DE69631126T2

DE69631126T2 - Verfahren zur Verbesserung der Aufzeichnungsmaterialfehler von Strahlungsbildern

Info

Publication number: DE69631126T2
Application number: DE69631126T
Authority: DE
Inventors: Piet Dewaele
Original assignee: Agfa Gevaert NV
Current assignee: Agfa HealthCare NV
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2016-08-09
Also published as: DE69631126D1; US5832055A; JPH10133309A; JP3843169B2; EP0823691A1; EP0823691B1

Description

1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der medizinischen Bildgebung. Die Erfindung betrifft insbesondere das Erfassen und Lokalisieren von Defekten jeglicher Art und Größe in einem Aufzeichnungsglied zum Speichern eines Strahlungsbilds. Die Erfindung betrifft weiterhin die Korrektur derartiger Defekte in einem Strahlungsbild.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Auf dem Gebiet der medizinischen Bildgebung ist eine große Vielfalt von Bilderfassungstechniken entwickelt worden, die eine digitale Darstellung eines medizinischen Bilds liefern. Zu diesen Techniken zählen die Computertomographie, die Kernspinresonanz, Ultraschall, die Erfassung eines Strahlungsbilds mit Hilfe eines CCD-Sensors oder einer Videokamera, die Röntgenfilmabtastung, Techniken, die Selen verwenden, und ein Auslesesystem wie etwa Dünnfilmtransistoren usw.
Bei noch einer weiteren Technik werden von einem belichteten Objekt (wie etwa dem Körper eines Patienten) transmittierte Röntgenstrahlen in einem fotostimulierbaren Leuchtstoffschirm gespeichert. Ein derartiger fotostimulierbarer Leuchtstoffschirm besteht aus einer Schicht aus fotostimulierbarem Lumineszenzmaterial, das einen Leuchtstoff, beispielsweise ein mit Europium aktiviertes Bariumfluorhalogenid, und ein Bindemittel umfaßt. Der Leuchtstoff weißt die Eigenschaft auf, daß er durch Röntgenstrahlen in einen angeregten Zustand erregt und dann mit Licht innerhalb eines ersten Wellenlängenbereichs stimuliert werden kann, unter Emission von Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich in den Grundzustand zurückzukehren. Die stimulierende Strahlung ist so ausgelegt, daß sie eine von dem emittierten Licht verschiedene Wellenlänge aufweist. Bezüglich des spezifischen Beispiels, bei dem ein Strahlungsbild in einem Schirm gespeichert wird, der einen mit Europium aktivierten Bariumfluorhalogenid-Leuchtstoff umfaßt, befindet sich das stimulierende Licht im Bereich 600–700 nm, und das emittierte Licht befindet sich im Bereich 350–450 nm.
Um das in einem belichteten Schirm gespeicherte Bild zu lesen, wird der Schirm an einer Scanstation vorbeitransportiert, wo er mit stimulierendem Licht in zwei Dimensionen gescannt wird. Dazu wird ein Lichtstrahl einer Wellenlänge innerhalb des stimulierenden Wellenlängenbereichs des Leuchtstoffs so abgelenkt, daß er den Schirm in einer (als Hauptabtastrichtung bezeichneten) ersten Richtung abtastet, während er in einer zur Hauptabtastrichtung senkrechten zweiten Richtung transportiert wird. Bei Stimulierung emittiertes Licht wird durch ein Lichtleiterglied auf einen optoelektrischen Wandler wie etwa einen Fotoelektronenvervielfacher geleitet, der das emittierte Licht in ein entsprechendes analoges elektrisches Signal verwandelt. Dieses analoge elektrische Signal wird dann mit Hilfe eines A/D-Umsetzers in ein digitales Bildsignal umgesetzt.
Eine durch den Einsatz eines fotostimulierbaren Leuchtstoffschirms als Zwischenspeicherungsmittel erfaßte digitale Bilddarstellung oder eine durch eine andere Art von Detektor- und/oder Bilderfassungssystem erfaßte digitale Bilddarstellung enthält immer etwas Rauschen.
Insbesondere auf dem Gebiet der medizinischen Bildgebung, in dem Systeme entwickelt werden, um aus dem Körper eines Patienten Informationen zu extrahieren und diese Informationen einem Arzt vorzulegen, damit er eine Diagnose vornehmen kann, ist es extrem wichtig, daß alle Bildgebungsdefekte im Bild erfaßt und signalisiert werden, da sie relevante Signalkomponenten stören und als solche einen Einfluß auf die Diagnose aufweisen können.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich insbesondere mit der Erfassung von Defekten in der digitalen Bilddarstellung eines medizinischen Strahlungsbilds. Genauer gesagt befaßt sich die vorliegende Erfindung mit Defekten auf einem Strahlungsbild, das in einem fotostimulierbaren Leuchtstoffschirm gespeichert ist, der entsprechend dem oben beschriebenen Ausleseprozeß ausgelesen wird.
Defekte auf einem stimulierbaren Leuchtstoffschirm können mehrere Ursachen haben. Im Kontext der vorliegenden Erfindung können diese Defekte in drei Klassen gruppiert werden: (1) Punktdefekte, die von Verunreinigungen in der Größe eines Korns im Formgebungsprozeß des Leuchtstoffschirms oder durch Staub während der nachfolgenden Verwendung herrühren. Die räumliche Abmessung von punktförmigen Defekten ist bezüglich beider Hauptabmessungen des Bilds gering, ihre Grauwertamplitude übersteigt die Rauschamplitude der Bildgebungskette fallabhängig. (2) Linienartige oder kurvenartige Defekte, die entweder von einem Verschmieren während des Produktionsprozesses oder von mechanischem Verschleiß während der Verwendung herrühren. Diese Klasse von Defekten kann weiter unterteilt werden durch (a) reine Liniendefekte, wie sie etwa beispielsweise durch mechanische Walzen erzeugt werden; (b) Kratzer aufgrund von beispielsweise Handhabung und Beschädigung; (c) kurvenartige Defekte aufgrund irgendeiner Art von eindimensionalem Verzerrungsprozeß. Alle diese Unterklassen linearer Defekte weist ein großes Verhältnis der Länge entlang der Achse des Defekts bezüglich der Querabmessung auf; die Amplitude kann stark variieren, wobei die schwächste Amplitude (wie sie zum Beispiel durch Verschmieren erzeugt wird) als unannehmbar betrachtet wird. (3) Flächendefekte wie etwa Flecken und globale Verunreinigungen, die sich beispielsweise aus dem Formgebungsprozeß bei der Herstellung oder Feuchtigkeit während der Verwendung ergeben. Diese Klasse von Defekten zeigt Abmessungen in beiden der Hauptachsen des Bilds. Noch weitere Ursachen von Quellen von Defekten kann man sich ausdenken, doch die Form eines jeden der resultierenden Defekte kann immer entweder als ein Punkt-, ein Linien- oder ein Flächendefekt klassifiziert werden. Eine gemeinsame Eigenschaft, die sich alle oben erwähnten Klassen von Defekten teilen, besteht darin, daß sie zum Herstellungszeitpunkt bereits vorliegen können oder während der Verwendung der Bildgebungsplatte entstehen können. Diese Tatsache macht die periodische Untersuchung von Bildgebungsplatten in regelmäßigen Intervallen der Lebenszeit der Platte erforderlich, um das Vorliegen von (neu) erschienenen Defekten zu erfassen.
