DE102017004658A1

DE102017004658A1 - Segmentierendes Aufnahmesystem für die automatische Gewinnung von Panoramabildern

Info

Publication number: DE102017004658A1
Application number: DE102017004658.1A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Clauss; Hartmut Clauß; Roland Clauss
Original assignee: Dr Clauss Bild und Datentechnik GmbH; Dr Clauss Bild- und Datentechnik GmbH
Current assignee: Dr Clauss Bild und Datentechnik GmbH; Dr Clauss Bild- und Datentechnik GmbH
Priority date: 2017-05-12
Filing date: 2017-05-12
Publication date: 2018-11-15

Abstract

Das beschriebene Aufnahmesystem für die segmentierende Bildaufnahme ist so ausgestaltet, dass in allen natürlich vorkommenden Situationen hochwertige und hochauflösende 180° × 360° - Panoramabilder aufgenommen werden, ohne dass eine Konfiguration des Systems notwendig ist. Der Einsatz ist daher auch für Nutzer ohne Vorkenntnisse bzw. für zeitkritische Aufnahmen geeignet. Durch eine integrierte Beleuchtungseinrichtung sind schattenfreie Aufnahmen selbst bei völliger Dunkelheit möglich.
Die höchstmögliche Zuverlässigkeit des Systems wird durch den Verzicht auf eine elektromechanische Verschluss-Blende und durch eine verschleißfreie elektrische Dreh-Verbindung zwischen Kameraeinheit und Steuereinheit erreicht.

