DE4105114A1 - Standbildaufnahmevorrichtung - Google Patents

Standbildaufnahmevorrichtung

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stand­ bildaufnahmevorrichtung zur Eingabe eines Standbildes mit einer hohen Auflösung und einem großen Bildwinkel.
In diesem Gebiet ist schon eine Anordnung einer Mehrzahl von Kameras bekannt, bei der die Bildausgaben der Kameras miteinander verbunden sind, um ein Bild mit hoher Auflösung und einem großen Bildwinkel zu erhalten.
Außerdem ist eine Struktur zum Abtasten einer großen Zahl von Bildpunkten in einer Richtung mit einem Zeilensen­ sor zur Bildeingabe bekannt.
Außerdem ist eine Struktur bekannt zum Anwenden der Bildpunktverschiebung auf einen Flächensensor, wodurch ein Bildpunkt um einen halben Punktabstand in der x- und y-Rich­ tung mit hoher Geschwindigkeit verschoben wird, wodurch die scheinbare Zahl von Bildpunkten zum Erreichen einer hohen Auflösung verdoppelt wird.
Solche herkömmlichen Strukturen führten jedoch zu fol­ genden Nachteilen:
Zuerst führt die Anordnung mit einer Mehrzahl von Kame­ ras zu den funktionellen Defekten, daß eine wesentliche Ver­ schiebung im Bild aufgrund von Parallaxen unvermeidlich ist, wenn das Bild eines Objekts in geringer Entfernung aufgenom­ men wird, und daß Dunkelfelder aufgrund von Zwischenräumen zwischen den Kameras erzeugt werden.
Auch kompliziert die Notwendigkeit zum Einstellen der Positionen und Empfindlichkeiten der Kameras die Struktur und die Datenverarbeitung und vergrößert dadurch zwangsläu­ fig die Ausmaße der Vorrichtung.
Die Struktur, die den Zeilensensor verwendet, erfordert eine lange Signallesezeit, da das Abtasten über die Breite des Bildfeldes durchgeführt werden muß, und ein schnelleres Abtasten wird durch die Empfindlichkeit des Zeilensensors beschränkt.
Auch die Struktur, die das Bildpunktverschiebungsverfah­ ren verwendet, kann nicht leicht zur Eingabe eines Bildes mit einem weiten Bildwinkel angepaßt werden, auch wenn sie die Auflösungsfähigkeit verbessert.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Standbildaufnahmevorrichtung mit einer hohen Auflösung und einem großen Bildwinkel zur Verfügung zu stellen, die kom­ pakt ist und ein sehr schnelles Bildlesen ermöglicht.
Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Stand­ bildaufnahmevorrichtung gelöst, die umfaßt: eine Aufnahme­ vorrichtung, die in einer Bildebene, in der das Bild eines Objekts fokussiert ist, angeordnet ist und eine Aufnahmee­ bene geringerer Fläche als die der Bildebene besitzt und ge­ eignet ist, das Bild des Objekts in ein elektrisches Bildsi­ gnal umzuwandeln; eine Bildaufnahmeebenebewegungsvorrichtung zum zweidimensionalen Bewegen und Anhalten der Bildaufnah­ meebene in der Bildebene; und eine Bildsignalausgabevorrich­ tung zum Empfangen des Bildsignals von der Bildaufnahmevor­ richtung auf der Bildebene und zum Ausgeben dieses Bildsi­ gnals nach außen.
Bei der oben erwähnten Struktur wird das auf die Bildebene fokussierte Bild des Objekts an jeder Stelle der Bildaufnahmeebene der Bildaufnahmevorrichtung auf der Bildebene, die durch die Bildaufnahmeebenebewegungsvorrich­ tung gebildet wird, in ein Bildsignal umgewandelt, und das Bildsignal für jede Stelle wird durch die Bildsignalausgabe­ vorrichtung nach außen abgegeben.
Fig. 1 ist eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Standbildaufnahmevorrichtung.
Fig. 2 ist ein seitlicher Querschnitt der Standbildauf­ nahmevorrichtung entlang der Linie A-A in Fig. 1.
Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang der Linie B-B der Fig. 1 des Montierbereichs eines Bildaufnahmeelements in der Standbildaufnahmevorrichtung.
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht, die die Bewegung der Bildaufnahmeebene zeigt.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm des Signalverarbeitungssy­ stems.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung im Detail durch ein in den Fig. 1 bis 3 gezeigtes Ausführungsbei­ spiel erklärt.
