DE102016002174B4

DE102016002174B4 - Bildaufnahmeverfahren und Bildaufnahmevorrichtung mit verbesserter Regelung einer Lichtleistung

Info

Publication number: DE102016002174B4
Application number: DE102016002174.8A
Authority: DE
Inventors: Patrick SPRING; Joachim Jauss; Dieter Schan; David Hoch; Alexander Köhler
Original assignee: Schoelly Fiberoptic GmbH
Current assignee: Schoelly Fiberoptic GmbH
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2018-06-28
Anticipated expiration: 2036-02-25
Also published as: DE102016002174A1

Abstract

Bildaufnahmeverfahren, bei welchem mittels eines Bildsensors (2), bei dem ein Verstärkungsfaktor (32) einstellbar ist, ein Bild eines Objektes aufgenommen wird, wobei das Objekt während der Aufnahme mit einer Beleuchtungseinrichtung (5) beleuchtet wird, wobei eine Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) einstellbar ist, wobei in einem ersten Regelkreis (12) der Verstärkungsfaktor (32) berechnet wird, und in einem zweiten Regelkreis (13) der berechnete Verstärkungsfaktor (32) zur Berechnung einer einzustellenden Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) zur Aufnahme eines weiteren Bildes verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der berechnete Verstärkungsfaktor (32) und/oder eine berechnete Belichtungszeit (33) einem Wertestrahl (25) zugeordnet werden, wobei an diesem Wertestrahl (25) zumindest ein unterer Schwellenwert (21) festgelegt wird, der einen Wert hat, der größer als der Wert ist, der einem minimalen Verstärkungsfaktor (19) zugeordnet ist, wobei bei Unterschreitung des unteren Schwellenwertes (21) die Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) reduziert wird und wobei an diesem Wertestrahl (25) zumindest ein oberer Schwellenwert (22) festgelegt wird, und dass bei dessen Überschreitung die Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) erhöht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bildaufnahmeverfahren und eine Bildaufnahmevorrichtung.
Bei dem erfindungsgemäßen Bildaufnahmeverfahren ist vorgesehen, dass mittels eines Bildsensors, bei dem ein Verstärkungsfaktor einstellbar ist, ein Bild eines Objektes aufgenommen wird, wobei das Objekt während der Aufnahme mit einer Beleuchtungseinrichtung beleuchtet wird, und wobei eine Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung einstellbar ist.
Weiter betrifft die Erfindung eine Bildaufnahmevorrichtung mit einem Bildsensor zur Bildaufnahme eines Objektes und einer Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung eines Objektes.
Vorbekannten Bildaufnahmevorrichtungen und Bildaufnahmeverfahren, welche insbesondere in Kombination mit Endoskopen eingesetzt werden, beispielsweise um Operationen an einem Körper durchzuführen, haben häufig den Nachteil, dass von den zur Beleuchtung eines Objektes verwendeten Beleuchtungseinrichtungen eine zu hohe oder zu niedrige Lichtintensität abgegeben wird. Dies kann in dem Falle, dass das Objekt ein organisches Gewebe ist, dazu führen, dass beispielsweise eine Denaturierung bzw. sogar eine Verbrennung des Gewebes eintritt. Des Weiteren kann es zu einer unnötigen Erwärmung eines Endoskops, insbesondere im Spitzen- und Handgriffbereich kommen. Ist die Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung zu niedrig eingestellt, muss ein durch den Bildsensor aufgenommenes Bildsignal durch einen häufig zu hohen Verstärkungsfaktor elektronisch verstärkt werden. Dies führt dazu, dass die Bildqualität stark vermindert ist, da beispielsweise ein hohes Bildrauschen auftritt.
Vorbekannte Lösungsansätze beziehen sich beispielsweise darauf, dass die Lichtquelle manuell einzustellen ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Lichtquelle nur in einer aktiven Phase der Bildaufnahmen für einen kurzen Moment zu aktivieren, sodass Verschluss (engl. shutter) und Lichtquelle synchronisiert sind. Die Lichtquelle wird dabei also nur bei geöffnetem Shutter angeschaltet.
Aus der US 2015 / 0 005 575 A1 ist beispielsweise ein Endoskop mit einem Bildsensor zur Bildaufnahme eines Objektes und einer Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung eines Objektes bekannt. Um eine Über- oder Unterbelichtung des Objektes zu verhindern wird hier die Entfernung zum Objekt an verschiedenen Punkten des Bildes bestimmt. Weiter entfernte Teile des Objekts müssen stärker beleuchtet werden als näher liegende Teile. Daraus ergibt sich eine zweidimensionale Abstandskarte des Objekts, die zur Beleuchtungssteuerung, insbesondere der lokalen Helligkeitsverteilung der Beleuchtung, verwendet werden kann. Da hier auf eine geeignete Weise eine Abstandsinformation ermittelt werden muss ist dieses Verfahren recht aufwändig. Wodurch auch das Endoskop aufwändig und teuer ist.
