DE10109880A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erstellung einer Tiefenkarte zu einem zweidimensionalen Bild und zur Übertragung von räumlichen Bildinformationen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Erstellung einer Tiefenkarte zu einem zweidimensionalen Bild und zur Übertragung von räumlichen Bildinformationen

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DE10109880A1
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Ingo Relke
Markus Klippstein
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/50—Depth or shape recovery
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10068—Endoscopic image

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zur Erstellung einer Tiefenkarte zu einem zweidimensionalen Bild sowie zur Übertragung von räumlichen Bildinformationen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die folgenden Verfahrensschritte: DOLLAR A - Vorgabe eines zweidimensionalen Bildes, DOLLAR A - Konvertierung dieses zweidimensionalen Bildes in ein Format, welches jedes Bildelement entsprechend der Rot-, Grün-, Blauinformationen quantisiert, DOLLAR A - Erstellung einer Tiefenkarte mit Elementen t¶ij¶ in Spalten i und Zeilen j an Hand des in Rot-, Grün-, Blauinformationen quantisierten Bildes nach einer gegebenen Vorschrift t¶ij¶ = f(i,j), DOLLAR A wobei folgende Parameter wesentlichen Einfluß auf besagte Vorschrift haben: DOLLAR A - n¶ij¶ ist ein für jedes mögliche Paar (i,j) wählbarer Gewichtungsparameter, DOLLAR A - alpha¶rij¶, alpha¶gij¶ sowie alpha¶bij¶ sind für jedes mögliche Paar (i,j) wählbare Gewichtungsparameter, DOLLAR A - alpha¶cij¶ ist ein für jedes mögliche Paar (i,j) wählbarer Korrekturparameter. DOLLAR A Die Erfindung bietet die Möglichkeit, zweidimensionale Bilder voll- oder teilautomatisch mit einer Tiefenkarte zu versehen und sehr effizient zu übertragen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erstellung einer Tiefenkarte zu einem zwei­ dimensionalen Bild sowie auf ein Verfahren zur Übertragung von räumlichen Bildinformatio­ nen basierend auf dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erstellung einer Tiefenkarte. Fer­ nerhin bezieht sich die Erfindung auch auf Anordnungen zur Erstellung einer Tiefenkarte zu einem zweidimensionalen Bild sowie auf ein Anordnungen zur Übertragung von räumlichen Bildinformationen.
Im Stand der Technik sind verschiedene Algorithmen zur Bildkonvertierung zweidimensiona­ ler Bilder in dreidimensionale Bilder bekannt.
Beispielsweise sind Konvertierungstechniken, die zu einem gegebenen 2D-Bild eine Tiefen­ karte festlegen bzw. halbautomatisch ermitteln, u. a. in WO 972400 und WO 9930280 be­ schrieben.
Die damit ermittelten 3D-Bilder bedürfen jedoch wenigstens teilweise einer manuellen Bear­ beitung zur Tiefenzuweisung und weisen mitunter auch Fehler in der Tiefenzuweisung auf. Überdies nutzen diese Verfahren zwingend eine Objekterkennung, was zu Einbußen in der Durchführungsgeschwindigkeit und zu verfahrensbedingten Fehlern führen kann.
Die US 5510832 beschreibt ein stereoskopisches System, bei dem aus einem monoskopischen Bild durch horizontales Verschieben verschiedener Zeilen linke und rechte Ansichten erzeugt werden. Damit können jedoch keine tatsächlichen Tiefenunterschiede hinsichtlich verschiede­ ner Objekte im gleichen Bild erzeugt werden.
In der US 6031564 wird vorgeschlagen, aus einem monoskopischen Bild über die Objekter­ kennung mindestens eines Vordergrundobjektes und mindestens eines Hintergrundobjektes und einer jeweiligen Tiefenzuordnung ein Stereobildpaar zu erzeugen. Nachteilig ist hierbei insbesondere, daß wieder eine manuelle Objektzuordnung sowie eine rechen- bzw. zeitauf­ wendige Objekterkennung durchgeführt werden muß.
In der EP 0502511 sind Eingabestellen vorgesehen, bei denen ein Benutzer bestimmten Bild­ abschnitten bestimmte Tiefenklassen zuordnet. Die Tiefenkarte wird hernach als Graustufen­ bild abgespeichert.
Auch hiermit wird keine vollautomatische Umwandlung von 2D-Bildern zu korrekten räumli­ chen Bildern erzielt.
Die Schrift WO 9628927 offenbart ein Verfahren, bei dem aus den Farb- bzw. Helligkeits­ werten von Bildelementen eines 2D-Bildes über eine proportionale Abhängigkeit eine Tiefen­ information erzeugt wird. Nachteilig ist hierbei, daß für einzelne Bildelemente nicht jeweils separat festgelegt werden kann, wie die Farb- bzw. Helligkeitsinformation zu interpretieren ist.
Die Tiefe definierende Helligkeitsinterpretationen sind auch schon aus der US 4385360 be­ kannt. Dabei wird jedoch für einzelne Bildelemente nicht jeweils separat festgelegt, wie die Farb- bzw. Helligkeitsinformation zu interpretieren ist, d. h. eine Validierung der Farb- bzw. Helligkeitsinformation ist nicht möglich.
