DE2943758C2

DE2943758C2 - Verfahren zur räumlichen Dekodierung dreidimensionaler Objekte aus mittels Mehrfachstrahlenquellen hergestellten primären Überlagerungsbildern

Info

Publication number: DE2943758C2
Application number: DE2943758A
Authority: DE
Inventors: Erhard Ing.(Grad.) 2083 Halstenbek Klotz; Rolf Ing.(Grad.) 2081 Haseldorf Linde; Wilfried Ing.(grad.) 2000 Hamburg Mauser; 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: 1979-10-30
Filing date: 1979-10-30
Publication date: 1985-07-11
Also published as: GB2063505A; DE2943758A1; FR2468929A1; US4383733A; GB2063505B; FR2468929B1; JPS5675617A

Description

A) ein Wegaufnehmer (21) zur Messung des Abstandes (a) der Linsenmatrix (9) vom kodierten Bild (8) vorgesehen ist,

B) ein Rechenwerk vorgesehen ist, mit dem der Ausgang des Wegaufnehmers (21) sowie der Ausgang eines Speichers (24) zur Speicherung der Brennweite (!) der Linsen (10) verbunden sind und das den Abstand (b)der lichtempfindli-

C)

chen Schicht (12) von der Linsenmatrix mit Hilfe der Linsengleichung ermittelt, und
das Rechenwerk elektrisch mit einem Verstellglied (25) zur entsprechenden Verschiebung der lichtempfindlichen Schicht verbunden ist

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Durch die vor dem Überlagerungsbild angeordnete als Linsenmatrix ausgebildete Abbildungsmatrix werden alle Perspektivbilder des Überlagerungsbildes derart konstruktiv überlagert, daß im Bildraum der Linsenmatrix eine dreidimensionale Helligkeitsverteilung entsteht, die dem ursprünglichen dreidimensionalen Objekt entspricht Wird in diesen Überlagerungsbereich eine Mattscheibe, ein Film oder eine Bildaufnahmeröhre eingeführt, so können beliebige Schichten des Objektes, auch sog. Schrägschichten, abgebildet werden, indem z. B. die Mattscheibe in entsprechender Weise positioniert wird. Es 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 eine verminderte Bildschärfe. Bei einem großen rekonstruierten Objektvolumen und feststehender Linsenmatrix tritt daher das Problem auf, daß nicht alle Schichtbilder mit gleicher Bildschärfe dargestellt werden können, wenn der Objektbereich größer ist als der Bereich der Tiefenscharfe 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 Belichtungszeite;; erfordert

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit dem Schichtbilder auch von in Strahlenrichtung ausgedehnten Überlagerungsbereichen innerhalb eines Objektes mit guter Qualität erzeugt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die als Linsenmatrix ausgebildete Abbildungsmatrix zur Darstellung verschiedener Schichtbilder auf der lichtempfindlichen Schicht in Richtung der optischen Achse verschoben wird, und daß die lichtempfindliche Schicht jeweils im Tiefenschärfebereich der Linsen der Linsenmatrix positioniert wird.

Wird die Linsenmatrix zur Darstellung verschiedener Schtchtbilder 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 standsweite 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 Linsenmatrix 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 vcr·

schoben, 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 werden die Linsenmatrix und die lichtempfindliche Schicht gleichzeitig und kontinuierlich verschoben, wobei sich die lichtempfindliche Schicht dauernd in einem Abstand von dpr Linsenmatrix, der der Bildweiie entspricht, befindet Dadurch werden die Schichtbilder immer mit der bestmöglichen Schärfe rekonstruiert. Hierbei köanen die Linsen der Linsenmatrix auch eine große Öffnung (also einen kleinen Tiefenschärfenbereich) besitzen, so daß keine großem Verluste an Lichtintensität durch starkes Abblenden mehr auftreten. Innerhalb des Tiefenschärfebereichs ist wiederum eine Darstellung von scharfen Schrägschichten möglich.

Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt

F i g. 1 eine bekannte Vorrichtung zur Durchstrah- !ufig eines Objektes aus unterschiedlichen Perspektiven,

F i g. 2 eine bekannte Dekodiervorrichtung · -sit einer feststehenden Linsenmatrix,

F i g. 3 eine Dekodiervorrichtung mit einer verschiebbaren Linsenmatrix,

F i g. 4 eine Dekodiervorrichtung mit einer Linsenmatrix und einer lichtempfindlichen Schicht, die mittels eines mechanischen Getriebes gleichzeitig und kontinuierlich positioniert werden,

F i g. 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 F i g. 1 ist eine bekannte Kurzzeit-Torr.osynthese-Anordnung dargestellt. Sie besitzt beispielsweise zwei Röntgenröhren 1 und 2. die in einer Strahlenquellenebene 3 angeordnet sind, und mit deren Hilfe ein auf einem Patien.sntisch 4 liegendes Objekt 5. 7. B. ein Organ eines menschlichen Körpers, zur Aufnahme von Perspektivbildern 6, 7 auf einem Film 8 durchstrahlt wird (kodiertes Bild). Es ist zu erkennen, daß Strukturen 5a, b aus verschiedenen Schichten des Objektes 5 in die Bildebene 8 projiziert werden. Aus den Perspektivbildern 6, 7 ka.in man aber nicht unmittelbar auf die Lage der Strukturen 5a. b im Objekt 5 schließen. Erst durch einen Dekodierschritt könren die einzelnen Schichten des Objektes 5 rekonstruiert werden. Dies kann z. B. mit Hilfe der in Fig. 2 dargctellten Dekodiervorrichtung auf optischem Wege erfolgen. Mit Hilfe einer l.insenmatrix 9. dere.i Linsen 10 bzw. Linsensysteme entsprechend der ebenen Verteilung der Röntgenröhren 1, 2 angeordnet sind, werden die Perspektivbilder 6, 7. die vor einem Leuchtkasten 11 liegen und von diesem durchstrahlt werden, überlagert. Dabei liegt die Linsenmatrix-Ebene parallel zum Film 8 und senkrecht zu einer optischen Achse 14. die der optischen Achse O aus Fig I entspricht. Die Linsenmatrix 9 bildet die Perspcktivbilder 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 Tiefenschärfenbereich der Linsen 10 im Bildraum der Linsenmatrix 9 ein Bereich, in dem 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 Detektorflachen) 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 Tiefenschärfenbereich 13 der Linsen 10 befinden. Schichtbilder außerhalb des Tiefenschärfebereichs

ίο 13 werden unscharf rekonstruiert. Bei einem großen Objekt 5 bzw. Objektvolumen 5' können daher nicht alle Schichten mit gleicher Schärfe dargestellt werden.

In der F i g. 3 ist dagegen eine Dekodiervorrichtung mit einer Linsenmatrix 9 dargestellt, die in Richtung der senkrecht zur Matrixebene verlaufenden optischen Achse 14 und parallel zum Film 8 verschiebbar ist. Befindet sich die Linsenmatrix 9 z. B. in der Position I, so ist L.U erkennen, daß das Objektdetail 5a 'wesentlich dichter an der Linsenmatrix 9 rekonstruiert wird als das Objcktdetail 5b'. Beispielsweise befindet sich Has Objektdetail Sa' im Tiefenschärfebereich 13a der !.»sen 10. während aufgrund der geringrn Ausdehnung des Λ lefenschärfebereichs 13a das Objektdetail 56'außerhalb des Tiefenschärfebereichs 13a liegt. Die Ausdehnung des Ticfen-Schärfebereichs 13a richtet sich dabei nach der Gegenstandsweiie. 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 5b' unscharf abgebildet wird.

Um nun das Objektdetail 5b' eDenfalls scharf abbilden zu können, wird die Linsenmatrix 9 in Richtung des Films 8 soweit verschoben (Position II). bis das Objektdetail 5b' im Tiefenschärfebereich 136 der Linsen 10 zu liegen kommt (5b"). In diesem Tiefenschärfebereich 136 wird erneut die Mattscheibe 12 positioniert, auf der das Objektdetail 5ö"dann scharf dargestellt wird.

