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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Endoskopsystem, das Beleuchtungslicht
abtastend über einen Zielbereich wie z. B. Gewebe führt.
Insbesondere betrifft die Erfindung das Erzeugen eines Betrachtungsbildes.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Ein
Endoskopsystem mit Abtastfunktion ist mit einem Abtastlichtleiter
wie einem Singlemode-Faserlichtleiter ausgerüstet, der
in einem Betrachtungsgerät angeordnet ist. Wie in den
USP 6 294 775 und
7 159 782 beschrieben ist,
wird der Spitzenteil des Abtastlichtleiters mit einem Antrieb wie
z. B. einer piezoelektrischen Vorrichtung gehalten, der den Spitzenteil
spiralförmig und schwingungsartig bewegt, indem die Amplitude
(Signalform) der Schwingung moduliert und verstärkt wird.
Daher wird das Beleuchtungslicht, welches den Faserlichtleiter durchläuft, spiralförmig
abtastend über einen Betrachtungsbereich geführt.
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Das
an dem Betrachtungsbereich reflektierte Licht tritt in einen Bildlichtleiter
ein und wird über diesen einem Prozessor zugeführt.
Das übertragene Licht wird durch Fotosensoren in Pixelsignale
umgesetzt. Dann wird jedes in Zeitfolge erfasste Pixelsignal einer
Abtastposition zugeordnet. So wird ein Pixelsignal eines jeden Pixels
identifiziert, und daraus werden Bildsignale erzeugt. Die spiralförmige
Abtastung wird periodisch auf der Basis eines vorbestimmten Zeitintervalls
(Bildrate) durchgeführt, und die Pixelsignale für
ein Bildfeld werden nacheinander aus den Fotosensoren entsprechend
der Bildrate ausgelesen.
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Obwohl
Pixelsignale mit einem Fotosensor bei einer vorbestimmten Sampling-Rate
erfasst werden, sind Vollpixelsignale nicht rasterartig angeordnet.
Nur ein Teil der erfassten Pixelsignale wird zum Erzeugen eines
Betrachtungsbildes benutzt; die übrigen Pixelsignale bleiben
unberücksichtigt. Die Auswahl der Pixelsignale zum Erzeugen
des Betrachtungsbildes erfolgt z. B. durch ein sogenanntes Downsampling.
Viele Pixelsignale im zentralen Teil einer Spiralabtastung werden
nicht genutzt, da die Länge einer Kreisbewegung im Zentralbereich
relativ kurz ist. Ferner kann ein ausgewähltes Pixel bei
Erfassung der Pixelsignale mit einem konstanten Pixelintervall einen
großen Rauschanteil haben, während ein ihm benachbartes
Pixelsignal kein Rauschen enthält. In diesem Fall ist die
Erzeugung eines hochqualitativen Bildes schwierig.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Endoskopsystem
anzugeben, mit dem durch effektives Ausnutzen erfasster Pixelsignale
eine hohe Bildqualität erzielt werden kann.
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Ein
Endoskopsystem nach der vorliegenden Erfindung hat einen Lichtleiter,
der Beleuchtungslicht aus einer Lichtquelle zu dem Spitzenteil eines
Betrachtungsgeräts überträgt; einen Abtaster
zum spiralförmigen Abtasten eines Zielbereichs mit dem
Beleuchtungslicht durch Schwingungsbewegung des Spitzenteils des
Lichtleiters; und einen Pixelsignaldetektor, der die Pixelsignale
auf der Basis der Lichtreflektion an dem Zielbereich mit einer vorgegebenen Sampling-Rate
erfasst. Das Endoskopsystem hat ferner einen Bildpixelgenerator,
der Bildpixel eines Betrachtungsbildes auf der Basis der gesampleten
oder erfassten Pixelsignale entsprechend der Sampling-Rate erzeugt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung erzeugt der Bildpixelgenerator jedes
Bildpixel aus einer „Nachbarpixelgruppe”. Die
Nachbarpixelgruppe repräsentiert eine Gruppe Pixelsignale,
die aus einem Hauptpixelsignal und den umgebenden Pixelsignalen
besteht. Das Hauptpixelsignal befindet sich an einer Pixelposition
eines entsprechenden Bildpixels. Die umgebenden Pixelsignale können
aus Pixelsignalen erzeugt sein, die auf einer aktuellen Abtastbahn
oder zweidimensional auf einer Anzahl spiralförmiger Abtastbahnen
angeordnet sind. Die Nachbarpixelgruppe kann auch aus Pixelsignalen
bestehen, die in einem einzelnen Bildintervall oder über
zwei Bildintervalle erfasst werden.
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Jedes
Bildpixel wird erzeugt, indem das Hauptpixelsignal und die umgebenden
Pixelsignale genutzt werden, die dem Bildpixel eng zugeordnet sind.
Somit wird ein hochqualitatives Betrachtungsbild anstelle eines
Bildes aus Pixeln mit einem großen Rauschanteil realisiert.
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Beispielsweise
kann der Bildpixelgenerator zumindest einen Mittelwert-Rechenprozess,
einen Tiefpassfilter-Prozess, einen Zentralpixel-Samplingprozess
oder einen Maximalwert-Rechenprozess ausführen.
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Da
Bildpixel vorzugsweise unter Anwendung von Realzeit-Pixelinformationen
erzeugt werden, kann der Bildpixelgenerator die Nachbarpixelgruppen
auf der Basis von Pixelsignalen konfigurieren, die längs
einer spiralförmigen Abtastbahn vor und hinter dem Hauptpixelsignal
liegen. Der Bildpixelgenerator kann nämlich die umgebenden
Pixelsignale als die vorher und nachher auf derselben Abtastbahn vorhandenen
Pixelsignale definieren.
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Wenn
andererseits die umgebenden Pixelsignale möglichst häufig
genutzt werden, kann der Bildpixelgenerator die Nachbarpixelgruppe
auf der Basis von Pixelsignalen konfigurieren, die zweidimensional
auf mehreren spiralförmigen Abtastbahnen angeordnet sind.
Insbesondere kann der Bildpixelgenerator zur Auswahl oder Definition
einer ausgeglichenen Gruppe von Pixelsignalen nahe dem Hauptpixelsignal
die Nachbarpixelgruppe auf der Basis von Pixelsignalen konfigurieren,
die in einem vorherigen Bildintervall erfasst wurden. Beispielsweise kann
die Nachbarpixelgruppe aus einem Block erzeugt werden, der aus 3×3
Pixeln besteht, die auf drei spiralförmigen, einander benachbarten
Abtastbahnen angeordnet sind. Ferner ist es möglich, die Realzeit-Pixelinformation
und die zuvor erfasste Pixelinformation zu nutzen.
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Ist
die Abtastrate konstant, ändert sich ein Pixelintervall
zwischen erfassten Pixelsignalen mit jeder spiralförmigen
Abtastbahn. Je größer der Radius der spiralförmigen
Abtastbahn ist, um so länger wird das Pixelintervall. Besonders
im äußeren Bereich des Betrachtungsbildes kommt
ein Pixelintervall dem Intervall zwischen benachbarten Bildpixeln
nahe. Deshalb kann der Wert eines Bildpixels im äußeren Bereich
gleichmäßig werden, wenn die umgebenden Pixelsignale
zum Erzeugen von Bildpixeln genutzt werden.
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Um
diese Situation zu vermeiden, kann der Bildpixelgenerator die Nachbarpixelgruppe
zum Erzeugen von Bildpixeln nutzen, während ein vorbestimmter
Bereich abgetastet wird. Der Bereich ist so definiert, dass das
Verhältnis der Bildpixelanzahl zur Anzahl gesampleter (erfasster)
Pixelsignale einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Beispielsweise erzeugt der Bildpixelgenerator Bildpixel durch Benutzen
der Nachbarpixelgruppe während der Abtastung eines Zentralbereichs.
Wenn andererseits ein anderer als der vorbestimmte Bereich abgetastet
wird, kann der Bildpixelgenerator einen Downsampling-Prozess mit
den Pixelsignalen ausführen. Der Downsampling-Prozess basiert
auf einem vorgegebenen Pixelintervall, das für jede spiralförmige
Abtastbahn definiert ist.
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Wenn
der Luminanzwert des Betrachtungsbildes hoch ist, wird vorzugsweise
ein Signalprozess zum Aussondern des Rauschens, z. B. ein Tiefpassfilterprozess
durchgeführt. Wenn viele rauschbehaftete Pixelsignale in
den Gesamtpixelsignalen enthalten sind, ist es auch vorteilhaft,
die Anzahl der Pixelsignale der Nachbarpixelgruppe zu verändern.
Deshalb kann der Bildgenerator mindestens die Anzahl der Pixelsignale
der Nachbarpixelgruppe oder ein Bildpixel-Erzeugungsverfahren entsprechend
dem Luminanzwert der Pixelsignale eines Bildfeldes verändern.
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Eine
Einrichtung für Bildpixel eines Betrachtungsbildes in einem
Endoskopsystem enthält gemäß einem weiteren
Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Pixelsignaldetektor, der
Pixelsignale auf der Basis des an einem Zielbereich reflektierten
Lichtes mit einer vorgegebenen Sampling-Rate erfasst, während
der Zielbereich mit Beleuchtungslicht spiralförmig entsprechend
einem vorgegebenen Bildintervall abgetastet wird; und einen Bildpixelgenerator, der
Bildpixel eines Betrachtungsbildes auf der Basis der erfassten Pixel signale
erzeugt. Der Bildpixelgenerator erzeugt jedes Bildpixel aus einer
Nachbarpixelgruppe, die ein Hauptpixelsignal an einer Position des
Bildpixels und Umgebungspixelsignale enthält.
