KR101685730B1

KR101685730B1 - 픽셀화된 이미지 센서에서 ｘ-선 광자의 흡수로 인해 발생되는 잡음의 감소

Info

Publication number: KR101685730B1
Application number: KR1020127002834A
Authority: KR
Inventors: 올로프 스벤어니어스
Original assignee: 씬트-엑스 에이비
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2016-12-12
Also published as: US20120126130A1; CN102576455B; EP2449525A4; WO2011002391A1; EP2449525A1; KR20120083275A; US8908954B2; CN102576455A

Abstract

다수의 픽셀을 갖는 이미지 센서에서 x-선 광자의 흡수로 인해 발생되는 잡음을 감소시키는 방법 및 대응 장치가 제공된다. 상기 방법은 x-선의 흡수에 의해 영향받는 소위 핫 픽셀을 식별(S1)하고, 각각의 핫 픽셀에 대해 상기 핫 픽셀의 픽셀 이웃에서 다수의 서로 다른 방향에서의 방향성 기울기를 계산(S2)하는 것에 기초한다. 상기 방법은 또한 각각의 핫 픽셀에 대해 최저 기울기를 갖는 방향들 중 적어도 하나의 방향을 선택(S3)하고, 각각의 핫 픽셀에 대해 상기 선택된 방향(들)에서 이웃 픽셀 값에 기초하여 대체값을 결정(S4)하는 것을 포함한다. 각각의 핫 픽셀에 대해, 상기 핫 픽셀의 값은 상기 결정된 대체값으로 대체된다(S5). 이러한 방식으로 이미지의 해상도(선명도)를 실질적으로 유지하면서 이미지 센서 내 x-선 광자의 흡수로 인해 발생되는 잡음이 감소될 수 있다.

Description

픽셀화된 이미지 센서에서 ｘ-선 광자의 흡수로 인해 발생되는 잡음의 감소{Reduction of noise caused by absorption of x-ray photons in pixelated image sensors}

본 발명은 일반적으로 x-선 영상화(x-ray imaging)에 관한 것이며, 좀 더 구체적으로는 x-선 이미지를 캡쳐하기 위해 신틸레이터(scintillator)와 픽셀화된 이미지 센서가 결합하여 사용되는 상황에 관한 것이다.

x-선 이미지를 캡쳐하기 위해 이미지 센서와 결합하여 신틸레이터를 사용하는 것이 일반적 관행이다. 이러한 구성에서 이미지 센서는 신틸레이터 뒤에 놓여진다. 그러나, 자연의 법칙에 의해, 신틸레이터는 신틸레이터의 표면으로 들어가는 모든 x-선 광자들의 특정 일부만을 흡수할 수 있다. 그 결과, 수많은 미흡수된 x-선 광자들이 신틸레이터를 투과하여 이미지 센서 상으로 계속된다. 이러한 x-선 광자의 일부는 이미지 센서에 흡수되어, x-선 광자가 흡수된 위치 주변에서 하나 또는 수개의 픽셀에 영향을 주는 높은 잡음을 보통 일으킨다.

x-선 영상화에 있어서 일반적인 요구사항은, 흔히 높은 해상도(선명도)와 낮은 잡음 사이의 균형으로서 해석되는, 가능한 최고의 이미지 품질을 달성하는 것이다. 이들 두 가지의 이미지 요건은 전형적으로 모순되어, 높은 해상도는 흔히 높은 잡음을 동반하고 그 반대도 마찬가지이다. 앞의 문단에서 설명된 바와 같이 이미지 센서 내 x-선 광자의 흡수로 인해 발생되는 잡음은 이미지의 해상도(선명도)를 열화시키지 않고 쉽게 여과될 수 없다.

때때로 x-선 흡수 유리로 구성된 광섬유판(FOP; fiber optic plate)이 신틸레이터와 이미지 센서 사이에 배치되어 신틸레이터를 투과한 x-선 광자를 흡수함으로써 잡음을 감소시키도록 한다. 그러나, 이러한 해결책은 비용이 많이 들고 시스템의 전체 두께와 중량을 증가시키는데, 이는 많은 경우 바람직하지 않다.

