DE3729521A1 - Stereoskopisches fernsehgeraet - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein stereoskopisches Fernsehgerät
zur Wiedergabe von Stereo- oder Raumbildern.
Stereoskopische Fernsehsysteme, bei denen Projektionsbilder
auf dem Bildschirm bei Betrachtung durch Spezialbrillen
dreidimensional bzw. plastisch erscheinen, sind
bereits für die Wiedergabe von Bildern in der medizinischen
Praxis sowie für normale Fernsehempfänger angewandt worden.
Beim stereoskopischen Fernsehen werden das vom rechten
Auge und das vom linken Auge betrachtete Bild jeweils
abwechselnd für je ein Teilbild (field) auf dem Monitor
(Bildschirm) wiedergegeben, so daß die Bilder auf dem
Monitor, die durch abwechselndes Umschalten von rechten
und linken Augenblenden in Synchronismus mit dem wechselnden
Wiedergabetakt (timing) der rechten und linken Bilder
betrachtet werden, dreidimensional wahrgenommen werden
können.
In der medizinischen Diagnosepraxis ergibt sich zeitweilig
die Notwendigkeit, einen Abstand zwischen zwei
beliebigen oder willkürlichen Punkten in einem bestimmten
stereoskopischen Bild oder Raumbild zu messen, z. B. eine
Entfernung von einer bestimmten Stelle zum Zentrum eines
erkrankten Bereichs. Bei den bisherigen stereoskopischen
Fernsehgeräten wird jedoch das Raumbild auf dem Monitorbildschirm
aufgrund der Blickunterschiede zwischen rechtem
und linkem Auge dreidimensional wahrgenommen, so daß zwei
Punkte im Bildschirm mittels eines Zeigers (cursor)
nicht spezifisch oder genau lokalisiert werden können und
damit eine Messung zwischen den beiden Punkten unmöglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines stereoskopischen
Fernsehgeräts, bei dem quantitativ zumindest
eine durch eine Bedienungsperson bezeichnete Stelle oder
Position in einem Raumbild erkennbar ist.
Bei diesem stereoskopischen Fernsehgerät sollen zwei beliebige
Punkte in einem dreidimensional wahrgenommenen
Bildschirmbild zur Messung der Entfernung zwischen den
beiden Punkten spezifisch oder genau lokalisierbar oder
ortbar sein.
Die obige Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten
Merkmale gelöst.
Das erfindungsgemäße stereoskopische Fernsehgerät umfaßt
eine Bildsignal-Ausgabeschaltung zum abwechselnden Ausgeben
erster und zweiter Bildsignale, die jeweils denen
für rechtes bzw. linkes Auge entsprechen, einen Monitor
zum abwechselnden Wiedergeben der den ersten und zweiten
Bildsignalen entsprechenden ersten und zweiten Bilder,
rechte und linke Blenden (shutters), die abwechselnd in
Synchronismus mit der abwechselnden Wiedergabe von ersten
und zweiten Bildern ein- und abschalten (öffnen bzw.
schließen), damit die ersten und zweiten Bilder als Raumbild
wahrgenommen werden können, und einen Markergenerator,
welcher Markierern (markers) entsprechende Helligkeitssignale
in den Monitor einblendet, um sie an zwei beliebigen
Punkten im Raumbild erscheinen zu lassen.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines für die Röntgenphotographie
verwendbaren stereoskopischen Fernsehgeräts
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine graphische Darstellung einer zusammengehängten
Anordnung (related arrangement) von
Positionen für einen Objekt-Körper und Bildverstärker,
Fig. 3A und 3B schematische Darstellungen eines linken
bzw. eines rechten Teilbilds (field),
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines ohne die Verwendung
von Blenden visuell wahrgenommenen Bilds,
in welchem sich jedoch Markierer entsprechend
zwei Punkten befinden, und eines mit Hilfe von
Blenden stereoskopisch wahrgenommenen Bilds mit
Markierern,
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform
der Erfindung für normale (common) Fernsehbilder,
Fig. 6 eine graphische Darstellung der optischen Bahnen
oder Strahlengänge (trackings) zur Erläuterung
des stereoskopischen Wiedergabevorgangs bei der
Ausführungsform nach Fig. 5,
Fig. 7 eine Darstellung eines Bildschirms mit Perspektiven-
Markierungen, die zweidimensional wahrgenommen
werden sollen, und
Fig. 8 Zeitsteuerdiagramme von Marker- oder Markierungssignalen
entsprechend den Markierungen nach Fig. 7
sowie von Abtastsignalen.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten stereoskopischen Fernsehgerät
für Röntgenbildwiedergabe ist eine Röntgenröhre 11
eines Doppelfokus(sier)typs so angeordnet, daß sie Röntgenstrahlung
durch ein Untersuchungs- oder Aufnahme-Objekt 12
hindurch zu einem Bildverstärker 13 hin ausstrahlt, welcher
die durch das Objekt 12 hindurchgedrungene Röntgenstrahlung
für die Ausgabe oder Lieferung eines Röntgenbilds
in Licht umsetzt. Die Wiedergabeebene für die
Röntgenbilder vom Bildverstärker 13 ist auf den optischen
Achsen von hintereinander angeordneten halbdurchlässigen
Spiegeln bzw. sog. Halbspiegeln 14, 15 angeordnet, derart,
daß die Halbspiegel 14, 15 das Röntgenbild vom Bildverstärker
13 auf Bildsensoren 16 bzw. 17 werfen, deren
Bildsignal-Ausgangsklemmen über einen Signalprozessor 18
an eine Eingangsklemme einer Kombinationsschaltung 19 angeschlossen
sind, deren andere Eingangsklemme mit der
Ausgangsklemme eines noch zu erläuternden Markergenerators
20 zur Lieferung von Marker- oder Markierersignalen verbunden
ist. Die Ausgangsklemme der Kombinationsschaltung
19 ist über einen Speicher 21 an einen Monitor 22
angeschlossen.
