JP7060090B2 - 光イメージング装置および画像処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、光イメージング装置および画像処理方法に関し、特に、位相分布画像を生成する光イメージング装置および画像処理手法に関する。

従来、位相分布画像を生成する光イメージング装置および画像処理手法が知られている。このような光イメージング装置および画像処理方法は、たとえば、国際公開第２０１４／０３０１１５号に開示されている。

国際公開第２０１４／０３０１１５号に開示されているＸ線位相差撮像システムは、タルボ・ロー干渉計によってＸ線撮像を行い、縞走査法によって位相分布画像を生成するように構成されている。

ここで、タルボ・ロー干渉計では、マルチスリットと、位相格子と、吸収格子とを用いて撮像が行われる。具体的には、複数の格子のうちいずれか１つを、格子のパターンと直交する方向に並進させながら複数回撮像する。また、縞走査法とは、格子を並進移動させながら複数回撮像されたＸ線画像の各画素の画素値の強度変化に基づいて、位相コントラスト画像を生成する手法である。具体的には、縞走査法は、Ｘ線画像に写るモアレ縞の各画素の画素値の強度変化が、格子の周期の関数の各位相におけるデータであるとして、関数の波形を決定し、波形が決定された関数に基づいて、位相分布画像を生成する手法である。縞走査法で生成される位相分布画像は、位相微分像が含まれる。また、縞走査法では、吸収像および暗視野像を含む画像を生成することができる。位相微分像とは、Ｘ線が被写体を通過した際に発生するＸ線の位相のずれをもとに画像化した像である。また、吸収像とは、Ｘ線が被写体を通過した際に生じるＸ線の減衰に基づいて画像化した像である。また、暗視野像とは、物体の小角散乱に基づくＶｉｓｉｂｉｌｉｔｙの変化によって得られる、Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ像のことである。また、暗視野像は、小角散乱像とも呼ばれる。「Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ」とは、鮮明度のことである。

国際公開第２０１４／０３０１１５号には開示されていないが、縞走査法を用いて位相分布画像を生成する際、生成する位相分布画像のノイズを低減させるためには、Ｘ線を照射する時間を長くする必要がある。しかしながら、Ｘ線の照射時間を長くすると、Ｘ線源などから発せられる熱などに起因して格子が熱変動することにより、各格子の相対位置に位置ずれが生じる。各格子の相対位置に位置ずれが生じると、モアレ縞の位相が変化するため、得られる位相分布画像にアーチファクトが生じる。

このようなアーチファクトの発生を抑制するためには、Ｘ線の照射時間を短時間にして撮像した複数の位相分布画像を合成することにより位相分布画像を生成する手法が考えられる。この手法では、Ｘ線の照射時間が短いため、各位相分布画像を生成する際の格子の熱変動の影響を極力抑制することが可能となる。したがって、格子の熱変動に起因してモアレ縞の位相が変化することを抑制することができる。また、複数の位相分布画像を積算または平均化するため、最終的に得られる位相分布画像のノイズを低減させることができる。

国際公開第２０１４／０３０１１５号

しかしながら、上記のようなＸ線の照射時間を短時間にして撮像した複数の位相分布画像を合成して１枚の位相分布画像を取得する方法であっても、各位相分布画像間においては、格子の熱変動の影響を抑制することは難しい。すなわち、Ｘ線の照射時間を短時間にして撮像した複数の位相分布画像を合成して１枚の位相分布画像を取得する方法では、位相分布画像の個々の撮像時間を短縮することが可能であるので、個々の位相分布画像において、格子の熱変動に起因するアーチファクトが発生することを抑制することができる。しかしながら、複数の位相分布画像の撮像以外の時間においても、格子の熱変動は絶えず生じている。そのため、格子の熱変動に起因して、各位相分布画像間の同一画素領域における位相値が変化するという不都合が生じる。したがって、各位相分布画像間の同一画素領域における位相値が変化した状態の複数の位相分布画像に基づいて１枚の位相分布画像を生成すると、生成された位相分布画像において、各位相分布画像間の画素領域における位相値の変化に基づくアーチファクトが発生し、位相分布画像の画質が劣化するという問題点がある。なお、国際公開第２０１４／０３０１１５号に開示されているタルボ・ロー干渉計だけでなく、位相分布から複数の画像を生成し、複数の画像を合成して１枚の位相分布画像を生成する装置についても同様の問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、複数の位相分布画像に基づいて１枚の位相分布画像を生成する際に、生成された位相分布画像において、各位相分布画像間の画素領域における位相値の変化に起因するアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された位相分布画像の画質が劣化することを抑制することが可能な光イメージング装置および画像処理方法を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における光イメージング装置は、被写体に光を照射する光源と、光源から照射された光を検出する検出器と、検出器によって検出された信号に基づいて位相分布画像を生成する画像処理部と、を備え、画像処理部は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像に基づいて取得された複数の位相分布画像の画素領域の複数の画像間における位相値の変化に基づいて、画素領域の位相値を補正するとともに、画素領域の位相値の補正を行った複数の位相分布画像に基づいて、１枚の位相分布画像を生成するように構成されている。

この発明の第１の局面における光イメージング装置では、上記のように、複数の位相分布画像の画素領域の複数の画像間における位相値の変化に基づいて、画素領域の位相値を補正した複数の位相分布画像により、１枚の位相分布画像を生成する画像処理部を備える。これにより、各位相分布画像の画素領域間において、位相値の変化が生じている場合でも、位相値を補正することにより複数の位相分布画像の画素領域間における位相値の変化を抑制することができる。その結果、生成された位相分布画像において、各位相分布画像間の画素領域における位相値の変化に起因するアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された位相分布画像の画質が劣化することを抑制することができる。

上記第１の局面における光イメージング装置において、好ましくは、画像処理部は、画素領域の位相値の補正処理として、複数の位相分布画像の各画素の画像間における位相値が１周期分ずれることにより不連続となるラッピング領域の位相値を、連続的な変化となるように補正するアンラッピング処理を行うように構成されている。このように構成すれば、各画素の画像間における位相値をアンラッピング処理することにより、各画像間におけるラッピング領域の位置を揃えることができる。したがって、複数の位相分布画像に基づいて１枚の位相分布画像を生成する際に、ラッピング領域の位置がばらついた各位相分布画像を合成することにより、ラッピング領域近傍の位相値が平滑化されてしまうことを抑制することができる。その結果、ラッピング領域における位相値が平滑化されることに起因して、生成された位相分布画像にアーチファクトが生じることを抑制することができる。

上記第１の局面における光イメージング装置において、好ましくは、画像処理部は、複数の位相分布画像の撮像順または撮像と反対の順番に並べた複数の位相分布画像の各画素の画像間における位相値の変化に基づいてアンラッピング処理を行うように構成されている。ここで、格子の熱変動は、時間の経過とともに、特定の方向に生じる。したがって、上記のように構成すれば、各画素の画像間における位相値の変化を時系列に取得することができる。その結果、時系列の位相値の変化を取得することが可能となるので、各画像において時間経過に伴って特定の方向に生じる格子の熱変動の影響による位相値の変化を正確に把握することが可能となり、正確なアンラッピング処理を行うことができる。

