DE102011103395A1 - Camera system for recording still or moving pictures in e.g. handy, has magnification changer determining image property of images, and controller changing magnification of changer based on direct user input at system or by external signal - Google Patents
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Abstract
Description
Gegenstand der ErfindungSubject of the invention
Die Erfindung betrifft ein Kamerasystem mit kontinuierlichem Zoom auf Basis diskreter Vergrößerungswechsler.The invention relates to a camera system with continuous zoom based on discrete magnification changer.
Motivation:Motivation:
Der Bedarf nach Kameras mit Zoom (Vergrößerungswechsler) guter Qualität bei mobilen Geräten wächst rasant. Kann er bei größeren Geräten durch den optischen Zoom noch leidlich befriedigt werden, so ist es bei den Smartphones, Fotohandys, Tablett-Computern und Laptops wegen hoher Kosten und großer Abmessungen nicht der Fall. Die Forderung nach Miniaturisierung und Kostensenkung beim Zoom, die heutzutage nur unzulänglich erfüllt wird, regte diese Erfindung an.The demand for cameras with zoom (magnification changer) good quality in mobile devices is growing rapidly. Can it be satisfactorily satisfied with larger devices by the optical zoom, so it is not the case for smart phones, camera phones, tablet computers and laptops because of high cost and large dimensions. The demand for miniaturization and cost reduction in the zoom, which is nowadays only inadequately fulfilled, inspired this invention.
Stand der Technik:State of the art:
In den meisten optischen Geräten, in denen eine Vergrößerungsänderung vorgesehen ist, wird ein optischer Zoom implementiert, falls das Gerät genug Platz dafür bietet. So findet der optische Zoom in Kameras, Camcordern, Mikroskopen usw. Verwendung. Es handelt sich hierbei um einen kontinuierlichen Zoom. Eine Brennweitenänderung findet unter Beibehaltung des Bildebenenortes in einer Anordnung von mindestens drei Linsen, wobei zwei davon nichtlinear gegeneinander verschoben werden, statt. Der optische Zoom zeichnet sich durch einen kontinuierlichen Vergrößerungsbereich in der Größenordnung typischer Weise zwischen 3–10 bei Kameras und 5–20 bei Camcordern aus. Die unterschiedlichen Bereiche sind durch gewöhnlich unterschiedliche optische Auflösung der Gerätetypen zu erklären und damit ist man schon bei einem der gravierenden Nachteile des optischen Zooms, den relativ großen optischen Abberrationen, die mit größer werdendem Vergrößerungsbereich schnell größer werden und nur kleine Auflösungen zulassen. Daher ist beim gleichen Aufwand ein stärkerer Zoom bei den Camcordern erlaubt, da wegen der kleineren Auflösung die optischen Fehler nicht so schnell auffallen. Weitere Nachteile des optischen Zooms: teuer, schwer, komplizierte Mechanik (Zwangsführungen), groß, Qualität fällt schnell mit wachsendem Dynamikbereich in der Vergrößerung, hohe Entwicklungskosten der Optiken und der Mechanik, nicht faltbar. Es kommen noch hoher Energieverbrauch, oft keine ausreichende Reproduzierbarkeit der Vergrößerung, Vibrationsneigung, hohes Betriebsgeräusch und aufwendige Produktion hinzu. Einen besonders wichtigen Punkt bildet die durch komplizierte Mechanik bedingte praktisch fehlende Miniaturisierbarkeit des optischen Zooms. Viele Zoomvarianten werden nicht nur in Patentschriften sondern auch in Optikbüchern behandelt, daher wird hier nicht weiter auf sie eingegangen.Most optical devices that provide a magnification change will implement an optical zoom if the device has enough space. For example, optical zoom is used in cameras, camcorders, microscopes, and so on. It is a continuous zoom. A focal length change takes place while maintaining the image plane location in an array of at least three lenses, two of which are non-linearly shifted from each other instead. The optical zoom is characterized by a continuous magnification range typically of the order of 3-10 for cameras and 5-20 for camcorders. The different ranges are usually explained by different optical resolution of the device types and thus one is already at one of the serious disadvantages of the optical zoom, the relatively large optical Abberrationen which grow larger with increasing magnification area quickly and allow only small resolutions. Therefore, with the same effort a stronger zoom is allowed with the camcorders, because of the smaller resolution, the optical errors are not so quickly noticed. Other disadvantages of the optical zoom: expensive, heavy, complicated mechanics (forced guidance), large, quality falls quickly with increasing dynamic range in the magnification, high development costs of the optics and mechanics, not foldable. There is still high energy consumption, often no sufficient reproducibility of the magnification, vibration tendency, high operating noise and elaborate production added. A particularly important point is the lack of miniaturization of the optical zoom caused by complicated mechanics. Many zoom variants are treated not only in patents but also in optical books, so it will not be discussed here.