Die unmittelbare 2D-zu-3D-Umwandlung, d. h. die Erstellung einer Tiefenkarte aus einem einzigen 2D-Bild in Echtzeit, ist fernerhin im gegenwärtigen Stand der Technik nicht befrie­ digend möglich.
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Verfahren vorzuschlagen, wel­ ches für ein 2D-Bild eine 3D-Tiefenkarte erstellt, wobei der Erstellungsprozeß ggf. auch voll­ automatisch durchgeführt werden kann und wobei die Konvertierung optional parametrisiert werden kann.
Fernerhin soll eine effiziente Übertragung von räumlichen Bildinhalten aufgezeigt werden. Ein weiteres Ziel ist, eine 3D-Kamera basierend auf gewöhnlichen 2D-Kameras zu beschrei­ ben, die eine Quasi-Echtzeit-Aufnahme (und Übertragung) von räumlichen Szenerien erlaubt.
Die Hauptaufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Erstellung einer Tie­ fenkarte zu einem zweidimensionalen Bild, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
  • - Vorgabe eines zweidimensionalen Bildes mit Bildelementen bij in Spalten i und Zeilen j,
  • - Konvertierung dieses zweidimensionalen Bildes in ein Format, welches jedes Bildelement entsprechend der Rot-, Grün-, Blauinformationen quantisiert, vorzugsweise in ein RGB- Bitmap mit 8-Bit Informationsbreite pro Farbkanal, wobei brij die roten, bgij die grünen und bbij die blauen Farbanteile eines jeden Bildelementes bij repräsentiert,
  • - Erstellung einer Tiefenkarte mit Elementen tij in Spalten i und Zeilen j an Hand des in Rot-, Grün-, Blauinformationen quantisierten Bildes nach der Vorschrift:
wobei gilt:
  • - nij ist ein für jedes mögliche Paar (i,j) wählbarer Gewichtungsparameter, der für alle Paa­ re (i,j) vorzugsweise nij ≧ 1 ist,
  • - αrij, αgij, sowie αbij sind für jedes mögliche Paar (i,j) wählbare Gewichtungsparameter, vorzugsweise mit einem jeweiligen Wertebereich zwischen einschließlich 0 und ein­ schließlich 1, d. h. vorzugsweise gilt 0 ≦ αrij, αgij, αbij ≦ 1, und
  • - αcij ist ein für jedes mögliche Paar (i,j) wählbarer Korrekturparameter, der vorzugsweise über einen Wertebereich zwischen einschließlich 0 und einschließlich 255 verfügt, d. h. es gilt vorzugsweise 0 ≦ αcij ≦ 255;
  • - gegebenenfalls Runden aller Werte tij auf ganzzahlige Werte t'ij.
Im folgenden wird von Elementen der Tiefenkarte tij gesprochen, wobei je nach Anwendungs­ fall selbstverständlich auch die gerundeten Elemente t'ij gemeint sein können.
Wie die Elemente der Tiefenkarte tij interpretiert werden sollen, ist frei wählbar. Bevorzugt stellen hohe Werte in einer Szenerie vornstehende Objekte (also nahe der Betrachtungspositi­ on) und niedrige Werte in einer Szenerie hintenstehende Objekte (also entfernt von der Be­ trachtungsposition) dar.
Vorzugsweise verfügt die Tiefenkarte mit Elementen tij über genauso viele Spalten i und Zei­ len j, wie das zweidimensionale Bild mit Bildelementen bij bzw. brij, bgij und bbij. Weiterhin weisen die Parameter nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij ebensoviele Spalten i und Zeilen j auf.
Man erzeugt demnach durch Anwendung der genannten Verfahrensschritte auf das 2D-Bild die Tiefenkarte. Die Gleichung für tij führt eine über die Parameter beeinflußbare Wertung der Bildinformation des 2D-Bildes zur Ermittlung der Tiefenkarte durch. Dabei können die Pa­ rameter insbesondere dahingehend ausgenutzt werden, daß für verschiedene Bildabschnitte verschiedenartige Interpretationen des 2D-Bildinhaltes zu entsprechenden Tiefenkartenab­ schnitten führen.
Prinzipiell werden die Parameter nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij jeweils als Funktion des Parame­ tersatzes (i,j) festgelegt bzw. generiert, d. h. es ist nij = f1(i,j), αrij = f2(i,j), αgij = f3(i,j) αbij = f4(i,j) sowie αcij = f5(i,j).
Bei einer sehr einfach zu verwirklichenden Umsetzung der Erfindung ergeben die Funktionen nij = f1(i,j), αrij = f2(i,j), αgij = f3(i,j) αbij = f4(i,j) sowie αcij = f5(i,j) für alle Paare (i,j) jeweils kon­ stante Werte, d. h. alle Bildabschnitte werden gleichberechtigt zur Ermittlung der Tiefenkarte herangezogen.
