專利名稱：將圖像或映像轉換為電子信號的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及按權利要求1的前序部分將圖像或映像轉換為電子信號的一種設備。
在概念“圖像或映像”下既應理解為常規意義的圖像，如照片，幻燈片，圖紙等等，也應理解為其它的信息記錄，如文字頁，文件等等，但是也理解為任何種類的物體，因此也理解為移動的物體。
在EP-B1-362 737中說明了一種這樣的設備，在此設備上設備內部的投影儀經鏡面系統以如視頻攝像機攝取范圍那樣同一大小將光場投影到工作面上。由攝像機以相同方式攝取此圖像。投影儀和攝像機的光學裝置是同步的，因此工作面上光場的大小隨著攝像機變焦范圍的變化在變化。掃描和照明系統保證基本上無陰影的照明和極其高的景深。由于將光精確地投影到工作面上的圖像大小上不產生干擾散射光，對此還有對于用投影儀的放像并非不重要的舒適性。
通過采用具有多個透鏡元件的變焦鏡頭使得多重焦距成為可能。在較高的變焦系數時，由于減小的分辨率，較大的失真和必要時不完全確切的顏色再現卻使鏡頭的光強和圖像再現的精度降低。
如果也能用通常在垂直布置的軸線上可以移動支承的固定鏡頭，所謂的再生裝置，達到最好的圖像質量的話，在此應平行于此校正照明裝置和調節掃描距離，一種這樣的裝置對于演示技術，如同對于視像會議，或者在作為三維掃描的應用中通常是過大和不靈便的。
基于對這樣的演示設備的可運輸性和使用方便性所提出的要求，提出了限定演示設備尺寸的要求，布置在設備中的攝像機的鏡頭大小和攝像機的變焦范圍也因此受到限制。對此還有考慮在采用具有較高變焦范圍的攝像機時的價格差的商業思考。
與此相反，本發明提出的任務在于，在保持相同的景深和分辨率的情況下準備提供具有超出光學裝置作用之外的變焦作用的上述方式的一種設備。
此任務通過實現權利要求1特征部分的特征解決。通過從屬權利要求的特征說明有利的或另可選擇的實施形式。
外加于用作為掃描頭的鏡面繞其軸線的，由現有技術中已知的可移動性或可回轉性，甚至有鏡面沿承載體的可移動性，因此將圖像攝像機鏡頭的光程各自加長或縮短鏡面移動行程的兩倍。對于應攝取的攝像機，光程的加長或縮短造成應攝取圖像的放大或縮小。在采用固定光學裝置時，這造成變焦光學裝置的效應，對于變焦光學裝置來說變焦作用得到提高，而不必采用損害圖像質量的其它透鏡。
如果用鏡面的移動并且將其采用為“變焦”，不僅使鏡面繞自身的軸回轉，從而保證了總是掃描在應攝取物體上的同一位置，而且相應于新的掃描距離校準攝像機鏡頭的焦點的話，則產生了設備的盡可能簡單的可操作性。可以機械、電氣或電子地實現這些應聯合的功能。
以下用圖純示范性地說明本發明。
圖1以斜視圖示出一個設備；圖2以側視圖示出按圖1的設備，對此圖2a示出在已調節的第二鏡面情況下的光程；圖3示出從中可看出按本發明變焦裝置的工作方式的方框圖，并且圖4示出表示按軟件控制的過程的流程圖。
從圖1和2中可以獲悉用于描繪投影面10的圖像的，具有布置在殼體12中光源16的設備。攝取表示在或位于投影面10上的圖像的攝像機14是布置在殼體中的。但是通過相應地旋轉與殼體12連接的承載臂24也可以攝取位于此投影面之外的，例如在空間中的圖像或物體。
將由光源16-帶鏡頭的投影儀-輸出的光經一個第一鏡面21和一個第二鏡面22調整到投影面10上。重新將位于那里的，或投影到那里去的，如此方式照明的圖像經兩個鏡面22和21反射進攝像機14的鏡頭中。第二鏡面22在承載臂24上是可繞球鉸回轉的，以致于可以描繪投影面10的每個范圍，或者所希望的部分范圍。攝像機14和投影儀-光源16-是如此布置在殼體中的，使得攝像機和投影儀的光軸30和31相互間以少量度數的角度延伸。攝像機14是經電導線37與一個或多個再現設備，例如像顯示屏38，連接的。
因此投影面是完全泛泛地將具有或沒有自身圖像內容的光束投影到其上的任何面，通過回轉第二鏡面可以任意選擇此投影面，并且通過攝像機從投影面攝取圖像或映像。投影面可以位于殼體上或殼體旁，例如位于桌表面上或墻表面上，或者投影面而是可由任意物體的表面形成的。
通過第二鏡面繞安排在承載臂上的球鉸的回轉，在某種程度上自動地實現-如EP-B1-0 362 737中所公開的那樣-用攝像機找到投影面的某個范圍，在此鏡面對于一個操作人員來說是明顯可見的，同時將光束導向到恰這個范圍上，并且照亮此范圍。人員也就是通過將光束定向到投影面上的某個地點上來定向攝像機的攝取地點。此時由第一和第二鏡面的鏡面聯合同時實現從圖像通向鏡頭的光程的加長，由此可達到良好的景深，這否則只有通過超長的鏡頭才是可能的。從約90cm的光程起景深符合最經常有的要求。
但是以同樣方式也可經第一鏡面21的回轉掃描、找到和轉移開投影面上的任何范圍。兩個鏡面回轉運動的聯合也是可能的。
按EP-B1-0 362 737的同步變焦鏡頭的采用保證甚至在極其不同的圖像片段上的映像重合，并且尤其在遙控時提高設備的操作合意性。
如果攝像機和投影儀的兩個鏡頭是互相可同步調節的話，不同的外加效應則是可能的，例如像找出在較大的照明的投影面上的任意地點，在此在一種這樣的情況下兩個變焦鏡頭應是互相分開地可運作的。此外甚至在鏡頭投影面的任意距離情況下，因此可以校正在兩個鏡頭的兩個中間光束之間的交點或角度，使得交點各自落在投影面的平面中，這促進側面的映像重合。
自動調焦裝置和/或自動可變光闌裝置用于攝像機的使用者合意的攝取控制。對于極其不同的用途可以安排隨帶的第三光程-按EP-B1-0 362 737的公布文件-，因此例如結合測量投影面范圍中的某些狀態用的和/或控制鏡頭和/或光源用的控制單元，如像調焦，距離測量，明/暗監控等等。
現在不僅能使在其承載臂24上的第二鏡面22圍繞安排在此承載臂24上的球鉸24a回轉，如在EP-B1-0 362 737中已經公布的那樣，而且如圖1和2中示范性地示出的那樣在此承載臂上是高度可調節的。圖2a中表示了這些光程。在第二鏡面22的在這里用I標記的一個第一位置中，一個第一范圍b對于攝像機14變成可控制的，或由投影儀16可照明的。如果沿鏡面的承載臂移動鏡面22，并且-如這里所示那樣-縮短光程的話，則因此一個較小的范圍a變成可控制的或可照明的。為了盡管移動鏡面，仍然產生到第一范圍b的所希望的部分范圍a上的定向，必須繞鉸24a回轉鏡面22。因此通過系數b/a產生了單獨由鏡面移動產生的變焦系數。必須按照縮短的光程和因此縮短的掃描距離調整攝像機鏡頭上的焦距。相應于優先同步的圖像大小和光大小，也應進行投影儀的鏡頭上的跟蹤。
因此例如對于在1/2＂攝像機上的光學裝置20-170mm，在距離為1.50m時是可以達到49.23mm至最大為418.46mm的圖像的，這相當于為8.5的變焦系數。在折疊光程的情況下-如從圖2a中可獲悉的那樣-。在鏡面例如下降20cm時縮短掃描距離40cm，并且從36.10mm至最大為418.46mm的圖像的無級掃描變成可能的。這意味著將變焦系數提高到11.6，而無分辨率和顏色真實性限制，并且無失真。由于不斷地開發像具有越來越高的分辨率的CCD那樣的攝取元件，這種“鏡面變焦技術”擁有巨大的優點。
顯然也可以通過傾翻承載臂24，也就是不移動鏡面22來實現同樣的效應，在此通過鏡面22的或鏡面21的回轉，或者用兩個鏡面的聯合回轉產生了所希望的定向。經過承載臂24的傾翻必要時可以避免出現的反射。
圖3現在用方框圖示出經控制單元30，例如微控制器，可控制的，組織方面匯總各個功能單元用的可能的目錄冊。如果經控制單元30輸入和采集某個變焦系數的話，則可在承載臂24上操縱實現第二鏡面移動的電機31，和/或實現承載臂傾翻的電機31a，和/或實現第二鏡面22繞球鉸24a回轉的其它的電機32，和/或實現第一鏡面21回轉的電機32a，以及攝像機光學裝置34的焦距電機33，在此可以安排了像鏡面22、21回轉用的角度傳感器35、35a、鏡面移動用的臂長位置傳感器36、或承載臂24傾翻位置用的承載臂角度傳感器36a和焦距位置用的焦距位置傳感器37那樣的位置傳感器。對于這些位置傳感器可以含有電位器、增量傳感器或類似的信號傳感器。
也可經控制單元操縱攝像機光學裝置34的變焦電機38，在此變焦位置傳感器39提供相應的信號到控制單元上。如上面所示，可以互相獨立地或者也聯合地，必要時互相同步地操縱鏡面變焦-意即加長或縮短用于通過調節鏡面改變掃描距離的光程-和攝像機變焦；在完全用盡攝像機變焦之后才采用鏡面變焦因此是可能的。取決于所希望的用途，可以但不必須進行鏡面轉動的跟蹤。如上面已經提及的那樣，也以相應的方式控制投影儀，甚至在這里應安排鏡頭調節用的位置傳感器。
用于查明不同狀態位置和角度位置的傳感器的安排允許，相應于所希望的圖像片段從任何位置中-不管是機械手動地達到此位置還是電子計算此位置，以及經控制單元確定此位置-保持各自元件的所要求的角度狀態，相對狀態或傾翻狀態或回轉狀態。
圖4示出具有必要作業的相繼順序的簡化流程圖。用所希望的變焦系數在一個第一步驟41中計算必要的所選擇的光程長度，在一個第二步驟42中從此光程長度中、從由相應傳感器已知的鏡面距離中(承載臂長度或承載臂角度位置)和從由相應傳感器已知的承載臂角度位置中計算新的承載臂長度或承載臂角度位置。如果(第三步驟43)經臂長位置傳感器36確定的現實承載臂長應小于新計算的所希望的承載臂長的話，則伸出承載臂，否則收進臂。經過現實的和原來的臂長的角度傳感器35，焦距位置傳感器37可支配的值使得新焦距位置的計算(步驟44)成為可能，同樣地使像鏡面22和/或21的所需回轉那樣的計算(步驟45)成為可能。基于這樣類型的計算值，經過操縱相應的電機重新定位焦距和鏡面(步驟46)。對于相應于計算的臂長已達到新的臂長的情況，過程是結束在分路47上的(步驟48)，在與步驟43相反的情況下返回到與此相繼的步驟上。對于投影儀應該意義相當地應用此簡圖。
顯然，可以由操作人員至少部分地甚至純機械地進行此過程，同樣地像由手動機械式操作與純粹經控制單元調節的過程那樣的聯合是可能的。
權利要求
1.將圖像或映像轉換為電子信號的設備，具有帶有用于攝取存在于投影面(10)上的圖像或映像的一個第一鏡頭(1)的一個攝像機(14)，并且具有帶有用于將光束向投影面(10)調焦的一個第二鏡頭(3)的一個光源(16)，其中必要時兩個鏡頭，尤其至少第一鏡頭，是特別構成為電機可調節的變焦鏡頭的，并且在此為了偏轉分配給攝像機和光源的兩個光程安排了支承在一個承載臂(24)上的-必要時繞一個鉸(24a)可回轉的-至少一個-第二-鏡面(22)，尤其兩個鏡面(21，22)，這些(這個)鏡面是布置在投影面(10)和兩個鏡頭(1，3)之間的，其特征在于，承載臂(24)上的第二鏡面(22)的相對位置是可以如此方式地改變的，即縮短或加長光程長度地。
2.按權利要求1的設備，其特征在于，經至少一個電機(31，31a)的和必要時經分配給設備的控制設備(30)遙控產生了第二鏡面(22)的相對位置的調節和必要時甚至第二鏡面(22)的回轉，在此尤其安排了用于記錄各自承載臂長度的或承載臂(24)的角度位置的至少一個位置傳感器(36，36a)，和必要時安排了用于記錄各自回轉角度的角度傳感器(35)，該位置傳感器(36)和必要時角度傳感器(35)將相應的信號給到控制單元(30)上。
3.按權利要求2的設備，其特征在于，構成為變焦鏡頭的第一鏡頭(1)是經控制設備(30)-必要時取決于或共同與第二鏡面(22)相對位置的調節和/或與第二鏡面(22)的回轉地-可電機調節的，必要時經一個同步裝置共同與同樣可電機調節地構成的第二鏡頭(3)可電機調節的。
4.按權利要求2或3的設備，其特征在于，一個變焦位置傳感器(39)是分配給構成為變焦鏡頭的第一鏡頭(1)的，經此變焦位置傳感器相應的信號變成可供控制單元(30)支配的。
5.按權利要求2至4之一的設備，其特征在于，一個焦距位置傳感器(37)是分配給用電機可調節的焦距裝置裝備的第一鏡頭(1)的，焦距位置傳感器的信號變成可供控制單元(30)支配的。
6.按權利要求2至5之一的設備，其特征在于，一個變焦位置傳感器和/或一個焦距位置傳感器是分配給具有電機可調節焦距裝置的構成為變焦鏡頭的第二鏡頭(3)的，經此(這些)位置傳感器相應的信號變成可供控制單元(30)支配的。
7.按先前權利要求之一的設備，其特征在于，給第一鏡面(21)分配了使得鏡面(21)的傾翻成為可能的一個電機(32a)，其中必要時安排了一個傳感器(35a)，經此傳感器相應的信號變成可供控制單元(39)支配的。
全文摘要
轉換圖像或映像為電子信號的設備包括具有用于攝取存在于投影面(10)上的圖像或映像的第一鏡頭(1)的攝像機(14)和具有用于將光束向投影面(10)調焦的第二鏡頭(3)的光源(16)。兩個鏡頭,尤其至少第一鏡頭必要時是構成為電機可調節的變焦鏡頭的。為了偏轉分配給攝像機和光源的兩個光程安排了支承在承載臂(24)上的必要時繞鉸(24a)可回轉地布置在投影面(10)和兩個鏡頭(1,3)之間的至少一個鏡面(22)。
文檔編號H04N1/195GK1249608SQ9911884
公開日2000年4月5日 申請日期1999年9月14日 優先權日1998年9月15日
發明者約瑟夫·沃爾弗 申請人:約瑟夫·沃爾弗