DE19502667A1

DE19502667A1 - Dreidimensionale Bildaufnahme mit einer Kamera mit einem Objektiv

Info

Publication number: DE19502667A1
Application number: DE19502667A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl Ing Seebeck; Sonja Seebeck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-01-20
Filing date: 1995-01-20
Publication date: 1996-07-25

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine dreidimensionale Bildaufnahme mit einer Kamera, insbesondere in der Fernsehtechnik, Photographie und im Amateurvideoaufnamebereich.

Die heutige 3D-Aufnahmetechnik beruht auf dreidimensionalem Aufnehmen mit zwei Objektiven (zwei Kameras). Das Übertragungssystem von 3D-Aufnahmen über einen Fernsehkanal hat zur Folge, daß sich das 3D-Bild nicht ohne 3D-Brille sehen läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bildaufnahmeverfahren zu erfinden, daß mit einer Kamera mit einem Objektiv dreidimensional aufnehmen kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß folgendermaßen gelöst:
Bei jedem Bildpunkt des aufgenommenen Bildes wird die Entfernung ermittelt, und eine zweite Kamera wird simuliert. Aus dem Winkel der optischen Achsen der Kameras und der Entfernung wird die Bildpunktverschiebung des Bildes der zweiten Kamera gegenüber der linken festgestellt. Die Entfernung wird aus der Schärfe des Bildpunktes ermittelt. Jeder Entfernung wird eine seitliche Verschiebung zugeordnet. Diese Verschiebung wird als 3D-Infosignal mit dem linken Bild (wie Videotext, bzw. komprimiert) übertragen.

Fig. 2 zeigt ein 3D-Bild aufgenommen von zwei Kameras: Das linke (BKL) und das rechte (BKR), den Baum im Vordergrund, das Haus im Mittelgrund und die Berge im Hintergrund. Das Aufnahmeobjekt ist das Haus. Fig. 3 zeigt die optischen Achsen der zwei Kameras: Im Vordergrund ist das rechte Kamerabild nach links verschoben, im Hintergrund nach rechts und im Mittelgrund ist die seitliche Verschiebung (D) gleich Null.

Fig. 1 zeigt, wie das aufgenommene Bild nach Fig. 2 räumlich aufgeteilt ist: Ein Vordergrundobjekt (VO), das Mittelgrundobjekt (MO) und das Hintergrundobjekt (HO). In Fig. 1 wird angenommen, daß nur das Aufnahmeobjekt im Mittelgrund (MO) auf dem CCD-Sensor (CCD) scharf abgebildet wird, der Vordergrund und der Hintergrund unscharf. Wird der CCD-Sensor um die Strecke -T(+T) verschoben, wird das Vordergrundobjekt (Hintergrundobjekt) auf dem CCD scharf abgebildet. Bewegt sich der CCD-Sensor nicht, wird aber die Entfernung von Null bis zu Unendlich verstellt, werden bekanntlich nach und nach alle Bildpunkte des Aufnahmebildes (des Vordergrunds, des Mittelgrunds und des Hintergrunds) auch scharf abgebildet.

Das aufgenommene Bild wird auf dem CCD-Sensor projiziert. Während der Bildhinlaufzeit wird die Schärfe einmal hin und her durchgestimmt (indem man z. B. den Brennpunkt hin und her verschiebt oder indem man den CCD-Sensor hin und her bewegt), so daß alle Aufnahmeobjekte vom vordersten Vordergrund zum weitesten Hintergrund einmal scharf (auf dem CCD-Sensor) abgebildet werden. Durch einen Bildvergleich werden im Bildspeicher die unscharfen Bildpunkte durch die scharfen ausgetauscht, so daß am Ende der Bildlaufzeit im Bildspeicher ein Bild mit großen Schärfentiefe zur Verfügung steht.

Beim Ermitteln der seitlichen Verschiebung kann folgendermaßen vorgegangen werden:
Durch das Durchstimmen der Schärfe werden die weißen Bildpunkte weißer, die schwarzen schwarzer. Auf einem CCD wird die Schärfe des Bildes durchgestimmt, auf dem anderen nicht.

(Diese zwei Signale werden zuerst als Wechselspannung durch die Nullinie auf schwarze und weiße Komponenten geteilt, verglichen, die größeren Umhüllen werden übernommen.)

Aus dem Vergleich dieser zwei Bilder werden scharfen Bildpunkte gewonnen. Jedoch die vom "durchgestimmten" Bild werden nicht die ausreichende Amplitude haben, weil beim Durchstimmen die Lichtenergie der unscharfen Bildpunkte länger wirkte als in der Zeit, in der diese Punkte kurz scharf abgebildet waren. Das neu entstandene Bild enthält die "scharfen" Bildpunkte mit der vollen und mit der veränderten ("halben") Amplitude. Das nicht durchgestimmte Bild enthält nur die "scharfen" Bildpunkte mit der vollen Amplitude.

