本发明涉及检测从X射线源照射并透过对象物的X射线的检测器以及处理由该检测器检测出的X射线数据的数据处理装置，尤其涉及相对于X射线的扫描方向倾斜地具有二维配置的X射线检测像素的检测器以及处理由该检测器检测出的X射线数据的数据处理装置。
背景技术：
近年来，从公共卫生和食品安全的观点出发，对有可能包含在食品内部的异物进行检查的必要性不断提高。
对于该X射线检查也有很多方法，但其中备受瞩目的检查方法是使用X射线来收集食品内部的物质信息的方法。作为其中的一个例子，已知所谓的直列(in-line)式X射线检查装置，在该直列式X射线检查装置中，将X射线管和检测器配置成隔着搬送用的传送带对置，并通过X射线检查载置于传送带上的作为检查对象的食品。在该装置的情况下，作为检查对象的食品被载置于传送带(线)上进行搬送，并经过X射线管的X射线照射域。使此时的X射线的扫描方向与传送带的搬送方向一致。
这样，当食品经过X射线管与检测器之间的空间(对象空间)时，通过传送带下侧的检测器检测透过食品的X射线。通过计算机等的处理装置，根据该检测数据制作图像。例如通过软件对该图像进行图像处理，由此能够发现是否存在有可能混入到该食品内部的异物及其种类。另外，检查对象不仅限于异物，也可以是在X射线下产生有意的对比度差并且需要更精确地求出大小和形状或者重量的对象物。
作为这种可搭载于X射线检查装置的检测器，已知专利文献1中记载的X射线检测器。该X射线检测器是具备多个模块的放射线检测器，所述模块具有多个构成各像素的检测元件。各像素将入射X射线转换成与其放射剂量相应的电信号的数据。在该检测器中，该X射线检测器的扫描方向被设定为第一X轴和与该第一X轴正交的第一Y轴中的一个轴的方向。多个模块沿着第一X轴以及第一Y轴中的至少一个轴在同一面上以已知宽度的间隔彼此相邻地排列。多个模块各自的多个检测元件相对于第一X轴(以及第一Y轴)分别倾斜地设定，并且沿着相互正交的第二X轴和第二Y轴二维地排列。
更加具体而言，该专利文献1中记载的X射线检测器的目的在于，减少X射线量和补偿模块之间的间隙中的像素缺失即所谓的GAP修正。为实现该目的，将多个模块相对于扫描方向倾斜地配置。由此，各模块的像素也相对于扫描方向倾斜地配置，因此，扫描时对相当于模块之间的间隙的部分也赋予像素值，能够大幅减轻由检测器的非感应区对图像产生的影响。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/086648号
专利文献2：美国专利第5,952,646号说明书
专利文献3：日本特开2010-125249号公报
专利文献4：日本特开2000-069369号公报
专利文献5：日本特开2004-325183号公报
专利文献6：日本特开2006-101926号公报
通常，还有很多如专利文献1中记载的X射线检测器那样相对于扫描方向倾斜地配置模块、即构成模块的像素群的例子。例如，可列举专利文献2～6中记载的技术。
技术实现要素：
发明所要解决的技术问题
然而，在使用这种X射线检测器的情况下，需要将其检测数据、即帧数据转换成以扫描方向为一个轴的原正交坐标系的帧数据。对于这一点，在使用了上述倾斜配置的X射线检测器的系统中，例如使用子像素(Subpixel)法将帧数据转换成遵从原正交坐标系的帧数据。
另一方面，近年来，提高对混入食品等中的异物检查的精度的要求不断上升。作为该异物检查装置之一，已知直列式X射线检查装置。该装置面向以流水作业的方式检查大量食品的情况。列举具体例而言，在该装置中，作为检查对象的食品(例如，青椒等的蔬菜、制作出的面包等的食品、肉块)被载置于1分钟例如前进60m的搬送带上。在传送带的上方设置有X射线发生器，并且在载置有食品的传送带的下侧、也就是循环运行的传送带中设置有纵长的X射线检测器，所述纵长的X射线检测器具有覆盖整个线宽的检测面。从检测器以固定帧率输出的帧数据例如与搬送带的移动速度同步地被相互累加。由此，生成检查对象的X射线断层像，以用于检查。
也就是说，需要高速地处理帧数据。当然，处理的高速化使得进行图像生成的运算装置(CPU等)的运算量(负荷)变大。要承受如此大的运算量，要落实到并列设置多个运算装置或者设置能够进行高速运算的计算装置等的解决方案。即，这将导致装置的部件成本增加和大型化。
因此，本发明是鉴于上述以往的X射线检查中存在的状况而做出的，其目的在于，在检测器的像素列以相对于X射线束的扫描方向倾斜地配置于对象空间的状态下沿着扫描方向进行X射线束扫描时，能够将所述扫描的分辨率下降抑制到最小，同时能够将统计噪声抑制到最小，并且能够避免将从检测器输出的帧数据转换到与扫描方向正交的坐标系时的电路结构的大型化，并能够大幅减少其处理量。
用于解决技术问题的手段
