DE2719386C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schichtweisen Decodierung von Primärüberlagerungsbildern, in denen dreidimensionale Objekte, z. B. Teile des menschlichen Körpers, mit einer Vielzahl von Strahlungsquellen verschiedener Perspektiven auf ein und dasselbe Aufzeichnungsmaterial codiert aufgezeichnet sind.

Es ist bekannt, daß man dreidimensionale Objekte codieren kann, indem man mit incohärentem Licht oder auch mit Röntgenstrahlen das Objekt aus verschiedenen Positionen beleuchtet und die Schattenbilder auf ein und denselben Film photographisch aufzeichnet. Man erhält so ein Überlagerungsbild, aus dem die Information über das Objekt nicht unmittelbar zugänglich ist. Erst in einem zweiten Schritt, der Decodierung des Überlagerungsbildes, können diskrete Ebenen dieses Objekts dargestellt werden.

Die Decodierung von derartigen Überlagerungsbildern ist bekannt. In der deutschen Patentanmeldung P 2414322.4 erfolgt die Decodierung durch Verschiebung des Überlagerungsbildes in einem incohärenten optischen Fourier-Aufbau, bei dem die Quellenverteilung in einem Fourier-Hologramm gespeichert ist. Auf Grund eines begrenzten Pupillendurchmessers der Fourier-Transformations-Linse muß zuvor das Piimär-Überlagerungsbild auf Film verkleinert werden.

In einer weiteren deutschen Patentanmeldung P 2432595.9 wird das Überlagerungsbild mit einem sogenannten Punkt-Hologramm, dessen Punkte der Quellenverteilung entsprechen, vervielfacht und die Schichtdarstellung durch Maßstabänderung des Überlagerungsbildes mittels einer Vario-Optik (Zoom-Linse) vorgenommen. Dieses Verfahren stellt besonders hohe Anforderungen (hohe Lichtstärke, verzeichnungsfreie Abbildung) an die Vario-Optik, wenn das großformatige Primär-Überlagerungsbild verarbeitet werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem auch großformatige Primär-Überlagerungsbildcr linscnlos verarbeitet werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die erzeugten virtuellen Schichlhilder durch eine dccodicrcndc Vervielfachungskomponente betrachtet wer-

den, in der die Koordinatenpunkte der bei der Bilderherstellung benutzten Strahlungsquellen gespeichert sind und mit deren Hilfe die beleuchteten Überlagerungsbilder als selbstleuchtende Bildvorlagen derart vervielfacht werden, daß eine Schicht des dreidimensionalen Objekts dargestellt wird, und daß weitere Schichten durch Größenvariation des Überlagerungsbildes oder durcli Abstandsänderung Überlagerungsbild zu Vervielfachungskomponente erzeugt werden, und jeweils die Bildpunkte einer Objektebene aus dem Überlagerungsbild decodiert werden, die den gespeicherten Koordinatenpunkten in der Vervielfachungskomponente entsprechen.

Die decodierten virtuellen Schichtbilder können mit bloßem Auge durch die Vervielfachungskomponente betrachtet werden. Besonders zweckmäßig ist die Verwendung eines Amplituden- bzw. Phasenpunkthologramms als Vervielfachungskomponente. Auch eine Anordnung aus doppelbrechenden Prismen ist als Vervielfachungskomponente sehr geeignet.

Das neue Verfahren kann besonders vorteilhaft bei der medizinischen Röntgenabbildung von schnell bewegten dreidimensionalen Objekten, wie etwa das schlagende Herz, benutzt werden. Das bewegte Objekt wird dabei gleichzeitig durch mehrere Röntgenröhren aus verschiedenen Positionen auf einen einzigen Film geblitzt und anschließend nach erfolgter Entwicklung des Films mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in allen Schichten decodiert. Es können Schichten des Objekts direkt aus großformatigen Primär-Überlagerungsbildern decodiert werden, ein zeit- und kostenintensives Verkleinern der Bilder ist nich' mehr erforderlich. Außerdem ist die linsenlose Betrachtungsweise der decodierten Schichten bei diesem Decodierverfahren der heute allgemein üblichen Betrachtung von Röntgenbildern auf einem Leuchtkasten vergleichbar.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel dar. Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Aufnahme der Punktbildfunktion der Vielfachstrahlungsquelle,

Fig. 2 die Vielfachprojektion eines dreidimensionalen Objekts,

Fig. 3 die optische Anordnung zur Aufnahme der Vervielfachungskomponente (Punkthologramm),

Fig. 4 ein Ausführungsbeispie! der Betracht·ingsanordnungzur Decodierung diskreter Schichten dreidimensionaler Objekte aus codierten Überlagerungsbildern,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Betrachtungsanordnung zur Decodierung diskreter Schichten aus codierten Überlagerungsbildern, die auf Kinofilm aufgezeichnet wurden,

Fig. 6a-d die schematische Darstellung der Decodierung des Überlagerungsbildes an zwei Aufnahmepositionen und zwei Ebenen,

Fig. 7 eine Anordnung von doppelbrechenden Prismen.

