FI114244B

FI114244B - Kamerajärjestelmä ja näyttölaite

Info

Publication number: FI114244B
Application number: FI991086A
Authority: FI
Inventors: Hannu Saarelma
Original assignee: Teknillinen Korkeakoulu
Priority date: 1999-05-11
Filing date: 1999-05-11
Publication date: 2004-09-15
Also published as: FI991086A; EP1181624B1; DE60026504T2; FI991086A0; JP4781537B2; AU4408900A; WO2000072089A1; ATE320024T1; US7176968B1; DE60026504D1; JP2003500696A; EP1181624A1

Description

1 114244

KAMERAJÄRJESTELMÄ JA NÄYTTÖLAITE

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty kamerajärjestelmä. Edelleen keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 17 mukainen 5 näyttölaite.

Valokuvaus keksittiin 1800-luvun alkupuolella. Melko pian potentiaalisten valonherkkien materiaalien kirjoista erottautuivat hopeahalogenidit (AgBr,

AgCl), jotka gelatiiniin dispergoituina ovat valon-10 herkkiä. Dispersio levitettiin lasilevylle, joka muodosti kameran valonherkän kuvapinnan. Lasilevy oli suora: kehitettiin optiikka, joka neulanreikää suuremmillakin aukoilla fokusoi kuvan tasolle.

Lasilevyä seurasi filmi, filmiä seurasi vidi-15 conputki ja vidiconputkea seurasi digitaalimatriisi. Kuvataso on kuitenkin pysynyt tasona sekä still- että liikkuvia kuvia ottavassa kamerassa. Tasoprojisoinnis-sa valaistus kuvapinnalla on verrannollinen optisesta akselista mitatun poikkeutuskulman kosinin neliöön: 20 I = (L cos*<p)/4f(l + m)2 missä I on intensiteetti kuvatasolla, L on luminanssi kohteessa, , φ on polttopistelähtöisen säteen kulma opti- 25 seen akseliin nähden, f on aukkoluku ja *·.*’ m on muuntoluku.

Varsinkin laajakulmaisilla optiikoilla va- V ‘ laistuksen tasaisuus kuva-alueella on ongelma. Edelsi : 30 leen kuvakulmaltaan yli 100° laajakulmakuvia on vaikea aikaansaada suorien viivojen oleellisesti vääristymät-tä.

• · ·

Entuudestaan tunnetaan, että molemmat ym. virheet on korjattu digitaalisen kuvankäsittelyn kei- « · : 3 5 noin.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat.

2 114244

Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin kamerajärjestelmä ja vastaava näyttölaite, joka mahdollistaa laajakulmaisen kuvan, jossa valaistus on tasainen koko kuva-alalla eivätkä viivat vääristy ku-5 va-alalla.

Keksinnön mukaiselle kameralle ja näyttölai-teelle tunnusomaisten seikkojen osalta viitataan patenttivaatimuksiin .

Keksinnön mukaiseen kamerajärjestelmään kuulo luu kamera, jossa on optiikka, ja valonherkkä kuvapinta, joka on järjestetty optiikan läheisyyteen symmetrisesti sen optisen pääakselin suhteen ja johon kuvapintaan optiikan taittama kohteen kuva kuvantuu.

Keksinnön mukaisesti valonherkkä kuvapinta on 15 kovera pallopinta, jonka kaarevuuskeskipiste on optiikan polttopisteessä. Keksinnön mukainen kamera projisoi kuvan koveralle, polttopistekeskeiselle pallopin-nalle, joka toimii valodetektorina ja voi koostua va-lonherkistä anturielementeistä.

20 Keksinnön mukaisessa kamerajärjestelmässä ei ilmene konventionaalisille kuvaustekniikoille tyypillistä anisotropiaa ja geometrista vääristymistä. Keksinnön avulla voidaan toteuttaa eri polttovälejä aina , 180° havaintokulmaan asti.

