放射線計測システム
【課題】暗電流に基づくノイズによる影響を抑制して放射線量を計測することができる放射線計測システムを提供する。
【解決手段】画像処理装置４０は、予め設定される計測期間にわたってＣＣＤカメラ３０で撮影された画像の輝度ヒストグラムを、各画素毎に求める。画像処理装置４０は、各画素毎に、求められた輝度ヒストグラムの輝度の平均値から、ピーク輝度を減算した値を算出することによって、暗電流に基づく輝度を除去する。これによって各画素における放射線に基づく輝度と推定することができる。
【解決手段】画像処理装置４０は、予め設定される計測期間にわたってＣＣＤカメラ３０で撮影された画像の輝度ヒストグラムを、各画素毎に求める。画像処理装置４０は、各画素毎に、求められた輝度ヒストグラムの輝度の平均値から、ピーク輝度を減算した値を算出することによって、暗電流に基づく輝度を除去する。これによって各画素における放射線に基づく輝度と推定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を計測する放射線計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種製品の摩耗部において、放射化された部材から発せられる放射線量の減少度合いを測定することにより摩耗量を測定する方法が知られている。
【０００３】
このような方法を実施するためには、対象物から発せられる放射線量を正確に計測する必要がある。従来の放射線計測装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の放射線計測装置は、放射線によって発光するシンチレータを備え、シンチレータをカメラで撮像して、画像処理することによって、放射線量を計測している。
【０００４】
しかしながら、シンチレータの放射線（ガンマ線）による発光は微弱で間欠的であるという特徴があり、発光輝度がカメラの暗電流成分と区別がつきにくいという問題がある。したがって、このような発光を計測する放射線計測装置においては、一定の周波数で画像を撮りためて、発光輝度と暗電流成分とを区別する必要がある。また撮りためた画像の暗電流成分は、熱の揺らぎであるため正規分布となるが、カメラを構成する受光素子毎に熱の揺らぎが異なるので、暗電流成分を素子毎に求める必要がある。
【０００５】
このような問題に対して、暗電流を推定する方法が特許文献２に開示されている。特許文献２に記載の信号処理方法では、光が照射しない領域としてオプティカルブラック領域を設け、その領域の輝度平均値を暗電流レベルとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２５６５８号公報
【特許文献２】特開２００６−３４５４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の特許文献２の記載のように、オプティカルブラック領域を用いて暗電流レベルを推定した場合、空間的なばらつきに対応できない。具体的には、シンチレータで発光する微弱発光を撮像するためには、フォトンカウンティングモードで撮像手段のゲインを最大限にあげる必要がある。その結果得られた画像中には、輝点が点在する。しかしながら、ゲインを最大限に上げた状態では撮像素子のばらつきが大きくなり、単純に素子毎に輝度を積算して平均処理を行っても信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が悪くなり、空間的な平均処理を行うと、得たい信号が暗電流成分に埋もれてしまう。
【０００８】
そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、暗電流に基づくノイズによる影響を抑制して放射線量を計測することができる放射線計測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【００１０】
請求項１に記載の発明に従えば、画像処理手段は、予め設定される計測期間にわたって撮影手段で撮影された画像の輝度ヒストグラムを各画素毎に求める。ノイズである暗電流に基づく輝度ヒストグラムは、正規分布で近似できる特性を有する。また暗電流に基づく輝度の頻度は、放射線量に基づく輝度の頻度よりも大きいという特性を有する。したがって各画素毎に得られた輝度ヒストグラムの最大頻度の輝度（以下、「ピーク輝度」ということがある）は、暗電流に起因する輝度であると推定することができる。また暗電流の輝度ヒストグラムは、正規分布である。ここで正規分布の平均値は、その中心値、すなわち最大値である。したがって画像処理手段が、各画素毎に、求められた輝度ヒストグラムの輝度の平均値から、ピーク輝度を減算した値を算出することによって、暗電流に基づく輝度を除去することができる。これによって前述のように算出した値を、各画素における放射線に基づく輝度と推定することができる。したがって暗電流に基づくノイズによる影響を抑制することができ、高精度に放射線量を計測することができる。
【００１１】
また請求項２に記載の発明に従えば、画像処理手段は、ピーク輝度と、ピーク輝度の前後に位置する２つの頻度が正規分布に位置すると仮定して、正規分布の中心値を算出する。前述のように暗電流に基づく輝度ヒストグラムは、正規分布で近似できる特性を有するが、輝度ヒストグラムにおける輝度は連続的でなく離散的であるので、必ずしもピーク輝度が、正規分布の中心値と一致しない場合がある。このような場合であっても、本発明のように正規分布の中心値を算出することによって、より高精度に暗電流に基づく輝度の頻度の最大値を算出することができる。
【００１２】
さらに請求項３に記載の発明に従えば、画像処理手段は、ピーク輝度が、輝度ヒストグラムにおける輝度の最小値または最大値である場合には、中心値に換えてピーク輝度を減算する輝度に設定する。ピーク輝度が、輝度ヒストグラムの最小値または最大値である場合には、前後の３点を用いて正規分布の中心値を特定することが困難であるので、本発明のような処理をすることによって、正規分布の中心値に近い値を用いることができる。
【００１３】
さらに請求項４に記載の発明に従えば、画像処理手段は、ピーク輝度の前後の値において、少なくともいずれか一方の頻度が０である場合には、中心値に換えてピーク輝度を減算する輝度に設定する。ピーク輝度の前後の値において、少なくともいずれか一方の頻度が０である場合には、前後の３点を用いて正規分布の中心値を特定することが困難であるので、本発明のような処理をすることによって、正規分布の中心値に近い値を用いることができる。
【００１４】
さらに請求項５に記載の発明に従えば、画像処理手段は、撮影手段の撮影と並行して、終了した計測期間にて撮影された画像に対して、減算する処理を行う。換言すると、撮影手段による撮影と、画像処理手段による処理を並列的に行うことができる。これによって画像処理手段が処理待ちの期間を少なくすることがで、全ての処理が終了するまでの期間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】放射線計測システム１００を簡略化して示す正面図である。
【図２】輝度値を算出する処理を示すフローチャートである。
【図３】暗電流推定処理を示すフローチャートである。
【図４】各画素における輝度のヒストグラム化を説明するための図である。
【図５】各画素における輝度のヒストグラム化を説明するための図である。
【図６】輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。
【図７】ピーク輝度が０の場合の輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。
【図８】ピーク輝度が最大値の場合の輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。
