DE202008012676U1

DE202008012676U1 - Bildaufnahmegerät mit Aufnahmebereichs-Markierung

Info

Publication number: DE202008012676U1
Application number: DE202008012676U
Authority: DE
Original assignee: WOLFVISION INNOVATION GmbH
Current assignee: WOLFVISION INNOVATION GmbH
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2010-02-25
Anticipated expiration: 2018-09-25

Abstract

Bildaufnahmegerät (1a, 1b, 1c) zum Aufnehmen eines Bilds eines Objekts (2) in einem Aufnahmeausschnitt (3) und Umwandeln des Bilds in ein Bildsignal, das Bildwiedergabemitteln (4) zum Wiedergeben eines Wiedergabeausschnitts (3'), der im Aufnahmeausschnitt (3) liegt oder diesem entspricht, zuführbar ist, mit
• Bildaufnahmemitteln, die
– einen Bildsensor (5), insbesondere einen CCD- oder CMOS-Sensor, aufweisen und
– derart ausgebildet sind, dass ein auf dem Bildsensor (5) abgebildetes Bild in einem äquitemporalen Aufnahmeintervall in das Bildsignal umgewandelt wird,
• einem verstellbaren Objektiv (6),
– das insbesondere eine veränderbare Brennweite aufweist,
– das insbesondere fokussierbar ist und
– das derart in einem Aufnahmestrahlengang (7) eines Aufnahmestrahlenbündels (8) zwischen dem Objekt (2) und dem Bildsensor (5) angeordnet ist, dass das Bild des Objekts (2) auf den Bildsensor (5) abgebildet wird,
und
• einer Markierungseinrichtung, die eine Leuchteinheit (9) zur Erzeugung einer sichtbaren Markierung (10) des...

Description

Die Erfindung betrifft ein Bildaufnahmegerät zum Aufnehmen eines Bilds eines Objekts und Umwandeln des Bilds in ein Bildsignal nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Unter Objekten sind hierbei insbesondere sowohl zweidimensionale Objekte in Form optischer Informationsträger wie Bilder im herkömmlichen Sinn, beispielsweise Zeichnungen, Fotografien, Diapositive und Röntgenaufnahmen, Textseiten, Schriftstücke, Präsentationsfolien, als auch dreidimensionale Objekte wie beispielsweise Modelle, Bauteile, Bücher und lebende oder tote Körper oder Körperteile, einschliesslich eines allfälligen Hindergrunds oder Umfeldes des jeweiligen eigentlichen Objekts, zu verstehen.
Derartige bekannte Bildaufnahmegeräte umfassen üblicherweise eine Videokamera, die auf einen Bereich, der das aufzunehmende Objekt beinhaltet, ausrichtbar ist, mit einem – insbesondere fokussierbaren und zoombaren – Objektiv, gegebenenfalls ein Spiegelsystem zur Umlenkung des Strahlengangs von dem Objekt auf in die Videokamera, sowie meist eine Lichtquelle zur Beleuchtung des Objekts. Der Bereich ist bei den meisten bekannten Geräten Bestandteil des Geräts selbst und wird von einer Auflagefläche zum Auflegen des aufzunehmenden Objekts gebildet. Bei anderen bekannten, insbesondere an der Decke montierten Ausführungsformen wird der Bereich jedoch von einer beliebigen Fläche, beispielsweise einer Tisch- oder Wandoberfläche, einem Operationstisch oder der Oberfläche eines beliebigen lebenden oder toten Objekts gebildet.
Das Bild des Objekts wird von der Videokamera aufgenommen und in ein insbesondere elektrisches Signal umgewandelt, das einem Bildwiedergabegerät, beispielsweise einem Bildschirm, einem Monitor oder einem Projektor, oder einem Bildverarbeitungsgerät, insbesondere einem Computer, zugeführt wird. Beispielsweise ermöglicht das Bildwiedergabegerät einer grossen Zuschauerzahl die Betrachtung eines kleinen Objekts, das von einer Bedienperson des Bildaufnahmegeräts auf die Auflagefläche platziert wird und an welchem gegebenenfalls Eingriffe durch die Bedienperson durchgeführt werden.
Aus der GB-PS 1572151 ist ein Lese- und Displaygerät bekannt, das für einen Fernsehsprecher ein Skriptum über eine Videokamera aufnimmt und in einem Monitor dem Fernsehsprecher zuspielt. Das Aufnahmegerät verfügt dabei über eine waagrecht eingebaute Videokamera, die über Umlenkspiegel auf das Skript gerichtet ist. Einfache Lampen beleuchten das Skript. Da der Strahlengang der Lampen völlig willkürlich und ohne spezielle Orientierung auf das Skript fällt, kann eine Bedienperson am Aufzeichnungsgerät nicht feststellen, welche Passage von der Videokamera tatsächlich gerade aufgenommen wird. Bereiche seitlich des Gerätes können nicht aufgenommen werden.
In der DE 102 04 660 A1 wird ein Bildaufnahmegerät mit einer Begrenzungsanzeige beschrieben. Das Bildaufnahmegerät besitzt einen Bildsensor, einen Konus, einen Haltearm, eine Basis und einen Begrenzungsanzeiger. Der Bildsensor befindet sich in dem Konus und dient zum Aufnehmen eines Bilds von einem Objekt sowie zum Erzeugen eines entsprechenden Bildsignals. Der Haltearm verbindet den Konus mit der Basis. Der Begrenzungsanzeiger umfasst mindestens ein – vorzugsweise vier – Lämpchen, insbesondere Laserlämpchen, im Rand des Konus, um Licht zu emittieren, welches den Bildaufnahmebereich des Bildaufnahmegeräts direkt am Objekt kennzeichnet. Somit ist es nicht mehr erforderlich, dass der Benutzer zur Platzierung und Ausrichtung des Objekts im Bildaufnahmebereich in einen Monitor, der das aufgenommene Bild wiedergibt, blicken muss. Es ist direkt am Objekt erkennbar, wo sich der Bildaufnahmebereich befindet. Dies ist vor allem bei Vorträgen oder Präsentationen, bei welchen die Bildwiedergabe sich nicht im unmittelbaren Sichtbereich des Vortragenden, der gleichzeitig das Bildaufnahmegerät bedient, befindet. Ein eigener Monitor für den Vortragenden kann somit entfallen. Weiters ist ein wesentlich schnelleres Ausrichten des Objekts möglich. Zur Bildvergrösserung oder -verkleinerung wird der Abstand zwischen dem Objekt und dem Konus durch Verstellen des Haltearms verkleinert bzw. vergrössert. Aufgrund der seitlichen Anordnung der Lämpchen am Konus neben dem Bildsensor und der somit getrennten Strahlengänge führt die Abstandsverkleinerung oder -vergrösserung jedoch zu einer geringfügigen Deplatzierung der Kennzeichnung zum Bildaufnahmebereich. Ein weiterer Nachteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der fest eingestellte Begrenzungsanzeiger den Einsatz eines Bildsensors mit Zoomobjektiv verunmöglicht, da die fixe Begrenzungsanzeige bei Veränderung der Brennweite nicht mehr dem Bildaufnahmebereich entspricht.
