DE19746623C1 - Verfahren zur Ermittlung von Zeilenkorrekturwerten für einen digitalen Bildwandler - Google Patents
Verfahren zur Ermittlung von Zeilenkorrekturwerten für einen digitalen BildwandlerInfo
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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 (ky)
gemäß folgender Formel erfolgen:
mit
pxy Pixel Spalte x, Zeile y
l Länge DRZ und
h Filterhöhe,
wobei die Glieder mit defekten Pixeln unberücksichtigt blei ben.
pxy Pixel 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 Δxy dieses
Pixels zu dem Mittelwert berechnet (Hochpaßfilterung der
Spalte):
- - Der Mittelwert der berechneten Differenzen Δxy ergibt den
Kurrekturwert ky:
Somit läßt sich der Zeilenkorrekturwert ky gemäß folgender
Formel berechnen:
mit
pxy Pixel Spalte x, Zeile y,
l Länge DRZ und
h Filterhöhe.
pxy Pixel 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:
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 (7)
1. Verfahren zur Ermittlung von Zeilenkorrekturwerten (ky)
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 (Δxy) der Bildpunkte in
der Dunkel-Referenz-Zone (DRZ) gegenüber ihrer Umgebung
als Zeilenkorrekturwert (ky) gemittelt werden, wobei de
fekte Pixel in der Dunkel-Referenz-Zone (DRZ) ermittelt
und bei der Ermittelung des Zeilenkorrekturwertes (ky)
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 (ky) gemäß folgender
Formel erfolgt:
mit
pxy Pixel Spalte x, Zeile y,
l Länge DRZ und
h Filterhöhe,
wobei die Glieder mit defekten Pixeln unberücksichtigt bleiben.
mit
pxy Pixel Spalte x, Zeile y,
l Länge DRZ und
h Filterhöhe,
wobei die Glieder mit defekten Pixeln unberücksichtigt bleiben.
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