FR2531783A1 - Procede et dispositif de conversion d'images obtenues par balayage sectoriel en images a balayage par lignes - Google Patents

Procede et dispositif de conversion d'images obtenues par balayage sectoriel en images a balayage par lignes Download PDF

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Abstract

LE DISPOSITIF CONVERTIT EN TEMPS REEL LES IMAGES D'ORIGINE EN IMAGES A BALAYAGE PAR LIGNES ET TRAMES. IL COMPREND UNE MEMOIRE NUMERIQUE D'IMAGE 22 DE CAPACITE SUFFISANTE POUR STOCKER LES ECHANTILLONS PRELEVES SUR LES N LIGNES DE TIR REGULIEREMENT REPARTIES; UNE INTERFACE 24 D'ECRITURE EN MEMOIRE 22 PREVUE POUR PRELEVER, SUR CHAQUE LIGNE DE TIR N, DES ECHANTILLONS A UNE FREQUENCE FIXE POUR UNE LIGNE DONNEE, CHOISIE POUR CHAQUE LIGNE DE FACON QUE LES ECHANTILLONS DE TOUTES LES N LIGNES DE TIR CORRESPONDENT AUX MEMES ADRESSES EN Y; ET UNE INTERFACE 30 DE LECTURE EN MEMOIRE D'IMAGE, COMPORTANT DES MOYENS DE LECTURE DE LA MEMOIRE PAR LIGNES CORRESPONDANT CHACUNE A UNE ADRESSE Y ET DES MOYENS POUR AFFECTER A CHAQUE

Description

Procedé et dispositif de conversion d'images obtenues par balayage sectoriel en images à balayage par lignes.
La présente invention concerne la conversion, en temps réel, d'images obtenues par balayage sectoriel suivant N lignes de tir en images à présentation par lignes. Elle trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans la conversion des images obtenues par balayage sectoriel en echographie ultrasonore.
On sait que, parmi les échographes-en temps réel utilisés pour le diagnostic médical, ceux qui utilisent un balayage sectoriel tendent à prendre une place prédominante. Ces appareils utilisent un système mécanique (sondes tournantes,oscillantes), ou un balayage électronique. Ils fournissent à une cadence élevée, typiquement de l'ordre de 25 par seconde,des des images constituées par les échos recueillis suivant un nombre N, généralement de l'ordre de 100,de lignesde tir également répartiesangulairement sur un secteur angulaire a.
La solution la plus simple pour visualiser les images ainsi obtenues consiste a utiliser un oscilloscope auquel on applique des rampes de balayage dans les directions X et Y variant comme at.sinss et at.cos +, < p étant l'angle d'inclinaison de la ligne de tir. Mais ce mode de présentation a beaucoup d'inconvénients. La densité des lignes varie beaucoup entre la zone proche du transducteur et la zone lointaine. Les oscilloscopes donnant une échelle de gris satisfaisante, et donc permettant d'utiliser une quantification des échos à de nombreux niveaux,sont très coûteux.
Ces motifs conduisent à préférer la visualisation sur un moniteur de télévision, ce qui implique un balayage par lignes ettrame iraster scan en terminologie anglo-saxonne) au standard télévision.
On pourrait a priori penser que la conversion au standard télévision peut aisément être effectueten stockant les échantillons prélevés suivant les N lignes de tir dans une mémoire tampon qui permet de plus de figer l'image pour un balayage sectoriel donné si on le souhaite. Malheureusement la transformation directe de coordonnées polaires en coordonnées cartésiennes à cadence très élevée (typiquement 2 MHz) exige une vitesse de calcul incompatible avec les microprocesseurs disponibles à l'heure actuelle et conduit donc à l'emploi de calculateurs lourds et coûteux.De plus, la représentation au standard télévision d!une image représentée par des pels dont la densité varie dans de grandes proportions, suivant qu'on est dans une région proche ou éloignée du transducteur, conduit à des effets de moiré dans la région où l'image originale est à fréquence spatiale élevée. Enfin, il existe dans la trame des points non adressés, qui restent blancs et donnent donc des défauts gênants.