Das frühe Abfangen dieser Defekte und die sich anschließende Korrektur ist zumindest in dem Produktionsstadium angebracht und wird insbesondere während der Verwendung in kritischen Anwendungsbereichen wie etwa der Mammographie motiviert. Das regelmäßige Überprüfen der ganzen installierten Basis von Bildgebungsplatten auf das Vorliegen irgendeines der erwähnten Defekte ist zwingend erforderlich. Diese Art der Qualitätskontrolle ist allgemein als visuelle Inspektion bekannt. Menschliche Inspektoren jedoch sind einer subjektiven Wahrnehmung und Einschätzung unterworfen. Zudem läßt sich das Vorliegen subtiler Abnormitäten wie etwa Staub, kleiner Fehler und globaler Verunreinigungen schlecht erfassen oder bleibt sogar unbemerkt. Diese Defekte lassen jedoch in dem digitalen Bild einen deutlich sichtbaren Eindruck zurück und können die korrekte Diagnose durch den Radiologen erheblich beeinträchtigen. Staub und Kratzer könnten möglicherweise auf digitalisierten oder digitalen Mammogrammen mit potentiellen gruppierten Mikroverkalkungen verwechselt werden. Die Mammographie ist ein typisches Anwendungsgebiet, das die höchsten verfügbaren Bildqualitätsstandards erfordert. Das Forschungsgebiet, das sich der Entwicklung automatischer Erfassungsverfahren für alle diese Defekte durch computerisierte Inspektion widmet, ist allgemein als automatische visuelle Inspektion bekannt.
Das Ergebnis der automatischen visuellen Inspektion kann entweder (1) die vollständige Zurückweisung einer Bildgebungsplatte aufgrund eines unannehmbaren Defekts gemäß einem quantifizierbaren Maß oder (2) die marginale Akzeptanz der Bildgebungsplatte, wobei Zonen signalisiert und angezeigt werden, die spezielle Aufmerksamkeit erfordern, oder (3) die Akzeptanz der Bildplatte sein.
Die automatische visuelle Inspektion ist ein wohlentwickeltes Gebiet bei der digitalen Bildverarbeitung, wie es beispielsweise in F. van der Heijden, Image based measurement systems [bildbasierte Meßsysteme], Wiley, 1994, dargestellt wird. In der Literatur werden jedoch Verfahren kaum erwähnt, die sich auf den hochspezialisierten Bereich der Filminspektion und der Leuchtstoffbildgebungsplatteninspektion anwenden lassen.
In P. Dewaele et al., An application of the Lily software package to defect inspection in unexposed radiographic film, Proc. of the SPIE, The Sixth Meeting in Israel on Optical Engineering, Band 1038, Dezember 1988, werden für die schnelle Online-Inspektion von Röntgenfilm reine eindimensionale Techniken entwickelt, die auf Kanten- und Niveaumaßen basieren. Bei ihnen werden jedoch lineare Defekte nur in der Längsrichtung vorausgesetzt. Die automatisierte Inspektion einer Leuchtstoffplatte muß eine viel größere Vielfalt an Defektgeometrie bewältigen, was den Einsatz von zweidimensionalen Techniken erforderlich macht. Die Inspektion von Leuchtstoffbildgebungsplatten erfolgt gegenwärtig von Hand und an einer repräsentativen Probe einer Produktionscharge. Angesichts der oben angegebenen Vorzüge jedoch ist eine automatische Inspektion höchst wünschenswert.
Aus dem Dokument US-A-4,611,283 sind eine Röntgenbildgebungsvorrichtung und Verfahren zum Bedienen derartiger Vorrichtungen bekannt.
Die Vorrichtung umfaßt einen Detektor, der radioaktive Ereignisse über ein Blickfeld hinweg erfaßt, das in Pixel unterteilt ist, und sowohl Positions- als auch Energiepegelsignale erzeugt, und eine auf die Signale reagierende Schaltung zum Messen und Speichern eines jedem Pixel zugeordneten Korrekturterms (Di), der die Differenz zwischen dem mittleren Energiepegel von durch das Pixel empfangenen Ereignissen und über das Array insgesamt darstellt (Mg). Mit den Signalen und dem Korrekturterm wird eine Angabe darüber erzeugt, ob der Energiepegel eines erfaßten Ereignisses innerhalb eines gegebenen Energiebereichs (W) liegt. Der Korrekturterm für jedes Pixel wird bevorzugt während einer Kalibrierung bestimmt und dann gespeichert, wobei der Term aus dem Speicher gelesen wird, wenn von einem bestimmten Pixel ein Ereignis empfangen wird.
3. Aufgaben der vorliegenden Erfindung
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Erfassen und Lokalisieren von Punkt-, Linien- und Flächendefekten eines Aufzeichnungsglieds, in dem ein Strahlungsbild gespeichert wird, und in der Bewertung des Ernsthaftigkeitsgrads, um das Unterstützungsgebiet des Defekts zu umgrenzen und ein tatsächliches Strahlungsbild auf diese Defekte hin zu korrigieren.
Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines begleitenden Overlaybilds, das die fehlerhaften Zonen auf dem Aufzeichnungsglied zeigt, die die spezifische Aufmerksamkeit des Arztes erfordert, und in der Bereitstellung einer zweidimensionalen Kalibrierungsmatrix, die Korrekturfaktoren zum Korrigieren eines registrierten tatsächlichen Bilds Pixel für Pixel liefert.
Noch weitere Aufgaben ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
4. Kurze Darstellung der Erfindung
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden gelöst durch ein Verfahren zum Korrigieren eines in einem Aufzeichnungsglied gespeicherten Strahlungsbilds auf Aufzeichnungsglieddefekte, umfassend:

– Erzeugen einer Kalibrierungsmatrix für ein Aufzeichnungsglied, wobei die Kalibrierungsmatrix für jedes Pixel auf dem Aufzeichnungsglied einen Korrekturwert umfaßt, der die Abweichung des Werts darstellt, der effektiv in einem Pixel erreicht wird, von einem Wert, der erwartet werden würde, wenn das Aufzeichnungsmedium einer Flachfeldbelichtung unterzogen wird und darauhin durch Mittel eines kalibrierten Auslesesystems ausgelesen wird,
– Erzeugen einer digitalen Signaldarstellung des Strahlungsbilds durch Lesen des Bilds mit Hilfe eines kalibrierten Auslesesystems,
– Korrigieren jedes Pixels des Strahlungsbilds durch Anwenden eines entsprechenden Werts der Kalibrierungsmatrix auf ein Pixel. Eine Kalibrierungsmatrix wird wie folgt erzeugt:
– zuerst wird das Aufzeichnungsmedium einer Flachfeldbelichtung von Strahlung ausgesetzt,
– als nächstes wird das im Aufzeichnungsglied gespeicherte Bild, das der Flachfeldbelichtung ausgesetzt worden ist, mit einem kalibrierten Auslesesystem ausgelesen (so daß Einflüsse auf das ausgelesene Signal, die nicht von einem Defekt in dem ausgelesenen Glied herrühren, eliminiert sind),
– als nächstes werden Pixelwerte des Flachfeldbilds gemittelt, um einen mittleren Wert von μ_R zu erzeugen,
– dann wird ein glattes Hintergrundbild G_R(i, j) durch eines der unten beschriebenen Verfahren berechnet,
– schließlich werden die Werte der Kalibrierungsmatrix entweder im additiven Fall, wenn Pixelwerte des Strahlungsbilds korrigiert werden, indem zu einem Pixelwert ein entsprechender Wert der Kalibrierungsmatrix addiert wird, als μ_R-g_R(i, j) oder im multiplikativen Fall, wenn Pixelwerte des Strahlungsbilds korrigiert werden, indem ein Pixelwert des Strahlungsbilds mit einem entsprechenden Wert der Kalibrierungsmatrix multipliziert wird, als μ_R/g_R(i, j) berechnet.

Die Erzeugung der Kalibrierungsmatrix und insbesondere alternative Verfahren für die Erzeugung des Hintergrundbilds werden unten ausführlicher erläutert.
Im Kontext zur vorliegenden Erfindung bezieht sich der Ausdruck „Strahlung" auf penetrierende Strahlung jeder Art, wie etwa Röntgenstrahlung, Gammastrahlung usw.
