DE10020260C2

DE10020260C2 - Digitalkamera oder digitale Videokamera und Verfahren zur Bilderfassung

Info

Publication number: DE10020260C2
Application number: DE10020260A
Authority: DE
Inventors: Rainer Mockler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2020-04-26
Also published as: DE10020260A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Digitalkamera oder digitale Videokamera mit einem Objektiv und mit einem Sensor zur Erfassung digitalisierter Bildinformation mit Mitteln zum perspektivischen Entzerren der von dem Objektiv entworfenen und von dem Sensor erfassten digitalisierten Bildinformation, und ein Verfahren zur Bilderfassung.

Stand der Technik

Bekannte Großbildkameras weisen ein relativ zum Gehäuse der Großbildkamera schwenkbares Objektiv und eine schwenkbare Rückstandarte, die eine Mattscheibe hält, auf. Bei der Aufnahme großer Objekte, z. B. von Gebäuden, muss die Mattscheibe senkrecht bleiben, um die senkrechten Linien der Objekte senkrecht abzubilden. Bei unverschwenkter Rückstandarte und unverschwenktem Objektiv muss also die gesamte Kamera so gehalten werden, dass die Mattscheibe senkrecht steht. Dies hat aber den Nachteil, dass bei tiefer Kamerastellung, wie dies bei Gebäudeaufnahmen in der Regel der Fall ist, sehr viel Vordergrund aufgenommen wird. Aus diesem Grund wird die Kamera gerne nach oben geneigt, um den Vordergrund zu reduzieren. Wenn dabei aber gleichzeitig die Mattscheibe geneigt wird, so treten im aufgenommen Bild die senkrechten Linien des Objekts als sogenannte stürzende Linien in Erscheinung. Wenn das Rückteil der Kamera aber so verschwenkt wird, dass die Mattscheibe bei geneigter Kamera wieder senkrecht steht, werden senkrechte Linien als senkrechte Linien abgebildet. Allerdings erfordert das ein Objektiv mit einem relativ großen Bildkreis.

Aus der EP 0 984 319 A1 ist eine Digitalkamera bekannt, bei der hinter der Linse des Objektivs ein Sensor angeordnet ist, der mikroprozessorgesteuert verschwenkt werden kann. Weiterhin kann der Abstand zwischen Linse und Sensor verändert werden. Durch diese Anordnung wird eine verbesserte Schärfe des Bildes im Scheimpflugverfahren bezweckt. Zum Ausgleich der sog. "keystone distortion" ist eine weitere Linse und eine zwischen erster und zweiter Linse angeordnete zweite Bildebene vorgesehen, so dass quasi ein "doppelter Scheimpflug" angewendet wird.

Aus der DE 196 30 009 A1 ist ein Teilnehmergerät für Bildfernsprechen bekannt, bei dem die perspektivische Verzeichnung des Bildes bei der Aufnahme elektronisch korrigiert ist. Das erfolgt dadurch, dass das Bild vor der Übertragung in der oberen Hälfte gedehnt und seine Breite in der unteren Hälfte verringert wird.

Aus der DE 196 37 629 A1 ist eine elektronische Kamera mit einem Objektiv bekannt. In der Bildebene der Kamera ist ein rechteckiger Bildsensor vorgesehen, der nach fünf Freiheitsgraden bewegbar ist. Ferner sind Stellmittel vorgesehen, wodurch der Bildsensor derart bewegbar ist, dass eine scharfe Abbildung des gewählten Gegenstandsbereiches erzielbar ist. Die DE 196 37 629 A1 lehrt die Regelung der Neigung der Sensorfläche, um ein scharfes Bild zu erhalten.

Aus der US 5,185,667 ist ein Bilderfassungssystem bekannt, bei dem eine Fischaugenlinse mit einer Kamera verbunden ist, die das optische Bild in ein elektrisches Signal umwandelt. Diese Signale werden dann digitalisiert und in einem Bildspeicher gespeichert. Anschließend werden die Bilder in einem Bildverarbeitungssystem verarbeitet und in einem Ausgabespeicher gespeichert. Von dort werden sie an einen Monitor weitergeleitet und angezeigt.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Digitalkamera oder digitale Videokamera in kompakter Bauweise und ein Verfahren zu schaffen, durch deren Verwendung das Auftreten von Verzerrungen korrigiert oder, falls gewünscht, auch erzeugt werden kann.

