DE2713839A1

DE2713839A1 - Bildwiedergabevorrichtung

Info

Publication number: DE2713839A1
Application number: DE19772713839
Authority: DE
Inventors: Godfrey Newbold Hounsfield; Donald Fergus Mclean
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1976-03-27
Filing date: 1977-03-25
Publication date: 1977-10-06
Also published as: DE2713839C3; FR2345875A1; FR2345875B1; JPS6122516B2; GB1574823A; JPS52135218A; DE2713839B2; NL7703221A; US4125858A

Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT

PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

EMI Limited 1OO/498

Bildwiedergabevorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Bildwiedergabevorrichtung zum Empfang von monochromen Video-Signalen, die die Intensitätspegel für einzelne Elemente einer Matrix von Elementen in einem wiederzugebenden Bild darstellen.

Eine solche Bildwiedergabevorrichtung wird bei Geräten verwendet, mit denen der Körper eines Patienten unter Verwendung durchdringender Strahlung untersucht wird.

In der DT-OS 1 941 433 ist ein Gerät zur Erzeugung einer

Darstellung der Absorptionsverteilung in einer Scheibe eines

Körpers beschrieben. Die die Koeffizienten für die Elemente der

in der Querschnittsscheibe angenommenen Matrix darstellenden

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Signale werden in einer Wiedergabevorrichtung an Stellen sichtbar gemacht, die den Stellen der in der Scheibe angenommenen Elemente der Matrix entsprechen. Vorzugsweise werden die die Absorption darstellenden Daten in eine übliche Fernsehnorm umgesetzt, so daß zur Wiedergabe ein Fernsehgerät verwendbar ist.

Um die interessierenden Bereiche in der Querschnittsscheibe deutlich unterscheiden zu können, wird das Fenster, das den Bereich zwischen maximalem Schwarz-Wert und maximalem Weiß-Wert darstellt in der in der DT-OS 1 941 433 beschriebenen Weise beeinflußt, so daß der gesamte Video-Dichtebereich einem begrenzten Bereich der Absorptionswerte zugeordnet werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß die Fensterbreite so eingestellt wird, daß ein vorgegebener Bereich von Absorptionswerten erfaßt wird, und daß der Fensterpegel verändert wird, der die Mitte dieses Bereiches darstellt. Pegel unterhalb und oberhalb des gewünschten Fensterbereiches sind dann entweder Schwarz-Werte oder Weiß-Werte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel vorzusehen, um die interessierenden Bereiche bei der Bildwiedergabe deutlicher zu unterscheiden.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß Mittel zur Glättung der monochromen Video-Signale vorgesehen sind, um weitere Signale zu erzeugen, die ein Maß der durchschnittlichen Intensitätspegel von Gruppen der Elemente sind, daß Mittel vorgesehen sind, um von den weiteren Signalen Farbsignale abzuleiten, die auf die durchschnittlichen Intensitätspegel bezogen sind, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Farbsignale mit den monochromen Signalen zu Signalen zu kombinieren, die zur Erzeugung einer Farbfernsehwiedergabe ein Maß sowohl für.die zuerst erwähnten Intensitätspegel als auch für die durch-

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schnittlichen Intensitätspegel sind. Ggfs. können Mittel vorgesehen werden, um den Bereich der durchschnittlichen Intensitätspegel zu begrenzen, auf die sich die Farbsignale beziehen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines radiographischen Gerätes_/ bei dem die Erfindung verwendbar ist,

Fig. 2 ein die Erfindung verkörperndes Blockschaltbild,

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Glättung,

Fig. 4+5 Darstellungen zur Erläuterung der Bildung von Farbsignalen und

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Fig. 6 eine Darstellung für die Simulierung der in Fig. 5 dargestellten Kurve.

Die erfindungsgemäße Anordnung sorgt für eine bessere Unterscheidung zwischen Bereichen unterschiedlicher Absorption, so daß kleinere Änderungen begünstigt werden, indem in der Anzeige vorzugsweise zusätzlich zu dem monochromen Bild hoher Auflösung eine geglättete Version des Bildes in Farbe hinzugefügt wird.

Ein Bereich von Farben wird, den Datenwerten für einen begrenzten Bereich des insbesondere interessierenden Schwarz-Weiß-Bildes zugeordnet. Der Farbbereich ist willkürlich so gewählt, daß eine genügende Unterscheidung zwischen benachbarten Pegeln gegeben ist, jedoch sollte vorzugsweise ein allmählicher übergang zwischen unterschiedlichen Farben vorhanden sein. Durch Einstellung der den verschiedenen Farben zugeordneten Pegeln kann eine bedeutsame Änderung der Strahlungsabsorption hervorgehoben werden, so daß beispielsweise ein kontinuierliches Farbspektrum eine Konturkarte der Absorption angibt oder ein Tumor in einer Farbe, z.B. rot angegeben werden kann, während gesundes, den Tumor umgebendes Körpergewebe in einer anderen Farbe, z.B. grün erscheint. Die Farbinformation weist jedoch bewußt eine geringe Sättigung auf, so daß das monochrome Signal hoher Auflösung deutlich sichtbar ist, um die notwendigen Informationen für eine Diagnose zu liefern.

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Fig. 1 zeigt in schematischer Form ein in Verbindung mit der Erfindung verwendbares Röntgengerät. In einem Gerät 2 für komputerisierte axiale Tomographie werden Daten gewonnen, die sich auf Absorptionswerte im Körper 1 eines Patienten beziehen. Das Gerät enthält eine Strahlungsquelle 3, die ein fächerförmiges Strahlungsfeld 4 durch den Körper 1 sendet, sowie Detektoren 5, die die Strahlung nach Durchlauf des Körpers empfangen. Ein solches Gerät ist beispielsweise in der britischen Patentschrift 1 430 089 beschrieben. Das Gerät kann jedoch auch eine andere Ausbildung aufweisen, wie sie beispielsweise in den DT-Anmeldungen P 1 941 433, P 2 442 009, P 2 420 500, P 2 551 oder P 2 64 8 503 beschrieben ist. Die Daten werden in Schaltungen 6 vorverarbeitet, in denen sie beispielsweise in logarithmische und digitale Form umgesetzt werden, und anschliessend erfolgt eine Verarbeitung in Schaltungen 7, um eine Rekonstruktion der Verteilung der Absorption in einem Bereich des Körpers 1 zu erzeugen. Bei dieser Verarbeitung, die entsprechend der Anmeldung P 2 420 500 oder entsprechend der Anmeldung P 1 941 433 erfolgen kann, werden Absorptionskoeffizienten für jedes Element einer in dem erwähnten Bereich des Körpers angenommenen zweidimensionalen Matrix erzeugt. Die Erzeugung der Absorptionsdaten sowie die Verarbeitung dieser Daten zur Rekonstruktion wird nicht weiter erläutert, da dies nicht erfindungswesentlich ist und in den erwähnten Patentanmeldungen hierüber ausführliche Angaben enthalten sind.

Die die Absorptionswerte für die Matrix darstellenden Daten werden dann in Schaltungen 8 weiter verarbeitet, die die Daten in einer für die verwendete Anzeigevorrichtung kompatible Form bringen und die Anzeige erfolgt dann in einer Einheit 9, die meist aus einem Fernseh-Monitor besteht. Die Schaltungen 8 können Mittel zur Beeinflussung des Fensters enthalten, wobei unter

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"Fenster" der Bereich der Signalamplituden verstanden wird, die sich zwischen maximalem Schwarzwert und maximalem Weißwert befinden, und eine "Beeinflussung" bedeutet, daß der Schwarz-Weiß-Bereich in seiner Breite und in seiner Lage so veränderbar ist, daß er nur einen auswählbaren und ggfs. kleinen Bereich der unterschiedlichen Absorptionswerte erfaßt. Die Schaltungen 8 können von üblicher Bauart sein.

Eine Schaltung zur Verwirklichung der Erfindung ist in Fig. 2 in Form eines Blockschaltbildes dargestellt. Die die Bildmatrix darstellenden Daten werden von den Schaltungen 7 einem Video-Normwandler 10 zugeführt. Dieser wandelt die Daten in die für die Rekonstruktion nötige Form um, die vorzugsweise 256 Zeilen und 256 Elemente erfordert, und es erfolgt eine Umsetzung in monochrome Video-Daten, die für die in der Anzeigevorrichtung 9 verwendete Norm passen. Die Normumwandlung ist bekannt und kann durch zahlreiche bekannte Techniken bewirkt werden. Die nachfolgend beschriebene Verarbeitung erfolgt nach den üblichen Prinzipien der Fernsehtechnik, und somit kann eine detaillierte Beschreibung entfallen. Die Signale können vor ihrer Sichtbarmachung auch einer anderen Verarbeitung zusätzlich zu der beschriebenen Verarbeitung unterworfen werden.

Die monochromen Daten werden zunächst der Fensterbeeinflussung unterworfen, die in der DT-OS 1 941 433 beschrieben ist. Bei diesem Verfahren wird die gesamte Video-Dichte oder der ganze Graubereich einem begrenzten Bereich der Röntgenstrahlenabsorption zugeordnet, der durch die Bedienungsperson mittels eine Potentiometers in einer Steuereinheit 11 ausgewählt wird. Die Fensterbeeinflußung umfaßt zwei Einstellungen, nämlich die Einstellung der Fensterbreite, die einen Bereich der benötigten Absorptionswerte definiert und den Fensterpegel, der

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den Mittelwert dieses Bereiches definiert. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird zunächst in Schaltungen 12a der Fensterpegel und anschließend in Schaltungen 12b die Fensterbreite festgelegt. Nachdem diese Einstellung erfolgt ist, werden die monochromen Signale einer Multiplex-Schaltung 13 zugeführt, die ein Ausgangssignal an die Anzeigeeinheit 9 für ein monochromes Bild mit hoher Auflösung liefert.

Die bisher beschriebenen Schaltungen sind im wesentlichen aus den erwähnten Patentanmeldungen bekannt. Es sei jedoch bemerkt, daß die Normumwandlung mit den Schaltungen zur Beeinflussung des Fensters kombiniert werden kann.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden jedoch auch Farbvideo-Signale von den monochromen Signalen am Ausgang 12a abgeleitet, d.h. von Signalen, die hinsichtlich ihres Fensterpegels, nicht jedoch hinsichtlich der Fensterbreite beeinflußt worden sind.

Die Signale werden zunächst einer zweidimensionalen Glättung oder Tiefpassfilterung in Schaltungen 14 unterworfen, um sicherzustellen, daß das Farbsignal nicht auf statistisches Rauschen in dem Signal anspricht und daß es ein Maß für die Durchschnittspegel entsprechender Teile des endgültigen Bildes ist. Für die Glättung können zahlreiche analoge oder digitale Techniken verwendet werden, jedoch wird eine bevorzugte Ausführungsform anhand von Fig. 3 nachfolgend näher erläutert.

Diese Figur zeigt einen Teil einer Matrix von Elementen, die jeweils einem Signal mit dem Wert A zugeordnet sind. Die Elemente können die Elemente einer rekonstruierten Matrix sein, oder sie können wie bei dem vorliegenden Beispiel Gruppen von Elementen in entsprechenden Zeilen eines Fernsehbildes sein,

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wobei jede Gruppe einem Element der Matrix entspricht. Den Elementen sind zwei Adressenziffern zugeordnet, von denen die erste eine Reihen- oder Zeilenziffer darstellt, während die zweite Ziffer die Position in der Reihe angibt, so daß A-.., A₃~, A_₇ usw. Elemente einer Reihe oder Zeile sind. Vorzugsweise werden dabei die Daten bei Empfang in den Schaltungen in einem digitalen Speicher an entsprechenden Speicherstellen für jede Adresse festgehalten. Für die Glättung wird für jede Adresse ein Wert abgeleitet, indem ein Durchschnitt des gespeicherten Wertes für diese Adresse mit ausgewählten umgebenden Adressen gebildet wird, und indem dieser an der äquivalenten Stelle eines zweiten Speichers gespeichert wird, bevor eine weitere Verarbeitung erfolgt.

Somit wird in Fig. 3 ein Wert für A₃₃ gewonnen, indem alle Werte innerhalb des Quadrates 15, d.h. A₃₃, A₃₃, A₃₄, A₃₃, A₃₃, A₃₄, A₄₃/ A₄₁ und A₄₄ addiert und durch neun geteilt und dann der Speicherstelle A₃₃ des zweiten Speichers zugeführt werden. In gleicher Weise wird ein Wert für A₄₄ als Durchschnitt der Werte im Quadrat 16 gebildet. Natürlich kann eine größere Anzahl von Elementen für die Durchschnittsbildung herangezogen werden, und ausgewählte Elemente wie die "Ecken" A₃₃, A_?4, A₄₃ und A.₄ können entsprechend geringer gewichtet werden.

Gemäß Fig. 2 werden die geglätteten Video-Signale in Schaltungen 17 einer zweiten Beeinflussung des Fensters unterworfen. Hierbei werden sowohl der Fensterpegel als auch die Fensterbreite durch die Bedienungsperson von der Steuereinheit 11 aus eingestellt. Diese Beeinflussung des Fensters ist im wesentlichen die gleiche, der die monochromen Signale hoher Auflösung unterworfen werden, jedoch dient sie zur Begrenzung

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des zu erzeugenden Farbspektrums auf einen Bereich von Absorptionswerten, der ausreicht, um ausgewählte Merkmale der rekonstruierten Darstellung hervorzuheben. In den Schaltungen 17 ist der Fensterpegel normalerweise auf den Mittelpunkt der in den Schaltungen 12a eingestellten Grauskala voreingestellt, so daß in den Schaltungen 12a die primäre Regelung des Pegels erfolgt. Es kann jedoch auch eine unabhängige Einstellung des Pegels in beiden Schaltungen vorgenommen werden.

Die geglätteten und hinsichtlich des Fensters beeinflußten monochromen Signale am Ausgang der Schaltungen 17 besitzen nun eine verhältnismäßig geringe Auflösung und dienen zur Erzeugung von Farbsignalen in Schaltungen 18. Die Schaltungen 18 enthalten Pegel-Detektoren, die Signale erzeugen, welche unterschiedliche monochrome Pegel darstellen, von denen jeder einem unterschiedlichen Farbton entsprechend einem gewählten Spektrum zugeordnet ist. Die Schaltungen können von beliebiger Ausbildung sein, jedoch sind sie vorzugsweise so ausgelegt, daß die Signale die aus der Farbfernsehtechnik bekannte Form von Farbdifferenzsignalen (R - Y) und (B - Y) aufweisen.

Solche Farbdifferenzsignale können bekanntlich in einem in Fig. 4 gezeigten Vektordiagramm dargestellt werden, bei dem die benötigten Farbdifferenzsignale die Projektionen des Vektors auf die senkrechten Achsen darstellen.

Für die Schaltung 18 wird die Amplitude des Schwarz-Weiß-Signals an beliebigen Pegeln zwischen dem maximalen Schwarz-Wert und dem maximalen Weiß-Wert unterteilt, so daß man eine Reihe von Pegeln, nämlich den maximalen Schwarz-Wert, A, B, C, D und den maximalen Weiß-Wert erhält, und die Pegel-Detektoren geben an, wenn jeder dieser Pegel überschritten wird. Jedem der

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Pegel A, B, C, D ist eine Position im Vektor-Diagramm zugeordnet, von denen die Pegel A und B in Fig. 4 dargestellt sind, so daß die Farbdifferenzsignale entsprechend zugeordnet werden können.

Dies ist deutlicher in Fig. 5a und 5b zu sehen. Die dort dargestellten Kurven zeigen die Werte des Farbton-Vektors als Projektion auf die (R - Y) und (B - Y) Achsen. Auf der Basis von Fig. 5 können die Farbdifferenzsignale als kontinuierliche Änderungen des Pegels erzeugt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Vektor jedoch von einer Position zu einer anderen umgeschaltet, wenn jeweils ein Pegel überschritten wird.

Eine kontinuierliche Änderung der Kurven in Fig. 5 kann durch eine analoge Verarbeitungsvorrichtung simuliert werden, die Diodenschalter und Diodenbegrenzer enthält, um scharfe Kanten zu glätten, was in Fig. 6 angedeutet ist.

Stattdessen könnte aber auch eine digitale Schaltung verwendet werden. Diese würden dann einen Festspeicher (ROM) enthalten, in dem eine zu dem jeweiligen Farbdifferenzsignal passende Sinus- oder Kosinus-Tabelle gespeichert ist.

Die Farbsignale werden dann ebenfalls der Multiplex-Schaltung 13 zugeführt und dort mit dem monochromen Signal hoher Auflösung für die Anzeige kombiniert, wobei die Anzeigevorrichtung natürlich ein Farbmonitor sein muß.

Die relativen monochromen und farbigen Signale sind vorzugsweise so beschaffen, daß die kombinierten Video-Signale einen zu den monochromen Signalen passenden Helligkeitswert beibe-

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halten, so daß die Hinzufügung von Farbe keine Unterschiede in der Helligkeit erzeugt, die eine Verfälschung bewirken könnten. Dies läßt sich durch übliche Techniken in der Multiplex-Schaltung 13 erreichen. Die Amplitude des monochromen Signals hoher Auflösung kann als Helligkeitssignal Y verwendet werden, und dieses Helligkeitssignal wird mit den Farbdifferenzsignalen kombiniert, um die R, G, B-Signale zu gewinnen. Bei den digitalen Schaltungen erfolgt eine Digital/Analog-Umsetzung der R, G, B-Signale_/ um den Ausgang für die Anzeige zu erzeugen.

Es sei bemerkt, daß ein Vorteil eines Systems bei dem Signale in einem Festspeicher gespeichert werden, darin besteht, daß die Farbfolge leicht durch Änderungen der gespeicherten Tabellen veränderbar ist.

Die durch diese Schaltungen bei richtiger Einstellung erzielte Wirkung ist eine "Farbverwaschung" mit geringer Sättigung, durch die ausgeprägte Merkmale in dem monochromen Bild hoher Auflösung hervorgehoben werden. Eine Einstellung, um das gewünschte Bild zu erhalten, wird manuell in Abhängigkeit von dem dargestellten Bild durch die Schaltungen zur Beeinflussung des Fensters und zur Glättung eingestellt.

-Patentansprüche-

Bs / dm

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Claims

Patentansprüche :

1. Bildwiedergabevorrichtung zum Empfang von monochromen Video-Signalen, die die Intensitätspegel für einzelne Elemente einer Matrix von Elementen in einem wiederzugebenden Bild darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (14) zur Glättung der Signale vorgesehen sind, um weitere Signale zu erzeugen, die ein Maß der durchschnittlichen Intensitätspegel von Gruppen (15, 16) der Elemente sind, daß Mittel (18) vorgesehen sind, um von den weiteren Signalen Farbsignale abzuleiten, die auf die durchschnittlichen Intensitätspegel bezogen sind, und daß Mittel (13) vorgesehen sind, um die Farbsignale mit den monochromen Signalen zu Signalen zu kombinieren, die zur Erzeugung einer Farbfernsehwiedergabe ein Maß sowohl für die zuerst erwähnten Intensitätspegel als auch für die durchschnittlichen Intensitätspegel sind.