Fig. 1 ist eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Standbildaufnahmevorrichtung, Fig. 2 ist ein seitlicher Querschnitt der Standbildaufnahmevorrichtung entlang der Li­ nie A-A in Fig. 1 und Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang der Linie B-B der Fig. 1 des Montierbereichs eines Bildaufnahme­ elements in der Standbildaufnahmevorrichtung.
Ein Bildaufnahmeelement 1 ist in einer Bildebene eines Objektbildes, das durch durch eine nicht dargestellte Photo­ linse einfallendes Licht gebildet wird, angeordnet. Das Bildaufnahmeelement 1 ist mit einer Bildaufnahmeebene einer effektiven Bildfeldgröße (x, y), die auf einer Bildaufnahme­ elementschaltkreiskarte befestigt ist, ausgestattet und auf einer Y-Stufe 7 mittels eines Befestigungselements 3 befe­ stigt.
Ein optisches Tiefpaßfilter 4 zum Unterdrücken eines falschen Bildsignals ist auf der Y-Stufe zusammen mit dem Bildaufnahmeelement 1 mittels des Befestigungselements 3 be­ festigt.
Ein Staubabhaltegummi 5 zum Verhindern einer Staubabla­ gerung auf der Bildaufnahmeebene des Elements 1 ist zwischen dem Element 1 und dem Befestigungselement 3 an der Befesti­ gung des Elements 1 und des Tiefpaßfilters 4 mit dem Befe­ stigungselement 3 vorgesehen.
Eine X-Stufe 6 und eine Y-Stufe 7 zum zweidimensionalen Bewegen des Bildaufnahmeelements 1 in der X- und Y-Richtung sind mit einer festen Basis 8 überlagert, um eine sogenannte X-Y-Stufe zu bilden.
Die X-Stufe 6, die von der festen Basis 8 getragen wird, wird in ±X-Richtung bezüglich der festen Basis 8 mittels li­ nearer Kreuzrollenführungen 9, die in Vertiefungen der X- Stufe 6 eingerastet sind, und mittels vorstehender Teile der festen Basis beweglich gemacht.
Die Y-Stufe 7, die von der X-Stufe 6 getragen wird, wird in ±Y-Richtung bezüglich der X-Stufe 6 mittels linearer Kreuzrollenführungen 10, die in Vertiefungen der Y-Stufe 7 eingerastet sind, und mittels vorstehender Teile der X-Stufe beweglich gemacht.
Eine Bewegung der X-Stufe 6 in der ±X-Richtung verur­ sacht eine simultane Bewegung der davon getragenen Y-Stufe 7 in ±X-Richtung, wodurch eine Bewegung des auf der Y-Stufe befestigten Bildaufnahmeelements 1 in derselben Richtung verursacht wird.
Eine Bewegung der Y-Stufe 7 in der ±Y-Richtung verur­ sacht eine simultane Bewegung des Bildaufnahmeelements 1 in derselben Richtung. Jedoch wird die Y-Stufe 6 nicht bewegt.
Die X-Stufe 6 und die Y-Stufe 7 werden in die ±X- und ±Y-Richtung jeweils durch Schrittmotoren 11 und 12 bewegt.
Der Schrittmotor 11 zum Bewegen der X-Stufe 6 ist auf der festen Basis 8 befestigt und dreht eine Kugelumlaufspin­ del 13, die ein Kraftübertragungselement bildet, um einen Schritt bei Erhalt eines elektrischen Pulses von dem später beschriebenen X-Stufentreiberschaltkreis.
Der Schrittmotor 12 zum Bewegen der Y-Stufe 7 dreht in ähnlicher Weise eine Kugelumlaufspindel 14, die ein Kraft­ übertragungselement bildet, um einen Schritt bei Erhalt ei­ nes elektrischen Pulses von dem später beschriebenen Y-Stuf­ entreiberschaltkreis.
Die beiden Spindeln 13 und 14 sind jeweils mit Lagern 15 und 16 verbunden, die jeweils auf der X-Stufe 6 und der fe­ sten Basis 8 befestigt sind.
Demzufolge wird, wenn der Schrittmotor 11 betätigt wird, um die Kugelumlaufspindel 13 um einen Schritt zu drehen, das Lager 15 durch die Wirkung der Spindel in der ±X-Richtung bewegt, und die an diesem Lager 15 befestigte X-Stufe 6 wird ebenfalls in dieselbe Richtung bewegt.
