DE4313621C2 - Verfahren zur Steuerung einer digitalen Videokamera und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer digi­ talen Videokamera mit einer Bildaufnahmeeinheit, einer Signal­ verarbeitungseinheit, einem A/D-Wandler und einer Steuerein­ heit.

Eine solche elektronische Kamera ist bekannt. (Siehe den Arti­ kel "Elektronische Kamera" von Prof. Heinz Wellhausen in Elek­ tronik 1/1991, S. 60 bis 64). Diese Kamera ist von außen durch Befehle steuerbar, die in einem Rechner (PC) in digitaler Form erzeugt und an die Kamera übertragen werden.

Ferner ist von M. Pochert in dem Artikel "Videokamera mit di­ gitaler Signalverarbeitung", welche in Fernseh- und Kino-Tech­ nik, Nr. 7/1991, S. 358 bis 362 veröffentlicht ist, eine digi­ tale Kamera mit einem Rechner als Steuereinheit beschrieben, an welche über eine Fernbedienung, die an einen Mikrocomputer angeschlossen ist, auch von außen Befehle geliefert werden können.

Diese bekannten Videokameras sind zur Erzeugung von Videodaten in Form von bewegten Bildern ausgelegt, welche später von Men­ schen auf einem Monitor oder Bildschirm betrachtet werden. Viele Videokameras weisen daher Eigenschaften auf, die durch diesen ursprünglichen Einsatz zweckbedingt sind. Solche Video­ kameras erzeugen Videodaten nach einer Norm, z. B. PAL, SECAM oder dergl. Die gebräuchlichen Videokameras arbeiten daher freilaufend, d. h. sie liefern laufend Bilder in einem festen Zeitrahmen. In speziellen Fällen haben diese Videokameras zu­ sätzliche Eingänge, mit deren Hilfe sich die Kameras bei­ spielsweise fremdsynchronisieren lassen oder beim Auslesen eines Bildes einzelne Zeilen übersprungen werden können.

Jedoch können die von herkömmlichen Videokameras gelieferten Videodaten in Form von Bildern ohne eine spezielle Aufberei­ tung nicht ohne weiteres zur Biidverarbietung verwendet wer­ den.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Anordnung zur Steue­ rung einer digitalen Videokamera zu schaffen, welche von vorn­ herein ausschließlich für eine Anwendung auf dem Gebiet der Datenverarbeitung konzipiert ist.

Gemäß der Erfindung ist dies bei einem Verfahren zur Steuerung einer digitalen Videokamera nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch erreicht, daß die elementaren Funktionen einer Bild­ aufnahmeeinheit durch digitale Kommandos eines externen Rech­ ners unmittelbar gesteuert werden, um so die Bildaufnahme in einen externen Prozeß einbinden zu können. Ferner ist eine An­ ordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ge­ schaffen.

Da die durch das erfindungsgemäße Verfahren gesteuerte Kamera von vornherein bezüglich einer Anwendung auf dem Gebiet der Bildverarbeitung konzipiert und sogar optimiert ist, erfolgt die Bilddigitalisierung bereits in der Kamera. Gemäß der Er­ findung wird die digitale Videokamera von außen durch Befehle oder Kommandos gesteuert, die in einem externen Rechner er­ zeugt und von diesem aus an die Kamera übertragen werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Befehle bzw. Befehlsworte in serieller Form an die Kamera übertragen werden und die Pixeldaten werden dann von der Kamera in paral­ leler Form empfangen.

Da gemäß der Erfindung die Kamera durch digital übertragene Befehlsworte von dem externen Rechner aus gesteuert wird, kann ein an die Kamera übertragener Befehlssatz die elementaren Funktionen der Bildaufnahmeeinheit aufweisen, wie beispiels­ weise ein Übertragen der Ladung aus einem lichtempfindlichen in einen Speicherbereich oder ein Auslesen der Bildinformation einer Zeile. Ein solcher Befehlssatz kann jedoch auch Makrobe­ fehle enthalten, durch welche beispielsweise das Auslesen eines ganzen Bildes bewirkt wird.

