DE19816353A1

DE19816353A1 - System zur Aufzeichnung und Wiedergabe von dreidimensionalen Objekten

Info

Publication number: DE19816353A1
Application number: DE19816353A
Authority: DE
Inventors: Henrick Schmitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 1999-10-14

Abstract

Konventionelle Aufzeichnungs- und Wiedergabemethoden von dreidimensionalen Objekten erlauben nicht die individuelle Veränderung der Betrachtungsrichtung auf das Objekt und der Zoomfunktion bei der Wiedergabe der Aufzeichnungen. Die Führung der Kamera über eine Vorrichtung und die Registrierung der einzelnen Aufnahmen durch einen Computer soll dieses ermöglichen. DOLLAR A Dabei wird eine Kamera (1) über eine Vorrichtung (2) vertikal und horizontal um ein Objekt (3) geführt, welche Einzelbildaufnahmen von dem Objekt (3) anfertigt, die ein Computer (4) registriert, speichert und entsprechende Koordinaten zuordnet. Der Anwender steuert die einzelnen Bilder über die Koordinaten mittels einer Steuervorrichtung (5) an und betrachtet diese über eine Wiedergabevorrichtung (6). DOLLAR A Das System eignet sich aufgrund seiner individuellen Steuerungsmöglichkeit zur Aufzeichnung und Wiedergabe aller dreidimensionaler Objekte bestimmter Größe, um diese dann exakt und individuell betrachten zu können.

Description

Um dreidimensionale Objekte unabhängig von ihrem Standort und ihrer Zustandsänderung (z. B. Verfall) betrachten und optisch unter suchen zu können, wird deren Erfassung auf reproduzierbaren Me dien benötigt. Nach dem Stand der Technik geschieht dieses zum einen bei zweidimensionalen Abbildungen der Objekte durch Foto grafie oder Zeichnung und bei räumlichen Darstellungen der Objekte durch stereoskopische Fotografie und Holographie mit entsprechen den Wiedergabemedien. Dabei werden die Objekte durch Einzel bildaufnahmen oder Lauffilmaufnahmen erfaßt. Die Anwendung die ser Methoden gestattet jedoch nur die Betrachtung der einzelnen Aufnahmen von den aufgezeichneten Objekten, aus einem bei der Aufnahme vorgegebenen Blickwinkel und aus einem vorbestimmten Abstand zum Objekt. Zum Ändern des Blickwinkels muß also die Vorlage gewechselt werden oder ein Film entsprechend vor- und zu rückgespult werden. Bei Lauffilmaufnahmen ist die Abfolge der Ein zelbilder bisher durch die Aufnahme ebenfalls vorgegeben, so daß eine individuelle Änderung des Blickwinkels nicht möglich ist. Be stehende Computerprogramme erlauben allenfalls die Nachbear beitung der Einzelbilder, die durch digitale Aufnahmen direkt einge spielt werden oder auch eingescannt werden können. Eine Möglich keit zur Betrachtung der Objekte mit individueller Änderung des Blickwinkels, ist durch ein exaktes Vermessen der Objekte und de ren Eingabe in ein CAD - Computerprogramm gegeben, wobei die Darstellung hier virtuell erfolgt und die optischen Informationen des Originalobjektes nicht exakt reproduziert werden können. Zudem sind komplexe Objekte hier kaum erfassbar und der Zeitaufwand zur Erfassung ist sehr groß.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dreidimensionale Objekte von allen Seiten mit ihren opti schen Informationen auf reproduzierbaren Medien aufzuzeichnen und derart wiederzugeben, daß beim Betrachten der Aufzeichnung auf einem Wiedergabemedium die Abfolge der Aufnahmen indivi duell und flüssig gesteuert werden kann. Damit soll der Anwender die Blickwinkel zum Objekt und die Vergrößerung, bzw. Verkleine rung des Objektes beim Betrachten beeinflussen können.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile gegenüber dem Stand der Technik bestehen vorwiegend darin, daß bei der Wiedergabe der mit der Erfindung aufgezeichneten Objekte, z. B. über einen Monitor, die einzelnen Aufnahmen in ihrer Abfolge von dem Anwender indivi duell beeinflußt werden können und er somit die Blickrichtung auf das Objekt und die Vergrößerung bzw. die Verkleinerung steuern kann. Der Anwender steuert die Abfolge der Aufnahmen z. B. mittels eines Joysticks und muß nicht einem vorgegebenen Filmablauf fol gen. Zudem wird das Objekt von allen gewünschten Seiten aufge zeichnet und steht dem Benutzer komplett dokumentiert zur Verfü gung. Die schnelle und komplette Erfassung der Objekte durch die Erfindung bietet einen weiteren Vorteil gegenüber herkömmlichen Filmaufnahmen. Insbesondere bei Internationalen Projekten kann man Objekte nun optisch Erfassen und die Daten ortsunabhängig Fachleuten zur Untersuchung und Betrachtung schnell zukommen lassen. Probleme können besser erkannt und diskutiert werden, als dieses durch einfache Fotografien oder Filmaufnahmen möglich ist. Speziell komplexe Objekte wie archäologische Artefakte oder tech nische Gebilde können mit der Erfindung erfaßt und vom Anwender untersucht und individuell betrachtet werden. Ein weiterer Vorteil gegenüber Filmaufnahmen herkömmlicher Art, ist das individuelle Beobachten von chemischen, biologischen und physikalischen Pro zessen am Objekt. Hier kann vom Anwender zusätzlich auch die zeitliche Abfolge der Aufnahmen beeinflußt werden, so daß exaktere Betrachtungen möglich werden. Die Betrachtung der Aufzeichnun gen kann dabei zweidimensional oder räumlich erfolgen. Eine Inte gration der Aufzeichnungsdaten der Objekte in Computeranimatio nen ist ebenfalls denkbar. Eine hohe Bilderfrequenz ermöglicht dazu eine annäherungsweise Lauffilmwiedergabe.

