からモアレは除去される。そして、上記構成は、欠損画素予備補完手段を備えている。これにより、モアレ縞の規則性は、欠損画素において再現される。さらに、上記構成は、欠損画素再補完手段を備えている。これにより、欠損画素の画素値は、さらに適したものへと変えられる。この様に、上記構成によれば、X線検出手段に欠損画素が含まれていても、欠損画素が滲んで広がったゴーストの発生を抑えつつ、確実に欠損画素を補完し、診断に好適なX線透視画像を形成するX線撮像装置が提供できる。
本発明によれば、モアレ縞の規則性を乱さずして欠損画素の補完が行われる。本発明における欠損画素予備補完ステップでは、欠損画素からモアレ1周期分の整数倍だけ離間した画素を参照して欠損画素が補完される。したがって、この参照される画素は、欠損画素に現れるはずのモアレ縞を有していることになる。つまり、本発明によれば、欠損画素と、モアレの両方が重積した画像について、一旦モアレを確実に取り除いてしまう構成となっている。つまり、後段の画像処理においては、欠損画素の補完を行う操作を実行すればよいことになる。つまり、本発明は、欠損画素と、モアレの両方が重積した画像について、モアレの除去と欠損画素の置換(本発明では、再補完)とを順次行う構成となっている。したがって、欠損画素を置換することで、モアレ縞の規則性が乱され、最終的に形成されるX線透視画像に、欠損画素の痕跡と、それが滲んで広がったゴーストが現れることがない。
実施例1に係るX線透視画像におけるモアレの除去方法を説明する機能ブロック図である。 実施例1に係るFPDの構成を説明する図である。 実施例1の動作を説明するフローチャートである。 実施例1に係るX線透視画像を表す模式図である。 実施例1に係る画像平滑化ステップを説明する模式図である。 実施例1に係る欠損画素再補完ステップを説明する模式図である。 実施例2に係る画像処理を説明する図である。 実施例3に係るX線撮像装置の構成を説明する機能ブロック図である。 本発明に係る変形例の構成を説明する模式図である。 従来のX線透視画像におけるモアレの除去方法を説明する模式図である。 従来のX線透視画像におけるモアレの除去方法を説明する模式図である。
符号の説明
1 モアレ周波数導出部(モアレ周波数導出手段)
2 欠損画素予備補完部(欠損画素予備補完手段)
3 モアレ除去部(モアレ除去手段)
4 画像平滑化部(画像平滑化手段)
5 第1欠損画素再補完部(第1欠損画素再補完手段)
24 第2欠損画素再補完部(第2欠損画素再補完手段)
P1 予備補完画像(第1中間画像)
P2 モアレ除去画像(第2中間画像)
P3 平滑化画像(第3中間画像)
以下、本発明に係るX線透視画像におけるモアレの除去方法の実施例と、それを用いたX線撮像装置の実施例を図面を参照しながら説明する。
図1は、実施例1に係るX線透視画像におけるモアレの除去方法を説明する機能ブロック図である。図1に示すように、実施例1に係る方法でモアレを除去するには、元画像P0からモアレの周波数を求めるモアレ周波数導出部1と、欠損画素からモアレの1周期分だけ離間した画素から欠損画素を補完して予備補完画像P1を形成する欠損画素予備補完部2と、予備補完画像P1に写り込んだモアレを除去してモアレ除去画像P2を形成するモアレ除去部3と、予備補完画像P1に対して画像平滑化処理を行い、平滑化画像P3を形成する画像平滑化部4と、モアレ除去画像P2と平滑化画像P3とを重ね合わせて欠損画素を再び補完する第1欠損画素再補完部5とを備えている。なお、実施例1に係る予備補完画像P1,モアレ除去画像P2,および平滑化画像P3は、本発明における第1中間画像、第2中間画像、および第3中間画像の各々に相当する。なお、モアレ周波数導出部は、本発明のモアレ周波数導出手段に相当し、欠損画素予備補完部は、本発明の欠損画素予備補完手段に相当する。モアレ除去部は、本発明のモアレ除去手段に相当し、画像平滑化部は、本発明の画像平滑化手段に相当する。第1欠損画素再補完部は、本発明の第1欠損画素再補完手段に相当する。
