DE1129724B

DE1129724B - Process for better visual recognition of fine contrasts

Info

Publication number: DE1129724B
Application number: DER19278A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Dr Hans Drenkelfort
Original assignee: HANS DRENKELFORT DIPL CHEM DR
Current assignee: HANS DRENKELFORT DIPL CHEM DR
Priority date: 1956-07-20
Filing date: 1956-07-20
Publication date: 1962-05-17

Description

Verfahren zur besseren visuellen Erkennbarkeit von Feinkontrasten Für wissenschaftliche und technische Untersuchungen mittels photographischer Aufnahmen, beispielsweise in der Mikroskopier- und Röntgentechnik, sind Verfahren, bekannt, um über Zwischenbilderdie Erkennbarkeit von Feinkontrasten des ursprünglichen Schwarzweißbildes zu verbessern.Process for better visual recognition of fine contrasts For scientific and technical investigations using photographic recordings, For example, in microscopy and X-ray technology, methods are known in order to be able to recognize fine contrasts of the original black-and-white image via intermediate images to improve.

Das älteste photographische Verfahren benutzt die Gradationserhöhung durch mehrfache Kopierung des ursprünglichen Bildes. Die damit erzielbare Verbesserung der Erkennbarkeit von Feinkontrasten wird durch die Sensibilitätsstreuung der photographischen Schichten und des Unterscheidungsvermögens des menschlichen Auges für Grauabstufungen begrenzt.The oldest photographic process uses gradation enhancement by copying the original image several times. The improvement that can be achieved with it the discernibility of fine contrasts is made possible by the scattering of sensitivity of the photographic Layers and the ability of the human eye to differentiate between shades of gray limited.

Der für das Verfahren benötigte Zeitbedarf beschränkt das Verfahren außerdem auf Untersuchungen, bei denen eine verbessert-- Erkennbarkeit des Feinkontrastes nicht augenblicklich erforderlich ist. Diese Einschränkung wird von Verfahren vermieden, die an Stelle photographischer Schichten Bildwandler oder elektro-optische Abtastverfahren nach dem Fernsehprinzip verwenden. Die verbesserte Erkennbarkeit von Feinstrukturen wird bei diesen Verfahren durch Erhöhung der Grundhelligkeit allein oder auch in Verbindung mit einer elektrischen Verstärkung der Wechselstromanteile des zerlegten Bildes erzielt. Ein derartiges Verfahren, welches in der Zeitschrift » UMSCHAU « 195 1, Heft 17, S. 520 näher beschrieben ist, ist jedoch in der erreichbaren Verbesserung von Feinkontrasten auch noch durch das begrenzte Unterscheidungsvermögen des menschlichen Auges von Grauabstufungen eingeschränkt. Das menschliche Auge vermag nebeneinanderliegende Grauabstufungen oder anders gefärbte, jedoch einfarbige Intensitätsunterschiede nur dann wahrzunehmen, wenn sich deren Lichtemission oder Lichtabsorption logarithmisch um mindestens von etwa 1 Prozent voneinander unterscheiden. Bei geringeren Abweichungen istein Intensitätsunterschied nicht mehr festzustellen, so daß die Voraussetzung zum Erkennen von Strukturen nicht mehr erfüllt ist. Es ist bekannt, daß das menschliche Auge in bezug auf Farbdifferenzen, d. h. für geringe Änderungen des Farbtones, eine wesentlich größere Empfindlichkeit als bei der Unterscheidung von Grauabstufungen besitzt. Aus der Kolorimetrie ist bekannt, daß beispielsweise zur Beurteilung von Farbstoffen nur dann keine Farbunterschiede nebeneinanderlie,gender Bildstellen mehr festzustellen sind, wenn die Absorptionsunterschiede an allen Stellen des in Betracht kommenden Spektrums kleiner als etwa 0,1 bis 0,2 Prozent sind. Das spezielle Farbunterscheidungsvermögen des farbtüchtigen menschlichen Auges ermöglicht beispielsweise auch eine Verbesserung des räumlichen Sehens. Hierüber wird in der Arbeit »über den Einfluß der stereoskopischen Meßgenauigkeit« von H. Z e t s c h k e in der Zeitschrift » Angewandte Physik «, Bd. III, Heft 8, 1951, S. 303 bis 308, berichtet. Es ist ferner bekannt, daß ein Farbphoto ge- genüber einem Schwarzweißphoto mehr Einzelheiten des Bildinhaltes erkennen läßt, voraussichtlich mit ein Grund dafür, daß die Farbphotographie sich wachsender Beliebtheit erfreut. Entsprechendes gilt auch für das Fernsehen, und schon vor etwa 20 Jahren wurden Anordnungen bekannt, bei denen zur Erzielung eines farbigen Bildes auf der Wiedergabeseite vor dem Aufnahmeorgan und Wiedergabeorgan, etwa einer Braunscheu Röhre, synchron Farbfilter vorbeigeführt wurden.The time required for the procedure also limits the procedure to examinations in which improved visibility of the fine contrast is not required at the moment. This limitation is avoided by methods which, instead of photographic layers, use image converters or electro-optical scanning methods based on the television principle. The improved perceptibility of fine structures is achieved with this method by increasing the basic brightness alone or in connection with an electrical amplification of the alternating current components of the decomposed image. Such a method, which is described in more detail in the magazine "UMSCHAU" 195 1, issue 17, p. 520 , is, however, limited in the achievable improvement of fine contrasts also by the limited ability of the human eye to differentiate between gray shades. The human eye is only able to perceive adjacent gray shades or differently colored but monochrome intensity differences if their light emission or light absorption differ logarithmically by at least about 1 percent. In the case of smaller deviations, an intensity difference can no longer be determined, so that the prerequisite for recognizing structures is no longer fulfilled. It is known that the human eye is sensitive to color differences, i.e. H. for small changes in color tone, has a much greater sensitivity than when differentiating between shades of gray. It is known from colorimetry that, for example, when assessing dyes, no color differences next to one another can be determined if the absorption differences at all points of the spectrum under consideration are less than about 0.1 to 0.2 percent. The special ability of the color-capable human eye to differentiate between colors also enables, for example, an improvement in spatial vision. Here About the stereoscopic measurement accuracy 'is H. Z etsch k e in the journal "Applied Physics", Vol. III, No. 8, 1951, page 303 to 308 reported in the work "of the influence. It is also known that a color photograph reveals response in comparison with black and white Photo more details of the image content, probably one of the reasons that the color photography is growing in popularity. The same also applies to television, and arrangements were known about 20 years ago in which color filters were passed synchronously in front of the recording element and display element, such as a Braunscheu tube, in order to achieve a colored image on the display side.

Während die normale Farbphotographie und das Farbfernsehen nur im sichtbaren Spektrum arbeiten und die farbige Wiedergabe des zu untersuchenden oder betrachtenden Gegenstandes oder Bildes in möglichst äquivalenten, » natürlichen «, Farben anstreben, beabsichtigt ein anderes Verfahren, welches in der deutschen Patentschrift 721779 näher beschrieben ist, eine Umsetzung von zunächst nicht sichtbaren Farben in sichtbare, also eine Umsetzung von Lichtwellenlängen außerhalb des sichtbaren Spektrums in Licht innerhalb des sichtbaren Spektrums. Diese Anordnung verwendet ebenfalls synchron rotierende Farbfilter auf der Wiedergabeseite. Die zugehörigen ursprünglichen Bilder, die durch Bestrahlung mit Ultraviolett- oder Röntgenstrahlen erzeugt werden, unterscheiden sich dadurch, daß jeweils der zu untersuchende Gegenstand in verschiedenen - vorzugsweise aneinanderstoßenden - Wellenlängenbereichen des in Betracht kommenden Spektrums durchstrahlt oder beleuchtet wird, wobei jeweils einem Spektralbereich eine bestimmte Farbe, d. h. ein diskreter Spektralbereich im sichtbaren Gebiet, zugeordnet wird und somit ein mehrfarbiges Bild unter Einschaltung von Zwischenabbildungen erscheint. Diese Maßnahme führt aus den zuvor genannten Gründen zu einer Verbesserung der Erkennbarkeit von Feinkontrasten, jedoch nur, wenn sich die ursprünglichen Teilbilder infolge unterschiedlicher Absorption oder Reflexion in den verschiedenen Spektralbereichen genügend unterscheiden.While normal color photography and color television only work in the visible spectrum and aim to reproduce the object or image to be examined or viewed in " natural " colors that are as equivalent as possible, another method, which is described in more detail in German patent specification 721779, aims to a conversion of initially invisible colors into visible, i.e. a conversion of light wavelengths outside the visible spectrum into light within the visible spectrum. This arrangement also uses synchronously rotating color filters on the display side. The associated original images, which are generated by exposure to ultraviolet or X-rays, differ in that the object to be examined is irradiated or illuminated in different - preferably contiguous - wavelength ranges of the spectrum in question, with one spectral range having a specific color , ie a discrete spectral range in the visible area, is assigned and thus a multicolored image appears with the interposition of intermediate images. For the reasons mentioned above, this measure leads to an improvement in the recognizability of fine contrasts, but only if the original partial images differ sufficiently as a result of different absorption or reflection in the various spectral ranges.

