Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine digitale Kamera mit Panorama- und/oder
Verkippfunktion und genauer eine digitale Kamera, die ein Kameragehäuse mit einem optischen
Eingang, so wie einer Linse oder einem Objektiv, eine Bildaufnahmeeinheit und einen
Controller aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine Bild-Rotationsvorrichtung zum Bereitstellen
der Panorama- und/oder Verkippfunktion einer solchen digitalen Kamera.
Hintergrundtechnik
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Ein übliches Beispiel einer digitalen Kamera mit Panorama- und/oder Verkippfunktion ist
eine Web-Kamera, die z. B. an einem gegebenen Ort zum Zwecke des Überwachens, der
Produktionsüberwachung usw. angebracht werden kann. Die Web-Kamera weist einen optischen
Eingang in der Form einer Linse oder eines Objektives und eine Bildaufnahmeeinheit zum
Erzeugen eines digitalen Bildes auf, das von dem optischen Eingang empfangen wurde.
Üblicherweise weist die Bildaufnahmeeinheit ein CCD-Element (ladungsgekoppelte Vorrichtung)
auf. Die Web-Kamera hat Software und Hardware, damit die Kamera mit einem gegebenen
Netzwerk verbunden werden kann, beispielsweise einem Ethernet- oder Token-Ring-
Netzwerk. Die Web-Kamera ist so ausgelegt, dass sie digitale Bilder mit einer gegebenen
Geschwindigkeit erzeugt, so wie 1-25 Bilder pro Sekunde. Um das visuelle Volumen zu
vergrößern, das von der Web-Kamera abgedeckt wird, wird die Kamera mit mechanischen
Einrichtungen für den Panoramablick und/oder das Verkippen der Kamera versehen. Allgemein
gesprochen bedeutet "Panorama" das Drehen der Kamera um einen gegebenen Winkel
(normalerweise 0º bis 360º) in einer horizontalen Ebene, und "Verkippen" bedeutet Drehen der
Kamera um einen Winkel (Normalerweise 0º bis 180º) in einer vertikalen Ebene.
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Bei den Web-Kameras des Standes der Technik wird die Panorama- und/oder Verkipp-
Funktion erhalten, in dem die gesamte Kamera oder wenigsten deren Objektiv bewegt wird.
Da die Kamera und das Objektiv ein beträchtliches Gewicht haben, umfasst ein solcher
Ansatz komplexe, große und teure Mechanik. Weiterhin ist die Geschwindigkeit, mit der die
Kamera panoramamäßig gedreht oder verkippt werden kann, auf Grund der großen Masse
eingeschränkt, die entsprechend bewegt werden muss.
Zusammenfassung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine digitale Kamera zu Verfügung zu
stellen, die ein schnelleres oder genaueres Panoramadrehen und/oder Verkippen ermöglicht, so
dass es der Kamera möglich wird, mehr Bilder pro Zeiteinheit zu erzeugen. Weiterhin ist es
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bild-Rotationsvorrichtung zur Verfügung zu
stellen, die extern an der digitalen Kamera eingebracht wird, um eine effiziente und schnelle
Panorama- und/oder Verkipp-Funktion zur Verfügung zu stellen, ohne daß große oder teure
Mechanik erforderlich wäre.
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Die obigen Aufgaben werden durch Bereitstellen einer digitalen Kamera und einer Bild-
Rotationsvorrichtung wie in den Ansprüchen definiert löst.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun in weiteren
Einzelheiten beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
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Fig. 1 ein schematisches Blockschaubild der Gesamtstruktur einer digitalen Kamera gemäß
der bevorzugten Ausführungsform ist;
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Fig. 2 eine erste Seitenansicht der Bild-Rotationsvorrichtung und der Kamera, an der sie
angebracht ist, ist;
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Fig. 3 eine zweite Seitenansicht der Bild-Rotationsvorrichtung und der Kamera, die in Fig.
2 gezeigt, ist; und
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Fig. 4 eine Draufsicht auf die Bild-Rotationsvorrichtung ist, die in den Fig. 2 und 3
gezeigt ist.