次に、実施例1に係る欠損画素について説明する。図2は、実施例1に係るFPDの構成を説明する図である。図2に示すように、X線を検出するFPD10は、マトリックス状に配置されたX線検出素子10aと、検出素子マトリックスの側端にゲートドライブアレイ11と、アンプアレイ12とを有する。欠損画素は、これらのうちのいずれかが全うに動作しない場合に生じる。例えば、ゲートドライブアレイ11を構成するゲートドライブ素子11aのうちの1つが故障し、故障したゲートドライブ素子11aに駆動されるX線検出素子10aの全てが動作しないことになると、X線透視画像には、撮像対象に関係なく、黒い直線が現れる。FPD10におけるゲートドライブ素子11aは、直列したX線検出素子10aを一括して駆動する構成となっているからである。
また、実施例1に係るモアレについて説明する。一般に、被検体のX線透視画像を撮像するX線撮像装置には、X線源からコーン状のX線ビームを被検体に向けて照射し、被検体を透過した透過X線をFPD10で検出する構成となっているものがある。この様なX線撮像装置において、X線が被検体を透過するときに、被検体においてX線が散乱し、それがFPD10に入射する現象が起こり、これが被検体のX線透視画像のコントラストを悪化させる要因となる。このような散乱X線がFPD10に入射することを防ぐために、FPD10のX線検出面を覆うように散乱X線を吸収するX線グリッドが付設されている。
ところで、FPD10は、多数の半導体タイプのX線検出素子10aがマトリクス状に配列されている。この様なFPD10は、配列された各々のX線検出素子10aにより被検体Mを透過したX線を離散的にサンプリングすることによりX線透視画像を構成する。一方、X線グリッドは、ブラインド状に配列された複数の羽根を有する。コーン状のX線ビームがこのX線グリッドを透過すると、X線グリッドの有する羽根の各々について筋状の影が生じる。この影をX線グリッド全体で見れば、ストライプ状のX線影パターンとなっており、それがX線グリッドの下方に配置されたFPD10に写り込む。このX線影パターンは、FPD10を構成するX線検出素子10aによって離散的にサンプリングされることになるが、X線検出素子10aの各々に写るX線影の本数は、FPD10全体で一定とはならない。X線検出素子10aの配列ピッチとX線影の配列ピッチが一致していないためである。こうして、影の多数が映りこんだ細長状の暗部領域と、より少数の影が映りこんだ細長状の明部領域とが交互に並んだ干渉縞がX線透視画像に出現する。このように、FPD10が有する検出素子配列パターンとX線グリッドによるX線影パターンとが干渉してモアレが生じ、X線透視画像に写り込む。本発明に係るモアレは、これを意味している。そして、実施例1の構成によれば、欠損画素とモアレが同時に写り込んだX線透視画像から、そのいずれもが除去された画像を画像処理により提供することができる。
次に、実施例1に係るX線透視画像におけるモアレの除去方法の動作について説明する。実施例1に係るモアレ除去の動作は、図3(a)に示すように、モアレ周波数導出部1の行うモアレ周波数導出ステップS1と、欠損画素予備補完部2が行う欠損画素予備補完ステップS2と、モアレ除去部3が行うモアレ除去ステップS3と、画像平滑化部4が行う画像平滑化ステップS4と、第1欠損画素再補完部5が行う欠損画素再補完ステップS5を備えている。これらの各ステップの動作を順番に説明する。
<モアレ周波数導出ステップS1>
図4は、実施例1に係るX線透視画像を表す模式図である。FPDによって取得されたX線透視画像(元画像P0)は、モアレと、欠損画素を含んでいる。図4(a)に示すように、モアレは、y方向に沿って伸びた暗部領域Dが、x方向に等間隔に配列したものである。なお、説明の便宜上、モアレの暗部領域Dの幅は1ピクセルとし、x方向に暗部領域Dが4ピクセルごとに表れているものとするが、この暗部領域Dの幅と間隔は、これに限られるものではない。一方、欠損領域Laは、欠損画素がy方向に配列した黒い線として元画像P0に表れている。なお、説明の便宜上、欠損領域Laの幅は1ピクセルとするが、本発明はこれに限られるものではない。また、欠損領域Laは、元画像P0において、ちょうどモアレの暗部領域Dが現れる位置に存しているが、本発明はこれに限られない。実際の元画像P0においては、モアレの位相と関係なく欠損領域Laが出現している。
