DE19855250A1 - Verfahren zur Bildoptimierung eines Röntgenbildes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildoptimierung eines Röntgenbildes. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bildoptimierung von Röntgenbildern aufzuzeigen, das automatisch schwer identifizierbare Gegenstände detektiert und den Zeitaufwand für diese Detektion minimiert, wird dadurch gelöst, daß ein dunkel erscheinender Bereich (A) des Röntgenbildes automatisch ermittelt und dieser Bereich (A) lokal aufgehellt wird. Dieser dunkle Bereich (A) wird durch die Absorptionseigenschaft des zu durchleuchtenden Gegenstandes (7.1) bewirkt. Über einen Monitor (5) werden diese dunklen Bereiche (A) nach der lokalen Bildoptimierung erhellt dargestellt, ohne daß die helleren restlichen Bereiche gleichfalls erhellt werden. Die lokale Auflehung der dunklen Bereiche (A) erfolgt dabei durch eine Spreizung der Grauwertwerte der Bildpunkte, aus denen das Röntgenbild zusammengesetzt ist. Durch die Aufhellung der Bereiche (A) sind nun auch ein darunter befindlicher Gegenstand (7.2) detektierbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildoptimierung eines Röntgenbildes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mit Hilfe von Röntgenstrahlen werden Objekte durchleuchtet und das Röntgenbild für eine Bediener sichtbar gemacht. Die Objekte enthalten in der Regel weitere Gegenstände.

Beim Durchleuchten der Gegenstände werden die Röntgenstrahlen unterschiedlich abgeschwächt und diese abgeschwächten Strahlungen über entsprechende Vorrichtungen auf Monitoren sichtbar gemacht. Die Röntgenbilder setzen sich dabei aus Bildpunkten mit verschiedenen Eigenschaften, wie beispielsweise Grauwert und Materialwert, zusammen.

Ein Bildverarbeitungsverfahren zur Materialerkennung ist in der unveröffentlichten DE- 198 12 055.9 offenbart. Dabei werden während einer Teildurchleuchtung des Reisegepäcks detektierte Signale als Bilddaten in Bildstreifen unterteilt, eingelesen und kurzzeitig gespeichert. Oft treten in diesen Bildstreifen dunkle Bereiche auf.

In bekannter Art und Weise wird deshalb dieser dunkle Bereich des Röntgenbildes durch eine Bedienperson visuell ausgewertet, wozu verschiedene Optimierungsfunktionen durch manuelle Betätigung ausgewählt werden. Dieser Vorgang ist zeitintensiv und insbesondere bei Hand­ gepäckdurchleuchtungen, wie beispielsweise auf Flughäfen, unerwünscht.

Ein Verfahren zum Betreiben eines Röntgenbelichtungsautomaten offenbart die DE- 43 30 787 A1. Hierbei wird ein Verfahren geschaffen, das eine automatische Meßfeldanwahl ermöglicht. Dabei berechnet ein erster Bildrechner die Grauwertverteilung an einem Testbild, um diese Grauwerte einem Hauptbild, das anschließend erzeugt wird, zu überlagern. Dadurch soll eine optimale Belichtung innerhalb der Grauwertbereiche erfolgen. Für eine Gepäckdurchleuchtung ist die Verwendung eines Testbildes zu zeitintensiv.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dynamikcompression von vielstufigen Grauwertbildern wird in der DE 44 09 790 A1 offenbart. Dabei werden die Eingangsbildwerte, die unterhalb einer wählbaren annähernd mittleren Signalschwelle liegen, invertiert. Die Bildwerte, die oberhalb als Absolutwert bezüglich dieser Signalschwelle erkannt werden, bleiben erhalten. Das Ergebnis dieser Umsetzung der Eingangsbildwerte ist ein intarsienartiges Positiv/Negativbild mit einer den Monotoniesprung der Grauwertdarstellung deutlich kennzeichnenden geschlossenen Linie und einem extra halbierten Dynamikumfang. Dieses Verfahren wird vorzugsweise in der Mammographie angewendet. Für eine Nutzung zur Auswertung vieler durchleuchteter Materialien im Gepäck kann dieses Verfahren nicht eingesetzt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Bildoptimierung von Röntgenbildern aufzuzeigen, das automatisch schwer identifizierbare Bereiche optimal darstellt und damit den Zeitaufwand für die Identifizierung minimiert.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Dabei liegt der Erfindung die Idee zugrunde, schwer identifizierbare Bereiche, beispielsweise als dunkel erscheinende Bereiche, des Röntgenbildes automatisch zu ermitteln und diesen Bereich lokal aufzuhellen. Über einen Monitor werden diese dunklen Bereiche erhellt dargestellt, ohne daß die helleren restlichen Bereiche gleichfalls erhellt werden Die lokale Aufhellung der dunklen Bereiche erfolgt dabei durch eine Spreizung der Grauwerte der Bildpunkte, aus denen das Röntgenbild zusammengesetzt ist. Durch die Aufhellung der Bereiche sind auch verdeckte Gegenstände detektierbar.

