DE102005027412A1

DE102005027412A1 - Verfahren und Vorrichtung zur bildtechnischen Erfassung von Objekten

Info

Publication number: DE102005027412A1
Application number: DE102005027412A
Authority: DE
Inventors: Claus Van Acken; Andreas Jung
Original assignee: Vitronic Dr Ing Stein Bildverarbeitungssysteme GmbH
Current assignee: Vitronic Dr Ing Stein Bildverarbeitungssysteme GmbH
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2006-12-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur fotografischen Erfassung von Objekten mit stark unterschiedlich Strahlung abgebenden Bereichen. Um ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche in der Lage sind, gleichzeitig und in einer einzigen bildtechnischen Erfassung Objekte mit sehr stark unterschiedlich Strahlung abgegebenen Bereichen zu erfassen, wobei aufgrund entsprechender Auswertung sowohl die Bereiche, von denen sehr viel Strahlung ausgeht bzw. die sehr stark reflektieren, ohne Überbelichtung klar erfaßbar und auflösbar sind, während gleichzeitig auch die dunkleren Bereiche mit ausreichender Helligkeit und ausreichendem Kontrast erfaßt werden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die von dem Objekt ausgehende Strahlung sowohl in mindestens einem ersten Spektralbereich, als auch unabhängig hiervon in mindestens einem zweiten Spektralbereich erfaßt wird, der im wesentlichen außerhalb des ersten Spektralbereichs liegt, wobei die in den mindestens zwei unterschiedlichen Spektralbereichen erfaßten Bilder getrennt ausgewertet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur bildtechnischen Erfassung von Objekten mit stark unterschiedlich Strahlung abgebenden Bereichen und ebenso auch eine entsprechende Vorrichtung.

Spezielle bildtechnisch (insbesondere fotografisch) zu erfassende Objekte haben mitunter sehr stark unterschiedlich Strahlung emittierende Bereiche. Ebenso können manche Objekte oder es kann der Hintergrund mancher Objekte unter Umständen sehr viel mehr Strahlung aussenden als andere Bereiche des erfassten Bildes bzw. Bildausschnittes, wobei im folgenden nicht zwischen dem Objekt und dem Hintergrund unterschieden wird, da man alles, was bildtechnisch zum Beispiel auf einem Foto erfasst wird, als Objekt im Sinne der vorliegenden Erfindung betrachten kann. Ebenso macht es für die vorliegende Erfindung keinen Unterschied, ob die zu erfassenden Objekte aktive Strahler sind, die in entsprechenden physikalischen oder chemischen Prozessen die emittierte Strahlung erzeugen, oder ob es sich um passive Strahler handelt, die lediglich auftreffende Strahlung reflektieren. Aus der Sicht der bildtechnischen Aufnahme kommt es auf diesen Unterschied nicht an, da sich die erfasste Strahlung hinsichtlich Ihrer Entstehung in keinem der beiden genannten Fälle unter scheiden lässt. Wesentlich ist für die vorliegende Erfindung nur, dass die Intensität der von einem oder einigen Bereichen des Objektes in Richtung einer entsprechenden Erfassungseinrichtung aktiv oder passiv ausgehenden Strahlung sehr stark von der Intensität der Strahlung unterscheidet, die von anderen Bereichen des Objektes ausgeht, wobei aber sowohl stark strahlende Bereiche als auch schwach strahlende Bereiche gleichermaßen von Interesse sind. Der Einfachheit halber werden, ohne Beschränkungsabsicht, zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung Objekte betrachtet, die sehr stark unterschiedlich reflektierende Bereiche haben. Insbesondere soll die vorliegende Erfindung am Beispiel der Verkehrsfotografie erläutert werden, d. h. der fotografischen Aufnahme von Fahrzeugen einschließlich Ihres Kennzeichens (Nummernschild) und des Fahrers oder anderer Details.

Derartige Objekte sind in der Regel fotografisch nur schwer zu erfassen. Wird die Blende einer entsprechenden Aufnahmeeinrichtung bzw. Kamera weit geöffnet, um bei einer gegebenen, kurzen Belichtungszeit auch dunklere Bereiche des Objektes gut sichtbar zu erfassen, so erscheinen die Bereiche mit starker Objektstrahlung deutlich überbelichtet, und zwar mitunter so stark, daß außer einem entsprechenden hellen Fleck in diesem Bereich nichts weiter zu erkennen ist. Wird dagegen die Blende weiter geschlossen, so kann es geschehen, daß zwar Details des Bereichs, von welchem eine stärkere Strahlung ausgeht, gute Kontraste aufweisen und gut erkennbar aufgelöst werden, dagegen die dunkleren Bereiche des Objektes nur unzureichend belichtet sind und Details nicht erkennen lassen.

