DE102019201467B4

DE102019201467B4 - Verfahren zum Betrieb eines Kamerasystems und Kamerasystem

Info

Publication number: DE102019201467B4
Application number: DE102019201467.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rittmann; Vladan Blahnik
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2019-02-05
Filing date: 2019-02-05
Publication date: 2023-03-02
Anticipated expiration: 2039-02-06
Also published as: DE102019201467A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Kamerasystems (1), wobei verfahrensgemäß- mittels eines Objektivs (4) des Kamerasystems (1), das eine Anzahl von optischen Bauelementen (6) umfasst, wenigstens ein Bildsensor (2) des Kamerasystems (1) mit aus der Umgebung in das Objektiv (4) einfallendem Licht belichtet wird,- mittels des Bildsensors (2) oder zumindest eines der gegebenenfalls mehreren Bildsensoren (2) ein an den sichtbaren Spektralbereich (VIS) angrenzender Spektralbereich (NIR) erfasst wird,- gemeinsam aus dem erfassten sichtbaren Spektralbereich (VIS) und aus dem erfassten angrenzenden Spektralbereich (NIR) ein weichgezeichnetes Bild erzeugt wird, und- ein Weichzeichnereffekt in seiner Stärke variiert wird, indem ein Beitrag des erfassten angrenzenden Spektralbereichs (NIR) zu dem weichgezeichneten Bild verändert wird, wobei zur Variation der Stärke des Weichzeichnereffekts in einen Strahlengang des Kamerasystems (1) wenigstens ein Filter (14, 20, 22) eingebracht wird, das für den angrenzenden Spektralbereich (NIR) zumindest teilweise intransparent ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kamerasystems, insbesondere zur Erzeugung eines weichgezeichneten Bildes, beispielsweise bei einer Stillbild- oder Bewegtbild-Kamera. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kamerasystem.
Kamerasysteme kommen regelmäßig zur Erzeugung von Bildern, im Fall von modernen Kamerasystemen insbesondere zur Erzeugung von digitalen Bilddaten mittels Bildsensoren zum Einsatz. Unter Kamerasystem wird hier und im Folgenden insbesondere eine Kombination einer Kamera, die insbesondere einen Bildsensor sowie üblicherweise ein Kamerasteuergerät zum Auslesen des Bildsensors, zur Steuerung der Belichtungszeit und dergleichen aufweist, und einer Optik zur Vergrößerung und/oder Fokussierung des einfallenden Lichts auf dem Bildsensor verstanden. Diese Optik ist regelmäßig in Form von einer Anzahl von optischen Elementen, insbesondere (bspw. sphärische oder asphärische) Linsen und/oder Spiegel in einem Objektiv realisiert. Häufig kann dieses Objektiv von der Kamera getrennt werden, um ein anderes Objektiv (bspw. mit einer anderen Brennweite oder dergleichen) mit derselben Kamera zu verwenden. Meist wird auch zwischen „Stillbild-Kameras“ und „Bewegtbild-Kameras“ (oder auch: „Film-Kameras“) unterschieden. Zwar sind moderne Stillbild-Kameras (beispielsweise Spiegelreflexkameras oder auch spiegellose Kameras) grundsätzlich auch dazu eingerichtet, Filmsequenzen (also bewegte Bilder) in entsprechenden Datensätzen auszugeben, jedoch werden weiterhin insbesondere für Kinofilme auch spezielle Film-Kameras, häufig auch mit entsprechend zugeordneten und angepassten Objektiven eingesetzt. Beide Systeme - Stillbild- sowie auch Film-Kameras - verfügen seitens ihrer Bildsensoren sowie auch seitens ihrer zugeordneten Optiken mittlerweile häufig über derart hohe Auflösungen, dass aufgrund der dadurch erzielten Schärfe und des Detailreichtums in manchen Fällen - beispielsweise bei Portraitaufnahmen - sogar negative Effekte, bspw. eine unangenehm hohe Detaildarstellung (bspw. von Falten, Hautunreinheiten, Narben etc.) auftreten. Andererseits ist eine solche hohe Auflösung und Schärfe beispielsweise bei Natur-, Landschafts-Aufnahmen und dergleichen wünschenswert.