Vorteilhafte Ausfiihmngen sind in den Unteransprüchen enthalten.

So wird das optimierte Verfahren erst dann in die Bildauswertung einbezogen, wenn ein detektierter Grauwertwert eine bestimmte Schwelle unterschreitet, bzw. gleich oder größer dieses Schwellwertes ist und wenn eine bestimmte Anzahl von Bildpunkten, die direkt benachbart sind, ermittelt werden. Dabei wird jedoch berücksichtigt, daß beispielsweise zu kleine Bereiche eine lokale Aufhellung bzw. Bildoptimierung nicht bewirken sollen, da es dadurch zu unübersichtlichen Röntgenbildern kommen kann Eine weitere Möglichkeit besteht darin, nicht direkte benachbarte Bildpunkte, die eine bestimmte Grauwertschwelle unterschreiten, zur Ermittlung der Anzahl der Bildpunkte mit dieser Eigenschaft heranzuziehen, sonder auch Bildpunkte, die eine bestimmte Grauwertschwelle unterschreiten und nicht direkt benachbart sind, wobei beispielsweise 2 oder 3 Bildpunkte dazwischenliegen können, die über der Grauwertschwelle liegen. Damit können auch verrauschte Bereiche detektiert werden, wenn sie von einigen hellen Bildpunkten durchsetzt sind.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, nur jeden 3. oder 4. Bildpunkt auf seinen Grauwertwert hin zu prüfen, wobei geprüft wird, ob dieser den Grauwertschwellenwert überschreitet oder nicht. Unterschreitet der Grauwertwert des 3. die Grauwertschwelle und ist somit gleich groß wie der vorher ausgewertete Bildpunktgrauwert, erfolgt eine Aufsummierung der ausgelassenen Bildpunkte 1, 2 (bzw. 1 bis 3) zur Schaffung eines gesamten Bildes. Bestehen jedoch größere Unterschiede, werden die letzten 3 oder 4 Bildpunkte erneut abgetastet und ausgewertet. Dadurch wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit im System erhöht.

Da neben den Absorptionswerten auch Materialwerte durch die Detektoren ermittelt werden können, ist es zudem möglich, eine materialabhängige Bildoptimierung zu schaffen. Dabei werden die Bildpunkte gezählt, auf eine besondere Eigenschaft hin abgetastet, dabei auf Grauwertwerte durchsucht und dieser abgetastete Bereich aufgehellt.

Anhand eines Ausführungsbeispieles mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 eine vereinfacht dargestellte Meßanordnung;

Fig. 2 eine blockbildartige Darstellung des Optimierungsverfahrens;

Fig. 3a eine Monitordarstellung ohne Bildoptimierung;

Fig. 3b eine Monitordarstellung mit Bildoptimierung;

Fig. 4 eine vereinfacht dargestellte weitere Meßanordnung.

