DE3636338A1 - Bildverarbeitungsgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bildverarbeitungsgerät ins­ besondere ein solches zum Ausziehen eines von einer Randlinie umrissenen Bereichs als interessierender Bereich.

Bildverarbeitungsgeräte werden auf verschiedenen indu­ striellen Gebieten eingesetzt, speziell bei medizini­ schen elektronischen Geräten zum Verarbeiten von Rönt­ gen-, Ultraschall und MRI-Abbildungen. Bei medizinischer Bildverarbeitung wird eine Linie um eine(n) spezifi­ sche(n) Bereich oder Fläche eines (einer) medizinischen Diagnosebilds oder -abbildung herum gezogen, wobei ein Bildabschnitt im spezifischen Bereich in bezug auf den Rand oder Umriß hervorgehoben wird. Um beispielsweise das Volumen eines Herzens zu messen, wird der Rand oder Umriß (edge) des Herzens aus dessen Tomographiebild ausgezogen. Das Innenvolumen des Herzens wird dann auf der Grundlage des Umrißbilds gemessen. Um dabei ein Bild oder eine Abbildung des von der Umrißlinie umrandeten Bereichs zu gewinnen, wird eine als Ausfüllen, Ausschrei­ ben oder Überstreichen (painting) bezeichnete Bildver­ arbeitung durchgeführt. Dies erfolgt mittels Software nach einer herkömmlichen Technik wofür ein großer Zeitaufwand erforderlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Bildver­ arbeitungsgeräts, mit dem die Bildverarbeitungszeit für das Ausfüllen oder Ausschreiben eines durch eine Rand- oder Umrißlinie definierten Bereichs verkürzt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 ge­ kennzeichneten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß werden ein Fernseh- oder Videosignal durch einen A/D-Wandler in digitale Bilddaten umgewan­ delt und die Bilddaten in einem Bildspeicher (ab)ge­ speichert. Sodann erfolgt eine Bildverarbeitung zum Hervorheben des Rands oder Umrisses des durch die im Bildspeicher gespeicherten Bilddaten repräsentierten Bilds. Rand- oder Umrißbilddaten werden in einem ersten Ebenenspeicher (plane memory) gespeichert. Ein zweiter Ebenenspeicher speichert Binärdaten, die alle "Einsen" oder "Nullen" aufweisen. Erster und zweiter Ebenenspei­ cher können mit Adreßdaten von einem Adreßgenerator adressiert werden. Die ausgelesenen Bilddaten und Binär­ daten werden zur Durchführung des Ausfüllens oder Aus­ schreibens (painting) logischen Operationen unterworfen. Mit anderen Worten: der von der Rand- oder Umrißlinie umrissene Bereich wird mittels der Binärdaten ausgefüllt oder ausgeschrieben (painted).

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Bildverarbeitungs­ geräts gemäß einer Ausführungsform der Erfin­ dung,

Fig. 2 ein Schaltbild einer Ausfüll- oder Ausschreib­ schaltung

Fig. 3 ein Zeitsteuerdiagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Ausfüll- oder Ausschreibschal­ tung nach Fig. 2,

Fig. 4 bis 9 Darstellungen zur Verdeutlichung der Arbeitsschritte beim Ausfüllen oder Ausschrei­ ben,

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer Rechen/Verarbeitungs­ schaltung bei einem Bildverarbeitungsgerät gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung

Fig. 11 ein Zeitsteuerdiagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 10

Fig. 12 und 13 Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsschritte beim Umgrenzen (outlining) und

Fig. 14 ein Blockschaltbild einer Rechen/Verarbeitungs­ schaltung bei einem Bildverarbeitungsgerät gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform enthält ein einem A/D-Wandler 2 eingespeistes Videosignal ein diagnostisches Bildsignal (z.B. ein Röntgensignal von einem Röntgengerät, ein Ultraschallbildsignal von einem Ultraschallgerät oder ein MRI-Bildsignal von einem MRI-Gerät) sowie andere Bildsignale. Die Ausgangsklemme des Wandlers 2 ist mit der Einschreibklemme eines Bild­ speichers 3 verbunden, welcher die digitalen Bilddaten vom Wandler 2 speichert. Die Leseklemme des Speichers 3 ist mit der Bildklemme einer arithmetischen Schaltung oder Rechenschaltung 4 verbunden, welche arithmetische Operationen, wie Subtraktion, an den aus dem Bildspeicher 3 ausgelesenen Bilddaten durchführt.

