DE69523043T2

DE69523043T2 - Zusammenstellung eines bildes aus teilbildern

Info

Publication number: DE69523043T2
Application number: DE69523043T
Authority: DE
Inventors: Johannes Diepstraten
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1995-11-27
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2015-11-28
Also published as: EP0746938B1; US5602896A; EP0746938A1; DE69523043D1; JPH09510068A; WO1996019893A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildaufnahmevorrichtung, bestehend aus einem ersten und einem zweiten Bildsensor, um ein erstes und ein zweites Teilbild in ein erstes bzw. ein zweites elektronisches Teilbildsignal zu konvertieren, und weiterhin bestehend aus einer Kombinationseinheit, um von dem genannten ersten und zweiten elektronischen Teilbildsignal ein elektronisches Signal für das Zusammenstellen eines Bildes abzuleiten. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Röntgenuntersuchungsvorrichtung, bestehend aus einer Röntgenquelle zum Bestrahlen eines Objektes mit Röntgenstrahlen zur Erzeugung eines Röntgenbildes, einem Röntgendetektor, um von dem Röntgenbild in optisches Bild abzuleiten, und einem Bildteiler, um von dem optischen Bild ein erstes und ein zweites Teilbild abzuleiten. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Verfahren zur Erzeugung eines zusammengestellten Bildes aus einem ersten, von einem ersten Bildsensor aufgenommenen Teilbild und einem zweiten, von einem zweiten Bildsensor aufgenommenen Teilbild.
Eine Bildaufnahmevorrichtung und ein solches Verfahren ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 33 15 882 her bekannt.
Die bekannte Bildaufnahmevorrichtung ist Bestandteil einer Röntgenuntersuchungsvorrichtung. Die Röntgenuntersuchungsvorrichtung besteht aus einer Röntgenquelle und einem Röntgenbildverstärker, der mit der Bildaufnahmevorrichtung optisch gekoppelt ist. Zur Erzeugung eines Röntgenbildes wird ein Objekt, beispielsweise ein radiologisch zu untersuchender Patient, zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgenbildverstärker platziert und einem von der Röntgenquelle emittierten Röntgenstrahl ausgesetzt. Das Röntgenbild wird auf einem Eintrittsschirm des Röntgenbildverstärkers erzeugt und in ein optisches Bild an einem Austrittsfenster des Röntgenbildverstärkers umgewandelt. Das optische Bild wird von der Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen und in ein elektronisches Bildsignal umgewandelt.
Die bekannte Bildaufnahmevorrichtung besteht aus zwei Festkörperbildsensoren, die ihrerseits jeweils aus mehreren lichtempfindlichen Elementen bestehen. Die Bildsensoren sind so angeordnet, dass sich Pixel des von einem Bildsensor aufgenommenen optischen Bildes in den Zwischenräumen der lichtempfindlichen Elemente des anderen Sensors befinden. Jeder Bildsensor nimmt jeweils ein optisches Teilbild auf und liefert ein entsprechendes Teilbildsignal an die Kombinationseinheit, die aus den genannten Teilbildsignalen ein Bildsignal für das zusammengestellte Bild erzeugt. Das zusammengestellte Bild setzt sich aus Bildzeilen der von den einzelnen Bildsensoren aufgenommenen Teilbildern zusammen, so dass die Bildzeilen eines Bildsensors die ungeraden Bildzeilen im zusammengestellten Bild und die Bildzeilen des anderen Bildsensors die geraden Bildzeilen im zusammengestellten Bild darstellen. In Transversalrichtung zu den Bildzeilen hat das zusammengestellte Bild eine in Relation zu den von den einzelnen Bildsensoren aufgenommenen Teilbildern doppelte räumliche Auflösung.
Die bekannte Bildaufnahmevorrichtung hat jedoch den Nachteil, dass die Bildzeilen von verschiedenen Bildsensoren unterschiedliche Helligkeitswerte im zusammengestellten Bild aufweisen können, selbst wenn das optische Bild eine einheitliche Helligkeit hat. Diese Unterschiede lassen sich unter anderem darauf zurückführen, dass einzelne Bildsensoren das Licht vom Austrittsfenster über verschiedene optische Pfade empfangen, wobei eine unterschiedliche Lichtdämpfung auftritt, und/oder dass die Empfindlichkeit der Bildsensoren nicht exakt gleich ist. Solche Unterschiede führen zu Störungen im zusammengestellten Bild. Das zusammengestellte Bild weist beispielsweise ein Streifenmuster auf, dass in keinerlei Zusammenhang mit den Bildinformationen im optischen Bild steht, sondern auf die ungleiche Empfindlichkeit der Bildsensoren zurückzuführen ist.
Der vom Austrittsfenster emittierte Lichtstrahl wird durch einen teilweise transparenten Reflektor in zwei Teilstrahlen geteilt. Da der Übertragungs- und Reflexionsgrad dieses Reflektors vom Einfallswinkel des Lichts abhängt, kommt es bei den Teilstrahlen zu einer leichten Intensitätsabweichung, wenn der Lichtstrahl in unterschiedlichen Winkeln einfällt. Von den Bildsensoren wird diese leichte Intensitätsabweichung in variierende Helligkeitswerte bei den Teilbildsignalen umgewandelt. Diese Variation der Helligkeitswerte ist bei den verschiedenen Teilbildsignalen unterschiedlich und verursacht, sofern keine weiteren Schritte unternommen werden, komplexe Störungen im zusammengestellten Bild. Solche Störungen führen zu einer weiteren Verschlechterung der Bildqualität des zusammengestellten Bildes. Dies ist besonders nachteilig für die Diagnosequalität des zusammengestellten Bildes, da die kleinen Details im Röntgenbild in den durch Helligkeitsschwankungen verursachten komplexen Störungen im zusammengestellten Bild verloren gehen können. Für die Erstellung einer korrekten Diagnose können jedoch gerade diese kleinen Details im Röntgenbild von größter Bedeutung sein. Die europäische Patentanmeldung EP 0 562 657 beschreibt eine Bildaufnahmevorrichtung mit Multiplikationsmitteln zur Berechnung korrigierter Pixelwerte, indem die Pixelwerte mit Korrekturfaktoren multipliziert werden. In dieser bekannten Bildaufnahmevorrichtung wird jedes Pixel im zusammengestellten Bild zweimal multipliziert.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Bildaufnahmevorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, Abweichungen bei den Helligkeitswerten der Teilbilder zu korrigieren, um Störungen im zusammengestellten Bild entgegenzuwirken.
