DE20000603U1 - Vorrichtung zur Bildaufnahme mit mehreren Kameras - Google Patents

Description

Beschreibung

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung

Hinsichtlich der technischen Klassifikation dürfte die Erfindung in einer Hauptklasse liegen, die sich der Bildaufnahme widmet, und insbesondere in den Unterklassen, die sich mit Vorrichtungen zur Bildaufnahme aus mehreren Kameras befassen.

Beschreibung des Standes der Technik

Die Bildgewinnung mittels mehrerer Kameras ist im Stand der Technik bekannt. Bei der Aufnahme von Röntgenbildern ist der Einsatz mehrerer Kameras in US-PS 5.309.496 (Winsor, 3. Mai 1994) offenbart. Diese Offenbarung ist hinsichtlich der Funktionsweise ihrer zweiten Ausfuhrungsform, die den Einsatz mehrerer Kameras zeigt, sehr knapp. Die Offenbarung dieses Patentes ist auf zwei Kamerareihen beschränkt, wie sie dort in Fig. 5 gezeigt sind. Diese Kameraanordnung begrenzt die Größe des Bildes oder die maximal erreichbare Auflösung. Die vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung sowie Anlagen zur Erzeugen von Echtzeitbildern mit hoher Auflösung in großen Formaten. Mit der vorliegenden Erfindung kann man auch Bilder bei schwacher Beleuchtung aufnehmen.

Zusammenfassung der Erfindung

Bezüglich ihrer Ziele kann die vorliegende Erfindung kurz zusammengefaßt werden. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Bildgebungsanlage zu schaffen, die eine Befestigungsplatte für mehrere Kameras umfaßt, welche die Kameras in Reihen und Zeilen so ausrichtet, daß mindestens eine der Kameras vollständig von benachbarten Kameras umgeben ist. Die Erfindung schafft eine solche Anlage.

Weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bildgebungsanlage zu schaffen, die mehrere Kameras verwendet, die mindestens drei Spalten und minde-

stens drei Zeilen zum Bilden eines redundanten Kamerafeldes verwendet. Die Erfindung schafft eine solche Anlage.

Weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Bildaufnahme mittels eines Feldes mit mehreren Kameras zu schaffen. Die Erfindung schafft eine solche Vorrichtung. Die Vorrichtung stellt weiter diese mehrfachen Bilder als ein einziges zusammenhängendes nahtloses Bild großformatig mit hoher Auflösung dar.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und eine entsprechende Schaltung zu schaffen, um die Empfindlichkeit mehrerer Kameras zur Bildaufnahme bei schwacher Beleuchtung zu verbessern. Die Erfindung schafft eine solche Vorrichtung und Schaltung.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bildgebungsanlage zu schaffen, die zur Bildaufnahme beim Scannen, Photokopieren, Röntgenbildaufnehmen o.a. verwendet werden kann. Die Erfindung schafft eine solche Anlage.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine modulare Kameraplatte zu schaffen, die mit anderen modularen Kameraplatten zum Erzeugen eines unbegrenzt großen Bildempfängers verbunden werden kann. Die Erfindung schafft eine solche Platte.

Eine Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung kann man kurz beschreiben durch: eine Vorrichtung zur Aufnahme von Röntgenbildem bei niedrigen Lichtpegeln mit wählbarer Auflösung unter Verwendung mehrerer Kameras oder Quellen, die einen Bildempfänger, einen Bildintegrator und eine zentrale Recheneinheit umfassen. Der Bildempfänger hat eine erste Platte oder phosphorisierend beschichteten Schirm oder Platte und eine Kamerabefestigungsplatte. Die erste Platte ist vorzugsweise eine Bleiglasplatte mit einer Polarisierungsbeschichtung, um die Streuung von Lichtstrahlen zu begrenzen. Um Beschädigungen der Kameras durch Röntgenstrahlen zu minimieren ist Bleiglas zu bevorzugen. Die mehreren Kameras sind in Gruppe auf der Kameraplatte so angeordnet, daß der Sichtbereich jeder Kamera den Sichtbereich der benachbarten Kameras überlappt, so daß keine Zwischenräume in den Sichtbereichen verbleiben. Die Kamerabefestigungsplatte kann integrale

Elektronikbausteine und -schaltungen aufweisen, um alle Kameras mit einem Bildintegrator zu verbinden. Die Verbindungen der Kameras mit dem Bildintegrator umfaßt vorzugsweise eine digitale Verarbeitung, z.B. einen DSP o.a. Die Kameras können Bildsensoren mit CCD-, CMOS-Bauart o.a. sein. Der Bildintegrator und die zentrale Recheneinheit können die Steuerung der Belichtungszeit durch den Röntgenstrahlgenerator mittels einer Photozeitschaltuhrschaltung bewirken. Die Photozeitschaltuhrschaltung ermöglicht es, daß jede der mehreren Kameras einen vorbestimmten Lichtpegel aufnimmt. Wenn die Photozeitschaltuhrschaltung feststellt, daß jede Kamera den erwünschten vorbestimmten Lichtpegel empfangen hat, wird die Belichtungszeit beendet. Der Bildintegrator und die zentrale Recheneinheit haben weiter Schaltungen und Programme zum Anpassen des Eingangspegels jeder Kamera. Die zentrale Recheneinheit unterscheidet simultan die Bilder jeder Kamera und speichert oder zeigt die Bilder nachfolgend in zusammenhängender Form nahtlos an. Die zentrale Recheneinheit ist dazu ausgebildet, Bilder zweidimensional, dreidimensional, perspektiventreu oder in Stereodarstellung aufzunehmen. Weiter kann die zentrale Recheneinheit auch dahingehend ausgebildet sein, daß sie Bilder oder Dateien einem Speichermedium und/oder Zusatzgeräten wie einem Echtzeitmonitor, einem Nachverarbeitungsmonitor, eine Laserdrucker, einem Videokassettenrecorder, einem Netzwerk usw. zuführt. Weiter ist die zentrale Recheneinheit dahingehend ausgebildet, daß sie Bedienungsbefehle oder Eingaben über Tastaturen, Datentabletts o.a. empfängt.

