NL8502970A - Werkwijze voor het met een televisie-opneembuis verwerken van beeldinformatie met een groot dynamisch bereik, alsmede inrichting voor toepassing van de werkwijze. - Google Patents

Description

- ·* —i VO 7477

Titel: Werkwijze voor het met een televisie-opneembuis verwerken van beeldinformatie met een groot dynamisch bereik, alsmede inrichting voor toepassing van de ._werkwijze.___

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het met een televisie-opneembuis verwerken van beeldinformatie met een groot dynamisch bereik, alsmede op een inrichting voor toepassing van de werkwijze. * 5 Bij de toepassing van televisie-opneembuizen doet zich in bepaalde situaties het probleem voor, dat het dynamisch bereik van de aangeboden beeldinformatie groter is dan het dynamisch bereik van de televisie-opneembuis zelf.

Het uitgangssignaal van de televisie-opneembuis bevat dan 10 minder beeldinformatie dan het oorspronkelijke beeld en kan bovendien vervormd zijn. Een voorbeeld van een dergelijke vervorming is het zeer hinderlijke uitdijen van heldere beeldelementen, het zogenaamde "blooming"-effeet.

Het blooming-effect kan weliswaar bestreden worden 15 door de intensiteit van de de' trefplaat of fotogevoelige laag van de televisie-opneembuis aftastende elektronenbundel te vergroten, doch zulks leidt tot een verlies aan beeld-scherpte (bijvoorbeeld bij het vidicon) of tot ruis bij lage signaalniveaux (bijvoorbeeld bij het orthicon en het 20 isocon).

De uitvinding beoogt nu een werkwijze, die het mogelijk maakt om beeldinformatie met een groot dynamisch bereik te verwerken met een normale televisie-opneembuis zonder dat het "blooming"-effeet optreedt en zonder de intensiteit 25 van de aftastende electronenbundel te vergroten.

Hiertoe wordt volgens de uitvinding een werkwijze van de beschreven soort daardoor gekenmerkt, dat de kathode-potentiaal van de opneembuis telkens gedurende één aftast-beweging van de aftastende elektronenbundel op een eerste 30 normale waarde wordt gebracht waarbij beeldinformatie over zowel heldere als. donkere beelddelen wordt verkregen en vervolgens gedurende een aantal aftastbewegingen op een tweede waarde wordt gebracht, •" * " : 7 n y γ·* -2- waarbij slechts beeldinformatie uit relatief heldere beeldpartij-en wordt verkregen·.

De uitvinding is in het bijzonder geschikt voor·' toepassing bij röntgentelevisie, waarbij een door een rontgen-5 detector gevormd röntgenbeeld wordt opgenomen met een televisie-opneembuis en de uitgangssignalen van de televisie-opneembuis verder worden verwerkt tot een televisie-beeld, omdat binnen het door een röntgendetector gevormde beeld in het algemeen en vooral bij axiale tomografie een zeer i'J grote dynamiek bestaat.

Een inrichting voor het toepassen van de werkwijze volgens de uitvinding, omvattende een televisie-opneembuis met een signaalelektrode en een daarmee verbonden beeld-signaaluitgang, een ladingsbeelddrager, en een kathode met 15 behulp waarvan de ladingsbeelddrager met een elektronenbundel kan worden afgetast, wordt volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat de kathode is verbonden met een door een klokinrichting bestuurde schakelaar , die de kathode ofwel aan een eerste, normale, spanning ofwel 20 aan een tweede epauning legt, bij welke tweede spanning slechts de met de relatief heldere beeldpartijen corresponderende delen van de ladingsbeelddrager leiden tot een beeldsignaal.

In het volgende zal de uitvinding nader worden beschreven met verwijzing naar de bijgevoegde tekening.

25 Figuur 1 toont schematisch een televisie-opneembuis verbonden met middelen voor het omschakelen van de kathodespanning; figuur 2 toont een elektrisch vervangingsschema ter verduidelijking van figuur 1; figuur 3 illustreert een nadere uitwerking van de 30 uitvinding; figuur 4 illustreert een variant van figuur 3; en figuur 5 toont een karakteristiek van een opneembuis, welke het verband tussen signaalstroom en belichtingssterkte weergeeft.

35 Figuur 1 toont schematisch een televisie-opneembuis - - " 7 . t

j , J J

-3- met behulp waarvan een werkwijze volgens de uitvinding kan worden uitgevoerd- De televisie-opneembuis omvat een huis 1 met een ingangsvenster 2, een transparante signaalplaat 3 welke van een fotogevoelige laag 4 is voorzien, en een 5 elektronenkanon of kathode 5. De signaalplaat ligt hier via een weerstand R aan aarde.

