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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Videoüberwachungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Videoüberwachungseinrichtungen dienen zur Fernüberwachung von Objekten am Tag und während der Nacht. Um die von der Videoüberwachungseinrichtung übermittelten Bilder sicher auswerten zu können, ist eine optimale Bildqualität erforderlich, die eine optimale Belichtung der Bilder voraussetzt.
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Gleichzeitig wird aber auch ein geringer Energiebedarf angestrebt, wenn keine Netzversorgung zur Verfügung steht.
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Aus der
WO 2008/064270 A2 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Überwachungskamera, bestehend aus wenigstens einer digitalen Kamera, einem Ereignissensor und einem Netzwerk bekannt. Es wird ein Energieeinsparungsverfahren für eine batteriebetriebene Videoüberwachungseinrichtung beschrieben, bei welchem eine Lichtquelle durch eine Steuerschaltung der digitalen Kamera gepulst ein- und ausgeschaltet wird. Dabei sind die Ein- und Ausschaltpulse mit einer Belichtungsphase innerhalb der Bildwechselperiode der digitalen Kamera synchronisiert.
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Aus der
WO 2005/012997 A2 ist es bekannt, die Lichtpulsdauer von LEDs durch sorgfältige Berechnung der Empfindlichkeit und erforderlichen Belichtungszeit, die ein Bildsensor für eine erfolgreiche Belichtung benötigt, zu minimieren. Eine Belichtungssteuerung wird hier für eine gewünschte Sättigung sowie einen Farbton der Aufnahme bereitgestellt. Die LEDs werden in Abhängigkeit von einem Taktereignis gepulst, welches durch den Rücklauf eines Videosignals synchronisiert ist.
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Aus der
DE 40 11 842 A1 ist eine Beleuchtungseinrichtung für einen CCD-Bildaufnehmer bekannt, bei der die Bildwechselperiode mit den Ein- und Ausschaltimpulsen der Beleuchtungseinrichtung synchronisiert ist. Dioden und Gruppen von Dioden können selektiv angesteuert werden.
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Schließlich ist noch aus der
US 6 549 239 B1 ein Verfahren zur Steuerung einer digitalen Kamera bekannt, wobei dort eine Lichtquelle synchronisiert zur Belichtungsphase gepulst wird. Weiterhin ist offenbart, dass die Intensität der Lichtquelle in Abhängigkeit der Kontrasteinstellung gesteuert werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer Videoüberwachungseinrichtung so auszuführen, dass unter allen möglichen Umgebungslichteinflüssen eine optimale Bildqualität in wenigstens einem Bildausschnitt bei geringst möglichem Energiebedarf realisiert wird.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale dieses Anspruchs gelöst.
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Weiterbildung und vorteilhafte Ausgestaltungenergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die besonders energieintensive Lichtquelle zur Belichtung während der Nacht mit Energie über einen Akku, eine Batterie, über Fernspeisung oder den Ethernetanschluss der Videoüberwachungseinrichtung gespeist. Nach den Spezifikationen für Energiespeisung über Ethernetanschlüsse (Power over Ethernet) ist von einer durchschnittlichen Versorgungsleistung von 12,95 Watt und einer maximalen Versorgungsleistung von 15,4 Watt auszugehen. Diese Leistung wäre aber unzureichend für die energieintensive Versorgung einer Lichtquelle im Dauerbetrieb, um auch weiter von der Kamera entfernte Objekte für eine ausreichende Belichtung der von der Kamera erfassten Bilder zu beleuchten.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es aber, durch gepulstes Ein- und Ausschalten der Lichtquelle für eine ausreichende Beleuchtung der aufzunehmenden Objekte zu sorgen, ohne dass dabei die durchschnittliche oder maximale Leistung des Akkus, der Batterie, der Fernspeisung oder der über den Ethernetanschluss übertragenen Energie überschritten wird. Dabei werden die Ein- und Ausschaltpulse mit einer Belichtungsphase innerhalb der Bildwechselperiode der digitalen Kamera synchronisiert, so dass die Lichtquelle immer in dem Zeitraum der Belichtungsphase der digitalen Kamera aktiviert ist. Während der übrigen Zeit, in der die im Bildsensor der digitalen Kamera gespeicherten Bildinformationen abgerufen und verarbeitet werden, ist die Lichtquelle hingegen ausgeschaltet. Die zur Verfügung gestellte Energie wird somit nur für den Zeitraum genutzt, in dem auch tatsächlich eine Belichtung stattfindet, so dass dadurch eine wesentlich höhere Effizienz erreicht werden kann, als wenn die Lichtquelle auch während der üblichen Zeit, in der sie nicht genutzt wird, eingeschaltet bliebe. Auch bei Energieübertragung über lange Leitungen, Fernspeisung genannt, ergibt sich bei hohem Stromverbrauch ein entsprechend hoher Spannungsabfall, was zum Nichtfunktionieren des angeschlossenen Gerätes führen würde.