Die Ausgangsklemme der Rechenschaltung 4 ist mit der Einschreibklemme des Bildspeichers 3 und der Eingangs­ klemme einer Bildbetonungsschaltung 5 verbunden. Bei der normalen Verarbeitung von Bilddaten werden 12-Bit-Bild­ daten benutzt. Wenn jedoch Bilddaten angezeigt oder aus­ gedruckt werden, werden die 12-Bit-Bilddaten in 8-Bit- Daten umgesetzt. Diese Bitumsetzung erfolgt durch die Bildbetonungsschaltung 5.

Die Ausgangsklemme der Bildbetonungsschaltung 5 ist mit der Eingangsklemme einer Datenüberlagerungsschaltung 6 verbunden, die Anzeige- oder Ausdruckzeichendaten den Bilddaten zu überlagern vermag und deren Ausgangsklemme über einen D/A-Wandler 7 mit einem Fernseh-Monitor 15 verbunden ist.

Die Ausgangsklemme der Rechenschaltung 4 ist an einen Zwischen- oder Pufferspeicher 8 angeschlossen. Die Datenüberlagerungsschaltung 6 ist mit einem Ebenenspei­ cher (plane memory) 9 und einem Zeichenspeicher 10 verbunden. Die Speicher 8, 9 und 10 sind mit einer Zentraleinheit (CPU) 11, einem Speicher 12, einer Pult- Schnittstelle 13 und einer Floppyplatten-Steuerung 14 über eine Sammelschiene (Bus) 30 verbunden.

Eine Ausfüll- oder Ausschreibschaltung (painting circuit) 20 enthält einen Adreßgenerator 16, eine durch letzteren adressierbare Ebenenspeicherschaltung 17 und eine mit der Leseklemme der Speicherschaltung 17 ver­ bundene Rechen/Verarbeitungsschaltung 18, deren Aus­ gangsklemme wiederum zur Speicherschaltung 17 zurück­ geschaltet ist. Gemäß Fig. 2 umfaßt die (Ebenen-)Spei­ cherschaltung 17 drei Ebenenspeicher(einheiten) 17 a, 17 b und 17 c mit jeweils derselben Speichergröße wie der Bildspeicher 3. Die Rechen/Verarbeitungsschaltung 18 enthält ein mit den Leseklemmen der Speicher 17 a-17 c verbundenes Register 21 sowie ein mit der Ausgangsklemme des Registers 21 und den Leseklemmen der Speicher 17 a- 17 c verbundenes UND-Glied 22, dessen Ausgangsklemme mit den Einschreibklemmen der Speicher 17 a-17 c verbunden ist.

Das beschriebene Bildverarbeitungsgerät arbeitet wie folgt: Ein von einer externen Vorrichtung geliefertes Fernseh- oder Videosignal wird durch den A/D-Wandler 2 in digitale Bilddaten umgewandelt, die im Bildspeicher 3 gespeichert werden. Aus dem Bildspeicher 3 ausgelesene Bilddaten werden der Rechenschaltung 4 zugeliefert, welche an sich bekannte arithmetische Operationen, wie Subtraktion, durchführt. Die durch die Rechenschaltung 4 verarbeiteten Bilddaten werden wieder in den Bildspeicher 3 eingeschrieben. Die Rand- oder Umrißbilddaten werden durch Einstellen eines Schwellenwertpegels in der Rechen­ schaltung 4, durch Auswerten der in den Pufferspeicher 8 abgerufenen Bilddaten nach einem Software-Algorithmus oder durch Ziehen einer Rand- oder Umrißlinie durch die das Bild beobachtende Bedienungsperson gewonnen.

