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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kalibrieren projizierter
Bilder, umfassend einen Bildsensor mit mehreren Sensorelementen
zur Erfassung von sichtbarem Licht und zur Erzeugung von Bildsensorsignalen
aus dem erfassten Licht, ein Sensorgehäuse zur Aufnahme des Bildsensors,
einen Lichtführungskanal,
der an seinem ersten axialen Ende eine erste Öffnung aufweist, die auf das
projizierte Bild ausrichtbar ist, und an seinem zweiten axialen
Ende eine zweite Öffnung
aufweist, die zum Bildsensor ausrichtbar ist.
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Solche
Vorrichtungen und Verfahren sind bekannt und werden beispielsweise
verwendet, um Betrachtern an verschiedenen Orten eine Beurteilung eines
Bildes auf Grundlage einer einheitlich kalibrierten Bildwiedergabe
zu ermöglichen.
Vorrichtungen und Verfahren der vorgenannten Art haben insbesondere
seit der verstärkten
Nutzung von Bildern, welche im digitalen Format abgespeichert sind,
eine erhebliche Bedeutung gewonnen. Solche digital abgespeicherten
Bilder beinhalten zwar grundsätzlich
eindeutige Bildinformationen, beispielsweise hinsichtlich der Helligkeit
und Farbsättigung
sowie -zusammenstellung der einzelnen Bildpunkte und der sich daraus
ergebenden Gesamtfarbsättigung
und dem Kontrast der Bilder. Die Wiedergabe dieser eindeutigen Bildinformationen
auf einem Bildschirm oder einem Ausdruck wird jedoch in erheblichem
Maß von
den Eigenschaften des Bildschirms beziehungsweise den Eigenschaften
des Druckers, der verwendeten Druckerfarbe und dem verwendeten Druckpapier
beeinflusst.
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Für eine Vielzahl
grafischer Anwendungsgebiete ist es jedoch erforderlich, dass die
Wiedergabe eines solchen digitalen Bildes auf dem Bildschirm oder
einem Ausdruck unabhängig
von den Eigenschaften des Wiedergabeverfahrens einheitlich ausgeführt wird,
um einerseits reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten und andererseits
Betrachtern an verschiedenen Orten einheitliche Beurteilungsgrundlagen
zur Verfügung
zu stellen.
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Insbesondere
im Bereich der medizinischen Bilddiagnostik hat sich die diagnostische
Beurteilung auf Basis standardisiert kalibrierter Bilder durchgesetzt,
und ist beispielsweise mit dem Standard DICOM 14, normiert.
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Eine
Vorrichtung und ein Verfahren der vorgenannten Art ist beispielsweise
aus WO 92/04606 A1 bekannt. Bei dieser Kalibrierungsvorrichtung
ist ein Bildsensor mit mehreren Sensorelementen an einem ersten
Ende eines Lichtführungskanals
angeordnet und das zweite Ende des Lichtführungskanals wird auf das zu
kalibrierende Bild aufgesetzt. Der Kalibrierungslichtweg wird dadurch
vollständig
von Umgebungslicht abgeschirmt, so dass eine reproduzierbare Analyse
der Bildwiedergabe möglich
ist. Diese Vorrichtung eignet sich für die Kalibrierung von Bildern,
welche auf einem selbststrahlenden Medium wiedergegeben werden,
beispielsweise einem Display, einem Monitor oder ähnlichem.
Zur Analyse gedruckter Bilder schlägt WO 92/04606 vor, in dem
zur Abgrenzung von Umgebungslichteinflüssen auf das Bild aufgesetzten
Lichtführungskanal
eine Lichtquelle mit bekannten Beleuchtungseigenschaften einzusetzen,
auf diese Weise das abgeschirmte Bild zu beleuchten und das von
der Bildoberfläche
reflektierte Licht mit dem Bildsensor erfassen zu können.
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Die
bekannten Vorrichtungen und Verfahren eignen sich nicht zur Kalibrierung
projizierter Bilder. Bei der Projektion von Bildern wird das Bild
durch einen Schwarz-Weiß-Projektor
oder einen Farbprojektor, beispielsweise einen Video beamer, auf
eine Leinwand projiziert. Die Eigenschaften des solcher Art projizierten
Bildes hängen
von einer Vielzahl von Parametern ab, insbesondere von der Funktionsart
des Projektors, von der Beschaffenheit der Leinwand und von dem
Umgebungslicht. Weder das unmittelbare Erfassen des projizierten
Bildes im Strahlengang zwischen Projektor und Leinwand noch das
unmittelbare Aufsetzen eines Bildsensors mit Lichtführungskanal auf
die Leinwand würden
eine Kalibrierung des solcher Art projizierten Bildes ermöglichen,
da im ersten Falle die relevante Parameter (insbesondere Umgebungslicht,
Leinwandeigenschaften) nicht berücksichtigt
würden,
und im zweiten Falle eine Abschirmung des Projektorlichtes erfolgen
würde,
und folglich nur die Leinwand selbst gemessen würde, ohne Berücksichtigung
des Umgebungslichts und der Projektoreigenschaften.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren
bereitzustellen zum Kalibrieren projizierter Bilder.
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Diese
Aufgabe wird bei einer eingangs genannten Vorrichtung gelöst durch
mit dem Bildsensor zum Empfang der Bildsensorsignale verbundene Steuerungsmittel
zum Steuern der Projektionsdaten eines Projektors, der das vom Bildsensor
erfasste Bild projiziert.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
können
projizierte Bilder kalibriert werden, indem das erste axiale Ende
des Lichtführungskanals
beabstandet zur Projektionsfläche
angeordnet und auf diese ausgerichtet wird und die vom Bildsensor
erzeugten Daten über
die Steuerungsmittel an einen Projektor ausgegeben werden. Das vom
Bildsensor erfasste projizierte Bild umfasst dabei alle für die Kalibrierung zu
berücksichtigenden
Einflussparameter, insbesondere die Projektoreigenschaften, die
Eigenschaften der Leinwand und das Umgebungslicht. Es ist bevorzugt,
wenn die Steuerungsmittel als Schnittstelle zu einer Projektorsteuerung
oder einem Rechner, der zur Ausgabe des projizierten Bildes an den
Projektor dient, ausgeführt
sind. Bei dieser einfachsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann
die Kalibrierung beispielsweise manuell anhand der vom Bildsensor
bereitgestellten Daten im Vergleich zu Referenzdaten manuell am
Projektor oder an dem den Projektor mit Bilddaten versorgenden Rechner
vorgenommen werden.
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Vorzugsweise
sind die Steuerungsmittel ausgebildet, um manuell eingegebene Werte
der Umgebungsverhältnisse
bei der Steuerung der Projektion zu berücksichtigen, zum Beispiel die
Funktionsweise des Projektors betreffende Parameter, die Lichtstärke des
Projektors oder ähnliches.
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Bei
einer ersten vorteilhaften Ausführungsform
ist der Bildsensor zur Erzeugung von Bildsensorsignalen ausgebildet,
welche die Farbwerte eines erfassten projizierten Bildes wiedergeben,
und die Steuerungsmittel sind ausgebildet, um mindestens einen Steuersignal
auszugeben zum Steuern der Projektionsdaten eines Farbbildprojektors.
Bei dieser Ausführungsform
können
von einem Farbprojektor projizierte Farbbilder kalibriert werden.
Vorzugsweise werden die Farbwerte des projizierten Bildes als RGB-Farbwerte
oder in anderer Weise normiert codierte Farbwerte verarbeitet. Bei
der Kalibrierung von projizierten Farbbildern ist neben der für Schwarz-Weiß-Bilder
erforderlichen Kalibrierung von Helligkeit und Kontrast des Bildes
auch jeder einzelne Farbkanal zu steuern, um ein kalibriertes Bild
zu erhalten.
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Es
ist insbesondere bevorzugt, dass die Steuerungsmittel ausgebildet
sind, um vom Bildsensor aus projizierten Farbbildern erzeugte Bildsensorsignale
auszuwerten. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Auswertung
der Bildsensorsignale in den Steuerungsmitteln und die Steuerungsmittel
geben ein Signal an den Projektor oder an den den Projektor ansteuernden
Rechner aus, welches unmittelbar zur Kalibrierungssteuerung des Projektors
verwendbar ist.
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Es
ist weiterhin bevorzugt, wenn die Steuerungsmittel ausgebildet sind,
um mindestens einen Projektionsparameter, insbesondere die Lichtstärke oder
die Funktionsweise des Projektors oder die Beschaffenheit der Projektionsfläche zu berücksichtigen.
Der mindestens eine Projektionsparameter kann dabei entweder durch
eine separate Messung oder einen Messzyklus mit dem Bildsensor ermittelt werden
oder der mindestens eine Projektionsparameter wird durch eine Messung
mit einem gesonderten Messinstrument, beispielsweise einem Luxmeter, ermittelt
und dann den Steuerungsmitteln durch Datentransfer zugeführt.
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Es
ist weiterhin bevorzugt, wenn die Steuerungsmittel Speichermittel
zum Speichern mindestens eines Referenzparameters, erste Berechnungsmittel
zum Be rechnen mindestens eines Bildparameters aus den Bildsensorsignalen,
und Vergleichsmittel zum Vergleichen des Bildparameters mit dem
entsprechenden Referenzparameter umfassen. Dabei kann der mindestens
eine Referenzparameter vorzugsweise zur Beschreibung eines Referenzbildes für die Kalibrierung
dienen und die ersten Berechnungsmittel können ausgebildet sein, um einen
dem Referenzparameter entsprechenden Bildparameter aus den Bildsensorsignalen
zu berechnen. Durch Vergleichen des so berechneten Bildparameters
mit dem gespeicherten Referenzparameter wird dann ermöglicht,
die Abweichung des projizierten Bildes von dem Referenz-Soll-Bild
zu ermitteln. Durch Ändern der
Projektionsparameter kann dann der ermittelte Vergleichswert minimiert
werden, um so den Bildparameter und den Referenzparameter einander
anzunähern
und abzugleichen und auf diese Weise das Bild zu kalibrieren. Der
Referenzparameter kann dabei vorzugsweise ermittelt werden, indem
eine Eichung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bei völliger
Dunkelheit erfolgt und der Luxwert der Beleuchtungsstärke bei
dem vom Sensor ausgegebenen Maximalwert eingegeben wird.
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Dabei
ist es besonders bevorzugt, wenn die Steuerungsmittel weiterhin
zweite Berechnungsmittel umfassen zum Berechnen mindestens eines
Steuersignals aus dem Wert der mit den Vergleichsmitteln ermittelten
Abweichung zwischen dem Bildparameter und dem entsprechenden Referenzparameter.
Bei dieser Ausführungsform
wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
ein Steuersignal berechnet, welches zur Steuerung des Projektors
in Abhängigkeit der
ermittelten Abweichung dienen kann.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
zeichnet sich dadurch aus, dass der Lichtführungskanal mittels Befestigungsmitteln
am Gehäuse
befestigt ist, vorzugsweise lösbar
befestigt ist. Auf diese Weise ist einerseits eine gute Zugänglichkeit
des Bildsensors gewährleistet
und darüber
hinaus kann der Lichtführungskanal
leicht ausgetauscht werden, um beispielsweise einen an bestimmte
Umgebungsverhältnisse
angepassten Lichtführungskanal
eines bestimmten Durchmessers und/oder einer bestimmten Länge zu verwenden.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn sich zwischen erster und zweiter Öffnung des
Lichtführungskanals
ein in radialer Richtung vollständig
geschlossener Kanal erstreckt. Bei dieser Ausführungsform wird genau nur das
durch die axialen Öffnungen
tretende Licht gemessen und es wird eine durch radial seitlichen
Lichteintritt verfälschte
Messung vermieden.
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Weiterhin
ist es bevorzugt, wenn sich zwischen erster und zweiter Öffnung des
Lichtführungskanals
ein Kanal erstreckt, durch den das durch den Kanal geführte Licht
ungebrochen geführt
wird. Durch die ungebrochene Lichtführung wird eine präzise und
unverfälschte
Messung des projizierten Lichtes sichergestellt, da zwischen der
Fläche,
auf die das Bild projiziert wird, und dem Bildsensor keine optischen
Elemente angeordnet sind.
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Es
ist weiterhin bevorzugt, dass der Lichtführungskanal in einem vorbestimmten
Winkel zur Horizontalen geneigt angeordnet ist. Es hat sich herausgestellt,
dass eine besonders sichere Kalibrierung durchgeführt werden
kann, wenn der Lichtführungskanal
in stets demselben Winkel zur Horizontalen geneigt angeordnet ist.
Der Winkel sollte vorzugsweise etwa 45° zur Projektionsrichtung sowie
etwa 45° zur Projektionsfläche betragen.
Es ist insbesondere bevorzugt, wenn die Längsachse des Lichtführungskanals
in einer etwa senkrecht zur Projektionsfläche liegenden Ebene liegt.
Diese Anordnung wird auch in industriellen Normen (bspw. DIN 4512)
für die
photographische Sensitometrie, zur Bestimmung der optischen Dicke
und als geometrische Bedingung für Messungen
bei Reflexion beschrieben und hat sich für die erfindungsgemäße Vorrichtung
bewährt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform
ist gekennzeichnet durch einen Distanzhalter mit einer von der Lichteintrittsöffnung des
Kanals beabstandeten Referenzfläche
zur Ausrichtung an der Ebene der Fläche, auf die das Bild projiziert
wird. Mir dieser Ausführungsform
kann ein bevorzugter Abstand der Lichteintrittsöffnung des Kanals an der Projektionsfläche eingestellt
werden. Auf diese Weise kann die Kalibrierung besonders präzise und
reproduzierbar ausgeführt
werden. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen
Lichteintrittsöffnung
des Kanals und Projektionsfläche
etwa 10 cm beträgt.
Die so fortgebildete Vorrichtung eignet sich insbesondere für den mobilen
Einsatz und kann bei unterschiedlichen Projektionsanordnungen jeweils
in einfacher Weise so aufgebaut werden, dass eine sichere Kalibrierung
erzielt wird.
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Dabei
ist es besonders bevorzugt, wenn die Vorrichtung durch Befestigungsmittel
zum Verbinden des Distanzhalter mit dem Sensorgehäuse fortgebildet
wird. Dies vereinfacht den mechanischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Weiterhin ist es dabei bevorzugt, wenn die Befestigungsmittel ausgebildet
sind zur Befestigung des Distanzhalters an einer mit dem Sensorgehäuse verbundenen
Bodenplatte. Hierdurch wird ein besonders gut zu handhabender Aufbau
der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin durch ein
Verfahren zum Kalibrieren projizierter Bilder, mit den Schritten:
Zuführen
des von der Projektionsfläche
reflektierten projizierten Lichtes und des von der Projektionsfläche reflektierten
Umgebungslichtes zu einem Bildsensor mit mehreren Sensorelementen
zur Erfassung von sichtbarem Licht, Erzeugen von Bilddaten aus dem
zugeführten
Licht, Vergleichen der Bilddaten mit vorbestimmten Referenzparametern,
und Steuern der Projektionsparameter des das Bild projizierenden
Projektors in Abhängigkeit
der in dem Vergleich ermittelten Unterschiede. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
projizierte Bilder nach einem vorbestimmten Standard kalibriert
werden, indem die dem Standard entsprechenden Referenzparameter
zum Abgleich der Bilddaten mittels der Projektionsparameter verwendet
werden.
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Dabei
ist es besonders bevorzugt, wenn der Bildsensor in einem vorbestimmten
Winkel zu der Projektionsfläche,
auf die das Bild projiziert wird, ausgerichtet wird. Auf diese Weise
wird eine besonders präzise
Kalibrierung erzielt. Der Winkel kann dabei insbesondere 45° zur Projektionslängsachse
und zur Projektionsebene betragen, wie zuvor ausgeführt in Bezug
auf die Längsachse
des Lichtführungskanals.
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Es
ist weiterhin bevorzugt, wenn beim erfindungsgemäßen Verfahren der Bildsensor
in einem vorbestimmten Abstand zu der Projektionsfläche, auf die
das Bild projiziert wird, angeordnet wird. Hierdurch wird die Genauigkeit
der Kalibrierung weiter gesteigert und darüber hinaus die Erzeugung reproduzierbarer
Kalibrierungsergebnisse bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens
an unterschiedlichen Orten erleichtert.
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Weiterhin
ist es bevorzugt, wenn die vom Sensor ausgegebenen Bilddaten mit
einem vorbestimmten Korrekturfaktor zur Berücksichtigung des Umgebungslichtes
multipliziert werden. Der Korrekturfaktor kann beispielsweise aus
Erfahrungswerten vorbestimmt werden oder durch eine Handmessung mit
Lichtmesser ermittelt werden.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung sind Computerprogrammmittel zur Kalibrierung
eines Projektors, wenn sie auf einem Computer ablaufen, umfassend
Mittel zum Speichern von vorbestimmten Referenzbildparametern, Mittel
zum Vergleichen von aus Bilddaten ermittelten Bildparametern mit
den gespeicherten Referenzparametern, und Mittel zum Berechnen eines
Steuersignals zur Steuerung eines Projektors in Abhängigkeit
der in dem Vergleich ermittelten Unterschiede. Die erfindungsgemäßen Computerprogrammmittel
können
dabei beispielsweise als in den Projektor integrierte Steuerungsmittel
oder in einem beabstandet zum Projektor angeordnetem Rechner ablaufen.
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Die
erfindungsgemäßen Computerprogrammmittel
können
fortgebildet werden durch Mittel zum Speichern eines vorbestimmten
Korrekturfaktors, insbesondere für
Umgebungslicht, und Mittel zum Multiplizieren der Bilddaten mit
dem gespeicherten Korrekturfaktor.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird anhand der anhängenden Figur beschrieben.
Diese zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung in teilgeschnittener
Darstellung in einer Anordnung zum Kalibrieren eines projizierten Bildes.
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Das
projizierte Bild wird durch einen Beamer 10 auf eine Leinwand 20 projiziert.
Die Bilddaten zur Projektion des Bildes werden von einem Computer 30 über ein
Verbindungskabel 31 an den Beamer 10 geleitet.
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Unmittelbar
benachbart und im unteren Bereich der Leinwand 20 ist eine
erfindungsgemäße Kalibrierungsvorrichtung 40 angeordnet.
Die erfindungsgemäße Kalibrierungsvorrichtung
ist in der Figur zur besseren Darstellung nicht maßstabsgetreu in
Bezug auf die anderen abgebildeten Gegenstände dargestellt, sondern ist
vergrößert wiedergegeben.
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Die
Kalibrierungsvorrichtung 40 umfasst eine Grundplatte 41 mit
einer Anschlagfläche 42,
die so weit an die Leinwand 20 herangeschoben wird, dass die
Anschlagfläche 42 in
einer Ebene mit der Projektionsebene der Leinwand 20 liegt.
Die Grundplatte 41 ist mit einem Sensorgehäuse 43 verbunden,
in dem ein Bildsensor 44 angeordnet ist.
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Der
Bildsensor 44 umfasst mehrere Bildsensorelemente in einer
Ebene, die unter einem Winkel von 45° zur Projektionslängsachse 11 des
Projektors 10 und unter einem Winkel von 45° zur Projektionsebene
der Leinwand 20 angeordnet ist.
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Zwischen
dem Bildsensor 44 und der Leinwand 20 ist ein
Lichtführungskanal 50 angeordnet, dessen
erstes Ende 51 zum Bildsensor 44 weist. Die Längsachse 52 des
Lichtführungskanals 50 steht senkrecht
zur Ebene der Bildsensorelemente und ist ebenfalls unter einem Winkel
von 45° zur
Projektionslängsachse 11 und
zur Projektionsebene der Leinwand 20 ausgerichtet.
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Die
der ersten Öffnung 51 gegenüberliegende
zweite Öffnung 53 des
Lichtführungskanals 50 ist zur
Leinwand ausgerichtet und ermöglicht
den Eintritt des von der Leinwand 20 reflektierten Lichtes
in den Lichtführungskanal 50.
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Der
Bildsensor 44 ist mit einer Schnittstelle 60 verbunden, über die
der Bildsensor 44 mittels einer Verbindungsleitung 61 mit
dem Rechner 30 verbunden ist.
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Die
vom Bildsensor erfassten Bilddaten, welche abhängig von den Projektoreigenschaften,
Leinwandeigenschaften und das Umgebungslicht sind, werden über die
Verbindungsleitung 61 dem Rechner 30 zugeführt und
können
dort mittels einer Bildverarbeitung mit Referenzdaten verglichen
werden. Mittels dieses Vergleichs werden Korrekturfaktoren berechnet,
die über
die Verbindungsleitung 31 dem Projektor 10 zugeführt werden
und die Projektionsparameter verändern.
Auf diese Weise kann mittels einer Closed-Loop-Regelung eine kalibrierte
Projektion eines Bildes erzielt werden, dass Bildparameter aufweist,
die von den für
eine bestimmte Norm erforderlichen Referenzparametern nicht abweichen.
Den Betrachtern des Bildes wird daher auch bei unterschiedlichen
Umgebungsbedingungen und/oder Projektoreigenschaften stets die gleiche
Bilddarstellung präsentiert.