DE19721984C2 - Monitor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Monitor mit einer Bildröhre, einem Videoverstärker und einer Fokus- und Ablenkeinheit zur Erzeugung, Fokussierung und Ablenkung eines Elektronen­ strahls der Bildröhre.

In der US-A 5,253,281 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung beschrieben, die einen Monitor aufweist, dem von einer Wie­ dergabeschaltung, in der Wiedergabeparameter digital einge­ stellt werden, ein analoges Videosignal zugeführt wird. Der­ artige Monitore weisen an ihrem Eingang einen Videoverstär­ ker auf, dessen Ausgangssignal von der Elektronenkanone der Bildröhre als Steuerspannung verwendet wird, um daraus die Stromstärke des Elektronenstrahls je nach Grauwert des Bil­ des zu regeln. Der Elektronenstrahl schreibt das Bild auf den Leuchtschirm der Bildröhre.

Die Leuchtdichte des Bildpunktes hängt dabei nichtlinear von der Strom-Spannungs-Kennlinie der Elektronenkanone und von eventuellen Nichtlinearitäten anderer Komponenten des Moni­ tors, beispielsweise dem Videoverstärker und der Phosphorre­ sponse des Leuchtschirmes ab. Gewünscht wird aber eine soge­ nannte Gleichabständigkeit der Grauwerte in der wahrgenomme­ nen Helligkeit (Perceptual Linearization), womit die Anzahl der wahrgenommenen Graustufen maximiert werden kann. Damit wird die diagnostische Leistung optimiert.

Aus dieser angestrebten Gleichabständigkeit ergibt sich im Rahmen von Modellen für das menschliche Sehsystem eine be­ stimmte Funktion für die Beziehung zwischen Eingangssignal und dargestellter Monitorleuchtdichte. Diese Beziehung wird aber i. a. nicht vom betrachteten Monitor erfüllt. Um si­ cherzustellen, daß die Displaykurve des Monitors der vorge­ gebenen Funktion folgt, ist entweder per Software oder per Hardware eine Look-up-Table (LUT) im Digitalteil des den Mo­ nitor steuernden Computers vorgesehen. Diese LUT hängt nun von der Helligkeits- und Kontrasteinstellung des Monitors ab, welche wiederum je nach Umgebungshelligkeit unterschiedlich gewählt werden.

Es sind auch Anwendungen denkbar, wo die Darstellung der Grauwerte in Abhängigkeit des Inputsignals einer bestimmt vorgegebenen Funktion folgt, die von der jeweiligen Anwendung abhängt. Z. B. sind unterschiedliche Displaykurven, die die Leuchtdichte als Funktion des digitalen Grauwertes am Moni­ toreingang repräsentieren, einerseits für Thoraxaufnahmen an­ dererseits für Mammographien, denkbar. Unterschiedliche Dis­ playkurven sind auch für unterschiedliche Betrachter (User) vorstellbar.

Die Vorteile, die Monitorkennlinie mittels LUT einzustellen, im Gegensatz zur näherungsweisen iterativen Einstellung mit Helligkeits- und Kontrastregler, sind:

• - dieses Verfahren ist im Rahmen der zur Verfügung stehenden Anzahl von Bits exakt,
• - auch bei niedrigen Leuchtdichten und relativ hoher Umge­ bungsbeleuchtung kann die richtige Einstellung gewährlei­ stet werden,
• - durch dieses Verfahren kann das Gesamtsystem und nicht nur eine Komponente wie beispielsweise die Elektronenkanone berücksichtigt werden.

In der US 5,253,281 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung be­ schrieben, bei der in der Bildverarbeitungsschaltung eine Look-up-Table (LUT) vorgesehen ist. In dieser LUT ist als Ab­ hängigkeit das charakteristische Verhältnis zwischen dem Dif­ ferenz-Videosignal abgespeichert.

