DE19746623C1

DE19746623C1 - Verfahren zur Ermittlung von Zeilenkorrekturwerten für einen digitalen Bildwandler

Info

Publication number: DE19746623C1
Application number: DE19746623A
Authority: DE
Inventors: Horst Schreiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 1998-11-19
Anticipated expiration: 2017-10-23
Also published as: US6418241B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Zei lenkorrekturwerten für einen digitalen Bildwandler mit in einer Matrix mit Zeilen und Spalten angeordneten Bildpunk ten, bei dem ein kleiner Teil zur Bildung einer Dunkel-Refe renz-Zone durch eine Abdeckung gegen Strahlung geschützt ist.

Zunehmend gewinnen digitale bildgebende Systeme in der Medi zintechnik an Bedeutung, in denen digitale Bildwandler die bisher eingesetzten analogen Bildwandler ersetzen. Derartig verwendete Bildwandler, beispielsweise a-Si-Detektoren, las sen sich im allgemeinen noch nicht fehlerfrei produzieren. Vielmehr sind neben defekten Pixeln, bzw. Bildpunkten auch noch Gruppen- (Cluster-), Zeilen- und Spaltenausfälle zu verzeichnen. So werden beispielsweise Spaltenausfälle durch Unterbrechungen in den Adreßleitungen verursacht.

Um den Ausschuß an Detektoren zu begrenzen, können die de fekten Bildpunkte korrigiert werden. Für einen erfolgreiche Korrektur wird die Information benötigt, welche Pixel defekt und welche gut sind.

In der DE 195 27 148 C1 ist ein Verfahren zur Defekterken nung bei einem a-Si-Panel beschrieben, bei dem zur Erkennung von defekten Bildpunkten mehrfach auf zwei Bilder, von denen ein erstes Bild mit Röntgenstrahlung ohne Objekt und ein zweites Bild ohne Röntgenstrahlung erstellt ist, eine rekur sive Tiefpaß-Filterung nach dem Prinzip der unscharfen Maske mit Trennung der Defekte nach Spalten und Zeilen angewandt wird.

Am linken Bildrand, dem Zeilenanfang beim Radiographie-Fest körper-Detektor, beispielsweise einem aSi-Detektor, liegt eine nicht bestrahlte Randzone. Diese Dunkel-Referenz-Zone ist licht- und strahlungsdicht abgedeckt, so daß auch im Hellbild kein zusätzliches Signal entsteht. Die Signalwerte der unbelichteten Pixel werden zur Korrektur des Zeilen signals herangezogen. Sie dienen dazu, das Zeilenrauschen zu vermindern und kleine Transienten im Offset zu korrigieren, wobei auch hier Defekte berücksichtigt werden, damit diese nicht die Zeilenkorrektur verfälschen.

Beispielsweise bei einer Aufnahme eines Beckens können zwi schen den Beinen stark überstahlte und belichtete Bereiche auftreten. Liegen diese überstrahlten Bereiche in der Nähe der Dunkel-Referenz-Zone (DRZ), führen sie jedoch beispiels weise durch Lichtleitung im Substrat oder im Trägermaterial zu einer Bestrahlung der Dunkel-Referenz-Zone, der sogenann ten Unterstrahlung. Dadurch entsteht ein Störsignal, das bei den bisherigen Korrekturen zu Nachteilen bei der Zeilenkor rektur in Form von Fixed-Pattern-Noise und Buttingproblemen führt.

