DE1268661B

DE1268661B - X-ray television equipment with automatic gain control

Info

Publication number: DE1268661B
Application number: DEP1268A
Authority: DE
Inventors: Helmut Haslauer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1963-11-02
Filing date: 1963-11-02
Publication date: 1968-05-22

Description

Röntgenfernseheinrichtung mit automatischer Verstärkungsregelung Die Erfindung betrifft eine Röntgenfernseheinrichtung mit einer Regelvorrichtung, die das Videosignal bei oberhalb eines Minimalwertes schwankender mittlerer Bildhelligkeit des zu übertragenden Röntgenleuchtschirmbildes auf einem mittleren Wert konstant hält.X-ray television equipment with automatic gain control The The invention relates to an X-ray television device with a control device which the video signal with average image brightness fluctuating above a minimum value of the X-ray fluorescent screen image to be transmitted is constant at an average value holds.

Solche Schaltungsanordnungen sind unter der Bezeichnung »automatische Plattenspannungsregelung« bei Fernsehkameras bekannt. Dabei wird die Spannung zwischen Kathode und Signalplatte der Fernsehaufnahmeröhre bei Überschreiten eines bestimmten Signalstroms und damit einer bestimmten Bildhelligkeit so geregelt, daß der Signalstrom trotz wechselnder Bildhelligkeit konstant bleibt. Der für das Ansprechen der automatischen Plattenspannungsregelung notwendige minimale Helligkeitswert wird beim Röntgenfernsehen auf Grund der begrenzten Leistungsfähigkeit der Röntgenröhre nur in Ausnahmefällen, nämlich bei sehr wenig strahlenabsorbierenden Aufnahmeobjekten, erreicht. Bei mittel bis stark strahlenabsorbierenden Aufnahmeobjekten bleibt die der Fernsehaufnahmeröhre zur Verfügung stehende Helligkeit stets unterhalb dieses Ansprechwertes. Dadurch ist die Bedienungsperson gezwungen, die durch unterschiedliche Strahlenabsorption der Aufnahmeobjekte bzw. durch Netzspannungsschwankungen wechselnde Bildhelligkeit in diesem Bereich mit Hilfe des Verstärkungsreglers von Hand auszugleichen.Such circuit arrangements are under the designation »automatic Disk tension control ”known from television cameras. Thereby the tension between Cathode and signal plate of the television pickup tube when a certain limit is exceeded Signal current and thus a certain image brightness regulated so that the signal current remains constant despite changing image brightness. The one for addressing the automatic Plate tension control necessary minimum brightness value is in X-ray television Due to the limited performance of the X-ray tube only in exceptional cases, namely with very little radiation-absorbing objects. With medium up to strongly radiation-absorbing recording objects remains that of the television recording tube available brightness always below this response value. Through this the operator is forced by different radiation absorption of the subjects or changes in the brightness of the picture due to fluctuations in the mains voltage compensate manually in this area with the aid of the gain control.

Es ist eine der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben, auch diesen Bereich einer automatischen Regelung zugänglich zu machen, ohne den An-Sprechpunkt der automatischen Plattenspannungsregelung zu ändern.It is one of the objects on which the invention is based, including these To make the area of an automatic control accessible without the point of contact of the automatic plate tension control.

