CN113940061A - 用于产生环境的立体显示的图像数据的摄像机装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于成本适宜地产生立体显示的图像数据并且由此拍摄立体的或摄影技术的环境映像(RB)的摄像机装置(K)。为此，摄像机装置(K)包括三个全息光学元件(H1、H2、H3)，其作为耦入区域(E1、E2、E3)在不同的位置上布置在构造成光导体的载体介质(T)上并且从不同的视角获取环境。来自环境的光通过耦入区域(E1、E2、E3)耦入到载体介质(T)中并且为了从载体介质(T)中耦出，被传输到代表耦出区域(A)的另一全息光学元件(H4)上。图像获取装置(B)获取耦出的光并且从中产生图像数据(B1、B2、B3)。为了从图像数据(B1、B2、B3)中产生立体显示的图像数据，摄像机装置(K)包括分离装置(D)，借助于分离装置，图像获取装置(B)时间上或者颜色上分开获取入射到耦入区域(E1、E2、E3)上的光。

Description

用于产生环境的立体显示的图像数据的摄像机装置

技术领域

本发明涉及一种用于产生环境的立体显示的图像数据的摄像机装置。在此涉及正确地获取或拍摄独立的环境的图像数据或者单个图像数据，紧接着从中可产生立体显示的图像数据，并且由此例如可产生立体或或者摄影技术的环境映像。

背景技术

获取或产生立体映像也称之为立体观测。为此，通常从期望的环境部分中产生至少两个具有来自不同视角的照片的单个数据组。由此，通过该单个数据组可提供两个二维的照片，其分别从另一视角显示出环境部分。在两个单个图像数据组视觉上重叠时，产生立体显示的图像数据。即，两个二维的照片的叠加显示出得到的立体的映像。通过使用特殊的眼镜，所谓的3D眼镜，观察者可认为该立体的映像是三维映像。

产生或拍摄摄影技术的环境映像或图像(也称为摄影术)是已知的方法，在其中，确定环境，尤其是在环境中的对象的空间位置和三维形状。为此，与立体观测相似地，同样大多从不同视角中产生环境的至少两个单个图像数据组。在图像数据重叠时，除了在二维空间中的x和y定向之外，得到的立体显示的图像数据的每个图像点或每个像素附加地也具有深度信息。由此，可示出环境的三维映像。因此，接下来以同义词使用名称摄影技术以及名称三维(3D)。

也就是说，立体显示的图像数据尤其是为得到的映射的观察者提供映射出的环境的深度信息或者空间的或三维的印象。

为了产生立体显示的图像数据，通常使用特殊的摄像机或测量摄像机。测量摄像机竖立在不同的彼此远离的位置上，并且由此分别具有不同的视角，即，与相应位置相关的看向环境中的期望的对象的视向。现在，借助于测量摄像机，可从不同的视角中尤其是同时拍摄期望的对象，并且紧接着组合成立体显示的图像数据。尤其是在运动的场景中，即，对象运动时，该措施尤其是在产生的成本方面非常高。此外，得到的映像可能是模糊或扭曲的。此外，为了构造或彼此布置测量摄像机，通常需要很多空间或位置，因为得到的映像的立体宽度或深度信息，也就是说图像深度，通过单个测量摄像机的距离确定并且与相距期望的对象的距离相关。

更适宜的拍摄立体显示的图像数据的方法是使用单个的测量摄像机。于是，利用单个测量摄像机，从不同位置中，即，从不同视角中拍摄在环境中的期望的对象的图像。紧接着，从单个图像中产生对象的立体的或摄影技术的映像。然而，在此出现的缺点是，由于测量摄像机的移动，该方法很缓慢并且通常丧失重复精度。因此，场景，即在环境中的对象必须对于多次拍摄保持相同，也就是说不动。

与立体的或摄影技术的映像相关地，从专利文献DE 102015221 774 A1中已知一种光学系统，在其中，使用全息图组用于产生二维或三维的图像。

此外，从专利文献US2005/0052714 A1中已知借助于全系立体图显示环境。

然而，所述现有技术更多地涉及为观察者显示图像，而不是正确地获取立体显示的图像数据，以从中产生立体的或摄影技术的映像。

此外，从专利文献DE 2223381 A1中已知一种用于测量在摄影技术的立体设备中的视差的方法以及装置。然而，在此更多涉及立体图像的测量和评估以用于高度计算。

发明内容

本发明的目的是，提供一种摄像机装置，借助于该摄像机装置在产生环境的立体显示的图像数据时可节省成本，并且尤其是可拍摄运动的场景，即，在环境中运动的对象。

该目的通过独立权利要求实现。通过从属权利要求，说明书和附图公开了本发明的有利的改进方案。

本发明涉及一种用于产生环境的立体显示的图像数据的摄像机装置。通过摄像机装置例如可提供立体的或摄影技术的环境映像。换句话说，涉及借助于摄像机装置对环境的立体或摄影技术的评估。立体显示的图像数据(以下也称为3D图像数据)尤其是可通过融合在从不同视角中拍摄环境时产生的单个图像数据或单个图像数据组提供。例如，3D图像可通过具有深度信息(与图像传感器的距离)的图像点描述。现在，为了在产生或提供立体的或摄影技术的映像时节省成本，规定，仅仅由一个摄像机，即一个图像获取装置并且由此尤其是由同一个图像传感器从不同视角获取不同的单个图像，即，不同的图像。此外，为了能拍摄运动的场景，即，在环境中运动的对象，摄像机尤其是具有多个位置上彼此错开的获取区域(在此也称为耦入区域)用于环境的光或光辐射。获取区域或光获取区域使来自环境的光，即，由在环境中的期望的或待成像的对象射出的光，转向光射入区域，光射入区域例如通过图像获取装置的封闭的透镜的面或者成像的光学器件提供。

为了引起光转向，摄像机装置包括载体介质或光导介质，例如构造成光导体的玻璃板或玻璃片材。也就是说，载体介质可借助于内反射，尤其是借助于全反射尤其是与玻璃纤维光缆相似地引导光。在载体介质上布置耦入区域和耦出区域。可以说，载体介质载有耦入区域和耦出区域。不仅耦入区域而且耦出区域分别具有偏转结构，借助于偏转结构将来自环境的光耦入到载体介质中并从中耦出。由此，耦入区域是用于图像获取装置的光获取区域中的一个。相反地，耦出区域可用作用于将光传输到摄像机的光射入区域处的接口。

为了光的耦入，耦入区域具有偏转结构。偏转结构例如构造成光栅(也称为衍射光栅)的形式。偏转结构构造成，将从环境中入射到耦入区域上的光耦入到载体介质中。就此而言，耦入意味着，偏转结构如此使来自环境的光偏转或转向，使得光射入载体介质的体积中并且在此处在载体介质的至少一个分界面上在内部被反射。载体介质构造成，借助于内反射将通过耦入区域耦入的光传输到耦出区域处。现在，如果被传输的光射到耦出区域上，耦出区域的偏转结构使被传输的光最终从载体介质中耦出。也就是说，耦出的偏转结构尤其是可如此使被传输或引导的光偏转或转向，使得光在射到偏转结构上时不再在载体介质的分界面上反射，而是代替地从载体介质中耦出并且由此可从载体介质中离开。

图像获取装置贴靠在耦出区域处。图像获取装置尤其是可包括自己的成像的光学器件，借助于该光学器件将入射的光成像到至少一个图像传感器上。此外，图像获取装置也可包括评估电子器件，即，例如至少一个计算设备，计算设备例如可构造成控制器或微控制器。评估电子器件优选地与至少一个图像传感器相联接并且可从图像传感器的在光射入时生成的电信号中产生图像数据。由此，图像获取装置构造成，获取从载体介质中耦出的光并且从中产生图像数据，图像数据与入射到耦入区域上的环境的光相关。由此，在评估图像数据时，也就是说，在将图像数据重构成映像时，尤其是提供环境或在环境中的待成像的对象的清晰的、无变形的映像。优选地，在此耦出区域如此贴靠在图像获取装置处，即，耦出区域尤其是完全与图像获取装置的光射入区域重叠。

至此，已经描述了如何从单个视角中产生单个图像的图像数据，即，所述的环境的单个图像数据。

现在，为了能产生三维的或立体的环境映像，摄像机装置具有至少另一用于来自环境的光的耦入区域。由此，至少另一耦入区域可为用于摄像机装置的另一光获取区域。由此，摄像机装置具有至少两个光获取区域，也就是说，两个或更多的光获取区域。在此，所述至少另一耦入区域优选地分别与第一耦入区域在位置上分离，或者在与第一耦入区域不同的区段中布置在载体介质上。由此，利用在不同的位置上布置在载体介质上的不同的耦入区域，可从不同视角中获取环境。以下，所述至少另一耦入区域也可简称为另一耦入区域，然而尽管如此应提出的是，也可在载体介质上布置比仅仅另一个更多的，例如另外两个或四个耦入区域。

相应于第一耦入区域，至少另一耦入区域也分别具有另一偏转结构，例如光栅，光栅构造成，将从环境中射到相应另一耦入区域上的光耦入到载体介质中。如之前参考第一耦入区域描述的那样，载体介质构造成，也将通过所述另一耦入区域耦入的光借助于内反射传输到耦出区域处，也就是说与已经结合第一耦入区域描述的相同的耦出区域处。此外，耦出区域的耦出的偏转结构构造成，将所述另一耦入区域传输的、射到耦出区域上的光从载体介质中耦出。最终，图像获取装置也构造成，获取相应的另一耦入区域的从载体介质中耦出的光，并且从中产生与入射到所述相应的另一耦入区域上的环境的光相关的、相应的另外的图像数据，尤其是另外的单个图像数据。由此，可利用仅仅一个图像获取装置或摄像机由多于一个耦入区域、即由至少两个耦入区域例如同时或者先后获取来自环境的光。紧接着，图像获取装置可从由不同的耦入区域入射的光中产生或生成不同的图像数据或单个图像数据。尤其是，在图像获取装置中，由所述耦出区域将不同获取区域的光投影或投射到图像传感器的相同区间上。因此，不必为每个获取区域提供独立的区间。

为了产生或提供立体的或摄影技术的环境映像，图像获取装置可融合或者重构不同的单个图像数据，并且由此产生立体显示的图像数据。优选地，图像获取装置为此已知不同的耦入区域在载体介质上的相应位置。也就是说，图像获取装置还构造成，从与射到不同的耦入区域上的来自环境的光相关的不同的图像数据中，产生立体的映像。然而，此时有利的是，在图像获取装置中储存这样的信息，即，来自环境的光由不同的耦入区域中的哪一个传输或引导。也就是说，图像获取装置应能分开获取入射到不同的耦入区域上的光。

因此，如果来自环境的光同时照射到图像获取装置上，尤其是图像获取装置的至少一个图像传感器上，不同的耦入区域的入射的光可能在图像传感器上叠加。由此可出现不同的耦入区域的入射的光的光强度叠加。因此有利的是，不同的耦入区域的入射的光被分开获取，并且由此也首先分开产生不同的图像数据，即，单个图像数据，并且紧接着才叠加成立体显示的图像数据。为了分离通过不同的耦入区域入射的光，摄像机装置因此附加地具有分离装置，分离装置构造成，将入射到不同的耦入区域上的光分离。此时，尤其是可时间上(也就是说，时间上先后地，即，时间上顺序地)或者以频率选择的方式(也就是说，根据颜色分离)进行不同耦入区域入射的光的分离。

本发明也包括得到附加的优点的实施方式。

为了产生立体显示的图像数据，尤其是可规定，图像获取装置以立体的方式或者摄影技术的方式处理不同的图像数据或单个图像数据。在以立体的方式处理时，图像获取装置例如可使用所谓的浮雕法，在其中，将利用不同的耦入区域获取的环境映像以互补颜色着色，并且紧接着印到彼此上。利用相应的特殊的眼镜，所谓的3D眼镜，得到的立体映像的观察者紧接着可看到三维的环境映像。备选地，例如通过图像获取装置也可生成透镜光栅图。

