DE29813983U1 - Device for the automatic focusing and exposure of image recording systems - Google Patents
Device for the automatic focusing and exposure of image recording systemsInfo
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
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- H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen
Fokussierung und Belichtung von Bildaufnahmesystemen
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a device for automatic focusing and exposure of image recording systems
according to the preamble of claim 1.
Zur Aufnahme von Objekten existieren elektronische Bildaufnahmesysteme,
die statische oder dynamische Objekte aufnehmen und die entsprechenden Bilddaten an ein Anzeigegerät oder ein
Datenverarbeitungssystem weiterleiten, welches die Daten verarbeitet bzw. abspeichert. Die bekannten Bildaufnahmesysteme
bestehen dabei aus einem Bildaufnahmegerät, beispielsweise
einer "CCD-Kamera" (charge coupled device) bzw. aus einer
Videokamera mit lichtempfindlichen Fotosensoren, die das entsprechende Objekt aufnehmen und entsprechend analoge oder digitale
Bildsignale an ein Datenverarbeitungssystem weiterleiten. Electronic image recording systems exist for recording objects,
which record static or dynamic objects and forward the corresponding image data to a display device or a data processing system, which processes or stores the data. The well-known image recording systems
consist of an image recording device, for example
a "CCD camera" (charge coupled device) or a
Video camera with light-sensitive photo sensors that record the corresponding object and transmit analog or digital image signals to a data processing system.
Dieses Datenverarbeitungssystem kann unterschiedlich aufgebaut
sein. Dabei ist es beispielsweise bei CCD-Kameras bekannt,
die entsprechenden Digitaldaten, die von den lichtempfindlichen
Fotosensoren geliefert werden, entweder auf
einem Magnetband oder einer sogenannten "Mini-Disk" abzuspeichern, oder direkt durch einen Computer zu verarbeiten. Um
die Menge der von den lichtempfindlichen Fotosensoren gelieferten
Daten besser verwalten zu können, werden diese meist
vor ihrer Speicherung auf einem geeigneten Datenträger komprimiert,
um die Datenmenge zu reduzieren. Die komprimierten
Daten werden dann anschließend entweder dekomprimiert, um auf einem geeigneten Anzeigegerät dargestellt zu werden, oder abgespeichert,
um transportabel zu sein.This data processing system can be structured in different ways
It is known, for example, with CCD cameras,
the corresponding digital data from the light-sensitive
Photo sensors are supplied either on
a magnetic tape or a so-called "mini-disk" or to process it directly by a computer.
the amount of light delivered by the light-sensitive photo sensors
To better manage data, it is usually
compressed before being stored on a suitable storage medium,
to reduce the amount of data. The compressed
Data is then either decompressed to be displayed on a suitable display device or stored for transport.
Bei diesen herkömmlichen Bildaufnahmesystemen bestehen unterschiedliche
Möglichkeiten, um sowohl die Fokussierung des Kamera-Objektivs
entsprechend dem Abstand der Kamera zum Objekt oder um die Belichtungszeit entsprechend der vorhandenen Beleuchtung
des aufzunehmenden Objekts einzustellen. BekanntThese conventional image recording systems offer different options for adjusting the focus of the camera lens according to the distance of the camera to the object or for adjusting the exposure time according to the available lighting.
of the object to be recorded. Known
sind beispielsweise sogenannte "Auto-Fokus"-Kameras, die die Schärfe des aufgenommenen Bildes mittels Grauwertstufen einstellen. Dabei wird das Bild zeilenweise sowie spaltenweise in sogenannte "Pixel" aufgelöst, wobei jedes Pixel einem bestimmten Grauwert entspricht. Durch die diskrete Abgrenzung unterschiedlicher Grauwertstufen ("treshold") lassen sich die unterschiedlichen Bereiche des aufgenommenen Objekts innerhalb des Bildes trennen, um so eine gewisse Schärfe zu erreichen. Diese Information eignet sich ebenfalls zur automatisehen Fokussierung des Objektivs, indem die entsprechenden Grauwertstufen analysiert und der Fokus derart eingestellt wird, daß bei einem maximalen Gradienten zwischen den Grauwertstufen die beste Trennschärfe und damit auch der optimale Fokus eingestellt werden kann.are, for example, so-called "auto-focus" cameras, which adjust the sharpness of the recorded image using grayscale levels. The image is broken down into so-called "pixels" row by row and column by column, with each pixel corresponding to a specific grayscale value. By discretely defining different grayscale levels ("threshold"), the different areas of the recorded object can be separated within the image in order to achieve a certain level of sharpness. This information is also suitable for automatically focusing the lens by analyzing the corresponding grayscale levels and adjusting the focus in such a way that the best selectivity and thus the optimal focus can be set with a maximum gradient between the grayscale levels.
