Brevet FR2559632A1 — publié le 19850816

2F59632 La présente invention concerne des systèmes de traitement d'image pour l'imagerie de diagnostic, et elle porte plus particulièrement sur de tels systèmes de trai- tement utilisés en radioscopie numérique. Les systèmes d'amélioration d'image compren- nent généralement quatre sections principales, en plus de la section d'ordinateur ou section de commande centrale. Ces sections sont la section d'acquisition d'image, la section de traitement d'image, la section d'enregistre- ment et la section de présentation d'image. Le but de la section de traitement d'image est d'améliorer l'image qui est présentée. Les mesures prises pour améliorer une ca- racteristique des images ont souvent des effets défavora- bles sur d'autres caractéristiques des images. Lorsque ceci se produit, on effectue des compromis dans le traite- ment d'amélioration. Dans de tels cas, aucune des caracté- ristiques n'est optimisée. Ainsi, des perfectionnements dans le matériel ou les procédés d'amélioration qui évitent des compromis qui étaient précédemment nécessaires, sont continuellement nécessaires, recherchés et désirés. En radioscopie numérique, le signal de sortie vidéo de la section d'acquisition d'image est amplifié à l'entrée de la section de traitement d'image. A l'origine de la procédure d'amélioration, dans le passé, les amplifica- teurs utilisés dans des systèmes de radioscopie numérique étaient des amplificateurs logarithmiques, à cause de la nature exponentielle du signal d'intensité. Les amplifica- teurs logarithmiques produisent des signaux d'atténuation d'intensité de radiation (densité de l'objet) qui sont li- o naires. Les signaux linéaires sont fonction de l'intensité des signaux qui traversent un vaisseau sanguin examiné. Cependant, comme il est bien connu, les amplifica- teurs logarithmiques ont un gain extrêmement élevé autour du point zéroo. Par conséquent, toute erreur ou tout bruit appa- aiassant près du point zéro est fortement amplifié. L'ampli- fication du bruit et des erreurs a en fait conduit à l'abandon de "l'amplificateur logarithmique" par la plu- part des constructeurs. A la place, l'homme de l'art a opté pour leutilisation du convertisseur analogique- numérique sur le signal "linéaire" provenant de l'inten- sification, en association avec des configurations de table à consulter pour effectuer les conversions de la forme linéaire à la forme logarithmique. Cette option conduit cependant à perdre les avantages inhérents à l'uti- ]o lisation d'un amplificateur logarithmique sur des signaux ayant des caractéristiques exponentielles, si le problème de l'amplification au voisinage du zéro pouvait être réso- lu. I1 existe donc de longue date un besoin portant sur un matériel et des procédures nouveaux et perfectionnés pour empêcher que les amplificateurs logarithmiques utili- sés dans des systèmes de radioscopie numérique n'introdui- sent du bruit et des erreurs amplifiées dans les images. Un aspect général de l'invention procure donc des systèmes de radioscopie numérique perfectionnés destinés à la pré- sentation d'images radiographiques d'objets, ces systèmes comprenant: une section d'acquisition d'image destinée à l'acquisition d'une représentation de l'objet par un signal vidéo, des moyens amplificateurs logarithmiques desti- nés à amplifier le signal vidéo avec une fonction logarith- mique, et des moyens destinés à effectuer une coupure au niveau de la ligne de base du signal vidéo amplifié, pour améliorer le rapport signal à bruit (S/B) et pour empêcher l'amplification d'erreurs et de bruit dans des signaux au voisinage de zéro. Une caractéristique connexe de l'invention est basée sur la reconnaissance du fait que pour optimiser la qualité des images acquises et présentées en radioscopie numérique, on utilise une tension de sortie de crête d'une caméra de télévision d'environ 10i00 mV. On sait également que pour des images acquises à partir d'un irntensificateur d'image, le seuil de tension inférieur de l'image n'est pas inférieur à environ 20 mV et n'est presque jamais in- férieur à 50 mV lorsque la tension de crête est de 1000 mV. On