La présente invention vise à fournir un procédé et un dispositif fonctionnant en temps réel et permettant de convertir au balayage par trames, et typiquement au balayage au standard télévision, des images obtenues par balayage sectoriel, en évitant les défauts ci- dessus et en ne mettant en oeuvre que des moyens simples et relativement peu motteux.
Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé en temps réel de conversion au balayage par tramesd'images obtenues par balayage sectoriel suivant
N lignes de tir, caractérisé en ce qu'on prélève sur chaque ligne de tir à son tour des échantillons successifs à une fréquence variable suivant l'ordre n de la ligne de tir de façon qu'ils correspondent aux memes valeurs de l'adresse en Y pour toutes les lignes et on les mémorise sous forme numérique, ligne de tir par ligne de tir, et on effectue une transformation d'adresse sur les échantillons mémorisés pour affecter à chaque point élémentaire, ou pel,d'adresse X d'une ligne de balayage télévision d'adresse Y l'échantillon d'ordre Y sur la ligne de tir n donné par
Figure img00030001

qui devisent, lorsque e = 900
Figure img00030002
L'invention propose également un dispositif de conversion d'image obtenues par balayage sectoriel en images a balayage par lignes comportant des pels répartis régulièrement en X et en Y dans une trame, comprenant : une mémoire numérique d'image de capacité suffisante pour stocker les échantillons prélevés sur les N lignes de tir régulièrement réparties 9 un interface d'écriture en mémoire prévue pour prélever sur chaque ligne de tir des échantillons à une fréquence fixe pour une ligne donnée, choisie pour chaque ligne de façon que les échantillons de toutes les lignes de tir correspondent aux mêmes adresses en Y ; et un interface de lecture en mémoire, comportant des moyens de lecture de la mémoire par lignes correspondant chacune a une adresse Y et des moyens pour affecter & chaque pel d'adresse X l'échantillon correspondant à la ligne de tir d'ordre n donné par
Figure img00030003
L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui suit d'un mode particulier d'exécution, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- la figure 1 est un schéma montrant la répartition des N lignes de balayage s-ectoriel ,
- la figure 2 est un synoptique simplifié montrant une constitution possible du dispositif suivant l'invention
- la figure 3 est un schéma montrant le mode de rangement des échantillons dans la mémoire d'image.
On supposera l'invention mise en oeuvre pour présenter en temps reel l'échogramme par balayage sectoriel sur un angle O suivant N lignes de tir également réparties angulairement. Si la présentation en balayage télévision s'effectue sur une matrice de M x M points, comme indiqué sur la figure 1, la correspondance entre les adresses ADR
X et ADR Y suivant X et Y et les coordonnées polaires du balayage sectorielestdonnée, pour un point P, par
Figure img00040001
Dans ces formules - n est le numéro d'ordre de la ligne de tir - t est le temps - a est un coefficient de proportionnalité constant.
Le signal analogique recueilli à chaque tir est soumis à un traitement numérique qui doit tout à la fois - corriger la trop grande densité des lignes dans la zone
proche du transducteur, - faire correspondre un échantillon numérisé à chaque
couple d'adresse faute de quoi les points non adressés
apparaitraient blancs.
Le procédé suivant l'invention utilise une conversion de coordonnées en deux étapes.
Le calcul des valeurs de ADR Y s'effectue lors de l'écriture dans une mémoire vive d'image organisée en
M x M cases ayant chacune un nombre d'éléments binaires (bits) correspondant au nombre de niveaux de quantification choisis.
Le calcul des valeurs de ADR X s'effectue lors de la lecture et les valeurs sont affectées chacune à un pel lors de la visualisation sur un écran à balayage télévision.
En règle générale, une quantification sur au moins quatre bits sera nécessaire et on prendra M = 512.
Sur la figure 2, le dispositif d'échographie proprement dit n'a été représenté que schématiquement, étant donné qu'il sera de constitution classique. On peut le regarder- comme comportant une sonde 6 à balayage sectoriel associée à un échographe 7 commandé par une carte pilote 8 munie d'une base de temps 9. L'échographe et la sonde peuvent notamment être du genre décrit dans la demande de brevet FR 81 13445.