Description

Einsatzgebiet und technischer Hintergrund
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Gewinnung qualitativ hochwertiger und hoch aufgelöster Weitwinkel-Panoramabilder, insbesondere sphärischer 360° × 180° - Panoramabilder. Das Panoramabild wird segmentierend, d. h. durch eine Vielzahl kleiner Einzelbilder aller Bildbereiche, aufgenommen, die nach der Aufnahme zusammengesetzt werden. Verwendung finden diese Bilder vor allem als virtuelle Besichtigungen von Landschaften, Gebäuden, technische Einrichtungen, Fahrzeugen und bei der Spurensicherung an Tatorten.
Die Erfindung ersetzt bekannte Anordnungen und Verfahren, um ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit, Bedienerfreundlichkeit und Automatisierung bei der Aufnahme und anschließender Bildverarbeitung zu erreichen.
Stand der Technik
Unter einer sphärischen Panoramaaufnahme versteht man eine weitwinklige Bildaufnahme, die dem geometrischen Modell eines zentralen und festen Bildhauptpunktes (auch Nodalpunkt) folgt, durch den alle bildgebenden Lichtstrahlen der Umgebung verlaufen und auf einen lichtempfindlichen Empfänger, wie z. B. einen CMOS-Bildsensor, treffen.
Umgekehrt werden bei der Projektion bzw. Präsentation alle Lichtstrahlen durch diesen oder von diesem Punkt auf eine (virtuelle) Kugelinnenfläche projiziert. Der Bildhauptpunkt liegt dabei zentrisch zur Kugelfläche.
Für einen Betrachter im Bildhauptpunkt ist zwischen einer realen Umgebung und der beschriebenen Projektion kein Unterschied im optischen Strahlengang vorhanden, so dass diese sehr reell empfunden wird und man folgerichtig von virtueller Realität spricht.
Da es keine technische Realisierung einer sphärischen 180° × 360° - Panoramaaufnahme gibt, die eine gleichzeitige Aufnahme aller Raumwinkel ermöglicht, werden diese durch zeitversetzte Teilaufnahmen erzeugt. Dafür kommen sowohl scannende Konstruktionen unter Verwendung von Liniensensoren als auch segmentierende Anordnungen mit Flächensensoren zum Einsatz (vgl. DE 20 2009 004 518). Alle Anordnungen mit mehreren Objektiven bzw. optischen Elementen zur Strahlenablenkung besitzen keinen eindeutigen Bildhauptpunkt und verletzen daher dieses geometrische Abbildungsmodell (vgl. DE 10 2005 029 612).
Zur segmentierenden Aufnahme von Panoramen mit einem Flächensensor sind mechanische Einrichtungen bekannt, die eine elektronische Kamera um eine oder zwei Drehachsen beweglich lagern. Dabei schneiden sich alle Drehachsen im Bildhauptpunkt der Kamera und stehen zueinander und zur optischen Achse der Kamera senkrecht. In der Praxis haben sich Systeme mit einer vertikalen und einer horizontalen Achse bewährt. Dem Polarkoordinatensystem folgend kann die Kamera mit Hilfe dieser sog. Nodalpunktadapter um den räumlich fixierten Bildhauptpunkt herum positioniert und die Umgebung segmentiert aufgezeichnet werden. Der Horizontalwinkel teilt dabei die Längengrade, der Vertikalwinkel die Breitengrade ein (vgl. DE 103 59 361). Die Aufnahme kann sowohl während der Bewegung, als auch nach erfolgter Positionierung im Stillstand erfolgen. Auch mehrere Aufnahmen je Position sind Stand der Technik, um beispielsweise den Dynamikumfang oder den Bereich der Tiefenschärfe zu erhöhen (HDR, Fokus-Stacking).
Für hochauflösende, segmentierende Aufnahmen kommen im Allgemeinen zweiachsige Nodalpunktadapter zum Einsatz. Deshalb beziehen sich alle Ausführungen auf diese Systeme, sind aber ebenso auf einachsige Nodalpunktadapter anwendbar.
Eine besondere Ausgestaltung dieser Nodalpunktadapter werden als Panoramaköpfe bezeichnet, sind motorisch angetrieben und besitzen eine integrierte oder externe Steuereinheit zur Ausführung zweckdienlicher Bewegungspfade bzw. Auslösung und Steuerung der Kamera. Auch regelt die Steuereinheit die gesamte zeitliche Einteilung der Aufnahmephasen und besitzt eine Nutzerschnittstelle in Form von Eingabe- und Anzeigeelemente (z.B. Tasten, Touchpad, Display) oder stellt diese auf anderen Geräten (z.B. Smartphone) zur Verfügung. Der Steuereinheit sind verschiedene Aufnahme-Parameter, wie die Winkelpositionen jeder Kameraauslösung, bekannt und werden zur weiteren Verarbeitung dauerhaft gespeichert.
Bekannt sind Panoramaköpfe in U-Form und in L-Form (vgl. DE 103 59 361, DE 10 2008 038 47), wobei die L-Form, durch die höhere Kompaktheit, für tragbare Systeme die größere Verbreitung findet. Panoramaköpfe sind grundsätzlich universell gestaltet, so dass der Bildhauptpunkt für viele Kamera-Objektiv-Kombinationen in den Schnittpunkt der Drehachsen verlagert werden kann. Die Einstellbereiche der Konstruktionen werden allgemein so gewählt, dass eine möglichst große Zahl an Kamera-Objektiv-Kombinationen kompatibel ist.
Zwei besondere Ausgestaltungen eines Panoramakopfes stellen die unter den Namen 'LizardQ' (vgl. www.lizardq.com) und 'FOVEX Metric' (vgl. www.roundshot.com) bekannten System dar. Bei beiden ist nicht die Kamerafixierung maßgebend, sondern die formschlüssige Anbringung des Objektives in seinem Bildhauptpunkt. Beide Systeme erlauben die Verwendung einer anderen Kamera der selben Kamera-Familie (gleicher Hersteller, gleiches Auflagemaß). Die Auswahl möglicher Kombinationen ist daher absichtlich eingeschränkt aber vorhanden, obgleich ein Wechsel vom Nutzer nicht vorgesehen ist.
Die Kamera wird bei bekannten Panoramaköpfen im Allgemeinen elektronisch über eine freiliegende Kabelverbindung zwischen Kamera und Steuereinheit realisiert.
Segmentierende Panoramasysteme, die aus Panoramakopf und Kamera-Objektiv-Kombination bestehen, nutzen für hochwertige Bildaufnahmen, d. h. hohe Dynamik, geringes Rauschen und gute Farbwiedergabe, bekannterweise ausschließlich digitale Systemkameras oder digitale Spiegelreflex-Kameras. Systeme mit Kameras kleinerer Sensor-Abmessungen als 1", wie z. B. Industriekameras, fallen auf Grund der mangelhaften Bildqualität nicht in die hier betrachtete Gerätegattung.
Bisher bekannte und übliche Bewegungsabläufe, auch Aufnahmepfade genannt, für die segmentierende Aufnahme im Stillstand sind das Abzeilen des Bildbereiches, die spaltenweise Aufnahme und ein zirkularer Aufnahmepfad. Für die genannten Pfade sind verschiedene Reihenfolgen üblich, wie beispielsweise das Abzeilen von oben nach unten oder von unten nach oben, wobei beide von links nach recht oder von rechts nach links aufbauend sein können. Stand der Technik sind regelmäßige Aufnahmepfade ohne Beachtung eventuell unnötiger Bewegungsabläufe. Eine besondere Ausgestaltung der genannten Aufnahmepfade sind Bildzahl-optimierte Abläufe in denen der Verdichtung der Längengrade zum Nadir/Zenit hin durch einer Reduktion der Bildzahl Rechnung getragen wird.
Für die segmentierende Aufnahme in der Bewegung sind Bewegungsabläufe bekannt, bei der die Kamera während der Bewegung einer Vorzugsachse in definierten Winkelpositionen ausgelöst wird. Für eine zeilenweise Aufnahme wird beispielsweise, nach Positionierung der horizontalen Achse, in der Bewegung der vertikalen Achse Bild für Bild aufgenommen. Ebenso sind Kamerapfade bekannt, bei der sich beide Achsen gleichzeitig und synchronisiert in Bewegung befinden, wobei die Kameraauslösung in definierten Winkelpositionen stattfindet.
Allen bekannten Segmentierenden Panoramasystemem gemein ist der Umstand, dass jeder Panoramaaufnahme eine mehr oder minder umfangreiche Konfiguration des Systems vorausgeht.
Technische Aufgabenstellung
Die Erfindung hat zur Aufgabe, bekannte segmentierende Panoramasysteme durch ein System zu ersetzen, dass zuverlässiger, bedienerfreundlicher und universeller einsetzbar ist. Bisherige Lösungen in Form der Panoramaköpfe oder segmentierender Panoramasysteme weisen folgende Nachteile und Probleme auf:

1. Die verwendeten Kameras arbeiten mit einer elektromechanischen Verschluss-Blende (auch als Vorhang bekannt), bei Spiegelreflex-Kameras zusätzlich mit einer Spiegelmechanik. Bei jedem Bild wird diese Verschluss-Blende obligatorisch betätigt um eine definierte Belichtungszeit des Bildsensors zu ermöglichen. Die mittlere Lebensdauer dieser Verschlüsse liegt bei einigen 100.000 Auslösungen. Bei jedem Panoramabild, bestehend aus z.B. 50 Positionen á 7 Aufnahmen (HDR), werden 350 Einzelbilder aufgenommen, so dass die mittlere Einsatzdauer bei wenigen hundert Panoramen liegt.
2. Panoramaköpfe und segmentierende Panoramasysteme sind bei schlechten Lichtverhältnisse bzw. bei völliger Dunkelheit nicht einsetzbar, da bisher keine Lösung für die Beleuchtung segmentierender Aufnahmen existiert.
3. Bekannte Panoramaköpfe und segmentierende Panoramasysteme besitzen viele Einstellmöglichkeiten um das System an jede Situation möglichst gut anzupassen. Typische Parameter für die Aufnahme sind bspw. Fokus, Blende, Belichtungszeit, Anzahl der Belichtungsstufen und die Bildwinkelbereiche. Um mit diesen Systemen gute Ergebnisse zu erzielen, ist eine fotografische Vorbildung und ein gutes technisches Verständnis notwendig. Eine Folge der genannten Optionen und Varianten ist die Fehleranfälligkeit. Entweder nimmt man sich vor der Aufnahme die notwendige Zeit alle Einstellungen zu überprüfen und den Gegebenheiten anzupassen oder wiederholt die Aufnahme immer wieder angepasst so oft, bis alle Parameter stimmen. In Teams wird die Arbeit zusätzlich erschwert, da man nicht weiß, in welcher Situation und mit welchen Einstellungen der Kollege zuletzt gearbeitet hat. Eine Überprüfung aller Einstellungen bei der Geräteübernahme ist daher unumgänglich, bei zeitkritischen Anwendungen aber sehr ärgerlich bzw. nicht akzeptabel.
4. Die vielen Einstellmöglichkeiten (siehe 3.), mit denen auf die Aufnahmesituation reagiert wird, haben meist einen direkten Einfluss auf die Aufnahmezeit. Problematisch ist dabei, dass man keine Einschätzung der Aufnahmedauer und damit der Arbeitszeit für eine gegebene Anzahl Standpunkte vorab treffen kann.

Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabenstellung wird mit der im Hauptanspruch gekennzeichneten Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße segmentierende Aufnahmesystem (1 / 2) besteht aus einem Panoramakopf (1) mit einer vertikalen und einer horizontalen, motorisch angetriebenen Bewegungsachse, im Folgenden als Horizontal- (2) und Vertikalantrieb (3) bezeichnet, einer integrierten Kameraeinheit (4), im wesentlichen bestehend aus einer elektronischen Kamera (5) mit dem benötigten Kameraobjektiv (6) und einer Beleuchtungseinrichtung (7), einer Steuereinheit (8), einer elektromechanischen Drehverbindung, über die alle Signale zur Kamera-Ansteuerung übertragen werden und der System-Stromversorgung.
Der Horizontal- und der Vertikalantrieb sind so ausgeführt, dass eine winkeltreue und rasche Positionierung erfolgen kann. Die Antriebsposition wird absolut, das heißt ausgehend von einem festgelegten Referenzpunkt, erfasst. Beide Antriebe sind starr über eine Chassiskonstruktion so miteinander verbunden, dass die Bewegungsachsen senkrecht zueinander stehen und sich der Schnittpunkt beider Achsen im Bildhauptpunkt der Kamera-Objektiv-Kombination befindet. Der Horizontalantrieb (vertikale Bewegungsachse) ist so gestaltet, dass der Abtrieb die äußeren Geräteabmessungen (nach unten) überragt und das gesamte Gerät daran auf einem Stativ o. ä. befestigt werden kann. Wird der Abtrieb auf diese Weise fixiert, führt das gesamte Gerät, bei aktivem Horizontalantrieb, eine Drehbewegung um die vertikale Bewegungsachse (Stehachse) aus. Wenigstens der Abtrieb des Horizontalantriebs ist mit einer Bremse ausgestattet, die windinduzierte Gerätebewegungen innerhalb des Getriebespiels hemmt. Dies kann bspw. durch eine Vorspannung des Getriebes, durch eine Friktionsbremse oder durch eine elektromagnetische Bremse am Abtrieb erfolgen.
Am Abtrieb des Vertikalantriebs ist die Kameragruppe so montiert, dass die optische Achse der Kamera in Referenzposition des Vertikalantriebs orthogonal zu beiden Antriebsachsen steht. Als Kamera kommt eine elektronische Kamera mit einer Sensorgröße von 12 × 18 mm bei einer Pixel-Kantenlänge von ca. 3,5 µm zum Einsatz. Pixel dieser Abmessungen gewährleisten derzeitig einen bestmöglichen Kompromiss zwischen hoher Empfindlichkeit, gute Dynamik und geringem Rauschen und einem großen Schärfentiefenbereich. Kameras mit größeren Pixeln, wie beispielsweise bei Kamerasensoren im Kleinbild-Format üblich, haben im Vergleich einen deutlich eingeschränkten Schärfentiefenbereich (gleicher Abbildungsmaßstab vorausgesetzt), was einer universellen Verwendung mit fixiertem Fokus entgegen steht. Kameras mit deutlich kleineren Pixel, wie bspw. bei Industriekameras üblich, können wiederum durch die geringe Bildqualität, bedingt durch die geringe Empfindlichkeit und das stärkere Rauschen, nicht überzeugen.

