DE19961428A1 - 3D visualization system has camera arc can record complex processes - Google Patents

3D visualization system has camera arc can record complex processes

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Abstract

The 3D visualization system has digital cameras in an arc around the process being observed and records images which are fed by a switch to a computer (PC) for processing into a 3D record of events.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Visualisierung eines Vorganges aus unter­ schiedlichen, beliebig benachbarten Perspektiven zu einem definierten Zeitpunkt in­ nerhalb einer bewegten Szene.The invention relates to a method for visualizing a process from below different, arbitrarily neighboring perspectives at a defined point in time within a moving scene.

Dies wird durch die gleichzeitige Aufnahme einer bewegten Szene mit mehreren Kameras erreicht, deren Standbilder später nacheinander abgespielt werden und so eine Kamerabewegung zu einem definierten Zeitpunkt ermöglichen.This is due to the simultaneous recording of a moving scene with several Cameras reached, the still images are played back one after the other and so enable camera movement at a defined point in time.

Stand der TechnikState of the art

Bekannt ist ein Verfahren, das es ermöglicht, eine reale gefilmte Szene "einfrieren" zu lassen; d. h., bei der sich die Kamera um die "eingefrorene" Szene scheinbar her­ umbewegen lässt. Beispielsweise kann hochspritzendes Wasser, das durch ein in ein Becken geworfenen Gegenstand verursacht wird, zu einem gewissen Zeitpunkt scheinbar stillstehen. Die Wassertropfen wirken in diesem Moment wie eingefroren, wobei sich die Kamera um die stehenden Tropfen herum bewegen lässt und ent­ sprechende Perspektiven von dieser stillstehenden Szenerie zeigt.A method is known which makes it possible to "freeze" a real filmed scene allow; d. that is, the camera appears to focus on the "frozen" scene can move around. For example, water splashing through an in a Pelvic object is caused at some point seemingly stand still. The drops of water look frozen at this moment, whereby the camera can be moved around the standing drops and ent shows speaking perspectives from this still scenery.

Um diesen Effekt verwirklichen zu können, werden von der Szene zusätzlich zu einer Filmaufnahme gleichzeitig mehrere Fotoaufnahmen gemacht, wobei die Fotokame­ ras etwa halbkreisförmig um das aufzunehmende Objekt postiert sind. Zu einem de­ finierten Zeitpunkt werden alle Kameras gleichzeitig ausgelöst. Dadurch, daß die ein­ zelnen Aufnahmen nacheinander abgespielt werden, erhält der Zuschauer den Ein­ druck, die Kamera würde sich um ein plötzlich eingefrorenes Objekt bewegen. Durch dieses Verfahren können erstaunliche Effekte erzielt werden.In order to be able to realize this effect, the scene becomes an additional one Film capture made multiple photo shoots simultaneously, taking the photo came ras are positioned approximately in a semicircle around the object to be recorded. To a de all cameras are triggered at the same time. Because the one individual recordings are played in succession, the viewer receives the on pressure, the camera would move around a suddenly frozen object. By This procedure can produce amazing effects.

Problemproblem

Dieses Verfahren ist derzeit nur mit aufwendigem filmischem Aufnahmeequipment als "Special Effect" verfügbar und wird u. a. aus Kostengründen nur in der Filmbranche verwendet. Bislang wurde hierbei mit nicht digitalen Fotokameras gearbeitet, d. h. das aufgenommene Material muss entwickelt und anschließend eingescannt werden, um im PC auf digitalem Weg weiterverarbeitet werden zu können.This process is currently only available with complex filming equipment "Special Effect" available and will u. a. for cost reasons only in the film industry used. So far, this has been used with non-digital photo cameras, i. H. the Recorded material must be developed and then scanned to to be processed digitally on the PC.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Effekt vielseitig und kostengünstig zu nutzen mit einfachen Mitteln mit zur besseren Visualisierung beitragenden Metho­ den umzusetzen. Hierbei soll die Priorität nicht auf dem (u. a. von der Filmbranche) bislang ausschließlich angestrebten Unterhaltungseffekt beim Betrachten liegen, sondern es soll das Visualisieren von komplizierten Vorgängen in den unterschied­ lichsten Bereichen, z. B. in der Forschung, ermöglicht werden.The invention has for its object this effect versatile and inexpensive to be used with simple means with metho contributing to better visualization  to implement that. The priority should not be based on (e.g. from the film industry) So far, the only desired entertainment effect when viewing, it is supposed to visualize complicated processes in the difference most common areas, e.g. B. in research.

