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Die Erfindung betrifft ein System
und ein Verfahren zum Erzeugen eines dreidimensionalen (3-D) Bildes
eines Objekts durch Verwendung von zweidimensionalen (2-D) Bildern
des Objekts, und die Erfindung betrifft insbesondere ein System
und ein Verfahren zum Erzeugen eines dreidimensionalen (3-D) Bildes
durch schnelles Berechnen des Abstands zwischen benachbarten zweidimensionalen
(2-D) Bildern.
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Ultraschall-Bilderzeugungs-Systeme
gewinnen zunehmend an Bedeutung auf dem Gebiet der medizinischen
Diagnostik und auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Untersuchung. In
Ultraschall-Bilderzeugungs-Systemen
erzeugt und emittiert eine Anordnung von Sende- und Empfangs-Einheiten oder
eine Sonde ein Ultraschallsignal und empfängt das Ultraschallsignal,
das von einem abzutastenden Target reflektiert wird. Das empfangene
Ultraschallsignal wird verarbeitet, um ein Bild des Targets darzustellen.
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Zweidimensionale (2-D) Ultraschall-Bilderzeugungs-Systeme
erzeugen ein 2-D-Bild eines Targets durch Aussenden und Empfangen
eines Ultraschallsignals in einer einzigen Abtast-Ebene. Das erzeugte
2-D-Bild stellt nur einen Querschnitt des Targets dar. Daher wird
die gesamte dreidimensionale Struktur oder der Umriss des Targets
nicht vollständig erkannt.
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Um ein 3-D-Bild des Targets herzustellen, wird
eine Serie von 2-D-Bildern durch Bewegen einer Sonde in einer vorgegebenen
Richtung über
dem Target erhalten. 1 zeigt
eine Serie von 2-D-Bildfeldern eines Targets, von denen jedes einen
unterschiedlichen Querschnitt des Targets darstellt. Das Referenz-Bildfeld
ist ein orthogonales Tiefe-Breite-Höhe (X-Y-Z) Koordinatensystem 101. Die
X-Achse repräsentiert
die Abtasttiefe; die Y-Achse repräsentiert die Richtung der Anordnung
von m Sende- und Empfangs-Einheiten 1081 bis 108m ; und die Z-Achse repräsentiert
die Bewegungsrichtung einer Sonde
108 oder einer Anordnung
von Sende- und Empfangs-Einheiten 1081 bis 108m . Die Sonde 108 kann ein 2-D-Bildfeld 1101 durch Aussenden und Empfangen eines
Ultraschallsignals und Verarbeiten eines Ultraschallsignals erzeugen,
das von dem zu untersuchenden Target reflektiert wird. Wiederholt man
die oben beschriebenen Schritte durch Bewegen der Sonde entlang
der Z-Achse, kann
eine Serie von 2-D-Bildfeldern (image frame) 1101 bis 1103 des Targets erhalten werden. Ein dreidimensionales
Bild des Targets kann durch Zusammensetzen der Serien von 2-D-Bildfeldern 1101 bis 1103 hergestellt
werden.
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Das Erzeugen des 3-D-Bildes in der
oben beschriebenen Weise erfordert ein genaues Messen der Abstände zwischen
benachbarten 2-D-Bildfeldern 1101 bis 1103 . Der Abstand zwischen einem Paar von
benachbarten Bildfeldern wird als Produkt der Geschwindigkeit und
der Zeitdauer der Bewegung der Sonde 108 zwischen dem Paar
von zwei benachbarten Bildfeldern berechnet. Wenn jedoch der Benutzer
die Sonde 108 manuell bewegt, ist es schwierig, die Sonde 108 mit
einer konstanten Geschwindigkeit zu bewegen. Ohne Kenntnis der Geschwindigkeit
der Sonde 108 ist es nicht möglich, den Abstand genau zu
berechnen, selbst wenn die erzeugten 2-D-Bilder bekannt sind.
