DE19857761A1 - Monochromes Displaysystem mit verbesserter Graustufendarstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur verbesserten Graustufendarstellung von Röntgenbildern auf einem von s Elektrodenstrahlen angesteuerten Monitor, bei der in Abhängigkeit (der Helligkeitsverteilung des Monitors) ein(es) Bildsignal(s) (34), das Graustufenwerte aus einer Menge M Ursprungsgraustufen (23) enthält, mittels einer Korrektureinheit (33) s Ausgangsbildsignale A, generiert werden, die Graustufenwerte aus einer Menge K Korrekturgraustufen aufweisen und die s Ausgangsbildsignale nach einer Digital/Analog-Wandlung je einem Elektrodenstrahl des Monitors zur helligkeitskorrigierten Darstellung der jeweiligen Graustufe auf einem Punkt des Monitors zugeführt werden, um die Helligkeitsverteilung des Monitors der optimalen perzeptionellen Helligkeitsverteilung anzupassen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur verbesserten Graustufendarstellung von Röntgenbildern auf einem von s Elektrodenstrahlen angesteuerten Monitor.

In der Medizintechnik werden Röntgenbilder als Graustufenbilder dargestellt. Bei der Darstellung dieser Röntgenbilder kommt es auf die kleinsten Details an. Deshalb wird eine optimale Darstellung mit einer großen Anzahl vom menschlichen Auge unterscheidbaren Helligkeitsstufen angestrebt.

In der WO 96/19899-A3 wird ein monochromer Monitor beschrieben, der mit drei Elektronenkanonen (Triple Gun) angesteuert wird. Diese drei Elektrodenstrahlen werden auf einem Punkt abgebildet. Die Bildinformation, mit der diese Elektrodenstrahlen gespeist werden, ist jedoch immer die gleiche. Durch Ansteuerung eines Bildpunktes mit drei Elektrodenstrahlen erreicht man eine hohe Helligkeit bei hoher Schärfe.

Monitore weisen eine Darstellungskurve auf, die sich von der optimalen perzeptionellen Darstellungskurve unterscheidet. Typische Monitorkurven weisen im niedrigen oder dunkleren Graustufenbereich eine zu geringe Auflösung der einzelnen Graustufen auf. Durch die unzureichende Auflösung der Graustufen in diesem Bereich sind unterschiedliche Graustufen nicht zu unterscheiden oder mehrere unterschiedliche Graustufen werden mit nur einem Graustufenwert angezeigt. Um diese Unterschiede der Graustufen sichtbar zu machen oder zu korrigieren, wird eine Korrektur der Helligkeitsverteilung oder der Monitordarstellungskurve vorgenommen.

Bei bisherigen Korrekturanordnungen wird einer entsprechenden Anzahl von Graustufenwerten die gleiche Anzahl Graustufenwerten zugeordnet. Die Zuordnungsvorschrift für die Korrektur der Helligkeitsverteilung des Monitors oder seiner Darstellungskurve ordnet dabei mehreren Graustufenwerten eines Eingangsvideosignals gleiche Graustufenwerte des Ausgangsvideosignals zugeordnet, wodurch ein Verlust von darstellbaren Graustufenwerten auftritt.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb eine möglichst einfache Anordnung zur Anpasssung der Helligkeitsverteilung des Monitors an die optimalen perzeptionellen Helligkeitsverteilung anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in Abhängigkeit eines Bildsignals, das Graustufenwerte aus einer Menge M Ursprungsgraustufen enthält, mittels einer Korrektureinheit s Ausgangsbildsignale generiert werden, die Graustufenwerte aus einer Menge K Korrekturgraustufen aufweisen, und daß die s Ausgangsbildsignale nach einer Digital/Analog Wandlung je einem Elektrodenstrahl des Monitors zur helligkeitskorrigierten Darstellung der jeweiligen Graustufe auf einem Punkt des Monitors zugeführt werden.

