DE3016704C2 - Device for object scanning - Google Patents
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Description
E iirt-8 — 1 - E iirt-8 - 1 -
+e+ e
18. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß für μ = 2 die Übertragungsfunktion nach der Beziehung verläuft:18. Apparatus according to claim 14, characterized in that for μ = 2 the transfer function according to the relationship:
19. Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß für η = 2 die Übertragungsfunktion nach der Beziehung verläuft:19. Apparatus according to claim 15, characterized in that for η = 2 the transfer function runs according to the relationship:
E,{p) = EAp) Y^-^ E, {p) = EAp) Y ^ - ^
20. Gerät nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung der Übertragungsfunktion ein Bildentzerrer (61) insgesamt drei Verzögerungsglieder mit den Verzögerungszeiten Ax1=-, Ax2= , Ax3 = Λ, drei Addierglieder (65 bis 67), drei Invertierglieder (68 bis 70) und drei Koeffizientenmultiplizierer (71 bis 73) für den Koeffizienten 2 umfaßt.20. Apparatus according to one of claims 17 to 19, characterized in that an image equalizer (61) has a total of three delay elements with the delay times Ax 1 = -, Ax 2 = , Ax 3 = Λ , three adders (65 to 67) to realize the transfer function ), three inverters (68 to 70) and three coefficient multipliers (71 to 73) for the coefficient 2.
21. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Approximation an beliebige Musterfunktionen der Bildentzerrer eine Übertragungsfunktion aufweist, die nach der Beziehung verläuft: 21. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that that for approximation to any pattern functions the image equalizer has a transfer function which follows the relationship:
I +e I + e
Iv,;.Iv,;.
\+c\ + c
wobei m und Ax1 bis Axn, beliebige Variable sind.where m and Ax 1 to Ax n are arbitrary variables.
22. Gerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung der Übertragungsfunktion (E.,(p)) der Bildentzerrer (74) aus insgesamt m Entzerrerstufen (ST\ bis STm) besteht, von denen jede ein Verzögerungsglied (KI bis Vm) mit der Verzögerungszeit A .χ, bis A xm, ein Addierglied (A D1 bis ADm), ein Invertierglied (/1 bis Im) und einen Koeffizientenmultiplizierer (KM 1 bis KMm) für den Koeffizienten 2 umfaßt.22. Apparatus according to claim 21, characterized in that to realize the transfer function (E., (P)) the image equalizer (74) consists of a total of m equalizer stages (ST \ to STm) , each of which has a delay element (KI to Vm) with the delay time A .χ, to A x m , an adder (AD 1 to ADm), an inverter (/ 1 to Im) and a coefficient multiplier (KM 1 to KMm) for the coefficient 2.
23. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl im Falle der fest vorgegebenen Musterfunktion(Fig. 2 bis 10) als auch im Falle der allgemeinen Approximation (Fig. 11 bis 14) die Verzögerungsgrößen Axn variabel gestaltet sind.23. Device according to one of claims 1 to 22, characterized in that both in the case of the fixed predetermined pattern function (Fig. 2 to 10) and in the case of the general approximation (Fig. 11 to 14) the delay quantities Ax n are designed to be variable .
24. Gerät nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß im jeweiligen Entzerrer die Verzögerungselemente für Axn abgleichbar ausgebildet sind.24. Apparatus according to claim 23, characterized in that the delay elements for Ax n are designed to be adjustable in the respective equalizer.
25. Gerät nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleich sukzessive, beginnend mit Axx durchführbar ist.25. Apparatus according to claim 24, characterized in that the adjustment can be carried out successively, starting with Ax x .
26. Gerät nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleich aufgrund visueller Kontrolle am Echo-Sichtbild vornehmbar ist.26. Apparatus according to claim 24 or 25, characterized in that the comparison is based on visual Control on the echo visual image can be carried out.
27. Gerät nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleich in Form eines selbsttätigen (geregelten) oder manuell variierten Abgleichvorganges direkt an einem Signal innerhalb oder am Ausgang des Entzerrers vornehmbar ist in dem Sinne, daß beispielsweise eine minimale Welligkeit des Signals ab Bildende als Abgleichkriterium herangezogen wird.27. Apparatus according to claim 24 or 25, characterized in that the adjustment in the form of an automatic (regulated) or manually varied adjustment process directly on a signal within or at the output of the equalizer can be carried out in the sense that, for example, a minimal ripple of the signal from the end of the image is used as an adjustment criterion.
10 Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Objektabtastung, mit Abtastkopf und Anzeige- und/oder Aufzeichnungsgerät für die Abtastsignale, zwischen denen ein Signalaufbereiter eingeschaltet ist, der in Abhängigkeit von einem Produkt aus einer invertierten Fourier-Transformation und einer Tiefpaßbegrenzungsfunktion im Sinne einer Verbesserung der Anzeige- und/oder Aufzeichnungsaufiösung der Signale arbeitet. 10 The invention relates to an apparatus for object sensing, with the scanning head and display and / or recording device for the scanning signals between which a signal conditioner is turned on, the function of a product of an inverse Fourier transform and a Tiefpaßbegrenzungsfunktion in order to improve the display and / or recording resolution of the signals works.