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Um diesem Problem Herr zu werden,
wurde in
US 5,582,173 das
sogenannte "speckle
noise" (etwa: "Fleck-Rauschen") auf dem jeweiligen
2-D-Bildfeld dazu benutzt, den Abstand zu bestimmen. Das Fleck-Rauschen
("speckle noise") bezeichnet ein Rausch-Signal, das auf einem
Anzeigegerät
als ein Fleck bzw. als ein Tupfen auftritt, und das erzeugt wird,
wenn Objekte, die kleiner als die Wellenlänge eines Ultraschallsignals
sind, in dem Abtastbereich mit dem reflektierten Signal in Wechselwirkung
treten. Da die Flecken in unterschiedlichen Bildfeldern umso ähnlicher
sind, je näher
die Bildfelder zueinander angeordnet sind, kann die Korrelation
von Flecken in zwei unterschiedlichen Bildfeldern dazu benutzt werden,
den Abstand zwischen den beiden Bildfeldern zu bestimmen.
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Um die Korrelation der Flecken ausnützen zu können, wird zunächst ein
experimenteller Modell-Körper
präpariert,
der aus einem Material hergestellt ist, dessen Flecken-Eigenschaften
bekannt sind; danach wird eine Serie von 2-D-Bildfeldern des experimentellen
Modell-Körpers
durch Bewegen einer Sonde mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit über einen
vorgegebenen Bereich hinweg hergestellt. Nun sind die Abstände zwischen
benachbarten 2-D-Bildfeldern bekannt, und es ist möglich, eine
Beziehung zwischen der Korrelation der Flecken und dem Abstand durch
Berechnen der Korrelation der Flecken zwischen einem Paar von Bildfeldern
zu erhalten. 2 veranschaulicht
die Korrelation der Flecken als Funktion des Abstands. In 2 ist ρ die Korrelation von Flecken
und d ist ein Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden 2-D-Bildfeldern.
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Mit dieser Funktionalität ausgestattet,
wird eine Serie von 2-D-Bildfeldern des eigentlichen Targets hergestellt.
Und die Korrelation von Flecken zwischen jeweils benachbarten Paaren
von 2-D-Bildfeldern wird berechnet. Schließlich wird der Abstand zwischen
jeweils zwei benachbarten Paaren von 2-D-Bildfeldern durch Verwenden der experimentell erhaltenen
Funktion zwischen der Korrelation von Flecken und dem Abstand bestimmt.
Danach werden die Serien von 2-D-Bildfeldern durch Verwenden der bestimmten
Abstände
zusammengestellt, um schließlich
ein dreidimensionales Bild des Targets herzustellen.
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Beispielsweise sind die 2-D-Bildfelder
nicht nur aus Bereichen mit Flecken zusammengesetzt, sondern auch
aus Bereichen, die innere Strukturen oder Umrisse des Targets darstellen.
Um die Abstände
zwischen allen Paaren von benachbarten 2-D-Bildfeldern durch Verwenden
der Korrelation von Flecken gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren zu bestimmen, ist es erforderlich, die Bereiche
mit Flecken zu extrahieren. 3 stellt
beispielhaft zwei aufeinanderfolgende 2-D-Bildfelder eines Targets dar,
beispielsweise das i-te und das (i+1)-te Bildfeld, wobei jede Bildfeld
in eine Mehrzahl von Unterblöcken
aufgeteilt ist, um so Bereiche mit Flecken zu identifizieren. Die
Bereiche mit Flecken sind in 3 als
dunkle Quadrate dargestellt. Gemäß dem oben beschriebenen
Verfahren wird die Korrelation von Flecken zwischen dem i-ten und
dem (i+1)-ten Bildfeld durch Verwenden von nur denjenigen Unterblöcken mit
Fleck-Rauschen berechnet.
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Wenn sich jedoch die Eigenschaften
des Targets wesentlich von den Eigenschaften des abgetasteten Modell-Körpers unterscheiden,
können
die zwischen jeweils zwei 2-D-Bildfeldern des Targets bestimmten
Abstände
fehlerhaft sein. Auch ist es schwierig, die Flecken-Bereiche aus
den jeweiligen 2-D-Bildfeldern
zu extrahieren. Ferner ist es zeitaufwändig, die Flecken-Bereiche
aus dem jeweiligen 2-D-Bildfeld zu extrahieren.
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Aus
US
6,012,458 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachführen der
Abtastebenenbewegung beim freihändigen
dreidimensionalen Ultraschall-Abtasten unter Verwendung von adaptiver Flecken-Korrelation
bekannt. Dieses Verfahren wendet einen Korrelationsindex an, welcher
sich an verschieden dynamische Anzeigebereiche und Nachbearbeitungsfilter
anpasst.
