(57)【要約】【課題】  撮影対象自体が広いダイナミックレンジを有する場合でも、撮影領域全体において飽和や入出力特性が不良な出力を減らしつつ、コントラストを向上させる。【解決手段】  Ｘ線検出器１０４は動画撮影可能なイメージセンサであり、蓄積容量を画素毎に変更することができる。制御装置１０３の特性算出部１１２は各線量モード毎に線量を変えて複数の白画像データを撮影するキャリブレーション撮影を行い、各画素の入出力特性を取得する。本撮影によりフレーム画像が制御装置１０３に入力されると、飽和判定部１１３は各画素が飽和しているか否かを入出力特性に基づき判定し、飽和していない場合にはモード決定部１１６が蓄積容量を大きくする決定をする。データ収集部１０５が次フレームの撮影に際して蓄積容量を大きく設定する。【選択図】  図１
2013062792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素毎に電荷の蓄積容量の大きさを変更可能なセンサを制御する制御装置であって、
前記センサの各画素の蓄積電荷に応じた出力値を取得する取得手段と、
前記出力値に基づいて、前記各画素の蓄積容量が飽和しているか否かを判定する判定手段と、
前記判定に応じて前記各画素の蓄積容量を画素毎に決定する決定手段と、
を有することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記取得手段は、前記決定手段により決定された蓄積容量が設定された前記センサの各画素が出力する出力値を取得することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記出力値のまとまりであるフレーム画像に補正を施し画像データを生成する生成手段を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記判定手段は、前記センサの出力値のまとまりである第一のフレーム画像に基づいて前記各画素が飽和しているか否かを判定し、
前記生成手段は、前記判定に応じて決定された蓄積容量が設定された前記センサからの出力値に基づき第二のフレーム画像を得ることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記決定手段に決定された蓄積容量が設定された前記センサの各画素が出力する出力値を前記センサの各画素の入出力特性に基づいて補正する補正手段を更に有することを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
【請求項６】
前記決定手段は、前記出力値が飽和していると判定された場合には前記蓄積容量を拡大する決定をすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項７】
前記決定手段は、前記出力値が飽和していないと判定された場合には前記蓄積容量を減少させまたは維持する決定をすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項８】
前記センサの出力値のまとまりであるフレーム画像における欠陥画素の位置を取得する欠陥取得手段を更に有し、
前記判定手段は、前記欠陥画素の位置と前記出力値とに基づいて前記各画素の蓄積容量が飽和しているか、飽和していないが欠陥画素であるか、飽和しておらずかつ欠陥画素でないかを判定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項９】
前記決定手段は、前記センサの各画素の入出力特性に基づいて前記各画素の蓄積容量の変更量を決定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記判定手段は、前記センサの各画素の入出力特性に基づいて前記各画素が飽和しているか否かを判定することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１１】
前記センサの各画素に照射された光量と該光量に応じた蓄積した電荷の量に対する出力値との関係を示す前記センサの各画素の入出力特性を取得する特性取得手段を更に有する請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１２】
前記特性取得手段は前記入出力特性として、前記光量に対する出力値の関係が線形近似できる光量の範囲と、前記光量に対する出力値の関係が非線形である光量の範囲と、前記光量に対して出力値が一定である光量の範囲と、に分けたモデルを取得することを特徴とする請求項１１に記載の制御装置。
【請求項１３】
前記特性取得手段は、前記センサに対し光量を変えて複数回に分けて光を照射し得られた複数の画像の画素値に基づいて前記入出力特性を得ることを特徴とする請求項１１に記載の制御装置。
【請求項１４】
前記決定手段は、前記センサの各画素の入出力特性またはＳＮ特性の少なくともいずれかに基づいて前記各画素の蓄積容量を変更するか否かを決定することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１５】
前記各画素が出力する出力値は前記蓄積容量に対する蓄積した光電荷の量に応じて定まることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１６】
前記センサは受光した放射線量に応じた出力値を得るＸ線センサであることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１７】
画素毎に電荷の蓄積容量の大きさを変更可能なセンサを制御する制御装置であって、
前記センサの各画素の蓄積電荷に応じた出力値を取得する出力取得手段と、
前記センサの各画素について電荷の蓄積量に対する出力値の特性である入出力特性を取得する特性取得手段と、
前記出力値と前記入出力特性とに基づいて前記センサの各画素の蓄積容量を画素毎に決定する決定手段と、
を有することを特徴とする制御装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の制御装置と、前記センサと、を有することを特徴とする撮影装置。
【請求項１９】
前記センサの各画素は、光電変換素子と、該光電変換素子が受光に応じて発生させる電荷を蓄積する容量素子と、該光電変換素子と容量素子とを接続状態および非接続状態とするスイッチ素子とを有し、
前記センサは、前記決定手段の決定に応じて前記スイッチ素子を制御する制御手段を更に有する
ことを特徴とする請求項１８の撮影装置。
【請求項２０】
画素毎に電荷の蓄積容量の大きさを変更可能なセンサの制御方法であって、
受光させた前記センサから第一のフレーム画像を取得するステップと、
前記センサの各画素の入出力特性を取得するステップと、
前記第一のフレーム画像と前記各画素の入出力特性とに基づいて前記各画素の蓄積容量を決定するステップと、
前記決定された蓄積容量が各画素に設定された前記センサから第二のフレーム画像を取得するステップと、
ことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサの各画素の蓄積容量を変更する制御装置、制御方法および当該センサを有する撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在様々な分野において半導体センサを用いた撮影装置が用いられている。例えば、医療用または産業用のＸ線撮影装置では、蛍光体と大面積アモルファスシリコン（Ａ−Ｓｉ）センサを密着させたＸ線検出器を使用し、光学系等を介さずにＸ線像を直接デジタル化する方式が実用化されている。
【０００３】
また、シリコン等の単結晶撮像素子を用いて、各画素内に駆動モードに応じた増幅手段と駆動モード切替え手段（スイッチ手段）を備えるセンサが実用化されている。特許文献１には、Ｘ線センサにおいて画素毎に複数のゲートサイズの異なるソースフォロワアンプを備える技術が開示されている。この技術では、低線量での撮影ではセンサの全画素についてゲートサイズの小さいソースフォロワアンプを選択することによりセンサを高感度とする。一方比較的高線量での撮影では、センサの全画素についてゲートサイズの大きなソースフォロワアンプを選択することにより、低ノイズで広いダイナミックレンジの撮影を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３４３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、センサの各画素について受光する光量の差が大きい場合、受光量の大きな画素については飽和や入出力特性が不良になるという問題がある一方で、受光量の小さな画素を含む領域ではコントラストが低くなってしまう。このため、画素間で受光する光量の差が大きい場合に、画像全体で飽和を低減しつつ良好なコントラストの良好とすることができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで本発明の一態様に係る制御装置は、画素毎に電荷の蓄積容量の大きさを変更可能なセンサを制御する制御装置であって、前記センサの各画素の蓄積電荷に応じた出力値を取得する取得手段と、前記出力値に基づいて、前記各画素の蓄積容量が飽和しているか否かを判定する判定手段と、前記判定に応じて前記各画素の蓄積容量を画素毎に決定する決定手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
