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Die Erfindung betrifft ein Bildaufnahmeverfahren zur Aufnahme einer Folge von Einzelbildern einer Szene, wobei in einem ersten Regelkreis eine Einstellung eines Belichtungsparameters in Abhängigkeit eines jeweiligen Helligkeitswertes eines Einzelbildes vorgenommen wird, wobei die Szene mittels einer Beleuchtungseinrichtung beleuchtet wird.
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Weiter betrifft die Erfindung eine Bildaufnahmevorrichtung zur Aufnahme einer Folge von Einzelbildern einer Szene wobei die Bildaufnahmevorrichtung eine Beleuchtungseinrichtung zur Ausleuchtung der Szene und eine Regeleinheit aufweist. Beispielsweise kann es sich bei der Bildaufnahmevorrichtung um ein Endoskop handeln. Zum Beispiel kann es sich dabei um ein Endoskop zur Untersuchung von Lebewesen und/oder zur Sichtprüfung von schwer zugänglichen Hohlräumen handeln. Die Regeleinheit kann insbesondere dazu eingerichtet sein, einen Helligkeitswert eines aufzunehmenden Einzelbildes derart einzustellen, dass ein Helligkeitswert des Einzelbildes innerhalb eines definierbaren Helligkeitsbereichs liegt.
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Bildaufnahmeverfahren und Bildaufnahmevorrichtung eingangs genannter Art sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Ist zum Beispiel ein Einzelbild zu dunkel, so wird in der Regel durch die Regeleinheit der Helligkeitswert dadurch erhöht, indem ein Belichtungsparameter in Form eines Verstärkungsfaktors (gain) automatisch erhöht wird. Dies ermöglicht es, die Gesamtempfindlichkeit einer Bildaufnahmevorrichtung aufrecht zu erhalten, obwohl sich eine Beleuchtungssituation beispielsweise verschlechtert hat, weil eine Lichtstärke einer Beleuchtungseinrichtung reduziert wurde. Insbesondere bei einer medizinischen Anwendung kann es erforderlich sein, eine Lichtstärke zu reduzieren, um ein Gewebe vor Überhitzung zu schützen. Um einen nahezu gleichbleibenden Bildeindruck zu erhalten, wird die fehlende Lichtmenge daher durch Erhöhen des Verstärkungsfaktors kompensiert.
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Die
DE 10 2016 002 174 A1 betrifft zum Beispiel ein Bildaufnahmeverfahren und eine Bildaufnahmevorrichtung, wobei hierbei vorgesehen ist, dass im ersten Regelkreis der Verstärkungsfaktor berechnet wird und dass dieser im ersten Regelkreis zuvor berechnete Verstärkungsfaktor an einen zweiten Regelkreis zur Berechnung einer einzustellenden Lichtleistung einer Beleuchtungseinrichtung übermittelt wird.
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Die
US 2014/0171738 A1 beschreibt ein Endoskop, mit einem Bildaufnahmegerät, einem Detektionsgerät und einem Belichtungssteuerungsgerät, wobei das Belichtungssteuerungsgerät die Belichtungszeit in Abhängigkeit des Detektionsgeräts verlängert.
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Es hat sich dabei jedoch herausgestellt, dass der Verstärkungsfaktor durch eine automatische Verstärkungsregelung für bestimmte Beleuchtungssituationen mitunter unpassend eingestellt wird, wodurch beispielsweise ein Überschwingen/eine zu geringe Helligkeit oder Rauschen auftreten kann, was im schlimmsten Fall zu einer so schlechten Bildqualität führt, dass ein Nutzer die aufgenommene Szene auf dem Bild nicht mehr erkennen kann. Besonders im medizinischen Bereich ist es jedoch erforderlich, dass beispielsweise ein Chirurg während eines invasiven Eingriffs jederzeit erkennen kann, wo er sich innerhalb des Körpers befindet, um nicht aufgrund einer schlechten Bildqualität versehentlich Gewebeverletzungen herbeizuführen.
