NL8802013A - Werkwijze voor het met een video-installatie nemen van beelden van een snel bewegend voorwerp. - Google Patents

Description

• ------- 883058/Ti *

Korte aanduiding: Werkwijze voor het met een video-installa- ‘ tie nemen van beelden van een snel bewegend voorwerp.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het nemen van beelden van een snel bewegend voorwerp door middel van een video-opnametechniek voor het verkrijgen van stilstaande beelden, waarin het voorwerp is gestopt, volgens 5 welke werkwijze: - licht, afkomstig van het voorwerp gedurende een vooraf-bepaalde belichtingstijd via een cameralens wordt geworpen op een lichtgevoelig oppervlak voor het daarop vormen van een beeld, corresponderend met het af te beelden voorwerp, 10 - het beeld op het oppervlak wordt uitgelezen om te worden omgezet in elektrische signalen, en de elektrische signalen worden opgeslagen in de vorm van een variabel veld op een videoband, waarbij de belichtingstijd korter is dan de tijd, gebruikt voor het uitlezen 15 en opslaan van het beeld.

Het is onmogelijk met het blote oog de beweging van snel bewegende voorwerpen, zoals bijvoorbeeld machineonderdelen van verschillende vorm, vliegende voorwerpen of bijvoorbeeld een baan papier in een papiermachine te volgen.

20 Wanneer men tracht de werkelijke beweging van snel bewegende voorwerpen en andere daarmee gepaard verschijnselen te i vinden, moet het mogelijk zijn het verschijnsel en de beweging te vertragen om ze voor het menselijk oog waarneembaar te maken. Pogingen zijn gedaan om dit te realiseren met 25 behulp van video-opnameapparatuur, zodat beelden worden genomen van het voorwerp met hoge beeldsnelheden en bij het bekijken worden gereproduceerd met lagere snelheden, waardoor de verhoudingen tussen verschillende details en hun bewegingen ten opzichte van elkaar duidelijk kunnen worden 30 waargenomen.

In een bekend toestel wordt het beeld geanalyseerd, doordat het beeld dat verschijnt op het beeldscherm van de videocamera wordt omgezet in digitale vorm en geregistreerd op een meerspoors instrumentele bandrecorder, waarna het v8802013 * 2 beeld in de digitale vorm bij de reproductie met een beeld-processor wordt omgezet in een beeld dat in hoofdzaak correspondeert met het oorspronkelijke beeld. Een eerste bezwaar van het toestel is dat het beeld tijdens de gehele 5 opnameduur wordt omgezet in datavorm, waardoor bijvoorbeeld een bepaald punt op een papierbaan welke beweegt met 1000m/ min 18 mm op het frame verplaatst. In de praktijk betekent dit dat de met dit toestel gebruikte methode geen nauwkeurig beeld kan vormen van snel bewegende voorwerpen; dit beeld 10 moet worden verkregen door bereken- en benaderingsbewerkin-gen met behulp van een microprocessor, wat niet overeenkomt met de voor research vereiste nauwkeurigheid. De duur van de opneemband in een met deze methode werkend toestel is slechts een halve minuut bij een framesnelheid van 1000 15 beelden per seconde, zodat het vrijwel onmogelijk is sommige slechts af en toe optredende storingen met behulp van dit toestel op te sporen en te onderzoeken. Wanneer men bijvoorbeeld tracht de oorzaak van een bepaald scheuren of een ander dergelijk verschijnsel, optredend in een papierbaan, 20 op te sporen, kan het interval tussen twee overeenkomstige storingen tot dagen oplopen. Met een opnameduur van minder dan 1 minuut is het praktisch- onmogelijk beelden van een dergelijke storing te maken. Voorts heeft het toestel dat met deze methode werkt grote afmetingen, is moeilijk te 25 transporteren en bijzonder duur.

In een ander bekend toestel wordt gebruik gemaakt van de conventionele videotechnieken, gebruikmakend van beeldbuizen en een framesnelheid van 220 frames per seconde. In dit toestel wordt een werkwijze gebruikt, waarbij het op te 30 nemen voorwerp eerst wordt belicht met stroboscopisch licht, waarna dit licht van het voorwerp reflecteert op beeldbuizen gedurende een periode van ongeveer 0,1 milliseconde, waarna het beeld door middel van een aparte mechanische sluiter van de beeldbuis verwijderd wordt gehouden. Het beeld wordt met 35 een gebruikelijk videosysteem vanuit de beeldbuis op een videoband opgenomen. Wanneer dit toestel wordt gebruikt, heeft een papierbaan die beweegt met 1000 meter per seconde voldoende tijd over 1,8 mm te bewegen, terwijl een druppel < 88 02013 4 3 water met een typische diameter van ongeveer 4 mm op het frame afgebeeld wordt anderhalf maal uitgerekt in de bewegingsrichting van de baan, wat niet correspondeert met de gewenste nauwkeurigheid. Als gevolg van de navertraging van 5 de buizen heeft het toestel, behalve de belichting, ook een aparte mechanische sluiter nodig teneinde het verkregen beeld met tenminste benaderende kwaliteit op de videoband vast te leggen. Voorts heeft het toestel grote afmetingen, is moeilijk te transporteren, en duur.

10 De uitvinding beoogt een werkwijze voor het nemen van beelden door middel van videotechnieken te gebruiken, waarmee nauwkeurige beelden kunnen worden verkregen zelfs van snelle bewegingen en waarbij het te gebruiken toestel goedkoop en gemakkelijk te transporteren is, zelfs in 15 moeilijke industriële omstandigheden. Volgens de uitvinding wordt dit verkregen met een werkwijze, die daarin bestaat: dat als beeldoppervlak gebruik wordt gemaakt van een op zich bekende beeldsensor van het halfgeleidertype, bestaande uit in een matrix gerangschikte puntdetectoren, en 20 - dat een korte belichtingstijd wordt gebruikt voor het geleiden van het af te beelden voorwerp ter vorming van een lichtpuls, en dat de intensiteit van een voldoend sterke lichtpuls in hoofdzaak constant is tijdens de belichtingstijd, en 25 - dat genoemde beeldsensor wordt geactiveerd door genoemde lichtpuls onder invloed waarvan de puntdetectoren van de beeldsensor worden gebracht in een detectietoestand, corresponderend met de corresponderende punten van het beeld, gevormd op het vlak van de beeldsensorin welke toestand zij 30 blijven na het einde van de lichtpuls, en dat de detectietoestand, aangegeven door de puntdetectoren op de beeldsensor wordt uitgelezen en geregistreerd na het activeren van de beeldsensor.

De werkwijze volgens de uitvinding is gebaseerd op het 35 inzicht gebruik te maken van een beeldopnemer van het halfgeleidertype, waarvan de eigenschappen op een nieuwe wijze worden gebruikt. Afwijkend van de normale opnameprak-tijk worden de puntdetectoren van de beeldsensor gebruikt < 8802013 * 4 als opslagmiddelen, die door middel van een bijzonder korte lichtpuls, afkomstig van de voorwerpen en die een voldoende sterk beeld vormen in een detectietoestand worden gebracht, corresponderend met de lichtintensiteit van het beeld op het 5 scherm van de beeldsensor van genoemde puntdetector en, wanneer kleurbeelden worden genomen met de intensiteit van elke aparte kleurcomponent. Na een korte lichtpuls kan het beeld, vastgelegd in de puntdetectoren der sensor, op de gebruikelijke wijze, gebruikmakend van de normale transmis-10 siesnelheid worden overgedragen naar een videobandrecorder en op band worden vastgelegd. Een voordeel van de uitvinding is dat door het gebruikmaken van een lichtpuls van bijzonder korte duur, bijvoorbeeld 5 microseconde, een baan welke beweegt met 1000 m/min slechts ongeveer 0,1 mm is ver-15 plaatst, wat minder is dan bijvoorbeeld de resolutie tussen twee aangrenzende punten in een videostelsel. Door gebruikmaking van deze methoden kunnen beelden worden genomen, zelfs met de video-apparatuur voor huishoudelijk gebruik, welke gemakkelijk kan worden meegenomen en goedkoop is.

20 De uitvinding zal in meer detail worden beschreven aan de hand van de bijgevoegde figuren. Hierin is:

Figuur 1 een schematische afbeelding van een toestel voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding; en 25 Figuur 2 een diagram is dat schematisch de werking van een puntdetector van een beeldsensor van het halfgeleiderty-pe toont bij het leveren van opeenvolgende beelden.

Volgens figuur 1 is het op te nemen voorwerp een snelbewegende papierbaan 1, waarvan opnamen worden gemaakt 30 door middel van een videocamera 2. Met de videocamera 2 is door middel van een camera 3 verbonden een videobandrecorder 4 op de videoband waarvan het beeld, geleverd door de camera 2 wordt vastgelegd. Aan de videocamera 2 is door middel van een kabel 5 verbonden een stroboscoop 6, waarvan het flitsen 35 is gesynchroniseerd door de camera.

De videotechniek en details daarvan zijn op zich bekend en zullen dus niet meer worden beschreven. Een belangrijke factor voor de uitvinding is dat het vormen van het beeld en >8802013 5 het vastleggen daarvan zijn gebaseerd op synchronisatie van de werkingen van de verschillende toestellen wat plaatsvindt door middel van een aparte synchronisatiepuls. Bij het nemen van beelden van snelbewegende voorwerpen wordt een synchro-5 nisatiepuls gebruikt voor het schakelen van de stroboscoop 6 op het gewenste moment, teneinde het juiste beeld te verkrijgen.

Volgens de werkwijze geschiedt het opnemen zodanig, dat een synchronisatiepuls via de kabel 5 de stroboscoop 6 10 schakelt, welke een korte lichtpuls 7 met een lengte van bij voorkeur 1 tot 10 microseconde werpt op het op te nemen voorwerp, dus op de papierbaan. De papierbaan 1 reflecteert een lichtpuls 8 van dezelfde lengte, die door middel van een lens 9 der videocamera wordt geworpen op het scherm van een 15 beeldsensor van het halfgeleidertype die zich bevindt binnen de camera en welke via de algemeen bekende principes een beeld levert, corresponderend met het onderwerp op het scherm van de sensor.

De beeldsensor van het halfgeleidertype, bij voorkeur 20 een zogenaamde CCD-sensor, die op zich bekend is, bestaat uit puntdetectoren, die naast elkaar tot een matrix zijn verenigd, waarbij in elke detector als gevolg van de intensiteit van het licht, geworpen op de juiste plaats, een detectietoestand wordt opgewekt, corresponderend met de 25 lichtintensiteit of, wanneer gebruik wordt gemaakt van een kleursensor, een detectietoestand evenredig met de intensiteit van elke bepaalde kleur, zoals op zich bekend, welke toestand vervolgens wordt uitgelezen en elektrisch wordt vastgelegd op een videoband door middel van een videobandre-30 corder. De detectietoestand kan bijvoorbeeld zijn een elektrische lading of geleidbaarheid van de betreffende punt of een andere op zich bekende toestand, waarmee de intensiteit van het licht wordt gerepresenteerd.

Tijdens de lichtpuls 8 neemt de detector een toestand 35 aan, die correspondeert met de intensiteit van de lichtpuls, waarna elke punt van de detector in deze detectietoestand blijft aan het einde van de lichtpuls, zodat het beeld van het voorwerp, zoals gereflecteerd op het scherm van de v 8802013 6 beeldsensor tijdens de lichtpuls in de beeldsensor blijft opgeslagen, zodat het kan worden uitgelezen en vastgelegd door middel van een bandrecorder, zelfs tijdens een lange periode.

5 Figuur 2 toont schematisch de werking van een individu ele puntdetector, wanneer de intensiteit van het licht dat daarop wordt geworpen, varieert. Tijdens de lichtpuls 8, waarvan de lengte en dus ook de belichtingstijd T 1 microse-conde is, neemt de puntdetector een toestand aan van een 10 hoog niveau, corresponderend met de streeplijn 10, waarop het blijft na het eind van de puls 8 wanneer de lichtintensiteit daalt tot beneden een elektrisch ruisniveau 11 van de puntdetectoren der beeldsensor. Wanneer gebruik wordt gemaakt van een normaal videotoestel voor huishoudelijk 15 gebruik, worden 20 milliseconden gebruikt voor het uitlezen en vastleggen van het op de beeldsensor geproduceerd beeld, welke tijd 20.000 maal de belichtingstijd der lichtpuls 8 is. Na de lees- en registratietijd komt een nieuwe lichtpuls 81, waarvan de lengte identiek is aan die van de voorgaande 20 lichtpuls, doch waarvan de intensiteit verschillend is van deze, bijvoorbeeld hoger, zoals figuur 2 toont. Tijdens de lichtpuls 8' verandert de puntdetector zijn detectietoe-stand, die toeneemt, corresponderend met de intensiteit van de lichtpuls 8' en, wanneer de lichtpuls 8' daalt tot onder 25 het elektrisch ruisniveau der sensor, blijft deze in de aangenomen detectietoestand, totdat opnieuw nadat het geproduceerde beeld is uitgelezen en geregistreerd, een nieuwe lichtpuls de detectietoestand van de betreffende puntdetector verandert.

30 Het vastgelegde beeld kan worden waargenomen op de algemeen bekende wijze door het koppelen van de videobandre-corder 4 met een televisietoestel of door middel van een kabel 13 met een aparte monitor 12, zoals figuur 1 toont. De uitvinding is gemakkelijk aanpasbaar aan een gebruikelijk 35 videotoestel voor huishoudelijk gebruik dat goedkoop, eenvoudig te hanteren en gemakkelijk te transporteren is. Scherpe beelden worden elke 20e milliseconde verkregen, wat in de meeste gevallen een voldoende framefrequentie is. De ,8802013 7 werkwijze kan echter volledig worden aangepast aan het videofilmen met hoge framefrequenties, waarvoor meer gecompliceerde en duurdere toestellen noodzakelijk zijn.

