DE1004661B

DE1004661B - Einrichtung zur Verstaerkung des Kontrasts elektrisch uebertragener Bilder, insbesondere Roentgenfilmbilder

Info

Publication number: DE1004661B
Application number: DES46334A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ottfried Schott
Original assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Current assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Priority date: 1955-11-11
Filing date: 1955-11-11
Publication date: 1957-03-21

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verstärkung des Kontraste elektrisch übertragener Bilder, insbesondere elektrisch übertragener Filmbilder, insbesondere Röntgenfilmbilder.

Bei der Betrachtung von Filmbildern, z. B. von Röntgenfilmbildern, kommt es vielfach darauf an, kleine Kontraste zu erkennen. Man bringt deshalb den zu betrachtenden Film vor einen Lichtkasten und wählt dessen Flächenhelligkeit so groß, daß der Film oder ein Ausschnitt von ihm in einen mittleren Helligkeitsbereich kommt, bei dem das Auge optimal Kontraste zu erkennen vermag. Es ist bekannt, daß auch bei einer solchen optimalen Wahl des Helligkeitsbereichs das Auge nur eine begrenzte Fähigkeit hat, kleine Kontraste wahrzunehmen, und daß man beispielsweise mit einem Registrierfotometer noch Kontraste ermitteln kann, die das Auge nicht mehr sieht. Eine Betrachtung des Filmbildes selbst unter optimalen Helligkeitsbedingungen, wie sie der Lichtkasten bietet, bedeutet also noch nicht eine vollständige Ausschöpfung der Nachricht, die das Filmbild enthält. Insbesondere bei der Röntgendiagnostik, beispielsweise bei der Diagnostik von Nierensteinen oder von Gefäßen, in die Kontrastmittel eingespritzt sind, ist man jedoch auf die Erkennbarkeit kleinster Kontraste angewiesen.

Es ist bekannt, den Kontrast von Filmbildern dadurch zu erhöhen, daß man das Filmbild mit Methoden der Fernsehtechnik über einen Diaabtaster in ein elektrisches Impulsgemisch umwandelt und auf einem Bildrohr wieder zur Darstellung bringt, dabei aber in einem elektrischen Übertragungskanal für das Impulsgemisch nichtlineare Übertragungsglieder einschaltet, die eine Verstärkung des Kontrasts verursachen. Hierbei wird etwa, wenn die gesuchte Einzelheit in einem Schwärzungsbereich z. B. zwischen S = I und S = 1,2 liegt, durch dieses nichtlineare Übertragungsglied dieser Bereich so gedehnt, daß er auf dem Bildrohr den Bereich zwischen S = 0,2 und S = 2 ausfüllt. Damit gehen aber alle außerhalb des ursprünglichen Bereichs zwischen S = I und S = 1,2 liegenden Einzelheiten verloren, da diese Schwärzungsbereiche infolge der Dehnung des Mittelbereichs entsprechend gestaucht werden müssen. Es wird also bei einer derartigen bekannten Kontrastverstärkung der gesamte Bildaufbau zerstört, und die Übersicht über den Gesamtinhalt des Bildes geht verloren. Diese bekannte Kontrastverstärkung hat daher insbesondere bei der Betrachtung von Röntgenfilmbildern nur eine geringe praktische Bedeutung.

Ausgehend von der Tatsache, daß man beim Absuchen eines Bildes nach bestimmten Einzelheiten immer nur jeweils einen begrenzten Bezirk ins Auge faßt, erscheint es vorteilhaft, das Bild im wesentlichen Einrichtung zur Verstärkung

des Kontrasts elektrisch übertragener

Bilder, insbesondere Röntgenfilmbilder

Anmelder:

Siemens - Reiniger -Werke
Aktiengesellschaft, Erlangen,

Luitpoldstr. 45-47

Dipl.-Ing. Ottfried Schott, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

ungeändert zu lassen und seinen Kontrast nur in einem wählbaren Bereich in wählbarem Maße zu verstärken. Dadurch bleibt die Übersicht über das ganze Bild erhalten, und der Betrachter kann Bereich für Bereich auf die von ihm gesuchten Einzelheiten absuchen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Verstärkung des Kontrasts elektrisch übertragener Bilder ist daher gekennzeichnet durch Mittel, die eine Verstärkung des Kontrasts des Bildes in wählbaren Bildausschnitten bei unverstärktem Kontrast der nicht zu diesen Bildausschnitten gehörenden Teilen des Bildes bewirken. Bei einer an sich bekannten Einrichtung zur Verstärkung des Kontrasts mittels einer Kathodenstrahlröhre durch zeilenweise Führung eines intensitätsmodulierenden Kathodenstrahles, der auf einen Leuchtschirm das in seinem Kontrast verstärkte Bild erzeugt, sind hierzu erfindungsgemäß zwei Rechteckimpuls-Generatoren zur Erzeugung von Rechteckimpulsen wählbarer Länge vorgesehen, überdies Schaltmittel, die den einen Rechteckimpuls einem wählbaren Bereich innerhalb jeder Zeile, den anderen Rechteckimpuls einer wählbaren Zahl aufeinanderfolgender Zeilen zuordnen, derart, daß bei zeitlichem Zusammentreffen beider Impulse die Einrichtung zur Kontrastverstärkung eingeschaltet wird. Die Kontrastveränderung selbst kann hierbei durch an sich bekannte, die Intensitätsschwankungen des Kathodenstrahles in der Kathodenstrahlröhre beeinflussende nichtlineare Übertragungsglieder erfolgen. Im Rahmen der Erfindung hat es sich hierbei als zweckmäßig erwiesen, als nichtlineare Übertragungsglieder Röhrenverstärker mit wählbarem Arbeitspunkt vorzusehen. Bei Anwendung der bis hier beschriebenen erfindungsgemäßen Einrichtung hat die mittlere Helligkeit

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des Bildes einen gegenüber dem nicht durch Kontrastverstärkung beeinflußten Bild unterschiedlichen Verlauf. Die Fig. 1 und 2 stellen dies schematisch dar. Hier ist über den Koordinaten χ und y als Abszissen jeweils die mittlere Helligkeit des Bildes als Ordinate in der Richtung s aufgetragen. Der kontrastverstärkte Bildausschnitt ist in Fig. 1 mit 10, in Fig. 2 mit 20 bezeichnet. Ersichtlich ist der Verlauf der mittleren Helligkeit über dem teilweise kontrastverstärkten Bild

stärkerröhren sind in bekannter Weise Anodenspannungen und Gittervorspannungen über Anodenwiderstände 505, 506., 507, 508, die an die Anodenspannungsquelle 509 angeschlossen sind, und über 5 Gitterwiderstände 510, 511, 512, 513, 514, 515, die an die Gitterspannungsquellen 516, 517, 518, 519, 520 und 521 angeschlossen sind, zugeführt. Die Kopplung der Verstärkerröhren 501 und 502 bzw. 503 und 504 zwischen den Verstärkerröhren in jeder Verstärker

nach Fig. 2 unstetig. Die Ursache hierfür ist darin zu io stufe erfolgt durch Kopplungskondensatoren 522 und sehen, daß mit den Einzelheiten durch die erfmdungs- 540. Die Endröhren 502 und 504 dieser Verstärkergemäße Einrichtung auch die mittlere Bildhelligkeit
kontrastverstärkt wird. Für die Erkennbarkeit von

Einzelheiten innerhalb des kontrastverstärkten Be-

535 und 536 an einer Gitterspannungsquelle 537 und über einen Anodenwiderstand 538 an der Anodenspannungsquelle 509.