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In
US
5,876,342 werden ein System und ein Verfahren zur 3-D-Ultraschall-Bilderfassung
und 3-D-Bewegungsabschätzung
offenbart. Dabei wird zunächst
eine kalibrierte 3-D-Fleckenfunktion
für den Messaufnehmer
und das abzutastende Gewebe vorgegeben. Außerdem wird eine Reihe von
Bildframes identifiziert und in große und kleine 3-D-Blöcke gruppiert.
Anschließend
werden Blöcke,
die Flecken repräsentieren,
identifiziert.
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Ein Ziel der Erfindung ist es, ein
einfaches und genaues Verfahren zum Bestimmen des Abstands zwischen
benachbarten 2-D-Bildfeldern,
die mittels manuellen Bewegens einer Sonde in einer vorgegebenen
Richtung erhalten werden, bereitzustellen.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt
darin, ein System und ein Verfahren zum Erzeugen eines 3-D-Bildes
mittels schnellen Berechnens des Abstands zwischen benachbarten
2-D-Bildfeldern bereitzustellen, die durch Bewegen einer Sonde in
einer vorgegebenen Richtung über
ein zu untersuchendes Target hinweg erhalten werden.
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Das Ziel wird durch ein Verfahren
zum Berechnen des Abstands zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildfeldern,
durch ein Verfahren zum Erzeugen eines 3-D-Bildes eines zu untersuchenden
Targets und durch ein System zum Erzeugen eines dreidimensionalen
Bildes eines zu untersuchenden Targets gelöst.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung
ist ein Verfahren zum Berechnen eines Abstands zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Bildfeldern durch Bewegen einer Sonde über einem zu untersuchenden
Target bereitgestellt, wobei die Sonde Ultraschallsignale aussendet
und empfängt,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Erzeugen
eines ersten Haupt-Bildfelds, eines zweiten Haupt-Bildfelds parallel
zu dem ersten Haupt-Bildfeld und eines Ergänzungs-Bildfelds, das bezüglich des
ersten Haupt-Bildfelds um einen Winkel gekippt ist; b) Erzeugen
eines virtuellen Bildfelds parallel zu dem ersten Haupt-Bildfeld
durch Verwenden des ersten Haupt-Bildfelds
und des Ergänzungs-Bildfelds;
c) Berechnen eines ersten Korrelationskoeffizienten zwischen dem
ersten Haupt-Bildfeld
und dem virtuellen Bildfeld; d) Berechnen eines zweiten Korrelationskoeffizienten
zwischen dem ersten Haupt-Bildfeld
und dem zweiten Haupt-Bildfeld; und e) Bestimmen eines ersten Abstands
zwischen dem ersten Haupt-Bildfeld und dem zweiten Haupt-Bildfeld
durch Verwenden des ersten Korrelationskoeffizienten und des zweiten Korrelationskoeffizienten
und Bestimmen eines zweiten Abstands zwischen dem ersten Haupt-Bildfeld und
dem virtuellen Bildfeld.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen eines 3-D-Bildes eines
zu untersuchenden Targets bereitgestellt, das die folgenden Schritte
aufweist: a) Erzeugen eines Paares von Bildfeldern durch Bewegen
einer Sonde über
dem Target; b) Erzeugen eines virtuellen Bildfelds parallel zu dem
Haupt-Bildfeld durch Verwenden der Haupt- und Ergänzungs-Bildfeldern;
c) Berechnen eines ersten Korrelationskoeffizienten zwischen dem
Haupt-Bildfeld und dem virtuellen Bildfeld; d) Berechnen eines zweiten
Korrelationskoeffizienten zwischen dem Haupt-Bildfeld und einem nächsten Haupt-Bildfeld
benachbart zu dem Haupt-Bildfeld; e) Bestimmen eines ersten Abstands zwischen
dem Haupt-Bildfeld und dem nächsten Haupt-Bildfeld
durch Verwenden des ersten Korrelationskoeffizienten und des zweiten
Korrelationskoeffizienten und Bestimmen eines zweiten Abstands zwischen
dem Haupt-Bildfeld und dem virtuellen Bildfeld; f) Wiederholen der
Schritte a) bis e) für
die verbleibenden Haupt-Bildfeldern
der Paare; und g) Erzeugen eines 3-D-Bildes des Targets durch Verwenden
der ersten Abstände
für alle
Haupt-Bildfeldern der
