DE102013209164A1

DE102013209164A1 - Digitale filmkamera

Info

Publication number: DE102013209164A1
Application number: DE102013209164.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Cieslinski
Original assignee: Arnold and Richter KG; Arnold and Richter Cine Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Arnold and Richter KG; Arnold and Richter Cine Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2014-12-04
Anticipated expiration: 2033-05-18
Also published as: DE102013209164B4

Abstract

Eine digitale Filmkamera zum Aufnehmen einer Folge von Laufbildern umfasst einen Bildsensor zum Erzeugen von elektrischen Signalen in Abhängigkeit von einer Belichtung des Bildsensors; wenigstens eine Verstärkereinrichtung, die dazu ausgelegt ist, die Signale des Bildsensors gemäß einem einstellbaren Verstärkungsfaktor elektronisch zu verstärken; eine Steuereinrichtung zum Einstellen des Verstärkungsfaktors; eine Objektivhalterung zum Anschließen eines Objektivs an die Filmkamera; und einen Blendenwertsignaleingang, der dazu ausgelegt ist, ein Blendenwertsignal, das eine an dem angeschlossenen Objektiv eingestellte Blendenapertur repräsentiert, von außerhalb der Filmkamera zu empfangen. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, in einem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb während des Aufnehmens der Folge von Laufbildern das Blendenwertsignal über den Blendenwertsignaleingang zu erfassen und den Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von dem erfassten Blendenwertsignal anzupassen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine digitale Filmkamera zum Aufnehmen einer Folge von Laufbildern. Die digitale Filmkamera umfasst einen Bildsensor zum Erzeugen von elektrischen Signalen in Abhängigkeit von einer Belichtung des Bildsensors, wenigstens eine Verstärkereinrichtung, die dazu ausgelegt ist, die Signale des Bildsensors gemäß einem einstellbaren Verstärkungsfaktor elektronisch zu verstärken, um verstärkte Bildsignale zu erzeugen, und eine Steuereinrichtung zum Einstellen des Verstärkungsfaktors. Ferner kann eine derartige Filmkamera eine Objektivhalterung zum Anschließen eines Objektivs an die Filmkamera und einen Blendenwertsignaleingang aufweisen, der dazu ausgelegt ist, ein Blendenwertsignal, das eine an dem angeschlossenen Objektiv eingestellte Blendenapertur repräsentiert, von außerhalb der Filmkamera zu empfangen, wobei der Blendenwertsignaleingang mit einem Eingang der Steuereinrichtung verbunden ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Aufnehmen einer Folge von Laufbildern mittels einer digitalen Filmkamera.
Bekannte digitale Filmkameras verwenden typischerweise einen Bildsensor in CMOS- oder CCD-Technologie, der eine Vielzahl von lichtempfindlichen Elementen, so genannten Pixeln, umfasst. Üblicherweise sind die Pixel in Zeilen und Spalten als zweidimensionale Matrix angeordnet. Die Pixel wandeln das durch ein an die Filmkamera angeschlossenes Objektiv fallende Licht in elektrische Signale um. Bei den Signalen kann es sich beispielsweise um Ladungen, Ströme oder Spannungen handeln. Ein jeweiliges Signal repräsentiert dabei eine in Abhängigkeit von der Belichtung gesammelte Ladung des jeweiligen Pixels. Der Begriff "Belichtung" kann in diesem Zusammenhang insbesondere die Intensität, Dauer und Wellenlänge der Lichtbeaufschlagung umfassen.
Innerhalb der Pixel und/oder in einer separaten Ausleseschaltung, die üblicherweise am Rand des durch die Pixel gebildeten Bildfelds des Bildsensors angeordnet ist, werden die Signale der Pixel in der Regel in elektrische Spannungen konvertiert. Außerdem werden die Signale von einer Verstärkereinrichtung gemäß einem einstellbaren Verstärkungsfaktor zu verstärkten Bildsignalen verstärkt. Die Signalverstärkung kann dabei in jedem einzelnen Pixel, für eine Gruppe von Pixeln (z.B. eine Spalte oder mehrere Spalten von Pixeln) und/oder für eine nachgeordnete Einheit von Pixeln, wie etwa auch die Gesamtheit aller Pixel, erfolgen. Die verstärkten Bildsignale können innerhalb der Filmkamera mit einem oder mehreren Analog-Digital-Wandlern digitalisiert werden, wobei die Signalverstärkung vorzugsweise auf analoger Ebene erfolgt. Die digitalen verstärkten Bildsignale können in einer internen Speichereinrichtung der Filmkamera aufgezeichnet und/oder an einem oder mehreren Ausgängen der Filmkamera ausgegeben werden.
Die Verstärkung der von dem Bildsensor erzeugten elektrischen Signale muss nicht zwangsläufig mit einem konstanten Verstärkungsfaktor erfolgen, sondern kann beispielsweise für verschiedene Belichtungssituationen in unterschiedlichem Maß erfolgen. Im Fall einer Verstärkung gemäß einer vorgegebenen oder einstellbaren Verstärkungskennlinie kann diese durch Multiplikation mit einem Verstärkungsfaktor skaliert werden, so dass die Helligkeit der verstärkten Bildsignale direkt proportional zu dem Verstärkungsfaktor einheitlich erhöht oder verringert werden kann. Außerdem kann eine Änderung des genannten Verstärkungsfaktors, der auch als "gain factor" oder "gain" bezeichnet wird, auch zur Einstellung der apparenten Empfindlichkeit des Bildsensors eingesetzt werden. Diese Einstellung entspricht der Empfindlichkeit eines Films bei analogen Filmkameras, die üblicherweise als ASA-Zahl oder ISO-Einstellung angegeben wird. Eine digitale Filmkamera, die eine Verstärkereinrichtung mit einem einstellbaren Verstärkungsfaktor umfasst, ist in dem Dokument DE 10 2009 004 187 A1 beschrieben.
Mittels der digitalen Filmkamera wird eine Folge von aufeinander folgenden Laufbildern, d.h. eine Filmszene, aufgenommen, wobei die verstärkten Bildsignale einem jeweiligen Laufbild entsprechen. Mithin ist die Helligkeit eines jeweiligen Laufbildes einerseits abhängig von dem genannten Verstärkungsfaktor, um den die vom Bildsensor erzeugten Signale verstärkt werden, und andererseits von der Belichtung, also der Menge des auf den Bildsensor auftreffenden Lichts. Diese Lichtmenge wird bei gegebenen Lichtverhältnissen der aufgenommenen Filmszene im Wesentlichen durch die Belichtungszeit sowie durch die Blende eines an die Filmkamera angeschlossenen Objektivs bestimmt. Eine Blende eines Objektivs (z.B. Iris-Blende) definiert einen einstellbaren Öffnungsquerschnitt, der als Blendenapertur bezeichnet wird und den Querschnitt des durch das Objektiv in die Filmkamera eindringenden Lichtstrahlbündels begrenzt. Somit ist die Menge des auf den Bildsensor auftreffenden Lichts von der Größe der eingestellten Blendenapertur abhängig. Es ist üblich, die Blendenapertur mittels einheitlich definierter Blendenzahlen anzugeben (auch als "f-number" oder "f-stop" bezeichnet), z.B. 1/2,8. Unabhängig von dieser Konvention wird der Wert der eingestellten oder einzustellenden Blendenapertur nachfolgend als Blendenwert bezeichnet.
Die eingestellte Blendenapertur hat nicht nur einen Einfluss auf die auf den Bildsensor auftreffende Lichtmenge (Belichtung), sondern auch auf den als Schärfentiefe (oft auch als Tiefenschärfe) bezeichneten Abstandsbereich, in dem die Filmszene scharf auf dem Bildsensor abgebildet wird. Eine Änderung der Blendenapertur erfolgt daher insbesondere zur Bildgestaltung, beispielsweise um gezielt Tiefenunschärfeeffekte herbeizuführen, durch die bestimmte Abstandsbereiche (z.B. Schauspieler) in der Filmszene gegenüber anderen Bereichen (Vorder-/Hintergrund) herausgestellt werden können. Eine derartige Änderung der Blendenapertur soll jedoch nicht zu einer wahrnehmbaren Veränderung der Helligkeit in der Folge der aufgezeichneten Laufbilder oder eines sonstigen wahrnehmbaren Bildparameters führen.