Aus der JP 1-212983 A ist eine Schaltung zur Kontrastverstär­ kung bekannt, bei der der Maximal- und Minimalwert eines Vi­ deosignales ausgewertet wird. Aufgrund dieser Auswertung wird ein Steuersignal erzeugt, das einer LUT-Schaltung zugeführt wird, in der eine Abhängigkeit von dem Bildsignal zugeordne­ ten Charakteristika enthalten ist. Mittels der LUT-Schaltung wird das Bildsignal derart angehoben, daß ein optimaler Kon­ trast gegeben ist. Anschließend wird das Signal als analoges Videosignal dem Monitor zugeführt.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, den Monitor derart auszubilden, daß auf einfache und sichere Weise die jeweilig richtige oder gewünschte Displaykurve im Monitor einstellbar und die LUT im einzustellenden Leuchtdichtebereich so be­ stimmbar ist, daß auch für niedrige Leuchtdichten die Ziel­ kurve erreichbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Mo­ nitor weiterhin einen Videospeicher und eine daran ange­ schlossene LUT-Schaltungsanordnung aufweist, die mit einem Digital/Analog-Wandler verbunden ist, an dem der Videover­ stärker angeschlossen ist, wobei die verwendete LUT in Abhän­ gigkeit von der Umgebungshelligkeit ausgewählt wird. Durch die erfindungsgemäße Idee, den Videospeicher einschließlich einer bestimmten Anzahl vorherbestimmter LUTs und den Di­ gital/Analog-Wandler (DAC) in den Monitor zu integrieren, kann die Einstellung der richtigen Displaykurve auf einfache Weise erfolgen, da der Monitor "mehr Intelligenz" aufweist.

Eine leichte Anpassung kann erfolgen, wenn der Monitor einen LUT-Speicher aufweist, in dem verschiedene Look-up-Tables ge­ speichert sind. Eine automatische Berücksichtigung der Raum­ helligkeit kann erfolgen, wenn der Monitor einen Umlichtsen­ sor aufweist, der mit dem LUT-Speicher derart verbunden ist, daß er aufgrund der gemessenen Beleuchtungsstärke die dazuge­ hörige Look-up-Table aus dem LUT-Speicher auswählt. Es lassen sich Zwischenwerte bilden, so daß Look-up-Tables eingespart werden können, wenn der LUT-Schaltungsanordnung eine Schal­ tungsanordnung zum Interpolieren zugeordnet ist.

Die Aufgabe wird ebenfalls durch ein erfindungsgemäßes Ver­ fahren dadurch gelöst, daß eine Look-up-Table zur Umsetzung von Leuchtdichtewerten im einzustellenden Leuchtdichtebereich L_min ≦ L ≦ L_max in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit auswählbar ist.

Erfindungsgemäß kann eine Transformation durch die Look-up- Table gemäß folgender Gleichung durchgeführt werden:

G → G₀ + (100 - G₀) G/100,

wobei

G₀ = L_Z ^-1(L_min)

ist, und/oder

L_Zr (G) = L_Z(G₀ + (100 - G₀) G/100).

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Beleuchtungs­ stärke der Umgebung des Monitors gemessen wird, daß aufgrund der gemessenen Beleuchtungsstärke eine dazugehörige Look-up- Table auswählt wird, mit der die Grauwerte des digitalen Eingangssignales des Monitors umgesetzt werden, und daß das umgesetzte Signal nach einer Analog/Digital-Wandlung die Helligkeit des Monitors steuert. Dabei können Zwischenwerte durch Interpolation von benachbarten Look-up-Tables gebildet werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem Bildsystem,

Fig. 2 ein Bildsystem und ein Monitor nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 ein erfindungsgemäßer Monitor mit einem Bild­ system und

Fig. 4 und 5 Kennlinien zur Erläuterung der Erfindung.

In der Fig. 1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit ei­ ner Röntgenröhre 1 dargestellt, die von einem Hochspannungs­ generator 2 betrieben wird. Die Röntgenröhre 1 sendet ein Röntgenstrahlenbündel 3 aus, das einen Patienten 4 durch­ dringt und auf einen Röntgendetektor 5 entsprechend der Transparenz des Patienten 4 geschwächt fällt.

Der Röntgendetektor 5 wandelt das Röntgenstrahlenbild in elektrische Signale um, die in einem daran angeschlossenen digitalen Bildsystem 6 verarbeitet und einem Monitor 7 zur Wiedergabe des Röntgenstrahlenbildes zugeführt werden. Das digitale Bildsystem 6 kann in bekannter Weise Verarbeitungs­ schaltungen, Wandler, Differenzstufen und Bildspeicher auf­ weisen.

