DE2746035C2

DE2746035C2 - Verfahren zur räumlichen Dekodierung dreidimensionaler Objekte aus primären Überlagerungsbildern

Info

Publication number: DE2746035C2
Application number: DE19772746035
Authority: DE
Inventors: Erhard Ing.(Grad.) 2083 Halstenbek Klotz; Rolf Ing.(Grad.) 2081 Haseldorf Linde; Ulf Ing.(Grad.) 2081 Prisdorf Tiemens; Hermann Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. 2000 Hamburg Weiß
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1977-10-13
Filing date: 1977-10-13
Publication date: 1984-10-18
Also published as: DE2746035A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur räumlichen Dekodierung dreidimensionaler Objekte aus mittels Mchrfachstrahlenquellen hergestellten, primären Überlagcrungsbildern.

Nach dem bisherigen Stand der Technik werden aus den kodierten Überlagerungsbildern mit elektronischen oder optischen Mitteln immer nur zueinander parallel liegende Schichtbilder des räumlichen Objektes dekodiert. Außerdem ist die rein elektronische Dekodierung des Überlagerungsbildes aufgrund der aufwendigen und langwierigen Rechenoperationen sowie der komplizierten Dalcnein und -ausgabe als schnelle und einfache Dekodiermethode ungeeignet. Die optische Dekodiermethoden eignen sich durch ihre Parallelverarbeitung für die Bildverarbeitung besser. Bei den aus den DE-OS 35 408: 24 32 595: 24 14 322 bekannten Verfahren erfolgt die für die Schichtdarstellung notwendige gleichzeitige Vcrficlfachung und Aufsummierung der Überlagcrungsbildcr mit Hilfe von speziell hergestellten Hologrammen. Bei aus den DE-OS 24 31 700; 25 14 988 bekannten optischen Dekodierverfahren erfolgt die

schichtung durch sequentielles Verschieben und mehraches Aufsummieren des Oberlagerungsbildes, wie es jrinzipiell auch bei dem sequentiellen elektronischen Verfahren nach der DE-OS 26 16 714 der Fall ist.

Alle Verfahren, deren Dekodierprozeß mit Hilfe von Hologrammen erfolgt, müssen bei optimaler Bilddarstallung monochromatisches Licht benutzen, da sonst durch Dispersion das rekonstruierte Schichtbild im Kontrast und in der Auflösung verschlechtert wird.

Bei allen Verfahren jedoch kann man entweder gar nicht oder, wie z. B. bei dem elektronischen Verfahren, nur mit großen Schwierigkeiten Schichten beliebiger Lage und Orientierung, sog. Schrägschichten, darstellen. Die Nachteile der bisher bekannten Dekodierverfahren lassen sich etwa folgendermaßen zusammenstellen:

I. elektronisches Verfahren:

a) aufwendige und langwierige Rechenoperationen

b) sequentielle Bildverarbeitung

cj Schrägschicht im Prinzip möglich, aber zeitaufwendig.

II. optische Verfahren:

1. kohärent

a) monochromatisches Licht notwendig

b) Verkleinerung der Bilder

c) keine Schrägschichten

2. inkohärent

a) sequentielle Verarbeitung

b) keine Schrägschichten.

Aufgabe der Erfindung ist es, aus einem kodierten Überlagerungsbild, das mit einer Mehrfachstrahlenquelle hergestellt wird, in einfacher Art ein quasi dreidimensionales reelles Bild des Objektes zu erzeugen, von dem anschließend Schichtbilder beliebiger Lage und Orientierung aufgenommen werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das primäre Überlagerungsbild mit Hilfe einer Abbildungsmatrix, deren Koordinaten denen der bei der Aufnahme des Überlagerungsbildes benutzten Koordinaten der Strahlenquellen entsprechen, vervielfacht abgebildet wird, so daß im Überlagerungsgebiet das reelle quasi dreidimensionale Bild des Objektes entsteht.

Das von der Mehrfachstrahlenquelle MSQ aulgezeichnete Original-Überla^rungsbild kann direkt von einem handelsüblichen Lichtkasten beleuchtet werden und von dort mit Hilfe der Abbildungsmatrix so abgebildet werden, daß in einem Überlagerungsgebiet durch alle zueinander richtig zugeordneten Teilbilder des Überlagerungsbildes das Objekt reell und quasi dreidimensional dargestellt wird. Anschließend kann man z. B. mit einer Mattscheibe innerhalb des rekonstruierten Objektes Schichten beliebiger Lage und Orientierung wählen.

