WO2012143554A2 - Verfahren zum synchronisierten betrieb einer kamera und eines projektors - Google Patents

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    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/74—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the scene brightness using illuminating means

Definitions

  • the invention relates to a method for timing of an image sensor having a camera with a projector that can generate a frame rate corresponding to its synchronization signal or trigger signal in which the projector is operated at a frame rate F2, the camera with a frame rate Fl is operated, wherein a blanking interval is formed between individual images and the synchronization signal or trigger signal of the projector is provided to control the camera.
  • the Term Technicus "Structured Light" is understood as the use of a camera with a projector.
  • a pattern is superimposed by means of the projector of the scene to be recorded, from the geometric evaluation of the 3D shape of the scene is determined.
  • Both the camera or the image sensor and the projector have their own frame rate Fl, F2.
  • the projector emits the pattern with the frame rate F2, while the camera or the image sensor takes the individual images with the frame rate Fl, ie, exposing the pixels of the image sensor.
  • it is important that the respective image taken by the camera is superposed with the desired pattern over as much of the exposure time as possible.
  • the projector provides a sync pulse (sync pulse ).
  • the synchronization pulse has a variable delay (sync delay). This makes it possible to change the starting point of the synchronization pulse.
  • the phases of both frequencies can be synchronized. However, this assumes that both frequencies are equal or in an integer ratio.
  • a scanning device mounted for movement by an operator on a multi-articulated arm over which the object can be scanned and data from multiple points on the surface of the object can be detected
  • the scanning device comprising a laser for emitting of laser light on the surface of the object and a camera for detecting the laser light reflected from the surface of the object by recording images at times determined by a synchronization signal
  • the method comprising the steps of: receiving the synchronization signal for the camera which sets its imaging timing and then generating and outputting trigger pulses to the position calculator.
  • a device for the three-dimensional optical measurement of objects with egg ⁇ nem topometric measurement method in which images are recorded by projected on an object project patterns and evaluated.
  • the device has a projector with a light source, an image acquisition unit and an image evaluation unit.
  • the light source of the projector is one Arc lamp and the image pickup unit is triggered depending on the light intensity of the arc lamp.
  • the recording unit is operated in the non-triggered mode, ie in the free-running mode. In this case, the arc lamp or its current waveform is triggered.
  • the invention has the object of providing a timing of a camera with a projector in such a way that the highest possible frame rate of the camera is guaranteed.
  • the object is achieved according to the invention that for the purpose of adapting the phase PI of the frame frequency Fl of the camera to the phase P2 of the frame rate F2 of the projector and / or adaptation of the frame rate Fl of the camera to the frame rate F2 of the projector several blanking intervals between the images of Camera in response to the synchronization signal of the projector are varied and this by a control loop a comparison between ⁇ rule the phase PI of the frame frequency Fl of the camera and the phase P2 of the frame rate F2 of the projector and / or zwi ⁇ 's the frame rate Fl of the camera and thessenfre ⁇ frequency F2 of the projector takes place, the trigger input of the image sensor is not controlled for this purpose.
  • the trigger input of the camera according to the invention does not apply, so that the frame rate of the camera is not limited.
  • the length of the blanking interval is adjusted in Depending ⁇ speed of the ratio of the two frequencies Fl and F2 on the one hand and / or in dependence on the phase position between the two frequencies Fl and F2 or regulated.
  • a fixed setting of the length of the blanking interval for example to change only the frequency of the camera for itself, is insufficient for the method according to the invention.
  • the frequencies will naturally diverge.
  • a comparison with subsequent tuning to the frequency F2 of the projector is important.
  • An approximation of the phase of the frequencies Fl and F2 by a fixed setting of the blanking ⁇ gap is also insufficient for the inventive method. It requires a repetitive examination and adjustment of the blanking interval in order to equalize the two phases PI and P2 in the context of a control loop.
  • the synchronization signal has a nearly constant frequency with only minor fluctuations.
  • the regulation of the frequency Fl and the phase PI to a desired, predetermined by the synchronization signal setpoint value can then take place without disadvantageous Abwei ⁇ chung, when the synchronization signal is strictly periodic. Otherwise, with too large deviations between see setpoint and actual value, ie between the two frequencies Fl and F2 or especially between the two phases PI and P2, to be expected.
  • the blanking intervals are increased and in the case in which the phase PI the image frequency Fl of Kame ⁇ ra from the phase P2 of the image frequency F2 of the projek ⁇ gate is shifted to late, the blanking intervals are verklei ⁇ nert.
  • a deviation of the phases or the phase response can be countered, so that there is the smallest possible deviation on average.
  • the blanking interval is reduced until the two phase positions are equal again. The same applies to a run away to early.
  • the blanking intervals are increased and / or in the case in which the frame rate Fl of the camera is smaller than the frame rate F2 of the projector, the blanking intervals are reduced.
  • the frame rate of the projector and the camera are usually not identical, because the clocks such as quartzes have no identical Fre ⁇ frequencies.
  • the size of the blanking intervals can be varied according to the invention, in particular in the case in which the frame rate Fl of the camera is greater than the frame rate F2 of the projector, so that these with the frequency F2 of the projector are as large as possible in terms of size and phase matches.
  • the synchronization signal from the projector via an electronic module, a circuit or an IC is detected and the length of the blanking intervals on the electronic module, the circuit or the IC controlled and / or regulated.
  • the IC represents the control and regulating element, since a direct coupling of the camera to the synchronization signal would lead to an activation of the pipeline mode and thus to a delay of the frame rate of the camera.
  • the control element is used to balance between the setpoint and the actual value, which are mapped by the assumed frequency F2 or phase P2 on the one hand and the frequency Fl or phase PI of the camera or the image sensor to be synchronized.
  • the method according to the invention can also be used in the case of the use of another camera or the like as a trigger signal or synchronization signal transmitter to operate synchronously synchronized two cameras or a camera or the image sensor.
  • the system according to the invention offers the advantages mentioned above.
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement
  • FIG. 2 shows a frequency response
  • FIG. 3a depiction of the SdT
  • FIG. 3b is a more detailed illustration of the invention.
  • a camera or an image sensor 1 is coupled via an electronic system 3 or a control and regulating element such as an IC 3 to a projector 2 or a further camera or to a unit emitting a synchronization signal.
  • the projector 2 outputs a trigger signal 2.1 to the IC 3.
  • the IC 3 takes over a control circuit 3.1 influence on the length of a blanking interval la, lb between individual images 1.1, 1.2, 1.3 of the camera 1 such that a frequency Fl of the camera 1 and a frequency F2 of the projector 2 on the one hand and / / or deviate as little as possible on the other hand.
  • the frequency Fl and the frequency F2 and the phase PI of the camera 1 and the phase P2 of the projector 2 there is a comparison between the frequency Fl and the frequency F2 and the phase PI of the camera 1 and the phase P2 of the projector 2.
  • the above comparison is an integral part of each scheme.
  • the projector 2 has an image frequency F2 in which it projects patterns 2.1, 2.2, 2.3.
  • the camera 1 captures or exposes the images 1.1, 1.2, 1.3 with a frame rate Fl.
  • the two image frequencies F1, F2 are set equal or the phase position is minimized.
  • the two image frequencies Fl, F2 are adapted to one another. In principle, integer factors are conceivable between the two frequencies.
  • the frequency F2 of the projector 2 could be twice as large as the frequency Fl of the camera 1.
  • one and the same image 1.1 would be provided with two consecutive patterns 2.1, 2.2.
  • the frequency F2 of the projector 2 could be half the size of the frequency F1 of the camera 1.
  • two images 1.1, 1.2 would each be provided with the same pattern.
  • the camera 1 or the image sensor 1 has a trigger input 1 which, starting from a connection 4 of an electronic component 3, is connected to the image sensor 1 or a control unit 1 ⁇ ⁇ of the image sensor 1.
  • the control unit 1 ⁇ or the control pin 1 , ⁇ forms the so-called trigger pin 1 ⁇ .
  • the electronic component 3 can be connected to further control points 1 , or control pins 1 ,, via which the user can set the desired exposure time and optionally the frequency of the camera or of the image sensor 1.
  • the latter takes place via a further interface 5, which is connected to further control points 1 or control pins 1 ⁇ ⁇ of the image sensor 1.
  • the image sensor 1 needs a certain time depending on the desired exposure time, for example 3 ms.
  • Cameras 1 or image sensors of a better type can already start with the exposure of the next image during the reading out of the image, so that the blanking interval 1a increases to 3 ms or 6 ms with reference to the aforementioned example.
  • Normal cameras 1 or image sensors can provide a higher frame rate in freewheeling than in trigger mode. Here, the frame rates drop to about half. Cameras 1 or image sensors of a better type can provide the same high frame rates both in free-running and in trigger mode. This is called pipeline trigger mode
  • the image sensor based on the ge ⁇ desired exposure time creates an image. Only when this is pre ⁇ transition completed, ie exposure and readout of Image, the image sensor or the camera 1 is capable of a next pulse of the trigger signal to 1.2 proces ⁇ th. Is awaiting receipt of this next pulse of the image sensor does not matter. He is in standby mode, so to speak. Thus, the time interval between two consecutive images is changeable. An adaptation of the blanking interval does not occur.
  • the trigger pin 1 despite synchronization with a synchronization signal 2.1 according to the invention is not in contact with the electronic module 3, at least the trigger pin 1 - if not kon ⁇ clocked with the electronic module 3 - not acted upon by a trigger signal 2.1 ,
  • the length of the blanking interval la, lb and the frequency Fl of the camera are read out via the electronic module embodied as control and regulating element 3 and the further control pins 1 ⁇ .
  • the frequency Fl and / or the phase PI of the image sensor 1 with the frequency F2 and / or Pha ⁇ se P2 of the synchronization signal 2.1 compared and the blanking interval la, lb be changed such that the frequency Fl and / or the phase PI of Image sensor 1 with the frequency F2 and / or the phase P2 of the Synchronisationsssig ⁇ nals 2.1 matches.
  • the camera 1 can be operated in free-running, so that an exposure of an image can already be done if the previous image is still being read out and thus the maximum image frequency is possible.
  • the interface 5 could be designated as a synchronization input 1, so that the user can select between trigger mode and synchronization mode already when the camera is connected. Because in sync mode, it is important that the frequency and the phase of the synchronization signal are mög ⁇ as constant as at least have a very low deviate ⁇ Chung, otherwise the compliance of a target value for the phase PI and the frequency Fl is not possible. This requirement can not be met by a trigger signal. In trigger mode, the camera can map any Trig ⁇ ger-signal sequence, provided it does not exceed the maximum frame rate.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur zeitlichen Abstimmung einer einen Bildsensor aufweisenden Kamera (1) mit einem Projektor (2), der ein seiner Bildfrequenz entsprechendes Synchronisationssignal (2.1) erzeugen kann, bei dem der Projektor (2) mit einer Bildfrequenz (F2) betrieben wird, die Kamera (1) mit einer Bildfrequenz (F1) betrieben wird, wobei zwischen einzelnen Bildern (1.1, 1.2, 1.3) eine Austastlücke (1a, 1b) gebildet wird und das Synchronisationssignal (2.1) des Projektors (2) zur Steuerung der Kamera (1) bereitgestellt wird. Zwecks Anpassung einer Phase (P1) der Bildfrequenz (F1) der Kamera (1) an eine Phase (P2) der Bildfrequenz (F2) des Projektors (2) und/oder zwecks Anpassung der Bildfrequenz (F1) der Kamera (1) an die Bildfrequenz (F2) des Projektors (2) werden eine oder mehrere Austastlücken (1a, 1b) zwischen den einzelnen Bildern (1.1) bis (1.3) der Kamera (1) in Abhängigkeit von dem Synchronisationssignal (2.1) des Projektors (2) variiert werden und hierzu durch einen Regelkreis (3.1) ein Vergleich zwischen der Phase (P1) der Bildfrequenz (F1) der Kamera (1) und der Phase (P2) der Bildfrequenz (F2) des Projektors (2) und/oder zwischen der Bildfrequenz (F1) der Kamera (1) und der Bildfrequenz (F2) des Projektors (2) erfolgt, wobei der Trigger-Eingang des Bildsensors (1) für die Anpassung nicht angesteuert wird.

Description

Verfahren zum synchronisierten Betrieb einer Kamera und eines Projektors
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur zeitlichen Abstimmung einer einen Bildsensor aufweisenden Kamera mit einem Projektor, der ein seiner Bildfrequenz entsprechendes Synchronisationssignal bzw. Trigger-Signal erzeugen kann, bei dem der Projektor mit einer Bildfrequenz F2 betrieben wird, die Kamera mit einer Bildfrequenz Fl betrieben wird, wobei zwischen einzelnen Bildern eine Austastlücke gebildet wird und das Synchronisationssignal bzw. Trigger-Signal des Projektors zur Steuerung der Kamera bereitgestellt wird.
Zwecks Erstellung eines 3D-Bildes wird unter dem Terminus Technicus "Structured Light" die Anwendung einer Kamera mit einem Projektor verstanden. Hierbei wird mittels des Projektors der aufzunehmenden Szene ein Muster überlagert, aus dessen geometrischer Auswertung die 3D-Form der Szene ermittelt wird. Sowohl die Kamera bzw. der Bildsensor als auch der Projektor haben eine eigene Bildfrequenz Fl, F2. Der Projektor strahlt das Muster mit der Bildfrequenz F2 ab, während die Kamera bzw. der Bildsensor die einzelnen Bilder mit der Bildfrequenz Fl aufnimmt, d. h. die Pixel des Bildsensors belichtet. Damit die geometrische Auswertung erfolgen kann, ist es wichtig, dass das jeweilige von der Kamera aufgenommene Bild über einen möglichst großen Teil der Belichtungszeit mit dem gewünschten Muster überlagert ist. Dies wiederum erfordert eine Synchronisation von Projektor und Kamera, sodass zumindest der Phasengang beider Frequenzen Fl, F2 geregelt, mithin angeglichen ist. In diesem Fall sollten die beiden Frequenzen Fl, F2 bestenfalls gleich groß sein. Wenn dies nicht der Fall ist, müssen die Frequenzen Fl, F2 darüber hinaus entsprechend ange- glichen werden. Erfüllt wäre die Bedingung gleichen Phasengangs jedoch auch, wenn sie zumindest in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander stünden.
Bei dem Einsatz von Kameras spricht man im nicht synchronisierten Fall von "Freerunning" , also Freilauf. In diesem Betriebsmodus können auch günstige Kameras eine Bildfrequenz von ca. 60 Hz bis zu 69 Hz leisten, wobei das an die Belichtung anschließende Auslesen eines Bildes während des Belichtens des darauf folgenden Bildes erfolgen kann.
Wenn man solche Kameras aber im getriggerten Betrieb einsetzt, sinkt die Bildfrequenz auf 20 Hz bis 30 Hz. Dies ist begründet in der Architektur des Prozessors, weil dieser zunächst die Belichtung und das daran anschließende Auslesen eines Bildes abarbeiten muss, bevor die nächste Belichtung möglich ist. Damit die ursprüngliche Frequenz behalten werden könnte, müsste der Prozessor die Trigger-Signale des Projektors ungeachtet des Ausleseprozesses synchron zum Belichten abarbeiten können, sog. Pipeline-Triggern. Prozessoren günstiger Kameras können dies jedoch nicht.
Kameras, die im synchronisierten Betrieb bspw. 60 Hz leisten können, die also einen Pipeline-Trigger-Modus aufweisen, sind um den Faktor 2 bis 3 teurer als die günstigen Kameras .
Aus dem Application Report "Using the DLP Pico 2.0 Kit for Structured Light Applications" von Texas Instruments ist bereits ein Verfahren zum synchronisierten Betrieb einer Kamera bekannt. Wie auf Seite 12 ersichtlich stellt der Projektor (Pattern) einen Synchronisationsimpuls (Sync Pul¬ se) zur Verfügung. Der Synchronisationsimpuls weist eine variable Verzögerung (Sync Delay) auf. Dies ermöglicht es, den Startpunkt des Synchronisationsimpulses zu verändern. Somit können die Phasen beider Frequenzen synchronisiert werden. Dies setzt jedoch voraus, dass beide Frequenzen gleich groß sind oder in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen.
Aus der DE 696 28 956 T2 ist ein Verfahren zur Synchronisation der Aufzeichnung von Bildern durch eine Kamera und die Erzeugung von Daten, die die Position der Kamera festlegen, in einem System zum Abtasten eines Objektes und die Erzeugung von Daten, die Punkte im dreidimensionalen Raum festlegen, die den Punkten auf der Oberfläche des Objektes entsprechen, bekannt. Bei dem vorgenannten Verfahren ist eine Abtasteinrichtung vorgesehen, die zur Bewegung durch einen Bediener auf einem mehrgelenkigen Arm befestigt ist, über die das Objekt abgetastet werden kann und Daten von mehreren Punkten auf der Oberfläche des Objektes erfasst werden können, wobei die Abtasteinrichtung einen Laser zum Aussenden von Laserlicht auf die Oberfläche des Objektes sowie eine Kamera zur Erfassung des von der Oberfläche des Objektes reflektierten Laserlichts durch Aufzeichnen von Bildern zu Zeitpunkten, die von einem Synchronisationssignal festgelegt werden, aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: das Empfangen des Synchronisationssignals für die Kamera, das deren Bildaufzeichnungszeitpunkte festlegt und daraufhin das Erzeugen und Ausgeben von Triggerimpulsen an die Positionsrechnungseinrichtung .
Aus der DE 10 2006 002 077 AI ist eine Einrichtung zum dreidimensionalen optischen Vermessen von Objekten mit ei¬ nem topometrischen Messverfahren bekannt, bei dem Bilder von auf ein Objekt projizierten Projektmustern aufgenommen und ausgewertet werden. Die Einrichtung hat einen Projektor mit einer Lichtquelle, eine Bildaufnahmeeinheit und eine Bildauswerteinheit. Die Lichtquelle des Projektors ist eine Lichtbogenlampe und die Bildaufnahmeeinheit wird in Abhängigkeit von der Lichtintensität der Lichtbogenlampe getrig- gert. Alternativ wird beschrieben, dass die Aufnahmeeinheit im nicht-getriggerten Modus, also im freilaufenden Modus, betrieben wird. In diesem Falle wird die Lichtbogenlampe bzw. deren Stromverlauf getriggert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zeitliche Abstimmung einer Kamera mit einem Projektor derart auszubilden, dass eine möglichst hohe Bildfrequenz der Kamera gewährleistet wird.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass zwecks Anpassung der Phase PI der Bildfrequenz Fl der Kamera an die Phase P2 der Bildfrequenz F2 des Projektors und/oder zwecks Anpassung der Bildfrequenz Fl der Kamera an die Bildfrequenz F2 des Projektors mehrere Austastlücken zwischen den einzelnen Bildern der Kamera in Abhängigkeit von dem Synchronisationssignal des Projektors variiert werden und hierzu durch einen Regelkreis ein Vergleich zwi¬ schen der Phase PI der Bildfrequenz Fl der Kamera und der Phase P2 der Bildfrequenz F2 des Projektors und/oder zwi¬ schen der Bildfrequenz Fl der Kamera und der Bildfre¬ quenz F2 des Projektors erfolgt, wobei der Trigger-Eingang des Bildsensors hierfür nicht angesteuert wird. Hierdurch wird erreicht, dass der Startpunkt der Belichtung der Kamera bzw. des Bildsensors mit dem Startpunkt der Projektion des Projektors synchron erfolgt, ohne dass die Kamera bzw. der Bildsensor im Pipeline-Trigger-Modus betrieben werden muss. Die Vorteile eines Pipeline-Trigger-Modus der Kamera werden sozusagen auf dem erfindungsgemäßen Weg nachgebildet. Die Austastlücke ist eine bislang soweit feste Größe, die von der Belichtungszeit und der angewendeten Kamerafrequenz abhängig ist und die das eine Bild von dem darauf folgenden Bild trennt. Im Trigger-Modus findet lediglich eine Veränderung der bzw. Anpassung der Pause zwischen den Startpunkten jeweils zwei aufeinander folgenden Bildern statt. Aber eine Anpassung bzw. Regelung der Austastlücke zwecks Anpassung der Frequenz Fl des Bildsensors bzw. dessen Phase PI an die eines Projektors oder einer sonstigen, ein Synchronisationssignal abgebenden Einheit findet nicht statt .
Der Trigger-Eingang der Kamera kommt erfindungsgemäß nicht zur Anwendung, damit die Bildfrequenz der Kamera nicht beschränkt wird. Die Länge der Austastlücke wird in Abhängig¬ keit von dem Verhältnis beider Frequenzen Fl und F2 einerseits und/oder in Abhängigkeit von der Phasenlage zwischen beiden Frequenzen Fl und F2 eingestellt bzw. geregelt. Eine feste Einstellung der Länge der Austastlücke, bspw. um lediglich die Frequenz der Kamera für sich zu verändern, ist für das erfindungsgemäße Verfahren unzureichend. Die Frequenzen werden naturgemäß auseinander laufen. Ein Vergleich mit darauf folgender Abstimmung mit der Frequenz F2 des Projektors ist wichtig. Eine Angleichung der Phase der Frequenzen Fl und F2 durch eine feste Einstellung der Austast¬ lücke ist für das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls unzureichend. Es bedarf einer sich wiederholenden Prüfung und Anpassung der Austastlücke zwecks Angleichung der beiden Phasen PI und P2 im Rahmen eines Regelkreises.
Hierzu kann es vorteilhaft sein, wenn das Synchronisationssignal eine nahezu konstante Frequenz mit nur geringfügigen Schwankungen aufweist. Die Regelung der Frequenz Fl und der Phase PI auf einen gewünschten, vom Synchronisationssignal vorgegebenen Soll-Wert kann dann ohne nachteilige Abwei¬ chung erfolgen, wenn das Synchronisationssignal streng periodisch ist. Ansonsten ist mit zu großen Abweichungen zwi- sehen Soll- und Ist-Wert, also zwischen beiden Frequenzen Fl und F2 bzw. vor allem zwischen beiden Phasen PI und P2, zu rechnen.
Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn in dem Fall, in dem die Phase PI der Bildfrequenz Fl der Kamera gegenüber der Phase P2 der Bildfrequenz F2 des Projektors nach früh verschoben ist, die Austastlücken vergrößert werden und in dem Fall, in dem die Phase PI der Bildfrequenz Fl der Kame¬ ra gegenüber der Phase P2 der Bildfrequenz F2 des Projek¬ tors nach spät verschoben ist, die Austastlücken verklei¬ nert werden. Somit kann einer Abweichung der Phasen bzw. des Phasengangs begegnet werden, sodass im Mittel eine möglichst geringe Abweichung herrscht. Sobald bspw. die Phase PI der Bildfrequenz Fl der Kamera gegenüber der Phase P2 der Bildfrequenz F2 des Projektors nach spät wegläuft, wird die Austastlücke so lange verkleinert, bis die beiden Phasenlagen wieder gleich sind. Entsprechendes gilt für ein Weglaufen nach früh.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn in dem Fall, in dem die Bildfrequenz Fl der Kamera größer ist als die Bildfre¬ quenz F2 des Projektors, die Austastlücken vergrößert werden und/oder in dem Fall, in dem die Bildfrequenz Fl der Kamera kleiner ist als die Bildfrequenz F2 des Projektors, die Austastlücken verkleinert werden. Die Bildfrequenz des Projektors und die der Kamera sind in der Regel nicht identisch, weil die Taktgeber wie Quarze keine identischen Fre¬ quenzen aufweisen. Zwecks Anpassung der Frequenzen kann insbesondere für den Fall, in dem die Bildfrequenz Fl der Kamera größer ist als die Bildfrequenz F2 des Projektors, erfindungsgemäß die Größe der Austastlücken so variiert werden, dass diese mit der Frequenz F2 des Projektors der Größe und der Phase nach möglichst übereinstimmt. Vorteilhaft kann es auch sein, wenn eine Kamera zur Anwendung gebracht wird, deren Frequenz Fl im Vorfeld der zeitlichen Abstimmung größer ist als die Frequenz F2 des Projektors. Durch eine Vergrößerung der Austastlücke kann die Bildfrequenz Fl beliebig verkleinert werden. Im Gegensatz dazu ist eine Vergrößerung der Bildfrequenz Fl nur begrenzt möglich, weil die Austastlücke nicht beliebig verkleinerbar ist .
Dabei kann es von Vorteil sein, wenn das Synchronisationssignal vom Projektor über einen Elektronikbaustein, einen Schaltkreis oder einen IC erfasst wird und die Länge der Austastlücken über den Elektronikbaustein, den Schaltkreis oder den IC gesteuert und/oder geregelt wird. Der IC stellt dabei das Steuer- und Regelglied dar, da eine direkte An- kopplung der Kamera an das Synchronisationssignal zu einer Aktivierung des Pipeline-Modus und damit zu einer Verzögerung der Bildfrequenz der Kamera führen würde. Das Regelglied dient dem Abgleich zwischen Soll- und Ist-Wert, welche durch die anzunehmende Frequenz F2 bzw. Phase P2 einerseits und die zu synchronisierende Frequenz Fl bzw. Phase PI der Kamera bzw. des Bildsensors abgebildet werden.
Im äquivalenten Fall kann es von Vorteil sein, wenn alternativ oder ergänzend zum Projektor eine weitere Kamera oder eine ein Synchronisationssignal abgebende Einheit Anwendung findet, an deren Frequenz F2 die Frequenz Fl und/oder die Phase PI der Kamera angepasst wird. Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren auch im Falle des Einsatzes einer weiteren Kamera oder ähnlichem als Trigger-Signal- bzw. Synchronisationssignal-Geber nutzbar, um zwei Kameras oder die eine Kamera bzw. den Bildsensor synchronisiert zu betreiben . Das erfindungsgemäße System bietet die vorstehend genannten Vorteile .
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
Figur 1 eine Schaltungsanordnung;
Figur 2 einen Frequenzgang;
Figur 3a Darstellung zum SdT;
Figur 3b eine detailliertere Darstellung der Erfindung.
Nach Ausführungsbeispiel Figur 1 ist eine Kamera bzw. ein Bildsensor 1 über eine Elektronik 3 bzw. ein Steuer- und Regelglied wie einen IC 3 mit einem Projektor 2 oder einer weiteren Kamera bzw. mit einer ein Synchronisationssignal abgebende Einheit gekoppelt. Der Projektor 2 gibt ein Trigger-Signal 2.1 an den IC 3 ab. Der IC 3 nimmt über einen Regelkreis 3.1 Einfluss auf die Länge einer Austastlücke la, lb zwischen einzelnen Bildern 1.1, 1.2, 1.3 der Kamera 1 derart, dass eine Frequenz Fl der Kamera 1 und eine Frequenz F2 des Projektors 2 der Größe nach einerseits und/oder der Phase nach andererseits möglichst wenig abweichen. Hierzu kommt es zu einem Vergleich zwischen der Frequenz Fl und der Frequenz F2 sowie der Phase PI der Kamera 1 und der Phase P2 des Projektors 2. Dabei kann für die Phase und/oder für die Frequenz ein Abweichungswert A, wie bspw. A = PI - P2 bzw. A = Fl - F2 definiert werden, der vorteilhafterweise mittels der Regelung nicht überschritten wird. Der vorstehend genannte Vergleich ist integraler Bestandteil jeder Regelung. Nach Figur 2 weist der Projektor 2 eine Bildfrequenz F2 auf, in der er Muster 2.1, 2.2, 2.3 projiziert. Die Kamera 1 erfasst bzw. belichtet die Bilder 1.1, 1.2, 1.3 mit einer Bildfrequenz Fl. Durch Veränderung der jeweiligen Austastlücke la, lb über den IC 3 wird zum einen eine Phase PI, P2 der beiden Bildfrequenzen Fl, F2 gleich gestellt bzw. die Phasenlage minimiert. Zum anderen werden die beiden Bildfrequenzen Fl, F2 aneinander angepasst. Grundsätzlich sind zwischen den beiden Frequenzen ganzzahlige Faktoren denkbar. So könnte die Frequenz F2 des Projektors 2 doppelt so groß sein wie die Frequenz Fl der Kamera 1. In diesem Fall würde ein und dasselbe Bild 1.1 mit zwei aufeinander folgenden Mustern 2.1, 2.2 versehen sein. Im anderen Fall könnte die Frequenz F2 des Projektors 2 halb so groß sein wie die Frequenz Fl der Kamera 1. In diesem Fall würden jeweils zwei Bilder 1.1, 1.2 mit demselben Muster versehen sein.
Nach Fig. 3a ist eine detailliertere Darstellung der Funktionsweise des Standes der Technik gezeigt. Die Kamera 1 bzw. der Bildsensor 1 weist einen Trigger-Eingang 1 auf, der ausgehend von einem Anschluss 4 eines Elektronikbausteins 3 mit dem Bildsensor 1 bzw. einer Steuerstelle 1λ Λ des Bildsensors 1 verbunden ist. Die Steuerstelle 1Λ bzw. der Steuer-Pin 1, λ bildet den sog. Trigger-Pin 1λ.
Darüber hinaus kann der Elektronikbaustein 3 mit weiteren Steuerstellen 1, bzw. Steuer-Pins 1, Λ verbunden sein, über die der Benutzer die gewünschte Belichtungszeit und ggf. die Frequenz der Kamera bzw. des Bildsensors 1 einstellen kann. Letzteres erfolgt über eine weitere Schnittstelle 5, die mit weiteren Steuer-Stellen 1 bzw. Steuer-Pins 1Λ λ des Bildsensors 1 verbunden ist. Zwecks Bilderstellung ist es erforderlich, dass zunächst die verschiedenen Bildpunkte bzw. Pixel des Bildsensors 1 belichtet werden und anschließend das Bild insgesamt ausgelesen wird. Hierfür braucht der Bildsensor 1 je nach gewünschter Belichtungszeit eine gewisse Zeit, bspw. 3 ms. Wenn der Anwender für die Kamera 1 eine Frequenz von bspw. 10 Hz (alle 100 ms ein Bild) gewählt hat, so verbleibt zwi¬ schen zwei aufeinander folgenden Bildern eine Pause bzw. Austastlücke von 97 ms. Abzüglich der Zeit für das Auslesen des Bildes, beispielsweise 1 ms, entsteht eine Austastlücke la von 96 ms. Wenn er nun bspw. die Belichtungszeit verdoppelt, so sind pro Bild 7 ms notwendig, sodass die Austastlücke la auf 93 ms schrumpft.
Kameras 1 bzw. Bildsensoren besserer Art können während des Auslesens des Bildes schon mit der Belichtung des nächsten Bildes beginnen, sodass mit Bezug auf das vorgenannte Beispiel die Austastlücke la auf 3 ms bzw. 6 ms anwächst.
Normale Kameras 1 bzw. Bildsensoren können im Freilauf eine höhere Bildfrequenz leisten als im Trigger-Modus. Hier sinken die Bildfrequenzen auf etwa die Hälfte. Kameras 1 bzw. Bildsensoren besserer Art können sowohl im Freilauf als auch im Trigger-Modus gleich hohe Bildfrequenzen leisten. Hier spricht man von Pipeline-Trigger-Modus
Aufgrund der Auswahl der Belichtungszeit findet bei der ge- triggerten Vorgehensweise nach dem Stand der Technik keine Veränderung der Austastlücke zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Bildern statt. Sobald der Trigger-Pin 1Λ mit einem Trigger-Signal 2.1 eines Projektors 2 beaufschlagt wird, erstellt der Bildsensor auf Grundlage der ge¬ wünschten Belichtungszeit ein Bild. Erst wenn dieser Vor¬ gang abgeschlossen ist, d.h. Belichten und Auslesen des Bildes, ist der Bildsensor bzw. die Kamera 1 in der Lage, einen nächsten Impuls des Trigger-Signals 1.2 zu verarbei¬ ten. Bis zum Erhalt dieses nächsten Impulses macht der Bildsensor nichts. Er befindet sich sozusagen im Standby- Modus . Damit ist der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Bildern zwar veränderbar. Eine Anpassung der Austastlücke erfolgt jedoch nicht.
Eine Anpassung bzw. Regelung der Austastlücke la, lb zwecks Anpassung der Frequenz Fl des Bildsensors 1 bzw. dessen Phase PI an die eines Projektors 2 oder einer sonstigen, ein Synchronisationssignal abgebenden Einheit findet nach dem Stand der Technik weder im Freilauf- noch im Trigger- Modus statt.
Nach Fig. 3b ist der Trigger-Pin 1 trotz Synchronisation mit einem Synchronisationssignal 2.1 erfindungsgemäß nicht in Kontakt mit dem Elektronikbaustein 3, zumindest wird der Trigger-Pin 1 - sofern mit dem Elektronikbaustein 3 kon¬ taktiert - nicht mit einem Trigger-Signal 2.1 beaufschlagt. Über den als Steuer- und Regelglied 3 ausgebildeten Elektronikbaustein und die weiteren Steuer-Pins 1 λ λ wird die Länge der Austastlücke la, lb und die Frequenz Fl der Kamera ausgelesen. Somit kann die Frequenz Fl und/oder die Phase PI des Bildsensors 1 mit der Frequenz F2 und/oder Pha¬ se P2 des Synchronisationssignals 2.1 verglichen und die Austastlücke la, lb derart verändert werden, dass die Frequenz Fl und/oder die Phase PI des Bildsensors 1 mit der Frequenz F2 und/oder der Phase P2 des Synchronisationssig¬ nals 2.1 übereinstimmt. Dabei kann die Kamera 1 im Freilauf betrieben werden, sodass ein Belichten eines Bildes schon erfolgen kann, wenn das vorherige Bild noch ausgelesen wird und damit die maximale Bild-Frequenz möglich ist. Ergänzend zu einem Trigger-Eingang 111 der Kamera könnte die Schnittstelle 5 als Synchronisations-Eingang l bezeichnet sein, sodass der Anwender schon beim Anschließen der Kamera zwischen Trigger-Modus und Synchronisationsmodus auswählen kann. Denn im Synchronisationsmodus ist es wichtig, dass die Frequenz und die Phase des Synchronisationssignals mög¬ lichst konstant sind, zumindest eine sehr geringe Abwei¬ chung aufweisen, da sonst die Einhaltung eines Soll-Wertes für die Phase PI und die Frequenz Fl nicht möglich ist. Diese Anforderung ist an ein Trigger-Signal nicht zu stellen. Im Trigger-Modus kann die Kamera jede beliebige Trig¬ ger-Signal-Folge abbilden, sofern sie die maximal mögliche Bildfrequenz nicht überschreitet.
Bezugs zeichenliste
1 Kamera, Bildsensor
l Trigger-Eingang, Trigger-Pin, Synchronisationseingang
1 Λ Steuer-Stelle, Steuer-Pin
la Austastlücke
lb Austastlücke
1.1 Bild
1.2 Bild
1.3 Bild
2 Projektor, weitere Kamera, Synchronisationssignal abgebende Einheit
2.1 Trigger-Signal, Synchronisationssignal, Muster
2.2 Trigger-Signal, Synchronisationssignal, Muster
2.3 Trigger-Signal, Synchronisationssignal, Muster
3 Elektronik, Steuer- und Regelglied, IC
3.1 Regelkreis
4 Anschluss
5 Schnittstelle
Fl Bildfrequenz der Kamera
F2 Bildfrequenz des Projektors
PI Phase Kamera
P2 Phase Projektor

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur zeitlichen Abstimmung einer einen Bildsensor aufweisenden. Kamera (1) mit einem Projektor (2), der ein seiner Bildfrequenz entsprechendes Synchronisa¬ tionssignal (2.1) erzeugen kann, bei dem
a) der Projektor (2) mit einer Bildfrequenz F2 betrieben wird,
b) die Kamera (1) mit einer Bildfrequenz Fl betrieben wird, wobei zwischen einzelnen Bildern (1.1, 1.2, 1.3) eine Austastlücke (la, lb) gebildet wird,
c) das Synchronisationssignal (2.1) des Projektors (2) zur Steuerung der Kamera (1) bereitgestellt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d) zwecks Anpassung einer Phase PI der Bildfrequenz Fl der Kamera (1) an eine Phase P2 der Bildfrequenz F2 des Projektors (2) und/oder zwecks Anpassung der Bildfrequenz Fl der Kamera (1) an die Bildfrequenz F2 des Projektors (2) eine oder mehrere Austastlücken (la, lb) zwischen den einzelnen Bildern (1.1 bis 1.3) der Kame¬ ra (1) in Abhängigkeit von dem Synchronisationssig¬ nal (2.1) des Projektors (2) variiert werden und hierzu durch einen Regelkreis (3.1) ein Vergleich zwischen der Phase PI der Bildfrequenz Fl der Kamera (1) und der Phase P2 der Bildfrequenz F2 des Projektors (2)
und/oder zwischen der Bildfrequenz Fl der Kamera (1) und der Bildfrequenz F2 des Projektors (2) erfolgt, wo¬ bei der Trigger-Eingang des Bildsensors (1) für die An¬ passung der Austastlücke (la, lb) nicht angesteuert wird .
Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das Synchronisationssignal (2.1) eine nahezu konstante Frequenz aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass in dem Fall, in dem die Phase PI der Bildfrequenz Fl der Kamera (1) gegenüber der Phase P2 der Bildfrequenz F2 des Projektors (2) nach früh verschoben ist, die Austastlücken (la, lb) vergrößert werden und in dem Fall, in dem die Phase PI der Bildfrequenz Fl der Kamera (1) gegenüber der Phase P2 der Bildfrequenz F2 des Projektors (2) nach spät verschoben ist, die Austastlücken (la, lb) verkleinert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass in dem Fall, in dem die Bildfrequenz Fl der Kame¬ ra (1) größer ist als die Bildfrequenz F2 des Projek¬ tors (2), die Austastlücken (la, lb) vergrößert werden und/oder in dem Fall, in dem die Bildfrequenz Fl der Kamera (1) kleiner ist als die Bildfrequenz F2 des Pro¬ jektors (2), die Austastlücken (la, lb) verkleinert werden .
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass eine Kamera (1) zur Anwendung gebracht wird, deren Frequenz Fl im Vorfeld der zeitlichen Abstimmung größer ist als die Frequenz F2 des Projektors (2) .
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das Synchronisationssignal (2.1) vom Projektor (2) über einen Elektronikbaustein, einen Schaltkreis, einen Regelkreis oder einen IC (3) erfasst und die Länge der Austastlücken (la, lb) über den Elektronikbaustein, den Schaltkreis, einen Regelkreis oder den IC (3) gesteuert und/oder geregelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass alternativ oder ergänzend zum Projektor (2) eine weitere Kamera oder eine ein Synchronisationssignal abgebende Einheit Anwendung findet, an deren Frequenz F2 die Frequenz Fl und/oder die Phase PI der Kamera (1) angepasst wird.
8. System zur Erzeugung von 3D-Bildern mit einer Kamera (1) und einem Projektor (2) oder einer weiteren Kamera (2), welches nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche betrieben wird.
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