Es besteht daher die Aufgabe ein Bildaufnahmeverfahren und/oder eine Bildaufnahmevorrichtung zu schaffen, welche eine verbesserte Bedienbarkeit aufweisen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Bildaufnahmeverfahren durch die Kombination der Merkmale gemäß Anspruch 1 erreicht. Insbesondere wird erfindungsgemäß zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen, dass in einem ersten Regelkreis der Verstärkungsfaktor berechnet wird, und dass in einem zweiten Regelkreis der berechnete Verstärkungsfaktor zur Berechnung einer einzustellenden Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung zur Aufnahme eines weiteren Bildes verwendet wird. Von Vorteil ist dabei, dass auf diese Weise der Benutzer entlastet wird, sodass er die Beleuchtungseinrichtung nicht mehr selbständig regeln muss, um optimale Sichtverhältnisse vorzufinden. Des Weiteren wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Bildaufnahmeverfahrens eine Beleuchtung mit einer zu hohen und/oder zu niedrigen Lichtleistung verhindert. Die Berechnung des Verstärkungsfaktors kann beispielsweise durch eine Auswertung des aufgenommenen Bildes, bevorzugt zumindest durch Ermittlung einer Bildhelligkeit und/oder eines Bildkontrastes und/oder einer Bildsättigung, erfolgen. Insbesondere werden der berechnete Verstärkungsfaktor und/oder die berechnete Belichtungszeit einem Wertestrahl zugeordnet, wobei an diesem Wertestrahl zumindest ein unterer Schwellenwert festgelegt wird und/oder wobei an diesem Wertestrahl zumindest ein oberer Schwellenwert festgelegt wird. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der untere Schwellenwert einen Wert hat, der größer als ein Wert ist, der einem minimalen Schwellenwert zugeordnet ist. Bei Unterschreitung des unteren Schwellenwertes wird die Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung reduziert und bei Überschreitung des oberen Schwellenwertes wird die Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung erhöht. Durch diese Konfiguration kann eine Hysterese eingestellt werden, wodurch verhindert werden kann, dass eine unnötige, zu häufig vorgenommene Einstellung der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung erfolgt, wenn der berechnete Verstärkungsfaktor und/oder die berechnete Belichtungszeit zwischen dem unteren und dem oberen Schwellenwert liegen. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, wenn der Wertestrahl aus einem Verstärkungsfaktorbereich und/oder einem Belichtungszeitbereich zusammengesetzt werden, vorzugsweise wobei der Verstärkungsfaktorbereich nach einer maximalen Belichtungszeit an den Belichtungszeitbereich anschließt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bildaufnahmeverfahrens kann es vorgesehen sein, dass im ersten Regelkreis die Belichtungszeit berechnet wird und diese berechnete Belichtungszeit zusätzlich zur Berechnung der einzustellenden Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung im zweiten Regelkreis berücksichtigt wird. Dabei kann es vorteilhaft sein, dass eine Regelungsgeschwindigkeit der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung und/oder die Größe der Änderungsschritte der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung abhängig von einer bestimmten Belichtungszeit, insbesondere dem Abstand der berechneten Belichtungszeit von einem festgelegten Sollwert, einstellbar, insbesondere automatisch einstellbar, ist.
Alternativ oder ergänzend dazu kann es zweckmäßig sein, wenn der Bildsensor dem ersten Regelkreis und die Beleuchtungseinrichtung dem zweiten Regelkreis zugeordnet werden. Vorzugsweise kann dabei zudem vorgesehen sein, dass ein Datentransfer vom ersten zum zweiten Regelkreis unidirektional eingerichtet wird. Dies hat den Vorteil, dass die Einstellung der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung mittels des zweiten Regelkreises unabhängig von der Einstellung der Belichtungszeit, welche von dem Bildsensor vorgenommen wird, ist. Somit ist ein bidirektionaler Datentransfer zwischen den beiden Regelkreisen, insbesondere vom zweiten zum ersten Regelkreis, nicht erforderlich.
Besonders zweckmäßig kann es sein, wenn ein oder der bereits zuvor genannte untere Schwellenwert und/oder ein oder der bereits zuvor genannte obere Schwellenwert eines oder des bereits zuvor genannten Wertestrahls einen Kontrollbereich begrenzen. Vorzugsweise liegt dieser Kontrollbereich vollständig innerhalb des Verstärkungsfaktorbereichs. Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn keine Veränderung der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung vorgenommen wird, wenn der berechnete Verstärkungsfaktor innerhalb des Kontrollbereichs liegt.