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Ein
Verfahren für Bildpixel eines Betrachtungsbildes bei einem
Endoskopsystem enthält gemäß einem weiteren
Aspekt der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte: a.) Erfassen
von Pixelsignalen auf der Basis des an einem Zielbereich reflektierten
Lichtes mit einer vorgegebenen Sampling-Rate, während der
Zielbereich mit Beleuchtungslicht entsprechend einem vorgegebenen
Bildintervall spiralförmig abgetastet wird; und b.) Erzeugen
von Bildpixeln eines Betrachtungsbildes auf der Basis der erfassten
Pixelsignale. Die Erzeugung schließt das Erzeugen eines
jeden Bildpixels aus einer Nachbarpixelgruppe ein, die ein Hauptpixelsignal
für eine Position des Bildpixels und Umgebungspixelsignale
enthält.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird besser verständlich aus der
folgenden Beschreibung vorzugsweiser Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen:
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1 das
Blockdiagramm eines Endoskopsystems gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel ist;
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2 eine
Darstellung des optischen Faserlichtleiters, einer Abtasteinheit
und eines spiralförmigen Abtastmusters ist;
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3 ein
schematisches Blockdiagramm des Signalprozessors ist;
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4A und 4B den
Prozess der Erzeugung von Bildpixeln eines Betrachtungsbildes zeigen;
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5 eine
schematische Ansicht einer spiralförmigen Abtastung ist;
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6 ein
Flussdiagramm eines Bildpixel-Erzeugungsprozesses ist;
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7 ein
Blockdiagramm eines Signalprozessors gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel ist;
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8 ein
Blockdiagramm des Pixelinformationsgenerators ist;
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9 eine
Ansicht eines Pixelblocks in einem vorherigen Bildintervall ist;
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10A und 10B Ansichten
eines Pixelerzeugungsverfahrens gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel sind;
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11 ein
Zeitdiagramm eines Bildpixel-Erzeugungsprozesses und eines Aufzeichnungsprozesses
sind; und
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12 ein
Zeitdiagramm eines Bildpixel-Erzeugungsprozesses gemäß dem
dritten Ausführungsbeispiel ist.
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Beschreibung der vorzugsweisen
Ausführungsformen
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Im
Folgenden werden die vorzugsweisen Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Endoskopsystems gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel. 2 ist eine
Darstellung des Abtastlichtleiters, der Abtasteinheit und des spiralförmigen
Abtastmusters.
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Das
Endoskopsystem hat einen Prozessor 30 und ein Endoskop 10,
welches einen Abtastlichtleiter 17 und einen Bildlichtleiter 14 enthält.
Der Singlemode-Abtastlichtleiter 17 überträgt
Beleuchtungslicht, während der Bildlichtleiter 14 Licht überträgt, das
an einem Betrachtungsziel S wie z. B. Gewebe reflektiert wird. Das
Endoskop 10 ist mit dem Prozessor 30 lösbar
verbunden, und der Monitor 60 ist mit dem Prozessor 30 verbunden.
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Der
Prozessor 30 hat drei Laser 20R, 20G und 20B,
die jeweils Rotlicht, Grünlicht und Blaulicht abgeben.
Die Laser 20R, 20G und 20B werden durch drei
Lasertreiber 22R, 22G und 22B angesteuert.
Die gleichzeitig abgegebenen Rotlicht-, Grünlicht- und Blaulicht-Anteile
werden mit halbdurchlässigen Spiegelgruppen 24 und
einer Sammellinse 25 gesammelt. Daher tritt Weißlicht
in den Abtastlichtleiter 17 ein und wird zu dem Spitzenteil 10T des
Endoskops 10 übertragen. Das aus dem Abtastlichtleiter 17 austretende
Licht beleuchtet das Ziel S.
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Wie 2 zeigt,
ist eine Abtasteinheit 16 in dem Spitzenteil 10T des
Betrachtungsgeräts vorgesehen. Die Abtasteinheit 16 hat
einen zylindrischen Antrieb 18 und führt das Licht
abtastend über das Ziel S. Der Lichtleiter 17 ist
durch die Achse des Antriebs 18 geführt. Der Spitzenteil 17A,
der aus dem Antrieb 18 austritt, ist an diesem gelagert
oder gehalten.
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Der
an dem Spitzenteil 10T des Betrachtungsgeräts
befestigte Antrieb 18 ist hier ein piezoelektrischer rohrförmiger
Antrieb, der den Spitzenteil 17A des Lichtleiters in zwei
Richtungen resonanzartig bewegt. Konkret vibriert der Antrieb 18 den
Spitzenteil 17A längs zwei Achsen, die rechtwinklig
zueinander stehen, in einem Resonanzbetrieb. Die Schwingungsbewegung
des Spitzenteils 17A verlagert die Position der Stirnfläche 17S des
Lichtleiters 17 spiralförmig gegenüber
seiner axialen Richtung.
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Das
an der Stirnfläche 17S des Abtastlichtleiters 17 austretende
Licht wird durch eine Objektivlinse 19 geführt
und erreicht den Zielbereich S. Ein mit einem Abtaststrahl durchlaufener
Weg, d. h. eine Abtastbahn PT, erzeugt ein spiralförmiges
Muster (siehe 2). Da ein Spiralintervall AT
in radialer Richtung schmal ist, wird der gesamte Betrachtungsbereich
S mit spiralförmig abtastendem Licht beleuchtet.
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Das
an dem Ziel S reflektierte Licht tritt in den Bildlichtleiter 14 ein
und wird dem Prozessor 30 zugeführt. Wenn das
reflektierte Licht aus dem Bildlichtleiter 14 austritt,
wird es durch eine optische Linse 26 und halbdurchlässige
Spiegelgruppen 27 in Rotlicht R, Grünlicht G und
Blaulicht B geteilt. Die so getrennten Lichtanteile werden dann
den Fotosensoren 28R, 28G und 28B jeweils
zugeführt, die das Rotlicht, das Grünlicht und
das Blaulicht in Bildpixelsignale entsprechend den Farben „R”, „G” und „B” umsetzen.
