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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur zeitlichen Synchronisation
mehrerer Foto- und/oder
Filmkameras.
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Zur
Erstellung dreidimensionaler Bilddarstellungen von ortsfesten und
zeitlich unveränderlichen Objekten
mittels Foto- und/oder Filmkameras ist es bekannt, mehrere Kameras örtlich versetzt
in einem Raum anzuordnen, um das abzubildende Objekt aus verschiedenen
Perspektiven aufzunehmen. Unter Anwendung von bekannten Bildverarbeitungs-
und 3D-Computergrafikmethoden ist es möglich, aus diesen einzelnen
zweidimensionalen Abbildungen eine dreidimensionale Bilddarstellung
zu entwickeln.
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Da
aber selbst Kameras des gleichen Modells und der gleichen Baureihe
auf Hardwareebene unterschiedliche Auslöseverzögerungen aufweisen, auch wenn
diese zum exakt gleichen Zeitpunkt ausgelöst werden, ist es nicht möglich ein
quasi stationäres
Bild eines sich bewegenden Objektes zu erstellen, weil dieses aufgrund
seiner Bewegung und der Auslöseverzögerungen
der einzelnen Kameras auf jeder Darstellung eine andere Lage im
Raum einnimmt. Auch wenn diese Auslöseverzögerungen der einzelnen Kameras
nur im Millisekundenbereich liegen, verhindern diese die Erstellung
einer exakten dreidimensionalen Bilddarstellung des Objekts.
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Das
gleiche Problem stellt sich, wenn sich alternativ oder zusätzlich zur
Bewegung des darzustellenden Objektes dessen Darstellung mit der
Zeit verändert,
wie dies beispielsweise bei einer darzustellenden Uhr mit Digitalanzeige
der Fall ist.
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Davon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur zeitlichen Synchronisation mehrerer Foto- und/oder Filmkameras zu
schaffen, dass eine gleichzeitige Auslösung der Kameras gewährleistet.
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Die
Lösung
dieser Aufgabenstellung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die
Verfahrensschritte:
- a) gleichzeitiges Betätigen aller
Kameras zur Aufnahme eines Objektes mit bekannter zeitlicher Zustandscharakteristik,
- b) Bestimmen der spezifischen Auslöseverzögerung einer jeden Kamera aus
den im Verfahrensschritt a) ermittelten Ist-Werten des Objektes
und den der Zustandscharakteristik entsprechenden Soll-Werten des
Objektes und
- c) Ansteuern der einzelnen Kameras unter Ausnutzung der im Verfahrensschritt
b) ermittelten jeweiligen kameraspezifischen Auslöseverzögerungen.
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Durch
die Verwendung eines Objekts mit bekannter zeitlicher Zustandscharakteristik
ist es auf einfache Art und Weise möglich, die Auslöseverzögerung einer
jeden Kamera exakt zu bestimmen. Die im Verfahrensschritt a) aufgenommenen
Bilder zeigen das Objekt aufgrund der Auslöseverzögerungen jeweils in einem anderen
Zustand, beispielsweise einer anderen Position im Raum. Da aber
die Zustandscharakteristik des Objektes bekannt ist, lässt sich nunmehr
für jede
Kamera exakt bestimmen, wie viel eher oder später diese ausgelöst hat.
Mit diesen ermittelten Verzögerungswerten
lassen sich nunmehr die einzelnen Kameras individuell ansteuern.
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Bei
den in Frage kommenden bekannten zeitlichen Zustandsänderungen
handelt es sich um die Bewegung und/oder die Darstellungsänderung des
Objektes.
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Gemäß einer
praktischen Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens
wird vorgeschlagen, dass im Verfahrensschritt a) als Objekt mit
bekannter zeitlicher Zustandscharakteristik ein Pendel oder Metronom
verwendet wird. Da die Bewegungscharakteristik eines Pendels oder
Metronoms einerseits einfach zu berechnen ist und andererseits die Position
des Pendels im Raum auch gut bestimm bar ist, sind ein Pendel oder
ein Metronom als Referenzobjekte besonders gut geeignet.
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Die
Bestimmung der Raumposition des sich mit bekannter Bewegungscharakteristik
bewegenden Referenzobjekts lässt
sich erfindungsgemäß dadurch
vereinfachen, dass im Verfahrensschritt a) ein Referenzmuster, beispielsweise
ein liniertes Referenzkoordinatensystem, zur Bestimmung der Wegstrecke
des sich bewegenden Objekts verwendet wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird vorgeschlagen, dass nach dem Verfahrensschritt b) der Verfahrensschritt
a) ein- oder mehrfach
wiederholbar ist, wobei bei jeder Wiederholung die bekannte zeitliche
Zustandscharakteristik des Objekts, beispielsweise die Taktfrequenz
des pendelnden Objektes, variiert wird, um so in den nachfolgenden
Verfahrensschritten b) iterativ die exakte spezifische Auslöseverzögerung einer
jeden Kamera zu ermitteln.
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Eine
solche Vorgehensweise mit variierten Zustandscharakteristiken kann
notwendig sein, um je nach zur Kalibrierung verwendetem Referenzobjekt sicherzustellen,
dass die ursprüngliche
Auslöseverzögerung jeder
Kamera kleiner ist als beispielsweise die Schwingungsdauer des Referenzobjektes
und so der mittels der Kamera dargestellte Ist-Wert einen eindeutigen
Zustand des Referenzobjektes darstellt. Gerade bei der Verwendung
schwingender Referenzobjekte könnte
es ansonsten zur Darstellung nicht eindeutiger Zustände, wie
beispielsweise dem im Umkehrpunkt befindlichen Pendel, kommen. Beim Pendel
beispielsweise lässt
sich in dieser Position nicht erkennen, ob das Pendel gerade vor
oder zurück
schwingt.
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Um
beispielsweise eine exakte dreidimensionale Bilddarstellung mindestens
eines sich bewegenden Objekts zu erhalten, werden im Verfahrensschritt
c) die Kameras unter Ausnutzung der ermittelten kameraspezifischen
Auslöseverzögerungen
zum exakt gleichen Zeitpunkt ausgelöst. Aus dieser quasi stationären Momentaufnahme
des sich bewegenden Objekts lässt
sich nachfolgend unter Anwendung von bekannten Bildverarbeitungs-
und 3D-Computergrafikmethoden aus den einzelnen zweidimensionalen Abbildungen
eine dreidimensionale Bilddarstellung entwickeln. Exakt gleicher
Zeitpunkt der Kameraauslösung
bedeutet in diesem Zusammen hang eine Reduzierung der kameraspezifischen
Auslöseverzögerungen
auf ein rechnerisches Minimum.
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Schließlich wird
mit der Erfindung vorgeschlagen, dass im Verfahrensschritt c) einzelne
oder mehrere Kameras unter Ausnutzung der ermittelten kameraspezifischen
Auslöseverzögerungen
zu exakt vorgebbaren unterschiedlichen Zeitpunkten ausgelöst werden.
Unter Ausnutzung der ermittelten Verzögerungszeiten der einzelnen
Kameras ist es erfindungsgemäß auch möglich, einzelne
oder mehrere Kameras zu exakt vorgebbaren unterschiedlichen Zeitpunkten
auszulösen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnung,
in der ein Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur zeitlichen Synchronisation mehrerer Foto- und/oder Filmkameras
nur beispielhaft schematisch dargestellt ist.
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Die
Abbildung zeigt schematisch die Vorrichtungsanordnung zur Durchführung des
ersten Verfahrensschritts des Verfahrens zur zeitlichen Synchronisation
mehrerer Foto- und/oder Filmkameras.
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Die
dargestellte Vorrichtungsanordnung umfasst einen Aufnahmeraum 1,
in dem fünf
Kameras 2 beliebig, aber mit bekanntem Platz, das heißt bekannter
Anordnung im Raum, angeordnet sind. Die Kameras 2 sind
auf ein Objekt 3 (Referenzobjekt) mit bekannter Zustandscharakteristik
ausgerichtet, im dargestellten Fall ein als Pendel ausgebildetes,
sich bewegendes Objekt 3 mit bekannter Bewegungscharakteristik,
welches sich vor und über
einem Referenzmuster 4 beweget. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Referenzmuster 4 als mit einer Punktstruktur versehenes
Referenzkoordinatensystem ausgebildet. Selbstverständlich ist
es auch möglich,
andere Referenzmuster, beispielsweise ein Linienmuster, zu verwenden.
Ebenso können
mehr oder weniger als fünf
Kameras 2 zur Aufnahme des Objekts 3 eingesetzt
werden.
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Auf
die Verwendung des Referenzmusters 4 kann verzichtet werden,
wenn sowohl die räumliche Anordnung
der Kameras 2 als auch die des Referenzobjektes 3 bekannt
sind.
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Wie
weiterhin aus der Abbildung ersichtlich, sind alle Kameras 2 sind über Leitungen 5 mit
einem Computer 6 verbunden.
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Das
Verfahren zur zeitlichen Synchronisation mehrerer Foto- und/oder
Filmkameras wird wie folgt ausgeführt:
Im dargestellten
ersten Verfahrensschritt wird über die
beliebig, aber mit jeweils genau bekannten Positionen im Aufnahmeraum 1 angeordneten
Kameras 2 ein sich bewegendes Objekt 3 aufgenommen,
dessen Bewegungscharakteristik genau bekannt ist. Beim dargestellten
Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei dem sich bewegenden Objekt um ein schwingendes
Pendel, das vor und über
einem Referenzmuster 4 schwingt.
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Die über die
Leitungen 5 mit dem Computer 6 verbundenen Kameras 2 werden
zu einem beliebigen Zeitpunkt alle gleichzeitig ausgelöst. Da aber selbst
Kameras 2 des gleichen Modells und der gleichen Baureihe
auf Hardwareebene unterschiedliche Auslöseverzögerungen aufweisen, stellt
das Bild einer jeden Kamera 2 das sich bewegende Objekt 3 an einer
anderen Position im Aufnahmeraum 1 dar. Die Bestimmung
der einzelnen Raumpositionen wird dabei durch die Verwendung eines
Referenzmusters 4 erleichtert.
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Aufgrund
der bekannten Bewegungscharakteristik des Objekts 3 (des
Pendels) lässt
sich nachfolgend im zweiten Verfahrensschritt für jede Kamera 2 die
spezifische Auslöseverzögerung bis
auf ein rechnerisches Minimum reduziert exakt bestimmen, das heißt, um wie
viel eher oder später
die jeweilige Kamera 2 ausgelöst hat.
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Im
abschließenden
dritten Verfahrensschritt ist es nunmehr möglich, unter Ausnutzung der
im vorherigen Verfahrensschritt ermittelten jeweiligen kameraspezifischen
Auslöseverzögerungen
alle Kameras 2 über
den Computer 6 so anzusteuern, dass diese exakt zeitgleich
auslösen
und so beispielsweise ein quasi stationäres Bild eines sich bewegenden Objekts
abbilden, aus dem sich nachfolgend unter Anwendung von bekannten
Bildverarbeitungs- und 3D-Computergrafikmethoden aus den einzelnen zweidimensionalen
Abbildungen eine dreidimensionale Bilddarstellung entwickeln lässt.
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Neben
der Aufnahme von Objekten sich bewegenden Objekten ist diese Kamerasynchronisation
auch für
die Aufnahme von Objekten notwendig, deren Darstellung sich zeitlich ändert, wie
beispielsweise bei der Aufnahme einer Uhr mit Digitalanzeige. Nur
durch die Synchronisation der Auslösezeiten der Kameras kann sichergestellt
werden, dass alle Kameras den identischen Darstellungszustand des
Objektes wiedergeben.
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Wenn
gewünscht
bzw. erforderlich, ist es selbstverständlich unter Ausnutzung der
im zweiten Verfahrensschritt ermittelten jeweiligen kameraspezifischen
Auslöseverzögerungen
auch möglich,
einzelne oder mehrere Kameras 2 über den Computer 6 so anzusteuern,
dass diese zu exakt vorgebbaren unterschiedlichen Zeitpunkten auszulösen.
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Aufgrund
der Ermittlung der kameraspezifischen Auslöseverzögerungen ist es mit diesem
Verfahren möglich,
die Auslösung
mehrerer Kameras 2 exakt zu synchronisieren.
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- 1
- Aufnahmeraum
- 2
- Kamera
- 3
- Objekt/Referenzobjekt
- 4
- Referenzmuster
- 5
- Leitung
- 6
- Computer