DE2546785C3

DE2546785C3 -

Info

Publication number: DE2546785C3
Application number: DE19752546785
Authority: DE
Inventors: Erhard Ing.(Grad.) 2083 Halstenbek Klotz; Ulf Ing. Tiemens (Grad.), 2080 Pinneberg; Hermann Dr. 2000 Hamburg Weiss
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1975-10-18
Filing date: 1975-10-18
Publication date: 1979-09-13
Also published as: DE2546785B2; DE2546785A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufnahme und räumlichen Wiedergabe dreidimensionaler Objekte mit Hilfe von Überlagerungsbildern, bei dem das Objekt von einer Mehrzahl von Quellen durchstrahlt wird.

Es sind Verfahren vorgeschlagen worden, die durch Dekodierung von Oberlagerungsbildern dreidimensionale Objekte rekonstruieren (Patentanmeldungen P 24 19 259.4; P 24 31 700.8; P 25 !4 938.6). Bei in diesen Verfahren verwendeten Überlagerungsbildern können sich jedoch die in ihm enthaltenen einzelnen Perspektivbilder durch Aufsummierung während der Aufnahme gegenseitig beeinflussen. Die rekonstruierten Schichten sind daher in ihrem Signal-Rausch-Verhältnis beschränkt. Dies macht sich aber bei der Dekodierung von Grautonbildern nachteilig bemerkbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anzahl Bilder unterschiedlicher Perspektive eines dreidimensionalen Objektes gleichzeitig auf ein und dasselbe Aufzeichnungsmaterial als Überlagerungsbild kodiert aufzunehmen, so daß die Einzelbilder untereinander sich nicht beeinflussen und die Einzelbilder aus dem Überlagerungsbild in einfacher Weise zu trennen und beliebige Schichten des Objektes zu dekodieren sind.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß gleichzeitig oder nacheinander ein Objekt aus unterschiedlichen Perspektiven mittels einer diskreten Strahlerverteilung auf einem Aufzeichnungsmedium durch Einführen eines Rasters in den Strahlengang derart aufgezeichnet wird, daß in der Ebene des Aufzeichnungsträgers die gerasterten Einzelbilder räumlich getrennt, aber ineinander verschachtelt angeordnet sind und daß die Einzelbilder des rasterkodierten Überlagerungsbildes nachträglich voneinander getrennt und so überlagert werden, daß Schichtbilder des Objektes entstehen.

Bei richtiger Anordnung des Rasters zum Aufzeichnungsträger und relativ zu den diskret verteilten Strahlungsquellen, z. B. Röntgenquellen, erscheinen die gerasterten Einzelbilder in der Empfängerebene räumlich getrennt aber ineinander verschachtelt, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Die Rasterung kann dabei so klein gewählt werden, daß bei normalem Betrachtungsabstand das gerasterte Bild noch ausreichende Auflösung besitzt. Jedes Flächenteilchen auf dem Überlagerungsbild gibt genau den Grauwert wieder, der durch das Objekt bei Durchstrahlung mit der dem Flächenteilchen zugeordneten Röntgenquelle erzielt wird.

Das neue Verfahren findet daher eine vorteilhafte \nwendung in der Darstellung dreidimensionaler Objekte bei Röntgenabbildungen in der medizinischen Diagnostik.

Die Dekodierung des rasterkodierten Ubcrlagerungsbildes in die F.ini.clbilder kann mit optischen und elektronischen Mitteln erfolgen. Bei der optischen DekfKlicrung wird die ursprüngliche Aufnahmegeome-'rie rekonstruiert und das (Iberlaeerunssbild mit dem dazugehörigen Raster derart durchstrahlt, daß die Ejnzelbilder in die entsprechenden Richtungen, die oen Perspektiven bei der Aufnahme entsprechen, projiziert werden, so daß die Einzelaufnahmen ohne Beeinflus sung durch andere Bilder auf getrennte Aufzeichnungs träger aufgezeichnet werden können.