Um dies zu erreichen, wird eine erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung in Anspruch 1 definiert.
Die erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung ist insbesondere für die Aufnahme von Teilbildern vorgesehen, die jeweils aus einem Bild bestehen, das sich seinerseits aus einem Pixelraster zusammensetzt. Pixel in einer Richtung im Bild stellen Bildzeilen dar, und Pixel in transversaler Richtung zu den Bildzeilen stellen Bildspalten dar. Jedes Pixel ist daher Teil einer Bildzeile und einer Bildspalte. Die horizontale Richtung wird üblicherweise für die Bildzeilen und die vertikale Richtung für die Bildspalten gewählt, wobei diese Konvention für die Erfindung jedoch unerheblich ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist anzumerken, dass die Multiplikation mit einem Faktor gleichermaßen auch mittels Division durch den Reziprokfaktor oder durch wiederholte Addition erfolgen kann.
In dem mittels der korrigierten Helligkeitswerte zusammengestellten Bild werden die Unterschiede zwischen den Helligkeitsabweichungen in den einzelnen Teilbildern, sofern sich diese Unterschiede nicht auf Bildinformationen beziehen, durch Auswahl geeigneter Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren kompensiert. Dadurch wird Störungen im zusammengestellten Bild entgegengewirkt und die Diagnosequalität des zusammengestellten Bildes verbessert. Wenn man die Erfindung so anwendet, dass die Pixel des einen Teilbildes pro Bildzeile und die des anderen Teilbildes pro Bildspalte korrigiert werden, sind für diese Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren verhältnismäßig wenige Werte erforderlich, d. h. ungefähr die Summe aus der Anzahl der Bildzeilen und Bildspalten, so dass bereits ein Speicher mittlerer Kapazität ausreicht, um vorgegebene Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren zu speichern. Selbst wenn für unterschiedliche Bildaufnahmesituationen separate Sätze mit Werten dieser Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren oder separate Einstellungen der Bildaufnahmevorrichtung erforderlich sind, wird die Anzahl der Werte ausreichend begrenzt, so dass es problemlos möglich ist, die Werte aus dem Speicher abzurufen.
Da einzelne Helligkeitswerte im zusammengestellten Bild mit nur einem Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktor multipliziert werden müssen, benötigt eine erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung lediglich einen einzigen Multiplizierer, um korrigierte Helligkeitswerte zu erzeugen.
Ein weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Röntgenuntersuchungsvorrichtung zur Erzeugung eines zusammengestellten Bildes mit hoher räumlicher Auflösung aus Teilbildern, die von einem Röntgenbild abgeleitet wurden, wobei die genannte Röntgenuntersuchungsvorrichtung in der Lage ist, Helligkeitswerte des zusammengestellten Bildes zu korrigieren, um Störungen im zusammengestellten Bild entgegenzuwirken.
Eine Röntgenuntersuchungsvorrichtung bestehend aus einer Röntgenquelle zum Bestrahlen eines Objektes mit Röntgenstrahlen zur Erzeugung eines Röntgenbildes, einem Röntgendetektor, um von dem Röntgenbild ein optisches Bild abzuleiten, und einem Bildteiler, um von dem optischen Bild ein erstes und ein zweites Teilbild abzuleiten, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenuntersuchungsvorrichtung über eine Bildaufnahmevorrichtung gemäß Anspruch 1 besteht, um von den Teilbildern ein elektronisches Bildsignal eines zusammengestellten Bildes mit korrigierten Helligkeitswerten abzuleiten.
Eine Röntgenuntersuchungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung bietet den Vorteil, dass ein Röntgenbild in ein elektronisches Bildsignal für ein zusammengestelltes Bild mit hoher Diagnosequalität umgewandelt wird. Diese hohe Diagnosequalität wird dadurch erzielt, dass das zusammengestellte Bild eine große räumliche Auflösung hat und nur geringe Störungen aufweist, so dass kleine, kontrastarme Details beispielsweise auf einem Monitor angemessen wiedergegeben werden können. So kann der Radiologe kleine Details wie einen Tumor im pathologischen Anfangsstadium einfacher erkennen.
