WO2024070230A1 - Ｘ線位相イメージング装置およびｘ線位相イメージング画像解析方法 - Google Patents

Ｘ線位相イメージング装置およびｘ線位相イメージング画像解析方法 Download PDF

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WO2024070230A1
WO2024070230A1 PCT/JP2023/028534 JP2023028534W WO2024070230A1 WO 2024070230 A1 WO2024070230 A1 WO 2024070230A1 JP 2023028534 W JP2023028534 W JP 2023028534W WO 2024070230 A1 WO2024070230 A1 WO 2024070230A1
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WO
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subject
orientation
image
ray
binarized
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PCT/JP2023/028534
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English (en)
French (fr)
Inventor
貴弘 土岐
健士 木村
直樹 森本
石川 理沙 永井
Original Assignee
株式会社島津製作所
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/041—Phase-contrast imaging, e.g. using grating interferometers

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray phase imaging device and an X-ray phase imaging image analysis method, and in particular to an X-ray phase imaging device and an X-ray phase imaging image analysis method that images an object while rotating the object and multiple gratings relative to each other.
  • Patent Publication No. 6943090 discloses an X-ray imaging device that includes an X-ray source, multiple gratings including a first grating and a second grating, a detector, an image processing unit, a control unit, and a direction change mechanism.
  • the configuration disclosed in Patent Publication No. 6943090 rotates the subject and the multiple gratings relative to each other using the direction change mechanism, changing the orientation of the subject relative to the multiple gratings and generating multiple dark field images according to the orientation of the subject.
  • the X-ray imaging device is configured to image carbon fiber reinforced plastic (CFRP) as the subject.
  • Patent Publication No. 6943090 also discloses a configuration that extracts fibers extending in different directions contained in the subject based on the generated dark field image.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • CFRP containing carbon fibers has high mechanical strength against forces acting in the direction in which the fibers extend, and low mechanical strength against forces acting in a direction intersecting the direction in which the fibers extend.
  • an X-ray phase imaging device such as that disclosed in Patent Publication No. 6943090, although it is possible to obtain the direction in which the fibers extend (orientation information), it is difficult for the user to grasp the parts where mechanical strength is reduced due to the orientation of the fibers. Therefore, there is a demand for an X-ray phase imaging device that can easily grasp the parts of a subject where mechanical strength is reduced due to the orientation of the fibers.
  • This invention has been made to solve the above problems, and one object of the invention is to provide an X-ray phase imaging device and an X-ray phase imaging image analysis method that can easily identify areas in a subject where mechanical strength has been reduced due to fiber orientation.
  • an X-ray phase imaging device for predicting a position where the mechanical strength of a subject containing fibers is reduced, and includes an X-ray source for irradiating X-rays, an X-ray detector for detecting the X-rays irradiated from the X-ray source, a plurality of gratings arranged between the X-ray source and the X-ray detector, a rotation mechanism for relatively rotating the subject and the plurality of gratings in a rotational direction about the X-ray irradiation axis, an image processing unit for rotating the subject and the plurality of gratings relative to each other using the rotation mechanism and changing the orientation of the subject relative to the plurality of gratings for imaging, thereby generating a plurality of X-ray phase contrast images for each orientation of the subject relative to the plurality of gratings based on the X-ray intensity
  • the X-ray phase imaging image analysis method is an X-ray phase imaging image analysis method for predicting the position where the mechanical strength of a subject containing fibers is reduced, and includes the steps of imaging the subject and a plurality of gratings arranged between an X-ray source and an X-ray detector at a plurality of imaging angles while rotating the subject relative to a rotational direction around the X-ray irradiation axis direction, generating a plurality of X-ray phase contrast images for each orientation of the subject relative to the plurality of gratings based on the X-ray intensity distribution detected by the X-ray detector, acquiring orientation information regarding the orientation of fibers contained in the subject based on the plurality of X-ray phase contrast images, and acquiring a feature amount regarding the mechanical strength of the subject based on the acquired orientation information.
  • feature quantities related to the mechanical strength of the subject are obtained based on orientation information related to the orientation of fibers contained in the subject. This allows the user to confirm feature quantities related to the mechanical strength of the subject obtained based on the orientation information. As a result, it is possible to easily grasp the parts of the subject where mechanical strength is reduced due to the orientation of fibers.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of an X-ray phase imaging apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a configuration of an X-ray imaging unit according to an embodiment.
  • 2 is a schematic diagram for explaining the configuration of a rotation mechanism of an X-ray phase imaging apparatus according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the configuration of a grating position adjustment mechanism of an X-ray phase imaging apparatus according to one embodiment.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a configuration for generating an X-ray phase contrast image.
  • 2A to 2C are schematic diagrams for explaining an absorption image, a differential phase image, and a dark-field image generated by an X-ray phase imaging apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the structure of a subject.
  • FIG. 13 is a schematic diagram for explaining imaging of a subject divided into a plurality of test pieces.
  • FIG. 13 is a schematic diagram for explaining a configuration for acquiring orientation information from a dark-field image. 13 is a graph for explaining a configuration for acquiring orientation information from a dark-field image.
  • FIG. 13 is a schematic diagram for explaining an orientation analysis image.
  • 11 is a schematic diagram for explaining a tensor image generated from an orientation analysis image.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a binarized image generated by an image processing unit according to an embodiment.
  • FIG. 6A to 6C are diagrams for explaining feature amounts acquired by a control unit according to an embodiment, and fracture positions when a tensile test is performed.
  • 1 is a graph showing the relationship between the position of the maximum binarized region and the break position when a tensile test is performed. 1 is a graph showing the relationship between maximum stress and total area ratio. 1A and 1B are schematic diagrams for explaining the tendency of fiber orientation bias. 1 is a schematic diagram for explaining a configuration in which an X-ray phase imaging apparatus according to an embodiment displays a dark-field image, a binarized image, and feature amounts. 11 is a flowchart for explaining a process of displaying a feature amount by an X-ray phase imaging apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing the overall configuration of an X-ray phase imaging apparatus according to a modified example.
  • FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the configuration of an X-ray imaging section according to a modified example.
  • FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the distribution in the thickness direction of a specific direction fiber region by an image captured by an X-ray phase imaging device according to a modified example.
  • FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the distribution in the thickness direction of a specific direction fiber region by an image captured by an X-ray phase imaging device according to a modified example.
  • the X-ray phase imaging device 100 is a device that uses the Talbot effect to image the inside of a subject 90 (see FIG. 2).
  • the subject 90 is, for example, a fiber composite material that includes fibers 91a (see FIG. 7).
  • the subject 90 is, for example, Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP).
  • CFRP Carbon Fiber Reinforced Plastic
  • the X-ray phase imaging device 100 is configured to predict the location where the mechanical strength of the subject 90 that includes fibers 91a is reduced.
  • the X-ray phase imaging device 100 includes an X-ray imaging unit 1 and a computer 2.
  • the X-ray phase imaging device 100 also includes a display unit 3 and an input receiving unit 4.
  • the X-ray imaging unit 1 includes an X-ray source 10, multiple gratings, an X-ray detector 11, a rotation mechanism 15, and a grating position adjustment mechanism 16.
  • the multiple gratings include a first grating 12, a second grating 13, and a third grating 14. Details of the X-ray imaging unit 1, such as the arrangement of the X-ray source 10, the multiple gratings, and the X-ray detector 11, will be described later.
  • the computer 2 includes an image processing unit 2a, a control unit 2b, memories such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory), and a storage unit 2c.
  • the image processing unit 2a is composed of, for example, a GPU (Graphics Processing Unit) or an FPGA (Field-Programmable Gate Array) configured for image processing, a circuit (circuitry), etc.
  • the control unit 2b is composed of a CPU (Central Processing Unit), a GPU or an FPGA configured for image processing, a circuit (circuitry), etc.
  • the image processing unit 2a is configured to rotate the subject 90 and the multiple lattices relative to one another using the rotation mechanism 15, change the orientation of the subject 90 relative to the multiple lattices, and capture the image while changing the orientation of the subject 90 relative to the multiple lattices, thereby generating multiple X-ray phase contrast images 40 for each orientation of the subject 90 relative to the multiple lattices based on the intensity distribution of X-rays detected by the X-ray detector 11.
  • the image processing unit 2a is also configured to generate a tensor image 42 (see FIG. 12), which will be described later.
  • the tensor image 42 is an example of an "orientation information image" in the claims.
  • the control unit 2b is configured to control the X-ray source 10, the rotation mechanism 15, and the lattice position adjustment mechanism 16.
  • the control unit 2b also includes an orientation information acquisition unit 20, a feature acquisition unit 21, and an intensity reduction portion prediction unit 22.
  • the orientation information acquisition unit 20, the feature acquisition unit 21, and the intensity reduction portion prediction unit 22 are configured in software as functional blocks that are realized by the control unit 2b executing various programs.
  • the orientation information acquisition unit 20, the feature acquisition unit 21, and the intensity reduction portion prediction unit 22 may be configured in hardware by providing a dedicated processor (processing circuit).
  • the orientation information acquisition unit 20 acquires orientation information 30 regarding the orientation of fibers 91a (see FIG. 7) contained in the subject 90 based on a plurality of X-ray phase contrast images 40. Details of the configuration by which the orientation information acquisition unit 20 acquires the orientation information 30 will be described later.
  • the feature acquisition unit 21 is configured to acquire feature 31 related to the mechanical strength of the subject 90 based on the orientation information 30 acquired by the orientation information acquisition unit 20. Details of the configuration by which the feature acquisition unit 21 acquires feature 31 will be described later.
  • the intensity reduction portion prediction unit 22 is configured to predict the position of the intensity reduction portion 53 (see FIG. 13) of the subject 90 based on the feature amount 31. Details of the configuration by which the intensity reduction portion prediction unit 22 predicts the position of the intensity reduction portion 53 of the subject 90 will be described later.
  • the storage unit 2c is configured to store the X-ray phase contrast image 40 generated by the image processing unit 2a, the orientation information 30 acquired by the orientation information acquisition unit 20, the feature amount 31 acquired by the feature amount acquisition unit 21, the threshold value 32 described below, and various programs executed by the control unit 2b.
  • the storage unit 2c includes a non-volatile storage device such as a HDD (Hard Disk Drive) or an SSD (Solid State Drive).
  • the display unit 3 is configured to display the X-ray phase contrast image 40 generated by the image processing unit 2a. In this embodiment, the display unit 3 is also configured to display the feature amount 31 and a binarized image 43, which will be described later.
  • the display unit 3 includes, for example, a liquid crystal monitor.
  • the input reception unit 4 is configured to receive operational input from an operator.
  • the input reception unit 4 includes, for example, input devices such as a keyboard and a mouse.
  • the X-ray source 10, the third grating 14, the first grating 12, the second grating 13, and the X-ray detector 11 are arranged in this order along the X-ray irradiation axis 70. That is, the third grating 14, the first grating 12, and the second grating 13 are arranged between the X-ray source 10 and the X-ray detector 11.
  • the vertical direction is the Z direction
  • the upward direction is the Z1 direction
  • the downward direction is the Z2 direction.
  • the direction from the X-ray source 10 toward the X-ray detector 11 is the X direction, with one side being the X1 direction and the other side being the X2 direction.
  • the direction perpendicular to the Z direction and the X direction is the Y direction, with one side being the Y1 direction and the other side being the Y2 direction.
  • the X-ray source 10 is configured to irradiate the subject 90 with X-rays. Specifically, the X-ray source 10 is configured to generate X-rays by applying a high voltage.
  • the X-ray detector 11 is configured to detect X-rays emitted from the X-ray source 10. The X-ray detector 11 is also configured to convert the detected X-rays into an electrical signal.
  • the X-ray detector 11 is, for example, a flat panel detector (FPD).
  • the X-ray detector 11 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 the Y direction and Z direction at a predetermined period (pixel pitch).
  • the detection signal (image signal) of the X-ray detector 11 is sent to the image processing unit 2a described later.
  • the first grating 12 is disposed between the X-ray source 10 and the X-ray detector 11, and X-rays are irradiated from the X-ray source 10.
  • the first grating 12 has slits 12a and X-ray phase change parts 12b arranged at a predetermined period (grating pitch) 12c in the Z direction. Each slit 12a and X-ray phase change part 12b is formed to extend linearly in the Y direction.
  • the first grating 12 is a so-called phase grating.
  • the first grating 12 is disposed between the X-ray source 10 and the second grating 13, and is provided to form a self-image (by the Talbot effect) by the X-rays irradiated from the X-ray source 10.
  • the Talbot effect means that when coherent X-rays pass through a grating with slits formed therein, an image of the grating (self-image) is formed at a position a predetermined distance (Talbot distance) away from the grating.
  • the second grating 13 is irradiated with X-rays from the first grating 12.
  • the second grating 13 has a plurality of X-ray transparent portions 13a and X-ray absorbing portions 13b arranged at a predetermined period (grating pitch) 13c in the Z direction. Each of the X-ray transparent portions 13a and X-ray absorbing portions 13b is formed to extend linearly in the Y direction.
  • the second grating 13 is a so-called absorption grating.
  • the second grating 13 is disposed between the first grating 12 and the X-ray detector 11, and is configured to interfere with the self-image formed by the first grating 12.
  • the second grating 13 is disposed at a position spaced a Talbot distance from the first grating 12 in order to cause interference between the self-image and the second grating 13.
  • the third grating 14 is disposed between the X-ray source 10 and the first grating 12.
  • the third grating 14 has a plurality of slits 14a and X-ray absorbing portions 14b arranged at a predetermined period (pitch) 14c in the Z direction.
  • Each slit 14a and X-ray absorbing portion 14b is formed to extend linearly in the Y direction.
  • each slit 14a and X-ray absorbing portion 14b is formed to extend parallel to each other.
  • the third grating 14 is disposed between the X-ray source 10 and the first grating 12, and X-rays are irradiated from the X-ray source 10.
  • the third grating 14 is configured to convert the X-rays that pass through each slit 14a into a line light source corresponding to the position of each slit 14a.
  • the first grating 12, the second grating 13, and the third grating 14 are each arranged such that the grating pattern extends in the Y direction.
  • the grating pattern includes slits 12a, X-ray phase change portions 12b, X-ray transmission portions 13a, X-ray absorption portions 13b, slits 14a, and X-ray absorption portions 14b.
  • the rotation mechanism 15 is configured to rotate the X-ray source 10 and the multiple gratings relative to each other in a rotational direction around the X-ray irradiation axis 70.
  • the rotation mechanism 15 is provided for each of the multiple gratings, and is configured to rotate each of the multiple gratings in a rotational direction around the X-ray irradiation axis 70, thereby rotating the subject 90 and the multiple gratings relative to each other in a rotational direction around the X-ray irradiation axis 70.
  • the detailed configuration of the rotation mechanism 15 will be described later.
  • the lattice position adjustment mechanism 16 is configured to be able to move the first lattice 12 in the X direction, Y direction, Z direction, a rotational direction Rz around the Z direction axis (see Figure 4), a rotational direction Rx around the X direction axis (see Figure 4), and a rotational direction Ry around the Y direction axis (see Figure 4).
  • the rotation mechanism 15 includes a grating holder 15a, a drive unit 15b that rotates the grating holder 15a in a rotational direction around the X-ray irradiation axis 70 (see FIG. 1), and a storage unit 15c that rotatably stores the grating holder 15a.
  • the storage unit 15c is provided with an opening 15d. X-rays from the X-ray source 10 (see FIG. 1) are irradiated to the position of the first grating 12 held by the grating holder 15a that faces the opening 15d (the position of the first grating 12 shown in FIG. 3, indicated by a solid line).
  • the drive unit 15b rotates the grating holder 15a in a rotational direction around the X-ray irradiation axis 70 (see FIG. 1), thereby rotating the first grating 12 in a rotational direction around the X-ray irradiation axis 70.
  • the drive unit 15b includes, for example, a stepping motor, a pulley, and a belt member.
  • the grating position adjustment mechanism 16 includes an X-direction linear motion mechanism 16a, a Z-direction linear motion mechanism 16b, a Y-direction linear motion mechanism 16c, a linear motion mechanism connection unit 16d, a stage support unit drive unit 16e, a stage support unit 16f, a stage drive unit 16g, and a stage 16h.
  • the X-direction linear motion mechanism 16a, the Z-direction linear motion mechanism 16b, and the Y-direction linear motion mechanism 16c are configured to be movable in the X-direction, Z-direction, and Y-direction, respectively.
  • the X-direction linear motion mechanism 16a, the Z-direction linear motion mechanism 16b, and the Y-direction linear motion mechanism 16c include, for example, a stepping motor.
  • the grating position adjustment mechanism 16 is configured to move the first grating 12 (see FIG. 1) in the X-direction, Z-direction, and Y-direction by the operation of the X-direction linear motion mechanism 16a, the Z-direction linear motion mechanism 16b, and the Y-direction linear motion mechanism 16c, respectively.
  • the stage support 16f supports the stage 16h on which the first grating 12 is placed from below (Z2 direction) in FIG. 4.
