DE4318140C2 - Verfahren zur Zuordnung der einkoppelseitigen Enden der einzelnen Lichtleitfasern eines Lichtleiterbündels zu den auskoppelseitigen Enden dieser Lichtleitfasern - Google Patents
Verfahren zur Zuordnung der einkoppelseitigen Enden der einzelnen Lichtleitfasern eines Lichtleiterbündels zu den auskoppelseitigen Enden dieser LichtleitfasernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das die einkoppelsei
tigen Enden der einzelnen Lichtleitfasern eines Lichtleiter
bündels den auskoppelseitigen Enden dieser Lichtleitfasern
zuordnet.
Für die Bildübertragung in Endoskopen oder ähnlichen Vor
richtungen werden bisher Lichtleiterbündel mit parallel an
geordneten Lichtleitfasern eingesetzt. Die Herstellverfahren
für derartige Lichtleiterbündel sind aufwendig und die Kon
figurationsmöglichkeiten der Bündel sind sehr eingeschränkt.
Das bisher am häufigsten bei der Parallelanordnung der
Lichtleitfasern angewendete Verfahren sieht vor, die Fasern
miteinander zu verschmelzen. Dies führt zu einer verminder
ten Flexibilität des Lichtleiterbündels. Häufig kommt es da
bei zu Brüchen einzelner Fasern. Dies wiederum bedingt oft
teure Reparaturmaßnahmen und Ausfallzeiten der Vorrichtung.
Ein Sensorkopf mit parallel angeordneten Lichtleitfasern zur
Bildübertragung ermöglicht, wenn überhaupt, nur mit sehr ho
hem Aufwand ein Integrieren von zusätzlichen Licht
wellenleitern für spezielle Aufgaben, wie z. B. für Beleuch
tungs- oder meßtechnische Applikationen.
Aus der DE 40 42 317 A1 ist ein Lichtleiterbündel mit nicht
parallelen Lichtleitfasern bekannt, bei dem die Lichtleitfa
sern an dem einen Ende des Lichtleiterbündels flächenhaft
und beliebig angeordnet sind und an seinem anderen Ende eine
flächenhafte matrixförmige Anordnung, also vorgegebene Posi
tionen aufweisen. Wird in ein solches Lichtleiterbündel ein
Bild eingekoppelt, ist dieses ohne weitere Maßnahmen auf der
Auskoppelseite wegen der unterschiedlichen Anordnung der
Lichtleitfasern an Einkoppel- und Auskoppelseite mit zahl
reichen Bildfehlern behaftet. Ein eingekoppeltes Bild kann
aus den am Auskoppelende des Lichtleiterbündels erhaltenen
Bildinformationen nur dann mittels elektronischer Bildverar
beitung rekonstruiert werden, wenn die auskoppelseitigen und
einkoppelseitigen Koordinaten der Lichtleitfaserenden be
kannt sind und die jeweiligen Lichtleitfaserenden einander
zugeordnet werden können. Aus der vorgenannten Druckschrift
ist auch ein Verfahren bekannt, mit dem die Koordinaten der
beliebig angeordneten Lichtleitfaserenden am Einkoppelende
bestimmt werden können und eine Zuordnung der jeweiligen
Lichtleitfaserenden erfolgt. Dazu wird die Einkoppelseite
des Lichtleiterbündels ausschnittsweise beleuchtet und an
der Auskoppelseite die Lichtdurchlässigkeit der Lichtleitfa
sern ermittelt und protokolliert. Die auskoppelseitigen Ko
ordinaten der Lichtleitfasern sind durch die matrixförmige
Anordnung vorgegeben.
Aus der US 4 674 834 ist ein Lichtleiterbündel aus nicht
parallelen Lichtleitfasern bekannt, bei dem die Lichtleitfa
sern an der Einkoppelseite linear und an der Auskoppelseite
flächenhaft angeordnet sind. An der Auskoppelseite sind die
Lichtleitfaserenden zudem auf einem fotosensitiven Speicher
baustein (RAM) fixiert. Die Zuordnung der jeweiligen Licht
leitfaserenden erfolgt hier, indem die Fasern an der Einkop
pelseite nacheinander einzeln beleuchtet werden und an der
Auskoppelseite festgestellt wird, welches Lichtleiterfa
serende das eingekoppelte Licht wiedergibt.