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Außerdem wird durch die Steuerschaltung der digitalen Kamera eine für eine kontrastreiche Aufnahme in wenigstens einem ausgewählten Bildausschnitt erforderliche Lichtmenge und daraus ein zur Erreichung der erforderlichen Lichtmenge bemessenes Puls-Pausen-Verhältnis zwischen Einschalt- und Ausschaltpulsen der wenigstens einen Lichtquelle ermittelt werden, wobei die Einschaltpulsdauer der Lichtquellen kürzer als die Dauer der Belichtungsphase innerhalb der Bildwechselperiode der digitalen Kamera ist.
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So wird annähernd stufenlos die erforderliche Lichtmenge durch Anpassung des Puls-Pausen-Verhältnisses der Einschaltdauer der Lichtquellen zu steuern und so die Energieeffizienz wie auch die Lebensdauer der Lichtquellen zu optimieren.
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Dabei wird die erforderliche Lichtmenge durch Kontrastauswertung des wenigstens einen ausgewählten Bildausschnitts zuvor erfasster Bilder ermittelt werden.
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Es wird auf diese Weise sichergestellt, dass der ausgewählte Bildausschnitt, in dem zum Beispiel eine besonders relevantes Ereignis im Rahmen der Überwachung stattfinden kann, zeitnah optimal belichtet wird, so dass er im Idealfall ohne weitere Nachbearbeitung ausgewertet werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung kann durch die Steuerschaltung der digitalen Kamera eine zur Steuerung der erforderlichen Lichtmenge ermittelte Anzahl aus einer Gesamtzahl von Lichtquellen gleichzeitig angesteuert und gepulst ein- und ausgeschaltet werden.
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In diesem Fall kann die Lichtmenge proportional zur Zahl der gleichzeitig angesteuerten Lichtquellen dosiert werden. Die Lichtquellen selbst, zum Beispiel Leuchtdioden, können dabei in ihrem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden, indem ein maximaler Wirkungsgrad der Lichtausbeute gegenüber der eingesetzten elektrischen Energie besteht.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Nutzungsdauer der Lichtquellen an einander angeglichen werden, indem die Ansteuerung der Lichtquellen bei weniger als der Gesamtzahl gleichzeitig angesteuerter Lichtquellen im Wechsel gleichmäßig auf alle Lichtquellen der Gesamtzahl verteilt wird.
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Dadurch wird eine gleichmäßige Belastung aller vorhandener Lichtquellen der Gesamtzahl der Lichtquellen erzielt, wodurch einem vorzeitigen Ausfall oder einer Beeinträchtigung der Leistungsabgabe einzelner Lichtquellen vorgebeugt wird.
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Im Falle, dass die erforderliche Lichtmenge übertroffen wird, kann diese Lichtmenge durch Reduziermittel aus der Menge Blende und Filter reduziert werden, indem einzelne oder eine Kombination der Reduziermittel mittels durch die Steuerschaltung der wenigstens einen digitalen Kamera gesteuerter Aktoren mechanisch teilweise oder ganz in den Strahlengang der wenigstens einen digitalen Kamera eingeführt werden.
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Bei der die erforderliche Lichtmenge übertreffenden Lichtmenge kann es sich um direkte Sonneneinstrahlung handeln, die zum Beispiel durch ein Graufilter gedämpft wird, oder auch um partielle Einstrahlungen infolge Reflektionen an spiegelnden Flächen oder auch künstliche oder natürliche Lichtquellen, die nur ein Teil des Bildes überstrahlen würden.
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Gemäß einer Weiterbildung können zusätzlich mehrere Bilder mit von der erforderlichen Lichtmenge abweichender Lichtmenge erfasst und in der Kamera zwischengespeichert werden. Anschließend kann auf den zwischengespeicherten Bildern ein resultierendes Bild erzeugt werden, indem über- und unterbelichtete Bildausschnitte einzelner Bilder durch kontrastreiche Bildausschnitte anderer Bilder ersetzt werden.
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Auf diese Weise ist es möglich, ein Gesamtbild zu schaffen, in dem keine überbelichteten und unterbelichteten Bereiche mehr auftreten, sondern ein gleichmäßiger Kontrast zur Identifizierung sämtlicher Details herrscht.
