WO2012126868A1 - Verfahren und vorrichtung zum fokussieren einer filmkamera - Google Patents

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WO2012126868A1
WO2012126868A1 PCT/EP2012/054754 EP2012054754W WO2012126868A1 WO 2012126868 A1 WO2012126868 A1 WO 2012126868A1 EP 2012054754 W EP2012054754 W EP 2012054754W WO 2012126868 A1 WO2012126868 A1 WO 2012126868A1
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auxiliary
camera
focusing
film camera
focus
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PCT/EP2012/054754
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Martin Waitz
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Martin Waitz
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    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/287—Systems for automatic generation of focusing signals including a sight line detecting device
    • G—PHYSICS
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    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
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    • G02B7/285—Systems for automatic generation of focusing signals including two or more different focus detection devices, e.g. both an active and a passive focus detecting device
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03B13/20—Rangefinders coupled with focusing arrangements, e.g. adjustment of rangefinder automatically focusing camera
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    • G03B13/32—Means for focusing
    • G03B13/34—Power focusing
    • G03B13/36—Autofocus systems

Definitions

  • the invention relates to a method for focusing a film camera, in which at least one auxiliary camera for producing an auxiliary representation of an object to be recorded is provided, from which the desired focus adjustment is determined and a focus signal is output to the film camera.
  • Lenses can have three adjustment axes: a focus, aperture, and zoom adjustment axis.
  • Each adjustment axis has a scale ring, which is provided by the lens manufacturer with engraved values. A mark indicates the currently set value.
  • flanging servo motors on the pinion of the adjustment axis on the lens.
  • the control of the individual servo motor via a focusing device which is often designed as a separate device.
  • the focusing device can also be integrated in the servo motor. It is also the case that the servo motor and / or the focusing device are integrated in the lens, or are attached as a common unit to the lens.
  • the operating personnel can specify desired positions of the focusing device with the aid of one or more manual control units.
  • the devices are connected via cable or radio connection.
  • the servomotor processes the default and adjusts the scale ring on the lens.
  • Manual control unit, focusing device and servo motor form the lens control system of a film camera.
  • the lens control system can be supported especially in the focus by other auxiliary devices.
  • One way of focusing is to aim the object to be focused with a laser-based rangefinder or an ultrasonic measuring device and to obtain therefrom the focusing information for the film camera.
  • the disadvantage of this is that when moving objects continuous tracking is required and in many cases the spatial relationship between the film camera and the rangefinder is not clear.
  • Another disadvantage is that these gauges only measure the distance from a certain point in space.
  • auxiliary cameras are used, which are provided laterally next to the actual film camera. These auxiliary cameras are pivotally arranged so that the optical axes can be aligned with the object to be in focus. Triangulation calculates the distance of this object and obtains the focus signal.
  • a disadvantage of this system is that the mechanical movement of the auxiliary cameras is susceptible to interference and even slight tolerances in the pivoting movement, in particular in the middle distance range, can result in great inaccuracies in determining the distance. Moving objects require continuous manual tracking. When changing the objective, the system has to be recalibrated.
  • a camera as described in WO 2009/133095 A.
  • an auxiliary representation is generated by a mounted on a camera auxiliary sensor, which can be used to obtain distance information.
  • the disadvantage of this is that it is not readily possible to make a distance determination before taking a picture, without using the camera and that the distance determination always depends on the particular lens used, which is constructed on the camera. Also, the calibration of the distance measurement is possible in the known solution always only with the camera in each state present.
  • Filming often has a small desired depth of field. That is, the image of the main camera is blurred in large areas. A depth calculation can not take place in blurred image areas, i. The main camera can only be used to calculate a stereoscopic image if the depth of field is very large.
  • a less relevant, but often disturbing effect is that color images for a depth calculation (especially one that should run in real time) are not very suitable and provide comparatively inaccurate results. Images of grayscale cameras are therefore preferably used for the depth calculations.
  • Object of the present invention is to avoid these disadvantages and to provide a method in which a reliable distance signal for focusing the film camera can be obtained in a simple and robust manner.
  • the distance determination should be made largely independent of the actual camera.
  • auxiliary camera is detachably connected to the film camera and outputs the focusing signal to a mounted on the film camera servo motor or to a lens control.
  • a monitor for displaying the auxiliary representations is provided, which preferably also allows a superimposition of a plurality of auxiliary representations.
  • Auxiliary representation in this context means the real image of an auxiliary camera, from which a depth image is calculated.
  • auxiliary cameras which produce at least two auxiliary representations, from which a distance value is calculated for a plurality of pixels.
  • the auxiliary cameras can look at the Optimized position of auxiliary representations, which are optimized for the depth calculation, for example, by working with strong closed aperture to achieve a large depth of focus. This allows the realization of a great freedom of design, since it is possible to select on the monitor at any time a displayed object to be focused on, even if this is the moment of selection far out of the focus range and thus is shown in the actual representation extremely blurred ,
  • the video image of an auxiliary camera can be included in the image of the video camera so that the motif selection is also made via the image of the film camera can.
  • the image calculation unit it is possible to detect the removal of multiple subjects simultaneously. These areas or motifs can be defined before the movie is shot.
  • the resulting distance values can be transmitted numbered to the focus setting of the film camera. This makes it very easy to change the focus setting between different subjects (for example by pressing a button) and to focus on these distances without having to observe or operate the display unit.
  • the operator can focus on the action in front of the camera during the filming. He only needs to operate the focus setting, which he does anyway. But he can still take advantage of an automatic distance measurement.
  • the system is suitable for semi-automatic or automatically passive distance measurement.
  • the following methods are used:
  • the monitor can mark two or more areas (with different distance information) between which the focus will run from area n to area n + 1 in a ramp time function within a specified period of time.
  • Averaged distance according to a specific weighting and distribution method of the measuring points eg exclusion of extremely close and / or distant measured values
  • Criteria of the measuring range are predefined features (such as colors, contours, etc).
  • All of these methods can also be used to display only a distance value.
  • the user can also use the values as a decision aid for focus adjustment here.
  • Essential to the present invention is the fact that a rigid arrangement of the auxiliary camera and the auxiliary cameras and optionally the film camera is provided, wherein preferably the optical axes of all cameras are aligned parallel to each other.
  • the image of the auxiliary cameras differs due to the parallax depending on the distance of the recorded objects.
  • the auxiliary camera may be designed as a TOF camera. Cameras of this type determine the duration of the light from or to the object, which also explains the name (time-of-flight camera, time of flight camera). For each pixel of the camera thereby a distance signal is determined and supplied.
  • Pattern recognition is the ability of a method to detect regularities, similarities or regularities in a set of image data.
  • syntactic pattern recognition things are described by sequences of symbols. This can z. As the colors or certain contours.
  • the goal of syntactic pattern recognition is to find objects of the category that have these descriptions.
  • Statistical pattern recognition determines the likelihood that an object belongs to one category or another and then assigns it to the category with the highest probability. Instead of evaluating features according to prefabricated rules, the measured numerical values are combined into pattern vectors. A mathematical function uniquely assigns a category to each conceivable pattern vector.
  • the structural pattern recognition combines different approaches of the syntactic and statistical method to a new method.
  • An example is the here important visual field recognition, in which for different facial parts such as eye and nose different classification methods are used, each of which only state whether the sought body part is present or not.