このように、センサ出力値が飽和しているか否かを画素毎に判定し、判定結果に基づいて蓄積容量を画素毎に決定することで、撮影領域全体において飽和や入出力特性が不良な出力を減らしつつ、良好なコントラストの画像を得ることができる
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１によるＸ線動画撮影装置全体の構成図である。
【図２】Ｘ線検出器のハードウェア構成を示す図である。
【図３】Ｘ線検出器の画素の回路構成を示す図である。
【図４】キャリブレーション動作の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】撮影動作の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】低線量モードの画素に対する処理手順を示すフローチャートである。
【図７】高線量モードの画素に対する処理手順を示すフローチャートである。
【図８】実施例２に係るＸ線動画撮影装置全体の構成図である。
【図９】画素の等価回路の概要を示す図である。
【図１０】実施例２に係るキャリブレーション動作の処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】実施例２に係る撮影動作の処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】実施例２に係る低線量モードの画素に対する処理手順を示すフローチャートである。
【図１３】実施例２に係る中線量モードの画素に対する処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】実施例２による高線量モードの画素に対する処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】実施例３による撮影動作の処理手順を示すフローチャートである。
【図１６】各画素の入出力特性を説明する図である。
【図１７】入出力特性のモデル近似と飽和レベルの算出結果を説明する図である。
【図１８】欠陥画素の抽出を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を適宜参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【実施例１】
【００１０】
本発明の第一の実施例に係るＸ線動画撮影装置について図１乃至図７を用いて説明する。図１はＸ線動画撮影装置の全体構成、図２はＸ線検出器の構成、図３は検出器の画素の回路構成である。
【００１１】
図１に示すＸ線撮影装置１００はＸ線発生部１０１、ＦＰＤ（フラットパネルディテクタ）１０２、制御装置１０３を有している。Ｘ線発生部１０１はＸ線ビームを被検体１０３に対して照射する。ＦＰＤ１０２はこのＸ線ビームを受光してデジタルＸ線画像データを取得する。制御装置１０３はこのデジタルＸ線画像データを表示部１１１に表示する。
【００１２】
ＦＰＤ１０２はＸ線検出器１０４、データ収集部１０５、オフセット補正部１０６を有する。Ｘ線検出器１０４はＸ線を可視光等に変換する蛍光体と、可視光を受光し光電変換によりアナログ画像信号を得るイメージセンサとを備える。これによりＸ線発生部１０１から照射されたＸ線の２次元の強度分布に応じてアナログ画像信号を取得する。アナログ画像信号はデジタル画像信号に変換され、データ収集部１０５はデジタル画像信号から画像データを生成する。データ収集部１０５は画像データをオフセット補正部１０６に供給する。オフセット補正部１０６では、Ｘ線を照射しない状態で取得した画素毎の固有のオフセットをデジタル画像信号から減算することでオフセットばらつきを補正する。このオフセットばらつきが補正されたデジタル画像信号はＸ線画像データとして、制御装置１０３に対して出力する。
【００１３】
Ｘ線発生部１０１が継続的にＸ線を発生し、Ｘ線検出器１０４はＸ線の受光に応じて信号出力値を出力するので、表示部１１１にはＸ線動画像として表示される。もちろん静止画の撮影および表示も可能である。
【００１４】
Ｘ線検出器１０４の各画素は撮影可能なＸ線の強度範囲（線量域）の異なる２つの駆動モードを備え、画素毎に低線量モードと高線量モードのいずれかの駆動モードを設定可能である。これについては図２、図３を用いて後述する。
【００１５】
制御装置１０３はＣＰＵ１０８、メインメモリ１０９、操作パネル１１０、表示部１１１、特性算出部１１２、飽和判定部１１３、特性補正部１１４、飽和補正部１１５、モード決定部１１６を有する。これらの各部はＣＰＵバス１０７を介して互いにデータ授受が可能に接続されている。制御装置１０３は不図示の出力取得部で画素の出力値のまとまりであるＸ線画像データ（第一のフレーム画像データ）を取得し、次のフレーム画像（第二のフレーム画像）を撮影する際の駆動モードを画素毎に決定する。
【００１６】
Ｘ線撮影装置１００において、メインメモリ１０９は、ＣＰＵ１０８での処理に必要な各種データを記憶するとともに、ＣＰＵ１０８のワーキング・メモリとして機能する。ＣＰＵ１０８は、メインメモリ１０９を用いて操作パネル１１０からの操作に従った装置全体の動作制御を行う。
【００１７】
図２に基づいてＦＰＤ１０２のハードウェア構成を説明する。
【００１８】
Ｘ線検出器１０４はＸ線を可視光に変換する不図示のシンチレータと、可視光を受光し光電変換を行い受光量に応じたアナログ信号を出力する複数の半導体基板２０６を有している。半導体基板２０６は複数の画素がマトリックス上に配置されており、例えばＣＭＯＳ撮像素子を用いることができる。差動増幅器２０７はマルチプレクサを介してＸ線検出器１０４の各画素が出力するアナログ出力値を受け取り、増幅する。ＡＤ変換器２０８はアナログ出力値をデジタル出力値に変換する。
【００１９】
撮影制御部２０９はＡＤ変換器２０８でＡＤ変換されたデジタル出力値を合成してＸ線画像データとして得る。撮影制御部２０９は予め撮影されたダーク画像データとＸ線画像データの差分を取るオフセット補正処理を行う。撮影制御部２０９はこのＸ線画像データを制御装置１０３に対して出力する。このように撮影制御部２０９は図１におけるデータ収集部１０５およびオフセット補正部１０６として機能する。
【００２０】
また撮影制御部２０９は制御装置１０３と通信して同期信号や制御コマンド等を送受信することにより、制御装置１０３からの制御信号に応じてＦＰＤ１０２を制御する。コマンド制御用インターフェース２１０は制御コマンドをやり取りするため通信路である。画像データインターフェース２１１は撮影制御部２０９から制御装置１０３に画像を転送するための通信路である。ＲＥＡＤＹ信号２１２は放射線撮像装置１００が撮影可能状態になったことを撮影制御部２０９から制御装置１０３へ伝える信号である。外部同期信号２１３は、制御装置１０３が撮影制御部２０９のＲＥＡＤＹ信号２１２を受け、撮影制御部２０９にＸ線照射のタイミングを知らせる信号である。照射許可信号２１４は、Ｘ線検出器１０４の撮像準備が完了していることを示す信号である。照射許可信号２１４がイネーブルの間に制御装置１０３からＸ線発生部１０１に照射信号が送信され、照射信号に応じてＸ線が照射される。
【００２１】
上述のＸ線検出器１０４の画素３０１の構成を図３に基づいて説明する。フォトダイオードＰＤは光を電気に変換する。フローティングディフュージョンＣｆｄは電荷を蓄積するフローティングディフュージョン（浮遊拡散領域）の容量である。フォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤの寄生容量と、フローティングディフュージョンＣｆｄにより電荷を蓄積する光電変換素子が形成される。アンプ３０３でＣｆｄに蓄積した電荷の蓄積量に応じた信号電圧が得られる。
【００２２】
クランプ電圧ＶＣＬが印加されるクランプ回路でｋＴＣノイズが除去され、アンプ３０４で増幅される。受光に応じて得られた信号電圧は光電荷用サンプルホールド回路でサンプルホールドされ、固定パターンノイズに対応する信号電圧はノイズ用サンプルホールド回路でサンプルホールドされる。それぞれ光電荷用の信号線、ノイズ用の信号線を介して外部に出力され、差動増幅器２０７でそれぞれの出力の差分が得ることで、センサ内の回路要因の固定パターンノイズを除去することができる。
【００２３】