Eine solche beispielhafte Erstellung einer Tiefenkarte geht vollautomatisch ohne zwingend notwendige Interaktion eines Benutzers vonstatten.
Als Ursprungsdaten für eine solche vollautomatische Tiefenkartenerstellung kommen insbe­ sondere solche 2D-Bilder in Frage, deren Bildinhalt weitestgehend nur von einer Richtung, vorzugsweise aus der für die Perspektive des 2D-Bildes maßgeblichen Betrachtungsrichtung, beleuchtet ist. Beispielsweise sind rekonstruierte Ultraschallaufnahmen, computergenerierte Szenen sowie Szenerien, in denen vordergründige Objekte stärker beleuchtet sind, als hinten­ stehende, recht gut geeignet.
Beispielhaft kann die Rot-Komponente zur Generation der Tiefeninformation stärker gewich­ tet werden, als die jeweilige Grün- oder Blaukomponente (αrij größer als αgij und αbij).
Des weiteren kann es von Vorteil sein, die Parameter nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij jeweils als Funktion des Parametersatzes (i,j) und einer zeitlichen Variable theta zu generieren, d. h. nij = f1(i,j,theta), αrij = f2(i,j,theta), αgij = f3(i,j,theta) αbij = f4(i,j,theta) sowie αcij = f5(i,j,theta). Da­ mit kann eine zeitliche Veränderung des Bildinhaltes bei der Ermittlung der Tiefeninformati­ on berücksichtigt werden.
Eine teilautomatische Tiefenkartenerstellung kann für Bilder erzielt werden, die Szenerien darstellen, bei denen in vorderen und hinteren Volumenabschnitten jeweils gleich abgebildete Lichtverhältnisse vorherrschen. Dann kann ein Anwender beispielsweise die Parameter so vorgeben, daß die hintenstehenden Objekte tatsächlich auch in der Tiefenkarte nach hinten rücken. Dazu eignet sich insbesondere der Korrekturfaktor αcij - die vorderen Objekte erhal­ ten dann gewissermaßen kontinuierlich einen größeren Korrekturfaktor αcij.
Das erfindungsgemäß erzeugte Tiefenbild kann als Maß für die räumlichen Verhältnisse in dem 2D-Bild angesehen und somit in Kombination mit dem 2D-Bild zur Generation von Per­ spektivansichten dienen. Hierzu kann beispielsweise in einer Recheneinrichtung die 3D- Szenerie an Hand der vorstehenden Informationen - im wesentlichen bis auf Hinterschneidun­ gen - rekonstruiert werden. Aus der rekonstruierten Szenerie ergeben sich z. B. durch einfache Orthogonalprojektion leicht die einzelnen verschiedenen Ansichten der Szenerie.
Das beschriebene Verfahren kann weiterhin vorteilhaft eingesetzt werden, um räumliche Bild­ informationen sehr effizient zu übertragen. Hierzu wird nun nicht - wie beispielweise im Stand der Technik bekannt - ein 2D-Bild mit einer Tiefenkarte oder einem Disparitätsmap übertragen (die z. B. beide auch komprimiert sein können), sondern es wird zu dem 2D-Bild lediglich der Parametersatz, der zu der oben beschriebenen Generation der Tiefenkarte dient, mitübertragen. Da der Parametersatz vor der Übertragung bereits fixiert ist, kann die räumli­ che Szene auf der Empfängerseite dann vollautomatisch aus dem 2D-Bild und den übertrage­ nen Parametern regeneriert werden. In vielen Fällen umfaßt besagter Parametersatz ein gerin­ ges bzw. ein auf ein geringes Datenvolumen komprimierbares Datenvolumen, wodurch die Übertragung sehr effizient geschehen kann.
Erfindungsgemäß umfaßt das Verfahren zur Übertragung räumlicher Bildinformation die fol­ genden Schritte:
  • - Vorgabe eines zweidimensionalen Bildes mit Bildelementen bij in Spalten i und Zeilen j,
  • - Konvertierung dieses zweidimensionalen Bildes in ein Format, welches jedes Bildelement entsprechend der Rot-, Grün-, Blauinformationen quantisiert, vorzugsweise in ein RGB- Bitmap mit 8-Bit Informationsbreite pro Farbkanal, wobei brij die roten, bgij die grünen und bbij die blauen Farbanteile eines jeden Bildelementes bij repräsentiert,
  • - Vorgabe eines Datensatzes nij für alle Paare (i,j),
  • - Vorgabe von Datensätzen αrij, αgij, αbij sowie αcij für alle Paare (i,j), vorzugsweise als Werte­ tabelle oder als Funktionen,
  • - Übertragung der Datensätze brij, bgij, bbij, nij, αrij, αgij, αbji sowie αcij über einen Übertra­ gungskanal, der mindestens einen Empfänger umfaßt, sowie
  • - empfängerseitiges Erstellen einer Tiefenkarte auf Basis der übertragenen Datensätze brij, bgij, bbij, nij, αrij, agij, αbij sowie αcij nach dem obenstehend beschriebenen Verfahren.