Gegenstand der Erfindung

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Kamera der eingangs genannten Art, die einen zuschaltbaren Neigungssensor zur Erfassung der Neigung des Sensors gegen die Horizontale aufweist, wobei die Entzerrung anhand des erfassten Neigungswertes erfolgt. Unter Entzerren und Korrigieren wird erfindungsgemäß ein Verzerren der Bilder verstanden, bis stürzende oder fallende Linien zu nichtstürzenden Linien werden. Wird die Perspektive über den korrigierten Zustand hinaus weiter verändert, oder generell eine nicht vorhandene Perspektive erzeugt, so ist darin erfindungsgemäß ein Verzerren zu sehen.

Mit einer solchen Digitalkamera entstehen vielfältige Möglichkeiten, die Perspektive eines Bildes zu beeinflussen. Zum einen kann die Perspektive eines mit geneigter Kamera aufgenommenen Bildes automatisch korrigiert werden, so dass keine stürzenden Linien entstehen. Durch manuelles Nachschalten kann eine Verzerrung einer Perspektive aber z. B. auch verstärkt werden, oder es kann eine Perspektive erzeugt werden, die es gar nicht gibt. Insbesondere aber entfällt das Verschwenken von Objektiv und/oder Rückstandarte zur Korrektur von Perspektiven. Dadurch wird eine einfachere Handhabung sichergestellt.

Der Neigungssensor erkennt, wie weit die Kamera und damit der das Bild aufnehmende Sensor aus der Senkrechten bzw. gegenüber der Horizontalen verschwenkt ist. Der vom Neigungssensor gemessene Wert kann dazu verwendet werden, das erfasste Bild sofort so zu entzerren, dass reale senkrechte Linien als senkrechte Linien dargestellt werden. Die Entzerrung kann dabei sofort automatisch erfolgen, so dass der Benutzer nur das entzerrte Bild auf dem Display bzw. im Sucher sieht und bei Betätigung des Auslösers das entzerrte Bild gespeichert wird. Alternativ kann das verzerrte Bild angezeigt und gespeichert werden und der Neigungswert kann mit der Bilddatei abgespeichert werden. Bei einer Nachbearbeitung mit der Kamera oder an einem Computer kann dann die Entzerrung anhand des gespeicherten Neigungswertes anhand eines oder mehrerer Fluchtpunkte erfolgen.

Vorteilhaft ist es, wenn ein oder mehrere Bildausschnitte aus der aufgenommenen Bildinformation auswählbar sind. Aus dem aufgenommenen Bild können Ausschnitte beliebiger geometrischer Formen und Größe mit Mitteln zur Auswahl ausgewählt werden. Diese Mittel zum Auswählen können z. B. Funktionen, Tasten oder Stifte sein. Die Auswahl des Bildausschnitts muss nicht vor der Aufnahme vorgenommen werden, sondern kann zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt vorgenommen werden. Der Benutzer erhält weiterhin die Möglichkeit, einen Ausschnitt auszuwählen und ihn dann nachträglich zu vergrößern. Die Auswahl der Bildausschnitte findet bevorzugterweise auf dem Display der Kamera statt.

In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Digitalkamera sind die entzerrten Bilder zu einem externen Gerät, vorzugsweise einem Computer oder Drucker, transferierbar. Nach dem Transfer können die gespeicherten Bilder aus dem Speichermedium der Kamera gelöscht werden, so dass Speicherplatz für weitere Aufnahmen zur Verfügung steht. Die transferierten Bilder können an einem Computer mit an sich bekannten Verfahren weiter bearbeitet, gespeichert und ausgedruckt werden. Ferner kann die Auswahl von Bildausschnitten aus den Bildern erst mit dem Computer erfolgen. Dadurch wird in der Digitalkamera kein Speicherplatz für die Bildausschnitte benötigt. Insbesondere bei digitalen Videokameras ist es von Vorteil, wenn in etwa zeitgleich mit dem Schneiden des Films am Computer auch Bildausschnitte ausgewählt werden können.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Bearbeiten von digitalisierten Bildern mit einer Digitalkamera oder einer digitalen Videokamera bei dem die digitalisierten Bilder perspektivisch entzerrt und abgespeichert werden, wobei die digitalisierten Bilder automatisch gemäß einer von dem Neigungssensor gemessenen Neigung derart entzerrt werden, dass reale senkrechte Linien als senkrechte Linien abgebildet werden. Mit einem solchen Verfahren ist es möglich, ungewünschte Perspektiven, beispielsweise wegen geneigter Kamerahaltung, zu korrigieren, bzw. Perspektiven zu verstärken.

Der Benutzer muss sich keine Gedanken über die Kamerastellung machen. Das umständliche Verstellen des Kamerarückteils, wie bei bekannten Großbildkameras, entfällt, wenn von niedrigem oder erhöhtem Standpunkt aus große Objekte mit senkrechten Linien fotografiert werden sollen. Dies stellt insbesondere für den Berufsfotografen eine große Vereinfachung in der Handhabung einer Kamera dar, insbesondere bei Luftaufnahmen.

In einer Verfahrensvariante wird mit jedem aufgenommenen Bild ein von dem Neigungssensor gemessener Neigungswert abgespeichert. Ein Bild kann dadurch verzerrt aufgenommen werden. Der Benutzer hat dann die Wahl, später die Entzerrung gemäß dem gespeicherten Neigungswert vorzunehmen, oder das Bild so zu belassen, wie es aufgenommen wurde. Ferner hat er die Möglichkeit, das Bild entzerrt und verzerrt zu speichern bzw. auszugeben.

Alternativ können die digitalisierten Bilder gezielt manuell entzerrt oder verzerrt werden. Vom Benutzer können beliebige Perspektiven erzeugt werden. Besondere Einzelheiten eines Bildes können dadurch hervorgehoben werden. Außerdem können Perspektiven verstärkt werden oder es können Perspektiven erzeugt werden, die es gar nicht gibt. Gemeint ist damit, dass z. B. bei einer Hochformataufnahme mit einer Kamera, die normalerweise im Querformat in horizontaler Richtung entzerrt, in senkrechter Richtung verzerrt wird, also in einer Richtung, in der normalerweise keine perspektivische Verzerrung erfolgt.

Eine bevorzugte erfindungsgemäße Verfahrensvariante zeichnet sich dadurch aus, dass aus einem aufgenommenen Bild bzw. Bildkreis ein Bildausschnitt ausgewählt wird, der anschließend weiterbearbeitet wird. Der Benutzer kann sich nachträglich den Bildausschnitt auswählen, der von besonderem Interesse ist. Für eine Aufnahme im Hochformat muss die Kamera nicht mehr gedreht werden. Es genügt, einen hochformatigen Ausschnitt aus dem Bildkreis auszuwählen. Dadurch, dass der gesamte Bildkreis aufgenommen wird, entfällt die Gefahr, wichtige Detailinformationen aus Versehen nicht zu erfassen. Die Möglichkeit, einen Ausschnitt aus einem Bild auszuwählen, erlaubt es, unwichtige Bildinformation, wie z. B. große Vordergründe zu entfernen, wodurch eine Reduktion des Bildes auf das wesentliche erfolgt. Die ausgewählten Ausschnitte können vergrößert werden und mit an sich bekannten Verfahren weiterbearbeitet werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigte und beschriebene Ausführungsform ist nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern hat vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Digitalkamera ist in der schematischen Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1a eine Bildaufnahme mit einer erfindungsgemäßen Digitalkamera;

Fig. 1b eine Rückansicht der Digitalkamera nach Fig. 1a;

Fig. 2a ein ohne perspektivische Entzerrung aufgenommenes Bild;

Fig. 2b das Bild der Fig. 2a nach perspektivischer Entzerrung;

Fig. 2c ein optimiertes Bild nach Fig. 2a und 2b;

Fig. 3a eine Bildaufnahme mit einer Kamera nach dem Stand der Technik;

Fig. 3b das aufgenommene Bild nach Fig. 3a;

Fig. 4a eine weitere Bildaufnahme mit einer Kamera nach dem Stand der Technik;

Fig. 4b das aufgenommene Bild nach Fig. 4a.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Erfindung

In der Fig. 1 ist eine Digitalkamera 1 schematisch dargestellt. Auf der Vorderseite 2 des Gehäuses 3 ist ein Objektiv 4 mit einer Linse angebracht. Mit Hilfe des Objektivs 4 erfolgt eine Projektion eines Bildes auf einen Sensor 5 im Inneren der Digitalkamera 1. Der lichtempfindliche Sensor 5 ist als Scanner oder Chip ausgebildet, von dem das Bild elektronisch erfasst wird. Der lichtempfindliche Sensor 5 ist meist scheibenförmig ausgebildet. Die Linse des an sich bekannten Objektivs 4 ist kreisrund, so dass auch das projizierte Bild hinter dem Objektiv kreisrund ist. Allerdings bestimmt sich das Format des aufgenommenen Bildes durch das Format des Sensors 5. In der Regel ist der Sensor 5 rechteckförmig und nimmt deshalb nur einen Ausschnitt des vom Objektiv 4 projizierten Bildes auf. Dieses projizierte Bild wird als vom Objektiv 4 entworfener Bildkreis bezeichnet. Soll der gesamte Bildkreis aufgenommen werden, so ist der Sensor 5 ebenfalls kreisrund ausgebildet. Die auf den Sensor 5 projizierte Bildinformation wird vom Sensor 5 elektronisch erfasst und digitalisiert. Die Digitalkamera weist weiterhin einen Neigungssensor auf. Mit dem Neigungssensor wird die Neigung des Sensors 5 gegen die Horizontale 9 gemessen. Bei der Aufnahme von Objekten 10, die zur Horizontalen 9 senkrechte Linien 11 aufweisen, werden die senkrechten Linien nur als senkrechte Linien abgebildet, wenn der Sensor 5 ebenfalls senkrecht zur Horizontalen 9 steht. Ist die Sensorfläche gegen die Horizontale geneigt, so werden die senkrechten Linien 11 in der Abbildung zu stürzenden Linien 12 (Fig. 2a). Mittels der vom Neigungssensor gemessenen Neigung kann das vom Objektiv 4 entworfene Bild derart perspektivisch entzerrt werden, dass die abgebildeten Linien auch bei geneigter Digitalkamera im Bild wieder senkrecht sind (Fig. 2b). Die Entzerrung gemäß dem gemessenen Neigungswert kann automatisch schon vor der Aufnahme erfolgen, so dass das perspektivisch entzerrte Bild über ein Display 13 vom Benutzer betrachtet werden kann. Da Displays 13 in der Regel einen hohen Stromverbrauch haben, kann das Display auch abgeschaltet werden und der Benutzer kann das aufzunehmende Bild durch einen optischen Sucher 14 betrachten. Ist der Neigungssensor 8 deaktiviert, so wird auf dem Display 13 bzw. im Sucher das verzerrte, vom Objektiv 4 entworfene Bild angezeigt. Hat der Benutzer das projizierte Bild betrachtet und akzeptiert, so kann er das im Sucher 14 oder auf dem Display 13 angezeigte Bild durch Betätigen des Auslösers in digitalisierter Form speichern. Die Speicherung erfolgt in einem entsprechenden Speichermedium. Das Speichermedium, wie z. B. ein Chip, ist entweder in die Kamera integriert oder herausnehmbar, so dass die digitalisierte Bildinformation z. B. zu einem Computer transferiert werden kann. Ferner ist es möglich, die Bilder entzerrt zu speichern und mit jedem Bild die gemessene Neigung zu speichern. Dem Benutzer stehen außerdem Mittel zur Verfügung, mit denen er ein Bild vor oder nach der Aufnahme gemäß seinen Wünschen entzerren oder verzerren kann.

Die Fig. 2a zeigt ein Bild 15, wie es von einer geneigten Digitalkamera ohne Entzerrung aufgenommen wird. Wenn der Sensor 5 einer geneigten Digitalkamera nicht parallel zu Objekten 10 mit senkrechten Linien 11 ausgerichtet ist, werden diese Objekte nicht mit senkrechten, sondern mit sogenannten stürzenden Linien 12 abgebildet. Fig. 2a zeigt auch die Ausrichtung der stürzenden Linien an einem Fluchtpunkt.

Bei dem in der Fig. 2b gezeigten Bild 16 wurde das vom Objektiv entworfene Bild perspektivisch gemäß der vom Neigungssensor 8 gemessenen Neigung so entzerrt, dass die senkrechten Linien 11 des fotografierten Objekts 10 im Bild 16 als senkrechte Linien 17 erscheinen. Durch die perspektivische Entzerrung wird das von einem rechteckigen Sensor 5 aufgenommene Bild zu einem in der Länge und/oder Breite gegenüber dem Rechteck nach Fig. 2a gestreckten Trapez 18 verformt. Soll das Format des Bildes beibehalten werden, so werden die von der gestrichelten Linie begrenzten Bereiche entfernt. Wird ein Objekt 10 im Hochformat, d. h. bei gedrehter Digitalkamera fotografiert, so muss der Neigungssensor 8, bzw. ein zweiter Neigungssensor auch die Neigung der Kamera in dieser Orientierung erfassen. Fig. 2c zeigt ein vollständig optimiertes Bild 19.

Beschreibung des Standes der Technik

Die Fig. 3 und 4 demonstrieren die Probleme, die bei der Bildaufnahme mit einer Kamera des Standes der Technik auftreten.

Wenn der Sensor der Kamera 20 parallel zu dem Objekt 21 ausgerichtet ist (Fig. 3a), werden stürzende Linien vermieden. Es fehlt aber ein Teil 22 des Objektes 21 auf der Abb. 23 (Fig. 3b).

Wenn der Sensor der Kamera 20 geneigt zu dem Objekt 21 angeordnet ist (Fig. 4a), treten stürzende Linien auf (Fig. 4b).

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Digitalkamera

2

Vorderseite

3

Gehäuse

4

Objektiv

5

Sensor

8

Neigungssensr

9

Horizontale

10

Objekt

11

Senkrechte Linie

12

Stürzende Linie

13

Display

14

Sucher

15

Bild

16

Bild

17

Senkrechte Linie

18

Trapez

19

Bild

20

Kamera

21

Objekt

22

Objektteil

23

Abbildung

24

Stürzende Linie

Claims

1. Digitalkamera (1) oder digitale Videokamera mit einem Objektiv (4) und mit einem Sensor (5) zur Erfassung digitalisierter Bildinformation, mit Mitteln zum perspektivischen Entzerren der von dem Objektiv (4) entworfenen und von dem Sensor (5) erfassten digitalisierten Bildinformation, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (1) einen zuschaltbaren Neigungssensor (8) zur Erfassung der Neigung des Sensors (5) gegen die Horizontale aufweist, wobei die Entzerrung anhand des erfassten Neigungswertes erfolgt.

2. Digitalkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Bildausschnitte aus der aufgenommenen Bildinformation auswählbar sind.

3. Digitalkamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entzerrten Bilder zu einem externen Gerät, vorzugsweise einem Computer oder Drucker, transferierbar sind.

4. Verfahren zum Bearbeiten von digitalisierten Bildern mit einer Digitalkamera (1) oder einer digitalen Videokamera bei dem die digitalisierten Bilder perspektivisch entzerrt und abgespeichert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die digitalisierten Bilder automatisch gemäß einer von dem Neigungssensor (8) gemessenen Neigung derart entzerrt werden, dass reale senkrechte Linien (11) als senkrechte Linien (17) abgebildet werden.

5. Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit jedem aufgenommenen Bild ein von dem Neigungssensor (8) gemessener Neigungswert abgespeichert wird.

6. Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die digitalisierten Bilder gezielt manuell entzerrt oder verzerrt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem aufgenommenen Bild (15, 16) bzw. Bildkreis (6) ein Bildausschnitt ausgewählt wird, der anschließend weiterbearbeitet wird.