Unter derartigen Geräten sind alle solche zu verstehen, die in irgendeiner Form durch Abtastung von Objekten Signale erhalten, die angezeigt oder zur Objektabbüdung aufgezeichnet werden sollen. Die Signale können dabei vom Objekt selbst erzeugt werden, wie es z. B. bei Magnetabtastsystemen od. dgl. der Fall ist. Die Abtastung kann jedoch auch in Wechselwirkung mit dem Objekt durch von der Abtastvorrichtung zum Objekt gesendete Signale geschehen. Letztere Signale können elektroma-Under such devices are to be understood all those that in some form by scanning objects Receive signals to be displayed or recorded for object imaging. The signals can thereby are generated by the object itself, as it is e.g. B. in magnetic scanning systems or the like is the case. The scanning can, however, also interact with the object happen by signals sent from the scanning device to the object. The latter signals can be electro-
M) gnetische Wellen, wie beispielsweise Licht- oder Radarsignale, sein. Die Signale können jedoch auch akustischer Natur sein. In bevorzugter Anwendung ist im vorliegenden Fall das Abtastgerät ein Ultraschall-Bildgerät, bei dem also ein Ultraschallkopf Ultraschallsignale zum Un- M) magnetic waves, such as light or radar signals. However, the signals can also be of an acoustic nature. In a preferred application in the present case, the scanning device is an ultrasound imaging device in which an ultrasound head sends ultrasound signals to the
is tersuchungsobjekt sendet und die Echosignale wieder empfängt und als Echo-Sichtbild z. B. auf einer Kathodenstrahlröhre aufzeichnet.is the object to be examined and sends the echo signals again receives and as an echo visual image z. B. records on a cathode ray tube.
Speziell auf dem Gebiet der Ultraschall-Abtast-Technik ist auch durch den Aufsatz »Digital Processing Of Ultrasonic Data By Deconvolution« von E. Hundt und E. Trautenberg in 1979 Ultrasonics Symposium Proceedings, IEEE Cat. 79CH 1482-9SU bereits eine Methode bekannt, mit der sich für Ultraschall-Abbildungen eine Bildauflösung erreichen läßt, die unterhalb jener Grenze liegt, die bisher durch die effektive Breite des Ultraschallstrahles vorgegeben war. Die Methode setzt jedoch voraus, daß die Abbildung eines Punktreflektors im Wasseroder Ölbad vorab gemessen und aus dem gemessenen Profil die Fourier-Transformierte (F-Funktion) gebildetThe article »Digital Processing Of Ultrasonic Data By Deconvolution «by E. Hundt and E. Trautenberg in 1979 Ultrasonics Symposium Proceedings, IEEE Cat. 79CH 1482-9SU already known a method with which a Can achieve image resolution that is below the limit that was previously due to the effective width of the ultrasonic beam was given. However, the method assumes that the image of a point reflector in the water or Oil bath measured in advance and the Fourier transform (F function) formed from the measured profile
5» wird. Die F-Funktion muß anschließend mittels Rechner invertiert und die invertierte Funktion zur Rauschunterdrückung mit einer Tiefpaßbegrenzungsfunktion (Gauss-Funktion) multipliziert werden. Durch Rücktransformation dieser Funktion in den Ortsbereich erhält man die software-mäßige Realisierung eines Filters, mit dem das Bild rückgefaltet wird. Gemessen am Ergebnis der Bildverbesserung ist diese Methode jedoch recht aufwendig und, was die Anwendung insbesondere am menschlichen Körper betrifft, auch recht wenig flexibel im Hinblick auf Schwankungen von Parametern. Die rein software-mäßige Verarbeitung mit Rechner schließt die real-time-Darstellung aus.5 »will. The F-function must then be carried out using a computer inverted and the inverted function for noise reduction with a low-pass limiting function (Gauss function) can be multiplied. Obtained by transforming this function back into the local area the software-based implementation of a filter with which the image is folded back. Judging by the result the image enhancement, this method is quite complex and what the application in particular affects the human body, also quite inflexible with regard to fluctuations in parameters. the Purely software-based processing with a computer excludes real-time display.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Abtastgerät aufzubauen, das mit erheblich einfacheren und auch flexibleren Mitteln bei gleichzeitig guter Rauschunterdrückung eine zumindest gleich gute Signalauflösung gestattet. Eine real-time-Verarbeitung sollte in einfachster Weise möglich sein.The object of the present invention is to build a scanning device that is considerably simpler and also more flexible Averaging with good noise suppression at the same time allows an at least equally good signal resolution. Real-time processing should be possible in the simplest possible way.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Signalaufbereiter ein BildentZerrcr ist, dessen Übertragungsfunktion E(p) nach der BeziehungThe object is achieved according to the invention in that the signal conditioner is an image rectifier whose transfer function E (p) according to the relationship
£(/>) = ^r-- gewählt ist, wobei A(p) die Fourier-£ (/>) = ^ r-- is chosen, where A (p) is the Fourier
Transformierte einer Musterfunktion ä(x) ist, die die tatsächliche Punktabbildung a(x) durch den Abtastkopf approximiert und T(p) eine Tiefpaßbegrenzungsfunktion ist, die so gewählt ist, daß ihre Fourier-Rücktransformierte 7(x) der Musterfunktion ä(.\) mathematisch ähnlich ist.Is the transform of a pattern function (x) which approximates the actual point map a (x) by the scanning head and T (p) is a low-pass limiting function which is chosen so that its inverse Fourier transform 7 (x) of the pattern function (. \ ) is mathematically similar.
