Stehbildkamera und Bildgestaltungsverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stehbildkamera der in Anspruch 1, Oberbegriff, spezifizierten Art sowie ein Verfah¬ ren gemäss Oberbegriff von Anspruch 24.
Eine Kamera der genannten Art ist aus der DE-PS-34 33 412 be¬ kannt. Daran ist nachteilig, dass als Suchereinrichtung, und mithin erste Abbildungseinrichtung in der Bildebene, eine Mattscheibe vorgesehen ist und ein Aufzeichnungsmedium in Form eines Filmes in Position der Mattscheibe gebracht wird, um schliesslich eine Szene zu fotografieren.
Die vorliegende Erfindung setzt sich zur Aufgabe, eine Steh¬ bildkamera zu schaffen, bei welcher gleichzeitig Bildaufnah¬ men gemacht werden können und das aufgenommene Bild betrach¬ tet werden kann, bei der weiter keinerlei mechanischen Ver¬ schiebungen vorgenommen werden müssen, um vom Suchermodus in den Aufnahmemodus zu gelangen, die weiter höchst kompakt auf¬ gebaut werden kann und Optionen erlaubt, welche ohne Störung der kompakten Bauweise realisiert werden können, die damit bezüglich realisierter Betriebsfunktionen höchst flexibel ausbaubar ist.
Zu diesem Zweck zeichnet sich die erfindungsgemässe Kamera nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 aus.
Dadurch, dass eine Wandleranordnung aus fotoelektrischen Wandlerelementen vorgesehen wird, in der Bildebene, ergibt sich an der erfindungsgemässen Stehbildkamera die Möglich¬ keit, praktisch alle zur Fotografie notwendigen Funktionen durch Verarbeitung der elektrischen WandlerausgangsSignale zu realisieren.
Dadurch, dass gemäss Anspruch 2 das Objektiv um zwei zueinan¬ der senkrechte Achsen schwenkbar gelagert ist, wird eine Schärfeoptimierung möglich, ohne die mittels Position der Wandleranordnung festgelegte Abbildungsperspektive zu ver¬ ändern.
Dem Wortlaut von Anspruch 3 bzw. 5 folgend, wird z.B. die Abbildungsperspektive der Bildebenenposition vorab einge¬ stellt. Dabei ist es aber durchaus möglich, die Wandleranord¬ nung fest an das Gehäuse zu fesseln und die Abbildungsper¬ spektive durch Verschieben der Kamera zu wählen.
Zur Schärfeeinstellung ist weiter, gemäss Anspruch 4, Objek¬ tiv und/oder Wandleranordnung in Fokusrichtung verschiebbar.
Gemäss Wortlaut von Anspruch 6 sind vorzugsweise motorische Stellglieder vorgesehen, um die erwähnten Wandlerbewegungen und/oder Objektivbewegungen zu stellen. Damit wird die Mög¬ lichkeit geschaffen, wie noch zu erläutern sein wird, durch Beurteilung der Schärfe mittels eines Kamerarechners und Rück¬ griff auf die Stellglieder, die Abbildungsschärfe automatisch im Sinne einer automatischen Schärferegelung zu stellen bzw. über die Abbildungsfläche zu optimieren.
Bei einer heute bevorzugten Ausführungsvariante wird, gemäss Wortlaut von Anspruch 7, die Wandleranordnung durch CCD-Wand¬ lerelemente gebildet.
Eine höchst bevorzugte Ausführungsvariante der erfindungsge- mässen Kamera zeichnet sich weiter nach dem Wortlaut von An¬ spruch 8 aus.
Durch Vorsehen einer weiteren Wandleranordnung aus elektroop- tischen Wandlerelementen, gefesselt am Gehäuse der Kamera,
wird, elektronisch, ein Sucherbild geschaffen, welches er¬ laubt, gleichzeitig mit der Abbildungsabspeicherung das abge¬ speicherte Bild auch zu betrachten.
Mit derselben Wandleranordnung wird im weiteren bevorzugter¬ weise, und nach dem Wortlaut von Anspruch 15, die für die In- terkommunikation zwischen Kamerarechner und Bedienungsperson notwendige Information angezeigt.
Dadurch, dass die erfindungsgemässe Kamera in einer weiteren, höchst bevorzugten Ausführungsvariante nach dem Wortlaut von Anspruch 9 ausgebildet ist, ergibt sich die Möglichkeit, elek¬ tronisch von der aufzunehmenden Szene ein Szenenfenster zu selektionieren und dieses, wie noch zu erläutern sein wird, einer jeweiligen spezifischen Weiterverarbeitung zu unter¬ stellen. Insbesondere kann dabei, dem Wortlaut von Anspruch 10 folgend, eine elektronische Zoomfunktion realisiert wer¬ den, indem das an der Fensterselektionseinheit selektionierte Abbildungsfenster mit vorgegebenem Vergrösserungs- oder Verkleinerungsmassstab auf die weitere Wandleranordnung aus elektrooptischen Wandlerelementen geschaltet werden kann.
Durch diese elektronische Zoomfunktion wird in vielen Fällen ein Auswechseln oder Verstellen des Objektivs überflüssig.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der erfindungs- gemässen Kamera nach dem Wortlaut von Anspruch 12 ergibt die Möglichkeit einer automatischen Schärfeeinstellung bzw. -Op¬ timierung und/oder einer automatischen Belichtungseinstellung und/oder einer automatischen Einstellung der Farbzusammenset¬ zung des Abbildungslichtes. Selbstverständlich kann anstelle oder zusätzlich zum regelnden Stellgliedeingriff auch ledig¬ lich eine Anzeige erfolgen und die erwünschte Einstellung ma¬ nuell vorgenommen werden.
Um im weiteren nicht nur die Information bezüglich eines ein¬ zigen an der Fensterselektionseinheit angewählten Abbildungs- fensters vornehmen zu können, sondern um eine Optimierung über ein Gesamtbild vornehmen zu können, wird vorgeschlagen, die erfindungsgemässe Kamera nach dem Wortlaut von Anspruch 13 auszubilden. Dadurch wird es möglich, die entsprechenden Daten für mehrere, sequentiell oder gleichzeitig angewählte Fenster abzuspeichern und aus der Gesamtheit dieser Informa¬ tionen bzw. Daten optimale Stellparameter für Schärfe und/- oder Beleuchtung und/oder Abbildungslicht-Farbzusammensetzung einzustellen oder dies manuell vorzunehmen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Kamera ist der eigentliche Bilddatenspeicher, beispielsweise in Form einer Mini-Disk, im Gehäuse der Kamera integriert.
Durch Vorsehen mindestens eines Gravitationsfühlers wird ein automatisches Erkennen der Kameralage möglich, z.B. Paralle¬ lität von Bildkanten zum Lot etc.
Erfindungsgemäss zeichnet sich das Verfahren nach dem kenn¬ zeichnenden Teil von Anspruch 24 aus.
Die ermittelte IST-Bildgrösse kann dabei beispielsweise die gemittelte Schärfe über das ganze Bild sein, die Schärfever¬ teilung über das Gesamtbild oder die Schärfe an einzelnen Bildabschnitten etc. Die IST-Bildschärfe als IST-Bildgrösse kann vorzugsweise direkt aus den AusgangsSignalen der foto- elektrischen Wandler ermittelt werden. Die IST-Bildgrösse kann aber, allgemeiner verstanden, auch die durch ein vorge¬ sehenes Kameraobjektiv gegebene Modulations-Uebertragungs- funktion oder Phasen-Uebertragungsfunktion oder, kombiniert, die komplexe optische Uebertragungsfunktion sein und wird dann aus der Kenntnis dieser Modulations-Uebertragungsfunk-
tion des Objektives durch Objektividentifikation an der Kame¬ ra indirekt ermittelt.
Durch Eingriff auf die optische Strecke der Kamera, d.h. bei¬ spielsweise Aenderung der Fokussierung und/oder durch signal- technischen Eingriff auf die elektrische Strecke ausgangssei- tig der Wandleranordnung an der Kamera, wird das durch die elektrischen Signale definierte Bild so verändert, dass min¬ destens eine SOLL-Bildgrösse erreicht wird, beispielsweise eine gegebene Schärfe oder Schärfeverteilung oder eine er¬ wünschte Abhängigkeit der Modulations-Uebertragungsfunktion von einer ihrer unabhängigen Variablen, wie beispielsweise von Blendenwert oder Bildwinkel, oder, generell, zur Erhöhung oder Erniedrigung der Modulations-Uebertragungsfunktion, ge¬ gebenenfalls unterschiedlich für verschiedene Bildbereiche.
Generell kann das durch elektrische Signale der Wandlerele¬ mente dargestellte "elektronische Bild" mit den aus der Nach¬ richtentechnik bekannten Techniken verändert bzw. optimiert werden. Die entsprechende Verarbeitung erfolgt selbstver¬ ständlich digital.
Bevorzugte Ausführungsvarianten des erfindungsgemässen Ver¬ fahrens sind in den Ansprüchen 25 bis 33 spezifiziert.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch anhand von Funktionsblöcken und Signal- flüssen, eine erste Ausführungsvariante der erfin- dungsgemässen Kamera;
Fig. 2 anhand eines Funktionsblock/Signalfluss-Diagrammes, eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der er- findungsgemässen Kamera;
Fig. 3 ausgehend von der anhand von Fig. 2 erläuterten Ka¬ mera, weitere Ausbauvarianten;
Fig. 4 ausgehend von den Ausbauvarianten gemäss Fig. 3 der erfindungsgemässen Kamera, wiederum anhand eines schematischen Funktionsblock/Signalfluss-Diagram- mes, noch weitere Ausbauvarianten der erfindungsge¬ mässen Kamera
Fig. 5 perspektivisch und vereinfacht den Aufbau einer er¬ findungsgemässen Kamera;
Fig. 6 rein qualitativ, Verläufe von elektrischen Signalen ausgangsseitig der Wandleranordnung an einer Kamera gemäss den Fig. 1 bis 5, zur Erläuterung einer er¬ findungsgemässen IST-Schärfebestimmung und SOLL- Schärfeeinstellung;
Fig. 7 anhand eines vereinfachten Signalfluss/Funktions- block-Diagrammes eine IST-Schärfebestimmungs- und SOLL-Schärfeeinstellungs-Einheit an einer erfin¬ dungsgemässen Kamera;
Fig. 8 eine weitere Ausführungsvariante einer IST-Schärfe- bestimmungs- und SOLL-Schärfeeinstellungs-Einheit an einer erfindungsgemässen Kamera;
Fig. 9 beispielsweise den Verlauf von Modulations-Ueber¬ tragungsfunktionen MTF eines Objektives in Funktion von Blendenwert, Bildwinkel und (gestrichelt) Orts-
f requenz ;
Fig. 10 anhand eines vereinfachten Signalfluss/Funktions- block-Diagrammes eine Modulations-Uebertragungs- Aenderungseinheit an einer erfindungsgemässen Kame¬ ra, womit eine objektiv-gegebene Modulations-Ueber¬ tragungsfunktion verändert werden kann;
Fig. 11 eine Stelleinheit an einer erfindungsgemässen Kame¬ ra zur selektiven Veränderung einer objektiv-gege¬ benen Modulations-Uebertragungsfunktion, anstelle der bei Ausbildung gemäss Fig. 9 vorgesehenen Stell- einheit.
