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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfangs des auf ein Bildaufnahmemedium fallenden Aufnahmelichts.
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Stand der Technik
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Beim Fotografieren mit filmbasierten oder elektronischen Stehbildkameras oder beim Aufnehmen von Bildsequenzen mittels einer Laufbild- oder Videokamera kann es im Objekt starke Helligkeitsunterschiede geben, das heißt zu einem großen Dynamikumfang beim aufzunehmenden Objekt kommen, wenn beispielsweise Bereiche mit intensivem Sonnenlicht und sehr dunklem Schatten vorhanden sind. Dieser Dynamikumfang kann wesentlich größer sein als der technisch realisierbare Dynamikumfang eines Bildaufnahmemediums, beispielsweise eines lichtempfindlichen Filmmaterials oder elektronischer Bildsensoren in Form von CCD- oder C-MOS-Videosensoren. Dabei weisen die verschiedenen Bildaufnahmemedien unterschiedlich große und für die Bildaufnahme zulässige Dynamik- bzw. Kontrastbereiche auf und verhalten sich beim Überschreiten des zulässigen Bereichs sehr unterschiedlich.
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Während ein Farbnegativfilm einen sehr großen Dynamikbereich und damit Kontrastumfang aufweist und dessen Kennlinie langsam ausläuft, so dass selbst beim Überschreiten des zulässigen Bereichs und damit bei Über- und Unterbelichtungen noch entsprechende Bildinformationen auf dem Farbnegativfilm gespeichert werden können, so dass dieses Filmmaterial bei sehr großen Helligkeitsunterschieden eines Objekts im Allgemeinen unproblematisch ist, weisen elektronische Bildsensoren einen sehr viel kleineren Dynamikbereich auf. Erschwerend kommt bei elektronischen Bildsensoren hinzu, dass deren lineare Empfindlichkeits-Kennlinie nicht langsam ausläuft, sondern beim Erreichen der maximalen Sättigung abrupt abknickt. Auch eine elektronische Bearbeitung der von elektronischen Bildsensoren abgegebenen, umgewandelten Bildsignale mittels Signalverstärkung oder Gamma-Korrektur führt zu keiner wesentlichen Erweiterung des Dynamikbereichs der elektronischen Bildsensoren, sondern nur zur negativen Beeinflussung anderer Parameter, wie beispielsweise zu einer Verstärkung von Rauschsignalen.
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Ein anderes, unter der Bezeichnung „Correlated Double Sampling“ bekanntes Verfahren ist elektronisch sehr aufwändig und insbesondere bei der Aufnahme bewegter Bilder wegen der erforderlichen doppelten Aufnahme und den wechselnden Orten der Objekte aufgrund der Bewegung nur mit mäßigem Erfolg durchführbar.
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Eine weitere Möglichkeit, dem begrenzten Dynamik- oder Kontrastumfang insbesondere von elektronischen Bildsensoren Rechnung zu tragen, besteht darin, dunkle Bereiche des aufzunehmenden Objekts mit Spiegeln oder Scheinwerfern aufzuhellen, was allerdings mit erheblichem Arbeits- und Zeitaufwand verbunden ist.
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Aus der
US 4 900 131 A ist ein Kameravorsatz mit einer Einrichtung zur Reduzierung des Kontrastumfanges bekannt, die aus einer Glasscheibe mit mehreren am Umfang der Glasscheibe verteilt angeordneten Lichtquellen besteht, die Licht in die Ebene der Glasscheibe einkoppeln, das im Innern der Glasscheibe reflektiert und dadurch eine Steuerung des Kontrastumfangs des aufzunehmenden Objekts ohne Beeinträchtigung der Auflösung des aufgenommenen Bildes ermöglicht. Zur gleichmäßigen Ausleuchtung der Glasscheibe und damit des aufzunehmenden Bildes sind die Lichtquellen in der Nähe des Umfangs der Glasscheibe angeordnet, deren Umfangsfläche poliert und mit Ausnahme der den Lichtquellen gegenüberliegenden Abschnitten verspiegelt ist, um einen Lichtaustritt über die Umfangsfläche zu verhindern, während die ebenen Flächen der Glasscheibe mit einer Anti-Reflexionsbeschichtung versehen sind, um eine maximale Transparenz für den Bildaufnahmestrahlengang vom aufzunehmenden Objekt zu erzielen.
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Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung zur Kontrastreduzierung ist die Einkopplung einer Lichtmischung, deren spektrale Verteilung oder Farbtemperatur von der Art der verwendeten Lichtquelle und deren Temperatur abhängt, so dass zwar die Möglichkeit besteht, durch Speisung der Lichtquelle mit einer variablen Spannung die Lichtabgabe der Lichtquelle selektiv zu beeinflussen, ohne die Farbtemperatur zu ändern, jedoch wird die Wirksamkeit der Lichteinkopplung zur Kontrastreduzierung des Aufnahmebildes weiterhin dadurch beschränkt, dass einzelne Farben der Lichtmischung über den zulässigen Dynamikbereich hinausgehen können und damit den Gesamt-Dynamikbereich des Aufnahmebildes bestimmen, während sich der Kontrastumfang anderer Farben noch innerhalb des zulässigen Dynamikbereichs befindet.
US 3 577 898 A betrifft die fotografische Herstellung von Aufzeichnungen auf einem Film, der eine lichtempfindliche Emulsion oder lichtempfindliche Emulsionen trägt. Die zu belichtenden Filme können für die Produktion von Standbildern oder Filmen verwendet werden, entweder schwarz oder weiß oder in Farbe sein. Insbesondere stellt diese Druckschrift Mittel vor, um mehr von dem außerhalb der Kamera verfügbaren Licht in eine Position zu übertragen, um das Filmbild zu beleuchten, als durch das bilderzeugende Objektiv übertragen wird.