Die Werte der verfügbaren Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren sind unter anderem von den Einstellungen der Röntgenuntersuchungsvorrichtung abhängig. Die Einstellungen betreffen beispielsweise die Einstellung des Anodenstroms und der Hochspannung der Röntgenquelle oder die Einstellung einer Blende zur Steuerung der Lichtintensität des Bildsensors. Um verschiedene solcher Einstellungen präzise korrigieren zu können, steht für einzelne Einstellungen ein Satz mit Werten für Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren zur Verfügung; diese Sätze mit Werten befinden sich beispielsweise in einem Speicher. Da man für ein vergleichsweise großes zusammengestelltes Bild von etwa 1000 · 1000 Pixel vergleichsweise wenige Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren, d. h. nur etwa 2000, benötigt, sind selbst für zahlreiche Einstellungen der Röntgenuntersuchungsvorrichtung Sätze mit Werten verfügbar, ohne dass ein übermäßig großer und teurer Speicher erforderlich ist.
Die Erfindung hat weiterhin zur Aufgabe, ein Verfahrens zur Erzeugung eines zusammengestellten Bildes aus einem ersten und einem zweiten Teilbild sowie zur Lieferung korrigierter Helligkeitswerte für das zusammengestellte Bild zu schaffen, um Störungen im zusammengestellten Bild entgegenzuwirken.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung eines zusammengestellten Bildes aus einem ersten, von einem ersten Bildsensor aufgenommenen Teilbild und einem zweiten, von einem zweiten Bildsensor aufgenommenen Teilbild wird in Anspruch 3 definiert.
Um den Störungen im zusammengestellten Bild entgegenzuwirken, werden Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren bestimmt, so dass der Unterschied bei der Helligkeitsabweichung in den einzelnen Teilbildern durch korrigierte Helligkeitswerte im zusammengestellten Bild kompensiert wird, sofern sich dieser Unterschied nicht auf Bildinformationen bezieht. Da einzelne Helligkeitswerte im zusammengestellten Bild mit nur einem Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktor multipliziert werden müssen, ist die Anzahl der arithmetischen Operationen auf eine einzige Multiplikation pro Pixel begrenzt, so dass das erfindungsgemäße Verfahren nur wenig Rechenzeit erfordert.
Eine weitere bevorzugte Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren von den Helligkeitswerten eines ersten und eines zweiten Referenzbildes abgeleitet werden, die jeweils von einem ersten und einem zweiten Bildsensor aufgenommenen werden.
Die Werte der Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren sind im Wesentlichen unabhängig von den Bildinformationen in den Teilbildern. Folglich lassen sich die Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren von den Referenzbildern ableiten, um in einem Speicher gespeichert zu werden. Die gespeicherten Werte stehen dann zur Verfügung, um zu einem späteren Zeitpunkt die Multiplikationen der Helligkeitswerte vorzunehmen. Ein erstes und ein zweites Referenzbild reichen aus, um die Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren für die Korrektur der Helligkeitswerte zahlreicher verschiedener zusammengestellter Bilder zu bestimmen. Die Referenzbilder können spezielle Bilder sein, von denen Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren abgeleitet werden, wobei man unter vielen verschiedenen Umständen zu präzise korrigierten zusammengestellten Bildern kommen kann. Darüber hinaus können das erste und das zweite Referenzbild dieselbe Bildinformation enthalten.
Eine weitere bevorzugte Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spaltenverstärkungsfaktoren für einzelne Bildspalten aus dem Quotienten aus mittleren Helligkeitswerten in entsprechenden Bildspalten des jeweils ersten und zweiten Referenzbildes und die Zeilenverstärkungsfaktoren für einzelne Bildzeilen aus dem Quotienten aus mittleren Helligkeitswerten in entsprechenden Bildzeilen des jeweils ersten und zweiten Referenzbildes ergeben.
Als entsprechende Bildzeilen und -spalten werden dabei solche Bildzeilen und -spalten verstanden, die im Wesentlichen dieselbe Bildinformation enthalten. Wenn das zusammengestellte Bild durch Bildzeilen des ersten Teilbildes im Wechsel mit Bildzeilen des zweiten Teilbildes erzeugt wird, bilden ein Paar sich entsprechender Bildspalten des ersten und zweiten Teilbildes zusammen eine Bildspalte des zusammengestellten Bildes. Ein Paar sich entsprechender Bildzeilen des ersten und zweiten Teilbildes bilden dann benachbarte Bildzeilen im zusammengestellten Bild. Da die Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren von den mittleren Helligkeitswerten abgeleitet werden, wird der Rauscheffekt reduziert. Solch ein Mittelwert kann die Summe aus einer Anzahl von Helligkeitswerten, geteilt durch ihre Anzahl oder nicht, oder auch ein gewichteter Mittelwert sein.
Eine weitere bevorzugte Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spalten- und/oder Zeilenverstärkungsfaktoren mittels Halbierungsverfahren von den genannten mittleren Helligkeitswerten abgeleitet werden.