上記画像処理部が画素領域の位相値の補正処理としてアンラッピング処理を行う構成において、好ましくは、画像処理部は、複数の位相分布画像において、位相値が不連続となる境界の近傍の画素に対して、アンラッピング処理を行うように構成されている。このように構成すれば、複数の位相分布画像に含まれる画素のうち、アンラッピング処理が不必要な領域に対してアンラッピング処理を行うことを抑制することができる。その結果、アンラッピング処理を行う領域の数を低減することが可能となるので、画像処理部の負荷を軽減することができる。なお、位相値が不連続となる境界の近傍の画素とは、位相値が不連続となる境界の位置にある画素そのものと、位相値が不連続となる境界の位置に隣接する画素とを含む。

上記画像処理部が画素領域の位相値の補正処理としてアンラッピング処理を行う構成において、好ましくは、光源は、Ｘ線を照射するように構成されており、検出器は、Ｘ線を検出するように構成されており、光源と検出器との間に配置され、光源からＸ線が照射される第１格子と、第１格子からのＸ線が照射される第２格子とを含む複数の格子をさらに備え、画像処理部は、複数の位相分布画像を取得するとともに、複数の位相分布画像の各画素の画像間における位相値の変化に基づいて、複数の位相分布画像の画像間における位相値のアンラッピング処理を行い、アンラッピング処理を行った複数の位相分布画像を積算または平均化することにより、１枚の位相分布画像を生成するように構成されている。このように構成すれば、ラッピング領域の位置がばらついた複数の位相分布画像に対してアンラッピング処理を行うことにより、各位相分布画像におけるラッピング領域の位置を揃えることが可能となるので、複数の位相分布画像を積算または平均化する際に、複数の位相分布画像のラッピング領域近傍の各画素間において、位相値が平滑化されることを抑制することができる。その結果、位相分布画像においても、生成された位相分布画像において、各位相分布画像間の各画素における位相値の変化に起因するアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された位相分布画像の画質が劣化することを抑制することができる。

この場合、好ましくは、複数の格子のいずれかを移動させる格子移動機構をさらに備え、画像処理部は、複数の格子のいずれかを移動させながら撮像された複数の位相分布画像に基づいて、１枚の位相分布画像を生成するように構成されている。このように構成すれば、複数の格子を移動させながら撮像を行う縞走査法においても、生成された位相分布画像において、各位相分布画像間の各画素における位相値の変化に起因するアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された位相分布画像の画質が劣化することを抑制することができる。

上記画像処理部がアンラッピング処理を行った複数の位相分布画像を積算または平均化することにより１枚の位相分布画像を生成する構成において、好ましくは、複数の格子は、光源と第１格子との間に配置された第３格子をさらに含んでいる。このように構成すれば、第３格子によって光源から照射されるＸ線の可干渉性を高めることができる。その結果、光源の焦点径に依存することなく第１格子の自己像を形成させることが可能となるので、光源の選択の自由度を向上させることができる。

上記画像処理部がアンラッピング処理を行った複数の位相分布画像を積算または平均化することにより１枚の位相分布画像を生成する構成において、好ましくは、画像処理部は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像をフーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理を行うことにより、複数の位相分布画像を生成するように構成されている。このように構成すれば、フーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理によって位相分布画像を生成するフーリエ変換法においても、生成された位相分布画像において、各位相分布画像間の各画素における位相値の変化に起因するアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された位相分布画像の画質が劣化することを抑制することができる。

この発明の第２の局面における画像処理方法は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像に基づいて取得された複数の位相分布画像を取得するステップと、複数の位相分布画像の画素領域の複数の画像間における位相値の変化に基づいて、画素領域の位相値を補正する処理を行うステップと、画素領域の位相値の補正を行った複数の位相分布画像に基づいて、１枚の位相分布画像を生成するステップと、を含む。

この発明の第２の局面における画像処理方法は、上記ように、複数の位相分布画像の画素領域の複数の画像間における位相値の変化に基づいて、画素領域の位相値を補正する処理を行うステップと、画素領域の位相値の補正を行った複数の位相分布画像に基づいて、１枚の位相分布画像を生成するステップと、を含む。このように構成すれば、上記第１の局面における光イメージング装置と同様に、複数の位相分布画像に基づいて１枚の位相分布画像を生成する際に、生成された位相分布画像において、各位相分布画像間の画素領域における位相値の変化に基づくアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された位相分布画像の画質が劣化することを抑制することが可能な画像処理方法を提供することができる。

本発明によれば、上記のように、複数の位相分布画像に基づいて１枚の位相分布画像を生成する際に、生成された位相分布画像において、各位相分布画像間の画素領域における位相値の変化に基づくアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された位相分布画像の画質が劣化することを抑制することが可能な光イメージング装置および画像処理方法を提供することができる。

第１実施形態による光イメージング装置の全体構成を示した模式図である。 第１実施形態による格子位置調整機構の構成を説明するための模式図である。 第１実施形態による画像処理部が位相分布像を含む位相コントラスト画像を生成する処理を説明するための模式図である。 複数の位相分布像におけるラッピング領域の位置の変化を説明するための模式図である。 アンラッピング処理を行う前のグラフの模式図およびアンラッピング処理を行った後のグラフの模式図である。 第１実施形態による光イメージング装置が位相分布像を積算する処理を説明するためのフローチャートである。 第１比較例による各位相分布像のラッピング領域の位置の変化および複数の位相分布像を積算することによる位相値の平滑化を説明するための模式図である。 第１実施形態および第１比較例による１枚の位相分布像における位相値の変化および積算された位相分布像における位相値の変化を説明するための模式図である。 第１比較例による位相分布像の模式図である。 第１実施形態による位相分布像の模式図である。 第２比較例によるアンラッピング処理を説明するための模式図である。 第２実施形態による画像処理部が位相分布像を含む位相コントラスト画像を生成する処理を説明するための模式図である。 第２実施形態による光イメージング装置が位相分布像を積算する処理を説明するためのフローチャートである。 第３実施形態による光イメージング装置の全体構成を示した模式図である。 第１実施形態の変形例による光イメージング装置の全体構成を示した模式図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１～図５を参照して、本発明の第１実施形態による光イメージング装置１００の構成、および光イメージング装置１００が積算位相分布像１４（図３参照）を生成する方法について説明する。

（光イメージング装置の構成）
まず、図１を参照して、第１実施形態による光イメージング装置１００の構成について説明する。

図１に示すように、光イメージング装置１００は、タルボ（Ｔａｌｂｏｔ）効果を利用して、被写体Ｑの内部を画像化する装置である。光イメージング装置１００は、たとえば、非破壊検査用途では、被写体Ｑの内部の画像化に用いることが可能である。

