AT518355B1 - Anordnung zur Erstellung von Bildern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (100, 200) zur Erstellung von Bildern umfassend - einen optischen Flächensensor (110, 210) mit einer Anzahl von in Zeilen und Spalten rasterförmig angeordneten Pixelsensoren, - ein Objektiv (120, 220) mit einer optischen Achse (121, 221), die den Flächensensor (110, 210), insbesondere in der Mitte, trifft, sowie - eine optische Ablenkeinheit (130, 230), vorzugsweise ein Prisma oder ein Spiegel, zur Ablenkung der, gegebenenfalls durch das Objektiv (120, 220) abgelenkten, Sehstrahlen (151-153, 251-253) des Flächensensors, wobei - eine Stelleinheit (180, 280), die die Ablenkeinheit (130, 230) um eine Drehachse (131, 231) relativ zum Flächensensor (110, 210) verschwenkt, in Schwingung versetzt oder rotiert, - eine Steuereinheit (170), die den Flächensensor (110, 210) zur Erstellung von Aufnahmen (171) ansteuert, und die weiters umfasst: - eine Verarbeitungseinheit (175), die die erstellten Aufnahmen (171) entsprechend der Rotationsposition der optischen Ablenkeinheit (130, 230) durch rechnerische Verschiebung und/oder Verdrehung in eine Standardausrichtung bringt und als Bilder (172) zur Verfügung stellt, und - eine Gesamtbilderstellungseinheit (176), die aus den Bildern (172) ein Gesamtbild (173), insbesondere ein Panoramabild, erstellt.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erstellung von Bildern gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patenanspruchs 1.

[0002] Hintergrund der Erfindung ist die Erstellung von dreidimensionalen Gesamtbildern, wobei ein Sensor um eine Achse schwenkbar montiert ist, wobei im Zuge der Rotation der Sensor nach unterschiedlichen Richtungen hin ausgerichtet wird und durch Zusammenfügen einzelner Teilbilder ein Gesamtbild erstellt wird. Das Gesamtbild ist vorteilhafterweise ein Panoramabild, insbesondere ein 360° Panoramabild.

[0003] Das Gesamtbild kann insbesondere dadurch aufgenommen werden, dass im Zuge der Rotation des Abbildungsbereichs des Sensors die unterschiedlichen im Zuge der Rotationen erstellten Bilder derart zusammengesetzt werden, dass ein einheitliches Bild entsteht. Insbesondere kann bei einer vollständigen Drehung des Aufnahmebereichs in der Szene ein 360° Gesamtbild erstellt werden, das bandförmig zusammenhängend ist.

[0004] Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Gesamtsensoren bekannt, bei denen jeweils die Sensoren rotierend oder schwenkend aufgehängt sind und die mit dem Sensor erstellten Bilderaufgrund der Mittelposition des Sensors zusammengesetzt werden, sodass sich insgesamt ein Gesamtbild ergibt.

[0005] Hierdurch bestehen jedoch wesentliche Nachteile, insbesondere besteht der Nachteil, dass die elektrische Kontaktierung eines schwenkenden Sensors mechanisch besonders stark beansprucht wird und Verschleißerscheinungen auftreten können. Sofern der Sensor mehrfach vollständig rotiert wird, besteht das Problem, dass eine elektrische Kontaktierung nur mit Schleifkontakten vorgenommen werden kann, was zu raschen Ermüdungserscheinungen führt.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Anordnung zur Verfügung zu stellen, mit der die vorliegenden Nachteile überwunden werden und mit der auf einfache Weise ein Gesamtbild erstellt werden kann. Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einer Anordnung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Bei einer Anordnung zur Erstellung von Bildern umfassend [0007] - einen optischen Flächensensor mit einer Anzahl von in Zeilen und Spalten rasterförmig angeordneten Pixelsensoren, [0008] - ein Objektiv mit einer optischen Achse, die den Flächensensor, insbesondere in der Mitte, trifft, sowie [0009] - eine optische Ablenkeinheit, vorzugsweise ein Prisma oder ein Spiegel, zur Ablenkung der, gegebenenfalls durch das Objektiv abgelenkten, Sehstrahlen des Flächensensors, sind erfindungsgemäß vorgesehen: [0010] - eine Stelleinheit, die die Ablenkeinheit um eine Drehachse relativ zum Flächensensor verschwenkt, in Schwingung versetzt oder rotiert, [0011] - eine Steuereinheit, die den Flächensensor zur Erstellung von Aufnahmen ansteuert, und die weiters umfasst: [0012] - eine Verarbeitungseinheit, die die erstellten Aufnahmen entsprechend der Rotationsposition der optischen Ablenkeinheit durch rechnerische Verschiebung und/oder Verdrehung in eine Standardausrichtung bringt und als Bilder zur Verfügung stellt, und [0013] - eine Gesamtbilderstellungseinheit, die aus den Bildern ein Gesamtbild, insbesondere ein Panoramabild, erstellt.

[0014] Eine optisch besonders einfache Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die optische Achse des Objektivs mit der Drehachse der Ablenkeinheit übereinstimmt.

[0015] Weitere mögliche mechanisch alternativ aufgebaute Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, [0016] - dass das Objektiv im Strahlengang zwischen der Ablenkeinheit und dem Flächensensor auf der optischen Achse des Objektivs angeordnet ist und gegenüber dem Flächensensor feststehend angeordnet ist, oder [0017] - dass die Ablenkeinheit im Strahlengang zwischen dem Objektiv und dem Flächensensor angeordnet ist, wobei das Objektiv zur Ablenkeinheit feststehend und derart gelagert angeordnet ist, dass es im Zuge der Rotation der Ablenkeinheit dieselbe Rotationsbewegung um die Rotationsachse wie die Ablenkeinheit vollführt.

[0018] Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Ablenkung der auf die Pixelsensoren des Flächensensors treffenden Lichtstrahlen durch die Ablenkeinheit zwischen 60° und 120° liegt.

[0019] Zur bevorzugten Aufnahme von Bildern und Weiterverarbeitung einzelner Aufnahmen kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit einen Positionssensor aufweist, der die Stellung der Ablenkeinheit bei der Erstellung der einzelnen Aufnahmen misst und der Verarbeitungseinheit zuführt und dass die Verarbeitungseinheit aus den einzelnen Aufnahmen entsprechend der Stellung der Ablenkeinheit Bilder durch Verschiebung und/oder durch Verdrehung aus den Aufnahmen erstellt.

[0020] Zur Erstellung von Gesamtbildern kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Gesamtbilderstellungseinheit die ihr zugeführten Bilder auf Übereinstimmungen, insbesondere auf gleiche in den Bildern enthaltene Merkmale, untersucht und die Gesamtbilderstellungseinheit die einzelnen Bilder zu einem Gesamtbild zusammensetzt, indem sie übereinstimmende Bereiche der Bilder im Gesamtbild überlagert.

[0021] Alternativ oder auch zusätzlich kann zur Erstellung von Gesamtbildern vorgesehen sein, dass die Gesamtbilderstellungseinheit bei der Erstellung des Gesamtbilds in einem ersten Schritt die Position der Aufnahme im Gesamtbild anhand der vom Positionssensor ermittelten Stellung der Ablenkeinheit festlegt und in einem zweiten Schritt im Bereich der ermittelten Stellung anhand von Übereinstimmungen mit Bildern an ähnlichen Positionen die endgültige Position im Gesamtbild festlegt.

[0022] Eine besonders vorteilhafte Steuerung von Aufnahmen sieht vor, dass der Steuereinheit die vom Positionssensor ermittelte Stellung zugeführt ist und an vorab bestimmten Stellungen den Flächensensor zur Erstellung von Abbildern triggert.

[0023] Eine besonders einfache rotierende Anordnung mit einer vorteilhaften Regelung der Drehung bzw. Ansteuerung des Signalgebers kann erreicht werden, indem die Stelleinheit die Ablenkeinheit um die optische Achse rotiert, und dass der Positionssensor einen ersten Signalgeber aufweist, der, wenn sich die Ablenkeinheit an einer vorgegebenen Winkelposition befindet, ein Signal abgibt, und dass der Positionssensor einen Phasenregler aufweist, dem das Signal des Signalgebers zugeführt ist und der im eingeregelten Zustand bei Vorliegen des Signals des Signalgebers die gemessene Winkelposition an seinem Ausgang angibt sodass der Ausgang des Signalgebers den Ausgang des Positionssensors bildet.

[0024] Eine vorteilhafte Möglichkeit zur Erstellung von Gesamtbildern aufgrund überlappender Winkelabschnitte sieht vor, dass die Steuereinheit den Positionssensor derart ansteuert, dass die erstellten Abbilder jeweils überlappende Winkelabschnitte zeigen, insbesondere dass jeder in einem Abbild abgebildete Teil der Szene in mindestens einem weiteren Abbild abgebildet ist.

[0025] Eine zusätzliche oder alternative vorteilhafte Erstellung von Gesamtbildern sieht vor, dass die Gesamtbilderstellungseinheit die vom selben Teil der Szene herrührenden Teilbereiche von Abbildern, insbesondere durch Mittelwertbildung der ermittelten Färb- und Helligkeitswerte, überlagert.

[0026] Eine optisch vorteilhafte Ausführung einer Anordnung sieht vor, dass die durch die Zeilen und Spalten der Pixelsensoren des Flächensensors aufgespannte Ebene normal zur optischen Achse des Objektivs oder zur Drehachse der Ablenkeinheit steht.

[0027] Eine vorteilhafte Anordnung des Flächensensors in Bezug auf die optische Ablenkein- heit sieht vor, dass der Flächensensor derart ausgebildet ist, dass sein photosensitiver Bereich einen möglichst großen Kreis umfasst, wobei der Flächensensor insbesondere quadratisch ausgebildet ist, und/oder dass die Steuereinheit die Belichtung des Flächensensors aufgrund eines Helligkeitsabgleichs mit den vorangegangenen Aufnahmen vornimmt.

[0028] Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die eine Erstellung von Lichtfeldern ermöglicht, sieht vor, dass die Gesamtbilderstellungseinheit Abbilder desselben Gegenstandspunkts, die im Zuge der Bewegung der optischen Ablenkeinheit aus unterschiedlichen Strahlenrichtungen erstellt wurden, einem Bildpunkt des Gesamtbilds zuordnet, wobei sie den einzelnen ermittelten Intensitätswerten jeweils die Strahlenrichtungen zuordnet, unter denen Licht vom Gegenstand auf den Flächensensor trifft.

[0029] Eine besonders vorteilhafte Anordnung zur Erstellung von Gesamtbildern mit unterschiedlichen Bildkanälen sieht vor, [0030] - dass die optische Ablenkeinheit mehrere Teilbereiche aufweist, die unterschiedliche Reflexionseigenschaften und/oder Filtereigenschaften aufweisen, [0031] - dass die Steuereinheit die Erstellung von Aufnahmen durch den Flächensensor derart ansteuert, dass in den aufeinanderfolgenden Aufnahmen Abbilder desselben Bereichs der Szene jeweils aufgrund der Reflexion des von ihnen abgegebenen Lichts an Teilbereichen der Ablenkeinheit mit unterschiedlichen Spektralbereichen enthalten sind, und [0032] - dass die Gesamtbilderstellungseinheit die einzelnen vom selben Berech der Szene herrührenden Aufnahmen überlagert und derart ein mehrkanaliges Gesamtbild, insbesondere ein Farbgesamtbild mit einem roten, grünen und blauen Farbkanal, erstellt.

[0033] Hierbei kann zur Ausbildung der Teilbereiche vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die einzelnen Teilbereiche der optischen Ablenkeinheit durch unterschiedliche Filter oder Reflektoren realisiert sind, die jeweils nur für ein begrenztes Spektralband durchlässig oder reflektierend sind, und dass die Gesamtbilderstellungseinheit die einzelnen vom selben Berech der Szene herrührenden Aufnahmen überlagert und derart ein Farbbild erstellt.

[0034] Zur Erstellung von Hochkontrastbildern kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Teilbereiche der optischen Ablenkeinheit unterschiedliche Lichtabschwächung aufweisen und dass die Gesamtbilderstellungseinheit die einzelnen vom selben Berech der Szene herrührenden Aufnahmen überlagert und derart ein Hochkontrastbild erstellt.

[0035] Zur Erstellung separater Gesamtbilder für jeden Teilbereich kann vorgesehen sein, dass die optische Ablenkeinheit mehrere Teilbereiche aufweist, von denen jeder zumindest einen Gegenstandspunkt unter jeweils unterschiedlichem Betrachtungswinkel auf den Flächensensor abbildet, und die Gesamtbilderstellungseinheit für jeden Teilbereich jeweils ein separates Gesamtbild erstellt.

[0036] Eine besonders vorteilhafte mechanische Ausbildung der optischen Ablenkeinheit sieht vor, dass die Teilbereiche der optischen Ablenkeinheit mehrere reflektierende, insbesondere zueinander parallel ausgerichtete, Ebenen bilden, die gegeneinander in Richtung der optischen Achse versetzt und/oder im Winkel α gegeneinander verschwenkt sind.

[0037] Eine besonders vorteilhafte Ausprägung, mit der insbesondere dreidimensionale Aufnahmen möglich sind, sieht vor, dass die Teilbereiche zueinander verkippt sind, sodass die durch die Auswahl der Teilbereiche festgelegten Aufnahmebereiche einander zumindest teilweise, insbesondere in einem möglichst großen Bereich, überlappen.

[0038] Eine besonders vorteilhafte Nutzung des Flächensensors sieht vor, dass die Ablenkeinheit, der Zeilensensor und die Rotationsachse zueinander derart ausgerichtet sind, dass derjenige Bereich des Flächensensors, der bei der Abbildung eines vorab vorgegebenen Gegenstandsbereichs belichtet wird, möglichst klein bleibt und/oder einen möglichst großen Teil der Gesamtfläche des sensitiven Bereichs des Flächensensors ausmacht.

[0039] Zur Erstellung dreidimensionaler Gesamtbilder kann vorgesehen sein, dass eine 3D-

Gesamtbilderstellungseinheit vorhanden ist, die aufgrund von zwei erstellten Gesamtbildern sowie der konkreten Anordnung und Ausrichtung der Teilbereiche der optischen Ablenkeinheit ein dreidimensionales Gesamtbild erstellt.

[0040] Zur Erstellung eines Lichtfeldgesamtbilds kann vorgesehen sein, dass eine LichtfeldGesamtbilderstellungseinheit aufgrund von mehreren erstellten Gesamtbildern sowie der konkreten Anordnung und Ausrichtung der optischen Ablenkeinheiten ein Lichtfeld-Gesamtbild erstellt.

[0041] Ein besonders detailreiches Lichtfeldgesamtbild der Szene kann mit einer Anordnung erreicht werden, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Lichtfeld-Gesamtbilderstellungseinheit Abbilder desselben Gegenstandspunkts, die im Zuge der Drehbewegung der einzelnen Teilbereiche der optischen Ablenkeinheit aus unterschiedlichen Strahlenrichtungen erstellt wurden, einem Bildpunkt des Gesamtbilds als Komponenten eines Lichtfelds zuordnet, wobei sie den einzelnen ermittelten Intensitätswerten jeweils die Strahlenrichtungen zuordnet, unter denen Licht vom Gegenstand auf den Flächensensor trifft.