Jeder Monitor weist eine gerätespezifische Helligkeitsverteilung auf, bei der obenerwähnte Probleme bei der Darstellung eines Bildsignals auftreten. Deshalb ist es notwendig, das Bildsignal mit seiner kodierten Bildinformation der Helligkeitsverteilung des Monitors anzupassen, um eine perzeptionell optimale Darstellung zu erreichen. Das Bildsignal enthält beispielsweise ein kodiertes Röntgenbild in seiner ursprünglichen Aufnahmeform, welches der Korrektureinheit zugeführt wird. Die Korrektureinheit erhält dieses Bildsignal, welches Graustufenwerte aus einer Menge M von Ursprungsgraustufen enthält. Diese Menge M der Ursprungsgraustufen wird in Abhängigkeit der Helligkeitsverteilung des Monitors der Menge K der Korrekturgraustufen zugeordnet. Dabei werden s digitale Ausgangsbildsignale erzeugt, die jeweils einer Digital/Analog-Wandlung zugeführt werden. Der Monitor wird von einer Anzahl s Elektrodenstrahlen angesteuert, wobei s eine vorgegebene, natürliche Zahl ist. Die s analogen Ausgangsbildsignale werden je einem des von s Elektrodenstrahlen angesteuerten Monitors zugeführt. Die s Elektrodenstrahlen werden auf einem Punkt des Monitors abgebildet, so daß hier eine Mischung von mehreren Graustufenwerten erfolgt. Der Ursprungsgrauwert, der nicht der perzeptionell optimalen Darstellung entspricht, wird durch diese Mischung der s Elektrodenstrahlen auf einem Punkt helligkeitskorrigiert dargestellt.

Bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung werden in einer Korrektureinheit Eingangsgraustufen mehreren Ausgangsgraustufen zugeordnet. Jede der mehreren Ausgangsgraustufen wird je einem Elektrodenstrahl zur Darstellung der Ausgangsgraustufen auf dem Monitor zugeführt. Die mehreren Elektrodenstrahlen werden auf einem Punkt des Monitors abgebildet, so daß eine Mischung der mehreren Ausgangsgraustufen erfolgt. So wird für jede Eingangsgraustufe aus mehreren Ausgangsgraustufen eine andere Graustufe gemischt, und es entsteht eine perzeptionell optimalere Darstellung des Bildsignals auf dem Monitor.

Das n-Bit breite Bildsignal, kann 2ⁿ unterschiedliche Graustufenwerte beinhalten. Diese Ursprungsgraustufen werden in der Korrektureinheit s Korrekturmengen mit jeweils 2ⁿ Graustufenwerten zugeordnet. Die Anzahl der Korrekturmengen wird hierbei durch die Anzahl der s Elektrodenstrahlerl festgelegt. Jede Korrekturmenge weist beispielsweise 2ⁿ unterschiedliche Korrekturgraustufen auf. Jeder Ursprungsgrauwert wird je einem Graustufenwert aus jeder Korrekturmenge zugeordnet, so daß s Ausgangsbildsignale erzeugt werden. Mit der Zuordnung von s Korrekturgraustufenwerten zu jedem Ursprungsgraustufenwert wird die Anpassung der Helligkeitsverteilung des Monitors an die optimale perzeptionelle Helligkeitsverteilung vorgenommen.

Durch ein Zuordnen von mehreren Korrekturgraustufen wird die Anzahl der darstellbaren möglichen Grauwerte erhöht.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erweist es sich als vorteilhaft, in der Nähe des Monitors einen Photosensor anzuordnen, der in Abhängigkeit des Umgebungslichtes die Korrektureinheit beeinflußt. Durch den Einsatz eines solchen Photosensors werden bei unterschiedlichen Umgebungshelligkeiten mehrere Korrekturtabellen ermittelt. Während des Betriebes der Anordnung wird dann abhängig vom gemessenen Wert des Umgebungslichtsensors die entsprechende Korrekturtabelle ausgewählt.

