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CCDデータ(浜松ホトニクス/HiPic)の処理

SPring8での実験など浜松ホトニクス社製CCDカメラのデータを用いる際は、大抵「HiPic」というデータ収集ソフトでデータを収集、保存することになります。この際のデータ形式はITEX形式で、ヘッダのコメント部にCCDカメラなどの情報が入っています。
コメント部のフォーマットはHiPicのバージョンで若干異なるようで、Ver.4.1(@SPring8/BL45XU)/Ver.5.1(@SPring8/BL40B2)ではコンマ区切りの値のみの列挙、Ver.6.0(@SPring8/BL45XU)ではいわゆるINI形式のような感じでセクションと「変数＝値」の形式でした。
とりあえず、HiPicのファイルを見るためのScionImageのマクロファイルを用意してみました。 R-AXISは持って無いけど、ファイルを見たい場合の方法で書いたことと同じく、マクロをロードした後にファイルを開くダイアログで２度同じファイルを指定しないといけないのが難点です。
また、ここでも書いた"itexinfo"でヘッダ部の情報を個別に見ることもできます(とりあえず上記の２種のヘッダの形式に対応しています)。

実際のデータの処理には、まずおおよそのカメラ距離と正確なピクセルサイズ、および波長の情報を入手しておく必要があります。
ピクセルサイズは、IIとCCD、およびその間のレンズで決まるはずですが、大抵は既に調べられているでしょう。
その情報がない場合、II(Image Intensifier)の上流側口径がCCDで何ピクセルに該当するかを測定し、口径をその値で割れば求まるはずですが、 IIは外縁部で歪が大きいことに留意すべきです。
また、カメラ長決定用のキャリブレーションデータ(SAXSだとステアリン酸鉛など)、CCD用の暗電流値データ、(必要ならば)セルのみの空データなどを採っておきます。
更に、Ｘ線の場合は大抵はII+CCDという構成なので、IIによる像の歪みの補正データも、自分で用意するか管理者から入手するかしておかなくてはなりません。

実際の処理法は人それぞれのようですが、SPring8などでは各BLである程度の処理法を準備していると思います。
また、自分でプログラムを書いてもいいでしょうし、既存のソフトをうまく利用する手もあります。
私は一旦RigakuのR-AXIS形式に変換してから処理するようにしています。
Ｘ線のIP(Imaging Plate)ではR-AXISが多く用いられており、R-AXISでの処理方法を利用できるからです。
まず、"ipitex2rax"(拙作iputilsに含まれます)でHiPicのファイルからR-AXISのファイルに変換。
この際には、

ipitex2rax hipicfile -hp -tm -cl:CameraLength -dx:PxlSizeX -dz:PxlSizeZ outfile

のようにして変換し、なるべくHiPicの情報を有効に利用できるようにします。
そのファイルをR-AXISのDisplay等で開き、中心を決定しますが、この際にIIの歪みの影響がでるので、もしもIIの中心(CCDの中心)と散乱(回折)像の中心が大きくずれている場合は、先におよそのカメラ長を使ってIIの補正を済ませます。例えば、拙作の"ipiifix"を用いる場合、

ipiifix infile -cr:RadiusOfII -xc:centre_in_x -zc:centre_in_z outfile

で補正できますが、おそらくIIの種類やカメラ長に依存するでしょうから、慎重に行う必要があります。特に、IIの中心が画像の中心であるとは限りませんし、回折像の中心も更に異なることが多いようです。
なお、この"ipiifix"ではSPring8/BL45XUでのおよそ≧1000mmのカメラ長の補正データを利用したものです。表面が球面であることによる見かけの像と実際の像とのズレのみを補正しています。このページもご覧ください。
IIの中心(CCDの中心)と散乱(回折)像の中心がそれ程ずれていない場合(大抵はIIの歪を嫌ってこのようにセッティングすると思いますが)は、先に中心を決めても差し支えないでしょう。いずれにせよ、IIの補正と中心決めを行います。
この値は、RigakuのR-AXISのヘッダエディットや拙作"ipedit"を用いてファイル中に書き込んでおいた方がいいでしょう。例えば後者では、