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Weiterhin kann mittels wenigstens eines internen Ereignissensors und/oder eines externen Ereignissensors, der nahe eines im ausgewählten Bildausschnitt liegenden mutmaßlichen Ereignisortes angeordnet ist, die wenigstens eine digitale Kamera bei Eintritt eines Ereignisses von einem energiesparenden Ruhezustand in einen Betriebszustand gesetzt werden und nach Ende des Ereignisses mit oder ohne Zeitverzögerung in den Ruhezustand gesetzt werden.
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Weiterhin kann mittels der Steuerschaltung nach Setzen der wenigstens einen digitalen Kamera in den Betriebszustand anschließend eine Bildanalyse des Ereignisses durchgeführt werden und bei Bestätigung des Ereignisses der Betriebszustand aufrechterhalten werden, während die digitale Kamera bei Nichtbestätigung des Ereignisses in den Ruhezustand gesetzt wird.
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Mit diesen Maßnahme ist es möglich, den Gesamtenergiebedarf weiter zu senken, indem die energieintensiven Komponenten der Videoüberwachungseinrichtung nur dann aktiviert und gegebenenfalls weiterbetrieben werden, wenn für die Überwachung relevante Ereignisse eintreten. Durch die Anordnung der externen Ereignissensoren an mutmaßlichen Ereignisorten wird dabei eine gezielte Überwachung sichergestellt und eine eventuell durch andere Störeinflüsse ausgelöste unnötige Aktivierung vermieden.
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Von den Ereignissen können solche aus der Menge Helligkeitsänderungen, Schalländerungen, Temperaturänderungen und Bewegungen ausgewertet werden.
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Durch auf mögliche relevante Ereignisse abgestimmten Einsatz von physikalischen Änderungen können für die Überwachung relevante Ereignisse schärfer selektiert und unnötige Aktivierungen der digitalen Kamera vermieden werden.
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Weiterhin kann mittels der Steuerschaltung in Abhängigkeit der von einem Sensor erfassten Umgebungshelligkeit bei geringer Umgebungshelligkeit eine digitale Schwarz-Weiß-Kamera oder bei hoher Umgebungshelligkeit eine digitale Farb-Kamera der wenigstens einen digitalen Kamera selektiert werden.
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An sich liefern Farbkameras mehr Informationen als Schwarz-Weiß-Kameras, Farb-Kameras benötigen aber eine höhere Umgebungshelligkeit als Schwarz-Weiß-Kameras. Um stets eine unter den gegebenen Lichtverhältnissen optimale Bildwiedergabe zu erzielen, wird zwischen beiden digitalen Kameraarten umgeschaltet, wobei der die Umgebungshelligkeit erfassende Sensor dafür sorgt, dass ausschließlich die Umgebungshelligkeit ein Umschaltkriterium bildet und nicht das Licht einer zufällig in den Erfassungsbereich einer der beiden Kameras fallende Lichtquelle.
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Außerdem können Leistungsspitzen der Lichtquellen und/oder Aktoren durch einen Akku oder einen Kondenstor gepuffert werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.
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Darin zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer Videoüberwachungseinrichtung und
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2 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung einer Belichtungsphase der digitalen Kamera und Ein- und Ausschaltpulse der Lichtquelle bei konstantern Einschaltpulsen und
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3 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung einer Belichtungsphase der digitalen Kamera und Ein- und Ausschaltpulse der Lichtquelle bei variablen Einschaltpulsen
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1 zeigt ein Blockschaltbild einer Videoüberwachungseinrichtung, bestehend aus einer Kamera- und Beleuchtungseinrichtung 10 sowie einer externen Sensoranordnung 11.
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Die Kamera- und Beleuchtungseinrichtung 10 umfasst eine Schwarz-Weiß-Kamera 12, eine Farb-Kamera 16, eine Mehrzahl von Lichtquellen 18, 18', eine Steuerschaltung 14, einen Datenspeicher 24, einen Energiepuffer 22, einen Ethernetanschluss 20, einen Umgebungslichtsensor 34, einen Sensorempfänger 26 sowie einen Aktor 30 mit Blenden 32 und 36 sowie einem Graufilter 35.
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Die Sensoranordnung 11 umfasst Helligkeitssensoren 40 und 44 sowie Sensoren aus der Menge Schallsensor, Temperatursensor, Bewegungssensor, die beispielhaft an einem Sensor 48 dargestellt sind. Die Sensoren 40, 44, 48 sind jeweils mit Sendern 38, 42 und 46 verbunden und die entsprechenden Sensorsignale werden über die Sender 38, 42, 46 an den Sensorempfänger 26 der Kamera- und Beleuchtungseinrichtung 10 übertragen.
