DE4217050C1 - Vorrichtung zum digitalisieren auf einem bildtraeger aufgenommener bilder - Google Patents
Vorrichtung zum digitalisieren auf einem bildtraeger aufgenommener bilderInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum digitalisieren mittels elek
tromagnetischer Strahlung auf einem Bildträger augenommener Bilder, ge
mäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-A1 36 34 190 bekannt. Dort ist
eine Anordnung für die digitale Radiographie beschrieben, bei der zu
nächst eine Röntgenaufnahme auf einer zuvor aufgeladenen, durch die ein
fallende Röntgenstrahlung intensitätsabhängig teilentladenen Selenplatte
hergestellt wird. Auf der als Bildträger dienenden Selenplatte liegt al
so ein Röntgenbild in Form eines Ladungsbildes vor. Mittels einer geeig
neten Detektoranordnung, beispielsweise einer Influenzsonde, wird der
Bildträger zeilenweise abgetastet. Die so entstehenden Bildsignale sind
der Ladgungsdichte an der Oberfläche des Bildträgers proportional.
Der im weiteren Signalweg der bekannten Vorrichtung vorgesehene Analog-
Digital-Wandler erzeugt digitalisierte Ausgangssignale, wobei gefordert
ist, daß eine Stufe dieses digitalen Ausgangssignals der Rauschamplitude
des analogen Eingangssignals entsprechen solle. Bei einer feineren Ab
stufung würde sich wegen des Rauschens kein Informationsgewinn mehr er
geben, während eine gröbere Abstufung einen Informationsverlust zur Fol
ge hätte. Um diese Forderung zu verwirklichen, sind im Signalweg Signal
korrekturmittel vorgesehen, welche bewirken, daß die Digitalwerte je
weils der Quadratwurzel des Ausgangssignals der Detektoranordnung pro
portional sind. Dies beruht auf der Erkenntnis, daß das Rauschen im
Röntgenbild im wesentlichen durch das Quantenrauschen der absorbierten
Röntgenphotonen bestimmt ist. Die mittlere Rauschamplitude entspricht
dabei der Wurzel aus der Signalamplitude, die der Zahl der absorbierten
Röntgenquanten proportional ist.
Wird nun anstelle der in der bekannten Vorrichtung verwendeten, mit
Röntgenstrahlen belichteten Selenplatte ein photographischer Bildträger
verwendet, so liegt in Analogie zur bekannten Vorrichtung die Schlußfol
gerung nahe, daß auch hier bei der Digitalisierung der abgetasteten
Bildsignale ein Signalkorrekturmittel zu verwenden ist, welches die Si
gnale gemäß einer Quadratwurzelfunktion umformt. Dies ergibt sich dar
aus, daß ein photographischer Bildträger, also beispielsweise ein Film,
auch von einer elektromagnetischen Strahlung, etwa im sichtbaren oder in
Nachbarschaft des sichtbaren Wellenlängenbereiches, belichtet ist und
somit das Quantenrauschen der vom Bildträger absorbierten Photonen eine
vergleichbare Rolle spielt wie bei der mit Röntgenstrahlung belichteten
Selenplatte der bekannten Vorrichtung. Es hat sich aber gezeigt, daß mit
einem derartigen Signalkorrekturmittel eine befriedigende Digitalisie
rung nicht zu erreichen ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei Verwendung eines photo
graphischen Bildträgers die digitalisierten Ausgangssignale unabhängig
von der Signalhöhe nach Möglichkeit alle den gleichen Rauschanteil ent
halten.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst.
Demnach ist im Unterschied zu der bekannten Vorrichtung zunächst in an
sich bekannter Weise eine Detektoranordnung zu verwenden, welche im we
sentlichen aus einer Lichtquelle, die den photographischen Bildträger
von der einen Seite beleuchtet, und einer Photosensoreinrichtung, die
auf der anderen Seite des Bildträgers angeordnet ist und das durch letz
teren hindurchtretende Licht registriert, besteht. Der Lichtquelle ist
zweckmäßigerweise eine Optik nachgeschaltet, welche dafür sorgt, daß der
Bildträger überall gleichmäßig beleuchtet ist. Als Photosensoreinrich
tung kann ein CCD-Flächensensor zur Anwendung kommen, auf dessen Ober
fläche der photographische Bildträger durch eine zwischengeschaltete Op
tik abgebildet wird. Selbstverständlich kann auch ein CCD-Zeilensensor
oder ein die Rückseite des Bildträgers zeilenförmig abtastender einzel
ner Photosensor verwendet werden.