Ein Aufzeichnungsglied ist in dem Kontext der vorliegenden Erfindung ein Glied, in dem ein Strahlungsbild, beispielsweise ein Röntgenbild, vorübergehend oder endgültig gespeichert werden kann. Es können verschiedene Arten von Aufzeichnungsmedien verwendet werden. Ein Beispiel für ein wiederverwendbares Aufzeichnungsglied ist ein fotostimulierbarer Leuchtstoffschirm. Ein Beispiel für ein nicht wiederverwendbares Glied ist ein Röntgenfilm. Noch weitere können in Betracht gezogen werden, wie etwa verschiedene Schirm-Film-Kombinationen.
Mit dem Ausdruck „Flachfeldbelichtung" ist eine gleichförmige Belichtung des Aufzeichnungsglieds mit penetrierender Strahlung gemeint, so daß idealerweise in jedem Pixel eines defektfreien Aufzeichnungsglieds ein identischer Wert ausgelesen werden würde, wenn ein optimal kalibriertes Auslesesystem verwendet wird.
Ein kalibriertes Auslesesystem ist ein System, das auf etwaige Ungleichförmigkeiten im ausgelesenen Signal, die von den Systemkomponenten selbst herrühren, korrigiert worden ist. Ursachen für derartige Ungleichförmigkeiten können beispielsweise den Mitteln zum Lenken von Licht auf einen optoelektrischen Wandler zugeschrieben werden. Diese Phänomene sowie Beispiele für adäquate Korrekturverfahren sind ausführlich in der Literatur des Stands der Technik beschrieben worden, beispielsweise im US-Patent 4,885,467 und in der Research Disclosure N 352, S. 484–485 (1993).
Der Ausdruck „entsprechend" bezieht sich auf entsprechende Elemente im eigentlichen Bild und der Kalibrierungsmatrix, die beide in Registrierung gebracht worden sind, wie weiter unten erläutert.
5. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es werden nun bestimmte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher erläutert. Es zeigen:
1 allgemein eine Vorrichtung zum Auslesen eines fotostimulierbaren Leuchtstoffschirms,
2 schematisch das Verfahren der vorliegenden Erfindung, 3a eine typische Scanlinie eines einer Flachfeldbelichtung unterzogenen stimulierbaren Leuchtstoffschirms,
3b die gleiche Scanlinie, nachdem sie einem Entfernen des Hintergrunds unterzogen worden ist,
3c die Ergebnisse eines an der Scanlinie von 3b vorgenommenen Schwellwertbildungsvorgangs,
4 eine bestimmte Ausführungsform eines hierarchischen Bildzerlegungsverfahrens mit mehreren Auflösungen und der Erzeugung eines Hintergrundbilds, beginnend beim zerlegten Bild,
5 ein Beispiel eines im Zerlegungsverfahren verwendeten Filters,
6 die Kalibrierungsmatrixberechnung und die Fehlererfassung,
7 die Korrektur eines tatsächlichen Bilds.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird allgemein unter Bezugnahme auf 2 erläutert. Der die Erfassung der digitalen Signaldarstellung eines Strahlungsbilds betreffende Teil ist in 1 für ein spezifisches Beispiel dargestellt, bei dem ein Strahlungsbild in einem fotostimulierbaren Leuchtstoffschirm gespeichert wird.
Nachdem eine stimulierbare Leuchtstoffolie 1 Strahlung, wie etwa Röntgenstrahlen, ausgesetzt worden ist, die ein Objekt durchläuft, damit darauf ein Strahlungsbild gespeichert wird, wird es zu der in 1 gezeigten Auslesestation geschickt. Ein Laserstrahl 3 mit einer Wellenlänge von 633 nm wird von einer Helium-Neon-Laserquelle 2 emittiert und auf einen Galvanometerspiegel 8 gelenkt. Ein Antriebsmittel 6 bewirkt, daß sich der Galvanometerspiegel in einem Dreieckswellenmuster hin und her bewegt. Ein Lichtzerhacker 4, der ein sich drehendes Scheibensegment 5 enthält, ist so positioniert, daß das Scheibensegment den Weg des Lichtstrahls während des Rücklaufschritts des Galvanometers unterbrechen kann.
Verschiedene in der Technik bekannte und in den Zeichnungen nicht gezeigte Laserstrahlfokussiereinrichtungen stellen beim Scannen des Strahls auf der Leuchtstoffolie einen gleichförmigen Strahldurchmesser sicher und außerdem, daß die gleichförmige Winkelgeschwindigkeit des sich hin und her bewegenden Spiegels 8 dazu führt, daß der Laserfleck sich mit gleichförmiger linearer Geschwindigkeit über die Leuchtstoffolie bewegt. Der Laserstrahl 3 wird von dem Galvanometerspiegel 8 in einer Dimension und durch einen flachen Reflexionsspiegel 9 auf die Leuchtstoffolie 1 ausgelenkt. Nicht gezeigte Transportmittel sind vorgesehen, um die Folie in Richtung des Pfeils 11 zu transportieren, damit die ganze Folie gleichförmig gescannt werden kann.
In der Nähe der Scanlinie des Laserstrahls 3 auf der Leuchtstoffolie 1, aber dahinter, ist ein Lichtleiter 12 positioniert, der von der Leuchtstoffolie 1 emittiertes Licht empfängt, aber gegenüber einer direkten Belichtung mit dem Laserstrahl 3 abgeschirmt ist. Der Lichtleiter 12 besteht aus individuellen optischen Fasern, die am Ausgangsende gebündelt sind. Das Ausgangsende des Lichtleiters ist neben einem Fotodetektor 13 positioniert, der in Abhängigkeit von der darauffallenden Lichtintensität ein elektrisches Signal erzeugt.
Geeignete elektrische Verbindungen sind hergestellt, um das Ausgangssignal vom Fotodetektor 13 an einen Computer 20 weiterzuleiten, das dazu dient, den Lichtzerhacker 4 und den Galvanometerspiegelantrieb 6 zu steuern und das Verfahren der vorliegenden Erfindung sowie andere Arten von Bildverarbeitungstechniken am Ausgangssignal auszuführen. Der Ausgang des Computers ist zusätzlich mit einer Displayeinheit 21, wie etwa einem VDU-Schirm, verbunden. Alternativ oder zusätzlich wird der Ausgang des Computers 20 dazu verwendet, eine permanente Aufzeichnung des Bilds herzustellen. Das Ausgangssignal kann auch einer Workstation zur Offline-Verarbeitung und/oder einer Archivstation usw. (nicht gezeigt) zugeleitet werden.
Das am Ausgang des Fotodetektors 13 erhaltene ausgelesene Signal wurde einem Quadratwurzelverstärker 30 zugeführt, wo es verstärkt wurde. Es wurde dann von einer Abtast- und Halte-Schaltung 31 abgetastet und mit Hilfe eines Analog-Digital-Umsetzers 32 in ein 12-Bit-Signal umgesetzt.
Auf das ausgelesene Signal wurde dann eine Schattierungskorrektur 40 angewendet, indem jeder Pixelwert mit einem im voraus bestimmten entsprechenden Korrekturwert multipliziert wurde.
Die so erhaltenen digitalen Signale wurden über einen Schalter 33 entweder zu einem Abschnitt 34 geschickt, wo Korrekturwerte entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung berechnet wurden, oder zu einem das Rauschen reduzierenden Korrekturabschnitt 36, wo ein ausgelesenes Signal mit diesen Korrekturwerten korrigiert wurde.
Folgendes ist der Vorgang zum Berechnen von Korrekturwerten.
Bevor eine Auslesung von eigentlichen Diagnosebildern vorgenommen wurde, wurde jeder Schirm, der in der Auslesevorrichtung verwendet werden sollte, (ohne irgendeinen Patienten oder ein röntgenstrahlenmodulierendes Objekt) einer gleichförmigen Flachfeldbelichtung unterzogen.
