DE19500507C2 - Camera with lens and image carrier adjustment device and focusing method - Google Patents
Camera with lens and image carrier adjustment device and focusing methodInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Scharfstellverfahren einer Kamera und diese selbst, wie aus der DE 34 33 412 C2 bekannt,The invention relates to a focusing method of a camera and this itself, as known from DE 34 33 412 C2,
- - mit einem Objektivträger und einem Bildträger mit einem verbindenden Balg, die relativ zueinander in einer Bankrichtung abstandveränderbar gehalten sind, wobei die demgemäßen Abstandsänderungen einem Prozessor zugeführt werden,- with a lens holder and an image holder with a connecting bellows that are relative to each other in a Bench direction are kept variable, the corresponding changes in distance fed to a processor will,
- - und in deren Objektivträger ein Objektiv um zwei zueinander senkrechte und zur Bankrichtung senkrechte Achsen verschwenkbar gehalten ist, dessen beide demgemäßen Objektivschwenkwinkelwerte und der Wert der Objektivbrennweite dem Prozessor zugeführt werden,- And in their lens holder a lens by two axes perpendicular to one another and perpendicular to the bank direction is held pivotable, both of which are accordingly Lens tilt angle values and the value of Lens focal length are fed to the processor,
- - und in deren Bildträger eine Bildaufnehmerebene, mit einem Film oder einer Mattscheibe bestückbar, um zwei zueinander senkrechte und zur Bankrichtung senkrechte Achsen verschwenkbar gehalten ist, deren beiden demgemäßen Bildaufnehmerschwenkwinkelwerte dem Prozessor zugeführt werden,- And in their image carrier an image sensor level, with a film or a matte screen can be populated by two axes perpendicular to one another and perpendicular to the bank direction is held pivotable, both of which accordingly Image sensor swivel angle values are fed to the processor will,
- - und in deren Bildaufnehmerebene ein Scharfeinstellungssensor, der ein Schärfeeinstellungssignal liefert, in zwei Bildaufnehmerkoordinaten positionierbar ist, die dem Prozessor zusammen mit dem Schärfeeinstellungssignal zugeführt werden,- and in their image sensor level Focus sensor that sends a focus signal supplies, can be positioned in two image sensor coordinates is the processor along with the Sharpness signal are supplied
- - wobei verfahrensgemäß für die gleichzeitige Scharfeinstellung mindestens dreier ausgewählter Bildpunkte, die in einer Ausgangsbildebene liegen, - According to the procedure for the simultaneous Focus at least three selected pixels, which are in an initial image plane,
- - diese auf der Bildaufnehmerebene mit dem Scharfeinstellungssensor durch die Änderung des Bildträgerabstandes vom Objektiv nacheinander jeweils in ihrer Scharfeinstellung unter Erfassung der zugehörigen Bildaufnehmerkoordinaten und der Bildträgerabstandsänderungen lagemäßig im Prozessor erfaßt werden,- This on the image sensor level with the Focus sensor by changing the Image carrier distance from the lens one after the other in their focus taking the associated Image sensor coordinates and the Changes in image carrier spacing are detected in the position of the processor will,
- - und aus den so erhaltenen Eingangsdaten vom Prozessor Lageparameter der Bildaufnehmerebene und der Ausgangsbildebene rechnerisch ermittelt werden und durch Lösung von Abbildungsgleichungen solche Solleinstellwerte für Verschwenkungen des Objektivträgers und einer Abstandseinstellung des Bildträgers zum Objektivträger errechnet und ausgegeben werden,- And from the input data thus obtained from the processor Position parameters of the image sensor level and the Output image level can be determined mathematically and by Solution of mapping equations such target values for pivoting the lens holder and one Distance adjustment of the image carrier to the lens carrier calculated and output,
- - so daß die mit diesen Solleinstellwerten eingestellte neue Bildebene mit der Bildaufnehmerebene möglichst zur Deckung kommt.- so that the set with these setpoint values new image level with the image pickup level if possible Cover comes.
Bei dieser bekannten Kamera werden die Objektivbrennweite, ein Abbildungsmaßstab, auf die Abbildungsoptik bezogene Raumkoordinaten von drei ausgewählten Bildpunktbereichen eines Szenenbildes, wozu eine Schärfesonde als Hilfsmittel dient, Verstellwinkelwerte der Objektive und Bildebenenneigungen und Verschwenkungen und das Abstandsmaß einer Objektivhauptebene von der Bildebene dem Prozessor entweder per Tastatur oder unmittelbar mit Meßmitteln zugeführt, der abweichend vom Gegenstand der Erfindung aus diesen Meßdaten nach dem Gesetz von Scheimpflug, demnach sich die Objektivebene, die Ebene der die Szenenpunkte angehören und die Ebene, der die scharfen Bildpunkte angehören, in einer Geraden zu schneiden haben, Sollvorgabewerte der Verstellwinkel und des Abstandes berechnete, so daß nach einer damit vorgenommenen Einstellung die ausgewählten Bildpunktbereiche des Szenenbildes bei sogenanntem doppelten Schärfeausgleich, d. h. einem Schärfeausgleich durch Verschwenkung des Objektivs oder der Bildaufnehmerebene in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen, möglichst scharf abgebildet wurden. Bei dieser Vorrichtung wurden also die absoluten Raumkoordinaten der Bildpunkte und die Strukturdaten der Abbildungsoptik als Ausgangswerte für eine geschlossene Lösung der Abbildungsgleichungen erforderlich, um jeweils eine solche Lage der Abbildungsebene in Bezug auf die Objektiveinstellung zu finden, in der die ausgewählten Bildpunktbereiche in der Abbildungsebene liegen, möglichst scharf abgebildet sind. Dies erforderte einen erheblichen Aufwand an Meßmitteln mit hohen absoluten Genauigkeitsanforderungen. Darüber hinaus gilt das bisher benutzte Gesetz von Scheimpflug nur für die Abbildung im paraxialen Bereich einer dünnen Linse, die in der Praxis bedeutungslos ist.In this known camera, the lens focal length, an imaging scale related to the imaging optics Space coordinates of three selected pixel areas a scene, for which a focus probe as an aid serves, adjustment angle values of the lenses and Image plane inclinations and swivels and the distance measure a main lens plane from the image plane to the processor either by keyboard or directly with measuring equipment supplied, which deviates from the subject matter of the invention this measurement data according to the Scheimpflug law, accordingly the lens plane, the plane of the scene points belong to and the level of the sharp pixels belong to have to cut in a straight line, Target values of the adjustment angle and the distance calculated so that after a made with it Setting the selected pixel areas of the Scene image with so-called double focus compensation, d. H. a focus compensation by swiveling the Lens or the imaging plane in two perpendicular directions that are as sharp as possible were. So with this device the absolute Spatial coordinates of the pixels and the structural data of the Imaging optics as initial values for a closed Solving the mapping equations required to each such a location of the mapping level in relation to the Find lens setting in which the selected Pixel areas are in the imaging plane, if possible are clearly shown. This required a considerable amount Effort of measuring equipment with high absolute Accuracy requirements. In addition, this applies so far used Scheimpflug's law only for the illustration in paraxial area of a thin lens used in practice is meaningless.