25 Keksinnön etuna normaalia polttoväliä käyt et- ’·’>* täessä, kuvakulma on n. 60°, on kosinivirheen välttä- minen. Tällöin kuvan isotrooppisuus valaistuksen ta-saisuuden osalta on merkittävästi parempi kuin tunne-tussa kamerassa. Tämä on tärkeää erilaisissa kuva-30 analyysisovelluksissa, joissa tummuuden ja värin perusteella tehdään johtopäätöksiä analysoitavasta koh-... teestä.

f a i

Lyhyitä polttovälejä (aina 180° taltiointi- < a · "** * kulmaan asti) käytettäessä on keksinnön etuna, että se ; : 35 poistaa nykyisille optiikoille tyypilliset geometriset vääristymät. Mikäli kuvia tulostetaan ja/tai näytetään • * · ', perinteisiä, tasomaisia näyttöpintoja käyttäen, voi- ♦ » * a a i a 114244 daan kuvasta leikata ohjelmallisesti sopivia vääristymättömiä suorakaiteita. Käytettäessä keksinnön mukaista näyttölaitetta, jossa näyttöpinta on kovera pallo-pinta, ei geometrisia vääristymiä muodostu.

5 Pitkiä polttovälejä käytettäessä suhteellisia välimatkoja lyhentävä visuaaliefekti poistuu.

Optisesti kuvan projisointi pallopinnalle on vähemmän vaativaa kuin tavanomainen tasoprojisointi.

Sen vuoksi keksinnön mukaisessa järjestelmässä optiik-10 ka voidaan valmistaa aberraatiovapaaksi tavanomaista optiikkaa halvemmin kustannuksin.

Kamerajärjestelmän eräässä sovellutuksessa valonherkkä kuvapinta koostuu matriisista yksittäisiä valonherkkiä anturielementtejä, kuten CCD-elementtejä.

15 Kamerajärjestelmän eräässä sovellutuksessa anturielementtien lukumäärä on suuruusluokkaa 100000 tai suurempi.

Kamerajärjestelmän eräässä sovellutuksessa anturielementtien lukumäärä on valittu siten, että koh-20 tuullisen kuvanlaadun aikaansaamiseksi lukumäärä on suuruusluokkaa 104 - 3xl04, hyvän kuvanlaadun aikaansaami seksi suuruusluokkaa 10* - 2x10s, tai täydellisen kuvanlaadun aikaansaamiseksi suuruusluokkaa 108.

Kamerajärjestelmän eräässä sovellutuksessa ♦ * % *·ί·' 25 anturielementit on järjestetty kuvapinnalle siten, että \v niiden tiheys on optisella pääakselilla maksimissaan ja

Jt>>! pienenee optiselta pääakselilta reuna-alueille päin.

·;·*· Kamerajärjestelmän eräässä sovellutuksessa .’j’. anturielementtien tiheys jakauma kuvapinnalla noudattaa 3 0 funktiota: ’·* ! ri—5—rV' I(r) = I0e , missä I « t ‘ L = anturielementtien tiheys origossa (pääak- **' ’ selillä) , : l(r) = anturielementtien paikallinen tiheys sä- * * · · 35 teellä r origosta, ja tl· •, a = skaalauskerroin.

«1*1» t » 11**1 • · 4 114244

Kamerajärjestelmän eräässä sovellutuksessa optisen pääakselin läheisyydessä anturielementtien suuren resoluution alueella anturielementit on järjestetty siten, että optiikan aikaansaama pisteen leviämisfunktio 5 (PSF) integroi yli usean anturielementin vierastumisen (aliasing) estämiseksi.

Kamerajärjestelmän eräässä sovellutuksessa optiikka on ns. normaalipolttovälinen ja kuvapinta on pallokalotti, jonka taltiointikulma (a) on suuruus- 10 luokkaa 60°; ja että kameraan kuuluu kaihdin, joka on järjestetty optiikan ja kuvapinnan välille ja jonka aukko on säädettävä.

Kamerajärjestelmän eräässä sovellutuksessa kuvapinnan taltiointikulma on 180° tai pienempi.

15 Kamerajärjestelmän eräässä sovellutuksessa optiikkaan kuuluu lyhytpolttovälinen linssi, kuten ns. kalansilmälinssi,· että kuvapinta on puolipallon muotoinen ja taltiointikulma on 180° niin, että kamera on puoliavaruutta taltioiva.

20 Kamerajärjestelmän eräässä sovellutuksessa kamera on digitaalikamera, johon kuuluu välineet antu-rielementeistä saatujen signaalien digitoimiseksi ja välineet digitoitujen kuvien siirtämiseksi tietokoneelle. Kuvaa voidaan käsitellä, siirtää ja tulostaa '··' 25 digitaalimuodossa. Kuvia voidaan näyttää edellä maini- \v tulla pallopintanäytöllä tai tavanomaisilla näytöillä.

Niitä voidaan myös vääristymättöminä tulostaa paperil- • ;"i le kuvatulostimilla.

Kamerajärjestelmän eräässä sovellutuksessa .‘30 kamera on liikkuvaa kuvaa taltioiva kamera.

Kamerajärjestelmän eräässä sovellutuksessa ... kamera on still-kuvia taltioiva kamera.

Kamerajärjestelmän eräässä sovellutuksessa ’·* kamera on valvontakamera.

• 35 Kamerajärjestelmän eräässä sovellutuksessa II· · .**. järjestelmään kuuluu kaksi vastakkaisiin suuntiin suun- ··· • · 114244 5 nattua puoliavaruutta taltioivaa kameraa koko avaruuden taltioimiseksi.

Kamerajärjestelmän eräässä sovellutuksessa järjestelmään kuuluu kaksi vierekkäistä, samaan suuntaan 5 suunnattua, puoliavaruutta taltioivaa kameraa stereokuvan taltioimiseksi puoliavaruudesta.

Keksinnön mukaisesti näyttölaitteessa em. kamerajärjestelmällä taltioidun kuvan näyttämiseksi näyttö-pinta on kovera pallopinta.

10 Näyttölaitteen etuna on, että kuvassa valais tus on tasainen koko kuva-alueella ja kuva on geomet-risesti vääristymätön eikä minkäänlaista kuvan lumi-nanssitasoon tai ääriviivoihin kohdistuvaa korjauspro-sessointia tarvita.

15 Näyttölaitteen eräässä sovellutuksessa näyt tölaite on monitori, kuten tietokonemonitori tai televisio, jonka kuvaruutu on koveran pallokalotin muotoinen.

Näyttölaitteen eräässä sovellutuksessa näyt-töpinta on huoneen puolipallon muotoinen seinä- tai 20 kattopinta, johon kuva on heijastettavissa usean henkilön samanaikaista katselua varten.

Näyttölaitteen eräässä sovellutuksessa näyttölaite on henkilökohtainen näyttövisiiri tai sen tapainen, jossa näyttöpinta on silmän polttopistekeskinen 25 puolipallonäyttöpinta.

Näyttölaitteen eräässä sovellutuksessa näyt-tövisiiriin tai sen tapaiseen kuuluu kaksi silmän polt-: 1 1: topistekeskistä puolipallonäyttöpintaa, yksi kumpaakin silmää varten stereokuvien katselua varten.

30 Näyttölaitteen eräässä sovellutuksessa näyt töpinta muodostuu matriisista yksittäisiä kuvaelementtejä.

• » · Näyttölaitteen eräässä sovellutuksessa kuva-'·1 ' elementtien lukumäärä on suuruusluokkaa 100000 tai suu- • :1: 3 5 rempi.

Näyttölaitteen eräässä sovellutuksessa kuva- • · 1 • # elementtien lukumäärä on valittu siten, että kohtuulli- · s 114244

O

sen kuvanlaadun aikaansaamiseksi lukumäärä on suuruusluokkaa 10* - 3xl04, hyvän kuvanlaadun aikaansaamiseksi suuruusluokkaa 106 - 2xlOG, tai täydellisen kuvanlaadun aikaansaamiseksi suuruusluokkaa 108.

5 Näyttölaitteen eräässä sovellutuksessa kuva- elementit on järjestetty näyttöpinnalle siten, että niiden tiheys on optisella pääakselilla maksimissaan ja pienenee optiselta pääakselilta reuna-alueille päin.

Näyttölaitteen eräässä sovellutuksessa puoli-10 pallonäyttöpinnan kuvaelementit ovat reuna-alueilla pinta-alaltaan suurempia kuin pääakselin läheisyydessä.

Näyttölaitteen eräässä sovellutuksessa kuva-elementtien tiheysjakauma näyttöpinnalla noudattaa funk-15 tiota: I(r) = I0e ' r° , missä I0= kuvaelementtien tiheys origossa (pääakselilla) , 20 I(r) = kuvaelementtien paikallinen tiheys sä teellä r origosta, ja a = skaalauskerroin.