Die gleichförmig belichteten Schirme wurden dann nacheinander in die Auslesevorrichtung geleitet, um identifiziert und ausgelesen zu werden.
Die Identifizierung erfolgte durch Lesen der Identifikationsinformationen, die in einem elektronischen Speicher (einem EEPROM) gespeichert sind, der an der den fotostimulierbaren Leuchtstoffschirm befördernden Kassette vorgesehen ist.
Die Bildauslesung erfolgte entsprechend dem weiter oben beschriebenen Verfahren.
Die ausgelesenen Signale wurden dann einer Quadratwurzelverstärkung unterzogen, abgetastet und in ein digitales Signale umgewandelt, wie beschrieben wurde.
Die digitalen Signale wurden dann über den Schalter 33 an die Korrekturwertberechnungsschaltung 34 angelegt, wo für jedes individuelle Pixel eines Schirms ein entsprechender Korrekturwert berechnet wurde, wie unten ausführlich erläutert wird.
Dann wurde die Matrix aus Korrekturwerten für jedes Pixel in einem Schirm, nachfolgend eine Kalibrierungsmatrix genannt, im Speicher 35 zusammen mit dem zugeordneten Identifikationselement gespeichert. In einer einzelnen Auslesevorrichtung werden in der Regel etwa 30 verschiedene fotostimulierbare Leuchtstoffschirme verwendet.
Dieser Vorgang wurde für jeden fotostimulierbaren Leuchtstoffschirm durchgeführt, der in der Auslesevorrichtung verwendet werden sollte. Statt Kalibrierungsmatrizen zu speichern, könnte man den Vorgang ausführen, vor jeder Belichtung eines Aufzeichnungsglieds mit einem Strahlungsbild eine Kalibrierungsmatrix zu bestimmen. Dieser Vorgang wäre zwar extrem präzise, aber höchst zeitraubend.
Es ist ebenfalls möglich, den Vorgang gemäß der vorliegenden Erfindung nur für diejenigen fotostimulierbaren Leuchtstoffschirme auszuführen, die für spezifische Untersuchungsarten verwendet werden, wie etwa zum Beispiel Mammographie, bei der es leicht zu einer Verwechslung von zum Beispiel gruppierten Mikroverkalkungen mit einem Defekt auf einem Aufzeichnungsglied kommen könnte. Dies würde sich auf die Diagnose nachteilig auswirken.
Während der normalen Verwendung der Schirme würde ein in einem spezifischen Schirm gespeichertes Strahlungsbild (eines Patienten oder eines Objekts) identifiziert und ausgelesen, und die das Strahlungsbild darstellenden digitalen Bildsignale wurden über den Schalter 33 der Korrekturschaltung 36 zugeführt.
Die Rauschreduzierungsschaltung ruft dann aus dem Speicher 35 die den identifizierten Schirm betreffenden Korrekturwerte ab und führt eine Korrektur aus durch Addition von ausgelesenen Pixelwerten zu, oder Multiplikation von ausgelesenen Pixelwerten mit, den entsprechenden Korrekturwerten.
Als nächstes wurde das korrigierte Signal an eine Verarbeitungsschaltung 37 angelegt, wo es weiter verschiedenen Arten der Verarbeitung, wie etwa Frequenz- und Gradationsverarbeitung usw., unterzogen wurde, wobei die Verfahren aus dem Kontext der vorliegenden Anmeldung herausfallen.
Schließlich wurde an einem Ausgabegerät 38 (einem Hardcopyaufzeichnungsgerät, einer Displayeinheit usw. ...) ein Hard- oder Softcopybild erzeugt.
Wie unten erläutert wird, werden lokale Defekte, die nach dem Entfernen des Hintergrunds erfaßt werden, einer Schwellwertoperation mit einem freien Schwellwert T in Schaltung 34 (siehe 3b und 3c) unterzogen. Das Ergebnis dieses Schwellwertbildungsvorgangs ist ein digitales Overlaybild (Bitmapbild), das im Speicher 35 gespeichert und dann abgerufen wird, wenn ein in einem identifizierten fotostimulierbaren Leuchtstoffschirm gespeichertes tatsächliches Bild korrigiert wird.
Das digitale Overlaybild wird an das Hardcopyaufzeichnungsgerät 38 angelegt, um ein Overlaybild herzustellen, das fehlerhafte Bereich als farbige Gebiete oder Konturen darstellt.
Das Overlaybild wird vom Radiologen über die Hardcopy oder Softcopy der eigentlichen Röntgenaufnahme gelegt, so daß er über die Lage dieser lokalen Defekte informiert ist und diese Defekte nicht mit Elementen verwechselt, die bezüglich der Diagnose relevant sind.
Das digitale Overlaybild wird weiterhin an eine Charakterisierungs- und Klassifizierungsschaltung 39 angelegt, in der die Defekte entsprechend einer Anzahl von Charakteristiken klassifiziert werden, wie weiter unten näher erläutert wird.
Auf diese Weise kann ein Qualitätsbericht über das Aufzeichnungsglied erzeugt und ausgegeben werden. Auf der Basis dieses Berichts kann entschieden werden, ob ein Aufzeichnungsglied akzeptiert oder zurückgewiesen wird.
Die Schritte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, die allgemein beschrieben worden sind, werden unten ausführlicher erläutert. Zunächst wird eine Reihe von Vorgängen erläutert, um das zum Erzeugen einer Kalibrierungsmatrix verwendete Hintergrundbild g_R(i, j) zu berechnen.
4.1. Modellieren des defektfreien Aufzeichnungsglieds
Wenn das Aufzeichnungsglied einer Flachfeldbelichtung unterzogen wird, wird vom Signal im Idealfall erwartet, daß es konstant ist und Rauschen überlagert hat. Das Rauschen besteht aus Poisson-verteiltem Quantenrauschen, das von der Röntgenbelichtung und festgelegtem strukturiertem Rauschen abhängig und von der Röntgenstrahlenbelichtung unabhängig ist. Bei einem mäßigen Belichtungsausmaß dominiert die erste Rauschquelle und kann durch nachfolgende Quadratwurzelkompression als unabhängiges additives Gaußsches Rauschen mit voraussagbarer Standardabweichung modelliert werden. Das Signal besteht somit im Idealfall aus einem räumlich konstanten Mittelwert mit signalunabhängigem additivem Rauschen.
Wie oben aufgezählt, wird das ideale Modell entsprechend einer Vielfalt von Defektquellen verzerrt. 3a zeigt eine typische Scanlinie eines einer Flachfeldbelichtung unterzogenen stimulierten Leuchtstoffs. Im Gegensatz zu einer Konstante zeigt sie einen langsam variierenden Hintergrund, der in Rauschen eingetaucht ist. Das defektfreie Glied wird durch Ableiten einer analytischen oder diskreten Funktion, die die Hintergrundbreite darstellt, gekennzeichnet.
Um den Hintergrund zu modellieren, sind mehrere Verfahren getestet worden. Sie haben entweder analytischen oder empirischen Charakter, haben aber alle gemein, daß sie niveaubasierte Verfahren sind und eine niveaubasierte Defekterfassung nach sich ziehen. Die Fortsetzung beschreibt diese Verfahren in Kürze.