モアレ周波数導出部1では、この元画像P0について周波数解析を行い、モアレの周波数を導出する。周波数解析を行うことにより元画像P0は、周波数関数に変換されるが、モアレの周波数成分は、この周波数関数において、鋭いピークとなって表れる。このピークの極大点を読み取って、モアレの周波数ωとする。
なお、暗部領域Dは、x方向について等間隔に並んでいるので、図4(a)で示した元画像は13×13ピクセルであるとすると、暗部領域Dは、5箇所に出現することになる。しかし、図4(a)の例では、暗部領域Dが現れるべき領域に欠損領域Laが延在しているため、その分、モアレの暗部領域Dが1本少なくなっている。なお、暗部領域Dが現れるべき領域に欠損領域Laは、単なる例示であり、本発明は、欠損領域Laがモアレ明部領域が現れるべき領域に延在していてもよい。
<欠損画素予備補完ステップS2>
次に、欠損画素を予備的に補完する。欠損領域Laの画素値は、極端なものとなっているので、欠損領域Laを残した状態でモアレの除去を行ってしまうと、欠損領域Laのゴーストが画像に表れてしまう。そこで、モアレの除去に先駆けて、予め欠損領域Laをその近傍の画素に置換する。具体的には、図4(b)に示すように、モアレの延伸方向(y方向)において、欠損画素aと同一位置であるとともに、配列方向(x方向)にモアレの1周期分に相当する4ピクセル分だけ欠損画素aから離間した画素bを参照して、欠損画素aを、画素bに置換する。この様に、実施例1に係る欠損画素予備補完ステップS2では、欠損画素をx方向の画素に置換することで、欠損画素の予備補完を行う。なお、この置き換えによって、欠損領域Laは、予備補完領域Lbに代えられるものとし、このステップS2によって得られる画像を予備補完画像P1とする。また、図4(b)においては、欠損画素a以降の補完処理は、未処理となっているが、これは、欠損画素aの処理を強調するためである。実際は、元画像P0の全領域について欠損画素の置き換えが行われる。なお、4ピクセル分は、本発明に係るモアレ1周期分の整数倍に相当する。なお、本発明においては、この予備補完領域Lbに属する画素を予備補完画素と定義する。
<モアレ除去ステップS3>
そして、モアレ除去部3において、上述の予備補完画像P1に対して周波数解析を行い、予備補完画像P1に写り込んだモアレを除去する。具体的には、予備補完画像P1に対する周波数解析によって取得した周波数関数に対してモアレの周波数ωを除去するフィルタリング処理を行った後、それを再びX線透視画像へと変換する。すると、図4(c)に示すように、モアレが除去されたモアレ除去画像P2が得られる。この処理によって、予備補完領域Lbは、写り込んだモアレが除去されてモアレを含まない領域Lcとなったものとする。この領域Lcに注目すれば、モアレは除去されてはいるものの、参照した画素はモアレの周期に対応して離間したものとなっている。つまり領域Lcには、欠損領域Laの補完により適さない画素値が使用されていることになる。なお、この領域Lcに属する画素は、本発明の欠損画素予備補完ステップにおいて補完した欠損画素に相当する。以降の説明においては便宜上、補完した欠損画素と呼ぶ。
<画像平滑化ステップS4>
そこで、領域Lcの画素値をより好適なものとするため、欠損領域Laの補完にふさわしい画素値を画像平滑化処理によって取得する。画像平滑化部4においては、欠損画素予備補完ステップS2で得られた予備補完画像P1に画像平滑化処理を行うことで、平滑化画像P3を構築する。図5は、実施例1に係る画像平滑化ステップを説明する模式図である。予備補完画像P1の平滑化は、行数と列数が同一の5×5となっているコンボリューション行列を用いたコンボリューションフィルタによって行われる。ここで、予備補完領域Lbに属する画素cで行われる演算について説明する。まず、画素cを囲むように矩形領域Sが用意される。この矩形領域Sは、画素cを中心とする5×5ピクセルの正方形をしている。つまり、矩形領域Sは、コンボリューション行列と同様の大きさとなっている。つまり、この矩形領域Sに属する25個の画素を使って画素cに対するコンボリューション行列を用いた画像平滑化処理が行われることになる。
