DE102018131009B3

DE102018131009B3 - Bildaufnahmeverfahren und Bildaufnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE102018131009B3
Application number: DE102018131009.9A
Authority: DE
Inventors: Ingo Doser; Nicole Giessler; Alexander Raiola; Sébastien Weitbruch; Andreas Hanselmann; Clemens Meier; Mateusz Cichosz; Jochen Dietrich; Massimo Kubon; Patrick SPRING
Original assignee: Schoelly Fiberoptic GmbH
Current assignee: Schoelly Fiberoptic GmbH
Priority date: 2018-12-05
Filing date: 2018-12-05
Publication date: 2020-02-20
Anticipated expiration: 2038-12-06
Also published as: US11297250B2; CN111277766A; CN111277766B; US20200186694A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bildaufnahmeverfahren (100) und eine Bildaufnahmevorrichtung (1) zur Aufnahme einer Folge von Einzelbildern einer Szene (3), wobei die Szene (3) mit einer Beleuchtungseinrichtung (4) beleuchtet wird, wobei eine von der Beleuchtungseinrichtung (4) erzeugte Lichtstärke durch eine Beleuchtungsvariable (47) charakterisiert ist, wobei eine Einstellung der Beleuchtungsvariable (47) vorgenommen wird, solange eine Regelreserve (19) eines optimalen Regelbereichs (39) des Belichtungsparameters (46) vorhanden ist, und wobei eine Einstellung der Beleuchtungsvariable (47) solange erfolgt oder wiederholt wird, bis die Beleuchtungsvariable (47) innerhalb eines optimalen Regelbereichs (30) der Beleuchtungsvariable (47) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bildaufnahmeverfahren zur Aufnahme einer Folge von Einzelbildern einer Szene mit einer Bildaufnahmevorrichtung, wobei die Szene mit einer Beleuchtungseinrichtung beleuchtet wird, wobei in einem ersten Regelkreis eine Einstellung eines Belichtungsparameters in Abhängigkeit eines jeweiligen Helligkeitswertes eines Einzelbildes vorgenommen wird, wobei eine von der Beleuchtungseinrichtung erzeugte Lichtstärke durch eine Beleuchtungsvariable charakterisiert wird.
Die Erfindung betrifft zudem eine Bildaufnahmevorrichtung zur Aufnahme einer Folge von Einzelbildern einer Szene, wobei die Bildaufnahmevorrichtung eine Beleuchtungseinrichtung zur Ausleuchtung der Szene aufweist, wobei eine von der Beleuchtungseinrichtung erzeugte Lichtstärke durch eine Beleuchtungsvariable charakterisiert ist. Beispielsweise kann es sich bei der Bildaufnahmevorrichtung um ein Endoskop handeln. Das Endoskop kann beispielsweise für medizinische Anwendungen und oder zur Untersuchung von schwer zugänglichen Hohlräumen eingerichtet sein. Insbesondere kann es sich um ein CIT-Endoskop („CIT“ als Abkürzung für „chip-in-thetip“) handeln.
Bildaufnahmeverfahren und Bildaufnahmevorrichtungen eingangs genannter Art sind bereits bekannt. In der Regel wird bei vorbekannten Bildaufnahmeverfahren und Bildaufnahmevorrichtungen als Belichtungsparameter ein Regelbereich verwendet, der sich aus einem Belichtungszeit-Regelbereich und einem Verstärkungsfaktor-Regelbereich zusammensetzt. Eine Regelung einer Lichtstärke der Beleuchtungseinrichtung erfolgt in der Regel manuell durch einen Nutzer. Dies hat den Nachteil, dass eine Einstellung einer optimalen Belichtungssituation häufig sehr lange dauert und/oder eine eingestellte Lichtstärke zu hoch ist.
Aus DE 41 28 921 A1 ist eine Steuerungseinrichtung zum Steuern der Aufnahmelichtmenge für ein Endoskop bekannt, bei welcher die Beleuchtungslichtmenge gesteuert wird, wenn durch das Endoskop hindurch eine Aufnahme gemacht werden soll. Die Aufnahmelichtmengensteuerung umfasst eine Einrichtung, um dem Endoskop Licht zur Beleuchtung eines Objektes zuzuführen, eine Einrichtung zum Feststellen der Lichtmenge, die vom Objekt reflektiert wird und zum Ausgeben eines Signals in Abhängigkeit von der festgestellten Lichtmenge, eine Einrichtung zum Verstärken des Signals, wobei die Verstärkungseinrichtung mehrere Verstärkungsfaktoren aufweist, die nach Wunsch ausgewählt werden können, eine Aufnahmelichtmengensteuerung, durch die die dem Endoskop bei der Durchführung einer Aufnahme zugeführte Beleuchtungslichtmenge auf der Basis des Ausgangssignals der Verstärkungseinrichtung gesteuert wird, und eine Einrichtung zum automatischen Umschalten des Verstärkungsfaktors der Verstärkungseinrichtung in Abhängigkeit von der Helligkeit des Objektes.
Aus der DE 10 2016 002 800 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Bildaufnahmevorrichtung sowie eine korrespondierende Bildaufnahmevorrichtung bekannt, wobei eine Innentemperatur der Bildaufnahmevorrichtung erfasst und bei Erfüllung eines hinterlegten Kriteriums für die Temperatur, welches eine Überhitzung charakterisiert, eine Maßnahme automatisch durchgeführt wird, mit welcher eine Leistungsaufnahme der Bildaufnahmevorrichtung bei kontinuierlich fortgesetztem Erzeugen eines Bilddatenstroms reduziert wird.
Aus US 2004 / 0 257 438 A1 ist ein Endoskop bekannt, das eine Aufnahmevorrichtung und eine Belichtungsvorrichtung aufweist. Die Sensitivität der Bildaufnahmevorrichtung des Endoskops ist dabei variierbar.
Gerade in der Medizintechnik ergibt sich jedoch die Problematik, dass abhängig von einer Beleuchtungssituation unterschiedliche Lichtmengen benötigt werden, um in aufgenommenen Bildern eine nahezu gleichbleibende Bildqualität erreichen zu können. Während bei zu viel Licht ein Bildsensor der Bildaufnahmevorrichtung mittels einer Einstellung des Belichtungsparameters gegensteuern kann, ist bei zu wenig Licht mit deutlichen Qualitätseinbußen zu rechnen. Entweder ist in diesem Fall das aufgenommene Bild zu dunkel dargestellt oder es wird mittels eines Verstärkungsfaktors (englisch „gain“) verstärkt, wodurch ein Bildrauschen und andere Artefakte verstärkt auftreten können, was zu einer insgesamt schlechten Bildqualität führt.
Darüber hinaus ist es bekannt, dass hohe Lichtstärken mit einer ebenfalls erhöhten Temperaturentwicklung an der Beleuchtungseinrichtung einhergehen. Dies kann insbesondere bei medizinischen Anwendungen, in welchen ein Endoskop verwendet wird, zu Gewebeschäden führen. Gerade bei Systemen, bei welchen eine Beleuchtungseinrichtung nahe am Patienten angeordnet ist, kann durch eine Verlustleistung der Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung eine enorme Temperaturentwicklung am Gewebe des Patienten auftreten. Für die entstehenden Temperaturen sind in der Medizintechnik jedoch Grenzwerte zu beachten, die in der Norm DIN EN 60601 festgelegt sind.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, die zuvor genannten Nachteile auszuräumen, um die Gebrauchseigenschaften eines Bildaufnahmeverfahrens und/oder einer Bildaufnahmevorrichtung jeweils eingangs genannter Art zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bildaufnahmeverfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Insbesondere wird erfindungsgemäß zur Lösung der Aufgabe ein Bildaufnahmeverfahren eingangs genannter Art vorgeschlagen, wobei in einem zweiten Regelkreis eine Einstellung der Beleuchtungsvariable vorgenommen wird, solange eine Regelreserve des Belichtungsparameters vorhanden ist. Dies hat den Vorteil, dass eine Steuerbarkeit der Beleuchtungseinrichtung unter Berücksichtigung eines aktuellen Wertes des Belichtungsparameters möglich ist. Insbesondere ist es damit möglich, eine automatisierte Regelung der Beleuchtungseinrichtung vorzunehmen. Durch die Berücksichtigung des Belichtungsparameters und dessen Neueinstellung können durch das erfindungsgemäße Bildaufnahmeverfahren somit sowohl die Beleuchtungsvariable als auch der Belichtungsparameter in Richtung eines Optimums verstellt werden. Die Regelung der Beleuchtungseinrichtung kann dabei somit durch die Bildaufnahmevorrichtung erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise eine Reduktion der Lichtstärke vorgenommen werden kann, wenn diese Reduktion durch eine Erhöhung des Belichtungsparameters ausgeglichen werden kann. Ein Ausgleich ist jedoch nur dann möglich, wenn im zweiten Regelkreis eine Regelreserve des Belichtungsparameters vorliegt. Diese Art der Regelung hat den Vorteil, dass eine geringere Temperaturentwicklung bei wenigstens annähernd gleichbleibendem Bildeindruck und/oder gleichbleibender Bildqualität auftritt. Ein Rauschen oder sonstige Artefakte können somit vermieden werden, da umgekehrt auch ein Verstärkungsfaktor reduziert werden kann, wenn gleichzeitig die Lichtstärke erhöht wird, ohne dass Temperaturgrenzwerte überschritten werden. Somit kann auch eine bessere Bildqualität eines aufgenommenen Bildes erreicht werden.
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.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann es vorgesehen sein, dass im zweiten Regelkreis ein optimaler Regelbereich der Beleuchtungsvariable definiert wird oder vordefiniert ist, der innerhalb eines Gesamtregelbereichs der Beleuchtungsvariable liegt, dass eine Überprüfung vorgenommen wird, ob ein aktueller Wert der Beleuchtungsvariable innerhalb des optimalen Regelbereichs der Beleuchtungsvariable liegt, dass eine Änderung der Beleuchtungsvariable vorgenommen wird, wenn der aktuelle Wert der Beleuchtungsvariable außerhalb des optimalen Regelbereichs der Beleuchtungsvariable liegt. Der optimale Regelbereich ist dabei enger als der Gesamtregelbereich. Beispielsweise kann eine Änderung der Beleuchtungsvariablen solange erfolgen, bis der aktuelle Wert der Beleuchtungsvariable innerhalb des optimalen Regelbereichs der Beleuchtungsvariable liegt. Besonders vorteilhaft kann es dabei sein, wenn die Änderung der Beleuchtungsvariable automatisiert erfolgt, wenn der aktuelle Wert der Beleuchtungsvariable außerhalb des optimalen Regelbereichs liegt. Der optimale Regelbereich der Beleuchtungsvariable kann beispielsweise durch einen unteren Grenzwert und einen oberen Grenzwert definiert werden, wobei hier eine optimale Einstellung zwischen Helligkeit und gewebeschonender Lichtleistung erreicht wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Bildaufnahmeverfahrens können die Grenzen der Regelreserve durch Grenzwerte eines optimalen Regelbereichs des Belichtungsparameters definiert werden oder vor definiert sein, wobei der optimale Regelbereich innerhalb eines Gesamtregelbereichs des Belichtungsparameters liegt, wobei eine Veränderung der Beleuchtungsvariable vorgenommen werden kann, bis ein aktueller Wert des Belichtungsparameters innerhalb des optimalen Regelbereichs des Belichtungsparameters liegt und solange ein aktueller Wert der Beleuchtungsvariable noch innerhalb des optimalen Regelbereichs der Beleuchtungsvariable liegt. Der optimale Regelbereich ist dabei enger als der Gesamtregelbereich.
Gemäß einer Ausgestaltung des Bildaufnahmeverfahrens kann es sich bei dem Belichtungsparameter um einen Verstärkungsfaktor und/oder eine Belichtungszeit und/oder eine Blendeneinstellung handeln. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass sich der Belichtungsparameter aus einer Belichtungszeit und einem Verstärkungsfaktor zusammensetzt, wobei eine Regelung des Verstärkungsfaktors nach Erreichen einer maximalen Belichtungszeit ansetzt. Eine maximale Belichtungszeit kann dabei mit einer minimalen Verschlusszeit gleichzusetzen sein und umgekehrt. Beispielsweise kann hierbei ein Bildsensor mit einem elektronischen Verschluss (engl. „shutter“) verwendet werden, der die Belichtungszeit und/oder die Verschlusszeit steuert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Bildaufnahmeverfahrens kann es sich bei der Beleuchtungsvariable um einen Parameter oder eine Kombination aus zwei oder mehreren Parametern aus der Gruppe wenigstens aus einer Lichtstärke der Beleuchtungseinrichtung, einer Leistungsaufnahme der Beleuchtungseinrichtung, einer Temperatur der Beleuchtungseinrichtung, einer Umgebungstemperatur und/oder einem Ansteuersignal der Beleuchtungseinrichtung handeln. Wie eingangs bereits erwähnt wurde, hängt eine Temperaturentwicklung an der Beleuchtungseinrichtung maßgeblich von einer eingestellten Lichtstärke ab. Die oben genannten Beleuchtungsvariablen charakterisieren demnach direkt oder indirekt eine eingestellte Lichtstärke und somit auch eine zu erwartende Temperatur der Beleuchtungseinrichtung. Durch das Bildaufnahmeverfahren können auch mehrere der oben genannten Parameter gleichzeitig eingestellt werden.
Um eine Verschlechterung der Bildqualität durch eine Fehleinstellung der Beleuchtungsvariablen zu vermeiden kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Bildaufnahmeverfahrens vorgesehen sein, dass keine Regelung der Beleuchtungsvariable vorgenommen wird, wenn ein aktueller Wert der Beleuchtungsvariable innerhalb eines optimalen Regelbereichs der Beleuchtungsvariable, beispielsweise innerhalb des bereits zuvor genannten optimalen Regelbereichs der Beleuchtungsvariable, liegt.
Um eine weitere Fehleinstellung der Beleuchtungsvariablen zu vermeiden, kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Bildaufnahmeverfahrens vorgesehen sein, dass keine Einstellung der Beleuchtungsvariable vorgenommen wird, wenn der Belichtungsparameter außerhalb des optimalen Regelbereichs des Belichtungsparameters liegt und ein aktueller Wert der Beleuchtungsvariable einem oberen oder einem unteren Grenzwert des optimalen Regelbereichs der Beleuchtungsvariable entspricht. Somit kann verhindert werden, dass die Beleuchtungsvariable aus ihrem optimale Regelbereich in einen Randbereich des Gesamtregelbereichs verstellt wird, um den Belichtungsparameter in seiner optimale Regelbereich einzustellen. Die optimale Einstellung der Beleuchtungsvariable kann somit priorisiert gegenüber der Einstellung des Belichtungsparameters sein.
Um ein „Pumpen der Helligkeit“ in der Folge von Einzelbildern, beispielsweise in einem Videosignal, besser verhindern zu können, kann die Einstellung der Beleuchtungsvariable iterativ vorgenommen werden. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Einstellung der Beleuchtungsvariable in kürzest möglichen zeitlichen Abständen vorgenommen wird. Die kürzest möglichen zeitlichen Abstände können dabei von einer Anzahl an aufgenommenen Einzelbildern pro Zeiteinheit und/oder von einer kürzesten Integrationszeit des Bildsensors abhängen. Alternativ oder ergänzend kann weiter vorgesehen sein, dass bei einer Veränderung der Beleuchtungsvariable eine entgegengesetzte Veränderung des Belichtungsparameters erfolgt.
Beispielsweise kann somit eine Reduktion der Beleuchtungsvariable, insbesondere eines aktuellen Wertes der eingestellten Lichtstärke, durch eine Erhöhung des Belichtungsparameters kompensiert werden. Ebenso kann eine Erhöhung der Beleuchtungsvariable, insbesondere eines aktuellen Wertes der eingestellten Lichtstärke, durch eine Reduktion des Belichtungsparameters kompensiert werden.
In bestimmten Situationen kann es vorkommen, dass ein eingestellter Wert des Belichtungsparameters bereits einem oberen Grenzwert, beispielsweise eines optimalen Regelbereichs des Belichtungsparameters entspricht. Ist nun die Belichtungseinrichtung ebenfalls hoch eingestellt oder führen die äußeren Bedingungen dazu, dass es zu einer großen Wärmeentwicklung kommt, kann es vorgesehen sein, dass die Beleuchtungsvariable reduziert wird. Um die aktuelle Temperatur zu ermitteln, kann zusätzlich eine Messung einer Temperatur der Beleuchtungseinrichtung und/oder einer Umgebungstemperatur vorgenommen werden. Es kann ein Temperaturgrenzwert für die Temperatur der Beleuchtungseinrichtung und/oder für die Umgebungstemperatur festgelegt werden oder ein vordefinierter Temperaturgrenzwert ausgewählt werden. Bei Erreichen (beispielsweise von unten) oder Überschreiten des Temperaturgrenzwertes durch den gemessenen Temperaturwert kann dann ein oberer Grenzwert, beispielsweise der bereits zuvor genannte obere Grenzwert, des optimalen Regelbereichs der Beleuchtungsvariable auf einen niedrigeren Wert gesenkt werden oder es kann die Beleuchtungsvariable aktiv auf einen niedrigeren Wert abgesenkt werden. Somit ist eine Wärmeentwicklung durch die Lichtquelle oder Beleuchtungseinrichtung unmittelbar reduzierbar.
Alternativ oder ergänzend dazu kann ein oberer Grenzwert, beispielsweise der bereits zuvor genannte obere Grenzwert, des optimalen Regelbereichs des Belichtungsparameters erhöht werden. Auf diese Weise kann sich die Bildqualität zwar verschlechtern, jedoch kann durch diese Maßnahme besser verhindert werden, dass eine zu große Wärmeentwicklung auftritt, die zum Beispiel zu Gewebeverbrennungen beim Patienten führen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann hierbei vorgesehen sein, dass der obere Grenzwert des optimalen Regelbereichs des Belichtungsparameters nur dann erhöht wird, wenn ein aktueller Wert des Belichtungsparameters zum Zeitpunkt des Erreichens oder Überschreitens des Temperaturgrenzwertes dem ursprünglichen oberen Grenzwert des optimalen Regelbereichs des Belichtungsparameters entspricht. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass es zu einem Verschieben des oberen Grenzwertes kommt, obwohl noch eine Regelreserve vorliegt.
Umgekehrt kann vorgesehen sein, dass bei Unterschreiten eines, beispielsweise des bereits erwähnten, Temperaturgrenzwertes durch einen, beispielsweise den bereits erwähnten, gemessenen Temperaturwert der Beleuchtungseinrichtung und/oder einer, beispielsweise der bereits erwähnten, Umgebungstemperatur automatisch geprüft wird, ob eine Erhöhung des aktuellen Wertes der Beleuchtungsvariable erforderlich und günstig ist. Dies kann beispielsweise günstig sein, um eine Drosselung der Beleuchtungseinrichtung, die zur Vermeidung von übergroßen Wärmeentwicklungen vorgenommen wurde, die jedoch eine verschlechterte Bildqualität zur Folge haben kann, wieder aufzuheben.
Alternativ oder zusätzlich kann hierbei vorgesehen sein, dass geprüft wird, ob eine Erhöhung eines, beispielsweise des bereits erwähnten, oberen Grenzwerts des optimalen Regelbereichs der Beleuchtungsvariable erforderlich oder günstig ist. Somit ist ein Spielraum (wieder) einrichtbar, um bei Bedarf die Lichtintensität wieder erhöhen zu können.
Alternativ oder zusätzlich kann hierbei vorgesehen sein, dass geprüft wird, ob eine Erhöhung eines, beispielsweise des bereits erwähnten, oberen Grenzwerts des optimalen Regelbereichs des Belichtungsparameters erforderlich oder günstig ist. Somit kann eine Regelreserve, die zur Vermeidung von Wärmeschäden auf Kosten der Bildqualität eingerichtet wurde, wieder zurückgenommen werden.
In diesen Fällen kann insbesondere vorgesehen sein, dass die als erforderlich oder günstig ermittelte Maßnahme automatisch umgesetzt wird.
Hierbei (insbesondere bei der letzten Alternative) kann vorgesehen sein, dass der obere Grenzwert des optimalen Regelbereichs des Belichtungsparameters nur dann erniedrigt wird, wenn ein aktueller Wert des Belichtungsparameters zum Zeitpunkt des Unterschreitens des Temperaturgrenzwertes unterhalb des aktuellen oberen Grenzwerts des optimalen Regelbereichs des Belichtungsparameters liegt. Somit ist beispielsweise vermeidbar, dass unkontrolliert in den ersten Regelkreis eingegriffen wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass das Bildaufnahmeverfahren mit einer als ein Endoskop ausgestalteten Bildaufnahmevorrichtung ausgeführt wird. Dabei kann/können ein Bildsensor und/oder die Beleuchtungseinrichtung in einer Endoskopspitze angeordnet sein. Durch die Anordnung der Beleuchtungseinrichtung in der Endoskopspitze besteht eine besondere Gefahr der zu hohen Wärmeentwicklung in direkter Nähe zum Patienten. Mittels des Bildaufnahmeverfahrens, wie es hierin beschrieben und beansprucht ist, ist es somit möglich, die Wärmeentwicklung auf ein Minimum zu reduzieren, wobei gleichzeitig die Bildqualität der Folge von Einzelbildern nahezu gleichbleibend ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass als Beleuchtungseinrichtung eine gepulste Lichtquelle verwendet wird oder dass die Beleuchtungseinrichtung als eine gepulste Lichtquelle ausgestaltet ist. Somit ist es möglich, dass die zeitlichen Abstände, in welchen eine iterative Einstellung der Beleuchtungsvariable durch geringe Veränderungen der Beleuchtungsvariable in zeitlich eng aufeinander folgenden Einzelschritten vorgenommen wird, besonders kurz sind.
Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass bei einer Blitzfrequenz von 60 Hz der Beleuchtungseinrichtung eine Änderung der Beleuchtungsvariable im Abstand von maximal 25 Millisekunden, insbesondere im Abstand von maximal 20 Millisekunden, insbesondere im Abstand von maximal 16,6 Millisekunden vorgenommen wird. Alternativ oder ergänzend kann es gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen sein, dass bei einer Blitzfrequenz von 50 Hz der Beleuchtungseinrichtung eine Änderung der Beleuchtungsvariable im Abstand von maximal 30 Millisekunden, insbesondere im Abstand von maximal 25 Millisekunden, insbesondere im Abstand von maximal 20 Millisekunden vorgenommen wird.
