DE19961428C2 - Method and device for visualizing a process at a defined point in time - Google Patents
Method and device for visualizing a process at a defined point in timeInfo
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Abstract
Das Verfahren dient zum Visualisieren von komplizierten Kurzzeitvorgängen, die mit bisherigen Methoden nur schwer zugänglich sind. Mit dem Verfahren wird zu einem definierten Zeitpunkt das zu untersuchende Obejkt aus systematisch unterschiedlichen Perspektiven mit digitalen Fotokameras optisch erfaßt, die digitalisierten Bilder automatisiert ausgelesen, abgespeichert und entsprechend verarbeitet. Vorzugsweise lassen sich diese Bilder zu einem bewegten Betrachtungsvorgang um den scheinbar eingefrorenen Kurzzeitvorgang um den scheinbar eingefrorenen Kurzzeitvorgang zusammenstellen und gegebenenfalls dreidimensional betrachten. Die Erfindung ermöglicht es daher, mit einfachen und somit kostengünstigen Mitteln den Vorgang an dem zu beobachtenden Objekt in ausgezeichneter räumlicher Auflösung aus verschiedenen Perspektiven zu betrachten.The process is used to visualize complicated short-term processes that are difficult to access with previous methods. With the method, the object to be examined is optically recorded with digital photo cameras from systematically different perspectives, the digitized images are automatically read out, stored and processed accordingly. These images can preferably be combined into a moving viewing process around the apparently frozen short-term process around the apparently frozen short-term process and possibly viewed in three dimensions. The invention therefore makes it possible, with simple and thus inexpensive means, to view the process on the object to be observed in excellent spatial resolution from different perspectives.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Visualisieren eines Vorganges aus unterschiedlichen beliebig benachbarten Perspektiven zu einem defi nierten Zeitpunkt innerhalb einer bewegten Szene.The invention relates to a method and a device for visualizing a Process from different arbitrarily neighboring perspectives to a defi 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.
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. Dies wird im Rahmen eines "special effects" beispielsweise in Ki noproduktionen angewandt.A method is known which makes it possible to "freeze" a real filmed scene allow; d. H. where the camera seems to focus on the "frozen" scene can move around. This is done as part of a "special effects" in Ki noproductions applied.
Zur Realisierung eines derartigen Verfahrens ist aus der PCT-Anmeldung WO 96/19892 A1 eine Vorrichtung zur Erzeugung einer zeitunabhängigen virtuellen Kame rabewegung innerhalb einer Filmszene bekannt, mit der ein Objekt beispielsweise mit mehreren, untereinander verbundenen Fotokameras zu einem definierten Zeitpunkt aufgenommen wird. Dabei wird ein herkömmlicher zu belichtender Film verwendet, der durch alle lichtdicht miteinander verbundenen Kameras verläuft und über eine mit Lochmasken ausgestattete Auslösevorrichtung gleichzeitig belichtet wird. Dieser be lichtete Film wird in ein Magazin eingezogen. Die aus verschiedener Perspektive auf genommenen Bilder werden anschließend durch geeignete Maßnahmen (z. B. durch Digitalisierung der Filmnegative auf CD) zu einem endgültigen Film zusammenge stellt und können in einer zeitlich virtuellen Abfolge (innerhalb eines Filmes) abgespielt werden.To implement such a method, PCT application WO 96/19892 A1 a device for generating a time-independent virtual cameo known within a film scene with which an object, for example multiple, interconnected photo cameras at a defined time is recorded. A conventional film to be exposed is used which runs through all light-tightly connected cameras and via one with Hole masks equipped trigger device is exposed at the same time. This be thinned film is fed into a magazine. The from different perspectives The pictures taken are then taken by suitable measures (e.g. by Digitization of film negatives on CD) to form a final film represents and can in a chronological virtual sequence (within a film) be played.
