KR101656220B1 - 상보형금속산화막반도체 엑스-선 영상 검출기를 위한 이득 교정 방법 및 장치 - Google Patents

상보형금속산화막반도체 엑스-선 영상 검출기를 위한 이득 교정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엑스-선 기반의 CMOS 검출기에서 획득된 영상으로부터 이득 교정을 행할 때, 각 뱅크별 이득 평균치를 이용하여 1차적으로 이득 교정을 수행하고, 각 센서별 이득 평균치를 이용하여 2차적으로 이득 교정을 수행하고, 검출기의 이득 평균치를 이용하여 3차적으로 이득 교정을 수행하여, 정확도 및 정밀도를 보다 높여 이득 교정을 행하는, CMOS 엑스-선 영상 검출기를 위한 이득 교정 방법에 관한 것이다.
본 발명의 CMOS 엑스-선 영상 검출기를 위한 이득 교정 방법은, 각 센서의 각 뱅크의 각 픽셀별 이득데이터로부터 각 센서의 뱅크별 이득평균치를 구하는, 뱅크별 이득평균치 연산단계; 각 센서의 뱅크별 이득평균치와, 기 설정된 각 센서의 뱅크별 오프셋 데이터를 이용하여, 각 센서의 각 뱅크에서 교정된 각 픽셀 값(영상 데이터)을 구하는 1차 교정단계; 각 센서의 뱅크별 이득 평균치를 이용하여 각 센서별 이득 평균치를 구하는, 각 센서별 이득 평균치 연산단계; 각 센서별 이득 평균치와, 각 센서의 뱅크별 이득평균치를 이용하여, 1차 교정단계에서 교정된 픽셀 값을, 2차적으로 교정된 픽셀 값(영상 데이터)을 구하는 2차 교정단계;각 센서별 이득 평균치를 이용하여 검출기의 이득 평균치를 구하는, 검출기의 이득 평균치 연산단계; 검출기의 이득 평균치와, 각 센서별 이득 평균치를 이용하여, 2차 교정단계에서 교정된 픽셀 값을, 3차적으로 교정한 검출기의 각 픽셀 값(영상 데이터)을 구하는, 3차 교정단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

상보형금속산화막반도체 엑스-선 영상 검출기를 위한 이득 교정 방법 및 장치{A gain correction method for CMOS X-ray imaging detector and thereof apparatus}
본 발명은 엑스-선(X-ray) 기반의 상보형금속산화막반도체 (complementary metal-oxide semiconductor, CMOS) 검출기에서 획득된 영상으로부터 이득 교정(gain correction)을 행할 때, 뱅크 단위로 나누어서 이득 교정 수행하되, 각 뱅크별 이득 평균치를 이용하여 1차적으로 이득 교정을 수행하고, 각 센서별 이득 평균치를 이용하여 2차적으로 이득 교정을 수행하고, 검출기의 이득 평균치를 이용하여 3차적으로 이득 교정을 수행하여, 정확도 및 정밀도를 보다 높여 이득 교정을 행하는, 상보형금속산화막반도체 엑스-선 영상 검출기를 위한 이득 교정 방법에 관한 것이다.
지난 수십년간 엑스-선(X-ray)을 이용하여 환자의 신체부위나 물체를 투시하여 영상화하는 의료용 또는 산업용 검출기(detector)가 활발히 연구되고 그리고 점점 널리 사용되고 있다.
엑스-선 검출기에서는, 환자나 물체를 투시하여 영상화할 때, 한번의 촬영으로 전체를 영상화하기 위한 대면적화, 짧은 시간에 많은 영상을 획득하기 위한 고속화, 잡음이 없는 깨끗한 영상을 획득하기 위한 저잡음화, 그리고 환자가 받는 선량을 줄이기 위한 저선량화가 관건이다.
박막트랜지스터(Thin film transistor, TFT) 방식의 엑스선 검출기는 대면적 패널 제작이 용이한 장점으로 인하여 현재 가장 널리 사용되고 있다. 그러나 TFT를 이용한 화소 구조는 이미지 센서에서 잡음을 줄이기 위해 사용하는 상관된 이중 샘플(correlated double sampling, CDS) 방식을 사용할 수 없는 구조이기 때문에 잡음이 많이 발생한다. 또한, TFT는 전자의 이동도가 낮은 비정질 실리콘을 사용하기 때문에 TFT가 화소(pixel) 내에 차지하는 면적이 크기 때문에 화소 사이즈를 줄이는데 한계가 있으며, 포토다이오드의 비율(fill factor)이 낮기 때문에 민감도가 낮아서 많은 선량을 요구하고 있다. 따라서 TFT 검출기는 대면적화의 장점이 있는 반면, 화소 크기를 줄이는데 한계가 있으며, 높은 잡음(noise)에 의한 영상의 질이 낮기 때문에 많은 선량(dose)을 요구하는 단점이 있다.
최근 CMOS 센서를 이용한 엑스-선 영상 검출기가 활발히 연구되고 상용화되고 있다. CMOS 센서는 CDS 방식을 이용하기 때문에 센서의 특성상 기준잡음이 낮기 때문에 저잡음화가 가능하고, 화소 내에 사용되는 트랜지스터를 작게 만들 수 있어 화소의 크기를 줄일 수 있다. 또한 전자를 획득하고 전송하는 속도가 빠르고 화소가 엑스-선에 반응하는 민감도가 뛰어나기 때문에 고속으로 영상을 획득할 수 있고 저선량화(low dose)가 가능할 뿐 아니라 영상의 질도 우수하다. 반면에 반도체 웨이퍼(wafer)를 사용하기 때문에 대면적화가 어렵고 공정상의 어려움 때문에 가격이 비싸다는 단점이 있다.
