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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rauschkorrektur bei einem Flachbilddetektor,
welcher zur Erfassung von Strahlen, insbesondere Röntgenstrahlen,
ausgebildet ist.
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Ein
derartiger Flachbilddetektor weist üblicherweise ein in einzelne
Pixelfelder unterteilte α-Silizium-Platte
auf, die zumindest in einem Teilbereich von einer lichtaktiven Fläche, der
Szintillatorschicht, überzogen
ist. Die lichtaktive Fläche
wandelt bei Auftreffen der Röntgenstrahlung
diese in Lichtimpulse um, die anschließend von einem dem jeweiligen
Pixelfeld zugewiesenen Halbleiter-Sensor erfasst und als elektrisches
Signal an einen Ausleseverstärker weitergeleitet
werden. Jedes der in Zeilen und Spalten angeordneten Pixelfelder
weist einen derartigen Halbleiter-Sensor auf. Die einzelnen Pixelfelder
bilden ein Matrixfeld.
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Üblicherweise
sind mehrere Ausleseverstärker
vorgesehen, die wiederum mehrere Kanäle, beispielsweise 120, für die jeweiligen
Spalten des Matrixfeldes aufweisen. Über jeden Kanal wird daher eine
Spalte ausgelesen. Das Auslesen erfolgt hierbei zeilenweise, also
seriell. In der Zeit zwischen zwei Auslesevorgängen wird in den einzelnen
Halbleiter-Sensoren die erfasste Lichtintensität aufsummiert.
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Aufgrund
der Mehrzahl der eingesetzten elektronischen Komponenten, insbesondere
aufgrund der Ausleseverstärker,
sind die eigentlichen Licht-Signale mit einem Rauschen, insbesondere Zeilenrauschen, überlagert.
Um dieses zu verringern, ist der Flachbilddetektor üblicherweise
unterteilt in ein aktives Feld, das der Röntgenstrahlung ausgesetzt ist,
und zumindest einem auch als „Dark
Reference Zone (DRZ)" bezeichneten
Dunkelfeld, das insbesondere keine lichtaktive Schicht aufweist.
Das dem Dunkelfeld zuzuordnende Rauschen wird erfasst und als Korrekturwert
für die
vom aktiven Feld erfassten Signale herangezogen (Zeilenrauschkorrektur,
line noise correction, LNC). Teilweise sind zwei oder mehrere dieser
Dunkelfelder vorgesehen. Zur Rauschkorrektur wird hierbei ein Mittelwert
aus den den einzelnen Dunkelfeldern zugeordneten Korrekturfaktoren
ermittelt. Dies kann jedoch unter Umständen, insbesondere bei stark
unterschiedlichem Rauschen der einzelnen Dunkelfelder, zur Generierung
von weiteren Rauschanteilen führen.
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Aus
der
DE 197 46 623
C1 ist ein Verfahren zur Ermittlung von Zeilenkorrekturwerten
für einen
digitalen Bildwandler zu entnehmen, welcher ein matrixförmiges Detektorfeld
mit einem randseitig angeordneten Dunkelfeld aufweist. In der
DE 195 16 832 C1 ist
ein Verfahren zur Korrektur eines zeitlich nicht veränderlichen "Festmusterrauschens" (Fixed-Pattern-Noise FPN)
beschrieben.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Rauschkorrektur
zu ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur Rauschkorrektur bei einem Flachbilddetektor, insbesondere
zur Erfassung von Röntgenstrahlen,
der ein matrixartiges Detektorfeld sowie mehrere Ausleseverstärker zum
Auslesen der im Detektorfeld erfassten Signale aufweist. Das Detektorfeld
umfasst zumindest zwei voneinander beabstandete Dunkelfelder und
ein in Teilbereichen, also Zeilen und Spalten, unterteiltes aktives
Feld. Zur Korrektur von Signalrauschen wird ein dem jeweiligen Dunkelfeld
zuzuordnendes Rauschen erfasst und hieraus für jedes der Dunkelfelder ein
Dunkelfeld-Korrekturfaktor oder Korrekturwert (DF-Korrekturfaktor)
ermittelt. Aus diesen werden dann für die einzelnen Teilbereiche
(Spalten) unterschiedliche Signal-Korrekturfaktoren (S-Korrekturfaktor)
abgeleitet, indem die DF-Korrekturfaktoren jeweils mit einem teilbereichspezifischen
Gewichtungsfaktor gewichtet werden.