Zusammenhang zwischen Pixelgröße und Schärfentiefe:

Hyperfokaldistanz:	$d_{h} = \frac{f^{2}}{D \cdot Z}$ (1)	f: Brennweite
		D: Durchmesser Unschärfekreis
		Z: Blendenzahl
Nahpunktdistanz:	$d_{n} = \frac{d_{h} \cdot d}{d_{h} + d}$ (2)	d: Aufnahmedistanz
Fernpunktdistanz:	$d_{f} = \frac{d_{h} \cdot d}{d_{h} - d}$ (3)
Unschärfekreis:	$D = 2 \cdot \sqrt{2} \cdot l_{p}$ (4)	I_p: Kantenlänge des quadratischen Pixels
Schärfentiefe:	$s = d_{f} - d_{n} = \frac{2 \cdot d^{2} \cdot d_{h}}{d_{h}^{2} - d^{2}}$ (5)
	$s = - \frac{2 \cdot d^{2} \cdot f^{2} \cdot D \cdot Z}{d^{2} \cdot D^{2} \cdot Z^{2} - f^{4}}$ (6)
	Für d und Z konstant gilt:	$c_{1} = 2 \cdot d^{2} \cdot Z$
	$s = - c_{1} \cdot f^{2} \frac{D}{c_{2} \cdot D^{2} - f^{4}}$ (7)	$c_{2} = d^{2} \cdot Z^{2}$

Eine Verdopplung der Pixel-Kantenlänge erfordert für die Beibehaltung des Abbildungsmaßstabes auch eine Verdopplung der Brennweite und für gleiche Schärfebedingungen den doppelten Durchmesser des Unschärfekreises. Für einen konkreten Fall mit einer Brennweite von 25 mm, einer Aufnahmedistanz von 2 m und einer Blendenzahl von 8 ergibt sich so ca. eine Halbierung der Schärfentiefe.
Die Kamera-Objektiv-Kombination wird im erfindungsgemäßen Aufnahmesystem bewusst auf eine möglichst großen Schärfentiefe-Bereich bei gleichzeitig hoher Bildauflösung für das Gesamtbild optimiert. Hintergrund ist die Vermeidung des Fokus als Einstellparameter (Fokus als fester Parameter des Systems). Das Aufnahmesystem bildet mit einer festen Fokuseinstellung in allen vorgesehenen Aufnahmesituationen ein scharfes Bild ab. Stellt man den Fokus des Objektives auf die Hyperfokaldistanz ein, ergibt sich aus Formel (2), dass der Nahpunkt (kleinste Distanz, bei der noch scharf abgebildet wird) bei der halben Hyperfokaldistanz liegt. Aus Formel (1) ergibt sich für die gegebene Pixelgröße und Blende 11 eine Abhängigkeit der Brennweite von der Hyperfokaldistanz zu: $f = \sqrt{109 \cdot 10^{- 3} m m \cdot d_{h}}$
Für eine Nahpunktdistanz von 2 m ergibt sich daher eine Brennweite von 21 mm, die auch verwendet wird. Der erzeugte Unschärfekreis bei einem Objektabstand von 1 m hat einem Durchmesser von 20 µm bzw. 2 Pixel Unschärfe um das zentrale Pixel herum. Klassisch wird ein Bild als scharf abgebildet beurteilt, wenn der Unschärfekreis kleiner als 1/1000 bzw. 1/1500 (je nach Literatur) der Bilddiagonalen ist. Dies entspricht 21,6 µm bzw. 14,5 µm. Das erfindungsgemäße Aufnahmesystem ist daher so gestaltet, dass ab ca. 1 m Objektentfernung (vorgesehene Aufnahmesituation) immer scharfe Bilder aufgenommen werden. Die Auflösung eines sphärischen Panoramas beträgt mit dem erfindungsgemäßen Aufnahmesystem ca. 600 MPixel. Nur diese Kombination aus Kamera- und Objektiveigenschaften gewährleistet ein qualitativ hochwertiges Bild mit derart hoher Auflösung gepaart mit einem weiten und dadurch universellen Schärfentiefe-Bereich.