- Bedingt durch Defekte in der DRZ kann ein Fixed-Pattern- Zeilenrauschen vor allem bei einer Unterstrahlung der DRZ entstehen.
- Durch die Unterstrahlung der DRZ können sich zeilenkorri gierte und nicht korrigierte Bilder stark unterscheiden. Beim Butting kann sogar eine deutlich sichtbare Trenn linie zwischen zwei Panels entstehen, wenn auf einem der Panels eine Unterstrahlung aufgetreten ist. Diese haben ihre Ursachen in der unzureichenden Behand lung der Defekte in der unterstrahlten DRZ und darin, daß in unterstrahlten Bereichen in der DRZ ein Signal ent steht, das zum Bildbereich hin stark ansteigt. Dieses wird bei der Korrektur fälschlicherweise abgezogen.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das in jeder Zeile ein optimaler Offsetwert zur Verminderung des Zeilenrauschens ermittelt wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Differenzen der Bildpunkte in der Dunkel-Referenz-Zone (DRZ) gegenüber ihrer Umgebung als Zeilenkorrekturwert gemittelt werden, wobei defekte Pixel in der DRZ ermittelt und bei der Ermittelung des Zeilenkorrekturwertes unterdrückt werden. Durch die Mittelung der Differenzen zur Zeilenkorrektur, der eine vorher aufgrund von Kalibrierung und/oder Defekterken nung ermittelte bestimmte Defekt-Map berücksichtigt, erhält man für jede Zeile einen optimalen Korrekturwert, durch den das Zeilenrauschen (Fixed-Pattern-Noise) vermindert wird.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn mittels einer speziellen Hochpaßfilterung der DRZ zur Zeilenkorrektur die durch die Unterstrahlung in der DRZ entstehenden tiefen Fre quenzen vor der Zeilenkorrektur eliminiert werden. Erfin dungsgemäß kann dabei die Hochpaßfilterung der DRZ in Spal tenrichtung erfolgen.

Die Fehlerquote läßt sich weiter reduzieren, wenn bei einem Defekt innerhalb der Spaltenumgebung der DRZ auch das bezüg lich der DRZ symmetrisch liegende Pixel bei der Mittelung in der Spaltenumgebung unterdrückt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann folgende Schritte bein halten:

a) Berechnung eines Mittelwertes der Umgebung von jedem Pixel der DRZ innerhalb seiner Spalte,
b) Bildung der Differenzen dieser Pixel zu den Mittelwerten ihrer Umgebung (Hochpaßfilterung der Spalte) und
c) Bildung des Mittelwertes der Differenzen als Korrektur wert.

Dabei kann die Ermittlung von Zeilenkorrekturwerten (k_y) gemäß folgender Formel erfolgen:

mit
p_xyPixel Spalte x, Zeile y
l Länge DRZ und
h Filterhöhe,
wobei die Glieder mit defekten Pixeln unberücksichtigt blei ben.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Röntgendiagnostikeinrichtung zum Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 den in Fig. 1 dargestellten Röntgendetektor.

In der Fig. 1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Röntgenröhre 1 dargestellt, die von einem Hochspan nungsgenerator 2 betrieben wird. Die Röntgenröhre 1 sendet ein Röntgenstrahlenbündel 3 aus, das einen Patienten 4 durchdringt und auf einen Röntgendetektor 5 entsprechend der Transparenz des Patienten 4 geschwächt fällt.

Der Röntgendetektor 5, beispielsweise ein Festkörperbild wandler aus amorphem Silizium (aSi : H), wandelt das Röntgen strahlenbild in elektrische Signale um, die in einem daran angeschlossenen digitalen Bildsystem 6 verarbeitet und einem Monitor 7 zur Wiedergabe des Röntgenstrahlenbildes zugeführt werden. Das digitale Bildsystem 6 kann in bekannter Weise Verarbeitungsschaltungen, Wandler, Differenzstufen und Bild speicher aufweisen.

In der Fig. 2 ist der Röntgendetektor 5 dargestellt. Auf einem Glassubstrat werden Photodioden beispielsweise aus amorphem Silizium (a-Si), Schaltelemente, wie Dünnfilmtran sistoren oder Schaltdioden, und Leiterbahnen derart aufge bracht, daß sie ein matrixförmiges Array von n Reihen und m Spalten von Bildelementen bilden.

Die Leiterbahnen für die Ansteuerung der einzelnen Bildpunk te führen zu beiden Seiten der Matrix 8 und sind dort mit Ansteuerschaltkreisen 9 verbunden, über welche die Schalter der einzelnen Bildpunkte mit Spannungspulsen in bekannter Weise versorgt werden. Die erzeugten Signalladungen werden aus den Bildpunkten über Leiterbahnen ausgelesen, von an einer dritten Seite der Matrix 8 angeordneten Auslesever stärkerschaltungen 10 verstärkt und der weiteren Verarbei tung zugeführt.

Wie der Fig. 2 weiter zu entnehmen ist, ist der Seiten bereich der Matrix 8 mit einer strahlenundurchlässigen Ab deckung 11 versehen, unter der sich die Pixel der Dunkel- Referenz-Zone (DRZ) befindet. Direkt angrenzend befindet sich der aktive Bereich 12, der von Strahlung beaufschlagt wird.