  • the stage driver 16g is configured to move the stage 16h back and forth in the X direction.
  • the bottom of the stage 16h is formed in a convex curved shape toward the stage support 16f, and is configured to rotate around the axis in the Y direction (Ry direction) by reciprocating in the X direction.
  • the stage support driver 16e is configured to move the stage support 16f back and forth in the Y direction.
  • the bottom of the stage support 16f is formed in a convex curved shape toward the linear motion mechanism connection part 16d, and is configured to rotate around the axis in the X direction (Rx direction) by reciprocating in the Y direction.
  • the linear motion mechanism connection part 16d is provided on the Y direction linear motion mechanism 16c so as to be rotatable around the axis in the Z direction (Rz direction).
  • the grating position adjustment mechanism 16 can perform stripe scanning of the first grating 12 in the Z direction by operating the Z-direction linear motion mechanism 16b.
  • the image processing unit 2a generates an X-ray phase contrast image 40 using an intensity signal curve 60 and an intensity signal curve 61 acquired based on the intensity distribution of X-rays detected by the X-ray detector 11 (see FIG. 1).
  • the X-ray phase contrast image 40 includes an absorption image 40a (see FIG. 6), a phase differential image 40b (see FIG. 6), and a dark field image 40c (see FIG. 6).
  • the intensity signal curve 60 is a curve showing the distribution of X-ray intensity obtained by imaging with the subject 90 (see FIG. 1) placed.
  • the intensity signal curve 61 is a curve showing the distribution of X-ray intensity obtained by imaging with the subject 90 not placed.
  • the absorption image 40a can be generated by the ratio of the average intensity Cs of the X-rays when the subject 90 (see FIG. 1) is placed and imaged, to the average intensity Cr of the X-rays when the subject 90 is not placed.
  • the phase differential image 40b can be generated by multiplying the phase difference ⁇ between the intensity signal curve 60 obtained by image-capturing with the subject 90 placed and the intensity signal curve 61 obtained by image-capturing with the subject 90 not placed, by a number obtained by a predetermined calculation.
  • the dark field image 40c can be generated by the ratio of the visibility (Vr) when the subject 90 is not placed and the visibility (Vs) when the subject 90 is placed and imaged.
  • Vr can be obtained by the ratio of the amplitude Ar and the average intensity Cr of the intensity signal curve 60.
  • Vs can be obtained by the ratio of the amplitude As and the average intensity Cs of the intensity signal curve 61.
  • the image processor 2a generates an absorption image 40a, a differential phase image 40b, and a dark-field image 40c.
  • the subject 90 has a plate-like shape.
  • the subject 90 is, for example, carbon fiber reinforced plastic (CFRP), which is a composite material of carbon fiber (fiber 91a) and a base material resin.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • the subject 90 can be formed, for example, by applying pressure (pressing) to a plurality of CFRP tapes 91 containing a plurality of randomly arranged resins and fibers 91a. When the subject 90 is pressed, the resin in the CFRP tapes 91 flows, filling the gaps between the CFRP tapes 91, and the subject is formed into a single plate-like shape.
  • the height direction of the subject 90 is defined as direction A.
  • the width direction of the subject 90 is defined as direction B.
  • the thickness direction of the subject 90 is defined as direction C.
  • the orientation of the fibers 91a is also randomly arranged.
  • control unit 2b (see FIG. 1) is configured to predict the areas of the subject 90 where the mechanical strength is reduced.
  • the control unit 2b predicts the areas where the mechanical strength is reduced due to the tensile force acting in the B direction.
  • the subject 90 when the subject 90 has a plate-like shape, it may be difficult for the X-ray phase imaging device 100 (see FIG. 1) to image the entire subject 90 at once, depending on the size of the multiple lattices (area of the plane (YZ plane) perpendicular to the X-ray irradiation axis). Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 8, an example will be described in which the subject 90 is divided into multiple regions and imaged. Specifically, an example will be described in which the subject 90 is divided into a first region 90b to a seventh region 90h at the positions indicated by the dashed lines 71a to 71f in FIG. 8, and each region is imaged.
  • the first region 90b is the region between the top of the subject 90 and the dashed line 71a.
  • the second region 90c is the region between the dashed lines 71a and 71b.
  • the third region 90d is the region between the dashed lines 71b and 71c.
  • the fourth region 90e is the region between the dashed lines 71c and 71d.
  • the fifth region 90f is the region between the dashed lines 71d and 71e.
  • the sixth region 90g is the region between the dashed lines 71e and 71f.
  • the seventh region 90h is the region between the dashed line 71f and the bottom of the subject 90.
  • the example shown below is an example in which the first region 90b of the subject 90 is imaged.
  • control unit 2b acquires the feature quantity 31 (see FIG. 1)
  • the control unit 2b acquires orientation information 30 (see FIG. 9) based on the dark-field image 40c (see FIG. 6) generated by the image processing unit 2a (see FIG. 1), and acquires the feature quantity 31 based on the acquired orientation information 30.
  • the orientation information acquisition unit 20 acquires the orientation information 30 based on the dark field image 40c.
  • the orientation information 30 includes an orientation angle 30a, which is an angle of the direction in which the fibers 91a (see FIG. 7) included in the subject 90 (see FIG. 1) extend, and an orientation degree 30b, which is an index of how much the fibers 91a are aligned in the same direction.
  • the orientation angle 30a means an angle of the direction in which the fibers 91a extend in the plane of the subject 90 (for example, in the AB plane) when the width direction (B direction) of the subject 90 is taken as a reference (0 degrees).
  • the orientation degree 30b is a value indicating how much the fibers 91a are aligned in the same direction, and is a value between 0 and 1 depending on the proportion of the fibers 91a aligned in the same direction.
  • the orientation information acquisition unit 20 acquires the orientation information 30 based on the dark-field image 40c. Specifically, the orientation information acquisition unit 20 acquires the orientation information 30 based on a plurality of dark-field images 40c captured while changing the orientation of the subject 90 relative to a plurality of lattices. For example, focusing on a specific pixel 80 in the subject 90, a configuration for acquiring the orientation information 30 of the pixel 80 in each dark-field image 40c will be described using the graph 33 shown in FIG. 10.
  • the vertical axis of graph 33 is the pixel value of dark field image 40c (see FIG. 9), and the horizontal axis is the angle of subject 90 relative to the multiple grids.
  • Graph 33 is a graph that plots pixel values of corresponding pixels 80 (see FIG. 9) of multiple dark field images 40c captured by changing the orientation of subject 90 relative to the multiple grids.
  • the orientation information acquisition unit 20 performs the same process on each pixel of the multiple dark field images 40c to acquire the orientation information 30.
  • the orientation information acquisition unit 20 acquires the orientation information 30 as tensor data indicating the orientation of the fibers 91a.
  • the tensor data indicating the orientation is data obtained by converting the orientation degree 30b, which is a value between 0 and 1, to a value between 0.5 and 1, and rotating the coordinate system by the orientation angle 30a.
  • the orientation angle 30a is set to 90 degrees and tensor data is generated, the value of the tensor main direction (the value of the AA component) is the proportion of the fibers 91a that are oriented in the A direction.
  • the orientation analysis image 41 shown in FIG. 11 is an image generated based on the orientation information 30 (see FIG. 9).
  • the orientation analysis image 41 is a convenient image for explaining the configuration in which the feature acquisition unit 21 acquires the feature 31.
  • the image processing unit 2a does not need to actually create the orientation analysis image 41.
  • the orientation analysis image 41 is an image in which the fiber 91a (see FIG. 7) included in the subject 90 (see FIG. 1) is visualized by the color based on the orientation angle 30a (see FIG. 9) and the brightness based on the orientation degree 30b (see FIG. 9), as shown in the legend 81.
  • the legend 81 indicates that the color changes stepwise from red to purple to blue to light blue when the angle of the fiber 91a is in the range of 0 degrees to 90 degrees.
  • the legend 81 also indicates that the color changes stepwise from light blue to green to yellow to red when the angle of the fiber 91a is in the range of 90 degrees to 180 degrees.
  • the orientation angles 30a included in each pixel are displayed in a color and brightness corresponding to the orientation angle 30a with the largest orientation degree 30b value. For example, if the orientation degree 30b value in the 90 degree direction is the largest for a certain pixel, the pixel is displayed in light blue. In addition, for the same orientation angle 30a, the larger the orientation degree 30b value, the brighter the pixel is displayed, and the smaller the orientation degree 30b value, the darker the pixel is displayed.
  • the orientation information acquisition unit 20 is configured to acquire a feature quantity 31 (see FIG. 1) of the force acting direction based on the force acting direction acting on the subject 90 and orientation information 30 of the direction intersecting with the force acting direction.
  • the fibers 91a in the portions shown in regions 50a, 50b, and 50c are light blue and blue, and therefore the orientation angle 30a (see FIG. 9) is close to 90 degrees. That is, regions 50a, 50b, and 50c are specific direction fiber regions 50, which are regions of fibers 91a oriented in a direction along a specific orientation angle 30a. In the example shown in FIG. 11, the region of fibers 91a oriented in a direction along 90 degrees is the specific direction fiber region 50. As shown in FIG. 11, the orientation analysis image 41 shows fibers 91a with various orientation angles 30a.
  • the image processing unit 2a generates a tensor image 42 shown in FIG. 12 in order to make it easier to grasp the specific direction fiber region 50.
  • the image processing unit 2a (see FIG. 1) generates a tensor image 42 that is an image based on the orientation degree 30b (see FIG. 9) of a specific orientation angle 30a (see FIG. 9).
  • the tensor image 42 is an image in which the value of the tensor main direction of the tensor data when the orientation angle 30a is 90 degrees is set as the pixel value.
  • the tensor image 42 is an image in which the pixel value is in the range of 0 (zero) to 1, as shown in the legend 82.
  • the value of the orientation degree 30b when the orientation angle 30a is 90 degrees is large.
  • the orientation degree 30b when the orientation angle 30a is 0 degrees is large, but the value of the orientation degree 30b when the orientation angle 30a is 90 degrees is small. That is, in the tensor image 42, the closer to white the color is, the higher the proportion of fibers 91a oriented in the 90 degree direction is, and the closer to black the color is, the higher the proportion of fibers 91a oriented in the 0 degree direction is.
  • the white regions are regions with a large proportion of fibers 91a (see FIG. 7) oriented at 90 degrees.
  • the boundary between the white regions and the black regions is unclear.
  • the feature acquisition unit 21 (see FIG. 1) is configured to acquire the feature 31 (see FIG. 1) based on the tensor image 42 in order to accurately acquire the size of the specific direction fiber region 50 (see FIG. 11).
  • the image processing unit 2a (see FIG. 1) is configured to generate a binary image 43 by performing a binarization process on the pixel values (tensor values) of the tensor image 42.
  • the image processing unit 2a is configured to binarize the pixel values of the tensor image 42 using a preset threshold value 32 (see FIG. 1) to generate the binary image 43.
  • the feature amount acquiring unit 21 is configured to acquire, as the feature amount 31 (see FIG. 1), the size of a specific directional fiber region 50 (see FIG. 11), which is a region of fibers 91a oriented in a direction along a specific orientation angle 30a depicted in the tensor image 42 (see FIG. 12).
  • the feature amount acquiring unit 21 is configured to acquire, as the feature amount 31, the position of the specific directional fiber region 50 as well as the size of the specific directional fiber region 50.
  • the position of the specific directional fiber region 50 refers to the position coordinates of the center of the specific directional fiber region 50 in the tensor image 42.
  • the feature acquisition unit 21 is configured to acquire the size of the binarized region 51, which is the specific directional fiber region 50 in the binarized image 43, as the feature 31.
  • the feature acquisition unit 21 is configured to acquire the feature 31 based on the binarized region 51, which is a region having pixel values greater than the threshold value 32.
  • the binarized image 43 shown in FIG. 13 shows a first binarized region 51a, a second binarized region 51b, and a third binarized region 51c.
  • the feature acquisition unit 21 acquires the size and position of each of the first binarized region 51a, the second binarized region 51b, and the third binarized region 51c.
  • a specific direction fiber region 50 that appears as one region in the orientation analysis image 41 (see FIG. 11) may become a discontinuous binarized region 51 in the binarized image 43.
  • the feature amount acquisition unit 21 is configured to perform a smoothing process on the binarized image 43.
  • the feature acquisition unit 21 is configured to perform, for example, morphological processing as a smoothing process, in which contraction processing and expansion processing are repeatedly performed on the image.
  • morphological processing by performing contraction processing and expansion processing the same number of times, it is possible to connect discontinuous points that appear in the image. In this way, binarized regions 51 that have become discontinuous regions due to the binarization process can be connected into a single region.
  • the feature acquisition unit 21 is configured to acquire the area of the binarized region 51 after the smoothing process as the feature 31.
  • the feature amount 31 includes the ratio of the area of the maximum binarized region 52, which is the largest of the binarized regions 51, to the entire area of the subject 90 (see FIG. 1) (the entire area of the first region 90b), and the position of the maximum binarized region 52.
  • the feature amount acquisition unit 21 acquires the area ratio and position of the first binarized region 51a, which is the largest of the first binarized region 51a, the second binarized region 51b, and the third binarized region 51c, as the area ratio and position of the maximum binarized region 52.
  • the feature amount acquiring unit 21 (see FIG. 1 ) is configured to predict the position of the strength reduced portion 53, which is a portion where the mechanical strength is relatively reduced due to the orientation of the fibers 91 a (see FIG. 7 ) in the subject 90, based on the feature amount 31.
  • the feature amount acquiring unit 21 is configured to predict the position of the strength reduced portion 53 based on the ratio of the area of the maximum binarized region 52 and the position of the maximum binarized region 52.
  • Table 31a shown in FIG. 14 is a table showing the area ratio of the binarized regions 51 (see FIG. 13) acquired by the feature acquisition unit 21 (see FIG. 1), the center of gravity positions of the binarized regions 51, and the breakage positions when an actual tensile test was performed.
  • the area ratio is the ratio of the area of each binarized region 51 to the area of the subject 90 (see FIG. 1).
  • the "area number" in table 31a is a virtual number set according to the position of each binarized region 51. In this embodiment, the "area number” is set in ascending order of the center of gravity position value.
  • Graph 34 shown in FIG. 15 is a graph showing the position (center of gravity) of maximum binarized region 52 in various parts of subject 90 and the breakage position when an actual tensile test was performed.
  • the horizontal axis represents the breakage position when an actual tensile test was performed
  • the vertical axis represents the center of gravity position of maximum binarized region 52.
  • feature amount acquiring unit 21 (Intensity prediction for the entire subject) is configured to predict the mechanical strength of the entire subject 90 (see FIG. 1) based on feature amount 31 (see FIG. 1) of strength reduced portion 53 (see FIG. 13) included in the entire subject 90. Specifically, feature amount acquiring unit 21 is configured to acquire an index value of the mechanical strength of the entire subject 90 based on the ratio of the area of all binarized regions 51 (see FIG. 13) to the area of the entire subject 90.
  • Graph 35 shown in FIG. 16 has the test piece number on the horizontal axis, the maximum stress (MPa: megapascals) on the left vertical axis, and the total area ratio (%) of binarized region 51 (see FIG. 13) on the right vertical axis.
  • MPa megapascals
  • the total area ratio is the sum of the ratios of the areas of each binarized region 51 to the entire area of subject 90 depicted in binarized image 43 (see FIG. 13).
  • the total area ratio is the ratio of the areas of all binarized regions 51 to the entire area of subject 90 depicted in binarized image 43.
  • Fig. 17(A) is a binarized image 43a in the case where the orientation of fibers 91a (see Fig. 7) in the subject 90 (see Fig. 1) is strongly biased.
  • Fig. 17(B) is a binarized image 43b in the case where the orientation of fibers 91a in the subject 90 is weakly biased.
  • the size (area) of the binarized regions 51 tends to be larger and the number of binarized regions 51 tends to be smaller compared to when the orientation of the fibers 91a is weakly biased.
  • the size (area) of the specific direction fiber regions 50 tends to be larger and the number of them tends to be smaller.
  • the size (area) of the binarized regions 51 tends to be smaller and the number of binarized regions 51 tends to increase compared to when the orientation bias of the fibers 91a is strong.
  • the size (area) of the specific direction fiber regions 50 tends to be smaller and the number tends to increase.
  • the orientation of the fibers 91a in the subject 90 is highly biased, there may be areas where the mechanical strength is reduced due to the orientation of the fibers 91a.
  • the orientation of the fibers 91a in the subject 90 is weakly biased, the fibers 91a are arranged in random directions, so there is a reduced possibility that there will be areas where the mechanical strength is reduced due to the orientation of the fibers 91a.
  • the feature acquisition unit 21 (see FIG. 1) is configured to acquire the tendency of bias in the orientation of the fibers 91a in the subject 90 based on the size and number of the binarized regions 51 in the binarized image 43. In this embodiment, the feature acquisition unit 21 is configured to acquire the tendency of bias in the orientation of the fibers 91a in the subject 90 based on the area and number of the binarized regions 51.