図１は、光イメージング装置１００をＸ方向から見た図である。図１に示すように、光イメージング装置１００は、Ｘ線源１と、第１格子２と、第２格子３と、検出器４と、画像処理部５と、制御部６と、記憶部７と、格子移動機構８とを備えている。なお、Ｘ線源１は、請求の範囲の「光源」の一例である。また、本明細書において、Ｘ線源１から第１格子２に向かう方向をＺ２方向、その逆方向の方向をＺ１方向とする。また、Ｚ方向と直交する面内の上下方向をＹ方向とし、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向とする。また、Ｚ方向と直交する面内の左右方向をＸ方向とし、図１の紙面の奥に向かう方向をＸ２方向、図１の紙面の手前側に向かう方向をＸ１方向とする。

Ｘ線源１は、高電圧が印加されることにより、Ｘ線を発生させる。Ｘ線源１は、発生させたＸ線をＺ２方向に向けて照射するように構成されている。

第１格子２は、一定方向に所定の周期（ピッチ）ｐ１で配列される複数のスリット２ａおよび、Ｘ線位相変化部２ｂを有している。各スリット２ａおよびＸ線位相変化部２ｂはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各スリット２ａおよびＸ線位相変化部２ｂはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。図１に示す例では、各スリット２ａおよびＸ線位相変化部２ｂはそれぞれ、Ｙ方向に所定の周期（ピッチ）ｐ１で配列され、Ｘ方向に延びるように形成されている。第１格子２は、いわゆる位相格子である。

第１格子２は、Ｘ線源１と、第２格子３との間に配置されており、Ｘ線源１からＸ線が照射される。第１格子２は、タルボ効果により、第１格子２の自己像（図示せず）を形成するために設けられている。可干渉性を有するＸ線が、スリットが形成された格子を通過すると、格子から所定の距離（タルボ距離）離れた位置に、格子の像（自己像）が形成される。これをタルボ効果という。

第２格子３は、一定方向に所定の周期（ピッチ）ｐ２で配列される複数のＸ線透過部３ａおよびＸ線吸収部３ｂを有する。各Ｘ線透過部３ａおよびＸ線吸収部３ｂはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各Ｘ線透過部３ａおよびＸ線吸収部３ｂはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。図１に示す例では、各Ｘ線透過部３ａおよびＸ線吸収部３ｂはそれぞれ、Ｙ方向に所定の周期（ピッチ）ｐ２で配列され、Ｘ方向に延びるように形成されている。第２格子３は、いわゆる、吸収格子である。第１格子２は、Ｘ線位相変化部２ｂとスリット２ａとの屈折率の違いによってＸ線の位相を変化させる機能を有する。第２格子３は、Ｘ線吸収部３ｂによりＸ線の一部を遮蔽する機能を有する。

第２格子３は、第１格子２と検出器４との間に配置されており、第１格子２を通過したＸ線が照射される。また、第２格子３は、第１格子２からタルボ距離離れた位置に配置される。第２格子３は、第１格子２の自己像と干渉して、検出器４の検出表面上にモアレ縞ｍｆ（図３参照）を形成する。

検出器４は、Ｘ線を検出するとともに、検出されたＸ線を電気信号に変換し、変換された電気信号を画像信号として読み取るように構成されている。検出器４は、たとえば、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）である。検出器４は、複数の変換素子（図示せず）と複数の変換素子上に配置された画素電極（図示せず）とにより構成されている。複数の変換素子および画素電極は、所定の周期（画素ピッチ）で、Ｘ方向およびＹ方向にアレイ状に配列されている。また、検出器４は、取得した画像信号を、画像処理部５に出力するように構成されている。

画像処理部５は、検出器４から出力された画像信号に基づいて、積算位相分布像１４（図１１参照）を生成するように構成されている。画像処理部５は、たとえば、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）または画像処理用に構成されたＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのプロセッサを含む。また、画像処理部５は、検出器４から出力された画像信号に基づいて、平均値像１１（図３参照）およびビジビリティ像１５（図３参照）を生成するように構成されている。

制御部６は、格子移動機構８を制御して、第１格子２を移動させるように構成されている。制御部６は、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを含む。

記憶部７は、画像処理部５が生成したＸ線画像１０、平均値像１１、積算位相分布像１４、ビジビリティ像１５などを保存するように構成されている。記憶部７は、たとえば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）や不揮発性のメモリなどを含む。

格子移動機構８は、制御部６の制御の下、第１格子２を移動可能に構成されている。また、格子移動機構８は、第１格子２を保持している。

（格子移動機構）
図２に示すように、格子移動機構８は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｚ方向の軸線周りの回転方向Ｒｚ、Ｘ方向の軸線周りの回転方向Ｒｘ、および、Ｙ方向の軸線周りの回転方向Ｒｙに第１格子２を移動可能に構成されている。具体的には、格子移動機構８は、Ｘ方向直動機構８０と、Ｙ方向直動機構８１と、Ｚ方向直動機構８２と、直動機構接続部８３と、ステージ支持部駆動部８４と、ステージ支持部８５と、ステージ駆動部８６と、ステージ８７とを含む。Ｘ方向直動機構８０は、Ｘ方向に移動可能に構成されている。Ｘ方向直動機構８０は、たとえば、モータなどを含む。Ｙ方向直動機構８１は、Ｙ方向に移動可能に構成されている。Ｙ方向直動機構８１は、たとえば、モータなどを含む。Ｚ方向直動機構８２は、Ｚ方向に移動可能に構成されている。Ｚ方向直動機構８２は、たとえば、モータなどを含む。

格子移動機構８は、Ｘ方向直動機構８０の動作により、第１格子２をＸ方向に移動させるように構成されている。また、格子移動機構８は、Ｙ方向直動機構８１の動作により、第１格子２をＹ方向に移動させるように構成されている。また、格子移動機構８は、Ｚ方向直動機構８２の動作により、第１格子２をＺ方向に移動させるように構成されている。

ステージ支持部８５は、ステージ８７を下方（Ｙ１方向）から支持している。ステージ駆動部８６は、ステージ８７をＸ方向に往復移動させるように構成されている。ステージ８７は、底部がステージ支持部８５に向けて凸曲面状に形成されており、Ｘ方向に往復移動されることにより、Ｚ方向の軸線周り（Ｒｚ方向）に回動するように構成されている。また、ステージ支持部駆動部８４は、ステージ支持部８５をＺ方向に往復移動させるように構成されている。また、ステージ支持部８５は底部が直動機構接続部８３に向けて凸曲面状に形成されており、Ｚ方向に往復移動されることにより、Ｘ方向の軸線周り（Ｒｘ方向）に回動するように構成されている。また、直動機構接続部８３は、Ｙ方向の軸線周り（Ｒｙ方向）に回動可能にＸ方向直動機構８０に設けられている。したがって、格子移動機構８は、格子をＹ方向の中心軸線周りに回動させることができる。

