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Verfahren und Vorrichtung zum Ableiten eines modifizierten Bildsignals
von einem elektrischen Bildsignal Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ableiten
eines modifizierten Bildsignals von einem durch systematisches Abtasten eines Bildes,
beispielsweise mittels einer Fernsehkamera, erzeugten elektrischen Bildsignals,
welches im wesentlichen frei von Niederfrequenzkomponenten des ursprünglichen Signals
ist, die durch eine beträchtliche Länge in Abtastrichtung aufweisende Bildteile
verursacht sind.
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Durch die Erfindung soll ein Verfahren der oben beschriebenen Art
geschaffen werden, durch das es auf einfache Weise möglich ist, üblicherweise auf
linearen Tomogrammen er# acheinende Geisterschatten zu vermeiden. Die Erfindung
ist zwar nicht auf diese besondere Art der Anwendung beschränkt, sie wird jedoch
im Folgenden mit Bezugnahme hierauf beschrieben.
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Der Ausdruck Tomograrnin bezieht sich auf eine spezielle Art von
Röntgenaufnahmen, bei denen nur eine dünne Schicht eines photographierten Teils
des Körpers als scharf es Bild erscheint, während die vor oder hinter dieser Schicht
liegenden Elemente als unscharfe Einzelheiten wiedergegeben werden. Tomogramme werden
mittels Röntgeneinrichtungen hergestellt, bei denen die Röntgenröhre und der Röntgenfilm
so angeordnet sind, daß sie während der Aufnahme bestimmte Bewegungen durchführen
können.
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Die üblicherweise bei der Herstellung von Tomogrammen verwendeten
Bewegungsmuster sind linear, kreisförmig, elliptisch und hypozykloidisch. Die Bewegungen
der Röntgenröhre und des Films sind gegneinander um 1800 phasenverschoben. Das bedeutet,
daß sich im Fall einer linearen Bewegung die Röntgenröhre in entgegengesetzter Richtung
zur Bewegungsrichtung des Films bewegt. Die als scharfes Bild auf dem Tomogramm
dargestellte Schicht liegt im wesentlichen in einer Ebene, die durch Zentren der
Relativbewegung zwischen der Röntgenröhre und verschiedenen Punkten auf dem Röntgenfilm
bezeichnet wird.
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Obwohl die lineare Bewegung einige Vorteile im Vergleich zu anderen
Bewegungsarten aufweist, die u.a. in einer vereinfachten Ausrüstung, einem vereinfachten
mechanischen Aufbau, einer hohen Präzision der Bewegung und der Möglichkeit bestehen,
kurze Belichtungszeiten zu verwenden, sind lineare Tomogramme nur in einem sehr
beschränkten Umfang verwendet worden. Der Grund hierfür besteht darin, daß Elemente,
die außerhalb der tomographischen Schicht liegen, Geisterschatten verursachen, die
die Form länglicher verschwommener Streifen auf dem Tomogramm haben, und daß es
bisher als schwierig und kostspielig
angesehen worden ist, diese
Streifen auszuschalten, ohne gleichzeitig das ganze Bild derart zu verändern, daß
es schwer wird, es auszudeuten.
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Verschiedene Versuche sind unternommen worden, diese Geisterschatten
in linearen Tomogrammen zu beseitigen. Beispielsweise wurden photographische Verfahren
verwendet, die sich jedoch in vieler Hinsicht als unvorteilhaft erwiesen haben.
Auch wurde versucht, die Geisterschatten durch elektrische Verfahren auszuschalten,
beispielsweise dadurch, daß man mittels einer oder mehrerer Fernsehkameras ein oder
mehrere elektrische Bildsignale erzeugte, die , nachdem sie einem Verfahren zur
Beseitigung der den verschwommenen Geisterstreifen entsprechenden Signalkomponenten
unterworfen worden sind, zur Erzeugung eines gefilterten tomographischen Bilds auf
dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre veranlaßt wurden.