为了实现上述目的，根据本发明的一个典型方式，X射线装置具备：检测器，具备二维像素排列，所述二维像素排列沿着相互正交的构成第一正交坐标系的行方向及列方向配置有多个输出响应于入射的X射线的光子的电信号的、方形的规定尺寸的像素，并且将所述二维像素排列配置成使所述行方向相对于扫描方向以规定角度倾斜；以及处理部，将从所述二维像素排列的各像素以固定周期输出的电信号处理成二维的帧数据；其特征在于，所述二维像素排列以所述规定角度倾斜地配置，使得从所述扫描方向的两端中的任意一端观察时，相当于“M列×N个(M为1以上的正整数，N为2以上的正整数，并且M、N为互质关系)”的像素群单独或者反复出现，并且各该像素群所构成的四边形的对角线与所述扫描方向平行；所述处理部具备转换单元，所述转换单元在每个周期，将从所述二维像素排列的各像素以固定周期输出的所述帧数据转换成，由以所述扫描方向为行方向和与该行方向正交的列方向构成的、存储空间上的第二正交坐标系的帧数据。
发明效果
根据本发明，在检测器的像素列相对于X射线束的扫描方向以规定角度倾斜的方式配置于对象空间的状态下，执行扫描。在这种情况下，通过该像素的倾斜配置，能够将扫描的分辨率下降抑制到最小，同时能够将统计噪声抑制到最小。另外，相当于“M列×N个(M为1以上的正整数，N为2以上的正整数，并且M、N为互质关系)”的像素群所构成的四边形的对角线设定为与扫描方向平行。因此，将从检测器输出的帧数据转换到与扫描方向正交的坐标系时的转换模式被限定为规定数量。因此，能够大幅减少重建所需的电路结构以及处理量。
附图说明
图1是说明第一实施方式所涉及的作为X射线装置的X射线异物检查装置的结构的概要的框图。
图2是说明X射线异物检查装置中检测器相对于扫描方向倾斜配置的图。
图3是说明光子计数型检测器的多个能量区域和光子计数的频度的曲线的图。
图4是示出X射线异物检查装置的处理装置的概略结构的框图。
图5是示出搭载于处理装置中的接收电路、仿射转换电路以及排序电路的概略结构的框图。
图6是说明从倾斜配置的检测器的像素排列(对象空间中的像素排列、即第二正交坐标系X’YZ’中的二维像素排列)转换成重建空间中的像素排列(第一正交坐标系XYZ中的二维像素排列)的图。
图7是说明从倾斜配置的检测器的像素排列(第二正交坐标系X’YZ’中的二维像素排列)转换成重建空间中的像素排列的另一图。
图8是说明上述转换的详细图。
图9是说明仿射转换电路的概略结构的框图。
图10是示意性地示出与像素的正交坐标系转换相伴的转换模式的说明图。
图11是说明仿射转换电路的更详细的结构的框图。
图12是说明由处理装置的排序电路执行的像素的排序动作的图。
图13是示意性说明在第一实施方式中执行的重建处理的图。
图14是示出第二实施方式所涉及的X射线装置(例如X射线异物检查装置)所采用的重建电路的概略的框图。
图15是说明作为第二实施方式中的重建处理的前处理而执行的像素分割的图。
图16是示意性说明在第二实施方式中执行的重建处理的图。
图17是说明参照像素列的对角线对倾斜配置倾斜检测器时相对于扫描方向的倾斜角度进行设定时的设定的变形例的图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明所涉及的X射线装置的实施方式进行说明。
[第一实施方式]
首先，参照图1至图13，对X射线装置的第一实施方式进行说明。该X射线装置例如被实施为X射线异物检查装置，但是不一定限于X射线异物检查装置。
例如，可以是医疗用的X射线乳房摄影装置等具备产生X射线束的X射线源即X射线发生装置、以及检测X射线的具有多个长方形(也包括正方形)像素的X射线检测器，并且利用X射线束在固定的扫描方向上扫描检查对象(包括患者)的装置。扫描方向不一定为直线，也可以二维或者三维地弯曲。如后所述，如果相对于由X射线检测器所具备的多个长方形(或者方形的(包括正方形))的像素中指定的像素构成的像素群具有可视为直线程度的直线性的扫描方向，则也可以是沿着如上所述弯曲的轨迹的扫描方向。
图1中示出了该X射线异物检查装置1的概要。该装置1具备：X射线发生装置12，其配置于载置并搬运检查对象OB的搬送带11的上侧；以及X射线检测器13(以下简称为检测器)，其配置于搬送带11的下侧正下方。进一步，该X射线异物检查装置1具备对从检测器13输出的数据(帧数据)进行处理的处理装置14。在处理装置14上，以能够与处理装置14进行通信的方式连接有发挥作为用户界面的功能的输入器15以及显示器16(显示监视器)。
X射线发生装置12具有以往公知的结构，其具备：高电压产生装置21；X射线管22，从该装置21接收驱动用的高电压的供给；以及准直器23，对该X射线管22发生的X射线进行校准。因此，从X射线发生装置12照射锥束状的X射线，该锥束状的X射线具有与将在后面进行说明的检测器13的检测窗的形状相匹配的照射域。
检测器13由自身具有以往公知的结构的半导体元件构成。如图2所示，检测器13通过将多个模块M线状连接而构成，由此具有细长的长方形的外形。另外，检测器13与其外形相应地具有整体上呈细长的长方形的X射线入射窗MD(其宽度(检测宽度)＝W)。
