DE202008018640U1

DE202008018640U1 - Vorrichtung für Hintergrundersatz bei Standbildern

Info

Publication number: DE202008018640U1
Application number: DE202008018640.4U
Authority: DE
Original assignee: Lifetouch LLC
Current assignee: Lifetouch LLC
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2018-03-20
Also published as: WO2008124263A1; US20080246777A1; EP2143266A1; US8319797B2; US20110134141A1; EP2143266B1; EP3099060B1; US8134576B2; US20120120281A1; CA2682874C; EP3099060A1; CA2682874A1; JP2010527168A; US7834894B2

Abstract

Abbildungssystem zum Fotografieren eines Motivs, wobei das System umfasst: eine Vordergrundlichtquelle, angeordnet und konfiguriert, das Motiv zu beleuchten; eine Hintergrundlichtquelle, angeordnet und konfiguriert, einen Hintergrund zu beleuchten; eine digitale Kamera, eingerichtet, Stillleben-Fotos eines Motivs aufzunehmen, welches zwischen der digitalen Kamera und dem Hintergrund angeordnet ist; und eine Steuereinrichtung, eingerichtet: ein Leuchten der Hintergrundlichtquelle mit einer Aufnahme eines von der digitalen Kamera aufgenommenen hintergrundbeleuchteten Bildes zu synchronisieren; und ein Leuchten der Vordergrundlichtquelle mit einer Aufnahme eines von der digitalen Kamera aufgenommenen vordergrundbeleuchteten Bildes zu synchronisieren.