次に、図３～図５を参照して、第１実施形態による光イメージング装置１００が積算平均値像１２（図３参照）、積算位相分布像１４（図３参照）、および積算ビジビリティ像１６（図３参照）を生成する構成について説明する。

（複数の位相分布像の取得）
まず、図３を参照して、第１実施形態による光イメージング装置１００が取得する画像１０および生成する複数の平均値像１１、位相分布像１３およびビジビリティ像１５について説明する。なお、平均値像１１、位相分布像１３およびビジビリティ像１５とは、それぞれ、縞走査法において第２格子３を並進移動させながら取得した複数の画像１０における各画素の画素値の変化に対して、サイン関数でフィッティングを行った関数の平均値と、位相値と、ビジビリティ値とをそれぞれマッピングして得られる像である。

図３に示す例は、格子移動機構８によって、第２格子３を４回並進させて撮像した４枚の画像１０（画像１０ａ、画像１０ｂ、画像１０ｃおよび画像１０ｄを含む画像セット）に基づいて、平均値像１１、位相分布像１３およびビジビリティ像１５を生成する例である。第１実施形態では、画像処理部５は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像１０（画像１０ａ～画像１０ｄ）の各セットに基づいて、複数の平均値像１１、位相分布像１３およびビジビリティ像１５を取得する。また、画像処理部５は、複数の位相分布像１３を積算することにより、積算位相分布像１４を生成する。また、画像処理部５は、複数の平均値像１１およびビジビリティ像１５をそれぞれ積算することにより、積算平均値像１２および積算ビジビリティ像１６を生成する。なお、位相分布像１３および積算位相分布像１４は、モアレ縞ｍｆの位相値の分布を示した画像である。位相分布像１３および積算位相分布像１４の位相値の取り得る範囲は－π～πであり、位相値は、その範囲を繰り返す周期的な値である。したがって、位相分布像１３（積算位相分布像１４）では、位相値が１周期分ずれることにより不連続となるラッピング領域が生じる。なお、図３に示す例では、位相値の範囲が－π～πであるため、ラッピング領域では、位相値の符号が反転する。

第２格子３に熱変動が生じた場合、各位相分布像１３におけるラッピング領域の位置がずれる。ラッピング領域の位置がずれた複数の位相分布像１３をそのまま積算すると、ラッピング領域における位相値が平滑化され、積算位相分布像１４にアーチファクトが生じる。そのため、第１実施形態では、画像処理部５は、取得された複数の位相分布像１３の画素領域Ｒａ（図４参照）の画像間における位相値の変化に基づいて、画素領域Ｒａの位相値を補正するとともに、画素領域Ｒａの位相値の補正を行った複数の位相分布像１３に基づいて、１枚の積算位相分布像１４を生成するように構成されている。具体的には、画像処理部５は、複数の位相分布像１３を取得するとともに、複数の位相分布像１３の各画素の画像間における位相値の変化に基づいて、複数の位相分布像１３の画像間における位相値のアンラッピング処理を行い、アンラッピング処理を行った複数の位相分布像１３を積算することにより、１枚の積算位相分布像１４を生成するように構成されている。なお、位相分布像１３および積算位相分布像１４は、請求の範囲の「位相分布画像」の一例である。また、画像間における位相値の補正処理およびアンラッピング処理の詳しい説明は後述する。

また、第１実施形態では、画像処理部５は、第２格子３を移動させながら撮像された複数の位相分布像１３に基づいて、１枚の積算位相分布像１４を生成するように構成されている。すなわち、画像処理部５は、いわゆる縞走査法によって複数の位相分布像１３を生成する。

ここで、縞走査法によって位相分布像１３を取得する場合、Ｘ線源１などからの発熱などによる格子の熱変動が生じると、複数の画像１０（画像１０ａ～画像１０ｄ）の画像間において、モアレ縞ｍｆの位相がずれる。複数の画像１０の画像間におけるモアレ縞ｍｆの位相値がずれた場合、位相分布像１３にアーチファクトが生じるため、位相分布像１３の画質が劣化する。位相分布像１３の画質が劣化すると、積算位相分布像１４の画質も劣化する。格子の熱変動は時間とともに蓄積するため、コントラストが高い画像を得るために撮像時間を長くすると、熱変動に起因するアーチファクトの影響が大きくなる。そこで、第１実施形態では、Ｘ線源１からの発熱などによる格子の熱変動の影響を極力抑制するために、各画像１０の撮像時間（Ｘ線の露光時間）を短くして撮像している。各画像１０の撮像時間が短いので、各画像１０のコントラストは低下する。したがって、画像１０に基づいて生成される各位相分布像１３も、コントラストが低い画像となっている。

第１実施形態では、図３に示すように、コントラストが低い複数の位相分布像１３を積算することにより、コントラストが高い１枚の積算位相分布像１４を取得する。各位相分布像１３の画質が劣化することを抑制することが可能となるので、積算位相分布像１４の画質が劣化することを抑制することができる。しかしながら、格子に熱変動が生じると、各位相分布像１３の画像間における位相値の分布が変化する。

図４は、複数の位相分布像１３の模式図および各位相分布像１３の画素領域Ｒａを拡大した画像１７（位相分布像１３の一部分）の模式図である。図４に示す例は、第２格子３の熱変動に起因して、モアレ縞ｍｆの位相が変化することにより、各位相分布像１３における位相値の分布が変化する例である。また、図４に示す例は、各位相分布像１３の画素領域Ｒａに含まれる画素のうち、画素Ｇに着目して位相値の分布の変化を示した例である。なお、図４に示す例は、ハッチングの有無により、位相値の違いを表している。すなわち、ハッチングを付した領域は、ハッチングを付していない領域よりも位相値が低い領域である。また、ハッチングを付していない領域は、ハッチングを付した領域よりも位相値が高い領域である。また、ハッチングを付した領域とハッチングを付していない領域との境界ｐｂでは、位相値の符号が反転し、不連続となる。このような領域を、ラッピング領域という。

第１位相分布像１３ａでは、画素Ｇの位置よりもラッピング領域の位置が左側にあり、画素Ｇは、位相値が高い領域（ハッチングを付していない領域）に位置している。第２位相分布像１３ｂでは、ラッピング領域の位置と画素Ｇの位置とがほぼ一致している。また、第Ｎ位相分布像１３ｃでは、ラッピング領域の位置が画素Ｇの位置よりも右側にあり、画素Ｇは位相値が低い領域に位置している。すなわち、図４に示す例は、時間の経過に伴って、第２格子３の熱変動によって、第１Ｘ線画像セットから第ＮＸ線画像セットまでの間に、モアレ縞ｍｆの位相が変化することにより、位相分布像１３におけるラッピング領域が徐々に画像の右側移動する例である。

