potenziale und grenzen digitaler wundfotografie in der ... · ruhr-universität bochum pd dr. med....
TRANSCRIPT
Ruhr-Universität Bochum
PD Dr. med. B. Clasbrummel
Dienstort: Ev. Krankenhaus Witten
Abt. Chirurgie
__________________________
Potenziale und Grenzen digitaler Wundfotografie
in der Klinik und telematischen Nachsorge
von Patienten mit Wunden
Inaugural-Dissertation
zur
Erlangung des Doktorgrades der Medizin
einer Hohen Medizinischen Fakultät
der Ruhr-Universität Bochum
vorgelegt von
Dirk Ulrich Lange
aus Kamen
2008
2
Dekan: Prof. Dr. med. G. Muhr
Referent: PD Dr. med. B. Clasbrummel
Koreferent: Prof. Dr. med. R. B. Tröbs
Tag der Mündlichen Prüfung: 04.11.2008
3
Inhaltsverzeichnis
1 Abkürzungs- und Begriffsverzeichnis _____________________________ 7
2 Einleitung __________________________________________________ 11
2.1 Zielsetzung und Eingrenzung des Themas ________________________ 11
3 Digitale Fotografie aus Sicht des Chirurgen_______________________ 12
3.1 Geschichte der Fototechnik ____________________________________ 13
3.2 Historische Entwicklung der digitalen Fototechnik in der Medizin ____ 14 3.2.1 Televisite ________________________________________________________ 15 3.2.2 Medizinische Dokumentation ________________________________________ 15
3.3 Dermis______________________________________________________ 15 3.3.1 Anatomie der Haut_________________________________________________ 15 3.3.2 Einteilung unterschiedlicher Hauttypen_________________________________ 17
3.4 Wunde______________________________________________________ 19 3.4.1 Physiologie der Wundheilung ________________________________________ 19 3.4.2 Wundheilungsstörungen_____________________________________________ 20 3.4.3 Wundverschluss und Verband ________________________________________ 21 3.4.4 Kriterien der visuellen Wundbeurteilung________________________________ 22
3.5 Indikationen der digitalen chirurgischen Wundfotografie ___________ 23
4 Theorie_____________________________________________________ 24
4.1 Optische Abbildung___________________________________________ 24 4.1.1 Geometrische Optik ________________________________________________ 24
4.1.1.1 Gegenstand, Bildgrösse, Abbildungsmaßtab ________________________ 24 4.1.1.2 Brennweite und Sensorgröße ____________________________________ 25 4.1.1.3 Numerische Apertur ___________________________________________ 26
4.2 Sehphysiologie, Fotografie _____________________________________ 26 4.2.1 Linsenfehler ______________________________________________________ 26 4.2.2 Technische Effekte_________________________________________________ 27 4.2.3 Kamera__________________________________________________________ 28
4.2.3.1 Digitalkamera ________________________________________________ 28 4.2.3.2 Objektive ___________________________________________________ 29 4.2.3.3 Blendenzahl und Reihe_________________________________________ 29 4.2.3.4 Verschlusszeit________________________________________________ 30 4.2.3.5 Chromatische Adaption und automatischer Weißabgleich______________ 30 4.2.3.6 Sensor ______________________________________________________ 31
4.3 Schärfentiefe_________________________________________________ 32 4.3.1 Bildschärfe beim Sehen _____________________________________________ 32 4.3.2 Bildschärfe in der dokumentarischen Fotografie __________________________ 33 4.3.3 Blende __________________________________________________________ 33 4.3.4 Zerstreuungskreis__________________________________________________ 33 4.3.5 Ausdehnung des Schärfentiefebereiches ________________________________ 35 4.3.6 Rayleighsche Schärfentiefe __________________________________________ 35 4.3.7 Einflussfaktoren der Schärfentiefe_____________________________________ 36 4.3.8 Vergleich der Schärfentiefe von Kameramodellen ________________________ 37
4.3.8.1 Profikamera _________________________________________________ 37 4.3.8.2 Kompaktkamera ______________________________________________ 38 4.3.8.3 Mobiltelefonkameras und PDA’s _________________________________ 38
4.4 Wundvermessung ____________________________________________ 39 4.4.1 Parallaxe_________________________________________________________ 39
4.5 Leuchtquellen________________________________________________ 39 4.5.1 Glühlampe _______________________________________________________ 40 4.5.2 Leuchtstofflampen _________________________________________________ 41 4.5.3 Tageslicht________________________________________________________ 42
4
4.5.4 Blitz ____________________________________________________________ 43 4.5.5 Reflexion und Streuung von Lichtstrahlen an Haut und Hintergrund __________ 44
4.6 Farbtemperatur ______________________________________________ 45 4.6.1 Normlichtarten ____________________________________________________ 48 4.6.2 Farbkontrast und subjektive Wahrnehmung der Farben ____________________ 49 4.6.3 Sehstörungen _____________________________________________________ 50
4.7 Farbraum ___________________________________________________ 51 4.7.1 CIE-Farbraum ____________________________________________________ 54 4.7.2 RGB-Farbraum ___________________________________________________ 55 4.7.3 CIE-Lab-Farbraum_________________________________________________ 56 4.7.4 Farbraumtransformationen___________________________________________ 58 4.7.5 Farbabstand ______________________________________________________ 59 4.7.6 Farbprofile und ICC-Farbmanagement _________________________________ 60
4.8 Kompressionsverfahren _______________________________________ 61 4.8.1 Motivation _______________________________________________________ 61 4.8.2 Stand der Technik _________________________________________________ 61 4.8.3 Fast-Fourier-Transformation (FFT) ____________________________________ 62 4.8.4 JPEG ___________________________________________________________ 62 4.8.5 Wavelet-Transformation ____________________________________________ 62 4.8.6 JP2 _____________________________________________________________ 63 4.8.7 Zusammenhang mit der natürlichen Wahrnehmung _______________________ 63 4.8.8 Kompressionsartefakte bei JPEG und JP2 _______________________________ 63
5 Material und Methode ________________________________________ 64
5.1 Literaturbeschaffung__________________________________________ 64
5.2 Verwendete Kameramodelle – Systeme___________________________ 65 5.2.1 Sony Ericsson P910i _______________________________________________ 65 5.2.2 Vodafone PDA____________________________________________________ 66 5.2.3 Canon G Serie (G6, G5, G3, G1)______________________________________ 66
5.2.3.1 Canon PowerShot G1 __________________________________________ 66 5.2.3.2 Canon PowerShot G3 __________________________________________ 67 5.2.3.3 Canon PowerShot G5 __________________________________________ 67 5.2.3.4 Canon PowerShot G6 __________________________________________ 67
5.2.4 Nikon ___________________________________________________________ 67 5.2.4.1 Nikon Coolpix 995 ____________________________________________ 67 5.2.4.2 Nikon D1X mit AF-S-Objektiv und Zusatzblitz______________________ 68
5.2.5 Übersichtstafel technische Details Kameras _____________________________ 69 5.2.6 Testen der Kamera _________________________________________________ 69
5.2.6.1 Auflösung ___________________________________________________ 70 5.2.6.2 Farbe_______________________________________________________ 71
5.3 Bildverarbeitungssoftware PC __________________________________ 72 5.3.1 Thumbs Plus 6.0___________________________________________________ 72 5.3.2 The Gimp ________________________________________________________ 72 5.3.3 Lurawave ________________________________________________________ 73
5.4 Voraussetzungen für Versuche und Bildserien_____________________ 74
5.5 Schärfentiefe_________________________________________________ 75 5.5.1 Versuchsaufbau technisch ___________________________________________ 75 5.5.2 Versuchsaufbau klinisch ____________________________________________ 76
5.5.2.1 Einfluss der Blendenzahl auf die Schärfentiefe ______________________ 76 5.5.2.2 Auswirkung der Objektiv-Motiv Distanz auf die Schärfentiefe __________ 78 5.5.2.3 Kameragrenzen der Schärfentiefe ________________________________ 78
5.6 Lineale zur Wundvermessung __________________________________ 79
5.7 Farbe_______________________________________________________ 80 5.7.1 Messung von Farben _______________________________________________ 80
5.7.1.1 Minolta Chromameter _________________________________________ 80 5.7.1.2 Gretac Spektrometer___________________________________________ 81 5.7.1.3 Software Profile Maker 5 _______________________________________ 81
5
5.7.2 Einfluss der Leuchtquelle____________________________________________ 82 5.7.3 Automatischer Weißabgleich_________________________________________ 84 5.7.4 Einfluss der Hintergrundwahl ________________________________________ 84
5.8 Kompressionsverfahren _______________________________________ 85 5.8.1 JPEG ___________________________________________________________ 85 5.8.2 JP2 _____________________________________________________________ 86 5.8.3 Kompressionsartefakte______________________________________________ 86 5.8.4 Fotoserie Kompression _____________________________________________ 86
5.9 Studien _____________________________________________________ 87 5.9.1 Probandenauswahl für die Studien Patientenfotos Televisite, Farbverschiebung und Kompression ____________________________________________________________ 87 5.9.2 Fachärzte und Bildbewertung ________________________________________ 88 5.9.3 Studie Patientenfotos Televisite_______________________________________ 88 5.9.4 Programm in Java zur Studiendurchführung _____________________________ 89 5.9.5 Technische Begutachtung am LCD-Monitor _____________________________ 89 5.9.6 Studie Farbverschiebung ____________________________________________ 90 5.9.7 Studie Fotoserie Kompression ________________________________________ 91 5.9.8 Auswerteverfahren_________________________________________________ 92
6 Untersuchungen _____________________________________________ 93
6.1 Versuchsreihen_______________________________________________ 93 6.1.1 Versuchsreihen Schärfentiefe_________________________________________ 93
6.1.1.1 Einfluss der Blendenzahl auf die Schärfentiefe ______________________ 95 6.1.1.2 Auswirkung der Objektiv-Motiv Distanz auf die Schärfentiefe __________ 95 6.1.1.3 Kameragrenzen der Schärfentiefe ________________________________ 96
6.1.2 Lineale zur Wundvermessung ________________________________________ 96 6.1.3 Fotoserie Farbverschiebung __________________________________________ 97 6.1.4 Einfluss der Leuchtquelle____________________________________________ 97 6.1.5 Automatischer Weißabgleich_________________________________________ 98 6.1.6 Einfluss der Hintergrundwahl ________________________________________ 99
6.2 Kompression_________________________________________________ 99 6.2.1 Kompressionsartefakte______________________________________________ 99 6.2.2 Fotoserie Kompression ____________________________________________ 100
6.3 Studien ____________________________________________________ 100 6.3.1 Studie Patientenfotos Televisite______________________________________ 100 6.3.2 Studie Farbverschiebung ___________________________________________ 103 6.3.3 Studie Fotoserie Kompression _______________________________________ 103
7 Ergebnisse _________________________________________________ 104
7.1 Patienten___________________________________________________ 104 7.1.1 Patientenfotos Televisite ___________________________________________ 104
7.2 Schärfentiefe________________________________________________ 105 7.2.1 Einfluss der Blendenzahl auf die Schärfentiefe __________________________ 105 7.2.2 Auswirkung der Objektiv-Motiv Distanz auf die Schärfentiefe______________ 108 7.2.3 Kameragrenzen der Schärfentiefe ____________________________________ 110 7.2.4 Zusammenfassung Schärfentiefe _____________________________________ 111
7.3 Lineale zur Wundvermessung _________________________________ 111
7.4 Farbe______________________________________________________ 113 7.4.1 Farbverschiebung_________________________________________________ 113 7.4.2 Einfluss der Leuchtquelle___________________________________________ 115 7.4.3 Automatischer Weißabgleich________________________________________ 120 7.4.4 Einfluss der Hintergrundwahl _______________________________________ 122
7.5 Kompression________________________________________________ 125 7.5.1 Kompressionsartefakte_____________________________________________ 125 7.5.2 Fotoserie Kompression ____________________________________________ 133
8 Diskussion _________________________________________________ 136
6
8.1 Zusammenhänge ____________________________________________ 137 8.1.1 Zusammenhang zwischen Wundformen und –typen ______________________ 137 8.1.2 Aspekte der Schärfentiefe __________________________________________ 138 8.1.3 Einfluss von Linealen______________________________________________ 140 8.1.4 Aspekte der Farbtoleranz ___________________________________________ 140 8.1.5 Einfluss der Leuchtquelle___________________________________________ 141 8.1.6 Aspekte zum Weißabgleich _________________________________________ 142 8.1.7 Aspekte zum Hintergrund __________________________________________ 143 8.1.8 Aspekte zu Kompressionsartefakten und Kompression____________________ 144
8.2 Fazit_______________________________________________________ 147
9 Zusammenfassung __________________________________________ 148
10 Ausblick_________________________________________________ 150
10.1 Akzeptanz__________________________________________________ 150
10.2 Rehabilitation_______________________________________________ 150
10.3 Technologie und Fortschritte __________________________________ 150
10.4 Zukünftige Entwicklungen ____________________________________ 151
11 Literaturverzeichnis _______________________________________ 152
7
1 Abkürzungs- und Begriffsverzeichnis
A/D-Wandler Analog-Digital-Umsetzer, wandelt analoge Eingangssignale in digitale Daten um
AWB Automatic White Balance
Bayer-Filter = Bayer-Matrix
Bayer-Matrix Farbfilteranordnung ähnlich einem Schachbrettmuster
Bayer- Sensor Fotosensor, mit Farbfilter überzogen, zu 50% aus Grün, und je 25% aus Rot und Blau bestehend
Blocking artifacts Blockartefakte
Blurring artifacts Auswaschungsartefakte
Byte Wertebereich 0 bis 255 Farben
CCD Charged-Coupled-Devices, Fotosensor
circle of confusion Unschärfe- oder Zerstreuungskreis
CIE Internationes Examen der University of Cambridge Chinese Institute of Electronics CIE-Normvalenzsystem
Chromatische Adaption
automatischer Weißabgleich des Auges
CIPA Camera and imaging products association, Organisation für Kamera Testrichtlinien und einheitliche Angaben
CMM Color Management Modul, digitaler Farbrechner
CMOS Komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter
CMYK Cyan, Magenta, Yellow, Key
Color distortion Farbverfälschungen
Color Sync-Profile Farbprofile angewandt innerhalb der Verwaltung und Transformation von Farbinformationen bei Macintosh
Color temperature Farbtemperatur
D Durchmesser
DCT Diskrete Cosinus-Transformation Tiefpassfilterung zur Redundanzreduktion von Bildsignalen
dh hyperfokale Entfernung
DIN Deutsches Institut für Normung
DLR Digitale Lumineszenz-Radiographie
DRG Diagnosis Related Groups, Diagnosebezogene Fallgruppen
D65 Normlichtart D (Daylight) mit 6500 Kelvin, entsprechend der Oberflächentemperatur der Sonne
EMS Enhanced Message Service, Dienst für die Kommunikation zwischen Mobiltelefonen
EXIF Exchangeable Image File Format
8
Eye-One-Pro Spektrometerkopf zur Messung von Farbwerten
F Brennpunkt
f Brennweite
Farbstich Farbnuance, Verschiebung einer Farbe zu einem anderen Farbwert
g Gegenstandsweite
Gamut Menge aller Farben die ein Gerät aufzeichnen oder wiedergeben kann
GPRS General Packet Radio Service, Paketorientierter Übertragungsdienst
GSM Global System for Mobile Communication, Standard für volldigitale Mobilfunknetze
H Wasserstoff
He Helium
Halbleiterarray Anordnung von Halbleitern als Bildsensor
HSCSD High Speed Circuit Switched Data, Erweiterung des GSM
HTML Hypertext Markup Language
ICC-Profile International Color Consortium, genormter Datensatz der den Farbraum eines Gerätes beschreibt
IEC International Electrotechnical Commission
IPTC Speicherung von Textinformationen zu Bildinhalten in Bilddateien
IR Infrarot
ISO International Standardization Organisation
ITU International Telecommunication Union, Internationale Fernmeldeunion
JAVA objektorientierte Programmiersprache der Firma SUN
JPEG Joint Photographic Experts Group, Standard für die verlustbehaftete Bildkompression
JPEG2000 Standard zur Bildkomprimierung, der auf der diskreten Wavelet-Transformation beruht und sowohl verlustfreie als auch verlustbehaftete Komprimierung ermöglicht
JP2 = JPEG2000
k Blendenzahl
K Kelvin
Kr Krypton
KB Kleinbildformat
kB Kilobyte
Lab L*a*b*-Farbsystem 1976 von der CIE-Kommission aus dem CIE-XYZ-Modell entwickelt. Es ist standardisiert, geräteunabhängig und baut auf der menschlichen Wahrnehmung auf.
LCD Liquid Crystal Diaplay
LED Leuchtdiode, elektronisches Halbleiter-Bauelement
9
LUT Look up table, Tabellen zur Umrechnung der gerätespezifischen Farbräume
Lx Lux
MgF2 Magnesiumfluorid
MB Megabyte
MMS Mensch-Maschine-Schnittstelle
MOS Medical Outcome Study
Ne Neon
PDA Personal Digital Assistant
PDF Portable Document Format, übertragbares Dokumentenformat
Pixel Digitaler Bildpunkt
Profile Maker 5 Programm zur Erstellung von ICC-Profilen für Ein- und Ausgabegeräte
RAW Rohdatenbildformat ohne Optimierung und Komprimierung
RGB- Farbraum Rot-Grün-Blau-Farbraum, additives Farbmodell, bei dem sich die Grundfarben RGB zu Weiß addieren
Ringing artifacts Krümmungsartefakte
T Farbtemperatur
Tablet-PC Ein PC bei der Eingaben über Stift oder Finger erfolgen
Telemetrie Fermessung
Televisite Produktname für die mobile telematische Wundbetreuung
TFT Dünnschichttransistor, Anwendung in Flüssigkristall-Flachbildschirmen
The Gimp GNU Image Manipulation Programm, professionelles Bildbearbeitungsprogramm
Thumbs Plus Software zur Bearbeitung von Bildern/Fotos
Thyristoren Elektronisches Bauteil als Mehrschichthalbleiter
TIFF Tagged Image File Format, Dateiformat zur Speicherung von Bilddaten
UMTS Universal Mobile Telecommunications System
USB Universal Serial Bus
UV Ultraviolett
VGA Video Graphics Array, Computergrafik-Standard, definiert bestimmte Kombinationen von Bildauflösung, Farbanzahl, sowie Wiederholfrequenz
WB White Balance, Weißabgleich
Weißabgleich dient dazu die Kamera auf die Farbtemperatur des Lichtes am Aufnahmeort zu sensibilisieren
YCbCr Das Farbmodell mit der Grundhelligkeit Y; Cb als Maß für die Abweichung von Grau in Richtung Blau, bzw. wenn der Wert kleiner ist in Richtung Gelb (Komplementärfarbe von Blau); Cr ist die entsprechende Maßzahl für die Abweichung in Richtung Rot bzw.
10
Türkis (Komplementärfarbe zu Rot).
Z Zerstreuungskreisdurchmesser
xyY Das xyY-Achsensystem bildet den Farbraum der Normfarbtafel des CIE-Farbsystems. x steht für die Rot-/Purpurachse, y für die Grünachse.Die nur in einer dreidimensionalen Ansicht darstellbare Y-Achse enthält die Angaben zur Helligkeit des jeweiligen Farbtons.
β Abbildungsmaßstab
δ Bildwinkel
∆d Schärfentiefebereich
∆E Farbabstand
11
2 Einleitung
Jährlich erleiden über 5 Millionen Menschen in der Bundesrepublik Deutschland
einen Verkehrs-, Haus- oder Arbeitsunfall. Die entstehenden Behandlungskosten
und Krankengelder betragen in etwa 25 Milliarden Euro.
Im Rahmen der Umsetzung der ökonomischen Zielsetzung des heutigen
Gesundheitssystems bietet sich die Televisite als eine zukünftige kostengünstige
Alternative an, um sowohl die stationäre Liegezeit von Patienten zu verkürzen, als
auch die ambulante Wiedervorstellung zur Routine-Wundkontrolle zu
vereinfachen. Eine optimale Farbtreue und Detailerkennbarkeit der digitalen
Wundaufnahme mit möglichst geringer Differenz zwischen Original und
Wiedergabe ist dabei unerlässlich für eine sichere und effiziente
Diagnosestellung.
Das JPEG–Bildkompressionsverfahren bietet dabei die Möglichkeit, digitale
Bilddateien in akzeptabler Informationsgröße zu speichern als auch zu versenden
und stellt somit ein Bindeglied zwischen digital gespeicherten Bilddaten und
Wiedergabemedien dar. Dabei versucht das Farbmanagement, die
Farbabweichungen zwischen verschiedenen Geräten (Digitalkamera, Monitor,
Drucker, etc.) auszugleichen. Im Vorfeld entscheidet die Auswahl des digitalen
Kamera-Modells bezüglich der Harmonie der einzelnen Teilkomponenten, wie
etwa des Objektivs und des Sensorchips, über die Qualität der Aufnahme,
insbesondere über die Grenzen der Schärfentiefenausdehnung.
2.1 Zielsetzung und Eingrenzung des Themas
Die vorliegende Arbeit setzt sich aus drei experimentellen Teilbereichen
zusammen. Sie soll zeigen, welche Möglichkeiten bestehen, die
Konstellationskette der digitalen Wundfotografie in der Televisite so zu gestalten,
dass die ärztliche Diagnose ein effizientes und sicheres Ergebnis zum Ertrag
erhält.
Folgende Fragen sollten möglichst weitgehend beantwortet werden können:
1) Im ersten Teil sollte erarbeitet werden, welchen Einfluss die Blendenvorwahl
und der Kameratyp auf die Ausdehnung der Schärfentiefe des interessierenden
12
Wundareals haben und ein Aufschluss über die Mindestanforderungen an das
Kameramodell für den Praxiseinsatz in der Televisite separiert werden. Eine
angrenzende Fragestellung soll bearbeitet und diskutiert werden, welchen
Einfluss auf die Schärfentiefe Fotoaufnahmen unter Abweichung aus der
Totalen haben.
2) Der zweite Teilbereich soll in einer Vergleichsserie zeigen, inwieweit ein
Grenzbereich der JPEG und JP2 Komprimierungsrate für die digitale
Wunddiagnose festgelegt werden kann und einen Vergleich herstellen
zwischen JPEG und dem aktuellerem JP 2.
3) Des Weiteren wird versucht, mit Hilfe von RGB-Farbraum Verschiebung
einen Toleranzbereich für die Modifikation innerhalb des Farbraumes für die
Wundbefundung zu ermitteln.
4) In weiteren kleineren Versuchsanordnungen soll die Fragestellung bearbeitet
werden, welche Maßnahmen eine Optimierung der Qualität digitaler
Wundfotos bewirken können. Auch in wieweit diese in dem medizinischen
und telemedizinischen Alltag praktikabel und sinnvoll anwendbar sind:
• Hierunter fallen die Anwendung von Hilfsmitteln wie Linealen zur
Nachhaltung der Größenverhältnisse des Motivs mit Darstellung
eines Vergleiches unterschiedlicher Linealtypen.
• Die Wahl des Hintergrundes: Differenzierung zwischen
kliniküblichen, auch ubiquitär einsetzbaren Unterlagen.
• Die Eignung von Kompresse und Pflaster für den automatischen
Weißabgleich.
• Die Auswirkung des Farbverteilungsspektrums unterschiedlicher
Leuchtquellen auf die Farbwiedergabe des Motivs.
3 Digitale Fotografie aus Sicht des Chirurgen
Von Interesse sind neben der Detailerkennbarkeit von Wundnähten,
Narbenbildung, Knoten, Fäden und evtl. Fremdkörpern auch kontrastreiche
Übergangsbereiche von z.B. Wundrändern, Schrauben bzw. Drähten zum
13
umliegenden Hautmantel und Schärfentiefenausdehnung und genauer
Tiefenausdehnung der Wundverhältnisse. Hier bietet sich fotografisch besonders
anspruchsvoll die Kombination aus Fixateur extern mit zugehöriger
Wundoberfläche aufgrund des zu überbrückenden Tiefenbereiches dar. Die
Farbtreue des fotografischen Abbildes, bedingt durch die Leuchtquellen im
Vorfeld sowie Sensorchip und Verwaltungssoftware, sollte dem Betrachter eine
sichere Diagnosestellung ermöglichen. Dies gilt besonders der Früherkennung
auftretender Wundkomplikationen, wie etwa Wund- und angrenzender
Weichteilentzündungen: Seröse, putride, phlegmonöse, hämorrhagische,
gangränöse Morphologien, auch Nekrosen des Gewebes. Folglich sind die
Zuordnung der Größenverhältnisse des abgebildeten Wundausschnittes von
Interesse.
3.1 Geschichte der Fototechnik
Das Phänomen der Camera obscura wurde als Lochkamera bereits durch Petrus
von Alexandria 1342 beschrieben, sowie von Leonardo da Vinci im späteren
Zeitraum (1452 bis 1519). Eine genauere Dokumentation der technischen
Anwendung der Lochkamera erfolgte durch Giovanni Baptista della Porta in
seinem Werk "Magia Naturalis". Erstmals 1550 und 1568 ist durch G. Cardano
und D. Barbaro der Einsatz von einer Blende und Linse beschrieben [40].
Danach nahm die Entwicklung der Fototechnik ihren weiteren Verlauf: Das erste
Objektiv mit veränderlicher Brennweite wurde erwähnt von Ignazio Porro 1851.
Im Jahre 1935 führte Carl Zeiss (Jena) MgF2 bedampfte Linsen ein, deren
verringerte Oberflächenreflexion die Transmissionsrate des Lichtes auf 97%
steigern konnte (Linsenvergütungsprinzip). Die Weiterentwicklung als
Zoomobjektiv wurde von R. Geißler 1952 veröffentlicht.
Die erste Kamera mit Blendenautomatik und eingebautem Belichtungsmesser
wurde 1938 von Kodak (Super Six 20) vertrieben.
Die früheste elektronische Verschlusssteuerung fand ihren Einsatz 1966 in der so
genannten "Praktika". Erst 1976 entstand eine Kamera (Canon AE-1), die eine
Steuerung durch einen zentralen Mikroprozessor erhielt. Ein Jahr später führte
Konica in das Modell C35 AF einen passiven Autofocus nach dem von 1976 von
14
Honeywell, USA, patentierten Visitronic-Verfahren ein. Die früheste marktreife
Digitalkamera mit lichtempfindlichem CCD-Chip (1969/70 von Bell Laboratories
erfunden) war die Canon RC-701.
Auch seitens der Farb- und Filmentwicklung ist ein historischer Werdegang
nachzu vollziehen: Im Jahre 1861 wurde seitens des Physikers J.C. Maxwell das
Prinzip des additiven Grundfarbenmodells (Rot, Grün, Blau) erforscht, das bis
heute Anwendung in den 3-Schicht-Farbfilmen (1932 als AGFA Color Farbfilm
eingeführt) findet. Das Polaroid-Sofortbild-Verfahren wurde 1947 von E.H. Land
vorgestellt, ab 1963 konnte der farbige Polaroid-Film erworben werden [20, 56,
64, 167].
3.2 Historische Entwicklung der digitalen Fototechnik in der
Medizin
1981 wurde von Fuji die digitale Lumineszenz-Radiographie (DLR) vorgestellt
als Verfahren zur Digitalisierung von Röntgenbildern. Statt Film und Folie wird
eine spezielle Kassette mit einer "Imaging Plate" (IP) in den Strahlengang
eingebracht. Das Einlesen in den Rechner erfolgt über einen Scanner oder eine
CCD-Kamera [110].
2001 publiziert Yamaguchi den Report über das Multispectrale-Kamerasystem für
den Einsatz in der Medizin und Telemedizin zur möglichst originalgetreuen
Farbwiedergabe der Hautoberfläche durch Messung des reflektierenden
Lichtspektrums [166].
Im Zeitraum von August 2001 bis September 2002 wurde eine Studie über
digitale Diagnostik von akuten und chronischen Wundheilungsstörungen an der
Universitätsklinik für Chirurgie am AKH Wien durchgeführt [159]. Ab September
2002 wurde innerhalb einer Studie im Rahmen der Televisite der
Forschungsgruppe TELTRA in Bochum die Kombination der Digitalkamera
Canon Power Shot G1 mit 3,3 Mega-Pixel-Sensor und ein mobiler PC (Monec
Voyager) mit Touch Screen sowie integriertem HSCSD Card Phone getestet
[128].
Das Department of Dermatology des University Hospital Geneva in der Schweiz
führte 2005 eine experimentelle Studie in der telemedizinischen
15
Wundkonsultation durch mit einem modernen Mobiltelefon mit integrierter
Digitalkamera [27].
3.2.1 Televisite
Die Televisite ist eine Methode der Visitation und Kommunikation zwischen Arzt
und Patient per moderner Digitalkamera, PC und Internetzugang [34]. Man
versteht hierunter eine zeitlich und räumlich entkoppelte Kommunikation
zwischen Arzt und Patient [19]. Hierbei erfolgt die weiterführende
Verlaufskontrolle der chirurgischen Wundheilung poststationär in Form von
„Heim-Konsultation“. Der Patient liefert anhand des mitgelieferten Equiqments
(Digitalkamera der Canon G Serie, mobilem PC mit integriertem multi-channel
HCSCD-Mobiltelefon, seit 2006 UMTS) Eigenaufnahmen seines
Wundausschnittes, welche via Internet durch den Behandler an anderer Stelle
abgerufen und begutachtet werden. Die bedienerfreundliche Benutzeroberfläche
lässt neben dem Datenaustausch von Bildern und Texten auch das Verschicken
von Sprach- und Videoaufzeichnungen zu. Somit erfüllt die Televisite die
Bedingungen, Routinechecks per Telekommunikation durchzuführen. Vorteile
liegen, aus gesundheitsökonomischer Sicht, in der Zeitersparnis und dem
geringeren Behandlungs- und Kostenaufwand [8, 50].
3.2.2 Medizinische Dokumentation
Die medizinische Wunddokumentation in Form von Bildern findet schon seit
längerem im stationären und operativen sowie pflegerischen Bereich Anwendung:
Bei akuten sowie chronischen Wunden, zur aktuellen Dokumentation als auch zur
Verlaufskontrolle, seit neuerem in digitaler Form [65].
3.3 Dermis
3.3.1 Anatomie der Haut
Das Integumentum commune bedeckt die gesamte Körperoberfläche. Es besteht
aus der Epidermis, dem Korium und der Subkutis. Die Epidermis ist die gefäßlose
äußere Begrenzung der Cutis. Sie ist ektodermaler Herkunft, bestehend aus
mehrschichtigem verhorntem Plattenepithel, deren Schichtdicke je nach
Körperregion variieren kann zwischen 30 µm bei geringen und 4 mm im Bereich
mechanisch besonders beanspruchter Körperstellen wie Hand- und Fußballen. Die
16
Haut imponiert neben der Oberflächengröße als Organ mit bis zu 1,8 qm
Ausdehnung beim Erwachsenen auch durch seine Stoffwechselaktivität. Die
Epidermis ist ein sehr regenerationslebhaftes Organ, ausgehend vom Stratum
germinativum. Dieses umfasst die Schichten des Stratum basale und des Stratum
spinosum.
Abb.: 1. Das Schaubild zeigt den Aufbau der Dermis [105].
Die unterste Grenze der Epidermis bildet das Stratum basale, bestehend aus den
Hauptschichten Lamina lucida und Lamina densa. Neben den prismatischen
Zellen enthalten diese Melanozyten, deren Melaninpigment die Hautfarbe
ausprägt. Eine restitutio ad integrum ist nur möglich bei Intaktheit der
Basalmembran unter Umgehung der Reparation. In einem Zyklus durchwandern
die Zellen die äußeren Schichten unter Verlust des Zellkerns und Veränderung
ihrer Morphologie, bis sie an der Epidermisoberfläche, dem Stratum corneum
abgeschilfert werden. Das vier- bis achtlagige polygonale Zellen enthaltende
17
Stratum spinosum sowie das ein- bis fünflagige Stratum granulosum bilden eine
Übergangszone, bevor die Keratinozyten unter Verlust ihrer Zellkerne in das
Stratum lucidum übergehen. Dieses ist nur an besonders breiten Stellen der
Epidermis ausgebildet.
Als gefäßloses Gewebe erfolgt die Ernährung der Epidermis über Kapillaren der
Gefäßplexen des Stratum papillare, das seinen Zufluss aus Arterien der Subkutis
bekommt, die sich im Stratum retikulare aufzweigen. Die Subkutis enthält als
Unterhautzellgewebe neben von Bindegewebe formierten Septen darin als
traubenförmige Zellhaufen eingelagert ein Großmaß des Körperfettanteiles.
3.3.2 Einteilung unterschiedlicher Hauttypen
Die humane Dermis wird je nach historischer Abstammung und geographischem
Herkunftstyp innereuropäisch in unterschiedliche Hauttypen [3, 4] eingeteilt (Tab.
1, Abb. 2).
Tab. 1 gibt drei Hauttypen eingeteilt nach Fitzpatrick wieder.
1. der germanische Typ: bräunt schlecht, immer Sonnenbrand, blonde,
blauäugige, hellhäutige Menschen
2. nicht näher
bezeichneter Typ:
bräunt gut, selten Sonnenbrand, dunkelblonde oder
braune Haare, braunäugig, mittelstark pigmentiert.
3. der mediterrane Typ: bräunt sehr gut, sehr selten Sonnenbrand,
dunkelhaarige, dunkeläugige, dunkelhäutige
Personen.
18
Abb.: 2. Darstellung unterschiedlicher Hauttypen nach Fitzpatrick: A: germanischer Hauttyp; B: nicht näher bezeichneter Hauttyp; C: mediterraner Hauttyp.
A
B
C
19
3.4 Wunde
3.4.1 Physiologie der Wundheilung
Der Prozess der Wundheilung nach chirurgischem Hautschnitt erfolgt in drei
Phasen: Der Inflammationsphase mit ihrer mehr oder minder ausgeprägten
Entzündungsreaktion innerhalb eines Zeitraumes von etwa fünf Tagen. Der sich
anschließenden fibroblastischen Phase bis zum 14. Tag mit erfolgender
Gewebeneubildung. Zuletzt der längsten Phase der Maturation, Wochen bis
Monate andauernd, in der die Gewebereifung stattfindet [108].
Zunächst infiltrieren Leukozyten, Plasmaproteine, Immunglobuline und Fibrin
den Ort der Hautschädigung. Aus Fibrin und Kollagen vernetzten
Fibronektinmolekülen bildet sich eine provisorische Matrix. Durch Einwanderung
von Leukozyten wird eine lokale Entzündungsreaktion in Gang gesetzt, deren
Folge die Umwandlung von Monozyten zu Makrophagen ist. Diese phagozytieren
Zell- und Gewebetrümmer. Im weiteren Verlauf bildet sich an der
Wundoberfläche ein so genannter Wundschorf als Schutzgrenze und Barriere zur
äußeren Umgebung. Dieser besitzt vorerst nur geringe Belastbarkeit.
Anschließend erfolgt die Phase der Granulationsgewebebildung, bei der aus den
umgebenden vitalen Gewebsbereichen der Wunde die Einwanderung von
Fibroblasten und Endothelzellen beginnt. Im Zuge deren Syntheseleistung entsteht
ein Granulationsgewebe an der Oberfläche der Wunde. Die Fibroblasten
übernehmen die Aufgabe der Kollagensynthese, mit deren Einlagerung die
Strapazierfähigkeit des Wundzusammenhaltes zunimmt. Ebenso erfolgt die
Bildung von Proteinen der extrazellulären Matrix. Die Endothelzellen
synthetisieren Bestandteile der Basalmembranen und sind, von den Kapillaren
ausgehend, an der Neoangiogenese beteiligt. Im weiteren Verlauf führen die
Myofibroblasten zu einer Kontraktion des Granulationsgewebes mit
Verkleinerung des Wundgebietes.
Innerhalb von Wochen wandelt sich das Granulationsgewebe zu einer
bindegewebigen Narbe um (aus Kollagenfasern Typ III) mit Untergang der
ansässigen Fibroblasten und Endothelzellen. Dieser Prozess dauert ein bis zwei
Jahre, wobei die Reißfestigkeit im Vergleich zum Ursprungsgewebe um 10 bis
30% reduziert ist [69, 109].
20
3.4.2 Wundheilungsstörungen
Die Primärheilung (lat. per primam intentionem) erfolgt durch Aneinanderfügen
bzw. Vernähen der Wundränder unter minimaler Narbenbildung (Abb. 3). Um
den Kriterien der primären Wundheilung nachzukommen, sollte der Eintritt des
Wundgeschehens jedoch nicht älter als 6 bis 8 Stunden sein. Vorraussetzungen
sind außerdem glatte Wundränder, Fremdpartikel- und Keimfreiheit. Die
Heilungsdauer beträgt je Lokalisation und Beschaffenheit der Wunde mehrere
Tage.
Abb.: 3. Darstellung des primären Heilungsverlaufes mit Wundnaht [155].
Seitens einer ungenügenden Adaptation der Wundränder verbleibt ein
ausgedehnter Weichteildefekt. Diese Sekundärheilung (lat. per secundam
intentionem) erfolgt langsamer als bei der Primärheilung vom Wundgrund her mit
Ausbildung von zunächst Granulationsgewebe. Aufgrund von bakterieller
Kontamination offen gelassene Wunden verheilen verzögert primär, bzw.
sekundär.
Typische Wundheilungsstörungen post operativ nach Wundnaht sind: Serome und
Hämatome, Nekrosen, Wunddehiszenzen und hypertrophe Narbenbildungen,
sowie Keloiden und Infektionen mit nachfolgender Entzündungsreaktion [16].
Hierbei ist den zuletzt genannten eine für die digitale Wundfotografie in der
Televisite besondere Beachtung zu schenken.
Pus besteht aus sich stark vermehrenden sowie bereits neutralisierten Bakterien,
weißen Blutkörperchen und abgestorbenen Zellen. Mit ihm sollen fremde Partikel
aus der Wunde gespült werden. Das Aussehen und die Menge des Pus können auf
das Vorkommen einer bestimmten Gruppe eines Erregers hindeuten. Am
häufigsten pyogene Wundinfektionen auslösend sind Abzeß bildende
21
Staphylokokken (gelblich, rahmiger Pus), die Gruppe der Streptokokken
(dünnflüssig, phlegmonös) und das Darmbakterium Escherichia coli. Bei
Infektionen mit Staphylokokken handelt es sich nicht selten um nosokomial
übertragene Keime. Hinzu kommt Pseudomonas aeruginosa (blau-grüner Eiter,
häufig bei Brandwunden). Ein weiterer pyogener Keim aus der Gruppe der
Fäulniserreger stellt Proteus vulgaris dar. Das Bakterium findet sich bevorzugt im
Erdreich oder auch dem menschlichen Stuhl. Bei Wundkontamination zersetzt es
Körperzellen. Das Körpergewebe erscheint schmierig und jauchig [134].
Als Gangrän [41] bezeichnet man chronische Wunden, die aufgrund von
arteriellen Durchblutungsstörungen entstanden sind. Wegen der
Durchblutungsstörung wird das Gewebe nicht mehr ausreichend mit Nährstoffen
versorgt und stirbt schließlich ab. Gangräne finden sich häufig bei arteriellen
Verschlusskrankheiten, auch als Folge des Diabetes mellitus.
3.4.3 Wundverschluss und Verband
Der Wundverschluss endet in der chirurgischen Wundoperation in der Regel mit
der Primärnaht. Da diese während der katabolen Wundheilungsphase erfolgt, in
der das Wundgewebe noch unter mangelnder Infektabwehr leidet, können hier
ganz besonders die in dem vorigen Abschnitt angesprochenen
Wundkomplikationen auftreten. Für die Primärnaht gilt: Die glatten, gut
durchbluteten Wundränder werden möglichst spannungsfrei adaptiert. Zuvor wird
die Wunde sorgfältig gespült, blutende Gefäße kauterisiert. Eine Redon-
Saugdrainage unterstützt den Heilungsprozeß durch Abführen von Wundsekret.
Den eigentlichen Zusammenhalt der Wundränder bedingt das Nahtmaterial bis
zum Erreichen der ausreichenden Eigenfestigkeit [42, 76].
Die in der chirurgischen Wundnaht bei den Versuchsreihen angewendeten
Polypropylenefäden sind je nach Reißfestigkeit in verschiedenen Fadenstärken
einsetzbar. Sie bieten den Vorteil der atraumatischen Nadel-Faden-Verbindung
und werden vom Organismus am Ende der Wundheilung resorbiert, durch
Hydrolyse der Polyglykolsäure zu Glykolsäure. Daneben müssen für die
biologische Anwendbarkeit weitere Kriterien erfüllt sein, wie die Sterilität und
Verträglichkeit mit dem Zielgewebe. Ersteres wird erreicht mit Äthylenoxid oder
Gammastrahlen. Das Zweite durch eine ausdrückliche Reizlosigkeit im Gewebe.
Zu den physikalisch vorteilhaften Eigenschaften von Kunststoffäden zählen das
22
Fehlen der Quellbarkeit, die ausgeprägte Reißfestigkeit und ihre Konstanz über
längere Zeiträume von bis zu mehreren Tagen und Wochen [59].
