DE2709657C2

DE2709657C2 - Video-Übertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE2709657C2
Application number: DE2709657A
Authority: DE
Inventors: Robert Joseph Cotham Bristol Brandon jun.
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1976-03-09
Filing date: 1977-03-05
Publication date: 1981-09-17
Also published as: FR2344195A1; IT1115268B; FR2344195B1; GB1569415A; US4137454A; DE2709657A1; JPS5937460B2; JPS52110083A

Description

Die Erfindung betrifft eine Video-Übertragungscinrichtung zur Bildübertragung in Verbindung mil pulsierender Röntgen-Fluoroskopie.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Verbesserung der Videobildqualität, wenn eine starke Röntgenimpulsquelle zur Erzeugung radiographischer Bilder auf einem Fluoreszenzschirm verwendet wird, wobei die Bilder entweder direkt oder indirekt mittels eines Video-Übertragungs- und Aufzeichnungssystems betrachtet werden.

Eine derartige, in der Fluzeugtriebwerksindustrie weitgehend Anwendung findende Video-Übertragungseinrichtung erfordert die Anwendung eines Linearbeschleunigers zur Erzeugung von Röntgenstrahlimpulsen hoher Energie, beispielsweise von 8 MeV, mit einer Leistung von 1500rad/min im Abstand von 1 m. Die Röntgenstrahlimpulse werden entlang von Sehenlinien durch laufende Gasturbinentriebwerke hindurchgeworfen, so daß sie auf dem eingangsseitigen Schirm eines Röntgenbildverstärkers Fluoreszenzbilder erzeugen. Diese Bilder werden von einer Videokamera betrachtet und von einer Aufzeichnungseinrichtung aufgezeichnet. Unter dem Begriff »Video-Übertragungseinrichtung« wird hier das gesamte, auf den eingangsseitigen Bildschirm des Röntgenbildverstärkers folgende System verstanden. Eine derartige Video-Übertragungseinrichtung ist in der GB-PS 14 58 013 beschrieben.

Eine Video-Übertragungseinrichtung eignet sich insbesondere zur Vornahme qualitativer Schätzungen von Vorgängen innerhalb von Gasturbinentriebwerken, die insbesondere dazu notwendig sind, Bewegungsabläufe von Triebwerksdichtungen zu bestimmen.

Bei Anwendung einer Video-Übertragungseinrichtung tritt jedoch das Problem auf, daß das auf dem Bildschirm sichebare Ausgangsbild verschiedene Formen von Verzerrungen aufweist. Die übelste Form von Verzerrungen sind weißliche Bänder, die sich auf dem Bildschirm bilden und sich gelegentlich vom oberen zum unteren Bildrand über den Bildschirm bewegen. Diese weißlichen Bänder verringern die Bildqualität derart, daß es schwierig ist. Einzelheiten auf dem Bild zu beobachten, und irritieren das den Bildschirm beobachtende Personal.

Die Ursache dieser weißlichen -dander liegt darin, daß am Beginn jedes Röntgenimpulses starkes elektrisches Rauschen erzeugt wird und auch der Phosphor auf dem Eingangsbildschirm des Bildverstärkers wegen der hohen Anfangsdosis des Röntgenstrahlimpulses aufflakkert. Die Bewegung der weißlichen Bänder über das Bild beruht auf Frequenzdifferenzen zwischen der Röntgenimpulstastung und der Bildwechselfrequenz der Video-Übertragungseinrichtung.

Aus der DE-OS 19 56 061 ist es im Zusammenhang mit der Video-Übertragung von durch mit zeitlichen Abständen aufeinanderfolgenden kurzen, aber intensiven Röntgenstrahlenimpulsen erzeugten Leuchtschirmbildern bekannt, zur Lösung eines anderen Problems, nämlich zur Vermeidung einer Beschädigung der Bildaufnahmeröhre einer Video-Übertragungseinrichtung durch Überbelichtung auf Grund der beim Auftreffen der einzelnen Röntgenstrahlenimpulse hohen Anfangsleuchtstärke des Leuchtschirmbildes den, der Bildaufnahmeröhre vorgeschalteten Bildverstärker nur jeweils während kurzer Intervalle in den Pausen zwischen den einzelnen Röntgenstrahlenimpulsen hellzulasten, in der übrigen Zeit jedoch dunkelzutasten, so daß die Bildübertragung jeweils während der Röntgenstrahlenimpulse und anschließend bis zu einem ausreichenden Abklingen der Helligkeit unterdrückt wird. Damit sollen ohne Beeinträchtigung der Bildaufnahmeröhre hohe Impulsintcnsilätcn zur Reduzierung des Röntgenquantenraiischens erreicht werden, wobei natürlich die dadurch bedingten Uildübertragungspausen

