DE3026897C2

DE3026897C2 - Anordnung für Differenzbildbestimmung

Info

Publication number: DE3026897C2
Application number: DE3026897A
Authority: DE
Inventors: Leonardus Adrianus Johannes Eindhoven Verhoeven
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-07-19
Filing date: 1980-07-16
Publication date: 1983-09-08
Also published as: FR2461960A1; GB2057221B; US4394684A; SE8005181L; NL7905611A; GB2057221A; SE441963B; DE3026897A1; NL184298B; JPS5622163A; JPS6112312B2; CA1150859A; US4350998A; NL184298C; FR2461960B1; BE884362A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Untersuchung von Bildern, mit einer bildformenden Einrichtung zum Erzeugen von in Bildelemente unterteilten Bildern, einem Speicher zum Speichern von Bildinformationen pro Bildelement, einer Subtraktionsschaltung zum Subtrahieren von Bildinformationen aus jedem Bildelement von vorgegebenen Bildinformationen im entsprechenden Bildelement, und mit einer Wiedergabeanordnung zur Darstellung der mit der Subtraktionsschaltung bestimmten Bildinformationen jedes Bildelements.

Eine derartige medizinische Untersuchungsanordnung wurde bereits in einer Veröffentlichung von R. A. Kruger und anderen in der Zeitschrift »Optical Engineering«, VoL 17, Nr. 6, November/Dezember 1978, S. 652-657 beschrieben. In der Untersuchungsanordnung wird ein Durchleuchtungsbild über eine Bildverstärker-Bildaufnahmeröhrenkette in ein Videosignal umgewandelt und digitalisiert Anschließend wird das digitalisierte Bild in einen von drei Videospeichern eingeschrieben. Jeder Videospeicher muß alle Bildinformationen einer Anzahl summierter Durchleuchtungsbiider enthalten können. Die drei Videospeicher werden zyklisch abwechselnd eingesetzt Aus zwei Speichern wird ein gewichtetes Bild bestimmt, das die Unterschiede zwischen den in die zwei Speicher eingeschriebenen und einander sequentiell nachfolgenden Bildern darstellt Eine derartige Bildinformationsverarbeitung wird von den Autoren der Veröffentlichung mit Zeitintervall-Differenzabbildung bezeichnet. Bei der Bestimmung der Bildunterschiede in den zwei Speichern wird in den dritten Speicher erneut eingeschrieben. Die in der Veröffentlichung beschriebene Anordnung enthält dazu drei Videospeicher, was eine derartige Anordnung verteuert

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Untersuchungsiniordnung zu schaffen, die wesentlich preisgünstiger, und mit der dennoch die gleiche Bildinformationsverarbeitung möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßen Untersuchungsanordnung dadurch gelöst, daß der Speicher mit zumindest der Subtraktionsschaltung, einer Vervielfachungsschaltung und einer Addierschaltung ein rekursives Filter bildet wobei die Addierschaltung einen ersten Eingang zum Zuführen von Bildinformationen pro Bildelemerit eines Bildes und einen zweiten Eingang zum Zuführen vorgegebener und in den Speicher eingeschriebener Bildinformationen hat, zu welchem Zweck ein Ausgang des Speichers mit dem zweiten Eingang der Addierschaltung derart verbunden ist daß einem Eingang des Speichers ein Signal zugeführt wird, das die Summe der aus dem Bild herrührenden, mit («) vervielfachten Informationen und der aus dem Speicher herrührenden, mit (1-a) vervielfachten Informationen darstellt wobei 0<<x<l ist und wobei ein Eingang der Subtraktionsschaltung an den Ausgang des Speichers angeschlossen ist und ein weiterer Eingang der Subtraktionsschaltung den Eingang des Rekursivfilters bildet.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung des Videospeichers als Teil eines Rekursivfilters wird nur ein Speicherraum für ein Videobild benötigt was raum- und postensparend ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Untersuchungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet daß das Rekursivfilter eine einzige Vervielfachüngsschältüng enthält, deren einer Eingang mit einem Ausgang der Subtraktionsschaltung verbunden ist, deren einer Eingang an einen Ausgang des Speichers und an einen Eingang der Addierschaltung angeschlossen ist, deren einer Ausgang mit einem Eingang des Speichers verbunden ist.

