DE2166526C3 - Einrichtung zum Abbilden eines Objektes mittels elektromagnetischer oder korpuskularer Strahlung hoher Energie mit einer Auswerteeinrichtung, die eine Dekodierungseinrichtung für in Abhängigkeit von einer Bilddimension codierte Signale aufweist - Google Patents
Einrichtung zum Abbilden eines Objektes mittels elektromagnetischer oder korpuskularer Strahlung hoher Energie mit einer Auswerteeinrichtung, die eine Dekodierungseinrichtung für in Abhängigkeit von einer Bilddimension codierte Signale aufweistInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abbilden eines Objektes mittels elektromagnetischer oder korpuskularer
Strahlung hoher Energie mit einer eine Aufnahmeflächc aufweisenden Dctcktorvorrichlung,
welche die von einer räumlich ausgedehnten Strahlungsquelle ausgehende, vom Objekt her auf sie
treffende, zusätzlich zur objcklbcdinglcn Modulation mit einer bestimmten räumlichen Modulation versehene
Strahlung empfängt und welcher eine Auswertcinrichlung
zur Rekonstruktion eines Bildes aus dem entsprechend der räumlichen Modulation auf der
Aufnahmefläche der Deteklorvorrichtung entworfenen Bild des Objektes nachgcschaltct ist, wobei die
Auswerteinrichtung eine Dekodierungseinrichiung zum Dekodieren von Signalen enthält, die eine von einer
Bilddimension abhängige Kodierung aufweisen,
Eine aus der US-Patcnlschrift 30 11 057 bekannte
Abbildungseinrichtung dieser Art besitzt zur Erzeugung der bestimmten räumlichen Modulation der von einem
räumlich ausgedehnten Objekt ausgehenden Strahlung einen Parallelkanalkollimator, welcher bewirkt, daß die
von einem bestimmten Punkt des Objektes ausgehende Strahlung nur über einen einzigen Kollimatorkanal
unabhängig vom Abstand zwischen Objekt und DetLkloruufnahniefläche zu letzterer gelangen kann.
Strahlung, welche sich nicht parallel zu den Kanälen des Purallelkanalkollimators ausbreitet, wird in den Wänden
des Kollimators absorbiert und kann zur Bilderzeugung nicht genutzt werden. Die Dekodierungseinrichtung der
bekannten Abbildungseinrichtung ist in Gestalt einer Widerstandsmatrixschaltung vorgegeben, weiche derart
mit einer Gruppe von Detektoren in bestin niter Anordnung zusammengeschaltet ist, daß von der
Dekodierungseinrichiung elektrische Signale abgenommen werden können, die eine Information über die
Koordinatenwerte eines Bildpunktes in einer Abbildungsebene enthalten.
Aus der französischen Patentschrift 14 96 656 ist es bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art
bekannt, das unter Verwendung eines Parallelkanalkollimators auf dem Ausgangsschirm einer Bildverstärkerröhre
erzeugte Bild durch eine Bildaufnahmeröhre abzutasten, wobei die Abtastgeschwindigkeit und der
Abtasttakt eine Zuordnung zwischen der Lage eines Biidpunktes auf dem Bildverstärkerröhrcn-Ausgangsschirm
einerseits und den elektrischen Ausgangssignalen der Bildaufnahmeröhre andererseits gestatten.
Bei den beiden bekannten Abbildungseinrichtungcn kann jeweils nur ein ganz kleiner Anteil der von einem
bestimmten Objektpunkt ausgehenden Strahlung zur Bilderzeugung genutzt werden, so daß zur Sammlung
ausreichender Energie für eine brauchbare Bilderzeugung lange ßcstrahlungszcitcn. erforderlich sind.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß
ausgedehnte Objekte in kurzer Zeit und mit veränderlicher Fokussierung abgebildet werden können, ohne daß
es sich um sclbststrahlcnde Objekte handelt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß zum Bestrahlen des Objektes die Strahlungsquelle als Teil der Einrichtung vorgesehen ist und nach Größe
und gegenseitigen Abständen entsprechend einer vorgegebenen Kodierung räumlich veränderliche Bereiche
von die Strahlung emittierendem Sloff aufweist und daß die Dekodierungseinrichtung der Auswerteinrichtung
eine Dckodicrungsfunklion aufweist, die eine Impulskompression der die vorgegebene Kodierung
aufweisenden Signale zur Erzeugung de zur Bildrekonstruktion dienenden Ausgangssignalc der Auswerteinrichtung
bewirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine derartige Einrichtung, welche Verzögerungsmittel zum
Verzögern von durch Abtastung eines von der Detcktorvorrichtung erzeugten, dem Bild auf der
Aufnahmefläche entsprechenden Zwischcnbildcs gebildete!. Abtastsignalc als Teil der Dckodierungseinrichlung
enthält, so ausgebildet sein, daß die Verzögerungsmittel eine der Dekodicrungsfunktion entsprechende,
frequenzabhängig veränderliche Ver/.ögcrungszcit aufweisen.
