DE69228187T2

DE69228187T2 - Darstellung der invers-perspektivischen Transformation eines Bildes auf einer Fläche, zur nachfolgenden Bildaufnahme

Info

Publication number: DE69228187T2
Application number: DE69228187T
Authority: DE
Inventors: Michael John Walter 33 Maynard Close Cape Town Cape Province Brown; Michael John Pierremont Fish Hoek Cape Province Merifield
Original assignee: THREE D SIGNS Ltd Pty
Current assignee: Three-Dsigns International Ltd London Gb
Priority date: 1991-08-23
Filing date: 1992-08-20
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2012-08-21
Also published as: DE69228187D1; DE9219218U1; WO1993004559A1; EP0599920B2; HK1014622A1; DE69228187T3; EP0599920B1; AU2121692A; DK0599920T4; EP0599920A1; CA2116096A1; JPH07508374A; ATE175832T1; ES2125904T5; ZA916712B; CA2116096C; AU656609B2; DK0599920T3; US5933544A; JP3320415B2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf die Darstellung von Bildern. Genauer, aber nicht ausschließlich, bezieht sie sich auf die Darstellung von Bildern von Anzeige- oder Werbenatur bei Sportereignissen.
Die US-A-4 956 706 offenbart eine Vorrichtung, in welcher eine inverse perspektivische Transformation auf das von einer Videokamera erzeugte Bild durchgeführt wird, nachdem das Bild von der Kamera aufgenommen worden ist. Der Zweck der Durchführung dieser Transformation ist, beim Betrachten des transformierten Bildes den Anschein zu erwecken, als wenn die Kamera höher sei als sie es in Wirklichkeit ist. Die Transformation wird in der Vorrichtung mit elektronischen Mitteln durchgeführt, nachdem das Bild von der Kamera aufgenommen worden ist.
Die US-A-4 667 236 offenbart eine Spezialeffektanordnung, welche für das "Trapezverzeichnen" ("Keystoning") eines Bildes sorgt. Dies ist eher ein Beispiel für die perspektivische Transformation eines Bildes als für eine inverse perspektivische Transformation, wie nachstehend erörtert.
Die US-A-4 841 292 bezieht sich auf eine Anordnung, in welcher Daten, die Bit-Map-Koordinaten entsprechen, vor der Anzeige auf einem Bildschirm manipuliert werden, was ermöglicht, perspektivische Transformationen anzuwenden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung, wie im beigefügten Anspruch 1 definiert, ist ein Verfahren zur Darstellung eines Bildes vorgesehen, welches umfaßt, eine inverse perspektivische Transformation des Bildes auf eine Oberfläche aufzubringen und die Oberfläche mit dem darauf abgebildeten transformierten Bild mit einer Kamera für bewegte Bilder abzubilden, deren Sichtlinie mit der Sichtlinie korrespondiert, die bei der Transformation des Bildes in seine inverse perspektivische Form benutzt wurde.
Das Folgende ist eine Erläuterung, was mit einer inversen perspektivischen Transformation eines Bildes gemeint ist. Bilder werden oft in perspektivischer Form auf eine Oberfläche abgebildet. Dies gibt dem Betrachter der Zeichnung den Eindruck von Tiefe. Zum Beispiel sind Linien, die im dreidimensionalen Raum parallel zueinander verliefen und sich vom. Betrachter weg erstreckten (d. h. sie lägen in einer Ebene, die einen kleinen Winkel mit der Sichtlinie des Betrachters bildet), in der Abbildung durch Linien dargestellt, welche auf einen Punkt zusammenlaufen, der als "Fluchtpunkt" bezeichnet wird. Der Fluchtpunkt liegt auf einer horizontalen Linie, welche als "Horizont" bezeichnet wird. Ebenso werden Punkte auf irgendeiner dieser Linien, die im dreidimensionalen Raum in gleichen Abständen entlang der Linie angeordnet wären, in der Abbildung als Punkte verkörpert, welche in Abständen angeordnet sind, die, je größer im dreidimensionalen Raum die Entfernung der Punkte vom Beobachter würden, nach und nach kleiner werden. Der Abstand zwischen benachbarten Punkten geht gegen Null, wenn die Entfernung vom Beobachter im dreidimensionalen Raum gegen Unendlich geht.
Beim Betrachten einer solchen perspektivischen Abbildung stellt sich der Betrachter, durch einen Prozeß optischer oder geistiger Auslegung, die aufeinander zu laufenden Linien als in einer sich vom Betrachter weg erstreckenden Ebene parallel zueinander verlaufend vor, und die Punkte als in gleichen Abständen voneinander angeordnet. Dies ist so, selbst wenn die Oberfläche, auf welcher das Bild abgebildet ist, rechtwinkelig zur Sichtlinie des Betrachters sein mag.
Mit einer inversen perspektivischen Transformation eines Bildes ist also eine Transformation des Bildes gemeint, welche so erfolgt, daß, wenn das transformierte Bild von einem Betrachter von einer Position betrachtet wird, in welcher die Sichtlinie des Betrachters die Oberfläche, auf welcher das Bild aufgebracht ist, in kleinem Winkel schneidet, der Betrachter sich, durch einen Prozeß geistiger oder optischer Auslegung, das transformierte Bild als in einer Ebene liegend vorstellt, welche sich in einem Winkel zur Sichtlinie des Betrachters erstreckt, der größer als der genannte kleine Winkel ist (z. B. rechtwinklig).
