(57)【要約】【課題】Ｘ線等の被検体を透過する放射線を用いることにより被検体の寸法や形状によらず内部構造の観察や内部欠陥等を検出することができ、被検体を回転させる簡素な構造で装置を小型化することができる汎用性、取扱い性に優れるステレオ透視装置の提供。【解決手段】Ｘ線源５と、被検体２０を移動自在に保持する位置設定機構６と、前記被検体２０を挟んで前記Ｘ線源５に対向配置され前記被検体の透過画像を検出する平面状のイメージセンサ１０と、前記位置設定機構６により少なくとも二種類の回動角度で保持されたときに前記イメージセンサ１０で得られる前記被検体２０の透過画像に基づいて、当該被検体２０の三次元構造を表す三次元座標データを生成する座標データ生成部（制御部３）とを備えたことを特徴とするステレオ透視装置。【選択図】図１
2015083988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を透過するＸ線又はγ線を発生する放射線源と、
被検体を移動自在に保持する位置設定機構と、
前記被検体を挟んで前記放射線源に対向配置され前記被検体の透過画像を検出する平面状のイメージセンサと、
前記位置設定機構により少なくとも二種類の回動角度および／または位置で保持されたときに前記イメージセンサで得られる前記被検体の少なくとも二方向からの透過画像に基づいて、当該被検体の三次元構造を表す三次元座標データを生成する座標データ生成部と、
前記少なくとも二方向からの透過画像により得られる三次元座標データから輪郭線を抽出し、セグメントに分割し、形状モデルデータベースを参照して、セグメントを単位とする探索処理を行い、三次元輪郭線を復元する形状データ抽出部と、
前記三次元座標データに基づいて、前記被検体の三次元構造を表現する三次元形状モデルを生成する形状モデル生成部と、
前記三次元形状モデルに基づいて、前記被検体の三次元構造をＣＡＤシステムで利用可能なＣＡＤデータを生成するＣＡＤデータ生成部を備える、ステレオ透視装置。
【請求項２】
被検体を透過するＸ線又はγ線を発生する放射線源と、
被検体を移動自在に保持する位置設定機構と、
前記被検体を挟んで前記放射線源に対向配置され前記被検体の透過画像を検出する平面状のイメージセンサと、
前記位置設定機構により少なくとも二種類の回動角度および／または位置で保持されたときに前記イメージセンサで得られる前記被検体の少なくとも二方向からの透過画像に基づいて、当該被検体の三次元構造を表す三次元座標データを生成する座標データ生成部と、
前記少なくとも二方向からの透過画像により得られる三次元座標データから輪郭線を抽出し、セグメントに分割し、形状モデルデータベースを参照して、セグメントを単位とする探索処理を行い、三次元輪郭線を復元する形状データ抽出部と、
前記三次元座標データに基づいて、前記被検体の三次元構造を表現する三次元形状モデルを生成する形状モデル生成部と、
前記三次元形状モデルと、所定の対象物の三次元構造をＣＡＤシステムで利用可能なＣＡＤデータで表した対象物モデルとを照合するＣＡＤデータ照合部を備える、ステレオ透視装置。
【請求項３】
前記三次元座標データに基づいて、前記透過画像をステレオ表示する表示器をさらに備え、
前記表示器の表示画面上で前記透過画像の少なくとも一点を指定したときに、前記三次元座標データに基づいて、当該点における前記被検体の厚さを出力する、請求項１または２に記載のステレオ透視装置。
【請求項４】
前記放射線源と前記イメージセンサとによって構成される撮像系のカメラパラメータを校正するカメラ校正部をさらに備え、
前記カメラ校正部は、前記位置設定機構において前記被検体が載置される載置台に、前記Ｘ線又はγ線の透過率が部分的に異なるパターンを有するキャリブレーションパターンが載置された状態で、前記位置設定機構により少なくとも二種類の回動角度で保持されたときに前記イメージセンサで得られる前記キャリブレーションパターンの透過画像に基づいて、カメラパラメータの校正を行い、
前記座標データ生成部は、前記カメラ校正部で校正されたカメラパラメータを用いて、前記透過画像に基づく、前記三次元座標データを生成する、請求項１または２に記載のステレオ透視装置。
【請求項５】
前記放射線源と前記被検体との間に配設され前記被検体の表面から反射された反射光を反射させる反射ミラーと、前記被検体までの距離が前記放射線源と光学的に等距離の位置に焦点を有し前記反射ミラーで反射された前記被検体の表面画像を撮影する光学カメラとをさらに備え、
前記座標データ生成部が、前記透過画像と前記光学カメラで撮影された表面画像とに基づいて当該被検体の三次元構造を表す三次元座標データを生成する、請求項１または２に記載のステレオ透視装置。
【請求項６】
前記三次元座標データに基づいて、前記透過画像をステレオ表示する表示器をさらに備え、
前記表示器が前記透過画像と前記表面画像とを重ねて表示する、請求項１または２に記載のステレオ透視装置。
【請求項７】
前記被検体の部分を撮影した透過画像を複数組み合わせて、当該被検体の全体画像を合成する画像合成部をさらに備えた、請求項１または２に記載のステレオ透視装置。
【請求項８】
前記透過画像の透過率に基づいて、前記被検体に含まれる所定の物体の個数を計数する計数部をさらに備えた、請求項１または２に記載のステレオ透視装置。
【請求項９】
前記位置設定機構が、前記被検体が固定される傾斜テーブルと、前記傾斜テーブルを互いに直交する２つの軸周りに回動自在に保持する回動保持部とを有する、請求項１または２に記載のステレオ透視装置。
【請求項１０】
前記形状データ抽出部は、さらに、画素間の相関値に基づく相関ステレオ処理を行い、テクスチャ領域およびシェイジング領域の三次元情報を復元する、請求項１または２に記載のステレオ透視装置。
【請求項１１】
被検体が移動自在に保持された位置設定機構により前記被検体を回動させ前記被検体の表面と前記イメージセンサとの表面とのなす角を設定する検出角度設定工程と、
前記検出角度設定工程で設定された少なくとも二種類の回動角度および／または位置で保持された被検体に、当該被検体を透過するＸ線又はγ線を放射線源から照射し、前記被検体を挟んで前記放射線源に対向配置された平面上のイメージセンサで前記被検体の少なくとも二方向からの透過画像を検出する透過画像検出工程と、
前記少なくとも二方向からの透過画像に基づいて、当該被検体の三次元構造を表す三次元座標データを生成する座標データ生成工程と、
前記少なくとも二方向からの透過画像により得られる三次元座標データから輪郭線を抽出し、セグメントに分割し、形状モデルデータベースを参照して、セグメントを単位とする探索処理を行い、三次元輪郭線を復元する形状データ抽出工程と、
前記三次元座標データに基づいて、前記被検体の三次元構造を表現する三次元形状モデルを生成する形状モデル生成工程と、
前記三次元形状モデルに基づいて、前記被検体の三次元構造をＣＡＤシステムで利用可能なＣＡＤデータを生成するＣＡＤデータ生成工程を備える、ステレオ観察方法。
【請求項１２】
被検体が移動自在に保持された位置設定機構により前記被検体を回動させ前記被検体の表面と前記イメージセンサとの表面とのなす角を設定する検出角度設定工程と、
前記検出角度設定工程で設定された少なくとも二種類の回動角度および／または位置で保持された被検体に、当該被検体を透過するＸ線又はγ線を放射線源から照射し、前記被検体を挟んで前記放射線源に対向配置された平面上のイメージセンサで前記被検体の少なくとも二方向からの透過画像を検出する透過画像検出工程と、
前記少なくとも二方向からの透過画像に基づいて、当該被検体の三次元構造を表す三次元座標データを生成する座標データ生成工程と、
前記少なくとも二方向からの透過画像により得られる三次元座標データから輪郭線を抽出し、セグメントに分割し、形状モデルデータベースを参照して、セグメントを単位とする探索処理を行い、三次元輪郭線を復元する形状データ抽出工程と、
前記三次元座標データに基づいて、前記被検体の三次元構造を表現する三次元形状モデルを生成する形状モデル生成工程と、