リセットスイッチＭ２はフローティングディフュージョンＣｆｄに蓄積された電荷を放電させるためのリセットＭＯＳトランジスタ（リセット回路）である。ＥＮ信号はアンプ３０３、３０４に電源に対する電源の供給のオンオフを制御する信号である。ＰＣＬ信号はクランプ回路に印加するクランプ電圧ＶＣＬのオンオフを制御する信号である。ＴＳ信号、ＴＮ信号はそれぞれ光電荷用およびノイズ用のサンプルホールド回路に対するサンプルホールドを制御するための信号である。
【００２４】
電荷を蓄積する容量はコンデンサを形成しており、容量に対する蓄積電荷の蓄積量の比に応じた信号値が得られる。そのため、容量を大きくすると蓄積電荷の量の増分に対する信号地の増分が小さくなるため感度は低下するものの、蓄積電荷の量を大きくすることができ、ダイナミックレンジを大きくすることができる。容量を小さくするとダイナミックレンジは小さくなるが、感度は向上する。
【００２５】
Ｘ線検出器１０４の画素は蓄積容量が２段階に変更可能である。感度スイッチＭ１は高ダイナミックレンジモードと高感度モードを切り換えるための感度切り換え用ＭＯＳトランジスタである。追加容量素子Ｃｆｄ１はダイナミックレンジ拡大用の追加容量であり、感度スイッチＭ１をオンすると電荷の蓄積が可能となる。感度スイッチＭ１をオンするとフローティングノード部の容量が実質増え、感度は低くなるがダイナミックレンジを拡大することができる。よって例えば高感度が必要な透視撮影時には撮影制御部２０９は感度スイッチＭ１をオフし、高ダイナミックレンジが必要なＤＳＡ撮影時などには感度スイッチＭ１をオンする。
【００２６】
ＷＩＤ信号は、感度切り換えスイッチのゲートに接続され感度の切換を制御する。ＷＩＤ信号がローレベルである場合には、感度切り換えスイッチがオフし低線量の信号値を得るのに好適な高感度モード（低線量モード）に設定される。ＷＩＤ信号がハイレベルである場合には感度切り換えスイッチをオンしダイナミックレンジが大きくなるため、高線量のＸ線を受光するのに好適な高ダイナミックレンジモード（高線量モード）に設定される。このＷＩＤ信号は撮影制御部２０９によりＸ線センサの各画素に対して送信される。
【００２７】
ＷＩＤ信号はＳ（シグナル）線と平行な信号線Ａを通じてセンサ外から供給され、感度スイッチＭ１に入力される。各画素からＷＩＤ信号を与える信号線Ａが伸び、撮影制御部２０９と接続される。撮影制御部２０９はフレームごとかつ画素ごとにＷＩＤ信号を制御する。このようにすることでフレームごとかつ画素毎にセンサの蓄積容量を変更することが可能である。この点で撮影制御部２０９は蓄積容量の設定部として機能する。
【００２８】
このようにＸ線検出器１０４の各画素にはフォトダイオードで受光に応じて生ずる電荷を蓄積するための蓄積容量が可変となっている。蓄積容量を大きく設定すると画素のダイナミックレンジを大きくすることができ、蓄積容量を小さく設定すると画素の感度を大きくすることができる。制御装置１０３はＸ線検出器１０４の出力値が基準より大きい場合には蓄積容量を大きくし、出力値が基準より小さい場合には蓄積容量を大きくする。このように各画素の蓄積容量を適応的に変更することで、画像全体で白とびまたは飽和を減らしつつ感度を大きくすることができる。
【００２９】
ところで、画素毎に蓄積容量を変更した場合、同じ放射線量の放射線を照射しても得られる出力値が異なる。そこで異なる蓄積容量を有する複数の画素から１つの画像を生成する場合に、入出力特性の補正が必要となる場合がある。
【００３０】
そこで、以下Ｘ線撮影装置１００が実行する処理を説明する。実行する処理の１つはキャリブレーション用の撮影を行い本実施の形態の特徴的な動作である画素毎の入出力特性および飽和レベルを算出する動作（以下、キャリブレーション動作と呼ぶ）である。もう１つは、被検体を繰り返し撮影した画像の入出力特性のばらつきを補正するとともに、所定フレームの画像に基づいて次フレームの駆動モードを画素毎に決定する動作（以下、撮影動作と呼ぶ）である。図４はキャリブレーション動作の流れを示す。図５は撮影動作の流れを示す。図６は撮影動作において低線量モードである画素についての処理の流れを示す。図７は撮影動作において画素が高線量モードである画素についての処理の流れを示す。
【００３１】
＜キャリブレーション動作＞
図１のＸ線動画撮影装置１００のキャリブレーション動作について図２に示すフローチャートを用いて具体的に説明する。まず操作パネル１１０を介したオペレータの指示によりＦＰＤ１０２がキャリブレーション動作を開始すると、データ収集部１０５（撮影制御部２０９）がＸ線検出器１０４の全画素の駆動モードを低線量モードに設定する（ｓ４０１）。これは全画素のＷＩＤ信号をローレベルとすることで、追加容量素子Ｃｆｄ１にも電荷の蓄積が可能とすることに対応する。
【００３２】
操作パネル１１０を介して制御装置１０３が取得した指示に応じてキャリブレーション撮影を行う。キャリブレーション撮影とは、被検体をＦＰＤ１０２とＸ線発生部１０１との間に置かない状態でＸ線を照射し画像を得る撮影を指す。この際、ＣＰＵ１０８の制御に従いＸ線発生部１０１から照射されるＸ線ビームの強度を変えた複数回の撮影を行う。また、不図示の線量計で各撮影時のＸ線検出器１０４への入射Ｘ線量を合わせて計測する。この撮影データは、オフセット補正部１０６でオフセット補正されたのち、Ｘ線画像データとして、測定した入射Ｘ線量と関連付けられてメインメモリ１０９に記憶される（ｓ４０２）。記録されたデータに基づいて、図１６に示すような入射線量に対する各画素の出力値の関係を示すデータが得られ、これを各画素の入出力特性を示すデータとする。図１６は入射線量（Ｘ）に対する画素の出力値（Ｙ）を示すグラフであり、画素１，２，３についての入出力特性のグラフが示されている。なお、本実施の形態では入射Ｘ線量を線量計で計測する構成としたが、これに限定されるものではなく撮影条件やＸ線画像データから推定しても良い。
【００３３】
次に、特性算出部１１２において、ｓ４０３〜ｓ４０５のステップを実行することで、蓄積容量を変化させ、それぞれの蓄積容量について画素の入出力特性を算出する。
【００３４】
ステップｓ４０３で特性算出部１１２は入射Ｘ  線量｛ｘｉ  ｜  ｉ＝１，２…Ｎ  かつ  ｘｉ  ＜  ｘｉ＋１｝および、ｘｉ  に対応する任意の画素の出力値｛ｙｉ  ｜  ｉ＝１，２…Ｎ｝をその画素の入出力特性を示すサンプルデータとして取得する（ｓ４０３）。ここで、Ｘ線検出器１０４の各画素の出力値は、画像データにおいて対応する位置の画素値とする。画像データの画素値は各画素の出力値にダーク補正を加えたものとなっているが、各画素の出力値として扱う。
【００３５】
次に取得したサンプルデータに基づいて画素の入出力特性を関数モデルＦＬ  で近似するための最適パラメータおよび画素の飽和レベルを算出し、メインメモリ１０９に記憶する（ｓ４０４）。ここで本実施の形態では、例えば関数モデルＦＬとして下記式のような合成関数を用いる。
【００３６】
【数１】
2013062792.tif 000003
【００３７】
上記式は、ｘがＴＬ０未満では１次式を用いることで入出力特性が線形近似できる線量域をモデル化している。ＴＬ０〜ＴＬ１  では２次式を用いることで入出力特性が非線形近似できる線量域をモデル化している。更にＴＬ１を超えた場合は一定値とすることで、飽和レベルに達する線量域をモデル化したものである。
【００３８】
ここで、上記式の未知パラメータはＡＬ、ＢＬ、ＣＬ、ＴＬ０、ＴＬ１  であり、ｓ４０３で取得したサンプルデータ、即ち入射Ｘ  線量ｘｉとそれに対応する出力値ｙｉを良く近似する最適パラメータを求めれば良い。多数のサンプルデータから最小二乗基準に従って線形代数的に未知パラメータの最適値を求める方法は、周知の方法を用いて行えばよい。
【００３９】
また、飽和レベルＳＬ  は入射Ｘ線量ｘがＴＬ１を超えた場合の画素の出力値であり、下記式で算出することができる。
【００４０】
【数２】
2013062792.tif 000004
【００４１】
上記処理ｓ４０３〜ｓ４０４の動作を全画素に対して繰り返し実行し（ｓ４０５）、図１７に示すように画素毎の最適パラメータによるモデル近似および飽和レベルＳＬを算出し、低線量モードにおけるキャリブレーション動作を完了する。図１７は画素１について入射線量（Ｘ）に対する出力値（Ｙ）の関係を示すグラフであり、画素１についての実測値と（数１）でモデル近似したグラフとが示されている。
【００４２】
なおこれに限らず３次関数等を用いて近似することとしてもよい。
【００４３】
続いて、ｓ２０６〜ｓ２１０において駆動モードが高線量モードのときのキャリブレーション動作を行い、画素毎の最適パラメータＡＨ、ＢＨ、ＣＨ、ＴＨ０、ＴＨ１と飽和レベルＳＨを算出する。データ収集部１０５がＸ線検出器１０４の全画素の駆動モードを高線量モードに設定（ｓ４０６）した後は、低線量モードにおける前記ｓ４０２〜ｓ４０５と同様の処理であるため説明を省略する。
【００４４】
このように、駆動モードすなわち蓄積容量毎に、各画素の入出力特性を近似した最適パラメータおよび飽和レベルを算出する。
【００４５】
