DE102016124069B4

DE102016124069B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer Stereoabbildung

Info

Publication number: DE102016124069B4
Application number: DE102016124069.9A
Authority: DE
Inventors: Christin Bechtel; Benedikt Köhler; Peter Schwarz
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2015-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2018-03-22
Anticipated expiration: 2036-12-13
Also published as: DE102016124069A1

Abstract

Verfahren zum Bereitstellen eines ersten Anzeige-Bildsignals für eine Anzeigevorrichtung (60) zur Erzeugung einer ersten Abbildung (66) für das linke Auge (16) eines Betrachters und eines zweiten Anzeige-Bildsignals für die Anzeigevorrichtung (60) zur Erzeugung einer zweiten Abbildung (67) für das rechte Auge (17) des Betrachters unter Verwendung von mittels einer ersten Kamera (32, 34) erfassten ersten Bilddaten und von mittels einer zweiten Kamera (42, 44) erfassten zweiten Bilddaten, wobei eine Fokussiereinrichtung (23) eine Scharfstellung der ersten Kamera (32, 34) und der zweiten Kamera (42, 44) auf einen einstellbaren Abstand von den Kameras (32, 34, 42, 44) ermöglicht, mit folgenden Schritten: Erfassen (111) oder Steuern (112) einer Einstellung der Fokussiereinrichtung (23); Auswählen (120) eines ersten Ausschnitts (74) aus einem von der ersten Kamera (32, 34) erfassten ersten Bild und eines zweiten Ausschnitts (84) aus einem von der zweiten Kamera (42, 44) erfassten zweiten Bild, wobei der erste Ausschnitt (74) und der zweite Ausschnitt (84) abhängig von der erfassten oder gesteuerten Einstellung der Fokussiereinrichtung (23) und abhängig zumindest entweder von einer einstellbaren Brennweite f von Objektiven (32, 42) der Kameras (32, 34, 42, 44) oder von einer einstellbaren Vergrößerung Vd ausgewählt werden; Erzeugen (131, 132; 134, 135, 136) des ersten Anzeige-Bildsignals unter Verwendung von ersten Bilddaten, die dem ersten Ausschnitt (74) zugeordnet sind, ohne Verwendung von ersten Bilddaten, die nicht dem ersten Ausschnitt (74) zugeordnet sind; Erzeugen (141, 142; 144, 145, 146) des zweiten Anzeige-Bildsignals unter Verwendung von zweiten Bilddaten, die dem zweiten Ausschnitt (84) zugeordnet sind, ohne Verwendung von zweiten Bilddaten, die nicht dem zweiten Ausschnitt (84) zugeordnet sind, wobei der erste Ausschnitt (74) und der zweite Ausschnitt (84) so ausgewählt werden, dass die Disparität dP der Wiedergabe eines Objekts (11, 12), das mit maximaler Schärfe auf Bildsensoren (34, 44) der Kameras (32, 34, 42, 44) abgebildet wird, in einer ...

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines ersten Anzeige-Bildsignals für eine Anzeigevorrichtung zur Erzeugung einer ersten Abbildung für das linke Auge eines Betrachters und eines zweiten Anzeige-Bildsignals für die Anzeigevorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Abbildung für das rechte Auge des Betrachters gerichtet.
Im einzelnen menschlichen Auge wird das betrachtete Objekt auf eine Fläche, nämlich auf die Netzhaut abgebildet. Der zweidimensionalen Gestalt der Netzhaut entsprechend kann ein einzelnes menschliches Auge selbst nur sehr eingeschränkt Information über die dritte Dimension, also den Abstand des betrachteten Objekts vom Auge, erfassen oder gewinnen. Lediglich aus der zur Akkomodation bzw. Scharfstellung erforderlichen Kraft des die Augenlinse verformenden Ziliarmuskels kann auf den Abstand des betrachteten Objekts vom Auge geschlossen werden. Dies funktioniert allerdings nur bei einem verhältnismäßig kleinen Abstand des betrachteten Objekts vom Auge.
Erst mit zwei Augen kann das menschliche Gehirn auch größere Entfernungen von mehreren Metern bestimmen ohne dazu weitere Information, beispielsweise die tatsächliche Größe des betrachteten Objekts, zu benötigen. Die Wahrnehmung der Entfernung beruht dann auf der Parallaxe, d. h. darauf, dass die beiden Augen das Objekt von unterschiedlichen Orten und deshalb aus etwas unterschiedlichen Richtungen sehen.
Wenn beide Augen auf ein weit entferntes Objekt, d. h. ein Objekt, dessen Abstand a_A von den beiden Augen sehr viel größer ist als der Abstand b_A zwischen beiden Augen, a_A >> b_A, gerichtet sind, sind beide Augen parallel ausgerichtet. Anders ausgedrückt sind bei Betrachtung eines sehr weit entfernten Objekts die beiden Geraden durch das Objekt und je ein Auge (etwas genauer: jeweils durch die Mitte der Augenlinse des vereinfachend als achsensymmetrisch angesehenen einzelnen Auges) nahezu parallel.
Bei Betrachtung eines nicht sehr weit entfernten Objekts ist der Winkel β (kleiner griechischer Buchstabe beta) zwischen den beiden Geraden durch das Objekt und je ein Auge größer als Null. Dieser Winkel β wird als Konvergenzwinkel bezeichnet. Je kleiner der Abstand a_A des betrachteten Objekts von der Mitte der durch die beiden Augen definierten Basislinie ist, desto größer ist der Konvergenzwinkel β. In Kleinwinkelnäherung (sin(β) ≈ tan(β) ≈ β; β in Radian) gilt für ein geradeaus vor einem Betrachter angeordnetes Objekt β = b_A/a_A, wobei b_A die Länge der Basislinie ist, also der Augenabstand bzw. der Abstand zwischen beiden Augen, etwas genauer zwischen deren Mittelpunkten. Dieser Augenabstand b_A beträgt bei den meisten Erwachsenen ca. 65 mm.
Bei Betrachtung eines einzelnen Objekts kann das Gehirn aus dem Konvergenzwinkel β auf den Abstand a_A des betrachteten Objekts von den Augen schließen. Bei Betrachtung mehrerer Objekte in mehreren verschiedenen Abständen liegen für die verschiedenen Abstände verschiedene Konvergenzwinkel β vor. Das drückt sich auch darin aus, dass ein nahes Objekt vor einem fernen Hintergrund von beiden Augen vor unterschiedlichen Orten des Hintergrunds wahrgenommen wird. Auch diese Information wird vom Gehirn zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Abbilds der betrachteten Umwelt verwendet.
Bei der Arbeit mit einem Stereomikroskop oder einem Stereoexoskop ist der absolute Abstand vom Auge oder von der Lichteintrittsfläche des Stereomikroskops oder des Stereoexoskops in vielen Fällen unbedeutend. Der Konvergenzwinkel β für ein einzelnes betrachtetes Objekt hat deshalb in vielen Fällen eher untergeordnete Bedeutung. Ein Stereomikroskop oder ein Stereoexoskop wird allerdings oft dann verwendet, wenn es wichtig ist, wahrzunehmen, welches von mehreren Objekten näher (an der Lichteintrittsfläche des Stereomikroskops oder des Stereoexoskops) oder weiter entfernt angeordnet ist, und wenn es wichtig ist, zumindest abschätzen zu können, wie groß der Abstand zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt ist. Insbesondere interessiert in vielen Fällen auch der Abstand in der nicht auf die Netzhaut abgebildeten dritten Dimension bzw. in Richtung parallel zur Blickrichtung. Beispielsweise kann es bei einer unter einem Operationsmikroskop oder einem Exoskop durchgeführten Operation bzw. chirurgischen Maßnahme wichtig sein zu wissen, ob und wie weit eine Schneide eines Skalpells, eine Spitze einer Nadel oder eine Wirkeinrichtung eines anderen Instruments von einer Oberfläche eines Organs oder eines Gewebes entfernt ist. Wenn die Blickrichtung des Operationsmikroskops oder des Exoskops orthogonal zu der Oberfläche des Organs oder Gewebes ist, ist für die Wahrnehmung dieses Abstands der räumliche Eindruck, den ein Stereomikroskop oder Stereoexoskop vermitteln kann, wichtig.
Bei Betrachtung eines Objekts mit den bloßen Augen, also ohne Verwendung optischer oder optoelektronischer Vorrichtungen, sind die Verformung der Augenlinsen durch die Ziliarmuskeln und der Konvergenzwinkel β eindeutig korreliert. Wenn zur dreidimensionalen Wahrnehmung eines Objekts durch technische Vorrichtungen beiden Augen zwei verschiedene Abbildungen des Objekts zur Verfügung gestellt werden, aus denen das Gehirn einen dreidimensionalen Eindruck gewinnen soll, kann der Konvergenzwinkel β unabhängig vom Abstand a_A der Augen von den betrachteten Abbildungen eingestellt werden. Der Konvergenzwinkel kann durch Verschiebung der für das linke Auge vorgesehenen Abbildung und der für das rechte Auge vorgesehenen Abbildung relativ zu einander beliebig eingestellt werden.
Ein natürlicher Seheindruck kann insbesondere entstehen, wenn sowohl der Konvergenzwinkel β als auch die Größen der auf den Netzhäuten erzeugten Bilder bei der Betrachtung der zwei verschiedenen Abbildungen denjenigen bei unmittelbarer Betrachtung der Objekte ohne die optische oder optoelektronische Vorrichtung entspricht. Eine Vergrößerung des Konvergenzwinkels β lässt die Abbildungen näher erscheinen, eine Verkleinerung des Konvergenzwinkels β lässt sie ferner erscheinen. Unterschiedliche Konvergenzwinkel β innerhalb der selben Stereo-Abbildung lassen einen räumlichen Eindruck entstehen.
Eine zu große Abweichung von der natürlichen und vom Gehirn erwarteten Korrelation zwischen Akkomodation und Konvergenzwinkel β, ein zu großer Konvergenzwinkel β oder ein negativer Konvergenzwinkel β (Abstand der Wiedergabe des selben Objekts in beiden Abbildungen ist größer als der Augenabstand b_A) können allerdings als irritierend oder schmerzhaft empfunden werden und/oder dazu führen, dass das Gehirn korrespondierende Punkte in beiden Bildern nicht einander zuordnen und keinen dreidimensionalen Eindruck gewinnen kann. Für viele Menschen gilt eine Obergrenze im Bereich von 11 Grad bis 16 Grad für den Konvergenzwinkel β. Dies entspricht näherungsweise einer Betrachtung eines Objekts nahe der Nahgrenze der Akkomodation, die beim gesunden Auge bei einem Abstand a_A ≈ 25 cm vom Auge liegt.
Wenn gleichzeitig Objekte in unterschiedlichen Abständen a_A von den Augen unmittelbar betrachtet werden, liegen für diese Objekte in unterschiedlichen Abständen unterschiedliche Konvergenzwinkel β vor. Gleiches gilt bei Betrachtung einer Stereo-Abbildung mehrerer Objekte, die in unterschiedlichen Abständen vom Aufnahmeort angeordnet sind. Nach Hermann Lüscher („Die Wahl der günstigsten Basis bei Stereo-Fern- und Nahaufnahmen“. Der Stereoskopiker, (Nr. 7), Berlin-Lichterfelde, 1930) sollen innerhalb einer Stereo-Abbildung die Konvergenzwinkel um nicht mehr als 70 Winkelminuten variieren. Wenn bei Objekten innerhalb einer Stereo-Abbildung die Konvergenzwinkel sich um mehr als 70 Winkelminuten unterscheiden, wird die Betrachtung der Stereo-Abbildung von vielen Menschen als unangenehm und ermüdend empfunden.
Als weitere Regel zur Vermeidung von Irritation oder Ermüdung wird weithin angesehen, dass die Abstände der Wiedergaben des gleichen Objekts in den Abbildungen für das linke Auge und für das rechte Auge für kein Objekt größer als 1/30 der Breite der Abbildungen sein sollte.
Stereo-Abbildungen werden beispielsweise auf einem Bildschirm unmittelbar erzeugt oder auf einen Projektionsschirm projiziert. Die für das linke Auge vorgesehene Abbildung und die für das rechte Auge vorgesehenen Abbildung unterscheiden sich beispielsweise durch ihre Farben oder ihre Polarisation. Mittels zweier verschiedener Farb- bzw. Polarisations-Filter vor den beiden Augen wird sichergestellt, dass das linke Auge nur die für das linke Auge vorgesehene Abbildung und das rechte Auge nur die für das rechte Auge vorgesehene Abbildung sieht. Alternativ können die für das linke Auge vorgesehene Abbildung und die für das rechte Auge vorgesehene Abbildung schnell abwechselnd auf einem Bildschirm unmittelbar erzeugt oder auf einen Projektionsschirm projiziert werden. Mittels synchron dazu alternierend betriebener Blenden wird sichergestellt, dass abwechselnd nur das linke Auge nur die für das linke Auge vorgesehene Abbildung und das rechte Auge nur die für das rechte Auge vorgesehene Abbildung sieht.
Bei einer solchen Darstellung beider Abbildungen auf einer gemeinsamen Abbildungsfläche (in der Regel: Abbildungsebene; beispielweise Bildschirmoberfläche oder Projektionsfläche) erscheint ein Objekt, dessen Wiedergabe in der Abbildung für das linke Auge und dessen Wiedergabe in der Abbildung für das rechte Auge deckungsgleich bzw. nicht relativ zu einander verschoben sind, als in der Abbildungsfläche angeordnet. Der Konvergenzwinkel β₀ für dieses Objekt ist durch den Augenabstand b_A und den Abstand a_A der Augen von der Abbildungsfläche bestimmt (in Kleinwinkelnäherung: β₀ ≈ tan(β₀) ≈ a_A/b_A).
Die Wiedergabe eines Objekts in der Abbildung für das linke Auge muss jedoch nicht deckungsgleich mit der Wiedergabe des Objekts in der Abbildung für das rechte Auge sein. Der Abstand zwischen der Abbildung für das linke Auge und der Abbildung für das rechte Auge wird als Disparität oder Querdisparität (hier mit dem Formelzeichen d_P) bezeichnet. Die Disparität d_P ist größer als Null, d_P > 0, wenn die Wiedergabe eines Objekts in der Abbildung für das linke Auge rechts von der Wiedergabe des Objekts in der Abbildung für das rechte Auge liegt. Die Disparität d_P ist kleiner als Null, d_P < 0, wenn die Wiedergabe eines Objekts in der Abbildung für das linke Auge links von der Wiedergabe des Objekts in der Abbildung für das rechte Auge liegt.
Wenn die Wiedergabe eines Objekts in der Abbildung für das linke Auge links von der Wiedergabe des Objekts in der Abbildung für das rechte Auge liegt, also bei einer negativen Disparität d_P < 0, spricht man von positiver Parallaxe. Der Konvergenzwinkel β ist kleiner als β₀, das Objekt scheint hinter der Abbildungsfläche angeordnet zu sein. Wenn die Wiedergabe eines Objekts in der Abbildung für das linke Auge rechts von der Wiedergabe des Objekts in der Abbildung für das rechte Auge liegt, also bei einer positiven Disparität d_P > 0, spricht man von negativer Parallaxe. Der Konvergenzwinkel β ist größer als β₀, das Objekt scheint vor der Abbildungsfläche angeordnet zu sein.
Ein stereoskopisches Exoskop bzw. Stereoexoskop ist in EP 2 850 996 A1 beschrieben. Mittels zweier Objektive 21, 22 und zweier Bildaufnehmer 63, 64 werden ein für die Betrachtung mit dem linken Auge vorgesehenes Bild und ein für die Betrachtung mit dem rechten Auge vorgesehenes Bild erfasst.
In DE 11 2011 104 584 T5 ist eine Anpassung der Disparität eines stereoskopischen Bilds während des Veränderns der Brennweite eines Objektivs („Zoomen“) beschrieben (Absatz [0008]). Die Disparität wird abhängig von der eingestellten Brennweite verändert.
In US 6,414,709 B1 ist eine Veränderung des Abstands zwischen den beiden parallelen optischen Achsen oder den beiden Objektiven einer Stereokamera derart, dass der Abstand einen festen Bruchteil des Abstands vom betrachteten Gegenstand beträgt, beschrieben. Ferner ist eine Einstellung des Abstands zwischen den optischen Achsen oder der Disparität in Abhängigkeit von der Brennweite beschrieben.
In US 7,944,444 B2 ist eine Korrektur der Disparität in einem Stereobild anhand einer Auswertung des Stereobilds beschrieben.
In EP 1,408,703 A2 und US 2004/070667 A1 ist eine elektronisches stereoskopisches Bildaufnahmesystem beschrieben (Absätze [0008], [0013]). Eine Abstandsmesseinrichtung 22 erfasst, ob ein Gegenstand in einer weiten Abstandzone D₁, in einer mittleren Abstandszone D₂ oder in einer nahen Abstandszone D₃ liegt (Absätze [0018], [0019]). Von einem linken Bildaufnahmesystem 16L und einem rechten Bildaufnahmesystem 16R erfasste Bilder werden in einem linken Bilddatenspeicher 20L und einem rechten Bilddatenspeicher 20R gespeichert (Absätze [0013], [0014]). Abhängig davon, in welcher Abstandszone ein Gegenstand erfasst wird, werden Bilddaten aus unterschiedlichen Adressbereichen aus den Bilddatenspeichern 20L, 20R ausgelesen, und von einer Bildanzeige-Steuerungseinheit 32 an ein Monitorsystem 12 übertragen (Absätze [0030], [0031], [0032]).
In US 8,896,667 B2 ist ein stereoskopisches Abbildungssystem mit einer Konvergenzsteuerung zur Reduzierung des Konflikts zwischen Akkomodation und Konvergenz beschrieben. Eine elektronische Vorrichtung 10, die eine medizinische Vorrichtung sein kann (Spalte 3, Zeilen 12f; vgl. Anspruch 15 der vorliegenden Patentanmeldung) umfasst zwei Kameras 80, 82 mit im Verhältnis zum zu erfassenden Bild überdimensionierte Bildsensoren 96, 98. Die Konvergenz, d. h. der Abstand eines mit Divergenz Null erfassten Objekts, kann durch selektives Auswählen verschiedener Teilbereiche der Bildsensoren 96, 98 eingestellt werden. Die Auswahl der Ebene, in der Objekte mit Disparität Null dargestellt werden, kann unter Verwendung von Fokusinformation erfolgen. Die Konvergenz kann so eingestellt werden, dass Objekte, die scharf erfasst werden, mit Disparität Null oder mit einem durch einen Anwender einstellbaren Wert der Disparität erfasst werden.
In WO 2011/003077 A2 ist ein stereoskopisches Kamerasystem 100 mit zwei 2D-Kameras 110, 120 mit je einem Objektiv 112, 122 und einem Bildsensor 114, 124 beschrieben. Die Konvergenz wird durch Beschneiden der von den Bildsensoren 114, 124 erfassten Bilder eingestellt. Die Konvergenz wird abhängig von einer Fokaldistanz eingestellt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Bereitstellen von Anzeige-Bildsignalen für eine Stereo-Anzeigevorrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Verfahren zum Bereitstellen eines ersten Anzeige-Bildsignals für eine Anzeigevorrichtung zur Erzeugung einer ersten Abbildung für das linke Auge eines Betrachters und eines zweiten Anzeige-Bildsignals für die Anzeigevorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Abbildung für das rechte Auge des Betrachters unter Verwendung von mittels einer ersten Kamera erfassten ersten Bilddaten und von mittels einer zweiten Kamera erfassten zweiten Bilddaten, bei dem eine Fokussiereinrichtung eine Scharfstellung der ersten Kamera und der zweiten Kamera auf einen einstellbaren Abstand von den Kameras ermöglicht, umfasst einen Schritt des Erfassens oder Steuerns einer Einstellung der Fokussiereinrichtung, einen Schritt des Auswählens eines ersten Ausschnitts aus einem von der ersten Kamera erfassten ersten Bild und eines zweiten Ausschnitts aus einem von der zweiten Kamera erfassten zweiten Bild, wobei der erste Ausschnitt und der zweite Ausschnitt abhängig von der erfassten oder gesteuerten Einstellung der Fokussiereinrichtung ausgewählt werden, einen Schritt des Erzeugens des ersten Anzeige-Bildsignals unter Verwendung von ersten Bilddaten, die dem ersten Ausschnitt zugeordnet sind, ohne Verwendung von ersten Bilddaten, die nicht dem ersten Ausschnitt zugeordnet sind, und einen Schritt des Erzeugens des zweiten Anzeige-Bildsignals unter Verwendung von zweiten Bilddaten, die dem zweiten Ausschnitt zugeordnet sind, ohne Verwendung von zweiten Bilddaten, die nicht dem zweiten Ausschnitt zugeordnet sind.
Ein Verfahren zum Bereitstellen eines ersten Anzeige-Bildsignals für eine Anzeigevorrichtung zur Erzeugung einer ersten Abbildung für das linke Auge eines Betrachters und eines zweiten Anzeige-Bildsignals für die Anzeigevorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Abbildung für das rechte Auge des Betrachters unter Verwendung von mittels einer ersten Kamera erfassten ersten Bilddaten und von mittels einer zweiten Kamera erfassten zweiten Bilddaten, bei dem eine Fokussiereinrichtung eine Scharfstellung der ersten Kamera und der zweiten Kamera auf einen einstellbaren Abstand von den Kameras ermöglicht, umfasst einen Schritt des Erfassens oder Steuerns einer Einstellung der Fokussiereinrichtung, einen Schritt des Auswählens eines ersten Ausschnitts aus einem von der ersten Kamera erfassten ersten Bild und eines zweiten Ausschnitts aus einem von der zweiten Kamera erfassten zweiten Bild, wobei der erste Ausschnitt und der zweite Ausschnitt abhängig von der erfassten oder gesteuerten Einstellung der Fokussiereinrichtung und abhängig zumindest entweder von einer einstellbaren Brennweite f oder von einer einstellbaren Vergrößerung V_d ausgewählt werden, einen Schritt des Erzeugens des ersten Anzeige-Bildsignals unter Verwendung von ersten Bilddaten, die dem ersten Ausschnitt zugeordnet sind, ohne Verwendung von ersten Bilddaten, die nicht dem ersten Ausschnitt zugeordnet sind, und einen Schritt des Erzeugens des zweiten Anzeige-Bildsignals unter Verwendung von zweiten Bilddaten, die dem zweiten Ausschnitt zugeordnet sind, ohne Verwendung von zweiten Bilddaten, die nicht dem zweiten Ausschnitt zugeordnet sind, wobei der erste Ausschnitt und der zweite Ausschnitt so ausgewählt werden, dass die Disparität d_P der Wiedergabe eines Objekts, das mit maximaler Schärfe auf Bildsensoren der Kameras abgebildet wird, in einer mittels des ersten Anzeige-Bildsignals erzeugten ersten Abbildung und einer mittels des zweiten Anzeige-Bildsignals erzeugten zweiten Abbildung eine monoton fallende Funktion der einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d ist.
Das erste Anzeige-Bildsignal und das zweite Anzeige-Bildsignal können über einen gemeinsamen Kommunikationskanal oder über zwei getrennte Kommunikationskanäle parallel übertragen werden. Das erste Anzeige-Bildsignal und das zweite Anzeige-Bildsignal bilden zusammen ein Stereoanzeige-Bildsignal zur Steuerung der Wiedergabe einer Stereoabbildung aus der ersten Abbildung und der zweiten Abbildung auf einem Bildschirm oder einem Projektionsschirm oder auf zwei Bildschirmen oder Projektionsschirmen, die jeweils ausschließlich einem Auge eines Betrachters zugeordnet sind, als Anzeigevorrichtung.
Das Verfahren ist insbesondere für medizinische Anwendungen geeignet, beispielsweise für eine Wiedergabe von mittels eines Stereoendoskops oder mittels eines Stereoexoskops oder mittels eines Stereo-Operationsmikroskops erfassten Bilddaten. Operationen und andere medizinische Maßnahmen können sich über lange Zeiträume erstrecken, und Fehler dabei können schwerwiegende Folgen haben. Deshalb ist es wichtig einer Ermüdung medizinischen Personals so weit wie möglich vorzubeugen. Das beschriebene Verfahren kann Stereoskopie mit minimaler Irritation und Ermüdung des Benutzers ermöglichen.
Die ersten Bilddaten repräsentieren ein von einer ersten Kamera einer Stereokamera gewonnenes Bild, die zweiten Bilddaten repräsentieren ein von einer zweiten Kamera einer Stereokamera gewonnenes Bild. Die ersten und zweiten Bilddaten werden in Form eines ersten Kamera-Bildsignals und eines zweiten Kamera-Bildsignals über einen gemeinsamen Übertragungskanal oder über zwei separate Übertragungskanäle von den Kameras der Stereokamera empfangen.
Die Fokussiereinrichtung ist zur Scharfstellung bzw. Fokussierung bzw. Entfernungseinstellung bzw. Positionierung derjenigen (in der Regel näherungsweise ebenen) Flächen, die mit maximaler Schärfe von den Kameras der Stereokamera erfasst werden, vorgesehen. Die Fokussiereinrichtung ermöglicht insbesondere eine manuelle oder motorisch angetriebene Bewegung eines gemeinsamen Objektivs oder separater Objektive der Kameras entlang eines vorbestimmten (insbesondere geraden) Pfads. Alternativ ermöglicht die Fokussiereinrichtung eine manuelle oder motorisch angetriebene und insbesondere synchrone Bewegung der Objektive der Kamera. Anstelle einer Bewegung des oder der gesamten Objektive kann die Fokussiereinrichtung für die Bewegung einer oder mehrerer Linsen oder Linsengruppen des Objektivs oder der Objektive ausgebildet sein, wobei eine oder mehrere andere Linsen oder Linsengruppen unbewegt bleiben.
Das Verfahren kann ein Steuern der Fokussiereinrichtung umfassen, die in diesem Fall insbesondere motorisch angetrieben ist. In diesem Fall kann entweder ein Sollwert der Einstellung des Objektivs und/oder ein Istwert der Einstellung bzw. ein Messwert der tatsächlichen Einstellung des Objektivs Eingangsgröße des Verfahrens sein. Alternativ kann die Fokussiereinrichtung unmittelbar manuell eingestellt werden. In diesem Fall ist ein Messwert der tatsächlichen Einstellung des Objektivs Eingangsgröße des Verfahrens. Eine Steuerung der Ausschnitte, die abgebildet werden, abhängig von der Einstellung der Fokussiereinrichtung kann eine jederzeit für den Benutzer angenehme Disparität ermöglichen und das Risiko von Irritationen oder Ermüdung reduzieren.
Beim Auswählen oder Bestimmen der Ausschnitte wird insbesondere deren Abstand – gemessen in Richtung parallel zur Stereobasis – eingestellt oder festgelegt. Im Fall einer – insbesondere digitalen – einstellbaren Vergrößerung können ferner beide Ausschnitte gemeinsam in Richtung orthogonal und/oder in Richtung parallel zur Stereobasis verschoben werden, wobei der Abstand der Ausschnitte durch die erfasste oder gesteuerte Einstellung der Fokussiereinrichtung bestimmt ist. Das Auswählen der Ausschnitte kann ferner von weiteren Parametern abhängen, beispielweise von einer einstellbaren Brennweite f des gemeinsamen Objektivs beider Kameras oder der Objektive der Kameras oder von einer (insbesondere digitalen) Vergrößerung.
Das Auswählen oder Bestimmen der Ausschnitte, insbesondere ihres Abstands, kann auf analoge oder digitale Weise, insbesondere mittels einer vorbestimmten mathematischen Funktion oder mittels einer Lookup-Tabelle erfolgen.
Ein Vorteil eines Auswählens der Ausschnitte aus den von den Kameras der Stereokamera erfassten Bildern abhängig von der erfassten oder gesteuerten Einstellung der Fokussiereinrichtung – insbesondere gegenüber Verfahren, wie sie in US 7,944,444 B2 beschrieben sind – besteht darin, dass keine Bildauswertung erforderlich ist. Dies ermöglicht eine Wegfall der für die Bildauswertung erforderlichen Ressourcen (Rechenkapazität) und einen verminderten Leistungsbedarf. Wenn die Zuordnung (auch als Korrelation bezeichnet) von Objekten in den Bildern der beiden Kameras nicht eindeutig ist, kann ein sprunghafte Änderung der Disparität resultieren, die einen Betrachter irritieren oder ermüden kann. Dies kann durch das Auswählen der Ausschnitte abhängig von der Einstellung der Fokussiereinrichtung vermieden werden.
Die Disparität d_P der Wiedergabe eines Objekts, das mit maximaler Schärfe auf Bildsensoren der Kameras abgebildet wird, in einer mittels des ersten Anzeige-Bildsignals erzeugten ersten Abbildung und einer mittels des zweiten Anzeige-Bildsignals erzeugten zweiten Abbildung ist eine Funktion sowohl der erfassten oder gesteuerten Einstellung der Fokussiereinrichtung als auch der einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d. Dabei ist die Disparität d_P der Wiedergabe eines Objekts, das mit maximaler Schärfe auf Bildsensoren der Kameras abgebildet wird, insbesondere bei jeder erfassten oder gesteuerten Einstellung der Fokussiereinrichtung eine monoton oder streng monoton fallende Funktion der einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d.
Wenn die Disparität d_P der Wiedergabe eines Objekts, das mit maximaler Schärfe auf Bildsensoren der Kameras abgebildet wird, eine abschnittsweise oder im gesamten Bereich der einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d streng monoton fallende Funktion der einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d ist, kann dadurch der Anstieg der Disparität d_P der Wiedergabe eines Objekts, das näher bei den Kameras liegt, reduziert werden. Ohne diese Korrektur wird gerade für Objekte, die vor der maximal scharf abgebildeten Fläche, aber innerhalb des Schärfentiefenbereichs liegen, der Anstieg der Disparität d_P (und damit das Hervortreten vor die Anzeigevorrichtung) mit zunehmender Brennweite f oder Vergrößerung V_d von vielen Personen als unangenehm empfunden. Dieses Hervortreten wird abgemildert.
Der Schärfentiefenbereich einer Kamera ist derjenige Bereich, innerhalb dessen alle Punkte liegen, die auf dem Bildsensor der Kamera ein Bild erzeugen, das nicht oder nicht wesentlich größer als ein Bildelement oder Pixel des Bildsensors der Kamera ist. Gemäß einer verbreiteten Konvention erzeugt ein Punkt auf der optischen Achse einer Kamera an der Nahgrenze des Schärfentiefenbereichs der Kamera auf dem Bildsensor der Kamera ein Bild, dessen RMS-Durchmesser (Durchmesser bei dem quadratischen Mittelwert der von dem Punkt erzeugten Intensität) nicht größer als die zweifache Größe eines Bildelements bzw. Pixels des Bildsensors der Kamera ist; und ein Punkt auf der optischen Achse einer Kamera an der Ferngrenze des Schärfentiefenbereichs der Kamera erzeugt auf dem Bildsensor der Kamera ein Bild, dessen RMS-Durchmesser nicht größer als die dreifache Größe eines Bildelements bzw. Pixels des Bildsensors der Kamera ist.
Insbesondere beträgt die Disparität der Wiedergabe eines Objekts, das mit maximaler Schärfe auf Bildsensoren der Kameras abgebildet wird, bei dem kleinsten einstellbaren Wert der Brennweite f und/oder der Vergrößerung V_d Null und nimmt mit zunehmender Brennweite f und/oder Vergrößerung V_d abnehmende (d. h. negative) Werte an. Deshalb nimmt ein Betrachter das mit maximaler Schärfe auf Bildsensoren der Kameras abgebildete Objekt bei minimaler Brennweite f und Vergrößerung V_d in der Fläche der Anzeigevorrichtung und mit zunehmender Brennweite f und/oder Vergrößerung V_d immer weiter hinter der Anzeigevorrichtung wahr. Gleichzeitig kann die Wiedergabe eines Objekts, das an der Nahgrenze der Schärfentiefe liegt, einen konstanten oder mit zunehmender Brennweite f und/oder Vergrößerung V_d langsam zunehmenden Wert annehmen.
Bei einem Verfahren wie es hier beschrieben ist, werden der erste Ausschnitt und der zweite Ausschnitt insbesondere so ausgewählt, dass die Disparität d_P der Wiedergabe von Objekten an der Nahgrenze des Schärfentiefenbereichs der Kameras in einer mittels des ersten Anzeige-Bildsignals erzeugten ersten Abbildung und einer mittels des zweiten Anzeige-Bildsignals erzeugten zweiten Abbildung unabhängig von der einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d ist.
In der Wahrnehmung eines Betrachters liegt somit die Wiedergabe eines Objekt an der Nahgrenze des Schärfentiefenbereichs der Kameras unabhängig von der eingestellten Brennweite f oder Vergrößerung V_d in einem konstanten Abstand vor der Anzeigevorrichtung
Bei einem Verfahren wie es hier beschrieben ist, werden der erste Ausschnitt und der zweite Ausschnitt insbesondere so ausgewählt, dass die Disparität d_P der Wiedergabe von Objekten, für die der Quotient oder die Differenz ihres Abstands zu der Nahgrenze des Schärfentiefenbereichs der Kameras und ihres Abstands zu jener Fläche, die mit maximaler Schärfe auf die Bildsensoren der Kameras abgebildet wird, einen vorbestimmten Wert aufweist, in einer mittels des ersten Anzeige-Bildsignals erzeugten ersten Abbildung und einer mittels des zweiten Anzeige-Bildsignals erzeugten zweiten Abbildung unabhängig von der einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d ist.
Beispielsweise werden der erste Ausschnitt und der zweite Ausschnitt so ausgewählt, dass bei jeder einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d die Disparität d_P der Wiedergabe von Objekten, die gleiche Abstände zu der Nahgrenze des Schärfentiefenbereichs der Kameras und zu jener Fläche, die mit maximaler Schärfe auf die Bildsensoren der Kameras abgebildet wird, die also in der Mitte zwischen der Nahgrenze des Schärfentiefenbereichs und der Fläche, die mit maximaler Schärfe auf die Bildsensoren der Kameras abgebildet wird, liegen, einen einzigen konstanten Wert annimmt.
Bei einem Verfahren wie es hier beschrieben ist, sind die Position des ersten ausgewählten Ausschnitts und die Position des zweiten ausgewählten Ausschnitts jeweils insbesondere eine lineare oder eine affin lineare oder eine andere zumindest abschnittsweise streng monotone Funktion der einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d ist.
Bei einem Verfahren, wie es hier beschrieben ist, umfassen insbesondere das Auswählen eines ersten Ausschnitts ein Auswählen einer Position des ersten Ausschnitts innerhalb des durch die ersten Bilddaten repräsentierten ersten Bilds und das Auswählen eines zweiten Ausschnitts ein Auswählen einer Position des zweiten Ausschnitts innerhalb des durch die zweiten Bilddaten repräsentierten zweiten Bilds.
Ein Verfahren, wie es hier beschrieben ist, umfasst insbesondere ferner einen Schritt des Übertragens eines ersten Steuersignals, das den ersten Ausschnitt repräsentiert, an die erste Kamera und einen Schritt des Übertragens eines zweiten Steuersignals, das den zweiten Ausschnitt repräsentiert, an die zweite Kamera.
Die Übertragung von die Positionen und optional auch die Abmessungen der ausgewählten Ausschnitte repräsentierenden Steuersignalen an die Kameras kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn diese Information Einfluss auf den Betrieb der Kameras – insbesondere von deren Bildsensoren – oder auf das Auslesen von Bilddaten aus den Kameras haben kann. Beispielsweise kann eine teilweise oder vollständige Stillegung von Bereichen von Bildsensoren, die außerhalb der Ausschnitte liegen, eine Verminderung des Leistungsbedarfs für den Betrieb der Kameras bewirken.
Ein Verfahren, wie es hier beschrieben ist, umfasst insbesondere ferner einen Schritt des Empfangens eines ersten Kamera-Bildsignals von der ersten Kamera, das ausschließlich Bilddaten, die dem ersten Ausschnitt zugeordnet sind, umfasst, und einen Schritt des Empfangens eines zweiten Kamera-Bildsignals von der zweiten Kamera, das ausschließlich Bilddaten, die dem zweiten Ausschnitt zugeordnet sind, umfasst.
Ein Verfahren, wie es hier beschrieben ist, umfasst insbesondere ferner einen Schritt des Empfangens eines ersten Kamera-Bildsignals von der ersten Kamera, das Bilddaten zu einem Bereich außerhalb des ersten Ausschnitts nicht umfasst, und einen Schritt des Empfangens eines zweiten Kamera-Bildsignals von der zweiten Kamera, das Bilddaten zu einem Bereich außerhalb des zweiten Ausschnitts nicht umfasst.
Der teilweise oder vollständige Wegfall der Übertragung von Bilddaten, die nicht den Ausschnitten zugeordnet sind, kann die erforderliche Bandbreite des oder der Übertragungskanäle und/oder den für die Übertragung erforderlichen Leistungsbedarf senken. Ferner können die für die weitere Verarbeitung, Aufbereitung, Speicherung, Verstärkung, Codierung oder Decodierung der Bilddaten erforderlichen Ressourcen und deren Leistungsbedarf verringert werden.
Ein Verfahren, wie es hier beschrieben ist, umfasst insbesondere ferner einen Schritt des Speicherns der ersten Bilddaten in einem ersten Bilddatenspeicher, einen Schritt des Speicherns der zweiten Bilddaten in einem zweiten Bilddatenspeicher, einen Schritt des Lesens ausschließlich von Bilddaten, die dem ersten Ausschnitt zugeordnet sind, aus dem ersten Bilddatenspeicher, und einen Schritt des Lesens ausschließlich von Bilddaten, die dem zweiten Ausschnitt zugeordnet sind, aus dem zweiten Bilddatenspeicher.
Den Schritten des Speicherns voran gehen insbesondere ein Schritt des Empfangens erster Bilddaten, die ein gesamtes von der ersten Kamera erfasstes Bild repräsentieren, und ein Schritt des Empfangens zweiter Bilddaten, die ein gesamtes von der zweiten Kamera erfasstes Bild repräsentieren.
Bei den Schritten des Speicherns werden insbesondere nicht nur den ausgewählten Ausschnitten zugeordnete Bilddaten, sondern darüber hinaus auch Bilddaten, die nicht den ausgewählten Ausschnitten zugeordnet sind, gespeichert. Insbesondere werden bei den Schritten des Speicherns alle erste Bilddaten, die ein gesamtes von der ersten Kamera erfasstes Bild repräsentieren, und alle zweite Bilddaten, die ein gesamtes von der zweiten Kamera erfasstes Bild repräsentieren, gespeichert.
Alternativ können bei den Schritten des Speicherns erste Bilddaten, die nicht dem ausgewählten ersten Ausschnitt zugeordnet sind, und zweite Bilddaten, die nicht dem ausgewählten zweiten Ausschnitt zugeordnet sind, nicht gespeichert werden. Insbesondere werden ausschließlich dem ausgewählten ersten Ausschnitt zugeordnete erste Bilddaten und dem ausgewählten zweiten Ausschnitt zugeordnete zweite Bilddaten gespeichert oder zumindest ein Teil der nicht dem ausgewählten ersten Ausschnitt zugeordneten ersten Bilddaten und ein Teil der nicht dem ausgewählten zweiten Ausschnitt zugeordneten zweiten Bilddaten nicht gespeichert.
Ein Verfahren, wie es hier beschrieben ist, umfasst insbesondere ferner einen Schritt des Verwerfens von ersten Bilddaten, die nicht dem ersten Ausschnitt zugeordnet sind, und einen Schritt des Verwerfens von zweiten Bilddaten, die nicht dem zweiten Ausschnitt zugeordnet sind.
Das Verwerfen von nicht den ausgewählten Ausschnitten zugeordneten Bilddaten umfasst insbesondere ein Löschen, ein Überschreiben vor einem Verwenden, ein Nichtspeichern oder ein bloßes Nichtverwenden der nicht den ausgewählten Ausschnitten zugeordneten Bilddaten. Die nicht den ausgewählten Ausschnitten zugeordneten Bilddaten können verworfen werden, indem sie nicht aus Bildsensoren der Kameras ausgelesen oder nicht von den Kameras empfangen oder nicht gespeichert werden. Alternativ können die nicht den ausgewählten Ausschnitten zugeordneten Bilddaten nach dem beschriebenen Speichern verworfen werden.
Bei einem Verfahren, wie es hier beschrieben ist, werden insbesondere der erste Ausschnitt und der zweite Ausschnitt so ausgewählt, dass die Disparität d_P der Wiedergabe eines Objekts, das mit maximaler Schärfe auf Bildsensoren der Kameras abgebildet wird, in einer mittels des ersten Anzeige-Bildsignals erzeugten ersten Abbildung und einer mittels des zweiten Anzeige-Bildsignals erzeugten zweiten Abbildung, Null beträgt oder einen anderen vorbestimmten Sollwert annimmt.
Die Schärfe eines durch ein Objektiv mit der Brennweite f erzeugten Bilds eines Objekts ist dann maximal, wenn für den Abstand des Objekts von der objektseitigen Hauptebene des Objektivs als Gegenstandsweite und für den Abstand des Bilds von der bildseitigen Hauptebene des Objektivs als Bildweite die Linsengleichung gilt.
Wenn die Disparität d_P einer Wiedergabe eines Objekts Null beträgt, nimmt ein Betrachter die Wiedergabe des Objekts in der Abbildungsfläche wahr. Als ein anderer vorbestimmter Sollwert ist insbesondere eine Konstante vorgesehen. Alternativ kann der Sollwert von einem erfassten oder gesteuerten Wert des Arbeitsabstands, der Gegenstandsweite, der Bildweite und/oder von einer digitalen Vergrößerung und/oder von der Brennweite des oder der Objektive der Stereokamera abhängig sein.
Der erste Ausschnitt und der zweite Ausschnitt werden insbesondere so ausgewählt, dass der Betrag der Disparität d_P der Wiedergabe eines Objekts, das mit maximaler Schärfe auf Bildsensoren der Kameras abgebildet wird, nicht mehr als ein Dreißigstel der Breite der Abbildungen beträgt.
Der erste Ausschnitt und der zweite Ausschnitt werden insbesondere so ausgewählt, dass die Disparität d_P der Wiedergabe eines Objekts, das mit maximaler Schärfe auf Bildsensoren der Kameras abgebildet wird, nicht kleiner ist als der negative Wert des Augenabstands des Benutzers. Der Augenabstand eines Benutzers kann bekannt sein, beispielweise indem er vor einer Verwendung des Verfahrens abgefragt oder aus einer Datenbank gelesen oder (insb. automatisch) gemessen wird. Wenn der Augenabstand des Benutzers nicht bekannt ist, wird insbesondere ein Wert von 60 mm oder 65 mm angenommen. Eine Irritation oder Ermüdung durch einen negativen Konvergenzwinkel bzw. eine divergente Orientierung der Augen kann damit zuverlässig vermieden werden.
Bei einem Verfahren, wie es hier beschrieben ist, ist der vorbestimmte Sollwert der Disparität d_P insbesondere zumindest entweder eine Funktion des Arbeitsabstands a_K zwischen dem Objekt und einer Lichteintrittsfläche der Kameras oder eine Funktion der Gegenstandsweite a_G oder eine Funktion der Bildweite a_B oder eine Funktion einer Position von Objektiven der Kameras.
Die Disparität d_P ist beispielsweise eine monotone oder streng monotone, insbesondere eine monoton fallende oder streng monoton fallende Funktion des Arbeitsabstands a_A und/oder der Gegenstandsweite a_G und/oder der Bildweite a_B und/oder der Position des Objektivs oder der Objektive der Stereokamera.
Bei einem Verfahren, wie es hier beschrieben ist, ist der vorbestimmte Sollwert der Disparität d_P insbesondere für Bildweiten a_B, die kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert sind, konstant und für Bildweiten a_B, die größer als der vorbestimmte Grenzwert sind, eine lineare oder eine andere monotone Funktion des Quotienten a_B/a_G aus Bildweite a_B und Gegenstandsweite a_G.
Bei einem Verfahren, wie es hier beschrieben ist, ist der vorbestimmte Sollwert der Disparität d_P insbesondere eine lineare oder eine andere monotone oder streng monotone Funktion zumindest entweder eines digitalen Vergrößerungsfaktors V_d oder einer Brennweite f des Objektivs oder der Objektive.
Die vorliegende Erfindung ist nicht nur als Verfahren, sondern auch als Computer-Programm mit Programmcode zur Durchführung oder Steuerung eines solchen Verfahrens, wenn das Computer-Programm auf einem Computer oder einem Prozessor oder auf einem programmierbaren Logikbaustein abläuft, implementierbar. Ferner ist die Erfindung als Computer-Programm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger (beispielsweise einem ROM-, PROM-, EPROM-, EEPROM- oder Flash-Speicher, einer CD-ROM, DVD, HD-DVD, Blu-ray Disk, Diskette oder Festplatte) oder in Form von Firmware gespeichertem Programmcode zur Durchführung von einem der genannten Verfahren, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Computer, Rechner oder Prozessor abläuft, implementierbar. Ferner kann die vorliegende Erfindung als digitales Speichermedium (beispielsweise ROM-, PROM-, EPROM-, EEPROM- oder Flash-Speicher, CD-ROM, DVD, HD-DVD, Blu-ray Disk, Diskette oder Festplatte) mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen, die so mit einem programmierbaren Computer- oder Prozessor-System zusammenwirken können, dass eines der beschriebenen Verfahren ausgeführt wird, implementiert werden.
Ferner kann die vorliegende Erfindung als Steuerung implementiert werden, wobei die Steuerung ausgebildet ist, um eines der beschriebenen Verfahren auszuführen, oder wobei die Steuerung ein Computer-Programm, ein Computer-Programm-Produkt oder ein digitales Speichermedium umfasst, wie sie im vorangehenden Absatz beschrieben wurden.
Ein Computer-Programm umfasst Programmcode zur Durchführung oder Steuerung eines Verfahrens, wie es hier beschrieben ist, wenn das Computer-Programm auf einem Computer oder auf einem Prozessor abläuft.
Eine Vorrichtung zum Steuern des Bereitstellens eines ersten Anzeige-Bildsignals für eine Anzeigevorrichtung zur Erzeugung einer ersten Abbildung für das linke Auge eines Betrachters und eines zweiten Anzeige-Bildsignals für die Anzeigevorrichtung zur Erzeugung einer zweiten Abbildung für das rechte Auge des Betrachters unter Verwendung von mittels einer ersten Kamera erfassten ersten Bilddaten und von mittels einer zweiten Kamera erfassten zweiten Bilddaten, umfasst eine Einrichtung zum Erfassen oder Steuern einer Einstellung einer Fokussiereinrichtung, eine Einrichtung zum Auswählen eines ersten Ausschnitts aus einem von der ersten Kamera erfassten ersten Bild und eines zweiten Ausschnitts aus einem von der zweiten Kamera erfassten zweiten Bild, wobei die Einrichtung zum Auswählen vorgesehen und ausgebildet ist, um den ersten Ausschnitt und den zweiten Ausschnitt abhängig von der erfassten oder gesteuerten Einstellung der Fokussiereinrichtung und abhängig zumindest entweder von einer einstellbaren Brennweite f von Objektiven der Kameras oder von einer einstellbaren Vergrößerung V_d auszuwählen.
Die Vorrichtung ist insbesondere vorgesehen und ausgebildet zur Steuerung oder Ausführung eines Verfahrens, wie es hier beschrieben ist.
Bei einer Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, ist die Einrichtung zum Auswählen insbesondere ausgebildet, um den ersten Ausschnitt und den zweiten Ausschnitt so auszuwählen, dass die Disparität d_P der Wiedergabe von Objekten an der Nahgrenze des Schärfentiefenbereichs der Kameras in einer mittels des ersten Anzeige-Bildsignals erzeugten ersten Abbildung und einer mittels des zweiten Anzeige-Bildsignals erzeugten zweiten Abbildung unabhängig von der einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d ist.
Bei einer Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, ist die Einrichtung zum Auswählen insbesondere ausgebildet, um den ersten Ausschnitt und den zweiten Ausschnitt so auszuwählen, dass die Disparität d_P der Wiedergabe von Objekten, für die der Quotient oder die Differenz ihres Abstand zu der Nahgrenze des Schärfentiefenbereichs der Kameras und ihres Abstands zu jener Fläche, die mit maximaler Schärfe auf die Bildsensoren der Kameras abgebildet wird, einen vorbestimmten Wert aufweist, in einer mittels des ersten Anzeige-Bildsignals erzeugten ersten Abbildung und einer mittels des zweiten Anzeige-Bildsignals erzeugten zweiten Abbildung unabhängig von der einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d ist.
Bei einer Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, ist die Einrichtung zum Auswählen insbesondere ausgebildet, um den ersten Ausschnitt und den zweiten Ausschnitt so auszuwählen, dass die Position des ersten ausgewählten Ausschnitts und die Position des zweiten ausgewählten Ausschnitts jeweils eine lineare oder eine affin lineare oder eine andere zumindest abschnittsweise streng monotone Funktion der einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d ist.
Eine Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, umfasst insbesondere ferner einen Signalausgang zum Bereitstellen eines ersten Steuersignals, das den ersten Ausschnitt repräsentiert, und eines zweiten Steuersignals, das den zweiten Ausschnitt repräsentiert.
Die Vorrichtung kann insbesondere dafür vorgesehen und ausgebildet sein, um über den Signalausgang mit einer Bildverarbeitungseinrichtung gekoppelt zu sein, wobei die Bildverarbeitungseinrichtung Signaleingänge zum Empfangen eines ersten Kamera-Bildsignals, das von der ersten Kamera erfasste erste Bilddaten repräsentiert, und eines zweiten Kamera-Bildsignals, das von der zweiten Kamera erfasste zweite Bilddaten repräsentiert, und einen Bildsignalausgang zum Senden eines ersten Anzeige-Bildsignals, das erste Bilddaten, die dem ersten Ausschnitt zugeordnet sind, repräsentiert, und eines zweiten Anzeige-Bildsignals, das zweite Bilddaten, die dem zweiten Ausschnitt zugeordnet sind, repräsentiert, an eine Anzeigevorrichtung aufweist. Die Vorrichtung und die Bildverarbeitungseinrichtung können ein einziges gemeinsames Gerät bilden bzw. in ein einziges Gerät integriert sein. Insbesondere können die Vorrichtung und/oder die Bildverarbeitungseinrichtung Bestandteile eines Stereoendoskops oder eines Stereoexoskops oder eines Stereomikroskops sein.
Bei einer Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, ist die Einrichtung zum Auswählen insbesondere ausgebildet, um den ersten Ausschnitt und den zweiten Ausschnitt abhängig von der erfassten oder gesteuerten Einstellung der Fokussiereinrichtung so auszuwählen, dass die Disparität d_P der Wiedergabe eines Objekts, das mit maximaler Schärfe auf Bildsensoren der Kameras abgebildet wird, zwischen einer mittels des ersten Anzeige-Bildsignals erzeugten ersten Abbildung und einer mittels des zweiten Anzeige-Bildsignals erzeugten zweiten Abbildung, Null beträgt oder im Verhältnis zur Breite B_D einer Anzeigevorrichtung einen anderen vorbestimmten Sollwert annimmt.
Bei einer Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, ist die Vorrichtung insbesondere so ausgebildet, dass der vorbestimmte Sollwert der Disparität d_P eine lineare oder eine andere monotone oder streng monotone Funktion zumindest entweder eines digitalen Vergrößerungsfaktors V_d oder einer Brennweite f des Objektivs oder der Objektive ist.
Eine Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, umfasst insbesondere ferner eine Bildverarbeitungseinrichtung mit Signaleingängen zum Empfangen eines ersten Kamera-Bildsignals, das von der ersten Kamera erfasste erste Bilddaten repräsentiert, und eines zweiten Kamera-Bildsignals, das von der zweiten Kamera erfasste zweite Bilddaten repräsentiert, und einem Bildsignalausgang zum Senden eines ersten Anzeige-Bildsignals, das erste Bilddaten, die dem ersten Ausschnitt zugeordnet sind, repräsentiert, und eines zweiten Anzeige-Bildsignals, das zweite Bilddaten, die dem zweiten Ausschnitt zugeordnet sind, repräsentiert, an eine Anzeigevorrichtung.
Die Bildverarbeitungseinrichtung ist insbesondere vorgesehen und ausgebildet, um ein erstes Anzeige-Bildsignal, das ausschließlich erste Bilddaten, die dem ersten Ausschnitt zugeordnet sind, umfasst, und ein zweites Anzeige-Bildsignal, das ausschließlich zweite Bilddaten, die dem zweiten Ausschnitt zugeordnet sind, zu senden. Die Bildverarbeitungseinrichtung kann ferner zur Steuerung der Kameras, beispielsweise von Belichtungsparametern, vorgesehen und ausgebildet sein.
Die Bildverarbeitungseinrichtung kann mit der Vorrichtung zum Steuern des Bereitstellens teilweise oder vollständig identisch sein. Beispielsweise kann ein einziger Prozessor oder eine einzige anwenderspezifische integrierte Schaltung (Application Specific Integrated Circuit = ASIC) oder ein einziger FPGA (Field Programmable Gate Array) oder eine einzige andere integrierte Schaltung die Vorrichtung zum Steuern des Bereitstellens und die Bildverarbeitungseinrichtung umfassen oder bilden.
Eine Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, ist insbesondere ein Stereoendoskop oder ein Stereoexoskop oder ein Stereo-Operationsmikroskop, wobei das Stereoendoskop oder das Stereoexoskop oder das Stereo-Operationsmikroskop die erste Kamera und die zweite Kamera umfasst.
Bei einer Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, ist die Vorrichtung insbesondere für eine Verwendung mit einem die erste Kamera und die zweite Kamera umfassenden Stereoendoskop oder Stereoexoskop oder Stereo-Operationsmikroskop vorgesehen und ausgebildet.
Ein Exoskop ist eine Vorrichtung zum optischen Erfassen eines Bilds eines Operationsfelds an oder in einem menschlichen oder tierischen Körper. Ein Exoskop unterscheidet sich von einem Endoskop insbesondere dadurch, dass das Exoskop bei vorgesehener und bestimmungsgemäßer Verwendung vollständig außerhalb des menschlichen oder tierischen Körpers angeordnet ist. Ein Exoskop unterscheidet sich von einem Operationsmikroskop insbesondere in seiner Bauform und der Gestalt seines äußeren Gehäuses. Insbesondere weist ein Exoskop in der Regel ein deutlich kompakteres Gehäuse auf als ein Operationsmikroskop. Beispielsweise weist ein Exoskop ein langes und dünnes Gehäuse auf, dessen erstes Ende zur Befestigung an einem Stativ oder einem Haltearm oder zum Halten mit einer Hand ausgebildet sein kann. An dem ersten Ende des Exoskops können ferner eine Kupplung zum Anschluss eines Lichtleitkabels zur Zuführung von Beleuchtungslicht vorgesehen sein. An dem ersten Ende des Exoskops können ferner ein oder mehrere Kupplungen zum Anschluss einer Leitung zum Zuführen von Leistung zur Leistungsversorgung des Exoskops vorgesehen sein. An dem ersten Ende des Exoskops können ferner ein oder mehrere Kupplungen zum Anschluss von einem oder mehreren elektrischen oder optischen Signalleitungen zum Übertragen von Steuersignalen und/oder Bildsignalen vorgesehen sein. An dem zweiten Ende können eine oder mehrere Lichteintrittsflächen, durch die Licht, das von einem beobachteten Objekt im Operationsfeld ausgeht, in das Exoskop eintreten kann. Ein Exoskop kann sich von einem Operationsmikroskop insbesondere dadurch unterscheiden, dass es für größere Arbeitsabstände vorgesehen sein kann.
Ein Stereoexoskop weist insbesondere mehrere oder alle Merkmale eines Stereoexoskops, wie es in EP 2 850 996 A1 beschrieben ist, auf und umfasst ferner eine Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist.
Kurzbeschreibung der Figuren
Nachfolgend werden Ausführungsformen anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines stereoskopischen Systems;
2 eine schematische Darstellung eines weiteren stereoskopischen Systems;
3 eine schematische Darstellung eines weiteren stereoskopischen Systems;
4 eine schematische Darstellung eines weiteren stereoskopischen Systems;
5 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bereitstellen von Anzeige-Bildsignalen für eine Stereo-Anzeigevorrichtung;
6 ein schematisches Flussdiagramm eines weiteren Verfahrens zum Bereitstellen von Anzeige-Bildsignalen für eine Stereo-Anzeigevorrichtung.
Beschreibung der Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines stereoskopisches Systems 10 zur Erfassung eines Stereobilds von Objekten 11, 12 und zur Wiedergabe einer entsprechenden Stereo-Abbildung für die Augen 16, 17 eines Betrachters. Das System 10 ist in 1 zweimal dargestellt, links bei einer Darstellung einer Stereo-Abbildung mit einer Wiedergabe eines ersten Objekts 11 und rechts bei einer Darstellung einer Stereo-Abbildung mit einer Wiedergabe eines zweiten Objekts 12. Ein Teil der Maße und Bezugszeichen ist nur entweder links oder rechts angegeben.
Obwohl das System 10 natürlich auch zum Erfassen von Stereobildern und zur Wiedergabe entsprechender Stereo-Abbildungen anderer Objekte vorgesehen und geeignet ist, wird nachfolgend überwiegend auf die Objekte 11, 12 Bezug genommen. Bei dem dargestellten Beispiel weisen zur einfacheren Unterscheidung das erste Objekt 11 die Gestalt eines Pfeils und das zweite Objekt 12 die Gestalt einer Stecknadel auf. Diese Objekte 11, 12 sind jedoch nur Beispiele für nahezu beliebige Objekte, von denen Stereobilder erfasst und Stereo-Abbildungen wiedergegeben werden können.
Das System 10 umfasst eine Stereokamera 20 mit einem Fensterbauteil 21. Eine Lichteintrittsfläche 22 der Stereokamera 20 wird durch eine äußere, den Objekten 11, 12 zugewandte, in 1 nach unten gerichtete Oberfläche des Fensterbauteils 21 gebildet. Der Abstand a_K zwischen der Lichteintrittsfläche 22 der Stereokamera 20 und dem durch die Stereokamera 20 scharf erfassten Objekt 11, 12 wird als Arbeitsabstand a_K bezeichnet.
Die Stereokamera 20 umfasst eine erste bzw. linke Kamera mit einem ersten Objektiv 32 und einem ersten Bildsensor 34 zur Erfassung von Bilddaten, die für eine Erzeugung einer ersten Abbildung für das linke Auge eines Betrachters verwendbar sind. Ferner umfasst die Stereokamera 20 eine zweite bzw. rechte Kamera mit einem zweiten Objektiv 42 und einem zweiten Bildsensor 44 zur Erfassung von Bilddaten, die für eine Erzeugung einer zweiten Abbildung für das rechte Auge eines Betrachters verwendbar sind. Abweichend von der Darstellung in 1 kann die Stereokamera 20 einen einzigen entsprechend breiten Bildsensor aufweisen, der einen ersten bzw. linken Bereich, der als erster Bildsensor 34 verwendet wird, und einen zweiten bzw. rechten Bereich, der als zweiter Bildsensor 44 verwendet wird, aufweist.
Das erste Objektiv 32 umfasst eine oder mehrere Linsen in einer oder mehreren Linsengruppen. Das zweite Objektiv 42 umfasst eine oder mehrere Linsen in einer oder mehreren Linsengruppen. Beide Objektive 32, 42 sind insbesondere baugleich bzw. weisen identische oder im Wesentlichen identische Eigenschaften auf. Bei dem in 1 dargestellten Beispiel sind die Objektive 32, 42 jeweils vereinfacht durch eine einzige Linse repräsentiert. Die Objektive 32, 42 der Stereokamera weisen jeweils die Brennweite f auf.
Die Bildsensoren 34, 44 sind insbesondere gleich bzw. weisen identische oder im Wesentlichen identische Eigenschaften auf. Die Bildsensoren 34, 44 sind beispielsweise CCD-Sensoren oder CMOS-Sensoren oder andere Bildsensoren mit einer Vielzahl von kleinen lichtempfindlichen Bereichen, die einzeln oder gruppenweise gleichzeitig oder nacheinander ausgelesen werden können, um Helligkeitswerte in elektrische oder andere analoge oder digitale Signale zu wandeln. Die lichtempfindlichen Bereiche werden auch als Pixel bezeichnet. Die lichtempfindlichen Bereiche bzw. Pixel können in einer oder mehreren Schichten und dort jeweils beispielsweise in einem quadratischen, rechteckigen, hexagonalen oder anderen periodischen oder nichtperiodischen Muster angeordnet sein.
Bei dem in 1 dargestellten Beispiel sind die lichtempfindlichen Bereiche jedes Bildsensors 34, 44 insbesondere jeweils in einer dünnen Schicht nahe den oder an denjenigen Oberflächen der Bildsensoren 34, 44, die den Objektiven 32, 42 zugewandt sind, angeordnet. Die den Objektiven 32, 42 zugewandten Oberflächen der Bildsensoren 34, 44 sind orthogonal zur Zeichenebene der 1 angeordnet. Mikrolinsen, Farbfilter (beispielsweise in der nach Bryce E. Bayer benannten Anordnung) und andere Einrichtungen an den den Objektiven 32, 42 zugewandten Oberflächen der Bildsensoren 34, 44 sind in der vereinfachten Darstellung der 1 nicht wiedergegeben.
Vereinfachend wird angenommen, dass die lichtempfindlichen Bereiche die gesamten den Objektiven 32, 42 zugewandten Oberflächen der Bildsensoren 34, 44 einnehmen. Die in 1 dargestellten Breiten B_S der Bildsensoren 34, 44 entsprechen somit den Breiten der lichtempfindlichen Bereiche, deren Belichtung Bilddaten erzeugt.
Abweichend von der Darstellung in 1 kann jede Kamera 32, 34, 42, 44 der Stereokamera 20 anstelle jeweils eines Bildsensors 34, 44 mehrere Bildsensoren aufweisen. Beispielsweise kann jede Kamera mehrere Bildsensoren für verschiedene Wellenlängenbereiche innerhalb und/oder außerhalb des für das gesunde menschliche Auge sichtbaren Spektralbereichs aufweisen. Diese mehreren Bildsensoren können durch wellenlängenabhängig reflektierende Flächen oder andere Strahlteiler gleichzeitig und/oder – beispielsweise durch schwenkbare oder verschiebbare reflektierende Flächen gesteuert – abwechselnd belichtet werden.
Jedes Objektiv 32, 42 weist eine optische Achse 38, 48 auf. Jeder Bildsensor 34, 44 ist orthogonal zur optischen Achse 38, 48 des zugeordneten Objektivs 32, 42 angeordnet. Die optischen Achsen 38, 48 der Objektive 32, 42 der Stereokamera 20 sind parallel zueinander und zur Zeichenebene der 1 angeordnet und weisen einen Abstand b_K auf. Der Abstand b_K wird auch als Breite der Stereobasis oder als Basisbreite, manchmal auch als Basislänge bezeichnet.
Bei dem dargestellten Beispiel ist das linke Ende des ersten Objekts 11, nämlich das stumpfe, linke Ende des Pfeils, in der Mitte zwischen den optischen Achsen 38, 48 der Objektive 32, 42 der Stereokamera 20 angeordnet. Ebenso ist ein Ende des zweiten Objekts 12, nämlich das dünne, rechte Ende der Stecknadel in der Mitte zwischen den optischen Achsen 38, 48 der Objektive 32, 42 der Stereokamera 20 angeordnet.
Die Stereokamera 20 weist einen Bildsignalausgang 25 auf, der mit einem Bildsignaleingang 52 einer Bildverarbeitungseinrichtung 50 gekoppelt ist. Die Bildverarbeitungseinrichtung 50 kann Einrichtungen zur Decodierung, Codierung, Verstärkung, Aufbereitung, Speicherung oder Bearbeitung von Bilddaten, die von der Stereokamera 20 empfangen werden, aufweisen.
Ein Bildsignalausgang 56 der Bildverarbeitungseinrichtung 50 ist mit einem Bildsignaleingang 65 einer Anzeigevorrichtung 60 gekoppelt. Die Anzeigevorrichtung 60 ist vorgesehen und ausgebildet, um eine Stereo-Abbildung für die Augen 16, 17 eines Betrachters bereitzustellen bzw. zu erzeugen bzw. anzuzeigen bzw. wiederzugeben. Die von der Anzeigevorrichtung 60 bereitgestellte Stereo-Abbildung umfasst eine erste Abbilding 66 für das linke Auge 16 eines Betrachters und eine zweite Abbilding 67 für das rechte Auge 17 des Betrachters. Die Abbildungen 66, 67 unterscheiden sich in der Regel, indem gleiche Objekte aus unterschiedlichen Ansichten wiedergegeben sind und die Wiedergaben zweier Objekte in den Abbildingen 66, 67 unterschiedliche Abstände aufweisen, um beim Betrachter einen räumlichen Eindruck hervorzurufen.
Die Anzeigevorrichtung 60 ist bei dem in 1 dargestellten Beispiel ein Bildschirm, beispielsweise eine durch Dünnschichttransistoren angesteuerte aktive Matrix organischer Leuchtdioden (OLED) oder Flüssigkristallanzeige (LCD). Alternativ und abweichend von der Darstellung in 1 kann die Anzeigevorrichtung 60 einen Projektor und einen Projektionsschirm umfassen, wobei der Projektor die Abbildingen 66, 67 auf den Projektionsschirm projiziert.
Im Rahmen einer Patentanmeldung können weder unterschiedliche Farben dargestellt noch unterschiedliche Polarisationen verwendet werden. Deshalb sind die Abbildingen 66, 67 in 1 geringfügig gegeneinander vertikal versetzt dargestellt, um sie unterscheiden zu können. Tatsächlich werden die Abbildingen 66, 67 insbesondere in der selben Abbildungsfläche (insbesondere Abbildungsebene) erzeugt bzw. bereitgestellt.
Die für das linke Auge 16 vorgesehene erste Abbilding 66 und die für das rechte Auge 17 vorgesehenen zweite Abbilding 67 unterscheiden sich beispielsweise durch ihre Farben oder ihre Polarisation. Mittels zweier verschiedener Farb- bzw. Polarisations-Filter (die in 1 nicht dargestellt sind) vor den Augen 16, 17 wird sichergestellt, dass das linke Auge 16 nur die für das linke Auge vorgesehene Abbilding 66 und das rechte Auge 17 nur die für das rechte Auge vorgesehene Abbilding 67 sieht.
Alternativ können die für das linke Auge 16 vorgesehene erste Abbilding 66 und die für das rechte Auge 17 vorgesehene Abbilding 67 schnell abwechselnd auf der Anzeigevorrichtung 60 unmittelbar erzeugt oder auf einen Projektionsschirm projiziert werden. Mittels synchron dazu alternierend betriebener Blenden (beispielsweise in Flüssigkristalltechnologie; in 1 ebenfalls nicht dargestellt) wird sichergestellt, dass abwechselnd nur das linke Auge 16 nur die für das linke Auge 16 vorgesehene Abbilding 66 und das rechte Auge 17 nur die für das rechte Auge 17 vorgesehene Abbilding 67 sieht.
Die Abstände a_G der Hauptebenen der Objektive 32, 42 von denjenigen Ebenen, die zu den optischen Achsen 38, 48 orthogonal und zu den Hauptebenen der Objektive 32, 42 parallel sind und das erste Objekt 11 oder das zweite Objekt 12 enthalten, werden als Gegenstandsweiten bezeichnet. Die Abstände a_B der Hauptebenen der Objektive 32, 42 von den Bildsensoren 34, 44 – genauer: von deren dünnen lichtempfindlichen Schichten – werden als Bildweite bezeichnet. Ein Objekt 11, 12 wird genau dann scharf abgebildet, wenn für die Gegenstandsweite a_G, die Bildweite a_B und die Brennweite f des Objektivs die Linsengleichung gilt, 1/a_G + 1/a_B = 1/f (Gleichung 1).
In 1 sind die Objektive 32, 42 beispielhaft und vereinfachend jeweils dargestellt als dünne Linsen. Abweichend von der Darstellung in 1 können die Objektive 32, 42 je eine dicke Linse oder mehreren Linsen umfassen. In diesem Fall gilt die Linsengleichung, wenn als Gegenstandsweite a_G der Abstand des Objekts 11, 12 von einer objektseitigen Hauptebene und als Bildweite a_B der Abstand des Objekts 11, 12 von einer bildseitigen Hauptebene verwendet werden.
Der Abstand a_K der Lichteintrittsfläche 22 der Stereokamera 20 von dem scharf abgebildeten Objekt 11, 12 wird als Arbeitsabstand bezeichnet. Die Differenz zwischen der Summe aus Gegenstandsweite a_G und Bildweite a_B und dem Arbeitsabstand a_K ist bei dem dargestellten Beispiel konstant und entspricht den Abständen der lichtempfindlichen Flächen der Bildsensoren 34, 44 von der Lichteintrittsfläche 22 der Stereokamera 20.
In 1 sind links und rechts zwei verschiedene Situationen bzw. Konfigurationen des Systems 10, insbesondere der Stereokamera 20, mit unterschiedlichen Positionen der Objektive 32, 42 dargestellt. Die Objektive 32, 42 können insbesondere durch eine gemeinsame Translationsbewegung entlang eines geraden Pfads, der parallel zu den optischen Achsen 38, 48 der Objektive 32, 42 ist, von der in 1 links dargestellten Position zu der in 1 rechts dargestellten Position – und umgekehrt – bewegt werden. In den unterschiedlichen Positionen der Objektive 32, 42 weisen die Bildweiten a_B unterschiedliche Werte auf. Entsprechend weisen auch die Gegenstandsweiten a_G unterschiedliche Werte auf. In 1 links ist eine Situation dargestellt, bei der die Gegenstandsweite a_G für das erste Objekt 11 und die Bildweite a_B die Linsengleichung (Gleichung 1) erfüllen. Deshalb erzeugen bei der in 1 links dargestellten Situation die Objektive 32, 42 je ein scharfes Bild 70, 80 des ersten Objekts 11 auf den Bildsensoren 34, 44.
Bei der in 1 links dargestellten Situation werden auf den Bildsensoren 34, 44 auch Bilder des zweiten Objekts 12 erzeugt. Da das zweite Objekt 12 aber weit von der Ebene entfernt ist, die scharf auf die Bildsensoren 34, 44 abgebildet wird, sind die Bilder des zweiten Objekts 12 bei der in 1 links dargestellten Situation unscharf und der Einfachheit halber in 1 links nicht dargestellt.
In 1 rechts ist eine Situation dargestellt, bei der die Gegenstandsweite a_G für das zweite Objekt 12 und die Bildweite a_B die Linsengleichung erfüllen. Dabei sind die Bildweite a_B größer als bei der in 1 links dargestellten Situation und entsprechend die Gegenstandsweite a_G kleiner als bei der in 1 links dargestellten Situation. Deshalb erzeugen bei der in 1 rechts dargestellten Situation die Objektive 32, 42 je ein scharfes Bild 71, 81 des zweiten Objekts 12 an den Bildsensoren 34, 44.
Bei der in 1 rechts dargestellten Situation werden auf den Bildsensoren 34, 44 auch Bilder des ersten Objekts 11 erzeugt. Da das erste Objekt 11 aber weit von der Ebene entfernt ist, die scharf auf die Bildsensoren 34, 44 abgebildet wird, sind die Bilder des ersten Objekts 11 bei der in 1 rechts dargestellten Situation unscharf und der Einfachheit halber in 1 rechts nicht dargestellt.
Die unterschiedlichen Positionen der Objektive 32, 42 in 1 links für die Erzeugung scharfer Bilder 70, 80 des ersten Objekts 11 und in 1 rechts für die Erzeugung scharfer Bilder 71, 81 des zweiten Objekts 12 sind nur ein Beispiel für unterschiedliche Einstellungen der Objektive 32, 42 zur Fokussierung bzw. Scharfstellung von Objekten in unterschiedlichen Abständen. Wenn jedes Objektiv 32, 42 abweichend von der Darstellung in 1 jeweils mehrere Linsen oder Linsengruppen umfasst, kann jedes Objektiv 32, 42 gesamt, d. h. alle Linsen oder Linsengruppen gemeinsam bewegt werden. Alternativ können anstelle der gesamten Objektive 32, 42 nur jeweils eine oder mehrere Linsen oder Linsengruppen jedes Objektivs 32, 42 zwischen verschiedenen Positionen bewegt werden, während andere Linsen oder Linsengruppen der Objektive 32, 42 unbewegt bleiben.
Der Abstand der Objektive 32, 42 hat zur Folge, dass die Objekte 11, 12 von den beiden Kameras 32, 34, 42, 44 aus unterschiedlichen Blickrichtungen bzw. Perspektiven gesehen werden. Eine Folge ist, dass bei der in 1 links dargestellten Situation der Abstand d der Bilder 70, 80 des ersten Objekts 11 größer ist als der Abstand b_K der optischen Achsen 38, 48 der Objektive 32, 42, und dass bei der in 1 rechts dargestellten Situation der Abstand d der Bilder 71, 81 des zweiten Objekts 12 größer ist als der Abstand b_K der optischen Achsen 38, 48 der Objektive 32, 42.
Der Abstand d zwischen dem durch das erste Objektiv 32 erzeugten Bild 70, 71 eines Objekts 11, 12 und dem durch das zweite Objektiv 42 erzeugten Bild 80, 81 desselben Objekts 11, 12 setzt sich zusammen aus der Breite b_K der Stereobasis (d. h. dem Abstand der optischen Achsen 38, 48), dem Abstand d_L des ersten Bilds 70, 71 auf dem ersten Bildsensor 34 von der optischen Achse 38 des ersten Objektivs 34 und dem Abstand d_R des zweiten Bilds 80, 81 auf dem zweiten Bildsensor 44 von der optischen Achse 48 des zweiten Objektivs 42, d = b_K + d_L + d_R. Ein Objekt (im Fall eines ausgedehnten Objekts 11, 12 genauer: ein Punkt an dem Objekt 11, 12) und sein Bild 70, 71, 80, 81 (im Fall eines ausgedehnten Objekts: der dem Punkt am Objekt 11, 12 entsprechende Punkt am Bild 70, 71, 80, 81) liegen auf einer Gerade durch den Schnittpunkt der optischen Achse 38, 48 und der Hautebene des abbildenden Objektivs 32, 42. Aus der Betrachtung ähnlicher Dreiecke in 1 folgt für den Abstand d = b_K + d_L + d_R zwischen dem durch das erste Objektiv 32 erzeugten Bild 70, 71 eines Objekts 11, 12 und dem durch das zweite Objektiv 42 erzeugten Bild 80, 81 des selben Gegenstands 11, 12 d = b_K + b_K a_B/a_G = b_K(1 + a_B/a_G) (Gleichung 2).
Für ein maximal scharf abgebildetes Objekt 11, 12 gilt die Linsengleichung (Gleichung 1). Durch Einsetzen der Linsengleichung (Gleichung 1) in der Form 1 + a_B/a_G = a_B/f in Gleichung 2 folgt d = a_Bb_K/f (Gleichung 3). Gleichung 3 gilt aufgrund der Verwendung der Linsengleichung (Gleichung 1) nur für die Wiedergabe eines Objekts, für das Gegenstandsweite a_G, und Bildweite a_B die Linsengleichung erfüllen, das also durch die Objektive 32, 42 maximal scharf auf die Bildsensoren 34, 44 abgebildet wird. Für Objekte, die sich innerhalb des Schärfentiefebereichs befinden, die aber nicht maximal scharf abgebildet werden, weil Gegenstandsweite a_G, und Bildweite a_B die Linsengleichung nicht erfüllen, ist nur Gleichung 2 anwendbar.
Mittels der Stereokamera 20 gewonnenen Bilddaten werden von der Bildverarbeitungseinrichtung 50 verwendet, um die Bereitstellung bzw. Erzeugung der ersten Abbilding 66 und der zweiten Abbilding 67 durch die Anzeigevorrichtung 60 zu steuern. Bei der in 1 gezeigten Stereokamera 20 sind die baugleichen Bildsensoren 34, 44 so angeordnet, dass der Abstand d_S (in 1 nicht eigens gekennzeichnet) der Mittelpunkte der Bildsensoren 34, 44 bei der in 1 links gezeigten Situation dem Abstand d = a_Bb_K/f der Bilder 70, 80 entspricht, d_S = d = a_Bb_B/f. Deshalb sind bei der in 1 links gezeigten Situation die Wiedergabe des ersten Objekts 11 in der ersten Abbilding 66 und die Wiedergabe des ersten Objekts 11 in der zweiten Abbilding 67 deckungsgleich. Ein Betrachter der Anzeigevorrichtung 60 nimmt die Wiedergabe des ersten Objekts 11 in der Abbildungsebene der Anzeigevorrichtung 60 wahr.
Bei der in 1 rechts gezeigten Situation ist jedoch wegen der kleineren Gegenstandsweite a_G und der entsprechend größeren Bildweite a_B der Abstand d = a_Bb_K/f (Gleichung 3) größer als der Abstand d_S der Mitten der Bildsensoren 34, 44, d > d_S. Die Differenz d – d_S des Abstands d der beiden Bilder 71, 81 des zweiten Objekts 12 und des Abstands d_S der Mitten der Bildsensoren 34, 44 drückt sich in einem horizontalen Abstand d_P der Wiedergabe des zweiten Objekts 12 in der ersten Abbilding 66 und der Wiedergabe des zweiten Objekts 12 in der zweiten Abbildung 67 aus. Da die Wiedergabe des zweiten Objekts 12 in der ersten Abbilding 66 für das linke Auge 16 rechts von der Wiedergabe des zweiten Objekts 12 in der zweiten Abbilding 67 für das rechte Auge 17 liegt, ist der Konvergenzwinkel β größer als bei der in 1 links dargestellten Abbildung des ersten Gegenstands 11. Ein Betrachter der Anzeigevorrichtung 60 nimmt deshalb den zweiten Gegenstand 12 als näher als den ersten Gegenstand 11 und als vor der Abbildungsfläche der Anzeigevorrichtung 60 angeordnet wahr.
Der horizontale Abstand d_P der Wiedergabe des zweiten Objekts 12 in der ersten Abbilding 66 und der Wiedergabe des zweiten Objekts 12 in der zweiten Abbilding 67 wird als Deviation oder Disparität bezeichnet, manchmal auch als Querdisparation oder Querdisparität. Die Disparität d_P beträgt d_P = V(d – d_S) (Gleichung 4).
Die Vergrößerung V = V_g V_d ist das Produkt aus dem Geometrieverhältnis V_g und der digitalen Vergrößerung V_d. Das Geometrieverhältnis V_g = B_D/B_S ist der Quotient der Breite B_D der Abbildungen 66, 67 auf der Anzeigevorrichtung 60 und der Breite B_S des lichtempfindlichen Bereichs des einzelnen Bildsensors 34, 44. Bei einer Breite B_D der Anzeigevorrichtung in der Größenordnung von einem Meter und einer Breite B_S des einzelnen Bildsensors in der Größenordnung von einigen Millimetern folgt ein Geometrieverhältnis in der Größenordnung von Hundert.
Die digitale Vergrößerung V_d ist 1, wenn die gesamte (parallel zur Zeichenebene der 1 gemessene) Breite der von den Bildsensoren 34, 44 erfassten Bilder 70, 71 auf der gesamten Breite der Anzeigevorrichtung 60 wiedergegeben wird. Die digitale Vergrößerung V_d ist größer als 1, V_d > 1, wenn nur Bereiche mit der Breite 1/V_d der von den Bildsensoren 34, 44 erfassten Bilder auf der gesamten Breite der Anzeigevorrichtung 60 wiedergegeben werden.
Beispielsweise weisen die Bildsensoren 34, 44 jeweils 3840 mal 2160 Pixel und die Anzeigevorrichtung 60 für die erste Abbilding 67 und für die zweite Abbilding 67 jeweils 1920 mal 1080 Pixel auf, wobei die jeweils größere Zahl in Richtung parallel zur Zeichenebene der 1 gezählt ist. Durch eine Halbierung der Auflösung der durch die Bildsensoren 34, 44 erfassten Bilddaten in jeder Richtung können die gesamten von den Bildsensoren 34, 44 erfassten Bilder 70, 71, 80, 81 auf der gesamten Anzeigevorrichtung 60 dargestellt werden. Die digitale Vergrößerung V_d beträgt V_d = 1.
Wenn aus den von den Bildsensoren 34, 44 bereitgestellten Bilddaten nur jeweils ein Bereich von 1920 mal 1080 Pixel ausgewählt und in gleicher Auflösung auf der gesamten Anzeigevorrichtung 60 wiedergegeben wird, beträgt die digitale Vergrößerung V_d = 2. Wenn aus den von den Bildsensoren 34, 44 bereitgestellten Bilddaten nur jeweils ein Bereich von 960 mal 540 Pixel ausgewählt und in halbierter Auflösung oder interpoliert auf der gesamten Anzeigevorrichtung 60 wiedergegeben wird, beträgt die digitale Vergrößerung V_d = 4.
Mit V = V_gV_d und V_g = B_D/B_S und d = b_K(1 + a_B/a_G) (Gleichung 2) beträgt die Disparität d_P = V_d(B_D/B_S)(b_K + b_Ka_B/a_G – d_S) (Gleichung 5).
Wenn die Gegenstandsweite a_G eines Objekts größer ist als für das erste Objekt 11, ist die Disparität d_P seiner Wiedergabe in den Abbilding 66, 67 negativ, d_P < 0, und das Objekt wird von einem Betrachter als hinter der Abbildungsfläche der Anzeigevorrichtung 60 angeordnet (in 1: in Richtung zum unteren Rand der Seite hin versetzt) wahrgenommen. Wenn die Disparität d_P der Wiedergabe eines Objekts gleich dem negativen Augenabstand b_A ist, d_P = –b_A, ist der Konvergenzwinkel β = 0, und das Objekt wird als sehr weit entfernt wahrgenommen. Eine Disparität d_P < –b_A (d. h. der Abstand der Wiedergaben des selben Objekts in den beiden Abbildungen ist größer als der Augenabstand und die Wiedergabe des Objekts in der Abbildung für das linke Auge liegt links der Abbildung für das rechte Auge) wird als irritierend oder schmerzhaft wahrgenommen oder führt zum Verlust der räumlichen Wahrnehmung, da das Gehirn die Wiedergaben eines Objekts mit einer solchen Disparität nicht mehr einander zuordnen kann. Der negative Augenabstand –b_A ist somit die Untergrenze für die Disparität d_P.
Somit ist bei dem in 1 dargestellten stereoskopischen System 10 nur für scharf abgebildete Gegenstände bei einer Gegenstandsweite a_G, nämlich bei der in 1 links dargestellten, die Disparität d_P = 0. Bei allen anderen Gegenstandsweiten a_G ist die Disparität d_P > 0, nämlich für die Wiedergabe von näher bei der Stereokamera 20 liegenden Objekten, oder d_P < 0, nämlich für die Wiedergabe von Objekten, die von der Stereokamera 20 weiter entfernt sind. Eine Veränderung der Fokussierung durch Verändern der Bildweite a_B und damit Verschiebung der Ebene oder Fläche, die scharf abgebildet wird, hat eine Veränderung der Disparität zur Folge, die als irritierend, ermüdend oder schmerzhaft wahrgenommen werden kann.
2 zeigt zwei schematische Darstellungen eines weiteren stereoskopisches Systems 10 zur Erfassung eines Stereobilds und zur Wiedergabe einer entsprechenden Stereo-Abbilding 66, 67 für die Augen 16, 17 eines Betrachters. Die Art der Darstellung entspricht derjenigen der 1. Insbesondere ist das stereoskopische System 10 in 2 links und rechts in zwei verschiedenen Situationen oder Konfiguration dargestellt, bei denen jeweils eines von zwei Objekten 11, 12 scharf auf die Bildsensoren 34, 44 abgebildet wird.
Das in 2 gezeigte stereoskopische System 10 ähnelt in einigen Merkmalen, Eigenschaften und Funktionen dem anhand der 1 dargestellten stereoskopischen System. Nachfolgend sind Merkmale, Eigenschaften und Funktionen des in 2 gezeigten stereoskopischen Systems 10 beschrieben, in denen dieses sich von dem anhand der 1 dargestellten stereoskopischen System unterscheidet.
Bei dem in 2 gezeigten stereoskopischen System 10 weist die Stereokamera 20 eine Fokussiereinrichtung 23 zum gleichzeitigen bzw. synchronen Bewegen der Objektive 32, 42 auf. Jedes Objektiv 32, 42 ist innerhalb eines vorbestimmten Bereichs entlang eines vorbestimmten Pfads verschiebbar. Insbesondere sind beide Pfade, entlang derer die Objektive 32, 42 bewegbar sind, jeweils gerade, parallel zu einander und parallel zu den optischen Achsen 38, 48 der Objektive 32, 42. Bei dem dargestellten Beispiel sind beide Objektive mechanisch starr verbunden, beispielsweise indem sie in zwei parallelen Durchgangsbohrungen in einem Trägerbauteil angeordnet sind.
In 2 ist als Fokussiereinrichtung 23 eine Gewindespindel mit einem untersetzten oder nicht untersetzten Motor oder einem anderen Antrieb angedeutet. Eine Spindelmutter, die mit den Objektiven 32, 42 mechanisch starr verbunden ist, kann durch Rotation der Gewindespindel in Richtung parallel zur Rotationsachse der Gewindespindel bewegt werden. Alternativ und abweichend von der Darstellung in 2 kann die Fokussiereinrichtung 23 vorgesehen und ausgebildet sein, um auf andere Weise die Objektive 32, 42 der Stereokamera 20 zu bewegen.
Alternativ und abweichend von der Darstellung in 2 kann kinematisch umgekehrt ein Antrieb der Fokussiereinrichtung 23 mit den Objektiven 32, 42 mechanisch starr verbunden sein, wobei beispielsweise eine Spindelmutter mittelbar mechanisch starr mit den Bildsensoren 34, 44 verbunden ist. Alternativ und abweichend von der Darstellung in 2 können ferner zwei Fokussiereinrichtungen zum Bewegen je eines Objektivs 32, 42 vorgesehen sein.
Die Fokussiereinrichtung 23 ist zum Empfangen eines Steuersignals zum Steuern der Fokussiereinrichtung 23 ausgebildet. Ein Steuersignal für die Fokussiereinrichtung kann durch eine Versorgungsspannung für einen Antrieb der Fokussiereinrichtung 23 gebildet sein. Alternativ kann ein analoges oder digitales Steuersignal für die Fokussiereinrichtung 23 einen Sollwert für eine Drehrichtung und eine Drehzahl oder eine Bewegungsrichtung und eine Bewegungsgeschwindigkeit und/oder einen Sollwert für eine einzunehmende Position und/oder einen Befehl für einen Schritt eines Schrittmotors umfassen oder codieren.
Durch die Fokussiereinrichtung 23 können die Bildweiten a_B und damit nach der Linsengleichung (Gleichung 1) gleichzeitig die Gegenstandsweiten a_G verändert werden. Somit kann mittels der Fokussiereinrichtung 23 die Ebene oder die Fläche, die scharf auf die Bildsensoren 34, 44 abgebildet wird, verschoben werden. Durch die Fokussiereinrichtung 23 können die Objektive 32, 42 insbesondere in die in 2 links dargestellten Positionen, bei denen der erste Gegenstand 11 scharf auf die Bildsensoren 34, 44 abgebildet wird, oder in die in 2 rechts dargestellten Positionen, bei denen der zweite Gegenstand 12 scharf auf die Bildsensoren 34, 44 abgebildet wird, bewegt werden.
Das in 2 gezeigte stereoskopische System 10 umfasst ferner eine Benutzerschnittstelle 26 zum Empfangen eines Steuerbefehls. Die Benutzerschnittstelle umfasst beispielsweise eine oder mehrere Tasten, einen Hebel, ein berührungsempfindliche Fläche, eine Gestenerkennung oder eine Spracherkennung, um einen Steuerbefehl zu empfangen. Ein Benutzer kann beispielsweise durch Druck auf eine Taste, Bewegung eines Hebels, Berührung einer berührungsempfindlichen Fläche, Ausführung einer Geste, Sprechen eines vorbestimmten Worts oder Erzeugen eines vorbestimmten Lauts einen Befehl geben, der von der Benutzerschnittstelle erkannt und in ein Befehlssignal umgesetzt wird.
Das in 2 gezeigte stereoskopische System 10 unterscheidet sich von dem anhand der 1 dargestellten stereoskopischen System ferner in Merkmalen, Eigenschaften und Funktionen der Bildverarbeitungseinrichtung 50. Wie bei dem anhand der 1 dargestellten stereoskopischen System kann auch bei dem in 2 gezeigten stereoskopischen System die Bildverarbeitungseinrichtung 50 Einrichtungen zur Verstärkung, Decodierung, Codierung, Aufbereitung, Speicherung oder Bearbeitung von Bilddaten, die von der Stereokamera 20 empfangen werden, aufweisen. Die Bildverarbeitungseinrichtung 50 ist ferner dazu vorgesehen und ausgebildet, nur einen Teil der Bilddaten, die von den Bildsensoren 34, 44 gewonnen werden können, am Bildsignalausgang 56 auszugeben, so dass die von der Anzeigevorrichtung 60 bereitgestellten Abbildungen 66, 67 nur Ausschnitte der von den Objektiven 32, 42 auf den Bildsensoren 34, 44 erzeugten Bilder darstellen.
Dazu weist die Bildverarbeitungseinrichtung 50 insbesondere einen ersten Bilddatenspeicher 53 zum vorübergehenden oder dauerhaften Speichern von Bilddaten, die vom ersten Bildsensor 34 gewonnen wurden, und einen zweiten Bilddatenspeicher 54 zum vorübergehenden oder dauerhaften Speichern von Bilddaten, die vom zweiten Bildsensor 44 gewonnen wurden, auf. Insbesondere sind der erste Bilddatenspeicher 53 zum Speichern von Bilddaten, die ein ganzes vom ersten Bildsensor 34 erfasstes Bild 70, 71 repräsentieren, und der zweite Bilddatenspeicher 54 zum Speichern von Bilddaten, die ein ganzes vom zweiten Bildsensor 44 erfasstes Bild 80, 81 repräsentieren, ausgebildet.
Das stereoskopische System 10 umfasst ferner eine Steuerung 90 mit einem ersten Steuersignalausgang 93, der mit dem ersten Bilddatenspeicher 53 gekoppelt ist, und einem zweiten Steuersignalausgang 94, der mit dem zweiten Bilddatenspeicher 54 gekoppelt ist, zum Übertragen von Steuersignalen an die Bilddatenspeicher 53, 54. Die Steuerung 90 und die Bilddatenspeicher 53, 54 sind so ausgebildet, dass die Steuerung 90 steuern kann, welche Bilddaten aus den Bilddatenspeichern 53, 54 auszulesen sind.
Ferner umfasst die Steuerung 90 einen dritten Steuersignalausgang 95, der mit der Fokussiereinrichtung 23 gekoppelt ist, zum Übertragen eines Steuersignals an die Fokussiereinrichtung 23. Die Steuerung 90 und die Fokussiereinrichtung 23 sind so ausgebildet, dass die Steuerung mittels der Fokussiereinrichtung 23 die Bildweite a_B und damit auch die Gegenstandsweite a_G, den Arbeitsabstand a_K und die Position der Ebene, die scharf auf die Bildsensoren 34, 44 abgebildet wird, verändern und/oder einstellen kann.
Ferner umfasst die Steuerung 90 einen Befehlssignaleingang 96, der mit der Benutzerschnittstelle 26 gekoppelt ist, zum Empfangen eines Befehlssignals von der Benutzerschnittstelle 26.
Ferner umfasst die Steuerung 90 einen Positionssignaleingang 97, der mit einem Positionssensor 98 gekoppelt ist, zum Empfangen eines Positionssignals, das die Position der Objektive 32, 42 und damit mittelbar, aber eindeutig die Bildweite a_B, die Gegenstandsweite a_G, en Arbeitsabstand a_K und die Position der Ebene, die scharf auf die Bildsensoren 34, 44 abgebildet wird, repräsentiert.
Die Steuerung 90 kann wie in 2 angedeutet als von der Bildverarbeitungseinrichtung 50 verschiedene und optional auch von der Bildverarbeitungseinrichtung 50 beabstandete Einrichtung ausgebildet sein. Alternativ und abweichend von der Darstellung in 2 können die gesamte Steuerung 90 oder ein oder mehrere Teile der Steuerung 90 und/oder die Benutzerschnittstelle 26 innerhalb der Bildverarbeitungseinrichtung 50 vorgesehen und angeordnet sein. Ferner kann die gesamte Steuerung 90 oder ein Teil der Steuerung 90 mit der Benutzerschnittstelle 26 integriert sein.
Die Steuerung 90 ist ausgebildet, um von der Benutzerschnittstelle 26 ein Befehlssignal zu empfangen, das eine von einem Benutzer gewünschte Veränderung der Gegenstandsweite a_G und damit des Arbeitsabstands a_K und der Position der Ebene, die scharf auf die Bildsensoren 34, 44 abgebildet wird, repräsentiert. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung 90 ausgebildet sein, um von der Benutzerschnittstelle 26 ein Befehlssignal zu empfangen, das eine von einem Benutzer gewünschte Gegenstandsweite a_G bzw. eine von einem Benutzer gewünschte Position der Ebene, die scharf auf die Bildsensoren 34, 44 abgebildet wird, repräsentiert.
Die Steuerung 90 ist ferner ausgebildet, um abhängig von dem Befehlssignal die Fokussiereinrichtung 23 zu steuern, insbesondere um die Gegenstandsweite a_G und den Arbeitsabstand a_K zu vergrößern oder zu verkleinern. Die Steuerung 90 ist ferner ausgebildet, um die Fokussiereinrichtung 23 abhängig von der durch den Positionssensor 98 erfassten Position der Objektive 32, 42 zu steuern. Beispielsweise vergleicht die Steuerung 90 eine Soll-Position, die durch ein von der Benutzerschnittstelle 26 empfangenes Befehlssignal repräsentiert wird, mit einer Ist-Position, die durch ein von dem Positionssensor 98 empfangenes Positionssignal repräsentiert wird, und bildet (insbesondere: berechnet) die Differenz zwischen Soll-Position und Ist-Position. Abhängig von der Differenz zwischen Soll-Position und Ist-Position steuert die Steuerung 90 die Fokussiereinrichtung 23 so, dass die Objektive 32, 42 so bewegt werden, dass die Ist-Position der Soll-Position angenähert wird bis die Ist-Position der Soll-Position entspricht.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung 90 ausgebildet sein, um die Fokussiereinrichtung 23 so zu steuern, dass eine Bewegungsrichtung und optional eine Bewegungsgeschwindigkeit der Objektive 32, 42 einer gewünschten Bewegungsrichtung und gegebenenfalls einer gewünschten Bewegungsgeschwindigkeit, die durch ein von der Benutzerschnittstelle empfangenes Befehlssignal repräsentiert werden, entspricht.
Die Steuerung 90 ist insbesondere ferner ausgebildet, um die Fokussiereinrichtung 23 so zu steuern, dass die Objektive 32, 42 nur Positionen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs einnehmen, und dass Befehle, die zu Positionen außerhalb dieses vorbestimmten Bereichs führen würden, ignoriert werden.
Alternativ zu einer Erfassung der Position der Objektive 32, 42 durch einen Positionssensor 98 kann die Steuerung 90 die Position der Objektive 32, 42 durch Zählen von Bewegungsschritten eines Schrittmotors der Fokussiereinrichtung 23 ausgehend von einer bekannten Ausgangsposition bestimmen. Die bekannte Ausgangsposition kann beispielsweise im Rahmen einer Initialisierungsroutine durch Anfahren eines Endes des vorbestimmten Bereichs zulässiger Positionen der Objektive 32, 42 bestimmt werden. Die Steuerung 90 kann das Erreichen des Endes beispielsweise anhand eine Veränderung der Leistungsaufnahme der Fokussiereinrichtung 23 oder mittels eines elektrischen Endschalters oder einer Lichtschranke erkennen.
Die Steuerung 90 ist ferner ausgebildet, um abhängig von der gewünschten Position der Objektive 32, 42, der gewünschten Bildweite a_B, dem gewünschten Arbeitsabstand a_K oder der gewünschten Gegenstandsweite a_G oder abhängig von den tatsächlichen Positionen der Objektive 32, 42, der tatsächlichen Bildweite a_B, dem tatsächlichen Arbeitsabstand a_K oder der tatsächlichen Gegenstandsweite a_G Ausschnitte 74, 84 zu bestimmen, aus denen Bilddaten aus den Bilddatenspeichern 53, 54 auszulesen sind. Dabei bestimmt die Steuerung 90 insbesondere die Positionen der Ausschnitte 74, 84.
Die Steuerung erzeugt Steuersignale, die die gewünschten Ausschnitte 74, 84, insbesondere deren Positionen, optional auch deren Größen, repräsentieren. Diese Steuersignale werden an die Bildverarbeitungseinrichtung 50 übertragen, um die Bildverarbeitungseinrichtung 50 so zu steuern, dass nur Bilddaten aus den Ausschnitten 74, 84 für die durch die Anzeigevorrichtung 60 bereitgestellten Abbildingen 66, 67 verwendet werden.
Wie in 2 im Vergleich der links und rechts dargestellten Situationen bzw. Konfigurationen erkennbar verschiebt die Steuerung 90 die Ausschnitte 74, 84 gegenläufig und simultan mit einer Veränderung der Position der Objektive 32, 42. Die Steuerung 90 positioniert die Ausschnitte 74, 84 derart, dass jederzeit genau für die Wiedergabe derjenigen Objekte mit der momentanen Gegenstandsweite a_G, die also von den Bildsensoren 34, 44 scharf erfasst werden, in der Stereo-abbilding 66, 67 die Disparität d_P = 0 beträgt.
Aus Gleichung 5 folgt, dass dazu die Positionen der Ausschnitte 74, 84 verschoben werden müssen. Dies erfolgt entsprechend eines ersten Korrekturparameters d_kL für die im ersten Bilddatenspeicher gespeicherten linken Bilddaten und eines zweiten Korrekturparameters d_kR für die im zweiten Bilddatenspeicher gespeicherten rechten Bilddaten. Für die Korrekturparameter d_kL, d_kR gilt d_kL = +1/2(b_K + b_Ka_B/a_G – d_S) und d_kR = –1/2(b_K + b_Ka_B/a_G – d_S) (Gleichung 6).
Dabei bedeutet ein positives Vorzeichen eine Verschiebung der seitenrichtigen Abbildung nach links (d. h. des verwendeten Ausschnitts bezogen auf die Bildsensoren 34, 44 nach links), ein negatives Vorzeichen eine Verschiebung der seitenrichtigen Abbildung nach rechts (d. h. des verwendeten Ausschnitts bezogen auf die Bildsensoren 34, 44 nach rechts).
Alternativ ist eine beliebige asymmetrische Verschiebung möglich, wobei die Korrekturparameter d_kL, d_kR so gewählt werden, dass d_k = d_kL – d_kR = b_K + b_Ka_B/a_G – d_S (Gleichung 7).
Um eine Verschiebung zu ermöglichen, kann V_d > 1 sein. In diesem Fall ist eine Korrektur der Disparität der Abbildungen zu d_P = 0 für einen umso größeren Bereich von Bildweiten a_B, entsprechend einem umso größeren Bereich von Gegenstandsweiten a_G und einem umso größeren Bereich von Arbeitsabständen a_K möglich, je größer V_d ist. Alternativ kann eine Beschneidung der Abbildingen 66, 67 an gegenüberliegenden Rändern in Kauf genommen werden, wodurch im Bereich des Beschnitts keine räumliche Wahrnehmung mehr möglich ist.
Die Folge der durch die Steuerung 90 vorgenommenen Disparitätskorrektur ist, dass – wie in 2 links und rechts angedeutet – bei verschiedenen Bildweiten a_B und entsprechenden verschiedenen Gegenstandsweiten a_G immer für die Wiedergabe maximal scharf abgebildeter Objekte die Disparität d_P = 0 beträgt. Für Betrachter irritierende oder ermüdende Disparitäten werden so vermieden.
Alternativ zu einer Korrektur der Disparität d_P der Stereoabbilding 66, 67 zu d_P = 0 kann die Disparität d_P der Stereoabbilding 66, 67 auf einen beliebigen anderen vorbestimmten Wert eingestellt werden, beispielsweise d_P = 10 mm. In diesem Fall werden Objekte, die in der Stereoabbilding 66, 67 scharf wiedergegeben werden, als etwas hinter der Abbildungsfläche der Anzeigevorrichtung 60 angeordnet wahrgenommen.
In 2 sind die Bilddatenspeicher 53, 54 als Rechtecke dargestellt, in denen Bilddaten entsprechend den durch sie repräsentierten Bildern oder Abbildungen abgelegt sind. Entsprechend sind die Ausschnitte 74, 84 rechteckig. Dies dient der Anschaulichkeit der 2. Tatsächlich können die Bilddatenspeicher 53, 54 jedoch anders organisiert und Bilddaten darin in einer nicht den repräsentierten Bildern oder Abbildungen entsprechenden Anordnung abgelegt sein. Unabhängig von der Organisation der Bilddatenspeicher 53, 54 sind die Steuerung 90 und die Bilddatenspeicher 53, 54 so ausgebildet, dass die aus den Bilddatenspeichern 53, 54 ausgelesenen und zur Erzeugung der Abbildingen 66, 67 an die Anzeigevorrichtung 60 verwendeten Bilddaten nur den Ausschnitten 66, 67 aus den von den Bildsensoren 34, 44 erfassten Bildern entsprechen.
Abweichend von der Darstellung in 2 ist zur Auswahl eines Ausschnitts 74, 84 und zur ausschließlichen Verwendung von Bilddaten aus diesen Ausschnitten 74, 84 zur Erzeugung der Abbildingen 66, 67 keine Speicherung, zumindest keine vollständige Speicherung von Bilddaten im Umfang der gesamten von den Bildsensoren 34, 44 erfassten Bilddaten erforderlich. Beispielsweise können Bilddaten, die Orten außerhalb der von der Steuerung 90 ausgewählten Ausschnitte 74, 84 zugeordnet sind, ohne Speicherung verworfen und nur solche Bilddaten, die Orten innerhalb der von der Steuerung 90 ausgewählten Ausschnitte 74, 84 zugeordnet sind, zur Erzeugung der Abbildingen 66, 67 verwendet werden. Dazu kann im Fall einer seriellen oder teilseriellen Übertragung von Bilddaten lediglich ein Puffer zur Verstetigung des Datenflusses vorgesehen sein. Ein Verzicht auf eine vollständige Speicherung von Bilddaten kann eine Verringerung der Latenzzeit zwischen der Erfassung durch die Bildsensoren 34, 44 und der Erzeugung entsprechender Abbildingen 66, 67 durch die Anzeigevorrichtung 60 bewirken.
Ein Betrachter nimmt nicht nur die Disparität der Objekte in der Fläche maximal scharfer Abbildung (im Folgenden: Fokusebene) wahr, sondern auch die Disparität d_P anderer Objekte, deren Wiedergabe in der Stereoabbilding 66, 67 ausreichend scharf ist. Die Schärfe nimmt ausgehend von der Fokusebene nach vorn (zur Stereokamera 20 hin) und nach hinten (von der Stereokamera 20 weg) ab. Die Disparität d_P steigt jedoch deutlich asymmetrisch nach vorn stärker an als sie nach hinten abnimmt. Die Folge ist, dass innerhalb eines bestimmten Bereichs mit einer vorbestimmten Mindestschärfe die Disparität d_P naher Gegenstände oft eher irritierend, ermüdend oder anstrengend wirkt als die ferner Gegenstände. Da die Disparität umso größer ist, je größer die Vergrößerung V = V_gV_d ist, ist eine irritierende, ermüdende oder anstrengende Disparität d_P mit zunehmender Vergrößerung, insbesondere mit zunehmender digitaler Vergrößerung V_d immer schneller erreicht. Wenn die Brennweite f veränderbar und einstellbar ist, steigt die Disparität d_P auch mit der Brennweite f, und eine irritierende, ermüdende oder anstrengende Disparität d_P ist mit zunehmender Brennweite f immer schneller erreicht.
Da das Geometrieverhältnis V_g in der Regel unveränderlich ist, ist die Steuerung 90 insbesondere so ausgebildet, dass die Disparität d_P der Wiedergabe von Objekten in der Fokusebene von der digitalen Vergrößerung V_d und/oder von der Brennweite f abhängt. Dabei ist die Disparität d_P der Wiedergabe von Objekten in der Fokusebene insbesondere für kleine Werte der digitalen Vergrößerung V_d und kleine Werte der Brennweite f klein (beispielsweise d_P = 0), so dass Objekte in der Fokusebene der Stereokamera 20 als in der Abbildungsfläche der Anzeigevorrichtung 60 angeordnet wahrgenommen werden. Mit zunehmenden Werten der digitalen Vergrößerung V_d und/oder zunehmenden Werten der Brennweite f wird die Disparität d_P kleiner (negativer), so dass die Wiedergabe von Objekten in der Fokusebene als immer weiter hinter der Abbildungsfläche der Anzeigevorrichtung 60 angeordnet wahrgenommen wird.
Beispielsweise wird d_k (vgl. Gleichung 7) um einen Term d_kV = c₁V_d – c₂ ergänzt, wobei c₁ und c₂ Konstanten sind, d_k = b_K + b_Ka_B/a_G – d_S + c₁V_d – c₂ (Gleichung 8).
Ein anderes Beispiel für d_k ist d_k = b_K + b_Ka_B/a_GM – d_S + (k – k/V_d) = b_Ka_B/f – d_S + (k – k/V_d) (Gleichung 9), wobei a_GM die Gegenstandsweite von maximal scharf abgebildeten Objekten – für die die Linsengleichung (Gleichung 1) gilt – ist.
Die Konstante k kann insbesondere so gewählt werden, dass die Disparität d_P der Wiedergabe der nächstgelegenen Objekte, die noch als scharf abgebildet wahrgenommen werden, (also von Objekten an der Nahgrenze des Schärfentiefebereichs) unabhängig von der Vergrößerung V_d ist. Dazu beträgt k = b_K(1 + a_B/a_GN – a_B/f), wobei a_GN die Gegenstandsweite (also der Abstand zu den gegenstandsseitigen Hauptebenen der Objektive 32, 42) für Gegenstände an der Nahgrenze des Schärfentiefebereichs ist.
Dann gilt bei V_d = 1 für die Disparität von maximal scharf abgebildeten Objekten (für die a_G = a_GM und die Linsengleichung gilt) d_k = b_K + b_Ka_BM/a_G – d_S + (k – k/V_d) = b_K + b_K a_BM/a_G – d_S und (mit Gleichung 5 und a_G = a_GM) d_P = V_d(B_D/B_S)(b_K + b_Ka_B/a_G – d_S – d_k) = 0; während an der Nahgrenze (a_G = a_GN) des Schärfentiefebereichs mit Gleichung 9 giltd_P = V_d (B_D/B_S)(b_K + b_Ka_B/a_GN – d_S – d_k) = V_d(B_D/B_S)(b_K + b_Ka_B/a_GN – d_S – b_Ka_B/f + d_S – (k – k/V_d)) = (B_D/B_S)b_K(1 + a_B/a_GN – a_B/f), so dass die Disparität d_P für die Wiedergabe von Objekten an der Nahgrenze des Schärfentiefebereichs zwar von der Bildweite a_B und damit von der Fokussierung abhängig ist, aber unabhängig von der Vergrößerung V_d ist.
Wenn die Konstante k einen vorbestimmten Wert zwischen 0 und b_K(1 + a_B/a_GN – a_B/f) aufweist, gilt entsprechendes für Objekte in einem vorbestimmten Abstand zwischen der Nahrgenze des Schärfentiefebereichs und dem Ort, für den die Linsengleichung gilt (Abbildung mit maximaler Schärfe).
Alternativ oder zusätzlich kann Gleichung 7 um einen Term d_kf = c₃/f – c₄ oder d_kf = c₅ (1 – 1/f) ergänzt werden, wobei c₃, c₄ und c₅ Konstanten sind, um eine im Fall einer veränderbaren Brennweite f ähnliche Wirkung zu erzielen.
3 zeigt zwei schematische Darstellungen eines weiteren stereoskopischen Systems 10 zur Erfassung eines Stereobilds und zur Wiedergabe einer entsprechenden Stereo-Abbildung für die Augen 16, 17 eines Betrachters. Die Art der Darstellung entspricht denjenigen der 1 und 2. Insbesondere ist das stereoskopische System 10 in 3 links und rechts in zwei verschiedenen Situationen oder Konfiguration dargestellt, in denen jeweils eines von zwei Objekten 11, 12 scharf auf die Bildsensoren 34, 44 abgebildet wird.
Das in 3 gezeigte stereoskopische System 10 ähnelt in einigen Merkmalen, Eigenschaften und Funktionen dem anhand der 1 dargestellten stereoskopischen System und insbesondere dem anhand der 2 dargestellten stereoskopischen System. Nachfolgend sind Merkmale, Eigenschaften und Funktionen des in 3 gezeigten stereoskopischen Systems beschrieben, in denen dieses sich von dem anhand der 2 dargestellten stereoskopischen System unterscheidet.
Bei dem in 3 gezeigten stereoskopischen System 10 weist die Bildverarbeitungseinrichtung 50 keine Bilddatenspeicher 53, 54 auf. Stattdessen sind die Bildsensoren 34, 44 so ausgebildet, dass ausgewählte Ausschnitte 74, 84 der gewonnenen Bilddaten ausgelesen werden können. Die Steuerung 90 wählt die Ausschnitte 74, 84 so wie anhand der 2 dargestellt. Die Steuerung 90 ist so ausgebildet, dass sie die Bildsensoren 34, 44 so steuert, dass nur die Bilddaten aus den von der Steuerung 90 ausgewählten Ausschnitten 74, 84 ausgelesen werden.
Dadurch wird der Aufwand für das Auslesen, Übertragen, Verarbeiten, Aufbereiten und Speichern von Bilddaten, die nicht zur Erzeugung der Abbildingen 66, 67 verwendet werden, vermieden. Die Bandbreite der Kommunikationspfade zwischen den Bildsensoren 34, 44 einerseits und der Bildverarbeitungseinrichtung 50 andererseits können geringer sein.
4 zeigt zwei schematische Darstellungen eines weiteren stereoskopischen Systems 10 zur Erfassung eines Stereobilds und zur Wiedergabe einer entsprechenden Stereo-Abbildung für die Augen 16, 17 eines Betrachters. Die Art der Darstellung entspricht denjenigen der 1 bis 3. Insbesondere ist das stereoskopische System 10 in 4 links und rechts in zwei verschiedenen Situationen oder Konfiguration dargestellt, in denen jeweils eines von zwei Objekten 11, 12 scharf auf die Bildsensoren 34, 44 abgebildet wird.