Paare.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung ist ein System zum Erzeugen eines 3-D-Bildes eines zu
untersuchenden Targets bereitgestellt, das aufweist: eine Sonde
zum Erzeugen von Paaren von Bildfeldern durch Bewegen einer Sonde über das Target
hinweg; Mittel zum Berechnen von Abständen zwischen den Haupt-Bildfeldern
der Paare; und Mittel zum Darstellen eines 3-D-Bildes des Targets,
das durch Verwenden der Abstände
erzeugt ist, wobei die Mittel zum Berechnen der Abstände aufweisen:
Mittel zum Erzeugen eines virtuellen Bildfelds durch Verwenden der
Haupt- und Ergänzungs-Bildfelder;
Mittel zum Berechnen eines ersten Abstands und eines ersten Korrelationskoeffizienten
zwischen dem Haupt-Bildfeld und dem virtuellen Bildfeld und eines zweiten
Korrelationskoeffizienten zwischen dem Haupt-Bildfeld und einem
benachbarten Haupt-Bildfeld;
und Mittel zum Bestimmen eines zweiten Abstands zwischen dem Haupt-Bildfeld
und dem benachbarten Haupt-Bildfeld durch Verwenden des ersten Abstands
und des ersten Korrelationskoeffizienten und des zweiten Korrelationskoeffizienten.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den 1 dargestellt
und werden im Weiteren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine
Serie von 2-D-Bildfeldern eines Targets, das mittels einer Sonde
abgetastet wird;
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2 eine
Fleck-Korrelation ρ als
Funktion eines Abstands d für
einen experimentellen Modell-Körper;
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3 eine
beispielhafte Darstellung zweier aufeinanderfolgender 2-D (zweidimensionaler)
Bildfelder eines abzutastenden Targets, wobei jedes Bildfeld in
eine Mehrzahl von Unterblöcken
zum Identifizieren von Bereichen mit Flecken aufgeteilt ist;
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4 ein
Diagramm zum Erklären
eines Verfahrens zum Erzeugen eines Paares von Bildfeldern durch
Verwenden einer 1,5-D Sonde gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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5A und 5B Veranschaulichungen von
Zeitverzögerungen,
die an Sende- und Empfangs-Einheiten der 1,5-D Sonde angelegt sind,
um Ultraschallsignale zu fokussieren.
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6 eine
Darstellung von Paaren von 2-D-Bildfeldern, die durch Bewegen der
1,5-D Sonde entlang der Z-Achse erzeugt sind, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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7 ein
Flussdiagramm zum Erklären
eines 3-D-Bilderzeugungs-Verfahrens
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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4 zeigt
ein Diagramm zum Erklären
eines Verfahrens zum Erzeugen eines Paars von Bildfeldern eines
zu untersuchenden Targets (nicht gezeigt) durch Verwenden einer
1,5-D Sonde 410. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird die 1,5-D Sonde 410 verwendet, um ein
Paar von Bildfeldern des Targets zu erzeugen, wobei die beiden Bildfelder
miteinander einen Winkel einschließen. Wie in 4 gezeigt, ist das Referenz-Bildfeld ein
orthogonales Tiefe-Breite-Höhe
(X-Y-Z) Koordinatensystem 401, das ähnlich dem Koordinatensystem 101 aus 1 ist. Die X-Achse stellt
die Abtasttiefe dar; die Y-Achse stellt die Richtung dar, entlang derer
die Sende- und Empfangs-Einheiten angeordnet sind; und die Z-Achse
stellt die Bewegungsrichtung der 1,5-D Sonde 410 dar. Es
ist ersichtlich, dass eine 1-D Sonde eine Mehrzahl von in einer
Reihe nebeneinander angeordneten Sende- und Empfangs-Einheiten aufweist,
wohingegen die 1,5-D Sonde 410 aus einer Mehrzahl von solchen
1-D Sonden hergestellt ist. Die 1-D Sonde, die in der seitlichen Richtung
(Breite, Y-Richtung) angeordnet ist, kann Ultraschallsignale nur
einer Abtastebene, beispielsweise nur der X-Y-Ebene fokussieren.