Am Ausgang der so ausgebildeten Detektoranordnung werden Bildsignale ab
gegeben, die im weiteren Signalweg, ggf. nach Durchlaufen eines Verstär
kers, einem Analog-Digital-Wandler zugeführt werden. Ohne Einsatz eines
Signalkorrekturmittels enthalten die digitalisierten Ausgangssignale
sehr unterschiedliche Anteile an Grauwertrauschen, und zwar abhängig von
der Signalhöhe, welche wiederum von der optischen Dichte D des photogra
phischen Bildträgers abhängt. Diese optische Dichte D ist definiert als
negativer dekadischer Logarithmus der Transparenz des Bildträgers. Bei
einem belichteten und entwickelten Filmnegativ entspricht die optische
Dichte D der Schwärzung.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß nicht das Quantenrauschen
der vom Film absorbierten Photonen der dominierende Faktor im Gesamtrau
schen ist, sondern daß vielmehr die Kornstruktur des Filmes einen weit
größeren Einfluß hat, und daß bei der Gestaltung des Signalkorrekturmit
tels bei optimaler Auswahl und Justierung der übrigen im Signalweg vor
handenen Komponenten alle anderen Einflüsse vernachlässigt werden kön
nen. Demnach genügt es, lediglich die Körnigkeit des Bildträgermate
rials, speziell des verwendeten Filmes, bei der Gestaltung des Signal
korrekturmittels zu berücksichtigen. Dies drückt sich in der Korrektur
vorschrift durch die von der optischen Dichte D abhängige Größe im Nen
ner des Integranden aus, welche für die Standardabweichung σ der opti
schen Dichte D steht. Gewöhnlich wird die Körnigkeit als RMS-Wert (RMS=
root mean square) der optischen Dichte D angegeben und ist gemäß ISO-
Standard mit der Standardabweichung σ, gemessen innerhalb eines Krei
ses von 50 µm Durchmesser auf der Filmoberfläche bei D=1,0 und mit
1000 multipliziert, gleichzusetzen. Die RMS-Werte werden vielfach von
den Filmherstellern angegeben, entweder nur für D=1,0 oder für einen
größeren Wertebereich von D. Der RMS-Wert nimmt im allgemeinen mit stei
gendem D ebenfalls zu, wobei der Verlauf annähernd linear ist.
Die Korrekturvorschrift beruht auf der Forderung, daß zwischen den Ab
stufungen Δy und ΔD des korrigierten Signals y und der optischen
Dichte D folgender Zusammenhang bestehen soll:
Hieraus ergibt sich durch Integration
wobei die optische Dichte D und das mit dem ggf. verstärkten und digita
lisierten Bildsignal identische unkorrigierte Signal x folgendermaßen
zusammenhängen:
Das von der Detektoranordnung gelieferte Bildsignal ist der Transparenz
des Bildträgers proportional, welche wiederum, wie oben bereits erwähnt,
mit der optischen Dichte in einem logarithmischen Zusammenhang steht.
σ kann häufig mit einer linearen Funktion angenähert werden gemäß
mit einer materialspezifischen Konstanten a, woraus sich durch Integra
tion gemäß (2) ergibt:
y=k₂ln(D+a)+k₃ (5)
Bei den üblichen Filmtypen schwankt die optische Dichte zwischen D=0,2
und D=2,5. Als oberste und unterste Digitalisierungsstufe können dann
y(2,5)=0 und y(0,2)=255 gewählt werden, wobei eine Digitalisierung
mit 8 Bit angenommen ist. Hieraus und mit a=2 ergeben sich für die An
paßkonstanten die Werte k₂=-356,34 und k₃=535,97. Damit folgt
für diesen Spezialfall schließlich:
y=-356,34 · ln(D+2)+535,97 (6a)
bzw.
