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Die Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung, insbesondere für den Medizinbereich, umfassend einen Projektor zur Projektion von Informationen auf eine Oberfläche sowie ein Verfahren zum Betrieb einer entsprechenden Projektionsvorrichtung.
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Zur Unterstützung eines behandelnden Arztes werden in einigen Fällen während einer Untersuchung und/oder einer Behandlung eines Patienten Informationen mittels eines Projektors auf den Körper des Patienten projiziert. Hierbei wird Licht vom Projektor in Richtung des Patienten und somit auch in Richtung der Augen des Patienten abgestrahlt, weswegen sichergestellt werden muss, dass die Augen des Patienten durch den Betrieb des Projektors nicht überbeansprucht oder gar geschädigt werden. Dabei gilt es zu berücksichtigen, dass bei medikamentierten und/oder narkotisierten Patienten davon ausgegangen werden muss, dass der Lidschlussreflex nicht einwandfrei funktioniert und/oder dass die Pupillen des Patienten künstlich geweitet sind, so dass die natürlichen Schutzfunktionen nicht oder nur teilweise wirksam sind.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Projektionsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer entsprechenden Projektionsvorrichtung anzugeben.
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Die auf die Vorrichtung bezogene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Projektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die rückbezogenen Ansprüche beinhalten teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung. Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
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Die Projektionsvorrichtung ist hierbei insbesondere für den Medizinbereich vorgesehen und wird dort beispielsweise eingesetzt, um einen behandelnden Arzt bei einer Untersuchung und/oder einer Behandlung eines Patienten zu unterstützen, indem Informationen für den behandelnden Arzt auf den Körper des Patienten während der Untersuchung bzw. Behandlung aufprojiziert werden. Hierzu umfasst die Projektionsvorrichtung einen Projektor zur Projektion von Informationen auf eine Oberfläche eines Körpers und darüber hinaus eine Sensoreinheit zur Ermittlung kritischer Bereiche auf der Oberfläche sowie eine Steuerungseinheit, die derart eingerichtet ist, dass auf ermittelte kritische Bereiche Informationen mit zumindest verminderter Intensität aufprojiziert werden.
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Als kritische Bereiche sind hierbei Bereiche zu verstehen, in denen Licht mit einer relativ hohen Intensität eine unerwünschte Reaktion hervorruft, also beispielsweise eine Schädigung. Wird die Projektionsvorrichtung also im Medizinbereich eingesetzt zur Projektion von Informationen auf einen Patientenkörper, so ist der Kopf des Patienten und insbesondere die Augenpartie des Patienten als kritischer Bereich anzusehen, da Licht mit hoher Intensität eine Überreizung und im schlimmsten Fall eine Schädigung der Augen des Patienten bewirken kann. Um dies zu vermeiden wird dafür Sorge getragen, dass auf die kritischen Bereiche Licht mit zumindest verminderter Intensität auftrifft.
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Die Projektionsvorrichtung weist somit eine Schutzfunktion auf, mit deren Hilfe die Bestrahlung kritischer Bereiche mit Licht zu hoher Intensität bevorzugt vollautomatisch vermieden wird. Dazu wird zunächst mittels der Sensoreinheit überprüft, ob und gegebenenfalls an welcher Position kritische Bereiche im Projektionsbereich des Projektors vorhanden sind und nachfolgend wird mittels der Steuerungseinheit der Projektor derart angesteuert, dass bei der Projektion, also bei der Abstrahlung von Licht auf den Projektionsbereich auf die ermittelten kritischen Bereiche Licht mit zumindest verminderter Intensität auftrifft. Im Falle des zuvor angeführten Beispiels bedeutet dies, dass mittels der Sensoreinheit die Position des Kopfes oder die Position der Augen bestimmt wird und dass über die Steuerungseinheit der Projektor derart angesteuert wird, dass im Bereich des Kopfes bzw. im Bereich der Augen beim Betrieb des Projektors Licht mit zumindest verminderter Intensität auftrifft, so dass in beiden Fällen die Augen vor einer Überreizung oder zumindest vor einer Schädigung geschützt sind.
