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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Kamera mit variabler Ablenkung und ein stereoskopisches Kamerasystem,
das derartige Kameras benutzt.
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In stereoskopischen Anwendungen benutzte bekannte
Kameras unterscheiden sich im Prinzip nicht von normalen Kameras
und enthalten ein Objektivlinsensystem, das das von einem Zielobjekt ausgesandte
Licht empfängt,
und ein optisches Zwischensystem, das den Lichtstrahl in eine geeignete Form
für die
folgende Bildeinheit formt, die Pixelsignale erzeugt und durch eine
elektronische Bildeinheit gebildet ist.
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Bekannte stereoskopische Kamerasysteme benutzen
zwei oder mehrere Bilder mit unterschiedlichen Winkeln. Um zur selben
Zeit zwei oder mehrere Bilder bei unterschiedlichen Winkeln zu bekommen, müssen zwei
oder mehrere Kameras benutzt werden, abhängig von der Anzahl der benötigten Bilder. Zur
Zeit der Auf-nahme des stereoskopischen Bildes bildet jede Kamera
spezielle Konvergenz-winkel mit jeder der anderen Kameras. In der
weiteren Erläuterung
wird die Anzahl der Kameras gleich zwei gewählt. Dann ist der einzige Konvergenzwinkel
der Winkel, der durch die beiden auf das Zielobjekt gerichteten
Kameras gebildet wird. Außerdem
steht der Konvergenzwinkel im Zusammenhang mit der Betrachtungs-lage
des Beobachters. Wenn sich zum Beispiel das Ziel bewegt, müssen die
beiden Kameras auf das sich bewegende Ziel gerichtet werden, und
zwar unter der Bedingung, dass der Konvergenzwinkel in einem geeigneten
Bereich gehalten wird. Das bewirkt wiederum, dass die Kameras unabhängig voneinander
durch Motoren unter den Bedingungen bewegt und gedreht werden müssen, dass
der Konvergenzwinkel sowie der Abstand zwischen den Kameras und
der Abstand zwischen den Kameras und dem Zielobjekt bei geeigneten
Werten gehalten werden müssen.
Anderenfalls wird während
der Wiedergabe kein Stereoeffekt gebildet. Daher wird ein großes mechanisches
System mit Motoren und jeweiligen Steuersystemen benötigt, das
das Kamerasystem groß und
schwer macht. Außerdem
ist es nicht leicht, den Konvergenzwinkel so schnell zu ändern, wie
sich der Abstand zwischen den Kameras und dem Ziel ändert.
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Die FR 2 699 296 zeigt ein Kamerasystem für die Erzeugung
von stereoskopischen Bildern mit zwei einzelnen Kameras, wobei der
Abstand der Kamera und ihr Konver genzwinkel automatisch in Abhängigkeit
von dem Abstand des Zielobjekts geändert werden können. In
dem bekannten System werden die Kameras als Ganzes durch Motormittel
auf einem Tragarm zur Änderung
des Konvergenzwinkels bewegt und gedreht.
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Ferner zeigt der Artikel "A Study of an Autostereocopic
Camera System Using Liquid Prisms", Okimura (of NTT Human Interface Laboratories)
et al, D-369, Proceedings of the 1994 IEICE Spring Conference (Institute
of Electronics, Information and Communication Engineers), Seiten
7–102,
ein stereoskopisches Kamerasystem, in dem ein Prisma mit variablem
Winkel in dem Lichtweg zwischen dem Zielobjekt und jeder der beiden
Kameras liegt. Ein ähnliches
System ist beschrieben in der JP-A-6308 427.
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Ein Prisma mit variablem Winkel ist
eine elektrooptisch induzierte Ablenkeinheit. Eine derartige Art
von Einheiten ist zum Beispiel beschrieben in den Artikeln "A Planar Electrooptic-Prism
Switch", von I.
P. Kaminow et al., IEEE Journal of Quantum Electronics, August 1975
und "Electro-optically
induced deflection in liquid-crystal waveguides", J. P. Sheridan et al., Journal of
Applied Physics, Band 45, Nr. 12. Dezember 1974.