【図９】ステップＢ５の場合の輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。
【図１０】ステップＢ６の場合の輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。
【図１１】ピーク輝度から中心値を推定する処理を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図１１を用いて説明する。図１は、放射線計測システム１００を簡略化して示す正面図である。放射線計測システム１００は、放射線源から放射される放射線を計測するものとして用いられるものである。放射線計測システム１００は、たとえば測定対象の摩耗量および測定対象の厚みの測定などに用いられる。放射線計測システム１００が摩耗量を測定する場合には、予め摩耗量を測定したい対象物を放射化し、放射化された対象物が摩耗すると放射線量が変化することを利用して、対象物から発せられる放射線を所定時間検出することにより、対象物の摩耗量を測定することができる。また放射線計測システム１００が対象物の厚みを測定する場合には、予め厚みを測定したい対象物の反対側に放射化した物体を配置し、放射化された物体から発せられる放射線量が対象物の厚みの大小によって変化することを利用して、対象物と透過した放射線を検出することにより、対象物の厚みを測定することができる。
【００１７】
放射線計測システム１００は、放射線プローブ１０と、増倍ユニット２０と、電荷結合素子（Charge-Coupled Device：略称ＣＣＤ）カメラ３０と、画像処理装置４０とを含んで構成されている。
【００１８】
放射線プローブ１０は、放射線源から放射される放射線を検出するものである。この放射線プローブ１０は放射線を検出すると、放射線を放射線エネルギーに応じた光として取得する構成になっている。そして、放射線プローブ１０は、増倍ユニット２０に取り付けられている。
【００１９】
増倍ユニット２０は、放射線プローブ１０で検出された光の強度を増倍させるものである。具体的に、増倍ユニット２０は、放射線プローブ１０から射出された光を光電面に当てて電子に変換して増幅し、増幅した電子を蛍光面に当てることにより、増幅した電子の量に応じた光に変換する。
【００２０】
ＣＣＤカメラ３０は、増倍ユニット２０で増幅された光を撮影するものである。このＣＣＤカメラ３０は増倍ユニット２０に取り付けられており、増倍ユニット２０から放出された光を撮影する。
【００２１】
画像処理装置４０は、ＣＣＤカメラ３０で撮影された画像を取り込み、画像処理を行う機能を有するものである。画像処理装置４０では、撮影された画像のノイズ処理、多数の画像の加減算処理、画像の保存等の各種処理が行われる。画像処理装置４０としては、一般的なパーソナルコンピュータ等が用いられる。
【００２２】
次に、放射線プローブ１０の構成についてさらに説明する。放射線プローブ１０は、シンチレータ１１と、光導波路１２と、金属ケース１３とを備えている。
【００２３】
シンチレータ１１は、放射線を光に変換する放射線−光変換器である。具体的に、シンチレータ１１は、放射線（ガンマ線）が照射されるとその放射線エネルギーを吸収して光を発する蛍光板である。この光は、シンチレータ１１内の一点を中心に放射状に四方八方へ放射される。本実施形態では、シンチレータ１１は、２ｍｍ角の板状のものが採用される。
【００２４】
光導波路１２は、一方から他方に光を導くものである。光導波路１２は、一端部と他端部とを有している。本実施形態では、１本の光導波路１２は２ｍｍ角の棒状をなしている。
【００２５】
また、光導波路１２の一端部には光が入射される入射面１２ａが設けられ、他端部には光が射出される射出面１２ｂが設けられている。入射面１２ａは棒状の光導波路１２の一方の端面であり、射出面１２ｂは棒状の光導波路１２の他方の端面である。
【００２６】
入射面１２ａは射出面１２ｂに対して角度を持っている。具体的には、入射面１２ａは、射出面１２ｂに対して垂直に配置されている。このため、入射面１２ａと射出面１２ｂとが垂直になるように、光導波路１２の一端部と他端部との間の一部が曲げられた形状になっている。
【００２７】
光導波路１２の材質は、たとえばアクリル樹脂である。アクリル樹脂は曲がりやすく、加工しやすい材料であるため、図１に示されるような形状の光導波路１２を作りやすくすることができる。光導波路１２の形成方法としては、棒状のアクリル樹脂を曲げる方法や、一つのブロックを光導波路１２の形状に削る方法がある。一方、アクリル樹脂を型成形することにより光導波路１２を得ることもできる。
【００２８】
光導波路１２の側面には、反射材（図示せず）が設けられている。反射材として、たとえば金属箔や金属の蒸着膜が採用される。金属としては、反射効率が高いＡｌ（アルミニウム）などが採用される。このような反射材処理が施されていることにより、光導波路１２内を伝達する光の漏れを防止できる。また、反射材による光導波路１２内での集光効率も向上する。
【００２９】
そして、入射面１２ａから光が入射されると、この光が光導波路１２と外部との境界で反射しながら光導波路１２内を伝達していき、射出面１２ｂから光導波路１２の外部に射出されることとなる。光導波路１２の一部が曲げられているため、該曲がった部分で一端部側から他端部側に光を導けるように光導波路１２に反射面１２ｃが設けられている。
【００３０】
この反射面１２ｃは、入射面１２ａおよび射出面１２ｂに対して傾けられ、入射面１２ａから入射された光を反射させて他端部側に導く役割を果たす。また、光導波路１２の一端部側から他端部側に伝達する光が当該曲がった部分で反射せずに光導波路１２の外部に漏れることを防止する。
【００３１】
光導波路１２の入射面１２ａにシンチレータ１１が接着剤等により取り付けられ、１本の光導波路１２と該光導波路１２に取り付けられたシンチレータ１１とで一つの組が構成されている。本実施形態では、図１に示されるように、光導波路１２とシンチレータ１１との組が５つ備えられている。
【００３２】
また、図１に示されるように、各組のシンチレータ１１それぞれが一次元に配置され、光導波路１２とシンチレータ１１との５つの組が一体化されている。一次元に配置されているので、放射線源に対して相対的に変位させることによって、２次元の領域を測定対象とすることができる。
【００３３】
そして、一体化された各光導波路１２は有底筒状の金属ケース１３で覆われている。すなわち、シンチレータ１１が取り付けられた各光導波路１２は、それぞれの射出面１２ｂを除いて金属ケース１３に収納された状態になっている。
【００３４】
この金属ケース１３は、シンチレータ１１や光導波路１２を外部から保護する役割を果たすものである。また、シンチレータ１１で発せられた光は弱い光であるため、外部からのノイズに影響されやすい。しかし、金属ケース１３によって光導波路１２を覆い隠すことにより、外部からのノイズを遮断できる。金属ケース１３の材質として、ＳＵＳやＡｌ等が採用される。
【００３５】
次に、上記の放射線プローブ１０が備えられた放射線計測システム１００で放射線を計測する方法について説明する。先ず、放射線プローブ１０のシンチレータ１１と放射線源とを対向させる。このとき、金属ケース１３を放射線源に接触させることがもっとも良い。放射線源が動いているものや、ハウジング内の構造によっては近づけることが難しいものについては、放射線源になるべくシンチレータ１１を近づけるようにする。
【００３６】
放射線源から放射線が放射されていれば、放射線が金属ケース１３を通過してシンチレータ１１に入射する。これにより、シンチレータ１１が放射線エネルギーを吸収して光を発する。この光が光導波路１２の入射面１２ａから光導波路１２内に照射され、光導波路１２内を伝達して射出面１２ｂから射出されると共に増倍ユニット２０に入射する。