Description

Diese Anmeldung wird am 19. März 2008 als Internationale Patentanmeldung im Sinne des PCT im Namen von LIFETOUCH, INC., einer US-Körperschaft, als Anmelder für die Benennung aller Länder außer den USA, und Richard Lee Swanson, Earl John Adolphi, Michael John Surma und John Robert Reinert Nash, allesamt Bürger der USA, als Anmelder für die Benennung der USA eingereicht, und beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 11/732,507, eingereicht am 3. April 2007.
Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Fotografie; insbesondere auf Porträt- und Stillleben-Photographie; und insbesondere auf das Bestimmen, Entfernen und Ersetzen des Hintergrunds in einem Porträt- oder Stillleben-Foto mit einem neuen Hintergrund, wodurch ein anderes zusammengesetztes Bild erzeugt wird.
Hintergrund
In der Fotografie ist es oft wünschenswert, den Hintergrund eines Bildes vom Vordergrundobjekt zu trennen. Zum Beispiel nehmen Studiofotografen, professionelle Fotografen und andere, die kommerzielle Porträtarbeiten durchführen (in ihrer Gesamtheit hierin als ”Fotografen” bezeichnet) oftmals Bilder von menschlichen und/oder ruhenden Objekten auf und werden gebeten, Bilder der Objekte ohne den ursprünglichen Hintergrund und/oder mit einem anderen Hintergrund zu liefern. Diese Anforderung kann auf Werbezwecken, der Gleichförmigkeit einer Vielzahl von Bildern (z. B. für Jahrbuch- oder Ausweisbilder) und dergleichen beruhen.
In der Vergangenheit wurden mehrere Verfahren verwendet, um den Hintergrund in einem Bild von dem Vordergrundmotiv zu trennen. Ein erstes bekanntes Verfahren verwendet verschiedene Werkzeuge aus Softwarepaketen wie Adobe Photoshop (von Adobe) und Paint Shop Pro (von Corel). Diese Werkzeuge sind oft sehr arbeitsintensiv und umfassen im Allgemeinen Löschfunktionen und Lasso-Werkzeuge. Im erstgenannten wird der Rand des Vordergrundobjektes von Hand verortet, und der Hintergrund wird mit dem Werkzeug gelöscht. In zweitgenannten findet ein Werkzeug automatisch Kanten, wenn das Objekt ausgewählt wird. Allerdings ist das Werkzeug aufgrund von Kontrast- und Farbproblemen zwischen dem Vordergrundobjekt und dem Hintergrund oft ungenau. Daher haben diese Werkzeuge die Nachteile, arbeitsintensiv und ungenau zu sein, insbesondere in Fällen, in denen die Vorder- und Hintergrundfarben nicht im Voraus ausgewählt werden können. Mindestens eine Referenz aus dem Stand der Technik bezeichnet diese Art von Systemen als Brute-Force-Ansätze.
Ein anderes Verfahren zum Bestimmen des Hintergrunds unter Verwendung dieser Art von Softwarepaketen kann manuell durch Aufteilen des Bildes in die RGB-Kanäle durchgeführt werden. Das Bild mit dem höchsten Kontrast zwischen dem Vordergrundobjekt und dem Hintergrund kann ausgewählt werden, und daran kann manuell durch eine Reihe von Schritten eine Maske erzeugt werden. Die Maske wird zusammen mit dem Originalbild verwendet, um den Hintergrund zu eliminieren. Diese Vorgehensweise hat jedoch den Nachteil, dass sie nicht automatisiert ist und von einer manuellen Auswahl eines Kanals mit dem höchsten Kontrast und der Erzeugung der Maske abhängt.
Ebenso wurde Chroma-Key-Austausch zur Hintergrundentfernung unter Verwendung eines monochromatischen Hintergrunds durchgeführt. Typischerweise werden grüne Leinwände bei menschlichen Motiven verwendet, um einen Kontrast zu Hautfarben zu liefern. Ein automatisiertes System nimmt Teile des Bildes pixelweise weg, indem bewertet wird, ob das Pixel eine Farbe aufweist, die innerhalb eines vorprogrammierten Farbbereichs liegt. Nachteile, die mit diesem System verbunden sind, umfassen das unbeabsichtigte Entfernen von Pixeln (in diesem Beispiel Grün), die sich auf dem Vordergrundobjekt befinden, das Entfernen von Randbereichen des Vordergrundobjekts aufgrund einer Reflexion der grünen Farbe des Hintergrunds auf dem Vordergrundobjekt und das Entfernen von reflektierenden Objekten, die sich auf dem Vordergrundobjekt (z. B. Uhren, Schmuck usw.) befinden. Demgemäß hat der Chroma-Key-Austausch eine Anzahl von Nachteilen, wenn er in Verbindung mit hochauflösender Fotografie verwendet wird, und insbesondere in den Fällen, in denen Farben des Vordergrundobjekts nicht steuerbar und/oder nicht vorher bekannt sind.
Ein anderes Beispiel eines bekannten Systems, das verwendet wird, um Hintergründe zu eliminieren, ist in US-Patent Nr. 6,885,767 von Howell gezeigt. Dieses System erzeugt absichtlich einen Hintergrund, der viel heller als das Vordergrundobjekt ist. Dabei wird die Helligkeitsdifferenz zwischen dem Vordergrund und dem Hintergrund verwendet, um zwischen den beiden zu unterscheiden. Das System verwendet einen Hintergrund mit einem sehr hohen Reflexionsgrad, wobei einfallendes Licht dazu neigt, auf dem Weg zurückreflektiert zu werden, auf dem es kam. Eine an der Vorderseite der Kamera montierte Vorrichtung umfasst einen Blitz, einen teilweise versilberten Spiegel und eine Kondensor-Linse. Wenn sich der Verschluss öffnet, bewirkt die Lichtquelle, dass intensives Licht auf das Objekt und den reflektierenden Hintergrund auftrifft. Aufgrund der hohen Reflektivität ist der Hintergrund heller als das Vordergrundobjekt. Dieses Bild wird dann als eine Maske für andere Aufnahmen des Objekts verwendet, bei denen der Blitz nicht ausgelöst wird. Dementsprechend verwendet dieses Verfahren eine Intensitätstechnik anstelle einer Chroma-Technik, um den Hintergrund zu eliminieren. Jedoch weist dieses Verfahren auch mehrere Nachteile auf, einschließlich des Erfordernisses eines speziellen reflektierenden Hintergrunds und spezieller Ausrüstung, um die gewünschte Lichtintensität zu erzeugen, die aus der Ebene des Kameraobjektivs kommt. Das Verfahren hat auch Nachteile, wenn Menschen abgebildet werden. Genauer gesagt wird, obwohl das Verfahren zum Fotografieren von Stilleben-Objekten geeignet ist, wenn sich das Objekt zwischen den Bildern bewegt, die Maske nicht richtig mit dem Bild des Objekts in den anderen Bildern übereinstimmen.
Das US-Patent 5,574,511 von Yang et al veranschaulicht noch ein weiteres Verfahren zur Verwendung der Lichtintensität, um eine Maske zu erzeugen. Hier werden zwei IR-Bilder bei unterschiedlicher Intensität der IR-Beleuchtung im Vordergrund und im Hintergrund verglichen. Dann wird eine Maske erzeugt, die auf ein sichtbares Licht-Bild angewendet wird. Auch hier weist das Verfahren Nachteile auf, wie das Erfordernis einer speziellen Ausrüstung, wie IR-Beleuchtungsquellen und eine zweite Kamera mit einem IR-Durchlassfilter. Ferner kann im Fall des Fotografierens von Menschen eine Bewegung des Objekts zwischen den Aufnahmen zu einer groben Übereinstimmung der Maske führen. Auch ist die IR-Maske nicht genau genug für präzise Fotografie.
Ein weiteres System ist in der veröffentlichten US-Patentanmeldung 2003/0035061 offenbart. In diesem System wird ein Stillleben-Objekt auf einen Drehtisch gesetzt, der sich mit einer konstanten Geschwindigkeit dreht. Eine Reihe von Bildern wird abwechselnd, zuerst mit dem beleuchteten Vordergrundobjekt und dann mit entsprechend beleuchtetem Hintergrund aufgenommen, um eine Silhouette des Vordergrundobjekts zu erzeugen. In einer der in der Veröffentlichung beschriebenen Ausführungsformen wird eine Hintergrundausschneideeinheit zum Kombinieren eines Vordergrundbildes mit einem Silhouetten-Bild offenbart, um ein ausgeschnittenes Bild bereitzustellen. In dem ausgeschnittenen Bild erscheinen nur noch die Vordergrundbilder. Dementsprechend kann das ausgeschnittene Bild zu einem späteren Zeitpunkt mit anderen Hintergrundbildern kombiniert werden. Es gibt mehrere Nachteile des in dieser Veröffentlichung offenbarten Systems. Erstens wird das System mit Stillleben-3D-Objekten verwendet. Daher berücksichtigt es nicht das Fotografieren von Objekten, die sich in eine Richtung und/oder auf eine Art und Weise bewegen, die anders ist, als die feste Drehgeschwindigkeit des Drehtisches. Demgemäß wird das Fotografieren von Menschen, die sich zwischen Bildern bewegen können, nicht berücksichtigt. Zweitens wird die Ausschnitts-Maske durch Ausschneiden des Objektbereichs erzeugt. Die Maske wird dann in einem umgekehrten Maskenschicht-Subtraktionsverfahren verwendet, um den Hintergrund zu entfernen. Auch wird nicht beschrieben, dass das Originalbild erhalten und übertragen wird, obwohl dieses Bild (und seine zugehörigen Metadaten) gewünscht sein und/oder in einer anderen nachgeschalteten Verarbeitung verwendet werden könnten.
Daher besteht auf dem Gebiet ein Bedarf an einem Verfahren, einer Vorrichtung und einem System, die das Aufnehmen von Bildern von Vordergrundobjekten auf eine Weise, in der der Hintergrund bestimmt, entfernt und ersetzt werden kann, erleichtert, ohne auf manuelle Verfahren, Chroma-Austausch und/oder andere spezielle IR-Kameras oder Geräte, die vor der Kamera angebracht sind, um das Vordergrundobjekt zu beleuchten, angewiesen zu sein. Die Erfindung sollte auch die Nachteile überwinden, die mit Vordergrundobjekten verbunden sind, die sich bewegen können, und sollte keine speziellen Hintergründe oder vorbestimmte Farben des Vordergrundobjekts erfordern. Aspekte der vorliegenden Erfindung überwinden diese und andere Nachteile des Standes der Technik und adressieren diese Bedürfnisse im Stand der Technik.
Zusammenfassung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zum selektiven Trennen eines interessierenden Vordergrundobjekts von einer Stillleben-Fotografie. In einer bevorzugten Ausführungsform, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgelegt ist, werden zwei digitale Bilder aufgenommen. Ein Bild umfasst eine Beleuchtung, die sowohl das Vordergrundobjekt als auch den Hintergrund beleuchtet. Das andere Bild wird aufgenommen, während nur der Hintergrund beleuchtet wird, wodurch eine Silhouette des Vordergrundobjekts erzeugt wird. Dieses letztere Bild wird verwendet, um eine genaue Maske zu erzeugen, die, wenn sie an dem Bild mit der Vordergrundbeleuchtung ausgerichtet ist, die Entfernung des Hintergrunds ermöglicht.
Eine Umgebung, in der die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, ist im Zusammenhang mit der Porträtfotografie. Der Einfachheit halber wird diese Umgebung bei der Beschreibung der hierin dargelegten Ausführungsformen verwendet. Es versteht sich jedoch, dass andere Arten der Stillleben-Fotografie die Prinzipien der vorliegenden Erfindung ebenfalls verwenden können. Zum Beispiel sind Stillleben-Photographie und andere Photographien, die in Verbindung mit der Werbung für Produkte, Nahrungsmittel usw. verwendet werden (z. B. Fälle, in denen es wünschenswert und/oder notwendig ist, den Hintergrund zu entfernen oder zu ersetzen) andere repräsentative Umgebungen.
Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zum Isolieren eines interessierenden im Wesentlichen stationären Vordergrundobjekts, das in einem aufgenommenen digitalen Bild enthalten ist, von dem Hintergrund in dem aufgenommenen digitalen Bild bereit. Vorzugsweise wird ein erstes digitales Bild von einem umrahmten Bereich aufgenommen, während der Hintergrund und das Vordergrundobjekt unter ersten Lichtverhältnissen beleuchtet werden. Ein zweites digitales Bild wird dann von dem gleichen umrahmten Bereich aufgenommen, während der Hintergrund und das Vordergrundobjekt unter zweiten Lichtverhältnissen beleuchtet werden. Vorzugsweise beleuchten die ersten Lichtverhältnisse den Hintergrund, ohne das Vordergrundobjekt zu beleuchten, so dass eine Silhouette des Vordergrundobjekts in dem ersten Bild erfasst wird. Die zweiten Lichtverhältnisse beleuchten das Vordergrundobjekt (z. B. mit frontalen Lichtern). Durch den Unterschied in der Beleuchtung zwischen dem Hintergrund und der Silhouette im ersten Bild kann eine Maske aus dem ersten aufgenommenen Bild erzeugt werden. Unter Verwendung der Maske kann der Hintergrund aus dem zweiten Bild entfernt und durch praktisch jedes andere gewünschte Hintergrundbild ersetzt werden.
