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Dokumentenidentifikation DE102005007964A1 24.08.2006
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Rekonstruktion und Digitalisierung von photographischen Dokumenten und Druckvorlagen
Anmelder Meyer, Dirk C., Dr.rer.nat., 01326 Dresden, DE
Erfinder Meyer, Dirk C., Dr.rer.nat., 01326 Dresden, DE
DE-Anmeldedatum 15.02.2005
DE-Aktenzeichen 102005007964
Offenlegungstag 24.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.08.2006
IPC-Hauptklasse G03B 42/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H04N 1/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H04N 5/32(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G21K 4/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Verfahren zur Rekonstruktion und Digitalisierung von photographischen Dokumenten und Druckvorlagen und eine darauf basierende Vorrichtung, bestehend aus einer Röntgenstrahlungsquelle mit einer die Strahlausdehnung begrenzenden Optik, einem die Vorlagen tragenden Translationstisch, einem Röntgendetektionssystem und einem Computer. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Energie der anregenden Röntgenstrahlen so gewählt wird, daß charakteristische Fluoreszenzstrahlung chemischer Elemente der Informationsschicht angeregt werden kann, deren Intensitäten in Abhängigkeit vom Anregungsort, der durch den Translationstisch gezielt verändert werden kann, mit dem Röntgenstrahlungsdetektor gemessen und im Computer gespeichert werden und mit Hilfe eines Programmes nach Abschluß der Abtastung der Vorlage für die Berechnung eines Gesamtbildes zusammengefügt werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Rekonstruktion und Digitalisierung von photographischen Dokumenten, darin eingeschlossen Positiv- bzw. Negativfilmmaterial, und Druckvorlagen sowie eine darauf basierende Vorrichtung. Während diese Dokumente im allgemeinen für die Wiedergabe der Informationen durch Wechselwirkung mit sichtbarem Licht ausgelegt sind, setzt das erfindungsgemäße Verfahren kurzwelligere elektromagnetische Strahlung, in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung harte Röntgenstrahlung, für die Erfassung der Bildinformationen ein. Dieser Ansatz erfordert zumindest einen weiteren Konvertierungsschritt für die Rekonstruktion, liefert aber wesentliche Vorteile: durch Alterungsprozesse des Trägermaterials oder der die Information enthaltenden Bestandteile der Vorlagen bzw. durch Beschädigungen entstandene Kontrastverluste oder Erhöhungen diffuser Streuanteile bei Wechselwirkung mit sichtbarem Licht sind in vielen Fällen für die durch kurzwellige elektromagnetische Strahlung im erfindungesgmäßen Verfahren angestrebte Anregung von charakteristischer Eigenstrahlung der chemischen Spezies der Informationsschicht von untergeordneter Bedeutung.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann als direktes Kopieren mit dem Licht der charakteristischer Eigenstrahlung der chemischen Spezies der Informationsschicht erfolgen. Im Hinblick auf den Stand der Technik wird in vielen Fällen aber ein Weg über eine Digitalisierung der Bildinformation vorteilhaft sein.

Vorrichtungen zum Digitalisieren von Bildmaterial sind weit verbreitet und aus verschiedenen Patentschriften bekannt. Dabei sind gewöhnlich eine Lichtquelle, eine Abbildungsoptik und ein elektronischer Sensor für das zumeist verwendete sichtbare Licht bzw. Licht angrenzender Spektralbereiche vorgesehen. Digitalkameras liefern bei der üblichen Verwendung von Flächensensoren eine zweidimensionale Abbildung, während sogenannte ,Scanner' die Bildinformation sukzessive mit einem relativ zur Vorlage bewegten Zeilensensor abtasten. Scanner sind als ,Durchlichtscanner' in Transmission oder ,Auflichtscanner' in Reflexionsanordnung bzgl. der Anordnung von Lichtquelle, Vorlage und Optik bekannt. ,Durchlichtscanner' sind für die Digitalisierung von Filmmaterial besonders geeignet, während Papierabzüge mit ,Auflichtscannern' in digitale Informationen gewandelt werden. Ein Film-Scanner, der neben sichtbarem Licht auch Infrarotlichtanteile für die Erkennung von Kratzern und dergleichen nutzt, ist in der DE 10326359 A1 beschrieben.

