Ｘ線検査装置及びＸ線検査装置の管電圧管電流調整方法
【課題】 未知の被検体に対しても、管電圧と管電流を容易に設定できるＸ線検査装置を提供する。
【解決手段】 Ｘ線管と、このＸ線管の管電圧と管電流とを制御するＸ線制御部と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを有し、このＸ線検出器で得られた被検体の透過データから透過画像を作成するＸ線検査装置において、Ｘ線管の管電圧と管電流を設定する管電圧管電流設定部と、管電圧または管電流の設定を変えたときに表示部にリアルタイムで動画表示される透過画像の階調をリアルタイムで略一定に保ち表示させるようにする階調保持手段とを有する。
【解決手段】 Ｘ線管と、このＸ線管の管電圧と管電流とを制御するＸ線制御部と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを有し、このＸ線検出器で得られた被検体の透過データから透過画像を作成するＸ線検査装置において、Ｘ線管の管電圧と管電流を設定する管電圧管電流設定部と、管電圧または管電流の設定を変えたときに表示部にリアルタイムで動画表示される透過画像の階調をリアルタイムで略一定に保ち表示させるようにする階調保持手段とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線を用いて被検体の透過画像、断面像あるいは３次元画像を作成するＸ線検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品やアルミ鋳物等の工業製品の内部を検査するためのＸ線透視検査装置が市場に提供されている。
【０００３】
このようなＸ線検査装置では、操作者がＸ線管の管電圧Ｖおよび管電流Ｉを手動で変化することができる。そのため、操作者は透過画像を観察しながら被検体にあわせた設定を行い、最適画像を得ている。
【０００４】
具体的には、管電圧Ｖを増加させた場合、Ｘ線フォトンの１つ１つのエネルギーＥが増大するとともに、フォトン数Ｎが増大する。また、管電流を増加させた場合、Ｘ線フォトンの１つ１つのエネルギーＥは変わらず、フォトン数Ｎが増大する。
【０００５】
Ｘ線検査装置において、Ｘ線検出器は、２次元の分解能でＸ線を検出するが、各検出素子の出力は各素子が受けるＸ線エネルギー総量（Ｅ×Ｎ）に比例する。そのため、透過画像は、各検出素子の出力に応じて、明暗を割り当てることで生成される。
【０００６】
Ｘ線の透過能力はＸ線フォトンの１つ１つのエネルギーＥが高くなるほど大きくなる。そこで、管電圧Ｖと管電流Ｉを手動で変更する場合、まず、被検体を透過させることのできる管電圧Ｖに比例するＸ線フォトンの１つ１つのエネルギーＥを決定する。しかしながら、この管電圧Ｖに比例するエネルギーＥが高すぎた場合、画像のコントラストが低下して最良の画像を得ることができない。
【０００７】
そこで、管電圧Ｖを下げるが、このとき画像が暗くなるので管電流Ｉを増やして出力を補う。しかしながら、管電圧Ｖを下げすぎた場合、得られる画像は、コントラストが大きすぎて白とびや黒つぶれした画像となってしまう。
【０００８】
そのため、従来、既知の被検体に関しては、管電圧Ｖまたは管電流Ｉの設定に、以前利用した管電圧Ｖまたは管電流Ｉのデータを利用して調整していた。
【０００９】
これに対し、未知の被検体に対しても、その透過画像に基づいて、最適なＸ線条件である管電圧Ｖや管電流Ｉを自動設定できる技術もある（たとえば、特許文献１、２）。このような特許文献１や２に記載の技術では、透過画像の中で被検体の観察しようとする範囲が、目視に適した明るさ範囲になる管電圧Ｖまたは管電流Ｉが最適なＸ線条件であるとし、この条件に自動で設定している。
【特許文献１】特開２００２−１４０５９号公報
【特許文献２】特開２００３−１７３８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述したように、明るさ調整のために管電圧Ｖまたは管電流Ｉを自動設定した場合、画像の階調調整との分担に任意性がでてしまい、最適な管電圧Ｖや管電流Ｉが決まらない問題が生じる。具体的には、たとえば画像を明るくする際、管電圧Ｖを上げるか、あるいはウインドウレベルを下げるかを任意に選択して設定する。
【００１１】
ここで、明るさやコントラストの調整は、画像の階調の調整で自由にできるため、管電圧Ｖまたは管電流Ｉは、明るさ調整に使うべきではないと考えることができる。そのため、管電圧Ｖまたは管電流Ｉは、観察部分の構造に対して最大のＳＮ比（信号対雑音比）を与えるように設定すべきであると考えられる。
【００１２】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、未知の被検体に対しても、最大のＳＮ比を与える管電圧Ｖと管電流Ｉを設定することができるＸ線検査装置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】
【００１３】
画像の階調調整との分担に任意性が生じることにより最適な管電圧Ｖおよび管電流Ｉが決まらないという課題を解決するため、発明者は鋭意研究した結果、以下の知見を得た。
【００１４】
第１に、物理的に最適なＸ線条件である管電圧Ｖおよび管電流Ｉは、観察部分の構造に対して最大のＳＮ比（信号対雑音比）を与える条件である。また、管電圧Ｖ及び管電流Ｉは、透過画像の見易さとなる階調の調整とは無関係である。そのため、観察部分の構造に対して最大のＳＮ比を与えるように管電圧Ｖと管電流Ｉを設定することが主であり、このようにＶＩ決めした画像が視覚的に見やすくなるよう階調変換を行うのが従である。
【００１５】
第２に、手動で物理的に最適な管電圧Ｖと管電流Ｉを設定するときの最大の問題点は、観察部分の構造が追跡できなくなってしまうことにある。具体的には、管電圧Ｖ及び管電流Ｉを変化させ、たとえば観察部分の構造である鋳物の中のボイドなどが最大のＳＮ比で見えるようにする際、ＶＩ変化により階調が変化することにより、ボイドの見え具合が追跡できなくなってしまう。そのため、ＶＩ調整を行う必要が生じ記憶に頼ってＳＮ比を評価しなければならなくなり、時間がかかり、煩わしく精度も低下するものとなる。
【００１６】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、Ｘ線管と、このＸ線管の管電圧と管電流とを制御するＸ線制御部と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを有し、このＸ線検出器で得られた被検体の透過データから透過画像を作成するＸ線検査装置において、Ｘ線管の管電圧と管電流を設定する管電圧管電流設定部と、管電圧または管電流の設定を変えたときに表示部にリアルタイムで動画表示される透過画像の階調をリアルタイムで略一定に保ち表示させるようにする階調保持手段とを有することを要旨としている。
【００１７】
上記構成の請求項１にかかる本発明によれば、リアルタイムで階調が保持されるように透過画像を調整して管電圧Ｖ及び管電流Ｉを容易に設定することが可能である。
【００１８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載のＸ線検査装置において、階調保持手段は、Ｘ線検出器で得られた被検体の透過画像の略最大明度を予め定められる第１の値に保ち、Ｘ線検出器で得られた被検体の透過画像の略最小明度を予め定められる第２の値に保つよう階調変換することを要旨としている。
【００１９】
上記構成の請求項２にかかる本発明によれば、リアルタイムで階調が保持される透過画像を、管電圧Ｖ及び管電流Ｉを調整することで、未知の被検体に対しても、その透過データに基づいて観察部分の構造に対して管電圧Ｖ及び管電流Ｉを容易に設定することが可能である。
【００２０】
さらに、請求項３記載の発明は、管電圧及び管電流を制御してＸ線管からＸ線を発生させて被検体に照射させ、被検体を透過したＸ線を検出して得られた透過データから被検体の透過画像を作成し、管電圧あるいは管電流が変化すると表示部に階調がリアルタイムで略一定に保たれて階調補正された透過画像が動画表示される際、表示部に表示される透過画像の観察部分の構造に対してＳＮ比が最大となるＸ線管の管電圧及び管電流を調整することを要旨としている。
【００２１】
上記構成の請求項３にかかる本発明によれば、リアルタイムで階調が保持される透過画像を、管電圧Ｖ及び管電流Ｉを調整することで、未知の被検体に対しても、その透過データに基づいて観察部分の構造に対して最大のＳＮ比を与える管電圧Ｖ及び管電流Ｉを容易に設定することが可能である。