Zwar stehen im Rahmen einer Bildnachbearbeitung Möglichkeiten zur Verfügung, um die durch die Schärfe der entsprechenden Bildaufnahme nachträglich wieder zu reduzieren, konkret in Form einer sogenannten Weichzeichnung. Diese Weichzeichnung erfolgt in diesem Fall jedoch softwaretechnisch auf den bereits erzeugten Bilddaten. Im Vergleich zu einer optischen (also von einer Bildnachbearbeitung prinzipiell unabhängigen) Weichzeichnung können jedoch mit einer solchen softwaretechnischen Weichzeichnung optische Effekte aufgrund der Tiefe der aufgenommenen Szene (bspw. ein dreidimensionaler Eindruck) nicht oder nur unter enormem Aufwand nachempfunden werden.
Um dieses Problem zu umgehen, sind Möglichkeiten bekannt, eine optische Weichzeichnung zu erreichen, indem beispielsweise die Wellenfront eines durch die Optik hindurchtretenden Lichtbündels manipuliert wird. Beispielsweise kommen dazu zwei mit einer Freiformfläche versehene Platten (auch unter der Bezeichnung „Alvarez-Platten“ bekannt) zum Einsatz, die quer zur optischen Achse gegeneinander verschieblich im Strahlengang des Kamerasystems angeordnet sind. Durch eine unterschiedliche Positionierung dieser Platten zueinander kann eine sphärische Aberration, die sich wiederum auf die Schärfe des Bildes auswirkt, eingestellt werden. Dies ist beispielsweise aus US 2017/0307860 A1 bekannt. Allerdings ist die Fertigung solcher Platten insbesondere aufgrund der erforderlichen Präzision, der großen Asphärizität und der fehlenden Rotationssymmetrie vergleichsweise aufwendig und somit auch teuer.
US 2018/0069996 A1 beschreibt ein Verfahren und eine elektronische Vorrichtung zur Erzeugung eines zusammengesetzten Bildes. Das Verfahren umfasst das Empfangen von Daten des sichtbaren Bildes und von Bilddaten des nahen Infrarot (NIR) von einem zusammengesetzten Sensor, das Bestimmen, ob mindestens ein Teil der NIR-Bilddaten einen Detailgrad größer oder gleich einem Schwellenwert hat, und das Erzeugen eines zusammengesetzten Bildes durch Fusionieren der Daten des sichtbaren Bildes mit dem mindestens einen Teil der NIR-Bilddaten auf der Grundlage der Bestimmung und Speicherung das zusammengesetzte Bild in einem Speicher.
Auch EP 2 309 449 B1 beschreibt ein Verfahren, bei dem neben einem Bild im sichtbaren Spektralbereich auch ein Bild im NIR-Bereich erfasst wird und zur Erzeugung eines verbesserten Bildes zumindest zu Teilen mit dem Bild im sichtbaren Spektralbereich fusioniert wird. Insbesondere werden gemäß EP 2 309 449 B1 aus dem Bild im sichtbaren Spektralbereich Farb- und Helligkeitsinformationen abgeleitet, wohingegen aus dem Bild im NIR-Bereich Detailinformationen abgeleitet werden. Diese Informationen werden anschließend wieder zu einem gemeinsamen Bild fusioniert.
US 5,555,324 beschreibt ein Verfahren und System zur Verarbeitung von zwei digitalen Eingangsbildsignalen, die jeweils für eine unterschiedliche zweidimensionale Ansicht derselben Szene repräsentativ sind, um drei verarbeitete Bildsignale zu erzeugen. Ein Mittel-Umfeld-Shuntprozessor wandelt jedes Eingangsbildsignal um, um ein entsprechendes verarbeitetes Bildsignal zu erzeugen. Ein weiterer Mittel-Umfeld-Shuntprozessor erzeugt das dritte verarbeitete Bildsignal aus den ersten beiden verarbeiteten Bildsignalen. Im letzteren Prozessor wird eines der beiden ersten verarbeiteten Bildsignale als Mittelbild und das andere als Raumbild ausgewählt. Der Prozessor führt eine Berechnung durch, die jedem Pixel im mittleren Bild zugeordnet ist, mit Daten, die aus dem mittleren Bild ausgewählt wurden, um ein zentrales Element für die Berechnung zu bilden, und mit Daten, die aus dem Surround-Bild ausgewählt wurden, um ein Surround-Element für die Berechnung zu bilden. Das Ergebnis jeder Berechnung ist ein Pixel des dritten verarbeiteten Bildsignals. Die drei verarbeiteten Bildsignale können an die jeweiligen RGB-Eingänge eines RGB-Anzeigegeräts angelegt werden.