Die vorliegende Erfindung berücksichtigt vorzugsweise Beiträge des Vordergrundobjekts und des Hintergrunds zum Intensitätspegel jedes Pixels in dem Grenzbereich zwischen den beiden. Es kann eine Mischfunktion oder Alpha-Maske mit Werten zwischen 0 und 1 für jedes Pixel verwendet werden. Keine der obigen Referenzen aus dem Stand der Technik offenbart oder schlägt vor, diesen Übergang zwischen dem Vordergrundobjekt und dem Hintergrund zu berücksichtigen.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Hintergrund (z. B. eine Kulisse, die den Hintergrund umfasst) in den aufgenommenen Bildern praktisch jede monochromatische Farbe sein kann oder aus irgendeinem Substrat/Materialien (z. B. Stoff, Vinyl, usw.) erzeugt sein kann. Da die Prinzipien der vorliegenden Erfindung den Beleuchtungs-Kontrast zwischen den beiden Bildern ausnutzen, muss der Hintergrund keine besondere Farbe aufweisen und/oder aus einem speziellen Material erzeugt sein. Daher muss der Fotograf keine Farben im Voraus koordinieren und/oder eine große Auswahl an Hintergründen bereitstellen.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Vordergrundobjekt mit einer beliebigen Anzahl an Hintergründen, die präexistent sind oder zu einem späteren Zeitpunkt aufgenommen werden, zu einer zusammengesetzten Abbildung zusammengefügt werden kann. Zum Beispiel kann eine Schülergruppe zu Beginn eines Schuljahres vor einem Originalhintergrund fotografiert werden. Während des Jahres können die Vordergrundobjekte (z. B. die Bilder der Schüler) aus dem ursprünglichen Hintergrund entfernt und für Schulausweise unter Verwendung der Schulfarben und -maskottchen vor einem zweiten Hintergrund platziert werden. Die Fotos können auch mit dem ursprünglichen Hintergrund oder mit einem anderen Hintergrund für ein Jahrbuch verwendet werden. Später im Jahr können einzelne Fotos ihres Kindes an Eltern ausgeliefert werden, wobei die Eltern verschiedene vorgegebene Hintergründe für die Kombination mit dem Foto ihres Kindes auswählen können. Während die vorgegebenen Hintergründe praktisch jeder Ort oder Hintergrund sein können, könnten repräsentative Hintergründe die Schulbibliothek, das Stadion, den Innenhof oder einen anderen Ort auf dem Campus umfassen.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Bilderfassungssequenz so gewählt werden kann, dass die verstrichene Zeit zwischen den erfassten Bildern reduziert wird. In diesem Fall wird das Silhouetten-Bild zuerst aufgenommen und das normal beleuchtete Vordergrundbild als zweites aufgenommen. Auf diese Weise kann die Beleuchtungssequenz optimiert werden, um die Zeitdauer zwischen den beiden Bildern zu reduzieren. Zum Beispiel versteht es sich, dass die fotografische Blitzbeleuchtung im Allgemeinen eine ziemlich steile Vorderkante aufweist und dann abklingt. Dementsprechend wäre, wenn die Fotografie des Vordergrundobjekts zuerst aufgenommen würde, eine relativ lange Verzögerung erforderlich, während derer darauf zu warten wäre, dass die Frontblitzbeleuchtung abnimmt (d. h., wenn das zweite Bild zu schnell gemacht werden würde, würde das Vordergrundobjekt noch beleuchtet sein und kein gutes Silhouetten-Bild aufgenommen). Die vorliegende Erfindung nutzt jedoch vorzugsweise das Hintergrund-Blitz-Profil, indem sie zuerst das Silhouetten-Bild erfasst und dann die Erfassung des zweiten Bildes zu geeigneter Zeit während des abklingenden Hintergrundlichts einläutet.
Diese Art und Reihenfolge der Bildaufnahme reduziert die Zeit zwischen der Aufnahme der Bilder und verringert die Möglichkeit der Bewegung des Vordergrundobjekts in dem Intervall zwischen dem Aufnehmen der Bilder. Es versteht sich, dass die Bewegung des Vordergrundobjekts zwischen Bildern die Übereinstimmung der Maske des Vordergrundobjekts (erzeugt aus dem aufgenommenen Silhouetten-Bild) und des normal beleuchteten Bildes des Vordergrundobjekts verringert. Daher ist dieses Merkmal beim Fotografieren von kleinen Kindern, Haustieren und anderen Objekten, die dazu neigen, sich zwischen Fotos zu bewegen, sehr nützlich. Eine andere Bewegung des Vordergrundobjekts, wie eine normale unwillkürliche Bewegung einer zu fotografierenden Person, ist erlaubt, da die hintergrundbeleuchteten und vordergrundbeleuchteten Bilder innerhalb eines minimierten Zeitintervalls aufgenommen werden. Alternativ kann, wenn sich das Vordergrundobjekt nicht bewegen kann und/oder sich wahrscheinlich in der Zeitperiode zwischen den Bildaufnahmen nicht bewegt, die Folge von Bildaufnahmen umgedreht werden. In einem solchen Fall kann die Zeitspanne zwischen solchen Bildaufnahmen auf praktisch jede beliebige Zeitspanne erhöht werden.
Daher wird, gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung, ein Verfahren zum Abbilden eines Vordergrundobjekts bereitgestellt, das vor einem Hintergrund angeordnet ist, wobei das Verfahren umfasst: Erfassen eines ersten Bildes des Vordergrundobjekts und des Hintergrunds, während der Hintergrund unter ersten Lichtverhältnissen relativ zum Objekt beleuchtet wird; Erfassen eines zweiten Bildes des Vordergrundobjekts und des Hintergrunds, während der Hintergrund unter zweiten Lichtverhältnissen relativ zum Objekt beleuchtet wird; Berechnen einer Mischfunktion basierend auf einem ausgewählten der Bilder; und Verwenden des nicht ausgewählten Bildes und der Mischfunktion, Berechnen einer Objektbildfunktion, die sich auf ein Bild des Vordergrundobjekts mit einer, verglichen mit dem Bild, das nicht ausgewählt wurde, reduzierten Hintergrundintensität relativ zum Vordergrundobjekt bezieht.
Gemäß dem im vorhergehenden Absatz erwähnten Aspekt kann vorgesehen sein, dass das ausgewählte Bild das erste Bild ist und der Schritt des Berechnens einer Mischfunktion das Berechnen eines Alpha-Werts für ein Alpha-Blending für jedes Pixel des ersten Bildes umfasst. Ferner kann das erste Bild unter den ersten Lichtverhältnissen aufgenommen werden, wobei diese Verhältnisse das Beleuchten des Hintergrunds umfassen, so dass er heller als das Vordergrundobjekt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Berechnen eines Bildes bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Berechnen einer Mischfunktion aus einem ersten Bild einer Szene, die ein Vordergrundobjekt aufweist, das vor einem Hintergrund platziert ist, wobei der Hintergrund unter ersten Lichtverhältnissen relativ zum Objekt beleuchtet wird; Zugreifen auf ein zweiten Bildes des Vordergrundobjekts und des Hintergrunds, wobei der Hintergrund unter zweiten Lichtverhältnissen relativ zum Objekt beleuchtet wird; und Verwenden des zweiten Bildes und der Mischfunktion, Berechnen einer Objektbildfunktion, die sich auf ein Bild des Vordergrundobjekts mit einer, verglichen mit dem zweiten Bild, reduzierten Hintergrundintensität relativ zum Vordergrundobjekt bezieht.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Abbilden eines Objekts, das vor einem Hintergrund angeordnet ist, bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Erfassen eines ersten Bildes des Vordergrundobjekts und des Hintergrunds, während der Hintergrund unter ersten Lichtverhältnissen relativ zum Objekt beleuchtet wird; Erfassen eines zweiten Bildes des Vordergrundobjekts und des Hintergrunds, während der Hintergrund unter zweiten Lichtverhältnissen relativ zum Objekt beleuchtet wird, innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls nach dem Erfassen des ersten Bildes, wobei das Zeitintervall basierend auf einer maximalen akzeptablen Bewegungsgeschwindigkeit des Vordergrundobjekts berechnet ist.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Abbildungssystem zum Abbilden einer Szene mit einem Vordergrundobjekt, das vor dem Hintergrund angeordnet ist, bereitgestellt, umfassend: ein Kamerasystem, das eingerichtet ist, ein Bild der Szene zu erfassen; und ein Beleuchtungssystem, das eingerichtet ist, erste Lichtverhältnisse zu erzeugen, bei denen der Kamera der Hintergrund heller als das Vordergrundobjekt erscheint, und zweite Lichtverhältnisse, bei denen sowohl das Vordergrundobjekt als auch der Hintergrund beleuchtet werden, wobei das Beleuchtungssystem eingerichtet und konfiguriert ist, die ersten und die zweiten Lichtverhältnisse sequentiell in einem Zeitintervall zu erzeugen, das basierend auf einer maximalen akzeptablen Bewegungsgeschwindigkeit des Vordergrundobjekts berechnet ist, und das Kamerasystem eingerichtet ist, ein erstes Bild der Szene unter den ersten Lichtverhältnissen und ein zweites Bild der Szene unter den zweiten Lichtverhältnissen zu erfassen.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Speichermedium bereitgestellt, auf dem computerlesbare Befehle codiert sind, die, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, bewirken, dass der Computer: eine Mischfunktion aus einem ersten Bild von einer Szene, die ein Vordergrundobjekt aufweist, das vor einem Hintergrund platziert ist, wobei der Hintergrund unter ersten Lichtverhältnissen relativ zum Objekt beleuchtet wird, berechnet; auf ein zweites Bild des Vordergrundobjekts und des Hintergrunds zugreift, wobei der Hintergrund unter zweiten Lichtverhältnissen relativ zum Objekt beleuchtet wird; und unter Verwendung des zweiten Bildes und der Mischfunktion eine Objektbildfunktion berechnet, die sich auf ein Bild des Vordergrundobjekts mit einer, verglichen mit dem zweiten Bild, reduzierten Hintergrundintensität relativ zum Vordergrundobjekt bezieht.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Isolieren eines im Wesentlichen stationären Vordergrundobjekts in einem umrahmten Bereich von dem Hintergrund in dem umrahmten Bereich unter Verwendung einer Stillleben-Fotografie bereitgestellt, umfassend: Aufnehmen eines ersten Bildes des umrahmten Bereichs, während der Hintergrund und das Vordergrundobjekt unter ersten Lichtverhältnissen beleuchtet werden; Aufnehmen eines zweiten digitalen Bildes des umrahmten Bereichs, während der Hintergrund und das Vordergrundobjekt unter zweiten Lichtverhältnissen beleuchtet werden; Bestimmen des Hintergrunds von einem vorbestimmten des ersten und zweiten erfassten Bildes; und Entfernen des Hintergrunds von dem anderen Bild durch Ausrichten des bestimmten Hintergrunds des vorbestimmten Bildes mit dem anderen Bild.
Gemäß dem im vorhergehenden Absatz erwähnten Aspekt können die ersten Lichtverhältnisse den Hintergrund beleuchten, ohne das Vordergrundobjekt zu beleuchten, so dass eine Silhouette des Vordergrundobjekts in dem ersten Bild erfasst wird; das vorbestimmte Bild kann das erste Bild und das andere Bild kann das zweite Bild sein; die zweiten Lichtverhältnisse können das Vordergrundobjekt mit frontalen Lichtern beleuchten; und der Schritt des Bestimmens des Hintergrunds kann das Bestimmen einer Alpha-Maske umfassen.
Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung wird ein System zum Isolieren eines im Wesentlichen stationären Vordergrundobjekts in einem umrahmten Bereich von dem Hintergrund in dem umrahmten Bereich unter Verwendung einer Stillleben-Fotografie bereitgestellt, umfassend: ein vorderes Licht und ein hinteres Licht, die angeordnet und konfiguriert sind, um erste Lichtverhältnisse, bei denen der Hintergrund heller erscheint als das Vordergrundobjekt, und zweite Lichtverhältnisse zu erzeugen, bei denen sowohl das Vordergrundobjekt als auch der Hintergrund beleuchtet werden; ein Kamerasystem, das eingerichtet ist, ein erstes und zweites Bild des umrahmten Bereichs während der ersten bzw. der zweiten Lichtverhältnisse zu erfassen; und einen Prozessor, der mit dem Kamerasystem operativ verbunden ist, wobei der Prozessor Verarbeitungseinrichtungen zum Bestimmen einer Alpha-Maske aus einem vorbestimmten des ersten und zweiten Bildes umfasst, wobei die Alpha-Maske verwendet wird, um den Hintergrund von dem anderen des ersten und des zweiten Bildes zu entfernen.