In bedrijf wordt de fotogevoelige laag 4 via het ingangsvenster en de transparante signaalplaat belicht, waardoor een ladingsbeeld ontstaat op de fotogevoelige laag.

10 De fotogevoelige laag kan opgebouwd gedacht worden uit een aantal condensatoren, die elk een beeldelement representeren. Elke condensator wordt in bedrijf telkens partieel ontladen overeenkomstig de ter plaatse invallende hoeveelheid licht ten gevolge van het optredende foto-geleidend of foto-elektrisch effect.

*15 De aldus door het aangeboden beeld veroorzaakte la- dingsverdeling wordt door een aftastende elektronenbundel 6 puntsgewijs geëgaliseerd, waarbij een signaalstroom ontstaat die via de weerstand R naar de signaalplaat vloeit. Het beeldsignaal kan bij 7 worden afgenomen. Eén en ander 20 is in figuur 2 schematisch weergegeven voor een enkel beeldelement.

Het beeldelement of pixel wordt in figuur 2 gerepresenteerd door een condensator Cp, die als gevolg van de belichting van de fotogevoelige laag partieel ontladen wordt.

25 Een schakelaar S representeert de werking van de aftastende elektronenbundel. Op het moment, dat de elektronenbundel op het beeldelement is gericht, is de schakelaar S gesloten en wordt de sinds de vorige aftasting uit het beeldelement afgevloeide lading aangevuld.

30 Opgemerkt wordt, dat in figuur 1 een opneembuis van het type met een gevoelige laag met fotogeleidende eigenschappen is getoond. Het schema van figuur 2 en de uitvinding zijn echter ook van toepassing op opneembuizen met een beeld-sectie en een trefplaat, waarop een ladingsbeeld wordt gevormd, 35 dat afgetast wordt met een elektronenbundel.

-4-

Het in het voorgaande genoemde "blooming"-effect treedt op, wanneer de aftastende elektronenbundel de ladings-verandering van een beeldelement niet volledig kan neutraliseren.

Dat wil zeggen, dat de lading op condensator Cp niet geheel wordt aange-5 vuld door de elektronenbundel.

Volgens de uitvinding kan het "blooming"-effect nu worden ondervangen door de beeldelementen die relatief sterk zijn ontladen (dit zijn de met de heldere beeldpartijen corresponderende beeldelementen) vaker af te tasten, zodat 10 voor de opbouw van het ladingnbeeld in-de heldere beeldelementen een kortere tijd ter beschikking staat». Zulks wordt volgens de uitvinding bewerkstelligd door telkens tussen twee aftastingen met een_nor-maal potentiaalverschil tussen kathode en 'signaalplaat een aantal malen af te tasten bij een kleiner· potentiaalverschil V^e tussen kathode 15 en signaalplaat.

Het kleinere potentiaalverschil heeft tot gevolg, dat slechts aan de heldere beeldelementen lading wordt toegevoegd, terwijl de opbouw van het ladingsbeeld in de donker-20 der beeldelementen normaal voortgang kan vinden tot de volgende aftasting met normaal potentiaalverschil V^.

Eén en ander is schematisch weergegeven in figuur 1 door de schakelaar 8, die onder besturing van een geschikte klokinrichting 9 de kathode 5 bijvoorbeeld telkens afwisselend 2 5 éénmaal met de .klem 10 en vier maal met de klem 11 verbindt.

Als gevolg van deze werkwijze kan de lading in de heldere beeldelementen pas bij een veel hoger lichtniveau een zodanige waarde bereiken dat het "blooming"-effect optreedt.

30 Opgemerkt wordt dat het "blooming"-effect ook voorko men wordt als het gehele beeld vaker wordt afgetast dan normaliter het geval is zonder de kathodepotentiaal te veranderen. in dat geval wordt echter ook de ladingsintegratietijd voor de donkere beeldelementen verkort, hetgeen tot een -5- slechtere signaal/ruis verhouding in de donkere beeld-partijen leidt en dus ongewenst is.

