DE69321013T2 - Bildgebendes System mit Mitteln zur Kompensation von Vignettierung und ein solches bildgebendes System enthaltende Röntgenuntersuchungseinrichtung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Abbildungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Röntgenuntersuchungsanordnung mit einem derartigen Abbildungssystem.
• Ein Abbildungssystem erwähnter Art ist aus der internationalen Anmeldung WO 90/15501 bekannt.
• Abfallen der Bildhelligkeit zum einem Bildrand hin (Vignettierung) wird insbesondere in einem Linsensystem mit Bündelstopps und Tandem-Linsengruppen voraussichtlich auftreten. In der medizinischen Röntgenstrahlungspraxis sind mehrere andere Vignettierungsursachen bekannt, z. B. Stärkeschwankungen in einem aus einer Röntgenstrahlungsquelle herrührenden Röntgenstrahl, die Geometrie des Röntgendetektorschirmes, z. B. eines Eingangsschirms eines Röntgenbildverstärkers, oder die im wesentlichen zylindrische Form eines zu untersuchenden Patienten. Vignettierung ist eine Bildstörung, die störende Artefakte erzeugt, oder die in medizinischen Röntgenbildern die diagnostiche Güte eines Röntgenbildes beeinträchtigt. In dem bekannten Röntgenuntersuchungsgerät ist das bekannte Abbildungssystem imstande, genaue Korrektur der Vignettierung für eine begrenzte Zahl verschiedener Umstände aufrechtzuerhalten. Insbesondere erfordert das bekannte Abbildungssystem 28,8 kByte Speicherplatz, um für jede von sechs Linsen Korrekturfaktoren zu speichern.
• An sich ist aus der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 324 925 bekannt, numerische Elemente zur Korrektur eines besonderen Vignettierungsphänomens mit einer einfachen Parabel zu bezeichnen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abbildungssystem mit Mitteln zum genauen Vignettierungsausgleich zu schaffen, der auch aufrechterhalten werden kann, wenn die Umstände der Bildererzeugung sich ändern, und in dem die Speicherung verhältnismäßig weniger numerischer Elemente erforderlich ist.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 ein Abbildungssystem angegeben. Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Anwendung in einem Ab bildungssystem zur Erzeugung eines aus getrennten Bildelementen (Pixel) aufgebauten Bildes. Ein Videosignal als Darstellung eines Bildes besteht aus Signalamplituden, z. B. Spannungen, für jedes der Pixel, wobei jede Signalamplitude der Helligkeit des betreffenden Pixels im Bild entspricht. Aus einem ein Bild darstellenden Videosignal bestehende Signalamplituden sind im weiteren mit Pixelwerten bezeichnet. Manchmal wird eine als Abfall der Helligkeit zu einem Bildrand hin erscheinende Bildstörung mit Vignettierung bezeichnet. Es sei dazu bemerkt, dass in einem erfindungsgemäßen Abbildungssystem eine Korrektur einer Störung erfolgt, indem von einem Objekt mit einer räumlich homogenen Helligkeitsverteilung ein Bild enthaltende statische Helligkeitsabwandlungen abgeleitet werden; in nachstehender Beschreibung soll der Begriff Vignettierung sämtliche derartige statische Helligkeitsabwandlungen umfassen.
• Wenn in einem Bild die Helligkeit zum Bildrand hin sich ändert, ändern sich also auch die Pixelwerte zum Bildrand hin; diese Änderung der Pixelwerte soll nicht verwechselt werden mit Änderungen, die Helligkeitsabwandlungen als Darstellung von Bildinformation in einem störungsfreien Bild entsprechen. Das vignettierte Bild sei zu betrachten, als bestehe es aus Pixelwerten, die je ein Produkt des Pixelwertes bezüglich dem störungsfreien Bild und einer Dämpfungszahl sind. Diese Einsicht bietet eine Basis zum Vignettierungsausgleich eines Bildes in einem erfindungsgemäßen Abbildungssystem.
• Ein erfindungsgemäßes Abbildungssystem bietet den spezifischen Vorteil eines genauen Ausgleichs für eine große Wahl an Abbildungsumständen, die je einen besonderen Vignettierungseffekt auslösen. Der Wert jedes Pixels für das störungsfreie Bild entsteht mittels Verstärkung des entsprechenden Pixelwertes im vignettierten Bild um einen Korrekturfaktor gleich einem Reziprokwert des Dämpfungszahlwertes für das vorliegende Pixel. Die Gruppe der Dämpfungskoeffizienten entsprechend jedem der Pixel im Bild entsteht aus der Erzeugung eines Bildes eines Objekts mit einer räumlich homogenen Helligkeitsverteilung. Für jedes der Pixel wird der Dämpfungskoeffizient als ein Verhältnis des vorliegenden Pixels und des höchsten im Bild vorhandenen Pixelwertes erhalten. Anschließend werden die Dämpfungsfaktoren zum Vignettierungsausgleich als die Reziprokwerte der betreffenden Dämpfungskoeffizienten erhalten.
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abbildungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsmittel als Multiplikationsmittel zum Errechnen korrigierter Pixelwerte durch Multiplizieren von Pixelwerten mittels elektronisch erzeugter Korrekturfaktoren angeordnet werden.
• Wenn Verstärkung von Pixelwerten eines gestörten Bildes durch Multiplikation von Pixelwerten eines gestörten Bildes mittels elektronisch erzeugter Korrekturfaktoren erfolgt, bietet sich ein Vorteil in der genauen Durchführung von Vignettierungsausgleich für eine Auswahl von Abbildungsumständen; denn das elektronische Heranführen von Korrekturfaktoren ergibt Flexibilität in der Anpassung der Werte der betreffenden Korrekturfaktoren.
• Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abbildungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Abbildungssystem elektronische Speichermittel zum Speichern von Korrekturfaktoren enthält.