各模块M是将由CdTe、CZT等半导体材料构成的检测层成型为例如20×80个像素P(在本实施方式中，各像素例如为具有0.2mm×0.2mm的尺寸的正方形)的、从X射线直接转换为电信号的、所谓的直接转换型的X射线检测要素。虽未图示，但是在形成该多个像素P的检测层的两面粘贴设置有电荷电极和收集电极。在这两个电极之间施加偏置电压。由此构成用于X射线检测的像素列层31。
将该模块M例如总共29个纵向排列，从而形成纵向约47cm×横向0.4cm的所述X射线入射窗MD(以像素数而言，在模块内沿着正交坐标系配置有例如20×2348个像素)。因此，虽然多个模块M本身线状排列，但是在像素排列方面，构成为在横向上也具有多个像素P的二维像素排列即具备像素列层31的、细长的长方形的直接转换型检测器。
进一步，该检测器13是光子计数型(photon counting)的检测器，其将X射线视为具有各种能量的光子的集合，并能够按照能量区域对这些光子的个数进行计数。例如如图3所示，作为该能量区域，设定了四个能量区域Bin1～Bin4。当然，对于该能量区域Bin的数量来说，只要将用于计测光子数的全部能量区域分为多个即可。
在该检测器13中，按照每个像素P并且按照每个能量区域Bin，每隔固定时间检测X射线的强度，以作为光子数的计数值(累计值)。当一个光子入射到某一像素P时，在该像素P上产生与其能量值相应的波高值的电脉冲信号。该电脉冲信号的波高值、即能量值被分类到相应的能量区域Bin，该能量区域Bin的计数值加1。该计数值按照每个像素P并且按照每个能量区域Bin被收集为每隔固定时间的累计值(数字值)。
负责进行该收集的数据收集电路32例如通过ASIC层以层叠状态被制作到像素列层31的下表面。通过将该数据收集电路32中的采样频率设定为较高的值，例如以6600fps帧率的固定周期，从例如20×2348个像素中分别收集作为数字量的计数值，而且按照每个能量区域Bin进行收集。
这种直接转换型的检测器13，包括其数据收集电路32在内是公知的，例如欧洲专利公开2674787号公报所示。
此外，检测器13不一定必须为上述的直接转换型，也可以是如CeLaCl3检测器那样在直径为数十μm左右的微柱(Micro Column)状的闪烁体上构成SiPM(也称为MPPC)的光子计数型检测器。另外，检测器13也可以是由闪烁体和光电转换元件组合而成的以往已知的积分型的检测器。
如图2所示，该检测器13相对于搬送带11的移动方向、即扫描方向Z(以及带宽度方向X)倾斜配置。由此，各像素P的正方形的轮廓也相对于扫描方向Z(及带宽度方向X)倾斜排列。
具体而言，将搬送带11的宽度(X轴方向的宽度)设为约45cm时，相对于与其移动方向、即扫描方向Z正交的传送带宽度方向X倾斜α°(例如约14.036±0.5°)。如后所述，当该倾斜角度α被设定为，将4个纵横长度(距离)比为1:1的像素(即正方形的像素)整体视作一个区域时该区域的对角线与扫描方向Z一致时，用于对检测数据进行正交转换的处理变得更加简便。
如图4所示，处理装置14在功能上具备：接收电路41，接收检测器13输出的每个能量区域Bin的帧数据；仿射转换电路42，对该帧数据的正交轴进行仿射转换；排序电路43，对该仿射转换后的帧数据进行排序；重建电路44，对该排序后的帧数据应用分层摄影法(也称为断层融合法)，重建对象OB的指定的一个或多个断层面的断层像；以及对焦图像制作电路45，根据该重建的一个或者多个断层面的数据制作全像素对焦图像。
这些电路41～45的结构中的仿射转换电路42以及排序电路43为本实施方式特有的电路，例如是可替代国际公报WO2015/111728A1的图6所示的仿射转换电路的电路。因此，其余的接收电路41、重建电路44以及对焦图像制作电路45只要具有与国际公报WO2015/111728A1的图6的电路相同或者类似的结构以及功能即可。此外，如后所述，本实施方式所涉及的处理装置14与国际公报WO2015/111728A1的图6中记载的结构相比，不同之处还在于，使光子计数所特有的每个能量区域输出的帧数据的种类增加了一个。但是，与这种增加相伴的基本电路结构与该公报中记载的电路结构相同。
此外，虽然使用进行管线(pipeline)处理的硬件电路对该国际公报WO2015/111728A1的图6的电路进行了说明，但是为了构成该电路也可以使用具备CPU(中央控制装置)和存储器等的计算机，当然也可以用ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)和FPGA(field-programmable gate array：现场可编程门阵列)来构成。
在本实施例中，使用FPGA构成处理装置14，通过管线处理使处理装置14动作。
在图5中，接收电路41与检测器13的输出端连接。该接收电路41具备信号编辑电路41A、帧数据制作电路41B以及修正电路41C。