Die Schwierigkeiten, die der doppelte Schärfeausgleich bei konventionellen Fachkameras bei vielen Szene-Objektivkonstellationen zu meistern verlangt, ist aus: "Kreatives Großformat", Sinar Edition, Tillmans Urs, Verlag "Photographie" AG, Schaffhausen, S. 60-62 zu ersehen.The difficulties of double focus compensation conventional view cameras in many scene lens constellations to master is from: "Creative large format", Sinar Edition, Tillmans Urs, publisher "Photographie" AG, Schaffhausen, pp. 60-62.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein automatisches Scharfeinstellungsverfahren eines Szenenbildes bei doppeltem Schärfeausgleich mit zur eingangs bezeichneten Kamera verringertem Meßmittelaufwand und vereinfachter Vorrichtung und mit praxisgerechten Objektiven zu erreichen.It is an object of the invention to have an automatic Focusing method of a scene at double Focus compensation with the camera specified at the beginning reduced expenditure on measuring equipment and simplified device and to achieve with practical lenses.
Die Lösung der Aufgabe ist im Hauptanspruch angegeben.The solution to the problem is specified in the main claim.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Kamera sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous embodiments of the method and the camera are described in the subclaims.
Durch das neue Verfahren erübrigt sich die absolute Entfernungsmessung zwischen dem Objektivträger und dem Bildträger. Es genügt, daß jeweils die Winkelmeßvorrichtungen vorhanden sind und eine relative Abstandsmessung, also die Auszugsänderungen bei den verschiedenen Scharfeinstellungen sowie die Koordinatenmessungen in der Bildaufnehmerebene und die Scharfstellungsbestimmung vorhanden sind.The new process eliminates the need for absolute Distance measurement between the lens holder and the Image carrier. It is sufficient that the Angle measuring devices are available and a relative Distance measurement, i.e. the changes in the pull-out various focus settings as well as the Coordinate measurements in the image sensor plane and the Focus determination exist.
Das Einstellverfahren läßt sich zu folgendem Ablauf zusammenfassen:The setting procedure can be done as follows sum up:
- - Der Photograph stellt die Perspektive durch Verschwenken der Mattscheibe ein und führt anschließend eine sehr grobe Vor-Fokussierung des Bildes im allgemeinen durch Veränderung des Auszuges und in Einzelfällen durch Verschwenken des Objektives durch. Die Parameter am und bm der Bildaufnehmerebene, die der Ebenengleichung z = amx + bmy + dm genügt, die also ihren Normalenvektor festlegen, nicht jedoch ihren Abstand vom Objektiv festlegen, der hier nicht benötigt wird, sowie die eingestellen Werte der Verschwenkwinkel Θ₀ und Φ₀ des Objektives werden über in die Standarten eingebaute Winkelaufnehmer in den Prozessor eingelesen.- The photographer sets the perspective by swiveling the focusing screen and then carries out a very rough pre-focusing of the picture, generally by changing the extract and in individual cases by swiveling the lens. The parameters a m and b m of the image sensor plane, which satisfies the plane equation z = a m x + b m y + dm, which therefore define their normal vector, but not their distance from the lens, which is not required here, and the set values the swivel angle Θ₀ and Φ₀ of the lens are read into the processor via angle sensors built into the standard.
- - Bestimmung der Koordinaten bi = (xi, yi, zi) von mindestens drei Bildpunkten Bi durch Fokussieren mit Hilfe eines Scharfeinstellungs-Sensors; das Kameraobjektiv ist dabei um die Winkel Θo und Φo verschwenkt. Die X-Achse sei hier die Achse parallel zur optischen Bank der Kamera, die durch den Objektivmittelpunkt geht, die Y-Achse verlaufe senkrecht dazu in horizontaler, die Z-Achse in vertikaler Richtung.- Determination of the coordinates bi = (xi, yi, zi) of at least three pixels Bi by focusing with the aid of a focus sensor; the camera lens is pivoted through the angles Θ o and Φ o . The X-axis is here the axis parallel to the optical bench of the camera, which goes through the center of the lens, the Y-axis is perpendicular to it in the horizontal direction, the Z-axis in the vertical direction.
- - Anfitten der Ebene, für die die Summe der Abstandsquadrate der ausgemessenen Bildpunkte minimal wird. Die Parameter dieser Ausgangs-Bildebene seien ao, bo und do, sie ist dann gegeben durch die Stellung z = aox + boy + do. - Fitting the level for which the sum of the squares of the distances between the measured pixels becomes minimal. Let the parameters of this output image plane be a o , b o and d o , it is then given by the position z = a o x + b o y + d o .
- - Bestimmung der Bildweite b aus der Auszugsdifferenz Δb jeweils bei Scharfstellung eines bestimmten Bildpunktes bei einer vorgegebenen Objektiv-Schwenkwinkeländerung - nach den Gleichungen (5) bis (7),- Determination of the image width b from the difference Δb each time focusing on a certain pixel a given change of lens swivel angle - according to Equations (5) to (7),
- - Bestimmung der Bildweite b bei unverschwenktem Objektiv nach Gleichung (8),- Determination of the image width b with the lens not pivoted according to equation (8),
- - Bestimmung der z-Achsenparameter do nach Gleichung (9).- Determination of the z-axis parameters d o according to equation (9).
- - Berechnung der Soll-Objektiv-Verstellwinkel Θsoll, Φsoll und des Mattscheibenschnittpunktes xbsoll mit der X-Achse nach den Gleichungen (1), (2) und (3).- calculation of the target lens displacement angle Θ to, Φ soll and the focusing screen intersection x Bsoll with the X-axis according to equations (1), (2) and (3).
Die Ausgangs-Bildebene wird in den Objektraum abgebildet; die so erzeugte Ebene wird bei variierter Objektiv-Verschwenkung in den Bildraum zurück abgebildet mit dem Ziel, die dadurch erhaltene neue Bildebene parallel zur eingestellten Mattscheibenebene auszurichten. Die dazu notwendigen Objektiv-Verstellwinkelwerte Θsoll und Φsoll sowie die einzustellende Schnittpunktkoordinate xbsoll von der Bildaufnehmerebene und der X-Achse ergeben sich zuThe output image plane is mapped into the object space; the plane thus generated is mapped back into the image space with a varied lens pivoting with the aim of aligning the new image plane thus obtained parallel to the set focusing screen plane. The necessary lens Verstellwinkelwerte Θ and Φ is intended to be set as well as the Schnittpunktkoordinate x Bsoll of the image pickup Rebene and the X-axis to be found
Für die Gleichungen (1)-(3) gilt folgende Nomenklatur:
Die Parameter am, bm und dm der Bildaufnehmerebenengleichung
beschreiben die Ausgangslage der Bildaufnehmerebene, der
die Anfangsschwenkwinkelwerte Θ₀, Φ₀ zugehören. Der
Parameter dm ist dabei der Wert vom Z-Achsabschnitt zwischen
dem Objektiv und dem Schnittpunkt mit der
Bildaufnehmerebene. Demnach sind die Anfangsparameter ao, bo,
do diejenigen der Lage der Bildebene, in der die ausgewählten
Bildpunkte Bi liegen. f ist die Brennweite des Objektivs,
und die Winkel Θ und Φ sind die Soll-Objektivverschwenkwinkelwerte
der vorzunehmenden endgültigen
optimalen Einstellung. Xb ist der x-Achsenabschnitt nach der
Normierung - dm/am entsprechend Gleichung (9) in der
endgültigen Einstellung, d. h. der Soll-Einstellung mit
doppeltem Schärfeausgleich.The following nomenclature applies to equations (1) - (3):
The parameters a m , b m and d m of the image pickup plane equation describe the starting position of the image pickup plane to which the initial swivel angle values Θ₀, Φ₀ belong. The parameter d m is the value of the Z axis section between the lens and the point of intersection with the image sensor plane. Accordingly, the initial parameters a o , b o , d o are those of the position of the image plane in which the selected pixels Bi lie. f is the focal length of the lens and the angles Θ and Φ are the target lens pan angle values of the final optimal setting to be made. X b is the x-intercept after normalization - dm / am according to equation (9) in the final setting, ie the target setting with double focus compensation.