In Fig. 1 ist eine Meßanordnung mit einem Röntgenstrahlungserzeuger hier in einer Strahlungsvorrichtung 1 dargestellt und mit einer Detektorvorrichtung 2 in vereinfachter Form aufgezeigt. Zwischen der Detektorvorrichtung 2 und der Strahlungsvorrichtung 1 befindet sich ein zu bestimmendes Objekt 3. Dieses Objekt 3 kann ein Koffer sein, in dem verschiedene Gegenstände 7.1, 7.2 angeordnet sind, wobei der Gegenstand 7.2 vom Gegenstand 7.1 vollständig überdeckt sein kann. Mit der Detektorvorrichtung 2 ist über bekannte Komponenten (hier nicht dargestellt) ein Rechnersystem 4 verbunden. über ein Anzeigegerät, beispielsweise über einen Monitor 5 bzw. einen Drucker 6, die mit dem Rechnersystem 4 verbunden sind, werden die Meßergebnisse visualisiert.

In Fig. 2 ist der innere Aufbau des Rechnersystems 4 blockbildartig dargestellt. Dabei werden die Anschlüsse der Detektorvorrichtung (hier nicht dargestellt) auf eine Bereichsbestimmungsein­ richtung 8 geführt. Die Ausgänge der Bereichsbestimmungseinrichtung 8 sind auf eine Be­ reichsoptimierungseinrichtung 9 geschaltet, dessen Ausgang beispielsweise mit dem Monitor 5 in Verbindung steht.

Die Synchronisation der Bilddaten erfolgt, wo nötig, durch Pufferspeicher (nicht dargestellt). Die einzeln aufgeführten Baugruppen sind in einer Bildoptimierungseinheit (10) zusammengefaßt.

Das Bildoptimierungsverfahren läuft dabei wie folgt ab.

Von der Strahlungsvorrichtung 1 wird eine Röntgenstrahlung als Röntgenstrahlbündel FX 1 auf das zu durchleuchtende Objekt 3 gebracht. Diese Röntgenstrahlung FX1 wird durch das jeweilige Absorptionsverhalten des Materials der Gegenstände im Objekt 3 (7.1., 7.2) sowie durch das Ge­ häusematerial des Objektes 3 abgeschwächt und von der Detektorvorrichtung 2 aufgenommen Die Detektorvorrichtung 2, beispielsweise eine Zeilenkamera bestehend aus mehreren Röntgendetekto­ ren, liefert aus den nicht absorbierten Röntgenstrahlen Signale, die als Bilddateninformationen über das durchleuchtete Objekt 3 für die Bildverarbeitung in das Rechnersystem 4 eingespeist werden. Diese Einspeisung erfolgt vorzugsweise zeilenweise und kontinuierlich. Die Bilddaten werden in die Bereichsbestimmungseinrichtung 8 (BBE) eingespeist. Dort werden Bereiche (A) gesucht beispielsweise durch Vergleich der Grauwerte der Bilddaten gegen eine Grauwertschwelle. Die Bereiche lassen sich durch Vergleich der einzelnen Bildpunkte oder auch durch Zusammenfas­ sung von Bildpunkten bestimmen. Bereichsgrößen unterhalb einer bestimmten Schwelle wer­ den verworfen.

Gleichzeitig läßt sich in der BBE (8) eine entsprechende Funktion zur Optimierung bestimmen (beispielsweise eine Grauwertanpassung über einen Histogrammausgleich).

Die Bilddaten sowie falls vorhanden die Optimierungsfunktion werden der Bereichsoptimie­ rungseinrichtung (BOE) 9 übergeben. Dort wird der lokale Bildbereich entsprechend der vor­ gewählten Optimierungsfunktion optimiert. Die Optimierungsfunktion kann sowohl in der Bereichsoptimierungseinrichtung 9 gespeichert oder dynamische abhängig von den Bilddaten des Bereiches von der Bereichsbestimmungseinrichtung (8) in die Bereichsoptimierungseinrich­ tung 9 geladen werden.

In Fig. 3a wird beispielsweise das Objekt 3 mit einem hoch absorbierenden Gegenstand 7.1 abgebildet. Die Bilddaten laufen zeilenweise in die BBE (8) ein. Dort werden die Bildpunkte nach Grauwerten abgetastet.