CMOS 센서의 대면적화 문제를 해결하기 위해서 여러 장의 센서를 타일링(tiling)하여 대면적 검출기를 만드는 방법이 도입되었다.
도 1은 여러 장의 센서를 타일링하여 대면적 검출기를 구성하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1에서와 같이, 여러 장의 CMOS 센서를 타일링하여 대면적 검출기를 만들고 그리고 검출기에서는 인체를 통해서 입사된 엑스-선을 받아서 인체 영상을 획득하게 된다. 그러나 검출기에서 획득된 영상은 입사되는 엑스-선이 검출기의 정중앙(center)을 주시하기 때문에 검출기에서의 화소 위치에 따라서 확연한 밝기 차이를 보인다.
이런 과정에서 획득된 영상은 이러한 문제점을 해결하고 인체의 정확한 정보를 나타내기 위해서 영상 교정(imaging correction) 과정을 거치게 된다. 일반적인 영상 교정 방법은 엑스-선 입사 없이 전원만 인가된 상태에서 영상을 획득하는 오프셋(Offset) 영상(이하 Off라 함)과 물체 없이 엑스-선만 인가하여 영상을 획득한 이득(Gain) 영상(이하 Gain라 함)을 이용한다.
Figure 112015107324120-pat00001
여기서, Raw는 인체나 물체를 통과하여 획득된 교정을 위한 영상 데이터, Gainmed은 이득 영상으로부터 계산된 이득 중간값(gain median)이며, CorrectImage는 얻고자하는 교정된 결과 영상 데이터이다.
그러나 수학식 1과 같은 방법으로 영상을 교정할 경우, 도 1과 같이 제작된 센서를 타일링하여 검출기를 제작할 때, 여러 장의 센서간에도 동일한 순서로 공정을 진행하였지만 공정 온도 및 시간 등의 차이에 의한 편차가 발생할 수 있다.
또한 도 3와 같은 웨이퍼로부터 센서를 제작할 때, 도핑 농도, 도핑 방향, 식각(etching), 증착(deposition)시 두께 차이에 의해서 부품, 즉, 트랜지스터, 저항, 캐패시터 값들의 편차가 발생하고 그리고 웨이퍼에서 인곳(ingot) 생성시 중심부와 외곽부의 도핑 농도의 편차로 인하여 각 뱅크별 생성되는 기준 전압이 각각 달라서 아날로그 디지털 변환기(analog-to-digital converter, ADC) 기교 범위가 달라지는 문제점이 발생한다.
선행기술로, 국내 등록특허 제10-1394627호는 CMOS X-선 영상의료기기에 사용하는 CMOS X-선 디텍터에 있어서 화소 내부에서 발생하는 신호 잡음의 영향을 효과적으로 제거할 수 있는 CMOS X-선 영상의료기기의 영상 데이터 획득방법 및 이를 위한 장치를 개시한다. 이 발명에 따른 CMOS X-선 영상의료기기의 영상 데이터 획득방법은, 동일한 프레임에 해당되는 시그널 전압과 리셋 전압의 데이터의 차이를 구하여 영상 데이터를 획득하는 것을 특징으로 한다. 그리고 이 발명에 따른 CMOS X-선 디텍터를 갖는 CMOS X-선 영상의료기기의 잡음 제거 장치는; M번째 프레임 시간에서 측정된 단위 화소의 리셋전압을 저장하는 프레임 메모리와, 상기 리셋 전압보다 1 프레임 시간 후에 출력되는 시그널 전압과 상기 리셋전압의 차이를 구하는 뺄셈기를 포함하여 구성된다. 그러나 국내 등록특허 제10-1394627호는 앞서 설명된 종래 문제점을 해결하고 있지 않다.
다른 선행기술로, 국내 공개특허 제10-2011-0091354호는 치과용 동영상 디지털 X-선 영상 획득 시스템에 관한 것으로, CMOS 이미지 센서, ADC, 메모리, 영상처리부, PC 인터페이스, 시스템 제어부를 포함하여 구성되며, 기존 치과용 디지털 X-선 시스템에서 고려되지 않았던 시스템 간 인터페이스 속도저하 문제와 소프트웨어 영상처리로 인한 속도저하 문제를 영상 획득과 처리, 전송을 마이크로컨트롤러를 이용한 소프트웨어 방식 제어가 아닌 디지털 하드웨어로 직접 제어하는 방식을 사용하여 개선 시켜 빠른 영상 획득 및 영상처리 시간 감축으로 인한 동영상 이미지를 제공해 준다. 또한, 영상 내의 잡음을 제거하고 센서의 각 픽셀의 불균일성을 제거하여 영상의 화질을 개선한다. 이 발명에서 CMOS X-선 검출기의 영상을 교정하고는 있지만, 앞서 설명된 종래 문제점을 해결하고 있지 않다.