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US 2003 / 0218688 A1 bezieht sich allgemein auf elektronische Bildverarbeitungssysteme und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Anpassen der Farbe und Intensität des Beleuchtungslichts gemäß der Farbe(n) des/der betrachteten Objekte(s), um optimalen Bildkontrast zu erzielen.
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Aufgabenstellung, Lösung, Vorteile
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfangs des auf ein Bildaufnahmemedium fallenden Bildaufnahmelichts anzugeben, die eine optimale Einstellung bzw. Steuerung des Kontrastumfangs des Bildaufnahmemediums ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Merkmale einiger Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Durch die Zusammensetzung des in den Bildaufnahme-Strahlengang eingekoppelten Steuerlichts aus mehreren Grundfarben, deren Helligkeit unabhängig voneinander einstellbar ist, wird eine optimale Einstellung bzw. Steuerung des Kontrastumfangs des Bildaufnahmemediums ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Lösung geht von der Überlegung aus, durch die voneinander unabhängige Einstellung der Helligkeit einzelner Grundfarben des Steuerlichts eine wesentlich größere Flexibilität zu erreichen, so dass gezielt die Grundfarben verändert werden können, deren Dynamik im Aufnahmebild über den zulässigen Dynamikbereich hinausgeht.
Erfindungsgemäß wird die Helligkeit zumindest derjenigen Grundfarbe des Steuerlichts verändert, die im Bildaufnahmelicht einen zulässigen Dynamikbereich überschreitet.
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Um das erfindungsgemäße Verfahren bei verschiedenen Bildaufnahmemedien einsetzen zu können, werden für eine Standardeinstellung des Steuerlichts Sollwerte für die Helligkeit der Grundfarben und/oder für die Lichtstromanteile der Grundfarben an der Lichtmischung des Steuerlichts in Abhängigkeit von der spektralen Empfindlichkeit des Bildaufnahmemediums gespeichert.
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Mit der Speicherung von spektralen Empfindlichkeitskurven unterschiedlicher Bildaufnahmemedien, d. h. unterschiedlicher Filmmaterialien oder unterschiedlicher elektronischer Bildsensoren, kann die für das jeweilige Aufnahmemedium beste spektrale Verteilung vorgegeben werden und damit der Kontrastumfang bzw. der Dynamikbereich des jeweils verwendeten Bildaufnahmemediums optimiert werden.
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Erfindungsgemäß wird auch bei Vorgabe einer bestimmten spektralen Verteilung durch Auswahl eines Bildaufnahmemediums eine von der Standardeinstellung abweichende spektrale Verteilung des Steuerlichts durch Eingabe von Korrektur-Sollwerten eingestellt.
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Durch eine Einstellung der Gesamthelligkeit des aus den Grundfarben zusammengesetzten Steuerlichts, insbesondere in Abhängigkeit von dem aufzunehmenden Objekt und dem Kontrastumfang des Bildaufnahmemediums, wird eine weitere Optimierung des Kontrastumfangs für das jeweils verwendete Bildaufnahmemedium erreicht und damit den unterschiedlichen Gegebenheiten bei der Verwendung von Filmmaterial oder elektronischen Bildsensoren als Bildaufnahmemedium Rechnung getragen.
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Vorzugsweise werden die Grundfarben des Steuerlichts von Teillichtquellen abgegeben, die den einzelnen Grundfarben zugeordnet sind, wobei die Helligkeit und/oder die Lichtstromanteile der Grundfarben des Steuerlichts durch Steuerung der den Teillichtquellen zugeführten elektrischen Leistung eingestellt wird bzw. werden.
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Durch die Aufteilung der das Steuerlicht abgebenden Lichtquelle in mehrere Teillichtquellen, die jeweils eine der Grundfarben des Steuerlichts abgeben, ist eine optimale Steuerung der Helligkeit der einzelnen Grundfarben des Steuerlichts und damit des jeweiligen Lichtstromanteils der Grundfarben an der Lichtmischung des Steuerlichts gewährleistet.
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Alternativ zu der Steuerung der Helligkeit durch Vorgabe ausgewählter Parameter kann die Helligkeit der einzelnen Grundfarben geregelt werden, in dem die Helligkeit der einzelnen Grundfarben des auf das Bildaufnahmemedium fallenden Steuerlichts erfasst und Abweichungen gegenüber den Sollwerten ausgeregelt werden.
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Durch den Einsatz einer Sensorik, die die Helligkeit der einzelnen Grundfarben tatsächlich ermittelt, können Unterschiede in den das Steuerlicht erzeugenden Lichtquellen bzw. der durch die Teillichtquellen erzeugten Gesamthelligkeit erfasst und durch Soll-Ist-Wert-Vergleiche ausgeglichen werden. Durch den Einsatz einer Kontrastregeleinheit anstelle einer Kontraststeuereinheit kann somit gewährleistet werden, dass die Wirkung unterschiedlicher Kontrastregeleinheiten normiert wird, das heißt unabhängig von der jeweils eingesetzten Kontrastregeleinheit die auf die verschiedenen Parameter zugeschnittenen Sollwerte eingehalten werden.
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Anstelle oder zusätzlich zu der Zusammensetzung des Steuerlichts aus den Grundfarben kann das Steuerlicht von mindestens einer weißes Licht abgebenden LED erzeugt werden, wobei die LED Licht in den Grundfarben erzeugt, aus dem durch Lichtmischung weißes Steuerlicht generiert wird, das heißt sowohl eine einzelne Lichtquelle als auch mehrere Teillichtquellen ist bzw. sind als weißes Licht abgebende LEDs ausgebildet, die intern zunächst Licht in den einzelnen Grundfarben, beispielsweise Rot, Grün und Blau, erzeugen, das Licht aber so mischen, dass weißes Licht entsteht und als Steuerlicht abgegeben wird.