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Bevorzugt ist dabei für die ermittelten kritischen Bereiche ein Grenzwert für die Intensität vorgegeben, wobei darüber hinaus bevorzugt im Betrieb des Projektors auf ermittelte kritische Bereiche Informationen mit einer von Null verschieden und unterhalb des Grenzwertes liegenden Intensität aufprojiziert werden. Bezogen auf das zuvor genannte Beispiel aus dem Medizinbereich bedeutet dies, dass auf den Kopf des Patienten, sofern der Kopf als kritischer Bereich definiert ist und die Sensoreinheit den Kopf im Projektionsbereich ermittelt hat, bevorzugt weiterhin Informationen aufprojiziert werden, sofern eine Projektion von Informationen in dem Bereich, in dem sich der Kopf befindet, vorgesehen ist, wobei jedoch der Projektor derart angesteuert wird, dass Licht mit einer Intensität unterhalb des Grenzwertes auf den Kopf auftrifft. Dabei wird der Grenzwert derart gewählt, dass auch bei direkter Lichteinstrahlung in die Augen des Patienten eine Überreizung und/oder eine Schädigung vermieden wird. Alternativ erfolgt die Ansteuerung des Projektors derart, dass im Bereich des Kopfes des Patienten soweit technisch möglich kein Licht auftrifft. In diesem Fall ist die Schutzfunktion dann derart gestaltet, dass die kritischen Bereiche für die Projektion von Informationen quasi gesperrt sind und dementsprechend erfolgt in ermittelten kritischen Bereichen keinerlei Aufprojektion. Als besonders wichtig eingestufte Informationen werden dann bevorzugt ersatzweise an anderer Stelle im Projektionsbereich, also insbesondere in einem angrenzenden Bereich, aufprojiziert.
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Vorzugsweise kommt dabei als Projektor ein Laser-Projektor oder ein Video-Projektor zum Einsatz, wobei der Laser-Projektor in den Fällen besonders zweckmäßig ist, in denen lediglich einfache Markierungen auf eine Oberfläche projiziert werden sollen, während der Video-Projektor vorteilhafterweise dann vorgesehen ist, wenn die auf die Oberfläche zu projizierenden Informationen auch Zahlen, Buchstaben und/oder Bilddarstellungen umfassen.
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Zudem ist es von Vorteil, wenn die Sensoreinheit eine Kamera und insbesondere eine Digitalkamera umfasst, wobei die Kamera bzw. Digitalkamera und der Projektor in vorteilhafter Weiterbildung in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht und somit als Geräteeinheit ausgebildet sind. Die mittels der Kamera erfassten Bildinformationen werden dann einer in die Sensoreinheit integrierten Auswerteeinheit zugeführt, welche zweckmäßigerweise zur Objekt- oder Mustererkennung eingerichtet ist. Auf diese Weise werden somit vorgegebene kritische Bereiche, wie beispielsweise der Kopf eines Patienten, sofern im Projektionsbereich vorhanden, automatisiert erkannt und die so ermittelten kritischen Bereiche im Projektionsbereich, also insbesondere deren Ausdehnung und relative Position, werden an die Steuerungseinheit übermittelt, so dass letzten Endes auf den ermittelten kritischen Bereichen Informationen mit zumindest verminderter Intensität aufprojiziert werden.