図４に示す複数の位相分布像１３を積算した場合、画素領域Ｒａにおける位相値が平滑化され、ラッピング領域における位相値の変化がなだらかになる。ラッピング領域における位相値の変化がなだらかになると、積算位相分布像１４にアーチファクトが生じる。また、被写体Ｑと背景との境界部分や、被写体Ｑの内部構造の境界部分などにおいても、位相値が急激に変化するため、各画像間の位相値が変化すると、境界部分における位相値の変化がなだらかになるため、被写体Ｑのエッジが不鮮明になるなど、積算位相分布像１４の画質が劣化する原因となる。そこで、第１実施形態では、各画素領域Ｒａの位相値を補正するように構成されている。

（位相分布像の補正処理）
第１実施形態では、画像処理部５は、各位相分布像１３の画素Ｇの位相値の変化に基づいて画素領域Ｒａにおける画素の位相値の補正を行うように構成されている。具体的には、画像処理部５は、画素領域Ｒａの位相値の補正処理として、複数の位相分布像１３の各画素の画像間における位相値が１周期分ずれることにより不連続となるラッピング領域の位相値を連続的な変化となるように補正するアンラッピング処理を行うように構成されている。なお、図４に示す例では、便宜上、ラッピング領域の一部分を画素領域Ｒａとして図示しているが、画素領域Ｒａは、位相値の符号が反転する領域であり、位相分布像１３において複数カ所存在する。また、画像処理部５は、画素領域Ｒａ以外の領域においても、位相値の補正処理を行う。すなわち、画像処理部５は、位相分布像１３の各画素において、画像間で位相値のラッピングが生じているか否かを判定し、画像間においてラッピングが生じている画素では、アンラッピング処理を行う。

図５は、画像処理部５におけるアンラッピング処理を行う前のグラフ１８およびアンラッピング処理を行った後のグラフ２０の模式図である。グラフ１８およびグラフ２０は、横軸が画像Ｎｏ（Ｎ）であり、縦軸が位相値（ｒａｄ）である。なお、横軸である画素Ｎｏの単位（Ｎ）は、位相分布像１３の撮像順であり、０（ゼロ）を含む整数値である。本実施形態では、最初に撮像した画像の撮像順を０番目とする。また、グラフ１８およびグラフ２０に示すプロットｐｖは、各位相分布像１３の画素Ｇの位相値を示している。

図５のグラフ１８に示すように、画像処理部５は、複数の位相分布像１３の画素Ｇの位相値を、位相分布像１３が撮像された順にプロットする。熱変動に起因するモアレ縞ｍｆの位相が変化しているため、グラフ１８に示す各画素Ｇの位相値は、楕円Ｒｂで囲った部分において、ラッピング領域が生じている。

グラフ１８に示すように、各位相分布像１３の画素領域Ｒａにおける画素の位相値にラッピング領域が生じた状態で各位相値を積算すると、各画素領域Ｒａの位相値は、線分１９で示す位相値（各画素Ｇの位相値の平均値）となり、各画素領域Ｒａの位相値の値がそれぞれ大幅に変動する。位相値の境界ｐｂにおけるこのような大幅な変動は、積算位相分布像１４の画質の劣化の原因となる。

そこで、第１実施形態では、グラフ２０に示すように、画像処理部５は、複数の位相分布像１３の撮像順に並べた複数の位相分布像１３の各画素の画像間における位相値の変化に基づいてアンラッピング処理を行うように構成されている。本実施形態において、アンラッピング処理とは、各画素Ｇの位相値を、ラッピング領域の前後において連続的になるように、ラッピング領域以降の各画素Ｇの位相値を補正する処理である。アンラッピング処理を行った後のグラフ２０では、楕円Ｒｃで囲った部分において、位相分布像１３の画素Ｇの位相値が連続的になり、ラッピング領域がなくなっている。このように位相値を補正した後の各位相分布像１３を積算した場合、各画素領域Ｒａの位相値は、線分２１で示す位相値（各画素Ｇの位相値の平均値）となり、各画素領域Ｒａの位相値の値はそれほど変動しない。したがって、積算位相分布像１４の画質の劣化を抑制することができる。

また、画像処理部５は、複数の位相分布像１３において、位相値が不連続となる境界ｐｂの近傍の画素に対して、アンラッピング処理を行うように構成されている。具体的には、画像処理部５は、画素領域Ｒａのうち、第１位相分布像１３ａから第Ｎ位相分布像１３ｃにおいて、位相値の境界ｐｂが移動する範囲ｍｒに含まれる画素に対して、アンラッピング処理を行うように構成されている。図５に示す例は、位相値が不連続となる境界ｐｂの近傍の画素として、各位相分布像１３の画素Ｇに対してアンラッピング処理を行う例である。すなわち、画像処理部５は、第１位相分布像１３ａ～第Ｎ位相分布像１３ｃまでの各画像の同一画素Ｇに対して、アンラッピング処理を行う。

次に、図６を参照して、第１実施形態による光イメージング装置１００による積算位相分布像１４を生成する処理の流れについて説明する。

ステップＳ１において、画像処理部５は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像１０に基づいて、複数の位相分布像１３を取得する。なお、ステップＳ１において、画像処理部５は、縞走査法によって複数の位相分布像１３を取得する。その後、処理は、ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２において、画像処理部５は、複数の位相分布像１３の画素領域Ｒａの画像間における位相値の変化に基づいて、画素領域Ｒａの位相値を補正する処理を行う。その後、処理は、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３において、画像処理部５は、画素領域Ｒａの位相値の補正を行った複数の位相分布像１３に基づいて、１枚の積算位相分布像１４を生成し、処理を終了する。

（第１比較例）
ここで、図７～図１０を参照して、複数の位相分布像１３をそのまま積算することによって１枚の位相分布像１３を生成する第１比較例による光イメージング装置と、本実施形態における光イメージング装置１００とについて説明する。

図７は、複数の位相分布像１３の模式図および複数の位相分布像１３を積算した積算位相分布像２２の模式図および各画像の画素領域Ｒａを拡大した拡大画像１７の模式図である。

積算位相分布像２２は、複数の位相分布像１３を積算した画像である。各位相分布像１３においてラッピング領域の位置がそれぞれわずかにずれているので、ラッピング領域における位相値の変化がなだらかになる。したがって、図７に示すように、積算位相分布像２２のラッピング領域では、第１位相分布像１３位相値がグラデーション状に変化する。

図８は、積算位相分布像１４のうち、ラッピング領域の位相値の変化を示すグラフ２３の模式図、第２位相分布像１３ｂの画素領域Ｒａのうち、領域Ｒｄにおける位相値の変化を示すグラフ２４の模式図および積算位相分布像２２の画素領域Ｒａのうち、領域Ｒｅにおける位相値の変化を示すグラフ２５の模式図である。