Stark überstahlte und belichtete Gebiete des aktive Bereichs 12 knapp neben der DRZ erzeugen jedoch beispielsweise durch Lichtleitung im Substrat oder Trägermaterial in der DRZ ein Störsignal.

Bisher findet in der DRZ unter Berücksichtigung der Defekte eine einfache Mittelung der Pixelwerte statt, die einen Kor rekturwert für die Zeile bildet.

Zwei Punkte sprechen jedoch gegen die einfache Mittelung:

- Unterstrahlung:
Durch die obengenannte Lichtleitung aus dem aktiven, be strahlten Bereich 12 wird auch in der Dunkel-Referenz-Zone ein Signal erzeugt, so daß ein falscher 'Null-Level' gebil det wird. Zusätzlich ist die Höhe dieses Signals auch noch stark abhängig von der Entfernung der aktiven, bestrahlten Pixeln von der DRZ.
- Defekte:
Insbesondere im Falle einer ungleichmäßigen Unterstrahlung ergeben sich, je nachdem wo in der Zeile sich die Defekte befinden, bei der Mittelung deutliche Fehler, die ebenfalls ein Zeilenrauschen erzeugen.

Das Störsignal hat wegen der Charakteristik der Lichtleitung nur niederfrequente Anteile. Dieses zusätzliche Signal kann durch einen erfindungsgemäßen Hochpaßfilter eliminiert wer den. Damit werden die zwei wesentlichen Nachteile behoben:

1. der Schwarzwert (Null) wird falsch korigiert; es wird zuviel abgezogen.
2. Defekte in der DRZ verfälschen das Signal zusätzlich: Je nachdem, wo in der DRZ das defekte Pixel liegt, wird einmal am Anfang der DRZ ein recht niedriger oder am Ende der DRZ ein hoher Wert nahe an der aktiven Fläche) bei der Mittelwertbildung ausgelassen. Es ensteht so ein zusätz licher Zeilenrauschanteil durch die Zeilenklemmung.

Wegen der obengenannten Nachteile der bisherigen Korrektur - Fixed-Pattern-Noise und Buttingprobleme - wird das erfin dungsgemäße Verfahren zur Zeilenkorrektur bei dem Röntgen detektor 5 angewandt. Statt der einfachen Mittelung werden unter Berücksichtigung der Defekte die Differenzen der DRZ- Pixel gegenüber der Umgebung gemittelt.

Einer geringen Erhöhung des Zeilenrauschens stehen wesent liche Vorteile bei der Behandlung überstrahlter Gebiete gegenüber.

Vom Grundprinzip entspricht diese Mittelung einer Hochpaß filterung der DRZ vor Bildung der Zeilenkorrekturwerte. D. h. tieffrequente, von der Unterstrahlung herrührende Anteile werden unterdrückt und gehen nicht in die Korrekturwerte ein.

Die erfindungsgemäße Bildung des Korrekturwertes in einer Zeile teilt sich in drei Schritte:

- Für jedes Pixel der DRZ wird der Mittelwert in seiner Umge bung innerhalb seiner Spalte gemäß folgender Gleichung berechnet:
- Für jedes Pixel der DRZ wird die Differenz Δ_xy dieses Pixels zu dem Mittelwert berechnet (Hochpaßfilterung der Spalte):
- Der Mittelwert der berechneten Differenzen Δ_xy ergibt den Kurrekturwert k_y:

Somit läßt sich der Zeilenkorrekturwert k_y gemäß folgender Formel berechnen:

mit
p_xyPixel Spalte x, Zeile y,
l Länge DRZ und
h Filterhöhe.

Defekte Pixel der DRZ werden bei der Mittelwertbildung nicht berücksichtigt. Dadurch ergibt sich ein gegenüber der alten Korrektur deutlich kleinerer Fehler, da die Differenzen sich ähnlicher sind als die Absolutwerte. Durch die Unterdrückung der defekten Pixel verringert sich zusätzlich die Anzahl der gemittelten Differenzwerte.

Um den Filter symmetrisch zu halten, wird auch das bezüglich der DRZ symmetrisch liegende defekte Pixel von der Mittelung innerhalb der Spaltenumgebung ausgeschlossen. Dadurch ver ringert sich weiterhin die Anzahl der in der Spalte gemit telten Pixel.

