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"Verfahren zur Reduzierung des Einflusses von Streustrahlung und Anordnung
zur Durchführung des Verfahrens" Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Reduzierung des Einflusses von Streustrahlung bei einer Aufnahmeanordnung mit t
einem inkohärenten Strahler, vorzugsweise einem Röntgenstrahler,und auf eine Anordnung
zur Durchführung des Verfahrens.
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Es ist bekannt, daß der Streustrahleneinfluß herabgemindert werden
kann durch sogenannte Streustrahlenraster. Dabei
wird die Tatsache
ausgenutzt, daß die Primärstrahlung nur aus der Richtung der Strahlenquelle auf
den Bildempfänger, z.B. einen Film, auftrifft, während die Streustrahlung aus einem
wesentlich größeren Raumwinkel auf den Film auftreffen kann. Hierbei kann jedoch
nur der Teil der Streustrahlung unterdrückt werden, der von Streuquellen kommt,
die nicht in der Richtung der Strahlenquelle liegen. Auf der anderen Seite kann
der Öffnungswinkel eines Streustrahlenrasters auch nicht beliebig klein gemacht
werden.
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Es ist weiterhin bekannt, zur Unterdrückung des Einflusses von Streustrahlung
die Tatsache auszunutzen, daß deren spektrale Verteilung sich von der spektralen
Verteilung der Primärstrahlung unterscheidet (H. Vieten, Handbuch der medizinischen
Radiologie - Physikalische Grundlagen und Technik I, Springer Verlag, Berlin-Heidelberg,
1968).
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Da sich die Spektralbereiche der Primärstrahlung Bilder Streustrahlung
stark überlappen, ist es hierbei nur in beschränktem Umfang möglich, die Streustrahlung
zu unterdrücken, ohne gleichzeitig die Primärstrahlung zu beeinflussen.
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Schließlich ist es bekannt, daß das Auflösungsvermögen optischer Systeme
eindimensional durch Einfügung eines Liniengitters in den Strahlengang erhöht werden
kann (z.B.
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Journal of the Optical Society of America 56 (1966), 11, S. 1463 bis
1472). Hierbei kann das Auflösungsvermögen nur in einer Richtung verbessert werden,
wozu Linsensysteme erforderlich sind, die es für Röntgenstrahlung nicht gibt, und
es wird ein zweites Gitter zur Wiederherstellung des eigentlichen Bildes benötigt,
oder eine elektronische Kamera zur verzerrungsfreien Abtastung (Applied Optics 13
(1974) 2, S. 406 bis 408). Wendet man dieses Verfahren bei inkohärenter Strahlung
an, dann ergeben sich zusätzliche Schwierigkeiten, weil in diesem nur die stets
positiven Intensitätswerte einer Messung zugänglich sind. Eine Subtraktion von
Strahlungsamplituden
ist dabei nicht möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, durch das der
Einfluß der Streustrahlung gegenüber den bekannten Verfahren wesentlich herabgesetzt
werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale
gelöst.
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Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, daß die Streustrahlung sich räumlich
nur langsam ändert, d.h., daß sie keine hohen Ortsfrequenzen aufweist, und durch
hohe Ortsfrequenzen der Dichteverteilung im zu untersuchenden Objekt auch nicht
moduliert wird. Hingegen wird die Primärstrahlung durch das Gitter moduliert, wodurch
die durch das Objekt gegebene Bildinformation in einen höheren Frequenzbereich transponiert
wird. Unterdrückt man nun die niederen Ortsfrequenzen bei einer Aufnahme mit einem
- vorzugsweise vor dem Objekt angeordneten - Gitter, dann ist die Streustrahlung
praktisch unterdrückt, während die eigentliche Bildinformation weiter enthalten
ist - wenn auch moduliert mit dem Bild des Gitters.
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Deshalb muß nach der Unterdrückung der niedrigen Frequenzen das Bild
demoduliert werden.
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Bei Aufnahmen mit einem Streifengitter, bei denen das Röntgenschattenbild
mittels einer Fernsehkamera quer zu den Streifen abgetastet wird, sind die Ortsfrequenzen
den Frequenzen des Videosignals proportional.- Zur Unterdrückung der niedrigeren
Frequenzen kann daher bei einer solchen Anordnung ein einfaches Hochpaßfilter verwendet
werden. Bei Verwendung eines Schachbrettgitters, bei dem die Bildinformation in
zwei zueinander senkrechten Richtungen moduliert wird, müssen auch die Ortsfrequenzen
in zwei zueinander senkrechten Richtungen unterdrückt werden. Dies ist mit einem
einfachen elektrischen Hochpaßfilter nicht möglich. Gemäß einer Weiterbildung
der
Erfindung wird daher bei Verwendung eines Schachbrettgitters - mit Vorteil aber
auch bei Verwendung eines Streifengitters - das in Anspruch 2 beschriebene Verfahren
zur Unterdrückung der niedrigen Frequenzen angewandt.