Ein weiterer Mangel, der den bisher verwendeten Röntgenfernseheinrichtungen anhaftet, ergibt sich aus folgendem: Versuche haben gezeigt, daß eine Anhebung der hohen Frequenzen des Videosignalspektrums, etwa ab 2 MHz, dann zu einer subjektiven Bildverbesserung des zu übertragenden Röntgenschirmbildes führt, wenn die Bildhelligkeit so groß ist, daß die den feinen Bilddetails entsprechenden Signalamplituden oberhalb der durch das Eigenrauschen der Fernsehanlage und des eventuell vorgeschalteten Röntgenbildverstärkers bedingten Erkennbarkeitsgrenze liegen. In vielen Fällen absorbieren die zu durchleuchtenden Objekte jedoch, wie bereits erwähnt, eine derartig große Strahlenmenge, daß die von der Röntgenröhre maximal produzierbare Dosisleistung nicht ausreicht, um der Fernsehaufnahmeröhre eine für die Übertragung feiner Bilddetails erforderliche Helligkeit zu vermitteln, so daß die den feinen Bilddetails entsprechenden Signalamplituden unterhalb dieser Erkennbarkeitsgrenze liegen. In einem solchen Fall führt die Anhebung der hohen Videofrequenzen zu keiner Verbesserung, sondern wegen der Anhebung der besonders störenden hohen Rauschfrequenzen zu einer erheblichen subjektiven Verschlechterung des zu übertragenden Röntgenschirmbildes.Another shortcoming, the previously used X-ray television equipment adheres, results from the following: Experiments have shown that an increase in high frequencies of the video signal spectrum, from around 2 MHz, then to a subjective one Image improvement of the X-ray screen image to be transmitted leads if the image brightness is so large that the signal amplitudes corresponding to the fine image details are above the one caused by the inherent noise of the television system and the possibly upstream X-ray image intensifier-related detection limit lie. Absorb in many cases the objects to be x-rayed, however, as already mentioned, such a large one The amount of radiation that the maximum dose rate that the X-ray tube can produce is not sufficient for the television pickup tube to be able to transmit fine picture details to convey required brightness, so that the corresponding to the fine picture details Signal amplitudes are below this detection limit. In such a In this case, increasing the high video frequencies does not lead to an improvement, but to an improvement because of the increase in the particularly disturbing high noise frequencies to a considerable subjective deterioration of the transmitted X-ray screen image.

Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, diesen Mangel durch eine frequenzabhängige Verstärkungsregelung zu beseitigen. Beide Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Konstanthalten eines mittleren Wertes des Video-Signals auch bei unterhalb des Minimalwertes schwankender mittlerer Bildhelligkeit des Röntgenleuchtschirmbildes eine weitere Regelvorrichtung vorhanden ist, die aus einem dem Arbeitswiderstand einer der Verstärkerstufen des Videoverstärkers parallelgeschalteten Dämpfungswiderstand sowie aus Einstellmitteln besteht, die den Wert des Dämpfungswiderstandes bei einer Vergrößerung des Videosignals vermindern, und umgekehrt, und daß zum zusätzlichen Beeinflussen des mittleren Wertes des Videosignals im Frequenzbereich oberhalb von 2 MHz in Abhängigkeit vom Verstärkungsgrad des Videoverstärkers ein auf die obere Grenzfrequenz des Videosignals abgestimmter Parallelresonanzkreis, in dessen induktivem Zweig der Dämpfungswiderstand als Serienschaltung liegt, zum Arbeitswiderstand parallel geschaltet und der Därnpfungswiderstand so bemessen ist, daß er den Parallelresonanzkreis bei einem mittleren Verstärkungsgrad stark bekämpft.The invention is based on the further object of this deficiency to eliminate a frequency-dependent gain control. Both tasks will according to the invention achieved in that to keep a mean value of the constant Video signal even if the average image brightness fluctuates below the minimum value of the fluorescent X-ray screen image, there is another control device that consists of one connected in parallel to the load resistance of one of the amplifier stages of the video amplifier Damping resistance as well as adjustment means that adjust the value of the damping resistance when the video signal is enlarged, and vice versa, and that in addition Influence the mean value of the video signal in the frequency range above 2 MHz depending on the gain of the video amplifier on the upper one Cutoff frequency of the video signal tuned parallel resonance circuit, in its inductive Branch of the damping resistor as a series circuit is parallel to the working resistor switched and the damping resistance is dimensioned so that it is the parallel resonance circuit strongly fought at a medium level of reinforcement.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und den Unteransprüchen zu entnehmen. In F i g. 1 ist eine Röntgenfernseheinrichtung mit der Röntgenstrahlenquelle 1, dem Schalttisch 2 für die Steuerung der Röntgenstrahlenquelle, der Stützwand 3 des im übrigen nicht dargestellten Untersuchungsgerätes, der Bildaufnahmeeinheit mit dem Röntgenbildverstärker 4 und der Fernsehkamera 5 sowie mit dem Videovorverstärker 6, dem Videohauptverstärker mit Steuerzentrale 7 und dem Bildwiedergabegerät 8 dargestellt. Das bei Bestrahlung am Ausgang des Röntgenbildverstärkers entstehende Röntgenschirmbild des Aufnahmeobjekts 9 wird mit Hilfe der Fernsehkamera in Videosignale umgewandelt, die von der Eingangsstufe 10 des Videovorverstärkers verstärkt und dem Eingang 11 der Schaltungsanordnung für die Konstanthaltung der Videosignalspannung an der Basis des Transistors 12 zugeführt werden. Der Kollektorwiderstand dieses Transistors wird durch den Schwingkreis mit der Induktivität 13, dem Fotowiderstand 14 als regelbarem Dämpfungswiderstand und der Schaltungskapazität 15 gebildet, dem der ohmsche Widerstand 16 parallel geschaltet ist. Die beiden Widerstände 17,18 dienen als Basisspannungsteiler, der Widerstand 19 im Emitterkreis stabilisiert die Transistorstufe durch Gegenkopplung. Der Transistor 20 ist in der üblichen Weise mit seiner Basis über den Kopplungskondensator 21 an den Kollektor des Transistors 12 angekoppelt. Die beiden Widerstände 22,23 bilden den Basisspannungsteiler des Transistors 20. Das am Emitterwiderstand 24 dieses Transistors abfallende Videosignal, dessen Amplitude auf die im folgenden geschilderte Weise konstant gehalten wird, gelangt über den Videohauptverstärker 7 an das Bildwiedergabegerät B.Further details of the invention can be found in the following description of an exemplary embodiment and the subclaims. In Fig. 1 is an X-ray television device with the X-ray source 1, the switch table 2 for the control of the X-ray source, the supporting wall 3 of the examination device, otherwise not shown, the image recording unit with the X-ray image intensifier 4 and the television camera 5 and with the video preamplifier 6, the main video amplifier with control center 7 and the image display device 8 shown. The X-ray screen image of the subject 9 resulting from exposure at the output of the X-ray image intensifier is converted with the aid of the television camera into video signals, which are amplified by the input stage 10 of the video preamplifier and fed to the input 11 of the circuit arrangement for keeping the video signal voltage constant at the base of the transistor 12. The collector resistance of this transistor is formed by the resonant circuit with the inductance 13, the photoresistor 14 as a controllable damping resistor and the circuit capacitance 15, to which the ohmic resistor 16 is connected in parallel. The two resistors 17, 18 serve as base voltage dividers, the resistor 19 in the emitter circuit stabilizes the transistor stage by negative feedback. The transistor 20 is coupled with its base via the coupling capacitor 21 to the collector of the transistor 12 in the usual manner. The two resistors 22,23 form the base voltage divider of transistor 20. This transistor is dropped across the emitter resistor 24. Video signal whose amplitude is maintained constant in the described in the following manner, passes via the video main amplifier 7 to the image display device B.