Die oben genannte Aufgabe wird weiter durch eine Bildaufnahmevorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruch 11 gelöst. Insbesondere wird zur Lösung der oben genannten Aufgabe eine Bildaufnahmevorrichtung vorgeschlagen, die zur Aufnahme einer Folge von Einzelbildern einer Szene geeignet ist, wobei die Bildaufnahmevorrichtung eine Beleuchtungseinrichtung zur Ausleuchtung der Szene aufweist, wobei eine von der Beleuchtungseinrichtung erzeugte Lichtstärke durch eine Beleuchtungsvariable charakterisiert ist, und wobei die Bildaufnahmevorrichtung eine Belichtungssteuerung zur Steuerung eines Belichtungsparameters und eine Beleuchtungssteuerung zur Steuerung der Beleuchtungsvariable aufweist, wobei eine Steuerverbindung zwischen der Belichtungssteuerung und der Beleuchtungssteuerung eingerichtet ist. Durch die Steuerverbindung ist somit eine Rückkopplung des zweiten Regelkreises auf den ersten Regelkreis möglich, um eine möglichst optimale Einstellung der Beleuchtungsvariable, beispielsweise in Abhängigkeit einer Regelreserve des Belichtungsparameters, vornehmen zu können. Insbesondere kann die Einstellung der Beleuchtungsvariable durch die Bildaufnahmevorrichtung automatisiert erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Bildaufnahmevorrichtung kann eine Einstellung der Beleuchtungsvariable durch die Beleuchtungssteuerung in Abhängigkeit eines aktuellen Wertes des Belichtungsparameters erfolgen.
Die Bildaufnahmevorrichtung kann dazu eingerichtet sein, das Bildaufnahmeverfahren, wie es hierin beschrieben und beansprucht ist, auszuführen. Insbesondere kann die Bildaufnahmevorrichtung das Bildaufnahmeverfahren automatisiert ausführen, wenn die in Bezug auf das Bildaufnahmeverfahren beschriebenen Kriterien hierfür erfüllt sind.
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.
Es zeigt:

1 eine schematische Übersicht einer möglichen Ausführungsform der Bildaufnahmevorrichtung, die hier als ein Endoskop ausgestaltet ist,
2 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform einer Kontrolleinheit,
3 eine vereinfachte schematische Übersicht einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bildaufnahmeverfahrens,
4 einen Gesamtregelbereich der Beleuchtungsvariablen,
5 einen Gesamtregelbereich des Belichtungsparameter, wobei sich dieser aus Belichtungszeit und Verstärkungsfaktor zusammensetzt,
6 eine schematische Übersicht einer weiteren möglichen Ausführungsform der Bildaufnahmevorrichtung mit zusätzlichem Temperatursensor,
7 eine schematische Darstellung einer Kontrolleinheit analog zu 2 zu der Ausführungsform nach 6,
8 einen Ablaufplan eines Bildaufnahmeverfahrens bei der Bildaufnahmevorrichtung gemäß 6,
9 einen Ablaufplan der Verarbeitung des gemessenen Temperaturwerts in der Bildaufnahmevorrichtung nach 6 bei dem Ablaufplan gemäß 8 und
10 einen Gesamtregelbereich der Beleuchtungsvariablen zur Erläuterung des Ablaufplans nach 9.

In 1 ist eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Bildaufnahmevorrichtung abgebildet, die beispielsweise als ein Endoskop 2 ausgestaltet sein kann.
In 2 ist eine Detailansicht einer Kontrolleinheit 11 in vereinfachter schematischer Weise dargestellt.
Die Bildaufnahmevorrichtung 1 ist dazu geeignet, eine Folge von Einzelbildern einer Szene 3 aufzunehmen. Somit kann beispielsweise eine Videosequenz der Szene 3 aufgenommen werden.
Die Bildaufnahmevorrichtung 1 weist eine Beleuchtungseinrichtung 4 auf, deren Abstrahlbereich in Gebrauchsstellung auf die aufzunehmende Szene 3 gerichtet ist, während auch ein Sichtbereich eines Bildsensors 8 der Bildaufnahmevorrichtung 1 auf die Szene 3 gerichtet ist. Somit eignet sich die Beleuchtungseinrichtung 4 zur Ausleuchtung der Szene 3 während der Aufnahme der Folge von Einzelbildern. Eine einstellbare Lichtstärke 48 der Beleuchtungseinrichtung 4 ist dabei durch eine Beleuchtungsvariable 47 charakterisierbar. Die Beleuchtungsvariable 47 bezieht sich somit wenigstens auf einen Parameter, mittels welchem direkt oder indirekt ein aktueller Wert der durch die Beleuchtungseinrichtung 4 emittierten Lichtstärke 48 bestimmbar oder bestimmt ist. Die Beleuchtungsvariable 47 kann dabei auch einer durch die Beleuchtungseinrichtung 4 emittierten Lichtstärke 48 entsprechen.
Die Bildaufnahmevorrichtung 1 weist weiter eine Belichtungssteuerung 5 auf, die zur Steuerung eines Belichtungsparameter 46 eingerichtet ist. Vorzugsweise erfolgt die Einstellung des Belichtungsparameters 46 automatisiert durch die Belichtungssteuerung 5 in einem ersten Regelkreis. Die Belichtungssteuerung 5 ist über eine Steuerleitung 13 mit dem Bildsensor 8 verbunden. Beispielsweise kann es sich bei der Steuerleitung 13 um eine bidirektionale Steuerleitung handeln. Dies hat den Vorteil, dass zum Senden und Empfangen lediglich eine Steuerleitung erforderlich ist, was den gesamten Platzbedarf reduziert.
Um eine Einstellung der zuvor genannten Beleuchtungsvariablen 47, insbesondere automatisiert, vornehmen zu können, weist die Bildaufnahmevorrichtung 1 außerdem eine Beleuchtungssteuerung 6 auf, die dazu eingerichtet ist, die Beleuchtungsvariable 47 in einem zweiten Regelkreis einzustellen.
Belichtungssteuerung 5 und Beleuchtungssteuerung 6 können in der Kontrolleinheit 11 zusammengefasst sein.
Durch den Bildsensor 8 wird somit ein Einzelbild erfasst und über eine Bilddatenübertragungsleitung 12, insbesondere eine Videoleitung, vom Bildsensor 8 zu der Kontrolleinheit / Camera Controller Unit (abgekürzt CCU) 11 übertragen. In der Kontrolleinheit 11 findet eine Verarbeitung der Einzelbilder, beispielsweise eine Videoverarbeitung (insbesondere durch Verfahrensschritte wie Video Sensor Processing, Video Signal Processing und/oder Video Output Processing), statt. Von der Kontrolleinheit 11 wird eine verarbeitete Folge, beispielsweise als Video, über eine Signalleitung 15 an eine Anzeigeeinheit 10 übermittelt. Die Anzeigeeinheit 10 kann beispielsweise als ein Display ausgebildet sein und ist zur Anzeige der aufgenommenen Einzelbilder eingerichtet.
Während der Verarbeitung der Bilddaten durch die Kontrolleinheit 11 wird das Bildsignal des aufgenommen Einzelbildes zur Belichtungssteuerung 5 übermittelt. Durch die Belichtungssteuerung 5 erfolgt dann eine Berechnung des Belichtungsparameters 46 (insbesondere des Verstärkungsfaktors 33 und der Belichtungszeit 34).
Der ermittelte Wert des Belichtungsparameters 46 wird anschließend an die Beleuchtungssteuerung 6 und/oder an den Bildsensor 8 übermittelt. Eine Übertragung von der Belichtungssteuerung 5 an die Beleuchtungssteuerung 6 erfolgt dabei über eine Steuerverbindung 7.