Während bei der Abbildungseinrichtung nach der zuvor bereits erwähnten französischen Patentschrift
14 96 656 als Verzögerungsmittel ar> die Bildaufnahmeröhre
angeschlossene Spcichcrmittcl vorgesehen sind, aus welchen die Hildinformalionssignalc /ur ßildrekon·
slruktion bestimmte Zeit nach Einspeisung wieder entnommen werden können, bewirken die Verzögerungsmittel
der hier vorgeschlagenen Einrichtung in der zuletzt beschriebenen Ausgestaltung eine Impulskompression
aufgrund der frequenzabhängig veränderlichen Vcr/.ögcrungszeit.
Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
.1
Es stellt dar
Fig. I eine stark vereinfachte Darstellung eines Abbildungssysiems zur Herstellung eines Durchleuchtungsbildes
eines Objektes,
Fig.2 ein Blockschaltbild einer Abbildungseinrichtung,
Fig.3 eine ins einzelne gehende Darstellung einer
Strahlungsquelle zur Erzeugung einer ausgedehnten räumlichen Modulation der Bestrahlung.
In den Fig. I und 3 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem eine räumliche
Modulation der Strahlung hoher Energie durch eine besondere Strahlungsquelle 136 bewirkt wird, die
emittierendes Material in neuartiger Anordnung aufweist, beispielsweise ein radioaktives Material 138, daß
auf einem Träger 140 abgelagert und so ausgeätzt ist, daß sich einzelne strahlende Bereiche ergeben. Das
Objekt 142 ist teilweise strahlcnundurchlässig, so daß
bestimmte Punkte des Objektes 142, beispielsweise die Punkte 144. 146 und 148, die von der Strahlungsquelle
136 bestrahlt werden, auf einer Detektoreinrichi mg 24
ein Bild ergeben. Die Detektoreinrichtung 24, eine Signalverarbeitungseinrichtung 26 und ein Ausgangs-Wicdergabegerät
28 nach F i g. I sind genauer in F i g. 2 gezeigt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. I wird
jeder Punkt des Objektes 142 in ein bestimmtes Bild auf der Delektoreinrichtung 24 umgeformt, wobei die
Gestalt des Bildes von der Form des Musters des radioaktiven Materials 138 auf dem Träger 140 der
Sirahlungqucllc 136 abhängt.
Ein Radiogramm wird im einzelnen durch das in Fig.2 gezeigte Abbildungssystem 22 erzeugt, das die
auf Gammastrahlung ansprechende Detektoreinrichtung 24. die Signalverarbeitungseinrichtung 26 zur
Ableitung einer Information von jedem der Photonen hoher Energie der Gammastrahlung beim Auftreffen
auf die Detcktoreinrichtung 24 und das Ausgangs-Wicdergabcgcrät 28 enthält, an welchem ein Radiogramm
zur Darstellung gelangt. Die Signalverarbeitungseinrichlung
26 enthält Mittel zur Dekodierung des gleichsam vielschichtigen Bildes von der Detektoreinrichlung.