Die EP 0 362 737 A1 beschreibt ein Gerät für das Umwandeln von Bildern oder Abbildern in Videosignale. Bei diesem Gerät ist ein verstellbares erstes Objektiv einer Kamera gemeinsam mit einer Lichtquelle, die ein verstellbares zweites Objektiv aufweist, über ein Spiegelsystem auf eine Projektionsfläche gerichtet. Die Projektionsfläche kann an dem Gerät oder aber auch daneben liegen. Das erste Objektiv der Kamera ist hierbei mit dem zweiten Objektiv der Lichtquelle derart gekoppelt, dass sich im Bereich der Projektionsfläche eine Deckung der Querschnitte des Aufnahmestrahlengangs und des Beleuchtungsstrahlengangs ergibt, wodurch die Lichtfläche mit der Aufzeichnungsfläche zusammenfällt. Das Auffinden des von der Kamera aufgenommenen Bereichs ist hiermit unabhängig von der Einstellung des ersten Objektivs der Kamera für eine Bedienperson leicht möglich, da durch Kopplung der Kamera mit der Beleuchtung, insbesondere des ersten und zweiten Objektivs, der aufgenommene Bereich deutlich sichtbar dem von der Lichtquelle beleuchteten Bereich entspricht. Eine Anpassung der Zoomeinstellung auf die Grösse des aufzunehmenden Objekts sowie ein Ausrichten des Objekts auf den Aufnahmeort oder umgekehrt ist somit durch ein Orientieren an der beleuchteten Fläche möglich, da die Lichtquelle gleichzeitig als Begrenzungsanzeige dient. Die Strahlengänge der Beleuchtung und der Aufnahme sind bezüglich des Linsensystems durch die zwei Objektive getrennt, um Streulichteffekte und Reflexionen zu verhindern, welche die Bildqualität negativ beeinflussen würden. Ein Nachteil dieser Ausgestaltung besteht im verhältnismässig komplexen, grossen und schweren Aufbau des Geräts, da zwei verstellbare, miteinander gekoppelte Objektive und ein Spiegelsystem zur Erzeugung eines langen Strahlengangs zwischen den beiden in einem Winkel zwischen 1 bis 5 Grad nebeneinander angeordneten Objektiven erforderlich sind, um Schattenwirkungen am Objekt zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Bildaufnahmegerät zur Verfügung zu stellen, bei welchem der von der Bildaufnahme erfasste, einstellbare Bereich direkt auf dem Objekt sichtbar markiert ist und welches sich durch einen weniger komplexen Aufbau auszeichnen.
Diese Aufgabe wird durch die Verwirklichung der kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Merkmale, die die Erfindung in alternativer oder vorteilhafter Weise weiterbilden, sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung umfasst ein Bildaufnahmegerät zum Aufnehmen eines Bilds eines Objekts in einem Aufnahmeausschnitt und Umwandeln des Bilds in ein Bildsignal. Unter einem Objekt ist allgemein alles zu verstehen, was im Aufnahmeausschnitt optisch vom Bildaufnahmegerät erfassbar ist. Es kann sich hierbei selbstverständlich auch um eine Vielzahl von Einzelobjekten einschliesslich deren Umfeldes handeln. Der Aufnahmeausschnitt ist hierbei der von dem Bildaufnahmegerät erfasste Ausschnitt, von welchem das in das Bildsignal umzuwandelnde Bild aufgenommen wird. Dieser Aufnahmeausschnitt kann sich auf dem Bildaufnahmegerät befinden und beispielsweise von einer Auflagefläche, vergleichbar der eines Overhead-Projektors, gebildet werden. Der Aufnahmeausschnitt kann jedoch auch unabhängig vom Aufnahmegerät sein, beispielsweise auf einer Tisch- oder Wandoberfläche.
Das Bildsignal ist insbesondere ein elektrisches, elektromagnetisches oder optisches Signal, das Bildwiedergabemitteln zuführbar ist. Die Übertragung dieses Signals kann sowohl per Kabel als auch drahtlos stattfinden, insbesondere auch über Telekommunikationsnetze wie das Telefonnetz oder das Internet. Das Bildsignal kann unmittelbar oder mittelbar sowohl allgemeinen Bildwiedergabemitteln, insbesondere sämtlichen Arten von Bildschirm-, Monitor-, Projektions-, Fernseh- oder Bildtelefongeräten, als auch Bildaufzeichnungs- oder Verarbeitungsmitteln, beispielsweise einem Videorecorder, einem Arbeitsspeicher oder einem Personal-Computer zur Auswertung und/oder späteren Wiedergabe zugeführt werden.
Der zur Wiedergabe bestimmte Bereich des im Bildsignal erfassten Aufnahmeausschnitts wird im Folgenden als Wiedergabeausschnitt bezeichnet. Wenn der gesamte vom Bildaufnahmegerät am Objekt im Aufnahmeausschnitt erfasste Bereich auch zur Wiedergabe bestimmt ist und zeitäquivalent wiedergegeben wird, entspricht der Wiedergabeausschnitt dem Aufnahmeausschnitt. Bei manchen Anwendungen wird jedoch nicht der gesamte räumliche Ausschnitt des aufgenommenen und in das Bildsignal umgewandelten Bildes wiedergegeben, da beispielsweise ein Randbereich des Aufnahmeausschnitts bei der Bildwiedergabe nicht erfasst wird. Dies ist insbesondere bei Fernsehbildern oder unterschiedlichen Aufnahme- und Wiedergabeformaten, beispielsweise 4:3 bzw. 16:9 oder 16:10, der Fall. Der Aufnahmeausschnitt ist somit der objektseitige, aufgenommene räumliche und zeitliche Ausschnitt, während der Wiedergabeausschnitt der räumliche und zeitliche Ausschnitt des Aufnahmeausschnitts im Bildsignal ist, der tatsächlich zur Wiedergabe bestimmt ist. Dieser Wiedergabeausschnitt lässt sich natürlich virtuell auf die Objektseite projizieren, weshalb er aus darstellerischen Gründen im Folgenden teilweise auf die Objektseite gelegt wird.
Neben dem beschriebenen, möglichen räumlichen Unterschied zwischen dem von dem Bildaufnahmegerät erfassten, objektseitigen Aufnahmeausschnitt und dem tatsächlich zur Wiedergabe bestimmten oder wiedergegebenen Wiedergabeausschnitt kann ebenfalls ein zeitlicher Unterschied bestehen.
Dieser zeitliche Unterschied ergibt sich in der Praxis hauptsächlich aus Abtastlücken des Aufnahmeausschnitts aufgrund der verwendeten Bildaufnahmemittel, die meist den Aufnahmeausschnitt in äquitemporalen Aufnahmeintervallen erfassen, wobei innerhalb einer kurzen Zeitspanne, beispielsweise 3,333 Millisekunden, zwischen diesen Aufnahmeintervallen, die beispielsweise jeweils 30 Millisekunden dauern, keine Aufnahme durchgeführt wird. Innerhalb dieser Abtastlücke, die beispielsweise etwa 10% eines sich 30 Mal innerhalb einer Sekunde wiederholenden Intervalls beträgt, kann das im vorangegangenen Aufnahmeintervall aufgenommene Bild jedoch weiterhin wiedergegeben werden.
Daher bildet der Wiedergabeausschnitt unter Umständen nicht nur räumlich, sondern auch zeitlich eine Teilmenge des Aufnahmeausschnitts.
Das Bildaufnahmegerät umfasst Bildaufnahmemittel, die einen Bildsensor, beispielsweise einen CCD- oder CMOS-Sensor, und insbesondere eine elektronische Schaltung, die mit dem Bildsensor zur Erzeugung eines Bildsignals verknüpft ist, aufweisen. Unter dem Bildsensor sei die zur Bildaufnahme bestimmte Sensorfläche zu verstehen. Die Bildaufnahmemittel wandeln in einem äquitemporalen Aufnahmeintervall das auf dem Bildsensor abgebildete Bild des Aufnahmeausschnitts in das Bildsignal um, wobei der Aufnahmeintervall beispielsweise jeweils 30 Millisekunden dauert und vor Beginn des nächsten Aufnahmeintervalls von einer Abtastlücke von beispielsweise 3,333 Millisekunden unterbrochen wird. Selbstverständlich handelt es sich bei diesen Angaben lediglich um Beispiele. Der Aufnahmeintervall und/oder die Abtastlücke können abhängig vom jeweiligen Anwendungsgebiet auch vollkommen andere Dimensionen annehmen.
Ebenfalls kann die Abtastlücke vollkommen entfallen.
In einem Aufnahmestrahlengang eines vom Aufnahmeausschnitt des Objekts herrührenden Aufnahmestrahlenbündels zwischen dem Objekt und dem Bildsensor ist ein verstellbares Objektiv angeordnet, dessen Strahlformungseigenschaften variierbar sind. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um ein Zoomobjektiv mit verstellbarer Brennweite und/oder um ein fokussierbares Objektiv. Unter einem Objektiv ist im Rahmen der Erfindung allgemein ein optisches System zu verstehen, welches das Objekt auf dem Bildsensor direkt oder indirekt abbildet oder hierbei beteiligt ist. Es ist möglich, dass sich mehrere optische Einzelsysteme im Strahlengang zwischen dem Objekt und dem Bildsensor befinden, die nur teilweise verstellbar sind. Ein verstellbarer Teil des gesamten optischen Systems, insbesondere mindestens eine axial verschiebbare Linse, wird daher im Rahmen der Erfindung als Objektiv bezeichnet, selbst wenn es sich nur um einen Teil des gesamten Objektivsystems handelt.