in Kauf genommen werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Video-Übertragungseinrichtung der eingangs genannten Art das Problem des Auftretens der erwähnten weißlichen Bänder zu bewältigen, wobei aber keine periodische Unterbrechung der Bildübertragung stattfinden soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Video-Übertragungs.yinrichtung gemäß der Erfindung durch eine synchron mit den Röntgenimpulsen betätigbare Einrichtung zur Erzeugung eines entsprechend pulsierenden Ausgangssignals, und durch eine auf dieses Ausgangssignal ansprechende Einrichtung zur Dämpfung der Videoverstärkung jeweils während mindestens des Anfangsabschnitts jedes Röntgenimpuises gekennzeichnet.

Vorzugsweise ist außerdem eine Einrichtung zur Triggerung der Röntgenimpulse synchron mit der Bildwechselfrequenz der Video-Übertragungseinrichtung vorgesehen. Diese Einrichtung zum synchronen Triggern der Röntgenimpulsc kann einen Oszillator und einen Frequenzvervielfacher aufweisen, so dsß für eine einzige Bildwechselfrequenz der Video-Übertragungseinrichtung ein größerer Bereich von Röntgenimpulsfrequenzen erhältlich ist.

Bei einer abgewandelten Ausführungsmöglichkeit ist außerdem zwischen der Triggereinrichtung für den die Röntgenimpulse erzeugenden Röntgenimpulsgenerator und der Videokamera ein veränderliches Verzögerungsglied vorgesehen, um eine Veränderung der Phasenlage zwischen der Röntgenimpulsfrequenz und der Bildwechselfrequenz zu ermöglichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Video-Übertragungseinrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2A bis 2F Diagramme zur Erläuterung der Zusammenhänge zwischen der Röntgenimpulserzeugung und Änderungen der Bildverstärkung, und

F i g. 3 ein Blockschaltbild der Steuerschaltung für die Video-Übertragungseinrichtung und den Röntgenimpulsgenerator.

Wie Fig. 1 zeigt, erzeugt ein Linearbeschleuniger 10 Strahlungsimpulse hoher Energie (8 MeV) und hoher Intensität (1500rad/min nach 1 m) und diese Röntgen-Strahlimpulse werden längs Sehnenlinien durch ein Gasturbinentriebwerk 11 hindurchgeworfen. Die wieder aus dem Triebwerk austretende Röntgenstrahlung wird von einem Fluoreszenzschirm 12 eines Röntgenbildverstärkers 13 einer indirekt arbeitenden Bauart empfangen.

Die auf dem Fluoreszenzschirm des Röntgenbildverstärkers entstehenden radiographischen Bilder werden sodann mittels eines optischen Systems 14 um 90° umgelenkt und mittels eines Bildverstärkers 15 verstärkt.

Der Ausgangsbildschirm 16 des Bildverstärkers bildet einen Teil einer Video-Übertragungseinrichtung 17 und wird von einer Videokamera 18 abgetastet, deren Ausgang über Leitungen 19 und 20 und einen Videoverstärker 35 mit veränderlicher Verstärkung mit einem Realzeit-Bildschirm 21 und einem Videobandgerät 22 verbunden ist.

Das Videobandgerät 22 stellt eine dauerhafte Aufzeichnung des Ausgangssignals der Video-Übertragungseinrichtung her.

Im Linearbeschleuniger werden Röntgcnstrahlimpulse erzeugt, indem zunächst diskrete Elektronenbündel erzeugt und diese Elektronen auf hohe Energien beschleunigt werden, wonach die Elektronen auf eine Auftreffelektrode auftreffen, wobei Röntgenstrahlen entstehen.

Am Beginn eines Röntgenimpuises wird starkes elektrisches Rauschen erzeugt und auch der Phosphor auf dem Eingangsbildschirm des Bildverstärkers flakkert aufgrund der empfangenen hohen Anfangsdosis der Röntgenstrahlung. Diese beiden Rauschquellen tragen beide zur Bildung der weißen Bänder auf dem Anzeigebildschirm bei. Daß diese weißen Bänder sich abwärts über den Anzeigebildschirm bewegen, hat seine Ursache vermutlich darin, daß zur Tastung der Röntgenimpulse des Linearbeschleunigers ein interner Oszillator Anwendung findet und dieser Oszillator normalerweise nicht mit der Bildwechselfrequenz der Video-Übertragungseinrichtung gekoppelt ist. Dies führt zu einer Frequenzfehlanpassung zwischen den Impulsen des Linearbeschleunigers und der Bildwechselfrequenz der Video-Übertragungüeinrichtung.

