DE2943758A1 - Verfahren zur darstellung von schichtbildern eines dreidimensionalen objektes mit hilfe einer linsenmatrix - Google Patents
Verfahren zur darstellung von schichtbildern eines dreidimensionalen objektes mit hilfe einer linsenmatrixInfo
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Description
PHILIPS PATIiNTVEKWA-LTUNG GKUiI- . : PHD 79-126
Verfahren zur Darstellung von Schichtbildern eines dreidimensionalen
Objektes mit Hilfe einer Linsenmatrix
(Zusatzanmeldung zur Patentanmeldung P 27 Ί6 035· 1)
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung des Inneren eines dreidimensionalen Objektes, das von
einer Vielzahl von in einer Ebene liegenden Strahlenquellenpositionen aus zur Aufnahme eines aus einzelnen
Perspektivbildern bestellenden kodierten Bildes des Objektes durchstrahlt wird, wobei das kodierte Bild
von einer Seite durchleuchtet wird, und dessen Perspektj.vbi.lder zur Rekonstruktion des Objektes mit einer
parallel zur F.bene des kodierten Bildes und senkrecht zu einer optischen Achse stehenden Linsenmatrix, deren
ebene Linsenverstellung der- Verteilung der Strahlenquellenpositionen
entspricht, überlagert werden, und wobei in den Uberlagerungsbereich der Perspektivbilder
eine lichtempfindliche Schicht zur Darstellung einzelner
SchJchtbilder des Objektes eingeführt wird, nach Hauptpatent
... (P 27 46 035.1).
Durch die vor dem Uberlagerurigsbild angeordnete Linsenmatrix
werden alle Perspektivbilder des Überlagerungsbildes
derart konstruktiv überlagert, daß im Bildraum der I/ üisenmüti i.χ eine dreidimensionale Helligkeitsverteilung
entsteht, die dem ursprünglichen dreidimensionalen Objekt entspricht. Wird in diesen LJberlagerungsberoich
eine Mattscheibe, ein Film oder eine Bildaufnahmeröhre
eingeführt, so können beliebige Schichten des Objektes,
«tuch sog. Schrägschicht en, abgebildet werden, indem z.B.
ti ie Mattscheibe in entsprechender Weise positioniert wird. Ks können aber jeweils nur solche Schichten des Objektes
scharf abgebildet werden, die sich im Tiefenschärfebereich
der Matrixlinsen befinden. Schichtbilder, die außerhalb dieses Bereiches rekonstruiert werden, besitzen
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eine verminderte Bildschärfe. Bei einem großen rekonstruierten
Objektvolumen und feststehender Linsenmutrix
tritt daher das Problem auf, daß nicht alle Schichtbilder mit gleicher Bildschärfe dargestellt werden können, wenn
der Objektbereich größer ist als der Bereich der Tiefenschärfe der Matrixlinsen. Zwar kann eine Vergrößerung
des Tiefenschärfebereichs durch Abblenden der Matrixlinsen
erzielt werden, was aber zu einem Intensitätsverlust
der sich überlagernden Strahlenbündel und damit zu in ihrer Intensität verminderten Schichtbildern führt.
Eine Darstellung der Schichtenbilder mittels einer Mattscheibe ist aus diesem Grunde nur noch schwer möglich,
während die Aufzeichnung der Schichtbilder auf einem Film relativ lange Belichtungszeiten erfordert.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren einzugeben, mit dem Schichtbilder genügender Intensität
und gleichbleibender Bildschärfe auch von großen Objekten erzeugt werden können.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Linsenmatrix zur Darstellung verschiedener
Schichtbilder auf der lichtempfindlichen Schicht in Richtung der optischen Achse verschoben wird, und
daß die lichtempfindliche Schicht jeweils im Tieferischärfebereich
der Linsen der Linsenmatrix positioniert wird.
Wird die Linsenmatrix zur Darstellung verschiedener Schichtbilder entlang der optischen Achse verschoben,
so verändert sich jeweils der Abstand zwischen der Leuchtebene (Filmebene) und der Linsenmatrix (Gegenstandsweite).
Über die Linsengleichung und unter Zuhilfenahme der bekannten Brennweite der Linsen die
für alle Linsen gleich ist, kann dann für jede Gegen-
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£_ PHD 79-126
stnndsweite die Bildweite, also der Abstand der lichtempfindlichen
Schicht von der Linsenmatrix ermittelt werden. Ordnet man die lichtempfindliche Schicht jeweils
in einem solchen Abstand von der Linsenmntrix an, so erhält man immer scharfe Schichtbilder des Objektes.