Die bekannten Verfahren zur Zuordnung der einkoppelseitigen
zu den auskoppelseitigen Enden der Lichtleitfasern gehen von
einer vorgegebenen Anordnung der Lichtleitfaserenden an min
destens einer Seite des Lichtleiterbündels aus.
Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Anordnung
der Lichtleitfaserenden sowohl an der Einkoppel- als auch an
der Auskoppelseite des Lichtleiterbündels beliebig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren ge
löst, das beliebig angeordnete einkoppelseitige Enden der
einzelnen Lichtleitfasern eines Lichtleiterbündels den be
liebig angeordneten auskoppelseitigen Enden dieser Licht
leitfasern zuordnet, bei dem
- a) Licht an der Einkoppelseite gleichzeitig in alle Licht leitfasern des Lichtleiterbündels eingekoppelt und auskop pelseitig erfaßt wird,
- b) die auskoppelseitigen Koordinaten der einzelnen Licht leitfasern dadurch ermittelt werden, daß die auskoppelseiti gen Lichtleitfaserenden durch Schwellwertbildung des er faßten Lichts separiert und bezeichnet werden und die Mit telpunkte der auskoppelseitigen Lichtleitfaserenden ermit telt werden, und
- c) danach die einkoppelseitigen Koordinaten jeder an der Auskoppelseite ermittelten und bezeichneten Lichtleitfaser bestimmt und den gemäß Merkmal b) ermittelten auskoppelsei tigen Koordinaten zugeordnet werden.
Die Anwendung dieses Verfahrens erlaubt die Verwendung ko
stengünstig herstellbarer Lichtleiterbündel, die in ihrer
Handhabung robust sind. Derartige Lichtleiterbündel lassen
eine lose Anordnung der einzelnen Lichtleitfasern zu und er
geben dadurch eine erhöhte mechanische Flexibilität. Die mit
solchen Lichtleiterbündeln hergestellten Sensorköpfe sind in
weiten Grenzen frei konfigurierbar. Sie erlauben damit auch
in Verbindung mit zusätzlichen Elementen die Erschließung
neuer Anwendungsgebiete. So können spezielle Zusatzfasern
für Beleuchtungs- und/oder meßtechnische Zwecke in ein
Lichtleiterbündel integriert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Verwendung von
Lichtleiterbündeln mit nicht parallelen Lichtleitfasern mit
integrierter oder zusätzlicher Linsenkorrektur. Das Verfah
ren erlaubt darüber hinaus die Korrektur von Fertigungsto
leranzen bei parallel gefertigten Lichtleiterbündeln mit
oder ohne zusätzliche integrierte und/oder zusätzliche Lin
senkorrektur. Es kann auch zur Korrektur von Linsenfehlern bei
Lichtleiterbündeln mit parallelen Lichtleitfasern eingesetzt
werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist sowohl in der medizini
schen wie auch in der industriellen Endoskopie für visuelle
und meßtechnische Applikationen einsetzbar. Es kann ange
wendet werden, um Bilder mittels eines flexiblen Lichtlei
terbündels zu projizieren oder einzuspielen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfah
rens sind insbesondere Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend an Hand von
Ausführungsbeispielen, z. T. unter Verwendung von Zeichnun
gen, beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Lichtleiterbün
dels mit nicht parallelen Lichtleitfasern;
Fig. 2 eine dreidimensionale Darstellung des Grauwert
verlaufs der Lichtleitfasern auf der Auskoppel
seite;
Fig. 3 eine Faserseparierung mit einfacher Schwellwert
bildung;
Fig. 4 eine Faserseparierung nach Schwellwertbildung und
Einsatz eines Sharpen-Filters;
Fig. 5 eine Faserseparierung mit optimierten Mittelpunk
ten;
Fig. 5 ein Diagramm betreffend die Faserfindung auf der
Einkoppelseite mittels Kanteninterpolation;
Fig. 7 eine schematische Darstellung betreffend die Ver
wendung von zwei in X- bzw. Y-Richtung verschieb
baren Blenden und
Fig. 8 Bildverarbeitung bei Rasterung der Einkoppel
seite.
