CN111131666A - 拍照方法和拍照装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于拍摄场景(3)的一系列单张图像的拍照方法(2)和拍照装置(1)，其中，在第一调节回路(6)中根据单张图像的相应的亮度值(21)设定曝光参数(8)，所述场景(3)借助照明设备(4)照亮，其中，在第二调节回路(7)中设定曝光参数(8)在第一调节回路(6)中的调节范围(9)的最大值(10)，根据曝光变量(11)设定所述最大值(10)，所述曝光变量间接代表可预期的、入射到图像传感器上的光量。

Description

拍照方法和拍照装置

技术领域

本发明涉及一种用于拍摄场景的一系列单张图像的拍照方法，其中，在第一调节回路中根据单张图像的相应的亮度值设定曝光参数，所述场景借助照明设备照亮。

此外，本发明涉及一种用于拍摄场景的一系列单张图像的拍照装置，其中，所述拍照装置具有用于照亮场景的照明设备和调节单元。例如，所述拍照装置可以是内窥镜。例如在此可以是用于研究生物和/或用于目检难以接近的空腔的内窥镜。调节单元可以尤其是设计用于这样设定要拍摄的单张图像的亮度值，使得单张图像的亮度值处于可限定的亮度范围内。

背景技术

开头所述类型的拍照方法和拍照装置已经由现有技术已知。如果例如单张图像过暗，则通常通过调节单元通过如下方式提高亮度值：曝光参数以放大因数(增益)的形式自动提高。这允许维持拍照装置的总灵敏度，但因为照明设备的光强减少，照明情况例如变差。尤其是在医学应用中可能需要减少光强以便保护组织以防过度加热。因此为了获得几乎不变的图像外观，缺乏的光量通过提高放大因数补偿。

然而在此已证实，对于特定的照明情况有时不合适地设定通过自动增益调节的放大因数，由此例如可出现过胜/过小的亮度或噪声，这在最差的情况中导致这样差的图像品质，使得用户在图像上不再可以识别拍摄的场景。然而特别是在医学领域中需要的是，例如外科医生在侵入式手术期间随时可以识别他位于体内的何处，以便不会基于差的图像品质不小心导致组织损伤。

发明内容

因此本发明的任务基于消除之前所述的缺点，以便改善以前的拍照方法和/或拍照装置的使用特性。

该任务的解决方案按照本发明通过独立权利要求1的特征解决。尤其是因此为了解决所述任务而按照本发明提出一种开头所述类型的拍照方法，其中，在第二调节回路中设定曝光参数在第一调节回路中的调节范围的最大值，并且根据曝光变量设定所述最大值。以这种方式，曝光参数的调节范围可以是根据照明情况可变的。在此当曝光变量改变时，根据曝光变量提高或降低曝光参数的调节范围的上值(最大值)。因此可以阻止出现不小心过调或不小心减少系统的总灵敏度。尤其是由此可能的是，这样设定系统的总灵敏度，使得不超过“希望的工作区域(阈值)，其中在工作区域外出现不充分的图像品质。

例如可以由此阻止：如以前那样在确定单张图像的亮度不充分时过多地提高放大因数，直至亮度对于在第一情况中的自动增益调节而言足够高。然而如果这时在曝光情况不变时并且在仅拍照装置偏转到场景的另一个区域上时出现由照明设备发射到场景上的光的较高反射或所确定的光强提高(第二情况)，则系统的总灵敏度从此以后过高地设定。用户因此只可不充分地识别拍摄的场景并且所述系统在未限定的工作范围中具有过强的噪声。本发明正是在这里切入，以便将来可以避免这样的错误设定。

接着说明本发明的有利设计，其可以单独或结合其他设计的特征可选地与按照权利要求1所述的特征一起组合。

按照拍照方法的一种有利的扩展方案可以设置，所述曝光参数是放大因数。备选或补充地，所述曝光参数也可以是曝光时间(可以对应于快门速度)和/或光圈调置。曝光时间可以机械和/或电子地控制。光圈调置可以例如涉及光阑孔径。