Näyttölaitteen eräässä sovellutuksessa kuva-;*; elementit on toteutettu kuituoptiikalla.

*·*’' 25 Keksinnön mukaiset kamerat ja näyttölaitteet ·...· sopivat erittäin hyvin näkevän robotiikan sovelluk- siin. Koska linjavääristymiä ei ole, vältytään näiden korjauslaskennalta. Koska rakenteellisia valaistusero-ja optisen akselin ja kuvan periferia-alueiden välillä * 30 ei ole, on tulkintalaskenta tuloksiltaan tarkempaa kuin perinteistä kameraa käytettäessä. Keksinnön mu- • · » kaiset kamerat ja näyttölaitteet sopivat erittäin hy-·. * vin myös simulaattoreihin, joissa keinotekoisesti luo- | - | daan ärsykkeet koko näkökentälle (esimerkiksi len- 35 tosimulaattori). Vastaavasti voidaan tuottaa viihde-| . ja tietokonepeliaineistoa, jossa henkilö kokee virtu-

• I

114244 7 aalisesti olevansa kameran kuvaamassa ja pallonäytön toistamassa tilanteessa. Käyttäen kahta vierekkäistä kameraa voidaan generoida koko näkökentän täyttävä, kolmiulotteinen havainto.

5 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityis kohtaisesti sovellutusesimerkkien avulla viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa kuva 1 esittää kaaviomaista periaatekuvaa keksinnön mukaisen kamerajärjestelmän eräästä ensim-10 mäisestä sovelluksesta, kuva 2 esittää kaaviomaista periaatekuvaa keksinnön mukaisen kamerajärjestelmän eräästä toisesta sovelluksesta, kuva 3 esittää havainnollistaa kaaviomaisesti 15 vierastumisen (aliasing) estämistä optiikan avulla kohdissa, joissa kuvaelementtien tiheys on maksimissa, kuva 4 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisen kamerajärjestelmän erästä käyttöä valvontakamerana puoliavaruuden valvomiseksi huonetilassa, 20 kuva 5 esittää kaaviomaisesti keksinnön mu kaisen kamerajärjestelmän erästä toista käyttöä valvontakamerana koko avaruuden valvomiseksi avoimessa tilassa, kuva 6 esittää kaaviomaisesti keksinnön mu-25 kaisen näyttölaitteen erästä ensimmäistä sovellusta, v.: ts. pallokalottimaista monitoria tai televisiota ja : sen optimaalista katselulinjaa, ·;··· kuva 7 esittää kaaviomaisesti keksinnön mu- kaisen näyttölaitteen erästä toista sovellusta, joka 30 mahdollistaa kuvien esittämisen useammalle henkilölle, • 1 · kuva 8 esittää keksinnön mukaisen näyttölaitteen erästä kolmatta sovellusta, joka on henkilökoh- • » · *;[ ’ täinen näyttölaite stereokuvien esittämiseksi, ’ kuva 9 esittää kaaviomaisesti keksinnön mu- | 35 kaisen näyttölaitteen erästä neljättä sovellusta, joka .···. on henkilökohtainen näyttölaite monokuvien esittämi- • seksi.

· β 114244

Kuvassa 1 on kamera 1, johon kuuluu ns. nor-maalipolttovälinen optiikka 2, joka kuvassa on esitetty yksinkertaisena linssinä. Edelleen kameraan 1 kuuluu valonherkkä kuvapinta 3, joka on kovera pallopin-5 ta, johon optiikka 2 projisoi kohteen kuvan. Kuvapinnan 3 kaarevuuskeskipiste on optiikan 2 polttopisteessä optisella pääakselilla L. Normaalipolttovälisellä linssillä 2 saadaan n. 60° taltiointikulma, joten kamerassa kuvapinta voi olla pallokalotin muotoinen.

10 Kameraan kuuluu edelleen säädettävällä aukolla varustettu kaihdin 4, joka on järjestetty linssin 2 läheisyyteen linssin 2 ja kuvapinnan 3 välille.