Da der Tiefenschärfebereich der Linsen eine
gewisse Ausdehnung besitzt, gilt dies auch noch für Abstände, die etwas größer oder etwas kleiner als die
Bildweite sind. Wird die Linsenmatrix z.B. schrittweise verschoben, so kann das Objekt bei jeder Stellung der
Linsenmatrix im Tiefenschärfebereich der Linsen schichtweise
dargestellt werden, auch durch sog. Schrägschichten.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
worden die Linsenmntrix und die lichtempfindliche Schicht
gleichzeitig und kontinuierlich verschoben, wobei sich dit? lichtempfindliche Schicht dauernd in einem Abstand
von der Linsenmatrix, der der Bildweite entspricht, befiiidot.
Dadurch werden die Schichtbilder immer mit der 2" bestmöglichen Schärfe rekonstruiert. Hierbei können
die Linsen der Linsenmatrix auch eine große Öffnung (also einen kleinen Tiefenschärfebereich) besitzen, so
daß keine großen Verluste an Lichtintensität durch starkes Abblenden mehr auftreten. Innerhalb des Tiefenschürfebereichs
ist wiederum eine Darstellung von scharfen Schrägschichten möglich.
Dio Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der
Erfindung dar. Es zeigen:
30
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Fig. 1 eine bekannte Vorrichtung zur Durchstrahlung eines Objektes aus unterschiedlichen Perspektiven,
Fig. 2 eine bekannte Dekodiervorrichtung mit einer
feststehenden Linsenmatrix,
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" " pud 79-126
Fig. 3 eine Dekodiervorrichtung mit einer verschiebbaren
Linsenmatrix,
Fig. h eine Dekodiervorrichtung mit einer Linsentnatrix
und einer lichtempfindlichen Schicht, die mittels eines mechanischen Getriebes gleichzeitig und
kontinuierlich positioniert werden,
Fig. 5 eine Dekodiervorrichtung mit einer Linsenmatrix
und einer lichtempfindlichen Schicht, die mittels
elektrischer Stellmittel positioniert werden und Fig. 6 eine Dekodiervorrichtung mit einer beweglichen
Linsenmatrix und feststehender strahlungsempfindlicher
Schicht.
In der Fig. 1 ist eine bekannte Kurzzeit-Toraosynthoso-Anordnung
dargestellt. Sie besitzt beispielsweise zwei Röntgenröhren 1 und 2, die in einer Strahlenquel]ennbeno
3 angeordnet sind, und mit deren Hilfe ein auf einem Patiententisch 4 liegendes Objekt 5i z.B. ein Organ einen
menschlichen Körpers, zur Aufnahme von Perspektivbildern 6, 7 auf einem Film 8 durchstrahlt wird (kodiertes Bild).
Es ist zu erkennen, das Strukturen 5ft, b aus verschiedenen
Schichten des Objektes 5 in die Bildebene 8 projiziert
werden. Aus den Perspektivbildern 6, 7 kann man abet
nicht unmittelbar auf die Letge der Strukturen Ja, b im
Objekt 5 schließen. Erst durch einen Dekodierschritt können die einzelnen Schichten des Objektes 5 rekonstruiert
werden. Dies kann z.B. mit Hilfe der in Fig. 2 dargestellten Dekodiervorrichtung auf optischem Wege erfolgen.
Mit Hilfe einer Linsenmatrix '), deren Linsen 10 bzw. Linsensysteme entsprechend der ebenen Verteilung
der Röntgenröhren 1, 2 angeordnet sind, werden die Perspektivbilder 6, 7) die vor einem Loucht.kasten 11
liegen und von diesem durchstrahlt werden, überlagert.
Dabei liegt die Linscnmatrix-libono parallel zum Film
8 und senkrocht zu einer optischen Achse l'l, die der
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optischen Achse 0 aus Fig. 1 entspricht. Die Linsenmatrix 9 bildet die Perspektivbilder 6, 7 ungefähr im
Maßstab 1:1 ab, d.h. jede Linse nimmt diese Abbildung vor. Durch Überlagerung all dieser Abbildungen entsteht,
abhängig von dem Tiefenschärfebereich der Linsen 10 im
Bildraum der Linsenmatrix 9 ein Bereich, indem sich alle Abbildungen zu einer dreidimensionalen Helligkeitsverteilung 5' überlagern, die dem ursprünglichen dreidimensionalen
Objekt 5 entspricht.