Jedoch kann, wenn der Schrittmotor 12 betätigt wird, um die Kugelumlaufspindel 14 um einen Schritt zu drehen, sich das Lager 16 nicht bewegen, da es an der festen Basis 8 be­ festigt ist, so daß der Schrittmotor 12 sich durch die Wir­ kung der Spindel in der ±Y-Richtung bewegt, wodurch die Y- Stufe 7 ebenfalls in dieselbe Richtung bewegt wird.
Rücksetzpositionsdetektorschalter 17, 18 und Detektore­ lemente 19, 20 sind vorgesehen, um die Rücksetzpositionen (die ursprünglichen Startpositionen der X- und Y-Stufen 6, 7) zu detektieren und einzustellen.
Der Rückstellpositionsdetektorschalter 17 zum Detektie­ ren der Rückstellposition in der ±X-Richtung ist auf der fe­ sten Basis 8 befestigt, während das Detektorelement 19 auf der X-Stufe 6 befestigt ist. Wenn die X-Stufe 6 bei ihrer Bewegung in ±X-Richtung die Rückstellposition erreicht, be­ rührt und aktiviert das Detektorelement 19 den Schalter 17, wodurch die X-Stufe 6 angehalten wird.
Der Rückstellpositionsdetektorschalter 18 zum Detektie­ ren der Rückstellposition in der ±Y-Richtung ist auf der X- Stufe 6 befestigt, während das Detektorelement 20 auf der Y- Stufe 7 befestigt ist. Wenn die Y-Stufe 7 bei ihrer Bewegung in ±Y-Richtung die Rückstelllposition erreicht, berührt und aktiviert das Detektorelement 20 den Schalter 18, wodurch die Y-Stufe 7 angehalten wird.
Die feste Basis 8 ist auf einer Basisplatte 21 befe­ stigt. Also ist die X-Y-Stufe auf einer Kastenstruktur befe­ stigt, die aus einer Basisplatte 21, einer Bodenplatte 22, einer Deckenplatte 23, einer Frontplatte 24 und aus Seiten­ abdeckungen 25, 26 besteht.
Die Frontplatte 24 ist mit einer Linsenhalterung 27 zum Montieren der Photolinse und einem Lichtschutzring zum Ab­ schirmen unnötigen Lichts, außer dem aus der Photolinse kom­ menden, versehen.
Eine Schaltkreiskarte 29 außerhalb der Basisplatte 21 ist mit der Schaltkreiskarte 2 verbunden und dient zum Empfang der Bildsignale vom Element 1 und zum Durchführen verschie­ dener Signalbearbeitungen.
Eine Rückwand 30, an der die Schaltkreiskarte 29 befe­ stigt ist, ist mit einem Kamerastecker 31, der mit der Schaltkreiskarte 29 verbunden ist, versehen, und das in der Karte 29 verarbeitete Bildsignal wird durch den Stecker 31 zu einer externen Ausrüstung übertragen.
Im folgenden wird die Funktionsweise der oben erklärten Standbildaufnahmevorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 gezeigt, die jeweils die Bewegung der Bildauf­ nahmeebene und ein Blockdiagramm des Signalverarbeitungssy­ stems zeigen.
Wie in Fig. 4 gezeigt, wird die Bildaufnahmeebene einer Größe (x, y) der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung in der Bildebene einer Größe (3x, 3y) bewegt, um das Bild in durch 9 geteilte Operationen einzugeben.
Wenn die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung an­ geschaltet wird, bewegt sich die X-Stufe 6 zum Rücksetzposi­ tiondetektorschalter 17 und wird an der Rückstellposition in X-Richtung angehalten. Dann bewegt sich die Y-Stufe 7 zum Rücksetzpositiondetektorschalter 18 und wird an der Rück­ stellposition in Y-Richtung angehalten, wodurch die Position der X-Y-Stufe initialisiert ist. Die anfängliche Position der X-Y-Stufe ist so eingestellt, daß die Bildaufnahmeebene des Elements 1 in der schraffierten Fläche in Fig. 4 liegt.
In einem Zustand, in dem sich die Bildaufnahmeebene des Bildaufnahmeelements 1 in der schraffierten Fläche der Fig. 4 befindet, wird das Bildsignal dieses Elements 1 in die Speicher 506a-506i einer Speichereinheit 506 eingelesen und dort gespeichert.