Die verarbeiteten Bilddaten werden durch die Bildbe­ tonungsschaltung 5 einer Bitumsetzung unterworfen. Die bitumgesetzten Bilddaten werden der Datenüberlagerungs­ schaltung 6 zugeführt, welche den Bilddaten Zeichendaten überlagert. Die Zeichendaten sind im Zeichenspeicher 10 gespeichert und werden nach Bedarf ausgelesen und zur Schaltung 6 geliefert, um von letzterer zum Fernseh- Monitor 15 geliefert und auf diesem als Bild (z.B. Röntgen-Computertomographiebild, Ultraschalltomogramm oder MRI-Bild) wiedergegeben zu werden.

Das Rand- oder Umrißbild (z.B. G in Fig. 4) von der Rechenschaltung 4 wird über den Pufferspeicher 8 im ersten Ebenenspeicher 17 a der Speicherschaltung 17 in der Ausfüllschaltung 20 gespeichert. Alle einer "1" entsprechenden Binärdaten g gemäß Fig. 5 werden im zweiten Ebenenspeicher 17 b vorabgespeichert. Wenn unter diesen Bedingungen der Speicher-Adreßgenerator 16 Aus­ leseadreßdaten zum Auslesen von Daten in Richtung eines Pfeils a in Fig. 4 erzeugt, werden erster bis dritter Ebenenspeicher 17 a-17 c in Richtung des Pfeils a adressiert. Die aus den Speichern 17 a-17 c ausgelesenen Datensignale werden an die Taktklemme (CK) des Registers 21 und das UND-Glied 22 über Ausgangsleitungen P 01 und P 02 angelegt. Das Register 21 wird für jede Horizontal­ zeile in Abhängigkeit von einem Impuls LP eines an seine Löschklemme (CLR) angelegten Signals S 1 gemäß Fig. 3 rückgesetzt. Wenn über die Ausgangsleitung P 01 Rand- oder Umrißdaten G vom Speicher 17 a zum Register 21 geliefert werden, erzeugt letzteres einen Impuls (ein Signal) S 3 in Abhängigkeit von der Vorderflanke (edge) des ersten Impulses des Signals S 2 gemäß Fig. 3. Der Impuls S 3 wird der einen Eingangsklemme des UND-Glieds 22 aufgeprägt. Daten (S 4) vom zweiten Ebenenspeicher 17 b, d.h. sämtlich einer "1" entsprechende Binärdaten G, werden über die Leitung P 02 an die andere Eingangsklemme des UND-Glieds 22 angelegt, das daraufhin ein UND-Signal (UND-verknüpftes Signal) aus den Signalen S 3 und S 4, d.h. ein Signal S 5 ausgibt. Dieses Ausgangssignal S 5 wird über eine Leitung PI dem dritten Ebenenspeicher 17 c eingegeben und in diesem abgespeichert. In diesem Fall repräsentieren die im Ebenenspeicher 17 c gespeicherten Bilddaten ein Muster G 1, das durch Ausschreiben oder Ausfüllen des Umrißbilds nach Fig. 4 von rechts nach links gewonnen wird.

Der Speicher-Adreßgenerator 16 erzeugt Adreßdaten zum Adressieren des Speichers in Richtung des Pfeils b gemäß Fig. 4. In Abhängigkeit von diesen Adreßdaten erfolgt ein Zugriff zu dem das Muster G speichernden (Ebenen-)­ Speicher 17 a und dem das Muster G 1 speichernden Speicher 17 c. Infolgedessen werden die Muster G und G 1 enthalten­ de Bilddaten in Einheiten von Zeilen dem UND-Glied 22 zugeführt. Die das UND-Glied 22 durchlaufenden Bilddaten werden im (Ebenen-)Speicher 17 b abgespeichert. Wenn alle Inhalte der Speicher 17 a und 17 c ausgelesen sind, spei­ chert der Speicher 17 b Bilddaten, welche ein Muster gemäß Fig. 7 repräsentieren, d.h. ein Muster G 2, das durch Ausfüllen oder Ausschreiben des Bereichs zwischen den durch den Umriß in Fig. 4 definierten rechten und linken Enden mit logischen "Einsen" gewonnen wurde.