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Vorzugsweise wird die den Teillichtquellen zugeführte elektrische Leistung pulsweiten- oder pulspausenmoduliert gesteuert, wodurch die einzelnen Teillichtquellen mit konstantem Strom bei minimaler Energieaufnahme angesteuert werden können.
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Durch die Wahl einer um ein Vielfaches höheren Frequenz der Pulsweiten- oder Pulspausenmodulation gegenüber der Bildaufnahmefrequenz bei der Ansteuerung der Teillichtquellen werden durch das Steuerlicht verursachte Helligkeitsschwankungen im Bildaufnahme-Strahlengang und damit auf dem zu belichtenden Film oder auf dem elektronischen Bildsensor des Bildaufnahmemediums vermieden.
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In bevorzugter Ausführungsform bestehen die Grundfarben des Steuerlichts aus den Farben Rot, Grün und Blau.
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Bei einer die Aufgabenstellung lösenden Vorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfanges des auf ein Bildaufnahmemedium fallenden Bildaufnahmelichts mit einem lichtdurchlässigen Element, das im Bildaufnahme-Strahlengang vor einem Aufnahmeobjektiv eines Bildaufnahmegeräts angeordnet ist und in das von mindestens einer Lichtquelle abgegebenes Steuerlicht einkoppelbar ist, ist das Steuerlicht aus mehreren Grundfarben zusammengesetzt, deren Helligkeiten unabhängig voneinander einstellbar sind.
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Durch die voneinander unabhängige Einstellung der Helligkeit der einzelnen Grundfarben, aus denen das in den Bildaufnahme-Strahlengang eingekoppelte Steuerlicht zusammengesetzt ist und deren Einkopplung in den Bildaufnahme-Strahlengang, wird ein Höchstmass an Flexibilität bei der Ausnutzung des durch die Wahl des Bildaufnahmemediums vorgegebenen Kontrastumfangs des Bildaufnahmemediums erzielt, da gezielt die Grundfarben des Steuerlichts verändert werden können, deren Dynamik im Aufnahmebild über den zulässigen Dynamikbereich hinausgeht.
Erfindungsgemäß weist die Lichtquelle zumindest eine der Anzahl Grundfarben entsprechende Anzahl Teillichtquellen auf und eine zentrale Steuereinheit einer Kontraststeuereinheit steuert die Helligkeit der Teillichtquellen und speichert Sollwerte der Helligkeit der einzelnen, von den Teillichtquellen abgegebenen Grundfarben und/oder Lichtstromanteile der einzelnen Grundfarben an der Lichtmischung des Steuerlichts.
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Die Aufteilung der Lichtquellen in zumindest eine der Anzahl Grundfarben entsprechende Anzahl Teillichtquellen ermöglicht es, die Lichtmischung des Steuerlichts aus den einzelnen Grundfarben individuell mit hoher Flexibilität zu steuern und damit den Kontrastumfang bzw. Dynamikbereich des Bildaufnahmemediums optimal einzustellen. Dabei muss die Anzahl der Teillichtquellen nicht der Anzahl Grundfarben entsprechen, sondern kann auch größer als die Anzahl der Grundfarben sein, wenn beispielsweise die Grundfarben einen unterschiedlichen prozentualen Anteil an der Lichtmischung des Steuerlichts haben und dementsprechend jede Grundfarbe einen ihr zugewiesenen Anteil an den Teillichtquellen hat.
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An Signaleingänge der zentralen Steuereinheit werden von einer Vorgabeeinheit Sollwerte für die Grundfarben und/oder eine für das jeweilige Bildaufnahmemedium geeignete spektrale Verteilung der Grundfarben an die zentrale Steuereinheit abgegeben.
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Die Einstellung der in der zentralen Steuereinheit gespeicherten Sollwerte für die Grundfarben und/oder eine für das jeweilige Bildaufnahmemedium geeignete spektrale Verteilung der Grundfarben erfolgt entweder an Signaleingängen der Kontraststeuereinheit über Potentiometer, die den Grundfarben zugeordnet sind, oder über eine externe Steuereinheit, in der die spektralen Farbempfindlichkeiten, insbesondere die Farbtemperatur und Farbwiedergabe, verschiedener Bildaufnahmemedien gespeichert sind und die eine dem jeweiligen Bildaufnahmemedium zugeordnete, ausgewählte spektrale Verteilung an die Kontraststeuereinheit abgibt.
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In der externen Steuereinheit können die spektralen Empfindlichkeitskurven unterschiedlicher Filmmaterialien oder unterschiedlicher elektronischer Bildsensoren gespeichert und somit die für das jeweilige Bildaufnahmemedium beste spektrale Verteilung für das Steuerlicht vorgegeben werden. Die externe Steuereinheit kann entweder als speziell dieser Aufgabe zugeordnetes Funktionselement mit entsprechenden Steuermodulen oder als Computer, Palmtop oder dergleichen aufgebildet sein, die mit einer entsprechenden Software betrieben werden.
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Auch bei Vorgabe über die Vorwahl eines entsprechenden Bildaufnahmemediums mittels einer Eingabe in die externe Steuereinheit besteht unabhängig davon die Möglichkeit, mittels der an die Signaleingänge der zentralen Steuereinheit angeschlossenen Potentiometer eine von der Standardvorgabe abweichende spektrale Verteilung des aus den Grundfarben zusammengesetzten Steuerlichts vorzugeben.
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Die Schnittstelle zwischen der zentralen Steuereinheit und der externen Steuereinheit kann als serielles Interface oder als drahtlose Schnittstelle ausgebildet sein.
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Zusätzlich ist die zentralen Steuereinheit über eine insbesondere als weiteres Potentiometer ausgebildete Steuereinrichtung ansteuerbar, die die Gesamthelligkeit des Steuerlichts vorgibt. Die Einstellung des weiteren Potentiometers hängt insbesondere von den Unterschieden in der Helligkeit des vom aufzunehmenden Objekt reflektierten Lichts ab und ist somit abhängig von dem aufzunehmenden Motiv und dem Dynamikumfang des Bildaufnahmemediums.