US 2011/0134293 A1 beschreibt eine Kamera. Diese hat eine Abbildungseinheit, einen Sensor mit einem Quantenwirkungsgrad von 60% oder mehr im sichtbaren Lichtbereich zum Erfassen eines Brennpunkt-Einstellzustands in der Abbildungseinheit, und eine Steuereinheit zur Ausgabe eines Steuersignals zum Einstellen des Brennpunkts an der Abbildungseinheit auf der Grundlage des Ausgangssignals des Sensors.
US 2008/0259172 A1 beschreibt, dass Bilder mit der Fokus-Bracket-Fotografie an einer Position eines Hauptmotivs und an Fokuspositionen vor und nach der In-Focus-Position aufgenommen werden. Die Bilder werden so zusammengesetzt, dass ein unschärfebetontes Bild entsteht, in dem in dem die Bereiche, die unscharf sein sollen, entsprechend unscharf sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Weichzeichnung eines Bildes zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Kamerasystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Des Weiteren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Kamerasystem mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Weitere vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betrieb eines Kamerasystems, insbesondere zur Erzeugung eines weichgezeichneten Bildes (insbesondere bei Fotographie und/oder Filmaufnahmen) vorzugsweise von Szenen, die mit dem bloßen Auge sichtbar sind. Verfahrensgemäß wird hierzu mittels (vorzugsweise genau) eines Objektivs, das eine Anzahl von optischen Bauelementen - beispielsweise Linsen, Filtern, Prismen und/oder Spiegel (gegebenenfalls sphärischer oder asphärischer Geometrie, optional auch mit Freiformflächen) - umfasst, wenigstens ein Bildsensor zur Erzeugung des Bildes mit aus der Umgebung (d. h. insbesondere „objektseitig“) in das Objektiv einfallendem Licht belichtet. Mittels des Bildsensors oder zumindest eines der gegebenenfalls mehreren Bildsensoren wird außerdem auch wenigstens ein an den sichtbaren Spektralbereich angrenzender Spektralbereich erfasst und vorzugsweise zur visuell sichtbaren Abbildung genutzt. Das weichgezeichnete Bild wird dabei gemeinsam aus dem erfassten sichtbaren Spektralbereich und dem erfassten angrenzenden Spektralbereich des einfallenden Lichts erzeugt. D. h. zur Erzeugung des weichgezeichneten Bildes werden sowohl der sichtbare Spektralbereich als der angrenzende Spektralbereich herangezogen (d. h. verwendet) und vorzugsweise in den das (von dem Kamerasystem ausgegebene) Bild repräsentierenden Bilddaten fusioniert abgelegt.
Unter dem Begriff „Anzahl von“ wird hier und im Folgenden insbesondere eine Menge von mindestens einem Element verstanden.
Der oder der jeweilige Bildsensor ist bevorzugt Bestandteil einer Kamera des Kamerasystems.
Um den oder den jeweiligen Bildsensor mit dem angrenzenden Spektralbereich belichten zu können, wird vorzugsweise eine Filterung dieses an den sichtbaren Spektralbereich angrenzenden Spektralbereichs zumindest teilweise unterlassen.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es zweckmäßig ist, insbesondere um die Schärfe (insbesondere die Kantenschärfe) des erzeugten Bildes bereits optisch verändern zu können, das sogenannte Punktbild, das insbesondere durch eine sogenannte Punktbildfunktion (englisch: „point spread function“) beschrieben wird, zu beeinflussen. Diese Punktbildfunktion beschreibt dabei üblicherweise die Intensitätsverteilung im Bildraum, erzeugt von einer idealisierten „punktförmigen Lichtquelle“ im Objektraum. Üblicherweise wird durch diese Punktbildfunktion ein Unschärfekreis oder zumindest Unschärfebereich dieses Lichtpunkts beschrieben. Üblicherweise sind moderne Objektive und auch die zugehörigen Kameras (insbesondere auch die des vorstehend beschriebenen Kamerasystems) dazu ausgelegt, die Ausdehnung der Punktbildfunktion für die zu fokussierende Objektfläche möglichst klein zu halten, sodass auch der zugeordnete Unschärfekreis möglichst gering ist. Meist wird dazu bei Objektiven (sowie vorzugsweise auch bei dem vorliegenden Objektiv) ein sogenannter Farblängsfehler, also Abweichungen der Fokuslage verschiedener Wellenlängen, minimiert. Insbesondere liegen bei einem sogenannten Achromat die Fokuspunkte zweier Wellenlängen aus dem blauen und roten Bereich des sichtbaren Spektrums durch geeignete Wahl von Glasdispersionen und Brechkräften der Linsen an der gleichen Stelle. Zudem sind auch sogenannte Apochromaten bekannt, bei denen auch der dem grünen Farbspektrum zugeordnete Fokuspunkt etwa an der Stelle des roten und blauen Fokuspunkts liegt. Um die Punktbildfunktion zu beeinflussen, insbesondere zu verbreitern, wird nun erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein zur Abbildung (d. h. zur Erzeugung des Bildes) genutztes Lichtspektrum über den sichtbaren Spektralbereich hinaus zu erweitern. D. h. zur Bilderzeugung wird nicht nur das (visuell) sichtbare Licht, das sich üblicherweise in einem Wellenlängenbereich von etwa 400 bis 780 Nanometer erstreckt, herangezogen (d. h. verwendet). Vielmehr wird mittels des Bildsensors (oder zumindest eines von ggf. mehreren Bildsensoren) auch ein mit bloßem Auge nicht sichtbarer Spektralbereich (nämlich der an den sichtbaren angrenzende Spektralbereich) sichtbar gemacht. Da dieser angrenzende Spektralbereich bei Betrachtung mit dem bloßen Auge eben gerade nicht sichtbar ist, wird für diesen angrenzenden Spektralbereich ein wellenlängenabhängiger Abbildungsfehler regelmäßig nicht optisch ausgeglichen. D. h. dieser angrenzende Spektralbereich unterliegt üblicherweise (sowie vorzugsweise auch vorliegend) nicht der Korrektur durch den Achromaten oder den Apochromaten. Die Punktbildfunktion des angrenzenden Spektralbereichs ist damit im Vergleich zur Punktbildfunktion des Anteils des sichtbaren Spektralbereichs (in der gleichen Bildebene) defokussiert (in Abhängigkeit von der Breite des angrenzenden Spektralbereichs unterschiedlich stark) und somit meist auch breiter als die Punktbildfunktion des sichtbaren Spektralbereichs. Wird nun dieser angrenzende Spektralbereich zur Bilderzeugung (zusätzlich zu dem sichtbaren Spektralbereich) herangezogen, trägt dieser also zur Veränderung, insbesondere Verbreiterung der Punktbildfunktion des gesamten verwendeten Spektralbereichs bei. Somit wirkt das entsprechend erzeugte Bild zumindest teilweise defokussiert (unscharf) und kann folglich als weichgezeichnetes Bild verwendet werden.
Mittels des Bildsensors wird insbesondere ein Spektralbereich von etwa 400 bis 780 Nanometer, optional zwischen etwa 420 und 670 Nanometer als sichtbarer Spektralbereich erfasst und mithin zur Erzeugung des Bilds herangezogen.
Optional wird ein Objektiv, das speziell - insbesondere mittels einer geeigneten Wahl von Linsen und Linsenmaterialien - auch (d. h. neben dem sichtbaren Spektralbereich) zur Abbildung des angrenzenden Spektralbereichs eingerichtet ist, herangezogen. Regelmäßig genügen allerdings die optischen Abbildungseigenschaften (insbesondere hinsichtlich einer Transmission, einer Farbkorrektur und/oder einer Reflexion) herkömmlicher Objektive auch für den angrenzenden Spektralbereich den Anforderungen an eine übliche Abbildungsqualität, so dass auch derartige Objektive zum Einsatz kommen können. Vorzugsweise ist aber eine Anti-Reflex-Beschichtung des Objektivs derart gewählt, dass es für den angrenzenden Spektralbereich transparent ist oder zumindest eine hinreichend hohe Transmission aufweist.
Vorteilhafterweise kann bei der vorstehend beschriebenen Nutzung des angrenzenden Spektralbereichs der Einsatz von Mitteln zur Manipulation der Wellenfront (bspw. sogenannte Alvarez-Platten) der auf den Bildsensor fallenden Strahlung entfallen. Dadurch kann wiederum ein vergleichsweise kostengünstiges, optional auch ein herkömmliches Objektiv zur Bilderzeugung herangezogen werden. Auch können andere (insbesondere optische) Mittel zur Weichzeichnung, bspw. „Weichzeichnerfilter“ insbesondere in Form von „Anti-Aliasing-Filtern“, die vorzugweise als Tiefpassfilter hochfrequente Bildanteile, die durch scharfe Kanten mit hohem Farbkontrast und insbesondere geringem Abstand zueinander hervorgerufen werden, unterdrücken, entfallen. Anti-Aliasing-Filter sind üblicherweise durch (Kamerahersteller-spezifisch) unterschiedlich dicke Platten mit mehreren Lagen unterschiedlich doppelbrechender Materialien gebildet. Da hier kein Standard vorliegt, müssen die Abbildungseigenschaften von Objektiven an die spezifischen Anti-Aliasing-Filter, konkret die Plattendicke angepasst werden. Bei Wegfall des Anti-Aliasing-Filters können Objektive einfacher an verschiedene Kameratypen angepasst werden. Ebenfalls können unter dem Markennamen „Softar“ bekannte, vor das Objektiv schaltbare Filter entfallen, so dass ein zumindest nahezu artefaktfreies Bokeh ermöglicht wird. Dennoch können auch beim vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich zur Nutzung des angrenzenden Spektralbereichs optional auch Mittel zur Manipulation der Wellenfront zum Einsatz kommen.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante unterbleibt auch die Nutzung der vorstehend beschriebenen Anti-Aliasing Filter. Dadurch kann eine möglichst hohe Schärfe insbesondere gegenüber herkömmlichen Anti-Aliasing Filtern erreicht werden.
Außerdem wird der Weichzeichnereffekt, insbesondere eine Stärke des Weichzeichnereffekts (d. h. in welchem Grad das erzeugte Bild weichgezeichnet ist) variiert. Insbesondere erfolgt diese Variation, indem ein Beitrag des erfassten angrenzenden Spektralbereichs zu dem (gemeinsam mit dem erfassten sichtbaren Spektralbereich) erzeugten Bild, insbesondere im Verhältnis zum Beitrag des erfassten sichtbaren Spektralbereichs und/oder gegenüber des „eigentlichen, durch das objektseitig in das Objektiv eintretende Licht des angrenzenden Spektralbereichs bedingten“ Beitrags verändert wird. Insbesondere wird dazu ein Anteil des angrenzenden Spektralbereichs gegenüber dem sichtbaren Spektralbereich verändert (vergrößert oder verringert). Dadurch wird vorteilhafterweise eine Variabilität des Weichzeichnereffekts ermöglicht, die insbesondere für Filmaufnahmen aber auch für die Fotographie von unterschiedlichen Szenerien (bspw. Objektive, Landschaften etc.) von Interesse ist.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung werden zur Variation des Weichzeichnereffekts eine Breite und/oder eine Intensität des (insbesondere zu erfassenden) angrenzenden Spektralbereichs verändert. Insbesondere wird die Breite bzw. Intensität hierbei auf optischem Weg und somit vorzugsweise vor dem Auftreffen des Lichts auf den oder den jeweiligen Bildsensor verändert. Insbesondere für den Fall, dass diese Variation nur auf optischem Weg stattfindet, ist die Weichzeichnung mithin unabhängig von der eigentlichen (meist kameraseitigen, prozessorbasierten) Bilderzeugung.
In einer alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung wird insbesondere zur Variation des Weichzeichnereffekts der angrenzende Spektralbereich separat von dem sichtbaren Spektralbereich erfasst. Dadurch kann die Variabilität, insbesondere eine Flexibilität bei der Bilderzeugung weiter erhöht werden, da die Informationen des angrenzenden Spektralbereichs getrennt vorliegen. Wie nachfolgend näher beschrieben, wird zur separaten Erfassung beispielsweise ein zugeordneter eigenständiger, separater Bildsensor oder aber ein diesem angrenzenden Spektralbereich zugeordneter „Farbkanal“ eines Bildsensors verwendet, mit dem auch der sichtbare Spektralbereich (insbesondere mittels weiterer, einzelnen Farbspektren zugeordneten Farbkanälen) erfasst wird.
In dem Fall, dass der angrenzende Spektralbereich separat erfasst wird, wird dieser in einer zweckmäßigen Verfahrensvariante insbesondere elektronisch (oder: „rechnerisch“) und vorzugsweise vor einer Kombination mit dem erfassten sichtbaren Spektralbereich - insbesondere mit dessen Abbildung - mit einem variabel einstellbaren Gewichtungsfaktor (bspw. einer für die Abbildung des angrenzenden Spektralbereichs globalen, optional auch lokalen Dämpfung) beaufschlagt, um den Weichzeichnereffekt zu variieren. Dadurch ist insbesondere eine stufenlose Variation der Weichzeichnung in dem erzeugten Bild möglich und mithin die Variabilität bezüglich der Einstellung der Weichzeichnung vorteilhafterweise besonders hoch.