Aus den Dokumenten DE 42 19 331 A1 und DE 196 29 484 A1 ist es bekannt, den zeitlichen Verlauf einer Änderung der Aufnahmefrequenz und der Sektorblendenöffnung zu programmieren. Ein derartiges vorbestimmtes Ablaufprogramm ermöglicht dem Kameramann jedoch keinen spontanen und flexiblen Eingriff in die Bildgestaltung während einer laufenden Aufnahme.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine digitale Filmkamera und ein Verfahren zum Aufnehmen einer Folge von Laufbildern bereitzustellen, durch die die Möglichkeiten der Bildgestaltung durch Verändern der Schärfentiefe während einer laufenden Aufnahme ohne unerwünschte Beeinflussung sonstiger wahrnehmbarer Bildparameter verbessert werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine digitale Filmkamera mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass die Steuereinrichtung der digitalen Filmkamera dazu ausgelegt ist, in einem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb während des Aufnehmens der Folge von Laufbildern das Blendenwertsignal über den Blendenwertsignaleingang zu erfassen und den Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von dem erfassten Blendenwertsignal derart anzupassen, dass eine durch ein Verstellen der Blendenapertur verursachte Veränderung der Belichtung des Bildsensors durch eine angepasste Verstärkung der Signale des Bildsensors zumindest im Wesentlichen kompensiert wird.
Mit anderen Worten lässt sich die digitale Filmkamera in einem speziellen Schärfentiefe-Änderungsbetrieb betreiben, der insbesondere während einer laufenden Aufnahme zur Verfügung steht. Zwar führt auch in diesem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb ein Verstellen der Blendenapertur zu einer Veränderung der Belichtung des Bildsensors und somit zu einer Änderung der Helligkeit der von dem Bildsensor erzeugten elektrischen Signale. In den daraus von der Verstärkereinrichtung erzeugten verstärkten Bildsignalen sind diese Änderungen aber zumindest im Wesentlichen kompensiert, d.h. insbesondere derart, dass sie vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden. Hierfür ändert die Steuereinrichtung im Schärfentiefe-Änderungsbetrieb vorteilhafterweise den Verstärkungsfaktor automatisch gegenläufig zu einer Änderung der eingestellten Blendenapertur. Wenn zur Vergrößerung des Tiefenschärfebereichs eine kleinere Blendenapertur eingestellt wird (entsprechend einer verringerten Belichtung des Bildsensors), vergrößert die Steuereinrichtung den Verstärkungsfaktor, und umgekehrt. Diese Anpassung des Verstärkungsfaktors erfolgt automatisch in Ansprechen auf das der Filmkamera von extern zugeführte Blendenwertsignal, bei dem es sich um einen Istwert oder einen Sollwert der Blendenapertur handeln kann.
Somit kann die durch die verstärkten Bildsignale repräsentierte Bildhelligkeit im Wesentlichen konstant gehalten werden, obwohl an dem angeschlossenen Objektiv die Blendenapertur geändert und hierdurch der Lichteinfall auf den Bildsensor beeinflusst wird. Dadurch, dass die Anpassung des Verstärkungsfaktors an ein Verstellen der Blendenapertur während einer laufenden Aufnahme einer Filmszene automatisch erfolgt, kann der Kameramann bei laufender Aufnahme auf einfache Weise durch Verstellen der Blendenapertur die Schärfentiefe ohne unerwünschte Beeinflussung sonstiger wahrnehmbarer Bildparameter verändern. Ferner wird hierdurch das Programmieren eines vorbestimmten zeitlichen Verlaufs einer Änderung der Blendenapertur (z.B. an einer Fernsteuereinheit) erleichtert, da lediglich das erwünschte Verstellen der Blendenapertur vorgegeben werden muss und die Steuereinrichtung die erforderliche Anpassung des Verstärkungsfaktors während der laufenden Aufnahme selbsttätig vornimmt.
Dass die Veränderung der Belichtung des Bildsensors "im Wesentlichen" kompensiert wird, bedeutet, dass die Unterschiede in der Helligkeit der verstärkten Bildsignale vom Betrachter nicht mehr wahrnehmbar sind. Geringe Abweichungen können hierbei bestehen, beispielsweise aufgrund von Nichtlinearitäten der lichtempfindlichen Elemente des Bildsensors oder aufgrund von Hystereseeffekten, insbesondere in der Mechanik des die Blende aufweisenden Objekts oder bei der Erzeugung des Blendenwertsignals. Ferner ist diese Kompensation nur in einem zentralen Intervall der zur Verfügung stehenden Verstärkungsfaktoren möglich, in Extrembereichen jedoch nicht oder in der Regel nur eingeschränkt, da ausgehend von einem Maximalwert oder Minimalwert des Verstärkungsfaktors eine Änderung lediglich in einer Richtung möglich ist.
Zur Anpassung des Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit von dem erfassten Blendenwertsignal oder von einer Änderung des erfassten Blendenwertsignals können in der digitalen Filmkamera, beispielsweise in der Steuereinrichtung, für verschiedene Änderungen des Blendenwertsignals entsprechende Anpassungswerte des Verstärkungsfaktors gespeichert sein und im Schärfentiefe-Änderungsbetrieb herangezogen werden. Der Verstärkungsfaktor wird dann beispielsweise ausgehend von einem Standard-Verstärkungsfaktor oder einer Standard-Verstärkungskennlinie um einen jeweiligen gespeicherten Anpassungswert geändert. Alternativ hierzu kann in Abhängigkeit von dem erfassten Blendenwertsignal oder von einer Änderung des erfassten Blendenwertsignals direkt einer von mehreren verschiedenen gespeicherten Verstärkungsfaktoren oder eine von mehreren verschiedenen gespeicherten Verstärkungskennlinien ausgewählt werden. In letzterem Fall kann beispielsweise in einer Speichereinrichtung der Filmkamera ein Kennlinienfeld gespeichert sein.
Die erfindungsgemäße digitale Filmkamera ermöglicht somit vorteilhafterweise ein Verstellen der Schärfentiefe bei laufendem Aufnahmebetrieb der Filmkamera, ohne dass eine unerwünschte Beeinflussung sonstiger wahrnehmbarer Bildparameter der ausgegebenen oder gespeicherten verstärkten Bildsignale, insbesondere der Helligkeit, auftreten würden. Insbesondere wenn die an ein Verstellen der Blendenapertur angepasste Änderung des Verstärkungsfaktors als Funktion oder Tabelle in der digitalen Filmkamera gespeichert und somit vorbestimmt ist, kann die Kompensation einer unerwünschten Belichtungsänderung unmittelbar in Ansprechen auf ein empfangenes Blendenwertsignal erfolgen, so dass keine kurzzeitigen Helligkeitsschwankungen auftreten, wie dies bei einer nacheilenden Regelung der Signalverstärkung, etwa nach Art einer Rückkopplungsschleife, der Fall wäre. Gegenüber einer nacheilenden Regelung hat das Verwenden gespeicherter Werte oder das einfache Anwenden vorbestimmter Funktionen außerdem den Vorteil einer geringeren Komplexität der erforderlichen Schaltungen oder Berechnungen.
Grundsätzlich könnte eine aufgrund einer Blendenaperturverstellung geänderte Belichtung des Bildsensors auch durch eine Anpassung der Belichtungszeit der Pixel kompensiert werden, beispielsweise durch entsprechende Ansteuerung eines elektronischen Shutters oder durch Änderung des Öffnungswinkels einer rotierenden Sektorblende. Der Vorteil, die erforderliche Kompensation stattdessen durch eine geeignete Anpassung des Verstärkungsfaktors vorzunehmen, besteht darin, dass eine Änderung der Belichtungszeit bei der Aufnahme einer Folge von Laufbildern zu unerwünschten wahrnehmbaren Nebeneffekten führen kann: Zum einen hat die Belichtungszeit einen wichtigen Einfluss auf die Bewegungsunschärfe, weshalb zu kurze Belichtungszeiten zu "ruckelnden" Bildfolgen führen und bei zu langen Belichtungszeiten Bewegungen "verschmiert" erscheinen; beides lässt die Filmaufnahme unnatürlich wirken. Zum anderen können Abweichungen der Belichtungszeit von einem Wert, der geeignet an die Spannungsfrequenz der Stromversorgung für die Beleuchtung der Filmszene angepasst ist (beispielsweise 20ms bei einer Spannungsfrequenz von 50Hz), zu wahrnehmbaren Helligkeitsschwankungen (Flackern) in der aufgenommenen Filmszene führen. Um derartige nachteilige Effekte zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die Belichtungszeit des Bildsensors während einer Aufnahme nur geringfügig zu ändern oder sogar konstant zu halten.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass zur erfindungsgemäßen Kompensation von Belichtungsunterschieden aufgrund von Änderungen der Blendenapertur lediglich der Verstärkungsfaktor zu ändern ist. Die generelle Möglichkeit, die elektronische Verstärkung der Bildsignale einzustellen, kann bei einer digitalen Filmkamera (zu anderen Zwecken) ohnehin vorgesehen sein, beispielsweise um die Sensorempfindlichkeit ändern und an die Lichtverhältnisse der momentanen Aufnahme anpassen zu können (so genannte ASA-Zahl oder ISO-Einstellung). Die dazu vorgesehenen Schaltungen können dann auch für die genannte Belichtungskompensation verwendet werden. Somit gestaltet sich die technische Umsetzung der Erfindung besonders einfach.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, in dem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb den Verstärkungsfaktor zu erhöhen, falls das erfasste Blendenwertsignal einer Verkleinerung der Blendenapertur entspricht, und den Verstärkungsfaktor zu verringern, falls das erfasste Blendenwertsignal einer Vergrößerung der Blendenapertur entspricht. Hierbei ist die "Verkleinerung der Blendenapertur" bzw. die "Vergrößerung der Blendenapertur" jeweils auf eine Veränderung der Blendenapertur relativ zu der jeweils zuvor eingestellten Blendenapertur bezogen und lässt sich aus einem Vergleich des aktuell von der Steuereinrichtung erfassten Blendenwertsignals mit dem zuvor erfassten Blendenwertsignal ermitteln.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, eine Belichtungszeit des Bildsensors einzustellen, wobei die Steuereinrichtung ferner dazu ausgelegt ist, in dem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb den Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von dem erfassten Blendenwertsignal zu ändern und gleichzeitig die eingestellte Belichtungszeit des Bildsensors konstant zu halten. Das Einstellen der Belichtungszeit des Bildsensors kann dabei rein elektronisch erfolgen, beispielsweise indem ein jeweiliger Startzeitpunkt und ein jeweiliger Endzeitpunkt einer Ladungsintegrationszeit in den Pixeln vorgegeben werden (so genannter elektronischer Shutter). Alternativ dazu kann die Belichtungszeit auch mechanisch eingestellt werden, beispielsweise indem der Öffnungswinkel einer rotierenden Sektorblende (z.B. Spiegelblende) geändert wird.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, in dem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb den Verstärkungsfaktor lediglich dann zu ändern, wenn sich das erfasste Blendenwertsignal ändert. Hierzu kann die Steuereinrichtung beispielsweise durch Vergleichen zweier nacheinander erfasster Blendenwertsignale feststellen, ob eine Änderung des erfassten Blendenwertsignals vorliegt. Nur wenn dies der Fall ist, ändert die Steuereinrichtung den Verstärkungsfaktor, um ihn an die veränderte Blendenapertur anzupassen. Auf diese Weise wird der Steuerungsaufwand für die erfindungsgemäße Belichtungskompensation minimiert. Dabei kann die Veränderung des Verstärkungsfaktors relativ zu einem Standard-Verstärkungsfaktor oder zu einer Standard-Verstärkungskennlinie um einen vorbestimmten Anpassungswert erfolgen. Alternativ kann in Abhängigkeit von dem erfassten Blendenwertsignal bzw. einer Änderung des erfassten Blendenwertsignals direkt ein entsprechender Verstärkungsfaktor oder eine entsprechende Verstärkungskennlinie ausgewählt werden.
Neben dem erfassten Blendenwertsignal kann die Steuereinrichtung auch zusätzlich andere Parameter berücksichtigen, um den Verstärkungsfaktor zu ändern. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, in dem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb den Verstärkungsfaktor zusätzlich in Abhängigkeit von einer an der Filmkamera eingestellten Sensorempfindlichkeit einzustellen. Mit anderen Worten wird bei der Anpassung des Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit von erfassten Blendenwertsignalen zusätzlich eine zumindest nominell eingestellte Sensorempfindlichkeit berücksichtigt. Diese Sensorempfindlichkeit (so genannte ASA-Zahl oder ISO-Einstellung) wird typischerweise von dem Kameramann vor Beginn einer Aufnahme an die Lichtverhältnisse der aufzunehmenden Filmszene angepasst. Die Steuereinrichtung kann dann den Verstärkungsfaktor an Veränderungen der Blendenapertur ausgehend von dieser voreingestellten Sensorempfindlichkeit, d.h. ausgehend von einem entsprechenden Ausgangswert der Verstärkung, anpassen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, in dem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb den Verstärkungsfaktor zusätzlich gemäß einem vorbestimmten Mehrfach-Auslese-Schema variabel einzustellen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass für denselben Belichtungsvorgang zwei Teilsignale in jedem Pixel erzeugt werden, die mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren verstärkt werden (so genanntes "Dual Gain"-Prinzip), wie aus dem Dokument DE 10 2007 045 448 A1 bekannt ist. In diesem Fall erfolgt das erläuterte Anpassen des Verstärkungsfaktors in dem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb ausgehend von den verschiedenen Werten, die für das vorbestimmte Mehrfach-Auslese-Schema vorgesehen sind.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, anhand zweier nacheinander erfasster Blendenwertsignale eine Änderungsrichtung der eingestellten Blendenapertur zu ermitteln. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung ferner dazu ausgelegt ist, in dem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb den Verstärkungsfaktor zusätzlich in Abhängigkeit von der ermittelten Änderungsrichtung anzupassen. Somit berücksichtigt die Steuereinrichtung bei dem Anpassen des Verstärkungsfaktors, ob die Blendenapertur vergrößert oder verkleinert wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass durch Differenzbildung das Vorzeichen einer Änderung der eingestellten Blendenapertur ermittelt und berücksichtigt wird. Indem die Änderungsrichtung der eingestellten Blendenapertur zusätzlich zu den erfassten Blendenwertsignalen zur Bestimmung der Anpassung des Verstärkungsfaktors herangezogen wird, können mögliche Fehler in der Belichtungskompensation aufgrund von Hystereseeffekten (insbesondere durch mechanisches Spiel der Objektivblende) im Wesentlichen vermieden werden. Die entsprechenden Zusammenhänge zwischen der Änderung und der Änderungsrichtung der Blendenwertsignale einerseits und der tatsächlichen Änderung der Blendenapertur andererseits können für ein gegebenes Objektiv durch eine Kalibrierung ermittelt werden, wie nachfolgend noch erläutert wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, eine ermittelte Änderungsrichtung der eingestellten Blendenapertur mit einer zuvor ermittelten Änderungsrichtung der eingestellten Blendenapertur zu vergleichen, um eine Umkehr der Änderungsrichtung festzustellen, falls sich die ermittelte Änderungsrichtung von der zuvor ermittelten Änderungsrichtung unterscheidet. Bei dieser Ausführungsform ist die Steuereinrichtung ferner dazu ausgelegt, in dem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb den Verstärkungsfaktor zusätzlich in Abhängigkeit davon anzupassen, ob eine Umkehr der Änderungsrichtung der eingestellten Blendenapertur festgestellt worden ist. Hystereseeffekte treten am stärksten in Bereichen einer Richtungsumkehr der Änderung der jeweiligen Eingangsgröße auf. Daher kann die Steuereinrichtung anhand des Kriteriums, ob unmittelbar zuvor eine Richtungsumkehr erfolgt ist, feststellen, ob sich die Blende innerhalb einer mechanischen Hystereseschleife (z.B. Getriebespiel) befindet. Wenn dies der Fall ist, kann diese Information zusätzlich bei der Anpassung des Verstärkungsfaktors an die Änderung der Blendenapertur berücksichtigt werden, beispielsweise indem innerhalb eines gewissen Änderungsintervalls nach einer Richtungsumkehr des erfassten Blendenwertsignals keine Anpassung des Verstärkungsfaktors vorgenommen wird und auch nicht erforderlich ist, da in diesem Intervall tatsächlich keine Änderung der Blendenapertur erfolgt.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Filmkamera ferner eine Speichereinrichtung umfasst, in der wenigstens eine vorbestimmte Beziehung zwischen dem Verstärkungsfaktor und zumindest dem Blendenwertsignal gespeichert ist, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, den Verstärkungsfaktor gemäß der wenigstens einen gespeicherten Beziehung anzupassen. Die genannte gespeicherte Beziehung kann dabei in Form einer oder mehrerer einfacher oder komplexer Funktionen vorliegen oder auch in Form einer Tabelle vorbestimmter, beispielsweise vorberechneter oder empirisch ermittelter, Werte oder Kennlinien vorliegen. Die Speichereinrichtung kann, etwa für unterschiedliche an die Filmkamera anschließbare Objektive mit jeweiligen Blenden, unterschiedliche Datensätze gespeicherter Beziehungen aufweisen, von denen ein jeweiliger Datensatz in Abhängigkeit von dem jeweiligen angeschlossenen Objektiv oder anderer Kriterien ausgewählt und von der Steuereinrichtung bei der Anpassung des Verstärkungsfaktors verwendet wird.
Was die genannte Verstärkereinrichtung betrifft, so kann der Bildsensor eine Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Pixeln zum Erzeugen eines jeweiligen elektrischen Signals aufweisen, wobei die Verstärkereinrichtung einen jeweiligen Pixelsignalverstärker innerhalb eines jeden Pixels aufweist. Beispielsweise kann es sich bei dem Bildsensor um einen Active Pixel Sensor (APS) mit einem einstellbaren Verstärkungsfaktor handeln. Dabei weist jedes Pixel wenigstens ein lichtempfindliches Detektorelement auf, um ein jeweiliges elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Belichtung des Pixels zu erzeugen. Das Detektorelement ist beispielsweise eine Pinned-Diode, die über ein Transfer-Gate mit einem Ausleseknoten (so genannte Floating Diffusion) ladungsgekoppelt ist. Der genannte jeweilige Pixelsignalverstärker kann beispielsweise einen Ladungs-/Spannungs-Wandler-Transistor umfassen. Das Einstellen des Verstärkungsfaktors kann in diesem Fall insbesondere durch Verändern der Kapazität des Ausleseknotens erfolgen, so dass eine gegebene (belichtungsabhängig erzeugte) Ladungsmenge im Ausleseknoten eine unterschiedliche Gate-Spannung an dem Wandler-Transistor bewirkt. Ein derartiger Bildsensor ermöglicht eine individuelle Anpassung der Verstärkung für einzelne Pixel oder einzelne Gruppen von Pixeln.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Bildsensor eine Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Pixeln zum Erzeugen eines jeweiligen elektrischen Signals auf, wobei die Verstärkereinrichtung mehrere Spaltenverstärker umfasst, und wobei mehrere oder sämtliche Pixel einer Spalte einem jeweiligen der mehreren Spaltenverstärker zugeordnet sind. Diese Spaltenverstärker können alternativ oder zusätzlich zu den vorgenannten Pixelsignalverstärkern vorgesehen sein. Bei den genannten Spaltenverstärkern kann das Einstellen des Verstärkungsfaktors beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Kapazität eines Rückkopplungskondensators des jeweiligen Spaltenverstärkers verändert wird. Die einheitliche Verstärkung ganzer Spalten oder Teilspalten des Bildsensors hat gegenüber der Verstärkung einzelner Pixel den Vorteil der geringeren Komplexität, zumal weniger einzelne Verstärker erforderlich sind, auf die die Steuereinrichtung zum Verstellen des jeweiligen Verstärkungsfaktors einwirken können muss.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Bildsensor eine Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Pixeln zum Erzeugen eines jeweiligen elektrischen Signals auf und weist die Verstärkereinrichtung einen oder mehrere Ausgangsverstärker auf, wobei die Pixel mehrerer oder sämtlicher Spalten einem jeweiligen Ausgangsverstärker zugeordnet sind. Ein derartiger Ausgangsverstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor kann alternativ oder zusätzlich zu den genannten Pixelsignalverstärkern und/oder den genannten Spaltenverstärkern vorgesehen sein. Bei einer Ausführungsform mit wenigstens einem Ausgangsverstärker kann das Einstellen des Verstärkungsfaktors beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Kapazität eines Rückkopplungskondensators des jeweiligen Ausgangsverstärkers verändert wird. Die Verstärkung der jeweiligen Bildsignale mittels eines oder mehrerer Ausgangsverstärker stellt eine besonders einfache Möglichkeit dar, die Bildhelligkeit eines gesamten jeweiligen Laufbilds einheitlich zu verändern.
Das Herbeiführen von Tiefenunschärfeeffekten erfolgt, wie erläutert, durch Verstellen der Apertur der Blende eines an die digitale Filmkamera angeschlossenen Objektivs. Das Verstellen der Blendenapertur kann dabei manuell, halbautomatisch oder vollautomatisch erfolgen. Bei einem manuellen Verstellen der Blendenapertur wird ein Objektivring unmittelbar oder über eine Getriebeeinrichtung händisch verdreht, wobei der Objektivring beispielsweise mit den Lamellen einer Irisblende antriebsmäßig gekoppelt ist und deren Drehstellung festlegt. Bei einem halbautomatischen Verstellen der Blendenapertur wird ein derartiger Objektivring mittels eines Elektromotors verdreht, der an dem Objektivring angreift und über eine Fernsteuereinheit (insbesondere drahtlos) gesteuert wird. Bei einem vollautomatischen Verstellen wird die Blendenapertur gemäß einem zuvor programmierten zeitlichen Verlauf verstellt (z.B. gemäß einer Rampe), wobei die Verstellbewegung auch hier über einen Elektromotor erfolgen kann, der an dem Objektivring angreift. Das vorherige Programmieren des zeitlichen Verlaufs kann an einer Fernsteuereinheit oder an der Filmkamera selbst erfolgen.
Sowohl in Verbindung mit manuell verstellten, als auch mit halb- und vollautomatisch verstellten Blenden ist es bevorzugt, wenn der Blendenwertsignaleingang der Filmkamera durch eine Objektivdatenschnittstelle gebildet ist, die an der Objektivhalterung der Filmkamera vorgesehen ist, um das Blendenwertsignal von dem angeschlossenen Objektiv zu empfangen. Hierbei kann das Objektiv einen Blendenwertsensor aufweisen, welcher dazu ausgelegt ist, ein Blendenwertsignal auf der Grundlage des eingestellten Blendenwerts zu erzeugen und (direkt oder über einen Datenspeicher) an die Objektivdatenschnittstelle der Kamera auszugeben.