Das Bildaufnahmegerät besitzt weiters eine Markierungseinrichtung, die eine Leuchteinheit und eine optische Einkoppelungseinheit aufweist. Die Markierungseinrichtung dient zur Erzeugung einer sichtbaren Markierung vorzugsweise des Wiedergabeausschnitts, der dem Aufnahmeausschnitt entsprechen kann, oder gegebenenfalls des Aufnahmeausschnitts auf dem Objekt mittels mindestens eines Markierungsstrahlenbündels. Die Einkoppelungseinheit ist im Aufnahmestrahlengang zwischen dem Objektiv und dem Bildsensor angeordnet und ist zumindest während des Aufnahmeintervalls im Wesentlichen durchlässig für das Aufnahmestrahlenbündel, so dass das Objekt auf dem Bildsensor abgebildet werden kann. Das von der Leuchteinheit erzeugte Markierungsstrahlenbündel ist der Einkoppelungseinheit zugeführt und wird über die Einkoppelungseinheit in entgegengesetzter Richtung des Aufnahmestrahlengangs, also in Richtung zum Objekt, in das Objektiv eingekoppelt. Das Markierungsstrahlenbündel durchläuft somit das Objektiv, wird von diesem, wie auch das Aufnahmestrahlenbündel, optisch geformt und gelenkt und trifft auf das Objekt, so dass die Markierung des Wiedergabeausschnitts auf dem Objekt erzeugt wird. Weicht der Wiedergabeausschnitt vom Aufnahmeausschnitt ab, so hat diese Anpassung bereits vor der Einkoppelungseinheit zu erfolgen.
Da diese Markierung zwar von der Bedienperson des Bildaufnahmegeräts direkt auf dem Objekt optisch wahrgenommen werden soll, jedoch nicht in der Wiedergabe der Bildes, wird das mindestens eine Markierungsstrahlenbündel derart über die Einkoppelungseinheit in entgegengesetzter Richtung des Aufnahmestrahlengangs in das Objektiv eingekoppelt, dass der durch die Bildwiedergabemittel wiedergebbare Wiedergabeausschnitt räumlich und/oder optisch – und gegebenenfalls auch zeitlich – getrennt von der Markierung und somit frei von der Markierung ist.
Die Einkoppelungseinheit und die Leuchteinheit sind derart angeordnet und ausgebildet, dass das mindestens eine Markierungsstrahlenbündel derart in das Objektiv eingekoppelt wird, dass die Markierung – von aussen knapp an den Rand des Wiedergabeausschnitts angrenzend – auf dem Objekt erzeugt wird. Das Markierungsstrahlenbündel und das Aufnahmestrahlenbündel unterliegen somit einer gemeinsamen, entsprechenden Formung, Lenkung und/oder Verzeichnung durch das Objektiv, wodurch bei Verstellen des Objektivs der Aufnahmebereich und die Markierung am Objekt im gleichen Verhältnis verändert werden. Dies ist vor allem beim Einsatz eines Zoomobjektivs von grossem Vorteil, da selbst nach Verstellen der Brennweite und somit der Aufnahmegrösse die Markierung mit dem Wiedergabeausschnitt korrespondiert. In einer möglichen Variante entspricht der Wiedergabeausschnitt dem Aufnahmeausschnitt und die Markierung liegt ausserhalb des Aufnahmeausschnitts. Die Markierung wird von jenem Bereich des Bildsensors, der im Bildsignal wiedergegeben, für die nachfolgende Bildverarbeitung herangezogen und im Folgenden zur Vereinfachung als „Bildsensor” bezeichnet wird, nicht erfasst. Damit die Markierung möglichst präzise den Wiedergabeausschnitt markiert, sollte sie möglichst nahe am Rand ausserhalb des Aufnahmeausschnitts liegen. In einer weiteren Variante liegt die Markierung zwar innerhalb des Aufnahmeausschnitts am Objekt, jedoch noch ausserhalb des Wiedergabeabschnitts, an dessen Rand sie von aussen angrenzt.
Die Einkoppelungseinheit ist beispielsweise als ein optischer Strahlteiler ausgebildet. Strahlteiler sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt und bestehen beispielsweise im Falle eines physikalischen Strahlteilers aus einem teildurchlässigen Spiegel, der sich diagonal zwischen zwei gegenüberliegenden Kanten eines Kristallwürfels erstreckt. Derartige Teilerwürfel zur physikalischen Strahlenteilung sind für unterschiedliche, teilweise wellenlängenabhängige Transmissionsgrade verfügbar und dem Fachmann beispielsweise als wellenlängenselektives Strahlenteilerprisma bekannt. Der Strahlteiler ist mit seiner teildurchlässigen Spiegelfläche schräg zum Aufnahmestrahlengang im Querschnitt des Aufnahmestrahlenbündels angeordnet und lässt einen wesentlichen Bestandteil des – insbesondere sichtbaren Spektrums des – Aufnahmestrahlenbündels ungehindert vom Objektiv zum Bildsensor. Eine Anordnung, bei welcher die Umlenkung zum Bildsensor erfolgt, ist möglich. Beispielsweise ist die teildurchlässige Spiegelfläche im Winkel von 45° zum Aufnahmemittelstrahl des Aufnahmestrahlenbündels und/oder zur optischen Achse des Objektivs ausgerichtet. Die optische Achse des Objektivs fällt mit dem Aufnahmemittelstrahl insbesondere zusammen.
Das von der Leuchteinheit erzeugte Markierungsstrahlenbündel ist vorzugsweise derart auf den Strahlteiler gerichtet, dass sich das eingekoppelte Markierungsstrahlenbündel im Abschnitt zwischen dem Strahlteiler und dem Objektiv in seinem geometrischen Verlauf mit den Bildsensor in einem Randabschnitt des bildaufnehmenden und/oder zur Wiedergabe bestimmten Sensorbereichs, insbesondere knapp ausserhalb, schneidet.
Die Leuchteinheit erzeugt mindestens ein definiertes und geformtes Markierungsstrahlenbündel, dessen Wellenlängenbereich zumindest teilweise im für das menschliche Auge sichtbaren Bereich liegt oder bei Auftreffen auf das Objekt oder eine Auflagefläche sichtbar wird. Vorzugsweise ist die Leuchteinheit als mindestens eine Lasereinheit – beispielsweise ein Diodenlaser – ausgebildet, die mindestens einen Laserstrahl emittiert. In diesem Fall ist das Markierungsstrahlenbündel als Laserstrahlenbündel ausgebildet. Um alle vier Ecken des Wiedergabeausschnitts zu markieren, erzeugt die Leuchteinheit mehrere, vorzugsweise vier, parallel zueinander verlaufende Laserstrahlen, die zum Beispiel ein geometrisches, senkrecht durchstossenes und mit dem Rand des Wiedergabeausschnitts verknüpftes Rechteck aufspannen. Mittels vier Laserstrahlen können die vier Ecken des Wiedergabeausschnitts am Objekt eindeutig markiert werden. Die Laserstrahlen werden entweder von einer entsprechenden Anzahl an Lasereinheiten oder mittels optischer Strahlteilung und/oder Strahllenkung, vornehmlich mittels Strahlteilerprismen und/oder beweglicher oder fixer Spiegel, gleichzeitig oder zeitlich beabstandet erzeugt. Anhand von beweglichen Spiegeln können die Ränder des Wiedergabeausschnitts von einem oder mehreren Laserstrahlen scannartig abgefahren werden, so dass eine quasi linienförmige Markierung erzeugbar ist. Alternativ kann durch den Einsatz einer Strichlasereinheit – vorzugsweise vier Strichlasereinheiten – ein Markierungsstrahlenbündel mit einem strichartigen Querschnitt emittiert werden, wobei vornehmlich vier Strichlaserstrahlen die Ränder des Wiedergabeausschnitts markieren. Somit wird mittels der vier Lasereinheiten ein Rahmenlaserstrahlenbündel erzeugt, das sich in seinem senkrechten Querschnitt geometrisch aus vier Laserlinien zusammensetzt, die einen rechteckigen, mit dem Rand des Wiedergabeausschnitts verknüpften Rahmen bilden. Alternativ besteht die Möglichkeit, ein Markierungsstrahlenbündel mittels einer herkömmlichen Lichtquelle, einem Linsensystem und einer Blende und/oder einer Maske zu erzeugen, wobei die Blende und/oder Maske mindestens eine derartige Lichtdurchtrittsöffnung aufweist, dass eine entsprechende Markierung erzeugt wird. Die Blende oder Maske kann beispielsweise eine rahmenförmige Lichtdurchtrittsöffnung zur Erzeugung eines Leuchtrahmens, der in seinen Abmessungen den Proportionen des Wiedergabeausschnitts entspricht, aufweisen.