Durch den externen Rechner werden auch alle sonstigen Funktio­ nen der Kamera vollständig kontrolliert. Somit kann beispiels­ weise eine Belichtung zu beliebigen Zeitpunkten begonnen und beendet werden. Nach einer Belichtung kann der Rechner die Bilddaten von der Kamera auslesen. Da dabei die Kamera die Bilddaten nur auf ausdrückliche Anforderung ab­ gibt, kann der Rechner solche Bilddaten beispielsweise pro­ grammgesteuert einzeln oder in Blöcken einlesen und in seinem Hauptspeicher ablegen, so daß dann im Rechner auf einen teu­ ren Bildspeicher verzichtet werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die digitale Vi­ deokamera aufgrund der Steuerung durch den externen Rechner folgende weitere Funktionen aufweisen, so beispielsweise vom externen Rechner aus gesteuerte, digitale oder analoge Ein- oder Ausgänge, welche galvanisch entkoppelt sein können. Fer­ ner kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein vom Rechner gesteuerter Zeitgeber zur Steuerung einer Belichtungszeit oder einer Einschaltzeit externer Licht­ quellen vorgesehen sein. Gemäß einer weiteren bevorzugten Aus­ führungsform können in der erfindungsgemäßen Kamera insbeson­ dere zur Aufnahme von Kamera- oder Sensorparametern oder auch zur Aufnahme von Konfigurationsdaten flüchtige oder nicht­ flüchtige Lese-und/oder Schreib/Lesespeicher vorgesehen sein, welche vom Rechner gelesen oder beschrieben werden können.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels in Form eines Blockschaltbilds einer digi­ talen Videokamera gemäß der Erfindung insbesondere im Hin­ blick auf die mit der erfindungsgemäßen Kamera erzielbaren weiteren Vorteile im einzelnen beschrieben.

Eine in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete digitale Video­ kamera gemäß der Erfindung weist eine Bildaufnahmeeinheit 10, die vorzugsweise eine CCD-Sensoreinheit ist, eine Sig­ nalaufbereitungseinheit 11, einen Analog/Digital-Wandler und eine Steuereinheit 13 auf, welche in der aus der Figur entnehmbaren Weise miteinander verbunden sind. Ferner weist die Kamera einen Kommando-Interpreter 14, sowie diesem vor­ geschaltete Empfänger/Treiberstufen 15 auf, über welche von einem Rechner 20 kommende Kommandos an die dem Kommando- Interpreter 14 in der Kamera nachgeschaltete Steuereinheit 13 abgegeben werden. In der Steuereinheit 13 werden die vom Rechner kommenden Kommandos decodiert und in Steuersig­ nale für die Bildaufnahme umgesetzt. Ferner ist in der Steu­ ereinheit auch die gesamte Ablaufsteuerung untergebracht, durch welche der A/D-Wandler 12 angesteuert wird.

Durch eine gestrichelte Linie sind in der Zeichnung mög­ liche, und in vielen Fällen vorteilhafte zusätzliche Bild­ verarbeitungsfunktionen dargestellt, die beispielsweise in einer Einheit 16 für eine Konturverfolgung bzw. in einer Lauflängen-Codiereinheit 17 durchgeführt werden können.

Da die digitale Kamera 1 von dem Rechner 20 über entsprechen­ de Befehle oder Kommandos angesteuert wird, ist es somit möglich, daß diese nur Daten sendet, wenn der Rechner zum Empfang von Daten bereit ist, wodurch dann die Notwendigkeit einer zusätzlichen Bildspeicherkarte bzw. Digitalisierungs­ karte entfällt. Die erfindungsgemäße Kamera kann beispiels­ weise nur mit einem einfachen Interface versehen werden, welches das Empfangen einzelner Datenblöcke ermöglicht. Auf diese Weise können dann kostengünstig auch industriellen Ansprüchen gerecht werdende Lösungen durchgeführt werden.

In der erfindungsgemäßen digitalen Kamera 1 kann ferner die Bildfolgefrequenz in Abhängigkeit von der gewählten bzw. verwendeten Bildaufnahmeeinheit wesentlich höher sein als in den herkömmlichen Videokameras; so können beispielsweise bei einer vollen Auflösung 125 Bilder pro Sekunde und bei einer entsprechend reduzierten Auflösung erheblich höhere Bildfolgen, nämlich beispielsweise bis zu 200 Bildern pro Sekunde aufgenommen und verarbeitet werden.

Die erfindungsgemäße digitale Videokamera ermöglicht auch eine sichere Übertragung der Bilddaten über große Entfer­ nungen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gestattet das gewählte Übertragungsverfahren Entfernungen zwischen der Kamera 1 und dem Rechner 20 von bis zu 1000 m, ohne daß bezüglich der Bildqualität irgendwelche Einbußen befürchtet werden müssen und ohne daß ein Zwischenverstärker erforder­ lich ist. Obendrein ist bei einer Übertragung über entspre­ chende Schnittstellen auch eine hohe Störsicherheit gewähr­ leistet.