Die Führungsvorrichtung für die Kamera bietet den Vorteil das Ob jekt zur Aufzeichnung nicht bewegen zu müssen und dennoch die ses komplett Erfassen zu können. Herkömmliche Stative und Füh rungsvorrichtungen sind nicht dazu ausgelegt eine Kamera derart zu führen, daß eine komplette Erfassung eines Objektes in einem Durchgang möglich ist. Der Computer bzw. ein Computerprogramm bietet den Vorteil einzelne Aufnahmen registrieren, speichern und einzeln abrufen zu können. Herkömmliche Wiedergabe, - und Steu ervorrichtungen integrieren bestehende Geräte in das System.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben:
Bei kleineren Objekten kann eine Fest fixierte Kamera und eine be wegliche Vorrichtung zum bewegen des Objektes von Vorteil sein.

Auch kann das System zwei Vorrichtungen, zum Führen der Kamera und des Objektes enthalten, um den Bewegungsablauf optimal zu erreichen.

Eine Stereoskopische Kamera bietet dem Anwender einen optima len räumlichen Eindruck des Objektes. Der Computer berechnet hier jeweils ein Bilderpaar um den räumlichen Effekt zu erhalten.

Eine Digitale Kamera stellt die optimale Verbindung mit dem Com puter dar und wird hauptsächlich in dem System verwendet werden.

Eine Steuerung des Bewegungsablaufs der Kamera oder des Ob jektes durch den Computer ermöglicht die vorherige exakte Pro grammierung derselben.

Die Steuerung der Kameraeigenschaften(z. B. Zoom, Brennweite, Belichtung usw.) durch den Computer erlaubt deren Veränderung während der Aufnahmen und kann ebenfalls vorab programmiert werden. Hier können auch unsaubere Obergänge zwischen den ein zelnen Bildern ausgeglichen werden, die durch die Halbkreisförmige Umlaufbahn entstehen.

Die Montage von herkömmlichen Vermessungsvorrichtungen an den Führungsvorrichtungen erlaubt das gleichzeitige Messen und Speichern auch dieser Daten.

Soll das System bei der Fernerkundung von Planeten und sonstigen Himmelskörpern eingesetzt werden wird statt einer Führungsvor richtung die Umlaufbahnen dieser genutzt.