Diese bevorzugte Ausführungsform bietet den Vor-

teil, daß mit nur einem Parameter (dem Vervielfachungsfaktor des einzigen Vervielfachers) die Bildinformationsverarbeitung an verschiedene Untersuchungssituationen angepaßt werden kann und somit besonders flexibel ist

Es sei bemerkt, daß in der erwähnten Veröffentlichung pro Videospeicher auch eine Addierschaltung vorgesehen ist, zu der der Ausgang des Videospeichers rückgekoppelt ist Jedoch bezweckt diese Rückkopplung die Summierung von Bildinformationen für jedes Bildelement aus verschiedenen sequentiellen Videobildern zur Verbesserung des Signal/Rauschabstands. Die Addierschaltung in der Untersuchungsanordnung ist ein Teil des Rekursivfilters und hat eine andere Funktion.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 schematisch die Bildinformationsverarbeitung nach dem Stand der Technik,

F i g. 2 tine erfindungsgemäße Untersuchungsanordnung und

F i g. 3 eine bevorzugte Ausführungsform des Bildinformationsverarbeitungsteils der Untersuchungsanordnung.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Bildinformationsverarbeitungsanordnung nach dem Stand der Technik dargestellt in der drei parallel geschaltete Speicherketten benutzt werden. Jede Kette enthält einen ersten Addierer A₁ (i = 1,2 oder 3), einen Speicher MM* einen zweiten Addierer Au und einen Vervielfacher M₁. Die Ausgänge der Vervielfacher M, sind alle an eine Addierschaltung At angeschlossen. In die drei Speicher ΛίΜι bis MMi werden sequentiell digitalisierte Röntgenbilder eingeschrieben. Hierbei können pro Speicher MMi bis MMi einige direkt aufeinanderfolgende Röntgenbilder summiert werden. Zu diesem Zweck ist ein Ausgang jedes Speichers MM, über den ersten Addierer A₁ zum Eingang des Speichers MM, rückgekoppelt. Die Aufgabe dieser Rückkopplung ist die Verbesserung des Signal/Rauschabstands der gespeicherten Bildinformationen. Welcher Speicherkette die in Digitalforro umgesetzte Information l_m zugeführt wird, ist von den Signaleingängen E, abhängig, über die die Addierer Ai abblockbar sind.

Der Ausgang eines Speichers MM₁ (der beispielsweise ein Direktzugriffsspeicher (RAM) ist) ist rait dem Addierer Au verbunden. Über einen Eingang C, des Addierers Au muß eine Konstante r (wahlfrei) zu den aus dem Speicher MMi ausgelesenen Informationen addiert werden. Die Summe der Speicherinformationen /, und der zugeführten Konstante c, gelangt an den Vervielfacher M* in dem die im Addierer A\, gebildete Summe mit einem wahlfreien konstanten Faktor k„ der über den E-ngang Ki zugeführt wird, vervielfacht wird. Die in den Vervielfachern M, gebildeten Produkte gelangen an den Addierer A*. Der Ausgang I_n, des Addierers A* führt i/abei den Wert

Durch die beschriebene Bearbeitung sind beispielsweise zeitabhängige Differenzröntgenbilder erzeugbar, wobei z. B. der Unterschied zwischen den in die Speicher M\ und M₂ eingeschriebenen Röntgenbildern dargestellt wird (k\ = 1; k₂ = + 1; Ar₃ = 0; C\ = C₂ = 0), während ein drittes Röntgenbild in den Speicher MM₃ eingelesen wird. Ein Nachteil der beschriebenen Anordnung ist der dreifache Speicherraum MM\jj.

Eine in F i g. 2 dargestellte Untersuchungsanordnung nach der Erfindung bietet den Vorteil, daß nur ein Speicherraum MMm benötigt wird (die Speicherkapazi-

tat des MM20 ist gleich der Speieherkapazität der einzelnen Speicher My₂S)- Die in Fig.2 dargestellte Untersuchungsanordnung enthält eine Hochspannungsquelle G zum Speisen einer Röntgenröhre B. Mit der von der Röntgenröhre B erzeugten Strahlung X wird ein Objekt O durchstrahlt und ein Schattenbild des Objekts O an einem Eingangsschirm eines Bildverstärkers // gebildet Das verkleinerte und in der Intensität verstärkte Schattenbild wird über eine an den Ausgangsschirm des Bildverstärkers // angeschlossene

is Bildaufnahmeröhre PU in ein analoges Videosignal umgesetzt Ein Verstärker mit einer Abtastschaltung OA verstärkt dieses Videosignal und tastet es ab, wonach das abgetastete Signal mittels eines Analog-Digital-Wandlers ADCl in die Digitalform gebracht wird.