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Die 1,5-D Sonde 410 kann
Ultraschallsignale auf der X-Y-Ebene genauso fokussieren wie auf
einer Ebene, die gegenüber
der X-Y-Ebene um
einen Winkel gekippt ist. Eine erste Strahlen-Bündel-Vorrichtung 420 erzeugt ein
erstes 2-D-Bildfeld des Targets auf der X-Y-Ebene, wohingegen eine
zweite Strahlen-Bündel-Vorrichtung 430 ein
zweites um einen Winkel bezüglich
des ersten 2-D-Bildfelds gekipptes 2-D-Bildfeld erzeugt. Die beiden
Strahlen-Bündel-Vorrichtungen 420 und 430 sind
in 4 voneinander getrennt
gezeigt, jedoch kann auch eine einzige Strahlen-Bündel-Vorrichtung
verwendet werden, um zwei gegeneinander um einen Winkel gekippte Bildfelder
zu erzeugen. Beispielsweise könnte
die einzige Strahlen-Bündel-Vorrichtung
das erste 2-D-Bildfeld bei einer ersten Übertragung von Ultraschallsignalen
erzeugen, und sie könnte
anschließend
das zweite 2-D-Bildfeld bei einer zweiten Übertragung von Ultraschallsignalen
erzeugen.
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5A und 5B veranschaulichen Zeitverzögerungen,
die an die Sende- und Empfangs-Einheiten der 1,5-D-Sonde 410 angelegt
sind, um Ultraschallsignale an der ersten Strahlen-Bündel-Vorrichtung 420 bzw.
an der zweiten Strahlen-Bündel-Vorrichtung 430 zu
fokussieren. Wie in 5A gezeigt,
können
die Ultraschallsignale auf der X-Y-Ebene durch Justieren der Zeitverzögerungen,
die mittels eines Zeitverzögerungsblocks 520 erzeugt
sind, fokussiert werden, um die Signale korrekt auf der 1,5-D Sonde 410 abzubilden.
In 5B können die
Ultraschallsignale auf eine Ebene fokussiert werden, die in ähnlicher
Weise wie in 5A bezüglich der
X-Y-Ebene um einen Winkel θ gekippt sind.
Als Ergebnis ist es möglich,
ein Paar von 2-D-Bildfeldern des Targets zu erzeugen. Mit anderen
Worten wird ein erstes 2-D-Bildfeld mittels der 1,5-D Sonde 410 erzeugt,
und das zweite 2-D-Bildfeld des Paares von 2-D-Bildfeldern ist um einen Winkel θ bezüglich des
ersten 2-D-Bildfelds
gekippt. Obwohl in der Figur die 1,5-D Sonde 410 gezeigt
ist, können
erfindungsgemäß andere
Sonden verwendet werden, beispielsweise eine bewegbare Sonde, welche
die Fähigkeit
aufweist, 2-D-Bildfelder mit einer Differenz von Abstastwinkeln
zwischen den beiden 2-D-Bildfeldern zu erzeugen.
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6 stellt
Paare von 2-D-Bildfeldern gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar, die durch Bewegen der 1,5-D Sonde 410 entlang
der Z-Achse erzeugt sind. Ein Paar von i-ten Bildfeldern f(i) weist
zwei Bildfelder 610 und 620 auf, die zueinander
in der oben beschriebenen Beziehung stehen. Das Haupt-Bildfeld 610 wird
zum Erzeugen eines 3-D-Bildes des Targets verwendet, wohingegen
das Ergänzungs-Bildfeld 620 zum
Erzeugen eines virtuellen Bildfelds 630 verwendet wird,
um den Abstand zwischen zwei benachbarten Haupt-Bildfeldern 610 und 610m zu bestimmen. Wie in 6 veranschaulicht, ist das virtuelle
Bildfeld 630 parallel zu dem Haupt-Bildfeld 610 angeordnet
und schneidet das Ergänzungs-Bildfeld 620 unter
dem vordefinierten Winkel θ.