Bei einer derartigen Röntgendiagnostikeinrichtung kann der Röntgendetektor 5 ein Festkörperbildwandler, beispielsweise aus amorphem Silizium (aSi : H), oder ein Röntgenbildverstär­ ker mit angekoppelter Fernsehkamera sein, die eine Fernseh­ aufnahmeröhre oder einen CCD-Bildwandler aufweisen kann. Es kann aber auch aus einer DLR-Speicherfolie oder ein Film/Folien-System Verwendung finden, das nachträglich digi­ talisiert wird. Im Fall von DLR bzw. Film/Folie sind in be­ kannter Weise zwischen Detektor 5 und Bildsystem 6 eine Aus­ lesevorrichtung für Speicherfolien bzw. ein Filmentwickler und Digitalisierer erforderlich.

Die Fig. 2 zeigt einen Aufbau des Monitors 7 und des Bild­ systems 6 gemäß dem Stand der Technik. Die in einem Bild­ speicher 8 des Bildsystems 6 abgespeicherten und verarbeite­ ten Bilder, beispielsweise Röntgenbilder, werden ausgelesen und in einem Videospeicher 9 zwischengespeichert. Die digi­ talen Videosignale werden in einem Digital/Analog-Wandler (D/A-Wandler 10) umgesetzt und dem Monitor 7 zugeführt. In einem Videoverstärker 11 wird das analoge Videosignal ver­ stärkt und einer Fokus- und Ablenkeinheit 12 zur Erzeugung, Fokussierung und Ablenkung eines Elektronenstrahls einer an der Einheit 12 angeschlossenen Bildröhre 13 zugeführt.

In der Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßer Monitor 7 darge­ stellt. Die in dem Bildspeicher 8 des Bildsystems 6 abge­ speicherten Röntgenbilder werden ausgelesen und in dem im Monitor 7 angeordneten Videospeicher 9 zwischengespeichert. Die digitalen Videosignale werden in einer Look-up-Table zur Transformation der Grauwerte (LUT-Schaltungsanordnung 14) umgesetzt, in dem D/A-Wandler 10 digitalisiert und dem Vi­ deoverstärker 11 zugeführt. Das verstärkte analoge Videosi­ gnal wird der Fokus- und Ablenkeinheit 12 der Bildröhre 13 zugeführt.

Ein im Monitor 7 angeordneter Umlichtsensor 15 mißt die am Ort des Monitors 7 vorherrschende Beleuchtungsstärke, auf­ grund derer eine Look-up-Tabelle aus einem LUT-Speicher 16 ausgewählt wird und über eine Schaltungsanordnung 17 zur In­ terpolation der LUT-Schaltungsanordnung 14 zugeführt.

Durch die Integration von Videospeicher 9 und D/A-Wandler 10 in den Monitor 7 wird erreicht, daß die zur Darstellung ver­ wendeten LUTs, die von den Eigenschaften des Monitors 7 ab­ hängen, und der Monitor 7 eine physikalische Einheit dar­ stellen.

Dazu sind folgende Komponenten bzw. Schritte erforderlich (s. Abb. 1):