なお、モアレの一周期が4ピクセルであることからすると、この矩形領域Sは、モアレの一周期分よりも大きなものとなっている。このように、コンボリューション行列におけるモアレの縞模様の配列方向に沿った方向を行方向としたとき、その行数は、モアレの画素数以上となっている。また、コンボリューションフィルタ、およびコンボリューション行列は、本発明の画像平滑化処理、および行列のそれぞれに相当する。
画像平滑化ステップS4では、このコンボリューション行列を基に、矩形領域Sに属する25個の画素に対して重み付けを行って、画素cに対応する処理後の画素値を算出する。これを少なくとも予備補完領域Lbの全域に亘って行い、平滑化画像P3を取得する。このとき、予備補完画像P1における予備補完領域Lbは、平滑化画像P3においては平滑処理領域Ldに代えられたものとする。なお、図5においては、画素c以降の平滑化処理は、未処理となっているが、これは、画素cの処理を強調するためである。実際は、予備補完画像P1の全領域について画像の平滑化が行われる。
なお、画像平滑化ステップS4で形成される平滑化画像P3においてモアレは確認することができない。コンボリューション行列の大きさがモアレの1周期以上であるからである。具体的には、実施例1の矩形領域Sは5×5ピクセルの正方形となっている。この中に、モアレの明部領域Bと暗部領域Dが混在するので、コンボリューションフィルタによって予備補完画像P1を平滑化すれば、それらが互いに打ち消しあうことになる。これは、画素cに限らず全ての画素について同様の打ち消しあいが生じるので、平滑化画像P3からモアレは消去されている。また、このコンボリューションフィルタは、隣接する画素の全てが欠損画素となっている欠損画素についても有効である。すなわち、実施例1の構成によれば、隣接する画素を基に欠損画素を再補完するわけではないので、X線透視画像に表れた欠損画素が連なって形成されている欠損画素群がより複雑な形状であっても、確実に欠損画素を補完しつつ、モアレが除去された処理画像が形成されることになる。
<欠損画素再補完ステップS5>
最後に、モアレ除去画像P2の領域Lcを平滑化画像P3の平滑処理領域Ldに置換するる欠損画素の再補完が第1欠損画素再補完部5で行われる。図6は、実施例1に係る欠損画素再補完ステップを説明する模式図である。図6に示すように、モアレ除去画像P2の領域Lcを構成する各画素の画素値をそれに対応する平滑化画像P3における平滑処理領域Ldの各画素の画素値に置換する。
平滑化画像P3の平滑処理領域Ldは、モアレ除去画像P2の領域Lcと比べると、より欠損領域Laの補完にふさわしいものとなっている。領域Lcは、欠損領域Laから離間した画素の画素値が当てはめられたものである。それに比べて、この平滑処理領域Ldは、欠損領域La周囲の画素を参照して取得される。しかも、平滑処理領域Ldからは、モアレが消去されている。したがって、モアレ除去画像P2の領域Lcを平滑化画像P3の平滑処理領域Ldに置換すれば、モアレが除去されているとともに、よりふさわしい画素値が適応されて欠損領域Laが補完されたX線透視画像が形成されることになる。
以上のように、実施例1の構成によれば、モアレ縞の規則性を乱さずして欠損領域Laの補完が行われる。実施例1における欠損画素予備補完ステップS2では、欠損領域Laからモアレ1周期分だけ離間した画素bを参照して欠損画素aが補完される。したがって、この参照される画素bは、欠損画素aに現れるはずのモアレ縞を有していることになる。例えば、モアレの暗部領域Dの現れる位置に欠損領域Laが延在していた場合、参照される画素は、モアレの暗部領域Dとなっている。また、例えば、モアレの明部領域Bの現れる位置に欠損領域Laが延在していた場合、参照される画素は、確実にモアレの明部領域Bとなっている。この様に、実施例1によれば、欠損領域Laの補完によってにモアレ縞の規則性は乱されることがなく、モアレ除去ステップS3において、予備補完画像P1に写り込んだモアレを除去する際に、補完された領域である予備補完領域Lbと、それがモアレの配列方向(x方向)に滲んで広がったゴーストが現れることがない。