Das virtuelle Bildfeld 630 kann aus dem Haupt-Bildfeld 610 und
dem Ergänzungs-Bildfeld 620 durch
Interpolation und/oder Extrapolation erzeugt werden, wie aus dem
Stand der Technik bekannt. Insbesondere kann ein Abschnitt des virtuellen
Bildfelds 630, das zwischen dem Haupt-Bildfeld 610 und
dem Ergänzungs-Bildfeld 620 angeordnet
ist, durch Interpolation erzeugt werden, wohingegen der verbleibende
Abschnitt durch Extrapolation erzeugt werden kann. Zum Zwecke der
Erklärung
wird ein virtuelles Bildfeld, das aus dem i-ten Haupt-Bildfeld 610 und dem
Ergänzungs-Bildfeld 620 erzeugt
ist, als (i')-tes virtuelles
Bildfeld 630 dargestellt.
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Der Abstand d(i,i') zwischen dem i-ten Haupt-Bildfeld 610 und
dem (i')-ten virtuellen
Bildfeld 630 ergibt sich zu folgendem Ausdruck: d(i,i') = L/2 sinθ (1)wobei L die
Abtasttiefe des i-ten Ergänzungs-Bildfelds 620 ist.
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Diese Gleichung basiert auf der Annahme, dass
das (i')-te virtuelle
Bildfeld 630 das Zentrum des i-ten Ergänzungs-Bildfelds 620 schneidet. Der
Abstand d(i,i')
wird verwendet, um d(i,i+1) zu bestimmen, wobei d(i,i+1) der Abstand
zwischen dem i-ten Haupt-Bildfeld 610 und einem (i+1)-ten
Haupt-Bildfeld 6101 ist, wie unten
beschrieben.
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Zunächst kann der Abstand und die
Korrelation zwischen zwei benachbarten Bildfeldern durch folgenden
Ausdruck dargestellt werden: ρ(i,j)
= exp[αi,
j d(i,j)], ρ(i,j) = K(i,j)/(σiσj) (2)wobei ρ(i,j) der
Korrelationskoeffizient zwischen dem i-ten und dem j-ten Bildfeld
ist; αi,j ist eine Abstandskonstante;
d(i,j) ist der Abstand zwischen dem i-ten und dem j-ten Bildfeld; σi ist
die Standardabweichung des i-ten Bildfelds; und K(i,j) ist die Kovarianz
zwischen dem i-ten Bildfeld und dem j-ten Bildfeld.
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Der Abstand d(i,i+1) zwischen dem
i-ten und dem (i+1)-ten Bildfeld kann aus Gleichung (2) zu folgendem
Ausdruck abgeleitet werden: d(i,i+1) = 1/αi,(i+1) ln ρ(i,i+1) (3)
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Um den Abstand d(i,i+1) zu berechnen, muss
ein Korrelationskoeffizient ρ(i,i+1)
und eine Abstandskonstante αi,(i+1) berechnet werden. Der Korrelationskoeffizient ρ(i,i+1) kann
aus den Daten des i-ten Bildfelds und des (i+1)-ten Bildfelds berechnet werden.
Erfindungsgemäß wird eine
Abstandskonstante αi,i' zwischen
dem i-ten Bildfeld und dem (i')-ten Bildfeld
verwendet, anstelle der Abstandskonstante αi,i+1 zwischen
den i-ten Bildfeld und dem (i+1)-ten Bildfeld. Der Grund hierfür besteht
darin, dass die Abstandskonstante αi,i+1 durch
die Abstandskonstante αi,i' angenähert werden
kann, falls der Abstand zwischen dem i-ten Bildfeld und dem (i+1)-ten
Bildfeld derartig ist, dass dort keine statistische Variation auftritt.
Die Abstandskonstante αi,i' von
Gleichung (3) ergibt sich zu folgendem Ausdruck: αi,i' = 1/d(i,i') ln ρ(i,i') (4)
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Ersetzt man die Abstandskonstante αi,i+1 durch αi,i', so kann der Abstand
d(i,i+1) zwischen dem i-ten Bildfeld und dem (i+1)-ten Bildfeld
durch folgenden Ausdruck angenähert
werden: d(i,i+1) ≅ d(i,i') ln ρ(i,i+1)/ln ρ(i,i') (5)
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Der Abstand d(i,i') wird aus Gleichung (1) berechnet;
und der Korrelationskoeffizient ρ(i,i') zwischen dem i-ten
Haupt-Bildfeld 610 und
dem (i')-ten virtuellen
Bildfeld 630 wird aus den Daten von diesen Bildfeld berechnet.