Die Eingangsklemme des Markergenerators 20 ist an ein
Tastenfeld 23 angeschlossen, während seine Taktsignalklemme
mit der Ausgangsklemme eines Taktgenerators 24
verbunden ist. Der Markergenerator 20 spricht auf den Befehl
vom Tastenfeld 23 für die Ausgabe oder Lieferung von
Leuchtdichtesignalen entsprechend Marker- oder Markierersignalen
an, d. h. zur Ausgabe von auf dem Monitor 22 wiederzugebenden
Markierern. Die Positionen oder Lagen der
auf dem Monitor 22 wiederzugebenden Markierer werden mittels
des Tastenfelds 23 bezeichnet. Wenn die durch das
Tastenfeld 23 bezeichneten Koordinaten an die vom Taktgenerator
24 in Entsprechung zu den Abtastzeilen des
Monitors 22 ausgegebenen Schritt-Taktsignale angepaßt
sind, liefert der Markergenerator 20 Leuchtdichtesignale.
Der Markergenerator 20 ist auch mit einem Koordinatenrechner
25 verbunden, welcher die Koordinaten der Markierer
in Übereinstimmung mit den Marker- oder Markierersignalen
vom Markergenerator 20 berechnet. Die Ausgangsklemme
des Koordinatenrechners 25 ist an einen Entfernungs-
oder Abstandsrechner 26 angeschlossen, der eine Entfernung
bzw. einen Abstand zwischen zwei Punkten auf der Grundlage
der Koordinateninformation vom Koordinatenrechner
25 berechnet.
Ein aus einer Flüssigkristalleinheit bestehendes Augen-
Blendenelement 27 dient zum abwechselnden Umschalten der
Abblendoperation (zum abwechselnden Abblenden) für linkes
oder rechtes Auge zwecks Erzeugung einer stereoskopischen
Wiedergabe des auf dem Monitor 22 dargestellten Bilds.
Das Flüssigkristall-Blendenelement 27 wird durch einen
Blendentreiber 28 angesteuert, der seinerseits durch vom
Taktgenerator 24 in Synchronismus mit den Schalttakten
der Bildsensoren 16 und 17 erzeugte Taktsignale für die
Ansteuerung des Blendenelements 27 gesteuert wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung strahlt die
Röntgenröhre 11 Röntgenstrahlung auf das
Objekt 12 abwechselnd von zwei Brennpunkten (X L und X R ),
aus, die in einem gegenseitigen Abstand entsprechend dem
Mittenabstand (etwa 52 mm) zwischen den beiden Augen angeordnet
sind. Die durch den Körper des
Objekts hindurch projizierten Röntgenstrahlen bilden Teile
A und B auf dem Bildverstärker 13. Dadurch werden Bildelemente
Ra, La und Rb, Lb, die jeweils den Teilen A bzw.
B entsprechen, auf der Ebene der Röntgenstrahlungsprojektion
auf dem Bildverstärker 13 geformt bzw. entworfen.
Die Elemente Ra und La entsprechen dem Bild des Teils A,
das vom rechtem bzw. linkem Auge gesehen bzw. erfaßt
wird, während die Elemente Rb und Lb dem von den betreffenden
Augen erfaßbaren Bild des Teils B entsprechen.
Auf den Bildverstärker 13 fallende Röntgenstrahlen werden
in Röntgenbilder umgewandelt, die dann als Bilder
(oder Abbildungen) durch die Bildsensoren 16 und 17 abgenommen
werden. Die abwechselnd auf dem Bildverstärker 13
entworfenen (displayed) rechten und linken Bilder werden
durch die jeweiligen Bildsensoren 16 bzw. 17, die abwechselnd
durch die Schritt-Taktsignale vom Taktgenerator
24 angesteuert werden, abgenommen, um als Bildsignale
ausgegeben zu werden, wobei das rechte Bild für das erste
Halb- oder Teilbild (Fig. 3A) und das linke Bild für das
zweite Halb- oder Teilbild (Fig. 3B) dient.
Die Bildsignale von den Bildsensoren 16 und 17 werden
durch den Signalprozessor 18 verarbeitet und über die
Kombinationsschaltung 19 dem Speicher 21 eingespeist,
welcher die dem rechten und dem linken Auge entsprechenden
Bildsignale speichert. Die Bildsignale für rechtes und
linkes Auge werden abwechselnd ausgelesen und dem Monitor
22 eingegeben, welcher abwechselnd das rechte Bild
und das linke Bild für die betreffenden ersten bzw. zweiten
Teilbilder (field images) (Fig. 3A und 3B) wiedergibt,
die bei Betrachtung durch das Blendenelement 27,
dessen rechte und linke Blendenteile in Synchronismus mit
der wechselnden Wiedergabe von ersten und zweiten Teilbildern
(im Wechsel) umgeschaltet und betätigt werden,
als stereoskopische Bilder oder Raumbilder auf dem Monitor
22 wahrgenommen werden.
In Fig. 4 steht ein Bild 30 a für ein auf dem Monitor 22
erscheinendes Wiedergabebild bei Betrachtung ohne das
Blendenelement 27, wobei dieses Bild Doppelbilder des
Untersuchungs-Objekts in Beziehung zur Sicht des rechten
und des linken Auges darstellt, während ein Bild 30 b ein
bei Betrachtung durch das Blendenelement 27 wahrgenommenes
Raumbild des Bilds (oder der Abbildung) 30 a darstellt.