Das Halbierungsverfahren zur Bestimmung des Spaltenverstärkungsfaktors für eine der Bildspalten im zusammengestellten Bild beinhaltet die Bestimmung der Differenz zwischen einem ersten und einem zweiten mittleren Helligkeitswert in einer Bildspalte des jeweils ersten und zweiten Bildes. Anschließend wird ein zufälliger erster Verstärkungswert gewählt, wobei Helligkeitswerte des zweiten Teilbildes multipliziert werden, anhand dessen dann der zweite Mittelwert bestimmt wird. Danach wird das Vorzeichen der Differenz zwischen den ersten und den zweiten Mittelwerten bestimmt. Nun wird ein zweiter Verstärkungswert, beispielsweise nach dem "Trial-and-error"-Prinzip, gesucht, wobei das Vorzeichen der Differenz zwischen dem ersten und zweiten Mittelwert entgegengesetzt zu dem des ersten Verstärkungswertes ist. Anschließend wird für einen dritten, zwischen dem ersten und dem zweiten Verstärkungswert liegenden Verstärkungswert erneut das Vorzeichen der Differenz zwischen dem ersten und zweiten Mittelwert bestimmt. Danach wird ein vierter Verstärkungswert bestimmt, der zwischen dem ersten und dritten Verstärkungswert oder zwischen dem vierten und zweiten Verstärkungswert liegt, je nachdem, welches Vorzeichen der dritte Verstärkungswert hat. Daher wird mittels Iteration der Verstärkungswert gefunden, für den die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Mittelwert im Wesentlichen verschwindet; dieser Verstärkungswert ist der gesuchte Spaltenverstärkungsfaktor. Mit demselben Halbierungsverfahren, angewandt für die Differenz zwischen den mittleren Helligkeitswerten der Bildzeilen im ersten und zweiten Teilbild, sowie anhand der Verstärkung von Helligkeitswerten des ersten Teilbildes wird der für eine der Bildzeilen im zusammengestellten Bild gesuchte Zeilenverstärkungsfaktor ermittelt.
Ein Vorteil dieses Halbierungsverfahrens besteht darin, dass zur genauen Bestimmung der gesuchten Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren nur wenige, einfache arithmetische Operationen erforderlich sind. Außerdem benötigt man kein separates, kompliziertes Steuersystem, um eine präzise Justierung der Verstärker auf die erforderlichen absoluten Verstärkungsfaktoren zu gewährleisten.
Eine weitere bevorzugte Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die genannten Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren in einem Speicher befinden und von dort zur Korrektur der Helligkeitswerte des ersten und zweiten Teilbildes abgerufen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Korrektur der Helligkeitswerte erfordert für die Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren außer der Gesamtzahl der Bildzeilen und Bildspalten eines Teilbildes keine weiteren Werte. Bei einer steigenden Anzahl von Pixeln im zusammengestellten Bild erhöht sich die Anzahl der erforderlichen Werte daher nur langsam, d. h. ungefähr wie die Quadratwurzel. Wenn die Werte für die Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren gespeichert sind, reicht selbst bei großen zusammengestellten Bildern bereits eine verhältnismäßig kleine Speicherkapazität aus. Beispielsweise ist für ein zusammengestelltes Bild, das aus Millionen von Pixeln besteht, eine Speicherkapazität mit wenigen Tausend Werten ausreichend. Da nur eine verhältnismäßig kleine Anzahl von Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren abgerufen werden muss, nimmt das Verfahren selbst im Falle großer zusammengestellter Bilder nur wenig Zeit in Anspruch.
Eine weitere bevorzugte Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren die ersten und zweiten Teilbilder jeweils als das erste und das zweite Referenzbild verwendet werden, wobei die Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren anhand der Helligkeitswerte des ersten und zweiten Teilbildes errechnet werden. Man kann auch die einzelnen Teilbilder selbst, wie sie von den einzelnen Bildsensoren aufgenommen wurden, als Referenzbilder verwenden. In diesem Fall ist die Korrektur der Helligkeitswerte für das zusammengestellte Bild hinsichtlich der jeweiligen Umstände, unter denen die Teilbilder aufgenommen und zur Erzeugung eines zusammengestellten Bildes verarbeitet wurden, sehr präzise, weil mit den so bestimmten Werten eine optimale Korrektur der speziellen momentanen Teilbilder möglich ist.
Da für jedes nachfolgende zusammengestellte Bild erneut Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren bestimmt werden müssen, sind mehr arithmetische Operationen erforderlich, als wenn man die Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren von einzelnen Referenzbildern ableitet.
Diese und andere Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen und werden durch diese sowie die begleitende Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsvorrichtung mit einer Bildaufnahmevorrichtung;
Fig. 2 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Korrektureinheit für eine Bildaufnahmevorrichtung; und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsvorrichtung 7 mit einer Bildaufnahmevorrichtung 1. Um das Röntgenbild eines Patienten 15 zu erzeugen, wird der Patient mit dem Röntgenstrahl 9 einer Röntgenquelle 8 bestrahlt. Das Röntgenbild entsteht auf dem Eintrittsschirm 16 eines Röntgenbildverstärkers 10 und wird in ein optisches Bild auf der Leuchtstoffschicht 17 eines Austrittsfensters 18 umgewandelt. Die Bildaufnahmevorrichtung 1 besteht aus einer Linse 20, die, in Verbindung mit einem Strahlteiler 21, das vom Austrittsfenster kommende Licht auf zwei Sensoren 2, 3 fokussiert. Die Bildsensoren sind beispielsweise CCD-Sensoren, die eine großen Anzahl lichtempfindlicher Elemente umfassen und im Verhältnis zum Strahlteiler so angeordnet sind, dass Pixel im optischen Bild, die auf den lichtempfindlichen Elementen des einen Bildsensors abgebildet werden, in Zwischenräumen der lichtempfindlichen Elemente des anderen Bildsensors abgebildet werden. Beispielsweise nehmen die einzelnen Bildsensoren alternierende Bänder des optischen Bildes auf. Jeder Bildsensor liefert ein elektronisches Teilbildsignal, dessen Signalpegel die Helligkeitswerte der Teilbilder darstellen. Die elektronischen. Teilbildsignale werden in einer Kombinationseinheit 4 zu einem elektronischen Signal zusammengefasst, dessen Signalpegel die Helligkeitswerte des zusammengestellten Bildes darstellen. In einer Korrektureinheit 5 werden Unterschiede zwischen den Signalpegeln der einzelnen Bildsensoren im elektronischen Bildsignal für das zusammengestellte Bild korrigiert, sofern diese Unterschiede nicht oder kaum die Bildinformationen im optischen Bild betreffen. Für die Reproduktion der Bildinformationen des optischen Bildes führt die Kombinationseinheit 4 das elektronische Bildsignal für das zusammengestellte Bild einem Monitor 22 oder einer Bildverarbeitungseinheit 23 zur weiteren Bearbeitung zu.