Das Bild kann von Anzeige- oder Werbenatur sein.
Die Ausgabe der Kamera kann in einem Fersehübertragungs- oder Verbreitungsdienst übertragen oder verbreitet werden.
Die Oberfläche kann eine Spielfläche oder ein Spielfeld für ein Sportereignis sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zur Darstellung eines Bildes vorgesehen, wie im beiliegenden Anspruch 5 definiert.
Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, näher erläutert.
In den Zeichnungen ist:
Fig. 1 eine seitliche Ansicht, welche die Prinzipien der Erfindung veranschaulicht;
Fig. 2 veranschaulicht ein perspektivisches Gitter und, darübergelegt, ein rechtwinkliges Fenster in einer Brennebene, die sich rechtwinkelig zur Sichtlinie eines Betrachters erstreckt;
Fig. 3 veranschaulicht das Fenster nach dessen inverser perspektivischen Transformation; und
Fig. 4a bzw. 4b ist eine schematische Seitenansicht bzw. Draufsicht, um die Symbole zu veranschaulichen, die in den mathematischen Gleichungen verwendet werden, welche in der inversen perspektivischen Transformation eines Bildes von einer Brennebene zu einer Horizontalebene verwendet werden.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Horizontalfläche und das Bezugszeichen 12 eine Videokamera, deren Sichtlinie 14 sich in einem spitzen Winkel φ zur Horizontalfläche erstreckt. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet eine imaginäre Brennebene der Videokamera, welche sich an einem Punkt P (dem Brennpunkt), an welchem die Sichtlinie die Horizontalfläche 10 schneidet, rechtwinkelig zur Sichtlinie 14 erstreckt. Die Videokamera 12 ist in einer Höhe H über der Horizontalebene und in einer horizontalen Entfernung L vom Brennpunkt P aufgestellt.
In Fig. 2 bezeichnet die Linie ABCD ein rechtwinkliges Fenster in der Brennebene 16, wobei das Fenster den Brennpunkt P in seiner Mitte hat. Das Fenster ABCD ist einem perspektivischen Gitter überlagert, bestehend aus Linien 18 und 20. Die Linien 18 und 20 verkörpern Linien, welche in der Horizontalebene 10 ein regelmäßiges rechtwinkliges Gitter bilden. Die Linien 18 laufen daher auf einen (nicht dargestellten) Fluchtpunkt auf einer horizontalen Linie oder dem "Horizont" 22 zu.
Wenn das in Fig. 2 veranschaulichte perspektivische Gitter in ein in Fig. 3 gezeigtes, aus den Linien 18.1 und 20.1 bestehendes, regelmäßiges rechtwinkliges Gitter transformiert wird, und dieselbe Transformation auf das rechtwinklige Fenster ABCD angewandt wird, wird das Fenster ABCD zu einem langgestreckten viereckigen Fenster mit parallen Seiten BC und AD sowie divergierenden Seiten BA und CD. Diese Transformation wird hier als eine inverse perspektivische Transformation bezeichnet. Dieselbe Transformation kann auf jede Figur angewandt werden, welche in der Brennebene 16 im Fenster ABCD dargestellt ist.
Die Transformation von Koordinaten der Brennebene 16 in Koordinaten der Horizontalebene 10 kann mathematisch wie folgt dargestellt werden, wobei die verschieden Symbole, die in den Gleichungen verwendet werden, in den Fig. 4a und 4b dargestellt sind.
Ein Punkt BX, BY in der Brennebene 16 entspricht einem Punkt GX, GY in der Horizontalebene 10, so daß:
GY = H/tan z · L (1)
wobei
z = (φ - θ) (2)
φ = tan&supmin;¹ H/L (3)
θ = tan&supmin;¹ BY/d (4)
d = (H² + L²)1/2 (5)
wenn BY positiv ist, ist θ positiv
wenn BY negativ ist, ist θ negativ
wenn θ positiv ist, z < φ
wenn θ negativ ist, z > φ
wenn BY positiv ist, H/tan z > L, GY positiv
wenn BY negativ ist, H/tan z > L, GY negativ
und
GX = H/tan z · BX/L + n (6)
wobei
n = BY cos j (7)
j = (180º - z - g) (8)
n = sin&supmin;¹ (GY sin z/BY) (9)
Ein Bild, welches von Anzeigen- oder Werbenatur sein kann, wird von Brennebenen-Koordinaten zu Horizontalebenen-Koordinaten durch eine inverse perspektivische Transformation, wie oben beschrieben, transformiert. Es ist einzusehen, daß dies leicht mittels eines Computers vorgenommen werden kann. Das transformierte Bild wird dann auf die Horizontalfläche 10 aufgebracht.
Wenn die Horizontalfläche ein Spielfeld für Sportereignisse ist, kann das transformierte Bild mittels Kreide oder ähnlichen Markierungsmaterialien auf die Oberfläche aufgebracht werden. Eine Fernsehberichterstattung über das Sportereignis wird bewirken, daß das Bild auf dem Fernsehebildschirm jeder Person dargestellt wird, die das Sportereignis am Fernsehen beobachtet. Der Betrachter wird sich durch einen Prozeß geistiger oder optischer Auslegung das Bild auf seinem Fernsehbildschirm in der Form vorstellen, die das Bild vor der inversen perspektivischen Transformation hatte, und das Bild wird daher erscheinen, als wäre es in einer rechtwinklig zur Sichtlinie des Betrachters liegenden Ebene. Dies wird ein Herausstehen des Bildes verursachen, was dessen starke Wirkung auf das Fernsehpublikum verstärkt.