【００３７】
この後、増倍ユニット２０で光が電子に変換されて増幅され、増幅された電子が再び光に変換される。この光をＣＣＤカメラ３０で撮影し、撮影した画像を画像処理装置４０に取り込む。
【００３８】
画像処理装置４０により、放射線源とシンチレータ１１との距離に基づく干渉を考慮したノイズ処理等を行って画像化を図る。これにより、放射線源から放射線が放射されていればその分布が表示された画像が得られ、放射線が放射されていなければ何も表示されない画像が得られる。このようにして、放射線計測が完了する。
【００３９】
次に、画像処理装置４０による暗電流に基づくノイズを除去する画像処理に関して説明する。図２は、画像処理装置４０における輝度値を算出する処理を示すフローチャートである。本フローは、放射線計測を行っている間、短時間に繰り返し実行される。
【００４０】
ステップＡ１では、ＣＣＤカメラ３０が画像を予め設定されるＫ枚画像を撮影したか否かを判断し、Ｋ枚撮影している場合には、ステップＡ２に移る。ここで画像の枚数は、フレーム数と同義であり、Ｋは正の整数であって、予め設定される計測期間とＣＣＤカメラ３０の性能とに基づいて設定される。たとえばＣＣＤカメラ３０の性能が１６７ｆｐｓ（Frame Per Second）である場合、５分間にわたって撮影すると、画像は５０１００枚となる。本実施形態では、Ｋは５００００に設定されているものとする。
【００４１】
ステップＡ２では、Ｋ枚の画像が撮れたので、そのＫ枚の画像における暗電流による輝度を推定する暗電流推定処理を行い、ステップＡ３に移る。暗電流推定処理の詳細については、後述する。
【００４２】
ステップＡ３では、Ｋ枚の画像における輝度の平均値から、暗電流推定処理によって得られた暗電流に基づく輝度の平均値を減算し、本フローを終了する。
【００４３】
次に、暗電流推定処理に関して説明する。図３は、暗電流推定処理を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、図２にてステップＡ２に至ると、開始される。
【００４４】
ステップＢ１では、Ｋ枚の画像に基づく輝度データをヒストグラム化する処理を行い、ステップＢ２に移る。
【００４５】
ここで、輝度データをヒストグラム化する目的について説明する。図３は、各画像における輝度のヒストグラム化を説明するための図である。図４は、輝度のヒストグラム化を説明するための図である。図５は、各画素における輝度のヒストグラム化を説明するための図である。輝度のヒストグラム化は、各画素において行われ、輝度ヒストグラムは、画像中の各画素の輝度値の分布をグラフにしたものである。輝度値は、ＣＣＤカメラ３０が撮影した画像をＡＤ（アナログ−デジタル）変換するので、撮影によって得られる輝度は離散的になる。したがって図４に示すように、各画像中の同位置の画素（Ｐｉｘｅｌ）の輝度値の分布を作成することができる。このヒストグラム化は、図５に示すように、全ての画素について行う。図６は、輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。図６では、理解を容易にするため、暗電流に基づく輝度分布を破線で示し、放射線に基づく輝度分布を実線で示す。図６に示すように、暗電流に基づく輝度を除去しないと、放射線に基づく輝度を検出することができない。したがって暗電流に基づく輝度を推定する必要がある。
【００４６】
ノイズである暗電流に基づく輝度ヒストグラムは、正規分布で近似できる特性を有する。また暗電流に基づく輝度の頻度は、放射線量（ガンマ線量）に基づく輝度の頻度よりも大きいという特性を有する。したがって各画素毎に得られた輝度ヒストグラムの頻度の最大値（最大頻度）は、暗電流に起因する最大頻度であると推定することができる。また暗電流の輝度ヒストグラムは、正規分布である。ここで正規分布の平均値は、その中心値、すなわち最大頻度である。したがってステップＡ３にして示したように、各画素毎に、求められた輝度ヒストグラムの輝度の平均値から、求められた輝度ヒストグラムにおける最大頻度の輝度を減算した値を算出することによって、暗電流に基づく輝度を除去することができる（数１および数２参照）。
【数１】
【００４７】
【数２】
【００４８】
次に、ステップＢ２では、輝度ヒストグラムから、ピーク輝度を算出し、ステップＢ３に移る。ピーク輝度とは、出現頻度が最も多い輝度のことであり、輝度ヒストグラムの頻度の最大値ということもある。これは輝度ヒストグラムから求めることができる。
【００４９】
次に、ステップＢ３では、ピーク輝度が０か輝度ヒストグラムにおける輝度の最大値である場合には、ステップＢ４に移り、ピーク輝度が０か輝度ヒストグラムにおける輝度の最大値でない場合には、ステップＢ５に移る。ステップＢ４では、ピーク輝度が０か輝度ヒストグラムにおける輝度の最大値であるので、中心値をピーク輝度に設定し、本フローを終了する。
【００５０】
図７は、ピーク輝度が０の場合の輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。図８は、ピーク輝度が最大値の場合の輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。図７および図８に示すように、ＣＣＤカメラ３０の設定によっては、暗電流の中心成分と推定される部分がＣＣＤカメラ３０の輝度の最大および最小に収まらない場合がある。このような場合には、ステップＢ４のように、中心値をピーク輝度に設定することにしている。
【００５１】
次に、ステップＢ５では、ピーク輝度が０か輝度の最大値でないので、ピーク輝度の前後の輝度のうち、少なくとも片側の頻度が０であるか否かを判断し、０である場合には、ステップＢ４に移り、０でない場合には、ステップＢ６に移る。ステップＢ５から移行したステップＢ４では、前述の場合と同様に、中心値をピーク輝度に設定し、本フローを終了する。
【００５２】
図９は、ピーク輝度の両側の頻度が０の場合の輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。図９に示すように、輝度は離散的であるので、破線で示すように暗電流成分が非常に狭い領域で発生した場合に、最大頻度を持つ輝度の少なくとも一方側（図９では両側）の頻度が０になる場合がある。このような場合には、ステップＢ４のように、中心値をピーク輝度に設定することにしている。
【００５３】
次に、ステップＢ６では、ピーク輝度が０か輝度の最大値でなく、さらにピーク輝度の少なくとも片側の頻度が０でもないので、ピーク輝度と前後２点とを含む合計３点の対数の傾きから中心値を推定し、本フローを終了する。
【００５４】
図１０は、ステップＢ６における処理が実行される場合の輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。図１１は、図１０に示すピーク輝度から中心値を推定する処理を説明するためのグラフである。図１０および図１１に示すように、輝度ヒストグラムの最大値と、最大値の前後に位置する２つの頻度が正規分布に位置すると仮定して、正規分布の中心値を算出する。前述のように暗電流に基づく輝度ヒストグラムは、正規分布で近似できる特性を有するが、輝度ヒストグラムにおける輝度は連続的でなく離散的であるので、必ずしも輝度ヒストグラムにおける頻度の最大値（ピーク輝度）が、正規分布の中心値と一致しない場合がある。そこで図１１に示すように、ピーク輝度の微分係数（傾き）と、前後２点の頻度の微分係数（傾き）を求め、３つの微分係数（微係数ともいう）を直線で結んだ場合に、微分係数が０の位置に対応する輝度を算出する。このように算出された輝度が、正規分布の頂点と推定することができる。したがって推定された輝度値が、正規分布の平均値となる。
【００５５】