Nach erfolgter Hautnaht wird die Wunde mit einem sterilen Verband geschützt.
Hier in diesem Fall durch Fixomull befestigte sterile Mullkompressen, die sich
durch hohe Saugfähigkeit, geringe Tendenz zum Verkleben mit der Wunde und
geringe Hautsensibilisierung auszeichnen. Daneben fördert der Wundverband
durch die Regulierung des Gasaustausches, der Aufrechterhaltung von
Feuchtigkeitsstufen, der Wärmeisolierung und dem Zurückhalten von
Mikroorganismen den Heilungsprozess. Ein moderner Wundverband sollte in
seiner Anwendung einfach sein und keinesfalls toxisch wirken. Außerdem sollte
er keine Substanzen enthalten, die in die Wunde bzw. das Gewebe eindringen
könnten. Der Verband darf nicht mit dem Wundgrund verkleben und muss sich
leicht entfernen lassen. Er muss bakterienundurchlässig sein und ein feuchtes
Wundklima schaffen [77].
3.4.4 Kriterien der visuellen Wundbeurteilung
Die Beurteilung einer Wunde erfolgt nach den Kriterien der Ätiologie und
Lokalisation, dem Wundumfang und der Wundtiefe sowie der Einschätzung der
Wundränder und eventueller Unterminierung. Auch die Beurteilung des
Wundbettes und Exsudates geben Auskunft über Beschaffenheit der Läsion.
Tab. 2 Einteilungsstadien der Wundausdehnung [138].
Stadium I: Nicht verschwindendes Erythem der intakten Haut.
Stadium II: Partieller Verlust der Hautdicke unter Beteiligung der
Epidermis und/oder Corium und Subcutis.
Stadium III: Beteiligung der gesamten Hautdicke mit Schädigung oder
Nekrose des subcutanen Gewebes, mit Ausdehnung bis
höchstens zur Faszie.
Stadium IV:
Erfassung der gesamten Hautdicke mit ausgedehnter
Zerstörung, Gewebsnekrose oder Schädigung von Muskeln,
Knochen oder Stützstrukturen.
23
Daneben gilt es, den die Wunde umgebenden Haut- und Weichteilmantel nach
Zeichen von Farbverschiebungen (Rötung bei Entzündung, bläulicher Verfärbung
bei Hämatom) und ödematösen Veränderungen zu inspizieren. Um den Fortschritt
und die Qualität der Abheilung zu beurteilen, bieten sich Umfang und Tiefe der
Wunde an (Tab. 2). Dies gilt insbesondere für die Beurteilung der sekundären
Wundheilung [135].
Die Morphologie der Cutis im Bereich der Wundränder kann auf Störungen des
Heilungsprozesses hinweisen. Farblich sichtbare unphysiologische
Abweichungen, wie beispielsweise flächenhafte Rötungen, können auf eine
Wundinfektion mit Ausbildung eines Erythems hindeuten. Neben geröteten
Wundrändern kann wiederum ein blasser oder blaugrauer Randbereich auf einen
unterminierten Bereich hinweisend sein. Hingegen weißliche Wundränder lassen
an Mazerationen denken. In Arealen fehlender Haftung des Wundrandes am
Wundgrund können sich so genannte Wundhöhlen ausbilden, Unterminierungen,
die sich durch purpur oder graue Farbgebung von der Umgebung abgrenzen
lassen.
Der Wundgrund ist hinsichtlich Art und Qualität des vorhandenen Gewebes zu
begutachten. Nicht sehr tief reichende Hautdefekte bei Erhalt der Basallamina
regenerieren durch Epithelialisierung (physiologische, perlig-rosige Eigenfarbe).
Tiefere Gewebsdefekte über die Basalzellschicht hinaus finden natürlichen Ersatz
durch glänzendes, fleischiges, rotes Granulationsgewebe. Graue und purpurne
Verfärbungen des sich in der Granulation befindlichen Wundbettes gelten als
Anzeichen für eine die komplikationsfreie Regeneration störende mangelnde
Blutversorgung. Auch auf nekrotische Gewebsbestandteile ist zu achten.
Weißliche Fibrinbeläge deuten auf eine Gewebsneubildung hin. Eine eventuell
abgesonderte Menge an Wundsekret (Exsudat) kann schwach, mittelstark oder
auch stark, der Zustand der Absonderung purulent (auf bakterielle Infektion
hinweisend), blutig serös oder klar sein. Ebenso ist auf eine Wundkontamination
durch Fremdkörper zu achten [148].
3.5 Indikationen der digitalen chirurgischen Wundfotografie
Für die begleitende Dokumentation prä-, intra-, als auch postoperativ und als
Verlaufsdokumentation kann die digitale Wundfotografie als Einsatzbereich aus
24
Sicht des Chirurgen angesehen werden. Verwiesen sei hier auf den Einsatz
digitaler Fotografie schon seit längerem in der Dokumentation von chronischen
Wundverläufen. Zukünftig ist eine verstärkte Beachtung im Sinne der
forensischen Interessensvertretung zu erwarten. Nicht zuletzt stellt sie einen
Grundbaustein in der Telemedizin mit Zukunftsaussicht dar.
4 Theorie
4.1 Optische Abbildung
Für das weitere Verständnis der Versuchsreihe und Studie der Schärfentiefe sind
Kenntnisse aus der Optik, der Sehphysiologie und Fotografie sowie technischen
Effekten Vorraussetzung. Die wichtigsten in Zusammenhang mit den Versuchs-
reihen und Studien stehenden theoretischen Grundlagen sind im Folgenden näher
erläutert:
4.1.1 Geometrische Optik
Die Funktionsweise des Fotoapparates ist grob vergleichbar mit der des humanen
Auges: Das Bild eines Gegenstandes wird mittels Objektiv mit der Brennweite f
auf der Filmebene entworfen (Abb. 4). Die Lichtstärke ist proportional dem
Durchmesser D der Blendenöffnung, bzw. antiproportional zur Brennweite f [60].
Abb.: 4. Schematische Darstellung des Strahlenganges durch die Linse zur Filmebene [79].
4.1.1.1 Gegenstand, Bildgrösse, Abbildungsmaßtab
Gegenstand und Bildgröße in der geometrischen Optik stehen in einem direkten
Verhältnis (Abb. 5). Die Bildgröße wird angegeben in Bildpunkten (Pixel),
25
unabhängig von der Auflösung. Der Abbildungsmaßstab ist beschrieben als das
Verhältnis der Abbildungsgröße eines Objektes auf dem Sensor zur Größe des
Originalobjektes. Er ist mit kleiner werdendem Abstand zum Objekt und mit
Verlängerung der Objektbrennweite zunehmend (Abb. 5). Herleitung und
Berechnung siehe Schärfentieferechner von Baumann und Krause [12, 78].
Abb.: 5. Verhältnis von Gegenstandsgröße G zur Bildgröße B; g: Gegenstandweite; b: Bildweite; f: Brennweite; F: Brennpunkt; 1: Verlauf des Parallelstrahls zum Brennpunktstrahl; 2: Geradlinige Ausbreitung des Mittelpunktstrahls; 3: Verlauf des Brennpunktstrahls zum Mittelpunktstrahl [97].
4.1.1.2 Brennweite und Sensorgröße
Korrekt entspricht f (Kap. 3.1.1.1, Abb. 5) dem Abstand zwischen der
Aufnahmeebene (Sensor) und der Objektiv-Hauptebene (Abb. 6).
Normalobjektiven entspricht 50 mm, Weitwinkel kleiner als 50 mm,
Teleobjektiven größer als 50 mm Brennweite. Die Angaben sind bezogen auf das
Kleinbildformat (24 mm x 36 mm), da in der Digitalfotografie die Sensorgröße
sich mit der Entwicklung neuer Elemente ändert [17].
Abb.: 6. Das Schaubild veranschaulicht den Zusammenhang zwischen Sensorgröße und Brennweite und damit resultierendem Bildwinkel der Kamera [98].
26
Aus oben gezeigtem resultiert die nachfolgende Formel:
4.1.1.3 Numerische Apertur
Die Trennschärfe des Objektives hängt aufgrund der Beugung des Lichtes von der
Apertur ab, als Maß für die Lichtstärke des Objektives. Statt der numerischen
Apertur wird in der Fotografie auch die Blendenzahl angegeben. Gleichgerichtet
ändern sich die Auflösung, die Lichtstärke, der Öffnungswinkel und Z-Kontrast,
bei gegensinniger Schärfentiefen Ausdehnung [92]:
AN: numerische Apertur n: Brechungsindex des Mediums zwischen Objektivfrontlinse und Objekt α: Öffnungswinkel (auch Akzeptanzwinkel genannt).
4.2 Sehphysiologie, Fotografie
4.2.1 Linsenfehler
Die Linsenfehler spielen sowohl in der Optik als auch in der Funktionsweise des
menschlichen Auges bzgl. daraus resultierender Abbildungsfehler eine
bedeutende Rolle. Erwähnt werden sollen die sphärische und chromatische
Aberration, Koma und der Astigmatismus (Abb. 7). Die sphärische Aberration
(Öffnungsfehler) tritt durch unterschiedliche Beugung der Lichtstrahlen am Rand
(in etwa 5 Grad um die optische Achse) und mittig der Optik mit daraus
unterschiedlich resultierendem Brennpunkt auf. Die Folge ist ein
verschwommenes Abbild. Die chromatische Aberration bezeichnet Farbfehler,
bedingt durch die Abhängigkeit der Brechzahl von der Wellenlänge (Dispersion)
des Lichtes. Da das humane Auge seine Linsenbrennweite lediglich an eine
Wellenlänge des Spektrums des einfallenden Lichtes anpassen kann, werden
Farben mit stark divergierenden Wellenlängen als unangenehm empfunden.
Schräg zur optischen Achse einer Linse einfallende parallele Strahlen bedingen
eine asymmetrische Bündelung mit daraus resultierender Unschärfe, dem
sogenannten Koma. Der Astigmatismus bezeichnet unterschiedliche
27
Krümmungen der Linsenoberfläche mit daraus resultierender
Brennpunktlosigkeit. Am menschlichen Auge entsteht dieser durch die nicht
rotationssymmetriche Brechkraft der Hornhaut mit folgender Stabsichtigkeit.
Abb.: 7. Die Abbildung zeigt schematisch die Auswirkung von Linsenfehlern bei einer Linse [80].
4.2.2 Technische Effekte
In diesem Kapitel sollen nachfolgende in der digitalen Fotografie relevante
Begriffe näher erläutert werden:
Abb.: 8. Darstellung des Moiré-Effekt am Beispiel von Liniengittern, die sich um 5% unterscheiden [153].
28
1. Moiré Effekt
2. Kantenübergänge (Machsche Streifung oder Mach-Band-Effekt)
3. Auflösungsgrenze
1. Zu verstehen als mathematisch berechenbar auftretende Helligkeitsmodulation
bei Überlagerung von Rastern und Linien mit Entstehung neuer Linien,
insbesondere bei Bildern mit periodischen Strukturen (Abb. 8).
2. Die Wahrnehmung dieser Kantenübergänge erfolgt an Kontrastgrenzen
einheitlich gefärbter Flächen aufgrund der Verschaltung der Rezeptoren in der
Netzhaut (Abb. 9): Das Verhältnis rezeptiver Felder zu Rezeptoren beträgt in etwa
1:100. Das Resultat ergibt eine Verstärkung, bzw. in Abhängigkeit vom Ort der
Entstehung eine laterale Hemmung [94].
Abb.: 9. Darstellung des Mach-Band-Effektes [46].
3. Das Maß der Kamera für die Feinheit noch erkennbarer Strukturen kann mittels
Testzeichen bestimmt werden: Balkentest, Siemensstern, Foucault-Mire, ISO-
Testzeichen, DIN-Testfeld und andere. Ein möglichst hoher Kontrast spricht für
die jeweilige Optik. Untersuchungen des erstgenannten Testes ergaben, dass bei
einem Betrachtungsabstand von 25 cm, entsprechend der sogenannten deutlichen
Sehweite einer DIN-A4 Vorlage, die Auflösungsgrenze des humanen Auges bei
maximal 6 Linienpaaren pro mm (6 Lp/mm) liegt [9, 10].
4.2.3 Kamera
4.2.3.1 Digitalkamera
Die Funktionsweise der digitalen Kamera lässt sich in einen analogen und einen
darauf folgenden digitalen Arbeitsprozess gliedern: Gleich der analogen Kamera
werden Lichtstrahlen durch Linsen des Objektives gesammelt und auf die
„Filmebene“ fokussiert. Diese ist durch einen Sensor ersetzt, an dem proportional
zur Lichtintensität durch Photonen Elektronen freigesetzt werden. Die Spannung
29
entspricht der Helligkeitserscheinung des einzelnen Bildpunktes. Zuvor durchläuft
das Lichtstrahlenbündel einen Infrarot- und RGB-Filter. Der Digitalisierungschritt
erfolgt innerhalb des A/D-Wandler mit Diskretisierung, Quantisierung und
Farbinterpolation. Die anschließende Kompression erfolgt im TIFF- oder JPEG-,
neuerdings JP2-Format. Jedoch ist auch unkomprimiert im RAW-Format eine
Speicherung möglich.
4.2.3.2 Objektive
Die in der Fotografie verwendeten aus einer Kombination von Linsen und
spiegelnden Flächen bestehenden Objektive stellen ein sammelndes optisches
System dar: Eine reelle Abbildung, als dreidimensionales Bild eines Objektes,
erzeugend und in der Bildebene ablichtend. Zu unterscheiden sind aufgrund der
Brennweite die Supertele-, Tele-, Standard-, Weitwinkel-, Superweitwinkel- und
Fish-eye-Objektive. Je nach Konstruktion gibt es die Spiegeltele-, Tilt- and Shift-,
Autofokus- und Infrarotobjektive. Die Aufzählung beschränkt sich auf die in der
digitalen Fotografie gebräuchlichen. Eine Brennweite von 50 mm entspricht
einem Blickwinkel des menschlichen Auges von 46 Grad.
Nachfolgend sind die in den Versuchsanordungen genutzten Objektive kurz
erörtert: Teleobjektive haben eine Brennweite, die größer ist als die
Normalbrennweite (entspricht bei Kleinbildformat einem Objektiv mit einer
Brennweite von 50 bis 60 mm). Objektive mit kürzerer Brennweite dagegen
werden als Weitwinkelobjektive bezeichnet. Beide sind als Wechselobjektive
erhältlich. Zoomobjektive bewirken durch Verstellen von Linsensegmenten eine
stufenlose Veränderung der Brennweite der Optik und decken damit die Bereiche
von Weitwinkel- und Teleobjektiv ab. Der Makrozoom stellt eine Sonderform für
Nahaufnahmen dar. Die Zoomobjektive sind in der Regel fest in der Kamera
integriert.
4.2.3.3 Blendenzahl und Reihe
Die Blendenzahl k ist definiert durch:
k = Blendenzahl f = Brennweite D = Durchmesser der Blende
30
Darstellung der gebräuchlichsten Blendenzahlen siehe Tab. 3. Der Blendenwert
wird als das Verhältnis von Brennweite zu Öffnungsweite des Objektivs
(Bruchteil der Brennweite f), z.B. "f/2" angegeben. Die benachbarten Werte einer
Blendenreihe stehen in dem Verhältnis 1:1,4 (Also Wurzel aus 2). Somit steht der
Durchmesser der Blendenöffnung im entgegengesetzten Verhältnis zur
Blendenzahl. Damit ergibt sich, dass beim Wechsel von einer Blendenzahl zur
nächsten die Lichtmenge entweder halbiert oder verdoppelt wird, da die
Öffnungsfläche sich quadratisch ändert. Dementsprechend bleibt die Belichtung
gleich bei Verstellung der Blende um einen Wert und bei Änderung der
Verschlusszeit um einen entgegengesetzten Wert. Bei Zunahme um eine
Blendenstufe wird die Belichtungszeit zwecks Kompensation verdoppelt. Tabelle
3 zeigt im Normogramm die gebräuchlichsten Blendenzahlen.
Tab. 3 Darstellung der gebräuchlichsten Blendenzahlen (entsprechend dem international normierten Standard) mit zugehörigen Verschlusszeiten dar, bezogen auf das Kleinbildformat.
Blende 1,0 1,4 2,0 2,8 4 5,6
Verschlußzeit
1/4000 1/2000 1/1000 1/500 1/250 1/125
Blende 8 11 16 22 32 45
Verschlußzeit
1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2
4.2.3.4 Verschlusszeit
Sie ist die Belichtungszeit des Sensors in 1 pro Sekunde angegeben, analog zur
Blendenreihe (Kap. 3.2.3.3, Tab. 3).
4.2.3.5 Chromatische Adaption und automatischer Weißabgleich
Ein effizientes Werkzeug für das Farbmanagement stellt der Weißabgleich dar: Zu
unterscheiden sind vollautomatischer (englisch AWB, Automatic White Balance)
und manueller Weißabgleich. Ziel ist die Anpassung der Kamera an die
vorherrschenden Lichtverhältnisse (Kunst oder Tageslicht). Kernpunkt bildet die
Farbtemperatur der Leuchtquellen von Glühlampe und Neonlicht, oder dem
Sonnenlicht. Das Arbeitsprinzip besteht in der Streckung des Farbraumes des
Bildes in Richtung Weiß und damit der einzelnen Grundfarben (Rot, Grün und
31
Blau), bis das hellste Farbspektrum erreicht ist. Der Weißabgleich muss der
Situation entsprechend neu angeglichen werden. Hingewiesen sei auf Mischlicht-
Beleuchtung, z.B. Kunst- und Tageslicht. Zur Vermeidung eines „Farbstiches“
wird die Verwendung von Filterfolien empfohlen. Insbesondere hier ist ein
manueller Weißabgleich dem automatischen vorzuziehen. Weiterer Vorteil: Das
Motiv muss beim manuellen Weißabgleich keine weißen Elemente enthalten. Für
den korrekten Vorgang werden in der Digitalfotografie metameriefreie Graukarten
aus Papier oder Kunststoff empfohlen. Letztere können gereinigt werden und sind
aufgrund des durchgefärbten Materials oberflächenrobuster [152].
4.2.3.6 Sensor
Zu unterscheiden sind folgende Sensortypen, die Einsatz in der digitalen
Fotografie finden: Flächensensoren als Typ CCD-Sensor (Konica, Minolta,
Nikon, Olympus, Sony, Pentax, etc.), dem Sondertyp Super-CCD-Sensor
(Fujifilm) und dem CMOS-Sensor [55]. Die Registrierung erfolgt im One-shot-
Kamera- (alle 3 Grundfarben gleichzeitig), oder als Three-shot-Kamera-System
nacheinander.
Der CCD-Sensor (Charge-coupled Device) ist ein lichtempfindliches,
elektronisches Bauteil zur ortsauflösenden Messung der Lichtstärke (Abb. 10).
Dieser wurde in den 60er Jahren von Forschern der Bell Laboratorien in den USA
entwickelt. Die Technologie basiert auf dem photoelektrischen Effekt, wobei das
ladungskoppelnde Bauteil aus einer Matrix mit lichtempfindlichen Zellen
(Fotodioden) besteht. Die Anzahl der Dioden (300.000 bis zu 10 Millionen)
entspricht den Pixeln des aufgenommenen Bildes. Ihre Größe von 5 bis 20 µm
Kantenlänge bietet einen Kompromiss zwischen hoher Lichtempfindlichkeit und
zu geringer Auflösung. Nach Auskoppelung die der Lichtmenge proportionalen
Ladung einer jeden Fotodiode kann diese für weiterverarbeitende Prozesse
abgespeichert werden. Das Ausgangssignal ist hierbei seriell, bei zuvor
gleichzeitiger Belichtung aller Dioden. Für die Farbwiedergabe im RGB-
Farbraum sind die Zellen abwechselnd in unterschiedlicher Gewichtung mit Rot-,
Grün- und Blaufiltern versehen.
32
Abb.: 10. Schematische Darstellung der Struktur des CCD-Sensor-Elementes der Größe 1/1.8″ [95].
Mehrere different farbempfindliche Zellen ergeben somit den Farbpunkt, unter
Verlust der Farbauflösung auf ein Viertel der Graustufenauflösung. Diese wird
mittels mathematischer Interpolation der dazwischen liegenden Bildelementfarben
angehoben. Die Farb- und Helligkeitsinformationen werden mittels (Bayer-Filter-)
Algorithmus aus den einzelnen Pixeln entnommen. Die Weiterverarbeitung
mittels Frequenzanalyse im JPEG-Format reduziert die Datenmenge.
4.3 Schärfentiefe
4.3.1 Bildschärfe beim Sehen
Aufgrund der normalen Sehgewohnheiten empfindet ein Betrachter ein Bild als
scharf, wenn Linien und Kanten des Bildinhaltes klare Grenzen haben bzw.
bekannte Strukturen wieder zu erkennen sind. Der Begriff der so genannten
absoluten Schärfe aus der Optik würde voraussetzen, dass beispielsweise ein
Abstand von 1µm tatsächlich durch einen Punkt von der Größe eines µm
wiedergegeben werden würde. Allerdings besteht eine beträchtliche
Schärfentoleranz des menschlichen Auges beruhend auf dem Aufbau der Netzhaut
und Verteilung der unterschiedlichen Sehzellen, welche eine mangelnde
Trennschärfe mit sich bringt [131]. Die Abbildungsoptik lehrt uns, dass immer
nur eine Ebene ohne Tiefe scharf sein kann. Der Bereich vor und hinter der
Gegenstandsebene liegend, der noch als scharf wahrgenommen wird, entspricht
der Schärfentiefe (engl. depth of field).
Bei einer mittleren Betrachtungsdistanz von 30 cm und normalen
Lichtverhältnissen betrachtet unser Auge jede Fläche, die nicht größer als 1/10
mm ist, als scharfen Punkt. Der Schärfebereich, in der Fotografie als Schärfentiefe
bezeichnet, entsteht, weil ein Teil der Unschärfe vom Auge noch als scharf
33
wahrgenommen wird. Innerhalb der Schärfentiefe verliert sich die
Scharfzeichnung im Bereich der vorderen und hinteren Begrenzung mit
allmählichem und kontinuierlichem Übergang in die Unschärfe. Elemente, die auf
dem Bild das Ausmaß von 1/10 mm nicht überschreiten, werden als scharf, über
diesen Bereich hinausgehende als unscharf angesehen und führen zu einer
Verfremdung des Bildes.
4.3.2 Bildschärfe in der dokumentarischen Fotografie
In der medizinischen, wissenschaftlichen und dokumentarischen Fotografie wird
versucht, den Schärfebereich möglichst um die Ebene der zentralen Bildelemente
herum auszudehnen, da die Objekte häufig eine erhebliche Ausdehnung in der
Tiefe, bezogen auf den geringen Aufnahmeabstand haben. Der Hintergrund kann
dabei durchaus unscharf dargestellt werden. Um den Schärfebereich angeben zu
können, werden die Objektiv-Brennweite f in mm, die dimensionslose
Blendenzahl κ der verwendeten Arbeitsblende sowie der
Zerstreuungskreisdurchmesser Z in mm für die verwendete Kamera benötigt.
Wenn die Entfernung so eingestellt wird, dass entfernte Gegenstände scharf
abgebildet werden, kann die Entfernung zwischen Linse und Wiedergabeebene in
etwa als Brennweite der Linse bezeichnet werden [72].
4.3.3 Blende
Die Blende (engl. Aperture) regelt auf Grund der Variabilität des Durchmessers
den Lichteinfall durch das Objektiv und beeinflusst damit zum einen die
Bildhelligkeit, sowie in Abhängigkeit der Öffnung die Schärfentiefe.
4.3.4 Zerstreuungskreis
Der Bereich der Scharfzeichnung innerhalb der Schärfentiefe geht an seiner
vorderen und hinteren Begrenzung kontinuierlich und allmählich in die Unschärfe
über. Ein Lichtpunkt des jeweiligen Gegenstandes wird erst dann auf dem
Sensorchip als exakter Lichtpunkt wiedergegeben, wenn das Objektiv zuvor
genau darauf fokussiert worden ist. Ein wirklich scharfes Bild wird nur von einer
einzigen Gegenstandsebene erzeugt, von der alle Bildpunkte als absolut gleich
große Punkte auf dem Sensorchip widergespiegelt werden.
34
Abb.: 11. Darstellung der Bildpunkte eines Sensorchips. Der Zerstreuungskreis (grau) betrifft in der Regel mehr als einen Sensorpixel.
Demnach trifft die Spitze des vom Objektiv ausgehenden Lichtkegels im Idealfall
der Schärfe direkt den Sensor innerhalb eines einzelnen Pixels. Bei allen anderen
Punkten, die sich vor oder hinter der Gegenstandsebene befinden, wird die Spitze
des durch das Objektiv einfallenden Lichtkegels abgeschnitten oder über die
Oberfläche des Chips hinaus projiziert (Abb. 12). Es entsteht ein Unschärfe- oder
Zerstreuungskreis (circle of confusion), in der Optik auch Kaustik genannt (Abb.
11).
Der maximal erlaubte Durchmesser Z des Zerstreuungskreises beruht auf dem
Auflösungsvermögen des idealisierten, menschlichen Auges. Der Unschärfekreis
wird dann noch als Punkt vom menschlichen Auge realisiert, wenn diese
Kreisfläche unter einer Winkelausdehnung von ca. 2 Bogenminuten oder weniger
erscheint. Ab einem bestimmten Kreisdurchmesser auf dem betrachteten Bild
unter Berücksichtigung von Sensorabmessungen, Betrachtungsabstand und
Vergrößerungsfaktor wird dies daher als Unschärfe definiert. Der Wertebereich
für den Zerstreuungskreis Z eines Kleinbildfilmes (KB) liegt zwischen 0,025 und
0,035 mm. Für die Berechnungen von Z für andere Sensorformate ist es üblich Z
= 0,030 mm als Referenzzerstreuungskreis bei 35 mm Filmformat und Brennweite
f = 50 mm anzusetzen (Leica Standard ist 0,025 mm). Möchte man diese Größe
für eine beliebige Digitalkamera berechnen, erhält man in guter Näherung den
Zerstreuungskreisdurchmesser Z, indem der Wert 0,030 mm durch den vom
Hersteller angegebenen Objektivfaktor dividiert wird [101, 102, 132].
35
4.3.5 Ausdehnung des Schärfentiefebereiches
Abb.: 12. Das Schaubild stellt den Schärfentiefenbereich dar: Es zeigt anschaulich den Einfluss der Blendenöffnung (numerische Apertur) auf die Schärfentiefe [84].
Ein auf hyperfokale Entfernung eingestelltes Objektiv bildet alle Gegenstände, die
zwischen der hyperfokalen Entfernung und unendlich liegen, in guter Näherung
scharf ab. Die Schärfentiefe erstreckt sich dabei von der halben hyperfokalen
Entfernung bis „unendlich“. Die hyperfokale Entfernung dh entspricht der
Fokussierung auf den Punkt „unendlich". Um den Schärfentiefebereich angeben
zu können, muss zunächst diese hyperfokale Entfernung dh in mm vom
Linsenmittelpunkt aus den Kamerawerten berechnet werden:
Die Ausdehnung des Schärfentiefebereiches ∆d erstreckt sich vom Nahpunkt dn
(Entfernung ab vorderer Hauptebene des Objektives) bis zum Fernpunkt df. Ist der
Nahpunkt jenseits der hyperfokalen Nahdistanz, ist der Schärfebereich unendlich
groß [103].
4.3.6 Rayleighsche Schärfentiefe
Jede optische Abbildung ist zusätzlich auch durch die Beugung des Lichtes
begrenzt. Ein einzelner Punkt kann daher nur auf ein Beugungsscheibchen
(Airyscheibchen) abgebildet werden. Der maximale Zerstreuungskreis durch
Beugung an der Blendenöffnung ist durch den Abstand zweier benachbarter
36
Beugungsscheibchen definiert. Diese benachbarten Bildpunkte gelten nach dem
Rayleigh-Kriterium noch als separierbar, wenn die Intensität um 20% abfällt. Der
Durchmesser der Beugungsscheibchen ist abhängig von der Wellenlänge λ des
Lichtes, dem Brechungsindex n und dem Aperturwinkel u des abbildenden
Objektives. Die Rayleighsche Schärfentiefe lässt sich herleiten zu:
4.3.7 Einflussfaktoren der Schärfentiefe
Mehrere Faktoren beeinflussen den nutzbaren Schärfebereich. Das Schließen der
Blende dehnt die Schärfentiefe aus. Bei Abblendung verringert sich der Winkel
beider Strahlenbündel in Richtung Filmebene und führt zur Abnahme des
Durchmessers des Zerstreuungskreises (Z). Aufblenden bewirkt eine kürzere
Belichtungszeit bei geringerer Schärfentiefe. Bis an die durch die Wellennatur des
Lichtes gegebene Beugungsgrenze gilt: Je kleiner die Blendenvorwahl ist, desto
ausgedehnter erstreckt sich der Schärfentiefebereich.
Die Brennweite der Optik beeinflusst die Schärfentiefe folgendermaßen: Kurze
Brennweiten der Objektive ergeben einen Zuwachs der Schärfentiefe durch
Abnahme von Z. Weitwinkelobjektive mit Brennweiten kleiner als 50 mm
bezogen auf das KB Format erzeugen in der Regel eine größere Schärfentiefe als
ein Teleobjektiv. Wenn beispielhaft bei Wundaufnahmen nah fokussiert werden
soll (weniger als hyperfokale Entfernung plus Brennweite), ist der
Schärfentiefebereich auf wenige Zentimeter begrenzt.
Die Distanz des Motivs und der Zerstreuungskreis für die betreffende Sensorgröße
der Digitalkamera wirken sich ebenfalls auf die Schärfentiefe aus. Je größer die
Distanz zum Motiv (Dingweite), desto kleiner Z und zunehmender die
Schärfentiefe. Der Schärfebereich beginnt umso näher, je weiter weg fokussiert
wird. Je näher fokussiert wird, umso kleiner wird dieser.
Zusammenfassend ergibt sich aus geringer Brennweite, längerer Distanz zum
Motiv und kleiner Blendenöffnung ein ausgedehnter Schärfentiefebereich, mit
zulässiger Größe Z vom menschlichen Auge toleriert und unterem Grenzbereich
bei eintretender Beugung [87].
37
4.3.8 Vergleich der Schärfentiefe von Kameramodellen
In erster Näherung wird angenommen, dass sich die Flächeninhalte der
Unschärfekreise addieren. Nachfolgend wurden die Schärfentiefen einer aktuellen
Kompaktkamera, einer etablierten Profikamera und typischer VGA-Mobiltelefon-
Kameras exemplarisch berechnet. Es wurde eine Bildvergrößerung auf 24 cm
Kantenlänge (längere Kante) und der übliche 30 cm Betrachtungsabstand
angenommen. Diese Bildgröße entspricht in etwa auch der Darstellungsgröße auf
einem PC-Monitor, welcher Pixelgrößen zwischen 0,22 bis 0,26 mm aufweist. Die
Umrechnungsfaktoren der Objektive wurden auf die normale Brennweite von 50
mm KB bezogen. Optimale Schärfentiefebereiche von mehr als 5 cm für die
Wundfotografie sind in den Tabellen farbig hervorgehoben. Berechnung mit
Schärfetiefenrechner in Version 0.8.8 von Erik Krause (Kap. 3.1.1.1).
4.3.8.1 Profikamera
Tab. 4 Schärfentiefe und Abbildungsmaßstab einer Profikamera (Nikon D1X), hier mit KB äquivalenter Brennweite f = 50 mm und Umrechnungsfaktor 1,5, Seitenverhältnis des Sensorchip: 2:3, Betrachtungsabstand 30 cm, Zerstreuungskreisdurchmesser: 0,02 mm, eingerechneter Beugung und einer angenommenen Gegenstandsweite von 50 cm. Oberhalb von Blende f/26 tritt merklich eine Beugungsbegrenzung auf. Berechnet mit Schärfetiefenrechner in Version 0.8.8 von Erik Krause. Schärfentiefebereiche von mehr als 5 cm sind farbig hervorgehoben.
eingest. Weite.
f/1.4 f/2.0 f/2.8 f/4.0 f/5.6 f/8 f/11 f/16 f/22 Abb. Maßstab
25 cm 3,73 mm
3,88 mm
5,43 mm
7,71 mm
1,07 cm
1,49 cm
1.97 cm
2,5 cm
2,26 cm
1:6,5
50 cm 1,17 cm
1,68 cm
2,34 cm
3,33 cm
4,62 cm
6,44 cm
8,53 cm
11,37 cm
11,23 cm
1:14
75 cm 2,71 cm
3,87 cm
5,4 cm
7,67 cm
10,67 cm
14,91 cm
19,84 cm
26,65 cm
29,19 cm
1:21,5
1,0 m 4,87 cm
6,96 cm
9,72 cm
13,83 cm
19,27 cm
27,03 cm
36,2 cm
49,16 cm
54,11 cm
1:29
1,25 m 7,66 cm
10,96 cm
15,31 cm
21,82 cm
30,48 cm
43,67 cm
58,03 cm
80,01 cm
88,68 cm
1:36,5
1,5 m 15,86 22,18 cm
31,67 cm
44,39 cm
64,03 cm
85,93 cm
95,93 cm
1,21 m
1,35 m
1:44
38
4.3.8.2 Kompaktkamera
Tab. 5 Schärfentiefe und Abbildungsmaßstab für eine aktuelle Kompaktkamera hier Modell Canon PowerShot G Serie, bei Brennweite f = 16mm (entspricht f = 50 mm KB) und Umrechnungsfaktor 4.86. Seitenverhältnis des Sensorchip: 4:3, Betrachtungsabstand 30 cm, Zerstreuungskreisdurchmesser: 0,006 mm und eingerechneter Beugung sowie einer angenommenen Gegenstandsweite von 50 cm. Schärfentiefebereiche von mehr als 5 cm sind farbig hervorgehoben.
eingest. Weite
f/1.4 f/2.0 f/2.8 f/4.0 f/5.6 f/8 Abb. Maßstab
25 cm 3,78 cm 5,4 cm 7,24 cm 9,5 cm 1,15 cm Beugung 1:15
50 cm 1, 57cm 2,24 cm 3,0cm 3,94cm 4,75 cm Beugung 1:30
75 cm 3,56 cm 5,09 cm 6,83 cm 8,97 cm 10,83 cm 11,48 cm 1:45
1,0 m 6,37 cm 9,11 cm 12,22 cm 16,08 cm 19,43 cm 20,61 cm 1:62
1,25 m 10,0 cm 14,3 cm 19,2 cm 25,3 cm 30,6 cm 32,5 cm 1:77
1,5 m 14,4 cm 20,6 cm 27,8 cm 36,7 cm 44,5 cm 47,26 cm 1:93
4.3.8.3 Mobiltelefonkameras und PDA’s
Heutige Mobiltelefonkameras und PDA’s haben werkseitig noch ein Fixobjektiv
mit Brennweiten um f = 3,8 mm bis 4 mm, selten bis 6 mm. Bei einer
vorgegebenen Objektiveinstellung auf die hyperfokale Distanz von 1,9 m ist, bei
optimaler Blende von f/2,4 und dem für diese Abbildung berechneten
geometrischen Zerstreuungskreisdurchmesser von 0,002 mm, alles von 95 cm bis
unendlich scharf. Der Beugungskreisdurchmesser hat dann eine Ausdehnung von
0,0028 mm, ist dabei kleiner als die Größe eines Einzelpixels des 640 x 490
Punkte CMOS-Bildsensors. Lässt man daher einen maximalen geometrischen
Zerstreuungskreisdurchmesser von 0,0066 mm zu, so dass mindestens je ein
Bildsensor pro Farbe angesprochen wird, kann ein Schärfebereich für eine
Objektivapertur f/2,4 von 0,5 m beginnend bis unendlich erreicht werden.
Berechnungen zur Schärfentiefe und Abbildungsmaßstab ausgewählter VGA-
Mobiltelefonkameras siehe Tab. 6.
39
Tab. 6 Schärfentiefe und Abbildungsmaßstab typischer VGA-Mobiltelefonkameras, hier Modell Sony Ericsson P900 bzw. Vodafone PDA, bei kB äquivalenter Brennweite f = 50 mm und Umrechnungsfaktor 1,5. Das Seitenverhältnis des Sensorchips beträgt 3:2, der Betrachtungsabstand 30 cm, der Zerstreuungskreisdurchmesser 0,020 mm, sowie eingerechneter Beugung und einer angenommenen Gegenstandsweite von 50 cm. Oberhalb von Blende f/22 tritt merklich eine Beugungsbegrenzung auf. Berechnet mit Schärfentiefenrechner in Version 0.8.8 von Erik Krause. Schärfentiefebereiche von mehr als 5 cm sind farbig hervorgehoben.
Fest eingest. Weite
f/1.4 f/2.0 Abb. Maßstab
25 cm 2,02 cm 3,13 cm 1:15
50 cm 8,19 cm 11,78 cm 1:30
75 cm 18,63 cm 27,03 cm 1:194
1,0 m 33,55 cm 49,34 cm 1:259
1,25 m 53,29 cm 79,74 cm 1:324
1,5 m 178,28 cm 120 cm 1:389
4.4 Wundvermessung
Bei der Wundvermessung mit Linealen können unter bestimmten Vorraussetz-
ungen entsprechende Längenfehler bei der Ablesung auftreten, insbesondere gilt
dies für die Parallaxe.
4.4.1 Parallaxe
Unter der Parallaxe wird die scheinbare Änderung der Position eines beobachteten
Objektes durch eine Verschiebung der Position des Beobachters verstanden.
Erklärung: Die Parallaxe ist gleich dem Winkel, unter dem die Basislinie
zwischen den beiden Betrachtungsorten vom beobachteten Objekt aus erscheint.
Bei festem Winkel zwischen Basislinie und der Richtung zum Objekt ist die
Parallaxe umso größer, je näher das beobachtete Objekt und je länger die
Basislinie ist. Da der cos (60o) gleich 0,5 ist, beträgt der Messfehler bei einer
Schräglage des Maßstabes von 60 Grad zur Bildebene den Faktor 2. Das heißt, die
Strecke wird um die Hälfte verkürzt. Da der cos (25o) gleich 0,9 ist, beträgt der
Messfehler bei einer Schräglage des Maßstabes von 25 Grad zur Bildebene nur
10%. Bei kleinerer Winkelabweichung von bis zu 12 - 14 Grad liegt der
Längenfehler bei nur 3% [18].
4.5 Leuchtquellen
Jede technische Leuchtquelle besitzt eine endliche geometrische Ausdehnung. Im
Gegensatz zur technischen Optik, in der bevorzugt Punktstrahler (Glühfaden und
40
Lochblende) eingesetzt werden, wie etwa Scheinwerfer, Spektrometer, usw.,
kommen in der Fototechnik linienförmige Strahler (Leuchtstoffröhre, Blitzröhre)
und Flächenstrahler für eine gleichförmige Ausleuchtung des Motivs zum Einsatz.
An Flächenstrahlern finden Kombinationen von Reflektoren, Difusoren und
Linienquellen Gebrauch (z.B. Hintergrundbeleuchtung von TFT´s). Neuerdings
werden elektrodenlose Flächenstrahler mit Mikrowellenanregung (Philips) und
Halbleiterarrays (Osram) angewendet.
Als Leuchtquellen wurden bewusst solche gewählt, die in der täglichen Praxis und
Klinik sowie in Haushalten üblich eingesetzt werden. Dazu gehören die Lumilux
Leuchtstoffröhren von Osram: 830, 840 und 865 mit den Farbtemperaturspektren
von 3000 K, 4000 K und 6000 K. Zum Vergleich dienen handelsübliche
Glühlampen mit den Leistungen 60 Watt und 100 Watt jeweils mattiert, ebenfalls
der Marke Osram. Hierbei wurde berücksichtigt, dass solche Lampentypen in der
Praxis der Televisite sowie dem Einsatz der Fotodokumentation von Wunden im
operativen Bereich und Stationsalltag erwartungsgemäß überwiegend angewendet
werden. Es wurden außerdem die Empfehlungen des Lampenherstellers mit
einbezogen.
4.5.1 Glühlampe
Die Glühlampe besteht aus einem gasgefüllten Glas- oder Quarzkolben mit einem
Glühwendel oder Glühdraht, heute Wolframdraht (aufgrund höherer thermischer
Stabilität und Lichtausbeute), der zwischen zwei Stromzuführungselektroden
gehalten wird. Dieser wird durch Widerstandserwärmung, jeder Körper strahlt
oberhalb von 525˚ C Licht ab, mit elektrischem Strom zum Glühen gebracht
(2000 bis 3000 Grad Celsius). Lediglich 5 bis 10% der Energie wird in sichtbares
Licht (Warmweiß) umgewandelt (Abb. 13). Die Lichtausbeute beträgt 5 bis 15
Lumen/Watt.
41
Abb.: 13. Darstellung des Farbverteilungsspektrum der Osram Glühlampentypen [21].