キャリブレーション動作の最後に、高線量モードのときの出力値を低線量モードのときの出力レベルに変換するための出力変換係数ＲＨＬを画素毎に算出する（ｓ４１１〜ｓ４１２）。本実施の形態では、低線量モードおよび高線量モードにおける入出力特性が線形な線量域での最適パラメータＡＬおよびＡＨを用いて、下記式にて画素毎に算出する。
【００４６】
【数３】
2013062792.tif 000005
【００４７】
以上により、駆動モードが低線量モードのときの最適パラメータＡＬ、ＢＬ、ＣＬ、ＴＬ０、ＴＬ１と飽和レベルＳＬ、高線量モードのときの最適パラメータＡＨ、ＢＨ、ＣＨ、ＴＨ０、ＴＨ１と飽和レベルＳＨ、高線量モードの出力変換係数ＲＨＬをそれぞれ画素毎に算出できる。これでキャリブレーション動作が完了する。
【００４８】
以上のキャリブレーション動作により、蓄積容量の異なる画素の出力値の対応関係を把握ことができる。蓄積容量の異なる画素では同じ線量を照射しても出力値される値は異なるが、上述の出力変換係数で対応関係を得られる。よってこの出力変換係数により高線量モードか低線量モードいずれか一方の画素の出力値を補正することで補正全体としてＸ線画像データを生成することができる。
【００４９】
ここで、画素毎に入出力特性を求めるのは画素毎に入出力特性が異なっているからである。画素毎に駆動モード毎の入出力特性を得ることにより、画素毎にモードの違いを補正することができる。
【００５０】
＜撮影動作＞
次に、図１のＸ線撮影装置１００の撮影動作について図５乃至図７に示すフローチャートを用いて説明する。なお、撮影動作では上述のキャリブレーション動作で取得した画素毎の入出力特性および飽和レベルに基づき、被検体を撮影した画像の入出力特性のばらつきを補正するとともに、次フレームの駆動モードを画素毎に決定する動作を行う。
【００５１】
まず、図５に示すフローチャートを用いて撮影動作全体の流れを説明する。被検体１０３は、オペレータによりＸ線検出器１０４に対して適切な位置となるように整位されたものとする。この状態で操作パネル１１０を介して入力された情報に基づき制御装置１０３のＣＰＵ１０８は撮影条件を設定する。また、撮影指示に応じてＣＰＵ１０８はＸ線発生部１０１およびＦＰＤ１０２に対してＸ線動画撮影の開始を指示する（ｓ５０１）。
【００５２】
Ｘ線動画撮影の開始直後では、制御装置１０３のモード決定部１１６からの指示に応じて、撮影制御部２０９（データ収集部１０５）は全画素の駆動モードを低線量モードに設定する（ｓ５０２）。これにより、線量が低い場合でも画像のコントラストを向上させることができるため、撮影者に線量をなるべく上げさせず、被験者の被爆量を低減させることができる効果がある。
【００５３】
ここで、ＤＳＡ等の高線量を要する撮影であることが予めわかっている場合には、ＤＳＡ撮影を実行するために入力された撮影条件に基づき撮影開始直後の画素の駆動モードを高線量モードとすることができる。これにより撮影開始直後の画素の飽和を減らし撮影直後から観察しやすい画像を得ることができる。
【００５４】
Ｘ線動画撮影では、ＣＰＵ１０８の制御に従いＸ線発生部１０１がＸ線ビームを連続的に、または間欠（パルス）的に照射する。Ｘ線ビームは、被検を減衰しながら透過して、Ｘ線検出器１０４に到達する。この撮影データは上述したようにオフセットばらつきが補正されたのち、ＣＰＵ１０８の制御に従いＸ線画像データの１フレームとしてメインメモリにいったん記憶される（ｓ５０３）。なお、本実施の形態では、被検体を人体とする。すなわち、Ｘ線検出器１０４から出力されるＸ線画像データは人体画像データとなる。
【００５５】
次に、画像データにおける１画素を選択しＣＰＵ１０８はデータ収集部１０５からこの画像における１画素に対応するセンサの画素について、設定されている駆動モードを取得する（ｓ５０４）。以下この画像における選択された画素を注目画素として説明する。なお各画素の駆動モードは制御装置１０３のメモリに記憶しておいてもよい。ステップｓ５０５でＣＰＵ１０８は注目画素の駆動モードが高線量モードであるか否かを判定し（ｓ５０５）、判定結果に応じて低線量モードにおける処理（ｓ５０６）または高線量モードにおける処理（ｓ５０７）のいずれかを実施する。これら処理は、入出力特性の補正処理と、飽和画素の補正処理と、駆動モードすなわち蓄積容量の変更処理とを含む処理である。ｓ５０６およびｓ５０７の処理の詳細については後述する。
【００５６】
ＣＰＵ１０８は上記処理ｓ５０４〜ｓ５０７をＸ線画像データの１フレームに含まれる全ての画素について繰り返し実施する（ｓ５０８）。更に上記処理ｓ５０３〜ｓ５０８を画像が撮影されるたびに撮影終了指示があるまで繰り返し、順次取得したＸ線画像データの１フレームを連続的に処理する（ｓ５０９）することで、撮影動作が継続的に行われる。
【００５７】
先述のｓ５０６の低線量モードである画素に対する処理について、図６に示すフローチャートを用いて具体的に説明する。はじめに飽和判定部１１３において、画素の出力値ＩＬ（ｘ，ｙ）（先述のｙｉに対応している）を取得する（ｓ６０１）。ここで言う出力値は注目画素の画素値である。次に飽和判定部１１３は注目画素に対応するセンサの画素が飽和しているか否かを判定する（ｓ６０２）。ここでは、撮影したＸ線画像データにおける注目画素（ｘ，ｙ）の出力値ＩＬ（ｘ，ｙ）と、注目画素に対応するセンサの画素の飽和レベルＳＬ（ｘ，ｙ）に基づいて、下記式の条件を満たす場合に飽和していると判定する。
【００５８】
【数４】
2013062792.tif 000006
【００５９】
ここで、係数ｋは飽和レベルＳＬ（ｘ，ｙ）に対するマージンを設定するパラメータであり、１以下の値を設定する。通常、飽和した画素からの出力値は一定値となるが、多少のばらつきが生じる。そこで、ばらつきを考慮して経験的に係数ｋを設定する。なお、本実施の形態ではｋ＝０．９５とする。
【００６０】
次に、飽和していると判定された画素に対応する注目画素（ｘ，ｙ）に対しては、飽和補正部１１５において出力値ＩＬ（ｘ，ｙ）を補正する（ｓ６０３）。ここでは、注目画素と相関の高い近傍画素を用いて補正する。具体的には、例えば注目画素を中心とした５×５画素からなる画素ブロックを形成し、ブロック内の平均値を注目画素の補正後の出力値とする。このとき形成した画素ブロック内の各画素について前記処理ｓ６０１と同等の判定を行い、飽和している画素を除く画素に対応する画素値についての平均値を算出するものとする。
【００６１】
更に、飽和していると判定された画素に対応する注目画素（ｘ，ｙ）に対しては、モード決定部１１６において、次フレームの駆動モードを高線量モードに設定する（ｓ６０４）。この制御により、現在の低線量モードにおいてＸ線量の過多により飽和しているセンサの画素が、次フレームでは同程度のＸ線量で飽和をさせないようにすることができる。
【００６２】
一方、前記処理ｓ６０２において飽和していないと判定された画素に対応する画像の注目画素（ｘ，ｙ）に対しては、特性補正部１１４が出力値ＩＬ（ｘ，ｙ）の入出力特性を補正する（ｓ４０５）。ここでは、注目画素に対応する最適パラメータＡＬ（ｘ，ｙ）、ＢＬ（ｘ，ｙ）、ＣＬ（ｘ，ｙ）および閾値ＴＬ０（ｘ，ｙ）、ＴＬ１（ｘ，ｙ）に基づいて、下記式のように代数的に求めた関数モデルＦＬの逆関数ＦＬ−１  にて注目画素の出力値ＩＬ（ｘ，ｙ）を補正する。
【００６３】
【数５】
2013062792.tif 000007
【００６４】
これにより、各画素の出力値が画素の入出力特性のばらつきに影響されない線量相当値に補正される。なお、本実施の形態では、逆関数を代数的に求めたが、これに限定されるものではなく、直接探索法（２分法、線形逆補間法など）や逐次近似法（ニュートン・ラフソン法、ベイリー法など）を用いて解析的に値を求めても良い。
【００６５】
先述のｓ５０７における高線量モードの画素に対する処理について、図７に示すフローチャートを用いて具体的に説明する。はじめに飽和判定部１１３において、注目画素の出力値を取得し注目画素に対応するセンサの画素が飽和しているか否かを判定する（ｓ７０１〜ｓ７０２）。判定方法は前記低線量モードにおける処理ｓ６０１〜ｓ６０２と同等であるため説明を省略する。
【００６６】
次に、画素が飽和していると判定された場合、飽和補正部１１５において出力値ＩＨ（ｘ，ｙ）を補正する（ｓ７０３）。補正方法は前記低線量モードにおける処理ｓ６０３と同等であるため説明を省略する。
【００６７】
更に、飽和していると判定された画素に対応する注目画素（ｘ，ｙ）に対しては、飽和判定部１１３において、注目画素に対応する画素を低線量モードとした場合に、飽和するか否かを判定する（ｓ７０４）。判定方法は処理ｓ６０１〜ｓ６０２と同等であるが、判定に用いる飽和レベルはＳＨ（ｘ，ｙ）の代わりにＳＬ（ｘ，ｙ）を用いる。
【００６８】