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Die bekannten Kamerasysteme zeigen
die oben genannten Nachteile, d.h. es ist nicht leicht, den Konvergenzwinkel
so schnell zu ändern,
wie sich der Abstand zwischen den Kameras und dem Ziel ändert.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Kamera mit einer variablen Ablenkung und ein stereoskopisches
Kamerasystem mit derartigen Kameras zu schaffen, wobei die Handhabung
der Kameras leichter und die Komplexität des Systems verringert wird.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der
unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Kamera mit einem Objektivlinsensystem, einem Zwischenlinsensystem,
das den einfallenden Lichtstrom formt, und einer Bild einheit, wobei
eine steuerbare, lichtablenkende Einheit zwischen dem Objektivlinsensystem
und dem Zwischenlinsensystem liegt.
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Eine derartige steuerbare, lichtablenkende Einheit
der Kamera kann eine beliebige Einheit sein, die die steuerbare
Ablenkung eines eintreffenden Lichtstrahls steuern kann, wie zum
Beispiel eine elektrooptische Einheit, ein Prisma mit variablem
Winkel oder eine Platte mit variablem Winkel.
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Es ist ein Vorteil einer derartigen
Kamera, dass bewegliche Zielobjekte ohne Bewegung oder Drehung der
gesamten Kamera durch einen Benutzer aufgenommen werden können.
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Die Bildeinheit kann durch eine elektronische Bildeinheit
zur Bildung von Pixelsignalen ausgebildet sein. Das Objektlinsensystem
ist durch einen Drehmechanismus drehbar. Die Kombination einer drehbaren
Objektivlinse und einer steuerbaren lichtablenkenden Einheit hat
den Vorteil, dass ein sehr weiter Bereich von Konvergenzwinkeln
abgedeckt werden kann. Es ist jedoch nicht notwendig, die gesamte
Kamera zu drehen. Stattdessen ist es ausreichend, nur die Objektivlinse
zu drehen. Daher können
kleinere Motoren benutzt werden.
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Der Drehmechanismus und die steuerbare, lichtablenkende
Einheit können
mit einem gemeinsamen Konvergenzwinkelsignal gesteuert werden.
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Außerdem betrifft die Erfindung
ein Kamerasystem mit Anwendung von wenigstens zwei der oben beschriebenen
Kameras, die auf ein Zielobjekt fokussiert werden können und
steuerbare, lichtablenkende Einheiten enthalten, wobei der Konvergenzwinkel
zwischen je zwei der Kameras und dem Objekt gesteuert werden kann.
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Um das Kamerasystem in die notwendigen Lagen
zu bringen, kann wenigstens eine der Kameras mit einem Bewegungsmechanismus
zur manuellen oder automatischen Steuerung versehen sein. Für gute stereoskopische
Eindrücke
wird der Abstand zwischen den beiden Kameras derart gesteuert, dass
das Verhältnis
R
= D/d ungefähr
50 beträgt,
mit
D: Abstand zwischen dem Kamerasystem und dem Zielobjekt,
d:
Abstand zwischen den beiden Kameras des Kamerasystems.
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Ferner kann jede Kamera mit einer
Fokusteuereinheit zur Steuerung der Optiken der Kamera versehen
sein.
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Ferner werden die Steuereinheiten
für den Drehmechanismus
und die Steuereinheiten der lichtablenkenden Einheit durch ein gemeinsames Konvergenzwinkelsignal
gesteuert, das zum Beispiel von einem konventionellen Sensor geliefert
werden kann, der den Abstand zwischen den Kameras und dem Zielobjekt
mißt.
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Vorzugsweise werden alle Steuereinheiten des
Kamerasystems gemäß der Erfindung
durch ein Abstandssignal gesteuert. Dieses Abstandssignal wird durch
einen Signalkonverter in ein Konvergenzwinkelsignalumgesetzt, das
für die
Steuereinheiten für
das Prisma mit variablem Winkel und die Steuereinheiten für den Drehme
chanismus benutzt wird.
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Weitere Vorteile und Details der
Erfindung werden mittels bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnung
beschrieben.
