偽の解像度現象
2023 年 6 月 5 日 |アンドレアス・デレシュ、ジーナ・ナウジョカット
偶然にも、先日お客様と共に、これまで注目していなかった現象に遭遇しました。一見すると鮮明に見えるX線画像が、実は偽物だったのです。シミュレーションモデルによって、その謎が解明されました。
お客様から、JIMA解像度構造のX線画像(線幅0.4µm)を見せていただきました。
JIMA解像度構造は、画像チェーンの解像度をチェックするための最もよく知られた画像品質指標(IQI)の一つであり、マイクロフォーカス 使用されているX線源。最小の0.4 µmのセグメントは、対応するマイクロフォーカス 焦点スポットの半値全幅が0.7 µm未満のアプリケーション*。構造は、それぞれ0.4 µmの6本のライン**、0.4 µmの7つのスペース、およびより広いフレームで構成されています。
一見すると解像度の高いX線画像だったが、構造物の輪郭が予想外にぼやけていたため、我々は困惑した。
このことから、私たちはいくつかの実験を行うことにしました。比較のために、対応するJIMA試験片の3つの異なる構造をスキャンし、それぞれのケースでマークされた領域のプロファイルを作成しました。
0.7 µmでは、選択した焦点位置で線構造がはっきりと見える解像画像が得られ、プロファイルには6本の線が示されています。
0.6 µmの波長でも、6本の線すべてが画像化されているが、ノイズはすでに明らかに増加している。
0.4 µmの解像度でも、後続の画像処理(コントラストを上げるが、同時にノイズも増える)によって解像度の高い画像が得られ、プロファイル内のすべての線がはっきりと表示される。
しかし、入力画像にはプロファイルに6本ではなく5本しか写っていません。画像情報が混ざり合い、歪んだ構造が描かれているため、これは未解決とみなさざるを得ません。
シミュレーションソフトウェアを用いて、直径1.7μmの均一に明るい円形の焦点スポットをシミュレーションすることでこの現象を再現し、同じ結果を得た。
ここでは、均一に明るい円盤の直径として示される様々な焦点スポットサイズが、0.4 µmの構造に対してどのように振る舞うか、そして識別される線の数に注目します。0.1 µm刻みで、1.0 µmまではすべてスムーズに動作します。
焦点距離0.1µm – 6ライン:
焦点距離0.6µm – 6ライン:
焦点距離0.8µm – 6ライン:
焦点距離1.0µm – 6ライン:
焦点スポット径1.1µm –線は一切見えません!
焦点スポットサイズ1.2µm –わずか5本の線しか見えません!
焦点である1.7 µmまでの残りの5本のラインは、1.8 µmで弱い可視性を示すまで続きます。
焦点距離1.9μmでは、再び線は見えなくなります。
2.0 µmでは4本の(弱い)線しか現れず、
2.1 µmでは非常に鮮明に観察できる。
我々は、2.8 µm で3 本の線しか見えないまでこのプロセスを再現することができた。
そして、それが再び明確になった。念のため付け加えておくと、 JIMA構造は6本の線で構成されている。他の表現はすべて現実とは一致しない。
したがって、この現象は明らかに使用される焦点スポットの形状/サイズに依存しているようで、シミュレーションモデルに基づいて数値的に再現することができた。
シミュレーションされた焦点スポットを持つ画像の変調伝達関数(MTF)を見ると、解像度パターンの異なる線幅に対応する複数の空間周波数があり、そこで曲線はゼロ線に達します。つまり、画像にはコントラストが全く表示されません。このような2つの点の間の領域は、線の数が減少した状態での可視性に対応します。選択された閾値を下回る最初の点までの範囲でのみ、対応する構造サイズが解像されているとみなすことができます。人間の知覚に基づいた一般的な閾値は10%です。
このシミュレーションでは、試験片の鮮明に見える画像が必ずしも実際の構造を正確に反映しているとは限らないことを示すことを目的としています。JIMA製の各種試験片を使用する場合は、構造のすべての線が実際に存在するかどうかを確認することを強くお勧めします。 Comet YxlonはCTシステムにオペレーターサポートソフトウェアを統合して提供しています。 Geminyこれにより、誤解を防ぎ、実際に達成可能な解決策を常に確実に把握できます。解決策テストレポートの例は以下をご覧ください。お気軽にお問い合わせください。
* このサイズ範囲における焦点スポットサイズの決定方法はまだ標準化されていません。NanoXSpot 資金提供プロジェクトの一環として、以下の研究者の参加のもと、2 つの方法がさらに開発されました。 Comet Yxlonは標準化に向けて提案されている。
**公称値。23℃における許容誤差は±10%です。添付の証明書には、最終検査時に測定された実寸が記載されています。
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