曝光变量可以例如是一个参数或由两个或更多个参数组成的组合，所述参数来自至少包括如下项目的组：照明设备的光强、光圈调置、图像传感器的读取时间、照明设备的功率消耗、照明设备的温度和/或照明设备的操控信号。第二调节回路可以使用每个所述的曝光变量，以便根据此设定曝光参数的调节范围的固定最大值。在此单个曝光变量或多个曝光变量可以为了设定最大值而导入第二调节回路中。因此通过第二调节回路给出第一调节回路对实际的和/或可预期的曝光情况的反馈，以便进行要拍摄的单张图像的亮度值的设定。例如调节范围的相应的最大值可以连同曝光变量的与此有关的值存储或已存储在转化表中。此外可以例如在第一运行模式转换到第二运行模式时改变和/或限制读取时间，所述第二运行模式例如设计用于拍摄高速图像。此外可以由此也需要限制曝光时间。因此可以在特定情况中也根据曝光变量设定不同的曝光参数的多个最大值。

按照另一种设计，可以测量照明设备的光强、例如照明设备的之前已经说明的光强，其中，测量的光强作为曝光变量被接收到第二调节回路中。例如光强可以借助由照明设备朝场景方向发射的光的光测量来测量。所述光测量可以在此借助适合的传感器、例如光度计测量。照明设备的光强也可以间接通过照明设备的操控信号和/或照明设备的功率消耗和/或照明设备的温度确定和/或测量。

按照另一种设计可以设置，所述照明设备设计用于设定不同的光强。尤其是可以在此设置，为照明设备的每个可设定的光强配置曝光参数的一个固定最大值。在医学领域中可能出现，照明设备对组织过强地加热，从而必须减小照明设备的光强，以便避免组织损伤。反之也可能出现，需要光强的提高，例如当拍照装置距场景的距离提高时。

为了允许错误设定曝光参数的调节范围的最大值的危险，可以设置，独立于单张图像的相应的亮度值设定曝光参数的调节范围的最大值。备选或补充于此可以设置，根据单张图像的相应的亮度值在调节范围的界限中设定曝光参数。所述亮度值可以例如是尤其是来自单张图像的尤其是图像中心的多个像素值的平均值。优选地，在拍摄的单张图像中的亮度值可以被测量并且然后被接收到第一调节回路中。

按照另一种设计可以在照明设备的光强减少时提高曝光参数的调节范围的最大值。备选或补充于此，可以按照另一种设计在照明设备的光强、例如照明设备的之前已经说明的光强提高时减少曝光参数的调节范围的最大值。

按照另一种设计可以在曝光变量恒定时、尤其是在照明设备的光强恒定时，使曝光参数的调节范围的最大值保持恒定，和/或曝光参数的调节范围的最大值在拍照装置与场景的距离提高时保持恒定。

以上所述的任务此外通过独立权利要求的装置的特征解决。尤其是，按照本发明为了解决上述的任务而提出一种开头所述类型的拍照装置，其中，调节单元设计用于操纵第一调节回路和第二调节回路，其中，第一调节回路具有根据单张图像的相应的亮度值对曝光参数的设定，并且第二调节回路具有根据曝光变量对曝光参数在第一调节回路中的调节范围的最大值的设定。因此之前已经关于拍照方法说明的相同优点适用于拍照装置。

按照拍照装置的一种设计，所述拍照装置可以设计用于实施如在这里说明的且要求保护的拍照方法。

附图说明

本发明现在借助实施例进一步说明，然而不限制于该实施例。其他的实施例通过单个或多个权利要求的特征彼此间和/或与实施例的单个或多个特征的组合得出。

在附图中：

图1示出拍照装置的一种可能的实施形式的示意概览图，所述拍照装置在这里设计为内窥镜；

图2示出在拍照系统中用于总灵敏度的图表，其中没有考虑用于设定曝光参数的调节范围的曝光变量并且要拍摄的图像的亮度因此仅通过第一调节回路确定(对应于已知的现有技术)，其中第三直方图示出系统的总灵敏度过度补偿从而例如可以出现噪声的情况；