Im folgenden ist die Anordnung (oder Einblendung) von
Markierern Ma und Mb im Raumbild 30 b beschrieben.
Die Einstellung des Markierungsmodus mittels des Tastenfelds
23 veranlaßt eine nicht dargestellte Zentraleinheit
(CPU) zur Wiedergabe oder Darstellung einer Markierungsprogramminformation
auf dem Monitor 22. Durch Betätigung des
Tastenfelds 23 nach Maßgabe des Programms wird sodann ein
Ausgangspunkt gesetzt bzw. vorgegeben. Das Setzen des
Ausgangspunkts an dem Teil A entsprechenden Koordinaten
veranlaßt den Markergenerator 20 zur Ausgabe von Markierersignalen
(zwei Markierersignalen, die jeweils dem rechten
bzw. linken Auge entsprechen) in Übereinstimmung mit der
Koordinateninformation vom Tastenfeld 23. Die Markierersignale
werden in der Kombinationsschaltung 19 mit Bildsignalen
kombiniert, um über den Speicher dem Monitor 22
eingegeben zu werden, welcher einen durch Tastenbetätigung
am Tastenfeld 23 verschobenen und einem Teil A
(Fig. 4) überlagerten Markierer Ma wiedergibt. Bei Betrachtung
ohne das Blendenelement 27 erscheint der Markierer
Ma, wie im Bild 30 a dargestellt, in Form von zwei Markierern
Ma 1 und Ma 2.
Der Markierer Ma wird durch Drücken einer vorbestimmten
Taste des Tastenfelds 23 fixiert. Wenn sodann eine vorbestimmte
Taste des Tastenfelds 23 betätigt wird, wird ein
Markierer Mb im Raumbild 30 b an einer Stelle neben dem
Markierer Ma wiedergegeben. Der Markierer Mb kann durch
Betätigung eines Zeigers am Tastenfeld zu einer beliebigen
Position verschoben werden, so daß er mit dem gewünschten
Teil B in Übereinstimmung gebracht werden kann. Wenn der
Markierer Ma mit dem Teil A koinzidiert, koinzidieren die
Markierer Ma 1 und Ma 2 mit Bildelementen Ra bzw. La. Wenn
der Markierer Mb mit dem Teil B koinzidiert, koinzidieren
Markierer Mb 1 und Mb 2 mit Bildelementen Rb bzw. Lb.
Nach dem Setzen der Markierer Ma und Mb im Raumbild und
dem anschließenden Einstellen eines Meßmodus wird die
Messung der Entfernung oder des Abstands zwischen den
Markierern Ma und Mb, d. h. zwischen den Teilen A und B,
vorgenommen. Im Zuge der Abstandsmessung werden die vom
Markergenerator 20 ausgegebenen und den Markierern Ma und
Mb entsprechenden Markierersignale dem Koordinatenrechner
25 eingespeist. In diesem Fall werden vier Markierersignale
ausgegeben, die jeweils paarweise ersten und zweiten Teilbildern
für die beiden Markierer Ma und Mb entsprechen.
Sodann berechnet der Koordinatenrechner 25 auf der Grundlage
der vier Markierersignale die Koordinaten der Markierer
Ma und Mb im dreidimensionalen Raum im Raumbild
(vgl. Fig. 4).
Die Koordinatenberechnung erfolg in einer Operation unter
Heranziehung der Erzeugungspositionsinformation (Information
entsprechend den Abtastpositionen des Monitors bzw.
auf dem Monitor) der Markierersignale (Ma 1, Ma 2, Mb 1, Mb 2)
des Bilds 30 a und anhand bekannter, in einem nicht dargestellten
Festwertspeicher (ROM) abgespeicherter geometrischer
Parameter.
Anhand der in Fig. 2 dargestellten Parameter werden die
Koordinaten der Teile A und B nach folgenden Formeln bzw.
Gleichungen berechnet:
X₁= [c/2 (XL₁-XR₁) + l/2 (XL₁-XR₁)]/(c + XL₁-XR₁),
Y₁= [Yc + k/2 (XL₁-XR₁)]/(c + XL₁-XR₁),
Z₁= d = h (XL₁-XR₁)/(c + XL₁-XR₁),
X₂= [c/2 (XL₂ + XR₂) + l/2 (XL₂-XR₂)]/(c + XL₂-XR₂),
Y₂= [Yc + k/2 (XL₂-XR₂)]/(c + XL₂-XR₂),
Z₂= d = h (XL₂-XR₂)/(c + XL₂-XR₂)
In obigen Gleichungen bedeuten: c = Abstand zwischen den
Röntgenstrahlern, h = Abstand von der Röntgenstrahlereinheit
zur Bildverstärkereinheit, d = Abstand vom
Objekt zur Bildverstärkereinheit, XR = Abstand
vom einen Ende der Bildverstärkereinheit zur Position der
Röntgenprojektion des Untersuchungs-Objektteils entsprechend
dem Markierer vom ersten Röntgenstrahler, XL = Abstand
vom genannten Ende der Bildverstärkereinheit zur Position
der Röntgenprojektion des Objektteils entsprechend
dem Markierer vom zweiten Röntgenstrahler,
l = Breite des Bildverstärkers und Y = Tiefe des Bildverstärkers.