Als physikalische Grundlage dient hierbei ausschließlich die Abbildungsgleichung für dünne Linsen; es ist nachzuweisen, daß sich das Verfahren auf einfache Weise auch für die Verwendung beliebiger Objektive, deren optisches Verhalten immer durch ihre Brennweite sowie die Lage ihrer beiden Hauptebenen definiert ist, modifizieren läßt.The only physical basis is the Mapping equation for thin lenses; it must be demonstrated that the process is easy for the Use of any lenses, their optical behavior always by their focal length and the location of their two Main levels is defined, can be modified.
Das Objektiv wird jetzt um die derart berechneten Winkel Θ und Φ verschwenkt (dabei entspräche Θ = Φ = 0 gerade der Situation, daß das Objektiv senkrecht auf der optischen Bank der Kamera steht). Die Bildaufnehmerebene wird so parallelverschoben, daß sie die X-Achse an der Stelle mit dem Koordinatenwort xb schneidet.The lens is now pivoted by the angles Θ and Φ calculated in this way (in this case Θ = Φ = 0 would correspond exactly to the situation that the lens is perpendicular to the optical bench of the camera). The image pickup plane is shifted in parallel so that it intersects the X axis at the position with the coordinate word x b .
Es wird insgesamt also folgende Transformation der Eingangsdaten durchgeführt:Overall, the following transformation of the Input data carried out:
Hierbei sind die Ortsvektoren der ausgewählten Bildpunkte Bi.Here are the location vectors of the selected pixels Bi.
Die beiden Abbildungsgleichungen der Ausgangsbildebene und der neuen Bildebene, die in der Mattscheibenebene zu liegen kommt, sind auf die invariante Szenenebene bezogen, weshalb die beiden Objektebenen unmittelbar korreliert werden. Somit ergeben sich Gleichungen, die nicht auf dem Prinzip von Scheimpflug aufgebaut sind, da keine Szenenebene bestimmt wird und auch nicht die Gleichungen der Schnittgeraden zwischen der Szenen- und der Objektivebene sowie der Objektiv- und Bildebene bestimmt werden.The two mapping equations of the original image plane and the new image plane that lie in the ground glass plane are related to the invariant scene level, which is why the two object planes are directly correlated. Consequently there are equations that are not based on the principle of Scheimpflug are set up because no scene level is determined and not the equations of the intersection line between the scene and the lens level as well as the Objective and image plane can be determined.
In den Beziehungen (1), (2) und (3) für die Einstellung der Kamera sind die folgenden Parameter am, bo der Ausgangs-Bildebene, die Parameter am, bm der Bildaufnehmerebene und die Parameter Θ₀, Φ₀ der Verschwenkung des Objektivs recht einfach zu bestimmen: Die Parameter am, bm, Θ₀ und Φ₀ sind direkt über das Auslesen von an den Standarten angebrachten Winkelaufnehmern, ao und bo über die Messung von Auszugsdifferenzen beim Fokussieren der Bildpunkte Bi zu ermitteln. Die Messung des weiteren Parameters do der Ausgangs-Bildebene jedoch wirft insofern nicht unerhebliche technische Probleme auf, als daß der absolute Wert des Auszugs für jeden der Bildpunkte Bi sehr exakt (auf ca. 50 . . . 100 µm genau) bestimmt werden muß. Da die Auszugslänge Werte bis zu einem Meter und mehr erreichen kann, bedeutet dies, daß der Abstand des Bildpunktes Bi vom Objektiv mit einem Fehler von maximal 0,1 Promille direkt gemessen werden muß. Dies ist zwar möglich, technisch jedoch aufwendig, weshalb wir ein indirektes Verfahren zur Bestimmung der Auszugslänge entwickelt haben. Deshalb wird erfindungsgemäß eine indirekte Bestimmung dieses Parameters vorgenommen.In the relationships ( 1 ), ( 2 ) and ( 3 ) for the setting of the camera, the following parameters a m , b o of the output image plane, the parameters a m , b m of the image sensor plane and the parameters Θ₀, Φ₀ of the pivoting of the lens quite easy to determine: The parameters a m , b m , Θ₀ and Φ₀ can be determined directly by reading out angle sensors attached to the standards, a o and b o by measuring separation differences when focusing the image points Bi. The measurement of the further parameter d o of the output image plane, however, poses considerable technical problems insofar as the absolute value of the extract for each of the image points Bi has to be determined very precisely (to an accuracy of approximately 50... 100 μm). Since the extension length can reach values of up to one meter and more, this means that the distance between the image point Bi and the objective must be measured directly with an error of a maximum of 0.1 per mille. Although this is possible, it is technically complex, which is why we have developed an indirect method for determining the extension length. Therefore, an indirect determination of this parameter is carried out according to the invention.
Es wird die Tatsache ausgenutzt, daß sich die Bildweite b eines vom Objektiv abgebildeten Objektpunktes S ändert, wenn das Objektiv geschwenkt wird. Das Ausmaß dieser Bildweitenänderung Δb hängt in eindeutiger Weise von der Gegenstandsweite s des Objektpunktes S ab, so daß aus dem Winkelwert Θ des jeweils verwendeten Verstellwinkels und dem Wert der Auszugsdifferenz Δb, die der Bildweitenänderung jeweils bei den zugehörigen Scharfstellungen entspricht, der Wert der Gegenstandsweite s bestimmt werden kann. Ist dadurch die Gegenstandsweite s bekannt, kann über die Abbildungsgleichung direkt der Absolutwert der Bildweite b ermittelt werden. Der absolute Fehler des Wertes für die Bildweite b liegt dabei in der Größenordnung des Meßfehlers der Auszugsdifferenz Δb, zwischen den Scharfstellungen gemäß der Bildweitenänderung, die sehr exakt bestimmbar ist (besser als auf ca. 50 µm, so daß der relative Fehler den zulässigen Wert nicht überschreitet.The fact that the image width b of an object point S imaged by the lens changes if the lens is pivoted. The extent of this Image size change Δb clearly depends on the Object distance s of the object point S, so that from the Angle value Θ of the respectively used adjustment angle and the Value of the separation difference Δb, that of the change in image width corresponds in each case with the associated focusing Value of the object distance s can be determined. Is thereby the object distance s known, can over the Imaging equation directly the absolute value of the image width b be determined. The absolute error of value for that Image width b is of the order of magnitude of the measurement error the separation difference Δb between the focus positions according to the change in image size, which can be determined very precisely (better than about 50 µm, so that the relative error the permissible value does not exceed.
Besonders einfach wird diese Methode, wenn man das Objektiv nur um die Y-Achse um den Winkel Θ verschwenkt (d. h. Φ = O) und einen Objektpunkt S heranzieht, der in der XY-Ebene liegt. Dann ist der Abstand dieses Punktes von der Objektivebene allein durch seine Gegenstandsweite s und den Verstellwinkel Θ gegeben gemäßThis method becomes particularly simple when you look at the lens only pivoted about the Y axis by the angle Θ (i.e. Φ = O) and draws an object point S that is in the XY plane lies. Then the distance of this point from the Objective level solely through its object distance s and the Adjustment angle Θ given according to
Hierbei ist γ der auf die Brennweite f nominierte Abstand des Gegenstandspunktes s vom Objektiv.Here γ is the distance of the nominated for the focal length f Object point s from the lens.
