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Abtastverfahren für eine Fernseh-Bildeufnahmeröhre vom Ladungsspeichertyp
DieErfindung betrifft ein @@testveriahren für eine Fernseh-Bildaufnahmeröhre vom
Ladungsspeichertyp, @ei dem die Bildabtastfrequenz gegenüber der Fernsehnor@ verringert
ist und der abtastende Elektronenstrahl das auf der Signalplatte der Bildaufnahmeröhre
vorhandene Potential in einer Folge von Aötastungen (Teilabtastungen) schichtweise
mit sich änderndem Potential zwischen Kathode und Signalplatte der Bildaufnahmeröhre
bis zur vollständigen Löschung derart abträgt, daß zunächst die Nutzinformation
und dann der Störanteil umgeladen wird, und ein von der Rasterfrequenz synchronisierter
elektronischer Schalter vorhanden ist, der die Bildwiedergabeeinrichtung nur während
der Dauer der Abtastung der Nutzindormation mit dem Videokanal verbindet.
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Ein solches Abtastverfahren ist aus der deutschen Patentschrift 1
189 121 bekannt. Seine Anwendung ist in den Fällen
vorteilhaft,
bei denen das Nutzsignal in Form eines Ladungsgebirges mit verhältnismäßig kleiner
Amplitude auf einem hohen von Störanteilen gebildeten Sockel relativ konstanten
Potentials aufgesetzt ist. Ein solcher Ladungsaufbau der Signalplatte wird entweder
durch ein verhältnismäßig helles kontrastarmes Objekt erzeugt oder dadurch hervorgerufen,
daß die Signalplatte unter Ausnutzung ihres Speichereffekts während einer gegenüber
der Bildfrequenz langen Dauer ohne Abtastung belichtet wird. Dabei entlädt sich
die Signalplatte infolge ihrer Dunkel-Leitfähigkeit so stark, daß der dadurch bei
der nächsten Abtastung verursachte Potentialhub ein Vielfaches desjenigen beträgt,
der durch die Aufbelichtung des wiederzugebenden Bildes entsteht.
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Bei der Verstärkung eines aus einem solchen Ladungsaufbau gebildeten
Signals muEJ der lineare Aussteuerungsbereich des Videoverstärkers unnötig gro gewählt
werden, denn der größere Teil der Amplitude dieses Viaeosignals muß, obwohl er keinerlei
nutzbare Information enthält, als Untergrund mitverstärkt werden. Ein Abschneiden
des Untergrundes mit elektrischen Mitteln oder durch eine Verschiebung des Arbeitspunktes
des Videoverstärkers stößt deshalb auf Schwierigkeiten, weil dei Höhe des Untergrundpotential@
auch vom Bildinhalt, d.h. von der Grundhelligkeit des Bildes und, im Falle der Benutzung
einer solchen Fernseh-Bildaufnahmeröhre a@ aus Bildspeicher, auch von der Dauer
der abtastungsfreien Aufbelichtung abhängt.
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Dieser letztere Fall der we@nselnden Speicherzeit tritt beispielsweise
im Falle der Verwendug einer Röntgenfernseheinrichtung in Verbindung mit einem Röntgen-Schichtaufnahmegerät
auf. Bei Röntgenschichtaufnahmen kommt es darauf an, das über den Röntgenbildverstärker
auf die Signalplatte der Bildaufnahmeröhre projizierte Röntgenbild während der Dauer
des sog.