Die in Fig. 5 dargestellte Schaltung arbeitet in folgender Weise: Liegt nicht gleichzeitig sowohl an der Leitung C wie an der Leitung D eine Spannung, die den Impulsen 42 und 43 nach Fig. 4 entspricht, so verstärkt der Verstärker mit den Röhren 501 und 502

stufen sind parallel geschaltet; ihre Anoden liegen über einen Kopplungskondensator 524 an der Leitung B₁ die zur Einrichtung zur Helligkeitssteuerung reiches ist dies unvorteilhaft; es ist daher wünschens- 15 des Bildrohres führt. Die Verstärker 502 und 504 wert, den Gang der mittleren Bildhelligkeit im kon- werden wechselweise durch die die Verstärkerröhren trastverstärkten Bereich zu nivellieren, d. h. die mitt- 525 und 526 enthaltenden Schaltmittel getastet (freilere Bildhelligkeit im kontrastverstärkten Bereich auf gegeben bzw. gesperrt). Hierzu werden den Impulsen einen möglichst konstanten Wert zu bringen, wie dies 42 und 43 in Fig. 4 entsprechende Impulse über die in Fig. 3 dargestellt ist. In Fig. 3 ist ersichtlich die ₂₀ Leitungen C und D und Kopplungskondensatoren 527 mittlere Helligkeit des kontrastverstärkten Bildaus- und 541 an voneinander getrennte Gitter in der Verschnittes 30 konstant, d. h., die Helligkeitsfläche dieses stärkerröhre 526 gelegt. Jedem dieser Gitter ist eine Ausschnittes ist parallel zur Ebene x-y. Gitterspannungsquelle 528, 529 und ein Gitterwider-

In Ausbildung der Erfindung sind daher Schalt- stand 530 und 531 zugeordnet. Die von der Anodenmittel vorgesehen, die die mittlere Bildhelligkeit der 25 Spannungsquelle 509 abgenommene Anodenspannung kontrastverstärkten Bildausschnitte auf einen kon- _wi_rd der Verstärkerröhre 526 über den Anodenwiderstanten, der mittleren Bildhelligkeit der Umgebung stand 532 zugeführt. Die durch die Röhre 526 verder kontrastverstärkten Bildausschnitte angeglichenen stärkten Impulse werden über Kopplungskondensato-Betrag einebnen. ren 533 und 534 sowohl dem Schirmgitter der Röhre

Einzelheiten der Erfindung sind in der nachfolgen- _3o 502 als auch dem Steuergitter der Röhre 525 zuden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, erläu- geführt. Die Röhre 525 liegt über Gitterwiderstände tert in den Fig. 1 bis 8, enthalten.

In den Fig. 1 bis 3 ist der Verlauf der mittleren
Helligkeit des elektrisch übertragenen Bildes über der
Bildebene x-y in Richtung der Koordinate ζ aufgetra- ₃₅
gen. In Fig. 1 ist ein in seinem Kontrast nicht verstärkter Bildausschnitt mit 10 bezeichnet; Fig. 2 zeigt
den entsprechenden kontrastverstärkten Bildausschnitt
20 und Fig. 3 diesen durch die erfindungsgemäßen
Schaltmittel eingeebneten Bildausschnitt 30. Jeweils ₄₀ das über die Leitung A zugeführte Videogemisch und über den Bildausschnitten 10, 20 und 30, die nur den gibt es verstärkt über die Leitung B ab. Nur bei Verlauf der mittleren Bildhelligkeit wiedergeben, ver- gleichzeitigem Auftreten von Spannungen, die den laufen — nicht dargestellt — die zu verstärkenden Impulsen 42 und 43 in Fig. 4 entsprechen, an den Lei-Feinkontraste. _ tungen C und Ό, wird an der Anode der Verstärker-Fig. 4 stellt ein Schema des übertragenen Bildes in 45 röhre 526 ein hinreichend negativer Impuls erzeugt, Aufsicht dar. Dem kontrastverstärkten Bildausschnitt der durch seinen Einfluß auf das Schirmgitter der 40 sind die am Rand des Bildes dargestellten Rechteckimpulse 42 und 43 zugeordnet. Der Restteil des
Bildes 41 wird in seinem Kontrast nicht verstärkt.