In Fig. 1 wird mit Hilfe der Lochkamera LK_x ein Punktbild der Quellenverteilung, bestehend aus den Quellen RQ_x und RQ₂. realisiert, 7.. B= durch zwei Röntgenröhren, in der Ebene P aufgenommen. Das Bild des durch die Lochkamera LK_x realisierten Punktes O₁ besteht dann aus den Punkten I und II. Dieses Punktbild enthält die Information über die Lage der Quelier RQ₁ und RQ₁ relativ zum Punk: O₁. Bringt man anstatt der Lochkamera LK_x irgendein dreidimensionales Objekt O in den Projektions-

strahlengang, so wird jeder Punkt des Objekts abgebildet in zwei Punkte, z, B. der Punkt O₂ in der Ebene LK₁ in die Punkte III und (IV). Man'erhält so ein 2fach überlagertes Bild des dreidimensionalen Objekts O,

Fig. 2 zeigt die Erweiterung des Aufnahmeprinzips auf mehrere Strahlungsquellen RQ am Beispiel der geometrischen Figuren F₁ und F₂ in zwei Ebenen des Objekts O, B stellt das Überlagerungsbild dieser geometrischen Figuren dar.

In Fig. 3 wird mit Hilfe der Punktbildaufnahme P der Quellenverteilung AQ₁ und RQ₂ aus Fig. 1 die Vervielfachungskomponente, ein sog. Punkthologramm W aufgenommen. Die ebene kohärente Lichtwelle LS₁ eines Lasers beleuchtet P mit den zwei Punktlichtquellen I und II, die zueinander die Lage des Punktbildes gemäß Fig. 1 (LK_x) haben. Mit Hilfe der Referenzwelle LS₁ wird das Punkthologramm H der Punkte I und II aufgenommen. In diesem HoIogramm ist die Information über die Richtungen der Punkte I und II, d. h. über den W<v=x.el α, gespeichert. In dieser Weise werden sämtliche Punkte der Strahlungsquelle RQ aus Fig. 2 im ,Punkthologramm H gespeichert.

Bei der Rekonstruktion des Punkthologramms H wird jeder Bildpunkt mit der Anzahl der im Hologramm gespeicherten Punkte vervielfacht. Bei der Decodierung des Überlagerungsbildes B aus Fig. 2 wird dieses mit Hilfe des Punkthologramms H vervielfacht. Diese Eigenschaft des Hologramms wird zusammen mit einer Maßstabsänderung des Überlagerungsbildes B mittels einer Vario-Optik oder einer Abstandsänderung Punkthologramm-Überlagerungsbild zur Decodierung der einzelnen Schichten F₁ und F₂ des dreidimensionalen Objekts O aus Fig. 2 ausgenutzt.

Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der optischen Betrachtungsanordnung zur Decodierung der codierten Überlagerungsbilder (B aus Fig. 2). Eine Lichtquelle LQ (z. B. eine Hg-Hochdrucklampe) oder eine Anzahl von Lichtquellen beleuchten das Überlagerungsbild B. Das Überlagerungsbild B ist mit einer Mattglasscheibe M hinterlegt, so daß eine selbstleuchtende Bildvorlage entsteht. Die gesamte Anordnung, bestehend aus Lichtquelle LQ, Mattglasscheibe M und Überlagerungsbild B, kann man als ein übliches Lichtkastenbetrachtungsgerät L ansehen. Das in einiger Entfernung hinter dem Überlagerungsbild B stehende Punkthologramm H aus Fig. 3 vervielfacht dieses Bild um die gespeicherten Quellen I und II zu dem Bild S₁, _M. Beim Abstand Z₁ (codiertes Überlagerungsbild Ä-Punkthologramm W) entsteht im Überlagerungsteil von B₁ „ ein Sclvuhtbild S₁₁ des codierten dreidimensionalen Objekts, z. B. die Schicht F₂ (Dreieck) des Objekts O aus Fig. 2. Das Schichtbild 5_(i betrachtet man dabei als virtuelles Bild mit bloßem Auge A durch das Punkthologramm H. Durch Veränderung des Abstandes / (codiertes Überlagerungsbild ß-Punkthologramm W) können nacheinander die Schichten S_n des dreidimensionalen Objekts decodiert werden. Damit sich der Betrachtungsort, für den Betrachter (Auge A ι nicht ändert, läßt man das Punkthologramm H an seinem Ort stehen und verschiebt (Pfeil) nur den Lichtkasten L mit dem codierten Überlagerungsbild. Bei Abstand I₁ wird eine andere Schicht S_lt aus dem dreidimensionalen Objekt decodiert, /. B. die Schicht F₁ (Kreis) des Objekts O aus Fig. 2. Das