4.1.1. Globale 1- und 2-dimensionale Regression
Die Regression ist eine weithin verwendete Technik, und ohne weiteres verwendbare Umsetzungen sind erhältlich, wie sie beispielsweise präsentiert werden in Press. W. H. et al., Numerical Recipes C, 2. Ausgabe, Cambridge University Press, 1992, Kapitel 15: Modeling of Data. Die Regression ist ein Verfahren, bei dem N = K. L Datenpunkte, in diesem Fall das 2-dimensionale Array von Grauwerten, an ein Modell angepaßt werden, das M einstellbare Parameter a_j,j = 1..M, aufweist. Der Klassifizierer „global" bedeutet, daß die räumliche Erstreckung der Daten das ganze Bild abdeckt, d. h., K und L bezeichnen die Bilddimensionen. Der minimierte Fehler ist der Fehler der kleinsten Quadrate
wobei z_i,j die tatsächlichen Grauwerte, z (i, j; a₁... a_M) die Funktionsbeziehung zwischen unabhängigen und abhängigen Variablen bezeichnen und die σ_i,j die Standardabweichung des Meßfehlers auf z_i,j sind. Die Anpassung der kleinsten Quadrate ist eine Maximum-Likelihood-Abschätzung der angepaßten Parameter, wenn die σ_i,j konstant sind. Dieser Maximum-Likelihood-Schätzwert entspricht einer Chi-Quadrat-Anpassung, wenn σ_i,j nicht konstant sind und für jeden Grauwert geliefert werden. Indem die Ableitung bezüglich der Parameter a_k genommen wird, erhalten wir Gleichungen, die beim Chi-Quadrat-Minimum gelten müssen,
Dies ist allgemein ein Satz von M nichtlinearen Gleichungen für die M unbekannten ak.
Die Lösung des Systems von Gleichungen läßt sich mathematisch leichter bearbeiten, wenn das Modell eine lineare Kombination beliebiger M spezifizierter Funktionen der Raumkoordinaten i,j ist. Diese Art der Regression wird als allgemein lineare kleinste Quadrate bezeichnet und weist die folgende Form des Modells auf
wobei die Basisfunktionen Z₁(i, j), ..., Z_M(i, j) willkürliche feste Funktionen sind (aber möglicherweise nichtlineare Funktionen der Raumkoordinaten x, y). Die Berechnung ist weiter erheblich beschleunigt worden durch zufälliges Abtasten eines Bruchteils der Gesamtzahl von Datenpunkten in der Bildebene entweder durch Verwendung von Zufallszahlengeneratoren oder durch Quasizufallszahlengeneratoren wie etwa Sobol'-Sequenzen, eingeführt in H. Press et a1., Numerical Recipes in C, Cambridge University Press, 1992, Kapitel 7: Zufallszahlen.
Es wurde ein Spezialfall geprüft, wobei Polynome als die Basisfunktionen verwendet wurden. Man kann sich leicht vorstellen, daß beliebige andere geeignete Basisfunktionen verwendet werden könnten, ohne von dem allgemeinen Prinzip der Anpassung der kleinsten Quadrate abzuweichen. Als Beispiel, aber nicht als Beschränkung darauf, weist das Polynom bis zum exponentiellen Grad 4 die folgende Form auf z(x, y) = a1 + a2x + a3y + a4x2 + a5y2 + a6xy + a7xy2 + a8xy2 + a9x2y2 was einen Fall mit M = 9 darstellt.
Bei einer weiteren Verfeinerung zur Beschleunigung der Berechnung ohne Beeinträchtigung der Genauigkeit wurde das Modell der Hintergrundgrauwertschwankung auf den reinen eindimensionalen Fall vereinfacht, wobei jede Scanlinie als ein Polynom des Grads M-1 modelliert wird: z(x, y) = a1 + a2x + a3x2 + ... + aMxM–1
Auch hier wieder kann es sich bei den Basisfunktionen um eine beliebige lineare oder nichtlineare Funktion der Stellenbereichskoordinaten handeln.
4.1.2. Lokale 1- und 2-dimensionale Spline-Anpassung
Das Bild kann man sich als eine Oberfläche denken, indem der Helligkeitswert als die dritte Koordinate verwendet wird. Die Oberfläche kann jedoch zu komplex sein, um über den Bereich des Bilds hinweg durch eine einzelne Gleichung beschrieben zu werden, wie etwa durch eine globale Regression berechnet zu werden, weshalb die Notwendigkeit für eine stückweise Approximierung entsteht. Eine derartige stückweise Darstellung wird durch Splines angeboten, wie sie etwa in T. Pavlidis, Algorithms for graphics and image processing, Computer Science Press, 1982, Kapitel 11 Curve fitting with splines, Kapitel 12 Approximation of curves und Kapitel 13 Surface fitting vorgestellt werden. Entsprechend der Art der Darstellung können Splines entweder in interpolierende oder approximierende mit entweder festen Knoten oder variablen Knoten unterteilt werden. Wenn das Bild in Fliesen gleicher Größe (200 × 200 Pixel) unterteilt wird, gehört das Anpassungsproblem der Klasse der approximierenden Splines mit festen Knoten an. Knoten (oder Steuerpunkte) werden hier festgehalten, da eine Erhöhung der Anzahl der Knoten in Bereichen mit höherer lokaler Streuung unerwünscht ist, und zwar genau deshalb, weil sie möglicherweise Defekte darstellen.
Im Gegensatz zu den unten verwendeten diskreten Verfahren ermöglicht die analytische Darstellung eine viel kompaktere Speicherung der Kalibrierungsmatrix, was als nächstes definiert wird. Anstatt die individuellen additiven oder multiplikativen Korrekturkoeffizienten für jedes Pixel zu speichern, werden die Koeffizienten der approximierenden Splines gespeichert. Die eigentlichen Hintergrundwerte werden zum Zeitpunkt der Verarbeitung des Bilds rekonstruiert. Obwohl die benötigte Speicherkapazität und die zur Spline-Anpassung erforderliche Rechenzeit größer sind als die des globalen Regressionsverfahrens, besteht der von Splines gebotene Vorzug darin, daß sie die Hintergrundschwankung präziser modellieren können. Die Berechnung ist in einer alternativen Umsetzung durch das Berechnen der approximierenden Splines für aufeinanderfolgende eindimensionale Scanlinienprofile beschleunigt worden.
4.1.3. Hintergrundbestimmung durch Glättung
Die obigen Verfahren sind analytisch, d. h., sie drücken den Hintergrund als eine lineare Kombination analytischer Funktionen aus. Eine diskrete Darstellung bietet den Vorteil, daß keine vorherige Kenntnis über die Art der Hintergrundschwankung erforderlich ist, weshalb sie eine komplexere Schwankung handhaben können. Andererseits ist die für jede Kalibrierungsmatrix benötigte Speicherungskapazität proportional zu der Anzahl der Pixel. Eine lokale diskrete Approximierung der Grauwertoberfläche kann man durch Glätten mit einem Glättungs-Kernel entsprechender Größe erhalten. Die Werte der Koeffizienten des Glättungs-Kernels sind in der offen zugänglichen Literatur gut dokumentiert und können in der Regel einen Box-Filter mit konstanten Koeffizienten oder einen Filter mit von einer Gaußschen Verteilung abgeleiteten Koeffizienten darstellen: W. K. Pratt, Digital Image Processing, 2. Auflage, Wiley Interscience. Diese Kernels können getrennt werden und durch aufeinanderfolgende horizontale und vertikale Faltung erhalten werden. Der Box-Filter weist die zusätzliche Eigenschaft auf, daß er auf rekursive Weise unter Verwendung des vorausgegangenen geglätteten Werts und einer Addition und einer Subtraktion pro Richtung und pro Pixel implementiert wurde. Glättungsfilter sind Faltungen und können auch durch Multiplikation mit der Übertragungsfunktion des Kernels im Fourier-Bereich erhalten werden.
Implementierte Formeln

– 2-dimensionale Faltung mit einem ungewöhnlich großen Kernel (2M + 1) × (2N + 1)
für den Box-Filter und
mit A derart, daß
für den gaußschförmigen Filter. Eine typische verwendete Größe ist M = N = 65.
– Trennbare Umsetzung an Zeilen und Spalten
für den Box-Filter und
für den gaußschförmigen Filter mit A_r und A_C derart, daß
Für M = N, A_r = A_C = √A.