Während in der künstlerischen Fotografie derartige Lichteffekte mitunter bewußt eingesetzt werden, um bestimmte optische Effekte und Wirkungen zu erzielen, können solche Effekte in anderen Bereichen, insbesondere im Bereich der technischen Fotografie, sehr störend sein. Ein Beispiel hierfür ist die Verkehrsfotografie. Bei Erfassung von Fahrzeugen in Bewegung, z.B. im Rahmen von Geschwindigkeitskontrollen oder bei Kameraeinrichtungen an Ampeln, die der Erfassung von Rotlichtsündern dienen, ist neben einer Kamera, die nach Möglichkeit das Fahrzeug mit Kennzeichen und auch ein Bild des Fahrers übermitteln soll, eine Blitzeinrichtung vorgesehen, welche die entsprechenden fotografischen Aufnahmen von Tageslicht unabhängig machen soll. Gerade bei Verwendung eines solchen Blitzes wirken sich jedoch sehr stark unterschiedlich reflektierende Bereiche des Objekts, sprich eines Kraftfahrzeugs, sehr negativ aus. Die Nummernschilder bzw. Fahrzeugkennzeichen sind aus einem Material bzw. mit einer Oberflächenbeschichtung hergestellt, die retroreflektiv wirkt, d.h. auftreffende Strahlung wird selektiv vor allem in die Richtung zurückgeworfen, aus welcher sie kommt. Da der Blitz unvermeidlich in der Nähe der Kamera angeordnet sein muß, um eine entsprechende Aufnahmeeinrichtung vernünftig handhabbar zu gestalten, wird das von dem Blitz ausgehende Licht, welches auf das Kennzeichen trifft, zu einem erheblichen Teil in dieselbe Richtung, d.h. in Richtung des Blitzes bzw. der dicht daneben angeordneten Kamera, zurückgeworfen, was dazu führt, daß das Kennzeichen aus der Sicht der Kamera nahezu so hell wie ein Scheinwer fer leuchtet. Wird dann eine Belichtung bzw. eine Blende gewählt, bei welcher die Fahrzeugfront und hinter der Windschutzscheibe auch der Fahrer des Fahrzeugs erkennbar sein soll, so wird das Fahrzeugkennzeichen aufgrund starker Überstrahlung durch das von der Oberfläche des Kennzeichens zurückgeworfene Blitzlicht praktisch unkenntlich und erscheint auf einem entsprechenden Foto lediglich als heller weißer Fleck. Damit kann dann zwar der Fahrer auf dem Bild möglicherweise erkannt werden, ist aber dennoch nicht mit vertretbarem Aufwand zu ermitteln, wenn das Kennzeichen des betreffenden Fahrzeugs nicht erkennbar ist.

Wird dagegen die Belichtung bzw. Blende und Verschlußdauer so gewählt, daß das Kennzeichen nicht überstrahlt wird, sondern gut lesbar ist, sind alle übrigen Bereiche der Fahrzeugfront einschließlich der Windschutzscheibe nahezu schwarz und lassen keinerlei Details erkennen, so daß insbesondere nicht festgestellt werden kann, welcher Fahrer zu dem Zeitpunkt der Aufnahme das Fahrzeug tatsächlich gefahren hat.

Der Dynamikumfang sowohl von lichtempfindlichen Halbleitern als auch von herkömmlichen Filmen reicht im allgemeinen nicht aus, um in den vorstehend erläuterten Beispielen sowohl die hellen als auch die dunkleren Bereiche des Objektes gleichzeitig mit ausreichendem Kontrast wiederzugeben.

Zwar wäre es denkbar, gleichzeitig zwei Kameras einzusetzen, von denen eine mit großer Blendenöffnung und eine mit kleiner Blendenöffnung arbeitet, jedoch müssen diese Kameras in einem solchen Fall sehr aufwendig justiert werden, damit sie jeweils den gleichen Bildabschnitt zeigen. Sie müssen außerdem beide mit einem gemeinsamen Blitz synchronisiert werden und man erhält notwendigerweise immer zwei getrennte Aufnahmen, die unter Umständen auch einmal mit weiteren Aufnahmen verwechselt werden können, so daß es fraglich ist, ob gerade in der Verkehrsfotografie die Beweiskraft zweier unabhängig aufgenommener Fotografien, von denen eine den Fahrer, aber nicht das Kennzeichen, und die andere nicht den Fahrer, dafür aber das Kennzeichen klar erkennen läßt, ausreichend ist, um im Streitfall vor Gericht anerkannt zu werden.

Außerdem wäre eine solche Vorrichtung aufgrund der Verwendung einer zweiten Kamera und auch aufgrund des Erfordernisses entsprechender Justiereinrichtungen und der doppelten Auswertung vergleichsweise teuer.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche in der Lage sind, gleichzeitig und in einer einzigen bildtechnischen Erfassung Objekte mit sehr stark unterschiedlich Strahlung abgebenden Bereichen zu erfassen, wobei aufgrund entsprechender Auswertung sowohl die Bereiche, von denen sehr viel Strahlung ausgeht bzw. die sehr stark reflektieren, ohne Überbelichtung klar erfaßbar und auf lösbar sind, während gleichzeitig auch die dunkleren Bereiche mit ausreichender Helligkeit und ausreichendem Kontrast erfaßt werden.

Hinsichtlich des eingangs beschriebenen Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die von dem Objekt ausgehende Strahlung sowohl in mindestens einem ersten Spektralbereich als auch unabhängig hiervon in mindestens einem zweiten Spektralbereich erfaßt wird, der im wesentlichen außerhalb des ersten Spektralbereichs liegt, wobei die in den mindestens zwei unterschiedlichen Spektralbereichen erfassten Bilder getrennt ausgewertet werden.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist der Begriff „Spektralbereich" weit auszulegen und umfasst Spektrallinien, spektrale Bänder, bzw. Frequenzbänder und einfach sowie ggf. auch mehrfach zusammenhängende Spektralbereiche, auch wenn der Begriff „Spektralbereich" im folgenden überwiegend im Sinne eines einfachen Frequenzbandes bzw. einer Spektrallinie verwendet wird.

Letztlich kommt es nur darauf an, dass die von dem Objekt ausgehende Strahlung in mindestens zwei unterschiedlichen Spektralbereichen, bzw. bei unterschiedlichen Frequenzen erfasst wird, wobei entsprechende Sensorelemente in mindestens einem der Bereiche eine unterschiedliche Empfindlichkeit auf die einfallende Strahlung haben. Dabei kommt es weniger darauf an, ob die Strahlung zusätzlich auch in weiteren Bereichen erfasst wird und ob diese weiteren Bereiche unabhängig voneinander erfasst werden können. Die unterschiedliche Empfindlichkeit entsprechender Sensorelemente kann auch beispielsweise dadurch hervorgerufen werden, dass im Prinzip identische Sensorelemente für den Empfang der Strahlung in den mindestens zwei unterschiedlichen Spektralbereichen verwendet werden, wobei jedoch die auf eines der Elemente auftreffende Strahlung modifiziert, bzw. gefiltert ist. Entsprechende Filter- oder Modifiziereinrichtungen sind also den Sensorelementen hinzuzu rechnen, soweit sie nicht in gleicher Weise auf alle Sensorelemente wirken.

Auch eine etwaige Beleuchtung ist selbstverständlich nicht auf einen einzigen Spektralbereich beschränkt, sondern kann in mehreren Bereichen erfolgen. Beispielsweise kann die Beleuchtung in einem oder mehreren Frequenzbändern erfolgen und die Aufnahme kann wiederum in zwei verschiedenen Gruppen von Frequenzbändern, die sich an irgendeiner Stelle unterscheiden, erfolgen, was jedoch selbstverständlich auch Gruppen umfasst, die aus jeweils nur einem einzigen zusammenhängenden Frequenzband bzw. Spektralbereich bestehen.

Gemäß einer wichtigen Variante der Erfindung wird das Objekt mit Strahlung in einem ersten Spektralbereich beleuchtet, wobei die von dem Objekt reflektierte Strahlung sowohl in dem ersten Spektralbereich erfaßt wird, mit welchem das Objekt auch beleuchtet wurde, gleichzeitig jedoch auch in einem zweiten Spektralbereich erfaßt wird, welcher im wesentlichen außerhalb des Spektralbereichs der Beleuchtung liegt.

Beispielsweise könnte die Beleuchtung im roten Spektralbereich erfolgen und demzufolge würde das Objekt auch im roten Spektralbereich erfaßt werden, parallel dazu jedoch auch im grünen Spektralbereich. Da die Beleuchtung im roten Spektralbereich erfolgt, wird auch sehr viel rote Strahlung zurückreflektiert und das im roten Spektralbereich erfaßte Bild bzw. der entsprechende rote Farbauszug des Bildes ist dann entsprechend hell ausgeleuchtet. Dies dient insbesondere der Erfassung der dunklen Bereiche des Objekts.

Strahlungsquellen haben andererseits jedoch auch die Eigenschaft (zumindest wenn es sich nicht um Laser handelt), auch eine gewisse Strahlung in angrenzenden Spektralbereichen zu erzeugen und außerdem ist in anderen Spektralbereichen unvermeidlich immer eine gewisse Restbeleuchtung vorhanden, beispielsweise durch Tageslicht, oder aber bei Nacht durch anderes reflektiertes Licht, welches von anderen Strahlungsquellen, z.B. den Scheinwerfern eines Fahrzeugs, ausgeht. Wegen der besonders hohen Reflektivität bestimmter Bereiche des Objekts, wie z.B. des Nummernschilds eines Fahrzeugs, reicht diese im Vergleich zu der Beleuchtung im ersten Spektralbereich geringe Fremdbeleuchtung in einem anderen Spektralbereich aus, um in diesem zweiten Spektralbereich nur die sehr stark reflektierenden bzw. per se hellen Bereiche deutlich sichtbar zu erfassen, während die übrigen Bereiche in diesem Spektralbereich dunkel erscheinen.