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1 zeigt
eine grundsätzliche
Ausführungsform
einer Kamera gemäß der Erfindung,
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2 zeigt
eine erste Ausführungsform
einer stereoskopischen Kamera mit Anwendung von Kameras gemäß der Ausführungsform
von 1,
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3 zeigt
eine zweite Ausführungsform
eines stereoskopischen Kamerasystems, 4 zeigt ein
Diagramm eines bekannten stereoskopischen Kamerasystems.
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4 zeigt
ein stereoskopisches Kamerasystem gemäß dem Stand der Technik, wobei
zwei Kameras 1, 2 auf ein Zielobjekt 3 gerichtet
werden, so dass ein Konvergenzwinkel 4 zwischen einer optischen
Achse LA der linken Kamera und einer optischen Achse RA der rechten
Kamera 2 gebildet wird.
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Beide Kameras 1, 2 können unabhängig voneinander
um ein jeweiliges Drehzentrum 5, 6 gedreht werden.
Ferner können
die Kameras bewegt werden, z. B. so, dass der Abstand d zwischen
ihnen geändert wird
und/oder dass das gesamte Kamerasystem in einer Richtung bewegt
wird, wie es durch den Pfeil M für
eine Koordinate gezeigt ist. Wie sich aus 4 ergibt, werden die Kameras als Ganzes
gegenüber
ihren optischen Achsen bewegt und gedreht.
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1 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Es handelt sich um eine Kamera, wobei
ein Objektivlinsensystem 7 die einfallenden Lichtstrahlen
R von einem Zielobjekt 3 erfasst. Dieses Objektivlinsensystem 7 ist
durch einen Drehmechanismus 11 drehbar, der durch eine Steuereinheit 12 gesteuert
wird. Das Licht von dem Objektivlinsensystem 7 läuft über ein
Prisma 8 mit variablem Winkel, wobei der Ablenkwinkel gesteuert werden
kann. Derartige Prismen mit variablem Winkel sind im Stand der Technik
bekannt. Das Licht läuft über ein
Zwischenbussystem 9, das als eine strahlformende Optik
angesehen werden kann, und fällt auf
eine Bildeinheit 10, die im allgemeinen eine elektronische
Bildeinheit ist. Der Ab- lenkwinkel des Prismas 8 mit variablem
Winkel wird in Abhängigkeit
von einem Konvergenzwinkelsignal CAS durch eine Steuereinheit 13 gesteuert.
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Es wird vorgezogen, dass das Signal
CAS durch Detektiermittel 20 ermittelt wird, die Eingangssignale
IS von der Bildeinheit 10 empfangen. Signale IS sind ein
Maß für die Lage
des Objekts 3 relativ zu der Richtung der gesamten- Kamera 1.
Da das Signal IS auch von Steuerparametern für den Drehmechanismus 11 und
das Prisma 8 abhängig
ist, wird eine geschlossene Regelschleife des Signals CAS gebildet.
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Natürlich sind andere Arten von
Detektiermitteln möglich,
die die relative Lage des Objekts 3 detektieren. Derartige
Mittel arbeiten mit einer elektromagnetischen, optischen und/oder
akustischen Strahldetektion und können auch Mittel zum Empfang
und zum Senden der Strahlen enthalten.
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Mit der Anwendung der Einheit 8 für die Steuerung
des Ablenkwinkels ist es nicht notwendig, das gesamte Kamerasystem
zu drehen. Stattdessen ist es nur notwendig, das Objektivlinsensystem 7 zu drehen,
so dass die (nicht dargestellten) benötigten Motoren kleiner sein
können.
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Die Ausführungsform ist nicht auf die
Benutzung eines Prismas 8 mit variablem Winkel beschränkt, sondern
es kann jede elektronisch und/oder optisch steuerbare Einheit benutzt
werden, die in der Lage ist, die Ablenkung eines Lichtstrahls zu
steuern.
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2 zeigt
eine grundsätzliche
Darstellung eines stereoskopischen Kamerasystems mit der Anwendung
von zwei Kameras gemäß 1.
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Die linke Kamera 1 mit einem
Objektivlinsensystem 7 erfaßt die einfallenden Lichtstrahlen
LR von einem Zielobjekt 3.