Genaue Offenbarung
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Mit Bezug auf Fig. 1 ist eine digitale Kamera 300 in einer modularen Grundform
veranschaulicht. Die digitale Kamera 300 ist so angeordnet, daß sie ein oder mehrere digitale Bilder
eines ursprünglichen Gegenstandes 100 erzeugt, das irgendein physikalisches Objekt sein
kann, das in einem Volumen vorliegt, das optisch von der digitalen Kamera 300 abgedeckt
wird. Eine erfinderische Bild-Rotationsvorrichtung 200 ist extern an der digitalen Kamera 300
vor einem optischen Eingang 400 der digitalen Kamera angebracht. Der optische Eingang 400
ist eine allgemein bekannte Linse oder ein Objektiv. Der Zweck der Bild-
Rotationsvorrichtung 200 ist es, das verfügbare Sichtfeld der digitalen Kamera 300 in
wenigstens einer Ebene zu erweitern, bevorzugt in einer horizontalen Ebene ebenso wie in einer
vertikalen Ebene. Eine bevorzugte Ausführungsform der Bild-Rotationsvorrichtung 200 wird
in weiteren Einzelheiten in Bezug auf die Fig. 2 bis 4 beschrieben.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, weist die digitale Kamera 300 weiter eine Bildaufnahmeeinheit 500
auf, die mit geeigneten Mitteln zum Erzeugen eines digitalen Bildes, das repräsentativ für das
Objekt 100 ist, versehen ist. Bevorzugt weist die Bildaufnahmeeinheit 500 ein CCD-Element
(ladungsgekoppelte Vorrichtung) auf, wobei angenommen wird, daß dessen interne Struktur
einem Fachmann wohlbekannt ist. Die digitale Kamera 300 hat auch einen Controller 600
zum Steuern der Bildaufnahmeeinheit 500 ebenso wie für die externe Bild-
Rotationsvorrichtung 200. Der Controller 600 ist betriebsmäßig nicht nur mit der Vorrichtung
200 und der Einheit 500 verbunden, sondern auch mit einem digitalen Speicher 700 zum
Speichern von Bildern, die von der Bildaufnahmeeinheit 500 aufgenommen worden sind.
Weiterhin kann die digitale Kamera 300 eine Bild-Transformationseinheit 800 aufweisen,
deren Zweck es ist, das digitale Bild zu drehen, um Bild-Rotationseffekte zu kompensieren,
die von der Bild-Rotationsvorrichtung 200 hervorgerufen werden, wenn das Sichtfeld
panoramamäßig gedreht oder verkippt wird. Die Bild-Transformationseinheit 800 antwortet auf
einen Drehwinkel der Bild-Rotationsvorrichtung 200 in Bezug auf das Objektiv 400 und
benutzt diesen Drehwinkel, wenn das digitale Bild umgewandelt wird, um den gegenwärtigen
Panorama- und/oder Verkippwinkel zu kompensieren. Eine solche Bildtransformation
durchzuführen, d. h. ein digitales Bild in einer oder mehr als einer Richtung zu drehen, sollte
wohl in den Bereich eines Fachmannes für solche digitalen Kameras fallen. Daher wird die
innere Struktur der Bild-Transformationseinheit 800 hierin nicht beschrieben werden.
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Der Speicher 700 kann als irgendein kommerziell verfügbarer Speicher implementiert
werden, so wie ein EEPROM-Speicher.
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Wie in Fig. 1 angegeben, kann die digitale Kamera 300 mit einem Netzwerk 900 verbunden
sein, so wie einem Ethernet- oder Token-Ring-Netzwerk, dass wiederum Teil des Netzwerks
sein kann. Bei einer solchen Anwendung ist der Controller 600 der digitalen Kamera 300 mit
der geeigneten Software ausgestattet, um es zu ermöglichen, dass die digitale Kamera 300 als
eine Web-Kamera arbeitet, die auf dem Netzwerk 900 verfügbar ist, d. h. einem Web-Server,
der digitale Bilder erzeugt.
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Der Panorama- und/oder Kippwinkel der digitalen Kamera 300 oder genauer der Winkel
bzw. die Winkel, um den/die die Bild-Rotationsvorrichtung Änderungen des Sichtfeldes der
Kamera 300 in Bezug auf eine Mittelachse des Objektives 400 ändert, können von einem
Benutzer der Kamera eingestellt und geändert werden, indem durch das Netzwerk 900 auf den
Controller 600 zugegriffen wird. Als Alternative können der Panorama- und/oder
Kippwinkel von einem Computer gesteuert werden, der direkt mit der digitalen Kamera 300
verbunden ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Bild-Rotationsvorrichtung 200 wird nun in weiteren
Einzelheiten mit Bezug auf die Fig. 2 bis 4 beschrieben. Die folgenden Elemente sind in
diesen Zeichnungen gezeigt:
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Die Bild-Rotationsvorrichtung 200 weist ein Spiegelsystem auf, das aus einem ersten festen
Spiegel 9 und
einem zweiten Kippspiegel 10 besteht. Der feste Spiegel 9 ist direkt vor dem
Objektiv 8 und einem Winkel von 37º relativ zu der optischen Mittelachse der Kamera 300
angebracht. Der feste Spiegel 9 ist an einem Spiegelrad 5 angebracht, das um das Objektiv
drehbar ist und somit ein Gesichtsfeld mit einem Drehwinkel zwischen 0º und 360º zur
Verfügung stellt.
