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Röntgenfernsehverfahren Die Erfindung betrifft ein Röntgenfernsehverfahren
für die Übertragung ruhender oder langsam bewegter Objekte mit geringem Kontrast.
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Bei der Übertragung der häufig sehr kontrastarmen Röntgenleuchtschirmbilder
mit fernsehtechnischen Mitteln erscheint am Ausgang der Bildaufnahmeröhre ein Videosignalstrom,
dessen die Information enthaltender Anteil relativ gering ist. In der F i g. 1 ist
zur Verdeutlichung dieser Verhältnisse ein Ausschnitt des Videosignalstroms dargestellt.
Darin ist 1 die Maximalamplitude des Gesamtstroms, IS der Signalstromanteil und
ID der Dunkelstromanteil, der sich aus dem Dunkelstrom und dem konstanten Strom
der Grundhelligkeit des übertragenen Bildes zusammensetzt.
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Bei der Verstärkung eines solchen Signals muß der lineare Aussteuerungsbereich
des Videoverstärkers unnötig groß gewählt werden, denn der größere Teil ID der Amplitude
des Videosignalstroms enthält zwar keinerlei Nutzinformation, wird aber dennoch
mitverstärkt.
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Es ist natürlich denkbar, dem Leuchtschirm eine geringere Röntgenstrahlenintensität
zuzuführen, um damit den Anteil der Grundhelligkeit an der Gesamthelligkeit zu vermindern.
Dabei gelangt jedoch der die Information enthaltende Anteil des Leuchtschirmbildes
in den Bereich einer so geringen mittleren Helligkeit, daß die Quantenstruktur des
Leuchtschirmbildes erkennbar und dadurch die Bildqualität stark beeinträchtigt wird.
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Um trotz eines hohen Anteils der Grundhelligkeit die Anforderung an
die Linearität des Verstärkers auf einen üblichen Wert zu begrenzen, ist es bereits
bekannt, denjenigen Teil des Videosignalstroms, der keine Nutzinformation enthält,
mit Hilfe bekannter, dem Verstärkereingang vorgeschalteter elektrischer Mittel vom
übrigen Signalstrom zu trennen. Die gleichzeitig angestrebte Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses
ist damit jedoch nicht zu erzielen.
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Es ist ferner für die Bildübertragung von Objekten mit großer Helligkeit
bekannt, eine durch den hohen Gleichlichtanteil bedingte Aufladung der Signalplatte
der Fernsehaufnahmeröhre über den linearen Aussteuerungsbereich hinaus dadurch zu
vermeiden, daß die Abtastgeschwindigkeit des die Signalplatte abtastenden Elektronenstrahls
auf ein Mehrfaches der Abtastfrequenz nach der Fernsehnorm erhöht wird, um dadurch
die Einwirkungszeit des Lichts auf die Signalplatte zu vermindern. Wenn dabei nicht
gleichzeitig die obere Grenzfrequenz des Videoverstärkers proportional mit der Steigung
der Abtastfrequenz erhöht wird - was einen erheblichen technischen Aufwand erfordert
-, so vermindern sich Bildschärfe und Detailerkennbarkeit in einem für die Übertragung
von Röntgenschirmbildern nicht mehr tragbaren Maße. Um diesen Nachteil zu vermeiden
und gleichzeitig das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
das Potentialbild der Bildaufnahmeröhre mit Hilfe des abtastenden Elektronenstrahls
in einer Folge von mehreren Teilabtastungen stufenweise bis zur vollständigen Löschung
abzutragen, indem die Teilabtastungen mit von Abtastung zu Abtastung sich ändernder
Spannung zwischen Signalplatte und Kathode der Fernsehaufnahmeröhre durchgeführt
werden, wobei die Höhe dieser Spannung so gewählt ist, daß bei der jeweils ersten
Teilabtastung jeder Folge nur der die Nutzinformation enthaltende Teil des Potentials
und bei den weiteren Teilabtastungen der restliche Teil des Potentials abgetragen
wird und nur das aus der ersten Teilabtastung gewonnene Signal für die Bildwiedergabe
benutzt wird.
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Besonders vorteilhaft ist bei dieser erfindungsgemäßen Lösung, daß
der abtastende Elektronenstrahl die Signalplatte während der Abtastung des Nutzsignalanteils
nicht voll durchzuladen braucht. Die vollständige Durchladung erfolgt vielmehr erst
innerhalb der nächsten Stufe bzw. der nächsten Stufen. Dadurch kann der Strahlstrom
und damit auch der Strahlquerschnitt bei der Abtastung des Nutzsignalanteils wesentlich
geringer sein, als es bei voller Durchladung der Signalplatte innerhalb einer einzigen
Abtastung notwendig wäre. Das hat eine wesentliche Verbesserung der Bildauflösung
zur Folge.