Punkthologramm // ist mit einem schmalbandigcn Interferenzfilter /kombiniert, um unreine Spektrallinie der verwendeten Lampe heraus/iifiltern. Eine FiI-terung des Lichtes kann natürlich auch hinter der Lichtquelle LQ erfolgen.

In Fig. 5 werden die auf Kinofilm F aufgezeichneten codierten Ubcrlagerungsbilder Ii mit Hilfe des Projektors /'(Lichtquelle LQ, Filter /, Filmtransport /·"/ und Vario-Objcktiv V) auf eine transparente Projektionsleinwand W projiziert. Das Punkthologramm // aus Fig. 3 vervielfacht das projizierte Überlagerungsbild Ii um die gespeicherten Quellen I und II zudem FJikl H₁ „■ Hei einer bestimmten Größe iles projizicrten Uberlagerungsbildes Ii' entsteht im Übcrlageriingstcil von B\ _n ein Schichtbild .S₁, des codierten dreidimensionalen Objekts, z. B. die Schicht F₂ des Objekts O aus Fig. 2. Mit Hilfe der Vario-Optik Γ (Pfeil) des Projektors P kann die Größe des proji/ierten Überlagcrungsbildes /}' (Pfeil) variiert und damit andere Schichten S_K des dreidimensionalen Objekts dargestellt werden, z. B. die Schicht F₁ des Objekts O aus I-ig. Durch kinematographische Projektion der codierten Überlagerungshilder Ii auf Film F können dann auch Bewegungsabläufe in den Schichten dargestellt werden.

An Hand der Fig. fi soll nun der Vorgang der Decodierung in vereinfachter Weise unter Berücksichtigung nur zweier Strahlungsquellen RQ₁ und RQ₁₁ und nur zwei Objektebenen, eines Kreises K und eines Dreiecks I). naher erläutert werden.

Fig. fia zeigt schematisch ein Überlagcrungsbild Ii der geometrischen Figuren F₁ und F₂ aus Fig. 2 Aus (»runden der Übersichtlichkeit wurden die Bilder der Objekte K₁. K_n und I)₁. D_n getrennt dargestellt.

Die Fig. fib zeigt die Vervielfachung des Überlagerungsbildes Ii aus Fig. fia um den Punkt /' mit Hilfe iles Punkthologramm·- // aus Fig. 3 um die gespeicherten Punkte I und II. Ist der Abstand α der Kreise K₁ und K_n des Überlagerungsbildes Ii (Fig. fia) gleich dem Abstand u der im Hologramm H gespeicherten Punkte I und Ii (Fig. fib), so findet eine De-

ν —:.— ν und K_n '•erden konstruktiv zu einem Bild K_{1 (|} überlagert. Die restlichen gestrichelt gezeichneten Bilder sind die vei vielfachten Überlagerungsbilder der Fig. i>a. die sich nicht konstruktiv überlagern, son- > dem mn das konstruktiv überlagerte Bild K₁₁₁ stören. Die Decodierung für die Dreiecke D₁ und /J₁₁ erfolgt z. B.iluich Verkleinerung iles Überlagerungsbildes Il der Fig fia mit Hilfe der Vario-Optik V aus der Fig. 5.