Auf diese Weise liefert ein Farbauszug der entsprechenden fotografischen Aufnahme, nämlich der Farbauszug in dem Bereich der aktiven Beleuchtung, ein Abbild des Objekts, in welchem die nicht so stark reflektierenden Bereiche gut zu erkennen sind, während das stark reflektierende Kennzeichen insgesamt nur als heller, weißer Fleck erscheint, wohingegen der zweite Farbauszug derselben fotografischen Aufnahme, beispielsweise im grünen Spektralbereich, zu wenig Strahlung von den dunklen Bereichen des Objekts erhält, als daß diese noch kontrastreich erkennbar sein könnten, dafür aber das stark reflektierende Kennzeichen deutlich und mit gutem Kontrast erkennbar zeigt. Beide Farbauszüge sind in einer einzigen fotografischen Aufnahme herstellbar. Man erreicht dadurch, daß die unterschiedlichen Farbauszüge eines einzigen Fotos die verschiedenen, interessierenden Bereiche klar erkennbar zeigen, so daß das betreffende Objekt dadurch eindeutiger identifizierbar wird. Beide Farbauszüge entstammen jedoch einer einzigen Aufnahme, im allgemeinen mit demselben Objektiv bzw. mit ein und derselben Kamera.

Sofern es sich bei dem Objekt um ein fahrendes Auto handelt, sind insbesondere dessen Kennzeichen auf dem Farbauszug, der außerhalb des Spektrums der Beleuchtung liegt, deutlich zu erkennen, während die übrigen Bereiche auf dem Farbauszug deutlich zu erkennen sind, welcher dem Spektralbereich entsprechen, in welchem auch aktiv beleuchtet wurde.

Wie bereits erwähnt, ist eine Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei welcher die Beleuchtung im roten Spektralbereich erfolgt, während die Erfassung eines Bildes im roten und im grünen oder anstelle des grünen oder zusätzlich zu dem grünen Spektralbereich auch im blauen Spektralbereich erfolgt.

Manche Strahlungsquellen, die ihre Strahlung überwiegend im roten Spektralbereich abgeben, haben mitunter gewisse kleine Anteile auch im grünen Bereich oder sogar im blauen Spektralbereich, so daß es aus diesem Grunde zweckmäßig erscheint, wenn die Erfassung neben dem roten entweder im grünen oder im blauen oder gar in allen drei Spektralbereichen erfolgt.

Es versteht sich jedoch, daß zur Erfassung entsprechender Abbildungen bzw. „Fotografien" auch Aufnahmen außerhalb des sichtbaren Spektralbereiches, z. B. im infraroten oder ultravioletten Bereich erfolgen könnten, oder daß einer der mindestens zwei Spektralbereiche im sichtbaren Spektrum und der andere außerhalb des (für Menschen) sichtbaren Spektrums liegt.

In der Praxis bietet sich die Erfassung mittels lichtempfindlicher Halbleiter an, wobei allerdings auch Ausführungsformen der Erfindung denkbar sind, bei welchen das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe von Farbfilmen durchgeführt wird, wobei nach dem Entwickeln eines entsprechenden Farbnegativs die verschiedenen roten, grünen und blauen Farbauszüge einfach mit Hilfe von Filtern in den betreffenden Spektralbereichen erzeugt werden.

Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn für die Erfassung der von dem Objekt ausgehenden bzw. reflektierten Strahlung in dem ersten Spektralbereich zusätzlich eine Polarisationsfilterung erfolgt, wodurch Reflexe eliminiert werden können, die vorwiegend durch Umgebungslicht hervorgerufen werden. Insbesondere wenn das Objekt dazu neigt, störende Reflexe zu erzeugen. Z.B. lassen sich störende Reflexe an glatten Flächen wie der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs oft durch einen Polarisationsfilter ausblenden.

Die einzelnen Farbauszüge können im übrigen als Grauwertbilder wiedergegeben werden, da bewußt die drei Farbkanäle nicht zu einem Farbbild zusammengefaßt werden, sondern die einzelnen Farbauszüge getrennt erfaßt und ausgewertet werden, die dann ohnehin nur noch aus einer einzigen Farbkomponente bestehen, bei welcher sich die Farbsättigung der Einfachheit halber in Form eines Grauwertbildes wiedergeben läßt. Dies schließt aber selbstverständlich nicht aus, dass die Bilder auch als Farbbilder, und zwar sowohl als Falschfarbenbilder, als auch als Echtfarbenbilder, die dem tatsächlichen Eindruck des menschlichen Auges entsprechen, wiedergegeben werden können. Insbesondere können Falschfarbenbilder die Erkennbarkeit mancher Strukturen deutlich verbessern.

In der Praxis stehen bei der Verwendung von Halbleiterchips mehrere verschiedene Varianten zur Verfügung, die für die vorliegende Erfindung verwendet werden könnten. So gibt es zum einen Halbleiterchips mit gemischten Pixeln, bei denen aber die Belichtungen der einzelnen Pixelgruppen, d.h. von Pixeln der jeweils gleichen spektralen Empfindlichkeit, getrennt auswertbar sind. Die Halbleiterchips mit gemischten Pixeln weisen vorzugsweise nach einem bestimmten geometrischen Muster angeordnete Pixel unterschiedlicher spektraler Gruppen auf. Beispielsweise könnten die Pixel schachbrettartig angeordnet sein, wobei alle für Grün empfindlichen Pixel beispielsweise den schwarzen Flächen eines Schachbretts entsprechen könnten, während die verbleibenden weißen Felder der Schachbrettanordnung jeweils zur Hälfte auf Pixel verteilt werden, die im roten bzw. im blauen Spektralbereich empfindlich sind.

Beispielsweise könnten die Pixel, die jeweils rechts und links neben einem roten Pixel angeordnet sind, auf blaues Licht empfindlich sein, während die Pixel, die oberhalb und unterhalb desselben roten Pixels angeordnet sind, im grünen Spektralbereich empfindlich sein könnten. Der aktuelle Farbwert für Grün und Blau am Ort des roten Pixels wird dabei durch Interpolation ermittelt. Ebenso liegen zu allen grünen und blauen Pixeln auch jeweils mindestens zwei rote Pixel benachbart, so daß auch dort die roten Farbwerte durch Interpolation ermittelt werden können. An den grünen Farbpixeln können auch die blauen Farbinformationen durch Interpolation zwischen den jeweils diagonal zu einem grünen Pixel liegenden blauen Pixel erfolgen und umgekehrt erfolgt an den blauen Pixeln die Bestimmung der grünen Farbwerte durch Interpolation der zu den blauen Pixeln diagonal liegenden gründen Farbpixel. Es versteht sich, daß mit der Bezeichnung "Rot", "Grün" und "Blau" für die Farbpixel nicht deren tatsächliche Farbe gemeint ist, sondern deren spektrale Empfindlichkeit für das Licht der jeweiligen Farbe.

Auf diese Weise steht an jeder Position eines Pixels einer solchen Anordnung eine vollständige Farbinformation für die roten, grünen und blauen Farbkomponenten zur Verfügung, so daß jedes Pixel vollständige Farbinformationen enthält.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden aber diese vollständigen Farbinformationen nicht in Kombination miteinander benötigt, sondern nur getrennt in Form von Farbauszügen, wobei es auch auf die interpolierten Werte nicht wesentlich ankommt. Insbesondere wenn Chips mit einer Zahl von mindestens 3 Millionen Pixeln, vorzugsweise mindestens 5 Millionen, verwendet werden, ist die Auflösung auch der einzelnen Farbauszüge selbst ohne Interpolation völlig ausreichend, um hochaufgelöste Fotos zu erhalten, die es beispielsweise ohne weiteres erlauben, auf der bildfüllend abgebildeten Frontseite eines Kraftfahrzeugs das Nummernschild klar und deutlich zu erkennen.

Bei einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens sind zwei oder drei getrennte Halbleiterchips vorgesehen, die jeweils als Ganzes in unterschiedlichen Spektralbereichen empfindlich sind. Auch die über ein Objektiv aufgefangene, von dem Objekt ausgehende Strahlung wird über einen Strahlteiler möglichst gleichmäßig auf die verschiedenen Halbleiterchips aufgeteilt, die jeweils für sich einen gewünschten Farbauszug liefern, wobei eine Kombination der von den drei Chips erfaßten Farbauszüge zwar für eine normale Fotografie, nicht jedoch für die vorliegende Erfindung erforderlich ist.

Alternativ könnte aber ohne weiteres auch ein herkömmlicher Farbfilm verwendet werden, dessen Negativ oder Diapositiv in der üblichen Weise entwickelt wird, woraufhin anschließend eine selektive Beleuchtung des Negativs (Diapositivs) mit rotem, grünem und blauem Licht erfolgt, um daraus die einzelnen Farbauszüge zu ermitteln. Auch bei Verwendung eines Farbfilms wird im Falle einer Beleuchtung beispielsweise mit Hilfe eines Rotlichtblitzes vor allem die rote Farbschicht belichtet, während die für den Empfang bzw. die Wiedergabe von grünem Licht bestimmte Farbschicht durch das von dem Rotlichtblitz reflektierte Licht nur sehr schwach belichtet wird.

Im Ergebnis liefert wiederum der grüne Farbauszug ein relativ klares und scharfes Bild von allen stark reflektierenden Bereichen, bei denen auch eine geringere auftreffende Strahlungsintensität ausreicht, um ein entsprechend helles Abbild zu erzielen, wohingegen die übrigen Bereiche von der auf Rot empfindlichen Farbschicht erfaßt werden.

Hinsichtlich der eingangs erwähnten Vorrichtung wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß sie eine Empfangseinrichtung für die Aufnahme der von dem Objekt ausgehenden Strahlung aufweist, wobei die Empfangseinrichtung Elemente mit unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeiten aufweist, von denen eines in einem ersten Spektralbereich empfindlich ist und mindestens ein weiteres in einem zweiten Spektralbereich empfindlich ist, der von dem ersten Spektralbereich verschieden ist.

Unter einem "Element mit einer bestimmten spektralen Empfindlichkeit" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Pixel mit einer bestimmten spektralen Empfindlichkeit oder aber eine Gruppe von Pixeln der jeweils gleichen spektralen Empfindlichkeit zu verstehen oder alternativ eine entsprechende Farbschicht eines Farbfilms.