Die Röntgenquelle wird von einer Hochspannungs-Stromversorgung 24 gespeist. Energie und Intensität der von der Röntgenquelle emittierten Röntgenstrahlen lassen sich auf der Basis der Einstellung der Hochspannungs-Stromversorgung 24 justieren. Die Intensität des auf die Bildsensoren 2 und 3 einfallenden Lichts lässt sich über die Apertur der vor der Kameralinse 20 angeordneten Blende 25 steuern. Die Blende 25 wird mittels einer Steuereinheit 26 justiert. Die Korrektureinheit 5 ist mit der Steuereinheit 26 und der Hochspannungs-Stromversorgung 24 gekoppelt, um Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren für unterschiedliche Einstellungen zu liefern, damit korrigierte Helligkeitswerte für das zusammengestellte Bild gebildet werden können. Die Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren können beispielsweise als Sätze für unterschiedliche Einstellungen in einer Speichereinheit der Korrektureinheit gespeichert oder in Abhängigkeit von den verschiedenen Einstellungen von einem Rechengerät der Korrektureinheit errechnet werden.
Fig. 2 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Ausführungsform einer Korrektureinheit für eine Bildaufnahmevorrichtung. Das erste elektronische Bildsignal E&sub2; und das zweite elektronische Bildsignal E1 von Bildsensor 2 bzw. 3 werden in einer Kombinationseinheit in Form eines Multiplexers 4 zusammengefasst, um ein elektronisches Multiplex-Bildsignal mit alternierenden Teilen des ersten und des zweiten elektronischen Bildsignals zu bilden, die sich auf die verschiedenen Bildzeilen in den Teilbildern beziehen. Beispielsweise umfasst das vom Multiplexer 4 gelieferte elektronische Multiplex- Bildsignal einen Signalteil, der sich auf die erste Bildzeile des ersten Teilbildes bezieht, gefolgt von einem Signalteil, der sich auf die erste Bildzeile des zweiten Teilbildes bezieht, gefolgt von einem Signalteil, der sich auf die zweite Bildzeile des ersten Teilbildes bezieht usw. Auf diese Weise erzeugt der Multiplexer 4 ein elektronisches Bildsignal für ein Bild, bei dem die ungeraden Bildzeilen vom ersten Teilbild und die geraden Bildzeilen vom zweiten Teilbild stammen. In einem als Multiplizierer fungierenden justierbaren Verstärker 6 werden die einzelnen Teile des Multiplexsignals mit Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren multipliziert, um ein elektronisches Bildsignal für ein zusammengestelltes Bild mit korrigierten Helligkeitswerten zu erzeugen. Die Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren können aus einem Speicher 50 abgerufen oder anhand der Helligkeitswerte der Teilbilder errechnet werden. Die Verstärkung des Verstärkers 6 wird über eine mit dem Multiplexer 4 gekoppelte Steuereinheit 40 geregelt, um sicherzustellen, dass unterschiedliche Signalteile des Multiplex-Bildsignals individuell verstärkt werden können.
Die Korrektureinheit 5 dient dazu, die Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren von dem verstärkten Multiplex-Bildsignal (MIS) abzuleiten. Die Korrektureinheit bestimmt die Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren mittels Iteration. Das Multiplex- Bildsignal kann während der Bestimmung der Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren in einem Pufferspeicher des Multiplexers beibehalten und anschließend anhand der genannten Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren korrigiert werden. Beim Aufnehmen einer Abfolge von Bildern kann man ein Multiplex-Bildsignal auch mit Hilfe von Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren korrigieren, die von vorangegangenen Bildern abgeleitet wurden. Wenn man die Korrektur anhand von Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren vorangegangener Bilder vornimmt und verhältnismäßig geringe Unterschiede zwischen den Bildinformationen der aufeinander folgenden Bilder bestehen, ist es nicht erforderlich, das Multiplex-Bildsignal vorübergehend zu speichern. Der Verstärker 6 hat einen Ausgang, der mit einer Einheit zur Spaltenmittelwertbildung 31 und einer Einheit zur Zeilenmittelwertbildung 32 gekoppelt ist. Für jede Bildspalte im zusammengesetzten Bild errechnet die Einheit zur Spaltenmittelwertbildung 31 zwei Durchschnittswerte der Signalpegel im verstärkten Multiplex-Bildsignal MIS, die sich auf Pixel in derselben Bildspalte des zusammengestellten Bildes beziehen, d. h. einen Mittelwert für Signalpegel von Pixeln, die vom ersten Teilbild stammen, und einen Mittelwert für Signalpegel von Pixeln, die vom zweiten Teilbild stammen. Die Einheit zur Zeilenmittelwertbildung 32 errechnet die Mittelwerte der Signalpegel von Pixeln für