また、たとえ、欠損画素に隣接する画素が欠損画素であっても確実に欠損画素を補完することができる。つまり、欠損画素の補完にふさわしい画素は、欠損画素を予備補完した画像に対して平滑化処理を行うことで得る構成となっているので、たとえ、欠損画素に隣接する画素が欠損画素であっても、すべての欠損画素に対して補完にふさわしい画素は、確実に存在することになる。つまり、上記構成によれば、欠損画素に隣接した画素のみならず、その周辺の画素を使用して欠損画素の補完にふさわしい画素を求めるので、X線透視画像に表れた欠損画素が連なって形成されている欠損画素群が複雑な形状であっても、確実に欠損画素を補完しつつ、モアレが除去された処理画像を提供することができる。また、欠損画素の補完にふさわしい画素の全ては、平滑化画像P3に属している。したがって、欠損画素が離間して複数箇所あったとしても、モアレが除去されたモアレ除去画像P2と、平滑化画像P3とを重ね合わせるだけで容易に欠損画素の補完を完了することができる。さらに、平滑化画像P3は、未だ周波数フィルタがかかっていない、元画像P0に欠損画素が予備補完されただけの予備補完画像P1から形成される。つまり、平滑化画像P3は、モアレを除去する前の周波数成分を未だ失っていない画像から形成される。したがって、平滑化画像P3は、元画像により忠実なものとなっており、これを用いて欠損画素を再補完すれば、より元画像P0を正確に表した処理画像を提供することができる。
しかも、予備補完領域Lbには、モアレが映りこんでいるが、画像平滑化ステップS4で形成される平滑化画像P3においてモアレは確認することができない。コンボリューション行列の大きさがモアレの1周期以上であるからである。コンボリューション行列によって定められる領域Sの中に、モアレの明部領域Bと暗部領域Dが混在するので、コンボリューションフィルタによって予備補完画像P1を平滑化すれば、それらが互いに打ち消しあうことになる。しかも、平滑化画像P3中の全ての画素についてこのような打ち消しあいが生じるので、平滑化画像P3からモアレは消去されている。
次に、実施例2に係るX線透視画像におけるモアレの除去方法について説明する。図7(a)は、実施例2に係るX線透視画像におけるモアレの除去方法を説明する機能ブロック図である。図7(a)に示すように、実施例2に係る方法でモアレを除去するには、元画像P0からモアレの周波数を求めるモアレ周波数導出部21と、欠損画素からモアレの1周期分だけ離間した画素から欠損画素を補完して予備補完画像P1を形成する欠損画素予備補完部22と、予備補完画像P1に写り込んだモアレを除去してモアレ除去画像P2を形成するモアレ除去部23と、モアレ除去画像P2における画素を参照して補完した欠損画素を再び補完する第2欠損画素再補完部24とを備えている。なお、実施例2に係る予備補完画像P1,およびモアレ除去画像P2は、本発明における第1中間画像、および第2中間画像の各々に相当する。第2欠損画素再補完部は、本発明の第2欠損画素再補完手段に相当する。
次に、実施例2に係るX線透視画像におけるモアレの除去方法の動作について説明する。実施例2に係るモアレ除去の動作は、図3(b)に示すように、モアレ周波数導出部21の行うモアレ周波数導出ステップS1と、欠損画素予備補完部22が行う欠損画素予備補完ステップS2と、モアレ除去部23が行うモアレ除去ステップS3と、第2欠損画素再補完部24が行う欠損画素再補完ステップT4を備えている。うち、ステップS1〜S3は、実施例1と同様である。したがって、これらの説明は省略する。
<欠損画素再補完ステップT4>
実施例2の特徴的なステップである欠損画素再補完ステップT4の説明をする。図7(b)は、実施例2に係る欠損画素再補完ステップの説明をする模式図である。図7(b)に示すように、欠損画素再補完ステップT4では、モアレ除去画像P2における領域Lcに属しない画素hを参照して、予備補完された欠損画素gの画素値を置換する操作が行われる。具体的には、再補完の対象となる予備補完された欠損画素gを取り囲む画素のうち、領域Lcに属していない画素を画素hとし、この画素hの画素値を読み出して、予備補完された欠損画素gの画素値をこれに変更する。こうして、予備補完された欠損画素gが再補完されたX線透視画像が形成される。つまり、第2欠損画素再補完部24は、予備補完画像P1に属する予備補完された欠損画素g(予備補完画素)の画素値をこの欠損画素gと同一位置となっているモアレ除去画像P2上の画素に隣接する画素hの画素値に置き換えることにより、予備補完画像P1の予備補完された欠損画素gを再び補完するのである。