도 2는 일반적으로 영상검출기를 이용한 영상 처리 시스템의 전체 블록도로, 촬영 렌즈(210), CMOS 영상 검출기(CMOS 촬상 소자)(220), 아날로그 신호 처리부(230), AD 변환부(Analog-Digital Converter)(240), 디지털 신호 처리부(250), 메모리부(254), 표시부(258), 제어부(260) 등을 포함하여 이루어진다. 이는 국내 공개특허공보 제10-2008-0098864호에 공개된 것으로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
촬영 렌즈(210)와 CMOS 영상 검출기(220)를 통해 검출된 영상 신호는 아날로그 신호 처리부(230)로부터 이득이 조정되고, AD 변환부(220)에서 디지털 신호로 변환되어, 디지털 신호 처리부(250)로 전송된다. 디지털 신호 처리부(250)는 AD 변환부(220)로부터 수신된 영상신호를 보정하고, 잡음을 제거하여, 표시부(258)로 출력한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 엑스-선 기반의 CMOS 검출기에서 획득된 영상으로부터 이득 교정(gain correction)을 행할 때, 각 뱅크별 이득 평균치를 이용하여 1차적으로 이득 교정을 수행하고, 각 센서별 이득 평균치를 이용하여 2차적으로 이득 교정을 수행하고, 검출기의 이득 평균치를 이용하여 3차적으로 이득 교정을 수행하여, 정확도 및 정밀도를 보다 높여 이득 교정을 행하는, CMOS 엑스-선 영상 검출기를 위한 이득 교정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 엑스-선 기반의 CMOS 검출기에서 획득된 영상으로부터 이득 교정할 때, 뱅크 단위로 나누어서 이득 교정 수행하되, 각 뱅크별 이득 평균치를 이용하여 이득 교정을 수행하여, 정확도 및 정밀도를 보다 높여 이득 교정을 행하는, CMOS 엑스-선 영상 검출기를 위한 이득 교정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 엑스-선 기반의 CMOS 검출기에서 획득된 영상으로부터 획득한 영상을 이득 교정할 때, CMOS 센서 단위로 나누어서 이득 교정 수행하되, 각 CMOS 센서별 이득 평균치를 이용하여 이득 교정을 수행하여, 정확도 및 정밀도를 보다 높여 이득 교정을 행하는, CMOS 엑스-선 영상 검출기를 위한 이득 교정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 공정 및 부품 편차를 고려하여 각 뱅크별 1차 교정을 수행하되, 각각의 센서에서 뱅크를 교정한 후에 2차적으로 각 센서의 교정을 하며, 이때 센서의 교정은 교정된 각 뱅크를 이용하여 이득 평균치를 구하고, 구하여진 이득 평균치를 적용하기 위해서 각 센서별 영상을 교정하는, CMOS 엑스-선 영상 검출기를 위한 이득 교정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 센서의 교정이 완료되면, 센서간의 특성 차이를 극복하기 위해서 검출기의 교정된 각 센서를 이용하여 이득 평균치를 구하고, 구하여진 이득 평균치를 적용하기 위해서 검출기의 교정된 최종영상을 획득하는, CMOS 엑스-선 영상 검출기를 위한 이득 교정 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 디지탈 신호처리부가 CMOS 엑스선 영상 검출기로부터 영상신호를 수신하여 영상의 이득교정을 하는 CMOS 엑스선 영상 검출기의 이득 교정 방법에 있어서, 각 센서의 각 뱅크의 각 픽셀별 이득데이터로부터 각 센서의 뱅크별 이득평균치를 구하는, 뱅크별 이득평균치 연산단계; 각 센서의 뱅크별 이득평균치와, 기 설정된 각 센서의 뱅크별 오프셋 데이터를 이용하여, 각 센서의 각 뱅크에서 교정된 각 픽셀 값(영상 데이터)을 구하는 1차 교정단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
1차 교정단계에서, 소정 센서의 특정 뱅크에서 교정된 픽셀 값은,
Figure 112015107324120-pat00002
(단,
Figure 112015107324120-pat00003
는 s 센서의 b 뱅크에서 교정된 픽셀 값을 나타내며,
Figure 112015107324120-pat00004
는 s 센서의 b 뱅크에서의 각 픽셀별 이득데이터이고,
Figure 112015107324120-pat00005
는 s 센서의 b 뱅크의 이득평균치이고,
Figure 112015107324120-pat00006
는 s 센서의 b 뱅크에서 교정하고자 하는 픽셀 값(영상 데이터)이고,
Figure 112015107324120-pat00007
는 s 센서의 b 뱅크의 오프셋 데이터이고, N은 각 센서의 뱅크 개수이고, M은 센서의 개수임)
에 의해 구하여진다.
소정 센서의 특정 뱅크의 이득 평균치는
Figure 112015107324120-pat00008
(단,
Figure 112015107324120-pat00009
는 s 센서의 b 뱅크의 이득평균치이며,
Figure 112015107324120-pat00010
는 뱅크의 픽셀 어레이의 화소 배열을 나타냄)
에 의해 구하여진다.
본 발명의 CMOS 엑스선 영상 검출기의 이득 교정 방법은, 각 센서의 뱅크별 이득 평균치를 이용하여 각 센서별 이득 평균치를 구하는, 각 센서별 이득 평균치 연산단계; 각 센서별 이득 평균치와, 각 센서의 뱅크별 이득평균치를 이용하여, 1차 교정단계에서 교정된 픽셀 값을, 2차적으로 교정된 픽셀 값(영상 데이터)을 구하는 2차 교정단계;를 더 포함하여 이루어진다.
2차 교정단계에서, 소정 센서에서 교정된 픽셀 값은,
Figure 112015107324120-pat00011
(단,
Figure 112015107324120-pat00012
는 s센서의 교정된 픽셀 값으로, 2차 교정된 픽셀값이고,
Figure 112015107324120-pat00013
는 s센서의 이득 평균치이고,
Figure 112015107324120-pat00014
는 s 센서의 b 뱅크의 이득평균치이고,
Figure 112015107324120-pat00015
는 s 센서의 b 뱅크에서 교정된 픽셀 값으로, 1차 교정된 픽셀값이며, N은 각 센서의 뱅크 개수이고, M은 센서의 개수임)
에 의해 구하여진다.