Durch Verschieben oder Verschwenken z.B. einer Mattscheibe 12, der Eingangsfläche einer Bildaufnahmeröhre
oder eines Films (lichtempfindliche Detektorflächen)
können dann beliebige Schichten, auch sog. Schrägschichten,
die nicht parallel zur Matrixebene liegen, im rekonstruierten Objekt 5' dargestellt werden. Allerdings
können mit diesem Dekodierverfahren nur solche Objektschichten scharf abgebildet werden, die sich im
Tiefenschärfebereich 13 der Linsen 10 befinden. Schichtbilder
außerhalb des Tiefenschärfebereichs 13 werden
unscharf rekonstruiert. Bei einem großen Objekt 5 bzw.
Objektvolumen 5' können daher nicht alle Schichten mit
gleicher Schärfe dargestellt werden.
In der Fig. 3 ist dagegen eine Dekodiervorrichtung mit
einer Linsenmatrix 9 dargestellt, die in Richtung der senkrecht zur Matrixebene verlaufenden optischen Achse
\k und parallel zum Film 8 verschiebbar ist. Befindet
sich die Linsenrnntrix 9 z.B. in der Position I, so ist zu erkennen, daß das Objektdetail 5a1 wesentlich dichter
an der Linsenmatrix 9 rekonstruiert wird als das Objektdetail
5b'. Beispielsweise befindet sich das Objektdetail 5a' im Tiefenschärfebereich 13a der Linsen 10,
während aufgrund der geringen Ausdehnung des Tiefen-
Schärfebereichs 13a das Objektdetail 5b' außerhalb
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des Tiefenschärfeberexchs 13a liegt. Die Ausdehnung
des Tiefenschärfeberexchs 13a richtet sich dabei nach
der Gegenstandsweite, also dem Abstand zwischen der Linsenmatrix 9 und dem Film 8. Das Objektdetail 5a'
kann somit auf der Mattscheibe 12 (nicht dargestellt) scharf abgebildet werden, während das Objektdetail 5b1
unscharf abgebildet wird.
Um nun das Objektdetail 5b1 ebenfalls scharf abbilden
zu können, wird die Linsenmatrix 9 in Richtung des
Films 8 soweit verschoben (Position II), bis das Objektdetail 5b' im Tiefenschärfebereich 13*>
de*" Linsen 10 zu liegen kommt (5b11). In diesem Tiefenschärf
eber eich 13b wird erneut die Mattscheibe 12 positioniert, auf der das Obejktdetail 5b'' dann
scharf dargestellt wird.
Die Verschiebung der Linsenmatrix 9 kann z.B. schrittweise erfolgen. Nach jeder Verschiebung wird die Gegen-
standsweite, also der Abstand zwischen der Linsenmatrix 9 und dem Film 8 ermittelt. Aus der Gegenstandsweite
und der Brennweite der Linsen 10 wird anschließend die Bildweite, also der Abstand zwischen der Linsenmatrix
9 und ihrer Abbildungsebene, in der die Objektdetails
scharf abgebildet werden, bestimmt. In diesem Abstand wird dann jeweils die Mattscheibe 12 positioniert.
Innerhalb des Tiefenschärfeberexchs 13^, b,also in einem
bestimmten Bereich vor und hinter der Abbildungsebene, kann die Mattscheibe 12 zur Schichtbilddarstellung z.H.
kontinuierlich bewegt werden. Dabei können innerhalb
des Tiefenschärfeberexchs aucli scharfe Schrägschichten
erzeugt werden.
Natürlich kann die Verschiebung der Linsenmatrix 9 auch kontinuierlich erfolgen. Dementsprechend erfolgt
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die Verschiebung dor Mattscheibe 12 ebenfalls kontinuierlich,
und zwar so, daß der" Ort der Mattscheibe 12 bei jeder Stellung der Linsenmatrix 9 in ihrem Tiefenschärf
ebereich liegt. D.h. die kombinierte Bewegung zwic sehen Linsenmatrix 9 und Mattscheibe 12 verläuft so,
daß jeweils die Linsengleichung l/f - 1/ai l/b mit
Γ - Brennweite der Linsen 10, a = Gegenstandsweite und b = Bildweite, erfüllt ist.
IQ Öle kontinuierliche und gekoppelte Bewegung von Linsenmatrix
9 und Mattscheibe 12 kann z.B. mittels eines nicht linearen mechanischen Getriebes mit einer Kurvenscheibe
realisiert werden. In der Fig. k ist ein derartiges Getriebe dargestellt. Es besteht z.B. aus zwei
Kettenrädern 15, l£>, über die eine Endloskette 17
läuft. Mit der Endloskette 17 ist die Linsenmatrix 9 derart fest verbunden, daß sie bei Bewegung der Endloskett.o
17 in Richtung der optischen Achse Ik und parallel
zum Film 8 verschoben wird. Auf dem Kettenrad l6 befindet sich ferner eine Kurvenscheibe 17a mit einer Nut l8 (oder
einem Schlitz), in die ein über ein mechanisches Gestänge 19 mit der Mattscheibe 12 verbundener Stift 20 eingreift.
