(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）観測対象物を透過できる平行ビーム発生源を備え、該発生源からのその平行ビームを照射する投影方向としては、観測対象物を直進透過して到達した投影値検出手段において平行ビームと検出装置平面との成す傾斜角が４５°近辺の所定値になるように傾斜角を一定に保持して、平行ビームの中央ビームが検出装置平面の中心の検出素子を通り抜けるようにし、平行ビーム発生源を検出装置平面の中心における垂直線を中心軸として一周回転移動させながら、回転角が複数の各所定値においてその位置における投影方向から、平行ビームを照射して観測対象物を透過した後の投影値を検出装置によって計測する投影データ取得手段と、
（ｂ）観測対象物空間を３次元画像空間とみなし、投影値検出手段の検出装置で各検出素子が平面状に等間隔に配置されている平面に対して検出素子の中心を画素領域の中心点とする２次元画像を設定して、その２次元画像面に垂直な方向に２次元画像を層として等間隔に積み重ねた３次元画像の空間を設定すると、前記（ａ）における各投影方向からの平行ビームは、下から第１層目の検出装置平面では各検出素子において中心をビームが一本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、第２層目以降の各層では層中の各画素において画素領域の中心水平面をビームが１本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、同じ層ではどの画素でも各画素領域内部を通り抜けるビームの位置関係が同じになり、全ての投影方向から平行ビームを所定傾斜角で投影する前記（ａ）の場合には、３次元画像空間での各層において、各画素領域でのビーム透過状態が全て均一になるという一様透過性の性質を保有しているので、そこで各画素を中心とする所定サイズの部分空間において標本化モデルを設定して、各投影方向からのビームについて方程式を立て、部分空間を通る全ビームに関する連立方程式を立てて行列で表現して、特異値分解を行って一般逆行列を求め、中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを算出する標本化モデルと特異値分解による手段、または中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを、部分再構成影響関数Ｇにおいて各ビームと画素中心点との位置関係を代入することによって算出する部分再構成影響関数による手段からなる部分再構成係数作成手段と、
（ｃ）該部分再構成係数作成手段を用いて予め部分再構成係数を作成して、各層に対して一組の再構成係数値並びを部分再構成係数格納手段に格納して置き、各層毎に前記投影値格納手段に格納されている投影値並びと前記部分再構成係数格納手段に格納されている再構成係数値並びとの間で積和計算を実行する積和計算手段からなる部分再構成計算手段とを、
備えたことを特徴とするＣＴシステム。
【請求項２】
（ａ）観測対象物を透過できる平行ビーム発生源を備え、該発生源からの平行ビームを照射する投影方向としては、観測対象物を直進透過して到達した投影値検出手段において平行ビームと検出装置平面との成す傾斜角が４５°近辺の所定値になるように傾斜角を一定に保持して、平行ビームの中央ビームが検出装置平面の中心の検出素子を通り抜けるように平行ビーム発生源を固定し、検出装置平面の中心を中心軸として検出装置平面を一周回転移動させながら、回転角が複数の各所定値において固定の投影方向から、平行ビームを照射して観測対象物を透過した後の投影値を検出装置によって計測する投影データ取得手段と、
（ｂ）観測対象物空間を３次元画像空間とみなし、投影値検出手段の検出装置で各検出素子が平面状に等間隔に配置されている平面に対して検出素子の中心を画素領域の中心点とする２次元画像を設定して、その２次元画像面に垂直な方向に２次元画像を層として等間隔に積み重ねた３次元画像の空間を設定すると、前記（ａ）における各投影方向からの平行ビームは、下から第１層目の検出装置平面では各検出素子において中心をビームが一本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、第２層目以降の各層では層中の各画素において画素領域の中心水平面をビームが１本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、同じ層ではどの画素でも各画素領域内部を通り抜けるビームの位置関係が同じになり、全ての投影方向から平行ビームを所定傾斜角で投影する前記（ａ）の場合には、３次元画像空間での各層において、各画素領域でのビーム透過状態が全て均一になるという一様透過性の性質を保有しているので、そこで各画素を中心とする所定サイズの部分空間において標本化モデルを設定して、各投影方向からのビームについて方程式を立て、部分空間を通る全ビームに関する連立方程式を立てて行列で表現して、特異値分解を行って一般逆行列を求め、中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを算出する標本化モデルと特異値分解による手段、または中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを、部分再構成影響関数Ｇにおいて各ビームと画素中心点との位置関係を代入することによって算出する部分再構成影響関数による手段からなる部分再構成係数作成手段と、
（ｃ）該部分再構成係数作成手段を用いて予め部分再構成係数を作成して、各層に対して一組の再構成係数値並びを部分再構成係数格納手段に格納して置き、各層毎に前記投影値格納手段に格納されている投影値並びと前記部分再構成係数格納手段に格納されている再構成係数値並びとの間で積和計算を実行する積和計算手段からなる部分再構成計算手段とを、
備えたことを特徴とするＣＴシステム。
【請求項３】
（ａ）観測対象物を透過できる平行ビーム発生源を備え、該発生源からの平行ビームを照射する投影方向としては、平行ビームの中央ビームが検出装置平面の中心の検出素子を通り抜けるようにして平行ビーム発生源を所定方向に固定し、観測対象物を直進透過して到達した投影値検出手段において平行ビームと検出装置平面との成す傾斜角が４５°近辺の所定値になるように傾斜角を一定に保持しながら、検出装置平面の中心を中心点として検出装置平面を種々傾けて検出装置平面の垂直軸を回転させて、回転角が複数の各所定値における投影方向から、平行ビームを照射して観測対象物を透過した後の投影値を検出装置によって計測する投影データ取得手段と、
（ｂ）観測対象物空間を３次元画像空間とみなし、投影値検出手段の検出装置で各検出素子が平面状に等間隔に配置されている平面に対して検出素子の中心を画素領域の中心点とする２次元画像を設定して、その２次元画像面に垂直な方向に２次元画像を層として等間隔に積み重ねた３次元画像の空間を設定すると、前記（ａ）における各投影方向からの平行ビームは、下から第１層目の検出装置平面では各検出素子において中心をビームが一本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、第２層目以降の各層では層中の各画素において画素領域の中心水平面をビームが１本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、同じ層ではどの画素でも各画素領域内部を通り抜けるビームの位置関係が同じになり、全ての投影方向から平行ビームを所定傾斜角で投影する前記（ａ）の場合には、３次元画像空間での各層において、各画素領域でのビーム透過状態が全て均一になるという一様透過性の性質を保有しているので、そこで各画素を中心とする所定サイズの部分空間において標本化モデルを設定して、各投影方向からのビームについて方程式を立て、部分空間を通る全ビームに関する連立方程式を立てて行列で表現して、特異値分解を行って一般逆行列を求め、中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを算出する標本化モデルと特異値分解による手段、または中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを、部分再構成影響関数Ｇにおいて各ビームと画素中心点との位置関係を代入することによって算出する部分再構成影響関数による手段からなる部分再構成係数作成手段と、
（ｃ）該部分再構成係数作成手段を用いて予め部分再構成係数を作成して、各層に対して一組の再構成係数値並びを部分再構成係数格納手段に格納して置き、各層毎に前記投影値格納手段に格納されている投影値並びと前記部分再構成係数格納手段に格納されている再構成係数値並びとの間で積和計算を実行する積和計算手段からなる部分再構成計算手段とを、
備えたことを特徴とするＣＴシステム。
【請求項４】
