DE3636338C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bildverarbeitungsgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bildverarbeitungsgeräte werden auf verschiedenen indu­ striellen Gebieten eingesetzt, speziell bei medizini­ schen elektronischen Geräten zum Verarbeiten von Rönt­ gen-, Ultraschall- und Magnetresonanz- bzw. MRI-Abbil­ dungen. Bei medizinischer Bildverarbeitung wird eine Linie um einen spezifischen Bereich eines medizinischen Diagnosebilds herum gezogen, wobei ein Bildabschnitt im spezifischen Bereich in bezug auf den Rand oder Umriß hervorgehoben wird. Um beispielsweise das Volumen eines Herzens zu messen, wird der Rand oder Umriß des Herzens aus dessen Tomographiebild ausgesiebt. Das Innenvolumen des Herzens wird dann auf der Grundlage des Umrißbilds gemessen. Um dabei ein Bild oder eine Abbildung des von der Umrißlinie umrandeten Bereichs zu gewinnen, wird eine als Ausfüllen, Ausschreiben oder Überstreichen bezeichnete Bildverarbeitung durchgeführt.

Dies erfolgt mittels Software nach einer herkömmlichen Technik, wofür ein großer Zeitaufwand erforderlich ist.

Aus der DE-OS 24 09 173 ist ein Bildverarbeitungsgerät der eingangs genannten Art bekannt, das über einen A/D- Wandler verfügt, um ein Videosignal, das ein Bild mit einer Rand- oder Umrißlinie repräsentiert, in digitale Bilddaten umzuwandeln. Eine Speichereinheit speichert diese Bilddaten, und eine Rand- oder Umrißbilderzeu­ gungseinheit liefert ein Rand- oder Umrißbild, das durch die Rand- oder Umrißlinie aus den aus der Spei­ chereinheit ausgelesenen Bilddaten definiert ist. Mit­ tels einer Ausfülleinheit wird der Bereich innerhalb der Umrißlinie ausgefüllt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Bildver­ arbeitungsgeräts, mit dem die Bildverarbeitungszeit für das Ausfüllen oder Ausschreiben eines durch eine Rand- oder Umrißlinie definierten Bereichs verkürzt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Bildverarbeitungsgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfin­ dungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 6.

Es werden also Videosignale durch einen A/D-Wandler in digitale Bilddaten umgewandelt, und die Bilddaten werden in einem Bildspeicher abgespeichert. Sodann er­ folgt eine Bildverarbeitung zum Hervorheben des Rands oder Umrisses des durch die im Bildspeicher gespeicherten Bild­ daten repräsentierten Bilds. Rand- oder Umrißbilddaten werden in einem ersten Ebenenspeicher gespeichert. Ein zweiter Ebenenspeicher speichert Binärdaten, die alle "Einsen" oder "Nullen" aufweisen. Der erste und der zweite Ebenenspeicher können mit Adreßdaten von einem Adreß­ generator adressiert werden. Die ausgelesenen Bilddaten und Binärdaten werden zur Durchführung des Ausfüllens oder Ausschreibens logischen Operationen unterworfen. Mit anderen Worten: der von der Rand- oder Umrißlinie umrissene Bereich wird mittels der Binärdaten ausgefüllt oder ausgeschrieben.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Bildverarbeitungs­ geräts gemäß einer Ausführungsform der Erfin­ dung,

Fig. 2 ein Schaltbild einer Ausfülleinheit,

Fig. 3 ein Zeitsteuerdiagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Ausfülleinheit,

Fig. 4 bis 9 Darstellungen zur Verdeutlichung der Arbeitsschritte beim Ausfüllen oder Ausschrei­ ben,

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer Rechen/Verarbeitungs­ schaltung bei einem Bildverarbeitungsgerät gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 11 ein Zeitsteuerdiagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 10,

Fig. 12 und 13 Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsschritte beim Umgrenzen und

