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Die
Erfindung richtet sich auf eine Kameraeinrichtung sowie auf ein
Verfahren zur Generierung von Panoramabilddaten auf digitaltechnischem
Wege.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde Lösungen zu schaffen durch welche
es möglich
wird hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften hochwertige Panoramabilddaten
effizient zu generieren.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Kameraeinrichtung zur Generierung von Panoramabilddaten mit:
- – einem
Kopfelement;
- – einem
in dem Kopfelement ausgebildeten Projektionsraum mit einem Projektionsraumzentrum;
- – mehreren
in das Kopfelement eingebundenen Linsenssystemen; und
- – mehreren
in das Kopfelement eingebundenen Aufzeichnungssensoren;
- – wobei
jedem Linsenssystem ein Aufzeichnungssensor zugeordnet ist der sich
bezüglich
des Projektionsraumzentrums an einer der Linsenstruktur gegenüberliegenden
Position befindet.
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Dadurch
wird es auf vorteilhafte Weise möglich,
eine Kameraeinrichtung zu schaffen, durch welche die zur Wiedergabe
bzw. Bereitstellung von Panoramabilddaten erforderlichen Aufzeichnungssensoren
jeweils mit Bildern beaufschlagt werden, die eine besonders hochwertige,
verzerrungsfreie und insbesondere weitgehend parallaxenfreie Zusammensetzung
von Panoramabilddaten ermöglichen.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Kopfelement als Kugelkorpus ausgebildet. Dieser
Kugelkorpus kann hierbei insbesondere als mehrteilige Struktur ausgeführt sein,
in welche die jeweiligen Linsensysteme und die zugeordneten Aufzeichnungssensoren
eingebunden sind. Die Einbindung der Linsensysteme und der Aufzeichnungssensoren
kann so bewerkstelligt werden, dass zumindest in einem geringen
Umfang Nachjustiermöglichkeiten
bestehen, sodass die Abbildungseigenschaften jedes einzelnen Linsensystems
sowie des zugeordneten Aufzeichnungssensors präzise einjustiert werden können. Diese
Einjustierung kann erfolgen indem das Linsensystem von außen über eine
Referenzumgebung, oder durch Referenzprojektionen mit entsprechenden
Bildeffekten beaufschlagt wird, die eine besonders effektive Justierung
der Kameraeinrichtung erlauben.
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Die
einzelnen Linsensysteme sind gemäß einem
besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung jeweils derart ausgebildet,
dass sich deren Abbildungsbereiche, insbesondere Blickwinkel zumindest geringfügig überschneiden.
Die aufgrund dieser Überschneidung „redundant" ermittelten Bilddaten können zunächst gespeichert
werden und je nachdem, welche besondere Bildwiedergabe gefordert wird,
unter Zugrundelegung von bildoptimierenden Auswertungsansätzen ausgewertet
werden.
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Das
Kopfelement der erfindungsgemäßen Kameraeinrichtung
umfasst vorzugsweise eine Umfangslinsengruppe, wobei diese Umfangslinsengruppe
Linsensysteme umfasst, die sich entlang eines Äquatorbereiches des Kopfelementes
erstrecken. Vorzugsweise umfasst diese Umfangslinsengruppe eine
ungerade Anzahl an Linsensystemen. Besonders gute Aufzeichnungen
lassen sich erzielen, wenn die Kameraeinrichtung mit neun Umfangslinsensystemen
ausgestattet ist.
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Das
erfindungsgemäße Kopfelement
ist weiterhin vorzugsweise mit einer Pollinse ausgestattet, wobei
diese Pollinse derart angeordnet ist, dass deren optische Achse
im wesentlichen senkrecht zu einer durch die Umfangslinsengruppe
definierten Äquatorebene
verläuft.
Vorzugsweise sind auch in einem Zwischenbereich zwischen der Umfangslinsengruppe
und der Pollinse weitere Linsen „Diagonallinsen" angeordnet. Insbesondere
bei der Ausbildung von neun Umfangslinsen an dem Kamerakopf und der
Verwendung einer hinsichtlich ihrer optischen Achse normal, d. h.
senkrecht zur Äquatorebene
ausgerichteten Pollinse, umfasst die Umfangslinsengruppe vorzugsweise
sechs Diagonallinsen.