Dieser Vorgang wird unter Bezugnahme auf das in Fig. 5 gezeigte Blockdiagramm erklärt.
Das Bildsignal das durch photoelektrische Umwandlung in dem Bildaufnahmeelement 1 aus Rot, Grün und Blau erhalten wird, wird von einem Treiberschaltkreis 501 gelesen, dann von einem Vorverstärker 502 verstärkt und dann von einem Verarbeitungsschaltkreis 503 verarbeitet und festgehalten. Es wird dann durch eine A/D-Wandlerschaltkreis 504 in digi­ tale Daten umgewandelt und entsprechend der Auswahl durch einen Speicherauswahlschaltkreis 505 in einem der Speicher 506a-506i gespeichert.
Anschließend erzeugt ein X-Stufentreiberschaltkreis 508 elektrische Impulse, um die X-Stufe 6 so zu bewegen, daß die Bildaufnahmeebene in eine Stellung 1 in Fig. 4 gebracht wird, und ein ähnlicher Vorgang wie oben wird wiederholt. Dann erzeugt ein Y-Stufentreiberschaltkreis 509 elektrische Impulse, um die Y-Stufe 7 so zu bewegen, daß die Bildaufnah­ meebene zu einer Stellung 2 in Fig. 4 gebracht wird, und ein ähnlicher Vorgang wie oben wird wiederholt.
Danach wird ein ähnlicher Vorgang wiederholt, indem die Bildaufnahmeebene nacheinander zu den Stellungen 3, 4, 5, 6, 7 und 8 in Fig. 4 bewegt wird, wobei die Bildsignale von neun unterteilten Flächen jeweils in den Speichern 506a- 506i gespeichert werden kann.
Die Speicher 506a-506i können jeweils die digitalen Daten der neun geteilten Bildfelder speichern, und der Spei­ cherauswahlschaltkreis 505 wählt diese Speicher 506a-506i zum Speichern der digitalen Bilddaten in Abhängigkeit von einem Signal eines Taktsignalerzeugungsschaltkreises 510 aus.
Ein Treibersteuerungssignalerzeugerschaltkreis 507 sen­ det Steuersignale an den X-Stufentreiberschaltkreis 508 und an den Y-Stufentreiberschaltkreis 509, um die X- und die Y- Stufe 6, 7 entsprechend den Signalen von dem Taktsignaler­ zeugungsschaltkreis 510 zu betreiben.
Beim aufeinanderfolgenden Lesen der neun unterteilten Bildsignale steuert der Taktsignalerzeugungsschaltkreis 510 die Funktionstaktung des Treiberschaltkreises 501, des Trei­ bersteuerungssignalerzeugerschaltkreises 507, des A/D-Wand­ lerschaltkreises 504, des Speicherauswahlschaltkreises 505 und der Speichereinheit 506.
Dann werden die digitalen Daten der neun unterteilten Bilder entsprechend dem Taktsignalerzeugungsschaltkreis 510 aus den Speichern 506a-506i ausgelesen und in einem Bild­ syntheseschaltkreis 511 einer Bildsynthese unterworfen. Die zusammengesetzten Bilddaten werden in einem D/A-Wandler­ schaltkreis 512 in ein Bildsignal aus Rot, Grün und Blau um­ gewandelt, welches auf einer Anzeigeeinheit 513 gezeigt wird.
Im Falle einer digitalen Ausgabe werden die digitalen Daten durch einen Schnittstellenschaltkreis 514 an einen Drucker 515 oder einen Computer 516 gegeben.
Die oben erklärte Struktur ermöglicht es, ein Bild hoher Auflösung mit einer erhöhten Zahl von Bildpunkten zu erhal­ ten, indem das Objektbild auf die Bildebene der vergrößerten Bildgröße (3x, 3y) der vorliegenden Erfindung fokussiert wird und nicht direkt auf die Bildaufnahmeebene der effekti­ ven Größe (x, y) des Elements 1.
Es kann auch ein breiterer Bildwinkel erreicht werden, indem das Bild einer großen Bildgröße (3x, 3y) durch das Bildaufnahmeelement der effektiven Bildgröße (x, y) zusam­ mengesetzt wird.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß das Bildaufnahmeelement 1 eine Farb- oder Schwarz-Weiß- Ein-Chip-Vorrichtung ist. Es können aber auch ein Drei-Far­ ben-Trennprisma und drei Schwarz-Weiß-Bildaufnahmeelemente verwendet werden.