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Dabei gilt es zu beachten, dass bei einer rechnerischen Bilderkennung stets ein Kompromiss zwischen der Wahrscheinlichkeit, ein gesuchtes Objekt fälschlicherweise nicht zu erkennen, und der Wahrscheinlichkeit, ein nicht gesuchtes Objekt fälschlicherweise als gesuchtes Objekt zu bewerten, eingegangen werden muss. Im Falle des zuvor mehrfach angeführten Beispiels aus dem Medizinbereich ist es hierbei vorgesehen, einen für die rechnerische Bilderkennung genutzten Algorithmus dahingehend zu optimieren, dass ein Kopf oder eine Augenpartie eines Patienten in jedem Fall, also mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 95 % erkannt wird. Das fehlhafte Interpretieren von Objekten als gesuchte Objekte hingegen wird als weniger wichtig eingestuft. In vorteilhafter Weiterbildung lässt sich der Kompromiss zwischen diesen beiden Zielsetzungen variabel vorgeben, wobei bevorzugt eine Bewertung in Abhängigkeit der Wichtigkeit der Informationen, welche an der entsprechenden Stelle aufprojiziert werden sollen, vorgenommen wird. Denn je wichtiger die Informationen sind, desto ungünstiger wirkt sich eine hohe Wahrscheinlichkeit aus für eine Fehlinterpretation eines Objektes als gesuchtes Objekt. Dementsprechend wird in solchen Fällen bevorzugt ein geringerer Schwellwert für die Wahrscheinlichkeit vorgegeben, dass ein nicht gesuchtes Objekt fälschlicherweise als gesuchtes Objekt interpretiert wird. Alternativ werden besonders wichtige Informationen ersatzweise an einer anderen Stelle auf die Oberfläche aufprojiziert.
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Einer bevorzugten Ausgestaltung der Projektionsvorrichtung entsprechend wird für die Projektion von Informationen auf die Oberfläche und für die Ermittlung kritischer Bereiche auf der Oberfläche im Wesentlichen derselbe Raumwinkel genutzt. Dabei umfasst die Projektionsvorrichtung zur Nutzung eines gemeinsamen Raumwinkels für die Projektion von Informationen auf die Oberfläche und für die Ermittlung kritischer Bereiche auf der Oberfläche vorteilhafterweise einen halbdurchlässigen Spiegel. Das heißt, dass die Sensoreinheit, also beispielsweise eine Digitalkamera, und der Projektor, z.B. ein Video-Projektor, quasi aus derselben Perspektive auf die Oberfläche schauen, so dass hierdurch eine komplexe Umrechnung zwischen den Perspektiven nicht notwendig ist. Insbesondere wenn es sich wie bevorzugt um einen Multipixel-Video-Projektor und um eine Multipixel-Digitalkamera handelt, lassen sich einzelne Pixel der Digitalkamera einzelnen Pixeln des Video-Projektors zuordnen, so dass wenn mittels der entsprechenden Pixel der Digitalkamera beispielsweise der Kopf eines Patienten erfasst wird, einfach die zugeordneten Pixel des Video-Projektors abgedunkelt oder zeitweise ausgeschaltet werden. Es wird also ein bestimmter Raumbereich durch bestimmte Pixel des Video-Projektors im Betrieb mit Licht bestrahlt und derselbe Bereich wird optisch mit bestimmten Pixeln der Digitalkamera überwacht, so dass zwischen den Pixeln des Video-Projektors und den Pixeln der Digitalkamera ein einfacher perspektivischer Zusammenhang gegeben ist, der bevorzugt durch einen einfachen Verschiebungsvektor und/oder einen einfachen Skalierungsfaktor beschrieben werden kann. Auf diese Weise ist es besonders einfach, die Projektionsvorrichtung zu kalibrieren, wobei hierfür bevorzugt eine Einmessautomatik vorgesehen ist. Im Rahmen der Kalibrierung mittels der Einmessautomatik wird dann beispielsweise ein Zufallsmuster mittels des Projektors auf die Oberfläche projiziert und mittels der Sensoreinheit wird das aufprojizierte Zufallsmuster optisch erfasst und die Korrelation wird bestimmt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
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1 in einer perspektivischen Ansicht eine Projektionsvorrichtung.