Diese Fehlanpassung bewirkt, daß bei aufeinanderfolgenden Bildzyklen der Video-Übertragungseinrichtung sich das weißliche Band, das durch das anfängliche Phosphorflackern entsteht, jeweils in Höhe unterschiedlicher Zeilen auf dem Anzeigebildschirm erzeugt wird und diese aufeinanderfolgenden Zeilenpositionen vom Auge des Betrachte-s als Bewegung der weißlichen Bänder über den Bildschirm abwärts gesehen werden.

Sowohl die Bildung der weißlichen Bänder als auch ihre Bewegung über den Bildschirm werden vermieden, indem der Linearbeschleuniger und die Video-Übertragungseinrichtung durch Leitungen 23 und 24 miteinander gekoppelt werden. Diese Verbindung wird später noch mit Bezug auf das Blockschaltbild nach Fig. 3 erläutert. Zunächst wird jedoch die theoretische Grundlage dieser Anordnung mit Bezug auf die F i g. 2A bis 2F erläutert.

In Fig.2A ist die Form der Röntgenimpulse des Linearbeschleunigers dargestellt. Dabei handelt es sich um Impulse kurzer Dauer von etwa 2 y.s und einer Wiederholungsfrequenz von 50 Hertz. Dies entspricht einem Tastverhältnis von 1:10 000.

Aus Fig. 2B ist die Wirkung der durch das Gasturbinentriebwerk hindurchgeworfenen Strahlung ersichtlich, wie sie auf dem Ausgangsbildschirm 16 des Bildverstärkers in Erscheinung tritt. Insbesondere ist erkennbar, daß beim Erscheinen eines Impulses des Linearbeschleunigers ein steiler Anstieg 25 der Leuchtstärke des Phosphors des Ausgangsbildschirms auftritt, das als Phosphorflackern bezeichnet wird. Die Dauer dieses Phosphorflackerns ist verhältnismäßig kurz -ind danach sendet der Phosphor weiter in im wesentlichen gleichbleibendem Maße (Kurve 26) Licht aus, bis beim Auftreten des nächsten Röntgenimpuises ein weiteres Phosphorflackern 27 auftritt.

In Begleitung jedes Röntgenimpuises und im wesentlichen während der gleichen Dauer tritt ein starkes elektrisches Rauschen auf, das trotz Abschirmmaßnahmen sehr intensiv ist und elektrisches Rauschen im Videosystem hervorruft.

Diesen beiden Rauschquellen wird mindestens teilweise durch periodische Dämpfung oder Steuerung dar Verstärkung der Video übertragungseinrichtung entsprechend der Frzeugung der Röntgenimpulse Rechnung getrageii.

Gemäß F i g. 2C hat diese Verstärkungssteuerung die Form eines negativen Rechtecks 28 von im wesentlichen

der gleichen Dauer wie der Röntgenimpuls, während welcher die Verstärkung der Video-Übertragungseinrichtung vom normalen Wert, der etwa dem Faktor 20 entspricht, auf Null herabgesetzt wird. Die Auswirkung dieser Verstärkungssteuerung auf das Ausgangsbild ist in Fig. 2D gezeigt, aus welcher hervorgeht, daß beim Auftreten der Röntgenimpulse jeweils nur eine kleine Beunruhigung der Intensität auftritt. Die ohne röntgenimpulssynchrone Steuerung der Videovtrstärkung erscheinenden weißlichen Bänder werden dadurch im wesentlichen beseitigt.

Die kleinen Intensitätsbeunruhigungen 29 stellen an sich kein ernsthaftes Problem dar und werden durch Verwendung eines Bildschirms mit langer Nachleuchtdauer vor dem Ausgangsbild des Videomonitors und durch das Verweilen des Seheindrucks auf der Netzhaut des menschlichen Auges noch weiter abgeschwächt.

In Fig. 2E ist ein exponentieller Verlauf 30 der synchronen Verstarkungssteucung Ε·*^7Ρ'<;·· welcher der Intensitätsänderung des Phosphorflackerns besser angenähert ist. Dies bringt den zweifachen Vorteil, daß eine gleichmäßige Intensitätsverteilung (siehe Fig. 2F) auf dem Anzeigebildschirm erzielt wird und daß nicht so viel Information verloren geht, da die im Phosphor des Anzeigebildschirms 16 gespeicherte Information besser ausgenützt wird.

Nachstehend wird nunmehr anhand F i g. 3 die Anordnung zur Herstellung der synchronen Verstärkungssteuerung mehr im einzelnen beschrieben.