Die elektronische Dekodierung erfolgt nach vorheriger elektronischer Speicherung des Überlagerungsbildes mit Hilfe eines Computers. Jedem einzelnen Punkt

lu des gerasterten Überlagerungsbildes ist ein bestimmter Grauwert zugeordnet Zur Dekodierung des Überlagerungsbildes und zur Schichtdarstellung des Objektes müssen die gerasterten Einzelbilder voneinander getrennt und überlagert werden.

is Die elektronische Trennung erfolgt relativ einfach, indem die Rasterpunkte eines einzelnen Bildes vom Computer zu einem Bild einer Perspektive zusammengesetzt werden.

Die Schichtdarsiellung wird durch Aufsummie.ung

»ι, aller einzelnen Perspektivbilder mi, -..iner entsprechenden Verschiebung der Einzelbilder zueinander erzieh. Die Verschiebung errechnet sich aus der gewünschten Schichttiefe und dem Aufnahmewinkel der Röntgenquellen-Verteilung.

2) Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß ein Überlagerungsbild aus unterschiedlichen Perspektiven gleichzeitig rasterkodiert aufgezeichnet werden kann, ohne daß sich die Einzelbilder, die ebenfalls gerastert sind, gegenseitig beeinflussen, ferner rr.it optischen oder

ίο elektronischen Mitteln eine optimale Trennung der Einzelbilder erfolgt und weiter ein Objekt dreidimensional virtuell oder reell oder schichtweise dargestellt werden kann.

Im folgenden werden zur Erläuterung der Erfindung

3) und ihrer Vorteile einige Ausführungsbeispiele näher beschrieben; dabei zeigen schematisch:

F i g. la) symmetrisch angeordnetes Raster,
1 b) Prinzip der Rasterung,
Ic) Flächenbeiegung des Aufzeichnungsmedi- >!> ums,

r i g. 2a) Linienraster,

2b) Prinzip der Rasterung,
2c) Flächenbelegung des Trägers.
F i g. 3 Aufnahme des rasterkodierten Überlagei" > rungsbildes,

3a) Raster unterhalb des Objektes angeordnet,
3b) Raster ober- und unterhalb angeordnet,
F i g. 4a) inkohärent-opt. Rekonstruktion des dreidim.

Objektes,
ίο 4b)kohärent-opt. Rekonstruktion des dreidim.

Objektes,
F i g. 5a) Bildtrennunjj mit Linsen,

5b) Bildtrennung durch Schattenprojektion.
F i g. 6 Bildverarbeitung gerasterter Bilder.
">) Zur Erläuterung des Verfahrens wird von Röntgenbildern ausgegangen, doch lassen sich ohne Einschränkung auch Bilder von Partikelstrahlung, wie auch normale optische und elsktronische oder künstliche, von einem Computer errechnete Bilder nach diesem Verfahren für '■' eine dreidimensionale Darstellung verarbeiten:

Die Fig. la — c zeigen das Prinzip der Rasterung mit symmetrisch angeordneten Strahlenquellen am Beispiel eines Kreuz-Rasters. Die Anordnung der Aufnahmeperspckliven und die Rasterung des Rasters kann an sich hexagonal oder orthogonal gewählt werden, so daß bei symmetrischer Strahlenqucllenanordnung eine optimale ilachenausriut/ung des Aufzeichnungsträgers möglich

Das in I·'i g. la gezeigte Kreuzraster 10 besteht ,ins strSihlenabsorbierendem Material und hat rechteckige Öffnungen (z. B. 1,11).

In Fig. Ib wird ein Teil des Rasters 10 von einer Röntgcnslrahlcnqucll-Verteilung Il mit den Strahlenquellen 1—9 durchstrahlt. Bei richtiger Anordnung des Aulzeichnungsmaterials 12 werden die rechteckigen Rasterflächen so abgebildet, daß die Fläche 12 optimal genutzt wird (F-' ig. Ic). |cdc Rasterfläche (/. B. I. II) wird »-mal entsprechend der Anzahl der Quellen abgebildet.

In I'ig. 2a —c wird das Prinzip des Linienrasters erläutert.