前記三次元形状モデルと、所定の対象物の三次元構造をＣＡＤシステムで利用可能なＣＡＤデータで表した対象物モデルとを照合するＣＡＤデータ照合工程を備える、ステレオ観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線等の被検体を透過する放射線を用いて、非破壊検査などで被検体を立体視するためのステレオ透視装置及びそれを用いたステレオ観察方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、非破壊検査において、被検体の内部構造の観察や内部欠陥等を検出する方法としては、コーンビーム型Ｘ線コンピュータ断層撮影（ＸＣＴ）が用いられている。これにより、例えば基板等に実装された各種電子部品の半田部の電気接続不良等を検出し、不良品の投入を未然に防いでいた。
【０００３】
しかし、このＸＣＴによる画像処理には様々な角度から撮影した画像が必要で撮影に時間を要すると共に、三次元画像の情報処理に多大な時間と労力を要し、工場等で大量生産されるものを検査する方法としては適していなかった。例えば、ＸＣＴ装置で高精度の撮影を行うためには、数百回の撮像が必要であった。通常、１サンプルの撮影には、数十秒から数百秒かかるため、撮影に非常に長時間を要する。このため、ＸＣＴは限られた分野でしか使用されておらず、汎用化には至っていない。
【０００４】
そこで、これらの課題を解決すべく種々研究がなされている。例えば、Ｘ線画像を用いてステレオ表示を行うものとして、（特許文献１）には「観察者距離測定部がステレオ表示を行うモニタとＸ線画像の観察者との距離を測定するとともに、観察者距離測定部による検出距離に基づき、画像距離制御部がモニタの画面上にステレオ表示する２つのＸ線画像の中心間距離をステレオ表示に対する観察視差と撮影視差とが略等しくなるよう自動調節することにより、ステレオ表示を適切な立体視のできるものにするディジタルＸ線撮影装置」が開示されている。
【０００５】
また、透過型電子顕微鏡によりステレオ観察する方法として（特許文献２）には「非晶質体に対する電子線の入射角度を変えて複数の観察を行い、それら複数の観察の結果を合成することにより、欠陥の三次元的な観察を行うことを特徴とする透過型電子顕微鏡による観察方法」が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−５２０６号公報
【特許文献２】特開２００４−１１１８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記従来の技術では、以下のような課題を有していた。
【０００７】
（１）（特許文献１）のディジタルＸ線撮影装置は、主に医療分野で用いられ、イメージインテンシファイアを用いたステレオ撮影により、手術現場等で被検体の患部における三次元的な情報を得ようとするものであり、被検体を挟んで対向支持されたＸ線管とイメージインテンシファイアとを被検体の周りで回転させて撮影を行わなければならず、機構が複雑で装置が大型化するという課題を有していた。また、入力面が球面上であるため画像に歪が発生し易く、歪を改善するためにはＸ線管とイメージインテンシファイアとの距離を１ｍ以上にしなければならず、装置が大型化し観察対象が微小な工業用途には不向きであるという課題を有していた。
【０００８】
（２）（特許文献２）の透過型電子顕微鏡による観察方法では、電子線を透過させるために被検体を２００ｎｍ以下の厚さまで薄膜化する必要があり、観察対象が限定され汎用性に欠けるという課題を有していた。また、平行な電子線を照射して得られる画像を用いたステレオ観察は擬似的なものであり、実際のステレオ画像とは異なり、深さ方向の情報を得ることができず、三次元的な観察が困難で実用性に欠けるという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、Ｘ線等の被検体を透過する放射線を用いることにより、被検体の寸法や形状によらず内部構造の観察や内部欠陥等を検出することができ、被検体を回転させる簡素な構造で装置を小型化することができる汎用性、取扱い性に優れるステレオ透視装置の提供、及びそれを用いた短時間で正確な画像処理を行うことができ、立体認識が容易で簡便に三次元情報を得ることができ実用性に優れるステレオ観察方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明のステレオ透視装置及びそれを用いたステレオ観察方法は、以下の構成を有している。
【００１１】
本実施形態にかかるステレオ透視装置は、放射線源と、被検体を移動自在に保持する位置設定機構と、前記被検体を挟んで前記放射線源に対向配置され前記被検体の透過画像を検出する平面状のイメージセンサと、前記位置設定機構により少なくとも二種類の回動角度および／または位置で保持されたときに前記イメージセンサで得られる前記被検体の透過画像に基づいて、当該被検体の三次元構造を表す三次元座標データを生成する座標データ生成部とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
この構成により、以下のような作用を有する。
【００１３】
（１）被検体を移動自在に保持する位置設定機構を有するので、位置設定機構により被検体を回動させることができ、被検体の表面とイメージセンサの表面とのなす角を容易に設定することができ、放射線源からＸ線やγ線等の放射線を照射して被検体の任意の角度における透過画像を簡便に撮影することができる。
【００１４】
（２）放射線源と平面状のイメージセンサが被検体を挟んで対向配置されているので、被検体の透過画像を精度よく検出することができる。
【００１５】
（３）被検体を透過する放射線（Ｘ線、γ線など）を用いることにより、被検体の寸法や形状によらず確実に被検体の内部構造の観察や内部欠陥等を検出することができ実用性、汎用性に優れる。
【００１６】
（４）少なくとも二種類の回動角度および／または位置で被検体が保持されたときに前記イメージセンサで得られる当該被検体の透過画像に基づいて、当該被検体の三次元構造を表す三次元座標データを生成することにより、短時間で正確な画像処理を行うことができ、立体認識が容易で簡便に三次元情報を得ることができ実用性に優れる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明のステレオ透視装置及びそれを用いたステレオ観察方法によれば、Ｘ線等の被検体を透過する放射線を用いることにより被検体の寸法や形状によらず内部構造の観察や内部欠陥等を検出することができ、被検体を回転させる簡素な構造で装置を小型化することができる汎用性、取扱い性に優れるステレオ透視装置の提供、及びそれを用いた短時間で正確な画像処理を行うことができ、立体認識が容易で簡便に三次元情報を得ることができ実用性に優れるステレオ観察方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の一実施形態にかかるステレオ透視装置は、被検体を透過する放射線を発生する放射線源と、被検体を移動自在に保持する位置設定機構と、前記被検体を挟んで前記放射線源に対向配置され前記被検体の透過画像を検出する平面状のイメージセンサと、前記位置設定機構により少なくとも二種類の回動角度および／または位置で保持されたときに前記イメージセンサで得られる前記被検体の透過画像に基づいて、当該被検体の三次元構造を表す三次元座標データを生成する座標データ生成部とを備えた構成である。なお、位置設定機構は、被検体の回動角度および／または平面上の位置等を設定することが可能である。
【００１９】
位置設定機構としては被検体を少なくとも１つの軸周りに回動自在に保持できるものであればよい。例えば、回動軸を有するアームやテーブル等に被検体を固定し、回動軸を手動或いはパルスモータやサーボモータ等のモータで回動させるものやアームやテーブル等の一端をピストンシリンダ等で牽引或いは押圧し回動軸周りに回動させるもの等が好適に用いられる。また、被検体を左右方向及び前後方向に回動させる互いに直交した２つの回動軸を有する多関節のアーム等を用いて被検体を保持してもよい。これにより、被検体を奥行き（前後）方向に傾斜（回動）させることができ、厚さ方向を強調して表示することができる。特に薄板状の被検体の観察を容易に行うことができ汎用性、実用性に優れる。
【００２０】