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Die Aufgabe der Erfindung beruht somit darauf, die zuvor genannten Nachteile auszuräumen, um die Gebrauchseigenschaften bisheriger Bildaufnahmeverfahren und/oder Bildaufnahmevorrichtungen zu verbessern.
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Die Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Insbesondere wird somit zur Lösung der genannten Aufgabe erfindungsgemäß ein Bildaufnahmeverfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, wobei in einem zweiten Regelkreis ein Maximalwert eines Regelbereichs des Belichtungsparameters im ersten Regelkreis eingestellt wird, und wobei die Einstellung des Maximalwertes in Abhängigkeit einer Belichtungsvariable erfolgt. Auf diese Weise kann der Regelbereich des Belichtungsparameters in Abhängigkeit einer Beleuchtungssituation variabel werden. Dabei wird der obere Wert (Maximalwert) des Regelbereichs des Belichtungsparameters in Abhängigkeit von der Belichtungsvariablen erhöht oder gesenkt, wenn sich die Belichtungsvariable ändert. Somit kann verhindert werden, dass es zu einem ungewollten Übersteuern oder einer ungewollten Reduzierung der Gesamtempfindlichkeit des Systems kommt. Insbesondere ist es dadurch möglich, die Gesamtempfindlichkeit des Systems derart einzustellen, dass ein gewünschter Arbeitsbereich (Schwellenwert) nicht überschritten wird, wobei außerhalb des Arbeitsbereichs eine unzureichende Bildqualität auftritt.
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Beispielsweise kann dadurch verhindert werden, dass, wie bisher, bei einer festgestellten unzureichenden Helligkeit eines Einzelbildes der Verstärkungsfaktor zu weit erhöht wird, bis die Helligkeit für die automatische Verstärkungsregelung in einer ersten Situation als ausreichend hoch erachtet wird. Kommt es jedoch dann bei gleichbleibender Belichtungssituation und lediglich einer Verschwenkung der Bildaufnahmevorrichtung auf einen anderen Bereich der Szene zu einer höheren Reflektion des von der Beleuchtungseinrichtung auf die Szene emittierten Lichts oder erhöht sich die ermittelte Lichtstärke(zweite Situation), so ist die Gesamtempfindlichkeit des Systems fortan zu hoch eingestellt. Der Nutzer wird somit die aufgenommene Szene nur unzureichend erkennen können und das System würde im nicht definierten Arbeitsbereich zu stark rauschen. Die Erfindung setzt genau hier an, um derartige Fehleinstellungen in Zukunft vermeiden zu können.
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Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben, die allein oder in Kombination mit den Merkmalen anderer Ausgestaltungen optional zusammen mit den Merkmalen nach Anspruch 1 kombiniert werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Bildaufnahmeverfahrens kann es vorgesehen sein, dass es sich bei dem Belichtungsparameter um einen Verstärkungsfaktor handelt. Alternativ oder ergänzend kann es sich bei dem Belichtungsparameter auch um eine Belichtungszeit (kann der Verschlusszeit entsprechen) und/oder eine Blendeneinstellung handeln. Die Belichtungszeit kann mechanisch und/oder elektronisch gesteuert werden. Die Blendeneinstellung kann sich beispielsweise auf eine Blendenöffnung beziehen.
