DE19801696A1 - Bildübertragungssystem und Verfahren zur Bildübertragung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bildübertragungssystem sowie ein Verfahren zur Bildübertragung, insbesondere ein Bildübertragungssystem mit einer Bildleitungseinrichtung, die ein eingangsseitiges und ein ausgangsseitiges Ende aufweist sowie ein Bündel von an den Enden der Bildleitungseinrichtung gefaßten Lichtleitfasern umfaßt.

Bildübertragungssysteme der vorgenannten Art können beispielsweise für Endoskope Verwendung finden. Gemäß dem Stand der Technik sind die Lichtleitfasern an den Enden der Bildleitungseinrichtung jeweils so gefaßt, daß die Anordnung der eingangsseitigen Lichtleitfasern exakt der Anordnung der ausgangsseitigen Lichtleitfasern entspricht. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß eine beispielsweise durch entsprechende Abbildungselemente auf die Eingangsseite der Bildleitungseinrichtung abgebildete Bildinformation auf der Ausgangsseite in der gleichen räumlichen Ordnung austritt. Ein derartiges identisches Fassen der Lichtleitfasern an beiden Enden der Lichtleitungseinrichtung erweist sich in der Regel als sehr aufwendig.

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist die Schaffung eines Bildübertragungssystems sowie eines Verfahrens zur Bildübertragung der eingangs genannten Art, das mit geringerem Aufwand herstellbar ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Lichtleitfasern so gefaßt sind, daß die Anordnung der einzelnen Lichtleitfasern zueinander am eingangsseitigen Ende der Bildleitungseinrichtung nicht mit der Anordnung der Lichtleitfasern am ausgangsseitigen Ende der Bildleitungseinrichtung übereinstimmt, und daß das Bildübertragungssystem eine am ausgangsseitigen Ende der Bildleitungseinrichtung angeordnete Bildumsetzungseinheit aufweist, die eine Bildaufnahmeeinheit und eine Wandlereinheit umfaßt, wobei die Bildaufnahmeeinheit am ausgangsseitigen Ende der Bildleitungseinrichtung ausgegebene Bildinformationen ortsaufgelöst aufnehmen kann und der Wandlereinheit zuführen kann, und wobei die Wandlereinheit die ihr zugeführten ortsaufgelösten Bildinformationen wandeln und ausgeben kann, so daß die aus der Wandlereinheit ausgebbaren Bildinformationen eingangsseitig auf die Lichtleitfasern auftreffenden Bildinformationen bezüglich ihrer Anordnung entsprechen. Aufgrund der Bildumsetzungseinheit müssen die Lichtleitfasern nicht mehr an beiden Enden der Bildleitungseinrichtung exakt gleich gefaßt sein. Dadurch wird der Fertigungsaufwand für die Bildleitungseinrichtung wesentlich reduziert. Die aus der Ausgangsseite der Bildleitungseinrichtung austretenden Bildinformationen sind zwar im Bezug auf die auf der Eingangsseite eintretenden Informationen räumlich ungeordnet, werden aber durch die Wandlereinheit so umgruppiert, daß am Ausgang der Wandlereinheit Bildinformationen ausgegeben werden, die der räumlichen Anordnung der Bildinformationen am Eingang der Bildleitungseinrichtung entsprechen. Das erfindungsgemäße Bildübertragungssystem ermöglicht somit eine exakte Übertragung der auf der Eingangsseite aufgenommenen Bildinformationen, ohne daß die Lichtleitfasern an beiden Enden der Bildleitungseinrichtung exakt gleich gefaßt sein müssen.

Vorteilhafterweise umfaßt die Bildumsetzungseinheit eine Bildausgabeeinheit, der die von der Wandlereinheit ausgebbaren Bildinformationen zuführbar sind. Diese Bildausgabeeinheit kann beispielsweise als Monitor oder als LCD-Bildschirm ausgeführt sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Bildausgabeeinheit als Datenschnittstelle, vorzugsweise in Form eines Videoausgangs, zu gestalten. In beiden Fällen sind die Bildinformationen für den Benutzer leicht zugänglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Bildaufnahmeeinheit als CCD-Array ausgeführt, wobei vorteilhafterweise die Größe der Bildpunkte des CCD-Arrays kleiner ist als die Querschnittsfläche der ausgangsseitigen Enden der Lichtleitfasern. Dieses Größenverhältnis empfiehlt sich, um das erfindungsgemäße Bildübertragungssystem wirksam betreiben zu können.