【００２２】
また、請求項４記載の発明は、請求項３に記載の管電圧管電流調整方法において、階調補正する際、作成された被検体の前記透過画像の略最大明度を予め定められる第１の値に保ち、Ｘ線検出器で得られた被検体の透過画像の略最小明度を予め定められる第２の値に保つように階調補正しながらＸ線管の管電圧及び管電流を調整ことを特徴とすることを要旨としている。
【００２３】
上記構成の請求項４にかかる本発明によれば、リアルタイムで階調が保持される透過画像を、管電圧Ｖ及び管電流Ｉを調整することで、未知の被検体に対しても、その透過データに基づいて観察部分の構造に対して最大のＳＮ比を与える管電圧Ｖ及び管電流Ｉを容易に設定することが可能である。
【００２４】
また、請求項５に記載に発明は、Ｘ線管と、このＸ線管の管電圧と管電流とを制御するＸ線制御部と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを有し、このＸ線検出器で得られた被検体の透過データから透過画像を作成するＸ線検査装置において、前記Ｘ線管の管電圧または管電流が変化したとき透過画像の階調を略一定に保つ階調保持手段と、前記Ｘ線制御部に管電圧または管電流を変更させ、このとき前記階調保持手段により階調が保たれた透過画像の画像ノイズを計算し、この画像ノイズが最小となる管電圧または管電流を選択して設定する自動管電圧管電流設定手段とを有することを要旨とする。
【００２５】
上記構成の請求項５にかかる本発明によれば、階調が保持された透過画像の画像ノイズを計算しながら管電圧と管電流を変更することで、画像ノイズが最小となる管電圧と管電流を選択して設定でき、未知の被検体に対しても、その透過データに基づいて観察部分の構造に対して最大のＳＮ比を与える管電圧と管電流を自動的に設定することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上、説明したように本発明によれば、未知の被検体に対しても、管電圧と管電流を容易に設定できるＸ線検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、図面を用いて本発明について説明する。
【００２８】
［第１の実施の形態］
図１に示すように、第１の実施の形態に係るＸ線検査装置１は、Ｘ線管１１、Ｘ線検出器１２、コンピュータ１３、表示部１４、Ｘ線制御部１５及び高圧発生部１６を有している。
【００２９】
Ｘ線管１１は、被検体２１を透過させて透過画像を得るために用いるＸ線ビーム２２を発生させる。
【００３０】
Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管１１から発生したＸ線ビーム２２が被検体２１を透過したＸ線を２次元分解能で検出する。このＸ線検出器１２は、たとえば、Ｘ線Ｉ．Ｉ．（Image Intensifier）とテレビカメラより成り、検出したＸ線像を１２ｂｉｔのディジタル信号として、接続されるコンピュータ１３に送信する。
【００３１】
コンピュータ１３は通常のコンピュータで、ＣＰＵ、メモリ、ディスク、キーボード、マウス、各種インタフェース等を備えている。また、コンピュータ１３は、図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るＸ線検査装置１を実現するため、ソフトウェア機能ブロックとして、画像のＲＯＩ（関心領域）設定部１３ａ、階調保持部１３ｂ及びＶＩ（管電圧管電流）設定部１３ｃを持つ。
【００３２】
ＲＯＩ設定部１３ａは、操作者からマウス等の入力手段により指定された領域を、透過画像中においてＲＯＩとして設定する。
【００３３】
階調保持部１３ｂは、Ｘ線検出器１２で検出して得られた１２ｂｉｔの透過画像を８ｂｉｔの透過画像に変換する。また、階調保持部１３ｂは、変換した８ｂｉｔの透過画像を表示部１４に送る。なお、ここで検出された透過画像を１２ｂｉｔとし、変換された透過画像を８ｂｉｔとしているが、必ずしもこれに限られるものではない。
【００３４】
ＶＩ設定部１３ｃは、操作者からマウス等の入力手段からの入力に基づいて、管電圧Ｖ及び管電流Ｉを設定する。また、ＶＩ設定部１３ｃは、管電圧Ｖ及び管電流ＩをＸ線制御部１５に送信する。
【００３５】
表示部１４は、階調保持部１３ｂで変換された透過画像を表示画像として表示させる。
【００３６】
Ｘ線制御部１５は、ＶＩ設定部１３ｃからの入力に基づいて、Ｘ線管１１における管電圧Ｖと管電流Ｉを設定した値になるように高圧発生部１６を制御する。
【００３７】
高圧発生部１６は、Ｘ線制御部１５の制御に基づいて、Ｘ線を生成するための高電圧を発生させる。
【００３８】
なお、図１に示すのは、Ｘ線検査装置１の概略図である。そのため、被検体を載置するテーブル、テーブルを移動させて視野や画像の倍率を変える機構部、また、Ｘ線の漏洩を防ぐ遮蔽箱等は省略している。
【００３９】
管電圧Ｖ及び管電流Ｉの最適な設定について、以下に説明する。操作者は、観察を開始する場合、被検体２１を設定してＸ線スイッチをＯＮにする。Ｘ線スイッチがＯＮにされると、Ｘ線管からＸ線が発生され、コンピュータ１３は、被検体２１の透過画像を動画像としてリアルタイムで表示部１４に表示する。このとき、管電圧Ｖ及び管電流Ｉは最適でないため、得られる画像は見やすいものではない。
【００４０】
操作者は、被検体２１の観察部位が視野に入るように図示しない機構を調整し、観察部位としてたとえば試料中のボイド２１ａを含むようにＲＯＩ（関心領域）を設定する。これらの操作は、マウスなどの入力手段を用いて行われる。ＲＯＩ設定部１３ａは、操作者により、たとえば正方形の図形が入力されると、この入力を記憶するとともに、表示されている透過画像に重ねてＲＯＩを表示させる。階調保持部１３ｂは、管電圧Ｖ及び管電流Ｉが変化したときも、このＲＯＩ内の階調が常に不変になるように階調変換して動画表示させる。
【００４１】
次に、階調変換処理について、図面を用いて具体的に説明する。図２は、階調保持部１３ｂにおける階調保持処理を説明するフローチャートである。
【００４２】
まず、階調保持部１３ｂは、Ｘ線検出器１２で検出したＸ線像である１フレーム分の透過画像を取得する（Ｓ０１）。
【００４３】
次に、階調保持部１３ｂは、ＲＯＩ内の画像にローパスフィルタを掛ける（Ｓ０２）。このローパスフィルタは、たとえば、隣接する４画素の濃度値を平均する処理が挙げられる。
【００４４】
続いて、階調保持部１３ｂは、ローパスフィルタ掛けされたＲＯＩ内の画像について、画素値の最大値Ｂmaxと最小値Ｂminを求める（Ｓ０３）。
【００４５】
次に、階調保持部１３ｂは、ステップＳ０１で取得されたローパスフィルタ掛け前の透過画像について、画素値Ｂから画素値Ｂ’への階調変換を行う（Ｓ０４）。たとえば、図３に示すように、最大値Ｂmaxを画素値１８０に、最小値Ｂminを画素値８０になるようにし、１２ｂｉｔの画素値Ｂを８ｂｉｔの画素値Ｂ’に変換する。ここで、変換式は、たとえば下記の式（１）を用いる。
【００４６】
Ｂ’＝（Ｂ−Ｂmin）／（Ｂmax−Ｂmin）・（１８０−８０）＋８０ ・・・（１）
ここで、変換は、全画面について行うが、ＲＯＩ内だけとしてもよい。
【００４７】
その後、階調変換された８ｂｉｔの透過画像を表示画像として表示部１４に送り、表示画像を更新させる（Ｓ０５）。
【００４８】
続いて、階調保持部１３ｂは、終了命令がされたか否かを判定する（Ｓ０６）。ここで、終了の指令がされた場合、階調変換処理を終了する。一方、終了の指令がなかった場合、ステップＳ０１に戻り、次の透過画像についてもステップＳ０１〜Ｓ０５の同様の処理が繰り返される。
【００４９】
画像が更新され続ける動画像の状態と並行して、ＶＩ設定部１３ｃは、操作者に管電圧Ｖと管電流Ｉがマウスやキーボードなどの入力手段を用いて入力されると、この管電圧Ｖ及び管電流Ｉの値を、Ｘ線制御部１５に送る。Ｘ線制御部１５は、高圧発生部１６を介してＸ線管１１の管電圧Ｖと管電流Ｉを設定した値になるように制御する。ここでＶＩが変更されたときに、表示される画像は階調が８０と１８０の間におさまるように階調保持される。
【００５０】
一般的に、毎秒３０フレームで画像の更新をする場合、動画像として観察できる。しかし、多少のちらつきが許されれば、毎秒１５フレーム程度で画像を更新し、動画像とすることもできる。
【００５１】