（ａ）観測対象物を透過できる平行ビーム発生源を備え、該発生源からの平行ビームを照射する投影方向としては、観測対象物を直進透過して到達した投影値検出手段において平行ビームと検出装置平面との成す傾斜角が３０°〜１５０°の範囲で複数の各所定値を準備しておき各傾斜角を順番に設定して一定に保持し、平行ビームの中央ビームが検出装置平面の中心の検出素子を通り抜けるように平行ビーム発生源を固定して、検出装置平面の中心を中心軸として検出装置平面を一周回転移動させながら、回転角が複数の各所定値において一定の投影方向から平行ビームを照射して観測対象物を透過した後の投影値を検出装置によって計測して、傾斜角を順番に更新して同様に投影値の計測を繰り返す投影データ取得手段と、
（ｂ）観測対象物空間を３次元画像空間とみなし、投影値検出手段の検出装置で各検出素子が平面状に等間隔に配置されている平面に対して検出素子の中心を画素領域の中心点とする２次元画像を設定して、その２次元画像面に垂直な方向に２次元画像を層として等間隔に積み重ねた３次元画像の空間を設定すると、前記（ａ）における各投影方向からの平行ビームは、下から第１層目の検出装置平面では各検出素子において中心をビームが一本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、第２層目以降の各層では層中の各画素において画素領域の中心水平面をビームが１本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、同じ層ではどの画素でも各画素領域内部を通り抜けるビームの位置関係が同じになり、全ての投影方向から平行ビームを所定傾斜角で投影する前記（ａ）の場合には、３次元画像空間での各層において、各画素領域でのビーム透過状態が全て均一になるという一様透過性の性質を保有しているので、そこで各画素を中心とする所定サイズの部分空間において標本化モデルを設定して、各投影方向からのビームについて方程式を立て、部分空間を通る全ビームに関する連立方程式を立てて行列で表現して、特異値分解を行って一般逆行列を求め、中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを算出する標本化モデルと特異値分解による手段、または中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを、部分再構成影響関数Ｇにおいて各ビームと画素中心点との位置関係を代入することによって算出する部分再構成影響関数による手段からなる部分再構成係数作成手段と、
（ｃ）該部分再構成係数作成手段を用いて予め部分再構成係数を作成して、各層に対して一組の再構成係数値並びを部分再構成係数格納手段に格納して置き、各層毎に前記投影値格納手段に格納されている投影値並びと前記部分再構成係数格納手段に格納されている再構成係数値並びとの間で積和計算を実行する積和計算手段からなる部分再構成計算手段とを、
備えたことを特徴とするＣＴシステム。
【請求項５】
（ａ）観測対象物を透過できる平行ビーム発生源を備え、該発生源からの平行ビームを照射する投影方向としては、平行ビームの中央ビームが検出装置平面の中心の検出素子を通り抜けるように平行ビーム発生源を所定方向に固定し、観測対象物を直進透過して到達した検出装置において平行ビームと検出装置平面との成す傾斜角が３０°〜１５０°の範囲で複数の各所定値を準備しておき、各傾斜角を順番に設定して、傾斜角が設定値になるように検出装置平面中心を中心点として検出装置平面を傾け、検出装置平面の中心の垂直線を中心軸として一周回転移動させながら、回転角が複数の各所定値において一定の投影方向から平行ビームを照射して観測対象物を透過した後の投影値を検出装置によって計測して、傾斜角を順番に更新して同様に投影値の計測を繰り返す投影データ取得手段と、
（ｂ）観測対象物空間を３次元画像空間とみなし、投影値検出手段の検出装置で各検出素子が平面状に等間隔に配置されている平面に対して検出素子の中心を画素領域の中心点とする２次元画像を設定して、その２次元画像面に垂直な方向に２次元画像を層として等間隔に積み重ねた３次元画像の空間を設定すると、前記（ａ）における各投影方向からの平行ビームは、下から第１層目の検出装置平面では各検出素子において中心をビームが一本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、第２層目以降の各層では層中の各画素において画素領域の中心水平面をビームが１本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、同じ層ではどの画素でも各画素領域内部を通り抜けるビームの位置関係が同じになり、全ての投影方向から平行ビームを所定傾斜角で投影する前記（ａ）の場合には、３次元画像空間での各層において、各画素領域でのビーム透過状態が全て均一になるという一様透過性の性質を保有しているので、そこで各画素を中心とする所定サイズの部分空間において標本化モデルを設定して、各投影方向からのビームについて方程式を立て、部分空間を通る全ビームに関する連立方程式を立てて行列で表現して、特異値分解を行って一般逆行列を求め、中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを算出する標本化モデルと特異値分解による手段、または中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを、部分再構成影響関数Ｇにおいて各ビームと画素中心点との位置関係を代入することによって算出する部分再構成影響関数による手段からなる部分再構成係数作成手段と、
（ｃ）該部分再構成係数作成手段を用いて予め部分再構成係数を作成して、各層に対して一組の再構成係数値並びを部分再構成係数格納手段に格納して置き、各層毎に前記投影値格納手段に格納されている投影値並びと前記部分再構成係数格納手段に格納されている再構成係数値並びとの間で積和計算を実行する積和計算手段からなる部分再構成計算手段とを、
備えたことを特徴とするＣＴシステム。
【請求項６】
（ａ）観測対象物を透過できる平行ビーム発生源を備え、該発生源からの平行ビームを照射する投影方向としては、平行ビームの中央ビームが検出装置平面の中心の検出素子を通り抜けるようにして、観測対象物を直進透過して到達した投影値検出手段において平行ビームと検出装置平面との成す傾斜角が３０°〜１５０°範囲で複数の各所定値を準備しておき、各傾斜角を順番に設定して、投影方向から平行ビームを照射して観測対象物を透過した後の投影値を検出装置によって計測する投影データ取得手段と、
（ｂ）観測対象物空間を２次元画像空間とみなし、投影値検出手段の検出装置で各検出素子が直線状に等間隔に配置されている直線に対して検出素子の中心を画素領域の中心点とする１次元画像を設定して、その１次元画像面に垂直な方向に１次元画像を層として等間隔に積み重ねた２次元画像の空間を設定すると、前記（ａ）における各投影方向からの平行ビームは、下から第１層目の検出装置平面で各検出素子において中心をビームが１本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、第２層目以降の各層では層中の各画素において画素領域の中心水平線をビームが１本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、同じ層ではどの画素でも各画素領域内部を通り抜けるビームの位置関係が同じになり、全ての投影方向から平行ビームを所定傾斜角で投射する前記（ａ）の場合には、２次元画像空間での各層において各画素領域でのビーム透過状態が全て均一になるという一様透過性の性質を保有するので、そこで各画素を中心とする所定サイズの部分領域において標本化モデルを設定して、各投影方向からのビームについて方程式を立て、部分領域を通る全ビームに関する連立方程式を立て行列で表現し、特異値分解を行って一般逆行列を求め、中心の画素値に部分領域を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを算出する標本化モデルと特異値分解による手段、または中心の画素値に部分領域を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを部分再構成影響関数Ｇにおいて各ビームと画素中心点との位置関係を代入することにより算出する部分再構成影響関数による手段とからなる部分再構成係数作成手段と、
（ｃ）該部分再構成係数作成手段を用いて予め部分再構成係数を作成して、各層に対して一組の再構成係数値並びを部分再構成係数格納手段に格納して置き、各層毎に前記投影値格納手段に格納されている投影値並びと前記部分再構成係数格納手段に格納されている再構成係数値並びとの間で積和計算を実行する積和計算手段からなる部分再構成計算手段とを、
備えたことを特徴とするＣＴシステム。
【請求項７】