2. Bildwiedergabevorr-xöhtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Einstellung des durchschnittlichen Pegels der weiteren Signale relativ zu einem Bezugspegel vorgesehen sind.

3. Bildwiedergabevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugspegel der durchschnittliche Pegel der monochromen Video-Signale ist.

4. Bildwiedergabevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Einstellung des durchschnittlichen Pegels der monochromen Video-Signale in

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ORIGINAL INSPECTED

bezug auf die zuerst erwähnten Intensitätspegel vorgesehen sind.

5. Bildwiedergabevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Einstellung des im Bereich der monochromen Video-Signale eingeschlossenen Bereichs der zuerst erwähnten Intensitätspegel vorgesehen sind.

6. Bildwiedergabevorrichtung zum Empfang von monochromen Video-Signalen, die die Intensitätspegel für einzelne Elemente einer Matrix von Elementen in einem wiederzugebenden Bild darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Einstellung des durchschnittlichen Pegels der monochromen Videosignale relativ zu einem Bezugspegel vorgesehen sind, daß Mittel zur Ableitung von Farbsignalen von den monochromen Video-Signalen nach der Einstellung vorgesehen sind, die Farbtöne besitzen, die sich auf bestimmte Bereiche der monochromen Signale oder davon abgeleiteter Signale beziehen, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Farbsignale mit den monochromen Video-Signalen vor der erwähnten Einstellung zu kombinieren und damit zusammengesetzte Signale zu erzeugen, die ein Maß für die Intensitätspegel sind, und ausgewählte Bereiche in Farbe hervorzuheben.

7. Bildwiedergabevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Helligkeitspegel der zusammengesetzten Signale auf Werten zu halten, die zu den monochromen Video-Signalen gehören.

8. Bildwiedergabevorrichtung zum Empfang von monochromen Video-Signalen, die die Intensitätspegel für einzelne Elemente eines wiederzugebenden Bildes darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß

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Mittel zur Einstellung des durchschnittlichen Pegels des monochromen Video-Signals sowie Glättungsmittel vorgesehen sind, die auf die eingestellten Video-Signale einwirken, um weitere monochrome Video-Signale mit geringerer Auflösung zu erzeugen, daß erste Fenster-Beeinflussungsmittel (12b) vorgesehen sind, die auf die eingestellten Video-Signale so einwirken, daß der Bereich der Intensitätspegel zwischen dem maximalen Schwarz-Wert und dem maximalen Weiß-Wert der Video-Signale veränderbar ist, daß zweite Fenster-Beeinflussungsmittel (12a) vorgesehen sind, die auf die Signale mit geringerer Auflösung einwirken, um deren durchschnittlichen Pegel in bezug auf den Durchschnittspegel der eingestellten Video-Signale und den Bereich der Intensitätspegel zwischen dem maximalen Schwarz-Wert und dem maximalen Weiß-Wert zu verändern, und daß auf die hinsichtlich ihres Fensters beeinflußten Signale mit geringer Auflösung einwirkende Farbsignalmittel vorgesehen sind, um Farbsignale zu erzeugen, deren Farbtöne sich auf vorgegebene Bereiche beziehen, daß ferner Multiplex-Mittel (13) vorgesehen sind, um die Farbsignale mit den von den ersten Fenster-Beeinflussungsmitteln abgeleiteten Signalen zu kombinieren, um zusammengesetzte Signale für eine Farbfernsehwiedergabe zu erzeugen, und daß schließlich Mittel vorgesehen sind, um die Helligkeitspegel der zusammengesetzten Signale auf Pegeln zu halten, die zu den monochromen Video-Signalen passen.

9. Radiographisches Gerät zur Erzeugung einer Darstellung der Absorptionsverteilung von durchdringender Strahlung in einem Bereich des Körpers eines Patienten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Normwandler (10) vorgesehen ist, der monochrome Fernsehnormsignale erzeugt, die ein Maß für die Verteilung sind, und daß eine Bildwiedergabevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist, die die erwähnten Fernsehnormsignale verarbeitet.

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