Um die Helligkeitsverteilung des Monitors zu ermitteln, werden Kalibrationsmessungen mit einem Luminanzsensor durchgeführt. Dabei werden die Luminanzkurven für jeden Elektrodenstrahl einzeln und für alle Elektrodenstrahlen gemeinsam aufgenommen. Der Luminanzsensor mißt die Helligkeit der Bildpunkte direkt auf der Oberfläche der Bildröhre des Monitors. Die ermittelten Luminanzkurven werden zur Berechnung der Korrekturtabellen der Korrektureinheit zugeführt.

Gemäß Anspruch 5 ist es vorteilhaft, einen lichtempfindlichen Sensor zuerst zur Aufnahme der Luminanzkurven einzusetzen. Nach Aufnahme der Luminanzkurven wird dieser Sensor durch Änderung seiner Ausrichtung als Umgebungslichtsensor benutzt.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden die Luminanzkurven des Monitors durch eine parametrische Beschreibung synthetisch erzeugt. Da die Helligkeitsverteilung des Monitors auch von benutzerspezifischen Einstellungen abhängt, ist es sehr aufwendig alle möglichen Einstellungen vorher zu messen und dafür dann die Zuordnung der Ursprungsgraustufenwerte zu den Korrekturgraustufenwerten vorzunehmen. Durch Aufstellen einer Rechenvorschrift, in der die Luminanzwerte von den Helligkeits- und Kontrastwerten abhängen, können die Luminanzkurven mit sehr guter Übereinstimmung durch eine einfache Parameterbeschreibung angenähert werden. Die Helligkeitsverteilungen oder Luminanzkurven werden dann berechnet und danach wird die Zuweisung der Ursprungsgraustufenwerte zu den Korrekturgraustufen in der Look-Up- Table vorgenommen, um eine perzeptionell optimale Darstellung einzustellen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 8 erweist es sich als vorteilhaft, bei einem Triple Gun Monitor, der von drei Elektrodenstrahlen angesteuert wird, der Menge von Ursprungsgraustufen des Bildsignals in der Korrektureinheit zur Erzeugung von drei Ausgangsbildsignalen drei Korrekturmengen von Graustufen zuzuordnen. Dabei wird jedem Graustufenwert der Ursprungsgraustufen je ein Graustufenwert aus den drei Korrekturmengen zugeordnet. Diese drei Ausgangsbildsignale werden nach einer Digital/Analog-Wandlung je einem Strahl des Triple Gun Monitors zugeführt und für jeden abzubildenden Ursprungsgrauwert auf einem gemeinsamen Punkt auf dem Monitor abgebildet.

Ein Vorteil dieser Erfindung ist, daß dreikanälige Grafikkarten für Farbmonitore einsetzbar sind. Diese dreikanäligen Grafikkarten werden mit einer entsprechenden Korrektureinheit zur Anpassung der Helligkeitsverteilung des Monitors an die optimal perzeptionelle Helligkeitsverteilung ergänzt. Dadurch muß keine neue Hardware entwickelt werden.

Gemäß Anspruch 10 erweist es sich als vorteilhaft, daß das n-Bit breite Bildsignal in der Korrektureinheit s Korrekturmengen K_s zugeführt wird, die eine Bit-Tiefe kleiner als n aufweisen. Durch die Zuordnung von s Korrekturmengen mit entsprechenden Graustufenwerten, ist es durch die spätere Mischung der Elektrodenstrahlen möglich, die Korrekturmengen mit weniger Graustufenwerten vorzusehen, als die Ursprungsgraustufen. Bei Mischung der drei Ausgangsbildsignale A_s, ist eine theoretische Anzahl von Graustufenwerte möglich, die der Permutation der drei Graustufen der Korrekturmengen entsprechen, so daß die Menge der Korrekturgraustufen kleiner sein kann, als die Menge der Ursprungsgraustufen. Auch die Digital/Analog Wandlung kann dementsprechend mit einer Verarbeitungsbreite kleiner n ausgelegt sein.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematische Darstellung einer Korrektur nach dem Stand der Technik.