Besonders vorteilhaft bietet sich dieses Dekodierverfahren bei der Echtzeit- Darstellung von Schichten während der Durchleuchtung an. In diesem Falle wird das Überlagerungsbild eines Röntgenobjektcs von einem Röntgenbildverstärker aufgenommen, über eine Fernsehkette direkt auf «inen Monitor projiziert, der vorzugsweise einen angenähert planen Schirm hat, und von dort simultan mit Hilfe der Linsenmatrix zu einem räumlichen Bild dekodien, welches man beliebig mit einer Mattscheibe schichten kann.. Man kann somit während der Durchstrahlung des Objektes gerade dieses beliebig schichten! Man kann das Objekt ebenfalls beliebig schichten, wenn das Überlagerungsbild auf einem Röntgenleuchtschirm bzw. auf den Ausgangsschirm einer Lichtbildverstärkerröhre projiziert wird.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind im wesentlichen folgende:

ίο 1. Verarbeitung der Original-Überlagerungsaufnahmen.

2. Ais Lichtquelle kann ein handelsüblicher Lichtkasten verwendet werden.

3. Schichten beliebiger Lage und Orientierung (Schrägschichten) möglich.

4. Verfahren ohne technologische Probleme (kein Hologramm).

5. Echtzeit-Schichtdarstell ung möglich..

Im vorangegangenen wie auch im folgenden wird zur Erläuterung von Röntgen-Überlagerun.y. öildern ausgegangen. Doch lassen sich ohne Einschränkung auch Bilder von Partikelstrahlung, wie auch normale optische oder elektronische Bilder nach diesem Verfahren für die dreidimensionale Darstellung verarbeiten. Künstliche, von Comp >tern errechnete Bilder, können ebenfalls in dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzt werden.

Die Zeichnung stellt Ausführuingsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt

F i g. 1 die Aufzeichnung der Ü berlageruagsbilder, F i g. 2a eine Linsenmatrix,
F i g. 2b eine Lochkameramatnx, F i g. 2c eine Fresnel-Zonenpla tten-Matrix, F i g. 3 die Abbildungsgeometrie bei der 3D-Darstellung,

F i g. 4 die Schichtdarstellung mit einer TV-Kette, Fig.5 die Echtzeit-Schichtdarstellung mit einer RBV-TV-Kette,

Fig.6 Projektion des Überüagerungsbildes in ;ten Dekodieraufbau.

F i p. 1 zeigt die Aufnahme der Überlagerungsbilder mit einer Mehrfachstrahlenquelle (MSQ) 1. In dem Tank 2 sind mehrere Strahlenquellen 3,3', 3" angeordnet, die gleichzeitig geblitzt werden und ein Objekt 4 ?uf dem Film 5 kodiert aufzeichnen.

Die Projektion der Überlagerungsbilder kann z. B. in drei unterschiedlichen Arten erfolgen. Die bei der Projektion der Einzelbilder einzuhaltende Wiedergabegeometrie braucht gegenüber der Aufnahmegeometrie nur winkeltreu oder nur verhältnistreu zu sein. In Fig.2a—c sind unterschiedliche Ausführungsbeispiele beschrieben.

Eine Linsenmatrix F i g. 2a bissteht aus einer Linsenpositiomesplatte 6, den Linsen 7 sowie den Halteplatten 8 und 9. Die Positionen der Linsen 7, T, 7" sind den Positionen der Strahlenquellen 3, 3', 3" in Fi g. 1 angepaßt.

Statt einer Linsenmatrix F i g. 2a kann man auch eine Lochmatrix nach A-. einer Lochkamera Fig.2b verbo wenden, die nur aus einer Grundplatte 10 besteht, in der an definierten Stellen 11,11', 11" kleine Löcher gebohrt

i4■ ■ ^^«*■ ■ ■ ■«^*■ ·^·· ™^»^■ ■ ^·■ w — y — — j —— — -■— - — — — — — — ^j — werden, die das verwendete: Überlagerungsbild 5 (Fig. 1) scharf abbilden.

