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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatischen
fotografischen Aufnahme von insbesondere bewegten Objekten aus verschiedenen
Perspektiven zur Erzeugung von plastisch wirkenden Bildern, die
mit mehrkanaligen Bilddarstellungstechniken gezeigt werden.
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Stand der Technik:
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Zur
Aufnahme von plastisch wirkenden Bildern, die mit mehrkanaligen
Bilddarstellungstechniken gezeigt werden, sind mehrere Ansichten
von einem aufzunehmenden Objekt notwendig. Beispielsweise bei Bildern,
die nach dem Linsenrasterverfahren aufgenommen werden sollen, werden
nach heutigem Stand der Technik 8, 16 oder 24 verschiedene Ansichten
zu einem plastisch wirkenden Bild verarbeitet (z. B. nach Falk,
D.; Brill, D.; Stork, D.; Ein Blick ins Licht; Birkhäuser Verlag,
Springer Verlag; Seite 230f). Diese Ansichten unterscheiden sich
oft nur in relativ geringen Perspektivenänderungen.
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Problem und Aufgabe:
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Diese
geringen Perspektivenänderungen sind
nach dem Stand der Technik ein Problem, da die Kameras aufgrund
ihrer Gehäuseabmessungen
nicht im benötigten
Abstand dicht nebeneinander platziert werden können, sondern maximal Gehäuse an Gehäuse. Da
man bei mehrkanaligen Bilddarstellungstechniken insbesondere im
Bereich der Werbung in bestmöglicher
Fotoqualität
arbeiten muss, kommen kleine Kameras (z.B. Fingerkameras oder Webcams),
die dicht nebeneinander platziert werden könnten, unter anderem aufgrund
ihrer schlechten optischen Eigenschaften und der sehr schlechten Abbildungsqualität nicht
in Betracht. Für
die verzerrungsfreie Aufnahme sind hierbei Objektive von Nöten, die
eine kleine Kamera (z.B. Fingerkamera oder Webcam) nicht bietet.
Auch ist die maximale Freiheit bei der Gestaltung der Motive wünschenswert,
was nur durch die Einstellung verschiedener Parameter bei Profikameras
mit entsprechenden Objektiven möglich
ist.
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Also
werden üblicherweise
mehrere Kameras auf einer Schiene nebeneinander gestellt, mit der Einschränkung, nur
entfernte Objekte (z.B. Landschaft) fotografieren zu können. Wollte
man Objekte in Nahaufnahme fotografieren, hätte dies zur Folge, dass die
Perspektivenänderung
von Kamera zu Kamera zu groß für mehrkanalige
Bilddarstellungstechniken, wie z.B. die Linsenrastertechnik, ist.
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Da
bei bewegten Objekten die Bewegung nur zu einem bestimmten Moment
in allen Perspektiven gleich ist, kann hier auch nicht mit einer
einzigen Kamera wie bei statischen Objekten gearbeitet werden, die
im Raum sequentiell verschoben wird.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile
des Standes der Technik auf einfache Art zu beseitigen und eine
universell einsetzbare und jeweils individuell an die jeweiligen
Objektparameter angepasste Aufnahmevorrichtung zur Verfügung zu
stellen, die einen hohen Grad an Automatisierung aufweist und insbesondere bewegte
Objekte von vielen Perspektiven gleichzeitig abbilden kann.
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Problemlösung:
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Als
Lösung
hierfür
schlägt
die Erfindung eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder
3 und ein Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtungen mit den Merkmalen
des Anspruchs 14 oder 15 vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw.
Maßnahmen sind
in den Ansprüchen
2 und 4 bis 13 bzw. 16 bis 19 angeführt.
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Der
Vorrichtung liegt der Grundgedanke zugrunde, dass durch eine spezielle
Spiegelkonstruktion der minimal mögliche Abstand zwischen den
Objektivmitten zweier benachbart aufgestellter Kameras, in der Stereoskopie
allgemein „Stereobasis" genannt, weiter
verringert werden kann. Hierbei sind mehrere Kameras so nebeneinander
angebracht, dass alle Objektive zur gleichen Seite ausgerichtet sind.
