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"Verfahren und Anordnung zur Rekonstruktion eines
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dreidimensionalen Objektes" Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Objektes, bei dem ein aus einer Vielzahl
von Richtungen aufgenommenes Uberlagerungsbild des Objektes zur Ableitung eines
Schichtbildes mit Hilfe einer Decodiereinrichtung dient, und wobei eine Einrichtung
vorgesehen ist, deren Position relativ zur Decodiereinrichtung die Lauge der rekonstruierten
Schicht bestimmt, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
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Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 27 46 035 sowie der DE-OS
29 43 758 bekannt. Das Uberlagerungsbild wird dabei z.B. auf einem Film dadurch
erzeugt, daß das Objekt aus einer Vielzahl von Strahlenquellenpositionen mit Röntgenstrahlung
bestrahlt wird. Das Uberlagerungsbild, das somit aus der Uberlagerung einer Vielzahl
von Bildern aus unterschiedlichen Perspektiven besteht, die sich entweder überlappen
oder voneinander getrennt sind und sich auf einem oder mehreren Filmen befinden
können, wird beleuchtet und von einer Abbildungsanordnung in Form einer Linsenmatrix
so abgebildet, daß sich in dem dreidimensionalen Uberlagerungsbereich eine dem Objekt
entsprechende Helligkeitsverteilung ergibt. Mit Hilfe der Wiedergabeanordnung, im
einfachsten Fall einer Mattscheibe, kann diese Helligkeitsverteilung in verschiedenen
Schichten sichtbar gemacht werden. Dabei wird also nur eine zweidimensionale Darstellung
erzeugt, obwohl im Uberlagerungsbereich eine dreidimensionale Helligkeitsverteilung
gegeben ist.
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Bei einem anderen, aus der DE-AS 27 19 386 bekannten Verfahren der
eingangs genannten Art ist die Decodiereinrichtung ein Punkthologramm, durch das
hindurch das Uberlage-
rungsbild betrachtet wird. Die Position des
Uberlagerungsbildes relativ zum Punkthologramm bestimmt dabei die Lage der Schicht,
von der aus dem Uberlagerungsbild ein Schichtbild abgeleitet wird.
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Zur Erzielung einer dreidimensionalen Darstellung wäre es denkbar,
einen Körper zu verwenden, der das Licht nicht nur auf einer Oberfläche streut,
sondern in einem dreidimensionalen Bereich, z.B. einen Milchglaskörper. Dabei würde
jedoch das Bild einerseits durch die Streuung innerhalb des Körpers unscharf und
in verschiedenen Bereichen gedämpft, so daß dieses Verfahren letztlich ungeeignet
ist.
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Es ist weiterhin aus "IEEE Transactions on Nuclear Science" Vol. NS-27,
Nr. 3, Juni 1980, Seiten 1197 bis 1206, insb.
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Pig. 7, ein Verfahren zur dreidimensionalen Darstellung bekannt, bei
dem auf dem Bildschirm einer Bildwiedergaberöhre periodisch eine Bildfolge wiedergegeben
wird, die aufeinanderfolgende Ebenen des sichtbar zu machenden Objektes darstellt.
Wird der Bildschirm dieser Bildwiedergaberöhre über einen im Takt der Bildfolge
vibrierenden Spiegel betrachtet, ergibt sich ein dreidimensionaler Eindruck. Die
Anwendung dieses bekannten Verfahrens zur Wiedergabe eines wie eingangs geschildert
aufgenommenen Objektes wäre jedoch sehr aufwendig.
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Schließlich sind noch verschiedene Verfahren zur stereoskopischen
Darstellung bekannt (vgl. DE-OS 23 21 524 und DE-OS 25 46 387), doch ermöglichen
diese Verfahren, die von je einem Teilbild für das linke und das rechte Auge ausgehen,
keine echte dreidimensionale Betrachtung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß eine dreidimensionale Betrachtung des Bildes des
Objektes mit geringem Aufwand möglich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einrichtung
mit solcher Geschwindigkeit bewegt wird, daß sich für den Betrachter ein sthendes
Bild ergibt.