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Diese
Ausgestaltung geht von der Überlegung
aus, dass die üblicherweise
bei zwei Dunkelfeldern für
die Rauschkorrektur vorgenommenen gleichmäßige Gewichtung der einzelnen
Korrekturwerte der Dunkelfelder zu Verzerrungen und zur Generierung
von zusätzlichen
Rauschanteilen führen kann,
wenn sich die einzelnen Korrekturwerte stark unterscheiden. Durch
die vorgenommene Gewichtung wird daher über den Gewichtungsfaktor eine
Relevanz des Korrekturwerts des jeweiligen Dunkelfeldes für den einzelnen
Teilbereich bestimmt und somit eine insgesamt verbesserte Rauschkorrektur
ermöglicht.
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Gemäß einer
zweckdienlichen Weiterbildung wird zur Korrektur von Signalrauschen
im Dunkelbild, also ohne auf das Detektorfeld auftreffende Strahlung,
für die
Teilbereiche der aktiven Fläche
das Rauschen erfasst und hieraus werden teilbereichsspezifische
Korrekturfaktoren oder Korrekturwerte ermittelt, mit denen im Betrieb
der jeweilige Signalwert des jeweiligen Teilbereichs korrigiert
wird.
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Durch
diese Maßnahme
wird ein dem jeweiligen Teilbereich zuzuordnendes Rauschen im Dunkelbild
erfasst, d.h. ohne auf das Detektorfeld auftreffende Strahlung.
Im bildgebenden Betrieb mit Strahlung wird dann der jeweilige Signalwert
des jeweiligen Teilbereichs korrigiert. Damit ist eine deutliche Verbesserung
der Rauschkorrektur gegeben, da unmittelbar das den einzelnen Teilbereichen
zuzuordnende Rauschen spezifisch für eine Korrektur herangezogen
wird.
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Das
Verfahren mit der Gewichtung der einzelnen Korrekturwerte zur Ermittlung
eines Signal-Korrekturwerts wird daher in Ergänzung und Kombination zu den
teilbereichsspezifischen Korrekturfaktoren, die im Dunkelbild für jeden
Teilbereich ermittelt wurden, ausgeführt. Aus den teilbereichsspezifischen
Korrekturfaktoren und den Signal-Korrekturfaktoren wird ein gemeinsamer
Korrekturfaktor oder -wert in geeigneter Wiese abgeleitet. Da die
Signal-Korrekturfaktoren auch während
des bildgebenden Betriebs aktuell bestimmt werden können und vorzugsweise
auch werden, ist somit eine dynamische Anpassung der Korrekturwerte
ermöglicht.
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Gemäß einer
zweckdienlichen Weiterbildung werden die DF-Korrekturfaktoren mit
einem Abstandsfaktor als Maß für den Abstand
des jeweiligen Teilbereichs zum jeweiligen Dunkelfeld gewichtet. Durch
diese Maßnahme
wird daher in vorteilhafter Weise die örtliche Nähe der einzelnen Teilbereiche des
aktiven Felds zu dem jeweiligen Dunkelfeld berücksichtigt. Je näher der
Teilbereich an dem jeweiligen Dunkelfeld angeordnet ist, desto höher ist
dessen Gewichtung bei der Bestimmung des Signal-Korrekturfaktors.
Insbesondere geht hierbei der Abstand des jeweiligen Teilbereichs
zum jeweiligen Dunkelfeld linear in den Gewichtungsfaktor ein.
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Zweckdienlicherweise
sind hierbei die Dunkelfelder, die für die Bestimmung der DF-Korrekturfaktoren
herangezogen werden, an gegenüberliegenden äußeren Randbereichen
des Detektorfeldes angeordnet.
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Vorzugsweise
werden zur Bestimmung des jeweiligen DF-Korrekturfaktors Rauschsignale
aus mehreren Teilbereichen, insbesondere Spalten, des jeweiligen
Dunkelfelds erfasst und aus den einzelnen Rauschsignalen wird ein
Mittelwert gebildet, insbesondere ein Zeilenmittelwert für die jeweilige
Zeile.
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Vorzugsweise
weist die Detektorfläche
in Zeilen und Spalten angeordnete Pixelfelder auf und über einen
jeweiligen Ausleseverstärker
werden mehrere Spalten gleichzeitig zeilenweise ausgelesen, wobei
für jeden
Ausleseverstärker
ein spezifischer Korrekturfaktor ermittelt wird. Es wird also für jeden
Ausleseverstärker
für eine
einfachere Auswertung ein Korrekturfaktor bzw. Korrekturverlauf über die
einzelnen Kanäle
des Ausleseverstärkers
berücksichtigt.