Das in F i g. 2a gezeigte Linienraster 13 mit den Schlitzen I, Il Lind III wird in F i g. 2b von einer Röntgenstrahlcnqucll-Vcrtcilung 14 mit den Strahlenquellen 1—5 durchstrahlt. In diesem Falle braucht die Verteilung nicht symmetrisch zu sein, sondern die Queller: müssen nur in der zum Schlitz I senkrechten Koordinate (x) stufenweise angeordnet sein, damit bei der Abbildung die Schlitze in der F'ilmebenc flächenoptimal angeordnet sind. Die Positionen der Quellen in Richtung der Schlitzkoordinate (y) können beliebig gewählt werden.

Fig. 2c zeigt eine optimale Flächcnausnutzung des Filmes mit zusätzlich in y-Richtung unterschiedlich angeordneten Strahlenquellen.

Das Raster kann bei der Aufzeichnung des Überlagerungsbildes zum Schütze des durchstrahlten Objektes vor diesem angeordnet oder zur Verminderung objektabhängiger Streustrahlung hinter diesem angeordnet werden.

Die Aufnahme des rasterkodierten Überlagerungsbildes zeigt F i g. 3.

Die Röntgenstrahlen 18, ausgehend von den Quellen 16 und begrenzt durch die Blenden 17, durchstrahlen im Teil a der F i g. 3 das Objekt 19. Unter dem Objekt befindet sich ein Raster 20. das die ankommenden Röntgenstrahlen immer nur teilweise durchläßt. Bei richtiger Anordnung des Filmes 21 wird das Objekt entsprechend der Anzahl der Quellen 16 derart gCI d5lCI I dUtgCAUIUIIIIui, U α υ JiCn uiC i^inZCiLMiuCr piiCiit gegenseitig beeinflussen. Sie sind auf dem Film flächenoptimal und ineinander verschachtelt aufgezeichnet.

Im Teil b der F i g. 3 ist zum Schütze des Objektes vor dem Objekt 19 ein zweites Raster 22 angeordnet. Die Form dieses Rasters muß so gewählt sein, daß in der Ebene des Rasters 20 wieder die gleichen Bedingungen herrschen wie in Fig. 3a. Die Mehrfachrasteranordnung hat den Vorteil, daß sie erstens das Objekt vor zu großer Primärstrahlung schützt und zweitens die im Objekt entstehende Streustrahlung in der Filmebene verringert.

Es kann sowohl ein Raster vor als auch mindestens ein Raster hinter dem Objekt angeordnet werden. Bei Verwendung von Röntgenstrahlenquellen können strahlenabsorbierende Bleiraster verwendet werden.

Die Anordnung in Fig. 4a zeigt die Rekonstruktion des dreidimensionalen Objektes mit inkohärent-optischen Mitteln. Die Lichtquellen 23 in der Ebene 24 werden mit Hilfe einer Linse 25 in die Ebene 26 abgebildet, so daß hinter der Linse 25 die ursprüngliche Aufnahmegeometrie des Überlagerungsbildes (21 in F i g. 3) entsteht. Das Überlagerungsbild 2! und das Raster 20 werden so in den Strahlengang positioniert, daß zwar alle Einzelbilder gleichzeitig, aber jeweils nur ein einzelnes Perspektivbild in eine der Richtungen 27 projiziert wird. Die verschiedenen Perspcktivbilder überlagern sich in dem Bereich 28 und bilden dort das Objekt 29 dreidimensional aus. Zur schichtweisen Darstellung des Objektes 29 wird eine Mattscheibe 30 oder eine beliebige andere l'mpfängcrfläche in die Tiefe des Objektes positioniert. Auf der Mattscheibe er scheint dann die Schicht des Objektes, die der F.bcne 31 der Mattscheibe entspricht.

F i g. 4b zeigt die Rekonstruktion mit kohärent-optischen Mitteln. Ein Hologramm 32 wird von einer Referenzwellc 33 durchstrahlt. Das Hologramm erzeugt die ursprüngliche Aufnahmegeometrie 34. Das in den Strahlengang positionierte IJberlagerungsbild 21 und Raster 20 erlauben — wie in Fig. 4a — die Trennung und Überlagerung der einzelnen Pcrspektivbilder. Das entsprechende dreidimensionale Bild des Objektes kann entweder — wie in I- ι g. 4a — geschichtet werden oder aus den Positionen 35, 36 und 37 virtuell und dreidimensional betrachtet werden. Die Positionen 35 und 36 bzw. 36 und 37 müssen dann dem Augenabstand des Betrachters entsprechen.