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Obwohl die Erfindung auch bei der aus der DE-AS 27 19 386 bekannten
Vorrichtung anwendbar ist, besteht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung,
die von einem Verfahren ausgeht, wobei das Uberlagerungsbild durch eine optische
Abbildungsanordnung, vorzugsweise eine Linsenmatrix, in einem begrenzten dreidimensionalen
Uberlagerungsbereich so abgebildet wird, daß darin eine dem Objekt entsprechende
dreidimensionale Helligkeitsverteilung entsteht, darin, daß eine Wiedergabeanordnung
mit wenigstens einer das Licht streuenden Fläche in wenigstens einem Teil des Uberlagerungsbereiches
mit solcher Geschwindigkeit bewegt wird, daß sich auf ihrer bzw. ihren streuenden
yläche(n) für den Betrachter ein stehendes dreidimensionales Bild ergibt.
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Die Erfindung basiert auf folgenden Uberlegungen: Wird die Wiedergabeanordnung
- z.B. eine Mattscheibe - in dem Uberlagerungsbereich verschoben, werden auf der
Mattscheibe in verschiedener Tiefe des Objektes befindliche Schichten dargestellt.
Die Bilder von unterschiedlichen Schichten erscheinen dabei also an unterschiedlichen
Orten innerhalb des Uberlagerungsbereiches. Wird die Wiedergabeanordnung nun so
bewegt, daß die verschiedenen Schichten wiederholt nacheinander durchfahren werden,
dann erscheint bei genügend hoher Folgefrequenz dem Beobachter diese Bildfolge als
stehendes dreidimensionales Bild.
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Grundsätzlich könnte die Wiedergabeanordnung mehrere streuende Flächen,
z.B. in Form von Mattscheiben, umfassen, die an einer rotierenden Trommel befestigt
sind und so nacheinander den Untersuchungsbereich bzw. einen Teil davon durchlaufen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist jedoch nur eine Wiedergabeanordnung mit
einer einzigen streuenden Fläche erforderlich, wenn gemäß einer
Weiterbildung
der Erfindung die Wiedergabeanordnung in der tlberlagerungseinrichtung hin- und
herbewegt wird. Die Frequenz dieser Hin- und Herbewegung sollte mindestens 15 Hz
betragen. Bei wesentlich niedrigeren Frequenzen wird die Bildfolge nicht mehr zu
einem Bild integriert und der Betrachter sieht nur noch schnellbewegte Bilder der
einzelnen Schichten des Objektes.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig. 2 ein zweites
Ausführungsbeispiel.
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Fig. 1 zeigt einen Beuchtkasten 1, der ein Uberlagerungsbild 2 beleuchtet.
Das Uberlagerungsbild 2 stellt die Uberlagerung der von verschiedenen Positionen
aus aufgenommenen Bilder des Objektes dar - vorzugsweise auf einem einzigen Filmblatt,
auch wenn in der Zeichnung zur Verdeutlichung die den verschiedenen Perspektiven
zugeordneten Bilder als in unterschiedlichen Ebenen liegend dargestellt sind.
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Das beleuchtete Uberlagerungsbild 2 wird von einer Linsenmatrix 3
abgebildet. Die Zahl der darin befindlichen Linsen entspricht der Zahl der bei der
Anfertigung des Uberlagerungsbildes vorhandenen Strahlenquellenpositionen und ihre
gegenseitige Lage entspricht bis auf einen Maßstabsfaktor der Lage der Strahlenquelle(n)
bei der Anfertigung des Uberlagerungsbildes.
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Jedes der einer bestimmten Perspektive zugeordneten einzelnen Bilder
des Uberlagerungsbildes wird durch jeweils eine Linse in den rechts von der Linsenmatrix
befindlichen Bildraum abgebildet. In dem Bildraum ergibt sich daher ein dreidimensionaler
Uberlagerungsbereich, in dem sich die von sämtliche Linsen erzeugten Bilder überlagern
und in dem eine
Helligkeitsverteilung entsteht - in Fig. 1 mit 4
bezeichnet - , die der Absorptionsverteilung innerhalb des Objektes für die bei
der Anfertigung des Uberlagerungsbildes benutzte Röntgenstrahlung entspricht.