In einer weiteren Ausführungsform umfaßt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bildaufnahme aus mehreren Kameras bei schwacher Beleuchtung mit vorbestimmter Auflösung. Das Verfahren umfaßt die Schritte: Aufnahme von Röntgenstrahlen aus einer Röntgenröhre auf einer phosphorisierend beschichteten Platte oder Schirm eines Bildempfängers, Anordnen mehrerer Kameras auf der Seite der phosphorisierend beschichteten Platte gegenüber der Röntgenröhre, Aufnahme von Bildern der phosphorisierend beschichteten Platte mit mindestens neun Kameras. Die Kameras sind so angeordnet, daß der Sichtbereich jeder Kamera den Sichtbereich der benachbarten Kameras überlappt, so daß keine Lücken im Sichtbereich

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bleiben. Mindestens eine Kamera ist vollständig von benachbarten Kameras umgeben. Jede Kamera nimmt einen vorbestimmten Teil des Bildes auf. Die Ausgangssignale werden von jeder Kamera einem Bildintegrator zugeführt. Der Ausgang des Bildintegrators wird einer zentralen Recheneinheit zugeführt. Die vorbestimmten Anteile des Bildes aus jeder der Kameras werden zu einem zusammenhängenden Bild zusammengefügt, indem die Bilder in der zentralen Recheneinheit ausgerichtet werden. Das zusammenhängende Bild wird an weitere Geräte geleitet, wie einem Datenspeicher, einem Echtzeitmonitor, einem Nachverarbeitungsmonitor mit Tastatur, einem Laserdrucker, einem Videorecorder, einem Netzwerk usw.

&iacgr;&ogr; Zusätzlich zu obiger Zusammenfassung wird nachfolgend eine detaillierte

Beschreibung gegeben, um eine ausreichende Stütze beim Verständnis der Erfindung sicherzustellen. Jedoch kann diese, einzelne Ausführungsformen der Erfindung zeigende Offenbarung nicht jedes mögliche neue erfindungsgemäße Konzept beschreiben. Die einzelnen Ausführungsformen wurden dahingehend ausgewählt, daß mindestens eine Ausführungsform die bevorzugte Verwirklichung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt. Die einzelnen Ausführungsformen können, wie sie in der beiliegenden Zeichnung dargestellt sind, zur Illustration und zum Verständnis auch diagrammartige Symbole enthalten.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einer Kameraplatte der vorliegenden Erfindung, wobei mehrere Kameras oder Bildsensoren in einem redundanten Kamerafeld zu sehen sind.

Fig. 2 zeigt eine Schemadarstellung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Röntgenbildaufnahme bei hoher Auflösung mittels mehrerer Kameras.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht einer Bauart eines Bildempfängers der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei diese Darstellung teilweise nur schematisch ist.

Fig. 4 zeigt eine Schemadarstellung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Bildaufnahme bei hoher Auflösung mittels mehrerer Kameras.

Fig. 5 zeigt eine Schemadarstellung einer dritten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung zur 3D-Aufnahme mittels mehrerer Kameras.

Fig. 6 zeigt mehrere modulare Kameraplatten, die kachelartig angeordnet verbunden sind.

In der folgenden Beschreibung sowie in den nachfolgenden Ansprüchen sind verschiedene Einzelheiten der Bequemlichkeit halber mit besonderen Namen belegt, &iacgr;&ogr; Diese Namen sollen generisch aufzufassen sein, und damit Unterscheidungen zwischen den verschiedenen Bauteilen ermöglichen. Entsprechende Komponenten tragen in allen Figuren der Zeichnung,die gleichen Bezugszeichen.

Die einen Teil dieser Beschreibung darstellenden beigefügten Zeichnungen zeigen lediglich zum Zweck der Erläuterungen Einzelheiten des Aufbaus. Natürlich kann man Aufbaueinzelheiten innerhalb des Konzeptes und des Prinzips der beanspruchten Erfindung ändern. Die Erfindung kann auch durch andere Aufbauformen als die gezeigten verwirklicht werden.

Beschreibung der Erfindung

Im folgenden wird zuerst auf Fig. 1 Bezug genommen. Ein redundantes Kamerafeld 8 hat eine Kamerabefestigungsplatte 9, die zur Befestigung von mindestens neun Kameras 16 in einem bestimmten Feld mit drei Zeilen mit drei Kameras in jeder Zeile ausgebildet ist. Bei dieser Anordnung der neun Kameras 16 liegt eine Kamera 16C mehr oder weniger im Mittelpunkt. Alle Kameras 16 sowie die Kamera 16C haben einen geometrischen Sichtbereich 18, der als Kreis dargestellt ist, aber nicht darauf beschränkt sein muß. Die acht übrigen Kameras 16 umgeben die Kamera 16C. Der zu bevorzugende Abstand zwischen allen Kameras 16 und der Kamera 16C ist so bemessen, daß der Sichtbereich 18 jeder Kamera den Sichtbereich 18 der benachbarten Kamera in der Bildebene überlappt. Durch diese Überlappung der Sichtbereiche in der Bildebene gibt es keine Leerräume. Zur Bildauf-

