DE102021102755B3

DE102021102755B3 - Optisches System und Bildgebungsverfahren

Info

Publication number: DE102021102755B3
Application number: DE102021102755.1A
Authority: DE
Inventors: Robert Kuschmierz; Jürgen Czarske; Elias Scharf
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2021-02-05
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2022-02-10
Anticipated expiration: 2041-02-06
Also published as: US20220248938A1

Abstract

Ein optisches System und ein Bildgebungsverfahren werden offenbart, wobei das optische System (100) einen Multifaserleiter (102) und einen optischen Diffusor (108) zum Abbilden eines Intensitätsmusters auf den Multifaserleiter (102) aufweist, wobei das Intensitätsmuster Phaseninformationen von Licht (110), welches von ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten (109) ausgesendet wird, repräsentiert; wobei der Multifaserleiter (102) eingerichtet ist zum Übertragen des Intensitätsmusters in Form einer Vielzahl von Bildpunkten zu einem Auswertesystem (112), und wobei das Auswertesystem (112) eingerichtet ist zum Erzeugen eines Bildes (114) basierend auf dem mittels des Multifaserleiters (102) übertragenen Intensitätsmuster, wobei das Bild (114) die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte (109) darstellt.

Description

Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen ein optisches System und ein Bildgebungsverfahren.
Verschiedene optische Systeme können zur Bildgebung verwendet werden. Zum Beispiel können Endoskope bzw. Endoskopiesysteme verwendet werden, um eine Bildgebung in einer Öffnung, wie beispielsweise einer Körperöffnung, zu ermöglichen. Hierbei kann es erforderlich oder wünschenswert sein, dreidimensionale (3D) Objekte abzubilden. Zum Beispiel können 3D-Videoendoskope mit Kameras, die an einem in die Öffnung eingeführten Messkopf angeordnet sind, eine dreidimensionale Bildgebung ermöglichen. Allerdings kann es in Anbetracht der elektromagnetischen Verträglichkeit erforderlich sein, dass keine elektromagnetische Strahlung von dem in die Öffnung eingeführten Teil des Endoskops ausgeht. Ferner kann es zum Beispiel zur Untersuchung einer kleinen Öffnung, wie beispielsweise bei der Endoskopie eines Gehirns, erforderlich sein, dass ein maximaler Durchmesser bzw. eine maximale Weite des in die Öffnung eingeführten Teils des Endoskops kleiner als 1 mm sind. Verschiedene holographische Endoskope können sowohl eine elektromagnetische Verträglichkeit als auch einen maximalen Durchmesser von weniger als 1 mm erreichen, indem mittels adaptiver optischer Elemente ein dreidimensional steuerbarer Fokus erzeugt wird. Allerdings erfordert dies einen sehr komplexen optischen Aufbau und hat daher sowohl in der Anschaffung als der Wartung einen hohen Kostenaufwand. Daher kann es ebenfalls erforderlich sein, eine dreidimensionale Bildgebung mit verringertem Kostenaufwand zu ermöglichen.
JP 2016 - 202 360 A offenbart ein Endoskop mit einer zweidimensionalen Bildgebung, wobei das Endoskop ein Faserbündel und ein an einem in einen Körper einzuführenden Ende des Faserbündels angeordnetes Streumedium aufweist, wobei durch das Faserbündel übertragenes Licht mittels des Streumediums in ein gewünschtes Intensitätsmuster konvertiert wird, um eine Probe mit dem gewünschten Intensitätsmuster zu beleuchten. EP 3 518 017 A1 offenbart eine dreidimensionale Bildgebung mittels digitaler Holographie.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden ein optisches System und ein Bildgebungsverfahren bereitgestellt, welche eine dreidimensionale Bildgebung mit einem geringen Kostenaufwand ermöglichen. Ferner können das optische System und das Bildgebungsverfahren mit einem vergleichsweise einfachen optischen Aufbau realisiert werden. Dieser optische Aufbau kann einen Teil, welcher zum Beispiel in eine Öffnung eingeführt werden kann, aufweisen, der einen maximalen Durchmesser bzw. eine maximale Weite von weniger als 1 mm ermöglicht. Ferner kann dieser Teil eine elektromagnetische Verträglichkeit gewährleisten. Die Bedingung, dass ein maximaler Durchmesser bzw. eine maximale Weite des in die Öffnung einzuführenden Teils kleiner ist als 1 mm, kann beispielsweise daher resultieren, dass die Öffnung und/oder der zu untersuchende Bereich einen Durchmesser bzw. eine Weite kleiner als 1 mm erfordern. Dies kann beispielsweise bei der Untersuchung des Gehirns der Fall sein, wobei ein Durchmesser bzw. eine Weite kleiner als 1 mm erforderlich sein können, so dass eine Wahrscheinlichkeit der Schädigung des Gehirns verringert (z.B. minimiert) wird. Zum Beispiel bei der Endoskopie von Menschen kann ein maximaler Durchmesser bzw. eine maximale Weite des einzuführenden Teils des Endoskops vorgegeben (z.B. gesetzlich vorgegeben) sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist ein optisches System einen Multifaserleiter und einen optischen Diffusor zum Abbilden eines zweidimensionalen Intensitätsmusters auf den Multifaserleiter auf, wobei das zweidimensionale Intensitätsmuster Phaseninformationen von Licht, welches von ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten ausgesendet wird, repräsentiert, wobei der optische Diffusor eingerichtet ist, die Phaseninformationen, welche dreidimensionale Informationen aufweisen, in das zweidimensionale Intensitätsmuster zu codieren, wobei der Multifaserleiter eingerichtet ist zum Übertragen des zweidimensionalen Intensitätsmusters in Form einer Vielzahl von Bildpunkten zu einem Auswertesystem, und wobei das Auswertesystem eingerichtet ist zum Erzeugen eines Bildes basierend auf dem mittels des Multifaserleiters übertragenen zweidimensionalen Intensitätsmusters, wobei das Bild die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte darstellt, wobei das Auswertesystem eingerichtet ist, das Bild als dreidimensionales Bild basierend auf dem zweidimensionalen Intensitätsmuster, in dem die Phaseninformationen codiert sind, zu erzeugen.
Der Schutzgegenstand wird durch die unabhängigen Patentansprüche definiert. Verschiedene Ausgestaltungen werden durch die abhängigen Patentansprüche beschrieben.
Ein optisches System mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 bildet ein erstes Beispiel.
Das optische System kann zum Beispiel ein Endoskop, wie beispielsweise ein flexibles Endoskop, oder ein Endoskopsystem sein.
Der Multifaserleiter ermöglicht in Verbindung mit dem optischen Diffusor beispielsweise eine Übertragung von 3D-Objektinformationen. Hierbei können die 3D-Objektinformationen übertagen werden, ohne dass zusätzliche Mess- oder Detektionssystem, wie beispielsweise eine Kamera, an dem Ende des Multifaserleiters, das dem optischen Diffusor zugewandt ist, erforderlich sind. Ferner können die 3D-Objektinformationen mit einem vergleichsweise einfachen optischen Aufbau erfasst werden und anschließend ausgewertet werden. Ferner können sowohl der optische Diffusor als auch der Multifaserleiter mit einem maximalen Durchmesser bzw. einer maximalen Weite von weniger als 1 mm realisiert werden.
Das optische System kann aufweisen, dass der optische Diffusor eingerichtet ist, in Transmission und/oder in Reflektion diffus zu streuen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem ersten Beispiel bilden ein zweites Beispiel.
Das optische System kann aufweisen, dass der Multifaserleiter an einem ersten Ende, welches dem optischen Diffusor zugewandt ist, einen ersten Durchmesser oder eine erste Weite aufweist, und dass der optische Diffusor einen zweiten Durchmesser oder eine zweite Weite aufweist, welche im Wesentlichen gleich dem ersten Durchmesser bzw. der ersten Weite ist. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem ersten Beispiel oder dem zweiten Beispiel bilden ein drittes Beispiel.
Das optische System kann aufweisen, dass das zweidimensionale Intensitätsmuster ein Speckle-Muster aufweist. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem dritten Beispiel bilden ein viertes Beispiel.
Das optische System kann aufweisen, dass jeder Lichtwellenleiter der Vielzahl von Wellenleitern eingerichtet ist, einen Bildpunkt der Vielzahl von Bildpunkten von einem ersten Ende des Multifaserleiters, welches dem optischen Diffusor zugewandt ist, zu einem zweiten Ende des Multifaserleiters zu übertragen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem vierten Beispiel bilden ein fünftes Beispiel.
Das optische System kann aufweisen, dass der Multifaserleiter eingerichtet ist, mittels ein oder mehrerer Lichtwellenleiter des Multifaserleiters die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte nur teilweise zu beleuchten. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem fünften Beispiel bilden ein sechstes Beispiel.
Das optische System kann aufweisen, dass der Multifaserleiter eingerichtet ist, die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte mittels von einer Beleuchtungsvorrichtung an den Multifaserleiter bereitstellten Lichts zu beleuchten. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem sechsten Beispiel bilden ein siebtes Beispiel.
Das optische System kann aufweisen, dass ein oder mehrere Lichtwellenleiter der Vielzahl von Lichtwellenleitern eingerichtet sind, an dem zweiten Ende des Multifaserleiters mittels einer Beleuchtungsvorrichtung bereitgestelltes Licht zu dem ersten Ende des Multifaserleiters zu übertragen zum zumindest teilweisen Beleuchten der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem fünften Beispiel bilden ein achtes Beispiel.
Das optische System kann aufweisen, dass der Multifaserleiter ein oder mehrere Beleuchtungs-Wellenleiter aufweist, die eingerichtet sind, an einem zweiten Ende des Multifaserleiters mittels einer Beleuchtungsvorrichtung bereitgestelltes Licht zu einem ersten Ende, welches dem optischen Diffusor zugewandt ist, zu übertragen zum zumindest teilweisen Beleuchten der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem sechsten Beispiel bilden ein neuntes Beispiel.
Das optische System kann aufweisen, dass das mittels der Beleuchtungsvorrichtung an den Multifaserleiter bereitgestellte Licht polychromatisches Licht aufweist. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des siebten Beispiels bis dem neunten Beispiel bilden ein zehntes Beispiel.
Das optische System kann ferner die Beleuchtungsvorrichtung aufweisen, die eingerichtet ist zum Bereitstellen von Licht an den Multifaserleiter. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des siebten Beispiels bis dem zehnten Beispiel bilden ein elftes Beispiel.
Das optische System kann aufweisen, dass die Beleuchtungsvorrichtung eingerichtet ist, polychromatisches Licht an den Multifaserleiter bereitzustellen, und dass das Auswertesystem eingerichtet ist zum Detektieren mehrerer Lichtfarben des mittels des Multifaserleiters übertragenen zweidimensionalen Intensitätsmusters und zum Erzeugen des Bildes basierend auf den detektieren mehreren Lichtfarben des zweidimensionalen Intensitätsmusters. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem elften Beispiel bilden ein zwölftes Beispiel.
Das optische System kann aufweisen, dass die Beleuchtungsvorrichtung eingerichtet ist, zeitlich nacheinander sichtbares Licht mehrerer voneinander verschiedener Lichtfarben an den Multifaserleiter bereitzustellen; dass der Multifaserleiter eingerichtet ist, für jede Lichtfarbe der mehreren voneinander verschiedenen Lichtfarben ein jeweiliges zweidimensionales Intensitätsmuster, das Phaseninformationen von Licht, welches von den ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte ausgesendet wird, repräsentiert, in Form einer Vielzahl von Bildpunkten zu dem Auswertesystem zu übertragen; und dass das Auswertesystem eingerichtet ist zum Erzeugen des Bildes basierend auf den mittels des Multifaserleiters für die mehreren voneinander verschiedenen Lichtfarben übertragenen zweidimensionalen Intensitätsmuster. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem elften Beispiel bilden ein dreizehntes Beispiel.
Das optische System kann aufweisen, dass die Beleuchtungsvorrichtung eingerichtet ist, Licht selektiv an ein oder mehrere Lichtwellenleiter des Multifaserleiters bereitzustellen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des elften Beispiels bis dem dreizehnten Beispiel bilden ein vierzehntes Beispiel.
Das optische System kann aufweisen, dass ein Teil des Multifaserleiters eingerichtet ist zum Einführen in eine Öffnung, wobei der Teil des Multifaserleiters und der optische Diffusor einen Durchmesser und/oder eine Weite von weniger als 1 mm aufweisen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem vierzehnten Beispiel bilden ein fünfzehntes Beispiel
Das optische System kann aufweisen, dass das Auswertesystem eingerichtet ist, das Bild basierend auf dem mittels des Multifaserleiters übertragenen zweidimensionalen Intensitätsmusters unter Verwendung eines trainierten neuronalen Netzwerks zu erzeugen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem fünfzehnten Beispiel bilden ein sechzehntes Beispiel.
Das optische System kann ferner das Auswertesystem zum Erzeugen des Bildes aufweisen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem sechzehnten Beispiel bilden ein siebzehntes Beispiel.
Das optische System kann aufweisen, dass das Auswertesystem eingerichtet ist, mehrere Lichtfarben des übertragenen zweidimensionalen Intensitätsmusters zu erfassen und das Bild unter Verwendung der erfassten mehreren Lichtfarben des Intensitätsmusters zu erzeugen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem siebzehnten Beispiel bilden ein achtzehntes Beispiel.
Das optische System kann aufweisen, dass das Auswertesystem mindestens eine Kamera zum Erfassen des mittels des Multifaserleiters übertragenen zweidimensionalen Intensitätsmusters aufweist; und dass das Auswertesystem eingerichtet ist, das Bild unter Verwendung des erfassten zweidimensionalen Intensitätsmusters zu erzeugen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem siebzehnten Beispiel oder dem achtzehnten Beispiel bilden ein neunzehntes Beispiel. Das Auswertesystem kann mehrere Kameras aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jede Kamera der mehreren Kameras eingerichtet sein, Licht einer jeweils zugeordneten Wellenlänge zu erfassen. Zum Beispiel kann eine erste Kamera eingerichtet sein, Licht einer ersten Wellenlänge zu erfassen und eine zweite Kamera kann eingerichtet sein, Licht einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen zweiten Wellenlänge zu erfassen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jede Kamera der mehreren Kameras eingerichtet sein, Licht eines jeweils zugeordneten Polarisationszustands zu erfassen. Zum Beispiel kann eine erste Kamera eingerichtet sein, Licht eines ersten Polarisationszustands zu erfassen und eine zweite Kamera kann eingerichtet sein, Licht eines von dem ersten Polarisationszustand verschiedenen zweiten Polarisationszustands zu erfassen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Auswertesystem mehrere Kameras zum Erfassen mehrerer Wellenlängen (z.B. Wellenlängenbereichen) des Lichts und/oder mehrere Kameras zum Auflösen verschiedener Polarisationszustände des Lichts aufweisen.
Das optische System kann aufweisen, dass das Auswertesystem ein oder mehrere Prozessoren aufweist, die eingerichtet sind, das Bild unter Verwendung des erfassten zweidimensionalen Intensitätsmusters zu erzeugen. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem neunzehnten Beispiel bilden ein zwanzigstes Beispiel.
Das optische System kann aufweisen, dass das optische System ein Endoskop oder ein Endoskopsystem ist. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des ersten Beispiels bis dem zwanzigsten Beispiel bilden ein einundzwanzigstes Beispiel.
Ein Verfahren (z.B. ein Bildgebungsverfahren) kann aufweisen: Erzeugen von Licht, welches von ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten in Richtung eines optischen Diffusors ausgesendet wird; Erzeugen eines zweidimensionalen Intensitätsmusters als eine Abbildung des in Richtung des optischen Diffusors ausgesendeten Lichts mittels des optischen Diffusors, wobei das zweidimensionale Intensitätsmuster Phaseninformationen des Lichts, welche dreidimensionale Informationen aufweisen, repräsentiert; und Erzeugen eines Bildes der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte als dreidimensionales Bild basierend auf Bildpunkten des erzeugten zweidimensionalen Intensitätsmusters, wobei die Bildpunkte des erzeugten zweidimensionalen Intensitätsmusters mittels eines Multifaserleiters bereitgestellt werden. Das Verfahren mit den in diesem Absatz beschriebenen Merkmalen bildet ein zweiundzwanzigstes Beispiel.
Das Verfahren kann ferner aufweisen: Beleuchten der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte mittels des Multifaserleiters zum Erzeugen des Lichts, welches von den ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten in Richtung des optischen Diffusors ausgesendet wird. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem zweiundzwanzigsten Beispiel bilden ein dreiundzwanzigstes Beispiel.
Das Verfahren kann ferner aufweisen, dass das Beleuchten der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte mittels des Multifaserleiters aufweist: Übertragen von an einem zweiten Ende des Multifaserleiters bereitgestellten Lichts zu einem ersten Ende des Multifaserleiters, welches dem optischen Diffusor zugewandt ist; Beleuchten der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte mit zumindest einem Teil des übertragenen Lichts. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem dreiundzwanzigsten Beispiel bilden ein vierundzwanzigstes Beispiel.
Das Verfahren kann aufweisen, dass das Erzeugen des Licht, welches von den ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten in Richtung des optischen Diffusors ausgesendet wird aufweist: Reflektieren von zumindest einem Teil des Lichts, mit dem die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte beleuchtet werden, in Richtung des optischen Diffusors, und/oder Lumineszieren der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte in Reaktion auf das Beleuchten der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit dem dreiundzwanzigsten Beispiel oder dem vierundzwanzigsten Beispiel bilden ein fünfundzwanzigstes Beispiel.
Das Verfahren kann aufweisen, dass das Erzeugen des Bildes der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte als dreidimensionales Bild basierend auf Bildpunkten des erzeugten zweidimensionalen Intensitätsmusters aufweist: Erfassen der mittels des Multifaserleiters bereitgestellten Bildpunkte des erzeugten zweidimensionalen Intensitätsmusters; Erzeugen des Bildes der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte als dreidimensionales Bild unter Verwendung der erfassten Bildpunkte des erzeugten zweidimensionalen Intensitätsmusters mittels eines trainierten neuronalen Netzwerks. Die in diesem Absatz beschriebenen Merkmale in Kombination mit einem oder mehreren des zweiundzwanzigsten Beispiels bis dem fünfundzwanzigsten Beispiel bilden ein sechsundzwanzigstes Beispiel.
Ein (nichtflüchtiges, nichtvolatiles, und/oder nichttransitorisches) Speichermedium kann Programminstruktionen speichern, welche, falls sie ausgeführt werden, das Verfahren gemäß einem oder mehreren des zweiundzwanzigsten Beispiels bis dem sechsundzwanzigsten Beispiel durchführen. Ein Computerprogramm, ein Computerprogrammprodukt, und/oder ein Computerlesbares-Medium kann Instruktionen aufweisen, die bei Ausführung durch einen Prozessor bewirken, dass der Prozessor ein Verfahren gemäß einem oder mehreren des zweiundzwanzigsten Beispiels bis dem sechsundzwanzigsten Beispiel durchführt.
Es zeigen

1A bis 1D ein optisches System gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2A bis 2D jeweils einen optischen Diffusor und einen Multifaserleiter des optischen Systems gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3A bis 3D jeweils einen Multifaserleiter gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
4A beispielhafte einer jeweiligen Licht-Punktquelle zugeordneten Intensitätsmuster gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
4B ein beispielhaftes Intensitätsmuster gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
4C eine beispielhafte Abbildung eines Intensitätsmusters auf einen Multifaserleiter, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
5 eine Darstellung des Prinzips einer strukturellen Beleuchtung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
6 ein Ablaufdiagramm eines Bildgebungsverfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
7 ein Ablaufdiagramm eines Bildgebungsverfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
8A bis 8E einen schematischen Ablauf eines Bildgebungsverfahren mittels eines optischen Systems, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
9 eine Trainingsvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
10 beispielhafte Tiefeninformationsbilder und jeweils zugeordnete Trainings-Tiefeninformationsbilder gemäß verschiedenen Ausführungsformen.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann.
Der Begriff „Prozessor“ kann als jede Art von Entität verstanden werden, die die Verarbeitung von Daten und/oder Signalen erlaubt. Die Daten bzw. Signale können beispielsweise gemäß zumindest einer (d.h. einer oder mehr als einer) spezifischen Funktion behandelt werden, die vom Prozessor ausgeführt wird. Ein Prozessor kann eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung, eine Mischsignalschaltung, eine Logikschaltung, einen Mikroprozessor, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), einen digitalen Signalprozessor (DSP), eine programmierbare Gatter-Anordnung (FPGA), eine integrierte Schaltung oder eine beliebige Kombination davon aufweisen oder daraus gebildet sein. Jede andere Art der Implementierung der jeweiligen Funktionen, die nachstehend ausführlicher beschrieben werden, kann auch als Prozessor oder Logikschaltung verstanden werden. Es versteht sich, dass einer oder mehrere der hierin detailliert beschriebenen Verfahrensschritte von einem Prozessor ausgeführt (z.B. realisiert) werden können, durch eine oder mehrere spezifische Funktionen, die von dem Prozessor ausgeführt werden. Der Prozessor kann daher eingerichtet sein, eines der hierin beschriebenen Verfahren oder dessen Komponenten zur Informationsverarbeitung durchzuführen.
Flexible Endoskope können eine Bildgebung in einer Öffnung, wie beispielsweise in einer natürlichen oder einer künstlichen Körperöffnung, ermöglichen, indem diese in die Öffnung eingeführt werden. Hierbei kann eine dreidimensionale Bildgebung erforderlich oder erwünscht sein. Ferner kann es für verschiedene Öffnungen, wie beispielsweise einer Untersuchung eines Gehirns mittels einer künstlichen Körperöffnung (z.B. einem vergleichsweise kleinen Loch in der Schädeldecke), erforderlich sein, dass sowohl eine elektromagnetische Verträglichkeit des flexiblen Endoskops als auch ein maximaler Durchmesser bzw. eine maximale Weite des in die Öffnung eingeführten Teils des Endoskops von weniger als 1 mm sichergestellt wird. Dies kann zum Beispiel mittels holographischen Endoskopen erreicht werden, welche allerdings einen sehr komplexen und damit kostenintensiven optischen Aufbau haben. Daher kann es ebenfalls erforderlich sein, eine dreidimensionale Bildgebung mit mehreren (z.B. allen) der beschriebenen Anforderungen mit einem verringerten Kostenaufwand zu erreichen. Verschiedene Ausführungsformen betreffen ein optisches System und ein Verfahren mittels denen eine dreidimensionale Bildgebung mit einem einfachen optischen Aufbau realisiert werden kann. Ferner können das optische System und das Verfahren einen flexiblen Abschnitt, der in eine Öffnung eingeführt werden kann, aufweisen, welcher, sofern erforderlich oder erwünscht, sowohl einen maximalen Durchmesser bzw. eine maximale Weite von weniger als 1 mm haben kann als auch eine elektromagnetische Verträglichkeit gewährleisten kann.
1A bis 1D zeigen ein optisches System 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das optische System 100 kann beispielsweise ein Endoskop oder ein Endoskopsystem sein.
Das optische System 100 weist einen Multifaserleiter 102 auf. Der Multifaserleiter 102 kann eingerichtet sein, Lichtwellen zu übertragen. Der Multifaserleiter 102 kann ein erstes Ende (z.B. ein erstes freies Ende) 104 und ein zweites Ende (z.B. ein zweites freies Ende) 106 aufweisen. Der Multifaserleiter 102 kann eingerichtet sein, Lichtwellen von dem ersten Ende 104 zu dem zweiten Ende 106 zu übertragen und vice versa. Der Multifaserleiter 102 kann zum Beispiel mehrere Glasfaserleiter (z.B. gebündelt in einem Glasfaserkabel) aufweisen oder daraus bestehen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Multifaserleiter 102 mehrere Lichtwellenleiter aufweisen. Jeder Lichtwellenleiter kann eingerichtet sein, Lichtwellen zu übertagen. Zum Beispiel kann der Multifaserleiter 102 mehr als zehntausend (z.B. mehr als zwanzigtausend, z.B. mehr als vierzigtausend, z.B. mehr als hunderttausend, z.B. mehr als zweihunderttausend, etc.) Lichtwellenleiter aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Multifaserleiter 102 flexibel sein. Anschaulich kann der Multifaserleiter 102 biegsam sein, z.B. mit einem funktionserhaltenden Biegeradius von weniger als 50 cm. In diesem Fall kann das optische System 100 zum Beispiel ein flexibles Endoskop bzw. ein flexibles Endoskopsystem sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist das optische System 100 einen optischen Diffusor 108 auf. Der optische Diffusor 108 kann eingerichtet sein, auf den optischen Diffusor 108 eingestrahltes Licht als ein Intensitätsmuster auf den Multifaserleiter 102 abzubilden bzw. ein Intensitätsmuster basierend auf dem auf den optischen Diffusor 108 eingestrahlten Licht zu erzeugen. Zum Beispiel kann das erste Ende 104 des Multifaserleiters 102 dem optischen Diffusor 108 zugewandt sein und der optische Diffusor 108 kann eingerichtet sein, auf den optischen Diffusor 108 eingestrahltes Licht als ein Intensitätsmuster auf das erste Ende 104 des Multifaserleiters 102 abzubilden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Intensitätsmuster Phaseninformationen des eingestrahlten Lichts repräsentieren. Anschaulich kann der optische Diffusor 108 Phaseninformationen des eingestrahlten Lichts in ein zweidimensionales Intensitätsmuster codieren. Anschaulich kann der optische Diffusor 108 Phaseninformationen des eingestrahlten Lichts in Form eines Intensitätsmusters codieren, wobei das Intensitätsmuster aufgrund von diffusen Streueffekten verursacht durch den optischen Diffusor 108 gebildet wird.
Unter Streuung versteht man in der Physik allgemein die Ablenkung eines Objekts durch Wechselwirkung mit einem lokalen anderen Objekt, konkreter die Ablenkung von Teilchen- oder Wellenstrahlung. Als eine Streuung von Licht kann daher die Ablenkung von Licht verstanden werden.
Eine diffuse Streuung kann beispielsweise eine diffuse Transmission und/oder eine diffuse Reflexion sein. Eine diffuse Streuung (transmittierend und/oder reflektieren) kann, im Unterschied zu einer spiegelnden Reflexion oder einer bilddurchlässigen Transmission, als unregelmäßig zerstreut, nicht scharf begrenzt, und/oder Streuung ohne einheitliche Richtung verstanden werden. Anschaulich kann der optische Diffusor 108 im Falle einer transmittierenden Streuung lichtdurchlässig und nicht bilddurchlässig sein.
Ein optischer Diffusor (z.B. der optische Diffusor 108) kann eingerichtet sein, den Großteil (z.B. mehr als 50 %) des reflektierten Lichts diffus zu reflektieren und/oder den Großteil (z.B. mehr als 50 %) des transmittierten Lichts diffus zu transmittieren. Zum Beispiel kann der optische Diffusor 108 eine Vielzahl von zufällig verteilten Streuzentren aufweisen und einfallendes Licht kann in Transmission an den Streuzentren gestreut werden.
Ein veranschaulichendes Beispiel für eine diffuse Streuung in Transmission ist in 2A dargestellt. Ein Punkt (x, y, z) im Raum kann einen Lichtstrahl 210 in Richtung des optischen Diffusors 108 aussenden. Anschaulich kann der Punkt (x, y, z) eine Licht-Punktquelle 208 sein. Das von der Licht-Punktquelle 208 in Richtung des optischen Diffusors 108 ausgesendete Licht 210 kann mittels des optischen Diffusors 108 diffus gestreut werden (zum Beispiel wie in dem in 2A dargestellten Beispiel diffus transmittiert werden). Die diffuse Streuung des von der Licht-Punktquelle 208 ausgesendeten Lichts 210 kann eine Vielzahl von Lichtstrahlen 212 erzeugen, welche in Richtung des Multifaserleiters 102 ausgesendet werden. Die Abbildung der Vielzahl von Lichtstrahlen 212 in einer gemeinsamen Ebene, wie beispielsweise auf dem ersten Ende 104 des Multifaserleiters 102, kann ein Intensitätsmuster erzeugen. Die mittels des optischen Diffusors 108 erzeugte diffuse Streuung des einfallenden Lichts kann mittels einer Punktverteilungsfunktion (engl.: point spread function) beschrieben werden. Diese Punktverteilungsfunktion ist von der Position (x, y, z) der Licht-Punktquelle im Raum abhängig, so dass jede 3D-Position (x, y, z) der Licht-Punktquelle ein einzigartiges Intensitätsmuster erzeugt. Beispiele für basierend auf einer jeweiligen Licht-Punktquelle erzeugte Intensitätsmuster 402, 404, 406, 408, 410 (z.B. Speckle-Muster) sind in 4A dargestellt, wobei die Licht-Punktquelle zwischen jedem gemessenen Intensitätsmuster 402 bis 410 vertikal translatiert wurde. Anschaulich zeigen die erzeugten Intensitätsmuster 402, 404, 406, 408, 410 eine Verschiebung in Abhängigkeit der vertikal translatierten Licht-Punktquelle.
Ein von einer Licht-Punktquelle erzeugtes Intensitätsmuster kann mittels einer Interferenz gebildet werden, da eine Licht-Punktquelle örtlich kohärent ist. Ein von mehreren Licht-Punktquellen erzeugtes Intensitätsmuster kann durch Addition aller Intensitätsmuster der mehreren Licht-Punktquellen gebildet werden. Anschaulich kann zum Beispiel das von dem auf den optischen Diffusor 108 einfallenden Licht 110 erzeugte Intensitätsmuster (116, 1B) eine Kombination der Intensitätsmuster aller Licht-Punktquellen sein, welche eine jeweilige dem optischen Diffusor 108 zugewandte Oberfläche von ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 definieren. Anschaulich kann ein 3D-Objekt durch mehrere Licht-Punktquellen charakterisiert werden oder sein. Ein Beispiel für ein gemessenes Intensitätsmuster, das ein 3D-Objekt repräsentiert, ist 4B dargestellt.
Der optische Diffusor 108 kann zum Beispiel ein in Transmission diffus streuendes Material aufweisen, wie beispielsweise Mattglas (Milchglas) oder ein Polymer. Das Polymer kann zum Beispiel Polytetrafluorethylen oder Polytetrafluorethylen-basiert (z.B. ein Zenith-Polymer®) sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der optische Diffusor 108 eine diffus streuende (z.B. diffus reflektierende) Beschichtung aufweisen. Die Beschichtung kann zum Beispiel Al, Ag, Au, etc. aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der optische Diffusor 108 in einem Abstand (z.B. mehr als 0,1 mm, z.B. mehr als 0,2 mm, z.B. mehr als 0,3 mm, etc.) zu dem ersten Ende 104 des Multifaserleiters 102 angeordnet sein. Zwischen dem optischen Diffusor 108 und dem ersten Ende 104 des Multifaserleiters 102 kann zum Beispiel ein lichtdurchlässiges Material (z.B. Glas) angeordnet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der optische Diffusor 108 einen Volumenstreuer aufweisen. Zum Beispiel kann der optische Diffusor 108 einen kurzen (z.B. mit einer Länge von weniger als 5 mm, z.B. mit einer Länge von weniger als 3 mm, z.B. mit einer Länge von weniger als 1 mm, z.B. mit einer Länge in einem Bereich von ungefähr 100 µm bis ungefähr 5000 µm, z.B. mit einer Länge in einem Bereich von ungefähr 100 µm bis 1 mm) Multimode-Wellenleiter aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der optische Diffusor 108 eine zeitinvariante Punktverteilungsfunktion aufweisen.
Ein Intensitätsmuster kann so verstanden werden, dass verschiedene räumliche Bereiche des Musters voneinander verschiedene Helligkeiten aufweisen bzw. dass in verschiedenen räumlichen Bereichen des Musters voneinander verschiedene Intensitäten vorliegen. Intensitäten, die als voneinander verschieden betrachtet werden, können mindestens einen Unterschied von 10 % aufweisen. Anschaulich kann das Intensitätsmuster basierend auf Hell-Dunkel-Kontrasten und/oder basierend auf Farbkontrasten erzeugt sein oder werden.
Der Multifaserleiter 102 kann eingerichtet sein, das Intensitätsmuster von dem ersten Ende 104 zu dem zweiten Ende 106 zu übertragen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das optische System 100 ein Auswertesystem 112 aufweisen oder damit kommunikativ gekoppelt sein. Das Auswertesystem 112 kann eingerichtet sein, das mittels des Multifaserleiters 102 übertragene Intensitätsmuster zu empfangen. Zum Beispiel kann das Auswertesystem 112 hierfür eine Lichtwellenleiter-Schnittstelle aufweisen. Das Auswertesystem 112 kann eingerichtet sein, basierend auf dem mittels des Multifaserleiters 102 übertragenen Intensitätsmuster ein Bild zu erzeugen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann auf den optischen Diffusor 108 eingestrahltes Licht 110 von ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten 109 ausgesendet werden. Das auf den optischen Diffusor 108 eingestrahlte Licht 110 kann zum Beispiel von den ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten 109 transmittiert, reflektiert und/oder luminesziert werden. Anschaulich kann Licht mittels Transmission durch die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten 109 hindurchtreten, mittels Reflexion an den ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten 109 reflektiert werden, und/oder die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 können das Licht mittels Lumineszenz abstrahlen. Zumindest ein Teil dieses transmittierten, reflektierten und/oder lumineszierten Lichts kann (anschaulich als das Licht 110) auf den optischen Diffusor 108 einstrahlen. Es versteht sich, dass das von den ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten 109 in Richtung des optischen Diffusors 108 reflektierte, lumineszierte und/oder transmittierte Licht von einem Teil der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109, welcher dem optischen Diffusor 108 zugewandt ist, ausgesendet wird. Zum Beispiel kann eine Oberfläche eines 3D-Objekts dem optischen Diffusor 108 zugewandt sein und die Oberfläche kann mittels mehrerer Licht-Punktquellen beschrieben werden, wobei jede Licht-Punktquelle der mehreren Licht-Punktquellen Licht in Richtung des optischen Diffusors 108 reflektieren kann, lumineszieren kann und/oder transmittiertes Licht aussenden kann.
Mit Bezug auf 1B kann der optische Diffusor 108 eingerichtet sein, das auf den Diffusor 108 eingestrahlte Licht 110 als ein Intensitätsmuster 116 auf den Multifaserleiter 102 abzubilden. Das Intensitätsmuster 116 kann zum Beispiel ein Speckle-Muster aufweisen oder sein. Wie voranstehend beschrieben, kann der optische Diffusor 108 eingerichtet sein, in Transmission oder Reflexion diffus zu streuen. Veranschaulichende Beispiele hierfür sind in 2B und 2C dargestellt. 2B zeigt veranschaulichend eine diffuse Transmission des auf den optischen Diffusor 108 eingestrahlten Lichts 110 mittels des optischen Diffusors 108. Der optische Diffusor 108 kann eingerichtet sein, die gestreuten Lichtstrahlen 202 als das Intensitätsmuster 116 auf den Multifaserleiter 102 abzubilden. Wie mit Bezug auf 2A beschrieben, kann das Intensitätsmuster 116 eine Kombination der von einer Vielzahl von Licht-Punktquellen der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 erzeugten Intensitätsmuster sein. 2C zeigt veranschaulichend eine diffuse Reflexion (z.B. eine teilweise Reflexion, z.B. eine Totalreflexion) des auf den optischen Diffusor 108 eingestrahlten Lichts 110 mittels des optischen Diffusors 108. Der optische Diffusor 108 kann eingerichtet sein, die reflektierten Lichtstrahlen 204 als das Intensitätsmuster 116 auf den Multifaserleiter 102 abzubilden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist das Intensitätsmuster 116 Phaseninformationen des auf den optischen Diffusor 108 eingestrahlten Lichts 110 auf. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Phaseninformationen des eingestrahlten Lichts 110 die Licht-Punktquellen des eingestrahlten Lichts 110 charakterisieren (z.B. Koordinaten jeweiliger Licht-Punktquellen). Die Phaseninformationen des auf den optischen Diffusor 108 eingestrahlten Lichts 110 können die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 repräsentieren. Anschaulich ist der optische Diffusor 108 eingerichtet, Phaseninformationen des eingestrahlten Lichts 110, welche 3D-Informationen aufweisen, in ein 2D-Intensitätsmuster zu codieren. Dadurch ist beispielsweise keine zusätzliche Optik und/oder zusätzliche Elektronik, wie beispielsweise eine Kamera, an dem ersten Ende 104 des Multifaserleiters 102 erforderlich, um 3D-Informationen zu übermitteln. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das optische System 100 weder eine Linse noch Elektronik an dem ersten Ende 104 des Multifaserleiters 102 aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das optische System 100 ein Endoskop oder Endoskopsystem sein und ein Teil 206 des Multifaserleiters 102 kann eingerichtet sein, in eine Öffnung eingeführt zu werden (siehe zum Beispiel 2D als veranschaulichendes Beispiel). Eine Öffnung, wie hierin verwendet, kann zum Beispiel eine Körperöffnung eines Lebewesens (z.B. ein Mensch, z.B. ein Tier) oder eine Öffnung einer Vorrichtung (z.B. einer technischen Vorrichtung), eines Geräts, eines Gegenstands, etc. sein. Die Körperöffnung kann eine natürliche Körperöffnung (z.B. ein Mund) oder eine künstliche Körperöffnung (z.B. ein Schnitt in der Haut oder ein Loch in einem Knochen oder ähnliches) sein. Das erste Ende 104 des Multifaserleiters 102, welches dem optischen Diffusor 108 zugewandt ist, kann ein distales Ende des Endoskops sein und das zweite Ende 106 des Multifaserleiters 102 kann ein proximales Ende des Endoskops sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Multifaserleiter 102 mittels einer Leiterlänge und einem Leiterquerschnitt charakterisiert werden. Die Leiterlänge kann hierbei eine maximale Länge des Multifaserleiters 102 in einem nicht-gebogenen Zustand sein. Der Leiterquerschnitt des Multifaserleiters 102 (z.B. in der x-z-Ebene in 2D) kann zum Beispiel eine Querschnittsfläche einer der folgenden Formen aufweisen: einen Kreis, ein Quadrat, ein Rechteck, ein Dreieck, ein Trapez, ein Parallelogramm, eine Ellipse, ein Polygon, etc.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Form des Multifaserleiters 102 und die geometrischen Größen, welche die jeweilige Form definieren, entlang der Leiterlänge des Multifaserleiters 102 unverändert sein. Anschaulich kann der Leiterquerschnitt des Multifaserleiters 102 entlang der Leiterlänge gleichbleibend sein. Anschaulich kann der Multifaserleiter 102 in einem geradlinig erstreckten (nicht gebogenen) Zustand zylinderförmig sein. Zum Beispiel kann der Leiterquerschnitt einen Kreis als Querschnittsfläche aufweisen und der Multifaserleiter 102 kann in einem geradlinig erstreckten Zustand einen Kreiszylinder bilden. Zum Beispiel kann der Leiterquerschnitt ein Quadrat als Querschnittsfläche aufweisen und der Multifaserleiter 102 kann in einem geradlinig erstreckten Zustand einen Zylinder mit quadratischer Grundfläche (d.h. einen Quader) bilden. Zum Beispiel kann der Leiterquerschnitt ein Polygon als Querschnittsfläche aufweisen und der Multifaserleiter 102 kann in einem geradlinig erstreckten Zustand ein Prisma bilden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Form des Multifaserleiters 102 entlang der Leiterlänge des Multifaserleiters 102 unverändert sein und die geometrischen Größen, welche die jeweilige Form definieren, können sich entlang der Leiterlänge verändern. Anschaulich kann der Multifaserleiter 102 in einem geradlinig erstreckten (nicht gebogenen) Zustand einen geometrischen Stumpf. Zum Beispiel kann der Leiterquerschnitt einen Kreis als Querschnittsfläche aufweisen und der Multifaserleiter 102 kann in einem geradlinig erstreckten Zustand einen Kegelstumpf bilden. Zum Beispiel kann der Leiterquerschnitt ein Quadrat als Querschnittsfläche aufweisen und der Multifaserleiter 102 kann in einem geradlinig erstreckten Zustand einen Pyramidenstumpf bilden.
Wie zuvor beschrieben, kann das optische System 100 ein Endoskop oder Endoskopsystem sein und der Multifaserleiter 102 kann einen Teil 206 (z.B. einen Leiterabschnitt) aufweisen, der eingerichtet ist, in eine Öffnung eingeführt zu werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann dieser einzuführende Teil 206 eine maximale Ausdehnung des Leiterquerschnitts von weniger als 5 mm (z.B. weniger als 4 mm, z.B. weniger als 3 mm, z.B. weniger als 2 mm, z.B. weniger als 1 mm, z.B. weniger als 0.5 mm, etc.) aufweisen. In dem Fall eines kreisförmigen Leiterquerschnitts kann die maximale Ausdehnung ein maximaler Durchmesser des Leiterquerschnitts in dem einzuführenden Teil 206 des Multifaserleiters 102 sein. In dem Fall eines eckigen (z.B. vieleckigen) Leiterquerschnitts kann die maximale Ausdehnung eine maximale Weite des Leiterquerschnitts in dem einzuführenden Teil 206 des Multifaserleiters 102 sein. Zum Beispiel kann der Leiterschnitt eine rechteckige Form aufweisen und die maximale Weite des Leiterquerschnitts kann die Länge der Diagonale des Rechtecks sein. Zum Beispiel kann der Leiterschnitt eine dreieckige Form aufweisen und die maximale Weite des Leiterquerschnitts kann die maximale Höhe (d.h. die Höhe des Dreiecks mit dem größten Wert) des Dreiecks sein. Es wird darauf hingewiesen, dass der optische Diffusor 108 ebenfalls in die Öffnung eingeführt werden kann und dass der optische Diffusor 108 ebenfalls eine maximale Ausdehnung kleiner oder gleich der maximalen Ausdehnung des einzuführenden Teils 206 des Multifaserleiters 102 aufweisen kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Multifaserleiter 102 an dem ersten Ende 104 einen ersten Durchmesser (z.B. einen ersten maximalen Durchmesser der Grundfläche) oder eine erste Weite (z.B. eine erste maximale Weite der Grundfläche) aufweisen. Der optische Diffusor 108 kann einen zweiten Durchmesser (z.B. einen zweiten maximalen Durchmesser) oder eine zweite Weite (z.B. eine zweite maximale Weite) aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Durchmesser bzw. die zweite Weite gleich dem ersten Durchmesser bzw. der ersten Weite sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Querschnittsfläche des optischen Diffusors 108 die gleiche Form wie der Leiterquerschnitt des Multifaserleiters 102 aufweisen. Zum Beispiel können sowohl der optische Diffusors 108 als auch der Multifaserleiter 102 einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Ein veranschaulichendes Beispiel hierfür ist in 2D dargestellt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Multifaserleiter 102 eine Vielzahl von Lichtwellenleitern aufweisen. Zum Beispiel kann jeder Lichtwellenleiter der Vielzahl von Lichtwellenleitern im Wesentlichen die gleiche Form aufweisen. Der Querschnitt eines Lichtwellenleiters kann zum Beispiel eine Querschnittsfläche einer der folgenden Formen aufweisen: einen Kreis, ein Quadrat, ein Rechteck, ein Dreieck, ein Trapez, ein Parallelogramm, eine Ellipse, ein Polygon, etc.
3A und 3B zeigen jeweils einen beispielhaften Querschnitt eines Multifaserleiters 102 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Der Multifaserleiter 102 kann eine Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 aufweisen. Jeder Lichtwellenleiter der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 kann benachbarte Lichtwellenleiter zumindest teilweise physisch kontaktieren. Derart kann die maximale Ausdehnung des Leiterquerschnitts verringert werden. Die Lichtwellenleiter der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 können beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt (3A) oder einen vieleckigen Querschnitt (3B) aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Multifaserleiter 102 ein kohärentes (z.B. geordnetes) Multifaserbündel (eine kohärente Vielzahl von Lichtwellenleitern 302) oder ein inkohärentes (z.B. ungeordnetes) Multifaserbündel (eine inkohärente Vielzahl von Lichtwellenleitern 302) aufweisen oder sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jeder Lichtwellenleiter der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 eingerichtet sein, eine einzelne Lichtmode zu übertragen. Anschaulich kann jeder Lichtwellenleiter der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 ein Einzelmode-(engl.: single mode)-Lichtwellenleiter sein. Dadurch kann im Vergleich zu Multimode-Lichtwellenleitern, bei denen bei der Übertragung eine Vermischung von Lichtmoden stattfindet, eine aufwändige Kalibrierung (z.B. in-situ Kalibrierung) nicht erforderlich sein.
Mit Bezug auf 1B kann der Multifaserleiter 102 eingerichtet sein, das Intensitätsmuster 116 in Form einer Vielzahl von Bildpunkten zu übertragen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jeder Lichtwellenleiter der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 einen Bildpunkt (z.B. genau einen Bildpunkt) der Vielzahl von Bildpunkten von dem ersten Ende 104 des Multifaserleiters 102 zu dem zweiten Ende 106 des Multifaserleiters 102 zu übertragen. Das Übertagen eines Bildpunktes mittels eines Lichtwellenleiters, wie hierin verwendet, kann als ein Übertagen der Lichtwellen, welche dem Bildpunkt zugeordnet sind, verstanden werden. Zum Beispiel kann jeder Bildpunkt einen Anteil des Intensitätsmusters 116 repräsentieren. Anschaulich wird das Intensitätsmuster dadurch mittels der Vielzahl von Bildpunkten repräsentiert. Anschaulich kann jedem Bildpunkt der Vielzahl von Bildpunkten ein Lichtwellenleiter der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 zugeordnet sein. Zum Beispiel kann jedem Bildpunkt genau ein Lichtwellenleiter zugeordnet sein und vice versa. Zum Beispiel können die Vielzahl von Bildpunkten und die Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 einander bijektiv zugeordnet sein. Ein beispielhaftes Intensitätsmuster 116 ist in 4B dargestellt. 4C zeigt eine anschauliche des beispielhaften Intensitätsmuster 116 auf den Multifaserleiter 102. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jeder Lichtwellenleiter der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 einen Anteil des Intensitätsmusters 116 repräsentieren, der auf den dem Bildpunkt zugeordneten Lichtwellenleiter abgebildet wird. Anschaulich können die Lichtwellenleiter die Bildpunkte definieren. Die Summe der mittels der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 übertragenen Bildpunkte kann das Intensitätsmuster 116 repräsentieren. Anschaulich können derart Intensitätsmusterbildpunkte 118, welche das Intensitätsmuster 116 repräsentieren, an dem zweiten Ende 106 des Multifaserleiters 102 bereitgestellt werden (siehe 1B).
Das Auswertesystem 112 kann eingerichtet sein, die Vielzahl von Bildpunkten als Intensitätsmusterbildpunkte 118 zu empfangen (z.B. mittels der Lichtwellenleiter-Schnittstelle). Das Auswertesystem 112 kann eingerichtet sein, basierend auf den Intensitätsmusterbildpunkten 118 ein Bild 114 zu erzeugen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bild 114 die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 darstellen. Zum Beispiel kann das Bild 114 ein oder mehrere dem optischen Diffusor 108 zugewandte Seiten der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 darstellen. Anschaulich kann das Bild 114 Tiefeninformationen bezüglich der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 aufweisen.
1C zeigt das Auswertesystem 112 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das Auswertesystem 112 kann eine Bildgebungsvorrichtung, wie beispielsweise eine Kamera 122 (z.B. eine ladungsgekoppelte (engl.: charge coupled device, CCD) Kamera) aufweisen. Im Folgenden wird die Bildgebungsvorrichtung beispielhaft für die Kamera 122 beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass jede Art von Sensor verwendet werden kann, der Licht direkt oder indirekt detektieren kann. Die Kamera 122 kann eingerichtet sein, die Intensitätsmusterbildpunkte 118 als Intensitätsmusterbild 124 zu erfassen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Auswertesystem 112 ein oder mehreren Prozessoren 126 aufweisen. Die ein oder mehreren Prozessoren 126 können eingerichtet sein, das Intensitätsmusterbild 124 zu verarbeiten und das Bild 114 zu erzeugen. Anschaulich kann derart das Bild 114, welches die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 darstellt, mittels einer einzigen Messung (engl.: single shot) ermittelt werden.
Die ein oder mehreren Prozessoren 126 können, wie oben beschrieben, jede Art von Logik implementierender Entität aufweisen. Die ein oder mehreren Prozessoren 126 können Logik zum Beispiel unter Verwendung einer Speichervorrichtung implementieren und/oder können unter Verwendung der Speichervorrichtung Daten verarbeiten.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren Prozessoren 126 ein trainiertes neuronales Netzwerk implementieren. Zum Beispiel können die ein oder mehreren Prozessoren 126 eingerichtet sein, das Bild 114 unter Verwendung des Intensitätsmusterbilds 124 mittels des trainierten neuronalen Netzwerks zu erzeugen. Anschaulich kann das trainierte neuronale Netzwerk eingerichtet sein, in Reaktion auf eine Eingabe des Intensitätsmusterbilds 124 in das trainierte neuronale Netzwerk hin, das Bild 114 zu erzeugen. Ein beispielhaftes Trainieren eines hierfür eingerichteten neuronalen Netzwerks wird mit Bezug auf 9 beschrieben. Anschaulich kann der optische Diffusor 108 3D-Informationen codieren und das trainierte neuronale Netzwerk kann die 3D-Informationen decodieren. Anschaulich bilden der optische Diffusor 108 und das trainierte neuronale Netzwerk ein Encoder-Decoder-Paar.
1D zeigt das optische System 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei das optische System 100 eine Beleuchtungsvorrichtung 128 aufweisen kann oder damit kommunikativ gekoppelt sein kann. Die Beleuchtungsvorrichtung 128 kann eine Lichtquelle (z.B. ein Laser bzw. eine Laserlichtquelle) aufweisen. Die Beleuchtungsvorrichtung 128 kann eingerichtet sein, Licht zu erzeugen. Die Lichtquelle kann zum Erzeugen von Licht eingerichtet sein. Die Beleuchtungsvorrichtung 128 kann eingerichtet sein, das erzeugte Licht an das zweite Ende 106 des Multifaserleiters 102 bereitzustellen. Der Multifaserleiter 102 kann eingerichtet sein, das an dem zweiten Ende 106 des Multifaserleiters 102 mittels der Beleuchtungsvorrichtung 128 bereitgestellte Licht zu dem ersten Ende 104 des Multifaserleiters 102 zu übertragen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können ein oder mehrere Lichtwellenleiter (z.B. alle Lichtwellenleiter) der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 eingerichtet sein, das an dem zweiten Ende 106 des Multifaserleiters 102 mittels der Beleuchtungsvorrichtung 128 bereitgestellte Licht zu dem ersten Ende 104 des Multifaserleiters 102 zu übertragen (siehe 3A und 3B). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Multifaserleiter 102 ein oder mehrere Beleuchtungs-Wellenleiter 304 aufweisen (siehe 3C und 3D). Die ein oder mehreren Beleuchtungs-Wellenleiter 304 können eingerichtet sein, das an dem zweiten Ende 106 des Multifaserleiters 102 mittels der Beleuchtungsvorrichtung 128 bereitgestellte Licht zu dem ersten Ende 104 des Multifaserleiters 102 zu übertragen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die maximale Querschnittsausdehnung, wie beispielsweise der maximale Durchmesser (3C) bzw. die maximale Weite (3D), eines Beleuchtungs-Wellenleiters 304 von der maximalen Querschnittsausdehnung eines Lichtwellenleiters 302 verschieden sein. Zum Beispiel kann jeder Beleuchtungs-Wellenleiter 304 der ein oder mehreren Beleuchtungs-Wellenleiter 304 eine größere maximale Querschnittsausdehnung als jeder Lichtwellenleiter der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beleuchtungsvorrichtung 128 eingerichtet sein, polychromatisches Licht (z.B. Weißlicht) zu erzeugen. Anschaulich kann das an dem zweiten Ende 106 des Multifaserleiters 102 mittels der Beleuchtungsvorrichtung 128 bereitgestellte Licht polychromatisches Licht aufweisen oder sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beleuchtungsvorrichtung 128 eingerichtet sein, Licht (z.B. für das menschliche Auge sichtbares Licht) verschiedener Lichtfarben zu erzeugen. Der Begriff „Lichtfarbe“, wie hierin verwendet, kann einen Wellenlängenbereich des Lichts innerhalb des elektromagnetischen Spektrums definieren. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Beleuchtungsvorrichtung 128 eingerichtet sein, zeitlich nacheinander Licht mehrerer voneinander verschiedener Lichtfarben zu erzeugen und an den Multifaserleiter 102 bereitzustellen.
Das zu dem ersten Ende 104 des Multifaserleiters 102 übertragene Licht kann aus dem Multifaserleiter 102 ausgestrahlt werden und kann die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 zumindest teilweise beleuchten. Anschaulich können die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 mittels des Multifaserleiters 102 unter Verwendung der Beleuchtungsvorrichtung 128 beleuchtet werden. Es versteht sich, dass hierbei ein dem optischen Diffusor 108 zugewandter Teil (z.B. eine zugewandte Oberfläche des zugewandten Teils) der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 beleuchtet werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Multifaserleiter 102 eingerichtet sein, mittels ein oder mehreren Lichtwellenleitern der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 nur teilweise zu beleuchten. Zum Beispiel kann der dem optischen Diffusor 108 zugewandte Teil der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 in einen ersten Abschnitt und einen von dem ersten Abschnitt verschiedenen zweiten Abschnitt unterteilt werden oder sein und das optische System 100 kann eingerichtet sein, nur den ersten Abschnitt oder nur den zweiten Abschnitt zu beleuchten.
Ein Beleuchten der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 kann hierin als ein direktes Beleuchten mittels des optischen Diffusor 108 verstanden werden. Im Gegensatz dazu kann Licht, das zwar auf die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 einfällt, aber zwischen dem optischen Diffusor 108 und den ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten 109 an mindestens einem anderen Objekt reflektiert wird, als indirektes Beleuchten verstanden werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das optische System 100 eine maximale Beleuchtung erreichen, indem von der Beleuchtungsvorrichtung 128 bereitgestelltes Licht mittels allen Lichtwellenleitern der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 übertragen und ausgesendet wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das optische System 100 eine nur teilweise Beleuchtung erreichen, indem von der Beleuchtungsvorrichtung 128 bereitgestelltes Licht mittels ausgewählten Lichtwellenleitern der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 (z.B. weniger als allen Lichtwellenleitern der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302) übertragen und ausgesendet wird.
Die Beleuchtungsvorrichtung 128 kann eingerichtet sein, das Licht selektiv an ein oder mehrere Lichtwellenleiter der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 bereitzustellen. Zum Beispiel kann jeder Lichtwellenleiter der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 eingerichtet sein, das an dem zweiten Ende 106 des Multifaserleiters 102 bereitgestellte Licht zu übertragen und die Beleuchtungsvorrichtung 128 kann eingerichtet sein, das Licht selektiv an ein oder mehrere Lichtwellenleiter der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 bereitzustellen. Ein veranschaulichendes Beispiel hierfür ist in 5 dargestellt. Zum Beispiel kann die Beleuchtungsvorrichtung 128 Licht an ausgewählte Lichtwellenleiter 502 der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 bereitstellen. Zum Beispiel kann das optische System 100 eine Blende aufweisen und die Blende kann eingerichtet sein, das von der Beleuchtungsvorrichtung 128 erzeugte Licht an ausgewählte Lichtwellenleiter 502 der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Beleuchtungsvorrichtung 128 eingerichtet sein, einen fokussierten Lichtstrahl zu erzeugen und kann eingerichtet sein, den fokussierten Lichtstrahl an die ausgewählten Lichtwellenleiter 502 der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Beleuchtungsvorrichtung 128 eingerichtet sein, Licht selektiv in die ausgewählten Lichtwellenleiter 502 der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 einzustrahlen. Anschaulich können derart die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 gezielt nur teilweise beleuchtet werden. Der beleuchtete Bereich der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 kann zum Beispiel der Teil der Oberfläche der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 sein, welcher mit mehr als 70 % (z.B. mehr als 80 %, z.B. mehr als 90 %, z.B. mehr als 95 %) der auf die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 eingestrahlten Lichtintensität aufweist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beleuchtungsvorrichtung 128 eingerichtet sein, zeitlich nacheinander Licht an zumindest teilweise voneinander verschiedene Lichtwellenleiter der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 bereitzustellen. Anschaulich können derart nacheinander gezielt verschiedene Teile (z.B. Bereiche z.B. Abschnitte) der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 beleuchtet werden. Voneinander verschieden beleuchtete Teile können zum Beispiel einen um mindestens 30 % (z.B. mindestens 40 %, z.B. mindestens 50 %, etc.) verschiedenen beleuchten Bereich der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 aufweisen. Zum Beispiel kann mittels ausgewählten ersten Lichtwellenleitern der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 ein erster Bereich der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 mit mehr als 70 % der auf die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 eingestrahlten Lichtintensität beleuchtet werden und zeitlich danach kann mittels ausgewählten zweiten Lichtwellenleitern, welche zumindest einen von den ersten Lichtwellenleitern verschiedenen Lichtwellenleiter der Vielzahl von Lichtwellenleitern 302 aufweisen, ein zweiter Bereich der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 mit mehr als 70 % der auf die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 eingestrahlten Lichtintensität beleuchtet werden, wobei der beleuchtete erste Bereich und der beleuchtete zweite Bereich um mindestens 30 % voneinander verschieden sind. Anschaulich können die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 dadurch strukturiert beleuchtet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das in Richtung der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 aus dem Multifaserleiter 102 ausgestrahlte Licht an den ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten 109 reflektiert werden und zumindest ein Teil des reflektierten Lichts kann als Licht 110 auf den optischen Diffusor 108 einstrahlen, wie mit Bezug auf 1A und 1B beschrieben.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das in Richtung der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 aus dem Multifaserleiter 102 ausgestrahlte Licht die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten 109 zur Lumineszenz anregen und zumindest ein Teil des lumineszierten Lichts kann als Licht 110 auf den optischen Diffusor 108 einstrahlen, wie mit Bezug auf 1A und 1B beschrieben.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Auswertesystem 112 eingerichtet sein, mehrere voneinander verschiedene Lichtfarben zu detektieren. Zum Beispiel kann die Kamera 122 eingerichtet sein, mehrere voneinander verschiedene Lichtfarben zu erfassen (siehe 1C). Zum Beispiel kann das Auswertesystem 112 eingerichtet sein, mehrere voneinander zumindest teilweise verschiedene Wellenlängenbereich zu erfassen. Die Kamera 122 kann zum Beispiel eine Multispektralkamera aufweisen oder sein. Anschaulich kann das Auswertesystem 112 mehrere Farbkanäle erfassen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beleuchtungsvorrichtung 128 eingerichtet sein, polychromatisches Licht zu erzeugen und zumindest ein Teil des polychromatischen Lichts kann an den ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten 109 in Richtung des optischen Diffusors 108 reflektiert werden. Es versteht sich, dass verschiedene Moden eines monochromatischen Lasers nicht als polychromatisches Licht verstanden werden. Der optische Diffusor 108 kann eingerichtet sein, das reflektierte polychromatische Licht als Intensitätsmuster 116 auf das erste Ende 104 des Multifaserleiters 102 abzubilden. Das Auswertesystem 112 kann eingerichtet sein, mehrere voneinander verschiedene Lichtfarben des Intensitätsmusters 116, das Informationen des diffus gestreuten (z.B. diffus reflektierten, z.B. diffus transmittierten) polychromatischen Lichts aufweist, als ein jeweiliges Intensitätsmusterbild 124 zu erfassen. Das Auswertesystem 112 kann eingerichtet sein, das Bild 114 anhand aller erfasster Intensitätsmusterbilder 124 zu erzeugen. Zum Beispiel können die ein oder mehreren Prozessoren 126 das trainierte neuronale Netzwerk implementieren, welches eingerichtet sein kann, in Reaktion auf eine Eingabe aller erfasster Intensitätsmusterbilder 124 hin, das Bild 114 auszugeben. Als ein veranschaulichendes Beispiel kann das polychromatische Licht zum Beispiel Weißlicht aufweisen oder sein und das Auswertesystem 112 kann beispielsweise eingerichtet sein, ein jeweiliges Intensitätsmusterbild für blaues Licht, grünes Licht und rotes Licht zu erfassen und das Bild, das die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 darstellt, unter Verwendung des für das blaue Licht erfassten Intensitätsmusterbilds, des für das grüne Licht erfassten Intensitätsmusterbilds und des für das rote Licht erfassten Intensitätsmusterbilds zu erzeugen. Anschaulich kann derart der Informationsgehalt des Lichts erhöht werden, so dass zum Beispiel eine Auflösung des Bildes, das die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 darstellt, verbessert werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Beleuchtungsvorrichtung 128 eingerichtet sein, zeitlich nacheinander Licht mehrerer voneinander verschiedener Lichtfarben zu erzeugen und für jede Lichtfarbe kann zumindest ein Teil des Lichts an den ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten 109 in Richtung des optischen Diffusors 108 reflektiert werden. Der optische Diffusor 108 kann eingerichtet sein, das reflektierte Licht der jeweiligen Lichtfarbe als Intensitätsmuster 116 auf das erste Ende 104 des Multifaserleiters 102 abzubilden. Das Auswertesystem 112 kann eingerichtet sein, das Licht mit den von der Beleuchtungsvorrichtung 128 erzeugten Lichtfarben als ein jeweiliges Intensitätsmusterbild 124 zu erfassen. Das Auswertesystem 112 kann eingerichtet sein, das Bild 114 anhand der für alle Lichtfarben erfassten Intensitätsmusterbilder 124 zu erzeugen. Zum Beispiel können die ein oder mehreren Prozessoren 126 das trainierte neuronale Netzwerk implementieren, welches eingerichtet sein kann, in Reaktion auf eine Eingabe aller für die verschiedenen Lichtfarben erfassten Intensitätsmusterbilder 124 hin, das Bild 114 auszugeben. Als ein veranschaulichendes Beispiel kann die Beleuchtungsvorrichtung 128 eingerichtet sein, zuerst blaues Licht zu erzeugen und das Auswertesystem 112 kann eingerichtet sein, ein Intensitätsmusterbild für das blaue Licht zu erfassen; zeitlich danach kann die Beleuchtungsvorrichtung 128 rotes Licht erzeugen und das Auswertesystem 112 kann eingerichtet sein, ein Intensitätsmusterbild für das rote Licht zu erfassen und das Bild, das die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 darstellt, unter Verwendung des für das blaue Licht erfassten Intensitätsmusterbilds und des für das rote Licht erfassten Intensitätsmusterbilds zu erzeugen. Anschaulich kann derart eine Auflösung des Bildes, das die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 darstellt, verbessert werden kann.
Wie hierin beschrieben, kann das optische System 100 eingerichtet sein, die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten 109 strukturiert zu beleuchten. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann hierbei gezielt nur ein Teil der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 beleuchtet werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das optische System 100 eingerichtet sein, nacheinander zumindest teilweise voneinander verschiedene Teile der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 zu beleuchten. Hierbei kann das Auswertesystem 112 eingerichtet sein, für jeden beleuchteten Teil der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 ein jeweiliges Intensitätsmusterbild 124 zu erfassen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Auswertesystem 112 eingerichtet sein, das Bild 114, das die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 darstellt, unter Verwendung aller erfassten Intensitätsmusterbilder 124 zu erzeugen. Zum Beispiel können die ein oder mehreren Prozessoren 126 das trainierte neuronale Netzwerk implementieren, welches eingerichtet sein kann, in Reaktion auf eine Eingabe aller für die verschiedenen Teile der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 erfassten Intensitätsmusterbilder 124 hin, das Bild 114 auszugeben. Anschaulich kann derart nacheinander jeweils ein Teil der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 erfasst werden, welche zu dem Bild 114, das die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 darstellt, zusammengesetzt werden können. Dies kann beispielsweise eine Auflösung des erzeugten Bilds verbessern. Anschaulich kann derart die Komplexität erfasster Intensitätsmusterbilder verringert werden, wodurch beispielsweise eine Rekonstruktion des Bildes verbessert werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das optische System 100 eingerichtet sein, die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 mittels polychromatischen Lichts strukturiert zu beleuchten und das Auswertesystem 112 kann eingerichtet sein, für jeden strukturiert beleuchteten Teil der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 mehrere Lichtfarben des polychromatischen Lichts zu erfassen und ein zugeordnete Intensitätsmusterbild 124 zu erzeugen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das optische System 100 eingerichtet sein, die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 zeitlich nacheinander mit Licht mehrerer voneinander verschiedener Lichtfarben strukturiert zu beleuchten. Anschaulich kann derart zeitlich nacheinander jeweils ein Teil der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 mit mehreren voneinander verschiedenen Lichtfarben beleuchtet werden. Das Auswertesystem 112 kann eingerichtet sein, für jeden strukturiert beleuchteten Teil der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109, für jede Lichtfarbe der mehreren voneinander verschiedenen Lichtfarben ein jeweiliges Intensitätsmusterbild 124 zu erfassen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Auswertesystem 112 eingerichtet sein, das Bild 114 unter Verwendung aller (für jeden Teil der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 und für jede für jeden Teil jeweils erfasste Lichtfarbe) erzeugter Intensitätsmusterbilder 124 zu erzeugen. Zum Beispiel können die ein oder mehreren Prozessoren 126 das trainierte neuronale Netzwerk implementieren, welches eingerichtet sein kann, in Reaktion auf eine Eingabe aller für die verschiedenen Lichtfarben für alle Teile der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 erfassten Intensitätsmusterbilder 124 hin, das Bild 114 auszugeben. Anschaulich können derart mehrere Teile der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 und/oder mehrere Lichtfarben gemeinsam ausgewertet werden. Ein derart erzeugtes Bild 114 kann beispielsweise eine signifikant erhöhte Auflösung aufweisen.
Das hierin beschriebene optische System 100 kann beispielsweise ein flexibles Endoskop oder flexibles Endoskopsystem sein. Verschiedene Endoskope, wie beispielsweise Videoendoskope und Kapselendoskope, können Kameras an einem distalen Ende des Endoskops, das in eine Öffnung eines Objekts (z.B. eine Körperöffnung) eingeführt werden kann, aufweisen, was zum Beispiel bei der Endoskopie von Lebewesen eine elektromagnetische Verträglichkeit beeinträchtigen kann. Ferner erfordert dies eine vergleichsweise große Querschnittsausdehnung (z.B. mehr als 10 mm) des einzuführenden Teils des Endoskops, so dass kleine Öffnungen, wie beispielsweise eine kleine Öffnung in der Schädeldecke zur Untersuchung des Gehirns, nicht untersucht werden können. Verschiedene Endoskope können Linsensysteme (z.B. Objektiv und Linse) an dem distalen Ende des Endoskops aufweisen, was ebenfalls zu einer vergleichsweise großen Querschnittsausdehnung des einzuführenden Teils des Endoskops führt. Eine Verringerung der Querschnittsausdehnung kann beispielsweise mittels Multimode-Multifaserleitern erreicht werden, welche allerdings eine in-situ Kalibrierung der Übertragungseigenschaften (welche z.B. von einer Biegung der Lichtwellenleiter, einer Wellenlänge, einer Temperatur, etc. abhängig sein können) und eine Vorcodierung des an dem proximalen Ende des Endoskops eingestrahlten Lichts erfordern. Diese in-situ Kalibrierung erfordert allerdings einen Zugriff sowohl auf das proximale Ende als auch auf das distale Ende des Endoskops, weshalb eine in-situ Kalibrierung (z.B. nachdem das Endoskop in ein Gehirn eingeführt wurde) nur sehr bedingt bis gar nicht möglich sein kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das hierin beschriebene optische System 100 ein Endoskop sein, welches die oben genannten Probleme behebt, so dass ein Endoskop mit einer verringerten Querschnittsausdehnung bereitgestellt werden kann. Ferner ermöglicht das hierin beschriebene optische System 100 eine 3D-Bildgebung.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm 600 eines Verfahrens (z.B. Bildgebungsverfahrens) gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Das Verfahren kann ein Erzeugen von Licht, welches von ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten in Richtung eines optischen Diffusors ausgesendet wird, aufweisen (in 602).
Das Verfahren kann ein Erzeugen eines Intensitätsmusters als eine Abbildung des in Richtung des optischen Diffusors ausgesendeten Lichts mittels des optischen Diffusors aufweisen (in 604). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Intensitätsmuster Phaseninformationen des Lichts repräsentieren.
Das Verfahren kann ein Erzeugen eines Bildes der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte basierend auf Bildpunkten des erzeugten Intensitätsmusters aufweisen, wobei die Bildpunkte des erzeugten Intensitätsmusters mittels eines Multifaserleiters bereitgestellt werden (in 606).
7 zeigt ein Ablaufdiagramm 700 eines Verfahrens (z.B. Bildgebungsverfahrens) gemäß verschiedenen Ausführungsformen. 8A bis 8E zeigen einen schematischen Ablauf des Verfahrens beispielhaft für das optische System 100.
Das Verfahren kann ein Beleuchten der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 mittels des Multifaserleiters 102 aufweisen (in 702, 8A). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ein Übertragen von an dem zweiten Ende 106 des Multifaserleiters 102 bereitgestellten Licht 732 zu dem ersten Ende 104 des Multifaserleiters 102, das dem optischen Diffusor 108 zugewandt ist, aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ein Beleuchten der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 mit zumindest einem Teil des übertragenen Lichts 734 aufweisen.
Das Verfahren kann ein Erzeugen von Licht 736, welches von den ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten in Richtung des optischen Diffusors ausgesendet wird, aufweisen (in 704, 8B). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zumindest ein Teil des übertragenen Lichts 734, mit dem die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 beleuchtet werden, in Richtung des optischen Diffusors 108 reflektiert werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 in Reaktion auf das Beleuchten der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 lumineszieren.
Das Verfahren kann ein Erzeugen eines Intensitätsmusters 738 als eine Abbildung des von den ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten 109 erzeugten und in Richtung des optischen Diffusors ausgesendeten Lichts 736 mittels des optischen Diffusors aufweisen (in 706, 8C). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Intensitätsmuster Phaseninformationen des Lichts repräsentieren.
Das Verfahren kann ein Übertragen des Intensitätsmusters 738 in Form einer Vielzahl von Intensitätsmusterbildpunkten 740 von dem ersten Ende 104 des Multifaserleiters 102 zu dem zweiten Ende 106 des Multifaserleiters 102 aufweisen (in 708, 8D).
Das Verfahren kann ein Erzeugen eines Bildes 114 der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte 109 basierend auf den Intensitätsmusterbildpunkten 740 aufweisen (in 710, 8E).
9 zeigt eine Trainingsvorrichtung 900 zum Trainieren eines neuronalen Netzwerks 910 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Ein neuronales Netzwerk kann jede Art von neuronalem Netzwerk, wie beispielsweise ein Autoencoder-Netzwerk, ein neuronales Faltungsnetzwerk (engl.: convolutional neural network, CNN), ein Variations-Autoencoder-Netzwerk (engl.: variational autoencoder network, VAE), ein Ausgedünntes Autoencoder-Netzwerk (engl.: sparse autoencoder network, SAE), ein rekurrentes neuroanales Netzwerk (RNN), ein neuronales Entfaltungsnetzwerk (engl.: deconvolutional neural network, DNN), ein generatives gegnerisches Netzwerk (engl. generative adversarial network, GAN), ein vorausschauendes neuronales Netzwerk (engl.: forward-thinking neural network), ein neuronales Summenprodukt-Netzwerk (engl.: sum-product neural network) etc., aufweisen oder sein. Das neuronale Netzwerk kann jede Anzahl an Schichten aufweisen.
Die Trainingsvorrichtung 900 kann eine Speichervorrichtung 902 und ein oder mehreren Prozessoren 904 aufweisen. Die Speichervorrichtung 902 kann zumindest einen Speicher aufweisen. Der Speicher kann beispielsweise bei der durch einen Prozessor durchgeführten Verarbeitung verwendet werden. Ein in den Ausführungsformen verwendeter Speicher kann ein flüchtiger Speicher, zum Beispiel ein DRAM (dynamischer Direktzugriffsspeicher), oder ein nichtflüchtiger Speicher, zum Beispiel ein PROM (programmierbarer Festwertspeicher), ein EPROM (löschbarer PROM), ein EEPROM (elektrisch löschbarer PROM) oder ein Flash-Speicher, wie beispielsweise eine Speichereinrichtung mit schwebendem Gate, eine ladungsabfangende Speichereinrichtung, ein MRAM (magnetoresistiver Direktzugriffsspeicher) oder ein PCRAM (Phasenwechsel-Direktzugriffsspeicher), sein. Die Speichervorrichtung 902 kann eingerichtet sein, um einen Code (z.B. einen Programmcode) zu speichern, beispielsweise um ein neuronales Netzwerk zu implementieren.
Die Speichervorrichtung 902 kann eingerichtet sein, eine Vielzahl von Trainingsintensitätsmustern 906 zu speichern. Jedes Trainingsintensitätsmuster der Vielzahl von Trainingsintensitätsmustern 906 kann zum Beispiel ein Speckle-Muster sein. Die Speichervorrichtung 902 kann eingerichtet sein, für jedes Trainingsintensitätsmuster der Vielzahl von Trainingsintensitätsmustern 906 eine zugeordnete Vielzahl von Training-Tiefeninformationsbildern 908 zu speichern. Jedes Training-Tiefeninformationsbilder der Vielzahl von Training-Tiefeninformationsbildern 908 kann einem jeweiligen Abstand zu einem optischen Diffusor (z.B. dem optischen Diffusor 108) zugeordnet sein. Anschaulich können die Training-Tiefeninformationsbilder ein vordefiniertes Volumen definieren.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels eines optischen Systems, wie beispielsweise des optischen Systems 100, für jede Licht-Punktquelle einer Vielzahl von Licht-Punktquellen innerhalb des vordefinierten Volumens ein jeweiliges Intensitätsmuster erfasst werden. Zum Beispiel kann ein in einem Training-Tiefeninformationsbild dargestelltes Objekt als mehrere Licht-Punktquellen betrachtet werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Trainingsintensitätsmuster der Vielzahl von Trainingsintensitätsmustern 906 erzeugt werden, indem die Intensitätsmuster, die den Licht-Punktquellen aller in den dem Trainingsintensitätsmuster zugeordneten Training-Tiefeninformationsbildern dargestellten Objekte zugeordnet sind, zu dem Trainingsintensitätsmuster überlagert werden.
Die ein oder mehreren Prozessoren 904 können eingerichtet sein, das neuronale Netzwerk 910 zu implementieren. Das neuronale Netzwerk 910 kann eingerichtet sein, in Reaktion auf eine Eingabe eines Trainingsintensitätsmusters hin, eine Vielzahl von Tiefeninformationsbildern 912 zu erzeugen. Zum Beispiel kann das neuronale Netzwerk 910 mehrere Teilnetzwerke aufweisen und jedes Teilnetzwerk kann eingerichtet sein, ein Tiefeninformationsbild der Vielzahl von Tiefeninformationsbildern 912 zu erzeugen. Ein Teilnetzwerk des neuronalen Netzwerks 910 kann zum Beispiel ein U-Net sein. Jedes Tiefeninformationsbild der Vielzahl von Tiefeninformationsbildern 912 kann einem Trainings-Tiefeninformationsbild der Vielzahl von Trainings-Tiefeninformationsbildern 908 zugeordnet sein. Das einem Tiefeninformationsbild zugeordnete Trainings-Tiefeninformationsbild kann den gleichen Abstand von dem optischen Diffusor wie das Trainings- Tiefeninformationsbild repräsentieren.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren Prozessoren 904 eingerichtet sein, mittels einer Verlustfunktion 914 mindestens einen Verlustwert zwischen dem erzeugten Tiefeninformationsbild und dem zugeordneten Trainings-Tiefeninformationsbild zu ermitteln. Zum Beispiel können die ein oder mehreren Prozessoren 904 eingerichtet sein, mittels der Verlustfunktion 914 für jeden Bildpunkt des erzeugten Tiefeninformationsbilds einen Verlustwert zwischen dem erzeugten Tiefeninformationsbild und dem zugeordneten Trainings-Tiefeninformationsbild zu ermitteln. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren Prozessoren 904 eingerichtet sein, das neuronale Netzwerk 910 zu trainieren, indem das neuronale Netzwerk 910 derart angepasst wird, dass der mindestens eine Verlustwert eines jeden Tiefeninformationsbilds der Vielzahl von Tiefeninformationsbildern 912 verringert (z.B. minimiert) wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das neuronale Netzwerk 910 für jedes Trainingsintensitätsmuster der Vielzahl von Trainingsintensitätsmustern 906 eine jeweils zugeordnete Vielzahl von Trainingsinformationsbildern 912 erzeugen und die ein oder mehreren Prozessoren 904 können eingerichtet sein, für jedes Trainingsinformationsbild mindestens einen Verlustwert zwischen dem erzeugten Tiefeninformationsbild und dem zugeordneten Trainings-Tiefeninformationsbild zu ermitteln und das neuronale Netzwerk 910 zu adaptieren, so dass die Verlustwerte verringert (z.B. minimiert) werden. Das neuronale Netzwerk 910 kann zum Beispiel mittels Backpropagierung (z.B. unter Verwendung eines Backpropagierungs-Algorithmus) der ermittelten Verlustwerte angepasst werden.
In einem veranschaulichenden Beispiel können 32x32x9 (Breite x Höhe Tiefe) Licht-Punktquellen innerhalb eines Volumens von 100x100x400 µm³ mittels des optischen Systems 100 als jeweiliges Intensitätsmuster erfasst werden. Ferner kann für jede der neun Tiefen ein jeweiliges Bild mit 32x32 Bildpunkten erzeugt werden, wobei jeder Bildpunkt entweder einen Wert gleich „0“ oder einen Wert gleich „1“ aufweisen kann. Anschaulich kann derart jedem Bildpunkt der 32x32 Bildpunkte eine Licht-Punktquelle der 32x32 Licht-Punktquellen (z.B. bijektiv) zugeordnet sein. Für alle der neun Tiefen kann das Intensitätsmuster einer jeden Licht-Punktquelle, deren zugeordneter Bildpunkt den Wert „1“ aufweist, zu einem gemeinsamen Intensitätsmuster überlagert werden. Anschaulich kann das gemeinsame Intensitätsmuster eine Überlagerung der Intensitätsmuster aller Licht-Punktquellen über alle Tiefen hinweg sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das gemeinsame Intensitätsmuster ein Trainings-Intensitätsmuster der Vielzahl von Trainings-Intensitätsmustern 906 sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann derart die Vielzahl von Trainings-Intensitätsmustern 906 erzeugt werden.
Anschaulich kann das neuronale Netzwerk 910 derart trainiert werden, dass das trainierte neuronale Netzwerk in Reaktion auf eine Eingabe eines Intensitätsmusters hin, mehrere Bilder ausgibt, welche Tiefeninformationen von Objekten repräsentieren. 10 zeigt beispielhafte Tiefeninformationsbilder 1002A, 1004A, 1006A, die ein trainiertes neuronales Netzwerk gemäß verschiedenen Ausführungsformen für das in 4B dargestellte beispielhafte Intensitätsmuster 116 ausgeben kann, und jeweils zugeordnete Trainings-Tiefeninformationsbilder 1002B, 1004B, 1006B. Zum Beispiel kann ein erstes Tiefeninformationsbild 1002A einem ersten Abstand zu dem optischen Diffusor 108 zugeordnet sein und dem ersten Tiefeninformationsbild 1002A kann ein erstes Trainings-Tiefeninformationsbild 1002B zugeordnet sein. Zum Beispiel kann ein zweites Tiefeninformationsbild 1004A einem von dem ersten Abstand verschiedenen zweiten Abstand zu dem optischen Diffusor 108 zugeordnet sein und dem zweiten Tiefeninformationsbild 1004A kann ein zweites Trainings-Tiefeninformationsbild 1004B zugeordnet sein. Zum Beispiel kann ein drittes Tiefeninformationsbild 1006A einem von dem ersten Abstand und dem zweiten Abstand verschiedenen dritten Abstand zu dem optischen Diffusor 108 zugeordnet sein und dem dritten Tiefeninformationsbild 1006A kann ein drittes Trainings-Tiefeninformationsbild 1006B zugeordnet sein. Anschaulich kann das trainierte neuronale Netzwerk die Tiefeninformationsbilder 1002A, 1004A, 1006A vorhersagen und die Trainings-Tiefeninformationsbilder 1002B, 1004B, 1006B können die Grundwahrheitsdaten der Tiefeninformationsbilder 1002A, 1004A, 1006A aufweisen oder sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das neuronale Netzwerk 910 derart trainiert werden, dass das trainierte neuronale Netzwerk in Reaktion auf eine Eingabe eines Intensitätsmusters hin, ein Bild ausgibt, das die ein oder mehreren Objekte dreidimensional darstellt (das Tiefeninformationen aufweist). Anschaulich kann das trainierte neuronale Netzwerk in Reaktion auf eine Eingabe eines Intensitätsmusters, welches 3D-Informationen ein oder mehreren Objekte in einer codieren Art und Weise aufweist, ein Bild erzeugen, das die ein oder mehreren Objekte dreidimensional darstellt.
Wie hierin beschrieben, kann das Auswertesystem 112 eingerichtet sein, mehrere voneinander verschiedene Lichtfarben zu erfassen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das neuronale Netzwerk 910 derart trainiert werden, dass das trainierte neuronale Netzwerk in Reaktion auf eine Eingabe mehrerer erfasster Intensitätsmuster, welche jeweils einer Lichtfarbe der mehreren voneinander verschiedenen Lichtfarben zugeordnet sind, hin, ein Bild ausgibt, welches Tiefeninformationen aufweist (z.B. welches Objekte dreidimensional darstellt). Hierbei kann die Vielzahl von Trainingsintensitätsmustern 906 eine Vielzahl von Gruppen von Trainingsintensitätsmustern aufweisen, wobei jede Gruppe mehrere Trainingsintensitätsmuster aufweist und wobei die jedes Trainingsintensitätsmuster einer Gruppe von Trainingsintensitätsmustern einer jeweiligen Lichtfarbe von mehreren Lichtfarben zugeordnet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jeder Gruppe von Tiefenintensitätsmustern der Vielzahl von Trainingsintensitätsmustern 906 eine jeweilige Vielzahl von Training-Tiefeninformationsbildern 908 zugeordnet sein. Anschaulich kann jede Gruppe von Trainingsintensitätsmustern zum Beispiel ein Trainingsintensitätsmuster von blauem Licht, ein Trainingsintensitätsmuster von rotem Licht und ein Trainingsintensitätsmuster von grünem Licht aufweisen und jeder Gruppe kann die jeweilige Vielzahl von Training-Tiefeninformationsbildern 908 zugeordnet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels eines optischen Systems, wie beispielsweise des optischen Systems 100, für jede Licht-Punktquelle einer Vielzahl von Licht-Punktquellen innerhalb des vordefinierten Volumens ein jeweiliges Intensitätsmuster in jeder Lichtfarbe der mehreren Lichtfarben erfasst werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Trainingsintensitätsmuster einer jeden Lichtfarbe der mehreren Lichtfarben erzeugt werden, indem die Intensitätsmuster der jeweiligen Lichtfarbe, welche den Licht-Punktquellen aller in den dem Trainingsintensitätsmuster der jeweiligen Lichtfarbe zugeordneten Training-Tiefeninformationsbildern dargestellten Objekte zugeordnet sind, zu dem Trainingsintensitätsmuster der jeweiligen Lichtfarbe überlagert werden. Das neuronale Netzwerk 910 kann eingerichtet sein, in Reaktion auf eine Eingabe eines jeden Trainingsintensitätsmusters einer jeweiligen Gruppe von Trainingsintensitätsmustern hin, eine Vielzahl von Tiefeninformationsbildern 912 zu erzeugen. Jedes Tiefeninformationsbild der Vielzahl von Tiefeninformationsbildern 912 kann einem Trainings-Tiefeninformationsbild der Vielzahl von Trainings-Tiefeninformationsbildern 908 zugeordnet sein. Das einem Tiefeninformationsbild zugeordnete Trainings-Tiefeninformationsbild kann den gleichen Abstand von dem optischen Diffusor wie das Trainings- Tiefeninformationsbild repräsentieren. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren Prozessoren 904 eingerichtet sein, mittels der Verlustfunktion 914 mindestens einen Verlustwert zwischen dem erzeugten Tiefeninformationsbild und dem zugeordneten Trainings-Tiefeninformationsbild zu ermitteln und das neuronale Netzwerk 910 zu trainieren, indem das neuronale Netzwerk 910 derart angepasst wird, dass der mindestens eine Verlustwert eines jeden Tiefeninformationsbilds der Vielzahl von Tiefeninformationsbildern 912 verringert (z.B. minimiert) wird.

Claims

Optisches System (100), aufweisend: • einen Multifaserleiter (102), · einen optischen Diffusor (108) zum Abbilden eines zweidimensionalen Intensitätsmusters auf den Multifaserleiter (102), wobei das zweidimensionale Intensitätsmuster Phaseninformationen von Licht (110), welches von ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten (109) ausgesendet wird, repräsentiert, wobei der optische Diffusor (108) eingerichtet ist, die Phaseninformationen, welche dreidimensionale Informationen aufweisen, in das zweidimensionale Intensitätsmuster zu codieren; wobei der Multifaserleiter (110) eingerichtet ist zum Übertragen des zweidimensionalen Intensitätsmusters in Form einer Vielzahl von Bildpunkten zu einem Auswertesystem (112), und wobei das Auswertesystem (112) eingerichtet ist zum Erzeugen eines Bildes (114) basierend auf dem mittels des Multifaserleiters (102) übertragenen zweidimensionalen Intensitätsmuster, wobei das Bild (114) die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte (109) darstellt, wobei das Auswertesystem (112) eingerichtet ist, das Bild als dreidimensionales Bild basierend auf dem zweidimensionalen Intensitätsmuster, in dem die Phaseninformationen codiert sind, zu erzeugen.
Optisches System (100) gemäß Anspruch 1, wobei der optische Diffusor (108) eingerichtet ist, in Transmission und/oder in Reflexion diffus zu streuen.
Optisches System (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Multifaserleiter (102) an einem ersten Ende (104), welches dem optischen Diffusor (108) zugewandt ist, einen ersten Durchmesser oder eine erste Weite aufweist, und wobei der optische Diffusor (108) einen zweiten Durchmesser oder eine zweite Weite aufweist, welche im Wesentlichen gleich dem ersten Durchmesser bzw. der ersten Weite ist.
Optisches System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Multifaserleiter (102) eingerichtet ist, mittels ein oder mehrerer Lichtwellenleiter des Multifaserleiters (102) die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte (109) nur teilweise zu beleuchten.
Optisches System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Multifaserleiter (102) eingerichtet ist, die ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte (109) mittels von einer Beleuchtungsvorrichtung an den Multifaserleiter (102) bereitgestellten Lichts zu beleuchten; wobei vorzugsweise das mittels der Beleuchtungsvorrichtung an den Multifaserleiter (102) bereitgestellte Licht polychromatisches Licht aufweist.
Optisches System (100) gemäß Anspruch 5, ferner aufweisend: die Beleuchtungsvorrichtung, die eingerichtet ist zum Bereitstellen von Licht an den Multifaserleiter (102).
Optisches System (100) gemäß Anspruch 6, wobei die Beleuchtungsvorrichtung eingerichtet ist, polychromatisches Licht an den Multifaserleiter (102) bereitzustellen; und wobei das Auswertesystem (112) eingerichtet ist zum Detektieren mehrerer Lichtfarben des mittels des Multifaserleiters (102) übertragenen zweidimensionalen Intensitätsmusters und zum Erzeugen des Bildes (114) basierend auf den detektieren mehreren Lichtfarben des zweidimensionalen Intensitätsmusters.
Optisches System (100) gemäß Anspruch 6, wobei die Beleuchtungsvorrichtung eingerichtet ist, zeitlich nacheinander sichtbares Licht mehrerer voneinander verschiedener Lichtfarben an den Multifaserleiter (102) bereitzustellen; wobei der Multifaserleiter (102) eingerichtet ist, für jede Lichtfarbe der mehreren voneinander verschiedenen Lichtfarben ein jeweiliges zweidimensionales Intensitätsmuster, das Phaseninformationen von Licht, welches von den ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte (109) ausgesendet wird, repräsentiert, in Form einer Vielzahl von Bildpunkten zu dem Auswertesystem (112) zu übertragen; und wobei das Auswertesystem (112) eingerichtet ist zum Erzeugen des Bildes (114) basierend auf den mittels des Multifaserleiters (102) für die mehreren voneinander verschiedenen Lichtfarben übertragenen zweidimensionalen Intensitätsmustern.
Optisches System (100) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Beleuchtungsvorrichtung eingerichtet ist, Licht selektiv an ein oder mehrere Lichtwellenleiter des Multifaserleiters (102) bereitzustellen.
Optisches System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Teil des Multifaserleiters (102) eingerichtet ist zum Einführen in eine Öffnung, wobei der Teil des Multifaserleiters (102) und der optische Diffusor (108) einen Durchmesser und/oder eine Weite von weniger als 1 mm aufweisen.
Optisches System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Auswertesystem (112) eingerichtet ist, das Bild (114) basierend auf dem mittels des Multifaserleiters (102) übertragenen zweidimensionalen Intensitätsmusters unter Verwendung eines trainierten neuronalen Netzwerks zu erzeugen.
Optisches System (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das optische System (100) ein Endoskop oder ein Endoskopsystem ist.
Verfahren (600), aufweisend: · Erzeugen von Licht, welches von ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten in Richtung eines optischen Diffusors ausgesendet wird (602); • Erzeugen eines zweidimensionalen Intensitätsmusters als eine Abbildung des in Richtung des optischen Diffusors ausgesendeten Lichts mittels des optischen Diffusors, wobei das zweidimensionale Intensitätsmuster Phaseninformationen des Lichts, welche dreidimensionale Informationen aufweisen, repräsentiert (604); und • Erzeugen eines Bildes der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte als dreidimensionales Bild basierend auf Bildpunkten des erzeugten zweidimensionalen Intensitätsmusters, wobei die Bildpunkte des erzeugten zweidimensionalen Intensitätsmusters mittels eines Multifaserleiters bereitgestellt werden (606).
Verfahren (600) gemäß Anspruch 13, ferner aufweisend: · Beleuchten der ein oder mehreren dreidimensionalen Objekte mittels des Multifaserleiters zum Erzeugen des Lichts, welches von den ein oder mehreren dreidimensionalen Objekten in Richtung des optischen Diffusors ausgesendet wird.