Vorteilhafterweise umfaßt die Wandlereinheit einen vorzugsweise externen Computer, der die Wandlung der Bildinformationen durchführen kann. In diesen Computer werden dann beispielsweise die von dem CCD-Array aufgenommenen Bildinformationen eingelesen und entsprechend einer einmal aufgenommenen Transformationsvorschrift so koordinatentransformiert, daß aus dem Computer Bildinformationen ausgegeben werden können, die bezüglich ihrer räumlichen Anordnung den eingangsseitig auf die Bildleitungseinrichtung abgebildeten Bildinformationen entsprechen.

Alternativ dazu kann die Wandlereinheit einen programmierbaren Chip umfassen, in dem entsprechende Koordinatentransformationen abspeicherbar sind.

Gemäß bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Lichtleitfasern als Kunststoff-, Quarz- oder Glasfasern ausgeführt. Es besteht auch die Möglichkeit, Quarz- oder Glasfasern mit Kunststoffmänteln zu verwenden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bildübertragung ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

• - mittels eines Justierverfahrens werden den Ortskoordinaten der eingangsseitigen Enden jeder der Lichtleitfasern die Ortskoordinaten der entsprechenden ausgangsseitigen Enden derselben Lichtleitfasern zugeordnet;
• - diese Zuordnungen werden als Koordinatentransformationen in der Wandlereinheit oder in einem externen Computer abgespeichert;
• - zu übertragende Bildinformationen werden über die Bildleitungseinrichtung und die Bildaufnahmeeinheit in die Wandlereinheit übertragen, dort mit Hilfe der dort abgespeicherten Koordinatentransformationen einer Koordinatenwandlung unterzogen und gewandelt ausgegeben.

Vorteilhafterweise wird das Justierverfahren dadurch realisiert, daß die eingangsseitigen Enden der Lichtleitfasern einzeln beleuchtet werden. Dies kann beispielsweise mit einem scannenden Laserstrahl oder mit einem LCD-Bildschirm geschehen, dessen Bildpunkte selektiv angesteuert werden. Anstelle eines scannenden Laserstrahls können auch mechanisch bewegte Lichtquellen wie Monomode- Lichtfasern oder eine abbildende Optik verwendet werden. Anstelle eines LCD-Bildschirms können auch Vakuumröhren- Bildschirme oder sonstige elektronische Anzeigegeräte Verwendung finden. Die Justierung geschieht beispielsweise dadurch, daß in der Wandlereinheit zusammen mit den von der Aufnahmeeinheit, die beispielsweise als CCD-Array oder als sonstiges elektronisches Aufnahmegerät ausgeführt ist, ausgegebenen Bildpunktdaten die entsprechenden Daten der Ansteuervorrichtung des Laserstrahls oder LCD-Bildschirms aufgenommen, verarbeitet und als Koordinatentransformationen abgespeichert werden. Das Justierverfahren muß nur einmal, beispielsweise werksseitig durchgeführt werden. Danach können mit dem erfindungsgemäßen Bildübertragungssystem beliebig oft Bildinformationen ohne weitere Justierungen übertragen werden. Fehler in der Übertragung der Bildinformationen durch gebrochene Lichtleitfasern oder Fehlstellen der Eingangsseite des Lichtleitfaserbündels können durch Interpolation rechnerisch kompensiert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Abbildung. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Bildübertragungssystems.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfaßt das erfindungsgemäße Bildübertragungssystem im wesentlichen eine Bildleitungseinrichtung 2 und einen Bildumsetzer 5. Die zu übertragenden Bildinformationen werden von einer Abbildungseinheit 1, die beispielsweise als Objektiv ausgeführt sein kann, auf die Eingangsseite der Bildleitungseinrichtung 2 abgebildet. Als Bildleitungseinrichtung 2 kann ein Lichtwellenleiter mit an den Enden gefaßten Einzelfasern 3 verwendet werden. Die Fasern 3 können aus beispielsweise Kunststoff, Quarz oder optischem Glas gefertigt sein. Es besteht auch die Möglichkeit, die Fasern aus einer Kombination von Glas bzw. Quarz und Kunststoff zu fertigen, insbesondere Glas- oder Quarzfasern mit einem Kunststoffmantel zu versehen. Die Fasern 3 sind an den beiden Enden der Bildleitungseinrichtung 2 so gefaßt, daß die Einzelfaserkoordinaten der Eingangsseite den Einzelfaserkoordinaten der Ausgangsseite der Bildleitungseinrichtung 2 nicht zugeordnet sind. Dies ist in Fig. 1 dadurch ersichtlich, daß drei auf der Eingangsseite nebeneinanderliegende beleuchtete Fasern 4 auf der Ausgangsseite der Bildleitungseinrichtung 2 an unterschiedlichen nicht nebeneinanderliegenden Koordinaten auftauchen.

Der Bildumsetzer 5 umfaßt eine Bildaufnahmeeinheit 6, einen Bildpunkt-Koordinatenwandler 8 sowie eine Bildausgabeeinheit 11. Die Bildaufnahmeeinheit 6 kann beispielsweise als CCD-Array ausgeführt und beispielsweise direkt auf dem bildausgangsseitigen Ende der Bildleitungseinrichtung 2 angebracht sein. Bei der schematisch in Fig. 1 abgebildeten Bildaufnahmeeinheit 6 sind die von den lichtübertragenden Fasern 4 beleuchteten Bildpunkte 7 entsprechend gekennzeichnet. Um das erfindungsgemäße Bildübertragungssystem wirksam betreiben zu können, empfiehlt es sich, die Größe der Bildpunkte der beispielsweise als CCD- Array ausgeführten Bildaufnahmeeinheit 6 kleiner zu wählen als die Durchmesser der Faserenden der Fasern 3. Bei herkömmlichen Glasfasern betragen die Querschnitte der Faserenden etwa 15 µm bis 20 µm. Dagegen beträgt die Bildpunktgröße handelsüblicher CCD-Arrays etwa 4,5 µm × 4,5 µm. Die Bildaufnahmeeinheit 6 übernimmt die analogen Informationen sämtlicher aus der Bildleitungseinrichtung 2 zur Verfügung gestellten Bildpunkte sowie deren Koordinaten in Bezug zu einem frei wählbaren Koordinatensystem X, Y. Die analogen Informationen können sowohl Farb- als auch Grauwertinformationen umfassen. Von wesentlicher Bedeutung ist hierbei die Zuordnung der Bildpunktinformationen zu den Koordinatenwerten.

Die zugeordneten Bildpunktinformationen werden dem Bildpunkt- Koordinatenwandler 8 zugeführt. Der Bildpunkt- Koordinatenwandler 8 ordnet den aus der Bildaufnahmeeinheit 6 übernommenen Bildpunktinformationen neue Koordinaten zu. Die Zuordnung dieser neuen Koordinaten geschieht automatisch mittels eines Umsetzungsalgorhythmus, der für jedes Bildübertragungssystem einzeln mit einem weiter unten beschriebenen Justierverfahren festgelegt wird. Die Zuordnung neuer Koordinaten kann algebraisch in einem externen Rechner durch Koordinatentransformation oder aber analog durch eine mechanisch/optische Einrichtung erfolgen. Es besteht beispielsweise auch die Möglichkeit, in direkter Nachbarschaft zu einem als Bildaufnahmeeinheit 6 eingesetzten CCD-Array als Koordinatenwandler 8 einen programmierbaren Chip oder einen internen Mikroprozessor anzuordnen, in dem die mittels des Justierverfahrens festgelegten Koordinatentransformationen abgespeichert werden.

Wenn die Zuordnung neuer Koordinaten durch einen externen Rechner erfolgt, so stehen am Ende des Wandelvorgangs Bildpunktinformationen mit zugeordneten Koordinateninformationen zur Verfügung. Diese Informationen können über eine entsprechende Schnittstelle ausgelesen werden. In Fig. I ist ein Videoausgang 9 angedeutet, über den ein Videosignal übertragen wird, das zur Sichtbarmachung des Bildes auf einem Bilddarstellungsgerät wie einem Monitor oder einem sonstigen elektronischen Anzeigegerät verwendet werden kann. Alternativ zu einem Monitor kann auch ein kleiner LCD- Bildschirm verwendet werden, der mit einem Okular betrachtet werden kann. Wenn die Zuordnung der neuen Koordinaten durch einen programmierbaren Chip bzw. durch einen internen Mikroprozessor erfolgt, kann mit den Bildinformationen und den transformierten Koordinaten ein als Bildausgabeeinheit 11 verwendeter interner LCD-Bildschirm angesteuert werden, der neben der Reproduktion des in das System eintretenden Bildes auch Korrekturen wie beispielsweise Übertragungsfehlerbereinigung vornehmen kann. Übertragungsfehler können beispielsweise durch gebrochene Lichtleitfasern oder eingangsseitige Fehlstellen entstehen und können durch Interpolation rechnerisch kompensiert werden.

Wenn die Zuordnung der neuen Koordinaten durch eine analoge mechanisch/optische Einrichtung erfolgt, stehen am Ausgang des Bildpunkt-Koordinatenwandlers 8 die Bildpunktinformationen direkt analog zur Abbildung auf einem optischen Medium zur Verfügung. Diese können dann über eine entsprechende Zuleitung 10 direkt in eine Bildausgabeeinheit 11 übertragen werden, die die elektronischen Informationen direkt in ein sichtbares Bild umwandelt. Auch hier kann beispielsweise ein kleiner LCD-Bildschirm verwendet werden, der mittels eines Okulars betrachtet wird. Durch die in Fig. 1 auf der Bildausgabeeinheit 11 angedeuteten beleuchteten Bildpunkte wird verdeutlicht, daß durch den Bildpunkt- Koordinatenwandler 8 auf der Bildausgabeeinheit 11 die auf der Eingangsseite der Bildleitungseinrichtung 2 vorhandene Anordnung der beleuchteten Fasern 4 reproduziert wird.

Das Justierverfahren, das für jedes einzelne Bildübertragungssystem einmal vorgenommen werden muß, kann beispielsweise dadurch realisiert werden, daß mittels eines feinen Laserstrahls die Eingangsseite der Bildleitungseinrichtung 2 abgescannt wird, wobei von der Scanneinheit entsprechende Koordinateninformationen an den Bildpunkt-Koordinatenwandler 8 weitergegeben werden. Anstelle des Laserstrahls können auch mechanisch bewegte Lichtquellen wie Monomode-Lichtfasern oder eine abbildende Optik verwendet werden. Auf diese Weise können den Koordinatenwerten, die den beleuchteten Bildpunkten 7 in der Bildaufnahmeeinheit 6 zugeordnet werden und die an den Bildpunktkoordinatenwandler 8 übergeben werden, entsprechende Koordinatenwerte der Eingangsseite der Bildleitungseinrichtung 2 zugeordnet werden, die eine Transformation ermöglichen. Anstelle eines Abscannens der Eingangsseite der Bildleitungseinrichtung 2 mittels eines feinen Laserstrahls kann auch als Eingabeeinheit ein LCD-Bildschirm verwendet werden, der pixelweise angesteuert wird, wobei entsprechend die Information über die Koordinaten des angesteuerten Pixels an den Bildpunkt-Koordinatenwandler 8 übertragen werden. Anstelle eines LCD-Bildschirms können auch Vakuumröhren- Bildschirme oder sonstige elektronische Anzeigegeräte Verwendung finden.

Claims (16)

1. Bildübertragungssystem mit einer Bildleitungseinrichtung (2), die ein eingangsseitiges und ein ausgangsseitiges Ende aufweist sowie ein Bündel von an den Enden der Bildleitungseinrichtung (2) gefaßten Lichtleitfasern (3) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfasern (3) so gefaßt sind, daß die Anordnung der einzelnen Lichtleitfasern (3) zueinander am eingangsseitigen Ende der Bildleitungseinrichtung (2) nicht mit der Anordnung der Lichtleitfasern am ausgangsseitigen Ende der Bildleitungseinrichtung (2) übereinstimmt, und daß das Bildübertragungssystem eine am ausgangsseitigen Ende der Bildleitungseinrichtung (2) angeordnete Bildumsetzungseinheit (5) aufweist, die eine Bildaufnahmeeinheit (6) und eine Wandlereinheit (8) umfaßt, wobei die Bildaufnahmeeinheit (6) am ausgangsseitigen Ende der Bildleitungseinrichtung (2) ausgegebene Bildinformationen ortsaufgelöst aufnehmen kann und der Wandlereinheit (8) zuführen kann, und wobei die Wandlereinheit die ihr zugeführten ortsaufgelösten Bildinformationen wandeln und ausgeben kann, so daß die aus der Wandlereinheit (8) ausgebbaren Bildinformationen eingangsseitig auf die Lichtleitfasern (3) auftreffenden Bildinformationen bezüglich ihrer Anordnung entsprechen.

2. Bildübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildumsetzungseinheit (5) eine Bildausgabeeinheit (11) umfaßt, der die von der Wandlereinheit (8) ausgegebenen Bildinformationen zuführbar sind.

3. Bildübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildausgabeeinheit (11) als Monitor oder als LCD-Bildschirm ausgeführt ist.

4. Bildübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildausgabeeinheit (11) als Datenschnittstelle, vorzugsweise in Form eines Videoausgangs ausgeführt ist.

5. Bildübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmeeinheit (6) als CCD-Array ausgeführt ist.

6. Bildübertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Bildpunkte des die Bildaufnahmeeinheit (6) bildenden CCD-Arrays kleiner ist als die Querschnittsfläche der ausgangsseitigen Enden der Lichtleitfasern (3).

7. Bildübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinheit (8) einen vorzugsweise externen Computer umfaßt, der die Wandlung der Bildinformationen durchführen kann.

8. Bildübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinheit (8) einen programmierbaren Chip umfaßt, in dem Koordinatentransformationen abspeicherbar sind.

9. Bildübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfasern (3) als Kunststoff-, Quarz-, Glasfasern, Quarzfasern mit Kunststoffmantel oder Glasfasern mit Kunststoffmantel ausgeführt sind.

10. Bildübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildübertragungssystem weiterhin eine vorzugsweise als Objektiv ausgeführte Abbildungseinheit (1) umfaßt, von der zu übertragende Bildinformationen aufgenommen und auf die Eingangsseite der Bildleitungseinrichtung (2) abgebildet werden können.

11. Verfahren zur Bildübertragung mit einem Bildübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• - mittels eines Justierverfahrens werden den Ortskoordinaten der eingangsseitigen Enden jeder der Lichtleitfasern (3) die Ortskoordinaten der entsprechenden ausgangsseitigen Enden derselben Lichtleitfasern (3) zugeordnet;
• - diese Zuordnungen werden als Koordinatentransformationen in der Wandlereinheit (8) oder einem externen Computer abgespeichert;
• - zu übertragende Bildinformationen werden über die Bildleitungseinrichtung (2) und die Bildaufnahmeeineheit (6) in die Wandlereinheit (8) übertragen, dort mit Hilfe der dort abgespeicherten Koordinatentransformationen einer Koordinatenwandlung unterzogen und gewandelt ausgegeben.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Justierverfahren dadurch realisiert wird, daß die eingansseitigen Enden der Lichtleitfasern (3) einzeln beleuchtet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung der eingangsseitigen Enden der Lichtleitfasern (3) mit einem scannenden Laserstrahl oder einer anderen mechanisch bewegten Lichtquelle durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Ansteuervorrichtung des scannenden Laserstrahls oder der mechanisch bewegten Lichtquelle Daten zur Erstellung der Koordinatentransformationen in die Wandlereinheit (8) überführt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung der eingangsseitigen Enden der Lichtleitfasern (3) mit einem LCD-Bildschirm oder einem anderen elektronischen Ausgabegerät durchgeführt wird, dessen Bildpunkte selektiv angesteuert werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Ansteuervorrichtung des beispielsweise als LCD- Bildschirm ausgeführten elektronischen Ausgabegeräts Daten zur Erstellung der Koordinatentransformationen in die Wandlereinheit (8) überführt werden.