Das vorgeschlagene Verfahren zur besseren visuellen Erkennbarkeit von Feinkontrasten in einem Schwarzweißbild unter Verwendung deckungsgleicher, nach photographischen oder fernschtechnischen, Verfahren von dem ursprünglichen Bild hergestellter Zwischenabbildungeg, die in verschiedenen Farben erscheinen -und nachfolgend wieder zur Deckung gebracht werden, unterscheidet sich von den vorgenannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß von einem einzigen ursprünglichen Bild deckungsgleiche Zwischenabbildungen mit unterschiedlicher Gradation hergestellt werden, so daß die Grauabstufungen des ursprünglichen Schwarzweißbildes in Farbabstufungen umgesetzt werden. Vorzugsweise ist die Gradation der Zwischenbilder entgegengesetzt, so daß sich die Zwischenbilder zueinander wie Positiv und Negativ verhalten.The proposed method for better visual recognition of fine contrasts in a black and white image using congruent, after photographic or teletechnical processes from the original image produced intermediate images, which appear in different colors - and below be brought into congruence again differs from the aforementioned procedure according to the invention in that congruent from a single original image Intermediate images can be produced with different gradation, so that the Gray shades of the original black and white image converted into color shades will. The gradation of the intermediate images is preferably opposite, so that the intermediate images relate to one another as positive and negative.

Da sich die Zwischenbilder nur durch ihre unterschiedliche, vorzugsweise entgegengesetzte, Gradation unterscheiden, können diese zu einem beliebigen Zeitpunkt nach den bekannten Verfahren von dem einzigen ursprünglichen Bild hergestellt werden. Bei entgegengesetzter Gradation der beiden Teilbilder ist die Helligkeit des zusammengesetzten farbigen Bildes an allen Bildstellen gleich groß, so daß besonders die Auswertung der im ursprünglichen Bild dunkel erscheinenden Bildteile erleichtert wird.Since the intermediate images are only distinguished by their different, preferably opposite, gradation differ, this can be done at any point in time can be produced from the single original image by known methods. If the gradation of the two partial images is opposite, the brightness of the composite is colored image of the same size at all image areas, so that especially the evaluation parts of the image that appear dark in the original image are lightened.

Da die Zwischenbilder von jedem beliebigen ursprünglichen Schwarzweißbild oder einfarbigen Bild hergestellt werden können, ist dieses Verfahren für sehr viele Anwendungsgebiete einzusetzen, beispielsweise zur verbesserten Erkennbarkeit von Inhomogenitäten und Strukturen in der Materialprüfung und medizinischen Untersuchung mit Röntgenstrahlen.As the intermediate images from any original black and white image or a single color image can be produced, this process works for a great many Use areas of application, for example to improve the visibility of Inhomogeneities and structures in material testing and medical examination with x-rays.

Die Zeichnungen veranschaulichen in schematischer Weise Apparateanordnungen, die zur Ausführung des neuen Verfahrens geeignet sind.The drawings illustrate in a schematic manner apparatus arrangements, which are suitable for carrying out the new procedure.

