WO2009043494A1 - Anordnung und verfahren zur erzeugung von bildern mit erweiterter dynamik - Google Patents

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WO2009043494A1
WO2009043494A1 PCT/EP2008/007952 EP2008007952W WO2009043494A1 WO 2009043494 A1 WO2009043494 A1 WO 2009043494A1 EP 2008007952 W EP2008007952 W EP 2008007952W WO 2009043494 A1 WO2009043494 A1 WO 2009043494A1
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image sensors
arrangement
beam splitter
image
dynamics
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PCT/EP2008/007952
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Uwe Mohrholz
Frank Teige
Detlef Biernat
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Carl Zeiss Meditec Ag
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    • A61B3/12—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for looking at the eye fundus, e.g. ophthalmoscopes
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
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    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/741—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by increasing the dynamic range of the image compared to the dynamic range of the electronic image sensors

Definitions

  • the invention is therefore based on the object to improve an ophthalmological device or an arrangement and a method of the type mentioned above so that at low radiation exposure of a male object and low motion blur, an image of the object can be determined with extended dynamics.
  • the object is achieved by an ophthalmological device or an arrangement which have the features specified in claim 1 or claim 2, and by a method having the features specified in claim 12.
  • arrangements for generating images with high dynamics can be improved with at least one beam splitter and at least two image sensors by forming at least one beam splitter with an asymmetrical or asymmetrically adjustable division ratio.
  • the image sensors are mirrored into a common imaging beam path via the at least one beam splitter.
  • Beam splitters with adjustable division ratio are known in the art.
  • the inventive method for generating images with extended dynamics by means of an arrangement with at least one beam splitter with asymmetric or asymmetrically adjustable division ratio and at least two image sensors accordingly provides the image sensors on the at least one beam splitter simplified Spiegeln in a common imaging beam path and frames with different radiation energies simultaneously record exposure time identical by means of the image sensors, from which an overall image with extended dynamics is determined.
  • control unit takes the frames overlapping in time.
  • the illumination duration is lower than with purely sequentially recorded individual images.
  • Embodiments in which the control unit simultaneously receives all individual images with identical exposure time are particularly preferred. This allows a minimum illumination time with minimal radiation exposure of the object to be recorded.
  • the image sensors have an identical magnification and are aligned pixel-identical.
  • the overall picture can be determined with minimal effort by exclusively pixel-based selection operations.
  • the arrangement according to the invention is advantageously used in an ophthalmological device, in particular in a mydriatic or non-mydriatic fundus camera or a slit lamp.
  • 1 shows an imaging beam path of a first high-dynamics fundus camera
  • FIG. 3 shows an imaging beam path of a second high-dynamics fundus camera
  • FIG. 4 shows an imaging beam path of a third high-dynamics fundus camera.
  • the fundus camera can be designed for a mydriatic or for a non-mydriatic mode of operation.
  • the arrangement 1 can be designed as a slit lamp or as a camera.
  • the arrangement 1 in the illustrated embodiment as a fundus camera, the simplest form of the arrangement 1 according to the invention is realized. It comprises in an imaging beam path, an objective 2, a beam splitter 3 and two image sensors 4A / 4B with upstream optics 5 and a control unit 6. Not shown is the illumination beam path with light source, which includes, for example, high-performance light-emitting diodes.
  • the arrangement 1 is over a Interface 7, which may be a serial bus, for example, connected to an external computer 8.
  • the beam splitter 3 is designed as a neutral divider mirror with a symmetrical division ratio of 50:50 (reflection to transmission).
  • the light incident from the eye A through the objective 2 is thus directed halfway to the first image sensor 4A and half to the second image sensor 4B.
  • the arrows in the beam path indicate the relative proportions of the radiant energy.
  • the resulting, absolute proportions of the falling into the lens 2 radiant energy are given.
  • the control unit 6 serves to set the exposure times of the image sensors 4 asymmetrically for the acquisition of the individual images.
  • it reads the individual images from the image sensors 4 after recording and transmits them via the interface 7 to the external computer 8.
  • the external computer 8 monitors and controls the control unit 6. He gives her directly the exposure times for the image sensors 4 or indirectly between the respective absorbed radiation energies.
  • the control unit 6 determines the necessary exposure times of the image sensors 4 from the predetermined energy ratios.
  • the external computer 8 triggers the time-overlapping recording of the individual images via the control unit 6.
  • the two different exposure periods of the image sensors 4 can either start simultaneously or end at the same time. However, it is also possible for the exposure period of one image sensor 4A / B to begin after the beginning of the exposure period of the respective other image sensor 4B / A and end before its end.
  • the external computer 8 determines from the individual images with low dynamics by means of algorithms known per se for dynamic expansion an overall image with high dynamics and outputs this on its display.
  • the overall image can alternatively or additionally be stored on a storage medium, for example working memory or a hard disk, or output on a printer.
  • the internal control unit 6 of the arrangement 1 for the determination of the overall image can be set up with high dynamics.
  • About the interface 7 is then instead of the frames only the overall picture to the external Computer 8 transferred.
  • an interface 7 may be formed as a video interface for the direct connection of a display device for the output of the determined in the control unit 6 total image.
  • FIG. 2 shows a digital camera as an arrangement 1 for imaging an object A into a plurality of individual images with low dynamics.
  • the arrangement 1 comprises in an imaging beam path an objective 2, a beam splitter 3 and two image sensors 4A / 4B with upstream optics 5 and a control unit 6.
  • the camera can be equipped with a flash unit as a light source (not shown).
  • the arrangement 1 is equipped with an interface 7 to which an external computer 8 can be connected.
  • the beam splitter 3 which is designed as a splitter prism, has a fixed asymmetrical division ratio of 80:20 (reflection to transmission).
  • the light incident from the object A through the objective 2 is thus directed to 80% on the first image sensor 4A and 20% on the second or last image sensor 4B.
  • the arrows in the beam path indicate the relative proportions of the radiant energy.
  • the resulting, absolute proportions of the falling into the lens 2 radiant energy are given.
  • the control unit 6 serves exclusively to trigger the recording of the individual images in the image sensors 4, then to read out the individual images from the image sensors 4, store them in a memory (not shown) and output them on request to the external interface 7.
  • the control unit 6 of a camera is typically not powerful enough to determine from the frames an overall picture with extended dynamics.
  • the division ratio of the beam splitter 3 can be continuously adjusted asymmetrically.
  • the control unit 6 is connected to the beam splitter 3.
  • the division ratio can be set either directly or indirectly by specifying the ratio to be achieved between the radiation energies of the image sensors 4.
  • 3 shows a schematic representation of a second fundus camera for receiving the retina R of the eye A as an arrangement 1.
  • the fundus camera can be designed for a mydriatic or for a non-mydriatic mode of operation.
  • the alternative training as slit lamp or as a camera is possible (not shown).
  • the arrangement 1 comprises in an imaging beam path an objective 2, three beam splitters 3A / 3B / 3C and four image sensors 4A / 4B / 4C / 4D with upstream optics 5 and a control unit 6.
  • the illumination beam path with light source is not shown.
  • the arrangement 1 can be connected via an interface 7 to an external computer 8.
  • the first and the second beam splitters 3A, 3B are formed as neutral divider mirrors with a symmetrical division ratio of 50:50.
  • the last beam splitter 3C is a neutral splitter mirror with a fixed asymmetric split ratio of 75:25.
  • the light incident from the eye A through the objective 2 is thus transmitted halfway to the first image sensor 4A and half to the second beam splitter 3B.
  • the light incident there is conducted halfway to the second image sensor 4B and half to the third beam splitter 3B.
  • the light incident there is directed 75% to the third image sensor 4C and 25% to the fourth and last image sensor 4D.
  • the arrows in the beam path indicate the relative proportions of the radiant energy.
  • the resulting, absolute proportions of the falling into the lens 2 radiant energy are given.
  • the control unit 6 After recording, the control unit 6 reads out the individual images from the image sensors 4 and transmits them via the interface 7 to the external computer 8.
  • the external computer 8 monitors and controls the control unit 6. It directly gives the exposure times for the image sensors 4 or indirectly Relationships between the respectively received radiation energies before. In the second case, the control unit 6 determines the necessary exposure times of the image sensors 4 from the predetermined energy ratios.
  • the external computer 8 triggers the time-overlapping recording of the individual images via the control unit 6.
  • the two different exposure periods of the image sensors 4 can either start simultaneously or end at the same time. However, it is also possible for the exposure period of one image sensor 4A / B to begin after the beginning of the exposure period of the respective other image sensor 4B / A and end before its end.
  • the external computer 8 determines from the individual images with low dynamics by means of algorithms known per se for dynamic expansion an overall image with high dynamics and outputs this on its display.
  • the overall image can alternatively or additionally be stored on a storage medium, for example working memory or a hard disk, or output on a printer.

Abstract

Bei einem ophthalmologischen Gerät beziehungsweise einer Anordnung zur Erzeugung von Bildern mit erweiterter Dynamik sowie einem entsprechenden Verfahren zur Erzeugung von Bildern mit erweiterter Dynamik sind mindestens ein Strahlteiler (3), insbesondere mit einem asymmetrischen Teilungsverhältnis, und mindestens zwei Bildsensoren (4A,4B) vorgesehen, wobei die Bildsensoren (4A,4B) über den mindestens einen Strahlteiler (3) in einen gemeinsamen Abbildungsstrahlengang eingespiegelt sind.

Description

Anordnung und Verfahren zur Erzeugung von Bildern mit erweiterter Dynamik
Die Erfindung betrifft ein ophthalmologisches Gerät beziehungsweise eine Anordnung zur Erzeugung von Bildern mit erweiterter Dynamik sowie ein entsprechendes Verfahren zur Erzeugung von Bildern mit erweiterter Dynamik.
Unter dem Begriff der Strahlungsenergie ist im folgenden nicht die Energie einzelner Photonen, sondern die über eine Belichtungszeit integrierte Gesamtenergie aller Photonen zu verstehen.
Die Dynamik eines Bildes gibt das Verhältnis aus der höchsten und der niedrigsten im Bild enthaltenen Intensität an. Bei der fotografischen Aufnahme eines Objektes muss entweder eine kurze Belichtungszeit (geringe Strahlungsenergie) gewählt werden, um lichtstarke Bereiche ohne Sättigungseffekte erkennbar abzubilden (Überbelichtung zu vermeiden), oder es muss eine lange Belichtungszeit (hohe Strahlungsenergie) gewählt werden, um lichtschwache Bereiche mit ausreichendem Kontrast abzubilden (Unterbelichtung zu vermeiden). Die jeweils anderen Bereiche sind dann im aufgenommenen Bild zwangsläufig unter- beziehungsweise überbelichtet. In beiden Fällen ergibt sich eine geringe Dynamik. Eine bekannte Lösung dieses Problems liegt darin, nacheinander zwei oder mehr Bilder desselben Objekts mit unterschiedlichen Belichtungszeiten aufzunehmen. Die lichtschwachen und die lichtstarken Bereiche des Objekts sind dann verschiedenen Bildern unterschiedlich gut erkennbar. Diese müssen parallel betrachtet werden, um alle Informationen wahrnehmen zu können.
Im Stand der Technik ist eine Vielzahl von Maßnahmen bekannt, um mehrere fotografische Bilder mit geringer Dynamik, insbesondere digitale Fotografien, zu einem einzelnen Bild mit erweiterter Dynamik zu kombinieren. In dem kombinierten Bild mit erweiterter Dynamik sind dann sowohl lichtschwache als auch lichtstarke Bereiche gleichzeitig erkennbar.
Insbesondere in der Ophthalmologie treten bei der Abbildung von Augenabschnitten schwach und stark reflektierende Strukturen in geringen Abständen auf. Für eine sichere Diagnose müssen alle Strukturen möglichst gut erkennbar abgebildet werden, vorzugsweise innerhalb eines einzelnen Bildes mit hoher Dynamik für eine gleichzeitige Erkennbarkeit. Eine sequentielle Bildaufnahme mit unterschiedlichen Belichtungszeiten ist am Auge jedoch aus zwei Gründen nicht akzeptabel. Zum einen ist das Auge ständig in Bewegung, was typischerweise zur Aufnahme des Auges in unterschiedlichen Stellungen führt. Ein einzelnes Bild mit erweiterter Dynamik kann aus solchen unterschiedlichen Einzelaufhanmen nur mit hohem Aufwand kombiniert werden. Zum anderen bedeutet eine mehrfache Belichtung mit der notwendigen intensiven Beleuchtung effektiv eine längere Exposition und damit eine höhere im Auge deponierte Energiedosis, da ein großer Anteil des in das Auge fallenden Lichts im Auge absorbiert wird. Die Energiedeposition ist jedoch so niedrig wie möglich zu halten, um das Risiko von Gesundheitsschäden zu minimieren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein ophthalmologisches Gerät beziehungsweise eine Anordnung sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass bei niedriger Strahlenbelastung eines aufzunehmenden Objekts und niedriger Bewegungsunschärfe ein Bild des Objekts mit erweiterter Dynamik ermittelt werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein ophthalmologisches Gerät beziehungsweise eine Anordnung, welche die in Anspruch 1 beziehungsweise Anspruch 2 angegebenen Merkmale aufweisen, und durch ein Verfahren, welches die in Anspruch 12 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß sind für ein ophthalmologisches Gerät zur Erzeugung von Bildern mit erweiterter Dynamik, insbesondere eine Funduskamera zur Abbildung des Augenhintergrunds oder eine Spaltlampe, mindestens ein Strahlteiler und mindestens zwei Bildsensoren vorgesehen, wobei die Bildsensoren über den mindestens einen Strahlteiler in einen gemeinsamen Abbildungsstrahlengang eingespiegelt sind. Als Strahlteiler können insbesondere Teilerspiegel, Teilerprismen und optische Gitter verwendet werden.
Durch die Ausrichtung der Bildsensoren in einem gemeinsamen Strahlengang können mehrere Bilder mit identischem Szeneninhalt und identischer Bewegungsunschärfe aufgenommen werden. Die Kombination zu einem Gesamtbild mit erweiterter Dynamik ist durch die Identität des abgebildeten Szeneninhalts in den Bildsensoren besonders einfach. Die identische Bewegungsunschärfe in den Einzelbildern führt dabei zu einer minimalen Bewegungsunschärfe im Gesamtbild. Dies ist in der Ophthalmologie aufgrund der ständigen, unwillkürlichen Augenbewegungen von besonderem Vorteil. Darüber hinaus sind durch die parallele Bildaufhahme keine Mehrfachbelichtungen erforderlich. Die Strahlenbelastung des Auges in Form der Energiedeposition kann dadurch minimiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Bildern mit erweiterter Dynamik mittels eines ophthalmologischen Geräts, insbesondere einer Funduskamera oder einer Spaltlampe, sieht dementsprechend vor, die Bildsensoren über den mindestens einen Strahlteiler in einen gemeinsamen Abbildungsstrahlengang einzuspiegeln und mittels der Bildsensoren Einzelbilder mit unterschiedlichen Strahlungsenergien aufzunehmen, aus denen ein Gesamtbild mit erweiterter Dynamik erzeugt wird.
Im Stand der Technik sind Anordnungen bekannt, die unter Verwendung mehrerer Bildsensoren gleichzeitig oder zumindest zeitlich überlappend mehrere Bilder mit unterschiedlichen Strahlungsenergien aufnehmen. Beispielsweise beschreibt die US 5,801,773 eine Bildverarbeitungsvorrichtung mit mehreren Bildsensoren und einem Strahlteiler, der die Bildsensoren und ihnen vorgeschaltete Farbfilter, optische Tiefpassfilter und Graufilter in einen gemeinsamen Abbildungsstrahlengang einspiegelt. Mit den Bildsensoren werden jeweilige Einzelbilder mit unterschiedlichen Strahlungsenergien aufgenommen. Die unterschiedlichen Strahlungsenergien werden durch die Graufilter vor den Bildsensoren oder alternativ durch unterschiedliche Belichtungszeiten der Bildsensoren erzielt. Die Einzelbilder werden dann zu einem Gesamtbild mit erweiterter Dynamik kombiniert.
Durch den kombinierten Einsatz von optischen Tiefpassfiltern, Farbfiltern und Graufiltern wird die zu den Bildsensoren übertragene Strahlungsenergie deutlich verringert. Zum Ausgleich muss die Intensität und/oder die Dauer der Beleuchtung und Belichtung erhöht werden, wenn ein ausreichender Kontrast erreicht werden soll. Dies reduziert nicht nur die Lebensdauer der Lichtquellen, sondern bedeutet auch eine erhöhte Strahlenbelastung für das aufzunehmende Objekt. Dies ist insbesondere für ophthalmologische Aufnahmen nicht akzeptabel, da die Strahlenbelastung des Auges zu hoch wäre. Die bekannte Anordnung ist also für den ophthalmologischen Einsatz nicht verwendbar. Bei der zu Graufiltern alternativen Verwendung von unterschiedlichen Belichtungszeiten ergeben sich neben der wegen den Tiefpass- und Farbfiltern erhöhten Beleuchtungsintensität als Nachteil außerdem unterschiedliche Bewegungsunschärfen und die Gefahr unterschiedlicher Aufnahmeareale, was sich insbesondere bei ophthalmologischen Aufnahmen aufgrund der schnellen Augenbewegungen signifikant verschlechternd auf ein dynamikerweitertes Gesamtbild auswirkt. Zudem sind komplexe Steuermittel für unterschiedliche Belichtungszeiten erforderlich.
Erfindungsgemäß können Anordnungen zur Erzeugung von Bildern mit hoher Dynamik mit mindestens einem Strahlteiler und mindestens zwei Bildsensoren durch Ausbildung mindestens eines Strahlteilers mit einem asymmetrischen oder asymmetrisch einstellbaren Teilungsverhältnis verbessert werden. Auch hier sind die Bildsensoren über den mindestens einen Strahlteiler in einen gemeinsamen Abbildungsstrahlengang eingespiegelt. Strahlteiler mit einstellbarem Teilungsverhältnis sind im Stand der Technik bekannt.
Ein Teilerspiegel mit asymmetrischem oder asymmetrisch einstellbarem Teilungsverhältnis ermöglicht die Aufnahme von unterschiedlichen Strahlungsenergien in mehreren Bildern gleichzeitig, jedoch einerseits ohne nachteilige Absorption von Licht durch Graufilter und andererseits ohne komplexe Steuerungsmittel für unterschiedliche Belichtungszeiten. Das asymmetrische Teilungsverhältnis ermöglicht unterschiedliche Strahlungsenergien im reflektierten und transmittierten Licht mit geringem Aufwand. Da kein Licht in Filtern absorbiert wird, kann die am aufzunehmenden Objekt in die Anordnung reflektierte Strahlungsenergie vollständig ausgenutzt werden. Die Beleuchtungsintensität und/oder -dauer kann so minimiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Bildern mit erweiterter Dynamik mittels einer Anordnung mit mindestens einem Strahlteiler mit asymmetrischem oder asymmetrisch einstellbarem Teilungsverhältnis und mindestens zwei Bildsensoren sieht dementsprechend vor, die Bildsensoren über den mindestens einen Strahlteiler in einen gemeinsamen Abbildungsstrahlengang einzuspiegeln und Einzelbildern mit unterschiedlichen Strahlungsenergien gleichzeitig und belichtungszeitidentisch mittels der Bildsensoren aufzunehmen, aus denen ein Gesamtbild mit erweiterter Dynamik ermittelt wird.
Vorzugsweise weist insbesondere der letzte Strahlteiler des Abbildungsstrahlengangs ein asymmetrisches oder ein asymmetrisch einstellbares Teilungsverhältnis auf. Sofern mehr als ein Strahlteiler angeordnet ist, können die übrigen Strahlteiler insbesondere ein Teilungsverhältnis von 50:50 aufweisen, so dass das einfallende Licht im Abbildungsstrahlengang in der Art einer Kaskade an jedem Strahlteiler 50% des verbliebenen Lichts in den jeweiligen Bildsensor ausgespiegelt wird. Es können aber auch alle Strahlteiler asymmetrisch ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise ist eine Steuereinheit vorgesehen, die mittels der Bildsensoren Einzelbilder mit unterschiedlichen Strahlungsenergien aufnimmt und aus den Einzelbildern ein Gesamtbild mit erweiterter Dynamik erzeugt. So kann das dynamikerweiterte Bild unmittelbar an der Aufnahmeanordnung betrachtet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit die Einzelbilder an einer Schnittstelle bereitstellen. Dadurch können zur Ermittlung des Gesamtbilds externe Rechner verwendet werden. Diese können mehr Rechenleistung aufweisen, da sie hinsichtlich ihrer Baugröße im Prinzip nicht beschränkt sind. Dadurch können komplexere Algorithmen zur Dynamikerweiterung verwendet werden.
Zweckmäßigerweise nimmt die Steuereinheit die Einzelbilder zeitlich überlappend auf. Dadurch wird die Beleuchtungsdauer geringer als bei rein sequentiell aufgenommenen Einzelbildern.
Besonders bevorzugt sind Ausgestaltungen, in denen die Steuereinheit alle Einzelbilder mit identischer Belichtungszeit gleichzeitig aufnimmt. Dies ermöglicht eine minimale Beleuchtungsdauer mit minimaler Strahlenbelastung des aufzunehmenden Objekts.
Vorzugsweise weisen die Bildsensoren einen identischen Abbildungsmaßstab auf und sind pixelidentisch ausgerichtet. So kann das Gesamtbild mit minimalem Aufwand durch ausschließlich pixelbasierte Auswahloperationen ermittelt werden.
Vorteilhafterweise ist jeder Strahlteiler ein Neutralteiler bezüglich der Lichtfarbe der verwendeten Beleuchtung. Dies ermöglicht bei einer Beleuchtung mit Licht mehrerer Wellenlängen, insbesondere bei Weißlicht, eine identische Farbverteilung in allen Einzelbildern.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, in denen die Strahlengangsabschnitte zwischen einem jeden der Bildsensoren und dem Strahlteiler, der den betreffenden Bildsensor in den Abbildungsstrahlengang einspiegelt, filterlos ausgebildet sind. Durch Filter jeglicher Art, insbesondere zur Einstellung vorgegebener Kontraste in den Einzelbildern, wird die in den Bildsensoren aufgenommene absolute Strahlungsenergie reduziert. Dies führt im Gegenzug bei einem vorgegebenen zu erzielenden Kontrast aufgrund intensiverer Beleuchtung zu einer erhöhten Strahlenbelastung. Erfindungsgemäß kann auf Filter verzichtet werden, weil die unterschiedlichen Kontrastverhältnisse durch das asymmetrische Teilungsverhältnis des zumindest einen Strahlenteilers erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung wird vorteilhafterweise in einem ophthalmologischen Gerät verwendet, insbesondere in einer mydriatisch oder non-mydriatisch arbeitenden Funduskamera oder einer Spaltlampe.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Abbildungsstrahlengang einer ersten Hochdynamik-Funduskamera,
Fig. 2 einen Abbildungsstrahlengang eines Hochdynamik-Fotoapparats,
Fig. 3 einen Abbildungsstrahlengang einer zweiten Hochdynamik-Funduskamera und
Fig. 4 einen Abbildungsstrahlengang einer dritten Hochdynamik-Funduskamera.
In allen Zeichnungen haben übereinstimmende Teile gleiche Bezugszeichen.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Funduskamera zur Aufnahme der Retina R des Auges A als Anordnung 1. Die Funduskamera kann für eine mydriatische oder für eine non-mydriatische Arbeitsweise ausgebildet sein. In alternativen Ausgestaltungen (nicht abgebildet) kann die Anordnung 1 als Spaltlampe oder als Fotoapparat ausgebildet sein.
In der abgebildeten Ausführungsform als Funduskamera ist die einfachste Form der erfindungsgemäßen Anordnung 1 verwirklicht. Sie umfasst in einem Abbildungsstrahlengang ein Objektiv 2, einen Strahlteiler 3 und zwei Bildsensoren 4A/4B mit vorgeschalteter Optik 5 und eine Steuereinheit 6. Nicht abgebildet ist der Beleuchtungsstrahlengang mit Lichtquelle, die beispielsweise Hochleistungsleuchtdioden umfasst. Die Anordnung 1 ist über eine Schnittstelle 7, die beispielsweise ein serieller Bus sein kann, mit einem externen Rechner 8 verbunden.
Der Strahlteiler 3 ist als Neutralteilerspiegel mit einem symmetrischen Teilungsverhältnis von 50:50 (Reflexion zu Transmission) ausgebildet. Das vom Auge A durch das Objektiv 2 einfallende Licht wird also zur Hälfte auf den ersten Bildsensor 4A und zur Hälfte auf den zweiten Bildsensor 4B geleitet. An den Pfeilen im Strahlengang sind die relativen Anteile der Strahlungsenergie angegeben. An den Bildsensoren 4 sind die resultierenden, absoluten Anteile der in das Objektiv 2 fallenden Strahlungsenergie angegeben.
Die Steuereinheit 6 dient einerseits dazu, die Belichtungszeiten der Bildsensoren 4 für die Aufnahme der Einzelbilder asymmetrisch einzustellen. Andererseits liest sie nach der Aufnahme die Einzelbilder aus den Bildsensoren 4 aus und überträgt sie über die Schnittstelle 7 auf den externen Rechner 8. Der externe Rechner 8 überwacht und steuert die Steuereinheit 6. Er gibt ihr unmittelbar die Belichtungszeiten für die Bildsensoren 4 oder mittelbar Verhältnisse zwischen den jeweils aufzunehmenden Strahlungsenergien vor. Im zweiten Fall ermittelt die Steuereinheit 6 die notwendigen Belichtungszeiten der Bildsensoren 4 aus den vorgegebenen Energieverhältnissen. Der externe Rechner 8 löst über die Steuereinheit 6 die zeitlich überlappende Aufnahme der Einzelbilder aus. Die beiden unterschiedlichen Belichtungszeiträume der Bildsensoren 4 können dabei entweder gleichzeitig beginnen oder gleichzeitig enden. Es kann aber auch der Belichtungszeitraum des einen Bildsensors 4A/B nach dem Beginn des Belichtungszeitraums des jeweils anderen Bildsensors 4B/A beginnen und vor dessen Ende enden.
Nach der Übertragung der Einzelbilder zum externen Rechner 8 über die Schnittstelle 7 ermittelt der externe Rechner 8 aus den Einzelbilder mit niedriger Dynamik mittels an sich bekannte Algorithmen zur Dynamikerweiterung ein Gesamtbild mit hoher Dynamik und gibt dieses auf seiner Anzeige aus. Das Gesamtbild kann alternativ oder zusätzlich auf einem Speichermedium, beispielsweise Arbeitsspeicher oder einer Festplatte, gespeichert oder auf einem Drucker ausgegeben werden.
In einer alternativen Ausführungsform (nicht abgebildet) kann die interne Steuereinheit 6 der Anordnung 1 für die Ermittlung des Gesamtbildes mit hoher Dynamik eingerichtet sein. Über die Schnittstelle 7 wird dann anstelle der Einzelbilder nur das Gesamtbild zum externen Rechner 8 übertragen. Alternativ oder zusätzlich zu einem Anschluss für einen externen Rechner 8 kann eine Schnittstelle 7 als Videoschnittstelle zum unmittelbaren Anschluß eines Anzeigegeräts für die Ausgabe des in der Steuereinheit 6 ermittelten Gesamtbilds ausgebildet sein.
In Fig. 2 ist ein digitaler Fotoapparat als Anordnung 1 zur Abbildung eines Objektes A in mehrere Einzelbilder mit niedriger Dynamik dargestellt. Die Anordnung 1 umfasst in einem Abbildungsstrahlengang ein Objektiv 2, einen Strahlteiler 3 und zwei Bildsensoren 4A/4B mit vorgeschalteter Optik 5 und eine Steuereinheit 6. Der Fotoapparat kann mit einem Blitzgerät als Lichtquelle ausgerüstet sein (nicht abgebildet). Die Anordnung 1 ist mit einer Schnittstelle 7 ausgerüstet, an der ein externer Rechner 8 angeschlossen werden kann.
Der Strahlteiler 3, der als Teilerprisma ausgeführt ist, weist ein festes asymmetrisches Teilungsverhältnis von 80:20 (Reflexion zu Transmission) auf. Das vom Objekt A durch das Objektiv 2 einfallende Licht wird also zu 80 % auf den ersten Bildsensor 4A und zu 20% auf den zweiten oder letzten Bildsensor 4B geleitet. An den Pfeilen im Strahlengang sind die relativen Anteile der Strahlungsenergie angegeben. An den Bildsensoren 4 sind die resultierenden, absoluten Anteile der in das Objektiv 2 fallenden Strahlungsenergie angegeben.
Die Steuereinheit 6 dient ausschließlich dazu, die Aufnahme der Einzelbilder in den Bildsensoren 4 auszulösen, anschließend die Einzelbilder aus den Bildsensoren 4 auszulesen, in einem Speicher (nicht dargestellt) abzulegen und auf Anforderung an der externen Schnittstelle 7 auszugeben. Die Steuereinheit 6 eines Fotoapparats ist typischerweise nicht leistungsfähig genug, um aus den Einzelbildern ein Gesamtbild mit erweiterter Dynamik zu ermitteln.
In einer alternativen Ausführungsform (nicht abgebildet) kann das Teilungsverhältnis des Strahlteilers 3 stufenlos asymmetrisch eingestellt werden. Zu diesem Zweck ist die Steuereinheit 6 mit dem Strahlteiler 3 verbunden. An dem Fotoapparat kann das Teilungsverhältnis entweder unmittelbar oder mittelbar durch Vorgabe des zu erzielenden Verhältnisses zwischen den Strahlungsenergien der Bildsensoren 4 einstellbar sein. Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine zweite Funduskamera zur Aufnahme der Retina R des Auges A als Anordnung 1. Die Funduskamera kann für eine mydriatische oder für eine non-mydriatische Arbeitsweise ausgebildet sein. Die alternative Ausbildung als Spaltlampe oder als Fotoapparat ist möglich (nicht abgebildet).
Die Anordnung 1 umfasst in einem Abbildungsstrahlengang ein Objektiv 2, drei Strahlteiler 3A/3B/3C und vier Bildsensoren 4A/4B/4C/4D mit vorgeschalteter Optik 5 sowie eine Steuereinheit 6. Nicht abgebildet ist der Beleuchtungsstrahlengang mit Lichtquelle. Die Anordnung 1 kann über eine Schnittstelle 7 mit einem externen Rechner 8 verbunden werden.
Die erste und der zweite Strahlteiler 3A,3B sind als Neutralteilerspiegel mit einem symmetrischen Teilungsverhältnis von 50:50 ausgebildet. Der letzte Strahlteiler 3C ist ein Neutralteilerspiegel mit einem festen asymmetrischen Teilungs Verhältnis von 75:25. Das vom Auge A durch das Objektiv 2 einfallende Licht wird also zur Hälfte auf den ersten Bildsensor 4A und zur Hälfte auf den zweiten Strahlteiler 3B geleitet. Das dort einfallende Licht wird zur Hälfte auf den zweiten Bildsensor 4B und zur Hälfte auf den dritten Strahlteiler 3B geleitet. Das dort einfallende Licht wird zu 75 % auf den dritten Bildsensor 4C und zu 25% auf den vierten und letzten Bildsensor 4D geleitet An den Pfeilen im Strahlengang sind die relativen Anteile der Strahlungsenergie angegeben. An den Bildsensoren 4 sind die resultierenden, absoluten Anteile der in das Objektiv 2 fallenden Strahlungsenergie angegeben.
Die Steuereinheit 6 liest nach der Aufnahme die Einzelbilder aus den Bildsensoren 4 aus und überträgt sie über die Schnittstelle 7 auf den externen Rechner 8. Der externe Rechner 8 überwacht und steuert die Steuereinheit 6. Er gibt ihr unmittelbar die Belichtungszeiten für die Bildsensoren 4 oder mittelbar Verhältnisse zwischen den jeweils aufzunehmenden Strahlungsenergien vor. Im zweiten Fall ermittelt die Steuereinheit 6 die notwendigen Belichtungszeiten der Bildsensoren 4 aus den vorgegebenen Energieverhältnissen. Der externe Rechner 8 löst über die Steuereinheit 6 die zeitlich überlappende Aufnahme der Einzelbilder aus. Die beiden unterschiedlichen Belichtungszeiträume der Bildsensoren 4 können dabei entweder gleichzeitig beginnen oder gleichzeitig enden. Es kann aber auch der Belichtungszeitraum des einen Bildsensors 4A/B nach dem Beginn des Belichtungszeitraums des jeweils anderen Bildsensors 4B/A beginnen und vor dessen Ende enden. Nach der Übertragung der Einzelbilder zum externen Rechner 8 über die Schnittstelle 7 ermittelt der externe Rechner 8 aus den Einzelbilder mit niedriger Dynamik mittels an sich bekannte Algorithmen zur Dynamikerweiterung ein Gesamtbild mit hoher Dynamik und gibt dieses auf seiner Anzeige aus. Das Gesamtbild kann alternativ oder zusätzlich auf einem Speichermedium, beispielsweise Arbeitsspeicher oder einer Festplatte, gespeichert oder auf einem Drucker ausgegeben werden.
