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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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Die
WO 99/60788 A1 offenbart ein Videokonferenzsystem mit einer Videokamera, einer Anzahl von Mikrophonen, einem Positionierungssystem zum Neigen, Schwenken und Zoomen der Kamera und einer Einrichtung zum Lokalisieren einer Audioquelle. Zum Lokalisieren werden in erster Linie Audiodaten und ergänzend Videodaten verwendet, wobei die Kamera entsprechend der aus der Verarbeitung der gelieferten Daten gewonnenen Information bewegt wird. Alle Komponenten des Systems können in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein, oder die Mikrophone, die Kamera, das Positionierungssystem und die Einrichtung zum Lokalisieren einer Audioquelle können von den übrigen Komponenten getrennt untergebracht sein.
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Aus der
DE 200 16 233 U1 geht eine Überwachungskamera mit einer Kameralinse, die gegenüber dem Gehäuse, in dem sie untergebracht ist, geneigt werden kann, hervor. Das Dokument beschreibt die die Neigungsbewegung ermöglichende Lagerung der Kameralinse innerhalb des Gehäuses.
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Aus der
EP 0 836 324 A2 ist eine tragbare Videokonferenzeinheit bekannt, an der eine Kamera und Mikrofone angeordnet sind. Verschiedene Elemente der Einheit, wie eine Lüftungsvorrichtung, sind räumlich entfernt von den Mikrofonen angebracht um Geräusche und Vibrationen zu reduzieren.
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Aus der
JP 2001 333 480 A ist ein geräuschisolierendes Mikrofongehäuse bekannt, das in einer Aussparung einer elektrischen Vorrichtung angeordnet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Kamera und ein Verfahren zu deren Betrieb bereitzustellen, die eine optimierte Kamerabewegung und Kameranachführung aufweisen und dabei Größe und Kosten der Kamera reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kamera gemäß der neuen Patentansprüche 1 und 4 sowie durch ein Verfahren gemäß des neuen Patentanspruchs 8 gelöst.
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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. Bei einer Kamera mit Schwenk- und Neigungsfähigkeiten können mechanische Isolatoren und/oder Kammern mit mehreren Schichten eines Absorptionsmaterials 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. Die Verwendung von Schneckenrädern anstelle von Stirnrädern zur Untersetzung zwischen dem Motor und der Kamera kann das erzeugte Geräusch und die erzeugte Schwingung signifikant verringern. In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung stellt die Verwendung von Miniaturgleichstrommotoren 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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Eine Kamera umfasst 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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Ein Audiogehäuse umfasst 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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Eine Kamera umfasst 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. Ferner ist ein Getriebeuntersetzungsmechanismus für zumindest einen des Schwenkmotors und des Neigungsmotors vorgesehen. Der Getriebeuntersetzungsmechanismus umfaßt Schneckenräder.
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Es werden die Schneckenräder 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 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 die Schritte des Anspruchs 8.
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In einigen Ausführungsformen umfaßt das Verfahren ferner das Bewegen der Kameralinse 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 Starter der Kamera. Die Ruheposition ist 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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In einigen weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung umfaßt das Verfahren ferner das Festlegen eines Kalibrierungsversatzes zum Positionieren der Kameralinse; 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. Der Kalibrierungsversatz ist eine Korrektur eines Herstellungsfehlers, der während der Herstellung der Kamera bestimmt wird. Der Kalibrierungsversatz kann mit Bezug auf die Schwenkgrenzpositionen und die Neigungsgrenzpositionen festgelegt werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die 1, 2, 8, 9 und 10 stellen keine Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Schwenk- und Neigekamera mit einem langgestreckten Stab.
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2 ist eine perspektivische Ansicht einer Schwenk- und Neigekamera ohne den langgestreckten Stab.
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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 eine Kamera.
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9 ist eine Querschnittsansicht einer Geräuschverringerungsvorrichtung, die sandwichartig angeordnete Materialien für das Audioelement einer Kamera verwendet.
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10 ist eine Querschnittsansicht einer Geräuschverringerungsvorrichtung, die aus einem Absorptionsmaterial für das Audioelement einer Kamera besteht.
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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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Die Kamera 10 und der Computer 30 kommunizieren 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 Kabelverbindungsstecker 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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Ein 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 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 Schneckenrad 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. 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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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. Zum Beispiel 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) Motor(en) 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) Motor(en) 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.