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Bei der Belichtungsvariablen kann es sich beispielsweise um einen oder eine Kombination aus zwei oder mehreren Parametern aus der Gruppe wenigstens aus einer Lichtstärke der Beleuchtungseinrichtung, einer Blendeneinstellung, einer Auslesezeit eines Bildsensors, einer Leistungsaufnahme der Beleuchtungseinrichtung, einer Temperatur der Beleuchtungseinrichtung und/oder einem Ansteuersignal der Beleuchtungseinrichtung handeln. Der zweite Regelkreis kann jede der genannten Belichtungsvariablen dazu verwenden, um in Abhängigkeit davon einen festen Maximalwert des Regelbereichs des Belichtungsparameters einzustellen. Dabei kann eine einzelne Belichtungsvariable oder mehrere Belichtungsvariablen zur Einstellung des Maximalwertes in den zweiten Regelkreis eingeführt werden. Durch den zweiten Regelkreis ist somit eine Rückkopplung des ersten Regelkreises auf eine tatsächliche und/oder zu erwartende Belichtungssituation geschaffen, um eine Einstellung des Helligkeitswertes eines aufzunehmenden Einzelbildes vorzunehmen. Beispielsweise können die jeweiligen Maximalwerte des Regelbereichs mit dem dazugehörigen Wert der Belichtungsvariablen in einer Umsetzungstabelle gespeichert sein oder werden. Ferner kann beispielsweise bei der Umstellung eines ersten Betriebsmodus auf einen zweiten Betriebsmodus, welcher beispielsweise zur Aufnahme von Hochgeschwindigkeitsbildern eingerichtet ist, eine Änderung und/oder Beschränkung der Auslesezeit vorgenommen werden. Darüber hinaus kann dadurch auch eine Beschränkung der Belichtungszeit erforderlich sein. Somit können in bestimmten Umständen auch mehrere Maximalwerte unterschiedlicher Belichtungsparameter in Abhängigkeit einer Belichtungsvariablen eingestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann eine Lichtstärke der Beleuchtungseinrichtung, beispielsweise die bereits zuvor genannte Lichtstärke der Beleuchtungseinrichtung, gemessen werden, wobei die gemessene Lichtstärke als Belichtungsvariable in den zweiten Regelkreis übernommen wird. Beispielsweise kann die Lichtstärke mittels einer Lichtmessung des von der Beleuchtungseinrichtung in Richtung der Szene emittierten Lichtes gemessen werden. Die Lichtmessung kann dabei mittels eines geeigneten Sensors, beispielsweise eines Photometers, gemessen werden. Die Lichtstärke der Beleuchtungseinrichtung kann auch indirekt über ein Ansteuersignal der Beleuchtungseinrichtung und/oder eine Leistungsaufnahme der Beleuchtungseinrichtung und/oder eine Temperatur der Beleuchtungseinrichtung bestimmt und/oder gemessen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinrichtung zur Einstellung unterschiedlicher Lichtstärken eingerichtet ist. Insbesondere kann es dabei vorgesehen sein, dass jeder einstellbaren Lichtstärke der Beleuchtungseinrichtung ein fester Maximalwert des Belichtungsparameters zugeordnet wird. Im medizinischen Bereich kann es vorkommen, dass eine Beleuchtungseinrichtung Gewebe zu stark erhitzt, so dass die Lichtstärke der Beleuchtungseinrichtung reduziert werden muss, um eine Gewebeschädigung zu vermeiden. Umgekehrt kann es auch vorkommen, dass eine Erhöhung der Lichtstärke erforderlich wird, beispielsweise wenn sich ein Abstand einer Bildaufnahmevorrichtung zur Szene erhöht.
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Um die Gefahr einer fehlerhaften Einstellung des Maximalwertes des Regelbereichs des Belichtungsparameters zu erlauben, kann es vorgesehen sein, dass der Maximalwert des Regelbereichs des Belichtungsparameters unabhängig von einem jeweiligen Helligkeitswert eines Einzelbildes eingestellt wird. Alternativ oder ergänzend dazu kann es vorgesehen sein, dass eine Einstellung des Belichtungsparameters in den Grenzen des Regelbereichs in Abhängigkeit des jeweiligen Helligkeitswertes des Einzelbildes vorgenommen wird. Bei dem Helligkeitswert kann es sich beispielsweise um einen Mittelwert aus mehreren Pixelwerten, insbesondere aus einem Bildzentrum, eines Einzelbildes handeln. Vorzugsweise kann der Helligkeitswert in einem aufgenommenen Einzelbild gemessen werden und dann in den ersten Regelkreis übernommen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann bei einer Reduzierung einer oder der Lichtstärke der Beleuchtungseinrichtung der Maximalwert des Regelbereichs des Belichtungsparameters erhöht werden. Alternativ oder ergänzend dazu kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung bei einer Erhöhung einer Lichtstärke der Beleuchtungseinrichtung, beispielsweise der bereits zuvor genannten Lichtstärke der Beleuchtungseinrichtung, der Maximalwert des Regelbereichs des Belichtungsparameters reduziert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann bei einer konstanten Belichtungsvariable, insbesondere bei einer konstanten Lichtstärke der Beleuchtungseinrichtung, der Maximalwert des Regelbereichs des Belichtungsparameters konstant bleiben, und/oder der Maximalwert des Regelbereichs des Belichtungsparameters bei einer Erhöhung einer Entfernung einer Bildaufnahmevorrichtung zur Szene konstant bleiben.
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Die oben genannte Aufgabe wird weiter durch die Merkmale des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs gelöst. Insbesondere wird erfindungsgemäß zur Lösung der oben genannten Aufgabe eine Bildaufnahmevorrichtung eingangs genannter Art vorgeschlagen, wobei die Regeleinheit zur Abarbeitung eines ersten Regelkreises und eines zweiten Regelkreises eingerichtet ist, wobei der erste Regelkreis eine Einstellung eines Belichtungsparameters in Abhängigkeit eines jeweiligen Helligkeitswertes eines Einzelbildes umfasst, und wobei der zweite Regelkreis eine Einstellung eines Maximalwerts eines Regelbereichs des Belichtungsparameters im ersten Regelkreis in Abhängigkeit von einer Belichtungsvariablen umfasst. Für die Bildaufnahmevorrichtung gelten somit die gleichen Vorteile, die bereits in Bezug auf das Bildaufnahmeverfahren zuvor beschrieben wurden.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Bildaufnahmevorrichtung kann diese zur Durchführung des Bildaufnahmeverfahrens, wie es hierin beschrieben und beansprucht ist, eingerichtet sein.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch die Kombination der Merkmale einzelner oder mehrerer Ansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen der Ausführungsbeispiele.
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Es zeigt:
- 1 eine schematische Übersicht einer möglichen Ausführungsform der Bildaufnahmevorrichtung, die hier als ein Endoskop ausgestaltet ist,
- 2 ein Diagramm zur Gesamtempfindlichkeit bei einem Bildaufnahmesystem, bei welchem keine Belichtungsvariable zur Einstellung eines Regelbereichs eines Belichtungsparameters berücksichtigt wird und eine Helligkeit eines aufzunehmenden Bildes somit alleinig durch einen ersten Regelkreis bestimmt wird (entspricht vorbekanntem Stand der Technik), wobei das dritte Balkendiagramm eine Situation darstellt, in welcher es zu einer Überkompensation der Gesamtempfindlichkeit des Systems kommt, so dass zum Beispiel Rauschen auftreten kann,
- 3 ein Zeitdiagramm zur Gesamtempfindlichkeit bei einem Bildaufnahmesystem, bei welchem eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Bildaufnahmeverfahrens und/oder die erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung eingesetzt werden, so dass in einem zweiten Regelkreis ein Maximalwert eines Regelbereichs des Belichtungsparameters im ersten Regelkreis eingestellt wird, wobei die Einstellung des Maximalwertes in Abhängigkeit einer Belichtungsvariable erfolgt, so dass die Gesamtempfindlichkeit einen vorbestimmten oder bestimmbaren Schwellenwert (kann einer idealen Gesamtempfindlichkeit entsprechen) nicht überschreitet und daher kein Rauschen oder kein zu dunkles Bild auftritt,
- 4 eine Auswahl einzelner Zeitpunkte des Zeitdiagramms aus 3, wobei hierin dargestellt ist, wie der zweite Regelkreis in den ersten Regelkreis eingreift, um den Maximalwert des Regelbereichs des Belichtungsparameters einzustellen,
- 5 eine vereinfachte schematische Übersicht einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bildaufnahmeverfahrens,
- 6 eine vereinfachte schematische Übersicht einer möglichen Ausgestaltung eines zweiten Regelkreises, wobei durch den Doppelpfeil die Einstellung des Maximalwertes des Regelbereichs des Belichtungsparameters dargestellt ist, wobei sich der Belichtungsparameter im vorliegenden Fall auf einen Verstärkungsfaktor (englisch „gain“) bezieht.
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1 zeigt eine im Ganzen mit dem Bezugszeichen 1 versehene Bildaufnahmevorrichtung. Die dargestellte Ausführungsvariante zeigt eine als Endoskops 27 ausgestaltet Bildaufnahmevorrichtung 1.
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Mittels der Bildaufnahmevorrichtung 1 kann eine Szene 3 beispielsweise in einem Hohlraum aufgenommen werden. Die Bildaufnahmevorrichtung 1 ist daher zur Aufnahme einer Folge von Einzelbildern der Szene 3 eingerichtet.
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Um die Szene 3 möglichst optimal beleuchten zu können, weist die Bildaufnahmevorrichtung 1 eine Beleuchtungseinrichtung 4 auf. Ein durch die Beleuchtungseinrichtung 4 beleuchteter Bereich der Szene 3 überlappt daher wenigstens teilweise, insbesondere größtenteils, mit einem Sichtbereich der Bildaufnahmevorrichtung 1.
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Die Bildaufnahmevorrichtung 1 weist zudem eine Regeleinheit 5 auf. Die Regeleinheit 5 ist dazu eingerichtet, mittels eines ersten Regelkreises 6 eine Einstellung eines Belichtungsparameters 8 in Abhängigkeit eines jeweiligen Helligkeitswertes 21 eines aufgenommen Einzelbildes vorzunehmen. Um eine Überkompensation oder Unterkompensation durch eine automatische Einstellung des Belichtungsparameters 8 zu vermeiden oder zu verhindern, umfasst die Regeleinheit 5 einen zweiten Regelkreis 7. Der zweite Regelkreis 7 ist dazu eingerichtet, in den ersten Regelkreis 6 einzugreifen, um einen Maximalwert 10 eines Regelbereichs 9 des Belichtungsparameters 8 in Abhängigkeit von einer gemessenen und/oder eingestellten und/oder indirekt bestimmten Belichtungsvariablen 11 einzustellen, insbesondere automatisch einzustellen. Durch den somit dynamischen Maximalwert 10 des Regelbereichs 9 des Belichtungsparameters 8, kann eine Überempfindlichkeit oder eine zu geringe Empfindlichkeit des Systems verhindert werden, so dass kein Rauschen auftritt und der Nutzer stets eine optimale Bildqualität der aufgenommenen Szene 3 erhält.
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Die Bildaufnahmevorrichtung 1 kann dazu eingerichtet sein, dass nachfolgend beschriebene Bildaufnahmeverfahren 2, insbesondere automatisch, auszuführen.
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In 5 ist eine vereinfachte Darstellung der einzelnen Schritte des Bildaufnahmeverfahrens 2 gezeigt.
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In 6 ist der in 5 angedeutete zweite Regelkreis etwas detaillierter dargestellt.
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Das Bildaufnahmeverfahren 2 ist, wie bereits zuvor Bezug auf die Bildaufnahmevorrichtung 1 beschrieben wurde, zur Aufnahme einer Folge von Einzelbildern einer Szene 3 eingerichtet.
