DE69010785T2

DE69010785T2 - System zum Messen von durch ein Endoskop beobachteten Gegenständen.

Info

Publication number: DE69010785T2
Application number: DE69010785T
Authority: DE
Inventors: Raymond A Lia
Original assignee: Welch Allyn Inc
Current assignee: Welch Allyn Inc
Priority date: 1989-06-12
Filing date: 1990-05-10
Publication date: 1994-10-27
Anticipated expiration: 2010-05-11
Also published as: DE69010785D1; JPH0313805A; EP0403399A3; US4980763A; EP0403399A2; JP2605159B2; EP0403399B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Boroskop oder Endoskop zur Erzeugung eines vollfarbigen Videobildes eines im allgemeinen unzugänglichen Objektes und genauer gesagt auf ein System zum Messen der Größe von Objekten, die auf dem Video-Bildschirm des Boroskops dargestellt werden.
Verschiedene Vorrichtungen wurden im Stand der Technik geschaffen, um ein farbiges Videobild eines innerhalb eines entfernten Hohlraums befindlichen Zielobjektes zu realisieren. Diese Vorrichtungen wurden mit der Zeit schrittweise verbessert, so daß heute die meisten Vorrichtungen dieser Art eine äußere Lichtquelle, deren Licht mit Lichtleitfaserbündeln zu einem Bildaufnahmekopf übertragen wird, sowie einen Festkörper-Bildsensor und ein Linsensystem umfassen, die in dem vorderen Ende des Einführungsrohrs oder -schlauchs des Boroskops/Endoskops angeordnet und mit einer äußeren Videoanzeige verbunden sind. Ein besonders kompakter Kopf, der eine Lichtquelle und ein Festkörper-Bildsensor- Linsensystem dieser Art umfaßt, ist in dem U.S. Patent 4,491,865 von Danna et al. gezeigt, auf dessen Besitzer auch die Schutzrechte des vorliegenden Anmelders regelmäßig übertragen werden.
Im allgemeinen sind bei Systemen dieser Art das Lichtleitfaserbündel und der Bildsensor mit dem optischen System nebeneinander im Ende eines dünnen Einführungsrohrs oder -schlauchs angeordnet, der dazu vorgesehen ist, in Hohlräume eingeführt zu werden, um darin befindliche Objekte zu betrachten Das von dem Lichtleitfaserbündel bereitgestellte Licht hat ein Beleuchtungsfeld, das geringfügig zum optischen Sichtfeld des Bildsensors versetzt. ist, jedoch im wesentlichen ausreichend überlappt, um ein wirkungsvolles Sichtfeld der Vorrichtung zu erzeugen. Das durch den Bildsensor aufgenommene Bild wird auf einem Bildschirm angezeigt, und wird in der Vergrößerung, der sichtbaren Größe und der Detailliertheit variieren, in Abhängigkeit davon, wie nahe das Ende des Einführungsrohrs oder -schlauchs, welches das Linsensystem trägt, bei dem darzustellenden Objekt ist. In der Regel haben derartige Vorrichtungen eine Schärfentiefe von 0,32 cm (einemAchtel Zoll) bis etwas über 2,5 cm (ein Zoll). Die ganz nahen Bilder haben natürlich die größte Vergrößerung und die entfernten Bilder die geringste.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der DE-A- 3 516 164 offenbart, in der ein konzentrisches Ringbild in einem Projektionswinkel projiziert wird, der dem Winkel des optischen Feldes der Aufnahmelinse entspricht, so daß ein bekannter Abstand zwischen dem äußeren Rand des Sichtfeldes und der äußersten Lage des obersten Endes des Bildes des Ringes entsteht. Dieser bekannte Abstand wird zum Eichen der Anzeige auf eine bestimmte Objektentfernung verwendet, und die Größe des Objektes wird in bezug auf diesen bekannten Abstand ermittelt. Daher ist es nicht möglich, die Objektgröße zu ermitteln, wenn die Ebene des Objektes nicht senkrecht zur optischen Achse liegt.
In der DE-A-3 629 435 wurde beispielsweise auch eine Vorrichtung vorgeschlagen, in der die relative Verschiebung eines zusätzlichen Punktes, der durch eine Zusatz-Lichtquelle erzeugt und in einem bekannten Winkel projiziert wird, verwendet werden kann, um die Entfernung des Objektes zu berechnen. Neben der Tatsache, daß eine derartige Vorrichtung eine Zusatz-Lichtquelle erfordert, kann der Objekt abstand, wie bei der zuvor beschriebenen Vorrichtung, nur berechnet werden, wenn das Objekt in einer Ebene liegt, die senkrecht zur optischen Achse liegt. Ein geneigtes Objekt kann daher nicht mit dieser Vorrichtung gemessen werden.
Bisher beruhten alle Versuche, das Bild auf dem Bildschirm zur Ermittlung der Größe des betrachteten Objektes zu messen, entweder darauf, eine bekannte Skala neben dem zu messenden Bild für eine Vergleichsmessung anzuordnen, oder darauf, einen körperlichen Abstandhalter jenseits der Linse am Ende des Boroskop-Einführungsrohrs oder -schlauchs anzuordnen, an dessen Ende die Vergrößerung bekannt ist, und dann das Ende des Boroskops zu verschieben, bis es das darzustellende Objekt mit dem Abstandhalter berührt. Mit dieser bekannten Vergrößerung kann das Bild auf dem Schirm gemessen und die genaue Größe bestimmt werden.