4.5.2 Leuchtstofflampen
Bei Leuchtstofflampen handelt es sich um Niederdruck Gasentladungslampen, bei
denen die im Entladungsraum erzeugte, für das humane Auge unsichtbare UV-
Strahlung mit Hilfe von Leuchtstoffen (Phosphorbeschichtung der Innenseite der
Glasröhre, Abb. 14) in sichtbare Strahlung umgewandelt wird.
Abb.: 14. Schematischer Aufbau einer Leuchtstoffröhre [29].
Die Lebensdauer der Kathode begrenzt die Anwendungsdauer der
Leuchtstofflampe (10.000 h bis 15.000 h). Die Lichtausbeute beträgt 65 bis 95
Lumen/Watt. Die Lichtfarbwiedergabe ist verschieden (warmweiß, kühlweiß,
tageslichtweiß) [32].
42
Abb.: 15. Darstellung des Farbverteilungsspektrums der Leuchtstoffröhre Osram Lumilux 830 Warmwhite [22].
Abb.: 16. Darstellung der Verteilung des Farbspektrums der Leuchtstoffröhre Osram Lumilux 840 Coolwhite [23].
Abb.: 17. Darstellung des Farbverteilungsspektrums der Osram Lumilux 865 Daylight Leuchtstoffröhre [24].
4.5.3 Tageslicht
Das in unserer Umwelt vorkommende Licht besteht aus einer Mischung von
unterschiedlichen Wellenlängen des Lichtes der Sonne. Die Normlichtart D65
43
besitzt eine Strahlungsverteilung bei einer Farbtemperatur von 6500 K (D:
Daylight; Oberflächentemperatur der Sonne: T = 6504 K).
4.5.4 Blitz
Viele Kompaktkameras sind heutzutage mit einem eingebauten Computerblitz
ausgestattet. Die Entwicklung der ersten geregelten Elektronenblitzgeräte wurde
fast gleichzeitig in den 60er Jahren von den Firmen Honeywell und Rollei
vorgestellt. Computerblitze messen im Zusammenspiel mit der Kamera
zonenweise das vom Motiv reflektierte Licht durch das Objektiv, schalten den
Entladungsstrom beim Erreichen einer eingestellten Schwelle ab und steuern so
die Leuchtdauer des Blitzes. Die Belichtungsautomatik versucht die Belichtung so
einzustellen, dass die Aufnahme korrekt belichtet ist.
Während die Blitzzeiten bei ungeregelten Elektronenblitzgeräten um 1 ms liegen,
kann mit heutigen Thyristoren eine Abschaltung des Blitzes unter 20 µs erreicht
werden. Erst dies ermöglicht eine genauere Steuerung der Lichtmenge während
des Blitzvorganges. Die Maßzahl für die Lichtleistung eines
Elektronenblitzgerätes ist die Leitzahl. Sie ist das Produkt aus dem Abstand
zwischen Blitz und Motiv in Metern und der Blendenzahl des Objektivs.
Außerdem bezieht sie sich häufig auf die Filmempfindlichkeit ISO 100/21 und
Blendenzahl 1:1. Dieser Bezug ist jedoch nicht standardisiert. Die Helligkeit des
Blitzlichtes nimmt mit dem Quadrat des Motivabstandes ab.
Neben dem Einsatz als Hauptlichtquelle eignen sich Blitze als zusätzliche
Lichtquelle zum Aufhellen starker Kontraste und Schatten. Werden schattige
Teile des Motivs nur etwas erhellt, bleibt der Bildeindruck weiterhin plastisch.
Viele moderne Digitalkameras erkennen solche Situationen bereits im Automatik-
Modus und blitzen abhängig von den umgebenden Lichtverhältnissen. Die
Farbtemperatur von Elektronenblitzlicht ist der des Tageslichtes angepasst und
liegt um 6000 K. Extrem kurze Blitzzeiten führen zu einer Farbverschiebung ins
Bläuliche.
Sowohl beim Einsatz von Blitzlicht im Nahbereich (ca. 0,2 m bis 1 m) wie auch
bei Weitwinkelaufnahmen liefern Blitzdifusoren (Streuscheibe, Reflexschirm,
Softbox, etc.) homogeneres Licht. Zusätzlich reduzieren sie auch die abgegebene
Lichtleistung und ermöglichen eine bessere Regelung durch die
44
Belichtungsautomatik der Kamera. Im Makrobereich ist man fast immer auf
spezielle Kaltlichtquellen (Faseroptik) oder Ringblitzgeräte angewiesen.
Gegenüber dem Objektiv erzeugen asymmetrisch integrierte Computerblitze in
Kompaktkameras bei 3-D Motiven Schatten, welche erst einen plastischen
Eindruck vermitteln [44].
4.5.5 Reflexion und Streuung von Lichtstrahlen an Haut und
Hintergrund
In der optischen Wahrnehmung ist bei der Wechselwirkung von Licht mit nicht
idealisierten Oberflächen die Remission, Reflexion und Transmission des
Strahlenganges von Bedeutung. Erst durch die Streuung des Lichtes wird die
Betrachtung des Objektes aus unterschiedlichen Blickwinkeln möglich. Die
Dermis (Abb. 18) weist die Besonderheit der reflektierenden Schicht durch
Transparenz der obersten Hautanteile für bestimmte Wellenlängenbereiche (etwa
die Anwendung von Infrarotspektren in der Pulsoxymetrie) auf.
Material und Farbe des Hintergrundes, wie auch die Position und Abstrahlung der
Lichtquelle haben Einfluss auf die Farbwiedergabe des Objektes im Bild (Abb.
19). Es zeigte sich, dass stark absorbierende Hintergrundflächen (z.B. Schwarz)
den wenigsten Einfluss auf die Farbwiedergabe des Objektes haben. Da diese,
durch Beeinflussung der Kantenübergänge vom Objekt zum Hintergrund, die
Messkriterien der Autofokusfunktion übervorteilen, sind farbneutrale
Hintergründe vorteilhafter. Anforderungen an einen solchen Hintergrund sind eine
in allen Raumrichtungen homogen streuende, nicht periodische Oberfläche und
eine Reflektivität von unter 20% (z.B. Graukarten).
45
Abb.: 18. Schematische Darstellung eines Querschnittes durch die Dermis des Menschen. Von Interesse ist die inhomogene Oberfläche. Das Lot (Blau) zeigt an jeder Stelle eine unterschiedliche Neigung. Daraus folgt: Unter Beachtung des Reflexionsgesetzes werden alle einfallenden Strahlen des Lichtes (Rot) in alle möglichen Richtungen gestreut, z.T. erst nach mehreren Reflexionen.
Abb.: 19. Reflexion an der Oberfläche: Es ist zu beachten, dass neben dem Objekt der Hintergrund Reflexion bietet. Durch das Optische System bildet sich ein Teil der diffus zurückgestreuten Lichtstrahlung auf den gleichen Bildpunkt ab [156].
4.6 Farbtemperatur
Die Temperaturstrahlung eines Stoffes hängt ausschließlich von seiner
Temperatur ab, wenn dieser alle auf ihn fallende Strahlung absorbiert. Ein Licht,
das von einem „ideal schwarzen” Körper bei Erhitzen auf eine bestimmte
Temperatur durch ihn selbst ausgestrahlt wird, bezeichnet die Farbtemperatur.
46
Diese wird angegeben in K (Kelvin), bezogen auf den physikalisch absoluten
Nullpunkt (-273°C). Die Beschreibung der Lichtquelle erfolgt anhand des
Planck´schen Strahlers (Abb. 20).
Abb.: 20. Die Abbildung zeigt den schematischen Aufbau eines Planck´schen Strahlers [114].
Der schwarze Körper stellt einen idealen Körper dar, der im technischen Sinne
aus einem von innen geschwärzten Hohlkörper mit einer kleinen Öffnung besteht.
Bei dessen Erhitzen tritt aus der Öffnung eine Strahlung in Form von Licht mit
einem bestimmten Farbanteil aus, sich ändernd mit der Temperatur des Körpers.
Von allen Temperaturstrahlern besitzt dieser das höchste Emissionsvermögen, mit
einem von Temperatur und Wellenlänge unabhängigen spektralen
Emissionskoeffizienten gleich 1. In der Realität hingegen wird von dem
sogenannten grauen Körper Gebrauch gemacht: Das ist ein aus Titan bestehender
Körper, der die auf seine Oberfläche auftreffende Strahlung nicht vollständig
absorbiert und dementsprechend auch nicht die maximale Strahlung bei einer
gegebenen Temperatur emittieren kann. Er stellt eine Näherung dar, dessen
Absorptionskoeffizient ε zwischen 0 und der für den „idealen Körper“ geforderten
1 liegt und damit je nach Glühtemperatur eine Grauwertstufe annimmt. Das
Plancksche Strahlungsgesetz definiert die Strahlung des idealen schwarzen
Körpers mit:
Mit zunehmender Temperatur des schwarzen Körpers nimmt bei kürzeren
Wellenlängen die relative Intensität zu. Strahlung im Infrarotbereich wird von
einem niedrig temperierten Medium (kalten Körper) emittiert. Mit höherer
Temperatur fällt ein zunehmender Anteil der Strahlung in den UV-Bereich des
sichtbaren Lichtes (Abb. 21). Die Farbtemperatur von 3000 Kelvin steht für eine
warme rötliche Lichtfarbe, die Farbtemperatur von 6000 K für eine kalte,
tageslichtähnliche Farbe (Abb. 22).
47
Abb.: 21. Die Abbildung zeigt die Beziehung zwischen Farbtemperatur und Wellenlänge mit Verschiebung in den sichtbaren und UV-Anteil bei Zunahme der Farbtemperatur [25].
Ebenso unterliegen thermische Strahler (z.B. Glühlampen als graue Strahler) dem
Planckschen Strahlungsgesetz. Linienstrahler sind Lichtquellen, die nur Licht
bestimmter Wellenlängenbereiche emittieren. Spektrallampen (Gasentladungen)
strahlen ein charakteristisches Spektrum ihres Entladungsgases (H, D, He, Ne, Kr,
Ar, etc.) aus. Am bekanntesten ist die Natriumdampflampe der
Straßenbeleuchtung, die ihr monochromatisches, gelbes Licht aus einer darin
stattfindenden Gasentladung gewinnt. Die Wellenlänge dieses ausgestrahlten
Lichtes beträgt 589,0 nm bis 589,6 nm. Auch LED´s und Laserdioden sind
Linienstrahler mit einem engen Frequenzbereich. Zur Erzeugung weiß leuchtender
LED´s können mehrere solcher Dioden in einem bestimmten Mischungsverhältnis
gekoppelt werden, oder blau leuchtende LED´s mit einer internen Leuchtschicht
versehen werden, die einen Teil des blauen Lichtes in gelbes Licht umwandeln,
um so alle Spektralanteile zu erzeugen, die für weißes Licht erforderlich sind.
48
Abb.: 22. Einordnung einzelner Farbtemperaturen (Kelvin) innerhalb des CIE Lab.
4.6.1 Normlichtarten
Künstliche Lichtquellen (Glühlampe, Leuchtstoffröhren, Blitzlicht) zeigen als
Wärmestrahler eine ähnliche Strahlungsverteilung wie der Plancksche Strahler.
Der Normlichtart A ordnet man die Temperatur T = 2856 K zu (künstliche
Glühlampenbeleuchtung). Dem mittleren Tageslicht unter Ausschluss des UV-
Bereiches entspricht die Normlichtart C mit einer Farbtemperatur von T = 6774
K. Diese Art von Licht wird empfohlen für die Beurteilung von Objekten unter
modifizierten Bedingungen des Tageslichtes, etwa hinter Glasscheiben. Die
Normlichtart D65 bezeichnet die Strahlungsverteilung bei einer Farbtemperatur
von 6500 K (D: Daylight; Oberflächentemperatur der Sonne: T = 6504 K), als
internationale Norm, der das mittlere Tageslicht zugrunde liegt (Abb. 23). Diese
Variante des Tageslichtes beinhaltet die UV-Anteile und ist daher empfehlenswert
zur Objektbeurteilung unter reinen Tageslichtbedingungen. Die Beurteilung von
Bildverarbeitungsresultaten und von Farbvorlagen ist bei dem mittleren Tageslicht
entsprechender Beleuchtung als günstig einzustufen. Andere Strahler können eine
Farbe erzielen, die der des Planckschen Strahlers bei einer bestimmten
Temperatur gleicht. Damit kann man die Farbe dieses technischen Strahlers durch
die Temperatur des Planckschen Strahlers beschreiben, bei der dieser farbgleich
zu dem technischen Strahler erscheint: Die Angabe der Farbtemperatur bei
Leuchtstoffröhren entspricht nicht der eigentlichen Temperatur, sondern entsteht
durch Überlagerung des kontinuierlichen Spektrums und des Linienspektrums von
Quecksilber. Verwiesen sei auf diejenigen Lichtarten, die sogenanntes Kaltweiß
ausstrahlen, da diese wichtig für Farb- und Lichtmessungen sind. Hierbei handelt
es sich um Lichtquellen mit hohem spektralem Blauanteil, etwa natürliche
49
(Sterne, Sonne, etc.) mit Farbtemperaturen von > 5600 Kelvin, oder künstliche
(Entladungslampen, Bogenlampen z.B. Leuchtstoffröhre, Energiesparlampe, etc.)
[137].
(Sl)
(λ)
Abb.: 23. Darstellung der relativen spektralen Strahlungsverteilung (Sl), Strahlungsleistung (Watt) in Abhängigkeit von der Wellenlänge (λ). Die gelbe (kontinuierlich steigende) Kurve in obiger Grafik entspricht der Normlichtart A, die weiße (zackige) Kurve der Normlichtart D65 [120].
4.6.2 Farbkontrast und subjektive Wahrnehmung der Farben
Für die Farbgestaltung kann nur auf Erfahrungen zurückgegriffen werden. Diese
zeigen, dass zwischen bestimmten Farben große Kontraste bestehen. Die
menschliche Wahrnehmung orientiert sich vorzugsweise an einer kreisförmigen
Anordnung der Farben. Sehr bekannt sind der auf Beobachtungen beruhende
Farbkreis nach Isaak Newton (1643-1727) sowie die vier Graßmannschen Gesetze
[54] (Herrmann Günther Graßmann 1809-1877) zur Beschreibung von
Farbmischungen (Abb. 24). Bei der Additiven Farbmischung stehen sich die
Komplementärfarben im Farbkreis stets genau gegenüber. Nahe nebeneinander
angeordnete Farben weisen einen geringen Farbkontrast auf. Auch werden Farben
unterschiedlich hell wahrgenommen (Gelb wirkt heller als Blau). Manche Farben
50
erscheinen den meisten Menschen besonders harmonisch, andere wiederum
disharmonieren.
Abb.: 24. A: Newton’s Farbkreis (1704) mit den „künstlichen“ Farben magenta (M) und red-violet (rv). B: Farbkreis der Additiven Farbmischung mit Komplementärfarben, z.B. Gelb und Blau. Grundfarben bilden die Eckpunkte eines Dreiecks; Dreifarben Theorie erstmals 1801 von Thomas Young. Die warm-kalt Zuordnung erstmals von Charles Hayter 1813 [106].
Die bekannten Wirkungen von Farbe, Helligkeit und Kontrast als gestalterisches
Mittel der Malerei finden heutzutage auch in den digitalen Bereichen unter ergo-
nomischen Aspekten Verwendung, in denen gezielt die Verwendung bestimmter
Symbole oder Abläufe hervorgehoben werden soll. Der wohlüberlegte und ge-
zielte Einsatz von Helligkeitsunterschieden (Kontrast, von lateinisch contra "ge-
gen" und stare "stehen") wie Hell-Dunkel-, Kalt-Warm-, Komplementärkontrast
könnte die Erfassung von Bedieneroberflächen erheblich erleichtern. Die kulturell
unterschiedlichen psychologischen Farbwirkungen sollten hierbei Berücksichti-
gung finden [75, 113, 115].
4.6.3 Sehstörungen
Farbblindheit: Bei Farbenblinden sind eine oder mehrere Funktionen der
Photorezeptoren des Auges in ihrer Funktionsweise gestört (Tab. 7). Die
Häufigkeitsverteilung beläuft sich auf etwa 8% aller Männer bei sehr viel
seltenerem Frauenanteil. Das Vermögen der Farbunterscheidung ist bei diesem
Personenkreis geringer, insbesondere bzgl. der Farben Rot und Grün [61].
kalt
warm B A
51
Tab. 7 Häufigkeitsverteilung der Farbsehschwächen in der Bevölkerung [28, 86]:
Männer Frauen
Deuteromalie 5% 0,25%
Protanomalie 1% 0,01%
Deuteranopie 1% 0,01%
Protanopie 1% 0,01%
Weitere Sehstörungen sollen außer Acht gelassen werden, da keiner der
Probanden eine Farbsehschwäche sowie Fehlsichtigkeit aufgewiesen hat.
4.7 Farbraum
Die Retina des menschlichen Auges enthält sowohl Stäbchen (ca. 120 Mio.) für
die Farbwahrnehmung im roten, grünen und blauen Spektralbereich (419 nm: rot,
531 nm: grün, 558 nm: blau), als auch Zapfen (ca. 6 Mio.) für die
Helligkeitswahrnehmung mit einer maximalen Empfindlichkeit bei 550 nm (gelb-
grün). In diesem Spektralbereich bewegt sich die Tagessicht (Abb. 25). Die
Kombination der spektralen RGB-Verteilung ist eine Variante, Farben
auszudrücken. Für das Nachtsehen reagieren Rezeptoren des menschlichen Auges
mit höchster Empfindlichkeit im blauen Bereich. Es sei erwähnt, dass das
menschliche Auge nur etwa 40 Graustufen unterscheiden kann, wobei Übergänge,
die weit unter 1/40 dieses Wertebereiches liegen, über Kantendetektion in der
Retina erkannt werden können. Bis etwa 1100 nm im infraroten Bereich (IR) ist
der Mensch in der Lage, bei sehr starken Lichtquellen zu sehen. Das helladaptierte
menschliche Auge ist mit seiner spektralen Empfindlichkeit in DIN 5031 für
einen „Normalbetrachter“ tabelliert. Nach der Theorie von Young-Helmholtz ist
der Farbraum dreidimensional eindeutig beschrieben (trichromatisches System).
52
Abb.: 25. Darstellung der spektralen Farbverteilungskurven der Grundfarben nach CIE1931 Standard, mit den spektralen Bändern: Blau als „Violettblau“ (380 bis 490 nm), Grün als „Laubgrün“ (490 bis 590 nm), Rot als „Orangerot“ (590 bis 720 nm). Die Elementarfarben, als subjektiv „reine Farben“ empfunden, sind “Elementargelb” (ca. 574 nm), “Elementargrün” (ca. 503 nm) und “Elementarblau” (ca. 475 nm), sowie “Elementarrot” als eine Mischung aus der Wellenlänge 400 nm und 700 nm [119].
In einer Digitalkamera geschieht die ortsaufgelöste Messung der Lichtstärke mit
einem CCD- oder CMOS-Chip, bestehend aus einer Matrix lichtempfindlicher
Einzelpixel mit einer Kantenlänge von 5 bis 20 µm. Für Farbaufnahmen werden
benachbarte Pixel alternierend mit Farbfiltern Rot, Grün und Blau versehen
(Bayer-Matrix). Da das menschliche Auge für Grüntöne empfindlicher ist, werden
50% grüne Sensorpixel prozessiert. Hierdurch verringert sich allerdings die
effektive Auflösung [139].
Abb.: 26. Additiver Farbenkreis [36].
Da innerhalb einer Computergrafik die gesamten Farbnuancen durch Mischen von
Grundfarben entstehen, wird unterschieden zwischen additiver und subtraktiver
Farbmischung [118]. Bei ersterer werden beleuchtete Lichtquellen verschiedener
Farben überlagert (Abb. 26). Mit einem VGA-Chip mit 640 x 480 Pixeln erhält
53
man maximal 380 x 260 Bildpunkte mit Farbinformationen (RGB-Farbmodell).
Für digitale Bilddaten eignet sich daher das Additive-RGB-Farbraumsystem. In
diesem 3-achsigen RGB-Koordinatensystem wird jede Farbe durch den jeweiligen
Rot-, Grün- und Blauanteil beschrieben. Weit verbreitet ist die sogenannte 24-Bit-
True-Color Darstellung, bei der je 256 diskrete Abstufungen zugeordnet werden
(0 für die geringste, 255 für die höchste Intensität).
Die ersten reinen Mischfarben der Primärfarben des additiven Modells (im
Verhältnis 1:1) werden Sekundärfarben (Komplementärfarben) genannt: Cyan
(Cyanblau), Magenta (Magentarot) und Yellow (Optimalgelb). Hinzu kommen
Schwarz und Weiß. Alle folgenden Mischfarben werden als Tertiärfarben
bezeichnet. Das menschliche Auge ist in der Lage, über die Mischung der
Farbreize ca. 5 Millionen Farbnuancen zu unterscheiden. Dies ist damit zwar
weitaus höher im Vergleich zu der reduzierten 256 Farbpalettendarstellung,
allerdings doch verhältnismäßig geringer zu dem theoretischen Wert von 16,7
Millionen Farben im Truecolor-Bild. Um einen Farbraum zu erhalten, in dem
gleiche geometrische Abstände gleichen empfindungsgemäßen Abständen
entsprechen, wurde der CIE-Lab eingeführt, welcher in RGB transformiert
werden kann. In diesem Farbraum sind die MacAdam-Ellipsen annähernd
gleichgroße Kugeln. Als Farbabstand wird der empfindungsgemäße Abstand
zwischen zwei Farborten bezeichnet. Die DIN 53230 gibt eine relative
Bewertungsskala an: Für 1 < ∆E < 2 treten nur sehr geringe, in der Regel nur von
einem geschulten Auge erkennbare Abweichungen auf. Angewandt auf den RGB-
Raum benötigt man somit maximal 160.000 Einzelfarben pro Wundbild.
Abb.: 27. Prinzip der subtraktiven Farbmischung [15].
Die Bestimmung der Farbe als dreidimensionale Größe ist durch das 1.
Graßmannsche Gesetz berechenbar, die Beziehung der Farbvalenz (Vektoren des
Farbraumes) zum Farbempfinden durch das zweite dieser Gesetze beschrieben.
Der Bereich, alle durch Farbmischung der Primärvalenzen darstellbaren Farben
54
einschließend, ist der sogenannte Farb-Gamut. Bei dem Modell der subtraktiven
Farbmischung spielen Absorption und Reflexion von Licht eine Rolle.
Körperfarben senden selber kein Licht aus. Allerdings reflektieren sie, ausgehend
von weißem Licht durch Entziehen von Farben, Licht von einer Lichtquelle (Abb.
27). Farbe ist für den betrachtenden Menschen nach dem ersten Graßmannschen
Gesetz eine dreidimensionale Größe. Hiernach ist es möglich, mit lediglich drei
unabhängigen Farbtönen durch innere oder äußere Farbmischung jede beliebige
andere Farbe darzustellen. Folglich sind Farbtöne dann voneinander unabhängig,
wenn keine Mischung von jeweils zwei dieser Valenzen die dritte ergibt.
4.7.1 CIE-Farbraum
Abb.: 28. Darstellung des xyY-Systems [82, 161]. Das farbige Feld steht symbolisch für alle für das menschliche Auge sichtbaren Farben. (CIE-Normvalenzsystem nach Rösch). Ausschnitt A: Die graue Linie kennzeichnet symbolisch den CMYK-Farbraum, die schwarze den RGB-Farbraum, welche sich innerhalb des parabelförmigen xyY-Farbraumes befinden.
A
55
Eine Farbe wird eindeutig definiert anhand dreier Normfarbwerte (XYZ)
zusammen mit dem Beobachterwinkel. Die CIE (Commission Internationale de
L'Eclairage) führte hierzu im Jahre 1931 eine Testreihe zur Definition des
sogenannten "2-Grad-Normalbeobachters" durch. Als Vorlage diente eine
Farbfläche, die mit einem Blickwinkel von 2 Grad gesehen wurde. Durch einen
weiteren Test im Jahre 1964, mit geändertem Blickwinkel von 10 Grad und einer
entsprechend größeren Farbfläche, entstand die Definition des "10-Grad-
Normalbeobachters". Somit entstand aus dem durchschnittlichen Farbempfinden
vieler Testpersonen ein "Normalbeobachter" als Grundlage für die Farbmetrik und
letztlich das geräteunabhängige CIE-XYZ-Farbmodell mit dem 2°- und 10°-
Normalbeobachter. Es wurde eine Norm festgelegt anhand der
Normspektralwertfunktionen, die wiederum besagt, wie die Zäpfchen eines
durchschnittlichen Menschen auf (RGB-) Farbreize reagieren (Abb. 28) [49, 136,
164].
4.7.2 RGB-Farbraum
Die Bezeichnung RGB steht für ein additives Farbmodell, bei dem die
Grundfarben Rot, Grün und Blau (englisch Red, Green, Blue) zu Weiß addiert
werden (Lichtmischung). Demnach wird eine Farbe durch drei Werte des Rot-,
Grün- und Blauanteils beschrieben. Hierbei können die Farbanteile zwischen 0%
und 100% variieren. Die Form des RGB-Farbraumes ist die eines Würfels, an
dessen Ecken die genannten Primärvalenzen Rot, Grün und Blau festgelegt sind,
bezeichnend virtuelle Primärvalenzen mit den Angaben X, Y, und Z (Abb. 29).
Abb.: 29. Dreidimensionale RGB-Farbraumwürfel als lineare Abbildung [83].
56
Die Umrechnung der RGB-Werte in die XYZ-Werte findet dabei nach folgenden
Gleichungen statt:
X = + 2,36460 R - 0,51515 G + 0,00520 B
Y = - 0,89653 R + 1,42640 G - 0,01441 B
Z = - 0,46807 R + 0,08875 G + 1,00921 B
Mit:
X: virtuelles Rot,
Y: virtuelles Grün
Z: virtuelles Blau
Die True Color Darstellung der Grafikkarten (seit Mitte der 90er Jahre) erfolgt mit
einem Farbanteil (jeweils ein Byte = Wertebereich jeder 0 bis 255 Farben) mit
256 * 256 * 256 = 16.777.216 unterschiedlichen Farben. Zu beachten sei, dass der
Nutzungsbereich des RGB-Farbraumes von digitalen Bilddaten sich lediglich auf
die Darstellung am Bildschirm beschränkt. Für den professionellen Druck (z. B.
Offsetdruck, Siebdruck, Digitaldruck) hingegen müssen die Bilddaten im CMYK-
Farbmodell dargestellt werden [143].
4.7.3 CIE-Lab-Farbraum
Eine Weiterentwicklung des CIE-Farbraumes stellt das CIE-Lab-Farbsystem
(Abb. 30) von 1976 dar. Es basiert auf dem Lab-Farbraum mit Berücksichtigung
der drei Farbwerte L* (Helligkeit: 0 = Schwarz, 100 = Weiß), a* (Rot-Grün-
Achse), b* (Gelb-Blau-Achse).
Abb.: 30. Schematische Darstellung des CIE-Lab-Farbraummodells [140].
57
Es ist das bedeutendste, näherungsweise visuell gleichabständige Farbsystem, mit
zahlenmäßig annähernd gleich großen visuellen Farbabständen in den einzelnen
Farbnuancen. Hier werden gleiche Differenzen bei verschiedenen Farbtönen als
empfindungsgemäß in etwa gleich beurteilt. Die CIE-Normfarbtafel wurde
verzerrt, um zu einem Farbraum zu gelangen, innerhalb dessen gleiche
geometrische Abstände den gleichen empfindungsgemäßen Abständen
entsprechen.
Aus der mathematischen Transformation wurden die Farbräume CIE-Luv
(Anwendung bei der Lichtfarbenbewertung von Scannern und Monitoren) und
CIE-Lab (Nutzung zur Bewertung von Körperfarben) abgeleitet und die
unterschiedlich großen MacAdam-Ellipsen in annähernd gleichgroße Kugeln
umgewandelt. Schließlich entsprechen die geometrischen Abstände annähernd
den empfindungsgemäßen Abständen. Der Vorteil gegenüber dem reinen XYZ-
Farbmaßsystem liegt in der Anlehnung an die physiologischen Eigenschaften der
menschlichen Wahrnehmung ohne schwerpunkthafte Orientierung an den
physikalischen Messgrößen. Innerhalb des XYZ-Systems werden die Abstände
mit zunehmender Buntheit geometrisch größer als der vom Auge
wahrgenommene Unterschied. Im Gegensatz hierzu entsprechen den visuell
wahrgenommenen Abständen die geometrisch berechenbaren Abstände zweier
Farborte im Lab-System.
Neben der visuellen Gleichabständigkeit liegen weitere Vorteile in der Buntheit
(statt der Sättigung) und der Helligkeit (statt der Remission). Die Bestimmung
eines Farbpunktes kann anhand der Farbachsen vorgenommen werden:
• -a* - +a* = Grün - Rot
• -b* - +b* = Blau - Gelb
• L* = Helligkeit (0 = Schwarz, 100 = Weiß)
Zur eindeutigen Zuordnung des Farbortes dienen die drei Kenngrößen:
• Farbton H* (Hue), als Richtung vom Unbuntpunkt (Winkel),
• Sättigung C* (Chroma), als Entfernung vom Unbuntpunkt,
• Helligkeit L* (Luminanz), als Ebene im Farbkörper.
58
Der Farbabstand (∆E) zweier Farborte im CIE-L*a*b*-System berechnet sich
nach DIN 6174 wie folgt:
Der Farbabstand (Maßeinheit E) definiert sich als empfindungsgemäßer Abstand
zwischen zwei Farborten. Die DIN 53230 gibt eine relative Bewertungsskala
(Tab. 8) für visuelle Abmusterung an.
Tab. 8 Farbunterschied ∆E, Beurteilung nach DIN 53230.
∆ELab zw. 0 und 1 Normalerweise nicht sichtbare Abweichung.
∆ELab zw. 1 und 2 Sehr geringe, in der Regel nur von einem geschulten Auge erkennbare Abweichung.
∆ELab zw. 2 und 3,5 Mittlere Abweichung. Auch bereits von einem ungeschulten Auge erkennbar.
∆ELab zw. 3,5 und 5 Deutliche Abweichung.
∆ELab über 5 Starke Abweichung.
4.7.4 Farbraumtransformationen
Die Umrechnung vom CIE-Lab- in den RGB-Farbraum, bezogen auf heutige
Monitore, lautet wie folgt: In Abhängigkeit von L, a und b findet man Werte von
den Primärvalenzen X, Y und Z:
Für Xn, Yn und Zn setzt man folgende Werte ein (D65-Norm):
59
Die RGB-Werte erhält man schließlich durch Lösen der folgenden Matrizen-
Gleichung:
Von dem Ergebnis muss noch eine Potenz berechnet werden, wobei man für den
Exponenten eine Gamma-Helligkeitskorrektur einsetzt. Für die meisten Monitore
gilt: Gamma = 0.5. Zum Schluss müssen die Werte mit 255 multipliziert werden,
um die RGB-Werte zu erhalten.
4.7.5 Farbabstand
Der Amerikaner MacAdam untersuchte in zahlreichen Tests das Phänomen, das
bei CIE-Normfarbtafeln auftritt, dass zahlenmäßig gleich große Farbabstände
(∆E) bei unterschiedlichen Farbtönen (Bunttönen) vom Menschen nicht als gleich
groß empfunden werden. Nach ihm sind die so genannten MacAdam-Ellipsen
benannt, die Farbbereiche definieren, bei denen visuell kein Farbunterschied zu
erkennen ist (Abb. 31).
Abb.: 31. Darstellung der MacAdam-Ellipsen innerhalb der CIE-Normfarbtafel [99].
60
Der Farbabstand ∆E errechnet sich aus den Koordinaten von zwei Farborten.
4.7.6 Farbprofile und ICC-Farbmanagement
Die Farbwiedergabeeigenschaften eines Scanners, Druckers oder Monitors
werden durch das Farbprofil beschrieben. Somit sind darin alle Farben enthalten,
die ein Drucker oder Monitor wiederzugeben in der Lage ist. Die Gesamtheit der
Farben des jeweiligen Gerätes wird als Farbraum oder Gamut bezeichnet. Das
International Color Consortium (ICC) [30] ist eine Vereinigung, die Mitte der
neunziger Jahre einen ICC-Standard für Farbprofile festgelegt hat, der bis heute
im Farbmanagement etabliert ist. Ein Vorteil besteht in der
plattformübergreifenden Einsetzbarkeit sowohl auf dem Mac (ColorSync-Profile)
wie auch auf dem PC (ICM 2.0). Die Farbprofile und der Farbrechner (CMM), die
Farbtransformationen übernehmen, sind feste Bestandteile dieses Systems (Abb.
32). In den erstgenannten sind Matrizen oder Tabellen (Look-Up-Table, LUT) zur
Umrechnung der gerätespezifischen Farbräume (RGB bei Monitoren und
Scannern oder CMYK bei Druckern) in einem geräteunabhängigen Farbraum
vereint. Angemerkt sei, dass die meisten Anwendungen aus DTP und
Bildbearbeitung mittlerweile das Farbmanagement mit ICC-Profilen unterstützen.
Wie eigene Tests mit einem Toshiba Notebook (16 Bit shared memory
Grafikkarte) eröffneten, liegt die Mindestanforderung an die Grafikkarte bzgl. der
Farbprofilierung höher als 16 Bit. Somit ergaben unsere Tests, dass
Voraussetzungen für die Einbindung des ICC-Farbprofiles an die Grafikkarte
mindestens 24 Bit True Color und ein Grafikship mit look up table darstellen. ICC
wird sowohl von Windows ab 2000 und Linux ab Suse 9.0 unterstützt [154].
61
Abb.: 32. Die Darstellung skizziert den Einbindungsprozeß des ICC-Farbmanagements von der Eingabe bis zur Ausgabe. In der Grafikkarte sollte das Ablegen von ICC-Farbprofilen möglich sein [68].
4.8 Kompressionsverfahren
4.8.1 Motivation
Den weitaus größten Anteil an der gesamten Datenmenge einer Televisitesitzung
belegen die Bildübertragungen, gefolgt von den Audioaufzeichnungen. Um die
Übertragungszeit und Übertragungskosten über mobile Telefonnetzwerke (GSM,
GPRS, UMTS, etc.) in akzeptablen Grenzen zu halten, ist man auf
Kompressionsverfahren angewiesen.
4.8.2 Stand der Technik
Fast alle Digitalkameras liefern bereits ihre Bilddaten im JPEG-Format, manche
unterstützen zudem auch ein herstellerspezifisches verlustloses RAW-Format. Die
Kunst in der Parameterwahl verlustbehafteter Kompressionsverfahren besteht nun
darin, den Informationsverlust unmerklich oder aufgrund der physiologischen
Wahrnehmung erträglich zu halten, so dass kleine Änderungen im Bild nicht
wahrgenommen werden. In welchem Maß und ab welchem Kompressionsfaktor
Artefakte, Bildänderungen und Farbraumtransformationen die medizinische
62
Interpretation von Wundbildern beeinflussen, kann letztendlich nur die tägliche
Praxis beantworten [126, 129].
4.8.3 Fast-Fourier-Transformation (FFT)
Im Falle der Fourier-Analyse wird eine Funktion in Teile von Sinus-Wellen
zerlegt, die mit dem Fourier-Koeffizienten multipliziert und aufsummiert wieder
das originale Signal erzeugen. Bei diesem Vorgang werden die Informationen aus
dem Zeit- in den Frequenzbereich umgewandelt. Die so erzeugten Daten bilden
eine äquivalente Darstellung des Originalsignals [144].
4.8.4 JPEG
Das in Webapplikationen weit verbreitete Bildformat JPEG wurde 1992 durch die
Joint Photographic Experts Group, ein Gremium der ITU, sowohl zur
verlustbehafteten wie verlustlosen Kompression von digitalen Bildern
standardisiert, [ITU T.81] und [ISO 10918-1] [89, 90]. Die Bildkompression
selbst erfolgt durch die Hintereinanderschaltung mehrerer einzelner optimierter
Prozessschritte wie Transformation des Farbraumes (z.B. RGB in YUV), [IEC
601], Tiefpassfilterung, Unterabtastung, 8 x 8 Blockbildung, orthonormale
diskrete zweidimensionale Kosinustransformation, Quantisierung, Umsortierung
(große Koeffizienten zuerst) und schließlich Huffman-Kodierung. Das
mathematische Verfahren der diskreten Cosinus-Transformation (engl.
Abkürzung: DCT), einer Tiefpassfilterung zur Redundanzreduktion von
Bildsignalen, wurde 1974 erstmals erwähnt [2]. Die verlustbehaftete
Datenreduktion findet nur in den Verarbeitungsschritten Tiefpassfilterung,
Unterabtastung und Quantisierung statt. Die Speicherung der Bildinformation
erfolgt im JPEG Interchange Dateiformat. Der Dateiheader ermöglicht, zusätzlich
EXIF und IPTC-NAA-Informationen (z.B. von Kameradaten) unterzubringen [11,
88, 91].
4.8.5 Wavelet-Transformation
Eine weitere geeignete Methode zur Untersuchung von Zeitreihen mit
zeitabhängigen Amplituden und/oder Frequenzen ist die Wavelet-Analyse. Der
Nutzen der klassischen Fourier-Transformation ist bei vielen Anwendungen
beschränkt durch ihr mangelndes Lokalisierungsverhalten: D.h. kleine lokale
Änderungen des Signals führen stets zu globalen Änderungen in dessen Fourier-
Transformierungen. Dieses Problem kann umgangen werden, indem man die
63
trigonometrischen Funktionen bei der Fourier-Transformation durch
Wellenfunktionen mit kompaktem Träger (sog. Wavelets) ersetzt.
4.8.6 JP2
Der neuere leistungsfähigere JP2 Standard zur verlustfreien und verlustbehafteten
Bildkomprimierung beruht auf folgenden Prozess-Schritten [33]: Aufteilung des
Bildes in Teilbilder, Farbraumtransformation, diskrete Wavelet-Transformation
der Teilbilder, Quantisierung und Entropiekodierung. Nach der diskreten
Wavelet-Transformation findet zunächst eine Separation in detailreiche und
detailarme Bildelemente mit Filtern statt. Je nach vorgegebenem
Kompressionsgrad können dann informationsarme Bereiche entfallen. Auch
dieses Bildformat kann Metainformationen zum Bild enthalten; Dateien erhalten
die Endung „.jp2“. Gegenüber JPEG erlaubt JP2 eine erheblich bessere
Komprimierungsrate bei gegebener Qualität und erlaubt, ausgewählte
Bildregionen in höherer Qualität zu komprimieren.
4.8.7 Zusammenhang mit der natürlichen Wahrnehmung
Über die Auswirkung der Bildkompression, die Ausbildung von Artefakten und
Einfluss auf die Farbtreue wird verschiedentlich berichtet.
Da das menschliche Auge Helligkeitsunterschiede besser als Farbunterschiede
wahrnimmt, werden Farbwerte bei beiden Kompressionsverfahren nach der
Transformation von RGB in YUV mit geringerer Tiefe als die Helligkeitswerte
gespeichert (Color distortion). Die Vielfalt der Farbschattierungen (z.B. Haut)
verringert sich [130].
4.8.8 Kompressionsartefakte bei JPEG und JP2
Sowohl JPEG als auch JP2 arbeiten mit orthogonalen Funktionen und nähern in
der Spektraldarstellung die einzelnen Bildelemente durch eine geeignete Summe
von Wellenfunktionen an [158]. Um jedoch starke Form- und Farbänderungen
oder gar Kanten beschreiben zu können, müssen diese Strukturen durch sehr viele
dieser Funktionen bzw. ihre Koeffizienten repräsentiert werden, was einen
Widerspruch zur geforderten hohen Kompressionsrate darstellt.
Bei stark komprimierten Bildern im JPEG Format zeichnen sich Signalstörungen
ab, sogenannte Kompressionsartefakte, und zwar in der Form von
64
Blockartefakten: Dabei handelt es sich um Kästchenmusterbildungen als 8 x 8
Pixel große Quadrate. Auch treten Unschärfe mit verwaschenen Strukturen,
Farbkonturen und „Farbverfälschungen“ (engl. Color distortion) und
„Kreisartefakte“ (engl. Ringing artifacts), bei denen sich um einen Gegenstand
mit hohem Kontrast eine kleine Fläche bildet, auf. JPEG ist aufgrund der
Tiefpaßfilterung und der diskreten Kosinusfunktion nicht geeignet für
Strichzeichnungen, Buchstaben, Texte, Schwarz-Weiß-Bilder, oder gerasterte
Bilder bzw. Fotos, die diese Elemente enthalten. Ferner ist JPEG begrenzt auf
Bilder mit 64 K x 64 K Pixel. Die Bildqualität von JPEG leidet aufgrund des
Dateiaufbaus stark bei Bitfehlern und ist für Funknetze nicht optimal geeignet.
JP2 verbindet als erster Standard verlustfreie und verlustbehaftete Kompression in
einem einzelnen Codestream und eliminiert zudem Blocking artifacts. Es
ermöglicht zudem die unterschiedliche Komprimierung verschiedener
Bildregionen, sowie die optimierte schrittweise Annäherung an eine vorgegebene
Qualitätsstufe oder Dateigröße. Bei JP2 treten in ähnlicher Weise Artefakte bei
höherer Kompression auf: Unschärfe, Ringing, unscharfe Kanten,
Farbverfälschungen. Blockartefakte werden erst bei sehr dimensen Bildgrößen
erkennbar, da JP2 mit Wavelet arbeitet und daher nicht an ein starres
Blockschema gebunden ist.
JPEG und JP2 Bilder wirken bei hoher Kompression unscharf bzw. verwaschen.
Die Tiefpaßfilterung und Unterabtastung sowie die diskrete Wavelet-
Transformation bei kleiner Wavelet-Zahl glätten global die Bildinformation und
führen zu „Blurring artifacts“. Bei sehr hoher Kompression tritt dies bei JP2
wesentlich stärker auf als bei JPEG.
5 Material und Methode
5.1 Literaturbeschaffung
Hinsichtlich der Auswahl der analysierten Literatur wird anhand der
Themenstellung eine Begriffsliste erstellt, die sich aus für das Thema relevanten
Wörtern und ähnlichen Begriffen zusammensetzen. Die Abfrage dieser Liste
stützt sich auf Recherchen medizinischer Datenbanken (Medline, PubMed)
anhand der Suchbegriffe „digital color“, „digital wound“, „digital wound image“,
65
„digital wound pictures“, „digital wound visit“, „digital x-ray“, „digital x-ray
image“, „nikon d1“, „telecare“, „telecare wound“, „telemedicine colour
management“, „telemedicine wound management“, „televisite“. So entstehen eine
Literaturdatenbank mit einer Literaturliste, worin außerdem Primärliteratur von
Übersichtsartikeln eingefügt werden.
Zur Eingrenzung der Literaturliste werden Fallberichte nicht berücksichtigt und
die Literaturtitel und ihre entsprechenden Abstracts auf einen Zusammenhang von
Telemedizin, Televisite, bzw. digitaler Wundfotografie untersucht. Hierbei
werden die Techniken des „Skimming“, „Scanning“ und „Parsing“ angewendet
[38].
Beim überfliegenden, orientierenden Lesen (Skimming) werden vornehmlich
Überschriften und Kernsätze gelesen, um erste Leseeindrücke zu sammeln. So
können Annahmen über den Textinhalt vorgenommen werden, die an Indizien im
Text geprüft werden, wie z.B. das gehäufte Auftreten von Schlüsselbegriffen im
Text. Bei der Erfassung ganz bestimmter Informationen (Scanning) wird der Text
nur nach einem bestimmten Wort oder Zusammenhang abgesucht. Durch das
„Parsing“ letztlich können durch eine lexikalische Analyse Texte eliminiert
werden, deren enthaltene Konzepte nicht in den in der Anfrage spezifizierten
semantischen Relationen stehen. Anhand der bereinigten Literaturliste werden die
zugehörigen Volltexte ermittelt. Diese können anhand von Autor, Titel, Erschein-
ungsjahr und Journal indiziert werden.
5.2 Verwendete Kameramodelle – Systeme
Nachfolgend sind die Kameratypen (Kap. 4.2.1 bis 4.2.4) dargelegt, geordnet nach
ihrer zunehmenden Fotoqualität, die in den Versuchen benutzt werden, sowie
deren technische Details (Kap. 4.2.5). Erläutert wird das Testen der Kamera bzgl.
der Auflösung und der Farbe (Kap. 4.2.6). Die im weiteren Schritt verwendeten
Bildverarbeitungsprogramme werden in Kapitel 4.3 aufgeführt:
5.2.1 Sony Ericsson P910i
Das Gerät verfügt über PDA-Funktion mit W@P, EMS, MMS, Video-MMS
Unterstützung und integrierter Videokamera. Es besitzt ein Farbdisplay mit 65536
Farben (208 x 320 Pixel). Die Datenspeicherung ist sowohl via 32 MB Sony
Memory-Stick möglich als auch per Datentransfer mit Bluetooth und Infrarot-
66
Schnittstelle. Es enthält einen VGA-Chip mit 640 x 480 Pixel, RGB Truecolor 8
Bit. Weitere technische Details zur Apertur, Farbtiefe, Brennweite (f bezogen auf
das Kleinbildformat), Zerstreuungskreisdurchmesser, etc. siehe Kap. 4.2.5., Tab.
9. Dieses Gerät ist bei beliebigen Lieferanten beziehbar [81].
5.2.2 Vodafone PDA
Das PDA (Bezug über Vodafone) entspricht seitens der technischen Daten in etwa
dem Sony Ericson P900 bzgl. VGA-Chip und Schnittstellen. Es verfügt über ein
größeres Display und ermöglicht ebenso den mobilen Mailversand und –empfang.
Weitere technische Daten sind Kap. 4.2.5, Tab. 9 zu entnehmen [7].
5.2.3 Canon G Serie (G6, G5, G3, G1)
Die G-Serie von Canon stellt ein Sortiment von digitalen Kompaktkameras im
mittleren Preisniveau dar, mit eingebautem Zoomobjektiv, geeigneter Bildqualität,
anwenderfreundlicher Programmautomatik und einem nahezu 360o schwenkbaren
Display.
5.2.3.1 Canon PowerShot G1
Dieses Modell wurde November 2000 markteingeführt. Es war im Handel bis ca.
Sommer 2001 verfügbar. Es enthält einen 1/1,8" CCD-Chip mit 3.340.000
Bildpunkten. Die Auflösung beträgt max. 2.048 x 1.536 Bildpunkte. Das
Dateiformat ist wahlweise JPEG (.jpg) oder RAW (Canon eigenes
Rohdatenformat), mit der Speicheroption Compact Flash Typ I und II Karten,
oder Microdrive als Form von Wechselspeichermedien. Alternativ steht eine
direkte Verbindung zum Computer via USB-Schnittstelle zur Verfügung.
Die Objektivgestaltung bietet einen Schärfebereich von 70 cm bis unendlich. Für
Nahaufnahmen stehen 6 cm bis 70 cm mit Weitwinkel- und 20 cm bis 70 cm mit
Teleobjektiv zur Verfügung. Die Lichtempfindlichkeit ist wahlweise ISO
50/100/200/400. Die Blendenvorwahl beträgt F 2,0 bis F 8 (Weitwinkel), sowie F
2,5 bis F 8 (Tele) mit Belichtungszeiten von 8 s bis 1/1.000 s, bei einem
mechanisch und elektronisch kombiniertem Verschluss. Die Belichtungssteuerung
erfolgt mit Programmautomatik, Zeitautomatik, Blendenautomatik oder alternativ
manueller Belichtung. Weitere technische Einzelheiten sind Kapitel 4.2.5, Tab. 9
zu entnehmen [122].
67
5.2.3.2 Canon PowerShot G3
Dieser Modelltyp war von November 2002 bis ca. Oktober 2003 im Handel
verfügbar. Er wurde vermarktet mit einem 1/1,8" RGB-CCD-Chip mit 4 Mill.
Bildpunkten, bei einer Auflösung von max. 2.272 x 1.704 Bildpunkten. Angaben
zum Dateiformat, ebenso die Wechselspeicher-Kompatibilität, Schnittstelle und
Lichtempfindlichkeit, wie die Belichtungssteuerung und Verschlussart erfolgen
analog dem Kap. 4.2.3.1. Die Belichtungszeiten betragen 15 s bis 1/2.000 s. Für
einzelne technische Details sei auf Kap. 4.2.5, Tab. 9 verwiesen [123].
5.2.3.3 Canon PowerShot G5
Dieses Modell war von Juni 2003 bis Ende 2004 im Handel verfügbar. Er wurde
vermarktet mit einem 1/1,8" RGB-CCD-Chip mit 5 Mill. Bildpunkten, bei einer
Auflösung von max. 2.592 x 1.944 Bildpunkten. Angaben zum Dateiformat,
ebenso die Wechselspeicher-Kompatibilität, Schnittstelle und Lichtempfind-
lichkeit, wie die Belichtungssteuerung und Verschlussart erfolgen analog dem
Kap. 4.2.3.1. Die Belichtungszeiten betragen 15 s bis 1/2.000 s. Für einzelne
technische Details sei auf Kap. 4.2.5, Tab. 9 verwiesen [124].
5.2.3.4 Canon PowerShot G6
Das Nachfolgermodell ist seit September 2004 erhältlich, mit einem 1/1,8" RGB-
CCD-Chip mit 7,1 Mill. Bildpunkten und einer Auflösung mit max. 3.072 x 2.304
Bildpunkten. Angaben zum Dateiformat, der Wechselspeicher-Kompatibilität,
Schnittstelle, Lichtempfindlichkeit, Belichtungszeiten, Belichtungssteuerung und
Verschlussart siehe Kap. 4.2.3.2. Sowohl die G1, G3, G5 sind mit Li-Ion-Akku
ausgestattet. Dieses Modell besitzt einen Lithiumionen-Akku mit höherer
Kapazität von 1.390 mAh für ausdauerndere Beanspruchungszeiten. Weitere
technische Einzelheiten siehe Kap. 4.2.5, Tab. 9 [45].
5.2.4 Nikon
5.2.4.1 Nikon Coolpix 995
Dieser Typ war von Juni 2001 bis Juli 2002 im Handel verfügbar. Er wurde
vermarktet mit einem 1/1,8" RGB-CCD-Chip mit 3,34 Mill. Bildpunkten, bei
einer Auflösung von max. 2.048 x 1.536 Bildpunkten. Die Farbtiefe beträgt 24 Bit
(16,7 Millionen Farben). Das Dateiformat ist JPEG, TIFF oder AVI-Video. Die
Wechselspeicher-Kompatibilität besteht aus Compact Flash Typ I und Compact
68
Flash Typ II Karten. Es verfügt über eine USB-Schnittstelle. Die Lichtempfind-
lichkeit ist ISO 100/200/400/800 (automatisch, manuell). Die Belichtungssteu-
erung besteht aus einer Programmautomatik, Zeitautomatik, Blendenautomatik
und manuellen Belichtung. Die Belichtungszeiten sind wahlweise 8 s bis 1/2.300 s
sowie 60 s (Langzeitbelichtung). Die Blendenvorwahl ist zwischen 2,6 und 10,3
variierbar. Für einzelne technische Details sei auf Kap. 4.2.5, Tab. 9 verwiesen
[125].
5.2.4.2 Nikon D1X mit AF-S-Objektiv und Zusatzblitz
Diese digitale Spiegelreflexkamera, seit Juni 2001 erhältlich, ist mit einem Sensor
ausgestattet, der eine Auflösung von 5,47 Mill. Pixel, 5,32 Mill. Pixel effektiv
(Matrix aus 4.024 x 1.324 Pixel) bietet und damit Aufnahmen mit einer Größe
von 3.008 x 1.960 Pixeln erzeugt, bei einer Farbtiefe von 12 Bit pro Farbkanal.
Die digitalen Datenformate sind JPEG-Baseline (Kompressionsraten ca. 1/4, 1/8
und 1/16) und unkomprimiert (12-Bit-Raw als Nikon eigenes Rohdatenformat, 8-
Bit-YCbCr-TIFF, 8-Bit-RGB-TIFF), die neben der wechselbaren CF-Karten
Methode eine schnelle Übertragung per IEEE-1394-/Firewire Schnittstelle zulässt.
Einen Vorteil bietet die neu entwickelte digitale 3D-Matrixmessung (3D-
Farbmatrixmessung, TTL-Weißabgleich und Tonwertkorrektur). Die
Lichtempfindlichkeit nach ISO-Norm hat eine Breite von 125 bis 800
(automatisch, manuell). Der Verschluss wird mechanisch und elektronisch
kombiniert gesteuert, bei 30 s bis 1/6.000 s Belichtungszeit. Der Weißabgleich
kann wahlweise mit Automatik (TTL-Steuerung mit 1.005-Pixel-CCD-Sensor),
manuell (6 Einstellungen mit Feinjustierung), oder über 3 diverse
Voreinstellungen erfolgen. Nähere technische Einzelheiten sind Kap. 4.2.5, Tab. 9
zu entnehmen. Optional wurde in Kombination zur Nikon D1X das
Wechselobjektiv AF-S genutzt, ein Superweitwinkel-Zoomobjektiv mit runder
Blendenöffnung, asphärischen und ED-Glas-Linsen und den Eigenschaften einer
hohen Lichtstärke [43, 121, 149].
69
5.2.5 Übersichtstafel technische Details Kameras
Tab. 9 Pixelzahl, Chip-Abmessungen und Zerstreuungskreisdurchmesser einzelner Kameratypen. Ungefähre Rauschfreiheitsgrenze ab einer Einzelsensorabmessung größer als 6,0 µm. Das typische Aufnahmeformat (Bildformat) bei Kleinbildfilm ist 24 × 36 mm.
Hersteller Kameratyp Mega
Pixel
Chipgröße
(diagonal)
Abmessung
in mm Ratio
Einzel-
sensor
Farb-
tiefe
f (35mm
KB)
Objektiv-
faktor
Objektiv-
apertur ISO Z
Agfa EPhoto
CL-20 0,8
1/7”
(2,62 mm)
2,055 x
1,624 2:3 2,0 µm 24 Bit 45 mm 6,34 F3,5 200 0.005
Vodafone PDA 0,3 1/7”
(2,62 mm)
2,055 x
1,624 2:3 3,3 µm 16 Bit
ca. 45
mm ca. 13 F2,4 ca. 200 0,002
Sony
Ericson 910i 0,3
1/7”
(2,62 mm)
2,055 x
1,624 2:3 3,5 µm 24 Bit
ca. 45
mm ca. 13 F2,4 ca. 200 0,002
Typhon HTC 0,3 1/7”
(2,62 mm)
2,055 x
1,624 2:3 3,5 µm 24 Bit
ca. 45
mm
4fach
Zoom
ca. 13 F/2,4 ca. 200 0,002
Canon PowerShot
G1 3,14
1/1,8"
(9,0 mm) 7,2 x 5,3 4:3 3,5 µm
24 Bit
(30 Bit)
34 – 102
mm 4,86
F2.0 -
F3,0 / F8
Auto,
50, 100,
200, 400
0,006
Canon PowerShot
G3 3,87
1/1,8"
(9,0 mm) 7,2 x 5,3 4:3 3,1 µm 24 Bit
35 - 140
mm 4,86
F2,0 -
F3,0 / F8
Auto,
50, 100,
200, 400
0,006
Canon PowerShot
G5 5
1/1,8"
(9,0 mm) 7,2 x 5,3 4:3 2,8 µm 24 Bit
35 - 140
mm 4,86
F2,0 -
F3,0 / F8
Auto,
50, 100,
200, 400
0,006
Canon PowerShot
G6 7,1
1/1,8"
(9,0 mm) 7,2 x 5,3 4:3 2,3 µm 24 Bit
35 - 140
mm 4,86
F2,0 -
F3,0/F8
Auto,
50, 100,
200, 400
0,006
Nikon Coolpix
995 3,34
1/1,8"
(9,0 mm) 7,2 x 5,3 4:3 3,3 µm 24 Bit
38 - 115
mm 4,75
F2,6 -
F10
Auto,
100,
200,
400, 800
0,006
Nikon D1X 5,47 Nikon DX 23,7 x 15,5 3:2 8,2 µm 36 Bit
AF Obj.
35 – 300
mm
ca. 1,5 F2 –
F28
125 -
800 0,020
5.2.6 Testen der Kamera
Vor der Verwendung von Kameras im gesundheitlichen Umfeld ist sowohl ihr
medizinischer Verwendungszweck (z.B. bei Wundheilung) festzulegen, als auch
die Einhaltung der vom Hersteller angegebenen technischen Spezifikation zu
überprüfen (MPG).
Der Nutzwert von Tests ist nur gegeben, wenn eine ausreichende Praxisnähe
zwischen den Prüfverfahren, der Bewertung und den realen
70
Anwenderbedürfnissen angestrebt wird. Deshalb ist der Einsatz von Fachleuten
für die subjektive visuelle Beurteilung ebenso notwendig wie eine automatische
Auswertung ohne visuelle Einflussnahme. Im medizinischen Bereich ist die
visuelle Bewertung von Bildern, z.B. bezüglich Auflösung, Farbe oder
Scharfzeichnung in vielen Fällen ein ausreichendes Vorgehen.
5.2.6.1 Auflösung
Die meisten Hersteller von Digitalkameras sind in der "Camera and Imaging
Products Association" (kurz: CIPA) organisiert, in welcher einheitliche Angaben
bzw. Testrichtlinien festgelegt sind. Um das Auflösungsvermögen einer
Digitalkamera zu ermitteln, wird von der CIPA die Verwendung der
standardisierten Testtafel nach ISO 12233 „Resolution Measurement“ empfohlen.
Hier sind auch die Beleuchtung des Testaufbaus und der Bildausschnitt festgelegt.
Die Testtafel nach ISO 12233 (Abb. 33) mit den Siemenssternen zur Bestimmung
der Auflösung ist inzwischen von Stephen H. Vestin nachgebildet und somit frei
verfügbar. Man wird so in die Lage versetzt, mit einem Reprostand und mehreren
6000 K Leuchten Testfotos aufzunehmen, um die Güte der Digitalkamera
einschließlich der integrierten Bildverarbeitung zu ermitteln [57].
Abb.: 33. Testtafel nach ISO 12233 [151].
Die aktuelle Grenzfrequenz heutiger Kompaktkameras mit 7 Mega Pixel Chip
liegt bei höchstens 70 Linienpaaren pro Millimeter bei 50% SW-Kontrast. Für
Zoomobjektive und Wide-Range-Zooms sind solche erzielbaren Werte kaum zu
erreichen. Makro-Objektive gelten als vorbildlich, wenn höchstmögliche
Bildqualität auch in den Randbereichen erforderlich ist. Negative Erfahrungen
z.B. mit Kantenverwaschung bei bestehenden fourierbasierten Analysen wie der
71
ISO 12233 haben bereits zu Initiativen geführt, den bestehenden internationalen
Standard zu ergänzen und z.B. DCTau® zu entwickeln.
5.2.6.2 Farbe
Zur Bestimmung der Farbqualität wird eine bekannte Farbtafel fotografiert und
anschließend die Ist- mit den Soll-Werten verglichen. In der Anwendung ergibt
der Gretag Farbkeil recht exakt messbare Werte in Bezug auf Farbdichte und
Tonwertzunahme. Die kameraspezifischen Farbabweichungen lassen sich als ICD
Farbprofil ablegen.
Abb.: 34. Darstellung der Farbtafel „Color Checker“ der Fa. Gretag-Mcbeth. Die wahren Farbwerte werden zusammen mit der Tafel als ICC lesbares Farbprofil mitgeliefert. Mit geeigneten Spektralmessköpfen (z.B. Eye-One-Touch) und entsprechender Farbprofilierungssoftware können neben Digitalkameras auch Scanner, Drucker und Monitorsysteme mit Grafikkarten abgeglichen werden [141].
Die Farbgenauigkeit, gemessen anhand der Gretag-Macbeth-Farbtafel (Abb. 34),
lässt insbesondere bei PDA- und Mobiltelefon-Kameras zu wünschen übrig. Ein
Vergleich mit den Referenzwerten der Gretag-Macbeth-Farbtafel bei
höherwertigen Kompaktkameras zeigt sehr gute Farbtreue. Jedoch sind
gravierende Farbunterschiede reproduzierbar bei zusätzlicher Verwendung des
integrierten Blitzes. Gleiches gilt auch für Makroaufnahmen.
72
5.3 Bildverarbeitungssoftware PC
5.3.1 Thumbs Plus 6.0
Mittels der Farbverwaltungssoftware wird über die Option des Farbkorrektur-
Ausgleichs eine Variation innerhalb der einzelnen Bereiche des RGB-Farbraumes
erzielt (Abb. 35). Ausgehend jeweils von dem Original der Bilddatei wird der
rote, grüne, sowie blaue Farbanteil separiert hervorgehoben oder vernachlässigt.
Dies geschieht in 5er Schritten von +/- 6 Intensitätsstufen, bis maximal +/- 30.
Somit ergeben sich für den Rot-, den Grün- und den Blau-Farbbereich pro Bild
jeweils eine Serie von 10 Bildern mit abgestufter Intensität des jeweiligen
Farbanteils.
Abb.: 35. Die Abbildung zeigt einen Ausschnitt der Benutzeroberfläche der Bildbearbeitungs-Software Thumbs Plus 6.0 zur Farbkorrektur des RGB-Raumes.
5.3.2 The Gimp
Die Speicherung der Bilddaten erfolgt aus den JPEG-„Rohbilddaten“, mittels des
Softwareprogrammes The Gimp (Abb. 36), deren Größen jeweils zwischen 3 und
4 MB betragen, über die Zwischenschrittwahl 2x1, 1x1, 1x1, (4:2:2). Durch
Veränderung der Qualitätsstufen in etwa 10 kB Abständen, in einem Bereich von
160 kB bis zur mittels der Software maximal erlaubten Kompression, ergeben sich
pro Bilddatei eine Serie von 10 ausgewählten Bildern aufsteigender
Kompressionsrate.
73
Abb.: 36. Darstellung der Benutzeroberfläche des Bildbearbeitungsprogrammes The Gimp.
5.3.3 Lurawave
Analog zu der Vorgehensweise mit „The Gimp“ erfolgt die Bearbeitung der
„Rohbilddaten“ bei JP2. Die Speicherung wird im „jp2“-Format vorgenommen
unter Berücksichtigung der Speicheroptionen Kompression und Dateigröße (Abb.
37). Geringere Kompressionsraten von 1:50 bis 1:1000 geraten über erstere
Speicheroption. Höhere von 9 kB bis zu maximaler Dateigrößenreduzierung auf 1
kB, werden mit Eingabe der Option Dateigröße (in kB) vorgenommen. Auch hier
ergibt sich eine Serie von 10 Bilddateien aufsteigender Kompressionsrate.
74
Abb.: 37. Darstellung der Benutzeroberfläche des Softwareprogrammes Lurawave.
5.4 Voraussetzungen für Versuche und Bildserien
Sämtliche Aufnahmen der Versuchsreihen werden im Fotolaborraum der
Universitätsklinik Bergmannsheil Bochum durchgeführt, da hier die
fototechnischen Voraussetzungen gegeben sind, unter vollständigem Ausschluss
von Tageslicht zu arbeiten. Diese Voraussetzung bietet auch die
Reproduzierbarkeit der Fotos unter Studiobedingungen. Es erfolgt zunächst eine
Normierung, das heißt Norm 1. Die Speicherung der Bilddaten geschieht in der
höchstmöglichen Auflösung.
Die Bilderserie der Versuchsreihe Kompression und Farbverschiebung werden
gestaffelt von der geringsten Kompression bzw. Farbverschiebung zur höchsten.
Sie zeigen unterschiedliche Wundmotive: Drei Motive mit sekundär heilender
Wundnaht post operativ im Bereich der proximalen lateralen Oberschenkelseite.
Fünf Motive mit postoperativ versorgter Wundnaht in der Region des
Kniegelenkes sowie der proximalen Tibia. Ein Wundmotiv mit Hautnaht in Höhe
des dorsalen mittleren Drittels des M. gastrocnemius nach vorheriger
Muskelprobebiopsie. Zwei weitere Aufnahmen mit Wundnaht im Bereich des
Sprunggelenkes außenseitig sowie fünf Abbildungen mit Wundnaht wie auch
sekundärer Wundheilung in Höhe der Sprunggelenksinnenseite und des
Calcaneus. Vier weitere Wundaufnahmen zeigen eine sekundäre Wundheilung
75
sowie Wundnaht in der Region der Schulter. Ellenbogen streckseitig werden drei
Wundmotive mit Darstellung von Wundnähten verwendet. Ein weiteres
Wundmotiv stellt eine Wundnaht palmarseitig im Gebiet des Handgelenkes dar.
5.5 Schärfentiefe
5.5.1 Versuchsaufbau technisch
Für die experimentelle Bestimmung der Schärfentiefe werden 3D-Strukturen vor
einem planen strukturierten Hintergrund benötigt. Als Treppen eignen sich z.B. 1
mm Stufen aus Spannwerkzeugsätzen des Maschinenbaus (Abb. 38). Als nahezu
linienhafte Objekte werden Fäden, z.B. Nahtmaterial, wegen der diffus streuenden
Oberfläche verwendet. Diese eignen sich besser als blank gezogene Metalldrähte.
Um mehrere Fäden äquidistant anzuordnen, hilft ein aus der Kernphysik
stammender Trick zum Bau von Zählkammern: Hier werden als Führung schlicht
2 parallele Gewindestangen verwendet. Ein solcher photogrammetrischer
Messaufbau entspricht dem zur Stereoauswertung im Luftbildfall. Die so
gewonnenen Bilddaten lassen die näherungsweise Bestimmung der
Kameraeigenschaften zu, welche dann mit den zu berechnenden Schärfetiefen
verglichen werden.
Abb.: 38. Darstellung des Testaufbaues zur Bestimmung der Schärfentiefe mittels Treppen und feinen Fäden bzw. Drähten. Bei bekannter Gegenstandsweite zum Untergrund und Stufenhöhe bzw. Fadendurchmesser kann die Schärfentiefe durch Auswertung der Strukturbreiten in den digitalen Bilddaten annäherungsweise ermittelt werden.
76
5.5.2 Versuchsaufbau klinisch
5.5.2.1 Einfluss der Blendenzahl auf die Schärfentiefe
Bei dem Motiv handelt es sich um eine unfallchirurgische Versorgung der unteren
Extremität mit einem Fixateur externe der Fa. Synthes [142]. Die Verankerung im
Knochen geschieht durch Schanz Schrauben (∅ 4,5 mm). Diese werden mittels
Klemmbacken mit 2 Karbonfaserstangen (∅ 11,0 mm) verbunden. Der Einsatz
erfolgt zur temporären Fixation des Knochens unter anderem bei Infektionen. Der
Abstand des Fixateurs zur Wunde liegt im Bereich von 10 cm und ist abhängig
von der Perspektive bei der Aufnahme, wie die Abbildung 39 (S. 75) erläutert
[85].
Der interessierende Motivbereich beläuft sich auf eine trockene Wundnaht
sekundär abheilend, teils mit Schorf belegt mit nur stellenweise sichtbarem
Granulationsgewebe, lokalisiert an der medialen linken Unterschenkelseite (S.
103, Abb. 46). Die Darstellung des Wundbereiches bezieht sich auf den 9. Tag
post operativ. Der bei dem Patienten im Vorfeld mit Rückstichnaht nach Donati
und McMillen verschlossene kutane Bereich von etwa 20 cm Länge erfolgt mit
PROLENE® 2-0. Dies ist ein blau eingefärbtes, synthetisches, nicht
resorbierbares, monofiles Nahtmaterial aus Polypropylene. Neben der glatten
Oberfläche zeichnet es sich unter anderem durch fehlende Kapillarität und
Sägewirkung aus. Angaben der Metric in 2,5 bis 3,0 bei USP 2-0, mit einer
Durchmesserspanne von 0,250 - 0,299 bis 0,300 - 0,349 in mm.
Der Hauttyp lässt sich nach Fitzpatrick in Typ 2 klassifizieren. Das zu
fotografierende Bein des Patienten wird flach auf der Patientenliege in Neutral-0-
Position gelagert. Es wird zuvor mit einem herkömmlichen grauen OP-Tuch
(RENTEX Hagen) unterlagert, sowie der proximale und distale Anteil der unteren
Extremität, der dem Bildausschnitt unmittelbar anliegt, abgedeckt, um
unerwünschte Lichtreflexionen zu vermeiden. Als Leuchtquellen dienen
handelsübliche Leuchtstoffröhren (Osram L36 W/21 Lumilux Coolwhite,
paarweise in 3 Metern Raumdeckenhöhe vormontiert), wie sie unter alltäglichen
Bedingungen üblicherweise Verwendung finden, bei zuvor mindestens zwanzig
minütiger Betriebsdauer. Der interessierende Motivbereich wird senkrecht unter
der Leuchtquelle positioniert, um eine unter diesen Bedingungen bestmögliche
77
Ausleuchtung zu erreichen. Der Abstand zum Boden beträgt dabei einen Meter.
Es wird auf Fixation des Unterschenkels bei der Aufnahmeabfolge geachtet.
Die mittels Minolta Chromameter ermittelten Messwerte in Wundhöhe ergeben
sich wie folgt: Die Farbtemperatur beträgt 3882 Kelvin, die Werte für den
ermittelten CIE-RGB-Farbraum betragen für R 1512, G 1555 und B 779. Die
Beleuchtungsstärke beläuft sich auf 1569 lx. Zwecks Nachvollziehbarkeit der
Größenordnung wird ein Lineal mit weißer Beschriftung auf schwarzem
Hintergrund (TELTRA) im Abstand von 1,5 cm parallel zum Verlauf der
Wundnaht positioniert. Die Montage einer Weißabgleichtafel (Whitespot Pocket
0,08 84%, Fotowand Technic) im unteren Bildausschnitt ermöglicht nachträglich
den digitalen Weißabgleich. Die Position und Höhe des Fotostatives wird so
gewählt, dass die Distanz des Objektives des jeweiligen digitalen Kameratypes
zum Motiv (Wundoberfläche) 50 cm beträgt. Die Kontrolle erfolgt mittels
herkömmlichem 2 Meter Rollmaßband. Die Bildebene wird parallel zur
Wundebene eingestellt. Scharf zentriert wird als Bildmitte das schwarze Lineal
Höhe Wundmitte. Zur Auswahl der Kameratypen stehen die Nikon D1X mit
Weitwinkelzoomobjektiv AF-S 17-35 mm 1 : 2,8 D als Referenz, etabliert aus
dem professionellen Anwendungsbereich des medizinisch fotografischen
Alltages. Eingesetzt wird auch das Kameramodell PowerShot G6 der Marke
Canon mit Automatikzoom (Angewendet im Rahmen der Televisite der Teltra),
zum Vergleich das Mobiltelefon PDA von Vodafone mit integrierter Kamera. Zur
Zwischenspeicherung der Bilddaten werden Compact Flash Speicherkarten 256
MB verwendet, diese im Anschluss mittels Card-Reader auf dem PC zur
Ausarbeitung gespeichert. Die digitale Ausarbeitung geschieht mittels Software
Thumbs Plus 6.0.
Die Voreinstellungen der digitalen Kameratypen sind wie folgt: Auflösung Nikon
D1X und Canon G6: Pixelvoreinstellung „L“, Kompression „Superfein“. Die
Bilddatenmenge wird nicht nachträglich verändert. Die Verschlusszeit wird von
den Kameramodellen automatisch gewählt. Es werden Bilderserien von je 3
Aufnahmen durchgeführt, pro jeweiliger Blendeneinstellung: Blendenvorwahl
2,8; 4,0; 5,6; 8,0; 11; 21 bei der Nikon D1X und 2,5; 2,8; 4,0; 5,6; 8,0 bei der
Canon G6. Bei der D1X erfolgt ein manuelles Scharfstellen, bei der G6 durch
Automatikmodus. Das Modell Vodafone PDA besitzt eine Festblende mit
automatischer Verschlusszeit bei Festbrennweite.
78
5.5.2.2 Auswirkung der Objektiv-Motiv Distanz auf die Schärfentiefe
Das Motiv stellt eine sekundär heilende Wunde mit Status nach postoperativem
Knocheninfekt nach subtraktiv valgisierender Tibiakopfumstellungsosteotomie
mit Decortikation im Pseudarthrosenbereich, Titanplattenosteosynthese und
Spongiosaplastik dar. Der Eingriff erfolgte wegen einer nicht verheilten
bicondylären Tibiakopffraktur mit Fehlstellung. Die Hautnaht wurde durch
Einzelknopfhautnaht mittels Prolene 2.0 versorgt.
Der Versuchsaufbau erfolgt analog zu dem oben beschriebenen Versuch in Kap.
4.5.2.1 mit der Hintergrundwahl des grauen OP-Tuches (Rentex), den
Beleuchtungsbedingungen einzig Osram Lumilux 840 Leuchtstoffröhren
deckenseitig vormontiert, sowie im Wundausschnitt dem Einbringen eines
schwarzen Lineales mit weißer Skalierung in cm (TELTRA). Die Aufnahmen
werden mit der Canon G6 im Automatikmodus durchgeführt: Mit Blitzlicht-,
Verschlusszeit-, Blendenvorwahl- und Weißabgleich-Automatik. Zur späteren
Nachvollziehbarkeit werden eine Weißtafel (Fotowand) und eine Farbtafel
(AGFA GEVAERT) in den Bildausschnitt eingebracht.
Die Wundausdehnung erstreckt sich als Oval über 4 x 6 cm Fläche sowie 1 bis 1,5
cm Tiefenausdehnung. Scharf eingestellt ist der obere Rand der Wunde (S. 105,
Abb. 47). Der perspektivische Aufnahmewinkel beträgt zum Verlauf des
Unterschenkels in etwa 25 Grad (Abb. 39, S. 75). Fotografiert wird in den
Distanzen 20 und 40 cm Objektiv zum Motiv. Die Ausdehnung der Wunde ist
anhand des Lineals gut ermittelbar. Die Extremität samt Wundausschnitt wird
während der Aufnahmedurchführung fixiert. Es werden Bildserien in den
Distanzen 20 cm und 40 cm mit je 4 Aufnahmen durchgeführt. Die Bilddateien
werden unverfälscht, lediglich der Größe nach an die Norm zwecks
Bildbetrachtung angepasst und exemplarisch der besseren Nachvollziehbarkeit
wegen mit Markierungen versehen.
5.5.2.3 Kameragrenzen der Schärfentiefe
Als Motiv wurde der Wundausschnitt eines 78-jährigen männlichen Patienten mit
pertrochantärer Femurfraktur mit Dislokation des Trochanter minor, versorgt mit
DHS und primärem Hautverschluß mittels Prolene 2.0 Einzelknopfnaht. Der
Wundheilungsverlauf war komplikationslos. Dies ist exemplarisch ein sehr
typischer Fall in der traumatologischen Chirurgie.
79
Der Versuchsaufbau gestaltet sich unter vergleichbaren Bedingungen Kap.
4.5.2.1: Die Aufnahmeserie findet unter Ausschluß von Fremdlichteinwirkung
unter Fotolaborbedingungen statt. Als Lichtquelle stehen deckenseitig
vormontierte Osram Lumilux 840 Coolwhite Leuchtstoffröhren zur Verfügung.
Den Hintergrund schirmt ein klinikübliches grünes OP-Tuch (Rentex) aus
Baumwolle ab. Zwecks Größenzuordnung dient ein schwarzes Lineal (TELTRA).
Die Aufnahmeserie erfolgt mit dem PDA mit einer Festblendeneinstellung von
2,4 aus 50 cm Distanz (Objektiv-Wundnaht), wobei die Bildebene parallel zur
Wundebene eingestellt ist (Abb. 39). Es wird auf eine Fixation der Extremität
während der Aufnahmeserie geachtet. Es erfolgt eine Bildserie mit 4 Aufnahmen.
Abb.: 39. Die Darstellung skizziert die Methode zum Thema Schärfentiefe, mit den Kameraeinstellungen parallel und in einem flachen Winkel zur Wundebene.
5.6 Lineale zur Wundvermessung
Die Fotolaboraufnahmen werden mit der Canon G6 im Automatikmodus aus 50
cm Motiv-Objektiv Distanz ohne Blitzlicht bei Leuchtstoffröhren
Deckenbeleuchtung Osram Lumilux 840 Coolwhite mit mindestens 20 min.
Vorbetriebsdauer durchgeführt. Als Hintergrund dient ein graues OP-Tuch
(Rentex). Abgelichtet werden drei bedruckte Papierlineale [weiß = 1) und 2),
schwarz = 3)], sowie zwei Metallineale, blau emailliert [4)] und blank mit grauer
Beschriftung [5)], deren Skalierung in cm normiert ist:
80
1) Coloplast Wundversorgung,
2) Convatec,
3) Protek AG,
4) TELTRA,
5) Aesculap AG&Co KG.
5.7 Farbe
5.7.1 Messung von Farben
Ziel des Bereiches Farbmanagement im medizinischen Sinne ist es, ein qualitativ
hochwertiges und zuverlässiges Ergebnis in der Beurteilung des abgebildeten
medizinischen Gegenstandes zu erreichen: Insbesondere das Handling von
digitalem Bildmaterial (bzgl. der benutzerfreundlichen Anwendung), sowie die
reproduzierbare und quantitativ erfassbare Farbwiedergabe von Patientenbildern.
Auch die Unabhängigkeit der Darstellung medizinischer Bilder vom jeweiligen
Rechner und Browser des Arztes stellen je einen wichtigen Baustein dar.
Spezifische Profile für Kamera und Bildschirm berechnen hierbei von der
Dateninformation ein und desselben Bildes ein Abbild, welches ubiquitär am
Rechner mittels Browser fast identisch dargestellt werden kann. Für die
Kombination von Scannern, digitalen Kameras, Monitoren und Farbdruckern zu
präzisem Color Management gehört ein Farbmesssystem, das sowohl zur
Monitorkalibration als auch für Licht streuende Objekte geeignet ist, hier der
Spektrometerkopf Eye-One-Pro. Ebenso zu einem Farbprofilierungssystems
gehört eine Software, hier die Software ProfilMaker 5. Das Color Management
System ergibt nur dann Sinn, wenn die höchste Farbtreue von der Eingabe über
alle Prozeßschritte bis zum fertigen Produkt gesichert ist. Der Arbeitsprozess
gliedert sich kurzgefaßt in zwei Schritte: 1. Charakterisierung der Ein- und
Ausgabegeräte, und 2. die Integration der ICC-Profile. Es sei angemerkt, dass die
Weitergabe des Farbprofiles auch direkt mit den Bilddaten möglich ist.
5.7.1.1 Minolta Chromameter
Das kalibrierbare digitale Minolta Chromameter CL 200 misst die
Beleuchtungsstärke (in Lux mit einem Toleranzbereich von 0,1 lx bis 99.990 lx),
die Farbinformation des auftreffenden Lichtes als CIE standardisierte Werte des
RGB Farbraumes (in XYZ-Koordinaten) mit einer Präzision entsprechend xy: ±
81
0,002 (bei 800 lx und Lichtart A), sowie den Wert der Farbtemperatur T (in
Kelvin) mit einer Genauigkeit von ± 20 K (bei 800 lx und Lichtart A). Die
spektrale Empfindlichkeit passt sich an die CIE 2°-Normspektralwertkurven an.
Der Vλ-Abweichungsraum liegt nach CIE f1 innerhalb von 8%, bei
Wiederholgenauigkeit von xy: ± 0,0005 (Lichtart A) [51].
5.7.1.2 Gretac Spektrometer
Das Farbmessgerät (Eye-One-Pro) ist in der Lage, Farben aller Quellen zu
messen. Es besitzt ein Design, welches die Kalibrierung und Profilerstellung von
CRT- und LCD-Monitoren sowie RGB- und CMYK-Druckern im Easy-Modus zu
unterstützen vermag. Das Gerät erfüllt die Kriterien der Normlichtart A. Die
Messanalyse erfolgt mittels holografischem Beugungsgitter. Der Spektralbereich
beläuft sich auf 380 nm bis 730 nm, mit einem Emissionsspektrum von 0 bis 300
cd/m2 und einer Wiederholgenauigkeit von 0,1 DE*94 bei 10 Messungen auf
Weiß, bei einer Messzeit der Emission von 1 Sekunde. Die Messgeometrie stellt
eine 45°/0° Ringoptik (DIN 5033) dar. Die Stromversorgung erfolgt über USB.
Vorzüge ergeben sich aus dem reichhaltigen Zubehör, bestehend aus Eichplatte,
CRT-Monitorhalter, Positionierhilfe und Scanlineal. Es wird aufgrund dieser
Farbmanagementlösung eine durchgängige Farbreproduktion auf dem Display,
beim Proofing und in der Endausgabe gewährleistet [14].
5.7.1.3 Software Profile Maker 5
Das Softwarepaket enthält umfassende Tools zur Erstellung von ICC-Profilen für
Ein- und Ausgabegeräte. Unter anderem einen Profile Editor zum Editieren von
Profilen und Darstellung der Änderung im Bild sowie Darstellung von Profilen im
Farbraum. Desweiteren das PM Digital Camera Tool, als Modul zur Profilierung
von Aufnahmen digitaler Kameras. Es werden Mehrfarbenprozesse bis zu 10
Volltonfarben unterstützt. Es können hiermit unter anderem Messdateien
verglichen und gemittelt werden, ICC-Profile editiert, PANTONE-Farben in
Gerätefarben umgerechnet und CxF-Dateien geschrieben werden. Enthalten sind
Testcharts als Aufsichts- und Durchsichtsvorlagen für Scanner bzw. Color-
Checker SG für Digitalkameras, sowie das Modul Multicolor, das der Berechnung
von Profilen für Druckprozesse dient [13].
82
5.7.2 Einfluss der Leuchtquelle
Es werden für den Versuch folgende handelsübliche und allgemein weit
verbreitete Leuchtmittel benutzt: Leuchtstoffröhren der Marke Osram Lumilux
830 Warmwhite, 840 Coolwhite und 865 Daylight. Als Vergleich dienen die
Glühlampentypen Osram 60 Watt mattiert und 100 Watt mattiert. Als
Beleuchtungsquellen dienen lediglich die zuvor genannten, da der Test unter
Ausschluss von Tageslicht stattfindet. Der Versuchsaufbau ist in Abb. 40
schematisch dargestellt. Die Leuchtquellen werden in einem Abstand von 70 cm
zum Motiv montiert. Als Hintergrund dient das graue OP-Tuch (Rentex). Zur
nachvollziehbaren Größenzuordnung wird ein schwarzes Lineal (Teltra) mit in
den Wundausschnitt eingelegt. Ebenso dient eine Weißtafel (Fotowand) im
Bildausschnitt dem Nachhalten des Weißabgleichs. Die Leuchtmittel sind mehrere
Stunden zuvor in Betrieb. Vor der eigentlichen Versuchreihe erfahren sie mind.
20 min. Vorbetriebsdauer. Die Aufnahmeserien werden mit der Canon G6 im
Automatikmodus bei höchstmöglicher Bildauflösung, (L) 3072 x 2304 Pixel,
ausgeführt. Lediglich die Wahl mit und ohne Zusatz von Automatikblitz variiert
die Grundeinstellung, die Bildserien entstehen mit und ohne Zusatzblitzlicht. Die
digitale Kamera wird zwischen die Leuchtquelle und dem Motiv im Abstand von
50 cm zu diesem positioniert, unter Wegfall eines eigenen Schattenwurfes der
Kamera.
Abb.: 40. Versuchsaufbau mit Stativen, grauem Op-Tuch und den in Kap. 4.7.2 genannten Leuchtmitteln.
Es erfolgen 2 Bildserien je Leuchtentyp á 2 Aufnahmen, mit und ohne
Zusatzautomatikblitzlicht der Kamera. Parallel wird mittels Minolta Spektrometer
CL200 die RGB Farbverteilung und Farbtemperatur registriert. Aus den
83
Bildserien wird exemplarisch eine Aufnahme je Leuchtentyp der Aufnahmeserie
ohne Zusatzblitzlicht gewählt. Die so entstandenen 5 Bilderdatensätze werden
anschließend mit dem Softwareprogramm The Gimp (Abb. 41) nachbearbeitet:
Nach Vergrößerung des geeigneten Bildausschnittes auf 67% werden drei Marken
gesetzt (Abb. 42): Exemplarisch reproduzierbar mit hohem Anteil der normalen
Haut des Probanden, bei geringem Störanteil der übrigen Hautanteile. Ebenso
wird mit der 2. und 3. Marke verfahren: Mit der zweiten Markierung Darstellung
eines erythematösen Hautanteiles und im 3. Fall ein Ausschnitt der Weißtafel als
Referenzmarke. Die The Gimp Farbpipetten Eigenschaft wird bei Messung der
Marke Haut und Weißtafel auf eine Abtastgröße mit dem Radius von 30 Pixel und
bei Messung der Marke Hauterythem von 10 Pixel festgelegt. Die Angabe der
RGB-Spektralverteilung ist bezogen auf 100% (255 Farbwerte).
Abb.: 41. Benutzeroberfläche von The Gimp Farbpipette.
Abb.: 42. Darstellung der drei exemplarisch gesetzten Markierungen (blaue Quadrate) an der Haut und der Weißtafel.
84
Es erfolgen je Marke 15 Messungen. Hierbei ergibt der Querschnitt der RGB-
Werte eine zulässige Toleranz von +/- 1% Abweichung.
5.7.3 Automatischer Weißabgleich
Es werden 10 sterile Mullkompressen der Größe 10 x 10 cm (Fuhrmann
Verbandstoffe GmbH) vor dem Hintergrund eines grauen OP-Tuches (Rentex)
mit der Canon G6 im Automatikbetrieb mit Makromodus in einer Distanz von 50
cm abgelichtet. Die Durchführung erfolgt einmal ohne Blitzlicht: Hierbei dienen
als Leuchtmittel Osram Lumilux Coolwhite 840 Leuchtstoffröhren, senkrecht
über dem Motiv positioniert. In einer weiteren Reihe erfolgt die Ablichtung bei
mittlerem Tageslicht in Kombination mit dem kameraeigenen Automatikblitzlicht.
Als Vergleich dient je Belichtungsverhältnis eine Ablichtung mit Weißkarte
(Fotowand). Die Wiederholung der beiden Versuchsreihen geschieht mit 10
sterilen Cosmopor Wundverband Klebepflastern (Hartmann) der Größe 15 x 8
cm. Diese werden sowohl von der Klebeseite als auch der Rückseite aus
fotografiert vor dem Hintergrund des grauen OP-Tuches. Als Vergleich dient auch
hier eine Aufnahme mit der Fotowand Weißplatte. Insgesamt erfolgt je
Versuchsaufbau eine Serie von 10 Aufnahmen. Die nachträgliche digitale
Bildbearbeitung erfolgt mit The Gimp Farbpipette unter Darstellung der
prozentualen Wertangabe im RGB-Farbraum. Die abschließende tabellarische
Auswertung wird mit Microsoft Excel vorgenommen.
5.7.4 Einfluss der Hintergrundwahl
Es werden für die Hintergrundwahl 7 verschiedene Tücher genutzt, wie sie im
operativen und stationären Alltag in der Klinik üblicherweise Anwendung finden:
1. Blaues Einmal OP-Papiertuch (Firma Stericlin),
2. Grünes Einmal OP-Papiertuch (Firma Stericlin),
3. Einmal Unterlage grün-glänzend (Hartmann),
4. Grünes OP-Baumwolltuch (Rentex Hagen),
5. Grünes OP-Tuch (Steriles Synthetik Abdecktuch, glänzend, der Firma
Rentex Hagen),
6. Graues OP-Baumwolltuch (Rentex Hagen),
7. Weißes Stecklaken aus Baumwolle (Rentex Hagen).
85
Als Motiv dient der Unterschenkel einer Probandin mit erythematösen
Hautveränderungen (S.119, Abb. 52). Dieser wird bei Versuchsdurchführung
fixiert. Auch hier dienen ein schwarzes Lineal (Teltra) und eine Weißtafel
(Fotowand) als Orientierungshilfe. Alle Aufnahmen finden unter Ausschluß von
Tageslicht statt. Einzige Leuchtquelle ist die mindestens 20 min. zuvor in Betrieb
genommene Deckenbeleuchtung, bestehend aus Leuchtstoffröhren Lumilux 840
Coolwhite, mit einer mittels Minolta Chromameter (CL 200) gemessenen
Farbtemperatur von T = 3921 K und einem Farbspektrum von R = 1679, G =
1721 und B = 904.
Die Aufnahmen erfolgen mit der Canon G6 aus 50 cm Objektiv-Motiv Distanz im
Automatikmodus mit Makromodus, ohne Blitzlicht und ohne Zoom, in der
höchsten Bildauflösung. Die Rohbilddaten im JPEG-Format werden nicht
verändert. Bei den unter Punkt 1. und 2. aufgeführten Tüchern handelt es sich um
blauen bzw. grünen Vlies aus einer Mischung von Zellstoff und Kunststofffasern,
mit den Eigenschaften wasserabweisend und alkoholbeständig, die eine Dichte
von 55 g/qm aufweisen (Stericlin; CE, EN 868). Bei der unter Punkt 3.
aufgeführten Einlage handelt es sich um eine Krankenunterlage mit einem
Saugkörper aus 12 Zellstofflagen, 60 x 90 cm Größe, der Marke Molinea
(Hartmann). Die unter den Punkten 4. und 6. genannten Tücher sind
Abdecktücher aus Baumwolle der Firma Rentex Hagen. Es wird eine Bildserie je
Hintergrund á 3 Fotoaufnahmen durchgeführt. Von diesen wird je 1 Bild pro Serie
exemplarisch ausgewählt. So entsteht eine Aufnahmereihe aus 7 Bildern. Der
digitale manuelle nachbearbeitete Weißabgleich findet mittels The Gimp statt.
5.8 Kompressionsverfahren
5.8.1 JPEG
Die Speicherung der Bilddaten erfolgt aus den „JPEG-Rohbilddaten“, deren
Größen jeweils zwischen 3 und 4 Megabyte betragen. Diese werden lediglich
innerhalb der nachfolgenden Schritte bearbeitet: Die Speicherung der
Bilddatenvorlage wird unter Dateityp nach Endung „JPEG-Bild“ durchgeführt.
Eine Änderung der Kompressionsqualität wird seitens The Gimp in
Prozentschritten manuell variiert. Die Veränderung der Qualitätsstufen besteht aus
etwa 10 kB Abständen über die zuvor gewählte Zwischenschrittwahl 2x1, 1x1,
1x1, (4:2:2). In dem für den Versuch interessierenden Bereich von 160 kB bis zur
86
mittels der Software maximalen erlaubten Kompression ergibt sich dann pro
Bilddatei eine Serie von 15 ausgewählten Bildern aufsteigender
Kompressionsrate.
5.8.2 JP2
Die Bearbeitung der „Rohbilddaten“ erfolgt durch Speicherung im „jp2“-Format,
unter Berücksichtigung der Speicheroptionen Kompression und Dateigröße. Die
Wahl des Dateitypes ist das „Lura Wave JP2 Format (*.jp2)“. Unter der
Einstellung Speicheroptionen wird manuell für geringere Verdichtungsraten eine
Kompression im Bereich von 1:50 bis 1:1000 ausgewählt. Höhere
Kompressionsraten, also 9 kB bis zu maximaler Dateigrößenreduzierung auf 1 kB,
werden mit Eingabe der Option Dateigröße (in kB) direkt vorgenommen. Auch
hier ergibt sich eine Serie von 15 Bilddateien aufsteigender Kompressionsrate.
5.8.3 Kompressionsartefakte
JPEG und JP2 sind besonders für Bilder mit milden Farbübergängen geeignet.
Insbesondere JP2 stellt komprimierte Bilder mit Texten, Diagrammen und
Linienzeichnungen und scharfen Übergängen „verwaschen“ dar. Hier können sich
sogar störende vertikale und horizontale Grate ausbilden. Da von humanen Augen
Helligkeitsunterschiede deutlicher wahrgenommen werden als Farbunterschiede,
wird bei der JPEG-Kompression die Chrominanz verringert, bei erhalten
bleibender Luminanz. Dieses geschieht mittels „Chroma subsampling“. Bei
diesem Verfahren wird das Farbbild in ein Helligkeitsbild und zwei Farbbilder
aufgesplittet. Die Datenreduktion erfolgt auf Kosten der Farbinformationen bei
Erhalt der Helligkeitsdateninformationen.
Bei niedrigen Bit Raten (2.0 bits/pixel) entfallen bei JP2 die Blockartefakte, je-
doch zugunsten der Kreisartefakte und „Verwaschungen“. Im Bereich von einer
Bit Rate um 2.5 Bits/pixel behält JP2 einige Vorteile gegenüber JPEG, da seine
„verschwommenen Artefakte“ geringer hervorstechend sind als die Kreis-
artefakte und Blockartefakte des JPEG. Bei höherer Bit-Rate (3.0 Bits/pixel)
finden sich keine signifikanten Unterschiede zwischen beiden [70].
5.8.4 Fotoserie Kompression
Der Versuchsaufbau gestaltet sich bei der Versuchsreihe wie folgt: Als
Hintergrund wird ein graues OP-Tuch (Rentex) gewählt, in den Bildausschnitt ein
87
schwarzes Lineal (Teltra) eingebracht, ebenso eine Weißtafel (Fotowand), wie
eine Farbtafel (AGFA GEVAERT), welche durch den eingeschränkten
Bildausschnitt teilweise zu vernachlässigen ist. Die Leuchtquellen stellen
deckenseitig vormontierte Leuchtstoffröhren Marke Osram Lumilux 840
Coolwhite dar. Ihre Vorbetriebsdauer beträgt wenigstens 20 min. Als digitale
Kameras dienen wahlweise die Canon G6 oder die Nikon D1X mit AF-Objektiv,
im Automatikmodus mit höchstmöglicher Bildauflösung. Einige Aufnahmen
werden unter Einsatz der Zusatzleuchtquelle Blitzlicht durchgeführt:
Automatikblitz (kameraintern) bei der Canon G6, Aufsteckblitz mit automatischer
Auslösung bei der Nikon D1X. Die Motiv-Objektiv Distanz gestaltet sich
zwischen 30 cm und 50 cm, die Aufnahmeebene liegt parallel zur Wundebene.
Je Wundmotiv wird eine Aufnahmeserie von 5 Fotos mit Zusatzblitzlicht und
dergleichen ohne Zusatzblitzlicht durchgeführt. Aus der Menge an Bilddaten
werden insgesamt 18 verschiedene Wundmotivfotos der Patienten ausgewählt und
für die Kompressionsverschiebung weitergenutzt. Diese Rohdaten dienen als
Vorlage für die JPEG- und JP2-Bildverarbeitung. Zu den
Probandenauswahlkriterien siehe Kap. 4.9.1.
5.9 Studien
5.9.1 Probandenauswahl für die Studien Patientenfotos Televisite, Farbverschiebung und Kompression
Sämtliche Probanden werden aus stationären Patienten aus der chirurgischen
Klinik und Poliklinik der BG-Klinik Bergmannsheil Bochum ausgewählt.
Beschränkt wird die Probandenauswahl letztlich auf klinisch alltägliche Fälle, wie
sie in der Praxis der Televisite vorkommen mögen. Mit eingeschlossen werden
ebenso Fälle mit postoperativen Störungen im Wundheilungsprozess,
exemplarisch chirurgisch interessante Fälle des stationären, operativen als auch
intensivmedizinischen Bereiches. Die Geschlechterverteilung ist in beiden
Kategorien in etwa gleich gehäuft vertreten. Die Altersstruktur liegt zwischen 12
und 87 Jahren. Die Struktur der Probanden setzt sich aus allen Teilnehmern der
Teltra Studie Televisite des Zeitraumes 2002 bis Ende April 2005 zusammen.
Insgesamt werden 50 Patienten in die Studie Patientenfotos Televisite
eingeschlossen.
88
5.9.2 Fachärzte und Bildbewertung
An der Studie nehmen 15 Probanden teil, die entsprechenden Kriterien erfüllend,
für den Vorlauftest und 10 Fachärzte der Chirurgie und Unfallchirurgie bei dem
Studienversuch. Die Auswahl der Probanden erfolgt nach folgenden Kriterien:
Alle Probanden besitzen Erfahrungen mit Wunden, haben ausreichende klinische
Kenntnisse und besitzen Grundkenntnisse in der Fotografie. Bei keinem der Pro-
banden sind Sehfehler oder eine Beeinträchtigung des Farbsehens bekannt.
5.9.3 Studie Patientenfotos Televisite
Sämtliche Bilder (mehr als 2500) von Wunden, welche 50 Televisitepatienten
eigenständig in den letzten Jahren bei sich zu Hause aufgenommen hatten, werden
nachträglich hinsichtlich ihrer Bildqualität und medizinischen Eignung für
Diagnoseaussagen untersucht (Abb. 43). Es findet bewusst keine Vorauswahl zur
Reduktion des Umfangs des Bildmaterials statt, um systematische Fehlerquellen
auszuschließen.
89
5.9.4 Programm in Java zur Studiendurchführung
Start
Ende
Eingabeaufforderungfür Name, Geb. Dat.
Eingabe: VornameName, Geb. Dat., Pfad
setze schwarzenHintergrund
Lade nächstes Bild aus Verzeichnis
stelle Bild und Bewertungsskala dar
Bild
Bilder
Eingabe der Bewertung (0-10)
Hole Datum + Zeit
Datei Name.log
Name, Bild, Bewertung, Zeit
Bildbewertung
Bildname
Datum+Zeit
o.k. nein ja
Bewertung ? nein ja
erfolgreich? nein ja
Vorname, Name Geb. Dat., Pfad
Abb.: 43. Pfad des Java-Programmes zur Studiendurchführung (Kap. 5.3).
5.9.5 Technische Begutachtung am LCD-Monitor
Die technische Begutachtung erfolgt unter den Bedingungen: LCD-Monitor mit
einem Kontrastverhältnis von 500:1. Das Umgebungslicht entspricht ungefähr den
Empfehlungen der Röntgen-Arbeitsverordnung [133]. Erkennt man auf der
Konstanzaufnahme des Prüfkörpers für die digitale Radiographie alle geforderten
Strukturen gleichzeitig, so ist der Monitor bei den vorhandenen Bedingungen für
die Befundung geeignet. Die Faustregel lautet: Die Hintergrundhelligkeit soll im
Mittel etwa 200 Lux betragen. Der Umgebungshintergrund soll ungefähr gleich
hell mit dem Bildhintergrund sein. Der Monitor ist farbkalibriert. Der
90
Betrachtungsabstand beträgt 60 cm bei einer Bildschirmdiagonale von 19 Zoll.
Die Betrachtungsdauer beträgt > 15 s/Bild [157]. Tabelle 10 gibt Hinweise für
Mindestanforderungen für eine medizinische Bildbetrachtung.
Tab. 10 Check-Liste bei der Anschaffung und dem Betrieb eines Monitors.
Kriterium Angabe Bildschirmgröße 19‘ Auflösung 1024 x 768 Lochmaske ≤0,26mm Bildwiederholrate > 80 Hz Reflexionsgrad < 8% Farbstufen 24 bit (true color) Helligkeit im weißen Bereich > 300 lx Raumhelligkeit < 100 lx
5.9.6 Studie Farbverschiebung
Für den Versuch der RGB-Farbraumverschiebung werden digitale
Wundfotografien mit der Canon G6 angefertigt: Den Hintergrund gestaltet ein
graues OP-Tuch (RENTEX HAGEN). Als Motiv dienen
Wundbereichsausschnitte von Patienten nach post-operativer Versorgung mit
chirurgischer Primärnaht, Rückstichnaht nach Donati und Mc Millen. Diese
erfolgt mittels nicht resorbierbarer PROLENE® Fäden der Stärken 2-0 bis 3-0. Es
handelt sich um ein blau eingefärbtes, synthetisches, monofiles Nahtmaterial
aus®Polypropylene. Eine weitere Art des chirurgischen Wundverschlusses mittels
Primärnaht erfolgt in einigen Fällen durch eine fortlaufende Intrakutannaht mit
resorbierbarem MONOCRYL® Faden der Stärke 3-0 bis 4-0. Dabei handelt es
sich um einen ungefärbten synthetischen Faden mit monofiler Fadenstruktur. Die
Materialresorption ist hierbei nach ca. 90 bis 120 Tagen abgeschlossen.
In den Wundbereich wird zum Nachhalten der Größenverhältnisse ein schwarzes
Lineal mit weißer Schrift im Zentimetermaßstab (TELTRA) eingelegt. Zur
nachträglichen digitalen Bearbeitung des Weißabgleichs dient eine Weißtafel
(Fotowand), ebenso eine Farbtafel (AGFA GEVEART) zum nachträglichen
digitalen Farbabgleich. Die Bildebene wird parallel zur Motivebene (Wundebene)
gelegt. Der Motiv-Objektiv Abstand beträgt 50 cm. Der Bildmotivausschnitt wird
so gewählt, dass die Größenverhältnisse der Darbietung auf dem Monitor, bzw.
TFT-Bildschirm in etwa dem Betrachter ein der Realität entsprechendes Bild
wiedergeben. Die Aufnahme erfolgt im Automatikmodus der digitalen Kamera,
bzgl. der Einstellung des Blitzlichtes, der Blende, der Verschlusszeit und der ISO-
91
Empfindlichkeit sowie der Einstellung Makromodus. Die Aufnahmen erfolgen
unter den Lichtverhältnissen des Ausschlusses von Tageslicht. Als Leuchtquelle
dienen an der Raumdecke vormontierte Leuchtstoffröhren der Marke Osram
Lumilux Coolwhite 840 (mit 4000 Kelvin Farbtemperatur laut Herstellerangabe).
Diese werden zuvor 20 min. in Betrieb genommen. Der Einstrahlwinkel der
Leuchtquelle ist senkrecht über dem Motiv. Zusätzlich wird das
Farbverteilungsspektrum der in Betrieb genommenen Leuchtstoffröhren in Höhe
des Motivs mittels Minolta Chromameter CL 200 gemessen: Helligkeit 1980 lx;
Farbraum RGB: R (X) 1920, G (Y) 1980, B (Z) 1060; Farbtemperatur (T) 3995 K.
Vor Anfertigung der Versuchsreihe erfolgt ein manueller digitaler Weißabgleich
der 15 ausgewählten Bilddaten, nach klinischen, für eine Wundbeurteilung
geeigneten Gesichtspunkten. Mittels The Gimp Software Farbpipette (Abb. 44)
erfolgt eine möglichst naturgetreue Bildauswahl.
Abb.: 44. Die Abbildung zeigt einen Ausschnitt aus der Werkzeugpalette des Weißabgleiches mittels Farbpipette von The Gimp.
5.9.7 Studie Fotoserie Kompression
Der Versuchsaufbau gestaltet sich analog der Anwendung siehe Kap. 4.9.6. Die
chirurgischen Wunden sind mit Prolene- oder Monocryl-Fäden verschiedener
Stärke verschlossen. Es werden neben Motiven mit komplikativem Verlauf auch
unkomplizierte Wundheilungsverläufe ausgewählt. Als häufigste Komplikationen
dienen Motive wie Serome, nässende Wunden, teils mit Pus, entzündete
Wundumgebungsbezirke, teils wundnekrotische Randbezirke sowie auch
Hämatome in unterschiedlichen Regenerationsstadien. Die 15 ausgewählten
92
Bilddaten werden unterschiedlichen Kompressionsstufen nach JPEG und JP2
mittels der Softwareprogramme The Gimp und Lurawave unterzogen.
5.9.8 Auswerteverfahren
Die Methode der Datengewinnung erfolgt in Form von Arten der Teilerhebung
durch nichtzufällige Auswahl, die so genannte repräsentative Quotenauswahl
(Ärzte/Probanden) als bewusste (typische) Auswahl. Die Technik der
Primärerhebung, der Befragung, gestaltet sich in Fragebögen, vermittelt durch
entsprechende Software. Die Maßzahlen geben den Querschnitt als
eindimensionale Häufigkeitsverteilung (bewertete Patientenbilder) wieder, sowie
zwei- und mehrdimensionale Häufigkeitsverteilungen (Farbräume). Die
Normierung der Maßzahlen wird wie folgt definiert: Aus der Maßzahl M mit dem
minimalen Wert Mu und dem maximalen Wert Mo erhält man durch
Lineartransformation auf einen bestimmten Wertebereich die normierte Maßzahl
M*:
Formale Kriterien gliedern sich in die Anzahl 0 (sehr gut) bis 10 (sehr schlecht).
Hier sei die Maßzahl nicht normiert. Diese Klassifizierung ist dann gut möglich,
wenn diese linear und äquidistant ist und eine genügend hohe Anzahl an
Ereignissen pro Merkmal, ähnlich den Schmerzskalen, enthält. Die Spannweite R
ist definiert als die Differenz zwischen dem größten und kleinsten
Beobachtungswert. Die Summenhäufigkeit ist eindimensional und gilt als
absolute kumulierte Häufigkeit:
Die Häufigkeit, die erforderlich ist, entspricht der Anzahl der einzelnen
Maßzahlen dividiert durch die Gesamtheit der Maßzahlen in Prozent. Das
arithmetische Mittel ergibt sich aus der unabhängigen Regel:
Tabelle 11 stellt das angewandte Schema der zweidimensionalen
Häufigkeitsverteilung dar, bezogen auf die prozentuale Auszählung der
M* = Mu*+(M-Mu)·(Mo*-Mu*)/(M
o-Mu)
Hi = i∑ j=1 hj = Ni/n
Mittelwert von x = 1/n·n∑v=1·xv
93
Farbbeurteilung (Farbabweichung Delta = 0% = Original, 6%, 12%, 18%, 24%,
30% zu den Bewertungsklassen 0-10).
Tab. 11 Eine zweidimensionale Häufigkeitsverteilung ist eine Zuordnung der gemeinsamen relativen (hij = Anzahl der Bewertungen pro Merkmal dividiert durch die Gesamtbewertung) Häufigkeiten zu den Ausprägungen xi des Merkmals nach Art hier gezeigter Matrix (X-Achse = Farbweichung; Y-Achse = Verhältnis gute zu schlechten Bildern).
Merkmale Y Merk-male X y1 y2 … yj … yk
x1 h11 h12 … h1j … h1k x2 h21 h22 … h2j … h2k : : : : : : : : : : xi hi1 hi2 …. hij …. hik : : : : : : : : : :
xm hm1 hm2 …. him …. hmk
Bezogen auf die drei reservierten Farbräume RGB, impliziert die Unabhängigkeit
hier die nicht umkehrbare Unkorreliertheit.
6 Untersuchungen
6.1 Versuchsreihen
6.1.1 Versuchsreihen Schärfentiefe
Mit der Durchführung der Versuchsreihen der Schärfentiefe soll gezeigt werden,
wie sich unter fotografischen Gesichtspunkten die Ausdehnung der Schärfentiefe
auf die Detailerkennbarkeit des medizinischen Wundbereiches auswirkt. Dies ist
umso bedeutsamer, je ausgeprägter die räumliche Ausdehnung des Motivs ist.
Von Interesse für den fachkundigen Betrachter sind hierbei insbesondere
Nahtmaterial (Knoten und Faden), Wundrand (Wulst), Wundgrund (wenn
vorhanden, mit Granulationsgewebe, Osteosynthesematerialien wie z.B. Platten,
Schrauben, Nägel, etc.), Flüssigkeiten (z.B. Serom, Pus, etc.), sowie außerhalb des
Wundbereiches angrenzende Verbandmaterialien und chirurgische
Osteosynthesematerialien (Pins, Drähte, Schrauben, Fixateure, etc.), evtl. hiermit
in Zusammenhang stehende Verlaufskomplikationen. Insbesondere sollen diese
möglichst frühzeitig zu erkennen sein.
Weiterhin soll auf die Unterschiede der Schärfentiefe ausgewählter digitaler
Kameramodelle Bezug genommen werden. Dies dient einer Eingrenzung der
94
Wahl des Kameramodells für die Praxis, für den Einsatz im operativen Bereich,
auf der Station, als auch in der Ambulanz.
Nach physikalischen Gesichtspunkten stellen Wunden und Verbände
dreidimensionale Flächen mit Wundausdehnungen (Wundtiefe, Wundlänge, etc.)
dar. Bestreben des Mediziners ist es, alle diese Strukturen des Bildausschnittes in
der Tiefe scharf dargestellt beurteilen zu können. Das menschliche Auge sieht
etwa unter einem Sehwinkel von 10 Grad scharf und weist an sich eine geringere
Leistungsfähigkeit als moderne Kameras auf. Durch zentral nachgeschaltete
verarbeitende Prozesse übersteigt aber letztlich das humane dreidimensionale
Sehvermögen das der Kamera. Die Schärfentiefe ist der Teil, den es zu
untersuchen gilt: Diese ist abhängig seitens der Optik, Blendenöffnung,
Brennweite, Entfernungseinstellung und Sensor als zentrales Thema. Die
technische experimentelle Durchführbarkeit gestaltet sich mit Pyramidenkeil unter
reproduzierbaren Bedingungen (Kap. 4.5.1). Hinsichtlich der klinisch
experimentellen Untersuchung gilt: Die gesamte Oberfläche des Probanden steht
zur Verfügung. Diese stellt sich als großdimensional dar, mit einer
Schärfentiefenausdehnung von 10 cm und mehr. Es handelt sich hierbei um
dreidimensionale Freiformflächen. Bei der klinischen Versuchsvorbereitung
wurde die Probandenwahl auf drei exemplarische Fälle chirurgischer Wunden
reduziert:
1) Chirurgische Wundnaht mit Fixateur extern an einem Unterschenkel (Nikon
D1X mit AF-Objektiv),
2) Tiefenausdehnung bei Wundheilungsstörung im Bereich der ventralen Tibia
(Canon G6 mit Zoomobjektiv),
3) Chirurgische Wundnaht lateral am Oberschenkel (PDA mit Festblende 2,4).
Da der Anschaffung ein schneller Modellwechsel der Kamera gegenübersteht
stellt sich zusammengefasst mit den Versuchsreihen der Schärfentiefe die Frage:
Ist vor dem Kauf der digitalen Kamera Zwecks Einsatzes im medizinischen
Bereich des Klinikalltages und der Televisite die Schärfentiefe zuverlässig bei
Formulierung des Anwendungsfalles (Einsatzbereich der Digitalkamera)
berechenbar.
95
6.1.1.1 Einfluss der Blendenzahl auf die Schärfentiefe
Zu Versuch 1: Bei dem Erkrankungsbild handelt es sich um eine
Wundheilungsstörung, sekundär abheilend, mit Plattenlagerinfektion
(Keimnachweis Pseudomonas aeruginosa) nach Tibiakopftrümmerfraktur mit
erheblicher Weichteilkontusion bei einem 70 Jahre alten männlichen Patienten.
Durchgeführt wird eine Serie von je 3 Fotos pro Blendeneinstellung. Die
Bildreihen werden nach folgendem Kriterium ausgewertet: Der Abstand (10 cm)
zwischen Fixateur externe und Wundfaden sollte scharf zu erkennen sein. Es
erfolgt ein Vergleich mit der Berechnung der Schärfentiefe (Kapitel 3.3.8.1, Tab.
4).
Der Fixateur externe kann bei Patienten mit schweren Weichteilschäden oder
komplizierten Verläufen angewendet werden. Daher bietet es sich an, diesen für
den Versuch der Schärfentiefe zu demonstrieren. Die Wahl des Wundmotivs mit
Fixateur externe eignet sich insbesondere durch die sich ergebende Distanz
zwischen Wundbereich und den Karbonfaserstangen, die hier in etwa bis zu 10
cm beträgt.
In dem durchgeführten Versuch entschied ich mich für das Motiv mit Wundnaht
plus Fixateur externe, da hier besonders hohe Ansprüche im Hinblick auf die
Schärfentiefe an das Zusammenspiel von Kameraobjektiv, Blende und Sensor
gestellt wurden.
6.1.1.2 Auswirkung der Objektiv-Motiv Distanz auf die Schärfentiefe
Zu Versuch 2: Bei dem Motiv handelt es sich um eine sekundär heilende Wunde
nach subtraktiver valgisierender Tibiakopfumstellungsosteotomie mit
Decortikation im Pseudarthrosenbereich.
In dieser Versuchsserie soll anhand der Beurteilung der Aufnahme mit einer
digitalen Mittelklassekompaktkamera und Vergleich mit der Berechnung geprüft
werden, inwieweit eine Variation der Distanz zwischen Objektiv und Motiv einen
Einfluß auf die Schärfentiefenausdehnung hat. Diese wird deutlich hervorgehoben
durch die erschwerte Bedingung des perspektivischen Aufnahmewinkels von in
etwa 25 Grad zur Motivebene.
Die Auswertung der Bildserien geschieht anhand der Beurteilung der
Detailerkennbarkeit der Wundränder, des Wundgrundes und des umliegenden
96
Hautmantels. Dieses Ergebnis wird mit der Rechnung Tab. 5 in Kap. 3.3.8.2
verglichen.
6.1.1.3 Kameragrenzen der Schärfentiefe
Zu Versuch 3: Es handelt sich bei dem Erkrankungsbild um eine Hüftgelenksnahe
Wunde nach operativ versorgter Fraktur (DHS). In dieser Versuchsserie sollen die
Grenzen der Schärfentiefe der aktuellen eingesetzten Mobiltelefondigitalkameras
im Vergleich zu den Mittelklasse AF-Kompaktkameras als Referenz untersucht
werden.
Die Auswertung wird durchgeführt mit Vergleich der Aufnahmen in Kap. 6.2.3,
Abb. 48, sowie den Ergebnissen in Kap. 3.3.8.3, Tab. 6 und Gegenüberstellung
der Rechnung.
6.1.2 Lineale zur Wundvermessung
In dieser Versuchsserie sollen die ausgewählten in der medizinischen Fotografie
erprobten Lineale hinsichtlich der Praxistauglichkeit anhand visueller
Aufnahmebeurteilung aus 50 cm Objektiv Motiv Distanz verglichen werden.
Die Lineale sind in der Versuchsreihe in einer Motivebene angeordnet (Kap. 4.6).
Die Positionierung des Lineals im oder als Hintergrund erweist sich als
ungeeignet, da der Maßstab vorwiegend erkennbar nur scharf in der Bildebene,
sprich Wundebene, bei einer Distanz Hautoberfläche zu Hintergrund von bis zu
10 cm oder mehr abgebildet wird. Lineale sind nur zur Abschätzung der
Größenverhältnisse geeignet, unter der Annahme das Motiv entspricht der
Oberfläche eines Körperteiles. Systematische Messfehler treten durch Tiefe des
Objektes und nicht längentreue Projektion auf. Hierunter fällt u.a. der
Parallaxenfehler (griech. Vertauschung) siehe Kap. 3.4.1. Maßstäbe sind demnach
nur geeignet bei Frontalaufnahmen (Kamera ist parallel zur Bildebene). Die
Aufnahme der Lineale erfolgt in der Versuchsserie aus der Totalen.
Es gilt zu beachten, dass zu hohe Lichtmengen benachbarte Sensorpixel
beeinflussen (Ladungsträger wandern in die Nachbarpixel), und daher geben
Maßstäbe mit dunklem Hintergrund (schwarz, blau) und hellen Markierungen,
bzw. Strichen kontrastreichere Linien im Bild ab. Dies soll in der Versuchsreihe
visuell anhand der Aufnahme dargestellt werden.
97
6.1.3 Fotoserie Farbverschiebung
Anhand der Fotoserie soll ein zulässiger Toleranzbereich für die Verschiebung in
den einzelnen RGB-Farbräumen zur Beurteilung von den ausgewählten
chirurgischen Wundmotiven erarbeitet werden. Die Versuchsdurchführung erfolgt
wie in Kap. 4.9.6 und 5.3.1 beschrieben. Es wird vornehmlich auf reproduzierbare
Lichtverhältnisse bei den Serien geachtet. Die Aufnahmen erfolgen unter
klinikalltäglichen Beleuchtungsverhältnissen. Es wird pro Wundmotiv eine
Aufnahmeserie mit jeweils 15 Fotos mit und ohne Zusatzblitzlicht durchgeführt.
Hiervon wird exemplarisch je eine repräsentative Bilddatei ausgewählt und in die
Studie eingearbeitet. Die Auswahl der Probanden und die Durchführung der
Betrachtungsstudie erfolgen analog der in den Kap. 4.9.1 und 4.9.5
durchgeführten Vorgehensweise. Weiterführende Angaben bzgl. der Studie
Farbverschiebung siehe Kap. 5.3.2.
6.1.4 Einfluss der Leuchtquelle
Das Interesse dieser Versuchsreihe galt der Fragestellung, in wiefern möglichst
eine hohe Farbtreue der digitalen Fotografie unter Arbeitsbedingungen als
Mediziner erreichbar ist. Hierzu werden zunächst die Beleuchtungsverhältnisse
unter Alltagsbedingungen für den Fotografen auf klinischen Stationen, dem
operativen Bereich und Televisite erfasst. Gemessen werden in Teil 1 mit dem
Minolta Chroma CL 200 Spektrometer die RGB-Verteilung und die
Farbtemperatur in den in Kap. 6.4.2, Tab. 19 genannten Einrichtungen. Zur
Relevanz der Leuchtquelle in der digitalen Wundfotografie sei bemerkt, dass
ebenso die Auflösung von der Beleuchtung abhängig ist.
Bei der Durchführung des Experimentes sei auf die Auswahl der Leuchtquellen
hingewiesen: Handelsübliche Leuchtstoffröhren der Marke Osram L36W/21
Lumilux 840 Coolwhite, mit einem farbräumlichen Verteilungsspektrum von
siehe Kap. 3.5.2, Abb. 16 und somit einem prominenten Gelb- und Grün-Anteil,
bei akzeptablem Blauwert-Anteil. Diese sind unter den klinisch vorgeschriebenen
Gesichtspunkten im OP-Bereich, den Behandlungsräumen der Notfallaufnahme,
auch als Flurbeleuchtung auf den Stationen und den Patientenzimmern der
Stationen vorinstalliert und in Betrieb genommen. Ebenso ist ein Vorkommen
dieses Leuchtentypes unter alltäglichen Bedingungen im Rahmen der Telelvisite
durchaus anzunehmen. Die Farbtemperatur des genannten Leuchtstoffröhrentypes
98
beläuft sich laut Hersteller Angaben auf 4000 Kelvin. Es werden darüber hinaus
Bedingungen mit Tageslicht und Mischlicht (Kap. 6.4.2, Tab. 19) berücksichtigt.
Teil 2 der Versuchsreihe beschäftigt sich mit dem in Kap. 6.4.2
herausgearbeiteten quantifizierbaren Faktor Farbtemperatur bei Belassung aller
anderen Parameter: Motivauswahl, Hintergrundwahl, Lagerung des
Patientenarmes, Markierung, Bildausschnitt, Aufnahmewinkel und Ebene,
Scharfstellung, Motiv-Objektiv Distanz, Motiv-Leuchtmittel Abstand,
Einstrahlwinkel des Leuchtmittels zur Kamera, flächenhafte gleichförmige
Ausleuchtung (diffuser Strahler mit nahezu 180 Grad Abstrahlwinkel) und des
reproduzierbaren Zustandes (Fotostudio unter Ausschluß von Fremdlicht). Der
Variable Parameter (T) gestaltet sich durch die in Kap. 4.7.2 genannten
Leuchtmittel. Die Motivwahl beschränkt sich auf einen Unterarm des Patienten,
versorgt mit chirurgischer Wundnaht und Mini-Fixateur-extern. Frakturen in
diesem Extremitätenausschnitt stellen ein hohes Klientel an Patienten dar,
insbesondere für die poststationäre telemedizinische Nachsorge. Zudem erleichtert
das Motiv durch seine anatomische Begrenzung die Schärfentiefenabbildung. Es
werden 5 Bilderserien à 4 Fotos unter den in Kap. 4.7.2 genannten Bedingungen
durchgeführt. Parallel werden mittels Minolta CL200 Spektrometer der RGB-
Wert und die Farbtemperatur gemessen.
Viele Parameter haben Einfluss auf die Beleuchtungsverhältnisse im Klinikbe-
reich: Die Farbtemperatur, helles bzw. dunkles Licht, Mischlicht und die Lichtin-
tensität. Das erstgenannte erweist sich als quantifizierbar. Angemerkt sei die
Normlichtart D65, als Weißpunkt innerhalb des CIE, die als Referenzpunkt für die
Untersuchung am Patienten dient, dargelegt durch Osram Lumilux 865 Daylight
mit 6000 K Farbtemperatur. Alle anderen Variablen werden darauf bezogen.
6.1.5 Automatischer Weißabgleich
Innerhalb der Versuchsreihe soll die Tauglichkeit von kliniküblichen
Mullkompressen und Cosmopor Klebepflastern als Weißtafel für den
automatischen Weißabgleich in der digitalen Wundfotografie untersucht werden.
Die Testreihen erfolgen unter Fotostudiobedingungen. Getestet werden je 10
Mullkompressen (Fuhrmann), 10 Cosmopor-Pflaster (Hartmann) und als Referenz
die Weißplatte (Fotowand) unter den Beleuchtungsbedingungen Lumilux
Coolwhite 840 und Tageslicht mit Kamerablitzlicht.
99
Abb.: 45. Die Abbildung A zeigt die manuelle Auswahl mit der Farbpipette von The Gimp, hier am Beispiel einer Cosmopor Wundpflaster Rückseite. Teil B zeigt die prozentuale RGB-Farbraum-Auswertung mit Thumbs Plus. Die ermittelten Werte werden mittels Excel anhand von Tabellen zusammengefasst (Kap. 6.5).
6.1.6 Einfluss der Hintergrundwahl
Mit dieser Versuchsreihe soll der Einfluß der Hintergrundwahl experimentell
verifiziert werden, da aus eigenen Erfahrungen in der digitalen Fotografie dieser
eine besondere Auswirkung auf die Abbildung des jeweiligen Motives hat. Die
verwendeten Materialien werden üblicherweise in der Klinik, insbesondere im
chirurgischen Umfeld, alltäglich benutzt. Die Untersuchungen finden unter
gleichbleibenden Bedingungen statt. Zu den konstanten Parametern gehören Art,
Abstand und Einstrahlwinkel der Lichtquelle, Kamera und deren
Einstellparameter (Automatikmodus, Objektiv-Motiv Distanz, Aufnahmewinkel
in der Frontalebene). Hierzu finden Vergleiche, insbesondere des Farbverlaufes,
der einzelnen Aufnahmen der jeweiligen Bildserien statt. Der einzige variable und
zu untersuchende Parameter besteht aus der Hintergrundauswahl.
6.2 Kompression
6.2.1 Kompressionsartefakte
Bei der Befundung medizinischer digitaler Bilddatensätze kann es bei höheren
Kompressionsraten zum auftreten von Kompressionsartefakten kommen, wodurch
erheblich die Diagnosestellung beeinträchtigt werden kann.
Innerhalb ausgewählter digitaler Bilddatensätze von medizinischen Wundauf-
nahmen soll das Auftreten folgender typischer Kompressionsartefakte bei JPEG
und JP2 in Abhängigkeit der Kompressionsrate im Vergleich zum unkomprimier-
ten Bilddatensatz dargestellt werden: Bei JPEG Kompression Blockartefakte und
Ringing-artifacts. Bei JP2 Kompression Blurring-artifacts.
A B
100
6.2.2 Fotoserie Kompression
Durch den Vorgang der Komprimierung wird die ursprüngliche Bilddatenmenge
auf ein speicher- und verarbeitungsfähiges handliches Maß reduziert. Gezeigt
werden sollen die Einflüsse und Grenzen der digitalen JPEG-Kompression in der
Wundfotografie für die Betrachtung am Bildschirmarbeitsplatz, exemplarisch an
15 repräsentativen digitalen Wundaufnahmen. Die Aufnahmeserien finden unter
Fotolaborbedingungen statt, unter Ausschluss des Tageslichtes. Die Wundmotive
wurden nach den in Kap. 4.9.1 genannten Kriterien ausgewählt.
6.3 Studien
6.3.1 Studie Patientenfotos Televisite
Zur Beurteilung wird jedes einzelne Bild in der gleichen Auflösung von 800 x 600
Pixel über ein Java Programm bildschirmfüllend dargestellt. Die Probanden
können per Maussteuerung jedem Bild eine Bewertung von 1 (sehr gut
beurteilbar) bis 10 (nicht beurteilbar) zuweisen. Zusätzlich wird der Name,
Vorname, Geburtsdatum, sowie die fachliche Qualifikation des jeweiligen
Probanden aufgezeichnet. Die Beobachtungszeit für die Beurteilung eines
Einzelbildes kann frei gewählt werden.
Tab. 12 Anteil der Patienten-Bilder je Bewertungsstufe durch die Probanden.
Laien 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Summe Anzahl Bilder 992 902 1570 1569 1297 1000 729 585 407 261 9312 Anteil in % 10,65% 9,69% 16,86% 16,85% 13,93% 10,74% 7,83% 6,28% 4,37% 2,80% 100,00% Pearson- Fit % 9,24% 12,03% 15,60% 17,25% 14,01% 10,42% 7,81% 5,91% 4,45% 3,28% 100,00%
Ärzte 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Summe Anzahl Bilder 104 1105 2590 2118 1488 1105 1351 760 620 399 11640 Anteil in % 0,89% 9,49% 22,25% 18,20% 12,78% 9,49% 11,61% 6,53% 5,33% 3,43% 100,00% Pearson- Fit % 0,65% 9,49% 22,19% 18,02% 13,62% 10,48% 8,30% 6,76% 5,64% 4,80% 99,96%
Die Anteile pro Bewertungsstufe werden als Histogramm getrennt nach Laien und
Ärzten dargestellt (Tab. 13).
101
Tab. 13 In dieser Graphik wird die deutliche Diskrepanz zwischen Ärzten und Laien bei den Bewertungsstufen 1 bis 3 veranschaulicht.
0%
5%
10%
15%
20%
25%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Laien
Ärzte
Fit-Laien
Fit-Ärzte
gut schlecht
Pearson
Verteilung
Mit einem geeigneten Statistikprogramm (Table Curve 2D, Vers. 5.01) wird
zunächst für beide Personengruppen aus einer Vielzahl möglicher
Verteilungsfunktionen diejenige angepasst, welche am besten die Asymmetrie im
Histogramm mit den wenigsten Freiheitsgraden beschreibt. Interessanterweise ist
aus der Gruppe der asymmetrischen Verteilungen die Pearson-Verteilung-IV für
beide Gruppen (Laien und Ärzte) die geeignetste.
Pearson-Verteilung-IV (a,b,c,d,e,f) mit den Größen Amplitude a, Mitte b, FWHM
c und den Nebenbedingungen: c > 0, d > 0.
Die Anwendung dieser Klasse von Verteilungen auf leicht asymetrische
Histogramme ist im Nachhinein jedoch nahe liegend. Die Grundlage und
Anwendung der Pearson Kurven (Karl Pearson, 1857 - 1936) erscheint in mehr
als 300 seiner mathematischen Beiträge in der Statistik: Zum Beispiel Koeffizient
von Eventualität, Produktmomentkorrelation, Chi Platz, Kurtosis, normale Kurve
und andere Verteilungen, mehrfache Korrelation, Koeffizient von Variations- und
Standardabweichung und mehrfachen Regressionsgleichungen. Bekannt sind auch
die Beiträge zur Theorie von Evolution: III. Zurückentwicklung, Vererbung und
Panmixia [111, 112].
102
Das diskrete Bewertungsspektrum von 1 bis 10 aller Probanden wird in eine gute
und eine schlechte Bildqualität klassifiziert. Es wird eine Grenze für akzeptable
Bilder in Übereinstimmung der behandelnden Ärzte bei der Bewertungsstufe 6
festgelegt: D.h. alle Bilder mit einer Bewertung kleiner gleich 6 gelten als
medizinisch auswertbares Material. Aus dieser Aufteilung wird nun der
Maximum-Likelihood-Schätzer für den Parameter einer Binomialverteilung
bestimmt. Mit diesem zugrunde liegenden Parameter werden dann die Anzahl
nötiger Bilder errechnet, um eine vorgegebene Konfidenz für mindestens ein gut
bewertbares Bild zu erhalten.
Nun definiert man
P = “gute Bilder“ / „Gesamtzahl Bilder“
für jede Person bzw. Klassifikation. Mit diesem Quotient errechnet sich sodann
die nötige Mindestanzahl an Bildern, um mindestens ein „gutes Bild“ mit einer
vorgegebenen Konfidenz zu erhalten. Dies geschieht über die Binomialverteilung
(„Ziehen ohne Zurücklegen“):
( ) ( )in n Zügen r gute Bilder 1n rr
nP p p
r
− = −
Die Konfidenzbereiche werden explizit mit Mathematica v5.0 errechnet:
Bin[n_, r_, p_]:= Binomial[n, r]*p^r*(1-p)^(n-r);
mit dem Ansatz
1-Bin[n, 0, p] = Konfidenz
Dieser Ansatz bestimmt die Wahrscheinlichkeit „nach n Zügen mindestens ein
gutes Bild“ vom Patienten zu erhalten.
Aus der obigen Tabelle ist offensichtlich, dass generell 3 Bilder ausreichen, um
mit mindestens 95% Sicherheit ein gutes Bild zu erhalten. Dabei ist es
unerheblich, ob Laien oder Ärzte die Bilder bewerten. Die
103
Einzelpersonenschwankung ist zwar bei den individuellen p-Werten relativ groß,
bewegt sich jedoch noch im tolerierbaren Akzeptanzbereich.
Die bisherige Vorgabe an Televisitenpatienten mindestens 4 Fotos von ihrer
Wunde unter möglichst verschiedenen Bedingungen (Blitz, ohne Blitz, 2
Ansichten) pro Tag zuzusenden, ist eine vernünftige Wahl. Statistisch liegt die
Wahrscheinlichkeit, ein medizinisch bewertbares Patientenbild von insgesamt 4
Bildern zu erhalten, bei mehr als 98%.
6.3.2 Studie Farbverschiebung
Der manuelle digitale Nachbearbeitungsschritt wird mit Thumbs Plus 6.0
durchgeführt: Eine Verschiebung separiert den R-, G- und B- Raum in 5er
Schritten, von +30 bis -30 (Kap. 4.3.1): +6, +12, +18, +24, +30; -6, -12, -18, -24, -
30 und 0 ergeben 11 Abstufungen. Gezeigt werden soll mit dieser Versuchsserie,
welchen Einfluss die Veränderung der einzelnen Farbräume für die Befundung
der Wundabbildung bei Betrachtung am Monitor bzw. TFT-Bildschirm hat und
damit letztlich Auswirkung auf die medizinische Diagnosestellung. Neben der
Einflussnahme hinsichtlich der Beurteilbarkeit ist der noch tolerierbare Bereich
der +/- Farbabweichung des entsprechenden Raumes von Interesse, der hier als
vertretbar empfohlen werden kann. Zur Probandenauswahl und deren Kriterien
siehe Kap. 4.9.1.
6.3.3 Studie Fotoserie Kompression
Es sollen mit dieser Versuchsserie die Einflüsse und Grenzen der digitalen JPEG-
Kompression in der Wundfotografie für die Betrachtung am
Bildschirmarbeitsplatz dargestellt werden, exemplarisch an 15 repräsentativen
digitalen Wundaufnahmen. Des Weiteren erfolgt ein Vergleich zwischen dem
etablierten JPEG und dem neueren JP2. Die manuelle Nachbearbeitung wird mit
der Software The Gimp und dem Luratech durchgeführt. Es wird eine Abstufung
in 5% Schritten vorgenommen (100%, 95%, etc. bis 18%, 12%, 8%, 5%, 2%).
Somit ergeben sich unter optimierter Bearbeitung und bestmöglichen
Bedingungen 24 Stufen. 100% entsprechen etwa 2,6 bis 2,8 MB, 2% in etwa 30
bis 60 kB. Die Kompression erfolgt in einem Schritt. Die Ausgangsbilddateigröße
wird auf die Hälfte reduziert, weiter in 100 Kilobyte Schritten bis auf 100
Kilobyte Dateigröße. Unter 100 Kilobyte erfolgt die Reduzierung in 10 Kilobyte
104
Schritten bis auf eine Dateigröße von 20 Kilobyte. Zuletzt wird auf 18, 16, 12 und
6 Kilobyte reduziert.
7 Ergebnisse
7.1 Patienten
Die Größe der Untersuchungsgruppe (Kap. 4.9.3), eine nach SF 12 Evaluations-
Standard konzipierte Studie zur Befragung von Televisite-Patienten, ergab eine
hohe Akzeptanz und Zufriedenheit in Bezug auf das Televisite-Verfahren.
Anhand der Größe der Untersuchungsgruppe kann hinsichtlich der Anwendbarkeit
dieses Konzeptes der Televisite eine gesicherte Aussage getroffen werden: Es
zeigte sich, dass alle Altersgruppen für den Bereich von unter 20 Jahren bis über
70 Jahren in den Prozess eingebunden werden konnten (Kap. 6.1.1, Tab. 14).
Insbesondere konnte eine verkürzte stationäre Verweildauer, bei gleich bleibender
Versorgungsqualität nachgewiesen werden.
7.1.1 Patientenfotos Televisite
Tab. 14 Darstellung der Auswertung der Studie Patientenfotos Televisite. Die Vorstudie beinhaltet Patienten, die nicht randomisiert erfasst worden sind. A-Pat.: Patienten mit Televisite. B-Pat.: Patienten ohne Televisite.
0,0%
5,0%
10,0%
15,0%
20,0%
25,0%
30,0%
35,0%
Vorstudie 6,5% 6,5% 19,4% 29,0% 19,4% 16,1% 3,2% 0,0%
A-Pat. 7,0% 8,8% 21,1% 24,6% 21,9% 11,4% 4,4% 0,9%
B-Pat. 3,1% 9,4% 21,9% 15,6% 31,3% 12,5% 6,3% 0,0%
bis 20 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71-80über
80
105
Diese Studie zeigt auf pragmatische Weise, dass die Digitalfotografie mit
hochwertigen Kompaktkameras (hier Canon G3 und G5) einen Stand erreicht, wo
Patienten eigenständig oder mit Hilfe des Lebenspartners die Fortschritte der
individuellen Wundheilung für den behandelnden Arzt medizinisch bewertbar
dokumentieren können. Tabelle 14 stellt die Altersverteilung der Studienpatienten
dar.
7.2 Schärfentiefe
Vorab der Präsentation der Ergebnisse aus den einzelnen Versuchsreihen zum Thema
Schärfentiefe (Kap. 6.2.1 bis 6.2.4) werden nachfolgend Resultate dargeboten, die
der Optimierung der Schärfentiefe bei Wundaufnahmen dienen:
Vor dem Kauf der digitalen Kamera sollte vorzugshalber eine Berechnung mit einem
Schärfentiefekalkulator durchlaufen werden, beispielsweise mit dem
Schärfentieferechner von Erik Krause (Kap. 3.3.8). Den Fotokameras, insbesondere
Kompaktkameras, sind aufgrund der durch die Konstruktionsweise bedingten
physikalischen Eigenschaften sowie der nachfolgenden Darstellungsweise (Druck,
Monitor, etc.), enge Grenzen in der perspektivischen Darstellung gesetzt. Bei der
Wahl der Lichtverhältnisse ist zu beachten, dass ein entsprechender Schattenwurf für
den besseren perspektivischen Eindruck gewählt wird. Leistungsfähige digitale
Kameras (z.B. Nikon D-Serie) mit entsprechendem kompatiblem Wechselobjektiv
erreichen eine numerische Apertur-Breite von 2,0 bis zu 22, bzw. 28. Eine akzeptable
Schärfentiefebereichsausdehnung, wie sie in der digitalen Wiedergabe von
chirurgisch versorgten Wunden zu fordern ist, benötigt eine Blendenzahl von 5,6 und
mehr. Digitale Kompaktkameras (wie etwa die Canon G-Serie mit eingebautem
Zoomobjektiv) besitzen einen engeren Arbeitsbereich wie z.B. die in der
Televisitepraxis angewendete Canon G6 mit einem Blendenvorwahlbereich von 2,8
bis maximal 8,0. Hier ist die untere Grenze des Blendenschlusses erreicht. Die
Einstellung einer kleineren Blende erfordert mehr Licht bei Verschlusszeiten unter
1/60 Sekunden. Empfehlenswert ist bei einer Einstellung mit der Blende 5,6 sowie
größer zur Unterstützung als Zusatzlichtquelle den Automatikblitz zu wählen.
7.2.1 Einfluss der Blendenzahl auf die Schärfentiefe
Die Blendenvorwahl von 2,8 ergab eine geringe, ab Blende 5,6 und größer eine
optimale Ausdehnung der Schärfentiefe bei den Aufnahmen mit der Nikon D1X.
106
Exemplarisch lässt sich hier der Effekt der Schärfentiefenausdehnung an der weißen
Skalierung des schwarzen Lineals darstellen. Auch anhand der
Karbonfaserstangenmaserung sowie der Backen-Muttern ist dies nachvollziehbar.
Insbesondere ist das Ergebnis an der Beschriftung der Backen und der Wundnaht zu
sehen (Abb. 46, A-D, A`, C`, D`).
Abb. 46a: Blende 2,8
Abb. 46b: Blende 5,6
A
B
A`
107
Abb.: 46. Darstellung der Aufnahmen des Versuches Einfluss der Blendenzahl auf die Schärfentiefe, mit je unterschiedlicher manueller Blendenvorwahl (Nikon D1X). Anschaulich wird die Auswirkung auf die Schärfentiefe beispielhaft anhand der Ausschnittsvergrößerung gezeigt. Abb. A bis D und dazugehörend A`, C` und D`: Ausschnittsvergrößerungen jeweils der zugehörigen Abb. 46 a bis d, hier angeführt als weiterführendes Beispiel der Blendenvorwahl auf die Schärfentiefe des interessierenden Wundbereiches.
Abb. 46c: Blende 8,0
Abb. 46d: Blende 22
C
D
C`
D`
108
Der Vergleich dieses Ergebnisses mit der Rechnung in Kap. 3.3.8.1, Tab. 4, ergab
eine Teilübereinstimmung: Bei 50 cm Distanz Objektiv zum Motiv ergab die
Schärfentiefeberechung mit dem Schärfentieferechner von Erik Krause eine
solche von 6,44 cm bei der Blendenvorwahl 8,0. Unsere klinische Versuchsserie
ergab, dass ab der Blendezahl 8,0 eine Schärfentiefe von 10 cm erreicht ist. Somit
konnte bei der Anwendung der Nikon D1X mit Objektiv unter den genannten
Voraussetzungen gezeigt werden, dass die genannte Blendenvorwahl für den
medizinischen Einsatzbereich an dem besagten Beispiel erfüllt war und sich somit
als empfehlenswert erwies.
7.2.2 Auswirkung der Objektiv-Motiv Distanz auf die Schärfentiefe
Als Exemplar zur Darstellung der Auswirkung der Motiv-Objektiv Distanz auf die
Schärfentiefe wurde das Motiv mit einer Wundtiefenausdehnung von 1 bis 1,5 cm
und einer Länge von etwa 7 cm und Breite von etwa 4 cm gewählt (Canon G6, Abb.
47). Die Auswertung der Bildserien dieses Versuches ergab, dass ab einer
Blendenvorwahl von f > 5,6 der Wundrand, die Wundtiefe und der umgebende
Hautmantel (zu beachten sei die Rundung des Unterschenkels mit variierender
Schärfentiefe) als scharf im Bild anzusehen sind. Hierbei ist die obere Wundkante als
Bezugspunkt scharf gestellt worden. Die Ausdehnung war anhand des sich den
Rundungen des Unterschenkels anpassenden Lineales verfolgbar. Schlussfolgernd
ergibt sich ein begrenzter Schärfentiefenbereich vor und hinter der fixierten
Bildebene bei der Aufnahmedistanz von 50 cm. Die gemessene Schärfe umfasst
innerhalb der Bildebene einen Umfang von etwa 10 cm, bei einer Tiefenausdehnung
von etwa 4 cm.
Bei der Wahl der Distanz von 25 cm verringerte sich der Schärfebereich innerhalb
der Bildebene auf 5 cm Breite und etwa 1 bis 1,5 cm Tiefenausdehnung. Die
Berechnung mit dem Schärfentieferechner von Erik Krause ergab bei 25 cm Distanz
eine Schärfentiefe von 1,15 cm und bei 50 cm von 4,75 cm der Canon G-Serie bei
Blende 5,6. Diese Aussagen decken sich teilweise mit den Ergebnissen aus unserer
klinischen Versuchsreihe. Exemplarisch wird die Auswirkung der Variation der
Aufnahmedistanz auf den Schärfentiefebereich nachvollziehbar an den in Abb. 47
dargestellten Teilen A und B mit den blauen Pfeilen markierten Positionen gezeigt.
Hier ist eine deutliche Diskrepanz der Schärfe insbesondere des Nahtmaterials und
den umgebenden Wundbereich zwischen beiden Aufnahmen zu erkennen.
109
Abb.: 47. Darstellung der Auswirkung der Motiv-Objektiv Distanz auf die Schärfentiefe. Aufnahmen mit der Canon G6 im Automatikmodus: A aus 25 cm und B aus 50 cm Distanz. Scharfstellung auf den proximalen Wundrand. Den interessierenden Wundschärfebereich markieren je die blauen Pfeile in A und B, genauer den Faden mit umliegendem Wundbereich. Der Vergleich zeigt exemplarisch die Schärfentiefenausdehnung. Diese variiert durch die unterschiedliche Nahdistanz des Objektives zum Motiv.
A
B
110
7.2.3 Kameragrenzen der Schärfentiefe
Abb.: 48. Angewandte Kameramodelle: A Sony Ericsson P910i, B Vodafone PDA, C Nikon Coolpix 995, D Canon G6.
A B
C D
D
B
111
In dieser Versuchsreihe kamen folgende Mobiltelefone mit digitalen Kameras zum
Einsatz: Das Sony Ericsson P910i und die Vodafone PDA. Als Referenzkameras
wurde die Canon G6 und die Nikon Coolpix 995 eingesetzt. Deutlich
nachvollziehbar erläutern die in der Abb. 48 unter A bis D gezeigten Ausschnitte die
Grenzen der Schärfentiefe der aktuellen hier eingesetzten
Mobiltelefondigitalkameras im Vergleich zu den beiden Mittelklasse AF-
Kompaktkameras. Dargestellt sind Aufnahmen ein und derselben Wundnaht unter
gleichen Umgebungsbedingungen ohne Blitz im direkten Vergleich.
7.2.4 Zusammenfassung Schärfentiefe
Das Gesamtergebnis der Versuchsreihen der Schärfentiefe lässt sich wie folgt
zusammenfassen: Der Versuch Einfluss der Blendenzahl auf die Schärfentiefe,
mit Einstellung der Bildebene in der Totalen, ergab hinsichtlich der Schärfentiefe
ein empfehlenswertes Ergebnis ab einer Blendenzahl von 5,6 bei 50 cm Distanz
Objektiv zum Motiv. Unsere weitere klinische Versuchsserie ergab, dass ab einer
Blendezahl von 8,0 eine Schärfentiefe von 10 cm erreicht ist. Der Vergleich mit
der Schärfentiefeberechung mit dem Schärfentieferechner von Erik Krause ergibt
bei einer Blendenvorwahl 8,0 eine solche von 6,44 cm.
Der zweite Versuch Auswirkung der Objektiv-Motiv Distanz auf die
Schärfentiefe wurde mit Variierung der Distanz mit 25 cm und 50 cm bei der
Aufnahme und bei Positionierung der Bildebene unter einem Winkel von 25 Grad
durchgeführt. Bei beiden Einstellungen konnte ein akzeptables
Abbildungsergebnis des scharf fixierten Bereiches ab Blendenzahl 5,6 verzeichnet
werden. Hier wurde exemplarisch der Einfluss der Distanzverkürzung auf 25 cm
auf die Schärfentiefenausdehnung mit deutlicher Zunahme des
Unschärfebereiches dargestellt. Generell ist vor dem Kauf der digitalen Kamera
die Berechnung mit einem Schärfentiefekalkulator angeraten. Hier wurde der
Schärfentieferechner von Erik Krause eingesetzt. Der Versuch Mobiltelefone mit
integrierter Digitalkamera zeigte Grenzen der Schärfentiefe der beiden hier
eingesetzten modernen Modelle (Abb. 48).
7.3 Lineale zur Wundvermessung
Die Anwendung eines Lineales, mit dem Größenmaßstab in Zentimeter und
Millimeter, positioniert im Abstand von einem bis anderthalb cm parallel zum
112
Wundverlauf, erleichtert dem Betrachter die Zuordnung der Motivdetails in den
realistischen Maßstab. Die nachfolgende Darstellung verdeutlicht die
Skalierungserkennbarkeit bei der Fotolaboraufnahme aus der Totalen mit der Canon
G6. Abgelichtet sind drei Papierbedruckte Lineale (zweimal weiß, einmal schwarz),
sowie zwei Metall-Lineale, blau emailliert und blank mit grauer Beschriftung (Abb.
49).
Abb.: 49. Ausschnitt mit 110% Vergrößerung. Die Fotolaboraufnahme zeigt den Vergleich der in der medizinischen Fotodokumentation angewendeten Lineale (Maßstab in cm). Von links: a) Coloplast Wundversorgung, b) Convatec, c) Protek AG, d) TELTRA, e) Aesculap AG&CoKG. Die Größenverhältnisse der Abbildungen zu den Originalen betragen in etwa 1:1.
Als Fazit ergibt sich eine vorteilhafte Anwendbarkeit des schwarzen Papierlineals
(d) bei besonders guter Ablesbarkeit der Skalierung (TELTRA). Die Wahl des
Lineales mit weißer Schrift auf schwarzem Hintergrund reduziert die Reflexion
und lässt bei höherer Vergrößerung die Erkennbarkeit des Größenmaßstabes zu.
Ebenso gilt dies für das blau emaillierte Metall-Lineal (Protek AG).
a) b)
c)
d) e)
113
7.4 Farbe
7.4.1 Farbverschiebung
Aus den Ergebnissen der in den Kap. 4.9.6 und 5.3.2 erläuterten
Studienversuchsdurchführung erfolgte die Ausarbeitung zweier
Bewertungsklassen hinsichtlich der Bildgüte: 0 bis 5 und 6 bis 10 jeweils pro
Farbabweichung. Daraus resultierten 2 Qualitätsklassen (chirurgisch bewertbare
und medizinisch nicht bewertbare Bilder) zu den Farbabweichungen von -30% bis
+30% der kalibrierten unverfälschten Ausgangsbilder. Anschließend wurde die
Anzahl der Bildbewertungen pro Klasse und Farbabweichung gezählt. Die
Normierung auf die gesamte Zahl aller bewerteten Bilder ergab zusammen 1 (=
100%). Der weitere Schritt bestand in der Zusammenfassung der positiven und
negativen Farbabweichungsstufen von +/- 6%. Der Null-Bereich, der dem
Ausgangsbild entsprach, wurde in die Zählung nicht mit einbezogen, da dieser als
optimal im Vorfeld klassifiziert wurde. Die Tabellen 15 bis 17 geben die
Darstellung der Studienergebnisse (Kap. 5.3.2) in Form von dreidimensionalen
Säulendiagrammen mittels Excel, mit den Parametern X: Güteklassen 1 bis 10, Y:
Anteil der Bilder in 0 bis 5% Schritten, Z: Farbabweichung + 30% bis - 30%, je
für die Farbverschiebungsbeurteilungen für Rot, Grün und Blau wieder. In Tabelle
18 sind die Teilklassen summiert.
114
Tab. 15 Auswertung der Farbverschiebungsbeurteilung für Rot.
-30-24
-18-12
-60
612
1824
30
1
3
5
7
9
0%
1%
2%
3%
4%
5%
Anteil
Bilder
Farbabweichung in %Güteklasse 1 bis 10
Rot
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tab. 16 Auswertung der Farbverschiebungsbeurteilung für Grün.
-30-24
-18-12
-60
612
1824
30
1
3
5
7
9
0%
1%
2%
3%
4%
5%
Anteil
Bilder
Farbabweichung in %Güteklasse 1 bis 10
Grün
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
115
Tab. 17 Auswertung der Farbverschiebungsbeurteilung für Blau.
-30-24
-18-12
-60
612
1824
30
1
3
5
7
9
0%
1%
2%
3%
4%
5%
Anteil
Bilder
Farbabweichung in %Güteklasse 1 bis 10
Blau
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Schlussfolgernd lässt sich hieraus die folgende Regel ableiten: Eine
Farbabweichung von ± 6% im RGB-Farbraum bedeutet: Diese liegt in einem
tolerierbaren Rahmen. Die gesamte Farbabweichung, transformiert aus dem RGB-
Farbraum in den Luv-Raum, beträgt unter 10%.
Tab.18 Ergebnis durch summieren der Teilklassen.
6% Farbabweichung 12% Farbabweichung Farbraum akzeptabel unakzeptabel akzeptabel unakzeptabel
R 95% 0,4% 63% 7,0% G 94% 0,4% 60% 8,5% B 96% 0,6% 70% 8,0%
7.4.2 Einfluss der Leuchtquelle
Es konnte festgestellt werden, dass im Klinikalltag größtenteils
Beleuchtungsverhältnisse unter Mischlicht, wie Tageslicht plus
Leuchtstoffröhrenlicht, sowie Räume mit Leuchtstoffröhren verschiedenen
Farbtemperaturspektrums vorhanden sind (Tab. 19). Die Farbtemperatur des
untersuchten Leuchtstoffröhrentypes Osram Lumilux 840 Coolwhite beläuft sich
116
auf 4000 Kelvin laut Herstellerangaben. Der Einsatz dieses
Leuchtstoffröhrentypes in der digitalen Wundfotografie ist somit als vertretbar
anzusehen. Die Tabellen 21 bis 23 zeigen die RGB-Spektren der verschiedenen
Lampentypen gemessen mittels The Gimp Farbpipette, exemplarisch an den dafür
geeigneten zwei Hautstellen (normale Haut und Erythem) und Weißtafel.
Tab. 19 Messergebnisse der Versuchsreihe Farbspektren von Leuchtstoffröhren in typischen Einsatzbereichen digitaler Wundfotografie der Universitätsklinik-Bergmannsheil-Bochum. Tageslicht 10:30 Uhr (MESZ), bei mäßigem Sonnenschein. Messhöhe 170 cm (Kopfbereich).
118
Abb.: 50. Ausschnitte A bis E zeigen bei einer Aufnahmedistanz von 70 cm, durchgeführt mit der Canon G6 im Automatikmodus, ohne Blitzlicht, die Fotoaufnahmen bei unterschiedlichen Leuchtquellen: A: Lumilux 830 Warmwhite, B: Lumilux 840 Coolwhite, C: Lumilux 865 Daylight. Graues OP-Tuch wird blau abgebildet, D: Glühbirne mattiert 60 Watt, F: Glühbirne mattiert 100 Watt. Alle Leuchtmittel der Marke Osram waren mit mindestens 20 min. vorab betrieben worden.
E
A´
B´
C´
D´
119
Abb.: 51. Die Histogramme A´ bis E´ korrelieren mit den in Abb. 50 gezeigten Ausschnitten A bis E. Darstellung der RGB-Kurvenverläufe mit der variablen Leuchtquelle. Die digitale Auswertung erfolgte mit Thumbs Plus 6.0, die Bilder zeigen relative Verschiebungen der Farbspektren.
Tab. 20 Wiedergabe des gemessenen Farbverteilungsspektrums der einzelnen Leuchtstoffröhren und Glühlampentypen. Die Ermittelung der RGB-Verteilung und der Farbtemperaturen erfolgten parallel mittels Minolta CL-200.
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
R
G
B
T
R 1141 1069 973 652 1028
G 1050 1074 1033 592 938
B 402 673 1063 190 313
T 2956 3960 6290 2799 2839
Warmwhite Coolwhite Daylight GL 60 W GL 100 W
Tab. 21 Die RGB-Spektren exemplarisch für die normale Haut des Probanden.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Reihe1
Reihe2
Reihe3
Reihe1 87 88 76 92 91
Reihe2 64 65 70 65 64
Reihe3 37 45 64 44 44
Warmwhite Coolwhite Daylight GL 60 W GL 100 W
E´
120
Tab. 22 Die RGB-Spektren exemplarisch für das Hauterythem.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
R
G
B
R 76 76 64 85 85
G 31 31 34 36 35
B 17 22 34 24 23
Warmwhite Coolwhite Daylight GL 60 W GL 100 W
Tab. 23 Die RGB-Spektren exemplarisch für die Weißtafel als Referenz.
0
20
40
60
80
100
120R
G
B
R 98 96 88 97 96
G 91 91 94 88 87
B 79 85 97 76 77
Warmwhite Coolwhite Daylight GL 60 W GL 100 W
Somit stellt sich folgendes Ergebnis ein: Es können für die digitale
Wundfotografie bestimmte Leuchtquellen eingesetzt werden. Dies gilt für solche
mit einer Farbtemperatur von 4000 Kelvin und mehr. Bei der Anwendung von
anderen ist die Kombination mit Zusatzblitzlicht empfehlenswert.
7.4.3 Automatischer Weißabgleich
Die Ergebnisse der Testung der Mullkompressen (Hartmann), der Cosmopor
Klebepflaster-Rückseite als auch Klebefläche unter den beiden o.g.
121
Beleuchtungsverhältnissen wurden in den Excel-Einzeltabellen (Tab. 24, A bis F)
zusammengefasst.
Die Messserie Mullkompressen ergab eine mittlere Abweichung innerhalb des
RGB-Farbraumes von bis zu 20% im Blauanteil, 10% im Grünbereich und etwa
5% im Rotbereich. Zu den Bedingungen der Versuchsdurchführung siehe Kap.
4.7.3 und 5.1.5. Die Abweichungen für die Verhältnisse Tageslicht und
Zusatzblitzlicht betrugen im Mittel in etwa halb so viel. Die Testauswertung für
die Cosmopor-Pflaster ergaben bessere Werte: Hier betrug die Abweichung etwa
10% für den Blauanteil, 5% für den Grünanteil und nur in etwa 1% für den
Rotanteil, geltend für die Klebeseite und auch Oberseite des Wundpflasters. Unter
Tageslichtbedingungen mit Zusatzblitzlicht betrug bei beiden die Abweichung im
Maximum annähernd 2% (Blauanteil). Vergleichbar hierzu waren die
prozentualen Farbabweichungen der Fotowand-Weißplatte größtenteils als
schlechter einzuordnen.
Anhand dieser Ergebnisse eignet sich das Cosmopor-Pflaster für den Gebrauch in
der digitalen Wundfotografie zur Farbkalibrierung durch den automatischen
Weißabgleich mit einer digitalen Mittelklasse AF-Kamera.
122
Tab. 24 Tabellarische Darstellung der Versuchsserie zum automatischen Weißabgleich mit Cosmopor-Pflaster und Mullkompressen.
80
85
90
95
100
105
Rot
Grün
Blau
Rot 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Grün 95 95 95 95 94 96 94 94 94 95 93
Blau 91 91 91 92 90 92 91 91 91 91 88
860 861 862 863 864 865 866 867 868 869 880
A: Cosmopor Oberseite Osram
80
85
90
95
100
105
Rot
Grün
Blau
Rot 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Grün 95 95 95 95 94 96 94 94 94 95 93
Blau 91 91 91 92 90 92 91 91 91 91 88
860 861 862 863 864 865 866 867 868 869 880
B: Cosmopor Klebeseite Osram
80
85
90
95
100
105
Rot
Grün
Blau
Rot 100 100 99 100 99 100 100 100 99 100 100
Grün 100 99 99 100 99 100 99 100 99 100 99
Blau 100 98 99 100 99 100 98 100 99 100 98
881 882 883 884 885 886 887 888 889 890 901
C: Cosmopor Oberseite Blitz- u. Tageslicht
80
85
90
95
100
105
Rot
Grün
Blau
Rot 100 99 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Grün 100 99 100 100 100 100 98 100 99 100 99
Blau 100 99 99 100 99 100 98 100 98 100 98
891892
893
894
895896
897898
899
900
901
D: Cosmopor Klebeseite Blitz- u. Tageslicht
80
90
100 Rot
Grün
Blau
Rot 97 96 99 97 91 96 96 98 93 97 100
Grün 90 91 94 90 84 89 89 91 87 90 94
Blau 84 84 88 86 78 84 82 86 81 82 90
78 78 79 79 79 79 79 80 80 80 83
E: Mullkompressen Osram
80
85
90
95
100
105
Rot
Grün
Blau
Rot 98 100 98 100 100 100 100 100 100 98 99
Grün 95 95 93 96 94 94 94 95 94 93 99
Blau 92 93 90 93 91 91 93 92 91 89 99
838 840 842 844 846 848 850 852 854 856 836
F: Mullkompressen Blitz- u. Tageslicht
7.4.4 Einfluss der Hintergrundwahl
Die Wahl des Hintergrundes begrenzt sich auf eine möglichst reflexionsfreie,
homogene, faltenfreie, farblich gleichmäßige Ebene. Diese Vorraussetzungen erfüllt
ein Klinik übliches OP-Tuch. Zur Versuchsdurchführung siehe Kap. 4.7.4 und 5.1.6.
123
Abb.: 52. Darstellung unterschiedlicher Hintergründe in den Abbildungen A bis G: A) + B) blauer, bzw. grüner Vlies aus Zellstoff und Kunststofffasern der Firma Stericlin, C) Moltex einmal Unterlage,
F E
D C
B A
G
124
D) + E) grünes und graues Abdecktuch aus Baumwolle, der Firma Rentex Hagen, F) Grünes Basistuch Synthetik, der Firma Rentex Hagen. G) weißes Stecklaken aus 100% Baumwolle. Gemessenes Farbverteilungsspektrum siehe Kap. 4.7.4.
Abb.: 53. Darstellung der Histogramme A´, E´, G´, mit den RGB-Kurvenwertverläufen, korrespondierend zu A, E und G in Abb. 52. Sie verdeutlichen exemplarisch die Auswirkung der Hintergrundwahl auf den RGB-Farbspektrum-Anteil. Die Bilder zeigen relative Verschiebungen der Farbspektren.
A´
E´
G´
125
Tab. 25 gibt den prozentualen Anteil der RGB-Farbräume in Abhängigkeit des jeweiligen Hintergrundes wieder.
0
20
40
60
80
100
120
%
R
G
B
R 87 64 53 94 87 63 97
G 55 50 40 67 73 50 75
B 35 38 34 58 66 40 67
Blau Papier Grün Papier Weiß Laken OP-Tuch Grau OP-Tuch Grün MoltexOP-Tuch Grün
Synthethik
Der Eigenfarbe des Hintergrundmaterials sollte Bedeutung beigemessen werden.
Klinikübliche OP-Tücher finden in den Farben Grün, Blau und Grau Anwendung. In
der Versuchsdurchführung erwies sich das graue OP-Tuch als besonders vorteilhaft,
da es im direkten Vergleich zur Oberfläche der Haut des Patienten einen für die
Fotografie neutralen Hintergrund abgibt.
7.5 Kompression
7.5.1 Kompressionsartefakte
Die Abb. 54 zeigt exemplarisch Block- und Farbartefakte, wie sie bei JPEG-
Kompression auftreten können.
127
Abb.: 54. Abbildungen A bis D: Darstellung von Artefakten bei JPEG- und JP2-Kompression. A: "Original" Ausgangsbild mit einer Dateigröße von 2,56 MB. B: JPEG komprimiertes Bild vom "Original", mit Blockartefakten bei einer Dateigrößenreduzierung auf 127,8 kB. C: Auftreten von Farbverschiebung, bei Reduktion der Datengröße auf 76,0 kB. D: zum Vergleich: Auftreten von Farbverschiebung bei JP2-Kompression auf 2,56 kB.
C
D
128
Abb.: 55. Die Histogramme A´ bis D´ geben die RGB-Kurvenverläufe der Abb. 54 A bis D wieder, in Abhängigkeit der Kompression. Die Bilder zeigen relative Verschiebungen der Farbspektren.
A´
B´
C´
D´
129
Abb.: 56. Abbildungen E und F: Exemplarische Darstellung von „Ringing-Artifacts“ bei JPEG-Kompression; E: "Original" Ausgangsbild mit einer Dateigröße von 2,56 MB. Ausschnitte in E bis G mit 800% Vergrößerung stellen je den mit Pfeil markierten Faden dar; F: Dateigrößenreduktion auf 48,2 kB. Auftreten von "Ringing-Artifacts" mit hellem Saum.
E
F
130
Abb.: 57. Darstellung von „Ringing-Artifacts“ bei JPEG-Kompression; G: Hier bei 42,2 kB Auftreten von "Ringing-artifacts" mit dunklem Saum.
Abb.: 58. Die Histogramme E´ bis G´ geben den RGB-Kurvenverlauf der Abb. 56 E und F, sowie der Abb. 57 G, in Abhängigkeit der Kompressionsrate, wieder. Die Bilder zeigen relative Verschiebungen der Farbspektren.
G
E´
F´
G´
131
Abb.: 59. Abbildungen H und I: Darstellung von „verschwommenen-Artefakten“ bei JP2-Bildkompression; H: "Original" Ausgangsbild mit einer Dateigröße von 2,3 MB; I: Mit JP2 komprimiertes Bild auf 2,3 kB. Hier Auftreten von "Blurring-artifacts". Der Lupenausschnitt (Vergrößerung um 800%) zeigt den mit dem blauen Pfeil markierten Hautfaden.
H
I
132
Abb.: 60. Abbildungen J und K: Darstellung der Vergrößerung (Lupe 100%) des Wundausschnittes aus der Abb. 59 H; Das Schaubild J zeigt die Vergrößerung vom unkomprimierten Ausgangsbild. Der interessierende Fadenbereich ist je mit den blauen Pfeilen markiert. Rechts Schaubild K zeigt den gleichen Bildausschnitt bei JP2-Kompression (Lurawave an Datenreduktion 1:600 vom Ausgangsbild). Hier exemplarische Darstellung von „Ringing-Artifacts“ bei der JP2-Bildkompression.
Abb.: 61. Die Histogramme H´ bis K´ korrelieren mit den Abb. 59 H und I, sowie den Abb. 60 J und K. Sie geben den RGB-Kurvenverlauf, in Abhängigkeit der Kompression, wieder. Die Bilder zeigen relative Verschiebungen der Farbspektren.
J K
H´, J´
I´
K´
133
7.5.2 Fotoserie Kompression
Tab. 26 Darstellung der Bewertung der Fotoserie Kompression JPEG mit den Bewertungsstufen 1 bis 10 und log (kB) mit log (100 kB) = 2. Die x-Achse gibt eine subjektive Bewertungsskala von gute bis schlechte Bilder wieder. Auf der y-Achse wurde die Bildkompression logarithmisch dargestellt (2 entspricht 100 kB).
Bildkompression JPG
y = -0,0941x + 2,7831
0
1
2
3
4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Bewertung
log
(kB
)
Tab. 27 Darbietung der Bewertung der Fotoserie Kompression JP2 mit den Bewertungsstufen 1 bis 10 und log (kB) mit log (100 kB) = 2. Die x-Achse gibt eine subjektive Bewertungsskala von gute bis schlechte Bilder wieder. Auf der y-Achse wurde die Bildkompression logarithmisch dargestellt (2 entspricht 100 kB).
Kompression JPG2000
y = -0,1844x + 2,7098
0
1
2
3
4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Bewertung
log
(kB
)
134
Tab. 28 Übersicht der Versuchsgruppenauswertung der Fotoserie Kompression. Gegenüberstellung der Einzelergebnisse für JPEG und JP2.