Fig. 14 ein Blockschaltbild einer Rechen/Verarbeitungs­ schaltung bei einem Bildverarbeitungsgerät gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform enthält ein einem A/D-Wandler 2 eingespeistes Videosignal ein diagnostisches Bildsignal (z.B. ein Röntgensignal von einem Röntgengerät, ein Ultraschallbildsignal von einem Ultraschallgerät oder ein MRI-Bildsignal von einem MRI-Gerät) sowie andere Bildsignale. Der Ausgangsanschluß des Wandlers 2 ist mit den Einschreibanschluß eines Bild­ speichers 3 verbunden, welcher die digitalen Bilddaten vom Wandler 2 speichert. Der Leseanschluß des Speichers 3 ist mit dem Bildanschluß einer als Randbilderzeugungseinheit dienenden Rechenschaltung 4 verbunden, welche arithmetische Operationen, wie Subtraktion, an den aus dem Bildspeicher 3 ausgelesenen Bilddaten durchführt.

Der Ausgangsanschluß der Rechenschaltung 4 ist mit dem Einschreibanschluß des Bildspeichers 3 und dem Eingangs­ anschluß einer Bit-Umsetzungsschaltung 5 verbunden. Bei der normalen Verarbeitung von Bilddaten werden 12-Bit-Bild­ daten benutzt. Wenn jedoch Bilddaten angezeigt oder aus­ gedruckt werden, werden die 12-Bit-Bilddaten in 8-Bit- Daten umgesetzt. Diese Bitumsetzung erfolgt durch die Bit-Umsetzungsschaltung 5.

Der Ausgangsanschluß der Bit-Umsetzungsschaltung 5 ist mit dem Eingangsanschluß einer Datenüberlagerungsschaltung 6 verbunden, die Anzeige- oder Ausdruckzeichendaten den Bilddaten zu überlagern vermag und deren Ausgangsanschluß über einen D/A-Wandler 7 mit einem Fernseh-Monitor 15 verbunden ist.

Der Ausgangsanschluß der Rechenschaltung 4 ist an einen Zwischen- oder Pufferspeicher 8 angeschlossen. Die Datenüberlagerungsschaltung 6 ist mit einem Ebenenspei­ cher 9 und einem Zeichenspeicher 10 verbunden. Die Speicher 8, 9 und 10 sind mit einer Zentraleinheit (CPU) 11, einem Speicher 12, einer Pult- Schnittstelle 13 und einer Floppyplatten-Steuerung 14 über eine Sammelschiene (Bus) 30 verbunden.

Eine Ausfülleinheit 20 enthält einen Adreßgenerator 16, eine durch letzteren adressierbare Ebenenspeicherschaltung 17 und eine mit dem Leseanschluß der Speicherschaltung 17 ver­ bundene Rechen/Verarbeitungsschaltung 18, deren Aus­ gangsanschluß wiederum zur Speicherschaltung 17 zurück­ geschaltet ist. Gemäß Fig. 2 umfaßt die Spei­ cherschaltung 17 drei Ebenenspeicher 17 a, 17 b und 17 c mit jeweils derselben Speichergröße wie der Bildspeicher 3. Die Rechen/Verarbeitungsschaltung 18 enthält ein mit den Leseanschlüssen der Speicher 17 a - 17 c verbundenes Register 21 sowie ein mit dem Ausgangsanschluß des Registers 21 und den Leseanschlüssen der Speicher 17 a - 17 c verbundenes UND-Glied 22, dessen Ausgangsanschluß mit den Einschreibanschlüssen der Speicher 17 a - 17 c verbunden ist.

Das beschriebene Bildverarbeitungsgerät arbeitet wie folgt: Ein von einer externen Vorrichtung geliefertes Fernseh- oder Videosignal wird durch den A/D-Wandler 2 in digitale Bilddaten umgewandelt, die im Bildspeicher 3 gespeichert werden. Aus dem Bildspeicher 3 ausgelesene Bilddaten werden der Rechenschaltung 4 zugeliefert, welche an sich bekannte arithmetische Operationen, wie Subtraktion, durchführt. Die durch die Rechenschaltung 4 verarbeiteten Bilddaten werden wieder in den Bildspeicher 3 eingeschrieben. Die Rand- oder Umrißbilddaten werden durch Einstellen eines Schwellenwertpegels in der Rechen­ schaltung 4, durch Auswerten der in den Pufferspeicher 8 abgerufenen Bilddaten nach einem Software-Algorithmus oder durch Ziehen einer Rand- oder Umrißlinie durch die das Bild beobachtende Bedienungsperson gewonnen.