（ａ）観測対象物を透過できる平行ビーム発生源を備え、該発生源からのその平行ビームを照射する投影方向としては、平行ビームの中央ビームが検出装置平面の中心の検出素子を通り抜けるように平行ビーム発生源を所定方向に固定して、観測対象物を直進透過して到達した検出装置において平行ビームと検出装置平面との成す傾斜角が３０°〜１５０°範囲で複数の各所定値を準備しおき、各傾斜角を順番に設定して、傾斜角が設定値になるように検出装置平面中心を中心点として検出装置平面を傾けて、投影方向から平行ビームを照射して観測対象物を透過した後の投影値を検出装置によって計測する投影データ取得手段と、
（ｂ）観測対象物空間を２次元画像空間とみなし、投影値検出手段の検出装置で各検出素子が直線状に等間隔に配置されている直線に対して検出素子の中心を画素領域の中心点とする１次元画像を設定して、その１次元画像面に垂直な方向に１次元画像を層として等間隔に積み重ねた２次元画像の空間を設定すると、前記（ａ）における各投影方向からの平行ビームは、下から第１層目の検出装置平面では各検出素子において中心をビームが１本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、第２層目以降の各層では層中の各画素において画素領域の中心水平線をビームが１本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、同じ層ではどの画素でも各画素領域内部を通り抜けるビームの位置関係が同じになり、全ての投影方向から平行ビームを所定傾斜角で投射する前記（ａ）の場合には、２次元画像空間での各層において各画素領域でのビーム透過状態が全て均一になるという一様透過性の性質を保有しているので、そこで各画素を中心とする所定サイズの部分領域において標本化モデルを設定して、各投影方向からのビームについて方程式を立てて、部分空間を通る全ビームに関する連立方程式を立て行列で表現して、特異値分解を行い一般逆行列を求め、中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを算出する標本化モデルと特異値分解による手段、または中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを部分再構成影響関数Ｇにおいて各ビームと画素中心点との位置関係を代入することによって算出する部分再構成影響関数による手段とからなる部分再構成係数作成手段と、
（ｃ）該部分再構成係数作成手段を用いて予め部分再構成係数を作成して、各層に対して一組の再構成係数値並びを部分再構成係数格納手段に格納して置き、各層毎に前記投影値格納手段に格納されている投影値並びと前記部分再構成係数格納手段に格納されている再構成係数値並びとの間で積和計算を実行する積和計算手段からなる部分再構成計算手段とを、
備えることを特徴とするＣＴシステム。
【請求項８】
請求項１から７の何れか一項記載のＣＴシステムにおいて、前記部分再構成計算手段において、各層毎に各画素領域でのビームの透過状態が均一になる一様透過性を持たせることにより、各層での画素値を計算するために必要な再構成係数値並びのデータ量が大幅に縮小して集積回路にも搭載可能な格納量になり、画像全体の計算構造が各層毎に一組の再構成投影値並びを用いる積和計算に簡易化できるので、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ、ＤＳＰ等の集積回路を用いてパイプライン処理や超並列処理等の時間的並列にまたは空間的並列に動作実行する前記部分再構成計算を行うための並列処理機構を備えて構成したことを特徴とするＣＴシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、観測対象物体の内部を非破壊的に画像化する２次元並びに３次元ＣＴ（コンピュータを使う断層撮影法：Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）システムに関するものである。詳しくは、この発明は、工業分野の電子部品や機械部品やモールド部品等の内部不良、多層プリント基板のスルーホールや半田づけの不良、プラスチックやセラミックスの内部欠陥、ゴム内部の異物、溶接部分の検査、アルミ製品内部の気泡、組立て時点での部品欠損、箱詰めの際の梱包不良、ケーブルやワイヤー等の内部切断、粘体や金属の連続押出し加工や鋳造の工程でのボイド欠損、管中を流れる液体中や粉体中の気泡や空洞の不具合等を、工場の生産ラインで少数方向の投影値から連続的に高速に内部検査するＣＴシステム、並びに農林水産分野の食品（肉、貝、魚、果物等）内部の異物検査や腐食検査、農産物等の品質評価等を少数方向の投影値から連続的に高速に行うＣＴシステム、並びに広域な海中３次元温度分布の可視化計測、磁界分布や電界分布の可視化計測、地下埋設物探査、地下資源や埋蔵物の探査等を少数方向の投影値から連続的に高速に行うＣＴシステム、並びに入国出国時の携帯品の内部検査や入場ゲートの危険物所持内部検査等を少数方向の投影値から連続的に高速に行うＣＴシステム等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の商用ＣＴ装置は、医療用として開発されたものであり、その再構成原理は、ほとんどＦＢＰ法によるものである。この方法は、投影方向を４００〜１０００程度必要としており、１度以下の間隔で投影を行うので、高精度の回転装置が必要となる。投影データ数も沢山必要としており、１枚の２次元画像を得るのに膨大な計算を実行する必要があり、高速な大型演算装置を用いている。
【０００３】
一方で、従来の産業用ＣＴ装置は、医療用ＣＴ装置を元にしたものがほとんどである。従って、上記した従来のＦＢＰ法によるＣＴ装置であることから高精度の回転装置や高速な大型演算装置を用いており、装置が高価で検査コストが高くなる。また投影方向が多いので投影時間が長くなり、計算量が膨大なので画像再構成の時間が長くなり、所要時間が長くなってしまう。そのために、安価な製品を生産ライン上で実時間で連続的に内部検査を行うことは、困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来のＦＢＰ法による産業用ＣＴ装置は、不良箇所の解析などの高画質が要求される高価な用途には適合している。しかし、安価で高速性が求められる用途には不向きであった。
【０００５】
詳細に述べると、従来のＦＢＰ法によるＣＴ装置では、再構成される画像において画素と画素の間での濃度値関係は無いとしているので、原理的に良い画像を得るには非常に多くの方向からの大量の投影データが必要になる。従って、投影方向を少数に制限することは困難であり、画質を良くするために高精度の回転装置が必要になる。また投影データが多くなれば計算量が膨大になるので、大型の演算装置が必要になる。そのため、ＣＴ装置が高価になりＣＴ装置の応用範囲が制限されていた。また、投影方向が多いので投影時間もかかり、計算時間もかかるので、生産ライン上の観測対象物体を実時間で連続的に内部検査することは困難であった。
【０００６】
さらに、海洋、地中、大気中、原子力発電、加速器、燃焼炉等のような、観測対象物体の領域が非常に広く、投影方向がごく少数に限定されるという特殊環境における内部観測では、投影データが少ないので、再構成の画像が劣化し、良いＣＴ画像を得ることができなかった。
【０００７】
このように従来のＦＢＰ法によるＣＴ装置は、多方向から大量の投影データが必要であり、計算量が膨大であることが原因となって検査コストがかかるので、電子部品や機械部品等の大量に生産される安価な製品の内部検査には、不向きであった。また特殊環境における内部観測にも、不向きであった。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、（１）投影方向が少数であっても再構成画像が劣化しないようにすること、（２）再構成の際、計算量を少なくすること、（３）投影時間や計算時間を短くして即時に再構成できるようにすること、（４）再構成の領域を広くできるようにすること、（５）装置が簡単であり適当な価格にすること、である。
【０００９】
本発明は、このような課題を解決するために、再構成画像の質を保持しつつ、安価にして高速処理が可能なＣＴシステムを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のＣＴシステムにおける構成要件（手段）を以下に示す。
【００１１】
（１）観測対象物体に、標本化定理が成立する標本化物体モデルを設定する。この物体モデルは、再構成画像において画素と画素との間の濃度値関係を与えるもので、少数方向からの少数投影データにおいても、再構成画像が劣化せず良好に再構成を行うために必要である。
【００１２】