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Nach Unterdrückung der niedrigen Frequenzen, d.h. der Streustrahlung,
verbleibt die Bildinformation als Modulation der Ortsfrequenzen des Gitters. Bei
Verwendung eines Streifengitters und bei Abtastung des erhaltenen Bildes durch eine
Fernsehkamera, ergibt sich ein Videosignal, das dem Videosignal der Bildinformation
- verschoben um eine Trägerfrequenz entspricht. Die Frequenz des Trägers entspricht
der Ortsfrequenz des Gitters. Bei Verwendung eines Streifengitters können daher
die bekannten Demodulationsverfahren angewandt werden, die zur Demodulation einer
amplitudenmodulierten Schwingung mit unterdrücktem Träger benutzt werden, wobei
vereinfachend hinzukommt, daß das Bildsignal nur positiv sein kann. - Ein sowohl
bei Anwendung eines Streifengitters als auch eines Schachbrettgitters anwendbares
Verfahren zur Demodulation aer Bildinformation ist in Anspruch 3 angegeben.
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Bei der Aufnahme eines Objektes bzw. des Gitters ergeben sich oft
Verzerrungen; beispielsweise sind bei Verwendung eines ebenen Gitters und eines
Röntgenbildverstärkers mit gekrümmtem Eingangs schirm die Gitterkonstanten in den
Randbereichen des Ausgangsbildes des Bildverstärkers anders als in der Mitte. Die
Projektion des Gitters auf den gekrümmten Bildverstärkerschirm bewirkt also, dai3
die Ortsfrequenzen nicht mehr gleichmäßig sind, und deshalb ist es in diesem Fall
nicht mehr möglich, die Bildinformation durch Multiplikation mit einer elektrischen
Schwingung konstanter Frequenz zu demodulieren. In diesem Fall ist das in Anspruch
4 angegebene Verfahren mit Vorteil zur Demodulation der Bildinformation anwendbar,
und zwar sowohl
bei Verwendung eines Streifengitters als auch bei
Verwendung eines Schachbrettgitters.
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Das Bild des Gitters ohne das Objekt enthält Ortsfrequenzkomponenten,
die dem Reziprokwert der Gitterkonstanten und ungeradzahligen Vielfachen davon proportional
sind, sowie einen Gleichanteil. Dieser Gleichanteil darf bei der Demodulation nicht
mitverwendet werden. Er kann durch das in Anspruch 5 angegebene Verfahren beseitigt
werden; einfacher ist jedoch das in Anspruch 6 angegebene Verfahren. Bei Verwendung
des in Anspruch 7 angegebenen Verfahrens ergibt sich neben der Beseitigung des Einflusses
der Streustrahlung bei Verwendung eines Streifengitters eine verbesserte Auflösung
im Vergleich zu einer Aufnahme ohne Gitter, während das in den Ansprüchen 8 oder
9 angegebene Verfahren zu einer verbesserten Auflösung bei Verwendung eines Schachbrettgitters
führt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigen Fig. 1 eine Anordnung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2a bis 21 das Ortsfrequenzspektrum des Objektes
mit und ohne Gitter bei verschiedenen Gitterverschiebungen sowie vor und nach der
Multiplikation mit einem Bild des Gitters.
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Fig. 1 zeigt schematisch einen Röntgenstrahler Q, der ein Gitter G
durchstrahlt, hinter dem das zu untersuchende Objekt 0 angeordnet ist. Das mit dem
Gitter modulierte Röntgenschattenbild des Objektes wird von einem Aufnahmegerät
A aufgenommen, das einen Bildverstärker BV enthalt, auf dessen Ausgangs schirm über
eine Optik L eine Fernsehkamera K ausgerichtet ist. Das Videosignal wird von einem
vorerst
nicht weiter erläuterten Verarbeitungsteil derart verarbeitet, daß am Ausgang des
Verarbeitungsteils das von der Streustrahlung befreite Bild anliegt.
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Das Schachbrettgitter ist in der Zeichnung übertrieben groß dargestellt.
