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ii Als Dissertation genehmigt von der Technischen Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg Tag der Einreichung: 2. April 2008 Tag der Promotion: 10. Juli 2008 Dekan: Prof. Dr.-Ing. Johannes Huber Berichterstatter: Prof. Dr.-Ing. Heinz Gerhäuser Prof. Dr.-Ing. Dietrich Paulus
Kurzfassung Ein flexibles Endoskop mit einem Bildleiter aus Glasfasern wird als Fiberskop (Fa- serendoskop) bezeichnet. Der Einsatz solcher faseroptischen Abbildungssysteme er- möglicht eine im wörtlichen Sinn flexible Begutachtung schwer zugänglicher Hohlräu- me über kleinste Zugangswege. Faserendoskope spielen insbesondere in der medizi- nischen Diagnostik, Behandlung und Forschung, sowie in der industriellen Qualitäts- prüfung und Instandhaltung eine tragende Rolle. Gegenüber starren, linsenoptischen Endoskopen und Videoendoskopen zeigen sie eine deutlich geringere Abbildungsqua- lität. Diese resultiert aus der Abtastung der Szene durch das bildleitende Faserbündel mit einer relativ geringen Anzahl an Einzelfasern (Größenordnung: 3.000 bis 30.000) und äußert sich besonders in Struktur- und Farbartefakten. Um der störenden Waben- struktur entgegenzuwirken, wird bislang in der Praxis eine optische Defokussierung durchgeführt oder in der Literatur der Einsatz einfacher digitaler Filter vorgeschlagen. Für eine Weiterverwendung von fiberskopischen Bilddaten als Grundlage einer räum- lichen Rekonstruktion, Bildanalyse oder zur Bewegungsstabilisierung fehlen bislang wissenschaftliche Untersuchungen bzw. praktikable Umsetzungen. Diese Arbeit greift Aspekte aus der Signaltheorie auf, um die Hintergründe der Abtastvorgänge im Fall der Faserübertragung theoretisch zu untermauern. Neben der Erweiterung von Filteransätzen wird zusätzlich auch die Interpolation im Ortraum mit einer automatischen Parametrisierung vorgeschlagen. Obwohl ein Vergleich dieser bei- den Signalräume der Filterung im Fall von Grauwertbildern eine höhere Restaurie- rungsgüte bescheinigt, erlangt die Interpolation dennoch ihre Bedeutung, wenn es um die Reduzierung von Farbartefakten geht. Durch direkten Zugriff auf den Bildsensor und Auswertung der Sensordaten werden diese Farbartefakten mit einer Erweiterung der Interpolation umgangen. Außerdem können durch die registrierte Bewegung meh- rerer Einzelaufnahmen Artefakte der Interpolation reduziert werden. Mittels Erhöhung der Anzahl von Abtastwerten kann sogar die Auflösung der resultierenden Bilder ge- steigert werden. Die Grenze dieser Auflösungssteigerung wird in der vorliegenden Ar- beit theoretisch hergeleitet. Zudem wird ein Verfahren vorgeschlagen, wie diese Gren- ze für ein faseroptisches Bildbündel messtechnisch abgeschätzt werden kann. iii
Seite 1: Automatische Bildrestaurierung für
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Seite 7 und 8: Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1
Seite 9 und 10: 1 1 Einleitung In vielen Bereichen
Seite 11 und 12: 1.1. BEDEUTUNG DER ENDOSKOPIE 3 (a)
Seite 13 und 14: 1.2. PROBLEMSTELLUNG UND ZIELSETZUN
Seite 15 und 16: 1.2. PROBLEMSTELLUNG UND ZIELSETZUN
Seite 17: 1.2. PROBLEMSTELLUNG UND ZIELSETZUN
Seite 20 und 21: 12 2.1. HISTORISCHER WEG DER FLEXIB
Seite 22 und 23: 14 2.2. ANWENDUNGEN MIT FASEROPTIK
Seite 24 und 25: 16 2.2. ANWENDUNGEN MIT FASEROPTIK
Seite 26 und 27: 18 2.3. EIGENSCHAFTEN VON FASEROPTI
Seite 36 und 37: 28 2.4. METHODEN DER BILDAUFBEREITU
Seite 38 und 39: 30 2.4. METHODEN DER BILDAUFBEREITU
Seite 40 und 41: 32 2.5. BILDRESTAURIERUNG FASEROPTI
Seite 46 und 47: 38 2.6. AUFLÖSUNGSSTEIGERUNG IN BE
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48 3.1. MODELLIERUNG UND KALIBRIERU
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82 3.3. ARTEFAKTREDUZIERENDE FARBIN
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86 3.4. NACHKALIBRIERUNG ZUR SYSTEM
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88 3.5. SUPERPOSITION IN FIBEROPTIS
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110 3.6. DEFINITION VON GÜTEKRITER
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4 123 Untersuchungen und Ergebnisse
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4.1. ÜBERSICHT ÜBER DIE VERWENDET
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4.1. ÜBERSICHT ÜBER DIE VERWENDET
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4.2. QUALITÄT VON 3D-REKONSTRUKTIO
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4.3. MODI UND EFFEKTIVITÄT DER FIL
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4.4. MODELLBASIERTER VERGLEICH VON
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4.5. EVALUIERUNG DER FARBBILDRESTAU
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4.6. AUFLÖSUNGSSTEIGERUNG DURCH SU
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4.7. ECHTZEIT-FÄHIGKEIT DER ANSÄT
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Abbildungsverzeichnis 181 1.1 Flexi
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ABBILDUNGSVERZEICHNIS 183 3.29 Zwis
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Tabellenverzeichnis 185 3.1 Vor- un
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188 Lochkameramodell Abbildungsmode
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190 Zystoskop Gerät zur Spiegelung
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192 Formelzeichen und Symbole mdist
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194 VERZEICHNIS DER FREMDLITERATUR
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Lebenslauf Christian Winter, gebore
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