图3示出在拍照系统中用于总灵敏度的计时图，其中使用按照本发明的拍照方法和/或按照本发明的拍照装置的一种实施变型方案，从而在第二调节回路中设定曝光参数在第一调节回路中的调节范围的最大值，其中根据曝光变量设定最大值，从而总灵敏度不超过预先确定的或可确定的阈值(可以对应于理想的总灵敏度)并且因此没有噪声或没有过暗的图像出现；

图4示出图3的计时图的各个时刻的选择，其中在这里示出第二调节回路如何干预第一调节回路，以便设定曝光参数的调节范围的最大值；

图5示出按照本发明的拍照方法的一种可能的实施形式的简化的示意概览图；

图6示出第二调节回路的一种可能设计的简化的示意概览图，其中通过双箭头示出曝光参数的调节范围的最大值的设定，其中曝光参数在该情况中涉及放大因数(英语“gain”)。

具体实施方式

图1示出整体上设有附图标记1的拍照装置。所示实施变型方案示出设计为内窥镜27的拍照装置1。

借助拍照装置1可以拍摄例如在空腔中的场景3。拍照装置1因此设计用于拍摄场景3的一系列单张图像。

为了可以尽可能优化地照亮场景3，拍照装置1具有照明设备4。场景3的通过照明设备4照亮的区域因此与拍照装置1的可见范围至少部分地、尤其是绝大部分重叠。

拍照装置1此外具有调节单元5。调节单元5设计用于借助第一调节回路6根据拍摄的单张图像的相应的亮度值21设定曝光参数8。为了避免或阻止因曝光参数8的自动设定引起的过度补偿或补偿不足，调节单元5具有第二调节回路7。第二调节回路7设计用于干预第一调节回路6，以便根据测量的和/或设定的和/或间接确定的曝光变量11设定、尤其是自动设定曝光参数8的调节范围9的最大值10。通过曝光参数8的调节范围9的因此动态的最大值10，可以阻止系统的过度灵敏度或过小灵敏度，从而不会出现噪声并且用户总是获得拍摄的场景3的优化图像品质。

拍照装置1可以设计用于尤其是自动实施后续描述的拍照方法2。

在图5中示出拍照方法2的各个步骤的简化图。

在图6中略微更详细地示出在图5中表示的第二调节回路。

拍照方法2如之前已经关于拍照装置1说明的那样设计用于拍摄场景3的一系列单张图像。

拍照方法2具有第一调节回路6，通过所述第一调节回路尤其是自动化地设定曝光参数8，以便根据之前在一个步骤中拍摄的单张图像的亮度值21拍摄单张图像。拍照系统的这种灵敏度设定已经已知并且具有如下缺点，即，可能出现灵敏度范围的过度补偿或补偿不足，从而超过灵敏度范围的阈值。该情况在图2中示出，左边的直方图示出初始情况，其中系统的总灵敏度12以相同的份额由放大因数13、曝光时间14和光强16组成。在该情况中，应该总是设置不变的曝光时间14。如果因此出现光强16的减少，如在中间的直方图中所示，则需要为了维持希望的亮度值21而提高放大因数13。因为放大因数13独立于光强16设定，所以可能出现在提高光强16时设定过高的或过小的放大因数13。这导致坏的图像品质，这例如通过输出信号的噪声示出，因为超过了系统的总灵敏度12的阈值26。用户在右边的直方图示出的情况中因此不可以充分地察觉在输出信号上的拍摄的场景3。例如在医学应用领域中，这可以导致严重的结果，因为用户短时“变盲”并且因此不可以例如在空腔中实施其运动。这可能导致组织的损伤。

按照本发明的拍照方法2因此具有第二调节回路7。第二调节回路7在这里干预第一调节回路6，使得根据曝光变量11设定曝光参数8在第一调节回路6中的调节范围9的最大值10。通过最大值10与曝光变量11的适配，可以阻止过度补偿并因此阻止超过阈值26，因为所述系统可以知道或较好地评定何时达到理想的系统灵敏度26。