Die Erfindung erlaubt die einfache und flexible Verbesserung der Signalauflösung bei gleichzeitig guter Rauschunterdrückung, wobei alle Operationen direkt im Ortsbereich durchgeführt werden. Bei hardware-mäßiger Realisierung des Bildentzerrers ist eine Darstellung in real-time jederzeit möglich. Bei stark verringertem Aufwand ist die erreichte Auflösung wenigstens genauso gut wie bei der Methode des vorstehend beschriebenen Artikels (Verbesserung der Auflösung um wenigstens den Faktor 1,5). Es ist selbstverständlich, daß die Auflösung um so besser wird, je genauer die Musterfunktion ä(.x) das tatsächliche Profil a(.v) des Abtaststrahles approximiert. The invention allows the simple and flexible improvement of the signal resolution with good noise suppression at the same time, all operations being carried out directly in the local area. If the image equalizer is implemented in hardware, a display in real time is possible at any time. With greatly reduced effort, the resolution achieved is at least as good as with the method of the article described above (resolution improvement by at least a factor of 1.5). It goes without saying that the more precisely the pattern function a (.x) approximates the actual profile a (.v) of the scanning beam, the better the resolution.
In vorteilhafter Ausführung der Erfindung können zur Approximation fest vorgegebene Musterfunktionen, wie insbesondere Rechteck-, Trapez-, Parabelbögen- oder auch Sinusquadrat(sin2)-Funktionen, dienen; ebensogut können durch die Zahl aufeinanderfolgender Entzerrerstufen in Verbindung mit variablen Elementen dieser Stufen beliebige Musterfunktionen einstellbar sein.In an advantageous embodiment of the invention, predefined pattern functions, such as in particular rectangular, trapezoidal, parabolic arcs or even sine-square (sin 2 ) functions, can be used for approximation; Any desired pattern functions can just as well be adjustable through the number of successive equalization stages in connection with variable elements of these stages.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer
Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.
Es zeigen:Further advantages and details of the invention emerge from the following description of several exemplary embodiments with reference to the drawing in conjunction with the subclaims.
Show it:
Fig. 1 ein auf die Anwendung in einem Ultraschall-Bildgerät ausgerichtetes Ausführungsbeispiel der Erfindung, 1 shows an exemplary embodiment of the invention which is oriented towards use in an ultrasound imaging device,
Fig. 2 bis 4 zwei Ausführungsbeispiele für Rechteck-Approximation, FIGS. 2 to 4 show two exemplary embodiments for rectangular approximation,
Fig. 5 bis 7 zwei Ausführungsbeispiele für Trapez-Approximation, FIGS. 5 to 7 show two exemplary embodiments for trapezoidal approximation,
Fig. 8 bis 10 zwei Ausführungsbeispiele für Parabel-Approximation. FIGS. 8 to 10 show two exemplary embodiments for parabola approximation.
Fig. 11 bis 14 ein Ausführungsbeispiel für einen aus einer Kette von Einzelstufen bestehenden Entzerrer, bei dem durch die Stufenzahl in Verbindung mit variablen Stufenelementen beliebige Musterfunktionen einstellbar sind.FIGS. 11 to 14 show an exemplary embodiment for one of a chain of individual stages existing equalizer, in which the number of stages in connection with variable Step elements any pattern functions can be set.
Sämtliche Ausführungsbeispiele bauen auf Beziehungen der nachfolgend beschriebenen allgemeinen Art auf. Die spezielle Anwendung auf unterschiedliche Musterfunktionen wird lediglich durch Hinzufügung unterschiedlicher Indizes gekennzeichnet, wie R für Rechteck-, T für Trapez-, P für Parabel-Funktion und A für allgemeine Approximation.All exemplary embodiments are based on relationships of the general type described below. The special application to different pattern functions is only indicated by the addition of different indices, such as R for rectangular, T for trapezoidal, P for parabola function and A for general approximation.
Im Ortsbereich bedeuten:In the local area mean:
γ = Ortsbereichsvariableγ = local area variable
j-(.y) = wahre Objektverteilune (ideales unverfälschtes Bild)j - (. y) = true object distribution (ideal unadulterated Image)
a{.\) = Abbildung eines Punktreflektors durch das System a {. \) = Image of a point reflector by the system
ä(.Y) = Approximation der Abbildung des Punktreflektors durch Musterfunktionä (.Y) = approximation of the image of the point reflector by model function
h(.\) = Abbildung der Objektverteilung (tatsächlich erhaltenes Bild). h (. \) = mapping of the object distribution (actually obtained image).