소정 센서의 이득 평균치는
Figure 112015107324120-pat00016
(단,
Figure 112015107324120-pat00017
는 s센서의 이득 평균치임)
에 의해 구하여진다.
본 발명의 CMOS 엑스선 영상 검출기의 이득 교정 방법은, 각 센서별 이득 평균치를 이용하여 검출기의 이득 평균치를 구하는, 검출기의 이득 평균치 연산단계;
검출기의 이득 평균치와, 각 센서별 이득 평균치를 이용하여, 2차 교정단계에서 교정된 픽셀 값을, 3차적으로 교정한 검출기의 각 픽셀 값(영상 데이터)을 구하는, 3차 교정단계;를 더 포함하여 이루어진다.
3차 교정단계에서, 검출기에서 교정된 픽셀 값은,
Figure 112015107324120-pat00018
(단,
Figure 112015107324120-pat00019
는 검출기에서 교정된 픽셀 값으로, 3차 교정된 픽셀 값이고,
Figure 112015107324120-pat00020
는 s센서의 교정된 픽셀 값으로, 2차 교정된 픽셀값이고,
Figure 112015107324120-pat00021
는 검출기의 이득 평균치이고,
Figure 112015107324120-pat00022
는 s센서의 이득 평균치이고, M은 센서의 개수임)
에 의해 구하여진다.
검출기의 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00023
)는
Figure 112015107324120-pat00024
에 의해 구하여진다.
또한, 본 발명은, CMOS 엑스선 영상 검출기를 통해 검출된 영상 신호를 디지탈 신호로 변환하는 AD 변환부; AD 변환부로부터 수신된 영상신호로 부터 교정을 행하는 디지털 신호처리부; 디지털 신호처리부로부터 수신된 영상신호를 출력하는 표시부;를 포함하는 CMOS 엑스선 영상 검출기의 영상 처리 시스템에 있어서, 디지털 신호처리부는, CMOS 엑스선 영상 검출기의 각 센서의 각 뱅크의 각 픽셀별 이득데이터로부터 각 센서의 뱅크별 이득평균치를 구하고, 구하여진 각 센서의 뱅크별 이득평균치와, 기 설정된 각 센서의 뱅크별 오프셋 데이터를 이용하여, 1차교정으로서, 각 센서의 각 뱅크에서 교정된 각 픽셀 값(영상 데이터)을 구하는 것을 특징으로 한다.
디지털 신호처리부는, 각 센서의 뱅크별 이득 평균치를 이용하여 각 센서별 이득 평균치를 구하고, 각 센서별 이득 평균치와, 각 센서의 뱅크별 이득평균치를 이용하여, 2차교정으로서, 1차 교정단계에서 교정된 픽셀 값을, 2차적으로 교정된 픽셀 값(영상 데이터)을 구한다.
디지털 신호처리부는, 각 센서별 이득 평균치를 이용하여 검출기의 이득 평균치를 구하고, 검출기의 이득 평균치와, 각 센서별 이득 평균치를 이용하여, 3차 교정으로서, 2차 교정단계에서 교정된 픽셀 값을, 3차적으로 교정한 검출기의 각 픽셀 값(영상 데이터)을 구한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 기재된 CMOS 엑스선 영상 검출기의 이득 교정 방법을 컴퓨터로 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독가능한 기록매체를 특징으로 한다.
본 발명의 CMOS 엑스-선 영상 검출기를 위한 이득 교정 방법에 의하면, 엑스-선 기반의 CMOS 검출기에서 획득된 영상으로부터 이득 교정을 행할 때, 각 뱅크별 이득 평균치를 이용하여 1차적으로 이득 교정을 수행하고, 각 센서별 이득 평균치를 이용하여 2차적으로 이득 교정을 수행하고, 검출기의 이득 평균치를 이용하여 3차적으로 이득 교정을 수행하여, 정확도 및 정밀도를 보다 높여 이득 교정을 행한다.
본 발명은 엑스-선 기반의 CMOS 검출기에서 획득된 영상으로부터 이득 교정할 때, 뱅크 단위로 나누어서 이득 교정 수행하되, 각 뱅크별 이득 평균치를 이용하여 이득 교정을 수행하여, 정확도 및 정밀도를 보다 높여 이득 교정을 행한다.
본 발명은 엑스-선 기반의 CMOS 검출기에서 획득된 영상으로부터 획득한 영상을 이득 교정할 때, CMOS 센서 단위로 나누어서 이득 교정 수행하되, 각 CMOS 센서별 이득 평균치를 이용하여 이득 교정을 수행하여, 정확도 및 정밀도를 보다 높여 이득 교정을 행한다.
본 발명은 공정 및 부품 편차를 고려하여 각 뱅크별 1차 교정을 수행하되, 각각의 센서에서 뱅크를 교정한 후에 2차적으로 각 센서의 교정을 하며, 이때 센서의 교정은 교정된 각 뱅크를 이용하여 이득 평균치를 구하고, 구하여진 이득 평균치를 적용하기 위해서 각 센서별 영상을 교정한다.
본 발명은 센서의 교정이 완료되면, 센서간의 특성 차이를 극복하기 위해서 검출기의 교정된 각 센서를 이용하여 이득 평균치를 구하고, 구하여진 이득 평균치를 적용하기 위해서 검출기의 교정된 최종영상을 획득한다.