操作者は、動画像である表示部１４の透過画像を目視しながら、最良画像になるように管電圧Ｖ及び管電流Ｉを調整する。具体的には、ボイド２１ａ等の観察部位のＳＮ比が最大になるように管電圧Ｖ及び管電流Ｉを設定する。
【００５２】
図４は、管電圧Ｖ及び管電流Ｉを管電流上限で変化させた場合のＳＮ比の変化を説明する模式図である。ここで、Ｘ線制御部１５は、通常どおりにＸ線管１１の保護のため、各管電圧Ｖに対してそれぞれ管電流Ｉの上限を設けている。ここでは、この予め定められる管電流Ｉの上限ラインに沿って管電圧Ｖ及び管電流Ｉを変化させることを想定している。なお、管電流Ｉの上限は通常イソワットで制限される。イソワット制限とは、Ｖ×Ｉの値を一定に制限することである。なお、ＶＩの変化させ方はこれに限られるものではない。
【００５３】
図４は、管電圧Ｖを横軸にしてボイド２１ａのプロファイルの変化を管電圧Ｖが過小な場合を（ａ）で、最適な場合を（ｂ）で、過大な場合を（ｃ）で示している。管電圧Ｖ及び管電流Ｉを変えたときにも、リアルタイムで階調が保持される。具体的には、画素値が目視に適した明度範囲である画素値８０ないし画素値１８０となるため、画像を目視しながら容易にＳＮ比が最大になる最適な管電圧Ｖ及び管電流Ｉを設定できる。
【００５４】
ここで、プロファイルに現れるノイズはほとんどがＸ線フォトンの揺らぎによるノイズである。管電圧Ｖが小さすぎると透過率が落ち、Ｘ線フォトン数が減ることでＳＮ比が低下する。一方、管電圧Ｖが大きすぎるとコントラストが低下することでシグナルＳが小さくなり、ＳＮ比が低下する。
【００５５】
なお、図２で示す階調変換処理のステップＳ０２において、ローパスフィルタ掛けを行うのは、最大値Ｂmax及び最小値Ｂminを求める際、画像ノイズの影響を受けにくくし、表示画像のちらつきを少なくするためである。
【００５６】
上述した第１の実施の形態に係るＸ線検査装置１によれば、リアルタイムで階調が保持される透過画像を目視しながら管電圧Ｖ及び管電流Ｉを調整することで、未知の被検体に対しても、その透過データに基づいて観察部分の構造に対して最大のＳＮ比を与える管電圧Ｖと管電流Ｉを容易に設定することができる。
【００５７】
［第２の実施の形態］
図５は、第２の実施の形態に係るＸ線検査装置２の概略構成図である。図１と同じ構成要素は同じ番号を付し、説明は省略する。
【００５８】
Ｘ線検査装置２は、Ｘ線管１１、Ｘ線検出器１２、コンピュータ１３、表示部１４、Ｘ線制御部１５及び高圧発生部１６を有している。Ｘ線検査装置２は、Ｘ線検査装置１と比較して、キャプチャーボード１７を有している点で異なる。また、Ｘ線検査装置２のコンピュータ１３は、階調保持部１３ｂに代えて階調保持部１３ｄを有している点で異なる。
【００５９】
キャプチャーボード１７は、Ｘ線検出器１２で検出されたＸ線像であるアナログ透過画像を１フレームごとに８ｂｉｔのディジタル透過画像に変換する。また、キャプチャーボード１７は、変換したディジタル信号を階調保持部１３ｄと表示部１４に送る。このキャプチャーボード１７は、階調保持部１３ｄからの入力に基づいて、オフセット値Ｏｆとゲイン値ｇを変えることで透過画像の階調を変えている。
【００６０】
階調保持部１３ｄは、コンピュータ１３のソフトウェア機能ブロックである。この階調保持部１３ｄは、上述した階調保持部１３ｂと異なる。具体的には、階調保持部１３ｄは、８ｂｉｔ透過画像を入力すると、キャプチャーボード１７のオフセット値Ｏｆ及びゲイン値ｇをＲＯＩ部の階調を保持するように制御する。
【００６１】
図６に示すのは、階調保持部１３ｄにおける階調保持処理を説明するフローチャートである。まず、階調保持部１３ｄは、Ｘ線検出器１２で検出したＸ線像である１フレーム分の透過画像を取得する（Ｓ１１）。次に、階調保持部１３ｄは、ＲＯＩ内の画像にローパスフィルタを掛ける（Ｓ１２）。続いて、階調保持部１３ｄは、ローパスフィルタ掛けされたＲＯＩ内の画像について画素値の最大値Ｂｍａｘと最小値Ｂｍｉｎを求める（Ｓ１３）。ここまでの処理は、第１の実施例と同様である。
【００６２】
次に、階調保持部１３ｄは、現在のオフセット値Ｏｆ及びゲイン値ｇから、修正後のオフセット値Ｏｆ’及びゲイン値ｇ’を求める（Ｓ１４）。具体的な求め方としては、図７に示す方法がある。横軸をアナログの画素値Ｐとし、縦軸を８ｂｉｔの画素値Ｂとする。アナログの画素値Ｐはキャプチャーボード１７への入力（ボルト値）であり、８ｂｉｔの画素値Ｂは出力である。また、キャプチャーボード１７の特性を表すのが、オフセット値Ｏｆとゲイン値ｇである。
【００６３】
画素値Ｂと画素値Ｐには、以下の（２）式の関係がある。
【００６４】
Ｂ＝ｇ・（Ｐ−Ｏｆ） ・・・（２）
ここで、現在のオフセット値Ｏｆとゲイン値ｇに対して最大値Ｂｍａｘと最小値Ｂｍｉｎが分かっている。これを用いて、最大値を１８０にし、最小値を８０になるように、修正したオフセット値Ｏｆ’及びゲイン値ｇ’を計算する。導出については省略するが、具体的には下記の（３）式から（６）式を計算することで、オフセット値Ｏｆ’とゲイン値ｇ’が求められる。
【００６５】
Ｐｍａｘ＝Ｂｍａｘ／ｇ＋Ｏｆ ・・・（３）
Ｐｍｉｎ＝Ｂｍｉｎ／ｇ＋Ｏｆ ・・・（４）
ｇ’＝（１８０−８０）／（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ） ・・・（５）
Ｏｆ’＝（１８０・Ｐｍｉｎ−８０・Ｐｍａｘ）／（１８０−８０） ・・・（６）
その後、階調保持部１３ｄは、求められたオフセット値Ｏｆ’及びゲイン値ｇ’をキャプチャーボード１７に送り、オフセット値、ゲイン値を更新させる（Ｓ１５）。
【００６６】
続いて、階調保持部１３ｄは、終了指令があるか否かを判定し（Ｓ１６）、終了の指令がされた場合、終了する。一方、終了の指令がなかった場合、ステップＳ１１に戻り、次の透過画像について、同様の処理が繰り返される。
【００６７】
次のフレームでは、画素値Ｂｍａｘが画素値１８０に、また、画素値Ｂｍｉｎが画素値８０に合わされることになり、操作者が管電圧Ｖ及び管電流Ｉを変更した場合、１フレーム遅れて階調が保持される。管電圧Ｖと管電流Ｉを急速に変更しない限り、階調は一定に保たれる。
【００６８】
上述した第２の実施の形態に係るＸ線検査装置２によれば、リアルタイムで階調が保持される透過画像を目視しながら管電圧Ｖ及び管電流Ｉを調整することで、未知の被検体に対しても、その透過データに基づいて観察部分の構造に対して最大のＳＮ比を与える管電圧Ｖと管電流Ｉを容易に設定することができる。
【００６９】
［変形例］
階調変換は、上述した実施の形態に限られるものではない。たとえば、最大値Ｂmaxの変換後の値を画素値１８０とし、最小値Ｂminの変換後の値を画素値８０としたが、これらの値に限られるものではなく、目視に適した範囲であればよい。
【００７０】
また、最大値をＢmaxとし、最小値をＢminとしたが、別の求め方で求めても良い。図８は、別の方法でＢmax及びＢminを求める場合の一例を示している。図８に示す例は、ＲＯＩ内のヒストグラムであり、横軸を画素値Ｂとし、縦軸を画素数とした各画素値の頻度を示している。図８に示すヒストグラムで、面積で上から１０％の位置をＢmaxとし、下から１０％の位置をＢminとしている。なお、図８に示す例では１０％でなく、任意の値を設定することができる。この求め方によれば、画像ノイズの影響を受けにくく、安定してＢmax及びＢminを求めることができ、表示画像のちらつきをさらに減少させることができる。
【００７１】
また、階調変換は実施例では線型変換であったが非線型変換としてもよい。特に対数変換を用いると被検体の厚さに比例した明るさ表示となり好ましい。
【００７２】
さらに、階調変換処理範囲を全画面でなく、ＲＯＩのみとし、処理速度を上げることもできる。また、ＲＯＩの設定は自由で、画面全体をＲＯＩとすることも可能である。
【００７３】
第１及び第２の実施の形態では、手動でＶＩを調整しているが、自動とすることができる。この場合、コンピュータ５にはソフトウェア機能ブロックとしてＶＩ設定部１３ｃに替えて、自動ＶＩ設定部１３ｅが設けられる。
【００７４】
自動ＶＩ設定部１３ｅは階調保持部１３ｂまたは１３ｄからの階調が変換された透過画像（階調保持画像）を入力する。また、自動ＶＩ設定部１３ｅは、電圧Ｖと電流ＩをＸ線制御部１５に送信する。
【００７５】
図９に示すのは、自動ＶＩ設定部１３ｅにおけるＶＩ設定処理を説明するフローチャートである。
【００７６】