Nach der Berechnung der Koordinaten der Teile A und B
nach den obigen Gleichungen wird das Rechenergebnis, d. h.
die Information für die Koordinaten (X₁, Y₁ Z₁) und
(X₂, Y₂, Z₂), vom Koordinatenrechner 25 dem Abstandsrechner
26 eingespeist, welcher die Entfernung bzw. den
Abstand Xl zwischen den Teilen A und B auf der Grundlage
der Koordinaten (X₁, Y₁, Z₁) und (X₂, Y₂, Z₂) nach nachstehender
Formel oder Gleichung berechnet:
Der durch den Abstandsrechner 26 ermittelte Abstand Xl
wird dem Monitor 22 eingespeist, um als numerische Größe
wiedergegeben zu werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird durch die synchronen Umschaltvorgänge
der beiden Brennpunkte der Röntgenröhre
11, der Bildsensoren 16 und 17 sowie der rechten und
linken Blendenteile des Blendenelements 27 der Eindruck
eines stereoskopischen Bilds oder Raumbilds des auf dem
Monitor 22 wiedergegebenen Objekts bei Betrachtung
durch das Blendenelement 27 vermittelt. Damit
im Raumbild mindestens zwei Markierer vorliegen, werden
Markierersignale mit Bildsignalen von rechtem und linkem
Bildsensor kombiniert. Die Markierer können zu jeder beliebigen
Stelle im Raumbild verschoben werden, indem der
Ausgangs- oder Ausgabetakt des Markierersignals vom Markergenerator
20 in Beziehung zu den Abtastzeilen, d. h. den
Horizontalabtastzeilen, geändert wird. Durch Bezeichnung
der beiden Positionen oder Stellen mittels zweier Markierer
wird es möglich, den Abstand zwischen den beiden
Stellen in einem Raumbild zu messen.
Obgleich bei der beschriebenen Ausführungsform eine
Röntgenröhre des Doppelfokustyps (two focus type) verwendet
wird, können auch zwei (getrennte) Röntgenröhren
verwendet werden. Anstelle von zwei Bildsensoren kann
auch ein (einziger) Bildsensor zum Abnehmen von rechtem
und linkem Röntgenbild eingesetzt werden. Die abwechselnde
Benutzung von zwei Bildsensoren resultiert jedoch in einer
Herabsetzung der Zahl der Bildaufnahme- oder -abnahmevorgänge
pro Zeiteinheit auf die Hälfte für jeden Bildsensor,
wodurch vorteilhaft der Einfluß der Restbilder auf dem
photoleitenden Film der Bildsensoren vermindert wird.
Abgesehen von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform
eines stereoskopischen Fernsehgeräts auf der Grundlage
von rechten und linken Röntgenbildern, die durch abwechselndes
Umschalten der Röntgenstrahlenausstrahlung
zwischen rechten und linken Strahlern erhalten werden,
ist die Erfindung auch auf ein normales (common) stereoskopisches
Fernsehgerät anwendbar. Eine bevorzugte Ausführungsform
für einen solchen Anwendungsfall ist nachstehend
beschrieben.
Gemäß Fig. 5 sind zwei Bildaufnahmekameras (CCD-Kameras)
41 und 42 in einem gegenseitigen Abstand c (entsprechend
dem Mittenabstand - 52 mm - der beiden Augen) angeordnet.
Die Ausgangsklemmen der Kameras 41 und 42 sind an einen
Bildumschaltkreis (image switch circuit) 43 angeschlossen,
der abwechselnd die Bildsignale von den Kameras 41 und
42 für jeweils ein Halb- oder Teilbild umschaltet. Die
Ausgangsklemme des Bildumschaltkreises 43 ist mit einem
Signalprozessor 45 in einem Steuerschaltungsteil 44 verbunden,
der eine Zentraleinheit (CPU) 46 für Systemsteuerung,
einen ein Systemprogramm enthaltenden Festwertspeicher
(ROM) 47, einen als Speicher für die Zwischenspeicherung
von Daten oder als Arbeitsspeicher dienenden
Randomspeicher (RAM) 48 und andere Baueinheiten enthält.
Der Signalprozessor 45 verarbeitet die über den Bildumschaltkreis
43 eingespeisten Bildsignale und trennt diese
in R-, G- und B-Signale; seine Ausgangsklemme ist über
eine Kombinationsschaltung 49 mit einem (Voll- oder)
Halbbildzahlwandler 50 verbunden, welcher die normalerweise
aus 30 Halbbildern/s bestehenden Bildsignale in
Signale von 60 Halbbilder/s umwandelt und diese über
seine Ausgangsklemmen an einen Kathodenstrahlröhren-Monitor
(CRT) 51 anschaltet.
Ein Tastenfeld 52 als Bedientafel ist mit der Zentraleinheit
46 und einem Markergenerator 53 verbunden, dessen
Ausgangsklemmen mit einer Kombinationsschaltung und einem
im Steuerschaltungsteil 44 angeordneten Koordinatenrechner
54 verbunden sind. Die Ausgangsklemme des Koordinatenrechners
54 ist an einen Entfernungs- oder Abstandsrechner
55 angeschlossen. Bei der Schaltung gemäß Fig. 5 werden
die von den CCD-Kameras 41 und 42 gelieferten Bildsignale
über den Bildumschaltkreis 43 dem Signalprozessor 45 abwechselnd
für je ein Teilbild (field) eingespeist. Der
Signalprozessor 45 verarbeitet die eingespeisten Bildsignale
und trennt sie in R-, G- und B-Signale, welche
der Kombinationsschaltung 49 eingespeist werden, um mit
den Marker- oder Markierersignalen vom Markergenerator
53 kombiniert zu werden.
Da der Markergenerator 53 Markierersignale entsprechend
den Markierern Ma und Mb gemäß Fig. 4 ausgibt, liefert
die Kombinationsschaltung 49 Videosignale mit den Markierern
Ma und Mb entsprechenden Helligkeitssignalen.