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Das Bildaufnahmeverfahren 2 weist einen ersten Regelkreis 6 auf, durch welchen insbesondere automatisiert, eine Einstellung eines Belichtungsparameters 8 zur Aufnahme eines Einzelbildes in Abhängigkeit eines Helligkeitswertes 21 eines in einem Schritt zuvor aufgenommenen Einzelbildes vorgenommen wird. Diese Art der Empfindlichkeitseinstellung eines Bildaufnahmesystems ist bereits bekannt und hat den Nachteil, dass es zu einer Überkompensation oder Unterkompensation eines Empfindlichkeitsbereichs kommen kann, so dass ein Schwellenwert des Empfindlichkeitsbereichs überschritten wird. Diese Situation ist in 2 dargestellt, wobei das linke Balkendiagramm eine Ausgangssituation zeigt, bei welcher sich die Gesamtempfindlichkeit 12 des Systems zu gleichen Teilen aus einem Verstärkungsfaktor 13, einer Belichtungszeit 14 und einer Lichtstärke 16 zusammensetzt. Im vorliegenden Fall soll stets eine gleichbleibende Belichtungszeit 14 vorgesehen sein. Kommt es somit zu einer Reduktion der Lichtstärke 16, wie es in dem mittleren Balkendiagramm gezeigt ist, so ist es erforderlich, zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Helligkeitswertes 21 den Verstärkungsfaktor 13 zu erhöhen. Da der Verstärkungsfaktor 13 unabhängig von der Lichtstärke 16 eingestellt wird, kann es vorkommen, dass bei einer Erhöhung der Lichtstärke 16 ein zu hoher oder zu geringer Verstärkungsfaktor 13 eingestellt ist. Dies führt zu einer schlechten Bildqualität, die sich beispielsweise durch Rauschen des Ausgangssignals zeigt, da ein Schwellenwert 26 der Gesamtempfindlichkeit 12 des Systems überschritten ist. Ein Nutzer würde in diesem Fall, der im rechten Balkendiagramm gezeigt ist, somit die aufgenommene Szene 3 auf dem Ausgangssignal nicht ausreichend wahrnehmen können. Beispielsweise im medizinischen Anwendungsbereich kann dies zu schwerwiegenden Konsequenzen führen, da der Nutzer kurzzeitig „blind“ ist und somit seine Bewegungen beispielsweise in einem Hohlraum nicht nachvollziehen kann. Dies kann zu Verletzungen am Gewebe führen.
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Das erfindungsgemäße Bildaufnahmeverfahren 2 weist daher einen zweiten Regelkreis 7 auf. Der zweite Regelkreis 7 greift insofern in den ersten Regelkreis 6 ein, dass ein Maximalwert 10 eines Regelbereichs 9 des Belichtungsparameters 8 des ersten Regelkreises 6 in Abhängigkeit einer Belichtungsvariable 11 eingestellt wird. Durch die Anpassung des Maximalwertes 10 an eine Belichtungsvariable 11 kann eine Überkompensation und somit ein Überschreiten des Schwellenwertes 26 verhindert werden, da das System weiß oder besser abschätzen kann, wann eine ideale Systemempfindlichkeit 26 erreicht ist.
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Bei dem Belichtungsparameter 8 kann es sich beispielsweise um einen Verstärkungsfaktor 13 handeln. Es ist jedoch auch möglich, beispielsweise bei konstantem Verstärkungsfaktor 13 und/oder anderen konstanten Belichtungsparametern 8, als relevanten Belichtungsparameter 8 eine Belichtungszeit 14 und/oder eine Blendeneinstellung 15 in Abhängigkeit eines Helligkeitswertes 21 einzustellen. In diesem Fall kann also ein Maximalwert 10 der Belichtungszeit 14 und/oder der Blendeneinstellung 15 in Abhängigkeit einer Belichtungsvariable 11 eingestellt werden.
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Bei der Belichtungsvariable 11 kann es sich um einen oder mehrere unterschiedliche Parameter handeln. Beispielsweise kann es sich um einen oder eine Kombination aus zwei oder mehreren Parametern ausgewählt aus der Gruppe aus der eingestellten Lichtstärke 16 der Beleuchtungseinrichtung 4, einer Blendeneinstellung 15, einer Auslesezeit 11 eines Bildsensors 28, beispielsweise der zuvor genannten Bildaufnahmevorrichtung 1, einer Leistungsaufnahme 18 der Beleuchtungseinrichtung 4, einer Temperatur 19 der Beleuchtungseinrichtung 4 und/oder einem Ansteuersignal 20 der Beleuchtungseinrichtung 4 handeln.