低線量モードの出力レベルにおいて飽和していないと判定された場合、モード決定部１１６は、当該注目画素に対応する画素の次フレームの駆動モードを低線量モードと決定する。決定に応じて撮影制御部２０９（データ収集部１０５）に対して蓄積容量を小さくするよう指示する。これに応じて撮影制御部２０９はＷＩＤ信号をローレベルとし、追加容量素子Ｃｆｄ１と光電変換素子を並列に接続するスイッチをオフする。これにより、駆動モードが低線量モードに設定される。（ｓ７０５）。これにより高線量モードにおいてＸ線量の不足によりＳ／Ｎの悪化している画素が、次フレームでは同程度のＸ線量でもＳ／Ｎを改善できることが期待される。また、低線量モードの出力レベルにおいて飽和すると判定された場合、モード決定部１１６は低線量モードへと変更しない決定または高線量モードを維持する決定を行う。
【００６９】
一方、ｓ７０２で画素が飽和していないと判定された場合、特性補正部１１４において出力値ＩＨ（ｘ，ｙ）の入出力特性を補正する（ｓ７０６）。補正方法は前記低線量モードと同様である。注目画素に対応する最適パラメータＡＨ（ｘ，ｙ）、ＢＨ（ｘ，ｙ）、ＣＨ（ｘ，ｙ）および閾値ＴＨ０（ｘ，ｙ）、ＴＨ１（ｘ，ｙ）に基づいて、関数モデルＦＨの逆関数ＦＨ−１  で注目画素の出力値ＩＨ（ｘ，ｙ）を補正する。詳細については前記低線量モードにおける処理ｓ６０５と同等であるため説明を省略する。
【００７０】
更に、画素が飽和していない場合、特性補正部１１４において出力値ＩＨ（ｘ，ｙ）を低線量モードの出力レベルに変換する（ｓ７０７）。ここでは、注目画素の出力値ＩＨ（ｘ，ｙ）と、この画素に対応する出力変換係数ＲＨＬ  （ｘ，ｙ）に基づいて、下記式で変換する。
【００７１】
【数６】
2013062792.tif 000008
【００７２】
これにより、Ｘ線画像データの１フレームに含まれる全ての画素を、駆動モードが低線量モードであるときの出力レベルに統一することができ、各画素の入出力特性および駆動モードに影響されない線量相当値に変換される。
【００７３】
以上、実施例１では画素毎の入出力特性および飽和レベルを算出し、被検体を撮影した画像の入出力特性のばらつきを補正するとともに、次フレームの駆動モードを画素毎に決定する。これにより各画素の受光量に応じて画素の飽和を減らしつつ感度を向上させ、適切な画質の画像を得ることができる。よって、撮影対象自体が広いダイナミックレンジを有する場合でも適切に動態検査や３Ｄ撮影を行うことができる。
【実施例２】
【００７４】
実施例２では線量域すなわち蓄積容量の異なる３つの駆動モードを備え、蓄積容量を３段階に変更可能である。また、イメージセンサに生じる欠陥画素に対応した処理を行うことができる。
【００７５】
本実施例の概要を図８乃至図１４および図１８を参照しつつ説明する。
【００７６】
図８に基づいてＸ線発生装置８００の構成を説明する。ＦＰＤ８０２のＸ線検出器８０４のイメージセンサにおける画素の構成が異なっている。
【００７７】
また、Ｘ線撮影装置８００の制御装置８０３が欠陥判定部８０１を有しており、駆動モード毎に欠陥画素の位置情報を取得しメインメモリ１０９に格納するとともに、画像データに基づいて欠陥画素であるか否かを判定する。この点で欠陥判定部８０１は欠陥取得部としても機能する。欠陥判定部８０１により欠陥画素と判定された場合にはモード決定の処理を省略することで画素に対する処理時間を全体として低減することができる。
【００７８】
図９に基づいてＸ線検出器８０４のイメージセンサにおける画素について説明する。各画素９０１は蓄積容量素子Ｃｆｄ１、Ｃｆｄ２を有しており、それぞれスイッチ素子を介して光電変換素子ＰＤと並列に接続されている。Ｃｆｄ１はＣｆｄ２よりも容量が小さい。信号ＷＩＤ１、信号ＷＩＤ２はそれぞれＣｆｄ１、Ｃｆｄ２に接続された各スイッチ素子のオンオフを制御する信号である。この信号ＷＩＤ１、信号ＷＩＤ２によりモード設定が変更される。ＦＰＤ８０２の撮影制御部２０９が信号ＷＩＤ１をハイに、ＷＩＤ２をローにすることでＣｆｄ１のみを接続状態としＣｆｄ２を非接続状態となる。これによって画素が低線量モードに設定される。逆に、Ｃｆｄ１を非接続状態としＣｆｄ２のみを接続状態とすることで中線量モードに設定される。またＣｆｄ１とＣｆｄ２の両方を接続状態とすることで高線量モードに設定される。
【００７９】
その他、制御装置８０３の欠陥判定部８０１は駆動モード毎に欠陥マップを生成する。また欠陥判定部８０１は生成された欠陥マップとＸ線画像データの画素値とから各画素が欠陥であるか否かを判定する。ここで、駆動モード毎に使用する回路内の蓄積容量が異なることにより、欠陥画素の数や位置が駆動モード毎に変化するという問題がある。これに対応して、駆動モード毎に欠陥マップを生成することで、駆動モード毎に異なる欠陥画素に対応した処理が実行でき、欠陥画素に起因する画質の劣化を抑えることができる。なお、駆動モード毎に用いる回路素子の違いが無視できる場合には、駆動モードによらずＸ線検出器８０４について１つの欠陥マップを生成しておけばよい。
【００８０】
その他、Ｘ線撮影装置の構成は実施例１と同様であるため説明を省略する。
【００８１】
上述のＸ線撮影装置８００のＣＰＵ１０８により制御されるキャリブレーション動作および撮影動作は実施例１と異なっており、以下図１０乃至図１４および図１８を用いて説明する。なお、図８のＸ線撮影装置８００において、図１のＸ線動画撮影装置１００と同様に動作する箇所は同じ符号を付し、その詳細は省略する。また、図１０乃至図１４に示すフローチャートにおいて、それぞれ実子例１の図４乃至図７に示したフローチャートと同様の処理を実行するステップについては実施例１と同じ符号を付す。以下実施例１とは異なる構成について説明する。
【００８２】
＜キャリブレーション動作＞
図１０のフローチャートに従い本実施例に係るキャリブレーション動作の処理手順を説明する。まず操作パネル１１０を介したオペレータの指示により制御装置８０３がキャリブレーション動作を開始させる。実施例１と同様に、モード決定部１１６は駆動モードを低線量モードに設定する決定を行い、撮影制御部２０９が全画素の駆動モードを低線量モードに設定する。また、Ｘ線ビームの強度を変えた複数回の撮影を行い、特性算出部１１２は低線量モードのときの最適パラメータＡＬ、ＢＬ、ＣＬ、ＴＬ０、ＴＬ１と飽和レベルＳＨを画素毎に算出する（ｓ４０１〜ｓ４０５）。
【００８３】
次に、本実施の形態の特徴的な処理として、欠陥判定部８０１が低線量モードにおける欠陥マップＤＬを生成し保持する（ｓ１００１）。ここで欠陥画素とは、入射線量に対する出力が変化しないか、また入出力特性のモデル化ができない画素である。また欠陥マップとは、正常画素と欠陥画素を識別するフラグを画素毎に保持したものであり、本実施の形態では正常画素は０、欠陥画素は１を保持するものとする。欠陥判定部８０１は、例えば、図１８に示す方法を用いる。図１８の左部分には、被写体を介さずにＸ線を照射し得られた白画像データを適当なサイズの画素ブロックに分割した状態が示されている。図１８の右部分には、横軸をブロック内の位置、縦軸を画素値とした画素値の空間的な変化を示すグラフが示されている。このブロック内の平均値、標準偏差を求め、ｎを指定値として画素値が平均値±（ｎ×標準偏差）の範囲に入っていない画素を欠陥画素と判定する。その他、欠陥画素を判定するための周知の方法を利用可能である。
【００８４】
続いて、ｓ１００２〜ｓ１００７、ｓ１００６〜ｓ１０１０、ｓ１００８において駆動モードが中線量モードと高線量モードのときのキャリブレーション動作を行い、中線量モードおよび高線量モードにおける画素毎の最適パラメータと飽和レベルと欠陥マップを算出する。これらの処理は低線量モードにおける前記ｓ６０１〜ｓ６０５、ｓ１００１と同様であるため説明を省略する。
【００８５】
最後にモード決定部１１６は中線量モードの出力値を低線量モードの出力レベルに変換する出力変換係数ＲＭＬ、高線量モードの出力値を中線量モードの出力レベルに変換する出力変換係数ＲＨＭ、高線量モードの出力値を低線量モードの出力レベルに変換する出力変換係数ＲＨＬを画素毎に下記式の通り算出する（ｓ１００９〜ｓ１０１０、ｓ４１１）。
【００８６】
【数７】
2013062792.tif 000009
【００８７】
以上により、駆動モードが低線量モード、中線量モード、高線量モードのときの最適パラメータと飽和レベルと欠陥マップ、更に中線量モード、高線量モードのときの出力変換係数をそれぞれ画素毎に算出できる。
【００８８】
＜撮影動作＞
次に、図８のＸ線撮影装置８００の撮影動作について図１１乃至図１４に示すフローチャートを用いて説明する。なお、撮影動作では上述のキャリブレーション動作で取得したセンサの各画素の入出力特性、飽和レベルおよび欠陥マップに基づき、被検体を撮影した画像の入出力特性のばらつきを補正するとともに、次フレームの駆動モードを画素毎に決定する動作を行う。
【００８９】
まず、全体的な流れについて図１１に示すフローチャートを用いて説明する。はじめに実施例１と同様に、ＣＰＵ１０８の制御に基づいてＸ線動画撮影を開始する（ｓ５０１）。モード決定部１１６の決定に応じて撮影制御部２０９は全画素の駆動モードを低線量モードに設定する（ｓ５０２）。制御装置８０３はＦＰＤ８０２からＸ線画像データの１フレームを取得し（ｓ５０３）、ＣＰＵ１０８に順次選択される注目画素の駆動モードを取得する（ｓ５０４）。