（２）再構成の計算方法としては、予め多くの計算をしておいて、投影データから再構成をする時には少ない計算で済むように工夫をしている。つまり、観測対象の物体モデルと、透過性ビームのビーム数やビーム間隔や方向からなる投影方法を決め、１本のビームについて１つの線形方程式を立て、全方向からの全投影データに対する連立線形方程式を得る。これらを行列の形で表現して、これを「物体投影モデル行列」と呼ぶ。この行列を前もって特異値分解して一般逆行列を計算して格納しておく。このように構成することにより、一般逆行列の定数行列に投影値列ベクトルを掛算するだけで、画像を再構成することができる。
【００１３】
次に、広い領域を画像再構成するために、全領域を小さな部分空間を考えて、各部分空間毎に再構成できるように工夫をしている。つまり、上記の特異値分解の手法だけでは、投影データ数が多くなると線形方程式の独立性が悪くなるので広い領域を再構成することは困難であったが、以下の２方法を合体することにより上記特異値分解の手法を抜本的に改善している。
【００１４】
（３）それは「部分再構成の定理」と呼ぶ新しい定理に基づいている。予め各部分空間毎に特異値分解を行ってその部分空間における一般逆行列を計算し格納しておく。再構成時に、各部分空間毎にその一般逆行列の定数行列に部分空間を透過しているビームの投影値列ベクトルを掛算するならば、部分空間毎の画素値を再構成できる、と言うことが上記の定理から分かっているので、同様に計算を繰返すことによって、全領域において画素値を再構成できる。
【００１５】
以下に「部分再構成の定理」を示すと、「観測対象空間において、全領域での特異値分解による一般逆行列は、各部分空間での特異値分解による一般逆行列を用いて、近似的に算出できる」ということである。
【００１６】
（４）画素領域を通り抜ける各方向からの多数のビームの透過状態がどの画素においても均一になるようにするならば、各画素を中心とする部分空間において画素値を再構成する時の計算方法が同じになるので、各ビーム投影値に積和計算する係数値の組を同一にすることができるということである。そうすれば、組織的な美しい繰返し計算構造になり、ＶＬＳＩ向き処理構造になる。そこで、画素領域を通り抜けるビームの透過状態を均一になるようにするために、以下の第１〜第７実施例のような特別な２次元または３次元の投影データ取得機構を考案した。これらでは、同じ層においてはどの画素においてもビームの透過状態が均一になっている。
【００１７】
上記した構成要件〔（１）標本化モデル、（２）特異値分解、（３）部分再構成、（４）ビーム透過状態の均一化〕を組み合わせることにより、（ｉ）少数方向の投影データから、（ii）少ない計算量で、（iii）高速に、（iv）広い領域を、（ｖ）簡単で安価な装置により、画像再構成することが可能になり、前記５つの課題を解決することができた。なお、係数値を作成する方法として、標本化モデルと特異値分解による手段の代わりに、等価的に部分再構成影響係数関数Ｇから係数値を作成することもできる。
【００１８】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕ＣＴシステムにおいて、
（ａ）観測対象物を透過できる平行ビーム発生源を備え、該発生源からのその平行ビームを照射する投影方向としては、観測対象物を直進透過して到達した投影値検出手段において平行ビームと検出装置平面との成す傾斜角が４５°近辺の所定値になるように傾斜角を一定に保持して、平行ビームの中央ビームが検出装置平面の中心の検出素子を通り抜けるようにし、平行ビーム発生源を検出装置平面の中心における垂直線を中心軸として一周回転移動させながら、回転角が複数の各所定値においてその位置における投影方向から、平行ビームを照射して観測対象物を透過した後の投影値を検出装置によって計測する投影データ取得手段と、
（ｂ）観測対象物空間を３次元画像空間とみなし、投影値検出手段の検出装置で各検出素子が平面状に等間隔に配置されている平面に対して検出素子の中心を画素領域の中心点とする２次元画像を設定して、その２次元画像面に垂直な方向に２次元画像を層として等間隔に積み重ねた３次元画像の空間を設定すると、前記（ａ）における各投影方向からの平行ビームは、下から第１層目の検出装置平面では各検出素子において中心をビームが一本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、第２層目以降の各層では層中の各画素において画素領域の中心水平面をビームが１本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、同じ層ではどの画素でも各画素領域内部を通り抜けるビームの位置関係が同じになり、全ての投影方向から平行ビームを所定傾斜角で投影する前記（ａ）の場合には、３次元画像空間での各層において、各画素領域でのビーム透過状態が全て均一になるという一様透過性の性質を保有しているので、そこで各画素を中心とする所定サイズの部分空間において標本化モデルを設定して、各投影方向からのビームについて方程式を立て、部分空間を通る全ビームに関する連立方程式を立てて行列で表現して、特異値分解を行って一般逆行列を求め、中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを算出する標本化モデルと特異値分解による手段、または中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを、部分再構成影響関数Ｇにおいて各ビームと画素中心点との位置関係を代入することによって算出する部分再構成影響関数による手段からなる部分再構成係数作成手段と、
（ｃ）該部分再構成係数作成手段を用いて予め部分再構成係数を作成して、各層に対して一組の再構成係数値並びを部分再構成係数格納手段に格納して置き、各層毎に前記投影値格納手段に格納されている投影値並びと前記部分再構成係数格納手段に格納されている再構成係数値並びとの間で積和計算を実行する積和計算手段からなる部分再構成計算手段とを、備えたことを特徴とする。
【００１９】
〔２〕ＣＴシステムにおいて、
（ａ）観測対象物を透過できる平行ビーム発生源を備え、該発生源からの平行ビームを照射する投影方向としては、観測対象物を直進透過して到達した投影値検出手段において平行ビームと検出装置平面との成す傾斜角が４５°近辺の所定値になるように傾斜角を一定に保持して、平行ビームの中央ビームが検出装置平面の中心の検出素子を通り抜けるように平行ビーム発生源を固定し、検出装置平面の中心を中心軸として検出装置平面を一周回転移動させながら、回転角が複数の各所定値において固定の投影方向から、平行ビームを照射して観測対象物を透過した後の投影値を検出装置によって計測する投影データ取得手段と、
（ｂ）観測対象物空間を３次元画像空間とみなし、投影値検出手段の検出装置で各検出素子が平面状に等間隔に配置されている平面に対して検出素子の中心を画素領域の中心点とする２次元画像を設定して、その２次元画像面に垂直な方向に２次元画像を層として等間隔に積み重ねた３次元画像の空間を設定すると、前記（ａ）における各投影方向からの平行ビームは、下から第１層目の検出装置平面では各検出素子において中心をビームが一本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、第２層目以降の各層では層中の各画素において画素領域の中心水平面をビームが１本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、同じ層ではどの画素でも各画素領域内部を通り抜けるビームの位置関係が同じになり、全ての投影方向から平行ビームを所定傾斜角で投影する前記（ａ）の場合には、３次元画像空間での各層において、各画素領域でのビーム透過状態が全て均一になるという一様透過性の性質を保有しているので、そこで各画素を中心とする所定サイズの部分空間において標本化モデルを設定して、各投影方向からのビームについて方程式を立て、部分空間を通る全ビームに関する連立方程式を立てて行列で表現して、特異値分解を行って一般逆行列を求め、中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを算出する標本化モデルと特異値分解による手段、または中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを、部分再構成影響関数Ｇにおいて各ビームと画素中心点との位置関係を代入することによって算出する部分再構成影響関数による手段からなる部分再構成係数作成手段と、
（ｃ）該部分再構成係数作成手段を用いて予め部分再構成係数を作成して、各層に対して一組の再構成係数値並びを部分再構成係数格納手段に格納して置き、各層毎に前記投影値格納手段に格納されている投影値並びと前記部分再構成係数格納手段に格納されている再構成係数値並びとの間で積和計算を実行する積和計算手段からなる部分再構成計算手段とを、備えたことを特徴とする。
【００２０】
〔３〕ＣＴシステムにおいて、