Weniger bekannt ist ein anderer Vergrößerungswechsler: der Galilei-Wechsler. Er wird z. T. in Mikroskopen verwendet. Es handelt sich hierbei um einen diskreten Vergrößerungswechsler. Dabei werden Galilei-Teleskope in den afokalen Strahlengang gebracht, wobei diese in je zwei Stellungen benutzt werden und somit pro Teleskop-Anordnung zwei Vergrößerungsstufen bieten. Mit bis zu drei Teleskop-Anordnungen mit optional einem freien Durchgang pro Strahlengang bieten sie üblicherweise zwischen zwei und sechs Vergrößerungsstufen, wobei drei und fünf Stufen am gebräuchlichsten sind. Diskrete Vergrößerungswechsler bieten gute optische Qualität und sind dabei mechanisch und optisch relativ einfach zu entwickeln. Sie sind aber bedingt durch die Größe des optischen Strahlenganges in einem Mikroskop groß, schwer, schwerfällig und langsam und bieten dazu keinen kontinuierlichen Vergrößerungswechsel. Der Vergrößerungswechsel erfolgt bei mehr als drei Vergrößerungsstufen nicht intuitiv und ist als nicht ergonomisch einzustufen. Ein Beispiel für einen Galilei-Wechsler ist in
Eine Weiterentwicklung des diskreten Vergrößerungswechslers ist in
Einige Weiterentwicklungen der diskreten Vergrößerungswechsler sind in
Die wenigen Vergrößerungsstufen der diskreten Vergrößerungswechsler sind das Knock-Out-Kriterium, das keine Verwendung in mobilen Geräten zulässt.The few magnification levels of the discrete magnification changers are the knock-out criterion that does not allow use in mobile devices.
Bei dem gerade erwähnten Zoom mit Linsen variabler Brechkraft (s.
Der Digitalzoom ist aus den Produkten aus dem Consumer-Bereich (digitale Kameras, digitale Camcorder, Handykameras, usw.) als ein weiterer Vergrößerungswechsler bekannt. Realisiert wird er im Wesentlichen durch „Vergrößerung” der Pixelgröße des Kamerachips, d. h. der Bildausschnitt der einem Pixel entspricht, wird größer dargestellt. Das Verfahren wird manchmal dadurch verfeinert, dass zwischen den Pixeln softwaremäßig interpoliert wird und diese interpolierten Pixeln in das Bild eingefügt werden, wobei anschließend die Bildgröße wieder korrigiert werden muss. Diese „Verfeinerung” bedeutet aber nicht, dass die Auflösung verbessert wird, sondern die Darstellung erscheint nur „weicher” und weniger körnig. Das Bild bleibt detailarm und unscharf. Die Auflösung bezogen auf Objektgröße bleibt bestehen, bezogen auf Bildgröße verschlechtert sie sich. Der Qualitätsabfall nimmt sehr schnell mit der Vergrößerung zu. Die Verwendung eines Digitalzooms bis Faktor 1,3–1,5 scheint gerade noch vertretbar. Dennoch wird der Digitalzoom in der Fotografie höchstens im Amateurbereich angewendet. Vereinzelt findet man Anwendungen auch im technischen Bereich, wenn die Anforderungen an die Auflösung gering sind. Neuerdings werden Spaß-Camcorder mit Digitalzoom angeboten. Die Implementierung ist aber noch relativ schlecht, der Zoom ist hakelig und bei Weitem nicht flüssig, obwohl dies bei einigem Aufwand möglich sein sollte. Dies scheitert wohl aber noch in dem angebotenen Preissegment. Der Digitalzoom ist eines neueren Datums als der optische Zoom, aber leider nicht besser.The digital zoom is known from the consumer products (digital cameras, digital camcorders, cell phone cameras, etc.) as another magnification changer. It is essentially realized by "enlarging" the pixel size of the camera chip, d. H. the image section corresponding to one pixel is displayed larger. The process is sometimes refined by interpolating between the pixels by software and pasting these interpolated pixels into the image, then re-adjusting the image size. However, this "refinement" does not mean that the resolution is improved, but the presentation appears only "softer" and less grainy. The picture remains poor in detail and out of focus. The resolution based on object size remains, based on image size, it deteriorates. The drop in quality increases very rapidly with the magnification. The use of a digital zoom up to factor 1.3-1.5 seems justifiable. Nevertheless, the digital zoom in photography is used at most in the amateur field. Isolated applications are also found in the technical field, when the resolution requirements are low. Recently, fun camcorders with digital zoom are offered. The implementation is still relatively poor, the zoom is hakelig and far from liquid, although this should be possible with some effort. This fails but probably still in the offered price segment. The digital zoom is a newer date than the optical zoom, but unfortunately not better.
