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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Pulsbeleuchtung für ein Bildverarbeitungssystem.
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In der industriellen Bildverarbeitung wird zur Beleuchtung häufig eine gepulste Lichtquelle, oft auch Stroboskop oder stroboskopische Lichtquelle genannt, eingesetzt. Bei Belichtungszeiten der Bildsensoren von typischerweise 1 Millisekunde und darunter und Bildfolgezeiten von typisch mehreren 10 bis 100 Millisekunden ergeben sich eine Reihe von Vorteilen, wie bessere Energieausnutzung, geringere Wärmeentwicklung, höhere Lebensdauer der Beleuchtung, während der Pulsdauer höhere Lichtleistung, kompaktere Bauform usw.
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Beispielsweise wird in der
DE 10359723 A1 die stroboskopische Beleuchtung eines Wafers für die Auswertung mit einem Bildverarbeitungssystem beschrieben.
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Aus der Studio-Fotografie ist eine Technik bekannt, bei der ein sehr heller Blitz für die eigentliche Aufnahme des Fotos kombiniert wird mit einem Dauerlicht, das hilfreich ist für die Einstellung der Kamera und der Beobachtung des Motivs. Ein Verfahren für ein verbessertes Studiolicht, das mit einem LED-Blitz arbeitet, ist aus der
DE 10 2005 058 877 A1 bekannt.
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Als Blitzlichtquelle können dabei verschiedenste Lichtquellen in Betracht kommen. Häufig wird eine LED verwendet. Bei Leuchtdioden ist ein Pulsbreiten-(PWM)-Verfahren zur Helligkeitsregelung bekannt, das mit periodischen Impulsen arbeitet. Ein integrierter Baustein, mit dem ein solches Verfahren realisiert werden kann, ist z. B. der LM3402 von National Semiconductor.
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In der
DE 10 2009 035 698 A1 wird ein Blitzlichtgerät offenbart, das eine erste Lichtquelle, die zum Erzeugen eines Blitzes ausgebildet ist, und eine zweite Lichtquelle, die ebenfalls zum Erzeugen eines Blitzes ausgebildet ist, umfasst, wobei die zweite Lichtquelle zur Ausgabe eines Dauerlichts, insbesondere eines Einstelllichts ausgebildet ist. Diese Druckschrift geht davon aus, dass zwei räumlich getrennte Lichtquellen zum Erzeugen der Blitze verwendet werden müssen.
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Die
DE 198 42 367 B4 offenbart eine Blitzlichtanlage mit zumindest einem Blitzgerät für Fotokameras. Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird durch Lichtmessung durch das Objektiv einer Kamera die effektive Verschlusszeit ermittelt. Dadurch kann der Fotograf mit einer Fotokamera mit Schlitzverschluss mit einer kürzeren Verschlusszeit als der sogenannten Blitzsynchronzeit, bei welcher der Verschluss bei der Blitzzündung das gesamte Bildfenster freigibt, fotografieren. Bei solchen ultrakurzen Verschlusszeiten läuft ein aus zwei Verschlussvorhängen gebildeter Schlitz quer über das Bildfenster der Kamera. Durch Ermittlung der tatsächlichen Verschlussdauer kann die Steuerzentrale ein Blitzgerät oder mehrere Blitz-geräte derart zünden, dass über den gesamten Zeitraum des Verschlussablaufs ein Blitz leuchtet. Mehrere Blitzgeräte können von der Steuerzentrale derart regelmäßig nacheinander gezündet werden, dass ein Dauerlichteffekt erzielt, und eine gleichmäßige Belichtung des Bildträgers gewährleistet wird.
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Die Druckschrift behandelt in dieser besonderen Ausführungsform das Problem, dass bei ultrakurzen Verschlusszeiten ein aus zwei Verschlussvorhängen gebildeter Schlitz quer über das Bildfenster der Kamera läuft und dabei durch das aufeinanderfolgende Zünden mehrerer Blitzgeräte nacheinander, die jeweils einen Blitz erzeugen, der kürzer als der gesamte Verschlussablauf ist, gewährleistet wird, dass über den gesamten Verschlussablauf eine Belichtung des aufgenommenen Bildes stattfindet. Es werden dabei also während der Aufnahme eines Bildes und des zugehörigen Verschlussablaufs, in dem sich der Belichtungsschlitz einmal über das Bildfenster bewegt, schnell aufeinanderfolgend mehrere, kurze Blitze zum Beleuchten des Objekts für das Aufnehmen des Bildes erzeugt, damit das gesamte Bild über den gesamten Verschlussablauf beleuchtet und aufgenommen wird.