Es ist prinzipiell möglich, den Eingriff des Signalkorrekturmittels an
beliebiger Stelle im Signalweg vom Ausgang der Detektoranordnung bis
einschließlich hinter dem Ausgang des Analog-Digital-Wandlers vorzuneh
men. Als eine Möglichkeit bietet sich an, dem Analog-Digital-Wandler ein
Korrekturglied nachzuschalten, welches eine Korrekturtabelle enthält.
Diese Tabelle stellt einen eindeutigen Zusammenhang zwischen den vom
Analog-Digital-Wandler ausgegebenen digitalen Signalwerten und den ge
wünschten korrigierten Signalwerten her. Es kann aber auch die Verstär
kerkennlinie eines zwischen dem Ausgang der Detektoranordnung und dem
Analog-Digital-Wandler vorgesehenen Verstärkers so ausgebildet sein, daß
sie den gewünschten funktionalen Zusammenhang y(x) verwirklicht. Auch
Kombinationen von Korrekturgliedern und/oder Verstärkern, welche die
Korrekturvorschrift jeweils nur teilweise verwirklichen, sind möglich.
Schließlich kann ein entsprechendes, die Bildsignale gemäß der Korrek
turvorschrift (2) bzw. (6) umformendes Korrekturglied der Detektoranord
nung direkt nachgeschaltet sein.
Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Fig. 1a
bis d und von Tabellen 1 bis 5 näher erläutert.
Eine Lichtquelle 1 beleuchtet einen photographischen Bildträger 3 in
Form eines belichteten und entwickelten Filmes. Eine Optik 2 sorgt für
eine gleichmäßige Flächenausleuchtung, eine Optik 4 für die Abbildung
des photographischen Bildträgers 3 auf die Oberfläche einer Photosensor
einrichtung 5 in Form eines CCD-Flächensensors. Letztere liefert ein
zeilenweise bzw. pixelweise gegliedertes Bildsignal x₀, welches im
weiteren Signalweg weiterverarbeitet wird.
Gemäß Fig. 1a folgt ein Korrekturglied 6, das beispielsweise als Ver
stärker mit nichtlinearer, die Korrekturvorschrift verwirklichender Ver
stärkerkennlinie ausgebildet sein kann. Das korrigierte Signal y₁ wird
einem Analog-Digital-Wandler 7 zugeführt, der ein digitalisiertes Aus
gangssignal y1d von 8 Bit abgibt.
In Tabelle 1 sind simulierte Werte für die in Fig. 1a abgebildete Vor
richtung wiedergegeben, und zwar für einen Wertebereich von 0,2D2,5,
wobei die Korrekturvorschriften (6a) und (3) mit k=100 zugrunde
gelegt sind. |σD| stellt den Absolutwert des durch die Körnigkeit
des Filmmateriales bedingten Rauschanteiles dar, |σ₀| denjenigen des
Bildsignales x₀ · y₁ ist aus x₀ mittels (6a) und (3) für y=y₁
und x=x₀ berechnet, y1d sind die digitalisierten (Index d) Werte
von y₁. Die Rauschanteile σy1 und σy1d unterscheiden sich
durch das im Analog-Digital-Wandler entstehende
Digitalisierungsrauschen, ermittelt nach der Formel:
σ²y1d=σ²y1+0,35².
Es fällt auf, daß die Rauschanteile |σy1| nach der Korrektur für al
le Signalhöhen des korrigierten Signales y₁ gleich hoch sind, nämlich
5,94 Digitalisierungsstufen, und daß die Rauscherhöhung durch die Digi
talisierung gleichbleibend 0,01 Digitalisierungsstufen beträgt.
Fig. 1b zeigt zum Vergleich eine Digitalisierungsvorrichtung ohne Anwen
dung der erfindungsgemäßen Korrekturvorschrift. Demnach wird das Bildsi
gnal x₀ einem linearen Verstärker 8 mit der Verstärkerkonstanten c₁
und dessen Ausgangssignal x₁ dem Analog-Digital-Wandler 7 zugeführt.
Die Verstärkerkonstante c₁ ist so gewählt, daß sich für D=0,2 in et
wa dieselbe Signalhöhe von 255 ergibt wie im Falle der Fig. 1a bzw. Ta
belle 1. Der Verlauf der in Fig. 1b angegebenen, durch Simulatoren er
mittelten Werte ist in Tabelle 2 wiedergegeben.