– Rekursive und trennbare Box-Glättungsimplementierung nach Initialisierung r(x, y) = r(x – 1, y) + z(x + M, y) – z(x – M – 1, y) z(x, y) = c(x, y) = c(x, y – 1) + r(x, y + N) – r(x, y – N – 1)

4.1.4 Hintergrundbestimmung durch hierarchische Zerlegung und Rekonstruktion
Ein gemeinsames Rahmenwerk sowohl für die lokale als auch die globale Verzerrungsmodellierung an einem diskreten Gitter erhält man durch eine pyramidenförmige Zerlegung und Rekonstruktion, wie sie aus EP 0 527 525 bekannt sind. Eine bevorzugte Ausführungsform des Zerlegungsprozesses ist in 4 gezeigt. Das Vorlagenbild z(i, j) wird mit Hilfe eines Tiefpaßfilters 41 gefiltert und mit einem Faktor Zwei unterabgetastet, was dadurch umgesetzt wird, daß das entstehende, niedrig aufgelöste Approximationsbild g₁ nur bei jeder zweiten Pixelposition jeder zweiten Zeile berechnet wird. Ein Detailbild r₀ auf dem feinsten Niveau erhält man durch Interpolieren der niedrig aufgelösten Approximierung g₁ unter Verdoppelung der Anzahl der Zeilen und Spalten und pixelweises Subtrahieren des interpolierten Bilds vom Vorlagenbild z. Die Interpolation wird durch den Interpolator 42 bewirkt, der bei jeder zweiten Spalte eine Spalte aus Nullwerten bzw. bei jeder zweiten Zeile eine Zeile von Nullwerten einfügt und als nächstes das erweiterte Bild mit einem Tiefpaßfilter faltet. Die Subtraktion erfolgt durch den Addierer 43. Der gleiche Prozeß wird an der niedrig aufgelösten Approximierung g₁ anstelle des Vorlagenbilds z wiederholt, wobei man eine Approximierung mit einer noch geringeren Auflösung g₂ und ein Detailbild r₁ erhält. Indem der obige Prozeß L-mal iteriert wird, erhält man eine Sequenz von Detailbildern r_i, i = 0 .. L – 1, und eine niedrig aufgelöste Approximierung g_L. Das feinste Detailbild r₀ weist die gleiche Größe auf wie das Vorlagenbild. Das nächstgröbere Detailbild r₁ weist nur halb so viele Zeilen und Spalten wie das erste Detailbild r₀ auf. Bei jedem Schritt der Iteration beträgt die maximale Raumfrequenz des sich ergebenden Detailbilds. nur die Hälfte der des vorausgegangenen feineren Detailbilds, und auch die Anzahl der Zeilen und Spalten ist entsprechend dem Nyquist-Kriterium halbiert. Nach der letzten Iteration bleibt ein Bild g_L zurück, das man als eine sehr niedrig aufgelöste Approximierung des Vorlagenbilds ansehen kann. Im Extremfall besteht es aus nur 1 Pixel, das den Mittelwert des Vorlagenbilds z darstellt. Die Filterkoeffizienten des Tiefpaßfilters der bevorzugten Ausführungsform sind in 5 dargestellt. Sie entsprechen ungefähr den Probewerten einer zweidimensionalen Gaußschen Verteilung auf einem 5 × 5-Gitter. Die gleichen Filterkoeffizienten werden bei allen Skalen für die Tiefpaßfilter 41, 41', ... 41''' verwendet. Der gleiche Filterkernel mit allen mit 4 multiplizierten Koeffizienten wird auch in den Interpolatoren 42, 42', ..., 42''' verwendet. Der Faktor 4 kompensiert die Einfügung der Nullpixelspalten und -zeilen, wie oben erläutert.
Eine Zerlegung des Vorlagenbilds z, das aus einem Hintergrund g und einer Restkomponente r Z(i, j) = g(i, j) + r(i, j)besteht, ist in 4 gezeigt. g und r werden jeweils durch eine Rekonstruktion erhalten, wobei die entsprechende Teilmenge von Pyramidenniveaus verwendet wird, wie als nächstes erläutert wird.
Das Hintergrundbild g erhält man durch Rekonstruktion, wobei die Niveaus mit der niedrigsten Auflösung verwendet werden. Das Bild g_L mit der gröbsten Auflösung wird zunächst durch den Interpolator 44 auf das Doppelte seiner ursprünglichen Größe interpoliert, und das interpolierte Bild wird als nächstes pixelweise zu dem Bild der nächstgröberen Niveau r_L–1 addiert, wobei der Addierer 45 verwendet wird. Das entstehende Bild wird interpoliert und zu dem nächstfeineren Detailbild addiert. Wenn dieser Prozeß mit den unmodifizierten Auflösungsniveaus r_L–1, ..., r_M L – M-mal iteriert wird, dann erhält man ein niedrig aufgelöstes Hintergrundbild g_M. Dieses Bild wird mit den Interpolatoren 46, 46', 46" bis auf die Größe des Vorlagenbilds z vergrößert, damit man das Hintergrundbild g erhält. Falls M = L und die Detailbilder r_L– ₁, ..., r_M unmodifiziert bleiben, ergibt sich durch diesen Rekonstruktionsprozeß das Vorlagenbild z. Das Rest- oder Fehlerbild erhält man durch Rekonstruktion mit den höchsten Auflösungsniveaus. Beginnend bei der Auflösungsniveau M wird das Detailbild r_M–1 durch den Interpolator 47 auf das Doppelte seiner ursprünglichen Größe interpoliert, und das interpolierte Bild wird als nächstes pixelweise im Addierer 48 zum Bild der nächstfeineren Detailniveau r_M–2 addiert. Das entstehende Bild wird interpoliert und zum nächstfeineren Detailbild addiert. Wenn dieser Prozeß mit den unmodifizierten Auflösungsniveaus r_M–1, ..., r₀ M-mal iteriert wird, erhält man ein Rest- oder Fehlerbild r mit voller Auflösung. Offensichtlich müssen r und g nicht gleichzeitig berechnet werden: Entweder wird g berechnet und r kann auf einfache Weise als r = z – g erhalten werden, oder r wird berechnet und g kann durch Bildsubtraktion als g = z – r erhalten werden.
4.2. Modellierung und Erfassung der Defekte
Zur Erfassung von Defekten auf einem Aufzeichnungsglied wird das Aufzeichnungsglied einer Flachfeldbelichtung unterzogen, die Idealerweise eine als das Hintergrundbild bezeichnete konstante Signalamplitude liefert. Die Defekte können als artefaktähnlich geformte Signale modelliert werden, die der im Rauschen eingetauchten Hintergrundschwankung überlagert sind. Die Punkteffekte sind Spitzen mit geringer Unterstützung in beiden Richtungen. Ihre Amplitude übersteigt den Spitze-zu-Spitze-Bereich des Rauschens. Bei Liniendefekten, die von Kratzern und Spuren herrühren, ist eine ihrer Abmessungen wesentlich größer als die andere. Ihr Querprofil zeigt eine spitzenartige Form. Flächendefekte führen von einem konstanten Signal eine globale Abweichung ein und stellen Schwankungen mit einem größeren Ausmaß dar und benötigen deshalb eine globale Korrektur.
Da Punkt- und Liniendefekte mindestens eine wesentlich kleinere Abmessung und somit eine kleinere Fläche aufweisen, wird das Hintergrundbild durch die Anwesenheit der Defekte nur gering beeinflußt. Durch diese Eigenschaft kann die Hintergrundapproximierung die Defekte weiterleiten, ohne eigentlich von ihnen gestört zu werden, und somit erzeugen Punkt- und Niveaudefekte ein ausreichendes Restniveausignal. Flächendefekte andererseits beeinflussen die Parameter der analytischen Approximierungsverfahren und verzerren die Form der durch diskrete oder analytische Approximierungsverfahren erhaltenen Oberfläche, weshalb die abgeleiteten Kalibrierungsmatrizen sie in dem eigentlichen Bild korrigieren, was erreicht werden sollte.