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Bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Verfahren werden also Bildblitze für die Bildverarbeitung (Bildaufnahme) erzeugt, und zwar derart, dass eine ”Dauer”-Beleuchtung des Bildfensters, d. h. des Bildaufnahmesensors, während der Dauer eines Verschlussablaufs zum Aufnehmen eines Bildes erzielt wird.
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Wenn bei der Anwendung einer gepulsten Lichtquelle, z. B. in der Produktion oder Verarbeitung von Gütern, neben einer solchen gepulsten Beleuchtung allerdings Menschen beschäftigt sind, ist ein solches Blitzlicht wegen der oft hohen Lichtintensitäten meist störend, wenn nicht sogar medizinisch und arbeitsrechtlich bedenklich. Eine mögliche Abhilfe sind Abschirmungen und Abschattungen des beleuchteten Gebiets und zusätzliche Arbeitsraumbeleuchtungen, die aber oft nur unbefriedigende Resultate bringen oder aus produktionstechnischen Gesichtspunkten nicht oder nur zum Teil eingesetzt werden können.
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Aus der
DE 10 2009 039 875 A1 ist ein Verfahren zur berührungslosen Dichtigkeitsprüfung von gefüllten und verschlossenen Packmitteln, beispielsweise von Kunststoffflaschen in der Getränkeindustrie, bekannt, bei dem ein Objekt mittels einer gepulsten Blitzlichtquelle mit Blitzimpulsen beleuchtet wird und für die Bildverarbeitung Bilder des mit den Blitzimpulsen beleuchteten Objekts mittels eines Bildsensors aufgenommen werden. Die Druckschrift beschreibt eine Dichtigkeitsprüfung durch Beaufschlagung eines Packmittelbereichs des jeweiligen Packmittels in wenigstens einem Prüf- oder Messschritt mit mindestens einem von einem Druckmediumstrahl erzeugten Druckmediumimpuls und durch Erfassung der hierbei verursachten Verformung des Packmittelbereichs mit wenigstens einer optoelektrischen Sensoreinheit und durch Auswertung der von der optoelektrischen Sensoreinheit gelieferten, der Verformung des jeweiligen Packmittelbereichs entsprechenden Daten.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Pulsbeleuchtung für ein Bildverarbeitungssystem zu schaffen, das für den Menschen weniger störende Helligkeitsschwankungen aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des beigefügten Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung mit zugehörigen Zeichnungen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Pulsbeleuchtung für ein Bildverarbeitungssystem, bei dem ein Objekt mittels einer gepulsten Blitzlichtquelle mit Blitzimpulsen beleuchtet wird und für die Bildverarbeitung Bilder des mit den Blitzimpulsen beleuchteten Objektes mittels eines Bildsensors aufgenommen werden, wobei das Objekt und/oder die Umgebung des Objektes zusätzlich zu den Blitzimpulsen für die Bildverarbeitung, die als Bildblitze bezeichnet werden, mit Blitzimpulsen, die als Beleuchtungsblitze bezeichnet werden, beleuchtet wird, weist also die Besonderheit auf, dass die Beleuchtungsblitze derart gestaltet sind, dass sie für eine anwesende Person eine scheinbare Dauerlichtbeleuchtung des Objektes und/oder der Umgebung ergeben, und die Beleuchtungsblitze mittels derselben Blitzlichtquelle wie die Bildblitze erzeugt werden.
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Eine entsprechende erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Pulsbeleuchtung für ein Bildverarbeitungssystem umfasst eine gepulste Blitzlichtquelle zum Beleuchten eines Objekts mit Blitzimpulsen als Bildblitzen für die Bildverarbeitung und einen Bildsensor zum Aufnehmen von Bildern des mit den Bildblitzen beleuchteten Objektes, weist zusätzlich zu einer Einrichtung zum Erzeugen der Blitzimpulse für die Bildverarbeitung, die als Bildblitze bezeichnet werden, eine Einrichtung zum Beleuchten des Objekts und/oder der Umgebung mit Blitzimpulsen, die als Beleuchtungsblitze bezeichnet werden, auf, und weist die Besonderheit auf, dass die Beleuchtungsblitze derart gestaltet sind, dass sie für eine anwesende Person eine scheinbare Dauerlichtbeleuchtung des Objektes und/oder der Umgebung ergeben, und die Beleuchtungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Beleuchtungsblitze mittels derselben Blitzlichtquelle wie die Bildblitze erzeugt werden.