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Die
erzeugten analogen Bildpixelsignale werden durch A/D-Umsetzer 29R, 29G und 29B in
digitale Pixelsignale umgesetzt und dann einem Signalprozessor 32 zugeführt,
in dem ein Mapping-Prozess ausgeführt wird. Die nacheinander
erzeugten digitalen R-, G- und B-Bildpixelsignale werden entsprechend
der Ordnung eines spiralförmigen Abtastmusters angeordnet.
In dem Mapping-Prozess wird jedes digitale R-, G- und B-Bildpixelsignal
einer entsprechenden Abtastposition zugeordnet, so dass rasterförmig
angeordnete Bildpixelsignale erzeugt werden. Daher ist die Pixelposition
eines jeden digitalen R-, G- und B-Bildpixelsignals hinsichtlich
der Ordnung identifiziert, und es werden die digitalen R-, G- und
B-Bildpixelsignale für ein Bildfeld nacheinander erzeugt.
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In
dem Signalprozessor 32 werden die erzeugten zweidimensionalen
Bildpixelsignale verschiedenen Bildverarbeitungsprozeduren unterzogen,
zu denen ein Weißabgleichsprozess gehört, so dass
Videosignale erzeugt werden. Die erzeugten Videosignale werden dem
Monitor 60 über einen Codierer 37 zugeführt,
so dass ein Betrachtungsbild auf dem Monitor 60 dargestellt
wird.
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Eine
Systemsteuerung 40, die eine ROM-Einheit, eine RAM-Einheit
und eine CPU enthält, steuert die Betätigung des
Videoprozessors 30 und des Videoskops 10 durch
Abgabe von Steuersignalen an den Signalprozessor 32, die
Lasertreiber 22R, 22G und 22B usw. Ein
Steuerprogramm ist in der ROM-Einheit gespeichert. Eine Zeitsteuerung 34 gibt
Synchronisiersignale an die Lichtleitertreiber 36a, 36b zum
Ansteuern der Abtasteinheit 16 und an die Lasertreiber 22R, 22G und 22B ab,
um die Schwingungsbewegung des Spitzenteils 17A des Lichtleiters
mit der Zeitsteuerung der Lichtabgabe zu synchronisieren.
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Eine
Betriebsarttaste 62 wird betätigt, um die Auflösung
eines Betrachtungsbildes zu ändern oder zu verbessern.
Wenn die Betriebsarttaste 62 betätigt ist, wird
ein Normalbetrachtungsbetrieb zu einem Pixelerzeugungsbetrieb umgeschaltet,
und es wird ein Bildpixelerzeugungsprozess ausgeführt,
der eine Anzahl gesampleter Pixelsignale benutzt, wie noch beschrieben
wird.
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3 ist
ein schematisches Blockdiagramm des Signalprozessors 32.
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Der
Signalprozessor 32 hat eine Downsampling-Schaltung 72,
eine Pixelmittelwert-Rechenschaltung 74, eine Zentralpixel-Erfassungsschaltung 76, eine Tiefpassfilterschaltung
(LPF) 78 und eine Luminanzmaximalwert-Erfassungsschaltung 80.
Jede Schaltung ist selektiv mit einem Wähler 82 verbunden.
Die Downsampling-Schaltung 72 und der Wähler 82 sind
mit einem Wähler 84 verbunden. Digitale Pixelsignale,
die entsprechend einer vorbestimmten Sampling-Rate (vorgegebene
Taktimpulsfrequenz) erfasst werden, werden als Pixeldaten der Downsampling-Schaltung 72,
der Luminanzmittelwert-Rechenschaltung 74, der Zentralpixel-Erfassungsschaltung 76,
der Tiefpassfilterschaltung 78 und der Luminanzmaximalwert-Erfassungsschaltung 80 zugeführt.
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Die
Downsampling-Schaltung 72, die eine Verzögerungsschaltung
enthält, führt einen Downsampling-Prozess aus.
Die Downsampling-Schaltung 72 samplet oder wählt
spezifische Pixel aus einer Folge erfasster Pixelsignale entsprechend
vorbestimmten Pixelintervallen, die für jede Spiralbahn
definiert sind. Jedes gewählte Pixelsignal wird im Folgenden
als ein „Hauptpixel” bezeichnet. Die Hauptpixel
sind weitgehend an Pixelpositionen von Bildpixeln angeordnet, die
ein Betrachtungsbild erzeugen.
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Die
Pixelmittelwert-Erfassungsschaltung 74 berechnet eine Reihe
mittlerer Pixel aus den Hauptpixeln und den sie umgebenden Pixelsignalen.
Beispielsweise wird ein Pixel mit einem mittleren Wert aus einem
Hauptpixel und benachbarten vorherigen und nachfolgenden Pixelsignalen
berechnet. Im Folgenden wird eine Reihe Pixelsignale zum Erzeugen von
Bildpixeln als eine „Nachbarpixelgruppe” bezeichnet.
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Die
Zentraldaten-Erfassungsschaltung 76 erfasst ein Pixel mit
mittlerem Luminanzwert einer jeden Nachbarpixelgruppe, während
die Tiefpassfilterschaltung 78 Pixel mit Niederfrequenzkomponenten samplet.
Die Luminanzmaximalwert-Erfassungsschaltung 80 erfasst
das Pixel mit maximaler Lumi nanz aus jeder Nachbarpixelgruppe.