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Schichtablaufs (Schichtzeit; des Röntgengeräts durch UnterdrUctung
des die Signalplatte abtastenden Elektronenstrahls zu itegrieren. Die Schichtzeiten
schwanken zwischen einigen Zehntel Sekunden bis zu mehreren Sekunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das insbesondere durch Ladungsspeicherung
verursachte Untergrund- oder Störpotential bei Fernseh-Bildaufnahmeröhren vom Ladungsspeichertyp
bei der Abtastung exakt zu unterdrücken. Dies wird durch ein Abtastverfahren erreicht,
bei dem erfindungsgemäß der die Nutzinformation enthaltende (modulierte) Bereich
gegenüber der gesamten Fläche der Signalplatte verkleinert ist, so daß die Abtastung
in einem nur Störanteile enthaltenden (unmodulierten) Bereich beginnt und auf den
modulierten Bereich übergeht, und der von der Rasterfrequenz synchronisierte elektronische
Schalter während der Dauer der Abtastung des unmodulierten Bereichs zur Messung
des Spitzenwertes des Störsignals eine Signalmeßv,orrichtung, bestehend aus einem
Meßkondensator und einer elek-' trischen Vergleichsvorrichtung, mit dem Videokanal
verbindet, die aus dem am Meßkondensator auftretenden Istwert und dem vonder Vergleichsvorrichtung
erzeugten Sollwert einen Differenz--wert bildet und einer Steuervorrichtung zuführt,
die das Potential zwischen Kathode und Signalplatte der Bildaufnahmeröhre im Verlauf
der Abtastung des unmodulierten Bereichs derart beeinflußt, daß am Ende der Abtastung
des unmodulierten Bereichs Ist- und Sollwert die gleiche Größe haben und die diesen
Potentialwert während der Dauer der Abtastung des modulierten Bereichs speichert.
Dadurch ist erreicht, daß auch bei unteschiedlichen Schichtzeiten eine genaue Trennung
von Stör-und Nutzpotential gewährleistet ist. Dies gilt auch für solche Schwankungen
des Störpotentials, die von Temperaturänderungen der Signalplatte herrühren.
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Die Erfindung ist nicht nur bei Aufnahmen mit gEgenüber einer Abtastperiode
langen Belichtungszeiten, sondern auch bei Aufnahen mit demgegenüber sehr kurzen
Belichtlmgazeitin anwendbar. Bei solchen Aufnahmen wird mit Rücksicht auf die sog.
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Anklingträgheit der Fernsehaufnahmeröhre zwischen Belichtung
und
Abtastung eine Wartezeit eingeschaltet, während der sich ebenfalls ein störender
Potentialuntergrund bilden kann.
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Infolge der Trägheit von Bildaufnahmeröhren des Ladungsspeichertyps
wird das eingeschriebene Potentialbild durch eine Abtastung nicht vollständig gelöscht.
Dies führt dazu, daß ein Restbild entsteht, welches das jeweils folgende Bild als
sog. Geistbild überlagert. In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Signalplatte
zur Löschung des auf ihr verbliebenen Restladungsbildes unmittelbar vor Seder neuen
Belichtung kurzzeitig ausgeleuchtet. Dies kann beispielsweise mittels einer normalen
Glühlampe geschehen. Eine solche diffuse Beleuchtung hat Jedoch ihrerseits aufgrund
der Trägheit der Signalplatte wiederum eine Nachwirkung, die sich in einem gleichmäßigen
Untergrundpotential manifestiert, also in ihrer Wirkung einer Verlängerung der Speicherzeit
entspricht. Daher -wird auch dieses Untergrundpotential durch das erfindungsgemåße
Abtastverfahren erfaßt und kompensiert.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in einem Ausführungsbeispiel
nachfolgend beschrieben.
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In Fig. 1 ist ein Röntgenschichtgerät mit einer Röntgenfernseheinrichtung
als Bildaufnahmevorrichtung dargestellt, während in Fig. 2 anhand des gezeigten
Blockschaltbildes der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert wird.
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Das in Figf 1 dargestellte Röntgenschichtgerät besitzt einen Patienten-Lagerungstisch,
dessen Tischplatte 1 auf dem Untergestell 2 gegebenenfalls in einer horizontalen
Ebene verschiebbar gelagert ist. An einem in Tischlängsrichtung verfahrbaren Stativ
3 ist ein Querträger 4 höhenverstellbar angeordnet, der
an seinem
tischseitigen Ende eine Röntgenröhre 5 trägt. Mittels einer sog. Lenkstange 6 ist
die Röntgenröhre 5 mit einer unter dem Tisch 1 angeordneten, ebenfalls in Tischlängsrichtung
verfahrbaren Röntgenbildverstärker-Fernseheinheit 7 verbunden, die aus einem Röntgenbildverstärker
8, einem Lichtverteiler 9 und einer Fernsehkamera 10 besteht. Die Lenkstange 6 ist
im Drehpunkt 11 an einer mit dem Untergestell des Tisches fest verbundenen Traverse
12 gelagert.