このように図３に示すフローチャートによって、各画素の輝度ヒストグラムの最大値と、その周辺の頻度の値に基づいて、中心値が推定される。図３に示すフローが終了すると、図２に示すステップＡ２が終了したことになり、ステップＡ３に移る。
【００５６】
暗電流推定処理によって得られた暗電流に基づく輝度の平均値は、すなわち中心値である。これによって前述したように、ステップＡ３にて、Ｋ枚の画像における輝度の平均値から、暗電流推定処理で得られた中心値を減算することによって、暗電流に基づく輝度成分を除去することができる。
【００５７】
また図２に示すフローチャートは、短時間に繰返し実行される。したがって計測期間が１つではなく、連続的または不連続に互いに異なる複数の計測期間が設定されおり、各計測期間毎に放射線に基づく輝度を推定する処理を行う場合には、画像処理装置４０は、Ｋ枚撮影毎にステップＡ２以降の処理が実行されることになる。したがって現在、Ｋ枚撮影中の場合であっても、以前撮影した未処理のＫ枚の画像があれば、現在が計測期間中であるか否かにかかわらず、未処理のＫ枚の画像に対して処理を実行することができる。換言すると、ＣＣＤカメラ３０の撮影中に、いわゆる画像処理装置４０がバックグラウンド処理を実行することができる。
【００５８】
以上説明したように本実施形態の画像処理手段である画像処理装置４０は、予め設定される計測期間（本実施形態では約５分間）にわたって撮影手段であるＣＣＤカメラ３０で撮影された画像の輝度ヒストグラムを、各画素毎に求める。画像処理装置４０は、各画素毎に、求められた輝度ヒストグラムの輝度の平均値から、ピーク輝度を減算した値を算出することによって、暗電流に基づく輝度を除去することができる。換言すると、任意の枚数の画像の輝度ヒストグラムのピーク輝度を、得られた画像の暗電流成分の時間平均値とみなし、元の時間積算データから引くことで正味の強度分布を得ることができる。さらに換言すると、暗電流推定処理で求めた暗電流の中心値と、同じ測定データの平均値の差から真の信号値を推定することができる。これによって前述のように算出した値を、各画素における放射線に基づく輝度と推定することができる。したがって暗電流に基づくノイズによる影響を抑制することができ、高精度に放射線量を計測することができる。
【００５９】
また本実施形態では、画像処理装置４０は、ステップＢ６にて説明したように、ピーク輝度と、ピーク輝度の前後に位置する２つの頻度が正規分布に位置すると仮定して、正規分布の中心値を算出する。前述のように暗電流に基づく輝度ヒストグラムは、正規分布で近似できる特性を有するが、輝度ヒストグラムにおける輝度は連続的でなく離散的であるので、必ずしもピーク輝度が、正規分布の中心値と一致しない場合がある。このような場合であっても、ステップＢ６のように正規分布の中心値を算出することによって、より高精度に暗電流に基づく輝度の最大値を算出することができる。
【００６０】
さらに本実施形態では、画像処理装置４０は、ステップＢ３にて説明したように、ピーク輝度が、輝度ヒストグラムにおける輝度の最小値または最大値である場合には、ピーク輝度を平均値から減算する値に設定する。ピーク輝度が、輝度の最小値または最大値である場合には、前後の３点を用いて正規分布の中心値を特定することが困難であるので、ステップＢ３のような処理をすることによって、正規分布の中心値に近い値を用いることができる。
【００６１】
また本実施形態では、画像処理装置４０は、ステップＢ５にて説明したように、最大頻度の前後の値において、少なくともいずれか一方の頻度が０である場合には、ピーク輝度を平均値から減算する値に設定する。ピーク輝度の前後の値において、少なくともいずれか一方の頻度が０である場合には、前後の３点を用いて正規分布の中心値を特定することが困難であるので、ステップＢ５のような処理をすることによって、正規分布の中心値に近い値を用いることができる。
【００６２】
さらに本実施形態では、ＣＣＤカメラ３０の撮影と並行して、終了した計測期間にて撮影された画像に対して、暗電流推定処理を行う。したがって現在が計測期間中であっても、現在の計測期間よりも以前の計測期間にて撮影された画像に対して、各画素における放射線に基づく輝度を推定する処理を行うことになる。換言すると、ＣＣＤカメラ３０による撮影と、画像処理装置４０による処理を並列的に行うことができる。これによって画像処理装置４０が処理待ちの期間を少なくすることがで、全ての処理が終了するまでの期間を短くすることができる。
【００６３】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００６４】
前述の第１実施形態では、撮影手段は、ＣＣＤカメラ３０によって実現されているが、ＣＣＤカメラ３０に限るものではなく、相補型金属酸化膜半導体（Complementary Metal Oxide Semiconductor：略称ＣＭＯＳ）カメラであってもよい。
【００６５】
前述の第１実施形態では、ステップＢ６によって中心値を推定する処理を行っているが、暗電流推定処理では、ステップＢ３からステップＢ６までの処理に代えて、ステップＢ２で得られたピーク輝度を中心値とするように処理してもよい。これによって推定の精度はやや低下するが、処理を単純にでき処理の高速化を実現することができる。
【００６６】
また前述の第１実施形態では、放射線プローブ１０は複数の光導波路１２を備えた構成になっているが、１本の光導波路と１つのシンチレータとによって放射線プローブを構成することも可能である。また、光導波路１２を一次元に５本並べるだけでなく、２本や６本以上を並べるようにしても良い。同様に、光導波路を二次元に並べる場合には、５×５の配置でもよく、３×３、７×７および３×５といった配置でも良い。また光導波路１２は棒状のものであったが、光ファイバーのような管状のものでも良い。
【符号の説明】
【００６７】
１０…放射線プローブ
１１…シンチレータ
１２…光導波路
１３…金属ケース
２０…増倍ユニット
３０…ＣＣＤカメラ（撮影手段）
４０…画像処理装置（画像処理手段）
１００…放射線計測システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を計測する放射線計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種製品の摩耗部において、放射化された部材から発せられる放射線量の減少度合いを測定することにより摩耗量を測定する方法が知られている。
【０００３】
このような方法を実施するためには、対象物から発せられる放射線量を正確に計測する必要がある。従来の放射線計測装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の放射線計測装置は、放射線によって発光するシンチレータを備え、シンチレータをカメラで撮像して、画像処理することによって、放射線量を計測している。
【０００４】
しかしながら、シンチレータの放射線（ガンマ線）による発光は微弱で間欠的であるという特徴があり、発光輝度がカメラの暗電流成分と区別がつきにくいという問題がある。したがって、このような発光を計測する放射線計測装置においては、一定の周波数で画像を撮りためて、発光輝度と暗電流成分とを区別する必要がある。また撮りためた画像の暗電流成分は、熱の揺らぎであるため正規分布となるが、カメラを構成する受光素子毎に熱の揺らぎが異なるので、暗電流成分を素子毎に求める必要がある。
【０００５】
このような問題に対して、暗電流を推定する方法が特許文献２に開示されている。特許文献２に記載の信号処理方法では、光が照射しない領域としてオプティカルブラック領域を設け、その領域の輝度平均値を暗電流レベルとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２５６５８号公報