Weitere, bei der Panoramaaufnahme sehr heikle Einstellparameter sind vor allem Belichtungszeit und Kameraempfindlichkeit (die Blende ist auf Grund der Zusammenhänge zur Schärfentiefe festgelegt). Um diese als Konfigurations-Parameter zu eliminieren, ist es notwendig eine automatische Belichtung zu realisieren, die in jeder vorgesehenen Aufnahmesituation funktioniert und den Anwender entlastet. Eine Erweiterung des Dynamikumfangs der Kamera ist außerdem für viele Anwendungen wünschenswert. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Mehrfachbelichtung (Belichtungsreihe / HDR) gelöst. Dabei wird derselbe Bildinhalt mit unterschiedlichen Belichtungszeiten, also mehrere Bilder pro Kameraposition aufgenommen. Die Einzelbilder werden nach der Aufnahme so verrechnet, dass der Wertebereich für die Belichtung jedes Pixel und damit der Dynamikumfang, um ein Vielfaches vergrößert wird. Ziel ist es eine so große Dynamik abzubilden, dass in jeder vorgesehenen Aufnahmesituation gut durchgezeichnete Bilder entstehen. Die Umgebungshelligkeit einer Szene wird über die Beleuchtungsstärke E_v definiert [1 Ix = 1 Im/m²]. Die Beleuchtungsstärke natürlicher Umgebungen bewegen sich dabei zwischen 0,07 Ix (Neumond) und 250'000 Ix (Wüstensonne). Der Zusammenhang zu fotografischen Größen wird gegeben durch:

Beleuchtungsstärke:	$E_{V} = 2,5 \cdot 2^{L W}$ (11)
Lichtwert:	$L W = {log}_{2} [\frac{Z^{2}}{t_{B}} \cdot \frac{100}{E}]$ (12)	t_B: Belichtungszeit [s]
		E: ISO-Empfindlichkeit
		Z: Blendenzahl
	$L W = {log}_{2} [\frac{E_{V}}{2,5}]$ (13)
Blendenzahl:	$Z = \sqrt{\frac{E_{V} \cdot t_{B} \cdot E}{250}}$ (14)	N: Blendenstufe
	$Z = {(\sqrt{2})}^{(N - 1)}$ (15)
Blendenstufe:	$N = \frac{log (Z \sqrt{2})}{log (\sqrt{2})}$ (16)
	$N = {log}_{2} (\frac{E}{50} \cdot t_{B}) + L W$ (17)