본 발명은 선행 기술의 이러한 단점 및 기타의 단점을 극복한다.

본 발명의 일반적 목적은 이미지 센서에서 x-선 광자의 흡수로 인해 발생되는 잡음을 감소시킴으로써 개선된 이미지 품질을 제공하는 것이다.

특히 이미지 센서에서 x-선 광자의 흡수로 인해 발생되는 잡음을 감소시키면서 이미지의 해상도(선명도)를 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명의 첫 번째 측면에서는, 다수의 픽셀을 갖는 이미지 센서에서 x-선 광자의 흡수로 인해 발생되는 잡음을 감소시키는 방법이 제공된다. 상기 방법은 x-선의 흡수에 의해 영향받는 소위 핫 픽셀(hot pixels)을 식별하고, 각각의 핫 픽셀에 대해 상기 핫 픽셀의 픽셀 이웃에서 다수의 서로 다른 방향에서의 방향성 기울기를 계산하는 것에 기초한다. 상기 방법은 또한 각각의 핫 픽셀에 대해 최저 기울기를 갖는 방향들 중 적어도 하나의 방향을 선택하고, 각각의 핫 픽셀에 대해 상기 선택된 방향(들)에서 이웃 픽셀 값에 기초하여 대체값을 결정하는 것을 포함한다. 각각의 핫 픽셀에 대해, 상기 핫 픽셀의 값은 상기 결정된 대체값으로 대체된다.

이러한 방식으로 이미지의 해상도(선명도)를 실질적으로 유지하면서 이미지 센서 내 x-선 광자의 흡수로 인해 발생되는 잡음은 감소될 수 있다.

본 발명의 두 번째 측면에서는, 다수의 픽셀을 갖는 이미지 센서에서 x-선 광자의 흡수로 인해 발생되는 잡음을 감소시키는 장치가 제공된다. 상기 장치는 x-선의 흡수에 의해 영향받는 소위 핫 픽셀(hot pixels)을 식별하도록 구성되고, 각각의 핫 픽셀에 대해 상기 핫 픽셀의 픽셀 이웃에서 다수의 서로 다른 방향에서의 방향성 기울기를 계산하도록 구성된다. 또한 상기 장치는 각각의 핫 픽셀에 대해 최고 기울기를 갖는 방향(들)을 제외한 적어도 하나의 방향을 선택하도록 구성되고, 각각의 핫 픽셀에 대해 상기 선택된 방향(들)에서 이웃 픽셀 값에 기초하여 대체값을 결정하도록 구성된다. 상기 장치는 또한 각각의 핫 픽셀에 대해, 상기 핫 픽셀의 값을 상기 결정된 대체값으로 대체하도록 구성된다.

또한, 이미지 센서와 결합하여 배치된 신틸레이터 및 잡음 감소 장치로 구성되는 x-선 영상화 시스템 뿐만 아니라, 그러한 잡음 감소 장치로 구성되는 x-선 센서 시스템이 제공된다.

기본적으로 본 발명은 다음과 같은 잇점을 제공한다: 소형 및 경량의 x-선 센서 시스템으로 높은 해상도 및 낮은 잡음의 x-선 이미지를 캡쳐할 수 있는 능력.

본 발명은 특히 다음의 기술적 응용에 있어 유용하다: 치과용 x-선, 산업용 x-선 응용, 및 과학적 x-선 응용.

본 발명의 다른 잇점들은 아래 기술되는 상세한 설명으로부터 인식될 것이다.

