DE4345278C2

DE4345278C2 - Verfahren zur Darstellung eines in ein Lichtleiterbündel eingekoppelten Bildes

Info

Publication number: DE4345278C2
Application number: DE4345278A
Authority: DE
Inventors: Eckard Eikelmann; Stefan Keller; Tilo Pfeiffer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1993-06-01
Filing date: 1993-06-01
Publication date: 2000-07-20
Anticipated expiration: 2013-06-02

Abstract

Es ist ein Verfahren angegeben, das es ermöglicht, bei Verwendung von aus Lichtleitfasern (2) bestehenden Lichtleiterbündeln (1) mit einer Einkoppelseite (3) und einer Auskoppelseite (4) ein eingekoppeltes Bild mit Hilfe der durch die Lichtleitfasern (2) an die Auskoppelseite (4) weitergegebenen Grauwerte zu rekonstruieren, wenn zuvor die einkoppelseitigen und auskoppelseitigen Koordinaten jeder Lichtleitfaser (2) bestimmt und einander zugeordnet wurden. Es ist für das erfindungsgemäße Verfahren völlig unerheblich, ob die Lichtleitfasern (2) parallel oder ungeordnet im Lichtleiterbündel (1) vorliegen. DOLLAR A Zur Bildrekonstruktion werden die Lichtleitfasern (2) in einkoppelseitiger Anordnung mit dem an der Auskoppelseite (4) über den Faserquerschnitt gemittelten Grauwerte auf einem Bildschirm dargestellt. DOLLAR A Verbesserungen in der Bildqualität können durch eine Rasterung (5) der Einkoppelseite (3) erreicht werden. Hierfür wird über die einkoppelseitige Anordnung der Lichtleitfasern (2) ein aus lückenlos zusammenhängenden Rasterfeldern (6) bestehendes Raster (5) gelegt. Jedem Rasterfeld (6) wird ein sich additiv aus Bruchteilen der Grauwerte aller durch das Rasterfeld (6) zumindest teilweise überlappten Lichtleitfasern (2) zusammensetzender Grauwert zugewiesen, wobei ein solcher Bruchteil dem Anteil der durch das Rasterfeld (6) überlappten zur gesamten Querschnittsfläche der Leichtleitfaser (2) entspricht. Das mit Grauwerten versehene Raster (5) wird schließlich auf dem ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung eines in ein aus Lichtleitfasern bestehendes, eine Einkoppelseite und eine Auskoppelseite aufweisendes Lichtleiterbündel eingekoppelten Bildes, bei dem die einkoppelseitigen und die auskoppelseitigen Enden der Lichtleitfasern zumindest teilweise ungeordnet sind und die einkoppelseitigen und die auskoppelseitigen Koordinaten der Lichtleitfasern ermittelt und in einer Transformationsmatrix einander zugeordnet sind.

Wird zur Übertragung eines Bildes ein ungeordnetes Lichtleiterbündel verwendet, so ist für die Rückgewinnung der Bildinformation nach der Zerlegung im Bündel das Erstellen einer Transformationsmatrix nötig. Nur diese erlaubt es, jedem Bildpunkt auf der Auskoppelseite, die zum Beispiel die Kameraseite sein kann, den zugehörigen Bildpunkt auf der Einkoppelseite, zum Beispiel der Sensorseite, zuzuordnen.

Die DE 43 18 140 A1 (Stammanmeldung zu dieser Patentanmeldung) zeigt ein Verfahren, das beliebig angeordnete einkoppelseitige Enden der einzelnen Lichtleitfasern eines Lichtleiterbündels den beliebig angeordneten auskoppelseitigen Enden dieser Lichtleitfasern zuordnet. Des weiteren ist aus der DE 40 42 317 A1 ein Verfahren bekannt, mit dem bei Lichtleiterbündeln aus nicht parallelen Lichtleitfasern die Enden der jeweiligen Lichtleitfasern an der Einkoppelseite und an der Auskoppelseite einander zugeordnet werden können. In der zuletzt zitierten Druckschrift ist aber nicht offenbart, ob und gegebenenfalls wie ein an der Einkoppelseite eingekoppeltes Bild mit Hilfe der an der Auskoppelseite empfangenen Lichtsignale rekonstruiert dargestellt werden kann.

Aus der US 4,674,834 ist ebenfalls ein Verfahren bekannt, das die Zuordnung der Enden von Lichtleitfasern in einem ungeordneten Bündel erlaubt. Die Offenbarung betrifft insbesondere eine lineare Anordnung der einen Enden der Lichtleitfasern und eine flächenhafte Anordnung am anderen Ende, wobei die flächenhaft angeordneten Enden mit einem Sensor-RAM gekoppelt sind. Es wird nicht offenbart, in welcher Weise flächenhafte Bilder, die in einem bestimmten Moment an einem Ende eines ungeordneten Lichtleiterbündels eingekoppelt werden, rekonstruiert dargestellt werden können.

Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem eine qualitativ hochwertige Darstellung eines in ein ungeordnetes Lichtleiterbündel eingekoppelten flächenhaften Bildes möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass während der Bildeinkopplung die Auskoppelseite von einer Kamera aufgenommen wird, für jede Lichtleitfaser an der Auskoppelseite ein über den Faserquerschnitt gemittelter Grauwert gemittelt wird, das eingekoppelte Bild durch Rasterung rekonstruiert dargestellt wird, indem der Grauwert jeder Lichtleitfaser flächenanteilsmäßig auf von dieser Lichtleitfaser überlappte Rasterfelder verteilt wird, und nach Umrechnung der auskoppelseitigen auf die einkoppelseitigen Koordinaten der Lichtleitfasern mit Hilfe der Transformationsmatrix das eingekoppelte Bild dargestellt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass bei der Darstellung des eingekoppelten Bildes ein Rasterfeld jeweils einem Pixel entspricht.

Anhand von Figuren wird nun eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1: ein schematische Ansicht eines Lichtleiterbündels mit nicht parallelen Lichtleitfasern und

Fig. 2: eine schematische Darstellung der Rasterung der Lichtleitfasern in einkoppelseitiger Anordnung.

Fig. 1 zeigt ein ungeordnetes Lichtleiterbündel 1. Für die Übertragung eines Bildes durch dieses Lichtleiterbündel 1 ist es für die Rückgewinnung der Bildinformation nach der Zerlegung im Bündel 1 nötig, eine Transformationsmatrix zu erstellen. Nur diese erlaubt es, jedem Bildpunkt auf der Auskoppelseite 4, den zugehörigen Bildpunkt auf der Einkoppelseite 3 zuzuordnen.

Als Lichtwellenleiter können sowohl Gradienten- als auch Stufenindexfasern verwendet werden. Im Gegensatz zu Gradientenfasern können Stufenindexfasern keine Bilder übertragen. Bei Stufenindexfasern besteht also kein kontinuierlicher Zusammenhang zwischen Ort und Richtung, an denen ein Lichtstrahl auf der Einkoppelseite in die Lichtleitfaser 2 eindringt und dem Ort und der Richtung, an dem er wieder austritt. Daher reicht es aus, nur den von jeder Lichtleitfaser 2 über die Fläche der Lichtleitfaser 2 auf der Auskoppelseite 4 gemittelten Grauwert zu extrahieren, statt jedes Kamerapixel einzeln zu bewerten. Der so ermittelte Grauwert wird dem Ort der Lichtleitfaser 2 auf der Einkoppelseite zugeordnet. Wenn nun die Lichtleitfasern 2 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 Lichtleitfaser 2 zuordnet. Eine derartige Anordnung der Lichtleitfasern 2 ist jedoch herstellungsbedingt nicht erreichbar. Die Lichtleitfasern 2 liegen allenfalls teilweise, keineswegs aber ausschließlich hexagonal gepackt.

Um ein zurücktransformiertes Bild darzustellen, wurde erwogen, ein Bild mit etwa der Pixelzahl eines Kamerabildes zu verwenden. In jeder Koordinate einer Lichtleitfaser 2 sollte ein Kreis mit Faserdurchmesser gezeichnet werden, dessen mittlere Helligkeit der der Lichtleitfaser 2 entsprach. Das daraus resultierende Bild enthielt aber einen Großteil redundanter Informationen. Bei 50 Pixeln je Lichtleitfaser 2 hatten 50 Pixel dieselbe Information und weitere 10 schwarze Pixel um die Lichtleitfaser 2 herum hatten keinen Informationsgehalt. Dies würde die weitere Verarbeitung unnötig verlangsamen. Außerdem würde ein kontinuierlicher Grauwertverlauf über mehrere Lichtleitfasern 2 diskontinuierlich dargestellt, was zu Problemen bei der Weiterverarbeitung führen würde.

Es wurde dann so verfahren, dass pro Lichtleitfaser 2 ein Pixel zur Darstellung benutzt wurde. Zur Erhaltung der Orstinformation der Lichtleitfaser 2 wurde ein Raster 5 (Fig. 2) über die Einkoppelseite 3 gelegt, dessen Rasterabstand dem Faserdurchmesser entsprach. Der Grauwert jeder Lichtleitfaser 2 wurde nun derart auf die maximal vier Rasterfelder 6 des Rasters 5, 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 Korrekturverlauf wurden die dunklen Stellen, die durch die nichtideale Packung der Lichtleitfasern 2 hervorgerufen wurden, angehoben, um ein besser ausgeleuchtetes Bild zu erhalten.

Claims

1. Verfahren zur Darstellung eines in ein aus Lichtleitfasern (2) bestehendes, eine Einkop pelseite (3) und eine Auskoppelseite (4) aufweisendes Lichtleiterbündel (1) eingekoppel ten Bildes, bei dem die einkoppelseitigen und die auskoppelseitigen Enden der Lichtleit fasern (2) zumindest teilweise ungeordnet sind, die einkoppelseitigen und die auskoppel seitigen Koordinaten der Lichtleitfasern (2) ermittelt und in einer Transformationsmatrix einander zugeordnet sind und bei dem

a) während der Bildeinkopplung die Auskoppelseite (4) von einer Kamera aufgenommen wird,
b) für jede Lichtleitfaser (2) an der Auskoppelseite (4) ein über den Faserquerschnitt gemittelter Grauwert ermittelt wird,
c) das eingekoppelte Bild durch Rasterung rekonstruiert dargestellt wird, indem der Grauwert jeder Lichtleitfaser (2) flächenanteilsmäßig auf von dieser Lichtleitfaser (2) überlappte Rasterfelder (6) verteilt wird und
d) nach Umrechnung der auskoppelseitigen auf die einkoppelseitigen Koordinaten der Lichtleitfasern (2) mit Hilfe der Transformationsmatrix das eingekoppelte Bild darge stellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Darstellung des eingekoppelten Bildes ein Rasterfeld (6) jeweils einem Pixel entspricht.