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Ein weiterer durch den geringen Strahlstrom während der Abtastung
des Nutzsignals erzielter Vorteil ist die Verringerung des von der Strahlstromstärke
abhängigen Rauschanteils der Bildaufnahmeröhre,
was insbesondere
bei solchen Aufnahmesystemen Vorteile bietet, bei denen dieser Anteil gegenüber
dem Rauschstrom der Eingangsstufe des Videoverstärkers nicht vernachlässigbar gering
ist, z. B. dem Superorthikon.
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Um trotz der zeitlichen Lücken zwischen den einzelnen die Information
enthaltenden Teilabtastungen eine kontinuierliche, $immerfreie Bildwiedergabe zu
erzielen, wird in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen,
eine Bildspeichervorrichtung während der Dauer der die Nutzinformation enthaltenden
Teilabtastung mit der Fernsehaufnahmeröhre und während der Dauer der weiteren Teilabtastungen
für die vollständige Abtragung des Potentialbildes mit dem Bildwiedergabegerät zu
verbinden.
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Auf eine solche Bildspeichervorrichtung kann nach einem weiteren Merkmal
der Erfindung verzichtet werden, wenn der abtastende Elektronenstrahl der Fernsehaufnahmeröhre
so gesteuert ist, daß er nach Beendigung der Abtastung einer Zeile die gleiche Zeile
in umgekehrter Richtung noch einmal durchläuft, und wenn zur Abtragung des Potentialbildes
mit Hilfe entsprechend gewählter Spannungsstufen zwischen Signalplatte und Kathode
der Fernsehaufnahmeröhre in zwei sich in gleichbleibender Folge wiederholenden Abtaststufen
die Dauer einer Stufe der Dauer für die Abtastung einer Zeile gleich ist und der
Abtastrichtung des Elektronenstrahl die eine Spannungsstufe und der Rücklaufrichtung
des Elektronenstrahls die andere Spannungsstufe zeitlich zugeordnet ist.
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Dabei muB der Stromimpuls für die Bildablenkung an Stelle der üblichen
Sägezahnform, die einen kontinuierlichen Stromanstieg während der Bildperiode besitzt;
einen stufenförmigen Anstieg aufweisen, bei dem jede Stromstufe während der Dauer
eines Zeilenhin- und -rücklaufs in ihrer Höhe erhalten bleibt und dann möglichst
rasch auf die nächste Stromstufe überspringt. Der Abstand der einzelnen Stufen ist
dabei so gewählt, daß der Abtaststrahl am Ende einer Zeilenabtastung den Anfang
der jeweils nächsten abzutastenden Zeile erreicht. Die Mittel für die Erzeugung
derartiger Stufenspannungen bzw. -ströme sind an sich bekannt und bedürfen keiner
näheren Erläuterung: Das stufenweise Abtasten der Signalplatte einer Bildaufnahmeröhre
ist zwar für ein anderes Anwendungsgebiet, das Röntgen-Farbfernsehen, grundsätzlich
bekannt. Die bekannte Vorrichtung unterscheidet sich jedoch vom Gegenstand der Erfindung
durch eine andere Aufgabenstellung, nämlich die Umsetzung von Kontrast in Farbe,
und einen anderen Lösungsweg, nämlich die Abtastung des Nutzsignals selbst in mehreren
Stufen und Zuordnung jeder Stufe zu einem bestimmten Farbsystem der Bildwiedergabeeinrichtung.
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Im Gegensatz dazu liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei der
übertragung sehr lichtschwacher und/oder kontrastarmer Objekte ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis
bei gleichzeitiger Verbesserung der Bildauflösung zu erzielen. Der erfindungsgemäße
Lösungsweg besteht in einer Trennung des Nutzsignalanteils IS der Videosignalamplitude
1 von dem keinerlei Nutzinformation enthaltenden Unter-grund 1D.
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Die Erfindung sei an Hand des folgenden Ausführungsbeispiels näher
erläutert. F i g: 2 'zeigt den Schaltungsaufbau an Hand eines Blockschaltbildes,
F i g. 3 die Funktionsweise der Schaltung und den Verlauf der Spannung an der Kathode
der Bildaufnahmeröhre, hier ein Vidikon, und des Signalstroms in Abhängigkeit von
der Zeit.