Darüber hinaus wäre es auch denkbar, Pixel zu verwenden, deren spektrale Empfindlichkeit durch Einstellen äußerer Parameter verändert werden kann, wobei es nur darauf ankommt, daß zum Zeitpunkt einer entsprechenden Aufnahme Elemente vorhanden sind, die auf Strahlung aus jeweils unterschiedlichen Spektralbereichen reagieren.

In einer bevorzugten Variante weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Strahlungsquelle auf, welche für die Abgabe einer auf einen ersten Spektralbereich begrenzten Strahlung auf ein Objekt ausgelegt ist, wobei dementsprechend von dem Objekt reflektierte Strahlung durch die mindestens zwei in verschiedenen Spektralbreichen empfindlichen Elemente empfangen wird.

In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die entsprechende Vorrichtung eine Digitalkamera mit einem Rotlichtblitz, wobei der Rotlichtblitz selbstverständlich auch eine von der Kamera getrennte Einrichtung sein kann, die aber für entsprechende Aufnahmen mit der Kamera synchronisiert sein sollte.

Eine entsprechende Kamera könnte beispielsweise mit einem Halbleiterchip mit gemischten Pixeln, d.h. mit Pixeln ausgestattet sein, die gruppenweise in unterschiedlichen Spektralbereichen empfindlich sind, wie dies oben bereits ausführlich erläutert wurde. Als Alternative kommt jedoch auch eine Kamera in Betracht, die mit mindestens zwei oder auch drei verschiedenen Chips arbeitet, die jeweils für unterschiedliche Spektralbereiche vorgesehen sind, und auf die das von einem Kameraobjektiv aufgenommene Licht zunächst ohne spektrale Aufspaltung gleichmäßig auf die zwei oder drei vorhandenen Chips verteilt wird. Hierfür werden sogenannte Strahlteiler verwendet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und den beigefügten, erläuternden Abbildungen. Es zeigen:

1 Empfindlichkeitskurven einer 3-Chip-Digitalkamera sowie die Intensitätsverteilung eines Rotlichtblitzes,

2 einen Farbauszug für den roten Spektralbereich einer Kamera nach 1 und

3 einen Farbauszug des grünen Spektralbereichs einer Kamera mit einer Beleuchtung nach 1.

Man erkennt in 1 die Empfindlichkeitskurve der drei verschiedenen Chips einer Farb-Digitalkamera. Die einzelnen Kurven sind mit B für den blauen, G für den grünen und R für den roten Spektralbereich gekennzeichnet. Wie man erkennt, hat der auf blaues Licht empfindliche Chip eine deutliche Empfindlichkeit im Bereich zwischen etwa 410 und 490 Nanometer Wellenlänge, der für grünes Licht empfindliche Chip reagiert im wesentlichen auf Licht einer Wellenlänge zwischen 490 und 570 Nanometer und der Chip für den Empfang von rotem Licht hat seine größte Empfindlichkeit im Bereich von etwa 570 bis 650 Nanometer.
Wie man erkennt, gibt es zwischen den jeweils benachbarten relativen Empfindlichkeitskurven B/G bzw. G/R gewisse Überlappungsbereiche, in denen die Chips bzw. Pixel jeweils zweier Spektralbereiche gleichzeitig ansprechen, wohingegen der blaue und der rote Kanal praktisch überhaupt keine Überlappung zeigen.
Gleichzeitig ist wiederum in willkürlichen Einheiten der Intensitätsverlauf eines typischen roten Farbblitzes wiedergegeben und in 1 mit S bezeichnet. Wie man sieht, hat der Rotfarbenblitz seine maximale Intensität in einem Bereich sogar noch außerhalb der maximalen Empfindlichkeit des für den Empfang roten Lichtes vorgesehenen Chips, hat aber insgesamt eine hinreichend große Überlappung mit dem Empfindlichkeitsbereich des für den Empfang roten Lichts vorgesehenen Chips. Selbstverständlich ist es auch ohne weiteres möglich, die dargestellten Empfindlichkeitskurven durch entsprechende Dotierung und Behandlung der Halbleiter zu verschieben, so daß die Empfindlichkeitskurve für den roten Spektralbereich auch ohne weiteres zu etwas größeren Wellenlängen hin verschoben werden könnte und bei Bedarf sogar bis in den infraroten Bereich hinein, ebenso wie auch die Empfindlichkeitskurve B für Blau durch entsprechende Auswahl von Halbleitern bzw. Halbleiterdotierungen zu kürzeren Wellenlängen hin in den ultravioletten Bereich verschoben werden könnte. In 1 sind jedoch die relativen Empfindlichkeiten der einzelnen Farbkanäle bewußt so gewählt, daß sie das sichtbare Spektrum im wesentlichen abdecken und gleichzeitig noch kleine Überlappungsbereiche aufweisen.
Andererseits wäre es auch möglich, einen Blitz bzw. eine Lichtquelle zur Beleuchtung zu verwenden, die besser mit der Empfindlichkeitskurve des roten Kanals R übereinstimmt. Einen stärkere Überlappung der Beleuchtung mit der grünen Empfindlichkeitskurve könnte dabei durch ein Filter verhindert werden, welches die grünen und blauen Anteile der Lichtquelle herausfiltert und eine scharfe Filterkante bei z. B. 580 oder 590 nm aufweist.
Die 2 und 3 zeigen ein- und dieselbe Aufnahme eines Fahrzeugs mit Hilfe einer Kamera, deren charakteristische spektrale Empfindlichkeiten in 1 wiedergegeben sind, wobei ein Rotlichtblitz verwendet wurde, der in etwa eine Intensitätsverteilung aufweist, wie sie als gestrichelte Linie S in 1 wiedergegeben ist. 2 zeigt den roten Farbauszug, d.h. die Bilddaten, die allein aus dem roten Kanal mit der Empfindlichkeitskurve R abgeleitet wurden. 3 zeigt hingegen den grünen Farbauszug desselben Fotos, der allein aus dem grünen Kanal mit der Intensitätsverteilung G in 1 abgeleitet wurde. Wie man sieht, hat die Intensitätskurve S des Rotlichtblitzes noch einen kleinen Ausläufer, der bis in den Empfindlichkeitsbereich für den grünen Kanal hineinreicht. Diese Restmenge an Strahlung in dem grünen Spektralbereich reicht aufgrund der hohen Retroreflektivität des Kfz-Kennzeichens aus, um dieses Kennzeichen mit ausreichendem Kontrast und eindeutig lesbar wiederzugeben. In 2 ist hingegen der gesamte Kennzeichenbereich durch die hohe Reflektivität des Nummernschilds vollständig überstrahlt bzw. überbelichtet, wobei auch bei der Zusammensetzung der blauen, grünen und roten Farbauszüge zu einem gemeinsamen Bild diese Überstrahlung weitgehend erhalten bleibt und das Nummernschild damit auch auf einem entsprechenden Farbfoto kaum oder nur sehr schwach zu erkennen ist. In dem isolierten grünen Kanal jedoch, wie er in 3 dargestellt ist, ist das Kennzeichen sehr gut sichtbar.
Gleichzeitig ist in dem roten Farbauszug, wie er in 2 dargestellt ist, der Bereich des Fahrers hinter dem Lenkrad sehr gut zu erkennen, wobei im vorliegenden Fall eine genau definierte graue Platte in dem Bereich plaziert wurde, in welchem sich typischerweise der Kopf eines Fahrers befinden würde. Diese graue Platte hat eine wohldefinierte Helligkeit und Struktur, so daß anhand dessen die Aufnahmequalität beurteilt werden kann.
Bei dieser Aufnahme wurde außerdem ein Polarisationsfilter verwendet, der störende Reflexe der Windschutzscheibe ausblendet.
Auch wenn in dem vorliegenden Beispiel nur die Verwendung zweier Kanäle bzw. zweier Farbauszüge, nämlich des roten und des grünen Farbauszugs beschrieben wurde, ist die Erfindung selbstverständlich nicht hierauf beschränkt, sondern es könnten bei der Verwendung der 3-Chip-Kamera auch ohne weiteres alle drei Farbauszüge, nämlich der rote, der grüne und der blaue, verwendet werden, wobei je nach äußeren Lichtverhältnissen, z.B. durch Tageslicht, bei bewölktem Wetter, Regen oder Sonnenschein oder aufgrund von Straßenbeleuchtungen während der Nacht, anderer Fahrzeuge und dergleichen ständig wechselnde Lichtverhältnisse herrschen können, die im Ergebnis dazu führen könnten, daß z.B. der blaue Kanal das beste und kontrastreichste Bild des Kennzeichens liefert. Des weiteren muß auch nicht zwingend eine Fremdbeleuchtung mit Hilfe eines Rotblitzes oder dergleichen erfolgen, wenn die Lichtverhältnisse im übrigen ausreichend sind. Anstelle einer Beleuchtung des Objekts mit Licht aus einem spektral begrenzten Bereich könnte man auch ohne weiteres einen Weißlichtblitz verwenden, jedoch im Objektivbereich einer entsprechenden Kamera einen Rot-, Grün- oder Blaufilter verwenden, um überwiegend nur einen der Spektralbereiche hindurchzulassen, während die übrigen Bereiche stark abgeschwächt werden. Bei entsprechenden Verkehrsaufnahmen wird man in der Praxis womöglich so vorgehen, daß alle drei Farbauszüge getrennt erfaßt und wiedergegeben werden, wobei schließlich auch ein kombiniertes Farbbild erstellt werden kann, sofern sich daraus weitere und bessere, in einem Bild zusammengefaßte Informationen ergeben.
Für die Ausgestaltung als Verkehrsüberwachungskamera ist eine entsprechende Kamera zweckmäßigerweise speziell für die Verwendung kurzer Verschlußzeiten von weniger als 1/50 Sekunde, vorzugsweise weniger als 11100 Sekunde, bzw. für entsprechend kurze Blitzzeiten ausgelegt. Letztere können z. B. 1/250 Sekunde oder weniger betragen. Die zu verwendenden Objektivbrennweiten sollten je nach Kameratyp und Chipgröße zwischen 70mm und 200 mm betragen. Wesentlich ist vor allem, daß die Kameras bzw. deren lichtempfindliche Elemente in unterschiedlichen Spektralbereichen empfindlich sind und daß die in unterschiedlichen Spektralbereichen erfassten Bilddaten getrennt auswertbar sind und getrennt dargestellt werden können.
Wie außerdem bereits erwähnt wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verkehrsfotografie beschränkt, auch wenn dies das derzeit bevorzugte Anwendungsgebiet ist, für welches die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung speziell ausgelegt sind. Die Erfindung ist aber auch allgemeiner anwendbar, wenn ein bildtechnisch bzw. fotografisch aufzunehmendes Objekt sehr stark unterschiedliche Strahlung abgebende Bereiche, sei es durch aktive Lichterzeugung oder durch Reflexion, aufweist. Die verwendeten Spektralbereiche können sowohl innerhalb als auch außerhalb des sichtbaren Spektrums liegen und die Zahl der verwendeten Kanäle ist auch nicht notwendigerweise auf zwei oder drei begrenzt, beträgt aber mindestens zwei.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, daß sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.

Claims

Verfahren zur fotografischen Erfassung von Objekten mit stark unterschiedlich Strahlung abgebenden Bereichen, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Objekt ausgehende Strahlung sowohl in mindestens einem ersten Spektralbereich, als auch unabhängig hiervon in mindestens einem zweiten Spektralbereich erfaßt wird, der im wesentlichen außerhalb des ersten Spektralbereichs liegt, wobei die in den mindestens zwei unterschiedlichen Spektralbereichen erfaßten Bilder getrennt ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt mit Strahlung aus einem ersten Spektralbereich beleuchtet wird, während die Erfassung des Bildes des Objektes sowohl in dem ersten als auch in einem zweiten, von dem Spektralbereich, in welchem das Objekt beleuchtet wurde, verschiedenen Spektralbereich erfaßt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung im roten Spektralbereich erfolgt, während die Erfassung der von dem Objekt ausgehenden Strahlung im roten und im grünen und/oder blauen Spektralbereich erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erfassung der Strahlung zusätzlich eine Polarisationsfilterung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der von dem Objekt ausgehenden Strahlung mittels lichtempfindlicher Halbleiter erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in den verschiedenen Spektralbereichen erfaßten Abbildungen des Objekts als Grauwertbilder wiedergegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Erfassung ein Halbleiterchip mit gemischten Pixeln verwendet wird, wobei die Signale verschiedener Pixelarten (Farbauszüge) getrennt auswertbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Halbleiterchips mit unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeiten verwendet werden, wobei die vom Objekt ausgehende Strahlung durch einen Strahlteiler auf die beiden Halbleiterchips aufgeteilt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erfassung der von dem Objekt ausgehenden Strahlung ein Farbfilm verwendet wird, aus dem durch Filterung Farbauszüge der verschiedenen Spektralbereiche erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung in Form eines Blitzes, insbesondere eines Rotlichtblitzes, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die in den mindestens zwei unterschiedlichen Spektralbereichen erfassten Felder zu einem gemeinsamen Bild verrechnet werden.
Vorrichtung zur fotografischen Erfassung von Objekten, welche stark unterschiedlich reflektierende Bereiche aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Empfangseinrichtung für die Aufnahme der von dem Objekt ausgehenden Strahlung aufweist, wobei die Empfangseinrichtung mindestens zwei verschiedene Elemente mit unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeiten aufweist, von denen eines in mindestens einem ersten Spektralbereich empfindlich ist und ein weiteres in einem von diesem Spektralbereich verschiedenen zweiten Spektralbereich empfindlich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine den ersten Spektralbereich mindestens teilweise erfassende und den zweiten Spektralbereiche im Wesentlichen aussparende Strahlungsquelle zur Beleuchtung des Objektes aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein spektralempfindliches Element durch ein Pixel, welches in einem bestimmten Spektralbereich empfindlich ist, bzw. eine Gruppe entsprechender Pixel gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die in verschiedenen Spektralbereichen empfindlichen Elemente durch die unterschiedlichen Schichten eines Farbfilms gebildet werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Digitalkamera mit einem Rotlichtblitz aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12–14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere, in mindestens einem Spektralbereich unterschiedlich empfindliche Halbleiterchips aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Halbleiterchip aufweist, der nach einem vorgegebenen Muster verteilte, gemischte Pixel unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeiten aufweist, deren Meßwerte selektiv nach Spektralbereichen getrennt auswertbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalkamera eine erste Gruppe von Pixeln aufweist, die im vornehmlich roten Spektralbereich empfindlich sind, eine zweite Gruppe von Pixeln aufweist, welche im grünen Spektralbereich empfindlich sind und eine dritte Pixelgruppe aufweist, welche im blauen Spektralbereich empfindlich sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Polarisationsfilter für die vom Objekt ausgehende Strahlung aufweist, mit welcher das Objekt beleuchtet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Verkehrskamera zur Erfassung von sich schnell bewegenden Fahrzeugen einschließlich des jeweiligen Fahrzeugkennzeichens ausgelegt ist.