グラフ２４に示すように、第２位相分布像１３ｂのラッピング領域では、位相値が反転する。一方、グラフ２５に示すように、積算位相分布像２２のラッピング領域では、位相値が段階的に変化し、グラフ２４のラッピング領域と比較して、位相値の変化がなだらかになっている。このような積算位相分布像２２では、図９に示すように、ラッピング領域の位置において縦縞のアーチファクト２６が生じる。

本実施形態では、各画素領域Ｒａの位相値に対してアンラッピング処理を行ってから各位相分布像１３を積算するため、積算後の積算位相分布像１４のラッピング領域における位相値は、グラフ２３に示すように、反転する。したがって、図１０に示すように、積算位相分布像１４では、アーチファクト２６が生じることを抑制することができる。

（第２比較例）
次に、図１１を参照して、各位相分布像１３のそれぞれに対してアンラッピング処理を行った後に積算する第２比較例について説明する。モアレ縞ｍｆの位相のずれに起因して生じるラッピング領域の位置の変化による積算位相分布像１４の画質の劣化を抑制するためには、図１１に示すように、各位相分布像１３について、各画像をそれぞれアンラッピング処理した複数の画像２７を取得し、複数の画像２７を積算する方法が考えられる。しかし、たとえば、検出器４の画素に欠損が生じている場合には、位相分布像１３において、画素の欠損に起因するノイズが生じる。ノイズが生じた各位相分布像１３をアンラッピング処理した場合、アンラッピング処理後の画像２７において、同一画像内の画素の欠損に起因するノイズが他の画素にまで影響し、縞状（ストリーク状）のアーチファクト２８が生じる。これらのアーチファクト２８が生じた画像２７を積算すると、積算後の画像２９において、各画像２７のアーチファクト２８も積算されてしまう。積算後の画像２９にアーチファクト２８が生じていると、積算位相分布像１４の画質が劣化する原因となる。

本実施形態では、画素領域Ｒａの位相値の補正（アンラッピング処理）を行った後の位相分布像１３を積算するため、各画像における画素欠損の影響は、同一画素においてのみ生じるため、他の画素に影響がおよぶことを抑制することができる。すなわち、欠損画素の影響をその画素だけに留めることが可能となるので、位相分布像１３に縞状のアーチファクト２８が生じることを抑制することができる。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、光イメージング装置１００は、被写体Ｑに光を照射するＸ線源１と、Ｘ線源１から照射された光を検出する検出器４と、検出器４によって検出された信号に基づいて位相分布像１３を生成する画像処理部５と、を備え、画像処理部５は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像１０に基づいて取得された複数の位相分布像１３の画素領域Ｒａの画像間における位相値の変化に基づいて、画素領域Ｒａの位相値を補正するとともに、画素領域Ｒａの位相値の補正を行った複数の位相分布像１３に基づいて、１枚の積算位相分布像１４を生成するように構成されている。これにより、各位相分布像１３の画素領域Ｒａ間において、位相値の変化が生じている場合でも、位相値を補正することにより複数の位相分布像１３の画素領域Ｒａ間に位相値の変化を抑制することができる。その結果、生成された積算位相分布像１４において、各位相分布像１３間の画素領域Ｒａにおける位相値の変化に基づくアーチファクト２６が生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された積算位相分布像１４の画質が劣化することを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部５は、画素領域Ｒａの位相値の補正処理として、複数の位相分布像１３の各画素の画像間における位相値が１周期分ずれることにより不連続となるラッピング領域の位相値を、連続的な変化となるように補正するアンラッピング処理を行うように構成されている。これにより、各画素の画像間における位相値をアンラッピング処理することにより、各画像間におけるラッピング領域の位置を揃えることができる。したがって、複数の位相分布像１３に基づいて１枚の積算位相分布像１４を生成する際に、ラッピング領域がばらついた各位相分布像１３を合成することにより、ラッピング領域近傍の位相値が平滑化されてしまうことを抑制することができる。その結果、ラッピング領域における位相値が平滑化されることに起因して、生成された積算位相分布像１４にアーチファクトが生じることを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部５は、複数の位相分布像１３の撮像順に並べた複数の位相分布像１３の各画素の画像間における位相値の変化に基づいてアンラッピング処理を行うように構成されている。ここで、第２格子３の熱変動は、時間の経過とともに、特定の方向に生じる。したがって、上記のように構成することにより、各画素の画像間における位相値の変化を時系列に取得することができる。その結果、時系列の位相値の変化を取得することが可能となるので、各画像において時間経過に伴って特定の方向に生じる第２格子３の熱変動の影響による位相値の変化を正確に把握することが可能となり、正確なアンラッピング処理を行うことができる。

また、第１実施形態では、上記のように、画像処理部５は、複数の位相分布像１３において、位相値が不連続となる境界ｐｂの近傍の画素に対して、アンラッピング処理を行うように構成されている。これにより、複数の位相分布像１３に含まれる画素のうち、アンラッピング処理が不必要な領域に対してアンラッピング処理を行うことを抑制することができる。その結果、アンラッピング処理を行う領域の数を低減することが可能となるので、画像処理部５の負荷を軽減することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、Ｘ線源１は、Ｘ線を照射するように構成されており、検出器４は、Ｘ線を検出するように構成されており、Ｘ線源１と検出器４との間に配置され、Ｘ線源１からＸ線が照射される第１格子２と、第１格子２からのＸ線が照射される第２格子３とを含む複数の格子をさらに備え、画像処理部５は、複数の位相分布像１３を取得するとともに、複数の位相分布像１３の各画素の画像間における位相値の変化に基づいて、複数の位相分布像１３の画像間における位相値のアンラッピング処理を行い、アンラッピング処理を行った複数の位相分布像１３を積算することにより、１枚の積算位相分布像１４を生成するように構成されている。これにより、ラッピング領域の位置がばらついた複数の位相分布像１３に対してアンラッピング処理を行うことにより、各位相分布像１３におけるラッピング領域の位置を揃えることが可能となるので、複数の位相分布像１３を積算する際に、複数の位相分布像１３のラッピング領域近傍の各画素間において、位相値が平滑化されることを抑制することができる。その結果、積算位相分布像１４においても、生成された積算位相分布像１４において、各位相分布像１３間の各画素における位相値の変化に起因するアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された積算位相分布像１４の画質が劣化することを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、第２格子３を移動させる格子移動機構８をさらに備え、画像処理部５は、第２格子３を移動させながら撮像された複数の位相分布像１３に基づいて、１枚の積算位相分布像１４を生成するように構成されている。これにより、第２格子３を移動させながら撮像を行う縞走査法においても、生成された積算位相分布像１４において、各位相分布像１３間の各画素における位相値の変化に起因するアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された積算位相分布像１４の画質が劣化することを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像１０に基づいて取得された複数の位相分布像１３を取得するステップＳ１と、複数の位相分布像１３の画素領域Ｒａの画像間における位相値の変化に基づいて、画素領域Ｒａの位相値を補正する処理を行うステップＳ２と、画素領域Ｒａの位相値の補正を行った複数の位相分布像１３に基づいて、１枚の積算位相分布像１４を生成するステップＳ３と、を含む。これにより、生成された積算位相分布像１４において、各位相分布像１３間の画素領域Ｒａにおける位相値の変化に起因するアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された積算位相分布像１４の画質が劣化することを抑制することが可能な画像処理方法を提供することができる。