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Gemäß einer
zweckdienlichen Weiterbildung werden für unterschiedliche Betriebsmodi
unterschiedliche DF-Korrekturfakto ren bestimmt. Unterschiedliche
Betriebsmodi ergeben sich beispielsweise insbesondere durch unterschiedliche
Vergrößerungen
(Zoom-Funktion). Bei den unterschiedlichen Betriebsmodi werden teilweise über Blenden
od. dgl. Teilbereiche des Detektorfelds vom Strahlengang abgedeckt.
Das Dunkelfeld setzt sich in diesem Fall bevorzugt sowohl aus den
Randbereichen ohne die lichtaktive Fläche als auch aus den durch
die Blenden abgedeckten Teilbereichen zusammen. Unter Dunkelfeld
ist also hierbei allgemein derjenige Bereich zu verstehen, welcher
nicht mit Röntgenstrahlung
beaufschlagt ist. Durch die Berücksichtigung
der Betriebsmodi wird daher in vorteilhafter Weise insbesondere
auch eine variable Verteilung zwischen den Dunkelfeldern und der
aktiven Fläche
berücksichtigt. Hierdurch
wird eine genauere und betriebsmodusspezifische Rauschkorrektur
ermöglicht.
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Zweckdienlicherweise
werden auch die teilbereichsspezifischen Korrekturfaktoren, die
im Dunkelbild für
die aktive Fläche
bestimmt werden, für
jeden Betriebsmodus ermittelt. Dies erfolgt zweckdienlicherweise
wiederkehrend in bestimmten Zeitabständen, beispielsweise periodisch,
um Veränderungen
im Zeitablauf erfassen zu können.
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Vorzugsweise
werden darüber
hinaus während
des Betriebs die DF-Korrekturfaktoren ermittelt und gegebenenfalls
angepasst. Es erfolgt also insofern eine dynamische Korrektur, da
die DF-Korrekturfaktoren laufend überprüft werden. Durch diese Maßnahme,
und in vergleichbarer Weise auch durch das wiederkehrende Ermitteln
der teilbereichsspezifischen Korrekturfaktoren, werden daher Veränderungen
im Rauschverhalten des Ausleseverstärkers über seine Lebensdauer oder
aufgrund von Temperaturänderungen,
z.B. nach dem Einschalten des Detektors, durch die hier vorgeschlagene
Rauschkorrektur kompensiert.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen jeweils in schematischen und vereinfachten Darstellungen:
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1 einen
Flachbilddetektor nach Art einer Blockbild-Darstellung,
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2 den
schematischen Verlauf eines Signal-Korrekturfaktors über die
einzelnen Spalten des Flachbilddetektors, und
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3 eine
schematische Darstellung des Rauschverhaltens eines Ausleseverstärkers über seine
einzelnen Kanäle
zur Ermittlung eines DF-Korrektorfaktors.
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Ein
Festkörper-Flachbilddetektor 2 gemäß 1 umfasst
ein matrixartiges Detektorfeld 4 mit insgesamt n-Zeilen
und m-Spalten. Das
Detektorfeld 4 weist randseitig jeweils mehrere Spalten überdeckend
ein nicht strahlungssensitives Dunkelfeld 6 sowie zwischen
diesen beiden Dunkelfeldern 6 eine strahlungssensitive,
aktive Fläche 8 auf.
Im Bereich der Dunkelfelder 6 weist das Detektorfeld 4 – anders als
im Bereich der aktiven Fläche 8 – keine
lichtaktive oder Szintillatorschicht auf, welche bei auftreffender Röntgenstrahlung
Lichtquanten erzeugt, die dann von hier nicht näher dargestellten Halbleiter-Detektoren
erfasst werden. In Betriebsmodi, bei denen ein weitergehender Teilbereich
des Detektorfelds 4 beispielsweise durch Blenden abgeschattet
ist, können sich
die Dunkelfelder 6 auch auf solche Flächen erstrecken, die zwar prinzipiell
eine lichtaktive Beschichtung aufweisen, die jedoch in dem jeweiligen Betriebsmodus
nicht bestrahlt wird.
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Der
Flachbilddetektor 2 weist weiterhin eine Ansteuervorrichtung 10 zum
zeilenweisen Ansteuern des Detektorfelds 4 auf. Jedes Pixelfeld
des Detektorfelds 4 umfasst einen Halbleiter-Sensor zur Erfassung
der Lichtintensität
als Maß für die auf
das jeweilige Pixelfeld aufgetroffene Röntgenstrahlung. In einer Zeile
sind daher insgesamt m solche Sensoren angeordnet.