Bei einer weiteren dort offenbarten Vorrichtung werden mehrere digitale Video- Fingerkameras in einer zweidimensionalen, biegbaren Haltering angeordnet. Die zu beobachtende bewegte Szene wird aus verschiedenen Höhen- und Seitenperspekti ven synchron aufgenommen und aus der Vielzahl der gleichzeitig aufgenommenen Videofilme kann ein beliebiger virtueller Videofilm mittels Computer zusammenge stellt werden, bei dem sich auch ein zeitliches "Rückwärtslaufen" eines Ereignisses darstellen lässt. In another device disclosed there, several digital video Finger cameras arranged in a two-dimensional, bendable retaining ring. The too observing moving scene is from different height and side perspectives ven recorded synchronously and from the multitude of recorded simultaneously Any virtual video film can be put together using a computer be made, in which there is also a temporal "backward running" of an event can be represented.
Nachteilig an diesem Verfahren bzw. der Vorrichtung ist das enorm aufwendige Auf nahmeequipment, und die kostenintensive Nachbearbeitung, die das vorliegende Verfahren ausschließlich für aufwendige "special effects" in Kinoproduktionen oder in der Werbung verfügbar macht.A disadvantage of this method and the device is the enormously complex up equipment, and the costly post-processing that the present Process only for complex "special effects" in cinema productions or in that makes advertising available.
Bei der Ausführung mit Fotokameras muss - abgesehen von der aufwendigen licht dichten Konstruktion der zusammenhängenden Kameras - das aufgenommene Mate rial entwickelt und anschließend eingescannt werden, um im PC auf digitalem Wege weiterverarbeitet werden zu können.When running with photo cameras - apart from the elaborate light dense construction of the connected cameras - the recorded mate rial developed and then scanned to digitally in the PC to be able to be further processed.
Bei der Ausführung mit digitalen Video-Fingerkameras werden zahlreiche zueinander korrespondierende digitale Bildsequenzen aufgenommen, wodurch eine überdimen sionale Menge von digitaler Bildinformation anfällt. Überdies kann es dabei vorkom men, dass der aufzunehmende Vorgang gerade zu dem interessierenden definierten Zeitpunkt aufgrund der Auslesetechnik eines CCD-Chips nicht erfasst wird.When executed with digital video finger cameras, numerous are mutually exclusive Corresponding digital image sequences were recorded, creating an oversize sional amount of digital image information accrues. Furthermore, it can occur men that the process to be recorded precisely to the interested one Time is not recorded due to the reading technology of a CCD chip.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sowohl das genannte Verfahren als auch die entsprechende Vorrichtung vielseitig und kostengünstig mit einfacheren Mitteln umzusetzen. Hierbei soll die Priorität nicht auf dem (u. a. von der Filmbranche) bis lang ausschließlich angestrebten Unterhaltungseffekt beim Betrachten liegen, son dern es soll das Visualisieren von komplizierten Vorgängen in den unterschiedlichs ten Bereichen z. B. in der Forschung ermöglicht werden.The invention is based, both the method and the task the corresponding device versatile and inexpensive with simpler means implement. The priority should not be on the (including from the film industry) for a long time only the entertainment effect aimed at, son it is supposed to visualize complicated processes in the different areas z. B. in research.
Als Lösung hierfür schlägt die Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 10 vor.As a solution to this, the invention proposes a method and a device the features of claims 1 and 10 respectively.