曝光参数8可以例如是放大因数13。然而也可能，例如在放大因数13恒定和/或其他曝光参数8恒定时，作为相关的曝光参数8根据亮度值21设定曝光时间14和/或光圈调置15。亦即在该情况中可以根据曝光变量11设定曝光时间14和/或光圈调置15的最大值10。

曝光变量11可以是一个或多个不同的参数。例如可以是一个参数或由两个或更多个参数组成的组合，所述组合选择自包括如下项目的组：照明设备4的设定的光强16、光圈调置15、例如之前所述的拍照装置1的图像传感器28的读取时间、照明设备4的功率消耗18、照明设备4的温度19和/或照明设备4的操控信号20。

优选地，作为曝光变量11考虑如下参数，所述参数直接或间接与照明设备4的光强16关联，尤其是其与照明设备4的光强16成比例地改变。因此该系统可以评定哪个光量最后入射到图像传感器28上并且因此可预期哪个亮度值21。

这样的调节例如在图3和图4中示出，其中在这里保持设置不变的曝光时间14。在图4的左边的第一直方图中示出初始情况，其对应于图2的初始情况。

如果出现光强16的首次减少，则可预期较小的由场景反射的光量也入射到图像传感器28上。照明设备4可以因此例如设计用于设定不同的光强。为了可以对此补偿，从而维持至少大致不变的图像外观，拍照方法2在调节范围9的界限内这样高地调节放大因数13，使得达到总灵敏度12的阈值26。同时根据光强16提高调节范围9的最大值10。总灵敏度12这里也由光强16、放大因数13和曝光时间14组成(对照图4左边第2个直方图)。

如果出现光强16的第二次减少，则重复之前所述的步骤，其中根据光强16设定调节范围9的新的最大值10，从而瞬时放大因数13现在可以设定为高于之前的瞬时放大因数(对照图4左边第3个直方图)。

如果最后光量16重新提高，则也必须设定调节范围9的新的最大值10，以便避免过度补偿。最大值10因此减小，从而调节范围9再次变得较狭窄(对照图4左边的第4个直方图)。

每个光强16可以因此配置或已配置有调节范围9的特定的最大值10。最大值10的设定在此独立于拍摄的单张图像的测量的亮度值21进行。

如果例如拍照装置1与场景3的距离提高，则入射到图像传感器28上的光量也减少。所述系统识别到拍摄的单张图像的亮度值21已减小并且因此在曝光时间14恒定时在调节范围9的界限中提高放大因数13，而不会在此改变最大值10。

图5示出拍照方法2的示例性流程。所述方法从开始31开始。随后进行拍照30。在步骤22中确定单张图像的亮度值21。在步骤23中进行亮度值21与理论值的比较。

如果拍摄的单张图像过亮，则继续拍照方法2的步骤24，其中在调节范围9的界限中减小曝光参数8。调节范围9如之前所述通过确定最大值10来设定。调节范围9通过最大值10的设定根据曝光变量11进行，这在第二调节回路中进行，所述第二调节回路在图6中示出。

如果拍摄的单张图像过暗，则继续拍照方法2的步骤25，其中在调节范围9的界限中提高曝光参数8。也在这里通过设定最大值10根据曝光变量11设定调节范围9。

在此可能的是，根据一个曝光变量11或根据多个曝光变量11设定不只一个曝光参数8、而是两个或多于两个曝光参数8，所述曝光参数例如选择自之前所述的曝光参数8，所述曝光变量例如选择自之前所述的曝光变量11。

亦即本发明涉及用于拍摄场景3的一系列单张图像的拍照方法2和拍照装置1，其中，在第一调节回路6中根据单张图像的相应的亮度值21设定曝光参数8，场景3借助照明设备4照亮，在第二调节回路7中设定曝光参数8在第一调节回路6中的调节范围9的最大值10，根据曝光变量11设定最大值10，所述曝光变量间接代表可预期的入射到图像传感器上的光量。