Wird zur Übertragung eines Bildes ein ungeordnetes Licht
leiterbündel (Fig. 1) verwendet, so ist für die Rückgewin
nung der Bildinformation nach der Zerlegung im Bündel das
Erstellen einer Transformationsmatrix nötig. Nur diese er
laubt es, jedem Bildpunkt auf der Auskoppelseite, die z. B.
die Kameraseite sein kann, den zugehörigen Bildpunkt auf
der Einkoppelseite, z. B. der Sensorseite, zuzuordnen.
Als Lichtwellenleiter können sowohl Gradienten- als auch
Stufenindexfasern verwendet werden. Im Gegensatz zu Gradi
entenfasern können Stufenindexfasern keine Bilder übertra
gen. Bei Stufenindexfasern besteht also kein kontinuierli
cher Zusammenhang zwischen Ort und Richtung, an denen ein
Lichtstrahl auf der Einkoppelseite in die Faser eindringt
und dem Ort und der Richtung, an denen er wieder austritt.
Daher reicht es aus, nur den von jeder Faser über die Flä
che der Faser auf der Auskoppelseite gemittelten Grauwert
zu extrahieren, anstatt jedes Kamerapixel einzeln zu bewer
ten. Der so ermittelte Grauwert wird dem Ort der Faser auf
der Einkoppelseite zugeordnet.
Auf diese Weise kann eine Transformationsmatrix mit bei
spielsweise etwa 360 000 Einträgen (ca. 600×600 Pixel)
ohne Informationsverlust zu einer Transformationstabelle
reduziert werden, die für jede der z. B. 5000 Fasern eines
Sensors je einen Eintrag für die Koordinaten der Ein- und
Auskoppelseite enthält und die Fasern über die Reihenfolge
des Auftretens in der Tabelle eindeutig bestimmt. Bei der
Verwendung von Gradientenfasern kann die Auflösung einzel
ner Punkte eines betrachteten Bildes möglicherweise besser
sein.
Bei dem hier betroffenen Verfahren wurden zunächst einmal
die Lichtleitfasern auf der Auskoppelseite zur Erstellung
der erforderlichen Transformationstabelle bezeichnet und
dann ihre Koordinaten ermittelt. Um die Lichtleitfasern
gleichmäßig zu beleuchten, wurde eine diffuse Beleuchtung
vorgenommen. Dazu wurde eine Anordnung von drei hinterein
ander vorgesehenen, milchig-weiß-transparenten Plexiglas
scheiben aufgebaut. Auf die erste Scheibe wurde dann mit
einer Halogenlampe ein Fleck projiziert, der größer war als
der aktive Durchmesser des Lichtleiterbündels = Sensors.
Als Kamera wurde eine Standard Video-Ausführung mit einer
Auflösung von 768×574 Pixeln verwendet. Dies führte bei ei
nem Faserdurchmesser von 70 µm und ca. 5000 Lichtleitfasern
im Kamerabild zu einer Abbildung des Faserdurchmessers auf
etwa 8 Pixeln. Als Objektiv wurde ein Mikro-Zoomobjektiv
zum Einsatz gebracht, das durch die Verwendung verschiede
ner Tuben- und Vorsatzlinsen geeignete Abbildungsmaßstäbe
ermöglichte.
Die lichtführenden Bereiche der verwendeten Lichtleitfasern
hatten einen Abstand von etwa 10 µm. Dieser Abstand konnte
sehr gut erkannt werden, wenn man am Objektiv eine entspre
chend große Vergrößerung wählte. Mittels einer Schwellwert
bildung wurden die Fasern vom Hintergrund separiert.