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Bei der Erfindung wird eine gepulste Beleuchtung so bereitgestellt und angesteuert, dass neben den für die übliche Arbeitsweise erforderlichen intensiven Lichtpulsen als Blitzimpulsen für die Bildverarbeitung (Bildblitzen) durch Beleuchten des Objekts und/oder der Umgebung mit zusätzlichen Blitzimpulsen (Beleuchtungsblitzen) zusätzliches Licht für die Beleuchtung erzeugt wird, sodass die Beleuchtung für den Menschen wie ein Dauerlicht und nicht wie ein stroboskopisches Blitzlicht erscheint.
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Dies erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass zusätzlich eine Beleuchtung des Objektes und/oder der Umgebung mit zusätzlichen Beleuchtungsblitzen durchgeführt wird, wobei die Beleuchtungsblitze derart gestaltet sind, dass sie für eine anwesende Person eine scheinbare Dauerlichtbeleuchtung des Objektes und/oder der Umgebung ergeben. Mit der vorliegenden Erfindung kann der Vorteil einer gepulsten Beleuchtung genutzt werden, wobei diese für den Menschen aber als Dauerlicht erscheint. Das ist wesentlich angenehmer und medizinisch sicher unbedenklich.
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Gegenüber dem reinen Dauerlicht hat das erfindungsgemäße Verfahren Vorteile. Beispielsweise ergibt sich bei einer typischen Dimensionierung der periodischen Beleuchtungsblitze mit einer Länge von 41 μsec und einer Impulsfrequenz von 2,4 kHz bei Verwendung einer LED-Beleuchtung ein Energieverbrauch von nur 10% im Vergleich zum Dauerlicht. Die Verlustwärme der Beleuchtung sinkt und ihre Lebensdauer steigt entsprechend.
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Prinzipiell können die Bildblitze und die Beleuchtungsblitze mit derselben Blitzlichtquelle oder mit verschiedenen Blitzlichtquellen erzeugt werden. Wenn sie mit verschiedenen Blitzlichtquellen erzeugt werden, kann es zweckmäßig sein, die unterschiedlichen Blitzlichtquellen mit einer gemeinsamen Steuerung anzusteuern oder zu synchronisieren. Die erfindungsgemäße, bevorzugte Ausführungsform zur Minimalisierung des Aufwandes besteht darin, dass die Beleuchtungsblitze mittels derselben Blitzlichtquelle wie die Bildblitze erzeugt werden. In diesem Fall überlagern sich auch die Bildblitze und die Beleuchtungsblitze räumlich in optimaler Weise, was dazu führt, dass sich für einen Betrachter ein noch geringerer Wechsel zwischen Bildblitzen und Beleuchtungsblitzen und somit ein noch angenehmerer Eindruck einer gleichmäßigen Dauerlichtbeleuchtung ohne störende Blitzeindrücke und Schattenwechsel ergibt.
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Als Blitzlichtquelle können für die Bildblitze bzw. die Beleuchtungsblitze verschiedenste pulsbare Lichtquellen in Betracht kommen, z. B. eine Gasentladungsröhre (Blitzröhre) oder eine Fluoreszenzröhre. Bevorzugt werden die Bildblitze und/oder die Beleuchtungsblitze mittels einer LED als Blitzlichtquelle erzeugt, die vorzugsweise stromgesteuert oder stromgeregelt sein kann.
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Die Beleuchtungsblitze können prinzipiell eine beliebige, aperiodische Pulsfolge aufweisen. Dies kann beispielsweise zweckmäßig sein, um stroboskopische Effekte durch die Beleuchtungsblitze auf bewegten Objekten zu vermeiden oder zu verringern. Für eine möglichst einfache Realisierung werden die Beleuchtungsblitze periodisch erzeugt. Aus der Sinnesphysiologie ist bekannt, dass einzelne Lichtpulse vom menschlichen Auge nicht mehr zeitlich aufgelöst werden können, wenn sie einen geringen zeitlichen Abstand aufweisen. So arbeitet z. B. die PAL-Fernsehnorm mit einer Bildfolgefrequenz von 25 Hz für Vollbilder bzw. 50 Hz für Halbbilder. Entsprechend wird nach einem vorteilhaften Merkmal vorgeschlagen, dass die Beleuchtungsblitze mit einer Frequenz von mehr als 25 Hz, bevorzugt mehr als 50 Hz, besonders bevorzugt mehr als 100 Hz erzeugt werden.
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Um eine hohe Lichtintensität für die Bildblitze und die Bildverarbeitung der mit den Bildblitzen aufgenommenen Bilder bereitzustellen, ist es vorteilhaft, wenn Bildblitze erzeugt werden, deren jeweilige Lichtmenge höher ist als die Lichtmenge eines Beleuchtungsblitzes, bevorzugt mehr als fünf mal so hoch, besonders bevorzugt mehr als zehn mal so hoch. Die in einem Bildblitz enthaltene Lichtmenge kann durch die Dauer und/oder die Helligkeit des Bildblitzes gesteuert werden. Dementsprechend kann nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal vorgesehen sein, dass Bildblitze erzeugt werden, die eine längere Blitzdauer und/oder eine höhere Lichtstärke als die Beleuchtungsblitze haben.
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Die integrale Helligkeit der von den Beleuchtungsblitzen erzeugten Dauerbeleuchtung kann durch die Rate der Bildblitze und/oder die in den Beleuchtungsblitzen enthaltene Lichtmenge über die Dauer und/oder die Helligkeit der Bildblitze gesteuert werden. Eine erste Möglichkeit zur Anpassung der Helligkeit der Dauerbeleuchtung besteht beispielsweise darin, dass Beleuchtungsblitze mit (vorzugsweise periodischen) Blitzimpulsen mit konstanter Stärke und fester Dauer (z. B. 41 μsec) in einem variablen Zeitabstand erzeugt werden. Durch den variablen Zeitabstand kann die resultierende integrale Beleuchtungshelligkeit gesteuert werden. Eine zweite Möglichkeit besteht beispielsweise darin, dass Beleuchtungsblitze mit Blitzimpulsen fester Frequenz mit konstanter Stärke und unterschiedlicher Dauer erzeugt werden.
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Wenn mit Blitzimpulsen fester Breite gearbeitet wird, sollte sichergestellt werden, dass die Impulsfrequenz nicht einen Minimalwert unterschreitet, z. B. einen festen Wert von 100 Hz, der genügend weit vom physiologischen Grenzwert entfernt ist. Wenn alternativ mit fester Blitzimpulsfrequenz und variabler Impulsdauer gearbeitet wird, sollte sichergestellt werden, dass die verwendete Blitzimpulslichtquelle nicht durch zu lange Impulse überlastet wird.
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Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung von Beleuchtungsblitzen mit konstanter Stärke und variabler Dauer und/oder variablem Abstand ist es auch möglich, die integrale Helligkeit der Dauerbeleuchtung oder die Helligkeit der Bildblitze zu steuern, indem die Helligkeit der Beleuchtungsblitze und/oder der Bildblitze gesteuert wird. So könnte man z. B. die Helligkeit der Blitzbeleuchtung derart steuern, dass im Normalfall eine geringe Helligkeit, z. B. ein Zehntel der Maximal- oder Blitzhelligkeit eingestellt wird. Für die Dauer des Bildblitzes wird die Blitzbeleuchtung dann auf die Maximalhelligkeit eingestellt. Bei Verwendung von LEDs als Blitzlichtquelle kann die Steuerung der Helligkeit vorzugsweise durch Vorgabe des LED-Stroms mittels einer Stromregelung erfolgen. Die Realisierung einer Helligkeitssteuerung der Blitze ist jedoch technisch aufwändiger als das oben beschriebene Verfahren der Steuerung der Dauer und/oder der Frequenz der Blitze.