Durch die Faltung der wahren Objektverteilung r(.v) mit <;(.v) erhält man das verfälschte BildBy convolution of the true object distribution r (.v) with <; (. v) you get the falsified image
Λ(.ν) = ;·(.ν) * a(x). wobei * = Faltungsprodukt. (1)Λ (.ν) =; · (.ν) * a (x). where * = convolution product. (1)
Aus Gleichung (1) erhält man bei Übergang in den Bildbeieich (Orlsfrcquenzraum) die Beziehung:From equation (1) one obtains the relation when transitioning into the image area (original frequency space):
= R(p)· A(p)
ίο mit ρ = Bildbereichsvariable= R (p) A (p)
ίο with ρ = image area variable
R(p) = Fourier-Transformierte von r(x)
A(p) = Fourier-Transformierte von α(.γ)
B(p) — Fourier-Transformierte von b(x) R (p) = Fourier transform of r (x) A (p) = Fourier transform of α (.γ)
B (p) - Fourier transform of b (x)
\> Die wahre Objektverteilung im Bildbereich ergibt sich also zu: \> The true object distribution in the image area results from:
ΰ(ρ)ΰ (ρ)
Durch Fourier-Rücktransformation erhält man die wahre Objektverteilung r(x) nach der Beziehung The true object distribution r (x) according to the relationship is obtained by Fourier inverse transformation
YMp)) 'YMp)) '
Bei Berücksichtigung einer Tiefpaßbegrenzungsfunktion T(p) erhält man die abgewandelte Beziehung:If a low-pass limiting function T (p) is taken into account, the following relationship is obtained:
Ciemäß der Erfindung wird die Größe A (p) durch A (p) approximiert, wobei A(p) die Fourier-Transformierte von ä(x) ist. Außerdem wird die Größe T(p) durch eine Tiefpaßbegrenzungsfunktion T(p) ersetzt, die so gewählt ist, daß ihre Fourier-Rücktransformierte ?(.v) der Musterfunktion «(.v) mathematisch ähnlich ist. Mathema-4() tisch ähnlich heißt in diesem Fall, daß beispielsweise also bei Rechteck-Approximation die Funktion ?(.v) wieder ein Rechteck, bei Trapez-Approximation wieder ein Trapez usw. ist. Man erhält damit das zwar vom (in Praxis unerreichbaren) idealen Bild »-(.ν) weiter abweichende, 4S jedoch gegenüber dem tatsächlich erhaltenen Bild b(x) erheblich verbesserte BildAccording to the invention, the quantity A (p) is approximated by A (p) , where A (p) is the Fourier transform of (x) . In addition, the quantity T (p) is replaced by a low-pass limiting function T (p) , which is chosen so that its Fourier inverse transform? (. V) is mathematically similar to the pattern function «(.v). Mathematical 4 () depicts similar means in this case, ie, that for example, in square approximation function? (V.) Another rectangle with trapezoidal approximation a trapezoid is back and so on. So as to obtain the true (unattainable in practice) from the ideal image "- continue to differ, however 4S compared with the actually obtained image b (x) significantly improved image (ν).
Gemäß der Erfindung wird nun in einfachster WeiseAccording to the invention is now in the simplest manner
T(P)T (P) A(P)A (P)
durch einen Entzerrer mit der Übertragungsfunktion realisiert.realized by an equalizer with the transfer function.
In der Fig. 1 ist ein Entzerrer mit 1 bezeichnet, der speziell Bestandteil eines Ultraschall-Bildgerätes ist. Dieses Bildgerät umfaßt in der üblichen Weise einen Ultraschallkopf 2, dem im Takt eines zentralen Taktgebers 3In Fig. 1, an equalizer is denoted by 1, the is specifically part of an ultrasound imaging device. This imaging device comprises, in the usual manner, an ultrasound head 2, which is synchronized with a central clock 3
«ι Hochfrequenzimpulse eines HF-Impulssenders 4 zugeleitet werden. Der Schallkopf strahlt daraufhin Ultraschall-Sendeimpulse in ein Untersuchungsobjekt 5 ab. Die an unterschiedlichen internen Punkten des Objektes reflektierten Ultraschallsignalc werden vom Ultraschallkopf 2 wieder empfangen und in elektrische Echosignale rüdkgewandelt. Die Echosignale werden in einem Empfangsverstärker 6 verstärkt und anschließend in einen Vollbildspeicher 7 eingelesen. Das Einlesen erfolgt Zeile für Zeile«Ι high-frequency pulses from an RF pulse transmitter 4 supplied will. The transducer then emits ultrasonic transmission pulses into an examination subject 5. The on Ultrasonic signals reflected from different internal points of the object are detected by the ultrasonic head 2 received again and converted into electrical echo signals. The echo signals are amplified in a receiving amplifier 6 and then in a frame memory 7 read. Reading takes place line by line
in Serie. Das Auslesen erfolgt hingegen orthogonal. Die aufgrund dieser orthogonalen Auslesung am Ausgang des Bildspeichers anfallende Abbildung der Objektverteilung Λ(.ν) wird dann in der eingangs schon beschriebenen Weise durch den Bildentzerrer zum verbesserten Bildsignal r(.v) restauriert. Das verbesserte Bildsignal gelangt schließlich auf eine Kathodenstrahlröhre 8 mit Zeilengcnerator9 und Bildgenerator 10 für den Aufbau des Echosichtbildes mit der erwünscht hohen Auflösung. Die Auflösungsverbesserung wird beim beschriebenen Ausführungsbeispiel insbesondere in lateraler Richtung .v erreicht. Selbstverständlich ist bei Anwendung desselben Prinzips auch eine Auflösungsverbesserung in axialer Richtung ζ möglich, nämlich dann, wenn die Information aus dem Vollbildspeicher z. B. nicht orthogonal, sondern seriell ausgelesen wird. Bessere Auflösung in r-Richtung erlaubt u.a. auch längere Erregungsimpulse mit entsprechend niedrigerer Amplitude. Eine Verbesserung der Auflösung sowohl in lateraler als auch in axialer Richtung läßt sich hingegen erreichen, wenn der Entzerrer zweidimensional realisiert wird.in series. The reading, however, takes place orthogonally. The image of the object distribution Λ (.ν) resulting from this orthogonal readout at the output of the image memory is then restored in the manner already described by the image equalizer to form the improved image signal r (.v). The improved image signal finally arrives at a cathode ray tube 8 with a line generator 9 and an image generator 10 for the construction of the echo visual image with the desired high resolution. In the exemplary embodiment described, the improvement in resolution is achieved in particular in the lateral direction. Of course, when using the same principle, an improvement in resolution in the axial direction ζ is possible, namely when the information from the frame memory z. B. is not read orthogonally, but serially. Better resolution in the r-direction allows, among other things, longer excitation pulses with a correspondingly lower amplitude. In contrast, an improvement in the resolution both in the lateral and in the axial direction can be achieved if the equalizer is implemented in two dimensions.