Die Aspekte sind in den vorangehenden Absätzen aus Gründen der Vereinfachung durchnummeriert, und sollen nicht beschränkend aufgefasst werden. Des Weiteren versteht es sich, dass, während die Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen und mit Bezug auf bevorzugte Vordergrundobjekte und Bildakquisitionssequenzen beschrieben wird, die Erfindung in keiner Weise durch irgendeine hierin beschriebene Konfiguration, Vordergrundobjekte oder Bilderfassungssequenz beschränkt werden soll. Stattdessen erstrecken sich die Prinzipien dieser Erfindung auf jede Umgebung, in der zwei digitale Bilder sequentiell aufgenommen werden, wobei eines der Bilder eine Silhouette eines Vordergrundobjekts von Interesse enthält. Diese und andere Variationen der Erfindung werden Fachleuten bei einer detaillierteren Beschreibung der Erfindung offensichtlich werden.
Die Vorteile und Merkmale, die die Erfindung charakterisieren, werden insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargelegt und bilden einen Teil hiervon. Für ein besseres Verständnis der Erfindung sollte jedoch Bezug genommen werden auf die Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden, und auf die begleitende Beschreibung, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen, in denen gleiche Elemente mit demselben Bezugszeichen bezeichnet sind, zeigt:
1a ein digitales photographisches Bild, bei dem sowohl das Vordergrundobjekt als auch der Originalhintergrund beleuchtet werden.
1b ein digitales fotografisches Bild, bei dem das Vordergrundobjekt hinterleuchtet ist, wodurch eine Silhouette des Vordergrundobjekts erzeugt wird.
1c eine berechnete α-Maske, die aus dem Bild von 1b abgeleitet ist.
1d eine digitale Fotografie eines ausgewählten Hintergrundbildes.
1e eine zusammengesetzte Fotografie des Vordergrundobjekts von 1a, bei der die α-Maske von 1c verwendet wird, um den ursprünglichen Hintergrund zu eliminieren und durch den ausgewählten Hintergrund von 1d zu ersetzen.
2 schematisch eine Ausführungsform eines Systems gemäß einem Aspekt der Erfindung zum Erfassen der normal beleuchteten Bilder und der Silhouetten-Bilder.
3 schematisch einen Interline-Transfer-CCD-Sensor, der in einem System gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung verwendet wird.
4 schematisch den zeitlichen Ablauf der Bilderfassung durch die Kamera 210 relativ zur Beleuchtung von den Lichtquellen und die Integration der Kamera 210.
5a eine erste alternative Ausführungsform der Kamera 210, in der zwei digitale Bildsensoren mit elektronischen Verschlüssen verwendet werden und wobei eine Einrichtung zum Senden des gleichen Bildes zu den zwei Sensoren verwendet wird.
5b eine zweite alternative Ausführungsform der Kamera 210, in der zwei digitale Bildsensoren mit mechanischen Verschlüssen verwendet werden und wobei eine Vorrichtung zum Senden des gleichen Bildes zu den zwei Sensoren verwendet wird.
5c eine dritte alternative Ausführungsform der Kamera 210, in der zwei digitale Bildsensoren verwendet werden, wobei jeder digitale Bildsensor einen Verschluss und eine Linse umfasst, und eine Vorrichtung zum Senden des gleichen Bildes zu den zwei Sensoren verwendet wird.
6 schematisch einen vergrößerten Teil des Bildes in 1c in einem Bereich um ein Segment einer Kante zwischen dem Vordergrundobjekt und dem Hintergrund, in dem der Übergang zwischen hellen und dunklen Pixeln gezeigt ist.
7(a) und 7(b), in unterschiedlicher Skalierung, eine Kurve, die die Beziehung zwischen der maximal zulässigen Bewegungsgeschwindigkeit des Vordergrundobjekts und der maximal verstrichenen Zeit, die zwischen dem Erfassen des Silhouetten-Bildes und des vorderseitig beleuchteten Bild erlaubt ist, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
8 schematisch ein größeres verteiltes System 800, in dem Bilder, die durch das System 200 von 2 aufgenommen wurden, neben weiteren Verwendungen verarbeitet, heruntergeladen und gespeichert werden können.
Detaillierte Beschreibung
Die Erfindung betrifft Verfahren, Vorrichtungen und Systeme zum selektiven Identifizieren und Entfernen des Hintergrunds aus einem digitalen fotografischen Bild, das einen Hintergrund und ein Vordergrundobjekt enthält. Ein Ersatzhintergrund kann dann mit dem Vordergrundobjekt kombiniert werden, um ein zusammengesetztes Bild zu erzeugen. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren, Vorrichtungen und Systeme zum Sequenzieren von zwei Fotos, Erstellen und Verwenden einer Maske zum Entfernen des ursprünglichen Hintergrunds und zum Erstellen neuer zusammengesetzter Fotos.
Im Allgemeinen umfasst der Bilderzeugungsprozess das Erfassen eines hintergrundbeleuchteten Bildes des Vordergrundobjekts. Das resultierende hintergrundbeleuchtete oder Silhouetten-Bild wird verwendet, um eine Maske zu bestimmen. Ein normales, von vorne beleuchtetes Bild des Objekts, d. h. ein Bild, bei dem sowohl das Objekt als auch der Hintergrund beleuchtet sind, wird ebenfalls erfasst. Das von vorne beleuchtete Bild und die Maske werden kombiniert, um ein Bild des Objekts zu erstellen, bei dem der Hintergrund entfernt ist. Wie zuvor angesprochen, können die Bilder auf bestimmte Weise sequenziert werden, um Beleuchtungscharakteristika und andere Aspekte auszunutzen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Silhouetten-Bild zuerst und das von vorne beleuchtete Bild als zweites aufgenommen. Jedoch sind die Prinzipien der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Reihenfolge beschränkt. Dementsprechend sollte, obwohl hierin die Ausdrücke erstes Bild und zweites Bild verwendet werden, wahrgenommen werden, dass die Ausdrücke erstes und zweites dazu verwendet werden, zwischen den beiden Bildern zu unterscheiden, und nicht dazu gedacht sind, eine zeitliche Erfassung zu implizieren – es sei denn, der Kontext deutet ausdrücklich auf etwas Gegenteiliges hin.
In den 1a–1e ist eine Reihe von Bildern dargestellt, die einen Überblick über die vorliegende Erfindung geben. In 1a umfasst das digitale fotografische Bild 20 ein Vordergrundobjekt 21 (in diesem Fall ein Porträt einer Person) und einen Hintergrund 22. In 1a sind sowohl das Vordergrundobjekt als auch der Originalhintergrund auf eine normale Weise beleuchtet. Der umrahmte Bereich des Bildes ist als 23 ausgezeichnet. 1b zeigt ein digitales fotografisches Bild 20', das von derselben Kameraposition aufgenommen wurde, so dass der umrahmte Bereich des Bildes unverändert bleibt und als 23 ausgezeichnet ist. Da jedoch das Vordergrundobjekt 21 hinterleuchtet wurde, wird eine Silhouette des Vordergrundobjekts 21 erzeugt. 1c zeigt eine berechnete α-Maske 24, die aus dem Bild von 1b (unten ausführlicher beschrieben) abgeleitet bzw. hergestellt ist. 1d zeigt eine beispielhafte digitale Fotografie eines ausgewählten Hintergrundbildes. Schließlich zeigt 1e ein zusammengesetztes Foto des Vordergrundobjekts 21, wobei die α-Maske 24 verwendet wurde, um den ursprünglichen Hintergrund 22 zu eliminieren und durch den ausgewählten Hintergrund aus 1d zu ersetzen.
In 2 ist ein System 200 dargestellt, das in Verbindung mit der Erfassung der sequentiellen Bilder verwendet werden kann. Eine Digitalkamera 210 wird verwendet, um Bilder eines Vordergrundobjekts oder einer Person 205, die sich vor einem Hintergrund 215 befindet, zu erfassen. Während der Hintergrund 215 vorzugsweise so gewählt ist, dass ein brauchbares, qualitativ hochwertiges Foto des aufgenommenen, von vorne beleuchteten Fotos bereitgestellt wird, kann der Hintergrund 215 eine Kulisse fast jeder monochromen Farbe umfassen und aus irgendeinem Material hergestellt sein. Die Kamera 210 ist mit einer Steuerung 240 verbunden, die die Synchronisation der Lichter 220, 225 und 230 sowie die Bilderfassung durch die Kamera 210 bereitstellt.
Die Steuereinrichtung 240 arbeitet, um in einer vorbestimmten Abfolge die Lichter 220 und 225 und/oder 230 und den Verschluss der Kamera 210 auszulösen. Die Steuerung kann unterschiedlichen Typs sein, einschließlich einer digital programmierbaren Einrichtung, einer Schaltung, die auf eine Synchronisationsauslöseausgabe der Kamera 210 reagiert, um die Lichter 220, 225 und 230 zu sequenzieren, oder einer Rechner-betriebenen Steuerung.
Das System 200 umfasst ferner einen Prozessor 260, der mit der Steuerung 240, der Kamera 210 und/oder den Lichtern 220, 225 und 230 operativ verbunden sein kann. Der Prozessor 260 umfasst vorzugsweise eine zentrale Verarbeitungseinheit 261 zum Ausführen notwendiger Anwendungs- und Systemprogramme und einen Speicherort 262. Ferner ist der Prozessor 260 vorzugsweise so angeordnet und konfiguriert, dass er eine Speichereinrichtung 263 zum Empfangen und Speichern von Bilddaten von der Kamera 210 bereitstellt. Die Speichereinrichtung 263 kann eine externe Festplatte sein, die mit einem USB-Kabel verbunden ist, ein Diskettenlaufwerk, ein CD- oder DVD-Brenner oder eine andere bekannte Speichereinrichtung. Der Prozessor 260 kann ein eigenständiges Gerät sein, wobei die Bilddaten von der Kamera 210 über ein Flash-Laufwerk, einen Speicher-Stick, eine Diskette, eine CD, eine DVD oder eine andere bekannte Datenspeichereinrichtung bereitgestellt werden. Der Prozessor 260 kann unterschiedlichen Typs sein, einschließlich eines oder mehrerer Computer, einschließlich Spezialcomputern oder Allzweckcomputern, wie beispielsweise Personal Computer (z. B. einem Pentium-Chip-basierten PC). Der Prozessor 260 ist vorzugsweise programmiert, zumindest Teile der (weiter unten beschriebenen) Bildberechnungsalgorithmen in Verbindung mit den sequentiell erfassten Bildern zu implementieren. Der Prozessor 260 kann jedoch auch lediglich die sequentiell erfassten Bilder aufzeichnen und die Bilder zu einem entfernten oder einem anderen Computer übertragen (am besten in 8 zu sehen).
Obwohl nicht spezifisch in 2 gezeigt, kann der Prozessor 260 im Allgemeinen verschiedene PC-Komponenten und Vorrichtungen, wie eine Videoanzeigeeinheit, verschiedene Speichereinrichtungen (z. B. Festplatten, CD-Laufwerke, usw.), Benutzereingabeeinrichtungen (z. B. eine Maus und/oder eine Tastatur), Netzwerkverbindungen zur Verbindung mit dem Internet und zur Bereitstellung einer Kommunikationsfähigkeit und ein Modem umfassen.
Die Beleuchtungseinheiten oder Leuchten 220, 225 und 230 sind vorzugsweise Blitzgeräte, wie diejenigen, die unter der Bezeichnung AlienBees verkauft werden, welche von AlienBees, einer Division von Paul C. Buff, Inc., Nashville Tennessee, hergestellt werden, für das vordere Licht 220, und diejenigen, die unter der Bezeichnung Lumedyne verkauft werden, welche von Lumedyne Inc. aus Port Richey, Florida, hergestellt werden, für das Hintergrundlicht 225 und das hintere Licht 230. Obwohl nicht spezifisch in 2 gezeigt, versteht sich, dass anstatt eines einzelnen Lichts eine Vielzahl an Lichtern verwendet werden kann – und dass in 2 lediglich der Einfachheit halber ein einziges Licht zum Beleuchten des Vordergrunds, des Hintergrunds und der durchscheinenden Kulisse gezeigt ist. Während andere Arten von Leuchten und Beleuchtungseinrichtungen verwendet werden können, ist ein wichtiges Auswahlkriterium in Bezug auf die Lichter die Fähigkeit, das Vordergrundobjekt in einer Weise von hinten zu beleuchten, die eine Silhouette erzeugt, und das Vordergrundobjekt in einer Weise zu beleuchten, die das Aufnehmen eines Bildes in geeigneter und/oder gewünschter Qualität ermöglicht.
Das hintere Licht 230 kann optional in Verbindung mit einem durchscheinenden Hintergrund 215 verwendet werden. Diese Art der Beleuchtung kann für ausgewogenere Lichtverhältnisse und weniger Schatten in dem aufgenommenen Bild sorgen, sowie für die Möglichkeit, die Person 205 näher an der Hintergrundleinwand 215 zu positionieren. In einer bevorzugten Ausführungsform wird in der Regel nur eines der Lichter 225 oder 230 verwendet, um das Silhouetten-Bild zu erfassen. Jedoch können die Lichter 225 und 230 zusammen verwendet werden, falls gewünscht.