• Ein praktische Verfahren zum Anbringen von Mitteln zum elektronischen Erzeugen von Korrekturfaktoren besteht aus dem Anordnen elektronischer Speichermittel zum Speichern von Korrekturfaktoren. Vignettierungsausgleich erfolgt mittels Multiplikation von Pixelwerten des gestörten Bildes mit Korrekturfaktoren aus den elektronischen Speichermitteln.
• Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abbildungssystems, in dem das Multiplikationsmittel als analoges Multiplikationsmittel und das Speichermittel zum digitalen Speichern von Korrekturfaktoren angeordnet sind und das Abbildungssystem einen Digital/Analogwandler zum Umsetzen digitaler Korrekturfaktoren in analoge Korrekturfaktoren enthält, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Abbildungssystem ein Tiefpassfilter zum Glätten schrittweiser Änderungen zwischen analogen Korrekturfaktoren enthält, die analogen Korrekturfaktoren im Bilde angehören.
• Praktische elektronische Speichermittel sind zum digitalen Speichern von Zahlen angeordnet, wie z. B. von Korrekturfaktoren zum Vignettierungsausgleich. Wenn analoge elektronische Multiplikation von Pixelwerten mit Korrekturfaktoren erfolgt ist, müssen in digitaler Form gespeicherte Korrekturfaktoren in die analoge Form umgewandelt werden, und zur Vermeidung schrittweiser Störungen im vignettierungsausgeglichen Bild wird ein Tiefpassfilter zum Glätten schrittweiser Änderungen zwischen Korrekturfaktoren in analoger Form benutzt, die aufeinanderfolgenden Pixeln angehören.
• Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abbildungssystems, in dem das Multiplikationsmittel als digitales Multiplikationsmittel angeordnet ist, wobei das Speichermittel zum digitalen Speichern von Korrekturfaktoren angeordnet ist und das Abbildungssystem einen Digital/Analogwandler zum Umsetzen digital korrigierter Pixelwerte in analog korrigierter Pixelwerte enthält, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Abbildungssystem ein Tiefpassfilter zum Glätten stufenartiger Abwandlungen zwischen analog korrigierten Pixelwerten enthält, die aufeinanderfolgenden Bildpixeln angehören.
• Wenn Digitalmultiplikation digitaler Formen von Pixelwerten mit digitalen Formen von Korrekturfaktoren erfolgt, entstehen Pixelwerte für ein korrigiertes Bild mit Digitalform. Zum Vermeiden stufenartiger Störungen im korrigierten darzustellenden Bild mittels Benutzung einem korrigierten Bild angehörender Pixelwerte, die in eine Analogform umgewandelt sind, wird ein Tiefpassfilter zum Glätten stufenartiger Störungen zwischen Korrekturfaktoren in Analogform benutzt, die aufeinanderfolgenden Pixel angehören.
• Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abbildungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermittel zum Speichern von Korrekturfaktorren für Bildpixelgruppen angeordnet ist.
• Oft besteht ein Vignettierungsphänomen aus Abweichungen von der homogenen Helligkeit, die nur in Bereichen im Bild mit verschiedenen Pixeln auftreten. Hierdurch sind die erforderlichen Korrekturfaktoren zum Vignettierungsausgleich im Wesentlichen für Gruppen benachbarter Pixel gleich. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung werden Korrekturfaktoren nur für Pixelgruppen statt für jedes einzelne Pixel im Speichermittel gespeichert. Dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil der wirksamen Speicherung von Korrekturfaktoren.
• Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abbildungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppen aus Pixeln mit festem Abstand zu einer Bildmitte bestehen.
• Vignettierungsphänomene besitzen oft die Eigenschaft, dass die zugeordnete Dämpfungskoeffizienten nur in der Funktion eines Radialabstandes zwischen dem betreffenden Pixel und einer Bildmitte von einer Position eines Bildpixels abhängig sind. Das bedeutet, dass die Vignettierung zu einem rotationssymmetrischen Helligkeitsgradienten im gestörten Bild gehört. Dabei sind die entsprechenden Korrekturfaktoren von der Lage eines Bildpixels nur in der Funktion des Radialabstandes im Bild abhängig.
• Ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abbildungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermittel zum Speichern erster Korrekturfaktoren für Pixel auf einer vorgegebenen Zeile im Bild und zum Speichern zweiter Korrekturfaktoren für Zeilen im Bild parallel zur vorgegebenen Zeile angeordnet ist, und dass das Multiplikationsmittel zum Multiplizieren von Pixelwerten mittels erster sowie mittels zweiter Korrekturfaktoren angebracht ist.
• Vignettierungsphänomene besitzen oft die Eigenschaft, das die zugeordneten Dämpfungskoeffizienten auf Bildzeilen abweichen, und dass die Abweichung im Wesentlichen auf jeder parallelen Bildzeile gleich ist. Dabei wird Vignettierungsausgleich durch Multiplikation von Pixelwerten erreicht, die zu einem gestörten Bild mittels eines ersten Korrekturfaktors und eines zweiten Korrekturfaktors gehören. Der erste Korrekturfaktor dient zum Vignettierungsausgleich auf einer Mittenlinie im Röntgenbild, auf der ein betreffendes Pixel liegt; der zweite Korrekturfaktor dient zum Ausgleichen von Vignettierungsunterscheiden auf parallel zur Mittenlinie verlaufenden Zeilen von der Vignettierung auf der Mittenlinie.
• Ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abbildungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermittel zum Speichern einer Vielzahl von Korrekturfaktorgruppen angeordnet ist, wobei jede Gruppe einer Parametereinstellung des Abbildungssystems angehört, und dass das Abbildungssystem Signalerzeugungsmittel zum Erzeugen von Diskriminationssignalen enthält, wobei jedes der Diskriminationssignale zu einer Parametereinstellung zum Wählen einer Korrektorfaktorgruppe gehört.