位置設定機構は、初期状態で被検体の表面とイメージセンサの表面が略平行になるように被検体を固定することが好ましい。これにより、位置設定機構で被検体を回動させる際に、角度を容易に設定でき、正確な角度で被検体の透過画像を検出することができる。被検体の固定方法としては、直接、被検体を挟持するもの、両面テープ等により貼着するもの、エアにより吸引して吸着するもの等を用いることができる。
【００２１】
イメージセンサとしては、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型のものが好適に用いられる。イメージセンサが平面状に形成されていることにより、画像に歪が発生し難く、装置の小型化が容易で微小物を対象とした観察に好適に用いることができる。イメージインテンシファイアなどによる画像補正を行うことも可能である。
【００２２】
また、上記の構成にかかるステレオ透視装置において、前記三次元座標データに基づいて、前記透過画像をステレオ表示する表示器をさらに備え、前記表示器の表示画面上で前記透過画像の少なくとも一点を指定したときに、前記三次元座標データに基づいて、当該点における前記被検体の厚さを出力することが好ましい。また、複数の点の相互間の情報より、特定位置の空間的な位置を数値的に表現することにより、特定位置の相対的な位置情報を高精度に出力することが可能となる。
【００２３】
ステレオ表示は、撮影角度の異なる二つの画像を表示することにより、撮影角度の差（撮影視差）に基づいて被検体を立体として認識させることができる。被検体の回動中心となる回動軸が被検体よりもイメージセンサ側に位置する場合、被検体全体を回動軸より放射線源側で回動させることができる。これにより、ステレオ表示した際に、被検体全体を表示器の画面より手前側、即ち相対的に観察者の近傍に存在する立体として表示でき、被検体を立体として認識し易い。特に、内部欠陥の発生位置等を容易に把握でき、被検体の任意の位置を画面上で簡便に指し示すことができるので実用性に優れる。
【００２４】
表示器としては、平面画像をステレオ表示できるものであればよい。赤青メガネを利用したアナグリフ立体表示を行うもの、裸眼立体視による交差法立体表示や平行法立体表示を行うもの、単独で立体表示可能な液晶ディスプレイや立体視メガネ、或いは画面切替えが可能なディスプレイと液晶シャッターメガネを組合せたもの、ディスプレイの前面にレンズを配置しめがね無しで立体を表示するもの等を用いることができる。
【００２５】
特に立体視メガネは、大型のディスプレイが不要なため装置全体を小型化することができ、安価で省スペース性に優れる。
【００２６】
また、上記の構成にかかるステレオ透視装置において、前記三次元座標データに基づいて、前記被検体の三次元構造を表現する形状モデルデータを生成する形状モデル生成部をさらに備えたことが好ましい。被検体の三次元構造を形状モデルデータとして表現することにより、被検体がどのような構造を有しているのかを容易に把握できるようになるからである。また、形状モデルデータを生成することにより、ＣＡＤデータ等との互換性が向上する。
【００２７】
また、上記の構成にかかるステレオ透視装置において、前記形状モデルデータに基づいて、前記被検体の三次元構造をＣＡＤシステムで利用可能なＣＡＤデータを生成するＣＡＤデータ生成部をさらに備えたことが好ましい。これにより、被検体の三次元構造を表すＣＡＤデータをＣＡＤシステムに蓄積したり、ＣＡＤシステムで編集加工することが可能となる。
【００２８】
また、上記の構成にかかるステレオ透視装置において、前記形状モデルデータと、所定の対象物の三次元構造をＣＡＤシステムで利用可能なＣＡＤデータで表した対象物モデルとを照合するＣＡＤデータ照合部をさらに備えたことが好ましい。これにより、被検体に当該対象物が含まれているか否かを判断できると共に、含まれている場合は、被検体内の当該対象物の個数、位置、および向き（姿勢）等についても判断することが可能となる。また、被検体に当該対象物が含まれていると判断された場合、さらに、当該対象物の設計データ（ＣＡＤデータ）と実際の対象物との誤差を計測することもできる。これにより、例えば、内部構造が分からない装置を被検体とし、その内部構造を解析することが可能となる。また、例えば、各種装置の完成検査において、設計データどおりに装置が組み立てられているかを容易に確認することも可能となる。
【００２９】
上記の構成にかかるステレオ透視装置において、前記放射線源と前記イメージセンサとによって構成される撮像系のカメラパラメータを校正するカメラ校正部をさらに備え、前記カメラ校正部は、前記位置設定機構において前記被検体が載置される載置台に、放射線の透過率が部分的に異なるパターンを有するキャリブレーションパターンが載置された状態で、前記位置設定機構により少なくとも二種類の回動角度で保持されたときに前記イメージセンサで得られる前記キャリブレーションパターンの透過画像に基づいて、カメラパラメータの校正を行うことが好ましい。これにより、被検体の三次元構造を精度よく求めることができる。
【００３０】
上記の構成にかかるステレオ透視装置において、前記放射線源と前記被検体との間に配設され前記被検体の表面から反射された反射光を反射させる反射ミラーと、前記被検体までの距離が前記放射線源と光学的に等距離の位置に焦点を有し前記反射ミラーで反射された前記被検体の表面画像を撮影する光学カメラとをさらに備え、前記座標データ生成部が、前記透過画像と前記光学カメラで撮影された表面画像とに基づいて当該被検体の三次元構造を表す三次元座標データを生成することが好ましい。
【００３１】
この構成により、以下のような作用を有する。
【００３２】
（１）放射線源と被検体との間に配設され被検体の表面から反射された反射光を反射させる反射ミラーを有するので、放射線による透過画像に加え、反射ミラーで反射された被検体の表面画像を光学カメラにより撮影することができ、被検体の表面観察を行うことができる。
【００３３】
（２）被検体までの距離が放射線源と光学的に等距離の位置に焦点を有する光学カメラを備えることにより、放射線による透過画像とほぼ同等の画角で被検体の表面画像を撮影することができるので、透過画像又は表面画像に拡大や縮小等の特別な画像処理等を施す必要がなく、透過画像と表面画像との比較が容易で画像データの取扱性に優れる。
【００３４】
ここで、放射線源と被検体との間に反射ミラーを配設しても、放射線源から照射されるＸ線等の放射線は反射ミラーを透過するので、反射ミラーが放射線による透過画像の撮影に影響を与えることはない。これにより、透過画像の撮影と表面画像の撮影を同時に行うことができ、作業時間を大幅に短縮することができる。また、透過画像と表面画像を同時に撮影することにより、透過画像と表面画像を重ねて表示した際に位置ずれが発生することがなく、被検体の構造や配置を正確に把握することができ信頼性に優れる。
【００３５】
光学カメラのレンズには単焦点レンズやズームレンズ等を使用することができる。単焦点レンズは焦点距離が一定で撮影画角が固定されているので、使用時に光学系の調整が不要で取扱性に優れる。また、ズームレンズに比べレンズ収差が少なく、高画質の画像を撮影することができ信頼性に優れる。
【００３６】
また、上記の光学カメラを備えた構成においてさらに、前記三次元座標データに基づいて、前記透過画像をステレオ表示する表示器を備え、前記表示器が前記透過画像と前記表面画像とを重ねて表示することが好ましい。このように、透過画像と表面画像を重ねて表示することにより、実物の内部を透視したような状態を表現することができ、三次元的な距離感が掴み易く、被検体の構造や配置が分かり易く位置合わせ等を容易に行うことができる。ここで、透過画像及び表面画像は必要に応じて画像処理ソフトウェア等により加工を行うことができる。画像の大きさや表面画像の透過率等を変更することにより、作業者にとって観察し易い状態で表示を行うことができ、より正確な情報を得ることができる。
【００３７】
また、上記の構成にかかるステレオ透視装置において、前記被検体の部分を撮影した透過画像を複数組み合わせて、当該被検体の全体画像を合成する画像合成部をさらに備えたことが好ましい。これにより、比較的大きな被検体についても全体の構造を分かりやすく表示することが可能となる。