Die Beleuchtungssteuerung 6 ist über eine Steuerleitung 14 mit der Beleuchtungseinrichtung 4 verbunden. Insbesondere kann die Steuerleitung 14 als eine bidirektionale Steuerleitung ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass zum Senden und Empfangen lediglich eine Steuerleitung erforderlich ist, was den gesamten Platzbedarf reduziert. Bei dieser Ausgestaltung kann somit die Beleuchtungseinrichtung 4 örtlich getrennt von der Beleuchtungssteuerung 6 angeordnet sein. Beispielsweise kann hierbei die Beleuchtungseinrichtung 4 in eine Endoskopspitze 9 angeordnet sein und/oder die Beleuchtungssteuerung 6 an der Kontrolleinheit 11.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann die Beleuchtungseinrichtung 4 auch weiter entfernt von der Endoskopspitze 9, beispielsweise als kombinierte Einheit mit der Beleuchtungssteuerung 6, angeordnet und/oder ausgestaltet sein (nicht in den Figuren gezeigt). Hierbei kann beispielsweise eine Übertragung des von der Beleuchtungseinrichtung 4 emittierten Lichtes über einen Lichtleiter 17 bis zur Endoskopspitze 9 erfolgen, um die Szene 3 ausleuchten zu können.
Um ein „Pumpen der Helligkeit“ möglichst vermeiden oder zumindest auf ein Minimum reduzieren zu können, kann die Beleuchtungseinrichtung 4 und/oder die Beleuchtungssteuerung 6 dazu eingerichtet sein, eine Änderung eine Helligkeitsstufe schrittweise vorzunehmen. Eine schrittweise Änderung ist dabei abhängig von der Beleuchtungseinrichtung 4 und/oder von einer Entfernung eines aktuellen Wertes der Beleuchtungsvariable 47 von einem Sollwert und/oder einem optimalen Regelbereich 30 der Beleuchtungsvariable 47. Ist beispielsweise ein aufgenommenes Einzelbild zu dunkel, muss die Beleuchtungseinrichtung 4 schnell heller geregelt werden, um weniger Rauschen Bild zu haben, so dass große Änderungsschritte verwendet werden.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinrichtung 4 als eine gepulste Lichtquelle ausgestaltet ist. Die Beleuchtungseinrichtung 4 und/oder die Beleuchtungssteuerung 6 kann/können dabei derart eingerichtet sein, dass bei einer Blitzfrequenz von 60 Hz der Beleuchtungseinrichtung 4 eine Änderung der Beleuchtungsvariable 47 im Abstand von maximal 25 Millisekunden, insbesondere im Abstand von maximal 20 Millisekunden, insbesondere im Abstand von maximal 16,6 Millisekunden möglich ist. Alternativ oder ergänzend kann/können diese derart eingerichtet sein, dass bei einer Blitzfrequenz von 50 Hz der Beleuchtungseinrichtung 4 eine Änderung der Beleuchtungsvariable 47 im Abstand von maximal 30 Millisekunden, insbesondere im Abstand von maximal 25 Millisekunden, insbesondere im Abstand von maximal 20 Millisekunden möglich ist.
Eine automatische Einstellung der Beleuchtungsvariable 47 durch die Beleuchtungssteuerung 6 erfolgt somit in Abhängigkeit eines aktuellen Werts des Belichtungsparameters 46, da aufgrund der Steuerverbindung 7 eine Übertragung eines aktuellen Wertes des Belichtungsparameters 46 an die Beleuchtungssteuerung 6 möglich ist. Die exakte Regelung kann dabei beispielsweise durch das nachfolgend beschriebene Bildaufnahmeverfahren 100 vorgenommen werden (siehe 3).
Das Bildaufnahmeverfahren 100 dient somit zur Aufnahme einer Folge Einzelbildern einer Szene 3, wie dies bereits in Bezug auf die Bildaufnahmevorrichtung 1 zuvor beschrieben wurde.
Das Bildaufnahmeverfahren 100 umfasst einen ersten Regelkreis, mittels welchem eine Einstellung eines Belichtungsparameters 46 in Abhängigkeit eines jeweiligen Helligkeitswertes eines bereits durch die Bildaufnahmevorrichtung 1 aufgenommen Einzelbildes vorgenommen wird.
Gerade bei medizinischen Anwendungen der Bildaufnahmevorrichtung 1 und/oder des Bildaufnahmeverfahrens 100 ist darauf zu achten, dass eine Wärmeentwicklung, die durch die Beleuchtungseinrichtung 4 entsteht, an untersuchtem Gewebe so gering wie möglich gehalten wird.
Bei bisherigen Bildaufnahmevorrichtungen und Bildaufnahmeverfahren erfolgt die Einstellung einer Beleuchtungsvariable 47 in der Regel durch einen Nutzer in manueller Weise. Dies hat jedoch den Nachteil, dass entweder keine optimale Belichtungssituation vorherrscht oder dass die Wärmeentwicklung in einem kritischen Bereich liegt, da zum Beispiel die Lichtstärke 48 der Beleuchtungseinrichtung 4 zu hoch eingestellt ist.
Die Erfindung will hier Abhilfe schaffen, um eine bedarfsgerechtere Einstellung der Lichtstärke 48 zu ermöglichen. Dies geschieht daher erfindungsgemäß in Abhängigkeit vom Belichtungsparameter 46.
Durch das Bildaufnahmeverfahren 100 wird eine Überprüfung 18 vorgenommen, ob eine Regelreserve 19 des Belichtungsparameters 46 vorhanden ist, bevor eine Einstellung der Beleuchtungsvariable 47 vorgenommen wird.
Um eine zu starke Wärmeentwicklung vermeiden zu können, kann zunächst ein optimaler Regelbereich 30 der Beleuchtungsvariable 47 definiert werden oder ein vordefinierter optimaler Regelbereich 30 ausgewählt werden. Der optimale Regelbereich 30 liegt dabei innerhalb eines Gesamtregelbereichs 28 der Beleuchtungsvariable 47.
Eine automatisierte Änderung der Beleuchtungsvariable 47 kann in Abhängigkeit von mehreren Situationen erfolgen, die nachfolgend ausführlich beschrieben sind.
Die Grenzen der Regelreserve 19 können dabei beispielsweise den Grenzwerten 40, 41 eines optimalen Regelbereichs 39 Belichtungsparameters 46 entsprechen. Der optimale Regelbereich 39 kann dabei vordefiniert sein oder durch die Nutzer eingestellt werden. Der optimale Regelbereich 39 liegt dabei innerhalb eines Gesamtregelbereichs 29 des Belichtungsparameters 46. Wie in 5 gezeigt ist, ist der optimale Regelbereich 39 durch einen unteren Grenzwert 40 definiert, der innerhalb eines Gesamtregelbereichs 45 der Belichtungszeit 34 liegt. Wobei der obere Grenzwert 41 innerhalb eines Gesamtregelbereichs 44 des Verstärkungsfaktors 33 liegt. Bei der Regelung des Belichtungsparameters 46 wird somit zunächst ein Regelungsbereich der Belichtungszeit 34 bis zu einer maximalen Belichtungszeit 36 ausgeschöpft, bei welcher der Verstärkungsfaktor einem minimalen Verstärkungsfaktor 37 (z.B. Wert 1,0, entspricht dB min) entspricht. Ist eine weitere Erhöhung des Belichtungsparameter 46 erforderlich, so wird nach Erreichen der maximalen Belichtungszeit 36 eine Erhöhung des Verstärkungsfaktors 33 bis zu einem oberen Grenzwert 41 des Belichtungsparameters 46 vorgenommen.
Ein angestrebtes Ergebnis des Bildaufnahmeverfahrens 100 ist stets eine Einstellung der Beleuchtungsvariable 47 innerhalb des optimalen Regelbereichs 30 und falls die Beleuchtungsvariable 47 dies ermöglicht, eine Einstellung des Belichtungsparameters 46 innerhalb des optimalen Regelbereichs 39. Die Einstellung der Beleuchtungsvariable 47 erfolgt somit priorisiert gegenüber der Einstellung des Belichtungsparameters 46.