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In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfangs des auf ein Bildaufnahmemedium fallenden Bildaufnahmelichts ist die zentrale Steuereinheit ausgangsseitig mit einer Treiberstufe verbunden, die an eine Konstantstromquelle angeschlossen ist oder eine Konstantstromquelle aufweist, und die den an die Teillichtquellen abgegebenen Strom in Abhängigkeit von den von der zentralen Steuereinheit an die Treiberstufe abgegebenen Steuersignalen regelt.
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Die Treiberstufe wandelt die von der zentralen Steuereinheit vorgegebenen Einstellgrößen für die einzelnen Grundfarben in die für die Teillichtquellen notwendigen Ströme um, indem in der Treiberstufe der Strom in einer Konstantstromquelle auf den gewünschten Wert geregelt wird. Um die Energieaufnahme der Teillichtquellen zu minimieren, kann optional auch ein quasi konstanter Strom mittels Pulspausen- oder Pulsweitenmodulation erzeugt werden und um Helligkeitsschwankungen im Aufnahmebild zu vermeiden, ist die Schaltfrequenz bei einer Pulspausen- oder Pulsweitenmodulation sehr viel höher zu wählen als die Bildaufnahmefrequenz, mit der das Bildaufnahmemedium belichtet wird.
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Alternativ kann die Lichtquelle aus einer weißes Licht abgebenden LED bzw. können die Teillichtquellen aus weißes Licht abgebenden LEDs bestehen, die intern Licht in den Grundfarben erzeugen, das zu weißem Licht gemischt wird.
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In bevorzugter Ausführungsform besteht das lichtdurchlässige Element aus einer Glasscheibe, an deren Umfang mehrere Lichtquellen verteilt angeordnet sind, die das Steuerlicht derart in die Ebene der Glasscheibe einkoppeln, dass zumindest ein Teil des Steuerlichts in den Bildaufnahmestrahlengang eingespiegelt wird, wobei zur gleichmäßigen Verteilung des Steuerlichts zwischen jener Lichtquelle und dem Rand der Glasscheibe ein Diffusor angeordnet ist.
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Durch die Verbindung der zentralen Steuereinheit mit einer Sensoreinrichtung, die eine der Anzahl Grundfarben entsprechender Anzahl Sensoren enthält, die den Grundfarben entsprechende Sensorsignale an die zentralen Steuereinheit abgeben, wird die Helligkeit der einzelnen Grundfarben tatsächlich ermittelt und zwar innerhalb des lichtdurchlässigen Elements bzw. der Glasscheibe oder rechtwinklig dazu in Richtung des Bildaufnahmegeräts, das heißt in Richtung des Bildaufnahmestrahlengangs. Dabei erfassen die Sensoren entweder das in das lichtdurchlässige Element eingekoppelte Steuerlicht der Teillichtquellen oder das in den Bildaufnahmestrahlengang eingespiegelte Steuerlicht der Teillichtquellen.
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Durch diese Erweiterung wird die Kontraststeuereinheit zu einer Kontrastregeleinheit, mit der Unterschiede in den das Steuerlicht abgebenden Lichtquellen bzw. die Grundfarben des Steuerlichts abgebenden Teillichtquellen erfasst und durch einen Vergleich der erfassten Istwerte mit den die verschiedenen Parameter berücksichtigenden Sollwerten Abweichungen ausgeglichen werden können. Dadurch werden spezifische Eigenheiten jeder Kontrastregeleinheit berücksichtigt und die Wirkung der Kontrastregeleinheiten unabhängig von diesen spezifischen Besonderheiten normiert.
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Das Steuerlicht kann aus mehreren die Grundfarben oder weißes Licht abgebenden Teillichtquellen mittels Licht emittierender Dioden oder LEDs, mittels Halbleiterlaser oder mittels von einer Mehrfarben-Leuchtdiode abgegebener Grundfarben zusammengesetzt werden.
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Alternativ können die Teillichtquellen aus mehreren, die Grundfarben ausfilternden Filterelementen und einer gemeinsamen, eine Lichtmischung abgebenden Lichtquelle bestehen.
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Durch die Zusammenfassung zumindest der Lichtquelle oder der Teillichtquellen und des lichtdurchlässigen Elements zu einer vor dem Aufnahmeobjektiv angeordneten Baueinheit mit einem die Baueinheit aus einem das lichtdurchlässige Element einfassenden und die Lichtquelle bzw. die Teillichtquelle enthaltenden Rahmen wird eine universell anwendbare und in einer möglichen Ausführungsform nachrüstbare bauliche Einheit geschaffen, die in Verbindung mit unterschiedlichen Bildaufnahmegeräten und insbesondere mit einem Vorsatzgerät wie einem mit dem Bildaufnahmegerät verbundenen Kompendium oder einem Filterhalter, der mit dem Aufnahmeobjektiv verbunden wird, eingesetzt werden kann.
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Durch eine Verbindung der Vorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfangs mit einem Filterhalter kann zusätzlich ein Filter, vorzugsweise ein Neutraldichtefilter (ND-Filter) eingesetzt werden, mit dem eine höhere Flexibilität der Kontraststeuervorrichtung erzielt wird, indem der vor der Vorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfangs angeordnete ND-Filter den Kontrastbereich des aufzunehmenden Objekts absenkt, wenn der szenische Kontrast den Arbeitsbereich der Vorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfangs überschreitet, so dass der Kontrast wieder im Arbeitsbereich der Vorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfangs liegt.
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Ein Neutraldichtefilter bzw. Neutral- oder Graufilter besteht aus homogen neutral-grau eingefärbten Glas- oder Kunststoffscheiben optischer Güte, mit denen die durchtretende Lichtmenge vermindert und dadurch eine gleichmäßige Abdunkelung im Aufnahmebild erzielt wird.