【００３８】
また、上記の構成にかかるステレオ透視装置において、前記透過画像の透過率に基づいて、前記被検体に含まれる所定の物体の個数を計数する計数部をさらに備えたことが好ましい。これにより、被検体の内部構造を容易に検査することが可能となる。
【００３９】
また、上記の構成にかかるステレオ透視装置において、前記位置設定機構が、前記被検体が固定される傾斜テーブルと、前記傾斜テーブルを互いに直交する２つの軸周りに回動自在に保持する回動保持部とを有することが好ましい。この構成では、位置設定機構が、被検体が固定される傾斜テーブルを互いに直交する２つの軸周りに回動自在に保持する回動保持部を有することにより、回動保持部により被検体を三次元的に傾斜させることができるので、透過画像の撮影角度や観察角度を任意に設定することができ、汎用性、実用性に優れる。
【００４０】
ここで、回動保持部としては傾斜テーブルを互いに直交する２つの軸周りに回動自在に保持できるものであればよい。例えば、傾斜テーブルを左右方向に回動させる左右方向回動軸を回動自在に保持するアーム部と、左右方向回動軸と直交してアーム部に配設された前後方向回動軸を備えたものが好適に用いられる。また、傾斜テーブルの四隅或いは傾斜テーブルの略中心で互いに直交する２つの軸線上（傾斜テーブルの左右及び前後両端）に１つずつフレキシブルジョイントを対向配置し、パルスモータやサーボモータ等のモータで選択的に上下動させてもよい。フレキシブルジョイントとしては、回転２自由度に加え伸縮機構を有するものが好適に用いられる。例えばユニバーサルジョイント等の端部にバネやゴム等の弾性体を配設してもよいし、回転２自由度を有する球状のジョイント部を長孔に摺動自在に保持してもよい。傾斜テーブルにＸＹステージを備えた場合、被検体をイメージセンサと平行な面内で前後及び左右に移動させることができ、被検体の任意の箇所を選択して観察することができる。
【００４１】
また、本発明の一実施形態にかかるステレオ観察方法は、被検体が移動自在に保持された位置設定機構により前記被検体を回動させ前記被検体の表面と前記イメージセンサとの表面とのなす角を設定する検出角度設定工程と、前記検出角度設定工程で設定された少なくとも二種類の回動角度および／または位置で保持された被検体に、当該被検体を透過する放射線を放射線源から照射し、前記被検体を挟んで前記放射線源に対向配置された平面上のイメージセンサで前記被検体の少なくとも二種類の透過画像を検出する透過画像検出工程と、前記少なくとも二種類の透過画像に基づいて、当該被検体の三次元構造を表す三次元座標データを生成する座標データ生成工程とを含むことを特徴とする。
【００４２】
以下、本発明にかかるステレオ透視装置及びそれを用いたステレオ観察方法の具体的実施形態について、以下図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、Ｘ線を用いたステレオ透視装置を例示するが、被検体を透過する放射線であれば、Ｘ線以外の放射線（例えばγ線）等を利用することも可能である。
【００４３】
図１は本発明の一実施形態におけるＸ線ステレオ透視装置を示す全体斜視図である。
【００４４】
図１中、１は本実施形態におけるＸ線ステレオ透視装置、２はＸ線透視装置１の装置本体を覆う遮蔽箱、２ａは遮蔽箱２に配設され被検体の出し入れを行う開閉扉、２ｂは遮蔽箱２に配設されたＸ線遮蔽ガラス付の窓、３はＸ線透視装置１の制御ならびにＸ線透視装置１で得られた被検体の透過画像および表面画像の画像処理を行うパーソナルコンピュータ等の制御部、４は制御部３に接続され被検体の透過画像及び表面画像をステレオ表示する液晶ディスプレイ等の表示器である。
【００４５】
次に、本実施形態におけるＸ線ステレオ透視装置の構成について詳細に説明する。図２は本実施形態におけるＸ線ステレオ透視装置の構成を示す要部正面模式図であり、図３は本実施形態におけるＸ線ステレオ透視装置の構成を示す要部側面模式図である。
【００４６】
図２及び図３中、５はＸ線を照射するＸ線源、６は被検体２０を移動自在に保持するＸ線透視装置１の位置設定機構、７はＸＹステージ８を備え被検体２０が固定される位置設定機構６の傾斜テーブル、８ａは傾斜テーブル７の水平面内に連設された位置設定機構６の回動軸、９は回動軸８に連結され傾斜テーブル７を左右方向の任意の角度に回動固定させるパルスモータやサーボモータ等の位置設定機構６の回動駆動部、１０は傾斜テーブル７を挟んでＸ線源５に対向配置されＸ線が照射された被検体２０の透過画像を検出するＣＣＤ型やＣＭＯＳ型の平面状のイメージセンサ、１１はＸ線源５と被検体２０との間に配設され被検体２０の表面から反射された反射光を反射させる反射ミラー、１２は被検体２０までの距離がＸ線源５と光学的に等距離の位置に単焦点レンズ１２ａの焦点を有し反射ミラー１１で反射された被検体２０の表面画像を撮影する光学カメラである。
【００４７】
制御部３，表示器４以外を遮蔽箱２で覆うことにより、外部へのＸ線の漏れが防止される。また、遮蔽箱２には被検体の出し入れを行う開閉扉が配設されている（図１）。これにより、傾斜テーブル７への被検体２０の固定や傾斜テーブル７からの被検体２０の回収を容易に行うことができる。また、遮蔽箱２の開閉扉２ａ及び窓２ｂにはＸ線遮蔽ガラスが配設されている。これにより、外部から傾斜テーブル７の動きなどを直視して動作を確認することができ誤動作を防止できる。本実施の形態では、遮蔽箱２の正面に開閉扉２ａを設けたが、遮蔽箱の左右両側に開閉扉を設けてもよい。これにより、左右の開閉扉から被検体２０の出し入れを行うことができるので、Ｘ線透視装置１を検査ライン等に容易に組込んで作業を自動化することができ効率性に優れる。
【００４８】
被検体２０は、両面テープで貼着することにより傾斜テーブル７のＸＹステージ８上に固定される。被検体２０が比較的大きな場合などは、エアにより吸着したり、被検体２０の外形を挟持したりして固定するようにしてもよい。傾斜テーブル７がＸＹステージ８を備えることにより、被検体２０を傾斜テーブル７と平行な面内で前後及び左右に移動させることができ、被検体２０の任意の箇所を選択して詳細に観察することができる。また、被検体２０が比較的大きい物体である場合は、その被検体の一部の箇所を撮影し、ＸＹステージ８で撮影箇所を平行移動させて前回の撮影箇所と一部重なりを持つように次の箇所を撮影し、この撮影作業をＸＹ方向に繰り返して得られた複数箇所の撮影画像を制御部３において合成することにより、被検体２０の全体画像を生成することも可能である。
【００４９】
傾斜テーブル７は、回動軸８ａが配設され、初期状態で平面状のイメージセンサ１０と平行に配置される。これにより、回動駆動部９で傾斜テーブル７を回動させた際に正確な角度で被検体２０の透過画像を検出することができる。また、被検体２０全体を回動軸８ａよりＸ線源５側で回動させることができるので、ステレオ表示した際に、被検体２０全体を表示器４の画面より手前側、即ち相対的に観察者の近傍に存在する立体として表示できる。これにより、被検体２０を立体として認識し易く視認性に優れるので、内部欠陥の発生位置等を容易に把握できると共に、被検体２０の任意の位置を画面上で簡便に指し示すことができ実用性に優れる。
【００５０】
イメージセンサ１０としては、平面状に形成されたＣＣＤ型やＣＭＯＳ型のものを使用できる。これにより、画像に歪が発生し難く、Ｘ線透視装置１全体を小型化することができ、微小物を対象とした観察に好適に用いることができる。また、Ｘ線源５と被検体２０との間には反射ミラー１１を配設した。これにより、被検体２０の表面から反射された反射光を反射させることができ、被検体２０の表面画像を撮影することができる。尚、Ｘ線源５から照射されるＸ線は反射ミラー１１を透過するので、反射ミラー１１がＸ線による透過画像の撮影に影響を与えることはない。
【００５１】
光学カメラ１２のレンズには単焦点レンズ１２ａを使用し、Ｘ線源５から被検体２０までの距離と、単焦点レンズ１２ａの焦点から被検体２０までの距離が光学的に等距離の位置となるようにする。単焦点レンズ１２ａは焦点距離が一定で撮影画角が固定されているので、撮影時に光学系の調整が不要で、Ｘ線による透過画像とほぼ同等の画角で被検体２０の表面画像を撮影することができる。また、レンズ収差が小さく、高画質の画像を得ることができる。尚、単焦点レンズ１２ａの代りにズームレンズを使用してもよいが、その際には焦点距離の調整が必要となると共に、単焦点レンズ１２ａに比べレンズ収差が大きく、画質が低下し易くなる。