본 발명의 추가 목적 및 잇점과 함께 본 발명은, 첨부 도면과 함께 아래의 상세한 설명을 참고함으로써 가장 잘 이해될 수 있다.
도 1a 및 1b는 픽셀을 갖는 이미지 센서 및 신틸레이터의 단면을 도시하는 것으로, 원하는 기능(도 1a) 및 잡음을 발생하는 원하지 않는 과정(도 1b)을 나타낸다.
도 2는 다수의 픽셀을 갖는 이미지 센서에서 x-선 광자의 흡수로 인해 발생되는 잡음을 감소시키기 위한 예시적 방법을 나타내는 도식적 순서도이다.
도 3은 잡음-감소 장치의 일 예를 도시하는 도식적 블록 다이어그램이다.
도 4는 전체 x-선 영상화 시스템의 일 예를 도시하는 도식적 블록 다이어그램이다.
도 5는 신틸레이터, 이미지 센서(A), 판독 및 제어용 회로(B), 이미지 처리용 회로(C) 및 컴퓨터(D)를 포함하는 전형적 장치의 예시적 블록 다이어그램이다. 가능한 장치의 구성은 오른쪽에 도시되며, 하이픈("-")은 장치들 사이의 분리를 나타낸다.
도 6은 이웃 크기를 정의하고, "핫" 픽셀 기준을 정의하고, "핫" 픽셀을 식별하고, 방향성 기울기(들)를 계산하고, 낮거나 가장 낮은 기울기(들)를 갖는 방향(들)을 결정하고, "핫" 픽셀의 대체값을 결정하는 과정을 보여주는 예시적 순서도이다.
도 7은 중심 픽셀이 분석되어 그것의 이웃 픽셀들(가장 근접한 것과 한 단계 떨어진 것)과 비교되는 픽셀 이웃의 평면도이다.
도 8은 픽셀 이웃의 평면도이다. 이웃에 있는 픽셀들의 서로 다른 패턴/그레이 레벨(gray levels)은 통계적 변동으로 인해 픽셀들 사이에 신호 레벨의 편차를 갖는 전형적 상황을 도시한다.
도 9는 동일한 픽셀 이웃의 평면도이다. 부분적 x-선 흡수를 갖는 선명한 사물(예를 들어 치아)은 오른쪽 두 개 칼럼을 덮는다. 이웃의 픽셀 값에 기초하여 기울기가 각 방향에 대하여 계산된다. 이 예에서, 다양한 콤파스 방향이 표시되어 있다.
도 10은 동일한 픽셀 이웃의 평면도이다. 중심 픽셀에 대한 대체값은 낮거나 가장 낮은 기울기의 방향(들)에 있는 이웃 값에 기초하여 계산된다.

도면 전체를 통해, 유사하거나 대응하는 요소들에 대하여 동일한 도면 부호가 사용된다.

본 발명은 이제 일부 예시적이고 비제한적인 실시예를 참고로 하여 기술될 것이다.

도 1a 및 1b는 x-선 영상화를 위한 전형적 구성에서의 신틸레이터 및 이미지 센서를 도시한다. 도 1a는 신틸레이터(10)에서 x-선 흡수 및 발광이 되고, 이미지 센서(20)에서 가시광 흡수가 되는 구성의 원하는 기능(wanted function)을 도시한다. 도 1b는 x-선 광자가 신틸레이터(10)를 투과하여 이미지 센서(20)에 흡수되는 구성의, 원하지 않는 과정(unwanted process)을 도시한다. 이러한 구성의 원하는 기능은 도 1a에 도시된다: 신틸레이터가 x-선 광자를 흡수하고, 이러한 x-선 광자 각각에 대하여 가시 영영에서 광자를 분출시킴으로써, 전하결합장치(CCD; charge-coupled device) 또는 CMOS 이미징 센서(CIS)와 같은 감광 이미지 센서에 의해 캡쳐될 수 있는 광 이미지를 발생한다. 그러나, 신틸레이터는 신틸레이터의 표면에 들어오는 x-선 광자의 일부를 흡수할 수 있을 뿐이다. 그 결과, 도 1b에 도시된 바와 같이, 다수의 흡수되지 않은 x-선 광자들이 신틸레이터를 투과하여 이미지 센서 상으로 계속된다. 이러한 x-선 광자의 일부는 이미지 센서에 흡수되어, x-선 광자가 흡수된 위치의 이웃에서 하나 또는 수개의 픽셀에 영향을 주는 높은 잡음을 보통 일으킨다.

기본적인 아이디어는 이미지의 해상도(선명도)를 실질적으로 유지하면서 이미지 센서 내 x-선 광자의 흡수로 인해 발생되는 잡음을 감소시키는 신규한 잡음-감소 필터 또는 알고리즘을 적용하는 것이다.

본 발명의 다양한 측면은 잡음-감소를 위한 방법 및 장치 모두를 커버한다.