Das digitale Signal gelangt an einen Bildinformationsverarbeitun^steil, der folgende Teile enthält: einen Vervielfacher M₂₀ und M21, einen A. Jierer Λ20. einen Speicher MM20 und eine Subtraktions· chaining V₂₀. Weiter enthält die in Fig.2 dargestellte Untersuchungsanordnung einen Digital-Analog-Wandier DAC¹X und eine Wiedergabeanordnung MON. beispielsweise einen Fernsehmonitor. Selbstverständlich kann die Untersuchungsanordnung eine Magnetbandaufnahmeanordnung für Video- oder Digitalsignaie und/oder eine Kopier-Druckanordnung zum dauerhaften Festlegen der bearbeiteten Röntgenijikter enthalten. Der Bildinformationsverarbeitungsteil bildet ein Rekursivfilter und arbeitet wie folgt: Aus einem Bildelement wird ein aus dem Analog-Digital-Wandler ADC2 herrührender Wert dem Vervielfacher M20 zugeführt in dem dieser Wert mit dem gleichfalls dem Vervielfacher M20zugeführten Wert <x(0 <«<l) vervielfacht wird. Das Produkt gelangt an den Addierer A₂O, dem ebenfalls der bereits für das gleiche Bildelement im Speicher MM20 gespeicherte Wert zugeführt wird, nachdem er Uiii den Faktor (1 —λ) vervielfacht ist Die Vervielfachung wird vom Vervielfacher M2! durchgeführt, der den Ausgang des Speichers MM20 mit einem Eingang des Addierers A20 verbindet Die Summe der zwei dem Addierer A20

⁴* zugeführten Werte wird an der dem Bildelement zugeordneten Adresse gespeichert. Der Subtraktionsschaltung V20 wird sowohl der aus dem Analog-Digital-Wandler ADC2 herrührende Wert als auch der in den Speicher MM20 eingeschriebene Wert zugeführt, so daß

~>o der Unterschied zwischen den beiden Werten an den Digiial-Analog'Wandler DAC2 gelangt und am Monitor MCWdargestellt wird.

In Fig.3 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Bildinformationsverarbeitungsteils dargestellt, wobei de·' L eatlichkeit halber an einem Eingang der Analog-Digital-Wandler ADC2 und an einem Ausgang der Digital-Analog-Wandler DA C 2 nach F1 y. 2 dargestellt ist. Der dargestellte Verarbeitungsteil enthält nur eine Subtraktionsschaltung V30, einen Vervielfacher Mm, einen Addierer Aw und einen Speicher MMy₀- Die Subtraktionsschaltung V30 ist zwischen dem Analog-DigitaUWandler ADC2 und dem Digital-Analog=Wandler DAC2 geschaltet, wobei der Ausgang der Subtriktionsschaltung V₃₀ jetzt auch mit dem Vervielfacher M₃o verbunden ist, in dem ein Ausgangssignal der Subtraktionsschaltung V₃O um einen wahlfreien Faktor (0<a< 1) vervielfacht wird. Das Produkt der Vervielfachungsschaltung M₃₀ gelangt an den Addierer Ajc

ebenso wie ein an einem Ausgang des Speichers
aufgerufener Wert, der ebenfalls der Subtraktionsschaltung V₃₀ zugeführt wird. Eine mit dem Addierer Αχ, gebildete Summe gelangt wiederum an den Speicher MMy₀.

Die in Fig.2 und 3 dargestellten Bildinformationsverarbeitungsteile einer erfindungsgemäßen Untersuchungsanordnung zeigen beide das gleiche Filterverhnlten.

Die Datenverarbeitung nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist besonders flexibel, da durch eine Änderung nur eines einzigen Parameters (ix) die Informationsverarbeitung an die verschiedenen Untersuchungssituationen (beispielsweise Durchflußgeschwindigkeit des Kontrastmittels) angepaßt werden kann. Durch geeignete Wahl von (λ) tritt die gleiche Verzögerung wie bei der Bildinformationsverarbeitung nach F i g. I auf.