Durch Vergleich werden Differenzen gewonnen (von den Bildpunkten mit der "halben" Applitude), die verstärkt den "halben" zuaddiert werden.

Das Gewinnen der seitlichen Verschiebung D: Während der Bildlaufzeit wird das "durchgestimmte" Bild mehrmals mit dem "nicht durchgestimmten" verglichen und den ermittelten "scharfen" Bildpunkten wird die seitliche Verschiebung in Abhängigkeit des wievielten Vergleichs zugeschrieben. (Dieses Verfahren ist für schlechte Lichtverhältnisse nicht gut geeignet.)

Um nur mit einen CCD-Sensor auszukommen wird ein Bild der ungeraden Bilder mit einem Bild der geraden Bilder verglichen. Zwei Bildlaufdauer wird jedoch das gleiche Bild gesendet. Mit einem zusätzlichen CCD-Sensor, der mit dem aufgenommenen Bild über einen halbdurchsichtigen Spiegel eingespeist wird, wird jedes Bild nur über eine Bildlaufdauer gesendet.

Diese 3D-Information kann wie Videotext während des Zeilenrücklaufs mit dem linken Bild übertragen werden. Zur Übertragung der 3D-Aufnahmen reicht dann eine Bandbreite von einem Fernsehkanal. Beim Empfänger kann das rechte Kamerabild aus dem linken und aus der 3D-Information aufgebaut werden. Die 3D-Bildwiedergabe kann über ein 3D-Linsensystem oder mit Hilfe einer 3D-Brille betrachtet werden.

Einige Beispiele zum Durchstimmen der Schärfe:

a) Der CCD-Sensor wird durch den piezoelektrischen Effekt (s. Fig. 7) bewegt. Die Durchstimmung ist sehr klein, geeignet für Weitwinkelobjektive.
b) Ein halbdurchsichtiger Spiegel (s. Fig. 6) liefert das aufgenommene Bild auf den CCD2-Sensor, der so versetzt ist, das bei allen Entfernungseinstellungen und Blendenöffnungen des Objektivs nur den vordersten Vordergrund (des aufgenommenen Bildes) scharf abbilden kann. Die Blende wird (soweit das die Lichtverhältnisse erlauben) durchgesteuert, wobei sich die Tiefenschärfe am CCD2 ändert. Dabei wird der gespeicherte Helligkeitswert des vorigen Bildes der Blendenöffnung korrigiert (wegen der ab- oder zunehmenden Helligkeit beim Betätigen der Blendenöffnung). Als Vorteil wäre der mögliche Einsatz einer elektronischen LCD-Blende zu nennen. Dieses Verfahren ist für Objektive mit kleineren bis mittleren Brennweiten und bei guten Lichtverhältnissen geeignet.
c) Kombination von a) und b)
d) Fig. 5 zeigt einen beweglichen halbdurchsichtigen Spiegel, der in der Bildlaufzeit aus seiner senkrechten Ruhelage um den Punkt A einmal ausschlägt. Der CCD2-Sensor ist so schräg angebracht, daß an seiner untersten Kante (Bildzeile) (bei allen Entfernungseinstellungen und Blendenöffnungen des Objektivs) nur der vorderste Vordergrund (des aufgenommenen Bildes) und bei der obersten Kante der weiteste Hintergrund scharf abgebildet ist. Der schwenkende Spiegel bringt jede Zeile des aufgenommene Bildes über die ganzen Schärfenbereiche, so daß jeder Bildpunkt irgendwo scharf (mit höchstem Kontrast) abgebildet werden muß. Geeignet für mittlere bis größere Objektivbrennweiten.
e) Ein halbdurchsichtiger Spiegel (s. Fig. 4) liefert das aufgenommene Bild auf den CCD2-Sensor, der sich vom scharf abgebildeten, vordersten Vordergrund bis zum scharf abgebildeten, weitesten Hintergrund bewegt. Damit wird jeder Bildpunkt irgendwann scharf abgebildet. Geeignet für mittlere bis größere Objektivbrennweiten oder bei Teleobjektiven für ein wesentliches Vergrößern der Schärfentiefe.
f) Elektronisches Durchstimmen der Objektiventfernung ohne oder mit Hilfe eines zusätzliches Microobjektivs, Microzoomobjektivs oder einer Linse (s. Fig. 3 und Anwendungsbeispiel).
g) Elektronisches Durchstimmen der Schärfe mit Hilfe einer (mehrerer) flüssigen(-er) Linse(n) (nach dem Prinzip einer Linse im menschlichen Auge), die dicht vor einem Bildumwandler angebracht ist).