peut done régler les moyens de coupure de façon à cou- per les tensions à la sortie de l'amplificateur logarithmi- o10 que qui correspondent à des tensions d'entrée inférieures à environ 20 mV. Le système original comporte des moyens de cou- pure au niveau du zéro destinés à améliorer le rapport signal à bruit du système, ainsi qu'à minimiser des erreurs d'image qui apparaissaient précédemment du fait de l'utili- sation de l'amplificateur logarithmique et du zéro insta- ble et bruyant de la camnera de télévision. On obtient l'amé- lioration sans dégrader le gain de l'amplificateur logarith- mique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrirtior. détaillée qui va suivre, faite en relation avec les dessins annexes sur lesquels: La figure 1 est un schéma synoptique montrant les éléments fondamentaux d'un système de radioscopie numé- rique de type caracteristique, La figure 2 est une représentation schématique d'un amplificateur logarithmique préféré pour l'utilisation dans l'élément de traitement d'image de la figure 1, et Les figures 3(a), 3(b) et 3(c) sont des représen- tatiins graphiques de la tension de sortie Vs en fonction de la tensi.on d'entrée Ve de l'amplificateur de la figure 2. Le système de radioscopie numérique 11 de la fi- gure 1 est reprsenr.té sous une forme comprenant une section d'acquisition d'image 12 comportant, entre autres, la source d. raycns X, l'intensificateur d'image détecteur de rayons X et la caméra vidéo, bien connus, qui appliquent le signal vidéo initial à la section de traitement d'image 14, par le conducteur 13. La section de traitement accomplit les étapes d'amélioration d'image telles que la soustraction, le fil- trage, le lissage, etc, ainsi que les opérations nécessai- res qui sont exigées en relation avec les étapes d'amélio- ration d'image réelles, comme des opérations d'amplifica- tion, de conversion analogique-numérique, de conversion numériqueanalogique et des opérations arithmétiques, etc. La fonction de mémoire est également incorporée dans la section de traitement, comme l'indique le bloc de mémoire 17. Les signaux de sortie de la section de traitement sont des signaux vidéo qu'on utilise pour présenter l'objet dans la section d'affichage 16. Les signaux vidéo sont achemi- nés de la section de traitement vers la section d'afficha- ge par le conducteur 19. Le processeur central 23 repré- senté comporte le matériel périphérique habituel pour ac- complir les fonctions de commande habituelles. Les amplificateurs utilisés à l'entrée de la section de traitement 14 dans de tels systèmes étaient habituellement des amplificateurs logarithmiques. La figu- re 2 montre un amplificateur logarithmique 31 perfectionné, prévu pour l'utilisation dans un système de radioscopie nu- mérique, qui résout les problèmes auxquels les construc- teurs de tels systèmes étaient confrontés, et qui ont en fait conduit à l'abandon, par les autres constructeurs, de l'utilisation d'amplificateurs logarithmiques dans un sys- tème de radioscopie numérique. Les signaux vidéo présents sur le conducteur 13 et provenant de la section d'acquisition 12 sont appliqués à l'entrée 32 de l'amplificateur logarithmique 31 (figure 2). Le signal d'entrée vidéo est dirigé vers le préamplifica- teur Q1. L'entrée 32 est fermée sur une résistance d'adapta- tion d'impédance R1, connectée entre l'entrée 32 et la masse. Des moyens sont prévus pour régler le niveau de sortie continu de l'amplificateur Q1, pour qu'il soit approximativement égal à zéro en présence du courant d'obs- curité de la caméra de télévision. Avec le réglage du ni- veau zéro dans le préamplificateur Q1, le circuit amplifi- cateur logarithmique Q2 référence les signaux d'image à un niveau zéro fixe. Dans le mode de réalisation préféré- de la figu- re 2, les moyens de réglage de niveau continu compren- nent une résistance variable RV1 connectée entre les ten- sions positive et négative. La tension présente sur le curseur est appliquée à l'entrée négative du préamplifica- teur Q1 par l'intermédiaire d'un réseau diviseur de tension comprenant des résistances R2 et R3. Le point de conne- xion de ces résistances