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DE19749920A1 - Measuring the sensitivity of digital imaging systems - Google Patents

Measuring the sensitivity of digital imaging systems

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Publication number
DE19749920A1
DE19749920A1 DE19749920A DE19749920A DE19749920A1 DE 19749920 A1 DE19749920 A1 DE 19749920A1 DE 19749920 A DE19749920 A DE 19749920A DE 19749920 A DE19749920 A DE 19749920A DE 19749920 A1 DE19749920 A1 DE 19749920A1
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Germany
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measuring
sensitivity
imaging systems
digital imaging
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Withdrawn
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DE19749920A
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German (de)
Inventor
Hans Dipl Phys Schoefer
Felix Schoefer
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Individual
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N17/00—Diagnosis, testing or measuring for television systems or their details
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/30—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from X-rays

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
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  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

The method assigns to the digital image content (pixel value) an information value which takes into consideration the system noise. It defines a metric which describes, as well as the size, the certainty of the image of a pixel. The metric is formed from the image of the intensity profile generated by the test item using an arithmetical algorithm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme. Zur Darstellung der Meßergebnisse wird ein verfahrensspezifisches Einheitensystem eingeführt.The invention relates to a method for measuring the sensitivity of digital Imaging systems. A process-specific is used to display the measurement results Unit system introduced.

Stand der TechnikState of the art

In der modernen Bildgebung werden zunehmend digitale Verfahren eingesetzt. Besonders in der Röntgenaufnahmetechnik finden digitale Techniken Eingang. Nach Röntgenverordnung dürfen bei der Anwendung am Menschen nur solche Geräte eingesetzt werden, für die sichergestellt ist, daß die erzeugten Bilder mit geringstmöglicher Dosis eine hinreichende Bildqualität erreichen. Bis heute kann diese Forderung für digitale Geräte nicht erfüllt werden, da es kein Verfahren gibt, das die Empfindlichkeit digitaler Systeme in einheitlicher Weise zu bestimmen erlaubt.Digital methods are increasingly being used in modern imaging. Especially in X-ray imaging technology uses digital techniques. According to the X-ray regulation Only devices for which it is ensured that the images generated with the lowest possible dose are sufficient Achieve image quality. To date, this requirement cannot be met for digital devices, since there is no method that increases the sensitivity of digital systems in a uniform manner determine allowed.

Die Lösung der AufgabeThe solution to the task

Die Erfindung, die die beschriebene Aufgabe löst, ist ein Verfahren, das dem digitalen Bildinhalt (Pixelwert) einen das Systemrauschen berücksichtigenden Informationswert zuordnet. Die Empfindlichkeit des Abbildungssystems wird nämlich nicht ausreichend mit der Größe des Zahlenwertes (Pixelwert) beschrieben, in den eine bestimmte Intensität umgesetzt wird. Für die Beschreibung der Empfindlichkeit ist eine Aussage über die Sicherheit des Zahlenwertes (Pixelwert) nötig. Erfindungsgemäß wird eine Metrik definiert, die sowohl Größe wie Sicherheit der Abbildung eines Pixels beschreibt. Die Einheit dieser Metrik wird im folgenden als Informationseinheit (it) bezeichnet. Da die Empfindlichkeit eines Systems unabhängig von der möglichen Ortsauflösung gemessen werden soll, ist das Verfahren flächennormiert. D. h., das Rauschen wird nicht alleine aus der Standardabweichung der Pixelwerte bestimmt, die mit der gleichen Intensität beaufschlagt wurden, sondern es wird das Rauschen verwendet, das sich ergeben würde, wenn die Pixelgröße (das im Pixel abgebildete Flächenelement) eine für den Abbildungszweck angemessene Referenzausdehnung (z. B. 0,5 mm × 0,5 mm) hätte.The invention which achieves the object described is a method which is digital Image content (pixel value) is an information value that takes into account the system noise assigns. The sensitivity of the imaging system is not sufficient with the Size of the numerical value (pixel value) described in which a certain intensity is implemented becomes. For the description of the sensitivity a statement about the safety of the Numerical value (pixel value) necessary. According to the invention, a metric is defined that both Size describes how security of the image of a pixel is. The unit of this metric is in hereinafter referred to as information unit (it). Because the sensitivity of a system The method is independent of the possible spatial resolution area standardized. That is, the noise is not derived from the standard deviation of the Determines pixel values that have been applied with the same intensity, but it will Noise that would result if the pixel size (the one depicted in the pixel Surface element) a reference extension appropriate for the purpose of illustration (e.g. 0.5 mm × 0.5 mm).