Es enthält rechteckige, vorzugsweise quadratische, aneinandergrenzende Flächen gleicher
Größe, die alternierend ein stärkeres bzw. schwächeres Absorptionsvermögen für die
Röntgenstrahlung aufweisen. Das Gitter 2 kann auch gekrümmt sein. Es kann auch anstelle
eines Schachbrettgitters ein periodisches Streifengitter verwendet werden mit vorzugsweise
gleich breiten, z.B. parallel zur y-Achse verlaufenden Streifen höherem und geringerem
Absorptionsvermögens.
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Das Gitter könnte auch hinter dem Objekt 3, d.h. zwischen dem Objekt
3 und dem Aufnahmegerät 4, angeordnet sein. Allerdings ist der Einfluß auf die Streustrahlung
be einer solchen Anordnung des Gitters weniger günstig, weil dann auch die Streustrahlung
durch das Gitter moduliert wird und nicht mehr vollständig beseitigt werden kann.
Dies gilt am ausgeprägtesten, wenn das Gitter unmittelbar vor dem Eingangsschirm
des Bildverstärkers angeordnet ist.
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Die Wirkung der Erfindung wird anhand der in Fig. 2 dargestellten
Ortsfrequenzspektren näher erläutert. Fig. 2a zeigt das Ortsfrequenzspektrum, das
sich ergeben würde, wenn das Objekt 0 ohne ein Gitter aufgenommen werden würde.
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Dabei ist mit fy bzw. mit fx die Ortsfrequenz in y- bzw.
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x-Richtung bezeichnet. Wenn die höchste Ortsfrequenz mit fo bezeichnet
wird, dann liegen alle Ortsfrequenzen des Objektes innerhalb des in Fig. 2a dargestellten
Kreises mit dem Radius f0 um den Nullpunkt der Ortsfrequenzebene.
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Wird das Röntgenschattenbild des Objektes dadurch räumlich moduliert,
daß zwischen der Strahlenquelle Q und dem Aufnahmegerät A ein Streifengitter eingeschoben
wird, dann
ergibt sich das in Fig. 2b dargestellte Ortsfrequenzspektrum,
wobei davon ausgegangen wird, daß die Streifen parallel zur y-Achse verlaufen. Dieses
Ortsfrequenzspektrum kommt dadurch zustande, daß das Ortsfrequenzspektrum des Ob-Objektes
(Fig. 2a) um die diskreten Frequenzen verschoben wird, die im Ortsfrequenzspektrum
des Streifengitters (neben einem Gleichanteil die diskreten Ortsfrequenzkomponenten
+ 1/g, + 3/g, + 5/g usw. (g = Gitterkonstante)) enthalten sind. Die sich dabei ergebenden
höherfrequenten Mischprodukte der Ortsfrequenz sind in Fig. 2b der Einfachheit halber
weggelassen. Dabei ist, wie auch in den weiteren Erläuterungen, die unterschiedliche
Vergrößerung des Gitters und des Objektes durch die Zentralprojektion vernachlässigt
worden. Diese geht jedoch in alle Erläuterungen nur als konstanter Maßstabsfaktor
ein, der der Einfachheit halber weggelassen worden ist.
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Beschneidet man das in Fig.-2b dargestellte Ortsfrequenzspektrum durch
einen elektrischen Tiefpaß, der alle Frequenzen oberhalb einer der Ortsfrequenz
2/g entsprechenden Grenzfrequenz abschneidet, dann verbleiben von diesem Spektrum
die beiden schraffierten Kreise mit dem Radius fO um die Ortsfrequenzen fx = + 1/g
sowie der gestrichelte Kreis um den Ortsfrequenznullpunkt. Der gestrichelte Kreis
um den Ortsfequenznullpunkt enthält neben der Bildinformation auch den Einfluß der
Streustrahlung, während die beiden schraffierten Kreise nur die Bildinformation
enthalten. Der den Streustrahlenanteil enthaltende gestrichelte Kreis in Fig. 2b
muß also beseitigt werden. Zu diesem Zweck können die den Ortsfrequenzen innerhalb
des gestrichelten Kreises entsprechenden Frequenzen des Videosignals am Ausgang
der Fernsehkamera K mittels eines Hoch- oder Bandpasses weggefiltert werden. Die
Trennung-des gestrichelten Kreises.