Die verarbeiteten Bilddaten werden durch die Bit-Umsetzungs­ schaltung 5 einer Bitumsetzung unterworfen. Die bitumgesetzten Bilddaten werden der Datenüberlagerungs­ schaltung 6 zugeführt, welche den Bilddaten Zeichendaten überlagert. Die Zeichendaten sind im Zeichenspeicher 10 gespeichert und werden nach Bedarf ausgelesen und zur Schaltung 6 geliefert, um von letzterer zum Fernseh­ Monitor 15 geliefert und auf diesem als Bild (z.B. Röntgen-Computertomographiebild, Ultraschalltomogramm oder MRI-Bild) wiedergegeben zu werden.

Das Rand- oder Umrißbild (z.B. G in Fig. 4) von der Rechenschaltung 4 wird über den Pufferspeicher 8 im ersten Ebenenspeicher 17 a der Speicherschaltung 17 in der Ausfülleinheit 20 gespeichert. Alle einer "1" entsprechenden Binärdaten g gemäß Fig. 5 werden im zweiten Ebenenspeicher 17 b vorabgespeichert. Wenn unter diesen Bedingungen der Speicher-Adreßgenerator 16 Aus­ leseadreßdaten zum Auslesen von Daten in Richtung eines Pfeils a in Fig. 4 erzeugt, werden erster bis dritter Ebenenspeicher 17 a - 17 c in Richtung des Pfeils a adressiert. Die aus den Speichern 17 a - 17 c ausgelesenen Datensignale werden an die Taktklemme (CK) des Registers 21 und das UND-Glied 22 über Ausgangsleitungen PO 1 und PO 2 angelegt. Das Register 21 wird für jede Horizontal­ zeile in Abhängigkeit von einem Impuls LP eines an seinen Löschanschluß (CLR) angelegten Signals S 1 gemäß Fig. 3 . rückgesetzt. Wenn über die Ausgangsleitung PO 1 Rand 15 oder Umrißdaten G vom Speicher 17 a zum Register 21 geliefert werden, erzeugt letzteres einen Impuls S 3 in Abhängigkeit von der Vorderflanke des ersten Impulses des Signals S 2 gemäß Fig. 3. Der Impuls S 3 wird dem einen Eingangsanschluß des UND-Glieds 22 zugeführt. Daten (S 4) vom zweiten Ebenenspeicher 17 b, d.h. sämtlich einer "1" entsprechende Binärdaten G werden über die Leitung PO 2 an den anderen Eingangsanschluß des UND-Glieds 22 angelegt, das daraufhin ein UND-Signal (UND-verknüpftes Signal) aus den Signalen S 3 und S 4, d.h. ein Signal S 5 ausgibt. Dieses Ausgangssignal S 5 wird über eine Leitung PI dem dritten Ebenenspeicher 17 c eingegeben und in diesem abgespeichert. In diesem Fall repräsentieren die im Ebenenspeicher 17 c gespeicherten Bilddaten ein Muster G 1, das durch Ausschreiben oder Ausfüllen des Umrißbilds nach Fig. 4 von rechts nach links gewonnen wird.