Der Grauwertbereich eines Röntgenbildes liegt in der Praxis zwischen 0 und 4095. Von hellen Bereichen spricht man bei einem Grauwertwert ab 800, von dunklen Bereichen, wenn diese kleiner 800 sind, wobei ab einem Bereich von ca. 200 eine kontrastreiche Unterscheidung innerhalb der dunklen Bereiche nicht mehr möglich ist.

Da, wie in Fig. 3 zu erkennen, bis zum Einlauf des Gegenstandes 7.1 kein absorptionsstarker Gegenstand im zu durchleuchtenden Objekt 3 detektiert wird, wird dieser Bereich als ein heller Bereich klassifiziert. Das Bildoptimierungsverfahren braucht nicht in das System eingeschaltet werden.

Mit Einlauf mit Beginn des Gegenstandes 7.1 wird ein Grauwertwert ermittelt, der beispielsweise kleiner 200 ist. Dieser Grauwertwert ist beispielsweise als Grauwertschwelle in der Bereichsbestimmungseinrichtung 8 hinterlegt und bewirkt nun, daß eine flächenmäßige Bestimmung des absorbierenden Gegenstandes 7.1 erfolgt. Dazu werden benachbarte Bildpunkte ausgezählt und deren Grauwertwerte ermittelt. Sind diese Grauwertwerte kleiner als der eingestellte Grauwertschwellwert, wird ein dunkler Bereich A bestimmt.

Die eigentliche Bildoptimierung erfolgt danach durch Spreizen der Grauwertwerte der einzelnen Bildpunkte in einen höheren Bildpunktwert in der Bereichsoptimierungseinrichtung 9. Dies kann durch die Optimierungsfunktion Look-Up Tabelle, beispielsweise High-Look-Up Tabelle oder anderen bekannte Algorithmen erfolgen. Dabei kann beispielsweise die High-Look-Up Tabelle folgende Spreizwerte enthalten:
Der Grauwertwert 0 bleibt 0, der Grauwertwert 12 wird in einen Bildpunktwert 512, der Grauwertwert 20 in einen Bildpunktwert 768, der Grauwertwert 32 in einen Bildpunktwert 2944 erhöht bzw. gespreitzt, während der Bildpunktwert 4095 in seinem Wert verbleibt. Man spricht hierbei von einer nichtlinearen Spreizung.

Durch die Spreizung der Grauwertwerte im ausgewählten Bereich A erfolgt in diesem Bereich A eine Aufhellung eines jeden Bildpunktes, wodurch eine kontrastreiche Bildwiedergabe in diesem als dunklen Bildbereich A detektierten Bildbereich A ermöglicht wird. Eine solche Darstellung ist der Fig. 3b entnehmbar, wobei in Fig. 3a derselbe Bereich A ohne Aufhellung dargestellt ist. Durch die Aufhellung des dunklen Bereiches A ist nun die Detektion des Gegenstandes 7.2 möglich, da dieser Gegenstand 7.2 innerhalb desselben Bereiches A durch seine Absorptionseigenschaft erneut dunklere Grauwerte der Bildpunkte bewirkt. Die nicht von der Bereichsbestimmungseinrichtung 8 detektierten Bereiche verbleiben bei der Darstellung des Röntgenbildes auf dem Monitor 5 oder auf dem Drucker 6 in ihrer ursprünglichen Helligkeitsdarstellung. Es erfolgt nur eine lokale Aufhellung der als dunkel detektierten Bereiche A.