est connecté à l'entrée négative de l'amnplificateur Q1 par l'intermédiaire du conducteur 33. On obtient une tension de réaction de stabilisation à par- tir de la sortie du préamplificateur Q1, sur le conducteur connecté par la résistance R4 au point de connexion des rèsistances R2 et R3 du réseau diviseur de tension. La ten- sion de réaction fait varier la tension de réglage du ni- veau zéro en fonction de la tension de sortie du préampli- ficateur Q1. Le signal de sortie du préamplificateur, sur le conducteur 34, est appliqué à une borne d'entrée de l'am- plificateur logarithmique Q2. Des moyens sont prévus pour rèégler le gain et la position de la courbe donnant la ten- sion de sortie Vs en fonction de la tension d'entrée Ve our le circuit amplificateur logarithmique 31 de la figu- re 2. Plus précisément, une résistance variable RV3 est con- c.c..e entre les bornes 1 et 3 de l'amplificateur Q2, dans un circuit série comprenant les résistances R6, RV3 et R7. Le cu.reur de RV3 est connecté à une tension négative. Dans le moae de réalisation préféré, cet amplificateur est un am- 3S ulif.cateur logarithmique du commerce, fourni par Texas Instruments sous la référence TL441 CN. Le circuit à ré- sistance variable commande la pente (gain) de la courbe de tension, comme le montre la figure 3 (a). Le point de changement de pente de la courbe de la figure 3 est défini par le circuit à résistances qui comprend la résistance variable RV2 en série avec la résistance R5, connecté entre les bornes 4 et 7 de l'am- plificateur Q2. Le fait de changer la valeur de la résis- tance RV2 en déplaçant le curseur de RV2 déplace la partie supérieure de la courbe de façon à la rapprocher ou à l'éloigner de l'axe Vs, comme le montre la figure 3 (b). Le signal de sortie de l'amplificateur Q2 est constitué par des tensions logarithmiques différentielles sur les bornes 5 et 6. Des moyens sont prévus pour la coupure de la tension de sortie au niveau du zéro. Plus précisément, la figure 2 montre un amplificateur différentiel Q3 et un circuit associé. L'entrée positive de l'amplificateur Q3 est connectée à la sortie positive de l'amplificateur-Q2 par la résistance R8; d'autre part, l'entrée négative de l'amplificateur Q3 est connectée à la sortie négative de l'amplificateur Q2 par l'intermédiaire de la résistance R9. L'entrée positive de l'amplificateur Q3 est con- nectée à la masse par l'intermédiaire de la résistance de charge R10 et l'entrée négative de l'amplificateur Q3 est connectée à la sortie de l'amplificateur par l'intermédiaire de la résistance de réaction R12. On notera que du fait que les signaux appliqués aux entrées de l'amplificateur diffé- rentiel Q3 sont normalement égaux, le signal de sortie sera normalement égal à zéro ou au potentiel de la masse. Cepen- dant, des moyens sont prévus pour faire varier le niveau con- tinu sur l'entrée négative de l'amplificateur Q3, afin de cou- per les signaux négatifs. Plus précisément, les moyens de cou- pure des signaux négatifs comprennent la tension positive qui est appliquée à l'entrée négative de l'amplificateur Q3 par l'intermédiaire du circuit série formé par la résistance varia- 2r559632 ble RV4 et la résistance Rll, et à la masse virtuelle sur la sortie de l'amplificateur Q3, par la résistance R12.La tension aux bornes de R12, comparée à la tension aux bor- nes de R1.0, fait prendre une valeur négative à la tension de sortie de l'amplificateur Q3, et fait circuler un cou- rant dans la diode D1 et la résistance R13. Aussi longtemps que la diode Dl conduit, les signaux ne peuvent pas passer vers l'étage suivant du circuit 31. L'étage suivant est l'amplificateur séparateur de sortie Q4. Lorsque les entrées de l'amplificateur Q3 prennent un niveau suffisamment élevé, la sortie de Q3 pas- se au-dessus du niveau de coupure des diodes D1 et les si- gnaux de sortie passent maintenant vers l'étage suivant. Dans le mode de réalisation préféré, la diode Dl est une diode Schottky ayant une réponse rapide. Dans un mode de réalisation préféré, l'anplifi- cateur séparateur Q4 à un gain égal à l'unité et n'est pas inverseur. La sortie de l'amplificateur Q3 