도 2는 다수의 픽셀을 갖는 이미지 센서에서 x-선 광자의 흡수로 인해 발생되는 잡음을 감소시키기 위한 예시적 방법을 나타내는 도식적 순서도이다. 스텝 S1은 x-선의 흡수에 의해 영향받는 소위 핫 픽셀을 식별하는 것을 포함한다. 스텝 S2는 각각의 핫 픽셀에 대해, 상기 핫 픽셀의 픽셀 이웃에서 다수의 서로 다른 방향에서의 방향성 기울기를 계산하는 것을 포함한다. 스텝 S3는 각각의 핫 픽셀에 대해, 최저 기울기를 갖는 방향들 중 적어도 하나의 방향을 선택하는 것을 포함한다. 스텝 S4는 각각의 핫 픽셀에 대해, 상기 선택된 방향(들)에서 이웃 픽셀 값에 기초하여 대체값을 결정하는 것을 포함한다. 스텝 S5는 각각의 핫 픽셀에 대해, 상기 핫 픽셀의 값을 상기 결정된 대체값으로 대체하는 것을 포함한다.

이러한 방식으로 이미지의 해상도(선명도)를 실질적으로 유지하면서 이미지 센서 내 x-선 광자의 흡수로 인해 발생되는 잡음이 감소될 수 있다.

예를 들어, 스텝 S1은 픽셀 값이 이웃 픽셀들로부터 유도되는 대표 합산 값으로부터 소정의 정도로 벗어나는 경우 그 픽셀을 핫 픽셀로서 식별하는 것을 포함할 수 있다. 구체적인 예로서, 픽셀은, 그것의 값이 예상되는 통계적 변동에 의해 결정되는 한계를 넘어 그 이웃 평균을 초과할 경우 핫 픽셀로서 식별된다.

예를 들어, 스텝 S2는 고려되는 방향에서 이웃 픽셀 값에 기초하여 기울기를, 각 방향에 대해 계산하는 것을 포함할 수 있다.

예를 들어, 스텝 S3는 최저 기울기를 갖는 방향을 선택하는 것을 포함할 수 있고, 스텝 S4는 상기 최저 기울기를 갖는 방향에서 이웃 픽셀 값에 기초하여 대체값을 결정하는 것을 포함한다.

도 3은 잡음-감소 장치의 일 예를 도시하는 도식적 블록 다이어그램이다. 잡음 감소 장치(30)는 이미지 센서에서 x-선 광자의 흡수로 인해 발생되는 잡음을 감소하도록 조정된다.

기본적으로, 잡음-감소 장치(30)는 핫 픽셀 식별 유닛(31), 기울기 계산 유닛(32), 선택 유닛(33), 대체값 결정 유닛(34) 및 대체 유닛(35)을 포함한다.

상기 장치(30)는 x-선의 흡수에 의해 영향받는 소위 핫 픽셀을 식별하도록 구성되고, 각각의 핫 픽셀에 대해 상기 핫 픽셀의 픽셀 이웃에서 다수의 서로 다른 방향에서의 방향성 기울기를 계산하도록 구성된다. 또한 상기 장치(30)는 각각의 핫 픽셀에 대해 최고 기울기를 갖는 방향(들)을 제외한 적어도 하나의 방향을 선택하도록 구성되고, 각각의 핫 픽셀에 대해 상기 선택된 방향(들)에서 이웃 픽셀 값에 기초하여 대체값을 결정하도록 구성된다. 상기 장치(30)는 또한 각각의 핫 픽셀에 대해, 상기 핫 픽셀의 값을 상기 결정된 대체값으로 대체하도록 구성된다.

따라서 최고 기울기를 갖는 방향(들)을 적어도 제외시키고, 나머지 방향들 중 하나 이상에서 픽셀 값을 처리하여 핫 픽셀에 대한 적당한 대체값을 결정하는 것이 유익하다.

달리 말하면, 최저 기울기를 갖는 방향들 중 적어도 일 방향을 선택하여 상기 선택된 방향(들)에서 이웃 픽셀 값에 기초하여 대체값을 결정하는 것이 바람직할 수 있다.