Insbesondere kann der eingestellte Blendenwert Teil eines Satzes von Daten sein, die von dem Objektiv über eine Schnittstelle ausgegeben werden (z.B. gemäß dem ARRI Lens Data System). Das Blendenwertsignal kann bei dieser Ausführungsform insbesondere einen Istwert der eingestellten Blendenapertur repräsentieren. Somit wird das Blendenwertsignal direkt von dem angeschlossenen Objektiv an den Blendenwertsignaleingang der Filmkamera übergeben, was ein besonders zuverlässiges Erfassen des Blendenwertsignals durch die Steuereinrichtung in der Filmkamera gewährleistet und zudem vorteilhafterweise ohne gesonderte Datenübertragungswege für das Blendenwertsignal auskommt.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Blendenwertsignaleingang der Filmkamera dazu ausgelegt, das Blendenwertsignal von einer externen Objektivsteuereinheit zu empfangen, welche das angeschlossene Objektiv von außen steuert. Bei der genannten externen Objektivsteuereinheit kann es sich beispielsweise um eine Fernsteuereinheit handeln, die eine Motoreinheit steuert, welche an der Außenseite des angeschlossenen Objektivs angreift und die insbesondere einen gewünschten Blendenwert an der Objektivblende einstellt. Das von der Filmkamera empfangene Blendenwertsignal kann bei dieser Ausführungsform somit insbesondere einen Sollwert der von außen eingestellten Blendenapertur repräsentieren. Das Blendenwertsignal entspricht in diesem Fall also einem Steuersignal, wobei nicht unbedingt ein entsprechender Blendenwertsensor für eine Regelung mit einer Rückkopplung vorgesehen sein muss.
Ferner kann es vorgesehen sein, dass die digitale Filmkamera mehrere Blendenwertsignaleingänge aufweist, von denen zumindest ein Blendenwertsignaleingang durch eine Objektivdatenschnittstelle gebildet ist, die an der Objektivhalterung der Filmkamera vorgesehen ist, um das Blendenwertsignal von dem angeschlossenen Objektiv zu empfangen, und von denen zumindest ein anderer Blendenwertsignaleingang dazu ausgelegt ist, das Blendenwertsignal von einer externen Objektivsteuereinheit zu empfangen, welche das angeschlossene Objektiv von außen steuert. Beispielsweise abhängig davon, ob das jeweilige angeschlossene Objektiv geeignet ist, ein Blendenwertsignal über die Objektivdatenschnitte an die digitale Filmkamera zu übertragen, oder nicht, kann bei dieser Ausführungsform wahlweise ein geeigneter Blendenwertsignaleingang der Filmkamera dazu benutzt werden, ein die Blendenapertur repräsentierendes Blendenwertsignal zu empfangen. Der Blendenwertsignaleingang einer digitalen Filmkamera gemäß dieser Ausführungsform kann somit sowohl in Verbindung mit einem geeigneten Objektiv direkt von diesem das Blendenwertsignal beziehen als auch bei Verwendung eines sonstigen anschließbaren Objektivs das Blendenwertsignal von einer externen Einrichtung, welche die Blende des Objektivs steuert oder zumindest deren Apertur erfasst, empfangen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Kamerasystem, das eine Filmkamera der vorstehend erläuterten Art und ein hieran angeschlossenes Objektiv umfasst, das eine Blende mit einer einstellbaren Blendenapertur aufweist.
Die genannte Aufgabe der Erfindung wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zum Aufnehmen einer Folge von Laufbildern mittels einer digitalen Filmkamera der vorstehend erläuterten Art und insbesondere dadurch, dass in einem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb der digitalen Filmkamera während des Aufnehmens einer Folge von Laufbildern die folgenden Schritte durchgeführt werden: Übermitteln des Blendenwertsignals von außerhalb der Filmkamera an den Blendenwertsignaleingang der Filmkamera und von dort an die Steuereinrichtung; Anpassen des Verstärkungsfaktors mittels der Steuereinrichtung in Abhängigkeit von dem übermittelten Blendenwertsignal derart, dass eine durch ein Verstellen der Blendenapertur verursachte Veränderung der Belichtung des Bildsensors durch eine angepasste Verstärkung der Signale des Bildsensors zumindest im Wesentlichen kompensiert wird; und Verstärken der Signale des Bildsensors mittels der wenigstens einen Verstärkereinrichtung gemäß dem angepassten Verstärkungsfaktor. Durch Anwendung dieses Verfahrens bleibt die den verstärkten Bildsignalen entsprechende Bildhelligkeit vorteilhafterweise im Wesentlichen konstant.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in einem Kalibrierbetrieb, der vor dem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb durchgeführt wird, eine Beziehung zwischen dem Verstärkungsfaktor und zumindest dem Blendenwertsignal ermittelt und in einer Speichereinrichtung der Filmkamera gespeichert wird. Der Kalibrierbetrieb kann beispielsweise unmittelbar vor einer Aufnahme durchgeführt werden, was die größte Zuverlässigkeit bei der Ermittlung der Beziehung zwischen dem Verstärkungsfaktor und dem Blendenwertsignal gewährleistet. Alternativ kann der Kalibrierbetrieb lediglich bei Objektivwechseln, oder lediglich einmalig für ein jeweiliges konkretes Objektiv, oder lediglich einmalig für eine jeweilige konkrete Anordnung aus einem Objektiv und einer Objektivsteuereinheit, oder lediglich einmalig für eine Serie gleichartiger Objektive durchgeführt werden. Insbesondere im letztgenannten Fall kann der Kalibrierbetrieb beispielsweise bereits beim Hersteller der digitalen Filmkamera für eine Vielzahl von Objektiven oder Serien von Objektiven durchgeführt werden, für die die ermittelten Beziehungen dann als Datensätze in der Speichereinrichtung gespeichert werden können, die manuell oder automatisch in Abhängigkeit von einem jeweiligen angeschlossenen Objektiv ausgewählt werden können. Das Ermitteln der Beziehung zwischen dem Verstärkungsfaktor und zumindest dem Blendenwertsignal sowie das Speichern der Beziehung in einer Speichereinrichtung der Filmkamera erfolgen vorzugsweise mittels der Steuereinrichtung, die dann im Schärfentiefe-Änderungsbetrieb die so gespeicherte Beziehung aus der Speichereinrichtung auslesen und zur Anpassung des Verstärkungsfaktors heranziehen kann.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Ermitteln der genannten Beziehung umfasst, dass bei konstanter Intensität des in das angeschlossene Objektiv eintretenden Lichts (d.h. bei konstanter Helligkeit bzw. Beleuchtung eines auf den Bildsensor abgebildeten Motivs) verschiedene Blendenaperturen eingestellt werden und simultan dazu verstärkte Bildsignale erzeugt werden, ohne den Verstärkungsfaktor zu ändern. Hierbei wird aus einem Unterschied zwischen den verstärkten Bildsignalen für die verschiedenen Blendenaperturen eine jeweilige Anpassung des Verstärkungsfaktors ermittelt, die geeignet ist, die durch das Verstellen der Blendenaperatur bewirkte Veränderung der Belichtung des Bildsensors zumindest im Wesentlichen zu kompensieren. Dabei kann es vorteilhaft sein, die Blendenapertur mehrmals zu verstellen, um nicht nur eine Vielzahl von Blendenaperturen bzw. Blendenwertsignalen als Bezugsgrößen zu haben, sondern auch zu jeder solchen Bezugsgröße eine geeignete Änderung des Verstärkungsfaktors, etwas durch Mittelung mehrerer jeweiliger ermittelter Anpassungen, zuverlässig bestimmen zu können. Die so bestimmten von der eingestellten Blendenapertur oder einer Änderung der eingestellten Blendenapertur abhängigen Anpassungen können dann als konkrete Verstärkungsfaktoren oder als Anpassungswerte relativ zu einem Standard-Verstärkungsfaktor oder zu einer Standard-Verstärkungskennlinie in der Speichereinrichtung der Filmkamera gespeichert werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das genannte Einstellen der verschiedenen Blendenaperturen ein Vergrößern und ein Verringern der Blendenapertur umfasst, wobei für ein jeweiliges Vergrößern der Blendenapertur und für ein jeweiliges Verringern der Blendenapertur unterschiedliche Anpassungen ermittelt werden. Auf diese Weise kann das Auftreten von Hystereseeffekten, beispielsweise aufgrund mechanischen Spiels beim Verstellen der Blendenapertur, berücksichtigt werden. Da davon auszugehen ist, dass diese Hystereseeffekte in gleichem Maße während des Kalibrierbetriebs wie auch während des Schärfentiefe-Änderungsbetriebs auftreten, können von der Richtung einer Änderung der Blendenapertur abhängige Unterschiede in der Belichtung des Bildsensors zuverlässig im Kalibrierbetrieb erfasst und im Schärfentiefe-Änderungsbetrieb entsprechend berücksichtigt werden. Somit führen die Hystereseeffekte zu keiner Beeinträchtigung der erfindungsgemäßen Kompensation.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1a und 1b zeigen in einem schematischen Längsschnitt jeweilige Ausführungsformen einer digitalen Filmkamera mit einem daran angeschlossenen Objektiv.
2 zeigt in schematischer Darstellung einen 4-Transistor-CMOS-Bildsensor, von dem lediglich ein Pixel und eine dem Pixel zugeordnete Spaltenverstärkerschaltung dargestellt sind.
3a und 3b zeigen Diagramme zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen dem jeweiligen verstärkten Bildsignal und der Belichtungsdauer sowie von dessen Abhängigkeit von der jeweiligen Blendenapertur und dem jeweiligen Verstärkungsfaktor.
In den 1a und 1b sind schematisch Längsschnitte durch zwei Ausführungsformen einer digitalen Filmkamera 11 dargestellt. Sowohl in 1a als auch in 1b umfasst die Filmkamera 11 jeweils einen Bildsensor 13 und eine als Teil des Bildsensors 13 an diesem angeordnete Verstärkereinrichtung 15. Ferner weist die Filmkamera 11 eine Steuereinrichtung 17 auf, die zumindest derart mit der Verstärkereinrichtung 15 verbunden ist, dass sie einen Verstärkungsfaktor der Verstärkereinrichtung 15 einstellen kann. An der Steuereinrichtung 17 ist eine Speichereinrichtung 19 angeordnet, die von der Steuereinrichtung 17 beschrieben und ausgelesen werden kann. Außerdem ist ein Eingang der Steuereinrichtung 17 mit einem Blendenwertsignaleingang 21 verbunden, über den die Steuereinrichtung 17 ein Blendenwertsignal erfassen kann. Die Filmkamera 11 weist außerdem eine Objektivhalterung 23 auf, über die ein Objektiv 25 an der Filmkamera 11 angeschlossen ist. Das Objektiv 25 weist eine Anordnung von Linsen 27 (die schematisch als einzelne Linse dargestellt ist) sowie eine Blende 29 auf, deren Apertur 31 (Öffnungsdurchmesser) einstellbar ist. Die relative Abfolge von Blende 29 und Linsen 27 kann auch gerade umgekehrt sein, insbesondere kann die Blende 29 auch innerhalb der Anordnung von Linsen 27 zwischen einzelnen Linsen der Anordnung 27 vorgesehen sein.
Bei der in 1a gezeigten Ausführungsform befindet sich der Blendenwertsignaleingang 21 im Bereich der Objektivhalterung 23 und wird durch eine Objektivdatenschnittstelle gebildet. Das in 1a gezeigte Objektiv 25 unterstützt das ARRI Lens Data System und ist geeignet, die Blendenapertur 31 seiner Blende 29 zu erfassen und als Blendenwertsignal (Istwert) an den Blendenwertsignaleingang 21 auszugeben.
Bei der in 1b gezeigten Ausführungsform ist eine Fernsteuereinheit 33 vorgesehen, über die zumindest die Blendenapertur 31 mittels einer nicht dargestellten Antriebseinheit, insbesondere mittels eines kabelgebunden oder per Funk gesteuerten Elektromotors, verstellt werden kann. Die Fernsteuereinheit 33 ist geeignet, einen an ihr vorgegebenen Blendenwert als Blendenwertsignal (Sollwert) über den Blendenwertsignaleingang 21 an die Steuereinrichtung 17 der Filmkamera 11 auszugeben. Ferner befindet sich bei der Ausführungsform der 1b der Blendenwertsignaleingang 21 nicht im Bereich der Objektivhalterung 23, sondern an einer Seite der Filmkamera 11.
Die Steuereinrichtung 17 ist dazu ausgelegt, in einem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb der Filmkamera 11 während des Aufnehmens einer Folge von Laufbildern den Verstärkungsfaktor der Verstärkereinrichtung 15 automatisch in Ansprechen auf das erfasste Blendenwertsignal anzupassen, um einer unerwünschten Änderung der Helligkeit der verstärkten Bildsignale entgegenzuwirken. Eine derartige Änderung der Bildhelligkeit wäre andernfalls zu erwarten, wenn der Kameramann direkt oder indirekt (z.B. über die Fernsteuereinheit 33) die Blendenapertur 31 ändert, um die Schärfentiefe zu ändern.
Die Verstärkereinrichtung 15 ist dazu ausgelegt, die Signale des Bildsensors 13 gemäß einem einstellbaren Verstärkungsfaktor elektronisch zu verstärken, um verstärkte Bildsignale zu erzeugen. Die Verstärkereinrichtung 15 kann eine Vielzahl einzelner Verstärker umfassen, wobei ein einzelner jeweiliger Verstärker dazu vorgesehen sein kann, die Signale eines einzelnen Pixels, einer Vielzahl von Pixeln, insbesondere einer Zeile oder einer Spalte oder von Teilen einer Zeile oder Spalte von Pixeln, oder sämtlicher Pixel des Bildsensors zu verstärken. Bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsformen sind Verstärkereinrichtungen 15 mit einstellbarem Verstärkungsfaktor vorgesehen, die als Spaltenverstärker 63 (vgl. 2) die Signale jeweils einer Vielzahl von in einer Spalte des Bildsensors 13 angeordneten Pixeln 35 verstärken. Ein derartiger Bildsensor 13 ist am Beispiel eines einzelnen Pixels 35 mit der entsprechenden Spaltenverstärkerschaltung 53 in 2 dargestellt.
Das in 2 dargestellte Pixel 35 umfasst ein lichtempfindliches Detektorelement in Form einer so genannten Pinned-Diode (PD) 37, die über ein Transfer-Gate 39 mit einem Ausleseknoten 41, der als eine so genannte Floating Diffusion (FD) ausgebildet ist, ladungsgekoppelt ist. Der Ausleseknoten 41 ist mit dem Gate eines als Source-Follower ausgebildeten Wandler-Feldeffekttransistors (Wandler-FET) 43, der eine Ladungs-/Spannungs-Wandler-Schaltung darstellt, verbunden. Darüber hinaus ist der Ausleseknoten 41 über einen Rücksetz-FET 45 mit einer positiven Spannungsversorgung 47 verbunden. Einer der beiden Kanalanschlüsse des Wandler-FETs 43 ist ebenfalls mit der positiven Spannungsversorgung 47 verbunden, wohingegen der andere der beiden Kanalanschlüsse des Wandler-FETs 43 über einen Auswahl-FET 49, der als Zeilenauswahlschalter fungiert, mit der dem einen dargestellten Pixel 35 zugeordneten Spaltenleitung 51 verbindbar ist.
Die Spaltenleitung 51 ist dafür vorgesehen, die in der zugehörigen Spalte angeordneten Pixel, insbesondere Pixel 35, mit einer gemeinsamen Spaltenverstärkerschaltung 53 zu verbinden. Die Spaltenverstärkerschaltung 53 umfasst einen ersten Kondensator 55, der mit einem Anschluss gegen Masse geschaltet und mit dem anderen Anschluss über einen Schalter 57 wahlweise mit der Spaltenleitung 51 verbindbar ist. Die Spaltenverstärkerschaltung 53 umfasst ferner einen zweiten Kondensator 59, der mit einem Anschluss ebenfalls gegen Masse geschaltet und mit dem anderen Anschluss über einen weiteren Schalter 61 ebenfalls wahlweise mit der Spaltenleitung 51 verbindbar ist. Darüber hinaus umfasst die Spaltenverstärkerschaltung 53 einen steuerbaren Verstärker 63, an dessen negativem Eingang 65 die an dem ersten Kondensator 55 anliegende Spannung und an dessen positivem Eingang 67 die an dem zweiten Kondensator 59 anliegende Spannung eingegeben wird. Das Bilden der Differenz der an dem negativen Eingang 65 und an dem positiven Eingang 67 eingegebenen Spannungen dient dazu, das während der Lichtbeaufschlagung von dem Pixel 35 erzeugte elektrische Signal von Hintergrundsignalen, etwa aufgrund von Dunkel- oder Leckströmen, zu befreien. Das Maß, um das diese Differenz durch den Verstärker 63 verstärkt wird, ist der Verstärkungsfaktor. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 63 ist einstellbar und wird von der Steuereinrichtung 17 (in 2 nicht gezeigt) vorgegeben. Das gemäß dem Verstärkungsfaktor verstärkte Ausgangssignal des Verstärkers 63 wird von einem nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler (ADC) 69 in ein digitales Signal gewandelt.
Das Transfer-Gate 39 ist über eine Steuerleitung TRF, der Rücksetz-FET 45 ist über eine Steuerleitung RES, der Auswahl-FET 49 ist über eine Steuerleitung SEL, der Schalter 57 ist über eine Steuerleitung S1 und der Schalter 61 ist über eine Steuerleitung S2 steuerbar. Die vollständige Funktionsweise eines derartigen in 2 gezeigten Pixels 35 und der zugeordneten Spaltenverstärkerschaltung 53 ist in dem Dokument DE 10 2007 045 448 A1 beschrieben.
Die Spaltenverstärkerschaltung 53 sowie weitere nicht gezeigte Spaltenverstärkerschaltungen 53 des Bildsensors 13 bilden zusammen die Verstärkereinrichtung 15 der Filmkamera 11. Insgesamt kann über diese Spaltenverstärkerschaltungen 53 und konkret über das Verstellen des jeweiligen Verstärkungsfaktors der Verstärker 63 der Spaltenverstärkerschaltungen 53 die Verstärkung der ausgegebenen elektrischen Signale eines jeden Pixels 35 des Bildsensors 13 verändert werden.
In den 3a und 3b wird das Wirkungsprinzip der erfindungsgemäßen Filmkamera 11 anhand von Diagrammen illustriert. Dargestellt ist das von der Verstärkereinrichtung 15 erzeugte verstärkte Bildsignal (d.h. der letztlich zu einem Zeitpunkt t₁ ausgegebene Wert der Helligkeit des verstärkten Bildsignals) gegen die Dauer der Lichtbeaufschlagung (Belichtungsdauer) des Bildsensors 13. Während dieser Belichtungsdauer steigt die innerhalb eines jeden Pixels 35 des Bildsensors 13 erzeugte Ladungsmenge monoton an. Das entsprechende zu dem Zeitpunkt t₁ erzeugte Pixelsignal wird dann gemäß dem eingestellten Verstärkungsfaktor von der Verstärkereinrichtung 15 zu dem verstärkten Bildsignal verstärkt. Die Zunahme der belichtungsabhängig erzeugten Ladungsmenge kann linear verlaufen, wobei auch andere Zusammenhänge möglich sind.
Wird, wie es in 3a dargestellt ist, bei konstantem Verstärkungsfaktor die Blendenapertur 31 eines an die Filmkamera 11 angeschlossenen Objektivs 25 beispielsweise von einem kleinen Wert auf einen großen Wert verstellt, so steigt das verstärkte Bildsignal stärker an (durchgezogene Linie), als es bei dem kleinen Wert der Fall wäre (gestrichelte Linie). Um diese Zunahme des verstärkten Bildsignals, die sich als Zunahme der Helligkeit in den aufgezeichneten Laufbildern äußert, zu kompensieren, kann gemäß dem in 3b dargestellten Zusammenhang der Verstärkungsfaktor verändert werden.
3b zeigt für eine konstante Blendenapertur 31, dass bei einem kleinen Verstärkungsfaktor das verstärkte Bildsignal schwächer ansteigt (durchgezogene Linie) als bei einem großen Verstärkungsfaktor (gestrichelte Linie). Somit kann im Falle eines Verstellens der Blendenapertur 31 durch Anpassen des Verstärkungsfaktors die Veränderung des verstärkten Bildsignals, die sich als Änderung der Helligkeit in den Laufbildern äußern würde, vorteilhafterweise gerade kompensiert werden. Dies geschieht durch Verstellen des Verstärkungsfaktors auf einen geeigneten kleineren Wert bei einem Vergrößern der Blendenapertur 31 (und umgekehrt). Das gleichzeitige Vergrößern der Blendenapertur 31 und hierzu entsprechend angepasste Verringern des Verstärkungsfaktors (und umgekehrt) bewirken somit, dass die Amplitude des verstärkten Bildsignals im Wesentlichen unverändert ist, also sich gerade so verhält, als ob die Belichtung bei gleich bleibender Blendenapertur 31 und gleich bleibendem Verstärkungsfaktor erfolgen würde.
Bezugszeichenliste

11: digitale Filmkamera
13: Bildsensor
15: Verstärkereinrichtung
17: Steuereinrichtung
21: Blendenwertsignaleingang
23: Objektivhalterung
25: Objektiv
27: Linse
29: Blende
31: Blendenapertur
33: Fernsteuereinheit
35: Pixel
37: Pinned-Diode
39: Transfer-Gate
41: Ausleseknoten
43: Wandler-FET
45: Rücksetz-FET
47: Spannungsversorgung
49: Auswahl-FET
51: Spaltenleitung
53: Spaltenverstärkerschaltung
55: Kondensator
57: Schalter
59: Kondensator
61: Schalter
63: Verstärker
65: negativer Eingang
67: positiver Eingang
69: Analog-Digital-Wandler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009004187 A1 [0004]
DE 4219331 A1 [0007]
DE 19629484 A1 [0007]
DE 102007045448 A1 [0021, 0050]

Claims

Digitale Filmkamera (11) zum Aufnehmen einer Folge von Laufbildern, mit – einem Bildsensor (13) zum Erzeugen von elektrischen Signalen in Abhängigkeit von einer Belichtung des Bildsensors (13), – wenigstens einer Verstärkereinrichtung (15), die dazu ausgelegt ist, die Signale des Bildsensors (13) gemäß einem einstellbaren Verstärkungsfaktor elektronisch zu verstärken, – einer Steuereinrichtung (17) zum Einstellen des Verstärkungsfaktors, – einer Objektivhalterung (23) zum Anschließen eines Objektivs (25) an die Filmkamera (11), und – einem Blendenwertsignaleingang (21), der dazu ausgelegt ist, ein Blendenwertsignal, das eine an dem angeschlossenen Objektiv (25) eingestellte Blendenapertur (31) repräsentiert, von außerhalb der Filmkamera (11) zu empfangen, wobei der Blendenwertsignaleingang (21) mit einem Eingang der Steuereinrichtung (17) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (17) dazu ausgelegt ist, in einem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb während des Aufnehmens der Folge von Laufbildern das Blendenwertsignal über den Blendenwertsignaleingang (21) zu erfassen und den Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von dem erfassten Blendenwertsignal derart anzupassen, dass eine durch ein Verstellen der Blendenapertur (31) verursachte Veränderung der Belichtung des Bildsensors (13) durch eine angepasste Verstärkung der Signale des Bildsensors (13) zumindest im Wesentlichen kompensiert wird.