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Vorzugsweise wird als Belichtungsvariable 11 ein Parameter herangezogen, der direkt oder indirekt mit der Lichtstärke 16 der Beleuchtungseinrichtung 4 zusammenhängt, insbesondere der sich proportional zur Lichtstärke 16 der Beleuchtungseinrichtung 4 verändert. Somit kann das System abschätzen, welche Lichtmenge schließlich auf den Bildsensor 28 trifft und welcher Helligkeitswert 21 somit zu erwarten ist.
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Eine solche Regelung ist beispielsweise in den 3 und 4 gezeigt, wobei hier stets eine gleichbleibende Belichtungszeit 14 vorgesehen ist. Im ersten Balkendiagramm von links aus 4 ist eine Ausgangssituation gezeigt, die der Ausgangssituation aus 2 entspricht.
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Kommt es zu einer ersten Reduktion der Lichtstärke 16, so ist zu erwarten, dass auch eine geringere, von der Szene reflektierte Lichtmenge auf den Bildsensors 28 trifft. Die Beleuchtungseinrichtung 4 kann daher beispielsweise zur Einstellung unterschiedlicher Lichtstärken eingerichtet sein. Um dies ausgleichen zu können, so dass ein wenigstens annähernd gleichbleibender Bildeindruck aufrechterhalten wird, regelt das Bildaufnahmeverfahren 2 den Verstärkungsfaktor 13 innerhalb der Grenzen des Regelbereichs 9 soweit hoch, dass der Schwellenwert 26 der Gesamtempfindlichkeit 12 erreicht wird. Der Maximalwert 10 des Regelbereichs 9 wird gleichzeitig in Abhängigkeit der Lichtstärke 16 erhöht. Die Gesamtempfindlichkeit 12 setzt sich auch hier aus der Lichtstärke 16, dem
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(Es folgen die ursprünglichen Beschreibungsseiten 14 bis 17 einschließlich der Bezugszeichenliste.)
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Verstärkungsfaktor 13 und der Belichtungszeit 14 zusammen (vergleiche 2. Balkendiagramm von links in 4).
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Kommt es zu einer zweiten Reduktion der Lichtstärke 16, so wiederholt sich der zuvor beschriebenen Schritt erneut, wobei ein neuer Maximalwert 10 des Regelbereichs 9 in Abhängigkeit der Lichtstärke 16 eingestellt wird, so dass der momentane Verstärkungsfaktor 13 nun höher als zuvor eingestellt werden kann (vergleiche 3. Balkendiagramm von links in 4).
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Erhöht sich schließlich die Lichtmenge 16 erneut, so muss auch ein neuer Maximalwert 10 des Regelbereichs 9 eingestellt werden, um eine Überkompensation zu vermeiden. Der Maximalwert 10 wird somit reduziert, so dass der Regelbereichs 9 wieder enger wird (vergleiche 4. Balkendiagramm von links in 4).
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Jeder Lichtstärke 16 kann somit ein bestimmter Maximalwert 10 des Regelbereichs 9 zugeordnet sein oder werden. Die Einstellung des Maximalwertes 10 erfolgt dabei unabhängig von dem gemessenen Helligkeitswert 21 eines aufgenommenen Einzelbildes.
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Wird beispielsweise eine Entfernung einer Bildaufnahmevorrichtung 1 zur Szene 3 erhöht, so reduziert sich auch die auf den Bildsensor 28 treffende Lichtmenge. Das System erkennt, dass sich der Helligkeitswert 21 des aufgenommenen Einzelbildes reduziert hat und erhöht daher den Verstärkungsfaktor 13 bei konstanter Belichtungszeit 14 in den Grenzen des Regelbereichs 9, ohne dass ich dabei der Maximalwert 10 ändert.
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5 zeigt einen beispielhaften Ablauf eines Bildaufnahmeverfahrens 2. Das Verfahren beginnt mit dem Start 31. Anschließend wird eine Bildaufnahme 30 vorgenommen. Im Schritt 22 folgt eine Bestimmung des Helligkeitswertes 21 des Einzelbildes. Im Schritt 23 erfolgt ein Vergleich des Helligkeitswertes 21 mit einem Sollwert.