Weiter kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass eine Regelungsgeschwindigkeit der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung mit zunehmendem Abstand des berechneten Verstärkungsfaktors und/oder der berechneten Belichtungszeit von einem oder dem bereits zuvor genannten Kontrollbereich schneller eingestellt wird. Eine Regelungsgeschwindigkeit kann beispielsweise dadurch verändert werden, dass die Größe der Schritte der Veränderung der Lichtleistung variiert werden, insbesondere dass bei einer höheren Regelungsgeschwindigkeit größere Schritte als bei einer niedrigen Regelungsgeschwindigkeit eingestellt werden.
Alternativ oder ergänzend kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass eine oder die Regelungsgeschwindigkeit der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung von dem berechneten Verstärkungsfaktor und/oder von der berechneten Belichtungszeit abhängt. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Regelungsgeschwindigkeit bei einem maximalen Verstärkungsfaktor und/oder einer minimalen Belichtungszeit am höchstens ist oder eingestellt wird.
Besonders zweckmäßig kann es sein, wenn bei dem erfindungsgemäßen Bildaufnahmeverfahren zur Aufnahme des Bildes von dem Objekt ein Bildsensor mit einer Schnittstelle zum Auslesen des berechneten Verstärkungsfaktors oder zur Übertragung eines Befehls zur Regelung der Lichtleistung verwendet wird. Insbesondere kann der Bildsensor zur Verwendung mit Endoskopen eingerichtet sein. Alternativ oder ergänzend dazu kann es zweckmäßig sein, wenn zur Beleuchtung des Objektes eine Beleuchtungseinrichtung verwendet wird, die dazu eingerichtet ist, um, vorzugsweise ausschließlich, unidirektional Daten von einem oder dem ersten Regelkreis zu empfangen. Vorzugsweise ist die Beleuchtungseinrichtung zudem dazu eingerichtet, um mit Endoskopen verwendet werden zu können.
Bei der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung wird die Lösung der Aufgabe mittels der Merkmalskombination nach Anspruch 11 erreicht. Insbesondere wird erfindungsgemäß zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen, dass der Bildsensor einem ersten Regelkreis zugeordnet ist und die Beleuchtungseinrichtung einem zweiten Regelkreis zugeordnet ist, dass der Bildsensor eine Verstärkungsfaktorberechnungseinheit zur Berechnung eines Verstärkungsfaktors aufweist, dass die Bildaufnahmevorrichtung eine Steuerungseinheit zur Einstellung der Lichtleistung aufweist, und dass durch die Steuerungseinheit eine Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung unter Berücksichtigung eines vom ersten Regelkreis berechneten Verstärkungsfaktors zur Aufnahme eines weiteren Bildes einstellbar ist, insbesondere automatisiert einstellbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass mittels der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung der Benutzer dadurch entlastet wird, dass er die Lichtleistung selbständig regeln muss, um optimale Sichtverhältnisse vorzufinden.
Um ein unnötiges häufiges Regeln der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung vermeiden zu können, ist in einem Datenspeicher ein Wertestrahl hinterlegt oder hinterlegbar oder der Verstärkungsfaktor und eine, insbesondere die bereits erwähnte Belichtungszeit sind derart miteinander gekoppelt, dass sich ein Wertestrahl ergibt oder darstellen lässt. Die Steuerungseinheit ist derart eingerichtet, dass der berechnete Verstärkungsfaktor und/oder eine, beispielsweise die bereits erwähnte berechnete Belichtungszeit dem Wertestrahl zugeordnet werden oder zuordenbar sind. An diesem Wertestrahl ist zumindest ein unterer Schwellenwert festgelegt, bei dessen Unterschreitung die Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung, insbesondere automatisch, reduziert wird oder reuzierbar ist und an diesem Wertestrahl ist zumindest ein oberer Schwellenwert festgelegt, bei dessen Überschreitung die Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung, insbesondere automatisch, erhöht wird oder erhöbar ist. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der untere Schwellenwert einen Wert hat, der größer als der Wert ist, welcher einem minimalen Schwellenwert zugeordnet ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann dabei vorgesehen sein, dass sich der Wertestrahl aus einem Verstärkungsfaktorbereich und/oder einem Belichtungszeitbereich zusammensetzt, vorzugsweise wobei der Verstärkungsfaktorbereich nach einer maximalen Belichtungszeit an den Belichtungszeitbereich anschließt.
Besonders zweckmäßig kann es sein, wenn die Steuerungseinheit dem zweiten Regelkreis zugeordnet ist. Insbesondere kann erfindungsgemäß dabei vorgesehen sein, dass ein Datentransfer vom ersten zum zweiten Regelkreis, vorzugsweise über eine Schnittstelle, unidirektional eingerichtet ist. Die Einstellung der Belichtungszeit im ersten Regelkreis erfolgt daher unabhängig von der Einstellung der Lichtleistung im zweiten Regelkreis. Die Steuereinheit kann beispielsweise in einem Kameragehäuse vorliegen, in welchem auch der Bildsensor angeordnet oder anordenbar ist, insbesondere eingehaust ist. Ferner kann die Steuereinheit beabstandet zu einem Kameragehäuse angeordnet oder anordenbar sein. Die Steuereinheit kann alternativ im Bildsensor oder in einer Stapelanordnung mit dem Bildsensor angeordnet sein.
Alternativ oder ergänzend kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Bildsensor eine Berechnungseinheit zur Berechnung einer Belichtungszeit aufweist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Steuerungseinheit eine durch die Berechnungseinheit berechnete Belichtungszeit zur Berechnung der einzustellenden Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung berücksichtigt.
Besonders zweckmäßig kann es ferner sein, wenn ein oder der bereits zuvor genannte untere Schwellenwert und/oder ein oder der bereits zuvor genannte obere Schwellenwert eines oder des bereits zuvor genannten Wertestrahls einen Kontrollbereich begrenzen. Vorzugsweise kann dieser Kontrollbereich innerhalb des Verstärkungsfaktorbereichs liegen. Es kann zusätzlich zweckmäßig sein, wenn die Steuerungseinheit derart eingerichtet ist, dass keine Veränderung der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung vorgenommen wird, wenn der berechnete Verstärkungsfaktor innerhalb des Kontrollbereichs liegt. Durch eine derart eingestellte Hysterese kann also ein unnötiges ständiges Regulieren der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung vermieden werden, was zu einer geringeren Beanspruchung der Beleuchtungseinrichtung, insbesondere einer Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung, führt. Des Weiteren kann durch eine derart eingestellte Hysterese ein Flackern der Beleuchtungseinrichtung vermieden werden, was beispielsweise aufgrund einer gegenseitigen Wirkung der Regelkreise hervorgerufen werden kann.
Es kann weiter zweckmäßig sein, wenn erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Steuerungseinheit derart eingerichtet ist, dass eine Regelungsgeschwindigkeit der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung mit zunehmendem Abstand des berechneten Verstärkungsfaktors und/oder einer oder der bereits zuvor genannten berechneten Belichtungszeit von einem oder dem bereits zuvor genannten Kontrollbereich schneller eingestellt wird oder einstellbar ist. Alternativ oder ergänzend dazu kann es zweckmäßig sein, wenn eine oder die Regelungsgeschwindigkeit der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung von dem berechneten Verstärkungsfaktor und/oder von einer oder der bereits zuvor genannten berechneten Belichtungszeit abhängt. Insbesondere kann es dabei vorgesehen sein, dass die Regelungsgeschwindigkeit bei einem maximalen Verstärkungsfaktor und/oder bei einer minimalen Belichtungszeit am höchsten ist.
Die erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung, wie hierin beschrieben und beansprucht, kann dazu eingerichtet sein, das erfindungsgemäße Bildaufnahmeverfahren, wie hierin beschrieben und beansprucht, auszuführen.
Alternativ oder ergänzend dazu kann es zweckmäßig sein, wenn der erste und der zweite Regelkreis, insbesondere über eine Schnittstelle, vorzugsweise eine unidirektionale Schnittstelle, miteinander verbindbar sind.
Die Erfindung findet eine Anwendung bei einem Computerprogrammprodukt, das in einem Datenspeicher speicherbar oder gespeichert und mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung, insbesondere einer Computereinheit, vorzugsweise der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung, wie hierin beschrieben und beansprucht, ausführbar ist, wobei das Computerprogrammprodukt Programmmittel, insbesondere Codeabschnitte, umfasst, welche die Datenverarbeitungseinrichtung veranlassen, die Schritte gemäß des erfindungsgemäßen Bildaufnahmeverfahrens, wie hierin beschrieben und beansprucht, auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt durch die Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird.
Ferner findet die Erfindung Anwendung bei einem Speichermedium, auf welchem ein Computerprogrammprodukt, insbesondere das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt, wie hierin beschrieben und beansprucht, gespeichert ist, wobei durch das gespeicherte Computerprogrammprodukt das Bildaufnahmeverfahren, wie hierin beschrieben und beansprucht, mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung ausführbar ist.
Die Erfindung wird nun anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher beschrieben, ist jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele ergeben sich durch die Kombination einzelner oder mehrerer Merkmale der Schutzansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen der Ausführungsbeispiele.
Es zeigt:

1 eine vereinfachte schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung mit einer Darstellung der beiden Regelkreise,
2 eine weitere vereinfachte schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung,
3 eine vereinfachte schematische Darstellung der Abläufe innerhalb der Steuerungseinheit,
4 eine vereinfachte schematische Darstellung des Wertestrahls.

In den 1 und 2 ist in vereinfachter schematischer Darstellungsweise eine im Ganzen als 1 bezeichnete Bildaufnahmevorrichtung abgebildet.