まず、Ｘ線管１１からＸ線が発生すると（Ｓ２１）、自動ＶＩ設定部１３ｅは、Ｘ線制御部１５を操作し、管電圧Ｖ及び管電流Ｉを予め定められた初期値に設定する（Ｓ２２）。
【００７７】
ステップＳ２２で管電圧Ｖ及び管電流Ｉが初期値に設定されると、自動ＶＩ設定部１３ｅは、階調保持部１３ｂまたは１３ｄからＮフレームの階調保持画像を取得する（Ｓ２３）。取得した階調保持画像を記憶させる（Ｓ２４）。
【００７８】
ここで、Ｎフレームの画像とは、例えば１０フレームの画像であるが、これに限られず、任意の数に設定される。またこのとき、階調保持部１３ｂではＮフレームの透過画像が同一の階調変換を施されて、自動ＶＩ設定部１３ｅに入力される。具体的には、１フレーム目ではステップＳ０１〜Ｓ０５に示す処理により階調変換されるが、２フレーム目からはステップＳ０２及びＳ０３の処理は省略し、１フレーム目で求められた最大値Ｂｍａｘ及び最小値Ｂｍｉｎを使用する。また、階調保持部１３ｄでも同様に、Ｎフレームが同一の階調変換を施される。具体的には０フレーム目でステップＳ１１〜Ｓ１５に示す処理によりオフセット値、ゲイン値が設定され、１〜Ｎフレームの画像はＳ１２ないしＳ１５の処理が省略され、そのまま自動ＶＩ設定部１３ｅに送られる。
【００７９】
自動ＶＩ設定部１３ｅは、Ｎフレームの階調保持画像を取得すると（Ｓ２５）、これらの画像によりノイズが計算される（Ｓ２６）。
【００８０】
このノイズは、例えば、下記の式（７）及び式（８）により計算される。
【００８１】
画素ijのノイズ
＝√｛（Ｂ’(ij)−Ｂ’(ij)のフレーム間平均）2のフレーム間平均｝・・・（７）
画像ノイズ＝（画素ijのノイズ）のＲＯＩ内平均・・・（８）
ここで、Ｂ’(ij)は画素ijでの画素値である。Ｓ２３では、電圧Ｖ値、電流Ｉ値と求めた画像ノイズを記憶する。
【００８２】
ステップＳ２６でノイズが計算されると、処理終了されるか否かが確認され（Ｓ２７）、次の電圧Ｖ及び電流Ｉを設定してステップＳ２３からの処理を繰り返す（Ｓ２８）。
【００８３】
ステップＳ２８で次の電圧Ｖ及び電流Ｉを設定する方法としては、例えば電圧Ｖを一定間隔でステップ上昇させ、電流Ｉは各電圧Ｖに対する上限値をとるように変化させる方法が考えられる。しかし、これに限られるものではない。
【００８４】
また、ステップＳ２７で処理が終了されることが確認されると、ノイズが最小であった電圧Ｖ及び電流Ｉを選択し、この電圧Ｖ及び電流Ｉの値を最適の電圧Ｖ値及び電流Ｉ値とする（Ｓ２９）。
【００８５】
図９に示す例では、予め定めた電圧Ｖ及び電流Ｉの組み合わせの全てに対して順番にノイズを計算し、ノイズが最小となる電圧Ｖ及び電流Ｉを最適な電圧Ｖ及び電流Ｉとしている。しかしながら、最適な電圧Ｖ及び電流Ｉの求め方についてはこのような方法に限られるものではない。例えば、はじめに粗いステップ間隔でいくつかの電圧Ｖ及び電流Ｉの組み合わせ組に対してノイズを計算してノイズの小さな電圧Ｖ値及び電流Ｉ値の領域を選び、このノイズの小さな領域について細かいステップで電圧Ｖ値及び電流Ｉ値を変化させてノイズを計算して段階的に最適な電圧Ｖ及び電流Ｉを求める方法であってもよい。また、一般的によく知られている計算されたノイズを用いて電圧Ｖ及び電流Ｉの変化を求める計算方法などを用いれば、最適な電圧Ｖ及び電流Ｉをより短時間で求めることが可能である。
【００８６】
また、図９に示す例では、ステップＳ２４及びＳ２５でＮフレームの画像記憶を行っているが、Ｎフレームの画像記憶を必要とするものではない。例えば、一般的によく知られているように、１フレームを次々に上書きするような構成であっても、１パス方式で式（７）及び式（８）と等価な画像ノイズの計算が可能である。
【００８７】
さらに、式（８）で用いるＲＯＩは階調保持処理で用いるＲＯＩと同じＲＯＩであってもよいが、新たに設定した別のＲＯＩであってもよい。
【００８８】
上述した変形例によれば、階調が保持されることでシグナル（図４のＳ）が一定に保たれつつ、ノイズ（図４のＮ）を最小とすることができ、未知の被検体に対しても、その透過データに基づいて観察部位の構造に対して最大のＳＮ比を与える電圧Ｖと電流Ｉを自動的に設定することができる。
【００８９】
第１及び第２の実施の形態に係るＸ線検査装置の最適な管電圧Ｖ及び管電流Ｉの調整は、他にもたとえば、断層撮影装置等の他の装置にも適応させることもできる。断層撮影装置に適応させた場合、断層撮影装置は、円軌道、円弧軌道、直線軌道、多軌道など何れの方式を用いていても良い。また、コンピュータ断層撮影装置（ＣＴ）であってもよい。この場合、スキャン中に最も透過が悪くなるＸ線パスについて、最適なＶＩ調整を行うようにすれば良い。
【００９０】
本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＸ線検査装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る階調保持処理を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る階調変換を説明する図である。
【図４】管電圧Ｖと管電流Ｉをイソワット変化させた場合のＳＮ比変化の模式図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るＸ線検査装置の概略構成図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る階調保持処理を説明するフローチャートである。
【図７】オフセット値Ｏｆ’とゲイン値ｇ’の求め方を説明する図である。
【図８】本発明の変形例に係る階調変換を説明する図である。
【図９】本発明の変形例に係る自動ＶＩ設定のフローチャートである。
【符号の説明】
【００９２】
１，２…Ｘ線検査装置
１１…Ｘ線管
１２…Ｘ線検出器
１３…コンピュータ
１３ａ…ＲＯＩ設定部
１３ｂ，１３ｄ…階調保持部
１３ｃ…ＶＩ設定部
１４…表示部
１５…Ｘ線制御部
１６…高圧発生部
１７…キャプチャーボード
２１…被検体
２２…Ｘ線ビーム
２１ａ…ボイド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線を用いて被検体の透過画像、断面像あるいは３次元画像を作成するＸ線検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品やアルミ鋳物等の工業製品の内部を検査するためのＸ線透視検査装置が市場に提供されている。
【０００３】
このようなＸ線検査装置では、操作者がＸ線管の管電圧Ｖおよび管電流Ｉを手動で変化することができる。そのため、操作者は透過画像を観察しながら被検体にあわせた設定を行い、最適画像を得ている。
【０００４】
具体的には、管電圧Ｖを増加させた場合、Ｘ線フォトンの１つ１つのエネルギーＥが増大するとともに、フォトン数Ｎが増大する。また、管電流を増加させた場合、Ｘ線フォトンの１つ１つのエネルギーＥは変わらず、フォトン数Ｎが増大する。
【０００５】
Ｘ線検査装置において、Ｘ線検出器は、２次元の分解能でＸ線を検出するが、各検出素子の出力は各素子が受けるＸ線エネルギー総量（Ｅ×Ｎ）に比例する。そのため、透過画像は、各検出素子の出力に応じて、明暗を割り当てることで生成される。
【０００６】
Ｘ線の透過能力はＸ線フォトンの１つ１つのエネルギーＥが高くなるほど大きくなる。そこで、管電圧Ｖと管電流Ｉを手動で変更する場合、まず、被検体を透過させることのできる管電圧Ｖに比例するＸ線フォトンの１つ１つのエネルギーＥを決定する。しかしながら、この管電圧Ｖに比例するエネルギーＥが高すぎた場合、画像のコントラストが低下して最良の画像を得ることができない。
【０００７】
そこで、管電圧Ｖを下げるが、このとき画像が暗くなるので管電流Ｉを増やして出力を補う。しかしながら、管電圧Ｖを下げすぎた場合、得られる画像は、コントラストが大きすぎて白とびや黒つぶれした画像となってしまう。
【０００８】
そのため、従来、既知の被検体に関しては、管電圧Ｖまたは管電流Ｉの設定に、以前利用した管電圧Ｖまたは管電流Ｉのデータを利用して調整していた。
【０００９】
これに対し、未知の被検体に対しても、その透過画像に基づいて、最適なＸ線条件である管電圧Ｖや管電流Ｉを自動設定できる技術もある（たとえば、特許文献１、２）。このような特許文献１や２に記載の技術では、透過画像の中で被検体の観察しようとする範囲が、目視に適した明るさ範囲になる管電圧Ｖまたは管電流Ｉが最適なＸ線条件であるとし、この条件に自動で設定している。