In einer besonders zweckmäßigen Verfahrensvariante wird der erfasste angrenzende Spektralbereich dem sichtbaren Spektralbereich (insbesondere dessen Abbildung) zur Erzeugung des weichgezeichneten Bildes einheitlich (d. h. insbesondere mit der gleichen Gewichtung) zugeschlagen. Dadurch wird vorteilhafterweise eine einheitliche Farbwiedergabe, insbesondere eine Farbneutralität des Weichzeichnereffekts ermöglicht. Vorzugsweise bei der vorstehend beschriebenen Verfahrensvariante mit separater Erfassung des angrenzenden Spektralbereichs wird einem jeden Farbkanal des sichtbaren Spektralbereichs der gleiche Anteil (d. h. insbesondere die gleiche Intensität und/oder Breite) des erfassten angrenzenden Spektralbereichs hinzu kombiniert.
In einer optionalen Weiterbildung der vorstehend beschriebenen Verfahrensvariante, bei der der angrenzende Spektralbereich separat erfasst wird, wird dieser vor einer Kombination mit dem erfassten sichtbaren Spektralbereich (gegebenenfalls zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Gewichtung) vorverarbeitet. Bspw. wird auf dem erfassten angrenzenden Spektralbereich eine Kantenschärfung, eine Glättung oder dergleichen - ggf. lokal auf einen Teilbereich der durch den erfassten angrenzenden Spektralbereich gebildeten Abbildung beschränkt - durchgeführt.
Grundsätzlich kann im Rahmen der Erfindung optional als angrenzender Spektralbereich ultraviolettes Licht herangezogen werden. In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird als angrenzender Spektralbereich aber der Infrarotbereich, insbesondere der Nah-Infrarotbereich zwischen etwa 750, insbesondere 780 und 1700, vorzugsweise bis 1200, bevorzugt bis 1100 Nanometer Wellenlänge herangezogen. Optional grenzt der angrenzende Spektralbereich dabei unmittelbar (d. h. lückenlos) an den verwendeten sichtbaren Spektralbereich an. In diesem Fall kann sich der angrenzende Spektralbereich auch von etwa 670 Nanometer aufwärts erstrecken. Andererseits liegt in einer Variante - insbesondere bei separater Erfassung - eine Lücke von bis zu etwa 250 oder 150 Nanometer zwischen dem verwendeten sichtbaren Spektralbereich und dem verwendeten angrenzenden Spektralbereich. Die Verwendung des Nah-Infrarotbereichs ist dahingehend vorteilhaft, dass insbesondere für den sichtbaren Spektralbereich achromatisch korrigierte Objektive (wie insbesondere auch das vorliegende Objektiv) bei in den Infrarotbereich ansteigender Wellenlänge eine zunehmende Defokussierung aufweisen. Diese Defokussierung wird vorteilhafterweise zur vorstehend beschriebenen Beeinflussung (insbesondere Aufweitung der Punkbildfunktion) verwendet.
Vorzugsweise wird zur Erzielung (insbesondere zur Aktivierung) der vorstehend beschriebenen optischen Weichzeichnung ein für den angrenzenden Spektralbereich (insbesondere vollständig) intransparentes Filter (auch: „Sperrfilter“, insbesondere ein „IR-Sperrfilter“) deaktiviert. Vorzugsweise ist dieses Sperrfilter (in der Kamera, an oder in dem Objektiv angeordnet und) dabei reversibel deaktivierbar gestaltet, bspw. indem das Sperrfilter reversibel in den Strahlengang eingebracht (insbesondere verschoben) werden kann. Dadurch kann vorteilhafterweise wahlweise zwischen einem Bild mit besonders hoher Schärfe sowie dem weichgezeichneten Bild gewechselt werden.
In einer zweckmäßigen Verfahrensvariante wird als Bildsensor oder wenigstens einer von mehreren Bildsensoren ein in seiner spektralen Empfindlichkeit über den sichtbaren Spektralbereich hinaus auf den angrenzenden Spektralbereich erweiterter Bildsensor herangezogen. In diesem Fall werden somit der sichtbare und der angrenzende Spektralbereich vorzugsweise mittels desselben Bildsensors abgebildet. Bei diesem Bildsensor kann es sich dabei optional um den einzigen Bildsensor eines zur Erzeugung des weichgezeichneten Bildes herangezogenen Kamerasystems, insbesondere der (Film- oder Stillbild-) Kamera handeln. Dadurch kann das Kamerasystem - das insbesondere das Objektiv und den (in der Kamera enthaltenen) Bildsensor umfasst - vergleichsweise einfach und kompakt aufgebaut sein.