Auch kann eine weitere Auflösungssteigerung durch Ver­ binden der vorliegenden Erfindung mit dem Bildpunktverschie­ bungsmodus erreicht werden.
Das Bild ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in neun Flächen aufgeteilt, jedoch kann die Anzahl der Unter­ teilungen beliebig gewählt werden. Es ist auch möglich, eine beliebige Bildgröße einzulesen oder das Bild durch Änderung des Bewegungsmodus der X-Y-Stufe zurechtzusetzen, wobei dann nur ein Teil, zum Beispiel 4 Flächen der 9 unterteilten Flä­ chen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gelesen und zu­ sammengesetzt werden.
Wie im Vorstehenden erklärt, erhält die vorliegende Er­ findung unterteilte Bildsignale durch Bewegen der Bildauf­ nahmeebene bezüglich eines auf der Bildebene gebildeten Ob­ jektbildes und setzt diese unterteilten Bilder zusammen, wo­ durch ein Standbild mit hoher Auflösung und einem großen Bildwinkel ohne Verlust in der Auflösungsleistung erhalten wird.
Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist ein­ fach in ihrer Struktur und ermöglicht eine kompakte Anord­ nung. Außerdem kann, da die Bildeingabe für jede Stellung der Bildaufnahmeebene durchgeführt wird, die für die Bild­ eingabe erforderliche Zeit im Vergleich mit der herkömmli­ chen Struktur, die einen Zeilensensor verwendet, verringert werden, und daher kann der Nachteil einer möglichen Ver­ schiebung des Objektbildes aufgrund äußerer Vibrationen wäh­ rend der Bildeingabe vermieden werden.

Claims (5)

1. Standbildaufnahmevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
eine Aufnahmevorrichtung (1), die in einer Bildebene (3x, 3y), in der das Bild eines Objekts fokussiert ist, an­ geordnet ist und eine Bildaufnahmeebene (x, y) geringerer Fläche als die der Bildebene besitzt, zum Umwandeln des Bil­ des des Objekts in ein elektrisches Bildsignal;
eine Bewegungsvorrichtung (6, 7) zum zweidimensionalen Bewegen der Bildaufnahmeebene in der Bildebene
eine Eingabevorrichtung (501-505) zum Eingeben des Bildsignals der Bildaufnahmevorrichtung (1);
eine Steuerungsvorrichtung (507-510) zum Steuern der Bewegungsvorrichtung, um die Bildaufnahmeebene basierend auf der Eingabe des Bildsignals durch die Eingabevorrichtung zu bewegen;
wobei die Bildaufnahmevorrichtung geeignet ist, einen weiteren Teil des Bilds eines Objektes an der Stelle, zu der die Bildaufnahmeebene bewegt wurde, in ein weiteres Bildsi­ gnal umzuwandeln, und wobei die Eingabevorrichtung geeignet ist, dieses weitere Bildsignal einzugeben.
2. Standbildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Speichervorrichtung (506) zum jeweiligen Speichern der durch die Eingabevorrichtung einge­ gebenen Bildsignale umfaßt, wobei ein dem gesamten Bild entsprechendes Bildsignal durch Zusammensetzen der in dieser Speichervorrichtung ge­ speicherten Signale erhalten wird.
3. Standbildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmeebene mehrere Male be­ wegt wird, daß die Bildaufnahmevorrichtung geeignet ist, das Bild des Objektes nach jeder Bewegung der Bildaufnahmeebene in der Stellung dieser Ebene in ein Bildsignal umzuwandeln und daß die Eingabevorrichtung geeignet ist, jedes dieser derart umgewandelten Bildsignale einzugeben.
4. Standbildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmeebene 8 Mal bewegt wird und daß die Bildaufnahmevorrichtung das Bild des Objekts in 9 Positionen in Bildsignale umwandelt, wobei die Summe der Bildaufnahmeebenen an den Positionen, in denen die Bildauf­ nahmevorrichtung eine Umwandlung durchführt, die Bildebene bedeckt.
5. Standbildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmeebene nach allen Umwand­ lungen der Bildaufnahmevorrichtung in die ursprüngliche Po­ sition zurückkehrt.
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