Darüber hinaus messen herkömmliche Systeme die optimale Belichtungszeit zur Aufnahme des Objekts, die jeweils von der vorhandenen Beleuchtung abhängt, mittels der o.g. Grauwertstufen, so daß auch hier bei einem bestimmten Gradient zwisehen den einzelnen Grauwertbereichen bzw. "Pixeln" des Bildes eine optimale Belichtungszeit eingestellt wird.In addition, conventional systems measure the optimal exposure time for capturing the object, which depends on the available lighting, using the grayscale levels mentioned above, so that here too, with a certain gradient between the individual grayscale areas or "pixels" of the image, an optimal exposure time is set.
Diese bekannten Systeme weisen den Nachteil auf, daß das Abspeichern der unterschiedlichen Grauwerte, das heißt die Bildinformation eines jeden "Pixels" sowie die Berechnung der einzelnen Grauwertstufen des Gradienten sowie der entsprechenden Trennlinie zwischen den einzelnen Grauwertbereichen nicht nur einen großen Speicherplatz innerhalb des Datenverarbeitungssystems beansprucht, sondern auch die Berechnung der optimalen Einstellungen zur automatischen Fokussierung und Belichtungszeiteinstellung viel Zeit in Anspruch nimmt und schnelle Prozessoren bzw. große und teuere "Cash"-Speicher erfordert.These known systems have the disadvantage that storing the different gray values, i.e. the image information of each "pixel" and calculating the individual gray value levels of the gradient and the corresponding dividing line between the individual gray value ranges, not only requires a large amount of storage space within the data processing system, but also calculating the optimal settings for automatic focusing and exposure time setting takes a lot of time and requires fast processors or large and expensive "cash" memories.
Darüber hinaus sind die bekannten Systeme aufwendig und teuer und nur mit einem erhöhten "Hardware"-Aufwand realisierbar.In addition, the known systems are complex and expensive and can only be implemented with increased "hardware" expenditure.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannten Systeme zur automatischen Einstellung des Fokus bzw. der Belichtung dahingehend zu verbessern, daß das Datenverarbeitungssystem nicht nur billiger und mit weniger Aufwand herstellbar ist, sondern darüber hinaus auch wenigerThe present invention is therefore based on the object of improving the known systems for automatically adjusting the focus or exposure in such a way that the data processing system is not only cheaper and can be produced with less effort, but also requires less
Komponenten aufweist und schnellere Ergebnisse erzielt. Darüber hinaus soll die Fokus- und Belichtungszeiteinstellung benutzerunabhängig sein und die Störanfälligkeit der bekannten Bildaufnahmesysteme verringert werden. 10components and achieves faster results. In addition, the focus and exposure time settings should be user-independent and the susceptibility to interference of the known image recording systems should be reduced. 10
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention by the characterizing part of claim 1. Further advantageous embodiments of the invention are described in the subclaims.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Fokussierung und Belichtung von Bildaufnahmesystemen, mit einem Bildaufnahmegerät, welches relativ zu dem aufzunehmenden Objekt bewegbar ist und welches mittels einer Fokussiereinrichtung und einer Belichtungs- und/oder einer Beleuchtungseinrichtung Bilder von Objekten mit unterschiedlicher Schärfe und Helligkeit aufnimmt. Dabei liefert das Bildaufnahmegerät Daten an ein Datenverarbeitungssystem und verwendet das Datenverarbeitungssystem diese Daten dazu, die Fokussierung bzw. die Belichtung zur Aufnahme des Objekts durch das Bildaufnahmegerät automatisch einzustellen.The present invention relates to a device for automatic focusing and exposure of image recording systems, with an image recording device which is movable relative to the object to be recorded and which, by means of a focusing device and an exposure and/or lighting device, records images of objects with different sharpness and brightness. The image recording device supplies data to a data processing system and the data processing system uses this data to automatically adjust the focusing or exposure for recording the object by the image recording device.
Dazu dient eine Stellgröße zur Änderung der Fokussierung bzw. der Belichtung zur Aufnahme des Objekts, wobei diese Stellgröße durch die Menge der Daten bestimmt wird, die das Daten-Verarbeitungssystem verarbeitet.For this purpose, a control variable is used to change the focus or exposure to capture the object, whereby this control variable is determined by the amount of data that the data processing system processes.