ProblemlösungTroubleshooting

Als Lösung hierfür schlägt die Erfindung die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale vor. Es werden also (wie in der einzigen Figur beispielhaft dargestellt) mehrere digi­ tale Fotokameras um eine Szene (d. h. ein zu betrachtendes, bewegtes Objekt) po­ stiert, die alle über eine sogenannte Signalweiche mit einem Datenverarbeitungspro­ gramm (z. B. eines PCs) verbunden sind. Als Signalweiche ist eine Schnittstelle zu verstehen, in der sämtliche Kamera-Signalausgänge einmünden und in der ein belie­ biger dieser Eingänge abgegriffen werden kann. Die Kameras werden dann im fest­ zuhaltenden Moment gleichzeitig ausgelöst, und zwar entweder manuell, programm-, zeit- oder ereignisgesteuert. Letzteres kann beispielsweise ein durch eine Licht­ schranke ausgelöstes Signal sein, das vom aufzunehmenden Ereignis selbstgesteu­ ert ist.As a solution to this, the invention proposes the features specified in claim 1 in front. So there are several digi (as exemplified in the single figure) tal photo cameras around a scene (i.e. a moving object to be viewed) po bulls, all via a so-called signal switch with a data processing pro grams (e.g. of a PC) are connected. An interface is to be used as a signal switch understand, in which all camera signal outputs open and in which one more of these inputs can be tapped. The cameras then become fixed holding moment triggered simultaneously, either manually, programmatically, time or event controlled. The latter can be done, for example, by a light barrier triggered signal that is self-controlled by the event to be recorded is.

Die so aufgezeichneten Bilder können auf zwei verschiedene Arten digital verarbeitet werden. Zum einen wird der bildverarbeitende PC manuell, beispielsweise durch ei­ nen Drucktaster, über die Signalweiche schrittweise mit jeweils einer anderen Kame­ ra verbunden und zwar derart nacheinander angesteuert, dass die Reihenfolge der Aufnahmebilder entsprechend der Kameraaufstellungen beibehalten wird (z. B. Ab­ griff im Uhrzeigersinn). Zum anderen können die digitalisierten Bilder softwarege­ steuert erfaßt werden. Dies wird erreicht, indem die Software jeweils ein digitalisier­ tes Bild in einer Datei erfasst, automatisch über die Signalweiche zwischen den Ka­ meras weiterschaltet und die dem jeweiligen Bild zugeordneten Dateien der Reihen­ folge entsprechend benennt. Die Dateien stehen dann als numerierte Bilddateien zur Verfügung und können als Filmstreifendatei in ein entsprechendes Videobear­ beitungsprogramm (z. B. Adobe Premiere®) importiert und als sogenanntes avi (Win­ dows®-basierendes Filmformat) ausgegeben werden. Für das verlangsamte Aus­ spielen des Filmes ist ein Interpolieren per PC zwischen den einzelnen Aufnahmen von Vorteil. Hier werden künstlich Bilder zwischen die Originalaufnahmen gerechnet. Hierzu kann ein sogenanntes Morph-Programm verwendet werden. The images recorded in this way can be digitally processed in two different ways become. On the one hand, the image processing PC is operated manually, for example by egg NEN push button, over the signal switch step by step with a different came ra connected and controlled in such a way that the order of the Captured images are retained according to the camera positions (e.g. from reached clockwise). On the other hand, the digitized images can be software controls are recorded. This is achieved by digitizing the software t captured image in a file, automatically via the signal switch between the Ka meras and the files of the series assigned to the respective image follow named accordingly. The files are then available as numbered image files available and can be converted into a corresponding video bar as a film strip file processing program (e.g. Adobe Premiere®) imported and as a so-called avi (Win dows®-based film format). For the slowed down playing the film is an interpolation by PC between the individual recordings advantageous. Here artificially pictures are counted between the original shots. A so-called morph program can be used for this.  

Durch eine bevorzugte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich dar­ überhinaus auch eine dreidimensionale Darstellung dieser sogenannten Kamerafahrt erhalten. Durch die perspektivische Änderung beim Kameraschwenk läßt sich näm­ lich gemäß der Erfindung eine dreidimensionale Information gewinnen, die mit ver­ schiedenen Möglichkeiten dargestellt werden kann. Hierzu bieten sich in besonderer Weise zwei einfache Möglichkeiten an.Through a preferred embodiment of the method according to the invention, also a three-dimensional representation of this so-called tracking shot receive. Due to the change in perspective when panning the camera, näm Lich three-dimensional information according to the invention, which ver different possibilities can be represented. This is particularly true Instruct two simple ways.