Eine Vorrichtung zur Digitalisierung von Filmmaterial ist u.a. aus der DE 10261801 A1 bekannt. Dabei wird das Filmmaterial sukzessive gleichmäßig mit Licht verschiedener Sektralbereiche beleuchtet, um eine Farbinformation der Vorlage zu erhalten. Zahlreiche Schriften beschreiben verschiedene Ausgestaltungen der Transportvorrichtungen des Filmmaterials. Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen nutzen, wie oben erwähnt, die Wechselwirkung sichtbaren Lichtes bzw. von Licht direkt angrenzender Spektralbereiche mit der Vorlage für die Gewinnung der Bildinformationen. Der Einsatz elektromagnetischer Strahlung anderer Spektralbereiche ist für das Erreichen der speziellen Ziele der Forensik oder auch der Restaurierungspraxis bekannt (z.B. Fluoreszenzmikroskopie).

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rekonstruktion und Digitalisierung von photographischen Dokumenten und Druckvorlagen anzugeben, welche auch bei stark veränderter Trägerschicht oder Alterung der Vorlagen, eingeschlossen bestimmte Arten von Beschädigungen, z.B. durch Schimmelbefall, die Rückgewinnung der Bildinformation gestatten. Erfindungsgemäß wird dies durch die Anregung von Eigenstrahlung von chemischen Spezies der die Bildinformation speichernden Schicht durch Anregung mit elektromagnetischer Strahlung im Bereich der Röntgenstrahlung (Photonenergien im der Größenordnung von ca. 0,1–100 keV) erreicht. Diese Eigenstrahlung, wird als Fluoreszenzstrahlung bezeichnet. Sie setzt die Anregung von Zuständen der gebundenen Elektronen von Atomen (d.h. deren Ionisierung) durch Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung dafür ausreichender Potonenenergie voraus. Alternativ kann eine Ionisierung der Atome auch durch Beschuß mit Elektronenstrahlen erreicht werden. Die Fluoreszenzstrahlung wird etwa innerhalb von 10–8 s nach der Anregung der Atome als ein mögliches Abregungsprodukt abgestrahlt. Als konkurrierender Abregungsprozeß ist die Emission von Auger-Elektronen zu betrachten. Aus Festkörperoberflächen können diese Auger-Elektronen aus maximalen Tiefen bis zur Größenordnung von etwa 1 nm austreten und sind deshalb für ein erfindungsgemäßes Verfahren nur in Ausnahmefällen nutzbar. Da die Energien der gebundenen Zustände der Atome elementspezifisch sind, sind es auch die Wellenlängen der Fluoreszenzstrahlung, weshalb auch von charakteristischer Fluoreszenzstrahlung gesprochen wird. Die Röntgen-Fluoreszenzanalyse zielt als analytische Methode auf die Bestimmung des Gehaltes chemischer Elemente in Substanzen, in bestimmten Fällen können aus geringen Verschiebungen der charakteristischen Wellenlängen Aussagen über den Charakter der chemischen Bindung mit anderen Atomen abgeleitet werden.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren sieht eine Quelle für Röntgenstrahlung vor, mit der bestimmte Bereiche der Vorlage zur Emission von Fluoreszenzstrahlung angeregt werden können. Durch geeignete Wahl der spektralen Zusammensetzung der Strahlung (elektrische Betriebsparameter der Quelle, Filter und Monochromatoren) kann dabei die Anregungsbedingung für bestimmte Elemente erfüllt sein, während andere Elemente (z.B. des Trägermaterials) nicht zur Fluoreszenz in einem bestimmten Wellenlängenbereich angeregt werden können. Mit einem energieauflösenden Detektor oder einem angeschlossenen Kristall- oder Nanometer-Vielfachschicht-Spektrometer mit Photonenzähler wird dann die Bildinformation im Lichte der charakteristischen Fluoreszenzstrahlung der ausgewählten Elemente, welche in der Informationsschicht auf dem Träger enthalten sind, gemessen und nach Zusammenfügung der Daten zweidimensional abgebildet. Für das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell davon ausgegangen werden, daß ähnliche Detektoren wie für Arbeit mit sichtbarem Licht in ,Scannern' oder Digitalkameras, auch für den Röntgenbereich vorhanden sind. Nach dem Stand der Technik ist eine Ortsauflösung der Bildinformation in der Größenordnung von 1 &mgr;m erreichbar. Auch eine Limitierung des Anregungsvolumens auf charakteristische Ausdehnungen in dieser Größenordnung ist nach dem Stand der Technik durch sogenannte Kapillaroptiken möglich, in diesem Falle stammt die gesamte Fluoreszenzstrahlung von einem Punkt der Probe und es kann ein einziger z.B. energieauflösender Detektor zum Einsatz kommen.