도 1은 여러 장의 센서를 타일링하여 대면적 검출기를 구성하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 일반적으로 영상검출기를 이용한 영상 처리 시스템의 전체 블록도이다.
도 3는 한 장의 웨이퍼(wafer)를 가공하여 센서(sensor)를 제작한 예시도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예로, 센서에서 데이터를 획득하기 위한 여러 개의 뱅크로 나누어진 구성도를 나타내는 예시도이다.
도 5는 부품간의 편차를 발생시키는 주요 원인을 설명하는 예시도이다.
도 6는 도 4의 각 뱅크에서 부품간의 편차에 의한 증폭기의 이득(gain)이 달라짐을 설명하는 예시도이다.
도 7은 도 4의 각 뱅크에서 부품 비율 차에 의한 출력 기준전압 차이를 나타내는 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예로, 상보형금속산화막반도체 엑스-선 영상 검출기를 위한 이득 교정 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.
본 발명의 상보형금속산화막반도체 엑스-선 영상 검출기를 위한 이득 교정 방법 및 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 상보형금속산화막반도체 엑스-선 영상 검출기를 위한 이득 교정 장치는 도 2의 디지탈 신호처리부를 포함하여 이루어진다.
도 4은 센서에서 데이터를 획득하기 위한 여러 개의 뱅크로 나누어진 구성도를 나타내는 예시도이고, 도 5는 부품간의 편차를 발생시키는 주요 원인을 설명하는 예시도이고, 도 6는 도 4의 각 뱅크에서 부품간의 편차에 의한 증폭기의 이득(gain)이 달라짐을 설명하는 예시도이다.
도 3의 원판 웨이퍼(wafer)를 공정을 통하여 하나의 센서(sensor)로 제작할 때, 제작된 센서는 도 4에서와 같이 여러 개의 뱅크로 나누어진다. 각 뱅크간에는 도 5에서와 같이 도핑 농도, 도핑 방향, 시각(etching), 그리고 증착(deposition)시 두께 차이와 같은 공정상 편차가 발생하고, 이 공정상 편차에 의해서 도 6에서와 같이 부품(트랜지스터, 저항,그리고 캐패시터) 값들의 편차가 발생한다. 도 7에서와 같이 각 뱅크별 생성되는 기준 전압이 각각 달라서 ADC 기교 범위가 달라지는 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은, 공정 및 부품 편차를 고려하여 각 뱅크별 1차 교정을 수행하며, 이는 수학식 2 및 수학식 3에서와 같이 각 센서의 각 뱅크의 이득평균치(gain mean)를 이용하여, 각 센서의 각 뱅크를 교정한다.
s 센서의 b 뱅크의 이득 평균치인
Figure 112015107324120-pat00025
는 수학식 2와 같이 구하여진다.
Figure 112015107324120-pat00026
여기서 아래 첨자 s는 도 1의 검출기에서 각 센서별 지수를 나타내고, 아래첨자 b는 도 3의 원판 웨이퍼로부터 도 4과 같이 제작된 센서에서 여러 개의 뱅크로 나누어질 때 뱅크 지수를 나타낸다.
Figure 112015107324120-pat00027
는 s 센서의 b 뱅크에 해당하는 이득 데이터를 나타내며, 즉,
Figure 112015107324120-pat00028
는 s 센서의 b 뱅크의 각 픽셀 어레이에 있는 각 픽셀(화소)의 이득 데이터이다. N은 각 센서의 뱅크 개수를 나타내며,
Figure 112015107324120-pat00029
는 뱅크의 픽셀 어레이의 화소 배열을 나타낸다.
수학식 2를 설명하면, s 센서의 b 뱅크의 픽셀의 이득 데이터(
Figure 112015107324120-pat00030
)를
합산하되, 모든 뱅크, 모든 픽셀 어레이의 픽셀의 이득 데이터를 합산하고 이 합산된 값을 뱅크의 개수 및 픽셀어레이의 화소수로 나누어서, 평균을 구한 것이, 해당 센서의 각 뱅크의 픽셀의 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00031
)이다.
s 센서의 b 뱅크로 교정된 출력값인,
Figure 112015107324120-pat00032
는 수학식 3에 의해 구하여진다.
Figure 112015107324120-pat00033
여기서
Figure 112015107324120-pat00034
는 s 센서의 b 뱅크에서 교정하고자 하는 영상 데이터이고,
Figure 112015107324120-pat00035
는 s 센서의 b 뱅크의 오프셋 데이터이고, M은 센서의 개수이다.
Figure 112015107324120-pat00036
는 사용초기에 설정되거나, 공장 출하시 설정된 데이터이다.
수학식 3을 설명하면, 소정 센서의 소정 뱅크에서 교정하고자 하는 영상 데이터(
Figure 112015107324120-pat00037
)에서 해당 센서의 해당 뱅크의 오프셋 데이터(
Figure 112015107324120-pat00038
)를 제한 값을, 해당 센서의 해당 뱅크의 픽셀의 이득 데이터(
Figure 112015107324120-pat00039
)에서 해당 센서의 해당 뱅크의 오프셋 데이터(
Figure 112015107324120-pat00040
)를 제한 값으로, 나눈 값에, 해당 센서의 해당 뱅크의 픽셀의 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00041
)를 곱한 값이, 해당 센서의 해당 뱅크로 교정된 (영상) 출력값(
Figure 112015107324120-pat00042
)이 된다.