Die Bildaufnahmevorrichtung 1 weist einen Bildsensor 2 zur Aufnahme eines Bildes von einem Objekt auf. Um eine ausreichende Ausleuchtung des Objektes zu erreichen, weist die Bildaufnahmevorrichtung 1 zudem eine Beleuchtungseinrichtung 5 auf. Das Objekt kann beispielsweise ein lebender Organismus oder ein Körperteil, wie beispielsweise ein Hohlraum sein. Es kann daher vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung 1 mit einem Endoskop 24 kombinierbar oder kombiniert ist. Insbesondere kann die Bildaufnahmevorrichtung mit Endoskopen 24 unterschiedlicher Bauart kombiniert werden. Beispiele geeigneter Endoskope sind unter anderen sogenannte chip-in-scope, chip-in-tip und/oder Endoskope mit aufgesetzter Bildaufnahmevorrichtung.
Die Komponenten der Bildaufnahmevorrichtung 1 sind einem ersten Regelkreis 12 und/oder einem zweiten Regelkreis 13 zugeordnet oder zuordenbar. Der Bildsensor 2 ist dabei dem ersten Regelkreis 12 zugeordnet und die Beleuchtungseinrichtung 5 dem zweiten Regelkreis 13.
Der Bildsensor 2 weist eine Verstärkungsfaktorberechnungseinheit 31 zu Berechnung eines Verstärkungsfaktors 32 (engl. gain) auf. Dadurch ist es möglich ein Eingangssignal zu verstärken, wodurch eine Bildhelligkeit des Bildes des Objektes erhöht werden kann.
Die Bildaufnahmevorrichtung 1 weist ferner eine Steuerungseinheit 8 zur Einstellung einer Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung 5 auf. Die Steuerungseinheit 8 ist dabei derart eingerichtet, dass sie die Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung 5 unter Berücksichtigung eines vom ersten Regelkreis 12 berechneten Verstärkungsfaktors zur Aufnahme eines weiteren Bildes einstellt. Vorzugsweise kann dieser Einstellungsschritt automatisiert ablaufen.
Die Steuerungseinheit 8 ist dem zweiten Regelkreis 13 zugeordnet. Der erste Regelkreis 12 und der zweite Regelkreis 13 sind über eine Schnittstelle 23 miteinander verbunden. Vorzugsweise ist ein Datentransfer vom ersten Regelkreis 12 zum zweiten Regelkreis 13 nur in dieser einen Richtung möglich (unidirektional).
Der Bildsensor 2 weist zudem eine Berechnungseinheit 11 auf, die zur Berechnung einer Belichtungszeit dient. Die Belichtungszeit kann mittels eines Verschlusses (engl. shutter) des Bildsensors 2 eingestellt. Als Verschluss kann ein elektronischer oder ein mechanischer Verschluss vorgesehen sein. Die Belichtungszeit 33 kann dabei der Öffnungszeit des Verschlusses entsprechen. Vorzugsweise kann die Steuerungseinheit 8 eine durch die Berechnungseinheit 11 berechnete Belichtungszeit 33 zur Berechnung der einzustellenden Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung 5 zusätzlich berücksichtigen.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung werden Signale und/oder Bilddaten 34 zu einer, insbesondere kombinierten, Berechnungs- und/oder Verstärkungsfaktorberechnungseinheit 11, 31 übermittelt. Alternativ kann ebenso vorgesehen sein, dass die Berechnungseinheit innerhalb eines Kameragehäuses angeordnet ist. Ferner wird im ersten Regelkreis der Verstärkungsfaktor 32 und die Belichtungszeit 33 bestimmt und übermittelt. Der Verstärkungsfaktor 32 wird in insbesondere unidirektionaler Weise vom ersten Regelkreis 12 an den zweiten Regelkreis 13 übermittelt.
Mittels der Bildaufnahmevorrichtung 1 kann ein Wertestrahl 25 angezeigt werden, durch welchen ein Benutzer Aufschluss über eine aktuelle Regelungssituation erhält. In einem Datenspeicher der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung 1 kann der Wertestrahl 25 beispielsweise hinterlegt oder hinterlegbar sein oder der Verstärkungsfaktor 32, insbesondere eine Regelung des Verstärkungsfaktors 32, und die Belichtungszeit 33, insbesondere eine Regelung der Belichtungszeit 33, sind derart miteinander gekoppelt, dass sich ein Wertestrahl 25 ergeben kann oder darstellen lässt. In 4 ist eine mögliche Form eines Wertestahls 25 dargestellt. Die Steuerungseinheit 8 ist derart eingerichtet, dass der berechnete Verstärkungsfaktor 32 und/oder die berechnete Belichtungszeit 33 dem Wertestrahl 25 zugeordnet werden oder zuordenbar sind. Die in 4 dargestellte Ausführungsform des Wertestrahls 25 setzt sich aus einem Verstärkungsfaktorbereich 14 und einem Belichtungszeitbereich 15 zusammen. Der Verstärkungsfaktorbereich 14 schließt nach einer maximalen Belichtungszeit 18 an den Belichtungszeitbereich 15 an. Der Wertestrahl 25 weist einen unteren Schwellenwert 21 und einen oberen Schwellenwert 22 auf, durch welche ein Kontrollbereich 16 begrenzt ist. Der Kontrollbereich 16 liegt dabei vollständig innerhalb des Verstärkungsfaktorbereichs 14. Der untere Schwellenbereich 21 kann dabei derart festgelegt sein, dass sein Wert größer als ein Wert ist, der einem minimalen Verstärkungsfaktor zugeordnet ist. Im Falle dass der minimale Verstärkungsfaktor beispielsweise einen Wert 1 entspricht, kann der untere Schwellenwert einen Wert (1+x) zugeordnet sein, wobei x ≤ 1 ist.
