DE19724140C2

DE19724140C2 - Elektronische Brille, insbesondere Nachtsichtbrille

Info

Publication number: DE19724140C2
Application number: DE19724140A
Authority: DE
Inventors: Gerd Jakob; Marius Jurca; Michael Marschall; Arnulf Reuter
Original assignee: Jurca Optoelektronik GmbH
Current assignee: Jurca Optoelektronik GmbH
Priority date: 1997-06-07
Filing date: 1997-06-07
Publication date: 2001-05-23
Anticipated expiration: 2017-06-08
Also published as: WO1998056183A1; DE19724140A1; DE59801131D1; EP0986913A1; EP0986913B1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Brille, insbe sondere Nachtsichtbrille, nach dem Oberbegriff des An spruchs 1.

Brillenartige Vorrichtungen, mit welchen das Sehvermögen von Personen verbessert werden soll, sind in unter schiedlicher Ausführungsform bekannt. Im einzelnen kann es dabei darum gehen, ein beeinträchtigtes Sehvermögen zu korrigieren, wie etwa eine Farbblindheit, eine Dämme rungs- oder Nachtblindheit oder dergleichen. Ziel derar tiger Vorrichtungen kann aber auch sein, das normale, gesunde Sehvermögen des Benutzers zu steigern.

Die bekannten brillenartigen Vorrichtungen der eingangs genannten Art, wie sie etwa im DE-GM 92 17 643 beschrie ben sind, leiden unter folgendem Nachteil: Sowohl auf Grund der Bewegung des Benutzers (z. B. durch Wenden des Kopfes) als auch auf Grund der Bewegung von Objekten im Gesichtsfeld der elektronischen Kamera können rasch aufein anderfolgend Bilder zu verarbeiten sein, in denen die Grauwertverteilung sehr unterschiedlich ist. Die bekannten Bildbearbeitungselektroniken können sich dieser Situation nicht anpassen; der Kontrast des auf dem Display zur Anzeige gebrachten Bildes kann immer nur für eine bestimmte Grauwertverteilung optimiert werden. Der Benutzer sieht sich daher sehr häufig in Situationen, in denen das ihm zur Anzeige gebrachte Bild einen unnötig schlechten Kontrast aufweist. "Unnötig schlecht" deshalb, weil an und für sich die Elektronik und Displays bei besserer Einstellung in der Lage wären, ein kontrastreicheres Bild zu erzeugen.

Aus der EP 0 638 874 A1 ist eine Auswerthilfe für Röntgen filme bekannt. Bei dieser werden die einzelnen Vorlagen eingescannt und die Grauwerteverteilung der darauf befind lichen Bildpunkte wird automatisch ermittelt. Auf dieser Grundlage greift nun der Diagnostiker manuell ein: Um die zum Teil sehr geringen Kontrastunterschiede zwischen gesundem und krankem Gewebe erfassen zu können, ver ändert er unter Einsatz seines subjektiven Erfahrungs schatzes die Bildverarbeitungscharakteristik so lange, bis er meint, einen Kontrast zu erkennen, der auf der Vorlage selbst in dieser Weise nicht ohne weiteres erkenn bar war.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektro nische Brille, insbesondere Nachtsichtbrille, der ein gangs genannten Art so auszubilden, daß dem Benutzer auf dem Display immer ein Bild dargeboten wird, dessen Kontrast entsprechend der technischen Grundausstattung optimal ist.

Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Erfindungsgemäß wird also in dem sogenannten "Analyse kreis" ermittelt, wie die Häufigkeit von Bildpunkten, die einen bestimmten Grauwert aufweisen, über den zur Verfügung stehenden Bereich von Grauwerten verteilt ist. Wird dabei eine Häufigkeit von Grauwerten in einem verhältnismäßig schmalen Teilbereich des zur Verfügung stehenden Gesamtbereiches festgestellt, was Ausdruck eines schlechten Kontrastes ist, wird diese Grauwertver teilung durch den Transformationskreis "modifiziert". Die Modifikation geschieht so, daß selbstverständlich Bild punkte, die im ursprünglichen Bild denselben Grauwert aufwiesen, auch weiterhin untereinander identische Grau werte zeigen. Die "Lage" dieser Grauwerte wird nunmehr allerdings entsprechend einer "Äqualisationskennlinie" genannten Transformationsformel so verschoben, daß mög lichst der gesamte zur Verfügung stehende Bereich von Grauwerten ausgenutzt wird. Ein Aussteuerkreis wird erfindungsgemäß dann dazu eingesetzt, entsprechend dieser modifizierten Grauwertverteilung H'(x) das Display auszu steuern, welches ein Bild mit den Umständen entspre chend optimalem Kontrast zeigt. All dies geschieht in Echtzeit, so daß dem Benutzer unabhängig von den zeitlich variierenden, von der elektronischen Kamera aufgenommenen Bildern stets ein Bild mit optimalem Kontrast zur Verfügung steht.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung arbeitet der Transformationskreis nach folgende Formel:

wobei y der neue, dem ursprünglichen Grauwert x zugeord nete Grauwert, K die Gesamtzahl verfügbarer diskreter Grauwerte und m ein Anpassungsparameter sind.

H(x) ist dabei das "diskrete genormte Histogramm", also das Verhältnis der Anzahl der Bildpunkte mit dem Grauwert x zur Gesamtzahl der Bildpunkte.

Im allgemeinen reicht es aus, wenn m = 1 ist. Gegebenen falls kann aber durch Versuche auch ermittelt werden, ob ein von 1 abweichender Wert für m zu noch besseren Resultaten führt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; Es zeigen

Fig. 1 schematisch die physische Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Nachtsichtbrille;

Fig. 2a und 2b Histogramme, die bei der Bildverarbeitung in der Nachtsichtbrille von Fig. 1 eine Rolle spielen;

Fig. 3 schematisch ein Blockdiagramm der erfindungs gemäßen Bildbearbeitungselektronik.

Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, besteht die Nachtsichtbrille aus zwei Hauptkomponenten, nämlich einem Brillen teil 1 und einem Taschenteil 2, die z. B. über ein elek trisches Kabel 3 miteinander verbunden sind.

Das Brillenteil 1 umfaßt ein in üblicher Weise zu tragen des Brillengestell 4, an dem mindestens eine dämmerungstaug liche elektronische Kamera, z. B. eine CCD-Kamera, 5 und für jedes Auge ein elektronisches Display 8 mit der zugehörigen Betrachtungsoptik angeordnet sind. Das von der elektronischen Kamera 5 aufgenommene Bild wird in einer Weise, die bis auf die nachfolgende Modifikation bekannt ist, durch eine Bildbearbeitungselektronik verarbeitet und auf den Displays 8 so zur Wiedergabe gebracht, daß der Benutzer das elektronisch bearbeitete Bild betrachten kann. Die Bildbearbeitungselektronik kann teilweise direkt im Brillenteil 1 vorgesehen sein; soweit hierfür größere und schwere Komponenten eingesetzt werden, sind diese jedoch vorteilhafterweise im Taschenteil 2 untergebracht.

Das Taschenteil 2 enthält darüber hinaus eine Batterie 9 und eine Steckdose 10 für hier nicht näher definierte Peripheriegeräte. Das Taschenteil 2 kann mittels eines Riemens 11 an der Schulter des Benutzers getragen werden.

Wie bereits erwähnt, kann die Bildbearbeitungselektro nik insofern beliebig sein, als sie eben in der Lage sein muß, die von der elektronischen Kamera 5 aufgenommenen Bilder in elektronische Signale umzuwandeln, mit denen die Displays 8 ausgesteuert werden können. Zusätzlich ist die Bildverarbeitungselektronik mit einer Einrichtung ausgestattet, welche eine automatische Kontrastoptimie rung des auf den Displays 8 zur Anzeige gebrachten Bil des besorgt. Diese Kontrastoptimierung basiert auf dem Prinzip der sogenannten Histogramm-Äqualisation. Hier unter ist ein Verfahren zu verstehen, bei welchem die Grauwertverteilung des aufgenommenen Bildes "gespreizt" wird. Bei dieser "Spreizung" werden solche Grauwertbe reiche, die im von der elektronischen Kamera 5 aufgenom menen Bild in einem begrenzten Grauwertbereich liegen, so umgesetzt, daß möglichst der ganze Grauwertbereich genutzt wird.

Das Verfahren basiert auf der Auswertung von "Histogram men". Ein "Grauwert-Histogramm" ist ein Diagramm, wel ches die Grauwertverteilung eines Bildes in folgender Weise beschreibt: Auf der Ordinate (x) ist der jeweilige Grauwert aufgetragen; auf der Ordinate H(x) wird die auf die Gesamtheit bezogene Häufigkeit, das "normierte Histo gramm", derjenigen Bildpunkte angegeben, die einen be stimmten Grauwert (x) aufweisen.

Ein Beispiel für ein derartiges Histogramm ist in Fig. 2a dargestellt. Hier ist zu erkennen, daß Grauwerte mit nennenswerter Häufigkeit nur in einem verhältnis mäßig schmalen Bereich der verfügbaren Grauwerte auftre ten. Dies bedeutet, daß der Kontrast verhältnismäßig schlecht ist. In Fig. 2b ist ein zweites Histogramm gezeigt, bei dem über den gesamten Grauwertbereich (x) hinweg verteilt Bildpunkte mit nennenswerter Häufigkeit H'(x) auftreten, die diesen Grauwert zeigen. Bei der Grauwertverteilung H'(x) von Fig. 2b wird also der gesamte verfügbare Grauwertbereich ausgenutzt; das Bild zeigt einen verhältnismäßig hohen Kontrast.

Bei der hier beschriebenen Nachtsichtbrille ist nunmehr die Bildbearbeitungselektronik, die schematisch in Fig. 3 dargestellt und dort insgesamt mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichnet ist, so ausgelegt, daß sie automatisch aus Grauwertverteilungen geringen Kontrastes, wie in Fig. 2a dargestellt, Grauwertverteilungen H'(x) großen Kontrastes, wie in Fig. 2b dargestellt, erzeugt.

Der Bildbearbeitungselektronik 20 wird das von der elek tronischen Kamera 5 erzeugte Bildsignal zugeführt. In einem Analysekreis 21 wird die Grauwertverteilung H(x), also das "normierte Histogramm", des Ausgangssignales der elektronischen Kamera 5 erstellt und diesem entsprechende Daten werden an einen Transformationskreis 22 übergeben. In dem Transformationskreis 22 geschieht folgendes:

Jedem Grauwert x wird entsprechend einer "Äqualisations kennlinie" ein neuer Grauwert y zugeordnet. Bei der "Äqualisationskennlinie" handelt es sich mathematisch gesprochen um eine Transformationsformel, die beim be vorzugten Ausführungsbeispiel wie folgt lautet:

In dieser Formel ist K die Gesamtzahl diskreter Grauwer te, die verarbeitet werden kann; m ist der sogenannte "Grad der Äqualisation", ein an den jeweiligen Einzel fall anpaßbarer Parameter. Im Normalfall ist m = 1. H(x) ist das bereits oben definierte diskrete genormte Histogramm. Der Transformationskreis 22 gibt also ein Signal aus, welches der modifizierten Grauwertverteilung H'(x) von Fig. 2 entspricht. Erkennbar sind in letzterer die Grauwerte aus einem schmalen Bereich auf den gesamten Grauwertbereich gestreckt.

Ein Signal, welches die der modifizierten Grauwertvertei lung H'(x) entsprechenden Informationen trägt, wird einem Aussteuerkreis 23 zugeführt. Dieser Aussteuerkreis 23 sorgt nunmehr dafür, daß alle von der elektronischen Kamera 5 aufgenommenen Bildpunkte, die ursprünglich einen be stimmten Grauwert x zeigten, nunmehr den transformierten Grauwert y erhalten. Mit einem entsprechenden Aussteuer signal werden schließlich das bzw. die Displays 8 beauf schlagt.

Im Gebrauch wird so der Kontrast des Bildes auch bei einer Änderung des Gesichtsfeldes z. B. infolge einer Bewegung des Anwenders oder Wendens des Kopfes, auto matisch nachgeführt. Durch die in den Schaltkreisen 21, 22, 23 der Fig. 3 durchgeführte Äqualisation wird eine den jeweiligen Umständen entsprechend optimierte Grauwertver teilung H'(x) in Echtzeit erzeugt und erleichtert so dem Benutzer der Nachtsichtbrille die Wahrnehmung.

Claims

1. Elektronische Brille, insbesondere Nachtsichtbrille, mit

a) einem Brillengestell, welches trägt:
- a) mindestens eine elektronische Kamera;
- b) mindestens ein Display, das vom Benutzer beobach tet werden kann;
b) einer Bildbearbeitungselektronik, welche das von der elektronischen Kamera aufgenommene Bild verarbeitet und ein Ausgangssignal zur Aussteuerung des Displays bereit stellt,

dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Bildbearbeitungselektronik (20) umfaßt:
- a) einen Analysekreis (21), welcher die Verteilung der Häufigkeit von Bildpunkten, die einen bestimmten Grauwert aufweisen, in einem zur Verfügung stehenden Gesamtbereich von Grauwerten in dem von der elektro nischen Kamera (5) aufgenommenen Bild ermittelt;
- b) einen Transformationskreis (22), welcher dann, wenn der Analysekreis (21) eine Häufung von Grau werten in einem schmalen Teilbereich des zur Verfügung stehenden Gesamtbereichs feststellt, der ursprünglichen Grauwertverteilung (H(x)) eine modifizierte Grauwertverteilung (H'(x)) zuordnet, in der die Häufigkeit und Zahl der unterschied lichen auftretenden Grauwerte identisch ist, die Lage der auftretenden Grauwerte jedoch in dem Sinne gespreizt ist, daß der auftretende Grauwertbereich breiter ist;
- c) einen Aussteuerkreis (23), welcher das Display (8) so aussteuert, daß jeder Bildpunkt, der im von der elektronischen Kamera (5) aufgenommenen Bild einen der ursprünglichen Grauwertverteilung (H(x)) entsprechenden Grauwert aufwies, nunmehr einen der modifizierten Grauwertverteilung (H'(x)) entsprechenden Grauwert aufweist.

2. Elektronische Brille nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Transformationskreis (22) nach folgender Formel arbeitet:
wobei y der neue, dem ursprünglichen Grauwert x zugeord nete Grauwert, K die Gesamtzahl verfügbarer diskreter Grauwerte, m ein Anpassungsparameter und H(x) das diskrete normierte Histogramm sind.

3. Elektronische Brille nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß m = 1 ist.