DE10008676A1 - Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Seitenerfassung durch eine Digitalkamera - Google Patents

Abstract

Ein digitales Bildaufzeichnungsgerät mit einem festen Linsensystem zum einfachen und automatischen Aufzeichnen eines fokussierten Bilds eines Objekts. Folgende Bilder des Objekts werden bei verschiedenen Objekt-zu-Linsen-Abständen aufgezeichnet, und ein Programm wird verwendet, um das Bild, das in dem Speicher gespeichert ist und das am besten fokussiert ist, auszuwählen. Das Programm kann entweder in einem statischen oder einem dynamischen Speicher gespeichert sein. Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel wird dieses Bild durch Berechnen von Bildkontrastwerten ausgewählt, die unter Verwendung einer Fokusfunktion erhalten werden. Das Bild, das dem größen Wert der Fokusfunktion entspricht, wird als das Bild ausgewählt, das am besten fokussiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf digi­ tale Bildaufzeichnungsgeräte, besonders auf Digitalkameras und Digitalvideokameras, und insbesondere auf den Fokus bzw. den Brennpunkt derartiger Geräte.

Um klare Bilder von Objekten in variierenden Abständen von einem digitalen Bildaufzeichnungsgerät, wie z. B. einer Di­ gitalkamera oder einer Digitalvideokamera, zu erhalten, muß das Bild, das auf den Film oder den Bildsensor, der für die Bilderfassung verwendet wird, projiziert wird, scharf einge­ stellt bzw. im Fokus sein. Ein typisches Verfahren, um einen derartigen Fokus zu erhalten, besteht darin, den Abstand zwischen der Linse und der Ebene des Films oder des Bildsen­ sors entweder manuell oder automatisch bezüglich des Ab­ stands von dem Objekt zu der Linse zu variieren.

Weniger aufwendige Kameras können jedoch unter Verwendung eines festen Linsensystems erzeugt werden. Bei derartigen Kameras ist der Abstand von der Linse zu der Belichtungs­ ebene fest. Es wird jedoch nun schwerer, ein klares Bild zu erhalten, da die Kamera zu einem festen Abstand von dem Ob­ jekt bewegt werden muß, bei dem sich das Objekt in Fokus be­ findet. Der Fokus-Objekt-zu-Linsen-Abstand ist durch die Brennweite des Linsensystems und den Linsen-zu-Belichtungs­ ebenen-Abstand definiert, wobei der Linsen-zu-Belichtungs­ ebenen-Abstand der Abstand zwischen der Linse des Digital­ bildaufzeichnungsgeräts und der Ebene des Films oder des Bildsensors ist, der verwendet wird, um das Bild des Objekts aufzuzeichnen. Neben anderen Möglichkeiten kann der Fokus- Objekt-zu-Linsen-Abstand entweder durch (1) Abschätzen des Abstands (2) unter Verwendung eines optischen Entfernungs­ messers, durch (3) Bilden von zwei Bildern auf einem Bild­ sensor durch zwei Linsen, die in einem kurzen Abstand von­ einander positioniert sind, unter Verwendung eines Spiegels, um eines der Bilder zu bewegen, bis die zwei Sätze von Si­ gnalen, die durch die zwei Bilder auf dem Sensor erzeugt werden, eine maximale Korrelation besitzen, und dann durch Korrelieren des Objekt-zu-Linsen-Abstands mit der Position des Spiegels, durch (4) Messen der Zeit, die für einen Ul­ traschallwellenpuls erforderlich ist, um das Objekt zu er­ reichen und zu einem Detektor an der Kamera zurückreflek­ tiert zu werden, durch (5) Messen der Lichtmenge oder der Infrarotstrahlung, die von einem Hintergrund von einem emit­ tierten Blitz reflektiert wird, und durch Korrelieren dieser Messung mit dem Objekt-zu-Linsen-Abstand basierend auf dem Durchschnittsreflexionsvermögen, das bei Hintergründen eines Durchschnittsreflexionsvermögens beobachtet wird, und durch (6) Betrachten des Bilds vor der Belichtung, wie bei einer Ein-Linsen-Reflexkamera, erhalten und anschließend einge­ stellt werden. Alle diese Verfahren sind nützlich, besitzen jedoch alle ihre Nachteile. Das Abschätzen ist am fehleran­ fälligsten, während die anderen Verfahren teuer und zeitauf­ wendig sind, da dieselben eine zusätzliche Ausrüstung und mehrere Iterationen von Messungen mit einer anschließenden Einstellung des Objekt-zu-Linsen-Abstands vor dem Durch­ führen einer Belichtung erfordern können. Zusätzlich können Fehlablesungen bei einigen Situationen abhängig von dem ver­ wendeten Verfahren auftreten. Als ein Beispiel kann ein stark beleuchteter Hintergrund einen falschen Objekt-zu-Lin­ sen-Abstand anzeigen, wenn dieser Abstand unter Verwendung der Messung des durch einen emittierten Blitz von dem Objekt reflektierten Lichts eingestellt wird. Linsensysteme, die einen großen Bereich von Objekt-zu-Linsen-Abständen auf­ weisen, bei denen sich das Bild des Objekts in Fokus befin­ det, wurden ferner verwendet, sind jedoch lediglich nütz­ lich, wenn die Objekt-zu-Linsen-Abstände groß sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Erfassen eines Satzes von Bildern eines Ob­ jekts, ein digitales Bildsystem zum Speichern eines Satzes von Bildern eines Objekts, ein Verfahren zum Aufzeichnen ei­ nes fokussierten Bilds eines Objekts und ein digitales Bild­ aufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen eines fokussierten Bilds eines Objekts zu schaffen, die ohne weiteres, genau, mit we­ nig Aufwand und automatisch fokussierte Bilder unter Verwen­ dung von festen Linsensystemen erfassen können.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Erfassen eines Satzes von Bildern eines Objekts gemäß Anspruch 1, ein digi­ tales Bildsystem zum Speichern eines Satzes von Bildern ei­ nes Objekts gemäß Anspruch 11, ein Verfahren zum Aufzeichnen eines fokussierten Bilds eines Objekts gemäß Anspruch 21 und ein digitales Bildaufzeichnungsgerät zum Aufzeichnen eines fokussierten Bilds eines Objekts gemäß Anspruch 25 gelöst.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen beschreibt die vorlie­ gende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Er­ halten eines fokussierten Bilds unter Verwendung eines digi­ talen Bildaufzeichnungsgeräts, das einen festen Linsen-zu- Belichtungsebenen-Abstand aufweist, wobei der Linsen-zu-Be­ lichtungsebenen-Abstand der Abstand zwischen der Linse des digitalen Bildaufzeichnungsgeräts und der Ebene des Films oder des Bildsensors ist, der verwendet wird, um das Bild aufzuzeichnen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeichnet ein digitales Bildaufzeichnungsgerät, das eine Digitalkamera oder eine Digitalvideokamera sein kann, auto­ matisch einen Satz von folgend erfaßten Bildern eines Ob­ jekts bei variierenden Objekt-zu-Linsen-Abständen auf, und identifiziert das Bild, das am besten in dem Satz der aufge­ zeichneten Bilder fokussiert ist.

Um den Satz von Bildern zu erhalten, werden entweder die Kamera oder das Objekt, dessen Bild aufgezeichnet werden soll, relativ zueinander bewegt. Ein bevorzugtes Ausfüh­ rungsbeispiel berechnet einen Kontrastwert für jedes ge­ speicherte Bild und wählt das Bild als das am besten fokus­ sierte Bild aus, das den größten Kontrastwert aufweist. Die anderen Bilder sind unschärfer, wodurch dieselben folglich einen kleineren berechneten Kontrastwert aufweisen.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel erfaßt ein Ab­ standsbestimmungsgerät die Position, bei der das Bild, das auf den Bildsensor projiziert wird, im Fokus ist, und ermög­ licht automatisch das Aufzeichnen des Bilds, das in diesem Abstand erfaßt wird. Das Abstandsbestimmungsgerät kann ein Abstandsmesser oder ein ähnliches Gerät sein.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Zeichnung eines digitalen Bildaufzeichnungs­ geräts gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine weitere Zeichnung des digitalen Bildaufzeich­ nungsgeräts gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine weitere Zeichnung des digitalen Bildaufzeich­ nungsgeräts gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Zeichnung eines digitalen Bildsystems gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine weitere Zeichnung eines digitalen Bildsystems gemäß der Erfindung;

Fig. 6 einen Graphen der Resultate des Berechnens eines Kontrastwerts für folgend in dem Speicher ge­ speicherte Bilder gemäß der Erfindung;

Fig. 7 eine Zeichnung einer Schaltung zum Auswählen des am besten fokussierten Bilds gemäß der Erfindung;

Fig. 8 ein Flußdiagramm von Verfahrensschritten zum Aus­ wählen des am besten fokussierten Bilds gemäß der Erfindung; und

Fig. 9 eine zusätzliche Zeichnung des digitalen Bildauf­ zeichnungsgeräts gemäß der Erfindung.

Wie in den Zeichnungen für Zwecke der Darstellung gezeigt, beschreibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erhalten eines fokussierten Bilds unter Ver­ wendung eines digitalen Bildaufzeichnungsgeräts, das einen festen Linsen-zu-Belichtungsebenen-Abstand aufweist, wobei der Linsen-zu-Belichtungsebenen-Abstand der Abstand zwischen der Linse des digitalen Bildaufzeichnungsgeräts und der Ebe­ ne des Films oder des Bildssensors ist, der verwendet wird, um das Bild eines Objekts aufzuzeichnen. Bei einem bevorzug­ ten Ausführungsbeispiel zeichnet ein digitales Bilderfas­ sungsgerät, wie z. B. eine digitale Kamera oder eine digita­ le Videokamera mit einem festen Linsen-zu-Belichtungsebe­ nen-Abstand, automatisch einen Satz von folgend erfaßten Bildern eines Objekts auf, und identifiziert das am besten fokussierte Bild des Satzes von aufgezeichneten Bildern. In der folgenden detaillierten Beschreibung und in den mehreren Figuren der Zeichnungen sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Fig. 1 ist eine Zeichnung eines digitalen Bildaufzeichnungs­ geräts 105 gemäß der Erfindung. Bei einem bevorzugten Aus­ führungsbeispiel weist das digitale Bildaufzeichnungsgerät 105 eine Linse 110 und einen Bildsensor 130 auf, wobei die Linse 110 in einem festen Abstand von dem Bildsensor 130 plaziert ist. Auf diesen festen Abstand wird hierin als der Linsen-zu-Belichtungsebenen-Abstand 120 und ferner als der Linsen-zu-Bildsensor-Abstand 120 Bezug genommen. Das digi­ tale Bildaufzeichnungsgerät 105 kann beispielsweise eine Digitalkamera 105 oder eine Digitalvideokamera 105 sein. In Fig. 1 ist ein Objekt 140 in einer ersten, einer zweiten und einer dritten Position 151, 152, 153 relativ zu dem digi­ talen Bildaufzeichnungsgerät 105 gezeigt. Der Objekt-zu- Linsen-Abstand 160 der ersten Position 151 ist kleiner als der Objekt-zu-Linsen-Abstand 160 der zweiten Position 152, und der Objekt-zu-Linsen-Abstand 160 der zweiten Position 152 ist kleiner als der Objekt-zu-Linsen-Abstand 160 der dritten Position 153. Diese relativen Positionen 151, 152, 153 können durch eine Bewegung von entweder dem Objekt 140 oder dem digitalen Bildaufzeichnungsgerät 105 erhalten wer­ den. Es sei ferner bemerkt, daß in Fig. 1 ein Bild 155 des Objekts 140, das beispielsweise das Bild 155 eines Papier­ blatts 140 sein kann, lediglich in Fokus auf den Bildsensor 130 projiziert ist, wenn dasselbe in einer festen Fokalebene bzw. Brennebene 170 der Linse 110, die in Fig. 1 als die zweite Position 152 gezeigt ist, plaziert ist. Bei anderen Objekt-zu-Linsen-Abständen 160 des Bilds 155 des Objekts 140, das auf den Bildsensor 130 projiziert wird, wird das­ selbe aus dem Fokus sein bzw. nicht fokussiert sein.

Fig. 2 ist eine weitere Zeichnung des digitalen Bildauf­ zeichnungsgeräts 105 gemäß der Erfindung. In Fig. 2 ist das Objekt 140 in der ersten Position 151 positioniert. In die­ ser Situation ist das Bild 155 des Objekts 140, das auf den Bildsensor projiziert wird, nicht fokussiert, da die feste Brennebene 170 in einem größeren Abstand von der Linse 110 als das Objekt 160 liegt. Für Zwecke der Vereinfachung und der Klarheit der Darstellung sind der Bildsensor 130 und das Bild 155 in Fig. 1 jedoch nicht in Fig. 2 gezeigt. Wie in Fig. 2 gezeigt, bewegt ein Betreiber das digitale Bildauf­ zeichnungsgerät 105 weg von dem Objekt 140 parallel zu einer y-Achse 280 in der Richtung, die als die Kamerabewegung 290 gezeigt ist, wodurch der Objekt-zu-Linsen-Abstand 160 erhöht wird.

Fig. 3 ist eine weitere Zeichnung des digitalen Bildauf­ zeichnungsgeräts 105 gemäß der Erfindung. In Fig. 3 wurde das digitale Bildaufzeichnungsgerät 105 von dem Objekt 140 bezüglich der Position desselben in Fig. 2 weg bewegt. Tat­ sächlich ist das Objekt 140 der Fig. 3 nun in der zweiten Position 152 positioniert, und das Bild 155 des Objekts 140, das auf den Bildsensor 130 projiziert wird, befindet sich nun im Fokus bzw. ist fokussiert, da die feste Brennebene 170 in dem gleichen Abstand von der Linse 110 wie das Objekt 140 liegt. Für Zwecke der Vereinfachung und Klarheit der Darstellung sind nun wiederum der Bildsensor 130 und das Bild 155 in Fig. 1 jedoch nicht in Fig. 3 gezeigt. Wie in Fig. 3 gezeigt, fährt der Betreiber fort, das digitale Bild­ aufzeichnungsgerät 105 weg von dem Objekt 140 in einer Rich­ tung parallel zu der y-Achse 280 in der Richtung zu bewegen, die als die Kamerabewegung 290 in sowohl Fig. 2 als auch Fig. 3 gezeigt ist, wodurch der Objekt-zu-Linsen-Abstand 160 erhöht wird. Während für darstellende Zwecke in den Fig. 2 und 3 lediglich zwei Positionen 151, 152 für das Objekt 140 bezüglich der Linse 110 gezeigt sind, ändert sich bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Objekt-zu-Linsen-Abstand 160 fortdauernd von der ersten Position 151, bei der der Objekt-zu-Linsen-Abstand 160 kleiner als der Abstand von der Linse 110 zu der festen Brennebene 170 ist, durch die zweite Position 152, bei der das Bild 155, das auf den Bildsensor 130 projiziert wird, fokussiert ist, zu der dritten Position 153, bei der der Objekt-zu-Linsen-Abstand 160 größer als der Abstand von der Linse 110 zu der festen Brennebene 170 ist. Es ist offensichtlich, daß es unerheblich ist, ob das digi­ tale Bildaufzeichnungsgerät 105 oder das Objekt 140 bewegt wird. Es sei bemerkt, daß es ferner unerheblich ist, ob die Relativbewegung zwischen dem Objekt 140 und dem digitalen Bildaufzeichnungsgerät 150 weg oder hin zueinander ist. Es ist die Relativbewegung zwischen denselben, die wichtig ist.

Fig. 4 ist eine Zeichnung eines digitalen Bildsystems 400 gemäß der Erfindung. Fig. 4 zeigt das Objekt 140, das in der festen Brennebene 170 der Linse 110 positioniert ist. Diese Position in Fig. 4 dient lediglich darstellenden Zwecken, da beim Betrieb das digitale Bildaufzeichnungsgerät 105 relativ zu der Position des Objekts 140 bewegt wird. Sowie das digi­ tale Bildaufzeichnungsgerät 105 oder äquivalent das Objekt 140 bewegt wird, werden folgende Bilder 155 auf den Bildsen­ sor 130 projiziert. Bei der Aktivierung ermöglicht eine Speicherschaltung 417 eine Speicherung der Bilddaten in ei­ nem Speicher 420. Obwohl andere Einrichtungen möglich sind, kann die Speicherschaltung 410 durch einen Zeitgeber 405 aktiviert werden, wobei der Zeitgeber 405 durch einen Ein/Aus-Schalter 401 ein- und ausgeschaltet wird. Folglich wird eine Serie von Bildern 155 bei variierenden Objekt-zu- Linsen-Abständen 160 in dem Speicher 420 aufgezeichnet. Ein Bildauswahlprogramm 430, das in einem digitalen Signal­ prozessor 440 ausgeführt wird, gewinnt die Bilder 155 aus dem Speicher 420 wieder, und bestimmt das Bild 155, das den besten Fokus aufweist. Das Programm 430 kann entweder in ei­ nem statischen oder einem dynamischen Speicher, der sich innerhalb des digitalen Signalprozessors 440 befindet oder an demselben befestigt ist, gespeichert werden. Der sta­ tische Speicher kann beispielsweise ein ROM (= Read Only Memory = Nur-Lese-Speicher) sein, und der dynamische Speicher kann beispielsweise ein RAM (= Read Access Memory = Direktzugriffsspeicher) oder Flash-Speicher sein. Folgend der Bestimmung des Bilds 155, das den besten Fokus aufweist, können die verbleibenden Bilder 155 aus dem Speicher 420 ge­ löscht werden.

Fig. 5 ist eine weitere Zeichnung eines digitalen Bild­ systems 400 gemäß der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbei­ spiel wird das Bildauswahlprogramm 430 in einem Computer 540 ausgeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel können Bilder 155 in dem Speicher 420 gespeichert werden und zu einem späteren Zeitpunkt zu dem Computer 540 übertragen werden, wobei das Bildauswahlprogramm 430 das Bild 155 bestimmt, das den besten Fokus besitzt. Das Programm 430 kann entweder in ei­ nem statischen oder einem dynamischen Speicher, der sich innerhalb des Computers 540 befindet oder mit demselben ver­ bunden ist, gespeichert werden. Der statische Speicher kann beispielsweise ein ROM oder eine Kompaktplatte (CD) sein, und der dynamische Speicher kann beispielsweise ein RAM, ei­ ne Festplatte, eine Floppy oder ein Flash-Speicher sein.

Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der Resultate des Be­ rechnens eines Fokusfunktionswerts 610, der beispielsweise ein Kontrastfunktionswert 610 sein kann, für folgend ge­ speicherte Bilder 155 in dem Speicher 420 gemäß der Erfin­ dung. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen werden die folgenden Bilder 155 aufgenommen, wie es in Fig. 1-5 dar­ gestellt ist. Während für darstellende Zwecke die graphische Darstellung von Fig. 6 als eine durchgehende Kurve darge­ stellt ist, ist dieselbe tatsächlich ein Graph eines Satzes von diskreten Werten mit einem Wert für jedes gespeicherte Bild 155, wobei jedes derselben bei einem gegebenen Objekt- zu-Linsen-Abstand 160 gemäß der Erfindung aufgenommen wurde. In darstellenden Ausführungsbeispielen wird diese graphische Darstellung durch Berechnen eines Fokusfunktionswerts 610 für jedes Bild 155, wie es in Fig. 6 als folgend gespeicher­ te Bilder 620 in dem Speicher 420 von Fig. 4 dargestellt ist, beispielsweise unter Verwendung von verschiedenen Algo­ rithmen, wie z. B. einer Summen-Modul-Differenz, der Summe einer quadrierten Differenz, der Summe einer kubischen Differenz, der Summe einer Differenz vierter Potenz, der Summe einer potenzierten Differenz, eines Absolutgradienten, eines mit einem Schwellenwert versehenen Absolutgradienten, eines quadrierten Gradienten, eines Laplace-Operators, eines mit einem Schwellenwert versehenen Videosignalinhalts, eines mit einem Schwellenwert versehenen Videosignalpixelzähl­ werts, einer Signalleistung, einer Standardabweichung, einer normierten Standardabweichung, einer Absolutvariation und einer normierten Absolutvariation, erhalten. Bei einem spezifischen Beispiel, das das Summen-Modul-Differenz-Ver­ fahren verwendet, ist der Fokusfunktionswert 610 von Fig. 5 für jedes Bild die Summe der Absolutdifferenz der Intensität zwischen allen benachbarten Pixeln in dem Bild. Wie darge­ legt, ist jede gespeicherte Belichtung 1 : 1 auf einen spezi­ fischen Objekt-zu-Linsen-Abstand 160 bezogen. Es sei be­ merkt, daß das Maximum des Kontrastfunktionswerts 610 das gespeicherte Bild bezeichnet, das am besten fokussiert ist. Alle anderen gespeicherten Bilder 155, 620 sind aufgrund des fehlenden Fokus etwas undeutlicher und besitzen daher einen niedrigeren Kontrastfunktionswert 610. Das Bildauswahlpro­ gramm 430 wählt das Bild 155, 620, das einem maximalen Kon­ trastwert 630 entspricht, auf den hierin ferner als der größte Fokusfunktionswert 630 Bezug genommen wird, als die fokussierte Belichtung, aus. Alle anderen Bilder können dann aus dem Speicher 420 gelöscht werden.

Fig. 7 ist eine Zeichnung einer Bildauswahlschaltung 700 zum Auswählen des Bilds 155, das am besten fokussiert ist, gemäß der Erfindung. Die Schaltung 700 weist eine erste logische Schaltung 710, die zur Berechnung konfiguriert ist, und eine zweite logische Schaltung 720 auf, die zur Auswahl konfigu­ riert ist. Die Bilddaten werden von dem Speicher 420 in die erste logische Schaltung 710 eingegeben. Die erste logische Schaltung 710 berechnet einen fokusbezogenen Parameter, der beispielsweise der Fokusfunktionswert 610 von Fig. 6 sein kann, für jedes Bild, das in die erste logische Schaltung 710 eingegeben wird, und überträgt die berechneten fokus­ bezogenen Parameter zu der zweiten logischen Schaltung 720, bei der das Bild 155, das am besten fokussiert ist, basie­ rend auf den berechneten fokusbezogenen Parametern und vor­ ausgewählten Kriterien ausgewählt wird. Alle anderen Bilder 155, die in dem Speicher 420 gespeichert sind, können dann gelöscht werden, oder das Bild 155, das am besten fokussiert ist, kann zu einem weiteren Speicher übertragen werden, aus­ gedruckt werden oder auf einem Computerbildschirm oder einem anderen Ausgabegerät angezeigt werden.

Fig. 8 ist ein Flußdiagramm von Verfahrensschritten zum Aus­ wählen des Bilds 155, das am besten fokussiert ist, gemäß der Erfindung.

Bei einem ersten darstellenden Ausführungsbeispiel werden in einem Block 810 Bilder 155 aus dem Speicher 420 in das Pro­ gramm 430 eingegeben, wobei das Programm 430 in dem digi­ talen Signalprozessor 440 von Fig. 4 ausgeführt wird. Der Block 810 übergibt dann die Steuerung an einen Block 820.

Der Block 820 berechnet einen fokusbezogenen Parameter, der beispielsweise der Fokusfunktionswert 610 von Fig. 6 sein kann, für jedes eingegebene Bild 155. Der Block 820 übergibt dann die Steuerung an einen Block 830.

Der Block 830 wählt das am besten fokussierte Bild 155 basierend auf berechneten, fokusbezogenen Parametern und vorausgewählten Kriterien aus. Der Block 830 ist der End­ block für dieses Verfahren.

Bei einem zweiten darstellenden Ausführungsbeispiel sind die Verfahren der Blöcke 820 und 830 als Funktionen des Pro­ gramms 430 implementiert, das in dem digitalen Signalprozes­ sor 440 ausgeführt wird, und das Verfahren des Blocks 830 ist hardwaremäßig beispielsweise als die zweite logische Schaltung 720 von Fig. 7 implementiert.

Bei einem dritten darstellenden Ausführungsbeispiel sind die Verfahren der Blöcke 810 und 820 hardwaremäßig implemen­ tiert, wie beispielsweise in der ersten logischen Schaltung 710 von Fig. 7, und das Verfahren des Blocks 830 ist als Funktionen des Programms 430 implementiert, das in dem digi­ talen Signalprozessor 440 ausgeführt wird.

Bei einem vierten darstellenden Ausführungsbeispiel sind die Verfahren der Blöcke 810 und 820 hardwaremäßig implemen­ tiert, wie z. B. die erste logische Schaltung 710 von Fig. 7, und das Verfahren des Blocks 830 ist ebenfalls hardware­ mäßig implementiert, wie z. B. in der zweiten logischen Schaltung 720.

Fig. 9 ist eine zusätzliche Zeichnung des digitalen Bildauf­ zeichnungsgeräts 105 gemäß der Erfindung. Bei einem alter­ nativen Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 9 das Objekt 140, das in einer festen Brennebene 170 der Linse 110 positioniert ist. Diese Position in dieser Figur dient lediglich darstel­ lenden Zwecken, da beim Betrieb das digitale Bildaufzeich­ nungsgerät 105 relativ zu der Position des Objekts 140 be­ wegt wird. Bei dem in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Abstandsbestimmungsgerät 930 durch den Ein/Aus- Schalter 401 aktiviert. Sowie das digitale Bildaufzeich­ nungsgerät 105 oder äquivalent das Objekt 140 bewegt wird, identifiziert das Abstandsbestimmungsgerät 930, das bei­ spielsweise ein Abstandsmesser 930 oder ein Entfernungsmes­ ser 930 sein kann, den Abstand, in dem sich das Bild 155, das auf den Bildsensor 130 projiziert wird, in Fokus befin­ det, und aktiviert automatisch die Speicherschaltung 410, die das Speichern von Daten für das Bild 155 in dem Speicher 420 ermöglicht. Der Abstandsmesser 930 kann beispielsweise Abstände unter Verwendung eines Lichtsignals, eines Infra­ rotsignals oder eines Ultraschallsignals messen. Bei der Aktivierung ermöglicht die Speicherschaltung 410 ein Auf­ zeichnen der Bilddaten in dem Speicher 420. Folglich wird, während eine Serie von Bildern bei variierenden Objekt-zu- Linsen-Abständen 160 auf den Bildsensor 130 projiziert wird, lediglich das fokussierte eine Bild 155 in dem Speicher 420 aufgezeichnet. Andere Ausführungsbeispiele sind möglich. Beispielsweise kann die Speicherschaltung 410 von Fig. 9 verwendet werden, um entweder einen mechanischen oder einen elektronischen Verschluß zu öffnen und zu schließen, wodurch es ermöglicht wird, daß lediglich das auf dem Bildsensor 130 fokussierte Bild in dem Speicher 420 augezeichnet wird.

Ein Hauptvorteil des Ausführungsbeispiels, das hierin be­ schrieben ist, gegenüber bekannten digitalen Bildaufzeich­ nungsgeräten 105 mit festen Linsensystemen 110 besteht in der Fähigkeit, ein fokussiertes Bild automatisch aufzuzeich­ nen. Der Betreiber muß das Objekt 140 nicht genau in der festen Brennebene 170 positionieren. Folglich können unauf­ wendige, einfach anzuwendende digitale Bildaufzeichnungsge­ räte 105 unter Verwendung der Lehren der vorliegenden Erfin­ dung hergestellt werden.

Claims (28)

1. Verfahren zum Erfassen eines Satzes von Bildern (155) eines Objekts (140) und zum Identifizieren, welches Bild (155) am besten fokussiert ist, mit folgenden Schritten:
Projizieren der Bilder (155) durch eine Linse (110) eines digitalen Bildaufzeichnungsgeräts (105) auf einen Bildsensor (130) in einem digitalen Bildsystem (100), wobei die Linse (110) einen festen Linsen-zu- Sensor-Abstand (120) aufweist;
Ändern des Objekt-zu-Linsen-Abstands (160), wobei das Objekt (140) durch die feste Brennebene (170) der Lin­ se (110) läuft;
Aktivieren einer Speicherschaltung (410), die mit dem Bildsensor (130) und mit einem Speicher (420) verbun­ den ist;
Speichern von Bildern (155) in dem Speicher (420), wenn die Speicherschaltung (410) aktiviert ist;
Wiedergewinnen der Bilder (155) aus dem Speicher (420); und
Auswählen des Bilds (155), das am besten fokussiert ist.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Verfahrens­ schritt des Auswählens des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, folgenden Schritt aufweist: Ausführen eines Programms mit Funktionen zum Identi­ fizieren des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, aus dem Satz von wiedergewonnenen Bildern in ei­ nem digitalen Signalprozessor (440).

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Verfahrens­ schritt des Auswählens des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, folgende Schritte aufweist:
Eingeben (810) mindestens eines gespeicherten Bilds (155) in eine erste logische Schaltung (710), die für eine Berechnung konfiguriert ist;
Anweisen der ersten logischen Schaltung (710), um ei­ nen fokusbezogenen Parameter für jedes Bild (155) zu berechnen (820), das in die erste logische Schaltung (710) eingegeben wird; und
Ausführen eines Programms mit Funktionen zum Auswählen (830) des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, basierend auf berechneten fokusbezogenen Parametern und vorausgewählten Kriterien in einem digitalen Si­ gnalprozessor (440).

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Verfahrens­ schritt des Auswählens des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, folgende Schritte aufweist:
Ausführen eines Programms mit Funktionen zum Eingeben (810) von gespeicherten Bildern (155) und zum Berech­ nen (820) eines fokusbezogenen Parameters für jedes Bild (155), das in das Programm eingegeben wird, in einem digitalen Signalprozessor (440); und
Anweisen einer zweiten logischen Schaltung (720), die zur Auswahl konfiguriert ist, um das Bild (155), das am besten fokussiert ist, basierend auf berechneten fokusbezogenen Parametern und vorausgewählten Krite­ rien auszuwählen (830).

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Verfahrens­ schritt des Auswählens des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, folgenden Schritt aufweist:
Ausführen eines Programms mit Funktionen zum Eingeben (810) von gespeicherten Bildern und zum Berechnen (820) eines fokusbezogenen Parame­ ters für jedes Bild (155), das in das Programm eingegeben wird; und
zum Auswählen (830) des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, basierend auf berechneten fokusbezogenen Parametern und vorausgewählten Kriterien;
in einem digitalen Signalprozessor (440)

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Verfahrens­ schritt des Auswählens des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, folgende Schritte aufweist:
Eingeben (810) mindestens eines gespeicherten Bilds (155) in eine erste logische Schaltung (710), die zur Berechnung konfiguriert ist;
Anweisen der ersten logischen Schaltung (710), um ei­ nen fokusbezogenen Parameter für jedes Bild (155) zu berechnen (820), das in die erste logische Schaltung (710) eingegeben wird; und
Anweisen einer zweiten logischen Schaltung (720), die zur Auswahl konfiguriert ist, um das Bild (155), das am besten fokussiert ist, basierend auf berechneten fokusbezogenen Parametern und vorausgewählten Krite­ rien auszuwählen (830).

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Verfahrens­ schritt des Auswählens des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, das Ausführen eines Programms mit Funktionen zum Identifizieren des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, in einem Computer aufweist.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das digitale Bildaufzeichnungsgerät (105) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Digitalkamera oder einer Digitalvideokamera besteht.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner folgenden Schritt aufweist: Ausführen eines Programms mit Funktionen zum Identi­ fizieren des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, durch Auswählen des Bilds mit dem größten Fokus­ funktionswert, wobei die Fokusfunktion aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Summen-Modul- Differenz, einer Summe einer quadrierten Differenz, einer Summe einer kubischen Differenz, einer Summe ei­ ner Differenz vierter Potenz, einer Summe einer po­ tenzierten Differenz, einem Absolutgradienten, einem mit einem Schwellenwert versehenen Absolutgradienten, einem quadrierten Gradienten, einem Laplace-Operator, einem mit einem Schwellenwert versehenen Videosignal­ inhalt, einem mit einem Schwellenwert versehenen Vi­ deosignalpixelzählwert, einer Signalleistung, einer Standardabweichung, einer normierten Standardab­ weichung, einer Absolutvariation oder einer normierten Absolutvariation besteht.

10. Verfahren gemäß einem der Ansprüch 1 bis 9, bei dem das digitale Bildaufzeichnungsgerät (105) ferner fol­ gende Merkmale aufweist:
einen Ein/Aus-Schalter (401); und
einen Zeitgeber (405), der mit dem Ein/Aus-Schalter (401) und mit der Speicherschaltung (410) verbunden ist, wobei das Aktivieren des Ein/Aus-Schalters (401) den Zeitgeber (405) einschaltet, und wobei zu voraus­ gewählten Zeitintervallen der Zeitgeber (405) die Speicherschaltung (410) aktiviert.

11. Digitales Bildsystem (100) zum Speichern eines Satzes von Bildern (155) eines Objekts (140) und zum Auswäh­ len des Bilds (155) des Satzes, das am besten fokus­ siert ist, mit folgenden Merkmalen:
einem digitalen Bildaufzeichnungsgerät (105) mit fol­ genden Merkmalen:
einem Bildsensor (130);
einer Linse (110), wobei die Linse (110) in einem festen Abstand von dem Bildsensor (130) positio­ niert ist, und wobei die Linse (110) die Bilder (155) auf den Bildsensor (130) projiziert;
einer Speicherschaltung (410), die mit dem Bild­ sensor (130) verbunden ist; und
einem Speicher (420), der mit der Speicherschal­ tung (410) verbunden ist, wobei die Aktivierung der Speicherschaltung (410) eine Speicherung der Bilder (155) in dem Speicher (420) ermöglicht; und
einer Einrichtung zum Auswählen des Bilds (155), das am besten fokussiert ist.

12. Digitales Bildsystem (100) gemäß Anspruch 11, bei dem die Einrichtung zum Auswählen des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, folgende Merkmale aufweist:
einen digitalen Signalprozessor (440), der Bilder (155) aus dem Speicher (420) empfangen kann; und
ein Programm (430) mit Funktionen zum Identifizieren des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, wobei das Programm (430) in dem digitalen Signalprozessor (440) ausführbar ist.

13. Digitales Bildsystem (100) gemäß Anspruch 11, bei dem die Einrichtung zum Auswählen des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, folgende Merkmale aufweist:
eine erste logische Schaltung (710), die zur Berech­ nung konfiguriert ist, wobei die erste logische Schal­ tung (710) einen fokusbezogenen Parameter für jedes Bild (155) berechnet (820), das in die erste logische Schaltung (710) eingegeben (810) wird; und
einen digitalen Signalprozessor (440) mit einem Pro­ gramm (430) mit Funktionen zum Auswählen (830) des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, basierend auf berechneten fokusbezogenen Parametern und voraus­ gewählten Kriterien.

14. Digitales Bildsystem (100) gemäß Anspruch 11, bei dem die Einrichtung zum Auswählen des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, folgende Merkmale aufweist:
einen digitalen Signalprozessor (440) mit einem Pro­ gramm (430) mit Funktionen zum Eingeben (810) minde­ stens eines gespeicherten Bilds (155) und zum Berech­ nen (820) eines fokusbezogenen Parameters für jedes Bild (155), das in das Programm (430) eingegeben wird; und
eine zweite logische Schaltung (720), die zur Auswahl konfiguriert ist, um das Bild (155), das am besten fokussiert ist, basierend auf berechneten fokusbezoge­ nen Parametern und vorausgewählten Kriterien auszuwäh­ len (830).

15. Digitales Bildsystem (100) gemäß Anspruch 11, bei dem die Einrichtung zum Auswählen des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, folgendes Merkmal aufweist:
einen digitalen Signalprozessor (440) mit einem Pro­ gramm (430) mit Funktionen
zum Eingeben (810) mindestens eines gespeicherten Bilds (155) und zum Berechnen (820) eines fokus­ bezogenen Parameters für jedes Bild (155), das in das Programm (430) eingegeben wird; und
zum Auswählen (830) des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, basierend auf berechneten fokusbezogenen Parametern und vorausgewählten Kriterien.

16. Digitales Bildsystem (100) gemäß Anspruch 11 mit fer­ ner folgenden Merkmalen:
einer ersten logischen Schaltung (710), die zur Be­ rechnung konfiguriert ist, wobei die erste logische Schaltung (710) einen fokusbezogenen Parameter für jedes Bild (155) berechnet (820), das in die erste logische Schaltung (710) eingegeben (810) wird; und
einer zweiten logischen Schaltung (720), die zur Aus­ wahl konfiguriert ist, um das Bild (155), das am besten fokussiert ist, basierend auf berechneten fo­ kusbezogenen Parametern und vorausgewählten Kriterien auszuwählen (830).

17. Digitales Bildsystem (100) gemäß Anspruch 11, bei dem die Einrichtung zum Auswählen des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, folgende Merkmale aufweist:
einen Computer (540); und
ein Programm (430) mit Funktionen zum Identifizieren des Bilds (155), das am besten fokussiert ist, wobei das Programm (430) in dem Computer (540) ausführbar ist.

18. Digitales Bildsystem (100) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, bei dem das digitale Bildaufzeichnungsgerät (105) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Digitalkamera oder einer Digitalvideokamera besteht.

19. Digitales Bildsystem (100) gemäß Anspruch 11, bei dem Funktionen eines Programms das Bild (155), das am besten fokussiert ist, durch Auswählen des Bilds (155) mit dem größten Wert einer Fokusfunktion identifizie­ ren, wobei die Fokusfunktion aus einer Gruppe ausge­ wählt ist, die aus einer Summen-Modul-Differenz, einer Summe einer quadrierten Differenz, einer Summe einer kubischen Differenz, einer Summe einer Differenz vierter Potenz, einer Summe einer potenzierten Diffe­ renz, einem Absolutgradienten, einem mit einem Schwel­ lenwert versehenen Absolutgradienten, einem quadrier­ ten Gradienten, einem Laplace-Operator, einem mit ei­ nem Schwellenwert versehenen Videosignalinhalt, einem mit einem Schwellenwert versehenen Videosignalpixel­ zählwert, einer Signalleistung, einer Standardab­ weichung, einer normierten Standardabweichung, einer Absolutvariation oder einer normierten Absolutvaria­ tion besteht.

20. Digitales Bildsystem (100) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 19, bei dem das digitale Bildaufzeichnungsgerät (105) ferner folgende Merkmale aufweist:
einen Ein/Aus-Schalter (401); und
einen Zeitgeber (405), der mit dem Ein/Aus-Schalter (401) und mit der Speicherschaltung (410) verbunden ist, wobei das Aktivieren des Ein/Aus-Schalters (401) den Zeitgeber (405) einschaltet, und wobei bei voraus­ gewählten Zeitintervallen der Zeitgeber (405) die Speicherschaltung (410) aktiviert.

21. Verfahren zum Aufzeichnen eines fokussierten Bilds (155) eines Objekts (140), mit folgenden Schritten:
Projizieren der Bilder (155) durch eine Linse (110) in einem digitalen Bildaufzeichnungsgerät (105), wobei die Linse (110) einen festen Linsen-zu-Sensor-Abstand (120) und eine feste Brennebene (170) aufweist, auf einen Bildsensor (130);
Ändern des Objekt-zu-Linsen-Abstands (160), wobei das Objekt (140) durch die feste Brennebene (170) der Lin­ se (110) läuft;
Erfassen, wenn das Objekt (140) durch die feste Brenn­ ebene (170) läuft, unter Verwendung eines Abstandsbe­ stimmungsgeräts (830);
automatisches Aktivieren einer Speicherschaltung (410), die mit dem Bildsensor (130) und mit einem Speicher (420) verbunden ist, wenn das Objekt (170) durch die feste Brennebene (170) läuft; und
Speichern des Bilds (155) in dem Speicher (420), wenn die Speicherschaltung (410) aktiviert ist.

22. Verfahren gemäß Anspruch 21, bei dem das digitale Bildaufzeichnungsgerät (105) aus einer Gruppe ausge­ wählt ist, die aus einer Kamera, einer Digitalkamera oder einer Videokamera besteht.

23. Verfahren gemäß Anspruch 21, bei dem das Abstandsbe­ stimmungsgerät (830) ein Abstandsmesser ist.

24. Verfahren gemäß Anspruch 23, bei dem der Abstandsmes­ ser aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Abstandsmesser, bei dem ein Lichtsignal verwendet wird, um einen Abstand zu messen, einem Abstandsmes­ ser, bei dem ein Infrarotsignal verwendet wird, um einen Abstand zu messen, oder einem Abstandsmesser, bei dem ein Ultraschallsignal verwendet wird, um einen Abstand zu messen, besteht.

25. Digitales Bildaufzeichnungsgerät (105) zum Aufzeichnen eines fokussierten Bilds (155) eines Objekts (140), mit folgenden Merkmalen:
einem Bildsensor (220);
einer Linse (110), wobei die Linse (110) in einem festen Abstand von dem Bildsensor (220) positioniert ist, und wobei die Linse (110) die Bilder (155) auf den Bildsensor (220) projiziert;
einer Speicherschaltung (410), die mit dem Bildsensor (130) verbunden ist;
einem Speicher (420), der mit der Speicherschaltung (410) verbunden ist, wobei die Aktivierung der Spei­ cherschaltung (410) eine Speicherung der Bilder (155) in dem Speicher (420) ermöglicht; und
eine Abstandsbestimmungsgerät (830), das mit der Spei­ cherschaltung verbunden ist, wobei in einem vorausge­ wählten Objekt-zu-Linsen-Abstand (160) das Abstandsbe­ stimmungsgerät (830) die Speicherschaltung (410) akti­ viert.

26. Digitales Bildaufzeichnungsgerät (105) gemäß Anspruch 25, bei dem das digitale Bildaufzeichnungsgerät (105) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Digi­ talkamera oder einer Digitalvideokamera besteht.

27. Digitales Bildaufzeichnungsgerät (105) gemäß Anspruch 25 oder 26, bei dem das Abstandsbestimmungsgerät (830) ein Abstandsmesser ist.

28. Digitales Bildaufzeichnungsgerät (105) gemäß Anspruch 27, bei dem der Abstandsmesser aus einer Gruppe ausge­ wählt ist, die aus einem Abstandsmesser, bei dem ein Lichtsignal verwendet wird, um einen Abstand zu mes­ sen, einem Abstandsmesser, bei dem ein Infrarotsignal verwendet wird, um einen Abstand zu messen, oder einem Abstandsmesser, bei dem ein Ultraschallsignal verwen­ det wird, um einen Abstand zu messen, besteht.