Für die Bildweite b des Bildpunktes vom Szenenpunkt S gilt dann:The following applies to the image width b of the image point from the scene point S. then:
Die Auszugsdifferenz Δb(s,Θ) wird entsprechend definiert alsThe separation difference Δb (s, Θ) is defined accordingly as
Daraus ergibt sich direkt der folgende Ausdruck für die Gegenstandsweite s:This results in the following expression for the Object distance s:
In den Formeln (5) bis (8) ist der Winkelwert Θ derjenige, zu dem die Auszugsdifferenz Δb korrespondiert. Physikalisch relevant ist in Formel (7) nur die Lösung mit dem Pluszeichen vor dem Wurzelausdruck, weil nur sie einen Wert s = f liefert, der zu einer reellen Abbildung des Punktes führt. Die Bildweite des Punktes für Φ = O, relativ zu der die Auszugsdifferenz Δb gemessenen wird, kann jetzt mit Hilfe der Abbildungsgleichung gemäßIn formulas (5) to (8), the angle value Θ is the one to which the pull-out difference Δb corresponds. In formula (7), only the solution with is physically relevant the plus sign in front of the root expression, because only they unite Value s = f provides a real representation of the Point leads. The image width of the point for Φ = O, relative to which the pull-out difference Δb is measured can now using the mapping equation according to
bestimmt werden; es ist jetzt möglich, auch alle anderen gemessenen relativen Auszüge (d. h. die x-Koordinaten der scharf abzubildenden Bildpunkte Bi) absolut anzugeben, ohne irgendeine Bildweite direkt gemessen zu haben, da die X-Achse jetzt mit einem definierten Nullpunkt versehen ist; die y- und z-Koordinaten sind einfach aus der Position des beweglichen CCD-Chips, des Scharfeinstellungssensors in der Bildaufnehmerebene, der X-Achsenlage dort und den Schwenkwinkeln α, β der Bildaufnehmerebene gegen die X-Achse, abzuleiten. Aus dem jetzt absolut bestimmbaren Schnittpunkt der Ausgangsbildebene mit der X-Achse, xo, läßt sich ihr z-Achsenabschnitt do gemäßbe determined; it is now possible to specify all other measured relative excerpts (ie the x coordinates of the sharp image points Bi) in absolute terms without having measured any image width directly, since the X axis is now provided with a defined zero point; the y and z coordinates can easily be derived from the position of the movable CCD chip, the focus sensor in the image pickup plane, the x-axis position there and the swivel angles α, β of the image pickup plane against the x-axis. From the intersection of the output image plane with the X axis, x o , which can now be determined absolutely, its z-axis section d o can be determined in accordance with
do = -aoxo (9)d o = -a o x o (9)
berechnen und in die Beziehungen (1), (2) und (3) einsetzen.calculate and insert into relationships (1), (2) and (3).
Die Genauigkeit des Verfahrens läßt sich noch steigern, indem man nicht nur eine, sondern mehrere Auszugsdifferenzen bei unterschiedlichen Verstellwinkeln Θ mißt und die aus ihnen erhaltenen Werte für die Gegenstandsweite s mittelt. Wenn beim Verschwenken des Objektives der Meß-CCD-Chip durch geeignete motorische Steuerung stets auf der Verbindungslinie Objektivmittelpunkt-Anfangsposition (Θ = O) gehalten wird, kann eine große Anzahl von Auszugsdifferenzwerten Δb für viele verschiedene Werte von Θ während des Objektiv-Verschwenkvorgangs bestimmt werden, wodurch die Genauigkeit des erhaltenen Wertes für die Gegenstandsweite sehr groß wird.The accuracy of the method can be increased even more by not just one, but several, differentiation at different adjustment angles Θ and that from values obtained for the object width s averages. If when swiveling the lens, the measuring CCD chip through suitable motor control always on the Connection line starting point of the lens center point (Θ = O) can be held a large number of Extraction difference values Δb for many different values of Θ be determined during the lens pivoting process, whereby the accuracy of the value obtained for the Object distance becomes very large.
Sollte einmal kein geeigneter Objektpunkt zur Verfügung stehen, der in der XY-Ebene liegt, kann natürlich auch jeder beliebige andere Objektpunkt verwendet werden; die Rechnung wird dabei allerdings ein wenig komplizierter, da der Abstand des Punktes von der Objektivebene auch von seiner z-Koordinate zs abhängt. Es gilt:Should no suitable object point be available that lies in the XY plane, any other object point can of course also be used; however, the calculation becomes a little more complicated because the distance of the point from the objective plane also depends on its z coordinate z s . The following applies:
und damitand thus
Es müssen jetzt mindestens zwei Werte für die Auszugsdifferenz Δb bei unterschiedlichen Verstellwinkeln Θ jeweils scharfgestellt gemessen werden; an den so erhaltenen Verlauf der Auszugsdifferenz vom Schwenkwinkelwert Δb(Θ) kann dann die Beziehung (11) durch Variation der freien Parameter s und zs angefittet, d. h. durch schrittweise Näherung erfüllt werden. Der Parameter zs wird nicht weiter benötigt; aus der Gegenstandsweite s kann gemäß (8) die Bildweite b(Θ = O) ohne Verschwenkung bestimmt werden. Die Genauigkeit der gefitteten Parameter steigt natürlich mit der Anzahl der gemessenen Werte; auch hier ist es möglich, die Messungen durch automatisches Nachführen des Schärfeeinstellungssensors, i. a. eines CCD-Chips, sehr schnell für sehr viele Werte von Θ durchzuführen.At least two values for the pull-out difference Δb must now be measured in focus at different adjustment angles Θ; The relationship (11) can then be fitted to the course of the pull-out difference from the swivel angle value Δb (Θ) thus obtained by varying the free parameters s and z s , that is to say by stepwise approximation. The parameter z s is no longer required; From the object distance s, the image distance b (Θ = O) can be determined according to (8) without pivoting. The accuracy of the fitted parameters naturally increases with the number of measured values; Here, too, it is possible to carry out the measurements very quickly for a large number of values of durch by automatically tracking the focus adjustment sensor, generally a CCD chip.
Von der Tatsache, daß während der Bestimmung der Auszugsdifferenzen der Scharfeinstellungssensor, der Meß-CCD, immer auf die gleiche Stelle im Bild ausgerichtet sein muß, läßt sich profitieren, indem man die vollständige Information nutzt, die das Fokussierverfahren liefert. Das Verfahren basiert darauf, daß für die betrachtete Bildregion, beispielsweise nach der DE 44 13 368 C1, ein Schärfemeßwert ermittelt wird, der vom Abstand des Scharfeinstellungssensors, des Meß-CCDs, (in x-Richtung) vom Fokus abhängt und im Fokus maximal wird. Außerhalb des Fokus gibt ihr Wert ein Maß für den Abstand des Meß-CCDs vom scharfen Bildpunkt. Nutzt man dies aus, braucht nur einmal zu Anfang die Umgebung des Fokus durchfahren zu werden, um für die betrachtete Bildregion den Verlauf des Schärfemeßwertes in Abhängigkeit vom relativen Ort auf der X-Achse zu ermitteln; aus der Verringerung des Schärfemeßwertes beim Verschwenken des Objektivs kann dann gleich auf die Fokus- und damit direkt auf die Auszugsdifferenz geschlossen werden, ohne jeweils neu zu fokussieren. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine schnellere Messung der Auszugsdifferenz von Δb in Abhängigkeit vom Objektiv-Verschwenkwinkel Θ.The fact that during the determination of the Differences in focus of the focus sensor, the Measuring CCD, always aligned to the same place in the picture can be benefited by looking at the complete Uses information that the focusing method provides. The The method is based on that for the considered Image region, for example according to DE 44 13 368 C1 The measured sharpness value is determined by the distance of the Focus sensor, the measuring CCD, (in the x-direction) from Focus depends and becomes maximum in focus. Out of focus their value gives a measure of the distance of the measuring CCD from sharp pixel. If you take advantage of this, you only need once in the beginning, to be passed through the vicinity of the focus the course of the Sharpness measurement value depending on the relative location on the Determine X-axis; from reducing the Sharpness values when swiveling the lens can then immediately on the focus and thus directly on the Movement difference can be closed without new focus. This approach enables faster Measurement of the pull-out difference of Δb as a function of Lens swivel angle Θ.