【００５２】
制御部３は、位置設定機構６のＸＹステージ８及び回動駆動部９を制御して被検体２０の観察位置や撮影角度を任意に設定できる。また、透過画像，表面画像，観察条件等のデータは、制御部３に配設したハードディスクやＭＯ，ＣＤ，ＤＶＤ等の各種記憶媒体に保存することができる。これにより、保存したデータの管理を容易に行うことができ、適宜、データを取出して表示器４でのステレオ表示を行うことができる。
【００５３】
また、制御部３は、画像処理ソフトウェアによる画像処理を行う。制御部３による画像処理は、（ａ）表示器４において被検体２０の立体表示を可能とするための表示用データ生成処理、（ｂ）撮影画像からの立体形状データの抽出処理、（ｃ）被検体２０の各部の位置や距離等の計測処理、（ｄ）被検体２０の三次元ＣＡＤデータの生成処理、（ｅ）被検体２０の既存の三次元ＣＡＤデータとの対照比較処理、（ｆ）複数の撮影画像の合成処理、（ｇ）被検体２０に含まれる所定の形状物の計数処理、等を含む。なお、制御部３は、必ずしも、これらの画像処理機能の全てを実行可能である必要はない。これらの画像処理の内容については後述する。
【００５４】
表示器４は撮影角度の異なる二つの画像を表示することにより、撮影角度の差（撮影視差）に基づいて被検体２０を立体として認識させることができる。尚、表示器４は平面画像をステレオ表示できるものであればよく、赤青メガネを利用したアナグリフ立体表示を行うもの、裸眼立体視による交差法立体表示や平行法立体表示を行うもの、或いは画面切替えが可能なディスプレイと液晶シャッターメガネを組合せたもの等を用いてもよい。特に立体視メガネは、大型のディスプレイが不要なためＸ線透視装置１を小型化することができ、安価で省スペース性に優れる。
【００５５】
ここで、制御部３の機能ブロックを示した図４を参照しながら、制御部３の動作のうち、主として画像処理動作について説明する。なお、図４に示した機能ブロックは、制御部３を構成するパーソナルコンピュータ等の汎用コンピュータのプロセッサが画像処理ソフトウェアを実行することによって機能的に実現可能であればよく、必ずしも、これらの機能に個々に対応する別個のハードウェアが存在しなくてもよい。ただし、図４に示した機能ブロックの少なくとも一部あるいは制御部３の全体を、いわゆる組み込みシステムによって実現することも可能である。
【００５６】
図４に示すように、制御部３は、光学カメラ１２、位置設定機構６のＸＹステージ８及び回動駆動部９、ならびにイメージセンサ１０等の動作を制御する動作制御部３１と、イメージセンサ１０から出力された透過画像および光学カメラ１２から出力された表面画像の画像処理を行う画像処理制御部３２とを有している。動作制御部３１は、位置設定機構６およびイメージセンサ１０等の撮影機構の動作を制御する制御信号を出力すると共に、撮影機構の動作と画像処理制御部３２の動作との同期をとることが必要な場合等は、画像処理制御部３２に対しても制御信号を送出する。
【００５７】
画像処理制御部３２は、透過画像入力部３２１、表面画像入力部３２２、座標データ生成部３２３、形状データ抽出部３２４、形状モデル生成部３２５、表示データ生成部３２６、ＣＡＤデータ生成部３２７、ＣＡＤデータ照合部３２８、カメラ校正部３２９、および、形状モデルデータベース３３０を備えている。なお、これらの各部は、前述の画像処理機能の全てを実現するための必要な機能ブロックであり、必要とされる画像処理機能に応じていずれかが省略されていても良い。
【００５８】
透過画像入力部３２１は、被検体２０をＸ線撮影して得られた透過画像をイメージセンサ１０から取得し、少なくとも一時的にメモリ（図示せず）に記憶する。表面画像入力部３２２は、被検体２０を光学カメラ１２で撮影して得られた表面画像を取得し、少なくとも一時的にメモリ（図示せず）に記憶する。座標データ生成部３２３は、透過画像から座標データを生成する。形状データ抽出部３２４は、例えばセグメントベーストステレオ法や相関法等を用いて、座標データから形状データを抽出する。形状データとは、被検体２０の各部の立体形状を表現するデータである。形状データの具体例としては、これらにのみ限定されないが、被検体２０に含まれる輪郭線の三次元情報や、被検体２０に含まれるテクスチャ領域やシェイジング領域の三次元情報等が含まれる。
【００５９】
形状モデル生成部３２５は、形状データ抽出部３２４によって生成された形状データと、形状モデルデータベース３３０とを照合し、三次元形状モデルを生成する。このとき、形状モデル生成部３２５は、被検体２０について少なくとも二方向からの透過画像のそれぞれから生成された形状データに基づいて、三次元形状モデルを生成する。一方向からの透過画像の形状データからだけでは、三次元形状モデルを生成できないからである。なお、二方向からの透過画像を用いることにより最低限の三次元形状モデルを生成可能であるが、原理的に、二方向からの透過画像のみを用いた場合、エピポーラ面（前記二方向からの撮影時のカメラの投影中心を通る直線を含む平面）上に存在する境界線の距離を計測できないので、三方向以上からの透過画像を用いることがより好ましい。また、三方向以上からの透過画像を用いることにより、例えば、処理対象の輪郭線が実在する三次元形状の輪郭線なのか、あるいは当該方向から見た場合に曲面上等に発生する見かけの輪郭線なのかを区別し、見かけの輪郭線に起因する処理誤りや誤差等を補正できるという利点もある。
【００６０】
表示データ生成部３２６は、形状モデル生成部３２５で生成された三次元形状モデルに基づいて、表示器４でステレオ表示を行うための表示用データを生成する。
【００６１】
ＣＡＤデータ生成部３２７は、形状モデル生成部３２５で生成された三次元形状モデルに基づいて、被検体２０の三次元形状をＣＡＤシステムで処理可能なＣＡＤデータで表現する。これにより、被検体２０の三次元形状データをＣＡＤシステムに蓄積したり、編集加工したりすることが可能となる。
【００６２】
ＣＡＤデータ照合部３２８は、既存のＣＡＤデータを入力し、この既存のＣＡＤデータと形状モデル生成部３２５で生成された三次元形状モデルとを照合することにより、この三次元形状が被検体２０に含まれているかを判断する。これにより、被検体２０に、所定の三次元形状を有する物体が含まれているか否かを判断すること等が可能となる。例えば、被検体２０が配線基板である場合に、所定の配線パターンを有する回路素子が含まれているか否かを判断できる。
【００６３】
カメラ校正部３２９は、所定のキャリブレーションパターンを用いて、カメラパラメータの校正を行う。Ｘ線源５とイメージセンサ１０とによって構成される本実施形態のＸ線撮像系は、ピンホールカメラモデルと見なすことができる。ピンホールカメラでは、三次元空間内の１点からの光線は、焦点を通って、撮像面（イメージセンサ１０）に投影される。撮像面上の像は、光電変換とＡＤ変換とを経て、フレームバッファに記録される。この系には、カメラ座標系の原点（すなわち焦点）の位置（３自由度）、カメラ座標系の方向（３自由度）、焦点距離（１自由度）、および、撮像面からフレームバッファへの変換に関して、画像中心の平行移動（２自由度）、スケール・回転・サンプリング間隔・アスペクト比等に依存する一次変換（４自由度）の合計１３自由度のパラメータが含まれる。ただし、撮像面からフレームバッファへの一次変換のうち、回転成分がカメラ座標系の光軸まわりの回転と区別できないことと、スケール成分がカメラの焦点距離と区別できないこととによって、全部の自由度は１１となる。従って、カメラ校正部３２９は、１１個のカメラパラメータの校正を行えばよい。
【００６４】
カメラパラメータの校正を行うためには、三次元空間中の点と撮影画像（フレームバッファ内の画像）内の点との対応を求める必要がある。このため、三次元空間中の位置が既知であるパターンとして、例えば図５（ａ）〜（ｃ）に示すようなキャリブレーションパターンを傾斜テーブル７のＸＹステージ８に載置し、ＸＹステージ８の回動角度を異ならせて複数回の撮影を行い、それらの撮影で得られた透過画像を用いて、カメラパラメータの校正を行う。なお、図５（ａ）〜（ｃ）に示したキャリブレーションパターンは、図５（ａ）〜（ｃ）において黒く着色されている部分に金属薄膜が存在するように、エッチング等によって形成されている。