Man findet diese Metrik in Strenge dadurch, daß man die doppelte Standardabweichung 2σ des Signals des unbestrahlten Detektors für das Referenzelement bestimmt und dann die Intensität sucht, die das Signal des unbestrahlten Detektors im Referenzelement um 2σ erhöht. Für diese Intensität wird nun wieder 2σ berechnet und dann die Intensität bestimmt, die nötig ist, um das erneut um 2σ erhöhte Signal zu erhalten usw. One finds this metric strictly by double the standard deviation 2σ of the Signal of the unirradiated detector for the reference element is determined and then the intensity seeks that increases the signal of the unirradiated detector in the reference element by 2σ. For this Intensity is now calculated again 2σ and then the intensity is determined, which is necessary for the again to get 2σ increased signal etc.  

Auf diese Weise erhält man einen Zusammenhang zwischen der Intensität und der Anzahl der mit 2σ auflösbaren Meßwerte bezogen auf das Referenzelement.
In this way, a relationship is obtained between the intensity and the number of measurement values that can be resolved with 2σ in relation to the reference element.

f(I0) = P0
f(I1) = P1 = P0 + 2σ0
f(I2) = P2 = P1 + 2σ1
f(I3) = P3 = P2 + 2σ2
f (I 0 ) = P 0
f (I 1 ) = P 1 = P 0 + 2σ 0
f (I 2 ) = P 2 = P 1 + 2σ 1
f (I 3 ) = P 3 = P 2 + 2σ 2

mit I0 = 0 ergibt sich σ0
Ii = f1(Pi) kann gemessen werden
with I 0 = 0 we get σ 0
I i = f 1 (P i ) can be measured

f(In) = Pn = P(n-1) + 2σ(n-1)
In . . . bis Pnmax = Wertebereich des AD-Wandlersf (I n ) = P n = P (n-1) + 2σ (n-1)
I n . . . to P nmax = value range of the AD converter

Die Anzahl der möglichen Pn ergibt den Wertebereich nmax der von einem System unterscheidbaren Intensität.The number of possible P n results in the range of values n max of the intensity distinguishable by a system.

Auf diese Weise ist den Pixelwerten Pn die Information n zugeordnet. Die Einheit der Information ist das it. Die Information, die einem Pixelwert zukommt, ist durch die oben festgelegte Funktion bestimmt. Damit ist ein Zusammenhang zwischen Signalintensität, Referenzelement und Informationswert gegeben. Der Zusammenhang zwischen n und der zugehörigen Signalintensität In kann in guter Näherung auch mit Hilfe mehrstufiger Treppenprofile ermittelt werden.In this way, the information n is assigned to the pixel values P n . The unit of information is the it. The information attributed to a pixel value is determined by the function defined above. This provides a relationship between signal intensity, reference element and information value. The relationship between n and the associated signal intensity I n can also be determined to a good approximation with the aid of multi-stage stair profiles.

Für 2σn = const. = 1 ergibt sich In = n, d. h. wenn 2σ unabhängig von der Intensität und = 1 ist, stimmen Pixelwert und Informationswert überein.For 2σ n = const. = 1 results in I n = n, ie if 2σ is independent of the intensity and = 1, the pixel value and the information value match.

In Analogie zur Schwärzungskurve kann n als Funktion von der Intensität In dargestellt werden. Dabei ersetzt n die Dichte.Analogous to the density curve, n can be represented as a function of the intensity I n . N replaces density.

FestlegungDown

Die Empfindlichkeit ist der Quotient aus der Einheit, in der die Signalintensität angegeben wird, und der Signalintensität, die nötig ist, um eine vorgegebene Informationsmenge (Anzahl von 2σ-Schritten oder it) zu erhalten.The sensitivity is the quotient of the unit in which the signal intensity is given and the signal intensity that is necessary to obtain a given amount of information (number of 2σ steps or it).