Der Halbbildzahlwandler 50 wandelt die Videosignale von
60 Teilbilder/s, die von der Kombinationsschaltung 49
eingespeist werden, in Videosignale von 120 Teilbilder/s
zur Einspeisung in den Kathodenstrahlröhren-Monitor (CRT)
51 um, welcher das Bild mit darin erscheinenden Markierern
wiedergibt. Bei Betrachtung durch ein Blendenelement 56
wird das Bild als stereoskopisches Bild oder Raumbild
mit den Markierern auf die in Fig. 4 gezeigte Weise wahrgenommen.
Der eine Markierer wird oder ist auf einer vorbestimmten
Position des Objekts festgelegt,
während der andere Markierer bei Betätigung des Tastenfelds
52 durch Manipulieren eines Zeigers zu jeder beliebigen
Position oder Stelle verschoben werden kann.
Nach dem Fixieren der beiden Markierer an den gewünschten
Stellen des Raumbilds und dem Einstellen eines Meßmodus
wird der Meßvorgang für die Entfernung oder den Abstand
zwischen den durch die betreffenden Markierer bezeichneten
Positionen A und B durchgeführt.
Gemäß Fig. 6 sind die beiden Kameras 41 und 42, mit L bzw.
R bezeichnet, in einem gegenseitigen Abstand c angeordnet.
Die Kameras L und R vermögen jeweils Bilder mit einem
Sichtwinkel R aufzunehmen. Die Bilder der Objekte A und
B werden in Richtungen der Winkel η 1, h 2, ξ 1, ξ 2 in bezug
auf die Kameras L und R aufgenommen. Wenn die Gesamtlänge
der waagerechten Achse des Halbbilds (frame) zu l und die
Abstände vom linken Ende zu den Objekten A
und B zu XL₁, XR₁, XL₂ und XR₂ vorausgesetzt werden, ergeben
sich die folgenden Formeln bzw. Beziehungen:
Φ= (π-R)/2
tan ξ 1= l/2 tan Φ/(XL₁-l/2)
tan η 1= l/2 tan Φ/(XR₁-l/2)
tan ξ 2= l/2 tan Φ/(XL₂-l/2)
tan η 2= l/2 tan Φ/(XR₂-l/2)
Wenn das Zentrum zwischen den Kameras L und R als Ursprung
vorausgesetzt wird, lassen sich die Koordinaten (X₁, Y₁,
Z₁) und (X₂, Y₂, Z₂) der Objekte A und B durch die folgenden
Formeln oder Beziehungen wiedergeben:
X₁= c (XL₁ + XR₁-l)/2 (XL₁-l/2)
Y₁= cl (k-2y) tan Φ · tan R/2/2k (XL₁-XR₁)
Z₁= cl tan Φ/2 (XL₁-XR₁)
X₂= c (XL₂ + XR₂-l)/2 (XL₂-l/2)
Y₂= cl (k-2y) tan Φ · tan R/2/2k (XL₂-XR₂)
Z₂= cl tan Φ/2 (XL₂-XR₂)
In obigen Formeln bedeuten: k = Halbbildlänge in Richtung
der Y-Achse; y = Abstand vom oberen Ende des Halbbilds
zum unteren Ende.
Nach Eingabe der nach obigen Formeln oder Beziehungen erhaltenen
Koordinaten (X₁, Y₁, Z₁) und (X₂, Y₂, Z₂) in den Abstandsrechner 55 kann der Abstand D zwischen den Objekten
oder Punkten A und B nach folgender Gleichung ermittelt
werden:
Nach Eingabe des mittels des Abstandsrechners 55 ermittelten
Abstands D in den Kathodenstrahlröhren-Monitor 51
wird der Abstand D in numerischer Größe wiedergegeben.
Bei Verwendung des stereoskopischen Fernsehgeräts gemäß
Fig. 5 bei einem Endoskop kann damit ein Abstand oder
eine Entfernung zwischen zwei Stellen in einer Körperhöhle
bestimmt werden. In der Sportphotographie kann damit
z. B. der Abstand zwischen zwei Golfbällen oder zwischen
Marathonläufern festgestellt werden.
Bei der beschriebenen Ausführungsform gemäß Fig. 4 läßt
in bezug auf die Markierer Ma 1, Ma 2 entsprechend dem
Markierer Ma sowie die Markierer Mb 1, Mb 2 entsprechend
dem Markierer Mb ein großer Abstand zwischen den beiden
Markierern den Beobachter das Bild in stereoskopischer
Wiedergabe als das Bild des dem Betrachter näher gelegenen
Markierers wahrnehmen, während ein kleiner Abstand zwischen
den Markierern den Beobachter den Markierer im
Raumbild als in einer weiter vom Beobachter entfernten
Position befindlich wahrnehmen läßt. Dies bedeutet, daß
gemäß Fig. 4 die Markierer Ma 1, Ma 2 im Raumbild als ein
näher zum Beobachter hin liegender Markierer Ma wahrgenommen
werden, während die Markierer Mb 1, Mb 2 im Raumbild
als weiter entfernte Markierer Mb wahrgenommen werden.
Die Markierer Ma 1 und Mb 1 sind für das erste Teilbild,
die Markierer Ma 2 und Mb 2 für das zweite Teilbild vorgesehen,
und beide Markierergruppen werden, wie beschrieben,
abwechselnd wiedergegeben.
Wenn jedoch, wie beschrieben, entfernt und nah erscheinende
Markierer Ma und Mb mit jeweils gleichen Größen wiedergegeben
werden würden, könnten die wiedergegebenen Markierer
in einer perspektivischen Darstellung nicht ohne
weiteres wahrgenommen werden und zu einer unnatürlichen
Darstellung führen. Zur Betonung der Perspektive ist daher
eine Funktion vorgesehen, gemäß welcher der nähergelegene
Markierer größer und der weiter entfernte Markierer
kleiner wiedergegeben werden.