• 1. Der im Monitor angeordnete Umlichtsensor 15 mißt die am Ort des Bildschirms vorherrschende Beleuchtungsstärke.
• 2. Der Videospeicher 9, beispielsweise ein VRAM, und der D/A- Wandler 10, der die vom Bildspeicher 8 kommenden digitalen Bildsignale in das analoge Videosignal umwandelt, sind in dem Monitor 7 integriert.
• 3. Weiterhin ist eine bestimmte Anzahl N von Look-up-Tabellen zu je 2^M Einträgen (z. B. M = 12):
  f_k ⁽ⁱ⁾; i = 1, ..., N; k = 0, ..., 2^M - 1
  zur Transformation der Grauwerte gespeichert. Mit dem Index i können verschiedene vorher festgelegte Umgebungshellig­ keiten oder verschiedene Anwendungen bezeichnet sein. Die LUTs werden vor Inbetriebnahme des Monitors 7 in Abhängig­ keit der Beleuchtungsstärke, d. h. abhängig vom Ausgangs­ signal des Umlichtsensors 15 und/oder der gewünschten Ap­ plikation bestimmt.
• 4. Das Monitor-System enthält außerdem eine Schaltungsanord­ nung 17 zum Interpolieren. Bezeichnet B das bei einer gege­ benen Beleuchtungsstärke gemessene Ausgangssignal des Um­ lichtsensors 15, so werden die Werte einer LUT (f_k) durch folgende Interpolation bestimmt:
  f_k = f_k ⁽ⁱ⁾ (1 - p) + f_k ⁽ⁱ⁺¹⁾ p
  mit p = (B - B_i)/(B_i+1 - B_i),
  wobei B_i und B_i+1 die benachbarten vorher gemessenen Um­ lichtsensorsignale und f_k ⁽ⁱ⁾ und f_k ⁽ⁱ⁺¹⁾ die zugehörigen Werte der LUTs bezeichnen. Diese lineare Interpolation ist nur als Beispiel zu verstehen. Es ist auch jede andere Art der Interpolation, beispielsweise mit kubischen oder quadrati­ schen Funktionen oder mit Spline-Funktionen, denkbar.
• 5. Das Monitor-System enthält eine Vorrichtung zur Anwendung der LUTs auf die digitalen Eingangsgrauwerte G_k mit dem Re­ sultat, daß die Ausgangsgrauwerte G_k', die den Input für den D/A-Wandler 10 darstellen, genau die angestrebte Dis­ playkurve liefern:
  G_k' = f_k(G_k).
• 6. Der D/A-Wandler 10 transformiert die digitalen Grauwerte in ein analoges Spannungs-Videosignal.
• 7. Der Monitor 7 transformiert dieses Videosignal in ein Leuchtdichtebild mit Hilfe der bekannten Monitortechnik.

Vor Inbetriebnahme werden die zu verwendenden Look-up-Tables bestimmt. Dazu wird nach folgendem Verfahren vorgegangen:

Gegeben sei die aus einem Perceptual-Linearization-Modell folgende oder für eine bestimmte Applikation geeignete Ziel- Displaykurve L_Z(G), wobei G den digitalen Grauwert in Prozent des Maximalwertes (z. B. 255) bezeichnet (0 ≦ G ≦ 100%).

Die Werte von L_Z(G) sind zwischen L_Zmin und L_Zmax definiert, wobei die minimal und maximal möglichen Werte L_Zmin und L_Zmax abhängig vom Modell sind. So gilt beispielsweise für die von ACR/NEMA vorgeschlagene, in den SPIE Proceedings Medical Imaging 1996, Image Display, auf den Seiten 344 bis 360 be­ schriebene Standardisierung L_Zmin = 0.05 cd/m² und L_Zmax = 4000 cd/m², für die von CIE vorgeschlagene, in der DIN 5033, Teil 3, Juli 1992, beschriebene Kurve gilt L_Zmin = 0 und L_Zmax = L_max, wobei L_max die angestrebte Maximalleuchtdichte bezeichnet. Entsprechend ist L_min die einzustellende Minimalleuchtdichte. Diese beiden Zielkurven sind nur zwei Beispiele von vielen möglichen Displaykurven.

Es wird eine Lösung der Aufgabe vorgeschlagen, den abzubil­ denden Bereich L_min ≦ L ≦ L_max in den entsprechenden Bereich der Standard-Displaykurve abzubilden.

Dazu wird folgende Transformation durchgeführt:

G → G₀ + (100 - G₀) G/100, wobei

G₀ = L_Z ^-1(L_min)

gilt (Fig. 4 und 5). Dann stellt die Kurve

L_Zr(G) = L_Z(G₀ + (100 - G₀) G/100)

die auf den Bereich L_min ≦ L_Zr ≦ L_max restriktierte Kurve für 0 ≦ G ≦ 100 dar. Im Fall, daß L_Z nur für diskrete Argumente gegeben ist, muß die Kurve L_Z entsprechend interpoliert wer­ den.

Damit wird sichergestellt, daß auch bei niedrigen Leucht­ dichten die Monitorkennlinie mittels LUT eindeutig korri­ gierbar ist, wie dies der Fig. 4 zu entnehmen ist.

Die LUT f ist dann in bekannter Weise gegeben durch

L_Zr(G) = L_m(f(G)), 0 ≦ G ≦ 100%,

wobei L_m die unkorrigierte, intrinsische Displaykurve des Mo­ nitors bezeichnet

(L_min ≦ L_m ≦ L_max).