Mit den hier dargestellten Verfahren ist es möglich, allein aus der Bildinformation alle notwendigen Verstellparameter zu ermitteln; zusätzlich wird umgangen, die Bildweiten der scharf wiederzugebenden Bildpunkte durch direkte Längenmessung zu ermitteln, was mit der erforderlichen Genauigkeit technisch sehr aufwendig und daher mit hohen Kosten verbunden wäre. Statt dessen wird die Gegenstandsweite eines prinzipiell beliebigen Objektpunktes durch Messung der Bildweite seines Bildpunktes bei verschiedenen Objektivstellungen berechnet und daraus der Absolutwert der Bildweite bei nicht verschwenktem Objektiv ermittelt. Die X-Achse des "bankfesten" Kamera-Koordinatensystems wird also mit einem Nullpunkt versehen, dessen Abstand vom Objektiv sehr exakt bekannt ist und relativ zu dem alle weiteren Auszugsdifferenzen mit hoher Genauigkeit gemessen werden können; die hierzu verwendeten Längenmeßstrecken des Wegaufnehmers müssen nur einige cm lang sein.With the methods shown here it is possible to do it alone all necessary adjustment parameters from the image information to determine; it also bypasses the image widths of the sharp pixels to be reproduced by direct Length measurement to determine what is required with the Accuracy is technically very complex and therefore high Would be associated with costs. Instead, the Object distance of a basically arbitrary object point by measuring the image width of its pixel calculated different lens positions and from this the Absolute value of the image width with the lens not swiveled determined. The X-axis of the "bench-fixed" camera coordinate system is therefore provided with a zero point, whose distance from the lens is known very precisely and relative to which all other move-out differences with high Accuracy can be measured; the used for this Length measuring distances of the displacement sensor only have to be a few cm To be long.
Zusätzlich werden alle Probleme vermieden, die sich bei einer direkten Abstandsbestimmung aus der thermischen Ausdehnung der optischen Bank oder aus dem nicht ganz exakten Zusammensetzen einer geteilten optischen Bank aus mehreren Teilstücken ergeben könnten. Es ist nicht einmal wichtig, ob die Objektiv- und die Bildstandarte überhaupt miteinander verbunden sind. Die Abstände, die in der Bildaufnehmerebene noch direkt absolut bestimmt werden müssen (alle Längen in y*- und z*-Richtung, d. h. die Bildpunktkoordinaten in der Bildaufnehmerebene), liegen im cm-Bereich und sind daher ebenfalls über preiswerte Wegaufnehmer leicht mit der erforderlichen Genauigkeit zu ermitteln. In addition, all problems that arise with a direct determination of the distance from the thermal Extension of the optical bench or from the not quite exact assembly of a split optical bench could result in several sections. It is not even important whether the lens and the image standard at all are interconnected. The distances in the Imager level can still be determined absolutely directly must (all lengths in the y * and z * directions, i.e. the Pixel coordinates in the image sensor plane), lie in the cm range and are therefore also about inexpensive Displacement transducers easily with the required accuracy determine.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Fig. 1 bis 4 dargestellt.Advantageous configurations are shown in FIGS. 1 to 4.
Fig. 1 zeigt die Kamera in vereinfachter Darstellung und ohne Balgen mit schematisierter Steuervorrichtung, Fig. 1 shows the camera in a simplified representation and without bellows with schematized control device,
Fig. 2 zeigt die funktionale Abhängigkeit der Bildweite von der Auszugsdifferenz bei verschiedenen Objektiv-Verschwenkwinkeln jeweils brennweitennormiert, Fig. 2 shows the functional dependence of the image distance from the extension difference at various lens Verschwenkwinkeln each focal length is normalized,
Fig. 3 zeigt absolute Fehler der Bildweite bei gegebenen Meßfehlern für ein 65 mm Objektiv bei verschiedenen Schwenkwinkeln, Fig. 3 shows the absolute error image distance at given measurement errors for a 65 mm lens at different angles of rotation,
Fig. 4 zeigt Bildweitenfehler für ein 1800 mm Objektiv. Fig. 4 shows image size errors for a 1800 mm lens.
Fig. 1 zeigt eine Kamera mit einer optischen Bank (OB), die auch aus mehreren Abschnitten zusammengesetzt sein kann. Auf ihr ist ein Objektivträger (OT) montiert, der ein Objektiv (O) trägt, das um zwei Achsen (Y, Z) verschwenkbar gehalten ist. Die Schwenkwinkel (Θ, Φ) werden über Winkelgeber an den Prozessor (PR) signalisiert. Ggf. sind elektrisch gesteuerte Objektivverschwenkantriebe (HA, VA) vorgesehen, die von dem Prozessor (PR) angesteuert werden. Fig. 1 shows a camera with an optical bench (OB), which can also be composed of several sections. A lens mount (OT) is mounted on it, which carries a lens (O) which is held pivotably about two axes (Y, Z). The swivel angles (Θ, Φ) are signaled to the processor (PR) via angle sensors. Possibly. electrically controlled lens swivel drives (HA, VA) are provided, which are controlled by the processor (PR).
Weiterhin ist auf der Bank (OB) ein Bildträger (BT) angeordnet, der ebenfalls um zwei Achsen verschwenkbar eine Bildaufnehmerebene (BA), die während der Einstellung im allgemeinen mit einer Mattscheibe bestückt ist, trägt. Auch deren Verschwenkwinkel (α, β) werden über Winkelgeber dem Prozessor (PR) gemeldet. Auch diese Verschwenkungen sind ggf. durch elektrisch gesteuerte Antriebe vom Prozessor (PR) steuerbar. There is also an image carrier (BT) on the bench (OB) arranged, which is also pivotable about two axes Image sensor level (BA), which during the adjustment in generally equipped with a focusing screen. Also whose swivel angle (α, β) are the angle encoder Processor (PR) reported. These pivots are also possibly by electrically controlled drives from the processor (PR) controllable.
In der Bildaufnehmerebene ist ein CCD-Sensor (CD) positionierbar, wobei jeweils zwei relative Lagekoordinaten (Y1*, Z1*) desselben in der Bildaufnehmerebene an den Prozessor (PR) gegeben werden. Diese relativen Lagekoordinaten können von einer Positioniervorrichtung der Meßsonde (CD) abgenommen werden. Außerdem gibt die CCD-Meßsonde (CD) schärferelevante Bildpunkthelligkeitssignale (SS) des jeweils ausgewählten Bereichs, in dem sich der betrachtete Bildpunkt befindet, an den Prozessor (PR) zur Auswertung auf ein Schärfekriterium in bekannter Weise mittels eines Fourieranalysators (FA).A CCD sensor (CD) is in the image sensor level positionable, with two relative position coordinates (Y1 *, Z1 *) of the same in the image sensor plane to the Processor (PR) are given. This relative Position coordinates can be from a positioning device Measuring probe (CD) can be removed. In addition, the CCD measuring probe (CD) sharpness-relevant pixel brightness signals (SS) of the respectively selected area in which the considered pixel is to the processor (PR) Evaluation for a sharpness criterion in a known manner using a Fourier analyzer (FA).