（ａ）観測対象物を透過できる平行ビーム発生源を備え、該発生源からの平行ビームを照射する投影方向としては、平行ビームの中央ビームが検出装置平面の中心の検出素子を通り抜けるようにして平行ビーム発生源を所定方向に固定し、観測対象物を直進透過して到達した投影値検出手段において平行ビームと検出装置平面との成す傾斜角が４５°近辺の所定値になるように傾斜角を一定に保持しながら、検出装置平面の中心を中心点として検出装置平面を種々傾けて検出装置平面の垂直軸を回転させて、回転角が複数の各所定値における投影方向から、平行ビームを照射して観測対象物を透過した後の投影値を検出装置によって計測する投影データ取得手段と、
（ｂ）観測対象物空間を３次元画像空間とみなし、投影値検出手段の検出装置で各検出素子が平面状に等間隔に配置されている平面に対して検出素子の中心を画素領域の中心点とする２次元画像を設定して、その２次元画像面に垂直な方向に２次元画像を層として等間隔に積み重ねた３次元画像の空間を設定すると、前記（ａ）における各投影方向からの平行ビームは、下から第１層目の検出装置平面では各検出素子において中心をビームが一本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、第２層目以降の各層では層中の各画素において画素領域の中心水平面をビームが１本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、同じ層ではどの画素でも各画素領域内部を通り抜けるビームの位置関係が同じになり、全ての投影方向から平行ビームを所定傾斜角で投影する前記（ａ）の場合には、３次元画像空間での各層において、各画素領域でのビーム透過状態が全て均一になるという一様透過性の性質を保有しているので、そこで各画素を中心とする所定サイズの部分空間において標本化モデルを設定して、各投影方向からのビームについて方程式を立て、部分空間を通る全ビームに関する連立方程式を立てて行列で表現して、特異値分解を行って一般逆行列を求め、中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを算出する標本化モデルと特異値分解による手段、または中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを、部分再構成影響関数Ｇにおいて各ビームと画素中心点との位置関係を代入することによって算出する部分再構成影響関数による手段からなる部分再構成係数作成手段と、
（ｃ）該部分再構成係数作成手段を用いて予め部分再構成係数を作成して、各層に対して一組の再構成係数値並びを部分再構成係数格納手段に格納して置き、各層毎に前記投影値格納手段に格納されている投影値並びと前記部分再構成係数格納手段に格納されている再構成係数値並びとの間で積和計算を実行する積和計算手段からなる部分再構成計算手段とを、
備えたことを特徴とする。
【００２１】
〔４〕ＣＴシステムにおいて、
（ａ）観測対象物を透過できる平行ビーム発生源を備え、該発生源からの平行ビームを照射する投影方向としては、観測対象物を直進透過して到達した投影値検出手段において平行ビームと検出装置平面との成す傾斜角が３０°〜１５０°の範囲で複数の各所定値を準備しておき各傾斜角を順番に設定して一定に保持し、平行ビームの中央ビームが検出装置平面の中心の検出素子を通り抜けるように平行ビーム発生源を固定して、検出装置平面の中心を中心軸として検出装置平面を一周回転移動させながら、回転角が複数の各所定値において一定の投影方向から平行ビームを照射して観測対象物を透過した後の投影値を検出装置によって計測して、傾斜角を順番に更新して同様に投影値の計測を繰り返す投影データ取得手段と、
（ｂ）観測対象物空間を３次元画像空間とみなし、投影値検出手段の検出装置で各検出素子が平面状に等間隔に配置されている平面に対して検出素子の中心を画素領域の中心点とする２次元画像を設定して、その２次元画像面に垂直な方向に２次元画像を層として等間隔に積み重ねた３次元画像の空間を設定すると、前記（ａ）における各投影方向からの平行ビームは、下から第１層目の検出装置平面では各検出素子において中心をビームが一本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、第２層目以降の各層では層中の各画素において画素領域の中心水平面をビームが１本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、同じ層ではどの画素でも各画素領域内部を通り抜けるビームの位置関係が同じになり、全ての投影方向から平行ビームを所定傾斜角で投影する前記（ａ）の場合には、３次元画像空間での各層において、各画素領域でのビーム透過状態が全て均一になるという一様透過性の性質を保有しているので、そこで各画素を中心とする所定サイズの部分空間において標本化モデルを設定して、各投影方向からのビームについて方程式を立て、部分空間を通る全ビームに関する連立方程式を立てて行列で表現して、特異値分解を行って一般逆行列を求め、中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを算出する標本化モデルと特異値分解による手段、または中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを、部分再構成影響関数Ｇにおいて各ビームと画素中心点との位置関係を代入することによって算出する部分再構成影響関数による手段からなる部分再構成係数作成手段と、
（ｃ）該部分再構成係数作成手段を用いて予め部分再構成係数を作成して、各層に対して一組の再構成係数値並びを部分再構成係数格納手段に格納して置き、各層毎に前記投影値格納手段に格納されている投影値並びと前記部分再構成係数格納手段に格納されている再構成係数値並びとの間で積和計算を実行する積和計算手段からなる部分再構成計算手段とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
〔５〕ＣＴシステムにおいて、
（ａ）観測対象物を透過できる平行ビーム発生源を備え、該発生源からの平行ビームを照射する投影方向としては、平行ビームの中央ビームが検出装置平面の中心の検出素子を通り抜けるように平行ビーム発生源を所定方向に固定し、観測対象物を直進透過して到達した検出装置において平行ビームと検出装置平面との成す傾斜角が３０°〜１５０°の範囲で複数の各所定値を準備しておき、各傾斜角を順番に設定して、傾斜角が設定値になるように検出装置平面中心を中心点として検出装置平面を傾け、検出装置平面の中心の垂直線を中心軸として一周回転移動させながら、回転角が複数の各所定値において一定の投影方向から平行ビームを照射して観測対象物を透過した後の投影値を検出装置によって計測して、傾斜角を順番に更新して同様に投影値の計測を繰り返す投影データ取得手段と、
（ｂ）観測対象物空間を３次元画像空間とみなし、投影値検出手段の検出装置で各検出素子が平面状に等間隔に配置されている平面に対して検出素子の中心を画素領域の中心点とする２次元画像を設定して、その２次元画像面に垂直な方向に２次元画像を層として等間隔に積み重ねた３次元画像の空間を設定すると、前記（ａ）における各投影方向からの平行ビームは、下から第１層目の検出装置平面では各検出素子において中心をビームが一本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、第２層目以降の各層では層中の各画素において画素領域の中心水平面をビームが１本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、同じ層ではどの画素でも各画素領域内部を通り抜けるビームの位置関係が同じになり、全ての投影方向から平行ビームを所定傾斜角で投影する前記（ａ）の場合には、３次元画像空間での各層において、各画素領域でのビーム透過状態が全て均一になるという一様透過性の性質を保有しているので、そこで各画素を中心とする所定サイズの部分空間において標本化モデルを設定して、各投影方向からのビームについて方程式を立て、部分空間を通る全ビームに関する連立方程式を立てて行列で表現して、特異値分解を行って一般逆行列を求め、中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを算出する標本化モデルと特異値分解による手段、または中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを、部分再構成影響関数Ｇにおいて各ビームと画素中心点との位置関係を代入することによって算出する部分再構成影響関数による手段からなる部分再構成係数作成手段と、
（ｃ）該部分再構成係数作成手段を用いて予め部分再構成係数を作成して、各層に対して一組の再構成係数値並びを部分再構成係数格納手段に格納して置き、各層毎に前記投影値格納手段に格納されている投影値並びと前記部分再構成係数格納手段に格納されている再構成係数値並びとの間で積和計算を実行する積和計算手段からなる部分再構成計算手段とを、備えたことを特徴とする。