Die Detcktoreinrichtung 24 hat ähnlichen Aufbau wie die in der eingangs erwähnten US-Patentschrift
beschriebene Kamera und enthält einen Szintillator 36, beispielsweise einen Caesium odidkristall in
Form einer Platte, welche der Strahlung ausgesetzt ist. In bekannter Weise zeigt ein Szintillator an den
Auftreffpunkten von Slrahlungsquanten oder Partikeln hoher Energie eine Lichtemrsion, wobei die auftreffenden
Partikel oder Slrahlungsquanten Photonen hoher Energie, etwa von Gammastrahlung oder Röntgenstrahlung,
oder auch Kernteilchen sein können, beispielsweise Protonen oder Neutronen. Ferner ist eine
Anordnung von Delektorelcmcnten 40 vorgesehen,
welche das durch Szintillalion erzeugte Licht aufnehmen, beispielsweise also die Lichtstrahlen 42, die von
den Auftreffstellen auf dem Szintillator 36 ausgehen. Ähnlich wie bei der Detcktoreinrichtung nach der
US-Palentschrift 30 I! 057 sind die Detekiorelemente
40 mit einer Widerstandsmatrix 44 verbunden, durch welche die Koordinaten in Af-Richtung und K-Richtung
vorgegeben werden. In den nicht im einzelnen gezeigten Widerständen werden Ströme erzeugt, die proportional
zur Intensität des an dem zugehörigen Detektorelement 40 empfangenen Lichtes sind. Da die Intensität des auf
eines der Detektorelcmentr 40 treffenden Lichtes vom
Einfallswinkel der Lichtstrahlen 42 zwischen dem Auftreffpunkt am Szintillator 36 und dem Detektorelement
40 abhängig ist, besteht eine Zuordnung der Ströme in der Widerstandsmatrix 44 zum Ort des
Auftreffpunktes auf dem Szintillator 36. Die Widerstandsmatrix 44 kann daher Signale entsprechend der
X-Koordinate und der K-Koordinate des Ortes des
Auftreffens eines Energiequants an die Signalleitungen 46 und 48 liefern. Nachdem die Detektoreinrichtung 24
sowohl auf Kernieilchen als auch auf Photonen hoher Energie anspricht, kann mittels des Abbildungssystems
22 ein Radiogramm eines Objektes erzeugt werden, das mit hoher Energie in Form von Kernteilchen oder in
Form von Photonen hoher Energie bestrahlt wird.
Die Wirkungsweise des Abbildungssystems 22 unterscheidet sich deutlich von den optischen Abbildungssystemen,
bei denen reflektierende Flächen oder Linsen zur Bilderzeugung benutzt werden. In:. Falle einer in
einem solchen optischen System verwendeten Linse ändert sich der Brechungsindex des LinscnmutcriaU mit
der Frequenz und nähert sich dem Wm 1 für hohe Strahlungsenergien, wie sie beispielswei";? in Röntgenstrahlung
und Gammastrahlung vorliegen, sowie für Kern-Teilchenstrahlung. In Abbildungssystcmcn für
Strahlung hoher Energie ist daher die Verwendung optischer Linsen ausgeschlossen, da der Brechungsindex
nicht mehr ausreicht, die Bildstrahlen zur Herstellung eines Bildes zu bündeln. Ähnliches gilt für reflektierende
Flächen von Spiegeln in optischen Systemen, welche bei Strahlung höherer Energie, beispielsweise bei Röntgenstrahlung
und insbesondere bei Gammastrahlung sowie auch bei Kernstrahlung nicht mehr reflektierend wirken,
sondern für die Strahlung durchlässig werden, .so daß die Strahlung geradlinig durch das Material der betreffenden
reflektierenden Fläche hindurchtritt.
Die Strahlungsquelle 136 in Verbindung mit der
Dctektorcinrichtung 24 benutzen also nicht den Fokussierungscffckt, der in optischen Abbildungssystemen
unter Beugung der Strahlen ausgenutzt -vird. Das auf dem Szintillator 36 erzeugte Bild läßt sich vielmehr
nach den Gesetzen der geometrischen Optik ähnlich wie b^i den Verhältnissen in der Lochkamera
konstruieren.
Praktisch besitzen Caesiumiodid-Szintillaloren keine
ausreichende Nachleuchtdauer, um ein Bild zu erzeugen, wenn sie von einer Bildstrahlung beaufschlagt werden.
Die X- und V-Koordinateninforniationcn bezüglich
jedes Auftreffpunktes müssen daher so gehandhabt werden, daß diese Informationen bezüglich der
einzelnen Auftreffpunkte so lange erhalten bleiben, bis eine genügende Anzahl dieser Punkte vorliegt, um ein
. verwertbares Bild zu ergeben. Beispielsweise können die Koordinatenangaben auf den Signalleitungen 46 und
48 von einem nicht dargestellten Rechner verarbeitet werden, der für jeden Auftreffpunkt eine Speicheradresse
bereithält oder die Signalverarbeitungseinrirhtung 20
.. enthält wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 eine erste Speicher-Wiedergaberöhre 52, welche mit
den X- und K-Koordinaten-Signalen der Signalleitungen
46 und 48 gespeis! wird. Die erste Speicher-Wiedergaberöhre 52 wird von einer Kathodenstrahlröhre mit
einem Speicherschirm 54 langer Speicherzeit gebildet, der in bekannter Weise abhängig vom Auftriffen von
Elektronen aus dem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem der Kathodenstrahlröhre Licht emittiert. Einzelheiten
der ersten Speiche·-Wiedergaberöhre 52 sind an sich bekannt und bedürfen keiner näheren Beschreibung.