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Der
Signalprozessor 32 enthält ferner eine Y/C-Wandlerschaltung 86,
eine Histogrammschaltung 88 und eine Betriebsschaltung 90.
Die Y/C-Wandlerschaltung 86 erzeugt Luminanzsignale für
die erfassten Bildsignale eines Bildfeldes. Dann erzeugt die Histogrammschaltung 88 Histogrammdaten
der Luminanzsignale. Die Betriebsschaltung 90 berechnet
einen Helligkeitswert eines Betrachtungsbildes aus den Histogrammdaten.
Es wird hier eine mittlere Luminanz berechnet.
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Der
Wähler 82 gibt Bildpixelsignale an den Wähler 84 aus
der Pixelmittelwert-Rechenschaltung 74, der Zentralpixel-Erfassungsschaltung 76,
der Tiefpassfilterschaltung 78 oder der Luminanzmaximalwert-Erfassungsschaltung 80 ab.
Ferner schaltet der Wähler 82 einen Verbindungszustand
zu dem Wähler 84 auf der Basis des Helligkeitswertes,
den die Betriebsschaltung 90 abgibt.
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Ferner
ist der Signalprozessor 32 mit einem Spiralzähler 92,
einer Schwellenausgabeschaltung 94, einem Komparator 96 und
einer AND-Schaltung 98 ausgerüstet. Während
einer spiralförmigen Abtastung zählt der Spiralzähler
die Anzahl Spiralbahnen in jedem Bildintervall. Die Schwellenausgabeschaltung 94 gibt
ein Signal ab, das einem Schwellenwert entspricht. Der Komparator 96 vergleicht
die Anzahl der Spiralbahnen mit dem Schwellenwert und ändert seinen
Signalpegel, wenn die Anzahl Spiralbahnen den Schwellenwert überschreitet.
Die AND-Schaltung 98 gibt ein Steuersignal an den Wähler 84 abhängig
von einem Erfassungssignal aus der Betriebsarttaste 62 und
einem Erfassungssignal des Komparators 96 ab. Der Wähler 84 gibt
selektiv Bildpixelsignale entweder aus der Downsampling-Schaltung 72 oder
dem Wähler 82 an den ersten Bildspeicher 31A oder
den zweiten Bildspeicher 31B ab.
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4A und 4B zeigen
den Prozess der Erzeugung von Bildpixeln, die ein Betrachtungsbild aufbauen. 5 ist
eine schematische Darstellung einer spiralförmigen Abtastung.
Das Erzeugungsverfahren wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 4A, 4B und 5 beschrieben.
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Wie
oben beschrieben, werden Pixelsignale mit den Fotosensoren 28R, 28G und 28B entsprechend
der vorbestimmten Sampling-Rate erfasst. Diese ist für
jede spiralförmige Abtastbahn konstant, wobei 2000 Pixelsignale
pro Umdrehung in zeitlicher Folge erfasst werden. Andererseits besteht
ein Betrachtungsbild M1 nach Abtastung eines Abtastbereichs M aus
500×500 Bildpixeln. Deshalb ist die Zahl spiralförmiger
Abtastbahnen für ein Bildintervall 250, so dass 250 Bildpixel
ausgehend von einem Abtast-Startpunkt in radialer Richtung angeordnet
sind. Die tatsächliche Dichte der Abtastbahnen in radialer Richtung
ist viel höher als in 5 dargestellt.
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Bei
Normalbetrachtungsbetrieb ergeben sich die 500×500-Bildpixelsignale
durch Downsampling in der Downsampling-Schaltung 72. Konkret
werden die Pixelsignale aus einer Reihe erfasster Pixelsignale bei
einem vorgegebenen Pixelintervall (siehe 4A) gesamplet
oder gewählt. Das Pixelintervall ändert sich mit
der Anzahl Spiralbahnen; je kleiner der Radius einer spiralförmigen
Abtastbahn ist, um so kürzer wird das Pixelintervall.
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Beispielsweise
ist in einem Zentralbereich MC, der den Zentralpunkt (Abtaststartpunkt)
O enthält, die Länge einer Umdrehung kurz, verglichen
mit einem Außenbereich MD des Abtastbereichs M. Andererseits
ist die Erfassungsrate für Pixelsignale konstant, d. h.
2000 pro Umdrehung für den Zentralbereich MC und den Außenbereich
MD. Als Ergebnis werden viele Pixelsignale im Zentralbereich MC
bei der Erzeugung rasterartig angeordneter Bildpixel nicht berücksichtigt,
während im Außenbereich MD die meisten Pixelsignale
genutzt werden. In der Downsampling-Schaltung 72 wird ein
Pixelintervall zum Sampling erfasster Pixelsignale entsprechend der
Anzahl gezählter Spiralbahnen eingestellt, d. h. entsprechend
einer vorliegenden Abtastbahn. In 4A werden
Pixelsignale in 20 Pixel-Intervallen gewählt.
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Wenn
die Bildpixel-Erzeugungsart eingestellt ist, werden die Bildpixel
andererseits in anderer Weise als bei der Normalbetrachtung erzeugt.