【特許文献２】特開２００６−３４５４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の特許文献２の記載のように、オプティカルブラック領域を用いて暗電流レベルを推定した場合、空間的なばらつきに対応できない。具体的には、シンチレータで発光する微弱発光を撮像するためには、フォトンカウンティングモードで撮像手段のゲインを最大限にあげる必要がある。その結果得られた画像中には、輝点が点在する。しかしながら、ゲインを最大限に上げた状態では撮像素子のばらつきが大きくなり、単純に素子毎に輝度を積算して平均処理を行っても信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が悪くなり、空間的な平均処理を行うと、得たい信号が暗電流成分に埋もれてしまう。
【０００８】
そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、暗電流に基づくノイズによる影響を抑制して放射線量を計測することができる放射線計測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【００１０】
請求項１に記載の発明に従えば、画像処理手段は、予め設定される計測期間にわたって撮影手段で撮影された画像の輝度ヒストグラムを各画素毎に求める。ノイズである暗電流に基づく輝度ヒストグラムは、正規分布で近似できる特性を有する。また暗電流に基づく輝度の頻度は、放射線量に基づく輝度の頻度よりも大きいという特性を有する。したがって各画素毎に得られた輝度ヒストグラムの最大頻度の輝度（以下、「ピーク輝度」ということがある）は、暗電流に起因する輝度であると推定することができる。また暗電流の輝度ヒストグラムは、正規分布である。ここで正規分布の平均値は、その中心値、すなわち最大値である。したがって画像処理手段が、各画素毎に、求められた輝度ヒストグラムの輝度の平均値から、ピーク輝度を減算した値を算出することによって、暗電流に基づく輝度を除去することができる。これによって前述のように算出した値を、各画素における放射線に基づく輝度と推定することができる。したがって暗電流に基づくノイズによる影響を抑制することができ、高精度に放射線量を計測することができる。
【００１１】
また請求項２に記載の発明に従えば、画像処理手段は、ピーク輝度と、ピーク輝度の前後に位置する２つの頻度が正規分布に位置すると仮定して、正規分布の中心値を算出する。前述のように暗電流に基づく輝度ヒストグラムは、正規分布で近似できる特性を有するが、輝度ヒストグラムにおける輝度は連続的でなく離散的であるので、必ずしもピーク輝度が、正規分布の中心値と一致しない場合がある。このような場合であっても、本発明のように正規分布の中心値を算出することによって、より高精度に暗電流に基づく輝度の頻度の最大値を算出することができる。
【００１２】
さらに請求項３に記載の発明に従えば、画像処理手段は、ピーク輝度が、輝度ヒストグラムにおける輝度の最小値または最大値である場合には、中心値に換えてピーク輝度を減算する輝度に設定する。ピーク輝度が、輝度ヒストグラムの最小値または最大値である場合には、前後の３点を用いて正規分布の中心値を特定することが困難であるので、本発明のような処理をすることによって、正規分布の中心値に近い値を用いることができる。
【００１３】
さらに請求項４に記載の発明に従えば、画像処理手段は、ピーク輝度の前後の値において、少なくともいずれか一方の頻度が０である場合には、中心値に換えてピーク輝度を減算する輝度に設定する。ピーク輝度の前後の値において、少なくともいずれか一方の頻度が０である場合には、前後の３点を用いて正規分布の中心値を特定することが困難であるので、本発明のような処理をすることによって、正規分布の中心値に近い値を用いることができる。
【００１４】
さらに請求項５に記載の発明に従えば、画像処理手段は、撮影手段の撮影と並行して、終了した計測期間にて撮影された画像に対して、減算する処理を行う。換言すると、撮影手段による撮影と、画像処理手段による処理を並列的に行うことができる。これによって画像処理手段が処理待ちの期間を少なくすることがで、全ての処理が終了するまでの期間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】放射線計測システム１００を簡略化して示す正面図である。
【図２】輝度値を算出する処理を示すフローチャートである。
【図３】暗電流推定処理を示すフローチャートである。
【図４】各画素における輝度のヒストグラム化を説明するための図である。
【図５】各画素における輝度のヒストグラム化を説明するための図である。
【図６】輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。
【図７】ピーク輝度が０の場合の輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。
【図８】ピーク輝度が最大値の場合の輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。
【図９】ステップＢ５の場合の輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。
【図１０】ステップＢ６の場合の輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。
【図１１】ピーク輝度から中心値を推定する処理を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図１１を用いて説明する。図１は、放射線計測システム１００を簡略化して示す正面図である。放射線計測システム１００は、放射線源から放射される放射線を計測するものとして用いられるものである。放射線計測システム１００は、たとえば測定対象の摩耗量および測定対象の厚みの測定などに用いられる。放射線計測システム１００が摩耗量を測定する場合には、予め摩耗量を測定したい対象物を放射化し、放射化された対象物が摩耗すると放射線量が変化することを利用して、対象物から発せられる放射線を所定時間検出することにより、対象物の摩耗量を測定することができる。また放射線計測システム１００が対象物の厚みを測定する場合には、予め厚みを測定したい対象物の反対側に放射化した物体を配置し、放射化された物体から発せられる放射線量が対象物の厚みの大小によって変化することを利用して、対象物と透過した放射線を検出することにより、対象物の厚みを測定することができる。
【００１７】
放射線計測システム１００は、放射線プローブ１０と、増倍ユニット２０と、電荷結合素子（Charge-Coupled Device：略称ＣＣＤ）カメラ３０と、画像処理装置４０とを含んで構成されている。
【００１８】
放射線プローブ１０は、放射線源から放射される放射線を検出するものである。この放射線プローブ１０は放射線を検出すると、放射線を放射線エネルギーに応じた光として取得する構成になっている。そして、放射線プローブ１０は、増倍ユニット２０に取り付けられている。
【００１９】
増倍ユニット２０は、放射線プローブ１０で検出された光の強度を増倍させるものである。具体的に、増倍ユニット２０は、放射線プローブ１０から射出された光を光電面に当てて電子に変換して増幅し、増幅した電子を蛍光面に当てることにより、増幅した電子の量に応じた光に変換する。
【００２０】
ＣＣＤカメラ３０は、増倍ユニット２０で増幅された光を撮影するものである。このＣＣＤカメラ３０は増倍ユニット２０に取り付けられており、増倍ユニット２０から放出された光を撮影する。
【００２１】
画像処理装置４０は、ＣＣＤカメラ３０で撮影された画像を取り込み、画像処理を行う機能を有するものである。画像処理装置４０では、撮影された画像のノイズ処理、多数の画像の加減算処理、画像の保存等の各種処理が行われる。画像処理装置４０としては、一般的なパーソナルコンピュータ等が用いられる。