Aufgaben und Zusammenfassung der Erfindung

Offensichtlich war diese Meßmethode etwas ungünstig und zeitaufwendig, und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zum Messen von Objekten, die mit einem Boroskop-Videosensor und einem Linsensystem dargestellt werden, zu schaffen, welches eine Messung ohne die Notwendigkeit ermöglicht, Skalen in der Nähe des zu vermessenden Objektes anzuordnen oder körperliche Abstände zur Ermittlung der Objektentfernung von dem Linsensystem zu verwenden.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Objekt-Meßsystem zu schaffen, das in sich geschlossen und in die Beleuchtungs- und Sensorsysteme eines Boroskops integriert ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Objekt-Meßsystem für ein Boroskop oder ähnliches zu schaffen, das vollständig von außerhalb des Hohlraums, in den das Boroskop-Einführungsrohr eingebracht wird, bedienbar ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Objekt-Meßsystem zum direkten Messen der Größe eines Objektes auf dem Video-Bildschirm des Boroskops zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beleuchtungssystem für eine Farb-Videobildvorrichtung zu schaffen, welches zusätzlich eine Meßanzeige zur Ermittlung der Objektentfernung von der Linsenanordnung der Videobild- Aufnahmemittel erzeugt.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beleuchtungssystem zu schaffen, das ein Schattenerzeugungsmittel einschließt, um automatisch die Objektentfernung auf dem Video-Bildschirm anzuzeigen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zur Verwendung in einem Videobild-Aufnahmemittel vorgesehenes Beleuchtungssystem zu schaffen, das die Projektion eines Bildes mit bekannter Größe und Form in das Sichtfeld des Bildaufnahmemittels umfaßt, so daß die Bildgröße auf dem Video-Bildschirm die Objektentfernung von dem Linsensystem angeben wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beleuchtungssystem zu schaffen, das zur allgemeinen Beleuchtung eines darzustellenden Objektes und zur Vermessungs- Beleuchtung mit einem bekannten Muster, welche die Vergrößerung und damit den Objektabstand von der Linsenanordnung angibt, vorgesehen ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Objekt-Meßsystem zum elektronischen Messen der Größe eines mit einem Boroskop dargestellten Objektes zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beleuchtungssystem für eine Videobild-Aufnahmevorrichtung zu schaffen, in der ein Ringbild konstanter Größe auf ein zu vermessendes Objekt projiziert wird, um den Objektabstand von dem Linsensystem anzugeben.

Kurze Zeichnungsbeschreibung

Diese und weitere Aufgaben der Erfindung werden zusammen mit weiteren aus der Erfindung hervorgehenden Merkmalen und Vorteilen aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform hervorgehen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, in denen gleiche Bezugszeichen durchgehend korrespondierende Teile bezeichnen, wobei:
Fig. 1 eine partielle Schnittdarstellung des Bildaufnahmekopfes eines erfindungsgemäßen Boroskops ist, die in schematischer Form die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine vergrößerte Endansicht des Aufnahmekopfes des Boroskops aus Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Bildschirm und eine geeichte Skala für ein bestimmtes Aufnahmesystem ist, welche die Beziehung zwischen der Vergrößerung und dem Abstand des Objektes von dem Bildaufnahme-Linsensystem zeigt;
Fig. 4 einen zu Fig. 3 ähnlichen Bildschirm mit einem zu vermessenden Objekt darstellt, welcher elektronische Positionsanzeiger zum Messen des zu vermessenden Objektes zeigt;
Fig. 5 eine schematische und schaubildartige Darstellung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6 eine vergrößerte Endansicht des Bildaufnahmekopfes eines erfindungsgemäßen Boroskops gemäß der Ausführungsform aus Fig. 5 ist; und
Fig. 7 einen Bildschirm darstellt, der die Verwendung der Ausführungsform nach den Figuren 5 und 6 zum Vermessen eines Objektes auf dem Bildschirm zeigt.
Die Figuren 8A und 8B sind schematische Darstellungen der Schattenmittel aus Fig. 1.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

In der Fig. 1 ist ein Boroskop-Bildaufnahmekopf 10 gezeigt, der eine fiberoptische Beleuchtungsquelle 12 und einen Videobild-Aufnahmekanal 14, dem ein Linsensystem 16 zugeordnet ist, aufweist und in dem Ende eines Einführungsrohrs oder -schlauchs eines Boroskops angeordnet ist. Wie beim Stand der Technik beschrieben, bewirkt die fiberoptische Lichtquelle 12 eine allgemeine Beleuchtung, die ein- oder vollfarbig sein kann und die einen Bereich beleuchtet, der schematisch als von der Vorderfläche der fiberoptischen Lichtquelle ausgehender Bogen l8 dargestellt ist. Das Sichtfeld der Bildaufnahmevorrichtung bestimmt sich durch das Linsensystem und dessen Juxtaposition mit dem Festkörper-Bildsensor und ist in Fig. 1 durch den Bogen 22 dargestellt. In der besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die fiberoptische Lichtquelle als dünner Streifen 19 ausgebildet, der sich - wie in Fig. 2 abgebildet - in ebener Weise über den fiberoptischen Kanal erstreckt. Diese Ausbildung bewirkt eine ausreichende allgemeine Beleuchtung in ebenso effektiver Weise, wie die konventionelleren, ringförmigen Faserbündel. In einem räumlichen Abstand vor dem Ende des dünnen Lichtleitfaserstreifens 19 ist ein undurchsichtiges Indexelement oder Balken 20 angeordnet, der sich über die gesamte Breite des Streifens 19 erstreckt und der ein Schattenbild in dem Licht, das von dem Lichtleitfaserstreifen ausgeht, auf das darzustellende Objekt wirft. Das Standard-Linsensystem ist direkt unterhalb des Beleuchtungssystems in Fig. 2 dargestellt.
Der von dem Indexbalken 20 erzeugte Schatten wird auf Objekte innerhalb des Sichtfelds des Bildaufnahmekanals 14 fallen, in Abhängigkeit davon, wie weit das Objekt von der Bildaufnahmelinse entfernt ist. Ein Objekt in der Nähe der Linse, wie z.B. an der Linie 24, wird den Schatten 21 von dem Balken 20 nahe des Randes aufweisen, der in Fig. 3 zum linken Rand des Bildschirms hin verschoben ist. Auf einem weiter von der Linse entfernten, wie z.B. an der Linie 26 liegenden, Objekt wird der Schatten von dem Balken 20 in Fig. 1 weiter unten einfallen oder in Fig. 3 nach rechts verschoben liegen, d.h. wenn das Bild des Objektes auf den Bildschirm projiziert wird, wird der Schatten nach rechts verschoben sein, so wie Schatten 23 in Fig. 3. Der Schatten 27 stellt die Grenze des Meßbereichs des Boroskops dar.
Ein an der Linie 24 befindliches Objekt wird auf der Videoanzeige als ein relativ großes Objekt erscheinen, wogegen das gleiche Objekt an der Linie 26 relativ klein auf der Anzeige erscheinen wird. Der Schatten 23 wird tatsächlich an der Linie 26 breiter sein als der Schatten 21 an der Linie 24 aufgrund der Divergenz des Lichts von dem Lichtleitfaserstreifen 19. Der Schatten wird jedoch scheinbar im wesentlichen die gleiche Breite aufweisen, wenn er sich quer über die Anzeige bewegt.
In Fig. 3 ist ein Video-Bildschirm für das Bildaufnahmesystem des Boroskopkopfes dargestellt. Als Überlagerung oder Einblendung ist auf dem Schirm eine Vergrößerungs- und Objektabstandsskala 29 gezeigt, die für den jeweiligen Bildschirm geeicht ist, in Abhängigkeit von der Geometrie des jeweiligen Boroskopkopfes, der jeweiligen Beleuchtungsquelle, der jeweiligen Bildaufnahmelinse und des jeweiligen Aufnahmesystems. Die dargestellte, vorliegende Eichung ist für einen 33 cm (dreizehn Zoll) Video-Bildschirm und einen Boroskop-Beleuchtungs- und -Aufnahmekopf ausgelegt, bei dem die Vergrößerung des auf dem Video-Bildschirm angezeigten Bildes im Bereich des Fünfundzwanzigfachen der natürlichen Größe liegt, wenn der Bildaufnahmekopf ungefähr 0,32 cm (ein Achtel Zoll) von dem Objekt entfernt ist. Dagegen wird die Vergrößerung auf einen Faktor von etwa Neun reduziert, wenn der Bildaufnahmekopf etwa 1,3 cm (ein halber Zoll) von dem darzustellenden Objekt entfernt ist. Die maximale Schärfentiefe von Boroskopen dieses Typs liegt in etwa im Bereich von 2,5 cm (ein Zoll), was bei dieser Konfiguration zu einer Vergrößerung von etwa Fünf führt.
Bei erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 ist zu erkennen, dar der Schattenbalken 20 außerhalb der Mitte des Beleuchtungsfeldes angeordnet ist, so daß er einen Schatten durch das Sichtfeld des Linsensystems werfen wird, der sich an unterschiedlichen Positionen von links nach rechts auf dem Bildschirm in Fig. 3 und, wie in Fig. 1 dargestellt, von oben nach unten befindet.
Wie schematisch in Fig. 1 dargestellt, wird bei Betrachtung eines Objektes an der Position der Linie 24 der Schatten 21 gerade den Rand des Sichtfeldes berühren und auf der linken Seite des Bildschirms in Fig. 3 erscheinen. Wenn das obengenannte Linsensystem zur Aufnahme des Bildes im Abstand von nur ca. 0,25 cm (0,1 Zoll) zu dem Objekt angeordnet ist, wird das Bild auf dem Bildschirm in Fig. 3 stark vergrößert sein. Der durch den Schattenbalken 20 erzeugte Schatten wird sich ganz links in der Darstellung in Fig. 3 befinden, wodurch angezeigt wird, daß das Bildaufnahme-Linsensystem ungefähr 0,35 cm (0,140 Zoll) von dem mit diesem System dargestellten Objekt entfernt ist. Der Maßstab in Fig. 1 ist übertrieben, um eine größere Klarheit der Darstellung zu erreichen, jedoch entsprechen die tatsächlichen Werte für ein bestimmtes Boroskop und einen bestimmten Bildschirm den in der Einblendung in Fig. 3 angegebenen.
Bei erneuter Betrachtung der Fig. 1 ist zu erkennen, daß während sich das Sichtfeld der Aufnahmevorrichtung und des Linsensystems bei zunehmender Entfernung von der Vorderseite der Linsen aufweitet, sich der durch den Schattenbalken 20 erzeugte, von der Lichtquelle 12 ausgehende Schatten nach rechts auf dem Bildschirm oder nach unten in Fig. 1 bewegen wird. Die Entfernung, die dieser Schatten von oben nach unten in Fig. 1 oder von links nach rechts in Fig. 3 durchläuft, ist proportional zu der Entfernung des dargestellten Objektes von der Vorderseite des Linsensystems. Dieser räumliche Abstand wurde bei der besonderen, in den Figuren 1 und 3 dargestellten Ausführungsform mit der Überlagerung oder Einblendung auf dem Schirm in Beziehung gebracht, die in Form einer Skala die Vergrößerung und den Objektabstand für dieses System von der nächstmöglichen Sichtbarmachung bis zur entferntesten zeigt, für diese besondere Lichtquelle und dieses besondere Linsensystem. Es ist daher möglich, den Abstand von dem dargestellten Objekt bis zur Vorderseite der Linse zu bestimmen, indem festgestellt wird, wo der Schatten auf der geeichten Skala liegt. Dies kann in cm oder Zoll umgewandelt werden, und gleichzeitig wird die Vergrößerung des Objektes bei einer bestimmten Lage des Schattens angezeigt.
Das beschriebene System kann in einer Vielzahl von Arten benutzt werden, um Messungen an dem dargestellten Objekt durchzuführen. Um eine Messung in der Ebene des Bildes eines Objekts, z.B. einer rechtwinklig zur Achse des Linsensystems liegenden Ebene, durchzuführen, wäre der erste Schritt, den Bereich festzustellen, in dem der Schatten auf dem Bild des zu vermessenden Objekts liegt. Wenn z.B. der Schatten auf die Stelle des Bildschirms mit der Vergrößerung Zehn fällt, was bedeutet, daß das Linsensystem 1,2 cm (0,475 Zoll) von dem dargestellten Objekt entfernt und daß das Objekt zehnmal größer dargestellt ist als es tatsächlich ist, dann kann die tatsächliche Größe des durch das Boroskop dargestellten Objektes dadurch erhalten werden, daß das Bild des Objektes auf dem Bildschirm mit einem Meßschieber oder einer ähnlichen Meßvorrichtung vermessen und der erhaltene Wert durch zehn dividiert wird.
Wenn das zu vermessende Objekt ein Loch oder ein Kratzer 25 oder ein andere Vertiefung in der Oberfläche ist, wird eine "Delle" 28 in der Schattenlinie vorzufinden sein, und anstatt einer geraden Linie, wie bei 24 gezeigt, wird eine eingedellte oder versetzte Linie entstehen, wie bei 28 in Fig. 3 dargestellt. Der Unterschied zwischen dem Hauptanteil des Schattens 26 und der versetzten Delle 28 wird die Tiefe der Vertiefung anzeigen, wenn er auf der geeichten Entfernungsskala gemessen wird. Wenn die tatsächlichen Oberflächenabmessungen der Vertiefung erwünscht sind, können sie räumlich auf dem Bildschirm mit einem Meßschieber oder einem anderen Meßgerät gemessen werden und dann durch die Vergrößerungen dividiert werden, die an dem Ort des Schattens auf der Skala angegeben sind, um die tatsächliche räumliche Flächengröße der Vertiefung zu erhalten.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann, anstatt des räumlichen Messens der Größe des Bildes auf dem Bildschirm, das Objekt elektronisch vermessen werden, indem ein oder mehrere Positionsanzeiger benutzt werden, die an jeden Rand des Objektes angelegt werden können. Dementsprechend wird, wie in Fig. 4 zu sehen ist, zum Vermessen eines Objekts 30 ein erster Positionsanzeiger 32 an dem linken Rand und ein zweiter Positionsanzeiger 34 an dem rechten Rand positioniert. Die Pixel zwischen den Positionsanzeiger 32 und 34 werden dann elektronisch gezählt, in Zoll oder andere geeignete Maßeinheiten umgerechnet und je nach Bedarf auf dem Bildschirm angezeigt oder aufgezeichnet. Die Umrechnung der Größe wird durch Feststellen der Position des Schattens und der Vergrößerung, die verwendet wird, um die Pixelzahl in räumliche Dimensionen umzuwandeln, erreicht. Elektronisch kann dies in einem ersten Schritt erfolgen, indem der Positionsanzeiger 32 an den Schatten angelegt wird und elektronisch die Pixel vom linken Rand des Bildschirms bis zum Positionsanzeiger 32 gezählt werden. Während die vorangehenden Beispiele mit einem durch den Schattenbalken 20 erzeugten Schatten beschrieben wurden, der sich in Fig. 3 von links nach rechts und in Fig. 1 von oben nach unten bewegt, könnte das System auch derart ausgeführt werden, daß sich der Schatten in Fig. 3 von oben nach unten bewegt oder in jeder anderen geeigneten Anordnung.
In den Figuren 5, 6 und 7 ist eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsform umfaßt die Projektion eines Ringbildes mit einem bekannten, konstanten Durchmesser von dem Boroskopkopf aus in das Sichtfeld des Aufnahmekanals 14', so daß es auf das darzustellende Objekt bei jedem beliebigen Abstand von dem Boroskopkopf auftrifft. Durch die Projektion eines Ringes mit konstantem Durchmesser ändert sich die sichtbare Größe des Ringes auf der Videoanzeige, wenn der Boroskopkopf von sehr nahe bei dem Objekt bis zur maximalen Entfernung, in der das Bild sichtbar ist, bewegt wird. Jedoch entsteht nun - wie in Fig. 7 gezeigt - ein Mittelpunkt, der den Nullpunkt bildet und die äußeren Endpositionen, die die maximale Vergrößerung darstellen.
Durch Feststellen der sichtbaren Größe des auf den Bildschirm projizierten Rings kann die Vergrößerung bestimmt werden, und durch Messen der Größe des Objektes auf dem Bildschirm und Dividieren durch die Vergrößerung kann die tatsächliche Größe des zu vermessenden Objektes bestimmt werden. Die Vorgehensweise ist der zu den Figuren 1 - 3 beschriebenen ähnlich. Durch Feststellen der Änderung des Durchmessers des Rings auf dem Bildschirm anstatt der Verschiebung des Schattens von links nach rechts ist die Entfernung des Objektes von dem Linsensystem bekannt und steht durch den Aufbau des Systems direkt in Beziehung zu der Vergrößerung des dargestellten Objektes und damit zu der tatsächlichen räumlichen Größe des dargestellten Objektes.
Wie in Fig. 5 dargestellt ist, umfaßt diese Ausführungsform eine allgemeine Beleuchtungsquelle 40, die durch ein Linsensystem 42 in ein kreisförmiges Lichtleitfaserbündel 44 (Fig. 6) eingespeist wird, das sich durch den Einführungsschlauch 46 bis zu dem Bildaufnahmekopf des Boroskops erstreckt. Die Quelle 40 liefert in dem gesamten Sichtfeld des Boroskops eine allgemeine Beleuchtung, wie sie durch die gestrichelten Linien 48 in Fig. 5 dargestellt ist. Das Sichtfeld des Videobild-Aufnahmekopfes ist durch die Linien 50 gekennzeichnet.
Dieser allgemeinen Beleuchtung überlagert ist eine Quelle 52 für kohärentes, laser-ähnliches Licht, welches über den Spiegel 54 durch das Lichtleitfaser-Kabel 46 hindurch zum Boroskopkopf projiziert wird. Das Laserlicht tritt aus dem Kopf als kohärenter, kreisförmiger Lichtstrahl 56 aus, dessen Durchmesser im wesentlichen konstant über die gesamte Schärfentiefe des Boroskops bleibt. Die allgemeine Beleuchtung wird von dem Ende des kreisförmigen Lichtleiters abgestrahlt, so daß ein breiter Beleuchtungskegel in dem Zielgebiet für die darzustellenden Objekte entsteht. Das Laserlicht, welches zur einfachen Erkennung farbig ist, wird der allgemeinen Beleuchtung überlagert und erscheint zusätzlich zur Abbildung des darzustellenden Objektes auf dem Videoschirm.
Wie in Fig. 5 zu erkennen ist, wird der auf das darzustellende Objekt projizierte Ring bei dem Objektabstand 58 einen großen Anteil des durch das Rechteck 59 gekennzeichneten Sichtfeldes und bei dem Objektabstand 60 einen kleineren Anteil des durch das Rechteck 61 gekennzeichneten Sichtfeldes einnehmen. Durch Feststellen des Unterschieds der Ringgröße auf einer vorgeeichten Einblendung oder Überlagerung 62, die in Fig. 7 dargestellt ist, kann leicht der Objektabstand von der Linse, der die Vergrößerung liefert, festgestellt werden und damit die tatsächlichen räumlichen Abmessungen des zu vermessenden Objektes durch Messen der räumlichen Maße des Bildes auf dem Videoschirm ermittelt werden.
Die räumliche Erstreckung der Beschädigung 64 in Fig. 7 beträgt 1,5 Zoll, und der Ring 66 zeigt eine Vergrößerung von 18. Daher hat die Beschädigung eine tatsächliche Erstreckung von 0,083 Zoll auf dem dargestellten Objekt. Wenn der gestrichelt dargestellte Ring 66' zu verwenden wäre, würde eine Vergrößerung von Zehn angezeigt, was zu einer tatsächlichen Größe von 0,150 Zoll führen würde. Dementsprechend mißt in Fig. 4 die Beschädigung auf dem Bildschirm 1,5 Zoll, und der Schatten 26' zeigt eine Vergrößerung von Sechs an, so daß die tatsächliche Größe der Beschädigung 30 auf dem dargestellten Objekt 0,62 cm (0,245 Zoll) beträgt.
In Fig. 4 kann das auch direkt mit der überlagerten oder eingeblendeten Skala bestimmt werden, indem der Objektabstand an jedem Ende der Beschädigung festgestellt wird und die beiden Abstände voneinander subtrahiert werden. Dies setzt jedoch voraus, daß sich das Objekt in einer Ebene befindet, die im wesentlichen senkrecht zur Achse des Linsensystems im Videobild-Aufnahmekanal 14 liegt.
Wieder kann die Größe des Ringes elektronisch durch Zählen der Pixel gemessen werden, ähnlich zu der Vorgehensweise, die für die Figuren 1 - 3 beschrieben ist, und mit Positionsanzeigern wie in Fig. 4 kann die Größe des Objekts automatisch ermittelt und auf dem Videoschirm angezeigt werden.
Die Ausführungsform der Figuren 5 - 7 hat dadurch einen weiteren Vorteil, daß sie die Konstruktion eines Boroskop- Einführungsschlauchs mit extrem kleinem Durchmesser ermöglicht. Zum Beispiel weist bei einer bevorzugten Ausführungsform das Videoaufnahme-Linsensystem einen Durchmesser von ungefähr fünf Millimetern auf. Die optischen Fasern und die körperliche Einkapselung der Fasern fügen etwa einen zusätzlichen Millimeter hinzu, so daß der Gesamtdurchmesser des Boroskop-Einführungsschlauchs etwa sechs Millimeter beträgt. Dies ist ein erheblich geringerer Durchmesser als der des Systems aus Fig. 1 oder der zur Zeit bekannten Systeme.
Bei der Ausführungsform der Figuren 1 - 3 ist der Schattenbalken 20 vorzugsweise etwas dicker als die Dicke des Lichtleitfaserstreifens 19, so daß der auf den Schirm geworfene Schatten 70 als kräftiger schwarzer Schatten erscheint, unabhängig von dem Abstand von dem Bildaufnahmekopf innerhalb der Schärfentiefe des Boroskop-Bildaufnahmesystems (Fig. 8A). Wenn der Schattenbalken 20 schmaler ist als der Lichtleitfaserstreifen, ist es möglich, daß der Schatten bei einer entfernteren Objektlage verlorengeht (siehe Fig. 8B)
Offensichtlich können die betreffenden Objekte umso genauer gemessen werden, je stärker und klarer der Rand des auf das Objekt und den Bildschirm projizierten Schattens ist. Eine derartige Größeneinschränkung existiert nicht in den Figuren 5 - 7.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die offenbarte Anordnung erklärt wurde, ist sie nicht auf die beschriebenen Einzelheiten beschränkt, und diese Anmeldung umfaßt jede Abwandlung und Abänderung innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen der tatsächlichen Größe eines Objektes, welches auf einem Video-Bildschirm dargestellt ist, bei der eine Beleuchtungsquelle (12,40) für das Objekt und ein Boroskop-Bildaufnahmekopf (10) in einem Gehäuse angeordnet und an ein Video-Anzeigesystem angeschlossen sind, welches den genannten Video-Bildschirm enthält, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale umfaßt:

- Zusatzbild-Erzeugungsmittel (20,52), die dem Boroskop- Bildaufnahmekopf (10) zugeordnet sind, um ein Zusatzbild (21,66) auf das darzustellende Objekt zu projizieren, wobei die genannten Bilderzeugungsmittel (20,52) derart angeordnet sind, daß sie eine Änderung der Größe des erzeugten Zusatzbildes (21,66) in Proportion zu dem Abstand, den das zu messende Objekt von dem Boroskop-Bildaufnahmekopf (10) hat, zu bewirken, wobei die genannte Änderung der Größe mit einer Änderung der Lage des Zusatzbildes (21,66) auf dem Video-Bildschirm korrespondiert; und

- eine vorgeeichte Skala (29), die auf den Video- Bildschirm überlagert wird, um die Lage des Zusatzbildes (21,66) auf dem Schirm zu identifizieren und den Vergrößerungsfaktor zu ermitteln, der der identifizierten Lage des Zusatzbildes auf dem Schirm zugeordnet ist, so daß der genannten Skala der Abstand des Objektes zu dem Boroskop-Bildaufnahmekopf (10) entnehmbar ist, unabhängig von der Orientierung der das Objekt enthaltenden Ebene relativ zu der optischen Achse des Linsensystems (16)

2. Vorrichtung zum Messen der tatsächlichen Größe eines Objektes, welches mit einem Video-Anzeigesystem dargestellt ist, wie in Anspruch 1 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die tatsächliche Größe des Objektes durch Dividieren der Größe des Bildes des Objektes, wie sie auf dem Schirm gemessen wird, durch den ermittelten Vergrößerungsfaktor berechenbar ist.

3. Vorrichtung zum Messen der tatsächlichen Größe eines Objektes, welches mit einem Video-Anzeigesystem dargestellt ist, wie in Anspruch 1 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die tatsächliche Größe des Objektes durch Subtrahieren des der Skala (29) entnommenen Objektabstandes, der einem Ende des Bildes des Objektes auf dem Schirm zugeordnet ist, von dem Objektabstand, der dem anderen Ende des Bildes des Objektes zugeordnet ist, berechenbar ist, wenn sich das dargestellte Objekt in einer zur optischen Achse des Linsen-Systems (16) im wesentlichen senkrechten Stellung befindet.

4. Vorrichtung zum Messen der tatsächlichen Größe eines Objektes, welches mit einem Video-Anzeigesystem dargestellt ist, wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsquelle (12) einen dünnen Streifen aus fiberoptischem Material (19) umfaßt, dessen Breite wesentlich größer ist als seine Dicke, und daß die genannten Zusatzbild-Erzeugungsmittel (20,52) einen Schattenbalken (20) umfassen, der eng neben dem Ende des genannten dünnen fiberoptischen Streifens (19) angeordnet und zur Mittellinie des beleuchteten Feldes versetzt ist, so daß eine Schattenlinie (21) auf dem dargestellten Objekt und in dessen auf dem Video-Bildschirm angezeigten Bild erzeugt wird.