So kann zum bloßen Abspielen des Kameraschwenks eine bekannte Nuoptix®-3D- Brille zur dreidimensionalen Visualisierung verwendet werden. Durch die Kame­ rafahrt wird entsprechend dem Pulfrich-Effekt (siehe hierzu: "Fernseh- und Kino- Technik", 45. Jahrgang, Nr. 3/1991, Seite 145 f) dem Betrachter eine dreidimensionale farbige Darstellung der stehenden Szene zuteil. Nachteil bei diesem Verfahren ist, daß der Film (und somit der Kameraschwenk) nicht angehalten werden darf, denn andernfalls würde die Szene ihre Dreidimensionalität verlieren.A well-known Nuoptix® 3D Glasses can be used for three-dimensional visualization. By the came Rafting is based on the Pulfrich effect (see: "TV and cinema Technik ", 45th year, No. 3/1991, page 145 f) the viewer a three-dimensional colored representation of the standing scene. The disadvantage of this method is that the film (and thus the camera pan) must not be stopped, because otherwise the scene would lose its three-dimensionality.

Ein weiteres, einfaches Verfahren nutzt das sogenannte Anaglyphenverfahren (siehe hierzu: "Stereoskopie" - Museum für Verkehr und Technik, Berlin [Gerhard Kemmer, 1989], Seite 88, ISBN: 3-9801602-1-2) und macht so das dreidimensionale Betrach­ ten der Szene auch im angehaltenen Zustand möglich. Hierbei wird eine Kopie des avi-Filmes erstellt, wobei der eine Film bevorzugt rot und der andere Film bevorzugt blau eingefärbt wird (die genaue Vorgehensweise ist aus einschlägiger Literatur be­ kannt). Diese beiden unterschiedlich eingefärbten Filme werden nun in besagtem Videobearbeitungsprogramm angemessen zueinander zeitlich verschoben und transparent zu gleichen Anteilen übereinandergerechnet. Bei Betrachten mit einer Anaglyphenbrille, bei der korrespondierend zur Einfärbung das eine Glas rot, das andere Glas blau eingefärbt ist, kann nun dem Film eine dreidimensionale Informati­ on entnommen werden. Ein Nachteil bei diesem Verfahren ist das Verlieren der Farbinformation. Um die Farbinformation beizubehalten, gibt es auch andere be­ kannte Möglichkeiten (z. B. das Polarisationsverfahren), mit denen die erfindungsge­ mäße Nutzung der Bildfolge erhalten werden kann, jedoch mit aufwendigeren Maß­ nahmen.Another simple method uses the so-called anaglyph method (see on this: "Stereoscopy" - Museum for Transport and Technology, Berlin [Gerhard Kemmer, 1989], page 88, ISBN: 3-9801602-1-2) and thus makes the three-dimensional view The scene can also be held while stopped. A copy of the avi film created, one film preferred red and the other film preferred is colored blue (the exact procedure can be found in the relevant literature revoked). These two differently colored films are now in said Video editing program appropriately timed to each other and transparently overlapped in equal proportions. When viewing with a Anaglyph glasses, the one glass corresponding to the coloration red, the other glass is colored blue, the film can now have three-dimensional information on be removed. A disadvantage of this method is losing the Color information. To keep the color information, there are others too Known possibilities (z. B. the polarization process) with which the fiction moderate use of the image sequence can be obtained, but with a more complex measure participated.

Erreichte VorteileAchieved advantages

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht also darin, dass das Verfahren auf­ grund seiner einfachen Maßnahmen in den unterschiedlichsten Bereichen, insbe­ sondere auch in Forschungsinstitutionen, verwendet werden kann. So lassen sich komplizierte Vorgänge im entscheidenden Augenblick festhalten ("einfrieren") und in einer zusammenhängenden, plastischen Darstellung betrachten. Dieses Verfahren trägt somit zu einer weitaus besseren Visualisierung bei und hilft, komplizierte Vor­ gänge leichter zu begreifen oder überhaupt erst sichtbar zu machen. Die rein digitale Bilderfassung und -verarbeitung, u. a. über die Signalweiche, trägt merklich zu schnel­ leren Ergebnissen bei (Zeitersparnis) und ist erheblich kostengünstiger als bekannte Verfahren.A particular advantage of the invention is that the method is based on due to its simple measures in the most diverse areas, esp can also be used especially in research institutions. So you can  Capture complicated processes at the crucial moment ("freeze") and in consider a coherent, plastic representation. This method thus contributes to a much better visualization and helps to solve complicated problems gears easier to grasp or to make visible at all. The purely digital Image acquisition and processing, u. a. over the turnout, noticeably too fast results in (time saving) and is considerably cheaper than known ones Method.

Claims (11)

1. Verfahren zum Visualisieren eines Vorganges aus unterschiedlichen, beliebig be­ nachbarten Perspektiven zu einem definierten Zeitpunkt innerhalb einer bewegten Szene mit folgenden Maßnahmen:
  • a) Ein Objekt wird mit mehreren digitalen Fotokameras, die auf einer stetigen Kurve angeordnet sind, aus verschiedenen Perspektiven zu einem definierten Zeitpunkt aufgenommen;
  • b) die digitalisierten Bilder werden in einem Datenverarbeitungsprogramm in vor­ gegebener Reihenfolge über eine Signalweiche, an der die Ausgänge (Schnittstellen) jeder Fotokamera angeschlossen sind, aus den Fotokameras ausgelesen;
  • c) die ausgelesenen, digitalen Bildsignale werden in Dateien eines Datenspei­ chers abgespeichert;
  • d) in einem Bildverarbeitungsprogramm werden diese Dateien in einer der Foto­ kamera-Aufstellung entsprechenden Reihenfolge aufgerufen und gegebe­ nenfalls Zwischenbilder berechnet;
  • e) die so erhaltenen Bilder werden zu einem Film über eine geeignete Software zusammengefaßt und
  • f) der Film wird abgespielt und ggf. bei einer bestimmten Perspektive mit Stand­ bild angehalten.
1. Method for visualizing a process from different, arbitrarily adjacent perspectives at a defined point in time within a moving scene with the following measures:
  • a) An object is captured with several digital photo cameras, which are arranged on a continuous curve, from different perspectives at a defined point in time;
  • b) the digitized images are read out from the photo cameras in a data processing program in a predetermined order via a signal switch to which the outputs (interfaces) of each photo camera are connected;
  • c) the digital image signals read out are stored in files of a data memory;
  • d) in an image processing program, these files are called up in an order corresponding to the photo camera setup and, if necessary, intermediate images are calculated;
  • e) the images thus obtained are combined into a film using suitable software and
  • f) the film is played and possibly stopped at a certain perspective with a still image.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der definierte Zeit­ punkt manuell ausgelöst wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the defined time point is triggered manually. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der definierte Zeit­ punkt zeit- oder programmgesteuert ausgelöst wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the defined time point is triggered time or program controlled. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der definierte Zeit­ punkt ereignisgesteuert ausgelöst wird, beispielsweise durch physikalische Ände­ rungen, die durch den zu visualisierenden Vorgang selbst hervorgerufen werden.4. The method according to claim 1, characterized in that the defined time point is triggered event-controlled, for example by physical changes which are caused by the process to be visualized itself. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotokameras auf einem Kreisbogen um das Objekt angeordnet sind.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the photo cameras are arranged on an arc around the object. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kameras in gleichem benachbarten Abstand aufgestellt sind.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that the cameras are set up at the same neighboring distance. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslesen der digitalen Bildsignale über die Signalweiche manuell gesteuert wird. 7. The method according to any one of claims 1-6, characterized in that the Reading of the digital image signals via the signal switch is controlled manually.   8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslesen der digitalen Bildsignale über die Signalweiche programmgesteuert ab­ läuft.8. The method according to any one of claims 1-6, characterized in that the Reading of the digital image signals via the signal switch from program controlled running. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dateien der Kameraposition entsprechend durchnumeriert werden.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the files are numbered according to the camera position. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Film zur dreidimensionalen Betrachtung mit einer dem Nuoptix®-3D- Prinzip entsprechenden Brille betrachtet wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the film for three-dimensional viewing with a Nuoptix® 3D Principle corresponding glasses is considered. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, zum ersten zeitlich verschobener Film, der auf Bewegungsgeschwindig­ keit und Augenabstand abgestimmt ist, erstellt wird, wobei hiervon ein Film dem linken Auge und der andere Film dem rechten Auge des Betrachters über eines der bekannten geeigneten 3D-Verfahren zugeordnet wird.11. The method according to any one of claims 1-9, characterized in that a second, time-delayed film, the one on moving speed speed and eye relief is coordinated, with a film of which left eye and the other film the viewer's right eye over one the known suitable 3D method is assigned.
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