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Auch
unterhalb der Umfangslinsengruppe ist vorzugsweise eine Bodenlinsengruppe
mit mehreren in Umfangsrichtung auf dem entsprechenden unteren Breitengrad
abfolgend angeordneten Einzellinsen vorgesehen. Diese Bodenlinsengruppe
umfasst vorzugsweise ähnlich
wie die oberhalb der Äquatorebene
ausgebildete Diagonallinsengruppe, ebenfalls sechs Linsensysteme.
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Die
jeweiligen Linsensysteme können
so ausgebildet sein, dass diese Festbrennweitensysteme darstellen.
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Wie
bereits erwähnt,
können
die Bilddaten zu sich überlappenden
Bildbereichen gespeichert werden, wobei diese Bilddaten zur Generierung
eines für die
jeweiligen Bildwiedergabeanforderungen hinsichtlich der Erzielung
eines optisch hochwertigen Bildes zusammengefasst verarbeitet werden.
Diese zusammengefasste Verarbeitung kann insbesondere unter Zugrundlegung
eines für
den speziellen Kamerakopf entwickelten Auswertungsansatzes erfolgen, der
entweder für
eine Gesamtbilddatenspeicherung, oder für spezifizierte Wiedergabeanforderungen
jeweils optimale Bilddaten sicherstellt.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Kameraeinrichtung eine Displayeinrichtung,
die als solche die Wiedergabe des durch die Kameraeinrichtung momentan
aufgezeichneten Bildes oder auch die Wiedergabe bereits aufgezeichneter
Bilder ermöglicht.
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Vorzugsweise
ist diese Displayeinrichtung von dem erfindungsgemäßen Kopfelement
trennbar, sodass beispielsweise das erfindungsgemäße Kopfelement
einhändig
ergriffen und einarmig über
den Kopfbereich des Anwenders gehalten werden kann. Mit der verbleibenden
freien Hand kann die Displayeinrichtung ergriffen werden und eine
entsprechende Steuerung des Kamerasystems vorgenommen werden. Diese
Steuerung des Kamerasystems kann insbesondere erfolgen indem im
Bereich der Displayeinrichtung eine Eingabeeinrichtung ausgebildet
ist, die insbesondere als Touchscreen, durch Bedienungsknöpfe oder
gemäß einem
besonderen Aspekt der Erfindung unter Einbindung eines Gestensensors realisiert
sein kann. Über
diesen Gestensensor können
beispielsweise, teils berührungslos,
räumliche Daumenbewegungen
erfasst werden, sodass innerhalb einer durch die Displayeinrichtung
wiedergegebenen Benutzeroberfläche
eine komfortable Systemsteuerung abwickelbar ist.
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Es
ist möglich,
das mit der erfindungsgemäßen Kameraeinrichtung
ausgestattete System so zu gestalten, dass ein Steuersignal – und/oder
auch ein Bilddatentransfer zwischen einer vorzugsweise im Bereich
der Displayeinrichtung angeordneten Hauptschaltung und dem Aufnahmekopf
durch modulierte Wechselströme
bzw. durch entsprechend modulierte Einkoppelung eines elektrischen
Feldes in den Anwender bewerkstelligt wird.
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Die
Erfindung richtet sich weiterhin auch auf ein Verfahren zur Generierung
von Panoramabilddaten, bei welchem die Bilddaten über mehrere,
in unterschiedliche Richtung ausgerichtete Linsensysteme und diesen
zugeordnete Aufzeichnungssensoren erfasst werden, wobei die Linsensysteme
derart angeordnet sind, dass deren optische Achsen in einem zwischen
dem jeweiligen Linsensystem und dem Aufzeichnungssensor einen gemeinsamen
Achszentrumsbereich schneiden. Dieser Achszentrumsbereich hat vorzugsweise
eine räumliche
Ausdehnung die kleiner ist als die räumliche Ausdehnung einer Kugel
mit einem in etwa dem Objetivdurchmesser der Linsensysteme entsprechendem
Durchmesser.
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Die
Besonderheiten dieser Kamera liegen zum einen in der Optik und zum
anderen in der Bedienung. Die erfindungsgemäße Optik besteht vorzugsweise
aus 22 Sensor-Linsen Paaren. Diese haben alle das gleiche optische
Zentrum. Daher entstehen keine oder nur geringfügige Bildfehler (Parallaxenfehler)
bei der Zusammenrechnung der kugelförmigen Aufnahme.
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Die
Bedienung erfolgt primär über "Key Screens". Dies sind unter
Druck nachgebende Bildschirme, die als Knöpfe fungieren. Die Navigation
der Menüs
findet vorzugsweise über
eine Gestensteuerung statt. Dabei kann mit dem Daumen der haltenden
Hand, durch nach oben- oder nach unten- Bewegung, die Menüliste bewegt
werden.