【００６５】
図５（ａ）に示したキャリブレーションパターンでは、二つの三角形の接点が基準点として用いられる。図５（ｂ）に示したキャリブレーションパターンでは、円の重心が基準点として用いられる。図５（ｃ）に示したキャリブレーションパターンでは、中央に位置する円環の重心が基準点として用いられる。なお、本発明において適用可能なキャリブレーションパターンは、図５（ａ）〜（ｃ）に示した具体例のみに限定されない。Ｘ線の透過量が部分的に異なるパターンであって、かつ、パターン内の一点が容易に特定できるようなパターンであれば、任意のパターンを用いることができる。また、平面上のパターンに限定されず、立方体や円板等の三次元形状をキャリブレーションパターンとして用いることもできる。
【００６６】
なお、図１に示した構成ではＸ線撮像系と光学カメラ１２とが同軸であるが、光学カメラ１２がＸ線撮像系と同軸でない場合、カメラ校正部３２９は、Ｘ線撮像系だけでなく、光学カメラ１２のカメラパラメータの校正も別途行うことが好ましい。また、光学カメラ１２については、レンズの収差によって画面周辺部に歪みが見られることが一般的であるので、適当な補正式を求めてその歪みを補正することが好ましい。
【００６７】
カメラ校正部３２９によって校正されたカメラパラメータは、座標データ生成部３２３へ渡される。座標データ生成部３２３は、校正されたカメラパラメータに基づいて、フレームバッファ内の画像データの各点の三次元座標データを算出する。従って、カメラ校正部３２９によるカメラパラメータの校正は、位置設定機構６が傾斜テーブル７の回動角度等を変更する都度に実行する必要がある。
【００６８】
ここで、以上のように形成されたＸ線ステレオ透視装置の動作について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。なお、ここでは、カメラパラメータの校正は完了しているものとして説明を行う。
【００６９】
最初に、被検体２０をある所定の角度から撮影できるように、制御部３の動作制御部３１が、位置設定機構６のＸＹステージ８および回動駆動部９を制御する。ここでは、図７（ａ）に示すように被検体２０が固定された傾斜テーブル７を回動駆動部９で回動させ、第１の角度θ１（例えば８度）に固定する。そして、被検体２０にＸ線源５からＸ線を照射し、傾斜テーブル７を挟んでＸ線源５に対向配置された平面状のイメージセンサ１０で被検体２０の第１の透過画像を撮影する。この第１の透過画像が、透過画像入力部３２１を介して画像処理制御部３２へ入力され、フレームメモリ（図示せず）に記憶される。また、このとき同時に、光学カメラ１２により第１の透過画像に対応する被検体２０の第１の表面画像が撮影され、表面画像入力部３２２を介して画像処理制御部３２へ入力され、フレームメモリ（図示せず）に記憶される（ステップＳ１）。
【００７０】
次に、座標データ生成部３２３が、カメラ校正部３２９によって校正されたカメラパラメータを用いて、フレームメモリの第１の透過画像および第１の表面画像のそれぞれについて三次元座標データを求める。さらに、形状データ抽出部３２５が、第１の透過画像および第１の表面画像の三次元座標データのそれぞれからエッジ（輪郭線）を抽出してセグメントに分割する（ステップＳ２）。そして、形状データ抽出部３２４が、形状モデルデータベース３３０を参照しつつ、セグメントを単位とする探索処理を行い、輪郭線の三次元情報（三次元輪郭線）を復元する（ステップＳ３）。
【００７１】
ここで、ステップＳ２，Ｓ３によって復元される三次元輪郭線の特徴点及び三次元幾何特徴について説明する。図８（ａ）〜（ｈ）は、輪郭線の三次元情報がセグメントに分割される特徴点の例を表す説明図である。三次元輪郭線は、ステップＳ２において、図示のような各種特徴点で分割される。
【００７２】
一方、この処理と並行して、形状データ抽出部３２４が、ステップＳ１で入力された第１の透過画像および第１の表面画像に基づき、画素間の相関値に基づく相関ステレオ処理を行い、テクスチャ領域およびシェイジング領域の三次元情報を復元する（ステップＳ４）。ここで、テクスチャ領域とは、細かい模様が存在する領域である。また、シェイジング領域とは、滑らかな曲面が光源との位置関係にしたがって、その明るさを少しずつ変化させている領域である。前記の相関ステレオ処理とは、画像内のある画素周辺の小領域の相関計数を評価することによって、対応探索を行う手法である。相関ステレオ処理によれば、セグメントベーストステレオでは復元が困難な、テクスチャ領域やシェイジング領域の三次元情報を復元することができる。
【００７３】
次に、現在作成中の物体モデルがあるか否かの判断を行う（ステップＳ５）。ここで、作成中の物体モデルがあれば、ステップＳ３で得られた輪郭線の三次元情報を用いて、登録された物体モデルとの位置合わせを行い（ステップＳ６）、物体モデルにステップＳ３で得られた輪郭線の三次元情報およびステップＳ４で得られたテクスチャ／シェイジング領域の三次元情報を統合し、物体モデルを更新する（ステップＳ７）。なお、ステップＳ６における位置合わせは、領域の三次元情報に基づいて行うようにしても良いし、輪郭線及び領域の両方の情報により行うようにしても良い。一方、ステップＳ５で、作成中の物体モデルが存在しなければ、ステップＳ３で得られた輪郭線の三次元情報と、ステップＳ４で得られたテクスチャ／シェイジング領域の三次元情報とを統合し、新たな物体モデルを作成する（ステップＳ７）。
【００７４】
次に、物体全体のモデルが完成しているかどうかの判断を行う（Ｓ８）。ここで、全体のモデルが完成していなければ、被検体２０を今回とは異なる角度から撮影できるように、制御部３の動作制御部３１が、位置設定機構６のＸＹステージ８および回動駆動部９を制御する（ステップＳ９）。例えば、図７（ｂ）に示すように傾斜テーブル７を回動させ第２の角度θ２（例えば２０度）に固定する。そして、被検体２０の第２の透過画像と、この第２の透過画像に対応する被検体２０の第２の表面画像を撮影し、これらの第２の透過画像および第２の表面画像を用いて、上述のステップＳ１〜Ｓ８の処理を繰り返す。一方、全体のモデルが完成していれば、処理を終了する。
【００７５】
以上の処理により、本実施形態にかかるＸ線ステレオ透視装置によれば、被検体２０の三次元形状モデルを生成することができる。また、形状モデルデータベース３３０に格納されている形状モデルデータがＣＡＤシステムで取り扱われるデータと互換性を有している場合は、ＣＡＤデータ生成部３２７が、形状モデル生成部３２５が生成した三次元形状モデルをＣＡＤデータに変換して形状モデルデータベース３３０に記憶させることにより、被検体２０からＣＡＤデータを容易に得ることができ、ＣＡＤシステムによる編集加工も可能となる。
【００７６】
表示データ生成部３２６は、上述のように生成された三次元形状モデルに基づいて、ステレオ表示用の表示データを生成する。次に、ステレオ表示工程について説明する。図９はステレオ表示工程を示す模式図である。図９中、２０ａは被検体２０の観察ポイント、２５は観察者、２５ａ，２５ｂはそれぞれ観察者２５の左右の眼、ｌは表示器４から観察者２５までの距離、ｗは観察者２５の左右の眼２５ａ，２５ｂの間隔、αは撮影角度の差（撮影視差）である。透過画像検出工程で検出した角度の異なる第１及び第２の透過画像を制御部３から取出して表示器４でステレオ表示する。ここで、α＝２ｔａｎ-1（ｗ／２ｌ）であり、ｌ＝３００ｍｍ、ｗ＝６０ｍｍの場合、α＝１１．４（度）となる。従って、例えば前述のように第１の角度θ１＝８（度）、第２の角度θ２＝２０（度）とすることで、α≒θ２−θ１となりほぼ適正なステレオ表示を行うことができる。検出角度設定工程で設定された二種類の角度θ１，θ２で撮影された第１及び第２の透過画像を用いてステレオ表示できるので、短時間で正確に被検体２０の内部構造や内部欠陥等の位置や状態を三次元的に観察できる。また、ハイブリッド表示工程においては、第１及び第２の透過画像にそれぞれに対応する第１及び第２の表面画像を重ねてステレオ表示する。これにより、実物の内部を透視したような状態で被検体２０の三次元構造を表現することができ、被検体２０の三次元情報を短時間に認識して観察時間を短縮することができる。