Der am Kollektorwiderstand 25 des Transistors 20 abfallende Teil des Videosignals wird über den Kopplungskondensator 26 dem gemeinsamen Anschlußpunkt der beiden hintereinandergeschalteten Gleichrichter 27,28 zugeführt, denen der Kondensator 29 in Serie geschaltet ist. Dieser Kondensator lädt sich auf den Spitzenwert der Videosignalspannung auf, die der Basis des pnp-Transistors 30 zugeführt wird, an dessen Kollektor der npn-Transistor 31 galvanisch angekoppelt ist. Der Emitterspannungsteiler 32 des Transistors 30 ist regelbar. Durch Verstellen des Abgriffs kann die Emittervorspannung und damit der Einsatzpunkt des Kollektorstroms in Abhängigkeit von der Basisspannung bestimmt werden. Im Kollektorstromkreis des Transistors 31 befindet sich die Glühlampe 33, deren Helligkeit, die von der Höhe des Kollektorstroms des Transistors 31 abhängt, den Wert des Fotowiderstandes 14 bestimmt.The part of the video signal falling at the collector resistor 25 of the transistor 20 is fed via the coupling capacitor 26 to the common connection point of the two rectifiers 27, 28 connected in series, to which the capacitor 29 is connected in series. This capacitor charges to the peak value of the video signal voltage which is fed to the base of the pnp transistor 30, to the collector of which the npn transistor 31 is galvanically coupled. The emitter voltage divider 32 of the transistor 30 can be regulated. By adjusting the tap, the emitter bias and thus the point at which the collector current starts can be determined as a function of the base voltage. In the collector circuit of the transistor 31 there is the incandescent lamp 33, the brightness of which, which depends on the level of the collector current of the transistor 31, determines the value of the photoresistor 14.