Die vorstehend beschriebene optische Veränderung der Breite und/oder Intensität des angrenzenden Spektralbereichs wird dadurch erreicht, dass wenigstens ein für den angrenzenden Spektralbereich zumindest teilweise intransparentes (auch als „teiltransparent“ bezeichnet) Filter in einen Strahlengang des Kamerasystems (vor den Bildsensor oder einen der ggf. mehreren Bildsensoren) eingebracht wird. Dies ist unter anderem insbesondere für den Fall zweckmäßig, dass der vorstehend genannte Bildsensor, dessen spektrale Empfindlichkeit sich über den sichtbaren und den angrenzenden Spektralbereich, insbesondere den Nah-Infrarotbereich erstreckt, verwendet wird. Unter teilweise intransparent, teilweise transparent oder teiltransparent wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass das Filter für eine vorgegebene spektrale Breite des angrenzenden Spektralbereichs (vollständig) transparent und für die „restliche“ Breite des angrenzenden Spektralbereichs (insbesondere vollständig) intransparent ist. Zusätzlich wird unter diesen Begriffen insbesondere aber auch verstanden, dass das Filter (zusätzlich oder alternativ zu der Intransparenz für die vorgegebene spektrale Restbreite) im transparenten nur zu einem gewissen Grad transmittiv ist, so dass das (aktive) Filter eine Art optischen Dämpfer darstellt. Vorzugsweise ist dieses teiltransparente Filter in einem zum sichtbaren Spektralbereich naheliegenden Bereich des angrenzenden Spektralbereichs transparent und in einem weiter entfernten Bereich teilweise oder vollständig intransparent.
Beispielsweise wird ein solches teiltransparentes Filter quer zur optischen Achse (entlang derer der Strahlengang verläuft) verschoben. Das Filter ist dabei optional im oder am Objektiv oder in der Kamera angeordnet.
Vorzugsweise werden mehrere solcher insbesondere teilweise intransparenter Filter zur Variation der Intensität des Weichzeichnereffekts verwendet. In diesem Fall nimmt vorzugsweise die teilweise Intransparenz für den angrenzenden Spektralbereich von Filter zu Filter in Richtung auf den sichtbaren Spektralbereich zu. Dadurch kann die Intensität des Weichzeichnereffekts schrittweise verändert werden. Beispielsweise ist ein erstes Filter für Wellenlängen von 400-900 Nanometer durchlässig und ein zweites Filter für Wellenlängen von 400-850 Nanometer (gegebenenfalls ein drittes für Wellenlängen von 400-800 Nanometer). Hierbei kann somit zwischen „keinem“ Filter (oder gegebenenfalls einem festen Filter, das für Wellenlängen von größer oder gleich 1700, 1200 oder 1100 Nanometer intransparent ist und somit der Nutzung der Wellenlängen von 400 Nanometer bis zu diesen „Grenzwellenlängen“) und den anderen, vorstehend beschriebenen „abgestuften“ Filtern gewählt werden. Bei einem weiteren, in den Strahlengang einbringbaren Filter handelt es sich insbesondere um das vorstehend beschriebene, für den angrenzenden Spektralbereich insbesondere vollständig intransparente Sperrfilter, insbesondere das IR-Sperrfilter. Letzteres dient (optional in Kombination mit den gegebenenfalls weiteren vorhandenen für den angrenzenden Spektralbereich nur teiltransparenten Filtern) zur vorzugsweise wahlweisen, reversiblen und vollständigen Ausblendung des angrenzenden Spektralbereichs (insbesondere des Nah-Infrarotbereichs) und somit der Deaktivierung der hier beschriebenen Weichzeichnung. Optional (zusätzlich oder insbesondere alternativ) wird ein Filtermaterial eingesetzt, dessen (Teil-) Transparenz beispielsweise durch Anlegen einer elektrischen Spannung für den angrenzenden Spektralbereich veränderlich ist.