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Wird nun das Stativ 3 motorisch von einem Ende des Tisches zum anderen
hin bewegt so führen die Röntgenröhre 5 und die Bildverstärker-Fernseheinheit 7
gegenüber dem Drehpunkt 11 entgegengesetzt gerichtete Bewegungen in Tischlängsrichtung
aus. Wenn während dieses Bewegungsablaufs Röntgenstrahlen erzeugt werden, so entsteht.
auf dem nicht dargestellten Bildeingangsschirm des Röntgenbildverstärkers ein sog.
Röntgenschichtbild, bei dem nur die durch den Drehpunkt 11 Verlaufende horizontale
Schicht eines nicht dargestellten Patienten scharf dargestellt wird während ds gesamte
übrige bestrahlte Volumen mehr oder weniger verwischt erscheint. Dieser Verwischungseffekt
ergibt sich jedoch nur,9 wenn das Bild während des gesamten Schichtablaufs gespeichert
wird. Bei Verwendung einer Bildaufnahmeröhre vom Ladungsspeichertyp erfolgt diesb
Speicherung in der Signalplatte dieser Röhre, wenn während der Dauer des Schichtablaufs
die Abtastung der Signal platte unterdrückt wird. Nach Beendigung der Schichtaufnahme
kannjam Schalttisch 13 des Schichtgerätes an dem auch die Aufnahmedaten, also Schichtwinkel,
Ablaufgeschwindigkeit und Röntgenröhrenleistung eingestellt werden können, über
die Fernsehzentrale 14 dei Abtastung der Signalplatte ausgelöst werden, so daß das
Schichtbild auf dem Fernsehmonitor 15 erscheint. Um dieses Bild während einer gewünschten
Dauer betrachten zu können, bedarf es der Zwischenschaltung bekannter und daher
nicht dargestellter Bildspeichermittel.
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Anhand des Blockschaltbildes in Fig. 2 soll nun der Verfahrensablauf
der Bildabtastung nach dem Einschreiben des Bildes auf der Signalplatte 16 der Bildaufnahmeröhre
17 näher beschrieben werden. Durch den schraffiert dargestellten Strahlengang 18
wird das am nicht dargestellten Ausgangsleuchtschirm des fldntgenbildverstärkers
erscheinende Schichtbild eines ebenfalls nicht dargestellten Objekts auf die Signalplatte
16 projiziert.
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Dabei ist nicht die gesamte verfügbare Fläche der Signalplatte ausgenutzt,
sondern eine um den Randbereich a verminderte Fläche. Der abtastende Elektronenstrahl
19 hingegen wird vom Ablenkmagneten 20 über die gesamte Fläche der Signalplatte
16 gesteuert. Es genügt für die Funktion des beschriebenen Verfahrens, wenn sich
der von Bildinformation freie Rand a am oberen Bildrand erstreckt, d.h. wenn der
Elektronenstrahl zu Beginn der Abtastung einige bildinformationsfreie Zeilen zur
Verfügung hat.
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Die Bildabtastung innerhalb der Bildaufnahmeröhre 17 und der Bildwiedergaberöhre
des Monitors 15 ist in der üblichen Weise von der Fernsehzentraie 14 synchronisiert.
Das am Arbeitswiderstand 21 der BildauSnahmeröhre 17 entstehende Videosignal wird,
wie irblica, über den Kopplungskondensator 22 dem Vorverstärker 23 zugeführt, der
das Signal an den Videohauptver stärker 24 weitergibt, an dessen Ausgang die Speichervorrichtung
25 angeschlossen ist. Diese Speichervorrichtung ist von der Fernsehzentrale 14 derart
gesteuert, daß sie das gespbicherte Bild mit der üblichen Bildfolgefrequenz während
einer am Schalttisch 13 von der Bedienungsperson einstellbaren Dauer auf den Monitor
15 gibt.
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Das am Arbeitswiderstand 21 abfallende Signal enthält während der
Dauer der Abtastung des von Nutzinformation freien Bereichs a nur die dem Untergrundpotential
der Signalplatte entsprechende Signaiamplitude. Diese Signalamplitude wird nun auffolgende
Weise
zur Kompensation eben dieses Untergrundpotentials benutzt.