4.2.1. Lokale Defekterfassungen
Angesichts der Tatsache, daß die Hintergrundschwankung nicht konstant ist, läßt sich eine globale Schwellwertbildung nicht ohne weiteres anwenden. Der Schwellwert sollte als Funktion der Hintergrundschwankungen frei sein oder alternativ nach dem Entfernen des Hintergrunds erhalten werden. Ungeachtet dessen, mit welchem der obigen Verfahren der Hintergrund approximiert wird, erfolgt das Entfernen des Hintergrunds allgemein durch die folgende Gleichung, um das Restsignal zu erhalten: R(i, j) = z(i, j) – z(i, j)wobei z(i, j) ein durch eines der oben beschriebenen Verfahren erhaltenes hintergrundangepaßtes Signal ist. Ein defektfreies Fehlersignal weist ein Nullmittel μ und eine bekannte Rauschschwankung σ_r auf. Aus Defekten herrührende Spitzen werden überlagert und können durch Schwellwertbildung des Absolutwerts |r(i, j)| mit einem rauschabhängigen Schwellwert T erfaßt werden
und wobei a in der Regel im Bereich 3..5 liegt. Bei Rauschen N(μ, σ) mit einer Gaußschen Verteilung liegen 99,9% aller Grauwerte im Bereich 3-σ um den Mittelwert μ. Jede Abweichung, die größer ist als der rauschabhängige Schwellwert, ist auf Defekte zurückzuführen.
4.2.2. Globale Fehlerkorrektur
Durch die Verfügbarkeit entweder eines analytischen Modells oder einer empirisch abgeleiteten Hintergrundoberfläche kann zum Korrigieren von globalen Verzerrungen eine zweidimensionale Kalibrierungsmatrix festgelegt werden. Unter globaler Verzerrung wird jede Abweichung auf dem Aufzeichnungsmittel mit einem ausreichend großen Ausmaß bezüglich der Bildabmessungen verstanden. Dieses Ausmaß steht in Beziehung zu der Größe des Glättungs-Kernels für die empirischen Verfahren der Hintergrundanpassung und zu der Form der Basisfunktionen für die analytischen Approximierungsverfahren. Die Korrektur erfolgt entweder additiv oder multiplikativ. Eine additive Kalibrierungsmatrix C_a(i, j) (siehe 6) wird konstruiert, indem der pixelweise Offset zwischen dem glatten Hintergrundbild g_R(i, j) und dem globalen Mittelwert μ_R des durch eine Flachfeldbelichtung des Aufzeichnungsglieds erhaltenen Referenzbilds berechnet wird: Ca(i, j) = μR – gR(i, j)
Alternativ wird eine multiplikative Korrekturmatrix C_m(i, j) (siehe 6) als das Verhältnis aus Mittelwert μ_R und der Schwankung g_R(i, j) des glatten Hintergrunds berechnet:
Die Anwendung der Kalibrierungsmatrizen auf eine tatsächliche Belichtung, wie in 7 gezeigt, macht jegliche globale Schwankung bezüglich des Mittelwerts aufgrund von Mängeln des Aufzeichnungsglieds rückgängig.
Die Kalibrierung des tatsächlichen Bilds unter Verwendung der Kalibrierungsmatrix erfordert, daß sich beide Bilder im Register befinden. Die Registrierung von zwei Bildern, die mit verschiedenen Belichtungs- und Auslesezeiten aufgenommen sind und physisch verschiedene Objekte darstellen, erfordert die Verwendung von Landmarken oder Bezugsmarkierungen während der Belichtung. Für das Registrierungsproblem ist der Stand der Technik verwendet worden, wie er beispielsweise in Y. Christophe, J. Cornelis, P. De Muynck, Subpixel geometric correction of digital images, Signal Processing IV, Proceedings of IV EUSCIPCO 1988, Band 3, S. 1605–1608 berichtet wird. Die Erfassung und Lokalisierung von Landmarken mit einer unter einem Pixel liegenden Genauigkeit ermöglicht die Festlegung eines Koordinatensystems für das tatsächliche und das Bezugsbild. Es wird eine affine Transformationsmatrix berechnet, die das Koordinatensystem des eigentlichen Bilds in das Koordinatensystem des Bezugs- oder Kalibrierungsbilds transformiert. Als nächstes werden das Kalibrierungsbild und das Diagnosebild in Übereinstimmung gebracht, indem die affine Transformation auf das eigentliche Bild z(i, j) angewendet wird, wodurch man das geometrisch transformierte Bild z'(i, j) erhält. Pixelwerte bei nicht ganzzahligen Koordinaten erhält man durch eine bilineare Interpolation. Man könnte sich auch andere Interpolationsverfahren vorstellen.
Eine globale additive Korrektur wird vorgenommen, indem zu dem registrierten Bild z'(i, j) die Korrekturmatrix C_a(i, j) addiert wird oder, anders ausgedrückt, ein pixelabhängiger Offset Ca(i, j) zu dem Bild z'(i, j) addiert wird, wobei R das Bezugs- oder Kalibrierungsbild bezeichnet: ca(i, j) = z'(i, j) + Ca(i, j) = z'(i, j) + (μR – gR(i, j)).
Die multiplikative Korrektur erfolgt durch Multiplizieren des registrierten Bilds z'(i, j) mit einem pixelabhängigen Korrekturfaktor C_m(i, j)
4. 3. Nachverarbeitung
Die lokale Defekterfassung durch Schwellwertbildung am Rest- oder Fehlerbild ergibt ein binäres Bild, bei dem eine 1 ein Defektpixel (Vordergrundpixel) und 0 ein Hintergrundpixel bezeichnen. Fehlalarme mit einer kleinen benutzerdefinierten Größe können durch sukzessive Erosionen des Vordergrunds entfernt werden. Die ursprüngliche Dicke oder verbleibenden Defekte können durch ein gleich großes Ausmaß von Dilatationen wiederhergestellt werden. Die Form der verwendeten planaren Maske war eine quadratische 3 × 3-Maske.
Andere morphologische Verarbeitung könnte in Betracht gezogen werden, wie sie in A. K. Jain, Fundamentals of Digital Image Processing, Prentice Hall, 1989, S. 384, vorgestellt wird, um spezifische Formen von Defekten, wie etwa Linien, beizubehalten.
4.4. Overlay-Konstruktion
Um dem Bediener kritische Bereiche mitzuteilen, die seine besondere Aufmerksamkeit erfordern, wird ein Overlaybild (siehe 6) konstruiert, das in den vorausgegangenen Stadien erfaßte, mögliche fehlerhafte Zonen darstellt. Das Overlaybild stellt die fehlerhaften Zonen entweder als gefärbte Gebiete oder als Konturen dar.