Die erste Speicher-Wiedergaberöhre 52 enthält außerdem eine auf das Vorhandensein elektrischer
Signale an den Signalleitungen 46 und 48 ansprechenden
Schaltung /ur Steuerung des elektronenstrahls der
Kathodenstrahlröhre derart, dall der erste Speicherschirm
54 jeweils an einem Punk) angeregt wird, welcher den den genannten Signallcitungen zugeordneten
Koordinaten in A-Richtiing und !'-Richtung
entspricht. Auf diese Weise wird this aufeinanderfolgende Äiiftrcffcn von Strahliingsencrgiequantcn von der
Strahlungsquelle 136 her auf den Szintillator .36 in ein
Bild auf dein ersten Speicherschirm 54 umgeformt. Man erkennt dabei also, daU das auf dem ersten Speicherschirm
54 erscheinende HiId ein kodiertes Schattenbild des Objektes 142 ist. da es wenig, wenn überhaupt
irgend eine Ähnlichkeit zu dem Objekt hat und doch sämtliche Informationen enthüll, welche die form des
Objektes bestimmen. Der nächste Schritt zur Herstellung eines Radiogramms des Objektes besteht daher in
der Auswertung oder Dekodierung des Hildes auf dem ersten .Speicherschirm 54.
Zum Dekodieren des kodierten Hildes auf dem Speicherschirm 54 kann gemäß dem Ausführungsbeispiel
nach IΊ g. 2 ein Abtastverfahren verwendet werden, bei dem abgestimmte filter oder Impulskompressionsverfahren
ähnlich den in der Radartechnik verwendeten /ur Anwendung kommen. Die Signalverarbeitungscinrichtung
26 dekodiert das Bild auf dem Speicherschirm 54 in einem zweistufigen Verfahren,
indem das HiId zuerst in der llori/ontalabmcssung und
dann in der Vcrtikalabmcssung dekodiert wird.
Per erste Dekodierungssehriti wird mittels einem
ersten Vidikon 60 und einer ersten Verzögerungsleitung 62 ausgeführt Das erste Vidikon 60 tastet den ersten
Speicherschirm 54 in Hori/ontalrichtung ab und liefert
ein Ausgangssignal, das aufeinanderfolgenden Hori/ontal-Ablastlinicn
entspricht. Das erste Vidikon 60 arbeitet mit linearer Ablcnkgeschwindigkeit. wenn tier
abzutastende Speicherschirm flach ist und arbeitet mit nicht linearer Ablcnkgeschwindigkeit, wenn ein gewölbter
Speicherschirm vorliegt, um den finfluß der Wölbung /u beseitigen, so daß das Ausgangssignal des
ersten Vidikons 60 einer linearen Abtastung entspricht.
Πιρ K iirvpnfnrm rtp*. ipdpr Ahi^ctlinio Λοί c.T.'.CH
Vidikons 60 zugeordneten Signalcs entspricht dem auf den Szintillator 36 gcw orfenen Schattenbild
Der von der .Strahlungsquelle 136 und dem Objekt 142 auf den Szintillator 36 geworfene Schatten enthält
eine folge heller und dunkler Bereiche.
Die Horizontalabtastung des ersten .Speicherschirmes
54 mittels des Vidikons 60 ergibt ein (hirp-Signal.