【００７７】
ここで、カメラパラメータが前述のように１１の自由度を有し、第１の角度θ１で撮影された第１の透過画像が観察者の右目で観察された画像であるとして、そのときのカメラパラメータＨRを下記の式（１）で表す。また、第２の角度θ２で撮影された第２の透過画像が観察者の左目で観察された画像であるとして、そのときのカメラパラメータＨLを下記の式（２）で表す。この場合、観察者が右目および左目のそれぞれで見たときのパラメータをＭR、ＭLとすると、第１の透過画像上の点（ＸR，ＹR）は、観察者から見た場合の位置（ＸmR，ＹmR）と、以下の式（３−１）から得られる式（３−２）の関係を持ち、第２の透過画像上の点（ＸL，ＹL）は、観察者から見た場合の位置（ＸmL，ＹmL）と、以下の式（４−１）から得られる式（４−２）の関係を持つ。
【００７８】
【数１】
2015083988.tif 000003
【００７９】
【数２】
2015083988.tif 000004
【００８０】
【数３】
2015083988.tif 000005
【００８１】
【数４】
2015083988.tif 000006
【００８２】
なお、傾斜テーブル７の回動角度θ（図１参照）は、適宜、選択することができる。観察を行いたい角度が予め分かっている場合には、前述のように二種類の角度θ１，θ２を設定してステレオ表示に最低限必要な二種類の透過画像や表面画像の撮影を行えばよい。また、少しずつ回動角度θを変えながら多数の透過画像の撮影を行った後、任意の角度を組合せてステレオ表示し観察を行うこともできる。二種類の角度θ１，θ２の差により深さ（厚さ）方向の倍率を変化させることができる。特にθ１，θ２の角度差を大きくすることで深さ（厚さ）方向に拡大して強調した表示を行うことができる。
【００８３】
さらに、ステレオ表示を行う際に、二つの画像の内の一方を固定し、他方を角度の異なる画像に連続的に切替えて表示させた場合、動画のように視野角を変えながら表示させることができる。このとき、視野角に応じて深さ（厚さ）方向の倍率が変化するので、画面を見ながら観察を行い易い角度を選択することができ観察の作業性に優れる。
【００８４】
また、ステレオ表示の二つの画像を同時に角度の異なる画像に連続的に切替えて表示させた場合は、被検体２０全体を回転させながら視点を変えて観察を行うことができる。これにより、様々な角度からの観察を短時間で連続的に行うことができ、被検体２０の内部構造や内部欠陥の観察が容易で実用性に優れる。
【００８５】
さらに、ステレオ表示された画像において、任意の点をマウス等のポインティングデバイスで指定することにより、被検体２０における当該箇所の厚さを測定して表示することができる。これは、Ｘ線撮影された透過画像に基づき、座標データ生成部３２３によって被検体２０の三次元座標データが求められているからである。
【００８６】
また、被検体２０に特定の三次元形状が含まれているか否かを、ＣＡＤデータ照合部３２８によって判断することができる。例えば、被検体２０の内部に、ある特定の部品が含まれているか否かを判断したい場合、形状モデルデータベース３３０へその部品のＣＡＤデータを登録し、ＣＡＤデータ照合部３２８において、形状モデル生成部３２５によって生成された三次元形状モデルと、形状モデルデータベース３３０へ登録された当該部品のＣＡＤデータとを照合すればよい。これにより、被検体２０に当該部品が含まれているか否かを判断できると共に、含まれている場合は、被検体２０内の当該部品の個数、位置、および向き（姿勢）についても判断することが可能となる。また、被検体２０に当該部品が含まれていると判断された場合、さらに、当該部品の設計データ（ＣＡＤデータ）と実際の部品との誤差を計測することもできる。これにより、例えば、内部構造が分からない装置を被検体２０とし、その内部構造を解析することが可能となる。また、例えば、各種装置の完成検査において、設計データどおりに装置が組み立てられているかを容易に確認することも可能となる。
【００８７】
また、被検体２０を平行移動させながら撮影した複数の画像を合成することにより、図１０（ａ）に示すように比較的大きな被検体２０の全体合成画像を生成することもできる。図１０（ａ）の例では、被検体２０の全体合成画像を、横６個×縦５個の合計３０個の部分画像から生成しているが、もちろん、部分画像の数はこの例にのみ限定されない。この場合、複数の画像のそれぞれが隣接する画像と重なり部分を有するように、ＸＹステージ８が移動する。例えば、図１０（ａ）において斜線を付して示した部分画像Ｐ２２は、上側の部分画像Ｐ１２、左側の部分画像Ｐ２１、下側の部分画像Ｐ３２、右側の部分画像Ｐ２３とそれぞれ重なり部分を有する。
【００８８】
そして、部分画像から全体合成画像を生成する際は、形状データ抽出部３２４によって抽出された形状データに基づき、例えば図１０（ｂ）に示すように、部分画像Ａ，Ｂ中に存在する共通パターンを自動的に検出し、その共通パターンが重なるように部分画像の重ね合わせ位置を決定する。
【００８９】
また、被検体２０に所定の部品が複数含まれていることが分かっており、その個数を計数したい場合は、当該部品のその被検体２０中での設置間隔よりも小さな幅の領域（円または矩形）を透過画像中に設定し、その領域内で最も透過率が低く、かつ当該透過率が所定の閾値よりも低い点を検出する。そして、透過画像中で、当該領域を平行移動させながら前述の条件に合致する点を探索し、そのような点の総数が、当該部品の個数として検出できる。
【００９０】
次に、位置設定機構の変形例について説明する。
【００９１】
図１１は位置設定機構の変形例を示す要部平面図である。図１１中、６ａは変形例を示す位置設定機構、７ａは傾斜テーブル７を互いに直交する２つの軸周りに回動自在に保持する位置設定機構６ａの回動保持部、８ａ’は傾斜テーブル７の両側に突出して配設され回動駆動部９により傾斜テーブル７を左右方向に回動させる左右方向回動軸、８ｂは略コ字型に形成され左右方向回動軸８ａ’の両端部を回動自在に保持する回動保持部７ａのアーム部、８ｃは左右方向回動軸８ａ’と直交してアーム部８ｂに配設された回動保持部７ａの前後方向回動軸、９ａは前後方向回動軸８ｃに連結され回動保持部７ａを介して傾斜テーブル７を前後方向に回動させる位置設定機構６ａの回動駆動部である。これにより、被検体２０が固定される傾斜テーブル７を互いに直交する２つの軸周りに回動させることができるので、被検体２０を三次元的に傾斜させることができ、透過画像の撮影角度や観察角度を任意に設定することができ、汎用性、実用性に優れる。
【００９２】
以上のように本実施形態のＸ線ステレオ透視装置は構成されているので、以下の作用を有する。
【００９３】
（１）被検体２０を移動自在に保持する位置設定機構６を有するので、位置設定機構６により傾斜テーブル７を回動させるだけで、被検体２０の表面とイメージセンサ１０の表面とのなす角を容易に設定することができ、Ｘ線源５からＸ線を照射して被検体２０の任意の角度における透過画像を簡便に撮影することができる。
【００９４】
（２）Ｘ線源５と平面状のイメージセンサ１０が被検体２０を挟んで対向配置されているので、被検体２０の透過画像を精度よく検出することができ、表示器４によるステレオ表示の再現性に優れる。
【００９５】
（３）Ｘ線源５を用いることにより、被検体２０の寸法や形状によらず確実に被検体２０の内部構造の観察や内部欠陥等を検出することができ実用性、汎用性に優れる。
【００９６】
（４）傾斜テーブル７に回動軸８ａが配設されていることにより、被検体２０全体を回動軸８ａよりＸ線源５側で回動させることができるので、ステレオ表示した際に、被検体２０全体を表示器４の画面より手前側、即ち相対的に観察者２５の近傍に存在する立体として表示でき、被検体２０を立体として認識し易く、内部欠陥の発生位置等を正確かつ容易に把握でき、画面上で指し示すことができる。
【００９７】
（５）傾斜テーブル７にはＸＹステージ８を備えることにより、被検体２０を傾斜テーブル７と平行な面内で前後及び左右に移動させることができ、被検体２０の任意の箇所を選択して詳細に観察することができる。