Hier fällt auf, daß die Rauschanteile |σx1d| der digitalisierten
Ausgangssignale x1d stark von der Signalhöhe abhängen, was durch die
Erfindung (siehe Tabelle 1) gerade vermieden wird, und daß weiterhin die
durch die Digitalisierung bedingte Rauscherhöhung ebenfalls stark von
der Signalhöhe abhängt und z. B. für D=0,5 erst ca. 0,08% für D=2,5
aber bereits nahezu 83% ausmacht.
In den Fig. 2a und 2b sind die Werte x1d und y1d aus den Tabellen 2
bzw. 1 als Kurven über dem Bildsignal x₀ bzw. der optischen Dichte D
aufgetragen. In Fig. 2a zeigt sich, daß sich die Rauschanteile für x₀
in stets gleichbleibende Rauschanteile für y1d transformieren, die
entsprechenden Rauschanteile für x1d jedoch stark von der Signalhöhe
abhängig sind, wie bereits den Tabellen 1 und 2 zu entnehmen ist. Ein
entsprechender Sachverhalt ergibt sich aus Fig. 2b hinsichtlich der auf
D bezogenen Rauschanteile.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1c folgen auf die Photosensor
einrichtung 5 im Signalweg für das von letzterer gelieferte Bildsignal
x₀ ein Verstärker 9 mit einer linearen Verstärkung (c₂), ein 12-bit-
Analog-Digital-Wandler 10 und ein eine Korrekturtabelle enthaltendes
Korrekturglied 11, welches ein korrigiertes Ausgangssignal y2d mit 8 bit
abgibt. Die entsprechenden simulierten Werte sind der Tabelle 3 zu
entnehmen. Für c₂ ist gewählt: c₂=64,917. Die Korrekturtabelle
vermittelt den Zusammenhang zwischen den unkorrigierten digitalisierten
Signalen x′2d und den korrigierten digitalen Ausgangssignalen y2d
Ausgangssignalen y2d über die Korrekturvorschriften (6a) und (3) mit
x=x′2d und y=y2d sowie k=6492. Ein Auszug aus der Korrekturta
belle, welche die mit 12 bit digitalisierten Signale x′2d den mit 8 bit
digitalisierten Ausgangssignalen y2d zuordnet, und in der die ge
nannten Korrekturvorschriften eingearbeitet sind, ist in Tabelle 5 wie
dergegeben.
In Tabelle 3 sind noch Werte für |σy2r| aufgeführt. Diese geben den
rein radiometrisch bedingten Rauschanteil wieder, der sich um den stets
gleichbleibenden, durch das Digitalisierungsrauschen bedingten kleinen
Anteil von 0,01 Digitalisierungsstufen auf |σy2d| erhöht. Auch hier
fällt auf, daß sowohl der gesamte Rauschanteil als auch die Rauscherhö
hung aufgrund des Digitalisierungsrauschens völlig unabhängig von der
Signalhöhe sind.
Fig. 1d zeigt ein Vergleichsbeispiel ohne Anwendung der Erfindung, bei
dem das verstärkte (c₂) Bildsignal x₂ direkt einem Analog-Digital-
Wandler 7 mit 8-bit-Stufung zugeführt wird. Die entsprechenden Signal
werte sind in Tabelle 4 zusammengestellt. Der gesamte Rauschanteil
|σx2d| des digitalen Ausgangssignales x2d erweist sich als stark
abhängig von der Signalhöhe, ebenso wie die Rauscherhöhung von |σx2r|
auf |σx2d| aufgrund des Digitalisierungsrauschens, welche beispiels
weise für D=0,6 nur knapp 0,1%, für D=2,2 aber bereits nahezu 32%
beträgt. Der Absolutbetrag |σx2d| des Rauschens macht bei großer Si
gnalhöhe eine relativ hohe Anzahl von Digitalisierungsstufen aus, bei
kleinen Signalhöhen lediglich einen Bruchteil einer Digitalisierungsstu
fe. Die Signalabstufung ist also im oberen Signalbereich viel zu fein,
im unteren Signalbereich dagegen viel zu grob. Dieser Mangel wird durch
die Erfindung beseitigt, wo die Signalabstufung hinsichtlich des jewei
ligen Rauschanteiles völlig gleichmäßig ist.