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In den meisten Anwendungsfällen stehen die Einzelpulse bzw. Bildblitze für die Bildverarbeitung und die periodischen Impulse bzw. Beleuchtungsblitze in keinem festen zeitlichen Bezug zueinander, d. h. der Bildblitz kommt völlig asynchron zu den (periodischen) Beleuchtungsblitzen. Wenn die Bildblitze und die Beleuchtungsblitze von einer gemeinsamen pulsbaren Lichtquelle erzeugt werden, werden die zugehörigen Auslösepulse der Bildblitze und der Beleuchtungsblitze ODER-verknüpft und steuern die pulsbare Lichtquelle. Ohne weitere Maßnahmen ergibt sich hierdurch aufgrund der Beleuchtungsblitze ein scheinbares Dauerlicht, das durch ein helleres Blitzlicht der Bildblitze unterbrochen wird. Dies stellt bereits eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar.
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Damit für den Menschen der Eindruck einer zeitlich immer gleichmäßig hellen Beleuchtung oder annähernd gleich hellen Beleuchtung entsteht, kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen sein, dass kurz vor und/oder kurz nach einem Bildblitz liegende Beleuchtungsblitze unterdrückt, verkürzt oder abgeschwächt werden. Vorzugsweise erfolgt diese Abschwächung oder Unterdrückung der (periodischen) Beleuchtungsblitze nach dem einzelnen Bildblitz, denn durch die asynchrone Betriebsweise ist die Triggerung des Einzelpulses zeitlich nicht vorhersehbar. In vielen Fällen ist nämlich zwischen Trigger und Beleuchtungspuls eine möglichst geringe Zeitverzögerung wünschenswert.
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Die Abschwächung oder Unterdrückung der (periodischen) Beleuchtungsblitze sowohl vor als auch nach dem Bildblitz hat dagegen den Vorteil, dass die Zeitdauer, während der die Beleuchtung völlig ausgeschaltet ist, entsprechend geringer ist. Damit ist das Licht für den menschlichen Betrachter noch angenehmer gleichmäßig oder die Pulsdauer für den Bildblitz kann bei sonst gleichem Empfinden entsprechend erhöht werden.
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Die Erfindung kann in einem intelligenten Bildverarbeitungssensor bzw. einem Bildverarbeitungssensor mit ergonomischer Beleuchtung eingesetzt werden. Hierzu zählt eine Kamera oder Smartkamera, die eine in die Kamera integrierte erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung aufweist.
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Im Stand der Technik sind Kameras bekannt, die als intelligente Kameras oder auch als Smartkameras bezeichnet werden. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie ein oder mehrere Bildaufnahmechips in Form von CCDs oder CMOS-Sensoren enthalten, eine Verarbeitungseinheit mit Speicher, z. B. in Form eines Mikroprozessors oder DSPs, sowie verschiedene Schnittstellen zur Ein-/Ausgabe wie z. B. serielle Schnittstellen, Netzwerkanschluss, SPS-Schnittstelle und Videoausgabe. Wird eine solche Kamera mit Optik und Beleuchtung kombiniert oder in einem Gehäuse fest verbunden, so spricht man von einem Bildverarbeitungssensor oder ”Vision Sensor”. Da die Mess- oder Objektbeleuchtung bei derartigen Kameras oft in Form von gepulsten LEDs ausgeführt ist, lässt sich die Erfindung hier vorteilhaft einsetzen.