【００２２】
次に、放射線プローブ１０の構成についてさらに説明する。放射線プローブ１０は、シンチレータ１１と、光導波路１２と、金属ケース１３とを備えている。
【００２３】
シンチレータ１１は、放射線を光に変換する放射線−光変換器である。具体的に、シンチレータ１１は、放射線（ガンマ線）が照射されるとその放射線エネルギーを吸収して光を発する蛍光板である。この光は、シンチレータ１１内の一点を中心に放射状に四方八方へ放射される。本実施形態では、シンチレータ１１は、２ｍｍ角の板状のものが採用される。
【００２４】
光導波路１２は、一方から他方に光を導くものである。光導波路１２は、一端部と他端部とを有している。本実施形態では、１本の光導波路１２は２ｍｍ角の棒状をなしている。
【００２５】
また、光導波路１２の一端部には光が入射される入射面１２ａが設けられ、他端部には光が射出される射出面１２ｂが設けられている。入射面１２ａは棒状の光導波路１２の一方の端面であり、射出面１２ｂは棒状の光導波路１２の他方の端面である。
【００２６】
入射面１２ａは射出面１２ｂに対して角度を持っている。具体的には、入射面１２ａは、射出面１２ｂに対して垂直に配置されている。このため、入射面１２ａと射出面１２ｂとが垂直になるように、光導波路１２の一端部と他端部との間の一部が曲げられた形状になっている。
【００２７】
光導波路１２の材質は、たとえばアクリル樹脂である。アクリル樹脂は曲がりやすく、加工しやすい材料であるため、図１に示されるような形状の光導波路１２を作りやすくすることができる。光導波路１２の形成方法としては、棒状のアクリル樹脂を曲げる方法や、一つのブロックを光導波路１２の形状に削る方法がある。一方、アクリル樹脂を型成形することにより光導波路１２を得ることもできる。
【００２８】
光導波路１２の側面には、反射材（図示せず）が設けられている。反射材として、たとえば金属箔や金属の蒸着膜が採用される。金属としては、反射効率が高いＡｌ（アルミニウム）などが採用される。このような反射材処理が施されていることにより、光導波路１２内を伝達する光の漏れを防止できる。また、反射材による光導波路１２内での集光効率も向上する。
【００２９】
そして、入射面１２ａから光が入射されると、この光が光導波路１２と外部との境界で反射しながら光導波路１２内を伝達していき、射出面１２ｂから光導波路１２の外部に射出されることとなる。光導波路１２の一部が曲げられているため、該曲がった部分で一端部側から他端部側に光を導けるように光導波路１２に反射面１２ｃが設けられている。
【００３０】
この反射面１２ｃは、入射面１２ａおよび射出面１２ｂに対して傾けられ、入射面１２ａから入射された光を反射させて他端部側に導く役割を果たす。また、光導波路１２の一端部側から他端部側に伝達する光が当該曲がった部分で反射せずに光導波路１２の外部に漏れることを防止する。
【００３１】
光導波路１２の入射面１２ａにシンチレータ１１が接着剤等により取り付けられ、１本の光導波路１２と該光導波路１２に取り付けられたシンチレータ１１とで一つの組が構成されている。本実施形態では、図１に示されるように、光導波路１２とシンチレータ１１との組が５つ備えられている。
【００３２】
また、図１に示されるように、各組のシンチレータ１１それぞれが一次元に配置され、光導波路１２とシンチレータ１１との５つの組が一体化されている。一次元に配置されているので、放射線源に対して相対的に変位させることによって、２次元の領域を測定対象とすることができる。
【００３３】
そして、一体化された各光導波路１２は有底筒状の金属ケース１３で覆われている。すなわち、シンチレータ１１が取り付けられた各光導波路１２は、それぞれの射出面１２ｂを除いて金属ケース１３に収納された状態になっている。
【００３４】
この金属ケース１３は、シンチレータ１１や光導波路１２を外部から保護する役割を果たすものである。また、シンチレータ１１で発せられた光は弱い光であるため、外部からのノイズに影響されやすい。しかし、金属ケース１３によって光導波路１２を覆い隠すことにより、外部からのノイズを遮断できる。金属ケース１３の材質として、ＳＵＳやＡｌ等が採用される。
【００３５】
次に、上記の放射線プローブ１０が備えられた放射線計測システム１００で放射線を計測する方法について説明する。先ず、放射線プローブ１０のシンチレータ１１と放射線源とを対向させる。このとき、金属ケース１３を放射線源に接触させることがもっとも良い。放射線源が動いているものや、ハウジング内の構造によっては近づけることが難しいものについては、放射線源になるべくシンチレータ１１を近づけるようにする。
【００３６】
放射線源から放射線が放射されていれば、放射線が金属ケース１３を通過してシンチレータ１１に入射する。これにより、シンチレータ１１が放射線エネルギーを吸収して光を発する。この光が光導波路１２の入射面１２ａから光導波路１２内に照射され、光導波路１２内を伝達して射出面１２ｂから射出されると共に増倍ユニット２０に入射する。
【００３７】
この後、増倍ユニット２０で光が電子に変換されて増幅され、増幅された電子が再び光に変換される。この光をＣＣＤカメラ３０で撮影し、撮影した画像を画像処理装置４０に取り込む。
【００３８】
画像処理装置４０により、放射線源とシンチレータ１１との距離に基づく干渉を考慮したノイズ処理等を行って画像化を図る。これにより、放射線源から放射線が放射されていればその分布が表示された画像が得られ、放射線が放射されていなければ何も表示されない画像が得られる。このようにして、放射線計測が完了する。
【００３９】
次に、画像処理装置４０による暗電流に基づくノイズを除去する画像処理に関して説明する。図２は、画像処理装置４０における輝度値を算出する処理を示すフローチャートである。本フローは、放射線計測を行っている間、短時間に繰り返し実行される。
【００４０】
ステップＡ１では、ＣＣＤカメラ３０が画像を予め設定されるＫ枚画像を撮影したか否かを判断し、Ｋ枚撮影している場合には、ステップＡ２に移る。ここで画像の枚数は、フレーム数と同義であり、Ｋは正の整数であって、予め設定される計測期間とＣＣＤカメラ３０の性能とに基づいて設定される。たとえばＣＣＤカメラ３０の性能が１６７ｆｐｓ（Frame Per Second）である場合、５分間にわたって撮影すると、画像は５０１００枚となる。本実施形態では、Ｋは５００００に設定されているものとする。
【００４１】
ステップＡ２では、Ｋ枚の画像が撮れたので、そのＫ枚の画像における暗電流による輝度を推定する暗電流推定処理を行い、ステップＡ３に移る。暗電流推定処理の詳細については、後述する。
【００４２】
ステップＡ３では、Ｋ枚の画像における輝度の平均値から、暗電流推定処理によって得られた暗電流に基づく輝度の平均値を減算し、本フローを終了する。
【００４３】
次に、暗電流推定処理に関して説明する。図３は、暗電流推定処理を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、図２にてステップＡ２に至ると、開始される。
【００４４】
ステップＢ１では、Ｋ枚の画像に基づく輝度データをヒストグラム化する処理を行い、ステップＢ２に移る。
【００４５】