Bedingt durch die Mittelung der Spaltenumgebung ergibt sich ein leicht erhöhtes Zeilenrauschen gegenüber dem alten Stand:
Faktor bei Filterbreite w:

Durch Defekte kann die effektive Filterbreite noch verrin gert werden, so daß unter Umständen der Faktor etwas höher liegt.

Ein globaler Offset, d. h. wenn sich im gesamten Bild der Offset gleichmäßig verändert, wird nicht korrigiert (Fre quenz 0). Dies kann aber sogar erwünscht sein.

Die neue Korrektur arbeitet beispielsweise mit einer Filter breite von 31. Die Bilder werden gegenüber dem Normal bei spielsweise mit dem Faktor 4 verstärkt. Ein Offset von 50 LSB zur Vermeidung von Schwarzkompression wird zu allen Pi xeln addiert. Die NULL-Linie liegt also bei 50 LSB.

Ein Vergleich mit einem Beckenphantom in einem Hochdosismode ergab dabei folgendes Ergebnis:

- Während die alte Zeilenkorrektur in der DRZ neben einem überstrahlten Bereich ein deutliches Fixed-Pattern-Noise erzeugt, ist bei der neuen nichts festzustellen.
- Die Zeilen mit der Überstrahlung sind bei der alten Korrek tur gegenüber einem nicht zeilenkorrigierten Bild im Signal vermindert. Die Differenz zwischen einem mit der neuen Kor rektur behandelten und einem nicht zeilenkorrigierten Bild ist bis auf das Zeilenrauschen überall nahezu gleich Null.
- Unterschiede im Rauschen sind nicht zu festzustellen.

Bei einer mit einem empfindlichen Mode gemachten, dadurch mit starken Rauschen versehenen Aufnahme ergibt sich eine leichte Erhöhung der Rauschens.

Durch die neue Zeilenkorrektur mit einer Filterbreite von 31 ist der Zeilenoffset unverändert geblieben. Im nicht unter strahlten Gebiet unterscheiden sich die alte und neue Kor rektur nur durch den Offset. Im unterstrahlten Gebiet weist die neue Korrektur neben einem deutlich unterschiedlichem Offset, der durch die alte Korrektur fälschlich vermindert wurde, auch ein geringeres Rauschen auf.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung von Zeilenkorrekturwerten (k_y) für einen digitalen Bildwandler (5) mit in einer Matrix (8) mit Zeilen und Spalten angeordneten Bildpunkten, bei dem ein kleiner Teil zur Bildung einer Dunkel-Referenz- Zone (DRZ) durch eine Abdeckung (11) gegen Strahlung geschützt ist, dadurch gekennzeich net, daß die Differenzen (Δ_xy) der Bildpunkte in der Dunkel-Referenz-Zone (DRZ) gegenüber ihrer Umgebung als Zeilenkorrekturwert (k_y) gemittelt werden, wobei de fekte Pixel in der Dunkel-Referenz-Zone (DRZ) ermittelt und bei der Ermittelung des Zeilenkorrekturwertes (k_y) unterdrückt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß mittels einer Hochpaßfil terung der Dunkel-Referenz-Zone (DRZ) die durch die Unter strahlung in der Dunkel-Referenz-Zone (DRZ) entstehenden tiefen Frequenzen vor der Zeilenkorrektur eliminiert wer den.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Hochpaßfilterung der Dunkel-Referenz-Zone (DRZ) in Spaltenrichtung erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß bei einem Defekt innerhalb der Spaltenumgebung der Dunkel- Referenz-Zone (DRZ) auch das bezüglich der Dunkel-Refe renz-Zone (DRZ) symmetrisch liegende Pixel bei der Mitte lung in der Spaltenumgebung unterdrückt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Fil terbreite einen Wert von 31 aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Bildung von Zeilenkorrekturwerten gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Berechnung eines Mittelwertes der Umgebung von jedem Pixel der Dunkel-Referenz-Zone (DRZ) innerhalb seiner Spalte,
b) Bildung der Differenzen dieser Pixel zu den Mittel werten ihrer Umgebung (Hochpaßfilterung der Spalte) und
c) Bildung des Mittelwertes der Differenzen als Korrek turwert.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 da durch gekennzeichnet, daß die Ermittlung von Zeilenkorrekturwerten (k_y) gemäß folgender Formel erfolgt:
mit
p_xy Pixel Spalte x, Zeile y,
l Länge DRZ und
h Filterhöhe,
wobei die Glieder mit defekten Pixeln unberücksichtigt bleiben.