【００２３】
〔６〕ＣＴシステムにおいて、
（ａ）観測対象物を透過できる平行ビーム発生源を備え、該発生源からの平行ビームを照射する投影方向としては、平行ビームの中央ビームが検出装置平面の中心の検出素子を通り抜けるようにして、観測対象物を直進透過して到達した投影値検出手段において平行ビームと検出装置平面との成す傾斜角が３０°〜１５０°範囲で複数の各所定値を準備しておき、各傾斜角を順番に設定して、投影方向から平行ビームを照射して観測対象物を透過した後の投影値を検出装置によって計測する投影データ取得手段と、
（ｂ）観測対象物空間を２次元画像空間とみなし、投影値検出手段の検出装置で各検出素子が直線状に等間隔に配置されている直線に対して検出素子の中心を画素領域の中心点とする１次元画像を設定して、その１次元画像面に垂直な方向に１次元画像を層として等間隔に積み重ねた２次元画像の空間を設定すると、前記（ａ）における各投影方向からの平行ビームは、下から第１層目の検出装置平面で各検出素子において中心をビームが１本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、第２層目以降の各層では層中の各画素において画素領域の中心水平線をビームが１本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、同じ層ではどの画素でも各画素領域内部を通り抜けるビームの位置関係が同じになり、全ての投影方向から平行ビームを所定傾斜角で投射する前記（ａ）の場合には、２次元画像空間での各層において各画素領域でのビーム透過状態が全て均一になるという一様透過性の性質を保有するので、そこで各画素を中心とする所定サイズの部分領域において標本化モデルを設定して、各投影方向からのビームについて方程式を立て、部分領域を通る全ビームに関する連立方程式を立て行列で表現し、特異値分解を行って一般逆行列を求め、中心の画素値に部分領域を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを算出する標本化モデルと特異値分解による手段、または中心の画素値に部分領域を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを部分再構成影響関数Ｇにおいて各ビームと画素中心点との位置関係を代入することにより算出する部分再構成影響関数による手段とからなる部分再構成係数作成手段と、
（ｃ）該部分再構成係数作成手段を用いて予め部分再構成係数を作成して、各層に対して一組の再構成係数値並びを部分再構成係数格納手段に格納して置き、各層毎に前記投影値格納手段に格納されている投影値並びと前記部分再構成係数格納手段に格納されている再構成係数値並びとの間で積和計算を実行する積和計算手段からなる部分再構成計算手段とを、備えたことを特徴とする。
【００２４】
〔７〕ＣＴシステムにおいて、
（ａ）観測対象物を透過できる平行ビーム発生源を備え、該発生源からのその平行ビームを照射する投影方向としては、平行ビームの中央ビームが検出装置平面の中心の検出素子を通り抜けるように平行ビーム発生源を所定方向に固定して、観測対象物を直進透過して到達した検出装置において平行ビームと検出装置平面との成す傾斜角が３０°〜１５０°範囲で複数の各所定値を準備しおき、各傾斜角を順番に設定して、傾斜角が設定値になるように検出装置平面中心を中心点として検出装置平面を傾けて、投影方向から平行ビームを照射して観測対象物を透過した後の投影値を検出装置によって計測する投影データ取得手段と、
（ｂ）観測対象物空間を２次元画像空間とみなし、投影値検出手段の検出装置で各検出素子が直線状に等間隔に配置されている直線に対して検出素子の中心を画素領域の中心点とする１次元画像を設定して、その１次元画像面に垂直な方向に１次元画像を層として等間隔に積み重ねた２次元画像の空間を設定すると、前記（ａ）における各投影方向からの平行ビームは、下から第１層目の検出装置平面では各検出素子において中心をビームが１本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、第２層目以降の各層では層中の各画素において画素領域の中心水平線をビームが１本だけ全て同じ傾斜角で通り抜け、同じ層ではどの画素でも各画素領域内部を通り抜けるビームの位置関係が同じになり、全ての投影方向から平行ビームを所定傾斜角で投射する前記（ａ）の場合には、２次元画像空間での各層において各画素領域でのビーム透過状態が全て均一になるという一様透過性の性質を保有しているので、そこで各画素を中心とする所定サイズの部分領域において標本化モデルを設定して、各投影方向からのビームについて方程式を立てて、部分空間を通る全ビームに関する連立方程式を立て行列で表現して、特異値分解を行い一般逆行列を求め、中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを算出する標本化モデルと特異値分解による手段、または中心の画素値に部分空間を通る各ビームがどの程度影響するかを表す再構成係数値並びを部分再構成影響関数Ｇにおいて各ビームと画素中心点との位置関係を代入することによって算出する部分再構成影響関数による手段とからなる部分再構成係数作成手段と、
（ｃ）該部分再構成係数作成手段を用いて予め部分再構成係数を作成して、各層に対して一組の再構成係数値並びを部分再構成係数格納手段に格納して置き、各層毎に前記投影値格納手段に格納されている投影値並びと前記部分再構成係数格納手段に格納されている再構成係数値並びとの間で積和計算を実行する積和計算手段からなる部分再構成計算手段とを、備えることを特徴とする。
【００２５】
〔８〕上記〔１〕から〔７〕の何れか一項記載のＣＴシステムにおいて、前記部分再構成計算手段において、各層毎に各画素領域でのビームの透過状態が均一になる一様透過性を持たせることにより、各層での画素値を計算するために必要な再構成係数値並びのデータ量が大幅に縮小して集積回路にも搭載可能な格納量になり、画像全体の計算構造が各層毎に一組の再構成投影値並びを用いる積和計算に簡易化できるので、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ、ＤＳＰ等の集積回路を用いてパイプライン処理や超並列処理等の時間的並列にまたは空間的並列に動作実行する前記部分再構成計算を行うための並列処理機構を備えて構成したことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の２次元ならびに３次元ＣＴシステムの構成図である。
【００２７】
本発明のＣＴシステムの構成は、図１のように、観測対象物体Ｓを透過するためのビームを発生させるＸ線発生源４と、透過したビームを検出し投影値を計測する投影値検出手段５と、前記観測対象物体Ｓと透過する前記ビームとの相対的位置関係を変化させる移動手段６と、投影値を取込む投影値取込み手段７と、その信号を対数変換する対数変換手段８と、その信号を格納しておく投影値格納手段９とからなる投影データ取得手段１と、
前記の観測対象物体Ｓを部分空間に分けて、各部分空間において標本化モデルと特異値分解による手段１０または部分再構成影響関数による手段１１とからなる部分再構成係数作成手段３と、
前記部分再構成係数作成手段３を用いて予め部分再構成係数を作成し、それを部分再構成係数格納手段１２に格納して置き、前記投影値格納手段９に格納されている投影値の組と前記部分再構成係数格納手段１２に格納されている係数値の組とで積和計算を実行する積和計算手段１３からなる部分再構成計算手段２と、  前記積和計算手段１３で計算された２次元または３次元画像を表示する表示手段１４とから構成されることを特徴とするものである。
【００２８】
そして、Ｘ線発生源４は、観測対象物体Ｓの内部を透過するためのビームを発生するように働く。投影値検出手段５は、Ｘ線発生源４から発生して観測対象物体Ｓを透過したビームを受け、投影値を検出するように働く。
【００２９】
移動手段６は、観測対象物体Ｓと透過するビームと投影値検出手段５との間で相対的な位置関係を変えながら、種々の方向からの投影値が得られるように働く。
【００３０】
また、投影値取込み手段７は、投影値検出手段５の信号を取込んで、投影値の積算平均化等の画像処理をするように働き、対数変換手段８は、投影値取込み手段７の信号を対数変換して出力するように働く。
【００３１】
投影値格納手段９は、対数変換された信号を格納しておき、必要な時に格納部の中から必要な投影値を選び出して積和計算手段１３へ送り出すように働く。
【００３２】
標本化モデルと特異値分解による手段１０は、観測対象物体Ｓ空間において標本化モデルを設定し、各投影方向からのビームについて方程式を立て、部分空間を通るビームに関する連立線形方程式を行列で表現して、特異値分解を行って一般逆行列を求めて、中心の画素値に各ビームがどの程度影響するのかを示す係数値を算出するように働く。