Die Fig. 2 zeigt nun das Beispiel für eine Rechteck-Approximation. In den Rechteckverlauf der Musterfunktion äK(x) ist zur Verdeutlichung das Profil eines typischen Abtaststrahls der Abbildung eines Punktreflektors als a(x) gestrichelt eingezeichnet, b bezeichnet dabei die effektive Breite des Abtaststrahles. Diese Breite b ist so gewählt, daß sich für die Approximation im wesentlichen dieselbe Fläche ergibt wie für die Profilfläche des Abtaststrahles. Die Tiefpaßbegrenzungsfunktion 7χ(χ) ist wiederum ein Rechteck. Es weist jedoch gegenüber dem Rechteck der Musterfunktion äH(x) eine kleinere Breite - (mit n> \) auf. Die Höhe ist größer; sie η 2 now shows the example of a rectangular approximation. In the rectangular course of the pattern function K (x) , the profile of a typical scanning beam of the image of a point reflector is drawn in dashed lines as a (x) , b denotes the effective width of the scanning beam. This width b is chosen so that essentially the same area results for the approximation as for the profile area of the scanning beam. The low-pass limiting function 7χ (χ) is again a rectangle. However, compared to the rectangle of the pattern function - H (x), it has a smaller width - (with n> \) . The height is greater; they η
beträgt n. Insgesamt ergibt sich dann für das schmälere Rechteck der Tiefpaßbegrenzungsfunktion dieselbe Fläche wie für das Rechteck der Musterfunktion. Bei Berücksichtigung des Sachverhaltes ergibt sich die Übertragungsfunktion des gesuchten Entzerrers für Rechteck-Approximation nach der Beziehung:is n. Overall, the same area then results for the narrower rectangle of the low-pass limiting function as for the rectangle of the pattern function. If the facts are taken into account, the transfer function of the required equalizer for rectangular approximation results from the relationship:
Die Fig. 5 zeigt ein Beispiel für eine Trapez-Approximation. Die Tiefpaßbegrenzungsfunktion Γ,(.ν) ist der gewählten Trapez-Musterfunktion «7(.v) mathematisch ähnlich, d. h. sie ist wieder ein Trapez. Die mittlere Breite5 shows an example of a trapezoidal approximation. The low-pass limiting function Γ, (. Ν) is mathematically similar to the selected trapezoidal pattern function 7 (.v), ie it is again a trapezoid. The middle width
dieses Trapezes ist jedoch wieder kleiner, d. h. zu gewählt. Die Höhe des Trapezes beträgt n. Das Trapez der Tiefpaßbegrenzungsfunktion hat also wieder dieselbe Fläche wie das Trapez der Musterfunktion. κ» Als Übertragungsfunktion für den Entzerrer ergibt sich in diesem Falle die Gleichung:however, this trapezoid is again smaller, ie too selected. The height of the trapezoid is n. The trapezoid of the low-pass limiting function thus again has the same area as the trapezoid of the pattern function. κ »The transfer function for the equalizer in this case is the equation:
, 2, 2 ) = n ■) = n ■
Bei Berücksichtigung von Gleichung (7) erhält man die Beziehung:Taking into account equation (7) one obtains the relationship:
Ϊ _(Ϊ _ (
Man sieht sofort, daß die Trapez-Approximation eine Weiterentwicklung der Rechteck-Approximation darstellt. You can see immediately that the trapezoidal approximation is a further development of the rectangular approximation.