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von den beiden schraffierten Kreisen setzt jedoch voraus, daß diese
sich nicht überlappen, was nur dann möglich ist, wenn die Bedingung fOt = 1/2g erfüllt
ist, Dem danach
verbleibenden Ortsfrequenzspektrum, das durch die
beiden schraffierten Kreise in Fig. 2b dargestellt wird, entspricht im Video signal
(hinter dem geeignet bemessenen Tiefpaß) ein Signal, das eine amplitudenmodulierte
Schwingung mit unterdrücktem Träger darstellt. Die darin enthaltene Bildinformation
kann durch Demodulation wiedergewonnen werden, wobei eines der bekannten Verfahren
zur Demodulation amplitudenmodulierter Schwingungen mit unterdrücktem Trager herangezogen
werden kann.
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Mit diesem Verfahren können nur Objekte mit einer oberen Grenzfrequenz
f 4 1/2g einwandfrei dargestellt werden.
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0 Ein verbessertes Auflösungsvermögen ergibt sich, wenn ein zweites
Bild des Objektes, jedoch mit einem um eine halbe Gitterkonstante verschobenen Streifengitter,
auf genommen wird (nachdem das das erste Bild repräsentierende Videosignal in einen
Speicher übernommen worden ist) und die beiden Bilder voneinander subtrahiert werden.
Die Ortsfrequenzen beider Bilder gleichen sich im wesentlichen, jedoch haben die
durch die schraffierten Kreise repräsentierten Signalanteile in den beiden Bildern
entgegengesetzte Phasenlage, während der gestrichelte Kreis in beiden Bildern die
gleiche Phasenlage hat. Bei einer Subtraktion werden also die dem gestrichelten
Kreis in der Ortsfrequenzebene entsprechenden Bildanteile (d.h. aber auch die Streustrahlung)
eliminiert. In diesem Fall dürfen sich die beiden schraffierten Kreise mit dem gestrichelten
Kreis überlappen. Die oberste, bei diesem Verfahren noch aufzulösende Ortsfrequenz
ist dadurch bestimmt, daß sich die beiden schraffierten Kreise um die Ortsfrequenzen
fx - + 1/g nicht mit den Kreisen um die Ortsfrequenzen + 3/g überlappen dürfen.
Diese Bedingung ist dann erfüllt, wenn für die obere, noch aufzulösende Ortsfrequenz
des Objektes die Bedingung £0 4 1/g gilt. Dieses Verfahren zur Streustrahlenbeseitigung
hat also ein doppelt so hohes Auflösungsvermögen wie das zuerst
erwähnte
Verfahren, das aber einfacher ist, weil es nur eine Aufnahme erfordert.
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In Fig. 2c ist das Ortsfrequenzspektrum einer Aufnahme des Objektes
mit einem Schachbrettgitter dargestellt. Das Ortsfrequenzspektrum setzt sich theoretisch
periodisch bis ins Unendliche fort, jedoch sind die höheren Ortsfrequenzkomponenten
der Einfachheit halber weggelassen. Dabei ist der Einfachheit halber angenommen,
daß die Gitterkonstanten in beiden Richtungen gleich (= g) sind. Es sei weiterhin
angenommen, daß die Gitterkonstante und das Auflösungsvermögen des Aufnahmegerätes
so aufeinander abgestimmt sind, daß die nicht schraffiert dargestellten Kreise höherer
Ortsfrequenz am Ausgang des Aufnahmegerätes, d.h. im Videosignal, nicht mehr enthalten
sind. Es sind dann nur noch die vier schraffierten Kreise - bzw. Teile davon - und
der gestrichelte Kreis um den Nullpunkt vorhanden. Eine zweidimensionale Hochpaßfilterung
der so erhaltenen Bildinformation ist im allgemeinen nicht mit einem einfachen elektrischen
Tiefpaß möglich. Deshalb wird - ähnlich wie bei der Modulation der Strahlung mit
einem Streifengitter - eine zweite Aufnahme mit einem um eine halbe Gitterkonstante
in x- oder in Richtung verschobenen Gitter aufgenommen, wobei die dem gestrichelten
Kreis zugeordneten Anteile des Bildes, d.h. aber auch die Streustrahlung, eliminiert
werden, während die schraffierten Kreise erhalten bleiben.