【００３３】
部分再構成影響係数関数による手段１１は、部分空間を通るビームが中心の画素値にどの程度影響するのかを示す係数値を、部分再構成影響関数Ｇにおいて前記ビームと画素中心点との位置関係を代入することによって算出するように働く。
【００３４】
部分再構成係数格納手段１２は、前記標本化モデルと特異値分解による手段１０または部分再構成影響係数関数による手段１１からなる部分再構成係数作成手段３からの係数値を格納するように働く。
【００３５】
積和計算手段１３は、投影値格納手段９から送出された投影値の組と部分再構成係数格納手段１２から送出された係数値の組との間で、積和の計算を高速に実行するように働く。
【００３６】
表示手段１４は、再構成された２次元または３次元画像を高速に表示するように働く。
【００３７】
以下、本発明の各実施例について説明する。
【００３８】
まず、本発明の第１実施例について説明する。
【００３９】
図２は本発明の第１実施例を示す３次元ＣＴシステムの模式図である。
【００４０】
この３次元ＣＴシステムは、図２に示すように、投影値検出装置（図１における投影値検出手段に対応しており、ステージを兼ねている）１００上に固定するように観測対象物体１０１をセットし、その観測対象物体１０１の上方に配置されるＸ線発生源１０２からＸ線をあてる。その際、Ｘ線発生源１０２は、投影値検出装置１００に対して４５度斜め方向にセットし、かつ観測対象物体１０１がセットされる投影値検出装置１００の中心の垂直線１０３を中心として、円を描くようにＸ線発生源１０２を回転させる。つまり、Ｘ線発生源１０２を円軌道を回転させながら、観測対象物体１０１に対する各投影方向からの投影値を固定の投影値検出装置１００で測定する。この観測対象物体１０１の空間では、詳細は後述するが、図９に示すように、観測対象物体１０１の３次元画像１０５の水平面の各層１０６において、各画素領域１０７におけるビームの透過状態が均一になることが分かる。また、ここでは、画素領域１０７は、画素１０８を中心とする部分空間を表しており、９×９（８１個）の画素を有している。
【００４１】
このように、この実施例によれば、Ｘ線発生源を動かすのみで、観測対象物体は動かす必要がない。また、再構成終了後に観測対象物体を移動させることにより平板状のものであれば相当大きな物体でも対象にできる。
【００４２】
次に、本発明の第２実施例について説明する。
【００４３】
図３は本発明の第２実施例を示す３次元ＣＴシステムの模式図である。
【００４４】
この３次元ＣＴシステムは、図３に示すように、Ｘ線発生源１０２を固定して、投影値検出装置１００上に観測対象物体１０１を固定してセットし、投影値検出装置１００に対して斜め４５度方向から観測対象物体１０１にＸ線発生源１０２からのＸ線を透過し観測対象物体１０１と投影値検出装置１００とを一体として、観測対象物体１０１のＸ線の透過点１０４を中心として投影値検出装置１００を回転させて、観測対象物体１０１に対する各投影方向からの投影値を測定する。この観測対象物体１０１空間では、図９に示すように、観測対象物体１０１に対応する３次元画像１０５の水平面の各層１０６において、各画素領域１０７におけるビームの透過状態が均一になることが分かる。
【００４５】
このように、この実施例によれば、投影値検出装置と観測対象物体を一体で回転させ、Ｘ線発生源を固定しておくことができる。
【００４６】
次に、本発明の第３実施例について説明する。
【００４７】
図４は本発明の第３実施例を示す３次元ＣＴシステムの模式図である。
【００４８】
この３次元ＣＴシステムは、図４に示すように、Ｘ線発生源１０２を真上に固定して、垂直方向からＸ線を投影値検出装置１００上に固定してセットされた観測対象物体１０１に対して透過する。その際、観測対象物体１０１がセットされている。投影値検出装置１００の平面を種々の方向に傾斜させて、投影値を測定する。例えば、投影値検出装置１００の平面からの垂線が円錐の面をなぞるように投影値検出装置１００の平面を傾斜させる。この投影値検出装置１００の平面は傾斜するだけであり、回転してはいないことに留意する。図９に示すように、３次元画像１０５の水平面の各層１０６において、各画素領域１０７におけるビームの透過状態が均一になることが分かる。
【００４９】
なお、上記各実施例においては、Ｘ線発生源は投影値検出装置とは４５度の傾斜を持たせるように説明したが、４５度に限定されるものではなく、観測対象物体の形状などに対応して、種々の角度を複数個選定することができる。
【００５０】
次に、本発明の第４実施例について説明する。
【００５１】
図５は本発明の第４実施例を示す３次元ＣＴシステムの模式図である。
【００５２】
この３次元ＣＴシステムは、図５に示すように、投影値検出装置１００上に固定してセットされた観測対象物体１０１に対して、Ｘ線発生源１０２を斜めの各方向からＸ線を透過して各投影方向からの投影値を固定された投影値検出装置１００で測定する。次に、観測対象物体１００と共に投影値検出装置１００を中心１０４の垂線を軸として回転させて、同様に各方向からＸ線を透過して投影値検出装置１００で測定する。この観測対象物体１０１空間では、図９に示すように、観測対象物体１０１に対応する３次元画像１０５の水平面の各層１０６において、各画素領域１０７におけるビームの透過状態が均一になることが分かる。
【００５３】
なお、この実施例では、Ｘ線発生源１０２が投影値検出装置１００の中心１０４を通る垂線を軸として一定の円弧運動をしながら、観測対象物体１０１と共に投影値検出装置１００の方を回転させている。この類似の実施例として、Ｘ線発生源１０２の円弧運動を投影値検出装置１００の中心１０４の垂線を軸として回転させることで、観測対象物体１０１と投影値検出装置１００を固定することができる。
【００５４】
次に、本発明の第５実施例について説明する。
【００５５】
図６は本発明の第５実施例を示す３次元ＣＴシステムの模式図である。
【００５６】
この３次元ＣＴシステムは、図６に示すように、Ｘ線発生源１０２を真上に固定して、垂直方向からＸ線を投影値検出装置１００上に固定してセットされた観測対象物体１０１に対して透過する。その際、観測対象物体１０１がセットされている投影値検出装置１００の平面を観測対象物体１０１のＸ線の透過点１０４を中心として左右に傾斜させながら各方向からＸ線を透過して投影値を計測する。次に、中心１０４の垂線を軸として回転させ、同様にして投影値検出装置１００の平面を左右に傾斜させながら種々の方向からＸ線を透過して投影値を測定する。この観測対象物体１０１空間では、図９に示すように、観測対象物体１０１に対応する３次元画像１０５の水平面の各層１０６において、各画素領域１０７におけるビームの透過状態が均一になることが分かる。
【００５７】
次に、本発明の第６実施例について説明する。
【００５８】
図７は本発明の第６実施例を示す２次元ＣＴシステムの模式図である。
【００５９】
この２次元ＣＴシステムは、図７に示すように、投影値検出装置１００上に固定してセットされた観測対象物体１０１に対して、Ｘ線発生源１０２を斜めの各方向からＸ線を透過して各投影方向からの投影値を固定された１次元の投影値検出装置１００で測定する。この観測対象物体１０１空間では、詳細は後述するが、図１０に示すように、２次元画像１１０の水平線の各層１１１において、各画素領域１１２におけるビームの透過状態が均一になることが分かる。
【００６０】
このように、この実施例によれば、Ｘ線発生源１０２からのＸ線の観測対象物体１０１の透過点１０４を中心にして円弧状に動かすのみで、観測対象物体１０１を動かす必要がない。
【００６１】
また、再構成終了後に観測対象物体を移動させることにより帯状の長いものであれば相当大きな物体も対象にできる。
【００６２】
次に、本発明の第７実施例について説明する。
【００６３】
図８は本発明の第７実施例を示す２次元ＣＴシステムの模式図である。
【００６４】
この２次元ＣＴシステムは、図８に示すように、Ｘ線発生源１０２を真上に固定して、垂直方向から投影値検出装置１００上に固定してセットされた観測対象物体１０１に対してＸ線を透過する。その際、１次元の投影値検出装置１００をＸ線の透過点１０４を中心として左右に傾斜させながら種々の方向からＸ線を透過して投影値を測定する。
【００６５】
このように、この実施例によれば、１次元の投影値検出装置１００は傾斜するだけで回転してはいない。図１０のように、２次元画像１１０の水平線の各層１１１において、各画素領域１１２におけるビームの透過状態が均一になることが分かる。
【００６６】
次に、本発明の第８実施例について説明する。
【００６７】