Der Erfindung liegt dabei das Prinzip zugrunde, daß der Speicherplatzbedarf der abzuspeichernden Bilddaten um so größer ist, je schärfer das Bild des Objekts auf die Fotosensoren abgebildet wird, bzw. der Speicherplatzbedarf um so größer ist, je mehr sich die Beleuchtungsstärke bzw. die Beiich-The invention is based on the principle that the storage space required for the image data to be stored is greater the sharper the image of the object is displayed on the photo sensors, or the storage space required is greater the more the illuminance or the illumination
tungszeit dem Optimum des Gesamtsystems (Objekt, Linsen, Aufnahme-, übertragungs- und Umwandlungskomponenten) nähert.processing time approaches the optimum of the overall system (object, lenses, recording, transmission and conversion components).
Mit dem Durchlaufen des gesamten zur Verfügung stehenden Entfernungseinstellbereichs zwischen dem Objekt und der Kamera, das heißt den lichtempfindlichen Fotosensoren bzw. des Brennweitenbereichs des Objektivs bei konstanter Beleuchtungsstärke bestimmt man die Abhängigkeit des Speicherplatzbedarfs der abzuspeichernden Bilddaten von der eingestellten Schärfe.By going through the entire available distance setting range between the object and the camera, i.e. the light-sensitive photo sensors or the focal length range of the lens at constant illumination, the dependence of the storage space requirement of the image data to be saved on the set focus is determined.
Die bei der Aufnahme entstehenden Bildinformationen werden zunächst in digitale Informationen umgewandelt, um dann von einem Algorithmus komprimiert zu werden. Dieser Algorithmus ist derart ausgelegt, daß sowohl keine Bildinformationen bei der Komprimierung verlorengehen und als auch die Komprimierungsrate variabel ist, so daß sich der Speicherplatzbedarf der abzuspeichernden Bilddaten bei Veränderung der Parameterentfernung zwischen dem Objekt und der Kamera bzw. der Brennweiteneinstellung des verwendeten Objektivs der Kamera sowie bei Veränderung der Beleuchtungsstärke des Objekts bzw. der Belichtungsdauer der Fotosensoren ebenfalls ändert.The image information created during the recording is first converted into digital information and then compressed by an algorithm. This algorithm is designed in such a way that no image information is lost during compression and the compression rate is variable, so that the storage space required for the image data to be saved also changes when the parameter distance between the object and the camera or the focal length setting of the camera lens used changes, as well as when the illuminance of the object or the exposure time of the photo sensors changes.
Der Speicherplatzbedarf hängt daher mit der maximal erreichbaren Komprimierungsrate zusammen, die wiederum von der Schärfe bzw. der Helligkeit des Bildes abhängt.The storage space requirement therefore depends on the maximum achievable compression rate, which in turn depends on the sharpness or brightness of the image.
Beispielsweise erhält man beim Durchlaufen des zur Verfügung stehenden Beleuchtungsstärkebereichs (bzw. des Belichtungszeitbereichs) bei konstanter Schärfeeinstellung des Fokus die Abhängigkeit des Speicherplatzbedarfs von der Beleuchtungsstärke (bzw. der Belichtungsdauer) des Objekts. Beide Abhängigkeiten, das heißt zum einen die Abhängigkeit des Speicherplatzbedarfs von der Brennweiteneinstellung bzw. der Entfernung zwischen dem Objekt und den Fotosensoren und zum anderen bei Veränderung der Beleuchtungsstärke bzw. der Belichtungsdauer sind voneinander unabhängig und können daher einzeln betrachtet werden. Daß der Speicherplatzbedarf der komprimierten Bildinformationsdaten bei maximal möglicher Kompri-For example, when running through the available illuminance range (or exposure time range) with a constant focus setting, the dependency of the storage space requirement on the illuminance (or exposure time) of the object is obtained. Both dependencies, i.e. on the one hand the dependency of the storage space requirement on the focal length setting or the distance between the object and the photo sensors and on the other hand the dependency of the storage space requirement on the change in illuminance or exposure time are independent of each other and can therefore be considered individually. The fact that the storage space requirement of the compressed image information data with the maximum possible compression
■ii &Ggr;* jm,■ii &Ggr;* jm,
mierungsrate variabel ist, begründet sich darin, daß &zgr;. &Bgr;. größere homogene Flächen gleichen Intensitätswerts (das heißt ohne Details) zusammengefaßt werden können, ohne daß das Bild an Informationsgehalt verliert. Größere homogene Flächen erhält man also bei schlecht eingestellter Schärfe, wobei man viele Details und somit eine geringe mögliche Komprimierungsrate (= hoher Speicherplatzbedarf) bei gut eingestellter Schärfe erhält. Das bedeutet, daß es eine gewisse Schärfeeinstellung gibt, bei der die Dateigröße nach der Komprimierung maximal ist, das heißt der Informationsgehalt im Bild ebenfalls maximal ist. Wird dagegen das Bild unscharf, verschwinden Bilddetails, der Informationsgehalt sinkt und mit ihm auch der Speicherplatzbedarf.The reason why the compression rate is variable is that larger homogeneous areas of the same intensity value (i.e. without details) can be combined without the image losing information content. Larger homogeneous areas are therefore obtained with poorly adjusted sharpness, whereas with well adjusted sharpness you get a lot of details and thus a low possible compression rate (= high storage space requirement). This means that there is a certain sharpness setting at which the file size after compression is maximum, i.e. the information content in the image is also maximum. If, on the other hand, the image is blurred, image details disappear, the information content decreases and with it the storage space requirement.
Als Stellgröße zur Einstellung der Fokussierung bzw. der Belichtung des Abstandes oder der Beleuchtung dient also die Menge an komprimierten Daten, die Größe der abgespeicherten Datei, die inverse Komprimierrate oder eine Kombination aus diesen Größen. Diese Stellgröße wird an einen Regler weitergegeben, der dann entsprechend dem Abstand zwischen dem Bildaufnahmegerät und dem Objekt oder die Brennweite des Objektivs des Bildaufnahmegeräts einstellt oder dementsprechend auch die Belichtungsdauer des Bildaufnahmegeräts oder die Beleuchtungsstärke der Beleuchtungsvorrichtung, die das Objekt beleuchtet, entsprechend einstellt.The control variable for adjusting the focus or exposure, the distance or the lighting is the amount of compressed data, the size of the saved file, the inverse compression rate or a combination of these variables. This control variable is passed on to a controller, which then adjusts the distance between the image capture device and the object or the focal length of the lens of the image capture device or adjusts the exposure time of the image capture device or the illuminance of the lighting device that illuminates the object accordingly.
Ebenfalls ist es möglich, die Stellgröße an einer Anzeige anzuzeigen, so daß dann die Qualität des aufgenommenen Bildes festgestellt werden kann. Die maximale Stellgröße, das heißt beispielsweise die minimale Komprimierrate, ist somit ein Maß für die optimale Einstellung des Bildaufnahmesystems.It is also possible to display the control variable on a display, so that the quality of the recorded image can then be determined. The maximum control variable, i.e. the minimum compression rate, for example, is therefore a measure of the optimal setting of the image recording system.
Dieses Prinzip, das heißt die entsprechende Vorrichtung bzw. das entsprechende Verfahren läßt sich auch bei bereits bestehenden bildverarbeitenden Systemen verwenden, die derart mit dem erfindungsgemäßen System ausgestattet werden, daß die generierten Bilddaten im Sinne des erfindungsgemäßen PrinzipsThis principle, i.e. the corresponding device or the corresponding method, can also be used in existing image processing systems that are equipped with the system according to the invention in such a way that the generated image data in accordance with the principle according to the invention
zur automatischen Einstellung der Fokussierung und/oder der Belichtung zur Aufnahme des Objekts durch das Bildaufnahmegerät verwendet werden.to automatically adjust the focus and/or exposure for capturing the subject by the image capture device.
Eine bevorzugte Ausführungsform wird anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:A preferred embodiment is explained with reference to the drawings.