Die Verschiebung der Linsenmatrix 9 kann z. B. schrittweise erfolgen. Nach jeder Verschiebung wird die Gegenstandsweite, also der Abstand zwischen der Linsenrr itrix 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 Tiefenschärfebereichs 13a, b. also in einem bestimmten Bereich vor und hinter der Abbildungsebene, kann die Mattscheibe 12 zur Schichtbilddarstellung z. B. kontinuierlich bewegt werden. Dabei können innerhalb des Tiefenschärfebereichs auch scharfe Schrägschichten erzeugt werden.

Natürlich kann die Verschiebung der Linsenmatrix 9 auch kontinuierlich erfolgen. Dementsprechend erfolgt die Verschiebung de^r Mattscheibe 12 ebenfa'ls kontinuierlich, und zwar so. daß der On der Mattscheioe 12 bei jeder Stellung der Linsenmatrix 9 in ihrem Tiefenschärfebereich liegt. Das heißt die kombinierte Bewegung zwischen Linsenma.nx 9 und Mattscheibe \2 verläuft so. daß jewel's die l.insengleichung 1 If = Ma + I/o mit /= Brennweite der Linsen 10, a = Gegenstandsweite und b = Bildweite, erfüllt ist.

Die kontinuierliche und gekoppelte Bewegung von Linsenmatrix 9 und Mattscheibe 12 kann z. B. mittels eines nichtlinearen niichanischen Getriebes mit einer Kurvenscheibe realisiert werden. In der F i g. 4 ist ein derartiges Getriebe dargestellt. Es besteht z. B. aus zwei Kettenrädern 15,16. über die eine Endloskette 17 läuft.

Mit der Endloskette 17 ist die Linsenmatrix 9 derart fest verbunden, daß sie bei Bewegung der Endloskette 17 in Richtung der optischen Achse 14 und parallel zum Film 8 verschoben wird. Auf dem Kettenrad 16 befindet sich ferner eine Kurvenscheibe 17a mit einer Nut 18 (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 18 verläuft dabei so, daß bei Drehung der Kurvenscheibe 17a um die Achse 176 und gleichzeitiger Bewegung der Linsenmatrix 9 die Mattscheibe 12 derart über das mechanische Gestänge 19 geführt wird, daß sie jeweils im Tiefenschärfebereich 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 über die Mattscheibe 12 hinaus. Dies geschieht sowohl, wenn die Linsenmatrix 9 zum Film 8 als auch zur Mallscheibe 12 verschoben wird. Dabei gibt es einen relativ großen Objekt-Bereich, der vor und hinter der Mattscheibe 12 scharf rekonstruiert wird.

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gekehrt. Schrägschichten können erzeugt werden, indem die Mattscheibe «2 jeweils um das Gelenk 19£> geschw enkt wird (F ι g 4. 5).

Die kontinuierliche und gekoppelte Bewegung von Linsenmatrix 9 und Mattscheibe 12 kann aber auch mittels elektromechanischer Stellmittel erfolgen. In der F ι g. 5 wird dazu der Abstand (Gegenstandsweite a)der Linsenmatrix 9 von dem Film 8 mittels eines Wegaufnehmers 21. z. B. einem Potentiometer, gemessen. Die Linsenmatrix 9 ist dazu über ein Gestänge 22 mit dem Wegaufnehmer ?1 verbunden. Die ermittelte Gegenstandsweite a wird Jann einem mit dem Wegaufnehmer 21 elektrisch verbundenen Rechenwert 23 zugeführt. Gleichzeitig ist das Rechenwerk 23 mit einem Speicher 24 verbunden, in dem die Brennweite /der Linsen 10, die für alle Linsen 10 gleich ist. gespeichert ist. Aus der Brennweite /und der Gegenstandsweite a ermittelt das Rechenwerk 23 anschließend die Bildweite 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 verschiebt