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Für die Betrachtung
der Aufnahme gibt es insbesondere zwei Möglichkeiten:
- – Zum einen
durch Drehen des Betrachters, um seinen eigenen optischen Mittelpunkt.
Dabei wird das Display von ihm im Abstand vor seinen Augen gehalten.
Als Resultat verändert
sich die Ansicht auf die Aufnahme im Verhältnis zu seiner Position.
- – Zum
anderen kann der Betrachter mit dem Daumen der haltenden Hand oder
mit seiner anderen Hand die Ansicht über Gestensteuerung in alle Richtungen
navigieren. Auch eine Vergrößerung und
Verkleinerung ist dadurch möglich.
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Die
Gestensteuerung erfordert keine Berührung des Bildschirmes. Eine
Aufnahme entsteht in zwei Schritten. Zuerst wird zu ca. 90% die
sphärische Aufnahme
getätigt,
Danach erforderlichenfalls die restlichen 10% (optional). Beide
Aufnahmen werden durch ein abnehmbares Display unterstützt. Dabei sieht
der Anwender genau das, was er aufnehmen bzw. einfügen möchte.
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Dieses "Multi-Symmetry Display" kann in alle Richtungen
gedreht werden und richtet die Anzeige immer in Abhängigkeit
nach der Position des Anwenders aus. Das erfindungsgemäße Konzept
eignet sich neben der Gewinnung von Bilddaten zu Momentaufnahmen
auch für
Bewegtbildaufzeichnungen, insbesondere „360°-Sphaero-Videoaufnahmen".
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Die
erfindungsgemäß gewonnenen
Bilddaten können
insbesondere in Form von Bildausschnitten, als Kugelabwicklungen, über Virtual-Reality-Systeme
(z. B. VR- Brillen),
und insbesondere in entsprechenden Projektionsraumumgebungen wiedergegeben
werden.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kameraeinrichtung,
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2 drei
Schemadarstellungen zur Veranschaulichung des bei dieser Kameraeinrichtung
verwirklichten Aufzeichnungsprinzips,
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3 eine
perspektivische Darstellung des Kopfelementes der erfindungsgemäßen Kameraeinrichtung,
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4a eine
Linienzeichnung der erfindungsgemäßen Kameraeinrichtung mit ausgefahrenem Kopfelement,
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4b eine
Linienzeichnung der erfindungsgemäßen Kameraeinrichtung mit eingefahrenem Kopfelement,
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5 eine
Schemadarstellung zur Erläuterung
der Abwicklung des Aufzeichnungsvorganges mit einer erfindungsgemäßen Kameraeinrichtung,
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6 Darstellungen
zur Veranschaulichung der in der jeweiligen Aufnahmesituation generierten Bilddaten,
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7 eine
weitere Schemadarstellung zur Veranschaulichung eines durch Nutzung
des Körpers des
Anwenders als Signalübertragungssystem
bewerkstelligten Datentransfer zwischen dem Aufnahmesystem und der
Bedieneinheit.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Kameraeinrichtung,
die als solche der Generierung von Panoramabilddaten dient. Unter
Panoramabilddaten sind im Kontext der vorliegenden Anmeldung Bilddaten
zu verstehen, die als solche Bildinformationen zumindest zu einem
großen
Teil des die Kameraeinrichtung im Rahmen der Bildaufnahme umgebenden Raumes
tragen.
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Die
erfindungsgemäße Kameraeinrichtung umfasst
ein Kopfelement 1 sowie einen in dieser Darstellung nicht
erkennbaren, in dem Kopfelement 1 ausgebildeten Projektionsraum.
In das Kopfelement 1 sind mehrere Linsensysteme 2 eingebunden.
Wie nachfolgend in Verbindung mit 2 noch näher erläutert werden
wird, sind diesen Linsensystemen 2 Aufzeichnungssensoren
zugeordnet. Die Linsensysteme 2 und der diesen jeweils
zugeordnete Aufzeichnungssensor sind bei der erfindungsgemäßen Kameraeinrichtung
derart angeordnet, dass sich der Aufzeichnungssensor bezüglich des
Projektionszentrums auf einer der Linsenstruktur gegenüberliegenden
Innenseite des Projektionsraumes befindet.
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Das
Kopfelement 1 ist, wie erkennbar, als kugelartiger Korpus
ausgebildet. Die Linsensysteme sind derart ausgebildet und angeordnet,
dass sich deren optische Achsen im Bereich eines Projektionszentrums
schneiden. Weiterhin sind die Linsensysteme auch derart ausgebildet,
dass sich deren Blickwinkel überschneiden.
Das hier dargestellte Kopfelement ist mit einer Umfangslinsengruppe
UL1 ausgestattet, wobei sich die einzelnen Linsensysteme 2 dieser
Umfangslinsengruppe UL1 entlang eines Äquatorbereichs des Kopfelementes 1 erstrecken. Bei
dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
umfasst die Umfangslinsengruppe UL1 eine ungerade Anzahl (insbesondere
neun) unter im wesentlichen gleicher Teilung entlang des Außenumfangs
des Kopfelementes angeordnete Linsensysteme.
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Das
Kopfelement 1 ist weiterhin mit einer Pollinse 3 ausgestattet,
wobei sich diese Pollinse im oberen „Polbereich" des Kopfelementes,
d. h. an einer Stelle befindet, an welcher die optische Achse der
Pollinse 3 eine durch die Umfangslinsengruppe definierte Äquatorebene
im wesentlichen senkrecht schneidet. In einem Zwischenbereich zwischen
der Pollinse 3 und der Umfangslinsengruppe UL1 ist eine Gruppe
von Diagonallinsen 4 angeordnet. Bei dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel
befinden sich die Diagonallinsen in etwa auf einer „dem 45.
Breitengrad" entsprechenden
Breite.
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Unterhalb
der Umfangslinsengruppe UL1 befindet sich weiterhin eine Bodenlinsengruppe
BL1, die bei diesem Ausführungsbeispiel
ebenfalls sechs Linsensysteme umfasst. Diese Linsensysteme der Bodenlinsengruppe
BL1 befinden sich bei diesem Ausführungsbeispiel in etwa auf
dem unteren 45. Breitengrad des Kopfelementes. Die Bodenlinsengruppe
BL1 umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel sechs
Linsensysteme.
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Bei
dem hier gezeigten Kopfelement sind sämtliche Linsensysteme als Festbrennweitensysteme
ausgeführt,
wobei diese Linsensysteme so ausgerichtet sind, dass sich deren
optische Achsen im wesentlichen im Zentrumsbereich des in dem Kopfelement
gebildeten Kugelinnenraumes schneiden. Hierdurch wird es möglich, weitgehend
parallaxenfreie Einzelaufnahmen zu generieren.
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Die
durch die erfindungsgemäße Kamerakopfeinrichtung
generierten Aufzeichnungssensorsignale werden vorzugsweise durch
eine im Bereich eines Kameragriffgehäuses angeordnete, hier nicht näher dargestellte
Steuerschaltung verarbeitet und gespeichert. Bei dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel
umfasst die Kameraeinrichtung neben dem hinsichtlich seines speziellen
Aufbaus bereits beschriebenen Kopfelement einen Grundkorpus 7,
der einerseits unter ergonomischen Gesichtspunkten derart gestaltet
ist, dass dieser sicher einhändig
ergriffen werden kann. Dieser Hauptkorpus ist mit einer Displayeinrichtung 8 versehen,
wobei über
diese Displayeinrichtung 8 einerseits eine Benutzeroberfläche zur
Bedienung der Kameraeinrichtung bereitgestellt wird und andererseits
unter entsprechenden Bildwiedergabetools auch Ausschnitte des über die
Kameraeinrichtung aufgezeichneten Panoramabildes wiedergegeben werden
können.
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Wie
aus der Darstellung nach 2 nochmals deutlich hervorgeht,
erfolgt die Generierung der Panoramabilddaten unter Verwendung von
Linsensystemen 2 und zugeordneten Aufzeichnungssensoren 9.
Jedes der hier gezeigten Linsensysteme ist so angeordnet, dass dessen
optische Hauptachse h ein sich in einem von dem Kopfelement ausgebildeten Projektionsraum
definiertes Projektionszentrum Z schneidet. Bei dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel
befindet sich der jeweilige Aufzeichnungssensor 9 auf einer,
dem zugeordneten Linsensystem 2 bezüglich des Projektionszentrums
Z diametral gegenüberliegenden
Position.
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Diese
spezielle Anordnung der Linsensysteme sowie der zugeordneten Aufzeichnungssensoren ist
in den weiteren Darstellungen in 2 noch weiter
veranschaulicht.
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In 3 ist
in Form einer perspektivischen Detaildarstellung nochmals der Aufbau
eines erfindungsgemäßen Kopfelementes
dargestellt. In dieser Ansicht ist insbesondere die Pollinse 3 erkennbar. Wie
nachfolgend in Verbindung mit den 4a und 4b noch
näher erläutert werden
wird, kann die Kameraeinrichtung so ausgebildet sein, dass das hier
gezeigte Kopfelement 1 in einen Kameragriffbereich hineinversenkbar
ist.
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In 4a ist
diesbezüglich
beispielhaft die Kameraeinrichtung in einem Zustand mit maximal ausgefahrenem
Kopfelement dargestellt.
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In 4b ist
die Kameraeinrichtung mit einem eingefahrenen Kopfelement dargestellt.
In diesem Zustand kann die erfindungsgemäße Kamera in Richtung relativ
sicher verwahrt werden, da das Kopfelement vor mechanischen Schäden und
Verunreinigungen weitgehend geschützt ist.
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5 zeigt
eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufnahmevorgangs
zur Generierung eines Vollkugel-Panoramabildes. Im Rahmen eines
ersten Aufnahmeschrittes wird beispielsweise die erfindungsgemäße Kameraeinrichtung
in die hier erkennbare Überkopfposition
verbracht. Über
die von der anderen Hand des Anwenders ergriffene Bedieneinrichtung
kann der Aufnahmevorgang ausgelöst werden.
Die entsprechend aufgezeichneten Bildsignale können im Bereich einer mit dem
Kopfelement verbundenen Struktur oder vorzugsweise im Bereich einer
in der anderen Anwenderhand verbliebenen Aufzeichnungseinrichtung
abgespeichert werden. Über
die in dieser Darstellung in der linken Hand des Anwenders aufgenommene
Displayeinrichtung kann sich der Anwender einen Eindruck von den
momentan aufzunehmenden Bildern verschaffen. Nach Abwicklung des
Bildaufzeichnungsvorgangs in der hier gezeigten Position, kann der
Anwender einen Schritt seitwärts
schreiten und insbesondere über
die Pollinse noch den Bereich der Standfläche aufzeichnen. Diese Bilddaten
können
dann zur Vervollständigung des
im Rahmen des ersten Schrittes erwogenen Panoramabildes verwendet
werden. Es ist möglich,
im Bereich der Kameraeinrichtung Mittel vorzusehen, durch welche
diese selbsttätig
die momentane Ausrichtung erkennt, sodass beispielsweise eine Umschaltung
in einen Bodenbild-Aufnahmemodus
automatisch erfolgt, wenn die Kamera in die hier als Aufnahmesituation 2 gekennzeichnete
Stellung nach unten geschwenkt wird.
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Gemäß einem
besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die durch die
erfindungsgemäße Kameraeinrichtung
bzw. die einzelnen Aufzeichnungssensoren derselben generierten Bilddaten
durch hochwertige Bildverarbeitungsprozeduren verarbeitet und geglättet, sodass
etwaige, durch die Linsensysteme und die Aufzeichnungssensoren verursachte
Erstabweichungen möglichst
intelligent ausgeglichen werden. In 6 ist beispielhaft
der Bildbereich dargestellt, der noch den „blinden Fleck" umfasst, der als
solcher dadurch verursacht ist, dass der Kamerakopf keine nach unten
weisende Pollinse aufweist. Mit der Aufnahmesituation 2 kann
dieser „blinde
Fleck" beseitigt
werden.
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Wie
aus der Darstellung nach 7 ersichtlich, ist es möglich, die
zur Verwendung der erfindungsgemäßen Kameraeinrichtung
erforderlichen Bediensignale zwischen dem Eingabegerät 10 und der
eigentlichen Kameraeinrichtung 11 über ein sogenanntes Intrabodynetzwerk
zu realisieren, wobei dieses Intrabodynetzwerk vorzugsweise durch
entsprechend modulierte Einkoppelung von Verschiebestromereignissen
in den Anwender erreicht wird.
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Neben
der hier schwerpunktmäßig beschriebenen
besonderen Gestaltung des Kopfelementes, kann insbesondere der Lösungsansatz
des Einfahrens des Kopfelementes in ein Grundgehäuse, die Bedienung der Kameraeinrichtung
durch Daumengesten-Sensoren sowie auch die Bewerkstelligung der
Kommunikation zwischen dem Kamerakopf und der anwenderseitig zu
führenden
Bedienstruktur durch Einkoppelung von entsprechenden Signalen in den
Anwender auch für
sich jeweils eigenständig
erfindungsgemäße Komplexe
darstellen.