LJm die Intensität der weißlichen Bänder auf dem Ausgangsbildschirm zu verringern, tastet ein Fühler 31 das pulsierende elektrische Signal ab. welches den nächsten Röntgenimpuls des Linearbeschleunigers tnggert. und leitet diots pulsierende elektrische Signal tiber die Leitung 24 zu zwei die Videoverstärkung steuernden Steuerschaltungen 32 und 33. von denen eine, nämlich die Steuerschaltung 32. den Steuerverlauf entsprechend dem negativen Rechteck 28 in F i g. 2C und die andere, nämlich die Steuerschaltung 33. den exponentiellen Steuerverlauf gemäß F i g. 2E erzeugt. Mittels eines Umschalters 34 kann jeweils eine der beiden Steuerschaltungen gewählt werden, bei welchen es sich eintacn um verschiedene impuiMuinici an 3iv_!i bekannter Bauart handelt. Der Umschalter 34 verbindet die jeweils gewählte Steuerschaltung mit dem eine veränderliche Verstärkung aufweisenden Bildverstärker 35. der auch als gesteuerter Bildverstärker bezeichnet wird und ebenfalls an sich bekannt ist. Dieser Bildverstärker 35 steuert seinerseits die Stärke des zum Videomonitor 21 und zum Videobandgerät 22 gelangenden Ausgangssignals.

IJm zu verhindern, daß die nach Beseitigung der Hauptlirsache der Intensitätsstörungen noch verbleibenden restlichen Intensitätsstörungen 25, 29 sich abwärts über den Anzeigebildschirm bewegen, muß die Wiederholungsfrequenz der Röntgenimpulse mit der Bildwechselfrequenz der Videokamera synchronisiert werden.

Dies erfolgt dadurch, daß beide Frequenzen von der gleichen Wechselspannungsqueüe. nämüch dem a!s Block 36 dargestellten Netz, abgeleitet werden. Der Block 36 versorgt die Bildwechselsteuerschaltung 37 der Video-Übertragungseinrichtung direkt und speist auch einen Oszillator 38. der die Impulsfrequenz für den Linearbeschleuniger erzeugt. Der Oszillator 38 ist so ausgelegt, daß die impulsfrequenz dps I.inearbeschlejnigers auf die Netzfrequenz bezogen ist und nur um Stufen erhöht werden kann, die jeweils Vielfache der Netzfrequenz sind. Wäre dies nicht der Fall, so wäre die Wiederholungsfrequenz der Röntgenimpulse nicht ein Vielfaches der Bildwechselfrequenz und es wäre nicht möglich, die Lage der restlichen Störungen auf dem . Ausgangsbildschirm zu stabilisieren. Die gewünschte Impulsfrequenz des Linearbeschleunigers kann mittels eines Frequenzwählers 39 gewählt werden.

Zwischen den Block 36 und den Oszillator 38 ist ein Verzögerungsglied 40 geschaltet, mittels welchem durch

in Einstellung der Verzögerungszeit zwischen dem Beginn jedes Bildwechselfrequenzimpulses und jedem Röntgenimpuls die Phasenlage zwischen diesen beiden Impulsen einstellbar ist und irgendeine restliche Störung auf dem Ausgangsbildschirm entweder an den oberen

ι Bildschirmrand oder den unteren Bildschirmrand in eine Stellung verschiebbar ist, in welcher sie den Beobachter am wenigsten stört.

Außerdem ist in F i g. 3 ein wahlweise einfügbarer Block 41 gestrichelt dargestellt. Dieser Block 41

.'" ermöglicht die stroboskopische Beeinflussung des Oszillators des Linearbeschleunigers.

Dazu ist am Gasturbinentriebwerk 10 ein Impulskopf befestigt, der über eine Leitung 42 ein Maß der Triebwerksfrequenz zu einem Drehzahlmonitor 43

:> sendet. Diese Drehzahl wird zum Synchronisieren des Oszillators 38 mit der Triebwerksdrehbewegung verwendet. Es ist dabei nicht mehr möglich, den Oszillator auch mi« der Netzfrequenz zu synchronisieren, weshalb die Auf- und Abbewegung der restlichen Störungen 25,

:" 29 auf dem Ausgangsbildschirm in Kauf genommen werden muß. Diese restliche Störung ist nunmehr jedoch verhältnismäßig klein und durch Verwendung von Bildschirmen mit langer Nachleuchtdauer können die Auswirkungen dieser Störungen so herabgesetzt

:· werden, daß sie keine wesentliche Beeinträchtigung darstellen.