jede einzelne Bildzeile im zusammengestellten Bild. Die Einheiten zur Spalten- und Zeilenmittelwertbildung dienen dazu, die genannten Mittelwerte anhand des Multiplex-Bildsignals zu bestimmen, das abwechselnd Signalteile von Bildzeilen der einzelnen Teilbilder enthält. Zu diesem Zweck verfügen die Einheiten zur Spalten- und Zeilenmittelwertbildung beispielsweise über eine große Anzahl von Addierschaltungen, in denen die Summe der Helligkeitswerte in den verschiedenen Bildzeilen und Bildspalten der Teilbilder aktualisiert werden, wenn die einzelnen Signalteile den Einheiten zur Spalten- und Zeilenmittelwertbildung zugeführt werden. Eine Dividierschaltung 33 errechnet das Verhältnis der beiden Mittelwerte für einzelne Bildspalten des zusammengestellten Bildes. Genauer gesagt errechnet die Dividierschaltung 33 für jede Spalte den Spaltenmittelwert für Signalpegel des ersten Teilbildes, geteilt durch den Spaltenmittelwert für Signalpegel des zweiten Teilbildes für dieselbe Bildspalte. Der Quotient wird einem Schieberegister 34 zugeführt, das auch den Wert für denselben, während des vorhergehenden Iterationsschritts errechneten Quotienten erhält. Ein Komparator 35 bestimmt die Differenz zwischen dem Wert des von der Dividierschaltung 33 gelieferten Quotienten und dem Wert des beim vorhergehenden Iterationsschritts errechneten Quotienten. Eine Recheneinheit 36 bestimmt das Vorzeichen der Differenz und sendet ein Vorzeichensignal an einen A/D-Umsetzer 37. Das Vorzeichensignal ist davon abhängig, ob die vom Komparator gelieferte Differenz positiv oder negativ ist. Eine positive Differenz weist darauf hin, dass der Verstärkungsfaktor, an den der Verstärker 6 angepasst wird, größere unerwünschte Signaldifferenzen zwischen den Helligkeitswerten für die einzelnen Bildzeilen im zusammengestellten Bild verursacht als der Verstärkungsfaktor, an den der Verstärker 6 beim vorhergehenden Iterationsschritt angepasst wurde. In einem solchen Fall liefert die Recheneinheit 36 ein Vorzeichensignal, mit dem der Verstärker so justiert wird, dass der Wert des von der Dividierschaltung 33 gelieferten Quotienten verringert wird. Wenn die vom Komparator 35 festgestellte Differenz jedoch negativ ist, liefert die Recheneinheit ein Vorzeichensignal, um den von der Dividierschaltung 33 gelieferten Quotienten zu erhöhen. Falls, innerhalb der Genauigkeitsgrenzwerte der Korrektureinheit 5, kein Unterschied zwischen den von der Dividierschaltung 33 für einzelne Iterationsschritte gelieferten Quotienten besteht, hat die angepasste Verstärkung den gewünschten Spaltenverstärkungsfaktor. Vor Beginn der Iteration wird das Schieberegister auf den Wert 1 initialisiert, so dass in Bezug auf den Spaltenverstärkungsfaktor, auf den der Verstärker durch die Korrektureinheit justiert wird, die Unterschiede zwischen den Spaltenmittelwerten für die Helligkeit des ersten und zweiten Teilbildes einfach kompensiert werden; das bedeutet, dass die Spaltenverstärkungsfaktoren eine Vignettierung in Richtung der Bildzeilen kompensieren. Wenn der Multiplexer 4 einen Signalteil an den Verstärker liefert, der sich auf eine Bildzeile des zweiten Teilbildes bezieht, wird der Verstärker in Bezug auf Helligkeitswerte von Pixeln, die durch Signalpegel des Multiplexsignals dargestellt werden, von der Steuereinheit 40 an den Spaltenverstärkungsfaktor der Bildspalte des relevanten Pixels im zusammengestellten Bild angepasst.
Mit Hilfe der Einheit zur Zeilenmittelwertbildung 32, der Dividierschaltung 42, des Schieberegisters 43 und des Komparators 44 liefert die Korrektureinheit 5 die gewünschten Zeilenverstärkungsfaktoren für einzelne Bildzeilen auf dieselbe Weise wie oben für die Spaltenverstärkungsfaktoren beschrieben.
Wenn der Verstärker 6 auf die gewünschte Verstärkung eingestellt wurde, d. h. auf den Spaltenverstärkungsfaktor oder den Zeilenverstärkungsfaktor, je nachdem, ob der Multiplexer 4 einen zu einer Bildzeile des ersten oder des zweiten Teilbildes gehörenden Signalteil geliefert hat, sendet die Recheneinheit ein Schaltsignal zur Schalteinheit 41, um die Schalteinheit zu schließen, damit der Ausgang des Verstärkers 6 mit dem Monitor 22 oder der Bildverarbeitungseinheit 23 verbunden ist. Bei der Schalteinheit 41 handelt es sich zum Beispiel um einen 'Transistor, wobei dann das Schaltsignal der Gate-Elektrode des Transistors zugeführt wird, um den Transistor einzuschalten. Wenn die Schalteinheit geschlossen ist, liefert der Verstärker 6 das durch die Spalten- oder Zeilenverstärkungsfaktoren verstärkte und die korrigierten Helligkeitswerte darstellende Multiplex-Bildsignal, um das zusammengestellte Bild ohne Störungen auf dem Monitor anzuzeigen oder die korrigierten Helligkeitswerte in der Bildverarbeitungseinheit weiter zu verarbeiten.
Bei aufeinander folgenden Iterationsschritten wird der Verstärker von der Steuereinheit 40 anhand des Vorzeichensignals auf nachfolgende Verstärkungsfaktoren eingestellt, die vorzugsweise im Einklang mit dem Halbierungsverfahren ausgewählt werden. Die Steuereinheit ist vorzugsweise eine digitale Steuereinheit, und das Vorzeichensignal von der Recheneinheit 36 wird durch einen A/D-Umsetzer 37 digitalisiert, um an die digitale Steuereinheit geliefert zu werden. Indem man das Halbierungsverfahren digital durchführt, wird die Anzahl der Iterationsschritte begrenzt, mit denen die gesuchten Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren erreicht werden. Wenn die Steuereinheit beispielsweise 256 (= 2&sup8;) unterschiedliche Einstellungen für den Verstärker 6 hat, sind nicht mehr als sieben Iterationsschritte erforderlich.