nähme wird die Auflösung gesteigert, wenn man dem redundanten Plattenfeld 8 mehr Kameras 16 und 16C hinzufügt. Die einzige Beschränkung hinsichtlich der Anzahl an Kameras, die auf der Platte angeordnet werden können, ist die physikalische Größe der Platte. Die Kamera 16 und/oder die Kamera 16C bzw. Bildsensoren können CCD- (charge coupled device), CMOS- (complementary metal oxide semiconductor) oder andere Bauart haben.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Teil einer Röntgenbildvorrichtung. Diese Ausführungsform hat einen Röntgengenerator, der mit Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Der Röntgengenerator 10 steuert den Betrieb einer Röntgenröhre 11. Ein mit Röntgenstrahlen zu durchleuchtender Gegenstand wird zwischen der Röntgenröhre 11 und einem Bildempfänger oder Aufnehmer 12 angeordnet. Der Bildempfänger 12 hat eine erste Platte, Schirm oder Bleiglasplatte 14 sowie mehrere Kameras 16 und 16C, die auf einer Kameraplatte 9 befestigt sind. Der Schirm 14 hat vorzugsweise eine phosphorisierende Beschichtung oder phosphorisierende Eigenschaften, worunter verstanden wird, daß der Schirm oder die beschichtete Glasplatte 14 leuchtet und Lichtstrahlen emittiert, wenn er von Röntgenstrahlen auf der Röntgenröhre 11 getroffen wird. Vorzugsweise ist die Anlage zur Quantenrauschreduktion gitterlos aufgebaut. Weiter ist zu bevorzugen, daß die erste Platte 14 mindestens ein Lichtrichtmittel aufweist, um die Streuung der Lichtstrahlen zu minimieren. Dieses Lichtrichtmittel kann ein Beschichtungsmittel auf der Oberfläche 17 und/oder eine erste Platte aufweisen, die daran gebildete Mikrolinsen aufweist. Beispiele für ein Beschichtungsmittel umfassen eine Polarisierungsbeschichtung, eine dielektrische Tiefpaßfilterdünnfilmbeschichtung usw. Ein Verfahren zum Bilden von Mikrolinsen ist die Röntgenstrahllitographie o.a. Es sind aber auch andere möglich.

Die Kameras oder Sensoren 16 und 16C sind in einem bestimmten Muster auf der Montageplatte 19 hinter dem Schirm 14 angeordnet, wie es in Figuren 2 und 3 zu sehen ist. Die Röntgenröhre 11 befindet sich auf der Seite des Schirmes 14, die den Kameras oder Sensoren 16 und 16C gegenüberliegt. Üblicherweise sind die Röntgenröhre 11 oder die Lichtquelle und/oder die Kamerabefestigungsplatte 9 in

einem festen Feld zueinander befestigt. Alternativ kann man die Lichtquelle 11 und/oder die Kamerabefestigungsplatte 9 zueinander in der X-, Y- und/oder Z-Richtung durch Schrittmotoren o.a. bewegen. In den Figuren 2 und 3 ist die X-, die Y- und die Z-Richtung durch Pfeile verdeutlicht. Eine kombinierte Bewegung in diese Richtungen ermöglicht eine geradlinige oder bogenförmige Bewegung oder eine Kombination daraus.

Die Auflösung des Bildes ist, wie bereits oben erwähnt, durch die Anzahl und Dichte der Anordnung der Kameras gegeben, die hinter dem Schirm 14 befestigt sind. Das bedeutet, daß die Auflösung für das Bild um so höher ist, je mehr Kameras oder Sensoren auf einer gegebenen Fläche verwendet werden. Jede Kamera 16 oder 16C hat als vorbestimmten Sichtbereich 18 einen Kreis, der gestrichelt dargestellt ist. Natürlich kann man auch andere geometrische Muster als Sichtbereich wählen. Wie insbesondere in Fig. 2 zu sehen ist, muß das Feld mit Kameras oder Sensoren einen Überlapp der Sichtbereiche 18 sicherstellen. Ein Bildintegrator 20 und eine zentrale Recheneinheit 22 fügen die Bilder jeder Kamera 16 zu einem zusammenhängenden nahtlosen Bild, das eine sehr hohe Auflösung hat. Dieses zusammengesetzte Bild kann mittels Zusatzgeräten in Echtzeit beobachtet werden, was später noch erläutert werden wird. Das Betrachten und Ausdrucken des zusammengesetzten Bildes kann von Bedienpersonal gesteuert im Hochformat oder im Querformat in Standardröntgenformaten erfolgen. Vorzugsweise kann der Bildempfänger 12 mit bestehenden Röntgengeräten in Grenzkonstruktion 1 austauschbar sein. Die Austauschfähigkeit kann bei neu entworfenen Geräten nicht nötig sein, bei denen man größere Formate anstreben möchte.

In den Figuren 2 und 5 sind der Bildintegrator 20 und die zentrale Recheneinheit 22 als eigenständige Module dargestellt. Natürlich kann man auch die gesamte Elektronik mit dem Bildintegrator 20 und der zentralen Recheneinheit 22 zusammengeführt auf der Bildempfänger-PC-Platine 12 anbringen, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Diese zusammengeführte Anordnung ermöglicht die Kommunikation zwischen der Bildempfängerplatine 12 und dem Host-Computer 22A sowie mit einem oder mehreren Zusatzgeräten über leitungsgebundene Kommunikation, die als

durchgezogene Linie gezeichnet ist, oder über drahtlose Kommunikation, die als gestrichelte Linie gezeichnet ist.