Fig. 2 Diagramm der Helligkeitsverteilung des Monitors im Vergleich zur optimal perzeptionellen Helligkeitsverteilung.

Fig. 3 schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung.

In Fig. 1 wird eine Grafikkarte 15 mit einer Korrektureinheit 11 in Form einer Look-Up- Table, die einen 8-Bit breiten Eingang und einen 8-Bit breiten Ausgang aufweist, gezeigt. Über ein Eingangssignal 14 wird ein digitales Videobild mit einer Auflösung von 8-Bit in einen Videospeicher 10 eingelesen. Dieses im Videospeicher 10 gespeicherte Videobild wird an die Korrektureinheit 11 weitergeleitet. Hier wird für jeden Graustufenwert eine Korrektur oder Anpassung der Helligkeitswerte vorgenommen. Dabei ist sichtbar, daß für niedrige Graustufenwerte, beispielsweise 0 und 1, bei der Anpassung beide Werte auf den Graustufenwert 3 gesetzt werden. Erst im helleren Bereich bei Graustufenwert 254 und 255 wird eine 1 : 1 Übersetzung vorgenommen. Bei dieser Korrektur werden den digitalen Bilddaten in einer Look-Up-Table neue Werte zugeordnet, die danach im Digital/Analog- Wandler 12 in ein analoges Signal gewandelt werden, das dem Monitor 13 zugeführt wird. Mit dieser Korrektur werden Helligkeitswerte erzeugt, die dichter an der optimalen perzeptionellen Helligkeitsverteilung liegen. In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung gehen Graustufenwerte bei der Korrektur verloren.

Fig. 2 zeigt zwei Kurven in einem Diagramm. Hier werden Luminanzwerte über unterschiedlichen binären Graustufenwerten abgebildet. Kurve 42 zeigt eine typische Luminanzkurve eines Monitors. Deutlich sichtbar ist hier die unzureichende Darstellung niedriger Graustufenwerte. Kurve 41 zeigt eine perzeptionell optimale Kurve. In dieser Kurve werden auch den niedrigen Graustufenwerten unterscheidbare Luminanzwerte zugeordnet.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung. Hier wird ein digitales Bildsignal 21 mit beispielsweise 256 unterschiedlichen Graustufenwerten, die in einem 8-Bit-Signal kodiert sind, einem Videospeicher 22 zur Speicherung zugeführt. Die mit 8-Bit verschlüsselten Graustufenwerte werden einer Korrektureinheit 33 zugeführt. Die Korrektureinheit 33 ist beispielsweise durch eine Look-Up-Table realisiert. In dieser Korrektureinheit 33 werden jedem Graustufenwert des 8 Bit breiten Bildsignals 34 drei Graustufenwerte der drei Korrekturmengen K_s zugeordnet. Dabei ist zu erkennen, daß aus 256 möglichen Graustufenwerten der Ursprungsgrauwerte 23 weit mehr Graustufenwerte erzeugt werden können. Insgesamt ist eine Anzahl von Graustufenwerten generierbar, die der Permutation der drei Graustufenwerte aus K₁, K₂, K₃ entspricht. Als Beispiel sei angeführt, daß der Graustufenwert 0 (schwarz) einmal dem Graustufenwert 2 in der Korrekturmenge K₁, dann dem Graustufenwert 0 in der Korrekturmenge K₂ und dem Graustufenwert 3 in der Korrekturmenge K₃ zugeführt wird. Hierbei ist ersichtlich, daß mit diesen drei unterschiedlichen Graustufenwerten bei der Abbildung der drei Elektrodenstrahlen auf dem Monitor 31 ein Graustufenwert erzeugt wird, der weder einem Graustufenwert von 0, 1, 2 oder 3 entspricht, sondern zwischen 2 und 3 liegt. Dieser jeweilige Graustufenwert, der in den einzelnen drei Korrekturmengen K₁, K₂, K₃ zugeordnet wurde, wird jeweils einer 8-Bit breiten Digital/Analog-Wandlung 27, 28, 29 zugeführt. Nachdem diese digitalen Ausgangsbildsignale A_s in ein jeweils analoges Signal umgewandelt wurden, werden diese je einem Strahl des Triple Gun Monitors 31 zugeführt. Die drei Strahlen bilden auf einem gemeinsamen Bildpunkt die zugeordneten Graustufenwerte ab. Dadurch werden die drei möglicherweise unterschiedlichen Graustufenwerte auf diesem Punkt gemischt. Auf diesem Triple Gun Monitor 31 wird so das in seiner Helligkeitsverteilung korrigierte Bild dargestellt.