각각의 센서에서 뱅크가 교정된 후에는 2차적으로 각 센서의 교정이 필요하다. 이때 센서의 교정은 수학식 3에 의해 교정된 각 뱅크를 이용하여 센서별 이득 평균치(gain mean)를 구하고 구하여진 센서별 이득 평균치를 적용하여 각 센서별 영상을 교정한다.
s센서의 이득 평균치인,
Figure 112015107324120-pat00043
은 수학식 4에 의해 구하여진다.
Figure 112015107324120-pat00044
즉, 수학식 4는 해당센서의 각 뱅크의 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00045
)를 합산하고 뱅크개수로 나누어 해당센서의 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00046
)를 구한다.
수학식 4에 의해 각 센서별 이득 평균치가 구해지면, 이득 평균치를 적용하기 위해서 수학식 5와 같이 각 센서별 교정된 영상을 구한다. 즉, s센서의 교정된 영상(교정된 s 센서 영상)인,
Figure 112015107324120-pat00047
는 다음과 같이 구하여진다.
Figure 112015107324120-pat00048
수학식 5는, 각 센서의 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00049
)를, 각 센서의 해당 뱅크의 이득 평균치 값(
Figure 112015107324120-pat00050
)로 나눈값에, 각 센서의 해당 뱅크로 교정된 출력값(
Figure 112015107324120-pat00051
)를 곱한 값이, 각 센서의 교정된 영상 출력값(
Figure 112015107324120-pat00052
)이 된다.
여기서, s 센서의 b 뱅크의 이득 평균치인
Figure 112015107324120-pat00053
로, s센서의 이득 평균치인,
Figure 112015107324120-pat00054
를 나누어 주는 이유는, 각 뱅크의 이득 평균치 값이 해당하는 센서의 이득 평균치보다 크면 줄여주고, 반대로 작으면 값을 키워주어, 전체적으로 출력 영상값을 균등하게(uniformity) 만들기 위해서이다.
즉, 각 뱅크의 이득 평균치 값(
Figure 112015107324120-pat00055
)이, 해당하는 센서의 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00056
)보다 크면, 교정된 뱅크별 출력값(
Figure 112015107324120-pat00057
)을 줄여서, 교정된 s 센서 영상(
Figure 112015107324120-pat00058
)으로 하고, 반대로, 각 뱅크의 이득 평균치 값(
Figure 112015107324120-pat00059
)이, 해당하는 센서의 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00060
)보다 작으면, 교정된 뱅크별 출력값(
Figure 112015107324120-pat00061
)을 키워서, 교정된 s 센서 영상(
Figure 112015107324120-pat00062
)으로 한다. 따라서, 전체적으로, 교정된 s 센서 영상(
Figure 112015107324120-pat00063
)을 균등하게 만든다.
센서의 교정이 완료되면, 센서 간의 특성 차이를 극복하기 위해서 검출기의 교정된 각 센서를 이용하여 이득 평균치를 구하고, 이득 평균치를 적용하여 검출기의 교정된 최종영상을 획득한다.
도 3의 센서로, 도 1과 같이 한 장의 대면적 검출기를 만들기 위해서 여러 장의 센서를 타일링할 때, 각 센서 간에도 공정 온도 및 시간 차이에 의한 특성 차이를 보인다. 이러한 센서간의 특성 차이를 극복하기 위해서, 검출기의 교정된 각 센서를 이용하여 수학식 6과 같이 검출기의 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00064
)를 구한다.
Figure 112015107324120-pat00065
여기서 아래 첨자 d는 도 1의 검출기(detector)를 나타낸다.
즉, 수학식 6은 각 센서의 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00066
)를 합산하여 센서수로 나누어, 검출기의 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00067
)를 구합니다.
수학식 6으로부터 검출기의 이득 평균치가 구해지면, 이득 평균치를 적용하기 위해서 수학식 7과 같이 검출기의 교정된 최종영상(
Figure 112015107324120-pat00068
)을 획득한다.
Figure 112015107324120-pat00069
수학식 7은, 검출기의 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00070
)를 각 센서의 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00071
)로 나눈 값에, 각 센서의 교정된 영상 출력값(
Figure 112015107324120-pat00072
)을 곱하여 얻은 값이, 검출기의 교정된 최종영상 출력값(
Figure 112015107324120-pat00073
)이 된다.
여기서, s센서의 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00074
)로, 검출기의 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00075
)를 나누어 주는 이유는, 각 센서의 이득 평균치 값이 검출기의 이득 평균치보다 크면 줄여주고, 반대로 작으면 값을 키워주기 때문에, 전체적으로 검출기의 값을 균등하게(uniformity) 만드는 효과가 있다.
도 8은 본 발명의 실시예로, 상보형금속산화막반도체 엑스-선 영상 검출기를 위한 이득 교정 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.
각 센서의 뱅크별 이득평균치 연산단계(S10)로, 각 센서의 각 뱅크의 각 픽셀 어레이의 각 픽셀별 이득데이터(
Figure 112015107324120-pat00076
)를 획득하고, 이 이득데이터로부터 각 센서의 뱅크별 이득평균치(
Figure 112015107324120-pat00077
)를 수학식 2에 의해 구한다.
1차 교정단계(S20)로, 각 센서의 뱅크별 이득평균치(
Figure 112015107324120-pat00078
)와 각 센서의 뱅크별 오프셋 데이터(
Figure 112015107324120-pat00079
)를 이용하여, 각 센서의 각 뱅크에서 교정된 각 픽셀 값(영상 데이터)을 수학식 3에 의해 구한다.
각 센서별 이득 평균치 연산단계(S30)로, 각 센서의 뱅크별 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00080
)를 이용하여 각 센서별 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00081
)를 수학식 4에 의해 구한다.