如已经阐述的那样，耦出区域和不同的耦入区域的相应的偏转结构可构造成光栅。因此，在一种实施方式中规定，提供作为至少一个光栅、尤其是面全息光栅或者体全息光栅的相应的偏转结构。就此而言，摄像机装置在此称为全息摄像机。

光栅(也称为衍射光栅)以及其工作原理和制造方法是普遍已知的。原则上，光栅可作为至少局部周期性的结构(所谓的光栅结构)构造在基体中。借助于光栅结构，光栅可通过衍射的物理效应引起光偏转，如例如从镜子，透镜或棱镜中已知的那样。如果光，也就是说光射线射到光栅上，其中，入射的光射线尤其是满足布拉格方程，则通过光学光纤衍射光射线或使其偏转。由此，尤其是可通过由光栅衍射的光射线的干涉现象实现光偏转。相应地，耦入区域或耦出区域的偏转结构也可称为衍射结构。

优选地，光栅构造成对入射的光进行方向选择或者角度选择。由此，仅仅可使从预定的入射方向上例如以预定的角度射到光栅上的光，尤其是光的这样的部分偏转。优选地，从另一方向上射到光栅上的光，尤其是光的这样的部分不被偏转，或者与预定的入射方向的差异越大，偏转越少。因此优选地，与预定的入射方向或者最优入射方向不同的光部分可自由地穿过具有光栅的基体传播。

附加地或备选地，光栅还可构造成波长选择的或者频率选择的。由此，仅仅具有预定的波长的光，尤其是光的第一部分可由光栅以确定的衍射角度偏转或衍射。优选地，具有与预定的波长不同的波长的光，尤其是光的第二部分不被偏转，或者与预定的波长的差异越大，偏转越少。因此，优选地，与预定的波长或最优波长不同的第二光部分可自由地穿过具有光栅的基体传播。由此，例如可从射到光栅上的多色的光中分离出至少一个单色的光部分。以有利的方式，用于最优波长的偏转效应最大，并且向着更长或更短的波长的方向例如根据高斯钟形曲线下降，或者变弱。尤其是，偏转效应仅仅作用到可见光谱的一小部分上和/或小于90°的角度范围中。

尤其是，可借助于照射基体，即，例如光刻或全息方法制造光栅。于是就此而言，光栅也可称为全息光栅或全息光栅。已知两种类型的全息光栅：面全息光栅(surfaceholografic gratings，简称：SHG)和体全息光栅(volume holografic gratings，简称：VHG)。在面全息光栅中，可通过使基体的表面结构的光学变形产生光栅结构。通过改变的表面结构，可使射上的光偏转，例如反射。面全息光栅的示例是所谓的锯齿形光栅或闪电形光栅。与此相反地，在体全息光栅中，可将光栅结构加工到基体的整个体积中或者体积的部分区域中。面全息光栅和体全息光栅通常是频率选择的。然而，也已知可衍射多色光的光栅。这称为复合立体全息光栅(multiplexed volume holografic gratings，简称：MVHG)并且例如可通过改变光栅的光栅结构的周期性或者提高在光栅的光栅表面的数量或者通过先后布置多个体全息光栅提供。

尤其是玻璃，例如石英玻璃，尤其是光敏的玻璃适合作为用于加工出光栅的所述基体的材料。备选地，也可使用聚合物，尤其是光聚合物，或者例如由塑料或有机材料制成的薄膜，尤其是光敏的薄膜。为了将这种类型的基体用于摄像机装置，附加地应注意的是，尤其是以基体形式的材料具有引导光波的性能。具有用于衍射光的、例如以光栅的形式的偏转结构的基体也可称为全息光学元件(HOE)。利用这种类型的HOE可复制尤其是传统的透镜、镜子和棱镜的性能。HOE的优点是，与传统的由玻璃或塑料制成的光学元件不同地，其更轻，因为不需要弯曲而显著更扁平并且同时可构造成透明的。

优选地，载体介质自身可构造成HOE。也就是说，耦入区域和耦出区域可与载体介质构造成一体并且由此例如直接加工到载体介质的表面结构中。也就是说，相应的偏转结构例如被蚀刻或激光切割到载体介质的表面中。

备选地可规定，载体介质构造成相对于耦入区域和耦出区域独立的元件。也就是说，耦入区域、耦出区域和载体介质可构造成独立的。例如，耦入区域和耦出区域可形成至少一个第一元件，并且载体介质可形成第二元件，第一元件贴靠在第二元件上。由此，耦入区域和耦出区域可构造在至少一个HOE中。例如，耦入区域和耦出区域可构造在全息薄膜或板的不同区段中。为了将该薄膜或板固定在载体介质上，薄膜或板可粘接到载体介质上。备选地，全息薄膜也可构造成粘附薄膜，并且直接，即在没有粘合剂的情况下通过分子力附着在载体介质的表面上。

接下来更具体地描述所述分离装置的可能的设计方案。

例如，通过使用多于一个图像传感器，可实现分开获取入射的光。也就是说，为不同耦入区域中的每一个提供独立的用于获取通过相应的耦入区域引导的光的图像传感器。那么，耦出区域例如可构造成方向选择的并且也根据入射方向使由不同的耦入区域从不同的方向传输的光转向与相应的耦入区域相关联的或从属的图像传感器。然而，由此图像获取装置以及进而摄像机装置具有更大的结构空间需求，因为也需要为每个耦入区域安装独立的图像传感器。因此，在本发明的一种实施方式中规定，用于获取耦出的光的图像获取装置使用仅仅一个图像传感器。也就是说，射到不同的耦入区域上的来自环境的光被转向或传输到单独的图像传感器上。为此，耦出区域，尤其是耦出的偏转结构可构造成，根据入射方向使由不同的耦入区域传输的光始终在相同的方向上转向耦出区域。例如，可为不同的耦入区域中的相应每一个提供作为具有多个分别构造成方向选择的不同光栅平面的光栅的耦出的偏转结构。在具有仅仅一个图像传感器的实施方式中，或者可规定，入射到不同的耦入区域上的光在图像传感器上叠加，或者入射到不同的耦入区域上的光先后地，尤其是时间上先后地射到图像传感器的相同的面区域上。