Neben der Auswertung der Eigenschaften Grauwerte eines Bildpunktes können auch Bildoptimierungen aufgrund von Materialeigenschaften des Bildpunktes erfolgen. Wie in Fig. 4 dargestellt, werden dazu beispielsweise zwei Röntgenstrahlungsbündel FX1 und FX2, die vorzugsweise in einer Strahlungsvorrichtung 1 integriert sind, auf das zu durchleuchtende Objekt 3 gebracht. Diese Röntgenstrahlungen FX1 und FX2 besitzen unterschiedliche Energiebereiche und werden gleichfalls durch das jeweilige Absorptionsverhalten der verschiedenen Materialien der Gegenstände 7.1, 7.2 sowie durch das Gehäusematerial des Objektes 3 abgeschwächt und von der Detektorvorrichtung 2 aufgenommen. Mit Hilfe dieser beiden Röntgenstrahlungen FX1 und FX2 können in bekannter Art und Weise das jeweilige Material der einzelnen Gegenstände 7. 1, 7.2 detektiert und definiert werden.

Es ist aber auch möglich, diese Materialdetektierung mit nur einer Röntgenstrahlung FX1 und mehreren, hintereinander liegenden Detektoren eine Detektorvorrichtung 2 zu realisieren. Wird nun beispielsweise in der BBE (8) Aluminium als ein zu optimierendes Material eingestellt, wird der Gegenstand 7.1 falls er aus Aluminium besteht als Bereich A detektiert. Die Bildoptimierung erfolgt danach durch Spreizung der Grauwertwerte wie beschrieben in der Bereichsoptimierungseinrichtung 9.

Es können aber auch mehrere Bildbereiche A mit unterschiedlichen Eigenschaften bestimmt werden. Auf diese werden dann unterschiedliche, an die Eigenschaften angepaßte, Optimierungsfunktionen gleichzeitig angewendet. Die ausgewählten Bildbereiche A können zusätzlich durch Rahmen, blinkende Rahmen bzw. Blinken zwischen Original und optimiertem Bildbereich A als modifiziert gekennzeichnet werden.

Es versteht sich, daß im Rahmen der erfinderischen Idee Änderungen möglich sind.

Eine Variante des Verfahrens besteht darin, nicht direkte benachbarte Bildpunkte, die eine bestimmte Grauwertschwelle unterschreiten, zur Ermittlung der Anzahl der Bildpunkte mit dieser Eigenschaft heranzuziehen, sonder auch Bildpunkte, die eine bestimmte Grauwertschwelle unterschreiten und nicht direkt benachbart sind, wobei beispielsweise 2 oder 3 Bildpunkte dazwischenliegen können, die über der Grauwertschwelle liegen. Damit können auch verrauschte Bereiche detektiert werden, wenn sie von einigen hellen Bildpunkten durchsetzt sind.

Eine weitere Variante des Verfahrens besteht darin, gleichfalls nicht jeden benachbarten Bildpunkt abzutasten und auszuwerten, sondern einen mit m Bildpunkten entfernten Nachbarn. Bei der Festlegung dieser Entfernung m ist zu beachten, daß dieser nicht zu groß gewählt sein darf. Wichtig ist, daß ein unter dem Gegenstand 7.1 befindlicher kleinerer Gegenstand 7.2 detektiert werden kann. Vorzugsweise kann die Entfernung m = 4 Bildpunkte betragen. Wird bei der Auswertung eines hierbei zuletzt abgetasteten Bildpunktes ein Grauwertwert ermittelt, der mit dem zuvor ermittelten gleich groß ist und somit auch den eingestellten Grauwertschwellwert unterschreitet, wird der Bildpunkt des nächsten entfernten Nachbarn ausgewertet. Stellt die Berichsbestimmungs­ einrichtung 8 jedoch fest, daß der ermittelte Grauwertwert wesentlich größer als des zuletzt abgetasteten Bildpunktes ist und damit der Grauwertschwellwert nicht unterschritten wird, werden die im letzte Intervall befindlichen Bildpunkt erneut abgetastet und ausgewertet, um so die genaue Lage des Gegenstandes 7.1 zu ermitteln. Danach werden entweder erneut jeder Bildpunkt ausgewertet oder aber auch die intervallmäßige Bildpunktauswertung zugeschaltet. Dadurch kann die Verarbeitungsgeschwindigkeit gesteigert werden.