以上のように、実施例2の構成によれば、モアレ縞の規則性を乱さずして欠損画素aの補完が行われる。実施例2における欠損画素予備補完ステップS2では、欠損画素aからモアレ1周期分の画素数の1倍だけ離間した画素bを参照して欠損画素が補完される。したがって、この参照される画素bは、欠損画素aに現れるはずのモアレ縞を有していることになる。つまり、実施例2の構成によれば、欠損画素aの補完によってモアレの規則性は乱されることがなく、予備補完画像P1に写り込んだモアレを除去する際に、欠損画素の痕跡と、それがモアレの配列方向に滲んで広がったゴーストが現れることがない。
また、モアレ除去画像P2における予備補完された欠損画素gは、そこから離間した画素bを参照して画素値を置き換えられたものであることからすると、予備補完された欠損画素gに写りこんだ被検体の像は、欠損画素aに写りこむはずだった被検体の像とは異なったものとなっている。たとえ、そうであったとしても、実施例2に構成によれば、予備補完された欠損画素gに隣接する画素hを参照して、予備補完された欠損画素gに写りこむはずだった被検体の像を極力再現するような構成となっている。したがって、実施例2の構成によって形成されたX線透視画像は、診断に好適なものとなっている。
次に、実施例1、および実施例2で説明したモアレの除去方法を用いたX線撮像装置について図面を参照しながら説明する。
図8は、実施例3に係るX線撮像装置の構成を説明する機能ブロック図である。図8に示すように、実施例3に係るX線撮像装置30は、被検体Mを載置する天板31と、天板31の下部に設けられたFPD32と、天板の上部に設けられたコーン状のX線ビームをFPD32に向けて照射するX線管33と、FPD32とX線管33との介在する位置に設けられるとともに、FPD32のX線検出面を覆うように設けられ散乱X線を除去するX線グリッド34と、X線管33の管電圧を制御するX線管制御部35と、X線管33を移動させるX線管移動機構36と、これを制御するX線管移動制御部37と、FPD32を移動させるFPD移動機構38と、これを制御するFPD移動制御部39と、FPD32から出力される元画像P0の周波数解析を行うモアレ周波数導出部41と、元画像P0に含まれる欠損画素Laの画素値を予備補完して予備補完画像P1を形成する欠損画素予備補完部42と、予備補完画像P1に写りこんだモアレを除去してモアレ除去画像P2を形成するモアレ除去部43と、モアレ除去画像P2に対して欠損画素再補完を行う欠損画素再補完部45と、X線透視画像を表示する表示部46とを備えている。なお、欠損画素再補完部45は、具体的には、上述の第1欠損画素再補完部5、または第2欠損画素再補完部24のいずれかである。
なお、実施例1の構成を採用した場合、実施例3に係るX線撮像装置30は、予備補完画像P1に平滑化処理を行うことで平滑化画像P3を形成する画像平滑化部44を備えている。この構成は、実施例2の構成を採用した場合、必ずしも必要とはされない。
また、X線撮像装置30は、各制御部35,37,および39を統括的に制御する主制御部47をも備えている。この主制御部47は、CPUによって構成され、各種のプログラムを実行することにより各制御部35,37,および39を実現している。なお、X線管33、およびFPD32は、本発明のX線源、X線検出手段の各々に相当する。また、モアレ周波数導出部、欠損画素予備補完部、モアレ除去部、画像平滑化部、および欠損画素再補完部のそれぞれは、モアレ周波数導出手段、欠損画素予備補完手段、モアレ除去手段、画像平滑化手段、および欠損画素再補完手段のそれぞれに相当する。
実施例3に係るX線撮像装置30でX線透視画像を撮像するには、まず、天板31に被検体Mが仰臥される。そして、FPD32と、X線管33とを被検体Mの関心部位を挟む位置に移動させる。そして、X線管33は、コーン状のX線ビームを照射するように制御される。なお、このコーン状のX線ビームは、パルス状となっている。