从检测器13的数据收集电路32高速(例如6600FPS)地串行输出数字数据，所述数字数据表示按照每个像素P并且按照每个能量区域Bin(参照图3)收集的X射线光子的每个固定时间的计数值(累计值)。信号编辑电路41A接收该串行的数字数据，编辑成检测器13的全部像素P的、每个能量区域Bin的数据并输出。也就是说，相对于与全部像素P的各像素的在各能量区域Bin1、Bin2、Bin3以及Bin4中计数的X射线光子的计数值被依次输出为原始的帧数据。该原始的帧数据例如由20×2348个像素数据构成，并按照每个能量区域Bin以固定时间的周期被依次输出。
该原始的帧数据被输出到下一级的帧数据制作电路41B。该帧数据制作电路41B依次使用接收到的原始的帧数据，分别计算如下项目：
·合成帧数据FDALL，是以像素为单位对能量区域Bin1～Bin4四个能量区域各自所对应的像素P的像素值进行加法运算而得到的；
·第一能量区域帧数据FD1，是从自下侧起第一个能量区域Bin1的原始的帧数据的像素值中差分出从下侧起第二个能量区域Bin2的原始的帧数据的像素值而得到的；
·第二能量区域帧数据FD2，是从自下侧起第二个能量区域Bin2的原始的帧数据的像素值中差分出从下侧起第三个能量区域Bin3的原始的帧数据的像素值而得到的；以及
·第三能量区域帧数据FD3，是从自下侧起第三个能量区域Bin3的原始的帧数据的像素值中差分出从下侧起第四个(也就是最高位)能量区域Bin4的原始的帧数据的像素值而得到的。
虽然仅是一个例子，但是这些帧数据中的合成帧数据FDALL被用于X射线检查。第一、第二和/或第三能量区域帧数据FD1、FD2和/或FD3是在确定(推定或者特定)异物的种类和/或性质的、所谓的物质确定中使用的数据。这样，在制作帧数据时，取得差分并将X射线管电压设定为最上侧的能量阈值TH4(参照图3)，以使更大的能量的数据不对图像化造成影响。由此，能够尽可能地抑制由于入射到各像素P的X射线光子彼此的重叠现象(堆叠)造成在较高的能量区域中被错误计数的错误差分。
如图6的(A)所示，该合成帧数据FDall和第一、第二以及第三能量区域帧数据FD1、FD2以及FD3相对于XZ面的二维正交坐标的X轴倾斜α°(本例中约为14.036±0.5°)。
在此，将以上述说明的以扫描方向(Z轴方向)为一个轴的正交坐标系称为第一正交坐标系XYZ。由此，能够按照上述的倾斜α°，设定以检测器13的长轴方向为一个轴(X’轴)的第二正交坐标系X’YZ’。也就是说，在图6的(A)的情况下，第二正交坐标系X’YZ’是将第一正交坐标系XYZ在其XZ面上以Y轴为中心顺时针方向旋转α°而得到的。
从该帧数据制作电路41B输出的四种帧数据FDall、FD1、FD2以及FD3分别被发送到下一级的修正电路41C。如图5所示，该修正电路41C单独地并且相互并列地具备合成帧用修正电路41Ca、第一差分用修正电路41Cb、第二差分用修正电路41Cc以及第三差分用修正电路41Cd。从系统一侧向这些修正电路41Ca～41Cd提供针对在系统一侧预先判断出的不良像素(dead pixel)的修正、与灰度(intensity)相关的修正以及与像素值的均匀性相关的修正等的修正信息。由此，修正电路41Ca～41Cd分别利用加权运算等公知的方法，按照每个帧数据并且按照每个像素执行预先指定的修正处理。此外，与灰度相关的修正中还包括按照X射线的每个能量区域对帧数据进行不同的加权，来强调特定的X射线能量区域等的处理。
这些修正处理后的帧数据FDall、FD1、FD2以及FD3分别被发送到下一级的仿射转换电路42。如图5所示，该仿射转换电路42也与该四种帧数据相对应地，作为硬件电路而以并列状态具备合成帧数据用以及第一至第三差分帧数据用的四个仿射转换电路42A、42B～42D。各仿射转换电路42A(～42D)根据子像素法，将图6的(A)中示出的倾斜的帧数据FDall(FD1～FD3)转换成第一正交坐标系XYZ的帧数据。
图6的(B)示意性地示出了该仿射转换后的帧数据FDall’(FD1’、FD2’、FD3’)。根据子像素法，第一正交坐标系XYZ上的像素P’的像素值由以下的合计值表示：即，占有并且构成该各像素P’的、第二正交坐标系X’YZ’的帧数据FDall(FD1、FD2、FD3)的多个相邻的像素的像素值、与这些相邻的像素占据上述各像素P’的总面积的面积比的乘积值的合计值。即，在图6的(C)的例子的情况下，P’＝p1×r1+p2×r2。在此，p1、p2为像素P1、P2的像素值，r1、r2为面积比。在图6的(C)所示的像素P’的情况下，由于是倾斜的帧数据的端部，因此r1+r2＝r12(＜1)，但是在实际使用中能够以此为代替值。
如上所述，通过使用了面积比的子像素法来执行仿射转换。子像素法是仿射转换的一种方法，也可以使用其他的方法。在本实施方式中，重要的特征在于，如图7的(A)、(B)以及图8中详细示出的那样，在进行基于该子像素法的运算时，考虑了检测器13的像素P的几何学配置与检测器13相对于扫描方向(Z轴方向)的倾斜角度α之间的关系，减少了子像素法的运算量。此外，在图7的(B)中提取出图7的(A)的一部分区域进行了说明，在图8中放大图7的(B)进行了说明。