In einem Ausführungsbeispiel soll ein silberbasierter Film digitalisiert werden, dessen synthetisches Trägermaterial (aus Elementen niedriger Ordnungszahl bestehend) durch Alterungsprozesse an Transparenz verloren hat und dessen Oberfläche ebenfalls für eine Digitalisierung mit sichtbarem Licht in Reflexion und Streuung ungeeignet ist. Die Bildinformation kann im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens dann durch Bestimmung der lokalen Silberkonzentration über die Flächenausdehnung des Filmes zurückgewonnen werden.

Eine mögliche Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (siehe 1) sieht eine Röntgenröhre (1) eine Kapillaroptik (2) vor, welche die Primärstrahlung bündelt, verlustarm weiterleitet und die Anregung eines Gebietes (3) des Filmes (4) mit einem charakteristischen Ausdehnung von 10 &mgr;m zur Fluareszenzemission gestattet. Dabei muß für das erfindungsgemäße Verfahren die spektrale Zusammensetzung der Primärstrahlung so beschaffen sein, daß gebundene Zustände der Silberatome, die in der Abregung zur Emission der Fluoreszenzstrahlung führen, angeregt (ionisiert) werden können. Soll z.B. die Silber-K-Strahlung genutzt werden, muß die Photonenenergie der anregenden Strahlung größer als 25,51 keV (Ionsierungsenergie der Silber-K-Schale) sein; die Energien der charakteristischen Silber-K-Strahlung liegen dann zwischen Linien 22,163 keV und 25,45 keV. Ein energieauflösender Halbleiterdetektor (5) registriert die vom Film ausgehende Fluoreszenzstrahlung und auch als Untergrund zu registrierende elastische Streustrahlung sowie inelastisch gestreute Strahlungsanteile (Compton-Streuung) der anregenden Primärstrahlung. Mit einem Translationstisch (6) kann der Film nun in zwei senkrechte Raumrichtungen verschoben und so sequentiell die flächenhafte Bildinformation in einem Computer (7) zusammengesetzt werden (der Computer steuert zugleich die Bewegung des Translationstisches).

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung (siehe 2) wird die Primärstrahlung einer Röntgenröhre (1) mit einer Nanometer-Vielfachschicht-Optik (2) monochromatisiert und fokussiert, so daß ein strichförmiger Bereich (3) (Ausdehnungen in der Größenordnung 1 &mgr;m·10 mm) des Filmes (4) zugleich angeregt werden kann. Die Fluroeszenzstrahlung wird dann durch einen geeigneten Kollimator (5) winkelbezogen abgegriffen und nach Wechselwirkung mit einem nachgestellten Leuchtschirm (6) (optional) mit einen Zeilendetektor (7) ortsabhängig detektiert. Mit einem Translationstisch (6) kann der Film nun in zumindest einer zur Linienausdehnung der anregenden Strahlung senkrechten Richtung verschoben und so sequentiell die flächenhafte Bildinformation in einem Computer (8) zusammengesetzt werden (vergleichbar der Arbeitsweise bekannter ,Scanner' mit Zeilensensor).