Die in die Scheibenseite eingelassene Nut l8 verläuft
dabei so, daß bei Drehung der Kurvenscheibe 17a um die Achse 17b und gleichzeitiger Bewegung der Linsenmatrix
9 die Mattschoiüe 12 derart über das mechanische Gestänge
19 geführt wird, daß sie jeweils im Tiefenschärfeboreich
der· Linsen 10 der Linsenmatrix 9 liegt. Dazu wird die Mattscheibe 12 entlang einer Führungsschiene
19a geführt. Zur Darstellung unterschiedlicher Schichtbilder
braucht ein Beobachter dann lediglich die Linsenmatrix 9 zu verschieben, während die Mattscheibe 12
automatisch nachgeführt wird, oder umgekehrt. Schrägschichten
können erzeugt werden, indem die Mattscheibe !2 jeweils um das Gelenk 19b geschwenkt wird (Fig. *t, 5) ·
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i'iiD 79-126
Die kontinuierliche und gekoppelte Bewegung von Linsenmatrix
9 und Mattscheibe 12 kann aber auch mittel»
elektromechanischer Stellmittel erfolgen. In der Fig. f>
wird dazu der Abstand (Gegenstandsweite a) der Linwenmatrix
9 von dem Film 8 mittels eines Wegaufnehme rs 21,
z.B. einem Potentiometer, gemessen. Die Linsenmutrix
9 ist dazu über ein Gestänge 22 mit dem Wegaufnelimer 2 1
verbunden. Die ermittelte Gegenstandsweite a wird fin η η
einem mit dem Wegaufiiehmer 21 elektrisch verbundenen
Rechenwert 23 zugeführt. Gleichzeitig ist das Rechenwerk
23 mit einem Speicher 2h verbunden, in dem die
Brennweite f der Linsen 10, die für alle Linseh 10 gleich ist, gespeichert ist. Aus der Brennweite J'
und der Gegenstandsweite a ermittelt das Rechenwerk
23 anschließend die ESildweite b und führt sie einem elektromechanischen Stellglied 25 zu, das die Mattscheibe
12 über ein Gestänge 22' jeweils in die richtige, der Bildweite b entsprechende Position
νerschiebt.
In der Fig. 6 ist eine weitere Dekodiervorrichtung beschrieben. Bei dieser Vorrichtung wird jedoch der Abstand
zwischen dem Film 8 und der Mattscheibe 12 konstant gehalten, während nur die Linsenmatrix 9
in Richtung der optischen Achse l4,die senkrecht zur Matrix- und Filmebene stellt, zur Darstellung verschiedener
Schichtbilder verschoben wird. Die Linsen 10' der Linsenmatrix 9 besitzen allerdings eine vergrößerte
Tiefenschärfe, die durch dcis Abblenden der Linsen bowirkt
wird. Diese ist aber wesentlich geringer als die der Linsen 10 in Fig. 2. Die Vorrichtung eignet sich
besonders zur Dekodierung, wenn üev Abstand der Linsenmatfix
9 vom Film 8 zuerst to eingestellt wird, daß eine
mittlere Objektschicht bei der· Dekodierung etwa im
Maßstab 1:1 in der Abbildunctiebene 26 der Li.nsenm.i t J- i χ
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A*) PHD 79-126
9 scharf abgebildet wird. Dies wird dadurch erreicht,
daß sowohl für die Gegenstandsweite a als auch für die Bildweite b die doppelte Brennweite (2f-Abbildung) gewählt
wird. Natürlich müssen die Abstände der Linsen 10' voneinander in der Mntrixebene ebenfalls in geeigneter
Weise zur Realisierung dieser 2f-Abbildung gewählt sein. Außerhalb der Bildweite b wird dann die
Mattscheibe 12 positioniert, derart, daß sie eine der mittleren Objektschicht benachbarte Schicht noch scharf
abbildet. Verschiebt, man jetzt bei der Dekodierung die
Linsenmatrix 9, so weicht man von der 2f-Abbildung ab. Das bedeutet aber eine Verschiebung der Abbildungsebene
26 in Richtung der Mattscheibe 12 und schließlich über die Mattscheibe 12 hinaus. Dies geschieht sowohl,
wenn die Linsenmatrix 9 zum Film 8 als auch zur Mattscheibe
12 verschoben wird. Dabei gibt es einen relativ großen Obejkt-Bereich, der vor und hinter der Mattscheibe
12 scharf rekonstruiert wird.