对该特征进行详细说明。在本实施方式的情况下，如图7的(A)、(B)所示，相对于第一正交坐标系XYZ以α°的倾斜角表示出第二正交坐标系X’YZ’。由多个模块M构成的检测器13的二维排列的多个正方形像素P沿着第二正交坐标系X’YZ’配置成格子状。
首先，在本实施方式中，检测器13具有由20×2348个像素构成的二维像素排列。也就是说，在倾斜的第二正交坐标系X’YZ’中的横向的Z’轴方向(相对于扫描方向Z具有α°的倾斜)上，20个(行)像素P形成了各列，该列在作为纵向的X’轴方向上通过多个模块M排列2348列。在本实施方式中，各像素P为200μm×200μm的正方形。此外，在纵列方向上相互相邻的模块M隔开与像素P的一边的尺寸相同大小的间隙设置。
在该几何学结构中，将各行的像素P中从左右端中的任何一端起4个连续的像素P作为一个像素群Pgp(Pgp1、Pgp2、……、Pgpn)。对此，用图7的(A)、(B)内的斜线部分(只示出一个像素群)示意性地示出。由此，各列由5个像素P的群(像素群)Pgp(Pgp1、Pgp2、……Pgp5)构成。进一步，以如下方式确定倾斜角α：即，使各像素群Pgp其整体上构成的区域(斜线部分)的长方形区域Rec的对角线Ldia与扫描方向Z、即第一正交坐标系XYZ的横轴方向Z一致。由此，检测器13中，至少X射线入射窗MD构成了相对于Z轴方向(扫描方向)或者X轴方向以倾斜角α倾斜配置的、所谓的“倾斜检测器”。在本实施方式中，作为一例，根据上述几何学条件，设定倾斜角α°＝约14.036±0.5°。该“倾斜检测器”的“倾斜”是指，X射线入射窗MD的部分为倾斜配置，检测器13的例如罩部分可以不倾斜配置。
此外，上述“像素群Pgp”表示第二正交坐标系X’YZ’中的虚拟群化。构成该“像素群Pgp”的像素P的数量不一定限于4个。虚拟地构成群组的像素P的数量根据使哪种形状的长方形区域(也包括正方形区域)的对角线Ldia与扫描方向Z一致、也就是如何设定检测器13相对于扫描方向的倾斜角α而发生变化。将在后面对示出该变化的变形例进行说明。
由于使该虚拟的对角线Ldia与扫描方向Z一致，因此，由图7的(A)可知，对于检测器13的各列的像素P，随着沿Z’轴方向前进，像素群Pgp(Pgp1、Pgp2、……)反复出现(但是，在纵向的上下端部只出现一次，随着向X’轴方向前进，像素群Pgp的出现数增多)。
在这种情况下，如图8所示，在第二正交坐标系X’YZ’中设想在X’轴方向上相互相邻的两段像素群Pgp的区域Pgptw。在该区域Pgptw中，连接图8中的左侧下段的像素群Pgp的左侧像素(原像素)的左边X’轴方向的中点f、和右侧上段的像素群Pgp的右侧像素(原像素)的右边X’轴方向的中点f彼此的虚拟线段SG，与上述虚拟的对角线Ldia相互平行，并且该线段SG与Z轴方向(扫描方向)相互平行。因此，以将该线段SG四等分并且与Z轴方向(也就是对角线Ldia以及线段SG)正交的方式，划出沿着X轴方向的虚拟的线LN。在此，“四等分”的“四”是根据各像素群Pgp是由4个像素P构成的而决定的。此外，上述倾斜角α°＝约14.036±0.5°是考虑tanα＝1/4(在此，分母4表示各像素群Pgp的数量“4”)和误差而决定的。另外，如果将各像素群Pgp按照5个像素来进行虚拟群组化，择优选进行“五等分”。
由此，如图8所示，以像素群Pgp为单位，虚拟地划分第一正交坐标系XYZ中的4个像素P’。此外，该点f的位置不一定必须是中点，例如也可以为原像素P的外侧边的上下任意一端U或L，也可以为任意位置。
如图7的(B)以及图8所示，在各原像素P为200μm×200μm的正方形的情况下，该虚拟地划分的像素P’的尺寸不再是正方形，而变为稍微横长的长方形。具体而言，Z轴方向(横向)长度为206.155μm、Y轴方向(纵向)长度为194.029μm。由此，第二正交坐标系X’YZ’中的各像素群Pgp被虚拟地重置(转换)成第一正交坐标系XYZ中的像素群Pgp’。因此，第一正交坐标系XYZ中的全部像素P’采用了使重置后的像素群Pgp’在Z轴方向以及Y轴方向上反复出现的结构。进一步，各像素群Pgp’在X’轴方向(倾斜的方向)上偏移的同时被重置，该偏移量、即Z轴方向上的相邻像素P’彼此的偏移量(排列在X’轴方向上的彼此相邻的像素群Pgp’的中点f彼此在Z轴方向上的偏移量)在该例中为48.507μm。
因此，利用子像素法将像素从第二正交坐标系X’YZ’重置即转换到第一正交坐标系XYZ时的转换模式(即、构成第一正交坐标系XYZ的某一关注像素的第二正交坐标系X’YZ’中的多个像素的位置与它们的面积比的组合)有4种，这4种转换模式(或者也称为外插模式)反复出现。因此，反复利用这4种转换模式即可进行该像素转换。