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Dieses Ergebnis läßt sich leicht erklären, wenn man sich vor Augen
hält, daß durch das Schachbrettgitter bewirkt wird, daß ein Teil der AuSnahmefläche
des Aufnahme gerätes abgeschattet wird (in diesem Fall ist im wesentlichen nur die
Streustrahlung wirksam), während der andere Teil auch direkt von der Primärstrahlung
getroffen werden kann (in diesem Fall ist die Streustrahlung neben der bildgebenden
Primärstrahlung vorhanden). Wird das Gitter nun um eine
halbe Gitterkonstante
verschoben, dann werden die Teile, die vorher abgeschattet waren, von der Primärstrahlung
ungeschwächt getroffen und umgekehrt. An einem Punkt des Bildes, an dem vorher also
Primärstrahlung und Streustrahlung vorhanden waren, ist nach der Gitterverschiebung
nur noch Streustrahlung vorhanden und umgekehrt. Werden die beiden Bilder daher
voneinander subtrahiert, indem z.B. ihre Videosignale voneinander subtrahiert werden,
dann ergibt sich ein Bild bzw. ein Videosignal, in dem die Streustrahlenanteile
nicht mehr enthalten sind.
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Außer den Streustrahlen werden auch die spektralen Anteile beseitigt,
die den Nullpunkt der Ortsfrequenzebene als Zentrum haben, also nicht durch spektrale
Anteile des Gitters verschoben wurden, und durch den Mittelwert der Transparenz
des Gitters bedingt. Aus dem dann erhaltenen Differenzbild, dessen Ortsfrequenzspektrum
nur noch die schraffierten vier Kreise mit dem Radius f0 (fO - größte Ortsfrequenz
des Objektes) um die Frequenzen fy = + 1/g und fx = + 1/g enthält, kann das eigentliche
Bild dadurch wiedergewonnen werden, daß es mit den gleichen phasenrichtigen Ortsfrequenzen
multipliziert wird, mit denen es durch das Einfügen des Gitters moduliert wurde.
Das aus dieser Modulation entstehende Spektrum zeigt Fig. 2d.
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Falls in dem Aufnahmegerät Verzerrungen auftreten, sind die Modulationsfrequenzen,
die durch das Vorhandensein des Gitters erzeugt werden, nicht konstant, sondern
ortsabhängig.
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In diesem Fall müßte auch die Schwingung, mit der das Bild Punkt für
Punkt multipliziert wird, ortsabhängig sein.
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Hierzu wird ein Bild des Gitters selbst (ohne Objekt) aufgenommen,
und zwar in der Stellung, in der es sich bei einer der beiden Aufnahmen des Differenzbildes
mit Objekt befand.
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Der sich bei der Aufnahme ergebende konstante Mittelwert der Intensität
ist unerwünscht. Er könnte durch ein weiteres
Bild des um eine
halbe Gitterkonstante verschobenen Gitters (ohne Objekt) und anschließende Differenzbildung
der beiden Gitterbilder eliminiert werden. Einfacher ist jedoch eine Hochpaßfilterung
bzw. eine Bandpaßfilterung,durch die der Gleichanteil eliminiert wird.
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Nach dieser Multiplikation ergibt sich das in Fig. 2d dargestellte
Ortsfrequenzspektrum. Daraus kann die Bildinformation, die in dem Kreis um den Nullpunkt
vollständig enthalten ist, dadurch wiedergewonnen werden, daß die entstandenen höheren
Ortsfrequenzspektren weggefiltert werden, z.B. durch ein Wiedergabegerät, dessen
Auflösungsvermögen so begrenzt ist, daß zwar das Spektrum um den Nullpunkt, nicht
aber die anderen Spektren auf dem Wiedergabegerät abgebildet werden. Das Spektrum
um den Nullpunkt läßt sich von den höheren Spektren aber nur trennen, wenn es sich
mit diesen nicht überlappt. Zu diesem Zweck muß die Bedingung fOd: = 1 /g erfüllt
sein.
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Führt man das'ion Verbindung mit Fig. 2e beschriebene Verfahren (zwei
Aufnahmen des Objektes, die sich durch eine Verschiebung des Gitters um eine halbe
Gitterkonstante unterscheiden, Subtraktion der beiden Bilder, Multiplikation mit
einer Aufnahme des Gitters ohne Objekt) viermal durch, wobei das Gitter in der einen
und/oder anderen Gitterrichtung jeweils um eine viertel Gitterkonstante verschoben
wird, dann ergeben sich Ortsfrequenzspektren, die dem Ortsfrequenzspektrum der Fig.
2d entsprechen, bei denen jedoch die höheren Spektren mit unterschiedlichen Vorzeichen
auftreten, wie in Fig. 2g bis 2k dargestellt ist. Die Addition von jeweils zwei
der vier Spektren (Fig. 2g + 2k oder Fig. 2j + 2h) ergibt ein Ortsfrequenzspektrum
nach Fig. 21.