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Ein im Strahlquerschnitt einer Röntgenröhre 1 angeordnetes
Untersuchungsobjekt 2 wird auf einen elektronenoptischen Bildverstärker 3 projiziert
und gelangt von dort als optisches Röntgenschirmbild an eine Bildaufnahmeröhre 4
vom Fotoleitfähigkeitstyp. Auf ihrer Signalplatte 5 wird dieses Schirmbild in ein
elektrisches Potentialbild umgeformt und von einem Elektronenstrahlenbündel 6, das
von einem Strahlerzeugersystem 7 ausgeht, abgetastet. Die Ablenkung des Elektronenstrahls
wird wie üblich auf magnetische Weise durch die Ablenkspule 8 vorgenommen. Das Strahlerzeugersystem
7 enthält eine nicht näher dargestellte Kathode, der eine stufenweise veränderbare
Spannung von einer steuerbaren Spannungsquelle 9 zugeführt wird. Die Steuerung der
Spannungsquelle wird durch den Impulsgenerator 10 ausgelöst, erfolgt also synchron
mit der Steuerung der Ablenkspulen. Die am Widerstand 11 abfallende Signalspannung
wird am Punkt 12 abgenommen und an den Eingang des Videoverstärkers 13 geführt.
Ein ebenfalls vom Impulsgenerator 10 synchron mit der Ablenkung des Elektronenstrahls
gesteuertes Schaltgerät 14 leitet das Videosignal während der Zeit für die Abtastung
des Nutzsignalanteils in noch zu beschreibender Weise dem Bildwiedergabegerät
15 und der Speichervorrichtung 16 zu.
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Der Verlauf der Spannung an der Kathode der Bildaufnahmeröhre ist
der F i g. 3 a und der des Videosignalstroms in Abhängigkeit von der Zeit der F
i g. 3 b zu entnehmen. Die Zeit zwischen zwei Teilstrichen auf der Zeitachse der
F i g. 3 a und 3 b ist gleich der Zeit für die Abtastung eines Bildes. Im vorliegenden
Beispiel hat die Spannung (UK) an der Kathode der Bildaufnahmeröhre gegenüber Masse
während der ersten 6 Bildperioden einen so hohen positiven Wert (UK fl), daß der
Abtaststrom unterbrochen ist, daher kann die Signalplatte das während dieser Zeit
einfallende Licht speichern. Nun wird von der Signalplatte allerdings nicht nur
der die eigentliche Bildinformation enthaltende Teil des einfallenden Lichts gespeichert,
sondern auch die konstante Grundhelligkeit des abzubildenden Gegenstandes und der
während der Speicherzeit fließende thermische Dunkelstrom. Zu Beginn der folgenden
Periode wird die Kathodenspannung auf den Wert (UK 1) gesenkt, so daß der
nunmehr fließende Abtaststrom nur denjenigen Teil 17 des auf der Signalplatte gespeicherten
Potentials durchlädt, der die eigentliche Nutzinformation enthält. Dieser Nutzsignalanteil
gelangt über den Videoverstärker 13, vom Schaltgerät 14 gesteuert, an das
Sichtgerät 15 und den Magnetspeicher 16. Nach Beendigung dieser Periode unterbricht
das Schaltgerät die Verbindung des Videoverstärkers mit dem Wiedergabegerät und
dem Magnetspeicher und verbindet diese beiden letztgenannten Elemente zur Erreichung
einer ununterbrochenen Bildfolge miteinander. Gleichzeitig wird die Kathodenspannung
der Bildaufnahmeröhre auf Massepotential gelegt. Dadurch wird das auf der Signalplatte
verbliebene Potential 18 entweder während einer einzigen folgenden Bildperiode oder,
wie im vorliegenden Beispiel angenommen, während der nächsten drei Bildperioden
vollständig
durchgeladen. Damit ist die Bildübertragung abgeschlossen, und der Vorgang wiederholt
sich periodisch in der beschriebenen Weise.
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Es ist natürlich auch als im Rahmen der Erfindung liegend zu betrachten,
bei ruhenden oder sehr langsam bewegten Objekten auf die magnetische Bildspeichervorrichtung
für eine kontinuierliche Bildwiedergabe zu verzichten und statt dessen eine speichernde
Bildwiedergaberöhre zu verwenden. Dabei vereinfacht sich die Anordnung durch Wegfall
der magnetischen Bildspeichervorrichtung beträchtlich. Es muß lediglich dafür gesorgt
werden, daß der abtastende Elektronenstrahl der Bildwiedergaberöhre während der
Zeit zwischen den Abtastvorgängen des Nutzsignals in an sich bekannter Weise unterbrochen
wird.