Die in der Bereichsbestimmungseinrichtung 8 eingestellte Grauwertschwelle kann auch derart eingestellt sein, daß das Bildoptimierungsverfahren in die Röntgenbildauswertung einbezogen wird, wenn ein detektierter Grauwertwert gleich oder größer dieses Schwellwertes ist. Dementsprechend sind in der Bereichsoptimieningseinrichtung 9 andere Optimierungsfunktionen auszuführen.

Dieses Bildoptimierungsverfahren wird vorzugsweise für zeilenweise Bilderfassung benutzt. Es ist aber auch möglich, bereits abgespeicherte Röntgenbilder nachträglich mit diesem Verfahren zu bearbeiten und bereichsweise zu optimieren.

Dieses Verfahren ist nicht auf die Lokalisierung von dunklen Bereichen A beschränkt. Es können auch hellere Bereiche in der Dynamik gespreizt werden. Der eingestellte Grauwertschwellwert beträgt dann beispielsweise 1000.

Bezugszeichenliste

1

Strahlungsvorrichtung

2

Detektorvorrichtung

3

Objekt

4

Rechnersystem

5

Monitor

6

Drucker

7.1

Gegenstand

7.2

Gegenstand

8

Bereichsbestimmungseinrichtung

9

Bereichoptimierungseinrichtung

10

Bildoptimierungseinheit

Claims (9)

1. Verfahren zur Bildoptimierung eines Röntgenbildes, das einen durch Röntgenstrahlen durchleuchteten Gegenstand abbildet, wobei diese Röntgenstrahlen detektiert und als Bilddaten in einem Rechner mit einem Bildspeicher zu einem Bild verarbeitet werden, die Bilddaten aus Bildpunkten bestehen, die in den Bildspeicher einlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Bildpunkte nach Grauwertwerten abgetastet werden,
• - diese abgetasteten Grauwertwerte mit einem Grau­ wertschwellwert als Sollwert verglichen werden,
• - bei Nichteinhaltung des Sollwertes eine flächenmäßige Auszählung der nachfol­ genden Bildpunkte erfolgt, um einen Bereich (A) und die Grauwerte der Bild­ punkte in diesem Bereich (A) wertmäßig zu bestimmen, die Grauwertwerte der Bildpunkte in diesem Bereiche (A) in wertmäßig höhere Bildpunktwerte gespreizt werden, so daß durch die höheren Bildpunkt­ werte eine lokale Aufhellung des Röntgenbildes in diesem Bereich (A) bewir­ ken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildoptimierung erst dann durchgeführt wird, wenn eine bestimmte Anzahl von Bildpunkten im Bereich A den Sollwert nicht einhält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grauwerte gleich bzw. kleiner bzw. größer der Sollwerte sein dürfen.

4. Verfahren nach Anspruch 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Anzahl der Bildpunkte durch Zählen der direkte benachbarte Bildpunkte erfolgt, wobei geprüft wird, ob diese Bildpunkte einen eingestellten Grauwertschwellwert unterschreitet bzw. überschreitet.

5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Anzahl der Bildpunkte durch Zählen einzelner, voneinander definiert beabstandeter Bildpunkte erfolgt, wobei geprüft wird, ob diese Bildpunkte einen eingestellten Grauwert­ schwellwert unterschreitet bzw. überschreitet.

6. Verfahren nach Anspruch 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Anzahl der Bildpunkte durch Zählen einzelner Bildpunkte erfolgt, wobei geprüft wird, ob diese Bildpunkte einen bestimmten eingestellten Grauwertschwellwert unterschrei­ ten bzw. überschreiten und einen maximalen Abstand zu einem entsprechenden Bild­ punkt nicht überschreiten.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vorein­ gestellte Materialkenndaten aus den Bildpunkten zur Bestimmung des aufzuhellenden Bereiches (A) herangezogen werden.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Optimierung Optimierungsfunktionen für den ausgewählten bzw. zu optimieren­ den Bildbereich (A) festgelegt und in der Bildoptimierungseinheit (10) gespeichert sind.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Bereiche (A) gleichzeitig detektiert, mit unterschiedlichen Optimie­ nungsfunktionen optimiert und aufgehellt dargestellt werden.