［第２実施形態］
次に、図１および図１２を参照して、第２実施形態による光イメージング装置２００（図１参照）について説明する。第２格子３を移動させながら撮像した複数の画像１０に基づいて複数の位相分布像１３を取得する第１実施形態とは異なり、第２実施形態では、画像処理部５は、モアレ縞ｍｆを生じさせた状態で被写体Ｑを撮像した画像３０に基づいて、複数の位相分布像１３を生成するように構成されている。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。

（光イメージング装置の構成）
まず、図１を参照して、第２実施形態による光イメージング装置２００の構成について説明する。

第２実施形態では、画像処理部５は、格子移動機構８によって第２格子３の位置をわずかにずらし、予めモアレ縞ｍｆを生じさせた状態で撮像した画像３０に基づいて、複数の位相分布像１３を取得する。具体的には、画像処理部５は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像３０をフーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理を行うことにより、複数の位相分布像１３を生成するように構成されている。

次に、図１３を参照して、第２実施形態による光イメージング装置２００による積算位相分布像１４を生成する処理の流れについて説明する。なお、第１実施形態と同様のステップの説明については省略する。

ステップＳ４において、画像処理部５は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像１０に基づいて、複数の位相分布像１３を取得する。なお、ステップＳ４では、画像処理部５は、第２格子３を並進移動させながら撮像する縞走査法ではなく、予めモアレ縞ｍｆを生じさせた状態で撮像した画像３０に対してフーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理を行うフーリエ変換法によって複数の位相分布像１３を取得する。その後、処理は、ステップＳ２およびＳ３へと進み、画素領域Ｒａの位相値が補正された複数の位相分布像１３に基づいて、１枚の積算位相分布像１４を生成し、処理を終了する。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、画像処理部５は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像３０をフーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理を行うことにより、複数の位相分布像１３を生成するように構成されている。これにより、フーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理によって位相分布像１３を生成するフーリエ変換法においても、生成された積算位相分布像１４において、各位相分布像１３間の各画素における位相値の変化に起因するアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された積算位相分布像１４の画質が劣化することを抑制することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［第３実施形態］
次に、図１４を参照して、第３実施形態による光イメージング装置３００について説明する。被写体ＱにＸ線を照射して位相分布像１３を取得する第１および第２実施形態とは異なり、第３実施形態では、光イメージング装置３００は、参照面３７および被写体Ｑによって反射された光の位相差に基づいて位相分布画像を生成するように構成されている。なお、上記第１および第２実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。

（光イメージング装置の構成）
図１４に示すように、光イメージング装置３００は、光源３１と、フィルタ３２と、第１ビームスプリッタ３３と、対物レンズ３４と、第２ビームスプリッタ３５と、被写体載置台３６と、参照面３７と、検出器３８と、画像処理部３９と、を備える。

光源３１は、第１ビームスプリッタ３３に向けて白色光を照射するように構成されている。光源３１は、たとえば、白色レーザーまたは白色ＬＥＤなどを含む。フィルタ３２は、光源３１と第１ビームスプリッタ３３との間に設けられている。フィルタ３２は、光源３１から照射された光のうち、所定波長の光を透過するように構成されている。フィルタ３２は、たとえば、バンドパスフィルタを含む。

第１ビームスプリッタ３３は、光源３１から照射された白色光のうち、フィルタ３２を透過した光を、対物レンズ３４に向けて反射させるように構成されている。また、第１ビームスプリッタ３３は、被写体Ｑおよび参照面３７によって反射された光を透過するように構成されている。

対物レンズ３４は、第１ビームスプリッタ３３と、第２ビームスプリッタ３５との間に設けられている。

第２ビームスプリッタ３５は、対物レンズ３４を透過した光を、被写体載置台３６に向けて透過させる。また、第２ビームスプリッタ３５は、対物レンズ３４を透過した光を、参照面３７に向けて反射させる。

被写体載置台３６は、被写体Ｑを載置させる。参照面３７は、照射された光を反射させるように構成されている。参照面３７は、たとえば、反射ミラーを含む。

検出器３８は、被写体載置台３６に載置された被写体Ｑによって反射された光および参照面３７によって反射された光を検出するように構成されている。また、検出器３８は、検出された光を電気信号に変換し、変換された電気信号を画像信号として読み取るように構成されている。検出器３８は、たとえば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）またはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などのイメージセンサを含む。

画像処理部３９は、検出器３８が検出した信号に基づいて、位相分布画像を生成するように構成されている。画像処理部３９は、たとえば、ＧＰＵまたは画像処理用に構成されたＦＰＧＡなどのプロセッサを含む。

第３実施形態における光イメージング装置３００は、いわゆる走査型白色干渉計である。

（位相分布画像の生成）
第３実施形態では、画像処理部３９は、被写体Ｑによって反射された光と、参照面３７によって反射された光との位相差に基づいて、位相分布画像を生成するように構成されている。位相分布画像の画素値は、被写体Ｑによって反射された光と、参照面３７によって反射された光との位相差に基づく位相値である。また、画像処理部３９は、撮像時間をずらして撮像された複数の位相分布画像を合成することにより、１枚の位相分布画像を生成するように構成されている。

ここで、第１ビームスプリッタ３３、対物レンズ３４および第２ビームスプリッタ３５などの光学系が光源３１などの熱によって熱変動した場合、各位相分布画像の位相値が変化する。したがって、第３実施形態においても、上記第１および第２実施形態と同様に、画像処理部３９は、複数の位相分布画像の画素領域Ｒａにおけるラッピング領域の位相値を、アンラッピング処理した後に積算することにより、１枚の位相分布画像を生成するように構成されている。

なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１および第２実施形態と同様である。

（第３実施形態の効果）
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態では、上記のように、被写体Ｑによって反射された光と、参照面３７によって反射された光との位相差に基づいて、位相分布画像を生成する画像処理部３９を含む。これにより、上記第１および第２実施形態と同様に、複数の位相分布画像を積算する場合でも、第１ビームスプリッタ３３、対物レンズ３４および第２ビームスプリッタ３５などの光学系が熱変動することにより、生成された位相分布画像において、各位相分布画像間の画素領域における位相値の変化に基づくアーチファクトが生じることを抑制することが可能であるとともに、生成された位相分布画像の画質が劣化することを抑制することができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１および第２実施形態と同様である。