  • the control unit 2b is configured to display the dark field image 40c, the binarized image 43, the table 31a of the features 31, the predicted fracture position 36, and the total area ratio 31b side by side on the display unit 3.
  • control unit 2b does not display the table 31a of the features 31, the predicted breakage position 36, and the total area ratio 31b, and instead displays on the display unit 3 that the subject 90 is not suitable for analysis according to this embodiment.
  • step 101 the control unit 2b controls the X-ray source 10 (see FIG. 1) and the rotation mechanism 15 (see FIG. 1) to image the subject 90 (see FIG. 1) and the multiple gratings arranged between the X-ray source 10 and the X-ray detector 11 (see FIG. 1) at multiple imaging angles while rotating them relative to each other in the direction of the X-ray irradiation axis 70 (see FIG. 1).
  • the image processor 2a (see FIG. 1) generates a plurality of X-ray phase contrast images 40 (see FIG. 1) for each orientation of the subject 90 relative to the plurality of gratings, based on the intensity distribution of X-rays detected by the X-ray detector 11.
  • the image processor 2a generates at least a plurality of dark field images 40c (see FIG. 6) as the plurality of phase contrast images.
  • step 103 the feature acquisition unit 21 (see FIG. 1) acquires orientation information 30 (see FIG. 9) regarding the orientation of the fibers 91a contained in the subject 90 based on multiple X-ray phase contrast images 40.
  • the control unit 2b acquires the orientation information 30 based on multiple dark field images 40c.
  • step 104 the feature acquisition unit 21 (see FIG. 1) acquires feature quantities 31 related to the mechanical strength of the subject 90 based on the orientation information 30 acquired in step 103.
  • the feature acquisition unit 21 acquires, as feature quantities 31, the area ratio of the maximum binarized region 52 (see FIG. 13), the position of the maximum binarized region 52, and the area ratio of all binarized regions 51 (see FIG. 13).
  • step 105 the control unit 2b determines whether the size (area) and number of binarized regions 51 having pixel values equal to or greater than the threshold value 32 (see FIG. 1) are equal to or greater than a predetermined size (area) and number. If the size (area) and number of binarized regions 51 having pixel values equal to or greater than the threshold value 32 are equal to or greater than the predetermined size (area) and number, the process proceeds to step 106. If the size (area) and number of binarized regions 51 having pixel values equal to or greater than the threshold value 32 are not equal to or greater than the predetermined size (area) and number, the process proceeds to step 107.
  • step 106 the control unit 2b displays the feature amount 31 on the display unit 3.
  • the control unit 2b displays, as the feature amount 31, the area ratio of the maximum binarized area 52, the position of the maximum binarized area 52, and the area ratio of all binarized areas 51.
  • the control unit 2b also displays, along with the feature amount 31, the dark field image 40c and the binarized image 43 (see FIG. 13) on the display unit 3. Then, the process ends.
  • step 107 the control unit 2b notifies the user that the subject 90 is not suitable for analysis by the X-ray phase imaging device 100. Specifically, the control unit 2b displays a message on the display unit 3 indicating that the subject 90 is not suitable for analysis by the X-ray phase imaging device 100. The process then ends.
  • the X-ray phase imaging device 100 is an X-ray phase imaging device that predicts the position where the mechanical strength of the subject 90 including fibers 91a is reduced, and includes an X-ray source 10 that irradiates X-rays, an X-ray detector 11 that detects the X-rays irradiated from the X-ray source 10, a number of gratings arranged between the X-ray source 10 and the X-ray detector 11, a rotation mechanism 15 that rotates the subject 90 and the multiple gratings relatively in a rotational direction around the X-ray irradiation axis 70, and a rotation mechanism 15 that rotates the subject 90 and the multiple gratings relatively by the rotation mechanism 15, and detects the position of the multiple gratings.
  • the apparatus includes an image processing unit 2a that generates multiple X-ray phase contrast images 40 for each orientation of the subject 90 relative to multiple lattices based on the intensity distribution of X-rays detected by the X-ray detector 11 by changing the orientation of the subject 90 and capturing an image, and a control unit 2b (orientation information acquisition unit 20 and feature acquisition unit 21) that acquires orientation information 30 regarding the orientation of fibers 91a contained in the subject 90 based on the multiple X-ray phase contrast images 40, and acquires feature quantities 31 regarding the mechanical strength of the subject 90 based on the acquired orientation information 30.
  • an image processing unit 2a that generates multiple X-ray phase contrast images 40 for each orientation of the subject 90 relative to multiple lattices based on the intensity distribution of X-rays detected by the X-ray detector 11 by changing the orientation of the subject 90 and capturing an image
  • a control unit 2b orientation information acquisition unit 20 and feature acquisition unit 21
  • the X-ray phase imaging image analysis method is an X-ray phase imaging image analysis method for predicting the position where the mechanical strength of the subject 90 including the fibers 91a is reduced, and includes the steps of imaging the subject 90 and multiple gratings arranged between the X-ray source 10 and the X-ray detector 11 at multiple imaging angles while rotating them relatively in the rotational direction around the X-ray irradiation axis 70, generating multiple X-ray phase contrast images 40 for each orientation of the subject 90 relative to the multiple gratings based on the X-ray intensity distribution detected by the X-ray detector 11, acquiring orientation information 30 regarding the orientation of the fibers 91a included in the subject 90 based on the multiple X-ray phase contrast images 40, and acquiring feature quantities 31 regarding the mechanical strength of the subject 90 based on the acquired orientation information 30.
  • control unit 2b feature acquisition unit 21
  • the control unit 2b is configured to acquire feature amount 31 of the force acting direction based on the direction of force acting on the subject 90 and orientation information 30 of the direction intersecting the force acting direction. This allows the user to easily grasp the mechanical strength in the direction of the force acting on the subject 90 by checking feature amount 31.
  • control unit 2b (strength reduction portion prediction unit 22) is configured to predict the position of the strength reduction portion 53, which is a portion in which the mechanical strength is relatively reduced due to the orientation of the fibers 91a in the subject 90, based on the feature amount 31.
  • the position of the strength reduction portion 53 is predicted, for example, it is possible to suppress a decrease in the product yield by discarding the strength reduction portion 53 and using the portion other than the strength reduction portion 53 in the product.
  • the subject 90 manufactured by arranging the fibers 91a in a random direction it is possible to utilize it for improving the manufacturing process of the product, such as changing the manufacturing process to one that can suppress the concentration of the fibers 91a facing in a specific direction in a specific region.
  • control unit 2b (strength reduction portion prediction unit 22) is configured to predict the mechanical strength of the entire subject 90 based on the feature amount 31 of the strength reduction portion 53 contained in the entire subject 90. In this way, by predicting the mechanical strength of the entire subject 90 based on the feature amount 31, it is possible to easily grasp the quality of the mechanical strength of the subject 90. As a result, it is possible to easily perform quality control of the mechanical strength of the subject 90.
  • the orientation information 30 includes the orientation angle 30a, which is the angle of the direction in which the fibers 91a contained in the subject 90 extend, and the orientation degree 30b, which is an index showing how much the fibers 91a are aligned in the same direction, and the image processing unit 2a is configured to generate a tensor image 42, which is an image based on the orientation degree 30b at a specific orientation angle 30a, and the control unit 2b (feature acquisition unit 21) is configured to acquire the feature amount 31 based on the tensor image 42.
  • the feature amount 31 related to the mechanical strength of the subject 90 in the direction desired by the user can be acquired.
  • the user can easily grasp the mechanical strength of the subject 90 in the direction desired by the user by checking the feature amount 31.
  • control unit 2b feature acquisition unit 21
  • the control unit 2b is configured to acquire, as the feature 31, the size of the specific directional fiber region 50, which is a region of fibers 91a oriented in a direction along the specific orientation angle 30a depicted in the tensor image 42.
  • the larger the size of the specific directional fiber region 50 the lower the mechanical strength of the subject 90. Therefore, by acquiring the size of the specific directional fiber region 50 as the feature 31, the size of the specific directional fiber region 50 can be presented to the user as the feature 31.
  • the user can easily grasp the degree to which the mechanical strength of the subject 90 has decreased by checking the size of the specific directional fiber region 50.
  • the mechanical strength of the subject 90 can be quantitatively grasped by the size of the specific directional fiber region 50.
  • control unit 2b (feature acquisition unit 21) is configured to acquire the position of the specific directional fiber region 50 as well as the size of the specific directional fiber region 50 as feature amount 31. This allows the user to grasp the degree to which the mechanical strength of the subject 90 has decreased and the position at which the mechanical strength has decreased. As a result, the user can easily grasp the position of the strength-reduced portion 53, which is a position at which damage may occur in the subject 90.
  • the image processing unit 2a is configured to generate a binary image 43 by performing a binarization process on the pixel values of the tensor image 42
  • the control unit 2b feature acquisition unit 21
  • the boundary of the specific directional fiber region 50 becomes unclear in areas where the orientation degree 30b gradually changes.
  • the size of the specific directional fiber region 50 may not be accurately acquired.
  • the size of the specific directional fiber region 50 can be acquired with high accuracy compared to a configuration in which the size of the specific directional fiber region 50 in an image of pixel values based on the orientation degree 30b of a specific orientation angle 30a (tensor image 42) is acquired as the feature amount 31.
  • the feature amount 31 can be acquired with high accuracy.
  • control unit 2b (feature acquisition unit 21) is configured to perform a smoothing process on the binarized image 43 and acquire the area of the binarized region 51 after the smoothing process as the feature amount 31.
  • the specific direction fiber region 50 which is one region in the orientation analysis image 41, may become a discontinuous binarized region 51 in the binarized image 43.
  • the area of the binarized region 51 is acquired as the feature amount 31, a value smaller than the actual area of the specific direction fiber region 50 is acquired as the feature amount 31, and the accuracy of the feature amount 31 decreases.
  • the binarized region 51 that has become a discontinuous region by the binarization process can be treated as one region. As a result, the decrease in accuracy of the feature amount 31 can be suppressed.
  • the feature amount 31 includes the ratio of the area of the maximum binarized area 52, which is the largest of the binarized areas 51, to the area of the entire subject 90, and the position of the maximum binarized area 52
  • the control unit 2b feature amount acquisition unit 21
  • the control unit 2b is configured to predict the position of the strength reduction area 53 based on the ratio of the area of the maximum binarized area 52 and the position of the maximum binarized area 52.
  • an area with a large ratio of the area of the binarized area 51 is an area with a large proportion of fibers 91a with a specific orientation angle 30a, and therefore is an area with reduced mechanical strength.
  • the feature amount 31 includes the ratio of the area of all the binarized regions 51 to the area of the entire subject 90
  • the control unit 2b feature amount acquisition unit 21
  • the control unit 2b is configured to acquire an index value of the mechanical strength of the entire subject 90 based on the ratio of the area of all the binarized regions 51 to the area of the entire subject 90. This allows the user to easily grasp the mechanical strength of the entire subject 90 by checking the index value of the mechanical strength of the entire subject 90 acquired based on the ratio of the area of all the binarized regions 51 to the area of the entire subject 90.
  • control unit 2b feature acquisition unit 21
  • the control unit 2b is configured to acquire the feature amount 31 based on the binarized region 51, which is a region having a value greater than the preset threshold value 32.
  • a region with a small pixel value in the tensor image 42 is a region having a higher proportion of fibers 91a oriented in a direction other than the specific orientation angle 30a than a region with a large pixel value.
  • a region with a small pixel value in the tensor image 42 has a smaller degree of decrease in mechanical strength in a direction intersecting with the specific orientation angle 30a than a region with a large pixel value. Therefore, by acquiring a region having a value greater than the threshold value 32 as the binarized region 51 as described above, it is possible to improve the prediction accuracy of the portion of the subject 90 with reduced mechanical strength.
  • control unit 2b is configured to acquire the tendency of bias in the orientation of the fibers 91a in the subject 90 based on the size and number of the binarized regions 51 in the binarized image 43.
  • the bias in the orientation of the fibers 91a is weak, the size of the specific direction fiber region 50 becomes small. In this case, even if the binarization process is performed using the threshold value 32, the binarized region 51 may not be obtained. Therefore, as described above, by acquiring the tendency of bias in the orientation of the fibers 91a in the subject 90, the threshold value 32 can be set according to the bias in the orientation of the fibers 91a. As a result, the binarized region 51 can be reliably acquired.
  • the bias in the orientation of the fibers 91a is weak, there may be no decrease in mechanical strength due to the orientation of the fibers 91a. Therefore, by acquiring the tendency of bias in the orientation of the fibers 91a in the subject 90, the user can understand whether the subject is suitable for analysis performed by the X-ray phase imaging device 100 according to this embodiment. As a result, the convenience (usability) of the user can be improved.
  • the X-ray phase imaging device 100 only includes a rotation mechanism 15 that rotates the subject 90 and the multiple gratings relative to one another is shown, but the present invention is not limited to this.
  • the device may further include a second rotation mechanism 17 that rotates the subject 90 relative to an imaging system including the X-ray source 10, multiple gratings, and X-ray detector 11.
  • the modified X-ray phase imaging device 200 shown in FIG. 20 differs from the X-ray phase imaging device 100 according to the above embodiment in that it includes an X-ray imaging unit 201 instead of the X-ray imaging unit 1, and a computer 202 instead of the computer 2.
  • the X-ray imaging unit 201 according to the modified example differs from the X-ray imaging unit 1 according to the above embodiment in that it further includes a second rotation mechanism 17.
  • the second rotation mechanism 17 is configured to rotate the subject 90 relative to an imaging system including the X-ray source 10, the multiple gratings, and the X-ray detector 11. Details of the configuration of the second rotation mechanism 17 to rotate the subject 90 relative to an imaging system including the X-ray source 10, the multiple gratings, and the X-ray detector 11 will be described later.
  • the computer 202 according to the modified example differs from the computer 2 according to the above embodiment in that it has an image processing unit 202a and a control unit 202b instead of the image processing unit 2a and the control unit 2b.
  • the image processing unit 202a is configured to generate a three-dimensional phase contrast image by capturing images while changing the angle between the subject 90 and the imaging system using the second rotation mechanism 17 and while changing the orientation of the multiple gratings using the rotation mechanism 15.
  • the second rotation mechanism 17 is configured to rotate the subject 90 and the imaging system relative to each other in a rotational direction about an axis 72 perpendicular to the X-ray irradiation axis 70. Specifically, the second rotation mechanism 17 is configured to rotate the subject 90 and the imaging system relative to each other by rotating the subject 90 in a rotational direction about an axis 72 perpendicular to the X-ray irradiation axis 70.
  • the second rotation mechanism 17 includes a mounting section (not shown) on which the subject 90 is mounted, and a drive section (not shown) that generates a drive force to rotate the mounting section.
  • the image processing unit 202a can generate binary images 43 (first binary image 43c to fifth binary image 43g) of each cross section in the thickness direction (X direction) of the subject 90 (see FIG. 20).
  • the first binarized image 43c to the fifth binarized image 43g are arranged along the thickness direction (X direction) of the subject 90.
  • the binarized region 51 of the first binarized image 43c and the binarized region 51 of the second binarized image 43d overlap in the thickness direction of the subject 90.
  • the binarized region 51 of the second binarized image 43d and the binarized region 51 of the third binarized image 43e overlap in the thickness direction of the subject 90.
  • the binarized region 51 of the third binarized image 43e and the binarized region 51 of the fourth binarized image 43f overlap in the thickness direction of the subject 90.
  • the binarized region 51 of the fourth binarized image 43f and the binarized region 51 of the fifth binarized image 43g overlap in the thickness direction of the subject 90. That is, in the example shown in FIG. 22, the specific direction fiber region 50 (see FIG. 11) is continuous along the thickness direction of the subject 90. Therefore, when a force acts on the subject 90 in the B direction, breakage is likely to occur.
  • the modified X-ray phase imaging device 200 can obtain cross-sectional images to obtain a detailed understanding of the distribution of the specific directional fiber region 50 in the thickness direction (X direction). As a result, it is possible to obtain a more detailed understanding of the areas where the mechanical strength is reduced.
  • control unit 2b predicts the portion where the tensile strength is reduced is shown, but the present invention is not limited to this.
  • control unit 2b may be configured to predict the fracture position in a three-point bending test.
  • control unit 2b predicts both the position of the strength-reduced portion 53, which is a portion of the subject 90 where the mechanical strength is reduced, and the mechanical strength of the entire subject 90, is shown, but the present invention is not limited to this. As long as it predicts at least the position of the strength-reduced portion 53, which is a portion of the subject 90 where the mechanical strength is reduced, it is not necessary to predict the mechanical strength of the entire subject 90.
  • the present invention is not limited to this.
  • the feature acquisition unit 21 is configured to acquire the size of the specific directional fiber region 50 for each region obtained by dividing the dark field image 40c by a predetermined size (width), it is not necessary to acquire the position of the specific directional fiber region 50.
