Die Ei findung betπfft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Weitwinkelbildes, insbesondere eines Rundumbiides , dessen Bildaus- 5 schnitt einen Winkeibereich von 360° um die Aufnahmeposition abdeckt

Aus der Fototechnik sind mehrere Verfahren zur Erzeugung von Rund- umbiidern oder Bildern mit sehr großem Winkeibereich bekannt Ein neues Vei fahren wurde in Verbindung mit der digitalen Bildverarbeitung in i o modernen Hochleistungs-PC {Personal Computer) entwickelt Mit einer gewöhnl ichen Aufnahmevorπchtung werden von einer Autnahmeposition aus mehrere ( zwölf) Bilder autgenommen, wobei die Autnahmevorπchtung jedesmal um einen Bruchteil des Vollkreises (30 °) gedreht wird D ie S igna¬ le der aufgenommenen Bilder werden digitalisiert und abgespeichert Mit

1 5 einer geeigneten Prasentations-Software wird auf einem Computermonttor ein Ausschnitt eines der aufgenommenen Bilder dargestellt Der Betrachter kann mit Steuerbefehlen den dargestellten Ausschnitt nach rechts , l inks , oben und unten verschieben oder zoomen Wählt der Betrachter Zwischen¬ ausschnitte , die zwischen zwei det aufgenommenen Bildern l iegen , so

20 berechnet dei Computer eine interpolierte Darstellung , das heißt, er erzeugt Bilddaten, die unter Berücksichtigung der Bilddaten der beiden nachst- liegenden Autnahmen nach vorgegebenen Gesetzmäßigkeiten dem Zwischen¬ bild entsprechen müssen

25 D ie mit d iesem Verfahren erzeugten und auf dem Computerbildschirm ausschnittsweise betrachtbaren Rundumaufnahmen sind hervorragend dazu geeignet, dem Betrachter einen Eindruck der Umgebung des gewählten Aufnahmeorts zu verschaffen Allerdings ist die Aufnahme noch recht aufwendig , da ein mehrfaches Verdrehen der Kamera sowie die mehrfache

30 Durchfuhrung des Aufnahmevorgangs notwendig sind, und die digitale Speicherung und Bearbeitung einer Vielzahl von Abbildungen notwendig ist

Aufgabe der Erfindung ist es , ein Weitwinkelbild , vorzugsweise ein Rund¬ umbild , mit hoher und realistischer Abbildungsqualität durch einen einzigen Aufnahmevorgang festzuhalten .

5 Ein diese Aufgabe lösendes Verfahren besteht aus den folgenden Schritten : Reflexion des aufzunehmenden Winkelbereiches an einem rotationssymmetrischen Spiegelkörper, dessen Rotationsachse die Aufnahmeposition bildet und der eine äußere , zur Rota¬ tionsachse geneigte Spiegelfläche aufweist, deren Flächennor- ι o male nach außen und in Richtung einer Bildaufnahmeebene weist ,

Aufnahme der mittels des Spiegelkörpers auf die Bildaufnah¬ meebene reflektierten Abbildung , Umwandlung der aufgenommenen Abbildung in digitale Bild-

1 5 daten,

Bearbeitung der digitalen Bilddaten in einem Computer zur Entzerrung der durch die Reflexion entstandenen Verzerrung des Bildes und S ichtbarmachung des Bildes oder eines Bildausschnittes durch

20 Ausdrucken, Ausgabe auf einen B ildschirm oder andere Visua¬ l isierungsverfahren.

Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemaßen Verfahrens ist die Refle¬ xion des aufzunehmenden Winkelbereichs , das heißt vorzugsweise der

25 gesamten Umgebung der Aufnahmeposition an e inem rotationssymmetri- schen Spiegelkörper mit einer nach außen und zur Bildaufnahmeebene hin geneigten Spiegelfläche . In aller Regel wird d ieser Spiegelkörper die Form e ines Kegeistumpfes haben. Um unterschiedl iche Bildauflösungen in unter¬ schiedl ichen Biidbereichen zu erhalten, kann d ie Kontur des Spiegelkörpers

30 auch gewölbt , beispielsweise kreisbogenförmig oder parabelförmig , ver¬ laufen.