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Das
Detektorfeld 4 umfasst ferner eine Mehrzahl von Ausleseverstärkern 12,
die wiederum mehrere einzelne Kanäle, beispielsweise 120, aufweisen, wobei
jeder Kanal genau einer der insgesamt m-Spalten zugeordnet ist.
Die insgesamt m-Spalten des Detektorfeldes 4 sind daher
in einzelne Spaltenblöcke 14 unterteilt,
wie in 1 dargestellt ist, und die jeweils einem Ausleseverstärker 12 zugeordnet sind.
Wie aus 1 ferner zu entnehmen ist, erstrecken
sich die Dunkelfelder 6 üblicherweise nicht über einen
kompletten Spaltenblock 14.
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Während des
Betriebs wird das Detektorfeld 4 über die Ansteuereinrichtung 10 zeilenweise
angesteuert, d.h. die Ansteuerung des Detektorfelds 4 erfolgt
derart, dass jeweils eine Zeile nach der anderen seriell ausgelesen
wird. Ein jeweiliger Ausleseverstärker 12 erhält also
zeilenweise die Signaldaten seiner ihm zugeordneten Spalten des
jeweiligen Spaltenblocks 14. Aufgrund der Auswerteelektronik sind
die eigentlichen Bildsignale von elektronischem Rauschen überlagert,
das insbesondere von den Ausleseverstärkern 12 herrührt. Um
dieses Rauschen zu korrigieren und möglichst weitgehend zu unterdrücken, sind
insbesondere folgende zwei Schritte vorgesehen, die prinzipiell
unabhängig
von einander ausgeführt
werden können.
- a) Das Rauschen eines jeden Ausleseverstärkers 12 wird
im Dunkelbild, d.h. ohne auftreffende Röntgenstrahlung, für alle oder
zumindest weitgehend alle Spalten und damit Ausleseverstärker 12 erfasst.
Hieraus werden teilbereichsspezifische Korrekturfaktoren ermittelt,
mit denen die im Normalbetrieb erfassten Bild- oder Signalwerte
korrigiert werden, d.h. die Korrekturwerte werden in der Regel von
den Bildwerten subtrahiert.
Beim Erfassen des Rauschens im
Dunkelbild wird für
jeden Ausleseverstärker 12 ein
Rauschsignal-Verlauf ermittelt, wie er beispielhaft in 3 dargestellt
ist. Und zwar wird für
jeden Kanal des Ausleseverstärkers 12 ein
kanal- und damit
spaltenspezifisches Rauschen erfasst. Zur Bestimmung des jeweils
teilbereichsspezifischen Korrekturfaktors besteht die Möglichkeit,
jedem einzelnen Kanal und damit jeder einzelnen Spalte des Detektorfelds 4 einen
eigenen Korrekturfaktor zuzuweisen. Alternativ hierzu wird für jeden
Ausleseverstärker 12 aus
dem erfassten Rauschsignal-Verlauf ein arithmetischer Mittelwert
X bestimmt, welcher dann als teilbereichsspezifischer Korrekturfaktor
für die
jeweilige Zeile für
alle Spalten des jeweiligen Ausleseverstärkers 12 herangezogen
wird.
Um auch für
unterschiedliche Betriebsmodi eine möglichst optimale Rauschkorrektur
zu erzielen ist weiterhin vorgesehen, dass diese teilbereichsspezifischen
Korrekturfaktoren für
die unterschiedlichen Betriebsmodi erfasst und herangezogen werden.
Weiterhin werden diese teilbereichsspezifischen Korrekturfaktoren
wiederholt, beispielsweise periodisch überprüft und gegebenenfalls korrigiert,
wenn beispielsweise aufgrund von Langzeit- oder Temperatureffekten
das Rauschverhalten der Elektronikkomponenten sich verändert hat.
- b) In einem zweiten Schritt wird das den Dunkelfeldern 6 zuzuordnende
Rauschen zur Ermittlung eines Dunkelfeld-Korrekturwerts (DF-Korrekturfaktors)DF1,
DF2 herangezogen, aus denen dann wiederum ein Signal-Korrekturwert
(S-Korrekturfaktor) SK für
die jeweiligen Spalten der aktiven Fläche 8 abgeleitet werden.