예를 들어, 상기 장치(30)는 고려되는 방향에서 이웃 픽셀 값에 기초하여 기울기를, 각 방향에 대해 계산하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 상기 장치(30)는 픽셀 값이 이웃 픽셀들로부터 유도되는 대표 합산 값으로부터 소정의 정도로 벗어나는 경우 그 픽셀을 핫 픽셀로서 식별하도록 구성될 수 있다. 구체적인 예로서, 픽셀은, 그것의 값이 예상되는 통계적 변동에 의해 결정되는 한계를 넘어 그 이웃 평균을 초과할 경우 상기 장치(30)에 의해 핫 픽셀로서 식별된다.

예를 들어, 상기 장치(30)는 최저 기울기를 갖는 방향을 선택하도록 구성되고, 상기 최저 기울기를 갖는 방향에서 이웃 픽셀 값에 기초하여 대체값을 결정하도록 구성될 수 있다.

상기 잡음-감소 장치(30)는 바람직하게 잡음-감소 필터로서 실행된다. 상기 필터는 예를 들어 적당한 처리 장치에 의해 잡음-감소 소프트웨어 실행 알고리즘으로서 실행될 수 있거나, 또는 상기 잡음-감소 알고리즘은 하드웨어로 실행된다.

본 발명은 광섬유판(FOP)으로 얻어지는 결과와 유사한 결과를 산출하며, 따라서 처리 하드웨어에 의해 실행용 소프트웨어로 실행될 경우 "소프트-FOP"로서 간주될 수 있다.

도 4는 전체 x-선 영상화 시스템(100)의 일 예를 도시하는 도식적 블록 다이어그램으로서, 상기 x-선 영상화 시스템(100)은 신틸레이터(10), 다수의 픽셀을 갖는 이미지 센서(20), 및 잡음-감소 장치(30)로 구성된다. 상기 전체 x-선 영상화 시스템(100)은 또한 유용한 x-선 이미지를 산출하기 위한 이미지 처리 유닛(40)을 보통 포함한다.

상기 이미지 센서(20) 및 잡음 감소 장치(30)는 x-선 센서 시스템(80)으로서 간주될 수 있다.

또는 상기 잡음-감소 장치(30)는 이미지 처리 유닛(40)의 일부로서 실행될 수 있다.

따라서 본 발명은 또한 신틸레이터, 이미지 센서 및 신규의 잡음-감소 필터/장치에 기초하는 x-선 영상화 시스템 뿐만 아니라 x-선 센서 시스템도 제공한다.

달리 말하면, 본 발명은 적어도 부분적으로, 이미지의 해상도(선명도)를 실질적으로 유지하면서 이미지 센서 내 x-선 광자의 흡수로 인해 발생되는 잡음을 감소시키기 위한 필터 또는 알고리즘에 관한 것이다. 따라서 후처리 필터에 의해 종래의 광섬유판을 대체하는 것이 가능할 수 있다.

상기 지시된 바와 같이, 상기 필터는 예를 들어, 적당한 처리 장치, 예를 들면 컴퓨터 또는 디지털 신호 처리장치(DSP), 및/또는 필드 프로그램가능한 게이트 어레이(FPGA; field programmable gate array) 및 프로그램가능한 로직 컨트롤러(PLC; programmable logic controller) 장치와 같은 임의의 프로그램가능한 로직 장치에 의해, 잡음-감소 소프트웨어 실행 알고리즘으로서 실행될 수 있다. 또는, 상기 필터 알고리즘은 예를 들어 주문형 반도체(ASIC; application specific integrated circuit) 기술을 이용하여 하드웨어에서 실행될 수 있다.

바람직하게, 상기 필터는 앞서 기술된 바와 같이 소위 기울기-기초 핫-픽셀 여과를 실행한다.

상기 해상도(선명도)는 변조전달함수(MTF; modulation transfer function)로서 해석될 수 있고, 따라서 상기 후처리 잡음-감소 필터는 MTF-보존 필터로서 간주될 수 있다.