Een normaal videotoestel voor huishoudelijk gebruik is 5 gebaseerd op de algemeen gebruikte televisietechniek, waarin het frame van de weergeefeenheid is gedeeld, zodat iedere tweede lijn simultaan wordt afgebeeld, teneinde het verschil in beweging tussen de beelden kleiner te maken. Wanneer echter zeer scherpe beelden zijn gewenst, kan een oplossing 10 bestaan in het gebruik van de werkwijze volgens de uitvinding volgens welke het hele beeldveld simultaan wordt weergegeven zonder verdeling der lijnen in verschillende beelden. De lijntechniek, die wordt toegepast bij het vormen van beelden in videomonitors en televisietoestellen, is 15 algemeen bekend en zal dan ook niet nader worden beschreven.

In de meest gewenste uitvoeringsvorm der uitvinding wordt gebruik gemaakt van een stroboscoop 6, die is verbonden met een gebruikelijk videotoestel voor huishoudelijk gebruik en welke, gestuurd door een synchronisatiepuls, een 20 belichtingspuls levert van 1 tot 10 microseconden op het onderwerp, waarbij een beeld van het onderwerp wordt vastgelegd op de beeldsensor door middel van reflectie van de lichtpuls der stroboscoop. In een andere uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding wordt het onderwerp continu 25 belicht met licht met hoge intensiteit en wordt het licht, reflecterend van het onderwerp onderbroken door middel van een mechanische sluiter tot lichtpulsen van bij voorkeur 1 tot 10 microseconden, welke lichtpulsen een beeld vormen op de beeldsensor van het halfgeleidertype op de bovenomschre-30 ven wijze. In dit geval is een speciaal voor dit doel vervaardigde camera nodig, welke camera is voorzien van een mechanische sluiter, die reeds in sommige bekende uitvoeringsvormen beschikbaar is. Een camera, zoals deze, is aanzienlijk duurder dan een eenvoudige earner en is dus 35 slechts geschikt voor speciale doeleinden, waarin een dergelijke constructie nuttig zou zijn.

.8802013

Claims (6)

1. Werkwijze voor het nemen van beelden van een snel bewegend voorwerp door middel van een video-opnametechniek voor het verkrijgen van stilstaande beelden, waarin het voorwerp is gestopt, volgens welke werkwijze: 5. licht (8), afkomstig van het voorwerp (1) gedurende een voorafbepaalde belichtingstijd (T) via een cameralens (9) wordt geworpen op een lichtgevoelig oppervlak voor het daarop vormen van een beeld, corresponderend met het af te beelden voorwerp, 10. het beeld op het oppervlak wordt uitgelezen om te worden omgezet in elektrische signalen, en de elektrische signalen worden opgeslagen in de vorm van een variabel veld op een videoband, waarbij de belichtingstijd (T) korter is dan de tijd, gebruikt voor het 15 uitlezen en opslaan van het beeld, daarin bestaande dat als beeldoppervlak gebruik wordt gemaakt van een op zich bekende beeldsensor van het halfgeleidertype, bestaande uit in een matrix gerangschikte puntdetectoren, en 20 - dat een korte belichtingstijd (T) wordt gebruikt voor het geleiden van het af te beelden voorwerp (1) ter vorming van een lichtpuls, en - dat de intensiteit van een voldoend sterke lichtpuls in hoofdzaak constant is tijdens de belichtingstijd (T), en 25 - dat genoemde beeldsensor wordt geactiveerd door genoemde lichtpuls onder invloed waarvan de puntdetectoren van de beeldsensor worden gebracht in een detectietoestand, corresponderend met de corresponderende punten van het beeld, gevormd op het vlak van de beeldsensorin welke toestand zij 30 blijven na het einde van de lichtpuls, en dat de detectietoestand, aangegeven door de puntdetectoren op de beeldsensor wordt uitgelezen en geregistreerd na het activeren van de beeldsensor.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 35 belichtingstijd van 1 tot 10 microseconde is.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, .8802013 i V dat de lichtpuls wordt gevormd door het onderwerp tijdens een voorafbepaalde belichtingstijd te belichten door middel van een met een videocamera (2) gesynchroniseerde stroboscoop (6).

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het licht, afkomstig van het onderwerp (1) wordt geleid naar de beeldsensor via een mechanische sluiter tijdens een voorafbepaalde belichtingstijd.

5. Werkwijze volgens een der conclusies 1 tot 4, met het 10 kenmerk, dat het opnemen wordt uitgevoerd met een framefre- quentie van ten hoogste 50 Hz.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het opnemen wordt uitgevoerd met een framefrequentie van 50 Hz en het hele beeldveld in een stilstaand frame wordt vastge- 15 legd. c 88 02013