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Die Erfindung hat einen großen Anwendungsbereich. Sie kann überall dort vorteilhaft eingesetzt werden, wo ein Bildverarbeitungssystem mit einer Blitzbeleuchtung ausgestattet ist und wo sich gleichzeitig Menschen in unmittelbarer Nähe befinden oder arbeiten müssen. Beispiele solcher vorteilhafter Anwendungen sind Codeleser für eindimensionale und zweidimensionale Barcodes, Datamatrix, Ziffern, Schrift, in der Halbleiterfertigung oder Photovoltaikindustrie, z. B. bei der Positionierung, Inspektion oder Vermessung von Wafern, der Inspektion und Vermessung von Leadframes, beim Codelesen auf Wafern, beim Laserscribing auf Wafern oder bei der Positionierung, Inspektion oder Vermessung von Halbleiter-Bauelementen im Gehäuse, in der Getränkeindustrie, z. B. bei Abfüllanlagen im Zusammenhang mit der Leergutinspektion, der Glasbruchkontrolle, der Kontrolle von Füllstand, der Etikettierung, der Prüfung auf Abwesenheit von Fremdkörpern und der Erkennung der Flaschenform oder in Pfandrücknahmeautomaten, in der Pharmaindustrie, z. B. bei Codelesern, z. B. auch von Pharmacode, in der Qualitäts- und Anwesenheitskontrolle von Medikamenten, z. B. von Tabletten in Blisterverpackungen und in der Farbkontrolle sowie bei der Prüfung auf Schwebstoffe, in Verpackungsmaschinen, z. B. bei der Qualitäts- und Anwesenheitskontrolle von verpackten Waren, der Zuführung von Waren und der Kontrolle derselben in einer Verpackungsmaschine und der robotergestützten Aufnahme von Waren von einem Förderband, in der Automobilindustrie und Automobilzulieferindustrie, z. B. bei der Zuführung und Qualitätsprüfung von Kleinteilen, der robotergestützten Zuführung von Teilen und deren Montage, der Spaltvermessung an Karosserieteilen, der Achsvermessung, Spur- und Sturzvermessung und der Karosserievermessung, in der Lebensmittelindustrie, z. B. bei der industriellen Verarbeitung und Weiterverarbeitung, Sortierung, Portionierung und Verpackung von Lebensmitteln mit Maschinen, z. B. von Agrarprodukten und Produkten aus Tierhaltung und bei der industriellen Schlachtung, in der Druckindustrie, z. B. bei der Registermarkenerkennung, der Farbdichtemessung, der Bahnverfolgung, der Fehl- oder Falschbogenerkennung, der Druckbildkontrolle und dem Monitoring, im Maschinenbau bei jeder Art von Maschine, die mit einer Bildverarbeitung ausgestattet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die darin beschriebenen Besonderheiten können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen. Gleiche oder gleich wirkende Teile werden in den verschiedenen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und gewöhnlich nur einmal beschrieben, auch wenn sie bei anderen Ausführungsformen vorteilhaft eingesetzt werden können. Es zeigen:
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1 ein schematisches Zeitdiagramm einer Bildblitzbeleuchtung nach dem Stand der Technik,
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2 ein schematisches Zeitdiagramm einer Bildblitzbeleuchtung mit zusätzlichen erfindungsgemäßen Beleuchtungsblitzen,
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3 eine Abwandlung zu 2 mit unterschiedlich hellen Blitzen,
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4 eine weitere Abwandlung zu 2 mit einer Unterdrückung der Beleuchtungsblitze unmittelbar vor und nach einem Bildblitz und
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5 ein Blockdiagramm einer intelligenten Kamera mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung.
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Die 1 zeigt ein schematisches Zeitdiagramm einer Bildblitzbeleuchtung nach dem Stand der Technik. Dargestellt ist die Pulsfolge zum Auslösen von Bildblitzen 1 mit einer gepulsten Blitzlichtquelle, beispielsweise einer LED, für das Aufnehmen eines Bildes mit einem Bildverarbeitungssystem als Funktion der Zeit t. Die Pulsfolge entspricht auch dem idealisierten Verlauf der Blitzintensität I bzw. des Stromes zum Ansteuern der LED. Die Bildblitze 1 werden in einer regelmäßigen oder unregelmäßigen Abfolge mit Zeitabständen d1 von ca. 10–100 msec erzeugt. Die Dauer t1 der Bildblitze 1 beträgt typischerweise weniger als 1 msec.
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Zwischen den einzelnen Bildblitzen 1 werden keine Bildblitze ausgelöst. Dadurch ergibt sich für den Betrachter der mit den Bildblitzen 1 beleuchteten Szene bzw. des beleuchteten Objekts eine deutlich auffallende Blitzlichtfolge, die störend sein kann.
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Die 2 zeigt ein schematisches Zeitdiagramm einer Bildblitzbeleuchtung mit erfindungsgemäßen Beleuchtungsblitzen 2 der Dauer t2, die zusätzlich zu den Bildblitzen 1 ausgelöst werden. Das Objekt, das mittels einer gepulsten Blitzlichtquelle mit Blitzimpulsen (Bildblitzen 1) beleuchtet wird, um für die Bildverarbeitung Bilder des mit den Bildblitzen 1 beleuchteten Objektes mittels eines Bildsensors aufzunehmen, und/oder die Umgebung des Objektes wird dabei zusätzlich zu den Blitzimpulsen für die Bildverarbeitung (Bildblitze 1) mit Blitzimpulsen (Beleuchtungsblitzen 2) beleuchtet. Die Beleuchtungsblitze 2 sind dabei derart gestaltet, dass sie für eine anwesende Person eine scheinbare Dauerlichtbeleuchtung des Objektes und/oder der Umgebung ergeben.