Pour mémoriser dans une mémoire d'image22des échantillons correspondant à des valeurs également réparties de ADR Y, le signal ultrasonore Z est échantillonné non pas à la fréquence constante a, mais à la fréquence ré
Figure img00050001
<tb> duite <SEP> a
<tb> <SEP> r
<tb> a <SEP> = <SEP> a <SEP> COS <SEP> e(n-1) <SEP> (3)
<tb> <SEP> r <SEP> N <SEP> 2 <SEP> J
<tb>
La figure 2 montre une interface d'écriture 24 qui permet, pour chaque ligne de tir, d'inscrire dans une mémoire vive 22 des échantillons correspondant à des adresses
ADR Y déterminées. A une ligne de tir d'ordre n correspondra une colonne d'écriture des échantillons correspondants dans la mémoire 22 (figure 3).
L'interface 24 comprend une mémoire morte 10 (mémoire morte programmable en général) dans laquelle sont stockés à l'avance les N valeurs de la fréquence d'échantillonnage réduite données par la formule (3), le numéro d'ordre n de chaque ligne de tir oonstituantlBadresse où se trouve la valeur correspondante de ÛI ar La valeur numérique mémori- sée de la fréquence a r est transformée en tension analogique dans un convertisseur N/A 12 et appliquée àltentrée de commande d'un oscillateur à fréquence programmée par tension 14.Un compteur 1Q provoque, à la fréquence d'échantillonnage arç l'inscription de l'amplitude quantifiee du signal Z dans une mémoire tampon 18 Ce signal Z est numérisé aux instants d'édhantillonage par un circuit de conversion analogique/numérique 20 (sur quatre bits dans l'exemple donné plus haut) également commandé par l'oscillateur 14.
L'ensemble des échantillons correspondant a une ligne de tir d'ordre n est rangé dans la mémoire tampon 18, puis transférée à fréquence constante dans la mémoire principale d'image 22 où il est affecté à la colonne d'ordre n de la mémoire.
On VOIt que la mémoire tampon 18 doit avoir une capacité correspondant à deux lignes de tir. Pendant l'écriture des échantillons d'une ligne de tir, la ligne précédente est lue et transférée en mémoire principale 22.
I1 faut remarquer que ce procédé d'écriture, ligne de tir par ligne de tir, ne laisse aucune case vide dans la mémoire. Pour toutes les N lignes de tir, on range en mémoire des échantillons correspondant à toutes les valeurs de ADR Y.
Une fois la mémoire 22 remplie (au bout de N tirs), la lecture est effectuée et doit s'accompagner de la transformation des adresses suivant X. Cette transformation doit éviter l'apparition des défauts mentionnés plus haut.
La lecture sera effectuée horizontalement, c'est-àdire ligne par ligne, dans la mémoire22qui comporte N colonnes d'échantillons. Pour chaque ligne horizontale, correspondant à une meme adresse ADR Y, on dispose des valeurs successives de n. La transformation à effectuer
Figure img00060001
<tb> est <SEP> alors <SEP> I <SEP> E <SEP> e <SEP>
<tb> ADR <SEP> X <SEP> = <SEP> M2 <SEP> AD <SEP> Y <SEP> ad <SEP> . <SEP> . <SEP> tsTe(II <SEP> 2 <SEP> 1)]} <SEP> (4)
<tb>
Cette transformation permet d'affecter un échantillon à chacune des adresses suivant X, donc d'espacer ré gulierement les échantillons sur toute la surface de l'image restituée, et de remplir tous les vides qui peuvent exister entre deux lignes de tir successives, dans les parties de limage les plus éloignées du transducteur, en recopiant la valeur pour la ligne de tir adjacente.
Mais le calcul par application directe de cette formule prendrait un temps important, incompatible avec la cadence de lecture requise pour un balayage télévision standard. En effet, pour M = 512, la fréquence f de base de lecture est de 8 MHz.
Pour écarter ce problème de vitesse de calcul, on opère en deux étapes.