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen
Systems;
Fig. 2 die Abhängigkeit des Speicherplatzbedarfs vonFig. 1 shows the basic structure of the system according to the invention;
Fig. 2 the dependence of storage space requirements on
der Entfernung zwischen Objekt und Kamera; Fig. 3 die Abhängigkeit des Speicherplatzbedarfs vonthe distance between object and camera; Fig. 3 the dependence of storage space requirements on
der Belichtungszeit bzw. der Beleuchtungsstärke und
Fig. 4 die Abhängigkeit des Speicherplatzbedarfs vonthe exposure time or the illuminance and
Fig. 4 the dependence of storage space requirements on
der Beleuchtungsstärke/Belichtungszeit und desthe illuminance/exposure time and the
Abstands/Brennweite.Distance/focal length.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei ist ein Bildaufnahmegerät 2 oberhalb eines Objekts 1 angeordnet, wobei sich das Bildaufnahmegerät 2 innerhalb eines Verstellgeräts 17 befindet, welches den Abstand d zwischen dem Objekt 1 und dem Bildaufnahmegerät 2 mittels vertikaler Bewegung, das heißt Verstellung des Bildaufnahmegeräts 2, einstellt. Das Bildaufnahmegerät 2 hat dabei einen bestimmten Aufnahmekegel 15, um Objekte 1 unterschiedlicher Größe aufzunehmen.Fig. 1 shows the basic structure of the device according to the invention. An image recording device 2 is arranged above an object 1, the image recording device 2 being located within an adjustment device 17, which adjusts the distance d between the object 1 and the image recording device 2 by means of vertical movement, i.e. adjustment of the image recording device 2. The image recording device 2 has a specific recording cone 15 in order to record objects 1 of different sizes.
Das Bildaufnahmegerät 2 liefert Bildsignale 9 an einen BiIdsignalwandler 4, der entweder Analogsignale in Digitalsignale umwandelt oder die digitalen Bildsignale 9 direkt weiterleitet. Darüber hinaus eignet sich der Bildsignalwandler 4, um entsprechende Bildsignale 9 in Digitalsignale 10 umzuwandeln, die durch ein Komprimiersystem 5 komprimierbar sind. Das Komprimiersystem 5 komprimiert die vom Bildsignalwandler 4 ankommenden Digitalsignale 10 und leitet dann Daten 16 an einen Speicher 6 weiter.The image recording device 2 supplies image signals 9 to an image signal converter 4, which either converts analog signals into digital signals or forwards the digital image signals 9 directly. In addition, the image signal converter 4 is suitable for converting corresponding image signals 9 into digital signals 10, which can be compressed by a compression system 5. The compression system 5 compresses the digital signals 10 arriving from the image signal converter 4 and then forwards data 16 to a memory 6.
Zur automatischen Einstellung der Fokussierung bzw. der Belichtungszeit dient ein Regler I1 der Stellgrößen 11 entsprechend umwandelt. Diese Stellgrößen 11 können sowohl die Komprimierrate des Komprimiersystems als auch eine Größe des Speicherplatzbedarfs des Speichers 6 sein, also beispielsweise die Dateigröße der im Speicher 6 abgespeicherten Bilddatei (in KB).A controller I 1 which converts the control variables 11 accordingly is used to automatically adjust the focus or the exposure time. These control variables 11 can be both the compression rate of the compression system and a size of the storage space required by the memory 6, for example the file size of the image file stored in the memory 6 (in KB).
Der Regler 7 liefert die Stellgröße 11 entweder direkt an eine Anzeige 8 oder wandelt die Stellgröße 11 in ein Beleuchtungseinstellsignal 12 oder ein Belichtungs-/Schärfeeinstellsignal 13 um, die zur automatischen Fokussierung bzw. Belichtungszeit bzw. Beleuchtung verwendet werden.The controller 7 supplies the control variable 11 either directly to a display 8 or converts the control variable 11 into an illumination adjustment signal 12 or an exposure/focus adjustment signal 13, which are used for automatic focusing or exposure time or illumination.
Das Beleuchtungseinstellsignal 12 wird an eine Beleuchtungsvorrichtung 3 weitergeleitet, die das Objekt 1 mittels eines Lichtkegels 14 beleuchtet. Das Belichtungs-/Schärfeeinstellsignal 13 wird an das Verstellgerät 17 bzw. das Bildaufnahmegerät 2 weitergeleitet, um dort entweder den Abstand d zwischen dem Bildaufnahmegerät 2 und dem Objekt 1 einzustellen oder um die entsprechende Belichtungszeit zu steuern oder um die Brennweite des Bildaufnahmegeräts 2 entsprechend einzustellen. The lighting adjustment signal 12 is forwarded to a lighting device 3, which illuminates the object 1 using a light cone 14. The exposure/focus adjustment signal 13 is forwarded to the adjustment device 17 or the image recording device 2 in order to either adjust the distance d between the image recording device 2 and the object 1 or to control the corresponding exposure time or to adjust the focal length of the image recording device 2 accordingly.
