Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen (published!)

[oscar2]

AW: Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen

wenn hier jeder munter drauf losrät, geb ich meine 2 cent eben auch mal dazu:
"magnetfeldlinsen"!
bündelung oder streuung des lichtes durch variable magnetfelder. als energieversorgung zapft man sinnvollerweise ein schwarzes loch an.

einn nicht ganz so ernsten einstieg ins wochenende an alle!

 

[abacus]

AW: Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen

...

"DIE ERFINDUNG KORRIGIERT VIGNETTIERUNG", das sollte man näher untersuchen.
Es gibt eine natürliche Vignettierung, dagegen wird man wohl kaum mechanisch etwas erfinden können (cos^4 Abhängigkeit) und eine konstruktive Vignettierung, die könnte man - mit enormen (Preis)Aufwand - nahe an die natürliche heranbringen.

...

Es gibt Optiken die einen ND-Filter verbaut haben, die dieses Problem (wenn es denn eines ist) lösen. Also nix was neu ist.


abacus

 

[Maximus]

AW: Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen

Die helleren Bereiche aufs Niveau der dunkleren Randbereiche abzudunkeln hieße für mich nicht, das Problem der Vignettierung lösen

 

[tylor]

AW: Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen

Patent zur Korrektur von optischer Verzerrung/Verzeichnung

So, wie bereits angekündigt möchte ich nun mein Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen/Verzeichnung veröffentlichen. Anmerkend möchte ich noch sagen, dass das Patent bereits beim Patentamt eingegangen ist und eine nachträgliche Anmeldung unsinnig wäre.

Nun zum Patent. Ich werde hier nicht die komplette Patentschrift veröffentlichen sondern nur im groben mitteilen um was es sich handelt.


Die Erfindung bezieht sich auf digitale Spiegelreflex Kameras sowie digitale Filmkameras.

Die Erfindung behebt folgende Probleme:

• 
  Die Tonnen-/Kissenverzerrung die vor Allem bei Weitwinkeln auftritt und mit kleinerer Brennweite zunimmt. Bspw. werden gerade Linien gewölbt dargestellt.

• 
  Die Vignettierung, die dadurch hervorgerufen wird, dass weniger Licht in die Photodioden der Randbereiche trifft.

Weitere Vorteile:

• 
  Die Korrektur von optischer Verzerrung/Verzeichnung mittels Software hat den Nachteil, dass Bildbereiche "unscharf" wirken. Außerdem muss der Bildausschnitt verkleinert werden um ein rechteckiges Bild zu erhalten.

• 
  Zwecks Schärfe müssen herkömmliche Objektive an den flachen Sensor angepasst werden, was diese komplizierter und teurer macht.

• 
  Mit der Erfindung ist die Aufnahme nach dem herkömmlichen Prinzip mit herkömmlichen Objektiven auf Wunsch unkompliziert dennoch möglich.

Grundlegend für die Erfindung ist die Idee des gewölbten Sensors nach dem Vorbild der menschlichen Netzhaut. Ein menschliches Auge hat mehr als 90° Sichtbereich dabei treten keine derartigen Verzerrungen auf.
Das Patent des gewölbten Sensors ist bereits vergeben (US 6,618,093 B1). Dieser ist jedoch wohl noch nicht herzustellen bzw. zu teuer. Die nachstehende Erfindung soll eine Alternative bieten.
Die unten stehende Figur zeigt eine Prinzipdarstellung (hier in 2D) der Erfindung. Die benötigte Halbkugel (2) wird durch ein Verschwenken des Sensors (1) imitiert. Zur Bildaufnahme sind nur die Pixel relevant die an einem bestimmten Zeitpunkt am Schnittpunkt von Sensor und imaginärer Halbkugel liegen (3).

Dabei kann die Bewegung eine oszillierende Translationsbewegung, eine oszillierende Schwenkbewegung oder eine Rotationsbewegung sein, wobei bei der Rotationsbewegung die Rotationsachse schräg zur Flächennormalen der Bildaufnahmeflächen angeordnet ist.

Figur 3 zeigt das Prinzip im dreidimensionalen Raum anhand einer Schwenkbewegung. Der Sensor (1) wird so verschwenkt, dass sich Schnittpunkte (3) mit einer imaginären Halbkugel (2) ergeben. Das Bild baut sich aus der Gesamtheit dieser "Schnitt-Pixel" (3) auf.

Weitere Details und Formalitäten erspare ich euch. Ich bin sehr gespannt auf eure Meinung und hoffe auf eine sachliche Diskussion

Mfg

Paul.

 

[Gast_99693]

AW: Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen

Ok, das ist auf jeden Fall eine sehr interessante Idee, einen Kugelsensor (oder allgemein irgendwie gewölbten Sensor) durch Verschwenken zu simulieren

Ob das jetzt wirklich die erste Idee dieser Art ist, kann ich nicht wirklich beurteilen (ich hatte diesbezüglich ja weiter oben Zweifel angemeldet) und will ich auch gar nicht weiter drüber diskutieren, ich nehme einfach mal an, dass Du da entsprechend recherchiert hast.

Eine Frage hätte ich noch: Diese Konstruktion benötigt einen elektronischen Verschluss mit einem flächenmäßig steuerbaren Aufnahmebereich, damit zu einem gegebenen Zeitpunkt auch wirklich nur die beabsichtigte Stelle auf dem Sensor belichtet wird - ist das so korrekt gedacht? Das würde dann aber auch erhebliche Einschränkungen des Anwendungsbereichs bedeuten: Entweder nur sehr sehr kurze Belichtungszeiten (mit notwendigen hohen ISO-Werten) oder stationäre Motive (so ähnlich wie bei Scan-Backs).

Edit: Bei bewegten Objekten hätte man außerdem ein Problem mit einem verschärften "Rolling Shutter"-Effekt bzw. genauer einem "Moving Shutter"-Effekt, da der Faktor "Gesamte Dauer der Belichtung" geteilt durch "Effektive Belichtungszeit pro Flächenabschnitt" sehr viel höher sein dürfte als bei einem konventionellen Schlitzverschluss (egal ob elektronisch oder mechanisch). Weiterhin wäre Blitzen nur mit HSS möglich, da es keine Blitzsynchronzeit im konventionellen Sinn gibt.

Kann sein, dass mein Post hier aber noch voller Denkfehler bzw. falscher Annahmen steckt.

P.S. Ach ja, noch etwas: Weitwinkel-Vignettierung bekommt man dadurch nicht weg, selbst wenn man die Objektivkonstruktion dadurch vereinfachen könnte. Stichwort "natürliche Vignettierung" oder "Cosinus^4-Gesetz").

 

[Gast_338619]

AW: Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen


Wenn der Sensor verschwenkt wird, wird aber keine Aufnahmefläche mehr gebraucht - ein Halbkreis (bzw. Parabel) tut es dann auch.

 

[tylor]

AW: Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen

Eine Frage hätte ich noch: Diese Konstruktion benötigt einen elektronischen Verschluss mit einem flächenmäßig steuerbaren Aufnahmebereich, damit zu einem gegebenen Zeitpunkt auch wirklich nur die beabsichtigte Stelle auf dem Sensor belichtet wird - ist das so korrekt gedacht? Das würde dann aber auch erhebliche Einschränkungen des Anwendungsbereichs bedeuten: Entweder nur sehr sehr kurze Belichtungszeiten (mit notwendigen hohen ISO-Werten) oder stationäre Motive (so ähnlich wie bei Scan-Backs).

Ich bin mir nicht ganz sicher was du meinst. Jedenfalls ist es richtig, dass jeder Pixel nur eine kürzere Zeit "aktiviert" wäre. Bei der Fotografie wäre das mit einer längeren Belichtungszeit/höheren Isowerten zu kompensieren. Eine weitere möglichkeit wäre es die Toleranz der relevanten Pixel zu erhöhen. Dann wären nicht nur die Pixel an den exakten Schnittpunkten relevant sondern auch Pixel in einem bestimmten Bereich neben diesen exakten Schnittpunkten. Dadurch würden die Pixel wiederum länger dem Licht ausgesetzt werden.

Das "Aktivieren" eines Pixel erfolgt übrigens entweder indem tatsächlich nur die relevanten Pixel ausgelesen werden oder, dass alle Pixel ausgelesen werden und dann die relevanten ausgefiltert werden.

Edit: Bei bewegten Objekten hätte man außerdem ein Problem mit einem verschärften "Rolling Shutter"-Effekt bzw. genauer einem "Moving Shutter"-Effekt, ...

Richtig.

 

[Gast_99693]

AW: Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen

[Gelöscht. Jegliche Mühe wegen und Aufregung über diesen Thread lohnt nicht]

 

[Gast_338619]

AW: Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen

Jedenfalls ist es richtig, dass jeder Pixel nur eine kürzere Zeit "aktiviert" wäre. Bei der Fotografie wäre das mit einer längeren Belichtungszeit/höheren Isowerten zu kompensieren.

Jeder Pixel würde nur einen Bruchteil = wirksame Pixel / gewünschte Gesamtauflösung an Licht ab bekommen. Du müsstest ISO erheblich erhöhen. Das ist vermutlich kaum möglich. Heutige Sensoren haben schon 45% Quanteneffizienz - da bleibt nicht viel Spielraum.

 

[DerDude]

AW: Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen

Ist die gesamte Patentschrift schon irgendwo verfügbar?

 

[tylor]

AW: Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen

Ist die gesamte Patentschrift schon irgendwo verfügbar?

Nein. Warum?

Begründung: 1) Verzeichnungen und Vignettierung lassen sich sehr gut softwaremäßig korrigieren.

Bei der Vignettierung mag das sein aber Verzeichnung? Bei längeren Brennweiten mag das vielleicht funktionieren aber bei stärkerer Verzerrung? Mal ein Beispiel:

Nennst du das eine gute Korrektur?

2) Will man Software-Korrekturen so gut es geht vermeiden, sind Aufwände für Entwicklung und Fertigung besser bei Optik-Design und -Herstellung angelegt. Hochwertige Objektive benötigen nur noch wenig Korrekturen, idealerweise kann die Verzeichnungskorrektur ganz entfallen und somit gibt es auch keine Probleme mit eventuell dadurch bedingten Unschärfen.

Die gute Qualität heutiger Objektive steht außer Frage. Allerdings denke ich, dass auch das beste Weitwinkelobjektiv die Verzeichnung nicht zufrieden stellend korrigieren kann.

Ach ja, und noch eine weitere Anmerkung: Das ganze Prinzip korrigiert strenggenommen weder Verzeichung noch Vignettierung direkt [...] Es ermöglicht lediglich die Konstruktion von Objektiven, bei denen die Bildfeldwölbung keine Priorität mehr hat und die dadurch evtl. in Verzeichnung und Vignettierung besser werden können.

Warum korrigiert es keine Verzeichnung? Wie macht das menschliche Auge das dann?

 

[DerDude]

AW: Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen

Nein. Warum?

weil ich das interessanter fände als die Ausschnitte

 

[Kry27]

AW: Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen

Die Idee ist pfiffig, klar - aber angewendet auf dein (zugegebenermassen extremes) Beispielbild kann ich mir dennoch nicht vorstellen...

Wie bereits erwähnt, gibt es bei der praktischen Umsetzung ein paar Problemchen, so klitze kleine. OK, Probleme sind da, um gelöst zu werden:

- Der Sensor braucht gar nicht grösser zu sein, ein paar Pixel reichen. Die werden an die richtige Position geschwenkt

- Der Verschluss öffnet sich nun, die paar Pixel zeichnen auf.

- Der Verschluss schliesst, der Sensor wird verschwenkt, der Verschluss geht wieder auf...

-> Bewegte Motive zu fotografieren, kann man so gut wie vergessen.
-> Dass die Kamera auf keinen Fall in Bewegung sein darf, leuchtet ein
-> Immernoch setzt eine Software die Einzelbilder zusammen

Da Stativ und Software entscheidende Komponenten derartiger Fotografie sind, wundere ich mich, worin der praktische Vorteil gegenüber eines Panorama-Konstruktes mit Schwenken der Kamera um die Eintrittspupille liegt - mal abgesehen davon, dass sich das mit herkömmlichen Kameras ohnd die zusätzlichen Verschleissteile bewerkstelligen lässt. Das bietet (s. Panoramen) auch mehr Auflösung, in der Regel, da ein länger-Brennweitiges Objektiv mit weniger Verzerrung und weniger Abbildungsfehlern verwendet werden kann...

Ich lass' mich gerne überraschen. Die Idee ist gut, klar, die Umsetzung tönt beinahe unmöglich.

 

[Spacemarine2009]

AW: Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen

Warum korrigiert es keine Verzeichnung? Wie macht das menschliche Auge das dann?

Die Linse des menschlichen Auges macht eine qualitativ fürchterlich schlechte Abbildung auf die Netzhaut. Aber das Gehirn biegt das alles wieder gerade

 

[tylor]

AW: Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen

Die Linse des menschlichen Auges macht eine qualitativ fürchterlich schlechte Abbildung auf die Netzhaut. Aber das Gehirn biegt das alles wieder gerade

Ich denke nicht, dass das Gehirn die Verzeichnung rausrechnet. Das muss durch die gewölbte Netzhaut entstehen. Wozu sonst sowas:

http://www.newscientist.com/article/dn14477-artificial-eyeball-does-away-with-distorted-images.html

 

[martin0reg]

AW: Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen

Ja das hört sich in der tat interessanter an als ich dachte...die verzeichnung so zu korrigieren wie es die kugelförmige netzhaut unseres auges tut - und unser gehirn. Quasi ein gerade gezogenes fischaugen-foto.

Wie ich oben schrieb, ist es anscheinend so als wenn man aus einem globus eine landkarte macht. Da gibts unterschiedliche geometrische projektions-möglichkeiten, ich bin aber kein karten-mathematiker...
Wie dabei das resultierende bild unverzerrt* UND rechteckig UND unbeschnitten bleibt hab ich zwar noch nicht ganz kapiert, aber ich denke darüber nach.
[*unverzerrt = unverzeichnet - gerade linien bleiben gerade]

Den hauptvorteil gegenüber den bisherigen lösungen, die nachträglich - ob am pc oder gleich in der kamera - gerade ziehen, seh ich darin, dass nicht beschnitten wird. Unscharf werden die bestehenden lösungen nämlich NICHT, weil sie ja beschneiden, statt bildbereiche ins unscharfe auseinander zu ziehen. (die sehen also durchaus nicht so aus wie der oldtimer im oberen posting)

Frage/Problem: es ist kein 3d-kugelsensor sondern ein flacher 2d-sensor der in 3d verschwenkt wird. Das dauert doch eine gewisse wenn auch kurze zeit.
- ist das mechanisch überhaupt möglich?
- und wie lange dauert es, können dann eventuell nur statische objekte quasi gescannt werden?

PS:

Ich denke nicht, dass das Gehirn die Verzeichnung rausrechnet. Das muss durch die gewölbte Netzhaut entstehen...

Ich verstehe das so: das gehirn "sieht" oder "scannt" das kugelige abbild auf der netzhaut und lernt in den ersten wochen oder monaten des lebens, aus diesem abbild ein unverzerrtes (und übrigens aufrechtes) bild zu "errechnen", besser gesagt "wahr zu nehmen". Aner das ist biologie...nicht nur physik..

 

[Kry27]

Zusatzproblem:

Wenn der Sensor verschwenkt wird, gerät sein Rand näher oder weiter zur Linsenebene hin oder weg.

D.h. das Objektiv muss nachfokussiert werden...

 

[DerDude]

AW: Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen

Wie bereits erwähnt, gibt es bei der praktischen Umsetzung ein paar Problemchen, so klitze kleine. OK, Probleme sind da, um gelöst zu werden:

Eigentlich sollte ja das Patent das eine oder andere zur Ausführbarkeit sagen.

 

[Gast_99693]

AW: Patent zur Korrektur von optischen Verzerrungen

[Gelöscht. Jegliche Mühe wegen und Aufregung über diesen Thread lohnt nicht]

 

[naunnu?]

Dir ist schon klar, dass dein Sensor zwar eine Halbkugel "immitiert", dein Bild aber trotzdem nur 2D ist ?

Wenn ich mich noch recht an mein Mathe-Studium zurückerinnere, ist es mathematisch unmöglich, Kugel-/ bzw. Halbkugeloberflächen verlustfrei auf Ebenen zu projizieren (). Das Problem haben nämlich auch die schon erwähnten Geografen.

Also entweder gibst du winkeltreue (d.h. dein Bild wird schief) oder längentreue
(d.h. Teile des Bildes werden verkleinert) auf. Somit wird die Korrektur der Verzeichnung bei Weitwinkelobjektiven durch eine Verzeichnungskorrektur bei der 2D Projektion getauscht.

Oder sehe ich das falsch ?