被検体Mを透過したX線は、X線グリッド34を通過して、FPD32に入射する。そして、FPD32が出力した元画像P0には、FPD32の検出素子の配列ピッチと、X線グリッド34の金属箔の配列ピッチとが干渉して生じたモアレが写りこんでいる。
この元画像P0は、モアレ周波数導出部41が行うモアレ周波数導出ステップS1と、欠損画素予備補完部42が行う欠損画素予備補完ステップS2と、モアレ除去部43が行うモアレ除去ステップS3と、画像平滑化部44が行う画像平滑化ステップS4と、欠損画素再補完部45が行う欠損画素再補完ステップを経て、モアレが除去され、診断に好適なX線透視画像に変換される。この画像処理の様子は、上述の各実施例において詳細な説明がなされたものであるので、説明を省略する。こうして、実施例1、および実施例2で説明したモアレの除去方法を用いたX線撮像装置によるX線透視画像の取得は終了となる。
なお、実施例1の構成を採用した場合、欠損画素再補完部45の動作は、実施例1で説明したステップS5の動作を行う。また、実施例2の構成を採用した場合、欠損画素再補完部45の動作は、実施例2で説明したステップT4の動作を行う。
以上のように、実施例3の構成によれば、FPD32に欠損画素aが含まれていても、欠損画素aが滲んで広がったゴーストの発生を抑えつつ、確実に欠損画素aを補完し、診断に好適なX線透視画像を形成するX線撮像装置30が提供できる。実施例3によれば、散乱X線を除去するX線グリッド34を有するので、FPD32によって検出されるX線には、散乱X線は除去されている。したがって、最終的に得られるX線透視画像のコントラストは、高いものとなる。しかも、実施例3の構成は、モアレ除去部43を有するので、X線透視画像からモアレは除去される。そして、実施例3の構成は、欠損画素予備補完部42を備えている。これにより、モアレ縞の規則性は、欠損画素において再現される。さらに、実施例3は、欠損画素再補完部45を備えている。これにより、欠損画素aの画素値は、適したものへと変えられる。この様に、実施例3の構成によれば、FPD32に欠損画素aが含まれていても、欠損画素が滲んで広がったゴーストの発生を抑えつつ、確実に欠損画素aを補完し、診断に好適なX線透視画像を形成するX線撮像装置30が提供できる。
この発明は、上記実施例に限られることなく、下記のように変形実施することができる。
(1)上述した各実施例の欠損画素予備補完ステップにおいて、欠損画素からモアレの配列方向(x方向)にモアレの1周期分に相当する4ピクセル分だけ離間した画素を参照して、欠損画素を置換していたが、本発明はこれに限らない。図9(a)に示すように、x方向に4ピクセル分だけ欠損画素と離間した複数の画素b1、b2の画素値を参照して、その平均値を欠損画素aに用いても良い。
(2)上述した各実施例の欠損画素予備補完ステップにおいて、欠損画素aを補完するときに参照される画素bは、モアレの延伸方向(y方向)において、欠損画素aと同一位置であったが、本発明は、これに限らない。図9(b)に示すように、欠損画素aからモアレの配列方向(y方向)に1ピクセル分離間した画素を参照してもよい。また、本発明においては、このy方向の離間距離は自由に設定することができる。
(3)上述した各実施例の欠損画素予備補完ステップにおいて、欠損画素aを補完するときに参照される画素bは、モアレの配列方向(x方向)にモアレの1周期分だけ欠損画素aから離間していたが、本発明は、これに限らない。例えば、モアレの2周期分だけ欠損画素aから離間した画素を参照してもよい。つまり、本発明においては、このx方向の離間距離は、モアレ1周期分の整数倍とすることができる。
(4)実施例2で説明した欠損画素再補完ステップにおいて、予備補完された欠損画素gは、画素hを参照して再補完されたが、本発明は、これに限らない。予備補完された欠損画素gに隣接する複数の画素を参照して予備補完された欠損画素gの再補完がなされてもよい。
以上のように、本発明は、医用分野に適している。

Claims (6)

  1. X線透視画像におけるモアレの除去方法において、