Die angegebenen Extremwerte der Beleuchtungsstärke ergeben Lichtwerte von EV-5 (Neumond) und EV17 (Wüstensonne). Der gesamte Dynamikumfang erstreckt sich daher über 22 Lichtwerte und damit über 22 Blendenstufen (siehe Gleichung (17)). Das erfindungsgemäße Aufnahmesystem erzeugt mit entsprechend vielen Einzelaufnahmen einen Dynamikumfang von 26 Blendenstufen im Bereich EV-1 bis EV25 und deckt alle vorgesehenen Aufnahmesituationen (Raum mit Kerzenlicht (ca. 1 Ix) bis Wüstentag) zuverlässig ab. Die Notwendigkeit einer Belichtungseinstellung entfällt völlig (Belichtungen als feste Parameter des Systems), was den Nutzer signifikant entlastet und eine feste Aufnahmedauer für jedes Panoramabild zur Folge hat. Für besondere Einsatzgebiete, wie beispielsweise forensische Aufnahmen, lässt sich der Dynamikumfang zu lasten der Aufnahmezeit steigern.
Jedes bekannte segmentierende Panoramasystem für hochwertige Panoramabilder hat wie beschrieben das Problem des verschleißenden, mechanischen Verschlusses (Shutter) der Kamera (elektromechanische Verschluss-Blende). Die Kamera des erfindungsgemäßen Aufnahmesystems ist technisch so verändert, dass nicht mehr der mechanische, sondern ein rein elektronischer Shutter verwendet wird. Dabei werden die Pixel nicht mechanisch abgedeckt und für die Belichtungszeit geöffnet, sondern elektronisch nur für die Belichtungszeit lichtempfindlich geschaltet. Auf diese Weise tritt keinerlei mechanischer Verschleiß und Ausfall des Systems durch die Vielzahl an Belichtungen auf.
Um bei absoluter Dunkelheit fotografische Aufnahmen zu ermöglichen oder dunkle Bereiche im Bild aufzuhellen, ist das erfindungsgemäße Aufnahmesystem mit einer Beleuchtungseinrichtung ausgestattet. Die Ausgestaltung sieht einen Beleuchtungs-Ring um die Vorderlinse des Objektives herum vor. Da der Abstand zwischen Beleuchtung und optischer Achse auf diese Weise so gering wie möglich (kleinstmögliche Parallaxe zwischen Licht- und Aufnahmestrahlen) und für jeden Bildpunkt diese Parallaxe in alle Richtungen ausfällt, wird eine absolut schattenfreie Abbildung erreicht. Die geworfenen Schatten sind vom Kamerastandort aus betrachtet hinter den Objekten und kleiner als die Objekte, werden also von diesen verdeckt. Die Beleuchtungseinrichtung selbst wird vorzugsweise durch LED's gebildet, jeder andere geeignete Lichtemitter ist ebenso anwendbar. Die Strahlformung findet vorzugsweise durch eine Kollimatoroptik mit Diffusorscheibe statt, so dass eine gleichmäßige Helligkeitsverteilung bei definiertem Abstrahlwinkel gegeben ist. Der Abstrahlwinkel wird dabei an den Öffnungswinkel der Kamera angeglichen um eine möglichst gute Ausbeute der Abstrahlleistung zu erreichen.
Alle Aufnahme-Parameter (Parameter des Systems), Steuersignale und zeitliche Abfolgen werden von einer Steuereinheit gespeichert und verwaltet. Dabei sind alle Parameter und Vorgänge entsprechend der vorangegangenen Ausführungen festgelegt und dem normalen Anwender verborgen. Die verbleibende Nutzerschnittstelle beschränkt sich nur noch auf wenige Bedientasten (2, 9) zum Einschalten, zum Starten und zum Pausieren des Aufnahmevorganges und auf ein grafisches Display (2, 10) zur Übermittlung des Gerätestatus. Für besondere Einsatzzwecke sind außerdem eine Fernbedienung sowie akustische (Hupe) und optische (Blitzlicht-Impulse) Quittungssignale vorgesehen.
Zwischen der Steuereinheit und der Kameraeinheit ist eine drehbare elektrische Verbindung, vorzugsweise eine elektromagnetische Drehverbindung gemäß DE 20 2016 004 109, angebracht. Diese gewährleistet eine verschleißfreie Übertragung der Auslöseimpulse durch die Drehachse des Vertikalantriebs zur Kamera und vermeidet frei verlegte Übertragungskabel. Andere Ausgestaltungen dieser drehbaren elektrischen Verbindung sind elektromechanische Drehverbindungen wie Schleifringe oder spiralförmig verlegte Kabel (Kabelspirale) und optische Drehverbindungen wie Lichtleiter mit drehbarer Kopplung. Auch die Kombination verschiedener Drehverbindungen ist möglich und sinnvoll, z. B. eine elektromagnetische Energieübertragung zusammen mit einer optischen Signalübertragung.
Das erfindungsgemäße Aufnahmesystem verfügt weiterhin über einen integrierten wiederaufladbaren Energiespeicher (Akkumulator) zur Stromversorgung. Alle elektronischen und elektromechanischen Komponenten werden zentral von diesem versorgt. Die Kapazität ist so ausgelegt, dass ein Arbeitstag ohne Unterbrechung bzw. Ladevorgang bestritten werden kann. Eine besondere Ausgestaltung zur Vereinfachung der Gerätegestaltung sieht zwei von einander unabhängige Energiespeicher und Stromversorgungen vor. Dabei versorgen beide zentral sinnvoll zu trennende Funktionsgruppen, in diesem Fall die Kameraeinheit und den Panoramakopf.