Wenn ein Abbildungsmaßstab gewählt wurde, der die Erfassung
des Sensors mit einer einzigen Aufnahme ermöglichte, dann
kam der Faserdurchmesser in die Größenordnung der Auflösung
des Objektivs. Dies bedeutete, daß die einzelnen Fasern in
einander übergingen. Daraus ergab sich das Problem, daß bei
der späteren Auswertung auf der Auskoppelseite das Licht
einer beleuchteten Faser auf die Nachbarfasern übersprechen
konnte. Die Einkoppelpunkte solcher benachbarter Fasern la
gen aber nicht direkt neben denen der beleuchteten Faser.
So erschien das übergesprochene Licht im zurücktransfor
mierten Bild wesentlich weiter von seinem Ursprung entfernt
als es allein durch die Unschärfe bedingt gewesen wäre. Es
kam zu gravierenden Bildfehlern.
Daraus ergab sich, daß zum einen der Ort einer Faser sehr
genau detektiert werden mußte. Jede Ungenauigkeit ver
stärkte den Effekt. Zum andern durfte nur ein kleiner zen
traler Ausschnitt der Faser zur Ermittlung des Grauwertes
benutzt werden, in den kein Licht der Nachbarfaser
eindrang.
Eine einfache Schwellwertbildung führte zu Schwierigkeiten,
da der Grauwert zwischen zwei eng benachbarten Fasern auch
innerhalb von anderen Fasern auftrat. Dies verdeutlicht
Fig. 3, in dem der Threshold, also der Grauwertbereich der
als Vordergrund definiert wurde, hervorgehoben ist.
Man erkennt aus dieser Figur, daß einzelne Lichtleitfasern
separiert werden. Andere Lichtleitfasern verschmelzen aber
und andere fallen aus dem Bild heraus. Um dem entgegenzu
wirken, konnte mit einer mehrstufigen Auswertung gearbeitet
werden. Dabei mußte aber darauf geachtet werden, daß alle
in den verschiedenen Stufen erkannten Fasern auch bewertet
und erfaßt wurden. Daraufhin wurde das Bild vor der
Schwellwertbildung gefiltert, um die einzelnen Lichtleitfa
sern deutlicher herauszustellen. Zur Filterung wurde dabei
ein Sharpen-Faltungsfilter eingesetzt. Es handelte sich um
einen 5×5-Filter mit folgendem Kernel:
Ein mit diesem Kernel gefaltetes Faserbild ließ eine ein
deutige Trennung zwischen Fasern und Hintergrund zu. Dies
galt insbesondere auch für die dunkleren Fasern. Um ein
möglichst gutes Filterergebnis zu erzielen, durften die Fa
sern nicht zu stark beleuchtet werden (Fig. 4).
Eine weitere Möglichkeit zur Filterung wurde darin erkannt,
eine Korrelation zwischen Faserbild und einer einzelnen Mu
sterfaser durchzuführen. Dazu wurde eine einzelne Faser aus
dem Bild herausgeschnitten und mit diesem Bild die Korrela
tion durchgeführt. Bei der Korrelation wurde das Muster
über das Bild geschoben und an jeder Stelle vom Bild sub
strahiert. Vorher wurde der entsprechende Bildbereich in
seiner Helligkeit normiert, damit nur der reine Formverlauf
einen Einfluß auf das Maß für die Ähnlichkeit hatte.
Je kleiner nun die zugehörige Zahl vom Betrag her ist, desto ähnli
cher sind die Bereiche. Sind die Bereiche identisch, so er
gibt sich als Differenz Null.
Die Ergebnisse mußten anschließend noch auf den Grauwert
von 0 bis 255 normiert und invertiert werden, damit die Fa
sern als helle Bereiche in einem Grauwertbild erschienen.
Die Korrelation lieferte nutzbare Ergebnisse, die aber im
ausgeführten Fall nicht an die des modifizierten
Sharpen-Filters heranreichten.
Die Korrelation hat dagegen den Vorteil, daß sie problemlos
auf größere und kleinere Faserdurchmesser angepaßt werden
kann. Verkleinern ist dagegen bei Sharpen-Filtern nicht,
vergrößern nicht ohne weiteres möglich. Ein solcher Filter
liefert aber auch bei kleineren Durchmessern noch ausrei
chend gute Ergebnisse. Nach der Filterung waren einige Fa
sern noch über Stege miteinander verbunden. Um sie vonein
ander zu trennen, mußte das Bild mehrfach binär erodiert
werden, ohne jedoch zu einzelnen Punkten erodierte Fasern
zu löschen. Die so erhaltenen Punkte wurden als ungefähre
Mittelpunkte der Lichtleitfasern angesehen. Sie lagen aber
noch nicht alle genau im Mittelpunkt der jeweiligen Faser.
Als Mittelpunkt der Faser wurde die Kuppe des Grauwerthü
gels des Faserbildes angesehen (Fig. 2).
Um den genauen Mittelpunkt einer Faser zu finden, wurde ein
Iterationsprozeß zur Optimierung verwendet. Dazu wurde in
einem Bereich von +/- zwei Pixeln jeweils ein Kreis (bei
quadratischen Pixeln) in Fasergröße angenommen. Von diesen
25 Kreisen definierte derjenige die optimale Lage der Fa
ser, der den höchsten mittleren Grauwert hatte.
Wurde auf diese Weise nicht der Ausgangskreis festgestellt,
so wurde ein weiterer Iterationsschritt durchgeführt. Das
Verfahren terminierte mit dem optimierten Mittelpunkt. Da
bei waren im Schnitt zwei Iterationsschritte nötig
(Fig. 5).
Nun wurde zu jeder Faser auf der Auskoppelseite ihre Posi
tion auf der Einkoppelseite bestimmt. Dazu wurden vor der
Einkoppelseite erst in X- und dann in Y-Richtung schritt
weise scharfkantige Blenden verfahren. Dafür eigneten sich
in besonderer Weise Rasierklingen.
Damit die Kanten der Blenden möglichst scharf abgebildet
wurden, wurde eine parallele Beleuchtung benutzt. Als maxi
maler Abstand zwischen Lichtquelle und Einkoppelseite wurde
ein Wert von etwa 10 cm festgestellt. Weiter wurde heraus
gefunden, daß die Blenden möglichst nah an dem Sensor
vorbeigeführt werden mußten (Fig. 7).
Die als Blenden verwendeten Klingen wurden bei einem Durch
messer der Lichtleitfasern von 70 µm in 25 µm-Schritten
verfahren. Nach jedem Schritt wurden die Grauwerte der ein
zelnen Fasern aufgenommen und gespeichert. Es ergab sich
eine Länge des Kantenüberganges etwa in Größe des Faser
durchmessers. Dies erwies sich als die mögliche Unter
grenze, da eine halb abgeschattete Faser immer noch die
Hälfte des Lichts aufnimmt.
Zur genauen Bestimmung des Faserortes wurde eine Interpola
tion des Kantenverlaufs durchgeführt (Fig. 5). Dazu wurde
als Kantenort derjenige angenommen, bei dem 50% der Inten
sität bei voller Ausleuchtung erreicht wurde. Zwischen den
einzelnen Scan-Schritten erfolgte eine lineare Interpola
tion. Zur Kontrolle der ermittelten Fasermittelpunkte wurde
dann ein Kamerabild der Einkoppelseite mit den gefundenen
Mittelpunkten überlagert. Dazu wurden die Koordinaten der
Mittelpunkte auf die Größe des Kamerabildes angepaßt. Wenn
nun die Bilder übereinander gelegt wurden, wurde gegebenen
falls eine leichte Verdrehung festgestellt, die durch eine
nicht genaue Einspannung der beiden Seiten des Lichtleiter
bündels zu erklären ist. Eine solche Verdrehung wurde durch
eine Drehung des Bildes zurückgerechnet.
Bei einem Vergleich der Mittelpunkte mit den Fasern stellte
man Abweichungen von bis zu etwa einem Drittel des Faser
durchmessers fest.
Diese Abweichungen können durch nicht genaue rechtwinklige
bzw. parallele Anbringung der Rasierklingen, Verschiebung
des Kantenübergangs einzelner Fasern, durch leicht unter
schiedliche Einkopplungswinkel oder Ungenauigkeit bei der
Kanteninterpolation auftreten. Da aber trotz der Verschie
bung die Mittelpunkte innerhalb der Fasern lagen, konnten
derartige Fehler auf die gleiche Art korrigiert werden, wie
bei der Faserfindung auf der Auskoppelseite, nämlich über
die Suche eines Kreises in Fasergröße mit maximalen Grau
wert.
Wenn nun die Lichtleitfasern auf einem rechteckigen oder
zumindest andersartig regelmäßigen Raster lägen, dann
könnte das aufgenommene Bild dadurch rekonstruiert werden,
daß man jedem Pixel den Grauwert der entsprechenden Licht
leitfaser zuordnet. Eine derartige Anordnung der Lichtleit
fasern ist jedoch herstellungsbedingt nicht erreichbar. Die
Fasern liegen allenfalls teilweise, keineswegs aber aus
schließlich, hexagonal gepackt.
Um ein zurücktransformiertes Bild darzustellen, wurde erwo
gen, ein Bild mit etwa der Pixelzahl eines Kamerabildes zu
verwenden. In jede Koordinate einer Lichtleitfaser sollte
ein Kreis mit Faserdurchmesser gezeichnet werden, dessen
mittlere Helligkeit der der Lichtleitfaser entsprach. Das
daraus resultierende Bild enthielt aber einen großen Teil
redundanter Informationen. Bei 50 Pixeln je Faser hatten 50
Pixel dieselbe Information und etwa weitere 10 schwarze Pi
xel um die Faser herum hatten keinen Informationsgehalt.
Dies würde die weitere Verarbeitung unnötig verlangsamen.
Außerdem würde ein kontinuierlicher Grauwertverlauf über
mehrere Fasern diskontinuierlich dargestellt, was zu Pro
blemen bei der Weiterverarbeitung führen würde.
Es wurde dann so verfahren, daß pro Faser ein Pixel zur
Darstellung benutzt wurde. Zur Erhaltung der Ortsinforma
tion der Faser wurde ein Raster über die Einkoppelseite ge
legt, dessen Rasterabstand dem Faserdurchmesser entsprach.
Der Grauwert jeder Faser wurde nun derart auf die maximal
vier Quadranten des Rasters, die mit dem Kreis überlappen,
aufgeteilt, daß jedes Pixel den Grauwertanteil bis zu einem Wert von
255 erhielt, der dem Anteil der Fläche der Überlappung bezogen
auf die Gesamtkreisfläche entsprach. In einem Korrekturver
lauf wurden die dunklen Stellen, die durch die nicht ideale
Packung der Fasern hervorgerufen wurden, angehoben, um ein
besser ausgeleuchtetes Bild zu erhalten (Fig. 8).
Claims (13)
1. Verfahren, das beliebig angeordnete einkoppelsei
tige Enden der einzelnen Lichtleitfasern eines Licht
leiterbündels den beliebig angeordneten auskoppelseitigen
Enden dieser Lichtleitfasern zuordnet, bei dem
- a) Licht an der Einkoppelseite gleichzeitig in alle Licht leitfasern des Lichtleiterbündels eingekoppelt und auskop pelseitig erfaßt wird,
- b) die auskoppelseitigen Koordinaten der einzelnen Licht leitfasern dadurch ermittelt werden, daß die aus koppelseitigen Lichtleitfaserenden durch Schwellwertbildung des erfaßten Lichts separiert und bezeichnet werden und die Mittelpunkte der auskoppelseitigen Lichtleitfaserenden er mittelt werden, und
- c) danach die einkoppelseitigen Koordinaten jeder an der Auskoppelseite ermittelten und bezeichneten Lichtleitfaser bestimmt und den gemäß Merkmal b) ermittelten auskoppelsei tigen Koordinaten zugeordnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwellwertbildung mit voneinander abweichenden
Grauwerteinstellungen mehrstufig ausgeführt wird, wobei die
auskoppelseitigen Koordinaten der in den einzelnen Stufen
separiert festgestellten Lichtleitfasern gespeichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das auskoppelseitig erfaßte Licht als Bild
weiterverarbeitet wird und vor der Schwellwertbildung mit
einem Sharpen-Faltungsfilter gefiltert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur Filterung das Bild der Auskoppelseite in
seiner Helligkeit normiert und mit einer Musterfaser korre
liert wird, indem das Muster über das Bild geschoben und von
dem jeweiligen Wert des Bildes substrahiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß das Bild mindestens einmal binär
erodiert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur von zuvor festge
stellten auskoppelseitigen Koordinaten einer Lichtleitfaser
um den Mittelpunkt des auf diesen Koordinaten liegenden Pi
xels eines Bildes der Auskoppelseite sowie um die Mittel
punkte der zu diesem Pixel benachbarten Pixel jeweils ein
Kreis mit dem Durchmesser der Lichtleitfaser geschlagen
wird, der mittlere Grauwert der in den jeweiligen Kreisen
liegenden Pixel bestimmt wird und die Mittelpunktkoordinaten
des Kreises mit dem höchsten mittleren Grauwert als aktuelle
auskoppelseitige Koordinaten der Lichtleitfaser angenommen
werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mittelpunkt der Lichtleitfaser in einem Itera
tionsprozeß bestimmt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der einkop
pelseitigen Koordinaten jeder auf der Auskoppelseite festge
stellten Lichtleitfaser das Lichtleiterbündel einkoppelsei
tig mit Licht ausgeleuchtet wird, zwischen Lichtquelle und
Einkoppelseite scharfkantige Blenden in X- und dann in
Y-Richtung verfahren werden und über den auf der Auskoppel
seite jeder Lichtleitfaser durch die Blendenbewegung hervor
gerufenen Hell/Dunkel-Übergang oder den Dunkel/Hell-Übergang
die Position der Blendenkante ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einkoppelseite mit parallelem Licht ausgeleuchtet
wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die scharfkantigen Blenden schrittweise in
X- und dann in Y-Richtung vor der Einkoppelseite verfahren wer
den.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da
durch gekennzeichnet, daß nach bestimmten Verfahrstrecken
der Blenden, die gleich dem Radius der Lichtleitfasern sind,
der auskoppelseitige Grauwert jeder Lichtleitfaser sowie die
Blendenposition ermittelt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß die einkoppelseitigen Koordinaten einer Lichtleit
faser in Grauwert-Blendenposition-Diagrammen am Hell/Dunkel- oder
Dunkel/Hell-Übergang durch Interpolation bestimmt wer
den.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich
net, daß die einkoppelseitigen Koordinaten einer Lichtleit
faser in interpolierten Grauwert-Blendenposition-Diagrammen
durch die Blendenposition bei 50% der Grauwertänderung be
stimmt werden.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10115826A1 (de) * | 2001-03-29 | 2002-10-17 | Ifm Electronic Gmbh | Verfahren zur Messung der Position oder der Form eines Objekts bzw. einer Objektkontur in einem Überwachungsbereich mit einem optoelektronischen Messgerät, sowie optoelektronisches Messgerät |
Families Citing this family (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5715345A (en) * | 1995-02-27 | 1998-02-03 | Hughes Danbury Optical Systems, Inc. | Optical beam regeneration by optical fiber remapping |
DE19610101C2 (de) * | 1996-03-15 | 2002-01-31 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung eines Lichtleitfaserbündels für die Informationsübertragung |
DE19621652A1 (de) * | 1996-05-30 | 1997-12-04 | Winter & Ibe Olympus | Bildübertragungseinrichtung mit Lichtleitfaserbündel |
GB2334399B (en) * | 1998-02-12 | 2002-07-17 | Robert Patrick O'brien | Improvements in or relating to image display apparatus |
GB2342524A (en) * | 1998-10-06 | 2000-04-12 | Icaros Savvides | Optical image transmission |
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US6541757B2 (en) | 2001-02-21 | 2003-04-01 | Fanuc Robotics North America, Inc. | Detection assembly for detecting dispensed material |
US7031579B2 (en) * | 2002-06-26 | 2006-04-18 | L-3 Communications Corporation | High resolution display component, system and method |
US7102594B2 (en) * | 2002-08-14 | 2006-09-05 | Wen-Qin Fan | Stacked optical fiber screen |
DE102004051062B4 (de) * | 2004-10-19 | 2016-08-11 | Nova Informationstechnik Gmbh | Monitor mit Glasfaser-Projektor zur Großbilddarstellung und Verfahren zu seiner Herstellung |
US7356229B2 (en) * | 2005-02-28 | 2008-04-08 | 3M Innovative Properties Company | Reflective polarizers containing polymer fibers |
US7356231B2 (en) * | 2005-02-28 | 2008-04-08 | 3M Innovative Properties Company | Composite polymer fibers |
US20060193578A1 (en) * | 2005-02-28 | 2006-08-31 | Ouderkirk Andrew J | Composite polymeric optical films with co-continuous phases |
DE102006011707B4 (de) * | 2006-03-14 | 2010-11-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen einer strukturfreien fiberskopischen Aufnahme |
DE102007026595A1 (de) | 2007-06-08 | 2008-12-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung und Verfahren zur Kompensation von Farbverschiebungen in faseroptischen Abbildungssystemen |
US8184151B2 (en) * | 2009-09-18 | 2012-05-22 | Siemens Energy, Inc. | Flexible imaging fiber bundle monitoring system for combustion turbines |
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US9759670B2 (en) * | 2014-12-23 | 2017-09-12 | Mitutoyo Corporation | Bore imaging system |
US10013065B2 (en) | 2015-02-13 | 2018-07-03 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Tangible three-dimensional light display |
WO2017186458A1 (en) * | 2016-04-26 | 2017-11-02 | Asml Netherlands B.V. | Measurement system, calibration method, lithographic apparatus and positioner |
Family Cites Families (8)
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---|---|---|---|---|
US4601537A (en) * | 1984-01-06 | 1986-07-22 | Ohio State University Research Foundation | Apparatus and methods for forming images and for optical demultiplexing |
US4674834A (en) * | 1984-02-17 | 1987-06-23 | Photon Devices, Ltd. | Graphic input or output device including a fiber optic bundle with electronic means for providing coherence |
US4762391A (en) * | 1986-02-17 | 1988-08-09 | Photon Devices, Ltd. | Graphic input device and method including a fiber optic bundle with electronic means for improving images |
US4812646A (en) * | 1987-11-03 | 1989-03-14 | Photon Devices, Ltd. | Optical fiber initialization method and apparatus |
GB8924793D0 (en) * | 1989-11-03 | 1989-12-20 | Secr Defence | Visual image transmission by fibre optic cable |
US5155790A (en) * | 1990-06-04 | 1992-10-13 | Photon Imaging Corp. | Electronic scanner or printer with ordered fiber optic array |
DE4042317A1 (de) * | 1990-12-28 | 1992-07-02 | Defa Studio Babelsberg Gmbh I | Verfahren und einrichtung zur lichtleiteridentifizierung |
US5313542A (en) * | 1992-11-30 | 1994-05-17 | Breault Research Organization, Inc. | Apparatus and method of rapidly measuring hemispherical scattered or radiated light |
-
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10115826A1 (de) * | 2001-03-29 | 2002-10-17 | Ifm Electronic Gmbh | Verfahren zur Messung der Position oder der Form eines Objekts bzw. einer Objektkontur in einem Überwachungsbereich mit einem optoelektronischen Messgerät, sowie optoelektronisches Messgerät |
DE10115826C2 (de) * | 2001-03-29 | 2003-09-18 | Ifm Electronic Gmbh | Verfahren zur Messung der Position oder der Form eines Objekts bzw. einer Objektkontur in einem Überwachungsbereich mit einem optoelektronischen Meßgerät, sowie optoelektronisches Meßgerät |
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