    X線透視画像に写り込んでいるモアレの周波数を求めるモアレ周波数導出ステップと、
    欠損画素から前記モアレ1周期分の整数倍だけ離間した画素を参照して前記欠損画素を補完することにより第1中間画像を形成する欠損画素予備補完ステップと、
    前記第1中間画像を周波数解析し、前記第1中間画像に写り込んだモアレを除去して第2中間画像を形成するモアレ除去ステップと、
    前記第1中間画像に画像平滑化処理を行い、第3中間画像を形成する画像平滑化ステップと、
    前記第2中間画像と前記第3中間画像とを重ね合わせて前記欠損画素を再び補完する欠損画素再補完ステップとを備えることを特徴とするX線透視画像におけるモアレの除去方法。
  2. 請求項1に記載のX線透視画像におけるモアレの除去方法において、
    前記画像平滑化ステップの画像平滑化処理は、所定の行列を用いた行列演算であり、前記行列の行数は、モアレの1周期分の画素数以上であることを特徴とするX線透視画像におけるモアレの除去方法。
  3. X線透視画像におけるモアレの除去方法において、
    X線透視画像に写り込んでいるモアレの周波数を求めるモアレ周波数導出ステップと、
    欠損画素から前記モアレ1周期分の整数倍だけ離間した画素を参照して前記欠損画素を補完することにより、第1中間画像を形成する欠損画素予備補完ステップと、
    前記第1中間画像を周波数解析し、前記第1中間画像に写り込んだモアレを除去して第2中間画像を形成するモアレ除去ステップと、
    前記第2中間画像において、前記欠損画素予備補完ステップにおいて補完した欠損画素に隣接する画素を参照してさらに前記補完した欠損画素を補完する欠損画素再補完ステップとを備えることを特徴とするX線透視画像におけるモアレの除去方法。
  4. (A)X線ビームを照射するX線源と、
    (B)前記X線ビームを検出するX線検出手段と、
    (C)前記X線検出手段と、前記X線源の介在する位置に設けられた散乱X線を除去するX線グリッドと、
    (D)X線透視画像に写り込んでいるモアレの周波数を求めるモアレ周波数導出手段と、
    (E)欠損画素から前記モアレ1周期分の整数倍だけ離間した画素を参照して前記欠損画素を補完することにより第1中間画像を形成する欠損画素予備補完手段と、
    (F)前記第1中間画像を周波数解析し、前記第1中間画像に写り込んだモアレを除去して第2中間画像を形成するモアレ除去手段と、
    (G)前記第1中間画像に画像平滑化処理を行い、第3中間画像を形成する画像平滑化手段と、
    (H)前記第2中間画像と前記第3中間画像とを重ね合わせて前記欠損画素を再び補完する第1欠損画素再補完手段とを備えることを特徴とするX線撮像装置。
  5. 請求項4に記載のX線透視画像において、
    (G1)前記画像平滑化手段が行う画像平滑化処理は、所定の行列を用いた行列演算であり、前記行列の行数は、モアレの1周期分の画素数以上であることを特徴とするX線撮像装置。
  6. (A)X線ビームを照射するX線源と、
    (B)前記X線ビームを検出するX線検出手段と、
    (C)前記X線検出手段と、前記X線源の介在する位置に設けられた散乱X線を除去するX線グリッドと、
    (D)X線透視画像に写り込んでいるモアレの周波数を求めるモアレ周波数導出手段と、
    (E)欠損画素から前記モアレ1周期分の整数倍だけ離間した画素を参照して前記欠損画素を補完することにより第1中間画像を形成する欠損画素予備補完手段と、
    (F)前記第1中間画像を周波数解析し、前記第1中間画像に写り込んだモアレを除去して第2中間画像を形成するモアレ除去手段と、
    (I)前記第1中間画像に属する予備的に補完された予備補完画素の画素値を前記第2中間画像における前記予備補完画素と同一位置にある画素に隣接する隣接画素の画素値に置き換えることにより、前記第1中間画像の予備補完画素を再び補完する第2欠損画素再補完手段とを備えることを特徴とするX線撮像装置。
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