De uitvinding kan met voordeel worden toegepast indien een röntgentelevisie-inrichting wordt gebruikt in een radio-5 grafie-inrichting voor axiale tomografie. Daarbij bestaat het aangeboden beeld dat een zeer groot dynamisch bereik heeft, telkens slechts uit een smalle strook, die slechts een gering deel van de normaliter beschikbare aftasttijd van de opneembuis in beslag neemt (bijv. 32 beeldlijnen per halfbeeld, indien althans ervoor 10 gezorgd wordt, dat het strookvormige beeld evenwijdig is aan de aftast-richting van de elektronenbundel).

Door de aftasting te beperken tot het gebied van de signaalplaat of fotogevoelige laag van de opneembuis, dat door het strookvormige beeld in beslag wordt genomen, en 15 daarbij de normale aftastfrequentie te handhaven, kan het met het strookvormige beeld corresponderende gebied bijvoorbeeld zes maal worden afgetast. Eén aftasting vindt dan op de gebruikelijke wijze plaats en twee a tien, bijv. vijf aftastingen vinden met een veranderde kathodespanning plaats. De beeld-20 integratietijd voor de donkere beeldpartijen is dan zes maal zo lang als de beeldintegratietijd voor de zeer heldere beeldpartijen. In feite vindt dus een dynamiekcompressie plaats op de signaalplaat. De beeldinte gratieti jd op de signaalplaat of fotogevoelige laag is nu af-25 hankelijk van de plaatselijke intensiteit van het aangeboden beeld.

De tijdens de aftastingen met veranderde kathodepoten-tiaal verkregen informatie zou men verloren kunnen laten gaan door deze informatie niet te benutten bij de verdere 30 verwerking van het uitgangssignaal van de opneembuis. Wel blijft dan het op zichzelf reeds voldoende belangrijke voordeel van het voorkomen van het "bloomingn-effect gelden.

Het is echter ook mogelijk de tijdens de aftastingen met normale en/of veranderde kathodepotentiaal verkregen informatie tijdelijk in een 35 geheugen op te slaan en vervolgens met elkaar of met de niet in het geheugen opgeslagen informatie te combineren.

;:: o -6-'

Bijv. wordt door al dan niet herhaalde sommering een uitgangssignaal verkregen, waarvan het dynamisch bereik weer even groot iu als van het oorspronkelijk asn^oboden beeld, en bijv. wordt door opslag‘van de bij normale kathodepotentiaal verkregen informatie gedurende de aftastperiode 5 bij veranderde kathodepotentiaal en door gelijktijdige uitlezing van de in het geheugen opgeslagen informatie door sommering een beeld verkregen waarbij de heldere beeldpartijen een hogere temporele resolutie krijgen dan de donkere beeldpartijen.

Een voorbeeld is schematisch weergegeven in figuur 3.

10 Het tijdens de aftastingen met verhoogde kathodespanning verkregen beeldsignaal wordt via een voorversterker 30 en een synchroon met de schakelaar 8 door de klokinrichting . 9 bestuurde schakelaar 31 via een klem 32 opgeslagen in een geheugen M. Dè uitgang van het geheugen M is via een 15 synchroon met dë schakelaars 8 en 31 bediende schakelaar 34, die geopend is als de schakelaar 31 met de klem 32 een verbinding tot stand brengt, verbonden met een optelinrich-ting 35.

Bij een normale aftasting brengt de schakelaar 31 20 een verbinding tot stand met de klem 33 en wordt het uitgangssignaal van de voorversterker 30 toegevoerd aan de optel-inrichting 35. Tevens is dan de schakelaar 34 gesloten, zodat het uitgangssignaal van het geheugen M in de optelin-richting 35 gecombineerd wordt met het op dat moment optreden-25 de uitgangssignaal van de voorversterker. Het uitgangssignaal SQ van de optelinrichting kan dan afhankelijk van de wijze van combineren in de optelinrichting weer hetzelfde dynamische bereik hebben als het oorspronkelijk aangeboden beeld.

De klokinrichting 9 kan op eenvoudige wijze bestuurd 30 worden uitgaand van de gebruikelijke synchronisatiepulsen.

Een soortgelijke techniek kan men toepassen indien niet slechts een deel van de trefplaat of gevoelige plaat van de opneembuis doch het gehele oppervlak daarvan relevante beeldinformatie bevat. Door bij een normale aftast-35 frequentie telkens een aantal malen met veranderde kathode- C , .. v 7 ü

Jr·:':·' -7- spanning af te tasten en één maal op normale wijze af te tasten verkrijgt men nagenoeg continu informatie over de heldere beeldpartijen terwijl in de donkere beeldpartijen beeldintegratie over een aantal aftastperioden optreedt.