Der Bildträger (BT) ist auf der Bank (OB) mit einer Auszugsverstellvorrichtung (AA) axial verstellbar angeordnet, deren Verstellsignal dem Prozessor (PR) als die Auszugsweite (AW), die in die Formeln als Δb eingeht, zugeleitet ist. Die Auszugsverstellvorrichtung (AA) hat ggf. einen elektrisch gesteuerten Antrieb, der vom Prozessor (PR) gesteuert wird.The image carrier (BT) is on the bench (OB) with a Extension adjustment device (AA) axially adjustable arranged, the adjustment signal to the processor (PR) as the Extension range (AW), which is included in the formulas as Δb, is forwarded. The pull-out adjustment device (AA) may have an electrically controlled drive by the processor (PR) is controlled.
Zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Kamerascharfeinstellung ist ein karthesisches Koordinatensystem eingezeichnet, dessen X-Achse durch den Hauptpunkt (H) des Objektivs (O) parallel zur Bank (OB) verläuft. Falls eine verschwenkbare Bank vorgesehen ist, muß deren Verschwenkung gegen die Standarten durch eine entsprechende Koordinatentransformation berücksichtigt werden. Nach oben ist die Z-Achse und zur Seite die Y-Achse gerichtet. Im einfachsten Fall sollen drei Szenenpunkte (S1-S3) in der Bildaufnehmerebene (BA) scharf abgebildet werden und in einer bestimmten Perspektive zueinander angeordnet sein. Bei der Voreinstellung von Hand liegen die drei den Szenenpunkten (S1-S3) zugehörigen Bildpunkte (B1-B3) im allgemeinen in einer von der Bildaufnehmerebene abweichenden Anfangs-Bildebene, die somit durch diese drei Bildpunkte (B1-B3) bestimmt ist. Im Beispiel ist der erste Bildpunkt (B1) mit den relativen Lagekoordinaten (Y1*, Z1*) mittels des Sensors (CD) auf der Bildaufnehmerebene scharf eingestellt. Der zweite und dritte Bildpunkt (B2, B3) liegen außerhalb der Bildaufnehmerebene. Aus dieser Grundeinstellung wird dann im Laufe des Verfahrens die weitere Scharfeinstellung vorgenommen. Dazu werden jeweils nach der Positionierung des CCD-Sensors (CD) auf den zweiten bzw. dritten Bildpunkt, der anfangs auf der Bildaufnehmerebene noch unscharf zu sehen ist, Auszugsveränderungen bis zur Scharfstellung vorgenommen. Dadurch ergeben sich am Auszug Differenzangaben (x1-x2, x2-x3) der Lage der Punkte in der x-Richtung und deren relativen Lagekoordinaten Y*, Z* in der Bildaufnehmerebene, die anhand der Bildträger-Winkeleinstellungen (α, β) in relative Raumkoordinaten, die die Neigungen der Anfangsbildebene beschreiben, umzurechnen sind.To illustrate how the Focusing is a Cartesian Coordinate system drawn in, whose X axis through the Main point (H) of the lens (O) parallel to the bank (OB) runs. If a swiveling bench is provided, must their pivoting against the standards by a corresponding coordinate transformation is taken into account will. The Z axis is at the top and the Y axis to the side directed. In the simplest case, three scene points (S1-S3) sharply imaged in the image pickup plane (BA) and in a certain perspective to each other be arranged. When presetting by hand, the three pixels (B1-B3) belonging to the scene points (S1-S3) generally at one of the imager levels deviating initial image plane, which is therefore due to these three Pixels (B1-B3) is determined. In the example is the first Pixel (B1) with the relative position coordinates (Y1 *, Z1 *) by means of the sensor (CD) on the image sensor level set. The second and third pixels (B2, B3) lie outside the image sensor level. From this The basic setting will then become the further focusing. To do this, each after positioning the CCD sensor (CD) on the second or third pixel, which is initially on the Image sensor level is still out of focus, Changes to the excerpt made up to focus. This results in differences in the extract (x1-x2, x2-x3) the position of the points in the x direction and their relative position coordinates Y *, Z * in the image pickup plane, based on the image carrier angle settings (α, β) in relative spatial coordinates, the inclinations of the Describe the initial image level, to be converted.
Für die weiteren Berechnungen ist es vorgesehen, eine neuartige Bildweitenbestimmung vorzunehmen, wozu das Objektiv (O) um einen vorgegebenen Winkel (Θ) verschwenkt wird und ein vorher scharf eingestellter Meßpunkt erneut scharf gestellt wird, wobei die Auszugsänderung (Δb) gemessen wird. Unter Hinzunahme der Objektivbrennweite (f), die gewöhnlich elektrisch codiert von dem Objektiv in den Prozessor zu übertragen ist, lassen sich nun die Ausgangssignale (Θsoll, Φsoll xbsoll) zur Verschwenkung der Bildpunkte in eine neue Bildebene parallel zur Bildaufnehmerebene und zu deren entsprechenden Parallelverschiebung in X-Richtung bis in diese neue Bildebene hinein errechnen und ausgeben.For the further calculations, it is provided that a new type of image width determination is carried out, for which purpose the lens (O) is pivoted by a predetermined angle (Θ) and a previously focused measuring point is brought into focus again, the change in separation (Δb) being measured. With the addition of the lens focal length (f), which are usually electrically encoded to be transmitted from the lens into the processor, can now be the output signals (Θ should Φ to x Bsoll) for pivoting the image points in a new image plane parallel to the image pickup Rebene and their calculate and output the corresponding parallel shift in the X direction into this new image plane.
In Fig. 2 ist die Abhängigkeit der Bildweite (b) von der Auszugsdifferenz (Δb) wiedergegeben; beide Größen sind auf die Brennweite (f) normiert, wodurch der Verlauf des Graphen von (f) unabhängig wird. Die Schwenkwinkel betragen (von oben nach unten) Θ = 2°, 5°, 7°, 10°, 15°, 20°, 25° und 30°. In FIG. 2 the dependence of the image distance (b) reproduced by the extension difference (.DELTA.b); both quantities are normalized to the focal length (f), which makes the graph independent of (f). The swivel angles are (from top to bottom) Θ = 2 °, 5 °, 7 °, 10 °, 15 °, 20 °, 25 ° and 30 °.
Je größer der Schwenkwinkel, um so besser läßt sich die Bildweite bestimmen, da dann eine geringe Bildweite schon eine große Auszugsdifferenz hervorruft. Wird ein weit entfernt liegender Szenenpunkt ausgewählt, ergibt sich als Sonderfall folgendes: Ist derjenige Wert bf bekannt, für den sich bf meßtechnisch nicht mehr von 1 unterscheiden läßt, gilt für die zugehörige (sehr große) Gegenstandsweite sf.The larger the swivel angle, the better the image width can be determined, since then a small image width already causes a large separation difference. If a scene point located far away is selected, the following results as a special case: If the value b f is known for which b f cannot be distinguished from 1 in terms of measurement technology, the associated (very large) object width s f applies.
dabei sind bf die normierte Bildweite und sf die normierte Gegenstandsweite im genannten Sonderfall.b f is the normalized image size and s f the normalized object size in the special case mentioned.
Ab dieser Objektentfernung sf kann als Bildweite gleich ohne weitere Messung die Brennweite (f) eingestellt werden.From this object distance s f , the focal length (f) can be set as the image width without any further measurement.