  • the feature acquisition unit 21 acquires the area ratio of the binarized region 51 as the feature amount 31, but the present invention is not limited to this.
  • the feature acquisition unit 21 may be configured to acquire the value of the area of the binarized region 51 as the feature amount 31.
  • the feature acquisition unit 21 may be configured to acquire the length of the perimeter of the binarized region 51 as the feature amount 31.
  • the feature acquisition unit 21 may be configured to acquire a circumscribing rectangle of the binarized region 51 and acquire the length of the longest side of the circumscribing rectangle as the feature amount 31.
  • the feature acquisition unit 21 may be configured to fit the binarized region 51 to an ellipse and acquire a value based on the ratio of the long side and the short side of the fitted ellipse as the feature amount 31. There is no restriction on the method by which the feature acquisition unit 21 acquires the size of the binarized region 51.
  • the feature acquisition unit 21 may perform any type of processing.
  • the feature acquisition unit 21 may be configured to perform processing using a Gaussian filter as a smoothing process on the binarized image 43.
  • smoothing processing uses a Gaussian filter, the accuracy of connecting the binarized regions 51 may decrease. Therefore, it is preferable that the feature acquisition unit 21 is configured to perform morphology processing as a smoothing process.
  • control unit 2b displays the feature amount 31 (table 31a), the dark field image 40c, the binarized image 43, the predicted fracture position 36, and the total area ratio 31b on the display unit 3, but the present invention is not limited to this.
  • the control unit 2b does not need to display the dark field image 40c, the binarized image 43, the predicted fracture position 36, and the total area ratio 31b as long as it displays at least the feature amount 31.
  • the control unit 2b displays the table 31a of the feature amount 31, but may be configured to display only the area ratio of the maximum binarized area 52 and the numerical data of the position of the maximum binarized area 52.
  • the feature acquisition unit 21 binarizes the pixel values of the tensor image 42 using a preset threshold value 32
  • the present invention is not limited to this.
  • the feature acquisition unit 21 may be configured to binarize the pixel values of the tensor image 42 using a threshold value input by the user.
  • the present invention is not limited to this.
  • the feature acquisition unit 21 does not need to acquire the tendency of the orientation bias of the fibers 91a.
  • the rotation mechanism 15 includes a grating holder 15a, a drive unit 15b, and a storage unit 15c is shown, but the present invention is not limited to this. As long as the multiple gratings can be rotated in a rotational direction around the X-ray irradiation axis 70, the configuration of the rotation mechanism 15 is not important.
  • the rotation mechanism 15 rotates the multiple gratings to rotate the subject 90 relative to the multiple gratings
  • the present invention is not limited to this.
  • the rotation mechanism 15 may be configured to rotate the subject 90 relative to the multiple gratings by rotating the subject 90.
  • the X-ray phase imaging device 100 may be configured to image GFRP (glass fiber reinforced plastic) as the subject. Any subject may be imaged as long as it is a fiber composite material.
  • GFRP glass fiber reinforced plastic
  • the subject 90 is divided into the first region 90b to the seventh region 90h, and an image is captured for each region, but the present invention is not limited to this. If it is possible to capture an image of the entire subject 90, it is not necessary to capture the subject 90 by dividing it into multiple regions.
  • the grating position adjustment mechanism 16 is configured to be able to move the first grating 12 in the X direction, Y direction, Z direction, rotational direction Rz, rotational direction Rx, and rotational direction Ry, but the present invention is not limited to this.
  • the grating position adjustment mechanism 16 may be configured to be able to move only in one or more of the X direction, Y direction, Z direction, rotational direction Rz, rotational direction Rx, and rotational direction Ry.
  • the grating position adjustment mechanism 16 may also be configured to be able to move the second grating 13 or the third grating 14. Note that when stripe scanning is performed, the grating position adjustment mechanism 16 needs to be configured to be able to move the grating in the direction in which stripe scanning is performed.
  • the multiple gratings were configured to include the third grating 14 for increasing the coherence of the X-rays irradiated from the X-ray source 10, but the present invention is not limited to this. If the coherence of the X-rays irradiated from the X-ray source 10 is high, the configuration may not include the third grating 14.
  • the first grating 12 was a phase grating in order to form a self-image due to the Talbot effect
  • the present invention is not limited to this.
  • the self-image only needs to be a striped pattern, so an absorption grating may be used instead of a phase grating.
  • an absorption grating When an absorption grating is used, a region where a striped pattern simply occurs due to optical conditions such as distance (non-interferometer) and a region where a self-image occurs due to the Talbot effect (interferometer) are generated.
  • An X-ray phase imaging apparatus for predicting a position where mechanical strength of a subject including fibers is reduced, comprising: An X-ray source that emits X-rays; an X-ray detector for detecting X-rays irradiated from the X-ray source; a plurality of gratings disposed between the X-ray source and the X-ray detector; a rotation mechanism that rotates the subject and the plurality of gratings relatively in a rotation direction around an irradiation axis of X-rays; an image processing unit that generates a plurality of X-ray phase contrast images for each orientation of the subject with respect to the plurality of gratings based on the intensity distribution of X-rays detected by the X-ray detector by rotating the subject and the plurality of gratings relatively by the rotation mechanism and capturing images while changing the orientation of the subject with respect to the plurality of gratings; and a control unit that acquires orientation information regarding the orientation of the
  • (Item 2) The X-ray phase imaging apparatus according to claim 1, wherein the control unit is configured to acquire the characteristic amount of the force acting direction based on the force acting direction acting on the subject and the orientation information of a direction intersecting the force acting direction.
  • control unit is configured to predict, based on the feature amount, a position of a strength reduction portion, which is a portion where mechanical strength is relatively reduced due to the orientation of the fibers within the subject.
  • (Item 4) 4. The X-ray phase-shift imaging apparatus according to claim 3, wherein the control unit is configured to predict the mechanical strength of the entire object based on the feature amount of the strength reduction portion included in the entire object.
  • the orientation information includes an orientation angle, which is an angle of a direction in which the fibers included in the subject extend, and an orientation degree, which is an index of how much the fibers are aligned in the same direction;
  • the image processing unit is configured to generate an orientation information image that is an image based on the orientation degree at the specific orientation angle, 5.
  • the X-ray phase imaging apparatus according to claim 3, wherein the control unit is configured to acquire the feature amount based on the orientation information image.
  • control unit is configured to acquire, as the feature amount, a size of a specific directional fiber region, which is a region of the fibers oriented in a direction along the specific orientation angle shown in the orientation information image.
  • (Item 7) The X-ray phase-shift imaging apparatus according to item 6, wherein the control unit is configured to acquire a position of the specific directional fiber region as well as a size of the specific directional fiber region as the feature amount.
  • the image processing unit is configured to generate a binary image by performing a binarization process on pixel values of the orientation information image, 8.
  • the control unit is configured to acquire, as the feature amount, a size of a binarized region that is the specific directional fiber region in the binarized image.
  • control unit is configured to perform a smoothing process on the binarized image and to acquire an area of the binarized region after the smoothing process as the feature amount.
  • the feature amount includes a ratio of an area of a maximum binarized region, which is the largest of the binarized regions, to an area of the entire subject, and a position of the maximum binarized region;