Zwei optische Möglichkeiten der Bildtrennung zeigen die Fig. 5a und 5b. In Fig. 5a wird das rasterkodierte Überlagcrungsbild 21 mit Hilfe eines Kollimators 38 und einer Mattscheibe 39 beleuchtet. Vor dem Bild 21 befindet sich das Raster 20. Wird die Abbildungslinse 40 in eine der Positionen 41 gebracht, die eine der Positionen 16 in Fig. 3 entsprechen, dann wird in der Ebene 42 je ein einzelnes Perspektivbild 43 getrennt voneinander abgebildet.

Die Bildtrennung in F i g. 5b erfolgt durch einfache Schattenprojektion. Die Lichtquellen 44 erzeugen die ursprünglichen strahlengeometrischen Verhältnisse. Das Überlagerungsbild 21 wird durch das Raster 20 von jeweils nur einem Strahlenbündel 45 durchstrahlt, während die anderen Strahlenbündel abgeblendet sind 46. In der Ebene 47 entsteht somit durch Schattenprojektion das gerasterte Einzelbild 48 aus einer der Perspektiven 44.

so verarbeitet werden kann, daß die Fläche optimal genutzt wird. Ein Kollimator 49 beleuchtet die Mattscheibe 50. Die gestreuten Wellen beleuchten durch das Raster 51 das gerasterte Bild 52 Eine zweite Mattscheibe 53 wird hinter dem Film 52 mit dem Abstand a positioniert, so daß die informationstragenden Teile des gerasterten Bildes (r) auf das Maß R vergrößert werden. Mit einem Objektiv 54 wird das verarbeitete Bild 55 auf dem Film 56 abgebildet

Das gerasterte Bild kann auch derart verarbeitet werden, daß entweder die einzelnen Rasterpunkte se dicht aneinandergesetzt bzw. so stark gedehnt werden daß zwischen den Punkten keinerlei Freiraum mehr besteht.

Die getrennten Einzelbilder können auch nachträg lieh mit optischen oder elektronischen Mitteln überla gert werden und damit Schichtbilder des Objekte" erzeugt werden.

Es kann auch das in einem Computer gespeicherte Überlagerungsbild vom Computer dekodiert, die Einzelbilder überlagert und das entstehende Schichtbilc auf einem Monitor dargestellt werden.

Ferner können die gerasterten Einzelbilder mit einei entsprechenden Verschiebung zueinander so aufsum miert werden, daß ein Schichtbild des Objektes entsteht.

Hierzu 8 Biatt Zeichnunsen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufnahme und räumlichen Wiedergabe dreidimensionaler Objekte mit Hilfe von Überlagerungsbildern, bei dem das Objekt von einer Mehrzahl von Quellen durchstrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig oder nacheinander ein Objekt aus unterschiedlichen Perspektiven mittels einer diskreten Strahlervertei lung auf einem Aufzeichnungsmedium durch Einführen eines Rasters in den Strahlengang derart aufgezeichnet wird, daß in der Ebene des Aufzeichnungsträgers die gerasterten Einzelbilder räumlich getrennt, aber ineinander verschachtelt angeordnet sind und daß die Einzelbilder des rasterkodierten Überlagerungsbildes nachträglich voneinander ge trennt und so überlagert werden, daß Schichtbilder des Objekt entstehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Aufnahmeper spektiven und die Rasterung des Rasters hexagonal oder orthogonal gewählt wird und die Strahlenquellenanordnung symmetrisch ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterung linienförmig ist und die Aufnahmeperspektiven so gewählt werden, daß alle Einzelbilder des Überlagcungsbildes in beiden Ortskoordinaten unterschiedliche Perspektiven aufweisen. K)

4. Verfahren nach Anspruch 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ras er bei der Aufzeichnung des Überlagerungibildes vor dem durchstrahlten Objekt angeordnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1—3, dadurch r> gekennzeichnet, daß das Raster hinter dem Objekt angeordnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Raster vor und mindestens ein Raster hinter dem Objekt angeordnet wird. ■»>

7. Verfahren nach Anspruch 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des rastsrkodierten Überlagerungsbildes vorzugsweise rtöntgenstrahlenquellen und zur Kodierung der Aufnahme ein strahlenabsorbierendes Bleiraster verwendet ■»> werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerungsbilder mit Partikelstrahlung erzeugt werden. Vl

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die IJberlagerungsbilder mit optischen oder elektronischen Mitteln erzeugt werden.