Dies zeigt sich auch in der Realisierung des Bildentzerrers 23 gemäß F i g. 6. Der Bildentzerrer umfaßt jetzt zwei Paare Verzögerungsglieder 24, 25 sowie 26 und 27. Die Verzögerungszeiten des ersten Paares Verzögerungsglieder 24,25 sind Δ χ und (η— 1) Jλ mit Ax= ■ . Die Verzö-This can also be seen in the implementation of the image equalizer 23 according to FIG. 6. The image equalizer now comprises two pairs of delay elements 24, 25 as well as 26 and 27. The delay times of the first pair of delay elements 24, 25 are Δ χ and (η − 1) Jλ with Ax = ■. The delay
gerungszeiten des zweiten Paares Verzögerungsgliederdelay times of the second pair of delay elements
Diese Übertragungsfunktion wird mit einem Entzerrer 11 realisiert, wie er in der Fig. 3 dargestellt ist. Der Entzerrer umfaßt dabei zwei Verzögerungsglieder 12, 13 mit den Verzögerungszeiten Δ χ und (η -1) Δ χ, wobei A χ sich in Verbindung mit der Übertragungsfunktion nachThis transfer function is implemented with an equalizer 11, as shown in FIG. The equalizer comprises two delay elements 12, 13 with the delay times Δ χ and (η -1) Δ χ, where A χ is in connection with the transfer function
der Beziehung Ax = - mit ;i> 1 ergibt. Darüber hinausthe relation Ax = - with; i> 1 results. Furthermore
umfaßt der Entzerrer 11 auch noch zwei Addicrglieder 14 und 15, ein Invertierglied 16 und einen Koeffizientenmultiplizierer 17 für den Koeffizienten n. The equalizer 11 also includes two adders 14 and 15, an inverter 16 and a coefficient multiplier 17 for the coefficient n.
Die Fig. 3 zeigt die Realisierung des Entzerrers in allgemeinster Form. Eine erhebliche Vereinfachung dieser Realisation ergibt sich, wenn in der Übertragungsfunktion ER(p) der Koeffizient « zu η = 2 gewählt wird. Für die Übertragungsfunktion ergibt sich dann die folgende Beziehung:3 shows the implementation of the equalizer in the most general form. A considerable simplification of this realization results if the coefficient η is chosen to be η = 2 in the transfer function E R (p). The following relationship then results for the transfer function:
2
Ex(P) = · (8)2
E x (P) = (8)
26, 27 betragen demgegenüber —-- und («— 1)".-. Entsprechend sind insgesamt vier Addicrglieder 28,29,30,31 sowie Invertierglieder 32 und 33 vorhanden. Ein Koeffizientenmultiplizierer 34 multipliziert mit dem Faktor n1. Damit entsprechen also die Bestandteile 24, 25. 28, 29 und 32 in Verbindung mit dem Anteil des Koeffizientenmultiplizierers 34 für den einfachen Faktor η exakt dem Bildentzerrer der Fig. 3, also jenem für Rechteck-Approximation. 26, 27, on the other hand, are ---- and («- 1)" -. Correspondingly, there are a total of four addic elements 28, 29, 30, 31 and inverters 32 and 33. A coefficient multiplier 34 multiplied by the factor n 1 the components 24, 25, 28, 29 and 32 in connection with the portion of the coefficient multiplier 34 for the simple factor η exactly corresponds to the image equalizer of FIG. 3, that is to say that for the rectangular approximation.
Eine Vereinfachung ergibt sich wieder, wenn in den Übertragungsfunktionen (9) bzw. (10) H = 2 gewählt wird.A simplification results again if H = 2 is selected in the transfer functions (9) or (10) will.
Aus der Übertragungsfunktion (9) erhält man dann:The transfer function (9) then gives:
Aus der Funktion (10) erhält man entsprechend:From the function (10) one obtains accordingly:
•7 ' " 1 + c • 7 '"1 + c
Der vereinfachte Entzerrer der F i g. 4 umfaßt dann nur noch ein einzelnes Verzögerungsglied 19 mit Δ χ = sowie ein einzelnes Addierglied 20 nebst wiederum einem Invertierglied 21 und einem Koeffizientenmultiplizierer 22 für den Koeffizienten η - 2. The simplified equalizer of FIG. 4 then comprises only a single delay element 19 with Δ χ = and a single adder 20 together with again an inverting element 21 and a coefficient multiplier 22 for the coefficient η −2.
Der vereinfachte Entzerrer ist in der F i g. 7 dargestellt. Er umfaßt zwei Verzögerungsglieder 36 und 37 mit denThe simplified equalizer is shown in FIG. 7 shown. It comprises two delay elements 36 and 37 with the
Verzögerungszeiten Λ .Y1 = - und Δχ2 = - nebst zwei Addiergliedern 38 und 39, zwei Invertiergliedern 40 und 41 sowie den Koeffizientenmultiplizierern 42 und 43 für den Koeffizienten η = 2.Delay times Λ .Y 1 = - and Δχ 2 = - in addition to two adders 38 and 39, two inverters 40 and 41 and the coefficient multipliers 42 and 43 for the coefficient η = 2.
Die nächsthöhere Stufe wird mit der Parabel-Approximation erreicht. Fig. 8 zeigt, daß das Schallprofil q(x) durch insgesamt drei Stücke I, II und III einer Parabel angenähert ist. Dasselbe gilt auch wieder für die Tiefpaßbegrenzungsfunktion lp(x), die ebenfalls aus drei Parabelbögen zusammengesetzt ist. Diese Begrenzungsfunktion ist wieder schmäler und dafür höher. Ihre FlächeThe next higher level is reached with the parabola approximation. 8 shows that the sound profile q (x) is approximated to a parabola by a total of three pieces I, II and III. The same applies again to the low-pass limiting function lp (x), which is also composed of three parabolic arcs. This limiting function is again narrower and therefore higher. Your area
entspricht im wesentlichen wieder der Fläche der Parabel-Musterfunktion .corresponds again essentially to the area of the parabola pattern function .