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Eine nachfolgend exemplarisch beschriebene Projektionsvorrichtung 2 wird im Medizinbereich eingesetzt und umfasst einen Video-Projektor 4 sowie eine Kamera 6, die beide in einem gemeinsamen Gehäuse 8 untergebracht sind. Jenes Gehäuse 8 ist auf einer Gantry 10 eines Computertomographen montiert, wodurch ein Patiententisch 12 im Arbeitsbereich AB der Projektionsvorrichtung 2 gelegen ist. Somit lassen sich mittels der Kamera 6, die als Multipixel-Digitalkamera ausgebildet ist, Bilder von einem Patienten 14 generieren, der auf dem Patiententisch 12 positioniert ist, und mittels des Video-Projektors 4, welcher als Multipixel-Video-Projektor ausgestaltet ist, lassen sich Informationen, wie beispielsweise Markierungen, auf die Oberfläche des Körpers des Patienten 14 projizieren.
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Die Kamera 6 ist weiter Teil einer nicht näher dargestellten Sensoreinheit, welche zudem zur automatisierten Bildverarbeitung oder Bildauswertung ausgebildet ist. Dementsprechend werden die mittels der Kamera 6 generierten Bilder oder Bilddaten ausgewertet, wobei zur Auswertung ein Objekterkennungs-Algorithmus genutzt wird.
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Möchte nun ein behandelnder Arzt währen der Untersuchung und/oder der Behandlung des Patienten, der auf dem Patiententisch 12 positioniert ist, die Projektionsvorrichtung 2 nutzen, so kann dieser die Projektionsvorrichtung 2 über eine nicht mit abgebildete Steuerkonsole aktivieren. Durch die Aktivierung wird ein automatisch ablaufendes Programm gestartet, wobei zunächst mittels der Kamera 6 ein Bild vom Patiententisch 12 mit dem darauf positionierten Patienten 14 generiert wird. Dieses Bild wird in der Sensoreinheit ausgewertet, wobei der hierfür genutzte Objekterkennungs-Algorithmus zur Erkennung eines Kopfes eines Patienten ausgestaltet ist.
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Wird im generierten Bild ein Kopf erkannt, so wird der entsprechende Bereich, in dem sich der Kopf befindet als kritischer Bereich KB bewertet und die Ausdehnung, die Form sowie die relative Lage dieses Bereiches wird an eine in die Projektionsvorrichtung 2 integrierte Steuerungseinheit gemeldet. Wird hingegen im generierten Bild kein Kopf erkannt, so wird eine Fehlermeldung ausgegeben und der behandelnde Arzt kann dann wählen zwischen einem Neustart des Programms und einem Programmabbruch.
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Eine Fortsetzung des Programms hingegen ist nur möglich, wenn ein Kopf im generierten Bild erkannt und ein entsprechender kritischer Bereich KB festgelegt wurde. Ist dies der Fall, so wird der Video-Projektor 4 aktiviert und es werden Informationen auf die Oberfläche des Körpers des Patienten 14 projiziert, wobei der Video-Projektor 4 derart durch die Steuerungseinheit angesteuert wird, dass in dem bestimmten kritischen Bereich KB lediglich Licht mit einer Intensität unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes auftrifft. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass durch den Betrieb des Video-Projektors 4 keine Schädigung der Augen des Patienten 14 hervorgerufen wird.
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Für die übrigen Bereiche ÜB wird dem Video-Projektor 4 durch die Steuerungseinheit keine Intensitätsbeschränkung auferlegt, so dass dieser hier die Informationen mit einer Basis-Intensität aufprojiziert. Diese Basis-Intensität ist dabei relativ hoch gewählt, da die Oberfläche des Körpers des Patienten 14 eigentlich als „Leinwand“ ungeeignet ist. Dementsprechend muss für eine gute Sichtbarkeit der Informationen auf der Oberfläche des Körpers des Patienten 14 je nach den Lichtverhältnissen in der Umgebung mit einer relativ hohen Lichtintensität gearbeitet werden.
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Auch während der Aufprojektion von Informationen auf die Oberfläche des Körpers des Patienten 14 wird in regelmäßigen Abständen mittels der Kamera 6 überprüft, ob sich die Lage des Kopfes des Patienten 14 verändert hat und sofern dies der Fall ist, wird ein angepasster kritischer Bereich KB bestimmt und der Video-Projektor 4 wird entsprechend dem geänderten kritischen Bereich KB angesteuert.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