Das in 4 gezeigte stereoskopische System 10 ähnelt in einigen Merkmalen, Eigenschaften und Funktionen dem anhand der 1 dargestellten stereoskopischen System und insbesondere den anhand der 2 und 3 dargestellten stereoskopischen System. Nachfolgend sind Merkmale, Eigenschaften und Funktionen des in 4 gezeigten stereoskopischen Systems beschrieben, in denen dieses sich von den anhand der 2 und 3 dargestellten stereoskopischen System unterscheidet.
Bei dem in 4 gezeigten stereoskopischen System 10 weist die Bildverarbeitungseinrichtung 50 eine erste Filtereinrichtung 57 zum Empfangen von ersten Bilddaten vom ersten Bildsensor 34 und zum Weiterleiten von Bilddaten, die dem von der Steuerung 90 ausgewählten ersten Ausschnitt zugeordnet sind, auf. Dazu weist die erste Filtereinrichtung 57 insbesondere einen Steuersignaleingang auf, der mit dem ersten Steuersignalausgang 93 der Steuerung 90 gekoppelt ist, um von der Steuerung 90 ein den ersten Ausschnitt repräsentierendes Steuersignal zu empfangen. Die erste Filtereinrichtung 57 ist vorgesehen und ausgebildet, um erste Bilddaten, die nicht dem ersten Ausschnitt zugeordnet sind, nicht oder nur teilweise weiterzuleiten.
Ferner weist die Bildverarbeitungseinrichtung 50 eine zweite Filtereinrichtung 58 zum Empfangen von zweiten Bilddaten vom zweiten Bildsensor 44 und zum Weiterleiten von Bilddaten, die dem von der Steuerung 90 ausgewählten zweiten Ausschnitt zugeordnet sind, auf. Dazu weist die zweite Filtereinrichtung 58 insbesondere einen Steuersignaleingang auf, der mit dem zweiten Steuersignalausgang 94 der Steuerung 90 gekoppelt ist, um von der Steuerung 90 ein den zweiten Ausschnitt repräsentierendes Steuersignal zu empfangen. Die zweite Filtereinrichtung 58 ist vorgesehen und ausgebildet, um zweite Bilddaten, die nicht dem zweiten Ausschnitt zugeordnet sind, nicht oder nur teilweise weiterzuleiten.
Alternativ und abweichend von der Darstellung können die Steuerung 90 und die Filtereinrichtungen 57, 58 integriert sein, beispielsweise in eine einzige integrierte Schaltung oder in einen einzigen Prozessor, der ein entsprechendes Programm ausführt.
Die Steuerung 90 wählt die Ausschnitte 74, 84 so wie anhand der 2 dargestellt. Bei dem in 4 dargestellten Beispiel weist die Bildverarbeitungseinrichtung 50 ferner einen ersten Bildspeicher 53 zum Empfangen und Speichern von ersten Bilddaten von der ersten Filtereinrichtung 57 und einen zweiten Bildspeicher 54 zum Empfangen und Speichern von zweiten Bilddaten von der zweiten Filtereinrichtung 58 auf. Die Bildspeicher können für weitere Schritte der Bildbearbeitung, die hier nicht beschrieben sind, verwendbar sein. Alternativ werden von den Filtereinrichtungen 57. 58 weitergeleitete Bilddaten ohne weitere Zwischenspeicherung am Bildsignalausgang 56 bereitgestellt oder zur Bereitstellung von Anzeige-Bildsignalen verwendet.
Alternativ und abweichend von der Darstellung anhand der 2 bis 4 kann die Steuerung 90 nicht zur Steuerung der Fokussiereinrichtung 23, sondern lediglich zur Auswahl der Ausschnitte 74, 84 und zur entsprechenden Steuerung des Lesens von Bilddaten aus den Bilddatenspeichern 53, 54 der Bildverarbeitungseinrichtung 50 (vgl. 2) bzw. aus den Bildsensoren 34, 44 (vgl. 3) bzw. der selektiven Weiterleitung durch die Filtereinrichtungen 57, 58 (vgl. 4) vorgesehen und ausgebildet sein. In diesem Fall empfängt die Steuerung 90 vom Positionssensor 98 oder von einer anderen Informationsquelle ein Positionssignal, das eine Ist-Position oder eine Soll-Position der Objektive 32, 42 repräsentiert, und wählt die Ausschnitte 74, 84 abhängig von dieser Ist-Position oder Soll-Position der Objektive 32, 42 aus. Wenn die Steuerung 90 die Fokussiereinrichtung 23 nicht steuert, sondern lediglich die Position der Objektive 32, 42 erfasst, kann die Fokussiereinrichtung 23 für eine unmittelbare manuelle Fokussierung vorgesehen und ausgebildet sein.
Die Stereokamera 20 ist insbesondere Bestandteil eines Stereoexoskops, wie es in EP 2 850 996 A1 beschrieben ist. Auch die Bildverarbeitungseinrichtung 50 und/oder die Steuerung 90 können Bestandteil des gleichen Stereoexoskops sein. Anders ausgedrückt können die anhand der Figuren dargestellten stereoskopischen Systeme ein Stereoexoskop umfassen, das alle oder einen Teil der in EP 2 850 996 A1 beschriebenen Merkmale, Eigenschaften und Funktionen aufweist und die Stereokamera 20 und optional zusätzlich die Bildverarbeitungseinrichtung 50 und/oder die Steuerung 90 umfasst. Die Bildverarbeitungseinrichtung 50 kann in das Stereoexoskop, d. h. in dessen Gehäuse, integriert oder als separates Gerät vorgesehen sein.
Bei den anhand der 1 bis 4 dargestellten Beispielen weist die Anzeigevorrichtung 60 jeweils eine einzige Abbildungsfläche, die aus einer Distanz von mehreren Dezimetern oder wenigen Metern betrachtet wird, und auf der beide Abbildingen 66, 67 bereitgestellt werden, auf. Alternativ und abweichend von der Darstellung anhand der 1 bis 4 kann als Anzeigevorrichtung beispielsweise eine brillenförmige Vorrichtung oder eine andere Vorrichtung mit zwei Anzeigeflächen sein, bei der jede Anzeigefläche einem der beiden Augen eines Betrachters zugeordnet ist. In diesem Fall gelten die beschriebenen Relationen und Gleichungen für eine – imaginäre – Verschiebung der beiden Anzeigeflächen zueinander hin um genau den Augenabstand des Betrachters.
Das anhand der Gleichungen 1 bis 9 am Beispiel der 2 Erläuterte und insbesondere die anhand der Gleichungen 6 bis 9 dargestellten Korrekturen der Disparität d_P sind auch bei stereoskopischen Systemen möglich, die sich von den anhand der 1 bis 4 dargestellten stereoskopischen Systemen unterscheiden. Die anhand der Gleichungen 6 bis 9 dargestellten Korrekturen der Disparität d_P sind insbesondere bei allen stereoskopischen Systeme möglich, bei denen die anhand der 1 bis 4 erläuterten Parameter messbar sind.
5 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen einer Stereo-Abbildung. Das Verfahren kann insbesondere mit Systemen und Vorrichtungen oder durch Systeme und Vorrichtungen mit den oben beschriebenen Merkmalen, Eigenschaften und Funktionen ausgeführt oder gesteuert werden. Das Verfahren kann jedoch auch mit Systemen und Vorrichtungen oder durch Systeme und Vorrichtungen ausgeführt oder gesteuert werden, die andere als die oben beschriebenen Merkmale, Eigenschaften und Funktionen aufweisen. Trotzdem werden nachfolgend beispielhaft Bezugszeichen aus den 1 bis 4 verwendet, um das Verständnis zu vereinfachen.
Bei einem ersten Schritt 111 wird eine Einstellung einer Fokussiereinrichtung 23 eines Objektivs oder von Objektiven 32, 42 zweier Kameras einer Stereokamera 20 erfasst. Dabei wird insbesondere ein Steuersignal für die Fokussiereinrichtung 23, das einen Sollwert der Einstellung repräsentiert empfangen. Alternativ kann ein Positionssignal eines Positionssensors 98, das einen Istwert einer Position der Fokussiereinrichtung 23 repräsentiert, oder ein anderes Signal, das eine Einstellung der Fokussiereinrichtung 23 repräsentiert, empfangen werden.
Optional wird bei dem ersten Schritt 112 ferner eine Einstellung einer einstellbaren Brennweite f eines Objektivs oder von Objektiven 32, 42 zweier Kameras einer Stereokamera 20 und/oder eine einstellbare (insbesondere digitale) Vergrößerung V_d erfasst. Dabei wird beispielsweise ein Steuersignal für eine Einrichtung zum Verändern der Brennweite, das einen Sollwert der Einstellung repräsentiert, oder ein Positionssignal eines Positionssensors, das einen Istwert einer Brennweite repräsentiert, oder ein anderes Signal, das eine Einstellung der Brennweite oder der einstellbaren Vergrößerung repräsentiert, empfangen.
Bei einem zweiten Schritt 120 werden ein erster Ausschnitt 74 aus einem von der ersten Kamera 32, 34 erfassten ersten Bild und ein zweiter Ausschnitts 84 aus einem von der zweiten Kamera 42, 44 erfassten zweiten Bild ausgewählt. Dabei werden der erste Ausschnitt 74 und der zweite Ausschnitt 84, insbesondere deren Positionen, abhängig von der erfassten Einstellung der Fokussiereinrichtung 23 und abhängig von der erfassten oder gesteuerten Brennweite f und/oder abhängig von der erfassten oder gesteuerten Vergrößerung V_d ausgewählt, insbesondere wie anhand der 2 dargestellt.
Bei einem dritten Schritt wird unter Verwendung von ersten Bilddaten, die dem ersten Ausschnitt 74 zugeordnet sind und ohne Verwendung von ersten Bilddaten, die nicht dem ersten Ausschnitt 74 zugeordnet sind, ein erstes Anzeige-Bildsignal erzeugt.
Der dritte Schritt umfasst insbesondere einen ersten Teilschritt 131, einen zweiten Teilschritt 132, und einen dritten Teilschritt 138. Beim ersten Teilschritt 131 wird ein erstes Steuersignal an den ersten Bildsensor 34 übertragen wird, das den ersten Ausschnitt 74 repräsentiert. Bei einem zweiten Teilschritt 132 überträgt der erste Bildsensor 34 mit einem ersten Kamera-Bildsignal erste Bilddaten, die dem ersten Ausschnitt 74 zugeordnet sind. Dabei überträgt der erste Bildsensor 34 insbesondere erste Bilddaten, die nicht dem ersten Ausschnitt 74 zugeordnet sind, nicht. Alternativ überträgt der erste Bildsensor 34 keine Bilddaten, die nicht dem ersten Ausschnitt 74 zugeordnet sind. Bei einem dritten Teilschritt 138 wird unter Verwendung von übertragenen ersten Bilddaten, die dem ersten Ausschnitt 74 zugeordnet sind, ein erstes Anzeige-Bildsignals erzeugt.
Bei einem vierten Schritt wird unter Verwendung von zweiten Bilddaten, die dem zweiten Ausschnitt 84 zugeordnet sind und ohne Verwendung von zweiten Bilddaten, die nicht dem zweiten Ausschnitt 84 zugeordnet sind, ein zweites Anzeige-Bildsignal erzeugt.
Der vierte Schritt umfasst insbesondere einen ersten Teilschritt 141, einen zweiten Teilschritt 142, und einen dritten Teilschritt 148. Beim ersten Teilschritt 141 wird ein zweites Steuersignal an den zweiten Bildsensor 44 übertragen, das den zweiten Ausschnitt 84 repräsentiert. Bei einem zweiten Teilschritt 142 überträgt der zweite Bildsensor 44 mit einem zweiten Kamera-Bildsignal zweite Bilddaten, die dem zweiten Ausschnitt 84 zugeordnet sind. Dabei überträgt der zweite Bildsensor 44 insbesondere zweite Bilddaten, die nicht dem zweiten Ausschnitt 84 zugeordnet sind, nicht. Alternativ überträgt der zweite Bildsensor 44 keine Bilddaten, die nicht dem zweiten Ausschnitt 84 zugeordnet sind. Bei einem dritten Teilschritt 148 wird unter Verwendung von übertragenen zweiten Bilddaten, die dem zweiten Ausschnitt 84 zugeordnet sind, ein zweites Anzeige-Bildsignals erzeugt.
Der dritte Schritt und der vierte Schritt bzw. deren Teilschritte werden insbesondere gleichzeitig ausgeführt.
Bei einem fünften Schritt 151 wird das beim dritten Schritt erzeugte erste Anzeige-Bildsignal an eine Anzeigevorrichtung 60 übertragen. Bei einem sechsten Schritt 152 wird gesteuert durch das erste Anzeige-Bildsignal an der Anzeigevorrichtung 60 eine erste Abbilding 66, für das linke Auge 16 eines Betrachters erzeugt. Bei einem siebten Schritt 161 wird das beim vierten Schritt erzeugte zweite Anzeige-Bildsignal an eine Anzeigevorrichtung 60 übertragen. Bei einem achten Schritt 162 wird gesteuert durch das zweite Anzeige-Bildsignal an der Anzeigevorrichtung 60 eine zweite Abbilding 67 für das rechte Auge 17 eines Betrachters erzeugt.
Der fünfte Schritt 151 und der siebte Schritt 161 können gleichzeitig ausgeführt werden. Der sechste Schritt 152 und der achte Schritt 162 können gleichzeitig ausgeführt werden. Der fünfte Schritt 151, der sechste Schritt 152, der siebte Schritt 161 und der achte Schritt 162 können gleichzeitig ausgeführt werden. Alle Schritte des Verfahrens können periodisch wiederholt werden, um eine Video-Stereoskopie zu ermöglichen.
6 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens das in einigen Schritten dem anhand der 5 dargestellten Verfahren ähnelt. Nachfolgend sind Schritte beschrieben, in denen das in 6 gezeigte Verfahren sich von dem anhand der 5 dargestellte Verfahren unterscheidet.
Bei einem ersten Schritt 112 wird eine Einstellung einer Fokussiereinrichtung 23 eines Objektivs oder von Objektiven 32, 42 einer Stereokamera 20 gesteuert. Dazu wird insbesondere ein Befehlssignal, das beispielweise einen an einer Benutzerschnittstelle geäußerten Befehl oder Wunsch eines Benutzers repräsentiert, empfangen. Abhängig von dem Befehlssignal und optional auch von der vorliegenden bzw. momentanen Einstellung der Fokussiereinrichtung 23 wird ein Steuersignal für die Fokussiereinrichtung 23 erzeugt und an diese übermittelt. Bei vorgesehener Funktion nimmt die Fokussiereinrichtung 23 die durch das Steuersignal repräsentierte Einstellung vor.
Optional wird bei dem ersten Schritt 112 ferner eine Einstellung einer einstellbaren Brennweite f eines Objektivs oder von Objektiven 32, 42 zweier Kameras einer Stereokamera 20 und/oder eine einstellbare (insbesondere digitale) Vergrößerung V_d gesteuert. Dazu wird insbesondere ein Befehlssignal, das beispielweise einen an einer Benutzerschnittstelle geäußerten Befehl oder Wunsch eines Benutzers repräsentiert, empfangen. Abhängig von dem Befehlssignal und optional auch von der vorliegenden bzw. momentanen Einstellung der Brennweite f und/oder der Vergrößerung V_d wird ein Steuersignal für eine Einrichtung zum Steuern der Brennweite f und/oder der Vergrößerung V_d erzeugt und an diese übermittelt. Bei vorgesehener Funktion nimmt die Einrichtung die durch das Steuersignal repräsentierte Einstellung der Brennweite f und/oder der Vergrößerung V_d vor.
Der zweite Schritt 120 entspricht dem zweiten Schritt des anhand der 5 dargestellten Verfahrens, wobei der erste Ausschnitt 74 und der zweite Ausschnitt 84 nicht abhängig von erfassten, sondern von den bei dem ersten Schritt 112 gesteuerten Parametern ausgewählt werden.
Der dritte Schritt umfasst andere Teilschritte als bei dem anhand der 5 dargestellten Verfahren. Bei einem ersten Teilschritt 134 überträgt der erste Bildesonsor 34 mit einem ersten Kamera-Bildsignal erste Bilddaten. Anders als bei dem anhand der 5 dargestellten Verfahren können beim ersten Teilschritt 134 mit dem ersten Kamera-Bildsignal alle das gesamte durch den ersten Bildsensor 34 erfasste Bild repräsentierende Bilddaten übertragen werden. Bei einem optionalen zweiten Teilschritt 135 werden die beim ersten Teilschritt 134 übertragenen ersten Bilddaten in einem ersten Bildspeicher 53 gespeichert. Alternativ werden nur oder fast nur dem ersten Ausschnitt 74 zugeordnete erste Bilddaten in dem ersten Bildspeicher 53 gespeichert. Bei einem dritten Teilschritt 136 werden erste Bilddaten, die dem ersten Ausschnitt 74 zugeordnet sind, aus dem ersten Bildspeicher 53 gelesen. Dabei werden insbesondere ausschließlich die dem ersten Ausschnitt 74 zugeordneten erste Bilddaten aus dem ersten Bildspeicher 53 gelesen. Bei einem vierten Teilschritt 138 wird unter Verwendung von beim dritten Teilschritt 136 gelesenen ersten Bilddaten ein erstes Anzeige-Bildsignals erzeugt.
Auch der vierte Schritt umfasst andere Teilschritte als bei dem anhand der 5 dargestellten Verfahren. Bei einem ersten Teilschritt 144 überträgt der zweite Bildsensor 44 mit einem zweiten Kamera-Bildsignal zweite Bilddaten. Anders als bei dem anhand der 5 dargestellten Verfahren können beim ersten Teilschritt 144 mit dem zweiten Kamera-Bildsignal alle das gesamte durch den zweiten Bildsensor 44 erfasste Bild repräsentierende Bilddaten übertragen werden. Bei einem optionalen zweiten Teilschritt 145 werden die beim ersten Teilschritt 144 übertragenen zweiten Bilddaten in einem zweiten Bildspeicher 54 gespeichert. Alternativ werden nur oder fast nur dem zweiten Ausschnitt 84 zugeordnete zweite Bilddaten in dem zweiten Bildspeicher 54 gespeichert. Bei einem dritten Teilschritt 146 werden zweite Bilddaten, die dem zweiten Ausschnitt 84 zugeordnet sind, aus dem zweiten Bildspeicher 54 gelesen. Dabei werden insbesondere ausschließlich die dem zweiten Ausschnitt 84 zugeordneten zweiten Bilddaten aus dem zweiten Bildspeicher 54 gelesen. Bei einem vierten Teilschritt 148 wird unter Verwendung von beim dritten Teilschritt 146 gelesenen zweiten Bilddaten ein zweites Anzeige-Bildsignals erzeugt.
Der dritte Schritt und der vierte Schritt bzw. deren Teilschritte werden insbesondere gleichzeitig ausgeführt.
