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Bildsensoren zum Erfassen von Bilddaten sowie Vorrichtungen mit entsprechenden Bildsensoren sind weitverbreitet und finden für verschiedene technische Aufgaben Anwendung. Dabei wird unter einem Bildsensor eine Vorrichtung zur Aufnahme von zweidimensionalen Abbildern aus Licht auf elektrischem Wege verstanden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann es sich hierbei insbesondere um halbleiterbasierte Bildsensoren handeln, bei denen eine pixelweise Bilderfassung erfolgt. Beispiele für solche Bildsensoren sind CCD(Charge-coupled device)-Sensoren sowie CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor)-Sensoren.
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Auch in verschiedenen sicherheitskritischen Bereichen beziehungsweise Anwendungen ist es grundsätzlich wünschenswert, entsprechende Bildsensoren einsetzen zu können. Dies gilt beispielsweise für den Bereich der Eisenbahnautomatisierung dahingehend, dass auch für sicherheitskritische Anwendungen zunehmend das Bedürfnis besteht, Bildsensoren, etwa als Bestandteil von Videokameras, zu verwenden. Bei entsprechenden Anwendungen kann es sich beispielsweise um eine kamerabasierte Überwachung einer Fahrstrecke, beispielsweise zur Hinderniserkennung, oder auch ein Überwachen von Anzeigen oder Bedienelementen handeln. Dabei besteht bei entsprechenden sicherheitsrelevanten Anwendungen insbesondere die Anforderung einer zuverlässigen und zeitnahen Fehler- und Störungsoffenbarung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einem Bildsensor zum Erfassen von Bilddaten anzugeben, die eine zuverlässige Überwachung des Bildsensors in Bezug auf mögliche Fehler beziehungsweise Störungen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit einem Bildsensor zum Erfassen von Bilddaten, wobei die Vorrichtung einen Flächenlichtmodulator mit einer Matrix von Mikrospiegeln aufweist, die derart im Strahlengang vor dem Bildsensor angeordnet sind, dass von der Vorrichtung erfasstes Licht ausschließlich in einem eingeschalteten Zustand des jeweiligen Mikrospiegels auf einen zugeordneten Pixel oder Pixelbereich des Bildsensors gelenkt wird, und wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, im Rahmen eines Prüfvorgangs den Bildsensor durch selektives Ein- und/oder Ausschalten von zumindest einem der Mikrospiegel mit zumindest einem Prüfmuster zu beaufschlagen, die von dem Bildsensor erfassten Bilddaten mit dem jeweiligen Prüfmuster zu vergleichen und anhand des Vergleichs defekte Pixel oder Pixelbereiche des Bildsensors zu erkennen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich somit zunächst dadurch aus, dass sie einen Flächenlichtmodulator mit einer Matrix von Mikrospiegeln aufweist. Dabei handelt es sich bei einem Flächenlichtmodulator um ein mikroelektromechanisches Bauelement zur dynamischen Modulation von Licht. Im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Mikrospiegel hierbei derart im Strahlengang vor dem Bildsensor angeordnet, dass von der Vorrichtung erfasstes Licht ausschließlich in einem eingeschalteten Zustand des jeweiligen Mikrospiegels auf einen zugeordneten Pixel oder Pixelbereich des Bildsensors gelenkt wird. So können die Mikrospiegel von Flächenlichtmodulatoren üblicherweise diskrete Auslenkungen annehmen, wobei die Mikrospiegel in der Regel zwei stabile Endzustände besitzen, zwischen denen sie mit einer hohen Schaltfrequenz von beispielsweise 5000 Hz wechseln können. Im Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird einer der Zustände der Mikrospiegel als „eingeschaltet“ bezeichnet, während der andere Zustand als „ausgeschaltet“ bezeichnet wird. Dabei wird mit dieser Formulierung zum Ausdruck gebracht, dass von der Vorrichtung, etwa mittels eines Objektivs, erfasstes Licht ausschließlich in dem „eingeschalteten“ Zustand des jeweiligen Mikrospiegels auf einen zugeordneten Pixel oder Pixelbereich des Bildsensors gelenkt wird und somit der betreffende Pixel oder Pixelbereich im „abgeschalteten“ Zustand des betreffenden Mikrospiegels „dunkel“ ist. Sofern ein Flächenlichtmodulator mit mehr als zwei stabilen Endzuständen verwendet wird, so können der „eingeschaltete“ beziehungsweise der „ausgeschaltete“ Zustand im Sinne der vorliegenden Erfindung jeweils durch einen oder mehrere dieser Endzustände realisiert werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich nun weiterhin dadurch aus, dass sie ausgebildet ist, im Rahmen eines Prüfvorgangs den Bildsensor durch selektives Ein- und/oder Ausschalten von zumindest einem der Mikrospiegel mit zumindest einem Prüfmuster zu beaufschlagen. Dies bedeutet, dass der Flächenlichtmodulator im Rahmen der vorliegenden Erfindung dazu verwendet wird, ein Prüfmuster auf den Bildsensor aufzuprägen. Dies erfolgt durch ein dahingehend „selektives“ Ein- und/oder Ausschalten von zumindest einem der Mikrospiegel, dass die Mikrospiegel jeweils individuell gemäß dem jeweiligen Prüfmuster angesteuert beziehungsweise ausgerichtet werden. Durch einen Vergleich der von dem Bildsensor erfassten Bilddaten mit dem jeweiligen Prüfmuster ist es der Vorrichtung hierbei möglich, defekte Pixel oder Pixelbereiche des Bildsensors zu erkennen. In Abhängigkeit von der jeweiligen Ausprägung kann es sich hierbei bei einem entsprechenden defekten Pixel oder Pixelbereich entweder um einen solchen handeln, der unabhängig vom tatsächlich erfassten Licht (dauerhaft) ein Signal liefert oder aber um einen solchen, der dahingehend ausgefallen ist, dass er trotz Lichteinfalls (dauerhaft) kein Signal liefert.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorteilhaft, da sie eine zuverlässige Überprüfung des zum Erfassen von Bilddaten verwendeten Bildsensors beziehungsweise auch der Vorrichtung mit diesem Bildsensor ermöglicht. Vorteilhafterweise handelt es sich dabei bei dem verwendeten Flächenlichtmodulator um eine Hardwarekomponente, die von anderen Komponenten der Vorrichtung unabhängig ist und eine Überwachung in Echtzeit ermöglicht. Damit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere zur Überwachung von sicherheitsrelevanten beziehungsweise sicherheitskritischen Anwendungen geeignet. Im Falle von Anwendungen im Bereich der Eisenbahnautomatisierung betrifft dies insbesondere signaltechnisch sichere Anwendungen, d.h. solche Anwendungen, die den besonders hohen Sicherheitsanforderungen des Bahnbetriebes nach den für die jeweilige Zulassungsbehörde maßgebenden Vorschriften genügen.
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Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhafterweise auch in komplexe sicherheitskritische Anwendungen auf einfache Art und Weise integriert werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung einerseits auf die konkrete, den Bildsensor zum Erfassen der Bilddaten enthaltene Komponente, d.h. beispielsweise eine Videokamera, beschränkt sein kann. Andererseits ist es jedoch auch möglich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung als verteiltes System realisiert ist, so dass beispielsweise neben einer entsprechenden Videokamera mit dem Bildsensor zum Erfassen der Bilddaten auch weitere, entfernt angeordnete Komponenten, etwa in Form einer Steuer- und/oder Überwachungs-Einrichtung, Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sein können.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass es sich bei Flächenlichtmodulatoren um bewährte sowie vergleichsweise kostengünstige Bauelemente handelt. Darüber hinaus erlaubt die Verwendung entsprechender Flächenlichtmodulatoren in der erfindungsgemäßen Art und Weise eine unmittelbare und damit besonders zuverlässige Erkennung beziehungsweise Offenbarung defekter Pixel oder Pixelbereiche des Bildsensors. Dabei kann es sich bei dem Bildsensor insbesondere um einen halbleiterbasierten beziehungsweise elektronischen Bildsensor, beispielsweise in Form eines CCD- oder eines CMOS-Sensors handeln.
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Bei den im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Flächenlichtmodulatoren kann es sich grundsätzlich um entsprechende mikroelektromechanische Bauelemente unterschiedlicher Art und unterschiedlicher Hersteller handeln.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Flächenlichtmodulator ein Digital Micromirror Device. Dies weist den Vorteil auf, dass es sich bei „Digital Micromirror Devices“ um weitverbreitete, gängige Flächenlichtmodulatoren handelt. Dabei weist ein Digital Micromirror Device üblicherweise eine Matrix von Mikrospiegeln beziehungsweise Mikrospiegelaktoren auf, wobei die einzelnen verkippbaren spiegelnden Flächen beispielsweise eine Kantenlänge von etwa 16µm besitzen können. Jeder der Mikrospiegel besitzt hierbei in der Regel zwei stabile Endzustände, zwischen denen er sich in seinem Ausrichtungswinkel mit hoher Frequenz, die beispielsweise in der Größenordnung 5000 Hz liegen kann, verstellen lässt.