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Es unterscheidet sich von den Ortsfrequenzspektren nach Fig. 2d bzw.
Fig. 2g bis 2k dadurch, daß die Spektralbereiche um die Ortsfrequenzen fy = ° fx
= + 2/g und um
fv = O, f = + 2/g eliminiert sind. Wenn für die
höchsten y -Ortsfrequenzen im Objekt f0 die Beziehung
erfüllt ist, kann das Ortsfrequenzspektrum, das in Fig. 21 durch einen schraffierten
Kreis dargestellt ist, von den höheren Spektralbereichen getrennt werden.
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Für die einwandfreie Rekonstruktion des Objektbildes aus der modulierten
Bildinformation genügt es, wenn das Auflösungsvermögen des Aufnahmegerätes ausreicht,
um das Gitter aufnehmen zu können. Zu diesem Zweck muß für die oberste Ortsfrequenz
f,, die mit dem Aufnahmegerät gerade noch aufgelöst werden kann, die Beziehung
erfüllt sein. Obwohl es danach den Anschein hat, als ob die höchste mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren noch aufzulösende Ortsfrequenz fo
nicht größer ist als die Ortsfrequenz, die mit einem Aufnahmegerät mit dem Auflösungsvermögen
bei einer einzelnen Aufnahme ohne Gitter noch aufgelöst werden könnte, ergibt sich
tatsächlich eine Verbesserung des Auflösungsvermögens. Diese kommt dadurch zustande,
daß die eigentliche Modulationsübertragungsfunktion des Aufnahmegerätes vierfach
jeweils um + 1/g in der einen und/oder der anderen Gitterrichtung verschoben überlagert
wird. Hat die eigentliche Modulationsübertragungsfunktion des Aufnahmegerätes ein
Maximum bei der Ortsfrequenz O, so hat die entstehende Modulationsübertragungsfunktion
dieses Maximum vierfach, und zwar bei den Frequenzen fx = + 1/g und fy = + 1/g,
d.h. Frequenzen, die sonst schon an der Grenze des Auflösungsvermögens gelegen hätten.
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Eine weitere Verbesserung des Auflösungsvermögens ergibt sich, wenn
alle vier Ortsfrequenzspektren (Fig. 2g - Fig. 2k) überlagert werden, da dann alle
Spektralanteile der Fig. 21 auRer dem schraffierten Kreis eliminiert werden. Das
Auflösungsvermögen ist dann dadurch begrenzt, daß in den Spektren, die der Fig.
2c entsprechen, die nicht schraffierten
Anteile unterdrückt werden
müssen. Als obere Ortsfrequenz ergibt sich dabei fo £ 1,75/g.
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In ähnlicher Weise kann das Auflösungsvermögen auch bei Verwendung
eines Streifengitters gesteigert werden. Dazu wird eine erste Aufnahme des Objektes
mit dem Gitter angefertigt (Ortsfrequenzspektrum; Fig. 2b). Anschließend wird das
Gitter um eine halbe Gitterkonstante verschoben und eine zweite Aufnahme wird angefertigt.
Beide Aufnahmen werden voneinander subtrahiert (es entfällt der in Fig. 2b durch
einen gestrichelten Kreis dargestellte Spektralbereich, der den Streuanteil enthält),
und anschließend wird das Bild bzw. das daraus abgeleitete Videosignal mit einem
Bild des Gitters bzw. mit einer Schwingung multipliziert, deren Frequenz von der
Gitterkonstanten abhängt und deren Phasenlage von der Lage des Gitters bei einer
der beiden Aufnahmen abhängt. Das nach der Multiplikation des Differenzbildes entstehende
Ortsfrequenzspektrum ist in Fig. 2e dargestellt.
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Wiederholt man dieses Verfahren, jedoch bei einer Gitterverschiebung
um eine viertel Gitterkonstante in x-Richtung und in der entgegengesetzten Richtung,
dann ergibt sich das Ortsfrequenzspektrum der Fig. 2f. Dieses Ortsfrequenzspektrum
weist zwar die gleichen Spektralbereiche auf wie das nach Fig. 2e, jedoch haben
die Spektralbereiche um die Ortsfrequenzen + 2/g unterschiedliches Vorzeichen.