Eine weitere Möglichkeit zur Bildprojektion zeigt Fig. 2c. Auf einer mit einer Emulsionsschicht 13 belegten Glasplatte 12 werden an genau definierten Stellen 14, 14', 14" Fresnel-Linsen aufbelichtet, die die gleiche Funktion erfüllen wie die Linsen bzw. Löcher, nämlich

die gleichzeitige Projektion des Überlagcrungsbildcs aus unterschiedlichen Richtungen.

F i g. 3 zeigt die Abbildungsgeometric des Verfahrens. Das (Jberlagerungsbild 15. in dem die Objektdetails a. b und c kodiert aufgezeichnet wurden, werden mit der Abbildungsmatrix 16 so abgebildet, daß in der Ebene 17 das Objektdetail a sich konstruktiv überlagert, während sich die Details b und c erst in der Ebene 18 überlagern. Der Tiefenschärfenbereich 19 gibt an, inwieweit die Schichtbilder noch genügend aufgelöst sind. Die optimale Darstellung des Objektes erfolgt nur im Überlagcrungsbereich 20 aller Abbildungen, in dem z. B. eine beliebig geformte Mattscheibe oder ein Detektor verschiebbar angeordnet werden kann.

Fig.4 zeigt die Schichtdarstcllung mit Hilfe einer Fernsehkette. Ein Lichtkasten 2t beleuchtet das Überlagerungsbild 22. Die Linsenmatrix 23 erzeugt das dreidimensionale Bild 24 innerhalb des Überlagcrungsbereiches 25. Mit Hilfe einer Mattscheibe 26, die innerhalb des Bildes 24 beliebig bewegt werden kann (27), und einer als Feldlinse wirkende Fresnel-Linsc 26a, die das Licht optimal in das Objektiv 28 umlenkt, wird die interessierende Schicht dargestellt. Das Objektiv 28 projiziert das Mattscheibenbild auf eine TV-Kamera 29. von der es entweder auf einen Monitor 30 als Schichtbild 31 dargestellt wird, oder in einem elektronischen Speicher 30a abgespeichert wird.

Eine wesentliche Erweiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt F i g. 5. Diese Figur demonstriert die Echtzeit-Schichtung beliebiger Objekte während der Durchleuchtung des Objektes 32.

Eine Mehrfachstrahlenquelle (MSQ) 33 bildet das Objekt 32 auf einen ebenen Röntgenleuchtschirm 34 ab. Die Linse 35 projiziert ζ. B. über einen Spiegel 35' das Leuchtschirmbild auf eine Lichtbildverstärker-Röhre 36, mit z. B. ebenen Eingangs- und Ausgangsschirm, von der es mit einer Fernsehkamera 37 abgenommen wird und auf einen Monitor 38, der vorzugsweise einen angenähert planen Schirm 39 besitzt, als Überlagerungsbild dargestellt wird.

Ist jedoch die Eingangsfläche wie bei einer handelsüblichen Röntgenbildverstärker-Einheit gekrümmt 40 (gestrichelt gekennzeichnet), dann muß das elektronisch aufgezeichnete Signal vor dem Display mit einer Enizerrelektronik 41 entzerrt werden.

Vor dem Schirm 39 des Monitors 38 wird die Linsenmatrix 42 positioniert, die aus dem Überlagerungsbild ein dreidimensionales reelles Bild erzeugt. Der Betrachter 44 kann mit einer Mattscheibe 43 und einer angepaßten Fresnel-Linse 4?3 während der Durchleuchtung des Objektes 32 beliebige Schichten dieses Objektes in Echtzeit darstellen, die auch photographisch oder elektronisch gespeichert werden können.

Prinzipiell ist auch eine direkte Dekodierung vom Ausgangsschirm 36' der Lichtbildverstärkerröhre 36 bzw. Röntgenleuchtschirm 34 möglich. In beiden Fällen muß die Abbildungsmatrix 42. im Maßstab angepaßt, vor dem entsprechenden Schirm positioniert werden. Wenn die Lichtausbeute zu gering ist, kann das dekodierte Schichtbild noch zusätzlich mit einer Lichtbildverstärkerröhre verstärkt werden.