Fig. 7 veranschaulicht in einer perspektivischen Darstellung
wiedergegebene Markierer Ma 1, Ma 2 und Mb 1, Mb 2.
Gemäß Fig. 7 werden die Markierer Ma 1 und Ma 2 für die
"näheren" Positionen in einem größeren Format, die Markierer
Mb 1 und Mb 2 für "entferntere" Positionen in einem
kleineren Format dargestellt. Für die Wiedergabe oder
Darstellung der Markierer Ma 1, Ma 2 und Mb 1, Mb 2 werden
in Fig. 8 dargestellte Marker- oder Markierersignale Sma
und Smb in Beziehung zum Horizontalsignal HS und Vertikalsignal
VS erzeugt. Dies bedeutet, daß das Signal (Leuchtdichtesignal)
Sma entsprechend den Markierern Ma 1, Ma 2
eine größere Zahl von Impulsen als das Signal (Leuchtdichtesignal)
Smb entsprechend den Markierern Mb 1, Mb 2
für die "entfernteren" Positionen aufweist, und sein
Mittenimpuls ebenfalls eine größere Impulsbreite besitzt
als das andere Signal. Die jeweiligen Größen der Markierer
Ma 1, Ma 2 und Mb 1, Mb 2 werden in bezug auf die Entfernung
oder den Abstand zwischen den paarigen Markierern bestimmt.
Die Form der Markierer ist nicht auf ein kreuzförmiges
Zeichen beschränkt, vielmehr können die Markierer
auch als kreisförmiges oder pfeilförmiges Zeichen vorliegen.
Außerdem ist die Wiedergabe des jeweiligen Markierers
nicht auf eine solche mittels seines Helligkeitsgrads
beschränkt, vielmehr kann der Markierer auch in
Schwarz oder in einer anderen Farbe wiedergegeben werden.
Zum Setzen der Markierer Ma und Mb an beliebigen
bzw. willkürlichen Stellen in einem Bild wenden die vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen weiterhin eine
Methode an, bei welcher zuerst der eine Markierer und
sodann ein anderer Markierer gesetzt wird, doch kann
auch eine Methode angewandt werden, nach welcher beide
Markierer gesetzt werden, während sie zusammen bzw. gemeinsam
oder gleichzeitig verschoben werden. Die Methode,
nach welcher der eine Markierer als Start- oder Ausgangspunkt
zuerst gesetzt wird, erleichtert jedoch die Bestimmung
der Position des anderen Markierers gegenüber
dem Ausgangspunkt und damit die Bestimmung des Abstands
zwischen den beiden Markierern.
Bei der vorstehend beschriebenen Erfindung ermöglicht die
Methode der mittels Markierern erfolgenden Bezeichnung
zweier Positionen oder Stellen in einem Raumbild bei
dessen Betrachtung die Messung des Abstands oder der
Entfernung zwischen diesen beiden Stellen im Raumbild und
insbesondere die Messung des Abstands von z. B. einem bestimmten
Punkt bis zu einem erkrankten bzw. befallenen
Teil sowie der Größe des befallenen Teils in einem für
medizinische Zwecke in Raumbildern dargestellten Untersuchungs-
Objekt, so daß die genaue Lage des erkrankten
Teils für eine chirurgische Operation einwandfrei bestimmt
werden kann.
Obgleich bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
das stereoskopische Fernsehen des Zeitteilungstyps angewandt
wird, bei dem die auf Zeitteilungsbasis wiedergegebenen
rechten und linken Bilder durch Blenden betrachtet
werden, die zur Erzeugung eines stereoskopischen Bilds
oder Raumbilds abwechselnd zwischen rechter und linker
Seite umgeschaltet werden, ist die Erfindung auch auf
andere Arten von stereoskopischen Fernsehsystemen anwendbar,
beispielsweise auf ein Linsensystem, welches das
Raumbild mittels eines aus einer Anordnung einer Vielzahl
von zylindrischen Linsen gebildeten optischen Elements
wiedergibt, oder auf ein stereoskopisches Fernsehsystem,
bei dem rechtes und linkes Bild in verschiedenen Farben
wiedergegeben und zur Wahrnehmung als Raumbild durch ein
Farbfilter hindurch betrachtet werden. Diese Systeme
wenden nicht immer eine Teilbildfolgemethode (field
sequential method) für abwechselnd umschaltende Teilbilder
an, sondern vielmehr eine Methode, nach welcher zwei Teilbilder
gleichzeitig auf einer einzigen Kathodenstrahlröhre
oder einem einzigen Bildschirm wiedergegeben werden. In
diesem Fall werden Markierer jeweils zu rechtem und linkem
Bild hinzugefügt und auf den Zielpunkten des Objekts positioniert.
Die Koordinaten der Markierer werden auf der
Grundlage der Positionen der Abtastzeilen bestimmt, auf
denen die Markierer liegen.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen werden in einem
auf einem Monitor wiedergegebenen stereoskopischen Bild
oder Raumbild zwei Punkte bezeichnet und ein Abstand bzw.
eine Entfernung zwischen diesen beiden Punkten berechnet.
Wahlweise kann jedoch im Raumbild nur ein Punkt bezeichnet
werden, wobei die dem bezeichneten Punkt entsprechende
Koordinate berechnet werden kann, um die dem bezeichneten
Punkt entsprechende Lage oder Position quantitativ zu erkennen.
In einem Röntgenabbildungssystem ist eine Strecke von der
Körperoberfläche eines Patienten bis zur Oberfläche eines
Bildverstärkers im wesentlichen vorherbestimmt oder festgelegt.