5 Hierdoor wordt de signaal/ruis verhouding in de donkere beeldpartijen verbeterd. Teneinde dan toch bij elke aftasting een volledig beeldsignaal te verkrijgen, kan het bij de normale aftasting verkregen beeldsignaal tot de volgende normale aftasting in een geheugen worden opgeslagen, dat 10 niet destructief uitgelezen kan worden. De inhoud van het geheugen wordt bij elke aftasting met veranderde kathode-spanning opgeteld bij het alsdan verkregen, de heldere beeldpartijen represen terende signaal.

Eén en ander is schematisch geïllustreerd in figuur 15 4. Telkens als de aftasting in de opneembuis plaats vindt bij veranderde kathodespanning VJce, wordt het verkregen beeldsignaal via een schakelaar 40 toegevoerd aan de ene ingangs-klem 41 van een optelinrichting 43. Aan de andere ingangs-klem 42 van de optelinrichting wordt het uitgangssignaal 20 van een geheugen M' toegevoerd. Dit signaal representeert het bij de vorige normale aftasting verkregen beeldsignaal.

Nadat op deze wijze gedurende een aantal aftastperioden een uitgangssignaal SQ' is samengesteld uit een de heldere beeldpartijen representerend signaal en een "oud” signaal, 25 dat het totale beeld representeert, wordt de schakelaar 40 omgezet synchroon met de in de kathodeketen van de opneembuis aanwezige schakelaar 8 en wordt de inhoud van het geheugen M' vernieuwd. Het uitgangssignaal SQ' van de optelinrichting 43 representeert op dat moment het recentste volledige 30 beeldsignaal.

Opgemerkt wordt dat diverse modificaties van de beschreven werkwijze en inrichting voor de deskundige voor de hand liggen. Zo is in het voorgaande aangegeven, dat het in beginsel mogelijk is de tijdens het aftasten van de \ i -K,

• I

-v -8- heldere beeldelementen verkregen informatie niet verder bij de signaalverwerking te betrekken. De opneembuis krijgt dan een karakteristiek met een knik, waarvan de ligging bepaald wordt door de waarde van de tijdens de aftasting 5 met veranderde kathodespanning heersende kathodespanning.

Een dergelijke karakteristiek die het verband aangeeft tussen de signaalstroom Is (het beeldsign^l) en de belichtingssterkte L is getoond in figuur 5. Daar de ligging van de knik K en ook het verloop van de afvlakking van het voorbij de 10 knik gelegen deel van de karakteristiek bekend is, kan bij de verdere signaalverwerking een elektronische correctie worden toegepast met behulp van een daartoe geschikte, met onderbroken lijnen in figuur 1 bij 50 aangegeven inrichting. Het tijdens de aftasting met verhoogde kathodespanning ver-15 kregen beeldsignaal wordt dan bijvoorbeeld via een schakelaar 52, die synchroon met de schakelaar 8 wordt bestuurd door de inrichting 9, afgevoerd naar aarde. De karakteristiek van figuur 5 kan op deze wijze schijnbaar recht getrokken worden zoals met een onderbroken lijn-51 in figuur 5 is 20 aangegeven.

Voorts is het op eenvoudige wijze mogelijk de inrichtingen van Fig. 3 resp. 4 te combineren tot'een inrichting die beide beschreven toepassingsmogelijkheden heeft, door voorzieningen te treffen waarmee de ruststand van de schakelaar 31 resp. 40 omgeschakeld kan worden en in Fig. 25 3 de schakelaar 34 in de gesloten stand te houden of in Fig. 4 een met de schakelaar 34 corresponderende schakelaar, voorzien van een overbruggings-schakelaar aan te brengen.

Deze en andere na het voorgaande voor de hand liggende modificaties worden geacht binnen het kader van de uitvinding te vallen.

30

Claims (9)

1. Werkwijze voor het met een televisie-opneembuis ver werken van beeldinformatie met een groot dynamisch bereik, met het kenmerk, dat de kathodepotentiaal van de opneembuis telkens gedurende één aftastbeweging van 5 de aftastende elektronenbundel op een eerste normale waarde wordt ge braght; waarbij beeldinformatie over zowel heldere als donkere beelddelen wordt verkregen en vervolgens gedurende een aantal aftastbewe-gingen op een tweede waarde wordt gebracht, waarbij slechts beeldinformatie uit relatief heldere beeldpartijen wordt verkregen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t h e t •kenmerk, dat het tijdens de aftastingen bij de tweede waarde van de kathodepotentiaal verkregen beeldsignaal wordt toegevoerd aan een geheugeninrichting (M) en dat het bij de aftasting bij de eerste waarde van de kathodepotentiaal 15 verkregen beeldsignaal telkens wordt gecombineerd met de sinds de vorige aftasting bij de eerste waarde van de kathodepotentiaal in de geheugeninrichting opgeslagen signalen ter verkrijging van een gecombineerd uitgangssignaal.