Aufgrund unterschiedlicher Wiedergabestandards ist es teilweise erforderlich, das geometrische Wiedergabeformat eines Bildaufnahmegerätes, also das Verhältnis von Bildbreite zu Bildhöhe, beispielsweise von 4:3 auf 16:9 zu verstellen. Dies geschieht in der Praxis meist durch die Nutzung unterschiedlicher Aufnahmebereiche im Bildsensor. Um die Markierung dem hierdurch veränderten Wiedergabeausschnitt anzupassen, sieht eine Weiterbildung der Erfindung eine umschaltbare Leuchteinheit vor, deren mindestens eines Markierungsstrahlenbündel unterschiedlichen Wiedergabeformaten anpassbar ist oder durch ein anderes, mit entsprechendem Verhältnis insbesondere automatisch ersetzt werden kann. Dies kann durch den Einsatz von beispielsweise acht Lasereinheiten für zwei Wiedergabeformate erfolgen, indem jeweils vier Lasereinheiten die Ecken eines Wiedergabeformats markieren.
Bei Verwendung einer Blende und/oder Maske zur Formung des Markierungsstrahlenbündels besteht die Möglichkeit, die Blende und/oder Maske dem jeweiligen Wiedergabeformat beispielsweise durch mechanisches Verstellen anzupassen.
Vor allem bei Einsatz eines sehr lichtempfindlichen Bildsensors und eines verhältnismässig lichtintensiven Markierungsstrahlenbündels, das die Markierung relativ knapp ausserhalb des Wiedergabeausschnitts setzt, kann es unter Umständen durch Streulicht und Reflexionen sowohl auf dem Objekt, als auch im Objektiv zur Sichtbarkeit des Markierungslichts und zur Verminderung der Bildqualität im Bildsignal kommen, obwohl der Wiedergabeausschnitt am Objekt räumlich getrennt von der Markierung ist. Um derartige Streulichteffekte und Reflexionen zu vermeiden oder um die indirekte Sichtbarkeit der eigentlichen Markierung im Wiedergabeausschnitt zu verhindern, ist es realisierbar, zusätzlich zur beschriebenen räumlichen Trennung eine zeitliche und/oder optische Trennung des Wiedergabeausschnitts von der Markierung durchzuführen. Weiters besteht die Möglichkeit, den Wiedergabeausschnitt – anstelle mittels einer räumliche Trennung – alleinig mittels einer optischer Trennung von der Markierung zu trennen, wobei in diesem Fall die Markierung räumlich innerhalb des Wiedergabeausschnitts gesetzt, jedoch optisch vom Wiedergabeausschnitt insbesondere mittels Filterung getrennt wird.
Eine zeitliche Trennung des Wiedergabeausschnitts von der Markierung ist realisierbar, indem das mindestens eine Markierungsstrahlenbündel während des Bildaufnahmeintervalls unterbrochen und/oder in eine falsche Richtung gelenkt und/oder die Leuchteinheit deaktiviert ist. Hierdurch wird erreicht, dass zum Zeitpunkt der Bildaufnahme, also im Bildaufnahmeintervall, auf dem Objekt keine Markierung gesetzt wird. Dies kann mittels einer gepulsten Leuchteinheit und der oben beschriebenen Einkoppelungseinheit insbesondere über einen optischen Strahlteiler erfolgen, alternativ oder ergänzend jedoch auch durch eine Unterbrechungsvorrichtung im Strahlengang des Markierungsstrahlenbündels. Unterschiedliche Unterbrechungsvorrichtungen und periodische Strahlteiler sind aus dem Stand der Technik bekannt, die von mechanisch angetriebenen Blendenrädern, Drehprismen, Sektorenverschlüssen, Choppern bis hin zu elektrooptischen Modulatoren, sogenannten EOM's, reichen. Die Taktung oder Unterbrechung erfolgt hier in Abhängigkeit von der Bildaufnahmefrequenz der Bildaufnahmemittel, die mit einer bestimmten Frequenz Einzelbilder aufnehmen.
Es ist ebenfalls realisierbar, dass die Einkopplungsvorrichtung die zusätzliche zeitliche Trennung des Wiedergabeausschnitts von der Markierung durchführt. Dies geschieht insbesondere, indem die Einkoppelungseinheit als ein verspiegeltes rotierbares Blendenrad ausgebildet ist, so dass abwechselnd das Aufnahmestrahlenbündel auf den Bildsensor fällt und das Markierungsstrahlenbündel von der Leuchteinheit in das Objektiv gelenkt wird.
Zusätzlich oder alternativ zur räumlichen Trennung kann der Wiedergabeausschnitt optisch getrennt von der Markierung sein. Unter optischer Trennung ist die Trennung des Aufnahmestrahlenbündels von der Markierung anhand unterschiedlicher Strahlungsparameter, insbesondere unterschiedlicher Wellenlängen oder Polarisationen, zu verstehen. Die optische Trennung ist insbesondere mittels eines monochromatischen Markierungsstrahlenbündels möglich, das durch Filter oder eine entsprechende Strahlungsquelle, insbesondere eine Lasereinheit, erzeugt wird. In diesem Fall wird zwischen der Einkoppelungseinheit und dem Bildsensor ein Filter angeordnet, das für die Wellenlänge des Markierungsstrahlenbündels im Wesentlichen undurchlässig und für den restlichen Wellenlängenbereich des sichtbaren Spektrums des Aufnahmestrahlenbündels im Wesentlichen durchlässig ist. Die Einkopplung erfolgt ebenfalls durch eine optische Einkoppelungseinheit, z. B. einen Strahlteiler. Alternativ oder zusätzlich ist die Spiegelfläche der Einkoppelungseinheit derart aufgeführt, dass diese für die Wellenlänge des Markierungsstrahlenbündels im Wesentlichen reflektierend und für den restlichen Wellenlängenbereich des sichtbaren Spektrums des Aufnahmestrahlenbündels im Wesentlichen durchlässig ist. In diesem Fall sei im Rahmen der Erfindung der wellenlängenselektive Strahlteiler, insbesondere ein wellenlängenselektives Strahlenteilerprisma, als Filter zu verstehen. Ebenfalls alternativ oder zusätzlich findet die Filterung durch Einsatz von Bildaufnahmemitteln statt, die entweder unempfindlich für die Wellenlänge des Markierungsstrahlenbündels sind oder Mittel zur elektronischen Filterung der Markierung im Wiedergabeausschnitt aufweisen. Im Falle der optischen Trennung ist es möglich, dass die Markierung innerhalb des Aufnahmeausschnitts und gegebenenfalls auch innerhalb des Wiedergabeausschnitts liegt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten konkreten Ausführungsbeispielen rein beispielhaft näher beschrieben, wobei auch auf weitere Vorteile der Erfindung eingegangen wird. Im Einzelnen zeigen:
1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Bildaufnahmegeräts in einer Seitenansicht;
1a eine erweiterte Detailseitenansicht auf das Kopfteil der ersten Ausführungsform;
2a ein Objekt mit einem Aufnahmeausschnitt, einem Wiedergabeausschnitt und vier punktförmigen Markierungen;
2b ein Objekt mit einem Aufnahmeausschnitt, einem Wiedergabeausschnitt und einer rahmenartigen Markierung;
3 ein Wiedergabegerät, das den Wiedergabeausschnitt wiedergibt;
4a eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen Bildaufnahmegeräts in einer Seitenansicht;
4b die zweite Ausführungsform in einer Querschnittsdraufsicht;
5a eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemässen Bildaufnahmegeräts in einer Querschnittsdraufsicht in einer ersten Stellung eines Blendenrads;
5b die dritte Ausführungsform in einer zweiten Stellung des Blendenrads;
5c das Blendenrad der dritten Ausführungsform in einer Detailansicht; und
6 eine vierte Ausführungsform des als Deckengerät ausgeführten, erfindungsgemässen Bildaufnahmegeräts in einer Seitenansicht.