In 3 ist ein Verfahrensablauf dargestellt, der innerhalb der Steuerungseinheit 8, die zu dessen Ausführung eingerichtet ist, abläuft. In einem ersten Prüfungsschritt 26 wird dabei der Wert des berechneten Verstärkungsfaktors 32 geprüft. Der Verstärkungsfaktor 32 kann mittels der Schnittstelle 23 vom ersten Regelkreis 12 an den zweiten Regelkreis 13 übermittelt werden. Liegt der berechnete Verstärkungsfaktor 32 innerhalb des Kontrollbereichs 16 des Wertestrahls 25 so wird mit Y und dem Befehlsschritt 27 fortgesetzt, wobei es durch die Steuerungseinheit 8 zu keiner Veränderung der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung 5 kommt.
In dem Fall, dass der Verstärkungsfaktor außerhalb des Kontrollbereichs 16 liegt, wird mit N und dem weiteren Prüfungsschritt 28 fortgesetzt. Im zweiten Prüfungsschritt 28 wird nun überprüft, ob der Wert des Verstärkungsfaktors 32 über dem Kontrollbereich 16 liegt, das heißt, ob der Wert des Verstärkungsfaktors den oberen Schwellenwert 22 überschreitet. Überschreitet der berechnete Verstärkungsfaktor 32 den oberen Schwellenwert 22, so wird mit Y und dem Befehlsschritt 29 fortgesetzt, wodurch die Steuerungseinheit 8 die Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung 5 erhöht. Im Gegensatz dazu wird bei einem Wert des berechneten Verstärkungsfaktors unterhalb des Kontrollbereichs 16, das heißt, der berechnete Verstärkungsfaktor unterschreitet den unteren Schwellenwert 21, mit N und dem Befehlsschritt 30 fortgesetzt. Dabei wird im Befehlsschritt 30 durch die Steuerungseinheit 8 die Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung 5 reduziert. Es ist dabei zweckmäßig, wenn der untere Schwellenwert 21 nicht dem minimalen Verstärkungsfaktor 19 entspricht. Die erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung 1 weist daher den Vorteil gegenüber vorbekannten Bildaufnahmevorrichtungen auf, welche insbesondere in Kombination mit Endoskopen 24 vorgesehen oder einsetzbar sind, dass der Benutzer ohne eine manuelle Einstellung der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung 5 eine optimale Ausleuchtung des Objektes erreichen kann. Es ist daher nicht erforderlich, die Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung 5 manuell zu regeln, um verhindern zu können, dass es zu einer ungewollten Überhitzung des Objektes bis hin zu einer aufgrund der Hitze entstehenden Beschädigung des Objektes kommt oder dass das Bild aufgrund einer zu geringen Ausleuchtung ein zu hohes Bildrauschen aufweist.
Liegt der berechnete Verstärkungsfaktor 32 außerhalb des Kontrollbereichs 16 und überschreitet den oberen Schwellenwert 22, insbesondere liegt dieser im Bereich des maximalen Verstärkungsfaktors 20, so führt dies zu einem Bildrauschen, welches grundsätzlich vermieden werden soll. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, dass die Steuerungseinheit 8 derart eingerichtet ist, dass eine Regelgeschwindigkeit der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung 5 mit zunehmendem Abstand des berechneten Verstärkungsfaktors und/oder der berechneten Belichtungszeit (das heißt im Falle der Verstärkungsfaktor liegt bei 1 und somit insbesondere unterhalb des unteren Schwellenwertes 21) von dem Kontrollbereich 16 schneller eingestellt wird oder einstellbar ist. Die Regelungsgeschwindigkeit kann daher in Abhängigkeit der Entfernung des berechneten Verstärkungsfaktors 32 und/oder der berechneten Belichtungszeit 32 vom Kontrollbereich 16 derart erhöht werden, dass die Regelungsgeschwindigkeit im Bereich eines maximalen Verstärkungsfaktors 20 und/oder im Bereich eines minimalen Verstärkungsfaktors 19 und/oder im Bereich einer minimalen Belichtungszeit 17 am höchsten ist oder einstellbar ist.