Die neuartige Vorrichtung benötigt somit keinerlei spezielle Abstandsmeßmittel zur Messung des Objektiv-Bildebenen-Abstandes, und ein solches Abstandsmaß oder ein Abbildungsmaßstab od. dgl. müssen auch nicht in den Prozessor eingegeben werden, da sie durch die Auszugsdifferenzmessung ersetzt worden sind; die vorhandenen Meßmittel werden zusätzlich dafür genutzt. Das neuartige Rechenverfahren erfordert nicht die Messung der absoluten Abstände der Bildpunkte zum Objektiv.The new device therefore does not require any special Distance measuring means for measuring the lens-image plane distance, and such a distance measure or a Image scale or the like. Do not have to in the Processor can be entered as it is through the Pull-out difference measurement have been replaced; the existing ones Measuring equipment is also used for this. The novel Calculation methods do not require the measurement of the absolute Distances of the pixels to the lens.
Die Einstellungen der Winkel und des Auszugs bei den Erfassungsvorgängen lassen sich sowohl von Hand vornehmen, wobei das Schärfemaß vom Prozessor zur Anzeige gebracht wird, als auch ggf. mit elektrischen Stellmitteln automatisch. Das Einstellen der Sollwinkel und des Sollauszugsmaßes kann durch Hand aufgrund von prozessorgesteuerten Einstellanweisungen oder ggf. direkt mit den elektrischen Stellmitteln durch den Prozessor erfolgen.The angle and extension settings for the Acquisition processes can be carried out manually, where the focus is displayed by the processor is, as well as possibly with electrical actuators automatically. Setting the target angle and the The target extension dimension can be adjusted by hand based on processor-controlled setting instructions or, if necessary, directly with the electrical actuators by the processor respectively.
Fig. 3 und 4 zeigen Fehlergraphen für ein Objektiv mit 65 bis 1800 mm Brennweite, wobei eine Auszugsmeßgenauigkeit von 10 µm und eine Winkelmeßgenauigkeit von 1′ angenommen sind und Verschwenkwinkel Θ von 5°, 7°, 10°, 15°, 20°, 25° und 30° als Parameter gewählt sind. Bei großen Schwenkwinkeln läßt sich der Fehler auch bei großen Brennweiten klein halten. Da jedoch relativ große Auszugslängen dabei zu messen sind, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die x-Koordinatenbestimmung aus der Auszugsweite (AW), die meßtechnisch mit der genannten Genauigkeit erfaßt wird, und mit einem grob gerasterten, aber genauen Grundmaß kombiniert erfolgt. Dazu weist die optische Bank (OB), Fig. 1, ein mechanisches Raster, insbesondere ein Lochraster (L1-LN) auf, das der rastergenauen Positionierung des Objektträgers (OT) und des Bildträgers (BT) auf der Bank durch eine Verstiftung dient. Auch mehrere Bankabschnitte (OB1, OB2) werden jeweils rastergenau miteinander durch eine Verstiftung in dem Lochraster verbunden. Die x-Koordinatenbestimmung erfolgt somit zuerst wie gezeigt mit einem relativ großen Fehler, wonach eine Einordnung des Maßes in den nächst benachbarten Rasterabschnitt erfolgt und auf das zugehörige Rastermaß die Restweite vom gefundenen Rasterpunkt an addiert wird, so daß der absolute Gesamtfehler nur wenig größer als der der Auszugsweite ist. Dies erlaubt auch mit kleinen Schwenkwinkeln Θ bei relativ geringen Auszugsweiten zu arbeiten, wobei trotzdem eine hohe Genauigkeit der Bildweitenbestimmung erreicht wird. FIGS. 3 and 4 show error graph for a lens 65 to 1800 mm focal length, wherein a Auszugsmeßgenauigkeit of 10 microns and a Winkelmeßgenauigkeit of 1 'are accepted and pivot angle Θ of 5 °, 7 °, 10 °, 15 °, 20 °, 25 ° and 30 ° are selected as parameters. With large swivel angles, the error can be kept small even with large focal lengths. However, since relatively large extension lengths are to be measured, it has proven to be advantageous if the x coordinate determination is made from the extension distance (AW), which is measured with the specified accuracy by measurement technology, and combined with a coarsely screened, but exact basic dimension. For this purpose, the optical bench (OB), FIG. 1, has a mechanical grid, in particular a hole grid (L1-LN), which is used to position the object carrier (OT) and the image carrier (BT) on the bench with the aid of pinning by means of pinning. Several bench sections (OB1, OB2) are also connected to one another with grid accuracy by pinning in the hole pattern. The x coordinate determination is thus carried out first, as shown, with a relatively large error, after which the dimensions are classified in the next adjacent grid section and the remaining distance from the grid point found is added to the associated grid dimension, so that the absolute total error is only slightly larger than that the extension range is. This allows working with small swivel angles Θ with relatively small extension widths, while still achieving high accuracy in determining the image width.
Die Rasterlänge wird zweckmäßig kleiner als die Meßstrecke der Auszugsweite gewählt und um ein mehrfaches größer als der größte absolute Fehler, der bei einem vorgegebenen Schwenkwinkel auftritt. The grid length is expediently smaller than the measuring section the extension width selected and several times larger than the biggest absolute error that occurs at a given Swivel angle occurs.
Durch das Lochraster ergibt sich eine weitere Alternative zur indirekten Bildweiten- oder Maßstabsbestimmung, indem der Objektivträger (OT) um mindestens eine Rasterlänge verschoben wird und vor- und nachher eine Scharfstellung eines Szenenpunktes erfolgt, wobei die Auszugslänge ermittelt wird.The hole pattern provides another alternative for indirect image size or scale determination by the lens carrier (OT) by at least one grid length is shifted and before and after a focus of a scene point, the extension length is determined.
Das Raster an der optischen Bank und die zugehörigen Rastvorrichtungen an den Standarten und den Bankverbindern sind vorteilhafte Ausbildungen der Kameraanordnung für die Anwendung des neuartigen Verfahrens zur bekannten doppelten Scharfstellung, d. h. mit je einer Objektivverschwenkung um zwei zur Bankrichtung senkrechten Achsen.The grid on the optical bench and the associated Locking devices on the standards and bank details are advantageous designs of the camera arrangement for the Application of the new method to the known double Focusing, d. H. with one lens swivel each two axes perpendicular to the bank direction.
Wie bereits erwähnt, lassen sich die angegebenen Formeln auch auf Objektive mit mehreren Hauptebenen erweitern, und außerdem läßt sich berücksichtigen, daß die Schwenkung des Objektives häufig nicht um eine Hauptebenenachse sondern parallel versetzt dazu erfolgt. Durch den Abstand dh der Hauptebenen ergibt sich ein paralleler Versatz h der Bildebene in Richtung vom Objektiv fort aus h = dh · cosα*, wobei α* der Gesamtneigungswinkel des Objektivs zur X-Achse ist. Daraus leitet sich der Z-Achsabschnitt-Parameter der verschobenen Bildebene dV m ab zu:As already mentioned, the formulas given can also be extended to lenses with several main planes, and it can also be taken into account that the pivoting of the lens often does not take place about a main plane axis but parallel to it. The distance ie the main planes results in a parallel offset h of the image plane in the direction away from the lens from h = d h · cosα *, where α * is the total angle of inclination of the lens to the X axis. The Z-intercept parameter of the shifted image plane d V m is derived from this:
wobei am und bm die Parameter der Ebenengleichung der Abbildungsebene und Φ und Θ jeweilige Objektiveinstellwinkelwerte sind und dm der Z-Koordinatenparameter bezüglich einer dünnen Linse ist.where a m and b m are the plane equation parameters of the imaging plane and Φ and Θ are the respective lens angle values and d m is the Z coordinate parameter with respect to a thin lens.