Zur Korrektur wird üblicherweise
der Signal-Korrekturwert SK vom Signalwert abgezogen. Und zwar werden
die beiden DF-Korrekturwerte DF1, DF2 für die einzelnen Spalten bzw.
für die
einzelnen Spaltenblöcke 14 unterschiedlich
gewichtet, so dass sich für
jede Spalte bzw. jeden Spaltenblock 14 ein anderer S-Korrekturwert
SK ergibt. Zweckdienlicherweise geht als wesentlicher Gewichtungsfaktor
der Abstand der jeweiligen Spalte bzw. des jeweiligen Spaltenblocks 14 zum
jeweiligen Dunkelfeld 6 ein.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 1 sind den einzelnen Detektorfeldern 6 zwei
unterschiedliche DF-Korrekturfaktoren DF1, DF2 zugeordnet, wobei DF1
für das
linke Dunkelfeld und DF2 für
das rechte Dunkelfeld 6 maßgebend ist.
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Bei
einer herkömmlichen
Rauschkorrektur wird einfach das arithmetische Mittel über alle
Kanäle des
Dunkelfelds 6 als S-Korrekturfaktor abgeleitet. Dies würde jedoch
bei deutlich unterschiedlichem Rauschverhalten der Dunkelfelder 6 zu
einer falschen Rauschkorrektur insbesondere im randnahen Bereich
an den Dunkelfeldern 6 führen.
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Mit
der nunmehr vorgesehenen Gewichtung wird der Abstand der einzelnen
Bereiche zu dem jeweiligen Dunkelfeld 6 berücksichtigt.
Gemäß 2 ist
hierbei für
jeden Ausleseverstärker 12 ein
eigener, Bemittelter S-Korrekturfaktor SK aus den DF-Korrekturfaktoren
DF1, DF2 ermittelt. In 2 ist hierbei einerseits der
Verlauf des S-Korrekturfaktors SK gegenüber den Spalten m des Detektorfelds 4 aufgetragen
(gepunktete Kurve). Für
den dem linken Detektorfeld 6 benachbarten Teilbereich
wird der DF-Korrekturwert DF1 mit dem Faktor 1 gewichtet, und DF2 mit
dem Faktor null. Diese Gewichtungsfaktoren verändern sich je näher die
Kanäle
am rechten Dunkelfeld 6 orientiert sind. Im Ausführungsbeispiel
wurde hierbei eine ausleseverstärkerspezifische
Gewichtung vorgenommen, als Grundlage für den Gewichtungsfaktor wurde
daher der Abstand der Spaltenblöcke 14 zu
den Dunkelfeldern 6 berücksichtigt.
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In 2 ist
neben dem S-Korrekturfaktor SK weiterhin auch der Verlauf der Gewichtungsfaktoren g1
für das
linke Dunkelfeld 6 (durchgezogene Linie) und g2 für das rechte
Dunkelfeld 6 (gestrichelte Linie) aufgetragen Die Ermittlung
des S-Korrekturfaktors SK ergibt sich beispielsweise nach oder in
Anlehnung an folgende lineare Formel: SK = 0,5·(DF1·(1 – a) + DF2·a), mit
1 – a
= g1 und a = g2wobei a ein Abstandswert für den Abstand von dem Dunkelfeld 6 mit
dem DF-Korrekturfaktor DF1 ist. Zur Ermittlung des DF-Korrekturfaktors
DF1, DF2 wird zweckdienlicherweise das arithmetische Mittel des Signalrauschens über alle
Kanäle
des Dunkelfelds 6 gebildet, wie dies in 3 schematisch
angedeutet ist. Weisen die Dunkelfelder 6 (linkes und rechtes Dunkelfeld)
eine unterschiedliche Größe auf,
so wird vorzugsweise eine der Größe der Dunkelfelder
entsprechende Gewichtung der Korrekturfaktoren DF1 und DF2 vorgenommen.
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Vorzugsweise
werden die DF-Korrekturfaktoren DF1, DF2 auch während des Betriebs laufend überprüft und angepasst,
so dass insgesamt eine sehr dynamische und damit genaue Rauschkorrektur erfolgt.
Zweckdienlicherweise werden auch hier für jeden einzelnen Betriebsmodus
betriebsmodi-spezifische DF-Korrekturfaktoren ermittelt, wobei die
Dunkelfelder 6, also die Anzahl der den Dunkelfeldern 6 zuzuweisenden
Spalten m in Abhängigkeit
des jeweiligen Betriebsmodus variieren können. Aufgrund der dynamischen
Anpassung der DF-Korrekturwerte DF1, DF2 werden auch hier wiederum
Langzeiteffekte und Temperatureffekte berücksichtigt und korrigiert.