10. Verfahren nach Anspruch I oder einen] der v> folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerungsbilder aus künstlichen von einem Computer errechneten Bildern erzeugt werden

11. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Strählenabsörbier'eride ^! Rastermaterial auf einem strahlendurchlässigen Trägermaterial aufgebracht wird, und das Rastermaterial mit geeigneten Mitteln linienförmig abgetragen wird, so daß ein Linienraster entsteht.

12. Verfahren nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß ein mit orthogonalem Rastermaß hergestelltes Rüster verwendet wird, das aus /wci 1 .inienrastern zusammengesetzt ist.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufzeichnungsträger für das Überlagerungsbild Filmmaterial oder eine Röntgenbildverstärker-Röhre verwendet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsbild digitalisiert v/ird und in einem elektronischen Speicher abgespeichert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Perspektivbilder des rasterkodierten Überlagerungsbildes getrennt und durch Überlagerung mit optischen oder elektronischen Mitteln ein virtuelles dreidimensionales Bild oder diskrete reelle Schichten des Objektes rekonstruiert werden.

16. Verfahren nach Anspruch 1 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Perspektiv-Bilder des rasterkodierten Überlagerungsbildes durch Rekonstruktion des ursprünglichen Strahlenganges mit optischen Mitteln durch Einführen d"s entsprechenden. Rasters gleichzeitig oder nacheinander getrennt und überlagert werden, so daß ein virtuelles oder reelles dreidimensionales Bild des Objektes entsteht.

17. Verfahren nach Anspruch 1 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekonstruktion des ursprünglichen Strahlenganges mit inkohärent-optischen Mitteln durch Abbildung der Quellverteilung mit einer Linse erfolgt.

18. Verfahren nach Anspruch 1 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rekonstruktion des ursprünglichen Strahlenganges mit kohärent-optischen Mitteln mit Hilfe eines Hologramms erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 15—18, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung der Einzelbilder mit Hilfe von Abbildungslinsen derart erfolgt, daß die Linse in die gleiche Position gebracht wird, die der Aufnahmeposition der Strahlenquelle entspricht, und auf einem Aufzeichnungsmedium das zugeordnete einzelne gerasterte Perspektivbild abgebildet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 15— 18. dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung über eine fest angeordnete Abbildungslinse durch Verschieben des Rasters erfolgt, und nacheinander die Einzelbilder aufgezeichnet werden.

21. Verfahren nach Anspruch 1,15 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei der inkohärent-optischen Strahlrekonstruktion die einzelnen Perspektivstrahlengänge einzeln erzeugt werden, und die einzelnen Perspektiv-Bilder als .Schattenprojektion getrennt aufgezeichnet werden.

22. Verfahren nach Anspruch 1 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Einzelbilder nachträglich mit optischen oder elektronischen Mitteln überlagert werden und damit .Schichtbilder des Objektes erzeugt werden.

23. Verfahren nach Anspruch 1, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein in einem Computer gespeichertes Überlagerungsbild vom Computer dekodiert, die Einzelbilder überlagert und das entstehende Schichtbild auf einem Monitor darge stellt wird.

24. Verfahren nach Ansprni h 1 und 2 i, dadurch gekennzeichnet, daß die gerasterten Linzelbilder mit einer entsprechenden Verschiebung zueinander v> aufsummiert werden. daß ein Schichtbild des

Objektes entsteht.

25. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das gerasterte Bild derart verarbeitet wird, daß entweder die einzelnen Rasterpunkte so dicht aneinandergesetzt bzw. so stark gedehnt werden, daß zwischen den Punkten keinerlei Freiraum mehr besteht.