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Ist das aufgenommene Einzelbild zu hell, so erfolgt eine Fortsetzung des Bildaufnahmeverfahrens 2 in Schritt 24, wobei ein Belichtungsparameter 8 in den Grenzen des Regelbereichs 9 reduziert wird. Der Regelbereichs 9 wird wie zuvor beschrieben wurde, durch die Festlegung des Maximalwertes 10 eingestellt. Die Einstellung des Regelbereichs 9 über den Maximalwert 10 erfolgt in Abhängigkeit einer Belichtungsvariable 11, was in einem zweiten Regelkreis erfolgt, der in 6 gezeigt ist.
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Ist das aufgenommene Einzelbild zu dunkel, so erfolgt eine Fortsetzung des Bildaufnahmeverfahrens 2 in Schritt 25, wobei eine Belichtungsparameter 8 in den Grenzen des Regelbereichs 9 erhöht wird. Auch hier erfolgt eine Einstellung des Regelbereichs 9 durch die Einstellung des Maximalwertes 10 in Abhängigkeit einer Belichtungsvariable 11.
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Dabei ist es möglich, dass nicht nur ein Belichtungsparameter 8, sondern zwei oder mehr als zwei Belichtungsparameter 8, beispielsweise ausgewählt aus den zuvor genannten Belichtungsparametern 8, in Abhängigkeit von einer Belichtungsvariablen 11 oder in Abhängigkeit von mehreren Belichtungsvariablen 11, beispielsweise ausgewählt aus den zuvor genannten Belichtungsvariablen 11, eingestellt werden.
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Die Erfindung betrifft also ein Bildaufnahmeverfahren 2 und eine Bildaufnahmevorrichtung 1 zur Aufnahme einer Folge von Einzelbildern einer Szene 3, wobei in einem ersten Regelkreis 6 eine Einstellung eines Belichtungsparameters 8 in Abhängigkeit eines jeweiligen Helligkeitswertes 21 eines Einzelbildes vorgenommen wird, wobei die Szene 3 mittels einer Beleuchtungseinrichtung 4 beleuchtet wird, wobei in einem zweiten Regelkreis 7 ein Maximalwert 10 eines Regelbereichs 9 des Belichtungsparameters 8 im ersten Regelkreis 6 eingestellt wird, wobei die Einstellung des Maximalwertes 10 in Abhängigkeit einer Belichtungsvariable 11 erfolgt, welche indirekt für eine zu erwartende, auf einen Bildsensor treffende Lichtmenge steht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bildaufnahmevorrichtung
- 2
- Bildaufnahmeverfahren
- 3
- Szene
- 4
- Beleuchtungseinrichtung
- 5
- Regeleinheit
- 6
- Erster Regelkreis
- 7
- Zweiter Regelkreis
- 8
- Belichtungsparameter
- 9
- Regelbereich des Belichtungsparameters
- 10
- Maximalwert des Regelbereichs
- 11
- Belichtungsvariable
- 12
- Gesamtempfindlichkeit
- 13
- Verstärkungsfaktor
- 14
- Belichtungszeit
- 15
- Blendeneinstellung
- 16
- Lichtstärke
- 17
- Auslesezeit des Bildsensors
- 18
- Leistungsaufnahme der Beleuchtungseinrichtung
- 19
- Temperatur der Beleuchtungseinrichtung
- 20
- Ansteuersignal der Beleuchtungseinrichtung
- 21
- Helligkeitswert
- 22
- Helligkeitsbestimmung
- 23
- Überprüfung ob Helligkeitswert im Arbeitsbereich liegt
- 24
- Belichtungsparameters erhöhen
- 25
- Belichtungsparameter verringern
- 26
- Schwellenwert
- 27
- Endoskop
- 28
- Bildsensor
- 29
- Anzeigevorrichtung
- 30
- Bildaufnahme
- 31
- Start
- 32
- Ende