Vorzugsweise wird mindestens einer der Datensätze brij, bgij, bbij, nij, αrij, αgij, αbij oder αcij vor dem Übertragungsschritt vermöge eines Komprimierverfahrens verlustfrei oder -arm komprimiert. Selbstverständlich wird jeder komprimierte Datensatz nach der Übertragung über den Übertragungskanal empfängerseitig wieder entsprechend dekomprimiert, damit die empfängerseitige Erstellung der Tiefenkarte vonstatten gehen kann.
Der Übertragungskanal umfaßt prinzipiell einen Sender, ein Übertragungsmedium und min­ destens einen Empfänger, wobei der Übertragungskanal vorzugsweise zur Übertragung auf elektronischem oder elektro-magnetischem Wege ausgelegt ist.
Besonders bevorzugt bedient sich der Übertragungskanal an sich bekannter Einrichtungen, etwa Kabelfernsehanlagen, bei denen eine gewisse Kapazität für die Übertragung der Parame­ ter verfügbar ist. So könnte z. B. ein gewöhnliches zweidimensionales Fernsehbild übertragen werden, wobei die genannten Parameter an Stelle von Videotextsignalen zusätzlich eingebet­ tet sind.
Die Erfindung bezieht sich fernerhin auch auf Vorrichtungen zur Umsetzung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens. Eine hierzu geeignete Vorrichtung zur Erstellung einer Tiefenkarte zu einem zweidimensionalen Bild umfaßt:
  • - Mittel zur Vorgabe eines zweidimensionalen Bildes mit Bildelementen bij in Spalten i und Zeilen j,
  • - Mittel, die zur Konvertierung dieses zweidimensionalen Bildes in ein Format, welches jedes Bildelement entsprechend der Rot-, Grün-, Blauinformationen quantisiert, vorzugsweise in ein RGB-Bitmap mit 8-Bit Informationsbreite pro Farbkanal, wobei brij die roten, bgij die grü­ nen und bbij die blauen Farbanteile eines jeden Bildelementes bij repräsentiert, ausgelegt sind,
  • - Mittel die zur Erstellung einer Tiefenkarte mit Elementen tij in Spalten i und Zeilen j an Hand des in Rot-, Grün-, Blauinformationen quantisierten Bildes nach der Vorschrift:
    ausgelegt sind;
wobei gilt:
  • - nij ist ein für jedes mögliche Paar (i,j) wählbarer Gewichtungsparameter, der für alle Paa­ re (i,j) vorzugsweise nij ≧ 1 ist,
  • - αrij, αgij, sowie αbij sind für jedes mögliche Paar (i,j) wählbare Gewichtungsparameter, vorzugsweise mit einem jeweiligen Wertebereich zwischen einschließlich 0 und ein­ schließlich 1, d. h. vorzugsweise gilt 0 < αrij, αgij, αbij ≦ 1, und
  • - αcij ist ein für jedes mögliche Paar (i,j) wählbarer Korrekturparameter, der vorzugsweise über einen Wertebereich zwischen einschließlich 0 und einschließlich 255 verfügt, d. h. es gilt vorzugsweise 0 ≦ αcij ≦ 255,
  • - gegebenenfalls Mittel zum Runden aller Werte tij auf ganzzahlige Werte t'ij.
Im folgenden wir von Elementen der Tiefenkarte tij gesprochen, wobei je nach Anwendungs­ fall selbstverständlich auch die gerundeten Elemente t'ij gemeint sein können.
In einer solchen Vorrichtung nach ist die Tiefenkarte mit Elementen tij vorzugsweise mit ge­ nauso vielen Spalten i und Zeilen j abgespeichert, wie das zweidimensionale Bild mit Bild­ elementen bij bzw. brij, bgij und bbij. Auch die Parameter nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij sind mit ebensovielen Spalten i und Zeilen j abgespeichert.
Prinzipiell ist in einer solchen Vorrichtung zur Erzeugung der Parameter nij, αrij, αgij, αbij so­ wie αcij jeweils eine Funktion in Abhängigkeit des Koordinatenpaares (i,j) abgespeichert, d. h. in der Vorrichtung sind Funktionen nij = f1(i,j), αrij = f2(i,j), αgij = f3(i,j) αbij = f4(i,j) sowie αcij = f5(i,j) abgespeichert.
In einer besonders einfachen Ausgestaltung sind in der Vorrichtung die Parameter nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij jeweils als konstante Funktionen für alle Paare (i,j) abgespeichert.
Generell ist es aber auch möglich, es einem Nutzer über ein Eingabemittel zu ermöglichen, die besagten Parameter in die Vorrichtung einzugeben. Vorzugsweise kann dieser Schritt gra­ phisch unterstützt werden, d. h. für bestimmte Bildbereiche - mit anderen Worten: für eine bestimmte Auswahl von Paaren (i,j) - kann der Benutzer die Parameter über eine graphische Eingabe spezifizieren.