Befindet sich nun zwischen Röntgenstrahlenquelle und Bildverstärker ein stark strahlenabsorbierendes Aufnahmeobjekt, so ist die Videosignalspannung am Eingang des Transistors 12 gering. Es sei angenommen, daß ihr Wert nicht ausreicht, um den mit Hilfe des Spannungsteilers 32 eingestellten Einsatzpunkt des Kollektorstroms des Transistors 30 zu überschreiten, so daß durch die Glühlampe33 kein Strom fließt und der Fotowiderstand 14 sehr hochohmig ist. Sein Widerstandswert beträgt beispielsweise einige Megaohm, so daß der gesamte Kollektorstrom des Transistors 12 durch den Widerstand 16 fließt, der einen Wert von 2 bis 3 kOhm besitzt. Dabei ist die Verstärkung im unteren Frequenzbereich maximal. Mit steigender Videofrequenz wird der dem ohmschen Widerstand 16 parallelgeschaltete kapazitive Widerstand 15 wirksam, so daß der Gesamtwiderstand des Kollektorstromkreises und damit die Verstärkung der Transistorstufe nach höheren Frequenzen zu absinkt. Es ergibt sich ein Verstärkungsverlauf in Abhängigkeit von der Videofrequenz, wie er etwa der Kurve a in F i g. 2 entspricht.It is now located between the X-ray source and the image intensifier a highly radiation-absorbing object, so is the video signal voltage at the input of transistor 12 is low. Let it be assumed that their worth is insufficient around the starting point of the collector current set with the aid of the voltage divider 32 of the transistor 30 to be exceeded, so that no current flows through the incandescent lamp 33 and the photoresistor 14 has a very high resistance. Its resistance value is, for example a few megohms so that all of the collector current of transistor 12 goes through the resistor 16 flows, which has a value of 2 to 3 kOhm. The gain is im lower frequency range maximum. As the video frequency rises, it becomes ohmic Resistor 16 capacitive resistor 15 connected in parallel effective, so that the total resistance of the collector circuit and thus the gain of the transistor stage towards higher Frequencies too low. The result is a gain curve as a function of the video frequency, as shown by curve a in FIG. 2 corresponds.

Bei einem sehr wenig strahlenabsorbierenden Aufnahmeobjekt ist die Videosignalspannung an der Basis des Transistors 12 groß. Dadurch wird der vom Spannungsteiler 32 eingestellte Einsatzpunkt des Kollektorstroms des Transistors 30 überschritten, so daß nunmehr auch im Kollektorstromkreis des Transistors. 31 Strom fließt, die Glühlampe 33 in Abhängigkeit von der Höhe dieses Stroms aufleuchtet und den Widerstandswert des Fotowiderstandes 14 entsprechend verringert. Für den unteren Videofrequenzbereich wird dadurch der von der Induktivität 13 und dem nunmehr sehr niederohmigen Fotowiderstand 14 gebildete Parallelzweig zum Widerstand 16 wirksam, so daß der Gesamtwiderstand im Kollektorkreis des Transistors 12 und damit seine Verstärkung gering ist. Für den oberen Frequenzbereich bildet der aus der Induktivität 13 und der Kapazität 15 gebildete Schwingkreis, der etwa auf die obere Videogrenzfrequenz abgestimmt ist, einen Widerstand, der mit zunehmender Frequenz wächst. In gleicher Weise verläuft die Verstärkung dieser Stufe. Der Verstärkungsverlauf in Abhängigkeit von der Videofrequenz ist für diesen Fall in Kurve b der F i g. 2 dargestellt.In the case of a subject with very little radiation absorption, the Video signal voltage at the base of transistor 12 is large. This gets the from the voltage divider 32 set starting point of the collector current of transistor 30 exceeded, so that now also in the collector circuit of the transistor. 31 current flows that Incandescent lamp 33 lights up as a function of the level of this current and the resistance value of the photoresistor 14 is reduced accordingly. For the lower video frequency range as a result, that of the inductance 13 and the now very low-resistance photo resistor 14 formed parallel branch to the resistor 16 effective, so that the total resistance in the collector circuit of transistor 12 and thus its gain is low. For the upper frequency range is formed by the inductance 13 and the capacitance 15 formed resonant circuit, which is approximately matched to the upper video limit frequency is, a resistance that increases with increasing frequency. Proceeds in the same way the reinforcement of this stage. The gain curve as a function of the video frequency is for this case F i g in curve b. 2 shown.

Zwischen diesen beiden Extremfällen ergeben sich für die verschiedenen Signalspannungen fließende Übergänge. Für einen dieser Zwischenwerte ist der Verstärkungsverlauf in Abhängigkeit von der Videofrequenz in Kurve c der F i g. 2 dargestellt.Between these two extreme cases arise for the different Signal voltages smooth transitions. The gain curve is for one of these intermediate values as a function of the video frequency in curve c of FIG. 2 shown.