Es werden also (wie in der einzigen Figur beispielhaft dargestellt) mehrere digitale Fotokameras um eine Szene (d. h. ein zu betrachtendes bewegtes Objekt) postiert, die alle über eine sogenannte Signalweiche in besonders einfacher Weise mit einem Datenverarbeitungsprogramm (z. B. eines PCs) verbunden sind. Als Signalweiche ist eine Schnittstelle zu verstehen, in der sämtliche Kamera-Signalausgänge einmünden und in der ein beliebiger dieser Eingänge abgegriffen werden kann. Die Kameras werden dann im festzuhaltenden Moment gleichzeitig ereignisgesteuert ausgelöst. Dies kann beispielsweise durch ein von einer Lichtschranke ausgelöstes Signal er folgen, das vom aufzunehmenden Ereignis selbstgesteuert ist. Dadurch ist sichergestellt, dass der interessierende Kurzzeitvorgang auch tatsächlich aufgenommen wird und die Menge der Bildinformationen im wesentlichen auf dieses Ereignis beschränkt ist.There are therefore several digital ones (as exemplified in the single figure) Cameras placed around a scene (i.e. a moving object to be viewed), all via a so-called signal switch in a particularly simple manner with one Data processing program (e.g. a PC) are connected. As a signal switch to understand an interface in which all camera signal outputs open and in which any of these inputs can be tapped. The cameras are then triggered at the same time in an event-controlled manner. This can be done, for example, by a signal triggered by a light barrier follow, which is self-controlled by the event to be recorded. This ensures that the short-term process of interest is actually recorded and the amount of image information is essentially limited to this event 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 durchnummerierte Bildda teien zur Verfügung und können als Filmstreifendatei in ein entsprechendes Video bearbeitungsprogramm (z. B. Adobe Premiere®) importiert und als sogenanntes avi (Windows®-basierendes Filmformat) ausgegeben werden. Für das verlangsamte Ausspielen des Filmes ist ein Interpolieren per PC zwischen den einzelnen Aufnah men von Vorteil. Hier werden künstlich Bilder zwischen die Originalaufnahmen ge rechnet. Hierzu kann ein sogenanntes Morph-Programm verwendet werden (vgl. hierzu auch EP 0 520 179 B1).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 then appear as numbered image files available and can be converted into a corresponding video as a film strip file editing program (e.g. Adobe Premiere®) imported and as a so-called avi (Windows®-based film format). For the slowed down Playing the film is an interpolation by PC between the individual shots advantageous. Here images are artificially placed between the original photos expects. A so-called morph program can be used for this (cf. also EP 0 520 179 B1).
Durch eine bevorzugte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich da rüber hinaus auch eine dreidimensionale Darstellung dieser sogenannten Kamera fahrt erhalten. Durch die perspektivische Änderung beim Kameraschwenk läßt sich nämlich gemäß der Erfindung eine dreidimensionale Information gewinnen, die mit verschiedenen Möglichkeiten dargestellt werden kann. Hierzu bieten sich in besonde rer Weise zwei einfache Möglichkeiten an.A preferred embodiment of the method according to the invention enables also a three-dimensional representation of this so-called camera get ride. By changing the perspective when panning the camera namely according to the invention to obtain a three-dimensional information with different possibilities can be represented. There are particularly suitable for this There are two simple options.
So kann zum bloßen Abspielen des Kameraschwenks eine bekannte Nuoptix®-3D- Brille zur dreidimensionalen Visualisierung verwendet werden. Durch die Kamera fahrt 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. Through the camera the ride 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 Farb information. Um die Farbinformation beizubehalten, gibt es auch andere bekannte Möglichkeiten (z. B. das Polarisationsverfahren), mit denen die erfindungsgemäße Nutzung der Bildfolge erhalten werden kann, jedoch mit aufwendigeren Maßnahmen.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 the loss of color information. To keep the color information, there are other known ones Possibilities (z. B. the polarization method) with which the invention Use of the image sequence can be obtained, however, with more complex measures.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht also darin, dass das Verfahren auf grund seiner einfachen Maßnahmen - wie auch die entsprechende Vorrichtung auf grund ihres einfachen Aufbaus - in den unterschiedlichsten Bereichen, insbesondere auch in Forschungsinstitutionen verwendet werden können. So lassen sich kompli zierte und insbesondere für das Auge zu rasch ablaufende Vorgänge exakt im ent scheidenden Augenblick festhalten ("einfrieren") und in einer zusammenhängenden, plastischen Darstellung betrachten. Dieses Verfahren und die Vorrichtung tragen somit zu einer weitaus besseren Visualisierung bei und helfen, komplizierte Vorgän ge 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 und Anordnungen.A particular advantage of the invention is that the method is based on due to its simple measures - as well as the corresponding device because of their simple structure - in the most diverse areas, in particular can also be used in research institutions. So compli graced processes, especially those that are too fast for the eye capture the outgoing moment ("freeze") and in a coherent, look at the plastic representation. Wear this procedure and device thus contributing to a far better visualization and helping complicated processes ge 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 Procedures and orders.
Claims (13)
- a) Ein Objekt wird mit mehreren digitalen Fotokameras, die auf einer stetigen Kurve angeordnet sind, aus verschiedenen Perspektiven zu einem definierten Zeitpunkt aufgenommen;
- b) der definierte Zeitpunkt wird ereignisgesteuert ausgelöst;
- c) 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;
- d) die ausgelesenen digitalen Bildsignale werden in Dateien eines Datenspei chers abgespeichert;
- e) in einem Bildverarbeitungsprogramm werden diese Dateien in einer der Foto kamera-Aufstellung entsprechenden Reihenfolge aufgerufen und gegebenen falls Zwischenbilder berechnet;
- f) die so erhaltenen Bilder werden zu einem Film über eine geeignete Software zusammengefaßt, und
- g) der Film wird abgespielt und ggf. bei einer bestimmten Perspektive mit Stand bild angehalten.
- 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 defined point in time is triggered by events;
- c) 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;
- d) the digital image signals read out are stored in files of a data memory;
- e) 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;
- f) the images thus obtained are combined into a film using suitable software, and
- g) the film is played and possibly stopped at a certain perspective with a still image.
- a) mehrere digitale Fotokameras, die auf einer stetigen Kurve angeordnet sind und auf den aus verschiedenen Perspektiven aufzunehmenden Vorgang fo kussiert sind;
- b) eine Auslösevorrichtung für die Bildaufnahme, die von dem aufzunehmenden Ereignis angesteuert ist;
- c) eine Signalweiche, an der eingangsseitig die Ausgange (Schnittstellen) jeder Fotokamera angeschlossen sind;
- d) ein an die Signalweiche ausgangsseitig angeschlossener PC
mit einem Daten-Verarbeitungsprogramm, das die digitalisierten Bilder in vorgegebener Reihenfolge über die Signalweiche aus den Fotokameras auslesen kann;
mit einem Datenspeicher, in dem die ausgelesenen digitalen Bildsignale in Dateien abgespeichert werden können;
mit einem Bildverarbeitungsprogramm, in dem diese Dateien in einer der Fotokamera-Aufstellung entsprechenden Reihenfolge aufgerufen und ge gebenenfalls Zwischenbilder berechnet werden können;
mit einer geeigneten Software, mit der die so erhaltenen Bilder zu einem Film zusammengefasst werden können, - e) eine Abspielvorrichtung für den Film ggf. mit Standbildmöglichkeit.
- a) a plurality of digital photo cameras, which are arranged on a steady curve and are focused on the process to be recorded from different perspectives;
- b) a triggering device for the image recording, which is triggered by the event to be recorded;
- c) a signal switch to which the outputs (interfaces) of each photo camera are connected on the input side;
- d) a PC connected to the signal switch on the output side
with a data processing program that can read the digitized images in a predetermined order via the signal switch from the photo cameras;
with a data memory in which the read digital image signals can be stored in files;
with an image processing program in which these files can be called up in an order corresponding to the camera setup and, if necessary, intermediate images can be calculated;
with suitable software with which the images obtained in this way can be combined to form a film, - e) a playback device for the film, possibly with the possibility of still images.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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R120 | Application withdrawn or ip right abandoned | ||
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