Die in F i g. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispie-Ic der !nforrnaiionivcrarbcüurigslcilc 3mu bisher ϊπϊϊϊϊεγ als in Digitaltechnik ausgeführt gedacht. Wenn für die Speicher ΜΜχ.ν> Analogspeicher verwendet werden, wie ladungsgekoppelte Informationsträger (CTD, PCCD). so ist die Informationsverarbeitung völlig analog durchführbar, so daß für die Subtraktionsschaltungen V₂₀ und V₃₀, die Addierer A₂O und Ax und die Vervielfacher /V/20. /V/21 und Mm Operationsverstärker verwendet werden können. Bei der Verwendung

'-> ladungsgekoppelter Informationsträger wie »Videospeicher« und bei der Verwendung gleichartiger Techniken zum Aufnehmen und Umsetzen des am Ausgangsschirm des Bildverstärkers erzeugten Röntgenbildes (statt einer Bildaufnahmeröhre) in ein

"> »Videosignal« ist es vorteilhaft, das Auslesen des Bildaufnehmers im Bildverstärker und das Verschieben der Ladung im Videospeicher des Rekursivfilter zu synchronisieren.

Außer in den in F i g. 2 dargestellten Röntgenuntersu-

!■> chungsanordnungen kann der Bildinformationsverarbeitungsteil auch bei Untersuchungsanordnungen verwendet werden, bei denen andere durchdringende Strahlung wie Infrarot-Nuklear- und Ultraschallstrahlung verwendet wird. Weiter kann der Bildinformations-

?" verarbeiiiifigsieii in einem geschlossenen Fernsehkreis für Überwachung^- oder Schutzzwecke verwendet werden, da eine Änderung in der Bildinformation an dem an das geschlossene System angeschlossenen Monitor verstärkt wiedergegeben wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Untersuchung von Bildern, mit einer bildformenden Einrichtung zum Erzeugen von in Bildelemente unterteilten Bildern, einem Speicher zum Speichern von Bildinformationen pro Bildelement, einer Subtraktionsschaltung zum Subtrahieren von Bildinformationen aus jedem Bildelement von vorgegebenen Bildinformationen im entsprechenden Bildelement, und mit einer Wiedergabeanordnung zur Darstellung der mit der Subtraktionsschaltung bestimmten Bildinformationen jedes Bildelements, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (MMTQ) mit zumindest der Subtraktion- is schaltung (V2Q), einer Vervielfachungsschaltung (M20, Λ/21) und einer Addierschaltung (A"2O) ein Rekursivfilter bildet, wobei die Addierschaltung einen ersten Eingang zum Zuführen von Bildinformationen pro Bildelement eines Bildes und einen zweiten Fingang zum Zuführen vorgegebener und in den Speicher eingeschriebener Bildinformationen hat, zu welchem Zweck ein Ausgang des Speichers mit dem zweiten Eingang der Addierschaltung derart verbunden ist, daß einem Eingang des Speichers ein Signal zugeführt wird, das die Summe der aus dem Bild herrührenden, mit (α) vervielfachten Informationen und dar aus dem Speicher herrührenden, mit (1 -α) vervielfachten Informationen darstellt wobei 0<λ<1 ist und wobei ein Eingang der Subtraktionsschaltung an den Ausgang des Speichers angeschlossen ist und ein weiterer Eingang dta Subtraktionsschaltung den Eingang des Rekursivfilters bilde^:.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rekursiv? *ter zwei Vervielfachungsschaltungen (M20, M2i) enthält, dessen erste Vervielfachungsschaltung (M 20) mit einem Eingang an einen Eingang der Subtraktionsschaltung (VX) und dessen zweite Vervielfachungsschaltung (M2\) mit einem Eingang an den zweiten Eingang der Subtraktionsschaltung angeschlossen ist, wobei die Ausgänge der Vervielfachungsschaltungen mit der Addierschaltung (A 20) verbunden ist, deren einer Ausgang mit dem Eingang des «5 Speichers (MM 20) verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rekursivfilter eine einzige Vervielfachungsschaltung (M30) enthält, deren einer Eingang mit einem Ausgang der Subtraktionsschaltung (V3Q) verbunden ist, deren einer Eingang mit dem Ausgang des Speichers (MM 30) und mit einem Eingang der Addierschaltung (A 30) verbunden ist. deren einer Ausgang mit einem Eingang des Speichers (MM 30) verbunden ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Subtraktions-, Addier- und Vervielfachungsschaltungen Operationsverstärker sind und der Speicher ladungsgekoppelte Schieberegister (CTD. PCCD) enthält. &o