Im Folgenden werden die 1, 2a, 2b, 2c und 3 zum Teil gemeinsam beschrieben, wobei vereinzelt auf eine wiederholte Erläuterung gemeinsamer Bezugszeichen verzichtet wird. In 1 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Bildaufnahmegeräts 1a dargestellt. Das Bildaufnahmegeräts 1a weist die Grundform eines unter anderem als „Visualizer” bekannten Bildaufnahmegeräts auf, mit einem beispielsweise auf einem Tisch platzierbaren Gehäuse 17, auf dessen Oberseite eine im Wesentlichen flache, waagrechte Auflagefläche 18 ausgeformt ist, auf welche ein Objekt 2, hier in Form einer flachen Bildplatte, aufgelegt werden kann. Oberhalb der Auflagefläche 18 erstreckt sich ein gelenkiger Arm 19, der das Gehäuse 17 mit einem Kopfteil 22 verbindet und mittels welchem das Kopfteil 22 auf die Auflagefläche 18 ausrichtbar ist. In dem Kopfteil 22, siehe auch in der erweiterten Detailansicht 1a, sind ein in seiner Brennweite verstellbares Objektiv 6 und ein Bildsensor 5, beispielsweise ein CCD- oder CMOS-Sensor, mit einer elektronischen Schaltung 23 derart angeordnet, dass das Bild des Objekts 2 über einen Aufnahmestrahlengang 7 eines Aufnahmestrahlenbündels 8 auf den Bildsensor 5 abgebildet wird. Das Objektiv 6 ist gemeinsam mit dem Kopfteil 22 mittels des Arms 19 bei diesem konkreten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen senkrecht mittig zur Auflagefläche 18 ausrichtbar. Der von dem Objektiv 6 und dem Bildsensor 5 erfasste Bereich am Objekt 2 ist als ein Aufnahmeausschnitt 3 dargestellt. 2a zeigt das auf die Auflagefläche 18 gelegte Objekt 2, nämlich die Bildplatte mit einem Diagramm und diversen Symbolen, in einer detaillierten Draufsicht. Der Aufnahmeausschnitt 3 wird in Form einer gestrichelten Linie veranschaulicht. Der Bildsensor 5 und die ihm zugeordnete elektronische Schaltung 23 wandelt das auf ihm abgebildete Bild des Aufnahmeausschnitts 3 des Objekts 2 in einem äquitemporalen Aufnahmeintervall – von beispielsweise 30 Millisekunden mit dazwischen liegender Abtastlücke von 3,333 Millisekunden – in ein Bildsignal um. Dieses Bildsignal wird Bildwiedergabemitteln 4, hier einem Monitor, zugeführt, die das Bildsignal in Form eines Wiedergabeausschnitts 3' wiedergeben, siehe 3. Der Wiedergabeausschnitt 3' liegt im Aufnahmeausschnitt 3 und ist in diesem Beispiel etwas kleiner als letzterer. Der Rand 13 des auf das Objekt zur Veranschaulichung projizierten Wiedergabeausschnitts 3' ist in 2a ebenfalls mittels einer gestrichelten Linie eingezeichnet. Diese Beschneidung des Aufnahmeausschnitts 3 auf den Wiedergabeausschnitt 3' findet beispielsweise bei der Erzeugung des Bildsignals oder erst bei der Wiedergabe statt und ergibt sich in der Praxis regelmässig durch unterschiedliche geometrische Bildformate zwischen dem Bildsensor 5 und den Bildwiedergabemittel 4 sowie aus sonstigen technischen Gründen.
Im Aufnahmestrahlengang 7 zwischen dem Objektiv 6 und dem Bildsensor 5 ist eine Einkoppelungseinheit in Form eines optischen Strahlteilers 12a angeordnet. Der Strahlteiler 12a besitzt eine teildurchlässige Spiegelfläche 14, die sich schräg zum Aufnahmestrahlengang 7 im Querschnitt des Aufnahmestrahlenbündels 8 befindet – hier im Winkel von 45° zum Aufnahmemittelstrahl 8, der auch die optische Achse des Objektivs 6 bildet. Das Aufnahmestrahlenbündel 8 wird von der teildurchlässigen Spiegelfläche 14 im Wesentlichen durchgelassen und kann somit weitgehend ungehindert auf den Bildsensor 5 fallen. Eine ebenfalls im Kopfteil 22 angeordnete Leuchteinheit, die als Lasereinheit 9 in Form von vier in einem Rechteck angeordnete Laserdioden ausgebildet ist, erzeugt vier Markierungsstrahlenbündel 11 in Form von vier parallelen Laserstrahlen 11a, 11b, 11c, 11d, die gemeinsam in ihrem senkrechten Querschnitt ein Rechteck 15 aufspannen, dessen Proportionen dem Rand 13 des Wiedergabeausschnitts 3' entsprechen. Somit sind die vier Laserstrahlen 11a, 11b, 11c, 11d mit den Eckpunkten des Rands 13 des Wiedergabeausschnitts 3' verknüpft. Die vier Laserstrahlen 11a, 11b, 11c, 11d werden, z. B. aufgrund der Platzverhältnisse im Kopfteil 22, über zwei Umlenkspiegel 24 in den optischen Strahlteiler 12a senkrecht zum Aufnahmemittelstrahl 8' gelenkt, von der teildurchlässigen Spiegelfläche 14 zumindest teilweise reflektiert und somit in entgegengesetzter Richtung des Aufnahmestrahlengangs 7 in das Objektiv 6 eingekoppelt. Im Abschnitt zwischen dem Objektiv 6 und dem Strahlteiler 12a verlaufen die vier Laserstrahlen 11a, 11b, 11c, 11d parallel zum Aufnahmemittelstrahl 8' des Aufnahmestrahlenbündels 8 jeweils einlang einer Geraden.
Die vier Geraden schneiden in ihrer geometrischen Verlängerung durch den Strahlteiler 12a den Bildsensor 5 in einem Randabschnitt seiner Sensorfläche, nämlich knapp ausserhalb der vier Eckpunkte des auf die Sensorfläche virtuell projizierten räumlichen Wiedergabeausschnitts 3', wie in 1a mittels der den Wiedergabeausschnitt repräsentierenden Pfeile 3' und des verlängerten, gepunktet dargestellten Verlaufs der vier Laserstrahlen 11a, 11b, 11c, 11d veranschaulicht. Die vier Laserstrahlen 11a, 11b, 11c, 11d durchlaufen in entgegengesetzter Richtung zum Aufnahmestrahlenbündel 7 das Objektiv 6, werden gleichermassen geformt, umgelenkt und verzeichnet wie auch das Aufnahmestrahlenbündel 7 und treffen auf das Objekt 2 auf. Hierdurch erzeugen die vier Laserstrahlen 11a, 11b, 11c, 11d eine vom Menschenauge sichtbare Markierung 10 in Form von vier, von aussen an den Rand 13 des Wiedergabeausschnitts 3' angrenzenden und auf die Eckpunkte des Wiedergabeausschnitts 3' hinweisenden Leuchtpunkten direkt auf dem Objekt 2. Die Einkopplung erfolgt derart, dass der Wiedergabeausschnitt 3' räumlich getrennt von der Markierung 10 ist.
Um trotz der räumlichen Trennung allfällig entstehende Streulichteffekte und Reflexionen der Markierung 10 beispielsweise im Objektiv 6 zu verhindern, besteht zusätzlich zur räumlichen Trennung gemäss einer Weiterbildung der Erfindung die Möglichkeit, den Wiedergabeausschnitt 3' auch zeitlich von der Markierung 10 zu trennen, indem die Lasereinheit 9 während des Bildaufnahmeintervalls des Bildsensors 5 deaktiviert wird und somit die vier Laserstrahlen 11a, 11b, 11c, 11d ausgeschaltet sind. Hierzu sind die Lasereinheit 9 und der Bildsensor 5 und/oder die ihm zugeordnete elektronische Schaltung 23 entsprechend synchronisiert, so dass die Erzeugung der Laserstrahlen 11a, 11b, 11c, 11d nicht innerhalb des Aufnahmeintervalls erfolgt. Da der Bildsensor 5 und die ihm zugeordnete elektronische Schaltung 23, wie oben beschrieben, im konkreten Beispiel das abgebildete Bild des Aufnahmeausschnitts 3 des Objekts 2 in einem äquitemporalen Aufnahmeintervall von jeweils 30 Millisekunden mit dazwischen liegender Abtastlücke von jeweils 3,333 Millisekunden in ein Bildsignal umwandeln, wird die Lasereinheit 9 jeweils nur innerhalb dieser 3,333 Millisekunden langen Abtastlücke aktiviert und im Anschluss wieder für 30 Millisekunden – im Aufnahmeintervall – deaktiviert.
Eine Bedienperson des Bildaufnahmegeräts 1a kann sich an der Markierung 10, die ein Rechteck 15 aufspannt, das Aufschluss über den Rand 13 des Wiedergabeausschnitt 3' gibt, orientieren und kann das Objekt derart auf der Auflagefläche 18 platzieren, dass der wiederzugebende Bereich des Objekts 2 tatsächlich im Wiedergabeausschnitt 3' liegt, ohne dass die Bedienperson in die Bildwiedergabemittel 4 blicken muss. Wird die Brennweite und/oder die Fokussierung des Objektivs 6 verstellt und somit der Aufnahmeausschnitt 3 und der Wiedergabeausschnitt 3' in der Grösse verändert, so verändert sich im gleichen Verhältnis auch die Markierung 10 auf dem Objekt 2, so dass das aufgespannte Rechteck 15 nach wie vor Auskunft über den tatsächlichen Wiedergabeausschnitt 3' gibt. So ist es möglich, sowohl die Grösse der Bildaufnahme, als auch die Ausrichtung des Objekts einzurichten, ohne einen Blick in das wiedergegebene Bild zu werfen, was die Handhabung des Bildaufnahmegeräts erheblich erleichtert.
Da die Markierung 10 auf dem Objekt 2 räumlich knapp ausserhalb des Wiedergabeausschnitts 3', an dessen Rand 13 angrenzend, liegt und somit räumlich getrennt vom Wiedergabeausschnitt 3' ist, wird sie – unabhängig von einer allfälligen zusätzlichen zeitlichen Trennung – in der Wiedergabe durch die Bildwiedergabemittel 4 nicht wiedergegeben, siehe 3.
Anstelle des Einsatzes einer Lasereinheit 9, die vier Markierungsstrahlenbündel 11 in Form von vier parallelen Laserstrahlen 11a, 11b, 11c, 11d erzeugt, die gemeinsam in ihrem senkrechten Querschnitt ein Rechteck 15 aufspannen, wird in einer alternativen Ausführungsform eine Lasereinheit 9 verwendet, die ein Rahmenlaserstrahlenbündel 11e erzeugt, wie in 2b in einer Draufsicht auf das Objekt 2 veranschaulicht. In seinem senkrechten Querschnitt setzt sich das Rahmenlaserstrahlenbündel 11e geometrisch aus vier Laserlinien zusammensetzt, die einen rechteckigen, mit dem Rand 13 des Wiedergabeausschnitts 3' verknüpften Rahmen bilden. Die Lasereinheit 9 beinhaltet bei dieser Ausführungsform vier Strichlaser, die derart in der Lasereinheit 9 angeordnet sind und die ein derartiges Linsensystem aufweisen, dass ein Rahmenlaserstrahlenbündel 11e mit parallelem Strahlenverlauf emittiert wird. Die Einkoppelung in das Objektiv 6, die Markierung 10 auf dem Objekt 2 und die Umwandelung des Bilds in ein Bildsignal erfolgt wie in den 1, 2a und 3 dargestellt. Ein Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass die Markierung 10 aufgrund ihrer Rechteckform den auf dem Objekt 2 nicht sichtbaren Rahmen 13 des Wiedergabeausschnitts 3' präzise entsprechend seiner Form markiert, so dass ein noch genaueres Platzieren des Objekts 2 nahe am Rande des Wiedergabeausschnitt 3' erfolgen kann.
Der oben beschriebene parallele Verlauf der Laserstrahlen 11a, 11b, 11c, 11d vor dem Einkoppeln ist selbstverständlich nicht zwingend erforderlich, jedoch technisch leicht realisierbar. Die Einkoppelung hat allgemein derart zu erfolgen, dass die eingekoppelten Laserstrahlen 11a, 11b, 11c, 11d im Abschnitt zwischen dem Objektiv 6 und dem Strahlteiler 12a in ihrer geometrische Verlängerung durch den Strahlteiler 12a den Bildsensor 5 in einem Randabschnitt seiner Sensorfläche schneiden.
In den 4a und 4b ist in einer Seitenansicht bzw. in einer Querschnittsdraufsicht eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen Bildaufnahmegeräts 1b dargestellt. Das Bildaufnahmegerät 1b besitzt ein Gehäuse 17 mit einer im Wesentlichen waagrechten Auflagefläche 18 zum Platzieren des Objekts 2 und einen sich oberhalb der Auflagefläche 18 ersteckenden Arm 19. Ein Bildsensor 5, ein zoombares Objektiv 6 und eine Markierungseinrichtung mit einer Leuchteinheit 9 und einem Strahlteiler 12a befinden sich in dem Gehäuse 17 unterhalb der Auflagefläche 18. Auf dem Arm 19 ist ein zweiter Spiegel 21 angeordnet, der ein vom Objekt 2 kommendes Aufnahmestrahlenbündel, das in den 4a und 4b als Aufnahmemittelstrahl 8' vereinfacht dargestellt ist, zu einem schräg stehenden ersten Spiegel 20 umlenkt, der vor dem Objektiv 6 im Gehäuse 17 angeordnet ist, so dass das Aufnahmestrahlenbündel vom Objektiv 6 erfasst und auf den Bildsensor 5 abgebildet wird. Mindestens einer der beiden Spiegel 20, 21 ist verstellbar gelagert, so dass das Aufnahmestrahlbündel relativ zur Auflagefläche 18 ausrichtbar ist. Die Leuchteinheit 9 erzeugt entsprechend der in 1 beschriebenen Lasereinheit vier parallele Laserstrahlen 11a, 11b, 11c, 11d. Der optische Strahlteiler 12a mit dessen teildurchlässigen Spiegelfläche 14 entspricht demjenigen aus 1.
Die Einkopplung der vier parallelen Laserstrahlen 11a, 11b, 11c, 11d in das Objektiv erfolgt wie bei der ersten Ausführungsform von 1, so dass der Wiedergabeausschnitt 3' räumlich getrennt von der Markierung 10 ist, indem die Markierung 10 von aussen an den Rand 13 des Wiedergabeausschnitts 3' angrenzend auf dem Objekt 2 erzeugt wird.
Das Aufnahmestrahlbündel 8 und das Markierungsstrahlenbündel 11 sind über die beiden Spiegel 20, 21 gemeinsam relativ zur Auflagefläche 18 ausrichtbar, so dass selbst bei Verschieben des Aufnahmebereichs 3 oder Verändern der Brennweite des Objektivs 6 die Markierung 11 den Wiedergabeausschnitt 3' markiert.
Wie oben erwähnt kann es vor allem bei Einsatz eines sehr lichtempfindlichen Bildsensors 5 und eines verhältnismässig lichtintensiven Markierungsstrahlenbündels 11 unter Umständen bei alleiniger räumlicher Trennung des Wiedergabeausschnitts 3' von der Markierung 10 durch Streulicht sowohl auf dem Objekt 2, als auch im Objektiv 6 und/oder im Strahlteiler 12a zur Sichtbarkeit des Markierungslichts und zur Verminderung der Bildqualität im Bildsignal kommen. Um dies zu vermeiden besteht einerseits die Möglichkeit der oben beschriebenen, zusätzlichen zeitlichen Trennung, als auch die Möglichkeit einer im Rahmen der Erfindung als optische Trennung bezeichneten, zusätzlichen Trennung. Bei der optischen Trennung ist zwischen dem Strahlteiler 12a und dem Bildsensor 5 ein Filter 16 angeordnet, das für die Wellenlänge des Markierungsstrahlenbündels 11 im Wesentlichen undurchlässig und für den restlichen sichtbaren Wellenlängenbereich des Aufnahmestrahlenbündels im Wesentlichen durchlässig ist. In einer speziellen Ausführungsform ist der Strahlteiler 12a wellenlängenselektiv ausgebildet, so dass er in Richtung vom Objektiv 6 zum Bildsensor 5 für die Wellenlänge des Markierungsstrahlenbündels 11 im Wesentlichen undurchlässig und für den restlichen sichtbaren Wellenlängenbereich des Aufnahmestrahlenbündels im Wesentlichen durchlässig ist, so dass ebenfalls eine optische Trennung des Wiedergabeausschnitts 3' von der Markierung erzielt wird. Alternativ besteht die Möglichkeit, die optische Trennung anstelle der räumlichen Trennung durchzuführen, so dass die Markierung innerhalb des Aufnahmebereichs und gegebenenfalls auch des Wiedergabebereichs liegen kann.
Die 5a und 5b zeigen eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemässen Bildaufnahmegeräts 1c in einer Querschnittsdraufsicht. Diese dritte Ausführungsform ist eine Alternative zur zweiten Ausführungsform, weshalb im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zur zweiten Ausführungsform eingegangen wird.
Die Einkoppelungseinheit ist, anstelle als physikalischer Strahlteiler 12a mit einer teildurchlässigen Spiegelfläche 14, als ein periodischer Strahlteiler in Form eines verspiegelten rotierbaren Blendenrads 12b ausgebildet, welcher mit dem Aufnahmeintervall synchronisiert ist. Das Blendenrad 12b, das in einer Detailansicht in 5c gezeigt wird, ist im Winkel von 45° zum Aufnahmemittelstrahl 8' im Aufnahmestrahlengang 7 angeordnet und besitzt entlang seines Umfangs freie und geschlossenen Bereiche, wobei die geschlossenen Bereiche verspiegelt sind. Das Verhältnis zwischen den freien und den geschlossenen Bereichen entspricht vorzugsweise dem Verhältnis zwischen den Aufnahmeintervallen und den dazwischen liegenden Abtastlücken des Bildsensors 5, beispielsweise einem Verhältnis von 9 zu 1. Durch – insbesondere mit dem Bildsensor 5 und seiner elektronischen Schaltung 23 – synchronisierte Rotation des Blendenrads 12b wird periodisch zwischen zwei Zuständen, die in den 5a und 5b gezeigt werden, gewechselt. In einem ersten Zustand, siehe 5a, beispielsweise während der Abtastlücke, wird die optische Verbindung zwischen dem Objektiv 6 und dem Bildsensor 5 unterbrochen, da ein geschlossener Bereich des Blendenrads 12b die Verbindung unterbricht. Der geschlossene Bereich reflektiert und lenkt das Aufnahmestrahlenbündel 8 ins Leere bzw. unterbricht es. Das Markierungsstrahlenbündels 11 wird hingegen entsprechend seinem ordentlichen Verlauf vom Blendenrad 12b reflektiert und in das Objektiv 6 eingekoppelt, wodurch die Markierung 10 auf dem Objekt gesetzt wird. Die Leuchteinheit 9 ist als eine Lampe mit einer Blende ausgebildet, wodurch ein Markierungsstrahlenbündel 11 erzeugt wird, dessen Querschnitt in seinen Proportionen dem Wiedergabeausschnitt entspricht und diesen vollkommen markiert. Während die Markierung 10 auf das Objekt 2 gelang, kann aufgrund der Unterbrechung des Strahlengangs keine Bildaufnahme des Objekts 2 durch den Bildsensor 5 erfolgen, so dass Blendeffekte vermieden werden, selbst wenn im ersten Zustand keine Abtastlücke ist. In einem zweiten Zustand, siehe 5b, vorzugsweise im Aufnahmeintervall, ist die optische Verbindung zwischen dem Objektiv 6 und dem Bildsensor 5 vorhanden, da ein unterbrochener Bereich des Blendenrads 12b die Verbindung ermöglicht, so dass die Aufnahme des Objekts 2 durch den Bildsensor 5 erfolgen kann. Da das Markierungsstrahlenbündel 11 nicht vom Blendenrad 12b reflektiert in das Objektiv 6 eingekoppelt wird, sondern ins Leere geht, und das Objekt 2 nicht durch die Markierung 10 markiert wird, werden Blendeffekte im Bildsensor 5 vermieden. Durch das Umschalten zwischen diesen beiden Zuständen über das Blendenrad 12b wird der Wiedergabeausschnitt 3' zeitlich von der Markierung 10 getrennt.
In 6 ist eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemässen Bildaufnahmegeräts 1d in einer Seitenansicht dargestellt. Bei diesem Gerät handelt es sich um ein an die Decke 25 eines Raumes montierbares Deckengerät zur Aufnahme eines Objekts 2, das unterhalb des Deckengeräts auf einer beliebigen Fläche, die nicht Bestandteil des Deckengeräts ist und beispielsweise von einer normalen Tischfläche gebildet wird, platziert ist. Da dieses Bildaufnahmegerät 1d dem Bildaufnahmegerät 1b aus den 4a und 4b teilweise entspricht und die Querschnittsdraufsicht 4b auch derjenigen des Bildaufnahmegeräts 1d im Wesentlichen gleicht, wird auf eine detaillierte Beschreibung bereits zuvor erläuterter Bauteile verzichtet und zum Teil auf Bezugszeichen der 4b zurückgegriffen. Das Bildaufnahmegerät 1d besitzt ein auf der Decke 25 montiertes Gehäuse 17a, in welchem sich in oben beschriebener Weise ein Bildsensor 5, ein zoombares Objektiv 6 und eine Markierungseinrichtung mit einer Leuchteinheit 9 und einem Strahlteiler 12a befinden. Das vom Objekt 2 kommende Aufnahmestrahlenbündel, das in der 6 als Aufnahmemittelstrahl 8' vereinfacht dargestellt ist, wird von einem schräg stehenden ersten Spiegel 20 umlenkt, der vor dem Objektiv 6 im Gehäuse 17a angeordnet ist, so dass das Aufnahmestrahlenbündel vom Objektiv 6 erfasst und auf den Bildsensor 5 abgebildet wird. Die Leuchteinheit 9 erzeugt entsprechend der in 1 und 4a beschriebenen Lasereinheit vier parallele Laserstrahlen 11a, 11b, 11c, 11d. Der optische Strahlteiler 12a mit dessen teildurchlässigen Spiegelfläche 14 entspricht demjenigen aus 1. Die Einkopplung der vier parallelen Laserstrahlen 11a, 11b, 11c, 11d in das Objektiv erfolgt in der gleichen Weise wie bei dem Bildaufnahmegerät 1b aus den 4a und 4b, so dass die Markierung 10 den Wiedergabeausschnitt 3' auf dem Objekt 2 markiert, wobei das Aufnahmestrahlbündel und das Markierungsstrahlenbündel gemeinsam auf das vom Bildaufnahmegerät entfernte und dem ersten Spiegel zugewandte Objekt ausrichtbar sind.
Besonders bei dieser Ausführungsform macht sich der Vorteil der Erfindung ganz besonders bemerkbar. Da das Objekt 2 auf keiner dem Bildaufnahmegerät 1d direkt zugeordneten Auflagefläche platziert ist, wäre es ohne eine Markierung 10 des Wiedergabeausschnitts 3' kaum möglich, auf ergonomisch günstige Weise erkennen zu können, welcher Bereich am Objekt 2 von der Aufnahme erfasst wird, zumal das Objektiv 2 zoombar ausgestaltet ist und somit die Grösse des Aufnahmeausschnitts 3 und des Wiedergabeausschnitts 3' variabel ist.
Selbstverständlich ist es möglich, die oben beschriebenen räumlichen, zeitlichen und/oder optischen Trennungen des Wiedergabeausschnitts 3' von der Markierung 10 beliebig miteinander zu kombinieren, indem beispielsweise sowohl ein Filter, als auch ein physikalischer Strahlteiler mit teildurchlässigem Spiegel, als auch eine periodisch dem Aufnahmeintervall entgegengesetzt gepulste Leuchteinheit eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- GB 1572151 [0005]
- DE 10204660 A1 [0006]
- EP 0362737 A1 [0007]

Claims

Bildaufnahmegerät (1a, 1b, 1c) zum Aufnehmen eines Bilds eines Objekts (2) in einem Aufnahmeausschnitt (3) und Umwandeln des Bilds in ein Bildsignal, das Bildwiedergabemitteln (4) zum Wiedergeben eines Wiedergabeausschnitts (3'), der im Aufnahmeausschnitt (3) liegt oder diesem entspricht, zuführbar ist, mit • Bildaufnahmemitteln, die – einen Bildsensor (5), insbesondere einen CCD- oder CMOS-Sensor, aufweisen und – derart ausgebildet sind, dass ein auf dem Bildsensor (5) abgebildetes Bild in einem äquitemporalen Aufnahmeintervall in das Bildsignal umgewandelt wird, • einem verstellbaren Objektiv (6), – das insbesondere eine veränderbare Brennweite aufweist, – das insbesondere fokussierbar ist und – das derart in einem Aufnahmestrahlengang (7) eines Aufnahmestrahlenbündels (8) zwischen dem Objekt (2) und dem Bildsensor (5) angeordnet ist, dass das Bild des Objekts (2) auf den Bildsensor (5) abgebildet wird, und • einer Markierungseinrichtung, die eine Leuchteinheit (9) zur Erzeugung einer sichtbaren Markierung (10) des Wiedergabeausschnitts (3') auf dem Objekt (2) mittels mindestens eines Markierungsstrahlenbündels (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass • die Markierungseinrichtung eine optische Einkoppelungseinheit (12a, 12b) aufweist, die im Aufnahmestrahlengang (7) zwischen dem Objektiv (6) und dem Bildsensor (5) angeordnet ist und zumindest im Aufnahmeintervall im Wesentlichen durchlässig für das Aufnahmestrahlenbündel (8) ist, und • das mindestens eine Markierungsstrahlenbündel (11) derart über die Einkoppelungseinheit (12a, 12b) in entgegengesetzter Richtung des Aufnahmestrahlengangs (7) in das Objektiv (6) eingekoppelt ist, dass die Markierung (10) des Wiedergabeausschnitts (3') auf dem Objekt (2) erzeugt wird, wobei die Einkoppelungseinheit (12a, 12b), die Leuchteinheit (9) und/oder die Bildaufnahmemittel derart ausgebildet sind, dass der durch die Bildwiedergabemittel (4) wiedergebbare Wiedergabeausschnitt (3') räumlich und/oder optisch getrennt von der Markierung (10) und somit frei von der Markierung (10) ist.
Bildaufnahmegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wiedergabeausschnitt (3') räumlich getrennt von der Markierung (10) ist, indem die Markierung (10) von aussen an den Rand (13) des Wiedergabeausschnitts (3') angrenzend auf dem Objekt (2) erzeugt wird.
Bildaufnahmegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppelungseinheit als ein optischer Strahlteiler (12a), insbesondere ein Strahlteilerprisma, ausgebildet ist.
Bildaufnahmegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlteiler (12a) eine teildurchlässige Spiegelfläche (14) aufweist, die schräg zum Aufnahmestrahlengang (7) im Querschnitt des Aufnahmestrahlenbündels (8) angeordnet ist.
Bildaufnahmegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Bildwiedergabemittel (4) wiedergebbare Wiedergabeausschnitt (3') auch zeitlich getrennt von der Markierung (10) ist, indem das mindestens eine Markierungsstrahlenbündel (11) während des Bildaufnahmeintervalls unterbrochen und/oder in eine falsche Richtung gelenkt und/oder die Leuchteinheit (9) deaktiviert ist.
Bildaufnahmegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppelungseinheit als ein verspiegeltes rotierbares Blendenrad (12b) ausgebildet ist, so dass abwechselnd das Aufnahmestrahlenbündel (8) auf den Bildsensor (5) fällt, wobei das Markierungsstrahlenbündel (11) ins Leere geht oder unterbrochen wird, und das Markierungsstrahlenbündel (11) in das Objektiv (6) gelenkt wird, wobei das Aufnahmestrahlenbündel (8) ins Leere gelenkt oder unterbrochen wird.
Bildaufnahmegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine eingekoppelte Markierungsstrahlenbündel (11) in einem Abschnitt zwischen der Einkoppelungseinheit (12a, 12b) und dem Objektiv (6) derart verläuft, dass es sich in seinem geometrischen Verlauf mit den Bildsensor knapp ausserhalb des bildaufnehmenden und/oder zur Wiedergabe bestimmten Bereichs schneidet.
Bildaufnahmegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchteinheit als mindestens eine Lasereinheit (9) ausgebildet ist.
Bildaufnahmegerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lasereinheit (9) mehrere – insbesondere parallel zueinander verlaufende – Laserstrahlen (11) erzeugt, die ein geometrisches, senkrecht durchstossenes und mit dem Rand (13) des Wiedergabeausschnitts (3') verknüpftes Rechteck (15) aufspannen und die das mindestens eine Markierungsstrahlenbündel bildenden.
Bildaufnahmegerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lasereinheit (9) mindestens vier Laserstrahlen (11a, 11b, 11c, 11d) erzeugt, die mit den Eckpunkten des Rands (13) des Wiedergabeausschnitts (3') verknüpft sind.
Bildaufnahmegerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lasereinheit (9) ein Rahmenlaserstrahlenbündel (11e) erzeugt, das sich in seinem senkrechten Querschnitt geometrisch aus vier Laserlinien zusammensetzt, die einen rechteckigen, mit dem Rand (13) des Wiedergabeausschnitts (3') verknüpften Rahmen bilden.
Bildaufnahmegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Bildwiedergabemittel (4) wiedergebbare Wiedergabeausschnitt (3') optisch getrennt von der Markierung (10) ist, indem die Einkoppelungseinheit (12a, 12b) als wellenlängenselektives Strahlteilerprisma, welches das Markierungsstrahlenbündel (11), insbesondere dessen Wellenlänge und/oder Polarisation, im Wesentlichen reflektiert und für das sichtbare Spektrum des Aufnahmestrahlenbündels (8) im Wesentlichen durchlässig ist, ausgebildet ist.
Bildaufnahmegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Bildwiedergabemittel (4) wiedergebbare Wiedergabeausschnitt (3') optisch getrennt von der Markierung (10) ist, indem zwischen der Einkoppelungseinheit (12a, 12b) und dem Bildsensor (5) ein Filter (16) angeordnet ist, das für das Markierungsstrahlenbündel (11), insbesondere dessen Wellenlänge und/oder Polarisation, im Wesentlichen undurchlässig und für das sichtbare Spektrum des Aufnahmestrahlenbündels (8) im Wesentlichen durchlässig ist.
Bildaufnahmegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch • ein Gehäuse (17) mit einer im Wesentlichen waagrechten Auflagefläche (18) zum Platzieren des Objekts (2) und • einen sich oberhalb der Auflagefläche (18) ersteckenden Arm (19), mittels welchem direkt oder indirekt das Aufnahmestrahlenbündel (8) auf die Auflagefläche (18) ausrichtbar ist.
Bildaufnahmegerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest • die Bildaufnahmemittel mit dem Bildsensor (5), • das Objektiv (6) und • die Markierungseinrichtung mit der Leuchteinheit (9) auf dem Arm (19) angeordnet sind und das Objektiv (6) zur Auflagefläche (18) ausrichtbar ist.
Bildaufnahmemittel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass • die Bildaufnahmemittel mit dem Bildsensor (5), das Objektiv (6) und die Markierungseinrichtung mit der Leuchteinheit (9) in dem Gehäuse (17) unterhalb der Auflagefläche (18) angeordnet sind, • dem Objektiv (6) ein erster Spiegel (20) zur Umlenkung des Aufnahmestrahlengangs (7) vorgeschaltet ist, und • zwischen dem ersten Spiegel (20) und der Auflagefläche (18) mindestens eine zweiter Spiegel (21) im Aufnahmestrahlengang (7) auf dem Arm (19) angeordnet ist, wobei mindestens einer der beiden Spiegel (20, 21) verstellbar gelagert ist, so dass das Aufnahmestrahlbündel (8) und das Markierungsstrahlenbündel (11) gemeinsam relativ zur Auflagefläche (18) ausrichtbar sind.
Bildaufnahmegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass • die Bildaufnahmemittel mit dem Bildsensor (5), das Objektiv (6) und die Markierungseinrichtung mit der Leuchteinheit (9) in einem deckenmontierbaren Gehäuse (17a) angeordnet sind und • dem Objektiv (6) ein erster Spiegel (20) zur Umlenkung des Aufnahmestrahlengangs (7) im Gehäuse (17a) vorgeschaltet ist, so dass das Aufnahmestrahlbündel (8) und das Markierungsstrahlenbündel (11) gemeinsam auf das vom Bildaufnahmegerät entfernte und dem ersten Spiegel (20) zugewandte Objekt (2) ausrichtbar sind.