Eine weitere neue Variante des Digitalzoom ist Tesseras OptiML-Zoom. Die Bildaufnahme erfolgt durch ein Objektiv mit induzierter optischer Verzeichnung, wodurch in der Bildmitte eine bessere Auflösung erzeugt wird als am Bildrand. Beim Digitalzoomen des mittleren Bereichs mit gleichzeitiger Anwendung eines Korrekturalgorithmus für die optische Verzeichnung, entsteht ein Bild mit geringfügig besseren Auflösung, als wenn man bei der Aufnahme auf diese optische Verzeichnung verzichtet hätte. Dies wird aber mit geringerer Auflösung am Bildrand des nicht-gezoomten Bildes bezahlt. Der Vorteil dieses Zooms ist also zumindest äußerst fragwürdig.Another new variant of the digital zoom is Tesseras OptiML Zoom. The image is captured by a lens with induced optical distortion, which produces a better resolution in the center of the image than at the edge of the image. Digital zooming of the center area with the simultaneous use of a correction algorithm for optical distortion produces an image with slightly better resolution than if you had omitted this optical distortion during recording. However, this is paid with a lower resolution at the edge of the non-zoomed image. The advantage of this zoom is therefore extremely questionable.
Alle Digitalzooms sind an eine elektronische Bildaufnahme gebunden und somit nur bei Geräten mit einer Kamera zu finden, also den Geräten mit rein optischer Beobachtung nicht zugänglich.All digital zooms are bound to an electronic image capture and thus only found in devices with a camera, so the devices with purely optical observation not accessible.
Aufgabetask
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kamera mit einem Zoom (Vergrößerungswechsler) bereit zu stellen, der die o. g. Nachteile nicht aufweist, die eventuell vorhandenen Vorteile jeweils beibehält und neue bereitstellt, der insbesondere miniaturisierbar, schnell, leicht, leicht herzustellen, leicht zu entwickeln, der mit möglichst wenigen und möglichst einfachen optischen Elementen auskommt, der durch einfache Mechanik ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Langlebigkeit und dabei eine maximale Vergrößerungsdynamik und kontinuierliche Verstimmung, bietet.It is therefore an object of the present invention to provide a camera with a zoom (magnification changer), the o. G. Disadvantages not that any existing benefits each retains and provides new, in particular miniaturizable, fast, easy, easy to manufacture, easy to develop, which manages with as few and simple optical elements as possible, by simple mechanics a high degree of reliability and Longevity, while a maximum magnification dynamics and continuous detuning offers.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäßen Kamera nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.This object is achieved by the camera according to the invention according to
Beschreibungdescription
Es wird ein Kamerasystem mit einem Zoom, der aus einer Kombination aus einem diskreten Vergrößerungswechsler und einem Digitalzoom besteht, vorgeschlagen und zwar insbesondere für kleine und sehr kleine Anwendungen wie Handykameras, Endoskope, Überwachungskameras, aber auch Kompaktkameras mit großem Zoomfaktor oder in Digitalmikroskopen und anderen optischen oder medizinischen Geräten. Das Kamerasystem soll zur Aufnahme oder Beobachtung von stillen oder bewegten Bildern dienen, wobei im Folgenden der Einfachheit halber oft nur von Aufnahme gesprochen wird. Das Kamerasystem soll einen lichtempfindlichen Wandler, der ortsabhängig Lichtsignale in elektrische Signale wandeln kann, enthalten, wobei diese elektrischen Signale abgespeichert, gesendet, weitergeleitet oder anderweitig verarbeitet werden können. Des Weiteren soll das Kamerasystem eine Steuerung enthalten, die die Vergrößerung des diskreten Vergrößerungswechslers in Abhängigkeit von einer direkten Benutzereingabe am Kamerasystem oder durch ein externes Signal ändern kann. Optional kann das Kamerasystem eine Vorrichtung enthalten, die die Vergrößerung und/oder den Typ des diskreten Vergrößerungswechslers in Abhängigkeit von der Einstellung und/oder dem Typ des angeschlossenen Vergrößerungswechslers auslesen kann. Mindestens eine Bildeigenschaft der durch das Kamerasystem gelieferten Bilder soll grob durch den diskreten Vergrößerungswechsler und fein durch Digitalzoom nach Vorgaben des Anwenders bestimmt werden. Diese eine Bildeigenschaft kann z. B. die Vergrößerung, die Bildgröße oder Bildausschnitt sein. Fein soll hier bedeuten: kleinere bis deutlich kleinere (eine bis mehrere Größenordnungen) Abstände als der größte Abstand der Vergrößerungsstufen des diskreten Vergrößerungswechslers (größere Auflösung). Im Grenzfall kann der Digitalzoom alle, der Anwendung nach sinnvolle, Vergrößerungzwischenstufen zu den Vergrößerungsstufen des diskreten Vergrößerungswechslers und auch Vergrößerungen oberhalb der größten diskreten Vergrößerungsstufe liefern.There is proposed a camera system with a zoom, which consists of a combination of a discrete magnification changer and a digital zoom, especially for small and very small applications such as cell phone cameras, endoscopes, surveillance cameras, but also compact cameras with large zoom factor or in digital microscopes and other optical or medical devices. The camera system is intended to record or observe still or moving images, with simplicity being often referred to as recording in the following. The camera system is a light-sensitive transducer, which can convert locally dependent light signals into electrical signals containing these electrical signals can be stored, sent, forwarded or otherwise processed. Furthermore, the camera system should include a controller that can change the magnification of the discrete magnification changer in response to a direct user input to the camera system or by an external signal. Optionally, the camera system may include a device that can read the magnification and / or the type of discrete magnification changer depending on the setting and / or the type of magnification changer connected. At least one image characteristic of the images supplied by the camera system should be roughly determined by the discrete magnification changer and fine by digital zoom according to the user's specifications. This one image property can be z. As the magnification, the image size or image detail. Fine means here: smaller to significantly smaller (one to several orders of magnitude) distances than the largest distance of the magnification levels of the discrete magnification changer (larger resolution). In the limiting case, the digital zoom can provide all magnification levels appropriate to the application to the magnification levels of the discrete magnification changer and also magnifications above the largest discrete magnification level.
Der diskrete Vergrößerungswechsler kann ein Galilei- oder ein Keplerwechsler oder mehrere dieser Wechsler in Reihe sein. Dabei bezieht sich diese Aussage ausdrücklich auch auf die Wechslerdesigns in den hier zitierten Patentschriften. Somit kann es sein, dass die Teleskopanordung des Wechslers dem Kamerasystem gegenüber nicht beweglich ist (s. z. B.
Vorzugsweise ist die Größe des mindestens eines der Vergrößerungsschritte kleiner als 1,7, weiter bevorzugt kleiner als 1,5. Ein Vergrößerungsschritt ist der Quotient der dazugehörigen Vergrößerungen der Vergrößerungsstufen.Preferably, the size of the at least one of the enlargement steps is less than 1.7, more preferably less than 1.5. A magnification step is the quotient of the associated magnifications of the magnification levels.