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In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, daß es möglich ist, mit
Hilfe von zwei Fernsehkameras ein sekundäres Bild herzustellen, das im wesentlichen
frei von Geisterschatten ist und bei dem trotzdem keine wesentlichen, im primären
tomographischen Bild enthaltenen Einzelheiten fehlen. Andererseits war es nicht
möglich, bei Verwendung nur einer einzigen Fernsehkamera ein sekundäres Bild zufriedenstellender
Qualität zu erzielen.
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Dies hängt damit zusammen, daß bei dem Experiment mit einer einzigen
Kamera versucht wurde, die durch die Geisterstreifen verursachten unerwünschten
Komponenten im elektrischen Bildsignal dadurch zu entfernen, daß das Signal durch
ein Hochpaßfilter geleitet wurde. Um die Geisterschatten wirkungsvoll zu unterdrücken
muß jedoch ein solches Filter so bemessen sein, daß es
nur sehr
hohen Signalfrequenzen den Durchtritt erlaubt, und das bedeutet, daß das sekundäre
Bild ein Umrißbild wird, das selbst für sehr erfahrene Röntgenologen sehr schwer
zu interpretieren ist.
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Hauptziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens der eingangs
beschriebenen Art, das es möglich macht, auch bei Verwendung einer einzigen Kamera
ein sekundäres tomographisches Bild sehr hoher Qualität zu erzielen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich liauptsächlich dadurch
aus, daß man das ursprüngliche Signal parallel einerseits durch ein Tiefpaßfilter
mit einer im wesentlichen S-förmigen Sprungkennlinie und andererseits durch einen
Verzögerungskreis leitet, der eine Signalverzögerung bewirkt, die wenigstens ungefähr
der Zeit entspricht, die das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters zum Erreichen der
Hälfte seines Endwerts benötigt, und daß man zur Herstellung des gewünschten modifizierten
Bildsignals das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters vom Ausgangssignal des Verzögerungskreises
subtrahiert.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des
obigen Verfahrens. Gemäß der Erfindung weist die Vorrichtung ein Tiefpaßfilter mit
im wesentlichen S-förmiger Sprungkennlinie auf, ferner einen Verzögerungskreis,
dessen Verzögerung der Zeit entspricht oder auf die Zeit einstellbar ist, die das
Ausgangssignal des Tiefpaßfilters zur Erreichung der Hälfte seines Endwerts benötigt,
und einen mit dem Ausgang des Tiefpaßfilters und dem des Verzögerungskreises verbundenen
Subtraktionskreis, dessen Ausgangssignal die Differen#
zwischen
dem Ausgangssignal des Verzögerungskreises und dem Ausgangssignal des Tiefpaßfilters
darstellt.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise
veranschaulicht, und zwar zeigen Fig. 1 eine Blockschaltung einer Vorrichtung gemäß
einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 die Schaltung einer Ausführungsform
eines in der Vorrichtung verwendeten Tiefpaßfilters, Fig. 3 die Schaltung eines
Tiefpaßfilters einer anderen Ausführungsform und Fig. 4 Darstellungen verschiedener
Signale in der Vorrichtung nach Fig. 1 als Zeitfunktionen.
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Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die
einen Signalverteiler 2 aufweist, der über eine Eingangsklemme 1 ein Eingangssignal
empfangen kann und der zwei Ausgänge hat, von denen einer mit dem Eingang eines
Tiefpaßfilters 3 verbunden ist, während der andere Ausgang mit dem Eingang eines
Verzögerungskreises 4 gekoppelt ist. Der Ausgang des Tiefpaßfilters und der des
Verzögerungskreises sind jeweils mit einem Eingang eines Subtraktionskreises 5 verbunden,
der durch einen Differentialverstärker gebildet wrd, dessen Ausgang mit einer Ausgangsklemme
6 verbunden ist. An die Eingangsklemme 1 wird ein Bildsignal gegeben, das mittels
einer Fernsehkamera od. dgl. durch Zeilenabtastung eines vor der Kamera befindlichen
Bildes erzeugt worden ist. In Fig. 4
ist dieses Eingangssignal der
Vorrichtung durch die Kurve A bezeichnet, die ein Bildsignal darstellt, das durch
Abtasten über eine erste dicke und eine zweite dünne Linie entstanden ist. Dieses
Signal, das im Signalverteiler 2 verstärkt oder gedämpft werden kann, wird an den
Eingang des Tiefpaßfilters 3 sowie an den Eingang des Veizögerungskreises 4 gegeben.