Der fünfte Schritt 151, der sechste Schritt 152, der siebte Schritt 161 und der achte Schritt 162 entsprechen dem fünften, dem sechsten, dem siebten und dem achten Schritt des anhand der 5 dargestellten Verfahrens.
Die Schritte der anhand der 5 und 6 dargestellten Verfahren können miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann das anhand der 5 dargestellte Verfahren mit einem ersten Schritt ausgeführt werden, der dem ersten Schritt 112 des anhand der 6 dargestellten Verfahrens entspricht. Ebenso kann das anhand der 6 dargestellte Verfahren mit einem ersten Schritt ausgeführt werden, der dem ersten Schritt 111 des anhand der 5 dargestellten Verfahrens entspricht. Ferner kann bei jedem der anhand der 5 und 6 dargestellten Verfahren die Einstellung einer Fokussiereinrichtung erfasst und die Einstellung einer einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d gesteuert oder die Einstellung einer Fokussiereinrichtung gesteuert und die Einstellung einer einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d erfasst werden.
Die anhand der 5 und 6 dargestellten Verfahren können ferner weitere Schritte umfassen, die in den 5 und 6 nicht dargestellt sind. Beispielsweise können Helligkeiten verändert, Kontraste verstärkt oder abgeschwächt werden. Ferner können Farben verändert, insbesondere ein Weißabgleich vorgenommen werden. Ferner können Bilddaten von einem oder mehreren Bildsensoren, die Fluoreszenzlicht erfassen, hinzugefügt werden, insbesondere zur Modifikation des Anzeige-Bildsignals verwendet werden. Ferner kann eine digitale Vergrößerung vorgenommen werden, wofür die Auflösung verändert werden kann. Ferner kann weitere Information wiedergegeben werden, beispielweise krankes oder zu schonendes Gewebe gekennzeichnet werden.
Bezugszeichenliste

10: Stereoskopisches System
11: erstes Objekt
12: zweites Objekt
16: erstes bzw. linkes Auge eines Betrachters
17: zweites bzw. rechtes Auge eines Betrachters
20: Stereokamera des stereoskopischen Systems 10
21: Fensterbauteil der Stereokamera 20
22: Lichteintrittsfläche an dem Fensterbauteil 21 der Stereokamera 20
23: Fokussiereinrichtung
25: Bildsignalausgang der Stereokamera 20 zum Senden von Stereo-Bilddaten
26: Benutzerschnittstelle zum Empfangen eines Befehls
32: erstes Objektiv einer ersten Kamera
34: erster Bildsensor der ersten Kamera
38: erste optische Achse des ersten Objektivs 32
42: zweites Objektiv einer zweiten Kamera
44: zweiter Bildsensor der zweiten Kamera
48: zweite optische Achse des zweiten Objektivs 42
50: Bildverarbeitungseinrichtung des stereoskopischen Systems 10
52: Bildsignaleingang der Bildverarbeitungseinrichtung 50 zum Empfangen von Sensor-Bilddaten vom Bildsignalausgang 25 der Stereokamera 20
53: erster Bilddatenspeicher der Bildverarbeitungseinrichtung 50
54: zweiter Bilddatenspeicher der Bildverarbeitungseinrichtung 50
56: Bildsignalausgang der Bildverarbeitungseinrichtung 50 zum Senden von Anzeige-Bilddaten
57: erste Filtereinrichtung zum Weiterleiten von ersten Bilddaten, die dem ersten Ausschnitt
74: zugeordnet sind
58: zweite Filtereinrichtung zum Weiterleiten von zweiten Bilddaten, die dem zweiten Ausschnitt 84 zugeordnet sind
60: Anzeigevorrichtung
65: Bildsignaleingang der Anzeigevorrichtung 60 zum Empfangen von Anzeige-Bilddaten
66: erste Abbildung für das linke Auge 16 eines Betrachters
67: zweite Abbildung für das rechte Auge 17 eines Betrachters
70: vom ersten Objektiv 32 der Stereokamera 20 erzeugtes Bild des ersten Objekts 11 auf dem ersten Bildsensor 34 der Stereokamera 20
71: vom ersten Objektiv 32 der Stereokamera 20 erzeugtes Bild des zweiten Objekts 12 auf dem ersten Bildsensor 34 der Stereokamera 20
74: erster Ausschnitt aus den ersten Bilddaten 73
80: vom zweiten Objektiv 42 der Stereokamera 20 erzeugtes Bild des ersten Objekts 11 auf dem zweiten Bildsensor 44 der Stereokamera 20
81: vom zweiten Objektiv 42 der Stereokamera 20 erzeugtes Bild des zweiten Objekts 12 auf dem zweiten Bildsensor 44 der Stereokamera 20
84: zweiter Ausschnitt aus den zweiten Bilddaten 83
90: Steuerung der Bildverarbeitungseinrichtung 50
93: erster Steuersignalausgang der Steuerung 90 zum Senden eines Steuersignals an den ersten Bildspeicher 53 der Bildverarbeitungseinrichtung 50
94: zweiter Steuersignalausgang der Steuerung 90 zum Senden eines Steuersignals an den zweiten Bildspeicher 54 der Bildverarbeitungseinrichtung 50
95: dritter Steuersignalausgang der Steuerung 90 zum Senden eines Steuersignals an die Fokussiereinrichtung 23
96: Befehlssignaleingang der Steuerung 90 zum Empfangen eines Befehlssignals von der Benutzerschnittstelle 26
97: Positionssignaleingang der Steuerung 90 zum Empfangen eines Positionssignals vom Positionssensor 98
98: Positionssensor zum Erfassen einer Position an der Fokussiereinrichtung 23
111: erster Schritt (Erfassen einer Einstellung der Fokussiereinrichtung 23 und einer eingestellten Brennweite oder Vergrößerung)
112: erster Schritt (Steuern einer Einstellung der Fokussiereinrichtung 23 und einer Einstellung einer Brennweite oder Vergrößerung)
120: zweiter Schritt (Auswählen eines ersten Ausschnitts 74 und eines zweiten Ausschnitts 84 abhängig von der Einstellung der Fokussiereinrichtung 23)
131: erster Teilschritt (Übertragen eines ersten Steuersignals an die erste Kamera)
132: zweiter Teilschritt (Empfangen eines ersten Kamera-Bildsignals von der ersten Kamera)
134: erster Teilschritt (Empfangen eines ersten Kamera-Bildsignals von der ersten Kamera)
135: zweiter Teilschritt (Speichern von mit dem ersten Kamera-Bildsignal empfangenen ersten Bilddaten in einem ersten Bilddatenspeicher 53)
136: dritter Teilschritt (Lesen von dem ersten Ausschnitt zugeordneten ersten Bilddaten aus dem ersten Bilddatenspeicher 53)
141: erster Teilschritt (Übertragen eines zweiten Steuersignals an die zweite Kamera)
142: zweiter Teilschritt (Empfangen eines zweiten Kamera-Bildsignals von der zweiten Kamera)
144: erster Teilschritt (Empfangen eines zweiten Kamera-Bildsignals von der zweiten Kamera)
145: zweiter Teilschritt (Speichern von mit dem zweiten Kamera-Bildsignal empfangenen zweiten Bilddaten in einem zweiten Bilddatenspeicher 54)
146: dritter Teilschritt (Lesen von dem zweiten Ausschnitt zugeordneten Bilddaten aus dem zweiten Bilddatenspeicher 54)
151: fünfter Schritt (Übertragen eines ersten Anzeige-Bildsignals an die Anzeigevorrichtung)
152: sechster Schritt (Erzeugen einer ersten Abbildung unter Verwendung von dem ersten Ausschnitt zugeordneten ersten Bilddaten)
161: siebter Schritt (Übertragen eines zweiten Anzeige-Bildsignals an die Anzeigevorrichtung)
162: achter Schritt (Erzeugen einer zweiten Abbildung unter Verwendung von dem zweiten Ausschnitt zugeordneten zweiten Bilddaten)
a_A: Abstand der Augen 16, 17 vom betrachteten Objekt oder von den Abbildingen 66, 67
a_B: Bildweite
a_G: Gegenstandsweite
b_A: Augenabstand
b_K: Breite der Stereobasis, d. h. Abstand der optischen Achsen 38, 48 der Objektive 32, 42
B_D: Breite der durch die Anzeigevorrichtung 60 bereitgestellten Abbildingen 66, 67
B_S: Breite der lichtempfindlichen Bereiche der Bildsensoren 34, 44
d: Abstand zwischen entsprechenden Punkten in den Bildern 70, 80 des ersten Objekts 11 oder zwischen entsprechenden Punkten in den Bildern 71, 81 des zweiten Objekts 12
d_k: gesamte Korrekturverschiebung des linken Ausschnitts 74 relativ zum rechten Ausschnitt 84
d_kL: Korrekturverschiebung des linken Ausschnitts 74
d_kR: Korrekturverschiebung des rechten Ausschnitts 84
d_L: parallaktische Verschiebung des Bilds 70, 71 auf dem ersten Bildsensor 34
d_R: parallaktische Verschiebung des Bilds 80, 81 auf dem rechten Bildsensor 44
d_S: Abstand der Mitten der Bildsensoren 34, 44 der Stereokamera 20
d_P: Disparität (Abstand zwischen der Abbildung für das linke Auge und der Abbildung für das rechte Auge)
f: Brennweite der Objektive 32, 42
V_g: Geometrieverhältnis
V_d: digitale Vergrößerung
α: Konvergenzwinkel der optischen Erfassung des Objekts 11, 12 durch die Stereokamera 20
β: Konvergenzwinkel bei der Betrachtung der Abbildingen 66, 67 mit den Augen 16, 17

Claims

Verfahren zum Bereitstellen eines ersten Anzeige-Bildsignals für eine Anzeigevorrichtung (60) zur Erzeugung einer ersten Abbildung (66) für das linke Auge (16) eines Betrachters und eines zweiten Anzeige-Bildsignals für die Anzeigevorrichtung (60) zur Erzeugung einer zweiten Abbildung (67) für das rechte Auge (17) des Betrachters unter Verwendung von mittels einer ersten Kamera (32, 34) erfassten ersten Bilddaten und von mittels einer zweiten Kamera (42, 44) erfassten zweiten Bilddaten, wobei eine Fokussiereinrichtung (23) eine Scharfstellung der ersten Kamera (32, 34) und der zweiten Kamera (42, 44) auf einen einstellbaren Abstand von den Kameras (32, 34, 42, 44) ermöglicht, mit folgenden Schritten: Erfassen (111) oder Steuern (112) einer Einstellung der Fokussiereinrichtung (23); Auswählen (120) eines ersten Ausschnitts (74) aus einem von der ersten Kamera (32, 34) erfassten ersten Bild und eines zweiten Ausschnitts (84) aus einem von der zweiten Kamera (42, 44) erfassten zweiten Bild, wobei der erste Ausschnitt (74) und der zweite Ausschnitt (84) abhängig von der erfassten oder gesteuerten Einstellung der Fokussiereinrichtung (23) und abhängig zumindest entweder von einer einstellbaren Brennweite f von Objektiven (32, 42) der Kameras (32, 34, 42, 44) oder von einer einstellbaren Vergrößerung V_d ausgewählt werden; Erzeugen (131, 132; 134, 135, 136) des ersten Anzeige-Bildsignals unter Verwendung von ersten Bilddaten, die dem ersten Ausschnitt (74) zugeordnet sind, ohne Verwendung von ersten Bilddaten, die nicht dem ersten Ausschnitt (74) zugeordnet sind; Erzeugen (141, 142; 144, 145, 146) des zweiten Anzeige-Bildsignals unter Verwendung von zweiten Bilddaten, die dem zweiten Ausschnitt (84) zugeordnet sind, ohne Verwendung von zweiten Bilddaten, die nicht dem zweiten Ausschnitt (84) zugeordnet sind, wobei der erste Ausschnitt (74) und der zweite Ausschnitt (84) so ausgewählt werden, dass die Disparität d_P der Wiedergabe eines Objekts (11, 12), das mit maximaler Schärfe auf Bildsensoren (34, 44) der Kameras (32, 34, 42, 44) abgebildet wird, in einer mittels des ersten Anzeige-Bildsignals erzeugten ersten Abbildung (66) und einer mittels des zweiten Anzeige-Bildsignals erzeugten zweiten Abbildung (67) eine monoton fallende Funktion der einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d ist.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem der erste Ausschnitt (74) und der zweite Ausschnitt (84) so ausgewählt werden, dass die Disparität d_P der Wiedergabe von Objekten (11, 12) an der Nahgrenze des Schärfentiefenbereichs der Kameras (32, 34, 42, 44) in einer mittels des ersten Anzeige-Bildsignals erzeugten ersten Abbildung (66) und einer mittels des zweiten Anzeige-Bildsignals erzeugten zweiten Abbildung (67) unabhängig von der einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste Ausschnitt (74) und der zweite Ausschnitt (84) so ausgewählt werden, dass die Disparität d_P der Wiedergabe von Objekten (11, 12), für die der Quotient oder die Differenz ihres Abstands zu der Nahgrenze des Schärfentiefenbereichs der Kameras (32, 34, 42, 44) und ihres Abstands zu jener Fläche, die mit maximaler Schärfe auf die Bildsensoren (34, 44) der Kameras (32, 34, 42, 44) abgebildet wird, einen vorbestimmten Wert aufweist, in einer mittels des ersten Anzeige-Bildsignals erzeugten ersten Abbildung (66) und einer mittels des zweiten Anzeige-Bildsignals erzeugten zweiten Abbildung (67) unabhängig von der einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Position des ersten ausgewählten Ausschnitts (74) und die Position des zweiten ausgewählten Ausschnitts (84) jeweils eine lineare oder eine affin lineare oder eine andere zumindest abschnittsweise streng monotone Funktion der einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit folgenden Schritten: Übertragen (131) eines ersten Steuersignals, das den ersten Ausschnitt (74) repräsentiert, an die erste Kamera (32, 34); Übertragen (141) eines zweiten Steuersignals, das den zweiten Ausschnitt (84) repräsentiert, an die zweite Kamera (32, 34).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit folgenden Schritten: Empfangen (132) eines ersten Kamera-Bildsignals von der ersten Kamera (32, 34), das ausschließlich Bilddaten, die dem ersten Ausschnitt (74) zugeordnet sind, umfasst; Empfangen (142) eines zweiten Kamera-Bildsignals von der zweiten Kamera (42, 44), das ausschließlich Bilddaten, die dem zweiten Ausschnitt (84) zugeordnet sind, umfasst.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem die Disparität d_P ferner zumindest entweder eine Funktion des Arbeitsabstands a_A zwischen dem Objekt (11, 12) und einer Lichteintrittsfläche (22) der Kameras (32, 34, 42, 44) oder eine Funktion der Gegenstandsweite a_G oder eine Funktion der Bildweite a_B oder eine Funktion einer Position von Objektiven (32, 42) der Kameras (32, 34, 42, 44) ist.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem die Disparität d_P für Bildweiten a_B, die kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert sind, unabhängig von der Bildweite a_B ist und für Bildweiten a_B, die größer als der vorbestimmte Grenzwert sind, eine lineare oder eine andere monotone oder streng monotone Funktion des Quotienten a_B/a_G aus Bildweite a_B und Gegenstandsweite a_G ist.
Vorrichtung (90) zum Steuern des Bereitstellens eines ersten Anzeige-Bildsignals für eine Anzeigevorrichtung (60) zur Erzeugung einer ersten Abbildung (66) für das linke Auge (16) eines Betrachters und eines zweiten Anzeige-Bildsignals für die Anzeigevorrichtung (60) zur Erzeugung einer zweiten Abbildung (67) für das rechte Auge (17) des Betrachters unter Verwendung von mittels einer ersten Kamera (32, 34) erfassten ersten Bilddaten und von mittels einer zweiten Kamera (42, 44) erfassten zweiten Bilddaten, mit: einer Einrichtung (95, 97) zum Erfassen oder Steuern einer Einstellung einer Fokussiereinrichtung (23); einer Einrichtung zum Auswählen eines ersten Ausschnitts (74) aus einem von der ersten Kamera (32, 34, 42, 44) erfassten ersten Bild und eines zweiten Ausschnitts (84) aus einem von der zweiten Kamera (42, 44) erfassten zweiten Bild, wobei die Einrichtung zum Auswählen vorgesehen und ausgebildet ist, um den ersten Ausschnitt (74) und den zweiten Ausschnitt (84) abhängig von der erfassten oder gesteuerten Einstellung der Fokus-siereinrichtung (23) und abhängig zumindest entweder von einer einstellbaren Brennweite f von Objektiven (32, 42) der Kameras (32, 34, 42, 44) oder von einer einstellbaren Vergrößerung V_d auszuwählen.
Vorrichtung (90) nach dem vorangehenden Anspruch, bei der die Einrichtung zum Auswählen ausgebildet ist, um den ersten Ausschnitt (74) und den zweiten Ausschnitt (84) so auszuwählen, dass die Disparität d_P der Wiedergabe von Objekten (11, 12) an der Nahgrenze des Schärfentiefenbereichs der Kameras (32, 34, 42, 44) in einer mittels des ersten Anzeige-Bildsignals erzeugten ersten Abbildung (66) und einer mittels des zweiten Anzeige-Bildsignals erzeugten zweiten Abbildung (67) unabhängig von der einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d ist.
Vorrichtung (90) nach Anspruch 9, bei der die Einrichtung zum Auswählen eines ersten Ausschnitts (74) ausgebildet ist, um den ersten Ausschnitt (74) und den zweiten Ausschnitt (84) so auszuwählen, dass die Disparität d_P der Wiedergabe von Objekten (11, 12), für die der Quotient oder die Differenz ihres Abstands zu der Nahgrenze des Schärfentiefenbereichs der Kameras (32, 34, 42, 44) und ihres Abstands zu jener Fläche, die mit maximaler Schärfe auf die Bildsensoren (34, 44) der Kameras (32, 34, 42, 44) abgebildet wird, einen vorbestimmten Wert aufweist, in einer mittels des ersten Anzeige-Bildsignals erzeugten ersten Abbildung (66) und einer mittels des zweiten Anzeige-Bildsignals erzeugten zweiten Abbildung (67) unabhängig von der einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d ist.
Vorrichtung (90) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem die Einrichtung zum Auswählen eines ersten Ausschnitts (74) ausgebildet ist, um den ersten Ausschnitt (74) und den zweiten Ausschnitt (84) so auszuwählen, dass die Position des ersten ausgewählten Ausschnitts (74) und die Position des zweiten ausgewählten Ausschnitts (84) jeweils eine lineare oder eine affin lineare oder eine andere zumindest abschnittsweise streng monotone Funktion der einstellbaren Brennweite f oder Vergrößerung V_d ist.