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Zusammenfassend kann festgestellt
werden, dass das (i')-te
virtuelle Bildfeld 630 aus den Daten des i-ten Haupt-Bildfelds 610 und
des i-ten Ergänzungs-Bildfelds 620 erzeugt
wird; und dann wird der Abstand zwischen dem i-ten Haupt-Bildfeld 610 und dem
(i+1)-ten Haupt-Bildfeld 6101 aus
Gleichung (5) durch Verwenden des (i')-ten virtuellen Bildfelds 630 berechnet.
Durch Wiederholen dieser Berechnung für andere benachbarte Haupt-Bildfelder
des Targets, kann der Abstand zwischen jedem Paar von benachbarten
Haupt-Bildfeldern berechnet werden.
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7 zeigt
ein Flussdiagramm zum Erklären eines
3-D-Bilderzeugungs-Verfahrens
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In Schritt 5710 werden Paare von Bildfeldern eines
abzutastenden Targets durch Bewegen der 1,5-D Sonde 410 entlang einer
vorgegebenen Richtung erzeugt. Jedes Paar weist ein Haupt-Bildfeld
und ein Ergänzungs-Bildfeld auf.
Das Ergänzungs-Bildfeld ist bezüglich des Haupt-Bildfelds
um einen vordefinierten Winkel gekippt. In Schritt S720 wird ein
virtuelles Bildfeld parallel zu dem Haupt-Bildfeld für jedes
der Paare von Bildfeldern erzeugt. Das virtuelle Bildfeld kann aus dem
Haupt-Bildfeld und dem Ergänzungs-Bildfeld durch
Verwenden von Interpolation und/oder Extrapolation erzeugt werden,
wie aus dem Stand der Technik bekannt. In Schritt 5730 wird der
Abstand und der Korrelationskoeffizient zwischen dem Haupt-Bildfeld
und dem virtuellen Bildfeld berechnet; und dann wird der Abstand
zwischen jedem Paar von benachbartem Haupt-Bildfeldern durch Verwenden von Gleichung
(5) berechnet. In Schritt 5740 wird ein 3-D-Bild des Targets aus
den Bildfeld durch Verwenden der in Schritt 5730 berechneten Abstände erzeugt.
Schließlich
kann das 3-D-Bild beispielsweise mittels eines Wiedergabe-Geräts dargestellt
werden.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der
Erfindung kann der Abstand zwischen benachbarten Haupt-Bildfeldern
durch Aufteilen jedes Bildfelds in eine Mehrzahl von Unter-Bildfelder
bestimmt werden, wobei ein vorgegebenes Unter-Bildfeld von den Unter-Bildfeldern verwendet
wird. Falls ein Korrelationskoeffizient zwischen den Unter-Bildfeldern berechnet
wird, ist es möglich,
die Zeit und den Rechenaufwand, die bzw. der für die Abstandsberechnung erforderlich
ist, zu reduzieren. Dabei kann ein für die Abstandsberechnung zu
benutzendes Unter-Bildfeld auf unterschiedliche Weisen ausgewählt werden.
Beispielsweise können
nur diejenigen Unter-Bildfelder ausgewählt werden, die das Fleck-Rauschen
("Speckle Noise") aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung kann die Geschwindigkeit der Sonde bei einem bestimmten
Bildfeld ermittelt werden und mit der Geschwindigkeit bei dem nächsten Bildfeld verglichen
werden. Die Geschwindigkeit der Sonde kann aus dem ermittelten Abstand
zwischen benachbarten Bildfeldern und aus der Differenz zwischen den
Erzeugungszeiten zwischen den benachbarten Bildfeldern berechnet
werden. Falls diese Differenz oberhalb eines vorgegebenen Schwellwerts
liegt, kann eine plötzliche Änderung
in der Sonde der Grund hierfür
sein. Jedoch ist es wahrscheinlicher, dass ein Fehler beim Bestimmen
des Abstands für das
bestimmte Bildfeld aufgetreten ist, weil die Sonde ungleichmäßig bewegt
wird, zum Beispiel manuell. In diesem Fall kann das bestimmte Bildfeld
für das
Erzeugen des 3-D-Bildes
des Targets unberücksichtigt bleiben.
Stattdessen kann der mittlere Abstand als Abstand benutzt werden.