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Infolgedessen erzeugt das Tiefpaßfilter 3 an seinem Ausgang ein Signal
der durch die Kurve B dargestellten Art, während das Ausgangssignal des Verzögerungskreises
4 die durch Kurve C dargestellte Form aufweist. Aus den Kurven A, B und C in Fig.
4 ist zu sehen, daß das Tiefpaßfilter eine im wesentlichen S-förmige Sprungkennlinie
hat und daß der Verzögerungskreis 4 eine Verzögerung bewirkt, die der Zeit entspricht,
die das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters benötigt, um die Hälfte seines Endwertes
zu erreichen, wenn dieses Filter mit einem eine Sprungfunktion darstellenden Eingangssignal
beschickt wird.
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Der Differentialverstärker 5 ist so angeordnet, daß er ein Ausgangssignal
liefert, das der Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Verzögerungskreises und
dem Ausgangssignal des Tiefpaßfilters entspricht. In Fig. 4 ist das Ausgangssignal
des Differentialverstärkers durch die Kurve D dargestellt.
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Wie oben erwähnt, hat das Tiefpaßfilter 3 eine im wesentlichen S-förmige
Sprungkennlinie. Das bedeutet, daß die Sprungkennlinie wenigstens stark angenähert
das Integral einer quadrierten Sinusfunktion bildet. Die Fig. 2 und 3 zeigen Beispiele
zweier verschiedener Filter, die die erforderlichen Charakteristiken aufweisen.
Das in Fig. 2 dargestellte Filter
besteht aus sechs RC-Tiefpaßfiltern,
die in Reihe geschaltet sind. Um von einer Reihe solcher Filterstufen ein Filter
zu erhalten, das die gewünschte Art eines Ausgangssignals liefert, d.h. das eine
genau S-förmige Sprungkennlinie erzeugt, muß man theoretisch eine unendliche Anzahl
von Filterstufen kombinieren. Es ist jedoch festgestellt worden, daß eine zufriedenstellende
Annäherung schon dann erzielt werden kann, wenn das Filter aus sechs in Reihe geschalteten
RC-Stufen besteht.
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Das in Fig. 3 dargestellte Filter ist ein sogenanntes Thomson-Filter,
das eine Sprungkennlinie hat, die der gewünschten S-Form stark angenähert ist. In
dieser Figur bedeutet T die gewünschte Zeitverzögerung im Filter, während sich R
auf die impedan-z der mit dem Eingang und dem Ausgang des Filters verbundenen Kreise
bezieht.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebene
Ausführungsform beschränkt, sondern das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der
Erfindung können auch in einer Anzahl anderer Bereiche der Technik verwendet werden.
Beispielsweise kann die Erfindung in der Seismik oder bei der photographisc@@n Kartenaufnafime
verwendet werden. Das Bild braucht uch licht unbedingt in horizontalen oder vertikalen
Linien abgetas1et zu werden, wie dies beim normalen Fernsehen der Fail ist. ~o kann
die Abtastung auch in radialen Linien erfolge, wobei sich der Abtaststrahl oder
-punkt in bekannter Weise bewegen kann, z.B. in der gleichen Weise wie der Elektronenstrahl
in einem PPI-Sichtgerät. (plan Position indicator).
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Eine andere mögliche Art der Abtastung ist die Spiralabtastung.
Das
elektrische Bildsignal kann auch durch andere Mittel als eine Fernsehkamera erzeugt
werden, z.B. unter Verwendung eines sogenannten Lichtpunktabtasters.