[0042] Zur Vermeidung von Überschneidungen von Bildern, die von unterschiedlichen Teilbereichen erstellt wurden, kann vorgesehen sein, dass die Gesamtbilderstellungseinheit Bereiche des Flächensensors, die im Zwischenbereich zwischen den aufgrund von Reflexion durch unterschiedliche Teilbereiche erstellten Abbildern liegen, nicht für die Bildung von Gesamtbildern heranzieht.

[0043] Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer 3D-Bildaufnahmeeinheit wird mit einer Kombination von zwei erfindungsgemäßen Anordnungen erreicht, wobei vorgesehen ist, dass [0044] - eine gemeinsame Stelleinheit vorhanden ist, die beide optischen Ablenkeinheiten gemeinsam, insbesondere um eine gemeinsame Drehachse, rotiert, und [0045] - die optischen Achsen der beiden Objektive zusammenfallen und/oder auf derselben Achse wie die Drehachsen der Stelleinheiten liegen, [0046] - dass eine gemeinsame Gesamtbilderstellungseinheit vorhanden ist, die aus den von den Gesamtbilderstellungseinheiten erstellten Gesamtbildern aufgrund des Versatzes und der Ausrichtung der Ablenkeinheiten ein dreidimensionales Gesamtbild erstellt.

[0047] Eine mechanisch einfache Ausprägung dieser Kombination sieht vor, dass die beiden optischen Ablenkeinheiten miteinander drehfest verbunden sind, und dass die Flächensensoren von unterschiedlichen Richtungen aus auf die jeweiligen Ablenkeinheiten gerichtet sind.

[0048] Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Flächensensoren auf demselben Träger angeordnet sind und nach unterschiedlichen Richtungen auf die Ablenkeinheiten gerichtet sind.

[0049] Eine besonders einfache datenmäßige Erfassung sieht vor, dass eine gemeinsame Steuereinheit vorhanden ist, die beide Flächensensoren zur Erstellung von Aufnahmen ansteuert, und dass eine gemeinsame Verarbeitungseinheit vorhanden ist, die die erstellten Aufnahmen entsprechend der Rotationsposition der optischen Ablenkeinheit durch Verschiebung und/oder Verdrehung in eine Standard-Ausrichtung bringt und als Bilder zur Verfügung stellt.

[0050] Durch die vorteilhafte erfindungsgemäße Anordnung wird eine Rotation des Sensors selbst vermieden. Lediglich die Ablenkeinheit wird relativ zum Flächensensor verschwenkt, rotiert oder in Schwingung versetzt. Eine besonders vorteilhafte mechanische Konfiguration der Stelleinheit sieht vor, dass die optische Achse des Objektivs mit der Drehachse der Ablenkeinheit übereinstimmt.

[0051] Fig. 1 zeigt eine Anordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

[0052] In Fig. 2 ist eine konkrete Ausgestaltung einer Steuereinheit näher dargestellt.

[0053] Fig. 3 zeigt die Verarbeitung der einzelnen Bilder durch die erste Ausführungsform der Erfindung.

[0054] Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 4 ist eine Anord nung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt.

[0055] In Fig. 5 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die insbesondere zur Erstellung von Farbbildern geeignet ist.

[0056] In Fig. 6 ist eine konkrete Ausgestaltung einer Steuereinheit näher dargestellt.

[0057] Fig. 7 zeigt die Verarbeitung der einzelnen Bilder durch die dritte Ausführungsform der Erfindung.

[0058] In Fig. 8 ist das konkrete Vorgehen bei der Erstellung eines Lichtfeldgesamtbilds 473 mit einer in Fig. 7 dargestellten Anordnung näher dargestellt.

[0059] In Fig. 9 ist eine fünfte Ausführungsform der Erfindung näher dargestellt, die als

Kombination von zwei insbesondere identischen erfindungsgemäßen Anordnungen zusammengesetzt ist.

[0060] In Fig. 10 ist eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, mit der durch Rotation Lichtfelder erstellt werden können.

[0061] In Fig. 11 ist eine sechste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, mit der durch Rotation einer optischen Ablenkeinheit mit mehreren Teilbereichen Lichtfelder mit verbesserter Auflösung erstellt werden können.

[0062] In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung näher dargestellt. Diese Ausführungsform verfügt über einen optischen Flächensensor 110, der eine Anzahl von zeilen- und spaltenrasterförmig angeordneten Pixelsensoren 111 aufweist. Weiters zeigt die Anordnung 100 ein Objektiv 120 mit einer optischen Achse 121.

[0063] Die durch die Zeilen und Spalten der Pixelsensoren 111 des Flächensensors 110 aufgespannte Ebene steht im vorliegenden Ausführungsbeispiel normal zur optischen Achse 121 des Objektivs 120. Diese optische Achse 121 trifft den Flächensensor 110 mittig.

[0064] Weiters weist die Anordnung 100 eine optische Ablenkeinheit 130 auf, die um eine Drehachse 131 schwenkbar bzw. rotierbar ist. Im vorliegenden Fall sind die Drehachse 131 und die optische Achse 121 des Objektivs 120 identisch. Die optische Ablenkeinheit 130 ist im vorliegenden Fall als Spiegel ausgebildet, der die einzelnen vom Flächensensor 110 ausgehenden Sehstrahlen 151, 152, 153, die vom Objektiv 120 auf die Ablenkeinheit 130 ausgerichtet sind, auf die Szene ablenkt. Der Teil der Szene, der sich innerhalb des von den Sehstrahlen 151, 152, 153 ausgebildeten Aufnahmebereichs 150 befindet, wird vom Flächensensor 110 erfasst.

[0065] Eine exakte Übereinstimmung der optischen Achse 121 des Objektivs 120 mit der Drehachse 131 der Ablenkeinheit 130 ist nicht zwingend erforderlich. Insbesondere reicht es auch aus, wenn die optische Achse 121 des Objektivs 120 und die Drehachse 131 der Ablenkeinheit 130 maximal um einen Winkel von 5° gegeneinander verkippt sind. Im Bereich des Flächensensors sollten die beiden Achsen um maximal 5% der Bilddiagonale voneinander entfernt sein.

[0066] Das Objektiv 120 ist im Strahlengang zwischen der Ablenkeinheit 130 und dem Flächensensor 110 angeordnet und gegenüber dem Flächensensor 110 feststehend. Die auf die Pixelsensoren 111 des Flächensensors 110 treffenden Lichtstrahlen 151, 152, 153 werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die Ablenkeinheit 130 abgelenkt. Die Ablenkung erfolgt dabei in einem Winkel zwischen 60° und 120°.

[0067] Der Flächensensor 110 ist derart ausgebildet, dass sein fotosensitiver Bereich einen möglichst großen Kreis umfasst, vorteilhafterweise ist der Flächensensor quadratisch ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass durch die sich stetig ändernde Abbildung (Fig. 3; 171a, 171b, 171c) der Szene durch die Ablenkeinheit 130 unterschiedliche, annähernd rechteckige, Bereiche auf dem Flächensensor 110 abgebildet werden, wobei sich diese rechteckigen Bereiche auf dem Flächensensor entsprechend der Lage der Ablenkeinheit 130 um die optische Achse drehen.

[0068] Fig. 1 zeigt weiters eine Stelleinheit 180, die die Ablenkeinheit 130 um die Drehachse 131 relativ zum Flächensensor 110 rotiert. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei der Stelleinheit 180 um einen Elektromotor, dessen Antriebswelle um die Drehachse 131 rotiert und die mit der Ablenkeinheit 130 drehfest verbunden ist. Wird die Stelleinheit 180 aktiviert, versetzt diese die Ablenkeinheit 130 in Rotation. Durch die im Rahmen der Rotation unterschiedliche Stellung 174 der Ablenkeinheit 130 (siehe Fig. 2) werden unterschiedliche Bereiche der Szene über die Ablenkeinheit 130 und das Objektiv 120 auf den Flächensensor 110 abgebildet.