Fig. 1 erläutert die rein optische Anwendung des Verfahrens, während aus Fig. 2 die Ausführung des Verfahrens mit Hilfe von elektronischen Wiedergabevorrichtungen ersichtlich ist.FIG. 1 explains the purely optical application of the method, while FIG. 2 shows the execution of the method with the aid of electronic playback devices.

In Fig. 1 sind 1 und 2 weiße oder farbige Lichtquellen, deren Strahlen mit Hilfe der optischen Einrichtungen 3 und 4 zur Ausleuchtung der Teilbilder 7 und 8 dienen, die als deckungsgleiches Positiv und Negativ als Zwischenbild des ursprünglichen Bildes vorgelegt werden. Die Gradationen der beiden Zwischenbilder 7 und 8 müssen jedoch nicht unbedingt entgegengesetzt sein, so daß 7 und 8 sich zueinander verhalten wie Positiv und Negativ; es genügt, wenn sich die beiden Gradationen hinreichend stark voneinander unterscheiden. Vor den beiden Zwischenbildem 7 und 8 liegen zwei Filter 5 und 6 mit unterschiedlicher Spektralabsorption, vorzugsweise mit komplementären Bereichen. Diese beiden Filter können auch hinter den beiden Zwischenbildern angeordnet sein. Wenn zwei verschiedenfarbige Lichtquellen 1 und 2 benutzt werden, können die beiden Farbfilter 5 und 6 entfallen. Zum Ausgleich der Lichtintensität der beiden farbigen Lichtquellen 1 und 2 können an Stelle der Farbfilter Graufilter verwendet werden. Die nunmehr in verschiedenen Farben erscheinenden Zwischenbilder 7 und 8 werden mit bekannten optischen Mitteln als reelles oder virtuelles Bild auf einem Bildschirm oder im menschlichen Auge zur Deckunggebracht, was unter Zwischenschaltung der Umlenkprismen 9, 9' und 10 erfolgen kann. Zur Erzeugung eines reellen Bildes, welches auch vergrößert projiziert werden kann, dient ein optisches System 11. In Fig. 1 , 1 and 2 are white or colored light sources whose rays are used with the help of the optical devices 3 and 4 to illuminate the partial images 7 and 8 , which are presented as congruent positive and negative as an intermediate image of the original image. The gradations of the two intermediate images 7 and 8 do not necessarily have to be opposite, so that 7 and 8 relate to one another like positive and negative; it is sufficient if the two gradations differ from one another sufficiently. In front of the two intermediate images 7 and 8 are two filters 5 and 6 with different spectral absorption, preferably with complementary areas. These two filters can also be arranged behind the two intermediate images. If two different colored light sources 1 and 2 are used, the two color filters 5 and 6 can be omitted. To compensate for the light intensity of the two colored light sources 1 and 2, neutral density filters can be used instead of the color filters. The intermediate images 7 and 8, which now appear in different colors, are made to coincide with known optical means as a real or virtual image on a screen or in the human eye, which can be done with the interposition of the deflecting prisms 9, 9 ' and 10. An optical system 11 is used to generate a real image, which can also be projected enlarged.

Die Beobachtung durch das System 11 kann monokular oder binokular erfolgen, so daß zur Beobachtung auch an sich bekannte stereoskopische Beobachtungseinrichtungen zu verwenden sind.The observation by the system 11 can take place monocularly or binocularly, so that stereoscopic observation devices known per se can also be used for the observation.

Bei der elektronischen Wiedergabevorrichtung nach Fig. 2 wird das zu untersuchende Objekt 13, welches rein schematisch als dickerer Strich dargestellt ist und aus einem Bild besteht, von den durchstrahlenden oder anstrahlenden Lichtquellen 14 beleuchtet. Die durchgegangenen oder reflektierten Strahlen gelangen in eine optische Vorrichtung 16, die das zu untersuchende Objekt auf einer sich innerhalbder elektronischen Abtastapparatur 15 befindenden photoaktiven Schicht 17 (Photokathode) abbildet.In the case of the electronic reproduction device according to FIG. 2, the object 13 to be examined, which is shown purely schematically as a thick line and consists of an image, is illuminated by the light sources 14 radiating through or illuminating. The transmitted or reflected rays reach an optical device 16 which images the object to be examined on a photoactive layer 17 (photocathode) located within the electronic scanning apparatus 15.