（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく、請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、格子移動機構８が、第２格子３を移動させる例を示したが、本発明はこれに限られない。格子移動機構８が移動させる格子は、いずれの格子であってもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、複数の格子として、第１格子２および第２格子３を設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１５に示す光イメージング装置４００のように、Ｘ線源１と第１格子２との間に、第３格子４０を設ける構成でもよい。第３格子４０は、Ｙ方向に所定の周期（ピッチ）ｐ３で配列される複数のスリット４０ａおよびＸ線吸収部４０ｂを有している。各スリット４０ａおよびＸ線吸収部４０ｂはそれぞれ、直線状に延びるように形成されている。また、各スリット４０ａおよびＸ線吸収部４０ｂはそれぞれ、平行に延びるように形成されている。また、第３格子４０は、Ｘ線源１と第１格子２との間に配置されており、Ｘ線源１からＸ線が照射される。第３格子４０は、各スリット４０ａを通過したＸ線を、各スリット４０ａの位置に対応する線光源とするように構成されている。これにより、第３格子４０によってＸ線源１から照射されるＸ線の可干渉性を高めることができる。その結果、Ｘ線源１の焦点径に依存することなく第１格子２の自己像を形成させることが可能となるので、Ｘ線源１の選択の自由度を向上させることができる。

また、上記第１および第２実施形態では、画像処理部５が複数の位相分布像１３を積算することにより積算位相分布像１４を生成する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、画像処理部５は、複数の位相分布像１３を平均化することにより、積算位相分布像１４を生成するように構成されていてもよい。

また、上記第１実施形態では、画像処理部５が、撮像順に並べた複数の位相分布像１３の各画素の画像間における位相値の変化に基づいてアンラッピング処理を行う構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、画像処理部５は、撮像と反対の順番に並べた複数の位相分布像１３の各画素の画像間における位相値の変化に基づいてアンラッピング処理を行うように構成されていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、画像処理部５が、各位相分布像１３の画素領域Ｒａに含まれる画素Ｇの位相値を補正する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、画像処理部５は、各位相分布像１３の画素領域Ｒａに含まれる画素Ｇの位相値と、画素領域Ｒａの範囲ｍｒ内に含まれる画素のうち、画素Ｇ以外の画素の位相値との変化に基づいて、アンラッピング処理を行うように構成されていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、画像処理部５が、アンラッピング処理として、位相値が低い画素の位相値を高くする処理を行う構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、画像処理部５は、位相値が高い画素の位相値を低くすることにより、アンラッピング処理を行うように構成されていてもよい。

また、上記第１～第３実施形態では、Ｘ線源１（光源３１）がＸ線（白色光）を照射し、画像処理部５（画像処理部３９）がＸ線（白色光）の位相分布に基づいて位相分布像１３（位相分布画像）を生成する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、光イメージング装置１００（２００、３００、４００）は、Ｘ線および白色光（可視光）以外に、赤外線または紫外線などの可視領域以外の光を被写体Ｑに対して照射するように構成されていてもよい。画像処理部５（画像処理部３９）が位相分布を用いて画像化することが可能であれば、光イメージング装置１００（２００、３００、４００）が被写体Ｑに対して照射する光はどのような光であってもよい。

１ Ｘ線源（光源）
２ 第１格子
３ 第２格子
４、３８ 検出器
５、３９ 画像処理部
６ 制御部
８ 格子移動機構
１３ 位相分布像（位相分布画像）
１４ 積算位相分布像（位相分布画像）
３１ 光源
４０ 第３格子
１００、２００、３００、４００ 光イメージング装置
Ｒａ 画素領域
Ｑ 被写体

Claims (9)

1. 被写体に光を照射する光源と、
   前記光源から照射された光を検出する検出器と、
   前記検出器によって検出された信号に基づいて位相分布画像を生成する画像処理部と、を備え、
   前記画像処理部は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像に基づいて取得された複数の前記位相分布画像の画素領域の複数の画像間における位相値の変化に基づいて、前記画素領域の位相値を補正するとともに、前記画素領域の位相値の補正を行った複数の前記位相分布画像に基づいて、１枚の前記位相分布画像を生成するように構成されている、光イメージング装置。
2. 前記画像処理部は、前記画素領域の位相値の補正処理として、複数の前記位相分布画像の各画素の画像間における位相値が１周期分ずれることにより不連続となるラッピング領域の位相値を、連続的な変化となるように補正するアンラッピング処理を行うように構成されている、請求項１に記載の光イメージング装置。
3. 前記画像処理部は、複数の前記位相分布画像の撮像順または撮像と反対の順番に並べた複数の前記位相分布画像の各画素の画像間における位相値の変化に基づいてアンラッピング処理を行うように構成されている、請求項１に記載の光イメージング装置。
4. 前記画像処理部は、複数の前記位相分布画像において、位相値が不連続となる境界の近傍の画素に対して、アンラッピング処理を行うように構成されている、請求項２に記載の光イメージング装置。
5. 前記光源は、Ｘ線を照射するように構成されており、
   前記検出器は、Ｘ線を検出するように構成されており、
   前記光源と前記検出器との間に配置され、前記光源からＸ線が照射される第１格子と、前記第１格子からのＸ線が照射される第２格子とを含む複数の格子をさらに備え、
   前記画像処理部は、複数の前記位相分布画像を取得するとともに、複数の前記位相分布画像の各画素の画像間における位相値の変化に基づいて、複数の前記位相分布画像の画像間における位相値のアンラッピング処理を行い、アンラッピング処理を行った複数の前記位相分布画像を積算または平均化することにより、１枚の前記位相分布画像を生成するように構成されている、請求項２に記載の光イメージング装置。
6. 複数の前記格子のいずれかを移動させる格子移動機構をさらに備え、
   前記画像処理部は、複数の前記格子のいずれかを移動させながら撮像された複数の前記位相分布画像に基づいて、１枚の前記位相分布画像を生成するように構成されている、請求項５に記載の光イメージング装置。
7. 複数の前記格子は、前記光源と前記第１格子との間に配置された第３格子をさらに含んでいる、請求項５に記載の光イメージング装置。
8. 前記画像処理部は、それぞれ異なるタイミングで撮像された画像をフーリエ変換処理および逆フーリエ変換処理を行うことにより、複数の前記位相分布画像を生成するように構成されている、請求項５に記載の光イメージング装置。
9. それぞれ異なるタイミングで撮像された画像に基づいて取得された複数の位相分布画像を取得するステップと、
   複数の前記位相分布画像の画素領域の複数の画像間における位相値の変化に基づいて、前記画素領域の位相値を補正する処理を行うステップと、
   前記画素領域の位相値の補正を行った複数の前記位相分布画像に基づいて、１枚の前記位相分布画像を生成するステップと、を含む、画像処理方法。

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