• Vignettierungsphänomene können von unterschiedlichen Einstellungen des Abbildungssystems abhängig sein, z. B. von Apertureinstellungen. Daher kann es sein, dass zum Aufrechterhalten von Vignettierungskorrektur bei Änderungen in den Einstellungen des Abbildungssystems eine andere Korrekturfaktorgruppe gewählt werden muss. Dazu soll eine Anzahl von Korrekturfaktorgruppen zur Verfügung stehen. Dies wird in einem erfindungsgemäßen Abbildungssystem mittels Speicherung einer Anzahl von Korrekturfaktorgruppen im Speichermittel erreicht werden, wobei jede Gruppe zu einer Parametereinstellung des Abbildungssystems gehört, und dass die Anordnung Signalerzeugungsmittel zum Erzeugen von Signalen enthält, wobei jedes Signal zu einer Parametereinstellung zum Wählen einer Korrekturfaktorgruppe gehört.
• Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abbildungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermittel zum Speichern von Zahlenelementen angeordnet ist und außerdem Konvertierungsmittel zum Umsetzen von Pixelpositionen im Bild in Abstände zwischen betreffenden Pixeln und einem Punkt im Bild sowie Rechenmittel zum Berechnen von Korrekturfaktoren als einem Wert vorgegebener mathematischer Funktionen in die Abstände, wobei die vorgegebenen, weiter vom Zahlenelement bestimmten, mathematischen Funktionen in das Speichermittel gespeichert werden.
• Wenn die Korrekturfaktoren zum Vignettierungsausgleich eine Funktion des Radialabstandes sind, kann eine derartige Funktion oft ziemlich gut mittels einer mathematischen Funktion des Radialabstandes angenähert werden, wobei die mathematische Funktion weitere parametrische Abhängigkeiten enthält. Insbesondere können Korrekturfaktoren als Funktion des Radialabstandes in guter Annäherung mittels Funktionen berechnet werden, die z. B. ein Gaußsches Profil oder ein Lorentz-Profil aufweisen, wobei die Höhe und Breite derartiger Profile durch Änderung der Werte entsprechender Parameter geändert werden kann, von denen die Funktionen abhängig sind. Daher ist die Speicherung von verhältnismäßig wenig Zahlen, z. B. von Werten betreffender Parameter zur Darstellung der Profile, erforderlich.
• Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abbildungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen mathematischen Funktionen Polynomfunktionen und die Zahlenelemente Polynomkoeffizienten sind. Wenn die Korrekturfaktoren zum Vignettierungsausgleich eine Funktion des Radialabstandes sind, kann eine Funktion von einer Polynomfunktion im Radialabstand ziemlich gut annäherbar sein. Daher ist die Speicherung verhältnismäßig weniger Zahlen, d. h. Polynomkoeffizienten, in einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel erforderlich.
• Ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abbildungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermittel zum Speichern einer Anzahl von Zahlenelementgruppen angeordnet ist, wobei jede Gruppe zu einer Parametereinstellung des Abbildungssystems und/oder des Bilderzeugungsmittels gehört, wobei das Abbildungssystem Signalerzeugungsmittel zum Erzeugen von Diskriminationssignalen enthält, und jedes Diskriminationssignal zu einer Parametereinstellung zum Wählen einer Zahlenelementgruppe gehört.
• Ausgleich unterschiedlicher rotationssymmetrischer Vignettierungseffekte, die je einer jeweiligen Einstellung des Abbildungssystems zugeordnet sind, kann mit dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel mittels der Erzeugung mehrerer Wertgruppen für eine Funktion zum Berechnen eines Korrekturfaktors bestimmende Parameter erhalten werden, wobei jede Gruppe einer besonderen Parametereinstellung des Abbildungssystems oder des Abbildungserzeugungssystems entspricht.
• Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abbildungssystems, das ebenfalls Strahlteilermittel zum Verteilen eines bildführenden Strahlungsbündels in eine Anzahl teilbildführender Strahlungsbündel sowie eine Vielzahl von Bildsensoren zum Aufzeichnen jedes Teilbildes und Rekombintionsmittel zum Wiedervereinen von Teilbildern zu einem Rekombinationsbild enthält, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Abbildungssystem Speichermittel zum Speichern einer Anzahl von Korrekturfaktorgruppen enthält, und dass das Verstärkungsmittel als Multiplikationsmittel zum Berechnen korrigierter Pixelwerte mittels Multiplikation von Pixelwerten mit Hilfe aus den Korrekturfaktorgruppen ausgewählter Korrekturfaktoren.
• Ein Abbildungssystem mit einem Strahlverteiler zum Verteilen eines Bildes in zwei Teilbilder, mit zwei optoelektronischen Sensoren zum Detektieren der Teilbilder und mit Mitteln zum Wiedervereinen der zwei Teilbilder zu einem rekombinierten Bild mit besserer räumlicher Auflösung ist an sich aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 33 15 882 bekannt. Diese Auflösung gehört zu einem insbesondere für medizinische Röntgenuntersuchungen vorgesehenen Abbildungssystem. Zur Verbesserung räumlicher Auflösung ist der Einsatz eines Strahlverteilers und zwei optoelektronischer Sensoren im erwähnten Bezug vorgeschlagen. In einem Röntgenuntersuchungsgerät nach der Beschreibung in der deutschen Offenlegungsschrift DE 33 15 882 wird ein Bild mittels Absorptionsmodulation von Röntgenstrahlung im angestrahlten Objekt, z. B. in einem Patienten, erzeugt. Anschießend wird ein sichtbares Bild am Ausgangsschirm eines Bildverstärkers erzeugt. Das am Ausgangsschirm des Bildverstärkers dargestellte Bild detektieren zwei optoelektronische Sensoren. Insbesondere verteilt ein Strahlteiler das am Ausgangsschirm ausgetrahlte Licht in zwei Teile, d. h. in einen ausgesandten und in einen reflektierten Teil. Den ausgesandten Teil detektiert ein erster optoelektronischer Sensor, den reflektierten Teil detektiert ein zweiter optoelektronischer Sensor. Die optoelektronischen Sensoren sind derart angeordnet, dass die im ersten Sensor gesammelten Bildelemente (Pixel) eines ganzen Bildes am Ausangsschirm des Bildverstärkers sich in Lücken zwischen den im zweiten Sensor gesammelten Pixeln befinden. Daher wird ein ganzes Bild in zwei Teilbilder verteilt, die um einen halben Abstand zwischen zwei benachbarten Pixeln in jedem der Teilbilder gegeneinander verschoben sind. Anschließend werden beide Teilbilder wieder vereint, sodass ein ganzes Bild mit einer besseren räumlichen Auflösung entsteht.