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Bildfolgen, die von der Schwarz-Weiß-Kamera 12 oder der Farb-Kamera 16 empfangen werden, werden von der Steuerschaltung 14 verarbeitet und komprimiert und anschließend über den Ethernetanschluss 20 zu einer Empfangsstation fernübertragen. Über denselben Ethernetanschluss 20 erfolgt auch die Energieversorgung sämtlicher in der Kamera- und Beleuchtungseinrichtung 10 angeordneten Komponenten. Die Umgebungshelligkeit wird durch den Umgebungslichtsensor 34 erfasst und an die Steuerschaltung 14 übermittelt. Die Steuerschaltung wählt anhand der Umgebungshelligkeit aus, welche der beiden digitalen Kameras 12 oder 16 selektiert wird. Bei hoher Umgebungshelligkeit wird die digitale Farb-Kamera 16 selektiert, während bei niedriger Umgebungshelligkeit die digitale Schwarz-Weiß-Kamera 12 selektiert wird.
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Wenn keine relevanten Überwachungsereignisse vorliegen, befinden sich die digitale Farbkamera 16 und die digitale Schwarz-Weiß-Kamera 12 sowie auch die übrigen Komponenten mit Ausnahme des Sensorempfängers 26 in einem Ruhezustand. Relevante Ereignisse werden von den Sensoren 40, 44, 48 der Sensoranordnung 11 an Orten überwacht, die mutmaßliche Ereignisorte sein können. Mit den Helligkeitssensoren 40 und 44 können Helligkeitsänderungen an besagten Orten überwacht werden und mit dem allgemeinen Sensor 48, stellvertretend für eine Mehrzahl unterschiedliche Sensoren für Schalländerungen, Temperaturänderungen oder Bewegungen. Sensorsignale werden dann über die nachgeordneten Sender 38, 42 und 46 zum Sensorempfänger 26 übertragen und aktivieren über die Steuerschaltung 14 die Farb-Kamera 16 oder die Schwarz-Weiß-Kamera 12 und setzen diese von einem Ruhezustand in einen Betriebszustand.
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Für den Fall, dass der Umgebungslichtsensor 34 eine geringe Umgebungshelligkeit ermittelt, wird die Schwarz-Weiß-Kamera 12 selektiert. Über die Steuerschaltung 14 wird die für eine kontrastreiche Aufnahme erforderliche Lichtmenge ermittelt. Reicht die natürliche Lichtmenge aus der Umgebung nicht aus, werden die Lichtquellen 18, 18 angesteuert, um durch Beleuchtung des Objektes die natürliche Lichtmenge aus der Umgebung am Ort des Objektes so weit zu ergänzen, dass die für eine kontrastreiche Aufnahme erforderliche Lichtmenge erreicht wird.
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Dies kann durch Aktivieren und gepulstes Ein- und Ausschalten einer Anzahl von Lichtquellen 18, 18' aus einer Gesamtanzahl stufenweise erfolgen oder durch Steuerung des Puls-Pausen-Verhältnisses zwischen Einschaltpuls und Ausschaltpuls der Lichtquellen 18, 18', so dass sie nur während einer Belichtungsphase der digitalen Schwarz-Weiß-Kamera 12 eingeschaltet sind. Während des Einschaltpulses können die Lichtquellen 18, 18' kurzzeitig eine höhere elektrische Eingangsleistung beanspruchen, als über den Ethernetanschluss 20 im Durchschnitt zur Verfügung gestellt wird. Zum Ausgleich der Spitzenleistung der Lichtquellen 18, 18' oder des Aktors 30 dient ein Puffer 22, der als Kondensator oder Akku ausgebildet sein kann.
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Vorzugsweise wird die für eine kontrastreiche Aufnahme erforderliche Lichtmenge rechnerisch durch den Steuerrechner 14 so ermittelt, dass ein maximaler Kontrast in einem ausgewählten Bildausschnitt entsteht, der auf besonders relevante Bereiche des zu überwachenden Objektes ausgerichtet ist. Dabei kann es vorkommen, dass andere Bildausschnitte über- oder unterbelichtet werden. Um einen ausgeglichenen optimalen Kontrast im Gesamtbild zu erreichen, werden mehrere Bilder im Speicher 24 zwischengespeichert und anschließend aus den zwischengespeicherten Bildern ein resultierendes Bild erzeugt, in dem über- und unterbelichtete Bildausschnitte durch kontrastreiche Bildausschnitte anderer Bilder ersetzt werden.
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Im Falle einer hohen Umgebungshelligkeit wird mittels des Umgebungslichtsensors 34 und der Steuerschaltung 14 die digitale Farb-Kamera 16 aktiviert. Im Gegensatz zur digitalen Schwarz-Weiß-Kamera 12 liefert diese Kamera durch die Farbe zusätzliche Bildinformationen, setzt aber eine höhere Umgebungshelligkeit voraus, damit diese zusätzlichen Informationen nutzbar werden. In diesem Fall können die Lichtquellen ausgeschaltet bleiben.
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Bei hoher Umgebungshelligkeit durch starke Sonneneinstrahlung besteht aber die Gefahr, dass durch direkte Sonneneinstrahlung oder durch Spiegelungen an spiegelnden Oberflächen Bildbereiche überbelichtet werden. In diesem Fall können gesteuert durch die Steuerschaltung 14 mittels eines Aktors 30 Blenden 32 und 36 oder ein Graufilter 35 in den Strahlengang der digitalen Farb-Kamera 16 eingefügt werden. Beispielhaft sind für die Blenden eine Blende 32 für von oben kommende Strahlung und eine Blende 36 für von unten kommende Strahlung vorgesehen. Denkbar sind auch weitere Blenden, die von der Seite eingeschoben werden können. Diese Maßnahmen unterstützen die in der digitalen Farb-Kamera 16 regulär vorhandenen Blenden, um gezielt einem übermäßigen Lichteinfall entgegenzuwirken, der von der regulären Blende nicht kompensiert werden kann.
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Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, können entsprechende Blenden mittels eines zusätzlichen Aktors auch in den Strahlengang der digitalen Schwarz-Weiß-Kamera 12 eingeschoben werden, zum Beispiel bei Fremdlicht, Spiegelungen von Fremdlicht an einer spiegelnden Oberfläche oder durch Mondlicht.
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2 und 3 zeigen einen zeitlichen Ablauf der Bildaufnahme und Beleuchtung während 3 Bildwechselperioden einer digitalen Schwarz-Weiß-Kamera 12.
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In den Abschnitten A und B sind jeweils Bildwechselperioden 50, 50' und 50'' dargestellt. Diese Bildwechselperioden 50, 50' und 50'' sind jeweils unterteilt in Belichtungsphasen 52, 52', 52'', Erfassungsphasen 54, 54', 54'' und Verarbeitungsphasen 56, 56' und 56''. Auf der y-Achse im Abschnitt A ist jeweils der Ladungszustand einer Bildsensorzelle über der Zeit dargestellt. Im Abschnitt B ist die Lichtmenge angegeben, die zu einer entsprechenden Ladung einer Bildsensorzelle der digitalen Schwarz-Weiß-Kamera 12 führt.
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Dargestellt sind hier drei verschiedene Restlichtmengen 58, 58' und 58'', die ihre Ursache in unterschiedlichen Umgebungshelligkeiten haben. Diese Lichtmengen werden durch zusätzliche Lichtmengen 60, 60' und 60'' der Lichtquellen 18, 18' ergänzt, so dass die resultierende Lichtmenge aus Restlicht und von den Lichtquellen 18, 18' erzeugtem Licht die für eine kontrastreiche Aufnahme erforderliche Lichtmenge liefert.
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In 2 ist davon ausgegangen, dass die Einschaltpulsdauer der Lichtquellen 18, 18' gleich der Dauer der Belichtungsphase 52, 52', 52'' innerhalb der Bildwechselperiode 50, 50' und 50'' der digitalen Schwarz-Weiß-Kamera 12 ist.
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Alternativ dazu zeigt 3 eine Darstellung, bei der die Einschaltpulsdauer 62, 62' und 62'' der Lichtquellen 18, 18' kürzer als die Dauer der Belichtungsphase 52, 52', 52'' ist und die Ergänzung der Restlichtmenge aufgrund der Umgebungshelligkeit bis zur erforderlichen Lichtmenge durch entsprechende Wahl des Pulspausenverhältnisses zwischen Einschalt- und Ausschaltpulsen der Lichtquellen 18, 18' gewählt wird. Die Einschaltpulse 62, 62' und 62'' führen zu einem diskontinuierlichen Anstieg der Ladungen auf den Bildsensorzellen. Letztendlich werden aber die gleichen Ladungszustände im Sinne einer Erreichung der durchschnittlich erforderlichen Lichtmenge erzielt. Die durch die Einschaltpulse 62, 62' und 62'' zusätzlich gelieferten Lichtmengen entsprechen jeweils über die Belichtungsphasen 52, 52', 52'' gemittelt den Lichtmengen 64, 64' und 64''.