Die hintere Beleuchtung kann auch optional durch eine Kulisse erzeugt werden, die mit einer Licht emittierenden, leuchtenden oder anderen Leuchtschicht 217 versehen ist. Solches Licht kann mit einer Vielzahl von luminiszenten Materialien erzeugt werden. Z. B. können Chemilumineszenz und Biolumineszenz eingesetzt werden. Diese Lichtquellen umfassen die Emission von Licht auf Basis von chemischen oder biochemischen Reaktionen bei normalen Temperaturen. Solche Quellen werden weiter unten näher beschrieben.
In der bevorzugten Ausführungsform besteht die Kamera 210 aus drei Hauptteilen: der Linse 213, einem mechanischen Verschluss 212 und einem CCD-Element 211. Im Allgemeinen haben CCD-Elemente relativ schnelle Belichtungsgeschwindigkeiten. Jedoch ist der Prozess des Übertragens des erfassten Bildes von dem CCD-Element 211 zu einem Bildspeicherbereich langsamer als die Zeitspanne, während derer das Bild erfasst wird. Dementsprechend ist, um die Zeit zwischen Aufnahme des hintergrundbeleuchteten und des frontal beleuchteten Bildes zu reduzieren – um vorzugsweise jede Bewegung des Vordergrundobjekts in der Zeit zwischen den Aufnahmen weiter zu reduzieren – das bevorzugte CCD-Element 211 ein Interline-Transfer-CCD. Solche Elemente sind im Handel erhältlich und werden von der Eastman Kodak Company aus Rochester, New York, unter der Bezeichnung KAI-11000 hergestellt. Diese Art von CCD enthält Photodioden-Arrays mit dazwischenliegenden Schieberegister-Arrays (am besten in 3 bei 1000 ersichtlich). Im Betrieb übertragen die Photodioden 1010, nachdem ein erstes Bild aufgenommen wurde, die Elektronen zu den benachbarten Schieberegistern und sind danach bereit, das nächste Bild aufzunehmen. Aufgrund der Nähe zwischen den Photodioden und den damit verbundenen Schieberegistern können die Aufnahme-Übertragungszyklen sehr kurz sein. Somit kann die bevorzugte Vorrichtung schnell ein erstes Bild aufnehmen, das erste Bild an einen Speicherort übertragen (wo es temporär gespeichert wird), und dann ein zweites Bild aufnehmen. Nach der Sequenz von Bildern können beide Bilder in einen passenden längerfristigen Speicherort heruntergeladen werden.
Da das CCD-Element 211 fortfährt, das zweite Bild zu integrieren, während das erste Bild ausgelesen wird, wird ein Verschluss 212 vor dem CCD-Element 211 verwendet. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein mechanischer Verschluss 212 verwendet und durch die Steuerung 240 synchronisiert. Der Verschluss 212 öffnet vor der Erfassung des ersten Bildes und bleibt für die Dauer des zweiten Blitzes geöffnet. Er erhält dann ein Schließsignal, um eine weitere Exposition gegenüber Umgebungslicht zu beseitigen. Der bevorzugte Verschluss 212, wie beispielsweise die, die von Redlake MASD LLC aus Tucson, Arizona, hergestellt werden, ist im Handel erhältlich. Es können jedoch auch andere Verschlüsse verwendet werden. Des Weiteren kann die Belichtung durch die Blitze, den Verschluss und/oder eine Kombination der beiden gesteuert werden.
Die Linse 213 ist vor dem Verschluss 212 angeordnet und ausgewählt, um die entsprechenden photographischen Eigenschaften hinsichtlich Lichtdurchlässigkeit, Tiefenschärfe, usw. bereitzustellen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Linse 213 zwischen 50 und 250 mm, wobei das Bild mit einem Blendenwert, der im Allgemeinen im Bereich von f16 bis f22 liegt, aufgenommen wird. Dies erzeugt einen Fokusbereich für das Bild. Es eliminiert auch im Allgemeinen Bedenken in Bezug auf das Umgebungslicht. Es versteht sich jedoch, dass eine beliebige Anzahl an Linsen, Fokussierungen und Blenden in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können.
Die Kamera 210 ist angeordnet und eingerichtet, einen einzigen Auslöseimpuls zu Beginn der Integration des ersten Bildes bereitzustellen. Dieser Impuls kann von der Steuerung dazu verwendet werden, die Lichter 220, 225 und 230 zu synchronisieren. In einer Ausführungsform kann die vordere oder steigende Flanke die Hintergrundlichter 225 und/oder 230 auslösen, während die hintere oder fallende Flanke das vordere Licht 220 auslösen kann. Andere Arten von Auslösesignalen und Pulsen können ebenfalls verwendet werden. Zum Beispiel kann die Kamera 210 zwei verschiedene Pulse, etc. verwenden.
Um die Aufnahme der Bilder zu initiieren, kann vorzugsweise ein Auslöser (nicht dargestellt) verwendet werden. Ein solcher Auslöser ist im Allgemeinen mit der Kamera verbunden. Jedoch können auch andere Verfahren und Vorrichtungen verwendet werden, um die Bildaufnahme zu veranlassen. Zum Beispiel könnte der Knopf, Schalter oder eine andere Vorrichtung auf dem Controller 240 umfasst sein. Des Weiteren könnte der Computer 260 dazu verwendet werden, den Prozess zu initiieren.
4 zeigt den bevorzugten Zeitablauf für die Betätigung der verschiedenen Vorrichtungen des Systems 200. Wie zuvor erörtert, sind die Blitzlichte die treibenden Elemente für die Aufnahme der beiden aufeinanderfolgenden Bilder, aufgrund der Abnahme des Lichts der Blitze. Bestimmte Arten von Lichtern können eingesetzt werden, um die Zeitperiode zu verkürzen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Synchronisationsimpuls durch die Kamera 210 erzeugt. Die Steuereinrichtung 240 synchronisiert die Blitze, wobei Blitz 1 mit der Aktivierung des Hintergrundlichts 225 korreliert und Blitz 2 mit der Aktivierung des Frontlichts 220 korreliert. Wie oben erwähnt, kann das hintere Licht 230 wahlweise bei einem durchscheinenden Hintergrund 215 entweder in Kombination mit dem Hintergrundlicht 225 oder allein verwendet werden.
Der Zeitpunkt der Aktivierung des Blitzes 2 und der Erfassung des zweiten Bildes (in 4 als Belichtung 2 bezeichnet) ist vorzugsweise so gewählt, dass die Abnahme des Hintergrundlichts 225 zum Aufnehmen des Bildes des Vordergrundobjekts einen gewünschten Punkt erreicht. Daher kann eine einzige Aktivierung des Hintergrund-Blitzes für beide aufgenommenen Bilder verwendet werden. Die Belichtung 2 wird elektronisch von der Kamera 210 gestartet, jedoch durch Schließen des mechanischen Verschlusses 212 beendet. Wie in 4 dargestellt, dauert es etwa 10 Millisekunden, um den Verschluss zu schließen – wobei das Gros der Zeitverzögerung davon abhängt, genug Strom durch die Magnetspule zu leiten, wenn sie mit einer konstanten Spannung angetrieben wird. Allerdings kann die Zeitdauer bei Verwendung anderer Arten und Typen von Verschlüssen und Treiberschaltungen variieren.
Die Zeitdauern der Integration 1 und Integration 2 (in 4 als Integrieren abgekürzt) sind die Zeitperioden, in denen die Lichtenergie, die auf das CCD-Element 211 fällt, zu einer elektronischen Lichtintensität umgewandelt wird. Daher entspricht die Zeitspanne t₁ im Allgemeinen der Belichtung 1 und die Zeitdauer t₂ entspricht im Allgemeinen der Belichtung 2. Im letzteren Fall setzt sich die Integration 2 nach dem Schließen des mechanischen Verschlusses 212 fort; da aber der geschlossene Verschluss jeglichen weiteren Lichteinfall blockiert, ist die Belichtung 2 nicht betroffen. Es gibt eine sehr kurze Verzögerung zwischen dem Ende der Belichtung 1 und dem Beginn der Belichtung 2, die darauf basiert, dass die gesammelten Bildinformationen in dem bevorzugten CCD-Element 211 zu seinem On-Board-Speicher-Platz nahe den Photodioden-Kollektoren transferiert wird.
Es können alternative Kameras und andere Bildaufnahmeeinrichtungen eingesetzt werden, um die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auszuführen. Beispielsweise veranschaulichen die 5a–5c drei verschiedene Ausführungsformen, die verwendet werden können, die aufeinanderfolgenden Bilder aufzunehmen.
In 5a ist die alternative Ausführungsform im Allgemeinen bei 500 gezeigt. Es werden zwei CCD-Einrichtungen oder andere digitale Bildsensoren 501, 502 eingesetzt. Jeder der digitalen Bildsensoren umfasst integrierte elektronische Verschlüsse (nicht gezeigt). Ein Strahlteiler 503 wird verwendet, um das gleiche Bild von der Linse 504 den digitalen Bildsensoren 501, 502 bereitzustellen. In diesem Ausführungsbeispiel können die ersten und zweiten Bilder durch den Sensor 501 bzw. 502 erfasst werden.
Eine zweite alternative Ausführungsform ist in 5b bei 510 gezeigt. Es werden zwei CCD-Einrichtungen oder andere digitale Bildsensoren 511, 512 eingesetzt. Jedoch wird jeder der Sensoren 511, 502 in diesem Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einem mechanischen Verschluss 513 bzw. 514 verwendet. Ein Strahlteiler 515 wird verwendet, um das gleiche Bild von der Linse 516 den digitalen Bildsensoren 511, 512 bereitzustellen. In diesem Ausführungsbeispiel werden die ersten und zweiten Bilder durch den Sensor 511 bzw. 512 erfasst.
Eine dritte alternative Ausführungsform ist in 5c bei 520 gezeigt. Es werden zwei CCD-Einrichtungen oder andere digitale Bildsensoren 521, 522 eingesetzt. Jeder der Sensoren 521, 522 wird in Verbindung mit einem mechanischen Verschluss 523 bzw. 524 verwendet. Auch kann mit jedem Sensor eine individuelle Linse 525, 526 bereitgestellt werden. Ein Strahlteiler 527 stellt über die Linsen 525 und 526 jedem der Sensoren 521 und 522 das Bild bereit. In diesem Ausführungsbeispiel werden die sequentiellen Bilder durch die Sensoren 511 und 512 erfasst. Vorzugsweise können der entsprechende Sensor 521, Verschluss 523 und die Linse 525 (und der Sensor 522, Verschluss 524 und die Linse 526) in integraler Weise miteinander kombiniert werden – wodurch im Wesentlichen zwei Kameras bereitgestellt werden, die mittels eines Strahlteilers eine Abbildung des gleichen Bildes aufnehmen. Jedoch können auch diskrete Komponenten eingesetzt werden.
In jeder der drei alternativen Ausführungsformen können andere Einrichtungen anstelle von Strahlteiler 503, 515 und 527 eingesetzt werden, um die gewünschte Funktionalität bereitzustellen. Z. B. können Prismen, Strahlteiler-Würfel, Spiegel mit Löchern und andere Einrichtungen, die das gleiche Bild an zwei physikalische Orte senden, verwendet werden. Während ferner zusätzliche optische Einrichtungen und Sensoren in den drei alternativen Ausführungsformen erforderlich sind, können die Ausführungsformen Vorteile in der Geschwindigkeit und dem Herunterladen des Bildes von den Sensoren haben. Jedoch können die Lichter immer noch die treibenden Elemente für die beim Erfassen der Bilder erforderliche Zeit sein.
Wendet man sich nun 6 zu, ist dort ein repräsentativer Bereich der Grenze zwischen dem entfernten Hintergrund und den Maskenbereichen von 1c schematisch dargestellt. Die Grenze ist im Allgemeinen bei 600 gezeigt. Um die Vordergrund- und Hintergrundbereiche zufriedenstellend zu trennen, ist es notwendig, die Einzelheiten der Grenze zwischen den beiden Bereichen zu betrachten. Durch die Auflösung der Optik und die Anzahl der Pixel der CCD-Einrichtung 211 gibt es zwischen dem Hintergrund 22 und der Silhouette 21 keine scharfe Grenzlinie. Stattdessen gibt es, wie in 6 gezeigt, eine Verwischung über eine Anzahl an Pixel. Genauer gesagt, gibt es von α = 1 in dem Silhouetten- oder Maskenbereich einen Übergang, der sich über eine Reihe von Pixeln zieht, mit 0 < α < 1 in dem unscharfen Bereich, und einen Hintergrundbereich mit α = 0 erreicht. Somit umfassen die Pixel in dieser Grenzregion sowohl von den Vordergrund- als auch von den Hintergrundbereichen Beiträge. Die vorliegende Erfindung berücksichtigt, wenn der ursprüngliche Hintergrund entfernt und neue Hintergründe kombiniert werden, die bruchstückhaften Beiträge sowohl des Vorder- als auch des Hintergrunds.
Um den ursprünglichen Hintergrund zu entfernen, wird eine Mischfunktion verwendet, die in der bevorzugten Ausführungsform den Alpha-Kanal, der für jedes Pixel einen Alpha-Wert (α) aufweist, verwendet. Zunächst wird an jedem Punkt in dem Bild eine Schätzung des hintergrundbeleuchteten Hintergrunds B^bl vorgenommen. Dann wird für jeden Punkt in dem Bild, unter Verwendung des hellsten Farbkanals (d. h. des blauen Kanals, wenn ein blauer Hintergrund verwendet wird, oder des grünen Kanals, wenn ein grüner oder grauer Hintergrund verwendet wird), ß wie folgt berechnet: ß = M_g/B_g ^bl (1) wobei