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Durch die zusätzliche Anordnung einer Sonnenblende vor der Baueinheit und deren Befestigung mit dem Aufnahmeobjektiv des Bildaufnahmegeräts kann die Vorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfangs für beliebige Bildaufnahmegeräte universell eingesetzt werden.
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Figurenliste
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sollen weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfangs des auf ein Bildaufnahmemedium fallenden Bildaufnahmelichts mit einer Glasscheibe und am Umfang der Glasscheibe verteilt angeordneten, aus mehreren LEDs zusammengesetzten Lichtquellen;
- 2 eine vergrößerte Ansicht des Teils II der 1;
- 3 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäß 1;
- 4 eine vergrößerte Darstellung des Teils IV gemäß 3;
- 5 eine in einen Filterhalter integrierte Vorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfangs des auf ein Bildaufnahmemedium fallenden Bildaufnahmelichts gemäß den 1 und 2;
- 6 eine vergrößerte Darstellung des Teils VI gemäß 5;
- 7 ein Blockschaltbild einer Kontraststeuereinheit zum Ansteuern der Teillichtquellen bzw. LEDs der Lichtquellen;
- 8 eine Graustufendarstellung;
- 9 eine vergleichende Balkendarstellung des Kontrastumfangs eines Bildaufnahmemediums mit und ohne Vorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfangs des auf das Bildaufnahmemedium fallenden Bildaufnahmelichts und
- 10 ein Blockschaltbild einer Kontrastregeleinheit mit Sensoren zur Ermittlung der Helligkeit der einzelnen Grundfarben und zum Ansteuern der Teillichtquellen bzw. LEDs der Lichtquellen.
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1 zeigt in einer Draufsicht, 2 in einer vergrößerten Detaildarstellung des Teils II gemäß 1, 3 in einem Längsschnitt und 4 in einer vergrößerten Detailansicht der Einzelheit IV gemäß 3 eine Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung des Kontrastumfangs bzw. Dynamikbereichs eines auf ein Bildaufnahmemedium fallenden Bildaufnahmelichts, die als Baueinheit und insbesondere als Vorsatzgerät vor dem Aufnahmeobjektiv einer filmbasierten oder elektronischen Aufnahmeeinrichtung, wie beispielsweise einer Stehbildkamera, einer Laufbildkamera oder einer Videokamera angeordnet wird.
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Die Vorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfangs besteht aus einem in diesem Ausführungsbeispiel rechteckförmigen Rahmen 1, der ein als Glasscheibe 2 ausgebildetes lichtdurchlässiges Element umgibt. Alternativ kann der Rahmen 1 kreis- bzw. zylinderförmig ausgebildet sein und eine kreisrunde Glasscheibe umgeben. Senkrecht zur Oberfläche der Glasscheibe 2, d. h. senkrecht zur Zeichenebene, verläuft ein von einem aufzunehmenden Objekt ausgehender Bildaufnahmestrahlengang durch das Aufnahmeobjektiv des Bildaufnahmegeräts zum Bildaufnahmemedium, das im Fall eines filmbasierten Bildaufnahmegeräts aus einem zu belichtenden Film und im Falle eines elektronischen Bildaufnahmegeräts aus einem elektronischen Bildsensor besteht.
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Gleichmäßig verteilt um den Umfang der rechteckförmigen Glasscheibe 2 sind mehrere Lichtquellen 3 angeordnet, die ein aus drei Grundfarben R, G, B zusammengesetztes Steuerlicht abgeben, das in den Bildaufnahmestrahlengang eingekoppelt wird. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei Lichtquellen 3 nebeneinander am oberen und unteren Rand der Glasscheibe 2 angeordnet, während jeweils eine Lichtquelle am rechten und linken Rand der Glasscheibe 2 vorgesehen ist. Die Lichtquellen 3 setzen sich aus mehreren Teillichtquellen 30 zusammen, die aus einzelnen, Licht unterschiedlicher Farbe bzw. Wellenlänge abgebenden Leuchtdioden oder LEDs bestehen. Dabei enthalten die am oberen und unteren Rand der Glasscheibe 2 angeordneten Lichtquellen 3 eine größere Anzahl, im vorliegenden Ausführungsbeispiel doppelt so viele LEDs, wie die am rechten und linken Rand der Glasscheibe 2 angeordneten Lichtquellen 3.
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Die LEDs geben insbesondere Licht mit den Grundfarben R (Rot), G (Grün) und B (Blau) ab, wobei die Anzahl Licht gleicher Farbe oder Wellenlänge abgebender LEDs 30 von der jeweils gewünschten spektralen Verteilung des Steuerlichts abhängt. So können beispielsweise die am oberen und unteren Rand angeordneten Lichtquellen 3 jeweils zwei rote LEDs, zwei grüne und vier blaue LEDs enthalten, während die am rechten und linken Rand der Glasscheibe 2 angeordneten Lichtquellen 3 aus jeweils einer roten, einer grünen und zwei blauen LEDs bestehen.
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Zwischen dem Rand 21 der Glasscheibe 2 und den Lichtquellen 3 ist jeweils ein Diffusor 4 angeordnet, der einer möglichst gleichmäßigen Lichtverteilung innerhalb der Glasscheibe 2 dient und optional vorgesehen werden kann.
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Jeder der Lichtquellen 3 ist ein Elektronikboard 5 zugeordnet, das die LEDs 30 der Lichtquellen 3 getrennt nach Farben, d. h. nach dem jeweils von den LEDs 30 emittierten Licht unterschiedlicher Wellenlänge kontaktiert.
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In einer Rahmenerweiterung 10 an der rechten oberen Ecke des Rahmens 1 ist eine Kontraststeuereinheit 6 angeordnet, die mit den Elektronikboards 5 der Lichtquellen 3 verbunden ist und die die Helligkeit, d. h. die Helligkeit der einzelnen, die Grundfarben abgebenden LEDs 30 steuert. Einzelheiten zur Ansteuerung der LEDs 30 werden nachfolgend anhand des in 5 dargestellten Blockschaltbildes erläutert.