5. Vorrichtung, wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzbild-Erzeugungsmittel (20,52) eine Quelle für farbiges, kohärentes, laserähnliches Licht (52) umfassen, welches projiziert wird, um einen Ring aus kohärentem, laser-ähnlichem Licht mit konstantem Durchmesser auf dem darzustellenden Objekt und in dessen auf dem Video-Bildschirm angezeigten Bild zu erzeugen.

6. Vorrichtung, wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte vorgeeichte Skala (29) in Abhängigkeit von dem jeweiligen Video-Bildschirm und den Geometrien des jeweiligen Boroskop-Bildaufnahmekopfes (10) , der jeweiligen Beleuchtungsquelle (12,40) der jeweiligen Bildaufnahmelinse (15,42) und des jeweiligen Aufnahmesystems, wie z.B. des Videobild-Aufnahmekanals (14), geeicht ist.

7. Vorrichtung, wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 beschrieben, gekennzeichnet durch eine Schaltung, die Positionsanzeiger (32,34) einschließt, zur Durchführung der Messung des auf dem Video-Bildschirm dargestellten Bildes des Objektes, indem die Pixel zwischen den Positionsanzeigern (32,34) elektronisch gezählt werden, wenn jeder der Positionsanzeiger (32,34) an einem der einander gegenüberliegenden Enden des zu vermessenden Durchmessers des Objektbildes posltioniert ist.

8. Verfahren zum Messen der tatsächlichen Größe eines Objektes, das auf einem Video-Bildschirm dargestellt wird, der mit einem Boroskop verbunden ist, welches eine allgemeine Beleuchtungsquelle (12,40) und eine Bild-Erfassungsvorrichtung (14) aufweist, die in einem Boroscop-Bildaufnahmekopf angeordnet sind, der an dem vorderen Ende eines Boroskop-Einführungsrohres oder -schlauchs (46) befestigt ist, welches Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

- Erzeugung eines Zusatzbildes (21,66) entweder durch Anordnung eines Schattenbalkens (20) zwischen der allgemeinen Beleuchtungsquelle (12) und dem darzustellenden Objekt, um ein Zusatzbild (21) zu erzeugen, oder durch Anordnung einer Quelle für farbiges, kohärentes, laser-ähnliches Licht (52) um die allgemeine Beleuchtungsquelle (40) herum, um das Zusatzbild (66) zu erzeugen;

- Projizieren des Zusatzbildes (42,66) auf das darzustellende Objekt;

- Anzeigen des Bildes des Objektes und des Zusatzbildes (21,66), welche von der Erfassungsvorrichtung (14) aufgenommen werden, auf einem Video-Bildschirm;

- Schaffen einer Lageänderung des Zusatzbildes (21,44) auf dem Video-Bildschirm in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen dem Boroskop-Bildaufnahmekopf (10) und dem darzustellenden Objekt;

- Ausstatten des Video-Bildschirmes mit einer vorgeeichten Sala (29), so daß die Lage des Zusatzbildes (21,66) als Vergrößerungsfaktor des auf dem Video-Bildschirm angezeigten Bildes des Objektes quantisiert werden kann; und

- Berechnung der tatsächlichen Größe des auf dem Video- Bildschirm dargestellten Objektes durch Dividieren einer gemessenen Länge des Bildes des Objektes auf dem Video- Bildschirm durch den Vergrößerungsfaktor, der durch die Lage des Zusatzbildes (21,66) auf der vorgeeichten Skala angezeigt ist, wobei die genannte Berechnung von der Orientierung der das Objekt enthaltenden Ebene relativ zu der optischen Achse des Linsensystems (16) unbeeinflußt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Schritt der Messung der Länge des Objektbildes auf dem Video-Bildschirm durch elektronisches Zählen der Anzahl von Pixeln entlang der Länge des Objektbildes auf dem Bildschirm.

10. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Schritt, daß die vorgeeichte Skala (29) mit numerischen Markierungen versehen wird, welche den tatsächlichen Abstand zwischen dem Boroskop-Bildaufnahmekopf (10) und dem darzustellenden Objekt anzeigt, so daß die Differenz zwischen der numerischen Markierung, die eine Kante des Objektes indiziert, und der numerischen Markierung, die die andere Kante des Objektes indiziert, in der tatsächlichen Länge des Objektes resultiert, wenn sich das Objekt in einer Ebene befindet, die im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse des Linsensystems (16) verläuft.