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Addiert man daher beide Bilder, so löschen sich diese Spektralbereiche
aus. Die verbleibenden Spektralbereiche, d.h. die Spektralbereiche um den Ortsfrequenznullpunkt
und um die Ortsfrequenzen + 4/g, können z.B. mittels eines Tiefpasses voneinander
getrennt werden, wenn für die höchste im Objekt vorkommende Ortsfrequenz die Beziehung
fO / = 2/g erfüllt ist. Hingegen genügt es, wenn für das
Auflösungsvermögen
fA des Aufnahmegerätes die Beziehung = = = 1/g erfüllt ist, weil dann das Streifengitter
noch aufgenommen werden kann. Hier wird also besonders deutlich, daß neben der Beseitigung
der Streustrahlung auch eine Verbesserung des Auflösungsvermögens erzielt werden
kann.
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Bei Verwendung eines Liniengitters läßt sich das Verhältnis der spektralen
Komponenten zum Intensitätsmittelwert (der ausgefiltert bzw. durch Differenzbildung
beseitigt wird) dadurch verbessern, daß die Schlitze und die Stege nicht gleich
breit sind, sondern das schmale, die Strahlung ungeschwächt durchlassende Schlitze
und breite,die Strahlung stärker absorbierende Stege verwendet werden.
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Die Anordnung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist in
Fig. 1 dargestellt. Das Videosignal der Kamera K wird durch einen Verteiler V in
verschiedene Spuren 1 bis 12 eines Bildspeichers BS eingeschrieben. In jeweils eine
Spur wird das vollständige Videosignal eines Bildes eingeschrieben. Es wird die
Bildfolge entsprechend der nachfolgenden Tabelle aufgenommen, wobei die Reihenfolge
und Zuordnung zu den Spuren des Bildspeichers beliebig ist, letztere jedoch auf
die Schaltung der Fig. 1 abgestimmt ist.
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TABEL,LE
| Gitter verschoben Aufnahme |
| mit oder ohne |
| Spur in x-Richtung in y-Richtung Objekt |
| um um |
| 1 0 0 ohne |
| 2 g/4 0 ohne |
| 3 0 g/4 ohne |
| 4 g/4 g/4 ohne |
| 5 0 0 mi-t; |
| 6 g/2 0 mit |
| 7 + g/4 0 mit |
| 8 - g/4 0 mit |
| 9 0 g/4 mit |
| 10 g/2 g/4 mit |
| 11 + g/4 g/4 mit |
| 12 - g/4 g/4 mit |
Zur Rekonstruktion des ursprünglichen Bildes werden die in den
Spuren 1 bis 4 enthaltenen Bilder des Gitters (ohne Objekt) durch Bandpässe H1 bis
H4 Bandpaß-gefiltert, um eine harmonische Schwingung zu erhalten. Die Videosignale
der Spuren 6, 8, 10, 12 werden durch die Differenzschaltungen D1 ... D4 jeweils
von denen der Spuren 5, 7, 9, 11 subtrahiert. Es werden also immer die Bilder voneinander
subtrahiert, die sich voneinander durch eine Verschiebung des Gitters um eine halbe
Gitterkonstante unterscheiden, so daß sich das Ortsfrequenzspektrum nach Fig. 2c
ergibt (ohne den gestrichelten Kreis). Die entstehenden Differenzsignale am Ausgang
der Differenzschaltung D1 bis D3 werden mit den Bandpaß-gefilterten elektronischen
Signalen der Spuren 1 bis 4 durch je eine Multiplizierschaltung M1 bis M4 multipliziert
( Ortsfrequenzspektrum am Ausgang der Multiplizierschaltung gemäß Fig. 2g bis 2k).Mittels
der Addierschaltung S wird die Summe der so gebildeten Produkte gebildet und auf
einem Wiedergabemedium W, z.B. einem Fernsehmonitor, wiedergegeben.
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In Abwandlung der Anordnung nach Fig. 1 kann auch ein Bildspeicher
mit weniger simultanen Ausgängen verwendet werden, wenn die Verarbeitung sequentiell
und nicht parallel geschieht. Dies erfordert jedoch ein weiteres Zwischenspeichern
von Blldern, was in der Praxis eine Verschlechterung des Signalrauschverhältnisses
zur Folge hätte.
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Da es sich bei den Aufnahmen des Gitters in den verschiedenen Stellungen
nur um Verschiebungen um eine viertel Periode handelt, lassen sich dann, wenn die
Fernsehkamera das Röntgenschattenbild in einer der Gitterrichtungen abtastet, zwei
Aufnahmen (bei Abtastung in x-Richtung z.B.