【特許文献１】特開２００２−１４０５９号公報
【特許文献２】特開２００３−１７３８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述したように、明るさ調整のために管電圧Ｖまたは管電流Ｉを自動設定した場合、画像の階調調整との分担に任意性がでてしまい、最適な管電圧Ｖや管電流Ｉが決まらない問題が生じる。具体的には、たとえば画像を明るくする際、管電圧Ｖを上げるか、あるいはウインドウレベルを下げるかを任意に選択して設定する。
【００１１】
ここで、明るさやコントラストの調整は、画像の階調の調整で自由にできるため、管電圧Ｖまたは管電流Ｉは、明るさ調整に使うべきではないと考えることができる。そのため、管電圧Ｖまたは管電流Ｉは、観察部分の構造に対して最大のＳＮ比（信号対雑音比）を与えるように設定すべきであると考えられる。
【００１２】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、未知の被検体に対しても、最大のＳＮ比を与える管電圧Ｖと管電流Ｉを設定することができるＸ線検査装置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】
【００１３】
画像の階調調整との分担に任意性が生じることにより最適な管電圧Ｖおよび管電流Ｉが決まらないという課題を解決するため、発明者は鋭意研究した結果、以下の知見を得た。
【００１４】
第１に、物理的に最適なＸ線条件である管電圧Ｖおよび管電流Ｉは、観察部分の構造に対して最大のＳＮ比（信号対雑音比）を与える条件である。また、管電圧Ｖ及び管電流Ｉは、透過画像の見易さとなる階調の調整とは無関係である。そのため、観察部分の構造に対して最大のＳＮ比を与えるように管電圧Ｖと管電流Ｉを設定することが主であり、このようにＶＩ決めした画像が視覚的に見やすくなるよう階調変換を行うのが従である。
【００１５】
第２に、手動で物理的に最適な管電圧Ｖと管電流Ｉを設定するときの最大の問題点は、観察部分の構造が追跡できなくなってしまうことにある。具体的には、管電圧Ｖ及び管電流Ｉを変化させ、たとえば観察部分の構造である鋳物の中のボイドなどが最大のＳＮ比で見えるようにする際、ＶＩ変化により階調が変化することにより、ボイドの見え具合が追跡できなくなってしまう。そのため、ＶＩ調整を行う必要が生じ記憶に頼ってＳＮ比を評価しなければならなくなり、時間がかかり、煩わしく精度も低下するものとなる。
【００１６】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、Ｘ線管と、このＸ線管の管電圧と管電流とを制御するＸ線制御部と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを有し、このＸ線検出器で得られた被検体の透過データから透過画像を作成するＸ線検査装置において、Ｘ線管の管電圧と管電流を設定する管電圧管電流設定部と、管電圧または管電流の設定を変えたときに表示部にリアルタイムで動画表示される透過画像の階調をリアルタイムで略一定に保ち表示させるようにする階調保持手段とを有することを要旨としている。
【００１７】
上記構成の請求項１にかかる本発明によれば、リアルタイムで階調が保持されるように透過画像を調整して管電圧Ｖ及び管電流Ｉを容易に設定することが可能である。
【００１８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載のＸ線検査装置において、階調保持手段は、Ｘ線検出器で得られた被検体の透過画像の略最大明度を予め定められる第１の値に保ち、Ｘ線検出器で得られた被検体の透過画像の略最小明度を予め定められる第２の値に保つよう階調変換することを要旨としている。
【００１９】
上記構成の請求項２にかかる本発明によれば、リアルタイムで階調が保持される透過画像を、管電圧Ｖ及び管電流Ｉを調整することで、未知の被検体に対しても、その透過データに基づいて観察部分の構造に対して管電圧Ｖ及び管電流Ｉを容易に設定することが可能である。
【００２０】
さらに、請求項３記載の発明は、管電圧及び管電流を制御してＸ線管からＸ線を発生させて被検体に照射させ、被検体を透過したＸ線を検出して得られた透過データから被検体の透過画像を作成し、管電圧あるいは管電流が変化すると表示部に階調がリアルタイムで略一定に保たれて階調補正された透過画像が動画表示される際、表示部に表示される透過画像の観察部分の構造に対してＳＮ比が最大となるＸ線管の管電圧及び管電流を調整することを要旨としている。
【００２１】
上記構成の請求項３にかかる本発明によれば、リアルタイムで階調が保持される透過画像を、管電圧Ｖ及び管電流Ｉを調整することで、未知の被検体に対しても、その透過データに基づいて観察部分の構造に対して最大のＳＮ比を与える管電圧Ｖ及び管電流Ｉを容易に設定することが可能である。
【００２２】
また、請求項４記載の発明は、請求項３に記載の管電圧管電流調整方法において、階調補正する際、作成された被検体の前記透過画像の略最大明度を予め定められる第１の値に保ち、Ｘ線検出器で得られた被検体の透過画像の略最小明度を予め定められる第２の値に保つように階調補正しながらＸ線管の管電圧及び管電流を調整ことを特徴とすることを要旨としている。
【００２３】
上記構成の請求項４にかかる本発明によれば、リアルタイムで階調が保持される透過画像を、管電圧Ｖ及び管電流Ｉを調整することで、未知の被検体に対しても、その透過データに基づいて観察部分の構造に対して最大のＳＮ比を与える管電圧Ｖ及び管電流Ｉを容易に設定することが可能である。
【００２４】
また、請求項５に記載に発明は、Ｘ線管と、このＸ線管の管電圧と管電流とを制御するＸ線制御部と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを有し、このＸ線検出器で得られた被検体の透過データから透過画像を作成するＸ線検査装置において、前記Ｘ線管の管電圧または管電流が変化したとき透過画像の階調を略一定に保つ階調保持手段と、前記Ｘ線制御部に管電圧または管電流を変更させ、このとき前記階調保持手段により階調が保たれた透過画像の画像ノイズを計算し、この画像ノイズが最小となる管電圧または管電流を選択して設定する自動管電圧管電流設定手段とを有することを要旨とする。
【００２５】
上記構成の請求項５にかかる本発明によれば、階調が保持された透過画像の画像ノイズを計算しながら管電圧と管電流を変更することで、画像ノイズが最小となる管電圧と管電流を選択して設定でき、未知の被検体に対しても、その透過データに基づいて観察部分の構造に対して最大のＳＮ比を与える管電圧と管電流を自動的に設定することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上、説明したように本発明によれば、未知の被検体に対しても、管電圧と管電流を容易に設定できるＸ線検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、図面を用いて本発明について説明する。
【００２８】
［第１の実施の形態］
図１に示すように、第１の実施の形態に係るＸ線検査装置１は、Ｘ線管１１、Ｘ線検出器１２、コンピュータ１３、表示部１４、Ｘ線制御部１５及び高圧発生部１６を有している。
【００２９】
Ｘ線管１１は、被検体２１を透過させて透過画像を得るために用いるＸ線ビーム２２を発生させる。
【００３０】
Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管１１から発生したＸ線ビーム２２が被検体２１を透過したＸ線を２次元分解能で検出する。このＸ線検出器１２は、たとえば、Ｘ線Ｉ．Ｉ．（Image Intensifier）とテレビカメラより成り、検出したＸ線像を１２ｂｉｔのディジタル信号として、接続されるコンピュータ１３に送信する。
【００３１】
コンピュータ１３は通常のコンピュータで、ＣＰＵ、メモリ、ディスク、キーボード、マウス、各種インタフェース等を備えている。また、コンピュータ１３は、図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るＸ線検査装置１を実現するため、ソフトウェア機能ブロックとして、画像のＲＯＩ（関心領域）設定部１３ａ、階調保持部１３ｂ及びＶＩ（管電圧管電流）設定部１３ｃを持つ。
【００３２】
ＲＯＩ設定部１３ａは、操作者からマウス等の入力手段により指定された領域を、透過画像中においてＲＯＩとして設定する。