Der Speicher-Adreßgenerator 16 erzeugt Adreßdaten zum Adressieren des Speichers in Richtung des Pfeils b gemäß Fig. 4. In Abhängigkeit von diesen Adreßdaten erfolgt ein Zugriff zu dem das Muster G speichernden Ebenen­ speicher 17 a und dem das Muster G 1 speichernden Speicher 17 c. Infolgedessen werden die Muster G und G 1 enthalten­ de Bilddaten in Einheiten von Zeilen dem UND-Glied 22 zugeführt. Die das UND-Glied 22 durchlaufenden Bilddaten werden im Ebenenspeicher 17 b abgespeichert. Wenn alle Inhalte der Speicher 17 a und 17 c ausgelesen sind, spei­ chert der Speicher 17 b Bilddaten, welche ein Muster gemäß Fig. 7 repräsentieren, d. h. ein Muster G 2, das durch Ausfüllen oder Ausschreiben des Bereichs zwischen den durch den Umriß in Fig. 4 definierten rechten und linken Enden mit logischen "Einsen" gewonnen wurde.

Der Speicher-Adreßgenerator 16 gibt sodann Adreßdaten zum Adressieren der Speicher in Richtung eines Pfeils c in Fig. 4 aus. In Abhängigkeit von diesen Adreßdaten erfolgt ein Zugriff zu dem das Muster G 2 speichernden Ebenenspeicher 17 b und dem das Muster G speichernden Speicher 17 a. Infolgedessen werden Bilddaten, welche die Muster G und G 2 repräsentieren oder darstellen, in Einheiten von Zeilen zum UND-Glied 22 geliefert. Die durch das UND-Glied 22 laufenden Bilddaten werden im Speicher 17 c abgespeichert. Wenn alle Inhalte der Spei­ cher 17 a und 17 b ausgelesen sind, speichert der Speicher 17 c Bilddaten, welche das Huster G 3 (Fig. 8) repräsen­ tieren, welches durch Einkerben oder Einziehen des oberen Abschnitts des Musters G 2 mit der Oberkante gemäß Fig. 4 erhalten wurde.

Der Speicher-Adreßgenerator 16 gibt weiterhin Adreßdaten zum Adressieren der Speicher in Richtung eines Pfeils d in Fig. 4 aus. Nach Maßgabe dieser Adreßdaten erfolgt ein Zugriff zu dem das Muster G 3 speichernden dritten Ebenenspeicher 17 c und dem das Muster G speichernden ersten Ebenenspeicher 17 a. Die die Muster G und G 3 repräsentierenden Bilddaten werden somit in Einheiten von Zeilen zum UND-Glied 22 geliefert. Die das UND-Glied 22 durchlaufenden Bilddaten werden im zweiten Ebenen­ speicher 17 b abgespeichert. Wenn alle Inhalte der Spei­ cher 17 a und 17 c ausgelesen sind, speichert der Speicher 17 b Bilddaten, welche ein Muster G 4 (Fig. 9) repräsen­ tieren, das durch Einkerben oder Einziehen des unteren Abschnitts des Musters G 3 mit der Unterkante in Fig. 4 erhalten wurde.

Das Ausfüllen oder Ausschreiben des Rand- oder Umrißbilds gemäß Fig. 4 erfolgt auf die oben be­ schriebene Weise. Ausgefüllte oder ausgeschriebene Bilddaten (Fig. 9) werden der Rechenschaltung 4 über die Rechen/Verarbeitungsschaltung 18 eingegeben. Die Rechenschaltung 4 führt Operationen zum Maskieren oder Umschreiben der im Bildspeicher 3 gespeicherten Daten mittels der das Muster G 4 repräsentierenden Bild­ daten aus und liefert die das Muster G 4 repräsentieren­ den Bilddaten zum Fernseh-Monitor 15 über die Bit-Umsetzungs­ schaltung 5, die Datenüberlagerungsschaltung 6 sowie den A/D-Wandler 7. Auf dem Fernseh-Monitor 15 wird somit das verarbeitete Bild wiedergegeben.

Die Zentraleinheit (CPU) 11 Zählt die Anzahl der logi­ schen "Einsen" der ausgefüllten oder ausgeschriebenen Bilddaten. Der von der Umrißlinie umrahmte Bereich kann mittels der Zählung gemessen werden. Das Innenvolumen eines Untersuchungsobjekts, z.B. eines Herzens, kann auf der Grundlage des gemessenen Bereichs berechnet werden.