Claims

Segmentierendes Aufnahmesystem für die automatische Gewinnung von Panoramabildern, bestehend aus - einem Panoramakopf mit mindestens einer positionierbaren Antriebseinheit, - einer auf dem Panoramakopf montierten Kamera mit Objektiv, deren Bildhauptpunkt in der Antriebsachse bzw. im Schnittpunkt der Antriebsachsen liegt, - einer integrierten elektronischen Steuereinheit, die alle Bewegungsabläufe und die Bildaufnahme steuert und über eine Nutzerschnittstelle verfügt und - einer elektrischen Kabelverbindung zwischen Kamera und Steuereinheit und/oder zwischen Kamera und Stromversorgung des Panoramakopfes, dadurch gekennzeichnet, - dass Kamera und Objektiv eine in den Panoramakopf integrierte Kameraeinheit bilden, so dass der Nutzer ein untrennbares Gesamtsystem verwendet, - dass Kamera und Objektiv so aufeinander abgestimmt sind, dass für alle vorgesehenen Aufnahmesituationen eine ausreichende Schärfentiefe ohne Veränderung des Fokus vorliegt, - dass die Kameraeinheit über eine Beleuchtungseinrichtung verfügt, die vorzugsweise einen geschlossenen Ring um das Objektiv bilden, aber auch als Ringsegmente oder als einzelne Lichtquellen um das Objektiv angeordnet sein können, - dass die elektrische Verbindung zwischen Kameraeinheit und Steuereinheit und/oder Kameraeinheit und Stromversorgung als elektromechanische Drehverbindung, wie bspw. als Schleifring oder Kabelspirale, als optische Drehverbindung und/oder als elektromagnetische Drehverbindung in einer und/oder um eine Drehachse ausgeführt ist, - dass in jeder Kameraposition eine Belichtungsreihe aufgenommen wird, so dass der gesamte Dynamikumfang/Helligkeitsbereich aller vorgesehenen Aufnahmesituationen abgedeckt wird und - dass alle Parameter des Systems so vorkonfiguriert sind, dass die Aufnahme in allen vorgesehenen Aufnahmesituationen, ohne weitere Einstellungen vorzunehmen, gestartet wird.
Aufnahmesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte Aufnahmesystem in der Art kalibriert ist, das jedem Bildpunkt der Kamera, unter Einbeziehung des Positionierwinkel der Antriebseinheit(en), ein Raumwinkel in dem vom Aufnahmesystem bestimmten, polaren Koordinatensystem zugeordnet ist,
Aufnahmesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera keine mechanische oder elektromechanische Verschluss-Blende für die Belichtungssteuerung verwendet.
Aufnahmesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameraeinheit einen eigenen Energiespeicher, vorzugsweise in Form eines wiederaufladbaren Akkumulators, aufweist.
Aufnahmesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Kameraposition mehrere Bilder mit unterschiedlichen Fokus-Einstellungen aufgenommen werden, um durch Verrechnung der Bilder den Bereich der Schärfentiefe zu erhöhen.
Aufnahmesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eine drahtgebundene und/oder drahtlose Schnittstelle verfügt über die eine Fernsteuerung des Systems erfolgt.
Aufnahmesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagesensor so mit der Steuereinheit und/oder Kameraeinrichtung verbunden ist, dass dessen Daten während der Aufnahme gespeichert werden.
Aufnahmesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Positionssensor, wie bspw. GPS / Kompass, so mit der Steuereinheit und/oder Kameraeinrichtung verbunden ist, dass dessen Daten während der Aufnahme gespeichert werden.
Aufnahmesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemstatus mit akustischen und/oder optischen Signalen mitgeteilt wird.