In der F ι g. 6 ist eine weitere Dekodiervorrichtung beschrieben. Bei dieser Vorrichtung wird jedoch der Abstand /wischen dem Film 8 und der Mattscheibe 12 konstant gehalten, während nur die Linsenmatrix 9 in Richtung der optischen Achse 14. die senkrecht zur Matnx und Filmebene steht, zur Darstellung verschiedener Schichtbilder verschoben wird. Die Linsen 10' der Linsenmatnx 9 besitzen allerdings eine vergrößerte Tiefenschärfe, die durch das Abblenden der Linsen bewirkt wird. Diese ist ai'er wesentlich geringer al: die der Linsen 10 in F 1 g. 2. Die Vorrichtung eignet sich besonders zur Dekodierung, wenn der Abstand der Linsenmatrix 9 vom Film 8 zuerst so eingestell' wird, daß eine mittlere Objektschicht bei der Dekodierung etwa im Maßstab 1 : 1 in der Abbildungsebene 25 der Linsenmatnx 9 scharf abgebildet wird. Dies wird dadurch erreicht, daß sowohl für die Gegenstandsweite a als auch für die Bildweite b die doppelte Brennweite (2/-AbbiIdung) gewählt wird Natürlich müssen die Abstände der Linsen 10' voneinander in der Matrixebene ebenfalls in geeigneter Weise zur Realisierung dieser 2/-AbbiIdung gewählt sein. Außerhalb der Bildweite b wird dann die Mattscheibe 12 positioniert, derart, daß sie eine der mittleren Obiekischicht benachbarte Schicht noch strharf abbildet. Verschiebt man jet/1 bei der Dekodierung die Linsenmatnx 9. so weich; man von der 2AAbbiIdung ab. Das bedeutet aber eine Verschiebung der Abbildungsebene 26 in Richtung der Mattscheibe 12 und schließlich Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur räumlichen Dekodierung dreidimensionaler Objekte aus mittels Mehrfachstrahlenquellen hergestellten primären Überlagerungsbildern, wobei das primäre Überlagerungsbild mit Hilfe einer Abbildungsmatrix, deren Koordinaten denen der bei der Aufnahme des primären Überlagerungsbildes benutzten Koordinaten der Strahlenquellen entsprechen, vervielfacht abgebildet wird, so daß im Überlagerungsbereich das reelle quasi dreidimensionale Bild des Objektes entsteht nach Hauptpatent 27 46 035, dadurch gekennzeichnet, daß die als Linsenmatrix (9) ausgebildete Abbildungsmatrix zur Darstellung verschiedener Schichtbilder auf der lichtempfindlichen Schicht (12) in Richtung der optischen Achse (14) verschoben wird 'ind daß die lichtempfindliche Schicht jeweils im Tiefenschärfebereich (13) der Linsen (10) der Linsenmatrix positioniert wird.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenmatrix (9) schrittweise verschoben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenmatrrx (9) und die lichtempfindliche Schicht (12) gleichzeitig und kontinuierlich verschoben werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einen- der Ansprüche 1 bis 3 mit einer parallel zu einer Leuchtebene zur Aufnahme eines Überlagerungsbüdes angeosdneten ,Jnsenmatrix, die senkrecht auf einer optischen Achse steht, und mit einer lichtempfindlichen Schicht .. ir Darstellung von Schichtbildern, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung von Linsenmatrix (9) und lichtempfindlicher Schicht (12) mittels eines mechanischen Getriebes erfolgt, das aus einer Kurvenschiebe (i7a) mit einer in der Scheibenebene verlaufenden Nut (18) besteht, wobei die Kurvenscheibe mit der Linsenmatrix (9) derart mechanisch gekoppelt ist. daß sie sich bei einer Verschiebung der Linsenmatrix um eine senkrecht zu ihrer Scheibenebene verlaufenden Achse {\7b) dreht, und daß in die Nut ein über ein Gestänge (19) mit der lichtempfindlichen Schicht (12) verbundener Stift (20) zur Nachführung der lichtempfindlichen Schicht in den Tiefenschärfebereich der Linsen (10) bei Verstellung der Linsenmatrix eingreift.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche I bis 3. mit einer parallel zu einer Leuchtebene zur Aufnahme eines Überlagerungsbildes angeordneten Linsenmatrix, die senkrecht auf einer optischen Achse steht, und mit einer lichtempfindlichen Schicht zur Darstellung von Schichtbildern, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung von Linsenmatrix (9) und lichtempfindlicher Schicht (12) mit Hilfe elektromechanischer Stellmittel erfolg', wobei