-Pour chaque ligne de balayage télévision (ligne Y), on transfère tout d'abord les N valeurs correspondant à la ligne Y dans une mémoire tampon de capacité correspondant à une ligne, à la fréquence f
- Puis on relit la mémoire à la même fréquence, mais en effectuant une transformation des adresses. Pour cela, à chacun des instants t qui correspondent à une adresse en X, on extrait de la mémoire tampon l'échantillon qui est situé à l'adresse correspondant à la ligne de tir d'ordre n
Figure img00070001
On voit que les M valeurs de n, correspondant aux
M différentes valeurs de X, sont indépendantes de Y et sont donc les mêmes pour toutes les lignes de balayage télévision. Elles peuvent en conséquence être stockées dans une mémoire morte de transcodage à M positions.
il faut encore multiplier chaque adresse à son tour par Y. Pour cela il suffit d'échantillonner les données qui sortent de la mémoire tampon non pas à la fréquence f, mais à une fréquence f' proportionnelle à f et à Y, puits de ranger les échantillons dans une mémoire tampon de sortie, dont la capacité correspondra au nombre maximum de points par ligne de balayage télévision, c'est-àdire à M.
Ces opérations peuvent être effectuées à laide d'un interface de lecture 30 du genre représenté en figure 2.
Pour permettre d'effectuer en même temps l'écriture dans la première mémoire tampon, la transformation des adresses et la lecture de la seconde- mémoire tampon, l'interface comporte deux lignes de mémoires tampons, comprenant chacune une mémoire tampon d'entrée 32 ou 32a et une mémoire de sortie 34 ou 34a.
Les moyens d'écriture en mémoire tampon 32 (ou 32a) et les moyens de lecture de la mémoire tampon de sortie 34 (ou 34a) sont constitués par deux compteurs 36 et 38 qui reçoivent des impulsions à fréquence f de la carte pilote 8. Les moyens permettant de présenter sur la sortie de données 40 de la mémoire 32 (ou 32a) les données de tir d'ordre n donnée par la formule (5) comprennent un compteur 42 qui reçoit également des impulsions à fréquence f et attaque l'entrée d'adressage d'une mémoire morte programmable 44.
Le circuit permettant de multiplier les adresses par Y doit tenir compte du fait que la fréquence f' varie dans une très large gamme, pratiquement de O à plusieurs
MHz et que les transitions aux fréquences f et f' doivent etre synchrones pour qu'il y ait un transfert satisfaisant entre les mémoires.
Le circuit montré schématiquement en figure 2 remplit ces conditions en utilisant le fait que les adresses
X2 qui doivent être fournies sur l'entrée d'adressage de la mémoire 34 sont données par
X2 = E (f'.t) (6) ou, si f est la fréquence de base et donc si t = X/f
X2 = E (f'.X) = E (X.Y) (7)
f M ce qui peut encore s'écrire
x X2 = E (E Y) (8) 2 1 M
Cette dernière fonction peut aisément être calculée à cadence rapide. En effet, il s'agit d'une simple addition itérative synchronisée avec la fréquence f. Dans l'interface 30 montré en figure 2, le calcul est effectué par un circuit qui comporte une mémoire morte programmable 46 qui applique,à une première entrée d'un additionneur 48, les valeurs successives de Y/M.Cette valeur est ajoutée aux valeurs successives de X2 dans I"ad- ditionneur qui alimente un registre 50 dont l'entrée d'horloge reçoit des impulsions à fréquence f. Le registre attaque l'entrée d'horloge de la mémoire tampon de sortie 34 et la seconde entrée de l'additionneur 48. Les échantillons sont ainsi rangés dans leur ordre naturel, à une translation près, par la mémoire 34. Celle-ci est relue à la fréquence f à l'aide du compteur 38. Les données numériques sont appliquées à un convertisseur numérique/analogique 52. Les signaux analogiques de sortie sont appui qués au circuit vidéo classique 54 d'un moniteur de télévision 56.
On voit que le dispositif qui vient d'être décrit permet de transformer en temps réel les coordonnées polaires de l'échographie en coordonnées cartésiennes en vue de la visualisation suivant le standard classique de télévision.
Les fonctions sont remplies en utilisant uniquement des circuits numériques, ce quoi élimine les problèmes d'instabilité et de dérive en température. Ces circuits fonctionnent à des fréquences d'horloge au plus égales à la fréquence de base de l'échantillonnage de la ligne télévision. Dans le cas où cette fréquence est de 8 MHz, on voit qu'on est nettement audessous de 10 MHz et qu'on peut utiliser des circuits logiques courants TTL en MOS. On vo-it également que les caractéristiques du convertisseur sont déterminées uniquement par des mémoires mortes qu'il suffit de modifier pour changer de forme à l'affichage, de type de sonde, ou même pour passer du balayage sectoriel au balayage linéaire (échographie B dans le cas de l'échographie ultrasonore).