Die Speicherung der Individuellen Wiedergabe erlaubt das Zusam menstellen mehrerer Bildabfolgen.

Ein Ausführungsbeispiel ist schematisch in den Zeichnungen darge stellt und wird im folgenden beschrieben:

Fig. 1 zeigt:
Eine Kamera umläuft das Objekt und macht Einzelbildaufnah men. Der Computer registriert jede einzelne Aufnahme und spei chert diese mit einer Koordinate ab. Die einzelnen Koordinaten kön nen mit einer Steuerung angefahren und die Bilder damit auf einem Wiedergabegerät abgerufen werden.

Eine digitale stereoskopische Kamera ist beweglich an einer Füh rungsvorrichtung befestigt und rotiert um das aufzuzeichnende Objekt im Zentrum, wobei die Kamera Ablichtungen vornimmt, die an den Computer übermittelt werden. Der Computer (bzw. das Computerprogramm) steuert außerdem die Bewegung der Kamera an der Führungsvorrichtung. Die Führungsvorrichtung erlaubt die vertikale und horizontale Bewegung der Kamera um das Objekt und kann z. B. aus einer Rohrkonstruktion gefertigt sein. Die Um laufbahn der Kamera um das Objekt ist derart bemessen, daß die komplette Erfassung des Objektes möglich ist und muß nicht zwangsläufig halbkreisförmig verlaufen. Soll auch die andere Seite des Objektes abgelichtet werden, wird dieses gedreht und der Vor gang wiederholt sich. Ein Computer registriert jede einzelne Auf nahme der Kamera und ordnet jedem Bild eine Koordinate bzw. eine Kennzeichnung zu. Diese sollen der Position der Aufnahmen entsprechen. Weitere Durchläufe mit veränderten Zoomeigen schaften der Kamera sind möglich. Auch hier ordnet der Computer den Aufnahmen logische Markierungen zu. Bei der Wiedergabe der Aufzeichnungen startet die Abfolge der Aufnahmen bei einer be stimmten Markierung und wird durch den Computer mit einer Steuerung (z. B. Trackball), vom Anwender zur Nächsten Markie rung geführt. Diese entspricht einer benachbarten Markierung des vorhergegangenen Bildes, muß aber nicht der Reihenfolge der Auf nahmen entsprechen. Der Anwender betrachtet die Aufzeichnungen durch herkömmliche Wiedergabevorrichtungen (z. B. 3D Brille). Das Objekt erscheint dabei im Zentrum des Wiedergabemediums und dreht sich je nach Steuerung durch den Anwender. Je höher die Anzahl der Aufnahmen ist, desto genauer wird die Wiedergabe. Der Computer berücksichtigt auch die zum Zenit hin ansteigende Über lagerung der Einzelaufnahmen.

Fig. 2 und 3 zeigen schematisch dargestellte Beispiele der Einzel bildregistrierung und Wiedergabe.

Fig. 2 zeigt:
Eine Bilderserie ist hier in einer Ebene schematisch dargestellt, wo bei die Positionen A1-G7 jeweils einer Aufnahme des Objektes entsprechen. Das Objekt ist von allen Seiten aufgenommen. Die Aufnahmen sind in der Reihenfolge der dargestellten Linie, begin nend bei der Position A1 erfolgt. Nach dem Stand der Technik kön nen die Bilder nur wieder in dieser, oder in umgekehrter Reihenfolge abgerufen werden. Um die Position E3 zu erreichen, müssen alle Aufnahmen der Positionen A1-G1, A2-G2 und A3-D3 durchlaufen werden.

Fig. 3 zeigt:
Im Bezug zur Fig. 2 ist hier die gleiche Bilderserie von dem Objekt dargestellt. Der Computer hat jeder Aufnahme eine Position zuge ordnet und diese in einer logischen Reihenfolge gespeichert. Der Anwender beginnt mit der Betrachtung an einer bestimmten Position (hier A1). Er folgt mittels einer Steuerung beliebig den Positionen, wobei die Wiedergabe über die jeweils benachbarten Positionen erfolgt. Der Computer hat die Aufnahmen derart gespeichert, daß die Positionen den Koordinaten ihrer Aufnahme entsprechen. Es kann also auch ein Wechsel von A1 zu G1 erfolgen. Im Bezug zum Stand der Technik kann die Position E3 hier schnell über A1-E1-E3 erreicht werden. Bei der Betrachtung dreht sich das Objekt entspre chend bis zum gewünschten Betrachtungswinkel, wobei die Abfolge fließend erfolgt.

Fig. 4 zeigt:
Im Bezug zu den Fig. 2 und 3 ist hier die steuerbare Abfolge der Bilder über zwei Bilderserien schematisch dargestellt. Die im Vor dergrund dargestellte Bilderserie entspricht z. B. dem komplett er faßten Objekt in einer bestimmten Größenaufnahme. Die zweite Bil derserie entspricht dem Objekt mit einer veränderten Größenauf nahme oder veränderten Objekt. Der Anwender kann also von der ersten Ebene willkürlich zur nächsten wechseln. Dabei ist die Anzahl der Ebenen beliebig zu ergänzen.

Bezugszeichenliste

Kamera
Führungsvorrichtung
Objekt
Computer
Steuervorrichtung
WiedergabevorrichtungPositionen der Aufnahmen: A1-G7

Claims

1. System zur Aufzeichnung und Wiedergabe von dreidimensiona len Objekten, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Eine fotografische Kamera ist beweglich befestigt an ei ner
b) Führungsvorrichtung , welche die Bewegung der Kamera vertikal und horizontal um das aufzuzeichnende Objekt ermöglicht, wobei die Kamera in bestimmten Abständen das Objekt ablichtet,
c) ein Computer registriert und speichert jede einzelne Auf nahme der Kamera , ordnet diesen Koordinaten zu und ermöglicht die
d) steuerbare Wiedergabe der einzelnen Aufnahmen unab hängig von der Reihenfolge ihrer Aufnahme und
e) die Wiedergabe erfolgt durch herkömmliche Vorrichtun gen,
f) die Steuerung der Abfolge der Aufnahmen erfolgt durch her kömmliche Vorrichtungen .

2. System zur Aufzeichnung und Wiedergabe von dreidimensiona len Objekten nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch:

g) Einer feststehenden Kamera und einer beweglichen
h) Vorrichtung, die das Objekt vor der Kamera entsprechend bewegt.

3. System zur Aufzeichnung und Wiedergabe von dreidimensiona len Objekten nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch:

i) Die Kamera und das aufzuzeichnende Objekt werden mit tels
j) Führungsvorrichtungen relativ zueinander bewegt.

4. System zur Aufzeichnung und Wiedergabe von dreidimensiona len Objekten nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1, 2 und 3, gekennzeichnet durch:

k) Die Kamera ist stereoskopisch und der
l) Computer registriert jeweils ein Bilderpaar.

5. System zur Aufzeichnung und Wiedergabe von dreidimensiona len Objekten nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch:

m) Die Kamera zeichnet digital auf.

6. System zur Aufzeichnung und Wiedergabe von dreidimensiona len Objekten nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch:

n) Der Computer steuert den Bewegungsablauf der Kamera oder des Objektes.

7. System zur Aufzeichnung und Wiedergabe von dreidimensiona len Objekten nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch:

o) Der Computer steuert die veränderbaren Eigenschaften der Kamera.

8. System zur Aufzeichnung und Wiedergabe von dreidimensiona len Objekten nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 3, 6, gekennzeichnet durch:

p) herkömmliche optische Vermessungsvorrichtungen werden an der Führungsvorrichtung befestigt und ergänzen oder ersetzen die Kamera.

9. System zur Aufzeichnung und Wiedergabe von dreidimensiona len Objekten nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch:

q) die Führungsvorrichtung wird durch natürliche oder künstli che Umlaufbahnen ersetzt, wie z. B. Planetenumlaufbah nen.

10. System zur Aufzeichnung und Wiedergabe von dreidimensio nalen Objekten nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch:

r) Der Computer speichert die individuelle Abfolge der Wie dergabe.