Die beschriebene Vorrichtung kann vorteilhaft eingesetzt werden in einer weiteren erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zur Übertragung räumlicher Bildinformation, umfassend:
  • - Mittel zur Vorgabe eines zweidimensionalen Bildes mit Bildelementen bij in Spalten i und Zeilen j,
  • - Mittel, die zur Konvertierung dieses zweidimensionalen Bildes in ein Format, welches jedes Bildelement entsprechend der Rot-, Grün-, Blauinformationen quantisiert, vorzugsweise in ein RGB-Bitmap mit 8-Bit Informationsbreite pro Farbkanal, wobei brij die roten, bgij die grü­ nen und bbij die blauen Farbanteile eines jeden Bildelementes bij repräsentiert, ausgelegt sind,
  • - Mittel zur Vorgabe eines Datensatzes nij für alle Paare (i,j),
  • - Mittel zur Vorgabe von Datensätzen αrij, αgij, αbij sowie αcij für alle Paare (i,j),
  • - Mittel zur Übertragung der Datensätze brij, bgij, bbij, nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij über einen Übertragungskanal, wobei mindestens ein Empfänger vorgesehen ist,
  • - eine vorstehend beschriebene Vorrichtung zur Erzeugung einer Tiefenkarte mit Elementen tij aus den übertragenen Datensätzen brij, bgij, bbij, nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij.
Vorzugsweise umfassen die Mittel zur Übertragung mindestens einen Sender, ein Übertra­ gungsmedium und einen Empfänger.
Weiterhin können der Sender und der Empfänger jeweils eine Recheneinrichtung umfassen, die jeweils für die Komprimierung bzw. Dekomprimierung von Datensätzen ausgelegt sind.
Bevorzugt wird in besagter Recheneinrichtung des Senders mindestens einer der Datensätze brij, bgij, bbij, nij, αrij, αgij, αbij oder αcij vor der Übertragung komprimiert und jeder kompri­ mierte Datensatz wird nach erfolgter Übertragung in der Recheneinrichtung des Empfängers wieder entsprechend dekomprimiert.
Generell sind die Mittel zur Übertragung der Datensätze zur Übertragung auf elektronischem oder elektro-magnetischem Wege ausgelegt.
In einer besonderen Ausgestaltungsvariante umfassen die Mittel zur Vorgabe eines zweidi­ mensionalen Bildes mindestens eine Kamera.
Damit wirkt die beschriebene Vorrichtung wie eine 3D-Kamera: Das von der 2D-Kamera aufgezeichnete Bild wird immediat mit dem Tiefenbild versehen. Die erfindungsgemäße 3D- Kamera liefert somit ein 3D-Bild.
Weiterhin können Mittel zur Beleuchtung vorgesehen sein, die einzelne Volumina der aufzu­ zeichnenden Szenerie charakteristisch, z. B. farblich komplementär, beleuchtet.
Damit kann, insofern die Beleuchtung der aufzunehmenden Szenerie helligkeits- und/oder farbcodierend jeweils bestimmte Tiefenstufen kennzeichnet, erreicht werden, daß bei der Ge­ neration der Tiefenkarte die entsprechenden Volumenbereiche in die korrekte Tiefe gesetzt werden.
Beispielsweise könnte bei der Aufnahme der 3D-Aufnahmen eine dezente Beleuchtung in verschiedenen Raumebenen der aufzunehmenden Szenerie einhergehen, beispielsweise indem hintere Teile blauer beleuchtet werden und vordere röter.
Beispielhaft können die beschriebenen Verfahren oder Vorrichtungen nach recht gut mit den Parametern nij = 1, αrij = 1, αgij = 0, αbij = 0 sowie αcij = 0 arbeiten, wobei das zweidimensionale Bild mit Bildelementen bij vorzugsweise über mindestens 800 Spalten i und 600 Zeilen j ver­ fügt.
In einer beispielhaften Ausgestaltung umfaßt die Vorrichtung zur Erstellung einer Tiefenkarte zu einem zweidimensionalen Bild die nachstehend beschriebenen Bauteile:
  • - Mittel zur Vorgabe eines zweidimensionalen Bildes mit Bildelementen bij in Spalten i und Zeilen j,
  • - Mittel, die zur Konvertierung dieses zweidimensionalen Bildes in ein Format, welches jedes Bildelement entsprechend der Rot-, Grün-, Blauinformationen quantisiert, vorzugsweise in ein RGB-Bitmap mit 8-Bit Informationsbreite pro Farbkanal, wobei brij die roten, bgij die grü­ nen und bbij die blauen Farbanteile eines jeden Bildelementes bij repräsentiert, ausgelegt sind, Mittel die zur Erstellung einer Tiefenkarte mit Elementen tij in Spalten i und Zeilen j an Hand des in Rot-, Grün-, Blauinformationen quantisierten Bildes nach der Vorschrift:
    ausgelegt sind;
wobei gilt:
  • - nij ist ein für jedes mögliche Paar (i,j) wählbarer Gewichtungsparameter, der für alle Paa­ re (i,j) vorzugsweise nij ≧ 1 ist,
  • - αrij, αgij, sowie αbij sind für jedes mögliche Paar (i,j) wählbare Gewichtungsparameter, vorzugsweise mit einem jeweiligen Wertebereich zwischen einschließlich 0 und ein­ schließlich 1, d. h. vorzugsweise gilt 0 ≦ αrij, αgij, αbij ≦ 1, und
  • - αcij ist ein für jedes mögliche Paar (i,j) wählbarer Korrekturparameter, der vorzugsweise über einen Wertebereich zwischen einschließlich 0 und einschließlich 255 verfügt, d. h. es gilt vorzugsweise 0 ≦ αcij ≦ 255.
