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Die
Erfindung betrifft ein Beobachtungsverfahren mittels einer digitalen
Videokamera mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Beobachtungsverfahren
mittels einer digitalen Videokamera sind an sich bekannt. An die
Videokamera ist meist eine Steuerlogik angeschlossen, an die wiederum
ein Monitor angeschlossen ist.
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Um
eine Videokamera direkt an einen Monitor anschließen zu können, muss
die Kamera ein analoges (CCIR oder NTSC) oder digitales (DVI) Videosignal
aussenden. Diese Videosignale unterliegen den jeweiligen Normen
und sind in ihrer Auflösung
und Bildübertragungsrate
limitiert.
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Eine
digitale Videokamera weist als bildgebende Komponente einen Chip
auf, welcher einzelne Bildpunkte, auch Pixel genannt, aufnehmen
kann. Die Bildpunkte sind hierbei gleichmäßig rasterförmig in einem Rechteck verteilt.
Durch die Anzahl der Bildpunkte wird die Auflösung der Videokamera bestimmt.
Wird ein CMOS-Chip verwendet, so lässt sich jeder einzelne Bildpunkt
individuell ansteuern und auslesen. Dahingegen kann in der CCD-Technologie beispielsweise
immer nur eine komplette Reihe des Chips angesteuert werden.
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Die
Steuerlogik steuert das auf dem Monitor dargestellte Bild. Bei der
Verwendung einer modernen Videokamera mit einer hohen Auflösung kann der
Fall auftreten, dass die Anzahl der maximal auf dem Monitor darstellbaren
Bildpunkte kleiner ist, als die Anzahl der Bildpunkte, welche die
Videokamera aufnehmen kann. Deswegen muss das Bild der Videokamera
auf die Größe des Monitors
angepasst werden. Um ein ideales Bild zu erreichen, gibt die Steuerlogik
vor, welche Bildpunke der Videokamera ausgelesen werden. Die Auswahl
erfolgt in bekannter Weise so, dass zuerst Bildpunkt-Blöcke beispielsweise
bestehend aus vier Bildpunkten gebildet werden; anschließend werden
Bildpunkt-Blöcke
aus der Gesamtheit der Bildpunkte so ausgewählt, dass ein gleicher Abstand
zwischen den Blöcken
besteht, wodurch sich ein gleichmäßiges Raster an Bildpunkt-Blöcken ergibt.
Die Bildpunktdaten der so ausgewählten
Bildpunkt-Blöcke
fügt die
Steuerlogik zu einem Bild zusammen, welches auf dem Monitor dargestellt
werden kann. Dieses Verfahren der Bildpunkt-Reduzierung kann auch
angewendet werden, wenn die Übertragungsrate
der Verbindung zwischen Videokamera und Steuerlogik nicht ausreicht,
um alle Bildpunktdaten in geeigneter Geschwindigkeit so zu übertragen,
dass ein bewegtes Bild entsteht.
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Eine
weitere Aufgabe der Steuerlogik ist, die digitalen Signale der Kamera
in ein für
den Monitor darstellbares Datenformat zu wandeln.
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Ein
Bediener kann über
den Monitor die von der Videokamera aufgenommene Umgebung beobachten.
Häufig überwacht
die Videokamera hierbei eine größere Umgebung.
Damit der Bediener einen Bildausschnitt vergrößern kann, verfügt die Videokamera
meist über
ein Zoomobjektiv mit variabler Brennweite. Weil allerdings mittels
eines Zoomobjektivs nur die Bildmitte des Vollbildes vergrößert werden
kann, muss die Videokamera erst motorisch auf den zu vergrößernden
Bereich gerichtet werden, damit mittels des Zoomobjektivs ein vergrößerter Bildausschnitt
aufgenommen werden kann. Nachteilig ist hierbei, dass die Videokamera
motorisch bewegt werden muss, wodurch eine erhöhte Anzahl an Komponenten entsteht.
Ferner ist ein mechanisches Zoomobjektiv anfällig für durch die motorische Bewegung
verursachte Vibrationen.
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Aufgabe
der Erfindung ist ein Beobachtungsverfahren mittels einer digitalen
Videokamera, welches in der Lage ist, einen Bildausschnitt auch
am Bildrand des Vollbildes zu vergrößern, ohne dass die Videokamera
motorisch bewegt werden muss.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem
kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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Es
werden für
die Realisierung des Beobachtungsverfahrens eine digitale Videokamera
und eine Steuerlogik, an welcher zumindest ein Mittel zur Anzeige
und zur Befehlseingabe angeschlossen ist, verwendet. In einer vorteilhaften
Ausgestaltung kann die Steuerlogik innerhalb der Videokamera angeordnet
sein.
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Vorteilhafterweise
wird eine Videokamera verwendet, die eine möglichst große Auflösung liefert, d.h. der Chip
weist eine möglichst
große
Anzahl an Bildpunkten auf.
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Die
Steuerung der Videokamera erfolgt über eine in der Steuerlogik
hinterlegte Steuerungssoftware, beispielsweise mittels einer Lookup-Table. Der Bediener
kann wählen,
ob das Vollbild der Videokamera oder ein oder mehrere gegenüber dem
Vollbild vergrößerte Bildausschnitte
des Vollbildes auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden, wobei
er in diesem Fall auch wählen
kann, welche vergrößerten Bildausschnitte
des Vollbildes angezeigt werden sollen.
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Die
Steuerlogik erhält über ein
Eingabeelement, beispielsweise eine Computer-Maus oder eine Computer-Tastatur,
vom Bediener die Information, welche Bildanzeige der Bediener sehen
will. Mittels dieser Information steuert die Steuerlogik, welche Bildpunktdaten
der Bildpunkte, die für
die Anzeige des vom Bediener vorgegebenen Bildes notwendig sind,
von der Videokamera an die Steuerlogik gesendet werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
können
das Eingabeelement und die Anzeigevorrichtung zusammengeführt als
Touchscreen-Monitor ausgeführt sein.
Der Bediener hat hierbei die Möglichkeit,
manuell durch Berühren
des Monitors den oder die gewünschten
Bildausschnitte auszuwählen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung können die Verbindungen zwischen
Videokamera und Steuerlogik, zwischen Steuerlogik und Anzeigevorrichtung
sowie zwischen Steuerlogik und Bedienelement als kabellose Verbindung
ausgeführt
sein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung können mehrere Videokameras an
die Steuerlogik angeschlossen sein, wobei der Bediener über das Eingabeelement
vorgibt, welches Videokamerabild als Vollbild oder vergrößerter Bildausschnitt
auf der Anzeigevorrichtung dargestellt wird.
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Im
folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen
ein mögliches
Ausführungsbeispiel
für ein
Verfahren nach der Erfindung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Videokamerabeobachtungssystems
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2 eine
schematische Darstellung der ausgelesenen Bildpunkte eines CMOS-Chips
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3 eine
schematische Darstellung der ausgelesenen Bildpunkte eines CMOS-Chips
bei reduzierter Auflösung
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4 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
der Zoombereiche
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Die 1 zeigt
ein Videokamerabeobachtungssystem. Eine digitale Videokamera 1 mit
einer hohen Auflösung,
welche einen CMOS-Chip 5 als bildgebendes Element aufweist,
ist mit einer Steuerlogik 2 verbunden. An die Steuerlogik 2 ist
ein Touchscreen-Monitor 3 angeschlossen, welcher zugleich als
Anzeigevorrichtung und als Eingabeelement wirkt.
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Die
Steuerlogik 2 steuert das auf dem Touchscreen-Monitor 3 dargestellte
Bild. Sie weist ein Bildgenerierungselement 10 auf, welches
die von der Videokamera 1 empfangenen digitalen Signale
empfängt,
in ein für
den Touchscreen-Monitor 3 darstellbares Datenformat wandelt
und über
einen Videoausgang dem Touchscreen-Monitor 3 digital (DVI) oder
analog (CCIR/NTSC) bereitstellt. Die Steuerlogik 2 weist
ferner ein Signalwandlerelement 11 auf, welche vom Touchscreen-Monitor 3 Steuersignale, bezüglich beispielsweise
die Auswahl des Bildausschnittes oder die Auslesegeschwindigkeit,
empfängt,
diese Signale wandelt und verarbeitet und somit u.a. steuert, welche
Bildpunktdaten der Videokamera 1 an die Steuerlogik 2 übertragen
werden.
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Der
Touchscreen-Monitor 3 zeigt zuerst das Vollbild der Videokamera 1 an.
Er verfügt über eine geringere
Auflösung
als die Videokamera 1, mit der Folge, dass der Touchscreen-Monitor 3 nicht
alle Bildpunkte 6 der Videokamera darstellen kann. Darüber hinaus
ist die Übertragungsrate
der Verbindung zwischen Videokamera 1 und Touchscreen-Monitor 3 derart
begrenzt, dass es nicht möglich
ist, die Bildpunktdaten aller Bildpunkte so zu übertragen, dass 25 Einzelbilder
pro Sekunde, welche ein bewegtes Bild erzeugen, übertragen werden.
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Aus
diesen beiden Gründen
reduziert die Steuerlogik 2 die Anzahl der ausgelesenen
Bildpunkte 6. 2 zeigt in einer schematischen
Darstellung die Bildpunkte 6 des CMOS-Chips 5,
wenn alte Bildpunkte (R: rot, G: grün, B: blau) ausgelesen werden könnten. 3 zeigt
dahingegen in einer schematischen Darstellung die Bildpunkte 6 des
CMOS-Chips 5, wenn die Anzahl der Bildpunkte auf ein Viertel
gesenkt wird. Hierbei werden jeweils vier Bildpunkte 6 zu
einem Bildpunkt-Block 7 zusam-mengefasst.
Anschließend
werden die Bildpunkt-Blöcke 7 aus
der Gesamtheit der Bildpunkte 6 so ausgewählt, dass
ein gleicher Abstand zwischen den Bildpunkt-Blöcken besteht, wodurch sich
ein gleich-mäßiges Raster
an Bildpunkt-Blöcken
ergibt. Die Bildpunktdaten dieser so ausgewählten Bildpunkt-Blöcke 7 werden
an die Steuerlogik 2 übertragen.
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Die 3 zeigt
somit ein mögliches,
auf dem Touchscreen angezeigtes Bild. Hierbei wird die Pixelanzahl
des Sensors auf der gesamten Fläche
so reduziert, dass sich ein vom Monitor 3 anzeigbares Bild ergibt
(z.B. 800 × 600
Pixel). Eine mögliche
Variante der Zoombereiche ist in 4 dargestellt.
Der Bediener kann durch die entsprechende Auswahl eines der Bildbereiche 9 nun
die maximale Auflösung
der Videokamera 1 nutzen. Hierbei wird jedes einzelne aneinander
liegende Pixel der Videokamera 1 ausgelesen. Dies kann
aufgrund der limitierten Auflösung
des Monitors 3 sowie der limitierten Datenübertragungsrate,
wie in 4 gezeigt, nur auf bestimmte Bereiche des CMOS 5 angewandt
werden. Wählt
der Bediener beispielsweise den Bildausschnitt 9' in der linken
oberen Ecke, so selektiert die Steuerlogik 2 nur die in
diesem Bildausschnitt 9' befindlichen
Bildpunkte 6 des CMOS-Chips 5 aus und überträgt diese
in der vorgegebenen Auflösung
und Bildwiederholrate.
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Anstatt
eines fixen Rasters 8, wie in 4 gezeigt,
kann auch in nicht dargestellter Weise ein variabler Bildausschnitt
um einen "Point
of Interest" herum
realisiert werden. Hierbei wird von einem gezeigten oder gewählten Punkt,
welcher anschließend Mittelpunkt
des gezoomten Bildes ist, der Bildausschnitt variabel berechnet.
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Wenn
die übrigen
Bildausschnitte nicht mehr dargestellt werden und somit Bitdpunktdaten
dieser übrigen
Bildausschnitte nicht mehr übertragen
werden müssen,
kann der gewünschte
Bildausschnitt 9' mit
maximal möglicher
Auflösung
und gegenüber dem
Vollbild vergrößert dargestellt
werden. Diese Vergrößerung des
dezentral am Rand des Vollbildes gelegenen Bildausschnitts 9' ist erreicht
worden, ohne dass die Videokamera 1 motorisch bewegt wurde.
Bezüglich
der Zoomfunktion wird der Chip bestmöglich genutzt, da sämtliche
Bildpunkte des Chip 5 für
eine Vergrößerung eines
Bildausschnitts nutzbar sind.