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese zumindest eine Lichtquelle auf, die derart angeordnet und steuerbar ist, dass im Rahmen des Prüfvorgangs der Bildsensor oder vorbestimmte Teile desselben beleuchtbar sind. Dies bietet den Vorteil, dass nicht nur mittels der Mikrospiegel des Flächenlichtmodulators eine gezielte Verdunkelung beziehungsweise Abschaltung einzelner Pixel oder Bereiche des Bildsensors möglich ist, sondern darüber hinaus mittels der zumindest einen Lichtquelle auch eine gezielte Ausleuchtung des Bildsensors oder vorbestimmter Teile desselben möglich ist. Dabei ist die Lichtquelle zumindest dahingehend steuerbar, dass sie im Rahmen des Prüfvorgangs an- sowie ausgeschaltet werden kann. Vorteilhafterweise kann hierbei die Lichtstärke der zumindest einen Lichtquelle gesteuert beziehungsweise angepasst werden, so dass der Bildsensor beziehungsweise der vorbestimmte Teil desselben im Rahmen des Prüfvorgangs vorzugsweise lediglich mit so viel Licht beaufschlagt beziehungsweise beleuchtet wird, dass ein Erhellen beziehungsweise Ansprechen der betreffenden Pixel des Bildsensors verursacht wird. Die zumindest eine Lichtquelle kann einfarbiges, z.B. weißes, Licht bereitstellen oder eine Mehrzahl von Farben, etwa in Form eines RGB(Rot-Grün-Blau)-Arrays. Weiterhin kann die Lichtquelle auch Licht einer für das menschliche Auge nicht sichtbaren Wellenlänge abstrahlen. In Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten können darüber hinaus auch mehrere Lichtquellen vorgesehen sein, um eine unabhängige Ausleuchtung unterschiedlicher Bereiche des Bildsensors zu ermöglichen. Unabhängig hiervon wird die Granularität mittels derer durch die zumindest eine Lichtquelle ein Beaufschlagen des Bildsensors mit Licht möglich ist, in der Regel geringer sein als diejenige, die im Falle des Abdunkelns durch das Ausschalten von (einzelnen) Mikrospiegeln des Flächenlichtmodulators ermöglicht wird.
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Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch derart weitergebildet sein, dass die Vorrichtung ausgebildet ist, den Bildsensor durch ein hochfrequentes Ein- und Ausschalten der betreffenden Mikrospiegel des Flächenlichtmodulators derart mit dem zumindest einem Prüfmuster zu beaufschlagen, dass auch während des Prüfvorgangs ein unterbrechungsfreies Erfassen der eigentlichen Bilddaten durch den Bildsensor erfolgt. Aufgrund der hohen Schaltgeschwindigkeit verfügbarer Flächenlichtmodulatoren ist es vorteilhafterweise möglich, den Bildsensor derart mit dem zumindest einen Prüfmuster zu beaufschlagen, dass auch während des Prüfvorgangs ein unterbrechungsfreies Erfassen der eigentlichen, d.h. „regulär“ zur Erfassung vorgesehenen Bilddaten durch den Bildsensor erfolgt. Dies bedeutet, dass die Bilderfassung durch den Prüfvorgang nicht oder nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Konkret kann sich dies so darstellen, dass für eine Person, welche die Bilddaten auf einer Anzeigeeinrichtung beobachtet, zwar gegebenenfalls eine gewisse Verdunkelung des Bildes erkennbar ist, nichtsdestotrotz die dargestellten Bilddaten jedoch weiterhin erkennbar bleiben. In Abhängigkeit von der jeweiligen Realisierung und dem jeweils verwendeten Prüfmuster ist es hierbei auch möglich, dass der Prüfvorgang für das menschliche Auge beziehungsweise eine entsprechende Person, bei der es sich beispielsweise um Bedien- und/oder Überwachungspersonal handeln kann, überhaupt nicht erkennbar ist, so dass keinerlei Beeinträchtigung erfolgt.
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Der Prüfvorgang kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung, für welche der Bildsensor verwendet wird, sowie den jeweiligen Anforderungen auf unterschiedliche Art und Weise ablaufen.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgebildet, im Rahmen des Prüfvorgangs zumindest einen Pixel des Bildsensors durch ein zumindest zeitweises Ausschalten zumindest eines der Mikrospiegel abzudunkeln und anhand des Vergleichs der von dem Bildsensor erfassten Bilddaten mit dem jeweiligen Prüfmuster zu prüfen, ob sich der zumindest eine Pixel erwartungsgemäß verdunkelt. Dabei kann nicht nur geprüft werden, ob sich der zumindest eine Pixel des Bildsensors überhaupt ab- beziehungsweise verdunkelt, sondern darüber hinaus auch, ob dies innerhalb einer üblichen Reaktionszeit geschieht. Hierdurch können somit vorteilhafterweise „festsitzende“ beziehungsweise „heiße“ Pixel des Bildsensors erkannt werden, die auch ohne Lichteinfall ein Signal liefern. Vorteilhafterweise kann das Ausschalten des zumindest einen der Mikrospiegel zwecks Abdunkelung des zumindest einen Pixels des Bildsensors hierbei auch derart geschehen, dass durch ein schnelles Ein- und Ausschalten des betreffenden zumindest einen Mikrospiegels die auf dem betreffenden zumindest einen Pixel des Bildsensors einfallende Lichtmenge reduziert wird, was einem „Dimmen“ des betreffenden zumindest einen Pixels entspricht. Auch in diesem Fall kann vorteilhafterweise geprüft werden, ob der betreffende zumindest eine Pixel des Bildsensors innerhalb einer erwarteten Reaktionszeit die Abdunkelung beziehungsweise das Dimmen erkennt. Vorteil dieses lediglich zeitweisen Ausschaltens, d.h. eines hochfrequenten Ein- und Ausschaltens des betreffenden zumindest einen Mikrospiegels, ist es hierbei wiederum, dass trotz des laufenden Prüfvorgangs weiterhin eine Bilderfassung durch den betreffenden Pixel beziehungsweise die betreffenden Pixel des Bildsensors möglich ist.
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Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch derart ausgeprägt sein, dass die Vorrichtung ausgebildet ist, im Rahmen des Prüfvorgangs zumindest einen Pixel des Bildsensors durch ein zumindest zeitweises Ausschalten zumindest eines der Mikrospiegel abzudunkeln, den zumindest einen abgedunkelten Pixel mit Licht zu beleuchten und anhand des Vergleichs der von dem Bildsensor erfassten Bilddaten mit dem jeweiligen Prüfmuster zu prüfen, ob sich der zumindest eine Pixel erwartungsgemäß aufhellt. Auch hierbei erfolgt somit entsprechend der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zunächst eine Abdunkelung zumindest eines Pixel des Bildsensors. Im Unterschied zu der zuvor beschriebenen Vorgehensweise wird nun jedoch der zumindest eine abgedunkelte Pixel gezielt mit Licht beleuchtet und anhand des Vergleichs der von dem Bildsensor erfassten Bilddaten mit dem jeweiligen Prüfmuster geprüft, ob sich der zumindest eine Pixel erwartungsgemäß aufhellt. Vorteilhafterweise kann hierbei wiederum sowohl geprüft werden, ob sich der zumindest eine betreffende Pixel überhaupt aufhellt als auch, ob dies innerhalb einer erwarteten Reaktionszeit geschieht. Hierdurch ist es somit vorteilhafterweise möglich, Pixel des Bildsensors zu erkennen, die dahingehend defekt sind, dass sie kein Signal liefern, d.h. „tot“ sind.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die beiden zuvor beschriebenen, auf den Ablauf des Prüfvorgangs bezogenen bevorzugten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung selbstverständlich auch dahingehend kombiniert werden können, dass zunächst geprüft wird, ob sich betreffende Pixel erwartungsgemäß verdunkeln und anschließend innerhalb desselben Prüfvorgangs geprüft wird, ob sich die betreffenden Pixel oder auch andere Pixel des Bildsensors im Falle einer gezielten Beleuchtung mit Licht erwartungsgemäß aufhellen. Darüber hinaus sind auch anderen Formen von Prüfvorgängen möglich, bei denen beispielsweise Teile des Bildsensors vollständig abgedunkelt und andere Teile des Bildsensors durch ein entsprechendes Ein- und Ausschalten der zugeordneten Mikrospiegel lediglich in Bezug auf die empfangene Lichtmenge abgedunkelt beziehungsweise gedimmt werden.
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Unabhängig von der jeweiligen Ausprägung des Prüfvorgangs erfolgt für den Fall, dass bei der Durchführung des Prüfvorgangs Probleme auftreten oder (zu viele) defekte Pixel oder Pixelbereiche des Bildsensors erkannt werden, vorteilhafterweise eine sicherheitsgerichtete Reaktion. Diese kann beispielsweise darin bestehen, dass eine Warnmeldung ausgegeben oder eine anderweitige Aktion veranlasst wird.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese ausgebildet, zuvor ausgeschaltete Mikrospiegel am Ende des Prüfvorgangs wieder einzuschalten. Hierdurch wird somit sichergestellt, dass nach Abschluss des Prüfvorgangs von der Vorrichtung erfasstes Licht von den Mikrospiegeln des Flächenlichtmodulators vollständig auf den Bildsensor weitergeleitet beziehungsweise gelenkt wird.
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Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäßen Vorrichtung weitergebildet sein, den Prüfvorgang in regelmäßigen zeitlichen Abständen, auf einen Empfang eines Prüfsignals hin und/oder situationsabhängig durchzuführen. Dabei kann das Auslösen des Prüfvorgangs sowie auch das Durchführen des Vergleichs der von dem Bildsensor erfassten Bilddaten mit dem jeweiligen Prüfmuster vorteilhafterweise jeweils entweder von einer unmittelbar dem Bildsensor zugeordneten Komponente oder auch von einer übergeordneten Komponente veranlasst beziehungsweise durchgeführt werden. Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass eine entsprechende Steuer- und/oder Prüf- beziehungsweise Überwachungs-Einrichtung zusammen mit dem Bildsensor und dem Flächenlichtmodulator in einer Komponente realisiert ist. In diesem Fall wird die Vorrichtung somit im Wesentlichen beziehungsweise ausschließlich durch diese betreffende Komponente, d.h. beispielsweise eine entsprechend ausgeführte Videokamera, gebildet. Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, dass beispielsweise eine Steuer- und/oder Überwachungs-Einrichtung eines übergeordneten sicherheitsrelevanten Systems die Durchführung des Prüfvorgangs anstößt und/oder den Vergleich der von dem Bildsensor erfassten Bilddaten mit dem jeweiligen Prüfmuster vornimmt. In diesem Fall umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung somit neben derjenigen Komponente, welche den Bildsensor und den Flächenlichtmodulator aufweist, d.h. beispielsweise der Videokamera, darüber hinaus auch die Steuer- und/oder Überwachungs-Einrichtung des übergeordneten sicherheitsrelevanten Systems, so dass die Vorrichtung in diesem Fall als verteiltes System realisiert ist. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch Zwischenstufungen dahingehend möglich, dass beispielsweise die Durchführung des Prüfvorgangs von einer Videokamera selbst vorgenommen wird, das Ergebnis der Prüfung jedoch dann in der Folge zumindest für den Fall, dass defekte Pixel oder Pixelbereiche des Bildsensors festgestellt werden, an eine übergeordnete Überwachungs-Einrichtung gemeldet wird.
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Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Prüfen eines Bildsensors zum Erfassen von Bilddaten.
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Hinsichtlich des Verfahrens liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Prüfen eines Bildsensors zum Erfassen von Bilddaten anzugeben, das eine zuverlässige Überwachung des Bildsensors in Bezug auf mögliche Fehler beziehungsweise Störungen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Prüfen eines Bildsensors zum Erfassen von Bilddaten, wobei im Rahmen eines Prüfvorgangs der Bildsensor durch selektives Ein- und/oder Ausschalten von zumindest einem Mikrospiegel eines Flächenlichtmodulators, der eine Matrix von Mikrospiegeln aufweist, die derart im Strahlengang vor dem Bildsensor angeordnet sind, dass ausschließlich in einem eingeschalteten Zustand des jeweiligen Mikrospiegels auf einen zugeordneten Pixel oder Pixelbereich des Bildsensors zu erfassendes Licht gelenkt wird, mit zumindest einem Prüfmuster beaufschlagt wird, die von dem Bildsensor erfassten Bilddaten mit dem jeweiligen Prüfmuster verglichen werden und anhand des Vergleichs defekte Pixel oder Pixelbereiche des Bildsensors erkannt werden.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen im Wesentlichen denjenigen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, so dass diesbezüglich auf die entsprechenden vorstehenden Erläuterungen verwiesen wird. Gleiches gilt hinsichtlich der im Folgenden genannten bevorzugten Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens in Bezug auf die entsprechende bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, so dass auch diesbezüglich auf die entsprechenden vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.
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Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren derart weitergebildet sein, dass im Rahmen des Prüfvorgangs zumindest Teile des Bildsensors mittels zumindest einer Lichtquelle beleuchtet werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgestaltet, dass der Bildsensor durch ein hochfrequentes Ein- und Ausschalten der betreffenden Mikrospiegel des Flächenlichtmodulators derart mit dem zumindest einem Prüfmuster beaufschlagt wird, dass auch während des Prüfvorgangs ein unterbrechungsfreies Erfassen der eigentlichen Bilddaten durch den Bildsensor erfolgt.
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Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch derart weitergebildet sein, dass im Rahmen des Prüfvorgangs zumindest ein Pixel des Bildsensors durch ein zumindest zeitweises Ausschalten zumindest eines der Mikrospiegel abgedunkelt wird und anhand des Vergleichs der von dem Bildsensor erfassten Bilddaten mit dem jeweiligen Prüfmuster geprüft wird, ob sich der zumindest eine Pixel erwartungsgemäß verdunkelt.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dieses derart ausgeprägt, dass im Rahmen des Prüfvorgangs zumindest ein Pixel des Bildsensors durch ein zumindest zeitweises Ausschalten zumindest eines der Mikrospiegel abgedunkelt wird, der zumindest eine abgedunkelte Pixel mit Licht beleuchtet wird und anhand des Vergleichs der von dem Bildsensor erfassten Bilddaten mit dem jeweiligen Prüfmuster geprüft wird, ob sich der zumindest eine Pixel erwartungsgemäß aufhellt.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zuvor abgeschaltete Mikrospiegel am Ende des Prüfvorgangs wieder eingeschaltet.
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Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch derart weitergebildet sein, dass der Prüfvorgang in regelmäßigen zeitlichen Abständen, auf einen Empfang eines Prüfsignals hin und/oder situationsabhängig durchgeführt wird.
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Im Folgenden wir die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierzu zeigt die
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Figur in einer schematischen Skizze ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In der Figur ist eine Vorrichtung 1 mit einem Bildsensor 10 zum Erfassen von Bilddaten dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin einen Flächenlichtmodulator 20, bei dem es sich im Rahmen des beschriebenen Ausführungsbeispiels um ein Digital Micromirror Device handeln soll. Der Flächenlichtmodulator 20 weist eine Vielzahl von in einer Matrix angeordneten Mikrospiegeln auf, von denen in der Figur exemplarisch sechs Mikrospiegel 21 bis 26 gezeigt sind. Üblicherweise können die Mikrospiegel hierbei selektiv angesteuert und individuell um einen Winkel von ±10–12˚ rotiert werden, wodurch ein Ein- beziehungsweise Ausschalten jedes einzelnen der Mikrospiegel 21 bis 26 möglich ist. In der Figur ist beispielhaft ein Zustand gezeigt, in dem die Mikrospiegel 21 und 22 ausgeschaltet, d.h. in ihrem ausgeschalteten Zustand sind. Dies führt dazu, dass einfallendes Licht von den beiden Mikrospiegeln 21 und 22 auf einen Absorber 30 reflektiert wird.
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Im Unterschied hierzu sind die Mikrospiegel 23 bis 26 im eingeschalteten Zustand dargestellt. Zur Verdeutlichung der Ausrichtung der Mikrospiegel 21–26 ist in der Figur jeweils der Zustand, der von dem jeweiligen Mikrospiegel 21–26 gerade nicht eingenommen wird, in gestrichelter Form angedeutet.
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Bevor genauer auf den jeweiligen Strahlengang eingegangen wird, sollen zunächst noch die weiteren Komponenten der Vorrichtung 1 beschrieben werden.
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Zur Bilderfassung weist die Vorrichtung 1 eine erste optische Linse 40 auf; darüber hinaus ist zwischen dem Flächenlichtmodulator 20 und dem Bildsensor 10 eine zweite optische Linse 50 erkennbar, mittels derer eine Abbildung auf den Bildsensor 10 erfolgt.
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Weiterhin ist in der Figur eine Steuer- und/oder Überwachungs-Einrichtung 60 dargestellt, die mittels eines Steuerkanals 70 an den Flächenlichtmodulator 20 angebunden ist, wodurch die Mikrospiegel 21 bis 26 des Flächenlichtmodulators 20 von der Steuer- und/oder Überwachungs-Einrichtung 60 selektiv und individuell ein- und ausgeschaltet werden können. Die Steuer- und/oder Überwachungs-Einrichtung 60 umfasst vorzugsweise sowohl Hardwarebestandteile, etwa in Form eines Rechners, als auch Softwarebestandteile, etwa in Form von ablauffähigem Programmcode.
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Darüber hinaus ist in der Figur eine steuerbare Lichtquelle 80 angedeutet, deren Lichtstärke über einen weiteren Steuerkanal 90 ebenfalls von der Steuer- und/oder Überwachungs-Einrichtung 60 kontrolliert beziehungsweise gesteuert werden kann.
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Im Rahmen des beschriebenen Ausführungsbeispiels sei angenommen, dass der Bildsensor 10 Bestandteil einer Videokamera ist. Ein von der Videokamera abzubildendes beziehungsweise zu erfassendes Bild 100 wird hierbei derart auf den Bildsensor 10 abgebildet, dass mittels des Bildsensors 10 ein entsprechendes Bild beziehungsweise Bilddaten 110 erfasst werden. Dabei sei angenommen, dass es sich bei dem Bildsensor 10 um einen halbleiterbasierten Bildsensor in CCD- oder CMOS-Technik handelt.
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In Bezug auf die eingeschalteten Mikrospiegel 23 bis 26 des Flächenlichtmodulators 20 stellt sich der Strahlengang 120 somit gemäß der Darstellung der Figur derart dar, dass von der Vorrichtung 1 mittels der ersten optischen Linse 40 erfasstes Licht durch die Mikrospiegel 23 bis 26 über die zweite optische Linse 50 auf einen zugeordneten Pixel oder Pixelbereich des Bildsensors 10 gelenkt wird. Ein entsprechend reflektierter Lichtstrahl ist der Figur mit dem Bezugszeichen 125 gekennzeichnet.
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Die genaue Zuordnung zwischen den einzelnen Mikrospiegeln 21 bis 26 und den Pixeln des Bildsensors 10 hängt insbesondere von der Auflösung sowohl des Flächenlichtmodulators 20 als auch des Bildsensors 10 ab. So ist es einerseits möglich, dass jedem Mikrospiegel 21 bis 26 des Flächenlichtmodulators 20 genau ein Pixel des Bildsensors 10 zugeordnet ist. Alternativ hierzu ist es auch denkbar, dass mittels der Mikrospiegel 21 bis 26 jeweils mehrere Pixel des Bildsensors 10 ausgeleuchtet werden. Umgekehrt kann auch die Situation vorliegen, dass für den Fall, dass der Bildsensor 10 eine geringere Auflösung aufweist als der Flächenlichtmodulator 20 mehrere Mikrospiegel 21 bis 26 demselben Pixel des Bildsensors 10 zugeordnet sind. Unabhängig hiervon stellt sich der Strahlengang im Falle eines ausgeschalteten Mikrospiegels 21, 22 in der in der Figur gestrichelt gezeigten und mit dem Bezugszeichen 130 gekennzeichneten Form derart dar, dass einfallendes Licht von den ausgeschalteten Mikrospiegeln 21, 22 auf den Absorber 30 gelenkt wird, was in der Figur durch einen entsprechenden Lichtstrahl 135 angedeutet ist. Dies bedeutet, dass in diesem Fall der oder die den Mikrospiegeln 21, 22 zugeordneten Pixel des Bildsensors 10 nicht ausgeleuchtet sind, was im Rahmen der vorliegenden Beschreibung auch als „abgedunkelt“ bezeichnet wird.
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Die in der Figur lediglich im Hinblick auf ihre wichtigsten Komponenten skizzierte Vorrichtung 1 erlaubt es nun vorteilhafterweise, mittels eines Prüfvorgangs die Funktion des Bildsensors 10 zu überprüfen. Hierbei wird der Bildsensor 10 durch selektives Ein- und/oder Ausschalten von zumindest einem der Mikrospiegel 21 bis 26 mit zumindest einem Prüfmuster beaufschlagt. In der in der Figur dargestellten Situation bedeutet dies, dass das betreffende Prüfmuster zum betreffenden Zeitpunkt so aussieht, dass die Mikrospiegel 21 und 22 aus- und die übrigen Mikrospiegel 23 bis 26 eingeschaltet sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass im Rahmen eines Prüfvorgangs im zeitlichen Verlauf eine dynamische Änderung dahingehend erfolgen kann, dass beispielsweise die ausgeschalteten Mikrospiegel 21 und 22 ein- und zumindest einzelne oder auch alle der eingeschalteten Mikrospiegel 23 bis 26 ausgeschaltet werden.
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Die von dem Bildsensor erfassten Bilddaten 110 werden nun seitens der Vorrichtung 1 mit dem jeweiligen Prüfmuster verglichen. Dies kann beispielsweise durch die Steuer- und/oder Überwachungs-Einrichtung 60 geschehen, in welchem Fall diese Zugriff auf die von dem Bildsensor 10 erfassten Bilddaten benötigt. Alternativ hierzu kann der Vergleich der von dem Bildsensor 10 erfassten Bilddaten 110 mit dem jeweiligen Prüfmuster auch von dem Bildsensor 10 selbst oder von einer weiteren, in der Figur nicht dargestellten Komponente durchgeführt werden. Wesentlich hierbei ist lediglich, dass der betreffenden Komponente sowohl die von dem Bildsensor 10 erfassten Bilddaten 110 zur Verfügung stehen als auch das jeweilige Prüfmuster bekannt ist. Anhand des Vergleichs der von dem Bildsensor 10 erfassten Bilddaten 110 mit dem jeweiligen Prüfmuster ist es hierbei vorteilhafterweise möglich, defekte Pixel oder Pixelbereiche des Bildsensors 10 zu erkennen.
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Bei entsprechenden defekten Pixeln oder Pixelbereichen kann es sich einerseits um solche handeln, die trotz Abschaltung des zugeordneten Mikrospiegels 21, 22, d.h. trotz Abdunkelung, ein Signal liefern.
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Andererseits ist es mittels der steuerbaren Lichtquelle 80 vorteilhafterweise auch möglich, solche Pixel oder Pixelbereiche des Bildsensors 10 zu identifizieren, die dahingehend defekt sind, dass sie auch bei Lichteinfall kein Signal liefern. Hierzu ist es mittels der steuerbaren Lichtquelle 80 der Steuer- und/oder Überwachungs-Einrichtung 60 über den Steuerkanal 90 vorteilhafterweise möglich, im Rahmen des Prüfvorgangs eine gezielte Ausleuchtung von Pixeln beziehungsweise Pixelbereichen des Bildsensors 10 vorzunehmen. Dies bedeutet, dass die Lichtquelle 80 derart angeordnet und steuerbar ist, dass im Rahmen des Prüfvorgangs der Bildsensor 10 oder vorbestimmte Teile desselben beleuchtbar sind.
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Im Rahmen des Prüfvorgangs ist es mittels der Vorrichtung 1 vorteilhafterweise möglich, den Bildsensor 10 durch ein hochfrequentes Ein- und Ausschalten der betreffenden Mikrospiegel, d.h. beispielsweise der Mikrospiegel 21 und 22, derart mit dem zumindest einen Prüfmuster zu beaufschlagen, dass auch während des Prüfvorgangs ein unterbrechungsfreies Erfassen der eigentlichen Bilddaten durch den Bildsensor 10 erfolgt. Dabei kann der Grad der Abdunkelung der von den jeweiligen Mikrospiegeln 21 bis 26 versorgten Pixel beziehungsweise Pixelbereiche des Bildsensors 10 durch die Frequenz sowie die Pulsweite des Ein- und Ausschaltens der betreffenden Mikrospiegel 21 bis 26 bestimmt werden.
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Die Vorrichtung 1 kann nun vorteilhafterweise derart betrieben werden, dass im Rahmen des jeweiligen Prüfvorgangs zumindest ein Pixel des Bildsensors 10 durch ein zumindest zeitweises Ausschalten von zumindest einem der Mikrospiegel 21, 22 abgedunkelt wird und anhand des Vergleichs der von dem Bildsensor 10 erfassten Bilddaten mit dem Prüfmuster geprüft wird, ob sich der zumindest eine Pixel erwartungsgemäß verdunkelt. Hierbei ist eine Prüfung sowohl in Bezug auf eine Abdunkelung als solche als auch in Bezug auf eine erwartete Reaktionszeit möglich. Durch ein Beleuchten zumindest eines zuvor vorzugsweise abgedunkelten Pixels mit Licht 140 der Lichtquelle 80 kann darüber hinaus anhand des Vergleichs der von dem Bildsensor erfassten Bilddaten 110 mit dem jeweiligen Prüfmuster geprüft werden, ob sich der zumindest eine Pixel erwartungsgemäß, auch hinsichtlich seiner Reaktionszeit, aufhellt. Am Ende des Prüfvorgangs werden die zuvor abgeschalteten Mikrospiegel 21, 22 vorzugsweise wieder eingeschaltet, so dass die Bilderfassung nicht weiter beeinflusst beziehungsweise beeinträchtigt wird.
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Der Prüfvorgang kann durch die Vorrichtung 1 vorzugsweise in regelmäßigen zeitlichen Abständen, auf einen Empfang eines Prüfsignals hin und/oder situationsabhängig durchgeführt werden.
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Generell ist darauf hinzuweisen, dass die in der Figur dargestellte Vorrichtung 1 als eine gemeinsame Komponente ausgeführt sein kann, so dass beispielsweise alle dargestellten Komponenten, d.h. insbesondere der Bildsensor 10, der Flächenlichtmodulator 20 sowie die Steuer- und/oder Überwachungs-Einrichtung 60, Bestandteil beispielsweise einer Videokamera sein können. Alternativ hierzu ist es jedoch auch denkbar, dass die Vorrichtung 1 dahingehend als verteiltes System realisiert ist, dass beispielsweise die Steuer- und/oder Überwachungs-Einrichtung 60 in Bezug auf Teile ihrer Funktionalität oder auch vollständig nicht Bestandteil des betreffenden Bilderfassungssystems, d.h. beispielsweise einer entsprechenden Videokamera, ist. So kann die Steuer- und/oder Überwachungs-Einrichtung 60 beispielsweise ganz oder teilweise als Komponente eines übergeordneten sicherheitsrelevanten Systems ausgeführt sein. Im Falle eines Systems der Eisenbahnautomatisierung kann es sich hierbei beispielsweise um einen sicheren Rechner eines Steuer- und/oder Leitsystems handeln.
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Entsprechend den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen diese insbesondere den Vorteil auf, dass mittels des Flächenlichtmodulators 20 eine Beaufschlagung des Bildsensors 10 mit beliebigen Prüfmustern möglich ist, wobei hierdurch vorteilhafterweise die Funktion des Bildsensors 10 nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt wird, so dass eine Prüfung des Bildsensors 10 vorzugsweise auch im laufenden Betrieb desselben erfolgen kann. Darüber hinaus handelt es sich vorteilhafterweise bei dem Flächenlichtmodulator 20 um eine Hardwarekomponente, die von den übrigen Komponenten, d.h. beispielsweise dem Bildsensor 10, weitgehend unabhängig ist, so dass sich insbesondere für sicherheitskritische Anwendungen und Funktionen Vorteile ergeben. Weiterhin wird vorteilhafterweise eine unmittelbare Erkennung fehlerhafter Pixel beziehungsweise Pixelbereiche des Bildsensors 10 ermöglicht.
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Zusätzlich kann der Flächenlichtmodulator 20 ergänzend auch dafür genutzt werden, in Fällen einer vorliegenden Überbelichtung eine selektive Begrenzung des einfallenden Lichtes, d.h. ein selektives Dimmen, vorzunehmen. Dies ist durch ein entsprechendes, gegebenenfalls hochfrequentes Ein- und Ausschalten der betreffenden Mikrospiegel 21 bis 26 möglich und bietet somit neben der Fehlererkennung vorteilhafterweise eine zusätzliche Funktion. Dabei kann auch in diesem Fall der Grad der Abdunkelung über eine Variation des Pulsweitenverhältnisses zwischen dem ein- und ausgeschalteten Zustand flexibel an die jeweilige Anforderung beziehungsweise jeweilige Umgebungsbedingungen angepasst werden.