  • the feature amount includes a ratio of an area of all the binarized regions to an area of the entire subject
  • An X-ray phase imaging image analysis method for predicting a location where mechanical strength of a subject including fibers is reduced comprising: imaging the object and a plurality of gratings disposed between the X-ray source and the X-ray detector at a plurality of imaging angles while rotating the object relative to a rotation direction about an irradiation axis direction of the X-ray; generating a plurality of X-ray phase contrast images for each orientation of the object with respect to the plurality of gratings based on an intensity distribution of X-rays detected by the X-ray detector; acquiring orientation information regarding the orientation of the fibers included in the subject based on the plurality of X-ray phase contrast images; and acquiring a feature quantity related to the mechanical strength of the object based on the acquired orientation information.

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Abstract

このＸ線位相イメージング装置（１００）は、Ｘ線源（１０）と、Ｘ線検出器（１１）と、複数の格子と、繊維（９１ａ）を含む被写体（９０）と複数の格子とを相対回転させる回転機構（１５）と、複数の格子に対する被写体の向きごとの複数のＸ線位相コントラスト画像（４０）を生成する画像処理部（２ａ）と、複数のＸ線位相コントラスト画像に基づいて、被写体に含まれる繊維の配向に関する配向情報（３０）を取得するとともに、被写体の機械的強度に関する特徴量（３１）を取得する制御部（２ｂ）と、を備える。

Description

Ｘ線位相イメージング装置およびＸ線位相イメージング画像解析方法
　本発明は、Ｘ線位相イメージング装置およびＸ線位相イメージング画像解析方法に関し、特に、被写体と複数の格子とを相対回転させながら被写体を撮像するＸ線位相イメージング装置およびＸ線位相イメージング画像解析方法に関する。
　従来、被写体と複数の格子とを相対回転させながら被写体を撮像するＸ線位相イメージング装置が知られている。このようなＸ線位相イメージング装置は、たとえば、特許第６９４３０９０号公報に開示されている。
　特許第６９４３０９０号公報には、Ｘ線源と、第１格子と第２格子とを含む複数の格子と、検出器と、画像処理部と、制御部と、方向変更機構と、を備えたＸ線イメージング装置が開示されている。特許第６９４３０９０号公報に開示されている構成は、方向変更機構によって被写体と複数の格子とを相対回転させることにより、複数の格子に対する被写体の向きを変化させて撮影し、被写体の向きに応じた複数の暗視野像を生成する。また、特許第６９４３０９０号公報では、Ｘ線イメージング装置は、被写体として、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を撮像するように構成されている。また、特許第６９４３０９０号公報には、生成した暗視野像に基づいて、被写体に含まれる異なる方向に延びる繊維を抽出する構成が開示されている。
特許第６９４３０９０号公報
　ここで、炭素繊維を含むＣＦＲＰは、繊維が延びる方向に作用する力に対する機械的強度が高く、繊維が延びる方向と交差する方向に作用する力に対する機械的強度が低いことが知られている。しかしながら、特許第６９４３０９０号公報に開示されているようなＸ線位相イメージング装置では、繊維の延びる方向（配向情報）を取得することは可能であるが、繊維の配向に起因して機械的強度が低下している部分を、ユーザが把握することが困難である。そこで、被写体において繊維の配向に起因して機械的強度が低下している部分を容易に把握することが可能なＸ線位相イメージング装置が望まれている。
　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、被写体において繊維の配向に起因して機械的強度が低下している部分を容易に把握することが可能なＸ線位相イメージング装置およびＸ線位相イメージング画像解析方法を提供することである。
　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Ｘ線位相イメージング装置は、繊維を含む被写体の機械的強度が低下している位置を予測するＸ線位相イメージング装置であって、Ｘ線を照射するＸ線源と、Ｘ線源から照射されたＸ線を検出するＸ線検出器と、Ｘ線源とＸ線検出器との間に配置された複数の格子と、被写体と複数の格子とを、Ｘ線の照射軸線周りの回転方向に相対回転させる回転機構と、被写体と複数の格子とを回転機構により相対回転させ、複数の格子に対する被写体の向きを変更して撮像することにより、Ｘ線検出器によって検出されたＸ線の強度分布に基づいて、複数の格子に対する被写体の向きごとの複数のＸ線位相コントラスト画像を生成する画像処理部と、複数のＸ線位相コントラスト画像に基づいて、被写体に含まれる繊維の配向に関する配向情報を取得するとともに、取得した配向情報に基づいて、被写体の機械的強度に関する特徴量を取得する制御部と、を備える。
　また、この発明の第２の局面におけるＸ線位相イメージング画像解析方法は、繊維を含む被写体の機械的強度が低下している位置を予測するＸ線位相イメージング画像解析方法であって、被写体と、Ｘ線源とＸ線検出器との間に配置された複数の格子とを、Ｘ線の照射軸線方向周りの回転方向に相対回転させながら複数の撮像角度において撮像するステップと、Ｘ線検出器によって検出されたＸ線の強度分布に基づいて、複数の格子に対する被写体の向きごとの複数のＸ線位相コントラスト画像を生成するステップと、複数のＸ線位相コントラスト画像に基づいて、被写体に含まれる繊維の配向に関する配向情報を取得するステップと、取得した配向情報に基づいて、被写体の機械的強度に関する特徴量を取得するステップと、を備える。
　上記第１の局面におけるＸ線位相イメージング装置、および、上記第２の局面におけるＸ線位相イメージング画像解析方法では、上記のように、被写体に含まれる繊維の配向に関する配向情報に基づいて、被写体の機械的強度に関する特徴量を取得する。これにより、ユーザは、配向情報に基づいて取得された被写体の機械的強度に関する特徴量を確認することができる。その結果、被写体において繊維の配向に起因して機械的強度が低下している部分を容易に把握することができる。
一実施形態によるＸ線位相イメージング装置の全体構成を示した模式図である。 一実施形態によるＸ線撮像部の構成を説明するための模式図である。 一実施形態によるＸ線位相イメージング装置の回転機構の構成を説明するための模式図である。 一実施形態によるＸ線位相イメージング装置の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。 Ｘ線位相コントラスト画像を生成する構成を説明するための模式図である。 一実施形態によるＸ線位相イメージング装置が生成する、吸収像、位相微分像、および、暗視野像を説明するための模式図である。 被写体の構造を説明するための模式図である。 複数の試験片に被写体を分割して撮像することを説明するための模式図である。 暗視野像から配向情報を取得する構成を説明するための模式図である。 暗視野像から配向情報を取得する構成を説明するためのグラフである。 配向解析画像を説明するための模式図である。 配向解析画像から生成されるテンソル画像を説明するための模式図である。 一実施形態による画像処理部が生成する二値化画像を説明するための模式図である。 一実施形態による制御部が取得する特徴量、および、引張試験を行った際の破断位置を説明するための図である。 最大二値化領域の位置と引張試験を行った際の破断位置との関係を示すグラフである。 最大応力と全面積比との関係を示すグラフである。 繊維の配向の偏りの傾向を説明するための模式図（Ａ）および模式図（Ｂ）である。 一実施形態によるＸ線位相イメージング装置が、暗視野像、二値化画像、および、特徴量を表示する構成を説明するための模式図である。 一実施形態によるＸ線位相イメージング装置が、特徴量を表示する処理を説明するためのフローチャートである。 変形例によるＸ線位相イメージング装置の全体構成を示した模式図である。 変形例によるＸ線撮像部の構成を説明するための模式図である。 変形例によるＸ線位相イメージング装置が撮像する画像によって、特定方向繊維領域の厚み方向の分布を説明するための模式図である。
　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。
　まず、図１を参照して、本発明の一実施形態によるＸ線位相イメージング装置１００の全体構成について説明する。
　図１に示すように、Ｘ線位相イメージング装置１００は、タルボ（Ｔａｌｂｏｔ）効果を利用して、被写体９０（図２参照）の内部を画像化する装置である。被写体９０は、たとえば、繊維９１ａ（図７参照）を含む繊維複合材料である。被写体９０は、たとえば、ＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ　Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｐｌａｓｔｉｃ）である。本実施形態では、Ｘ線位相イメージング装置１００は、繊維９１ａを含む被写体９０の機械的強度が低下している位置を予測するように構成されている。
　Ｘ線位相イメージング装置１００は、Ｘ線撮像部１と、コンピュータ２とを含む。また、Ｘ線位相イメージング装置１００は、表示部３と、入力受付部４と、を含む。
　Ｘ線撮像部１は、Ｘ線源１０と、複数の格子と、Ｘ線検出器１１と、回転機構１５と、格子位置調整機構１６とを含む。複数の格子は、第１格子１２と、第２格子１３と、第３格子１４とを含む。Ｘ線源１０、複数の格子、Ｘ線検出器１１の配置など、Ｘ線撮像部１の詳細については、後述する。
　コンピュータ２は、画像処理部２ａと、制御部２ｂと、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）などのメモリと、記憶部２ｃとを含む。画像処理部２ａ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）、回路（Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）などにより構成される。制御部２ｂは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵまたは画像処理用に構成されたＦＰＧＡ、回路（Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）などにより構成される。
　画像処理部２ａは、被写体９０と複数の格子とを回転機構１５により相対回転させ、複数の格子に対する被写体９０の向きを変更して撮像することにより、Ｘ線検出器１１によって検出されたＸ線の強度分布に基づいて、複数の格子に対する被写体９０の向きごとの複数のＸ線位相コントラスト画像４０を生成するように構成されている。また、画像処理部２ａは、後述するテンソル画像４２（図１２参照）を生成するように構成されている。画像処理部２ａがＸ線位相コントラスト画像４０を生成する構成の詳細、および、テンソル画像４２を生成する構成の詳細については、後述する。なお、テンソル画像４２は、請求の範囲の、「配向情報画像」の一例である。
　制御部２ｂは、Ｘ線源１０、回転機構１５、および、格子位置調整機構１６などの制御を行うように構成されている。また、制御部２ｂは、配向情報取得部２０と、特徴量取得部２１と、強度低下部予測部２２と、を含む。配向情報取得部２０、特徴量取得部２１、および、強度低下部予測部２２は、制御部２ｂが各種プログラムを実行することにより実現される機能ブロックとしてソフトウェア的に構成される。配向情報取得部２０、特徴量取得部２１、および、強度低下部予測部２２は、専用のプロセッサ（処理回路）を設けてハードウェアにより構成されていてもよい。
　配向情報取得部２０は、複数のＸ線位相コントラスト画像４０に基づいて、被写体９０に含まれる繊維９１ａ（図７参照）の配向に関する配向情報３０を取得する。配向情報取得部２０が配向情報３０を取得する構成の詳細については、後述する。
　特徴量取得部２１は、配向情報取得部２０が取得した配向情報３０に基づいて、被写体９０の機械的強度に関する特徴量３１を取得するように構成されている。特徴量取得部２１が特徴量３１を取得する構成の詳細については、後述する。
　強度低下部予測部２２は、特徴量３１に基づいて、被写体９０の強度低下部５３（図１３参照）の位置を予測するように構成されている。強度低下部予測部２２が被写体９０の強度低下部５３の位置を予測する構成の詳細については、後述する。
　記憶部２ｃは、画像処理部２ａが生成したＸ線位相コントラスト画像４０、配向情報取得部２０が取得した配向情報３０、特徴量取得部２１が取得した特徴量３１、後述する閾値３２、および、制御部２ｂが実行する各種プログラムを記憶するように構成されている。記憶部２ｃは、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）、または、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）などの不揮発性の記憶装置を含む。
　表示部３は、画像処理部２ａが生成したＸ線位相コントラスト画像４０を表示するように構成されている。また、本実施形態では、表示部３は、特徴量３１、および、後述する二値化画像４３を表示するように構成されている。表示部３は、たとえば、液晶モニタを含む。
　入力受付部４は、操作者の操作入力を受け付けるように構成されている。入力受付部４は、たとえば、キーボードやマウスなどの入力デバイスを含む。
　図２に示すように、Ｘ線源１０と、第３格子１４と、第１格子１２と、第２格子１３と、Ｘ線検出器１１とが、Ｘ線の照射軸線７０方向に、この順に並んで配置されている。すなわち、第３格子１４、第１格子１２、および、第２格子１３は、Ｘ線源１０とＸ線検出器１１との間に配置されている。なお、本明細書では、上下方向をＺ方向とし、上方向をＺ１方向、下方向をＺ２方向とする。また、Ｘ線源１０からＸ線検出器１１に向かう方向をＸ方向とし、一方側をＸ１方向、他方側をＸ２方向とする。また、Ｚ方向およびＸ方向と直交する方向をＹ方向とし、一方側をＹ１方向、他方側をＹ２方向とする。
　Ｘ線源１０は、被写体９０にＸ線を照射するように構成されている。具体的には、Ｘ線源１０は、高電圧が印加されることにより、Ｘ線を発生させるように構成されている。
　Ｘ線検出器１１は、Ｘ線源１０から照射されたＸ線を検出するように構成されている。また、Ｘ線検出器１１は、検出されたＸ線を電気信号に変換するように構成されている。Ｘ線検出器１１は、たとえば、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ　Ｐａｎｅｌ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）である。Ｘ線検出器１１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、Ｙ方向およびＺ方向に並んで配置されている。Ｘ線検出器１１の検出信号（画像信号）は、後述する画像処理部２ａに送られる。
　第１格子１２は、Ｘ線源１０とＸ線検出器１１との間に配置され、Ｘ線源１０からＸ線が照射される。第１格子１２は、Ｚ方向に所定の周期（格子ピッチ）１２ｃで配列されるスリット１２ａおよびＸ線位相変化部１２ｂを有している。各スリット１２ａおよびＸ線位相変化部１２ｂは、Ｙ方向に直線状に延びるように形成されている。第１格子１２は、いわゆる位相格子である。第１格子１２は、Ｘ線源１０と第２格子１３との間に配置されており、Ｘ線源１０から照射されたＸ線により（タルボ効果によって）自己像を形成するために設けられている。なお、タルボ効果とは、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）が形成されることを意味する。
　第２格子１３は、第１格子１２からのＸ線が照射される。第２格子１３は、Ｚ方向に所定の周期（格子ピッチ）１３ｃで配列される複数のＸ線透過部１３ａおよびＸ線吸収部１３ｂを有している。各Ｘ線透過部１３ａおよびＸ線吸収部１３ｂは、Ｙ方向に直線状に延びるように形成されている。第２格子１３は、いわゆる、吸収格子である。第２格子１３は、第１格子１２とＸ線検出器１１との間に配置されており、第１格子１２により形成された自己像に干渉するように構成されている。第２格子１３は、自己像と第２格子１３とを干渉させるために、第１格子１２からタルボ距離だけ離れた位置に配置されている。
　第３格子１４は、Ｘ線源１０と第１格子１２との間に配置される。第３格子１４は、Ｚ方向に所定の周期（ピッチ）１４ｃで配列される複数のスリット１４ａおよびＸ線吸収部１４ｂを有している。各スリット１４ａおよびＸ線吸収部１４ｂはそれぞれ、Ｙ方向に直線状に延びるように形成されている。また、各スリット１４ａおよびＸ線吸収部１４ｂはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。第３格子１４は、Ｘ線源１０と第１格子１２との間に配置されており、Ｘ線源１０からＸ線が照射される。第３格子１４は、各スリット１４ａを通過したＸ線を、各スリット１４ａの位置に対応する線光源とするように構成されている。
　なお、本実施形態では、第１格子１２、第２格子１３、および、第３格子１４の各々は、格子パターンがＹ方向に延びる向きに配置される。なお、格子パターンとは、スリット１２ａ、Ｘ線位相変化部１２ｂ、Ｘ線透過部１３ａ、Ｘ線吸収部１３ｂ、スリット１４ａ、および、Ｘ線吸収部１４ｂなどである。
　回転機構１５は、Ｘ線源１０と複数の格子とを、Ｘ線の照射軸線７０周りの回転方向に相対回転させるように構成されている。具体的には、回転機構１５は、複数の格子の各々に設けられており、複数の格子の各々を、Ｘ線の照射軸線７０周りの回転方向に回転させることにより、被写体９０と複数の格子とをＸ線の照射軸線７０周りの回転方向に相対回転させるように構成されている。回転機構１５の詳細な構成については、後述する。
　格子位置調整機構１６は、第１格子１２を、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｚ方向の軸線周りの回転方向Ｒｚ（図４参照）、Ｘ方向の軸線周りの回転方向Ｒｘ（図４参照）、および、Ｙ方向の軸線周りの回転方向Ｒｙ（図４参照）に移動可能に構成されている。
　（回転機構）
　次に、図３を参照して、本実施形態による回転機構１５の構成について説明する。なお、回転機構１５は、複数の格子の各々に設けられるが、いずれの回転機構１５も、回転させる格子が異なる以外は同様の構成であるため、図３では、代表して、第１格子１２を回転させる回転機構１５について説明する。
　回転機構１５は、格子保持部１５ａと、格子保持部１５ａをＸ線の照射軸線７０（図１参照）周りの回転方向に回転させる駆動部１５ｂと、格子保持部１５ａを回転可能に収容する収容部１５ｃとを備える。収容部１５ｃには、開口１５ｄが設けられている。格子保持部１５ａに保持された第１格子１２のうち、開口１５ｄに面する位置（図３に示す第１格子１２のうちの実線で図示した位置）に対して、Ｘ線源１０（図１参照）からのＸ線が照射される。駆動部１５ｂは、格子保持部１５ａをＸ線の照射軸線７０（図１参照）周りの回転方向に回転させることにより、第１格子１２をＸ線の照射軸線７０周りの回転方向に回転させる。駆動部１５ｂは、たとえば、ステッピングモータと、プーリーと、ベルト部材とを含む。
