DE102020126875A1

DE102020126875A1 - Verfahren zur Wiedergabe eines mittels eines 3D-Endoskops erzeugten stereoskopischen Bildes und 3D-Endoskop

Info

Publication number: DE102020126875A1
Application number: DE102020126875.0A
Authority: DE
Inventors: Volkmar Freystein; Reinhold Blazejewski
Original assignee: BLAZEJEWSKI MEDI-TECH GmbH; Blazejewski Medi Tech GmbH
Current assignee: BLAZEJEWSKI MEDI-TECH GmbH; Blazejewski Medi Tech GmbH
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2022-04-14
Also published as: WO2022078558A1

Abstract

Es werden ein Verfahren zur Wiedergabe eines mittels eines 3D-Endoskops (1, 20, 30) erzeugten stereoskopischen Bildes auf der elektronischen Anzeige eines Wiedergabegerätes und ein 3D-Endoskop (1, 20, 30) vorgeschlagen. Das 3D-Endoskop (1, 20, 30) weist einen linken optischen Kanal mit einem linken optischen Bildaufnehmer (6), einem linken Objektiv (8) und einer linken optischen Achse (9) und einen rechten optischen Kanal mit einem rechten optischen Bildaufnehmer (2), einem rechten Objektiv (4) und einer rechten optischen Achse (5) auf. Aus den Signalen des linken optischen Bildaufnehmers (6) wird ein linker Bildbereichs B1' erzeugt. Aus den Signalen des rechten optischen Bildaufnehmers (2) wird ein rechter Bildbereich B2' erzeugt. Die Konvergenzdistanz des 3D Endoskops wird durch Verschieben des linken Bildbereichs B1' relativ zu dem linken optischen Bildaufnehmer (6) und/ oder des rechten Bildbereichs B2' relativ zu dem rechten optischen Bildaufnehmer (2) anpasst. Ein stereoskopisches Bild, das die Konvergenzdistanz-angepassten linken und rechten Bildbereiche B1', B2' umfasst, wird auf der Anzeige des Wiedergabegerätes angezeigt.

Description

Die Erfindung geht aus von Verfahren zur Wiedergabe eines mittels eines 3D-Endoskops erzeugten stereoskopischen Bildes und von einem 3D-Endoskop.
Endoskope und insbesondere 3D-Endoskope werden sowohl im technischen als auch im medizinischen Bereich eingesetzt. Sie dienen der Untersuchung von Strukturen an der Oberfläche oder in schwer zugänglichen Hohlräumen, Kanälen oder Vertiefungen. Diese Strukturen sind mit bloßem Auge nicht einsehbar. Im medizinischen Bereich werden Endoskope in der minimalinvasiven Chirurgie zu Untersuchungszwecken oder in Kombination mit chirurgischen Instrumenten für Operationen unter Sichtkontrolle eingesetzt. Ein Beleuchtungssystem dient dazu, die zu untersuchende Struktur zu beleuchten. Das durch eine externe Lichtquelle erzeugte Licht wird üblicherweise über Lichtleitfasern an die zu untersuchende Struktur herangeführt. Ein Bildgebungssystem dient dazu, die Information, welche in dem von der Struktur reflektierten und gestreutem Licht enthalten ist, als Bild aufzunehmen. Als Kamera oder Bildaufnehmer dient ein Bildwandlerchip, beispielsweise CMOS oder CCD. Der Bildaufnehmer wird auch als Bildsensor oder Bildgeber bezeichnet. Derartige elektronische Bildaufnehmer weisen eine Vielzahl von Bildpunkten auf, die auch als Pixel bezeichnet werden. Die Bildaufnehmer wandeln die optischen Signale in elektrische Signale um, welche anschließend auf einem Bildschirm oder einem Monitor optisch sichtbar gemacht werden.
Um dem Benutzer einen möglichst anschaulichen Eindruck von dem Einsatzort des distalen Endes des Endoskops zu vermitteln, sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Die von dem 3D-Endoskop erzeugten Bilder werden für einen Benutzer auf einem Sichtgerät, beispielsweise auf einem Monitor oder Bildschirm angezeigt. Die Bilder werden auf dem Sichtgerät so dargestellt, dass der Betrachter einen dreidimensionalen Eindruck vom Einsatzort erhält. Ein Bildschirm zeigt hierzu für das rechte und linke Auge des Betrachters getrennte Bilder an. Der Betrachter benötigt in der Regel eine spezielle Brille, so dass die für das linke Auge des Betrachters bestimmten Bilder nur vom linken Auge wahrgenommen werden, und die für das rechte Auge des Betrachters bestimmten Bilder nur von dem rechten Auge wahrgenommen werden. Hierzu zählen beispielsweise Polfilterbrillen, Farbfilterbrillen, Interferenzfilterbrillen und LCD-Shutterbrillen. Darüber hinaus sind spezielle Sichtgeräte bekannt, die der Betrachter in unmittelbarer Nähe zu seinen Augen an seinem Kopf anordnet. Derartige Sichtgeräte sind beispielsweise in ein 3D-Headset integriert. Sie werden auch als 3D-Video-Brillen bezeichnet und sind mit zwei Displays ausgestattet.
Bei bekannten Endoskopen zur Erzeugung von dreidimensionalen Darstellungen sind der oder die Bildaufnehmer am proximalen oder am distalen Ende angeordnet. Im Falle der proximalen Anordnung befindet sich zwischen dem distalen Objektiv und dem Bildaufnehmer ein sogenanntes Stablinsen System zur Bildübertragung. Das Endoskop umfasst in der Regel einen flexiblen oder starren Schaft, der als länglicher Hohlkörper ausgebildet ist. Das von einer zu untersuchenden Struktur reflektierte und gestreute Licht wird am distalen Ende über ein linkes Objektiv und ein rechtes Objektiv eingekoppelt und über zwei räumlich getrennte optische Systeme mit optischen Komponenten wie Linsen und Prismen oder durch ein Stablinsensystem dem oder den Bildaufnehmern zugeführt. Ein linker optischer Kanal umfasst einen linken optischen Bildaufnehmer oder Bildaufnehmerbereich, ein linkes Objekiv und eine linke optische Achse. Ein rechter optischer Kanal umfasst einen rechten optischen Bildaufnehmer oder Bildaufnehmerbereich, ein rechtes Objektiv und eine rechte optische Achse. Zwischen dem Objektiv und dem Bildaufnehmer kann ein optisches Bildleitungssystem vorgesehen sein. In diesem Fall gibt ein linkes optisches Bildleitungssystem das von dem linken Objektiv erhaltene Bild an den linken Bildaufnehmer weiter. Entsprechend umfasst in diesem Fall ein rechter optischer Kanal das rechte Objektiv am distalen Ende des Schaftes und ein rechtes optisches Bildleitungssystem, wobei das rechte optische Bildleitungssystem das von dem rechten Objektiv erhaltene Bild an den rechten Bildsensor weitergibt. Dabei sind das linke und das rechte Objektiv in der Regel gleich groß und nebeneinander an dem distalen Ende des Schaftes angeordnet. Üblicherweise sind die wesentlichen oder alle optischen Merkmale des linken und rechten Kanals identisch. Die von den Bildaufnehmern dabei aufgenommenen Bilder werden durch eine Bildbearbeitungseinrichtung zu einem dreidimensionalen Bild zusammengefügt und auf einem Sichtgerät für den Benutzer sichtbar dargestellt.
Die Tiefenempfindung eines stereoskopischen Bildes, das aus Paaren jeweils eines linken Bildes und eines rechten Bildes besteht und auf einer elektronischen Anzeige erscheint, unterscheidet sich von der stereoskopischen Tiefenempfindung eines Betrachters in der natürlichen Welt. Linkes und rechtes Auge eines Betrachters haben einen festen Eintrittspupillenabstand, der auch als Inter Ocular Distance, abgekürzt IOD, bezeichnet wird. Die stereoskopische Tiefenempfindung wird beim Betrachter dadurch optimiert, dass die optische Achse des linken Auges und die optische Achse des rechten Auges in einem Punkt konvergieren, der von dem Betrachter fixiert wird. Die Konvergenzdistanz wird an die Objektdistanz angeglichen. Gleichzeitig wird die Akkommodation der Linse des linken Auges und der Linse des rechten Auges angepasst, so dass physikalisch betrachtet die Brennweite der beiden Linsen an die Objektdistanz bei konstanter Bildweite angeglichen wird. Die Angleichung der Konvergenzdistanz an die Objektdistanz erfolgt fortlaufend durch eine Bewegung der Augen, welche zu einer Änderung der Ausrichtung der optischen Achse des linken Auges und der optischen Achse des rechten Auges führt. Dies wiederum bewirkt eine Änderung des Konvergenzwinkels. Das menschliche Gehirn steuert fortwährend die verantwortlichen Muskeln der Augen, insbesondere Medial Rectus und Lateral Rectus, derart, dass bestmögliche Konvergenz erzielt wird. Physikalisch bedeutet dies, dass für ein in einer bestimmten Distanz betrachtetes Objekt die Disparität der beiden optischen Kanäle des linken und rechten Auges in einem Bereich um das Zentrum so gering wie möglich erscheint.
Bei einem 3D-Endoskop ist in der Regel der Abstand der Objektive fest vorgegeben und damit der Eintrittspupillenabstand zwischen dem linken optischen Kanal und dem rechten optischen Kanal. Darüber hinaus sind die linke optische Achse und die rechte optische Achse starr. In diesem Fall ist der Konvergenzwinkel durch die beiden starren optischen Achsen vorgegeben. Wird mit dem 3D-Endoskop ein Objekt betrachtet, dessen Objektdistanz zu dem 3D-Endoskop im wesentlichen der durch den Konvergenzwinkel vorgegebenen Konvergenzdistanz entspricht, so ist die Disparität minimiert und die dreidimensionale Darstellung optimiert. Je stärker jedoch die Objektdistanz von der Konvergenzdistanz abweicht, umso größer wird die Disparität. Das mit dem linken optischen Kanal des 3D-Endoskops erzeugte linke Bild und das mit dem rechten optischen Kanal erzeugte rechte Bild können vom Betrachter unabhängig von der Anzeigeeinrichtung nicht mehr zur Deckung gebracht werden.
Grundsätzlich besteht zwar die Möglichkeit, bei einem 3D-Endoskop den Abstand der Objektive variabel zu gestalten oder die optischen Komponenten des linken und rechte Kanals derart anzuordnen, dass die linke optische Achse und die rechte optische Achse verstellbar sind und der Konvergenzwinkel einstellbar ist. In der Praxis ist dies jedoch mit einem erheblichen Aufwand verbunden. Ferner besteht bei Endoskopen häufig die Anforderung, dass der Schaft einen möglichst kleinen Durchmesser aufweist, um in kleine Hohlräume eingeführt werden zu können. In einem Schaft mit kleiner Abmessung ist jedoch für mechanische Komponenten, die eine Einstellung des Konvergenzwinkels ermöglichen, kein Platz.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Wiedergabe eines mittels eines 3D-Endoskops erzeugten stereoskopischen Bildes und ein 3D-Endoskop zur Verfügung zu stellen, bei denen eine Anpassung der Konvergenzdistanz an eine Objektdistanz eines darzustellenden Objektes ermöglicht ist, ohne dass hierzu die optischen Komponenten des 3D-Endoskops verstellt werden müssen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und mit einem 3D-Endoskop nach Anspruch 16 gelöst. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Signale eines zusammenhängenden Teilbereichs der Bildpunkte eines linken optischen Bildaufnehmers ausgelesen. Aus diesen Signalen des linken Bildaufnehmers wird ein linker Bildbereich B1' erzeugt. Ferner werden die Signale eines zusammenhängenden Teilbereichs der Bildpunkte eines rechten optischen Bildaufnehmers ausgelesen. Aus diesen Signalen des rechten Bildaufnehmers wird ein rechter Bildbereich B2' erzeugt. Anschließend werden der linke Bildbereich B1' und der rechte Bildbereich B2' relativ zu den Bildaufnehmern verschoben, wodurch die Konvergenzdistanz verändert wird. Dabei wird die Konvergenzdistanz an eine Objektdistanz eines mit dem 3D Endoskop abzubildenden Objektes derart angepasst, dass die Disparität minimiert ist. Vorteilhafterweise werden die Bildbereiche B1', B2' so verschoben, dass die Disparität in Bezug auf das darzustellende Objekt kleiner oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist. Die derart angepassten Bildbereiche B1' und B2' werden als stereoskopisches Bild auf der Anzeige eines Wiedergabegeräts angezeigt. Stimmt die Objektdistanz eines mit dem 3D-Endoskop zu betrachtenden Objektes mit der voreingestellten Konvergenzdistanz des 3D-Endoskops überein, müssen die beiden Bildbereiche nicht verschoben werden. Weicht die Objektdistanz jedoch von dieser voreingestellten Konvergenzdistanz ab, so erfolgt eine Anpassung durch Verschieben der beiden Bildbereiche B1' und B2'. Zur Einstellung einer Konvergenzdistanz, die größer ist als die voreingestellte Konvergenzdistanz des 3D-Endoskops, werden die beiden Bildbereiche B1' B2' beim Verschieben aufeinander zu bewegt, beispielsweise indem das Zentrum des linken Bildbereichs B1' in Richtung des rechten Bildbereichs B2' bewegt wird. Zur Einstellung einer Konvergenzdistanz, die kleiner ist als die voreingestellte Konvergenzdistanz des 3D-Endoskops, werden die beiden Bildbereiche B1' und B2' voneinander weg bewegt. Durch das Verschieben der beiden Bildbereiche B1', B2' wird die Disparität in Bezug auf das fixierte Objekt reduziert. Auf der elektronischen Anzeige werden beim Zusammenfügen des linken Bildbereichs B1' und des rechten Bildbereichs B2' die beiden Darstellungen des Objektes zur Deckung gebracht, so dass zwischen den beiden Bildbereichen kein Versatz mehr gegeben ist. Der Mensch gewinnt den besten räumlichen Eindruck, wenn die Konvergenzdistanz, abgekürzt CD, mit der Objektdistanz, abgekürzt OD, bestmöglich identisch ist.
Elektronische Bildaufnehmer weisen eine vorgegebene Anzahl an Bildpunkten auf, die auch als Pixel bezeichnet werden. Der linke optische Bildaufnehmer weist eine Anzahl n an Bildpunkten auf. Der rechte optische Bildaufnehmer weist eine Anzahl m an Bildpunkten auf. Die Anzahl n kann mit der Anzahl m übereinstimmen. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig.
Der zusammenhängende Teilbereich der Bildpunkte kann alle Bildpunkte n des linken Bildaufnehmers umfassen oder eine kleinere Anzahl n₁ an Bildpunkten. Es wird quasi ein Bildbereich B1' aus einem Bild B1 ausgeschnitten, das aus den Signalen aller Bildpunkte des linken optischen Bildaufnehmers besteht. Entsprechendes gilt für den rechten optischen Bildaufnehmer. Der zusammenhängende Teilbereich der Bildpunkte kann alle Bildpunkte m des rechten Bildaufnehmers umfassen oder eine kleinere Anzahl m₁ an Bildpunkten. Es wird quasi ein Bildbereich B2' aus dem Bild B2 des rechten optischen Bildaufnehmers ausgeschnitten, das aus den Signalen aller Bildpunkte des rechten optischen Bildaufnehmers besteht. Verschieben des Bildbereichs bedeutet, dass die berücksichtigten Bildpunkte um eine bestimmte Anzahl an Bildpunkten relativ zu dem zugehörigen Bildaufnehmer bewegt werden.
Das Zentrum des linken Bildaufnehmers und des rechten Bildaufnehmers kann gegenüber den optischen Achsen der zugehörigen Objektive um eine bestimmte Anzahl von Bildpunkten verschoben sein, so dass sich die jeweils vom Zentrum der beiden Bildaufnehmer ausgehenden Strahlen in einem Punkt schneiden, der sich in einer vorgegebenen Konvergenzdistanz CDo zu den beiden Eintrittspupillen des 3D-Endoskops befindet. Von der nativen Auflösung der Bildaufnehmer werden je optischem Kanal eine bestimmte Anzahl an Bildpunkten um das Zentrum oder nahe des Zentrums der Konvergenzdistanz von einer Bildverarbeitungseinrichtung ausgelesen, verarbeitet, gegebenenfalls durch Vergrößerung mit dem Faktor V skaliert und für den linken und rechten optischen Kanal als 3D Videosignal ausgegeben. In diesem Fall wird also ein 3D Bild mit der vorgegebenen Konvergenzdistanz CDo angezeigt. Zur Einstellung einer Konvergenzdistanz CD₁ größer als CDo sind die Zentren der ausgelesenen Bildpunkte in den beiden optischen Kanälen näher zueinander zu wählen. Entsprechend sind zur Einstellung einer Konvergenzdistanz CD₂ kleiner als CDo die Zentren der ausgelesenen Pixel in den beiden Kanälen weiter auseinander zu wählen. Mit einem angenommen Verschiebebereichen von jeweils einer Anzahl p Bildpunkten nach innen oder außen ergeben sich in diesem Fall Konvergenzdistanzen innerhalb eines von der Anzahl der Bildpunkte abhängigen Bereichs.
Das Verschieben der beiden Bildbereiche B1', B2' relativ zu den Bildaufnehmern mit der daraus resultierenden Anpassung der Konvergenzdistanz CD kann automatisch mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung oder manuell mittels einer Eingabeeinrichtung erfolgen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in dem linken Bildbereich B1' ein linker Prüfbereich ROI1 vorgegebener Größe und in dem rechten Bildbereich B2' ein rechter Prüfbereich ROI2 vorgegebener Größe bestimmt. Die Disparität wird zwischen dem linken Prüfbereich ROI1 und dem rechten Prüfbereich ROI2 bestimmt. Die Disparität dient als Größe zur Bewertung einer automatischen Anpassung der Konvergenzdistanz. Hierzu werden fortwährend die zur stereoskopischen 3D Darstellung ausgeschnittenen linken und rechten Bildbereiche B1' B2' innerhalb des definierten Prüfbereiches ROI1, ROI2 um das Zentrum jedes Bildes der beiden optischen Kanäle auf Disparität oder Verschiedenheit analysiert. Verwendbare Algorithmen zur Berechnung der Größe der Disparität sind in der Bildverarbeitung bekannt und etabliert. Sie werden deshalb hier nicht weiter beschrieben. Vorteilhaft für die Bildbetrachtung ist, wenn eine Anpassung der Konvergenzdistanz bei Wahrnehmung einer sichtbaren Abweichung ausgeführt wird. Hierzu kann ein Schwellenwert für die Disparität vorgegeben werden. Erst wenn der Schwellenwert überschritten ist und die Disparität größer als dieser Schwellenwert ist, erfolgt eine Nachregelung der Konvergenzdistanz. Zur Nachregelung der Konvergenzdistanz wird im linken und rechten optischen Kanal in dem definierten Prüfbereich (ROI) die Lage markanter Merkmale verglichen. In der Bildverarbeitung sind zahlreiche Verfahren zur automatischen Erkennung von Merkmalen bekannt und etabliert.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden der linke Bildbereich B1' und der rechte Bildbereich B2' so weit verschoben, bis die Disparität kleiner oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert S ist. Die Maximaldisparität entspricht dann dem Schwellenwert, ab dem eine Anpassung der Konvergenzdistanz erfolgt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird für die Disparität ein Schwellenwert S vorgegeben. Eine Anpassung der Konvergenzdistanz wird nur dann vorgenommen, wenn die Disparität zwischen dem linken Prüfbereich ROI1 und dem rechten Prüfbereich ROI2 größer ist als der vorgegebene Schwellenwert S.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur Anpassung der Konvergenzdistanz des linken Bildbereichs B1' und des rechten Bildbereichs B2' ein in dem linken Bildbereich B1' enthaltenes Objekt lokalisiert und dessen Position im Bildbereich B1' bestimmt. Ferner wird dieses Objekt in dem rechten Bildbereich B2' lokalisiert und dessen Position im Bildbereich B2' bestimmt. Bei dem Objekt kann es sich beispielsweise um ein markantes Merkmal handeln, welches in dem linken Bildbereich B1' und in dem rechten Bildbereich B2' enthalten ist. Der Verschiebeweg, um den der linke Bildbereich B1' und/ oder der rechte Bildbereich B2' verschoben werden, wird aus der im linken Bildbereich B1' und im rechten Bildbereich B2' bestimmten Position dieses Objektes abgeleitet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Objekt ein charakteristisches Merkmal identifiziert, das sowohl im linken Bildbereich B1' als auch im rechten Bildbereich B2' enthalten ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der linke Bildbereich B1' mit einem x₁y₁-Koordinatensystem ausgestattet, wobei die x₁-Achse und die y₁-Achse senkrecht zueinander verlaufen. Der Nullpunkt (x₁, y₁) = (0,0) liegt in der Mitte des linken Bildbereichs. Der rechte Bildbereich wird mit einem x₂y₂-Koordinatensystem ausgestattet, wobei die x₂-Achse in Verlängerung zu der x₁-Achse oder parallel zu der x₁-Achse verläuft und die y₂-Achse parallel zu der y₁-Achse verläuft. Der Nullpunkt (x₂, y₂) = (0,0) liegt in der Mitte des linken Bildbereichs.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die x₁-Achse in Richtung des Nullpunkts (x₂, y₂) = (0, 0) und die x₂-Achse in die gleiche Richtung. Damit zeigen die x₁-Achse und die x₂-Achse in die gleiche Richtung.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur Lokalisierung eines Objektes in dem linken Bildbereich B1' mindestens eine x₁-Koordinate dieses Objektes im linken Bildbereich B1' als x_1,Objekt bestimmt. Ferner wird zur Lokalisierung dieses Objektes in dem zweiten Bildbereich B2' mindestens eine x₂-Koordinate dieses Objektes im zweiten Bildbereich B2' als x_2,Objekt bestimmt. Bei perfekt eingestellter Konvergenz und einer verzeichnungsfreien Bilddarstellung wäre ein Objekt oder Merkmal, welches sich im linken optischen Kanal bei (x_1,Obkjekt, y_1,Objekt) befindet, im rechten optischen Kanal bei (x_2,Objekt,y_2,Objekt), wobei x_1,Objekt = x_2,Objekt. Ist die Objektdistanz (OD) von der eingestellten Konvergenzdistanz (CD) abweichend, dann sind x_1,Objekt und x_2,Objekt verschieden: x_1,Objekt ≠ x_2,Objekt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur Anpassung der Konvergenzdistanz die Differenz gebildet wird aus der Koordinate x_1,Objekt dieses Objektes und der Koordinate x_2,Objekt dieses Objektes, nämlich Δx = x_1,Objekt - x_2,Objekt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Konvergenzdistanz in Abhängigkeit von Δx wie folgt verändert:

- bei Δx > 0 wird der linke Bildbereich B1' um 0,5*Δx in Richtung der x₁-Achse verschoben und der rechte Bildbereich B2' um -0,5*Δx in Richtung der der x₂-Achse verschoben, was zu einer Vergrößerung der Konvergenzdistanz führt,
- bei Δx < 0 wird der linke Bildbereich B1' um 0,5*Δx in Richtung der x₁-Achse verschoben und der rechte Bildbereich B2' um -0,5*Δx in Richtung der x₂-Achse verschoben, was zu einer Verkleinerung der Konvergenzdistanz führt. Da Δx kleiner als 0 und damit eine negative Zahl ist, erfolgt die Verschiebung der Bildbereiche B1' und B2' in die entgegengesetzte Richtung wie im Fall Δx>0.
- bei Δx = 0 bleiben der linke Bildbereich B1' und der rechte Bildbereich B2' unverändert, so dass die Konvergenzdistanz nicht verändert wird.

Da das x₁y₁-Koordinatensystem dem linken Bildbereich B1' zugeordnet ist, wird das Koordinatensystem einschließlich des Nullpunkts (x₁,y₁)=(0,0) zusammen mit dem linken Bildbereich B1' verschoben. Man kann sich das so vorstellen, dass unmittelbar vor dem Verschieben des linken Bildbereichs B1' das x₁y₁-Koordinatensystem auf den linken Bildaufnehmer projiziert wird. Gegenüber diesem auf den linken Bildaufnehmer projizierten x₁'y₁'-Koordinatenssystem wird der linke Bildbereich B1' einschließlich dem ihm zugeordneten x₁y₁-Koordinatensystem um 0,5*Δx verschoben. Entsprechendes gilt für den rechten Bildbereich B2' und den rechten Bildaufnehmer, dem unmittelbar vor dem Verschieben des Bildbereichs B2' ein projiziertes x₂'y₂'-Koordinatensystem zugeordnet wird. Nach dem Verschieben gilt für das darzustellenden Objekt Δx=0, da in Bezug auf die beiden zusammen mit den Bildbereichen B1' und B2' verschobenen x₁y₁- und x₂y₂-Koordinatensysteme die Koordinaten x_1,Objekt und x_2,Objekt gleich sind. Aufgrund der Verschiebung der beiden Bildbereiche B1' und B2' ist die Disparität signifikant vermindert und wäre bei idealen Bedingungen, insbesondere bei Verzeichnungsfreiheit, bei identischen Objektiven im linken und rechten optischen Kanal und bei einem Prüfbereich ROI ohne Tiefeninformation, sogar gleich null. Sobald die Verschiebung erfolgt ist, sind das x₁'y₁'-Koordinatensystem des linken Bildaufnehmers und das x₂'y₂'-Koordinatensystem des rechten Bildaufnehmers nicht mehr relevant. Sie werden nach erfolgter Verschiebung nicht zur weiteren Anpassung der Konvergenzdistanz benötigt und können verworfen werden. Sofern nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitabschnitts erneut eine Anpassung der Konvergenz nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt wird, müssen in Abhängigkeit von einem neuen Δx die beiden Bildbereiche B1' und B2' gegebenenfalls erneut verschoben werden. In diesem Fall wird das x₁y₁-Koordinatensystem des linken Bildbereichs B1' erneut auf den linken Bildaufnehmer projiziert. Entsprechend wird das x₂y₂-Koordinatensystem des rechten Bildbereichs B2' erneut auf den rechten Bildaufnehmer projiziert. Diese projizierten Koordinatensysteme weichen jedoch von den vor der vorhergehenden Verschiebung projizierten Koordinatensystemen ab. Insbesondere ist der Nullpunkt ein anderer. Die Richtungen der x₁- und y₁-Achse sowie der x₂- und y₂-Achse stimmen jedoch stets überein. Die Anpassung kann beliebig oft wiederholt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung führt das Verschieben des linken Bildbereichs B1' und des rechten Bildbereichs B2'

- bei Δx >0 zu einer Vergrößerung der Konvergenzdistanz und
- bei Δx < 0 zu einer Verkleinerung der Konvergenzdistanz.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Größe des linken Bildbereichs B1' und die Größe des rechten Bildbereichs B2' fest vorgegeben. Dabei stimmt die Größe des linken Bildbereichs B1' mit der Größe des rechten Bildbereichs B2' überein. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Größe des linken Bildaufnehmers und des rechten Bildaufnehmers übereinstimmt. In diesem Fall stimmt in der Regel die Anzahl der Bildpunkte des linken und rechten Bildaufnehmers überein. Es gilt m=n. Sollten der linke Bildaufnehmer und der rechte Bildaufnehmer eine unterschiedliche Anzahl an Bildpunkten aufweisen, sind sie auch verschieden groß. Wenn dies der Fall ist, dann sind auch die Bildbereiche B1', B2' unterschiedlich groß. Für den Fall m ungleich n sind die Bildbereiche B1' B2' derart gewählt, dass die abgebildeten horizontalen und vertikalen Bildwinkel der Gegenstandsebene identisch sind.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Anpassung der Konvergenzdistanz in regelmäßigen Zeitabständen wiederholt. Der Zeitabstand wird dabei so gewählt, dass ein Schwingen des Systems vermieden wird. Die Wahrnehmung soll für den Betrachter möglich und angenehm sein. Ein Beispiel für einen geeignete Zeitverzögerung zwischen zwei Anpassungsvorgängen ist 200 ms.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden der linke Bildbereich B1' und/ oder der rechte Bildbereich B2' durch manuelle Betätigung einer Eingabeeinrichtung in verschoben. Dies gilt beispielsweise, wenn ein Anwender mit einer automatisch eingestellten Konvergenzdistanz nicht zufrieden ist. Ein derartiger Fall kann zum Beispiel vorliegen, wenn der Anwender die beste Konvergenz nicht im Zentrum haben möchte. In diesem Fall kann der Anwender über die Eingabeeinrichtung die von ihm gewünschte Konvergenzdistanz einstellen. Als Eingabeeinrichtung können beispielweise ein oder zwei Taster vorgesehen sein.
Das erfindungsgemäße 3D Endoskop mit den Merkmalen des Anspruchs 16 zeichnet sich dadurch aus, dass es einen linken optischen Kanal, einen rechten optischen Kanal und eine Bildverarbeitungseinrichtung aufweist. Der linke optische Kanal umfasst einen linken optischen Bildaufnehmer mit einer Anzahl n an Bildpunkten, ein linkes Objektiv und eine linke optische Achse. Der rechte optische Kanal umfasst einen rechten optischen Bildaufnehmer mit einer Anzahl m an Bildpunkten, ein rechtes Objektiv und eine rechte optische Achse. Dabei ist die Ausrichtung der linken optischen Achse und der rechten optischen Achse zueinander fest vorgegeben. Der Abstand zwischen dem linken und rechten Objektiv ist ebenfalls fest vorgegeben. Die Bildverarbeitungseinrichtung liest die Signale eines zusammenhängenden Teilbereichs der Bildpunkte des linken optischen Bildaufnehmers aus und erzeugt aus diesen Signalen des linken optischen Bildaufnehmers einen linken Bildbereich B1' Ferner liest die Bildverarbeitungseinrichtung die Signale eines zusammenhängenden Teilbereichs der Bildpunkte des rechten optischen Bildaufnehmers aus und erzeugt aus diesen Signalen des rechten optischen Bildaufnehmers einen rechten Bildbereich B2'. Die Bildverarbeitungseinrichtung passt die Konvergenzdistanz des linken Bildbereichs B1' und des rechten Bildbereichs B2' durch Verschieben des linken Bildbereichs B1' relativ zu dem rechten Bildbereich B2' an. Aus dem Konvergenzdistanz-angepassten linken Bildbereich B1' und dem Konvergenzdistanz-angepassten rechten Bildbereich B2' erzeugt die Bildverarbeitungseinrichtung ein stereoskopisches Bild, das auf einem elektronischen Anzeigegerät ausgegeben wird.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen enthalten.
Figurenliste
In der Zeichnung sind exemplarisch drei verschiedene Endoskope dargestellt. Anhand dieser Endoskope ist das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. Es zeigen:

1 erstes 3D Endoskop,
2 zweites 3D Endoskop,
3 drittes 3D Endoskop,
4a schematische Darstellung der Bildbereiche B1' B2', des Konvergenzpunktes und der Konvergenzdistanz,
4b schematische Darstellung der Vergrößerung der Konvergenzdistanz,
4c schematische Darstellung der Verkleinerung der Konvergenzdistanz,
5 optische Bildaufnehmer in einer Aufsicht mit unterschiedlichen Positionen der zugehörigen Bildbereiche.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein erstes 3D Endoskop 1 mit einem linken optischen Kanal und einem rechten optischen Kanal dargestellt. Der linke optische Kanal umfasst einen linken optischen Bildaufnehmer 6, eine linke Plankonkavlinse 7, ein linkes Objektiv 8 und eine linke optische Achse 9. Dabei verläuft die linke optische Achse 9 durch die Mitte der Plankonkavlinse 7 und durch die Mitte des linken Objektivs 8. Sie entspricht der Mittellinie des linken Objektivs 8. Der linke optische Bildaufnehmer 6 ist gegenüber der linken optischen Achse 9 versetzt. Die linke optische Achse 9 verläuft nicht durch die Mitte des linken optischen Bildaufnehmers 6. Der rechte optischen Kanal umfasst einen rechten optischen Bildaufnehmer 2, eine rechte Plankonkavlinse 3, ein rechtes Objektiv 4 und eine rechte optische Achse 5. Die rechte optische Achse 5 entspricht der Mittellinie durch die rechte Plankonkavlinse 3. Der rechte optische Bildaufnehmer 2 ist gegenüber der rechten optischen Achse 5 versetzt. Die rechte optische Achse 5 verläuft nicht durch die Mitte des rechten optischen Bildaufnehmers 2. Ein linker Strahl 11, der von dem linken optischen Bildaufnehmer 6 ausgeht, und ein rechter Strahl 10, der von dem rechten optischen Bildaufnehmer 2 ausgeht, schneiden sich in einem Punkt, der als Konvergenzpunkt 12 bezeichnet wird. Der Winkel, den der linke Strahl 11 und der rechte Strahl 10 einschließen, wird als Konvergenzwinkel α bezeichnet. Zwischen der linken Plankonkavlinse 7 und dem linken Objektiv 8 befindet sich die Eintrittspupille des linken optischen Kanals. Zwischen der rechten Plankonkavlinse 3 und dem linken Objektiv 4 befindet sich die Eintrittspupille des rechten optischen Kanals. Die Eintrittspupillen sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Der Abstand zwischen den beiden Eintrittspupillen und dem Konvergenzpunkt 12 ist die Konvergenzdistanz CD. Ist ein Objekt in einer Distanz zu den Eintrittspupillen angeordnet, die der Konvergenzdistanz entspricht, so ist die dreidimensionale Darstellung optimiert. Entspricht die Objektdistanz der Konvergenzdistanz, ist die Disparität gering. Besonders gut ist die dreidimensionale Darstellung, wenn das Objekt im Konvergenzpunkt angeordnet ist. Ist die Objektdistanz größer oder kleiner als die Konvergenzdistanz, wird die Konvergenzdistanz CD mit dem erfindungsgemäßen Verfahren angepasst.
Die Bestandteile des linken optischen Kanals und des rechten optischen Kanals sind dabei so angeordnet, dass die linke optische Achse 9 und die rechte optische Achse 5 parallel zueinander sind. Ein Endoskop-Schaft, der die Bestandteile umgibt, ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
Bei dem in 1 dargestellten 3D Endoskop besitzen der linke Bildaufnehmer 6 und der rechte optische Bildaufnehmer 2 jeweils eine Auflösung von 1920 x 1080 Bildpunkten. Das Zentrum jedes Bildaufnehmers 2, 6 ist gegenüber der ihm jeweils zugeordneten optischen Achse 5, 9 um eine bestimmte Anzahl von Bildpunkten verschoben, so dass die jeweils vom Zentrum der Bildaufnehmer ausgehenden Strahlen 10, 11 sich in der gewählten Konvergenzdistanz (CD) von ~ 56 mm kreuzen. Von der nativen Auflösung der Bildaufnehmer 2, 6 werden je optischem Kanal 1802 x 1014 Pixel um das Zentrum der Konvergenzdistanz einer in der Zeichnung nicht dargestellten Bildverarbeitungseinrichtung ausgelesen. Werden alle Bildpunkte des linken Bildaufnehmers 6 ausgelesen, so resultiert daraus ein linkes Bild B1. Wird nur ein Teil der Bildpunkte des linken Bildaufnehmers 6 ausgelesen, so resultiert daraus ein linker Bildbereich B1', der kleiner ist als das Bild B1. Entsprechendes gilt für den rechten Bildaufnehmer 2, ein rechtes Bild B2 und ein rechter Bildbereich B2'. Die Signale der ausgelesenen Bildpunkte werden verarbeitet, durch Vergrößerung mit dem Faktor V = 1,065 auf 1920 x 1080 skaliert und für den linken und rechten optischen Kanal als 3D Videosignal auf einem in der Zeichnung nicht dargestellten Wiedergabegerät ausgegeben. In diesem Fall wird also ein 3D Bild mit Konvergenzdistanz (CD) von 56 mm angezeigt. Das Verarbeiten der ausgelesenen Signale der Bildpunkte des linken Bildaufnehmers 6 und des rechten Bildaufnehmers 2 erfolgt mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten Bildverarbeitungseinrichtung.
Zur Einstellung einer Konvergenzdistanz (CD) größer als 56 mm sind die Zentren der ausgelesenen Teilbereiche der Bildpunkte in den beiden optischen Kanälen näher zueinander zu wählen. Dies entspricht einem Verschieben der beiden Bildbereiche B1', B2' relativ zu den beiden Bildaufnehmern 6, 2. Entsprechend sind zur Einstellung einer Konvergenzdistanz (CD) kleiner als 56 mm die Zentren der ausgelesenen Teilbereiche der Bildpunkte in den beiden Kanälen weiter auseinander zu wählen. Auch dies entspricht einem Verschieben der beiden Bildbereiche B1', B2' relativ zu den beiden Bildaufnehmern 6, 2.
Mit Verschiebebereichen von jeweils 59 Bildpunkten nach innen oder außen ergeben sich in diesem Fall Konvergenzdistanzen (CD) von 35 mm bis 120 mm.
2 zeigt ein zweites 3D Endoskop 20. Es weist die gleichen Bestandteile auf: einen linken optischen Kanal mit einem linken optischen Bildaufnehmer 6, einer linken Plankonkavlinse 7, einem linken Objektiv 8 und einer linken optischen Achse 9 und einem rechten optischen Kanal mit einem rechten optischen Bildaufnehmer 2, einer rechten Plankonkavlinse 3, einem rechten Objektiv 4 und einer rechten optischen Achse 5. Da die Komponenten mit dem ersten 3D Endoskop gemäß 1 übereinstimmen, wurden die übereinstimmenden Bezugszahlen verwendet. Der Unterschied zwischen dem zweiten 3D Endoskop und dem ersten 3D Endoskop besteht darin, dass die linke optische Achse 9 und die rechte optische Achse 5 nicht parallel zueinander verlaufen, sondern unter einem Winkel, der von 0° und 180° verschieden ist. Die beiden Plankonkavlinsen 3, 7, die beiden Objektive 4, 8 und die beiden Bildaufnehmer 2, 6 sind entsprechend angeordnet. Ferner verlaufen die beiden optischen Achsen 5, 9 durch die Mitte des jeweiligen Bildaufnehmers 2, 6. Ein von der Mitte des linken Bildaufnehmers 6 ausgehender Strahl verläuft entlang der linken optischen Achse 9. Ein von der Mitte des rechten Bildaufnehmers 2 aufgehender Strahl verläuft entlang der rechten optischen Achse 5. Im Unterschied zu dem ersten 3D Endoskop 1 sind bei dem zweiten 3D Endoskop 20 die Mitten der beiden Bildaufnehmer 2, 6 nicht gegenüber den optischen Achsen 5, 9 versetzt. Die beiden optischen Achsen 5, 9 des 3D Endoskops 20 schneiden sich in einem Punkt. Dieser Punkt entspricht dem Konvergenzpunkt 21. Der Konvergenzwinkel β entspricht dem Winkel, unter dem sich die beiden optischen Achsen 5, 9 schneiden. Der Abstand zwischen den in der Zeichnung nicht dargestellten Eintrittspupillen und dem Konvergenzpunkt ist die Konvergenzdistanz. Wie bei dem ersten 3D Endoskop wird bei dem zweiten 3D Endoskop die Konvergenzdistanz angepasst, wenn die Objektdistanz eines darzustellenden Objektes von der Konvergenzdistanz abweicht. Hierzu wird nur ein Teil der Bildpunkte des linken Bildaufnehmers 6 und nur ein Teil der Bildpunkte des rechten Bildaufnehmers 2 ausgelesen. Daraus ergibt sich ein linker Bildbereich B1' und ein rechter Bildbereich B2'. Zum Anpassen der Konvergenzdistanz an die Objektdistanz werden die beiden Bildbereiche B1', B2' relativ zueinander verschoben. Dies geschieht entsprechend wie oben mit Bezug auf das erste 3D Endoskop beschrieben.
In 3 ist ein drittes 3D Endoskop 30 dargestellt. Es weist die gleichen Bestandteile auf wie das erste 3D Endoskop 1 gemäß 1 und zusätzlich ein linkes und ein rechtes Prisma 32, 31. Die Bestandteile, die mit dem ersten 3D Endoskop 1 gemäß 1 übereinstimmen, sind: ein linker optischer Kanal mit einem linken optischen Bildaufnehmer 6, einer linken Plankonkavlinse 7, einem linken Objektiv 8 und einer linken optischen Achse 9 und ein rechter optischer Kanal mit einem rechten optischen Bildaufnehmer 2, einer rechten Plankonkavlinse 3, einem rechten Objektiv 4 und einer rechten optischen Achse 5. Da diese Komponenten mit dem ersten 3D Endoskop 1 gemäß 1 übereinstimmen, wurden die übereinstimmenden Bezugszahlen verwendet. Der Unterschied zwischen dem dritten 3D Endoskop und dem ersten 3D Endoskop besteht darin, dass an der linken Plankonkavlinse 7 ein linkes Prisma 32 und an der rechten Plankonkavlinse 3 ein rechtes Prisma 31 angeordnet ist. Wie bei dem ersten Endoskop 1 verlaufen die Mittellinie des linken Objektivs 8 und des rechten Objektivs 4 parallel zueinander. Im Unterschied zu dem ersten 3D Endoskop 1 geht bei dem 3D Endoskop 30 die Mittellinie des linken Objektivs 8 durch die Mitte des linken Bildaufnehmers 6 und die Mittellinie des rechten Objektivs 4 durch die Mitte des rechten Bildaufnehmers 2. Das linke Prisma 32 sorgt dafür, dass ein von der Mitte des linken Bildaufnehmers 6 ausgehender Strahl 34 abknickt. Ferner sorgt das rechte Prisma 31 dafür, dass ein von der Mitte des rechten Bildaufnehmers 2 ausgehender Strahl 33 abknickt. Die beiden Strahlen 33, 34 schneiden sich im Konvergenzpunkt 35. Der Konvergenzwinkel γ entspricht dem Winkel, unter dem sich die beiden Strahlen 33, 34 schneiden. Der Abstand zwischen den beiden in der Zeichnung nicht dargestellten Eintrittspupillen und dem Konvergenzpunkt ist der Konvergenzdistanz. Entsprechend zu dem ersten 3D Endoskop 1 erfolgt bei dem 3D Endoskop 30 eine Anpassung der Konvergenzdistanz an eine Objektdistanz eines in der Zeichnung nicht dargestellten Objekts durch das Ausschneiden von Bildbereichen B1' und B2' und dem Verschieben der beiden Bildbereiche relativ zu den beiden Bildaufnehmern.
In 4 ist die Anpassung der Konvergenzdistanz durch Verschieben der Bildbereiche B1' und B2' für alle drei oben genannten 3D Endoskope dargestellt. Die Bildbereiche B1' und B2' sind gestrichelt gezeichnet. Die Bildaufnehmer 2, 6 sind durch durchgängig verlaufende Linien dargestellt. Die Bildbereiche B1' und B2' werden in einem Bereich verschoben, der durch die Bildaufnehmer 2, 6 abgegrenzt ist. In 4a ist gezeigt, dass sich der durch das Zentrum des linken Bildbereichs B1' verlaufende Strahl 11 und der durch das Zentrum des rechten Bildbereichs B2' verlaufende Strahl 10 im Konvergenzpunkt Po schneiden, der sich bei einer Konvergenzdistanz CDo befindet. Der Konvergenzpunkt Po entspricht in 1 dem Punkt 12, in 2 dem Punkt 21 und in 3 dem Punkt 35. Stimmt die Konvergenzdistanz CDo dabei mit dem Objektabstand eines darzustellenden Objektes überein, so gilt Δx = x_1,Objekt - x_2,Objekt = 0. Eine Verschiebung der Bildbereiche B1' und B2' ist nicht notwendig. Dies ist in 4a dargestellt. Weicht der Objektabstand jedoch von der Konvergenzdistanz ab, so ist Δx = x_1,Objekt - x_2,Objekt größer oder kleiner null. In diesem Fall erfolgt eine Anpassung der Konvergenzdistanz durch Verschieben der Bildbereich B1' und B2'. Dadurch wird die Konvergenzdistanz an den Objektabstand angepasst, um die Disparität zu verringern.
In 4b ist gezeigt, dass sich die Konvergenzdistanz vergrößert, wenn die beiden Bildbereiche B1' und B2' relativ zu den Bildaufnehmern 6, 2 nach innen verschoben werden. Die Darstellung impliziert, dass die beiden Bildbereiche B1', B2' aneinander angenähert werden. Für ein darzustellendes Objekt, dessen Objektabstand größer ist als die voreingestellte Konvergenzdistanz CDo, gilt Δx = x_1,Objekt - x_2,Objekt > 0. Zur Anpassung der Konvergenzdistanz an den Objektabstand des darzustellenden Objekts wird in diesem Fall das Zentrum des Bildbereichs B1' um den Betrag von 0,5*Δx in Richtung des Bildbereichs B2' verschoben und das Zentrum des Bildbereichs B2' um den Betrag von 0,5*Δx in Richtung des Bildbereichs B1' Die vergrößerte Konvergenzdistanz ist mit CD₁ bezeichnet. Die beiden von den Zentren der verschobenen Bildbereiche B1' und B2' ausgehenden Strahlen schneiden sich in diesem Fall in dem Konvergenzpunkt P₁, der den Konvergenzabstand CD₁ aufweist.
In 4c ist gezeigt, dass sich die Konvergenzdistanz verkleinert, wenn die beiden Bildbereiche B1 ‚und B2‘ relativ zu den Bildaufnehmern 6, 2 nach außen verschoben werden. Die Darstellung impliziert, dass die beiden Bildbereiche B1', B2' voneinander entfernt werden. Für ein darzustellendes Objekt, dessen Objektabstand kleiner ist als die voreingestellte Konvergenzdistanz CDo, gilt Δx = x_1,Objekt - x_2,Objekt < 0. Zur Anpassung der Konvergenzdistanz an den Objektabstand des darzustellenden Objekts wird in diesem Fall das Zentrum des Bildbereichs B1' um den Betrag von 0,5*Δx in die dem Bildbereich B2' entgegen gesetzte Richtung verschoben und das Zentrum des Bildbereichs B2' um den Betrag 0,5*Δx in die dem Bildbereich B1' entgegen gesetzte Richtung. Die verkleinerte Konvergenzdistanz ist mit CD₂ bezeichnet. Die beiden von den Zentren der verschobenen Bildbereiche B1' und B2' ausgehenden Strahlen schneiden sich in diesem Fall in dem Konvergenzpunkt P₂, der den Konvergenzabstand CD₂ aufweist.
In 5 sind drei verschiedene Positionen des linken Bildbereichs B1' und des rechten Bildbereichs B2' relativ zu dem linken optischen Bildaufnehmer 6 und zu dem rechten optischen Bildaufnehmer 2 in einer Aufsicht dargestellt. Die Darstellung zeigt ferner das x₁y₁-Koordinatensystem, welches dem linken Bildbereich B1' zugeordnet ist und das x₂y₂-Koordinatensystem, welches dem rechten Bildbereich B2' zugeordnet ist. Dabei zeigt die x₁-Achse in Richtung des Nullpunkts (x₂,y₂) = (0,0). Die x₂-Achse zeigt in die gleiche Richtung wie die x₁-Achse. Der linke Bildbereich B1' ist kleiner als der linke optische Bildaufnehmer 6. Der rechte Bildbereich B2'ist kleiner als der rechte optische Bildaufnehmer 2. Ferner sind in 5 der linke Prüfbereich ROI1 und der rechte Prüfbereich ROI2 dargestellt. Der linke Prüfbereich ist kleiner als der linke Bildbereich B1'. Der rechte Prüfbereich ROI2 ist kleiner als der rechte Bildbereich B2'. Er befindet sich bei allen Darstellungen im Zentrum des zugehörigen Bildbereichs.
Folgende Positionen der Bildbereiche B1' und B2' sind in 5 dargestellt:

In der Darstellung in der Mitte der 5 sind die beiden Bildbereiche B1' B2' mit einer durchgehenden Linie eingezeichnet. Diese Position der Bildbereiche ist in einer Bildunterschrift als mittlere Distanz bezeichnet. Das Zentrum des linken Bildbereichs B1' mit dem Nullpunkt (x₁,y₁) = (0,0) des ihm zugeordneten x₁y₁-Koordinatensystems befindet sich in der Mitte des linken Bildaufnehmers 6. Das Zentrum des rechten Bildbereichs B2' mit dem Nullpunkt (x₂,y₂) = (0,0) des ihm zugeordneten x₂y₂-Koordinatensystems befindet sich in der Mitte des rechten Bildaufnehmers 2. Diese Position der beiden Bildbereiche B1', B2' relativ zu den Bildaufnehmern 6, 2 entspricht der Darstellung gemäß 4a. Sie ist geeignet für Objekte, deren Objektdistanz mit der voreingestellten Konvergenzdistanz des 3D-Endoskops übereinstimmt.

Im unteren Teil der 5 sind die beiden Bildbereiche B1', B2' mit einer gestrichelten Linie eingezeichnet. Diese Position der Bildbereiche B1', B2' ist in der Bildunterschrift als ferne Distanz bezeichnet. In dieser Position befindet sich das Zentrum (x₁,y₁) = (0,0) des linken Bildbereichs B1' näher am rechten Rand des linken Bildaufnehmers 6 und das Zentrum (x₂,y₂) = (0,0) des rechten Bildbereichs B2' näher am linken Rand des rechten Bildaufnehmers 2. Die Darstellung zeigt, dass die beiden Mittelpunkte (x₁,y₁) = (0,0) und (x₂,y₂) = (0,0) der den Bildbereichen B1' und B2' zugeordneten Koordinatensysteme gegenüber ihrer Position in der mittleren Darstellung in 5 nach innen verschoben sind. Diese Position der beiden Bildbereiche B1', B2' entspricht der Darstellung gemäß 4b.
Im oberen Teil der 5 sind die beiden Bildbereiche B1', B2' mit einer gepunkteten Linie eingezeichnet. Diese Position der Bildbereiche B1', B2' ist in der Bildunterschrift als nahe Distanz bezeichnet. In dieser Position befindet sich das Zentrum (x₁,y₁) = (0,0) des linken Bildbereichs B1' näher am linken Rand des linken Bildaufnehmers 6 und das Zentrum (x₂,y₂) = (0,0) des rechten Bildbereichs B2' näher am rechten Rand des rechten Bildaufnehmers 2. Die Darstellung zeigt, dass die beiden Mittelpunkte (x₁,y₁) = (0,0) und (x₂,y₂) = (0,0) der den Bildbereichen B1' und B2' zugeordneten Koordinatensysteme gegenüber ihrer Position in der mittleren Darstellung in 5 nach außen verschoben sind. Diese Position der beiden Bildbereiche B1', B2' entspricht der Darstellung gemäß 4c.
Sämtliche Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: erstes 3D Endoskop
2: rechter optischer Bildaufnehmer
3: rechte Plankonkavlinse
4: rechtes Objektiv
5: rechte optische Achse
6: linker optischer Bildaufnehmer
7: linke Plankonkavlinse
8: linkes Objektiv
9: linke optische Achse
10: von der Mitte des rechten Bildaufnehmers ausgehender Strahl
11: von der Mitte des linken Bildaufnehmers ausgehender Strahl
12: Konvergenzpunkt
20: zweites 3D Endoskop
21: Konvergenzpunkt
30: drittes 3D Endoskop
31: rechtes Prisma
32: linkes Prisma
33: von der Mitte des rechten Bildaufnehmers ausgehender Strahl
34: von der Mitte des linken Bildaufnehmers ausgehender Strahl
35: Konvergenzpunkt

Claims

Verfahren zur Wiedergabe eines mittels eines 3D-Endoskops (1, 20, 30) erzeugten stereoskopischen Bildes auf der elektronischen Anzeige eines Wiedergabegerätes, wobei das 3D-Endoskop (1, 20, 30) einen linken optischen Kanal mit einem linken optischen Bildaufnehmer (6) mit einer Anzahl n an Bildpunkten, einem linken Objektiv (8) und einer linken optischen Achse (9) aufweist, und wobei das 3D-Endoskop einen rechten optischen Kanal mit einem rechten optischen Bildaufnehmer (2) mit einer Anzahl m an Bildpunkten, einem rechten Objektiv (4) und einer rechten optischen Achse (5) aufweist und wobei die Ausrichtung der linken optischen Achse und der rechten optischen Achse zueinander fest vorgegeben ist, mit folgenden Schritten - Auslesen der Signale eines zusammenhängenden Teilbereichs der Bildpunkte des linken optischen Bildaufnehmers (6) und Erzeugen eines linken Bildbereichs B1' aus diesen Signalen des linken optischen Bildaufnehmers (6), - Auslesen der Signale eines zusammenhängenden Teilbereichs der Bildpunkte des rechten optischen Bildaufnehmers (2) und Erzeugen eines rechten Bildbereichs B2' aus diesen Signalen des rechten optischen Bildaufnehmers (2), - Anpassen der Konvergenzdistanz des linken Bildbereichs B1' und des rechten Bildbereichs B2' durch Verschieben des linken Bildbereichs B1' relativ zu dem linken optischen Bildaufnehmer (6) und/ oder des rechten Bildbereichs B2' relativ zu dem rechten optischen Bildaufnehmer (2), - Anzeigen eines stereoskopischen Bildes, das die Konvergenzdistanz-angepassten linken und rechten Bildbereiche B1' B2' umfasst, auf der Anzeige des Wiedergabegerätes.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem linken Bildbereich B1' ein linker Prüfbereich ROI1 vorgegebener Größe bestimmt wird, dass in dem rechten Bildbereich B2' ein rechter Prüfbereich ROI2 vorgegebener Größe bestimmt wird, und dass die Disparität zwischen dem linken Prüfbereich ROI1 und dem rechten Prüfbereich ROI2 bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Disparität ein Schwellenwert S vorgegeben wird, und dass der linke Bildbereich B1' und der rechte Bildbereich B2' verschoben werden, bis die Disparität kleiner oder gleich dem vorgegebenen Schwellenwerts S ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Disparität ein Schwellenwert S vorgegeben wird, und dass eine Anpassung der Konvergenzdistanz nur dann vorgenommen wird, wenn die Disparität zwischen dem linken Prüfbereich ROI1 und dem rechten Prüfbereich ROI2 größer ist als der vorgegebene Schwellenwert S.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung der Konvergenzdistanz zwischen dem linken Bildbereich B1' und dem rechten Bildbereich B2' ein in dem linken Bildbereich B1' enthaltenes Objekt lokalisiert und dessen Position im Bildbereich B1' bestimmt wird, dass dieses Objekt in dem rechten Bildbereich B2' lokalisiert und dessen Position im Bildbereich B2' bestimmt wird, und dass der Verschiebeweg, um den der linke Bildbereich B1'und/ oder der rechte Bildbereich B2' verschoben werden, aus der im linken Bildbereich B1' und im rechten Bildbereich B2' bestimmten Position dieses Objektes abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Objekt ein charakteristisches Merkmal identifiziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der linke Bildbereich B1' mit einem x₁y₁-Koordinatensystem ausgestattet wird, wobei die x₁-Achse und die y₁-Achse senkrecht zueinander verlaufen und wobei der Nullpunkt (x₁, y₁) = (0,0) in der Mitte des linken Bildbereichs B1' liegt, dass der rechte Bildbereich B2' mit einem x₂y₂-Koordinatensystem ausgestattet wird, wobei die x₂-Achse in Verlängerung zu der x₁-Achse oder parallel zu der x₁-Achse verläuft und die y₂-Achse parallel zu der y₁-Achse verläuft und wobei der Nullpunkt (x₂, y₂) = (0,0) in der Mitte des rechten Bildbereichs B2' liegt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die x₁-Achse in Richtung des Nullpunkts (x₂, y₂) = (0, 0) weist, und dass die x₂-Achse in die gleiche Richtung wie die x₁-Achse weist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6 und nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lokalisierung eines Objektes in dem linken Bildbereich B1' mindestens eine x₁-Koordinate dieses Objektes im linken Bildbereich B1' als x_1,Objekt bestimmt wird, dass zur Lokalisierung dieses Objektes in dem rechten Bildbereich B2' mindestens eine x₂-Koordinate dieses Objektes im rechten Bildbereich B2' als x_2,Objekt bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung der Konvergenzdistanz die Differenz gebildet wird aus der Koordinate x_1,Objekt dieses Objektes und der Koordinate x_2,Objekt dieses Objektes, nämlich Δx = x_1,Objekt - x_2,Objekt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass - bei Δx > 0 der linke Bildbereich B1' um 0,5*Δx in Richtung der x₁-Achse verschoben wird und der rechte Bildbereich B2' um -0,5*Δx in Richtung der x₂-Achse verschoben wird, - bei Δx < 0 der linke Bildbereich B1' um 0,5*Δx in Richtung der x₁-Achse verschoben wird und der rechte Bildbereich B2' um -0,5*Δx in Richtung der der x₂-Achse verschoben wird, - bei Δx = 0 der linke Bildbereich B1' und der rechte Bildbereich B2' unverändert bleiben.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschieben des linken Bildbereichs B1' und des rechten Bildbereichs B2' - bei Δx >0 zu einer Vergrößerung der Konvergenzdistanz führt und - bei Δx < 0 zu einer Verkleinerung der Konvergenzdistanz führt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des linken Bildbereichs B1' und die Größe des rechten Bildbereichs B2' fest vorgegeben ist und die Größe des linken Bildbereichs B1' mit der Größe des rechten Bildbereichs B2' übereinstimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Konvergenzdistanz in regelmäßigen Zeitabständen wiederholt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der linke Bildbereich B1' und/ oder der rechte Bildbereich B2'durch manuelle Betätigung einer Eingabeeinrichtung verschoben wird.
3D-Endoskop zur Erzeugung stereoskopischer Bilder, mit einem linken optischen Kanal, welcher einen linken optischen Bildaufnehmer (6) mit einer Anzahl n an Bildpunkten, ein linkes Objektiv (8) und eine linke optische Achse (9) aufweist, mit einem rechten optischen Kanal, welcher einen rechten optischen Bildaufnehmer (2) mit einer Anzahl m an Bildpunkten, ein rechtes Objektiv (4) und eine rechte optische Achse (5) aufweist, wobei die Ausrichtung der linken optischen Achse (9) und der rechten optischen Achse (5) zueinander fest vorgegeben ist, mit einer Bildverarbeitungseinrichtung, welche - die Signale eines zusammenhängenden Teilbereichs der Bildpunkte des linken optischen Bildaufnehmers (6) ausliest und aus diesen Signalen des linken optischen Bildaufnehmers (6) einen linken Bildbereich B1' erzeugt, - die Signale eines zusammenhängenden Teilbereichs der Bildpunkte des rechten optischen Bildaufnehmers (2) ausliest und aus diesen Signalen des rechten optischen Bildaufnehmers (2) einen rechten Bildbereich B2' erzeugt, - die Konvergenzdistanz zwischen dem linken Bildbereich B1' und dem rechten Bildbereich B2' durch Verschieben des linken Bildbereichs B1' relativ zu dem linken optischen Bildaufnehmer (6) und/ oder des rechten Bildbereichs B2' relativ zu dem rechten optischen Bildaufnehmer (2) anpasst, und - aus dem Konvergenzdistanz-angepassten linken Bildbereich B1' und dem Konvergenzdistanz-angepassten rechten Bildbereich B2' ein stereoskopisches Bild erzeugt, das auf einer elektronische Anzeige eines Wiedergabegerätes ausgegeben wird.