Verstellgerät 17 mit Bildaufnahmegerät 2, Bildsignalwandler 4, Komprimiersystem 5, Speicher 6 und Regler 7 sowie die entsprechenden Datenleitungen sind dabei in dem Datenverarbeitungssystem 18 zusammengefaßt.Adjustment device 17 with image recording device 2, image signal converter 4, compression system 5, memory 6 and controller 7 as well as the corresponding data lines are combined in the data processing system 18.
Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit der Entfernung zwischen dem Bildaufnahmegerät 2 und dem Objekt 1, das heißt dem Abstand d und der Dateigröße der Bilddatei, die im Speicher 6 abgespeichert wird, welche ein Maß für den entsprechenden Speicherplatzbedarf darstellt. Die Dateigröße ist dabei auf der Y-Achse in kB angegeben.Fig. 2 shows the dependence of the distance between the image recording device 2 and the object 1, i.e. the distance d and the file size of the image file that is stored in the memory 6, which represents a measure of the corresponding storage space requirement . The file size is indicated on the Y-axis in kB.
Die Werte auf der X-Achse entsprechen den Teilstrichen auf dem Schärfeeinstellrad des Bildaufnahmegeräts 2 und sind hier einheitenlos dargestellt. Mit dem Schärfeeinstellrad wird die Entfernung d des Aufnahine-/Linsensystems der eingesetzten Kamera im Verstellgerät 17 zum Objekt 1 verändert. Es kann allerdings auch bei konstantem Objektabstand d die Brennweite des Linsensystems (Objektiv) verändert werden. Beide Arten der Schärfeeinstellung sind vergleichbar und entsprechen der X-Achse in Fig. 2.The values on the X-axis correspond to the graduations on the focus adjustment wheel of the image recording device 2 and are shown here without units. The focus adjustment wheel is used to change the distance d of the recording/lens system of the camera used in the adjustment device 17 to the object 1. However, the focal length of the lens system (objective) can also be changed with a constant object distance d. Both types of focus adjustment are comparable and correspond to the X-axis in Fig. 2.
Auf der Y-Achse ist der Speicherplatzbedarf der komprimierten Bildinformationen aufgetragen. In Fig. 2 werden 11 Aufnahmen mit unterschiedlicher Schärfeeinstellung hergestellt und komprimiert abgespeichert. Je nach gewünschtem Optimierungsgrad sind jedoch auch mehr oder weniger, beispielsweise 20 bzw. 5, Aufnahmen möglich. Die Dateigrößen in kB der komprimierten Bildinformationen (Speicherplatzbedarf) werden dann auf der Y-Achse aufgetragen.The storage space required for the compressed image information is shown on the Y-axis. In Fig. 2, 11 images are taken with different sharpness settings and saved in compressed form. Depending on the desired level of optimization, however, more or fewer images, for example 20 or 5, are possible. The file sizes in kB of the compressed image information (storage space required) are then shown on the Y-axis.
In Fig. 2 ist zu erkennen, daß es eine gewisse Schärfeeinstellung gibt, bei der die Dateigröße maximal ist (hier: in etwa d = -6).In Fig. 2 it can be seen that there is a certain sharpness setting at which the file size is maximum (here: approximately d = -6).
Fig. 3 zeigt eine ähnliche Abhängigkeit des Speicherplatzbedarfs wie in Fig. 2 bei konstanter Schärfeeinstellung zwischen der variablen Belichtungsdauer des eingesetzten Fotosensors bzw. der gewählten Beleuchtungsstärke der Beleuchtungsvorrichtung 3. Somit kann dieses System gleichzeitig dazu genutzt werden, die Belichtungsdauer bzw. die Beleuchtungsstärke des Objekts benutzer- sowie systemunabhängig (unabhängig von den verwendeten optischen und elektronischen Komponenten) optimal einzustellen.Fig. 3 shows a similar dependence of the storage space requirement as in Fig. 2 with a constant focus setting between the variable exposure time of the photo sensor used or the selected illuminance of the lighting device 3. This system can therefore be used simultaneously to optimally adjust the exposure time or the illuminance of the object independently of the user and the system (independent of the optical and electronic components used).
In Fig. 3 ist auf der X-Achse der Helligkeitsgrad des aufgenommenen Bildes aufgetragen, während die Y-Achse, ähnlich wie in Fig. 2, die Dateigröße der komprimierten und abgespeicherten Bilddaten angibt. Auch hier ist zu erkennen, daß die .In Fig. 3, the brightness level of the captured image is plotted on the X-axis, while the Y-axis, similar to Fig. 2, indicates the file size of the compressed and saved image data. Here, too, it can be seen that the .