Aus den Kurven der F i g. 2 ist zu entnehmen, daß bei geringer Eingangsamplitude des Videosignals, also bei geringem Signal-Rausch-Verhältnis, die Verstärkung im unteren Frequenzbereich hoch ist, während sie im oberen Frequenzbereich, etwa oberhalb von 2 MHz, ständig abnimmt. Dieser Verstärkungsverlauf ist deshalb erwünscht, weil sich die feinen Bilddetails bei dem vorhandenen geringen Nutzsignalpegel nicht mehr aus dem Rauschpegel herausheben. Das Frequenzspektrum oberhalb von 2 MHz enthält also praktisch nur noch Rauschsignal. Durch die Unterdrückung dieses Frequenzspektrums und damit des besonders störenden, keine Informationen mehr enthaltenden hochfrequenten Spektrums wird die subjektive Erkennbarkeit des Informationen enthaltenden Bereichs, bis etwa 2 MHz, deutlich verbessert. Umgekehrt wird bei hohen Amplituden des Eingangssignals, also bei schwach strahlenabsorbierenden Aufnahmeobjekten, eine subjektive Bildverbesserung dadurch erzielt, daß der Frequenzbereich oberhalb von. etwa 2 MHz relativ weniger abgeschwächt wird als der übrige. Dadurch werden die Kanten der Bereiche kleiner, normalerweise nur schwer erkennbarer Details versteilert, was besonders bei den ohnehin sehr geringen Kontrasten röntgenologisch dargestellter medizinischer Objekte zu einer beachtlichen subjektiven Bildverbesserung führt.From the curves of FIG. 2 it can be seen that with a low input amplitude of the video signal, i.e. with a low signal-to-noise ratio, the gain in lower frequency range is high, while it is in the upper frequency range, roughly above of 2 MHz, decreases steadily. This gain curve is desirable because The fine image details are no longer visible with the existing low level of useful signal stand out from the noise level. Contains the frequency spectrum above 2 MHz so practically only a noise signal. By suppressing this frequency spectrum and thus the particularly disturbing high-frequency that no longer contains any information Spectrum, the subjective recognizability of the area containing the information, up to about 2 MHz, significantly improved. Conversely, with high amplitudes of the input signal, In other words, in the case of objects that are weakly radiation-absorbing, a subjective improvement in the image achieved in that the frequency range above. about 2 MHz relatively less is weakened than the rest. This makes the edges of the areas smaller, details that are normally difficult to recognize are steepened, especially with the already very low contrasts of radiologically represented medical objects leads to a considerable subjective image improvement.

Damit ist das Ziel der Erfindung, nämlich die automatische Verstärkungsregelung bei gleichzeitiger frequenzabhängiger Korrektur des Verstärkungswertes im Sinn einer subjektiven Bildverbesserung, erreicht.This is the aim of the invention, namely automatic gain control with simultaneous frequency-dependent correction of the gain value in the sense of a subjective image enhancement.

Claims

Claims: 1. X-ray television device with a control device which keeps the video signal constant at a mean value when the mean image brightness of the X-ray fluorescent screen image to be transmitted fluctuates above a minimum value, characterized in that to keep a mean value of the video signal constant, even if the mean image brightness fluctuates below the minimum value of the fluorescent X-ray screen image, there is another control device which consists of a damping resistor ( 14) connected in parallel to the working resistor (16) of one of the amplifier stages of the video amplifier and of setting means (26 ... 33) that adjusts the value of the damping resistor (14) when the Reduce video signal, and vice versa, and that in order to additionally influence the mean value of the video signal in the frequency range above 2 MHz depending on the gain of the video amplifier on the upper limit frequency of the video signal as a matched parallel resonance circuit (13, 15), in whose inductive branch the damping resistor (14) is located as a series resistor, connected in parallel to the working resistor (16) and the damping resistor (14) is dimensioned so that it has the parallel resonance circuit (13,15) at one medium amplification level heavily attenuated.

2. X-ray television device according to claim 1, characterized in that as a damping resistor (14) a photo resistor is used which is illuminated by a light source (33), whose light intensity, controlled by the setting means, is above the threshold value of the average image brightness is proportional.

3. X-ray television device according to claim 1 or 2, characterized in that the setting variable for controlling the setting means is obtained by peak rectification of part of the video signal voltage.