Also wird die LUT durch folgende Gleichung bestimmt, deren Kurvenverlauf in Fig. 5 dargestellt ist:

f(G) = L_m ^-1 (L_Zr(G)).

In der Regel wird der berechnete Wert des digitalen Grauwer­ tes (0, ..., 2^M - 1), dem f(G) entspricht, zwischen zwei be­ nachbarten Elementen der Menge {0, 1, 2, ..., 2^M - 1} liegen. In der Praxis wird einer dieser beiden Werte gewählt, vor­ zugsweise etwa der mit dem kleineren Abstand. Der dadurch entstehende Quantisierungsfehler ist für Bittiefen M ≧ 8 nicht wahrnehmbar.

Die hier beschriebene Methode ist für alle Perceptual-Linea­ rization-Modelle anwendbar. Der Grundgedanke der Erfindung ist die Behandlung bei niedrigen Leuchtdichten und endlicher Umgebungsbeleuchtung.

Durch diese erfindungsgemäße Anordnung erhält man einen di­ gitalen Monitor 7, bei dem alle für den Monitor 7 relevanten Daten für die Helligkeiteinstellung diesem direkt und fest zugeordnet sind, da sie in ihm selbst gespeichert sind.

Claims (11)

1. Monitor (7) mit einer Bildröhre (13), einem Videoverstär­ ker (11) und einer Fokus- und Ablenkeinheit (12) zur Er­ zeugung, Fokussierung und Ablenkung des Elektronenstrahls der Bildröhre (13), dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Monitor (7) weiterhin einen Videospeicher (9) und eine daran angeschlossene LUT- Schaltungsanordnung (14) aufweist, die mit einem Digi­ tal/Analog-Wandler (10) verbunden ist, an dem der Video­ verstärker (11) angeschlossen ist, wobei die verwendete LUT in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit ausgewählt wird.

2. Monitor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Monitor (7) einen LUT-Spei­ cher (16) aufweist, in dem verschiedene Look-up-Tables ge­ speichert sind.

3. Monitor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Monitor (7) einen Um­ lichtsensor (15) aufweist, der mit dem LUT-Speicher (16) derart verbunden ist, daß er aufgrund der gemessenen Be­ leuchtungsstärke die dazugehörige Look-up-Table aus dem LUT-Speicher (16) auswählt.

4. Monitor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der LUT- Schaltungsanordnung (14) eine Schaltungsanordnung (17) zum Interpolieren zugeordnet ist.

5. Monitor nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (17) zum Interpolieren nach folgender Gleichung interpoliert:
f_k = f_k ⁽ⁱ⁾ {1 - (B - B_i)}/(B_i+1 - B_i)} + f_k ⁽ⁱ⁺¹⁾ (B - B_i)/(B_i+1 - B_i).

6. Verfahren zur Kennlinieneinstellung von digitalen Monito­ ren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Look-up-Table zur Umsetzung von Leuchtdichtewerten im einzustellenden Leuchtdichtebereich L_min ≦ L ≦ L_max in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit auswählbar ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Look-up-Table eine Transformation gemäß folgender Gleichung durchführt:
G → G₀ + (100 - G₀) G/100, wobei
G₀ = L_Z ^-1(L_min) ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Look-up-Table ei­ ne Transformation gemäß folgender Gleichung durchführt:
L_Zr (G) = L_Z(G₀ + (100 - G₀) G/100).

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Be­ leuchtungsstärke der Umgebung des Monitors (7) gemessen wird, daß aufgrund der gemessenen Beleuchtungsstärke eine dazugehörige Look-up-Table auswählt wird, mit der die Grauwerte des digitalen Eingangssignales des Monitors (7) umgesetzt werden, und daß das umgesetzte Signal nach einer Analog/Digital-Wandlung die Helligkeit des Monitors (7) steuert.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß Zwischen­ werte durch Interpolation von benachbarten Look-up-Tables gebildet werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß gemäß folgender Gleichung interpoliert wird:
f_k = f_k ⁽ⁱ⁾ {1 - (B - B_i)}/(B_i+1 - B_i)} + f_k ⁽ⁱ⁺¹⁾ (B - B_i)/(B_i+1 - B_i).