Sollen Vorlagen tiefenabhängig analysiert werden, z.B. zur Rekonstruktion der Farbinformation von Mehrschichtfarbfilmen, kann die Anregung und/oder Abnahme der Strahlung streifend zur Oberfläche bei verschiedenen (kleinen) Winkeln bezüglich der Oberfläche realisiert werden. Durch die wegabhängige Schwächung der Strahlung werden damit bei kleinsten Winkeln (oberhalb des Grenzwinkels der Totalreflexion des Filmmaterials) schwerpunktmäßig oberflächennahe (d.h. Quelle und Detektor zugewandte) Schichten vermessen, während bei Vergrößerung der Winkel auch tiefer gelegene Bereiche erfaßt werden. In einer für diesen Zweck vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können z.B. 3 Detektoren und Nachweiskanäle unter verschiedenen Winkeln zur Oberfläche vorgesehen und somit Daten für 3 Tiefenbereiche simultan aufgezeichnet werden.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Rekonstruktion und Digitalisierung von photographischen Dokumenten und Druckvorlagen und eine darauf basierende Vorrichtung,

    bestehend aus einer Röntgenstrahlungsquelle mit einer die Strahlausdehnung begrenzenden Optik, einem die Vorlagen tragenden Translationstisch, einem Röntgendetektionssystem und einem Computer

    dadurch gekennzeichnet,

    daß die Energie der anregenden Röntgenstrahlen so gewählt wird, daß charakteristische Fluoreszenzstrahlung chemischer Elemente der Informationsschicht angeregt werden kann, deren Intensitäten in Abhängigkeit vom Anregungsort, der durch den Translationstisch gezielt verändert werden kann, mit dem Röntgenstrahlungsdetektor gemessen und im Computer gespeichert werden und mit Hilfe eines Programmes nach Abschluß der Abtastung der Vorlage für die Berechnung eines Gesamtbildes zusammengefügt werden.
  2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Röntgenstrahlungsquelle folgende Röntgenoptik eine Kapillaroptik ist.
  3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Röntgenstrahlungsquelle folgende Röntgenoptik eine Nanometer-Vielfachschicht-Optik ist.
  4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Röntgenstrahlungsdetektor ein energieauflösender Detektor ist, dessen Energieauflösungsvermögen die elektronische Trennung der spektralen Anteile verschiedener Strahlungskomponenten ermöglicht.
  5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Detektor ein Kollimator zur Einschränkung der Winkeldivergenz vorgesehen ist.
  6. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Röntgenstrahlungsdetektor ein Zeilendetektor aus mehreren Elementen ist und eine in einer Dimension ortsaufgelöste Information für ein größeres Flächegebiet der Vorlage simultan erfaßt werden kann.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung einer Tiefeninformation der Informationsschicht der Winkel unter dem die anregende Strahlung auf die Vorlage auftrifft, gezielt verändert werden kann.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung einer Tiefeninformation der Informationsschicht der Winkel unter dem die Fluoreszenzstrahlung von dem Röntgenstrahlungsdetektor von der Informationsschicht abgenommen wird, gezielt verändert werden kann.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung von Tiefeninformationen mehrere Röntgendetektoren und Detektoren und Nachweiskanäle zur simultanen Gewinnung der Informationen aus verschiedenen Tiefen der Informationsschicht vorgesehen sind.
  10. Verfahren nach Anspruch 1 und 7–9, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Tiefeninformationen die Farbinformation von Mehrschichtvorlagen gewonnen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrschichtvorlagen durch Mehrschichtfarbfilme repräsentiert werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer Bewegung der Vorlage bezüglich der übrigen Komponenten eine Relativbewegung aller übrigen Komponenten oder einzelner bezüglich der Vorlage erfolgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlage flächenhaft beleuchtet und ein Flächen-Röntgenstrahlungsdetektor mit geeigneten Kollimatoren zur Gewinnung der Ortsinformationen genutzt wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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