Digitale Filmkamera (11) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (17) dazu ausgelegt ist, in dem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb den Verstärkungsfaktor zu erhöhen, falls das erfasste Blendenwertsignal einer Verkleinerung der Blendenapertur (31) entspricht, und den Verstärkungsfaktor zu verringern, falls das erfasste Blendenwertsignal einer Vergrößerung der Blendenapertur (31) entspricht.
Digitale Filmkamera (11) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Steuereinrichtung (17) dazu ausgelegt ist, eine Belichtungszeit des Bildsensors (13) einzustellen, wobei die Steuereinrichtung (17) ferner dazu ausgelegt ist, in dem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb den Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von dem erfassten Blendenwertsignal zu ändern und gleichzeitig eine eingestellte jeweilige Belichtungszeit des Bildsensors (13) konstant zu halten.
Digitale Filmkamera (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (17) dazu ausgelegt ist, in dem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb den Verstärkungsfaktor lediglich dann zu ändern, wenn sich das erfasste Blendenwertsignal ändert.
Digitale Filmkamera (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (17) dazu ausgelegt ist, in dem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb den Verstärkungsfaktor zusätzlich in Abhängigkeit von einer an der Filmkamera (11) eingestellten Sensorempfindlichkeit einzustellen.
Digitale Filmkamera (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (17) dazu ausgelegt ist, anhand zweier nacheinander erfasster Blendenwertsignale eine Änderungsrichtung der eingestellten Blendenapertur (31) zu ermitteln, und wobei die Steuereinrichtung (17) ferner dazu ausgelegt ist, in dem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb den Verstärkungsfaktor zusätzlich in Abhängigkeit von der ermittelten Änderungsrichtung anzupassen.
Digitale Filmkamera (11) nach Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (17) dazu ausgelegt ist, eine ermittelte Änderungsrichtung der eingestellten Blendenapertur (31) mit einer zuvor ermittelten Änderungsrichtung der eingestellten Blendenapertur (31) zu vergleichen, um eine Umkehr der Änderungsrichtung festzustellen, falls sich die ermittelte Änderungsrichtung von der zuvor ermittelten Änderungsrichtung unterscheidet, und wobei die Steuereinrichtung (17) ferner dazu ausgelegt ist, in dem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb den Verstärkungsfaktor zusätzlich in Abhängigkeit davon anzupassen, ob eine Umkehr der Änderungsrichtung der eingestellten Blendenapertur (31) festgestellt worden ist.
Digitale Filmkamera (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Filmkamera (11) ferner eine Speichereinrichtung (19) umfasst, in der wenigstens eine vorbestimmte Beziehung zwischen dem Verstärkungsfaktor und zumindest dem Blendenwertsignal gespeichert ist, wobei die Steuereinrichtung (17) dazu ausgelegt ist, den Verstärkungsfaktor gemäß der wenigstens einen gespeicherten Beziehung anzupassen.
Digitale Filmkamera (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Bildsensor (13) eine Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Pixeln (35) zum Erzeugen eines jeweiligen elektrischen Signals aufweist, wobei die Verstärkereinrichtung (15) einen jeweiligen Pixelsignalverstärker innerhalb eines jeden Pixels (35) aufweist.
Digitale Filmkamera (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Bildsensor (13) eine Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Pixeln (35) zum Erzeugen eines jeweiligen elektrischen Signals aufweist, wobei die Verstärkereinrichtung (15) mehrere Spaltenverstärker (63) aufweist, und wobei mehrere oder sämtliche Pixel (35) einer Spalte einem jeweiligen der mehreren Spaltenverstärker (63) zugeordnet sind.
Digitale Filmkamera (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Bildsensor (13) eine Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Pixeln (35) zum Erzeugen eines jeweiligen elektrischen Signals aufweist, wobei die Verstärkereinrichtung (15) einen oder mehrere Ausgangsverstärker aufweist, und wobei die Pixel (35) mehrerer oder sämtlicher Spalten einem jeweiligen Ausgangsverstärker zugeordnet sind.
Digitale Filmkamera (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Blendenwertsignaleingang (21) der Filmkamera (11) durch eine Objektivdatenschnittstelle gebildet ist, die an der Objektivhalterung (23) der Filmkamera (11) vorgesehen ist, um das Blendenwertsignal von dem angeschlossenen Objektiv (25) zu empfangen.
Digitale Filmkamera (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Blendenwertsignaleingang (21) der Filmkamera (11) dazu ausgelegt ist, das Blendenwertsignal von einer externen Objektivsteuereinheit (33) zu empfangen, welche das angeschlossene Objektiv (25) von außen steuert.
Verfahren zum Aufnehmen einer Folge von Laufbildern mittels einer digitalen Filmkamera (11), die einen Bildsensor (13) zum Erzeugen von elektrischen Signalen in Abhängigkeit von einer Belichtung des Bildsensors (13), wenigstens eine Verstärkereinrichtung (15) zum elektronischen Verstärken der Signale gemäß einem einstellbaren Verstärkungsfaktor, eine Steuereinrichtung (17) zum Einstellen des Verstärkungsfaktors, eine Objektivhalterung (23) zum Anschließen eines Objektivs (25) an die Filmkamera (11) und einen Blendenwertsignaleingang (21) aufweist, der dazu ausgelegt ist, ein Blendenwertsignal, das eine an dem angeschlossenen Objektiv (25) eingestellte Blendenapertur (31) repräsentiert, von außerhalb der Filmkamera (11) zu empfangen; gekennzeichnet durch die folgenden Schritte, die in einem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb während des Aufnehmens einer Folge von Laufbildern durchgeführt werden: – Übermitteln des Blendenwertsignals von außerhalb der Filmkamera (11) an den Blendenwertsignaleingang (21) der Filmkamera (11) und von dort an die Steuereinrichtung (17); – Anpassen des Verstärkungsfaktors mittels der Steuereinrichtung (17) in Abhängigkeit von dem übermittelten Blendenwertsignal derart, dass eine durch ein Verstellen der Blendenapertur (31) verursachte Veränderung der Belichtung des Bildsensors (13) durch eine angepasste Verstärkung der Signale des Bildsensors (13) zumindest im Wesentlichen kompensiert wird; und – Verstärken der Signale des Bildsensors (13) mittels der wenigstens einen Verstärkereinrichtung (15) gemäß dem angepassten Verstärkungsfaktor.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei in einem Kalibrierbetrieb, der vor dem Schärfentiefe-Änderungsbetrieb durchgeführt wird, eine Beziehung zwischen dem Verstärkungsfaktor und zumindest dem Blendenwertsignal ermittelt und in einer Speichereinrichtung (19) der Filmkamera (11) gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Ermitteln der genannten Beziehung umfasst, dass bei konstanter Intensität des in das angeschlossene Objektiv (25) eintretenden Lichts verschiedene Blendenaperturen (31) eingestellt werden und simultan dazu verstärkte Bildsignale erzeugt werden, ohne den Verstärkungsfaktor zu ändern, und dass aus einem Unterschied zwischen den verstärkten Bildsignalen für die verschiedenen Blendenaperturen (31) eine jeweilige Anpassung des Verstärkungsfaktors ermittelt wird, die geeignet ist, die durch das Verstellen der Blendenapertur (31) bewirkte Veränderung der Belichtung des Bildsensors (13) zumindest im Wesentlichen zu kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Einstellen der verschiedenen Blendenaperturen (31) ein Vergrößern und ein Verringern der Blendenapertur (31) umfasst, wobei für ein jeweiliges Vergrößern der Blendenapertur (31) und für ein jeweiliges Verringern der Blendenapertur (31) unterschiedliche Anpassungen ermittelt werden.