Mit der elektronischen Abtastvorrichtung 15 ist in bekannter Weise eine elektronische Wiedergabevorrichtung 18 verbunden. Diese besteht im Prinzip aus der Kathodenstrahlröhre 19 mit dem Bildschirm 20, dem Verstärker für die Bildsignale 23 und dem Steuerteil 25. Dieser Steuerteil dient zur Erzeugung des bekannten Femsehrasters für die Abtast- und Wiedergabe#vorrichtung. Zusätzlich ist für die Farbzerlegung des Bildes auf der Wiedergabevorrichtung eine rotierende Farbfilterscheibe 22 angeordnet, die durch einen Elektromotor 21 mit gleichbleibender Geschwindigkeit angetrieben wird und so gesteuert wird, daß abwechselnd das auf dem Bildschirm 20 erscheinende Bild in zwei Farben sichtbar wird. Diese Anordnung ist aus Farbfemsehverfahren mit mechanischer Farbzerlegung bekannt. Der Motor bewegt die Scheibe mit einer hinreichend großen Geschwindigkeit, beispielsweise mit 3000 U/min, damit die aufeinanderfolgenden verschiedenfarbigen Bilder nicht mehr als Einzelbilder aufgelöst werden. Besitzt die Scheibe 22 zwei gleich große Filtersektoren, etwa ein Rot- und ein Blaufilter, beträgt die Wechselfrequenz 100 Hz. Mit der Scheibe oder dem Motor 21 ist eine elektronische Schaltanordnung 24 gekuppelt, die synchron zu den beiden Farbfiltern die Wiedergabevorrichtung 18 über den Verstärker 23 umschaltet, Diese Umschaltung bewirkt, daß die Gradationen der aufeinanderfolgenden Teilbilder auf dem Bildschirrn 20 verschieden sind. Das kann durch Änderung des Verstärkungsgrades des Verstärkers 23 erzielt worden, beispielsweise durch eine automatische Rückwärtsregelung, wie aus der Technik des automatischen Schwundausgleichs bei Rundfunkgeräten bekannt, bei der der Regelfaktor verändert wird.An electronic playback device 18 is connected to the electronic scanning device 15 in a known manner. This consists in principle of the cathode ray tube 19 with the screen 20, the amplifier for the image signals 23 and the control part 25. This control part is used to generate the known television raster for the scanning and playback device. In addition, a rotating color filter disk 22 is arranged for the color separation of the image on the display device, which is driven by an electric motor 21 at a constant speed and is controlled so that the image appearing on the screen 20 is alternately visible in two colors. This arrangement is known from color television processes with mechanical color separation. The motor moves the disk at a sufficiently high speed, for example at 3000 rpm, so that the successive different-colored images are no longer resolved as individual images. Has the disc 22 two equal filter sectors, such as a red and a blue filter, the alternating frequency is 100 Hz. With the disc or motor 21, an electronic switching arrangement 24 is coupled synchronously to the two color filters, the reproduction apparatus 18 via the amplifier 23 switches, This switch has the effect that the gradations of the successive partial images on the screen 20 are different. This can be achieved by changing the gain of the amplifier 23 , for example by an automatic backward control, as known from the technology of automatic fading compensation in radio sets, in which the control factor is changed.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. A method for better visual recognition of fine contrasts in a black and white image using congruent intermediate images produced by photographic or television technology processes from the original image, which appear in different colors and are subsequently brought into congruence again, characterized in that from the only one intermediate images congruent with the original image can be produced with different gradations, so that the gray shades of the original black and white image are converted into color shades.

2. The method according spoke 1, characterized in that the gradation of the intermediate images is opposite, so that the intermediate images relate to one another as positive and negative. Considered publications: German Patent No. 721779, 953 666, 685 614; Journal Angew. Physik, 3 (1950), p. 303; Umschau, 1951, issue 17, p. 520; Funk and Ton, 7 (1953), p. 269.