Die von der Korrektureinheit 5 errechneten Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren können zudem in einem Speicher 50 gespeichert werden. Die gespeicherten Werte können dann bei der nächsten Zusammenstellung von Teilbildern verwendet werden, so dass nicht fortwährend neue Werte für die Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren errechnet werden müssen.
In einer erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung oder einer modernen Röntgenuntersuchungsvorrichtung mit einer solchen Bildaufnahmevorrichtung lassen sich die Funktionen der Korrektureinheit sehr gut mit Hilfe eines zu diesem Zweck programmierten Computers oder eines speziellen elektronischen Prozessors implementieren. Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm der Programmschritte, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden. Anhand eines Beispiels wird die Situation beschrieben, in der die Bildzeilen des ersten Teilbildes die ungeraden Bildzeilen des zusammengestellten Bildes und die Bildzeilen des zweiten Teilbildes die geraden Bildzeilen des zusammengestellten Bildes darstellen. Die Helligkeitswerte von Pixeln des ersten Teilbildes werden als Helligkeitswerte p2k-1j in Block 61 gespeichert, beispielsweise in Form von Signalpegeln des Bildsignals E1 des ersten Teilbildes. In Block 62 werden Helligkeitswerte des zweiten Teilbildes, beispielsweise in Form von Signalpegeln des Bildsignals E&sub2; des ersten Teilbildes, als Helligkeitswerte p2kj gespeichert. Der Spaltenindex j nimmt nacheinander die Werte 1, 2... N an, wobei N die Anzahl der Bildspalten in jedem Teilbild und damit auch die Anzahl der Bildspalten im zusammengestellten Bild angibt. Der Zeilenindex k nimmt nacheinander die Werte 1, 2... M/2 an, wobei M/2 die Anzahl der Bildzeilen in jedem Teilbild ist; das zusanunengestellte Bild hat damit eine gerade Anzahl von M Bildzeilen. Die Helligkeitswerte in den Bildspalten des ersten Teilbildes werden in Block 63 addiert und ergeben dadurch die Summen der ersten Spalten C¹j = Σkp2k-lj, und die Helligkeitswerte in den Bildzeilen des ersten Teilbildes werden addiert und ergeben dadurch die Summen der ersten Zeilen L¹2k-l = ΣjP2k-lj. In Block 64 werden die Helligkeitswerte der Bildspalten des zweiten Teilbildes addiert und ergeben dadurch die Summen der zweiten Spalten C = Σkp2kj, und die Helligkeitswerte in den Bildzeilen werden addiert und ergeben dadurch die Summen der zweite Zeilen L²2k = Σjp2kj. Die Summen der ersten und zweiten Spalten werden in Block 65 durch einander geteilt und ergeben dadurch die Spaltenverstärkungsfaktoren αj = C¹j/C²j. Die Summen der ersten und zweiten Zeilen werden in Block 66 durch einander geteilt und ergeben dadurch die Zeilenverstärkungsfaktoren β2k-1 = L²2k/- L¹2k-1. In Block 67 werden für die geraden Bildzeilen des zusammengestellten Bildes korrigierte Helligkeitswerte q2kj = αjp2kj gebildet, indem die Helligkeitswerte der Bildspalten des ersten Teilbildes mit den Spaltenverstärkungsfaktoren multipliziert werden, und in Block 68 werden die korrigierten Helligkeitswerte q2k-1j = β2k-1jp2k-1j für die ungeraden Bildzeilen des zusammengestellten Bildes gebildet. Die korrigierten Helligkeitswerte qy (1 = 1,2 ... M; j = 1, 2... N) werden in Block 69 kombiniert, um ein Multiplex-Bildsignal des zusammengestellten Bildes zu bilden. Die korrigierten Helligkeitswerte q1j für das zusammengestellte Bild werden wie zuvor durch. Multiplikation der Helligkeitswerte in den ungeraden Bildzeilen mit den Spaltenverstärkungsfaktoren in Abhängigkeit von der Bildspalte und, in Abhängigkeit von der Bildzeile, durch Multiplikation der Helligkeitswerte in den geraden Bildzeilen mit den Zeilenverstärkungsfaktoren gebildet; daher lässt sich die Transformation der Helligkeitswerte der Teilbilder in korrigierte Helligkeitswerte des zusammengestellten Bildes wie folgt ausdrücken:
Ein Unterschied zwischen Helligkeitsabweichungen in den Teilbildern in Spaltenrichtung, der sich nicht auf Bildinformationen bezieht (Vignettierungs-Differenz in der Bildspaltenrichtung), wird durch Multiplikation mit den Zeilenverstärkungsfaktoren kompensiert. Helligkeitswerte des ersten Teilbildes werden mit den Zeilenverstärkungsfaktoren multipliziert, die denselben Wert pro Bildzeile haben. Helligkeitswerte des zweiten Teilbildes werden mit den Spaltenverstärkungsfaktoren multipliziert, die pro Bildspalte variabel sind. Die Vignettierungs-Differenz in der Bildzeilenrichtung wird durch Multiplikation mit den Spaltenverstärkungsfaktoren kompensiert. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel werden die Helligkeitswerte der Teilbilder zuerst mit den Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren multipliziert, um korrigierte Helligkeitswerte zu erhalten, die kombiniert werden, um ein zusammengestelltes Bild zu erzeugen; allerdings ist es wie in Fig. 2 gezeigt ebenfalls möglich, die Helligkeitswerte der Teilbilder zu kombinieren und anschließend mit den Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren zu multiplizieren, um korrigierte Helligkeitswerte des kombinierten Bildes zu erhalten.