• Vignettierung stellt ein besonderes Problem in Abbildungssystemen mit zwei optoelektronischen Sensoren nach obiger Beschreibung dar. Da der reflektierte Teil des Lichts und der ausgesandte Teil des Lichts verschiedene optische Wege nehmen, weisen die aus dem ausgestrahlten Licht bzw. aus dem reflektierten Licht gewonnenen Bilder verschiedene Vignettierungsphänomen auf.
• In einem erfindungsgemäßen Abbildungssystem erfolgt Vignettierungsausgleich durch die Einführung von Korrekturfaktoren für Pixel des rekombinierten Bildes. Da jedes der Teilbilder verschiedene Vignettierungsphänomene erfahren, werden Untergruppen von Korrekturfaktoren, die zu je einem Teilbild gehören, zum geeigneten Vignettierungsausgleich im rekombinierten Bild vorgesehen.
• Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abbildungssystems, ebenfalls mit Strahlteilermitteln zum Teilen eines bildführenden Strahlungsbündels in einer Vielzahl teilbildführender Strahlungsbündel, und mit einer Großzahl von Bildsensoren zum Aufzeichnen jedes der Teilbilder, weiter mit Wiedervereinigungsmitteln zum Rekombinieren von Teilbildern zu einem rekombinierten Bild, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein solches Teilungsmittel aus einem Strahlteiler zum Verteilen eines Bildes in zwei Teilbilder besteht, ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermittel zum Speichern einer ersten Korrekturfaktorgruppe zum Vignettierungsausgleich in einer ersten Richtung im rekombinierten Bild und zum Speichern einer zweiten Korrekturfaktorgruppe zum Vignettierungsausgleich in einer zweiten Richtung im rekombinierten Bild angeordnet ist.
• Ein bevorzugtes Verfahren zum Erhöhen räumlicher Auflösung ist die Anwendung von zwei Teilbildern, aus denen ein rekombiniertes Bild mit besserer räumlicher Auflösung besteht. Durch Aufteilen des strahlungführenden Bildes mit Hilfe eines Strahlteilers in ein erstes strahlungführenden Teilbildes und ein zweites strahlungführenden Teilbildes und durch Aufzeichnen des ersten und des zweiten Teilbildes mit zwei jeweiligen optoelektronischen Sensoren erfolgt die Ausrichtung derart, dass die Pixel eines ersten optoelektronischen Sensor Lücken eines zweiten optoelektronischen Sensors entsprechen. Ein rekombiniertes Bild wird anschließend aus den von den betreffenden optoelektronischen Sensoren aufgezeichneten Teilbilder geformt. Infolge der Verwendung eines Strahlteilers und durch Unterschiede zwischen Empfindlichkeiten der optoelektronischen Sensoren enthält ein rekombiniertes Bild ein kompliziertes Vignettierungsmuster. Ein derartiges Vignettierungsmuster wird in einem Abbildungssystem durch Multiplikation von Pixelwerten des rekombinierten Bildes mittels eines Korrekturfaktors aus einem Speichermittel zum Ausgleichen eines Helligkeitsabfalls durch Vignettierung erfindungsgemäß ausgeglichen.
• Ein Röntgenuntersuchungsgerät mit Vignettierungsausgleich enthält ein erfindungsgemäßes Abbildungssystem. In der medizinischen Röntgenstrahlungstechnik sind weitere andere Vignettierungsursprünge in einem Röntgenbild bekannt, z. B. Stärkeabweichungen in einem Röntgenbündel aus einer Röntgenstrahlungsqulle, die Geometrie des Röntgendetektorschirmes, z. B. ein Eingangsschirm eines Röntgenbildverstärkers oder die im Wesentlichen zylindrische Form eines zu untersuchenden Patienten. Die Vignettierung des Röntgenbildes ist auf ein sichtbares Bild übertragbar, wenn das Röntgenbild in eine sichtbares Bild umgesetzt wird, z. B. in einem Röntgenbildverstärker. Derartige Bildstörungen werden in einem erfindungsgemäßen Abbildungssystem ausgeglichen.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
• Fig. 1a ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Röntgenuntersuchungsgeräts mit einem erfindungsgemäßen Abbildungssystem,
• Fig. 1b ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels eines Röntgenuntersuchungsgeräts mit einem erfindungsgemäßen Abbildungssystem,
• Fig. 2a eine graphische Darstellung eines zu einem radialsymmetrischen Vignettierungsphänomens als Funktion des Radialabstandes aus der Bildmitte,
• Fig. 2b eine Verstärkungskennlinie für ein radialsymmetrisches Vignettierungsphänomen nach Fig. 2a,
• Fig. 2c die Pixelwerte abhängig vom Radialabstand nach Vignettierungsausgleich nach Fig. 2a unter Einsatz der Verstärkungskennlinie nach Fig. 2b,
• Fig. 2d eine Gruppe von Verstärkungskennlinien, die zu mehreren Parametereinstellungen gehören,
• Fig. 3a...c Vergleiche von Dämpfungskoeffizienten mit zwei Polynomannäherungen,
• Fig. 4a ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Röntgenuntersuchungsgeräts mit einem erfindungsgemäßen Abbildungssystem, mit Mitteln zum Aufteilen eines Bildes in zwei Teilbilder und anschließend zum Wiedervereinen der Teilbilder,