Wie bereits erwähnt, ist es vorzuziehen, daß die Anlage im wesentlichen gitterlos aufgebaut ist, um Rauschen zu minimieren. Sie ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Eine gitterlose Anlage kann man erreichen, indem ein Glas- oder Compositfilter zwischen der Platte 14 und den Kameras 16 des Bildempfängers 12 eingesetzt wird. Dann ist unfokussiertes Licht, das die Kameras 16 erreicht, minimiert. Alternativ kann man unerwünschtes Rauschen elektronisch durch dynamische Bildintegration o.a. filtern. Diese elektronische Bildintegration kann man mit einer

&iacgr;&ogr; Bewegungsdetektion koppeln, um fleckige Bilder zu unterdrücken. Natürlich kann man Rauschfilterung auch mit einem Standardgitter oder einer Kombination von einem Kompositfilter und/oder elektrischer Filterung erreichen. Ein weiteres Mittel, um das jede Kamera erreichende Licht zu steuern, ist es, mehrere Unterteilungsmittel 19 zwischen den Linsen 21 und den Kameras 16 vorzusehen. Die Unterteilungsmittel 19 sollten zwischen jeder Kamera angeordnet werden, um unerwünschte Einstreuung von Licht aus benachbarten Linsen einzuschränken. Die Unterteilungsmittel 19 sind in Fig. 1 und 2 dargestellt und sollten aus einem dünnen Material mit einer glanzlosen schwarzen Oberfläche sein. Dabei kann man bei einer eng gekoppelten Anordnung von Linse und Kamera jede einzelne Zelle, die durch die Unterteilungen 19 gebildet ist, weiter unterteilen, wie durch die inneren Unterteilungen 19A dargestellt ist, welche ebenfalls vertikal zwischen dem Sensor oder der Kamera und der zugeordneten Linse oder Mikrolinse liegen.

Wie in Fig. 2 gut zu sehen ist, bewirken der Bildintegrator 20 und die zentrale Recheneinheit 22 der Anlage die Photozeitsteuerung des Röntgengenerators

10. Darunter ist zu verstehen, daß jede Kamera 16 der zentralen Recheneinheit 22 anzeigt, daß sie eine vorbestimmte Menge an Licht vom Röntgengenerator 10 empfangen hat. Die Zeitdauer der Belichtung des Gegenstandes mit Licht aus der Röntgenröhre 11 wird beendet, nachdem jede Kamera 16 eine vorbestimmte Menge oder einen vorbestimmten Pegel mit Licht erhalten hat. Ein nicht einschränkendes Beispiel ist eine Auflösung von 16000 &khgr; 16000 &khgr; 16 Bit, die leicht bei einer Bildern-

pfangergröße von 43,6cm &khgr; 43,6cm (17" &khgr; 17") erreicht werden kann. Die Auflösung hängt jedoch von der Pixelzahl pro Sensor oder Kamera 16 und von der Anzahl an Sensoren 16 ab, die die gleiche Objektfläche sehen. Die Auflösung oder den Kontrast kann man deshalb steigern, indem der prozentuale Überlapp, mit dem mehrere Kameras oder Sensoren gesamt oder teilweise auf die gleiche Objektfläche blicken, geeignet gewählt wird. Diese Verbesserung kann man zusätzlich zur Ausrichtung der überlappenden Bilder mittels verschiedener Algorithmen der Anlage verwenden. Die Kameraplatte 9 der vorliegenden Erfindung führt dabei zu einer modularen Konstruktion, die individuell bemessene Bildempfänger durch kachelartiges Zusammenfügen modularer Kameraplatten 9 ermöglicht. Diese modulare Aufbau wird nachfolgend kurz erläutert. Die Belichtungszeit oder Photozeitsteuerung kann mit einer Photodiode 23 gesteuert werden, die auf einer Kameraplatte 9 mit CCD-Sensoren befestigt ist. Verwendet man CMOS-Sensoren, kann man die Belichtungszeitsteuerung integral mit ihnen koppeln. Es zeigte sich jedoch, daß es möglich ist, durch Überwachen und Messen des Stromes, der von einem CCD oder einer Gruppe von CCD während der Belichtung aufgenommen wird, auf die Photodiode 23 zu verzichten. Dabei kann es erforderlich sein, die Größe einer variablen Stromaufnahme zu verstärken, um ein Signal zu erzeugen, das als variables Photozeitsteuerungs- oder Belichtungssignal verwendbar ist.

In Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, die eine direkte DSP-Kommunikation 25 zwischen einzelnen Sensoren oder Gruppen von Sensoren 16 oder 16C und dem Bildintegrator 20 vorsieht.

Wie in den Figuren 2, 4 und 5 zu sehen ist, kann man das zusammengesetzte nahtlose Bild von der zentralen Recheneinheit 22 wünsch weise an ein Speichermedium schicken, wie beispielsweise eine Festplatte, eine Festplatteneinsteckkarte o.a. oder an Zusatzgeräte wie einen Echtzeitmonitor 24, einen Nachverarbeitungsmonitor 26, einen Laserdrucker 28, einen Videokassettenrecorder 30, usw. Eingaben können von benutzerinteraktiven Geräten wie einer Tastatur 36, einer Touchscreen 32, einem Datentablett usw. aufgenommen werden.