Nach Überprüfung eines aktuellen Wertes des Belichtungsparameters 46 wird verglichen, wie weit dieser von einem unteren Grenzwert 40 oder einem oberen Grenzwert 41 des optimalen Regelbereichs 39 des Belichtungsparameters 46 entfernt ist. Die jeweilige Distanz zu den Grenzwerten 40, 41 stellt die Regelreserve 19 dar.
Abhängig davon, ob eine Regelreserve 19 vorhanden ist (+) oder nicht vorhanden ist (-), erfolgt ein unterschiedlicher Verfahrensablauf, wie dies in 3 dargestellt ist.
Grundsätzlich erfolgt die Regelung der Beleuchtungsvariable 47 und des Belichtungsparameters 46 entgegengesetzt. Bei einer Erhöhung der Belichtungsvariable 47 erfolgt eine Reduzierung des Belichtungsparameters 46. Bei einer Reduzierung der Belichtungsvariable 47 erfolgt eine Erhöhung des Belichtungsparameters 46.
Ist eine Regelreserve 19 vorhanden, so erfolgt eine Überprüfung 20 der Beleuchtungsvariable 47. Liegt ein aktueller Wert der Beleuchtungsvariable 47 innerhalb des optimalen Regelbereichs 30, so erfolgt keine weitere Aktion.
Ist ein aktueller Wert kleiner oder gleich 21 dem unteren Grenzwert 31 der Beleuchtungsvariablen 47, so wird die Beleuchtungsvariable 47 hochgeregelt, bis ein neuer aktueller Wert innerhalb des optimalen Regelbereichs 30 liegt. Der Belichtungsparameter 46 kann dabei gesenkt werden.
Ist ein aktueller Wert größer oder gleich 22 dem oberen Grenzwert 32 der Beleuchtungsvariablen 47, so wird die Beleuchtungsvariable heruntergeregelt, bis ein neuer aktueller Wert innerhalb des optimalen Regelbereichs 30 liegt. Der Belichtungsparameter 46 kann dabei erhöht werden.
Ist keine Regelreserve vorhanden, so erfolgt eine Überprüfung 25, ob ein aktueller Wert des Belichtungsparameter 46 kleiner oder gleich 26 dem unteren Grenzwert 40 des Belichtungsparameters 46 oder größer oder gleich 27 dem oberen Grenzwert 41 des Belichtungsparameters 46 ist.
Im Falle von Situation 26 (aktueller Wert ist kleiner oder gleich dem unteren Grenzwert 40) kann eine unnötig hohe Temperaturentwicklung vorliegen. Es erfolgt eine Überprüfung 20 der Beleuchtungsvariable 47. Liegt eine Situation 49 vor, dass ein aktueller Wert der Beleuchtungsvariable 47 größer als der untere Grenzwert 31 der Beleuchtungsvariable 47 ist, so erfolgt eine Reduktion 24 der Beleuchtungsvariablen 47, wobei ein neu eingestellter Wert der Beleuchtungsvariable 47 größer oder gleich dem unteren Grenzwert 31 ist.
Im Falle von Situation 27 (aktueller Wert ist größer oder gleich dem oberen Grenzwert 41) kann eine schlechte Bildqualität, beispielsweise aufgrund von Rauschen vorliegen, da insbesondere der Verstärkungsfaktor 33 zu hoch eingestellt sein kann. Es erfolgt eine Überprüfung 20 der Beleuchtungsvariable 47. Liegt eine Situation 50 vor, dass ein aktueller Wert der Beleuchtungsvariable 47 kleiner als der obere Grenzwert 32 der Beleuchtungsvariable 47 ist, so erfolgt eine Erhöhung der Beleuchtungsvariable 47, wobei ein neu eingestellter Wert der Beleuchtungsvariable 47 kleiner oder gleich dem oberen Grenzwert 31 ist. In anderen Fällen kann es vorgesehen sein, dass keine Aktion erfolgt.
Bei dem Belichtungsparameter 46 kann es sich um eine Einzelparameter oder mehrere Parameter, wie beispielsweise um einen Verstärkungsfaktor 33 und/oder eine Belichtungszeit 34 und/oder eine Blendeneinstellung handeln.
Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen aus einem Regelbereich 45 der Belichtungszeit 34 und einem Regelbereich 44 des Verstärkungsfaktors 33 zusammengesetzten Belichtungsparameter 46.
Bei der Beleuchtungsvariablen 47 kann es sich um einen Parameter oder eine Kombination aus zwei oder mehreren Parametern ausgewählt aus der Gruppe aus einer Lichtstärke 48 der Beleuchtungseinrichtung 4, einer Leistungsaufnahme der Beleuchtungseinrichtung 4, eine Temperatur der Beleuchtungseinrichtung 4, einer Umgebungstemperatur insbesondere einer Endoskopspitze 9, und/oder einem Ansteuersignal der Beleuchtungseinrichtung 4 handeln.
Die 6-10 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel. Konstruktiv und/oder funktionell zu dem vorangehenden Ausführungsbeispiel gleichartige oder identische Bauteile und Funktionseinheiten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nicht noch einmal gesondert beschrieben. Die Ausführungen zu den 1-5 gelten daher zu den 6-10 entsprechend.
Das Ausführungsbeispiel gemäß den 6-10 unterscheidet sich von dem vorangehenden Ausführungsbeispiel dadurch, dass in der Endoskopspitze 9 mindestens ein Temperatursensor 51 angeordnet ist. Vorzugsweise können zwei oder mehr Temperatursensoren 51 vorgesehen sein.
Dieser Temperatursensor 51 ermittelt eine Temperatur der Endoskopspitze 9 bzw. der Umgebung und leitet, beispielsweise über die Steuerleitung 13, die gemessene Temperatur als Information 52 an eine Temperaturanalyse 53. Die Temperaturanalyse 53 vollzieht sich in einer entsprechend eingerichteten Einrichtung nach den Erläuterungen zu den 8 und 9. Die Temperaturanalyse 53 steuert die Beleuchtungseinrichtung 4 über die Steuerleitung 14.
8 zeigt einen gegenüber 3 modifizierten Programmablaufplan. Jeder Zweig endet mit einem Übergabepunkt „A“. An diesem Übergabepunkt ist das Verfahren gemäß 9 angebunden. Das Verfahren gemäß 9 ist somit gegenüber dem Verfahren nach 8 nachrangig ausgebildet.
Bei dem Verfahren gemäß 9 findet nach der Temperaturmessung 54 mit dem Temperatursensor 51 ein Schwellwertvergleich 55 statt. In diesem Schwellwertvergleich 55 wird geprüft, ob die gemessene Temperatur den Temperaturschwellwert, der hinterlegt ist und welcher die Gefahr von Gewebeschädigungen anzeigt, erreicht oder überschreitet.
Ist dies der Fall, so wird das Verfahren in der Alternative „y“ fortgesetzt. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren in der Alternative „n“ fortgeführt.
In der Alternative „y“ wird nun in Schritt 56 die Beleuchtungsvariable 47 verringert. Dies kann entweder direkt durch Eingriff in den Wert der Beleuchtungsvariable 47 oder - wie anhand von 10 erläutert wird - durch Veränderung des oberen Grenzwerts 32 erreicht werden.
In der Alternative „n“ wird in Schritt 57 ermittelt, ob Regelreserven bestehen, die freigegeben werden können. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn ein oberer Grenzwert 32 des optimalen Regelbereichs der Beleuchtungsvariable 47 heraufsetzbar ist oder wenn ein oberer Grenzwert 41 des optimalen Regelbereich des Belichtungsparameter 46 herabsetzbar ist.
Ist eine Regelreserve vorhanden, so wird das Verfahren mit der Alternative „y“ fortgesetzt. Ist keine Regelreserve vorhanden, so wird das Verfahren mit der Alternative „n“ verlassen und gegebenenfalls zyklisch erneut ausgeführt.