この実施例は、３次元ＣＴシステムの再構成計算を、組織的な美しい繰返し計算構造にして、ＶＬＳＩ向きの処理構造にする。図９に示すように、３次元画像１０５を２次元画像１０６が水平に重なったものと考える。ここで、水平面の２次元画像１０６を「層」と呼ぶ。前記第１実施例や第２実施例、第３実施例、第４実施例、第５実施例における３次元画像再構成では、この各層１０６においてはどの画素位置にあっても画素領域１０７を通り抜けるビームの透過状態が全く均一になることに留意されたい。従って、同じ層１０６においては、ある画素１０８を中心とする画素領域１０７（部分空間）におけるビームの透過状態がどの画素位置においても同じになっており、同一の係数値の組を利用して良いことが明らかになる。ここで、部分空間のサイズとしては、例えば、９×９でも良い画像が得られる。
【００６８】
次に、本発明の第９実施例について説明する。
【００６９】
この実施例は、２次元ＣＴシステムの再構成計算を、組織的な美しい繰返し計算構造にして、ＶＬＳＩ向きの処理構造にする。図１０に示すように、２次元画像１１０を１次元画像１１１が水平に重なったものと考える。ここで、水平線の１次元画像１１１を「層」と呼ぶ。第６実施例や第７実施例における２次元画像の再構成では、この各層１１１においてはどの画素位置にあっても画素領域１１２を通り抜けるビームの透過状態が全く均一になることに留意されたい。
【００７０】
従って、同じ層１１１においては、ある画素を中心とする部分空間におけるビームの透過状態がどの画素位置においても同じになっており、同一の係数値の組を利用して良いことが明らかになる。
【００７１】
次に、本発明の第１０実施例について説明する。
【００７２】
この実施例は、偽像を消去するための適当なフィルター関数（部分再構成影響係数関数と呼ぶ）Ｇを使用して３次元ＣＴシステムの係数値の組を作成するものである。
【００７３】
例えば、部分空間を９×９の正方領域（図９参照）として、中心の画素１０８の画素値を再構成する場合には、各投影方向毎に透過性の平行状ビームが画素領域１０７の各画素に１本づつ入射している。部分空間には９×９＝８１で８１本のビームが投影方向毎に入射している。例えば、式（１）のフィルター関数Ｇを用いて、8 １本の各ビームに対して係数値を算出する方法を説明する。部分空間の中心画素１０８の中心点とそのビームとの位置関係をそのフィルター関数Ｇに代入することにより、そのビームの投影値が中心画素値の再構成にどの程度影響を与えるかを示す係数値Ｇを算出することができる。
【００７４】
Ｇ（ｘ，ｙ，ｚ) ＝５／｛１−１６（ｘ2 ＋ｙ2 ＋ｚ2  )｝  …（１）
このようにして、８１本のビームに対して係数値を算出する。ここで、３次元画像再構成領域をＬ×Ｍ×Ｎで深さ方向にＮ層になっているとすると、同じ層である水平面Ｌ×Ｍにおいては係数値の組はどの画素位置にあっても同一である。
【００７５】
従って、全領域を再構成するためには、係数値の組が層毎に異なっているだけであるので、Ｎ組の係数値の組を作成するだけで良く、３次元画像再構成でも計算の仕組が大変簡単であることが分かる。
【００７６】
以上、本発明のＣＴシステムによれば、次のような利点を有する。
【００７７】
３次元画像（または２次元画像）の各層では、どの画素においても各ビームに対して掛ける係数値の組が同じであるので、組織的な繰返し構造になり、超大規模集積回路ＶＬＳＩの処理に適している。特に、同じ層では用いる係数値の組が一組だけで良いので、ＶＬＳＩの入力出力データが大変少なくなり、ほとんどがＶＬＳＩ内部の計算処理となるので、ＶＬＳＩによる効率の良い超高速大量処理が実現可能であり、大型の３次元画像を高速に再構成することが可能になる。
【００７８】
これまでは、全領域に対して特異値分解に基づき一般逆行列を計算していたので、再構成画像の分解能を上げるには方程式の数が大幅に増えて、独立性が悪くなり計算限界を越えてしまうので、適用範囲が制限されていた。
【００７９】
この発明では、狭い部分空間において部分再構成ができるので、これを繰返し用いることにより、大型の画像にも対しても適用することが可能になり適用範囲が拡大した。
【００８０】
この発明では、画素再構成の計算方法が、狭い部分空間を透過する各ビームの投影値に対して各係数値を積和計算するだけでよく、１画素当りの計算量が少なくなり、計算のために大容量メモリが必要ではなく、投影値のデータ量も少ないので、各種並列処理ハードウェアによる超高速処理が可能になり、従って、大型の画像を対象にすることができ、計算コストを安価にすることが可能になる。
【００８１】
従来のＣＴシステムでは、精密な回転装置が必要であったが、本発明のＣＴシステムでは、少数方向からの投影値検出手段で済むので、ベルトコンベア上で極めて簡単な回転機構を利用することができ、投影スキャナーの機構部を安価にすることが可能である。
【００８２】
投影値のデータ量が少なくて良いので計測時間が短くなり、また再構成の計算量が少ないので計算時間が短くなる。超高速であり、装置が安価で検査コストが安くなることから、安価な部品や食品等を生産ライン上で実時間で連続的に全数内部検査することができるようになる。
【００８３】
投影方向が少ないのでＸ線の被爆量が少なくなり、観測対象物体に悪影響を与えることを防ぐことができる。
【００８４】
投影方向が極めて限定される原子炉や加速器の内部計測、海洋の３次元温度分布計測、地中探査、大気中観測、エンジン室の燃焼可視化等の、特殊な環境においても、画質の良いＣＴ画像を得ることが可能になり、さらに、これらの分野に種々の凡用的な画像計測が適用可能になる、等の種々の効果を奏する。
【００８５】
従来のＣＴシステムでは、観測対象物体の大きさが制限されており、Ｘ線源と投影値検出手段の間の距離より小さくなければならなかった。しかし、本発明のＣＴシステムでは、観測対象が平板状に大きな物体であっても、第１実施例の投影データ取得手段の下では機構的に物体を移動させることが可能であるので、移動して再構成を繰返す手法により対応が可能になり、平板状の大きさ制限が除かれた。
【００８６】
従って、入国出国時の危険物所持検査において大きな手荷物の３次元内部検査もベルトコンベア上で連続的に行うことが可能になる。
【００８７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００８８】
（Ａ）再構成画像の質を保持しつつ、安価にして高速処理が可能な２次元ならびに３次元ＣＴシステムを構築することができる。
【００８９】
より詳細に述べると、
（Ｂ）投影方向が少数であっても再構成画像が劣化することなく、２次元ならびに３次元の断層撮影を行うことができる。
【００９０】
（Ｃ）再構成の際、計算量を少なくすることでできる。
【００９１】
（Ｄ）投影時間や計算時間を短くして即時に再構成できるようにすることができる。
【００９２】
（Ｅ）再構成の領域を広くすることができる。
【００９３】
（Ｆ）装置が簡単であり低い価格にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の２次元ならびに３次元ＣＴシステムの構成図である。
【図２】  本発明の第１実施例を示す３次元ＣＴシステムの模式図である。
【図３】  本発明の第２実施例を示す３次元ＣＴシステムの模式図である。
【図４】  本発明の第３実施例を示す３次元ＣＴシステムの模式図である。
【図５】  本発明の第４実施例を示す３次元ＣＴシステムの模式図である。
【図６】  本発明の第５実施例を示す３次元ＣＴシステムの模式図である。
【図７】  本発明の第６実施例を示す２次元ＣＴシステムの模式図である。
【図８】  本発明の第７実施例を示す２次元ＣＴシステムの模式図である。
【図９】  本発明の第１、第２、第３、第４または第５実施例の３次元部分再構成計算手段を示す要部図である。
【図１０】  本発明の第６または第７実施例の２次元部分再構成計算手段を示す要部図である。
【符号の説明】
Ｓ，１０１    観測対象物体
１    投影データ取得手段
２    部分再構成計算手段
３    部分再構成係数作成手段
４，１０２    Ｘ線発生源
５    投影値検出手段
６    移動手段
７    取込み手段
８    対数変換手段
９    投影値格納手段
１０    標本化モデルと特異値分解による手段
１１    部分再構成影響係数関数による手段
１２    部分再構成係数格納手段
１３    積和計算手段
１４    表示手段
１００    投影値検出装置
１０５    ３次元画像
１０６    ３次元画像の水平面の各層
１０７    画素領域
１０８    中心画素
１１０    ２次元画像
１１１    １次元画像
【図１】
0003768371.tif 000002
【図２】
0003768371.tif 000003
【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】
0003768371.tif 000008
【図８】
0003768371.tif 000009
【図９】
0003768371.tif 000010
【図１０】
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