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Ein an der Rahmenerweiterung 10 vorgesehener Schalter 9 dient zum Ein- und Ausschalten der Kontraststeuervorrichtung.
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Ein bogenförmiger Steg oder Bügel 11 am linken Rand des Rahmens 1 dient als Handgriff zum Einsetzen und Entnehmen der Kontraststeuereinheit in Führungsnuten eines mit dem Aufnahmeobjektiv des Bildaufnahmegeräts verbundenen Gerätevorsatzes wie beispielsweise eines Kompendiums.
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Die Verbindung des Rahmens 1 mit dem bogenförmigen Steg oder Bügel 11 stellt nur eine von mehreren möglichen Ausführungsformen dar. Alternativ kann der Rahmen 1 auch als Klemm- oder Steckrahmen ausgebildet sein, der beispielsweise mittels einer Rastvorrichtung mit einem Kompendium oder mittels eines Bajonettverschlusses mit einem Filterhalter verbunden wird.
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In den 5 und 6 ist in einem Längsschnitt bzw. in einer vergrößerten Teilansicht die Integration der Kontraststeuereinheit in eine Baueinheit zusammen mit einem Filterhalter 13, einer Sonnenblende 14 und einer Befestigungseinrichtung 15 dargestellt.
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Die Baueinheit kann mittels der Befestigungseinrichtung 15 und einer Klemmvorrichtung 16 an dem Aufnahmeobjektiv des Bildaufnahmegeräts befestigt werden, wobei in dem in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel die Klemmvorrichtung 16 aus einer Klemmschraube besteht, die eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung mit dem Aufnahmeobjektiv herstellt.
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Der Filterhalter 13 nimmt einen Filter 12, vorzugsweise einen Neutraldichtefilter (ND-Filter) auf, der die Flexibilität der Kontraststeuereinheit beim Einsatz als Vorsatzgerät vor dem Aufnahmeobjektiv eines Bildaufnahmegeräts erhöht. Der zusätzliche Vorteil beim Einsatz eines ND-Filters besteht darin, dass der Kontrastbereich des Aufnahmeobjektivs abgesenkt werden kann, wenn der Kontrast der Aufnahmeszene den Arbeitsbereich der Kontraststeuereinheit überschreitet, so dass der Kontrast wieder in den Arbeitsbereich der Kontraststeuereinheit gelegt wird.
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Die auf der Lichteintrittsseite des Bildaufnahmestrahlengangs angeordnete Sonnenblende 14 in Verbindung mit der Befestigungseinrichtung 15 ermöglicht einen universellen Einsatz der Vorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfangs für beliebige Bildaufnahmegeräte, so dass deren Einsatz nicht auf die Verbindung mit einem Kompendium beschränkt wird, das beispielsweise über Irisstangen mit dem Gehäuse eines Bildaufnahmegeräts verbunden wird.
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Die Anordnung, Ausgestaltung und Funktion der Vorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfangs mit einem Filterhalter und einer Sonneblende entspricht dem der vorstehend anhand der 3 und 4 beschriebenen Vorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfangs.
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Die Funktionsweise der in den 1 bis 6 dargestellten Vorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfangs soll nachfolgend anhand des in 7 dargestellten Blockschaltbildes der Kontraststeuereinheit 6 sowie des in 8 dargestellten Graustufendiagramms und des in 9 dargestellten Balkendiagramms erläutert werden.
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Das in 7 dargestellte Blockschaltbild zeigt die strichpunktiert umrahmte Kontraststeuereinheit 6 zur Ansteuerung der einzelnen Farb-LEDs 30 der Lichtquellen 3 mit Steuersignalen CR, CG, CB, die in der Rahmenerweiterung 10 des Rahmens 1 der Vorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfangs angeordnet ist. Die Kontraststeuereinheit 6 enthält eine zentrale Steuereinheit 61, in der Sollwerte für die Helligkeit der einzelnen Farb-LEDs 30 der Lichtquellen 3 gespeichert sind, die die Grundfarben R, G, B für die Lichtmischung des von den Lichtquellen 3 abgegebenen Lichts abgeben, beispielsweise die Grundfarben Rot, Grün und Blau. Die Einstellung der Sollwerte erfolgt über eine Vorgabeeinheit 7 mit einer der Anzahl Grundfarben R, G, B entsprechenden Anzahl Potentiometer 71, 72, 73, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel also drei Potentiometern für die einzelnen Grundfarben Rot R, Grün G und Blau B, die mit Signaleingängen der zentralen Steuereinheit 61 verbunden sind.
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Über ein serielles Interface oder eine drahtlose Schnittstelle 94 ist die zentrale Steuereinheit 61 mit einer externen Steuereinheit 8 verbunden, die den Lichtstromanteil der einzelnen Grundfarben R, G, B des von der Kontraststeuervorrichtung abgegebenen Steuerlichts und damit die Helligkeit der einzelnen Grundfarben R, G, B, die von den LEDs 30 unterschiedlicher Farbe der Lichtquellen 3 abgegeben werden, vorgibt. Die externe Steuereinheit 8 speichert die spektralen Empfindlichkeitskurven unterschiedlicher Bildaufnahmemedien, für die die Kontraststeuervorrichtung zur Steuerung des Kontrastumfanges eingesetzt wird, und gibt damit die für das jeweils verwendete Bildaufnahmemedium beste spektrale Verteilung für das Steuerlicht zur Steuerung des Kontrastumfangs des Bildaufnahmemediums vor.
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Die externe Steuereinheit 8 kann als elektronisches Gerät mit diskreter Schaltung aufgebaut sein oder aus einem Computer, Palmtop oder dergleichen bestehen, der mit einer entsprechenden Software betrieben wird.
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Die externe Steuereinheit 8 kann optional oder alternativ zu den mit der zentralen Steuereinheit 61 über die Signaleingänge 91, 92, 93 verbundenen Potentiometern 71, 72, 73 der Vorgabeeinheit 7 zur Vorgabe der Lichtstromanteile der Grundfarben R, G, B bzw. zur entsprechenden Ansteuerung der die Grundfarben R, G, B abgebenden LEDs 30 vorgesehen werden. Bei optionaler Anordnung der externen Steuereinheit 8 kann zusätzlich mittels der Potentiometer 71, 72, 73 ein von der Standardvorgabe der externen Steuereinheit 8 abweichende spektrale Verteilung für die Zusammensetzung des von der Kontraststeuereinheit 6 abgegebenen Steuerlichts, d. h. für die einzelnen Lichtstromanteile der Grundfarben R, G, B eingestellt werden.
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Die zentrale Steuereinheit 61 ist über einen weiteren Signaleingang 95 mit einem an eine Spannungsquelle UB, im Allgemeinen dem Akkumulator des Bildaufnahmegeräts, angeschlossenen Potentiometer 74 verbunden, mit dem die Gesamthelligkeit des von der zentralen Steuereinheit 61 abgegebenen Steuerlichts durch Abgabe eines Gesamt-Stromwertes IGes einstellbar ist. Diese Einstellung hängt von den Helligkeitsunterschieden des aufzunehmenden Objekts ab und ist somit abhängig von dem Motiv und von dem Kontrastumfang bzw. Dynamikbereich des Bildaufnahmemediums.
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Zum Ein- und Ausschalten der Kontraststeuervorrichtung dient der bereits im Zusammenhang mit der Draufsicht auf die Kontraststeuervorrichtung gemäß 1 erwähnte Schalter 9, der die zentrale Steuereinheit 61 mit der Spannungsquelle UB verbindet.
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Ausgangsseitig ist die zentrale Steuereinheit 61 über eine der Anzahl Grundfarben R, G, B der Kontraststeuervorrichtung entsprechende Anzahl Steuerleitungen 96, 97, 98 mit einer Treiberstufe 62 verbunden, die die von der zentralen Steuereinheit 61 abgegebenen Steuersignale für die einzelnen LEDs 30 in die für die LEDs 30 erforderlichen Ströme bzw. Ansteuersignale CR, CG, CB umwandelt. Innerhalb der Treiberstufe 62 wird der an die LEDs 30 abgegebene Strom mit einer Konstantstromquelle auf den gewünschten Wert geregelt, wobei zur Energieeinsparung optional auch ein quasi konstanter Strom durch eine Pulspausen- oder Pulsweitenmodulation erzeugt werden kann. Die Schaltfrequenz der Pulspausen- oder Pulsweitenmodulation ist dabei sehr viel höher als die Bildaufnahmefrequenz des Bildaufnahmegeräts, um Helligkeitsschwankungen im Aufnahmebild zu vermeiden.
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Mit der Reduzierung des Kontrastumfangs des vom aufzunehmenden Objekts erzeugten Bildes durch eine voneinander unabhängige Einstellung der einzelnen Grundfarben R, G, B kann der Kontrastumfang des aufzunehmenden Bildes dem Dynamikbereich des Bildaufnahmemediums angepasst werden, so dass sowohl in den dunklen als auch in den hellen Bildbereichen Details des aufzunehmenden Bildes erkennbar sind. Durch gezielte Veränderung der Grundfarben R, G, B, deren Dynamik über den zulässigen Bereich hinausgeht, wird der Bereich der Anpassung des Kontrastumfangs des Bildaufnahmemediums an den Kontrastumfang des aufzunehmenden Bildes deutlich gegenüber den bekannten Verfahren zur Kontrastreduzierung gesteigert.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren addiert die Kontraststeuervorrichtung dem Bildaufnahmestrahlengang eine nach den einzelnen Grundfarben R, G, B aufgeteilte Lichtmenge möglichst gleichmäßig verteilt im gesamten Bildbereich hinzu, was anhand der in 8 schematisch dargestellten Graustufenskala erläutert werden soll, die links ein weißes Feld, daneben ein hellgraues (hier schraffiert dargestelltes), dann ein dunkelgraues (hier gekreuzt schraffiert dargestelltes) und schließlich rechts ein schwarzes Feld zeigt. Die Graustufenskala steht aus Darstellungsgründen stellvertretend für jede der mit der erfindungsgemäßen Kontraststeuervorrichtung zu steuernde Grundfarbe R, G, B.
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Nimmt man eine solche Graustufen- oder Farbstufenskala mit einer Stehbild- oder Laufbildkamera auf, die als Bildaufnahmemedium entweder einen zu belichtenden Film oder einen elektronischen Bildsensor verwendet, so werden die Grau- oder Farbstufen mittels des Aufnahmeobjektivs in ein Negativbild auf dem Film bzw. in ein Ladungsbild auf dem Bildsensor umgewandelt. So erzeugt beispielsweise ein elektronischer Bildsensor aus dem aufzunehmenden Bild ein digitales Ausgangssignal von der Graustufenskala, für die sich aufgrund der unterschiedlichen Helligkeiten folgende Helligkeitswerte für die einzelnen Flächen der Graustufenskala ergeben würden:
| | Weiß | Hellgrau | Dunkelgrau | Schwarz |
| Pixelwert | 2000 | 200 | 20 | 2 |
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Daraus ergibt sich ein Kontrastumfang von 2.000 (weißes Feld): 2 (schwarzes Feld) bzw. 1.000 : 1. Nimmt man einen Dynamikbereich des elektronischen Bildsensors von 500 : 1 an, so ergibt sich daraus, dass entweder das schwarze oder das weiße Feld bzw. sowohl das schwarze Feld als auch das weiße Feld nicht exakt dargestellt werden. Kontrastarme Strukturen innerhalb des weißen oder schwarzen Feldes bzw. innerhalb beider Felder würden mit den Ausgangssignalen des elektronischen Bildsensors nicht mehr dargestellt werden.
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Legt man über den gesamten Bildbereich der Graustufenskala mittels der Kontraststeuervorrichtung einen gleichmäßigen Lichtanteil von beispielsweise sechs Einheiten, so ergibt sich folgende Tabelle:
| | Weiß | Hellgrau | Dunkelgrau | Schwarz |
| Pixelwert | 2000 | 200 | 20 | 2 |
| Steuerlicht | 6 | 6 | 6 | 6 |
| Summe | 2006 | 206 | 26 | 8 |
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Daraus ergibt sich ein Kontrastumfang von 2.006 (weißes Feld): 8 (schwarzes Feld) oder angenähert 250 : 1, so dass durch die Hinzufügung des Steuerlichts der Kontrastumfang des vom elektronischen Bildsensor aufzunehmenden Bildes in den Dynamikbereich des elektronischen Bildsensors von 500 : 1 verlagert wurde.
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Die vorstehenden Zahlenwerte sind lediglich zur Beschreibung der Verhältnisse gewählt und sollen keinesfalls Verhältnisse an einem bestimmten Sensor darstellen, da diese Werte von Sensor zu Sensor erheblich abweichen.
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Das vorstehende Beispiel zeigt auch, dass durch gezielte Hinzufügung von nach Grundfarben R, G, B aufgeteilten Anteilen des Steuerlichts eine optimale Anpassung an den Dynamikbereich des Bildaufnahmemediums möglich ist, da mit einer entsprechenden Einstellung der durch das Steuerlicht hinzuzufügenden Einheiten am Lichtanteil des gesamten Steuerlichts der Dynamikbereich des Bildaufnahmemediums sehr viel besser ausgeschöpft werden kann als es beim vorstehenden Beispiel der Fall ist. Durch entsprechende Anpassung der Sollwerte für die Helligkeit der Grundfarben R, G, B bzw. für die Lichtstromanteile der Grundfarben R, G, B an der Lichtmischung des Steuerlichts an die spektrale Empfindlichkeit des Bildaufnahmemediums ist somit eine Optimierung des aufzunehmenden Bildes unter Berücksichtigung des Kontrastumfangs des Bildaufnahmemediums gewährleistet.
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9 zeigt in einem schematischen Balkendiagramm den Kontrastumfang bzw. Dynamikbereich eines elektronischen Bildsensors bei unterschiedlichen Lichtintensitäten jeweils ohne und mit einer Kontraststeuereinheit bei einer in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel angenommenen Hinzufügung von sechs Einheiten des Steuerlichts zum Bildaufnahmestrahlengang. Diese Darstellung verdeutlicht die Anpassung bzw. Steigerung des Kontrastumfangs unter Einbeziehung einer Kontraststeuervorrichtung gegenüber dem physikalisch vorgegebenen Dynamikbereich des elektronischen Bildsensors ohne Verwendung einer Kontraststeuervorrichtung.
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In 10 ist ein Blockschaltbild einer Erweiterung der in 7 anhand eines Blockschaltbilds dargestellten Kontraststeuereinheit zu einer Kontrastregeleinheit dargestellt.
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Die Kontrastregeleinheit gemäß 10 unterscheidet sich von der Kontraststeuereinheit gemäß 7 durch die zusätzliche Anordnung einer Sensoreinrichtung 63 mit einer der Anzahl Grundfarben entsprechenden Sensoren 631, 632, 633, die den Istwert der Helligkeit der einzelnen Grundfarben ermitteln und als Istwerte der Grundfarben-Helligkeit SA, SG, SB der einzelnen Grundfarben an die zentrale Steuereinheit 61 abgeben. Die einzelnen Sensoren 631, 632, 633 ermitteln die Helligkeit der von den einzelnen Teillichtquellen abgegebenen Grundfarben innerhalb des lichtdurchlässigen Elements bzw. der Glasscheibe oder sind rechtwinklig dazu in Richtung der Bildaufnahmeinrichtung, das heißt parallel zum Bildaufnahmestrahlengang, ausgerichtet.
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Durch die Erweiterung der Kontraststeuereinheit zu einer Kontrastregeleinheit können Unterschiede in den Lichtquellen der Kontraststeuereinheit erfasst und ausgeglichen werden, so das unabhängig von der jeweils eingesetzten Baueinheit eine Normierung der Kontrastregeleinheiten gewährleistet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rahmen
- 2
- Glasscheibe
- 3
- Lichtquelle
- 4
- Diffusor
- 5
- Elektronikboard
- 6
- Kontraststeuereinheit
- 7
- Vorgabeeinheit
- 8
- externe Steuereinheit
- 9
- Schalter
- 10
- Rahmenerweiterung
- 11
- bogenförmiger Steg oder Bügel
- 12
- Filter
- 13
- Filterhalter
- 14
- Sonnenblende
- 15
- Befestigungseinrichtung
- 16
- Klemmvorrichtung
- 17
- Befestigungsflansch
- 30
- Teillichtquellen
- 61
- zentrale Steuereinheit
- 62
- Treiberstufe
- 63
- Sensoreinrichtung
- 71, 72, 73
- Potentiometer
- 74
- Potentiometer
- 91, 92, 93
- Signaleingänge
- 94
- serielles Interface oder drahtlose Schnittstelle
- 95
- Weiterer Signaleingang
- 96, 97, 98
- Steuerleitungen
- 631,632,633
- Sensoren
- IGes
- Gesamt-Stromwert
- R, G, B
- Grundfarben
- CR, CG, CB
- Steuersignale
- SR, SG, SB
- Sensorsignale
- UB
- Spannungsquelle