【００９０】
次に、取得した駆動モードに従った処理を行う（ｓ１１０１）。即ち、駆動モードが低線量モードの画素に対しては低線量モード用の処理、中線量モードの画素に対しては中線量モード用の処理、高線量モードの画素に対しては高線量モード用の処理を行う。それぞれの駆動モードの処理に関しては駆動モード毎に図１２、図１３、図１４に基づき説明する。
【００９１】
上記処理ｓ５０４、ｓ１１０１をＸ線画像データの１フレームに含まれる全ての画素について繰り返し実施する（ｓ５０８）。更に上記処理ｓ５０３〜ｓ５０４、ｓ１１０１、ｓ５０８を撮影終了指示があるまで繰り返す。このように順次取得したＸ線画像データの１フレームを連続的に処理する（ｓ５０９）することで本実施の形態の撮影動作が継続的に行われる。
【００９２】
図１２に示すフローチャートに従い上述のｓ１１０１における低線量モードのときの注目画素に対する処理を説明する。はじめに欠陥判定部８０１において、注目画素に対応するセンサの画素が低線量モードにおいて欠陥画素か否かを判定する（ｓ１２０１）。ここでは、本実施の形態におけるキャリブレーション動作で生成した欠陥マップＤＬ（ｘ，ｙ）を用いて判定する。具体的には、ＤＬ（ｘ，ｙ）＝１のとき欠陥画素と判定する。
【００９３】
次に、低線量モードにおいて欠陥画素でないと判定された画素に対応する画像データの注目画素（ｘ，ｙ）について、飽和判定部１１３が飽和しているか否かを判定する（ｓ１２０２）。判定方法は実施例１における処理ｓ６０１〜ｓ６０２と同等であるため説明を省略する。
【００９４】
次に、飽和していないと判定された画素に対応する画像データの注目画素（ｘ，ｙ）に対しては、特性補正部１１４において出力値ＩＬ（ｘ，ｙ）の入出力特性を補正する（ｓ１２０３）。補正方法は実施例１における処理ｓ６０５と同等であるため説明を省略する。
【００９５】
一方、前記処理ｓ１２０２において飽和していると判定された場合、モード決定部１１６は、次フレームの駆動モードを中線量モードに設定し（ｓ１２０４）、更に、飽和補正部１１５において出力値ＩＬ（ｘ，ｙ）を補正する（ｓ１２０５）。これらの処理は、実施例１における処理ｓ６０３〜ｓ６０４と基本的には同等である。しかし本実施の形態のｓ１２０５においては、補正値としてブロック内の平均値を算出する際に、ブロック内の飽和画素と欠陥画素を平均値の算出から除外し残りの画素の平均値をブロック内の平均値として算出するものとする。
【００９６】
前記処理ｓ１２０１で、低線量モードにおいて欠陥画素であると判定された画素に対しては、欠陥判定部８０１は中線量モードにおける欠陥マップＤＭ（ｘ，ｙ）を用いて欠陥画素か否かを判定する（ｓ１２０６）。中線量モードにおいて欠陥画素でないと判定された画素に対しては、前記処理ｓ１２０４〜ｓ１２０５によって、次フレームの駆動モードを中線量モードに設定し、出力値ＩＬ（ｘ，ｙ）を補正する。
【００９７】
更に、前記処理ｓ１２０６で、中線量モードにおいて欠陥画素であると判定された画素に対しては、欠陥判定部８０１が高線量モードにおける欠陥マップＤＨ（ｘ，ｙ）を用いて欠陥画素か否かを判定する（ｓ１２０７）。高線量モードにおいて欠陥画素でないと判定された画素に対しては、モード決定部１１６において、次フレームの駆動モードを高線量モードに設定し（ｓ１２０８）、その後、判定結果に関わらずｓ１２０５で特性補正部１１４が出力値ＩＬ（ｘ，ｙ）を補正する。
【００９８】
図１３に示すフローチャートに従い、前記処理ｓ１１０１における中線量モードのときの注目画素に対する処理を説明する。はじめに、欠陥判定部８０１は欠陥マップＤＭ（ｘ，ｙ）を用いて注目画素が中線量モードにおいて欠陥画素か否かを判定する（ｓ１３０１）。欠陥画素でない場合は、飽和判定部１１３は飽和レベルＳＭ（ｘ，ｙ）を用いて飽和しているか否かを判定する（ｓ１３０２）。飽和していない注目画素に対しては特性補正部１１４が関数ＦＭ−１（ｘ，ｙ）を用いて出力値ＩＭ（ｘ，ｙ）の入出力特性を補正する（ｓ１３０３）。これらの処理は低線量モードの画素に対する処理ｓ１２０１〜ｓ１２０３と同等であるため説明を省略する。
【００９９】
次に、特性補正部１１４が出力変換係数ＲＭＬ（ｘ，ｙ）を用いて、入出力特性を補正した出力値ＩＭ（ｘ，ｙ）を低線量モードの出力レベルに変換する（ｓ１３０４）。変換方法は実施例１における処理ｓ７０７と同様に下記式で変換する。
【０１００】
【数８】
2013062792.tif 000010
【０１０１】
次に、飽和判定部１１３は低線量モードの出力レベルに変換した出力値ＩＭ’（ｘ，ｙ）と、その画素に対応した飽和レベルＳＬ（ｘ，ｙ）に基づいて、注目画素に対応するセンサの画素が低線量モードにおいて飽和しているか否かを判定する（ｓ１３０５）。飽和していない場合は、欠陥判定部８０１が欠陥マップＤＬ（ｘ，ｙ）に基づいて欠陥画素か否かの判定（ｓ１３０６）を行い、両方とも否判定である場合に限り、モード決定部１１６の決定に応じて次フレームの駆動モードを低線量モードに設定する（ｓ１３０７）。
【０１０２】
前記処理ｓ１３０２で、飽和していると判定された画素に対しては、モード決定部１１６の決定に応じて次フレームの駆動モードを高線量モードに設定する（ｓ１３０８）。また飽和補正部１１５が出力値ＩＭ（ｘ，ｙ）を補正する（ｓ１３０９）。これらの処理は、低線量モードの画素に対する処理ｓ１２０４〜ｓ１２０５と同等であるため説明を省略する。
【０１０３】
前記処理ｓ１３０１で、中線量モードにおいて欠陥画素であると判定された画素に対しては、同様に高線量モードにおける欠陥マップＤＨ（ｘ，ｙ）を用いて欠陥画素か否かを判定する（ｓ１３１０）。高線量モードにおいて欠陥画素でないと判定された画素に対しては、前記処理ｓ１３０８〜ｓ１３０９によって、次フレームの駆動モードを高線量モードに設定し、出力値ＩＭ（ｘ，ｙ）を補正する。
【０１０４】
更に、前記処理ｓ１３１０で、高線量モードにおいて欠陥画素であると判定された画素に対しては、欠陥判定部８０１は低線量モードにおける欠陥マップＤＬ（ｘ，ｙ）を用いて欠陥画素か否かを判定する（ｓ１３１１）。低線量モードにおいて欠陥画素でないと判定された画素は、モード決定部１１６の決定に応じて次フレームの駆動モードを低線量モードに設定し（ｓ１３１２）、その後、判定結果に関わらず前記処理ｓ１３０９で特性補正部１１４が出力値ＩＭ（ｘ，ｙ）を補正する。
【０１０５】
図１４に示すフローチャートに従いｓ１１０１における高線量モードのときの注目画素に対する処理について説明する。はじめに、欠陥判定部８０１は欠陥マップＤＨ（ｘ，ｙ）を用いて注目画素に対応するセンサの画素が高線量モードにおいて欠陥画素か否かを判定する（ｓ１４０１）。欠陥画素でない場合は、飽和判定部１１３が飽和レベルＳＨ（ｘ，ｙ）を用いて飽和しているか否かを判定する（ｓ１４０２）。飽和していない画素に対しては特性補正部１１４が関数ＦＨ−１（ｘ，ｙ）を用いて出力値ＩＨ（ｘ，ｙ）の入出力特性を補正し（ｓ１４０３）、出力変換係数ＲＨＭ（ｘ，ｙ）を用いて中線量モードの出力レベルに変換する（ｓ１４０４）。その後飽和判定部１１３が飽和レベルＳＭ（ｘ，ｙ）を用いて中線量モードにおいて飽和しているか否かの判定（ｓ１４０５）を行うとともに、欠陥判定部８０１が欠陥マップＤＭ（ｘ，ｙ）を用いて欠陥画素か否かの判定（ｓ１４０６）を行う。両方とも否判定である場合に限り、モード決定部は画素を中線量モードとする決定を行い、これに応じて撮影制御部２０９（データ収集部１０５）が次フレームの駆動モードを中線量モードに設定する（ｓ１４０７）。これらの処理は、中線量モードの画素に対する処理ｓ１３０１〜ｓ１３０７と同様であるため説明を省略する。
【０１０６】
次に、前記処理ｓ１４０５およびｓ１４０６の判定結果に関わらず、前記処理ｓ１４０４で中線量モードの出力レベルに変換した出力値を、更に出力変換係数ＲＭＬ（ｘ，ｙ）を用いて低線量モードの出力レベルに変換する（ｓ１４０８）。変換方法は、中線量モードの画素に対する処理ｓ１３０４と同様であるため説明を省略する。
【０１０７】
前記処理ｓ１４０２で、飽和していると判定された画素に対しては、飽和補正部１１５において出力値ＩＨ（ｘ，ｙ）を補正する（ｓ１４０９）。補正方法は、中線量モードの画素に対する処理ｓ１３０９と同様であるため説明を省略する。
【０１０８】
前記処理ｓ１４０１で、高線量モードにおいて欠陥画素であると判定された画素対しては、欠陥判定部８０１が中線量モードにおける欠陥マップＤＭを用いて欠陥画素か否かを判定する（ｓ１４１０）。中線量モードにおいて欠陥画素でないと判定された画素に対しては、モード決定部１１６において、次フレームの駆動モードを中線量モードに設定する旨の決定を行い、決定に応じて撮影制御部２０９は画素の駆動モードを中線量モードに設定する（ｓ１４１１）。
【０１０９】