ここで、輝度データをヒストグラム化する目的について説明する。図３は、各画像における輝度のヒストグラム化を説明するための図である。図４は、輝度のヒストグラム化を説明するための図である。図５は、各画素における輝度のヒストグラム化を説明するための図である。輝度のヒストグラム化は、各画素において行われ、輝度ヒストグラムは、画像中の各画素の輝度値の分布をグラフにしたものである。輝度値は、ＣＣＤカメラ３０が撮影した画像をＡＤ（アナログ−デジタル）変換するので、撮影によって得られる輝度は離散的になる。したがって図４に示すように、各画像中の同位置の画素（Ｐｉｘｅｌ）の輝度値の分布を作成することができる。このヒストグラム化は、図５に示すように、全ての画素について行う。図６は、輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。図６では、理解を容易にするため、暗電流に基づく輝度分布を破線で示し、放射線に基づく輝度分布を実線で示す。図６に示すように、暗電流に基づく輝度を除去しないと、放射線に基づく輝度を検出することができない。したがって暗電流に基づく輝度を推定する必要がある。
【００４６】
ノイズである暗電流に基づく輝度ヒストグラムは、正規分布で近似できる特性を有する。また暗電流に基づく輝度の頻度は、放射線量（ガンマ線量）に基づく輝度の頻度よりも大きいという特性を有する。したがって各画素毎に得られた輝度ヒストグラムの頻度の最大値（最大頻度）は、暗電流に起因する最大頻度であると推定することができる。また暗電流の輝度ヒストグラムは、正規分布である。ここで正規分布の平均値は、その中心値、すなわち最大頻度である。したがってステップＡ３にして示したように、各画素毎に、求められた輝度ヒストグラムの輝度の平均値から、求められた輝度ヒストグラムにおける最大頻度の輝度を減算した値を算出することによって、暗電流に基づく輝度を除去することができる（数１および数２参照）。
【数１】
【００４７】
【数２】
【００４８】
次に、ステップＢ２では、輝度ヒストグラムから、ピーク輝度を算出し、ステップＢ３に移る。ピーク輝度とは、出現頻度が最も多い輝度のことであり、輝度ヒストグラムの頻度の最大値ということもある。これは輝度ヒストグラムから求めることができる。
【００４９】
次に、ステップＢ３では、ピーク輝度が０か輝度ヒストグラムにおける輝度の最大値である場合には、ステップＢ４に移り、ピーク輝度が０か輝度ヒストグラムにおける輝度の最大値でない場合には、ステップＢ５に移る。ステップＢ４では、ピーク輝度が０か輝度ヒストグラムにおける輝度の最大値であるので、中心値をピーク輝度に設定し、本フローを終了する。
【００５０】
図７は、ピーク輝度が０の場合の輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。図８は、ピーク輝度が最大値の場合の輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。図７および図８に示すように、ＣＣＤカメラ３０の設定によっては、暗電流の中心成分と推定される部分がＣＣＤカメラ３０の輝度の最大および最小に収まらない場合がある。このような場合には、ステップＢ４のように、中心値をピーク輝度に設定することにしている。
【００５１】
次に、ステップＢ５では、ピーク輝度が０か輝度の最大値でないので、ピーク輝度の前後の輝度のうち、少なくとも片側の頻度が０であるか否かを判断し、０である場合には、ステップＢ４に移り、０でない場合には、ステップＢ６に移る。ステップＢ５から移行したステップＢ４では、前述の場合と同様に、中心値をピーク輝度に設定し、本フローを終了する。
【００５２】
図９は、ピーク輝度の両側の頻度が０の場合の輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。図９に示すように、輝度は離散的であるので、破線で示すように暗電流成分が非常に狭い領域で発生した場合に、最大頻度を持つ輝度の少なくとも一方側（図９では両側）の頻度が０になる場合がある。このような場合には、ステップＢ４のように、中心値をピーク輝度に設定することにしている。
【００５３】
次に、ステップＢ６では、ピーク輝度が０か輝度の最大値でなく、さらにピーク輝度の少なくとも片側の頻度が０でもないので、ピーク輝度と前後２点とを含む合計３点の対数の傾きから中心値を推定し、本フローを終了する。
【００５４】
図１０は、ステップＢ６における処理が実行される場合の輝度ヒストグラムの一例を示すグラフである。図１１は、図１０に示すピーク輝度から中心値を推定する処理を説明するためのグラフである。図１０および図１１に示すように、輝度ヒストグラムの最大値と、最大値の前後に位置する２つの頻度が正規分布に位置すると仮定して、正規分布の中心値を算出する。前述のように暗電流に基づく輝度ヒストグラムは、正規分布で近似できる特性を有するが、輝度ヒストグラムにおける輝度は連続的でなく離散的であるので、必ずしも輝度ヒストグラムにおける頻度の最大値（ピーク輝度）が、正規分布の中心値と一致しない場合がある。そこで図１１に示すように、ピーク輝度の微分係数（傾き）と、前後２点の頻度の微分係数（傾き）を求め、３つの微分係数（微係数ともいう）を直線で結んだ場合に、微分係数が０の位置に対応する輝度を算出する。このように算出された輝度が、正規分布の頂点と推定することができる。したがって推定された輝度値が、正規分布の平均値となる。
【００５５】
このように図３に示すフローチャートによって、各画素の輝度ヒストグラムの最大値と、その周辺の頻度の値に基づいて、中心値が推定される。図３に示すフローが終了すると、図２に示すステップＡ２が終了したことになり、ステップＡ３に移る。
【００５６】
暗電流推定処理によって得られた暗電流に基づく輝度の平均値は、すなわち中心値である。これによって前述したように、ステップＡ３にて、Ｋ枚の画像における輝度の平均値から、暗電流推定処理で得られた中心値を減算することによって、暗電流に基づく輝度成分を除去することができる。
【００５７】
また図２に示すフローチャートは、短時間に繰返し実行される。したがって計測期間が１つではなく、連続的または不連続に互いに異なる複数の計測期間が設定されおり、各計測期間毎に放射線に基づく輝度を推定する処理を行う場合には、画像処理装置４０は、Ｋ枚撮影毎にステップＡ２以降の処理が実行されることになる。したがって現在、Ｋ枚撮影中の場合であっても、以前撮影した未処理のＫ枚の画像があれば、現在が計測期間中であるか否かにかかわらず、未処理のＫ枚の画像に対して処理を実行することができる。換言すると、ＣＣＤカメラ３０の撮影中に、いわゆる画像処理装置４０がバックグラウンド処理を実行することができる。
【００５８】
以上説明したように本実施形態の画像処理手段である画像処理装置４０は、予め設定される計測期間（本実施形態では約５分間）にわたって撮影手段であるＣＣＤカメラ３０で撮影された画像の輝度ヒストグラムを、各画素毎に求める。画像処理装置４０は、各画素毎に、求められた輝度ヒストグラムの輝度の平均値から、ピーク輝度を減算した値を算出することによって、暗電流に基づく輝度を除去することができる。換言すると、任意の枚数の画像の輝度ヒストグラムのピーク輝度を、得られた画像の暗電流成分の時間平均値とみなし、元の時間積算データから引くことで正味の強度分布を得ることができる。さらに換言すると、暗電流推定処理で求めた暗電流の中心値と、同じ測定データの平均値の差から真の信号値を推定することができる。これによって前述のように算出した値を、各画素における放射線に基づく輝度と推定することができる。したがって暗電流に基づくノイズによる影響を抑制することができ、高精度に放射線量を計測することができる。
【００５９】
また本実施形態では、画像処理装置４０は、ステップＢ６にて説明したように、ピーク輝度と、ピーク輝度の前後に位置する２つの頻度が正規分布に位置すると仮定して、正規分布の中心値を算出する。前述のように暗電流に基づく輝度ヒストグラムは、正規分布で近似できる特性を有するが、輝度ヒストグラムにおける輝度は連続的でなく離散的であるので、必ずしもピーク輝度が、正規分布の中心値と一致しない場合がある。このような場合であっても、ステップＢ６のように正規分布の中心値を算出することによって、より高精度に暗電流に基づく輝度の最大値を算出することができる。
【００６０】