Konkret wird jedes Bildpixel durch Nutzen eines entsprechenden Hauptpixelsignals
und der Pixelsignale davor und danach längs der spiralförmigen
Abtastbahn erzeugt. Über jedes Hauptpixelsignal wird durch
das Pixelintervall einer jeden spiralförmigen Abtastbahn entschieden.
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In 4B ist
ein Erzeugungsprozess für Bildpixel dargestellt. Die Pixelmittelwert-Rechenschaltung 74 enthält
ein Schieberegister, das erfasste Pixelsignale speichert. In dem
Schieberegister sind die Pixelsignale zweidimensional angeordnet, während
sie um jeweils ein Pixel verschoben werden. Die Pixelmittelwert-Rechenschaltung 74 berechnet ein
mittleres Pixel aus einem entsprechenden Hauptpixelsignal und den
Pixelsignalen davor und danach. Wenn beispielsweise das Hauptpixelsignal
P20 ist, wird ein Bildpixel PV aus den Register-Pixelsignalen erzeugt.
Das Bildpixel PV repräsentiert einen Mittelwert des Hauptpixelsignals
P20 und der Pixelsignale P19 und P21 davor und danach.
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Andererseits
selektiert die Tiefpassschaltung 78 ein Pixelsignal mit
dem niedrigsten Luminanzwert der drei Pixelsignale, d. h. des Hauptpixelsignals
und der Pixelsignale davor und danach. Auch selektiert die Luminanzmaximalwert-Erfassungsschaltung 80 ein
Pixelsignal mit dem maximalen Luminanzwert der drei Pixelsignale.
Ferner selektiert die Zentralpixel- Erfassungsschaltung 78 das
Pixelsignal mit dem mittleren Luminanzwert aus den drei Pixelsignalen.
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Auf
diese Weise wird jedes Bildpixelsignal aus einer Anzahl Pixelsignale
erzeugt, die sich an einer Pixelposition des Bildpixels und des
unmittelbar vorherigen sowie nachfolgenden Pixelsignals befinden.
Dieser Prozess wird für jedes der R-, G- und B-Pixelsignale
durchgeführt.
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6 ist
ein Flussdiagramm des Bildpixel-Erzeugungsprozesses.
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In
Schritt S101 wird gefragt, ob die Betriebsarttaste 62 betätigt
wurde, um in den Erzeugungsbetrieb für die Bildpixel umzuschalten.
Ist die Betriebsarttaste 62 nicht betätigt, so
wird das normale Downsampling durchgeführt (S107). Konkret
gibt der Wähler 84 (siehe 2) ein gewähltes
Pixelsignal als Bildpixel entweder an den ersten Bildspeicher 31A oder
den zweiten Bildspeicher 31B ab. Wenn andererseits von
dem Normalbetrachtungsbetrieb auf den Bildpixel-Erzeugungsbetrieb
umgeschaltet wird, geht der Prozess zu Schritt S102.
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In
Schritt S102 wird geprüft, ob die Anzahl der vorliegenden
Spiralbahnen gleich oder kleiner als ein Schwellenwert entsprechend
der Umfangslinie des Zentralbereichs MC ist, nämlich ob
eine vorliegende Abtastposition im Zentralbereich MC liegt. Wenn
die vorliegende Abtastposition im Zentralbereich MC liegt, geht
der Prozess zu Schritt S103, um den Bildpixel-Erzeugungsprozess
auszuführen, bei dem benachbarte Pixelsignale genutzt werden. Wenn
andererseits die vorliegende Abtastposition außerhalb des
Zentralbereichs MC liegt, wird das normale Downsampling ausgeführt
(S107).
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In
Schritt S103 wird geprüft, ob ein Helligkeitswert Lm aus
der Histogrammschaltung 88 kleiner als ein vorgegebener
Schwellenwert KL ist.
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Der
Schwellenwert KL dient zum Bestimmen, ob Pixelsignale einen übermäßig
großen Rauschanteil haben oder nicht. Ist der Helligkeitswert
Lm kleiner als der Schwellenwert KL, so wird ein Bildpixel mit einem
mittleren Luminanzwert durch die Pixelmittelwert-Rechenschaltung 74 erzeugt
(S106). Konkret gibt der Wähler 82 (siehe 3)
eine Reihe Pixelmittelwertsignale an den Wähler 84 ab,
und der Wähler 84 gibt die Pixelmittelwertsignale
an den ersten Bildspeicher 31A oder den zweiten Bildspeicher 31B ab.
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Wenn
andererseits der Helligkeitswert Lm gleich oder größer
als der Schwellenwert KL ist, wird die Anzahl Pixel, die eine Nachbarpixelgruppe
bilden, von drei auf fünf Pixel erhöht (S104).
Dann werden Pixelsignale mit der Tiefpassschaltung 78 erzeugt. Es
werden nämlich Pixelsignale mit den niedrigsten Luminanzwerten
an den ersten Bildspeicher 31A oder den zweiten Bildspeicher 31B über
die Wähler 82 und 84 abgegeben (S105).
Wenn die Abtastposition sich aus dem Zentralbereich MC herausbewegt, wird
das normale Downsampling ausgeführt (S102 und S107). Die
Schritte S101 bis 107 werden wiederholt, bis eine Bildbetrachtung
beendet ist.