Die Informationsmenge ist in Informationseinheiten (Anzahl der 2σ-Schritte, it) zu messen. Zur Bestimmung der Standardabweichung wird eine Anzahl von mindestens 20 Pixelwerten in einem Bereich vorgeschlagen, der überall mit der gleichen Signalintensität beaufschlagt wurde. Es ist möglich, daß der Zusammenhang zwischen Signalintensität und Information sich bereits durch Messung in wenigen Bereichen gleicher Intensität bestimmen läßt.The amount of information is to be measured in information units (number of 2σ steps, it). To determine the standard deviation, a number of at least 20 pixel values in proposed an area that was subjected to the same signal intensity everywhere. It is possible that the relationship between signal intensity and information already changes can be determined by measurement in a few areas of the same intensity.

Durch Anwendung der Erfindung wird es möglich, die Empfindlichkeit digitaler Aufnahmesysteme zu bestimmen.By applying the invention, it becomes possible to make the sensitivity more digital Determine recording systems.

In Ausführungsformen der Erfindung bestehen Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler AbbildungssystemeIn embodiments of the invention, there are methods and apparatus for Measurement of the sensitivity of digital imaging systems

Aus einem Modulator, der dem auszumessenden System ein Intensitätsprofil aufprägt, dessen absoluter Verlauf von Bestandteilen der Verfahren und Vorrichtung (z. B. Dosimeter) bestimmt wird. Das auszumessende System setzt das Intensitätsprofil in Pixelwerte um. Über eine Datenschnittstelle wird die Matrix in den Auswerterechner übergeben und dort über einen Algorithmus entsprechend dieser Erfindung die Informationskurve und die zugehörigen Kenndaten berechnet. Aus der Matrixgröße und der Größe des Objekts, das das Intensitätsprofil erzeugt, wird die Normierung auf das Referenzelement berechnet.From a modulator that imprints an intensity profile on the system to be measured, its absolute profile Course of components of the method and device (e.g. dosimeter) is determined. The The system to be measured converts the intensity profile into pixel values. Via a data interface transfer the matrix into the evaluation computer and there via an algorithm corresponding to this Invention calculates the information curve and the associated characteristics. From the matrix size and the size of the object that generates the intensity profile will normalize to that Reference element calculated.

In Ausführungsformen kann der Modulator ein Graukeil, eine Grautreppe, ein Schwächungsteil oder eine Stufentreppe sein. In Ausführungsformen kann der Auswerterechner des digitalen Systems oder ein externer Rechner, der über Datenleitung mit dem digitalen System verbunden ist, verwendet werden. In Ausführungsformen kann das System aus der Angabe der Matrixgröße und der Größe des digitalisierten Bildbereichs das Referenzelement berechnen. In embodiments, the modulator can be a gray wedge, a gray staircase, a weakening part or be a staircase. In embodiments, the evaluation computer of the digital system or a external computer that is connected to the digital system via a data line can be used. In The system can implement embodiments from the specification of the matrix size and the size of the digitized Calculate the reference element in the image area.  

Beschreibungdescription

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Bestandteile der Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme, die in der Abbildung dargestellt sind, haben folgende Funktion:
The invention is described below using an exemplary embodiment. The components of the method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems, which are shown in the figure, have the following function:

1 Dosismeßsonde
2 Modulator zur Erzeugung des Intensitätsprofils, hier ein 4 mm Cu-Absorber mit einem 10 mm breiten und 80 mm langen Cu-Keil
3 Dosismeßsonde
4 Prüfling, hier ein Röntgenbildverstärker mit digitalisiertem Bildausgang
5 Schnittstelle (z. B. DICOM-FORMAT)
6 Rechner
7 Dosismeßgerät
8 Pb-Plättchen
9 Cu-Keil 1 dose measuring probe
2 modulator for generating the intensity profile, here a 4 mm Cu absorber with a 10 mm wide and 80 mm long Cu wedge
3 dose measuring probe
4 test object, here an X-ray image intensifier with digitized image output
5 interface (e.g. DICOM-FORMAT)
6 computers
7 dose meter
8 Pb plates
9 Cu wedge

Claims (19)

1. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme, dadurch gekennzeichnet, daß ein quantitativ vermessenes Intensitätsprofil dem Prüfling (Digitales Rezeptorsystem) beaufschlagt wird.1. The method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems, characterized in that a quantitatively measured intensity profile is applied to the test object (digital receptor system). 2. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Prüfling (Digitales Rezeptorsystem) erzeugte Bild des Intensitätsprofils über einen Rechenalgorithmus eine Metrik aufbaut, die einen quantitativen Zusammenhang zwischen der Intensität und der Information herstellt.2. Method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems according to Claim 1 or one of the following, characterized in that the test item (digital Receptor system) generated image of the intensity profile using a calculation algorithm builds a metric, that creates a quantitative relationship between intensity and information. 3. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung des digitalen Bildes (Pixel-Matrix) in einem über eine Datenleitung verknüpften Rechner unabhängig von Rechnern des digitalen Systems erfolgt.3. Method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems according to Claim 1 or one of the following, characterized in that the evaluation of the digital image (Pixel matrix) in a computer linked via a data line independently of the computers of the digital system. 4. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung des digitalen Bildes (Pixel-Matrix) in einem Rechner des digitalen Systems erfolgt.4. Method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems according to Claim 1 or one of the following, characterized in that the evaluation of the digital image (Pixel matrix) in a computer of the digital system. 5. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Intensitätsprofil durch einen Graukeil erzeugt wird.5. Method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems according to Claim 1 or one of the following, characterized in that the intensity profile by a Gray wedge is generated. 6. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Intensitätsprofil durch eine Grautreppe erzeugt wird.6. Method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems according to Claim 1 or one of the following, characterized in that the intensity profile by a Gray stairs is generated. 7. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Intensitätsprofil durch Farbkeile erzeugt wird.7. Method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems according to Claim 1 or one of the following, characterized in that the intensity profile by color wedges is produced. 8. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Intensitätsprofil durch Farbtreppen erzeugt wird.8. Method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems according to Claim 1 or one of the following, characterized in that the intensity profile by Color stairs is generated. 9. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Intensitätsprofil ein Dosisprofil ist.9. Method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems according to Claim 1 or one of the following, characterized in that the intensity profile is a dose profile is. 10. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Intensitätsprofil durch einen Keil aus strahlenabsorbierendem Material erzeugt wird.10. Method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems according to Claim 1 or one of the following, characterized in that the intensity profile from a wedge radiation-absorbing material is generated. 11. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Intensitätsprofil durch eine Treppe aus strahlenabsorbierendem Material erzeugt wird. 11. Method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems according to Claim 1 or one of the following, characterized in that the intensity profile by a staircase is generated from radiation absorbing material.   12. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Auswertebereich ein Bereich befindet, dessen Intensität quantitativ bekannt ist.12. Method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems according to Claim 1 or one of the following, characterized in that there is an area in the evaluation area whose intensity is known quantitatively. 13. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Auswertebereich ein Bereich befindet, dessen Intensität quantitativ bestimmt werden kann.13. Method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems according to Claim 1 or one of the following, characterized in that there is an area in the evaluation area is located, the intensity of which can be determined quantitatively. 14. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Auswertebereich Bereiche befinden, deren Intensitäten quantitativ bestimmt werden können.14. Method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems according to Claim 1 or one of the following, characterized in that there are areas in the evaluation area are located, the intensities of which can be determined quantitatively. 15. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das System aus Meßsonden besteht, die an festgelegten Bereichen quantitativ die Intensität des Profils messen.15. Method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems according to Claim 1 or one of the following, characterized in that the system consists of measuring probes, who quantitatively measure the intensity of the profile in defined areas. 16. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das System aus Röntgendosismeßsonden besteht, die an festgelegten Bereichen quantitativ die Intensität des Dosisprofils messen.16. Method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems according to Claim 1 or one of the following, characterized in that the system X-ray dose measuring probes exist that quantitatively determine the intensity of the dose profile in defined areas measure up. 17. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt, das das Intensitätsprofil erzeugt durch eine Struktur ergänzt wird, die eine bestimmte Ausdehnung hat und damit zur Festlegung eines Referenzelements geeignet ist.17. Method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems according to Claim 1 or one of the following, characterized in that the object that the intensity profile generated is supplemented by a structure that has a certain extent and thus to the definition a reference element is suitable. 18. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Referenzelements aus der Matrixgröße und der maximal abbildbaren Objektgröße berechnet wird.18. Method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems according to Claim 1 or one of the following, characterized in that the size of the reference element the matrix size and the maximum reproducible object size is calculated. 19. Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Empfindlichkeit digitaler Abbildungssysteme nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das zu digitalisierende Objekt ein Klangbild aus verschiedenen Frequenzen bei sich ändernden Amplituden ist.19. Method and device for measuring the sensitivity of digital imaging systems according to Claim 1 or one of the following, characterized in that the object to be digitized Sound pattern from different frequencies with changing amplitudes.
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