Mit dem Luminanzsensor 30 wird eine Kalibrierung durchgeführt. Zur Bildung der Zuordnungsvorschrift für die Look-Up-Table in der Korrektureinheit, ist es erforderlich die Luminanzkurven des Monitors zu kennen. Zur Kalibrierung der Anordnung werden die Helligkeitsverteilungen in Form der Luminanzkurven der drei Elektrodenstrahlen einzeln aufgenommen. Auch für alle drei Elektrodenstrahlen gemeinsam wird eine Luminanzkurve aufgenommen. Diese Luminanzkurven werden der Korrektureinheit zugeführt. Mit diesen Luminanzkurven wird die Zuordnung der Graustufenwerte der Korrekturmengen zu den Ursprungsgraustufenwerten vorgenommen.

Mit dem Photosensor 32, der in der Front des Monitors angeordnet ist, wird eine Anpassung der Korrektureinheit für unterschiedliche Umgebungslichtsituationen vorgenommen. Dabei werden für mehrere unterschiedliche Werte des Umgebungslichtes mehrere Korrekturtabellen aufgestellt. Bei Betrieb dieser erfindungsgemäßen Anordnung wird die Korrekturtabelle ausgewählt, die dem gemessenen Umgebungslicht entspricht. Bei der Kombination beider Sensoren wird ein lichtempfindlicher Sensor zuerst zur Aufnahme der Luminanzkurven des Monitors verwendet. Danach wird er so angeordnet, daß er das Umgebungslicht aufnehmen kann. Die meisten Monitore weisen keinen Umgebungslichtsensor auf, so daß mit dieser Kombination auch sich verändernde Umgebungslichtsituationen bei der Zuordnungsvorschrift der Graustufenwerte berücksichtigt werden können.

Da die Aufstellung der Korrekturtabellen für unterschiedliche Einstellungen von Helligkeit und Kontrast sehr umständlich und speicherintensiv ist, werden die Korrekturtabellen nicht komplett gespeichert. Durch Ermittlung eines funktionalen Zusammenhangs zwischen diesen benutzerspezifischen Einstellungen und den vorgenommenen Kalibrationsmessungen können die Luminanzkurven für alle benutzerspezifischen Werte berechnet werden. Es werden dann nur die benutzerspezifischen Werte gespeichert, mit denen die Luminanzkurven berechnet werden. Mit einer Zuordnungsvorschrift werden dann die Luminanzwerte oder Graustufenwerte der berechneten Luminanzkurve einer perzeptionell optimaleren Darstellungskurve (Fig. 3, 41) angepaßt.

Der Videospeicher 22 und die drei 8-Bit Digital/Analog-Wandler sowie die Korrektureinheit 33 sind auf einer Graphikkarte angeordnet, die für Farbmonitore eingesetzt wird. Die Korrektureinheit kann je nach Komplexität als programmierbarer Speicher auf der Grafikkarte angeordnet sein. Sie kann ebenso in einer separaten Hardwareeinheit mit eigenem Controller angeordnet sein. Eine Anordnung der erwähnten Komponenten direkt im Monitor ist ebenfalls realisierbar.