  • - gegebenenfalls Mittel zum Runden aller Werte tij auf ganzzahlige Werte t'ij.
Die Mittel zur Vorgabe eines zweidimensionalen Bildes mit Bildelementen bij in Spalten i und Zeilen j umfassen einen Speicherbaustein und sind in eine Recheneinrichtung integriert. Wei­ terhin beinhaltet besagte Recheneinrichtung einen Prozessor, der über Software derart gesteu­ ert wird, daß er besagtes zweidimensionalen Bildes in ein Format konvertiert, welches jedes Bildelement entsprechend der Rot-, Grün-, Blauinformationen quantisiert, vorzugsweise in ein RGB-Bitmap mit 8-Bit Informationsbreite pro Farbkanal, wobei brij die roten, bgij die grü­ nen und bbij die blauen Farbanteile eines jeden Bildelementes bij repräsentieren.
Vorzugsweise wird besagter Prozessor von einer Steuersoftware derart gesteuert, daß er eine Tiefenkarte mit Elementen tij in Spalten i und Zeilen j an Hand des in Rot-, Grün-, Blauinfor­ mationen quantisierten Bildes nach der Vorschrift:
erzeugt;
wobei gilt:
  • - nij ist ein für jedes mögliche Paar (i,j) wählbarer Gewichtungsparameter, der für alle Paa­ re (i,j) vorzugsweise nij ≧ 1 ist,
  • - αrij, αgij, sowie αbij sind für jedes mögliche Paar (i,j) wählbare Gewichtungsparameter, vorzugsweise mit einem jeweiligen Wertebereich zwischen einschließlich 0 und ein­ schließlich 1, d. h. vorzugsweise gilt 0 ≦ αrij, αgij, αbij ≦ 1, und
  • - acij ist ein für jedes mögliche Paar (i,j) wählbarer Korrekturparameter, der vorzugsweise über einen Wertebereich zwischen einschließlich 0 und einschließlich 255 verfügt, d. h. es gilt vorzugsweise 0 ≦ αcij ≦ 255.
Besagter Prozessor wird in einer optionalen Erweiterung über Software derart gesteuert, daß er alle Werte tij auf ganzzahlige Werte t'ij rundet.
In einer solchen Vorrichtung wird die Tiefenkarte mit Elementen tij vorzugsweise mit genauso vielen Spalten i und Zeilen j abgespeichert, wie das zweidimensionale Bild mit Bildelementen bij bzw. brij, bgij und bbij. Auch die Parameter nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij umfassen ebensoviele Spalten i und Zeilen j.
Es ist jedoch auch denkbar, den Parametern andere Laufindize mit anderen Wertebereichen zuzuordnen.
Prinzipiell ist in einer solchen Vorrichtung zur Erzeugung der Parameter nij, αrij, αgij, αbij so­ wie αcij jeweils eine Funktion in Abhängigkeit des Koordinatenpaares (i,j) abgespeichert, d. h. in der Vorrichtung sind Funktionen nij = f1(i,j), αrij = f2(i,j), αgij = f3(i,j) αbij = f4(i,j) sowie αcij = f5(i,j) abgespeichert. Damit können die Parameter einfach generiert werden.
In einer besonders einfach zu verwirklichenden Ausgestaltung sind in der Vorrichtung die Parameter nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij jeweils als konstante Funktionen für alle Paare (i,j) ab­ gespeichert.
Beispielhaft können hier die Werte nij = 1.5, αrij = 0.8, αgij = 0.1, αbij = 0.1 sowie αcij = 0 (für jeweils alle Paare (i,j)) zum Einsatz kommen, die sich hervorragend für rekonstruierte Ultraschallbil­ der eignen.
Von Vorteil ist die Erfindung auch im endoskopischen Bereich: Beleuchtet man beispielswei­ se das Gewebe mit weißem Licht von vorn, so gibt der Grünanteil im wesentlichen ein Maß für die Tiefe, was durch eine entsprechende Wahl der Parameter (insbesondere des Parameters αgij) in die Auswertung Eingang finden kann. Eine zusätzliche Auswertung der Rotinforma­ tionen, etwa mit einer geringeren Wichtung als der grünen, gibt eine Möglichkeit zur Korre­ lierung des Ergebnisses.
Unter Zuhilfenahme des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es aber auch möglich, verschiede­ ne Bereiche der endoskopischen Aufnahme verschiedenartig zur Erstellung der Tiefeninfor­ mation heranzuziehen. Beispielsweise kann der Benutzer für den Bildbereich, auf dem die Galle dargestellt ist, die Wichtung des Grünanteils verringern, während die Wichtung des Grünanteils in anderen Bildbereichen nach wie vor relativ hoch ist. Diese Schritt kann von Vorteil sein, da die Galle selbst grüne Farbanteile aufweist.