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die in Spur 2 und 4 eingeschriebenen) einsparen, indem die Phase der
elektrischen harmonischen Schwingung um 900 gedreht wird. Die Multiplizierschaltungen
M2 und M4 werden dann mit Spannungen gespeist, die durch Phasendrehung
der
Spannungen an den Ausgängen der Bandpässe H1 und H3 erzeugt wurden.
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Sinnvollerweise liegt die Ortsfrequenz des Gitters stets an der Grenze
des Auflösungsvermögens des Aufnahmegerätes A.
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Um eine verbesserte Rauschfreiheit der demodulierten Bildinformation
zu erhalten, können die Signale der Spuren 1 bis 4 auch zum Steuern von phasen-
und amplitudengeregelten Oszillatoren verwendet werden. Dann sind die Elemente H1
bis H4 der Fig. 1 als solche phasen- und amplitudengesteuerte Oszillatoren zu verstehen.
In diesem Fall können die Ortsfrequenzen des Gitters so hoch sein, daß sie in einem
Bereich der Modulationsübertragungsfunktion des Aufnahmegerätes liegen, der normalerweise
zur Darstellung eines Objektes wegen zu starken Rauschens nicht mehr geeignet ist.
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Wird anstelle eines Schachbrettgitters ein Streifengitter verwendet,
deren Streifen sich in y-Richtung erstrecken, können die in den Spuren 3 und 4 uzid
9 bis 12 gespeicherten Bilder entfallen, ebenso die Bandpässe H3 und H4, die Differenz
schaltungen D3 und D4 und die Multiplizierschaltungen M3 und M4. Am Ausgang der
Multiplizierschaltungen und M2 steht dann das Videosignal von Bildern, deren Ortsfrequenzspektrum
in Fig. 2e bzw. 2f dargestellt ist.
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Bei Verwendung eines Liniengitters ist es außerdem zweckmäßig, die
höheren Frequenzbereiche und damit auch die höheren Ortsfrequenzbereiche mittels
eines hinter der Fernsehkamera und vor dem Verteiler angeordneten Tiefpaßfilters
zu eliminieren, Ist ein Auflösungsvermögen, wie es mit der vorstehend beschriebenen
Anordnung und ihrer Modifikation erreichbar ist, nicht erforderlich, dann kann das
ursprügliche Bild auch mittels der in den Spuren 1, 2, 5, 6, 11 und 12 enthaltenen
Bilder
rekonstruiert werden. Der Aufwand läßt sich auf Kosten des Auflösungsvermögens noch
weiter verringern, wenn lediglich die in den Spuren 1, 5 und 6 enthaltenen Bilder
zur Rekonstruktion verwendet werden.
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Alle anderen Bilder und die zu ihrer Verarbeitung erforderlichen Bauelemente,
d.h. die Bandpässe H2 bis H4, die Differenz schaltungen D2 bis D4 und die Multiplizierschaltungen
M2 bis M4 sowie die Addierschaltung S können entfallen. Bei Verwendung eines Schachbrettgitters
ergibt sich am Ausgang der Multiplizierschaltung M1 das Videosignal eines Bildes
mit den in Fig. 2d dargestellten Ortsfrequenzen. Wird ein Liniengitter verwendet,
ergibt sich am Ausgang der Multiplizierschaltung M das Videosignal eines Bildes
mit dem in Fig. 2e bzw. Fig. 2f dargestellten Ortsfrequenzspektrum.
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Aus diesen Ortsfrequenzspektren kann der Spektralbereich, der durch
einen Kreis um den Ortsfrequenznullpunkt dargestellt ist, ausgefiltert werden,z.B.
mittels eines Tiefpasses oder mittels eines Wiedergabegerätes W, dessen Elektronenstrahl
so fokussiert ist, daß Ortsfrequenzen, die nicht innerhalb des Kreises liegen, auf
dem Wiedergabegerät nicht mehr dargestellt werden können.
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Man kann die Projektionsbilder verschiedener Quellen, die mit dem
gleichen Aufnahmegerät (gleichzeitig) aufgenommen werden, trennen, wenn die Strahlenquellen
durch Gitter mit unterschiedlicher Gitterkonstante moduliert werden.
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Die Trennung geschieht durch elektrische Bandpässe, die einen Durchlaßbereich
haben, der symmetrisch um eine Frequenz liegt, die der Modulationsfrequenz des jeweiligen
Gitters mit der jeweiligen Gitterkonstante entspricht.
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Die Bandpässe dürfen sich nicht überlappen, was zu einer Einschränkung
des Auflösungsvermögens führt.
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PATENrr.ANSPR0CE .