Der Speicher-Adreßgenerator 16 gibt sodann Adreßdaten zum Adressieren der Speicher in Richtung eines Pfeils c in Fig. 4 aus. In Abhängigkeit von diesen Adreßdaten erfolgt ein Zugriff zu dem das Muster G 2 speichernden (Ebenen-)Speicher 17 b und dem das Muster G speichernden Speicher 17 a. Infolgedessen werden Bilddaten, welche die Muster G und G 2 repräsentieren oder darstellen, in Einheiten von Zeilen zum UND-Glied 22 geliefert. Die durch das UND-Glied 22 laufenden Bilddaten werden im Speicher 17 c abgespeichert. Wenn alle Inhalte der Spei­ cher 17 a und 17 b ausgelesen sind, speichert der Speicher 17 c Bilddaten, welche das Muster G 3 (Fig. 8) repräsen­ tieren, welches durch Einkerben oder Einziehen (notching) des oberen Abschnitts des Musters G 2 mit der Oberkante gemäß Fig. 4 erhalten wurde.

Der Speicher-Adreßgenerator 16 gibt weiterhin Adreßdaten zum Adressieren der Speicher in Richtung eines Pfeils d in Fig. 4 aus. Nach Maßgabe dieser Adreßdaten erfolgt ein Zugriff zu dem das Muster G 3 speichernden dritten Ebenenspeicher 17 c und dem das Muster G speichernden ersten Ebenenspeicher 17 a. Die die Muster G und G 3 repräsentierenden Bilddaten werden somit in Einheiten von Zeilen zum UND-Glied 22 geliefert. Die das UND-Glied 22 durchlaufenden Bilddaten werden im zweiten Ebenen­ speicher 17 b abgespeichert. Wenn alle Inhalte der Spei­ cher 17 a und 17 c ausgelesen sind, speichert der Speicher 17 b Bilddaten, welche ein Muster G 4 (Fig. 9) repräsen­ tieren, das durch Einkerben oder Einziehen des unteren Abschnitts des Musters G 3 mit der Unterkante in Fig. 4 erhalten wurde.

Das Ausfüllen oder Ausschreiben (painting) des Rand- oder Umrißbilds gemäß Fig. 4 erfolgt auf die oben be­ schriebene Weise. Ausgefüllte oder ausgeschriebene (painted) Bilddaten (Fig. 9) werden der Rechenschaltung 4 über die Rechen/Verarbeitungsschaltung 18 eingegeben. Die Rechenschaltung 4 führt Operationen zum Maskieren oder Umschreiben der im Bildspeicher 3 gespeicherten Daten mittels der das Muster G 4 repräsentierenden Bild­ daten aus und liefert die das Muster G 4 repräsentieren­ den Bilddaten zum Fernseh-Monitor 15 über die Bildbe­ tonungsschaltung 5, die Datenüberlagerungsschaltung 6 sowie den A/D-Wandler 7. Auf dem Fernseh-Monitor 15 wird somit das verarbeitete Bild wiedergegeben.

Die Zentraleinheit (CPU) 11 zählt die Anzahl der logi­ schen "Einsen" der ausgefüllten oder ausgeschriebenen Bilddaten. Der (die) von der Umrißlinie umrahmte Bereich oder Fläche kann mittels der Zählung gemessen werden. Das Innenvolumen eines Untersuchungsobjekts, z.B. eines Herzens kann auf der Grundlage des (der) gemessenen Bereichs oder Fläche berechnet werden.

Wenn bei der beschriebenen Ausführungsform die Rand- oder Umrißbilddaten gemäß Fig. 4 in Richtung des Pfeils a ausgelesen werden und ein Impuls eines dem Rand oder Umriß entsprechenden Signals S 2 ein ungeradzahliger Impuls ist, kann das Einschreiben von logischen "Einsen" eingeleitet werden; in Abhängigkeit von einem gerad­ zahligen Impuls kann das Einschreiben von logischen "Einsen" beendet werden. In diesem Fall kann das Aus­ füllen oder Ausschreiben durch Auslesen der Bilddaten nur längs einer Richtung erreicht werden.