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2 zeigt ein Schema einer vorteilhaften besonderen erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die Bildblitze 1 und die Beleuchtungsblitze 2 werden dabei von derselben Blitzlichtquelle, einer LED, erzeugt. Die Bildblitze 1 und die Beleuchtungsblitze 2 haben dieselbe Helligkeit (Amplitude, Intensität I). Die Dauer t1 der Bildblitze 1 ist länger als die Dauer t2 der Beleuchtungsblitze 2, sodass ein Bildblitz 1 eine höhere Lichtmenge als ein Beleuchtungsblitz 2 enthält. Die sich für den Betrachter ergebende integrale Dauerlichtbeleuchtung hat daher eine schwankende Intensität, die sich im Moment eines Bildblitzes 2 merklich erhöht.
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Die Beleuchtungsblitze 2 werden bevorzugt periodisch mit einer Periodendauer T erzeugt. Ihre Frequenz ist so hoch, dass das menschliche Auge sie nicht mehr als Einzelblitze auflöst und der subjektive Eindruck eine Dauerbeleuchtung entsteht.
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Es wird in der Regel vorteilhaft sein, wenn Bildblitze 1 erzeugt werden, deren jeweilige Lichtmenge höher ist als die Lichtmenge eines Beleuchtungsblitzes 2, bevorzugt mehr als fünf mal so hoch, besonders bevorzugt mehr als zehn mal so hoch.
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Allgemein kann es vorteilhaft sein, wenn Bildblitze 1 erzeugt werden, die eine längere Blitzdauer t1 und/oder eine höhere Lichtstärke als die Beleuchtungsblitze 2 haben. In Abwandlung hiervon können auch Beleuchtungsblitze 2 mit Blitzimpulsen mit konstanter Stärke und fester Dauer t2 in einem variablen Zeitabstand d2 erzeugt werden. Ferner kann auch vorgesehen sein, dass Beleuchtungsblitze 2 mit Blitzimpulsen fester Frequenz mit konstanter Stärke und unterschiedlicher Dauer t2 erzeugt werden. Mittels Blitzdauer, Blitzfrequenz und Blitzintensität kann sowohl die Beleuchtungshelligkeit als auch die Bildblitzintensität angepasst werden.
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Die 3 zeigt eine Abwandlung zu 2 mit unterschiedlich hellen Blitzen. Die Bildblitze 1 haben dabei eine größere Intensität I bzw. Sollwertvorgabe für die Helligkeit oder den Strom der LED als die Beleuchtungsblitze 2, wodurch das Dauerlicht durch die Beleuchtungsblitze 2 eine gegenüber den Bildblitzen 1 stark abgesenkte Helligkeit hat. Zusätzlich kann auch eine Unterdrückung der Beleuchtungsblitze 2 in Unterdrückungsphasen 3 zeitlich unmittelbar vor und/oder nach dem Blitzimpuls 1 durch Abschaltung oder Abschwächung der Beleuchtung mittels der Beleuchtungsblitze 2 während der Unterdrückungsphase 3 erfolgen, wie im Zusammenhang mit 4 näher beschrieben wird.
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Die 4 zeigt eine weitere Abwandlung zu 2 mit einer Unterdrückung der Beleuchtungsblitze 2 in Unterdrückungsphasen 3 zeitlich unmittelbar vor und nach einem Bildblitz 1. Wie in 2 haben in diesem Ausführungsbeispiel die periodischen Beleuchtungsblitze 2 zum Erzeugen eines scheinbaren Dauerlichts die gleiche Stärke wie die Bildblitze 1. Sie werden jedoch in Unterdrückungsphasen 3 zeitlich unmittelbar vor und nach einem Bildblitz 1 unterdrückt, denn den Bildblitz 1 hat eine längere Dauer t1 und somit eine höhere Gesamtintensität als die Beleuchtungsblitze 2 der Dauer t2. Durch die Unterdrückung oder eine gleichwirkende Abschwächung oder Verkürzung der Beleuchtungsblitze 2 in Unterdrückungsphasen 3 wird die gegenüber den Beleuchtungsblitzen 2 höhere Beleuchtungsintensität der Bildblitze 1 ganz oder teilweise kompensiert, sodass damit für den Menschen der Eindruck einer zeitlich gleichmäßig hellen oder annähernd gleich hellen integralen Beleuchtung entsteht, also die stärkeren Bildblitze 1 in der Folge der schwächeren Beleuchtungsblitze 2 nicht mehr oder nicht mehr so stark wahrgenommen werden.
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Die 5 zeigt ein Blockdiagramm einer intelligenten Kamera mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Pulsbeleuchtung für ein Bildverarbeitungssystem. Sie umfasst eine gepulste Blitzlichtquelle 4 zum Beleuchten eines Objekts mit Blitzimpulsen als Bildblitzen für die Bildverarbeitung und einen Bildsensor zum Aufnehmen von Bildern des mit den Bildblitzen beleuchteten Objektes. Zusätzlich zu einer Einrichtung zum Erzeugen der Blitzimpulse für die Bildverarbeitung, den sogenannten Bildblitzen 1, weist sie eine Einrichtung zum Beleuchten des Objekts und/oder der Umgebung mit Blitzimpulsen, den sogenannten Beleuchtungsblitzen 2, auf, wobei die Beleuchtungsblitze 2 derart gestaltet sind, dass sie für eine anwesende Person eine scheinbare Dauerlichtbeleuchtung des Objektes und/oder der Umgebung ergeben. Dabei werden die Beleuchtungsblitze 2 mittels derselben Blitzlichtquelle 4 wie die Bildblitze 1 erzeugt.
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Die Bildblitze 1 werden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem CMOS-Sensor 5 ausgelöst. Er dient als externer Bildtrigger und löst bei einem aufgenommenen Triggerblitz an seinem Blitzausgang 6 ein Signal aus, das über ein Oder-Glied 7 an der gepulsten Blitzlichtquelle 4 einen Bildblitz 1 für das Aufnehmen eines Bildes für ein Bildverarbeitungssystem auslöst. Ferner umfasst die Beleuchtungseinrichtung einen Prozessor 8, z. B. ein DSP, mit einem Timer 9, der periodische Signale erzeugt. Diese werden mit einem Monoflop 10 zu Ausgangssignalen bestimmter Länge geformt, über die mittels des Oder-Gliedes 7 von der gepulsten Blitzlichtquelle 4 periodische Beleuchtungsblitze 2 ausgelöst werden, die eine Dauerbeleuchtung ergeben.
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Die technische Ausführung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung kann im Prinzip mit Analogtechnik realisiert werden, wobei eine feste Impulsbreite der periodischen Beleuchtungsblitze durch ein Monoflop realisiert werden kann. Ihre zeitliche Abfolge kann durch einen Multivibrator gesteuert werden.
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Eine technisch fortschrittlichere Realisierung erfolgt durch ein digitales Monoflop, das durch einen Zähler realisiert wird, z. B. als Teil einer programmierbaren Schaltung in einem CPLD. Die Impulsfolge der Beleuchtungsblitze kann durch einen weiteren, programmierbaren Zähler realisiert werden. Solche Zähler können ebenfalls Bestandteil einer programmierbaren Schaltung sein oder sind Teil eines komplexen Prozessor- oder DSP-Chips. Die Impulsunterdrückung der Beleuchtungsblitze vor und/oder nach dem Blitzimpuls kann durch eine Softwaresteuerung erfolgen.
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Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren bzw. eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung teilweise oder vollständig durch Software zu realisieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bildblitz
- 2
- Beleuchtungsblitz
- 3
- Unterdrückungsphase
- 4
- gepulste Blitzlichtquelle
- 5
- CMOS-Sensor
- 6
- Blitzausgang
- 7
- Oder-Glied
- 8
- Prozessor
- 9
- Timer
- 10
- Monoflop
- d1
- Zeitabstand Bildblitze
- d2
- Zeitabstand Beleuchtungsblitze
- I
- Blitzintensität
- T
- Periodendauer Beleuchtungsblitze
- t
- Zeit
- t1
- Dauer Bildblitz
- t2
- Dauer Beleuchtungsblitz