Dateigröße etwa beim Wert &khgr; = 7 maximal ist. Die optimale Belichtungszeit bzw. die optimale Beleuchtungsstärke läßt sich somit daraus ermitteln.The maximum file size is around &khgr; = 7. The optimal exposure time or the optimal lighting intensity can therefore be determined from this.
Fig. 4 zeigt die Zusammenhänge zwischen der Beleuchtungsstärke/Belichtungszeit, des Abstandes d, das heißt der Entfernung zwischen dem Objekt 1 und dem Bildaufnahmegerät 2 bzw. der Brennweiteneinstellung des verwendeten Objektivs des Bildaufnahmegeräts 2 und der sich daraus ergebenden Dateigröße des abgespeicherten Bildes, welches ein Maß für den Speicherplatzbedarf darstellt (auch hier in kB).Fig. 4 shows the relationships between the illuminance/exposure time, the distance d, i.e. the distance between the object 1 and the image recording device 2 or the focal length setting of the lens used in the image recording device 2 and the resulting file size of the saved image, which represents a measure of the storage space requirement (here too in kB).
Da die Einstellung der Beleuchtungsstärke von der Einstellung der Schärfe unabhängig ist bzw. die Einstellung der Belichtungszeit von der Einstellung des Abstandes b bzw. vice versa, der Speicherplatzbedarf mit beiden Parametern in Verbindung gebracht werden kann, ist es möglich, diese Zusammenhänge in einem dreidimensionalen Diagramm, wie in Fig. 4 veranschaulicht, darzustellen. In Fig. 4 ist zu erkennen, daß es eine bestimmte Schärfeeinstellung und eine Beleuchtungsstärke-Belichtungsdauer )Einstellung gibt, bei der der Speicherplatzbedarf und somit der Informationsgehalt der Aufnahme maximal bzw. die Komprimierungsrate minimal ist.Since the setting of the illumination intensity is independent of the setting of the focus, or the setting of the exposure time of the setting of the distance b or vice versa, the storage space requirement can be linked to both parameters, it is possible to represent these relationships in a three-dimensional diagram as shown in Fig. 4. In Fig. 4 it can be seen that there is a certain focus setting and an illumination intensity exposure time setting at which the storage space requirement and thus the information content of the image is maximum or the compression rate is minimum.
Die korrekte Einstellung der Beleuchtungsstärke (oder Belichtungsdauer) sowie der Schärfe kann gefunden werden, wenn während der eigentlichen Bildaufnahme die Bildinformationen permanent den Komprimierungsalgorithmus durchlaufen und die Größe der komprimierten Bilddatei bzw. die Höhe der Komprimierungsrate oder eine entsprechende Hilfsgröße ständig auf dem Monitor angezeigt wird bzw. zur Einstellung der entsprechenden Komponenten verwendet wird.The correct setting of the lighting intensity (or exposure time) and the focus can be found if the image information is constantly passed through the compression algorithm during the actual image capture and the size of the compressed image file or the level of the compression rate or a corresponding auxiliary value is constantly displayed on the monitor or is used to adjust the corresponding components.
Durchfährt man zuerst den gesamten Schärfebereich so findet man schnell den Punkt der maximalen Dateigröße, bezogen auf die Schärfeeinstellung. Danach bewegt man sich im Diagramm nach Fig. 4 auf der Schärfekurve bei einer konstanten Be-.If you first go through the entire focus range, you will quickly find the point of maximum file size, related to the focus setting. Then you move in the diagram according to Fig. 4 on the focus curve with a constant setting.
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leuchtungsstärke und hält beim Maximum an. Anschließend durchfährt der Algorithmus den gesamten Beleuchtungsstärkebereich durch Veränderung der Belichtungszeit bzw. der Beleuchtungsstärke der Beleuchtungsvorrichtung 3 oder der Blende des Objektivs und findet so schnell das Maximum in bezug auf die entsprechende Dateigröße. Auf diese Weise wird die Beleuchtungsstärkekurve bei einer konstanten Schärfeeinstellung oder vice versa gefunden. Somit kann von einer beliebigen Position das Maximum (Gipfel) des "Speicherplatzbedarfs-Gebirges" ermittelt werden.luminosity and stops at the maximum. The algorithm then runs through the entire illuminance range by changing the exposure time or the illuminance of the lighting device 3 or the aperture of the lens and thus quickly finds the maximum in relation to the corresponding file size. In this way, the illuminance curve is found with a constant focus setting or vice versa. In this way, the maximum (peak) of the "storage space requirement mountain" can be determined from any position.