도 5는 신틸레이터(10), 이미지 센서(20)(A), 판독 및 제어용 회로(25)(B), 이미지 처리용 회로(40)(C) 및 컴퓨터(50)(D)를 포함하는, 전형적 장치의 예시적 블록 다이어그램이다. 가능한 장치의 구성은 오른쪽에 도시되며, 하이픈("-")은 장치들 사이의 분리를 나타낸다. 표시된 바와 같이, 광범위하게 다양한 서로 다른 가능한 장치 구성이 존재한다.

이미지 센서(20)는 바람직하게 다수의 픽셀을 갖는 픽셀화된 이미지 센서이다.

본 발명의 잡음-감소 장치(30)는 예를 들어, 컴퓨터(50)(D)와 같은 처리 장치에 의해 실행되기 위한 소프트웨어 모듈로서 또는 하드웨어 회로로서, 임의의 회로(25, 40, 50)(B, C 및 D)에서 실행될 수 있다. 회로(20 및 25)(A 및 B)가 통합될 수 있음을 또한 이해하여야 한다. 또는, 회로(25 및 40)(B 및 C)가 통합될 수 있거나, 모든 회로(20, 25 및 40)(A, B 및 C)가 통합될 수 있다. 컴퓨터(50)(D)에 회로(25 및/또는 40)(B 및/또는 C)를 통합하는 것도 가능하다. 회로(25)(B) 및 회로(50)(D) 사이의 직접 링크 "L"은 선택적이다. 도 5에서, 양방향 화살표는 양방향 또는 단방향 통신을 가리킨다.

도 6은 이웃 크기를 정의하고, "핫" 픽셀 기준을 정의하고, "핫" 픽셀을 식별하고, 방향성 기울기(들)를 계산하고, 낮거나 가장 낮은 기울기(들)를 갖는 방향(들)을 결정하고, "핫" 픽셀의 대체값을 결정하는 과정을 도시하는 예시적 순서도이다.

도 6의 특정 실시예에서, 스텝 S11은 x-선 이미지를 캡쳐하는 것을 포함한다. 스텝 S12는 원하는 이웃 크기(예를 들어 5 x 5)를 정의하는 것을 포함한다. 스텝 S13는 "핫" 픽셀의 식별 기준을 정의하는 것을 포함한다. 스텝 S14는 이미지 내 각 픽셀을 통과시키는 것을 포함한다. 스텝 S15에서는, 픽셀이 핫인지 아닌지를 조사한다. 만약 핫 픽셀이 아니면(NO), 그 다음 픽셀을 확인한다. 그 픽셀이 핫이면(YES), 상기 방법은 스텝 S16 내지 S19로 이어진다. 스텝 S16은 핫 픽셀의 이웃의 방향성 기울기(들)를 계산하는 것을 포함한다. 스텝 S17은 낮은 또는 최저 기울기(들)를 갖는 방향(들)을 결정하는 것을 포함한다. 스텝 S18은 이렇게 결정된 방향(들)에서의 픽셀 값에 기초하여 상기 "핫" 픽셀의 대체값을 결정하는 것을 포함한다. 스텝 S19는 이렇게 결정된 상기 대체값으로 상기 "핫" 픽셀의 값을 대체하는 것을 포함한다.

이미지의 가장자리에 가장 가까운 픽셀에 대해서는 감소된 이웃 크기가 이용될 수 있다.

도 7 내지 10은 이웃 크기 5x5 픽셀을 갖고 선명한 사물이 오른쪽 두 개의 칼럼을 덮고 있는 예를 도시한다.

도 7은 중심 픽셀이 분석되고 그것의 이웃 픽셀들(가장 근접한 것과 한 단계 떨어진 것)과 비교되는 픽셀 이웃의 평면도이다.

도 8은 픽셀 이웃의 평면도이다. 이웃에 있는 픽셀들의 서로 다른 패턴/그레이 레벨은 통계적 변동으로 인해 픽셀들 사이에 신호의 편차를 갖는 전형적 상황을 도시한다. 중심 픽셀의 값이 예상되는 통계적 변동에 의해 결정되는 한계를 넘어 그 이웃을 초과하면, 중심 픽셀은 "핫"한 것으로 결정되며, 이는 이러한 픽셀에서(또는 근처에서) x-선 광자의 흡수를 가리킨다. 이러한 과정에 의해, 상기 중심 픽셀이 "핫"한 것으로 결정되면, 그 값은 이웃에서의 픽셀 값에 기초하여 계산된 값에 의해 대체될 것이다. 아래에서는, 이 실시예에서의 중심 픽셀을 "핫"한 것으로 가정한다.