2차 교정단계(S40)로, 각 센서별 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00082
)와 각 센서의 뱅크별 이득평균치(
Figure 112015107324120-pat00083
)를 이용하여, 1차 교정단계(S20)에서 교정된 픽셀 값을 2차적으로 교정한 각 센서별의 각 픽셀 값(영상 데이터)을 수학식 5에 의해 구한다.
검출기의 이득 평균치 연산단계(S50)로, 각 센서별 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00084
)를 이용하여 수학식 6과 같이 검출기의 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00085
)를 구한다.
3차 교정단계(S40)로, 검출기의 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00086
)과 각 센서별 이득 평균치(
Figure 112015107324120-pat00087
)를 이용하여, 2차 교정단계(S40)에서 교정된 픽셀 값을 3차적으로 교정한 검출기의 각 픽셀 값(영상 데이터)을 수학식 6에 의해 구한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
210: 촬영 렌즈 220: CMOS 영상 검출기 230: 아날로그 신호 처리부
240: AD 변환부 250: 디지털 신호 처리부 254: 메모리부
258: 표시부 260: 제어부

Claims (16)

  1. 디지탈 신호처리부가 CMOS 엑스선 영상 검출기로부터 영상신호를 수신하여 영상의 이득교정을 하는 CMOS 엑스선 영상 검출기의 이득 교정 방법에 있어서,
    각 센서의 각 뱅크의 각 픽셀별 이득데이터로부터 각 센서의 뱅크별 이득평균치를 구하는, 뱅크별 이득평균치 연산단계;
    각 센서의 뱅크별 이득평균치와, 기 설정된 각 센서의 뱅크별 오프셋 데이터를 이용하여, 각 센서의 각 뱅크에서 교정된 각 픽셀 값(영상 데이터)을 구하는 1차 교정단계;
    를 포함하여 이루어지며,
    1차 교정단계에서, 소정 센서의 특정 뱅크에서 교정된 픽셀 값은,
    Figure 112016076252957-pat00088

    (단,
    Figure 112016076252957-pat00089
    는 s 센서의 b 뱅크에서 교정된 픽셀 값을 나타내며,
    Figure 112016076252957-pat00090
    는 s 센서의 b 뱅크에서의 각 픽셀별 이득데이터이고,
    Figure 112016076252957-pat00091
    는 s 센서의 b 뱅크의 이득평균치이고,
    Figure 112016076252957-pat00092
    는 s 센서의 b 뱅크에서 교정하고자 하는 픽셀 값(영상 데이터)이고,
    Figure 112016076252957-pat00093
    는 s 센서의 b 뱅크의 오프셋 데이터이고, N은 각 센서의 뱅크 개수이고, M은 센서의 개수임)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는, CMOS 엑스선 영상 검출기의 이득 교정 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    소정 센서의 특정 뱅크의 이득 평균치는
    Figure 112016076252957-pat00094

    (단,
    Figure 112016076252957-pat00095
    는 s 센서의 b 뱅크의 이득평균치이며,
    Figure 112016076252957-pat00096
    는 뱅크의 픽셀 어레이의 화소 배열을 나타냄)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는, CMOS 엑스선 영상 검출기의 이득 교정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    각 센서의 뱅크별 이득 평균치를 이용하여 각 센서별 이득 평균치를 구하는, 각 센서별 이득 평균치 연산단계;
    각 센서별 이득 평균치와, 각 센서의 뱅크별 이득평균치를 이용하여, 1차 교정단계에서 교정된 픽셀 값을, 2차적으로 교정된 픽셀 값(영상 데이터)을 구하는 2차 교정단계;
    를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, CMOS 엑스선 영상 검출기의 이득 교정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    2차 교정단계에서, 소정 센서에서 교정된 픽셀 값은,
    Figure 112015107324120-pat00097

    (단,
    Figure 112015107324120-pat00098
    는 s센서의 교정된 픽셀 값으로, 2차 교정된 픽셀값이고,
    Figure 112015107324120-pat00099
    는 s센서의 이득 평균치이고,
    Figure 112015107324120-pat00100
    는 s 센서의 b 뱅크의 이득평균치이고,
    Figure 112015107324120-pat00101
    는 s 센서의 b 뱅크에서 교정된 픽셀 값으로, 1차 교정된 픽셀값이며, N은 각 센서의 뱅크 개수이고, M은 센서의 개수임)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는, CMOS 엑스선 영상 검출기의 이득 교정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    소정 센서의 이득 평균치는
    Figure 112015107324120-pat00102

    (단,
    Figure 112015107324120-pat00103
    는 s센서의 이득 평균치임)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는, CMOS 엑스선 영상 검출기의 이득 교정 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    각 센서별 이득 평균치를 이용하여 검출기의 이득 평균치를 구하는, 검출기의 이득 평균치 연산단계;
    검출기의 이득 평균치와, 각 센서별 이득 평균치를 이용하여, 2차 교정단계에서 교정된 픽셀 값을, 3차적으로 교정한 검출기의 각 픽셀 값(영상 데이터)을 구하는, 3차 교정단계;
    를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, CMOS 엑스선 영상 검출기의 이득 교정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    3차 교정단계에서, 검출기에서 교정된 픽셀 값은,
    Figure 112015107324120-pat00104

    (단,
    Figure 112015107324120-pat00105
    는 검출기에서 교정된 픽셀 값으로, 3차 교정된 픽셀 값이고,
    Figure 112015107324120-pat00106
    는 s센서의 교정된 픽셀 값으로, 2차 교정된 픽셀값이고,
    Figure 112015107324120-pat00107
    는 검출기의 이득 평균치이고,
    Figure 112015107324120-pat00108
    는 s센서의 이득 평균치이고, M은 센서의 개수임)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는, CMOS 엑스선 영상 검출기의 이득 교정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    검출기의 이득 평균치(
    Figure 112015107324120-pat00109
    )는
    Figure 112015107324120-pat00110

    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는, CMOS 엑스선 영상 검출기의 이득 교정 방법.