附图标记列表

1 拍照装置

2 拍照方法

3 场景

4 照明设备

5 调节单元

6 第一调节回路

7 第二调节回路

8 曝光参数

9 曝光参数的调节范围

10 调节范围的最大值

11 曝光变量

12 总灵敏度

13 放大因数

14 曝光时间

15 光圈调置

16 光强

17 图像传感器的读取时间

18 照明设备的功率消耗

19 照明设备的温度

20 照明设备的操控信号

21 亮度值

22 亮度确定

23 检查是否亮度值处于工作范围中

24 提高曝光参数

25 减小曝光参数

26 阈值

27 内窥镜

28 图像传感器

29 显示装置

30 拍照

31 开始

32 结束

Claims (10)

1.用于拍摄场景(3)的一系列单张图像的拍照方法(2)，其中，在第一调节回路(6)中根据单张图像的相应的亮度值(21)设定曝光参数(8)，其中，场景(3)借助照明设备(4)照亮，其特征在于，在第二调节回路(7)中设定曝光参数(8)在第一调节回路(6)中的调节范围(9)的最大值(10)，其中，根据曝光变量(11)设定所述最大值(10)。

2.按照权利要求1所述的拍照方法(2)，其特征在于，所述曝光参数(8)是放大因数(13)和/或曝光时间(14)和/或光圈调置(15)。

3.按照上述权利要求之一所述的拍照方法(2)，其特征在于，曝光变量(11)是一个参数或由两个或更多个参数组成的组合，所述参数来自至少包括如下项目的组：照明设备(4)的光强(16)、光圈调置(15)、图像传感器(28)的读取时间(17)、照明设备(4)的功率消耗(18)、照明设备(4)的温度(19)和/或照明设备(4)的操控信号(20)。

4.按照上述权利要求之一所述的拍照方法(2)，其特征在于，尤其是借助从照明设备(4)朝场景(3)方向发射的光的光测量，测量和/或间接确定照明设备(4)的光强(16)，并且光强(16)作为曝光变量(11)被接收到第二调节回路(7)中。

5.按照上述权利要求之一所述的拍照方法(2)，其特征在于，照明设备(4)设计用于设定不同的光强(16)，尤其是照明设备(4)的每个可设定的光强(16)配置有曝光参数(8)的一个固定最大值(10)。

6.按照上述权利要求之一所述的拍照方法(2)，其特征在于，独立于单张图像的相应的亮度值(21)设定曝光参数(8)的调节范围(9)的最大值(10)，和/或根据单张图像的相应的亮度值(21)在调节范围(9)的界限内设定曝光参数(8)，尤其是亮度值(21)是单张图像的多个像素值的平均值，优选测量在一个拍摄的单张图像中的亮度值(21)。

7.按照上述权利要求之一所述的拍照方法(2)，其特征在于，在照明设备(4)的光强(16)减少时提高曝光参数(8)的调节范围(9)的最大值(10)，和/或在照明设备(4)的光强(16)提高时减小曝光参数(8)的调节范围(9)的最大值(10)。

8.按照上述权利要求之一所述的拍照方法(2)，其特征在于，在曝光变量(11)恒定时、尤其是在照明设备(4)的光强(16)恒定时，曝光参数(8)的调节范围(9)的最大值(10)保持恒定，和/或曝光参数(8)的调节范围(9)的最大值(10)在拍照装置(1)相对于场景(3)的距离增大时保持恒定。

9.用于拍摄场景(3)的一系列单张图像的拍照装置(1)、尤其是内窥镜(27)，其中，拍照装置(1)具有用于照亮场景(3)的照明设备(4)和调节单元(5)，其中，调节单元(5)设计用于处理第一调节回路(6)和第二调节回路(7)，其中，第一调节回路(6)具有根据单张图像的相应的亮度值(21)对曝光参数(8)的设定，并且第二调节回路(7)具有根据曝光变量(11)对曝光参数(8)在第一调节回路(6)中的调节范围(9)的最大值(10)的设定。

10.按照权利要求9所述的拍照装置(1)，其特征在于，所述拍照装置(1)设计用于实施按照权利要求1至8之一所述的拍照方法(2)。

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