【００３３】
階調保持部１３ｂは、Ｘ線検出器１２で検出して得られた１２ｂｉｔの透過画像を８ｂｉｔの透過画像に変換する。また、階調保持部１３ｂは、変換した８ｂｉｔの透過画像を表示部１４に送る。なお、ここで検出された透過画像を１２ｂｉｔとし、変換された透過画像を８ｂｉｔとしているが、必ずしもこれに限られるものではない。
【００３４】
ＶＩ設定部１３ｃは、操作者からマウス等の入力手段からの入力に基づいて、管電圧Ｖ及び管電流Ｉを設定する。また、ＶＩ設定部１３ｃは、管電圧Ｖ及び管電流ＩをＸ線制御部１５に送信する。
【００３５】
表示部１４は、階調保持部１３ｂで変換された透過画像を表示画像として表示させる。
【００３６】
Ｘ線制御部１５は、ＶＩ設定部１３ｃからの入力に基づいて、Ｘ線管１１における管電圧Ｖと管電流Ｉを設定した値になるように高圧発生部１６を制御する。
【００３７】
高圧発生部１６は、Ｘ線制御部１５の制御に基づいて、Ｘ線を生成するための高電圧を発生させる。
【００３８】
なお、図１に示すのは、Ｘ線検査装置１の概略図である。そのため、被検体を載置するテーブル、テーブルを移動させて視野や画像の倍率を変える機構部、また、Ｘ線の漏洩を防ぐ遮蔽箱等は省略している。
【００３９】
管電圧Ｖ及び管電流Ｉの最適な設定について、以下に説明する。操作者は、観察を開始する場合、被検体２１を設定してＸ線スイッチをＯＮにする。Ｘ線スイッチがＯＮにされると、Ｘ線管からＸ線が発生され、コンピュータ１３は、被検体２１の透過画像を動画像としてリアルタイムで表示部１４に表示する。このとき、管電圧Ｖ及び管電流Ｉは最適でないため、得られる画像は見やすいものではない。
【００４０】
操作者は、被検体２１の観察部位が視野に入るように図示しない機構を調整し、観察部位としてたとえば試料中のボイド２１ａを含むようにＲＯＩ（関心領域）を設定する。これらの操作は、マウスなどの入力手段を用いて行われる。ＲＯＩ設定部１３ａは、操作者により、たとえば正方形の図形が入力されると、この入力を記憶するとともに、表示されている透過画像に重ねてＲＯＩを表示させる。階調保持部１３ｂは、管電圧Ｖ及び管電流Ｉが変化したときも、このＲＯＩ内の階調が常に不変になるように階調変換して動画表示させる。
【００４１】
次に、階調変換処理について、図面を用いて具体的に説明する。図２は、階調保持部１３ｂにおける階調保持処理を説明するフローチャートである。
【００４２】
まず、階調保持部１３ｂは、Ｘ線検出器１２で検出したＸ線像である１フレーム分の透過画像を取得する（Ｓ０１）。
【００４３】
次に、階調保持部１３ｂは、ＲＯＩ内の画像にローパスフィルタを掛ける（Ｓ０２）。このローパスフィルタは、たとえば、隣接する４画素の濃度値を平均する処理が挙げられる。
【００４４】
続いて、階調保持部１３ｂは、ローパスフィルタ掛けされたＲＯＩ内の画像について、画素値の最大値Ｂmaxと最小値Ｂminを求める（Ｓ０３）。
【００４５】
次に、階調保持部１３ｂは、ステップＳ０１で取得されたローパスフィルタ掛け前の透過画像について、画素値Ｂから画素値Ｂ’への階調変換を行う（Ｓ０４）。たとえば、図３に示すように、最大値Ｂmaxを画素値１８０に、最小値Ｂminを画素値８０になるようにし、１２ｂｉｔの画素値Ｂを８ｂｉｔの画素値Ｂ’に変換する。ここで、変換式は、たとえば下記の式（１）を用いる。
【００４６】
Ｂ’＝（Ｂ−Ｂmin）／（Ｂmax−Ｂmin）・（１８０−８０）＋８０ ・・・（１）
ここで、変換は、全画面について行うが、ＲＯＩ内だけとしてもよい。
【００４７】
その後、階調変換された８ｂｉｔの透過画像を表示画像として表示部１４に送り、表示画像を更新させる（Ｓ０５）。
【００４８】
続いて、階調保持部１３ｂは、終了命令がされたか否かを判定する（Ｓ０６）。ここで、終了の指令がされた場合、階調変換処理を終了する。一方、終了の指令がなかった場合、ステップＳ０１に戻り、次の透過画像についてもステップＳ０１〜Ｓ０５の同様の処理が繰り返される。
【００４９】
画像が更新され続ける動画像の状態と並行して、ＶＩ設定部１３ｃは、操作者に管電圧Ｖと管電流Ｉがマウスやキーボードなどの入力手段を用いて入力されると、この管電圧Ｖ及び管電流Ｉの値を、Ｘ線制御部１５に送る。Ｘ線制御部１５は、高圧発生部１６を介してＸ線管１１の管電圧Ｖと管電流Ｉを設定した値になるように制御する。ここでＶＩが変更されたときに、表示される画像は階調が８０と１８０の間におさまるように階調保持される。
【００５０】
一般的に、毎秒３０フレームで画像の更新をする場合、動画像として観察できる。しかし、多少のちらつきが許されれば、毎秒１５フレーム程度で画像を更新し、動画像とすることもできる。
【００５１】
操作者は、動画像である表示部１４の透過画像を目視しながら、最良画像になるように管電圧Ｖ及び管電流Ｉを調整する。具体的には、ボイド２１ａ等の観察部位のＳＮ比が最大になるように管電圧Ｖ及び管電流Ｉを設定する。
【００５２】
図４は、管電圧Ｖ及び管電流Ｉを管電流上限で変化させた場合のＳＮ比の変化を説明する模式図である。ここで、Ｘ線制御部１５は、通常どおりにＸ線管１１の保護のため、各管電圧Ｖに対してそれぞれ管電流Ｉの上限を設けている。ここでは、この予め定められる管電流Ｉの上限ラインに沿って管電圧Ｖ及び管電流Ｉを変化させることを想定している。なお、管電流Ｉの上限は通常イソワットで制限される。イソワット制限とは、Ｖ×Ｉの値を一定に制限することである。なお、ＶＩの変化させ方はこれに限られるものではない。
【００５３】
図４は、管電圧Ｖを横軸にしてボイド２１ａのプロファイルの変化を管電圧Ｖが過小な場合を（ａ）で、最適な場合を（ｂ）で、過大な場合を（ｃ）で示している。管電圧Ｖ及び管電流Ｉを変えたときにも、リアルタイムで階調が保持される。具体的には、画素値が目視に適した明度範囲である画素値８０ないし画素値１８０となるため、画像を目視しながら容易にＳＮ比が最大になる最適な管電圧Ｖ及び管電流Ｉを設定できる。
【００５４】
ここで、プロファイルに現れるノイズはほとんどがＸ線フォトンの揺らぎによるノイズである。管電圧Ｖが小さすぎると透過率が落ち、Ｘ線フォトン数が減ることでＳＮ比が低下する。一方、管電圧Ｖが大きすぎるとコントラストが低下することでシグナルＳが小さくなり、ＳＮ比が低下する。
【００５５】
なお、図２で示す階調変換処理のステップＳ０２において、ローパスフィルタ掛けを行うのは、最大値Ｂmax及び最小値Ｂminを求める際、画像ノイズの影響を受けにくくし、表示画像のちらつきを少なくするためである。
【００５６】
上述した第１の実施の形態に係るＸ線検査装置１によれば、リアルタイムで階調が保持される透過画像を目視しながら管電圧Ｖ及び管電流Ｉを調整することで、未知の被検体に対しても、その透過データに基づいて観察部分の構造に対して最大のＳＮ比を与える管電圧Ｖと管電流Ｉを容易に設定することができる。
【００５７】
［第２の実施の形態］
図５は、第２の実施の形態に係るＸ線検査装置２の概略構成図である。図１と同じ構成要素は同じ番号を付し、説明は省略する。
【００５８】
Ｘ線検査装置２は、Ｘ線管１１、Ｘ線検出器１２、コンピュータ１３、表示部１４、Ｘ線制御部１５及び高圧発生部１６を有している。Ｘ線検査装置２は、Ｘ線検査装置１と比較して、キャプチャーボード１７を有している点で異なる。また、Ｘ線検査装置２のコンピュータ１３は、階調保持部１３ｂに代えて階調保持部１３ｄを有している点で異なる。
【００５９】
キャプチャーボード１７は、Ｘ線検出器１２で検出されたＸ線像であるアナログ透過画像を１フレームごとに８ｂｉｔのディジタル透過画像に変換する。また、キャプチャーボード１７は、変換したディジタル信号を階調保持部１３ｄと表示部１４に送る。このキャプチャーボード１７は、階調保持部１３ｄからの入力に基づいて、オフセット値Ｏｆとゲイン値ｇを変えることで透過画像の階調を変えている。
【００６０】
階調保持部１３ｄは、コンピュータ１３のソフトウェア機能ブロックである。この階調保持部１３ｄは、上述した階調保持部１３ｂと異なる。具体的には、階調保持部１３ｄは、８ｂｉｔ透過画像を入力すると、キャプチャーボード１７のオフセット値Ｏｆ及びゲイン値ｇをＲＯＩ部の階調を保持するように制御する。
【００６１】