JPEG JP2
Gruppe 1-5 Gruppe 6-10 Gruppe 1-5 Gruppe 6-10
Anzahl N 1745 3889 3722 1908
Mittelwert 1,937 2,578 2,304 1,049 Varianz 0,075 0,14 0,371 0,21
Standard Abweichung 0,274 0,374 0,609 0,459
Schiefe 2,174 0,495 0,53 0,931
Kurtiosis 8,125 -0,246 0 5,059
Median 1,875 2,524 2,176 1
Tab. 29 Übersicht der Versuchsgruppenauswertung der Fotoserie Kompression. Gegenüberstellung der Einzelergebnisse für JPEG und JP2. Hier sind je der obere und untere interessierende Quantilengrenzwert farblich hervorgehoben [62].
JPEG JP2
Gruppe 1-5 Gruppe 6-10 Gruppe 1-5 Gruppe 6-10
Quantile % Erwartungswert Erwartungswert Erwartungswert Erwartungswert
100 3,475 3,475 3,822 3,845 99 3,213 3,433 3,724 1,954 95 2,401 3,362 3,724 1,778 90 2,240 3,172 3,0 1,602 75 2,021 2,793 2,698 1,301 50 1,875 2,523 2,176 1,0
25 1,845
Für JPEG ergibt sich bei den als schlecht (6-10) bewerteten Bildern bei 95% der
Befragten eine obere Kompressionsgrenze von 102,401=251 kB. Bei den als
medizinisch beurteilbar bewerteten Bildern (1-5) liegt für 95% der Befragten die
Bildgrösse unterhalb von 103,362=2,3 MByte. Somit muss ein qualitativ
hochwertiges Bild mehr als 250 kByte haben. Mehr als 2,3 MByte scheint keine
weiteren Qualitätsvorteile in der medizinischen Auswertung zu bergen. Ein
grosser Unterschied zeigt sich für beide Kompressionsverfahren JPEG versus JP2
bei der unteren Grenze der als gut (1-5) eingestuften Bilder. Während bei JPEG
bei 250 kByte die Akzeptanzgrenze liegt, ist diese bei JP2 erst bei 120 kByte
erreicht.
Bei den zu 99% der als schlecht beurteilten Bilder liegt die obere
Kompressionsgrenze für JP2 bei 101,954, also 89 kByte. Bei den als gut beurteilten
135
bewerteten Bildern (1-5) liegt für 95% der Befragten die Bildgrösse unterhalb von
103,724=5,3 MByte, also nahe der Originalqualität.
Im Mittel wird bei JPEG ein Bild mit 250 kByte und bei JP2 bereits im Mittel bei
120 kByte als medizinisch beurteilbar bewertet. Wie in Tab. 26 und 27 im
Vergleich zu erkennen ist, erlaubt JP2 eine 1/3 reduzierte Dateigrösse bei der
Speicherung eines medizinischen Digitalbildes.
136
8 Diskussion
In dieser Arbeit werden Fragen zum Einfluss von Kameramodellen, zur
Komprimierbarkeit von Bildern, zur Toleranz von Farbräumen, sowie Vor- und
Nachteile von Hilfsmitteln in der digitalen Wundfotografie in Hinblick auf ihre
medizinische Verwertbarkeit beantwortet.
Als Vorteile einer telemedizinischen Wundkonsultation sind aus ökonomischer
Sichtweise zu nennen: „Verringerte Behandlungskosten“ und eine „Verkürzung
der Liegedauer“, sowie die „Produktivitätssteigerung“ durch „Entlastung (des
Arztes) von Routinetätigkeiten“. Auch die „Genesung im heimischen Umfeld“
und „weniger Arztbesuche“, aus der Sichtweise des Patienten, sprechen für den
Einsatz der Televisite [35]. Roth [116, 117] hat gezeigt, dass die
Wundfernkonsultation anhand von digitalen Aufnahmen, die mit Verbraucher-
Kameras getätigt wurden, möglich ist. Tachakra hat die Wundkonsultation mittels
der Telemedizin und der Patientenvisite anhand bestimmter Kriterien verglichen
mit Zuspruch für die Anwendung der telemedizinischen Konsultation [145].
Murphy [104] hat die direkte Wundkonsultation mit der telemedizinischen anhand
von digitalen Wundaufnahmen mit einer 3,3 Megapixel Kamera in einer Studie
verglichen. Probanden waren Chirurgen und Gefäßchirurgen, die die Wunden
hinsichtlich Pus, Ödeme, Granulation, Wundtiefe und Knochengewebe beurteilt
haben. Die klinische Beurteilung digitaler Fotos wurde der klinischen Evaluation
am Patientenbett mit Ausnahme der Tiefenbeurteilung von Wunden als ebenbürtig
beurteilt. Hofmann-Wellenhof [66] hat die Durchführbarkeit und Akzeptanz von
telemedizinischer Wundsorge bei 14 Patienten mit 41 chronischen Beinulzera an
verschiedenen Stellen untersucht. 89 % von 492 Telekonsultationen waren
hinsichtlich klinischer Beurteilbarkeit der Wundbilder akzeptabel, sodass
Experten einen Rat in der Wundbehandlung geben konnten (was in 1/3 der Fälle
erfolgte).
Unser Anliegen bestand darin, zum Folgenden einen wesentlichen Beitrag zu
leisten: Aus Sicht des visitierenden Arztes die eindeutige Befundung digitaler
Wundaufnahmen zu optimieren und damit eine Verankerung für eine gezielte und
sichere Diagnostik zu ermöglichen. Hier insbesondere die Hilfestellung zur
Optimierung des Aufnahmeergebnisses im Anwendungsfall bei Handhabung der
digitalen Kamera, der Begleitmaterialien und Rahmenbedingungen, sowie
137
Grenzen der anschließenden Datenreduktion und Farbverschiebung für den
Einsatz in der ärztlichen Televisite.
Eine Dokumentation in Form von digitalen Bilddaten, wie prä-, intra- und
postoperative Aufnahmen, als auch in dem Bereich der forensischen Medizin wird
für die Zukunft eine zunehmende Bedeutung erlangen, wie es beispielsweise
schon heute im Bereich der digitalen Wunddokumentation bei akuten und
chronischen Wunden mittels eigens dazu entwickelter Software in der stationären
Pflege mit Erfolg angewendet wird [160], als auch in der chirurgischen
Fachdisziplin genutzt wird [73]. Allgemein gewinnt die Digitalisierung und
digitale Archivierung von Bilddaten an Bedeutung. Ein Beispiel ist die
Digitalisierung von Röntgenbildern, wie es in diversen Kliniken schon heute der
Fall ist [74, 100]. Auch der Einsatz der digitalen Wundfotografie in der Televisite
gewinnt an Zuwachs [58]. Die Archivierung sowie Betrachtung von Datenbanken
sollte verschlüsselt werden bei Web-Nutzung. Somit erhalten Fragen nach
Abbildungsechtheit der klinischen Bilder, einschließlich Fragen nach
Komprimierbarkeit von Bildern, unter Beibehaltung möglichst vieler
Detailinformationen eine hohe Bedeutung.
Aktuell sind preiswerte, web-basierend einbindungsfähige
Bildbetrachtungssoftwares, wie Thumbs, Google, etc. vorhanden. Bezüglich der
Bildarchivierung ist z.B. PACS als ein derzeitiges Online-Archiv nutzbar: Alle
Daten befinden sich im direkten Zugriff innerhalb des Netzwerkes, die
Speicherung erfolgt über das standardisierte und offene Dicom-Format. Die Bilder
sind innerhalb weniger Sekunden verfügbar und ältere Bilder können im
Direktzugriff gehalten werden [63].
8.1 Zusammenhänge
8.1.1 Zusammenhang zwischen Wundformen und –typen
Aufgrund der technisch-physikalischen Grenzen der Kamera sind
Beschränkungen der Einsetzbarkeit der digitalen Wundfotografie zu medizinisch
diagnostischen und dokumentarischen Zwecken gegeben. Einschränkungen in der
Beurteilung können bei Wundformen mit ausgeprägter Tiefe bei geringer
Oberflächenausdehnung wie Stich- und Schussverletzungen bestehen. Ebenso der
138
sehr dunkle Hauttyp kann ursächlich sein, beispielsweise der afrikanische
Hauttypus (Hauttyp VI nach Fitzpatrick).
Nachfolgend sollen die einzelnen Ergebnisse der Teilgebiete der Versuchsserien
gesondert unter kritischen Gesichtspunkten diskutiert werden:
8.1.2 Aspekte der Schärfentiefe
Insbesondere für die Beurteilung chirurgischer Wunden als dreidimensionale
Freiformflächen ist eine genügende Schärfentiefenausdehnung für die Qualität der
Abbildung entscheidend. Unsere Versuchsserien zur Schärfentiefe ergaben als
Empfehlungen für die Optimierung der Bildqualität von Aufnahmen chirurgischer
Wunden: Die Wahl der Blendenzahl von 5,6 und mehr, ab der Blendenzahl von
8,0 bereits eine Schärfentiefe von 10 cm, sowie die Empfehlung der Einhaltung
von einem Abstand zwischen Motiv und Objektiv von mindestens 50 cm. Die
Aufnahme aus der Totalen ist wenn möglich zu bevorzugen. Vor dem Kauf der
digitalen Kamera ist die Berechnung mit einem Schärfentiefekalkulator anzuraten.
Hierzu finden sich keine vergleichbaren Publikationen bis zum aktuellen Datum
in den Weltliteraturdatenbanken Medline und Pub Med.
Die in unseren Versuchsserien verwandten aktuell verfügbaren Kameramodelle
und Systeme geben exemplarisch nur einen kleinen Querschnitt wieder.
Digitalkameras werden ubiquitär (OP, Ambulanz, Station, Arztzimmer, etc.) zur
Wunddokumentation eingesetzt. Die Digitalkamera Nikon D1X wird professionell
seit 2001 in der fotografischen Abteilung der BG Klinik Bergmannsheil Bochum
angewandt. Schärfentieferechner sind unproblematisch über das Internet
erhältlich. Beispielhaft ist der telemedizinische Einsatz erfolgreich bei 90
Patienten angewandt worden. Unsere Ergebnisse zeigen, dass bei Einhaltung von
Rahmenbedingungen wie Abstand und Beleuchtung akzeptable Bilder für die
medizinische Wunddokumentation erstellt werden können.
Chandhanayingyong [31] untersuchte die telemedizinische Konsultation an
digitalen radiologischen Aufnahmen von 59 Frakturen orthopädischer Patienten.
Diese wurden von einem digitalem Bildschirm mit einer in einem Mobiltelefon
integrierten 1,3 Megapixel Kamera aufgenommen und via MMS (Multimedia
Messaging Service) zur Befundung an 4 weitere Mobiltelefone transferiert. Zum
Vergleich standen 34 radiologische Aufnahmen von orthopädischen Patienten
139
ohne eine Fraktur. Chandhanayingyong stellte eine hohe technologische
Zuverlässigkeit der telemedizinischen Konsultation via MMS heraus, betonte
jedoch die hohe Fehlerquote in der Diagnosestellung in der durch ihn
angewandten Methodik. Die Notwendigkeit detailierterer Studien hinsichtlich des
Einsatzes von modernen Mobiltelefonkameras in der Telemedizin wird hier
deutlich.
Yamada [165] hat den Einsatz eines Mobiltelefones zur Befundung von
magnetresonanz- und craniellen computertomographischen Aufnahmen, sowie
Angiogrammen in der Notfallmedizin getestet. Die Anwendung dieses
Bildtransfersystems zur schnellen Befundung wurde als nützlich eingestuft. Mit
unserer Studie haben wir den direkten Vergleich der Schärfentiefe aktuellerer
Mobiltelefondigitalkameras anhand der Aufnahme des chirurgischen
Wundmotives herausgearbeitet.
Hsieh [67] hat an dem Mobiltelefontyp Panasonic GD88 gezeigt, dass der
interaktive Einsatz dieses Modells mit integrierter digitaler Kamera in der
Telemedizin zur Frühdiagnostik von Weichteilverletzungen anwendbar ist. Unsere
Versuchsserie Kameragrenzen der Schärfentiefe hingegen bietet eine
Gegenüberstellung zwischen den aktuelleren, zukunftsweisenden Mobiltelefonen
mit integrierter Digitalkamera und den gegenwärtig gebräuchlichen
Mittelklasseformat-Kameras: Sony Ericsson P910i, Vodafone PDA, Nikon
Coolpix 995, Canon PowerShot G6. Daraus folgt, dass durchaus Mobiltelefone
mit integrierter digitaler Kamera einsetzbar sind für medizinisch diagnostisches
und dokumentarisches Arbeiten, in etwa für Kontrollaufnahmen im Rahmen der
Telemedizin [52]. Unsere Studie hat auch gezeigt, dass dies mit den eingesetzten
Mobiltelefonen für einfache Wundverläufe möglich ist.
Um mit Mobiltelefonen die Fotografie kleiner Gegenstände (Makroaufnahme) zu
ermöglichen, werden Klebe-Linsen (Fa. Brando, Hongkong) und Linsenhalter, die
sich auf die Handy-Kameras setzen lassen, angeboten, z.B. die Makro-Linse CC-49
für das Nokia 3650. Voraussichtlich in Kürze werden 5 Megapixel Module mit
Autofokus-Funktion und Lichtstärke f/2,8 (u.a. Nikon) erhältlich sein. Ein Vorteil
von aktuelleren digitalen Kameras liegt in der Menü-Führbarkeit: Diese erlauben das
Hinterlegen von Benutzerprogrammen und erleichtern somit die individuelle
Handhabung.
140
8.1.3 Einfluss von Linealen
Ein Hilfsmittel zur Optimierung der Befundung in der digitalen Wundfotografie
stellt das Lineal mit der Skala in Zentimeter und Teilung in Millimeterschritten
dar. Zur Abschätzung der Größenzuordnung der Wundverhältnisse ist das
Einbringen eines Maßstabes in den Bildausschnitt geeignet. Dem Chirurgen wird
ermöglicht, relativ präzise in zeitlicher Verlaufsfolge Deckung oder Ausdehnung
der Wunde zu differenzieren. Grundsätzlich sollten an Lineale für den
Einsatzbereich in der digitalen Wundfotografie Mindestanforderungen gestellt
werden: Das verwendete Material sollte hygienisch einwandfrei sein (z.B. als
Einmalprodukt) und Flexibilität (an Oberflächen anpassbar) aufweisen. Aus
ökonomischer Sicht sollte es preiswert sein, zumal gerade in der Telemedizin
Verlust einkalkuliert werden kann.
In unserer Versuchsreihe Lineale zur Wundvermessung (Kap. 6.3) wird eine
Gegenüberstellung von für die Wundfotografie speziell konzipierter Lineale
vorgestellt. Folgende Vorteile gegenüber herkömmlichen Linealen in der
medizinisch fotografischen Wunddokumentation konnten in unseren
Versuchsreihen herausgearbeitet werden: Das hier verwendete Lineal, schwarzer
Hintergrund und weiße Skalierung, ist reflexionsfrei und kontrastreich. Da es sich
um ein Produkt auf Papierbasis im Druckverfahren hergestellt handelt, sind die
Anschaffungskosten gering. Als Einmalprodukt erfüllt es Hygienenormen und ist
flexibel an Oberflächen anpassungsfähig. Das spezielle Papier weist zudem bei
Feuchtigkeitseinwirkung keine Längenänderung auf. Auch sind hier
perspektivische Verzerrungen, sogenannte Parallaxenfehler, erkennbar, da die
Längenverhältnisse des Lineales bekannt sind [39].
8.1.4 Aspekte der Farbtoleranz
Es wurden an videoskopischen digitalen Aufnahmen von gastrointestinalen
Läsionen dargestellt, dass eine Wiedergabe von 256 Farben mit 8 Bit ein
vergleichbares Ergebnis liefert wie 16 Millionen Farben bei einer höheren Rate an
Informationen [150]. In unserer Studie wurde eine obere und untere Grenze der
Farbverschiebung für den RGB-Farbraum digitaler Aufnahmen chirurgischer
Wunden herausgearbeitet.
Mit unserer Studie zur Farbtoleranz konnten wir demonstrieren, dass für die
digitalfotografische Wundbeurteilung in der Chirurgie eine Farbabweichung von
141
bis zu 6% im RGB-Raum und bis zu 10% im Luv-Raum als ausreichend
einzustufen sind.
Abweichungen der physiologischen Farbgebung der Epidermis, bedingt durch das
Hauterythem infolge UV-Bestrahlung sowie erhöhte Bilirubinkonzentrationen,
Carotine oder aber Hauttätowierungen stellen ein limitierendes Problem der
Befundung anhand digitaler Aufnahmen dar [107].
Takahashi [147] deutet die Problematik der akkuraten Farbreproduktion in der
Telemedizin an und stellt die Vorzüge seiner Software zur automatischen
Farbwertkorrektur anhand der Farbtafel innerhalb des Bildausschnittes dar. In
unserer Studie Farbverschiebung (Kap. 5.3.2 und 6.4.1) hingegen zeigen wir einen
klinisch akzeptablen Toleranzbereich in der digitalen Farbverschiebung im RGB-
Raum für die chirurgische Wundbeurteilung.
8.1.5 Einfluss der Leuchtquelle
In unserer Versuchsreihe Einfluss der Leuchtquelle (Kap. 5.1.4 und 6.4.2) wird
eine Gegenüberstellung von ausgewählten in der Klinik und Televisite
vorkommenden Leuchtquellen dargestellt. Für digitale Wundaufnahmen hat
unsere Versuchsreihe gezeigt: Empfehlenswert ist das Vorhandensein einer
mindestens 4000 Kelvin Leuchtquelle, um eine den diagnostischen
Anforderungen entsprechende ausreichende Schärfentiefe und realistische
Farbtiefe zu gewährleisten. Ist keine Leuchtquelle mit mindestens 4000 Kelvin
verfügbar, wird der Einsatz eines Zusatzblitzes empfohlen.
Dies deckt sich teils mit den Empfehlungen des Leuchtenherstellers Osram, laut
dessen Angaben der Einsatz von 6000 Kelvin Leuchtstoffröhren für die „Diagnose
und Behandlung“ in der „Klinik und Praxis“ empfehlenswert ist [26]: Für die
Anwendung in Diagnose- und Behandlungsräumen von Kliniken und Arztpraxen
sind die drei Röhrentypen Biolux 965 (6500 Kelvin), Daylight 860 und Daylight
De Luxe 950 (über 5000 Kelvin) angegeben.
Es sei zusätzlich auf das Vorhandensein von Normen in der Medizintechnik
hingewiesen, z.B. die ISO/DIN 60601 als Integration der Systemnorm für
medizinische elektrische Systeme (IEC 60601-1-1). Die DIN-5035 Teil 3 befasst
sich mit Empfehlungen der Beleuchtung in Krankenhäusern. Im Einzelnen
behandelt Teil 3.1.3 die Hinweise für die Beleuchtung für Untersuchung oder
142
Behandlung am Krankenbett, während sich Teil 3.2 den Untersuchungs- und
Behandlungsräumen widmet [53].
Zur Anhebung der Qualitätsausschöpfung, insbesondere der von
Televisitepatienten getätigten Eigenaufnahmen, empfiehlt sich die Anleitung von
mehreren Aufnahmen (mind. 3) pro Serie. Unsere Messserien in den
Einsatzbereichen von Digitalkameras für Wundaufnahmen (Stationen,
Stationsfluren, OP, Notfallambulanz) haben gezeigt, dass in der Praxis die
verfügbare Farbtemperatur teils deutlich unter 4000 Kelvin (Stationsflur) liegt.
Ein hierfür ursächlicher Aspekt liegt in der überschrittenen mittleren
Halbwertszeit des verwendeten Leuchtmittels. Hier ist der Einsatz des
Zusatzblitzlichtes erforderlich. Auch verdeutlichen die Messserien die
Problematik der farbgetreuen Abbildungen bei so genanntem Mischlicht, wie
Tageslicht plus Kunstlicht. Der zusätzliche Einsatz einer Weißabgleich-Tafel
(z.B. Whitespot Pocket 0,08, 84%, Fotowand Technic) als auch der Einsatz einer
Foto-Farbtafel (z.B. AGFA GEVAERT) zur nachträglichen manuellen digitalen
Farbverwaltung sind empfehlenswert.
8.1.6 Aspekte zum Weißabgleich
Das Einbringen einer Weißabgleichfläche in den Bildausschnitt ist unerlässlich
für die Reproduzierbarkeit der digitalen Wundfotografien. Angemerkt sei das
Verfahren in der medizinischen Endoskopie: Hier erfolgt der Vorgang des
Weißabgleiches vor jedem Untersuchungsgang [5].
Die Überlegung bezüglich der Versuchsserie automatischer Weißabgleich war
eine Gegenüberstellung von professionellen Arbeitsmaterialien zu einfachen
alternativen Hilfsmitteln. Wie unsere Versuchsreihe Einfluss der Hintergrundwahl
(Kap. 6.4.4) gezeigt hat, ist eine rein weiße Fläche als Hintergrund zu vermeiden.
Des Weiteren konnten wir in unserer Studie automatischer Weißabgleich (Kap.
5.1.5 und 6.4.3) hervorheben, dass als einfache und ökonomisch anwendbare
Methode der Einsatz der Cosmopor Klebe- oder Rückseite zum automatischen
Weißabgleich sinnvoll und hilfreicher ist als aufwendige und teurere
Weißabgleichplatten aus der Fototechnik.
143
8.1.7 Aspekte zum Hintergrund
In unserer Versuchsserie Einfluss der Hintergrundwahl (Kap. 5.1.6 und 6.4.4)
wurde ein Vergleich von den in der Klinik für den Fotografen zugänglichen und
am Patienten eingesetzten Hintergrundmaterialien vorgestellt. Folgende
Erkenntnisse ergaben sich bzgl. des Einflusses der Hintergrundwahl: Unsere
Versuchsreihe konnte zeigen, dass ein grauer oder auch grüner Hintergrund für
die digitale Wundfotografie geeignet ist. Dieser sollte einen matten Farbton sowie
eine leicht strukturierte Oberfläche (Kap 3.5.5) besitzen und damit geringere
Reflexion als eine glänzende Oberfläche aufweisen. Des Weiteren ist es
empfehlenswert, den zu fotografierenden Wundbereich zuvor von Rückständen,
wie Salben, Fettgaze, etc. zu reinigen, um die Reflexion an der Oberfläche zu
minimieren.
Die Rahmenbedingungen bei der Motivaufnahme sind von enormer Wichtigkeit,
da ein Misserfolg der Aufnahme bei fehlerhafter Grundeinstellung im späteren
Verlauf meist unwiederbringlich und nicht korrigierbar ist. Takahashi weist in der
telemedizinischen Anwendung zur computergestützten Farbkorrektur darauf hin,
jedem Patienten lediglich eine Farbtafel auszuhändigen [146]. Unserer Ansicht
nach wären optimalere Voraussetzungen durch ein Hintergrundmaterial als
Einmalartikel (Hygienestandard) gegeben, das neben den o.g. Eigenschaften
zusätzlich ein Lineal zur Maßstabszuordnung, eine Weißabgleichsfläche, sowie
das Klebeetikett mit den Patientendaten enthalten würde, um optimale
Rahmenbedingungen zu schaffen.
Einen weiteren zu diskutierenden Aspekt stellt die Ergonomie dar: Es sollte dem
Fotografen eine Zugangsmöglichkeit zu den Arbeitsmaterialien gegeben sein.
Alternativ sollte das Hintergrundmaterial mit der Kamera oder mit dem Patienten
geführt werden.
Galdino [47] empfiehlt den Einsatz eines farbigen Hintergrundes in mittlerem
Blauton oder 18 prozentigem Grauton für digitale Aufnahmen von Hautmotiven
in der plastischen Chirurgie. Dies deckt sich teilweise mit unseren Aussagen über
Wundaufnahmen traumatologischer Patienten, indem wir als Hintergrund den
Einsatz eines grünen oder grauen OP-Tuches in der chirurgischen Wundfotografie
empfehlen (Kap. 6.4.4). Ein blauer Hintergrund ist unsererseits wenig
144
empfehlenswert, da durch einen blauen Hintergrund eine deutliche
Farbverschiebung in den Rotbereich hervortritt.
8.1.8 Aspekte zu Kompressionsartefakten und Kompression
JPEG und das aktuellere JP2 sind effektive Algorithmen zur Bilddatenreduktion,
neben weiteren wie JBIG, DjVu oder FAX, welche jedoch für die
Bildkompression weniger gebräuchlich sind. Die Einhaltung einer bestimmten
Bilddatenmindestgröße ist speziell für die medizinische Wundbilddiagnostik
unerlässlich. Das Erscheinen von Kompressionsartefakten ist auch bei JP2 mit
zunehmender Datenreduktion unvermeidbar. Jakulin [71] hebt
Kompressionsartefakte hervor: Typisch für JPEG die Blockartefakte, sowie
charakteristisch für JP2 die „verschwommenen Artefakte“ und „Kreisartefakte“.
Wir konnten diese im Einzelnen anhand medizinischer Wundaufnahmen
exemplarisch zeigen (Kap. 6.5.1). Angemerkt sei, dass bei den 2500
Wundaufnahmen unserer Televisite-Patienten diese nur sehr selten (unter 1%)
auftraten.
Die Artefakte lassen sich bei JPEG Kompression gering halten durch die
Anwendung von Bildern mit fließenden Übergängen, da hier geringere
Helligkeits- und Farbunterschiede bestehen. Unvorteilhaft erscheint JPEG bei der
Kompression von schwarzweißen und farbigen Bildern mit harten Übergängen
und starken Kontrasten. JP2 komprimierte Bilder behalten mehr die Farbtreue
gegenüber solche mit JPEG Kompression.
In den Kap. 3.8.3 bis 3.8.6 wurden die beiden Datenkompressionsverfahren JPEG
und JP2 vorgestellt und in einer Vergleichsstudie (Kap. 5.3.3 und 6.5.2) bewertet.
Im Vergleich zu JPEG stellt das modernere JP2 ein weiteres Verfahren zur noch
deutlicheren Reduktion der zu verarbeitenden Datenmenge dar. Hieraus ergibt
sich ein ergonomischer Bonus durch kürzere Ladezeiten und der Transferdauer
via herkömmlicher langsamerer Internetverbindungen. Jedoch erfordert JP2 Bilder
mit möglichst wenig Bildrauschen. Auch erlaubt es keine sehr hohen
Farbgradienten. Anders als JPEG bietet JP2 insgesamt 256 Informationskanäle, so
z.B. um ICC-Farbprofile zu berücksichtigen. Unsere Empfehlung: Unsere Studien
belegen, dass Wundbilder bei JPEG bis 250 Kilobyte und bei JP2 bis 120
Kilobyte ohne relevanten Qualitätsverlust reduziert werden können.
145
Debray [37] führte eine Gegenüberstellung an einer kleinen Zahl von Probanden
(insgesamt 3 ältere Patienten) zwischen der konventionellen ärztlichen
Wundvisite am Patienten und der Wunddiagnose mittels telemedizinischem
Verfahren durch. Befundet wurden insgesamt 23 Wundaufnahmen von
Druckgeschwüren und Beinulzera der o.g. Probanden. Kriterien waren die Größe,
die Klassifikation und das Bett der Wunde sowie der Infektionsstatus. Unsere
Untersuchungsgruppe der Studie Patientenfotos Televisite (Kap. 6.1.1) umfasst
2500 chirurgische Wundaufnahmen von Probanden von unter 20 Jahren bis über
70 Jahren der Telemedizin. Der Schwerpunkt unserer Studie Fotoserie
Kompression (Kap. 5.3.3 und 6.5.2) bestand in der Aufdeckung der Grenzen der
JPEG und JP2 Bilddatenkompression innerhalb der Befundung medizinischer
digitaler Wundaufnahmen. Während die Arbeit von Debray aufgrund der geringen
Fallzahl nur pauschal Qualität empfiehlt, können durch unsere Arbeit gezielte
Empfehlungen zur Datenkompression abgegeben werden (s.o.).
Galdino [48] verweist auf die Notwendigkeit einer Standardisierung in der
medizinischen Fotografie, führt aber lediglich an, dass digitale Aufnahmen von
Hautmotiven eine JPEG-Kompressionsrate mittlerer bis hoher Qualität aufweisen
sollten. Unsere Studie Fotoserie Kompression ergab wesentlich genauere Werte
hinsichtlich Kompressionsverfahren und Bilddateigröße (s.o.).
Weitere umfangreichere Studien sollten zur Vertiefung der Thematik erfolgen.
Die Praktikabilität der Kompressionsverfahren aus medizinischer Sicht zeigt der
Einsatz in der Bildarchivierung z.B. die Software der Firma Pegasus Imaging
Corporation [127]. Noch eindrucksvoller zeigt JP2 welche hohen
Kompressionsmöglichkeiten sich bei medizinischen 3-D Bildern erreichen lassen
[1].
Lim [93] stellt ein telemedizinisches Bildverarbeitungssystem, basierend auf dem
neueren JP2-Standard und PTP (protocol for image capture) zum Transfer von
digitalen Wundaufnahmen über das Internet an einen PC mit
Bildverarbeitungssoftware für Wunden, vor und befürwortet die Anwendbarkeit
dessen. Getestet wurde hinsichtlich der Funktionalität und Anwendbarkeit des
Systems im Bereich des privaten Haushaltes und des häuslichen Pflegedienstes.
Unsere Studien jedoch liefern exakte Ergebnisse hinsichtlich der anwendbaren
Bildkompressionsrate bei Anwendung von JP2 (s.o.).
146
Zu den nachstehend genannten Kapiteln finden sich derzeit keine für eine
Diskussion zur Verfügung stehenden vergleichbaren Publikationen in den
Weltliteraturdatenbanken Medline und Pub Med:
1. Kap. 7.1.6: Arbeitsmaterialien zum Automatischen Weißabgleich in
der Chirurgischen-Fotografie.
2. Kap. 7.1.3: Gegenüberstellung von für die Wundfotografie speziell
konzipierter Lineale oder Massstäbe.
Unsere Empfehlungen sind ein Cosmopor Pflaster für den Weißabgleich und ein
flexibles, schwarzes Papierlineal mit weißer Skalierung als Messhilfe.
147
8.2 Fazit
Zwischen der direkten Beurteilung einer Wunde und der Einschätzung mit den
Mitteln digitaler Aufnahmetechniken bestehen wichtige Unterschiede. Viele
Parameter wie der Abstand, die Brennweite, die Blendenzahl, der Sensor, das
Blitzlicht, etc. beeinflussen schon vor der Erstellung der Bilddaten in der Kamera
die Bildqualität. In unseren Versuchsreihen wurden unterschiedliche Aufnahmen
chirurgischer Wunden in ihrer Qualität (Farbwert und Kompressionsgrad) variiert.
Diese wurden Fachärzten zur Beurteilung vorgelegt. Als Resultat ergab sich so
eine Abschätzung für den Parameterumfang und die Mindestanforderungen an
Digitalkameras für den Einsatz in der Televisite. Zu empfehlen sind ein Abstand
zwischen dem Objektiv und dem Motiv von mindestens 50 cm, die
Blendenvorwahl von 5,6 oder mehr, eine ausreichende Lichtstärke der
Leuchtquellen, evtl. der Einsatz von Zusatzblitzlicht und eine Aufnahmeposition
aus der Totalen. Der Einsatz von digitalen Mittelklassekompaktkameras ist
empfehlenswert. Hier sollte vor dem Kauf einer Kamera eine numerische
Abschätzung für den erwarteten Schärfentiefenbereich erfolgen. Als hilfreich
erwiesen sich weiterhin einfache Mittel, wie ein strukturierter neutraler
Hintergrund mit der Farbtafel, der Weißabgleichfläche und dem Lineal zum
nachträglichen Abgleich des Farbraumes, der Optimierung des Weißabgleiches
und der Kontrolle des Kontrastes, der Auflösung, sowie der Zuordnung der
Größenverhältnisse. Die Entwicklung von modernen Mobiltelefonen mit
integrierter Digitalkamera und die zukünftige Einsetzbarkeit in der
Wundfotografie und Televisite ist abzuwarten. Hingewiesen sei auf die
Integration von AF-Kameras in Mobiltelefonen, beispielsweise das Nokia N93
[162].
148
9 Zusammenfassung
Zielsetzung der Arbeit war ein Erkenntnisgewinn in mehreren Teilgebieten der
digitalen Wundfotografie, deren Kausalkette schließlich eine Einleitung,
Optimierung und Hilfestellung bezüglich der Praxis schaffen wird. Im Einzelnen
sollte eingegangen werden auf:
• Die Schärfentiefe in der digitalen Wundfotografie hinsichtlich des
Einflusses der Blendenvorwahl
• Die Schärfentiefenausdehnung
• Den Toleranzbereich für Kompressions- und RGB-Farbraum-
Verschiebungen
• Einzelne Faktoren (Lineale, Hintergrundwahl, automatischer
Weißabgleich, Leuchtquellen), die einen fördernden Einfluss hinsichtlich
der Optimierung der digitalen Aufnahmen von Wunden bewirken
Angemerkt sei, dass die in unseren Versuchsreihen verwendeten Wundfotos unter
reproduzierbaren Fotostudiobedingungen entstanden.
Folgende Ergebnisse der Versuchsserien zur Schärfentiefe werden präsentiert:
1. Die Ausdehnung der Schärfentiefe ist abhängig vom jeweiligen
Kameramodell (Kap. 3.3.8, Tabellen 4, 5 und 6), insbesondere von dem
Objektiv und dem CCD-Sensortyp. Vor dem Kauf einer Kamera sollte
daher eine numerische Abschätzung für den erwarteten
Schärfentiefenbereich erfolgen.
2. Der Abstand zwischen dem Objektiv und dem Motiv sollte, um eine
ausreichende Schärfentiefe zu gewährleisten, mindestens 50 cm betragen
(Kap. 3.3.8, Tabellen 4 und 5). Da der Einsatz ab der Blendenzahl 5,6 und
größer empfohlen werden kann, ist auf eine entsprechend ausreichende
Lichtstärke der Leuchtquellen zu achten: Eine große Lichtmenge bei
kleiner Blendenöffnung bedeutet eine Ausdehnung des
Schärfentiefebereiches.
149
3. Die Versuchsserie Distanzwahl deckt die Problematik heutiger digitaler
Mittelklassekompaktkameras auf: Einerseits bei Aufnahmen mit einem
Winkel bis 25 Grad zur Motivebene und andererseits die des
Schärfentiefebereiches, der zur Befundung in der chirurgischen
Wundfotografie bei ausgedehnten Wunden notwendig ist. Hier empfiehlt
sich, wenn möglich, die Aufnahmeposition aus der Totalen mit
Zusatzblitz.
4. Der Einsatz von den hier aktuell getesteten Mobiltelefonen mit integrierter
Digitalkamera in der Wundfotografie und Televisite ist nur bedingt zu
empfehlen, da sowohl die Auflösung als auch die Leistungsfähigkeit und
fehlende Variabilität des Objektives noch zu wünschen übrig lassen.
Anhand der fortschrittlichen Entwicklung in diesem Marktbereich sind
weitere Ergebnisse abzuwarten (Hinweis Nokia-Modell N95 [163]).
Mit unserer Studie Farbverschiebung können wir folgenden Akzeptanzbereich der
Farbabweichung im RGB-Raum für die Befundung digitaler chirurgischer
Wundbilder für eine maßgebende Diagnostik, hier exemplarisch demonstriert an
10 ausgewählten Wundmotiven, präsentieren:
Das Endergebnis der Versuchsserie Farbverschiebung zeigt einen
Toleranzwertebereich von +/- 6% Farbabweichung im RGB-Farbraum und
umgerechnet etwa 10% innerhalb des Luv-Raumes.
Die Versuchsserie Kompression ergab einen Akzeptanzbereich mit einer oberen
Grenze von 2,3 MB und einer unteren Grenze von 1,63 MB. Im Mittel ist bei
JPEG ein Bild mit 250 kByte und bei JP2 bereits im Mittel bei 120 kByte als
medizinisch beurteilbar zu bewerten.
Unsere einzelnen Versuchsdurchführungen haben für den praktischen Einsatz in
der Televisite und im Klinikalltag durch die Anwendung folgender Materialien
eine Optimierung der Aufnahme und Verbesserung der Diagnosestellung durch
den Betrachter gezeigt:
1. Die Nutzung einer Autofokuskamera.
2. Das Einbringen eines Lineales in den Wundbereich.
3. Die Nutzung eines grauen OP-Tuches als Hintergrund.
150
4. Die Einlage eines Cosmopor Klebepflasters, mit der Rückseite oder
Klebeseite, zur Optimierung des automatischen Weißabgleiches.
5. Der Einsatz von Leuchtquellen mit mindestens 4000 K, oder
Zusatzblitzlicht (Angelehnt an das mitteleuropäische mittlere
durchschnittliche Tageslicht bei leicht bewölktem Himmel).
10 Ausblick
10.1 Akzeptanz
Sowohl Mobilfunktelefone mit integrierter Digitalkamera wie auch digitale
Kameras finden heutzutage bei den Konsumenten zunehmende Akzeptanz.
Verwiesen sei hier auf unsere Ergebnisse der Studie Patientenfotos Televisite.
10.2 Rehabilitation
Der Einsatz der Televisite ist unterstützend in rehabilitativen Bereichen, wie
Studien zeigen, in absehbarer Zukunft denkbar. Selbst die Wiedergabe von
Videosequenzen und Animationen ist möglich geworden. Hier kann die häusliche
Rehabilitation durch gezielte mediale Anleitungen unterstützt werden. Über
diesen multimedialen Weg kann gegebenenfalls auch eine höhere Motivation der
Patienten erreicht werden, um die Übungen nachhaltig durchzuführen. Die
Vorteile für den chirurgischen Patienten liegen in der unkomplizierten und
intensivierten Betreuung, sowie umfangreicheren und optimierten Dokumentation
des Heilungsprozesses. Hierdurch können auch Wundheilungsstörungen früher
erkannt und Maßnahmen schneller gegengeleitet werden. Ein geringerer Aufwand
im Vergleich zu persönlichen Arztbesuchen ist selbsterklärend.
10.3 Technologie und Fortschritte
Die aktuell auf den Markt kommenden Mobilfunkgeräte vereinen zunehmend und
bezahlbar die bestehende Tastatureingabe eines herkömmlichen Telefons mit
multimedialen Funktionalitäten wie Digitalkamera, Organizer und Sprachnotiz.
PDA´s und Mobiltelefone der heutigen Generation haben genügend
Rechenleistung, Datenspeicher und Ausstattungen (Kamera, Sprachaufzeichnung,
Bluetooth, etc.) und lange Akkulaufzeit, um an den Bedürfnissen von Patienten
orientierte Softwareapplikationen entwickeln zu können. Gerade die
151
aufkommende Kombination der Funktionalitäten in einem handlichen Gerät und
die zunehmende Akzeptanz in der Bevölkerung ermuntern dazu, Patienten
orientierte Software für eine telematische Betreuung von chirurgischen Patienten
zu entwickeln und zu verbessern. Hingewiesen sei auf die neue Generation von
Mobilfunktelefonen mit integrierter 5-Megapixel-Kamera und Autofokus wie z.B.
das Nokia N95. Die Forschung und Weiterentwicklung weisen auf die
dreidimensionale Wundvermessung mittels Laser als Zusatzmodul zu bestehenden
digitalen Kameras hin [96].
10.4 Zukünftige Entwicklungen
Zukünftig zu diskutierende Fragestellungen sind nachfolgend aufgezählt: Sie
betreffen die Sterilisierbarkeit des Gehäuses von Digitalkameras, bzw.
Mobiltelefonen mit integrierter Digitalkamera und damit verbundene
Vorschriften. Der CCD-Sensor als sensible Baukomponente darf weder erhöhten
Temperaturen noch aggressiven chemischen Substanzen ausgesetzt werden.
Erwähnt seien diesbezüglich die Hygienevorschriften der Firma Olympus [6]
bzgl. der Desinfektion bzw. Sterilisation der Endoskop-Kamera (Modell SC16-
10).
Darüber hinaus wird der Aspekt der Spezifikation eines Referenzbereiches für
Kamerasysteme zu lösen sein. Offene Fragen gelten der normativen Vorgabe über
die Bildarchivierung: Die Problematik der Einbindung der Bildspeicherung und
Analyse in die bestehenden Praxis- sowie Krankenhaussysteme und deren
Patientenakten.
152
11 Literaturverzeichnis
[1] Aguirre, A. ,Cabrera, S. D., Lucero, A., Vidal, E., Gerdau, K. (2004). Compression of three-dimensional medical image data based on JPEG 2000. 17th IEEE symposium on computer-based medical systems. The University of Texas at El Paso 116-121
[2] Ahmed, N., Natarajan T., Rao K.R. (1974). Discrete cosine transform. IEEE Trans. Computers
[3] Altmeyer, P., Achenbach, A. (2003). Hauttypen nach Fitzpatrick. Klinikleitfaden Dermatologie. 2. Auflage. Urban & Fischer Verlag München 341
[4] Altmeyer, P., Bacharach-Buhles, M., Buhles, N. (2002). Hauttypen. Dermatologie, Allergologie, Umweltmedizin. Enzyklopädie Springer Berlin. ISBN 3-540-41361-8 661, Tab. 1
[5] Bahro, M. (2000). (Zugriff vom 01.03.2007). Gebrauchsanweisung Olympus CV-160. Bildsteuerung. Weißabgleich. Olympus Deutschland GmbH, Wendenstrasse 14-18, 20097 Hamburg. http://www.olympus-europa.com/index.htm. [email protected] 6.6, 130-131
[6] Bahro, M. (2006). (Zugriff vom 01.03.2007). Gebrauchsanweisung für die Spezial-Endoskop-Kamera Modell SC16-10. Olympus Deutschland GmbH, Wendenstrasse 14-18, 20097 Hamburg. http://www.olympus-europa.com/index.htm. [email protected] 4.3, 17-18
[7] Barbosa, Ch. (2006). (Zugriff vom 01.03.2007). Vodafone PDA. http://www.vodafone.de. Vodafone D2 GmbH , 40875 Ratingen. [email protected]
[8] Barry, P., Meyer, J. C., Regnard, P. J., Isselin, J., Tchurukdichian, A. (2002). The use of digital photographs for surgical and rehabilitation records. Methods and results. Chir Main 21 (5), 329-334
[9] Barten, P. G. J. (1992). Physical model for the contrast sensitivity of the human eye. Proc. SPIE 1666, 57-72
[10] Barten, P. G. J. (1993). Spatio-temporal model for the contrast sensitivity of the human eye and its temporal aspects. Proc. SPIE 1913, 2-14
[11] Bartl, S. (1999). Vortrag jpeg. Proseminar Redundanz-Universität Karlsruhe
[12] Baumann, E. (2006). Fotografie-Informationen von Elmar Baumann, Schärfentiefenrechner. www.elmar-baumann.de/fotografie/index.html. Hofäckerstr. 5, 97256 Geroldshausen-Moos. [email protected]
[13] Beck, B. (2006). (Zugriff vom 24.03.2007). Gretag Macbeth. Software Profile Maker 5 Photostudio. http://www.gretagmacbeth.com/index/products/products_color-mgmt-spec/products_professional-cm/products_pm5photostudio.htm
153
[14] Beck, B. (2006). (Zugriff vom 01.08.2007). Gretag Macbeth. Farbmess-techniken. Das Spektralfotometer Eye-One Proof. http://www.gretagmacbeth.com/index/products/products_color-mgmt-spec/products_cm-for-creatives/products_i1proof.htm
[15] Beck, E.G. (2005). (Zugriff vom 20.02.2008). Subtraktive Farbmischung. http://www.biokurs.de/skripten/12/bs12.htm
[16] Berchtold, R., Hamelmann, H., Peiper, H. J., Bruch, H. P., Trentz, O. (2006). Wundheilungsstörungen. Chirurgie. 5. Auflage. Urban & Fischer Verlag München. ISBN 3-437-41921-8 53-54
[17] Bergmann, L., Schaefer, C., Niedrig, H. (2004). Brennweite. Bd.3 Optik. Wellen- und Teilchenoptik, optische Abbildungen und 1.2 Optische Geräte. Lehrbuch der Experimentalphysik. 10. Auflage. Verlag Gruyter. ISBN 3110170817 1.1
[18] Bergmann, L., Schaefer, C., Niedrig, H. (2004). Linsenfehler. Bd.3 Optik
[19] Biskup, K., Bolz, A., Gerboth, A., Muhr, G., Clasbrummel, B. (2002). Patient monitoring after discharge by teleconsultation. Biomed. Tech. (Berl) 47 Suppl 1 Pt 1, 354-355
[20] Blumtritt, H. (2005). Geschichte der Dresdner Fotoindustrie. Lindemanns Verlag
[21] Braun, J. (2007). (Zugriff vom 09.06.2007). Farbverteilungsspektrum der Osram Glühlampe. Technische Daten Leuchtstofflampen. Osram GMBH. Hellabrunnerstraße, 181536 München. www.osram.de
[22] Braun, J. (2007). (Zugriff vom 09.06.2007). Farbverteilungsspektrum der Leuchtstoffröhre Osram Lumilux 830 Warmwhite. Osram GMBH. Hellabrunnerstraße, 181536 München. www.osram.de
[23] Braun, J. (2007). (Zugriff vom 09.06.2007). Farbspektrum der Leuchtstoffröhre Osram Lumilux 840 Coolwhite. Osram GMBH. Hellabrunnerstraße, 181536 München. www.osram.de
[24] Braun, J. (2007). (Zugriff vom 09.06.2007). Farbverteilungsspektrums der Leuchtstoffröhre Osram Lumilux 865 Daylight. Osram GMBH. Hellabrunnerstraße, 181536 München. www.osram.de
[25] Braun, J. (2007). (Zugriff vom 09.06.2007). Technische Daten Leuchtstofflampen. White LED´s for surface lighting and room lighting. Licht Osram 1.ppt. Osram GMBH. Hellabrunnerstraße, 181536 München. www.osram.de
[26] Braun, J. (2007). (Zugriff vom 09.06.2007). Leuchtstofflampen und ihre Auswahlkriterien. weisses_licht.pdf. Osram GMBH. Hellabrunnerstraße, 181536 München. www.osram.de
[27] Braun, R. P., Vecchietti, J. L., Thomas, L., Prins, C., French, L. E., Gewirtzman, A. J., Saurat, J. H., Salomon, D. (2005). Telemedical wound care using a new generation of mobile telephones: a feasibility study.
154
Department of dermatology, University Hospital Geneva, Geneva, Switzerland. Archives of dermatology 141 (2), 254-258
[28] Burk, A., Burk, R. (2005). Checkliste Augenheilkunde. 3.Auflage. Thieme Verlag Stuttgart. ISBN 3-13-100573-4 309-311
[29] Caspari, C. (2007). (Zugriff vom 15.04.2007). Gasentladungslampen. http://www.elektronicinfo.de/strom/gasentladungslampen.htm#Leuchtstofflampen. Frankfurter Str. 59, 65779 Kelkheim. [email protected]
[30] Cattarozzi, M. (2005). Color management mit ICC-Profilen in der Praxis. 1. Auflage. ISBN 390849091X
[31] Chandhanayingyong, C., Tangtrakulwanich, B., Kiriratnikom, T. (2007). Teleconsultation for emergency orthopaedic patients using the multimedia messaging service via mobile phones. Department of Orthopaedic Surgery and Physical Medicine, Prince of Songkla University, Haadyai, Songkhla, Thailand. J Telemed Telecare 13 (4), 193-6
[32] Christlieb, J. (2006). (Zugriff vom 12.11.2007). Elektronischer Starter Ökostart für flackerfreien, schonenden Startvorgang. Palmstep. New Road, Media Building Quarter Militaire, Mauritius. www.palmstep.com/Deutsch/oekodeutschworld.htm
[33] Christopoulos, Ch. (2000). The JPEG2000 still image coding system: an overview. Published in IEEE transactions on consumer electronics 46 (4), 1103-1127
[34] Clasbrummel, B., Schmitz, J., Bolz, A., Muhr,G. (2002). Can costs be lowered by post-hospital patient management with telecare. Biomed. Tech. (Berl) 47 Suppl 1 Pt 2, 966-967
[35] Clasbrummel, B., Schmitz, J. (2002). Tele-Visite in den Kliniken Bergmannsheil. Leben und arbeiten in vernetzten Welten - VDE Kongress 2002 - 21. bis 23. Oktober in Dresden. VDE-Verlag. ISBN 3-8007-2723-4 29
[36] Crüger, I. (2005). (Zugriff vom 09.09.2005). Farbmischgesetze. Die additive Farbmischung. http://www.ipsi.fraunhofer.de/~crueger/farbe/farb-misch.html. Fraunhofer IPSI. [email protected]
[37] Debray, M., Couturier, P., Greuillet, F., Hohn, C., Banerjee, S., Gavazzi, G., Franco, A. (2001). A preliminary study of the feasibility of wound telecare for the elderly. J Telemed Telecare 7 (6), 353-358
[38] De Luca, N. (2004). Die Hüftprothesenlockerung: Metaanalyse der Literatur und in vitro Simulation einer Lockerungsdiagnostik mit Beschleunigungssensoren. Ruhr-Universität-Bochum, Bochum 3.1, 40-42
[39] Deumlich, F., Staiger, R. (2001). Instrumentenkunde der Vermessungstechnik. 9. Auflage. Herbert Wichmann Verlag Heidelberg. ISBN 3-87907-305-8
155
[40] Deutsch, M. (2002). Geschichte der Fotographie - Entstehung eines neuen Mediums. Diplomarbeit an der Fachhochschule Mittweida
[41] Durst, J., Rohen, J. (1996). Chirurgische Infektionen. Chirurgische Operationslehre. Schattauer Verlag. ISBN 3-7945-1679-6 3, 69-73
[42] Durst, J., Rohen, J. (1996). Wundverschluß. Chirurgische Operationslehre. Schattauer Verlag. ISBN 3-7945-1679-6 4, 85
[43] Engel, Th. (2005). (Zugriff vom 24.02.2007). AF 17-35 mm/2.8D IF-ED. Nikon Gmbh, Tiefenbroicher Weg 25, D-40472 Düsseldorf. www.nikon.de
[44] Feininger, A. (1979). Andreas Feiningers große Fotolehre. Econ Verlag Düsseldorf/Wien. ISBN 3-453-17975-7
[45] Frandsen, J. (2006). (Zugriff vom 29.02.2006). PowerShot G6. Canon Deutschland GmbH, Europark Fichtenhain A10, D-47807 Krefeld. http://www.canon.de/
[46] Fuchs, H. (2006). (Zugriff vom 17.11.2006). Machsche Streifen. Wikimedia Foundation Inc., St. Petersburg, USA. Artikel: http://de.wikipediaorg/wiki/Machsche_StreifenAbb.Rezeptives_feld.gif
[47] Galdino, G. M., Vogel, J. E., Vander Kolk, C. A. (2001). Standardizing digital photography: it's not all in the eye of the beholder. Plast Reconstr Surg 108 (5), 1342
[48] Galdino, G. M., Vogel, J. E., Vander Kolk, C. A. (2001). Standardizing digital photography: it's not all in the eye of the beholder. Plast Reconstr Surg 108 (5), 1333-1334
[49] Gall, L. (2006). (Zugriff vom 27.08.2006). Farbmetrik und CIELAB. http://www.farbmetrik-gall.de/cielab/index.html. Anselm-Feuerbachstraße 4F, 67227 Frankenthal. [email protected]
[50] Gerboth, A. (2005). Erste Erfahrungen mit der poststationären Betreuung traumatologischer Patienten mittels Televisite. BG-Kliniken Bergmannsheil. D-44789 Bochum. Forschungsgruppe Telemedizin
[51] Gleich, P. (2005). (Zugriff vom 15.04.2007). CL-200 Luxmeter. Konica Minolta. Senator-Helmken-Str. 1, D-28197 Bremen. http://www.konicaminoltaeurope.com/de/products/industrielle_produkte/ueberblick/lichtmessung/lichtfarb_messgeraete/cl_200/
[52] Goetz, C. F. (1999). Health care professionals protocol for secure online transmission of patient data. Stud. Health Technol Inform 64, 65-72
[53] Gornandt, V., Gerboth, A., Biskup, K., Muhr, G., Clasbrummel, B. (2002). Error assessment of color management in digital images in telemedicine. Biomed. Tech. (Berl) 47 Suppl 1 Pt 2, 641-643
156
[54] Göhring, D. (2002). (Zugriff vom 05.12.2005). Günter Grassmann - Leben und die Grassmannschen Gesetze. Seminararbeit. Humboldt-Universität zu Berlin, Institut für Informatik, Berlin.
http://www.informatik.hu-berlin.de/~goehring/papers/grassmann.pdf
[55] Göhring, D., Meffert, B. (2002). Digitalkameratechnologien: Eine vergleichende Betrachtung CCD kontra CMOS. Technische Informatik, Humboldt Universität zu Berlin
[56] Gööck, R. (2005). Erfindungen der Menschheit: Druck, Grafik, Musik, Foto, Film. Sigloch Edition
[57] Greenberg, D. (2006). (Zugriff vom 12.09.2006). The cornell university program of computer graphics. 580 Rhodes Hall, Cornell University, Ithaca, NY 14853. http://www.graphics.cornell.edu/~westin/misc/res-chart.html
[58] Greenwood, D., Bolz, A., Biskup, K., Gerboth, A., Clasbrummel, B. (2002). Architecture of a software system for telemonitoring. Biomed. Tech. (Berl) 47 Suppl 1 Pt 1, 328-329
[59] Groehl, C. (2005). (Zugriff vom 05.12.2005). Nahtfaden. Prolene. http://www.ethicon.de/index.asp?Ebene_Img=Img3&Ebene_E=E3&url=/produkte/produktinformation.asp
[60] Haferkorn, H. (1981). Optik. Physikalisch-technische Grundlagen und Anwendungen. Verlag Harri Deutsch Frankfurt/Main. ISBN 3-8744-570-3 6.4.3, 562-573
[61] Hansen, L. (1997). Augenheilkunde systematisch. 1. Auflage. Verlag UNI-MED Bremen und Lorch/Württemberg. ISBN 3-89599-122-8 3.8.2, 299
[62] Härtter, E. (1974). Wahrscheinlichkeitsrechnung für Wirtschafts- und Naturwissenschaftler. Vandenhoeck & Ruprecht. Göttingen. ISBN 3525031149
[63] Heitmann, R. (2005). (Zugriff vom 20.02.2008). Auswahl und Konfi-guration von PAC-Systemen für radiologische Arztpraxen unter Berück-sichtigung der Einführung der elektronischen Patientenkarte. http://homepages.fh-giessen.de/~hg8416/studium/Diplomarbeiten/ Diplomarbeit_PACS_Roland_Heitmann_2005.pdf. 2, 3-4
[64] Hillebrand, R. (2005). PhotoDeal: Die Zeitschrift für Kameraliebhaber und Sammler von Photographica. Neuss
[65] Hilt, J. (2006). (Zugriff vom 20.02.2008). Visitrak. Smith & Nephew GmbH. Max-Planck-Straße 1-3, D-34253 Lohfelden. http://wound.smith-nephew.com/de/node. asp?NodeId=3066. [email protected]
[66] Hofmann-Wellenhof, R., Salmhofer, W., Binder, B., Okcu, A., Kerl, H., Soyer, H. P. (2006). Feasibility and acceptance of telemedicine for wound care in patients with chronic leg ulcers. Department of Dermatology, Medical University of Graz, Graz, Austria. J Telemed Telecare 12 (1), 15-7
157
[67] Hsieh, C. H., Tsai, H. H., Yin, J. W., Chen, C. Y., Yang, J. C., Jeng, S. F. (2004). Teleconsultation with the mobile camera-phone in digital soft-tissue injury: a feasibility study. Plast Reconstr Surg 114 (7), 1776-1782
[68] Huneke, T. (2005). (Zugriff vom 23.01.2005). Darstellung von ICC-Farbprofilen. http://www.iccview.de
[69] Hünefeld, G. (2005). Wundfibel. Sankt Marien-Hospital Buer Gmbh. Mühlenstraße 5-9, 45894 Gelsenkirchen
[70] Jakulin, A. (2002). (Zugriff vom 08.10.2006). Baseline JPEG and JPEG2000 artifacts illustrated. Faculty of computer and information science artificial intelligence laboratory, University of Ljubljana, Sloveni. http://kt.ijs.si/aleks/jpeg/artifacts.htm, 4-5
[71] Jakulin, A. (2002). (Zugriff vom 08.10.2006). Baseline JPEG and JPEG2000 artifacts illustrated. Faculty of computer and information science artificial intelligence laboratory, University of Ljubljana, Sloveni. http://kt.ijs.si/aleks/jpeg/artifacts.htm, 1-4
[72] Jennrich, O. (1999). (Zugriff vom 12.10.2006). Ein Blick auf die Schärfentiefe. Version 0.2. http://www.traxel.de/foto/drf/schaerfentiefe.pdf
[73] Kalns, J., Roy, A., Loeffler, C., Wright, J. K. (2004). A retrospective evaluation of digital wound imaging to predict response to hyperbaric oxygen treatment. Ostomy. Wound. Manage 50 (4), 36-42
[74] Kempe, L. (1998). Digitale Röntgenabteilung. Deutsches Ärzteblatt 95 A-225/B-194/C-180
[75] Kleine-Horst, L. (1992). Empiristische Theorie der Gefühlswirkung von Farben. Enane Verlag Köln. ISBN3-928955-02-0
[76] Knapp, U., Arens, S. (1999). Definition, Einteilung und Diagnose des Weichteilschadens. Die Wunde, Pathophysiologie-Behandlung-Komplikationen. Thieme Verlag Stuttgart. ISBN 3-13-603202-0 2, 13-16
[77] Knapp, U., Arens, S. (1999). Allgemeine Wundbehandlung. Die Wunde, Pathophysiologie-Behandlung-Komplikationen. 2. Auflage. Thieme Verlag Stuttgart. ISBN 3-13-603202-0 4, 70-90
[78] Krause, E. (2004). (Zugriff vom 01.01.2007). Schärfentiefe-, Abbildungsmaßstab- und Nahlinsenrechner in Javascript. Special Edition für die de. rec. fotografie und de. alt. rec. digitalfotografie mit Tabellenausgabe © Erik Krause. http://www.erik-krause.de/schaerfe.htm
[79] Kressierer, S. (2003). (Zugriff vom 20.04.2007). Strahlenganges durch die
Linse. Skript zur Vorlesung Physik für Bauingenieure. Fakultät für Physik, TU-München.
http://users.physik.tu-muenchen.de/kressier/WS01/phy34/1.pdf
[80] Kressierer, S. (2003). (Zugriff vom 20.04.2007). Linsenfehler. Skript zur Vorlesung Physik für Bauingenieure. Fakultät für Physik, TU-München.
158
http://users.physik.tu-muenchen.de/kressier/WS01/phy34/1.pdf
[81] Kutz, Ch. (2007). (Zugriff vom 18.02.2008). Sony Ericsson P910i. Sony Ericsson Deutschland. http://www.sonyericsson.com/spg.jsp?cc=de&lc=de&ver=4000&template=pp1_1_1&zone=pp&lm=pp1&pid=10183. [email protected]
[82] Kühn, S. (2004). (Zugriff vom 01.09.2007). CIELab. Wikipedia Foundation Inc., St. Petersburg, USA, Artikel: http://de.wikipedia.org/wiki/CIELab,Bild:CIE_Lab_RGB_CMYK.jpg. Uni-Trier
[83] Kühn, S. (2003). (Zugriff vom 01.10.2007). CMYK-Farbmodell. Wikipedia Foundation Inc.. St. Petersburg, USA, Artikel: http://de.wikipedia.org/wiki/Cmyk. Uni-Trier
[84] Kühn, S. (2003). (Zugriff vom 02.10.2007). Geometrische Schärfentiefe. Wikipedia Foundation Inc.. St. Petersburg, USA, Artikel: http://de.wikipedia.org/wiki/Sch%C3%A4rfentiefe#Geometrische_Sch.C3.A4rfentiefe. Uni-Trier
[85] Lampert, C. (1998). Mein „Fixateur externe" (äusserer Spanner). Klinik für Orthopädische Chirurgie. Kantonsspital. St. Gallen. 3. Korrektur
[86] Lang, G. K., Gareis, O. (2004). Verstehen-lernen-anwenden. Augenheilkunde. 3. Auflage. Thieme Verlag Stuttgart. ISBN 3-13-1028335 335
[87] Langford, M. (1983). Schärfentiefe. Die grosse Foto Enzyklopädie
[88] Lee, D. (2003). (Zugriff vom 18.12.2004). SC29/WG1 Group, ITU-T. IS 10918. http://www.jpeg.org/
[89] Lee, D. (2005). (Zugriff vom 03.07.2006). ISO/IEC 15444 bzw. ITU-T.800 at. http://www.jpeg.org/
[90] Lee, D. (2005). (Zugriff vom 22.02.2007). ISO 10918-1 bzw. ITU T.81 at. http://www.jpeg.org/jpeg/index.html
[91] Lee, D. (2005). (Zugriff vom 17.03.2007). JPEG family of image coding standards: Retrospective and new developments, ISO/IEC JTC1/SC29/WG1 convener, ITU-T VICA workshop 22-23 July 2005, ITU headquater, Geneva, Schweiz. http://www.itu.int/ITU-T/worksem/vica/docs/presentations/SO_P3_Lee.pdf
[92] Lehnhardt, K. (2005). Optik für die digitale Fotographie. Bad Kreuznach, Deutschland
[93] Lim, E. W., Celler, B. G., Basilakis, J., Taubman, D. (2006). A novel image capture system for use in telehealth applications. New South Wales Univ., Sydney, NSW. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc 1 (47), 43-6
159
[94] Lotto, R. B., Williams, S. M., Purves, D. (1999). Mach bands as empirically derived associations. Proceedings of the national academy of sciences 96 (9), 5245-50
[95] Lubeley, D. (2003). Untersuchung und Implementierung von Verfahren zur automatisierten Wundvermessung. Diplomarbeit D5-2003.Grundlagen der Optik. Lehrstuhl für Kommunikationstechnik. Prof. Dr.-Ing. R. Kays. Fakultät für Elektrotechnik. Universität Dormund. 3, 12
[96] Lubeley, D. (2003). Untersuchung und Implementierung von Verfahren zur automatisierten Wundvermessung. Diplomarbeit D5-2003. Laservermessung. Lehrstuhl für Kommunikationstechnik. Prof. Dr.-Ing. R. Kays. Fakultät für Elektrotechnik. Universität Dormund. 6, 33-44
[97] Lubeley, D. (2003). Verhältnis von Gegenstandsgröße zur Bildgröße. Untersuchung und Implementierung von Verfahren zur automatisierten Wundvermessung. Diplomarbeit D5-2003.Grundlagen der Optik. Lehrstuhl für Kommunikationstechnik. Prof. Dr.-Ing. R. Kays. Fakultät für Elektrotechnik. Universität Dormund. 3, 9-14
[98] Lubeley, D. (2003). Zusammenhang zwischen Sensorgröße und Brennweite. Untersuchung und Implementierung von Verfahren zur automatisierten Wundvermessung. Diplomarbeit D5-2003.Grundlagen der Optik. Lehrstuhl für Kommunikationstechnik. Prof. Dr.-Ing. R. Kays. Fakultät für Elektrotechnik. Universität Dormund. 3, 9-14
[99] Mac Adam, D. L. (1944). On the geometry of color space. Journal of the Franklin Institute 238, 195-210
[100] Mairgunther, R. H. (1994). Film-less digital x-ray image processing - new prospects with the radiovisiography equipment. Schweiz. Monatsschr. Zahnmed 104 (1), 31-34
[101] Marchesi, J., Jost, J. (1993). Handbuch der Fotografie. Bd. 1. Optik, Schärfentiefe. Verlag Photographie Schaffhausen 3, 169-178
[102] Marchesi, J., Jost, J. (1993). Handbuch der Fotografie. Bd. 1. Optik, Schärfentiefe. Verlag Photographie Schaffhausen 3, 189-193
[103] Maschler, T., Hennings, L. (2005). (Zugriff vom 10.05.2007). Schärfentiefe. http://de.wikipedia.org/wiki/Benutzer:TMaschler#Sch.C3.A4rfentiefe
[104] Murphy, R. X. Jr., Bain, M. A., Wasser, T. E., Wilson, E., Okunski, W. J. (2006). The reliability of digital imaging in the remote assessment of wounds: defining a standard. Division of Plastic and Reconstructive Surgery, Lehigh Valley Hospital, Allentown, PA 18105-1556, USA. Ann Plast Surg 56 (4), 431-6
[105] Netter, F. H., Hansen, J. T. (2003). Atlas der Anatomie des Menschen. 3. Auflage. Icon learning Systems Teterboro. ISBN 3131090235, Tafel 511
160
[106] Newton, I. (2005). Opticks or a teatise of the reflections, refractions, inflections and colors. London, printed for William Innis, MDCCXXX, 4th edition
[107] Numahara, T. (2001). From the standpoint of dermatology. Digital color imaging in biomedicine. Department of dermatology, Kagawa Medical University. http://biocolor.umin.ac.jp/book200102/din01022812.pdf. 67-72
[108] Oberholzer, M. J. (2001). Pathologie verstehen. Molekulare Grundlagen der allgemeinen Pathologie. Thieme Verlag Stuttgart. ISBN 3-13-129041-2 7, 66
[109] Oberholzer, M. J. (2001). Pathologie verstehen. Molekulare Grundlagen der allgemeinen Pathologie. Thieme Verlag Stuttgart. ISBN 3-13-129041-2 7.2, 69-71
[110] Orbach, H. (1997). Technik für den Arzt. 15 Jahre digitale Radiographie. Deutsches Ärzteblatt 94. Ausgabe 6 vom 07.02.1997. Seite A-316/B-252/C-240
[111] Pearson, K. (1897). Die Chancen des Todes und anderen Studien in Evolution, zwei vols. Edward Arnold New York
[112] Pearson, K. (1896). Mathematische Beiträge zur Theorie von Evolution: III. Zurückentwicklung, Vererbung und Panmixia. Philosophische Transaktionen der königlichen Gesellschaft 187, 253-318
[113] Poggendorff, J. C. (1853). Zur Theorie der Farbenmischung. Poggendorff's Annalen der Physik und Chemie 89 (1), 69-84
[114] Pollakowski, B. (2001). Schwarzkörperstrahlung. http://pl.physik.tu-berlin.de/groups/pg280/protok~1/schwarzkoerperstrahlung.pdf. Technische-Universität Berlin, 3
[115] Rossotti, H. (1992). Colour: Why the world isn't grey. Princeton University Press. ISBN 0-6910-2386-7
[116] Roth, A. C., Reid, J. C., Concannon, M. (1998). Diagnostic quality of low resolution images for tele-woundcare. School of Medicine, University of Missouri, Columbia, Missouri. Proc. AMIA. Symp, 917-920
[117] Roth, A. C., Reid, J. C., Puckett, C. L., Concannon, M. J. (1999). Digital images in the diagnosis of wound healing problems. Plast Reconstr Surg 103, 483-486
[118] Ruhstorfer, W. (2005). (Zugriff vom 08.11.2007). Additive Farbmischung - 3Farbenkreise. http://www.uni-regensburg.de/EDV/Misc/CompGrafik/Script_5.html#Kap5.2.3. [email protected]. Uni-Regensburg 5.2.1
[119] Ruhstorfer, W. (2005). (Zugriff vom 08.11.2007). Grafik-Normlichtart. http://www.uni-
161
regensburg.de/EDV/Misc/CompGrafik/Script_5.html#Kap5.2.3. [email protected]. Uni-Regensburg 5.1.2
[120] Ruhstorfer, W. (2005). (Zugriff vom 08.11.2007). Spektrale Empfindlichkeitskurven. http://www.uni-regensburg.de/EDV/Misc/CompGrafik/Script_5.html#Kap5. [email protected]. Uni-Regensburg 5.1.3
[121] Rupprecht, J. M. (2006). (Zugriff vom 14.10.2007). Datenblatt Nikon D1. MediaNord eK. Schützenhof 2, D-23558 Lübeck. http://www.digitalkamera.de/kameras/Nikon/D1X.asp. [email protected]
[122] Rupprecht, J. M. (2006). (Zugriff vom 14.10.2007). Datenblatt Canon Powershot G1. MediaNord eK. Schützenhof 2, D-23558 Lübeck. http://www.digitalkamera.de/Kameras/Canon/PowerShot_G1.asp. [email protected]
[123] Rupprecht, J. M. (2006). (Zugriff vom 14.10.2007). Datenblatt Canon Powershot G3. MediaNord eK. Schützenhof 2, D-23558 Lübeck. http://www.digitalkamera.de/Kameras/Canon/PowerShot_G3.asp. [email protected]
[124] Rupprecht, J. M. (2006). (Zugriff vom 14.10.2007). Datenblatt Canon Powershot G5. MediaNord eK. Schützenhof 2, D-23558 Lübeck. http://www.digitalkamera.de/kameras/Canon/PowerShot_G5.asp. [email protected]
[125] Rupprecht, J. M. (2006). (Zugriff vom 14.10.2007). Datenblatt Nikon Coolpix 995. MediaNord eK. Schützenhof 2, D-23558 Lübeck. http://www.digitalkamera.de/Kameras/Nikon/Coolpix_995.asp. [email protected]
[126] Rybo, S. (2002). (Zugriff vom 09.04.2006). Datenkompression. Wikipedia Foundation Inc.. St. Petersburg, USA. Artikel: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datenkompression&action=history. Wuppertal
[127] Saeger, J. (2006). (Zugriff vom 07.12.2007). Technologies, software development toolkits, and applications designed to facilitate healthcare. DICOM and image compression (lossless and lossy JPEG, JPEG2000/JPIP). Pegasus Imaging Corporation. 4001 N. Riverside Drive, Tampa, FL 33603, USA. p://www.pegasusimaging.com/index.htm
[128] Sani-Kick, S., Gmelin, M., Schöchlin, J., Bolz, A (2002). Recording and transmission of digital wound images with the help of a mobile device. Medical Information Technology. FZI Forschungszentrum Informatik Karlsruhe, Germany
[129] Scharinger, J. (2006). Einführung in die digitale Bildverarbeitung. Department of Computational Perception. Johannes Kepler University (JKU) Linz, Altenberger Str. 69, A-4040 Linz, Austria. [email protected]
162
[130] Schanda, J. (2005). (Zugriff vom 26.11.2006). Die neue Berechnungsmethode der Farbwiedergabe von Lichtquellen. Lehrstuhl für Bildverarbeitung und Neuralcomputer. Universität Veszprém. Egyetem u. 10, H-8200 Veszprém. http://www.knt.vein.hu/staff/schandaj/SJCV-Publ-2005/423.DOC
[131] Schauf, C., Moffet, D., Bartsch, P. (1993). Medizinische Physiologie-Photorezeptorendichte. Verlag Walter de Gruyter Berlin-New York. ISBN 3-11-011022-9 4.4.4.2, 173
[132] Schäffer, F. (2004). (Zugriff vom 19.03.2007). Bayer-Sensor. Wikipedia Foundation Inc.. St. Petersburg, USA. Artikel. http://de.wikipedia.org/wiki/Bayer-Sensorf. [email protected]. Technische Fachhochschule Berlin
[133] Schöfer, H. (2001). Festlegung der Beleuchtungsbedingungen an Bildschirmarbeitsplätzen zur Befundung von Röntgenbildern am Bildwiedergabegerät. Bayerisches Landesamt für Arbeitsschutz, Arbeitsmedizin und Sicherheitstechnik
[134] Sedlarik, K. M. (1993). Wundheilungsstörungen. Wundheilung. Diagnostik der Wundheilung. 2. Auflage. Gustav Fischer Verlag Jena/Stuttgart. 4.6, 165-166
[135] Sedlarik, K. M. (1993). Wundauflagen. Diagnostik der Wundheilung. Wundheilung. 2. Auflage. Gustav Fischer Verlag Jena/Stuttgart. 9, 317
[136] Ségalen, C. (1998). (Zugriff vom 01.07.2006). Commission Internationale De Le`Eclairage. CIE Central Bureau, Kegelgasse 27, A-1030 Wien, Austria. http://www.cie.co.at/cie. [email protected]
[137] Ségalen, C. (1998). (Zugriff vom 12.03.2007). Norm CIE S 005/E CIE. Normlichtarten für Farbmessung, Commission Internationale de l´Eclairage, CIE Central Bureau, Kegelgasse 27, A-1030 Wien, Austria. http://www.cie.co.at/cie. [email protected]
[138] Siewert, J. R. (2006). Einteilung von Wunden in Schweregrade hinsichtlich der Tiefenausdehnung. Chirurgie. 8.Auflage. Springer Verlag. ISBN-10 3-540-30450-9 74, Tab. 1.17
[139] Slusallek, P. (2006). (Zugriff vom 01.11.2007). Licht, Wahrnehmung und Farbe. Universität des Saarlandes. Fachrichtung 6.2 – Informatik. Im Stadtwald - Building E 1 1, Room 018, 66123 Saarbrücken. http://graphics.cs.uni-sb.de/Courses/ws0001/cg/folien/Farbe_1.pdf. [email protected]
[140] Sohnrey, J. (2005). (Zugriff vom 25.09.2007). CIE-Lab-Farbraummodell. Die Druckseiten. http://www.sohnrey.de/druckseiten/. [email protected]
[141] Stechl, K. (2004). (Zugriff vom 12.10.2006). Analog-Objektive DIGITALT. COLORFOTO 18. www.colorfoto.de
163
[142] Steinmeier, S. (2005). (Zugriff vom 26.02.2007). Synthes Fixateur extern. Clinical House GmbH, Am Bergbaumuseum 31, 44791 Bochum. www.clinicalhouse.de
[143] Stevanato, G. (2006). (Zugriff vom 26.08.2007). Color conversion formula. http://www.easyrgb.com/math.html. Logical S.r.l.. Via del Follatoio, 12, 34147 Trieste, Italy. http://www.easyrgb.com/math.html
[144] Strutz, T. (2002). Image data compression. 2nd Edition. Vieweg Braunschweig/Wiesbaden. ISBN 3-528-13922-6
[145] Tachakra, S. (2000). A comparison of telemedicine with face-to-face consultations for trauma management. Accident and emergency department. Central Middlesex Hospital, London, UK. 6 Suppl 1:S, 178-181
[146] Takahashi, Y. (2001). (Zugriff vom 18.09.2006). How to manage color in medicine. Digital color imaging in biomedicine. Canon Inc. Office Imaging Products Development Integration Center. http://biocolor.umin.ac.jp/book200102/din01022816.pdf. 12
[147] Takahashi, Y. (2001). (Zugriff vom 18.09.2006). How to manage color in medicine. Digital color imaging in biomedicine. Canon Inc. Office imaging products development integration center. http://biocolor.umin.ac.jp/book200102/din01022816.pdf. 7-13
[148] Tscherne, H. (2005). Weichteilverletzungen und Infektionen, Bewertung der Wundverhältnisse. Unfallchirurgie. Springer Verlag Berlin Heidelberg New York. ISBN 3-540-63285-9, 143-145
[149] Uebermut, E. (2003). (Zugriff vom 10.09.2006). Nikon D1 Website. http://www.webdigital.de/d1/index.htm. Frankfurt am Main
[150] Vakil, N., Bourgeois, K. (1995). A prospective, controlled trial of eight-bit, 16-bit, and 24-bit digital color images in electronic endoscopy. Endoscopy 27 (8), 589-592
[151] Vestin, S. H. (2005). (Zugriff vom 22.03.2007). Testtafel nach ISO 12233. http://www.graphics.cornell.edu/~westin/misc/res-chart.html
[152] Wagner, P. (2007). (Zugriff vom 18.09.2007). Weißabgleich in einer Digitalkamera. http://www.filmscanner.info/Farbtemperatur.html. Fasanenstraße 8b, 82008 Unterhaching. [email protected]
[153] Walter, S. (2004). (Zugriff vom 16.05.2006). Moiré-Effekt. Wikipedia Foundation Inc.. St. Petersburg, USA. Artikel: http://de.wikipedia.org/wiki/Moir%C3%A9-Effekt. École polytechnique fédérale de Lausanne, Schweiz. [email protected]
[154] Weeke, H. (2005). (Zugriff vom 14.12.2006). Farbscannen: Farbtheorie, Farbräume und Farbbezugssysteme, Grundlagen der Scannertechnik. www.imageaccess.de. Image Access GmbH. Hatzfelder Straße 161-163, 42281 Wuppertal. [email protected]
164
[155] Wehner, J. (2005). (Zugriff vom 21.01.2008). Sekundärheilung. Wundmanagement. Süderfischerstr. 10, D-24937 Flensburg. http://www.medizinfo.de/
[156] Welz, D. (2006). (Zugriff vom 20.12.2006). Licht-Streuung an Oberflächen. http://www.zum.de/dwu/depotan/apop002.htm. Ulm. [email protected]
[157] Whitman, A. (2006). Digital imaging and communications in medicine (DICOM). Part 14: Grayscale standard display function. National Electrical Manufacturers Association 1300 N. 17th Street Rosslyn, Virginia 22209, USA. [email protected]
[158] Wickenburg, S., Rooch, A., Groß, J. (2002). (Zugriff vom 19.02.2008). Das JPEG-Verfahren. http://www.mathematik.de/spudema/spudema_beitraege/beitraege/rooch/nkap04.html
[159] Wild, T., Sahora, K., Fortner, N., Hölzenbein, T. (2002). (Zugriff vom 26.10.2006). Digitale Diagnostik von akuten und chronischen Wunden. Universitätsklinik für Chirurgie. Abteilung für Allgemeinchirurgie. Allgemeines Krankenhaus. http://www.wundnetz.at. Leitstelle 21 West, Währinger Gürtel 18-20, A-1090 Wien, Austria
[160] Wild, T., Sahora, K., Fortner, N. (2002). (Zugriff vom 26.10.2006). Standardisierung der Wunddiagnostik durch computergestützte digitale Wundanalyse. Universitätsklinik für Chirurgie. Abteilung für Allgemeinchirurgie. Allgemeines Krankenhaus. http://www.wundnetz.at. Leitstelle 21 West, Währinger Gürtel 18-20, A-1090 Wien, Austria
[161] Woelker, M. (2004). (Zugriff vom 17.08.2006). xyY-System. Kupferdreher Markt 9, 45257 Essen. http://de.wikipedia.org/wiki/Farbnachstellung. [email protected]
[162] Wolf, S. (2006). (Zugriff vom 20.12.2007). Datenblatt Nokia N93. Nokia GmbH, Heltorferstr. 1, 40472 Düsseldorf. http://www.nokia.de/de/mobiltelefone/modelluebersicht/n93/startseite/207406.html. http://www.nokia.de/de/service/kontakt/emailkontakt/85898.html
[163] Wolf, S. (2006). (Zugriff vom 20.01.2008). Nokia N95-Datenblatt. Nokia GmbH, Heltorferstr. 1, 40472 Düsseldorf. http://www.nokia.de/de/mobiltelefone/modelluebersicht/n95/startseite/228206.html. http://www.nokia.de/de/service/kontakt/emailkontakt/85898.html
[164] Wout, v. B. (2006). (Zugriff vom 17.11.2007). Commission Internationale de l´Eclairage, CIE Central Bureau. http://www.cie.co.at/. Kegelgasse 27, A-1030 Wien, Austria
[165] Yamada, M., Watarai, H., Andou, T., Sakai, N. (2003). Emergency image transfer system through a mobile telephone in Japan: technical note. Neurosurgery 52 (4), 986-990
165
[166] Yamaguchi, M. (2001). (Zugriff vom 25.11.2006). Medical application of a color reproduction system with a multispectral camera. Digital color imaging in biomedicine. http://biocolor.umin.ac.jp/book200102/din01022806.pdf. 33-38
[167] Yorath, D. (2001). Fotographie. Prestel Verlag München
166
Danksagung
Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr. med. Muhr und Herrn PD Dr. med.
Clasbrummel für die Überlassung des Themas. Herrn PD Dr. med. Clasbrummel,
der mir besonders in klinischen Fragen zur Verfügung stand, danke ich außerdem
für die umfangreiche Betreuung dieser Arbeit.
Ganz besonderer Dank gebührt Herrn Dr. rer. nat. Jettkant, der mir jederzeit bei
allen Problemen mit optimalen Lösungen zur Seite stand und meine Motivation
immer wieder angeregt hat.
Nicht zuletzt bedanke ich mich vor allem bei meiner Ehefrau Johanna Lange, die
mich mein gesamtes Studium begleitet und mich selbstlos unterstützt hat. Ebenso
meinen Eltern, meiner Familie und zuletzt auch den guten Freunden, die mich
während meines ganzen Studiums begleitet und ermutigt haben, möchte ich
meinen Dank aussprechen.
167
Lebenslauf
Dirk Ulrich Lange
Gartenplatz 9
59174 Kamen
geboren am 07.02.1972 in Münster
Eltern: Wolfgang und Elisabeth Lange
Schulausbildung
1980 – 1984 Grundschule Friedrich-Ebert, Kamen
1984 – 1993 Städtisches Gymnasium, Kamen
Abschluss: Allgemeine Hochschulreife
Wehrdienst
1993 – 1994 Ableistung der Allgemeinen Wehrpflicht, Nienburg
Berufsausbildung
1995 – 1998 Physiotherapie Ausbildung, Westfalen-Akademie-
Dortmund
Abschluss: Staatlich examinierter Physiotherapeut
1998 - 1999 Berufsausübung, KG-Praxis Nitschke, Dortmund
Universitäre Ausbildung
1999 - 2005 Studium der Humanmedizin an der Ruhr-Universität-
Bochum. Ableistung der Ärztlichen Prüfung und
Erteilung der Approbation am 25.11.2005.