도 9는 동일한 픽셀 이웃의 평면도이다. 부분적 x-선 흡수를 갖는 선명한 사물(예를 들어 치아)이 오른쪽 두 개 칼럼을 덮는다. 이웃에서의 픽셀 값에 기초하여 각 방향에서의 기울기가 계산된다. 이 예에서는, 기초적인 콤파스 방향(N, S, W, E)이 표시되어 있다. 당연히 대각선 방향도 고려될 수 있으며, SW-NE, SE-NW로 예시된다. 상기 중심 픽셀에 대한 대체값은 최고 기울기의 방향(들)을 제외한 방향(들)에서 이웃 값들에 기초하여 계산된다. 이렇게 함으로써, 선명한 가장자리와 미세한 사물의 흐려짐(blurring)이 피해질 수 있고, 그럼으로써 이미지의 해상도(선명도)를 유지하면서 잡음을 줄일 수 있다.

도 10은 동일한 픽셀 이웃의 평면도이다. 이 예에서, 중심 픽셀에 대한 대체값은 낮거나 가장 낮은 기울기의 방향(들)에서 이웃 값에 기초하여 계산된다.

도 10의 예는 픽셀 값을 대체하기 전(왼쪽)과 후(오른쪽)의 중심 픽셀을 도시한다. 이 예에서 상기 대체값은 S-N 방향(최저 기울기 방향)에서의 이웃 픽셀값에 의해 결정된다.

앞서 기술된 스텝들은 보통 이미지 내 각 픽셀에 대해 반복된다.

당연히, 고려되는 이웃의 크기는 예시된 5 x 5 이웃과 달라질 수 있다; 더 작거나 더 큰 이웃 영역이 고려될 수 있다. 또한, 이미지의 가장자리에 가장 가까운 픽셀들에 대해서는 감소된 이웃 크기가 이용될 수 있다.

상기 기술된 실시예들은 본 발명의 몇 가지 예시적 실시예로서 이해되어야 한다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 변경, 조합 및 변화가 실시예에 가해질 수 있음은 당업자에 의해 이해될 것이다. 특히, 다른 실시예에서의 서로 다른 부분 해결책들은 기술적으로 가능한 다른 구성에서 결합될 수 있다.

10: 신틸레이터
20: 이미지 센서
25: 판독 및 제어용 회로
30: 잡음-감소 장치
31: 핫 픽셀 식별 유닛
32: 기울기 계산 유닛
33: 선택 유닛
34: 대체값 결정 유닛
35: 대체 유닛
40: 이미지 처리 유닛, 이미지 처리용 회로
50: 컴퓨터
80: x-선 센서 시스템
100: x-선 영상화 시스템