Die gesamte Umgebung um die Rotationsachse des Spiegelkörpers wird in einem bestimmten Hohenabschnitt zu jeder Zeit auf die Bildaufnahmeebene projiziert Bei einem kegelsiumpfformigen Spiegelkorper hat die Projektion die Form eines Kreisπngs Dieses Bild kann nun zu jeder Zeit durch Be- hchtung eines in der Bildaufnahmeebene liegenden Films oder durch Auf¬ nahme der Bildsignale einer Bildaufnahmevorrichtung in der Bildaufnahme¬ ebene (z. B CCD-Bildsensor) festgehalten werden

Die aufgenommenen Bildsignale sind durch die Reflex ion stark verzerrt und geben dem menschlichen Auge nur wenig Information über das tatsachliche Aussehen der Umgebung um die Rotationsachse des Spiegelkorpers herum Aus diesem Grund werden in einem weiteren Verfahrensschritt die aufge¬ nommenen Bildsignale d igitalisiert und in einem Computer bearbeitet , der die Verzerrung des autgenommenen Bildes durch die Reflexion an dem Spiegelkoi per herausrechnet. Diese Rechnung ist in Kenntnis der geome¬ trischen Form des Spiegelkorpers und dessen Abstand zur Bildaufnahme¬ ebene nach den optischen Gesetzmäßigkeiten einfach durchzufuhren Allei¬ nige Voraussetzung ist, daß die Abbildung der in den Spiegelkorper ein¬ fallenden Lichtstrahlen auf der Bildaufnahmeebene eindeutig ist

Das korrigierte , das heißt entzerrte Bild kann anschließend durch Aus¬ drucken, Ausgabe auf einen Bildschirm oder andei e Visualisierungsver- fahren sichtbar gemacht werden

Zur wiederholten Visualisiei ung des entzerrten Bildes können dessen digita¬ le Bi lddaten auf einem Datenträger, zum Beispiel einer Foto-CD . einei Diskette , einer CD-ROM oder ähnlichem abgespeichert weiden Sie können natürlich auch wieder analogisiei t werden und als analoge Bilddaten in Form einer Bildsequenz, die eine Kamei aschwenkung um 360 ° l epi asen- t iert, auf einem Videofilm abgespeichert werden

Wie bei herkömml ichen Aufnahmeverfahren sollten die von dem Spiegelkör¬ per reflektierten Lichtstrahlen vor der Aufnahme auf der Bildaufnahme¬ ebene durch eine Linsenoptik hindurchgeführt werden, damit die Bildschärfe bel iebig einstellbar ist . Gegebenenfalls können auch Blenden und ähnliche 5 Vorrichtungen für die Optimierung der Belichtung vorgesehen werden.

W ie bereits erwähnt, eignen sich insbesondere B ildaufnahmevorrichtungen für das erfindungsgemäße Verfahren , die die Bildsignale in Form von elektrischen S ignalen wiedergeben . Beispielsweise sind hier Videokameras i o oder Fotokameras mit CCD-Bildaufnahmesensoren geeignet.

D ie Bi ldaufnahme kann jedoch auch durch eine herkömmliche Fotokamera mit Film erfolgen, wobei anschließend die auf den Film aufgenommenen B i lddaten nach der Filmentwicklung über einen Scanner digital isiert wer- 1 5 den .

Es ist leicht zu erkennen, daß mit dem genannten Aufnahmeverfahren zu jedem Zeitpunkt durch eine einfache Bildaufnahme die vollständige Umge¬ bung um die Rotationsachse des Spiegelkörpers herum aufnehmbar ist. Auf 20 d iese Weise lassen sich durch Aufnahme einer Bildsequenz auch Filme herstellen , die die gesamte Umgebung um die Rotationsachse des Spiegel¬ körpers herum erfassen .

In Verbindung mit dem oben beschriebenen Visualisierungsprogramm kann 25 der Betrachter daher nicht nur sich um die Aufnahmeachse herum drehen und den Bildausschnitt zoomen . Er kann auch bei Aufnahme und d igitaler Abspeicherung eines geeigneten Films seine Betrachtungsposition durch Veränderung der Aufnahmeposition des Spiegelkörpers verändern.

30 Das erfindungsgemaße Verfahren bietet gegenüber herkömmlichen Weitwin¬ kel- oder Rundum-Aufnahmeverfahren noch einen weiteren wesentlichen Vortei l . Es ermögl icht d ie Aufnahme von Rundum-Stereo-Bildpaaren . Her-

kömmliche Stereo-Bildpaare bestehen aus zwei Aufnahmen, die von Auf¬ nahmepositionen aus aufgenommen werden, welche um eine horizontale Strecke, Basis B genannt, versetzt sind . Die Basis B entspricht in der Regel dem Augenabstand , das heißt 65 mm . Bei der Aufnahme weit entfernter 5 Motive kann die Basis vergrößert werden , bei der Aufnahme naher Motive empfiehlt sich eine Verkleinerung der Aufnahmebasis.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren können nun mindestens zwei , vorzugsweise drei rotationssymmetrische Spiegelkörper den aufzunehmen- ι o den Winkelbereich auf eine Bildaufnahmeebene reflektieren. D ie Rotations¬ achsen der beiden Spiegelkörper müssen dabei e inen horizontalen Abstand zueinander haben . Rechtwinklig zur Verbindungsl inie zwischen den beiden Rotationsachsen ist die Hauptbetrachtungsrichtung , in der die Aufnahmeba¬ sis B zwischen den Aufnahmepositionen gleich dem Abstand zwischen den

1 5 Rotationsachsen der Spiegelkörper ist . In die anderen Blickrichtungen verändert sich die Basis mit dem Cosinus des Winkels zwischen der Blick¬ richtung und der Hauptbetrachtungsrichtung . Das heißt, daß bei einem Blick in Richtung der Verbindungslinie zwischen zwei Spiegelkörpern die Aufnah- mebasis zwischen den von diesen Spiegelkörpern reflektierten Abbildungen

20 gleich Null ist .

Aus diesem Grund ist es vorteilhaft , mehr als zwei Spiegelkörper zur Erzeugung eines Stereo-Bildpaares eines Rundumbildes zu verwenden . Werden beispielsweise drei Spiegelkörper verwendet, deren Rotationsachsen

25 d ie Eckpunkte eines gleichseitigen Dreiecks bilden , so ist die kleinste Aufnahmebasis zwischen zwei der drei Spiegelkorper mindestens so groß w ie die Höhe dieses Dreiecks . Bei der Bearbeitung der digitalisierten Bilddaten kann der Computer aus drei Aufnahmen dasjenige Aufnahmenpaar auswählen, weiches die größte Aufnahmebasis hat, um das Stereo-Bildpaar

30 zu erzeugen . Mit einem geeigneten Algorithmus ist es auch möglich , aus ύcn d re i aufgenommenen Bildern zwei Bildausschnitte , die ein Stereo- B i ldpaar darstel len , zu berechnen, welche keinem der aufgenommenen

Bilder entsprechen, sondern durch Interpolation oder Extrapolation erzeugt werden.

Bei einer vereinfachten Ausführungsform dieses Verfahrens reflektieren alle Spiegelkorpei die Lichtstrahlen auf eine gemeinsame Bildaufnahmeebene , in der eine einzige Bildaufnahme-Vorrichtung vorhanden ist Sind dabei die Spiegelkorper in gleichet Hohe angeordnet, so ergeben sich Schattenzonen, in denen die e inzelnen Spiegelkorper den jeweils benachbarten Spiegelkor¬ per ref lektiei en, nicht jedoch das dahinter befindliche Abbild der Umge- bung Aus diesem Grund sollten die Spiegelkoi per in unterschiedlicher Hohe angeordnet wei den, so daß jeder Spiegelkorper ein vollständiges Bild der Umgebung seiner Rotationsachse auf die Bildaufnahmeebene ref lektiert Alternativ kann der Winkel der kegelförmigen Spiegelflache der Spiegelkor per so gewählt werden, daß eine Spiegelung der benachbarten Spiegelkorpei vermieden wird , das heißt , daß die auf die Bildaufnahmeflache reflektierten Lichtstrahlen entwedei schräg von unten oder von oben auf den Spiegelkor¬ pei treffen Diese Ausführungsform ist dann vorzuziehen, wenn mit dem Spiegelkorper eine nach unten geπchtete Rundum-Aufnahme erzeugt werden soll , beispielsweise bei einer Landschaftsaufnahme aus einem Flugzeug heraus

Es ist ebenfalls möglich , auch die Bildaufnahmeebenen in unterschiedhchei Hohe anzuoi dnen, so daß jede Kombination aus Spiegelkorper und zugeord¬ neter Bildaufnahmeebene in einer anderen Hohe angeordnet ist als die benachbarte Kombination Unterschiedliche Abstände zu den Bildaufnah¬ meebenen oder die untei schiedhchen vertikalen Positionen der Spiegelkoi - pei können sowohl durch Anpassung der Geometrie dei Spiegelkoipei voi dei Bildautnahme koi πgiei t wei den als auch durch Bei ucksichtigung dei unterschiedl ichen Voraussetzungen bei der Bearbeitung der einzelnen digita- l isiei ten Bilddaten dei durch d ie Spiegelkoi per erzeugten Aufnahmen

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Weitwinkelbildes geht aus Patentanspruch 7 hervor. Sie umfaßt einen rotationssymmetrischen Spiegelkörper und eine starr mit diesem Spiegelkörper verbundene, in der Bildaufnahmeebene befindliche Bildaufnahmevorrichtung . Mit dieser Vor- 5 richtung lassen sich die Bilder lediglich aufnehmen, jedoch noch nicht d igital isieren , entzerren und visualisieren.

H ierfür ist gemäß Patentanspruch 8 eine Vorrichtung zur Digital isierung der aufgenommenen Bildsignale , ein Computer zur Bearbeitung der digitalisier- ι o ten Daten und eine Visualisierungsvorrichtung notwendig . Erzeugt die Bildaufnahmevorrichtung elektronische Bildsignale (z. B . CCD-Bildsensor) , so kann die D igitalisierungsvorrichtung durch einen herkömml ichen A/D- Wandler gebildet werden . Dieser speichert in der Regel die Farbintensität der drei Grundfarben Gelb , Magenta und Cyan jedes Bildpunktes (Pixel) i s digital ab, z . B . als Wert zwischen 0 und 255. Nimmt die Bildaufnahmevor¬ richtung herkömmliche Bilder auf, so ist als D itigalisierungsvorrichtung ein Scanner verwendbar, der die aufgenommenen Bilder zeilenweise abtastet und die Farbintensitätswerte für jedes Pixel abspeichert .

20 Als Visualisierungsvorrichtung ist insbesondere ein Computer-Monitor oder ein Drucker, insbesondere Farbdrucker, geeignet .

Wie bei einer herkömmlichen Kamera sollte zwischen dem Spiegelkörper und der Bildaufnahmeebene eine Linsenoptik und notwendigenfalls eine 25 Blende angeordnet sein.

Wie bereits erwähnt, kann d ie Hauptaufnahmerichtung des oder der Spiegel¬ körper nach oben oder nach unten gerichtet sein. In diesem Fall steht die mittlere Einfal lsrichtung der auf die Bildaufnahmeebene reflektierten Licht- 30 strahlen nicht rechtwinkl ig zur Rotationsachse des Spiegelkörpers sondern weist einen Winkel von weniger als 90 ° auf. D iese Anordnung ist z. B . zur Herstel lu i.ii von Landschaftsaufnahmen aus Flunzeucen vorteilhaft .

Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgen¬ den Zeichnungsbeschreibung . Die Zeichnungen zeigen in

Fig . 1 die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bildaufnahmevor-

5 richtung ,

Fig . 2 eine alternative Ausführungsform eines Spiegelkörpers der

Aufnahmevorrichtung aus Fig . 1 , Fig . 3 die schaubildliche Darstellung der Aufnahmevorrichtung aus

Fig . 1 , i o Fig . 4 eine andere Aufnahmevorrichtung gemäß der Erfindung zur

Erzeugung eines Stereo-Bildpaares und Fig . 5 eine alternative Aufnahmevorrichtung zur Erzeugung eines

Stereo-Bildpaares .

15 Die in den Fig. 1 und 3 dargestellte Bildaufnahmevorrichtung besteht aus einem kegelstumpfförmigen Spiegelkörper 1 , der in einem Abstand A oberhalb einer Bildaufnahmeflache 2 angeordnet ist, welche beispielsweise von einem CCD-Bildaufnahmesensor gebildet werden kann. Der Spiegelkör¬ per 1 reflektiert die auf ihn auftreffenden Lichtstrahlen, so daß sie auf eine

20 Kreisringfläche 4 auf der Bildaufnahmeebene geworfen werden. Auf diese Weise wird ein bestimmter Höhenabschnitt der die Rotationsachse 3 des Spiegelkörpers 1 umgebenden Umgebung auf der Ringfläche 4 der Bildauf¬ nahmeebene 2 abgebildet . In einer Zwischenebene 5 zwischen dem Spiegel¬ körper 1 und der Bildaufnahmeebene 2 können (nicht dargestellte) Linsen-

25 optiken. Blenden oder ähnliche optische Hilfsmittel angeordnet werden .

W ie i n Fig . 2 dargestel lt , kann die Kontur des rotationssymmetrischen Spiegelkörpers 1 ' gewölbt verlaufen. Hierdurch werden unterschiedliche Bildbereiche in der Aufnahmeebene unterschiedlich ver ^g rößert abgebildet .

30

Die Fig . 4 zeigt schematisch e ine erste einfache Ausführungsform zur Erzeugu ng e ines Stereo-Bildpaares . I n dem Abstand der Aufnahmebasis B

sind zwei Spiegelkoipei 1 nebeneinander angeordnet Die Hauptbetrach¬ tungsrichtung ist durch den Doppelpfeil dargestellt In dieser Betrachtungs¬ richtung ist die Aufnahmebasis der aufgenommenen Bilder gleich dem Abstand B zwischen den Rotationsachsen 3 der Spiegelkorper Die beiden

5 Spiegelkoi pei 1 l eflektieren die aus ihrer Umgebung einfallenden Licht¬ strahlen jeweils auf eine Kreisπngflache 4 In der dargestellten Ausfuh- l ungsform , in der die Spiegelkorper 1 auf gleicher Hohe angeordnet sind , ei geben sich in dei Richtung rechtwinklig zur Hauptbetrachtungsrichtung , das heißt in Richtung zui Rotationsachse des benachbarten Spiegelkorpers i o hin , ein Schattenbei eich, in dem nicht die Umgebung , sondern der benach¬ barte Spiegelkoi pei aufgenommen wn d Um dies zu vei hindern , ist es möglich , beide Spiegelkorper auf unterschiedlichen Hohen so anzuordnen, so daß dei oberste Abschnitt des einen Spiegelkorpers 1 unterhalb des untei sten Abschnitts des anderen Spiegelkorpers 1 liegt Hierdurch ei geben

15 sich unterschiedlich große Kreisringflachen 4 auf dei Bildaufnahmeebene Entwedei können diese Großenunterschiede bei der Bearbeitung der digitah- siei ten Bilddaten herausgeiechnet w erden Alternativ ist es möglich, jedem Spiegelkoi pei 1 eine eigene Bildaufnahmeflache mit einer separaten Bild- aufnahmevoi πchtung zuzuordnen Schließl ich können die Spiegelkorpei

20 untei schiedliche Konturen, das heißt insbesondeie untei schiedliche Dui ch- messei und Neigung der Spiegelfläche autweisen, so daß d ie ei zeugten Abbildungen bis auf die hoi izontale Verschiebung der Aufnahmeposition einandei entspi echen

25 Wie beieits ei wannt , ist es mit dei in Fig 4 dargestellten Bildaufnahmevor- nchtung mit zwei Spiegelkoi pei n 1 nicht möglich, in dei Richtung dei Vei bindungsl inie zwischen den zw ei Rotationsachsen 3 dei Spiegelkorpei 1 em stei eoskopisches Bildpaar zu ei zeugen da hier die Aufnahmebasis der dui ch die beiden Spiegelkoi per 1 autgenommenen Abbildungen gleich Null

30 I St

Um diesen Nachteil auszuräumen und in jeder Richtung um die erfindungs¬ gemäße Aufnahmevorrichtung herum eine gewisse Aufnahmebasis zwischen zwei erzeugten Abbildungen zu erzielen, ist es möglich, drei Spiegelkör¬ per 1 zur Reflexion der Umgebung auf die Bildaufnahmeebene 2 vorzusehen (vergleiche Fig . 5) . In der Zeichnung sind die Spiegelkörper 1 wiederum auf gleicher Höhe angeordnet, so daß in Richtung der Verbindungslinie zwischen den Achsen jeder Spiegelkorper einen durch benachbarte Spiegel¬ körper verdeckten Bereich aufweist. Dies kann wiederum durch Anordnung der Spiegelkörper 1 in unterschiedlicher Höhe behoben werden , wobei gegebenenfalls auch die Bildaufnahmeebenen 2 für jeden Spiegelkörper 1 in einer anderen Höhe anzuordnen . D ie in Fig . 5 dargestellte Aufnahmevor¬ richtung weist drei Hauptbetrachtungsrichtungen auf, die jeweils senkrecht zu den Verbindungslinien zwischen den Rotationsachsen 3 zweier benach¬ barter Spiegelkörper 1 l iegen. In diesen Richtungen ist die Stereobasis , d . h. der Abstand zwischen den Aufnahmepositionen der mit den beiden benach¬ barten Spiegelkörpern 1 aufgenommenen Bildausschnitte am größten.

Selbstverständlich können auch mehr Spiegelkörper zur Aufnahme der

Bilddaten zur Erzeugung von Stereo-Bildpaaren in beliebiger Richtung um d ie Aufnahmevorrichtung herum verwendet werden. Mit wachsender Anzahl der Spiegelkörper nehmen die Bildbereiche zu , die mit einer ausreichend großen Stereo-Basis erfaßt werden .

Bezugszeichenliste :

1 , 1 ' Spiegelkörper 2 Bildfläche

3 Rotationsachse

4 Kreisringfläche

5 Zwischenebene