Quantisierungsrauschen
Englisch: quantization noise
Definition
Das Quantisierungsrauschen bezeichnet einen Signalfehler, der bei der Quantisierung eines analogen Signals entsteht. Das Rauschen resultiert aus der Rundung eines kontinuierlichen Signalwertes auf eine endliche Anzahl diskreter Intensitätsstufen.
Physikalischer Hintergrund
Bei der Digitalisierung wird ein analoges Signal zunächst durch Abtastung diskretisiert und anschließend quantisiert. Während der Quantisierung wird jeder gemessene Signalwert auf den nächstgelegenen diskreten Intensitätswert abgebildet. Die Differenz zwischen dem tatsächlichen analogen Signalwert und dem quantisierten digitalen Wert wird als Quantisierungsfehler bezeichnet. Dieser Fehler wirkt im Signal wie ein zusätzliches Rauschen und wird daher als Quantisierungsrauschen beschrieben. Die maximale Abweichung eines quantisierten Wertes beträgt höchstens eine halbe Quantisierungsstufe.
Die Stärke des Quantisierungsrauschens hängt wesentlich von der verwendeten Bit-Tiefe ab. Mit zunehmender Bit-Tiefe steigt die Anzahl der möglichen Intensitätsstufen und die Größe der Quantisierungsschritte nimmt ab. Dadurch wird der Quantisierungsfehler kleiner und das Quantisierungsrauschen reduziert.
Bedeutung in der Radiologie
In der medizinischen Bildgebung trägt das Quantisierungsrauschen zum gesamten Bildrauschen eines digitalen Bildes bei. Sein Einfluss ist jedoch meist gering, da moderne Bildgebungssysteme mit hoher Bit-Tiefe arbeiten. In der Röntgendiagnostik wird das Bildrauschen typischerweise stärker durch das statistische Quantenrauschen der detektierten Röntgenphotonen bestimmt als durch Quantisierungsrauschen. Das Quantisierungsrauschen kann jedoch relevant werden, wenn
- die Bit-Tiefe zu gering ist
- Bilddaten stark komprimiert werden
- intensive Bildnachverarbeitung erfolgt