  • Higher-level structural procedures bring together the individual results and calculate a result - category affiliation. This makes it possible to identify one or more faces in pictures and to follow them with moving pictures.
  • a monitoring and control of the focusing is in particular possible in that the auxiliary representations are displayed on a monitor, and that preferably also a superposition of several auxiliary representations is made possible.
  • the person responsible for the focus adjustment can thus monitor the system and easily identify sharp and blurred areas based on the overlay. It is also possible to display certain marked areas to be focused on.
  • the current focus signal is used to superimpose the auxiliary representations of at least two cameras in such a way that the area corresponding to the distance range of the film camera is exactly matched / superimposed. Areas in the auxiliary representation, which correspond to the distance range are clearly visible. Areas that do not overlap are not in the focus area and in the auxiliary display as shifted images also inaccurate to see. This allows the operator to see in the display which area has been focused.
  • the area recorded by the film camera is marked, for example, by a frame, if the auxiliary representations are not brought into conformity with the recorded area by appropriate processing.
  • the image area of the film camera is displayed in the auxiliary display.
  • the auxiliary representations are resolved into pixels or pixel groups and that a distance value is stored for each pixel or each pixel group by the stereoscopic displacement of the auxiliary representations.
  • the recording system therefore has distance information for each part of the image, which can be used for focusing. In particular, complex focusing strategies can also be specified.
  • averaging methods such as weighted averaging. For example, it is possible to focus on the average distance of all pixels in the specific area, but particularly close or especially distant pixels are taken into account in the averaging with only a slight weight or are not used at all to form the distance average. Similarly, it may also be specified that only pixels that have a similar distance in a contiguous area of a certain minimum size are taken into account.
  • the operator can select a pixel on the monitor, from which by the subordinate depth image immediately the corresponding distance value is transmitted to the lens control. This selection can be made via a mouse control, touchpad or similar.
  • a particularly favorable embodiment of the method according to the invention provides that an operator records an object to be recorded for the purpose of focusing.
  • This may be, for example, an image hanging on the wall which is always in focus regardless of whether the camera is moving or panning toward the object.
  • this variant of the method is particularly advantageously applicable when moving objects, such as vehicles or persons, are to be focused over a certain period of time.
  • a face can be located in space, and this face can be followed. But it is also possible, for example, set in a close-up with shallow depth of field, the distance to the eyes of the person concerned.
  • This method variant uses known algorithms that are capable of detecting predetermined objects or patterns on images. In combination with the algorithms described above, however, the development of distance of several objects are determined simultaneously and from a derived focus value, such as an average, are calculated. Or it can be transferred between the objects in a given period of time, the distance value, so as to implement a focus ramp.
  • a derived focus value such as an average
  • the procedure is such that at least one auxiliary representation is output on a display device on which information about the focusing is also output.
  • a depth image calculated from the auxiliary representations is output, for example by displaying a false color representation in which the color expresses the specific distance of the respective object. For example, a certain shade of red corresponds to a distance of one meter, while a certain shade of blue means infinite.
  • Real image and depth image can be displayed side by side.
  • the image of the film camera can be displayed so that the operator can also observe the real image of the film camera and see which object is in focus, or what the image of the film camera is.
  • the image calculation unit it is possible to detect the removal of multiple subjects simultaneously. These areas or motifs can be defined before the movie is shot.
  • the resulting distance values can be transmitted numbered to the focus setting of the film camera. This makes it very easy to change the focus setting between different subjects (for example by pressing a button) and to focus on these distances without having to observe or operate the display unit.
  • the operator can focus on the action in front of the camera during the filming. He only needs to operate the focus setting, which he does anyway. But he can still take advantage of an automatic distance measurement.
  • the motors should be recalibrated to control the adjustment shafts so they will not impact the mechanical stop of the lens.
  • the motor drives the mechanical stops at low speed and at the same time determines the possible adjustment path.
  • Each lens has a more or less different adjustment. Is in the focusing a table with an assignment between Motorverdus away stored to scale position, then the system, the scale position and thus the set focus value of the lens is known after the calibration. Normally, this allocation table is not known and not stored in the Motoran horrsystem because of the variety of different optics. It is therefore possible in the arrangement described according to the invention to deposit different lens tables in the image calculation unit and to select the correct table after a change of the objective so that the scale position and thus the focus value can be predetermined for the lens control system.
  • mapping table with few points after a lens change can be easily calibrated.
  • the closest scale value and infinity are known after calibration of the engine. Intermediate points are approached on the lens and the corresponding distance value is entered.
  • an assignment table with arbitrary interpolation points can be easily created and stored.
  • this calibration process of a lens can also be automated.
  • the real image of the film camera and an auxiliary representation of the image calculation unit must be supplied.
  • a shallow depth of field is set via the aperture.
  • the focus engine automatically rotates slowly so that only objects at the appropriate distance in the image of the movie camera are focused.
  • These images are compared with the auxiliary representation and examined for common patterns. If the pattern can be identified, the corresponding focus value of the lens of the film camera is known to the system on the basis of the existing depth information of the auxiliary representation.
  • VerFweg servomotor can be stored to distance value.
  • the current focus signal is the distance value on which the lens is currently focused and is known to the focusing device when the allocation table Verfitweg servomotor is stored to distance value.
  • the depth of field results from the physics of optics and is the area where an image is sharply displayed. With these distance values, it is possible to color-highlight or even hide image areas in the auxiliary representation that are outside the depth of field. This is easily possible since the pixels or pixel groups of the auxiliary representation are stored with distance values. If the operator changes the focus, the auxiliary display also changes. As a result, the operator can easily see in which spatial area the focal plane or the focus area lies.
  • the present invention relates to a device for focusing a film camera, with at least one auxiliary camera which generates an auxiliary representation, and with an image calculation device which is connected on the one hand to the auxiliary camera and on the other hand drives a focusing device of the film camera.
  • this device is characterized in that the auxiliary camera is detachably connected to the film camera.
  • auxiliary cameras can be used for the measurement. All auxiliary cameras are calibrated to each other. Several auxiliary cameras have the advantage that the shading of areas in space is minimized or the measuring range can be changed very easily.
  • the auxiliary cameras are fixedly connected to one another and, more preferably, fixedly but detachably connected to the film camera, wherein the image calculating device calculates the focusing signal on the basis of a pattern recognition of the auxiliary representations.
  • the method according to the invention can be carried out with auxiliary cameras which are permanently connected to each other, but which are independent of the film camera.
  • the distance and the different orientation of the film camera on the one hand and the auxiliary cameras on the other must be accurately detected and taken into account in the focusing in order to compensate for the parallactic errors.
  • the auxiliary cameras are firmly but detachably connected not only to one another, but also to the film camera, for example by being arranged laterally on both sides of the film camera.
  • the optical axes of all cameras are parallel to one another, which facilitates the implementation of the calculations accordingly.
  • the film camera and the auxiliary camera shifted can be calculated by a simple offset specification of this offset in each reading.
  • the calculation of the depth image is done in the image calculation device, which can form a unit with the monitor, but can also be solved by the auxiliary monitor.
  • the auxiliary monitor can be connected to the measuring device and the lens control unit by cable or radio.
  • Image calculation device and auxiliary monitor can also consist of one unit.
  • the auxiliary camera and the image calculation device can also output distance values without specification from an auxiliary monitor if calculation parameters are set on an input device.
  • a calculation parameter can be to use the closest measuring range of the auxiliary representation. Or the measuring range of the optical center of an auxiliary camera can be output.
  • the focusing device and the image calculation device can be combined in one system, wherein the servomotor for the objective is connected to the image calculation device.
  • the servomotor for the objective is connected to the image calculation device.
  • the servo motor can react very quickly to changes in distance and it is possible to follow very fast object movements.
  • the auxiliary representation can be stored in a memory.
  • the respective distance information is also available for the actual image, which information can be used, for example, for subsequent 3-D post-processing.
  • the pixels can also be grouped by assigning a distance value to only one group of four by four pixels, for example. In this way, it is possible to significantly reduce the computational effort and thereby increase the focusing speed with a given computing capacity. This is particularly advantageous when the method is operated so that is focused on the respective nearest object.
  • the invention also relates to a device for focusing a film camera, with at least one auxiliary camera which generates an auxiliary representation, and with an image calculation device which is connected on the one hand to the auxiliary camera and on the other hand drives a focusing device of the film camera.
  • this device is characterized in that the auxiliary camera is detachably connected to the film camera.
  • auxiliary cameras are arranged offset from one another in the use position in the vertical direction.
  • there is naturally a shading ie there are areas of the recorded objects that are detected only by one camera, but not by the other.
  • two auxiliary cameras are arranged laterally offset from each other, then in a frontally recorded from the front person, for example, one ear will be completely detected only by an auxiliary camera. It has been found that in certain situations these shadows can be problems for focusing. By a vertically stacked position of the auxiliary cameras, these problems can significantly can be reduced because shadowing on the top or bottom of recording objects are usually not disturbing.
  • Fig. 1 shows schematically the construction of a device according to the invention.
  • FIG. 2 shows an embodiment variant of the invention in an axonometric representation.
  • a film camera 1 of Fig. 1 is provided with an objective 2 having an optical axis 2a.
  • a servomotor 3 is attached to the lens 2 to perform the focus adjustment.
  • the servo motor 3 is driven by a focusing device 4.
  • a monitor 5 is provided in a known manner to display the image taken by the film camera 1.
  • auxiliary cameras 6, 7 In front of the film camera 1, two fixedly connected auxiliary cameras 6, 7 are arranged, which have optical axes 6a and 7a, which are parallel to one another.
  • the auxiliary cameras 6, 7 are either firmly attached to the film camera 1 or unillustrated measuring means such as position measuring sensors are provided to determine the relative position of the film camera 1 with respect to the auxiliary cameras 6, 7.
  • the auxiliary cameras 6, 7 feed their image into an image calculating device 8, which calculates the respective distance for the individual pixels due to the different image information of the two auxiliary cameras 6, 7 and the distance d between the optical axes 6a and 7a.
  • the images taken by the auxiliary cameras 6, 7 are displayed in superimposed form on another monitor 9, which forms the display device.
  • An input device 10 serves to operate the image calculation device 8.
  • the images of the auxiliary camera 6, 7 are analyzed and the pattern recognition described above is performed. At the same time, the calculations given by the operator are performed, which ultimately result in the focusing information which is passed on to the focusing device 4.
  • the two auxiliary cameras 6, 7, whose axes 6a and 7a are arranged at a distance d, are mounted vertically next to one another next to the actual film camera 1.
  • the term vertical refers to the position of use, which is defined by the horizontal position of the longer side of the recorded image.
  • the present invention makes it possible to significantly improve the accuracy and reliability of focusing in film shooting.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fokussieren einer Filmkamera (1), bei dem mindestens eine Hilfskamera (6, 7) zur Herstellung einer Hilfsdarstellung eines aufzunehmenden Objekts vorgesehen ist, aus der die gewünschte Fokuseinstellung bestimmt wird und ein Fokussiersignal an die Filmkamera (1) abgegeben wird. Eine verbesserte Fokussierung kann dadurch erreicht werden, dass die Hilfskamera (6, 7) lösbar mit der Filmkamera (1) verbunden ist und das Fokussiersignal an einen an der Filmkamera (1) angebrachten Servomotor ausgibt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Fokussieren einer Filmkamera
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fokussieren einer Filmkamera, bei dem mindestens eine Hilfskamera zur Herstellung einer Hilfsdarstellung eines aufzunehmenden Objekts vorgesehen ist, aus der die gewünschte Fokuseinstellung bestimmt wird und ein Fokussiersignal an die Filmkamera abgegeben wird.
Für die verschiedenen Filmdrehbedingungen sind je nach Anwendung unterschiedliche Objektive im Einsatz. Üblicherweise werden während eines Filmdrehs Objektive an der Filmkamera laufend gewechselt. Objektive können drei Verstellachsen aufweisen : eine Fokus-, Blende- und Zoomverstellachse. Jede Verstellachse besitzt einen Skalenring, welcher vom Objektivhersteller mit eingravierten Werten versehen ist. Eine Markierung weißt auf den aktuell eingestellten Wert hin.
Zum Fokussieren eines Motivs, Einstellen der Blende oder des Zoom-Bereichs von Filmkameras ist es bekannt, Servomotore auf das Zahnritzel der Verstellachse am Objektiv anzuflanschen. Die Ansteuerung des einzelnen Servomotors erfolgt über eine Fokussiereinrichtung, welche oftmals als eigenes Gerät ausgeführt ist. Die Fokussiereinrichtung kann aber auch in den Servomotor integriert sein. Es ist auch der Fall, dass der Servomotor und/oder die Fokussiereinrichtung im Objektiv integriert sind, oder als gemeinsame Einheit am Objektiv befestigt sind.
Es ist dem Bedienpersonal möglich, mit Hilfe einer oder mehrerer Handsteuereinheiten Sollpositionen der Fokussiereinrichtung vorzugeben. Die Geräte sind dabei über Kabel- oder Funkverbindung verbunden. Letztendlich verarbeitet der Servomotor die Vorgabe und verstellt den Skalenring am Objektiv.
Handsteuereinheit, Fokussiereinrichtung und Servomotor bilden das Objektivsteuersystem einer Filmkamera.
Bei der Aufnahme von Filmen ist besonders die korrekte Fokussierung der Filmkamera eine kritische Aufgabe. Insbesondere bei künstlerisch wertvollen Filmen wird sehr oft mit geringer Schärfentiefe gearbeitet, um bestimmte Objekte oder Personen bzw. deren Teile entsprechend hervorzuheben. Es ist Stand der Technik, dass das Objektivsteuersystem speziell bei der Fokussierung durch weitere Hilfsgeräte unterstützt werden kann.
Eine Möglichkeit der Fokussierung besteht beispielsweise darin, das scharf zu stellende Objekt mit einem laserbasierten Entfernungsmesser oder einem Ultraschallmessgerät anzupeilen und daraus die Fokussierungsinformation für die Filmkamera zu gewinnen. Nachteilig daran ist, dass bei beweglichen Objekten eine dauernde Nachführung erforderlich ist und in vielen Fällen auch die räumliche Beziehung zwischen Filmkamera und Entfernungsmessgerät nicht eindeutig ist. Ein weiterer Nachteil ist, dass diese Messgeräte die Entfernung nur von einem bestimmten Punkt im Raum messen.
Zwischen diesen einzelnen Geräten müssen die Daten ausgetauscht werden. Bei schnell beweglichen Objekten besteht ein Nachlaufeffekt des Fokusmotors, da es durch den Datenaustausch und die separate Verarbeitung der Daten zu vielen Totzeiten kommt. Ein Folgen von sehr schnellen Objekten ist dadurch nicht möglich.
Aus der EP 1 084 437 B ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fokussieren einer Filmkamera bekannt, bei dem Hilfskameras verwendet werden, die seitlich neben der eigentlichen Filmkamera vorgesehen sind. Diese Hilfskameras sind schwenkbar angeordnet, so dass die optischen Achsen auf das scharf zu stellende Objekt ausgerichtet werden können. Durch Triangulation wird die Entfernung dieses Objekts berechnet und das Signal für die Scharfstellung gewonnen. Nachteilig bei diesem System ist, dass die mechanische Bewegung der Hilfskameras störanfällig ist und schon geringfügige Toleranzen bei der Schwenkbewegung insbesondere im mittleren Entfernungsbereich große Ungenauigkeiten bei der Entfernungsbestimmung ergeben können. Bei bewegten Objekten ist eine dauernde manuelle Nachführung erforderlich. Bei einem Objektivwechsel ist das System neu zu kalibrieren.
Die obigen Probleme werden teilweise durch die Verwendung einer Kamera gelöst, wie sie in WO 2009/133095 A beschrieben ist. Dabei wird durch einen an einer Kamera angebrachten Hilfssensor eine Hilfsdarstellung generiert, die zur Gewinnung von Entfernungsinformationen herangezogen werden kann. Nachteilig daran ist allerdings, dass es nicht ohne weiteres möglich ist, vor einer Aufnahme eine Entfernungsbestimmung vorzunehmen, ohne die Kamera zu verwenden und dass die Entfernungsbestimmung immer vom jeweils verwendeten Objektiv abhängt, das an der Kamera aufgebaut ist. Auch das Kalibrieren der Entfernungsmessung ist bei der bekannten Lösung immer nur mit der Kamera im jeweils vorliegenden Zustand möglich.
Unabhängig davon, dass bei Filmkameras sehr oft das Objektiv gewechselt werden muss, besteht folgendes Problem : Reale Optiken für Filmkameras pumpen, d.h. der Bildausschnitt (die Brennweite) ändert sich beim Fokussieren, dadurch ist kein konstanter Zusammenhang der Bildausschnitte zwischen den beiden Kameras gegeben. Zum Berechnen eines Tiefenbildes sind aber die Abbildungsmaßstäbe und daher die Bildausschnitte aller beteiligen Kameras genau zu kennen. Bei Zoom-Optiken besteht das generelle Problem den aktuellen genauen Brennweitenbereich zu kennen. Die meisten Optiken für Filmkameras verfügen über keine eingebaute Elektronik, welche die Skalenstellung und den Brennweitenbereich ausgeben.
Ein weiteres Problem ist, dass reale Optiken für Filmkameras - vor allem Zoom- Optiken - die optische Achse beim Zoomen verändern, bzw. die optische Achse in Abhängigkeit davon verändern, wie die Optik an der Kamera montiert wird. Daher ist eine parallele Ausrichtung der optischen Achsen in der Realität nur durch einen sehr hohen Aufwand möglich, da die gesamte Kamera (Kamera inklusive Optik) beim Zoomen bewegt werden müsste. Diese beiden Abweichungen (Pumpen und Wandern der optischen Achse) müssten einem Algorithmus zur Tiefenberechnung vorgegeben werden und sind bei jeder Optik verschieden. Ohne diese Werte ist die Messung ungenau oder gar nicht möglich.
Das größte Problem beim Filmen ist aber folgendes: Filmaufnahmen haben oft eine geringe gewünschte Schärfentiefe. Das heißt, die Abbildung der Hauptkamera ist in großen Teilbereichen unscharf. Eine Tiefenberechnung kann in unscharfen Bildbereichen nicht stattfinden, d.h. die Hauptkamera kann zur Berechnung einer Stereoskopen Abbildung nur dann verwendet werden, wenn die Schärfentiefe sehr groß ist.
Ein weniger relevanter, aber dennoch vielfach störender Effekt ist, dass Farbbilder für eine Tiefenberechnung (vor allem eine, welche in Echtzeit ablaufen soll) wenig geeignet sind und vergleichsweise ungenaue Ergebnisse liefern. Für die Tiefenberechnungen werden daher bevorzugt Bilder von Graustufenkameras herangezogen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren anzugeben, bei dem auf einfache und robuste Weise ein zuverlässiges Entfernungssignal zum Fokussieren der Filmkamera gewonnen werden kann. Insbesondere soll die Entfernungsbestimmung weitestgehend von der eigentlichen Kamera unabhängig gemacht werden.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, dass die Hilfskamera lösbar mit der Filmkamera verbunden ist und das Fokussiersignal an einen an der Filmkamera angebrachten Servomotor oder an eine Objektivsteuerung ausgibt.
Vorzugsweise ist ein Monitor zur Darstellung der Hilfsdarstellungen vorgesehen, der vorzugsweise auch eine Überlagerung mehrerer Hilfsdarstellungen ermöglicht.
Hilfsdarstellung bedeutet in diesem Zusammenhang das Realbild einer Hilfskamera, aus der ein Tiefenbild berechnet wird.
Es ist daher besonders bevorzugt, zwei Hilfskameras einzusetzen, die mindestens zwei Hilfsdarstellungen herstellen, aus denen zu einer Mehrzahl von Bildpunkten ein Entfernungswert berechnet wird. Die Hilfskameras können dabei auf die Her- Stellung von Hilfsdarstellungen optimiert sein, die für die Tiefenberechnung optimiert sind, indem beispielsweise mit stark geschlossener Blende gearbeitet wird, um eine große Tiefenschärfe zu erreichen. Dies ermöglich die Verwirklichung einer großen gestalterischen Freiheit, da es möglich ist, am Monitor jederzeit ein dargestelltes Objekt auszuwählen, auf das scharfgestellt werden soll, auch wenn dieses im Augenblick der Auswahl weit außerhalb des Schärfebereichs liegt und somit in der eigentlichen Darstellung extrem unscharf dargestellt ist.
Ohne die obigen Vorteile zu gefährden kann dabei dann, wenn die räumlichen Zuordnungen, die optischen Eigenschaften der verwendeten Objektive und die Toleranzen bekannt sind, das Videobild einer Hilfskamera in das Bild der Videokamera eingerechnet werden, so dass die Motivauswahl auch über das Bild der Filmkamera erfolgen kann.
In der Bildberechnungseinheit ist es möglich, die Entfernung mehrerer Motive gleichzeitig zu erfassen. Diese Bereiche oder Motive können vor dem Filmdreh definiert werden. Die sich ergebenden Entfernungswerte können nummeriert zur Fokuseinstellung der Filmkamera übermittelt werden. Damit ist es möglich, mit der Fokuseinstellung sehr einfach (beispielsweise durch Knopfdruck) zwischen verschiedenen Motiven zu wechseln und auf diese Entfernungen zu fokussieren, ohne die Anzeigeeinheit beobachten oder bedienen zu müssen. Der Operator kann sich dabei während dem Filmdreh besser auf das Geschehen vor der Kamera konzentrieren. Er muss nur die Fokuseinstellung bedienen, was er sowieso macht. Er kann aber trotzdem die Vorteile einer automatischen Entfernungsmessung nutzen.
Zusätzlich zur aktiven Messung eines Entfernungswertes durch den Benutzer eignet sich das System zur halbautomatischen oder automatisch passiven Entfernungsmessung. Es kommen folgende Verfahren zur Anwendung :
Einschränkung des Bereichs der Hilfsdarstellung;
Setzen von Entfernungslimits zum Ausblenden von unerwünschten Hindernissen (wie Säulen);
Setzen von Fokusrampen/Umblendung : Am Monitor können zwei oder mehr Bereiche markiert werden (mit unterschiedlichen Entfernungsinformationen), zwischen denen in einer festgelegten Zeitspanne der Fokus von Bereich n zu Bereich n + 1 in einer Rampenfunktion abläuft.
Darstellung des Tiefenschärfebereichs (Fokusbereich der Filmkamera) in der Hilfsdarstellung;
Automatische Entfernungsmessung an einem festgelegten Punkt (beispielsweise Mittelpunkt der Hilfsdarstellung); Automatische Messung des nahesten Punktes in der Hilfsdarstellung oder in einem definierten Bereich der Hilfsdarstellung;
Anstatt der nahesten Entfernung kann ein anderes Kriterium vorgegeben werden, wie:
Gemittelte Entfernung über alle Messpunkte im definierten Messfeldbereich;
Gemittelte Entfernung nach einem bestimmten Gewichtungs- und Verteilungsverfahren der Messpunkte (z. B. Ausschluss extrem naher und/oder entfernter Messwerte);
Weitester Entfernungspunkt;
Motivtracking, Gesichtsfeldtracking : Automatisches Verfolgen von Motiven;
Mustererkennung : Kriterien des Messbereichs sind vordefinierte Merkmale (wie Farben, Konturen, etc).
Alle diese Verfahren können auch dahingehend genutzt werden, dass nur ein Entfernungswert angezeigt wird. Der Benutzer kann auch hier die Werte als Entscheidungshilfe zur Fokuseinstellung heranziehen.
Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, dass eine starre Anordnung der Hilfskamera bzw. der Hilfskameras und optional der Filmkamera bereitgestellt wird, wobei vorzugsweise die optischen Achsen aller Kameras parallel zueinander ausgerichtet sind. Naturgemäß unterscheidet sich das Bild der Hilfskameras aufgrund der Parallaxe in Abhängigkeit von der Entfernung der aufgenommenen Objekte. Durch Mustererkennung ist es nun möglich, ein bestimmtes Objekt in den Hilfsdarstellungen zu identifizieren und die optische Verschiebung zu bestimmen. Daraus ist es möglich auf die Entfernung des betreffenden Objekts zurückzuschließen. Dieses Entfernungssignal wird als Fokussiersignal an die Filmkamera ausgegeben.
Alternativ kann die Hilfskamera als TOF-Kamera ausgebildet sein. Kameras dieses Typs bestimmen die Laufzeit des Lichts vom bzw. zum Objekt, was auch die Bezeichnung erklärt (Laufzeitkamera, Time of Flight-Camera). Zu jedem Bildpunkt der Kamera wird dabei ein Entfernungssignal bestimmt und mitgeliefert.
Die Mustererkennung ist die Fähigkeit eines Verfahrens, in einer Menge von Bilddaten Regelmäßigkeiten, Ähnlichkeiten oder Gesetzmäßigkeiten zu erkennen.
Es ist Stand der Technik, dass in der Mustererkennung drei prinzipielle Ansätze verfolgt und umgesetzt werden. Es ist dies die syntaktische, statistische und strukturelle Mustererkennung. In der syntaktischen Mustererkennung werden Dinge durch Folgen von Symbolen beschrieben. Das können z. B. die Farben oder bestimmte Konturen sein. Ziel der syntaktischen Mustererkennung ist es, Objekte der Kategorie zu finden, welche dieser Beschreibungen aufweisen.
In der statistischen Mustererkennung wird die Wahrscheinlichkeit bestimmt, dass ein Objekt zu der einen oder anderen Kategorie gehört, um es dann der Kategorie mit der höchsten Wahrscheinlichkeit zuzuordnen. Statt Merkmale nach vorgefertigten Regeln auszuwerten, werden die gemessenen Zahlenwerte zu Mustervektoren zusammengefasst. Eine mathematische Funktion ordnet jedem denkbaren Mustervektor eindeutig eine Kategorie zu.
Die strukturelle Mustererkennung verbindet verschiedene Ansätze des syntaktischen und statistischen Verfahrens zu einem neuem Verfahren. Ein Beispiel ist die hier wichtige Gesichtsfelderkennung, bei der für verschiedene Gesichtsteile wie Auge und Nase unterschiedliche Klassifikationsverfahren eingesetzt werden, die jeweils nur aussagen, ob der gesuchte Körperteil vorliegt oder nicht. Übergeordnete strukturelle Verfahren führen die Einzelergebnisse zusammen und berechnen daraus ein Ergebnis - die Kategoriezugehörigkeit. Damit ist es möglich, ein oder mehrere Gesichter in Bildern zu identifizieren und bei bewegten Bildern zu verfolgen.
Eine Überwachung und Steuerung der Fokussierung ist insbesondere dadurch möglich, dass die Hilfsdarstellungen auf einem Monitor dargestellt werden, und dass vorzugsweise auch eine Überlagerung mehrerer Hilfsdarstellungen ermöglicht wird. Die für die Schärfeeinstellung verantwortliche Person kann damit das System überwachen und anhand der Überlagerung scharfe und unscharfe Bereiche leicht identifizieren. Es ist aber auch möglich, bestimmte markierte Bereiche anzuzeigen, auf die scharfgestellt werden soll.
Das aktuelle Fokussignal wird verwendet, um die Hilfsdarstellungen von mindestens zwei Kameras zu überlagern, und zwar in der Weise, dass der Bereich, welcher dem Entfernungsbereich der Filmkamera entspricht genau in Übereinstimmung/Überlagerung gebracht wird. Bereiche in der Hilfsdarstellung, welche dem Entfernungsbereich entsprechen sind deutlich zu sehen. Bereiche, welche sich nicht überschneiden, sind nicht im Fokusbereich und in der Hilfsdarstellung als zueinander verschobene Bilder auch ungenau zu sehen. Dadurch kann der Operator in der Darstellung sehen, welcher Bereich fokussiert wurde.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn in den Hilfsdarstellungen der von der Filmkamera aufgenommene Bereich beispielsweise durch einen Rahmen markiert ist, wenn nicht durch entsprechende Bearbeitung die Hilfsdarstellungen mit dem aufgenommenen Bereich in Übereinstimmung gebracht werden. Dazu wird der Bildbereich der Filmkamera in die Hilfsdarstellung eingeblendet. Besonders effizient ist es, wenn die Hilfsdarstellungen in Pixel oder Pixelgruppen aufgelöst werden und dass zu jedem Pixel bzw. jeder Pixelgruppe durch die Stereoskope Verschiebung der Hilfsdarstellungen ein Entfernungswert hinterlegt wird. Das Aufnahmesystem verfügt damit für jeden Teil des Bilds über eine Entfernungsinformation, die zur Fokussierung herangezogen werden kann. Damit können insbesondere auch komplexe Fokussierungsstrategien vorgegeben werden. So kann auf diese Weise festgelegt werden, dass auf das nächstliegende Objekt scharfgestellt werden soll, ausgenommen Objekte, deren Entfernung unterhalb eines bestimmten Grenzwerts liegt, oder ausgenommen Objekte, die in einem bestimmten Bildbereich liegen. Dies ist dann vorteilhaft anwendbar, wenn auf die der Kamera am nächsten situierte Person scharf zu stellen ist, es aber zu erwarten ist, dass eine nahe stehende Säule ins Blickfeld kommt.
Es ist auch möglich, verschiedene Mittelungsverfahren zur Fokussierung anzuwenden, wie etwa die Bildung gewichteter Durchschnitte. So kann beispielsweise auf die mittlere Entfernung aller Bildpunkte in dem bestimmten Bereich scharfgestellt werden, wobei jedoch besonders nahe oder besonders ferne Bildpunkte bei der Durchschnittsbildung nur mit einem geringem Gewicht berücksichtigt werden oder überhaupt nicht zur Bildung des Entfernungsdurchschnitts herangezogen werden. In ähnlicher Weise kann auch vorgegeben werden, dass nur Bildpunkte berücksichtigt werden, die in einem zusammenhängenden Bereich mit einer bestimmten Mindestgröße eine ähnliche Entfernung aufweisen.
Die Bedienperson kann einen Bildpunkt am Monitor auswählen, von welchem durch das unterlagerte Tiefenbild unmittelbar der entsprechende Entfernungswert zur Objektivsteuerung übermittelt wird. Diese Auswahl kann über eine Maussteuerung, Touchpad oder ähnliches ausgeführt werden.
Eine besonders begünstigte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass von einer Bedienungsperson ein aufzunehmendes Objekt für die Durchführung der Fokussierung identifiziert wird. Dies kann beispielsweise ein an der Wand hängendes Bild sein, auf das stets scharf gestellt wird unabhängig davon, ob die Kamera sich auf das Objekt zu bewegt oder schwenkt. Besonders vorteilhaft ist diese Verfahrensvariante jedoch anwendbar, wenn bewegliche Objekte, wie etwa Fahrzeuge oder Personen über einen bestimmten Zeitraum hinweg fokussiert werden sollen. Durch eine Gesichtsfelderkennung kann ein Gesicht im Raum lokalisiert werden, und diesem Gesicht kann gefolgt werden. Es ist aber auch möglich, beispielsweise in einer Großaufnahme mit geringer Schärfentiefe die Entfernung auf die Augen der betreffenden Person einzustellen.
Diese Verfahrensvariante verwendet bekannte Algorithmen, die in der Lage sind, vorgegebene Gegenstände bzw. Muster auf Bildern zu erfassen. In Kombination mit den oben beschriebenen Algorithmen kann aber auch beispielsweise die Ent- fernung mehrerer Objekte simultan bestimmt werden und daraus ein abgeleiteter Fokussierungswert, wie etwa ein Mittelwert, berechnet werden. Oder es kann zwischen den Objekten in einer anzugebenden Zeitspanne der Entfernungswert übergeführt werden, um so eine Fokusrampe umzusetzen.
Bevorzugt wird so vorgegangen, dass mindestens eine Hilfsdarstellung auf einer Anzeigeeinrichtung ausgegeben wird, auf der auch Informationen über die Fokus- sierung ausgegeben werden. Dies bedeutet, dass ein aus den Hilfsdarstellungen berechnetes Tiefenbild ausgegeben wird, indem beispielsweise eine Falschfarbendarstellung angezeigt wird, in der die Farbe die bestimmte Entfernung des jeweiligen Objekts ausdrückt. Ein bestimmter Rotton entspricht dann beispielsweise einer Entfernung von einem Meter, während ein bestimmtes Blau unendlich bedeutet.
Realbild und Tiefenbild können nebeneinander dargestellt sein. Zusätzlich kann das Bild der Filmkamera dargestellt sein, damit die Bedienperson auch das Realbild der Filmkamera beobachten kann und sieht, auf welches Objekt scharf gestellt ist, oder wie der Bildausschnitt der Filmkamera ist. Weiters ist es möglich, von jeder Hilfskamera das Bild darzustellen. Zwischen diesen Ansichten kann umgeschaltet werden, oder diese Darstellungen können überlagert dargestellt werden.
In der Bildberechnungseinheit ist es möglich, die Entfernung mehrerer Motive gleichzeitig zu erfassen. Diese Bereiche oder Motive können vor dem Filmdreh definiert werden. Die sich ergebenden Entfernungswerte können nummeriert zur Fokuseinstellung der Filmkamera übermittelt werden. Damit ist es möglich, mit der Fokuseinstellung sehr einfach (beispielsweise durch Knopfdruck) zwischen verschiedenen Motiven zu wechseln und auf diese Entfernungen zu fokussieren, ohne die Anzeigeeinheit beobachten oder bedienen zu müssen. Der Operator kann sich dabei während dem Filmdreh besser auf das Geschehen vor der Kamera konzentrieren. Er muss nur die Fokuseinstellung bedienen, was er sowieso macht. Er kann aber trotzdem die Vorteile einer automatischen Entfernungsmessung nutzen.
Nach jedem Wechsel des Objektivs sollten die Motoren zum Steuern der Verstellachsen neu kalibriert werden, damit sie nicht auf den mechanischen Anschlag des Objektivs fahren . Beim Kalibriervorgang fährt der Motor mit niedriger Geschwindigkeit die mechanischen Anschläge an und ermittelt gleichzeitig den möglichen Verstellweg. Jedes Objektiv hat dabei einen mehr oder weniger unterschiedlichen Verstellweg. Ist in der Fokussiereinrichtung eine Tabelle mit einer Zuordnung zwischen Motorverdreh weg zu Skalenposition abgelegt, so ist nach der Kalibrierfahrt dem System die Skalenposition und somit der eingestellte Fokuswert des Objektivs bekannt. Im Normalfall ist diese Zuordnungstabelle nicht bekannt und wegen der Vielfalt der unterschiedlichen Optiken auch nicht im Motoransteuersystem abgelegt. Daher ist es in der erfindungsgemäß beschriebenen Anordnung möglich, verschiedene Objektivtabellen in der Bildberechnungseinheit abzulegen und nach einem Wechsel des Objektivs die richtige Tabelle auszuwählen, damit die Skalenposition und somit der Fokuswert dem Objektivsteuersystem vorgegeben werden kann.
Wegen der Vielfalt der unterschiedlichen Objektive ist ein Anlegen und Abspeichern von Objektivtabellen mühsam und aufwendig. Daher kann eine Zuordnungstabelle mit wenigen Stützpunkten nach einem Objektivwechsel einfach einkalibriert werden. Der naheste Skalenwert und Unendlich sind nach dem Kalibrieren des Motors bekannt. Zwischenpunkte werden am Objektiv angefahren und der entsprechende Entfernungswert wird eingegeben. So kann eine Zuordnungstabelle mit beliebigen Stützpunkten leicht angelegt und eingespeichert werden.
Sind für eine Mustererkennung leicht identifizierbare Objekte (z. B. einfache Konturen) vorhanden, so kann dieser Kalibriervorgang eines Objektivs auch automatisiert werden. Dazu müssen das Realbild der Filmkamera und eine Hilfsdarstellung der Bildberechnungseinheit zugeführt werden. Über die Blende wird eine geringe Schärfentiefe eingestellt. Der Fokusmotor wird automatisch langsam verdreht, sodass nur Objekte in der entsprechenden Entfernung im Bild der Filmkamera scharf abgebildet werden. Diese Bilder werden mit der Hilfsdarstellung verglichen und nach gemeinsamen Mustern untersucht. Kann das Muster identifiziert werden, ist anhand der vorhandenen Tiefeninformation der Hilfsdarstellung dem System der entsprechende Fokuswert des Objektivs der Filmkamera bekannt. Damit können einige oder viele Stützpunkte einer Zuordnungstabelle Verdrehweg Servomotor zu Entfernungswert abgelegt werden.
Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn das aktuelle Fokussignal und der Bereich der Schärfentiefe der Bildberechnungseinheit übermittelt werden. Das aktuelle Fokussignal ist jener Distanzwert, auf welchem das Objektiv gerade fo- kussiert und ist der Fokussiereinrichtung bekannt, wenn die Zuordnungstabelle Verdrehweg Servomotor zu Entfernungswert abgespeichert ist. Die Schärfentiefe ergibt sich aus der Physik der Optik und ist jener Bereich, wo ein Bild scharf abgebildet wird. Mit diesen Distanzwerten ist es möglich, Bildbereiche in der Hilfsdarstellung, welche außerhalb des Schärfetiefebereichs liegen, farblich zu markieren oder überhaupt auszublenden. Dies ist einfach möglich, da die Pixel oder Pixelgruppen der Hilfsdarstellung mit Entfernungswerte hinterlegt sind. Verändert die Bedienperson den Fokus, so verändert sich auch die Hilfsdarstellung. Dadurch kann die Bedienperson leicht erkennen, in welchem räumlichen Bereich die Fokusebene bzw. der Schärfebereich liegt. Weiters betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Fokussieren einer Filmkamera, mit mindestens einer Hilfskamera, die eine Hilfsdarstellung erzeugt, und mit einer Bildberechnungseinrichtung, die einerseits mit der Hilfskamera verbunden ist und andererseits eine Fokussiereinrichtung der Filmkamera ansteuert.
Erfindungsgemäß ist diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskamera lösbar mit der Filmkamera verbunden ist.
Zur Messung können mehrere Hilfskameras herangezogen werden. Alle Hilfskameras sind zueinander kalibriert. Mehrere Hilfskameras haben den Vorteil, dass die Abschattung von Bereichen in Raum minimiert wird oder der Messbereich sehr leicht verändert werden kann.
Vorzugsweise sind die Hilfskameras fest miteinander und besonders vorzugsweise auch fest, jedoch lösbar mit der Filmkamera verbunden, wobei die Bildberechnungseinrichtung aufgrund einer Mustererkennung der Hilfsdarstellungen das Fokussiersignal berechnet.
Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfskameras ausgeführt werden, die untereinander fest verbunden sind, jedoch unabhängig von der Filmkamera sind. In diesem Fall muss die Entfernung und die unterschiedliche Ausrichtung von Filmkamera einerseits und Hilfskameras andererseits genau er- fasst und bei der Fokussierung berücksichtigt werden, um die parallaktischen Fehler auszugleichen . Einfach und effizienter ist es jedoch, wenn die Hilfskameras nicht nur untereinander, sondern auch mit der Filmkamera fest jedoch lösbar verbunden sind, indem sie beispielsweise seitlich beidseits der Filmkamera angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind die optischen Achsen aller Kameras zueinander parallel, was die Durchführung der Berechnungen entsprechend erleichtert.
Ist die Bildebene, das ist jener Bereich, in dem die Optik scharf abbildet, der Filmkamera und der Hilfskamera verschoben, kann durch eine einfache Offsetvorgabe dieser Versatz in jedem Messwert eingerechnet werden.
Die Berechnung des Tiefenbildes erfolgt in der Bildberechnungseinrichtung, welche mit dem Monitor eine Einheit bilden kann, aber auch vom Hilfsmonitor gelöst sein kann. Um eine große Bedienflexibilität zu erreichen, kann der Hilfsmonitor mit der Messvorrichtung und der Objektivsteuereinheit per Kabel oder Funk verbunden sein. Bildberechnungseinrichtung und Hilfsmonitor können aber auch aus einer Einheit bestehen.
Hilfskamera und Bildberechnungseinrichtung können auch ohne Vorgabe von einem Hilfsmonitor Entfernungswerte ausgeben, wenn an einer Eingabeeinrichtung Berechnungsparameter gesetzt werden. Ein Berechnungsparameter kann sein, den nahesten Messbereich der Hilfsdarstellung heranzuziehen. Oder es kann der Messbereich der optischen Mitte einer Hilfskamera ausgegeben werden.
Bevorzugt können Fokussiereinrichtung und Bildberechnungseinrichtung in einem System vereint sein, wobei der Servomotor für das Objektiv an der Bildberechnungseinrichtung angeschlossen ist. Damit wird erreicht, dass in diesem geschlossenen System die Totzeiten minimiert werden. Der Servomotor kann sehr schnell auf Entfernungsänderungen reagieren und es gelingt sehr schnellen Objektbewegungen zu folgen.
Um bei der Nachbearbeitung entsprechende Informationen zur Verfügung zu haben, kann die Hilfsdarstellung in einem Speicher abgelegt werden. Auf diese Weise stehen zum eigentlichen Bild auch noch die jeweiligen Entfernungsinformationen zur Verfügung, die beispielsweise für eine spätere 3-D-Nachbearbei- tung verwendet werden können.
An sich ist es möglich, die Entfernungsinformationen pixelweise den einzelnen Bildpunkten zuzuordnen. Um die Datenmenge zu reduzieren können die Pixel aber auch gruppiert werden, indem beispielsweise nur jeweils einer Gruppe von vier mal vier Pixel ein Entfernungswert zugeordnet wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Berechnungsaufwand wesentlich zu reduzieren und dadurch mit gegebener Rechenkapazität die Fokussiergeschwindigkeit zu erhöhen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Verfahren so betrieben wird, dass auf das jeweils nächstliegende Objekt scharfgestellt wird.
In weiterer Folge betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zum Fokussieren einer Filmkamera, mit mindestens einer Hilfskamera, die eine Hilfsdarstellung erzeugt, und mit einer Bildberechnungseinrichtung, die einerseits mit der Hilfskamera verbunden ist und andererseits eine Fokussiereinrichtung der Filmkamera ansteuert. Erfindungsgemäß ist diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskamera lösbar mit der Filmkamera verbunden ist.
Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn zumindest zwei Hilfskameras in Gebrauchslage in senkrechter Richtung gegeneinander versetzt angeordnet sind. Bei einer Aufnahme von Bildern, die parallaktisch versetzt sind, kommt es naturgemäß zu einer Abschattung, d.h. es gibt Bereiche der aufgenommenen Objekte, die nur von einer Kamera erfasst werden, nicht jedoch von der anderen. Wenn zwei Hilfskameras seitlich gegeneinander versetzt angeordnet sind, dann wird bei einer frontal von vorne aufgenommenen Person beispielsweise jeweils ein Ohr nur von einer Hilfskamera vollständig erfasst werden. Es hat sich herausgestellt, dass diese Abschattungen in bestimmten Situationen Probleme für die Fokussierung darstellen können. Durch eine senkrecht übereinander angeordnete Position der Hilfskameras können diese Probleme wesentlich verringert werden, da Abschattungen auf der Oberseite oder Unterseite von Aufnahmeobjekten in der Regel nicht störend sind.
In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsvariante der Erfindung in einer axonometri- schen Darstellung.
Eine Filmkamera 1 der Fig. 1 ist mit einem Objektiv 2 versehen, das eine optische Achse 2a aufweist. Ein Servomotor 3 ist am Objektiv 2 angebracht, um die Fokuseinstellung durchzuführen. Der Servomotor 3 wird durch eine Fokussierein- richtung 4 angesteuert. Ein Monitor 5 ist in bekannter Weise vorgesehen, um das von der Filmkamera 1 aufgenommene Bild anzuzeigen.
Vorne unterhalb der Filmkamera 1 sind zwei fest miteinander verbundene Hilfskameras 6, 7 angeordnet, die optische Achsen 6a bzw. 7a aufweisen, die zueinander parallel sind. Die Hilfskameras 6, 7 sind entweder fest an der Filmkamera 1 angebracht oder es sind nicht dargestellte Messeinrichtungen wie etwa Positionsmesssensoren vorgesehen, um die relative Position der Filmkamera 1 in Bezug auf die Hilfskameras 6, 7 zu bestimmen. Die Hilfskameras 6, 7 speisen ihr Bild in eine Bildberechnungseinrichtung 8 ein, die aufgrund der unterschiedlichen Bildinformation der beiden Hilfskameras 6, 7 und des Abstand d zwischen den optischen Achsen 6a und 7a, für die einzelnen Bildpunkte die jeweilige Entfernung berechnet. Die von den Hilfskameras 6, 7 aufgenommenen Bilder werden in überlagerter Form auf einem weiteren Monitor 9 dargestellt, der die Anzeigeeinrichtung bildet. Eine Eingabeeinrichtung 10 dient dazu, die Bildberechnungseinrichtung 8 zu bedienen.
In der Bildberechnungseinrichtung 8 werden die Bilder der Hilfskamera 6, 7 analysiert und es wird die oben beschrieben Mustererkennung durchgeführt. Gleichzeitig werden die von der Bedienungsperson vorgegebenen Berechnungen durchgeführt, die letztlich die Fokussierungsinformation ergeben, die zur Fokussierein- richtung 4 weitergegeben werden.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass die beiden Hilfskameras 6, 7, deren Achsen 6a bzw. 7a im Abstand d angeordnet sind, seitlich neben der eigentlichen Filmkamera 1 senkrecht übereinander angebracht sind. Die Bezeichnung senkrecht bezieht sich auf die Gebrauchslage, die durch die waagrechte Lage der längeren Seite des aufgenommenen Bildes definiert ist.
Weiters ist hier ein einziger Monitor 5, 9 vorgesehen, der zwischen verschiedenen Darstellungsmodi umschaltbar ist. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Fokussierung bei Filmaufnahmen wesentlich zu verbessern.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum Fokussieren einer Filmkamera (1), bei dem mindestens eine Hilfskamera (6, 7) zur Herstellung einer Hilfsdarstellung eines aufzunehmenden Objekts vorgesehen ist, aus der die gewünschte Fokuseinstellung bestimmt wird und ein Fokussiersignal an die Filmkamera (1) abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskamera (6, 7) lösbar mit der Filmkamera (1) verbunden ist und das Fokussiersignal an einen an der Filmkamera (1) angebrachten Servomotor (3) ausgibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Hilfskameras (6, 7) mindestens zwei Hilfsdarstellungen herstellen, aus denen zu einer Mehrzahl von Bildpunkten ein Entfernungswert berechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hilfsdarstellungen in senkrechter Richtung gegeneinander versetzt sind.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsdarstellungen auf einem Monitor (9) als Anzeigeeinrichtung dargestellt werden, und dass auch eine Überlagerung mehrerer Hilfsdarstellungen ermöglicht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Hilfsdarstellung auf einer Anzeigeeinrichtung (9) ausgegeben wird, auf der auch Informationen über die Fokussierung ausgegeben werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Anzeigeeinrichtung (9) die Bildbereiche innerhalb bzw. außerhalb des Schärfetiefenbereichs markiert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsdarstellungen in Pixel oder Pixelgruppen aufgelöst werden und dass zu jedem Pixel bzw. jeder Pixelgruppe ein Entfernungswert hinterlegt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Bedienungsperson ein Bereich eingegeben wird, aus dem das Fokussiersignal berechnet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Bedienungsperson ein aufzunehmendes Objekt eingegeben wird, auf das bezogen die Mustererkennung durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbau von Filmkamera (1) und Hilfskameras (6, 7) oder nach einem Wechsel des Objektivs der Filmkamera (1) eine Kalibrierung eines Servoantriebs (3) vorgenommen wird, der die Fokussierung durchführt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktuelles Fokussignal und gegebenenfalls der Bereich der Schärfentiefe der Bildberechnungseinheit übermittelt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung durchgeführt wird, indem der Servoantrieb (3) langsam verstellt wird und dabei von der Filmkamera (1) scharf abgebildete Abschnitte identifiziert werden, diese Abschnitte mit der Hilfsdarstellung verglichen werden, um vorzugsweise durch Mustererkennung den jeweiligen Fokuswert zu bestimmen und in einer Zuordnungstabelle in Relation zum Verdrehwert des Servoantriebs (3) abzulegen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussiersignal durch Mustererkennung berechnet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussiersignal als Entfernung des nächstliegenden Punktes bestimmt wird.
15. Vorrichtung zum Fokussieren einer Filmkamera (1), mit mindestens einer Hilfskamera (6, 7), die eine Hilfsdarstellung erzeugt, und mit einer Bildberechnungseinrichtung (8), die einerseits mit der Hilfskamera (6, 7) verbunden ist und andererseits eine Fokussiereinrichtung (4) der Filmkamera (1) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskamera (6, 7) lösbar mit der Filmkamera (1) verbunden ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Hilfskameras (6, 7) mit der Filmkamera (1) verbunden sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse der Hilfskamera (6, 7) parallel zur optischen Achse der Filmkamera (1) ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Hilfskameras (6, 7) in Gebrauchslage in senkrechter Richtung gegeneinander versetzt angeordnet sind.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeigeeinrichtung (9) vorgesehen ist, die dazu vorgesehen ist, die Hilfsdarstellungen auszugeben.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingabeeinrichtung (10) zur Auswahl eines Bereichs vorgesehen ist, der zur Berechnung des Fokussiersignals herangezogen wird und dass dieser Bereich an der Anzeigeeinrichtung (9) darstellbar ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass Bildberechnungseinrichtung (8) eine Mustererkennung durchführt, um das Fokussiersignal zu berechnen.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Hilfskamera als TOF-Kamera ausgebildet ist.
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