Die Übertragungsfunktion ergibt sich wieder in allgemeinster Form zu:The transfer function results in the most general form as follows:
EP(p) = n3 ■ y--.-^ · J-J-/^!- E P (p) = n 3 ■ y --.- ^ JJ - / ^! -
(13)(13)
Wird die Rechteck-Übertragungsfunktion EK(p) eingesetzt, so ergibt sich die Gleichung (13) zu:If the square-wave transfer function E K (p) is used, equation (13) results in:
(14)(14)
Wird die Übertragungsfunktion E,(p) für Trapez-Approximation eingesetzt, so ergibt sich aus Gleichung (13) die Beziehung:If the transfer function E, (p) is used for trapezoidal approximation, then equation (13) results in the relationship:
1 — ν 1 - ν
"1V-*" 1 V- *
(15)(15)
Man sieht also, daß die Parabel-Approximation eine Weiterentwicklung sowohl der Rechteck-Approximation als auch der Trapez-Approximation darstellt.So you can see that the parabola approximation is a further development of both the rectangular approximation as well as the trapezoid approximation.
Das zugehörige Prinzipschaltbild für den Bildentzerrer 44 ist in der Fig. 9 dargestellt. Dieser Bildentzerrer enthält jetzt sechs Verzögerungsglieder 45 bis 50 mit den eingezeichneten Verzögerungszeiten, sechs Addierglieder 51 bis 56, drei Invertierglieder 57, 58, 59 und einen Koeffizientenmultiplizierer 60 für den Koeffizienten w\The associated basic circuit diagram for the image equalizer 44 is shown in FIG. This image equalizer contains now six delay elements 45 to 50 with the delay times shown, six adders 51 to 56, three inverters 57, 58, 59 and a coefficient multiplier 60 for the coefficient w \
Wird wieder η = 2 gesetzl, so erhalt man aus den Gleichungen (13), (14) und (15) die Beziehungen: If η = 2 is again law, one obtains the relationships from equations (13), (14) and (15):
Ep(P) - 8 · j + E p (P) - 8 * j +
EP(P) = E11( E P (P) = E 11 (
E„(p) = ET(p) i E "(p) = E T (p) i
++ e-o.i e -oi
(16) (17) (18)(16) (17) (18)
Das zugehörige vereinfachte Schaltbild des Bildentzerrers zeigt die Fig. 10. Die drei Verzögerungsglieder mitThe associated simplified circuit diagram of the image equalizer is shown in FIG. 10. The three delay elements with
den Verzögerungszeiten /).v, = ^, Ax2 = Ax1, = - sind mitthe delay times /).v, = ^, Ax 2 = Ax 1 , = - are with
62, 63 und 64 dargestellt. Die Addierglieder sind mit 65, 66 und 67, die Invertierglieder mit 68, 69 und 70 und die Koeffizientenmultiplizierer für η = 2 mit 71, 72 und 73 angegeben.62, 63 and 64 shown. The adders are given as 65, 66 and 67, the inverters as 68, 69 and 70 and the coefficient multipliers for η = 2 as 71, 72 and 73.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen 2 bis 10 ist zur Approximation die Musterfunktion als Rechteck-, Trapez- und Parabelbögenfunktion fest vorgegeben.In the above-described exemplary embodiments 2 to 10, the pattern function is used for approximation as a rectangular, trapezoidal and parabolic arch function.
Von besonderem Vorteil ist es jedoch, wenn anstelle fester Vorgabe die Musterfunktion als solche durch entsprechende Wahl der Zahl aufeinanderfolgender Entzerrerstufen in Verbindungen mit variablen Elementen in diesen Stufen beliebig einstellbar ist. Auf diese Weise gelangt man zu einer allgemeinen Approximation, die zu einer allgemeinen Übertragungsfunktion für einen Bildentzerrer nach der folgenden Beziehung verläuft:However, it is particularly advantageous if, instead of a fixed specification, the model function as such is represented by corresponding Choice of the number of successive equalization stages in connections with variable elements in these levels can be set at will. In this way one arrives at a general approximation that leads to a general transfer function for an image equalizer has the following relationship:
l+el + e
Ix,/·Ix, / ·
!>■/■!> ■ / ■
\+v\ + v
(19)(19)
STm. Jede Einzelstufe umfaßt wieder ein Verzögerungsglied V1 bis Vm, je ein Addierglied AD\ bis ADm, ein Invertierglied /1 bis Im und einen Koeffizientenmultiplizierer KM1 bis KMm. Mit diesem Bildentzerrer in allgemeinster Form lassen sich also durch Wahl der Faktoren m und A Xx bis A xm (sukzessive steigend von Δ X1 bis A xm) beliebige Näherungen an gewünschte Musterfunktionen erreichen. Die Übertragungsfunktion des Entzerrers hat STm. Each individual stage again comprises a delay element V 1 to V m , an adder AD \ to ADm, an inverter / 1 to Im and a coefficient multiplier KM 1 to KMm. With this image rectifier in its most general form, any approximation to the desired pattern functions can be achieved by choosing the factors m and AX x to A x m (increasing successively from Δ X 1 to A x m ). Has the transfer function of the equalizer
dabei immer die richtige Form £(p) = always use the correct form £ (p) =
Eine Anwendung des allgemeinen Bildentzerrers nach Fig. 11 auf eine Sinusquadrat(sin2)-Approximation zeigen beispielsweise die Fig. 12 bis 14.An application of the general image equalizer according to FIG. 11 to a sine-square (sin 2 ) approximation is shown, for example, in FIGS. 12 to 14.