Claims

1. Bildaufnahmevorrichtung (1), bestehend aus

- einem ersten und einem zweiten Bildsensor (2, 3); um ein erstes und ein zweites Teilbild in ein erstes bzw. ein zweites elektronisches Teilbildsignal zu konvertieren, und

- einer Kombinationseinheit (4), um von dem genannten ersten und zweiten elektronischen Teilbildsignal ein elektronisches Signal für das zusammengestellte Bild abzuleiten,

wobei die Bildaufnahmevorrichtung weiterhin folgendes umfasst

eine Korrektureinheit (5) zur Korrektur von Helligkeitswerten, bestehend aus einem Multiplizierer (6),

um einzelne Helligkeitswerte einer Bildspalte des ersten Teilbildes mit einem Spaltenverstärkungsfaktor zu multiplizieren, und

um einzelne Helligkeitswerte einer Bildzeile des zweiten Teilbildes mit einem Zeilenverstärkungsfaktor zu multiplizieren,

wobei der genannte Zeilenverstärkungsfaktor denselben Wert für die genannten Helligkeitswerte in der genannten Bildzeile annimmt, und

der genannte Zeilenverstärkungsfaktor die Vignettierung in Richtung der Bildspalten kompensiert,

wobei der genannte Spaltenverstärkungsfaktor denselben Wert für die genannten Helligkeitswerte in der genannten Bildspalte annimmt, und

der genannte Spaltenverstärkungsfaktor die Vignettierung in Richtung der Bildzeilen kompensiert,

dadurch gekennzeichnet, dass

sich die Spaltenverstärkungsfaktoren für einzelne Bildspalten aus dem Quotienten aus mittleren Helligkeitswerten in entsprechenden Bildspalten des ersten bzw. des zweiten Referenzbildes ergeben, und sich die Zeilenverstärkungsfaktoren für einzelne Bildzeilen aus dem Quotienten aus mittleren Helligkeitswerten in entsprechenden Bildzeilen des ersten bzw. des zweiten Referenzbildes ergeben.

2. Röntgenuntersuchungsvorrichtung, bestehend aus

- einer Röntgenquelle (8) zur Bestrahlung eines Objektes mit Röntgenstrahlung (9), um ein Röntgenbild zu erzeugen, und

einem Röntgendetektor (10), um von dem Röntgenbild ein optisches Bild abzuleiten, und einem Bildteiler (21), um von dem optischen Bild ein erstes und ein zweites Teilbild abzuleiten,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Röntgenuntersuchungsvorrichtung über eine Bildaufnahmevorrichtung gemäß Anspruch 1 besteht, um von den Teilbildern ein elektronisches Bildsignal eines zusammengestellten Bildes mit korrigierten Helligkeitswerten abzuleiten.

3. Verfahren zur Erzeugung eines zusammengestellten Bildes aus einem ersten, von einem ersten Bildsensor aufgenommenen Teilbild und einem zweiten, von einem zweiten Bildsensor aufgenommenen Teilbild;

- wobei die korrigierten Helligkeitswerte erlangt werden, indem man einzelne Helligkeitswerte einer Bildspalte des ersten Teilbildes mit einem Spaltenverstärkungsfaktor multipliziert, und

einzelne Helligkeitswerte einer Bildzeile des zweiten Teilbildes mit einem Zeilenverstärkungsfaktor multipliziert,

dessen Spaltenverstärkungsfaktoren für einzelne Bildspalten sich aus dem Quotienten aus mittleren Helligkeitswerten in entsprechenden Bildspalten des ersten bzw. des zweiten Referenzbildes ergeben, und

dessen Zeilenverstärkungsfaktoren für einzelne Bildzeilen sich aus dem Quotienten aus mittleren Helligkeitswerten in entsprechenden Bildzeilen des ersten bzw. des zweiten Referenzbildes ergeben, und

das zusammengestellte Bild durch Bildzeilen mit korrigierten Helligkeitswerten des ersten Teilbildes im Wechsel mit Bildzeilen mit korrigierten Helligkeitswerten des zweiten Teilbildes erzeugt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

sich die Spaltenverstärkungsfaktoren für einzelne Bildspalten aus dem Quotienten aus mittleren Helligkeitswerten in den entsprechenden Bildspalten des ersten bzw. des zweiten Referenzbildes ergeben, und

sich die Zeilenverstärkungsfaktoren für einzelne Bildzeilen aus dem Quotienten aus mittleren Helligkeitswerten in den entsprechenden Bildzeilen des ersten bzw. des zweiten Referenzbildes ergeben.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalten- und/oder Zeilenverstärkungsfaktoren mittels Halbierungsverfahren von den genannten mittleren Helligkeitswerten abgeleitet werden.

5. Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die genannten Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren in einem Speicher befinden, und die genannten Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren von dort zur Korrektur der Heiligkeitswerte des ersten und zweiten Teilbildes abgerufen werden.

6. Verfahren gemäß Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren die ersten und zweiten Teilbilder jeweils als das erste und das zweite Referenzbild verwendet werden, und die Spalten- und Zeilenverstärkungsfaktoren anhand der Helligkeitswerte des ersten und zweiten Teilbildes berechnet werden.