更に、前記処理ｓ１４１０で、中線量モードにおいて欠陥画素であると判定された画素に対しては、欠陥判定部８０１が低線量モードにおける欠陥マップＤＬ（ｘ，ｙ）を用いて欠陥画素か否かを判定する（ｓ１４１２）。低線量モードにおいて欠陥画素でないと判定された画素に対しては、モード決定部１１６の決定に応じて、次フレームの駆動モードを低線量モードに設定する（ｓ１４１３）。その後、判定結果に関わらず特性補正部１１４が前記処理ｓ１４０９により出力値ＩＨ（ｘ，ｙ）を補正する。
【０１１０】
以上、実施例２では駆動モードに依存した欠陥画素が存在する場合においても、その影響を回避して、画素毎に最適な駆動モードを設定することができる。
【０１１１】
なお上述の実施例では、飽和と判定された画素について蓄積容量を増やす場合には欠陥画素であるか否かの判定をしないこととしているが、欠陥画素の判定をすることとしてもよい。
【実施例３】
【０１１２】
実施例３では、８種類の撮影モードが画素毎に設定可能となっており、蓄積容量を８段階に変更可能である。更に、各画素の駆動モードを示す次フレーム駆動マップをメインメモリ１０９に格納してモード決定部１１６の決定に応じて逐次更新する。ここで、各画素の駆動モードを当該画素の周辺の駆動モードに基づいて補正する。当該補正処理はモード決定部１１６により行われる。図１５を参照しながら本実施例を説明する。
【０１１３】
イメージセンサの各画素では例えば容量比が１：２：４の追加容量素子Ｃｆｄ１、Ｃｆｄ２、Ｃｆｄ３がそれぞれスイッチ素子を介して光電変換素子と並列接続が可能となっている。更に、スイッチ素子を介さずに光電変換素子に接続された蓄積容量素子Ｃｆｄを有している。各スイッチ素子はそれぞれ撮影制御部から出力されるＷＩＤ１、ＷＩＤ２、ＷＩＤ３によってオンオフされる。このように撮影制御部２０９はＣｆｄ１、Ｃｆｄ２、Ｃｆｄ３それぞれと光電変換素子との接続状態を独立に制御することができるため、蓄積容量の大きさを８パターン設定することができる。
【０１１４】
先述の実施例では画素毎に駆動モードを判定しているが、通常Ｘ線画像において局所的には駆動モードが大きく変化しないため、隣り合う画素で駆動モードが大きく異なる場合は、ノイズの影響でよるものである場合が多いと考えられる。そこで本実施例では各画素の駆動モードを画素の出力値と周辺の駆動モードに基づいて補正する。画素の駆動モードを周辺画素の駆動モードで補正することで、ノイズの影響を抑え、画素毎にモードが大きくばらつくことに起因するノイズを低減することができる。
【０１１５】
Ｘ線撮影装置１００の撮影動作での処理手順は実施例１と異なり、図１５に示したフローチャートに従った動作とする。なお、図１のＸ線動画撮影装置１００において、実施例１と同様に動作する箇所は同じ符号を付し、その詳細は省略する。また、図１５に示すフローチャートにおいて、図４に示したフローチャートと同様に処理実行するステップは同じ符号を付し、ここでは、上述した実施例１とは異なる構成についてのみ具体的に説明する。
【０１１６】
＜キャリブレーション動作＞
実施例１と同様に図２に示すフローチャートに従ってキャリブレーション動作を行う。ただし、実施例１では低線量モードと高線量モードの２つの駆動モードであったのに対して、本実施の形態では、モードＭ１からモードＭ８までの８モードについて、同様のキャリブレーション動作を行うものとする。なおＭ１〜Ｍ８は使用可能な線量域が異なっている。Ｍ１が最小の線量域であり、Ｍ２以降順に線量域が増加し、Ｍ８で最大の線量域となるものとする。キャリブレーション動作の詳細については、実施例１と同様であるため説明を省略する。
【０１１７】
＜撮影動作＞
本実施例に係るＸ線撮影装置１００の撮影動作について図１５に示すフローチャートを用いて説明する。はじめに実施例１と同様に、Ｘ線動画撮影の開始し（ｓ５０１）、全画素の駆動モードを最も低線量なモードであるＭ１に設定し（ｓ５０２）する。
【０１１８】
次に、本実施の形態の特徴的な処理として、次フレーム駆動マップＭ（ｘ，ｙ）を初期化する（ｓ１５０１）。次フレーム駆動マップとは、Ｘ線検出器１０４の次のフレームの駆動モードを画素毎に保持したものであり、本実施の形態では、モードＭ１〜Ｍ８に対応した値として１〜８のいずれかを保持するものとする。ここでは初期化動作として、次フレーム駆動マップＭ（ｘ，ｙ）の全画素の値を１と設定する。
【０１１９】
次に、Ｘ線画像データの１フレームを取得し（ｓ５０３）、あるひとつの画素に着目して駆動モードを取得し（ｓ５０４）、取得した駆動モードに従った処理を行う（ｓ１５０２）。すなわち、駆動モードＭ１の画素に対してはＭ１用の処理、Ｍ２の画素に対してはＭ２用の処理といった具合にＭ１〜Ｍ８用のいずれかの処理を行う。それぞれの駆動モードにおける処理は、基本的に実施例１または２と同様である。画素が飽和していたら、次フレームの駆動モードを一段階高線量側に変更する。飽和していなかったら、一段階低線量側の駆動モードにおいて飽和判定部１１３による飽和判定を行う。否判定であれば一段階低線量側に変更する。
【０１２０】
続いて、前記処理ｓ１５０２において注目画素（ｘ，ｙ）の次フレームにおける駆動モードが変更された場合は、それに対応した値によって次フレーム駆動マップＭ（ｘ，ｙ）を更新する（ｓ１５０３）。例えばｓ１５０２において駆動モードＭ３で動作していた画素が次のフレームでＭ４に変更となった場合は、当該画素に対応する次フレーム駆動マップＭ（ｘ，ｙ）の値を４に更新する。
【０１２１】
Ｘ線画像データの１フレームに含まれる全ての画素  （ｘ，ｙ）について、上記処理ｓ３０４、ｓ１５０２〜ｓ１５０３を繰り返し実施（ｓ５０８）した後、モード決定部１１６において、次フレーム駆動マップＭ（ｘ，ｙ）の補正を行う（ｓ１５０４）。ここでは、Ｍ（ｘ，ｙ）の各画素と相関の高い近傍画素の重み付け加算を補正後の値とする。
【０１２２】
【数９】
2013062792.tif 000011
【０１２３】
ここで、Ｎ  は参照する近傍画素の範囲を指定する定数であり、本実施の形態では例えばＮ＝２  とする。また、Ｗ  は近傍の各画素に対する重み係数を設定する関数である。なお、この関数系については特に限定するものではないが、本実施の形態では、例えば下記式に示すようなガウス関数を用いる。
【０１２４】
【数１０】
2013062792.tif 000012
【０１２５】
ここで、σはガウス関数の標準偏差を表し、本実施の形態では例えばσ＝Ｎ  とする。なお、補正後の次フレーム駆動マップＭ’（ｘ，ｙ）には１〜８の整数を格納する必要があるため、実際には上記式により算出したＭ’（ｘ，ｙ）を四捨五入して格納する。
【０１２６】
最後に、モード決定部１１６において、各画素の次フレームの駆動モードを、前記処理ｓ１５０４で補正した次フレーム駆動マップＭ’（ｘ，ｙ）に従って設定する指示を出力する（ｓ１５０５）。この指示に応じて撮影制御部２０９（データ収集部１０５）は各画素の駆動モードを変更する。更に、前記処理ｓ５０３以降を撮影終了指示があるまで繰り返し、順次取得したＸ線画像データの１フレームを連続的に処理する（ｓ５０９）することで本実施の形態の撮影動作が継続的に行われる。
【０１２７】
以上、実施例３ではノイズ等の影響により、次フレームの駆動モードが近傍画素のそれとは大きく異なる場合においても、相関の高い近傍画素の飽和状況または駆動モードに基づいて補正することができ、画素毎に最適な駆動モードを設定することができる。
【０１２８】
なお、本実施例において、例えば駆動モードＭ４とした場合でも、駆動モードＭ３とした場合でも、駆動モードＭ２とした場合でも飽和していないと判定された場合には、モード決定部１１６は駆動モードをＭ２に設定する旨の決定をすることとしてもよい。このように入出力特性に基づいて蓄積容量の変更量を決定することにより、高ダイナミックレンジと高感度を両立した画像を得ることができる。
【実施例４】
【０１２９】
上述の実施例では画素の入出力特性について低線量域を線型関数で、高線量域を非線型関数でモデル化しているが、あまりに線量相当値が小さ過ぎる場合、ＳＮ比が低下し画質が劣化してしまう場合がある。そこで、入射線量に対するＳＮ比の特性を求め、許容されるＳＮ比を下回る場合には、例え飽和判定部１１３に飽和すると判定されない場合でも当該モードへの変更をさせないこととする。装置の構成については実施例１または２と同様であるため説明を省略する。
【０１３０】
制御装置１０３の特性算出部１１２は各線量モード毎に線量を変えて複数の白画像データを撮影し、画像データについてＳＮ比を算出する。ＳＮ比の算出方法は周知の方法を用いることとする。これにより各線量モード毎に入射線量に対するＳＮ比の特性を示すデータを得ることができる。このＳＮ比特性データをメインメモリ１０９に格納する。このように特性算出部１１２はＳＮ特性の特性取得部として機能する。
【０１３１】
また、予めＳＮ比の下限を示す閾値をメインメモリ１０９に格納しておく。この閾値はユーザが設定してもよいし、実験的に求められた既定値を格納しておいてもよい。
【０１３２】