Wenn wahlweise anstelle der Rechenschaltung 18 ein Differenziergerät zum Diskriminieren der Vorder- oder Hinterflanke vorgesehen wird, kann das Umrißbild gemäß Fig. 4 aus dem ausgefüllten oder ausgeschriebenen Bild gemäß Fig. 9 gewonnen werden.

Wenn in diesem Fall ausgefüllte oder ausgeschriebene Bilddaten P 01 (Fig. 11), die aus dem ersten Ebenenspei­ cher 17 a in Richtung des Pfeils a ausgelesen werden, an die Taktklemme (CK) eines Registers 21 gemäß Fig. 10 angelegt werden, erzeugt das Register 21 an seiner Aus­ gangsklemme (Q) einen Impuls P 0′ in Abhängigkeit von der Vorderflanke der ausgelesenen Daten (P 01). Ein Impuls P 0 a′ wird im dritten Ebenenspeicher 17 c abgespeichert. Wenn alle Inhalte aus dem Speicher 17 a ausgelesen sind, speichert der Speicher 17 c ein Rand- oder Umrißbild (Fig. 12), das bei einem Zugriff zum Speicher in Rich­ tung des Pfeils a erhalten wird.

Wenn die aus dem ersten Ebenenspeicher 17 a in Richtung des Pfeils b ausgelesenen, ausgefüllten oder ausgeschrie­ benen Bilddaten an die Taktklemme (CK) des Registers 21 angelegt werden, liefert letzteres an der Ausgangsklemme (Q) einen Impuls P 0 b′ in Abhängigkeit von der Hinter­ flanke der ausgelesenen Daten. Der Impuls P 0 b′ wird im dritten Ebenenspeicher 17 c abgespeichert. Wenn alle Inhalte des Speichers 17 a vollständig ausgelesen sind, speichert der Speicher 17 c ein Rand- oder Umrißbild (Fig. 13) das bei einem Zugriff zum Speicher in Rich­ tung des Pfeils b erhalten wird. Auf ähnliche Weise werden ausgefüllte oder ausgeschriebene (painted) Daten in Richtung der Pfeile c und d ausgelesen, wobei das Rand- oder Umrißbild gemäß Fig. 4 im Speicher 17 c abge­ speichert wird.

Fig. 14 veranschaulicht eine Schaltung zum Wählen eines Ausfüll- oder Ausschreibmodus oder eines Umrißziehmodus. Dabei ist die Ausgangsklemme eines ODER-Glieds 26 mit der Klemme D des Registers 21 verbunden. Die erste Eingangsklemme des ODER-Glieds 26 nimmt Befehlsdaten, seine zweite Eingangsklemme ein Ausgangssignal vom Ausgang Q ab. Die Befehlsdaten sind im Ausfüll- oder Ausschreibmodus auf den (hohen) Pegel "H" gesetzt, während sie im Umrißausziehmodus auf den (niedrigen) Pegel "L" gesetzt sind. Daten P 0′ und P 02 werden an erster bzw. zweiter Eingangsklemme eines ODER-Glieds 25 bzw. eines UND-Glieds 22 eingespeist, deren Ausgangs­ klemmen mit Eingangsklemmen A bzw. B eines Wählers 28 verbunden sind, an dessen Setzklemme die Befehlsdaten angelegt werden.

Wenn bei der Schaltung nach Fig. 14 die Befehlsdaten auf den Pegel "H" gesetzt sind (d.h. Ausfüll- oder Ausschreib­ modus), aktiviert (enables) der Wähler 28 die Klemme B zum Wählen des Ausgangssignals vom UND-Glied 22. Wenn dagegen die Befehlsdaten auf den Pegel "L" gesetzt sind (d.h. Umrißausziehmodus), aktiviert der Wähler 28 die Klemme A zum Wählen des Ausgangssignals vom ODER-Glied 25.

Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, kann auf der Grundlage des logischen Zustands der Befehls­ daten (wahlweise) der Ausfüll- oder Ausschreibmodus oder des Umrißausziehmodus gewählt werden.

Claims (7)

1. Bildverarbeitungsgerät, gekennzeichnet durch einen A/D-Wandler (2) zum Umwandeln eines Fernseh- oder Videosignals, das ein Bild mit mindestens einer Rand- oder Umrißlinie repräsentiert, in digitale Bild­ daten,
eine erste Speichereinheit (3) zum Speichern der Bilddaten,
eine Rand- oder Umrißbilderzeugungseinheit (4) zum Erzeugen oder Formen eines Rand- oder Umrißbilds, das durch die Rand- oder Umrißlinie aus den aus der ersten Speichereinheit (3) ausgelesenen Bilddaten definiert ist, und
eine Ausfüll- oder Ausschreibeinheit (painting means) (20) mit einer zweiten Speichereinheit (17) zum Speichern von Ausfüll- oder Ausschreibdaten mit denselben Daten­ elementen wie bei den Bilddaten, einschließlich des Rand- oder Umrißbilds, von der Umrißbilderzeugungsein­ heit, wobei die Ausfüll- oder Ausschreibeinheit die Bilddaten aus der ersten Speichereinheit (3) und die Ausfüll- oder Ausschreibdaten aus der zweiten Speicher­ einheit (17) auszulesen, die Bilddaten und die Ausfüll- oder Ausschreibdaten zu verarbeiten und das Rand- oder Umrißbild mit den Ausfüll- oder Ausschreibdaten auszu­ füllen bzw. auszuschreiben vermag.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Speichereinheit einen ersten Ebenenspei­ cher (plane memory) (17 a) zum Speichern der Bilddaten, einen zweiten Ebenenspeicher (17 b) zum Speichern der Ausfüll- oder Ausschreibdaten und einen dritten Ebenen­ speicher (17 c) aufweist und daß die Ausfüll- oder Aus­ schreibeinheit eine Adreßausgabeeinheit (16) zum Aus­ geben von Adreßdaten für das Adressieren der im ersten Ebenenspeicher gespeicherten Bilddaten und der im zwei­ ten Ebenenspeicher gespeicherten Ausfüll- oder Ausschreib­ daten (painting data) sowie eine Einheit (18) für die Durchführung von arithmetischen Operationen an sequen­ tiell aus erstem und zweitem Ebenenspeicher ausgelesenen Daten und zum Speichern der verarbeiteten Daten im dritten Ebenenspeicher aufweist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Adreßausgabeeinheit eine Einrichtung (16) zum sequen­ tiellen Erzeugen von Adreßdaten, um die Ebenenspeicher in zwei oder vier Richtungen zu adressieren, umfaßt.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfüll- oder Ausschreibeinheit folgendes um­ faßt: eine Flankendetektoreinheit (21) zum sequentiellen Erfassen eines Rands bzw. einer Flanke des Rand- oder Umrißbilds beim Auslesen der Bilddaten aus der ersten Speichereinheit (3) nach Maßgabe der Adressierungsrich­ tungen und eine Einheit (28) zum Freigeben einer Aus­ füll- oder Ausschreibdaten-Einschreiboperation in Abhän­ gigkeit von einer durch die Flankendetektoreinheit erfaßten ungeradzahligen Flanke (edge) und zum Sperren der Ausfüll- oder Ausschreibdaten-Einschreiboperation in Abhängigkeit von einer durch die Flankendetektoreinheit erfaßten geradzahligen Flanke (edge).

5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der A/D-Wandler (2) ein Fernseh- oder Videosignal von einem Röntgengerät in die digitalen Bilddaten um­ wandelt.

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der A/D-Wandler (2) ein Fernseh- oder Videosignal von einem Ultraschallgerät in die digitalen Bilddaten umwandelt.

7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der A/D-Wandler (2) ein Fernseh- oder Videosignal von einem MRI-Gerät in die digitalen Bilddaten umwan­ delt.