Das Bedienpersonal kann die Bilder in Echtzeit betrachten, wenn in der zentralen Recheneinheit eine Festplatte verwendet wird. Der Echtzeitmodus ermöglicht es, daß das Bedienpersonal die Anlage zur fluoroskopischen Bildaufnahme verwendet. Bei der vorliegenden Erfindung ersetzen der Bildempfänger und die radiographischen Empfänger den Bildverstärker eines normalen Fluoroskopgerätes. Die zentrale Recheneinheit 22 der Anlage umfaßt vorzugsweise Software zur Bilderzeuger in Färb-, Grauton- oder Schwarzweiß-Darstellung. Es zeigte sich, daß die Anlage der vorliegenden Erfindung verschiedene Körper-, Gewebe- und Knochen-Dichten in Echtfarben oder durch einen Einfärbungsvorgang in der Software darstellen kann. Dieser Einfärbungsvorgang umfaßt zuerst Belichten des Patienten mit Hoch-KVP(Kilovolt-Peak)-Strahlung und anschließende Aufzeichnung des Ergebnisses. Als zweites wird der Patient einer niedrigen KVP-Strahlung ausgesetzt und dann das Ergebnis aufgezeichnet. Die unterschiedlichen Reaktionen der Knochen, des Gewebes, der Bänder, o.a. bei den zwei Niveaus der KVP-Strahlung ermöglicht eine Unterscheidung und nachfolgend deren korrekte Einfärbung. Dieser Vorgang kann durch Look-up-Tabellen bekannter anatomischer Modelle zur Unterstützung der korrekten Einfärbung erweitert werden. Diese Anlage der Einfärbung umfaßt vorzugsweise mindestens ein variables Belichtungsmittel zur wunschgemäßen Steuerung der Belichtungswerte. Die variablen Belichtungsmittel umfassen eine oder mehrere Steuereinheiten zum Einstellen der kV(Kilovolt)-Pegel, der mA(Milliampere)-Pegel und der Zeitdauer der Röntgensteuerung 10, wie in Fig. 10 zu sehen ist.

Wie Fig. 5 zeigt, kann die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Aufnahme von 3D-Bildern mit zwei Lichtquellen 11 verwendet werden.

Diese dritte Ausführungsform ist vorzugsweise in der Lage, Bilder tomographisch aufzunehmen und darzustellen. In dieser tomographischen Betriebsweise kann man Bilder dreidimensional, stereo o.a. betrachten. Dabei kann es erforderlich sein, SD-Bilder mit 3D-Brillen zu betrachten.

Alternativ kann die zentrale Recheneinheit der Figuren 2 und 4 einen Propagations- und Vektoralgorithmus zum Erstellen von 3D-Bildern aus einer ein-

** it

zigen Lichtquelle oder mehreren Lichtquellen aufweisen. Die Anlage der vorliegenden Erfindung führt weiter zur Erzeugung von lasergenerierten 2D- oder SD-Programmen durch entsprechende Computertreiber.

Im folgenden wird wieder auf die Figuren 2, 4 und 5 Bezug genommen. Die vorliegende Erfindung stellt gegenwärtig die höchste Röntgenbildauflösung bereit, ohne daß man die üblichen Röntgenfilme/-kassetten benötigt. Dies gilt insbesondere für die Life-Betrachtung des Echtzeitmonitors 24 durch einen Techniker oder Radiologen. Die zentrale Recheneinheit 22 kann für bis zu 4 Bildempfänger und bis zu 2 Monitore ausgerüstet sein. Die Anlage kann in einem Netzwerk mit anderen Röntgenräumen oder einem Patientenarchiv-Computersystem (PACS) verbunden sein. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können On-Board-Kamera-Binning der Pixel der Kameras oder Sensoren 16 umfassen. Das Binning kann man in der Kamera oder in der Software der Anlage erreichen. Binning wird dazu verwendet, um die Empfindlichkeit der Kameras 16 und 16C exponentiell zu steigern.

Die Anlage der vorliegenden Erfindung muß zuerst kalibriert werden. Dabei kann sie sich selbst kalibrieren oder kann manuell kalibriert werden. Die manuelle Kalibration der Anlage kann beispielsweise die Kalibrierung jeder Kamera durch vorheriges Anordnen eines geometrischen Testmusters vor dem Kamerafeld vorsehen. Jede Kamera wird im Subpixel-Niveau mittels des geometrischen Testmusters ausgerichtet. Nach Entfernen des geometrischen Testmusters wird eine Grautestskala vor dem Kamerafeld angeordnet. Das Kamerafeld wird mit Licht oder Röntgenstrahlung mit dem davor liegenden Graustufentestmuster beleuchtet. Die Software kompensiert eventuelle Unterschiede der Grauskala und lädt dann diese Korrekturwerte in den Anlagenspeicher. Alternativ kann man die Kalibration der Anlage mit einem einzigen Testmuster vornehmen.

Natürlich kann man das redundante Kamerafeld der vorliegenden Erfindung auch anderweitig als zur medizinischen Diagnose durch Röntgenstrahlen einsetzen. Die Einsatzgebiete können die Bildabtastung, die Photographie, Teleskope, Mikroskope, Industrieinspektionen, Industrieröntgenaufnahmen, Sicherheitsüberwachun-

gen, kommerzielle Anwendungen usw. umfassen. Die 3D-Fähigkeit der Anlage der vorliegenden Erfindung ermöglicht ihren Einsatz bei medizinischen oder kommerziellen Verfahren, bei denen ein Werkzeug oder ein Instrument exakt ausgerichtet werden muß.

Wie in Fig. 6 zu sehen ist, kann man die Kameraplatte 9 der vorliegenden Erfindung modular zur Verbindung mit einer beliebigen Anzahl weiterer modularer Kameraplatten ausbilden, um so ein skalierbares Feld beliebiger Größe erzeugen zu können. Jede modulare Kameraplatte 9 hat dann mindestens einen Anschlußteil einer Edge-Connector-Konstruktion 40, die die Verbindung von Bildempfängern oder Kameraplatten 9 zu einem kachelartigen Feld ermöglicht.

In dieser Beschreibung können Richtungsbegriffe wie „vorne", „hinten", „hinter", „innen", „außen", „unten", „oben", „darunter", „senkrecht" o.a. verwendet worden sein. Diese Begriffe beziehen sich auf die dargestellten und in Verbindung mit der Zeichnung beschriebenen Ausführungsformen. Sie haben lediglich beschreibenden Charakter in Verbindung mit der Zeichnung und betreffen nicht notwendigerweise die Lage, in der die vorliegende Erfindung verwendet wird.