对该转换模式进行详细说明。在图8中示出了放大示出图7的(B)的、由排列在各行上的4个像素P’(Pa、Pb、Pc、Pd)构成的像素群Pgp’。由图可知，第一正交坐标系XYZ的各像素P’由第二正交坐标系X’YZ’的多个像素P、也就是彼此相邻的多个原像素P各自的部分区域构成。
其中，例如当关注第一正交坐标系XYZ的某一像素Pb(斜线部分)时，该像素Pb由第二正交坐标系X’YZ’中的彼此相邻的5个像素的部分S1～S5构成，这些部分S1～S5的面积比为S1：S2：S3：S4：S5(其中，S1+S2+S3+S4+S5＝1)。假设这5个像素的像素值为I1、I2、I3、I4、I5，则根据子像素法，该关注像素Pb的像素值Ib被求出为：
Ib＝S1×I1+S2×I2+S3×I3+S4×I4+S5×I5 (1)
这对于其他像素Ia、Ic、Id也是同样的。也就是说，如图8所示，从上下左右侧与要转换的各像素P’相邻的部分区域的像素的位置(或上、或下、或左、或右的位置)以及面积比的模式由4个像素Pa、Pb、Pc、Pd(＝像素P’)代表。也就是说，存在4种用于制作像素Pa、Pb、Pc、Pd的转换模式，针对每个像素群Pgp’重复该转换模式。
图9示意性地示出了这4种转换模式。
这样，
·指定各像素P’的位置，
·如果知道构成所指定的像素P’的第二正交坐标系X’YZ’中的相邻的多个像素P的位置和面积比以及这些像素P的像素值，即可求出第一正交坐标系XYZ的各像素P’(Pa、Pb、Pc、Pd)的像素值。
其中，根据电路设计，通过仿射转换电路42的设计，指定要转换的像素P’(Pa、Pb、Pc、Pd)的位置以及构成像素P’的部分区域的多个原像素P的位置。由此，多个原像素P的像素值在电路上被赋予至各像素P’的像素值运算电路。另外，赋予给各像素P’的面积比可以预先存储在设置于仿射转换电路42的存储器中，并从该存储器中定期地读取出来。因此，通过对所赋予的多个原像素P的像素值各自乘以面积比并进行加法运算，能够简单地求出各像素P’(Pa、Pb、Pc、Pd)的像素值。
图10以及图11示例出了利用管线处理执行上述子像素法时的框图的概要。如图10所示，各仿射转换电路42A(42B～42D)对于所制作的帧数据的每个种类具备仿射转换用的4个运算电路51～54。
该运算电路51～54分别如图11所示那样构成。在图11中，以利用管线处理实施针对上述像素Pb的子像素法的运算电路52为中心进行了示例。根据该运算电路52，输入电路61接收从接收电路41输出的、在第二正交坐标系X’YZ’中彼此相邻的5个像素的像素值I1～I5。该输入电路61暂时保存该接收到的像素值I1～I5后，与同步时刻相配合地将接收到的像素值I1～I5分别输出到后级的乘法器63A～63E。在该时刻同步下，从存储器62读出表示面积占有率之比S1、S2、S3、S4、S5的数据，并分别发送到乘法器63A～63E。由此，在各乘法器63A～63E中实施上述式(1)中的乘法运算。进一步，在乘法器52A～52E的输出侧设置有加法电路64，以执行上述式(1)中的加法运算。其结果是，从加法电路64输出转换了正交坐标轴、即转换到第一正交坐标系XYZ的关注像素Pb的像素值Ib。
对于第一正交坐标系XYZ的其他像素Pa、Pb、Pc，在进行管线处理的电路中也并列设置有同样的运算电路51、53、54。在这些运算电路51、53、54的存储器中分别预先存储有表示构成并且占有像素Pa、Pc、Pd的多个原像素的部分区域的面积比的信息。从图8可知，该面积比的数值根据像素Pa～Pd的位置发生变化。因此，对于像素Pa、Pc、Pd，也通过运算电路51、53、54同样地分别求出像素值Ia、Ic、Id。由此，例如并行对构成一个像素群Pgp1的各像素P’执行仿射转换。
此时，为了从第二正交坐标系X’YZ’恢复到第一正交坐标系XYZ而进行仿射转换(在此为正交轴转换)。因此，转换后的各像素P’并非如原始的原像素P那样为正方形，而是稍微横向延伸并且纵向缩短的长方形。在此，如图7的(B)以及图8所示，为206.155μm×194.019μm的长方形的像素P’。
在上述一个像素群Pgp1的4个像素Pa～Pd的仿射转换结束的时刻，运算电路51～54各自的输入电路61中被输入并保存有下一个像素群Pgp2的像素数据I1～I5。因此，输入电路61在下一个同步时刻与上述同样地输出像素值I1～I5。由此，并行对构成下一个像素群Pgp2的4个像素P’实施仿射转换。
下面，与上述相同地，对全部像素群Pgp、即检测器13的全部像素P，每隔规定周期反复基于第二正交坐标系X’YZ’的像素执行将像素值转换到第一正交坐标系XYZ的仿射转换。
进一步，在4个仿射转换电路42A～42D中分别同样地并行执行这种反复处理。因此，针对上述4种帧数据、即合成数据以及第一、第二、第三差分帧数据，并行地并且以像素群为单位依次执行上述仿射转换。