Am interessantesten unter dem Aspekt der Miniaturisierbarkeit sind einzelne Wechsler mit 2, 3 oder 4 diskreten Vergrößerungsstufen.Most interesting in terms of miniaturization are single changers with 2, 3 or 4 discrete magnification levels.
Unter dem Aspekt der mechanischen Einfachheit am interessantesten sind die diskreten Wechsler, deren Vergrößerungsstufen durch Rotationsbewegungen angesteuert werden.Most interesting in terms of mechanical simplicity are the discrete changers whose magnification levels are controlled by rotational motions.
Das Kamerasystem kann vorteilhafterweise mindestens eine Linse variabler Brechkraft enthalten, z. B. für Fokussierungszwecke oder auch für Korrektur optischer Aberrationen.The camera system may advantageously comprise at least one lens of variable refractive power, e.g. B. for focusing purposes or for the correction of optical aberrations.
Unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit sind die Wechsler interessant, die mindestens 1,25 Vergrößerungsstufen pro Funktionslinsengruppe des diskreten Wechslers liefern, also 3-fach- oder 5-fach-Wechsler oder deren Reihenschaltung. Der geringe Platzbedarf spricht für 3-fach- oder 4-fach-Wechsler oder deren Reihenschaltung.From the point of view of economy, the changers are interesting, which provide at least 1.25 magnification levels per functional lens group of the discrete changer, ie 3-way or 5-way changer or their series connection. The small footprint speaks for 3-way or 4-way changer or their series connection.
Die Ansteuerung der diskreten Vergrößerungswechsler erfolgt vorzugsweise elektromagnetisch. Da die diskreten Vergrößerungswechsler nur in wenigen Stellungen betrieben werden, und es nicht so sehr darauf ankommt, wie sie dahin kommen, kommen sie auch ohne weiteres mit diskreten Aktuatoren, die besonders kompakt sind, aus, auch wenn sie mit Motoren betrieben werden können. Berücksichtigt man, dass die Kamerasystemmodule für Handys immer in Quaderform geliefert werden, ist es sinnvoll, zumindest große Teile, z. B. die Hälfte wenn nicht die gesamte Mechanik in dem Zwischenraum zwischen dem Rotationskörper, der durch die Optikbewegung entsteht, und dem umschriebenen Quader unterzubringen. Damit wird der ohnehin zur Verfügung stehende Platz ausgenutzt und man erhält besonders kompaktes Design. Hat die größte Linse des Wechslers den Durchmesser a so hat der direkt umschriebene Quader das Volumen 2a3 und das Gehäusevolumen eines einzelnen diskreten Wechslers vorzugsweise 2a3 in den Grenzen –10% und +50%, bevorzugt in den Grenzen –5% und +25% und besonders bevorzugt in den Grenzen 0% und +10%.The control of the discrete magnification changer is preferably carried out electromagnetically. Since the discrete magnification changers are only operated in a few positions, and it does not matter as much as they get there, they also come with discrete actuators, which are particularly compact, even if they can be operated with motors. Considering that the camera system modules for mobile phones are always delivered in cuboid form, it makes sense, at least large parts, eg. B. half if not the entire mechanics in the space between the body of revolution, which is caused by the optical movement, and the circumscribed cuboid accommodate. This takes advantage of the already available space and gives you a particularly compact design. If the largest lens of the changer has the diameter a, then the directly circumscribed cuboid has the volume 2a 3 and the housing volume of a single discrete changer, preferably 2a 3 within the limits -10% and + 50%, preferably within the limits -5% and +25 % and more preferably in the limits 0% and + 10%.
Viele Handys enthalten heutzutage zwei Kameras, eine für Videotelephonie und eine für andere Aufnahmen. Ein Kamerasystem, bei dem die Richtung, aus der Licht in das Kamerasystem eintritt, verändert werden kann, z. B. über einen drehbaren oder schaltbaren Spiegel, bietet die Möglichkeit, beide Anwendungen mit nur einem System zu bedienen. Der Spiegel müsste z. B. um 90° gedreht werden um eine „Blickrichtung” der Kamera um 180° zu bewerkstelligen.Many cell phones today contain two cameras, one for video telephony and one for other recordings. A camera system in which the direction from which light enters the camera system can be changed, e.g. B. via a rotatable or switchable mirror, offers the ability to operate both applications with only one system. The mirror would have z. B. rotated 90 ° to a "viewing direction" of the camera to accomplish by 180 °.
Werden die Optiken bei Massenproduktion aus Kunststoff hergestellt, so ist es manchmal sinnvoll bei Verwendung z. B. der Spritzguss-Technik, gleich zumindest Teile der Mechanik in einem gemeinsamen Arbeitsgang mit herzustellen. Damit fällt auch zumindest zum Teil das Problem des Zusammenbaus weg.If the optics are mass-produced from plastic, so it is sometimes useful when using z. As the injection molding technique, at least equal parts of the mechanics in a joint operation to produce. This at least partially eliminates the problem of assembly.
Werden Geräte mit dem erfindungsgemäßen Kamerasystem ausgerüstet, ist es auch manchmal sinnvoll, eine billigere Einstiegsvariante anzubieten, die die gleiche Optik bis auf den diskreten Wechsler enthält. Eine solche Gerätefamilie ist preiswerter in der Entwicklung, als wenn beide Varianten unabhängig voneinander entwickelt worden wären. Natürlich kann ein Kamerasystem auch einen Vergrößerungswechsler ohne den Digitalzoom enthalten.If devices are equipped with the camera system according to the invention, it sometimes makes sense to offer a cheaper entry-level variant which contains the same optics except for the discrete changer. Such a device family is cheaper to develop than if both variants had been developed independently. Of course, a camera system can also include a magnification changer without the digital zoom.
Das erfindungsgemäße Kamerasystem muss auch sinnvoll betrieben werden. Das Verfahren zur Benutzung des Kamerasystems muss daher mindestens folgende Schritte umfassen: (i) Vorgabe des Vergrößerungsfaktors innerhalb des möglichen Bereiches durch eine entsprechende Eingabe direkt durch Nutzer an dem Kamerasystem oder durch ein externes Steuersignal, (ii) Auswahl einer diskreten Vergrößerung aus der Liste der möglichen Vergrößerungen des diskreten Vergrößerungswechslers, wobei diese eine diskrete Vergrößerung die nächstkleinere Vergrößerung zu der gewünschten, unter (i) vorgegebenen, Vergrößerung ist, (iii) Ansteuern des diskreten Vergrößerungswechslers mit der unter (ii) gewählten Vergrößerung, und (iv) Auswählen der Größe des Digitalzoomfaktors derart, dass das Produkt aus dem hier ausgewählten Digitalzoomfaktor mit dem Vergrößerungswert der einen unter (ii) ausgewählten diskreten Vergrößerung gerade die gewünschte, unter (i) vorgegebene, Vergrößerung ist. Dabei ist die nächstkleinere Vergrößerung zu der gewünschten Vergrößerung: (a) kleiner als die gewünschte Vergrößerung und (aa) gleichzeitig die größte der Vergrößerungen, die (a) in diesem Satz erfüllen; auch Verkleinerung und Vergrößerung gleich 1 werden als Vergrößerung bezeichnet.The camera system according to the invention must also be operated meaningfully. The method for using the camera system must therefore comprise at least the following steps: (i) presetting the magnification factor within the possible range by a corresponding input directly by users on the camera system or by an external control signal, (ii) selecting a discrete magnification from the list of possible magnifications of the discrete magnification changer, this one discrete magnification being the next smaller magnification to the desired, under (i) predetermined magnification, (iii) driving the discrete magnification changer at the magnification selected under (ii), and (iv) selecting the magnitude of the digital zoom factor such that the product of the digital zoom factor selected here, with the magnification value of the one discrete magnification selected at (ii), is just the desired, under (i) predetermined, magnification. Here, the next smaller magnification to the desired magnification is: (a) less than the desired magnification and (aa) simultaneously the largest of the magnifications satisfying (a) in this set; also reduction and enlargement equal to 1 are called enlargement.