さらに本実施形態では、画像処理装置４０は、ステップＢ３にて説明したように、ピーク輝度が、輝度ヒストグラムにおける輝度の最小値または最大値である場合には、ピーク輝度を平均値から減算する値に設定する。ピーク輝度が、輝度の最小値または最大値である場合には、前後の３点を用いて正規分布の中心値を特定することが困難であるので、ステップＢ３のような処理をすることによって、正規分布の中心値に近い値を用いることができる。
【００６１】
また本実施形態では、画像処理装置４０は、ステップＢ５にて説明したように、最大頻度の前後の値において、少なくともいずれか一方の頻度が０である場合には、ピーク輝度を平均値から減算する値に設定する。ピーク輝度の前後の値において、少なくともいずれか一方の頻度が０である場合には、前後の３点を用いて正規分布の中心値を特定することが困難であるので、ステップＢ５のような処理をすることによって、正規分布の中心値に近い値を用いることができる。
【００６２】
さらに本実施形態では、ＣＣＤカメラ３０の撮影と並行して、終了した計測期間にて撮影された画像に対して、暗電流推定処理を行う。したがって現在が計測期間中であっても、現在の計測期間よりも以前の計測期間にて撮影された画像に対して、各画素における放射線に基づく輝度を推定する処理を行うことになる。換言すると、ＣＣＤカメラ３０による撮影と、画像処理装置４０による処理を並列的に行うことができる。これによって画像処理装置４０が処理待ちの期間を少なくすることがで、全ての処理が終了するまでの期間を短くすることができる。
【００６３】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００６４】
前述の第１実施形態では、撮影手段は、ＣＣＤカメラ３０によって実現されているが、ＣＣＤカメラ３０に限るものではなく、相補型金属酸化膜半導体（Complementary Metal Oxide Semiconductor：略称ＣＭＯＳ）カメラであってもよい。
【００６５】
前述の第１実施形態では、ステップＢ６によって中心値を推定する処理を行っているが、暗電流推定処理では、ステップＢ３からステップＢ６までの処理に代えて、ステップＢ２で得られたピーク輝度を中心値とするように処理してもよい。これによって推定の精度はやや低下するが、処理を単純にでき処理の高速化を実現することができる。
【００６６】
また前述の第１実施形態では、放射線プローブ１０は複数の光導波路１２を備えた構成になっているが、１本の光導波路と１つのシンチレータとによって放射線プローブを構成することも可能である。また、光導波路１２を一次元に５本並べるだけでなく、２本や６本以上を並べるようにしても良い。同様に、光導波路を二次元に並べる場合には、５×５の配置でもよく、３×３、７×７および３×５といった配置でも良い。また光導波路１２は棒状のものであったが、光ファイバーのような管状のものでも良い。
【符号の説明】
【００６７】
１０…放射線プローブ
１１…シンチレータ
１２…光導波路
１３…金属ケース
２０…増倍ユニット
３０…ＣＣＤカメラ（撮影手段）
４０…画像処理装置（画像処理手段）
１００…放射線計測システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物から放射される放射線を計測する放射線計測システムであって、
前記放射線が照射されると光を発するシンチレータと、
前記シンチレータが発した光を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段で撮影された画像を画像処理する画像処理手段と、を含み、
前記画像処理手段は、暗電流に基づく輝度を除去する画像処理において、
予め設定される計測期間にわたって前記撮影手段で撮影された画像の輝度ヒストグラムを、各画素毎に求め、
前記各画素毎に、前記求められた輝度ヒストグラムの輝度の平均値から、前記求められた輝度ヒストグラムにおける最大頻度の輝度を減算した値を算出することを特徴とする放射線計測システム。
【請求項２】
前記画像処理手段は、
前記最大頻度と、前記最大頻度の前後に位置する２つの輝度の頻度が正規分布に位置すると仮定して、前記正規分布の中心値を算出し、
算出した前記中心値に対応する輝度を、前記最大頻度の輝度と設定することを特徴とする請求項１に記載の放射線計測システム。
【請求項３】
前記画像処理手段は、前記最大頻度の輝度が前記輝度ヒストグラムにおける輝度の最小値または最大値である場合には、前記中心値に換えて前記最大頻度の輝度を、前記平均値から前記減算する輝度と設定することを特徴とする請求項２に記載の放射線計測システム。
【請求項４】
前記画像処理手段は、前記最大頻度の前後の輝度において、少なくともいずれか一方の輝度が０である場合には、前記中心値に換えて前記最大頻度の輝度を、前記平均値から前記減算する輝度と設定することを特徴とする請求項２に記載の放射線計測システム。
【請求項５】
互いに異なる前記計測期間が複数設定されており、
前記画像処理手段は、
前記撮影手段の撮影と並行して、終了した前記計測期間にて撮影された画像に対して、前記各画素における前記減算する処理を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の放射線計測システム。
【請求項１】
対象物から放射される放射線を計測する放射線計測システムであって、
前記放射線が照射されると光を発するシンチレータと、
前記シンチレータが発した光を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段で撮影された画像を画像処理する画像処理手段と、を含み、
前記画像処理手段は、暗電流に基づく輝度を除去する画像処理において、
予め設定される計測期間にわたって前記撮影手段で撮影された画像の輝度ヒストグラムを、各画素毎に求め、
前記各画素毎に、前記求められた輝度ヒストグラムの輝度の平均値から、前記求められた輝度ヒストグラムにおける最大頻度の輝度を減算した値を算出することを特徴とする放射線計測システム。
【請求項２】
前記画像処理手段は、
前記最大頻度と、前記最大頻度の前後に位置する２つの輝度の頻度が正規分布に位置すると仮定して、前記正規分布の中心値を算出し、
算出した前記中心値に対応する輝度を、前記最大頻度の輝度と設定することを特徴とする請求項１に記載の放射線計測システム。
【請求項３】
前記画像処理手段は、前記最大頻度の輝度が前記輝度ヒストグラムにおける輝度の最小値または最大値である場合には、前記中心値に換えて前記最大頻度の輝度を、前記平均値から前記減算する輝度と設定することを特徴とする請求項２に記載の放射線計測システム。
【請求項４】
前記画像処理手段は、前記最大頻度の前後の輝度において、少なくともいずれか一方の輝度が０である場合には、前記中心値に換えて前記最大頻度の輝度を、前記平均値から前記減算する輝度と設定することを特徴とする請求項２に記載の放射線計測システム。
【請求項５】
互いに異なる前記計測期間が複数設定されており、
前記画像処理手段は、
前記撮影手段の撮影と並行して、終了した前記計測期間にて撮影された画像に対して、前記各画素における前記減算する処理を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の放射線計測システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１１２８９２（Ｐ２０１２−１１２８９２Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６３９７３（Ｐ２０１０−２６３９７３）
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
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