Die erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung 1 eignet sich beispielsweise zur Ausführung des erfindungsgemäßen Bildaufnahmeverfahrens, wie hierin beschrieben und beansprucht ist.
Bezugszeichenliste

1: Bildverarbeitungseinrichtung
2: Bildsensor
3: Objektiv
4: Signalübertragungseinheit
5: Beleuchtungseinrichtung
6: Lichtleiter
7: Datenverarbeitungseinrichtung
8: Steuerungseinheit
9: Lichtquelle
10: Anzeigeeinheit
11: Berechnungseinheit
12: Erster Regelkreis
13: Zweiter Regelkreis
14: Verstärkungsfaktorbereich
15: Belichtungszeitbereich
16: Kontrollbereich
17: Minimale Belichtungszeit
18: Maximale Belichtungszeit
19: Minimaler Verstärkungsfaktor
20: Maximaler Verstärkungsfaktor
21: Unterer Schwellenwert
22: Oberer Schwellenwert
23: Schnittstelle
24: Endoskop
25: Wertestrahl
26: Erster Prüfungsschritt
27: Befehlsschritt
28: Zweiter Prüfungsschritt
29: Befehlsschritt
30: Befehlsschritt
31: Verstärkungsfaktorberechnungseinheit
32: Verstärkungsfaktor
33: Belichtungszeit
34: Bilddaten

Claims

Bildaufnahmeverfahren, bei welchem mittels eines Bildsensors (2), bei dem ein Verstärkungsfaktor (32) einstellbar ist, ein Bild eines Objektes aufgenommen wird, wobei das Objekt während der Aufnahme mit einer Beleuchtungseinrichtung (5) beleuchtet wird, wobei eine Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) einstellbar ist, wobei in einem ersten Regelkreis (12) der Verstärkungsfaktor (32) berechnet wird, und in einem zweiten Regelkreis (13) der berechnete Verstärkungsfaktor (32) zur Berechnung einer einzustellenden Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) zur Aufnahme eines weiteren Bildes verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der berechnete Verstärkungsfaktor (32) und/oder eine berechnete Belichtungszeit (33) einem Wertestrahl (25) zugeordnet werden, wobei an diesem Wertestrahl (25) zumindest ein unterer Schwellenwert (21) festgelegt wird, der einen Wert hat, der größer als der Wert ist, der einem minimalen Verstärkungsfaktor (19) zugeordnet ist, wobei bei Unterschreitung des unteren Schwellenwertes (21) die Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) reduziert wird und wobei an diesem Wertestrahl (25) zumindest ein oberer Schwellenwert (22) festgelegt wird, und dass bei dessen Überschreitung die Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) erhöht wird.
Bildaufnahmeverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Regelkreis (12) eine Belichtungszeit (33) berechnet wird und diese berechnete Belichtungszeit (33) zusätzlich zur Berechnung der einzustellenden Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) im zweiten Regelkreis (13) berücksichtigt wird
Bildaufnahmeverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (2) dem ersten Regelkreis (12) und die Beleuchtungseinrichtung (5) dem zweiten Regelkreis (13) zugeordnet werden, wobei ein Datentransfer vom ersten zum zweiten Regelkreis (13) unidirektional eingerichtet wird.
Bildaufnahmeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wertestrahl (25) aus einem Verstärkungsfaktorbereich (14) und einem Belichtungszeitbereich (15) zusammensetzt, wobei sich der Verstärkungsfaktorbereich (14) nach einer maximalen Belichtungszeit (18) an den Belichtungszeitbereich (15) anschließt.
Bildaufnahmeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der untere (21) und/oder der obere Schwellenwert (22) des Wertestrahls (25) einen Kontrollbereich (16) begrenzt/begrenzen, welcher Kontrollbereich (16) vollständig innerhalb des Verstärkungsfaktorbereichs (14) liegt, und dass keine Veränderung der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) vorgenommen wird, wenn der berechnete Verstärkungsfaktor (32) innerhalb des Kontrollbereichs (16) liegt.
Bildaufnahmeverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungsgeschwindigkeit der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) mit zunehmendem Abstand des berechneten Verstärkungsfaktors (32) und/oder einer berechneten Belichtungszeit (33) von dem Kontrollbereich (16) schneller eingestellt wird.
Bildaufnahmeverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungsgeschwindigkeit der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) von dem berechneten Verstärkungsfaktor (32) und/oder von einer berechneten Belichtungszeit (33) abhängt.
Bildaufnahmeyerfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsgeschwindigkeit bei einem maximalen Verstärkungsfaktor (20) und/oder bei einer minimalen Belichtungszeit (17) am höchsten eingestellt wird.
Bildaufnahmeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme des Bildes von dem Objekt ein Bildsensor (2), mit einer Schnittstelle (23) zum Auslesen des berechneten Verstärkungsfaktors (32) oder zur Übertragung eines Befehls zur Regelung der Lichtleistung verwendet wird.
Bildaufnahmeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beleuchtung des Objektes eine Beleuchtungseinrichtung (5) verwendet wird, die dazu eingerichtet ist, unidirektional Daten von dem ersten Regelkreis (12) zu empfangen.
Bildaufnahmevorrichtung (1) mit einem Bildsensor (2) zur Bildaufnahme eines Objektes und einer Beleuchtungseinrichtung (5) zur Beleuchtung eines Objektes, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (2) einen ersten Regelkreis (12) zugeordnet ist und die Beleuchtungseinrichtung (5) einem zweiten Regelkreis (13) zugeordnet ist, dass der Bildsensor (2) eine Verstärkungsfaktorberechnungseinheit (31) zur Berechnung eines Verstärkungsfaktors (32) aufweist, dass die Bildaufnahmevorrichtung (1) eine Steuerungseinheit (8) zur Einstellung der Lichtleistung aufweist, und dass durch die Steuerungseinheit (8) eine Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) unter Berücksichtigung eines vom ersten Regelkreis (12) berechneten Verstärkungsfaktors (32) zur Aufnahme eines weiteren Bildes einstellbar ist, dass in einem Datenspeicher ein Wertestrahl (25) hinterlegt oder hinterlegbar ist oder dass der Verstärkungsfaktor (32) und die Belichtungszeit (33) derart, dass sich ein Wertestrahl (25) ergibt oder darstellen lässt, miteinander gekoppelt oder koppelbar sind, dass die Steuerungseinheit (8) derart eingerichtet ist, dass der berechnete Verstärkungsfaktor (32) und/oder die berechnete Belichtungszeit (33) dem Wertestrahl (25) zugeordnet werden oder zuordenbar sind, dass an diesem Wertestrahl (25) zumindest ein unterer Schwellenwert (21) festgelegt ist, der einen Wert hat, der größer als der Wert ist, der einem minimalen Verstärkungsfaktor (19) zugeordnet ist, wobei bei Unterschreitung des unteren Schwellenwertes (21) die Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) reduziert wird oder reduzierbar ist und dass an diesem Wertestrahl (25) zumindest ein oberer Schwellenwert (22) festgelegt ist, bei dessen Überschreitung die Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) erhöht wird oder erhöhbar ist.
Bildaufnahmevorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (8) dem zweiten Regelkreis (13) zugeordnet ist, wobei ein Datentransfer vom ersten (12) zum zweiten Regelkreis (13), über eine Schnittstelle (23), unidirektional eingerichtet ist,
Bildaufnahmevorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildsensor (2) eine Berechnungseinheit (11) zur Berechnung einer Belichtungszeit aufweist, wobei die Steuerungseinheit (8) eine durch die Berechnungseinheit (11) berechnete Belichtungszeit (33) zur Berechnung der einzustellenden Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) berücksichtigt.
Bildaufnahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wertestrahl (25) aus einem Verstärkungsfaktorbereich (14) und/oder einem Belichtungszeitbereich (15) zusammensetzt, wobei der Verstärkungsfaktorbereich (14) sich nach einer maximalen Belichtungszeit (18) an den Belichtungszeitbereich (15) anschließt.
Bildaufnahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der untere (21) und/oder der obere Schwellenwert (22) des Wertestrahls (25) einen Kontrollbereich (16) begrenzen, welcher Kontrollbereich (16) innerhalb des Verstärkungsfaktorbereichs (14) liegt, und dass die Steuerungseinheit (8) derart eingerichtet ist, dass keine Veränderung der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) vorgenommen wird, wenn der berechnete Verstärkungsfaktor (32) innerhalb des Kontrollbereichs (16) liegt.
Bildaufnahmevorrichtung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (8) derart eingerichtet ist, dass eine Regelungsgeschwindigkeit der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) mit zunehmendem Abstand des berechneten Verstärkungsfaktors (32) und/oder der berechneten Belichtungszeit (33) von dem Kontrollbereich (16) schneller eingestellt wird oder einstellbar ist
Bildaufnahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungsgeschwindigkeit der Lichtleistung der Beleuchtungseinrichtung (5) von dem berechneten Verstärkungsfaktor (32) und/oder von der berechneten Belichtungszeit (33) abhängt, wobei die Regelungsgeschwindigkeit bei einem maximalen Verstärkungsfaktor (20) und/oder bei einer minimalen Belichtungszeit (17) am höchsten ist.
Bildaufnahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass diese zum Ausführen des Bildaufnahmeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eingerichtet ist
Bildaufnahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (12) und der zweite Regelkreis (13), über eine Schnittstelle (23) miteinander verbindbar sind.