Ihre optischen Achsen spannen eine Ebene auf. Die Anordnung der
Kameras kann auf einer Linie mit parallel ausgerichteten Achsen
(Fall 1 1), auf einer Linie mit konvergierenden
Achsen auf ein Objekt eingeschwenkt (Fall 2 2) oder
auf einer Kurve insbesondere auf einem Kreisborgen mit konvergierenden
Achsen auf ein Objekt eingeschwenkt (Fall 3 3) erfolgen.
Auf einer zweiten Ebene, die um optimalerweise 90° zur ersten
Ebene gekippt steht (4), findet sich die gleiche
Anordnung wieder, jedoch sind die Kameras bezüglich der Kameras von Ebene
1 um die halbe Stereobasis (also um den halben Abstand zwischen
den Objektivmittelpunkten) verschoben, so dass resultierend immer
ein zusätzliches
Bild von den Kameras aus Ebene 2 zwischen zwei Kameras aus Ebene
1 aufgenommen werden kann (6). Bei
Fall 2 und 3 ist die Einschwenkung der Kameras so ausgeführt, als
ob die Kameras der Ebene 2 jeweils im Zwischenraum, also genau in
der Mitte zwischen zwei Kameras der Ebene 1, stehen würden und
jeweils direkt auf das Objekt ausgerichtet sind.
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Die
Objektstrahlen werden über
einen halbdurchlässigen
Spiegel so aufgeteilt, dass ein Teil in die Optiken der Kameras
von Ebene 2 gespiegelt wird, ein anderer Teil den Spiegel passiert
und in die Optiken der Kameras von Ebene 1 fällt (5). Hierbei
besitzt der halbdurchlässige
Spiegel eine Transparenz von optimalerweise genau 50 % (und damit eine
Reflexion von ebenfalls 50 %), so dass die Belichtung der Kameras
auf Ebene 1 der Belichtung der Kameras auf Ebene 2 gleicht (7).
Da die Bildhelligkeit in zwei Ebenen aufgeteilt wird, sind die Bilder, die
von den Kameras aufgenommen werden nur noch halb so hell, wie ohne
Spiegelkonstruktion. Dies lässt
sich jedoch durch zusätzliche Öffnung der
Blende der Kamera oder später
digital ausgleichen. Es versteht sich, dass der Spiegel in einem
ggf. justierbaren Rahmen geführt
ist und eventuell auch aus Teilspiegeln bestehen kann.
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Durch
die so geartete Anordnung kann eine Stereobasis realisiert werden,
die der Hälfte
der minimal durch die Kameraabmessungen möglichen Stereobasis entspricht,
bei der die Kameras wie bisher üblich
nebeneinander in einer Ebene angeordnet sind. Die Bilder der Kameras
der Ebene 2 zeigen jeweils einen Objektteilbild, als sei dieses
jeweils genau im Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Kameras
auf Ebene 1 aufgenommen worden. Damit lässt sich die maximale Zahl
der Kameras, die ein Objekt in einem bestimmten Ausschnitt um das
Objekt herum aufnehmen, quasi verdoppeln. Die Bilder der Ebene 2
sind lediglich spiegelverkehrt und stehen ggf. auf dem Kopf (8),
jedoch lässt
sich dies leicht digital und ggf. automatisiert ausgleichen.
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Dieses
Prinzip ist auch mit drei Kamera-Ebenen realisierbar (9).
Hierbei schrumpft die Stereobasis auf ein Drittel der ursprünglichen
Stereobasis zusammen (11). Da die Bildhelligkeit hier
in drei Ebenen aufgeteilt wird (10), sind
die Bilder, die von den Kameras aufgenommen werden, bestenfalls nur
noch ein Drittel so hell, wie ohne die Spiegel. Hierbei muss der
erste teildurchlässige
Spiegel ein Drittel des Lichtes reflektieren und zwei Drittel des Lichtes
hindurch lassen. Der zweite halbdurchlässige Spiegel reflektiert hingegen
wiederum genau die Hälfte
der vom ersten Spiegel durchgelassenen zwei Drittel des Lichtes
(12). Dadurch werden alle drei Kameraebenen mit
einem Drittel des ursprünglichen Lichtes
gleich belichtet. Auch dies lässt
sich in gewissem Rahmen optisch oder digital ausgleichen. Ist es aus
Kostengründen
nur möglich,
Spiegel mit 50 % Transparenz bzw. Reflexion zu verwenden, kann auch
mit zwei halbdurchlässigen
Spiegeln und einem Transmissions /Reflexionsgrad von jeweils 0,5
gearbeitet werden, wobei die Kameras auf Ebene 1 durch einen Filter
mit einem Transmissionsgrad von 0,5 abgeblendet werden. Die erreichbare
Bildhelligkeit beträgt
hierbei nur noch 25% der Objekthelligkeit (14). Durch
diese Konstruktion kann die Stereobasis auf ein Drittel verkleinert
werden. Die Bilder der Ebene 2 und 3 zeigen damit Bildausschnitte,
als seien in jeweils einen Zwischenraum zwischen zwei Kameras auf
Ebene 1 zwei zusätzliche
Kameras im zueinander proportionalen Abstand (nämlich bei jeweils einem Drittel
der ursprünglichen
Stereobasis) eingefügt
worden. Die Bilder aus Ebene 2 sind spiegelverkehrt und stehen ggf.
auf dem Kopf, die Bilder aus Ebene 3 sind nur spiegelverkehrt (13).
Auch hier lässt
sich dies sehr leicht digital und ggf. automatisiert ausgleichen.
Um die Apparatur an Gehäuseabmessungen
von verschiedenen Kameras anzupassen ist es optional möglich, die
Kameramontageplatten, auf denen sich die Kameras befinden, in x-Richtung,
y-Richtung und ggf. in der Höhe
bzw. im horizontalen oder vertikalen Drehwinkel mechanisch oder
elektrisch durch Schrittmotoren zu justieren. Je nach Objektweite,
Objektgröße und gewünschtem räumlichen
Eindruck kann es erforderlich sein, die Stereobasis in sinnvollem
Rahmen zu variieren und nicht mit der minimal möglichen Stereobasis zu arbeiten,
sondern mit einer größeren. Da
die Stereobasis zwischen zwei Bildern also von den Objekt- und Darstellungsparametern
abhängt
und somit flexibel gestaltet werden muss, ist es hilfreich, die
Verstellung der Kameraabstände,
die in ihren Proportionen im Regelfall immer gleich bleiben (15),
mechanisch – oder
elektrisch durch Schrittmotoren – gekoppelt durchzuführen. Ein
Ausführungsbeispiel
für vier
Kameras auf einer Ebene sei im Folgenden beschrieben (16):
Alle vier Kameras bzw. deren Kameramontageplatten sitzen horizontal
verschiebbar auf Führungsstangen
(F). Jeweils zwei Kameras (hier die beiden äußeren bzw. die beiden inneren
Kameras) befinden sich spiegelsymmetrisch auf je einer Spindel,
die jeweils links der Mitte (M) ein linksläufiges Gewinde (L) – für die Kameras
links der Mitte – und rechts
der Mitte (M) ein rechtsläufiges
Gewinde (R) – für die Kameras
rechts der Mitte – aufweisen.
Die beiden inneren Kameras, die auf einer gemeinsamen Spindel sitzen,
bewegen sich mit einer konstanten Geschwindigkeit v jeweils zur
Mitte hin. Die beiden äußeren Kameras,
die ebenfalls auf einer gemeinsamen Spindel sitzen, müssen sich
mit dreifacher Geschwindigkeit 3v zur Mitte zu bewegen, um in der gleichen
Zeit dort anzukommen. Also muss sich die Spindel, auf der die beiden äußeren Kameras
sitzen, mit dreifacher Umdrehungszahl gegenüber der Spindel, auf der die
beiden inneren Kameras sitzen, bewegen. Ist diese Bedingung erfüllt, bewegen
sich alle Kameras immer mit gleichem Abstand zueinander.
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Dieses
Beispiel lässt
sich in ähnlicher
Weise für
eine unterschiedliche Anzahl von Kameras fortführen, jedoch muss hierbei die
mechanische Übersetzung
angepasst werden. Für
die unterschiedlichen Kameraebenen muss hierbei beachtet werden, dass
auch die Kameras der zweiten und ggf. dritten Ebene insgesamt verschoben
werden müssen,
um jeweils immer die proportional gleiche Stereobasis zwischen den
Kameras aller Ebenen zu wahren.
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Diese
mechanisch realisierte Verstellung kann natürlich auch elektrisch mit exakt
ansteuerbaren Schrittmotoren und ggf. sogar je Kamera erfolgen.
Hierbei würde
beispielsweise ein Computerprogramm anhand von eingegebenen Objekt-
bzw. Ausgabeparametern die besten Positionen berechnen und entsprechende
Steuerbefehle über
eine Zentraleinheit an die Schrittmotoren übergeben. Diese verstellen
dann die Kameras und justieren ggf. die Spiegel auf die passenden
Positionen.
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Ggf.
können
Kameraparameter wie z.B. Blende, Belichtungsdauer, usw. über die
Zentraleinheit oder ein Computerprogramm an alle Kameras gleichzeitig
und automatisch übergeben
werden. Hierbei werden entweder alle Kameras mit der gleichen Einstellung
oder mit individuell auf jede Kamera zugeschnittenen Parametern
versorgt.
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Bisher
kann unter Kamera auch eine Video- oder Filmkamera zu verstehen
sein. Folgende Maßnahmen
sind jedoch insbesondere nur für
Einzelbildkameras sinnvoll. Sind die Kameras eingerichtet und befinden
sich in ihrer finalen Position, werden beispielsweise durch einen
zentralen Triggermechanismus alle Kameras gleichzeitig ausgelöst. Der
Triggerimpuls kann manuell oder durch ein spezielles Programm oder
auch beispielsweise vom Objekt selbst abgegeben werden (vgl. hierzu
auch
DE 199 61 428 C2 ,
für dessen
Verfahren vorliegende Vorrichtung auch eingesetzt werden kann).
Für die
Erzeugung spezieller Effekte ist es auch möglich, die Kameras nacheinander
auszulösen.
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Sind
die Aufnahmen getätigt,
können
optional über
die Zentraleinheit oder einen angeschlossenen PC alle Aufnahmen
entweder manuell oder automatisiert ausgelesen werden, die Bilder
auf einem Datenträger
abgespeichert und in der entsprechenden Kamerareihenfolge benannt
bzw. in einem sog. Metafile gespeichert werden (indem z.B. die Bilder
aller Kameras einer Aufnahmesession mit Datum, Kamera- oder Positionsparametern
und evtl. Aufnahmeort abgespeichert werden können). Vor oder auch nach dem
Abspeichern (z.B. in Sicherungskopie) kann das Bild automatisch
bearbeitet werden (z.B. das automatische Drehen oder Spiegeln von
Aufnahmen der Ebene 2 oder 3 oder ein Helligkeitsangleich oder Weißabgleich).
Zur sofortigen Kon trolle des aufgenommenen Bildes können die
Einzelbilder auch automatisch zu einem plastischen Bild zur Anzeige an
einem geeigneten Monitor zusammenfügt werden.
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Erreichte Vorteile:
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Bislang
war es nicht möglich,
nähere
bewegte Objekte ohne Interpolation und damit qualitätsmäßig einwandfrei
für mehrkanalige
Bilddarstellungstechniken wie z.B. die Linsenrastertechnik abzubilden.
Die hier vorgeschlagene Vorrichtung löst das Problem und stellt zusätzlich einen
hohen Grad an Automatisierung und damit die universelle Einsetzbarkeit
bei den verschiedensten Aufnahmeobjekten zur Verfügung. Durch
die uneingeschränkte
Verwendung von nahezu allen professionellen Kameras bietet die Vorrichtung
und das Verfahren ein Hilfsmittel sowohl für die plastische Fotografie,
als auch für plastische
Video- und Filmanwendungen. Diese Vorrichtung und dieses Verfahren
sind insbesondere für den
semiprofessionellen und professionellen Markt sowohl qualitätsmäßig als
auch wirtschaftlich attraktiv.
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Figurenbeschreibung:
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Die
Erfindung wird anhand der Figuren in Zusammenfassung nochmals beispielhaft
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Aufnahmevorrichtung, bei der die optischen Achsen der Kameras auf
einer Linie parallel zueinander angeordnet sind und die Nodalpunkte der
Kameras den gleichen Abstand zu einander besitzen
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2 eine
Aufnahmevorrichtung, bei der die Kameras auf einer Linie und deren
optische Achsen auf ein Objekt eingeschwenkt angeordnet sind, wobei
die Nodalpunkte der Kameras den gleichen Abstand zu einander besitzen
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3 eine
Aufnahmevorrichtung, bei der die Kameras auf einem Kreisbogen und
deren optische Achsen auf ein Objekt eingeschwenkt angeordnet sind,
wobei die Nodalpunkte der Kameras den gleichen Abstand zu einander
besitzen
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4 eine
Prinzipzeichnung einer Aufnahmevorrichtung mit Blick von seitlich
oben, bei der die Kameras auf zwei Ebenen angeordnet sind. Die Ebene
2 (E2) befindet sich im 90°-Winkel
zu der Ebene 1 (E1) gekippt. Die Kameras darauf sind um die halbe Stereobasis
gegenüber
denen auf Ebene 1 versetzt, wobei die Objektstrahlen durch einen
halbdurchlässigen
Spiegel aufgeteilt werden. Ein Teil wird in die Kameraoptiken der
Ebene 2 gespiegelt, der andere Teil wird zu den Kameraoptiken der
Ebene 1 durchgelassen.
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5 eine
Prinzipzeichnung der in 4 beschriebenen Aufnahmevorrichtung
mit Blick von der Seite, bei der der Strahlengang der Kameraebenen verdeutlicht
wird. Durch den halbdurchlässigen
Spiegel werden die Objektstrahlen auf die Kameraoptiken in Ebene
2 und auf die in Ebene 1 aufgeteilt.
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6 eine
Prinzipzeichnung der in 4 und 5 beschriebenen
Aufnahmevorrichtung. Hier wird die durch den halbdurchlässigen Spiegel
erreichte halbe Stereobasis (A/2) verdeutlicht.
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7 eine
Prinzipzeichnung der in 4 bis 6 beschriebenen
Aufnahmevorrichtung. Durch den halbdurchlässigen Spiegel mit 50% Transmission
und 50 % Reflexion wird die Objekthelligkeit in die Ebenen 1 und
2 auf jeweils die Hälfte
aufgeteilt.
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8 eine
Prinzipzeichnung der in 4 bis 7 beschriebenen
Aufnahmevorrichtung. Durch den halbdurchlässigen Spiegel mit 50% Transmission
und 50 % Reflexion wird die Objekthelligkeit auf den Kamerabildern
der Ebenen 1 und 2 halbiert. Zusätzlich
sind die Bilder der Kameras in Ebene 2 spiegelverkehrt und stehen
auf dem Kopf.
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9 eine
Prinzipzeichnung einer Aufnahmevorrichtung mit Blick von seitlich
oben, bei der die Kameras auf drei Ebenen angeordnet sind. Die Ebene
2 (E2) befindet sich im 90°-Winkel
zu der Ebene 1 (E1) nach oben gekippt, und die Kameras darauf sind um
ein Drittel der Stereobasis gegenüber den Kameras auf Ebene 1
versetzt. Ein Teil der Objektstrahlen wird durch einen teildurchlässigen Spiegel
in die Kameraoptiken der Ebene 2 gespiegelt, der andere Teil durch
den ersten Spiegel hindurch gelassen. Zusätzlich befindet sich eine Ebene
3 (E3) im 90°-Winkel
zu der Ebene 1 nach unten gekippt (somit parallel zu Ebene 2), und
die Kameras darauf sind um ein Drittel der Stereobasis gegenüber den
Kameras auf Ebene 1 in die entgegen gesetzte Richtung versetzt.
Die durch den ersten teildurchlässigen
Spiegel hindurch gelassenen Objektstrahlen werden durch einen weiteren
halbdurchlässigen
Spiegel wiederum aufgeteilt. Ein Teil der Objektstrahlen wird in
die Kameraoptiken der Ebene 3 gespiegelt, der andere Teil durch
den ersten Spiegel hindurch in die Kameraoptiken der Ebene 1 gelassen.
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10 eine
Prinzipzeichnung der in 9 beschriebenen Aufnahmevorrichtung
mit Blick von der Seite, bei der der Strahlengang in die drei Kameraebenen
verdeutlicht wird. Durch die halbdurchlässigen Spiegel werden die Objektstrahlen
auf die Kameraoptiken in Ebene 2 und nach Passieren des ersten teildurchlässigen Spiegels
durch einen weiteren halbdurchlässigen
Spiegel auf die in Ebenen 3 und 1 aufgeteilt.
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11 eine
Prinzipzeichnung der in 9 und 10 beschriebenen
Aufnahmevorrichtung. Hier wird die verzahnte Anordnung der Kameras
auf ein Drittel der Stereobasis (A/3) verdeutlicht.
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12 eine
Prinzipzeichnung der in 9 bis 11 beschriebenen
Aufnahmevorrichtung. Durch den ersten teildurchlässigen Spiegel mit 66,6% Transmission
und 33,3% Reflexion und den zweiten halbdurchlässigen Spiegel mit 50% Transmission
und 50% Reflexion wird die Bildhelligkeit auf den Kamerabildern
der Ebenen 1 bis 3 gedrittelt.
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13 eine
Prinzipzeichnung der in 9 bis 12 beschriebenen
Aufnahmevorrichtung. Durch die beiden teildurchlässigen Spiegel wird die Bildhelligkeit
auf den Bildern der Ebenen 1 bis 3 gedrittelt. Zusätzlich sind
die Bilder der Kameras in Ebene 2 spiegelverkehrt und stehen auf
dem Kopf, in Ebene 3 sind die Bilder lediglich spiegelverkehrt.
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14 eine
Alternative zur in 12 beschriebenen Aufnahmevorrichtung.
Anstelle der beiden unterschiedlichen Reflexions- und Transmissionswerte
für die
teildurchlässigen
Spiegel, werden hier Spiegel mit exakt 50% Transmission bzw. Reflexion
verwendet. Dafür
ist ein Angleich der Helligkeit für die Kameras in Ebene 2 notwendig.
Dies erfolgt durch einen Filter (F) mit 50% Transmission.
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15 in
diesem Prinzipbild (die Kameras sind hier der Übersichtlichkeit halber sehr
schmal gezeichnet) wird der Zusammenhang zwischen den Wegen, die
die einzelnen Kameras bei Verstellung der Stereobasis zurückzulegen
haben, deutlich gemacht. Dies erfolgt unter der Anforderung, dass
die Kameras unabhängig
von der gewählten
Stereobasis proportional immer die gleichen Abstände (A bzw. B) zueinander haben
müssen.
In dieser Zeichnung gilt: A = 3B
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16 eine
gekoppelte Verstellung der Kameraabstände bei Anpassung der Stereobasis
an ein Aufnahmeobjekt unter Wahrung der Proportionen. Alle vier
Kameras bzw. deren Kameramontageplatten (die auch hier der Übersichtlichkeit
halber sehr schmal gezeichnet sind) sitzen horizontal verschiebbar
auf Führungsstangen
(F). Jeweils zwei Kameras (hier die beiden äußeren K1 und K4 bzw. die beiden inneren
Kameras K2 und K3) befinden sich spiegelsymmetrisch auf je einer
Spindel, die jeweils links der Mitte ein linksläufiges Gewinde (L) – für die Kameras links
der Mitte – und
rechts der Mitte ein rechtsläufiges
Gewinde (R) – für die Kameras
rechts der Mitte – aufweisen.
Die beiden inneren Kameras bewegen sich mit einer konstanten Geschwindigkeit
v jeweils zur Mitte hin. Die beiden äußeren Kameras, die auf einer
gemeinsamen Spindel sitzen, bewegen sich mit dreifacher Geschwindigkeit
3v zur Mitte zu. Die Spindel, auf der die beiden äußeren Kameras
K1 und K4 sitzen, hat die dreifache Umdrehungszahl gegenüber der
Spindel, auf der die beiden inneren Kameras K2 und K3 sitzen.