Fig. 5 gibt eine Schaltung zur Erzeugung der Kon- ₅₀ daß ein positiver Impuls entsteht, der durch seinen trastverstärkung in dem Bildausschnitt 40 nach Fig. 4 Einfluß auf das Schirmgitter der Röhre 504 den Verstärker mit den Röhren 503 und 504 einschaltet. Das über die Leitung A zugeführte Videogemisch wird dann durch den Verstärker mit den Röhren 503 und 55 504 verstärkt und über die Leitung B der Einrichtung zur Steuerung der Helligkeit des übertragenen Bildes zugeführt. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers mit den Röhren 503 und 504 ist regelbar durch den als Potentiometer ausgebildeten Wider-

gende Regelglieder eine Einebnung der mittleren 60 stand 508. Durch die Lage des Abgriffes 539 dieses Helligkeit des kontrastverstärkten Bildausschnittes Potentiometers wird nämlich die Höhe der an das gemäß Fig. 3 zu erzielen ist. Steuergitter der Röhre 504 übertragenen Impulse des

Das den Inhalt des elektrisch übertragenen Bildes Videogemisches bestimmt.

enthaltende Impulsgemisch, welches bei den bekann- Fig. 6 zeigt schematisch den an der Leitung B in

ten Übertragungseinrichtungen dieser Art unmittelbar 65 Fig. 5 entstehenden Spannungsverlauf. In dem Bezur Helligkeitssteuerung eines Bildrohres verwendet reich links von 600 ist der Verstärker mit den Röhren wird (Videogemisch), wird nach Fig. 5 über die Lei- 501 und 502 (Fig. 5) eingeschaltet, im Bereich zwitung A und über einen Kopplungskondensator 500 an sehen 600 und 601 der Verstärker mit den Röhren zwei zweistufige Verstärker mit den Verstärkerröhren 503 und 504, rechts von 601 wieder der Verstärker und 502 bzw. 503 und 504 gelegt. An diese Ver- 70 mit den Röhren 501 und 502.

Röhre 502 den Verstärker mit den Röhren 501 und 502 abschaltet. Dieser negative Impuls wird durch die Röhre 525 in seinem Vorzeichen umgekehrt, so

Fig. 6 deutet ein durch die Schaltung nach Fig. 5 verändertes Impulsgemisch an, das den Inhalt des in Ausschnitten kontrastverstärkten Bildes enthält.

Fig. 7 stellt eine Schaltung zur Erzeugung der Impulse 42, 43 nach Fig. 4 dar.

Fig. 8 gibt eine Schaltung zur Erzeugung von Impulsfolgen wieder, mit der durch von Hand zu betäti-

Fig. 7 zeigt eine Schaltung zur Erzeugung der den Impulsen 42 in Fig. 4 entsprechenden Impulse, die an die Leitung C (Fig. 5) zu legen sind. Zur Vereinfachung der Übersicht sind die Spannungsquellen in dieser Figur nicht explizite dargestellt, sondern allein durch ihr Vorzeichen Plus (+) bzw. Minus (■—) angedeutet. Das Videogemisch 700 wird über die Leitung A und den Kopplungskondensator 701 an das Gitter einer Verstärkerröhre 702 gelegt, das über einen Gitterwiderstand 730 an einer Gitterspannungsquelle angeschlossen ist. Die Gitterspannung ist hierbei so gewählt, daß nur die Zeilensynchronisierimpulse 704 durch die Röhre 702 verstärkt werden. Vor dem Anodenwiderstand 731 der Röhre 702 werden die verstärkten und in ihrem Vorzeichen umgekehrten Zeilensynchronisierimpulse 705 abgegriffen und über einen Kopplungskondensator 706 und einen Widerstand 707 an das Gitter einer weiteren Verstärkerröhre gelegt. Der Widerstand 708 ist der Gitterwiderstand der Röhre 703. Die Röhre 703 ist _ao mittels der Kondensatoren 709 und 710 sowie des Widerstandes 711 und 732 in bekannter Weise als Miller-Integrator geschaltet und verwandelt die Synchronisierimpulse 705 in Sägezahnimpulse 713. Mit der Sägezahnspannung 713 wird die Röhre 715 übersteuert, so daß an ihrem Anodenwiderstand 716 der Sägezahnspannung 713 entsprechende Rechteckimpulse 714 auftreten. Die Breite dieser Rechteckimpulse ist durch das Potentiometer 733, das die Gittervorspannung der Verstärkerröhre 715 festlegt, regelbar. Der Widerstand 712 ist hierbei fester Gittervorwiderstand der Röhre 715. Die Rechteckimpulse 714 werden über einen Kondensator 717 und einen Widerstand 719 an das Gitter einer weiteren Verstärkerröhre 720 geführt, wobei das Gitter dieser Röhre 720 über den Widerstand 718 an einer Gitterspannungsquelle liegt. Die vor dem Anodenwiderstand 721 der Röhre 720 abgegriffenen verstärkten Impulse werden an einem Widerstands-Kondensator-Glied 722, 734 differenziert, so daß eine Impulszackenkurve 724 entsteht. Diese Impulszacken sind über einen Widerstand 725 an das Gitter einer weiteren Verstärkerröhre 726 gelegt, die allein die negativen Impulszacken verstärkt, die positiven aber unterdrückt. Der Widerstand 722 ist an ein Potentiometer 723 angeschlossen, dessen Einstellung das Abschneideniveau und damit die Breite der Impulse 728 bestimmt, die über einen Kondensator 729 an die Leitung C gelegt sind. Die Länge dieser Impulse 728 ist demnach durch die Stellung des Potentiometers 723 und ihre Lage bezüglich der Zeilensynchronisierimpulse 704 durch die Stellung des Potentiometers 733 bestimmt. Sie entsprechen daher genau den Forderungen, die an die Impulse 42 nach Fig. 4 zu stellen sind.

Die Erzeugung der Impulse 43 nach Fig. 4 erfolgt mit einer Schaltung, die der in Fig. 7 angegebenen wesentlich gleichartig ist. Die Wirkungsweise einer Schaltung zur Erzeugung der Impulse 43 nach Fig. 4 ist allein darin von der in Fig. 7 angegebenen verschieden, daß sie von den Bildsynchronisierimpulsen gesteuert wird. Diese Impulse werden dann der Leitung D (Fig. 5) zugeführt.

Die beanspruchte Einebnung der mittleren Helligkeit in dem kontrastverstärkten Bildausschnitt erfolgt durch Einblendung von Impulsfolgen in die Leitung B. Die einzelnen Impulse in jeder dieser Impulsfolgen haben eine zeitliche Länge, die der Länge des ausgeblendeten Ausschnittes in zeitlicher Richtung entspricht (also der Länge des Impulses 42 nach Fig. 4). Die Anzahl der Impulse in jeder Impulsfolge ist gleich der Zahl der Zeilen des ausgeblendeten Ausschnittes (entspricht also der Länge des Impulses 43 in Fig. 4). Die Höhe der Einzelimpulse und ihre Form sind dabei derart von Hand einstellbar, daß sie eine Einebnung der mittleren Helligkeit des verstärkten Bildausschnittes ermöglichen.

In Fig. 8 ist eine derartige Impulsfolge 800 dargestellt. Durch freie Wahl des Anstiegs der Impulse in der Impulsfolge (gekennzeichnet durch den Winkel a) und die Steilheit der oberen Kante eines jeden Impulses (gekennzeichnet durch den Winkel ß) kann man praktisch jeden mittleren Helligkeitsverlauf in einem einigermaßen kleinen Bildausschnitt im gewünschten Sinn einebnen.