ß: das Verhältnis des Hintergrunds zum Vordergrund ist
Mg: der gemessene Pixellevel ist
B_g ^bl: der geschätzte Hintergrundpixellevel ist

Als nächstes wird α wie folgt berechnet:
wobei

α: der Mischungsfaktor ist
ß_l: ist eine untere ß-Schwelle, unterhalb derer α = 1 ist
ß_h: ist eine obere ß-Schwelle, oberhalb derer α = 0 ist

In der bevorzugten Ausführungsform wird ß_l so gewählt, dass in dem bekannten Vordergrund bei dem beobachteten Rauschen und der beobachteten Umgebungslicht-Kontamination α = 1 ist. ß_h wird so gewählt, dass in dem bekannten Hintergrund mit dem beobachteten Bildrauschen α = 0 ist.
Dazu kann Vielzahl an Schätzmethoden verwendet werden. Beispielsweise kann es möglich sein, einen einheitlichen Hintergrund zu erzeugen. In solchen Fallen ist B_g ^bl für jedes Pixel gleich. Für einen nicht-einheitlichen Hintergrund können Oberflächenanpassungstechniken verwendet werden.
Wie oben im Zusammenhang mit 6 diskutiert, nimmt α in Grenzregionen zwischen den Vordergrund- und Hintergrundbereichen eines Bildes Werte zwischen 0 und 1 an. Somit erfährt α einen Übergang zwischen 0 und 1, der die Teilbeiträge der Intensitätsniveaus in den Pixeln in den Grenzregionen widerspiegelt. Die resultierenden Alpha-Kanal-Ergebnisse des Bildes umfassen die Maske, die, wie unten beschrieben, verwendet wird, um den ursprünglichen Hintergrund von dem Bild, in dem das Vordergrundobjekt gut beleuchtet ist, zu entfernen.
Um den Hintergrund zu entfernen, wird eine Objektbild-Funktion berechnet. Die Objektbild-Funktion in diesem Beispiel ist αF^c und wird durch die Formel berechnet: αF^c = M·(1 – α)B^fl (3) wobei

F^c: das korrigierte Vordergrundpixel ist (d. h. ohne irgendeinen eingemischten Hintergrund),
M: das gemessene Vordergrundbildpixel ist,
B^fl: das geschätzte von vorne beleuchtete Hintergrundpixel ist.

Wie bei dem hintergrundbeleuchteten Bild wird der Hintergrund hier geschätzt, typischerweise aus den Lichtintensitäten tief im Hintergrundbildabschnitt 22. Für Fälle, in denen der Hintergrund hinreichend homogen ist, ist B^fl für alle Pixel eine Konstante; für einen nicht-einheitlichen Hintergrund können allgemein bekannte Techniken verwendet werden, um den Hintergrund zu modellieren. Man beachte, dass diese Formel eine Umstellung der Formel für konventionelles Alpha-Blending ist, nach der R = αF + (1 – α)B (4) wobei

R, F und B: Farbvektoren mit roten, grünen und blauen Komponenten sind,
α: der Mischungsfaktor ist;
F: das Vordergrundpixel ist,
B: das Hintergrundpixel ist, und
R: das aus Alpha-Blending der Vordergrund- und Hintergrundpixel resultierende Pixel ist.

Da α bekannt ist und αF^c bekannt ist, kann F^c berechnet werden. Alternativ kann, wie unten gezeigt, da αF^c, anstelle von F^c selbst, für das nachfolgende Zusammensetzen mit neuen Hintergrundbildern verwendet wird, α und entweder F^c oder αF^c zu den gewünschten Zielen zur späteren Verwendung beim Zusammensetzen mit neuen Hintergrundbildern übertragen oder gespeichert werden (z. B. über Computernetzwerke wie beispielsweise das Internet).
Die Objektbild-Funktion, αF^c, und ein neues Hintergrundbild werden kombiniert, um ein Bild mit dem Vordergrundbild F^c in einem neuen Hintergrund zu erzeugen. Um das neue Bild zu erzeugen, wird wiederum das Standard-Alpha-Blending verwendet: R = αF^c + (1 – α)B^neu (5) wobei

R: das resultierende Pixel ist, und
B^neu: das neue Hintergrundpixel ist.

In dem neuen Bild ist α in den Bereichen, die mit dem Bild des Vordergrundobjekts 21 fluchten, ungefähr 1, wodurch diese Bereiche durch das Bild des Vordergrundobjekts 2 belegt sind. Im Gegensatz dazu ist α in den Bereichen außerhalb des Bildes des Vordergrundobjekts 21 ungefähr 0. Daher sind diese Bereiche durch das neue Hintergrundbild belegt. In den Grenzbereichen zwischen dem Vorder- und Hintergrundbild ist α zwischen ungefähr 0 und ungefähr 1. Der Intensitätslevel jedes Pixels in den Grenzbereichen ist also eine Summe der Beiträge sowohl vom Vordergrundbild als auch vom Hintergrundbild. Das Vordergrundobjekt 21 erscheint daher in dem zusammengesetzten Bild vor dem neuen Hintergrund platziert zu sein, mit entsprechend angeglichenen Kanten zwischen den beiden Bildbereichen. Als Ergebnis wirkt das Vordergrundobjekt vor dem Hintergrund natürlich.
Beispielanwendungen
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Bild des Vordergrundobjekts in einem zusammengesetzten Bild irgendwo und in jeglicher Orientierung relativ zu dem neuen Hintergrund positioniert sein kann. Zum Beispiel kann das Vordergrundobjektbild durch Ausfüllen der Werte von 1 für α und Werten von (0, 0, 0) für F^c oder αF^c für die entsprechenden Pixel positioniert werden. So kann, z. B., ein in einem Porträt-Format (d. h. vertikal) aufgenommenes Vordergrundobjektbild verwendet werden, um das Bild des Objekts in einem neuen Hintergrund in einem Landschafts-Format (d. h. horizontal) zu positionieren.
Ein weiteres Merkmal ist, dass, sobald ein hintergrundbeleuchtetes Bild und ein von vorne beleuchtetes Bild wie hierin beschrieben aufgenommen und verarbeitet werden, nur α und αF^c(oder F^c)-Werte für die spätere Verwendung gespeichert werden müssen. Die gespeicherte Information kann später abgerufen werden, um zur Erzeugung zusammengesetzter Bilder mit neuen Hintergrundbildern kombiniert zu werden. Die α- und αF^c-Information kann auch über Computernetzwerke übertragen werden, um an Zielstandorten verwendet zu werden. Durch die Übertragung nur dieser Information, können die Geschwindigkeit und die Bandbreite erheblich verbessert werden. Genauer gesagt kann, wenn die neuen Hintergründe eine große Anzahl von Pixeln umfassen, der Hintergrund am Zielstandort gespeichert werden, wodurch nur das Vordergrundobjekt übertragen werden muss.
Beispielhaft und unter Bezugnahme auf 8 sind bei 800 verschiedene Komponenten eines größeren, verteilten Systems gezeigt. In diesem größeren, verteilten System 800 können die von einzelnen Systemen 200 erfassten und in Speichereinrichtungen 263 gespeicherten Bilder einer zentralen Datenbank 804 zur Verarbeitung, Lagerung, weiteren Verteilung und/oder zu anderen Zwecken zur Verfügung gestellt werden. Datenspeicher 808 umfasst die Speichereinrichtung 263 und ermöglicht, dass die aufgenommenen Bilder von dem Computer 807 über das Internet 801 und den Web-Server 803 an die zentrale Datenbank 804 übertragen werden. Da mehrere Systeme 200 verwendet werden können, um eine große Zahl an Bildern zu erfassen, kann eine Vielzahl an Datenspeichern 808 verwendet werden. Ferner kann der Datenspeicher 808 eine beliebige Anzahl an einzelnen Speichereinrichtungen 263 repräsentieren.
Obwohl das Internet 801 als bevorzugtes Kommunikationsmedium dargestellt ist, können auch andere Kommunikationssysteme verwendet werden, einschließlich des direkten Verbindens von Speichereinrichtungen 263 zur Datenbank 804 über LAN oder WAN, proprietäre Kommunikation-Verbindungen, DFÜ-Modems über PBX-Netzwerke, usw.
In diesem System kann die gespeicherte α- und αF^c-Information entweder von dem Computer 807 oder dem Web-Server 803 an den empfangenden Computer 802 übertragen werden. Verschiedene Hintergründe können dann durch den empfangenden Computer 802, der die Information hat, in das Bild eingefügt werden.
Eine weitere Funktion ist das Bereitstellen von Bildern über Online-Dienste. Unter weiterer Bezugnahme auf 8 kann einem Kunden an einem entfernten Standort 809 ein Bild des Vordergrundobjekts angezeigt und ihm erlaubt werden, einen oder mehrere Hintergründe aus einem vorbestimmten Satz an Hintergrundbildern zum Kombinieren mit dem Vordergrundobjekt-Bild zu wählen. In diesem Fall kann der entfernte Benutzer 809 die passenden Bilder 805 und die in der Datenbank 804 gespeicherten Hintergründe 806 über das Internet 801 ansehen. Nachdem der Kunde den Hintergrund oder die Hintergründe ausgewählt hat und den Auftrag erteilt hat, kann dann das Vordergrundobjekt-Bild (F^c oder αF^c) zu der entsprechenden Druckeinrichtung übertragen werden, um mit dem von dem Kunden ausgewählten Hintergrund oder den Hintergründen kombiniert zu werden. In diesem Beispiel kann sich der empfangende Computer 802 in oder bei der Druckeinrichtung befinden.
Wie oben erwähnt, kann der Satz an Hintergründen in der Druckeinrichtung vorab gespeichert werden und die vom Kunden ausgewählten Hintergründe müssen nicht bei jeder Bestellung übertragen werden, wodurch der Übertragungs-Overhead des Netzwerks reduziert wird. Eine beliebige Anzahl an Bildern 805 und Hintergründen 806 kann in der Datenbank 804 gespeichert werden, wobei die Bilder 1–n und Hintergründe 1–n zur Veranschaulichung gezeigt werden. Die Anzahl an Benutzern 809, 810 kann irgendeine Anzahl der Benutzer 1–n sein. Die Anwender können aufgefordert werden, Passwörter oder andere Informationen einzugeben, um die passenden gespeicherten Bilder 805 und Hintergründe 806 zu sehen. Die Anwender können auch Ausdrucke von Bildern ansehen und/oder beim Ansehen der Bilder und Hintergründe körperlich an einem Ort anwesend sein, anstatt sich auf einer Seite einzuloggen und die Bilder über das Internet anzusehen.
Wie oben beschrieben, ist eine weitere Anwendung die Verwendung eines einzigen Bildes eines Vordergrundobjekts mit einer Vielzahl an Hintergründen für eine Vielzahl an Zwecken. Zum Beispiel kann in einer Schul- oder Universitätsumgebung ein Porträt eines Schülers/Studenten mit dem oben beschriebenen Verfahren aufgenommen werden und das Bild des Schülers/Studenten ohne den Hintergrund gespeichert werden. Das gespeicherte Bild kann später mit passenden Hintergründen für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich Fotoausweise, Jahrbücher, Ankündigungen, Campus-Zeitung-Fotos und persönliche Web-Seiten des Schülers/Studenten. Dadurch wird eine effiziente Nutzung von organisatorischen Ressourcen erreicht.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines von hinten beleuchteten durchscheinenden Hintergrunds. Durch diese Anordnung kann das Motiv näher vor dem Hintergrund platziert werden. Wie in Abbildung 2 gezeigt, kann eine Aufnahme in voller Länge von dem Vordergrundobjekt 205 aufgenommen werden. Eine kleine Stufe 216 oder ein anderer geeigneter Bodenbelag unter dem Objekt platziert werden und sich zum Hintergrund 215 erstrecken, um Aufnahmen in voller Länge zu ermöglichen. Andere kreative Bilder können unter Verwendung der vorliegenden Erfindung mit einem lichtdurchlässigen Boden erfasst werden. In diesem Fall befindet sich der Blitz unter dem Boden und die Kamera schaut hinunter auf das Objekt auf dem Boden.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung kann das Zeitintervall zwischen den aufgenommenen Bildern angepasst werden, um eine erwartete Bewegung des Vordergrundobjekts zu kompensieren. Durch Wählen des passenden Intervalls werden die Maske und das Vordergrundobjektbild miteinander passend ins Register gebracht. Z. B. kann, um Bilder eines Tänzers in Bewegung aufzunehmen, erwartet werden, dass die zu tolerierende Geschwindigkeit der Bewegung viel größer ist, als für ein Stillleben-Bild. Als ein weiteres Beispiel kann, wenn ein Bild mit einer hohen Auflösung erfasst wird, aber nur mit einer niedrigeren Auflösung angezeigt werden muss, eine Fehlausrichtung von mehreren Pixeln akzeptabler sein, als wenn das Bild mit einer hohen Auflösung angezeigt werden muss.
Für ein gegebenes Maß an Toleranz hinsichtlich Fehlausrichtung ist die Beziehung zwischen der tolerierbaren Bewegungsgeschwindigkeit und dem Zeitintervall zwischen den aufeinanderfolgend aufgenommenen Bilder im Wesentlichen hyperbolisch und bestimmt durch die Gleichung v_t = w_sd_t/(w_ct) (6) wobei

v_t: die tolerierte Geschwindigkeit beim Motiv ist;
w_s: die Breite des Bildes beim Motiv ist,
d_t: der Abstand (in Pixeln) in der Kamera ist, der toleriert werden kann,
w_c: die Breite (in Pixeln) des Bildes in der Kamera ist,
t: die Zeit ist, um beide Bilder aufzunehmen.

So ist beispielsweise für w_s = 36 Zoll, d_t = 0,5 Pixel und w_c = 2672 die tolerierbare Geschwindigkeit der Bewegung, v_t, eine hyperbolische Funktion der Bildaufnahmezeit t, wie in 7(a) und 7(b) gezeigt. Als spezifischeres Beispiel müssen für eine Toleranz hinsichtlich Fehlausrichtung von einem Pixel-Bruchteil (beispielsweise 0,5 Pixel) und einer Bewegungsgeschwindigkeit von wenigen Zoll pro Sekunde das hintergrundbeleuchtete Bild und das vordergrundbeleuchtete Bild innerhalb einiger Millisekunden nacheinander aufgenommen werden. Für solche Anwendungen können Kamerasysteme mit der Fähigkeit, Bilder in schneller Reihenfolge aufzunehmen, wie oben diskutiert, verwendet werden.
Ein weiteres Merkmal ist die zusätzliche Genauigkeit einer Gesichtserkennung nach der Beseitigung des Hintergrundes. Das Ändern der Größe von Köpfen auf eine einheitliche Größe für Jahrbücher und dergleichen, das Schärfen und Verarbeiten von Bildern und das Einfügen von Motiven in mehrere geschichtete Fotos sind allesamt zusätzliche Funktionen, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden können.
Lumineszente Materialien
Es wird angenommen, dass Lumineszenz als Schicht 217 auf dem Hintergrund 215 verwendet werden kann, um unter bestimmten Bedingungen die Hintergrundbeleuchtung zu erzeugen. Lumineszenz ist der Prozess, nach einer Anregung neben Wärmestrahlung Licht zu erzeugen. Ein festes Material, welches Lumineszenz aufweist, wird ein Leuchtstoff genannt. Leuchtstoffe sind in der Regel feine Pulver anorganischer Verbindungen von hoher Reinheit und einer mittleren Partikelgröße von 3–15 Mikrometer, können aber auch große Einkristalle, die als Szintillatoren verwendet werden, oder Gläser oder Dünnschichten sein. Leuchtstoffe können durch hochenergetische unsichtbare UV-Strahlung (Photolumineszenz), Röntgenstrahlen (Radiolumineszenz), Hochenergieelektronen (Kathodolumineszenz), ein starkes elektrisches Feld (Elektrolumineszenz), oder in einigen Fällen Infrarotstrahlung (up-conversion), chemische Reaktionen (Chemilumineszenz), oder sogar mechanische Belastung (Tribolumineszenz) angeregt werden. Leuchtstoffe enthalten zusätzlich zu dem Wirtsmaterial üblicherweise Aktivator-Ionen. Diese Ionen werden in geeignetem Verhältnis während der Synthese absichtlich zugesetzt. Die Aktivatoren und ihre Umgebungs-Ionen bilden die aktiven optischen Zentren. Die optischen Eigenschaften eines Leuchtstoffs werden auf Basis relativ dicker Platten des Leuchtstoffpulvers gemessen. Eine wichtige optische Eigenschaft für die Anwendung des Leuchtstoffs ist sein Emissionsspektrum, die Variation der Intensität des emittierten Lichts als Funktion der Wellenlänge.
Elektrolumineszenz-Verfahren sind besonders für die Aufgabe geeignet, schnelle Lichtimpulse zu erzeugen. Diese Art von Lumineszenz beinhaltet einen Leuchtstoff, der Licht direkt erzeugt, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Wenn einem Leuchtmittel aufgeprägt, ist die Quelle die wünschenswerteste für Flachbildschirme. Es gibt zwei Möglichkeiten, wie dies mit den derzeitigen Materialien erreicht werden kann. Die erste ist eine Leuchtdiode (LED) zu verwenden. Dies sind Einkristalle, üblicherweise aus GaP, dotiert mit Spuren von Stickstoff. Die zweite Möglichkeit, elektrische Energie direkt in Licht umzuwandeln, ist mit einem Elektrolumineszenz-Leuchtstoff. Der mit Abstand beste Elektrolumineszenz-Leuchtstoff ist ZnS:Mn²⁺.
Auch andere Verfahren der Lumineszenz können dazu verwendet werden, ein Blitzlicht in der Schicht 217 zu erzeugen, vorausgesetzt, sie sind schnell und hell genug für die aktuelle Anwendung. Darüber hinaus können andere Technologien verwendet werden, ein Blitzlicht in Schicht 217 bereitzustellen 217, einschließlich Arrays kleinerer Blitzlicht-Einheiten oder Leuchtdioden (LEDs).
Während besondere Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf ihre Anwendung beschrieben worden sind, versteht es sich für Fachleute auf dem Gebiet, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte und hierin beschriebene Anwendung oder die Ausführungsformen oder die besonderen Komponenten beschränkt ist. Es versteht sich für Fachleute, dass andere Komponenten, die die Prinzipien dieser Erfindung verkörpern, und demgemäß andere als die beschriebenen Anwendungen im Rahmen des Geistes und der Absicht dieser Erfindung konfiguriert sein können. Die hier beschriebene Anordnung ist nur als ein Beispiel einer Ausführungsform vorgesehen, das die Prinzipien dieser Erfindung verkörpert und ausübt. Andere Modifikationen und Änderungen liegen sicherlich innerhalb des Wissens der Fachleute und sind in dem breiten Umfang der angefügten Ansprüche als enthalten anzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6885767 [0007]
US 5574511 [0008]

Claims

Abbildungssystem zum Fotografieren eines Motivs, wobei das System umfasst: eine Vordergrundlichtquelle, angeordnet und konfiguriert, das Motiv zu beleuchten; eine Hintergrundlichtquelle, angeordnet und konfiguriert, einen Hintergrund zu beleuchten; eine digitale Kamera, eingerichtet, Stillleben-Fotos eines Motivs aufzunehmen, welches zwischen der digitalen Kamera und dem Hintergrund angeordnet ist; und eine Steuereinrichtung, eingerichtet: ein Leuchten der Hintergrundlichtquelle mit einer Aufnahme eines von der digitalen Kamera aufgenommenen hintergrundbeleuchteten Bildes zu synchronisieren; und ein Leuchten der Vordergrundlichtquelle mit einer Aufnahme eines von der digitalen Kamera aufgenommenen vordergrundbeleuchteten Bildes zu synchronisieren.
Abbildungssystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung angeordnet und konfiguriert ist, das vordergrundbeleuchtete Bild vor der vollständigen Abnahme von Licht von dem Leuchten der Hintergrundlichtquelle zu erfassen.
Abbildungssystem nach Anspruch 1, wobei die digitale Kamera angeordnet und konfiguriert ist, Farbbilder zu erfassen.
Abbildungssystem nach Anspruch 1, wobei die digitale Kamera angeordnet und konfiguriert ist, sichtbares Licht von der Vordergrundlichtquelle und der Hintergrundlichtquelle zu erfassen, und wobei die Vordergrundlichtquelle und die Hintergrundlichtquelle positioniert sind, der digitalen Kamera sichtbares Licht bereitzustellen.
Abbildungssystem nach Anspruch 1, wobei die digitale Kamera eine Linse, einen mechanischen Verschluss und eine ladungsgekoppelte Einrichtung, CCD, umfasst.
Abbildungssystem nach Anspruch 5, wobei der mechanische Verschluss synchronisiert ist, nach dem Leuchten der Vordergrundlichtquelle und während der Erfassung des vordergrundbeleuchteten Bildes durch die digitale Kamera zu schließen.
Abbildungssystem nach Anspruch 5, wobei die ladungsgekoppelte Einrichtung, CCD, eine Interline-Transfer-CCD-Einrichtung ist.
Abbildungssystem nach Anspruch 7, wobei die Interline-Transfer-CCD-Einrichtung Photodioden und Schieberegister umfasst, wobei die Photodioden konfiguriert sind, Elektronen, die mit dem hintergrundbeleuchteten Bild assoziiert sind, vor dem Erfassen des vordergrundbeleuchteten Bildes mittels der Photodioden auf die verbundenen Schieberegister zu übertragen.
Abbildungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Speichereinrichtung, wobei die Speichereinrichtung das hintergrundbeleuchtete Bild und das vordergrundbeleuchtete Bild speichert.
Abbildungssystem zum Fotografieren eines Motivs, wobei das System umfasst: einen Hintergrund; eine Vordergrundlichtquelle, angeordnet und konfiguriert, das Motiv zu beleuchten; eine Hintergrundlichtquelle, angeordnet und konfiguriert, den Hintergrund zu beleuchten; eine digitale Kamera, eingerichtet, Stillleben-Fotos eines Motivs aufzunehmen, welches zwischen der digitalen Kamera und dem Hintergrund angeordnet ist; und eine Steuereinrichtung, eingerichtet: ein Leuchten der Vordergrundlichtquelle mit einer Aufnahme eines von der digitalen Kamera aufgenommenen vordergrundbeleuchteten Bildes zu synchronisieren; und ein Leuchten der Hintergrundlichtquelle mit einer Aufnahme eines von der digitalen Kamera aufgenommenen hintergrundbeleuchteten Bildes zu synchronisieren.
Abbildungssystem nach Anspruch 10, wobei die Steuereinrichtung einen einzelnen Auslöseimpuls erzeugt, wobei eine ansteigende Flanke des einzelnen Auslöseimpulses das Leuchten der Hintergrundlichtquelle auslöst und eine fallende Flanke des einzelnen Auslöseimpulses die Beleuchtung des vordergrundbeleuchteten Bildes auslöst.
Abbildungssystem nach Anspruch 10, wobei die Vordergrundlichtquelle und die Hintergrundlichtquelle Lichtblitzquellen sind, die sichtbares Licht erzeugen.
Abbildungssystem nach Anspruch 10, wobei das vordergrundbeleuchtete Bild und das hintergrundbeleuchtete Bild Farbbilder sind.
Abbildungssystem nach Anspruch 10, wobei die digitale Kamera das vordergrundbeleuchtete Bild und das hintergrundbeleuchtete Bild als digitale Bilddateien ausgibt.
Abbildungssystem zum Fotografieren eines Motivs, wobei das System umfasst: einen Hintergrund; eine Vordergrundlichtquelle, angeordnet und konfiguriert, das Motiv zu beleuchten; eine Hintergrundlichtquelle, angeordnet und konfiguriert, den Hintergrund zu beleuchten; eine digitale Kamera, eingerichtet Stillleben-Fotos eines Motivs aufzunehmen, welches zwischen der digitalen Kamera und dem Hintergrund angeordnet ist; und eine Steuereinrichtung, eingerichtet: ein Leuchten der Hintergrundlichtquelle mit einer Aufnahme eines von der digitalen Kamera aufgenommenen hintergrundbeleuchteten Bildes zu synchronisieren; und nach dem Leuchten der Hintergrundlichtquelle, ein Leuchten der Vordergrundlichtquelle mit einer Aufnahme eines von der digitalen Kamera aufgenommenen vordergrundbeleuchteten Bildes zu synchronisieren.
Abbildungssystem nach Anspruch 15, wobei die Steuereinrichtung angeordnet und konfiguriert ist, das vordergrundbeleuchtete Bild vor der vollständigen Abnahme von Licht von dem Leuchten der Hintergrundlichtquelle zu erfassen.
Abbildungssystem nach Anspruch 15, wobei die digitale Kamera angeordnet und konfiguriert ist, Farbbilder zu erfassen.
Abbildungssystem nach Anspruch 15, wobei die digitale Kamera angeordnet und konfiguriert ist, sichtbares Licht von der Vordergrundlichtquelle und der Hintergrundlichtquelle zu erfassen, und wobei die Vordergrundlichtquelle und die Hintergrundlichtquelle positioniert sind, der digitalen Kamera sichtbares Licht bereitzustellen.
Abbildungssystem nach Anspruch 15, wobei die digitale Kamera eine Linse, einen mechanischen Verschluss und eine ladungsgekoppelte Einrichtung, CCD, umfasst.
Abbildungssystem nach Anspruch 19, wobei der mechanische Verschluss synchronisiert ist, nach dem Leuchten der Vordergrundlichtquelle und während der Aufnahme des vordergrundbeleuchteten Bildes durch die digitale Kamera zu schließen.
Abbildungssystem nach Anspruch 19, wobei die ladungsgekoppelte Einrichtung, CCD, eine Interline-Transfer-CCD-Einrichtung ist.
Abbildungssystem nach Anspruch 21, wobei die Interline-Transfer-CCD-Einrichtung Photodioden und Schieberegister umfasst, wobei die Photodioden konfiguriert sind, Elektronen, die mit dem hintergrundbeleuchteten Bild assoziiert sind, vor der Aufnahme des vordergrundbeleuchteten Bildes mittels der Photodioden auf die verbundenen Schieberegister zu übertragen.
Abbildungssystem nach Anspruch 15, ferner umfassend eine Speichereinrichtung, wobei die Speichereinrichtung das hintergrundleuchte Bild und das vordergrundbeleuchtete Bild speichert.
Abbildungssystem zum Abbilden einer Szene mit einem Vordergrundobjekt, das vor dem Hintergrund angeordnet ist, umfassend: ein Kamerasystem mit einer Interline-Transfer-Sensoranordnung, abwechselnd umfassend Photosensor-Elemente und Speicherelemente, angeordnet und konfiguriert zum Speichern übertragener Signale von entsprechenden Photosensor-Elementen, wobei das Kamerasystem angeordnet und konfiguriert ist, ein Bild der Szene zu erfassen; und ein Beleuchtungssystem, das konfiguriert ist, erste Lichtverhältnisse, bei denen der Hintergrund dem Kamerasystem heller erscheint als das Vordergrundobjekt, und zweite Lichtverhältnisse zu erzeugen, bei denen sowohl das Vordergrundobjekt als auch der Hintergrund beleuchtet werden; wobei das Beleuchtungssystem eingerichtet und konfiguriert ist, die ersten und die zweiten Lichtverhältnisse sequentiell in einem Zeitintervall zu erzeugen, das basierend auf einer maximalen akzeptablen Bewegungsgeschwindigkeit des Vordergrundobjekts berechnet ist, und das Kamerasystem angeordnet und konfiguriert ist, ein erstes Bild der Szene unter den ersten Lichtverhältnissen mit den Photosensor-Elementen zu erfassen, und angeordnet und konfiguriert ist, nach dem Übertragen der Energie, die mit dem ersten Bild assoziiert ist, auf die Speicherelemente ein zweites Bild der Szene unter den zweiten Lichtverhältnissen mit den Photosensor-Elementen zu erfassen.
Abbildungssystem nach Anspruch 24, wobei das Beleuchtungssystem konfiguriert ist, die zweiten Lichtverhältnisse innerhalb des Zeitintervalls nach dem Erzeugen der ersten Lichtverhältnisse zu erzeugen.
Abbildungssystem nach Anspruch 25, wobei das Zeitintervall kleiner als eine (1) Millisekunde ist.
Abbildungssystem nach Anspruch 24, ferner umfassend einen mechanischen Verschluss und eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung angeordnet und konfiguriert ist, den mechanischen Verschluss zu steuern, vor dem Erfassen des ersten Bildes zu öffnen, offen zu bleiben, während das Kamerasystem das zweite Bild erfasst und zu schließen, nachdem das Kamerasystem das zweite Bild erfasst hat, um eine weitere Belichtung der Photosensor-Elemente durch Umgebungslicht zu blockieren.
Abbildungssystem nach Anspruch 24, ferner umfassend einen Bildprozessor, angeordnet und konfiguriert, das erste und zweite Bild zu empfangen, und eine Mischfunktion basierend auf dem ersten Bild zu berechnen; und unter Verwendung des zweiten Bildes und der Mischfunktion, eine Objektbildfunktion zu berechnen, die sich auf ein Bild des Vordergrundobjekts mit einer, verglichen mit dem zweiten Bild, reduzierten Hintergrundintensität relativ zum Vordergrundobjekt bezieht.