• Fig. 4b ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels eines Röntgenuntersuchungsgeräts mit einem erfindungsgemäßen Abbildungssystem, mit Mitteln zum Aufteilen eines Bildes in zwei Teilbilder und anschließend zum Wiedervereinen der Teilbilder.
• In Fig. 1a ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Röntgenuntersuchungsgeräts mit einem erfindungsgemäßen Abbildungssystem 15 dargestellt. Eine Röntgenquelle 1 ist zum Erzeugen eines Röntgenstrahlungsbündels 2 vorgesehen, das auf ein Objekt 3, z. B. einen Patienten, gerichtet. Das Objekt schwächt die Röntgenstrahlen und die geschwächte Röntgenstrahlung 4 wird in einem Röntgenbildverstärker 5 mit einem Eingangsschirm 6 und einem Ausgangsschirm 7 eingefangen. Ein am Eingangsschirm eingefangenes Röntgenbild wird in ein sichtbares Bild am Ausgangsschirm umgesetzt. Mittels einer optischen Einrichtung 8 erfolgt Darstellung des sichtbaren Bildes an einer Videokamera 9, wobei das sichtbare Bild in ein elektrisches analoges Videosignal umgesetzt wird. Beleuchtung der Videokamera steuert eine Blende 10. Also wird ein Bilderzeugungsmittel in der Röntgenstrahlungsquelle 1 zusammen mit dem Röntgenbildverstärker 5 erzeugt. Das erzeugte Bild wird der Videokamera des Abbildungssystems 15 mit Hilfe der optischen Einrichtung 8 zugeleitet. Das analoge Videosignal wird mit Hilfe eines Analog/Digitalwandlers 20 in ein digitales Videosignal umgesetzt, das an eine Pufferschaltung 21 gelangt. Aus Korrekturfaktoren zum Vignettierungsausgleich bestehende Verstärkungskennlinien werden in ein Speichermittel aufgenommen, insbesondere in einen programmierbaren Festwertspeicher (PROM) 32. Eine Anzahl der Verstärkungskennlinien wird vorgesehen, wobei jede Verstärkungskennlinie zu einer Gruppe von Abbildungsparametern gehört, und jede derartige Gruppe mit einem besonderen Vignettierungsmuster verknüpft ist. Insbesondere ist die Öffnung der Blende 10 zum Wählen einer geeigneten Verstärkungskennlinie wichtig. Mit Hilfe eines Potentiometers 30 bildet sich ein analoges Blendensignal entsprechend der Blendenöffnung. Mit Hilfe eines weiteren A/D-Wandlers 31 wird das analoge Blendensignal in ein digitales Blendensignal umgewandelt, das selbst wieder zum Wählen einer betreffenden Verstärkungskennlinie an den PROM 32 gelangt. Das Ableiten eines betreffenden Korrekturfaktors von der gewählten Verstärkungskennlinie erfolgt mit Hilfe eines Zählers 33. Ein Multiplikationsmittel in Form eines Digital multiplizierers 22 führt die Multiplizierung eines digitalen Pixelwertes aus der Pufferschaltung 21 und eines entsprechenden digitalen, vom PROM 32 gelieferten Korrekturfaktors aus. Der Digitalmultiplizierer 22 gibt ein digitales korrigiertes Videosignal aus, das anschließend an einen D/A-Wandler 23 zum Umsetzen in ein analoges korrigiertes Videosignal gelangt. Durch Digital/Analogwandlung kann das analoge korrigierte Videosignal stufenartige Störungen enthalten, die durch Glättung des analogen korrigierten Videosignals mittels eines Tiefpassfilters weggenommen werden. Das einem vignettierungsausgeglichenen Bild zugehörige geglättete analoge korrigierte Videosignal aus dem Tiefpassfilter 24 gelangt schließlich an eine Ausgangspufferschaltung 25 zum Weiterbearbeiten des Bildes oder an einen Monitor 26 zum Besichtigen des Bildes. Also wird erfindungsgemäß Pixelverstärkung im Zusammenhang mit einem Helligkeitsabfall infolge von Bildstörung und folgerichtig Vignettierungsausgleich durchgeführt, indem Pixel eines gestörten Bildes mit Korrekturfaktoren multipliziert werden. Daher werden Multiplikationsmittel, wie z. B. ein Digitalverstärker 22, und Mittel zum Vignettierungsausgleich aus den Multiplikationsmitteln zusammen mit dem Speichermittel 32, dem Zähler 33, dem A/D-Wandler 31 und dem Potentiometer 30 zum Wählen eines betreffenden Korrekturfaktors und dem Tiefpassfilter 24 zum Vermeiden stufenartiger Störungen gebildet. Das Potentiometer 30 und der A/D-Wandler bilden ein Signalerzeugungsmittel zum Erzeugen eines Diskriminatorsignals über das Digitalblendensignal.
• In Fig. 1b ist ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels eines Röntgenuntersuchungsgeräts mit einem erfindungsgemäßen Abbildungssystem 15 dargestellt. Das in der Videokamera 9 erzeugte analoge Videosignal wird der Puffrerschaltung 21 zugeleitet. Ein Korrekturfaktor wird im PROM 32 mit Hilfe eines digitalen Blendensignals aus dem A/D-Wandler 31 und dem Zähler 33 gewählt. Ein D/A- Wandler 27 setzt den ausgewählten digitalen Korrekturfaktor in einen analogen Korrekturfaktor um. Zum Vermeiden stufenartiger Störungen wird eine Folge analoger Korrekturfaktoren entsprechend den Pixelfolgen, d. h. Verstärkungskennlinie, mit einem Tiefpassfilter 28 geglättet. Das analoge Videosignal und eine geglättete Verstärkungskennlinie, wie vom Tiefpassfilter geliefert, werden in dem Sinne multipliziert, dass Pixelwerte des analogen Videosignals mit analogen Korrekturfaktoren einer geglätteten Verstärkungskennlinie mit Hilfe eines Multiplikationsmittels in Form eines Analogmultiplizierers 29 multipliziert, der ein zu einem vignettierungsausgeglichenen Bild gehörendes korrigiertes analoges Videosignal erzeugt. Das korrigierte analoge Videosignal gelangt an die Ausgangspufferschaltung 25 zum Weiterbearbeiten des Bildes oder zum Monitor 26 zum Besichtigen des Bildes.
• In Fig. 2a ist eine graphische Darstellung eines zu einem radialsymmetrischen Vigenttierungsphänomen gehörenden Helligkeitsabfalls abhängig vom Radialabstand zur Mitte des Bildes dargestellt. In Fig. 2a ist eine graphische Darstellung dargestellt, in der die Stärke I im Bild abhängig von der Stelle x auf einer horizontalen Zeile im Objektbild mit einer homogenen Helligkeitsverteilung eingetragen ist, wie es im Abbildungssystem ohne Vignettierungsausgleich erzeugt wird. Aus der Figur ist ersichtlich, dass die Stärke langsam zu den Bildrändern abfällt. Zusätzlich enthält die graphische Darstellung viel mehr schnelle Stärkeschwankungen, die aus mehreren Schallquellen des Abbildungssystems herrühren.
• In Fig. 2b ist eine Verstärkungskennlinie für ein radialsymmetrisches Vignettierungsphänomen nach Fig. 2a dargestellt. In Fig. 2b ist eine graphische Darstellung einer Verstärkungskennlinie dargestellt, das zum Vignettierungseffekt nach Fig. 1a gehört. Spezifisch sind die Werte für die betreffenden Korrekturfaktoren Cx abhängig von der Stelle x auf einer horizontalen Zeile im Bild aufgetragen.
• In Fig. 2c ist eine graphische Darstellung I im Bild abhängig von der Stelle x auf einer horizontalen Zeile für das Bild wiedergegeben, das vom Bild abgeleitet ist, von dem eine Zeile in Fig. 1a nach dem Vignettierungsausgleich auf der Basis der in Fig. 1b dargestellten Korrekturfaktoren unter Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist. Es ist klar, dass die Vignettierungseffekte genau ausgeglichen sind, und dass nur die zum Geräusch gehörenden Schwankungen zurückgeblieben sind.
• In Fig. 3d ist ein Beispiel einer Anzahl von Verstärkungskennlinien (A-C) dargestellt, die mit je einem anderen Vignettierungsphänomen verknüpft sind.
• In Fig. 3a...c sind Vergleiche von Dämpfungskoeffizienten mit zwei Polynomannäherungen dargestellt. Die Benutzung von Polynomannäherungen für Dämpfungsfaktoren ist weiterhin in Fig. 3a...c dargestellt. Die graphische Darstellung nach Fig. 3a zeigt einen Schwächungsfaktor αx abhängig von der Stelle x auf einer horizontalen Linie im Bild. Der Schwächungsfaktor ist mit einem Polynom zweiter Ordnung in einem Abstand des betreffenden Pixels zur Mitte des Bildes annäherbar. Die Polynomkoeffizienten werden unter Verwendung eines geeignetsten Verfahrens bestimmt. Zum weiteren Vergleich ist in Fig. 3b ein Restfehler abhängig von der Stelle auf einer horizontalen Zeile im Bild dargestellt, d. h. für jede Stelle auf einer horizontalen Zeile ist der Unterschied zwischen dem Schwächungsfaktor und dem Wert seiner Annäherung mit einem geeignetsten Polynom zweiter Ordnung aufgetragen.
• In Fig. 3b ist dargestellt, dass der Restfehler in der Annäherung des Schwächungsfaktors abhängig von der Stelle auf einer horizontalen Zeile im Bild mit einem geeignetsten Polynom zweiter Ordnung immer noch eine sich langsam ändernde Komponente enthält. Das bedeutet, dass die Vignettierungseffekte nicht ganz ausgeglichen werden, wenn die Polynomannäherung zweiter Ordnung für die Schwächungsfaktoren verwendet wird.
• Die Verwendung von Polynomannäherungen für Schwächungsfaktoren ist noch in Fig. 3c dargestellt, in dem veranschaulicht ist, dass die Verwendung von Polynomannäherungen präziser ist. Zum weiteren Vergleich ist in Fig. 2c ein Restfehler abhängig von der Stelle auf einer horizontalen Zeile im Bild dargestellt, d. h. für jede Stelle auf einer horizontalen Zeile ist der Unterschied des Schwächungsfaktors und des Wertes seiner Annäherung mit dem geeignetsten Polynom vier der Ordnung aufgetragen. In Fig. 3c ist wiedergegeben, dass der Restfehler in der Annäherung des Schwächungsfaktors abhängig von der Stelle auf einer horizontalen Zeile im Bild mit der geeignetsten Polynomannäherung vierter Ordnung geringfügig kleiner ist im Vergleich zu den in Fig. 3b dargestellten Restfehlern im Falle einer Polynomannäherung zweiter Ordnung. Wichtiger ist jedoch, dass die Polynomannäherung vierter Ordnung zu einem Restfehler führt, der keine bedeutsame, langsam sich ändernde Komponente enthält. Daher werden voll ausgeglichene Vignettierungseffekte erhalten, wenn Korrekturfaktoren benutzt werden, die als der Reziprokwert einer Schwächungskoeffizientannäherung mit einem geeignetsten Polynom vierter Ordnung im Abstand zwischen dem betreffenden Pixel und der Bildmitte erhalten werden.
• In Fig. 4a ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Röntgenuntersuchungsgeräts mit einem erfindungsgemäßen Abbildungssystem 15, mit Mitteln zum Teilen eines Bildes in Teilbilder und zum Wiedervereinen der Teilbilder dargestellt. Der bildführende Lichtstrahl 11 aus dem Ausgangsschirm des Röntgenbildverstärkers wird in einen übertragenen teilbildführenden Lichtstrahl 12a bzw. in einen reflektierten teilbildführenden Lichtstrahl 12b mit Hilfe eines Strahlteilers 40 verteilt. Der Strahlteiler kann die Form von zwei benachbarten Prismen haben, die einen Teilreflektor 42 an der Schnittstelle zwischen den Prismen bilden, wie in Fig. 4a dar gestellt, oder es kann ein teilreflektierender Spiegel als Strahlteiler benutzt werden. Die teilbildführenden Lichtbündel werden auf den jeweiligen optoelektronischen Sensoren 41a bzw. 41b fokussiert werden. Die optoelektronischen Sensoren 41a, b werden derart ausgerichtet, dass Pixel des vom optoelektronischen Sensor 41a aufgezeichneten übertragenen Teilbildes sich an Lücken zwischen Pixeln des vom optoelektronischen Sensors 41b aufgezeichneten übertragenen Teilbildes befinden. Durch Rekombinieren des reflektierten Teilbildes und des reflektierten Teilbildes zu einem rekombinierten Bild ergibt sich ein Gesamtbild mit besserer räumlicher Auflösung. Wiedervereinen der in den optoelektronischen Sensoren erzeugten elektronischen Signale erfolgt entsprechend betreffenden Teilbildern mit Hilfe eines Rekombinationskreises 43, der ein zum rekombinierten Bild gehörendes Videosignal erzeugt. Beispielsweise wird ein rekombiniertes Bild