Ebenso kann bei der erfindungsgemäßen Kamera die interne Verstärkung vom Rechner 20 aus eingestellt werden. Die in herkömmlichen Kameras üblicherweise vorgesehene, automa­ tische Verstärkungsregelung stört bei einem Teil der Anwen­ dungen auf dem Gebiet der Bildverarbeitung und muß daher abgeschaltet werden. Andererseits ist häufig eine flexible Anpassung an wechselnde Lichtverhältnisse unbedingt erfor­ derlich. Aufgrund der Möglichkeit der Verstärkungseinstel­ lung auf digitalem Weg kann beiden Anforderungen gerecht werden.

Da die Kamera durch den Rechner 20 gesteuert wird, kann von diesem auch die Integrationsdauer eingestellt werden. In Verbindung mit der rechnergesteuerten Einstellung der inter­ nen Verstärkung wird somit auch der Einsatz in Fällen mög­ lich, in denen sonst eine aufwendige Regelung der Kamera­ blende notwendig ist.

Wie vorstehend bereits ausgeführt, ist bei der erfindungs­ gemäßen digitalen Videokamera auch der Zeitpunkt für den Start einer Bildaufnahme frei wählbar. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Videokameras, bei welchen der Start einer Bild­ aufnahme in einem festen Raster von beispielsweise 40 ms erfolgt, kann bei der erfindungsgemäßen Kamera zu jedem be­ liebigen Zeitpunkt durch ein vom Rechner 20 abgegebenes Kommando die Bildaufnahme gestartet werden. Insbesondere bei einem Einsatz der Kamera 1 in Verbindung mit Kurzzeit-Be­ leuchtungen wird durch diese Eigenschaft zusammen mit der einstellbaren Integrationsdauer gerade gegenüber konven­ tionellen Videokameras ein erheblicher Zeitvorteil erreicht, welcher ohne weiteres in der Größenordnung eines Faktors 10 und höher liegt.

Durch die Digitalisierung der Bilddaten in der Kamera ist die Zuordnung zu lichtempfindlichen Elementen (Pixeln) des Bildaufnahmesensors von vornherein gewährleistet. Bei übli­ chen Videokameras ist die genaue Zuordnung nicht möglich, da nur das Sendesignal, nicht aber das Taktsignal über­ tragen wird, mit welchem der Bildsensor ausgelesen wird. Beim Einsatz einer Kamera für Vermessungsaufgaben ist je­ doch die exakte 1 zu 1-Zuordnung von entscheidender Bedeu­ tung, da ein Zuordnungsfehler sonst als Positionsfehler in das Ergebnis eingeht.

Ferner ist aufgrund einer Vorverarbeitung der aufgenommenen Bilddaten in der erfindungsgemäßen Kamera eine wesentliche Entlastung des als Auswerterechner verwendeten Rechners 20, und zwar insbesondere bei hohen Bildfolgen, erreicht. Wenn die erfindungsgemäße digitale Videokamera 1 beispielsweise mit der Einheit 17 ausgestattet wird, wird beispielsweise eine Datenreduktion durch die in der Einheit 17 erfolgende Lauflängencodierung bereits in der Kamera durchgeführt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Steuerung einer digitalen Videokamera mit einer Bildaufnahmeeinheit (10), einer Signalaufbereitungsein­ heit (11), einem A/D-Wandler (12) und einer Steuereinheit (13), dadurch gekennzeichnet, daß die elementaren Funktionen der Bildaufnahmeeinheit durch digitale Kommandos eines exter­ nen Rechners unmittelbar gesteuert werden, um so die Bildauf­ nahme in einen externen Prozeß einbinden zu können.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kom­ mandos (Befehle bzw. Befehlsworte) in serieller Form an die Kamera übertragen und Pixeldaten von der Kamera in paralleler Form empfangen werden.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, zur Steuerung einer digitalen Videokamera mit Bildaufnahmeein­ heit (10), Signalaufbereitungseinheit (11), A/D-Wandler (12) und Steuereinheit (13), dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (1) zusätzlich galvanisch entkoppelte, digitale oder analoge Eingänge und/oder Ausgänge aufweist, die vom Rechner (20) aus ansteuerbar oder auslesbar sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorzugsweise vom Rechner einstellbarer Zeitgeber zur Steuerung einer Belichtungszeit und/oder einer Einschaltzeit externer Lichtquellen vorgesehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera insbesondere zur Aufnahme von Kamera- oder Sensorpara­ metern oder Konfigurationsdaten einen flüchtigen oder nicht­ flüchtigen Lese- und/oder Schreib/Lese-Speicher aufweist, der vom Rechner (20) auslesbar bzw. einschreibbar ist.

6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmeeinheit eine CCD-Sensoreinheit (10) ist.