4.4. Charakterisierung und Klassifizierung der Defekte
Die Verfügbarkeit eines die fehlerhaften Pixel darstellenden Bitmapbilds ermöglicht die Charakterisierung und automatische Klassifizierung der Defekte als entweder punktartig, linienartig oder flächenartig. Zum Zweck der Formcharakterisierung sind Formmerkmale berechnet worden, wie sie beispielsweise dokumentiert werden in (1) A. K. Jain, Fundamentals of image processing, Prentice Hall, 1989, S. 390, Shape features; (2) W. K. Pratt, Digital Image Processing, 2. Auflage, Wiley, S. 629, Shape analysis. Merkmale jeder der verbundenen Komponenten werden berechnet. Zu geometrischen Merkmalen zählen Umfang, Fläche, kleinster und größter Radius, Euler-Zahl, Ecken an kurvenförmigen Defekten, Kompaktheit, Symmetrie. Zu momentbasierten Merkmalen zählen Schwerpunkt, Orientierung, Begrenzungsrechteck, bestangepaßte Ellipsen und Exzentrizität. Merkmale, die auf Fourier-Deskriptoren der Kontur basieren, sind von den Amplituden und Phasen der Fourier-Koeffizienten abgeleitet. Es könnten auch andere Deskriptoren in Betracht gezogen werden. In der Technik wohlbekannte Klassifizierungsverfahren, wie etwa statistische oder neuronale Klassifizierer, sind zum Klassifizieren eines fehlerhaften Gebiets als entweder ein Punkt-, ein Linien- oder ein Flächendefekt verwendet worden. Die Ernsthaftigkeit eines potentiellen Defekts wird weiter beurteilt, indem das Verhältnis der Amplitude des Defektsignals bezüglich des Grauwerts des lokalen Hintergrunds untersucht wird. Auf der Basis der Form und Amplitude der Defekte wird schließlich das Aufzeichnungsglied entweder entgültig zur Verwendung akzeptiert, marginal akzeptiert oder zurückgewiesen.

Claims

Vorschlag für einen neuen Anspruch 1: eingeführt durch die Prüfabteilung
Verfahren zum Korrigieren eines in einem Aufzeichnungsglied gespeicherten Strahlungsbilds zum Aufzeichnen von Defekten im Aufzeichnungsglied, mit den folgenden Schritten: – Erzeugen einer Kalibrierungsmatrix für ein Aufzeichnungsglied, wobei die Kalibrierungsmatrix für jedes Pixel einen Korrekturwert umfaßt; – Erzeugen einer digitalen Signaldarstellung des Strahlungsbilds durch Lesen des Bilds mit Hilfe eines kalibrieren Auslesesystems; dadurch gekennzeichnet, daß – der Korrekturwert die Abweichung des Werts darstellt, der effektiv in einem Pixel erzielt wird, von einem Wert, der erwartet werden würde, wenn das Aufzeichnungsmedium einer Flachfeldbelichtung unterzogen wird und mit Hilfe eines kalibrierten Auslesesystems ausgelesen wird; und daß – jedes Pixel des Strahlungsbilds durch Anwenden eines entsprechenden Werts der Kalibrierungsmatrix auf ein Pixel korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei (i) die Kalibrierungsmatrix erhalten wird durch – Flachfeldbelichten des Aufzeichnungsglieds mit Strahlung, – Lesen eines in dem der Flachfeldbelichtung ausgesetzten Aufzeichnungsglied gespeicherten Flachfeldbilds, – Berechnen eines globalen Mittelwerts μ_R durch Mitteln von Pixelwerten des Flachfeldbilds, – Erzeugen eines glatten Hintergrundbilds g_R(i, j) – Erzeugen einer additiven Kalibrierungsmatrix C_a(i, j) als. μ_R – g_R(i, j) und (ii) jedes Pixel des Strahlungsbilds korrigiert wird, indem ein entsprechender Wert der additiven Kalibrierungsmatrix zu einem Pixel addiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei (i) die Kalibrierungsmatrix erhalten wird durch – Flachfeldbelichten des Aufzeichnungsglieds mit Strahlung, – Lesen eines in dem Aufzeichnungsglied nach der Flachfeldbelichtung gespeicherten Flachfeldbilds, – Berechnen eines globalen Mittelwerts μ_R durch Mitteln von Pixelwerten des Flachfeldbilds, – Erzeugen eines glatten Hintergrundbilds g_R(i, j) – Erzeugen einer multiplikativen Kalibrierungsmatrix C_m(i, j) als μR/g_R(i, j) und (ii) jedes Pixel des Strahlungsbilds korrigiert wird, indem ein Pixel mit einem entsprechenden Wert der multiplikativen Kalibrierungsmatrix multipliziert wird.
Verfahren zum Lokalisieren lokaler Defekte in einem Aufzeichnungsglied für das Aufzeichnen eines Strahlungsbilds, mit den folgenden Schritten: – Flachfeldbelichten des Aufzeichnungsglieds mit Strahlung, – Lesen eines im Aufzeichnungsglied nach der Flachfeldbelichtung gespeicherten Flachfeldbilds, – Erzeugen eines glatten Hintergrundbilds g_R(i, j) – Erzeugen eines Restbilds r(i, j) durch Subtrahieren eines entsprechenden Werts des glatten Hintergrundbilds g_R(i, j) von einem Pixelwert des Flachfeldbilds, – Schwellwertbildung des Absolutwerts |r(i, j)| des Restbilds r(i, j) mit einem rauschabhängigen Schwellwert T, um ein Fehlerbild e(i, j) zu erzeugen, wobei e(i, j) = 1, falls |r(i, j)| > T,sonst e(i, j) = 0, und wobei T = ασ_R, wobei a zwischen 3 und 5 liegt und σ_R die Abweichung der Rauschverteilung im Flachfeldbild ist, – Erzeugen eines digitalen Overlaybilds aus dem Fehlerbild e(i, j).
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das glatte Hintergrundbild g_R(i, j) erhalten wird, indem auf Pixelwerte des Flachfeldbilds eine Regressionstechnik angewendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das glatte Hintergrundbild g_R(i, j) erhalten wird, indem auf Pixelwerte des Flachfeldbilds eine Spline-Anpassungstechnik angewendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das glatte Hintergrundbild g_R(i, j) erhalten wird durch das Glätten von Pixelwerten des Flachfeldbilds.
Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 4, wobei die digitale Signaldarstellung des Vorlagenbilds „z" in eine Sequenz von Detailbildern r₁, r₂, ..., r_L–1 und ein Restbild g_L bei einem noch niedrigeren Auflösungsniveau zerlegt wird und wobei das Restbild „r" gebildet wird, indem Detailbilder bei M feinsten Auflösungsniveaus, beginnend von einem Niveau M-1 bis zum Niveau 0, summiert werden, wobei jedes der Detailbilder vor dem Summieren zu der Größe eines Detailbilds mit einem nächstfeineren Auflösungsniveau interpoliert wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 4, wobei die digitale Signaldarstellung des Vorlagenbilds „z" in eine Sequenz von Detailbildern r₁, r₂, ..., r_L–1 und ein Restbild gL bei einem noch niedrigeren Auflösungsniveau zerlegt wird und wobei das Restbild „r" gebildet wird durch – (i) Summieren des Restbilds g_L und der Detailbilder ri bei L-M gröbsten Auflösungsniveaus, beginnend beim Auflösungsniveau L bis zum Auflösungsniveau M, wobei jedes auf die Größe eines Detailbilds mit einer nächstfeineren summierten Auflösung interpoliert wird, um ein heruntergezoomtes Hintergrundbild g_M zu bilden, – (ii) Herauf zoomen des Hintergrundbilds g_M, um ein Hintergrundbild „g" voller Größe durch Ausführen von M aufeinanderfolgendern Interpolationen an g_M zu bilden, – (iii) Subtrahieren des heraufgezoomten Hintergrundbilds „g" von der digitalen Signaldarstellung des Vorlagenbilds „z".
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kalibrierungsmatrix im voraus erzeugt, im Speicher gespeichert und nach Identifizierung eines Aufzeichnungsglieds abgerufen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Fehlerbild e(i, j) an ein Hardcopyaufzeichnungsgerät angelegt wird, um ein Overlaybild zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Fehlerbild e(i, j) einer Charakterisierung und Klassifizierung unterzogen wird, um einen Bericht über Form und Amplitude von Defekten zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei (i) das Aufzeichnungsglied ein fotostimulierbarer Leuchtstoffschirm ist und wobei (ii) ein Strahlungsbild ausgelesen wird, indem der Schirm mit Hilfe stimulierender Strahlung abgetastet, das bei Stimulierung emittierte Licht erfaßt, das erfaßte Licht in ein elektrisches Signal konvertiert und das Signal digitalisiert wird.