Die Erfindung bietet die Möglichkeit, für 2D-Bilder voll- oder teilautomatisch und ohne not­ wendige Objekterkennung eine Tiefenkarte zu erstellen. Weiterhin bietet die Erfindung die Möglichkeit, sehr effizient und 2D-abwärtskompatibel räumliche Bilder zu übertragen.

Claims (21)

1. Verfahren zur Erstellung einer Tiefenkarte zu einem zweidimensionalen Bild, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
  • - Vorgabe eines zweidimensionalen Bildes mit Bildelementen bij in Spalten i und Zeilen j,
  • - Konvertierung dieses zweidimensionalen Bildes in ein Format, welches jedes Bildelement entsprechend der Rot-, Grün-, Blauinformationen quantisiert, vorzugsweise in ein RGB- Bitmap mit 8-Bit Informationsbreite pro Farbkanal, wobei brij die roten, bgij die grünen und bbij die blauen Farbanteile eines jeden Bildelementes bij repräsentiert,
  • - Erstellung einer Tiefenkarte mit Elementen tij in Spalten i und Zeilen j an Hand des in Rot-, Grün-, Blauinformationen quantisierten Bildes nach der Vorschrift:
wobei gilt:
nij ist ein für jedes mögliche Paar (i,j) wählbarer Gewichtungsparameter, der für alle Paa­ re (i,j) vorzugsweise nij ≧ 1 ist,
αrij, αgij, sowie αbij sind für jedes mögliche Paar (i,j) wählbare Gewichtungsparameter, vorzugsweise mit einem jeweiligen Wertebereich zwischen einschließlich 0 und ein­ schließlich 1, d. h. vorzugsweise gilt 0 ≦ αrij, αgij, αbij ≦ 1, und
αcij ist ein für jedes mögliche Paar (i,j) wählbarer Korrekturparameter, der vorzugsweise über einen Wertebereich zwischen einschließlich 0 und einschließlich 255 verfügt, d. h. es gilt vorzugsweise 0 ≦ αcij ≦ 255;
gegebenenfalls Runden aller Werte tij auf ganzzahlige Werte t'ij.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefenkarte mit Elementen tij über genauso viele Spalten i und Zeilen j verfügt, wie das zweidimensionale Bild mit Bild­ elementen bij bzw. brij, bgij und bbij und daß die Parameter nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij ebenso­ viele Spalten i und Zeilen j aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij jeweils als Funktion des Parametersatzes (i,j) generiert werden, d. h. nij = f1(i,j), αrij = f2(i,j), αgij = f5(i,j) αbij = f4(i,j) sowie αcij = f5(i,j).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionen nij = f1(i,j), αrij = f2(i,j), αgij = f3(i,j) αbij = f4(i,j) sowie αcij = f5(i,j) für alle Paare (i,j) jeweils konstante Werte ergeben.
5. Verfahren zur Übertragung räumlicher Bildinformation, umfassend die folgenden Schritte:
  • - Vorgabe eines zweidimensionalen Bildes mit Bildelementen bij in Spalten i und Zeilen j,
  • - Konvertierung dieses zweidimensionalen Bildes in ein Format, welches jedes Bildelement entsprechend der Rot-, Grün-, Blauinformationen quantisiert, vorzugsweise in ein RGB- Bitmap mit 8-Bit Informationsbreite pro Farbkanal, wobei brij die roten, bgij die grünen und bbij die blauen Farbanteile eines jeden Bildelementes bij repräsentiert,
  • - Vorgabe eines Datensatzes nij für alle Paare (i,j),
  • - Vorgabe von Datensätzen αrij, αgij, αbij sowie αcij für alle Paare (i,j), vorzugsweise als Werte­ tabelle oder als Funktionen,
  • - Übertragung der Datensätze brij, bgij, bbij, nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij über einen Übertra­ gungskanal, der mindestens einen Empfänger umfaßt, sowie
  • - empfängerseitiges Erstellen einer Tiefenkarte auf Basis der übertragenen Datensätze brij, bgij, bbij, nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij nach den Ansprüchen 1-4.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Datensätze brij, bgij, bbij, nij, αrij, αgij, αbij oder αcij vor dem Übertragungsschritt vermöge eines Kompri­ mierverfahrens verlustfrei oder -arm komprimiert wird und daß jeder komprimierte Datensatz nach der Übertragung über den Übertragungskanal empfängerseitig wieder entsprechend de­ komprimiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungskanal einen Sender, ein Übertragungsmedium und einen Empfänger umfaßt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungskanal zur Über­ tragung auf elektronischem oder elektro-magnetischem Wege ausgelegt ist.