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Die rechte Kamera 2 ist
symmetrisch zu der linken Kamera 1 und empfängt Strahlen
RR und enthält
ebenfalls eine Objektivlinse 7, ein Prisma 8 mit variablem
Winkel, ein Zwischenbussystem 9 und eine Bildeinheit 10.
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Die Mittel beider Kameras 1, 2 führen dieselbe
Funktion durch. Sie sind daher auch mit denselben Bezugsziffern
versehen.
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3 zeigt
eine detailliertere Schematik einer Ausführungsform eines Stereokamerasystems. Mittel
mit denselben Funktionen wie in den vorangehenden Figuren sind mit
denselben Bezugsziffern versehen.
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Die beiden Kameras 1, 2 werden
durch Kameras gemäß 1 gebildet. Jede enthält ein Objektivlinsensystem 7,
ein Prisma 8 mit variablem Winkel, ein Zwischenlinsensystem 9 und
eine Bildeinheit 10. Die Drehung des Objektivlinsensystems 7 jeder
Kamera 1, 2 wird durch einen jeweiligen Drehmechanismus 11 zusammen
mit Steuereinheiten 12 gesteuert. Die Ablenkwinkel der
Prismen 8 mit variablem Winkel werden durch Steuereinheiten 13 gesteuert.
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Beide Kameras 1, 2 können unabhängig voneinander
durch einen jeweiligen Bewegungsmechanismus 14 bewegt werden,
der jeweils durch eine Steuereinheit 15 gesteuert wird.
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Der Fokus jeder Kamera 1, 2 wird
durch eine für
jede Kamera 1, 2 vorgesehene Fokussteuereinheit 16 gesteuert.
Beide Fokussteuereinheiten 16 werden durch ein Ab standssignal
DS für
den Abstand zwischen den Kameras und dem Zielobjekt 3 gesteuert,
der in geeigneter Weise gemessen wird. Das Abstandssignal DS dient
auch zur Steuerung des Bewegungsmechanismus 14 durch die
Steuereinheiten 15. Mit einem Signalconverter 17 wird
dieses Abstandssignal DS in ein Konvergenzwinkelsignal CAS umgesetzt,
das für
die Steuereinheiten 12, 13 für die Drehung und den Ablenkwinkel
benötigt
wird.
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Es ist möglich, dass das Signal DS zum
Beispiel durch nicht dargestellte Detektiermittel ermittelt wird,
die über
ein manuell eingegebenes Signal von einem Kameraoperator oder dergleichen
Eingangssignale von den Bildeinheiten 10 empfangen. Diese Eingangssignale
sind ein Maß für die Lage
des Objekts 3 gegenüber
der Richtung der gesamten Kamera 1. Da dieses Eingangssignal
auch von den Steuerparametern für
den Drehmechanismus 11 und das Prisma 8 abhängig sind,
kann eine geschlossene Regelschleife der Eingangssignale und des
Signals CAS gebildet werden.
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Natürlich sind auch andere Arten
von Detektiermitteln möglich,
die den Abstand zwischen dem Kamerasystem 1, 2 und
dem Objekt 3 ermitteln. Derartige Mittel sind bekannt für die Fokussteuerung
und können
mit einer elektromagnetischen, optischen und/oder akustischen Strahl-Detektion
arbeiten und können
ebenso Empfangsmittel wie auch Sendemittel für die Strahlen enthalten.
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Durch die vorliegende Erfindung ist
es für
einen weiten Bereich von möglichen
Werten des Konvergenzwinkels und des Zielobjekt-Abstands möglich, die
Zwischenoptik 9, d. h. die gesamte Kamera, fest oder unbewegt
zu halten. Durch Steuerung des Ablenkwinkels des Prismas 8 mit
variablem Winkel ist es lediglich notwendig, dass die Objektivlinsenoptik 7 der
Kameras 1, 2 gedreht wird. Das stereoskopische Kamerasystem
ist nicht auf die Anwendung von zwei Kameras beschränkt. Gemäß der Anmeldung
ist es möglich,
mehr als zwei Kameras zu benutzen.