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Am Ausgang des Vorverstärkers 22 ist der Zwischenverstärker 26 angeschlossen,
dessen-Ausgang mit Hilfe eines elektronischen Schalters in Form eines elektronischen
Gatters 27 , das von einem durch die Zentrale 14 mit der Zeilenfrequenz synchronisierten
monostabilen Multivibrator 28 nur während der Dauer der Abtastung des Bereichs a
der Signalplatte 16 mit einem Meßkondensator 29 verbunden wird, der sich auf den
Spitzenwert der Signalamplitude des Untergrundpotentials auflädt. Der so erzeugte
Meßwert wird als Istwert einer elektronischen Vergleichsvorrichtung 30 zugeführt,
die ihn mit einem von ihr gebildeten Sollwert vergleicht und aus beiden Werten einen
Differenzwert bildet. Dieser Differenzwert wird zusammen mit den von der Fernsehzentrale14
erzeugten Austastimpulsen der Steuervorrichtung 31 zugeleitet.
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Die Steuervorrichtung verändert entsprechend der Größe des ihr zugeleiteten
Differenzwertes die Spannung zwischen der Kathode 32 und der Signalplatte 16 im
Verlauf der Abtastung des unmodulierten Bereichs derart, daß am Ende der Abtastung
des unmodulierten Bereichs Ist- und Sollwert die gleiche Größe haben, d.h. der Differenzwert
zu Null wird. Der durch diesen Regelvorgang gebildete Spannungswert wird von der
Steuervorrichtung 31 während der Dauer der Abtastung des modulierten Bereichs gespeichert.
Dadurch ist erreicht, daß eine Umladung der Signalplatte nur in demjenigen PotentiaSbereich
stattfindet, der die Nutzinformation enthält Nach der Abtastung des moddlierten
Bereichs stellt die Steuervorrichtung die für eine voilständige Durchladung der
Signalplatte 16 erforderliche Spannung zwischen Kathode 32 und Signalplatte 16 wieder
her.
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Unmittelbar vor Beginn einer jeden Schichtaufnahme löst der Schalttisch
13 einen Impuls aus, der über den Schalter 33 die Glühlampe 34 kurzzeitig einschaltet.
Dadurch wird die Signal platte 16 über die Linse 35 kurzzeitig ausgeleuchtet, so
daß die von der vorhergehenden Aufnahme aufgrund der Trägheit der
Signalplatte
als Restbild noch vorhandene Ladung gelöscht wird.
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Durch eine nachfolgende Abtastung wird die Signalplatte wieder durchgeladen.
Das von der Ausleuchtung aufgrund der Trägheit auf der Signalpiatte verbleibende
Restpotential wird durch die nach der Aufoeiichtung des Schichtbildes erfolgende
Messung des Untergrundpotentials ebenfalls erfaßt und mitkompensiert. Mit Beginn
der Schichtaufnahme wird der Fernsehzentrale 14 vom Schalttisch 13 während der Dauer
der Aufnahme ein weiterer Steuerimpuls zugeführt, der den Abtaststrahl 19 der Bildaufnahmeröhre
17 durch Anlegen einer Sperrspannung an den Wehnelt-Zylinder 36 sperrt.
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Das beschriebene Verfahren ist auch bei einer zur Erzielung von besonders
hoher Bildquaiität angewendeten Langsamabtastung (-slow-scan) mit Erfolg anwendbar.
Auch dabei erhöht sich im Verlauf der Abtastdauer das Untergrundpotential der Signalplatte.
Um dieses im Verlauf der Abtastung sich ändernde Potential meRtechnisch erfassen
zu können, wird der nutzinformationsfreie Bereich a an den linken oder rechten Bildrand
verlegt, so daß der Elektronenstrahl vor Beginn der Abtastung der Nutzinformation
einer jeden Zeile einen nur Störpotential enthaltenden Bereich durchläuft, der durch
Anwendung des beschriebenen Verfahrens ebenfalls einen Meßwert zur Steuerung der
Spannung zwischen Kathode 32 und Signalplatte 16 für die Umladung nur des Nutzinformationsanteils
jeder Zeile oder Zeilengruppe liefert. Dabei ist es gleichgültig, ob diese Messung
am Anfang oder am Ende einer Zeile vorgenommen wird.