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Es
kann wahlweise auch ein Bildpixel-Erzeugungsprozess anders als der
Tiefpassfilterprozess ausgeführt werden entsprechend dem
Zustand eines Betrachtungsbildes. Beispielsweise werden, wenn der
Luminanzwert eines Betrachtungsbildes extrem niedrig ist, Pixelsignale
mit maximalen Luminanzwerten als Pixelsignale gewählt.
Auch wenn ein aufgenommenes Bild bewegt wird, wobei die Auflösung nicht
erforderlich ist, kann die Zentralpixel-Erfassungsschaltung 78 benutzt
werden.
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Auf
diese Weise ist das Endoskopsystem des vorliegenden Ausführungsbeispiels
mit dem Abtastlichtleiter 17 ausgerüstet, der
einen Zielbereich spiralförmig mit Beleuchtungslicht abtastet,
indem sein Spitzenteil zweidimensional schwingungsartig bewegt wird.
Wenn dann die Bildpixel-Erzeugung eingeschaltet wird, werden Bildpixel
aus einer Reihe Nachbarpixelgruppen erzeugt, die ein Betrachtungsbild
aufbauen. Jede Nachbarpixelgruppe besteht aus einem Hauptpixelsignal
sowie Pixelsignalen vorher und nachher, und ein mittleres Pixel
wird aus den drei Pixelsignalen erzeugt.
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Somit
wird der Einfluss rauschbehafteter Pixel verringert und ein hochqualitatives
Bild realisiert. Ist der Luminanzwert hoch, werden rauschbehaftete Pixel
mit der Tiefpassfilterschaltung 78 eliminiert.
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Nun
wird das zweite Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 7 bis 11 beschrieben. Das
zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten
dadurch, dass Bildpixelsignale erzeugt werden, wobei Pixelsignale
genutzt werden, die in einem vorherigen Bildintervall erfasst wurden.
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7 ist
ein Blockdiagramm eines Signalprozessors für das zweite
Ausführungsbeispiel.
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Der
Signalprozessor 32' enthält eine Pixelmittelwert-Rechenschaltung 72',
eine Zentralpixel-Erfassungsschaltung 74', eine Tiefpassfilterschaltung 78' und
eine Luminanzmaximalwert-Erfassungsschaltung 80', die jeweils
mit einem Wähler 84' verbunden sind. Der Signalprozessor 32' enthält
ferner eine Schaltung 100' zur Erzeugung von Pixelinformationen.
Diese empfangt die Pixelsignale eines Bildfeldes in Folge und gibt
Pixelinformationen an die fünf Schaltungen in einem nachfolgenden
Bildintervall ab. Der Wähler 84' gibt Pixelsignale
aus einer der fünf Schaltungen an den ersten Bildspeicher 31A oder
den zweiten Bildspeicher 31B ab.
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8 zeigt
ein Blockdiagramm der Schaltung 100 zum Erzeugen der Pixel informationen. 9 ist
eine Darstellung eines Pixelblocks in einem vorherigen Bildintervall.
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Die
Schaltung 100 zum Erzeugen der vorherigen Pixelinformationen
hat Pufferspeicher 1021 bis 102250 und Pufferspeicher 2021 bis 202250 entsprechend
der Anzahl der Spiralbahnen. Pixelsignale einer jeden spiralförmigen
Abtastbahn werden in dem entsprechenden Pufferspeicher gespeichert.
Ferner enthält die Schaltung 100 zur Erzeugung
der vorherigen Pixelinformationen drei Addierer (Additionsvorrichtungen) 104, 106 und 110;
sechs Verzögerungsvorrichtungen 108A bis 108F;
und einen Multiplizierer 112. Dieses in 8 gezeigte
Schaltungssystem erlaubt das Berechnen von Pixelinformationen aus einer
Anzahl spiralförmiger Abtastbahnen eines vorherigen Bildintervalls.
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Zunächst
werden neun Pixelsignale die zweidimensional einander benachbart
sind und eine Nachbarpixelgruppe aus 3×3 Pixeln bilden,
addiert. Dann wird ein mittleres Pixel der neuen Pixel aus dem vorherigen
Pixelinformationsdaten berechnet. In 9 ist eine
aus neun Pixeln bestehende Nachbarpixelgruppe JS dargestellt. Die
Nachbarpixelgruppe JS besteht aus einem Hauptpixel P20n und
acht Pixeln P19n-1, P20n-1,
P21n-1, P19n, P21n, P19n+1, P20n+1, P21n+1; diese
sind insgesamt einander in Aufwärts-Abwärtsrichtung,
Links-Rechtsrichtung oder diagonal benachbart. Das Hauptpixel P20n wird auf der spiralförmigen Abtastbahn
n erfasst, während die Pixel P19n-1,
P20n-1 und P21n-1 auf
der spiralförmigen Abtastbahn n – 1 und die Pixel
P19n +1, P20n+1, und P21n+1 auf
der spiralförmigen Abtastbahn n + 1 erfasst werden.
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Ein
Pixelblock eines vorhergehenden Bildintervalls ist einem jeden Hauptpixelsignal
in einem vorliegenden Bildintervall definiert oder zugeordnet. Dann
ergibt sich ein mittleres Pixel durch Nutzen der vorherigen Pixelinformationen.
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10A und 10B zeigen
ein Pixelerzeugungsverfahren in der zweiten Ausführungsform.