Es gilt die Beziehung:The relationship applies:
" 2/>, 0g.vg2ft
0 , sonst"2 />, 0g.vg2ft
0, otherwise
Bildet man nun die Fourier-Transformierte so erhält man:If one now forms the Fourier transform, one obtains:
Die Nullstellen der Fourier-Transformierten müssen nun durch Pole kompensiert werden. Diese Forderung liefert die Beziehung:The zeros of the Fourier transform must now be compensated for by poles. This requirement gives the relation:
Mit w = 2 erhalt manWith w = 2 one obtains
.1.V1=..1.V 1 =.
Iv,=Iv, =
Das Ergebnis der verbesserten Auflösung zeigen dieThe result of the improved resolution is shown by the
Fig. 12 bis 14. Man sieht insbesondere aus Fig. 14, daß sich die Auflösung etwa um den Faktor 2 verbessert hat.FIGS. 12 to 14. It can be seen in particular from FIG. 14 that the resolution has improved by a factor of around 2.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 11 bis 14 ist also durch geeignete Wahl der Zahl der Entzerrerstufen und durch geeignete Einstellung der Verzögerungsgrößen A x„ eine Anpassung an eine beliebige gewünschte Entzerrung möglich. Im Gegensatz hierzu weisen die Ausführungsbcispiele 2 bis 10 Entz.errerstrukturen mit fest vorgegebener Zahl von Einzelstufen auf. Variabel wären hier nur die Größen Axn. Zur optimalen Anpassung dieser Größen an eine eventuell unbekannte Breite b sollten also auch im Falle der Ausführungsformen 2 bis 10 die Verzögerungselemente für Axn abgleichbar ausgebildet sein.In the exemplary embodiment in FIGS. 11 to 14, an adaptation to any desired equalization is possible through a suitable choice of the number of equalization stages and through suitable setting of the delay quantities A x ". In contrast to this, the exemplary embodiments 2 to 10 have equalizer structures with a fixed number of individual stages. Only the sizes Ax n would be variable here . In order to optimally adapt these variables to a possibly unknown width b , the delay elements for Ax n should also be designed so that they can be adjusted in the case of embodiments 2 to 10.
Der Abgleich kann in sämtlichen Fällen (also auch Fig. 11 bis 16) sukzessive beginnend mit Δχλ bis A x„ aufgrund visueller Kontrolle am Echo-Sichtbild vorgenommen werden; er kann aber auch in Form eines selbsttätigen (geregelten) oder manuell variierten Abgleichvorganges In all cases (including FIGS . 11 to 16), the comparison can be carried out successively starting with Δχ λ to A x “ on the basis of a visual check on the echo visual image; but it can also take the form of an automatic (regulated) or manually varied adjustment process
«1 direkt an einem Signal innerhalb oder am Ausgang des Entzerrers vorgenommen weiden in dem Sinne, daß beispielsweise eine minimale Welligkeit des Signales ab Bildende als Abgleichkriterium herangezogen wird (z. B. konstanter Verlauf des Signals r,(x) ab X,.: in Fig. 14).«1 is carried out directly on a signal within or at the output of the equalizer in the sense that, for example, a minimal ripple of the signal from the end of the image is used as an adjustment criterion (e.g. constant course of the signal r, (x) from X ,. : in Fig. 14).
Der zugehörige Entzerrer 74 ist in der Fig. 11 dargestellt. Er besteht aus insgesamt m Einzelstufen STl bis Hierzu 4 Blatt ZeichnungenThe associated equalizer 74 is shown in FIG. It consists of a total of m individual levels STl up to 4 sheets of drawings
Claims (17)
E„(p) = ER(p) ■ n1 —— r, Λ Fts 2 dg
E "(p) = E R (p) ■ n 1 ——
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19803016704 DE3016704C2 (en) | 1980-04-30 | 1980-04-30 | Device for object scanning |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19803016704 DE3016704C2 (en) | 1980-04-30 | 1980-04-30 | Device for object scanning |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3016704A1 DE3016704A1 (en) | 1981-11-05 |
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ID=6101368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19803016704 Expired DE3016704C2 (en) | 1980-04-30 | 1980-04-30 | Device for object scanning |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3016704C2 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT358157B (en) * | 1979-03-26 | 1980-08-25 | Kretztechnik Gmbh | METHOD FOR CARRYING OUT EXAMS WITH ULTRASONIC AFTER THE IMPULSE ECHO METHOD AND ULTRASONIC MACHINE FOR CARRYING OUT THIS METHOD |
-
1980
- 1980-04-30 DE DE19803016704 patent/DE3016704C2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3016704A1 (en) | 1981-11-05 |
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| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
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