Für einige Anwendungen, u. a. auch in Handys, könnten auch 2, 3 oder mehr Kameras oder eine Kamera mit mehreren intern wechselbaren Objektiven oder Objektivteilen, kombiniert mit Digitalzoom und entsprechend synchronisiert, benutzt werden. Je nach Vorgabe des Nutzers würde eine entsprechende Kamera oder Kameraobjektiv ausgewählt und mit passendem Digitalzoom versehen. Diese bezüglich des benötigten Platzes nicht unbedingt günstige Lösung hatte den Vorteil, dass keine oder nur wenige Teile bewegt werden.For some applications, including cell phones, you could also use 2, 3 or more cameras or a camera with several internally interchangeable lenses or lens parts combined with digital zoom and synchronized accordingly. Depending on the specification of the user, a corresponding camera or camera lens would be selected and provided with a suitable digital zoom. This with respect to the required space not necessarily cheap solution had the advantage that no or only a few parts are moved.
Bei dem erfindungsgemäßen Kamerasystem können fertig gezoomte Bilder mit der gewünschten Vergrößerung oder ganze, nicht gezoomte Bilder bei einer diskreten Vergrößerung und optional gewählte Digitalzoomparameter gespeichert oder weitergeleitet werden. Damit kann, besonders bei der zweiten Lösung, nachträglich eine Bildstabilisierung erreicht werden.In the camera system according to the invention, finished zoomed images with the desired magnification or whole, non-zoomed images at a discrete magnification and optionally selected digital zoom parameters can be stored or forwarded. This can be achieved, especially in the second solution, subsequently image stabilization.
Das erfindungsgemäße Kamerasystem enthält vorzugsweise einen Bewegungs- bzw. Beschleunigungssensor. Seine Daten für den Zeitraum der Bildaufnahme könnten verwendet und/oder gespeichert werden, um eine noch bessere Bildstabilisierung zu erreichen. In den Bereichen, wo das Bild digital gezoomt worden ist, gibt es für die Bildstabilisierung besonders viel Spielraum, weil der Kamerachip für das eigentliche Bild nur zum Teil genutzt wird. Wird das Bild direkt in der Kamera mit der Bildstabilisierung prozessiert, kann es gleich in dem Endformat abgespeichert werden. Werden die Daten des Sensors für spätere Bildstabilisierung abgespeichert, sollte ein größerer Bildbereich, bzw. der gesamte Bildinhalt des Chips abgespeichert werden.The camera system according to the invention preferably contains a motion or acceleration sensor. Its data for the period of image acquisition could be used and / or stored to achieve even better image stabilization. In the areas where the image has been digitally zoomed, there is a lot of room for image stabilization because the camera chip is only partially used for the actual image. If the image is processed directly in the camera with image stabilization, it can be immediately saved in the final format. If the data of the sensor are stored for later image stabilization, a larger image area or the entire image content of the chip should be stored.
Zum besseren Verständnis der gewühlten erfindungsgemäßen Kombination werden hier noch die Vorzüge der einzelnen Zoomkomponenten aufgeführt, wobei zu betonen ist, dass manche der Vorzüge des diskreten Vergrößerungswechslers insbesondere oder gar nur für kleine Strahlengänge gelten und sich dadurch teilweise von den Eigenschaften in Mikroskopen unterscheiden. Dabei sind diese Vorteile insbesondere im Vergleich mit dem optischen Zoom zu sehen. Vorteile diskreter Vergrößerungswechsler:
- – sehr gute optische Qualität
- – einfache Optik
- – schnelle, große Vergrößerungswechsel
- – leichte Korrektur der optischen Aberrationen, weil die Rechnung nur bei einer Vergrößerung erfolgt (und nicht in einem ganzen Bereich, wie beim klassischem Zoom)
- – sehr einfache Mechanik: nur Rotaionsbewegungen (keine Zwangsführugen, diskrete Aktuatoren ausreichend)
- – einfach miniaturisierbar
- – große Vergrößerungsschritte möglich
- – Energie-sparend
- – geringes Gewicht
- – faltbar
- – sehr gute Reproduzierbarkeit der Vergrößerung
- – niedriger Preis
- – geringe Vibrationsneigung
- – geringer Störgeräuschpegel
- – einfach herzustellen
- - very good optical quality
- - simple look
- - fast, big magnification changes
- - slight correction of the optical aberrations, because the calculation is done only at a magnification (and not in a whole range, as in the classical zoom)