为了在照射到图像传感器上时入射到不同的耦入区域上的光叠加时避免以上描述的强度叠加，在本发明的一种实施方式中可规定，射到不同的耦入区域上的来自环境的光在耦入到载体介质中时已经根据颜色进行过滤。也就是说，分离装置构造成，频率选择地或波长选择地分离入射到不同的耦入区域上的光。换句话说，射到不同的耦入区域上的来自环境的光已经根据颜色通过耦入区域或耦入的偏转结构被预过滤。

此外，在该实施方式中规定，图像传感器构造成颜色传感器。也就是说，图像传感器例如可构造成拜耳传感器，其中，在图像传感器之前连接滤色器或拜耳滤光器。这种类型的滤色器通常具有共同地以矩阵的形式布置的单个的颜色传感器元件，其中，每个颜色传感器元件为图像传感器的一个像素滤光。在此，颜色传感器元件是频率选择的，也就是说，通过颜色传感器元件中的每一个仅仅可将预定的波长的光传输到图像传感器上。例如，颜色传感器元件可分成多个类别，其中，颜色传感器元件的第一类仅仅允许透过红光，颜色传感器元件的第二类仅仅允许透过蓝光，并且颜色传感器元件的第三类仅仅允许透过绿光。

为了在不同的耦入区域上实现对入射的光的预过滤，在另一实施方式中，不同的耦入区域的相应的偏转结构自身构造成频率选择的。也就是说，相应的偏转结构仅仅使预定的波长的光偏转，从而使其耦入到载体介质中。在此，这种类型的频率选择性或波长选择性是全息光学元件的典型性能，全息光学元件使用光栅作为用于光转向的偏转结构。例如，现在如果来自环境的白光射到相应的耦入区域上，通过相应的偏转结构，仅仅具有预定的波长的光的光部分，即光的第一部分可被相应的偏转结构以确定的衍射角度偏转或衍射。优选地，具有与预定的波长不同的波长的光，尤其是光的其他部分或者光的第二部分不被偏转，或者与预定的波长的差异越大，偏转越少。因此，与预定的波长或最优波长不同的光的第二部分尤其是可自由地穿过载体介质传播。由此，可从射到相应的偏转结构上的多色的光中分离尤其是出单色的光部分。以有利的方式，用于最优波长的偏转效应最大，并且向着更长或更短的波长的方向例如根据高斯钟形曲线下降，或者变弱。在此，相应的偏转结构进行偏转的预定的波长彼此不同。也就是说，偏转结构中的每一个使不同波长的光偏转。由此，不同的耦入区域中的第一个例如构造成红色滤光器，并且仅仅使红光偏转。相反地，不同的耦入区域中的第二个例如构造成蓝色滤光器，并且由此仅仅使蓝光偏转。最终，不同的耦入区域中的第三个例如构造成绿色滤光器，并且仅仅使绿光偏转。

备选地，通过在不同的耦入区域中的每一个自身之前连接例如由染色的玻璃、塑料或明胶薄膜制成的滤色器，也可实现预过滤。这种类型的滤色器可通过确定的颜色，即，确定的波长的光。

在另一实施方式中，附加地可规定，耦入区域的频率选择性与彩色图像传感器的频率选择性一致。换句话说，可为耦入区域中的每一个设置彩色图像传感器的多个这样的颜色传感器元件，即，其对与相应的耦入区域相同的波长进行选择，即，过滤相同的波长。由此，不同的耦入区域的相应的偏转结构进行偏转的预定的波长与彩色图像传感器的相应的滤色器波长对应。也就是说，使不同的波长范围中的第一波长范围偏转的预定的波长相应于彩色图像传感器的第一类颜色传感器元件可透过的波长。相似地，不同的耦入区域中的第二耦入区域进行偏转的预定的波长也相应于彩色图像传感器的第二类颜色传感器元件可透过的波长，等等。

由此，为了产生立体显示的图像数据并且进而产生三维的或立体的环境映像，需要仅仅一个图像传感器。虽然射到不同的耦入区域上的光叠加，然而还是可通过由不同的耦入区域和彩色图像传感器根据颜色进行光的分离，即，频率选择地分离，通过图像获取装置产生独立的或分离的图像数据，即，不同耦入区域的所述单个图像数据。

如以上所述的那样，作为光的颜色选择或频率选择的分离的备选，也可设置入射到不同的耦入区域上的光的时间分离，以便图像获取装置能分开获取入射到不同的耦入区域上的光，并且由此可产生摄影技术的或立体的环境映像。换句话说，分离装置构造成，时间上分离入射到不同的耦入区域上的光。也就是说，与在时分复用技术中相似地可规定，时间上先后地通过共同的引导部，也就是说通过载体介质将不同的发送器的多个数据，即，不同的耦入区域入射的光传输到接收器，即，图像获取装置以及尤其是图像获取装置的图像传感器处。

为了在时间上分离由不同的耦入区域转向图像获取装置的光，在另一实施方式中可规定，不同的耦入区域构造成可切换的。也就是说，不同的耦入区域中的每一个可具有不同的切换状态。在第一切换状态中，相应的耦入区域尤其是可构造成，使从环境中射到相应的耦入区域上的光如之前描述的那样偏转，从而使光耦入到载体介质中。在与第一切换状态不同的第二切换状态中可规定，耦入区域可构造成完全透光的或不透光的，从而避免耦入到载体介质中。

为此，摄像机装置例如可具有切换装置，切换装置构造成，根据控制信号切换不同的耦入区域。优选地，此时，切换装置时间上彼此错开地，即，时间上先后地切换不同的耦入区域。由此，借助于切换装置，可在不同的耦入区域的接通的切换状态和切断的切换状态之间转换。接通的切换状态在此是指，耦入区域使入射的光如此偏转，使得其耦入到载体介质中，相反地，在切断的状态中，避免入射的光的耦入。为了切换耦入区域，切换装置例如可构造成，在待切换的耦入区域处提供电场或者磁场或者温度。也就是说，为了设定接通的切换状态，例如可调整电场或者磁场或者温度的第一值，并且为了设定切断的切换状态，例如可调整电场或者磁场或者温度的第二值。由此，切换装置可包括例如至少一个电容和/或至少一个电感和/或至少一个加热元件，例如加热丝，其构造成借助于控制器或微控制来提供电场或者磁场或者温度。

不同的耦入区域尤其是可构造成自偏转的或者自锁止的。就此而言，自偏转意味着，不同的耦入区域在静止状态中，即未被切换装置操控的情况下处于接通的切换状态中。由此，通过操控，即施加电场或磁场或者提供温度，才能使不同的耦入区域转换到切断的切换状态中。相反地，自锁止的是指，不同的耦入区域在静止状态中，即未被切换装置操控的情况下处于切断的切换状态中。由此，通过操控，即施加电场或磁场或者提供温度，才能使不同的耦入区域转换到接通的切换状态中。

由此，通过在两种切换状态之间转换，改变相应的耦入区域的偏转特性。换句话说，在该实施方式中，不同的耦入区域构造成可切换的，由此可改变不同的耦入区域的偏转特性。

优选地规定，尤其是时间上错开地切换耦入区域，使得始终仅仅不同的耦入区域中的一个是主动的。也就是说，不同的耦入区域中的仅仅一个是主动的，即，处于接通的切换状态中，并且由此可使来自环境的光耦入到载体介质中。在此期间，耦入区域中的其他的是去激活的，即，处于切断的切换状态中，由此避免了光耦入到载体介质中。

以有利的方式，图像传感器的图像数据的采样速率与不同的耦入区域的切换同步。

由此，图像获取装置已知，图像数据来自耦入区域中的哪一个，即，从哪个视角中获取了环境。由于不同的耦入区域在载体介质上的分布是已知的，由此可三维地，也就是说摄影技术地，或者立体地重构场景或环境。

为了将不同的耦入区域构造成可切换的，在另一实施方式中可设置可切换的暗化层/调光层。作为暗化层，例如可使用液晶层或者液晶组件，在其中，根据电压，也就是说根据电场，改变液晶的定向。由此，可通过定向的变化来改变液晶组件的透光性。备选地，也可使用电致变色的玻璃层(也称为智能玻璃)作为暗化层。这种类型的玻璃层可通过施加电压或者通过加热，即通过施加温度改变其透光性。由此，电致变色的玻璃层构造成，根据以上所述的切换装置的切换信号在透明的或透光的状态和不透明的状态之间转换。换句话说，在该实施方式中，设置可切换的暗化层，从而根据暗化层的切换信号改变不同的耦入区域的相应的偏转特性。

在一种备选的实施方式中，也可规定，相应的偏转结构自身构造成可切换的。为此，相应的偏转结构优选地可构造成光栅，尤其是全息光栅。可切换的光栅，尤其是其工作原理和制造方法是普遍已知的。优选地可规定，相应的偏转结构例如根据作为切换信号的电压改变其偏转特性。换句话说，在该实施方式中规定，相应的偏转结构自身构造成可切换的，从而根据相应的偏转结构的切换状态改变从属的耦入区域的相应的偏转特性。

在一种尤其优选的实施方式中，设置至少三个不同的耦入区域。优选地，所述至少三个耦入区域布置在载体介质上，从而可从三个不同视角获取环境，或者环境中的对象。由此，可尤其好地产生特别深度清晰的摄影技术的或立体的环境映像。

本发明也包括所描述的实施方式的特征的组合。

附图说明

接下来描述本发明的实施例。其中：

图1示出了用于产生在摄像机装置的环境中的对象的立体的或摄影技术的映像的摄像机装置的示意图；

图2示出了从不同视角示出对象的不同图像数据的示意图，以及图像数据到摄影技术的对象映像的重构；以及

图3示出了转向单元的示意图，根据该示意图解释借助于全息光学元件的光偏转。

具体实施方式

以下解释的实施例为本发明的优选的实施方式。在实施例中，所描述的实施方式的组件分别表示单独的、视为彼此独立的本发明的特征，这些特征也分别彼此独立地改进本发明。因此，公开内容也应包括与所示出的实施方式的特征的组合不同的组合。此外，也可通过已经描述的本发明的特征中的其它特征补充所描述的实施方式

在图中相同的附图标记分别表示功能相同的元件。

图1示出了用于产生立体显示的图像数据的摄像机装置K，通过摄像机装置可提供立体的或摄影技术的环境映像RB。在产生或拍摄这种类型的立体的或摄影技术的图像或映像RB时，通常从不同视角获取环境或者在环境中的期望的对象O。由此，从每个视角中产生不同的图像数据或单个图像数据B1、B2、B3，其分别示出或成像出环境的不同图像或单个图像。如在图2中示出的那样，紧接着将单个图像数据B1、B2、B3汇总成立体显示的图像数据，随后通过立体显示的图像数据例如可示出所显示的三维的或摄影技术的映像RB。由此，通过将单个图像数据B1、B2、B3组合或叠加，作为x和y定向(即二维信息)的附加，摄影技术的映像RB附加地还具有用于每个单个图像点的深度信息。

现在，为了在制造用于产生摄影技术的映像RB的摄像机装置K时节省成本，有利的是，使用仅仅一个图像获取装置B，该图像获取装置例如构造成摄像机，尤其是具有成像的光学器件的摄影摄像机或视频摄像机。为了附加地也能获取运动的情景，也就是说例如运动的对象O，而不需要改变摄像机装置K的位置，此外有利的是，摄像机装置K具有多个获取区域，可分别利用这些获取区域从不同的视角中获取对象O。获取区域或耦入区域E1、E2、E3彼此错开地，即空间上彼此分离地布置或安装在构造成光导体的载体介质T(例如玻璃板)上，并且将来自环境的光传输到共同的图像获取装置B处。证实为尤其有利的是，耦入区域E1、E2、E3构造成全息光学元件H1、H2、H3，以下简称为HOE。

已知的是，HOE作为这样的光学结构元件，即，其将衍射的物理效应用于引起光偏转的不同变化。为此，HOE通常具有光敏的基体，例如玻璃板或者塑料制成的薄膜，借助于分散的照射模型将光栅结构加工到该基体中。由此，尤其是可借助于照射为HOE赋予光学功能。通过光栅结构，可提供光栅，射到光栅上的光在考虑干涉现象的情况下在光栅处被衍射或偏转。HOE尤其是可构造成对入射的光方向选择和频率选择。也就是说，优选地，HOE仅仅使具有通过光栅结构确定的射入角度和通过光栅结构确定的波长的光偏转。

现在，在图1中，这种类型的HOE H1、H2、H3用作耦入区域E1、E2、E3，以用于从三个不同视角中获取从对象O射到不同的耦入区域E1、E2、E3上的光，并且通过另一代表耦出区域A的HOE H4传输到图像获取装置B处。接下来，现在首先描述借助于HOE的光偏转。为此，图3示出了转向单元U，其包括例如构造成玻璃板或聚合物板的载体介质T，并且在载体介质上沿着纵向延伸方向观察先后布置耦入的HOE H1和耦出的HOE H4。借助于转向单元U，可使光L，即尤其是光的光学光束路径S转向，并且由此可使光S的光轴移动。为此，光S通过耦入的HOE H1耦入到载体介质T中，并且由载体介质借助于内反射，尤其是全反射引导到HOE H4处。由此，耦入的HOE H1尤其是用于来自环境的光S到载体介质T中的耦入区域E1，相反地，耦出的HOE H4是光S从载体介质T中的耦出区域A。

为了实现光偏转，HOE H1包括耦入的偏转结构A1，并且HOE H2包括耦出的偏转结构A4。相应的偏转结构尤其是可构造成以上描述的光栅中的至少一个。因此，耦入的偏转结构A1可构造成，使从环境中射到耦入的HOE H1上的光S耦入到载体介质T中，并且在此借助于在光栅的光栅结构上的衍射偏转。随后，耦入的光S借助于内反射，尤其是全反射被反射到载体介质T的向着环境定向的分界面上，并且由此从耦入区域E传输到耦出区域A处。优选地，载体介质T与HOE H1、H4具有相同的折射系数，从而可避免在HOE H1、H4和载体介质T之间的分界面上的光折射。相反地，耦出的偏转结构A4可构造成，将射到耦出的HOE H4上的被传输的光S从载体介质T中耦出。在图3中，HOE H1、H4例如构造成立体全息件。也就是说，相应的偏转结构可作为体全息光栅加工到相应的HOE H1、H4的基体中。

然而，偏转单元U的这种设计方案仅仅是示例的实施方式。备选地，耦入区域E1和耦出区域A也可构造在共同的HOE中。此外可规定，载体介质T自身形成HOE。在此，耦入区域E1和耦出区域A尤其是可加工到载体介质T的表面中。由此，载体介质T可分别具有面全息光栅作为耦入区域E1和耦出区域A。

图1中的摄像机装置K利用以上描述的借助于HOE的光偏转效应来产生对象O的摄影技术的映像RB。然而，并非仅仅一个耦入区域E1，为了从不同视角中拍摄对象O，摄像机装置K具有三个耦入区域，即，第一耦入区域E1，第二耦入区域E2和第三耦入区域E3。由此，三个耦入区域E1、E2、E3是摄像机装置K的不同的获取区域。在图1中，不同的耦入区域E1、E2、E3构造成独立的HOE E1、E2、E3，并且安装在载体介质T的不同位置上。载体介质T例如可构造成在机动车中的窗玻璃。

为了实现从对象O获取的光的光朝向图像获取装置B的光偏转，耦入区域E1、E2、E3中的每一个具有相应的偏转结构A1、A2、A3。如根据图3描述的那样，相应的偏转结构A1、A2、A3优选地作为光栅、尤其是作为体全息光栅加工到基体中，由此，形成相应的HOE H1、H2、H3。现在，借助于相应的偏转结构A1、A2、A3，耦入区域E1、E2、E3中的每一个可使从对象O射到相应的耦入区域E1、E2、E3上的光偏转并且由此耦入到载体介质T中。如已经所述的那样，载体介质T构造成光导体并且由此可借助于内反射将光引导到耦出区域A处并且进而引导到图像获取装置B处。

耦出区域同样构造成HOE，H4，并且作为偏转结构A4同样具有光栅，借助于光栅使通过载体介质T传输的、从耦入区域E1、E2、E3射到耦出区域A上的光从载体介质T中耦出。优选地，耦出区域A的偏转结构A4同样构造成体全息光栅。

为了获取从偏转结构A中耦出的光，图像获取装置B直接贴靠在耦出区域A上。尤其是，图像获取装置B利用其光射入区域直接贴靠在耦出区域A上。在此，图像获取装置B的光射入区域的面积尤其是刚好与耦出区域A的面积同样大，其中，光射入区域和耦出区域布置成完全重叠。

这种类型的图像获取装置B通常具有以镜头的形式的成像的光学器件，镜头将通过光射入区域射入成像的光学器件中的光在图像传感器SB上成像。图像传感器SB将射上的光转换成电信号，紧接着，可由图像获取装置B的评估装置读取该电信号。图像传感器SB的电信号的整体也可称为图像数据或单个图像数据B1、B2、B3。由此，图像获取装置B构造成获取耦出区域A的耦出的光并且从中产生单个图像数据B1、B2、B3。如在图2中示出的那样，在重构成相应的映像或单个图像时，单个图像数据B1、B2、B3显示出通过相应的耦入区域E1、E2、E3从不同视角中拍摄的对象O。于是，在融合成共同的图像数据组时，单个图像数据B1、B2、B3以组合在一起的方式得到立体显示的图像数据。由此，立体显示的图像数据是叠加的单个图像的共同的映像，即，对象O的摄影技术的映像RB。

现在，为了能从由不同的耦入区域E1、E2、E3的入射的光中产生的不同的图像数据或单个图像数据B1、B2、B3中形成摄影技术的映像RB，有利的是，图像获取装置B，尤其是图像传感器SB可分开获取在不同的耦入区域E1、E2、E3上入射的光。为此，在图1中的摄像机装置K具有分离装置D。在此，分离装置用于分离入射到不同的耦入区域E1、E2、E3上的光。如果不存在分离装置D，所有三个耦入区域E1、E2、E3可能将来自环境的光同时传输到图像传感器SB处。不同的耦入区域E1、E2、E3的被传输的光可能叠加，从而尤其是在叠加的光射在图像传感器SB上时可出现光的强度叠加。为了避免这种情况，设置分离装置D。在图1中，分离装置构造成频率选择的分离装置D。因此，分离装置用于根据波长或者颜色分离通过不同的耦入区域E1、E2、E3传输的光。作为频率选择地分离的备选，也可设置时间上分离通过不同的耦入区域E1、E2、E3传输的光。

为了实现频率选择的分离装置D，如在图1中示出的那样，需要两个滤光系统。第一滤光系统涉及不同的耦入区域E1、E2、E3的设计方案，并且在此尤其是相应的偏转结构A1、A2、A3的结构。相反地，第二滤光系统涉及图像传感器SB的设计方案。由此，频率选择的分离装置D在图1中通过耦入区域E1、E2、E3的相应的偏转结构A1、A2、A3构成，并且通过连接在图像传感器SB之前的滤光元件F构成。

在图1中的摄像机装置K的设计方案中，相应的偏转结构A1、A2、A3自身构造成频率选择的。也就是说，偏转结构A1、A2、A3中的每一个仅仅使预定的波长的光偏转。不同的偏转结构A1、A2、A3进行偏转的波长尤其是彼此不同。例如，第一偏转结构A1仅仅可使第一波长的光，例如红光偏转，第二偏转结构A2仅仅可使第二波长的光，例如蓝光偏转，并且第三偏转结构A3仅仅可使第三波长的光，例如绿光偏转。由此，偏转结构A1、A2、A3用作用于从环境中入射到相应的耦入区域E1、E2、E3上的光的滤色器。由此，由第一偏转结构例如仅仅使来自环境的确定波长的红光耦入到载体介质T中，由第二偏转结构仅仅将来自环境的预定波长的蓝光耦入到载体介质T中，并且由第三偏转结构A3仅仅将来自环境的确定波长的绿光耦入到载体介质T中。由此，相应的耦入区域E1、E2、E3用作从环境中入射到耦入区域E1、E2、E3上的光的预滤光器。与此相反地，耦出区域A的耦出的偏转结构A4可与波长无关地使光偏转。由此可保证，使耦入区域E1、E2、E3传输的光实际上从载体介质T中耦出。耦出区域A，即，耦出的HOE H4为此尤其是可构造成多重立体全息件。也就是说，用于构造耦出的偏转结构A4的光栅例如可具有多个光栅平面。光栅平面分别可具有不同的光栅结构，其中，光栅平面中的每一个衍射不同波长的光。由此，整体地可通过耦出区域A偏转尤其是在人眼可见的光谱中的(多)色的光。

现在，为了图像获取装置B可在同时照射到图像传感器SB上时区分由耦入区域E1、E2、E3传输的光并且由此推出用于拍摄对象O的视角，在图像传感器SB之前连接滤色器F。例如，滤色器F可构造成拜耳滤光器，在其中，为图像传感器SB的每个像素P分配或在其之前连接滤光器F的颜色传感器元件SE。每个颜色传感器元件SE用作用于预定的波长的光的滤光器。在拜耳滤光器中，传感器元件SE通常以重复的4×4矩阵的方式由两个绿色的颜色传感器元件G、一个红色的颜色传感器元件R和一个蓝色的颜色传感器元件B构成。在此，绿色的颜色传感器元件G仅仅可透过确定波长的绿光，红色的颜色传感器元件R仅仅可透过确定波长的红光，并且蓝色的颜色传感器元件B仅仅可透过确定波长的蓝光。在图1中的图像获取装置B的放大图Z示出了具有连接在之前的滤色器F的图像传感器SB。作为在图1中示出的滤色器F设计成拜耳滤光器的备选，也可构造成另一种滤色器F，例如Foveon X3滤光器或X-Trans滤光器。

优选地，滤光器波长，即，相应的传感器元件SE可透过的相应的波长相应于通过相应的偏转结构A1、A2、A3偏转的对应的波长。也就是说，第一偏转结构A1例如仅仅使确定波长的红光偏转，并且红色的传感器元件R仅仅可透过该具有确定波长的红光。相应地，第二偏转结构A2例如仅仅使确定波长的蓝光偏转，并且蓝色的传感器元件B仅仅可透过该具有确定波长的蓝光。同样，第三偏转结构A3仅仅使确定波长的绿光偏转，并且绿色的传感器元件G仅仅可透过该具有确定波长的绿光。

由此，通过两个滤色器系统，即，偏转结构A1、A2、A3和滤色器F的设计方案，虽然颜色分开地将由相应不同的耦入区域E1、E2、E3传输的光传输到图像获取装置B处，并且尽管如此同时由图像获取装置B，尤其是图像获取装置B的图像传感器SB获取所述光。由此，如在图2中示出的那样，通过频率选择的分离装置D可不同地产生与入射到耦入区域E1、E2、E3上的光对应的图像数据B1、B2、B3。紧接着，通过图像获取装置B可将不同的图像数据或单个图像数据B1、B2、B3叠加，并且重构成在环境中的对象O的摄影技术的映像RB。由此，图像获取装置B构造成用于摄影技术地获取和评估环境。

在图2中，示例性地描述了使单个图像数据B1、B2、B3重构成立体显示的图像数据，通过该立体显示的图像数据示出对象O的摄影技术的或三维的映像RB。然而，如以上所述的那样，也可实现重构成这样的立体显示的图像数据，即，通过该立体显示的图像数据提供对象O的立体映像。

在此，这种类型的摄像机装置K例如可用于获取机动车的内部空间。此时，机动车的窗玻璃可用作载体介质T。由此，利用摄像机装置K可获取并评估机动车的内部空间。由此，摄像机装置K例如可用于获取机动车的乘员的姿势。尤其优选地，用于提供耦入区域E1、E2、E3的HOE E1、E2、E3构造成透明的。由此，耦入区域可在不干扰或妨碍乘员的视域的情况下布置在可见的区域中，即，例如居中地布置在机动车的前风窗上。摄像机装置K的透明的部分，即，包括图像获取装置B的部分尤其是可布置在机动车的饰板中，例如安装在门框中。

总地来说，示例表明，可如何尤其是通过一个图像传感器和多个全息光学元件(HOE)摄影技术地或立体地生成环境。

Claims (10)

1.一种用于产生环境的立体显示的图像数据的摄像机装置(K)，包括：

载体介质(T)，该载体介质构造成光导体，在载体介质上布置有耦入区域(E1)和耦出区域(A)，其中，

耦入区域(E1)具有偏转结构(A1)，该偏转结构构造成，将从环境入射到耦入区域(E1)上的光(S)耦入到载体介质(T)中，

载体介质(T)构造成，将通过所述耦入区域(E1)耦入的光(S)借助于内反射传输到耦出区域(A)处，以及

耦出区域(A)具有耦出的偏转结构(A4)，耦出的偏转结构(A4)构造成，将传输的、入射到耦出区域(A)上的光(S)从载体介质(T)中耦出，以及图像获取装置(B)贴靠在耦出区域(A)上，所述图像获取装置构造成，获取从载体介质(T)中耦出的光(S)并且由此产生图像数据(B1)，所述图像数据与入射到耦入区域(E1)上的环境的光(S)相关，

其特征在于，

在载体介质(T)上布置有至少另一耦入区域(E2、E3)，所述另一耦入区域分别具有另一偏转结构(A2、A3)，所述另一偏转结构构造成，将从环境入射到相应的另一耦入区域(E2、E3)上的光(S)耦入到载体介质(T)中，

载体介质(T)构造成，将通过相应的另一耦入区域(E2、E3)耦入的光(S)借助于内反射传输到耦出区域(A)处，

耦出的偏转结构(A4)构造成，将传输的、射到耦出区域(A)上的光(S)从载体介质(T)中耦出，

图像获取装置(B)构造成，获取相应的另一耦入区域(E2、E3)的、从载体介质(T)中耦出的光(S)并且由此产生相应的另一图像数据(B2、B3)，所述另一图像数据与入射到所述相应的另一耦入区域(E2、E3)上的环境的光(S)相关，以及图像获取装置(B)还构造成，由不同的图像数据(B1、B2、B3)产生立体显示的图像数据，其中，

摄像机装置(K)还具有分离装置(D)，该分离装置构造成，将入射到不同的耦入区域(E1、E2、E3)上的光(S)分离，并且由此使图像获取装置(B)分开获取入射到不同的耦入区域(E1、E2、E3)上的光(S)。

2.根据上述权利要求中任一项所述的摄影机装置(K)，其特征在于，作为相应的偏转结构(A1、A2、A3、A4)，提供至少一个光栅、尤其是面全息光栅或者体全息光栅。

3.根据上述权利要求中任一项所述的摄影机装置(K)，其特征在于，为了获取耦出的光(S)，图像获取装置(B)使用图像传感器(SB)，入射到不同的耦入区域(E1、E2、E3)上的光(S)在图像传感器上叠加，或者，入射到不同的耦入区域(E1、E2、E3)上的光(S)先后在相同的面区域上照射到图像传感器上。

4.根据权利要求3所述的摄影机装置(K)，其特征在于，分离装置(D)构造成，将入射到不同的耦入区域(E1、E2、E3)上的光(S)分离，以及所述图像传感器构造成彩色图像传感器。

5.根据权利要求4所述的摄影机装置(K)，其特征在于，不同的耦入区域(E1、E2、E3)的相应的偏转结构(A1、A2、A3)构造成频率选择的，由此，偏转结构(A1、A2、A3)中的每一个偏转结构仅仅使与其他偏转结构(A1、A2、A3)不同的、预定的波长的光(S)偏转。

6.根据权利要求4和5所述的摄影机装置(K)，其特征在于，不同的耦入区域(E1、E2、E3)的相应的偏转结构(A1、A2、A3)进行偏转的预定的波长与彩色图像传感器的相应的滤色器波长相对应。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的摄影机装置(K)，其特征在于，分离装置(D)构造成，在时间上将入射到不同的耦入区域(E1、E2、E3)上的光(S)分离。

8.根据权利要求7所述的摄影机装置(K)，其特征在于，不同的耦入区域(E1、E2、E3)构造成可切换的，由此能改变不同的耦入区域(E1、E2、E3)的偏转特性。

9.根据权利要求7或8所述的摄影机装置(K)，其特征在于，设置可切换的暗化层，或者相应的偏转结构(A1、A2、A3)自身构造成可切换的，从而能根据暗化层或者相应的偏转结构(A1、A2、A3)的切换状态，改变相应的偏转特性。

10.根据上述权利要求中任一项所述的摄影机装置(K)，其特征在于，设置有至少三个不同的耦入区域(E1、E2、E3)。

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