In Fig. 1 ist schematisch und in Form von Funktionsblδcken eine erfindungsgemässe Stehbildkamera dargestellt. Sie um- fasst ein Gehäuse 1 mit Objektiv 3, welches bezüglich des Ge¬ häuses 1 die Objektivebene EQ definiert. Grundsätzlich wird mit dem Verschwenken der Bildebene die Abbildungsperspektive und die Bildschärfe beeinflusst. Beim Verschwenken der Objek¬ tivebene wird lediglich die Bildschärfe beeinflusst. Demnach ist gemäss Fig. 1 die Objektivebene im Gehäuse dadurch schwenkbar, dass das Objektiv bezüglich zweier gehäusefesten Achsen y0, x0 schwenkbar aufgehängt ist. Zur Schärfeeinstel¬ lung ist das Objektiv weiter in der Fokusrichtung z verstell¬ bar.
Die Bildebene EB, aufgespannt durch kartesische Koordinaten yB und xB, ist definiert durch eine flächige, matrixartige Anordnung 7 von optoelektrisehen Wandlerelementen 9, vor¬ zugsweise durch Charge-coupled device-Elemente, CCD.
Die im wesentlichen plane, die kartesischen Koordinatenachsen xB und yB definierende Wandleranordnung 7 kann, wie an der
Aufhängung 11a, b schematisch dargestellt, um zwei gehäuse- feste, aufeinander senkrechte Achsen yG und xG verschwenkbar gelagert sein, wie bezüglich der Achse xG mit und bezüglich der Achse yG mit ß dargestellt.
Bei einer weiteren Ausführungsvariante kann die kardanisch am Gehäuse 1 gelagerte Wandleranordnung 7 hinzukommend linear in den Richtungen der Achsen xG und yG verschieblich sein. Im weiteren kann auch mit der Wandleranordnung 7 die Bildebene EB in Fokusrichtung z verschieblich gelagert sein.
Wie weiter schematisch in Fig. 1 dargestellt, ist eine Stell- gliedanordnung 13a-f vorgesehen mit motorischen Stellgliedern M, womit mindestens ein Teil der Objektiv- und/oder Wandleran¬ ordnungsbewegungen motorisch gestellt werden. Die in der Ste¬ llgliedeinheit 13 vorgesehenen Stellglieder M werden durch elektrische Steuersignale ea-ef angesteuert.
Jedes Sensorelement 9, als optoelektrisches Wandlerelement, gibt ausgangsseitig ein Ausgangssignal eg ab, so dass bei einer Matrix von n • m Sensorelementen, wie wiederum gestri¬ chelt schematisch in Fig. 1 dargestellt, die Wandleranordnung 7 ein Ausgangssignalbündel E9nm aller n • m Sensorelemente ausgibt.
Im weiteren können an der Kamera ein oder mehrere Gravita¬ tionssensoren 14 vorgesehen sein.
In Fig. 2 sind in Form eines Signalfluss/Funktionsblock-Dia- grammes weitere bevorzugte Ausführungsvarianten der erfin¬ dungsgemässen Kamera dargestellt.
Bei einer ersten weiteren Ausführungsvariante ist der Ausgang E9nm der Wandleranordnung 7 mit einer weiteren wandleranord-
nung 15 wirkverbunden, welche (nicht dargestellt) durch eine matrixartige Anordnung von r • s elektrooptischer Wandlerele¬ mente gebildet ist. Bei der Wandleranordnung 15 handelt es sich in einer heute bevorzugten Ausführungsvariante um einen LCD-Schirm; es kann sich aber dabei z.B. auch um einen akti¬ ven Flachbildschirm integrierter Wandlertransistoren handeln.
Wie schematisch dargestellt, ist die Wandleranordnung 15 als Bildbetrachtungsschirm am Gehäuse 1 gefesselt, daran ledig¬ lich, z.B. für optimalen Betrachtungskomfort, positionsver¬ stellbar. Aufgrund der Rückwandlung der elektrischen Ausgangs Signale der Wandleranordnung 7 kann, ähnlich einem Kamerasu¬ cher, das Bild an der Wandleranordnung 15 betrachtet werden. Damit wirkt die Wandleranordnung 15 u.a. als Sucher.
Diese eben beschriebene Kamerastruktur kann in weiteren Schritten zu weiteren Ausführungsvarianten weitergebildet werden, deren Schlussausbauphase in Fig. 2 dargestellt ist.
Bei einer ersten weiteren Ausbildungsvariante ist der Wand¬ leranordnung 7 und der Wandleranordnung 15 eine Fensterselek¬ tionseinheit 17 zwischengeschaltet. Grundsätzlich als Multi- plexereinheit arbeitend, wird daran aus den n • m Signalen e9 eine Untereinheit n' • m' selektioniert, deren Elemente 9 mit Bezug auf die Wandlerfläche der Wandleranordnung 7 an vorgeb- barer Position xB1, yB1 flächig zusammenhängend stehen.
Damit erscheint ausgangsseitig der Fensterselektionseinheit 17 eine Menge von Signalen e9 der Anzahl n' • m' , welche den Ausgangssignalen einer flächig zusammenhängenden Anzahl Sen¬ soren 9 entspricht, deren Gesamtheit in Fig. 2 mit E9n,m, be¬ zeichnet ist. Der Fensterselektionseinheit 17 werden Steuer¬ signale e^, en, zur Festlegung der Fenstergrösse sowie exB1 und eyB1 zugeführt, letztere zur Festlegung der Fensterposi-
tion, bezogen auf die Fläche der Wandleranordnung 7.
Durch die Steuersignale, welche der Fensterselektionseinheit 17 zugeführt werden, werden somit Fensterposition und Fenster- grösse definiert.
Obwohl bei nicht zu kleiner Fenstergrösse das Gesamtsignal E 9n,mI direkt der Wandlereinheit 15 zugeführt werden kann, ist in einer weiteren bevorzugten AusführungsVariante dem Ausgang der Selektionseinheit 17 und dem Eingang der Wandler¬ anordnung 15 eine Zuordnungseinheit 19 zwischengeschaltet. Diese hat eine eigentliche Zoomfunktion.
An einem Steuereingang ev wird ein VergrösserungsVerhältnis eingegeben, und die Einheit 19 weist, wiederum in Art einer Multiplexereinheit arbeitend, die Einzeleingangssignale ent¬ sprechend e9 jeweiligen Wandlerelementen an der Wandleranord¬ nung 15 zu. Damit kann das selektionierte Fenster mit m1 • n1 Signalen auf eine beliebig einstellbare Grösse an der Wand¬ lerfläche der Wandleranordnung 15 gespreizt oder verkleinert werden. Beispielsweise werden, beim Spreizen, mit einem der Einzelsignale e9 aus E9nlπι,, je nach Vergrösserungsfaktor V, mehrere der Wandlerelemente an der Wandleranordnung 15 gleich aktiviert. Damit wird eine elektronische Zoomfunktion reali¬ siert, ohne dass am Objektiv etwas verstellt werden müsste.
In Fig. 3 sind weitere Ausbauvarianten der anhand von Fig. 2 erläuterten erfindungsgemässen Stehbildkamera dargestellt. Die Gesamtheit der das Fenster der Grösse n1 * m1 definieren¬ den Signale e9, d.h. gemäss Fig. 2 E9n,m,, wird, an einer im Gehäuse 1 integrierten Recheneinheit 21, an einer Schärfe- Beurteilungseinheit 23 elektronisch, beispielsweise aufgrund von Signalgradienten, daraufhin untersucht, ob die Schärfe des elektronischen Bildes genügt. Genügt die Schärfe vorgeb-
baren Kriterien nicht, so wirkt die Schärfe-Beurteilungsein¬ heit 23 ausgangsseitig über die Steuersignale ea, b, c auf die Stellglieder 13a, b, c, womit, im Sinne eines Regelkrei¬ ses, die Position des Objektivs 3 und damit der Objektivebene EQ bis zum Auffinden der SOLL-Schärfe verstellt wird.
Vorgängig wird die Bildebene EB mittels der Stellglieder 13d, e, f eingestellt.
Eine bevorzugte Funktionsweise der Schärfebeurteilungs- und Stelleinheit 23 gemäss Fig. 3 soll anhand der Fig. 6 bis 8 erläutert werden.
In Fig. 6a sind über einer Ortskoordinate xB an der Wandler- anordnung 7 die entsprechenden, numerierten Wandlerelemente 9 aufgetragen. Die I-Achse bezeichnet die momentane Intensität oder Amplitude der AusgangsSignale e9 oder, bei Fensterbe¬ trieb, der entsprechenden Signale E9n,m, gemäss Fig. 2. Es ist rein qualitativ der Intensitätsverlauf l(xB) an den Wand¬ lerelementen dargestellt.
Als Mass der vorherrschenden Schärfe wird der Intensitätsgra¬ dient dl/dx in einer ersten Relativposition POS-L zwischen Objektiv 3 und Wandleranordnung 7 bestimmt. Selbstverständ¬ lich wird dabei nicht nur dieser Gradient an einer eindimen¬ sionalen Abfolge von Wandlerelementen 9 bestimmt, sondern, zweidimensional, eine Vielzahl von Gradienten um Bereiche zu¬ sammengehörender, im wesentlichen mit gleicher Intensität aus gesteuerter Wandlerelernente 9 herum.
Mit Blick auf Fig. 7 erfolgt die Gradientenbestimmung an ei¬ ner Recheneinheit 40, vorzugsweise an einem auch für andere Aufgaben vorgesehenen Kamerarechner.
Zur Schärfebestimmung und automatischer oder manuell ausge¬ löster Schärfeoptimierung wird bei der bevorzugten Ausfüh¬ rungsform, z.B. ausgelöst von der Recheneinheit 40, über ent¬ sprechende der Stellglieder 13, die Relativposition von Ob¬ jektiv 3 und Wandleranordnung 7 in Fokussierrichtung Δ0B(z), entsprechend POS-L eingestellt. Die an POS! ermittelten Gra¬ dienten werden an einer Speichereinheit 42 abgelegt. An- schliessend wird, z.B. ausgelöst durch die Recheneinheit 40, über die genannten Stellglieder 13, die Relativposition Δ0B verstellt, entsprechend POS2 von Fig. 6 und 7.
Weil durch Aenderung der Fokussierung, d.h. von Δ0B(z), auch eine Verschiebung Δx des optisch einfallenden Bildes auf der Wandleranordnung 7 erfolgt, muss zur nachmaligen Beurteilung der Aenderung der Intensitätsgradienten, die in POS regi¬ striert und in Speichereinheit 42 abgelegt wurden, diese Ver¬ schiebung Δx berücksichtigt werden.
Wie in Fig. 6b ersichtlich, erfolgt durch Uebergang von POS! in POS eine Verschiebung Δx des zu verfolgenden Gradienten auf andere Wandlerelementbereiche, hinzukommend zur Aenderung des Gradientenwertes.
Die Aenderung Δx der Zuordnung zwischen optisch einfallenden Bildelementen und Wandlerelementen 9 bei gegebener Fokussie- rungsänderung, entsprechend Δ0B ist bekannt, so dass die Re¬ cheneinheit 40 nun die vorherrschenden Intensitätsgradienten dort erfasst und sie in eine Speichereinheit 44 ablegt, wo sie unter Berücksichtigung des Verschiebungsmasses Δx gemäss Fig. 6b nun auftreten.
Auch ein automatisches Verfolgen der in POS! erfassten Gra¬ dienten bezüglich Verschiebung um Δx ist möglich.
Aus den nun in den Speichereinheiten 42 und 44 abgelegten Gra¬ dientenwerten für die mindestens zwei Fokuseinstellungen, als Stützwerte, wird nun, wie in Fig. 6c dargestellt, auf die SOLL-Position bzw. SOLL-Fokuseinstellung durch Interpolation oder, wie dargestellt, Extrapolation geschlossen.
Gemäss Fig. 7 werden hierzu einer Recheneinheit 46, wiederum vorzugsweise am Kamerarechner, nebst dem Stützwert-Positions¬ unterschied Δ0B, die Gradientenstützwerte aus den Speicher¬ einheiten 42 und 44 eingegeben, welche aufgrund der durch die zwei Stützwerte ermittelten Fokussierungsposition/Schärfebe- ziehung s die Fokussierungs-SOLL-Einstellung entsprechend Δ0B SOLL ermittelt und über die Stellglieder 13 ansteuert.
Damit kann erreicht werden, dass ein IST-Schärfewert automa¬ tisch und schnell auf den SOLL-Wert korrigiert wird, entweder als Schlusseinstellung vor der Bildabspeicherung oder als neue IS -Einstellung mit relativ kleiner Regelabweichung, SOLL-Schärfe minus IST-Schärfe, um von der gefundenen SOLL- Position, wiederum durch das beschriebene Vorgehen, noch ge¬ nauer die geforderte SOLL-Schärfeposition aufzufinden.
Da zur Ermittlung der SOLL-Fokussierung bei diesem Vorgehen nur mindestens zwei Fokussierungsstützwerte eingestellt und ermittelt werden müssen, kann, wegen der nicht ins Gewicht fallenden hohen Rechengeschwindigkeit eines Kamerarechners, Schärfebeurteilung und -Optimierung sehr rasch erfolgen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Einstellbild, aus dem die Signalgradienten für die Schärfebeurteilung generiert werden, mit einer relativ kleinen Kadenz aktualisiert wird, beispielsweise aufgrund beschränkter Wandlergeschwindigkeit der Wandlerelemente, die wohl schneller ist als die für die mechanische Fokussierungsänderung notwendige Verstellung, aber einer kontinuierlichen Fokussierungsänderung (scannen)
zum Auffinden der SOLL-Fokussierung doch nicht ohne weiteres zu genügen vermöchte.
Wie mit Blick auf Fig. 6 ohne weiteres ersichtlich, ist es durchaus möglich, die Schärfeeinstellung nicht mit Eingriff auf den optomechanisehen Teil der Kamera vorzunehmen, sondern eine geforderte Korrektur rein signaltechnisch an den elek¬ trischen Ausgangssignalen der Wandleranordnung 7 vorzunehmen, indem ein ermittelter IST-Gradient, beispielsweise gemäss Fig. 6a, durch Signalformung in den geforderten Gradienten elektronisch gewandelt wird.
Dieses Vorgehen ist schematisch anhand von Funktionsblöcken, analog zur Darstellung von Fig. 7, in Fig. 8 dargestellt.
Die Ausgangssignale E9 der Wandleranordnung 7 bzw. eines Wandleranordnungsfensters werden an einer Speichereinheit 48 abgelegt und der analog zur Recheneinheit 40 von Fig. 7 gra¬ dientenbildenden Recheneinheit 40' zugeführt. Ausgangsseitig der Recheneinheit 40' werden die momentan vorherrschenden Gradientenverhältnisse an einer Speichereinheit 50 abgelegt und an einer Vergleichseinheit 54 mit den an einer Speicher¬ einheit 52 abgelegten SOLL-Gradientenverhältnissen vergli¬ chen. Die resultierenden Gradientenabweichungen ΔG ausgangs¬ seitig der Vergleichseinheit 54 steuern eine Signalformein¬ heit 56 an, woran, gesteuert, die anhand der Fig. 6a und 6b dargestellten Gradientenänderungen durch Signalformung vorge¬ nommen werden.
Hierzu werden die momentan in der Speichereinheit 48 abgeleg¬ ten Signale über die Signalformungseinheit 56 geschlauft. Laufend werden die mittels der Recheneinheit 40' ermittelten neu geformten Signalübergänge mit den SOLL-Verhältnissen in Speichereinheit 42 verglichen, bis die ausgangsseitig der
Vergleichseinheit 54 erscheinenden Differenzen ΔG vorgegebene Minimalwerte erreicht haben.
Rückblickend auf Fig. 3 ist zusätzlich zur Einheit 23, oder auch alternativ, das Signal E9nIrn, oder auch das Gesamtsignal E9nm, einer Beleuchtungs-Beurteilungseinheit 25 am Kamera- rechner 21 zugeführt. Darin wird, beispielsweise aufgrund der gemittelten Intensität, an allen E9n,m, bildenden Signalen e9 untersucht, ob die Beleuchtungsintensität des elektronischen Bildfensterö* vorgebbaren Kriterien genügt. Ausgangsseitig der Beleuchtungs-Beurteilungseinheit 25 sind Ausgangsanschlüsse vorgesehen, um daran mindestens eine über diese Ausgänge stellbare Beleuchtungseinrichtung 27 anzusteuern. Dabei kann es sich um eine Dauerlichtquelle, eine Blitzlichtquelle oder um eine Mischlichtquelle für Dauer- und Blitzlicht handeln. In diesem Zusammenhang wird auf die DE-A-31 52 272 verwiesen. Damit wird auch hier, in regelndem Sinne, an der Beleuch¬ tungseinrichtung 27 die Beleuchtung so gestellt, dass die an der Beleuchtungs-Beurteilungseinheit 25 eingestellten Krite¬ rien erfüllt sind.
Zusätzlich, oder wiederum alternativ zu den Einheiten 23 bzw. 25, ist im Kamerarechner 21 eine Färb-Beurteilungseinheit 28 vorgesehen. Zum Erhalt der Farbinformation werden, an einer heute bevorzugten Ausführungsvariante, beispielsweise über die Wandlerfläche des Wandlers 7 regelmässig verteilten Sen¬ sorelementen 9, schmalbandige Transmissionsfilter, beispiels¬ weise in Form von Dünnschichtfiltern, vorgelagert, und die Ausgangssignale dieser k • 1 im Fenster der Grösse m1 * n' vorgesehener farbselektiver Sensorelement-Ausgangssignale an der Einheit 28 im Kamerarechner 21 beurteilt. Gegebenenfalls kann die Einheit 28 ausgangsseitig auf der Beleuchtungs- einrichtung 27 vorzuschaltende Filter wirken, um selektiv, je nach den Beurteilungskriterien an der Einheit 27, die
Farbzusammensetzung des Beleuchtungslichtes wiederum in re¬ gelndem Sinne zu stellen.
Die gestellten Filter können auch an der Kamera vor und/oder nach dem Objektiv vorgesehen sein.
Anhand von Fig. 3 wurde beschrieben, wie die elektronische Bildinformation bezüglich eines eingestellten Fensters der Grösse m' • n' bei bevorzugten Ausführungsvarianten der er¬ findungsgemässen Stehbildkamera weiterverarbeitet werden kann.
Um nun diese erwähnten Kriterien, also Schärfe, Beleuchtung und Farbzusammensetzung, nicht nur für ein jeweils angewähl¬ tes Fenster einzustellen, sondern optimal für grössere Bild¬ abschnitte oder das ganze Bild, wird der Ausgang jeder der vorgesehenen Einheiten 23, 25, 27, in Fig. 4 lediglich am Beispiel der Schärfe-Beurteilungseinheit 23 dargestellt, über eine bei der Fensterselektion mit einem Steuersignal sF an¬ steuerbare Multiplexereinheit 29, auf einen Fensterwertspei¬ cher geladen. An jedem der Fensterwertspeicher 31 werden so¬ mit, fensterspezifisch, die Schärfe-Beurteilungsresultate bzw. die Beleuchtungs-Beurteilungsresultate bzw. die Licht- färb-Zusammensetzungsresultate abgespeichert. An die Gesamt¬ heit vorgesehener FensterwertSpeicher 31 wird eine vorgebbare Anzahl von auf der Wandlerfläche der Wandleranordnung 7 ver¬ teilten, an der Einheit 17 selektionierten Fenstern nachein¬ ander eingegeben.
Zur Optimaleinstellung des Bildes über der ganzen Wandlerflä¬ che der Wandleranordnung 7 werden die Werte mehrerer Fenster an einer Optimierungs- bzw. Mittelungseinheit 33 am Kamera- rechner beurteilt und erst jetzt die entsprechenden Stellsi¬ gnale e etc. ausgegeben.
Anhand der Vorgehensweise zur Einstellung einer geforderten Schärfe oder Schärfeverteilung über dem Bild wurde bereits ein Fall erläutert, wie aus den AusgangsSignalen der Wandler- anordnung mindestens eine IST-Bildgrösse, nämlich dort die IST-Schärfe, ermittelt wird und durch Eingriff auf die opto- mechanische Strecke der Kamera - Eingriff auf die mechani¬ schen Steller - und/oder auf die elektrische Strecke - Signalformung - das Bild zum Erhalt mindestens einer SOLL- Bildgrösse, nämlich der SOLL-Schärfe oder SOLL-Schärfever¬ teilung, verändert wird.
Aus der Literatur, beispielsweise aus Taschenbuch "Bauelemen¬ te der Optik", H. Naumann, G. Schröder, Hanser-Verlag, 4. Aufl., 1983, Kapitel 12, Optische Informationsübertragung und Bildgüte, ist der Begriff der Modulations-Uebertragungsfun - tion oder Modulations-Transferfunktion MTF bekannt, die vor¬ nehmlich objektivspezifisch ist.
Eine solche typische MTF-Schar ist in Fig. 9 dargestellt. Die Modulations-Uebertragungsfunktion ist z.B. definiert durch
M = (Emax "Emin)/(Emax + Emin)
mit E als "Beleuchtungsstärke" und ergibt sich aus der anhand von Testgittern ermittelten Modulation zwischen Maximalinten¬ sität EItιaχ und Minimalintensität Emin, wie dies für Modula¬ tionsgrade an sich üblich ist.
Wie aus Fig. 9 ersichtlich, ist die Modulations-Uebertra- gungsfunktion MTF, die zwischen 0% und 100% betragen kann, abhängig vom eingestellten Blendenwert sowie vom betrachteten Bildwinkel und ist weiter abhängig von der Ortsfrequenz fx, bei den erwähnten Testgittern definiert durch die Grösse Linienpaar/mm (Lp/mm) .
In Fig. 9 ist rein qualitativ die MTF in Funktion des Blen¬ denwertes für Bildwinkel 0° gestrichelt auch für eine Orts- frequenz von ca. 4fχ dargestellt, wenn fχ die Ortsfrequenz für die ausgezogen dargestellte Kurvenschar ist.
Einerseits wäre es in vielen Fällen erwünscht, die Modula¬ tionsübertragung, was beispielsweise ihre Abhängigkeit vom Blendenwert und/oder ihre Abhängigkeit vom Bildwinkel anbe¬ langt, anders zu formen, als durch ein gegebenes, verwendetes Objektiv vorgegeben, und/oder wäre es erwünscht, bei Objek¬ tivwechsel beispielsweise gleiche Modulations-Uebertragungs- verhältnisse wie für das vorgängige Objektiv beizubehalten etc.
Die Auswirkungen einer durch das eingesetzte Objektiv gegebe¬ nen Modulations-Uebertragungsfunktion können, wie beispiels¬ weise in Fig. 10 anhand eines Funktionsblock/Signalflussdia- grammes dargestellt, erfindungsgemäss beliebig geändert wer¬ den.
Soll gemäss Fig. 10 ein jeweils eingesetztes Objektiv 60 selbsttätig von der Kamera erkannt werden, um die entspre¬ chende MTF zu berücksichtigen, so ist, wie schematisch darge¬ stellt, eine Objektiv-Erkennungseinrichtung 62 vorgesehen, die beispielsweise eine Codemarkierung am Objektiv liest. In einem MTF-Speicher 64 sind oder werden objektivspezifische MTFs abgespeichert in Funktion gemäss Fig. 9 beispielsweise von Bildwinkel, B- , Blendenwert, BW, und Ortsfrequenz fx. Die dem momentan verwendeten Objektiv entsprechende MTF-Schar wird abgerufen und einer Recheneinheit 66, dem Kamerarechner, zugeführt. Beispielsweise mittels Funktionswahlschalter 68 wird, beispielsweise manuell, eingegeben, welcher Art die durch das Objektiv 60 gegebene MTF geändert werden soll, bei¬ spielsweise so, dass bei einem Bildwinkel B- von 43° eine
MTF-Abhängigkeit vom Blendenwert BW erreicht wird, wie sie vom Objektiv 60 bei einem Bildwinkel von 0° gegeben ist (s. Fig. 9) .
Die Recheneinheit 66 verändert grundsätzlich gemäss der Ein¬ gabe die Wirkung der objektiveigenen MTF, indem, im angespro¬ chenen Beispiel, die vom Objektiv gegebene MTF bei 43° Bild¬ winkel hochkorrigiert wird. Hierzu wird der Recheneinheit 66 auch der Blendenwert BW und der jeweils interessierende Bild¬ winkel B - ϊ zugeführt.
Wie erwähnt wurde, ist die MTF von der Ortsfrequenz abhängig. Die Ortsfrequenz kann aber, wie in Fig. 10 dargestellt, da¬ durch "elektrisch" verringert werden, dass mit einer selektiv ansteuerbaren Verknüpfungseinheit 70 die AusgangsSignale meh¬ rerer Wandlerelemente, die einander benachbart sind, mögli¬ cherweise unter Mittelwertsbildung (nicht dargestellt) zu re¬ sultierenden Ausgangssignalen E9r zusammengefasst werden. Durch Verringerung der Ortsfrequenz fχ wird die MTF, wie sich aus Fig. 9 ohne weiteres ergibt, erhöht. Bei Veränderung des Blendenwertes BW berechnet die Rechnereinheit 66 am betrach¬ teten Beispiel, um wie viel jeweils die Ortsfrequenz fχ ver¬ ringert werden muss, um dieselbe Blendenwertabhängigkeit bei einem Bildwinkel von 43° zu erreichen, die eigentlich, vom Objektiv her, bei 0° Bildwinkel gegeben wäre.
Gemäss Fig. 9 wird mithin bei einem Blendenwert von bei¬ spielsweise 5,6 die MTF durch Ortsfrequenzerniedrigung vom Punkt a43 in den Punkt b43 verändert, bei einem Blendenwert von beispielsweise 22 vom Punkt a22 in den Punkt b2 .
Es ist auch ohne weiteres möglich, andere Abhängigkeiten zu schaffen, wie beispielsweise vorzugeben, dass die Bildwinkel- abhängigkeit bei einem gegebenen Blendenwert kompensiert wer-
den soll. Dann wird, wie sich aus Fig. 9 ergibt, beispiels¬ weise bei Blendenwert 11, an Wandlerelementen mit Bildwinkel 105° eine starke Ortsfrequenzerniedrigung vorgenommen, bei zunehmend geringerem Bildwinkel entsprechend geringere Orts- frequenzerniedrigungen, so dass bei allen Bildwinkeln, zum Beispiel gemäss Punkt c, eine fast 100% MTF resultiert.
Damit ist die Möglichkeit gegeben, praktisch unabhängig von objektiv-gegebenen Modulations-Uebertragungsfunktionen, er¬ wünschte Modulations-Uebertragungsfunktionen in erwünschten Abhängigkeiten vorzugeben.
Anstelle des Eingriffes auf die Ortsfrequenz fχ, wie mit der Selektions- oder Zusammenfassungseinheit 70 in Fig. 10 reali¬ siert, kann, wie in Fig. 11 dargestellt, jedem der Wandler- elemente 9 eine Verstärkereinheit 72 nachgeschaltet sein, mit gesteuert veränderlicher Verstärkung bzw. Dämpfung. In Analo¬ gie zu den Betrachtungen zu Fig. 9 wird hier nicht auf die Ortsfrequenz fχ eingegriffen, sondern die Recheneinheit 66 verändert selektiv die den Wandlerelementen 9 nachgeschalte¬ ten Verstärkungen bzw. Dämpfungen, um eine erwünschte MTF bzw. MTF-Abhängigkeit zu erzielen.
Analog können beispielsweise bei der Bestimmung der Punktko¬ ordinaten einer Punktwolke, gemäss der DE-PS-34 33 412, die unabhängigen Variabein "Blendenzahl" und "Ortsfrequenz" je für zu fokussierende Bildpunktkoordinaten so eingestellt bzw. variiert werden, dass jeweils maximale Modulation (100%) re¬ sultiert. Im weiteren können selbstverständlich das Verlassen vorgegebener Bereiche, beispielsweise bezüglich MTF, erst durch Warnanzeige angezeigt werden, bevor manuell die MTF- Einflusskompensation ausgelöst wird. Mit Blick auf Fig. 9 kann beispielsweise bei überwachtem Bildwinkel von beispiels¬ weise 96° angegeben werden, wenn bei Verstellung des Blenden-
wertes die MTF unter einen vorgegebenen, beispielsweise unter 60% fällt.
Rückblickend ist in Fig. 5, perspektivisch und schematisch, eine heute bevorzugte Aufbauvariante der erfindungsgemässen Kamera dargestellt. Im Gehäuse 1 ist das Objektiv 3 gemäss Fig. 1 gelagert. Rückseitig ist die Wandleranordnung 15 vor¬ gesehen mit einem Flächenabschnitt 35, woran die für die in¬ teraktive Kommunikation zwischen Benutzer und Kamerarechner 21 notwendigen Anzeigen erfolgen. Im weiteren sind für die Bedienung der Kamera optimal wenig Bedienungstasten vorgese¬ hen, so, wie in Fig. 5 dargestellt, vorzugsweise ein Mausrol¬ ler 37, beispielsweise zur Einstellung und zum Setzen von Fenstern, sowie eine Moduswahlscheibe oder -tasten 39, womit der Wirkungsmodus des Mausrollers 37 geändert werden kann.
Ein Bildspeichermedium, wie eine Mini-Disk, kann weiter an der erfindungsgemässen Kamera integriert sein, und/oder es können Ausgangsanschlüsse vorgesehen sein, um ein externes Speichermedium anzuschliessen.
Für die praktische Anwendung werden, rückblickend auf Fig. 1, folgende Kombinationen mit der folgenden Priorität bevorzugt:
1. Bild- und Objektivebene bzw. Wandleranordnung 7 und Ob¬ jektiv 3 werden bezüglich des Kameragehäuses 1 schwenk¬ bar und mindestens in Fokusrichtung z verschiebbar gela¬ gert. Dabei wird die Sucherebene, gebildet durch die Wandleranordnung 15 gemäss Fig. 2, an das Kameragehäuse gefesselt.
2. Die Objektivebene bzw. das Objektiv wird in bezug auf das Kameragehäuse 1 schwenkbar und mindestens in Fokus- richtung z verschiebbar gelagert. Die Sucherebene, gege-
ben durch die Wandleranordnung 15 nach Fig. 2, sowie die Bildebene, gegeben durch die Wandleranordnung 7, werden an das Kameragehäuse gefesselt. Möglicherweise wird da¬ bei die Bildebene mit der Wandleranordnung 7 in Fokus- richtung z verschiebbar gelagert. In diesem Fall wird für die Wahl der Abbildungsperspektive und/oder des Bildausschnittes das Kameragehäuse relativ zur Szene ge¬ schwenkt und/oder verschoben.
Mit dem in Fig. 1 dargestellten Gravitationssensor 40 wird die Möglichkeit geschaffen, über den Kamerarechner 21 automa¬ tisch die Kameralage zu erkennen mit Bezug auf die Lotrich¬ tung. Diese Information kann im Kamerarechner z.B. wie folgt ausgewertet werden:
Bildkanten parallel zum Lot stellen;
Kamera entweder in Breit- oder Querformat erkennen;
Ausschnitte, die schräg zum Lot stehen, erkennen und in bezug auf die fixe Schwenkgeometrie für die Kameraein¬ stellung auf Lot ausgefluchtete Position umrechnen;
vertikale Fluchtlinien beeinflussen durch Rechnerfunk¬ tionsvarianten mit vollständigem Ausgleich (Bildebene senkrecht) und teilweisem Ausgleich (entweder in Funk¬ tion des Neigungswinkels der Aufnahmeachsen oder durch schrittweise Wahl des Ausgleichs zur Senkrechten) ;
horizontale Fluchtlinien beeinflussen durch Schwenkung der Bildebene und damit der Wandleranordnung 7 um das Lot oder schrittweise Veränderung des horizontalen Fluchtlinienverlaufes.