　（格子位置調整機構）
　図４に示すように、格子位置調整機構１６は、Ｘ方向直動機構１６ａと、Ｚ方向直動機構１６ｂと、Ｙ方向直動機構１６ｃと、直動機構接続部１６ｄと、ステージ支持部駆動部１６ｅと、ステージ支持部１６ｆと、ステージ駆動部１６ｇと、ステージ１６ｈと、を含む。
　Ｘ方向直動機構１６ａ、Ｚ方向直動機構１６ｂ、および、Ｙ方向直動機構１６ｃは、それぞれ、Ｘ方向、Ｚ方向、および、Ｙ方向に移動可能に構成されている。Ｘ方向直動機構１６ａ、Ｚ方向直動機構１６ｂ、および、Ｙ方向直動機構１６ｃは、たとえば、ステッピングモータなどを含む。格子位置調整機構１６は、Ｘ方向直動機構１６ａ、Ｚ方向直動機構１６ｂ、および、Ｙ方向直動機構１６ｃの動作により、それぞれ、第１格子１２（図１参照）を、Ｘ方向、Ｚ方向、および、Ｙ方向に移動させるように構成されている。
　ステージ支持部１６ｆは、第１格子１２を載置させるためのステージ１６ｈを図４の下方（Ｚ２方向）から支持している。ステージ駆動部１６ｇは、ステージ１６ｈ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１６ｈは、底部がステージ支持部１６ｆ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、Ｙ方向の軸線周り（Ｒｙ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１６ｅは、ステージ支持部１６ｆをＹ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１６ｆは底部が直動機構接続部１６ｄに向けて凸曲面状に形成されており、Ｙ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１６ｄは、Ｚ方向の軸線周り（Ｒｚ方向）に回動可能にＹ方向直動機構１６ｃに設けられている。上記の構成により、格子位置調整機構１６では、Ｚ方向直動機構１６ｂの動作により、第１格子１２をＺ方向に縞走査させることができる。
　（Ｘ線位相コントラスト画像を生成する構成）
　次に、図５を参照して、画像処理部２ａ（図１参照）がＸ線位相コントラスト画像４０（図１参照）を生成する構成について説明する。画像処理部２ａは、Ｘ線検出器１１（図１参照）によって検出されたＸ線の強度分布に基づいて取得された強度信号曲線６０および強度信号曲線６１を用いて、Ｘ線位相コントラスト画像４０を生成する。Ｘ線位相コントラスト画像４０は、吸収像４０ａ（図６参照）、位相微分像４０ｂ（図６参照）、および、暗視野像４０ｃ（図６参照）を含む。また、強度信号曲線６０は、被写体９０（図１参照）を配置した状態で撮像することにより得られるＸ線の強度の分布を示す曲線である。また、強度信号曲線６１は、被写体９０を配置していない状態で撮像することにより得られるＸ線の強度の分布を示す曲線である。
　図５に示すように、吸収像４０ａは、被写体９０（図１参照）を配置して撮像した際のＸ線の平均強度Ｃｓと、被写体９０を配置せずに撮像した際のＸ線の平均強度Ｃｒとの比によって生成することができる。また、位相微分像４０ｂは、被写体９０を配置した状態で撮像して取得した強度信号曲線６０と、被写体９０を配置しない状態で撮像して取得した強度信号曲線６１との位相差Δφに対して、所定の算出によって求められた数を乗算することにより生成することができる。また、暗視野像４０ｃは、被写体９０を配置せずに撮像した際のＶｉｓｉｂｉｌｉｔｙ（Ｖｒ）と被写体９０を配置して撮像した際のＶｉｓｉｂｉｌｉｔｙ（Ｖｓ）との比によって生成することができる。Ｖｒは、強度信号曲線６０の振幅Ａｒと平均強度Ｃｒとの比によって求めることができる。また、Ｖｓは、強度信号曲線６１の振幅Ａｓと平均強度Ｃｓとの比によって求めることができる。
　（吸収像、位相微分像、および、暗視野像）
　図６に示すように、画像処理部２ａは、吸収像４０ａと、位相微分像４０ｂと、暗視野像４０ｃとを生成する。
　（被写体の構造）
　次に、図７を参照して、被写体９０の構造について説明する。
　図７に示すように、被写体９０は、板状形状を有する。また、被写体９０は、たとえば、炭素繊維（繊維９１ａ）と、母材である樹脂との複合材料である炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）である。被写体９０は、たとえば、ランダムに配置した複数の樹脂と繊維９１ａとが含まれる複数のＣＦＲＰテープ９１に対して、加圧（プレス）を行うことにより、成形することができる。被写体９０は、プレスされた際に、ＣＦＲＰテープ９１内の樹脂が流動し、ＣＦＲＰテープ９１同士の隙間が埋められ、１枚の板状形状に成形される。なお、本実施形態では、被写体９０の高さ方向をＡ方向とする。また、被写体９０の幅方向をＢ方向とする。また、被写体９０の厚み方向をＣ方向とする。
　図７に示すように、ランダムに配置されたＣＦＲＰテープ９１が積層された被写体９０では、繊維９１ａの向きもランダムに配置される。この場合、特定の方向に向く繊維９１ａの割合が大きい領域が生じ得る。特定の方向に向く繊維９１ａの割合が大きい領域は、繊維９１ａが延びる方向と交差する方向に作用する力に対する機械的強度が低下する。たとえば、被写体９０の面内（ＡＢ面内）のにおいて、Ａ方向に向く繊維９１ａの割合が大きい領域は、Ｂ方向に作用する力に対する機械的強度が低下する。
　そこで、本実施形態では、制御部２ｂ（図１参照）は、被写体９０の機械的強度が低下している部分を予測するように構成されている。本実施形態では、たとえば、被写体９０に対して、Ｂ方向の引張力が作用する場合を想定し、制御部２ｂが、Ｂ方向に作用する引張力に対して機械的強度が低下している部分を予測する例について説明する。
　なお、図７に示すように、被写体９０が１枚の板状形状を有する場合、Ｘ線位相イメージング装置１００（図１参照）では、複数の格子の大きさ（Ｘ線の照射軸と直交する面（ＹＺ平面）の面積）によっては、被写体９０の全体を１度に撮像することが困難な場合がある。そこで、本実施形態では、図８に示すように、被写体９０を複数の領域に分けて撮像する例について説明する。具体的には、図８に示す破線７１ａ～破線７１ｆに示す位置で被写体９０を第１領域９０ｂ～第７領域９０ｈに領域を分割し、領域毎に撮像する例について説明する。
　第１領域９０ｂは、被写体９０の上端と、破線７１ａとの間の領域である。また、第２領域９０ｃは、破線７１ａと、破線７１ｂとの間の領域である。また、第３領域９０ｄは、破線７１ｂと、破線７１ｃとの間の領域である。また、第４領域９０ｅは、破線７１ｃと、破線７１ｄとの間の領域である。また、第５領域９０ｆは、破線７１ｄと、破線７１ｅとの間の領域である。また、第６領域９０ｇは、破線７１ｅと、破線７１ｆとの間の領域である。また、第７領域９０ｈは、破線７１ｆと、被写体９０の下端との間の領域である。以下に示す例は、被写体９０の第１領域９０ｂを撮像した例である。
　（特徴量の取得）
　次に、図９～図１７を参照して、本実施形態による制御部２ｂ（図１参照）が、特徴量３１（図１参照）を取得する構成について説明する。本実施形態では、制御部２ｂは、画像処理部２ａ（図１参照）が生成した暗視野像４０ｃ（図６参照）に基づいて配向情報３０（図９参照）を取得し、取得した配向情報３０に基づいて、特徴量３１を取得する。
　（配向情報）
　まず、図９および図１０を参照して、配向情報取得部２０（図１参照）が配向情報３０（図９参照）を取得する構成について説明する。図９に示すように、本実施形態では、配向情報取得部２０は、暗視野像４０ｃに基づいて、配向情報３０を取得する。配向情報３０は、被写体９０（図１参照）に含まれる繊維９１ａ（図７参照）が延びる方向の角度である配向角度３０ａ、および、繊維９１ａがどれだけ同じ方向に揃っているかの指標である配向度３０ｂを含む。すなわち、配向角度３０ａとは、被写体９０の面内（たとえば、ＡＢ面内）において、被写体９０の幅方向（Ｂ方向）を基準（０度）とした場合の繊維９１ａが延びる方向の角度を意味する。また、配向度３０ｂは、繊維９１ａがどれだけ同じ方向に揃っているかを示す値であり、繊維９１ａの方向が揃っている割合に応じて、０～１の間の値となる。
　配向情報取得部２０は、暗視野像４０ｃに基づいて、配向情報３０を取得する。具体的には、配向情報取得部２０は、複数の格子に対する被写体９０の向きを変更して撮像された複数の暗視野像４０ｃに基づいて、配向情報３０を取得する。たとえば、被写体９０における所定の画素８０に着目して、各暗視野像４０ｃにおける画素８０の配向情報３０を取得する構成について、図１０に示すグラフ３３を用いて説明する。
　グラフ３３の縦軸は、暗視野像４０ｃ（図９参照）の画素値であり、横軸は、複数の格子に対する被写体９０の角度である。グラフ３３は、複数の格子に対する被写体９０の向きを変更して撮像された複数の暗視野像４０ｃの対応する画素８０（図９参照）の画素値をプロットしたグラフである。
　グラフ３３に示すように、複数の暗視野像４０ｃの画素８０に対応する画素値をプロットし、正弦波でフィッティングした曲線３３ａのうちの、最大信号強度Ｖｍａｘの値を取る際の角度Ｒが、画素８０における繊維９１ａ（図７参照）の配向角度３０ａ（図９参照）である。また、振幅Ｖａと、平均信号強度Ｖａｖｅとの比率によって算出される値が、配向度３０ｂ（図９参照）である。
　配向情報取得部２０は、複数の暗視野像４０ｃの各画素に対して同様の処理を行い、配向情報３０を取得する。なお、本実施形態では、配向情報取得部２０は、繊維９１ａの配向を示すテンソルデータとして、配向情報３０を取得する。なお、配向を示すテンソルデータとは、０～１の間の値である配向度３０ｂを０．５～１の間の値に変換し、配向角度３０ａによって座標系を回転させることにより得られるデータである。すなわち、配向角度３０ａを９０度に設定してテンソルデータを生成した場合、テンソル主方向の値（ＡＡ成分の値）が、Ａ方向に向く繊維９１ａの割合となる。
　（配向解析画像）
　図１１に示す配向解析画像４１は、配向情報３０（図９参照）に基づいて生成される画像である。なお、配向解析画像４１は、特徴量取得部２１が特徴量３１を取得する構成を説明のための便宜的な画像である。画像処理部２ａは、配向解析画像４１を実際に作成しなくてもよい。配向解析画像４１は、被写体９０（図１参照）に含まれる繊維９１ａ（図７参照）を、凡例８１に示すように、配向角度３０ａ（図９参照）に基づく色彩と、配向度３０ｂ（図９参照）に基づく明度とによって画像化した画像である。凡例８１は、繊維９１ａの角度が０度～９０度の範囲において、赤色、紫色、青色、および、水色となるように段階的に色が変化することを示す。また、凡例８１は、繊維９１ａの角度が９０度～１８０度の範囲において、水色、緑色、黄色、および、赤色となるように、段階的に色が変化することを示す。また、配向解析画像４１では、各画素に含まれる配向角度３０ａのうち、配向度３０ｂの値が最も大きい配向角度３０ａに対応した色彩および明度で表示される。たとえば、ある画素において、９０度方向における配向度３０ｂの値が最も大きい場合、その画素は、水色で表示される。また、配向角度３０ａが同じ場合、配向度３０ｂの値が大きいほど明るく表示され、配向度３０ｂの値が小さいほど、暗く表示される。
　ここで、被写体９０に作用する力の方向がＢ方向の場合、Ｂ方向と交差する方向であるＡ方向に沿って延びる繊維９１ａの分布を把握することにより、被写体９０のＢ方向における機械的強度が低下している部分を把握することができる。そこで、本実施形態では、配向情報取得部２０（図１参照）は、被写体９０に作用する力の作用方向と、力の作用方向と交差する方向の配向情報３０とに基づいて、力の作用方向の特徴量３１（図１参照）を取得するように構成されている。
　図１１に示す例では、領域５０ａ、領域５０ｂ、および、領域５０ｃに示す部分の繊維９１ａ（図７参照）は、水色および青色であるため、配向角度３０ａ（図９参照）が９０度に近い。すなわち、領域５０ａ、領域５０ｂ、および、領域５０ｃが、特定の配向角度３０ａに沿った方向に向く繊維９１ａの領域である特定方向繊維領域５０である。図１１に示す例では、９０度に沿った方向に向く繊維９１ａの領域が、特定方向繊維領域５０である。なお、図１１に示すように、配向解析画像４１には、様々な配向角度３０ａの繊維９１ａが写っている。
　（テンソル画像）
　そこで、本実施形態では、画像処理部２ａは、特定方向繊維領域５０を把握しやすくするために、図１２に示すテンソル画像４２を生成する。具体的には、図１２に示すように、画像処理部２ａ（図１参照）は、特定の配向角度３０ａ（図９参照）の配向度３０ｂ（図９参照）に基づく画像であるテンソル画像４２を生成する。図１２に示すテンソル画像４２は、各画素において、０～１の範囲の値である配向度３０ｂの値を、０．５～１の範囲に変換し、配向角度３０ａに応じて座標系を回転させることにより得られるテンソル主方向の値を画素値とした画像である。本実施形態では、テンソル画像４２は、配向角度３０ａが９０度の場合のテンソルデータのテンソル主方向の値を画素値とした画像である。図１２に示す例では、テンソル画像４２は、凡例８２に示すように、画素値が０（ゼロ）から１の範囲の画像である。９０度に向く繊維９１ａ（図７参照）の割合が多い領域では、配向角度３０ａが９０度の場合の配向度３０ｂの値が大きくなる。一方、０度に向く繊維９１ａの割合が大きい領域では、配向角度３０ａが０度の配向度３０ｂは大きくなるが、配向角度３０ａが９０度の配向度３０ｂの値が小さくなる。すなわち、テンソル画像４２において、白色に近づくほど、繊維９１ａが９０度方向に向いている割合が多く、黒色に近づくほど、繊維９１ａが０度方向に向いている割合が多いことを意味する。
　テンソル画像４２において、白く写る領域（領域５０ｄ、領域５０ｅ、および、領域５０ｆ）は、９０度を向く繊維９１ａ（図７参照）の割合が大きい領域である。しかしながら、テンソル画像４２では、白く写る領域と、黒く写る領域との境界が不明確である。
　（二値化画像）
　そこで、本実施形態では、特徴量取得部２１（図１参照）は、特定方向繊維領域５０（図１１参照）の大きさを精度よく取得するために、テンソル画像４２に基づいて特徴量３１（図１参照）を取得するように構成されている。具体的には、図１３に示すように、画像処理部２ａ（図１参照）は、テンソル画像４２の画素値（テンソル値）を、二値化処理することによって、二値化画像４３を生成するように構成されている。本実施形態では、画像処理部２ａは、予め設定された閾値３２（図１参照）により、テンソル画像４２の画素値を二値化して二値化画像４３を生成するように構成されている。
　（特徴量）
　本実施形態では、特徴量取得部２１は、テンソル画像４２（図１２参照）に写る特定の配向角度３０ａに沿った方向に向く繊維９１ａの領域である特定方向繊維領域５０（図１１参照）の大きさを、特徴量３１（図１参照）として取得するように構成されている。また、本実施形態では、特徴量取得部２１は、特定方向繊維領域５０の大きさとともに、特定方向繊維領域５０の位置を、特徴量３１として取得するように構成されている。なお、特定方向繊維領域５０の位置とは、テンソル画像４２における特定方向繊維領域５０の中心の位置座標である。
　具体的には、特徴量取得部２１は、二値化画像４３における特定方向繊維領域５０である二値化領域５１の大きさを、特徴量３１として取得するように構成されている。本実施形態では、特徴量取得部２１は、閾値３２よりも大きい値の画素値を有する領域である二値化領域５１に基づいて、特徴量３１を取得するように構成されている。
　図１３に示す二値化画像４３では、第１二値化領域５１ａ、第２二値化領域５１ｂ、および、第３二値化領域５１ｃが写っている。特徴量取得部２１は、第１二値化領域５１ａ、第２二値化領域５１ｂ、および、第３二値化領域５１ｃの各々の大きさおよび位置を取得する。
　ここで、配向解析画像４１（図１１参照）において１つの領域として写る特定方向繊維領域５０（図１１参照）が、二値化画像４３では、不連続な二値化領域５１となる場合がある。この場合、二値化領域５１の面積を特徴量３１として取得すると、実際の特定方向繊維領域５０の面積よりも小さい値が特徴量３１として取得されるため、特徴量３１が不正確な値となる。そこで、本実施形態では、特徴量取得部２１は、二値化画像４３に対して平滑化処理を行うように構成されている。
　本実施形態では、特徴量取得部２１は、たとえば、平滑化処理として、画像に対して収縮処理と膨張処理とを繰り返し行うモルフォロジー処理を行うように構成されている。モルフォロジー処理では、収縮処理と膨張処理とを、同じ回数行うことにより、画像に写る不連続点を接続することができる。これにより、二値化処理によって不連続な領域となった二値化領域５１を、１つの領域に接続することができる。
　また、本実施形態では、特徴量取得部２１は、平滑化処理を行った後の二値化領域５１の面積を、特徴量３１として取得するように構成されている。
　本実施形態では、特徴量３１（図１参照）は、被写体９０（図１参照）全体の面積（第１領域９０ｂ全体の面積）に対する、二値化領域５１のうちの最も大きい二値化領域５１である最大二値化領域５２の面積の比率と、最大二値化領域５２の位置とを含む。すなわち、特徴量取得部２１は、第１二値化領域５１ａ、第２二値化領域５１ｂ、および、第３二値化領域５１ｃのうちの、最も面積が大きい第１二値化領域５１ａの面積の比率および位置を、最大二値化領域５２の面積の比率および位置として取得する。
　（強度低下部の位置の予測）
　また、本実施形態では、特徴量取得部２１（図１参照）は、特徴量３１に基づいて、被写体９０内の繊維９１ａ（図７参照）の向きに起因して相対的に機械的強度が低下している部分である強度低下部５３の位置を予測するように構成されている。具体的には、特徴量取得部２１は、最大二値化領域５２の面積の比率と、最大二値化領域５２の位置とに基づいて、強度低下部５３の位置を予測するように構成されている。
　図１４に示す表３１ａは、特徴量取得部２１（図１参照）が取得した二値化領域５１（図１３参照）の面積比と、二値化領域５１の重心位置と、実際に引張試験を行った際の破断位置とを示す表である。なお、面積比とは、被写体９０（図１参照）の面積に対する各二値化領域５１の面積の比率である。また、表３１ａにおける「領域Ｎｏ.」とは、各二値化領域５１の位置に応じて設定された仮想的な番号である。本実施形態では、重心位置の値が小さい順に、「領域Ｎｏ．」が設定される。
　表３１ａに示すように、実際に引張試験を行った際に被写体９０が破断した位置と、最大二値化領域５２（領域Ｎｏ．３）の位置とが、互いに近い位置である。そこで、被写体９０の様々な部分に対しても同様の傾向があるか否かを、被写体９０の様々な部分に対して同様の解析および試験を行うことにより確認した。
　図１５に示すグラフ３４は、被写体９０の様々な部分における最大二値化領域５２の位置（重心位置）と、実際に引張試験を行った際の破断位置とを示すグラフである。グラフ３４は、横軸が実際に引張試験を行った際の破断位置であり、縦軸が最大二値化領域５２の重心位置である。なお、引張試験を行う際には、被写体９０を物理的に分割し、様々な部分の試験片を作成し、試験片ごとに引張試験を行った。
　被写体９０（図１参照）の各部分において、最大二値化領域５２（図１３参照）の位置と実際に引張試験を行った際の破断位置と示す点３４ａをプロットしたところ、凡そ破線３４ｂおよび破線３４ｃの間の位置に収まることが確認できた。破線３４ｂおよび破線３４ｃは、破断位置と最大二値化領域５２の位置との差異がプラスマイナス１０ｍｍとなる範囲を示している。すなわち、強度低下部５３（図１３参照）の予測位置が、実際の引張試験を行った際の破断位置の２０ｍｍ幅の範囲内に収まることが確認できた。
　したがって、最大二値化領域５２の位置（重心位置）に基づいて、被写体９０の引張試験を行った際の破断位置を精度よく予測することが可能であることが確認できた。
　（被写体全体の強度予測）
　また、特徴量取得部２１（図１参照）は、被写体９０（図1参照）全体に含まれる強度低下部５３（図１３参照）の特徴量３１（図１参照）に基づいて、被写体９０全体の機械的強度を予測するように構成されている。具体的には、特徴量取得部２１は、被写体９０全体の面積に対する全ての二値化領域５１（図１３参照）の面積の比率に基づいて、被写体９０全体の機械的強度の指標値を取得するように構成されている。