这样，通过仿射转换被转换到第一正交坐标系XYZ的像素P’按照帧数据FDALL’(FD1’、FD2’、FD3’)的每个种类并且以像素为单位，分别被输出到下一级的排序电路43的合成帧数据用、第一、第二、第三差分帧数据用的4个排序电路43A～43D。
这4个排序电路43A～43D分别具备存储器和写入/读出电路，如图12所示，通过写入/读出电路将输入像素P’(例如206.155μm×194.019μm)按照原像素P的每行并且按照原像素P的每列依次映射到该存储器的虚拟空间(也就是存储空间上或者存储器上)。但是，此时并不是单纯地将纵横的长度(距离)对齐配置，而是如图12所示那样在Z轴方向(扫描方向)上按照每列偏移规定长度β(＝48.507μm)的方式倾斜映射。也就是说，各像素P’具有如前所述长方形的像素尺寸，呈沿着第一正交坐标系XYZ的形状，帧数据FDall’(FD1’、FD2’、FD3’)整体上配置为各像素P’在Z轴方向上偏移的倾斜长方形。该偏移量β是用于沿着检测器13相对于Z轴方向的倾斜角度α＝14.036°进行映射。
如此生成的帧数据FDall’(FD1’、FD2’、FD3’)被发送给下一级的重建电路44。在该重建电路44中，如图13的(A)示意性所示，视作不存在帧数据FDall’(FD1’、FD2’、FD3’)的偏移量β，例如以与搬送带11的移动速度同步的偏移量(将多个像素彼此的像素值相加时的、使像素彼此沿扫描方向偏移的量)执行偏移累加(shift&add)处理。其结果是，例如，如图13的(B)示意性所示，在每个偏移累加时刻重建倾斜长方形(平行四边形)的图像IMall(IM1、IM2、IM3)。该重建图像被进一步发送给对焦图像制作电路45，例如被施加前述WO2015/111728A1的图11之后的说明所涉及的处理。由此，例如制作出异物检查用的对焦图像。另外，也可以如WO2015/111728A1所述那样进行异物的物质确定。
根据本实施方式所涉及的X射线装置，能够得到如下的各种作用效果。
首先，在检测器13中，倾斜配置有多个模块M，因此具有缓解取决于该倾斜配置的、由模块间的间隙导致的图像缺失的效果。除此之外，如后所述，在对与扫描时的重建空间、即对象空间相匹配的像素所构成轴进行转换(仿射转换)时，按照子像素法根据附近的多个像素来确定像素值。因此，具有抑制像素间的各种波动要素(像素的制造精度的波动和光子噪声等)的效果。由此，能够制作噪声较小的图像。进一步，由于倾斜配置多个模块M，因此能够将分辨率下降抑制到极小，并且能够减轻数字的各向异性的分辨率失真。
另外，当使检测器13相对于扫描方向(Z轴方向)倾斜约14.036°时，扫描方向与正方形的多个像素P、即在纵横方向上具有各向同性的分辨率的多个像素列(即、由上述4个像素P构成的像素群Pgpn)的对角线Ldia的方向一致。这能够发挥不使检测器13相对于扫描方向极度倾斜，而是偏斜地倾斜的上述效果。
另外，将像素从定义所述倾斜配置的第二正交坐标系X’YZ’仿射转换到重建用的第一正交坐标系XYZ时的转换模式是有限的。因此，仿射转换所需的存储器容量较小。
这样，这种利用对角线Ldia的检测器13的倾斜配置的结构，不仅可以补偿模块间间隙的像素缺失，也有助于确保一定程度的扫描宽度并且确保检测器的长度，而且有助于减少与仿射转换相伴的电路结构以及运算量。因此，从各种观点来看，该基于对角线Ldia的倾斜配置是最佳的并且是合理的。
(第二实施方式)
在上述第一实施方式中，重建电路44接收如图12那样制作的倾斜长方形的帧数据FDall’(FD1’、FD2’、FD3’)，并直接视作不存在扫描方向(Z轴方向)上的偏移量β的帧数据，也就是说，无视该偏移量β进行了偏移累加。但是，对该重建也可以进一步作出如下变形。
首先，该变形例所涉及的装置具备重建电路81。该重建电路81替换前述的重建电路44而配置，例如由FPGA(field-programmable gate array：现场可编程门阵列)构成。
该重建电路81具备：像素分割电路82，接收图12中示出的帧数据FDall’(FD1’、FD2’、FD3’)；以及存储器83，存储由该像素分割电路82分割的像素数据。像素分割电路82将图12所示的倾斜长方形的帧数据FDall’(FD1’、FD2’、FD3’)的像素的面积分割成1/4，制作由更细的矩形(例如97.015μm×103.0775μm)的小像素P2构成的帧数据FDall2(FD1’、FD22、FD32)。
进行该制作时，像素分割电路82从加权表格84中读出将原像素P’分割成小像素P2时所需的加权系数(基于前述子像素法的转换模式)，并对各像素P’的像素值乘以该加权系数，从而制作小像素P2。此时，从图15可知，原像素P’和将其分割成四份的小像素P’之间的几何学关系非常简单，能够使用16种加权系数通过简单的处理来进行分割。因此，运算负荷得到减轻。