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Ist
der Bildpixel-Erzeugungsbetrieb eingestellt, werden Bildpixel durch
Berechnen eines mittleren Pixels erzeugt. Bei der zweiten Ausführungsform wird
ein Mittelwert aus den folgenden vier Pixeln berechnet: ein Hauptpixel
P20, ein vorheriges und nachfolgendes Pixel P19 und P21 (R19 und
R21) und das vorherige mittlere Pixel P20B. Das vorherige mittlere
Pixel 20B ergibt sich aus einem vorherigen Pixelblock, wie in 9 gezeigt.
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11 zeigt
ein Zeitdiagramm eines Bildpixel-Erzeugungsprozesses und Aufzeichnungsprozesses.
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Während
eines Intervalls FA in dem Bildintervall n – 1 werden die
Pixel eines Bildfeldes in die Pufferspeicher 1021 bis 102250 eingeschrieben. Das Intervall FA
repräsentiert eine aktuelle spiralförmige Abtastung
zum Erzeugen eines kreisrunden Betrachtungsbildes. Das verbleibende
Intervall FB repräsentiert ein Intervall, in dem der Spitzenteil 17A des
Abtastlichtleiters zu dem Abtaststartpunkt zurückkehrt.
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Die
gespeicherten Pixelsignale werden aus den Pufferspeichern 1021 bis 102250 während
des Bildintervalls n ausgelesen. Gleichzeitig werden Bildpixel aus
dem vorherigen mittleren Pixelsignal erzeugt, das durch die Schaltung 100 zum
Erzeugen vorheriger Pixelinformationen erhalten wurde, sowie aus
einer Nachbarpixelgruppe, die in dem Bildintervall n erfasst wird.
Die erzeugten Bildpixel werden in dem zweiten Bildspeicher 31B gespeichert.
Andererseits werden die Pixelsignale eines Bildfeldes, die in dem
Bildintervall n erfasst wurden, in die anderen Pufferspeicher 2021 bis 202250 eingeschrieben.
In dem Bildintervall n + 1 werden Bildpixel auf der Basis der gespeicherten
Pixelsignale berechnet, die in dem ersten Bildspeicher 31A enthalten
sind.
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Auf
diese Weise werden in dem zweiten Ausführungsbeispiel Pixelsignale,
die räumlich und zeitlich eng benachbart sind, zum Erzeugen
der Bildpixel genutzt. Dadurch kann auf viele Pixelsignale Bezug genommen
werden, die über mehrere spiralförmige Abtastbahnen
angeordnet und einander benachbart sind. Bildpixel können
nur aus der vorherigen Nachbarpixelgruppe berechnet werden.
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Es
wird nun die dritte Ausführungsform unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten
darin, dass die Pixelsignale eines Bildfeldes zum Berechnen eines
mittleren Pixels in einem Rückführungsintervall
erfasst werden.
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12 zeigt
das Zeitdiagramm eines Bildpixel-Erzeugungsprozesses gemäß der
dritten Ausführungsform.
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Wie 12 zeigt,
werden die Pixelsignale eines Bildfeldes während des Rückführungsintervalls FB
in dem Bildintervall n – 1 nochmals erfasst und in dem
Pufferspeicher 1021 bis 102250 eingeschrieben. Es werden nämlich
in dem Rückführungsintervall FB vorherige Pixelinformationen
zum Berechnen eines mittleren Pixels unabhängig erfasst.
In dem Bildintervall n werden Bildpixelsignale aus Pixelsignalen
erzeugt, die in dem gegenwärtigen Bildintervall n erfasst
werden und aus den vorherigen Pixelsignalen, die in den Pufferspeichern 1021 bis 102250 gespeichert
sind.
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Bei
der dritten Ausführungsform gibt es nur eine kurze Zeitdifferenz
zwischen dem Schreiben der Pixelsignale in dem Bildintervall n – 1
und dem Lesen der gespeicherten Pixelsignale. Deshalb können Bildpixel
aus einer sofortigen Pixelformation berechnet werden, die in dem
Rückführungsintervall FB erfasst wurde, was dem
nächsten Bildintervall extrem nahe liegt.
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Die
Anzahl der Pixelsignale, die die Nachbarpixelgruppe bilden, kann
wahlweise eingestellt werden. Für die Bildpixel-Berechnungsmethode
kann ein Rechenverfahren anders als das vorstehend beschriebene
Verfahren wahlweise eingesetzt werden.
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Die
Größe des Zentralbereichs kann entsprechend der
Abtastgeschwindigkeit, der Dichte der spiralförmigen Abtastbahnen,
der Sampling-Rate, dem Bildintervall usw. definiert werden. Auch
kann ein Bereich, in dem die Rate der Anzahl von Bildpixeln zu der
Anzahl gesampleter Pixelsignale einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet,
als ein Bereich zum Erzeugen von Bildpixeln definiert werden. Beispielsweise
kann ein Bereich zum Erzeugen von Bildpixeln definiert werden, in
dem mehr als 80% der erfassten Pixelsignale unberücksichtigt
bleiben, wenn der Downsampling-Prozess durchgeführt wird. Ferner
kann ein spiralförmiges Abtastverfahren anders als mit
Schwingungsbewegung des Spitzenteils des Abtastlichtleiters (z.
B. der Antrieb einer optischen Linse) durchgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6294775 [0002]
- - US 7159782 [0002]