In einer programmierbaren elektronischen Schaltung ist ein entsprechender Komprimierungsalgorithmus enthalten. Die digitalen Bildinformationen der Fotosensoren werden durch den Komprimierungsalgorithmus komprimiert und die komprimierten Bildinformationen (oder auch die identischen Bildinformationen) zuzüglich einer weiteren Information bezüglich der Komprimierungsrate der Dateigröße oder einer entsprechenden Hilfsgröße werden dann dazu verwendet, die Schärfe sowie die Beleuchtungsstärke bzw. die Belichtungszeit automatisch optimal einzustellen.A corresponding compression algorithm is contained in a programmable electronic circuit. The digital image information from the photo sensors is compressed by the compression algorithm and the compressed image information (or the identical image information) plus further information regarding the compression rate, the file size or a corresponding auxiliary value is then used to automatically optimally adjust the focus and the illumination intensity or exposure time.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einem bildverarbeitenden System verwendet werden, indem dieses mit der obenerwähnten programmierbaren elektronischen Schaltung ausgestattet wird und die Bildinformationen permanent mit dem Algorithmus komprimiert und die entsprechende Stellgröße 11 (Komprimierungsrate, Speicherplatzbedarf oder Hilfsgröße) zur Verfügung gestellt wird. Dadurch läßt sich dann auch bei herkömmlichen bildverarbeitenden Systemen schnell, einfach und kostengünstig die erforderliche Schärfe sowie die Beleuchtungsstärke bzw. Belichtungszeit automatisch oder auch manuell optimal einstellen.In addition, the device according to the invention can be used in an image processing system by equipping it with the above-mentioned programmable electronic circuit and permanently compressing the image information with the algorithm and making the corresponding control variable 11 (compression rate, storage space requirement or auxiliary variable) available. This means that the required sharpness as well as the illumination intensity or exposure time can be optimally set automatically or manually in a quick, simple and cost-effective manner even in conventional image processing systems.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere für meßtechnische Anwendungen sowie zur Oberflächen- und Strukturerkennung. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise ·The device according to the invention is particularly suitable for measurement applications as well as for surface and structure recognition. In this way, for example,
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WerkstoffUntersuchungen und Werkstoffprüfungen durchführen. Andererseits ist es möglich, die Vorrichtung für die Strukturanalyse im Bereich der Biologie und Chemie einzusetzen, wie zum Beispiel bei der Elektronenmikroskopie. In verhältnismäßig einfacher Weise läßt sich durch geeignete Bildauswertung auch eine Mengenabschätzung bei den aufgenommenen Objekten vornehmen. So kann beispielsweise die Zahl von Personen, Zellen, Tieren oder anderen Gegenständen erfaßt werden.Conduct material investigations and material tests. On the other hand, it is possible to use the device for structural analysis in the field of biology and chemistry, such as in electron microscopy. In a relatively simple manner, a quantity estimate can also be made for the objects recorded by means of suitable image analysis. For example, the number of people, cells, animals or other objects can be recorded.
Eine besondere meßtechnische Anwendung ist die Sollabstandserkennung und -regelung. Mit der Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich Entfernungen schnell und zuverlässig ermitteln, so daß auch eine Entfernungsregelung, wie zum Beispiel eine Abstandsregelung, problemlos möglich ist.A special measurement application is the target distance detection and control. Using the device according to the invention, distances can be determined quickly and reliably, so that distance control, such as distance control, is also possible without any problems.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29813983U DE29813983U1 (en) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | Device for the automatic focusing and exposure of image recording systems |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29813983U DE29813983U1 (en) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | Device for the automatic focusing and exposure of image recording systems |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29813983U1 true DE29813983U1 (en) | 1999-01-21 |
Family
ID=8060866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29813983U Expired - Lifetime DE29813983U1 (en) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | Device for the automatic focusing and exposure of image recording systems |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29813983U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10008676B4 (en) * | 1999-05-20 | 2007-04-05 | Hewlett-Packard Development Co., L.P., Houston | Method and device for automatic side detection by a digital camera |
-
1998
- 1998-08-05 DE DE29813983U patent/DE29813983U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10008676B4 (en) * | 1999-05-20 | 2007-04-05 | Hewlett-Packard Development Co., L.P., Houston | Method and device for automatic side detection by a digital camera |
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