9. Vorrichtung zur Erstellung einer Tiefenkarte zu einem zweidimensionalen Bild, umfassend
  • - Mittel zur Vorgabe eines zweidimensionalen Bildes mit Bildelementen bij in Spalten i und Zeilen j,
  • - Mittel, die zur Konvertierung dieses zweidimensionalen Bildes in ein Format, welches jedes Bildelement entsprechend der Rot-, Grün-, Blauinformationen quantisiert, vorzugsweise in ein RGB-Bitmap mit 8-Bit Informationsbreite pro Farbkanal, wobei brij die roten, bgij die grü­ nen und bbij die blauen Farbanteile eines jeden Bildelementes bij repräsentiert, ausgelegt sind,
  • - Mittel die zur Erstellung einer Tiefenkarte mit Elementen tij in Spalten i und Zeilen j an Hand des in Rot-, Grün-, Blauinformationen quantisierten Bildes nach der Vorschrift:
    ausgelegt sind;
wobei gilt:
nij ist ein für jedes mögliche Paar (i,j) wählbarer Gewichtungsparameter, der für alle Paa­ re (i,j) vorzugsweise nij ≧ 1 ist,
αrij, αgij, sowie αbij sind für jedes mögliche Paar (i,j) wählbare Gewichtungsparameter, vorzugsweise mit einem jeweiligen Wertebereich zwischen einschließlich 0 und ein­ schließlich 1, d. h. vorzugsweise gilt 0 ≦ αrij, agij, αbij ≦ 1, und
αcij ist ein für jedes mögliche Paar (i,j) wählbarer Korrekturparameter, der vorzugsweise über einen Wertebereich zwischen einschließlich 0 und einschließlich 255 verfügt, d. h. es gilt vorzugsweise 0 ≦ αcij ≦ 255;
gegebenenfalls Mittel zum Runden aller Werte tij auf ganzzahlige Werte t'ij.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefenkarte mit Elemen­ ten tij in der Vorrichtung mit genauso vielen Spalten i und Zeilen j abgespeichert ist, wie das zweidimensionale Bild mit Bildelementen bij bzw. brij, bgij und bbij und daß die Parameter nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij ebensoviele Spalten i und Zeilen j aufweisen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorrichtung zur Erzeugung der Parameter nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij jeweils eine Funktion in Abhängig­ keit des Koordinatenpaares (i,j) abgespeichert ist, d. h. in der Vorrichtung sind Funktionen nij = f1(i,j), αrij = f2(i,j), αgij = f3(i,j) αbij = f4(i,j) sowie αcij = f5(i,j) abgespeichert.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorrichtung die Pa­ rameter nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij als jeweils konstante Funktionen für alle Paare (i,j) αbge­ speichert sind.
13. Vorrichtung zur Übertragung räumlicher Bildinformation, umfassend:
Mittel zur Vorgabe eines zweidimensionalen Bildes mit Bildelementen bij in Spalten i und Zeilen j,
Mittel, die zur Konvertierung dieses zweidimensionalen Bildes in ein Format, welches jedes Bildelement entsprechend der Rot-, Grün-, Blauinformationen quantisiert, vorzugsweise in ein RGB-Bitmap mit 8-Bit Informationsbreite pro Farbkanal, wobei brij die roten, bgij die grü­ nen und bbij die blauen Farbanteile eines jeden Bildelementes bij repräsentiert, ausgelegt sind,
Mittel zur Vorgabe eines Datensatzes nij für alle Paare (i,j),
Mittel zur Vorgabe von Datensätzen αrij, αgij, abij sowie αcij für alle Paare (i,j),
Mittel zur Übertragung der Datensätze brij, bgij, bbij, nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij über einen Übertragungskanal, wobei mindestens ein Empfänger vorgesehen ist,
eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-12 zur Erzeugung einer Tiefenkarte mit Ele­ menten tij aus den übertragenen Datensätzen brij, bgij, bbij, nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Übertragung mindestens einen Sender, ein Übertragungsmedium und einen Empfänger umfassen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender und der Emp­ fänger jeweils eine Recheneinrichtung umfassen, die jeweils für die Komprimierung bzw. Dekomprimierung von Datensätzen ausgelegt sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in besagter Recheneinrich­ tung des Senders mindestens einer der Datensätze brij, bgij, bbij, nij, αrij, αgij, αbij oder αcij vor der Übertragung komprimiert wird und daß jeder komprimierte Datensatz nach erfolgter Übertragung in der Recheneinrichtung des Empfängers wieder entsprechend dekomprimiert wird.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Übertragung der Datensätze zur Übertragung auf elektronischem oder elektro­ magnetischem Wege ausgelegt sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Vorgabe eines zweidimensionalen Bildes mindestens eine Kamera umfassen.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Mittel zur Be­ leuchtung vorgesehen sind, die einzelne Volumina der aufzuzeichnenden Szenerie charakteri­ stisch beleuchtet.
20. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, daß die Parameter nij, αrij, αgij, αbij sowie αcij jeweils als Funktion des Parametersatzes (i,j) und einer zeitlichen Variable theta generiert werden, d. h. nij = f1(i,j,theta), αrij = f2(i,j,theta), αgij = f3(i,j,theta) αbij = f4(i,j,theta) sowie αcij = f5(i,j,theta).
21. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera eine endoskopische Kamera ist.
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