进一步，像素分割电路82维持扫描方向(Z轴方向)上的每个像素列的偏移量为β/2的同时，将由这些小像素P2构成的帧数据FDall2(FD1’、FD22、FD32)的像素数据存储到存储器83中。
如图14所示，该重建电路81具备处理电路85。该处理电路85例如作为CPU进行动作。该处理电路85例如在经由输入器15或者通过默认设定接收到显示请求时，根据该显示要求向运算器86发送指令，使运算器86从存储器83中读出帧数据FDall2(FD1’、FD22、FD32)。
运算器86通过坐标转换，将像素被映射为倾斜长方形的帧数据FDall2(FD1’、FD22、FD32)转换到第一正交坐标系XYZ，制作图16的(A)中示意性地示出的帧数据FDall-or(FD1-or、FD2-or、FD3-or)，并通过偏移累加重建该帧数据FDall-or(FD1-or、FD2-or、FD3-or)。如图16的(B)所示，通过该重建，生成映射到第一正交坐标系XYZ中的重建图像IMall-re(IM1-re、IM2-re、IM3-re)，该重建图像被显示在显示器16上。
此外，运算器86也可以构成为，将从存储器83中读出的帧数据FDall2(FD1’、FD22、FD32)用于例如物质确定等的其他处理，而不用于显示用的处理。在这种情况下，不一定必须进行图16的(A)所示的转换成帧数据FDall-or(FD1-or、FD2-or、FD3-or)的坐标转换，也可以直接对倾斜长方形的帧数据FDall2(FD1’、FD22、FD32)进行处理。
这样，根据第二实施方式所涉及的X射线装置，除了在前述第一实施方式中所得到的作用效果之外，还能够得到由基于上述像素分割的、更细的像素构成的帧数据，因此，基于此能够更高精度地进行各种处理。进一步，在存在显示请求的情况下，显示第一正交坐标系XYZ中的重建图像IMall-re(IM1-re、IM2-re、IM3-re)，因此图像的失真会也消失，能够提供容易观察并且精度高的图像。
(变形例)
在前述第一以及第二实施方式中，示出了各像素群Pgpn在X’方向以及Z’方向上由1列4行的像素列构成的例子，但是也可以为1列3行(参照图17的(A))、1行5列(参照图17的(B))、进一步为2列5行(参照图17的(C))等的像素列。也就是说，概括起来可以说“多个模块M所提供的二维像素排列倾斜地配置，使得从扫描方向的两端中的任意一端观察时，相当于“M列×N行(个)(M为1以上正整数、N为2以上正整数，并且M、N为互质关系)”的像素群单独或者反复出现，并且各该像素群所构成的四边形的对角线与所述扫描方向平行”。前述转换模式可以为3种(图17的(A)的情况)、5种(图17的(B)的情况)、8种(图17的(C)的情况)。当然，检测器13的各像素P不一定必须是正方形，也可以为长方形(参照图17的(C))。这种变形例也能够得到对由于上述倾斜配置引起的像素缺失部分进行补偿、简化运算等的作用效果。
另一方面，能够简化前述WO2015/111728A1中记载的多断层重建的处理，其结果是，还能够提供重建伪差较少的图像。
另外，在前述第一、第二实施方式及其变形例中，在具有通过图像重建或者经过映射的图像重建所得到的像素的重建图像中，也可以直接进行图像显示，仅在进行包括距离计测及角度计测中的至少一者的计测的情况下，执行对像素的尺寸进行补偿的计测。该处理能够在处理装置14或者运算器86中执行。
进一步，在前述第一、第二实施方式及其变形例中，作为显示器16，能够采用显示的纵横距离比可调节为相同的监视器。在这种情况下，在通过显示器16显示具有各向异性像素的重建图像的情况下，指示该显示器16使纵横距离比变为1：1，使该显示器16在其画面上将纵横距离比调整为1：1。在此基础上，还能够构成为在该重建图像上允许进行包括距离计测以及角度计测中的至少一者的计测。这些处理能够通过在功能上由输入器15以及处理装置14或者运算器86构成的界面单元来执行。
附图标记说明
1：X射线装置(X射线异物检查装置)
12：X射线发生装置
13：检测器
14：处理装置(构成处理部)
15：输入器(构成显示指示单元)
16：显示器(构成显示监视器)
22：X射线管
31：像素列层(具备二维像素排列)
41：接收电路(构成转换单元的一部分)
41A：信号编辑电路
41B：帧数据制作电路
41C：修正电路
42：仿射转换电路(构成转换单元的一部分)
43：排序电路(构成重配置单元)
44、81：重建电路(信号处理单元。构成图像重建单元)
45：对焦图像制作电路
61：输入电路(构成第一确定单元以及第二确定单元)
62：存储器(构成存储单元)
63A～63E：乘法器(构成帧数据转换单元的一部分)
64：加法电路(构成帧数据转换单元的一部分)
82：像素分割电路(构成分割单元)
83：存储器
84：加权表格
85：处理电路
86：运算器(构成映射单元)
M：模块
P、P’、P2：像素
XYZ：第一正交坐标系(重建所需的坐标系)
X’YZ’：第二正交坐标系(沿着检测器的倾斜配置的坐标系)