est connec- tee à l'entrée positive de l'amplificateur Q4. L'entrée négative de l'amplificateur Q4 est connectée à sa sortie dans un but de stabilisation. La sortie de l'amplificateur Q4 est connectée à la sortie 36 du circuit amplificateur logarithmique 31. Le point de connexion entre la sortie de l'amplificateur Q4 et la résistance R15 est connecté à la masse par la résistance R14. Le circuit amplificateur logarithmique 31 de la figure 2 es- representé avec des entrées d'alimentation et des circuits de filtrage à condensateurs de type caractéris- tique, ainsi qu'avec unr circuit de réaction pour l'amplifi- V30 cateLor Q3 comprenant les éléments R17 et C1. Les valeurs ormi ques des résistances et les références des amplificateurs î-i:tisés dais le mode de réalisation préféré qui est décrit sont les suivantes: RV1 =20kCLRV2 = 20 k.- RV3 = 5 klL RV4 = 5 k_.h R1 = 75fL R6 = 2,7 kL Rll = 2, 71L R16 = 2,2 kL_ R2 = lOk-.C R7 = 560. R12 = 5,62 kQ R17 = 2,2 k_. R3 = 499Lk R8 = 1 k. R13 = 1,5 kL C1 = 4,3 pf. R4 = 1,2kl R9 = 1 k R14 = 3,3 kl. R5 = lOkIL R10 = 5,62 ka R15 = 75 - Q1 et Q3 sont des circuits HA 5195 de Harris. Q4 est un circuit 002 de National Semiconductors, D1 est une diode Schottky HP 5082 - 2810 de Hewlett-Packard. lO En fonctionnement, on utilise le circuit ampli- ficateur logarithmique 31 pour, entre autres, régler le niveau zéro de façon à le faire correspondre au ccurant d'obscurité. On effectue ceci avec la résistance variable RV1 et ceci est indiqué par la représentation graphique de la tension en regard de la prise nl à laquelle la tension est mesurée. Le circuit commande également la pente et la po- sition des points de changement de pente de la courbe re- présentant la tension de sortie en fonction de la tension d'entrée, pour faire varier le gain et la forme de la courbe. On effectue ceci en utilisant respectivement les résistances variables RV3 et RV2. Théoriquement, on effec- tue ces réglages avec une "courbe idéale" et on fait varier la courbe mesurée pour la faire correspondre à la courbe idéale. Enfin, comme l'indique la figure 3(c) (représen- tant le signal de sortie en fonction du signal d'entrée du système global) , on utilise la résistance variable RV4 pour régler la coupure de la tension de sortie pour des niveaux de tension inférieurs à ceux qui correspondent au seuil de coupure, afin d'éviter le taux d'amplification éle- vé de bruits et d'erreurs au voisinage du point zéro du si- gnal d'entrée de l'amplificateur logarithmique. La coupure supprime donc les effets nuisibles que le bruit et les er- reurs amplifiés ont sur le signal de sortie et qui seraient normalement aggravés par le taux d'amplification élevé pour des signaux proches de zéro. On voit que ce procédé génère un niveau de référence stable et exempt de bruit (le niveau de coupure inférieur) pour l'utilisation en tant que référence par l'étage de conversion analogique- numérique placé à la suite. Il faut noter que bien qu'cnn'ait envisagé que le c8té positif de la courbe de la tension de sortie en fonction de la tension d'entrée, on peut appliquer tout aussi facilement le système de coupure à la partie négati- ve de la courbe. L'amplificateur logarithmique décrit ici présente un avantage consistant en un effet de synergie qui résulte de la maximisation de l'utilisation de conver- tisseurs analogique-numérique variables décrits dans une -1 demande de brevet déposée en Israel le, sous le numéro et cédée à la demanderesse de la présente demande. On obtient la précision maximale du système dé- crit dans la présente demande lorsqu'il travaille sur des données logarithmiques. L'amplificateur logarithmique dé- crit ici permet d'utiliser des données logarithmiques sans souffrir des inconvénients qui résultent d'une amplifica- tion élevée au voisinage du zéro. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système de radicsccpie numérique perfection- né destiné à présenter des images radiographiques d'objets, caractérisé en ce qu'il comprend: une section d'acquisition d'image (12) destinée à acquérir des signaux vidéo repré- sentatifs d'images de l'objet; des moyens de traitement d'image (14) destinés à traiter le signal vidéo avant la présentation, ces moyens de traitement comprenant des mo- yens amplificateurs logarithmiques (31) destinés à amplifier le signal vidéo avec une fonction logarithmique; et des mo- yens de coupure du signal vidéo amplifié à une valeur supé- rieure à celle qui correspond au zéro à l'entrée de l'am- plificateur (31), pour améliorer le rapport signal à bruit et pour empêcher l'amplification d'erreurs de signal au voisinage du point zéro sur la courbe de réponse. 2. Système selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que les moyens de coupure des signaux vidéo ampli- fiés comprennent des moyens de coupure au niveau de la li- gne de base. 3. Système selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que les moyens de coupure au niveau de la ligne de base comprennent des moyens de mise en court-circuit (D1) destinés à courtcircuiter les signaux vidéo amplifiés, jusqu'à une certaine valeur. - 4. Système selon la revendication 3,.caractéri- sé en ce que les moyens de mise en court-circuit comprennent des moyens à diode (Dl) qui conduisent au repos pour court- circuiter à la masse la sortie de l'amplificateur logarithmi- que jusqu'à un niveau prédéterminé. 5. Système selon la revendication 3, caractéri- sé en ce que les moyens à diode consistent en une diode de court-circuit (D1). 6. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens amplificateurs logarithmiques (31) com- prennent un amplificateur logarithmique (Q2), cet amplifica- Leur logarithmique ayant une sortie positive qui fournit les signaux vidéo amplifiés, des moyens amplificateurs de différence (Q3), et des moyens destinés à connecter les sorties positive et négative de l'amplificateur logarith- mique (Q2) à des entrées des moyens amplificateurs de dif- férence (Q3); les moyens de mise en court-circuit compre- nant des moyens à diode (DI) connectés à la sortie des moyens d'amplificateurs de différence (Q3); des moyens (RV4, RZ%î) destinés à polariser les moyens de mise en -0 court-circuit pour les faire fonctionner au-dessus du ni- veau de sortie zérc, afin de court-circuiter à la masse le signal de sortie de l'amplificateur de différence (Q3) au. voisinage du zéro; et des moyens (RV4) destinés à faire varier la polarisatiCn pour commander le point de coupure. _'i 75 Système selon la revendication 6, caractérisé en ce uie les loyers de polarisation comprennent des mo- yens a tes.t.c. e variable ài-V4) qui appliquent la ten- sion à l'une des entr-es de l'amplificateur de différence ( j,) 8. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il ccr3porte des moyens (RV2, RV3) qui sont desti- nés à définir le point de changement de pente du signal de sorti e ds l'apiPificateur logarithmique (Q2)o 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (RV3) destinés à commander le gain de l!amplifica-eur logarithmique (Q2). 01. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens préamplificateurs (Q1) desti- nes à appliquer le signal vidéo à l'entrée de l'amplifica- tour icgarithmique (Q2). 1.J. systême selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'ill eompriend des moyens amplificateurs séparateurs (04) restinés A transmnettre je signal de sortie des moyens p!li.ficaMeuIs de différence (Q3) à la sortie des moyens am- $5 pllficaeurs].ogari hmiques (31), en vue de l'application à des moyens d'affichage (16). 12. Système selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comprend des moyens convertisseurs ana- logique-numérique (14), des moyens (13) destinés à trans- mettre le signal de sortie des moyens amplificateurs lo- garithmiques (31) aux moyens convertisseurs analogique- numérique (14); et des moyens incorporés dans les moyens convertisseurs analogique-numérique (14) pour faire varier le gain de ces moyens convertisseurs. 13. Système selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comprend des moyens convertisseurs ana- logique-numérique (14) ayant un seuil variable. 14. Système selon la revendication 13, caracté- risé en ce qu'il comprend des moyens destinés à faire va- rier le gain des moyens convertisseurs analogique-numérique (14).