制御装置１０３のモード決定部１１６は、低線量モードに設定された画素が飽和していないと判定された場合に、ＳＮ比特性データを参照して当該画素の出力値に対応するＳＮ比を求める。この処理は実施例１の（数５）に基づいて出力値に対応する入射線量を求め、当該入射線量とＳＮ比特性データから対応するＳＮ比を特定することにより行われる。
【０１３３】
ＳＮ比がメインメモリ１０９に格納された閾値よりも小さいと判定された場合には、高線量モードに変更する。
【０１３４】
また別の状況として、高線量モードに設定された画素が飽和していないと判定された場合に、モード決定部１１６はＳＮ比特性データを参照して当該画素の出力値に対応するＳＮ比を求める。ＳＮ比がメインメモリ１０９に格納された閾値よりも小さいと判定された場合には、低線量モードに変更する。
【０１３５】
このように、各画素の入出力特性とＳＮ特性とに基づいて蓄積容量を減少させるか否かを決定することで、画像のＳＮ特性が大きく低下してしまうことを減らし、画質の良い画像をユーザに提供することができる。
【０１３６】
（その他の実施例）
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【０１３７】
上述の例では画素毎に飽和判定処理と補正処理を行ったが、Ｘ線画像データを例えば５×５画素からなる画素ブロックに分割し、実施例１と同様の処理を画素ブロック毎に行っても同様の効果が得られる。加えてこの場合には、画素毎に判定する場合に比べて処理の負荷を軽減することができる。また、図３に示すように画素毎に感度スイッチＭ１からの信号線Ａを引き出す場合に比べ、センサ内の信号線の和を減らすことができるため、センサ製造時の歩留まりを向上させ、品質を維持しやすくなる効果がある。
【０１３８】
あるいは、画素毎に蓄積容量を制御するためのメモリの機能を果たすコンデンサを設け、かかるコンデンサを複数の感度スイッチＭ＃のベース側に接続する。そして、撮影制御部の制御により画素ごとのコンデンサに印加する電圧の大きさで感度スイッチのオンオフを制御させることができる。例えば、電圧の値を小さいほうから順にＩ１、Ｉ２，Ｉ３、Ｉ４として、電圧Ｉ１を印加した際には全てのスイッチがオフ、電圧Ｉ２を印加すると１つのスイッチのみオン、電圧Ｉ３を印加すると２つのスイッチがオン、電圧Ｉ４を印加すると全てのスイッチがオンとなるように、スイッチの種類或いは抵抗器等を利用して構成することができる。
【０１３９】
また別の例として、オペレータが操作パネル１１０を介して指定した範囲に基づいて、ＣＰＵ１０８で画像上の部分領域を特定し、モード決定部１１６は当該部分領域に対応するセンサの画素についてのみ他の領域と駆動モードを変更する。これにより、ユーザが選択した範囲についてのみ高感度の画像を得ることや、高ダイナミックレンジの画像を得ることができる。
【０１４０】
また、上述の例では飽和しているか、またはＳＮ比が許容値以内か否かに応じて蓄積容量を強制的に変更することとしていたが、モードの変更により撮影中の予期しないタイミングで画像が微妙に変化してしまうことも考えられる。このような場合を避けるために、その他の実施例ではユーザに警告し、操作部を介した入力に応じてユーザが手動でモードを変更できるようにする。
【０１４１】
これは、制御装置１０３が画素の飽和にまたはＳＮ比の低下に応じて、警告を示すメッセージ、画像またはアイコン等及びそれらの組み合わせを表示部１１１に表示させる。表示は、１画素でも飽和した場合には表示させることとしてもよいし、所定の閾値を超える画素が飽和した場合にその旨を通知する表示をすることとしてもよい。あるいは、飽和した画素の位置を縮小画像中に重畳表示させ、動画の撮影と同期させることとしてもよい。さらには、画像の中央付近の部分領域で飽和する画素が所定の閾値より多く存在する場合に警告を表示することとしてもよい。係る表示の制御は飽和判定部１１３の出力結果を受け、ＣＰＵ１０８がプログラムを読み込むことで行う。
【０１４２】
操作パネル１１０は駆動モードを指示する入力を受付られるようにモード変更用のボタンを有し、係るボタンの押下に応じてモード決定部１１６は駆動モードを変更する処理を行う。モード決定部１１６はボタンが押下されたタイミングで検出器１０４が電荷の蓄積中であれば次のフレーム画像の撮影に用いる蓄積容量を変更するよう、ＦＰＤ１０２の撮影制御部２０９にＷＩＤ信号をハイまたはローにするよう指示する。検出器１０４が電荷の蓄積中でない場合には、直ちにＷＩＤ信号をハイまたはローにするよう指示する。このようにすることで、撮影中の予期しない画像の変化を防ぐことができる。
【０１４３】
また、上述の例では飽和するか否かを判定していたが、線形性のよい領域から外れた場合に駆動モードを自動変更することとしてもよい。この場合、飽和判定部１１３は特性算出部１１２で算出された各画素の入出力特性に基づいて入出力特性が非線形となる線量が照射されているか否かを画素毎に判定する。非線形と判定された画素について、モード決定部１１６は撮影モードを変更し蓄積容量を拡大させる決定を画素毎に行う。これに応じてＦＰＤ１０２の撮影制御部２０９は各画素の蓄積容量を設定するべくＷＩＤ信号を出力する。これにより、常に入出力特性が線形性を有することとなるため、線形領域及び非線形領域を含む入出力特性のモデル化及び補正に伴う画像のノイズを抑制することができる。特に、低線量での撮影や、センサの感度が十分である場合には有効である。また、上述の通りに警告表示を行い、手動でのモード変更を促すこととしてもよい。
【０１４４】
上述の例では画素内の蓄積容量を変更する例を示したが、画素外またはセンサ基板外の差動増幅器２０８のゲインを変更することも考えられる。この場合、実施例２や実施例３のように複数の追加容量を設けずともよく、安価な構成で多段階にゲインを変えることができる。
【０１４５】
また上述の実施例ではＸ線撮影装置について説明したが、本発明を可視光やその他の波長帯域の光による撮影を行う撮影装置に用いることができる。この場合、上述の実施例で「線量」として説明した概念は「光量」に置き換えられることとなる。
【０１４６】
ただし、Ｘ線画像は診断に用いられる画像であること、色情報を有しないこと、人体のような比較的大きなダイナミックレンジを有する被写体を撮影することが大きいことなどの特有の特徴がある。これら特有の特徴により、高感度の撮影とダイナミックレンジを大きくした撮影とを両立するという点が重要な意義を有する。そのため、本発明をＸ線撮影装置またはＸ線センサの制御装置に用いることで、診断上有用な画像を得ることができる。
【０１４７】
また、本発明は、前述した実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラム（実施例では図に示すフローチャートに対応したプログラム）を、装置に供給し、装置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することで達成される場合を含む。
【０１４８】
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。
【０１４９】
また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施例の機能が実現される他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ  などが、上述の処理の一部または全部を行う場合にも、前述した実施例の機能が実現され得る。
【符号の説明】
【０１５０】
１００  Ｘ線撮影装置
１０１  Ｘ線発生部
１０２  ＦＰＤ（フラットパネルディテクタ）
１０３  制御装置
１０４  Ｘ線検出器
１０５  データ収集部
１０８  ＣＰＵ
１１２  特性算出部
１１３  飽和判定部
１１４  特性補正部
１１５  飽和補正部
１１６  モード決定部
２０９  撮影制御部（データ収集部）
Ｃｆｄ  蓄積容量素子
Ｃｆｄ１  追加容量素子
【図１】
2013062792.tif 000013
【図２】
2013062792.tif 000014
【図３】
2013062792.tif 000015
【図４】
2013062792.tif 000016
【図５】
2013062792.tif 000017
【図６】
2013062792.tif 000018
【図７】
2013062792.tif 000019
【図８】
2013062792.tif 000020
【図９】
2013062792.tif 000021
【図１０】
2013062792.tif 000022
【図１１】
2013062792.tif 000023
【図１２】
2013062792.tif 000024
【図１３】
2013062792.tif 000025
【図１４】
2013062792.tif 000026
【図１５】
2013062792.tif 000027
【図１６】
2013062792.tif 000028
【図１７】
2013062792.tif 000029
【図１８】
2013062792.tif 000030