WO2020193671A1 - Verfahren zur inbetriebnahme einer kamerasteuerungseinheit (ccu) - Google Patents

Verfahren zur inbetriebnahme einer kamerasteuerungseinheit (ccu) Download PDF

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WO2020193671A1
WO2020193671A1 PCT/EP2020/058446 EP2020058446W WO2020193671A1 WO 2020193671 A1 WO2020193671 A1 WO 2020193671A1 EP 2020058446 W EP2020058446 W EP 2020058446W WO 2020193671 A1 WO2020193671 A1 WO 2020193671A1
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WO
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operating program
expansion unit
ccu
unit
camera control
Prior art date
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PCT/EP2020/058446
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Böhning
Günter GRIMM
Daniel Härter
Alexander Köhler
Original Assignee
Schölly Fiberoptic GmbH
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Publication date
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Priority to US17/441,890 priority patent/US20220070368A1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/617—Upgrading or updating of programs or applications for camera control
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/555—Constructional details for picking-up images in sites, inaccessible due to their dimensions or hazardous conditions, e.g. endoscopes or borescopes

Definitions

  • the invention relates to a method for commissioning a camera control unit (CCU), an operating program for the CCU being loaded from a non-volatile program memory into a temporary memory of the CCU.
  • CCU camera control unit
  • Such camera control units are known for example from the field of endoscopy, in which with a
  • Video data stream is generated and processed in the camera control unit for visualization or other purposes.
  • the invention is concerned with the task that
  • the method described at the outset is particularly characterized in that it is checked whether a
  • Expansion unit is connected to the CCU, and that at least part of the operating program from one
  • non-volatile program memory of the expansion unit is loaded into the temporary memory of the CCU when the
  • Expansion unit is connected to the CCU.
  • the advantage of the method according to the invention is that an expansion unit itself brings the operating program necessary for its operation and is loaded by it into the operating program of the camera control unit (CCU).
  • Camera control unit (CCU) remains as an independent unit. As soon as the expansion unit has been removed, it will become the original one again
  • the operating program is loaded so that the familiar function is readily available again.
  • the CCU does not have to be designed from the ground up for every conceivable expansion. There is also no need to regularly update the operating program of the CCU in order to be compatible with new expansion units that may never be used.
  • the operating program in the temporary memory of the CCU or individual parts or modules thereof is loaded by the one loaded by the expansion unit
  • Expansion unit is connected and then loaded by this an operating program that replaces, changes or supplements parts of the operating program in the temporary memory.
  • the CCU has a
  • configurable image processing unit in particular an FPGA.
  • FPGA field-programmable gate array
  • Such an FPGA is usually configured during an initialization phase of the operating program in that configuration data are written into the FPGA.
  • the configuration data for the configurable image processing unit are loaded from the non-volatile program memory of the expansion unit. This means that, for example
  • the operating program of the CCU remains unchanged and only the FPGA is configured according to the expansion unit.
  • the testing is carried out after connecting or disconnecting an expansion unit.
  • the operating program of the CCU can be loaded during operation and accordingly in the temporary memory
  • the checking is carried out before the operating program of the CCU is loaded.
  • the operating program of the CCU is completely loaded from the non-volatile program memory of the expansion unit. This means that the operating program is not even loaded from the non-volatile memory of the CCU. In this way, an operating program is always loaded that is precisely matched to the expansion unit and the functions associated with it. It is not necessary to provide an expansion unit in any way in the operating program of the CCU, since the operating program in this case
  • the operating program is checked and loaded during the boot process of the CCU, a PXE protocol being used, and the expansion unit keeping the operating program on a TFTP server.
  • the check can be carried out, for example, by the bootloader of a microcontroller of the CCU.
  • the check as to whether an expansion unit is connected can be done, for example, by the bootloader checking whether a TFPT server is available and this is a
  • the invention enables a second or alternative processing path for video data in the expansion unit To be defined. This can be used, for example, for a 3D display or image overlay or for a more extensive one
  • Image processing that is not possible with the CCU base unit can be used.
  • the invention also includes a camera control unit having an interface for connecting to a
  • Expansion unit which is characterized in that the camera control unit has a temporary memory and is designed to store an operating program from a non-volatile program memory of a connected
  • the camera control unit can be designed in such a way that charging takes place according to a method according to the invention.
  • the invention also includes an expansion unit for
  • a camera control unit has a non-volatile program memory for an operating program for a camera control unit and an interface for a data connection via which the operating program can be transmitted to a camera control unit.
  • the invention also comprises an image processing arrangement with at least one camera control unit, in particular a camera control unit according to the invention, and at least one expansion unit, in particular an expansion unit according to the invention, which are connected to one another via a data connection and a video signal line, the Expansion unit has a non-volatile program memory in which an operating program is stored that can be loaded into a temporary memory of the camera control unit via the data connection, in particular according to a method according to the invention.
  • the invention is based on a preferred one
  • Fig. 1 is a flow chart of an inventive
  • Fig. 2 is a flow chart of another according to the invention.
  • Fig. 4 is a block diagram of an arrangement with a
  • FIG. 5 shows a further block diagram of the arrangement of FIG.
  • FIG. 6 shows a further block diagram of the arrangement of FIG.
  • Fig. 7 is a block diagram of an arrangement with a
  • FIG. 8 a further block diagram of the arrangement of FIG. 7,
  • FIG. 1 shows a flow chart of a method according to the invention for starting up a camera control unit 1.
  • the camera control unit is shown in greater detail in FIG. 5, for example
  • the camera control unit (base unit) 1 is initially on
  • This program memory 2 can for example be a ROM, PROM, EPROM, Flash, a hard disk or an exchangeable storage medium such as a CD-ROM.
  • the operating program is loaded into a temporary memory 3 of the base unit 1.
  • the base unit 1 usually has a microcontroller 4 or microprocessor which executes the operating program.
  • the operating program After the operating program has been loaded, it is executed. Within the operating program, for example in a
  • Extension unit 5 is connected to the base unit 1. This test can, for example, by evaluating a
  • modules for addressing the expansion unit 5 are loaded or added, or algorithms for
  • Image processing can be exchanged. It is crucial that the expansion unit 5 has what it needs
  • FIG. 2 The method of FIG. 2 is carried out with reference to FIG. 6
  • the camera control unit that is to say the Base unit, an FPGA 7 as the video processing unit.
  • the test S3 follows as to whether an expansion unit 5 is connected to the base unit 1. If no expansion unit 5 is connected, the configuration data for the FPGA 7 are loaded S7 from the non-volatile program memory 2 of the base unit 1. Finally, the configuration data are written S9 into the FPGA 7, for example by the microcontroller 4.
  • the base unit 1 defines a first with the FPGA 7
  • the configuration data for the FPGA 7 are instead loaded S8 from the non-volatile program memory 6 of the expansion unit 5. These alternative configuration data are subsequently written into the FPGA 7 S9 and executed S4.
  • the configuration data for the FPGA 7 are in this case.
  • Video processing is done entirely by the FPGA 7. Because of this, it may be enough just that
  • FIG. 3 shows a method that after
  • the boot program S10 can be implemented, for example, in a boot loader of the microcontroller 4.
  • Operating program of the base unit 1 is loaded from the non-volatile program memory 2 of the base unit 1 into a temporary memory 3 of the base unit 1 S2. The operating program is then executed S4.
  • Expansion unit can be customized, and that
  • the operating program of the base unit does not have to have any provisions for any expansion units.
  • the expansion unit 5 can control the operating program
  • the base unit 1 can access the TFTP server directly from the boot program via a PXE boot protocol, for example, in order to transfer the operating program from the
  • Fig. 4 shows an arrangement 8 from a
  • Camera control unit as base unit 1 and a
  • Extension unit 5 which is connected to the base unit 1.
  • the connection can for example via a
  • This data connection 9 can be a standard interface such as USB or Ethernet or a be a wireless interface such as WiFi or Bluetooth. However, it can also have a simple data interface
  • Microcontroller levels such as I2C or
  • the base unit 1 has a
  • Video input 10 to which a camera 11, for example a video endoscope or an endoscope with a camera head, is connected.
  • the base unit 1 also has a video output 12 to which a screen 13 is connected.
  • Base unit 1 thus defines a first processing path for video data.
  • the expansion unit 5 defines a second or alternative processing path for video data.
  • Video data from the camera 11 receives unprocessed, partially processed or processed from the base unit 1.
  • Expansion unit 5 can then add the video data
  • Fig. 5 shows another view of the arrangement 8 of Fig. 4.
  • the base unit 1 has a non-volatile
  • Program memory 2 in which the operating program of
  • Base unit 1 is stored.
  • the base unit 1 also has a temporary memory 3 in which a
  • Memory 3 can be a flash memory, an SRAM or also the main memory of a microcontroller 4 (see FIG. 6).
  • the expansion unit 5 also has a
  • non-volatile program memory 6 in which the
  • the base unit 1 When the base unit 1 is started, according to the method of FIG. 3, the operating program is loaded by a bootloader 14 into the temporary memory 3 of the base unit 1 either from the base unit 1 or the expansion unit 5. 6 shows a further view of the arrangement 8.
  • the base unit 1 also has a microcontroller 4 and an FPGA 7, which is connected to the microcontroller 4. According to the method according to FIG. 2, the FPGA 7 is controlled by the microcontroller
  • Extension unit 5 the configuration data from the
  • the expansion unit 5 also has a
  • Microcontroller 4 which has a separate operating program.
  • the operating program is in a separate
  • non-volatile program memory 6 is stored in a temporary memory 3 of the expansion unit when started
  • the expansion unit 5 also has an FPGA 7 for video processing.
  • the two FPGA 7 are via a separate
  • Video signal connection 15 interconnected. Depending on
  • the FPGA 7 of the base unit 1 can be used through the
  • Operating program of the expansion unit 5 can be configured so that it forwards video signals unprocessed or preprocessed within certain limits to the FPGA 7 of the expansion unit.
  • the FPGA 7 of the base unit 1 can be configured in such a way that it processes the left image channel and the FPGA 7 of the expansion unit processes the right image channel. Numerous other applications are possible here, however, so that the invention is not intended to be restricted to a specific type of video processing.
  • a separate video signal interface for example, can be used for video signal transmission to the expansion unit be available, for example an SDI interface.
  • an existing interface such as a DVI or HDMI interface of the base unit, can also be connected through the
  • the expansion operating program can be reprogrammed in such a way that video signal transmission that is not specific to the interface takes place. In this way the base unit does not have to have a separate interface.
  • a video output 12, which is otherwise usually provided for connecting a screen, can be used to exchange video signals between the two FPGAs.
  • Fig. 7 shows an alternative arrangement 8 with a
  • Expansion units 5 are cascaded so that only one expansion unit 5 is directly connected to the base unit 1.
  • the second expansion unit 5-2 is thus connected to the first expansion unit 5-1.
  • the arrangement 8 otherwise corresponds to the arrangement in FIG. 6.
  • Extension unit 5-1 an operating program according to a method according to the invention from the second
  • Expansion unit 5-2 is loading.
  • the first expansion unit 5-1 also has a temporary memory 3 for this purpose.
  • While the base unit loads an operating program from the first expansion unit 5-1 according to a method according to the invention.
  • Fig. 9 shows an alternative arrangement 8 with two
  • both base units 1 can load the operating program from the expansion unit 1 according to the invention.
  • each base unit 1 has a video input 10 and a video output 12 to each of which a camera 11 and a screen 13 are connected.
  • This arrangement is suitable, for example, for picture-in-picture display or for superimposing images in different spectral ranges, for example fluorescence image and normal image.
  • FIG. 10 shows an arrangement 8 similar to FIG. 9.
  • the expansion unit 5 has a video output 12 to which a single screen 13 is connected.

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Abstract

Verfahren zur Inbetriebnahme einer Kamerasteuerungseinheit (CCU) (1), die einen ersten Bearbeitungspfad für Videodaten definiert, wobei ein Betriebsprogramm für die CCU (1) aus einem nichtflüchtigen Programmspeicher (2, 6) in einen temporären Speicher (3) der CCU (1) geladen wird, und geprüft wird, ob eine Erweiterungseinheit (5) mit der CCU (1) verbunden ist, und wenn, dann zumindest ein Teil des Betriebsprogramms aus einem nichtflüchtigen Programmspeicher (6) der Erweiterungseinheit (5) in einen temporären Speicher (3) der CCU (1) geladen wird.

Description

Verfahren zur Inbetriebnahme einer Kamerasteuerungseinheit
(CCU)
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inbetriebnahme einer Kamerasteuerungseinheit (CCU), wobei ein Betriebsprogramm für die CCU aus einem nichtflüchtigen Programmspeicher in einen temporären Speicher der CCU geladen wird.
Derartige Kamerasteuerungseinheiten sind beispielsweise aus dem Gebiet der Endoskopie bekannt, in welchem mit einem
Videoendoskop oder einem Kamerakopf eines Endoskops ein
Videodatenstrom erzeugt und in der Kamerasteuerungseinheit zur Visualisierung oder zu anderen Zwecken verarbeitet wird.
Es ist vorgeschlagen worden, derartige
Kamerasteuerungseinheiten mit einem Erweiterungsmodul zu versehen, um einen zweiten Videodaten-Bearbeitungspfad zu definieren, welcher beispielsweise eine geänderte oder
erweiterte Funktionalität realisiert.
Die Erfindung beschäftigt sich hier mit der Aufgabe, die
Abstimmung der Kamerasteuerungseinheit mit der
Erweiterungseinheit untereinander zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.
Demnach ist das eingangs beschriebene Verfahren insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob eine
Erweiterungseinheit mit der CCU verbunden ist, und dass zumindest ein Teil des Betriebsprogramms aus einem
nichtflüchtigen Programmspeicher der Erweiterungseinheit in den temporären Speicher der CCU geladen wird, wenn die
Erweiterungseinheit mit der CCU verbunden ist. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht nun darin, dass eine Erweiterungseinheit jeweils das zu ihrem Betrieb notwendige Betriebsprogramm selbst mitbringt und von ihr in das Betriebsprogramm der Kamerasteuerungseinheit (CCU) geladen wird.
Es muss also insbesondere keine Änderung des Betriebsprogramms der CCU im nichtflüchtigen Programmspeicher der CCU
vorgenommen werden.
Das hat insbesondere den Vorteil, dass die
Kamerasteuerungseinheit (CCU) als eigenständige Einheit bestehen bleibt. Sobald die Erweiterungseinheit entfernt wurde, wird demnach wieder das ursprünglich vorhandene
Betriebsprogramm geladen, so dass dann ohne weiteres die gewohnte Funktion wieder zur Verfügung steht.
Die CCU muss demnach nicht schon von Grund auf für jede erdenkliche Erweiterung ausgelegt sein. Es müssen auch nicht regelmäßig Updates des Betriebsprogramms der CCU vorgenommen, um mit neuen Erweiterungseinheiten kompatibel zu sein, die eventuelle nie verwendet werden.
Dies hat den weiteren Vorteil, dass insbesondere
Zulassungsfragen einfacher zu behandeln sind, da nicht eine übermäßige Variantenvielfalt schon bei der Zulassung der
Kamerasteuerungseinheit berücksichtigt werden muss. Da an der CCU keine dauerhaften Änderungen vorgenommen werden, behält die CCU ihre Zulassung und/oder Zertifizierung.
In einer Ausführung der Erfindung wird das Betriebsprogramm im temporären Speicher der CCU oder einzelne Teile oder Module davon durch das von der Erweiterungseinheit geladene
Betriebsprogramm geändert, ergänzt oder ersetzt. Es kann dabei also zunächst das Betriebsprogramm der CCU aus deren nichtflüchtigen Programmspeicher geladen werden. Es wird danach innerhalb des Betriebsprogrammes geprüft, ob die
Erweiterungseinheit verbunden ist und danach von dieser ein Betriebsprogramm geladen, das im temporären Speicher Teile des Betriebsprogramms ersetzt, verändert oder ergänzt.
In einer vorteilhaften Ausführung weist die CCU eine
konfigurierbare Bildverarbeitungseinheit, insbesondere ein FPGA, auf. Ein solches FPGA wird in der Regel während einer Initialisierungsphase des Betriebsprogramms konfiguriert, indem Konfigurationsdaten in das FPGA geschrieben werden. In einer Ausführung der Erfindung werden die Konfigurationsdaten für die konfigurierbare Bildverarbeitungseinheit aus dem nichtflüchtigen Programmspeicher der Erweiterungseinheit geladen. Das bedeutet, dass beispielsweise das
Betriebsprogramm der CCU unverändert bleibt und nur der FPGA entsprechend der Erweiterungseinheit konfiguriert wird.
In dieser Ausführung kann es vorteilhaft sein, wenn die
Prüfung auf Vorhandensein einer Erweiterungseinheit während dieser Initialisierungsphase, insbesondere vor dem Laden der Konfigurationsdaten in das FPGA erfolgt.
Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Verarbeitung der Videodaten hauptsächlich oder ausschließlich im FPGA erfolgt .
In einer Ausführung der Erfindung wird das Prüfen nach dem Verbinden oder Trennen einer Erweiterungseinheit ausgeführt. Dabei kann während dem Betrieb das Betriebsprogramm der CCU geladen werden und entsprechend im temporären Speicher
ausgetauscht oder ergänzt werden. Insbesondere ist eine
Neukonfiguration eines FPGA einfach möglich. Hier besteht der Vorteil, dass eine Erweiterungseinheit während dem Betrieb verbunden werden kann. Dies kann zweckmäßig sein, wenn sich ein Bedarf an einer Erweiterungseinheit erst während dem
Betrieb, beispielsweise während einer Operation mit
Komplikationen, herausstellt. So könnte beispielsweise während dem Betrieb von einer 2D- auf eine 3D-Darstellung gewechselt werden .
In einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung erfolgt das Prüfen vor dem Laden des Betriebsprogramms der CCU.
Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn das
Betriebsprogramm der CCU vollständig aus dem nichtftüchtigen Programmspeicher der Erweiterungseinheit geladen wird. Das bedeutet, dass das Betriebsprogramm aus dem nichtflüchtigen Speicher der CCU gar nicht geladen wird. Auf diese Weise wird immer ein Betriebsprogramm geladen, das insgesamt exakt auf die Erweiterungseinheit und die damit verbundenen Funktionen abgestimmt ist. In dem Betriebsprogramm der CCU ist es dabei nicht notwendig eine Erweiterungseinheit in irgendeiner Weise vorzusehen, da das Betriebsprogramm in diesem Falle
vollständig aus der Erweiterungseinheit geladen wird.
In dieser Ausführung kann es vorteilhaft sein, wenn Prüfen und das Laden des Betriebsprogramms während dem Bootvorgang der CCU erfolgt, wobei ein PXE-Protokoll verwendet wird, und wobei die Erweiterungseinheit das Betriebsprogramm auf einem TFTP- Server bereithält. Das Prüfen kann beispielsweise durch den Bootloader eines Mikrocontrollers der CCU erfolgen.
Die Prüfung, ob eine Erweiterungseinheit verbunden ist, kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass vom Bootloader geprüft wird, ob ein TFPT-Server vorhanden ist und dieser ein
bootbares Betriebsprogramm bereithält.
Durch die Erfindung kann in der Erweiterungseinheit ein zweiter oder alternativer Bearbeitungspfad für Videodaten definiert werden. Dies kann beispielsweise zur 3D-Darstellung oder Bildüberlagerung oder für eine weitergehende
Bildverarbeitung genutzt werden, die mit der CCU Basiseinheit nicht möglich ist.
Die Erfindung umfasst auch eine Kamerasteuerungseinheit mit einer Schnittstelle zum Verbinden mit einer
Erweiterungseinheit, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kamerasteuerungseinheit einen temporären Speicher aufweist, und dazu ausgebildet ist, ein Betriebsprogramm aus einem nichtflüchtigen Programmspeicher einer verbundenen
Erweiterungseinheit in den temporären Speicher zu laden.
Insbesondere kann die Kamerasteuerungseinheit so ausgebildet sein, dass das Laden nach einem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt .
Vorteilhaft ist es, wenn das Betriebsprogramm über eine
Datenverbindung, insbesondere eine drahtlose oder
drahtgebundene Schnittstelle, übertragen wird.
Die Erfindung umfasst auch eine Erweiterungseinheit zum
Verbinden mit einer Kamerasteuerungseinheit dadurch
gekennzeichnet, dass die Erweiterungseinheit einen
nichtflüchtigen Programmspeicher für ein Betriebsprogramm für eine Kamerasteuerungseinheit aufweist und eine Schnittstelle für eine Datenverbindung über die das Betriebsprogramm an eine Kamerasteuerungseinheit übertragbar ist.
Die Erfindung umfasst auch eine Bildverarbeitungsanordnung mit wenigstens einer Kamerasteuerungseinheit, insbesondere eine erfindungsgemäße Kamerasteuerungseinheit, und wenigstens einer Erweiterungseinheit, insbesondere eine erfindungsgemäße Erweiterungseinheit, die über eine Datenverbindung und eine Videosignalleitung miteinander verbunden sind, wobei die Erweiterungseinheit einen nichtflüchtigen Programmspeicher aufweist, in dem ein Betriebsprogramm vorgehalten ist, das über die Datenverbindung in einen temporären Speicher der Kamerasteuerungseinheit ladbar ist, insbesondere nach einem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt :
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen
Verfahrens ,
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines weiteren erfindungsgemäßen
Verfahrens ,
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines weiteren erfindungsgemäßen
Verfahrens ,
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Anordnung mit einer
Kamerasteuereinheit und einer Erweiterungseinheit zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 5 ein weiteres Blockschaltbild der Anordnung der Fig.
4,
Fig. 6 ein weiteres Blockschaltbild der Anordnung der Fig.
4,
Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Anordnung mit einer
Kamerasteuereinheit und zwei Erweiterungseinheiten zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig . 8 ein weiteres Blockschaltbild der Anordnung der Fig. 7,
Fig. 9 ein Blockschaltbild einer Anordnung mit zwei
Kamerasteuerungseinheiten, einer Erweiterungseinheit und zwei Monitoren zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 10 ein Blockschaltbild einer Anordnung mit zwei
Kamerasteuereinheiten, einer Erweiterungseinheit und einem Monitor zur Durchführung eines
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Inbetriebnahme einer Kamerasteuereinheit 1. Die Kamerasteuereinheit ist beispielsweise in Fig. 5 näher
erläutert .
Gemäß dem Verfahren der Fig. 1, wird nach dem Starten S1 der Kamerasteuereinheit (Basiseinheit) 1, zunächst ein
Betriebsprogramm aus einem nichtflüchtigen Programmspeicher 2 der Basiseinheit 1 geladen S2. Dieser Programmspeicher 2 kann beispielsweise ein ROM, PROM, EPROM, Flash, eine Festplatte oder ein wechselbares Speichermedium, wie eine CD-ROM, sein. Das Betriebsprogramm wird in einen temporären Speicher 3 der Basiseinheit 1 geladen. Die Basiseinheit 1 weist in der Regel einen Mikrocontroller 4 oder Mikroprozessor auf, der das Betriebsprogramm ausführt.
Nachdem das Betriebsprogramm geladen ist, wird es ausgeführt. Innerhalb des Betriebsprogramms, beispielsweise in einer
Initialisierungsphase, wird geprüft S3, ob eine
Erweiterungseinheit 5 mit der Basiseinheit 1 verbunden ist. Diese Prüfung kann beispielsweise durch Auswerten eines
Schalters erfolgen, der beim Verbinden der Erweiterungseinheit 5 aktiviert wird, oder über einen Steuerbefehl an einer
Schnittstelle. Daneben sind zahlreiche weitere Möglichkeiten im Stand der Technik bekannt. Wird festgestellt, dass keine Erweiterungseinheit 5 verbunden ist, wird das Betriebsprogramm weiter ausgeführt S4.
Ist jedoch eine Erweiterungseinheit 5 mit der Basiseinheit 1 verbunden, wird aus einem nichtflüchtigen Programmspeicher 6 der Erweiterungseinheit 5 ein Betriebsprogramm in den
temporären Speicher 3 der Basiseinheit 1 geladen S5. Dieses Betriebsprogramm der Erweiterungseinheit 5 ist nun auf die Verwendung mit der Erweiterungseinheit 5 angepasst. Um die Basiseinheit 1 an die Erweiterungseinheit 5 anzupassen, werden zumindest Teile des Betriebsprogramms der Basiseinheit 1 ersetzt, ergänzt oder geändert S6. Dies kann beispielsweise im temporären Speicher 3 der Basiseinheit 1 erfolgen oder etwa im Arbeitsspeicher des Mikrocontrollers. Dabei können
beispielsweise Module zum Ansprechen der Erweiterungseinheit 5 geladen oder ergänzt werden, oder Algorithmen zur
Bildverarbeitung ausgetauscht werden. Entscheidend ist dabei, dass die Erweiterungseinheit 5 das für sie notwendige
Betriebsprogramm selbst enthält und dieses temporär in die Basiseinheit 1 geladen wird. Der Ladevorgang erfolgt dabei bei jedem Einschalten der Basiseinheit neu. Wird demnach die
Erweiterungseinheit 5 wieder entfernt, steht die gewohnte Funktionalität der Basiseinheit 1 zur Verfügung, da dann das unveränderte, ursprüngliche Betriebsprogramm der Basiseinheit 1 geladen und ausgeführt wird.
Vorteilhaft dabei ist, dass es zum Zeitpunkt der Herstellung der Basiseinheit 1 unnötig ist, spätere Erweiterungseinheiten 5 zu berücksichtigen.
Das Verfahren der Fig. 2 wird mit Bezug auf die Fig. 6
erläutert. Hier weist die Kamerasteuerungseinheit 1, also die Basiseinheit, als Videobearbeitungseinheit ein FPGA 7 auf.
Nach dem Start S1 wird wie in Fig. 1 zunächst das
Betriebsprogramm aus einem nichtflüchtigen Programmspeicher 2 der Basiseinheit 1 in einen temporären Programmspeicher 3 der Basiseinheit 1 geladen.
Es folgt die Prüfung S3, ob eine Erweiterungseinheit 5 mit der Basiseinheit 1 verbunden ist. Ist keine Erweiterungseinheit 5 verbunden, so werden die Konfigurationsdaten für den FPGA 7, aus dem nichtflüchtigen Programmspeicher 2 der Basiseinheit 1 geladen S7. Schließlich werden die Konfigurationsdaten in den FPGA 7 geschrieben S9, beispielsweise vom Mikrocontroller 4. Die Basiseinheit 1 definiert mit dem FPGA 7 einen ersten
Bearbeitungspfad für Videodaten. Anschließend wird in S4 das Betriebsprogramm ausgeführt.
Falls jedoch eine Erweiterungseinheit 5 verbunden ist, werden die Konfigurationsdaten für den FPGA 7 stattdessen aus dem nichtflüchtigen Programmspeicher 6 der Erweiterungseinheit 5 geladen S8. Diese alternativen Konfigurationsdaten werden nachfolgend in den FPGA 7 geschrieben S9 und ausgeführt S4.
Die Konfigurationsdaten für den FPGA 7 sind in dieser
Ausführung Teil des Betriebsprogramms im Sinne der Erfindung.
In dieser Ausführung kann es vorteilhaft sein, wenn die
Videoverarbeitung vollständig durch das FPGA 7 erfolgt. Aus diesem Grund kann es ausreichend sein, nur die
Konfigurationsdaten des FPGA an die geänderte Funktionalität der Erweiterungseinheit 5 anzupassen.
Schließlich zeigt die Fig. 3 ein Verfahren, das nach dem
Starten S1 der Basiseinheit 1 ein Bootprogramm ausführt S10. Dieser Bootvorgang S10 findet vor dem Laden eines
Betriebsprogramms statt. Während dem Bootvorgang wird geprüft S3, ob eine Erweiterungseinheit 5 verbunden ist. Dieser Prüfvorgang wird ebenfalls vor dem Laden eines
Betriebsprogrammes ausgeführt. Das Bootprogramm S10 kann etwa in einem Bootloader des Mikrocontrollers 4 realisiert sein.
Ist keine Erweiterungseinheit 5 verbunden, wird das
Betriebsprogramm der Basiseinheit 1 aus dem nichtflüchtigen Programmspeicher 2 der Basiseinheit 1 in einen temporären Speicher 3 der Basiseinheit 1 geladen S2. Anschließend wird das Betriebsprogramm ausgeführt S4.
Ist jedoch eine Erweiterungseinheit 5 verbunden, wird das Betriebsprogramm aus dem nichtflüchtigen Programmspeicher 6 der Erweiterungseinheit 5 in den temporären Speicher 3 der Basiseinheit 1 geladen S5. Anschließend wird dieses
Betriebsprogramm ausgeführt. Bei dieser Ausführung wird demnach das Betriebsprogramm vollständig aus der
Erweiterungseinheit geladen. Dies ist besonders vorteilhaft, da das Betriebsprogramm somit sehr gut an die
Erweiterungseinheit angepasst werden kann, und das
Betriebsprogramm der Basiseinheit keinerlei Vorkehrungen für etwaige Erweiterungseinheiten aufweisen muss.
Die Erweiterungseinheit 5 kann das Betriebsprogramm
beispielsweise mittels eines TFPT-Servers bereitstellen . Die Basiseinheit 1 kann in diesem Falle beispielsweise über ein PXE-Bootprotokoll direkt vom Bootprogramm aus auf den TFTP- Server zugreifen, um das Betriebsprogramm von der
Erweiterungseinheit 5 zu laden.
Die Fig. 4 zeigt eine Anordnung 8 aus einer
Kamerasteuereinheit als Basiseinheit 1 und eine
Erweiterungseinheit 5, die mit der Basiseinheit 1 verbunden ist. Die Verbindung kann beispielsweise über eine
Datenverbindung 9 erfolgen. Diese Datenverbindung 9 kann eine Standardschnittstelle wie USB oder Ethernet oder auch eine drahtlose Schnittstelle wie WiFi oder Bluetooth sein. Es kann jedoch auch eine einfache Datenschnittstelle auf
Mikrocontrollereben ausgebildet sein, wie I2C oder
dergleichen .
In dieser Anordnung 8 weist die Basiseinheit 1 einen
Videoeingang 10 auf, an den eine Kamera 11, beispielsweise ein Videoendoskop oder ein Endoskop mit Kamerakopf, angeschlossen ist. Die Basiseinheit 1 weist weiter einen Videoausgang 12 auf, an den ein Bildschirm 13 angeschlossen ist. Die
Basiseinheit 1 definiert somit einen ersten Bearbeitungspfad für Videodaten. Die Erweiterungseinheit 5 definiert einen zweiten oder alternativen Bearbeitungspfad für Videodaten.
Dabei ist es möglich, dass die Erweiterungseinheit 5 die
Videodaten der Kamera 11 unverarbeitet, teilverarbeitet oder verarbeitet von der Basiseinheit 1 empfängt. Die
Erweiterungseinheit 5 kann die Videodaten dann weiteren
Bearbeitungsschritten unterziehen .
Fig. 5 zeigt eine andere Ansicht der Anordnung 8 der Fig. 4. Die Basiseinheit 1 weist einen nichtflüchtigen
Programmspeicher 2 auf, in dem das Betriebsprogramm der
Basiseinheit 1 gespeichert ist. Die Basiseinheit 1 weist weiterhin einen temporären Speicher 3 auf, in den ein
Betriebsprogramm temporär geladen wird. Dieser temporäre
Speicher 3 kann ein Flash-Speicher, ein SRAM oder auch der Arbeitsspeicher eines Mikrocontrollers 4 (siehe Fig. 6) sein. Die Erweiterungseinheit 5 besitzt ebenfalls einen
nichtflüchtigen Programmspeicher 6, in dem das
Betriebsprogramm der Erweiterungseinheit 5 gespeichert ist. Beim Starten der Basiseinheit 1 wird gemäß dem Verfahren der Fig. 3 von einem Bootloader 14 das Betriebsprogramm entweder aus der Basiseinheit 1 oder der Erweiterungseinheit 5 in den temporären Speicher 3 der Basiseinheit 1 geladen. Die Fig. 6 zeigt eine weitere Ansicht der Anordnung 8. Die Basiseinheit 1 weist weiter einen Mikrocontroller 4 und ein FPGA 7 auf, das mit dem Mikrocontroller 4 verbunden ist. Gemäß dem Verfahren nach Fig. 2 wird das FPGA 7 vom Mikrocontroller
4 konfiguriert, wobei je nach Vorhandensein einer
Erweiterungseinheit 5 die Konfigurationsdaten aus dem
nichtflüchtigen Programmspeicher 2 der Basiseinheit oder dem nichtflüchtigen Programmspeicher 6 der Erweiterungseinheit 5 geladen werden.
Die Erweiterungseinheit 5 weist ebenfalls einen
Mikrocontroller 4 auf, der über ein separates Betriebsprogramm verfügt. Das Betriebsprogramm ist in einem separaten
nichtflüchtigen Programmspeicher 6 gespeichert und wird beim Starten in einen temporären Speicher 3 der Erweiterungseinheit
5 geladen. Die Erweiterungseinheit 5 besitzt ebenfalls ein FPGA 7 zur Videoverarbeitung.
Die beiden FPGA 7 sind über eine separate
Videosignalverbindung 15 miteinander verbunden. Je nach
Anwendung kann der FPGA 7 der Basiseinheit 1 durch das
Betriebsprogramm der Erweiterungseinheit 5 so konfiguriert werden, dass er Videosignale unverarbeitet oder in bestimmten Grenzen vorverarbeitet an das FPGA 7 der Erweiterungseinheit weiterleitet. So kann beispielsweise für eine 3D- Bilddarstellung das FPGA 7 der Basiseinheit 1 so konfiguriert sein, dass es etwa den linken Bildkanal verarbeitet und das FPGA 7 der Erweiterungseinheit den rechten Bildkanal. Hier sind jedoch zahlreiche andere Anwendungen möglich, so dass die Erfindung nicht auf eine bestimmte Art der Videoverarbeitung eingeschränkt sein soll.
Zur Videosignalübertragung an die Erweiterungseinheit kann beispielsweise eine separate Videosignalschnittstelle vorhanden sein, etwa eine SDI Schnittstelle. Es kann jedoch auch eine vorhandene Schnittstelle, wie eine DVI oder HDMI Schnittstelle der Basiseinheit, durch das
Erweiterungsbetriebsprogramm so umprogrammiert werden, dass eine nicht Schnittsteilen-spezifische Videosignalübertragung erfolgt. Auf diese Weise muss die Basiseinheit keine separate Schnittstelle aufweisen. Es kann ein ansonsten üblicherweise zum Anschluss eines Bildschirms vorgesehener Videoausgang 12 dafür benutzt werden, Videosignale zwischen den beiden FPGA auszutauschen .
Die Fig. 7 zeigt eine alternative Anordnung 8 mit einer
Basiseinheit und zwei Erweiterungseinheiten 5. Wobei die
Erweiterungseinheiten 5 kaskadiert angeordnet sind, so dass nur eine Erweiterungseinheit 5 direkt mit der Basiseinheit 1 verbunden ist. Die zweite Erweiterungseinheit 5-2 ist somit mit der ersten Erweiterungseinheit 5-1 verbunden. Gemäß Fig. 8 entspricht die Anordnung 8 ansonsten der Anordnung der Fig. 6.
Dabei ist es beispielsweise möglich, dass die erste
Erweiterungseinheit 5-1 ein Betriebsprogramm nach einem erfindungsgemäßen Verfahren von der zweiten
Erweiterungseinheit 5-2 lädt. Die erste Erweiterungseinheit 5- 1 weist dazu ebenfalls einen temporären Speicher 3 auf.
Während die Basiseinheit ein Betriebsprogramm nach einem erfindungsgemäßen Verfahren von der ersten Erweiterungseinheit 5-1 lädt.
Die Fig. 9 zeigt eine alternative Anordnung 8 mit zwei
Basiseinheiten 1 und einer Erweiterungseinheit 5, die zwischen die beiden Basiseinheiten 1 geschaltet ist. Bei dieser
Anordnung 8 können beide Basiseinheiten 1 das Betriebsprogramm erfindungsgemäß von der Erweiterungseinheit 1 laden.
Im Beispiel weist jede Basiseinheit 1 einen Videoeingang 10 und einen Videoausgang 12 auf, an den jeweils eine Kamera 11 beziehungsweise ein Bildschirm 13 angeschlossen sind. Diese Anordnung ist beispielsweise zur Bild-in-Bild Darstellung oder zur Bildüberlagerung in verschiedenen Spektralbereichen, etwa Fluoreszenzbild und Normalbild, geeignet.
Fig. 10 zeigt eine ähnliche Anordnung 8 wie die Fig. 9. Hier weist jedoch die Erweiterungseinheit 5 einen Videoausgang 12 auf, an den ein einzelner Bildschirm 13 angeschlossen ist.
Somit ist beispielsweise eine 3D-Darstellung möglich.
/ Bezugszeichenliste
Bezugszeichenliste
1 Basiseinheit
2 nichtflüchtiger Programmspeicher der Basiseinheit
3 temporärer Speicher
4 Mikrocontroller
5 Erweiterungseinheit
6 nichtflüchtiger Programmspeicher der Erweiterungseinheit
7 FPGA
8 Anordnung
9 KabelVerbindung
10 Videoeingang
11 Kamera
12 Videoausgang
13 Bildschirm
14 Bootlader
15 VideosignalVerbindung
S1 Start
S2 Betriebsprogramm aus Basiseinheit laden
S3 Prüfen ob Erweiterungseinheit verbunden
S4 Betriebsprogramm ausführen
S5 Betriebsprogramm von Erweiterungseinheit laden
S6 Betriebsprogramm ändern/ergänzen/ersetzen
S7 FPGA Konfigurationsdaten von Basiseinheit laden
S8 FPGA Konfigurationsdaten von Erweiterungseinheit laden
S9 FPGA Konfigurationsdaten in FPGA schreiben
S10 Bootprogramm ausführen
/ Ansprüche

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Inbetriebnahme einer Kamerasteuerungseinheit
(CCU) (1), die einen ersten Bearbeitungspfad für
Videodaten definiert, wobei ein Betriebsprogramm für die CCU (1) aus einem nichtflüchtigen Programmspeicher (2, 6) in einen temporären Speicher (3) der CCU (1) geladen wird, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob eine
Erweiterungseinheit (5) mit der CCU (1) verbunden ist, und dass zumindest ein Teil des Betriebsprogramms aus einem nichtflüchtigen Programmspeicher (6) der
Erweiterungseinheit (5) in einen temporären Speicher (3) der CCU (1) geladen wird, wenn die Erweiterungseinheit (5) mit der CCU (1) verbunden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsprogramm oder einzelne Teile oder Module davon durch das von der Erweiterungseinheit (5) geladene
Betriebsprogramm geändert, ergänzt oder ersetzt werden, insbesondere im temporären Speicher (3) der CCU (1) .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die CCU (1) eine konfigurierbare
Bildverarbeitungseinheit, insbesondere ein FPGA (7), aufweist, dass das aus dem nichtflüchtigen
Programmspeicher (6) der Erweiterungseinheit (5) geladene Betriebsprogramm zumindest die Konfigurationsdaten für die konfigurierbare Bildverarbeitungseinheit (7) enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass das Prüfen vor dem Laden des
Betriebsprogramms und/oder nach dem Verbinden oder Trennen einer Erweiterungseinheit (5) ausgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, das Betriebsprogramm der CCU (1) vollständig aus dem nichtflüchtigen Programmspeicher (6) der Erweiterungseinheit (5) geladen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Laden des Betriebsprogramms während dem Bootvorgang der CCU (1) erfolgt, wobei ein PXE-Protokoll verwendet wird, und wobei die Erweiterungseinheit (5) das
Betriebsprogramm auf einem TFTP-Server bereithält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Erweiterungseinheit (5) einen zweiten oder alternativen Bearbeitungspfad für Videodaten definiert .
8. Kamerasteuerungseinheit (1) mit einer Schnittstelle zum Verbinden mit einer Erweiterungseinheit (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Kamerasteuerungseinheit (1) einen temporären Speicher (3) aufweist, und dazu ausgebildet ist, ein Betriebsprogramm aus einem nichtflüchtigen
Programmspeicher (6) einer verbundenen Erweiterungseinheit (5) in den temporären Speicher (3) zu laden, insbesondere nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Kamerasteuerungseinheit (1) nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, dass das Betriebsprogramm über eine
Datenverbindung (9), insbesondere eine drahtlose oder drahtgebundene Schnittstelle, übertragen wird.
10. Erweiterungseinheit (5) zum Verbinden mit einer
Kamerasteuerungseinheit (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die
Erweiterungseinheit (5) einen nichtflüchtigen
Programmspeicher (6) für ein Betriebsprogramm für eine Kamerasteuerungseinheit (1) aufweist und eine Schnittstelle für eine Datenverbindung (9) über die das Betriebsprogramm an eine Kamerasteuerungseinheit (1) übertragbar ist.
11. Bildverarbeitungsanordnung (8) mit wenigstens einer
Kamerasteuerungseinheit (1), insbesondere nach Anspruch 8 oder 9, und wenigstens einer Erweiterungseinheit (5), insbesondere nach Anspruch 10, die über eine
Datenverbindung (9) und eine Videosignalleitung (15) miteinander verbunden sind, wobei die Erweiterungseinheit
(5) einen nichtflüchtigen Programmspeicher (6) aufweist, in dem ein Betriebsprogramm vorgehalten ist, das über die Datenverbindung (9) in einen temporären Speicher (3) der Kamerasteuerungseinheit (1) ladbar ist, insbesondere nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
/ Zusammenfassung
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