Двухмерная фильтрация изображений в интроскопии
Физические процессы образования фотографического изображения приводят к снижению амплитуды высокочастотных компонентов его пространственного спектра; вследствие этого контрастность мелких деталей, соизмеримых с размером элемента разложения, в фотографическом изображении мала и не отображает истинного контраста этих деталей в регистрируемом объекте. Этим объясняется плохая различимость контуров крупных деталей малоконтрастных объектов в рентгеновских снимках. Преобразование оптического изображения в электрический сигнал позволяет осуществить фильтрацию такого изображения с целью усиления верхних пространственных частот, что приводит к увеличению контрастности мелких деталей изображения.
Увеличение контрастности мелких деталей изображения и улучшение различимости контуров крупных деталей правильно экспонированных рентгеновских и фотографических изображений может быть достигнуто применением светочувствительного материала с малой фотографической широтой в сочетании с соответствующим снижением контраста в крупных деталях изображения с частотнозависимой обратной связью р.
Цепь отрицательной обратной связи (рис. 50) охватывает электронно-лучевую трубку 1, объектив 2, проецирующий растр с экрана трубки в плоскость исходного изображения 3, светочувствительный негативный материал 4 и фотоэлектронный умножитель 5.
Рис. 50. Обобщенная функциональная схема электронной двумерной фильтрации фотографических изображений
Степень увеличения контрастности мелких деталей изображения определяется правильностью выбора негативного материала, а также режима работы фотопечатающего аппарата. Зависимость контраста К в крупных деталях оптического изображения, воздействующего на светочувствительный материал, от контраста КР деталей изображения и разных значениях петлевого усиления а показана на рис. 51, а.
Оптическое изображение, имеющее максимальный контраст Кмакс в течение времени экспозиции t воздействует на светочувствительный материал, на котором после соответствующей обработки образуется негатив исходного изображения. При выборе времени экспозиции t и величины усиления усилителя обратной связи необходимо обеспечить условия, при которых будет использован заданный участок характеристической кривой фотоматериала (линейный или определенный с учетом минимального полезного градиента оптической плотности.
Рис. 51. Зависимость контраста (К) деталей оптического изображения (а) от К рентгеновского изображения и от диаметра светового пятна (б) и (в).
Если в процессе фотоэлектронной печати обеспечиваются условия, при которых контрастность изображения на позитиве Кп макс получается равной контрастности исходного изображения Кр макс, то относительное увеличение величины градации плотности в мелких деталях приводит к соответствующему увеличению контрастности этих деталей по сравнению с исходным изображением. Рассмотренный метод печати применяется для обработки рентгенограмм с целью увеличения контрастности в мелких деталях изображения.
В качестве источника света использована электронно-лучевая трубка, работающая в режиме сканирования прямоугольным растром (кадровая частота 1,5–2,5 Гц, строчная – 0,2–1,8 кГц). Для проекции растра на плоскость печатного стола применен широкоугольный объектив МРО-2 с относительным отверстием 1:8 и фокусным расстоянием 100 мм. Геометрия установки позволяет получить копии изображений размером до 300X300 мм с оптической расфокусировкой сканирующего пятна в пределах 1,5-12 мм.
Цепь обратной связи, построенная по рассмотренной выше схеме, включает фотоэлектронный умножитель ФЭУ-19ЭД и усилитель, имеющий на выходе управляемую схему фиксации, формирования и замешивания гасящих импульсов, и ограничитель, позволяющий устранить эффект изменения уровня цветного в сигнале, вызванный фоновыми засветками в оптической звене. Коэффициент усиления усилителя обратной связи регулируется в пределах от 100 до 800; частотная характеристика практически равномерна в полосе 0,3–300 кГц. Для изучения характера распределения плотностей исходного изображения в любой выбранной строке растра и регистрации формы сигнала в установку введено устройство стробирования сигнала.
С целью количественной оценки плотностей участков изображений используется метод фотометрирования, позволяющий измерять коэффициенты пропускания х или оптические плотности D с помощью светового пятна диаметром около 100 мкм на объекте с относительной ошибкой, не превышающей 0,5%. Для осуществления точного выбора режима фотопечатающего устройства сняты характеристические кривые негативных фотопленок Фото-65 и РМ-1 для условий освещения световым пятном электроннолучевой трубки, выбранной рецептуры и технологии проявления (проявители типа А-22, КЦ-1, А-71, Д-19, А-30, Д-11 при температуре 20 ± 1 °С).
Характер обработки исходного изображения в значительной степени определяется размерами сканирующего светового пятна в плоскости печатного стола. Оценка диаметра сканирующего элемента производилась путем записи следа движения светового пятна по фотографической эмульсии и фотометрирования профиля этого следа. Значение условного диаметра пятна отсчитывалось на уровне 0,1 от максимальной плотности почернения.
С целью исследования влияния глубины обратной связи и времени экспозиции проводилась печать эталонного градационного ступенчатого клина с известным распределением плотностей. Экспозиция и глубина обратной связи рассчитывались таким образом, чтобы получить отпечатки, диапазон плотностей которых соответствовал бы разным участкам характеристической кривой фотоматериала.
Результаты сравнения экспериментальных и расчетных данных по степени снижения контраста в крупных деталях изображения, определяемой как отношение контраста в исходном изображении к контрасту соответствующих деталей в отпечатке, приведены в табл. 6.
Зависимости, определяющие характер преобразования контрастов мелких и крупных деталей изображения при изменении диаметра сканирующего светового пятна, иллюстрируются рис. 51,6, в. На рис. 52 приведены результаты фотометрирования отпечатков двух светлых полос шириной 2 мм и 21 мм, расположенных на однородном фоне при печати с разными диаметрами пятна d, выраженных через длину строки, разложения Н. Видно, что контраст широкой полосы практически не зависит от диаметра, в то время как контраст узкой полосы увеличивается при увеличении диаметра пятна. При уменьшении диаметра сканирующего пятна до размеров, соизмеримых с шириной полосы, ее контраст приближается к полученному при печати без обратной связи. Если при обработке рентгенограмм известны размеры деталей, контраст в которых, необходимо увеличить, то размер сканирующего пятна следует выбирать в 3–4 раза больше размера этих деталей.
Исследование эффекта увеличения резкости границ, а также влияния на этот эффект диаметра сканирующего пятна и* петлевого усиления проводились с помощью теста, содержащего резкую черно-белую границу. Результаты фотометрирования четырех негативов, отражающие влияние диаметра пятна на передачу черно-белой границы, приведены на рис. 52.
Рис. 52. Изменение черно-белой границы изображения при разных диаметрах светового пятна
Зависимость, представляющая переходную характеристику фотопечатающего аппарата, наглядно иллюстрирует снижение контраста в крупных участках (установившееся значение) при увеличении контраста границы и появлении вследствие этого окантовки вблизи границы, полярность которой относительно среднего уровня совпадает с полярностью перепада плотностей в исходном изображении.
Ширина окантовки уменьшается при снижении диаметра пучка: при d = 13 мм на уровне, отличном от установившегося на 10%, окантовка составляет 7–8 мм, при d = 2,5 мм – около 1,8–2,2 мм.
Рассмотренные материалы относятся к фотоэлектронной печати и могут быть использованы при изготовлении микрокопий и микроархивировании рентгенограмм, подготовке демонстрационных рентгенограмм и в ряде других случаев.