ipedit -t -26:WaveLength -45:DirectX -46:DirectZ ImageFile

のようにして、カメラ長、波長、中心座標(X,Z)を指定します。なお、ピクセルサイズは上記例では"ipitex2rax"を実行する際に既に指定しています。
最後にカメラ長をキャリブレーション用データを利用して決定し、ファイルに書き込みます。再度"ipedit"の例で示すと、

ipedit -t -31:CameraLength ImageFile

となります。他に修正したい情報があれば、同様に修正します。
これで変換に必要な情報はそろったので、実際の実験データに対して、順次変換していきます。

ipitex2rax hipicfile -hp -tm -cl:CameraLength -dx:PxlSizeX -dz:PxlSizeZ raxisfile

ipsub -f1:raxisfile -f2:dark_raxisfile -f2:-1.0 -replace

ipiifix raxisfile -cr:RadiusOfII -replace

ipedit -t -26:WaveLength -45:DirectX -46:DirectZ -31:CameraLength raxisfile

といったことをシェルスクリプトなどで実行すればいいでしょう。
あとは通常のR-AXISのファイルの処理と同じですので、ご自由に行ってください。
なお、さらに一次元プロファイルを計算するなどするときには、さきの同じシェルスクリプト中で行ってもよいと思います。実際に、形式変換、暗電流値の減算、バックグラウンドの減算、一次元プロファイルの作成(方位により数種)、png画像の作成をまとめて行い、最後に重要と思われるデータのみを抽出して表にする、といったことをスクリプトで行っています(そうでもしないと時分割データなんて処理しきれない...ですから、パラメータ決定などをWindows上で行い、実際の処理はUNIX上で行っています)。

参考に、SPring8 BL45XUでの"ipiifix"用のIIの半径(浜松ホトニクス V5445P + C4880-20-14A/C4880-80-14A)は"260mm"でOKだと思います(2003/4)。 BL40B2での浜松ホトニクスのCCDでも同様で良いようですが、WAXD領域ではもう少し小さい値になるようです(2003/12)。

補正手順メモ(ステアリン酸鉛およびSiの粉末写真を使用)

最初にHiPicからRAXISに変換する。
ピクセルサイズ、波長、おおよそのカメラ長を調べ、RAXISのファイルヘッダに書き込む。
とりあえず、ipiifixを行う。この際、IIの中心がCCDの中心と異なる場合、回折環が同心円状にならない。この時点ではカメラ長は正確ではないが、同心円になるかどうかだけが重要であるので、後で修正する。
本来のIIの中心から遠い方が像が大きく外側に変形しているので、半径の異なる回折環について、半径が大きくなるにつれて中心がどちらに移動していくかを、縦横それぞれの方向で確認する。移動していく方向に十分補正しきれていないため、このようになるので、それと反対方向に中心を移動させて ipiifixを行う。ある程度合ったら、縦・横それぞれに独立に行う方が便利かもしれない。
IIの中心がきちんと決まったら、以後、その値を指定してipiifixを行う。
次に、回折の中心とカメラ長を決定する。回折環の中心を、縦横それぞれの回折環の位置を見ながら決定する。また、カメラ長を修正し、正しい半径になるようにする。
この際、別途IP等で撮影したステアリン酸鉛の回折像があれば、比較できるので便利である。
更に、正確に決定するにはSiなどのデータがあったほうがよいだろう(WAXD)。実際に、IPでのステアリン酸鉛の正確な面間隔データがない限り(d00lが厳密に整数比になるとは限らない)、面間隔のしっかりしたデータがあったほうが好ましい。
なお、カメラ長を大きく修正すると、またIIの中心がずれることがあるので、同心円にならないようなら再度IIの中心を修正する。
さらに、複数の回折環が観察される環境下で、それぞれ回折環の位置をすべてあわせることができない場合、 ipiifixで用いた"-cr:"の値が誤っている可能性が高い。どのようにずれているかを判断し、この値を修正する。たとえば、ｑの小さい回折環では面間隔が合うが大きなｑでは小さい値にずれる場合、補正の効果が大きすぎるので、"-cr:"の値が小さすぎることになるので修正し、中心の調整から再度やりなおす。
最後に一次元プロファイルを作成して比較するなどして、問題がなければ終わりである。
同じセッティングで撮影したデータは、すべてこれらの補正値を使用して変換を行い、処理する。

[2003.12.25][2003.12.29修正]

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