Kuvan 2 kamerassa 1 optiikkaan 2 kuuluu lyhytpolttovälinen linssi 5, ns. kaiansilmälinssi. Kuva-15 pinta 3 on puolipallon muotoinen, jolloin kamera on puoliavaruutta taltioiva kamera. Kuvassa on havainnollistettu kolmen kohteen I, II, III kuvantumista puoli-pallokuvapinnalle. Taltiointikulma on 180°. Pääakselilla L olevan kohteen I kuva tallentuu kuvapinnalle 3 20 optisella pääakselilla L. Pääakselin L suhteen 90° kulmissa vastakkaisilla puolilla olevat kohteet II ja III tallentuvat puolipallokuvapinnan reunoille.

Kuvien 1 ja 2 kamerat ovat edullisesti sekä still- että liikkuvaa kuvaa käsitteleviä digitaalika- '···' 25 meroita. Kameran 1 kuvapinta 3 on koottu yksittäin si- joitetuista digitaalisista anturielementeistä tai se • r · voidaan konstruoida kuituoptiikan avulla. Kohtuulli-seen kuvanlaatuun päästään käyttäen suuruusluokkaa 100 f;-: 000 - 300 000 anturielementtiä kuvapinnalla 3. Hyvä 30 kuvan laatu aikaansaadaan suuruusluokkaa 1-2 miljoonalla anturielementillä. Mikäli pyritään täydelliseen kuvanlaatuun, tulee anturielementtien lukumäärän olla suuruusluokkaa 108.

'·* * Kuvan 2 mukaisilla koko puoliavaruuden näke- • 35 villä kameroilla, joissa kuvapinnan 3 taltiointikulma

.**·. on 180°, vastaavilla näytöillä optisen pääakselin L

• · · • > kohta vastaa ihmisen terävänäkemistä ja reuna-alueet * · 9 114244 epätarkempaa periferianäkemistä. Siksi anturielement-tien tiheys kuvapinnalla 3 voi vaihdella siten, että optisen pääakselin kohdalla tiheys on maksimissaan eli resoluutio on suuri vähentyen reuna-alueita lähestyt -5 täessä, jossa resoluutio on pienempi. Esimerkiksi

Gaussinen anturitiheysjakauma vastaa kutakuinkin tiedon käyttöfrekvenssiä kuvaa katsottaessa. Myös muut jakaumat ovat mahdollisia. Vaihtelevan anturitiheyden käyttö soveltuu esimerkiksi etäohjaussovellukseen, 10 jossa robottiin sijoitettu keksinnön mukainen kamera kuvaa todellista kohdetta ja robottia ohjaava ihminen katsoo kameran kuvaamaa kuvaa keksinnön mukaisella näyttölaitteella. Anturielementtien tiheys kuvapinnalla 3 voi noudattaa esimerkiksi jakaumaa, joka on seu- 15 raavan funktion mukainen: —-;-- \ - ! + 1 — I(r) = I„e ' " ' , missä I0= anturielementtien tiheys origossa (pääak- selilla), 20 l(r) = anturielementtien paikallinen tiheys sä teellä r origosta, ja a = skaalauskerroin.

Mikäli digitaalisella kameralla kuvattava ; ; taajuus on suurempi kuin puolet kameran sensoritaajuu- 25 desta, ilmenee ns. vierastumisilmiö (aliasing effect), jonka vaikutuksesta taajuuden kasvaessa MTF käytyään '*"· nollassa saa suuremmilla taajuuksilla korkeita posi- : : : tiivisia arvoja. Varsinkin rakenteisia kohteita kuvat- taessa tämä saa aikaan kuvan laadun oleellisen huono-30 nemisen. Vierastuminen on vältettävissä vaihteleva- resoluutioisen kameran suuriresoluutio-osissa kuvan 3 mukaisella järjestelyllä. Optiikan pisteen leviämis-funktio PSF sovitetaan integroimaan yli muutaman vie-j,· · rekkäisen anturielementin.