- - very simple mechanics: only rotatory movements (no forced guides, discrete actuators sufficient)
- - easily miniaturized
- - large magnification steps possible
- - Energy-saving
- - low weight
- - foldable
- - very good reproducibility of the magnification
- - low price
- - low tendency to vibrate
- - low noise level
- - easy to make
Vorzüge Digitalzoom:
- – extrem gute Qualität bei sehr kleinen Zoomfaktoren
- – schnell
- – Volumen und Gewicht tendieren gegen Null
- - extremely good quality with very small zoom factors
- - fast
- - Volume and weight tend to zero
Der Digitalzoom ist eigentlich für seine schlechte Qualität bekannt, deshalb verwundert zuerst die weiter oben gemachte Aussage. Zu bedenken ist allerdings, dass die allgemein getroffene Beurteilung des Digitalzooms bei größeren Zoomfaktoren getroffen wird. Hier schneidet der Digitalzoom verglichen mit dem optischen Zoom tatsächlich extrem schlecht ab. Betrachtet man aber sehr kleine Zoomfaktoren stellt man fest, dass der Digitalzoom absolut naturgetreu vergrößert und die Auflösungsverschlechterung zuerst gar nicht auffällt. Es schlägt in diesem Bereich sogar den optischen Zoom, weil er weder das Licht reflektiert, noch absorbiert, bricht, beugt oder streut und zeigt absolut keine Aberrationen, die erst aufwendig korrigiert werden müssten. Die Ursache liegt darin, dass der Digitalzoom physikalisch gar nicht in den optischen Strahlengang eingreift.The digital zoom is actually known for its poor quality, so first surprise the statement made above. It should be noted, however, that the general assessment of the digital zoom is made at larger zoom factors. Here, the digital zoom actually performs extremely poorly compared to the optical zoom. However, if you look at very small zoom factors, you notice that the digital zoom is magnified absolutely true to nature and the deterioration in resolution is not noticeable at first. It even beats the optical zoom in this area, because it neither reflects the light nor absorbs, breaks, bends or scatters and shows absolutely no aberrations, which would have to be elaborately corrected. The reason is that the digital zoom physically does not intervene in the optical beam path.
Das efindungsgemäße Kamerasystem bedient sich also der sehr guten optischen Qualität des diskreten Vergrößerungswechslers um große Vergrößerungsfaktoren zu erreichen, den Nachteil des diskreten Vergrößerungswechslers bezüglich der fehlenden Kontinuität der Vergrößerungsänderung gleicht es durch den Digitalzoom aus, der praktisch gewichts- und volumenlos ist, dabei überaschenderweise die sehr gute Qualität des diskreten Vergrößerungswechslers in dem kleinen Bereich des Vergrößerungsschrittes aufrechterhält. Natürlich gilt diese Aussage nur, solange die Größe des Vergrößerungsschrittes tatsächlich nicht zu groß ist. Das kann je nach Anwendung eine größere Anzahl an Vergrößerungsschritten verlangen.The efindungsgemäße camera system thus uses the very good optical quality of the discrete magnification changer to achieve large magnification factors, the disadvantage of the discrete magnification changer with respect to the lack of continuity of the magnification change it compensates by the digital zoom, which is practically weightless and volumeless, while surprisingly very maintains good quality of the discrete magnification changer in the small area of the magnification step. Of course, this statement is valid only as long as the size of the enlargement step is actually not too large. Depending on the application, this may require a larger number of enlargement steps.
Wir sehen also, dass die erfindungsgemäße Kombination des Kamerasystems die an sich erstmal minderwertigen Komponenten so zusammenstellt, dass sie zwar ihre Stärken ausspielen können, deren Schwächen aber unter den Tisch fallen. Genau diese Schwachen haben bis jetzt einen vernünftigen Einsatz der einzelnen Komponenten verhindert.So we see that the combination of the camera system according to the invention, the initially inferior components so compiled that they can indeed play their strengths, but their weaknesses fall under the table. Exactly these weaknesses have hitherto prevented a reasonable use of the individual components.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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