Durch Umrechnung auf das Drehpunktkoordinatensystem, dessen Z-Achsen-Parameter mit dem Hochindex H gekennzeichnet ist, und unter Einsetzung der jeweils errechneten Soll-Objektivverstellwinkel ergibt sich der Z-AchsabschnittBy converting to the pivot coordinate system, whose Z-axis parameter is marked with the high index H, and using the calculated target lens angle the Z-axis section results
wobei A₁ ein Versatzparameter, der Abstand vom objektseitigen Hauptpunkt des Objektivs zum Objektivdrehpunkt, ist und wobei der Index p jeweils dem Index "soll" in anderen Gleichungen entspricht, und die zugehörige Soll-Auszugsverstellung xbp für den doppelten Schärfeausgleich ist dannwhere A₁ is an offset parameter, the distance from the object-side main point of the lens to the lens pivot point, and where the index p corresponds to the index "should" in other equations, and the associated target pull-out adjustment x bp for double focus compensation is then
Claims (11)
- - mit einem Objektivträger (OT) und einem Bildträger (BT), die relativ zueinander in einer Bankrichtung (X) abstandveränderbar gehalten sind, wobei die demgemäßen Abstandsänderungen (x1-x2; x2-x3, Δb) einem Prozessor (PR) zugeführt werden,
- - und in deren Objektivträger (OT) ein Objektiv (O) um zwei zueinander senkrechte und zur Bankrichtung (X) senkrechte Achsen (Y, Z) verschwenkbar gehalten ist, dessen beide demgemäßen Objektivschwenkwinkelwerte (Θ, Φ) und der Wert der Objektivbrennweite (f) dem Prozessor (PR) zugeführt werden,
- - und in deren Bildträger (BT) eine Bildaufnehmerebene (BA) um zwei zueinander senkrechte und zur Bankrichtung (X) senkrechte Achsen (Y, Z) verschwenkbar gehalten ist, deren beide demgemäßen Bildaufnehmerschwenkwinkelwerte (α, β) dem Prozessor (PR) zugeführt werden,
- - und in deren Bildaufnehmerebene (BA) ein Scharfeinstellungssensor (CD), der ein Scharfeinstellungssignal liefert, in zwei Bildaufnehmerkoordinaten (Y1*, Z1*) positionierbar ist, die jeweils dem Prozessor (PR) zusammen mit dem Scharfeinstellungssignal zugeführt werden,
- - wobei für die gleichzeitige Scharfeinstellung mindestens dreier ausgewählter Bildpunkte (B1-B3), die in einer Ausgangsbildebene liegen, diese auf der Bildaufnehmerebene (BA) mit dem Scharfeinstellungssensor (CD) durch die Änderung des Bildträgerabstandes vom Objektiv (O) nacheinander jeweils in ihrer Scharfeinstellung unter Erfassung der zugehörigen Bildaufnehmerkoordinaten (Y2*, Z2*; Y3*, Z3*) und der Bildträgerabstandsänderung (x1-x2; x2-x3) lagemäßig im Prozessor (PR) erfaßt werden,
- - und aus den so erhaltenen Eingangsdaten vom Prozessor (PR) Lageparameter (ao, bo, am, bm, Θ₀, Φ₀) der Bildaufnehmerebene (BA) und der Ausgangsbildebene rechnerisch ermittelt werden durch Lösung von ersten Abbildungsgleichungen, die durch Abbildung der Ausgangsbildebene in den Objektraum und anschließende Rückabbildung in den Bildraum bei variierter Objektivverschwenkung gebildet werden, wobei ein noch notwendiger weiterer, die absolute Bildweite eines ausgewählten Bildpunktes darstellender Abbildungsparameter gewonnen wird, indem ein ausgewählter Bildpunkt in der Bildaufnehmerebene (BA) scharfgestellt wird und dann eine Objektivverschwenkung um einen vorgegebenen Objektivverschwenkwinkel (Θ, Φ) oder eine Objektivverschiebung in der Bankrichtung um einen vorgegebenen Objektivverschiebeweg erfolgt und dann eine erneute Scharfeinstellung des ausgewählten Bildpunktes durch eine Auszugsveränderung erfolgt und wobei die bildträgerseitige Auszugsdifferenz (Δb) zwischen den beiden Scharfeinstellungen gemessen wird und diese jeweils in weitere Abbildungsgleichungen, die einen eindeutigen Zusammenhang zwischen der Bildweitenänderung (Δb) und der Gegenstandsweite des ausgewählten Bildpunktes beinhalten, zusammen mit dem zugehörigen Objektivverschwenkwinkel oder dem zugehörigen Objektivverschiebeweg eingesetzt wird und die ersten und die weiteren Abbildungsgleichungen zusammen nach gesuchten Solleinstellwerten (Θsoll, Φsoll) für Verschwenkungen des Objektivträgers (OT) und einer Sollabstandseinstellung (xbsoll) des Bildträgers (BT) relativ zum Objektivträger (OT) hin aufgelöst werden.
- with a lens carrier (OT) and an image carrier (BT), which are held such that they can be changed relative to one another in a bank direction (X), the corresponding changes in distance (x1-x2; x2-x3, Δb) being fed to a processor (PR),
- - And in the lens carrier (OT) a lens (O) about two mutually perpendicular and perpendicular to the bank direction (X) axes (Y, Z) is held, both of which have the corresponding lens pivot angle values (Θ, Φ) and the value of the lens focal length (f ) are fed to the processor (PR),
- - And in the image carrier (BT) an image pick-up plane (BA) is held pivotable about two axes (Y, Z) perpendicular to each other and perpendicular to the bank direction (X), both of which corresponding image pick-up pivot angle values (α, β) are fed to the processor (PR) ,
- and in the image pick-up level (BA) thereof, a focus sensor (CD), which delivers a focus signal, can be positioned in two image pick-up coordinates (Y1 *, Z1 *), which are each fed to the processor (PR) together with the focus signal,
- - Whereby for the simultaneous focusing at least three selected pixels (B1-B3), which lie in an output image plane, these on the image pickup level (BA) with the focus sensor (CD) by changing the image carrier distance from the lens (O) one after the other in their focus while detecting the associated image sensor coordinates (Y2 *, Z2 *; Y3 *, Z3 *) and the image carrier distance change (x1-x2; x2-x3), the position in the processor (PR) is recorded,
- - And from the input data thus obtained from the processor (PR), positional parameters (a o , b o , a m , b m , Θ₀, Φ₀) of the image pickup level (BA) and the output image level are determined mathematically by solving first mapping equations, which are shown by mapping the output image plane into the object space and subsequent re-imaging into the image space with varied lens pivoting, a further necessary imaging parameter representing the absolute image width of a selected pixel being obtained by focusing on a selected pixel in the image pickup plane (BA) and then pivoting the lens by a predetermined lens swivel angle (Θ, Φ) or a lens shift in the bank direction by a predetermined lens shift path and then the selected image point is re-focused by a change in focus and the difference in focus (Δb) on the image carrier side between hen the two focus settings are measured and these are each used in further mapping equations, which contain a clear connection between the image width change (Δb) and the object distance of the selected image point, together with the associated lens swivel angle or the associated lens displacement path and the first and the further imaging equations together for wanted Solleinstellwerten (Θ to, Φ soll) can be solved for pivotal movements of the objective carrier (OT) and a target distance setting (x Bsoll) of the image carrier (BT) relative to the lens carrier (OT) out.
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