Wenn dabei ein Punkt im Raumbild bestimmt wird,
kann die diesem Punkt entsprechende Koordinate im Zusammenhang
mit der Strecke zwischen Bildverstärker und Patient
berechnet werden. Genauer gesagt: wenn im Raumbild nur
ein Punkt bezeichnet wird, kann die dem bezeichneten
Punkt entsprechende Position erkannt oder ermittelt werden.
Falls in einem herkömmlichen stereoskopischen Fernsehsystem
eine Bezugsposition vorherbestimmt ist oder wird,
kann dann, wenn mittels eines Markierers eine einzige
Position im Raumbild bezeichnet wird, die bezeichnete
Position im Zusammenhang mit der Bezugsposition berechnet
werden.
Claims (10)
1. Stereoskopisches Fernsehgerät, umfassend eine Bildsignalausgabeeinrichtung
zur Ausgabe oder Lieferung
von Bildsignalen entsprechend den Betrachtungen mit
rechtem und linkem Auge, eine Wiedergabeeinheit zum
Wiedergeben der von der Signalausgabeeinrichtung ausgegebenen
und den jeweiligen Betrachtungen (views) mit
rechtem und linkem Auge entsprechenden Bildsignale als
Bilder (Abbildungen) und eine optische Einheit, welche
die durch die Wiedergabeeinheit wiedergegebenen
Bilder als stereoskopisches Bild oder Raumbild
erzeugt, gekennzeichnet durch eine Marker- oder Markierersignalausgabeeinheit
(20, 53), die mit dem Ausgang
der Bildsignalausgabeeinrichtung (16, 17; 41, 42)
verbunden ist und mit den Bildsignalen kombinierbare
Markierersignale zur Bildung von mindestens zwei
Markierern in dem durch die Wiedergabeeinheit (22, 51)
wiedergegebenen und mittels der optischen Einheit (27, 56)
betrachteten Raumbild ausgibt oder liefert, eine
mit der Markierersignalausgabeeinheit verbundene Koordinatenrecheneinheit
(25, 54) zum Berechnen von Koordinaten
von Markierern aus den Markierersignalen sowie eine
mit der Koordinatenrecheneinheit verbundene Entfernungs-
oder Abstandsrecheneinheit (26, 55) zum Berechnen der
Entfernung bzw. des Abstands zwischen den Markierern
anhand der Koordinaten.
2. Stereoskopisches Fernsehgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bildsignalausgabeeinrichtung eine Röntgenstrahlerzeugungseinheit
(11), die Röntgenstrahlung auf
ein Untersuchungs-Objekt aufstrahlt und erste und
zweite, in einem gegenseitigen Abstand angeordnete
Röntgenstrahler (L, R) aufweist, eine Bildverstärkereinheit
(13), die als Röntgenbild die von der Röntgenstrahlerzeugungseinheit
(11) durch das Objekt (12)
hindurch empfangene Röntgenstrahlung ausgibt, und eine
Bildaufnahmeeinrichtung (16, 17), welche die Röntgenbilder
abnimmt und Bildsignale ausgibt, umfaßt und daß
die Koordinatenrecheneinheit (25) eine Einrichtung
aufweist, welche die Koordinaten (X, Y, Z) der Markierer
nach folgenden Formeln bzw. Gleichungen berechnet:
X= [c/2 (XL + XR) + l/2 (XL-XR)]/(c + XL-XR) Y= [yc + k /2 (XL-XR)]/(c + XL-XR) Z= d = h (XL-XR)/(c + XL-XR)worin bedeuten: c = Abstand zwischen den Röntgenstrahlern:
h = Abstand von den Röntgenstrahlern zur
Bildverstärkereinheit; d = Abstand vom Objekt zur
Bildverstärkereinheit; XR = Abstand von einem Ende
der Bildverstärkereinheit zu einem Röntgenbildprojektionspunkt
eines Objektteils, welcher dem Markierer
entspricht und mit der Röntgenstrahlung des ersten
Röntgenstrahlers bestrahlt wird; XL = Abstand vom genannten
Ende der Bildverstärkereinheit zu einem Röntgenstrahlprojektionspunkt
des Objektteils, welcher dem
Markierer entspricht und mit der Röntgenstrahlung vom
zweiten Röntgenstrahler bestrahlt wird; l = Breite der
Bildverstärkereinheit und y = Tiefe der Bildverstärkereinheit.
3. Stereoskopisches Fernsehgerät nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahlerzeugungseinheit
eine Röntgenröhre (11) mit zwei Brennpunkten (L; R)
aufweist, die in einem gegenseitigen Abstand angeordnet
sind und abwechselnd Röntgenstrahlung ausstrahlen.
4. Stereoskopisches Fernsehgerät nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmeeinrichtung einen
ersten und einen zweiten Bildsensor (16, 17) aufweist,
die abwechselnd die Röntgenbilder von der Bildverstärkereinheit
in Synchronismus mit der Röntgenstrahlausstrahlung
von erstem und zweitem Röntgenstrahler
abnehmen.
5. Stereoskopisches Fernsehgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Markierersignalausgabeeinheit
eine Einrichtung (20, 53) aufweist, welche Markierersignale
in der Weise ausgibt, daß der dem Beobachter
näher erscheinende Markierer stereoskopisch mit einer
größeren Größe als der dem Beobachter ferner erscheinende
Markierer dargestellt wird.