130020/016Ö
Claims (1)
- PHD 79-126Pat entansprü c h e:CJ Verfahren zur Darstellung des Inneren eines reidimensionalen Objektes, das von einer Vielzahl von in einer Ebene liegenden Strahlenquellenpositionen aus zur Aufnahme eines aus einzelnen Perspektivbilderri bestehenden kodierten Bildes des Objektes durchstrahlt wird, wobei das kodierte Bild von einer Seite durchleuchtet wird, und dessen Perspektivbilder zur Rekonstruktion des Objektes mit einer parallel zur Ebene des kodierten Bildes und senkrecht zu einer optischen1^ Achse stehenden Linsenmatrix, deren ebene Linsenver t ei J img de Verteilung der Strahlenquellenpositionen entspricht, überlagert werden, und wobei in den Überlagerungsbereich der Perspektivbilder eine lichtempfindliche Schicht, zur Darstellung einzelner Schichtbilder des Objektes eingoführt wird, nach Hauptpatent ... (P 27 Ί6 035.1), dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenmatrix (9) zur Darstellung verschiedener Schichtbilder auf der lichtempfindlichen Schicht (12) in Richtung der optischen Achse (lh) verschoben wird, und daß die liehtompf i.nd-liehe Schicht jeweils im Tiefenschärfebereich ( 1 3) dor Linsen (10) der Linsenmatrix positioniert wird.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenmatrix (9) schrittweise verschoben wird.3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekonnt, ο L cluir t , da/i die Linsenmatrix (9) und die lichtempfindliche Sch ich! (12) gleichzeitig und kontinuierlich vorschoben werden.130020/0180" PIID 79-126Ί. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche I bis 3t mit einer parallel zu einer Leuchtebene zur Aufnahme eines Überlagerungsbildes angeordneten Linsenrnatrix, die senkrecht auf einer optischen Achse steht, und mit einer lichtempfindlichen Schicht, zur Darstellung von Schichtbildern, dadurch seki'tiii/eiclmot, daß die Linsenrnatrix (9) in Richtung der optischen Achse (l'l) verschiebbar angeordnet ist, und daß die lichtempfindliche Schicht (12).siederart positionicrbnr ist, (laß/bei jeder Stellung der LltiHoninntrix ruLntiv zum tJborlagerungsbild im Bereich der Tiefunscharfο der Linsen liegt.5. Vorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennze lehnet, daß die Positionierung von LinsenmatrLx (9) und lichtempfindlicher Schicht (12) mittels eines mechanischen Getriebes erfolgt.(>. Vorrichtung nach Ansjjruch 5> dadurch gckenn- v, ei dme t, daß das mechanische Getriebe aus einer Kurvenscheibe (17a) mit einer in der Scheibenebene verlaufenden Nut ( l8) besteht, wobei die Kurvenscheibe mit der Linsenmatrix (9) derart mechanisch gekoppelt ist, daß sie sich bei einer Verschiebung der Linsenmatrix um eine senkrecht /,W ihrer Scheibenebene verlaufende Achse (17b) dreht, und daß in die Nut ein über ein Gestänge (I9) mit der lichtempfindlichen Schicht (12) verbundener Stift (20) zur Nachführung der lichtempfindlichen Schicht in den Ti el* üiiscliä rf ebereich der Linsen (10) bei Verstellung der Lirisenmatrix eingreift.7. Vorrichtung nach Anspruch ^t, dadurch gekenn- 7, ο ich η e t , daß die Positionierung von Linsenrnatrix (9) und lichtempfindlicher Schicht (12) mit Hilfe elek-tromochanischer Stellmittel erfolgt.130020/016079-1268. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß ein Wegaufnelimor (21) zur Messung des Abstandes (a) der Linsenmatrix (9) vom kodierten Bild (8) vorgesehen ist, dessen elektrischer Ausgang sowie der Ausgang eines Speichers (2k) zur Speicherung der Brennweite (f) der Linsen (10) mit einem Rechenwerk (23) zur Ermittlung des Abstandes (b) eier lichtempfindlichen Schicht (12) von der Linsenmatrix mit Hilfe der Linsengleichung verbunden sind, und daß das Rechenwerk elektrisch mit einem Verstellglied (25) zur entsprechenden Verschiebung der lichtempfindlichen Schicht verbunden ist.130020/0160
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