Diese Anordnung erlaubt auch ein Röntgenbild mit einer höheren Digitalisierung als die der Verarbeitungsbreite der Digital/Analog-Wandler zu korrigieren und darzustellen. Ein beispielsweise mit 10 Bit kodiertes Röntgenbild kann 1024 unterschiedliche Graustufen aufweisen. Mit drei Korrekturmengen, die mit 8 Bit kodiert sind und je nur 256 unterschiedliche Graustufen enthalten, ist es möglich 16,8 Mio. Graustufenkombinationen anzuzeigen. Die so erzeugten drei Ausgangsbildsignale mit den Graustufen der Korrekurmengen K_s können dann in weniger aufwendigen Digital/Analog-Wandlern umgesetzt werden.

Im folgenden ist eine Tabelle dargestellt, in der diese Zuordnung angedeutet wird.

Claims (10)

1. Anordnung zur verbesserten Graustufendarstellung von Röntgenbildern auf einem von s Elektrodenstrahlen angesteuerten Monitor dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit eines Bildsignals (34), das Graustufenwerte aus einer Menge M Ursprungsgraustufen (23) enthält, mittels einer Korrektureinheit (33) s Ausgangsbildsignale A_s generiert werden, die Graustufenwerte aus einer Menge K Korrekturgraustufen aufweisen, und daß die s Ausgangsbildsignale nach einer Digital/Analog Wandlung je einem Elektrodenstrahl des Monitors zur helligkeitskorrigierten Darstellung der jeweiligen Graustufe auf einem Punkt des Monitors zugeführt werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer Korrektureinheit (33) ein n-bit breites Bildsignal (34) zugeführt wird, welches 2ⁿ mögliche Graustufenwerte aufweist, und daß in s Korrekturmengen jeweils 2ⁿ Graustufenwerten vorgesehen sind, und daß in der Korrektureinheit (33) jedem Graustufenwert der Ursprungsgraustufen (23) je ein Graustufenwert aus jeder der s Korrekturmengen K_s zugeordnet wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit des von einem Photosensor (32) gemessenen Umgebungslichtes des Monitors (31) die Zuordnung der Graustufenwerte in der Korrektureinheit (33) angepaßt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luminanzsensor (30) die Helligkeitswerte des Monitors (31) zur Kalibrierung der Korrektureinheit (33) aufnimmt.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein lichtempfindlicher Sensor in der Weise angeordnet ist, um nach Aufnahme der Helligkeitsverteilung des Monitors durch Veränderung der Ausrichtung des Sensors das Umgebungslicht des Monitors zu messen.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinheit (33) die Luminanzkurven nach einer Rechenvorschrift berechnet, in der die Luminanzwerte Funktionen der benutzerspezifischen Helligkeits- und Kontrastwerte sind.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildsignal (34) in einem Speicher (22) gespeichert ist und von dort der Korrektureinheit (33) übergeben wird.

8. Anordnung zur verbesserten Graustufendarstellung von Röntgenbildern auf einem Triple Gun Monitor, dadurch gekennzeichnet, daß eine Menge M von Ursprungsgraustufen (23) eines Bildsignals (34) in einer Korrektureinheit (33) drei Korrekturmengen K zur Erzeugung von drei korrigierten Ausgangsbildsignalen A_s zugeordnet wird, und daß diese drei Ausgangsbildsignale A_s nach einer Digital/Analog Wandlung je einem Strahl des Triple Gun Monitors zur gemeinsamen Abbildung auf je einem Bildpunkt zur helligkeitskorrigierten Darstellung des Bildsignals auf dem Triple Gun Monitor zugeführt werden.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Digital/Analog- Wandlung der korrigierten Ausgangssignale A, in einer dreikanäligen Farbgrafikkarte vorgenommen wird.

10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem n-Bit breiten Bildsignal (34) s Korrekturmengen K_s mit einer Bit-Tiefe kleiner als n zugeordnet werden, und daß die Digital/Analog-Wandlung der s Ausgangsbildsignale A_s eine Verarbeitungsbreite kleiner als n aufweist.