L'invention ne se limite évidemment pas au mode particulier de réalisation qui a été décrit à titre d'exemple et il va sans dire que la portée du présent brevet s'étend à toute variante restant dans le cadre des équivalences.

Claims (7)

REVENDICATIONS
1. Procédé en temps réel de conversion au balayage par trames d'images obtenues par balayage sectoriel suivant N lignes de tir, caractérisé en ce qu'on prélève, sur chaque ligne de tir à son tour, des échantillons successifs à une fréquence variable suivant l'ordre (n) de la ligne de tir de façon qu'ils correspondent aux mêmes valeurs de l'adresse en
Y pour toutes les lignes et on les mémorise sous forme numérique, ligne de tir par ligne de tir, et on effectue une transformation d'adresse sur les échantillons mémorisés pour affecter à chaque point élémentaire, ou pel, d'adresse X d'une ligne de balayage télévision d'adresse Y l'échantillon d'ordre Y sur la ligne de tir (n) donnée par
Figure img00100001
Figure img00100002
2.Dispositif de conversion en temps réel d'images obtenues par balayage sectoriel en images à balayage par lignes comportant des pels répartis régulièrement en X et en Y dans une trame, caractérisé en ce qu'il comprend : une mémoire numérique d'image (22) de capacité suffisante pour stocker les échantillons prélevés sur les N lignes de tir régulièrement réparties ; une interface (24) d'écriture en mémoire (22j prévue pour prélever, sur chaque ligne de tir (n), des échantillons à une fréquence fixe pour une ligne donnée, choisie pour chaque ligne de façon que les échantillons de toutes les N lignes de tir correspondent aux mêmes adresses en Y ; et une interface (30) de lecture en mémoire d'image, comportant des moyens de lecture de la mémoire par lignes correspondant chacune à une adresse Y et des moyens pour affecter à chaque pel d'adresse X l'échantillon correspondant à la ligne de tir d'ordre n donné par
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'interface d'écriture comprend une mémoire morte (10) dans laquelle sont stockées à l'avance les N valeurs de la fréquence d'échantillonnage réduite ar reliées à la fréquence d'échantillonnage au centre du faisceau par la relation
Figure img00110001
des moyens 112, 14, 16) reliés a la sortie de la mémoire morte (10) pour échantillonner le signal d'image à la fréquence a r et l'inscrire dans une mémoire tampon (18), et des moyens de lecture a fréquence constante pour transférer le contenu de la mémoire tampon (18) dans les mémoires d'images (22).
4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'interface (30) de lecture de la mémoire d'image (22) comporte une mémoire tampon d'entrée (32 ou 32 a) de capacité correspondant à une ligne de balayage, des moyens pour transférer les N valeurs échantillonnées correspondant à la ligne d'ordre Y de la mémoire d'images (22) à la mémoire tampon d0entrée (32), et des moyens de relecture de la mémoire tampon d'entrée (32) permettant d'extraire, pour chaque adresse en X,l'échantil- lon situé à l'adresse correspondant d-la ligne de tir d'ordre n.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractE- risé par des moyens pour échantillonner les données qui sortent de la mémoire tampon d'entrée (32) à fréquence Fs proportionnelle à la fréquence constante de lecture de la mémoire tampon entrée (32) et à Y.
6. Dispositif selon la revendication 5, car acté- risé en ce que lesdits moyens d'échantillonnage (46, 48, 50), sont prévus pour ranger les échantillons dans une mémoire tampon de sortie (34) dont la capacité correspond au nombre maximum de points par ligne de balayage.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens d'échantillonnage des données qui sortent de la mémoire tampon d'entrée et d'écriture dans la mémoire tampon de sortie comprennent une mémoire (46) adressable par Y, un circuit additionneur dont les entrées sont reliées à la mémoire adressable par Y (46) et à la sortie d'un registre (50) dont l'entrée de données est reliée a la sortie de l'additionneur et l'entrée d'horloge reçoit des impulsions à la fréquence d'écriture dans la mémoire tampon d'entrée.
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