  10. CMOS 엑스선 영상 검출기를 통해 검출된 영상 신호를 디지탈 신호로 변환하는 AD 변환부; AD 변환부로부터 수신된 영상신호로 부터 교정을 행하는 디지털 신호처리부; 디지털 신호처리부로부터 수신된 영상신호를 출력하는 표시부;를 포함하는 CMOS 엑스선 영상 검출기의 영상 처리 시스템에 있어서,
    디지털 신호처리부는, CMOS 엑스선 영상 검출기의 각 센서의 각 뱅크의 각 픽셀별 이득데이터로부터 각 센서의 뱅크별 이득평균치를 구하고, 구하여진 각 센서의 뱅크별 이득평균치와, 기 설정된 각 센서의 뱅크별 오프셋 데이터를 이용하여, 1차교정으로서, 각 센서의 각 뱅크에서 교정된 각 픽셀 값(영상 데이터)을 구하며,
    디지털 신호처리부는, 1차 교정 시, 소정 센서의 특정 뱅크에서 교정된 픽셀 값을,
    Figure 112016076252957-pat00111

    (단,
    Figure 112016076252957-pat00112
    는 s 센서의 b 뱅크에서 교정된 픽셀 값을 나타내며,
    Figure 112016076252957-pat00113
    는 s 센서의 b 뱅크에서의 각 픽셀별 이득데이터이고,
    Figure 112016076252957-pat00114
    는 s 센서의 b 뱅크의 이득평균치이고,
    Figure 112016076252957-pat00115
    는 s 센서의 b 뱅크에서 교정하고자 하는 픽셀 값(영상 데이터)이고,
    Figure 112016076252957-pat00116
    는 s 센서의 b 뱅크의 오프셋 데이터이고, N은 각 센서의 뱅크 개수이고, M은 센서의 개수임)
    에 의해 구하는 것을 특징으로 하는, CMOS 엑스선 영상 검출기의 영상 처리 시스템.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서, 디지털 신호처리부는,
    각 센서의 뱅크별 이득 평균치를 이용하여 각 센서별 이득 평균치를 구하고, 각 센서별 이득 평균치와, 각 센서의 뱅크별 이득평균치를 이용하여, 2차교정으로서, 1차 교정단계에서 교정된 픽셀 값을, 2차적으로 교정된 픽셀 값(영상 데이터)을 구하는 것을 특징으로 하는, CMOS 엑스선 영상 검출기의 영상 처리 시스템..
  13. 제12항에 있어서, 디지털 신호처리부는,
    2차 교정 시, 소정 센서에서 교정된 픽셀 값은,
    Figure 112015107324120-pat00117

    (단,
    Figure 112015107324120-pat00118
    는 s센서의 교정된 픽셀 값으로, 2차 교정된 픽셀값이고,
    Figure 112015107324120-pat00119
    는 s센서의 이득 평균치이고,
    Figure 112015107324120-pat00120
    는 s 센서의 b 뱅크의 이득평균치이고,
    Figure 112015107324120-pat00121
    는 s 센서의 b 뱅크에서 교정된 픽셀 값으로, 1차 교정된 픽셀값이며, N은 각 센서의 뱅크 개수이고, M은 센서의 개수임)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는, CMOS 엑스선 영상 검출기의 영상 처리 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 디지털 신호처리부는,
    각 센서별 이득 평균치를 이용하여 검출기의 이득 평균치를 구하고, 검출기의 이득 평균치와, 각 센서별 이득 평균치를 이용하여, 3차 교정으로서, 2차 교정단계에서 교정된 픽셀 값을, 3차적으로 교정한 검출기의 각 픽셀 값(영상 데이터)을 구하는 것을 특징으로 하는, CMOS 엑스선 영상 검출기의 영상 처리 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 디지털 신호처리부는,
    3차 교정단계에서, 검출기에서 교정된 픽셀 값은,
    Figure 112015107324120-pat00122

    (단,
    Figure 112015107324120-pat00123
    는 검출기에서 교정된 픽셀 값으로, 3차 교정된 픽셀 값이고,
    Figure 112015107324120-pat00124
    는 s센서의 교정된 픽셀 값으로, 2차 교정된 픽셀값이고,
    Figure 112015107324120-pat00125
    는 검출기의 이득 평균치이고,
    Figure 112015107324120-pat00126
    는 s센서의 이득 평균치이고, M은 센서의 개수임)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는, CMOS 엑스선 영상 검출기의 영상 처리 시스템.
  16. 제1항, 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항의 CMOS 엑스선 영상 검출기의 이득 교정 방법을 컴퓨터로 구현하기 위한 프로그램이 기록된, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20070036780A (ko) * 2004-07-06 2007-04-03 요 아야트 리미티드 카드뮴-텔루르계 및 카드뮴-아연-텔루르계 카메라용고에너지 실시간 직접 방사선 변환 엑스선 이미징 시스템
KR20140088687A (ko) * 2013-01-03 2014-07-11 삼성전자주식회사 엑스선 영상 장치 및 엑스선 영상 생성 방법

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