Autofokussierung.

Automatische Schärfeeinstellung durch präzise Zustellung der Kamera in Richtung der optischen Achse.

Für die Inspektion der Stentoberfläche wird eine Vergrößerung und eine hohe lokale Auflösung benötigt, die deutlich über dem menschlichen Auflösungsvermögen (haptisch und visuell) liegt. Das führt systembedingt zu einer geringen Tiefenschärfe, die insofern eine Herausforderung darstellt, als dass die Positioniergenauigkeit des verwendeten Dual-Arm-Roboters nicht die erforderliche Präzision bieten. Die Absolut- und Wiederholgenauigkeit des Roboters wurden mit Hilfe eines API Radian Lasertrackers vermessen. Dabei hat die Absolutgenauigkeit für den rechten Roboterarm 1.92 mm und für den linken 2.47 mm betragen. Im ungünstigsten Fall können beide Arme somit einen Zustellfehler zueinander von über 4 mm haben. Es ist selbstredend, dass bei einer Tiefenschärfe von 0.5 mm zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden müssen. Vorrangig wird die deutlich bessere Wiederholgenauigkeit genutzt, die bei beiden Armen 0.12 mm beträgt. Das bedeutet, dass explizit gewählte Punkte aus der Menge der bereits erreichten Punkte, mit der Wiederholgenauigkeit erneut zugestellt werden können.

Dennoch bleibt es unumgänglich, dass die Kamera im Inspektionsprozess dynamisch und automatisch zugestellt wird. Dafür wurde eine Autofokussierung entwickelt, die

den Bereich mit der besten Schärfe ermittelt
eine Schärfezustellung mit Hilfe einer linearen Zustelleinheit in einem gewählten Bildbereich umsetzt,
und optional aus beiden zuvor genannten Aspekten eine Mehrebenenaufnahme ermöglicht.

Analyse der ortsabhängigen Bildschärfe

Die Autofokussierung benutzt das Vorwissen, dass der Stent vor der Kamera so ausgerichtet ist, dass seine Längsachse parallel zur Bildebene der Kamera verläuft. Das führt zur Annahme, dass in der Aufnahme, s. Abbildung rechts, Punkte einer horizontalen Linie den gleichen Schärfegrad besitzen. Das Bild wird in waagerechte Sektionen unterteilt, deren Schärfegrad ermittelt werden. Die Sektion mit dem höchsten Wert wird als das Schärfezentrum bezeichnet.
Die Stentgeometrie ist zylindrisch. Das impliziert sowohl die Richtung, in die die Kamera bewegt werden muss, um das Schärfezentrum in den gewünschten Bereich zu bewegen, als auch den Weg, der für die Zustellung benötigt wird. Dadurch kann der Zustellvorgang mit nur wenigen Iterationen abgeschlossen werden.

Um eine robuste Schärfeanalyse zu erreichen, wurden mittels Diskreter Fourier-Transformation (DFT) und einer geschickt gewählten Maske die relevanten Gradienten im Bild besser gewichtet als die des Hintergrundes. Aus dem monochromen Bild wird mittels der DFT-Rücktransformierten eine Heatmap erstellt, die die ermittelte Bildschärfe in jedem Punkt farblich darstellt. Wertet man die Heatmap aus, so lässt sich eine Schärfefunktion über die Sektionen des Bildes hinweg ermitteln. Diese ist durch die rote Linie im Bild dargestellt.