Als erzielte Vorteile der Erfindung (außer der vergrößerten Schärfentiefe) sind zu nennen:

1) Das 3D-Aufnehmen mit einer Kamera mit einem Objektiv.
2) Die Übertragungsmöglichkeit des so simulierten 3D-Bildes über einen Fernsehkanal.
3) Die Möglichkeit der einwandfreien Wiedergabe des simulierten 3D-Bildes als 2D-Bild mit jedem handelsüblichen Fernsehempfänger.

Anwendungsbeispiel

Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Ermittelns der seitlichen Verschiebung. Bei einer Aufnahmekamera folgt das Durchstimmen der Schärfe durch ein Verändern der Objektiventfernung. Ein zusätzliches Microzoomobjektiv (Linsen) ist direkt von einem fest angebrachten CCD-Sensor positioniert und hat die Aufgabe, in der Bildlaufzeit die Schärfe durchzustimmen. Die Linse L1 in Fig. 3 verschiebt den Brennpunkt (kann die Schärfe durchstimmen) , die Linse L2 paßt die Bildbreite des projizierten Bildes am CCD-Sensor an. Die grobe Einstellung des Zooms und der Schärfe des Microzoomobjektivs geschieht über Motor, Getriebe u. a. synchron mit dem Kamerazoomobjektiv. Für die feine Durchstimmung der Schärfe (bzw. der Bildbreitenkorrektur) am Microzoomobjektiv kann z. B. die Kraftwirkung des elektromagnetischen Feldes oder des piezoelektrischen Effekts genutzt werden.

Diese Anordnung ist für Objektive aller Brennweiten geeignet (insbesondere für Teleobjektive, für austauschbare Objektive und Zoomobjektive).

Aus dem Vergleich dieser zwei Bilder werden scharfe Bildpunkte gewonnen. Jedoch werden diejenigen des "durchgestimmten" Bildes keine ausreichende Amplitude haben, weil beim Durchstimmen die Lichtenergie der unscharfen Bildpunkte länger wirkte als in der Zeit, in der diese Punkte kurz scharf abgebildet waren. Das neu entstandene Bild enthält die "scharfen" Bildpunkte mit der vollen und mit der veränderten ("halben") Amplitude. Das nicht durchgestimmte Bild enthält nur die "scharfen" Bildpunkte mit der vollen Amplitude.

Um nur mit einen CCD-Sensor auszukommen wird ein Bild der ungeraden Bilder mit einem Bild der geraden Bilder verglichen. Zwei Bildlaufdauer wird jedoch das gleiche Bild gesendet. Mit einem zusätzlichen CCD-Sensor, der mit dem aufgenommenen Bild über einen halbdurchsichtiges Spiegel eingespeist wird, wird jedes Bild nur über eine Bildlaufdauer gesendet. Diese 3D-Information kann wie Videotext während des Zeilenrücklaufs mit dem linken Bild übertragen werden. Zur Übertragung der 3D-Aufnahmen reicht dann eine Bandbreite von einem Fernsehkanal. Beim Empfänger kann das rechte Kamerabild aus dem linken und aus der 3D-Information aufgebaut werden. Die 3D-Bildwiedergabe kann über ein 3D-Linsensystem oder mit Hilfe einer 3D-Brille betrachtet werden.

Claims

1. Die Erfindung bezieht sich auf eine dreidimensionale Bildaufnahme mit einer Kamera, insbesondere in der Fernsehtechnik, Photographie und im Amateurvideoaufnahmebereich, dadurch gekennzeichnet, daß dreidimensional mit einem Objektiv aufgenommen wird.

2. Dreidimensionale Bildaufnahme mit einer Kamera mit einem Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kamera simuliert wird.

3. Dreidimensionale Bildaufnahme mit einer Kamera mit einem Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Winkel der optischen Achsen der Kameras und der Entfernung die seitliche Bildpunktverschiebung des Bildes der zweiten Kamera gegenüber der linken ermittelt wird.

4. Dreidimensionale Bildaufnahme mit einer Kamera mit einem Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung aus der Schärfe des Bildpunktes ermittelt wird.

5. Dreidimensionale Bildaufnahme mit einer Kamera mit einem Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese seitliche Bildpunktinformation mit dem aufgenommenen (linken) Bild (wie z. B. Videotext) übertragen wird.

6. Dreidimensionale Bildaufnahme mit einer Kamera mit einem Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das simulierte 3D-Bild über einen Fernsehkanal zu übertragen ist.
3) Die Möglichkeit der einwandfreien Wiedergabe des simulierten 3D-Bildes als 2D-Bild mit jedem handelsüblichen Fernsehempfänger.

7. Dreidimensionale Bildaufnahme mit einer Kamera mit einem Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das simulierte 3D-Bild mit jedem handelsüblichen Fernsehempfänger als zweidimensionales Bild einwandfrei (ohne 3D-Brille) wiederzugeben ist.