DE10008766A1 - Digitale Kamera - Google Patents

Abstract

Es wird eine digitale Kamera mit einer Objektivanordnung (1), einem CCD-Empfänger (2) mit in Reihen und hierzu senkrechten Spalten angeordneten Empfängerelementen vorgeschlagen, wobei das von der Objektivanordnung erfaßte Bild auf dem CCD-Empfänger abgebildet wird und die Empfängerelemente entsprechend dem jeweils erfaßten Bildpunkt Bildsignale liefern. Weiterhin sind eine Bildverarbeitungseinheit (3), die die Bildsignale verarbeitet und Bildaufzeichnungssignale erzeugt, sowie ein Aufzeichnungsmedium (4), auf welchem die Bildaufzeichnungssignale gespeichert werden, vorgesehen. Die Bildverarbeitungseinheit ist in der Weise umschaltbar, daß sie Bildaufzeichnungssignale entweder des gesamten vom CCD-Empfänger erfaßten Bildes nur einmal oder nur eines Ausschnitts des Bildes von vorbestimmter Breite in Reihen- oder Spaltenrichtung wiederholt zur Speicherung auf dem Aufzeichnungsmedium zur Verfügung stellt. Hierdurch ist die Kamera sowohl zur Aufnahme von Einzelbildern als auch zur Aufnahme von Panoramabildern geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft eine digitale Kamera nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Digitale Kameras weisen üblicherweise einen CCD- Empfänger auf, der bei einer Einzelbild-Kamera aus einer Vielzahl von matrixförmig angeordneten Empfängerelementen besteht, wobei ein über eine Objektivanordnung erfaßtes Bild auf dem CCD-Empfänger abgebildet wird. Dabei liefert jedes Empfängerelement ein Bildsignal, das die Intensität der erfaßten Strahlung wiedergibt. Die Bildsignale werden einer Bildverarbeitungseinheit zugeführt, die Bildsignale entsprechend unterschiedlichen Parametern verarbeitet und korrigiert. Die von der Bildverarbeitungseinheit ausgegebenen Signale werden dann auf ein Aufzeichnungsmedium, das bei einer Videokamera vorzugsweise ein Magnetband ist, aber auch eine Platte sein kann, gespeichert.

Es ist auch eine digitale Panoramakamera bekannt, bei der der CCD-Empfänger durch einen schmalen vertikalen Streifen aus Empfängerelementen gebildet wird. Die Breite des Streifens entspricht nur einem bis zu einigen Pixeln. Die von diesem Streifen aufgenommenen Bildsignale werden verarbeitet und aufgezeichnet. Jedoch verändert sich das auf den CCD-Empfänger geworfene Bild fortlaufend, da das Objektiv gegenüber der Kamerahalterung verdreht wird. Um ein kontinuierliches Panoramabild zu erhalten, wird daher die Verarbeitung und Aufzeichnung der Bildsignale entsprechend häufig wiederholt.

Weiterhin in der DE-Z "inPHO", 6/99 Seiten 18 bis 20, eine digitale Kamera beschrieben, mit der sowohl Einzelbilder als auch Panoramabilder aufgenommen werden können. Ein Panoramabild wird dadurch erhalten, daß die von mehreren Einzelbildern erhaltenen Bilddaten so verarbeitet werden, daß diese zu einem Gesamtbild zusammengefügt werden. Eine spezielle Software sorgt dafür, daß die Einzelbilder passend und nahtlos aneinander gesetzt werden. Etwaige Helligkeitsunterschiede an den Nahtstellen werden durch das Programm ebenfalls ausgeglichen. Diese Kamera hat jedoch den Nachteil, daß, da die Einzelbilder diskontinuierlich aufgenommen wurden, eine sich bewegende Person oder ein sich bewegender Gegenstand auf mehreren Einzelbildern jeweils ganz oder nur teilweise aufgenommen sein kann, so daß diese auch auf dem Panoramabild mehrfach ganz oder teilweise zu sehen sind. Zudem ist die Software sehr aufwendig. Trotz des Helligkeitsausgleichs an den Nahtstellen kann darüber hinaus auch die unterschiedliche Belichtung der Einzelbilder zu einer Qualitätsminderung führen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine digitale Kamera mit einer Objektivanordnung, einem CCD-Empfänger mit in Reihen und hierzu senkrechten Spalten angeordneten Empfängerelementen, wobei das von der Objektivanordnung erfaßte Bild auf dem CCD-Empfänger abgebildet wird und die Empfängerelemente entsprechend dem jeweils erfaßten Bildpunkt Bildsignale liefern, und mit einer Bildverarbeitungseinheit, die die Bildsignale verarbeitet und Bildaufzeichnungssignale erzeugt, die auf einem Aufzeichnungsmedium gespeichert werden, zu schaffen, welche in der Lage ist, außer Einzelbildern mit relativ geringem zusätzlichem Aufwand auch Panoramabilder aufzunehmen, welche qualitativ hochwertig sind, insbesondere sich bewegende Personen oder Objekte nur einmal enthalten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kamera ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Dadurch daß die Bildverarbeitungseinheit in der Weise umschaltbar ist, daß sie Bildaufzeichnungssignale entweder des gesamten vom CCD-Empfänger erfaßten Bildes nur einmal oder nur eines Ausschnitts des Bildes von vorbestimmter Breite in Reihen oder Spaltenrichtung wiederholt zur Speicherung auf dem Aufzeichnungsmedium zur Verfügung stellt, wird eine digitale Kamera erhalten, die sämtliche Vorteile sowohl einer eigenständigen Einzelbild-Kamera als auch einer eigenständigen Panoramakamera bietet. Für beide Nutzungsmöglichkeiten werden dasselbe Objektiv und er derselbe CCD-Empfänger verwendet. Lediglich die Bildverarbeitungseinheit ist so auszubilden, daß sie zwischen diesen beiden Möglichkeiten unterscheidet und eine entsprechend unterschiedliche Verarbeitung der Bilddaten durchführt. Dies kann durch eine geeignete Programmierung der Bildverarbeitungseinheit erreicht werden.

Vorzugsweise ist die Kamera mit einer Antriebsvorrichtung zum Bewegen der Objektivanordnung gegenüber einer Halterung für die Kamera versehen. Diese Halterung besteht beispielsweise auf einem Stativ, auf welches die Kamera drehbar aufgesetzt werden kann. Durch einen in der Kamera angeordneten oder an der Halterung befestigten Motor kann die Kamera gegenüber der Halterung um einen beliebig großen Winkel gedreht werden. Dabei ist vorteilhaft die Wiederholbarkeit der Umwandlung des Bildausschnitts in Abhängigkeit von der Bewegung der Objektivanordnung gegenüber der Halterung steuerbar, d. h. es werden beispielsweise nach einer Drehung von 1/10° jeweils die Bildsignale des streifenförmigen Bildausschnitts von der Bildverarbeitungseinheit abgerufen und für die Aufzeichnung verarbeitet. Hierzu ist die Bildverarbeitungseinheit mit einem entsprechenden Winkelsensor verbunden. Der Bildausschnitt auf dem CCD-Empfänger hat dann eine Breite, die dem Drehwinkel von 1/10° entspricht.

Die Erfindung im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau einer digitalen Kamera in schematischer Darstellung, und

Fig. 2 die Ansicht eines CCD-Empfängers.

Die in Fig. 1 illustrierte digitale Kamera weist eine Objektivanordnung 1, einen aus einer Vielzahl von Empfängerelementen 5, die jeweils einem Pixel entsprechend und in horizontalen Reihen und hierzu senkrechten Spalten angeordnet sind, bestehenden CCD- Empfänger 2, eine Bildverarbeitungseinheit 3 und ein Aufzeichnungsmedium 4 auf. Die Objektivanordnung 1 wirft ein Bild auf die ihr zugewandte rechteckige Seite des CCD-Empfängers 2. Die Empfängerelemente erzeugen jeweils Bildsignale, die abhängig von der Intensität des auftreffenden Lichts sind. Diese Bildsignale gelangen zu der Bildverarbeitungseinheit 3 und werden in dieser so verarbeitet, daß sie zur Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungsmedium 4 geeignet sind.

Fig. 2 zeigt die der Objektivanordnung 1 zugewandte Seite des CCD-Empfängers 2. Dieser weist eine Vielzahl von Empfangselementen 5 auf, die jeweils einem Pixel des aufgestrahlten Bildes entsprechen. Die Empfangselemente 5 sind matrixförmig, d. h. in Reihen und Spalten angeordnet. In Reihenrichtung sind etwa 1200 bis 1900 Empfangselemente 5 und in Spaltenrichtung etwa 800 bis 1200 Empfangselemente 5 hintereinander angeordnet.

Bei einer Einzelbildaufnahme werden sämtliche Empfangselemente 5 des CCD-Empfängers 2 abgetastet und die entsprechenden Bildsignale zur Bildverarbeitungseinheit 3 übertragen. In dieser werden alle empfangenen Bildsignale verarbeitet und zum Aufzeichnungsmedium ausgegeben, auf welchem somit das vollständige Bild einmal aufgezeichnet wird.

Bei der Aufnahme eines Panoramabildes hingegen wird die Bildverarbeitungseinheit 3 so geschaltet, daß nur ein Teil der Empfangselemente 5 abgetastet wird, bzw. nur ein Teil der Bildsignale in der Bildverarbeitungseinheit 3 verarbeitet und zum Aufzeichnungsmedium 4 übertragen wird. Dieser Teil der Empfangselemente 5 bildet einen Bildausschnitt in Form eines schmalen Streifens 6, der in Spaltenrichtung verläuft. Der Streifen 6 hat die Breite von wenigen, vorzugsweise ein bis etwa zehn Empfangselementen 5. Auf dem Aufzeichnungsmedium 4 wird somit bei jeder Bildabtastung nur ein schmaler Ausschnitt des Bildes in Form des schmalen Streifens 6 aufgezeichnet. Dieser Ausschnitt liegt vorzugsweise in Reihenrichtung in der Mitte des Bildes, da hier die größte Bildschärfe erhalten wird.

Während der Aufnahme eines Panoramabildes muß weiterhin die Kamera bzw. die Objektivanordnung 1 gegenüber der Umgebung bewegt, vorzugsweise um eine senkrechte Achse gedreht werden. Aus diesem Grund ist die Kamera mit einer nicht näher dargestellten Kupplungseinrichtung versehen, mit deren Hilfe sie auf einem Stativ 7 befestigt werden kann. Mittels eines in der Kamera angeordneten oder am Stativ 7 angebrachten steuerbaren Motors (nicht gezeigt) kann die Kamera um einen Winkel, der der gewünschten Länge eines Panoramas entspricht, um eine vertikale Achse gedreht werden.

Bei der Aufnahme eines Panoramabildes wird der CCD- Empfänger 2 eine Vielzahl von Malen abgetastet, wobei bei jeder Abtastung nur der Streifen 6 aufgezeichnet wird. Da sich gleichzeitig das Objektiv dreht, sind die Bildsignale der aufeinander folgend abgetasteten Streifen 6 unterschiedlich. Dabei wird die Beziehung zwischen der Frequenz der Abtastung der Streifen 6 und der Drehgeschwindigkeit der Objektivanordnung 1 so eingestellt, daß sich die aufeinander folgenden Streifen 6 nahtlos aneinander fügen, d. h. es wird ein unterbrechungsfreies Bild mit einer gewünschten Menge bis zu einem Drehwinkel von 360° aufgezeichnet.

An der Kamera oder am Stativ ist ein Winkelsensor angebracht, der die zurückgelegte Drehung mit einer Genauigkeit von vorzugsweise weniger als 1/10° erfassen kann. Dies entspricht, wenn man von einer Anzahl von 15 000 Pixeln für 360° ausgeht, maximal 4 bis 5 Pixeln in Reihenrichtung.

Damit sich bewegende Objekte auf dem aufgenommenen Bild nicht zu stark verzerrt werden, sollte die Drehbewegung des Objektivs nicht zu langsam sein; die Dauer einer Umdrehung sollte daher im Bereich von 1 bis 10 Sekunden liegen.

Um die Höhe des Panoramabildes zu vergrößern, kann die Kamera bei der Aufnahme des Panoramabildes gegenüber der Position bei der Aufnahme eine s Einzelbildes um 90° um die horizontale Objektivachse gedreht gehalten werden, wobei der aufgezeichnete Streifen 6' dann nicht mehr in Spaltenrichtung, sondern in Reihenrichtung verläuft. Die größere Höhe des Panoramabildes ergibt sich daraus, daß Einzelbilder üblicherweise in Breitenrichtung eine größere Abmessung als in Höhenrichtung haben. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei einer digitalen Kamera die Abtastung des CCD-Empfängers 2 gewöhnlich entlang der einzelnen Reihen erfolgt, so daß zur Erfassung des Streifens 6 in Spaltenrichtung der gesamte CCD-Empfänger 2 abgetastet werden muß, während zur Erfassung des Streifens 6' in Reihenrichtung nur die diesen Streifen bildenden Reihen abgetastet werden müssen. Der Abtastvorgang kann daher erheblich verkürzt werden.

Eine größere Höhe des Panoramabildes kann auch dadurch erhalten werden, daß eine Objektivanordnung mit größerem Aufnahmewinkel gewählt wird. Wenn hierfür beispielsweise eine zylindrische Linse oder ein Fischaugenobjektiv verwendet wird, kann ein Aufnahmewinkel bis zu 180° erhalten werden. Die hierdurch bewirkte optische Verzerrung kann durch eine entsprechende Verarbeitung der Bildsignale in der Bildverarbeitungseinheit 3 im aufgezeichneten Panoramabild wieder aufgehoben werden.

Wird die Kamera bei der Aufnahme eines Panoramabildes nicht genau horizontal gehalten, dann verläuft der Horizont im aufgenommenen Bild wellenförmig. Diese Schräglage kann mechanisch oder elektronisch kompensiert werden. Bei der mechanischen Kompensation ist der CCD-Empfänger 2 schwenkbar in der Kamera gelagert und beispielsweise durch ein Gewicht so belastet, daß er unabhängig von einer etwaigen Schräghaltung der Kamera immer horizontal ausgerichtet ist, d. h. der aufgezeichnete Streifen verläuft immer vertikal. Bei der elektronischen Kompensation erfaßt ein Neigungssensor 8 eine etwaige Schrägstellung des CCD-Empfängers 2 (in Fig. 2 gestrichelt dargestellt) und steuert die Verarbeitung der Bildsignale derart, daß der aufgezeichnete Streifen 6 bzw. 6' stets vertikal verläuft, d. h. bei einer Schräghaltung der Kamera nicht mehr senkrecht bzw. parallel zu den Seitenkanten des CCD-Empfängers 5.

Claims (14)

1. Digitale Kamera mit einer Objektivanordnung (1), einem CCD-Empfänger (2) mit in Reihen und hierzu senkrechten Spalten angeordneten Empfängerele­ menten (5), wobei das von der Objektivanordnung (1) erfaßte Bild auf dem CCD-Empfänger (2) abge­ bildet wird und die Empfängerelemente (5) ent­ sprechend dem jeweils erfaßten Bildpunkt Bild­ signale liefern, und mit einer Bildverarbei­ tungseinheit (3), die die Bildsignale verarbei­ tet und Bildaufzeichnungssignale erzeugt, die auf einem Aufzeichnungsmedium (4) gespeichert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildverarbeitungseinheit (3) in der Wei­ se umschaltbar ist, daß sie Bildaufzeichnungs­ signale entweder des gesamten vom CCD-Empfänger (2) erfaßten Bildes nur einmal oder nur eines Ausschnitts (6, 6') des Bildes von vorbestimmter Breite in Reihen oder Spaltenrichtung wiederholt zur Speicherung auf dem Aufzeichnungsmedium (4) zur Verfügung stellt.

2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Antriebsvorrichtung zum Bewegen der Objektivanordnung (1) gegenüber einer Halterung (5) für die Kamera aufweist.

3. Kamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung eine Drehbewegung ist.

4. Kamera nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halterung ein Stativ ist.

5. Kamera nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiederholbarkeit der Aufzeichnung des Bildausschnitts (6, 6') in Ab­ hängigkeit von der Bewegung der Objektivanord­ nung (1) gegenüber der Kamerahalterung (5) steu­ erbar ist.

6. Kamera nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung ein in der Kamera angeordneter Motor ist.

7. Kamera nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung ein an der Kamerahalterung (5) befestigter Motor ist.

8. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildausschnitt (6, 6') entlang der Bildmitte in seiner Querrichtung verläuft.

9. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des aufzuzeich­ nenden Bildausschnitts (6, 6') im Bereich von 1 bis 10 Pixeln liegt.

10. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Pixel in Drehrichtung bezogen auf einen Winkel von 360° im Bereich von 10 000 bis 20 000 liegt.

11. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dauer einer Dreh­ bewegung der Objektivanordnung (1) um 360° im Bereich von 1 bis 10 Sekunden liegt.

12. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Objektivanordnung (1) eine zylindrische Linse aufweist.

13. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß der CCD-Empfänger (2) schwenkbar in der Weise gelagert ist, daß er stets in Richtung der Vertikalen ausgerichtet ist.

14. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bildverarbeitungs­ einheit (39) bei der Aufzeichnung eines Bildaus­ schnitts (6, 6') unabhängig von der Lage des CCD-Empfängers (2) stets Bildaufzeichnungssigna­ le eines in seiner Längsrichtung vertikalen Bildausschnitts (6, 6') zum Aufzeichnungsmedium (4) liefert.