図６に示すのは、階調保持部１３ｄにおける階調保持処理を説明するフローチャートである。まず、階調保持部１３ｄは、Ｘ線検出器１２で検出したＸ線像である１フレーム分の透過画像を取得する（Ｓ１１）。次に、階調保持部１３ｄは、ＲＯＩ内の画像にローパスフィルタを掛ける（Ｓ１２）。続いて、階調保持部１３ｄは、ローパスフィルタ掛けされたＲＯＩ内の画像について画素値の最大値Ｂｍａｘと最小値Ｂｍｉｎを求める（Ｓ１３）。ここまでの処理は、第１の実施例と同様である。
【００６２】
次に、階調保持部１３ｄは、現在のオフセット値Ｏｆ及びゲイン値ｇから、修正後のオフセット値Ｏｆ’及びゲイン値ｇ’を求める（Ｓ１４）。具体的な求め方としては、図７に示す方法がある。横軸をアナログの画素値Ｐとし、縦軸を８ｂｉｔの画素値Ｂとする。アナログの画素値Ｐはキャプチャーボード１７への入力（ボルト値）であり、８ｂｉｔの画素値Ｂは出力である。また、キャプチャーボード１７の特性を表すのが、オフセット値Ｏｆとゲイン値ｇである。
【００６３】
画素値Ｂと画素値Ｐには、以下の（２）式の関係がある。
【００６４】
Ｂ＝ｇ・（Ｐ−Ｏｆ） ・・・（２）
ここで、現在のオフセット値Ｏｆとゲイン値ｇに対して最大値Ｂｍａｘと最小値Ｂｍｉｎが分かっている。これを用いて、最大値を１８０にし、最小値を８０になるように、修正したオフセット値Ｏｆ’及びゲイン値ｇ’を計算する。導出については省略するが、具体的には下記の（３）式から（６）式を計算することで、オフセット値Ｏｆ’とゲイン値ｇ’が求められる。
【００６５】
Ｐｍａｘ＝Ｂｍａｘ／ｇ＋Ｏｆ ・・・（３）
Ｐｍｉｎ＝Ｂｍｉｎ／ｇ＋Ｏｆ ・・・（４）
ｇ’＝（１８０−８０）／（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ） ・・・（５）
Ｏｆ’＝（１８０・Ｐｍｉｎ−８０・Ｐｍａｘ）／（１８０−８０） ・・・（６）
その後、階調保持部１３ｄは、求められたオフセット値Ｏｆ’及びゲイン値ｇ’をキャプチャーボード１７に送り、オフセット値、ゲイン値を更新させる（Ｓ１５）。
【００６６】
続いて、階調保持部１３ｄは、終了指令があるか否かを判定し（Ｓ１６）、終了の指令がされた場合、終了する。一方、終了の指令がなかった場合、ステップＳ１１に戻り、次の透過画像について、同様の処理が繰り返される。
【００６７】
次のフレームでは、画素値Ｂｍａｘが画素値１８０に、また、画素値Ｂｍｉｎが画素値８０に合わされることになり、操作者が管電圧Ｖ及び管電流Ｉを変更した場合、１フレーム遅れて階調が保持される。管電圧Ｖと管電流Ｉを急速に変更しない限り、階調は一定に保たれる。
【００６８】
上述した第２の実施の形態に係るＸ線検査装置２によれば、リアルタイムで階調が保持される透過画像を目視しながら管電圧Ｖ及び管電流Ｉを調整することで、未知の被検体に対しても、その透過データに基づいて観察部分の構造に対して最大のＳＮ比を与える管電圧Ｖと管電流Ｉを容易に設定することができる。
【００６９】
［変形例］
階調変換は、上述した実施の形態に限られるものではない。たとえば、最大値Ｂmaxの変換後の値を画素値１８０とし、最小値Ｂminの変換後の値を画素値８０としたが、これらの値に限られるものではなく、目視に適した範囲であればよい。
【００７０】
また、最大値をＢmaxとし、最小値をＢminとしたが、別の求め方で求めても良い。図８は、別の方法でＢmax及びＢminを求める場合の一例を示している。図８に示す例は、ＲＯＩ内のヒストグラムであり、横軸を画素値Ｂとし、縦軸を画素数とした各画素値の頻度を示している。図８に示すヒストグラムで、面積で上から１０％の位置をＢmaxとし、下から１０％の位置をＢminとしている。なお、図８に示す例では１０％でなく、任意の値を設定することができる。この求め方によれば、画像ノイズの影響を受けにくく、安定してＢmax及びＢminを求めることができ、表示画像のちらつきをさらに減少させることができる。
【００７１】
また、階調変換は実施例では線型変換であったが非線型変換としてもよい。特に対数変換を用いると被検体の厚さに比例した明るさ表示となり好ましい。
【００７２】
さらに、階調変換処理範囲を全画面でなく、ＲＯＩのみとし、処理速度を上げることもできる。また、ＲＯＩの設定は自由で、画面全体をＲＯＩとすることも可能である。
【００７３】
第１及び第２の実施の形態では、手動でＶＩを調整しているが、自動とすることができる。この場合、コンピュータ５にはソフトウェア機能ブロックとしてＶＩ設定部１３ｃに替えて、自動ＶＩ設定部１３ｅが設けられる。
【００７４】
自動ＶＩ設定部１３ｅは階調保持部１３ｂまたは１３ｄからの階調が変換された透過画像（階調保持画像）を入力する。また、自動ＶＩ設定部１３ｅは、電圧Ｖと電流ＩをＸ線制御部１５に送信する。
【００７５】
図９に示すのは、自動ＶＩ設定部１３ｅにおけるＶＩ設定処理を説明するフローチャートである。
【００７６】
まず、Ｘ線管１１からＸ線が発生すると（Ｓ２１）、自動ＶＩ設定部１３ｅは、Ｘ線制御部１５を操作し、管電圧Ｖ及び管電流Ｉを予め定められた初期値に設定する（Ｓ２２）。
【００７７】
ステップＳ２２で管電圧Ｖ及び管電流Ｉが初期値に設定されると、自動ＶＩ設定部１３ｅは、階調保持部１３ｂまたは１３ｄからＮフレームの階調保持画像を取得する（Ｓ２３）。取得した階調保持画像を記憶させる（Ｓ２４）。
【００７８】
ここで、Ｎフレームの画像とは、例えば１０フレームの画像であるが、これに限られず、任意の数に設定される。またこのとき、階調保持部１３ｂではＮフレームの透過画像が同一の階調変換を施されて、自動ＶＩ設定部１３ｅに入力される。具体的には、１フレーム目ではステップＳ０１〜Ｓ０５に示す処理により階調変換されるが、２フレーム目からはステップＳ０２及びＳ０３の処理は省略し、１フレーム目で求められた最大値Ｂｍａｘ及び最小値Ｂｍｉｎを使用する。また、階調保持部１３ｄでも同様に、Ｎフレームが同一の階調変換を施される。具体的には０フレーム目でステップＳ１１〜Ｓ１５に示す処理によりオフセット値、ゲイン値が設定され、１〜Ｎフレームの画像はＳ１２ないしＳ１５の処理が省略され、そのまま自動ＶＩ設定部１３ｅに送られる。
【００７９】
自動ＶＩ設定部１３ｅは、Ｎフレームの階調保持画像を取得すると（Ｓ２５）、これらの画像によりノイズが計算される（Ｓ２６）。
【００８０】
このノイズは、例えば、下記の式（７）及び式（８）により計算される。
【００８１】
画素ijのノイズ
＝√｛（Ｂ’(ij)−Ｂ’(ij)のフレーム間平均）2のフレーム間平均｝・・・（７）
画像ノイズ＝（画素ijのノイズ）のＲＯＩ内平均・・・（８）
ここで、Ｂ’(ij)は画素ijでの画素値である。Ｓ２３では、電圧Ｖ値、電流Ｉ値と求めた画像ノイズを記憶する。
【００８２】
ステップＳ２６でノイズが計算されると、処理終了されるか否かが確認され（Ｓ２７）、次の電圧Ｖ及び電流Ｉを設定してステップＳ２３からの処理を繰り返す（Ｓ２８）。
【００８３】
ステップＳ２８で次の電圧Ｖ及び電流Ｉを設定する方法としては、例えば電圧Ｖを一定間隔でステップ上昇させ、電流Ｉは各電圧Ｖに対する上限値をとるように変化させる方法が考えられる。しかし、これに限られるものではない。
【００８４】
また、ステップＳ２７で処理が終了されることが確認されると、ノイズが最小であった電圧Ｖ及び電流Ｉを選択し、この電圧Ｖ及び電流Ｉの値を最適の電圧Ｖ値及び電流Ｉ値とする（Ｓ２９）。
【００８５】
図９に示す例では、予め定めた電圧Ｖ及び電流Ｉの組み合わせの全てに対して順番にノイズを計算し、ノイズが最小となる電圧Ｖ及び電流Ｉを最適な電圧Ｖ及び電流Ｉとしている。しかしながら、最適な電圧Ｖ及び電流Ｉの求め方についてはこのような方法に限られるものではない。例えば、はじめに粗いステップ間隔でいくつかの電圧Ｖ及び電流Ｉの組み合わせ組に対してノイズを計算してノイズの小さな電圧Ｖ値及び電流Ｉ値の領域を選び、このノイズの小さな領域について細かいステップで電圧Ｖ値及び電流Ｉ値を変化させてノイズを計算して段階的に最適な電圧Ｖ及び電流Ｉを求める方法であってもよい。また、一般的によく知られている計算されたノイズを用いて電圧Ｖ及び電流Ｉの変化を求める計算方法などを用いれば、最適な電圧Ｖ及び電流Ｉをより短時間で求めることが可能である。
【００８６】
また、図９に示す例では、ステップＳ２４及びＳ２５でＮフレームの画像記憶を行っているが、Ｎフレームの画像記憶を必要とするものではない。例えば、一般的によく知られているように、１フレームを次々に上書きするような構成であっても、１パス方式で式（７）及び式（８）と等価な画像ノイズの計算が可能である。
【００８７】
さらに、式（８）で用いるＲＯＩは階調保持処理で用いるＲＯＩと同じＲＯＩであってもよいが、新たに設定した別のＲＯＩであってもよい。