[0069] Die Anordnung 100 umfasst weiters eine Steuereinheit 170, die den Flächensensor 110 zur Erstellung von Aufnahmen 171 ansteuert. In Fig. 2 ist eine konkrete Ausgestaltung einer Steuereinheit 170 näher dargestellt. Die Steuereinheit 170 umfasst einen dem Flächensensor 110 nachgeschalteten Eingang sowie einen an die Stelleinheit 180 angeschlossenen Steuerausgang 178. Weiters umfasst die Steuereinheit 170 eine Verarbeitungseinheit 175, einen Positionssensor 177 und eine Gesamtbilderstellungseinheit 176. Bevorzugterweise erfasst der Positionssensor 177 der Steuereinheit 170 die konkrete Stellung 174 der Stelleinheit 180 bzw. der Ablenkeinheit 130. Der Positionssensor 177 gibt für jede Aufnahme 171, die der Flächensensor 110 erstellt, jeweils die Stellung 174 der Ablenkeinheit 130 bei der Erstellung der Aufnahme 171 an. Der Positionssensor 177 liefert die jeweilige Stellung 174 der Ablenkeinheit 130 an eine Verarbeitungseinheit 175 weiter. Diese triggert abhängig von der Stellung 174 (Fig. 2) den Flächensensor 110 zur Erstellung von Abbildern 171, insbesondere dann wenn sich die Stelleinheit 180 oder die Ablenkeinheit 130 in einer bestimmten Drehstellung 174 relativ zur Drehachse 131 befinden.

[0070] Der Positionssensor 177 weist demgemäß einen Signalgeber 177a auf, der ein Signal abgibt, wenn sich die Ablenkeinheit 130 an einer vorgegebenen Stellung befindet. Der Positionssensor 177 weist zudem einen Phasenregler 177b auf, dem das Signal des Signalgebers 177a zugeführt ist und der im eingeregelten Zustand bei Vorliegen des Signals des Signalgebers 177a die gemessene Stellung an seinem Ausgang angibt. Der Ausgang des Signalgebers 177a bildet in diesem Fall den Ausgang des Positionssensors 177.

[0071] Der Verarbeitungseinheit 175 sind sowohl die vom Flächensensor 110 erstellten Abbilder 171a... 171c (Fig. 3) als auch die vom Positionssensor 177 ermittelte Stellung 174 (Fig. 2) zugeführt. Die einzelnen erstellten Aufnahmen 171a,...171c werden von der Verarbeitungseinheit 175 entsprechend der von Positionssensor 177 erkannten Stellung 174 der optischen Ablenkeinheit 130 durch rechnerische Verschiebung und/oder Verdrehung in eine Standardausrichtung gebracht. Die Verarbeitungseinheit 175 stellt die einzelnen so erstellten Bilder 172a,...172c in einer Standardausrichtung zur Verfügung. Im vorliegenden Fall werden die einzelnen Aufnahmen im Zuge der Rotation der Ablenkeinheit 130 aus unterschiedlichen Richtungen jeweils auf den Flächensensor 110 projiziert, wobei abhängig von der jeweiligen Stellung 174, in der sich die Ablenkeinheit 130 befindet, eine Drehungskorrektur der so erstellten Aufnahme 171a,...171c erforderlich ist. Sofern die optische Achse 121 des Objektivs 120 und die Drehachse 131 nicht miteinander übereinstimmen, kann es zudem erforderlich sein, dass auch eine Verschiebung der Aufnahmen 171a,...171c bei der Erstellung der Bilder 172a,...172c vorgenommen wird.

[0072] Die in ihre Standardausrichtung gebrachten Bilder 172a...172c werden von der Gesamtbilderstellungseinheit 176 entsprechend der Stellung 174 der Ablenkeinheit 130 bei der Erstellung der jeweiligen den Bildern 172a,...172c zugrunde liegenden Aufnahmen 171a,...171c zu einem Gesamtbild 173 zusammengefügt. Die Gesamtbilderstellungseinheit 176 untersucht die ihr zugeführten Bilder 172a,...172c auf Übereinstimmungen, insbesondere auf gleiche in den Bildern 172a,...172c enthaltene Merkmale. Anschließend setzt die Gesamtbilderstellungseinheit 176 die einzelnen Bilder 172a,...172c entsprechend zu einem Gesamtbild 173 zusammen, indem sie übereinstimmende Bereiche der Bilder 172a,...172c überlagert. Besonders vorteilhaft kann dies erfolgen, indem die Gesamtbilderstellungseinheit 176 bei der Erstellung des Gesamtbilds 173 in einem ersten Schritt die Position des Bildes 172a,...172c im Gesamtbild 173 anhand der vom Positionssensor 177 ermittelten Stellung 174 festlegt. Anschließend wird zur Feinjustierung in einem zweiten Schritt im Bereich der ermittelten Position anhand von Übereinstimmungen mit anderen bereits in das Gesamtbild 173 eingefügten Bildern die endgültige Position des Bildes 172a,...172c ermittelt. Dabei werden die Bilder 172a,...172c so in das Gesamtbild 173 eingefügt, dass miteinander korrespondierende Bereiche jeweils im selbem Bereich des Gesamtbildes 173 zu liegen kommen.

[0073] Um eine Ausrichtung anhand von gleichen Merkmalen vorteilhaft vornehmen zu können, wird die Aufnahme der einzelnen Abbilder 171a,...171c derart getriggert, dass die erstellten Abbilder 171a,...171c jeweils überlappende Winkelabschnitte zeigen, wobei vorteilhafterweise jeder in einem Abbild 171a,...171c abgebildete Teil der Szene in mindestens zwei Abbildern 171a,...171c abgebildet ist. Dies ermöglicht eine besonders vorteilhafte Überlagerung der einzelnen Abbilder 171a,...171c bzw. Bilder 172a,...172c im Gesamtbild 173. Sofern bei der Erstellung des Gesamtbilds 173 für einzelne Teilbereiche des Gesamtbilds 173 mehrere Färb- und Helligkeitswerte von unterschiedlichen Bildern 172a,...172c bzw. Abbildern 171a,...171c vorliegen, können diese durch Mittelwertbildung angeglichen werden.

[0074] Die Rotationsgeschwindigkeit der Stelleinheit 180 kann auch von einer Ansteuerung 178 der Steuereinheit 170 derart vorgegeben werden, dass zunächst ein Helligkeitsabgleich vorgenommen wird und überprüft wird, ob die bei der betreffenden Rotationsgeschwindigkeit mit der eingestellten Abtastrate erzielte Helligkeit im sensitiven Dynamikbereich des Flächensensors 110 liegt. Liegt die erzielte Helligkeit außerhalb des sensitiven Dynamikbereichs des Flächensensors 120, so kann durch langsamere Drehung der Ablenkeinheit 130 und längere Aufnahmeintervalle eine längere Belichtungszeit erreicht werden, sodass die Aufnahmen 171 oder Bilder 172 insgesamt heller erscheinen. Umgekehrt kann durch Beschleunigung der Ablenkeinheit 130 und Verkürzung der Abtastintervalle des Flächensensors eine Verdunklung dieser Aufnahmen 171 oder Bilder 172 erreicht werden, um letztlich den Flächensensor in einem vorteilhaften hochaufgelösten Dynamikbereich zu betreiben.

[0075] In Fig. 4 ist eine Anordnung 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung lediglich durch die gegenseitige Lage von optischer Einheit 120, 220 und Ablenkeinheit 130, 230 unterscheidet. Bei dieser bevorzugten Anordnung 200 ist die Ablenkeinheit 230 im Strahlengang zwischen dem Objektiv 220 und dem Flächensensor 210 angeordnet. Das Objektiv 220 steht gegenüber der rotierend gelagerten Ablenkeinheit 230 fest und ist ebenfalls rotierend um die Drehachse 231 gelagert. Im Zuge der Rotation der Ablenkeinheit 230 vollführt das Objektiv 220 dieselbe Rotationsbewegung um die Rotationsachse 231 wie die Ablenkeinheit 230.

[0076] In Fig. 5 ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die insbesondere zur Erstellung von Farbbildern geeignet ist. Die optische Ablenkeinheit 330 weist zwei Teilbereiche 330r, 330g auf, die unterschiedliche Reflexionseigenschaften aufweisen. Der erste Teilbereich 330r lässt lediglich rotes Licht passieren bzw. reflektiert lediglich rotes Licht auf den Flächensensor 310. Der zweite Teilbereich 330g lässt lediglich grünes Licht passieren bzw. reflektiert lediglich grünes Licht auf den Flächensensor 310. Die Steuereinheit steuert die Erstellung von Aufnahmen durch den Flächensensor 310 derart, dass in den aufeinanderfolgenden Aufnahmen 371a,...371c (Fig. 6) Abbilder desselben Bereichs der Szene jeweils aufgrund der Reflexion des von ihnen abgegebenen Lichts an Teilbereichen 330r, 330g der Ablenkeinheit mit unterschiedlichen Spektralbereichen enthalten sind. Die einzelnen zur Verfügung stehenden Abbilder 371a, 371b, 371c werden von der Verarbeitungseinheit, wie in Fig. 6 dargestellt, in eine Standardausrichtung gebracht, wobei die Bilder 372a, 372b, 372c erstellt werden. In den Bildern finden sich jeweils zwei Teilbereiche, wobei die ersten Teilbereiche 372ar, 372br, 372cr der Bilder 372a, 372b, 372c jeweils Bereiche zeigen, die über den roten Teilbereich 330r der Ablenkeinheit 330 auf den Flächensensor 310 reflektiert wurden und wobei die zweiten Teilbereiche 372ag, 372bg, 372cg der Bilder 372a, 372b, 372c jeweils Bereiche zeigen, die über den grünen Teilbereich 330g der Ablenkeinheit 330 auf den Flächensensor 310 reflektiert wurden. Die einzelnen vom roten bzw. grünen Teilbereich 330r, 330g herrührenden Teilbereiche 372ar, 372r, 372cr, 372ag, 372bg, 372cg werden nach Farben getrennt von der Gesamtbilderstellungseinheit in separate Teilgesamtbilder 373r, 373g eingefügt, wobei die Erstellung der Teilgesamtbilder 373r, 373g entsprechend dem Vorgehen der ersten Ausführungsform der Erfindung erfolgt. Das so entstandene Farbgesamtbild 373 wird aus den beiden Teilgesamtbildern 373r, 373g erstellt, von denen das erste Teilgesamtbild 373r den roten Farbanteil der Szene und das zweite Teilgesamtbild 373g den grünen Farbanteil des Gesamtbilds 373 bildet. Selbstverständlich können anstelle unterschiedlicher Filtereigenschaften der Linse(n) oder unterschiedlicher Reflexionseigenschaften der Spiegel wie in Fig. 5 dargestellt auch andere Filter oder Reflexionseigenschaften herangezogen werden. Grundsätzlich werden die einzelnen Teilbereiche 330r, 330g der optischen Ablenkeinheit 330 durch unterschiedliche Filter oder Reflektoren realisiert, die jeweils nur für ein begrenztes Spektralband durchlässig oder reflektierend sind. Die Gesamtbilderstellungseinheit überlagert jeweils die einzelnen vom selben Bereich der Szene herrührenden Aufnahmen und erstellt derart ein Farbbild. Besonders vorteilhaft an dieser Vorgehensweise ist, dass der Flächensensor 310 für die einzelnen Farbkanäle nicht distinktiv sein braucht. Es reicht vielmehr lediglich aus, dass der Flächensensor 310 für die einzelnen Farbkanäle oder Spektralbänder undifferenziert sensitiv ist. Selbstverständlich kann das vorstehend genannte Vorgehen auch mit einer Ablenkeinheit 330 mit mehr als zwei Teilbereichen mit unterschiedlichen Reflexions- oder Filtereigenschaften vorgenommen werden. Insgesamt sollte jeder Bereich der Szene von jedem einzelnen Teilbereich der optischen Ablenkeinheit auf den Flächensensor ausgebildet werden, um ein Gesamtbild 373 zu erhalten, das an jedem Punkt jeweils für alle Farbkanäle Helligkeitsinformationen aufweist.

[0077] Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die einzelnen Teilbereiche der optischen Ablenkeinheit unterschiedliche Lichtabschwächung aufweisen, sodass einzelne Teile des Abbilds mit unterschiedlicher Abschwächung aufgenommen werden. Mit dieser Maßnahme ist es möglich, auf den Sensor einfallendes Licht in einem Lichtstärkebereich zu erhalten, der mit dem Sensor optimal aufgelöst werden kann, ohne dass Sättigungseffekte oder Dunkelrauschen das Bild unscharf machen. In diesem Fall kann ein Gesamtbild von der Gesamtbilderstellungseinheit derart aus mehreren Gesamtbildern zusammengestellt werden, dass ein Hochkontrastbild erstellt wird.

[0078] In Fig. 7 ist eine vierte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, mit der eine dreidimensionale Szene der Aufnahme oder eine Lichtfeldaufnahme der Szene erstellt werden kann. Die Anordnung weist wie die Anordnungen der vorangehenden Ausführungsbeispiele der Erfindung einen Flächensensor 410 mit einer Anzahl von Sensorpixeln 411, eine optische Ablenkeinheit 430 sowie ein Objektiv 420 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die optische Ablenkeinheit 430 mehrere Teilbereiche 430x, 430y, 430z auf, von denen jeder denselben Gegenstandspunkt 490 unter jeweils unterschiedlichem Beobachtungswinkel auf den Flächensensor 410 abbildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Gegenstandspunkt 490 über jeden der Teilbereiche 430x, 430y, 430z der optischen Ablenkeinheit 430 auf jeweils einen Pixelsensor 411x, 411y, 411z des Flächensensors 410 abgebildet. Die einzelnen Teilbereiche der optischen Ablenkeinheit 430 sind im vorliegenden Fall als reflektierende Ebenen ausgebildet, die gegeneinander versetzt angeordnet sind. Im vorliegenden Fall sind die einzelnen Ablenkeinheiten im Winkel gegeneinander verschwenkt, wobei je zwei benachbarte Teilbereiche 430x, 430y, 430z der Ablenkeinheit 430 um jeweils 10° zueinander versetzt sind. Durch die konkrete Verkippung und Verschwenkung der einzelnen Teilbereiche 430x, 430y, 430z der optischen Ablenkeinheit 430 zueinander kann eine große Überlappung vorteilhaft erreicht werden. Der Bereich der Szene, für den Stereoinformation bzw. Lichtfeldinformation vorhanden ist, ist in diesem Fall besonders groß.

[0079] Grundsätzlich können, wie auch bei den vorherigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, für jeden einzelnen Teilbereich 430x, 430y, 430z der Ablenkeinheit 430 separate Gesamtbilder bzw. Teilgesamtbilder erstellt werden, die zu einem dreikanaligen Gesamtbild 473 zusammengesetzt werden. Basierend auf dem so erstellten mehrkanaligen Gesamtbild kann ein dreidimensionales Gesamtbild oder ein Lichtfeldgesamtbild erstellt werden. Hierfür können grundsätzlich dieselben Methoden herangezogen werden, wie auch bei der Erstellung von dreidimensionalen Stereobildern oder Lichtfeldern.

[0080] Bei sämtlichen herangezogenen Ausführungsformen der Erfindung besteht die Möglichkeit bzw. ist es zur optimalen Ausnutzung des Flächensensors von Vorteil, dass die Ablenkeinheit, der Zeilensensor und die Rotationsachse sowie gegebenenfalls das Objektiv zueinander derart ausgerichtet und angeordnet werden, dass derjenige Bereich des Flächensensors, der bei der Abbildung eines vorab vorgegebenen Gegenstands- oder Szenenbereichs belichtet wird, möglichst klein ist. Umgekehrt kann hierdurch erreicht werden, dass ein möglichst großer Teil der Gesamtfläche des sensitiven Bereichs des Flächensensors belichtet wird.

[0081] In Fig. 8 ist das konkrete Vorgehen bei der Erstellung eines Lichtfeldgesamtbilds 473 mit einer in Fig. 7 dargestellten Anordnung näher dargestellt. Die optische Ablenkeinheit 430 lenkt aufgrund ihrer Teilbereiche 430x, 430y, 430z das Licht auf den Flächensensor 410. Die Steuereinheit steuert die Erstellung von Aufnahmen durch den Flächensensor 410 derart, dass in den aufeinander folgenden Aufnahmen 471a, 471b, 471c Abbilder desselben Bereichs der Szene jeweils mit unterschiedlicher Aufnahmerichtung enthalten sind. Insbesondere wird das Abbild desselben Gegenstandspunktes 490 mit allen Teilbereichen der optischen Ablenkeinheit 430 auf den Flächensensor 410 projiziert. Die einzelnen zur Verfügung stehenden Abbilder 472a, 472b, 472c werden von der Verarbeitungseinheit wie in Fig. 8 dargestellt, in eine Standardausrichtung gebracht, wobei die Bilder 472a, 472c, 472c erstellt werden. In jedem einzelnen Bild 472a, 472b, 472c finden sich jeweils drei Teilbereiche, wobei jeder dieser Teilbereiche von jeweils einem Teilbereich 430x, 430y, 430z der Ablenkeinheit 430 herrührt.

[0082] Die einzelnen von den unterschiedlichen Teilbereichen 430x, 430y, 430z herrührenden Teilbereiche der Bilder 472ax, 472ay, 472az, 472bx, 472by, 472z, 472cx, 472cy, 472cz werden getrennt nach aufnehmendem Teilbereich von der Gesamtbilderstellungseinheit in separate Teilbilder 473x, 473y, 473z eingefügt, wobei bei der Erstellung des jeweiligen Teilgesamtbilds 473x, 473y, 473z dasselbe Vorgehen gewählt wird, wie bei den vorgenannten Ausführungsformen der Erfindung. Das so entstandene Lichtfeldgesamtbild 473 umfasst als Kanäle die einzelnen Teillichtfelder 473x, 473y, 473z, von denen das erste Teillichtfeld 473x den Blickwinkel des ersten Teilbereichs 430x, das zweite Teillichtfeld 473y den Blickwinkel des zweiten Teilbereichs 430y und das dritte Teillichtfeld 473z den Blickwinkel des dritten Teilbereichs 430z bildet.

[0083] In Fig. 9 ist eine fünfte Ausführungsform der Erfindung näher dargestellt, die als Kombination von zwei insbesondere identischen erfindungsgemäßen Anordnungen zusammengesetzt ist. Die optischen Achsen 521a, 521b der beiden Objektive 520 liegen auf derselben Achse. Alternativ oder zusätzlich können auch die Drehachsen 531a, 531b der beiden Stelleinheiten identisch sein oder auf derselben Achse liegen. Wie bereits erwähnt, ist es nicht erforderlich, dass die Achsen miteinander vollkommen übereinstimmen. Geringe Winkelabweichungen von weniger als 5° schaden im vorliegenden Fall nicht.

[0084] Die beiden optischen Ablenkeinheiten 530a, 530b werden von einer gemeinsamen Stelleinheit 580 gemeinsam rotiert.

[0085] Weiters ist eine gemeinsame Gesamtbilderstellungseinheit vorhanden, die aus den von den Gesamtbilderstellungseinheiten erstellten Gesamtbildern, aufgrund des Versatzes und der Ausrichtung der Ablenkeinheiten 530a, 530b ein dreidimensionales Gesamtbild erstellt. Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die beiden optischen Ablenkeinheiten 530a, 530b miteinander drehfest verbunden. Die Flächensensoren 510a, 510b sind von unterschiedlichen Richtungen aus auf die jeweiligen Ablenkeinheiten 530a, 530b gerichtet.

[0086] Alternativ ist es auch möglich, dass die Flächensensoren 510a, 510b auf einem gemeinsamen Träger befestigt sind. Für dieses Ausführungsbeispiel kann vorteilhaft eine gemeinsame Steuereinheit vorgesehen sein, die beide Flächensensoren zur Erstellung von Aufnahmen ansteuert. Darüber hinaus kann auch eine gemeinsame Verarbeitungseinheit vorgesehen sein, die die erstellten Aufnahmen entsprechend der Rotationsposition der optischen Ablenkeinheiten um die gemeinsame Rotationsachse bzw. entsprechend der gemeinsamen Rotation durch

Verschiebung und/oder Verdrehung in eine Standardausrichtung bringt und als Bilder zur Verfügung stellt. Die Flächensensoren sind in diesem Fall nach unterschiedlichen Richtungen auf jeweils voneinander verschiedene Ablenkeinheiten 530a, 530b gerichtet.

[0087] In Fig. 10 ist eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform der Erfindung entspricht. Diese Ausführungsform verfügt über einen optischen Flächensensor 610, der eine Anzahl von zeilen- und spaltenrasterförmig angeordneten Pixelsensoren aufweist. Weiters zeigt die Anordnung 600 ein Objektiv 620 mit einer optischen Achse 621.

[0088] Die durch die Zeilen und Spalten der Pixelsensoren des Flächensensors 610 aufgespannte Ebene steht im vorliegenden Ausführungsbeispiel normal zur optischen Achse 621 des Objektivs 620. Diese optische Achse 621 trifft den Flächensensor 610 mittig.

[0089] Weiters weist die Anordnung 600 eine optische Ablenkeinheit 630 auf, die um eine Drehachse 631 schwenkbar bzw. rotierbar ist. Im vorliegenden Fall sind die Drehachse 631 der optischen Ablenkeinheit 630 und die optische Achse 621 des Objektivs 620 identisch. Die optische Ablenkeinheit 630 ist im vorliegenden Fall als Spiegel ausgebildet, der die einzelnen vom Flächensensor 610 ausgehenden Sehstrahlen 651, 652, die vom Objektiv 620 auf die Ablenkeinheit 630 ausgerichtet sind, auf die Szene ablenkt. Der jeweilige Teil der Szene, der sich bei einer Aufnahme, bei der sich die Ablenkeinheit in einer bestimmten Stellung befindet, innerhalb des durch die Sehstrahlen 651, 652 ausgebildeten Aufnahmebereichs 650 befindet, wird vom Flächensensor 610 erfasst und abgebildet.

[0090] Während bei der ersten Ausführungsform der Erfindung die einzelnen vom selben Gegenstandspunkt G herrührenden Bildwerte, welche Abbilder desselben Gegenstandspunkts G zu unterschiedlichen Zeitpunkten während der Rotationsbewegung der optischen Ablenkeinheit 130 darstellen, gemittelt bzw sonst kombiniert werden, werden bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform der Erfindung die einzelnen ermittelten Helligkeitswerte desselben Gegenstandspunkts G den jeweiligen Strahlenrichtungen η, r2 zugeordnet, in denen der jeweilige Sehstrahl 651, 652 vom Gegenstandspunkt G auf die optische Ablenkeinheit 630 trifft. Auf diese Weise wird für jeden Gegenstandspunkt G bzw Punkt im Gesamtbild eine Vielzahl von unterschiedlichen Intensitätswerten ermittelt, wobei jeder einzelne Intensitätswert einer durch die Geometrie und Drehung der optischen Ablenkeinheit 630 festgelegten Strahlenrichtung n, r2 zugeordnet ist. Zu beachten ist, dass aufgrund der Drehung der Ablenkeinheit 630 das Abbild des Gegenstandspunkts G auf dem Flächensensor 610 wandert, im vorliegenden Fall wandert das Abbild während der dargestellten Drehung der optischen Ablenkeinheit 630 vom Punkt Pi zum Punkt P20. Diese Intensitätswerte werden gemeinsam mit den jeweiligen Strahlenrichtungen n, r2 abgespeichert und als Lichtfeld zur Verfügung gehalten.

[0091] In Fig. 11 ist eine sechste Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die die Vorteile der vierten und fünften Ausführungsform der Erfindung miteinander kombiniert und ein Lichtfeld zur Verfügung stellt, das für jeden Bild- oder Gegenstandspunkt G Intensitätswerte für eine große Anzahl unterschiedlicher Strahlenrichtungen rn, r12, r2i, r22, r31, r32 zur Verfügung stellt. Wie bei der vierten Ausführungsform der Erfindung umfasst die optische Ablenkeinheit 730 eine Vielzahl von Teilbereichen 730x, 730y, 730z, die gemeinsam um die optische Achse 731 rotieren. Jeder Gegenstandspunkt G, der sich im gemeinsamen Aufnahmebereich aller Teilbereiche 730x, 730y, 730z befindet, wird von jedem der Teilbereiche 730x, 730y, 730z jeweils unter unterschiedlichen Winkeln erfasst. Die einzelnen ermittelten Intensitätswerte können der jeweiligen Strahlenrichtung rn, r12, r21, r22, r31, r32, unter der der Gegenstandspunkt G auf den Flächensensor 710 abgebildet wird, zugeordnet werden, wobei ein diskretes Lichtfeld gebildet wird, das eine Anzahl von n x m Strahlenrichtungen aufweist, wobei n die Anzahl der verwendeten Teilbereiche 730x, 730y, 730z darstellt und m der Anzahl der Abbildungen des Gegenstandspunkts G auf den Flächensensor im Zuge der Drehbewegung der Ablenkeinheit 730 entspricht.

Claims (29)

1. Patentansprüche

   1. Anordnung (100, 200) zur Erstellung von Bildern umfassend - einen optischen Flächensensor (110, 210) mit einer Anzahl von in Zeilen und Spalten rasterförmig angeordneten Pixelsensoren, - ein Objektiv (120, 220) mit einer optischen Achse (121, 221), die den Flächensensor (110, 210), insbesondere in der Mitte, trifft, sowie - eine optische Ablenkeinheit (130, 230), vorzugsweise ein Prisma oder ein Spiegel, zur Ablenkung der, gegebenenfalls durch das Objektiv (120, 220) abgelenkten, Sehstrahlen (151-153, 251-253) des Flächensensors, gekennzeichnet durch - eine Stelleinheit (180, 280), die die Ablenkeinheit (130, 230) um eine Drehachse (131, 231) relativ zum Flächensensor (110, 210) verschwenkt, in Schwingung versetzt oder rotiert, - eine Steuereinheit (170), die den Flächensensor (110, 210) zur Erstellung von Aufnahmen (171) ansteuert, und die weiters umfasst: - eine Verarbeitungseinheit (175), die die erstellten Aufnahmen (171) entsprechend der Rotationsposition der optischen Ablenkeinheit (130, 230) durch rechnerische Verschiebung und/oder Verdrehung in eine Standardausrichtung bringt und als Bilder (172) zur Verfügung stellt, und - eine Gesamtbilderstellungseinheit (176), die aus den Bildern (172) ein Gesamtbild (173), insbesondere ein Panoramabild, erstellt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse (121, 221) des Objektivs (120, 220) mit der Drehachse (131, 231) der Ablenkeinheit (130, 230) übereinstimmt.
3. 3. Anordnung (100, 200) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass das Objektiv (120) im Strahlengang zwischen der Ablenkeinheit (130) und dem Flächensensor (110) auf der optischen Achse des Objektivs angeordnet ist und gegenüber dem Flächensensor feststehend angeordnet ist, oder - dass die Ablenkeinheit (230) im Strahlengang zwischen dem Objektiv (220) und dem Flächensensor (210) angeordnet ist, wobei das Objektiv (220) zur Ablenkeinheit (230) feststehend und derart gelagert angeordnet ist, dass es im Zuge der Rotation der Ablenkeinheit (230) dieselbe Rotationsbewegung um die Rotationsachse (231) wie die Ablenkeinheit (230) vollführt.
4. 4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkung der auf die Pixelsensoren des Flächensensors treffenden Lichtstrahlen (151-153; 251-253) durch die Ablenkeinheit (130, 230) zwischen 60° und 120° liegt.
5. 5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (170) einen Positionssensor (177) aufweist, der die Stellung (174) der Ablenkeinheit (130, 230) bei der Erstellung der einzelnen Aufnahmen (171) misst und der Verarbeitungseinheit (175) zuführt und dass die Verarbeitungseinheit (175) aus den einzelnen Aufnahmen (171) entsprechend der Stellung (174) der Ablenkeinheit (130, 230) Bilder (172) durch Verschiebung und/oder durch Verdrehung aus den Aufnahmen (171) erstellt.
6. 6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtbilderstellungseinheit (176) die ihr zugeführten Bilder (172) auf Übereinstimmungen, insbesondere auf gleiche in den Bildern (172) enthaltene Merkmale, untersucht und die Gesamtbilderstellungseinheit (176) die einzelnen Bilder (172) zu einem Gesamtbild (173) zusammensetzt, indem sie übereinstimmende Bereiche der Bilder (172) im Gesamtbild (173) überlagert.
7. 7. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtbilderstellungseinheit bei der Erstellung des Gesamtbilds (173) in einem ersten Schritt die Position der Aufnahme im Gesamtbild (173) anhand der vom Positionssensor (177) ermittelten Stellung (174) der Ablenkeinheit (130, 230) festlegt und in einem zweiten Schritt im Bereich der ermittelten Stellung (174) anhand von Übereinstimmungen mit Bildern an ähnlichen Positionen die endgültige Position im Gesamtbild (173) festlegt.
8. 8. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinheit (170) die vom Positionssensor (177) ermittelte Stellung (174) zugeführt ist und an vorab bestimmten Stellungen den Flächensensor (110, 210) zur Erstellung von Abbildern (171) triggert.
9. 9. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (180, 280) die Ablenkeinheit (130, 230) um die optische Achse (121, 221) rotiert, und dass der Positionssensor (177) einen ersten Signalgeber (177 a) aufweist, der, wenn sich die Ablenkeinheit (130, 230) an einer vorgegebenen Winkelposition befindet, ein Signal abgibt, und dass der Positionssensor (177) einen Phasenregler (177b) aufweist, dem das Signal des Signalgebers (177a) zugeführt ist und der im eingeregelten Zustand bei Vorliegen des Signals des Signalgebers (177a) die gemessene Winkelposition an seinem Ausgang angibt sodass der Ausgang des Signalgebers (177a) den Ausgang des Positionssensors (177) bildet.
10. 10. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (170) den Positionssensor (177) derart ansteuert, dass die erstellten Abbilder (171) jeweils überlappende Winkelabschnitte zeigen, insbesondere dass jeder in einem Abbild (171) abgebildete Teil der Szene in mindestens einem weiteren Abbild (171) abgebildet ist.
11. 11. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtbilderstellungseinheit (176) die vom selben Teil der Szene herrührenden Teilbereiche von Abbildern (171), insbesondere durch Mittelwertbildung der ermittelten Farb- und Helligkeitswerte, überlagert.
12. 12. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Zeilen und Spalten der Pixelsensoren des Flächensensors (110, 210) aufgespannte Ebene normal zur optischen Achse (121, 221) des Objektivs (120, 220) oder zur Drehachse (131,231) der Ablenkeinheit (130, 230) steht.
13. 13. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächensensor (110, 210) derart ausgebildet ist, dass sein photosensitiver Bereich einen möglichst großen Kreis umfasst, wobei der Flächensensor (110, 210) insbesondere quadratisch ausgebildet ist, und/oder dass die Steuereinheit die Belichtung des Flächensensors aufgrund eines Helligkeitsabgleichs mit den vorangegangenen Aufnahmen vornimmt.
14. 14. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtbilderstellungseinheit Abbilder desselben Gegenstandspunkts (G), die im Zuge der Bewegung der optischen Ablenkeinheit (630) aus unterschiedlichen Strahlenrichtungen (r1, r2) erstellt wurden, einem Bildpunkt des Gesamtbilds zuordnet, wobei sie den einzelnen ermittelten Intensitätswerten jeweils die Strahlenrichtungen (r1, r2) zuordnet, unter denen Licht vom Gegenstand (G) auf den Flächensensor (610) trifft.
15. 15. Anordnung (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die optische Ablenkeinheit (330) mehrere Teilbereiche (330r, 330g) aufweist, die unterschiedliche Reflexionseigenschaften und/oder Filtereigenschaften aufweisen, - dass die Steuereinheit (370) die Erstellung von Aufnahmen (371) durch den Flächensensor (310) derart ansteuert, dass in den aufeinanderfolgenden Aufnahmen (371) Abbilder desselben Bereichs der Szene jeweils aufgrund der Reflexion des von ihnen abgegebenen Lichts an Teilbereichen (330r, 330g) der Ablenkeinheit (330) mit unterschiedlichen Spektralbereichen enthalten sind, und - dass die Gesamtbilderstellungseinheit (376) die einzelnen vom selben Berech der Szene herrührenden Aufnahmen (371a, ...) überlagert und derart ein mehrkanaliges Gesamtbild (373), insbesondere ein Farbgesamtbild mit einem roten, grünen und blauen Farbkanal, erstellt.
16. 16. Anordnung (300) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Teilbereiche (330r, 330g) der optischen Ablenkeinheit (330) durch unterschiedliche Filter oder Reflektoren realisiert sind, die jeweils nur für ein begrenztes Spektralband durchlässig oder reflektierend sind, und dass die Gesamtbilderstellungseinheit (373) die einzelnen vom selben Bereich der Szene herrührenden Aufnahmen überlagert und derart ein Farbbild erstellt.
17. 17. Anordnung (300) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Teilbereiche (330r, 330g) der optischen Ablenkeinheit (330) unterschiedliche Lich-tabschwächung aufweisen und dass die Gesamtbilderstellungseinheit die einzelnen vom selben Bereich der Szene herrührenden Aufnahmen überlagert und derart ein Hochkontrastbild erstellt.
18. 18. Anordnung (400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Ablenkeinheit (430) mehrere Teilbereiche (430x, 430y, 430z) aufweist, von denen jeder zumindest einen Gegenstandspunkt (490) unter jeweils unterschiedlichem Betrachtungswinkel auf den Flächensensor (410) abbildet, und die Gesamtbilderstellungseinheit für jeden Teilbereich jeweils ein separates Gesamtbild erstellt.
19. 19. Anordnung (400) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbereiche (430x, 430y, 430z) der optischen Ablenkeinheit (430) mehrere reflektierende, insbesondere zueinander parallel ausgerichtete, Ebenen bilden, die gegeneinander in Richtung der optischen Achse (440) versetzt und/oder im Winkel α gegeneinander verschwenkt sind.
20. 20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbereiche (430x, 430y, 430z) zueinander verkippt sind, sodass die durch die Auswahl der Teilbereiche festgelegten Aufnahmebereiche einander zumindest teilweise, insbesondere in einem möglichst großen Bereich, überlappen.
21. 21. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit, der Zeilensensor und die Rotationsachse (440) zueinander derart ausgerichtet sind, dass derjenige Bereich des Flächensensors (410), der bei der Abbildung eines vorab vorgegebenen Gegenstandsbereichs belichtet wird, möglichst klein bleibt und/oder einen möglichst großen Teil der Gesamtfläche des sensitiven Bereichs des Flächensensors (410) ausmacht.
22. 22. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine 3D-Gesamtbilderstellungseinheit vorhanden ist, die aufgrund von zwei erstellten Gesamtbildern sowie der konkreten Anordnung und Ausrichtung der Teilbereiche (430x, 430y, 430z) der optischen Ablenkeinheit (430) ein dreidimensionales Gesamtbild erstellt.
23. 23. Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtfeld-Gesamtbilderstellungseinheit aufgrund von mehreren erstellten Gesamtbildern sowie der konkreten Anordnung und Ausrichtung der optischen Ablenkeinheiten ein Lichtfeld-Gesamtbild erstellt.
24. 24. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtfeld-Gesamtbilderstellungseinheit Abbilder desselben Gegenstandspunkts (G), die im Zuge der Drehbewegung der einzelnen Teilbereiche (730x, 730y, 730z) der optischen Ablenkeinheit (730) aus unterschiedlichen Strahlenrichtungen (r^, r12, r2i, r22, r31, r32) erstellt wurden, einem Bildpunkt des Gesamtbilds als Komponenten eines Lichtfelds zuordnet, wobei sie den einzelnen ermittelten Intensitätswerten jeweils die Strahlenrichtungen (rn, r12, r21, r22, r31, r32) zuordnet, unter denen Licht vom Gegenstand (G) auf den Flächensensor (710) trifft.
25. 25. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtbilderstellungseinheit Bereiche des Flächensensors (410), die im Zwischenbereich zwischen den aufgrund von Reflexion durch unterschiedliche Teilbereiche erstellten Abbildern liegen, nicht für die Bildung von Gesamtbildern (473) heranzieht.
26. 26. Kombination (500) von zwei Anordnungen (500a, 500b) nach jeweils einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - eine gemeinsame Stelleinheit (580) vorhanden ist, die beide optischen Ablenkeinheiten (530a, 530b) gemeinsam, insbesondere um eine gemeinsame Drehachse (531a, 531b), rotiert, und - die optischen Achsen (521a, 521b) der beiden Objektive (520) zusammenfallen und/oder auf derselben Achse wie die Drehachsen (531a, 531b) der Stelleinheiten (580) liegen, - dass eine gemeinsame Gesamtbilderstellungseinheit vorhanden ist, die aus den von den Gesamtbilderstellungseinheiten erstellten Gesamtbildern aufgrund des Versatzes und der Ausrichtung der Ablenkeinheiten (530a, 530b) ein dreidimensionales Gesamtbild erstellt.
27. 27. Kombination nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden optischen Ablenkeinheiten (530a, 530b) miteinander drehfest verbunden sind, und dass die Flächensensoren (510a, 510b) von unterschiedlichen Richtungen aus auf die jeweiligen Ablenkeinheiten (530a, 530b) gerichtet sind.
28. 28. Kombination nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächensensoren (510a, 510b) auf demselben Träger angeordnet sind und nach unterschiedlichen Richtungen auf die Ablenkeinheiten (530a, 530b) gerichtet sind.
29. 29. Kombination nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Steuereinheit vorhanden ist, die beide Flächensensoren zur Erstellung von Aufnahmen ansteuert, und dass eine gemeinsame Verarbeitungseinheit vorhanden ist, die die erstellten Aufnahmen entsprechend der Rotationsposition der optischen Ablenkeinheit (530a, 530b) durch Verschiebung und/oder Verdrehung in eine Standard-Ausrichtung bringt und als Bilder zur Verfügung stellt. Hierzu 8 Blatt Zeichnungen