Dieses Signal vom Ausgang des ersten Vidikons 60 wird der ersten Verzögerungsleitung 62 zugeführt, welche
ein frequenz-Dispersionsvcrhallcn besitzt und eine
Phasen- oder Zeitvcrzögcrungskcnnlinie aufweist, welche das Inverse der Chirpwelle ist. Heim Durchgang
durch die erste Verzögerungsleitung 62 erfahren Signale unterschiedlicher l'rcqiienzcn jeweils unterschiedliche
Zeitverzögerungen. Das erste Vidikon 60 und tlic erste Verzögerungsleitung 62 können als
I ΙΙκ-rtragiingsmcdium betrat litel werden, über welches
Teile des Hildes auf dem ersten Speicherschirm 54 aufeinanderfolgend übertragen werden, wobei sich das
IJberiragungsmcdium dadurch auszeichnet, daß es
verschiedenen Hildlcilen eine unterschiedliche Verzögerung aufprägt. Wie aus der Theorie angepaßter filter
und Impulskompressionsfilter für Radarsysteme bekannt ist. liefert ein l'ilier mit einem Impuls Ansprech
verhallen, welches das Inverse der zelllichen Kurven
form des f ingangssignales /um l'ilter ist. ein Ausgangs signal in form eines scharfen Impulses. Im falle eines
breitbandigen fingangssignales. wie es die Chirp-Wel
lenform des Abbildungssyslemes 22darslelll. nähert sich
die (iestalt des Ausgangssignales von einem solchen
filter der form des Impulses.
fs erschein! also auf einem zweiten Speicherschirm 78 einer ."speicherröhre 80 ein gewisses dekodiertes Bild,
wobei dieses Bild aufgrund der Dekodicrungswirkung iles ersten Vidikons 60 und der ersten Verzögerungsleitung
62 zunächst nur in der llorizonialrichliing
dekodiert ist. während die Kodierung in der Vcrtikalrichtung noch fortbesteht.
Der zweite Schritt bei der Dekodierung des Bildes wird mittels eines zweiten Vidikons 82 und einer
/weiten Verzögerungsleitung 84 ausgeführt. Das zweite Vidikon 82 tastet das auf dem zweiter. Speicherschirm
78 \orhandenc Bild in Vertikalrichliing ab und liefert ein
entsprechendes ("hirpwcllcn-Ausgangssignal. welches der zweiten Verzögerungsleitung 84 zugeleitet wird.
Letztere arbeitel in derselben Weise wie die Verzöge-
ι i:„r . :-
α uu^ :-i.
Chirp-Wcllc des zweiten Vidikons 82 eine Gruppe von
Ausgangsimpulsen. Die Ausgangsimpulsc der zweiten Verzögerungsleitung 84 werden dem Ausgangs-Wiedergabegcräl
28 zugeführt, das ein vollständig dekodiertes Bild darbietet.
Hierzu 2 I)IuII Zeichnungen
Claims (2)
- Patentansprüche:|. Einrichtung zum Abbilden eines Objektes mittels elektromagnetischer oder korpuskularer Strahlung hoher Energie mit einer eine Aufnahmeflache aufweisenden Detektorvorrichtung, welche die von einer räumlich ausgedehnten Strahlungsquelle ausgehende, vom Objekt her auf sie treffende, zusätzlich zur objektbedingten Modulation mit einer bestimmten räumlichen Modulation versehene Strahlung empfängt und welcher eine Auswerteinrichtung zur Rekonstruktion eines Bildes aus dem entsprechend der räumlichen Modulation auf der Aufnahmefläche der Detektorvorrichtung entworfenen Bild des Objektes nachgeschaltet ist, wobei die Auswerteinrichtung eine Dekodierungseinrichiung zum Dekodieren von Signalen enthält, die eine von einer Bilddimension abhängige Kodierung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bestrahlen des Objektes die Strahlungsquelle (136) ais Teil der Einrichtung vorgesehen ist und nach Größe und gegenseitigen Abständen entsprechend einer vorgegebenen Kodierung räumlich veränderliche Bereiche (138) von die Strahlung emittierendem Stoff aufweist und daß die Dekodierungseinrichtung (26, 62, 84) der Auswerfeinrichtung eine Dckodierungsfunklion aufweist, die eine Impulskompression der die vorgegebene Kodierung aufweisenden Signale zur Erzeugung der zur Bildrekonstruktion dienenden Ausgangssignale der Auswerteinrichtung bewirkt.
- 2. Einrichtung nach Anspruch 1 »nil Verzögerungsmittel zum Verzögern von durch Abtastung eines von der Detcktorvorrichtung eivs.tgtcn, dem Bild auf der Aufnahmefläche entsprechenden Zwischenbildcs gebildeten Abtaslsignalcn als Teil der Dekodiet'ungseinrichlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsmittel (62, 84) eine der Dckodierungslunklion entsprechende, frequenzabhängige veränderliche Verzögerungszeit aufweisen.
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