derart aufgebaut, dass geradzahlige Zeilen im rekombinierten Bild dem übertragenen Teilbild und ungeradzahlige Zeilen dem reflektierten Teilbild entstammen. Ein anderes Verfahren zum Erzeugen eines rekombinierten Bildes ist das abwechselnde Wählen von Pixeln jeweils aus einem Teilbild. Aus verschiedenen Punkten am Ausgangsschirm 7 des Röntgenbildverstärkers 5 austretendes Licht setzt seinen Weg zum Teilreflektor 42 als kegelförmig auseinandergehende Bündel mit Kegeln verschiedener Öffnungswinkel fort. Insbesondere unterscheidet sich der Öffnungswinkel von solchen Kegeln aus jeweiligen Punkten am Ausgangsschirm 7 in der Versetzung gegen die optische Achse 14 senkrecht auf die Ebene des Teilreflektors 42. Da Fresnel-Reflektionskräfte und Transmissionsgrade keine symmetrische Funktionen des Einfalswinkels bei einem 45 Grad Einfall sind und außerdem da am Teilreflektor auftretende Absorption vom Einfallswinkel abhängig ist, ist Eingangsschirm unumgänglich, dass Vignettierung im reflektierten Teilbild sich von der Vignettierung im übertragenen Teilbild unterscheidet. Insbesondere weicht Vignettierung in einer Richtung entlang der Ebene des Senkrechten auf den Teilreflektor von der Vignettierung entlang der Ebene des Teilreflektors ab. Weiterhin tragen Unterschiede in den Empfindlichkeiten der optoelektronischen Sensoren 41a und 41b zur weiteren Komplizierung der Vignettierung im rekombinierten Bild bei. Vignettierung im rekombinierten Bild kann in Helligkeitsschwankungen in zwei orthogonalen Richtungen im rekombinierten Bild zerlegt werden; d. h. Vignettierung im rekombinierten Bild kann in Vignettierung in einer vertikalen Richtung und in Vignettierung in einer horizontalen Richtung zerlegt werden.
• In einem Ausführungsbeispiel eines Röntgenuntersuchungsgeräts nach Fig. 4a erfolgt Ausgleich des komplizierten Vignettierungsmusters im rekombinierten Bild. In einem Speichermittel, insbesondere in einem PROM 44 werden sowohl Verstärkungskennlinien mit Korrekturfaktoren zum Ausgleichen horizontaler Vignettierung als auch Korrekturfaktoren zum Ausgleichen vertikaler Vignettierung gespeichert. Außerdem wird eine Anzahl der Verstärkungskennlinien gespeichert, wobei jede Verstärkungskennlinie zu einem Abbildungsparameter des Röntgenuntersuchungsgeräts gehört, wie z. B. einer Öffnung der Blende 8. Die Öffnung der Blende 8 bestimmt das Potentiometer 30, das entsprechend der Blendenöffnung dem A/D-Wandler 31 ein analoges Blendensignal zuleitet, der anschließend ein digitales Blendensignal als Diskriminierungssignal zum PROM 44 erzeugt, um betreffende Verstärkungskennlinien zu wählen. Der Zähler 33 erzeugt ein Signal zum PROM zum Wählen relevanter Korrekturfaktoren aus den gewählten Verstärkungskennlinien für den horizontalen bzw. den vertikalen Vignettierungsausgleich. Ein erster Korrekturfaktor zum vertikalen Vignettierungsausgleich wird in einem D/A-Wandler 45 in ein analoges Format umgewandelt; ein zweiter Korrekturfaktor wird in einem D/A-Wandler 46 in ein analoges Format umgewandelt. Die Korrekturfaktoren werden von einem weiteren Analogmultiplizierer 47 zum Berechnen eines Korrekturfaktors für Vignettierungsausgleich eines Pixels im rekombinierten Bild multipliziert. Mit Hilfe des Analogmultiplizierers 29 wird ein Pixelwert des rekombinierten Bildes bei der Erzeugung im Rekombinationskreis 43 von dem vom Analogmultiplizierer 47 gelieferten berechneten Korrekturfaktor multipliziert, und stufenartige Storüngen werden mittels Glättung von Korrekturfaktorsequenzen behoben, indem berechnete Korrekturfaktorsequenzen entsprechend Pixelsequenzen in das Tiefpassfilter 28 eingegeben werden. Das Videosignal für das rekombinierte Bild gelangt an den Analogmultiplizierer 29, wobei das Videosignal mit in das Tiefpassfilter 28 eingegebenen Korrekturfaktoren zum Erzeugen eines korrigierten analogen Videosignals für das rekombinierte Bild multipliziert wird, das zum Besichtigen des rekombinierten Bildes an den Monitor 26 oder zum Weiterbearbeiten an die Ausgangspufferschaltung gelegt wird.
• In Fig. 4b ist ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels eines Röntgenuntersuchungsgeräts mit einem erfindungsgemäßen Abbildungssystem 15, mit Mitteln zum Teilen eines Bildes in Teilbilder und zum anschließenden Rekombinieren der Teilbilder dargestellt. Im PROM 50 sind Verstärkungskennlinien gespeichert, indem Werte von Logarithmen von Korrekturfaktoren gespeichert sind. Mit einem Blendensi gnal aus dem A/D-Wandler 31 zusammen mit dem Potentiometer 30 und einem Wählsignal aus dem Zähler 33 wird ein Wert eines Logarithmus eines Korrekturfaktors zum vertikalen Vignettierungsausgleich aus dem PROM gewählt und an ein Addiermittel 51 gelegt. Ähnlich wird ein Wert eines Logarithmus eines Korrekturfaktors gewählt und an das Addiermittels 51 gelegt. Nach der Addierung von Logarithmen des Korrekturfaktors wird ein Korrekturfaktor zum Vignettierungsausgleich im rekombinierten Bild in einem Potenzierungsmittel 52 berechnet. Eine im Potenzierungsmittel 52 berechnete Verstärkungskennlinie wird von einem D/A-Wandler in eine analoge Form umgewandelt und anschließend durch Glättung mit Hilfe des Tiefpassfilters 28 von möglichen stufenartigen Störungen befreit. Das Videosignal für das rekombinierte Bild gelangt an den Analogmultiplizierer 29, wobei das Videosignal mit Korrekturfaktoren aus dem Tiefpassfilter 28 multipliziert wird, um für das rekombinierte Bild ein korrigiertes analoges Videosignal zu erzeugen, das zum Besichtigen des rekombinierten Bildes an den Monitor 26 oder zum Weiterbearbeiten an die Ausgangspufferspeicher gelegt wird.