35 Kuvissa 4 ja 5 on havainnollistettu kuvan 2 puoliavaruutta taltioivan kameran käyttöä laajakulmai- 10 114244 sena valvontakamerana. Entuudestaan tunnetuista liikuttamalla skannaavista kameroista poiketen tällainen kamera voidaan asentaa kiinteäksi ja liikkumattomaksi huonetilan seinään tai kattoon, kuten kuvassa 4. Esi-5 merkiksi pankin valvontakamerana tällainen liikkumaton kamera on huomaamaton ja vaikeasti havaittavissa. Kuvan 5 kahdella vastakkaisiin suuntiin katsovalla kameralla hallitaan koko avoin tila (2xpuoliavaruus). Yhdellä kameralla saadaan puoliavaruudesta geometrisestä 10 vääristymätön kuva yhdellä kuvauksella kameraa liikuttamatta. Kahdella samaan suuntaan suunnatulla, puoliavaruutta kuvaavalla kameralla voidaan muodostaa stereokuvia kolmiulotteisen vaikutelman aikaansaamiseksi .

15 Keksinnön mukaisella kameralla kuvattuja ku via voidaan katsella normaaleina tasokopioina tasonäy-töillä tai -tulosteista. Voidaan myös konstruoida erityisiä näyttölaitteita 6 kameralla 1 otettujen kuvien katselua varten, kuten on esitetty kuvissa 6-9. Täl-20 laisessa näyttölaitteessa 6 näyttöpinta 7, jolta kuvia katsellaan, on kovera pallopinta.

Kuvassa 6 on esitetty sovellus, jossa näyttölaite 6 on monitori, kuten tietokonemonitori tai televisio, jonka kuvaruutu on koveran pallokalotin muotoinen 25 näyttöpinta 7. Sitä katsellaan edullisesti etäisyydel- « · W tä, joka on kaksinkertainen pallokalotin säteeseen r nähden. Optimaalinen katselulinja on esitetty katko-*: : viivalla 8 .

Kuvaan 7 viitaten useampaa katselijaa varten 30 näyttöpinta 7 voi olla myös huoneessa puolipallon muotoinen seinä- tai kattopinta (omniteatteri), johon kuva on heijastettavissa usean henkilön samanaikaista katselua varten.

'·' Kuvissa 8 ja 9 on näyttölaite 6, joka on henki- : 3 5 lökohtainen näyttövisiiri, näyttökypärä tai sen tapai- nen, jossa näyttöpinta 7 on silmän polttopistekeskinen * . puolipallonäyttöpinta. Tätä voidaan soveltaa esimerkiksi • · 11 114244 keinotodellisuuden esittämiseen viihde- ja pelitarkoi-tuksessa sekä kypäränäyttönä esim. lentäjille.

Kuvassa 8 näyttövisiiriin tai sen tapaiseen kuuluu kaksi silmän polttopistekeskistä puolipallonäyt-5 töpintaa 7, yksi kumpaakin silmää varten, stereokuvien katselua varten, jolloin saadaan kolmiulotteinen vaikutelma .

Kuvassa 9 on näyttövisiiriin järjestetty mono-näyttö, jossa on yksi puolipallonäyttöpinta 7.

10 Näyttölaitteissa näyttöpinta 7 voi muodostua matriisista yksittäisiä kuvaelementtejä. Kuvaelementtien lukumäärä on valittu siten, että kohtuullisen kuvanlaadun aikaansaamiseksi lukumäärä on suuruusluokkaa 104 -3xl04, hyvän kuvanlaadun aikaansaamiseksi suuruusluokkaa 15 105 - 2xl06, tai täydellisen kuvanlaadun aikaansaamiseksi suuruusluokkaa 108.

Käytettäessä syöttölaitteena vaihtuvaresoluuti-oista kameraa, voidaan näyttölaite konstruoida vaihtuva-resoluutioiseksi. 180° näytöllä periferia-alueet toteu- 20 tetaan harvempia, mutta suurempia kuvalementtejä käyttäen, mutta kuvaenergialtaan (=kuvaelementin pinta-ala x maksimi luminanssi) tarkan resoluution aluetta vastaavina.

Vaihtuvaresoluutioisessa näyttölaitteessa 6 • » * I" 25 kuvaelementit voi olla järjestetty näyttöpinnalle 7 si- ten, että niiden tiheys on optisella pääakselilla L mak- *..> simissaan ja pienenee optiselta pääakselilta reuna- '·”* alueille päin. kuvaelementtien tiheysjakauma näyttöpin- : nai la noudattaa funktiota: ... ( ~; =T>: • · · ' vx'-y'+z‘ i 30 I(r) = I0e v r° missä I,, = kuvaelementtien tiheys origossa (pääakselilla) , itj : l(r) = kuvaelementtien paikallinen tiheys sä- 35 teellä r origosta, ja a = skaalauskerroin.

• * 12

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyjä sovellutusesimerkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puit-5 teissä.

Claims

114244

1. Kamerajärjestelmä, johon kuuluu kamera (1) , jossa on optiikka (2) , ja valonherkkä kuvapinta 5 (3), joka on järjestetty optiikan läheisyyteen symmet risesti sen optisen pääakselin (L) suhteen ja johon kuvapintaan optiikan taittama kohteen (K) kuva kuvan-tuu, ja joka valonherkkä kuvapinta (3) on kovera pal-lopinta, jonka kaarevuuskeskipiste on optiikan (2) 10 polttopisteessä, ja koostuu matriisista yksittäisiä valonherkkiä anturielementtejä, tunnettu siitä, että anturielementit on järjestetty kuvapinnalle (3) siten, että niiden tiheys on optisella pääakselilla (L) maksimissaan ja pienenee optiselta pääakselilta reuna-15 alueille päin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kamerajärjestelmä, tunnettu siitä, että anturielementtien tiheysjakauma kuvapinnalla (3) noudattaa funktiota: I(r) = I0e r° 20 missä I0= anturielementtien tiheys origossa (pääak- • selillä), •M- anturielementtien paikallinen tiheys sä-; teellä r origosta, ja 25 a = skaalauskerroin.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kame- * rajärjestelmä, tunnettu siitä, että valonherkät :: anturielementit ovat CCD-elementtejä.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen kamerajär- 30 jestelmä, tunnettu siitä, että anturielementtien lukumäärä on suuruusluokkaa 100000 tai suurempi.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kamerajär- : jestelmä, tunnettu siitä, että anturielementtien :...· lukumäärä on valittu siten, että kohtuullisen kuvanlaa- . ,·. 35 dun aikaansaamiseksi lukumäärä on suuruusluokkaa 104 3xl04, hyvän kuvanlaadun aikaansaamiseksi suuruusluok- • · 114244 kaa 106 - 2xl06, tai täydellisen kuvanlaadun aikaansaamiseksi suuruusluokkaa 108.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen kamerajärjestelmä, tunnettu siitä, että op-5 tiikka (2) on järjestetty siten, että optisen pääakse-lin (L) läheisyydessä, anturielementtien suuren resoluution alueella optiikan aikaansaama pisteen leviämis-funktio (PSF) integroi yli usean anturielementin vie-rastumisen (aliasing) estämiseksi.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukai nen kamerajärjestelmä, tunnettu siitä, että optiikka (2) on ns. normaalipolttovälinen ja kuvapinta (3) on pallokalotti, jonka taltiointikulma on suuruusluokkaa 60°; ja että kameraan kuuluu kaihdin (4), joka 15 on järjestetty optiikan ja kuvapinnan välille ja jonka aukko on säädettävä.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen kamerajärjestelmä, tunnettu siitä, että kuvapinnan (3) taltiointikulma on 180° tai pienempi.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukai nen kamerajärjestelmä, tunnettu siitä, että optiikkaan (2) kuuluu lyhytpolttovälinen linssi (5), kuten ns. kalansilmälinssi; että kuvapinta (3) on puolipallon muotoinen ja taltiointikulma on 180°, jolloin ;* 25 kamera on puoliavaruutta taltioiva.

10. Jonkin patenttivaatimuksista 1-9 mukai-• nen kamerajärjestelmä, tunnettu siitä, että kame- : : ra (1) on digitaalikamera, johon kuuluu välineet antu- : : rielementeistä saatujen signaalien digitoimiseksi ja 30 välineet digitoitujen kuvien siirtämiseksi tietoko-neelle.

,···. 11. Jonkin patenttivaatimuksista 1-10 mukai nen kamerajärjestelmä, tunnettu siitä, että kame-: ra (1) on liikkuvaa kuvaa taltioiva kamera.

12. Jonkin patenttivaatimuksista 1-11 mukai- , .·. nen kamerajärjestelmä, tunnettu siitä, että kame- : ra (1) on still-kuvia taltioiva kamera. 114244

13. Jonkin patenttivaatimuksista 1-12 mukainen kamerajärjestelmä, tunnettu siitä, että kamera (1) on valvontakamera.

14. Jonkin patenttivaatimuksista 1-13 mukai-5 nen kamerajärjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmään kuuluu kaksi vastakkaisiin suuntiin suunnattua puoliavaruutta taltioivaa kameraa (1) koko avaruuden taltioimiseksi.

15. Jonkin patenttivaatimuksista 1-14 mukai-10 nen kamerajärjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmään kuuluu kaksi vierekkäistä, samaan suuntaan suunnattua, puoliavaruutta taltioivaa kameraa (1) stereokuvan taltioimiseksi puoliavaruudesta.

16. Näyttölaite (6) jonkin patenttivaatimuk-15 sista 1-15 mukaisella kamerajärjestelmällä taltioidun kuvan näyttämiseksi näyttölaitteen näyttöpinnalla (7), tunnettu siitä, että näyttöpinta (7) on kovera pallopinta.

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen näyttölai-20 te, tunnettu siitä, että näyttölaite (6) on monitori, kuten tietokonemonitori tai televisio, jonka kuvaruutu on koveran pallokalotin muotoinen näyttöpinta (7).

18. Patenttivaatimuksen 16 mukainen näyttö- 25 laite, tunnettu siitä, että näyttöpinta (7) on huoneessa puolipallon muotoinen seinä- tai kattopinta, "· johon kuva on heijastettavissa usean henkilön samanai- : : kaista katselua varten.

19. Patenttivaatimuksen 16 mukainen näyttö-30 laite, tunnettu siitä, että näyttölaite (6) on ", henkilökohtainen näyttövisiiri tai sen tapainen, jossa ’·'·. näyttöpinta (7) on silmän polttopistekeskinen puolipal- '1* lonäyttöpinta.

: 20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen näyttö- #<i· 35 laite, tunnettu siitä, että näyttövisiiriin tai sen tapaiseen kuuluu kaksi silmän polttopistekeskistä 114244 puolipallonäyttöpintaa (7), yksi kumpaakin silmää varten stereokuvien katselua varten.

21. Jonkin patenttivaatimuksista 16- 20 mukainen näyttölaite, tunnettu siitä, että näyttöpinta 5 (7) muodostuu matriisista yksittäisiä kuvaelementtejä.

22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen näyttölaite, tunnettu siitä, että kuvaelementtien lukumäärä on suuruusluokkaa 100000 tai suurempi.

23. Patenttivaatimuksen 21 tai 22 mukainen 10 näyttölaite, tunnettu siitä, että kuvaelementtien lukumäärä on valittu siten, että kohtuullisen kuvanlaadun aikaansaamiseksi lukumäärä on suuruusluokkaa 104 -3xl04, hyvän kuvanlaadun aikaansaamiseksi suuruusluokkaa 106 - 2xl06, tai täydellisen kuvanlaadun aikaansaa-15 miseksi suuruusluokkaa 108.

24. Jonkin patenttivaatimuksista 21 - 23 mukainen näyttölaite, tunnettu siitä, että kuvaelementit on järjestetty näyttöpinnalle (7) siten, että niiden tiheys on optisella pääakselilla (L) maksimis- 20 saan ja pienenee optiselta pääakselilta reuna-alueille päin.

25. Patenttivaatimuksen 24 mukainen näyttölaite, tunnettu siitä, että puolipallonäyttöpinnan ''** (7) kuvaelementit ovat reuna-alueilla pinta-alaltaan , .· 25 suurempia kuin pääakselin (L) läheisyydessä.

• 26. Patenttivaatimuksen 24 tai 25 mukainen ’·: näyttölaite, tunnettu siitä, että kuvaelementtien tiheysjakauma näyttöpinnalla noudattaa funktiota: I(r) = I0e ' r° J , ··. 30 missä I0= kuvaelementtien tiheys origossa (pääakselilla) , kuvaelementtien paikallinen tiheys sä- teellä r origosta, ja 35 a = skaalauskerroin. 114244

27. Jonkin patenttivaatimuksista 21 - 26 mukainen näyttölaite, tunnettu siitä, että kuvaelementit on toteutettu kuituoptiikalla. 114244