Claims

1. Verfahren zur Darstellung eines Bildes, das umfaßt, eine inverse perspektivische Transformation des Bildes auf eine Oberfläche anzuwenden und die Oberfläche abzubilden mit dem darauf abgebildeten transformierten Bild mittels einer Kamera (12) für bewegte Bilder, deren Sichtlinie (14; d) mit der Sichtlinie korrespondiert, die bei der Transformation des Bildes zu seiner inversen perspektivischen Form benutzt wurde.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Bild von Anzeige- oder Werbenatur ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausgabe der Kamera übertragen oder verbreitet wird in einem Fernsehübertragungs- oder Verbreitungsdienst.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche die Spielfläche oder das -feld für ein Sportereignis ist.

5. Verfahren zur Darstellung eines Bildes, das umfaßt, das Bild in eine inverse perspektivische Transformation davon umzuwandeln und die inverse perspektivische Transformation des Bildes auf die Spielfläche oder ein -feld für Sportereignisse aufzubringen, so daß, wenn das aufgebrachte Bild entlang einer Sichtlinie (14; d) angesehen wird, die mit der Sichtlinie korrespondiert, die bei der Transformation des Bildes zu seiner inversen perspektivischen Form benutzt wurde, das Bild in einer Ebene in rechten Winkeln zu der genannten Sichtlinie zu liegen scheint.