【００９８】
（６）イメージセンサ１０が平面状に形成されていることにより、画像に歪が発生し難く、Ｘ線ステレオ透視装置１の小型化が容易で微小物を対象とした観察に好適に用いることができる。
【００９９】
（７）Ｘ線源５と被検体２０との間に配設され被検体２０の表面から反射された反射光を反射させる反射ミラー１１を有するので、Ｘ線による透過画像に加え、反射ミラー１１で反射された被検体２０の表面画像を光学カメラ１２により撮影することができ、被検体２０の表面観察を行うことができる。
【０１００】
（８）被検体２０までの距離がＸ線源５と光学的に等距離の位置に焦点を有する光学カメラ１２を備えることにより、Ｘ線による透過画像とほぼ同等の画角で被検体２０の表面画像を撮影することができるので、透過画像又は表面画像に拡大や縮小等の特別な画像処理等を施す必要がなく、比較が容易で画像データの取扱性に優れる。
【０１０１】
（９）光学カメラ１２のレンズに焦点距離が一定で撮影画角が固定された単焦点レンズ１２ａを使用した場合、撮影時に光学系の調整が不要で取扱性に優れると共に、ズームレンズに比べレンズ収差が少なく、高画質の画像を撮影することができ非破壊検査を高い精度で効率よく行うことができ信頼性に優れる。
【０１０２】
（１０）透過画像と表面画像を重ねて表示することにより、実物の内部を透視したような状態を表現することができ、三次元的な距離感が掴み易く、被検体２０の構造や配置が分かり易く位置合わせ等を容易に行うことができる。
【０１０３】
（１１）位置設定機構６ａが、被検体２０が固定される傾斜テーブル７を互いに直交する左右方向回動軸８ａ'及び前後方向回動軸８ｃの２つの軸周りに回動自在に保持する回動保持部７ａを有することにより、被検体２０を三次元的に傾斜させることができるので、透過画像の撮影角度や観察角度を任意に設定することができ、汎用性、実用性に優れる。
【０１０４】
本実施形態におけるＸ線ステレオ透視装置を用いたステレオ観察方法によれば、以下の作用を有する。
【０１０５】
（１２）検出角度設定工程により、被検体２０が固定された傾斜テーブル７を回動駆動部９で回動させるだけで、容易に任意の回動角度θを選択して被検体２０を固定することができる。
【０１０６】
（１３）透過画像検出工程により、検出角度設定工程で設定された少なくとも二種類の角度θ１，θ２で被検体２０にＸ線源５からＸ線を照射することができ、傾斜テーブル７を挟んでＸ線源５に対向配置された平面状のイメージセンサ１０で被検体２０の少なくとも二種類の透過画像を検出することができる。
【０１０７】
（１４）ステレオ表示工程により、透過画像検出工程で検出した透過画像の中から角度の異なる二種類の透過画像を選択して表示器４でステレオ表示することができ、短時間で正確に被検体２０の内部構造や内部欠陥の状態や位置を三次元的に観察できる。
【０１０８】
（１５）表面画像撮影工程により、Ｘ線源５と被検体２０との間に配設された反射ミラー１１で被検体２０の表面から反射された反射光を反射させ、透過画像に対応する被検体２０の表面画像を正確に光学カメラ１２で撮影することができる。
【０１０９】
（１６）表面画像撮影工程に用いる光学カメラ１２の焦点から被検体２０までの距離をＸ線源５から被検体２０までの距離と光学的に等距離の位置となるように光学カメラ１２を配設することにより、Ｘ線による透過画像とほぼ同等の画角で撮影された被検体２０の表面画像を得ることができるので、煩雑な画像処理等を行うことなく透過画像と表面画像との重ね合わせ等の処理を行うことができ、データ処理時間の短縮化を図ることができる。
【０１１０】
（１７）ハイブリッド表示工程により、異なる角度θ１，θ２で撮影された被検体２０の二種類の透過画像にそれぞれに対応した表面画像を重ね合わせてステレオ表示することができるので、被検体２０の表面形状と内部状態を同時に表示することができ、被検体２０の三次元的な構造を容易に把握することができ、観察時間を短縮することができる。
【０１１１】
（１８）観察を行いたい角度が分かっている場合には、二種類の角度θ１，θ２を設定してステレオ表示に最低限必要な二枚の透過画像のみの撮影を行うことができ、短時間でステレオ観察を行うことができる。
【０１１２】
（１９）少しずつ傾斜テーブル７の回動角度θを変えながら多数の透過画像の撮影を行った後、任意の角度を組合せて様々な角度でステレオ観察を行うことができ汎用性、実用性に優れる。
【０１１３】
（２０）ステレオ表示を行う際に、二つの画像の内の一方を固定し、他方を角度の異なる画像に連続的に切替えて表示させた場合、動画のように視野角を変えながらステレオ表示させることができる。視野角に応じて深さ方向の倍率が変化するので、画面を見ながら観察を行い易い角度を選択することができ観察の作業性に優れる。
【０１１４】
（２１）ステレオ表示の二つの画像を同時に角度の異なる画像に連続的に切替えて表示させた場合は、被検体２０全体を回転させながら視点を変えて観察を行うことができ、被検体の内部構造や内部欠陥の観察が容易で実用性に優れる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明は、Ｘ線等の被検体を透過する放射線を用いて、非破壊検査などで被検体を立体視するためのステレオ透視装置及びそれを用いたステレオ観察方法に関し、被検体の寸法や形状によらず内部構造の観察や内部欠陥等を検出することができ、被検体を回転させる簡素な構造で装置を小型化することができる汎用性、取扱い性に優れるステレオ透視装置の提供及びそれを用いた短時間で正確な画像処理を行うことができ、立体認識が容易で簡便に三次元情報を得ることができ実用性に優れるステレオ観察方法の提供を行うものであり、特に観察対象が微小な工業用途に好適に用いることができ、工場等の量産ラインにおける短時間の検査を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の実施形態におけるＸ線ステレオ透視装置を示す全体斜視図
【図２】本発明の実施形態におけるＸ線ステレオ透視装置の構成を示す要部正面模式図
【図３】本発明の実施形態におけるＸ線ステレオ透視装置の構成を示す要部側面模式図
【図４】本発明の実施形態におけるＸ線ステレオ透視装置の制御部の機能的構成を示すブロック図
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態におけるＸ線ステレオ透視装置のカメラパラメータの校正に用いられるキャリブレーションパターンの例を示す説明図
【図６】本発明の実施形態におけるＸ線ステレオ透視装置の動作手順を示すフローチャート
【図７】Ｘ線ステレオ透視装置を用いたステレオ観察方法を示す要部側面模式図
【図８】（ａ）〜（ｈ）は、輪郭線の三次元情報がセグメントに分割される特徴点の例を表す説明図
【図９】ステレオ表示工程を示す模式図
【図１０】（ａ）は複数画像を重ね合わせて生成される全体合成画像の模式図、（ｂ）は複数画像の重複パターンを検出して重ね合わせる手法の模式図
【図１１】位置設定機構の変形例を示す要部平面図
【符号の説明】
【０１１７】
１ Ｘ線ステレオ透視装置
２ 遮蔽箱
２ａ 開閉扉
２ｂ 窓
３ 制御部
４ 表示器
５ Ｘ線源
６，６ａ 位置設定機構
７ 傾斜テーブル
７ａ 回動保持部
８ ＸＹステージ
８ａ 回動軸
８ａ' 左右方向回動軸
８ｂ アーム部
８ｃ 前後方向回動軸
９，９ａ 回動駆動部
１０ イメージセンサ
１１ 反射ミラー
１２ 光学カメラ
１２ａ 単焦点レンズ
２０ 被検体
２０ａ 観察ポイント
２５ 観察者
２５ａ，２５ｂ 眼
３１  動作制御部
３２  画像処理制御部
３２１  透過画像入力部
３２２  表面画像入力部
３２３  座標データ生成部
３２４  形状データ抽出部
３２５  形状モデル生成部
３２６  表示データ生成部
３２７  ＣＡＤデータ生成部
３２８  ＣＡＤデータ照合部
３２９  カメラ校正部
３３０  形状モデルデータベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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