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Wird im Uberlagerungsbereich eine Mattscheibe 5 platziert, so wird
eine Schicht der dreiminensionalen Helligkeitsverteilung, die einer Schicht innerhalb
des Objektes entspricht, für den Beobachter 6 sichtbar. Wird die Mattscheibe an
andere Stelle innerhalb des Uberlagerungsbereiches platziert, werden andere Schichten
abgebildet.
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Der Schärfenbereich dieser Abbildungen hängt von der Tiefenschärfe
der Linsen in der Linsenmatrix 3 ab. Zur Anpassung der Tiefenschärfe an die Abbildungserfordernisse
kann zwischen dem Lichtkasten und der Linsenmatrix 3 eine Blende mit einstellbaren
Blendenöffnungen vorgesehen sein.
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Insoweit als bisher beschrieben ist die Anordnung bekannt.
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Erfindungsgemäß wird nun die Mattscheibe 5 in Richtung ihrer Normalen
bzw. des Pfeiles 7 oder in einer von der Mattscheibenebene abweichenden Richtung
mittels einer schematisch angedeuteten Antriebseinrichtung 10 hin- und herbewegt,
wie durch die gestrichelten Linien 5a und 5b angedeutet ist. In den verschiedenen
Positionen der Mattscheibe entstehen auf ihr unterschiedliche Bilder, die den verschiedenen
Schichten innerhalb des objektes entsprechen und die der Beobachter 6 aufgrund der
Trägheit des Auges als stehendes dreidimensionales Bild des Objektes wahrnimmt,
wenn die Mattscheibe schnell genug hin- und herbewegt wird, z.B. mit 20 Hz oder
mehr. Verändert er dabei seine Position geringfügig; verschieben sich Details gegenüber
anderen Details, die in einer anderen Schicht liegen, so daß der Benutzer tatsächlich
einen Eindruck über das Innere des Objekt3 tçkommt.
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Anstelle einer Mattscheibe kann auch jede andere Wiedergabeanordnung
mit wenigstens einer das auftreffende Licht streuenden Oberfläche benutzt werden,
z.B. eine Fieberoptikplatte, ein nachleuchtender Schirm (Pluoreszenzschirm) oder
eine Mikrokanalplattenverstärkerröhre.
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Die Bewegung der Mattscheibe kann durch das gesamte Objektvolumen
erfolgen oder auch nur durch Teilbereiche. Der Tiefenschärfebereich der Linse bestimmt,
wie weit der dreidimensional dargestellte Bereich des Objektes in der Tiefe ausgedehnt
sein kann. Zum Antrieb der Mattscheibe kann vörzugsw beispielsweise ein von einem
Motor/mit konstanter Drehzahl angetriebener Kurbeltrieb dienen, der auf eine die
Mattscheibe tragende und senkrecht zu deren Oberfläche geführte Mattscheibenhalterung
einwirkt. Anstelle eines von einem Motor angetriebenen Kurbeltriebes kann auch ein
geeigneter Linearmotor verwendet werden. Es können auch sogenannte Resonanzantriebe
verwendet werden.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform betrachtet der Beobachter
das Objekt 4 immer von der gleichen Seite her. Dabei kann es vorkommen, daß für
die Diagnose wichtige Details von größeren, dichter beim Betrachter liegenden Teilen
des Bildes verdeckt werden. Mit der in Fig. 2 dargestellten Anordnung erhält der
Benutzer eine dreidimensionale Darstellung des Objektes von der anderen Seite. Zur
Beobachtung ist zwischen der Linsenmatrix 3 und dem Uberlagerungsbereich ein teildurchlässiger,
zur Linsenmatrix 3 schräggestellter Spiegel 9 vorgesehen. Die Mattscheibe 15a wird
unmittelbar mit einem Spiegel 15 in Verbindung gebracht, der dafür sorgt, daß möglichst
viel Licht zurückgespiegelt wird. Diese Komponente kann durch Aufsprühen eines streuenden
Mediums auf die Spiegeloberfläche hergestellt werden. Zur dreidimensionalen Darstellung
wird diese MattscheibenSpiegelkomponente hin- und herbewegt - wie bereits bei Fig.
1 beschrieben.