Claims

다수의 픽셀을 갖는 이미지 센서에서 x-선 광자의 흡수로 인해 발생되는 잡음을 감소시키는 방법으로서,
x-선의 흡수에 의해 영향받는 소위 핫 픽셀(hot pixels)을 식별하는 단계(S1; S15);
각각의 핫 픽셀에 대해, 상기 핫 픽셀의 픽셀 이웃에서 다수의 서로 다른 방향에서의 방향성 기울기를 계산하고, 상기 기울기는 각 방향에 대해, 고려되는 방향에서 이웃 픽셀 값에 기초하여 계산하는 단계(S2; S16);
각각의 핫 픽셀에 대해, 최저 기울기를 갖는 방향들 중 하나 이상의 방향을 선택하는 단계(S3; S17);
각각의 핫 픽셀에 대해, 상기 선택된 방향(들)에서 이웃 픽셀 값에 기초하여 대체값을 결정하는 단계(S4; S18); 및
각각의 핫 픽셀에 대해, 상기 결정된 대체값으로 상기 핫 픽셀의 값을 대체하는 단계(S5; S19)로 구성되는 잡음 감소 방법.
청구항 1에 있어서, 각각의 핫 픽셀에 대해 방향성 기울기를 계산하는 상기 단계(S2; S16)는 고려되는 방향에서 이웃 픽셀 값에 기초하여 기울기를, 각 방향에 대해 계산하는 단계로 구성되는 잡음 감소 방법.
청구항 1에 있어서, 핫 픽셀을 식별하는 상기 단계(S1; S15)는 픽셀의 값이 이웃 픽셀들로부터 유도되는 대표 합산 값으로부터 소정의 정도로 벗어나는 경우 그 픽셀을 핫 픽셀로서 식별하는 단계로 구성되는 잡음 감소 방법.
청구항 3에 있어서, 핫 픽셀을 식별하는 상기 단계(S1; S15)는 픽셀 값이 예상되는 통계적 변동에 의해 결정되는 한계를 넘어 그 이웃을 초과할 경우 그 픽셀을 핫 픽셀로서 식별하는 단계로 구성되는 잡음 감소 방법.
청구항 1에 있어서, 하나 이상의 방향을 선택하는 상기 단계(S3; S17)는 최저 기울기를 갖는 방향을 선택하는 단계로 구성되고, 대체값을 결정하는 상기 단계는 최저 기울기를 갖는 방향에서 이웃 픽셀 값에 기초하여 대체값을 결정하는 단계로 구성되는 잡음 감소 방법.
다수의 픽셀을 갖는 이미지 센서(20)에서 x-선 광자의 흡수로 인해 발생되는 잡음을 감소시키기 위한 장치(30)로서,
상기 장치(30)는 x-선의 흡수에 의해 영향받는 소위 핫 픽셀을 식별하도록 구성되고,
각각의 핫 픽셀에 대해, 상기 핫 픽셀의 픽셀 이웃에서 다수의 서로 다른 방향에서의 방향성 기울기를 계산하고, 상기 기울기는 각 방향에 대해, 고려되는 방향에서 이웃 픽셀 값에 기초하여 계산되도록 구성되며,
각각의 핫 픽셀에 대해, 최고 기울기를 갖는 방향(들)을 제외한 하나 이상의 방향을 선택하도록 구성되고,
각각의 핫 픽셀에 대해, 상기 선택된 방향(들)에서 이웃 픽셀 값에 기초하여 대체값을 결정하도록 구성되며,
각각의 핫 픽셀에 대해, 상기 결정된 대체값으로 상기 핫 픽셀의 값을 대체하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 잡음 감소 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 장치(30)는 고려되는 방향에서 이웃 픽셀 값에 기초하여 기울기를, 각 방향에 대해 계산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 잡음 감소 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 장치(30)는 픽셀의 값이 이웃 픽셀들로부터 유도되는 대표 합산 값으로부터 소정의 정도로 벗어나는 경우 그 픽셀을 핫 픽셀로서 식별하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 잡음 감소 장치.
청구항 8에 있어서, 상기 장치(30)는 픽셀 값이 예상되는 통계적 변동에 의해 결정되는 한계를 넘어 그 이웃을 초과할 경우 그 픽셀을 핫 픽셀로서 식별하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 잡음 감소 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 장치(30)는 최저 기울기를 갖는 방향을 선택하도록 구성되고, 상기 최저 기울기를 갖는 방향에서 이웃 픽셀 값에 기초하여 대체값을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 잡음 감소 장치.
청구항 6항에 있어서, 상기 장치(30)는 잡음-감소 필터로서 구성되는 것을 특징으로 하는 잡음 감소 장치.
청구항 11에 있어서, 상기 잡음-감소 필터는 처리 장치에 의해 잡음-감소 소프트웨어 실행 알고리즘으로서 실행되는 것을 특징으로 하는 잡음 감소 장치.
청구항 11에 있어서, 상기 잡음-감소 필터는 하드웨어로 실행되는 것을 특징으로 하는 잡음 감소 장치.
청구항 6 내지 13 중 어느 한 항에 따른 잡음 감소 장치(30)로 구성되는 x-선 센서 시스템(80).
이미지 센서(20)와 결합하여 배치되는 신틸레이터(10), 및 청구항 6 내지 13 중 어느 한 항에 따른 잡음 감소 장치(30)로 구성되는 x-선 영상화 시스템(100).