Außerdem weist die Schaltung zwischen dem Drehzahlmonitor und dem Oszillator 38 ein weiteres variables Verzögerungsglied 44 auf. Dieses variable

■ Verzögerungsglied 44 ermöglicht eine Phasenverschiebung zwischen der Triebwerksdrehzahl und der Impulsfrequenz des Linearbeschleunigers derart, daß ι "■ Ο,Γι izcr, Urr,!cjfC"d^5 T^iI. ΚίΐϊςΓΗρΙςυνρίςρ pinp Turbinenschaufel, stroboskopisch beobachtet werden

■ ' kann. Durch Änderung der Verzögerungszeit können

bei laufendem Triebwerk aufeinanderfolgende Turbinenschaufeln nacheinander untersucht werden

Für den Fachmann ist klar, daß zahlreiche Abwandlungen der oben beschriebenen Anordnung möglich sind. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Verstärkung des Bildverstärkers 35 verändert, der das Signal für den Videomonitor 21 liefert. Ministem bei Anwendung der Verstärkungssteuerung in Form eines negativen Rechtecks 28 gemäß F i g. 2C wäre es auch möglich, die Verstärkung des Bildverstärkers 15 zu verändern.

Die Verstärkungssteuerung der Video-Übertragungseinrichtung ließe sich auch durch einen zwischen dem Fluoreszenzschirm 12 und dem Bildverstärker 15 - angeordneten Verschluß erzielen.

Gemäß einer weiteren Abwandlung der Erfindung kann die Verstärkungssteuerung der Video-Übertragungseinrichtung auch so gestaltet sein, daß auch jede restliche Störung des Ausgangsbildes unterdrückt wird.

Als weitere Abwandlung könnte, da die. die Impulse des Linearbeschleunigers steuernde Oszillatorfrequenz gleich der Triggerfrequenz zur Auslösung jedes Impulses ist. unmittelbar zur Auslösung der Verstär-

di'S viiriiihli'n (iikivci siärkcrs verwn dct werden Hei einer derartigen Anordnung wnu· jediiih wahrscheinlich ein weiteres Ver/ögeiun^sfi.· ι /ur Steucrunp der l'hiisenl.ijre /wischen der Versl;n kiinpssteueriiiig und ileü Honlpcnitnpulscri erfoidcrlirh.

IIicr/Ίΐ y Hintt ZeichnunL'en

Claims

Patentansprüche;

1. Video-Übertragungseinrichtung zur Bildübertragung in Verbindung mit pulsierender Röntgen-Fluoroskopie, gekennzeichnet durch eine synchron mit den Röntgenimpulsen betätigbare Einrichtung (31) zur Erzeugung eines entsprechend pulsierenden Ausgangssignals, und durch eine auf dieses Ausgangssignal ansprechende Einrichtung (32, 33) zur Dämpfung der Videoverstärkung während mindestens des Anfangsabschnitts jedes Röntgenimpulses.

2. Video-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (23) zur Synchronisierung der Röntgenimpulsfrequenz mit der Bildwechselfrequenz.

3. Video-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung (32) zur Dämpfung der Videoverstärkung diese Videoverstärkung jeweils während der Dauer des betreffenden Röntgenimpulses auf den Wert Null herabsetzt.

4. Video-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung (33) zur Dämp/ung der Videoverstärkung diese Videoverstärkung jeweils am Beginn eines Röntgenimpulses auf den Wert Null herabsetzt und sodann während der Dauer dieses Röntgenimpulses mi' exponentiellem Verlauf wieder auf den normalen Verstärkungswert erhöht.

5. Video-Übertrajiungseiß/ichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (40) zur Veräm' ;rung der Phasenlage zwischen der Röntgenimpulsfrequenz und der Bildwechselfrequenz.

6. Video-Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche t bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenimpulsfrequenz von einem Oszillator (38) abgeleitet wird, der mit der Bildwechselfrequenz betrieben wird.

7. Video-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Oszillator (38) und den die Röntgenimpulse erzeugenden Röntgenimpulsgenerator ein Frequenzvervielfacher geschaltet ist.

8. Video-Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenimpulsfrequenz stroboskopisch in Abhängigkeit von einer charakteristischen Frequenz des jeweils untersuchten Objekts (11) gesteuert wird.

9. Verfahren zum Betrieb einer Video-Übertragungseinrichtung in Verbindung mit pulsierender Röntgen-Fluoroskopie, dadurch gekennzeichnet, daß die Videoverstärkung jeweils während mindestens des Anfangsabschnitts jedes Röntgenimpulses gedämpft wird.