6. Stereoskopisches Fernsehgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bildsignalausgabeeinrichtung
eine Bildaufnahmeeinrichtung (41, 42) aufweist, welche
das Bild eines Objekts aus ersten und zweiten Bildaufnahmepositionen
entsprechend dem rechten und dem
linken Auge aufnimmt, und daß die Koordinatenrecheneinheit
Koordinaten (X, Y, Z) der Markierer nach folgenden
Formeln oder Gleichungen berechnet:
Φ= (π-R)/2
tan ξ= l/2 tan Φ/(XL-l/2)
tan η= l/2 tan Φ/(XR-l/2)
X= c (XL + XR-l)/2 (XL-l/2)
Y= cl (k-2y) l tan Φ · tan R/2/2k (XL-XR)
Z= cl tan Φ/2 (XL-XR)worin bedeuten: R = Bildwinkel der Kamera; η, ξ = Objektwinkel
zu erster und zweiter Bildaufnahmeposition;
l = Länge der waagerechten Achse des Halbbilds (frame);
XL und XR = Abstände vom linken Ende (und rechten Ende)
des Halbbilds (frame) zum Objekt entsprechend dem
Markierer.
7. Stereoskopisches Fernsehgerät nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmeeinrichtung erste
und zweite Festkörper-Bildaufnahmekameras (41, 42)
aufweist, die erster bzw. zweiter Bildaufnahmeposition
entsprechend angeordnet sind.
8. Stereoskopisches Fernsehgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bildsignalausgabeeinrichtung
eine Röntgenstrahlerzeugungseinheit (11), die Röntgenstrahlung
auf ein Objekt ausstrahlt und zwei in einem
gegenseitigen Abstand angeordnete Röntgenstrahler aufweist,
eine Bildverstärkereinheit (13) zum Erzeugen
eines Röntgenbilds aus der von der Röntgenstrahlerzeugungseinheit
durch das Objekt hindurch empfangenen
Röntgenstrahlung und eine Bildaufnahmeeinrichtung (16,
17) zum Abnehmen der Röntgenbilder und zum Ausgeben
(Liefern) von Bildsignalen umfaßt, und die Koordinatenrecheneinheit
(26) eine Einrichtung zum Einstellen zumindest
eines Abstands zwischen erstem und zweitem
Röntgenstrahler sowie eines Abstands zwischen den
Röntgenstrahlern und der Bildverstärkereinheit zwecks
Gewinnung von Daten für den Abstand zwischen den
Röntgenstrahlern und Daten für den Abstand zwischen
Röntgenstrahlern und Bildverstärkereinheit sowie eine
Einrichtung zum Berechnen der Koordinaten der Markierer
auf der Grundlage der Daten für den Abstand zwischen
den Röntgenstrahlern und der Bildverstärkereinheit
aufweist.
9. Stereoskopisches Fernsehgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bildsignalausgabeeinrichtung
Bildaufnahmeeinheiten (41, 42) zum Aufnehmen eines
Bilds eines Objekts aus ersten und zweiten Bildaufnahmepositionen
entsprechend dem rechten und dem linken
Auge aufweist und daß die Koordinatenrecheneinheit
(54) eine Einrichtung zum Einstellen zumindest eines
Kamera-Bildwinkels, eines Objektwinkels zu erster und
zweiter Bildaufnahmeposition und eines Abstands zwischen
erster und zweiter Bildaufnahmeposition zwecks
Gewinnung oder Ableitung von Winkeldaten und Abstandsdaten
sowie eine Einrichtung zum Berechnen der Koordinaten
der Markierer auf der Grundlage der Winkel- und
der Abstandsdaten aufweist.
10. Stereoskopisches Fernsehgerät, gekennzeichnet
durch
eine Bildsignalausgabeeinrichtung (16, 17) zum Erzeugen von den Betrachtungen mit rechtem und linkem Auge entsprechenden Bildsignalen,
eine Wiedergabeeinheit zum Wiedergeben der von der Bildsignalausgabeeinrichtung ausgegebenen und den jeweiligen Betrachtungen mit rechtem und linkem Auge entsprechenden Bildsignale als Bilder (Abbildungen),
eine optische Einheit (27), um die durch die Wiedergabeeinheit wiedergegebenen Bilder als stereoskopisches Bild oder Raumbild zu erzeugen (creating),
eine mit dem Ausgang der Bildsignalausgabeeinrichtung verbundene Markierersignalausgabeeinheit (20) zum Erzeugen eines Markierersignals, das mit den Bildsignalen für die Erzeugung eines einzigen Markierers in dem durch die optische Einheit betrachteten Raumbild kombinierbar ist, und
eine mit der Markierersignalausgabeeinheit verbundene Koordinatenrecheneinheit zum Berechnen einer Koordinate des einzigen Markierers anhand des Markierersignals und eines vorbestimmten (vorgegebenen) Bezugssignals.
eine Bildsignalausgabeeinrichtung (16, 17) zum Erzeugen von den Betrachtungen mit rechtem und linkem Auge entsprechenden Bildsignalen,
eine Wiedergabeeinheit zum Wiedergeben der von der Bildsignalausgabeeinrichtung ausgegebenen und den jeweiligen Betrachtungen mit rechtem und linkem Auge entsprechenden Bildsignale als Bilder (Abbildungen),
eine optische Einheit (27), um die durch die Wiedergabeeinheit wiedergegebenen Bilder als stereoskopisches Bild oder Raumbild zu erzeugen (creating),
eine mit dem Ausgang der Bildsignalausgabeeinrichtung verbundene Markierersignalausgabeeinheit (20) zum Erzeugen eines Markierersignals, das mit den Bildsignalen für die Erzeugung eines einzigen Markierers in dem durch die optische Einheit betrachteten Raumbild kombinierbar ist, und
eine mit der Markierersignalausgabeeinheit verbundene Koordinatenrecheneinheit zum Berechnen einer Koordinate des einzigen Markierers anhand des Markierersignals und eines vorbestimmten (vorgegebenen) Bezugssignals.
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