Vorstehend wurden einzelne Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben. Natürlich ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt, sondern der Schutzbereich erstreckt sich auf den größten Umfang, den der Stand der Technik zuläßt.

Übersetzung fremdsprachlicher Bezeichnungen in den Figuren

Bezugszeichen Übersetzung

10 Röntgen

20 Bildintegrator

24 Echtzeitmonitor

26 Nachverarbeitungsmonitor

28 Drucker

30 Videokassettenrecorder

34 Netzwerk

36 Tastatur

Time Zeit

Claims (44)

1. Vorrichtung zur Aufnahme von Bildern bei wählbarer Auflösung mittels mehrerer Kameras (16, 16C), die umfaßt:

a) mindestens eine Lichtquelle (11, 14, 17), einen Bildempfänger (12), einen Bildintegrator (20) und eine zentrale Recheneinheit (22), wobei

b) der Bildempfänger (12) eine Kamerabefestigungsplatte (9) umfaßt, die integrale elektronische Komponenten und Schaltungen aufweist, um eine direkte Kommunikation jeder der daran befestigten Kameras (16, 16C) mit dem Bildintegrator (20) zu ermöglichen, wobei jede Kamera (16, 16C) einen geometrischen Sichtbereich (18) hat, die Kameraplatte so ausgebildet ist, daß mindestens eine der Kameras (16C) an jeder Ecke ihres geometrischen Sichtbereiches (18) benachbart Kameras (16) hat und ein Überlapp des geometrischen Sichtbereiches (18) mindestens einer Kamera (16, 16C) mit dem Sichtbereich jeder benachbarten Kamera (16C, 16) ohne Lücken gegeben ist,

c) der Bildintegrator (20) und die zentrale Recheneinheit (22) Schaltungen und Programme aufweisen, um den Eingangspegel jeder Kamera (16, 16C) anzupassen, und
die zentrale Recheneinheit (22) simultan die Bilder der Sichtbereiche (18) jeder Kamera (16, 16C) aufnimmt und danach in eine zusammenhängende nahtlose Form integriert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der jede Lichtquelle (11) zum Aussenden von Röntgenstrahlen angeordnet ist, und die Vorrichtung eine erste Platte (14, 17) mit phosphorisierenden Eigenschaften zum Umwandeln der Röntgenstrahlen in Lichtstrahlen umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die erste Platte ein Bleiglas (14) zum Minimieren der Beschädigung elektronischer Komponenten des Bildempfängers (12), die empfindlich auf Röntgenstrahlen sind, ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit Kalibriermitteln, die zum Ausrichten auf Subpixel-Niveau jeder Kamera (16, 16C) und zur Kompensierung von Unterschieden im Grauskalenpegel jeder Kamera (16, 16C) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 mit Kalibriermitteln, die zum Ausrichten auf Subpixel-Niveau jeder Kamera (16, 16C) und zur Kompensierung von Unterschieden im Grauskalenpegel jeder Kamera (16, 16C) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 mit Kalibriermitteln, die zum Ausrichten auf Subpixel-Niveau jeder Kamera (16, 16C) und zur Kompensierung von Unterschieden im Grauskalenpegel jeder Kamera (16, 16C) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die direkte Kommunikation zwischen jeder Kamera (16, 16C) und dem Bildintegrator (20) DSP-Technologie (25) verwendet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die direkte Kommunikation zwischen jeder Kamera (16, 16C) und dem Bildintegrator (20) DSP-Technologie (25) verwendet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die direkte Kommunikation zwischen jeder Kamera (16, 16C) und dem Bildintegrator (20) DSP-Technologie (25) verwendet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die direkte Kommunikation zwischen jeder Kamera (16, 16C) und dem Bildintegrator (20) DSP-Technologie (25) verwendet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 mit einem Echtzeitfestplattenlaufwerk in der zentralen Rechnereinheit (22) zur Echtzeitverarbeitung der aufgenommenen Bilder.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8 mit einem Echtzeitfestplattenlaufwerk in der zentralen Rechnereinheit (22) zur Echtzeitverarbeitung der aufgenommenen Bilder.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9 mit einem Echtzeitfestplattenlaufwerk in der zentralen Rechnereinheit (22) zur Echtzeitverarbeitung der aufgenommenen Bilder.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10 mit einem Echtzeitfestplattenlaufwerk in der zentralen Rechnereinheit (22) zur Echtzeitverarbeitung der aufgenommenen Bilder.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit mindestens zwei Lichtquellen (11), die wählbar beabstandet sind, um ein dreidimensionales Bild eines Gegenstandes zu erzeugen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 3 mit mindestens zwei Lichtquellen (11), die wählbar beabstandet sind, um ein dreidimensionales Bild eines Gegenstandes zu erzeugen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der das dreidimensionale Bild durch einen Beobachter, der eine Spezialbrille trägt, betrachtbar ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, die das Binning der Bilddaten zum Steigern der Empfindlichkeit der Kameras bei geringer Beleuchtung verwendet.

19. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die erste Platte (14, 17) mindestens ein Lichtrichtmittel (19, 19A, 21) auf einer bestimmten Fläche der ersten Platte (14, 17) zum Begrenzen der Streuung der Lichtstrahlen aufweist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 3 mit mindestens zwei Lichtquellen (11), die wählbar beabstandet sind, um ein dreidimensionales Bild eines Gegenstandes zu erzeugen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem die zentrale Recheneinheit (22) einen Propagations- und Vektor-Algorithmus zum Erzeugen von 3D-Bildern aus einer einzigen Lichtquelle (11) aufweist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei dem die zentrale Recheneinheit (22) einen Propagations- und Vektor-Algorithmus zum Erzeugen von 3D-Bildern aus einer einzigen Lichtquelle (11) aufweist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei dem die zentrale Recheneinheit (22) einen Propagations- und Vektor-Algorithmus zum Erzeugen von 3D-Bildern aus einer einzigen Lichtquelle (11) aufweist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 1, die eine Photozeitschaltuhr aufweist, damit jede Kamera (16, 16C) einen vorbestimmten Lichtpegel aufnimmt, wobei die Belichtungszeit beendet wird, nachdem die Photozeitschaltuhrschaltung feststellte, daß jede Kamera (16, 16C) den gewünschten vorbestimmten Lichtpegel empfing.

25. Vorrichtung nach Anspruch 2, die eine Photozeitschaltuhr aufweist, damit jede Kamera (16, 16C) einen vorbestimmten Lichtpegel aufnimmt, wobei die Belichtungszeit beendet wird, nachdem die Photozeitschaltuhrschaltung feststellte, daß jede Kamera (16, 16C) den gewünschten vorbestimmten Lichtpegel empfing.

26. Vorrichtung nach Anspruch 3, die eine Photozeitschaltuhr aufweist, damit jede Kamera (16, 16C) einen vorbestimmten Lichtpegel aufnimmt, wobei die Belichtungszeit beendet wird, nachdem die Photozeitschaltuhrschaltung feststellte, daß jede Kamera (16, 16C) den gewünschten vorbestimmten Lichtpegel empfing.

27. Vorrichtung nach Anspruch 24, bei der die Photozeitschaltuhr eine Photodiode (23) ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 25 bei der die Photozeitschaltuhr eine Photodiode (23) ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der die Photozeitschaltuhr eine Photodiode (23) ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die zentrale Recheneinheit (22) weiter Software zum Umsetzen eines Graustufenbildes in ein Farbbild aufweist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die zentrale Recheneinheit (22) weiter Software zum Umsetzen eines Graustufenbildes in ein Farbbild aufweist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 30 mit variablen Belichtungsmitteln (GEN) zum Erzeugen von Graustufendaten zum Färben der gefärbten Bilder aufweist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 31 mit variablen Belichtungsmitteln (GEN) zum Erzeugen von Graustufendaten zum Färben der gefärbten Bilder aufweist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 31 mit variablen Belichtungsmitteln (GEN) zum Erzeugen von Graustufendaten zum Färben der gefärbten Bilder aufweist.

35. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die zentrale Recheneinheit (22) Software zur Mustererkennung von Gewebe und Knochen aufweist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die zentrale Recheneinheit (22) Software zur Mustererkennung von Gewebe und Knochen aufweist.

37. Vorrichtung nach Anspruch 30, bei der die zentrale Recheneinheit (22) Software zur Mustererkennung von Gewebe und Knochen aufweist.

38. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Kameraplatte weiter Unterteilungsmittel (19, 19A) aufweist, die wählbar zwischen mindestens einer Linse (21) und der zugeordneten Kamera (16, 16C) angeordnet sind, um unerwünschte Streuung von Licht aus einer benachbarten Linse (21) zu begrenzen.

39. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Bildempfänger (12), der Bildintegrator (20) und die zentrale Recheneinheit (22) integral in mindestens einer Bildempfänger-PC-Platine (12) befestigt sind, die eine drahtlose Kommunikation zwischen ihr und mindestens einem Umgebungsgerät (24-36) ermöglicht.

40. Vorrichtung zur Aufnahme von Bildern bei wählbarer Auflösung mittels mehrerer Kameras (16, 16C), die umfaßt:

a) mindestens eine Lichtquelle (11, 14, 17), einen Bildempfänger (12), einen Bildintegrator (20) und eine zentrale Recheneinheit (22), wobei

b) der Bildempfänger (12) eine Kamerabefestigungsplatte (9) umfaßt, die integrale elektronische Komponenten und Schaltungen aufweist, um eine direkte Kommunikation jeder der daran befestigten Kameras (16, 16C) mit dem Bildintegrator (20) zu ermöglichen, wobei jede Kamera (16, 16C) einen geometrischen Sichtbereich (18) hat, die Kameraplatte so ausgebildet ist, daß mindestens eine der Kameras (16C) an jeder Ecke ihres geometrischen Sichtbereiches (18) benachbart Kameras (16) hat und ein Überlapp des geometrischen Sichtbereiches (18) mindestens einer Kamera (16, 16C) mit dem Sichtbereich jeder benachbarten Kamera (16C, 16) ohne Lücken gegeben ist, wobei die Kameraplatte (8) weiter Unterteilungsmittel (19, 19A) aufweist, die wählbar zwischen mindestens einer Linse (21) und der zugeordneten Kamera (16, 16C) angeordnet sind, um unerwünschte Streuung von Licht aus einer benachbarten Linse (21) zu begrenzen,

c) der Bildintegrator (20) und die zentrale Recheneinheit (22) Schaltungen und Programme aufweisen, um den Eingangspegel jeder Kamera (16, 16C) anzupassen, und
die zentrale Recheneinheit (22) simultan die Bilder der Sichtbereiche (18) jeder Kamera (16, 16C) aufnimmt und danach in eine zusammenhängende nahtlose Form integriert.