　図１６に示すグラフ３５は、横軸が試験片Ｎｏ．であり、縦軸のうちの左側の軸が最大応力（ＭＰａ：メガパスカル）であり、縦軸のうちの右側の軸が、二値化領域５１（図１３参照）の全面積比（％）である。また、凡例３５ａに示すように、破線に丸印で記載している折れ線３５ｂが、全面積比を示しており、実線に四角で記載している折れ線３５ｃが、最大応力を示している。なお、全面積比とは、二値化画像４３（図１３参照）に写る被写体９０全体の面積に対する各二値化領域５１の面積の比率の合計である。すなわち、全面積比とは、二値化画像４３に写る被写体９０全体の面積に対する、全ての二値化領域５１の面積の比率である。
　グラフ３５に示すように、全面積比が大きい場合、最大応力が小さくなり、全面積比が小さい場合、最大応力が大きくなる傾向であることが確認できた。すなわち、試験片ごとの全面積比と、最大応力とには、高い相関があることが確認できた。そのため、全ての二値化領域５１の面積比の合計を、被写体９０（図１参照）全体の機械的強度の指標値とすることができる。
　（繊維の配向の偏りの傾向）
　図１７（Ａ）に示す例は、被写体９０（図１参照）内の繊維９１ａ（図７参照）の配向の偏りが強い場合の二値化画像４３ａである。また、図１７（Ｂ）に示す例は、被写体９０内の繊維９１ａの配向の偏りが弱い場合の二値化画像４３ｂである。
　図１７（Ａ）に示すように、繊維９１ａの配向の偏りが強い場合、繊維９１ａの配向の偏りが弱い場合と比較して、二値化領域５１の大きさ（面積）が大きくなるとともに、二値化領域５１の個数が減少する傾向にある。すなわち、繊維９１ａの配向の偏りが強い場合、特定方向繊維領域５０（図１１参照）の大きさ（面積）が大きくなるとともに、個数が減少する傾向となる。
　一方、図１７（Ｂ）に示すように、繊維９１ａの配向の偏りが弱い場合、繊維９１ａの配向の偏りが強い場合と比較して、二値化領域５１の大きさ（面積）が小さくなるとともに、二値化領域５１の個数が増加する傾向にある。すなわち、繊維９１ａの配向の偏りが弱い場合、特定方向繊維領域５０の大きさ（面積）が小さくなるとともに、個数が増加する傾向となる。
　被写体９０内の繊維９１ａの配向の偏りが強い場合、繊維９１ａの配向に起因して機械的強度が低下する部分が生じ得る。一方、被写体９０内の繊維９１ａの配向の偏りが弱い場合、繊維９１ａがランダムな方向に配置されていることになるため、繊維９１ａの配向に起因して機械的強度が低下する部分が生じる可能性が低下する。
　そこで、本実施形態では、特徴量取得部２１（図１参照）は、二値化画像４３において、二値化領域５１の大きさおよび個数に基づいて、被写体９０内の繊維９１ａの配向の偏りの傾向を取得するように構成されている。本実施形態では、特徴量取得部２１は、二値化領域５１の面積および個数に基づいて、被写体９０内の繊維９１ａの配向の偏りの傾向を取得するように構成されている。
　（暗視野像、二値化画像、および、特徴量の表示）
　次に、図１８を参照して、制御部２ｂ（図１参照）が、暗視野像４０ｃ、二値化画像４３、特徴量３１、破断予測位置３６、および、全面積比３１ｂを表示部３に表示する構成について説明する。
　制御部２ｂは、表示部３において、暗視野像４０ｃと、二値化画像４３と、特徴量３１の表３１ａと、破断予測位置３６と、全面積比３１ｂとを、並べて表示するように構成されている。
　また、図示していないが、制御部２ｂは、繊維９１ａの配向の偏りが弱い場合には、特徴量３１の表３１ａ、破断予測位置３６、および、全面積比３１ｂなどは表示せずに、本実施形態による解析に向かない被写体９０であることを表示部３に表示する。
　次に、図１９を参照して、本実施形態による制御部２ｂ（図１参照）が、特徴量３１（図１参照）を表示部３（図１参照）に表示する処理について説明する。
　ステップ１０１において、制御部２ｂは、Ｘ線源１０（図１参照）と回転機構１５（図１参照）とを制御することにより、被写体９０（図１参照）と、Ｘ線源１０とＸ線検出器１１（図１参照）との間に配置された複数の格子とを、Ｘ線の照射軸線７０（図１参照）方向周りの回転方向に相対回転させながら複数の撮像角度において撮像する。
　ステップ１０２において、画像処理部２ａ（図１参照）は、Ｘ線検出器１１によって検出されたＸ線の強度分布に基づいて、複数の格子に対する被写体９０の向きごとの複数のＸ線位相コントラスト画像４０（図１参照）を生成する。本実施形態では、画像処理部２ａは、複数の位相コントラスト画像として、少なくとも、複数の暗視野像４０ｃ（図６参照）を生成する。
　ステップ１０３において、特徴量取得部２１（図１参照）は、複数のＸ線位相コントラスト画像４０に基づいて、被写体９０に含まれる繊維９１ａの配向に関する配向情報３０（図９参照）を取得する。本実施形態では、制御部２ｂは、複数の暗視野像４０ｃに基づいて、配向情報３０を取得する。
　ステップ１０４において、特徴量取得部２１（図１参照）は、ステップ１０３において取得した配向情報３０に基づいて、被写体９０の機械的強度に関する特徴量３１を取得する。本実施形態では、特徴量取得部２１は、ステップ１０４において、特徴量３１として、最大二値化領域５２（図１３参照）の面積比、最大二値化領域５２の位置、および、全ての二値化領域５１（図１３参照）の面積比を取得する。
　ステップ１０５において、制御部２ｂは、閾値３２（図１参照）以上の画素値を有する二値化領域５１の大きさ（面積）および個数が、所定の大きさ（面積）および個数以上であるか否かを判定する。閾値３２以上の画素値を有する二値化領域５１の大きさ（面積）および個数が、所定の大きさ（面積）および個数以上である場合、処理は、ステップ１０６へ進む。閾値３２以上の画素値を有する二値化領域５１の大きさ（面積）および個数が、所定の大きさ（面積）および個数以上でない場合、処理は、ステップ１０７へ進む。
　ステップ１０６において、制御部２ｂは、特徴量３１を表示部３に表示する。本実施形態では、制御部２ｂは、特徴量３１として、最大二値化領域５２の面積比、最大二値化領域５２の位置、および、全ての二値化領域５１の面積比を表示する。また、制御部２ｂは、特徴量３１とともに、暗視野像４０ｃおよび二値化画像４３（図１３参照）を表示部３に表示する。その後、処理は終了する。
　ステップ１０５からステップ１０７へ処理が進んだ場合、ステップ１０７において、制御部２ｂは、被写体９０が、Ｘ線位相イメージング装置１００による解析に適していない被写体であることを報知する。具体的には、制御部２ｂは、被写体９０が、Ｘ線位相イメージング装置１００による解析に適していない被写体である旨のメッセージを、表示部３に表示する。その後、処理は終了する。
　（本実施形態の効果）
　本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
　本実施形態では、上記のように、Ｘ線位相イメージング装置１００は、繊維９１ａを含む被写体９０の機械的強度が低下している位置を予測するＸ線位相イメージング装置であって、Ｘ線を照射するＸ線源１０と、Ｘ線源１０から照射されたＸ線を検出するＸ線検出器１１と、Ｘ線源１０とＸ線検出器１１との間に配置された複数の格子と、被写体９０と複数の格子とを、Ｘ線の照射軸線７０周りの回転方向に相対回転させる回転機構１５と、被写体９０と複数の格子とを回転機構１５により相対回転させ、複数の格子に対する被写体９０の向きを変更して撮像することにより、Ｘ線検出器１１によって検出されたＸ線の強度分布に基づいて、複数の格子に対する被写体９０の向きごとの複数のＸ線位相コントラスト画像４０を生成する画像処理部２ａと、複数のＸ線位相コントラスト画像４０に基づいて、被写体９０に含まれる繊維９１ａの配向に関する配向情報３０を取得するとともに、取得した配向情報３０に基づいて、被写体９０の機械的強度に関する特徴量３１を取得する制御部２ｂ（配向情報取得部２０および特徴量取得部２１）と、を備える。
　これにより、ユーザは、配向情報３０に基づいて取得された被写体９０の機械的強度に関する特徴量３１を確認することができる。その結果、被写体９０において繊維９１ａの配向に起因して機械的強度が低下している部分を容易に把握することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、Ｘ線位相イメージング画像解析方法は、繊維９１ａを含む被写体９０の機械的強度が低下している位置を予測するＸ線位相イメージング画像解析方法であって、被写体９０と、Ｘ線源１０とＸ線検出器１１との間に配置された複数の格子とを、Ｘ線の照射軸線７０方向周りの回転方向に相対回転させながら複数の撮像角度において撮像するステップと、Ｘ線検出器１１によって検出されたＸ線の強度分布に基づいて、複数の格子に対する被写体９０の向きごとの複数のＸ線位相コントラスト画像４０を生成するステップと、複数のＸ線位相コントラスト画像４０に基づいて、被写体９０に含まれる繊維９１ａの配向に関する配向情報３０を取得するステップと、取得した配向情報３０に基づいて、被写体９０の機械的強度に関する特徴量３１を取得するステップと、を備える。
　これにより、上記Ｘ線位相イメージング装置１００と同様に、被写体９０において繊維９１ａの配向に起因して機械的強度が低下している部分を容易に把握することが可能なＸ線位相イメージング方法を提供することができる。
　また、上記実施形態では、以下のように構成したことによって、下記のような更なる効果が得られる。
　すなわち、本実施形態では、上記のように、制御部２ｂ（特徴量取得部２１）は、被写体９０に作用する力の作用方向と、力の作用方向と交差する方向の配向情報３０とに基づいて、力の作用方向の特徴量３１を取得するように構成されている。これにより、ユーザは、特徴量３１を確認することにより、被写体９０に作用する力の方向に対する機械的強度を容易に把握することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、制御部２ｂ（強度低下部予測部２２）は、特徴量３１に基づいて、被写体９０内の繊維９１ａの向きに起因して相対的に機械的強度が低下している部分である強度低下部５３の位置を予測するように構成されている。これにより、強度低下部５３の位置が予測されるので、たとえば、強度低下部５３を破棄し、強度低下部５３以外の部分を製品に使用することにより、製品の歩留まりが低下することを抑制することができる。また、強度低下部５３の位置の予測結果に基づいて、被写体９０内において特定の方向に向く繊維９１ａが集中している領域（特定方向繊維領域５０）を把握することができる。その結果、たとえば、ランダム方向に繊維９１ａを配置することにより製造される被写体９０において、特定の方向に向く繊維９１ａが特定の領域に集中することを抑制できるような製造プロセスに変更するなどの、製品の製造プロセスの改善に活用することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、制御部２ｂ（強度低下部予測部２２）は、被写体９０全体に含まれる強度低下部５３の特徴量３１に基づいて、被写体９０全体の機械的強度を予測するように構成されている。これにより、特徴量３１に基づいて被写体９０全体の機械的強度を予測することによって、被写体９０の機械的強度に関する品質を容易に把握することができる。その結果、被写体９０の機械的強度に関する品質管理を容易に行うことができる。
　また、本実施形態では、上記のように、配向情報３０は、被写体９０に含まれる繊維９１ａが延びる方向の角度である配向角度３０ａ、および、繊維９１ａがどれだけ同じ方向に揃っているかを示す指標である配向度３０ｂを含み、画像処理部２ａは、特定の配向角度３０ａにおける配向度３０ｂに基づく画像であるテンソル画像４２を生成するように構成されており、制御部２ｂ（特徴量取得部２１）は、テンソル画像４２に基づいて特徴量３１を取得するように構成されている。これにより、ユーザが所望する配向角度３０ａにおけるテンソル画像４２を生成することにより、ユーザが所望する方向における被写体９０の機械的強度に関する特徴量３１を取得することができる。その結果、ユーザは、特徴量３１を確認することにより、ユーザが所望する方向における被写体９０の機械的強度を容易に把握することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、制御部２ｂ（特徴量取得部２１）は、テンソル画像４２に写る特定の配向角度３０ａに沿った方向に向く繊維９１ａの領域である特定方向繊維領域５０の大きさを、特徴量３１として取得するように構成されている。ここで、被写体９０に作用する力の方向と交差する方向に向く繊維９１ａの割合が大きい領域ほど、被写体９０の機械的強度が低下する。すなわち、特定方向繊維領域５０の大きさが大きいほど、被写体９０の機械的強度が低下する。そこで、特定方向繊維領域５０の大きさを特徴量３１として取得することにより、ユーザに対して特定方向繊維領域５０の大きさを特徴量３１として提示することができる。その結果、ユーザは、特定方向繊維領域５０の大きさを確認することにより、被写体９０の機械的強度が低下している度合いを、容易に把握することができる。また、特定方向繊維領域５０の大きさによって、被写体９０の機械的強度を、定量的に把握することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、制御部２ｂ（特徴量取得部２１）は、特定方向繊維領域５０の大きさとともに、特定方向繊維領域５０の位置を、特徴量３１として取得するように構成されている。これにより、ユーザは、被写体９０の機械的強度が低下している度合いと、機械的強度が低下している位置とを把握することができる。その結果、ユーザは、被写体９０において破損が生じる可能性がある位置である強度低下部５３の位置を、容易に把握することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、画像処理部２ａは、テンソル画像４２の画素値を二値化処理することによって二値化画像４３を生成するように構成されており、制御部２ｂ（特徴量取得部２１）は、二値化画像４３における特定方向繊維領域５０である二値化領域５１の大きさを、特徴量３１として取得するように構成されている。ここで、特定の配向角度３０ａの配向度３０ｂに基づく値を画素値とした画像（テンソル画像４２）では、配向度３０ｂが徐々に変化する領域では、特定方向繊維領域５０の境界が不明確になる。特定方向繊維領域５０の境界が不明確になると、特定方向繊維領域５０の大きさを正確に取得できない場合がある。そこで、上記のように、二値化画像４３における特定方向繊維領域５０である二値化領域５１の大きさを特徴量３１と取得することにより、特定の配向角度３０ａの配向度３０ｂに基づく画素値の画像（テンソル画像４２）における特定方向繊維領域５０の大きさを特徴量３１として取得する構成と比較して、特定方向繊維領域５０の大きさを精度よく取得することができる。その結果、特徴量３１を精度よく取得することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、制御部２ｂ（特徴量取得部２１）は、二値化画像４３に対して平滑化処理を行うとともに、平滑化処理を行った後の二値化領域５１の面積を、特徴量３１として取得するように構成されている。ここで、配向解析画像４１においては１つの領域である特定方向繊維領域５０が、二値化画像４３では、不連続な二値化領域５１となる場合がある。この場合、二値化領域５１の面積を特徴量３１として取得すると、実際の特定方向繊維領域５０の面積よりも小さい値が特徴量３１として取得されるため、特徴量３１の精度が低下する。そこで、平滑化処理を行った後の二値化領域５１の面積を、特徴量３１として取得することにより、二値化処理によって不連続な領域となった二値化領域５１を、１つの領域とすることができる。その結果、特徴量３１の精度が低下することを抑制することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、特徴量３１は、被写体９０全体の面積に対する、二値化領域５１のうちの最も大きい二値化領域５１である最大二値化領域５２の面積の比率と、最大二値化領域５２の位置とを含み、制御部２ｂ（特徴量取得部２１）は、最大二値化領域５２の面積の比率と、最大二値化領域５２の位置とに基づいて、強度低下部５３の位置を予測するように構成されている。ここで、二値化領域５１の面積の比率が大きい領域は、特定の配向角度３０ａの繊維９１ａの割合が大きい領域であるため、機械的強度が低下している領域である。そこで、上記のように構成することにより、被写体９０のうちの最も機械的強度が低下している位置を容易に予測することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、特徴量３１は、被写体９０全体の面積に対する、全ての二値化領域５１の面積の比率を含み、制御部２ｂ（特徴量取得部２１）は、被写体９０全体の面積に対する全ての二値化領域５１の面積の比率に基づいて、被写体９０全体の機械的強度の指標値を取得するように構成されている。これにより、ユーザは、被写体９０全体の面積に対する全ての二値化領域５１の面積の比率に基づいて取得された、被写体９０全体の機械的強度の指標値を確認することにより、被写体９０全体の機械的強度を容易に把握することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、制御部２ｂ（特徴量取得部２１）は、予め設定された閾値３２よりも大きい値を有する領域である二値化領域５１に基づいて、特徴量３１を取得するように構成されている。ここで、テンソル画像４２において画素値が小さい領域は、画素値が大きい領域よりも、特定の配向角度３０ａ以外の方向に向く繊維９１ａの割合が多い領域である。すなわち、テンソル画像４２において画素値が小さい領域は、画素値が大きい領域よりも、特定の配向角度３０ａと交差する方向における機械的強度の低下度合いが小さい。そこで、上記のように、閾値３２よりも大きい値を有する領域を二値化領域５１として取得することにより、被写体９０のうちの機械的強度の低下している部分の予測精度を向上させることができる。
　また、本実施形態では、上記のように、制御部２ｂは、二値化画像４３において、二値化領域５１の大きさおよび個数に基づいて、被写体９０内の繊維９１ａの配向の偏りの傾向を取得するように構成されている。ここで、繊維９１ａの配向の偏りが弱い場合、特定方向繊維領域５０の大きさが小さくなる。この場合、閾値３２によって二値化処理したとしても、二値化領域５１が得られない場合がある。そこで、上記のように、被写体９０内の繊維９１ａの配向の偏りの傾向を取得することにより、繊維９１ａの配向の偏りに応じて、閾値３２を設定することができる。その結果、二値化領域５１を確実に取得することができる。また、繊維９１ａの配向の偏りが弱い場合、繊維９１ａの配向に起因する機械的強度の低下が生じない場合がある。したがって、被写体９０内の繊維９１ａの配向の偏りの傾向を取得することにより、本実施形態によるＸ線位相イメージング装置１００が行う解析に向いている被写体であるか否かを、ユーザが把握することができる。その結果、ユーザの利便性（ユーザビリティ）を向上させることができる。
　［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。
　たとえば、上記実施形態では、Ｘ線位相イメージング装置１００が、被写体９０と複数の格子とを相対回転させる回転機構１５のみを備える構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。図２０に示す変形例によるＸ線位相イメージング装置２００のように、被写体９０と、Ｘ線源１０と複数の格子とＸ線検出器１１とを含む撮像系とを相対回転させる第２回転機構１７をさらに備えていてもよい。
　図２０に示す変形例によるＸ線位相イメージング装置２００は、Ｘ線撮像部１の代わりにＸ線撮像部２０１を備える点、および、コンピュータ２の代わりにコンピュータ２０２を備える点で、上記実施形態によるＸ線位相イメージング装置１００とは異なる。
　変形例によるＸ線撮像部２０１は、第２回転機構１７をさらに備える点で、上記実施形態によるＸ線撮像部１とは異なる。
　第２回転機構１７は、被写体９０と、Ｘ線源１０と複数の格子とＸ線検出器１１とを含む撮像系とを相対回転させるように構成されている。第２回転機構１７が被写体９０とＸ線源１０と複数の格子とＸ線検出器１１とを含む撮像系とを相対回転させる構成の詳細については、後述する。
　また、変形例によるコンピュータ２０２は、画像処理部２ａおよび制御部２ｂの代わりに、画像処理部２０２ａおよび制御部２０２ｂを備える点で、上記実施形態によるコンピュータ２とは異なる。
　画像処理部２０２ａは、第２回転機構１７によって、被写体９０と撮像系との角度を変更しつつ、回転機構１５によって複数の格子との向きを変更しながら、撮影を行うことにより、３次元の位相コントラスト画像を生成するように構成されている。