3. Werkwijze volgens conclusie l,met het 20. e n m e r k, dat de op de heldere beeldpartijen betrekking hebbende beeldinformatie niet verder wordt verwerkt en dat de tijdens de aftastingen bij de eerste waarde van de kathodepotentiaal verkregen beeldsignalen elektronisch worden gecorrigeerd ter verkrijgen van een signaal dat een lineair verband heeft met de be- 25 lichtingssterkte van de opneembuis.

4. Werkwijze volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat het tijdens de aftastingen bij de tweede waarde van de kathodepotentiaal verkregen beeldsignaal telkens wordt gecombineerd met het bij de vorige aftasting bij de 30 eerste waarde van de kathodepotentiaal verkregen en in -10- een geheugen opgeslagen beeldsignaal.

5. Werkwijze volgens conclusie 1 voor het verwerken van een aan de opneembuis aangeboden, zich evenwijdig aan de aftastbeweging uitstrekkend, strookvormig beeld, in het 5 bijzonder een middels een axiale tomografie-inrichting verkregen beeld, met het kenmerk, dat de normale, bij televisie-opneembuizen gebruikelijke aftastfrequentie wordt gehandhaafd, doch dat het aftastgebied in overeenstemming wordt gebracht met de ligging, van het strookvormige 10 beeld-

6. Inrichting voor het met een televisie-opneembuis verwerken van beeldinformatie met een groot dynamisch bereikt, 15 omvattende een televisie-opneembuis met een signaaleiektrode en een daarmee verbonden beeldsignaaluitgang, een ladings-beelddrager, en een kathode met behulp waarvan de ladings-beelddrager met een elektronenbundel kan worden afgetast, met het kenmerk, dat de kathode (5) is verbon-20 den met een door een klokinrichting (9) bestuurde schakelaar (8), die de kathode ofwel aan een eerste, normale,spanning (V^) ofwel aan een tweede spanning (V^e) legt, bij welke tweede spanning slechts de met de relatief heldere beeldpartijen corresponderende delen van de ladingsbeelddrager 4 leiden tot een 25 beeldsignaal.

7. Inrichting volgens conclusie 6, m e t het kenmerk, dat de beeldsignaaluitgang (7) is verbonden met een elektronische correctie-inrichting (50), en met een inrichting (52) die bewerkstelligt, dat de correctie- 30 inrichting slechts de tijdens de aftastingen bij de normale kathodepotentiaal verkregen beeldsignalen ontvangt.

8. Inrichting volgens conclusie 6, m e t het kenmerk, dat de beeldsignaaluitgang is verbonden met ' - Λ - J - U s c -11- een synchroon met de schakelaar (8) bestuurde tweede schakelaar (31), die tijdens de aftasting bij de tweede kathode-potentiaal de beeldsignaaluitgang verbindt met een geheugen-inrichting (M), en die tijdens de aftasting bij de eerste 5 kathodepotentiaal de beeldsignaaluitgang verbindt met een eerste ingang van een combineerinrichting (35), waarbij de geheugeninrichting (M) via een synchroon met de eerste schakelaar (8) bestuurde derde schakelaar (34) met een tweede ingang van de combineerinrichting is verbonden, welke derde 10 schakelaar (34) gesloten is als de tweede schakelaar (31) de beeldsignaaluitgang met de eerste ingang van de combineerinrichting verbindt.

9. Inrichting volgens conclusie 6, m e t het kenmerk, dat de beeldsignaaluitgang via een synchroon 15 met de eerste schakelaar (8) bediende schakelaar (4) is verbonden met de eerste ingang (41) van een combineerinrichting (43) gedurende de aftastingen bij de tweede kathodepotentiaal en dat de beeldsignaaluitgang gedurende de aftastingen bij de eerste kathodepotentiaal via de schakelaar (40) is 20 verbonden met de een geheugeninrichting (M1), die niet-destructief kan worden uitgelezen en waarvan de uitgang is verbonden met de tweede ingang (42) van de combineerinrichting.