Claims (3)

1. Abbildungssystem (15) mit

- Mitteln (32, 22, 23, 24) zum Vignettierungsausgleich in einem von einem Bilderzeugungsmittel (1, 5) ausgegebenen Bild,

- Pixelwertverstärkungsmitteln (22) zum Verstärken von Pixelwerten des Bildes im Zusammenhang mit einem Helligkeitsabfall infolge einer Bildstörung,

- wobei die Verstärkungsmittel als Multiplikationsmittel zum Berechnen korrigierter Pixelwerte durch Multiplizierung von Pixelwerten mit elektronisch erzeugten Korrekturfaktoren,

- einem elektronischen Speichermittel (32) zum Speichern einer Anzahl von Zahlenelelementgruppen,

- wobei jede Gruppe zu einer Parametereinstellung des Abbildungssystems,

- Signalerzeugungsmitteln zum Erzeugen von Diskrimierungsmitteln zum Wählen einer Zahlenelementgruppe aus dem elektronischen Speichermittel,

- wobei jedes der Diskriminierungssignale zu einer Parametereinstellung gehört, und

dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Speichermittel ebenfalls folgende Mittel enthält:

- Umsetzungsmittel zum Umsetzen von Positionen von Bildpixeln in Abstände zwischen Pixeln und einem Punkt im Bild, und

- Errechnungsmittel zum Berechnen von Korrekturfaktoren als einem Wert einer vorgegebenen mathematischen Funktion der Abstände,

- wobei die vorgegebene mathematische Funktion weiter von der ausgewählten Zahlenelementgruppe bestimmt wird.

2. Abbildungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen mathematischen Funktionen Polynomfunktionen und die Zahlenelementen Polynomkoefiizienten sind.

3. Röntgenuntersuchungsanordnung mit einem Abbildungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche.