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Die Erfindung betrifft ein Messverfahren zur Bestimmung des Zeitverhaltens einer Kamera insbesondere für den visuellen Spektralbereich. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode zum Ausführen des Verfahrens. Schließlich betrifft die Erfindung eine Messanordnung zur Bestimmung des Zeitverhaltens einer Kamera mithilfe des schon genannten Messverfahrens.
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Von den Herstellern kommerzieller Kameras wird deren Zeitverhalten oft nicht genau spezifiziert. Dazu gehören eine etwaige Triggerverzögerung, ungleiche Belichtungszeitpunkte oder Belichtungszeiten für unterschiedliche Pixelregionen und ungleichmäßige Auswirkung von Lichteinfall zu verschiedenen Zeitpunkten innerhalb des Belichtungsintervalls. Aus dem Stand der Technik sind keine Arbeiten bekannt, die das Zeitverhalten von Kameras vermessen. Stattdessen ist es so, dass Arbeiten, die Kameraaufnahmen interpretieren, implizit die Annahme treffen, dass die Belichtung mit dem Trigger- bzw. Strobe-Signal instantan einsetzt und mit Ende der Belichtungszeit instantan endet.
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Aus der
WO 2014/057654 A1 und der
EP 2 908 173 A1 ist ein Verfahren zum Messen der Verschlusszeitverzögerung einer Kamera bekannt. Dazu werden die Anzeigeelemente einer Anzeigeeinheit zu einem m-ten Anzeigemuster geformt, indem j Anzeigeelemente in einen ersten Anzeigezustand versetzt werden und die verbleibenden Anzeigeelemente in einen zweiten Anzeigezustand versetzt werden, der dunkler ist als der erste Anzeigezustand. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit werden die Anzeigeelemente der Anzeigeeinheit auf ein (m + 1)-tes Anzeigemuster umgeschaltet, indem k Anzeigeelemente der j Anzeigeelemente im ersten Anzeigezustand in den zweiten Anzeigezustand versetzt werden. Die Kamera nimmt synchron mit dem Schaltvorgang ein Bild der Anzeigeeinheit während der Ausführung des Schaltvorgangs auf. Die Verschlusszeitverzögerung wird auf der Grundlage des von der Kamera aufgenommenen Bildes abgeleitet.
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Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vereinfachtes Messverfahren zur Bestimmung des Zeitverhaltens von Kameras, insbesondere für den visuellen Spektralbereich, sowie eine entsprechende Messanordnung zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Abhängige Patentansprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen gerichtet.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Messverfahren zur Bestimmung des Zeitverhaltens einer Kamera insbesondere für den visuellen Spektralbereich, das die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
- Bereitstellen einer Kamera; Bereitstellen genau einer schnell schaltbaren Lichtquelle, um ein Bild dieser Lichtquelle mit der Kamera aufzunehmen; Definieren eines Beleuchtungsintervalls der Lichtquelle und eines Belichtungsintervalls für die Kamera; Ansteuern der schaltbaren Lichtquelle und Tätigen einer Aufnahme mit der Kamera, wobei das Beleuchtungsintervall der Lichtquelle und das Belichtungsintervall der Kamera eine definierte zeitliche Beziehung zueinander aufweisen; Messen von Pixelwerten, die durch die Aufnahme mit der Kamera erhalten wurden; Bereitstellen von idealisierten Pixelwerten, die ohne eine kameraeigene Zeitverzögerung für die bei der Aufnahme vorhandene Aufnahmesituation zu erwarten sind; Bestimmen einer Abweichung zwischen den gemessenen und den idealisierten Pixelwerten; und Bestimmen des Zeitverhaltens der Kamera basierend auf der Abweichung.
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Das Verfahren ist insbesondere für den visuellen Spektralbereich geeignet, es kann jedoch auch in anderen Wellenlängenbereichen eingesetzt werden, zum Beispiel im nahen Infrarotbereich. Entscheidend ist, dass für den gewählten Spektralbereich schnell schaltbare Lichtquellen zur Verfügung stehen können.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die schaltbare Lichtquelle eine Leuchtdiode oder eine Superlumineszenzdiode oder einen Halbleiterlaser enthalten oder daraus bestehen. Solche Lichtquellen können direkt moduliert werden, so dass Schaltzeiten von weniger als 200 ns oder weniger als 100 ns oder weniger als 80 ns realisiert werden können. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die schaltbare Lichtquelle eine Dauerstrichlichtquelle und einen Modulator aufweisen. Der Modulator kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine Kerr-Zelle oder eine Pockels-Zelle enthalten. Auch in diesem Fall können Schaltzeiten von weniger als 200 ns oder weniger als 100 ns oder weniger als 80 ns realisiert werden.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Schaltzeit der Lichtquelle um einen Faktor 1000 oder um einen Faktor 100 oder um einen Faktor 10 oder um einen Faktor 5 kleiner als die Belichtungszeit der Kamera.
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Erfindungsgemäß wird ein Beleuchtungsintervall der Lichtquelle und ein Belichtungsintervall für die Kamera definiert. Es wird dabei die Zeitspanne der Beleuchtung durch die Lichtquelle und die Zeitspanne der Belichtung für die Kamera festgelegt. Es ist dabei natürlich auch möglich, dass das Belichtungsintervall für die Kamera bereits voreingestellt ist. Wichtig ist, dass es eine Möglichkeit gibt, dieses Belichtungsintervall bzw. einen nominellen Aufnahmezeitpunkt für ein Bild festzulegen oder zu bestimmen. Die Definition des Beleuchtungsintervalls der Lichtquelle und des Belichtungsintervalls für die Kamera sorgen dafür, dass diese beiden Intervalle in eine definierte, an sich bekannte Beziehung zueinander gesetzt werden können. Das Beleuchtungsintervall und das Belichtungsintervall können dabei zum Beispiel einen definierten zeitlichen Versatz zueinander aufweisen. Die Beleuchtung kann vor der Belichtung oder die Belichtung kann vor der Beleuchtung einsetzen. Das Beleuchtungsintervall und das Belichtungsintervall können ganz oder teilweise überlappen, sie können aber auch disjunkt zueinander sein.
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Erfindungsgemäß erfolgt dann ein Ansteuern der schaltbaren Lichtquelle und das Tätigen einer Aufnahme mit der Kamera, wobei das Beleuchtungsintervall der Lichtquelle und das Belichtungsintervall einer Kamera eine definierte zeitliche Beziehung zueinander aufweisen. Es existieren mehrere Möglichkeiten, aufgrund welcher Parameter diese definierte zeitliche Beziehung festgelegt werden kann. Entscheidend ist aber lediglich, dass die entsprechende Definition der zeitlichen Beziehung zueinander erfolgt. Bei bekannten Intervalllängen kann dies beispielsweise die zeitliche Verzögerung der Startpunkte des jeweiligen Intervalls sein. Aber natürlich können auch die Intervallmitten oder Intervallenden oder andere festgelegte Bezugspunkte der Intervalle zur Definierung der zeitlichen Beziehung verwendet werden.
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Im eigentlichen Messschritt des Messverfahrens werden dann Pixelwerte gemessen bzw. ausgewertet, die durch die Aufnahme mit der Kamera erhalten wurden. Die erzielten Messergebnisse wurden dabei für eine bestimmte Aufnahmesituation erzielt. Im Sinne der Erfindung wird unter einer Aufnahmesituation eine Situation verstanden, bei der zumindest die Länge des Beleuchtungsintervalls, die Länge des Belichtungsintervalls und deren definierte zeitliche Beziehung zueinander festgelegt sind. Das Messen der Pixelwerte kann durch eine entsprechende Auslesung eines Bildwandlers zum Beispiel am Computer erfolgen. Der Bildwandler kann einen CCD-Sensor oder einen CMOS-Sensor oder eine Bildverstärker-Röhre enthalten oder daraus bestehen.
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Die gemessenen Pixelwerte werden dann in Beziehung zu sogenannten idealisierten Pixelwerten gesetzt. Diese idealisierten Pixelwerte sind solche, die ohne eine kameraeigene Zeitverzögerung für die bei der Aufnahme vorhandene Ausnahmesituation zu erwarten sind bzw. zu erwarten gewesen wären. Es wird also bei den idealisierten Pixelwerten von dem Idealfall ausgegangen, dass die Belichtung mit dem Trigger bzw. Strobe-Signal instantan einsetzt und mit Ende der Belichtungszeit instantan endet. Diese idealisierten Pixelwerte können auf einfache Weise aufgrund von Modellrechnungen bestimmt und dann bereitgestellt werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Zeitverhalten und/oder weitere Eigenschaften der Lichtquelle, welche, Einfluss auf das Messergebnis haben, vorab in zumindest einer Referenzmessung gemessen werden. Diese Messwerte können dann als Eingangswerte für die Modellrechnung verwendet werden, um die Genauigkeit zu erhöhen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Referenzmessung mit einer hochwertigen Hochgeschwindigkeitskamera vorgenommen werden.
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Erfindungsgemäß wird sodann eine Abweichung zwischen den gemessenen und den idealisierten Pixelwerten bestimmt. Basierend auf der Abweichung wird dann das Zeitverhalten der Kamera ermittelt. Der Begriff Abweichung ist in diesem Zusammenhang weit zu verstehen. Er bezieht sich auf jeden aussagetauglichen Unterschied zwischen den gemessenen und den idealisierten Pixelwerten. Es kann sich zum Beispiel um Absolutwerte der Pixelwerte oder aber um bezogen auf jeweils normierte Darstellungen ermittelte Abweichungen handeln. Es ist möglich, dass in einer grafischen Darstellung eine Verschiebung der gemessenen Werte zu den Werten der idealisierten Darstellung beobachtet wird. Diese Verschiebung zeigt beispielsweise einen zeitlichen Versatz bzw. eine Verzögerung gegenüber dem Idealfall an. Eine weitere Abweichung kann in unterschiedlichen Steigungen zwischen der Messkurve und der Referenzkurve mit den idealisierten Pixelwerten bestehen. Aber auch andere Formen der Abweichung sind möglich. Es kommt in diesem Zusammenhang darauf an, welche Information hinsichtlich des Zeitverhaltens der entsprechende Untersucher des Zeitverhaltens ermitteln möchte. Entsprechend wird er für den zu treffenden Vergleich zwischen den Messwerten und den idealisierten Werten entsprechende Referenzgrößen oder charakteristische Punkte in einer grafischen Darstellung auswählen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden mehrere Aufnahmen getätigt, wobei das Zeitverhalten der Kamera basierend auf den Abweichungen bei den mehreren Aufnahmen bestimmt wird. Dabei kann es so sein, dass dieselbe Aufnahmesituation mehrfach durchlaufen wird, um einen besseren Mittelwert zu erhalten. Es kann aber auch so sein, dass die mehreren Messungen jeweils bei verschiedenen Aufnahmesituationen vorgenommen werden, so dass die Aufnahmesituation also bei den mehreren Aufnahmen variiert wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die definierte zeitliche Beziehung zwischen Beleuchtungsintervall und Belichtungsintervall bei mehreren Aufnahmen derart durchgefahren, dass zwischen diesen beiden Intervallen bei mindestens einer Aufnahme kein zeitlicher Überlapp, bei mindestens einer weiteren Aufnahme ein teilweiser zeitlicher Überlapp und bei mindestens noch einer weiteren Aufnahme ein vollständiger zeitlicher Überlapp besteht. Das Messverfahren kann also so durchgeführt werden, dass die Beleuchtung durch die schnell schaltbare Lichtquelle zu verschiedenen Zeiten während des Belichtungsintervalls einsetzt bzw. aufhört. Dabei kann zum Beispiel so vorgegangen werden, dass jeweils die Länge des Beleuchtungsintervalls und die Länge des Belichtungsintervalls jeweils konstant gehalten werden und nur der zeitliche Abstand und/oder die Reihenfolge der beiden Intervalle verändert wird. Es ist also denkbar, dass bei einer ersten Aufnahme das Beleuchtungsintervall zeitlich vollständig vor dem Belichtungsintervall liegt und dass dann bei einer der folgenden Aufnahmen das Beleuchtungs und das Belichtungsintervall dichter zusammenrutschen, bis sie schließlich einen Überlapp zueinander aufweisen. Im weiteren Gang der Aufnahmen wandert dann das Belichtungsintervall bezogen auf das Beleuchtungsintervall zeitlich nach vorne, bis dann bei einer Aufnahme schließlich das Belichtungsintervall vor dem Beleuchtungsintervall beginnt. Zunächst haben die beiden Intervalle dann immer noch einen Überlapp, bis schließlich am Ende eines solchen Durchfahrprozesses das Belichtungsintervall vollständig vor dem Beleuchtungsintervall liegt.
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In einigen Ausführungsformen kann das Beleuchtungsintervall länger sein als das Belichtungsintervall. Dies erleichtert die Auswertung des Messverfahrens.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, die Länge des Beleuchtungsintervalls und/oder die Länge des Belichtungsintervalls zu variieren. Es ist zum Beispiel möglich, eines der beiden Intervalle konstant zu halten und nur das andere zu variieren. Die Variation führt dann dazu, dass die Länge eines gegebenenfalls vorhandenen zeitlichen Überlapps zwischen Beleuchtungsintervall und Belichtungsintervall ebenfalls variiert werden kann. In einer Ausführungsform kann eine solche Variation jeweils um einen konstanten Zeitschritt erfolgen, was die Auswertung der Ergebnisse erleichtert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden alle Pixel der Kamera gleichzeitig beleuchtet. Diese Form der Aufnahme stellt einen Standardfall für eine Aufnahme dar.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird pro Aufnahme nur ein Bruchteil der Pixel der Kamera beleuchtet. Dies kann zum Beispiel durch den Einsatz eines Objektivs vor der Kamera erreicht werden. Eine solche Aufnahmetechnik ist zum Beispiel bei Kameras mit einem sogenannten Rolling Shutter (etwa „rollender Verschluss“) sinnvoll, bei denen Bildzeilen oder -spalten nicht alle gleichzeitig belichtet werden. Erfolgt nun die Bestimmung der Abweichung zwischen den gemessenen Pixelwerten und den idealisierten Pixelwerten für die jeweils gleichzeitig belichteten bzw. beleuchteten Pixel separat, so lassen sich hieraus Rückschlüsse auf das Zeitverhalten des Rolling Shutter ziehen. Es kann also aus den separaten Abweichungen eine zeitliche Abfolge der Belichtung unterschiedlicher Pixel der Kamera ermittelt werden.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann bei globaler Beleuchtung aller Pixel nur eine Untergruppe bzw. eine Teilmenge der Pixel zur Auswertung herangezogen werden. In diesem Fall kann auch ohne Fokussierung eine Aussage über Unterschiede zwischen einzelnen Pixeln oder Pixelgruppen getroffen werden. Eine solche Aufnahmetechnik kann für Kameras mit einem Rolling Shutter verwendet werden, um Aussagen zum Zeitverhalten des Verschlusses zu treffen.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung werden während der Aufnahme bei dem erfindungsgemäßen Messverfahren Maßnahmen zur Streulichtminimierung ergriffen. Es handelt sich bei dem Messverfahren um eine Präzisionsmessung, sodass störende Lichtquellen möglichst auszuschalten sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens wie oben beschrieben, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Bei dem Computerprogrammprodukt kann es sich um ein Produkt handeln, das auf einem körperlichen Datenträger gespeichert ist. Es ist aber auch möglich, dass der entsprechende Programmcode nur virtuell im Internet oder in einer Cloud abgelegt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem Programmcode beliebiger Sprache dargestellt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese eine Messanordnung zur Bestimmung des Zeitverhaltens einer Kamera, insbesondere für den visuellen Spektralbereich. Die Messanordnung ist zur Ausführung eines vorstehend beschriebenen Verfahrens eingerichtet. Die Messanordnung weist dabei Folgendes auf:
- eine Kamera; genau eine schnell schaltbare Lichtquelle, insbesondere eine LED; und einen Triggergenerator, der eingerichtet ist, die schaltbare Lichtquelle und die Kamera zwecks Aufnahme derart anzusteuern, dass ein Beleuchtungsintervall der Lichtquelle und ein Belichtungsintervall der Kamera eine definierte zeitliche Beziehung zueinander aufweisen.
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Bei dieser definierten zeitlichen Beziehung kann es sich um dieselbe definierte zeitliche Beziehung wie oben im Zusammenhang mit dem Messverfahren beschrieben handeln. Bei dem Triggergenerator kann es sich um einen externen Triggergenerator handeln. Dieser triggert in zeitlich aufeinander abgestimmter Weise zum einen die schaltbare Lichtquelle und zum anderen die Kamera. Es ist aber auch möglich, dass für diese Triggerzwecke ein interner Trigger der Kamera eingesetzt wird. Viele heutige Kameras verfügen über einen Strobe-Ausgang, über den sie Signale für einen externen Blitzcontroller generieren, um dadurch eine Beleuchtung passend zur Bildaufnahme zu synchronisieren.
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Als schnell schaltbare Lichtquelle eignet sich insbesondere eine LED. Es kann aber auch zum Beispiel eine Blitzlampe bzw. insbesondere Xenon-Blitzlampe verwendet werden. Leuchtdioden erlauben verglichen mit Xenon-Blitzlampen als Lichtquelle die Erzeugung wesentlich schnellerer Blitzfolgen, d.h. also mit kürzerer Blitzdauer. Dafür ist jedoch die Blitzenergie deutlich geringer.
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Als schnell schaltbare Lichtquelle kommt im Infrarot eine Laserdiode bzw. ein Diodenlaser in Betracht. Für absolute Hochgeschwindigkeitsaufnahmen kann ein gepulster Laser verwendet werden.
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In einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die Belichtungszeit zwischen etwa 500 µs und etwa 5,0 ms gewählt. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Belichtungszeit zwischen etwa 1 ms und etwa 4 ms gewählt sein. Die Belichtungszeit kann so optimiert sein, dass diese maximal ist, ohne dass einzelne Pixel in die Sättigung kommen. Dadurch wird das Messsignal bzw. das Signal-/Untergrundverhältnis maximal, ohne Messfehler durch die Sättigung zu erzeugen. Die Beleuchtungszeit bzw. Einschaltdauer der Lichtquelle kann in einigen Ausführungsformen etwa 1,5- bis etwa 2,5-fach länger gewählt sein als die Belichtungszeit.
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Gemäß einer Ausführungsform der Messanordnung ist die Lichtquelle im Inneren eines geschlossenen Gehäuses vorgesehen, wobei die Kamera über ein transparentes Fenster oder über ein Objektiv mit dem Inneren des Gehäuses verbunden ist. Das Objektiv dient dazu, dass die Lichtquelle auf eine begrenzte Zahl von Pixeln fokussiert. Bei Verwendung eines transparenten Fensters anstelle des Objektivs werden hingegen alle Pixel gleichzeitig beleuchtet. Durch das Vorsehen des geschlossenen Gehäuses wird Streulicht aus der Umgebung bei der Präzisionsmessung gemäß der Erfindung bestmöglich abgeschirmt.
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Die oben beschriebenen Merkmale der Erfindung können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden.
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Die Erfindung wird noch besser verstanden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
- 1: zeigt eine erfindungsgemäße Messanordnung für das erfindungsgemäße Messverfahren; und
- 2: zeigt eine idealisierte Kurve von Pixelwerten zu verschiedenen Aufnahmesituationen bzw. zu verschiedenen Belichtungs und Beleuchtungsintervallen mit wechselnder zeitlicher Beziehung zueinander.
- 3 zeigt Messwerte, welche mittels einer CCD-Kamera aufgenommen wurden.
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In den Figuren bezeichnen die verwendeten Bezugszeichen:
- 1
- Kamera
- 2
- schnell schaltbare Lichtquelle
- 3
- Triggergenerator
- 4
- geschlossenes Gehäuse
- 5
- transparentes Fenster oder Objektiv
- A1 - A6
- Aufnahmesituation
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Messanordnung für das erfindungsgemäße Messverfahren zur Bestimmung des Zeitverhaltens einer Kamera 1. Die Messanordnung umfasst eine schnell schaltbare Lichtquelle 2, hier in Form einer LED. Sowohl die Kamera 1 als auch die Lichtquelle 2 werden durch einen Triggergenerator 3 angesteuert. Dabei ist das Belichtungsintervall der Kamera 1 und das Beleuchtungsintervall der Lichtquelle 2 genau festgelegt, und die zeitliche Beziehung der beiden Intervalle zueinander ist ebenfalls genauestens definiert. Entsprechend dieser Definition sendet der Triggergenerator 3 entsprechende Signale zur Kamera 1 und zur Lichtquelle 2. Es wird sodann unter diesen Aufnahmebedingungen bzw. für diese Aufnahmesituation ein Bild von der Lichtquelle 2 mit der Kamera 1 erzeugt.
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Zur Verringerung von störenden Lichteinflüssen bzw. zur Reduzierung von Streulicht ist ein Gehäuse 4 vorgesehen, das im Wesentlichen nach allen Richtungen hin abgeschlossen ist. Im Inneren des Gehäuses befindet sich die schaltbare Lichtquelle 2, deren Licht -möglichst unbeeinflusst von Streulicht - durch die Kamera 1 aufgenommen wird. Die Kamera 1 ist dabei an das Gehäuse 4 mittels eines Objektivs 5 oder mittels eines transparenten Fensters angekoppelt. Auch im Bereich der Kamera wird also der störende Einfluss von Fremdlicht dadurch ausgeschaltet. Ist das Objektiv 5 vor der Kamera 1 vorgesehen, so ist es möglich, ein Bild der Lichtquelle 2 nur auf einen Teil der Pixel der Kamera 1 zu fokussieren. Es wird also dabei nur ein Bruchteil der Pixel der Kamera gleichzeitig beleuchtet. Diese Versuchsanordnung ist insbesondere zur Erfassung des Zeitverhaltens von Kameras mit einem sogenannten Rolling Shutter sinnvoll, bei der nicht alle Bildzeilen oder -spalten einer Kamera gleichzeitig belichtet werden. Alternativ zum Objektiv 5 kann bei der Messanordnung ein transparentes Fenster 5 vorgesehen sein. In diesem Fall werden alle Pixel der Kamera 1 gleichzeitig durch die Lichtquelle 2 beleuchtet.
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2 illustriert beispielhaft idealisierte Pixelwerte in unterschiedlichen Aufnahmesituationen. Bei einer idealisierten Kamera 1 wären die gemessenen Pixelwerte proportional zum Überlapp von Belichtungs- und Beleuchtungsintervall. Im gezeigten Beispiel sind die Länge des Beleuchtungsintervalls sowie auch die Länge des Belichtungsintervalls in verschiedenen Aufnahmesituationen A1 bis A6 konstant. In der Figur ist das Belichtungsintervall mit einer durchgezogen Linie und das Beleuchtungsintervall mit einer unterbrochenen Linie dargestellt. Dabei ist in diesem Beispiel das Belichtungsintervall, d.h. die Öffnungszeit des Verschlusses der Kamera, kürzer gewählt als das Beleuchtungsintervall. Die definierte zeitliche Beziehung, zum Beispiel der Überlapp zwischen Beleuchtungsintervall und Belichtungsintervall, wird nun theoretisch durchgefahren, d. h. der Überlapp und auch die Reihenfolge der beiden Intervalle zueinander werden variiert. Dies kann mit konstanter Schrittweite bzw. Variation erfolgen.
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Exemplarisch eingezeichnet sind in das normierte Diagramm sechs verschiedene Aufnahmesituationen A1 bis A6. Im ersten Fall (Aufnahmesituation A1) erfolgt zunächst die Belichtung und dann ohne Überlapp die Beleuchtung. Für eine solche Aufnahmesituation ist natürlich kein Signal zu erwarten, der theoretische Wert, der in 2 eingezeichnet ist, ist mithin 0. Der zeitliche Abstand zwischen den beiden Intervallen wird sodann variiert. Bei der Aufnahmesituation A2 setzt das Beleuchtungsintervall exakt dann ein, wenn das Belichtungsintervall endet. Der zugehörige idealisierte Pixelwert ist immer noch 0. Wird nun die Beleuchtung noch weiter zeitlich nach vorne verschoben, kommt es zu einem effektiven Überlapp zwischen Beleuchtungsintervall und Belichtungsintervall, so lange, bis schließlich das Belichtungsintervall gänzlich innerhalb des Beleuchtungsintervalls liegt. Diese Situation ist bei der Aufnahmesituation A3 erreicht, im auf 1 normierten Diagramm ist ein konstanter Anstieg der Werte zu erwarten bis auf den maximalen Wert von 1. Wird der Überlapp von Belichtungs- und Beleuchtungsintervall weiter durchgefahren, so verbleibt der theoretisch zu erwartende idealisierte Pixelwert so lange auf 1, bis es nicht mehr zu einem vollständigen Überlapp zwischen dem Belichtungsintervall und dem Beleuchtungsintervall kommt. Der Grenzzustand ist in der Aufnahmesituation A4 erreicht. Von diesem Zeitpunkt bzw. ab dieser Aufnahmesituation A4 sinkt der Überlapp zwischen den Intervallen wieder stetig und konstant bis hin zum Wert 0, der exemplarisch mit der Aufnahmesituation A5 bezeichnet ist. An diesem Punkt ist der Überlapp zwischen Beleuchtungs und Belichtungsintervall wiederum gerade 0, wobei die Reihenfolge zwischen den beiden Intervallen bezogen mit der spiegelbildlichen Situation in der Aufnahmesituation A2 vertauscht ist. Danach vergrößert sich der zeitliche Abstand von dem getrennten Belichtungs- und Beleuchtungsintervall weiter, die Kurve verharrt entsprechend auf dem theoretischen Wert von 0. Exemplarisch gezeigt ist eine Aufnahmesituation A6.
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Aus der Abweichung der gemessenen Pixelwerte von den idealisierten Werten, wie zum Beispiel in 2 gezeigt, werden die Kameraeigenschaften ermittelt bzw. es wird das Zeitverhalten der Kamera bestimmt. Eine Verschiebung der Daten zu anderen Verzögerungen zwischen Kameratrigger und Beleuchtung durch die schaltbare Lichtquelle bedeutet eine Kamera eigene Triggerverzögerung. Aus der Steilheit des Anstiegs der Pixelwerte mit zunehmender Überlappung kann die Empfindlichkeit der Kamera zu verschiedenen Zeitpunkten innerhalb des Belichtungsintervalls abgelesen werden. Es ist somit insbesondere auch möglich, den Zeitpunkt der maximalen Empfindlichkeit für eine Kamera entsprechend zu bestimmen.
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3 zeigt Messwerte, welche mittels einer CCD-Kamera aufgenommen wurden. Dabei wurde das anhand von 2 theoretisch dargestellte Messprinzip praktisch umgesetzt. Dargestellt ist die normierte Pixelsumme auf der Ordinate gegen die zeitliche Verzögerung auf der Abszisse.
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Die Messwerte sind in guter Übereinstimmung mit der Theorie. Allerdings zeigt sich, dass das Belichtungsintervall scheinbar vor dem Triggerpuls beginnt und mit dem Triggerpuls endet. Dieses Verhalten kann darauf zurückgeführt werden, dass vor der Triggerung auf dem CCD-Chip akkumulierte Ladungsträger nicht vollständig abgeleitet wurden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist überall dort anwendbar und nützlich, wo zeitkritische Vorgänge aufgrund von Kameradaten gesteuert oder geregelt werden. Eine Triggerverzögerung bzw. ein Zeitverhalten der Kamera muss dort einkalkuliert werden, und eine etwaige ungleichmäßige Belichtung kann bei der Verarbeitung der gewonnenen Daten entsprechend berücksichtigt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist neben radiometrischer und geometrischer Kalibrierung ein weiterer Aspekt für die Bestimmung des Verhaltens von Kameras. Insofern hat es seine Anwendung bei der Beurteilung von Systemen, die Kameras enthalten. Es trägt wesentlich zu einer Verbesserung und Präzisierung entsprechender Systeme bei.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsform beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Merkmale aus unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung können jederzeit kombiniert werden, um so weitere Ausführungsformen der Erfindung zu erhalten.