Die Zwischenspeicherung der Überlagerungsbilder ist entweder auf fotografischem Film möglich, indem ein Spiegel 45 den Strahlengang durch ein Objektiv 46 lenkt und ein Bild 47 auf dem Film der Kamera 48 entsteht, oder elektronisch möglich, indem das Fernsehsignal der TV-Kamera 37 direkt auf einen elektronischen Speicher 49 eeeeben wird

Während die Dekodierung über einen elektronischen Speicher 49 relativ einfach durch Einspeisen des Signales in den Punkt 50 und Projektion des Überlagerungsbildcs auf dem Monitor 38 erfolgt, wird das Filmbild 47 über ein in F i g. 6 erläutertem System dekodiert.

Y i g. 6 zeigt die Projektion des Überlagerungsbildes in dem Dekodicraufbau. Ein Kondensor 51 beleuchtet das Filmbild 47, welches mit einem Projektionsobjektiv 53 auf die Mattscheibe 54 projiziert wird. Von dort wird mit Hilfe der Linsenmatrix 55 das Bild 56 in den Bereich um Ebene 57 zu einem dreidimensionalen Bild des Objektes dekodiert.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur räumlichen Dekodierung dreidimensionaler Objekte aus mittels Mehrfachstrahlenquellen hergestellten primären Überlagerungsbildern, dadurch gekennzeichnet, daß das primäre Oberlagerungsbild mii Hilfe einer Abbildungsmatrix, deren Koordinaten denen der bei der Aufnahme des primären Überlagerungsbildes be- ίο nutzten Koordinaten der Strahlenquellen entsprechen, vervielfacht abgebildet wird, so daß im Überlagerungsgebiet das reelle quasi dreidimensionale Bild des Objektes entsteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung von Tiefenlagen von Details des Objektes oder zur Herstellung tomographischer Aufnahmen das erzeugte reelle dreidimensionale Bild auf einer Mattscheibe projiziert wird, und die Neigung und Tiefe der Mattscheibenfläche kontinuierlich frei wählbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß (zur besseren Lichtausbeute) die Mattscheibe mit einer Linse (z. B. Fresnel-Linse) kombiniert wird, die das Licht d^r Mattscheibe (optimal) in die Pupille des Betrachters bzw. in das Abbildungsobjektives einer Aufzeichnungseinheit umlenkt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Mattscheibenfläche ein Detektor verwendet wird.

5. Verfahren nach Antpruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Projektion der Einzelbilder des Überlagerungsbildes eingehaltene Wiedergabegeometrie gegenüber der Aufnahme- J5 geometrie nur winkeltreu oder nur verhältnistreu ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die für die räumliche Dekodierung des Objektes benötigten Überlagerungsbilder mit Röntgenstrahlung herge- -to stellt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die für die räumliche Dekodierung des Objektes benötigten Überlagerungsbilder mit optischem Licht hergestellt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die für die räumliche Dekodierung des Objektes benötigten Überlagerungsbilder elektronisch hergestellt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsbild auf einer elektronischen Monitor-Röhre mit vorzugsweise angenähert flachem Bildschirm projiziert wird, von dem aus die räumliche Dekodierung des Objektes erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch I oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsbild auf den Ausgangsschirm einer Lichtbildverstärkerröhre projiziert wird, von dein aus die räumliche Dekodierung erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch I oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsbild direkt von einem Röntgcnlcuchtschirm b·; räumlich dekodiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch I oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dafi zur Beleuchtung des Überlagerungsbildes ein Lichtkasten verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronisch erzeugten Überlagerungsbilder in einem elektronischen Zwischenspeicher gespeichert werden.

14. Verfahren nach Anspruch 1 oder einrm der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das kodierte Überlagerungsbild über eine Röntgenbildverstärker-Kette auf Film gespeichert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzerrungen, die durch den gekrümmten Eingangsschirm einer Rönlgenbildverstärker-Einheit verursacht werden, mit einer Entzerrelektronik entzerrt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Film gespeicherte Überlagerungsbild auf eine Mattscheibe projiziert wird und von dort aus dekodiert wird.

17. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, daß die dekodierten Schichtbilder photographisch gespeichert werden.

18. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die dekodierten Schichtbilder elektronisch gespeichert werden.

19. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die dekodierten Schichtbilder mit einer Lichtbildverstärkerröhre verstärkt werden.

20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Abbildungsmatrix eine Linsenmatrix verwendet ist.

21. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der /olgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsmatrix aus einer Anzahl von Lochkameras besteht.

22. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsmatrix aus Fresncl-Linsen aufgebaut ist.