x′2d (12 bit) | |
y2d (8 bit) | |
3270 | |
240 | |
3269 | 239 |
. | . |
. | . |
. | . |
3254 | 239 |
. | . |
. | . |
. | . |
3219 | 239 |
3218 | 238 |
. | . |
. | . |
. | . |
3171 | 238 |
3170 | 237 |
. | . |
. | . |
. | . |
52 | 33 |
51 | 32 |
50 | 31 |
49 | 31 |
48 | 30 |
47 | 29 |
46 | 28 |
45 | 28 |
44 | 27 |
. | . |
. | . |
. | . |
Claims (6)
1. Vorrichtung zum Digitalisieren mittels elektromagnetischer Strah
lung auf einem Bildträger aufgenommener Bilder, mit einer der Abtastung
des Bildträgers dienenden, Bildsignale generierenden Detektoranordnung,
einem im weiteren Signalweg angeordneten, digitalisierte Ausgangssignale
abgebenden Analog-Digital-Wandler sowie einem in den Signalweg eingrei
fenden, das unkorrigierte Signal x gemäß einer Korrekturvorschrift in
ein korrigiertes Signal y umformenden Signalkorrekturmittel, dadurch
gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung bei Verwendung eines photo
graphischen Bildträgers (3) aus einer letzteren durchstrahlenden Licht
quelle (1) und einer das hindurchtretende Licht registrierenden Photo
sensoreinrichtung (5) besteht und ein gemäß der folgenden Korrekturvor
schrift y(x) arbeitendes Signalkorrekturmittel zum Einsatz kommt:
wobei D die optische Dichte des photographischen Bildträgers (3), σ
die Standardabweichung der optischen Dichte, k eine Gerätekonstante,
k₁ eine Anpaßkonstante und lg den dekadischen Logarithmus bedeuten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Signalkorrekturmittel ein dem Analog-Digital-Wandler (10) nachgeschalte
tes, eine Korrekturtabelle enthaltendes Korrekturglied (11) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Photosensoreinrichtung (5) ein die Bildsignale gemäß der Korrekturvor
schrift umformendes Korrekturglied (6) nachgeschaltet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Korrekturglied (6) ein Verstärker mit nichtlinearer, die Korrekturvor
schrift verwirklichender Verstärkerkennlinie ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Signalkorrekturmittel aus einer Kombination von einem oder mehreren, se
paraten, die Korrekturvorschrift jeweils teilweise verwirklichenden Kor
rekturgliedern und/oder einem oder mehreren, mittels ihrer Verstärker
kennlinien die Korrekturvorschrift ebenfalls jeweils teilweise verwirk
lichenden Verstärkern besteht.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß ein nach der Korrekturvorschrift
y=k₂ln(D+a)+k₃arbeitendes Signalkorrekturmittel verwendet ist, wobei a eine Bildträ
ger-Materialkonstante, k₂, k₃ Anpaßkonstanten und ln der natürliche
Logarithmus sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924217050 DE4217050C1 (de) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | Vorrichtung zum digitalisieren auf einem bildtraeger aufgenommener bilder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924217050 DE4217050C1 (de) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | Vorrichtung zum digitalisieren auf einem bildtraeger aufgenommener bilder |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4217050C1 true DE4217050C1 (de) | 1993-11-04 |
Family
ID=6459544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19924217050 Expired - Fee Related DE4217050C1 (de) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | Vorrichtung zum digitalisieren auf einem bildtraeger aufgenommener bilder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4217050C1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19749920A1 (de) * | 1997-11-11 | 1999-05-27 | Hans Dipl Phys Schoefer | Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3634190A1 (de) * | 1986-10-08 | 1988-04-21 | Philips Patentverwaltung | Anordnung fuer die digitale radiographie |
-
1992
- 1992-05-22 DE DE19924217050 patent/DE4217050C1/de not_active Expired - Fee Related
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Title |
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DE-Z.: FRIEDRICH, M., WESKAMP, P.: Bildgüte- Faktoren bei der Film-Mammographie. In: Fortschr. Röntgenstr. 125, H. 5, 1976, S. 461-471 * |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
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Owner name: DAIMLER-BENZ AEROSPACE AKTIENGESELLSCHAFT, 80804 M |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: LFK LENKFLUGKOERPERSYSTEME GMBH, 81669 MUENCHEN, D |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |