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Die
Anmeldung basiert auf und beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/502
381, eingereicht am 12. September 2003.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Kameras und insbesondere
eine mechanische Schwenk- und Neigekamera zur Verwendung mit einem
Computer oder dergleichen.
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Videokameras
für Computer
wurden immer üblicher.
Verschiedene Merkmale und Fähigkeiten werden
bereitgestellt, um die Leistung solcher Kameras zu verbessern, um
die Bedürfnisse
der Benutzer zu erfüllen.
Es ist beispielsweise erwünscht,
eine Kamerabewegung und -nachführung
bereitzustellen, ohne die Video- und Audioqualität der Kamera zu verschlechtern.
Andere Erwägungen
wie z.B. Größe, Kosten
und Vielseitigkeit können
auch wichtig sein.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung richten sich auf eine Kamera mit Schwenk- und
Neigungsfähigkeiten,
die gute Video- und Audioqualitäten
in einer kosteneffizienten Weise bereitstellen. In speziellen Ausführungsbeispielen
verwendet die Kamera ein Motorantriebs- und Positionsabtastsystem
auf Mikrosteuereinheitsbasis, das den Bedarf für Positionscodierer und Bewegungsgrenzschalter beseitigt.
Statt dessen verwendet das System Gleichstrommotoren für die Schwenk-
und Neigungsbewegung mit einer Rückwärts-EMF-
und Bürstengeräuschabtastung,
Zeit- und Frequenzsignalverarbeitungsfilter, ein elektronisches
Bremssystem zum Stoppen des Schwenk- und Neigungsmechanismus ohne Überschreitung
oder Rutschen und eine Bewegungsendeerfassung auf Software/Firmware-Basis. Das Motorantriebssystem
verwendet eine ausfallsichere Konstantstrom-Regelungsschaltung, um eine Überlastung
oder Überhitzung
zu verhindern. Die Motorleistung und -geschwindigkeit werden unabhängig von
den Motorwicklungs- und
-belastungstoleranzen reguliert. Mechanische Isolatoren und/oder Kammern
mit mehreren Schichten eines Absorptionsmaterials können verwendet
werden, um das mechanische Geräusch
während
der Schwenk- und Neigungsbewegung der Kamera zu verringern und um
die Audiokomponenten von den Motoren akustisch zu isolieren. In
einigen Ausführungsbeispielen kann
die Verwendung von Schneckenrädern
anstelle von Stirnrädern
zur Untersetzung zwischen dem Motor und der Kamera das erzeugte
Geräusch
und die erzeugte Schwingung signifikant verringern. Die Verwendung
von Miniaturgleichstrommotoren stellt einen leistungsarmen Betrieb
und eine kompakte Anordnung bereit. Die Getriebekastenanordnung
kann aus Kunststoff hergestellt werden, um das Gewicht zu verringern.
Ein modularisierter Getriebekastenmechanismus kann durch externe
mechanische Merkmale programmiert werden, damit er sowohl in Schwenk-
als auch Neigungssystemen arbeitet.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Kamera ein Videomodul
mit einer Kameralinse und einem Stellglied, das dazu ausgelegt ist,
die Kameralinse zu bewegen, und ein Audiomodul, das mit dem Videomodul
gekoppelt ist. Das Audiomodul umfaßt eine Audiokomponente, die in
einem Audiogehäuse
angeordnet ist, welches dazu ausgelegt ist, die Audiokomponente
vom Videomodul im wesentlichen akustisch zu isolieren.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
umfaßt das
Audiogehäuse
eine Vielzahl von Schichten aus verschiedenen Materialien. Die verschiedenen
Materialien umfassen Metalle und Nicht-Metalle. Das Audiogehäuse kann
ein Stoßdämpfungsmaterial
umfassen. Mechanische Isolatoren können zwischen dem Audiogehäuse und
dem Videomodul angeordnet sein.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt eine Kamera eine Kamerastütze; ein Kameragehäuse, das
drehbar auf der Kamerastütze für eine Schwenkbewegung
relativ zur Kamerastütze angeordnet
ist; eine Kameralinse, die drehbar im Kameragehäuse für eine Neigungsbewegung relativ zum
Kameragehäuse
angeordnet ist; einen Schwenkmotor, der mit dem Kameragehäuse gekoppelt
ist, um das Kameragehäuse
in einer Schwenkbewegung relativ zur Kamerastütze anzutreiben; und einen
Neigungsmotor, der mit der Kameralinse gekoppelt ist, um die Kameralinse
in einer Neigungsbewegung relativ zum Kameragehäuse anzutreiben.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
ist ein Getriebeuntersetzungsmechanismus für zumindest einen des Schwenkmotors
und des Neigungsmotors vorgesehen. Der Getriebeuntersetzungsmechanismus
umfaßt
Schneckenräder.
Die Schneckenräder werden
in einer ersten Stufe der Getriebeuntersetzung verwendet. Das Kameragehäuse weist
einen Bereich einer Schwenkbewegung relativ zur Kamerastütze auf
und ein Ende der Bewegung bei der Schwenkbewegung wird erfaßt, wenn
für einen
vorgegebenen Zeitraum kein Signal vom Schwenkmotor empfangen wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt dieser Erfindung umfaßt eine Kamera eine Kameralinse;
einen Gleichstrommotor, der mit der Kameralinse gekoppelt ist, um
die Kameralinse zu bewegen; und einen Rückwärts-EMF-Codierer, der mit dem
Gleichstrommotor gekoppelt ist, um ein Signal vom Gleichstrommotor
zu empfangen und eine Position des Gleichstrommotors auf der Basis
einer Anzahl von Übergängen des
empfangenen Signals zu erfassen.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
umfaßt
der Rückwärts-EMF-Codierer
einen Verstärker
und Filter, um ein vom Motor empfangenes Signal zu verstärken und
zu filtern; einen Vergleicher, der mit dem Rückwärts-EMF-Codierer gekoppelt
ist, um die Übergänge auf
der Basis des verstärkten
und gefilterten Signals zu erfassen; und ein Zeitdomänenfilter.
Ein Impulszähler
ist dazu ausgelegt, eine Anzahl von Impulsen entsprechend den Übergängen zu
zählen,
um Positionsdaten des Gleichstrommotors zu erzeugen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Kamera eine Kameralinse;
einen Gleichstrommotor, der mit der Kameralinse gekoppelt ist, um
die Kameralinse zu bewegen; einen Sensor, der dazu ausgelegt ist,
eine Person zu verfolgen; und eine Steuereinheit, die mit dem Motor zum
Steuern des Motors und mit dem Sensor zum Empfangen einer Positionsinformation
der verfolgten Person gekoppelt ist. Die Steuereinheit ist dazu
ausgelegt, die Bewegung des Motors auf der Basis der vom Sensor
empfangenen Positionsinformation zu steuern. Die Positionsinformation
umfaßt
eine Zielposition, in der die Person stoppt. Die Steuereinheit ist dazu
ausgelegt, eine Polarität
des Gleichstrommotors umzukehren, bevor die Kameralinse die Zielposition
erreicht, um die Bewegung der Kameralinse zu verlangsamen und das Überschreiten
der Zielposition zu vermeiden.
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In
einigen Ausführungsbeispielen
ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, die Polarität des Gleichstrommotors
durch ein kalibriertes Ausmaß umzukehren,
das dem Beschleunigungsprofil ratiometrisch folgt (z.B. mindestens
etwa fünf
Impulse vor dem letzten Impuls in speziellen Beispielen), bevor die
Kameralinse die Zielposition erreicht, um ein Überschreiten der Zielposition
zu vermeiden oder zu minimieren. Der Sensor erfaßt einen Grad der Bewegung
der Kameralinse von einer Startposition zur Zielposition. Die Steuereinheit
ist dazu ausgelegt, eine Gesamtzahl an Impulsen für den Gleichstrommotor
zu berechnen, um die Kameralinse von der Startposition zur Zielposition
zu bewegen. Die Steuereinheit umfaßt eine Konstantstromregelung,
um eine zum Motor gelieferte Energie zu regeln.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Betreiben
einer Kamera das Bewegen einer Kameralinse einer Kamera in einer
Schwenkbewegung, um Schwenkgrenzpositionen bei der Schwenkbewegung zu
messen; das Bewegen der Kameralinse in einer Neigungsbewegung, um
Neigungsgrenzpositionen bei der Neigungsbewegung zu messen; und
das automatische Bewegen der Kameralinse in eine Ruheposition bezüglich der
Schwenkgrenzpositionen und der Neigungsgrenzpositionen beim anfänglichen Starten
der Kamera. In einigen Ausführungsbeispielen
ist die Ruheposition eine Rücksetzposition,
die in einem Zentrum angeordnet ist, welches im wesentlichen im
gleichen Abstand zwischen den Schwenkgrenzpositionen und im wesentlichen
im gleichen Abstand zwischen den Neigungsgrenzpositionen angeordnet
ist. Ein Benutzer kann die Ruheposition festlegen.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Betreiben
einer Kamera das Festlegen eines Kalibrierungsversatzes zum Positionieren
einer Kameralinse einer Kamera; das Speichern des Kalibrierungsversatzes;
und das Verwenden des Kalibrierungsversatzes als Korrektur, um die
Bewegung der Kameralinse bei der Schwenkung und Neigung zu steuern,
um die Positionierungsgenauigkeit der Kameralinse zu verbessern.
In einigen Ausführungsbeispielen
wird der Kalibrierungsversatz während
der Herstellung der Kamera festgelegt. Der Kalibrierungsversatz
kann mit Bezug auf die Schwenkgrenzpositionen und die Neigungsgrenzpositionen
festgelegt werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Schwenk- und Neigekamera mit
einem langgestreckten Stab gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer Schwenk- und Neigekamera ohne
den langgestreckten Stab gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung.
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3 ist
ein Blockdiagramm des Systems zum Steuern und Antreiben eines Motors,
um eine Schwenk- oder Neigungsbewegung der Kamera zu erzeugen.
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4 ist
ein vereinfachtes Diagramm eines Gleichstrommotors gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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5 ist
ein Kurvenbild, das die Verwendung von Signalen, die vom Gleichstrommotor
erzeugt werden, um die Position ohne die Verwendung eines Positionscodierers
zu bestimmen, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
darstellt.
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6 ist
ein Kurvenbild, das die Verwendung von Signalen, die vom Gleichstrommotor
erzeugt werden, um die Position ohne die Verwendung eines Positionscodierers
zu bestimmen, gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
darstellt.
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7 ist
ein Blockdiagramm des Systems für
die Schwenk- und Neigekamera gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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8 ist
ein vereinfachtes Diagramm des Getriebesystems in dem Betätigungsmechanismus für die Kamera
gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung.
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9 ist
eine Querschnittsansicht einer Geräuschverringerungsvorrichtung,
die sandwichartig angeordnete Materialien für das Audioelement der Kamera
verwendet, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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10 ist
eine Querschnittsansicht einer Geräuschverringerungsvorrichtung,
die aus einem Absorptionsmaterial für das Audioelement der Kamera
besteht, gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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11 ist
ein vereinfachtes Blockdiagramm der Gesichtsverfolgungskomponenten
der Kamera gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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12 ist
ein Kurvenbild, das ein Bremsschema für den Motor, der die Kamerabewegung
betätigt,
darstellt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt
eine Schwenk- und Neigekamera 10 mit einer Linse 12,
die in einem Kamerakopf oder -gehäuse 14 angeordnet
ist. Das Gehäuse 14 ist drehbar
mit einem langgestreckten Hals oder Schaft 16 verbunden,
der auf einer Kamerabasis 18 abgestützt ist. Der Schaft 16 ist
vorzugsweise lösbar
zwischen dem Gehäuse 14 und
der Basis 18 verbunden. Der Schaft 16 kann eine
Metallröhre
mit einer Netzabschirmung umfassen, um einen Interferenzschutz für EMI bereitzustellen.
Die elektrische Verbindung zwischen dem Schaft 16 und der
Basis 18 kann eine USB-Verbindung sein. Das Kameragehäuse 14 dreht sich
relativ zum Schaft 16 in den durch Doppelpfeile 20 angegebenen
Schwenkrichtungen. Die Kameralinse 12 dreht sich relativ
zum Kameragehäuse 14 in der
Neigungsrichtung entlang der Doppelpfeile 22. Das Kameragehäuse 14 enthält Stellglieder
zum Bewegen der Kameralinse 12 in einer Neigung und des Kameragehäuses 14 in
einer Schwenkung. Die Kamerakomponenten im Kameragehäuse 14 sind über den
Schaft 16 und die Basis 18 über eine Leitung oder ein Kabel 26 und
einen Verbindungsstecker 28 elektrisch mit einer Hauptrechnervorrichtung 30 wie z.B.
einem Computer 30, einem Decodiergerät für digitales Fernsehen, einem
Medienzentrum, einer Spielekonsole oder dergleichen verbunden. Der
Verbindungsstecker 28 ist wünschenswerterweise ein USB-Verbindungsstecker.
In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel
sind die Audiokomponenten wie z.B. ein Mikrophon in der Basis 18 angeordnet.
Die Kamera 10 und die Hauptrechnervorrichtung 30 können jeweils
einen Prozessor zum Durchführen
einer Verarbeitung umfassen oder die Verarbeitung kann in einer
der zwei Vorrichtungen durchgeführt
werden; eine Information kann zwischen der Kamera 10 und der
Hauptrechnervorrichtung 30 gemeinsam genutzt werden, um
die Verarbeitung in einer oder beiden der Vorrichtungen zu erleichtern.
Die Kamera 10 kann beispielsweise eine Positionsinformation
oder dergleichen erfassen und die Information zur Hauptrechnervorrichtung 30 liefern,
die die Information verwendet, um die Schwenkung und Neigung der
Kamera 10 zu steuern.
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In
weiteren Ausführungsbeispielen
kommunizieren die Kamera 10 und der Computer 30 drahtlos
und die Leitung 26 ist nicht erforderlich. Ferner kann
die Kamera 10 statt dessen direkt mit einem Netzwerk verbunden
sein. In solchen Fällen
umfaßt die
Kamera 10 Komponenten, um eine Verarbeitung darin vorzusehen,
um verschiedene Aufgaben wie z.B. Bewegen der Kamera in Schwenkung
und Neigung, Verfolgung und dergleichen durchzuführen.
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In 2 ist
die Kamera 10' im
wesentlichen dieselbe wie die Kamera 10 von 1,
aber ohne den langgestreckten Schaft 16. Die Kameralinse 12 bewegt
sich in einer Neigung 22 relativ zum Kameragehäuse 14 und
das Gehäuse 14 bewegt
sich in einer Schwenkung 20 relativ zur Basis 18.
Das Kabel oder die Leitung 26 verbindet die Kamera 10' mit dem Computer 30 durch
einen Verbindungsstecker 28, der wünschenswerterweise ein USB-Verbindungsstecker
ist.
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Zwei
Stellglieder werden verwendet, um separat die Schwenk- und Neigungsdrehungen
der Kamera zu erzeugen. Die Stellglieder sind innerhalb des Kameragehäuses 14 angeordnet.
Elektromotoren sind erwünscht,
da sie kompakt sind. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel umfassen die
Stellglieder Gleichstrommotoren, die weniger kostspielig sind als Schrittmotoren.
Ein Gleichstrommotor und ein Schrittmotor weisen ungefähr dasselbe
Volumen auf. Der Gleichstrommotor erzeugt mehr Drehmoment, ihm fehlt
jedoch eine Positionssteuerung, was durch die Verwendung von Positionscodierern,
einer intelligenten Softwaresteuerung oder dergleichen kompensiert
werden kann.
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3 zeigt
ein System 40 zum Steuern und Antreiben eines Motors, um
eine Schwenk- oder Neigungsbewegung der Kamera zu erzeugen. Leistung wird
zu einer Konstantstromregelung 42 geliefert, die die zum
Motor 44 gelieferte Energiemenge regelt. Vorteilhafterweise
läßt die Konstantstromregelung 42 keine übermäßige Leistung
in den Motor 44, um eine Überhitzung oder Überlastung
zu vermeiden, die ansonsten auftreten kann, beispielsweise wenn
die Schwenkbewegung des Kameragehäuses 14 durch einen
menschlichen Eingriff oder andere Hindernisse gestört wird.
Eine Motortreiberschaltung 46 steuert die Motoraktivität wie z.B.
Richtung und Bremsvorgang auf der Basis eines Eingangssignals zur
Motoraktivierung, Richtungssteuerung und Bremssteuerung. Der Motor 44 ist
vorzugsweise ein Gleichstrommotor.
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Ein
typischer Gleichstrommotor mit Bürsten umfaßt einen
Rotor, einen Kommutator, Bürsten,
eine Drehwelle und Lager und einen Stator mit Permanentmagneten. 4 zeigt
eine vereinfachte Ansicht eines Gleichstrommotors 44 mit
einer Vielzahl von Rotoren 50, die zwischen den Statoren 52, 54 angeordnet
sind. Für
die drei Rotoren 50 stellt jede Umdrehung des Motors drei
Wicklungen mit zwei Kollektoren pro Wicklung dar. Es sind sechs Übergänge pro Umdrehung
vorhanden. Das Bürstengeräusch des Motors 44 erzeugt
ein Signal für
jeden Übergang.
Somit werden für
jede Umdrehung der Rotoren 50 sechs Signale erzeugt. Die
Signale sind als Spitzen 60 im Kurvenbild der Spannung
als Funktion der Zeit in 5 zu sehen. Durch Zählen der
Anzahl der Signale 60 oder Impulse kann die Position des
Motors 44 ohne Verwendung eines Positionscodierers ermittelt werden.
In 6 wird die Position des Motors 44 durch
Erfassen der Übergänge 64 eines
Rückwärts-EMF-Codierers
zum Modulieren der Spannungsversorgung ermittelt. Der Motor 44 von 4 umfaßt sechs Übergänge 64 pro
Umdrehung.
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Unter
erneutem Bezug auf 3 werden die Übergänge 64 oder
Impulse 60 des Motors 44 durch einen Verstärker und
Filter 45 verstärkt
und gefiltert. Ein Vergleicher 46 unterscheidet verschiedene
Pegel des erfaßten
Signals und stellt fest, wann die Übergänge auftreten, während sich
der Motor 44 von einer Wicklung zur nächsten Wicklung dreht. Ein
Zeitdomänenfilter 47 ist
ein zeitlich verzögertes
Filter, das sicherstellt, daß die
Geschwindigkeit der Rotoren 50 innerhalb eines vorgeschriebenen
Fensters bleibt. Der Verstärker
und Filter 45, der Vergleicher 46 und das Zeitdomänenfilter 47 sind
Komponenten eines Rückwärts-EMF-Codierers
gemäß einem
speziellen Ausführungsbeispiel.
Ein Impulszähler 48 zählt die Anzahl
von Impulsen oder Übergängen, um
die Positionsdaten ohne den Bedarf für einen separaten Positionscodierer
zu erzeugen.
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7 zeigt
das Gesamtsystem 70 für
die Schwenk- und Neigekamera gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Videosignale werden durch die Linse 12 hindurch
empfangen und über
ein IR-Filter 72 zu einem Bildsensor 74 weitergeleitet,
der in Form eines scharfen CCD und Exar-AFE vorliegen kann. Das
Signal wird zu einem Prozessor 76 wie z.B. einer anwendungsspezifischen
integrierten Schaltung (ASIC) geliefert, die das Videosignal über einen
Kanalverbindungsstecker 78 an ein USB-Kabel 79 oder
dergleichen ausgibt. Eine Leistungsversorgung 80 empfängt die
Leistung von einem USB-Kabel, das mit einem Computer oder dergleichen
verbunden ist, wie in 1 und 2 gezeigt.
Audiosignale werden über
das Mikrophon 82 empfangen und durch die Audiovorspannungs-
und -filterschaltung 83 verarbeitet. Die ASIC 76 digitalisiert
die Audiosignale und erzeugt Pakete aus den Audiosignalen und gibt
sie an den Kabelverbindungsstecker 78 aus. Die ASIC 76 ist
mit Benutzerschnittstellenschaltungen 84 zum Verarbeiten
von Signalen von einer Blende 85 gekoppelt, die durch eine
an der Kamera vorgesehene Momentaufnahmetaste manuell aktiviert
werden können.
Die Benutzerschnittstellenschaltungen 84 können auch
eine Schalter- oder LED-Kontrolle
beispielsweise einer Leistungs-LED 86 vorsehen, um anzuzeigen,
daß sich
die Kamera in einer Aufzeichnungsbetriebsart befindet.
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Der
Firmware-EPROM 88 umfaßt
Computercodes zum Betreiben der ASIC 76. Der serielle Konfigurations-EEPROM. 90 ermöglicht die
Einstellung von Schaltern oder dergleichen, um das System 70 an
die speziellen Anforderungen der speziellen Anwendung oder eines
speziellen Kunden kundenspezifisch anzupassen. Die Bewegung der
Schwenk- und Neigekamera wird durch eine Mikrosteuereinheit 92,
den Rückwärts-EMF-Codierer 93 und
die Motorantriebsschaltung 94 ausgeführt, die den Schwenkmotor 95 zum
Schwenken des Kameragehäuses 14 und
den Neigungsmotor 96 zum Neigen der Kameralinse 12 steuern.
Der Betrieb dieser Komponenten wurde in Verbindung mit 3 beschrieben.
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Der
Schwenkmotor 95 treibt das Kameragehäuse 14 innerhalb eines
bestimmten Bereichs einer Schwenkbewegung (z.B. etwa 140 Grad) an.
Grenzschalter können
verwendet werden, um das Ende der Bewegung zu signalisieren, wenn
das Kameragehäuse 14 die
Grenzen der 140° bei
der Schwenkbewegung erreicht. Alternativ kann das System feststellen,
daß das
Ende der Bewegung erreicht wurde, wenn für einen vorgegebenen Zeitraum
(z.B. 100 ms) kein Signal vom Schwenkmotor 95 empfangen
wird, was darauf hinweist, daß der
Schwenkmotor 95 an einer der zwei Grenzen des 140°-Bereichs
der Schwenkbewegung gestoppt hat und nicht weiter gehen kann.
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8 zeigt
ein Getriebesystem 100, das zwischen dem Schwenkmotor 95 und
dem Kameragehäuse 14 oder
zwischen dem Neigungsmotor 96 und der Kameralinse 12 angeordnet
ist. Das Getriebesystem 100 reduziert die Drehgeschwindigkeit
und vervielfacht das Drehmoment, das auf die Kamerakomponenten aufgebracht
wird. Das Getriebesystem 100 ist auch dazu ausgelegt, das
erzeugte Geräusch
zu verringern, um die Wirkungen auf die Audiokomponente der Kamera 10 [nicht]
zu minimieren. Wie in 8 zu sehen, verwendet die erste
Untersetzung ein Schneckenzahnrad 102, das durch einen
Motor 104 angetrieben wird, um ein Schneckenrad 106 in der
ersten Untersetzungsstufe zu drehen. Ein Stirnzahnrad 110,
das am Scheckenrad 106 montiert oder einteilig mit diesem
ausgebildet ist, dreht ein Stirnrad 112 in der zweiten
Untersetzungsstufe. Ein weiteres Stirnzahnrad 114, das
am Stirnrad 112 montiert oder einteilig mit diesem ausgebildet
ist, dreht ein weiteres Stirnrad 116, das mit der Kamera 118 gekoppelt
ist, um die Kameralinse 12 in einer Neigung oder das Kameragehäuse 14 in
einer Schwenkung zu drehen.
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Die
erste Untersetzungsstufe erzeugt typischerweise die meiste Schwingung
und das meiste Geräusch
aufgrund der hohen Drehzahl. Die Verwendung der Schneckenzahnradkopplung
anstelle einer Stirnzahnradkopplung verringert das Geräusch erheblich.
Bei der hohen Drehzahl des Gleichstrommotors (z.B. 15000-20000 U/min) treffen
die Zähne
von Stirnzahnrädern
aufeinander auf, da sie nicht in kontinuierlichem Kontakt miteinander
stehen. Dies erzeugt ein akustisches Geräusch und mechanische Schwingungen.
Schneckenzahnräder
bleiben andererseits in Kontakt und gleiten gewöhnlich relativ zueinander,
anstatt bei der Drehung aufeinander aufzutreffen. In einem Beispiel
dreht sich der Motor 104 mit etwa 20000 U/min und das Getriebesystem 100 erzeugt
eine Untersetzung von 684,8 zu 1. Der Getriebekasten, der das Getriebesystem 100 aufnimmt, kann
aus Kunststoff bestehen, um das Gewicht zu verringern.
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Zusätzlich zum
Verringern des Geräuschs und
der Schwingung, die von den Motoren und Getrieben innerhalb des
Kameragehäuses 14 der
Kamera 10 in 1 und 2 erzeugt
werden, wird wünschenswerterweise
ein Geräuschverringerungsmechanismus
verwendet, um das Mikrophon oder dergleichen in der Basis 18 akustisch
zu isolieren. In dieser Weise kann der Schall während einer Schwenk- oder Neigungsbewegung
ohne signifikante Verschlechterung ihrer Qualität abgefangen werden. In einem
Ausführungsbeispiel,
wie in 9 dargestellt, wird eine Sandwichstruktur 130 verwendet, um
das akustische Element wie z.B. ein Mikrophon 132 innerhalb
der Kamerabasis 18 zu umgeben. Die Sandwichstruktur 130 umfaßt mehrere
Schichten aus verschiedenen Materialien 135, 136, 137, 138,
die Metall, Kunststoff, Gummi usw. umfassen können. An jeder Grenzfläche zwischen
benachbarten Schichten wird ein Teil der durch die Sandwichstruktur 130 laufenden
Energie aufgrund des Unterschiedes in den Materialeigenschaften
wie z.B. Elastizität
reflektiert.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel,
wie in 10 dargestellt, wird ein Absorptionsmaterial verwendet,
um ein Schallisolationsgehäuse 140 um das
Mikrophon 142 auszubilden. Das Absorptionsmaterial ist
typischerweise ein Polymer oder Elastomer. In einem speziellen Ausführungsbeispiel
ist das Absorptionsmaterial ein Stoßdämpfungsmaterial wie z.B. Neopren,
Sorobothan oder EAR's
C1002, und das Isolationsgehäuse 140 wird
durch Formen ausgebildet. Das Isolationsgehäuse 140 kann zwei
Hälften
umfassen, die gelenkig miteinander verbunden sind, und kann geschlossen
werden, nachdem ein Audioelement wie z.B. ein Mikrophon innerhalb
des Hohlraums 146 angeordnet ist. Die Außenfläche des Gehäuses 140 umfaßt wünschenswerterweise
Rändelungen
oder Abstandhalter 148, die zwischen dem Gehäuse 140 und
dem Mantel 150 der Kamerabasis 18 angeordnet sind.
Die Rändelungen 148 dienen
als mechanische Isolatoren, die die Kontaktfläche zwischen dem Isolationsgehäuse 140 und
der Kamerabasis 18 begrenzen, wodurch die Übertragung
einer Schwingung auf das Isolationsgehäuse 140, insbesondere
einer Hochfrequenzschwingung, verringert wird.
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In
dem in 11 gezeigten beispielhaften Ausführungsbeispiel
umfaßt
die Kamera 10 ein Gesichtsverfolgungsmerkmal. Wenn es aktiviert
ist, ermöglicht
ein Gesichtsverfolgungssensor 200, daß die Kamera die Bewegung des
Gesichts einer Person feststellt, und die Steuereinheit 202 verfolgt
die Bewegung mit der Schwenk- und/oder Neigungsbewegung, die vom
(von den) Motoren) 204 im Kameragehäuse 14 bereitgestellt
wird. Die Steuereinheit 202 kann die Motorsteuerschaltung 94 von 7 sein. Die
Gesichtsverfolgung kann durch ein oder mehrere Schemen erzielt werden,
die in der Software implementiert werden, einschließlich beispielsweise
Identifikations- und Verfolgungsmerkmalen eines Gesichts (Augen,
Nase, Mund usw.), Abtastung und Verfolgung der Bewegung einer Person,
die bereits durch den Sensor 200 erfaßt ist oder überwacht
wird, Abtastung eines menschlichen Hauttons und Verfolgung von dessen
Bewegung und dergleichen. Wenn sich das Kameragehäuse 14 in
Bewegung befindet, braucht es aufgrund der Trägheit eine gewisse Zeit und
Strecke zum Stoppen. Der "Brems"-Weg und die "Brems"-Zeit hängen von
der Geschwindigkeit des Kameragehäuses 14 ab. Es ist
erwünscht,
den (die) Motoren) 204 zu steuern, um ein Überschreiten
während
der Gesichtsverfolgung zu vermeiden. Es wird angemerkt, daß sich die
Software zur Gesichtsverfolgung, zum Steuern der Schwenk- und Neigungsbewegung
oder dergleichen in der Kameravorrichtung (typischerweise als Firmware)
oder der Hauptrechnervorrichtung befinden kann.
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12 ist
ein Kurvenbild, das ein Bremsschema für den Motor, der die Kamerabewegung
entweder in einer Schwenkung oder in einer Neigung betätigt, darstellt.
Auf der Basis des Verfolgungssensors 200 nimmt die Steuereinheit 202 die
erforderlichen Bewegungsgrade und berechnet die Anzahl(n) von Zeitschritten
oder Impulsen, die der Motor 204 braucht, um die Verfolgungsbewegung
zu erreichen, wobei das Getriebeuntersetzungsverhältnis berücksichtigt
wird. Gemäß dem Bremsschema
soll der Motor 204 die Richtung oder Polarität in einer
vorgegebenen Anzahl von Zeitschritten vor dem n-ten Schritt umkehren.
Die Steuereinheit 202 weist den Motor 204 beispielsweise
an, die Polarität
beim 5-ten Schritt umzukehren (z.B. Ändern von LINKS nach RECHTS bei
der Schwenkbewegung), wie durch die Stufenänderung 220 in 12 dargestellt.
Der Motor 204 stoppt beim n-ten Schritt, wie durch die
Stufenänderung 230 von
der Ein-Position zur Aus-Position angegeben. In dieser Weise stoppt
die Kamera an im wesentlichen derselben Stelle wie die verfolgte
Person, um eine Überschreitung
der Zielposition zu vermeiden oder zu minimieren.
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Während des
anfänglichen
Hochfahrens bewegen der Schwenkmotor 95 und der Neigungsmotor 96 die
Kamera, um die zulässigen
Bewegungsbereiche festzustellen, und die Grenzschalter messen die
Grenzen der zulässigen
Bewegungsbereiche, um Schwenkgrenzpositionen und Neigungsgrenzpositionen
vorzusehen. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird die Bewegung
der Kamera beim Schwenken und Neigen durch Messen von relativen Verschiebungen
anstelle von absoluten Positionen gesteuert. Die Messdaten können verwendet
werden, um die absoluten Koordinatenpositionen der Kamerabewegungen
zu bestimmen. In einem speziellen Ausführungsbeispiel werden die Messdaten durch
die Kamera 10 erhalten und zur Verarbeitung zum Bestimmen
der absoluten Koordinaten zur Hauptrechnervorrichtung 30 geliefert.
Das System kann beispielsweise eine Rücksetzposition bestimmen, die
eine Mittelposition ist, die im wesentlichen im gleichem Abstand
zwischen den Schwenkgrenzpositionen und im wesentlichen im gleichen
Abstand zwischen den Neigungsgrenzpositionen angeordnet ist. Die
Kamera kann nach dem anfänglichen
Hochfahren in die Rücksetzposition
bewegt werden. Alternativ kann das System programmiert oder konfiguriert
werden, um einem Benutzer zu ermöglichen, eine
Ruheposition festzulegen, so daß die
Kamera sich nach dem anfänglichen
Hochfahren automatisch in die Ruheposition bewegt. Die Ruheposition
kann bezüglich
der Rücksetzposition
oder bezüglich
der Schwenkgrenzpositionen und Neigungsgrenzpositionen festgelegt
werden.
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Ein
Kalibrierungsschema kann verwendet werden, um die Systempositionsgenauigkeit
zu steigern. Ein Kalibrierungsversatz zum Positionieren der Kameralinse
wird bestimmt und gespeichert. Während
der Betätigung
der Kameralinse in Schwenkung und Neigung wird der Kalibrierungsversatz
als Korrektur verwendet, um die Bewegung der Kameralinse zu steuern.
Der Kalibrierungsversatz korrigiert Fehler zum Positionieren der
Kameralinse aufgrund der Erzeugung von Unzulänglichkeiten oder dergleichen. Der
Kalibrierungsversatz kann eine Korrektur eines Herstellungsfehlers
sein, der während
der Herstellung bestimmt wird. Der Kalibrierungsversatz kann in einem
Speicher gespeichert werden und dann automatisch nach dem anfänglichen
Hochfahren angewendet werden, um eine präzise und genaue Positionssteuerung
der Kameralinse während
der Verwendung zu gewährleisten.
Der Kalibrierungsversatz kann bezüglich den Schwenkgrenzpositionen
und Neigungsgrenzpositionen bestimmt und angewendet werden.
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Die
vorstehend beschriebenen Anordnungen der Vorrichtung und der Verfahren
erläutern
lediglich Anwendungen der Prinzipien dieser Erfindung und viele
weiteren Ausführungsbeispiele
und Modifikationen können
durchgeführt
werden, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung, wie in
den Ansprüchen
definiert, abzuweichen. Der Schutzbereich der Erfindung sollte daher
nicht mit Bezug auf die obige Beschreibung bestimmt werden, sondern
sollte statt dessen mit Bezug auf die beigefügten Ansprüche zusammen mit ihrem vollen
Umfang an Äquivalenten
bestimmt werden.