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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterstützung einer Fokussierung einer mit einer manuellen Fokuseinstelleinrichtung ausgestatteten Kamera zur Bereitstellung digitaler Bildinhalte, insbesondere einer Smart-Kamera, eine Kamera, die mit einer derartigen Vorrichtung ausgestattet ist, sowie ein Verfahren zur Bereitstellung von Fokussierinformationen.
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Stand der Technik
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Unter ”Smart-Kameras” werden optische Systeme verstanden, die Bilder nicht nur aufnehmen, sondern diese auch selbst verarbeiten und/oder interpretieren können. Eine Smart-Kamera kann beispielsweise als intelligentes und autonomes optisches System zusätzlich zu einer Bildaufnahmeschaltung anwendungsspezifische Informationen aus aufgenommenen Bildern herausfiltern und verarbeiten sowie aufgrund dieser Entscheidungen treffen.
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Smart-Kameras, die häufig im Rahmen von Überwachungsaufgaben eingesetzt werden, bestehen in der Regel aus einem Kameragehäuse mit einer Videoverarbeitungseinheit (Video Content Analysis) und einem abnehmbaren Objektiv. Je nach Anwendung können unterschiedliche Objektive (Weitwinkel-, Tele- oder Zoomobjektive) verwendet werden. Nach der Montage eines neuen Objektivs muss dieses in der Regel manuell fokussiert werden. Bei einer Smart-Kamera wird diese hierzu üblicherweise über eine Netzwerkverbindung, beispielsweise über Ethernet oder WLAN, mit einem Rechner (z. B. einem Notebook) verbunden. Anschließend kann das Kamerabild auf dem Notebook betrachtet werden, während das Objektiv auf den besten Fokus eingestellt wird.
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Eine in derartigen Smart-Kameras verwendbare Fokussiereinrichtung bzw. ein Aufnahmeobjektiv mit veränderbarer Brennweite ist beispielsweise in der
DE 23 61 286 A1 offenbart. Automatische Verfahren zur motorisierten Fokussierung eines Objektivs (also Autofokus-Verfahren) sind beispielsweise aus der
DE 692 07 043 T2 und der
EP 0 508 897 B1 bekannt. Bei Überwachungsaufgaben, bei denen fest installierte, statische Kameras eingesetzt werden, werden jedoch kostengünstigere Objektive ohne Autofokusfunktionalität bevorzugt. Manuelle Objektive sind dabei insbesondere deshalb von Vorteil, da das Objektiv in der Regel nur bei der Installation einer Kamera einmalig eingestellt und anschließend hinsichtlich der Fokuslage nicht mehr verändert wird.
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Bei einer Fokuseinstellung in einem Smart-Kamera-System, bei dem eine externe Anzeige des Kamerabildes, beispielsweise auf einem Notebook, verwendet wird, um den Fokus exakt scharf einzustellen, ist es erforderlich, den Bildschirm ständig im Auge zu behalten, um das beste Schärferesultat zu erzielen. In Situationen, in denen die Kamera in großen Distanzen, beispielsweise in großen Höhen an Decken oder anderweitig schwer zugänglichen Stellen montiert ist, sind das gleichzeitige Begutachten des Kamerabildes und das Verstellen des Objektivs jedoch kaum möglich. Oftmals ist keine Möglichkeit vorhanden, in derartigen Situationen einen Rechner, beispielsweise ein Notebook, in Sichtweite der Kamera abzustellen.
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Es besteht daher der Bedarf nach Einrichtungen zu einer Unterstützung einer Fokussierung entsprechender Kameras, insbesondere von Smart-Kameras, die an Kameras zum Einsatz kommen können, welche lediglich über eine manuelle Fokuseinstelleinrichtung verfügen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Unterstützung einer Fokussierung einer mit einer manuellen Fokuseinstelleinrichtung ausgestatteten Kamera zur Bereitstellung digitaler Bildinhalte, insbesondere einer Smart-Kamera, eine Kamera, die mit einer derartigen Vorrichtung ausgestattet ist, sowie ein Verfahren zur Bereitstellung von Fokussierinformationen zur Fokussierung einer derartigen Kamera mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine manuelle Fokussierung, beispielsweise an einer Smart-Kamera, vereinfacht und signifikant beschleunigt. Hierzu wird beispielsweise ein in der Smart-Kamera vorhandener Mikroprozessor verwendet, um die Schärfe des Bildes zu analysieren. Beispielsweise eine oder mehrere Leuchtdioden an der Kamera signalisieren den Status des Schärfeeinstellprozesses und geben einem Benutzer ein Feedback bezüglich einer Fokuslage bzw. Schärfeeinstellung. Vorteilhafterweise kann im Rahmen der Erfindung auch eine akustische Signalisierung bzw. eine großflächige Visualisierung direkt im Kamerabild erfolgen, so dass auch bei einem entfernt aufgestellten Notebook (z. B. im Rahmen eines herkömmlichen Kameraeinstellverfahrens) der Schärfestatus der Kamera erkannt werden kann. In letztem Fall ist als vorteilhaft anzusehen, dass hierbei keine zusätzliche Hardware benötigt wird, jedoch ist dann weiterhin eine externe Bildanzeige erforderlich.
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Innerhalb entsprechender Smart-Kameras operiert in der Regel ein Mikroprozessor, welcher die Videodaten, die durch die Kamera bereitgestellt werden, analysiert und weitere Informationen extrahiert (z. B. im Rahmen einer Bewegungsdetektion). Dieser Mikroprozessor wird während eines Scharfstellprozesses verwendet, um den Fokus des Kamerabilds zu überprüfen. Hierzu werden geeignete Bildverarbeitungsroutinen auf der Smart-Kamera implementiert, wie nachfolgend weiter erläutert. Die entsprechenden Algorithmen bzw. Verarbeitungsroutinen erfordern nur geringe Speicher- und Rechenkapazitäten auf der Smart-Kamera und können, soweit sie nicht nur im Installationsmodus (d. h. zum Einstellen einer entsprechenden Kamera unter speziellen Bedingungen) geladen werden, auch für andere Anwendungen verwendet werden.
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Die Ergebnisse einer durch den Mikroprozessor vorgenommenen Analyse werden mittels Leuchtdioden, wie erwähnt, am Gehäuse und/oder akustisch im Gehäuse signalisiert und/oder in Form einer On-Screen-Funktionalität auf ein Kamerabild geschrieben bzw. in dieses eingeblendet.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen ist eine Vereinfachung eines Scharfstellprozesses, um, ungeachtet der eingeschränkten Anzeigemöglichkeiten, eine punktgenaue Einstellung des Objektivs zu gewährleisten.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Smart-Kamera, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
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2 zeigt Mittel zur Anzeige von Fokussierinformationen gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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3A bis 3E zeigen Schritte einer Fokussierung entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist eine Smart-Kamera dargestellt, wie sie im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz kommen kann.
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Die Kamera weist ein Kameragehäuse 10 und ein Objektiv 11 auf. Die Kamera ist über nicht dargestellte Verbindungsmittel, die auch in Form einer WLAN-Einrichtung oder anderer Drahtlosübertragungsvorrichtungen ausgebildet sein können, mit einer externen Auswerte- und/oder Anzeigeeinrichtung (ebenfalls nicht dargestellt) verbunden. Eine entsprechende Kamera verfügt üblicherweise über ein Fokuseinstellrad 111, das zur Einstellung des Kamerafokus verwendet wird, über eine Irisblendeneinstellung 112 sowie eine Einstelleinrichtung zur Veränderung einer Fokuslänge 113 (Zoomeinstellung).
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In 2 sind Mittel zur Anzeige von Fokussierinformationen gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt und in vier unterschiedlichen Anzeigezuständen, entsprechend Fokussierinformationen, mit 201 bis 204 bezeichnet.
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Entsprechende Anzeigemittel weisen beispielsweise jeweils mit Leuchtdioden (LED) hinterlegte transparente Bereiche 210, 220, 230 auf. In einem ausgeschalteten Zustand 201 leuchtet keine der Anzeigen 210, 220, 230. In einem zweiten Einstellmodus wird dem Benutzer durch Aufleuchten eines (in der Figur schraffiert dargestellten) Pfeils signalisiert, dass ein Fokusrad 111 einer entsprechenden Kamera (vgl. 1) in eine erste Richtung, beispielsweise nach rechts, gedreht werden muss. Wird aufgrund der erfindungsgemäß bereitgestellten Mittel zur Bestimmung des Fokuswerts erkannt, dass eine Drehung das Fokusrad in entgegengesetzter Richtung erforderlich ist, wird dies dem Benutzer im Anzeigezustand 203 durch Aufleuchten eines gegenüberliegenden Pfeils 210 signalisiert. Ist ein Schärfewert erreicht, beispielsweise oberhalb eines automatisch graduell erhöhten Schwellwerts, wird dies dem Benutzer hier durch Aufleuchten eines Rechtecks 220 angezeigt.
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Damit wird eine kostengünstige Signalausgabevorrichtung in Form einer oder mehrerer Leuchtdioden bereitgestellt, die auch durch einen akustischen Signalgeber unterstützt und/oder ersetzt sein kann. Ferner kann zusätzlich oder alternativ eine entsprechende On-Screen-Visualisierung vorgenommen werden. Eine visuelle Signalgebung, wie in 2 dargestellt, kann auch dahingehend vereinfacht werden, dass auf die ”Richtungspfeile” 210, 230 verzichtet wird oder nur ein ”Wendepfeil”, der eine erforderliche Drehung in entgegengesetzter Richtung anzeigt, eingesetzt wird.
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Der Ablauf einer bevorzugten Fokussierung wird im Folgenden anhand der in den
3A bis
3E dargestellten Abbildungen beschrieben. Als besonders vorteilhaft ist dabei anzusehen, dass der Fokussierungsablauf dem intuitiven, iterativen Ablauf entspricht, den auch ein Benutzer bei sichtbarem Kamerabild verwenden würde. Der Fokusring wird dabei bei jedem Schritt über den Bereich maximaler Schärfe hinaus bewegt, wobei die Ausdehnung dieses Bereichs in jedem Schritt weiter verfeinert wird, d. h. der Schwellwert, ab dem das Bild als ”scharf” erkannt wird, erhöht sich. Die Bewegungen am Rad werden dadurch mit jedem Schritt kleiner und langsamer, bis dieses nur noch minimal um den Punkt maximaler Schärfe bewegt wird. Mittel zur Bestimmung eines Fokuswerts verwenden beispielsweise eine Gradientenberechnung auf dem Eingangsbild (siehe jeweilige Teilfiguren
1 der
3A–
3E), wobei die Summe über die Absolutwerte der Gradienten für die Analyse herangezogen wird. Beispielsweise kann im Rahmen der Erfindung ein Fokuserkennungssystem verwendet werden, wie es in der
WO 2008/063811 A1 beschrieben ist, bei dem ein Schärfewert in eine Wellenform umgesetzt wird.
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In 3A ist eine Situation gezeigt, bei der sich eine Fokuseinstellung am linken Anschlag befindet. Eine derartige Einstellung hat der Benutzer z. B. zu Beginn der Installation vorzunehmen oder die Kamera fährt automatisch eine derartige Position an. Der Installationsprozess zur Scharfeinstellung kann beispielsweise mittels eines physikalischen. Schalters an der Kamera oder per Softwarebefehl an die Kamera eingeleitet werden. Die Kontrollanzeige in diesem Zustand entspricht dem Anzeigezustand 202 der 2. In Teilfigur 1 der 3A ist das (unscharfe) Kamerabild, das in diesem Zustand erhalten wird, dargestellt. Die Teilfigur 2 zeigt ein Gradientenbild, in dem die Kanten, die in der Teilfigur 1 auftreten, entsprechend umgesetzt sind. Aufgrund der Unschärfe des erhaltenen Bildes sind keine Kanten detektierbar. In Teilfigur 3 ist die Summe der Gradientenbeträge aus dem Kantenbild 2 auf einer y-Achse über die Zeit bzw. zu einem jeweiligen Abtastzeitpunkt auf der x-Achse aufgetragen, wodurch ein Gütemaß der Schärfe für jeden Einstellzeitpunkt erhalten wird.
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In 3B wurde aufgrund des Anzeigezustands 202 aus 2 das Fokuseinstellrad durch einen Benutzer nach rechts gedreht. Das Gütemaß für die Schärfe, wie es in Teilfigur 3 dargestellt ist, erhöht sich, da im Kantenbild 2 teilweise Kanten detektiert werden. Das Verfahren berechnet laufend den Schärfegrad und analysiert den entsprechenden Kurvenverlauf. Sofern ein Maximalwert nicht überschritten wird, bleibt die Anzeige der 2 im Anzeigezustand 202.
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In 3C wurde das Objektiv aufgrund der in Anzeigezustand 202 befindlichen Mittel zur Anzeige der Fokussierinformationen über ein Schärfemaximum, das in Teilfigur 3 erkennbar ist, hinausgedreht, wodurch sich die Schärfe des Kamerabildes 1 und entsprechend das Gradientenbild 2 verschlechtert. Ist ein derartiger Zustand erreicht, schalten die Mittel zur Anzeige der Fokussierinformationen auf einen Anzeigezustand 203, wodurch signalisiert wird, dass ein Fokusrad in eine entgegengesetzte Richtung, in diesem Fall also nach links, bewegt werden soll. Auf Grundlage des hierdurch erhaltenen Maximalwerts wird ein erster grober Schwellwert der Schärfe festgelegt (z. B. 3/4 des Maximums). Befindet sich das Fokusmaß oberhalb dieses Schwellwertbereichs, leuchtet die Anzeige im Anzeigezustand 204 auf.
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Der Benutzer hat nun solange am Fokusrad zu drehen, bis die Anzeige wieder erlischt und das Zeichen für die entgegengesetzte Drehung (Anzeigezustand 202) aufleuchtet. Währenddessen bestimmt ein Algorithmus erneut das Schärfemaximum. Durch die nun langsamere Drehung und die damit erhöhte Samplingrate pro Drehwinkel ist das Maximum mit einer größeren Genauigkeit bestimmbar.
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Das in den Teilfiguren 3C und 3D dargestellte Verfahren wird nun laufend wiederholt. Der Schwellwert wird dabei mit jedem Überschreiten des Maximalbereichs automatisch weiter zum jeweils gefundenen Maximum hin verschoben, wodurch der Drehwinkelbereich, in dem die Maximalanzeige (Anzeigezustand 204) erscheint, ständig verkleinert wird. Dies zwingt den Benutzer, mit ständig erhöhter Präzision zu drehen. Das Verfahren ist beendet, wenn der Maximumbereich so klein geworden ist, dass schon kleinste Bewegungen am Rad ausreichen, um die Anzeige (Anzeigezustand 204) erlöschen zu lassen (insgesamt in 3E dargestellt).
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Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine vereinfachte Installation einer Kamera ohne Notwendigkeit einer Bildwiedergabe ermöglicht wird. Ein Monteur kann direkt an einer Kamera erkennen (z. B. mittels einer Leuchtdiode), wann diese optimal eingestellt ist. Hierdurch kann die Kameraabstimmung, z. B. auf einer Leiter in größerer Entfernung, vorgenommen werden, ohne z. B. eine Anzeige auf einem Notebook, die herkömmlicherweise für eine Einstellung verwendet wird, begutachten zu müssen.
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Wie erläutert, kann eine akustische Signalgebung in den beschriebenen Installationsprozess eingebaut werden und diesen unterstützen oder ersetzen. Dies kann beispielsweise mittels veränderbarer Tonhöhen, Tonfolgen und/oder Tonintervalle erfolgen. Ein konstanter Ton kann z. B. ein Optimum signalisieren und schneller werdende Tonfolgen können eine Zielführung in Richtung Optimum bzw. langsamere Tonfolgen das Verlassen des Optimums anzeigen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2361286 A1 [0004]
- DE 69207043 T2 [0004]
- EP 0508897 B1 [0004]
- WO 2008/063811 A1 [0023]