In der Alternative „y“ wird nun in Schritt 58 die entsprechende Maßnahme ergriffen, um die Regelreserve auszunutzen. So kann beispielsweise die Beleuchtungsvariable 47 oder der zugehörige obere Grenzwert 32 heraufgesetzt werden, um eine Erhöhung der Lichtintensität zu bewirken oder zumindest freizugeben. Alternativ oder zusätzlich kann der obere Grenzwert 41 herabgesetzt werden, um eine Erhöhung der Beleuchtungsvariable 47 zu erzwingen.
10 zeigt eine verfeinerte Darstellung gegenüber 4, um dies zu erläutern.
Es ist ersichtlich, dass der technisch zugängliche Bereich nicht von 0 % bis 100 % reicht, sondern an Grenzen 60, 61 endet. Im Extremfall können die Grenzen 60, 61 auch bei 0 % bzw. 100 % liegen. Das Regelungssystem ist so eingerichtet, dass die Beleuchtungsvariable in dem optimalen Betriebsbereich 59 bleiben soll, wobei Abweichungen innerhalb der Grenzen 60, 61 kurzzeitig toleriert werden.
Der obere Bildbereich von 10 zeigt die Situation, bevor der Temperaturgrenzwert erreicht ist, der untere Bildbereich die Situation nach Überschreiten des Temperaturgrenzwertes.
In Schritt 56 wird der obere Grenzwert 32 oder die obere Grenze 61 nach unten gesetzt. Der obere Grenzwert 32 kann hierbei mit der oberen Grenze 61 mitbewegt werden. Hierdurch verkleinert sich der optimale Betriebsbereich 59. Im gezeigten Beispiel gerät durch diese Reduzierung der aktuelle Wert 62 der Beleuchtungsvariable 47 aus dem optimalen Betriebsbereich 59. Dies wird nachgeregelt und führt dazu, dass sich die Beleuchtungsvariante 47 verringert. Die Beleuchtungseinrichtung 4 wird somit weniger hell und entwickelt daher weniger Wärme. In die Beleuchtungsvariable 47 wird bei dieser Variante nur indirekt eingegriffen. Bei weiteren Varianten wird die Beleuchtungsvariable 47 direkt vermindert, um eine unmittelbare Reduktion der Wärmeentwicklung zu erreichen.
Der untere Grenzwert 31 und die untere Grenze 60 bleiben dagegen in diesem Verfahren unverändert.
Bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es sich bei der Beleuchtungsvariablen 47 um eine Lichtstärke 48 der Beleuchtungseinrichtung 4. Die Beleuchtungsvariable 47 kann hierbei beispielsweise ein Zahlenverhältnis zwischen einer Anschaltzeit und Zykluszeit, zwischen einer Ausschaltzeit und Zykluszeit oder zwischen einer Anschaltzeit und einer Ausschaltzeit bei einer getaktet oder gepulst betriebenen Lichtquelle sein. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann die Lichtstärke 48 durch eine Leistungsaufnahme einer Lichtquelle charakterisiert sein.
Die Erfindung betrifft somit insbesondere ein Bildaufnahmeverfahren 100 und eine Bildaufnahmevorrichtung 1 zur Aufnahme einer Folge von Einzelbildern einer Szene 3, wobei die Szene 3 mit einer Beleuchtungseinrichtung 4 beleuchtet wird, wobei eine von der Beleuchtungseinrichtung 4 erzeugte Lichtstärke durch eine Beleuchtungsvariable 47 charakterisiert ist, wobei eine Einstellung der Beleuchtungsvariable 47 vorgenommen wird, solange eine Regelreserve 19 eines optimalen Regelbereichs (39) des Belichtungsparameters 46 vorhanden ist, und wobei eine Einstellung der Beleuchtungsvariable 47 solange erfolgt oder wiederholt wird, bis die Beleuchtungsvariable 47 innerhalb eines optimalen Regelbereichs 30 der Beleuchtungsvariable 47 liegt.
Bezugszeichenliste

1: Bildaufnahmevorrichtung
2: Endoskop
3: Szene
4: Beleuchtungseinrichtung
5: Belichtungssteuerung
6: Beleuchtungssteuerung
7: Steuerverbindung
8: Bildsensor
9: Endoskopspitze
10: Anzeigeeinheit
11: Kontrolleinheit/CCU
12: Bilddatenübertragungsleitung/Videoleitung
13: Steuerleitung zum Bildsensor
14: Steuerleitung zur Beleuchtungseinrichtung
15: Signalleitung zur Anzeigeeinheit
16: genereller Videoverarbeitungspfad
17: Lichtleiter
18: Überprüfung ob Regelreserve vorhanden
19: Regelreserve
20: Überprüfung des Wertes der Beleuchtungsvariable
21: aktueller Wert kleiner oder gleich unterer Grenzwert
22: aktueller Wert größer oder gleich oberer Grenzwert
23: Erhöhung der Beleuchtungsvariable
24: Reduktion der Beleuchtungsvariable
25: Überprüfung des Wertes des Belichtungsparameters
26: Belichtungsparameter kleiner oder gleich unterer Grenzwert
27: Belichtungsparameter größer oder gleich oberer Grenzwert
28: Gesamtregelbereich der Beleuchtungsvariable
29: Gesamtregelbereichs des Belichtungsparameters
30: optimaler Regelbereich der Beleuchtungsvariable
31: unterer Grenzwert des optimalen Regelbereichs der Beleuchtungsvariable
32: oberer Grenzwert des optimalen Regelbereichs der Beleuchtungsvariable
33: Verstärkungsfaktor
34: Belichtungszeit
35: minimale Belichtungszeit
36: maximale Belichtungszeit
37: minimaler Verstärkungsfaktor
38: maximale Verstärkungsfaktor
39: optimaler Regelbereich des Belichtungsparameters
40: unterer Grenzwert des optimalen Regelbereichs des Belichtungsparameters
41: oberer Grenzwert des optimalen Regelbereichs des Belichtungsparameters
42: 0 % Lichtstärke / minimale Beleuchtungsvariable
43: 100 % Lichtstärke / maximale Beleuchtungsvariable
44: Gesamtregelbereich des Verstärkungsfaktors
45: Gesamtregelbereich der Belichtungszeit
46: Belichtungsparameter
47: Beleuchtungsvariable
48: Lichtstärke
49: aktueller Wert größer oder gleich unterer Grenzwert
50: aktueller Wert kleiner oder gleich oberer Grenzwert
51: Temperatursensor
52: Ergebnis einer Temperaturmessung
53: Temperaturanalyse
54: Temperaturmessung
55: Schwellwertvergleich
56: Beleuchtungsvariable verringern
57: Regelreserve ermitteln
58: Beleuchtungsvariable erhöhen
59: optimaler Betriebsbereich
60: untere Grenze von 28
61: obere Grenze von 28
62: aktueller Wert von 47
100: Bildaufnahmeverfahren

Claims

Bildaufnahmeverfahren (100) zur Aufnahme einer Folge von Einzelbildern einer Szene (3) mit einer Bildaufnahmevorrichtung (1), wobei die Szene (3) mit einer Beleuchtungseinrichtung (4) beleuchtet wird, wobei in einem ersten Regelkreis eine Einstellung eines Belichtungsparameters (46) in Abhängigkeit eines jeweiligen Helligkeitswertes eines Einzelbildes vorgenommen wird, wobei eine von der Beleuchtungseinrichtung (4) erzeugte Lichtstärke durch eine Beleuchtungsvariable (47) charakterisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Regelkreis eine Einstellung der Beleuchtungsvariable (47) vorgenommen wird, solange eine Regelreserve (19) des Belichtungsparameters (46) vorhanden ist, dass die Grenzen der Regelreserve (19) durch Grenzwerte (37, 38, 40, 41) eines optimalen Regelbereichs (39) des Belichtungsparameters (46) definiert werden oder vordefiniert sind wobei der optimale Regelbereich (39) innerhalb eines Gesamtregelbereichs (29) des Belichtungsparameters (46) liegt, und dass eine Veränderung der Beleuchtungsvariable (47) vorgenommen wird, bis ein aktueller Wert des Belichtungsparameters (46) innerhalb des optimalen Regelbereichs (39) des Belichtungsparameters (46) liegt und solange ein aktueller Wert der Beleuchtungsvariable (47) innerhalb des optimalen Regelbereichs (30) der Beleuchtungsvariable (47) liegt.
Bildaufnahmeverfahren (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Regelkreis ein optimaler Regelbereich (30) der Beleuchtungsvariable (47) definiert wird oder vordefiniert ist, der innerhalb eines Gesamtregelbereichs (28) der Beleuchtungsvariable (47) liegt, dass eine Überprüfung (20) vorgenommen wird, ob ein aktueller Wert der Beleuchtungsvariable (47) innerhalb des optimalen Regelbereichs (30) der Beleuchtungsvariable (47) liegt, dass eine Änderung der Beleuchtungsvariable (47) vorgenommen wird, wenn der aktuelle Wert der Beleuchtungsvariable (47) außerhalb des optimalen Regelbereichs (30) der Beleuchtungsvariable (47) liegt.
Bildaufnahmeverfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Belichtungsparameter (46) um einen Verstärkungsfaktor (33) und/oder eine Belichtungszeit (34) und/oder eine Blendeneinstellung handelt.
Bildaufnahmeverfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Beleuchtungsvariable (47) um einen Parameter oder eine Kombination aus zwei oder mehreren Parametern aus der Gruppe wenigstens aus einer Lichtstärke (48) der Beleuchtungseinrichtung (4), einer Leistungsaufnahme der Beleuchtungseinrichtung (4), einer Temperatur der Beleuchtungseinrichtung (4), einer Umgebungstemperatur und/oder einem Ansteuersignal der Beleuchtungseinrichtung (4) handelt.
Bildaufnahmeverfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass keine Regelung der Beleuchtungsvariable (47) vorgenommen wird, wenn ein aktueller Wert der Beleuchtungsvariable (47) innerhalb eines oder des optimalen Regelbereichs (30) der Beleuchtungsvariable (47) liegt.
Bildaufnahmeverfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass keine Einstellung der Beleuchtungsvariable (47) vorgenommen wird, wenn der Belichtungsparameter (46) außerhalb des optimalen Regelbereichs (39) des Belichtungsparameters (46) liegt und ein aktueller Wert der Beleuchtungsvariable (47) einem oberen Grenzwert (32) oder einem unteren Grenzwert (31) des optimalen Regelbereichs (30) der Beleuchtungsvariable (47) entspricht.
Bildaufnahmeverfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Beleuchtungsvariable (47) iterativ vorgenommen wird, und/oder dass bei einer Veränderung der Beleuchtungsvariable (47) eine entgegengesetzte Veränderung des Belichtungsparameters (46) erfolgt.
Bildaufnahmeverfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Messung einer Temperatur der Beleuchtungseinrichtung (4) und/oder einer Umgebungstemperatur vorgenommen wird und dass bei Erreichen oder Überschreiten eines Temperaturgrenzwertes durch den gemessenen Temperaturwert eine Reduzierung des aktuellen Wertes der Beleuchtungsvariable (47) vorgenommen wird und/oder ein oberer oder der obere Grenzwert (32) des optimalen Regelbereichs (30) der Beleuchtungsvariable (47) auf einen niedrigeren Wert gesenkt wird und/oder ein oberer oder der obere Grenzwert (41) des optimalen Regelbereichs (39) des Belichtungsparameters (46) erhöht wird.
Bildaufnahmeverfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten eines oder des Temperaturgrenzwertes durch einen oder den gemessenen Temperaturwert der Beleuchtungseinrichtung (4) und/oder einer oder der Umgebungstemperatur automatisch geprüft wird, ob eine Erhöhung des aktuellen Wertes der Beleuchtungsvariable (47) und/oder eine Erhöhung des oder eines oberen Grenzwerts (32) des optimalen Regelbereichs (30) der Beleuchtungsvariable (47) und/oder eine Erniedrigung des oder eines oberen Grenzwerts (41) des optimalen Regelbereichs (39) des Belichtungsparameters (46) erforderlich oder günstig ist.
Bildaufnahmeverfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildaufnahmeverfahren (100) mit einer als ein Endoskop (2) ausgestalteten Bildaufnahmevorrichtung (100) ausgeführt wird.
Bildaufnahmeverfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Beleuchtungseinrichtung (4) eine gepulste Lichtquelle verwendet wird und/oder dass bei einer Blitzfrequenz von 60 Hz der Beleuchtungseinrichtung (4) eine Änderung der Beleuchtungsvariable (47) im Abstand von maximal 25 Millisekunden vorgenommen wird und/oder dass bei einer Blitzfrequenz von 50 Hz der Beleuchtungseinrichtung (4) eine Änderung der Beleuchtungsvariable (47) im Abstand von maximal 30 Millisekunden vorgenommen wird.
Bildaufnahmevorrichtung (1), insbesondere Endoskop (2), zur Aufnahme einer Folge von Einzelbildern einer Szene (3), wobei die Bildaufnahmevorrichtung (1) eine Beleuchtungseinrichtung (4) zur Ausleuchtung der Szene (3) aufweist, wobei eine von der Beleuchtungseinrichtung (4) erzeugte Lichtstärke (48) durch eine Beleuchtungsvariable (47) charakterisiert ist, und wobei die Bildaufnahmevorrichtung (1) eine Belichtungssteuerung (5) zur Steuerung eines Belichtungsparameters (46) und eine Beleuchtungssteuerung (6) zur Steuerung der Beleuchtungsvariable (47) aufweist, wobei einer Steuerverbindung (7) zwischen der Belichtungssteuerung (5) und der Beleuchtungssteuerung (6) eingerichtet ist, wobei die Belichtungssteuerung (5) dazu eingerichtet ist, dass eine Einstellung eines Belichtungsparameters (46) in Abhängigkeit eines jeweiligen Helligkeitswertes eines Einzelbildes vorgenommen wird, wobei eine von der Beleuchtungseinrichtung (4) erzeugte Lichtstärke durch eine Beleuchtungsvariable (47) charakterisiert wird, wobei die Beleuchtungssteuerung (6) so eingerichtet ist, dass eine Einstellung der Beleuchtungsvariable (47) vorgenommen wird, solange eine Regelreserve (19) des Belichtungsparameters (46) vorhanden ist, wobei die Grenzen der Regelreserve (19) durch Grenzwerte (37, 38, 40, 41) eines optimalen Regelbereichs (39) des Belichtungsparameters (46) definiert werden oder vordefiniert sind wobei der optimale Regelbereich (39) innerhalb eines Gesamtregelbereichs (29) des Belichtungsparameters (46) liegt, und wobei eine Veränderung der Beleuchtungsvariable (47) vorgenommen wird, bis ein aktueller Wert des Belichtungsparameters (46) innerhalb des optimalen Regelbereichs (39) des Belichtungsparameters (46) liegt und solange ein aktueller Wert der Beleuchtungsvariable (47) innerhalb des optimalen Regelbereichs (30) der Beleuchtungsvariable (47) liegt.
Bildaufnahmevorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstellung der Beleuchtungsvariable (47) durch die Beleuchtungssteuerung (6) in Abhängigkeit eines aktuellen Wertes des Belichtungsparameters (46) erfolgt.
Bildaufnahmevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmevorrichtung (1) zur Ausführung des Bildaufnahmeverfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 11 ausgestaltet ist.