Wenn bei der beschriebenen Ausführungsform die Rand- oder Umrißbilddaten gemäß Fig. 4 in Richtung des Pfeils a ausgelesen werden und ein Impuls eines dem Rand oder Umriß entsprechenden Signals S 2 ein ungeradzahliger Impuls ist, kann das Einschreiben von logischen "Einsen" eingeleitet werden: in Abhängigkeit von einem gerad­ zahligen Impuls kann das Einschreiben von logischen "Einsen" beendet werden. In diesem Fall kann das Aus­ füllen oder Ausschreiben durch Auslesen der Bilddaten nur längs einer Richtung erreicht werden.

Wenn wahlweise, anstelle der Rechenschaltung 18 eine Differenziereinheit zum Diskriminieren der Vorder- oder Hinterflanke vorgesehen wird, kann das Umrißbild gemäß Fig. 4 aus dem ausgefüllten oder ausgeschriebenen Bild gemäß Fig. 9 gewonnen werden.

Wenn in diesem Fall ausgefüllte oder ausgeschriebene Bilddaten PO 1 (Fig. 11), die aus dem ersten Ebenenspei­ cher 17 a in Richtung des Pfeils a ausgelesen werden, an (CK) eines Registers 21 gemäß Fig. 10 angelegt werden, erzeugt das Register 21 an seinem Aus­ gangsanschluß (Q) einen Impuls PO′ in Abhängigkeit von der Vorderflanke der ausgelesenen Daten (PO l). Ein Impuls PO a′ wird im dritten Ebenenspeicher 17 c abgespeichert. Wenn alle Inhalte aus dem Speicher 17 a ausgelesen sind, speichert der Speicher 17 c ein Rand- oder Umrißbild (Fig. 12), das bei einem Zugriff zum Speicher in Rich­ tung des Pfeils a erhalten wird.

Wenn die aus dem ersten Ebenenspeicher 17 a in Richtung des Pfeils b ausgelesenen, ausgefüllten oder ausgeschrie­ benen Bilddaten an den Taktanschluß (CK) des Registers 21 angelegt werden, liefert letzteres am Ausgangsanschluß (Q) einen Impuls PO b′ in Abhängigkeit von der Hinter­ flanke der ausgelesenen Daten. Der Impuls PO b′ wird im dritten Ebenenspeicher 17 c abgespeichert. Wenn alle Inhalte des Speichers 17 a vollständig ausgelesen sind, speichert der Speicher 17 c ein Rand- oder Umrißbild (Fig. 13), das bei einem Zugriff zum Speicher in Rich­ tung des Pfeils b erhalten wird. Auf ähnliche Weise werden ausgefüllte oder ausgeschriebene Daten in Richtung der Pfeile c und d ausgelesen, wobei das Rand- oder Umrißbild gemäß Fig. 4 im Speicher 17 c abge­ speichert wird.

Fig. 14 veranschaulicht eine Schaltung zum Wählen eines Ausfüll- oder Ausschreibmodus oder eines Umrißziehmodus. Dabei ist der Ausgangsanschluß eines ODER-Glieds 26 mit dem Anschluß D des Registers 21 verbunden. Der erste Eingangsanschluß des ODER-Glieds 26 nimmt Befehlsdaten, sein zweiter Eingangsanschluß ein Ausgangssignal vom Ausgang ab. Die Befehlsdaten sind im Ausfüll- oder Ausschreibmodus auf den hohen Pegel "H" gesetzt, während sie im Umrißausziehmodus auf den niedrigen Pegel "L" gesetzt sind. Daten PO′ und PO 2 werden in den ersten bzw. zweiten Eingangsanschlüssen A bzw. B eines Wählers 26 bzw. eines UND-Glieds 22 eingespeist, deren Ausgangs­ anschlüsse mit Eingangsanschlüssen A bzw. B eines Wählers 28 verbunden sind, an dessen Setzanschluß die Befehlsdaten angelegt werden.

Wenn bei der Schaltung nach Fig. 14 die Befehlsdaten auf den Pegel "H" gesetzt sind (d.h. Ausfüll- oder Ausschreib­ modus), aktiviert der Wähler 28 den Anschluß B zum Wählen des Ausgangssignals vom UND-Glied 22. Wenn dagegen die Befehlsdaten auf den Pegel "L" gesetzt sind (d.h. Umrißausziehmodus), aktiviert der Wähler 28 den Anschluß A zum Wählen des Ausgangssignals vom ODER-Glied 25

Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, kann auf der Grundlage des logischen Zustands der Befehls­ daten wahlweise der Ausfüll- oder Ausschreibmodus oder des Umrißausziehmodus gewählt werden.

Claims (7)

1. Bildverarbeitungsgerät mit

• - einem A/D-Wandler (2) zum Umwandeln eines Video­ signals, das ein Bild mit mindestens einer Rand­ linie repräsentiert, in digitale Bilddaten,
• - einer ersten Speichereinheit (3) zum Speichern der Bilddaten,
• - einer Randbilderzeugungseinheit (4) zum Erzeugen oder Formen eines Randbilds, das durch die Rand­ linie von den aus der ersten Speichereinheit (3) ausgelesenen Bilddaten definiert ist, und
• - einer Ausfülleinheit (20) zum Ausfüllen des Rand­ bildes mit Ausfülldaten,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Ausfülleinheit (20) aufweist:
  eine zweite Speichereinheit (17) zum Speichern von Ausfülldaten mit denselben Datenelementen wie bei den Bilddaten, einschließlich des Randbilds, von der Randbilderzeugungseinheit, wobei die Ausfüll­ einheit die Bilddaten aus der ersten Speicherein­ heit (3) und die Ausfülldaten aus der zweiten Speichereinheit (17) auszulesen vermag, um die Bild­ daten und die Ausfülldaten zu verarbeiten,
• - daß die zweite Speichereinheit einen ersten Ebenen­ speicher (17 a) zum Speichern der Bilddaten, einen zweiten Ebenenspeicher (17 b) zum Speichern der Aus­ fülldaten und einen dritten Ebenenspeicher (17 c) aufweist, und
• - daß die Ausfülleinheit außerdem eine Adreßausgabe­ einheit (16) zum Ausgeben von Adreßdaten für das Adressieren der im ersten Ebenenspeicher (17 a) gespeicherten Bilddaten und der im zweiten Ebenen­ speicher (17 b) gespeicherten Ausfülldaten sowie eine Einheit (18) für die Durchführung logischen und von arith­ metischen Operationen an sequentiell aus erstem und zweitem Ebenenspeicher (17 a, 17 b) ausgelese­ nen Daten und zum Speichern der verarbeiteten Daten im dritten Ebenenspeicher (17 c) aufweist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adreßausgabeeinheit (16) sequentiell Adreßdaten erzeugt, um die Ebenenspeicher in zwei oder vier Richtungen zu adressieren.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfülleinheit umfaßt:
eine Flankendetektoreinheit (21) zum sequentiellen Erfassen einer Flanke des Randbilds beim Auslesen der Bilddaten aus der ersten Speichereinheit (3) nach Maß­ gabe der Adressierungsrichtungen und eine Einheit (28) zum Freigeben einer Ausfülldaten-Einschreiboperation in Abhängigkeit von einer durch die Flankendetektor­ einheit erfaßten ungeradzahligen Flanke und zum Sper­ ren der Ausfülldaten-Einschreiboperation in Abhängig­ keit von einer durch die Flankendetektoreinheit (21) erfaßten geradzahligen Flanke.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der A/D-Wandler (2) ein Videosignal von einem Röntgen­ gerät in die digitalen Bilddaten umwandelt.

5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der A/D-Wandler (2) ein Videosignal von einem Ultra­ schallgerät in die digitalen Bilddaten umwandelt.

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der A/D-Wandler (2) ein Videosignal von einem Magnetreso­ nanz-Abbildungsgerät in die digitalen Bilddaten umwan­ delt.