■ti In der Fig. fic ist der Abstand α der Dreiecke D₁ und /J_n gleich dem Abstand a' der im Punkthologramm // gespeicherten Punkte I und II. so daß sich diese konstruktiv zu einem Bikl /), _M in Fig. fid überlagern. Der Vorgang des Verkleinerns des Überlagern rungsbikles fia in fic bewirkt also ein Anpassen entsprechender Objektebenen an das Hologramm // und wird erreicht mit Hilfe der Vario-Optik V aus Fig. 5. Die zuvor deeodierten Kreise K₁ und K₁₁ werden jetzt nicht mehr konstruktiv überlagert und sind wie " die übrigen noch vervielfachten Nchenbildcr gestrichelt gezeichnet. Wird das Objekt O nun nicht nur mit zwei, sondern mit /i-Quellen aufgenommen, so wird das konstruktive Bild entsprechend «-fach überhöht gegenüber den Nebenbildern, die sich bei einer .·■> iiicht-reiiiiiulaten Qucllenvertcilung nicht konstruktiv überlagern können.

Fig. 7 zeigt eine mögliche Anordnung von doppelhrechci.den Prismen (z. IJ. Kalkspatprismen), die als Vervielfachungskomponente verwendet wird.
;■■ Das kodierte Überlagerungsbild 1 wird in der F.bene 11 mit den Einzelbildern 2. 3. 4 und 5 durch eine Anordnung von /.. B. zwei doppelbrcchcnden Kalkspatprismen 6 und 7 mit Hilfe des Auges 8 auf die Netzhaut abgebildet. Bei der Betrachtung durch ; die beiden Prismen entsteht ein virtuelles Bild 9. Bei geeigneter Wahl der Prismen überlagern sich die F.inzelbilder 2. 3. 4 und 5 des Überlagerungsbildes 1 im virtuellen FJiId derart, daß eine Schicht 12 des Objekts entsteht. Durch Abstandsänderung 10 in (Auge 8-Überlagerungsbild 1 ) erfolgt die Decodierung des dreidimensionalen Objekts in kontinuierli-

Hierzu 7 Blatt Zeichnunsen

Claims (15)

Patentansprüche;

1. Verfahren zur schichtweisen Decodierung von Primär-Überlagerungsbildern, in denen drei- *> dimensional Objekte, z. B, Teile des menschlichen Körpers, mit einer Vielzahl von Strahlungsquellen verschiedener Perspektiven codiert aufgezeichnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugten virtuellen Schichtbilder durch eine w decodlierende Vervielfachungskomponente betrachtet werden, in der die Koordinatenpunkte der bei der Bildherstellung benutzten Strahlungsquellen gespeichert sind und mit deren Hilfe die beleuchteten Überlagerungsbilder als selbstleuch- i'> tende Bildvorlagen derart vervielfacht werden, daß eine Schicht des dreidimensionalen Objekts dargestellt wird, und daß weitere Schichten durch Größenvariation des Überlagerungsbildes oder durch Abstandsänderung Überlagerungsbild zu Vervielfachungskomponente erzeugt werden, und jeweils die Bildpunkte einer Objektebene aus dem Überlagerungsbild decodiert werden, die den gespeicherten Koordinatenpunkten in der Vervielfachungskomponente entsprechen. r>

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vervielfachungskomponente ein Amplituden- bzw. Phasenpunkthologramm ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vervielfachungskomponente eine Anordnung aus doppelbrechenden Prismen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß f'berlagerungsbilder c> unterschiedlicher Punktecodes in schneller Folge decodiert werden und identische decodierte Schichten aus dem dreidimensionalen Objekt addiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beleuchtung der Überlagerungsbilder Lichtquellen verwendet werden, die auf Grund ihrer Konstruktion schmalbandiges Licht aussenden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge- 4-. kennzeichnet, daß aus dem Spektrum der Lampe nur eine Spektrallinie mit Hilfe eines Filters ausgefiltert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver- >:i vielfachungskomponente mit einem schmalbandigen Filter kombiniert ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsbild mit einer Streuscheibe hinter- ■->-> •egt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsbild auf einen Lichtkasten montiert ist. M)

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsbild mit der Streuscheibe bzw. dem Lichtkasten in der optischen Achse der Anordnung verschoben werden kann. h>

1 1. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem dei* folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Üncrlagerungsbild auf eine transparente Projek-

tionswand projiziert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsbild mit einer Vario-Optik in verschiedenen Maßstäben projiziert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß kinematographisch erzeugte Bilder in schneller Bildfolge projiziert werden.

14. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das virtuelle Schichtbild mit einer Fernrohrlupe betrachtet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das virtuelle Schichtbild mit einer TV-Aufnahmeröhre aufgenommen und auf einem Motor dargestellt wird.