　図２１に示すように、第２回転機構１７は、被写体９０と撮像系とを、Ｘ線の照射軸線７０と直交する軸線７２周りの回転方向に相対回転させるように構成されている。具体的には、第２回転機構１７は、Ｘ線の照射軸線７０と直交する軸線７２周りの回転方向に被写体９０を回転させることにより、被写体９０と撮像系とを相対回転させるように構成されている。第２回転機構１７は、被写体９０を載置する載置部（図示せず）と、載置部を回転させる駆動力を発生させる駆動部（図示せず）と、を備える。
　したがって、画像処理部２０２ａは、図２２に示すように、被写体９０（図２０参照）の厚み方向（Ｘ方向）における各断面の二値化画像４３（第１二値化画像４３ｃ～第５二値化画像４３ｇ）を生成することができる。
　図２２に示す例は、第１二値化画像４３ｃ～第５二値化画像４３ｇを、被写体９０の厚み方向（Ｘ方向）に沿って並べて図示している。図２２に示すように、第１二値化画像４３ｃの二値化領域５１と、第２二値化画像４３ｄの二値化領域５１とが、被写体９０の厚み方向において重なっている。また、第２二値化画像４３ｄの二値化領域５１と、第３二値化画像４３ｅの二値化領域５１とが、被写体９０の厚み方向において重なっている。また、第３二値化画像４３ｅの二値化領域５１と、第４二値化画像４３ｆの二値化領域５１とが、被写体９０の厚み方向において重なっている。また、第４二値化画像４３ｆの二値化領域５１と、第５二値化画像４３ｇの二値化領域５１とが、被写体９０の厚み方向において重なっている。すなわち、図２２に示す例では、特定方向繊維領域５０（図１１参照）が、被写体９０の厚み方向に沿って連続している。そのため、被写体９０に対してＢ方向に対する力が作用した場合、破断が生じ易い。
　変形例によるＸ線位相イメージング装置２００では、断層画像を取得することにより、特定方向繊維領域５０の厚み方向（Ｘ方向）における分布を詳細に把握することができる。その結果、機械的強度が低下している部分をより詳細に把握することができる。
　また、上記実施形態では、制御部２ｂが、引張強度が低下している部分を予測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、制御部２ｂは、３点曲げ試験における破断位置を予測するように構成されていてもよい。
　また、上記実施形態では、制御部２ｂが、被写体９０の機械的強度が低下している部分である強度低下部５３の位置と、被写体９０全体の機械的強度との両方を予測する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。少なくとも被写体９０の機械的強度が低下している部分である強度低下部５３の位置を予測すれば、被写体９０全体の機械的強度を予測しなくてもよい。
　また、上記実施形態では、特徴量取得部２１が、特定方向繊維領域５０の大きさと、特定方向繊維領域５０の位置とを取得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、特徴量取得部２１は、暗視野像４０ｃを所定の大きさ（幅）で区切った領域毎に特定方向繊維領域５０の大きさを取得するように構成すれば、特定方向繊維領域５０の位置を取得しなくてもよい。
　また、上記実施形態では、特徴量取得部２１が、二値化領域５１の面積の比率を、特徴量３１として取得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、特徴量取得部２１は、二値化領域５１の面積の値を、特徴量３１として取得するように構成されていてもよい。また、特徴量取得部２１は、二値化領域５１の外周の長さを、特徴量３１として取得するように構成されていてもよい。また、特徴量取得部２１は、二値化領域５１の外接矩形を取得し、外接矩形の最長辺の長さを、特徴量３１として取得するように構成されていてもよい。また、特徴量取得部２１は、二値化領域５１を楕円フィッティングし、フィッティングした楕円の長辺と短辺の比率に基づく値を、特徴量３１として取得するように構成されていてもよい。特徴量取得部２１が二値化領域５１の大きさを取得する構成については、手法は問わない。
　また、上記実施形態では、特徴量取得部２１が、二値化画像４３に対する平滑化処理として、モルフォロジー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。不連続な二値化領域５１を接続することが可能であれば、特徴量取得部２１は、どのような処理を行ってもよい。たとえば、特徴量取得部２１は、二値化画像４３に対する平滑化処理として、ガウスフィルタを用いた処理を行うように構成されていてもよい。しかしながら、ガウスフィルタを用いた平滑化処理の場合、二値化領域５１を接続する際の精度が低下する場合がある。したがって、特徴量取得部２１は、平滑化処理として、モルフォロジー処理を行うように構成されることが好ましい。
　また、上記実施形態では、制御部２ｂが、特徴量３１（表３１ａ）と、暗視野像４０ｃと、二値化画像４３と、破断予測位置３６と、全面積比３１ｂとを表示部３に表示する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。制御部２ｂは、少なくとも、特徴量３１を表示すれば、暗視野像４０ｃ、二値化画像４３、破断予測位置３６、および、全面積比３１ｂを表示しなくてもよい。また、制御部２ｂは、特徴量３１の表３１ａを表示しているが、最大二値化領域５２の面積比および最大二値化領域５２の位置の数値データのみを表示するように構成されていてもよい。
　また、上記実施形態では、特徴量取得部２１が、予め設定された閾値３２により、テンソル画像４２の画素値を二値化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、特徴量取得部２１は、ユーザによって入力された閾値によって、テンソル画像４２の画素値を二値化するように構成されていてもよい。
　また、上記実施形態では、特徴量取得部２１が、繊維９１ａの配向の偏りの傾向を取得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、特徴量取得部２１は、繊維９１ａの配向の偏りの傾向を取得しなくてもよい。
　また、上記実施形態では、図３に示すように、回転機構１５が、格子保持部１５ａと、駆動部１５ｂと、収容部１５ｃとを備える構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。複数の格子をＸ線の照射軸線７０周りの回転方向に回転可能であれば、回転機構１５の構成は問わない。
　また、上記実施形態では、回転機構１５が、複数の格子を回転させることにより、被写体９０と複数の格子とを相対回転させ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、回転機構１５が、被写体９０を回転させることにより、被写体９０と複数の格子とを相対回転させるように構成されていてもよい。
　また、上記実施形態では、Ｘ線位相イメージング装置１００が、被写体９０として、ＣＦＲＰを撮像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、Ｘ線位相イメージング装置１００は、被写体として、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）を撮像するように構成されていてもよい。繊維複合材料であれば、どのような被写体を撮像してもよい。
　また、上記実施形態では、被写体９０を、第１領域９０ｂ～第７領域９０ｈに分けて、領域毎に撮像する例を示したが、本発明はこれに限られない。被写体９０全体を撮像することが可能であれば、被写体９０を複数の領域に分けて撮影しなくてもよい。
　また、上記実施形態では、格子位置調整機構１６が、第１格子１２を、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、回転方向Ｒｚ、回転方向Ｒｘおよび回転方向Ｒｙに移動可能に構成される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、格子位置調整機構１６は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、回転方向Ｒｚ、回転方向Ｒｘおよび回転方向Ｒｙの内、いずれか１つまたは複数の方向のみに移動可能に構成されていてもよい。また、格子位置調整機構１６は、第２格子１３または第３格子１４を移動可能に構成されていてもよい。なお、縞走査を行う場合は、格子位置調整機構１６を、縞走査を行う方向に格子を移動可能に構成する必要がある。
　また、上記実施形態では、複数の格子は、Ｘ線源１０から照射されたＸ線の可干渉性を高めるための第３格子１４を含むように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。Ｘ線源１０から照射されるＸ線の可干渉性が高ければ、第３格子１４を含まない構成としてもよい。
　また、上記実施形態では、タルボ効果による自己像を形成するために、第１格子１２を位相格子とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、自己像は縞模様であればよいので、位相格子の代わりに吸収格子を用いてもよい。吸収格子を用いると、距離などの光学条件により単純に縞模様が発生する領域（非干渉計）と、タルボ効果による自己像が生じる領域（干渉計）とが生じる。
［態様］
　上記した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
（項目１）
　繊維を含む被写体の機械的強度が低下している位置を予測するＸ線位相イメージング装置であって、
　Ｘ線を照射するＸ線源と、
　前記Ｘ線源から照射されたＸ線を検出するＸ線検出器と、
　前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に配置された複数の格子と、
　被写体と前記複数の格子とを、Ｘ線の照射軸線周りの回転方向に相対回転させる回転機構と、
　被写体と前記複数の格子とを前記回転機構により相対回転させ、前記複数の格子に対する被写体の向きを変更して撮像することにより、前記Ｘ線検出器によって検出されたＸ線の強度分布に基づいて、前記複数の格子に対する被写体の向きごとの複数のＸ線位相コントラスト画像を生成する画像処理部と、
　前記複数のＸ線位相コントラスト画像に基づいて、被写体に含まれる前記繊維の配向に関する配向情報を取得するとともに、取得した前記配向情報に基づいて、被写体の機械的強度に関する特徴量を取得する制御部と、を備える、Ｘ線位相イメージング装置。
（項目２）
　前記制御部は、被写体に作用する力の作用方向と、前記力の作用方向と交差する方向の前記配向情報とに基づいて、前記力の作用方向の前記特徴量を取得するように構成されている、項目１に記載のＸ線位相イメージング装置。
（項目３）
　前記制御部は、前記特徴量に基づいて、被写体内の前記繊維の向きに起因して相対的に機械的強度が低下している部分である強度低下部の位置を予測するように構成されている、項目１または２に記載のＸ線位相イメージング装置。
（項目４）
　前記制御部は、被写体全体に含まれる前記強度低下部の前記特徴量に基づいて、被写体全体の機械的強度を予測するように構成されている、項目３に記載のＸ線位相イメージング装置。
（項目５）
　前記配向情報は、被写体に含まれる前記繊維が延びる方向の角度である配向角度、および、前記繊維がどれだけ同じ方向に揃っているかの指標である配向度を含み、
　前記画像処理部は、特定の前記配向角度における前記配向度に基づく画像である配向情報画像を生成するように構成されており、
　前記制御部は、前記配向情報画像に基づいて前記特徴量を取得するように構成されている、項目３または４に記載のＸ線位相イメージング装置。
（項目６）
　前記制御部は、前記配向情報画像に写る特定の前記配向角度に沿った方向に向く前記繊維の領域である特定方向繊維領域の大きさを、前記特徴量として取得するように構成されている、項目５に記載のＸ線位相イメージング装置。
（項目７）
　前記制御部は、前記特定方向繊維領域の大きさとともに、前記特定方向繊維領域の位置を、前記特徴量として取得するように構成されている、項目６に記載のＸ線位相イメージング装置。
（項目８）
　前記画像処理部は、前記配向情報画像の画素値を二値化処理することにより生成される二値化画像を生成するように構成されており、
　前記制御部は、前記二値化画像における前記特定方向繊維領域である二値化領域の大きさを、前記特徴量として取得するように構成されている、項目６または７に記載のＸ線位相イメージング装置。
（項目９）
　前記制御部は、前記二値化画像に対して平滑化処理を行うとともに、平滑化処理を行った後の前記二値化領域の面積を、前記特徴量として取得するように構成されている、項目８に記載のＸ線位相イメージング装置。
（項目１０）
　前記特徴量は、被写体全体の面積に対する、前記二値化領域のうちの最も大きい前記二値化領域である最大二値化領域の面積の比率と、前記最大二値化領域の位置とを含み、
　前記制御部は、前記最大二値化領域の面積の比率と、前記最大二値化領域の位置とに基づいて、前記強度低下部の位置を予測するように構成されている、項目８または９に記載のＸ線位相イメージング装置。
（項目１１）
　前記特徴量は、被写体全体の面積に対する、全ての前記二値化領域の面積の比率を含み、
　前記制御部は、被写体全体の面積に対する全ての前記二値化領域の面積の比率に基づいて、被写体全体の機械的強度の指標値を取得するように構成されている、項目８または９に記載のＸ線位相イメージング装置。
（項目１２）
　前記制御部は、予め設定された閾値よりも大きい値を有する領域である前記二値化領域に基づいて、前記特徴量を取得するように構成されている、項目８～１１のいずれか１項に記載のＸ線位相イメージング装置。
（項目１３）
　前記制御部は、前記二値化画像において、前記二値化領域の大きさおよび個数に基づいて、被写体内の前記繊維の配向の偏りの傾向を取得するように構成されている、項目８～１２のいずれか１項に記載のＸ線位相イメージング装置。
（項目１４）
　繊維を含む被写体の機械的強度が低下している位置を予測するＸ線位相イメージング画像解析方法であって、
　被写体と、Ｘ線源とＸ線検出器との間に配置された複数の格子とを、Ｘ線の照射軸線方向周りの回転方向に相対回転させながら複数の撮像角度において撮像するステップと、
　前記Ｘ線検出器によって検出されたＸ線の強度分布に基づいて、前記複数の格子に対する被写体の向きごとの複数のＸ線位相コントラスト画像を生成するステップと、
　前記複数のＸ線位相コントラスト画像に基づいて、被写体に含まれる前記繊維の配向に関する配向情報を取得するステップと、
　取得した前記配向情報に基づいて、被写体の機械的強度に関する特徴量を取得するステップと、を備える、Ｘ線位相イメージング画像解析方法。
　２ａ、２０２ａ　画像処理部
　２ｂ、２０２ｂ　制御部
　１０　Ｘ線源
　１１　Ｘ線検出器
　１５　回転機構
　３０　配向情報
　３０ａ　配向角度
　３０ｂ　配向度
　３１　特徴量（被写体の機械的強度に関する特徴量）
　３２　閾値
　４０　Ｘ線位相コントラスト画像
　４２　テンソル画像（配向情報画像）
　４３　二値化画像
　５０　特定方向繊維領域
　５１　二値化領域
　５２　最大二値化領域
　５３　強度低下部
　７０　Ｘ線の照射軸
　９０　被写体
　９１ａ　繊維
　１００、２００　Ｘ線イメージング装置

Claims (14)

  1. 　繊維を含む被写体の機械的強度が低下している位置を予測するＸ線位相イメージング装置であって、
    　Ｘ線を照射するＸ線源と、
    　前記Ｘ線源から照射されたＸ線を検出するＸ線検出器と、
    　前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に配置された複数の格子と、
    　被写体と前記複数の格子とを、Ｘ線の照射軸線周りの回転方向に相対回転させる回転機構と、
    　被写体と前記複数の格子とを前記回転機構により相対回転させ、前記複数の格子に対する被写体の向きを変更して撮像することにより、前記Ｘ線検出器によって検出されたＸ線の強度分布に基づいて、前記複数の格子に対する被写体の向きごとの複数のＸ線位相コントラスト画像を生成する画像処理部と、
    　前記複数のＸ線位相コントラスト画像に基づいて、被写体に含まれる前記繊維の配向に関する配向情報を取得するとともに、取得した前記配向情報に基づいて、被写体の機械的強度に関する特徴量を取得する制御部と、を備える、Ｘ線位相イメージング装置。
  2. 　前記制御部は、被写体に作用する力の作用方向と、前記力の作用方向と交差する方向の前記配向情報とに基づいて、前記力の作用方向の前記特徴量を取得するように構成されている、請求項１に記載のＸ線位相イメージング装置。
  3. 　前記制御部は、前記特徴量に基づいて、被写体内の前記繊維の向きに起因して相対的に機械的強度が低下している部分である強度低下部の位置を予測するように構成されている、請求項２に記載のＸ線位相イメージング装置。
  4. 　前記制御部は、被写体全体に含まれる前記強度低下部の前記特徴量に基づいて、被写体全体の機械的強度を予測するように構成されている、請求項３に記載のＸ線位相イメージング装置。
  5. 　前記配向情報は、被写体に含まれる前記繊維が延びる方向の角度である配向角度、および、前記繊維がどれだけ同じ方向に揃っているかの指標である配向度を含み、
    　前記画像処理部は、特定の前記配向角度における前記配向度に基づく画像である配向情報画像を生成するように構成されており、
    　前記制御部は、前記配向情報画像に基づいて前記特徴量を取得するように構成されている、請求項３または４に記載のＸ線位相イメージング装置。
  6. 　前記制御部は、前記配向情報画像に写る特定の前記配向角度に沿った方向に向く前記繊維の領域である特定方向繊維領域の大きさを、前記特徴量として取得するように構成されている、請求項５に記載のＸ線位相イメージング装置。
  7. 　前記制御部は、前記特定方向繊維領域の大きさとともに、前記特定方向繊維領域の位置を、前記特徴量として取得するように構成されている、請求項６に記載のＸ線位相イメージング装置。
  8. 　前記画像処理部は、前記配向情報画像の画素値を二値化処理することによって二値化画像を生成するように構成されており、
    　前記制御部は、前記二値化画像における前記特定方向繊維領域である二値化領域の大きさを、前記特徴量として取得するように構成されている、請求項７に記載のＸ線位相イメージング装置。
  9. 　前記制御部は、前記二値化画像に対して平滑化処理を行うとともに、平滑化処理を行った後の前記二値化領域の面積を、前記特徴量として取得するように構成されている、請求項８に記載のＸ線位相イメージング装置。
  10. 　前記特徴量は、被写体全体の面積に対する、前記二値化領域のうちの最も大きい前記二値化領域である最大二値化領域の面積の比率と、前記最大二値化領域の位置とを含み、
    　前記制御部は、前記最大二値化領域の面積の比率と、前記最大二値化領域の位置とに基づいて、前記強度低下部の位置を予測するように構成されている、請求項９に記載のＸ線位相イメージング装置。
  11. 　前記特徴量は、被写体全体の面積に対する、全ての前記二値化領域の面積の比率を含み、
    　前記制御部は、被写体全体の面積に対する全ての前記二値化領域の面積の比率に基づいて、被写体全体の機械的強度の指標値を取得するように構成されている、請求項９に記載のＸ線位相イメージング装置。
  12. 　前記制御部は、予め設定された閾値よりも大きい値を有する領域である前記二値化領域に基づいて、前記特徴量を取得するように構成されている、請求項９に記載のＸ線位相イメージング装置。
  13. 　前記制御部は、前記二値化画像において、前記二値化領域の大きさおよび個数に基づいて、被写体内の前記繊維の配向の偏りの傾向を取得するように構成されている、請求項１２に記載のＸ線位相イメージング装置。
  14. 　繊維を含む被写体の機械的強度が低下している位置を予測するＸ線位相イメージング画像解析方法であって、
    　被写体と、Ｘ線源とＸ線検出器との間に配置された複数の格子とを、Ｘ線の照射軸線方向周りの回転方向に相対回転させながら複数の撮像角度において撮像するステップと、
    　前記Ｘ線検出器によって検出されたＸ線の強度分布に基づいて、前記複数の格子に対する被写体の向きごとの複数のＸ線位相コントラスト画像を生成するステップと、
    　前記複数のＸ線位相コントラスト画像に基づいて、被写体に含まれる前記繊維の配向に関する配向情報を取得するステップと、
    　取得した前記配向情報に基づいて、被写体の機械的強度に関する特徴量を取得するステップと、を備える、Ｘ線位相イメージング画像解析方法。
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