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In der Mitte des Gesichtsfeldes ist der Kippspiegel 10 angebracht, so daß dessen Drehachse
senkrecht zu der optischen Mittelachse der Kamera ist. Der Kippspiegel 10 wird auf dem
Spiegelrad 5 gehalten, so daß bewirkt wird, daß der Kippspiegel 10 um das Objektiv 8
zusammen mit dem festen Spiegel 9 gedreht wird. Wegen der geometrischen Anordnung der
Spiegel 9 und 10 in Bezug auf das Objektiv 8 ist es möglich, ein großes Volumen in einer
kurzen Zeit zu überwachen.
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Der Kippspiegel 10 ist an einem Spiegelhalter 11 befestigt, der wiederum in dem Spiegelrad 5
gelenkig zwischen zwei Befestigungsteilen gehalten wird. Gegenüber dem Spiegelrad 5 ist
konzentrisch ein etwas kleineres Führungsrad 1 angeordnet. Eine Kippwelle 3 ist exzentrisch
an dem Spiegelrad angebracht, um so zu bewirken, dass sich der Kippspiegel 10 bewegt. Das
Führungsrad 1 überträgt seine Bewegung auf die Kippwelle 3 und von der Kippwelle 3 über
ein Kegelrad 4 zum Spiegelhalter 11. Die Anordnung ähnelt einem Planetengetriebe, bei dem
das Führungsrad ein Sonnenritzel darstellt und die Kippwelle ein Planetenritzel darstellt. Das
Spiegelrad arbeitet als ein Halter des Planetenritzels.
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Wenn das Spiegelrad sich nicht bewegt, wird sich die Kippwelle 3, wenn das Führungsrad
gedreht wird, um ihre eigene Achse drehen, wobei der Spiegelhalter 11 um seine Drehachse
gedreht wird. Somit wird der Kippspiegel 10 in Bezug auf das Spiegelrad 5 gedreht und die
Mittenachse des Gesichtsfeldes wird in Bezug auf die optische Mitte der Kamera verwinkelt
sein. Wenn das Spiegelrad 5 und das Führungsrad 1 sich mit der selben
Winkelgeschwindigkeit drehen, gibt es keine relative Bewegung in der Kippwelle und folglich keine Drehung des
Spiegelhalter/Spiegels um seine Drehachse. Jedoch wird das Spiegelrad 5 als ganzes sich mit
dem festen Spiegel 9 und dem Kippspiegel 10 mit einem konstanten Winkel zur optischem
Mittenachse der Kamera drehen.
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Mit anderen Worten kann durch synchrones Drehen des Spiegelrades 5 und des
Führungsrades 1 das Sichtfeld für jeden gegebenen Kippwinkel um 360º gedreht werden. Wenn dann die
Räder relativ zueinander gedreht werden, wird sich der Winkel des Spiegelhalters 11 ändern,
und das Sichtfeld kann wieder für einen neuen Kippwinkel um 360º gedreht werden. Auf
diese Weise kann ein sehr großes Volumen um die Kamera abgedeckt werden, und Bilder
können für irgendein gegebenen Ort innerhalb dieses großen Volumen erhalten werden.
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Das Spiegelrad 5 und das Führungsrad 1 werden durch jeweilige Motoren 7 angetrieben.
Riemenräder 15, 17, Synchronriemen 14, 16 und Befestigungseinrichtungen 13, 18 für den
Synchronriemen sind vorgesehen, wie es in Fig. 2 bis 4 gezeigt ist.
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Die erfinderische Bild-Rotationsvorrichtung liefert wenigstens die folgenden Vorteile:
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- Geringes Trägheitsmoment für drehende Teile
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- Hohe Geschwindigkeit bei der Einstellung Panorama/Verkippen, kurze Zeit zwischen
Winkeleinstellungen
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- Hohe Einstellungsgenauigkeit
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- Kompaktes Design
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- Wenige strukturelle Komponenten
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- Niedrige Herstellungskosten
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- Flexibles Design
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- Einzelne Steuerung von Panorama/Verkippen
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- Breites Gesichtsfeld
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Die vorliegende Erfindung ist oben mit Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform
beschrieben worden. Jedoch sind andere Ausführungsformen als die eine hierin offenbarte
innerhalb
des Rahmens der Erfindung möglich, wie sie durch die angefügten unabhängige
Ansprüche definiert sind.