【００８８】
上述した変形例によれば、階調が保持されることでシグナル（図４のＳ）が一定に保たれつつ、ノイズ（図４のＮ）を最小とすることができ、未知の被検体に対しても、その透過データに基づいて観察部位の構造に対して最大のＳＮ比を与える電圧Ｖと電流Ｉを自動的に設定することができる。
【００８９】
第１及び第２の実施の形態に係るＸ線検査装置の最適な管電圧Ｖ及び管電流Ｉの調整は、他にもたとえば、断層撮影装置等の他の装置にも適応させることもできる。断層撮影装置に適応させた場合、断層撮影装置は、円軌道、円弧軌道、直線軌道、多軌道など何れの方式を用いていても良い。また、コンピュータ断層撮影装置（ＣＴ）であってもよい。この場合、スキャン中に最も透過が悪くなるＸ線パスについて、最適なＶＩ調整を行うようにすれば良い。
【００９０】
本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＸ線検査装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る階調保持処理を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る階調変換を説明する図である。
【図４】管電圧Ｖと管電流Ｉをイソワット変化させた場合のＳＮ比変化の模式図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るＸ線検査装置の概略構成図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る階調保持処理を説明するフローチャートである。
【図７】オフセット値Ｏｆ’とゲイン値ｇ’の求め方を説明する図である。
【図８】本発明の変形例に係る階調変換を説明する図である。
【図９】本発明の変形例に係る自動ＶＩ設定のフローチャートである。
【符号の説明】
【００９２】
１，２…Ｘ線検査装置
１１…Ｘ線管
１２…Ｘ線検出器
１３…コンピュータ
１３ａ…ＲＯＩ設定部
１３ｂ，１３ｄ…階調保持部
１３ｃ…ＶＩ設定部
１４…表示部
１５…Ｘ線制御部
１６…高圧発生部
１７…キャプチャーボード
２１…被検体
２２…Ｘ線ビーム
２１ａ…ボイド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管と、このＸ線管の管電圧と管電流とを制御するＸ線制御部と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを有し、このＸ線検出器で得られた被検体の透過データから透過画像を作成するＸ線検査装置において、
前記Ｘ線管の管電圧と管電流を設定する管電圧管電流設定部と、
管電圧または管電流の設定を変えたときに表示部にリアルタイムで動画表示される透過画像の階調をリアルタイムで略一定に保ち表示させるようにする階調保持手段と、
を有することを特徴とするＸ線検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線検査装置において、
前記階調保持手段は、前記Ｘ線検出器で得られた被検体の透過画像の略最大明度を予め定められる第１の値に保ち、前記Ｘ線検出器で得られた被検体の透過画像の略最小明度を予め定められる第２の値に保つように、階調変換することを特徴とするＸ線検査装置。
【請求項３】
管電圧および管電流を制御してＸ線管からＸ線を発生させて被検体に照射させ、被検体を透過したＸ線を検出して得られた透過データから被検体の透過画像を作成し、管電圧あるいは管電流が変化すると表示部に階調がリアルタイムで略一定に保たれて階調補正された透過画像が動画表示される際、
前記表示部に表示される透過画像の観察部分の構造に対してＳＮ比が最大となる前記Ｘ線管の管電圧および管電流を調整するＸ線検査装置の管電圧管電流調整方法。
【請求項４】
請求項３に記載のＸ線検査装置の管電圧管電流調整方法において、
階調補正する際、作成された被検体の前記透過画像の略最大明度を予め定められる第１の値に保ち、前記Ｘ線検出器で得られた被検体の透過画像の略最小明度を予め定められる第２の値に保つように階調補正しながら前記Ｘ線管の管電圧および管電流を調整ことを特徴とするＸ線検査装置の管電圧管電流調整方法。
【請求項５】
Ｘ線管と、このＸ線管の管電圧と管電流とを制御するＸ線制御部と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを有し、このＸ線検出器で得られた被検体の透過データから透過画像を作成するＸ線検査装置において、
前記Ｘ線管の管電圧または管電流が変化したとき透過画像の階調を略一定に保つ階調保持手段と、
前記Ｘ線制御部に管電圧または管電流を変更させ、このとき前記階調保持手段により階調が保たれた透過画像の画像ノイズを計算し、この画像ノイズが最小となる管電圧または管電流を選択して設定する自動管電圧管電流設定手段と、
を有することを特徴とするＸ線検査装置。
【請求項１】
Ｘ線管と、このＸ線管の管電圧と管電流とを制御するＸ線制御部と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを有し、このＸ線検出器で得られた被検体の透過データから透過画像を作成するＸ線検査装置において、
前記Ｘ線管の管電圧と管電流を設定する管電圧管電流設定部と、
管電圧または管電流の設定を変えたときに表示部にリアルタイムで動画表示される透過画像の階調をリアルタイムで略一定に保ち表示させるようにする階調保持手段と、
を有することを特徴とするＸ線検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線検査装置において、
前記階調保持手段は、前記Ｘ線検出器で得られた被検体の透過画像の略最大明度を予め定められる第１の値に保ち、前記Ｘ線検出器で得られた被検体の透過画像の略最小明度を予め定められる第２の値に保つように、階調変換することを特徴とするＸ線検査装置。
【請求項３】
管電圧および管電流を制御してＸ線管からＸ線を発生させて被検体に照射させ、被検体を透過したＸ線を検出して得られた透過データから被検体の透過画像を作成し、管電圧あるいは管電流が変化すると表示部に階調がリアルタイムで略一定に保たれて階調補正された透過画像が動画表示される際、
前記表示部に表示される透過画像の観察部分の構造に対してＳＮ比が最大となる前記Ｘ線管の管電圧および管電流を調整するＸ線検査装置の管電圧管電流調整方法。
【請求項４】
請求項３に記載のＸ線検査装置の管電圧管電流調整方法において、
階調補正する際、作成された被検体の前記透過画像の略最大明度を予め定められる第１の値に保ち、前記Ｘ線検出器で得られた被検体の透過画像の略最小明度を予め定められる第２の値に保つように階調補正しながら前記Ｘ線管の管電圧および管電流を調整ことを特徴とするＸ線検査装置の管電圧管電流調整方法。
【請求項５】
Ｘ線管と、このＸ線管の管電圧と管電流とを制御するＸ線制御部と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを有し、このＸ線検出器で得られた被検体の透過データから透過画像を作成するＸ線検査装置において、
前記Ｘ線管の管電圧または管電流が変化したとき透過画像の階調を略一定に保つ階調保持手段と、
前記Ｘ線制御部に管電圧または管電流を変更させ、このとき前記階調保持手段により階調が保たれた透過画像の画像ノイズを計算し、この画像ノイズが最小となる管電圧または管電流を選択して設定する自動管電圧管電流設定手段と、
を有することを特徴とするＸ線検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−１０５８６１（Ｐ２００６−１０５８６１Ａ）
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９４９３６（Ｐ２００４−２９４９３６）
【出願日】平成１６年１０月７日（２００４．１０．７）
【出願人】（３９１０１７５４０）東芝ＩＴコントロールシステム株式会社 (107)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月７日（２００４．１０．７）
【出願人】（３９１０１７５４０）東芝ＩＴコントロールシステム株式会社 (107)
【Ｆターム（参考）】
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