Die Schaltung zur Erzeugung einer derartigen Impulsfolge 800 ist ebenfalls in Fig. 8 dargestellt. Diese Schaltung wird gesteuert von Impulsen, die von dem Kondensator 523 in Fig. 5 über die Leitung E abgenommen werden. Das sind gerade die Impulse, die den Verstärker mit den Röhren 503 und 504 öffnen und somit dem kontrastverstärkten Bildausschnitt 40 nach Fig. 4 entsprechen. Diese Impulse 801 werden über einen Kopplungskondensator 802 an das Gitter einer Verstärkerröhre 803 geführt. Der Widerstand 804 ist Gittervorwiderstand dieser Röhre 803. An das Schirmgitter der Röhre 803 wird eine Sägezahnspannung 805 über den Kopplungskondensator 806 gelegt. Diese Sägezahnspannung ist mit der Bildfrequenz synchronisiert, ihre Steilheit von Hand regelbar. Die Einrichtung zur Erzeugung dieser Sägezahnspannung ist nicht dargestellt, da sie vielfach bekannt ist. Schirmgitter und Anode der Röhre 803 liegen über Widerstand 807 und 808 an einer positiven Spannungsquelle. Die Impulse 801 werden durch die Sägezahnspannung 805 zunehmend verstärkt und ■—■ in ihrem Vorzeichen umgekehrt (813) — von dem Kopplungskondensator 809, der an der Anode der Röhre 803 angeschlossen ist, abgegriffen und über den Widerstand 810 dem Gitter einer weiteren Verstärkerröhre 811 zugeführt. Der Widerstand 812 ist der Gitterwiderstand dieser Röhre 811. Durch diese Röhre 811 werden die Impulse 813 verstärkt, in ihrem Vorzeichen wiederum umgekehrt, am Anodenwiderstand 822 dieser Röhre abgegriffen und über den Kopplungskondensator 814 an die Leitung B gelegt.

Die obere Kante dieser Impulse wird durch eine Schaltung mit der Röhre 815 abgeschrägt. Hierzu wird dem Gitter dieser Röhre eine Sägezahnspannung 816 zugeführt, deren Frequenz gleich der der Zeilenfrequenz ist und deren Steilheit einstellbar ist. Diese Sägezahnspannung ist über den Kopplungskondensator 817 an das Gitter der Röhre 815 gelegt. 818 ist der Gittervorwiderstand und 819 der Anodenwiderstand dieser Röhre 815. An dem Kathodenwiderstand 820 der Röhre 815 werden die verstärkten Impulse 816 abgegriffen und über den Widerstand 821 ebenfalls der Leitung B zugeführt, wo sie die oberen Kanten der von der Röhre 811 abgegebenen Rechteckimpulse in der in der Impulsfolge 800 dargestellten Weise abschrägen. Es entspricht nämlich der Länge eines jeden Impulses in der Impulsfolge 800 ein Ausschnitt aus jedem Sägezahn der Impulsfolge 816, wobei dessen Spannungsverlauf von jedem der ursprünglichen Rechteckimpulse 813 abgezogen wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zur Verstärkung des Kontraste elektrisch übertragener Bilder, insbesondere elektrisch übertragener Röntgenfilmbilder, gekennzeichnet durch Mittel, die eine Verstärkung des

Kontraste des Bildes in wählbaren Bildausschnitten bei unverstärktem Kontrast der nicht zu diesen Bildausschnitten gehörenden Teilen des Bildes bewirken.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der mittels einer Kathodenstrahlröhre durch zeilenweise Führung eines intensitätsmodulierten Kathodenstrahles periodisch Bilder erzeugt werden, gekennzeichnet durch zwei Rechteckimpulsgeneratoren zur Erzeugung von Rechteckimpulsen wählbarer Länge, durch Schaltmittel, die den einen Rechteckimpuls einem wählbaren Bereich innerhalb jeder Zeile, den anderen Rechteckimpuls einer wählbaren Zahl aufeinanderfolgenden Zeilen zuordnen und die bei zeitlichem Zusammentreffen beider Impulse die Einrichtung zur Kontrastverstärkung einschalten.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrastverstärkung durch an sich bekannte, die Intensitätsschwankungen des Kathodenstrahles in der Kathodenstrahlröhre be-

einflussende nichtlineare Übertragungsglieder erfolgt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungsglied ein Röhrenverstärker mit wählbarem Arbeitspunkt vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Schaltmittel, die die mittlere Bildhelligkeit der kontrastverstärkten Bildausschnitte auf einen konstanten, der mittleren Bildhelligkeit der Umgebung der kontrastverstärkten Bildausschnitte angeglichenen Betrag einebnen.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 902 739;

Patentschrift Nr. 9 125 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands;

USA.-Patentschrift Nr. 2 490 561;

britische Patentschrift Nr. 428 852.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen