DE10223136C1 - Verfahren zur Anpassung und Einstellung des Tiefenmessbereichs einer Studiokamera - Google Patents

Abstract

Das Verfahren zur Anpassung und Einstellung des Tiefenmessbereichs einer Studiokamera liefert die Werte für den Abstand der Bildpunkte eines Kamerabildes von den Bildpunkten zugeordneten Teilen einer aufgenommenen dreidimensionalen Geometrie. Bei dem Verfahren wird die Größe des Tiefenmessbereichs und die Genauigkeit, mit der jeweilige Abstände der von dem Kamerabild erfassten Teile der aufgenommenen Geometrie mit der gegebenen Bitgröße digital messtechnisch ermittelbar sind, definiert. Die Lage des Tiefenmessbereichs wird derart festgelegt, dass der Tiefenmessbereich von der Studiokamera beabstandet ist und sich vor sowie hinter der aktuellen Fokus-Ebene der Studiokamera erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung und Einstellung des Tie­ fenmessbereichs einer Studiokamera, die Werte für den Abstand der Bild­ punkte eines Kamerabildes von, den Bildpunkten zugeordneten Teilen einer aufgenommenen dreidimensionalen Geometrie liefert.

Es ist grundsätzlich bekannt, bei Tiefen-Keying-Systemen für virtuelle Studios Tiefenwertbilder zu verwenden. In diesen Bildern werden den einzelnen Wer­ ten für den Abstand der Kamera von den von deren Bildpunkten aufgenomme­ nen Teilen der Geometrie entsprechende endliche Graustufen zugeordnet. Auch bei stereoskopischen Tiefenmessungen kommen derartige Zuweisungen der Abstandswerte zu Graustufen zum Einsatz. Zumeist beschränkt man sich jedoch auf uniforme Wertebereiche.

Aus JP-A-07-7665 ist eine Videokamera bekannt, bei der mittels eines zusätz­ lich aufgenommenen Wärmebildes eine Person aus der Gesamtbildinformation separiert werden kann. In DE-C1 37 32 347 ist ein Sensor mit mehreren in Ar­ ray-Form angeordneten Pixeln beschrieben, die reflektierte Laserimpulse empfangen. Durch Abtastung des vom Sensor erfassten Bereichs mittels La­ serimpulsen und zeitlich selektives Belichten der Pixel kann anhand der Menge der Ladungsträger pro Pixel die Entfernung des den Pixeln jeweils zugeordne­ ten erfassten Teilbereiches eines aufgenommenen Bildes ermittelt werden. In DE-C2 43 05 011 ist ein Entfernungsmessverfahren beschrieben, bei dem der erfasste Gesamtbereich in Teilbereiche aufgeteilt ist, wobei die Auflösung in­ nerhalb der Teilbereiche jeweils von der gewählten Bitgröße abhängig ist. In JP-A-61 731 18 ist eine Videokamera mit automatischer Fokussiereinstellung beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Auflösung der Abstandswerte bei einer technisch vorgegebenen Einteilung der Graustufenskala (z. B. 8 Bit) an die vorgegebene Genauigkeit optimal anzupassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren gemäß An­ spruch 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Bei der Umwandlung der Tiefenwertinformation in ein Graustufenbild stellt sich die Frage der Zuordnung von Abstandswerten zu den jeweiligen Graustufen­ werten. Das Graustufenbild besitzt pro Bildpunkt einen endlichen Wertebe­ reich, hingegen gibt es unendlich viele Tiefenwerte, die darauf abgebildet wer­ den müssen. Auch ist die Unterteilung der Graustufenwerte in diskrete Ab­ standswerte abhängig von der gewünschten Genauigkeit.

Ausgehend von einem Graustufenbild mit einer Pixelgenauigkeit von n Bit und einer erforderlichen Genauigkeit von Δs ergibt sich ein maximaler Abstandbe­ reich von S = 2ⁿ.Δs.

Bei der Erzeugung von Tiefenbildern von realen Objekten in virtuellen Studios ist vor allem der Bereich von Interesse, auf den die Kamera fokussiert ist. Aus den Trackingdaten der Kamera lässt sich der Abstand F der Linse zu den fo­ kussierten Objekten ermitteln. Da nicht auszuschließen ist, dass F < S ist, muss der Abstandsbereich entsprechend um den anfokussierten Punkt der Kamera gelegt werden. Dementsprechend müssen Abstandwerte U und V defi­ niert werden mit U ≦ F ≦ V und V - U = S.

Die Abstände Δu und Δv definieren die Entfernung der Werte U bzw. V vom anfokussierten Punkt F der Kamera (siehe Zeichnung). Es ist nicht auszu­ schließen, dass Δu ≠ Δv ist. Im folgenden soll daher ein symmetrischer sowie ein unsymmetrischer Abstandsbereich gleichermaßen umfasst sein.

Der Bereich zwischen U und V definiert diskrete Unterteilungen. Auch hier muss der allgemeine Fall berücksichtigt werden, dass jeder dieser Bereiche nicht zwingend Δs groß sein muss. Auch kleinere Werte als die gewünschte Genauigkeit können auftreten.

Bei der Unterteilung muss weiterhin zwischen einem uniformen und nicht- uniformen Abstandsbereich unterschieden werden, und zwar je nachdem, ob die einzelnen Abstandsbereichsunterteilungen gleiche oder unterschiedliche Größen haben.

Für das erfindungsgemäße Verfahren der Umwandlung von Tiefenwertinforma­ tionen in Graustufenwerten sind der fokussierte Abstand und der Öffnungswin­ kel α der Kamera von Interesse. Beide Werte lassen sich aus dem Objektivtra­ ckingsystem der Kamera ermitteln.

Man kann jetzt die Unterteilung des Abstandbereichs S sowie der Grenzen U und V manuell verändern. Es bietet sich jedoch an, diese Werte in Abhängig­ keit von F und α automatisch zu bestimmen. Hierfür sollen Kalibrierungsdaten verwendet werden, die abhängig von den Kameraobjektivdaten den Abstand­ bereich und somit eine Zuweisung von Tiefenwerten zu Graustufen definieren. Die Kalibrierungsdaten werden unter Berücksichtung der Blendenwerte der Kamera und des Tiefenwertsensors ermittelt.

Unter Einbehaltung der gewünschten Genauigkeit Δs kann das 3D-Kamera- System automatisch die Zuweisung der Tiefenwerte vornehmen und sowohl nicht uniforme als auch asymmetrische Abstandbereiche zulassen.

Die Neuerung der Erfindung liegt in dem Zusammenspiel zwischen Kameratra­ ckingdaten und der Bestimmung des Abstandbereichs. Durch entsprechende Kalibrierungsdaten und die aktuellen Objektivparameter lässt sich somit eine optimale Zuweisung unter Einbehaltung einer Mindestgenauigkeit Δs automati­ sieren.

Die berechneten Werte werden dann an das nachfolgende Keying-System (Objektseparierung) übergeben, um aus den Graustufenwerten die entspre­ chenden Abstandswerte zu extrahieren.

Claims (5)

1. Verfahren zur Anpassung und Einstellung des Tiefenmessbereichs einer Studiokamera, die Werte für den Abstand der Bildpunkte eines Kamerabildes von den Bildpunkten zugeordneten Teilen einer aufgenommenen dreidimensionalen Geometrie liefert, wobei bei dem Verfahren.

• - die Größe des Tiefenmessbereichs und die Genauigkeit, mit der jeweilige Abstände der von dem Kamerabild erfassten Teile der aufgenommenen Geometrie mit der gegebenen Bitgröße digital messtechnisch ermittelbar ist, definiert werden und
• - die Lage des Tiefenmessbereichs derart festgelegt wird, dass der Tiefenmessbereich von der Studiokamera beabstandet ist und sich vor sowie hinter der aktuellen Fokus-Ebene der Studiokamera erstreckt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung der Lage des Tiefenmessbereichs manuell oder in Abhängigkeit von den Objektivparametern der Studiokamera automatisch erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefenmessbereich symmetrisch oder asymmetrisch zur Fokusebene der Studiokamera angeordnet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterteilung des Tiefenmessbereichs in Teilbereiche gleichförmig ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterteilung des Tiefenmessbereichs in Teilbereiche ungleichförmig erfolgt.