41. Vorrichtung zur Aufnahme von Bildern bei wählbarer Auflösung mittels mehrerer Kameras (16, 16C), die umfaßt:

a) mindestens eine Lichtquelle (11, 14, 17), einen Bildempfänger (12), einen Bildintegrator (20) und eine zentrale Recheneinheit (22), wobei

b) der Bildempfänger (12) eine Kamerabefestigungsplatte (9) umfaßt, die integrale elektronische Komponenten und Schaltungen aufweist, um eine direkte Kommunikation jeder der daran befestigten Kameras (16, 16C) mit dem Bildintegrator (20) zu ermöglichen, wobei jede Kamera (16, 16C) einen geometrischen Sichtbereich (18) hat, die Kameraplatte so ausgebildet ist, daß mindestens eine der Kameras (16C) an jeder Ecke ihres geometrischen Sichtbereiches (18) benachbart Kameras (16) hat und ein Überlapp des geometrischen Sichtbereiches (18) mindestens einer Kamera (16, 16C) mit dem Sichtbereich jeder benachbarten Kamera (16C, 16) ohne Lücken gegeben ist,

c) der Bildintegrator (20) und die zentrale Recheneinheit (22) Schaltungen und Programme aufweisen, um den Eingangspegel jeder Kamera (16, 16C) anzupassen, und
die zentrale Recheneinheit (22) simultan die Bilder der Sichtbereiche (18) jeder Kamera (16, 16C) aufnimmt und danach in eine zusammenhängende nahtlose Form integriert, wobei der Bildempfänger (12), der Bildintegrator (20) und die zentrale Recheneinheit (22) integral in mindestens einer Bildempfänger-PC-Platine (12) befestigt sind, die eine drahtlose Kommunikation zwischen ihr und mindestens einem Umgebungsgerät (24-36) ermöglicht.

42. Vorrichtung zur Aufnahme von Bildern bei wählbarer Auflösung mittels mehrerer Kameras (16, 16C), die umfaßt:

a) mindestens eine Lichtquelle (11, 14, 17), einen Bildempfänger (12), einen Bildintegrator (20) und eine zentrale Recheneinheit (22), wobei

b) jede Lichtquelle (11) zum Aussenden von Röntgenstrahlen angeordnet ist,

c) der Bildempfänger (12) eine Kamerabefestigungsplatte (9) umfaßt, die integrale elektronische Komponenten und Schaltungen aufweist, um eine direkte Kommunikation jeder der daran befestigten Kameras (16, 16C) mit dem Bildintegrator (20) zu ermöglichen, wobei jede Kamera (16, 16C) einen geometrischen Sichtbereich (18) hat, die Kameraplatte so ausgebildet ist, daß mindestens eine der Kameras (16C) an jeder Ecke ihres geometrischen Sichtbereiches (18) benachbart Kameras (16) hat und ein Überlapp des geometrischen Sichtbereiches (18) mindestens einer Kamera (16, 16C) mit dem Sichtbereich jeder benachbarten Kamera (16C, 16) ohne Lücken gegeben ist, wobei der Bildempfänger (12) weiter eine erste Platte (14, 17) aufweist, die zwischen der Kamerabefestigungsplatte (9) und jeder Lichtquelle (11) angeordnet ist und phosphorisierende Eigenschaften zum Umwandeln der Röntgenstrahlen in Lichtstrahlen aufweist, wobei eine bestimmte Fläche der ersten Platte (14, 17) mindestens ein Lichtrichtmittel (21, 19, 19A) zum Begrenzen der Strahlen der durch sie durch auf die Kamera (16, 16C) hinzulaufenden Lichtstrahlen aufweist,

d) der Bildintegrator (20) und die zentrale Recheneinheit (22) Schaltungen und Programme aufweisen, um den Eingangspegel jeder Kamera (16, 16C) anzupassen, und
die zentrale Recheneinheit (22) simultan die Bilder der Sichtbereiche (18) jeder Kamera (16, 16C) aufnimmt und danach in eine zusammenhängende nahtlose Form integriert.

43. Vorrichtung zur Aufnahme von Bildern bei wählbarer Auflösung mittels mehrerer Kameras (16, 16C), die umfaßt:

a) mindestens eine Lichtquelle (11, 14, 17), einen Bildempfänger (12), einen Bildintegrator (20) und eine zentrale Recheneinheit (22), wobei

b) der Bildempfänger (12) eine Kamerabefestigungsplatte (9) umfaßt, die integrale elektronische Komponenten und Schaltungen aufweist, um eine direkte Kommunikation jeder der daran befestigten Kameras (16, 16C) mit dem Bildintegrator (20) zu ermöglichen, wobei jede Kamera (16, 16C) CMOS-Bauart und einen geometrischen Sichtbereich (18) hat, die Kameraplatte so ausgebildet ist, daß mindestens eine der Kameras (16C) an jeder Ecke ihres geometrischen Sichtbereiches (18) benachbart Kameras (16) hat und ein Überlapp des geometrischen Sichtbereiches (18) mindestens einer Kamera (16, 16C) mit dem Sichtbereich jeder benachbarten Kamera (16C, 16) ohne Lücken gegeben ist,

c) der Bildintegrator (20) und die zentrale Recheneinheit (22) Schaltungen und Programme aufweisen, um den Eingangspegel jeder Kamera (16, 16C) anzupassen, und
die zentrale Recheneinheit (22) simultan die Bilder der Sichtbereiche (18) jeder Kamera (16, 16C) aufnimmt und danach in eine zusammenhängende nahtlose Form integriert.

44. Vorrichtung nach Anspruch 43, die eine Photozeitschaltuhr aufweist, damit jede Kamera (16, 16C) einen vorbestimmten Lichtpegel aufnimmt, wobei die Belichtungszeit beendet wird, nachdem die Photozeitschaltuhrschaltung feststellte, daß jede Kamera (16, 16C) den gewünschten vorbestimmten Lichtpegel empfing.