Sämtliche Merkmale aller beschriebenen Ausführungsformen können mit den anderen Ausführungsformen kombiniert werden.
Bezueszeichenliste
1 Anordnung
2 Objektiv
^ Strahlteiler
4 Bildsensor
5 Optik
6 Steuereinheit
7 Schnittstelle
8 Externer Rechner

Claims

Patentansprüche
1. Ophthalmologisches Gerät, insbesondere Funduskamera oder Spaltlampe, zur Erzeugung eines Bilds mit erweiterter Dynamik, aufweisend mindestens einen Strahlteiler und mindestens zwei Bildsensoren, wobei die Bildsensoren über den mindestens einen Strahlteiler in einen gemeinsamen Abbildungsstrahlengang eingespiegelt sind.
2. Anordnung (1) zur Erzeugung eines Bilds mit hoher Dynamik, insbesondere nach Anspruch 1 , aufweisend mindestens einen Strahlteiler und mindestens zwei Bildsensoren, wobei die Bildsensoren über den mindestens einen Strahlteiler in einen gemeinsamen Abbildungsstrahlengang eingespiegelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strahlteiler ein asymmetrisches oder ein asymmetrisch einstellbares Teilungsverhältnis aufweist.
3. Anordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der letzte Strahlteiler des Abbildungsstrahlengangs ein asymmetrisches oder asymmetrisch einstellbares Teilungsverhältnis aufweist.
4. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit, die mittels der Bildsensoren Einzelbilder mit unterschiedlichen Strahlungsenergien aufnimmt und aus den Einzelbildern ein Gesamtbild mit erweiterter Dynamik erzeugt.
5. Anordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit die Einzelbilder zeitlich überlappend aufnimmt.
6. Anordnung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit alle Einzelbilder mit identischer Belichtungszeit gleichzeitig aufnimmt.
7. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildsensoren einen identischen Abbildungsmaßstab aufweisen und pixelidentisch ausgerichtet sind.
8. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Strahlteiler ein Neutralteiler bezüglich der Lichtfarbe ist.
9. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlengangsabschnitte zwischen einem jeden der Bildsensoren und dem Strahlteiler, der den betreffenden Bildsensor in den Abbildungsstrahlengang einspiegelt, filterlos ausgebildet sind.
10. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Ausbildung als ophthalmologisches Gerät.
11. Anordnung (1) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Ausbildung als mydriatisch oder non-mydriatisch arbeitende Funduskamera oder als Spaltlampe.
12. Verfahren zur Erzeugung von Bildern mit erweiterter Dynamik mittels eines ophthalmologischen Geräts, insbesondere einer Funduskamera oder einer Spaltlampe, mit mindestens einem Strahlteiler und mindestens zwei Bildsensoren, wobei die Bildsensoren über den mindestens einen Strahlteiler in einen gemeinsamen Abbildungsstrahlengang eingespiegelt werden und folgende Schritte durchführt werden:
- Aufnahme von Einzelbildern mit unterschiedlichen Strahlungsenergien mittels der Bildsensoren und
- Erzeugen eines Gesamtbilds mit erweiterter Dynamik aus den Einzelbildern.
13. Verfahren zur Erzeugung von Bildern mit erweiterter Dynamik mittels einer Anordnung (1) mit mindestens einem Strahlteiler mit asymmetrischem oder asymmetrisch einstellbarem Teilungsverhältnis und mindestens zwei Bildsensoren, wobei die Bildsensoren über den mindestens einen Strahlteiler in einen gemeinsamen Abbildungsstrahlengang eingespiegelt werden, insbesondere nach Anspruch 12, und folgende Schritte durchführt werden:
- gleichzeitige, belichtungszeitidentische Aufnahme von Einzelbildern mit unterschiedlichen Strahlungsenergien mittels der Bildsensoren und
- Erzeugen eines Gesamtbilds mit erweiterter Dynamik aus den Einzelbildern,.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Anordnung (1) mit asymmetrischem Strahlteiler und Bildsensoren ein ophthalmologisches Gerät verwendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als ophthalmologisches Gerät eine mydriatisch oder non-mydriatisch arbeitende Funduskamera oder eine Spaltlampe verwendet wird.
16. Computerprogramm, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 12 bis 15.
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