Grundsätzlich können zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens alle herkömmlichen Arten von Bildsensoren zum Einsatz kommen. Insbesondere handelt es sich bei dem oder dem jeweiligen Bildsensor um einen CCD-Bildsensor oder einen CMOS-Bildsensor, die raster- oder arrayartig auf ihrer Oberfläche verteilte Pixel aufweisen. Optional ist ein solcher Bildsensor als für den sichtbaren und den angrenzenden Spektralbereich sensitiver Bildsensor mit einem zugeordneten „Farbkanalfilter“ ausgebildet (bspw. nach Art eines auch als „Bayer-Sensor“ bekannten Bildsensors). Dieses Farbkanalfilter ist dabei dazu eingerichtet, für den Bildsensor insbesondere pixelweise nur ein einer der Farben Rot, Grün und Blau entsprechendes Wellenlängenband (d. h. einen entsprechenden Spektralbereich) passieren zu lassen. Dadurch wird von dem Bildsensor jede Farbe in einem „eigenen“ Farbkanal erfasst. Zusätzlich ist in dieser Verfahrensvariante dieses Farbkanalfilter jedoch zweckmäßigerweise auch dazu eingerichtet, für jeden Farbkanal auch zumindest einen Teil des angrenzenden Spektralbereichs, insbesondere des Nah-Infrarotbereichs passieren zu lassen. Somit wird in jedem Farbkanal - Rot, Grün und Blau - auch Strahlung aus dem angrenzenden Spektralbereich erfasst (bevorzugt jeweils zu gleichen Teilen). Dies trägt wiederum wie vorstehend beschrieben zur Veränderung, insbesondere Verbreiterung der Punktbildfunktion bei.
Vorzugsweise werden insbesondere in der Verfahrensvariante, bei der mittels des vorstehend beschriebenen Bildsensors (unter Nutzung des „angepassten“ zugeordneten Farbkanalfilters) nur die Farbkanäle Rot, Grün und Blau genutzt werden, zur „Deaktivierung“ und/oder Variation der Intensität des Weichzeichnereffekts das vorstehend beschriebene, für den angrenzenden Spektralbereich intransparente Sperrfilter bzw. die gegebenenfalls mehreren für den angrenzenden Spektralbereich unterschiedlich teiltransparenten Filter zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Farbkanalfilter eingesetzt. Mithin wird in diesem Fall der Beitrag des erfassten angrenzenden Spektralbereichs zu dem weichgezeichneten Bild auf optischem Weg mittels der teiltransparenten Filter variiert.
In einer alternativen Verfahrensvariante, in der der angrenzende Spektralbereich separat erfasst wird, ist das vorstehend beschriebene Farbkanalfilter für den entsprechenden (insbesondere analog zum „Bayer-Sensor“ aufgebauten) Bildsensor dazu eingerichtet und ausgebildet, neben den Farbkanälen Rot, Grün und Blau einen vierten, „separaten“ Farbkanal auf dem jeweiligen Bildsensor abzubilden. Für diesen vierten Farbkanal ist das Farbkanalfilter zweckmäßigerweise nur für den angrenzenden Spektralbereich transparent, so dass ein Sensorpixel zumindest näherungsweise ausschließlich mit dem angrenzenden Spektralbereich belichtet wird. Dieses Sensorpixel (konkret die Menge dieser Sensorpixel) ist zweckmäßigerweise auch als eigenständiger Farbkanal ausgebildet (d. h. vorzugsweise entsprechend mit einer nachgeordneten Elektronik verschaltet). Der durch die Kombination mit diesem Farbkanalfilter gebildete Bildsensor wird nachfolgend als „VISNIR-Bildsensor“ bezeichnet.
In einer optionalen Variante kommt ein hinsichtlich seiner zur Erfassung des abzubildenden Spektralbereichs für die zu erfassenden Farbkanäle in Schichten aufgebauter Bildsensor (bspw. nach Art eines unter dem Handelsnamen „FOVEON-X3“ bekannten Bildsensors) zum Einsatz. Dieser Bildsensor weist optional eine separate Sensorschicht für den angrenzenden Spektralbereich auf oder erfasst diesen mit den den Farbkanälen Rot, Grün und Blau zugeordneten Schichten mit.
In einer weiteren zweckmäßigen Verfahrensvariante wird der Weichzeichnereffekt (in seiner Stärke) dadurch variiert, dass - insbesondere bei dem zur Erzeugung des Bildes eingesetzten Kamerasystem - wenigstens zwei Bildsensoren herangezogen (eingesetzt) werden, die in ihrer spektralen Empfindlichkeit über den sichtbaren Spektralbereich hinaus unterschiedlich weit auf den angrenzenden Spektralbereich erweitert sind. D. h. die beiden Bildsensoren überlappen mit ihrer spektralen Empfindlichkeit einander im angrenzenden Spektralbereich. Beispielsweise ist einer der beiden Bildsensoren empfindlich für Strahlung mit den Wellenlängen zwischen 400 und 850 Nanometer und der andere Bildsensor für Strahlung mit den Wellenlängen zwischen 400 und 1100 Nanometer. Zur Variation der Intensität des Weichzeichnereffekts wird das weichgezeichnete Bild in diesem Fall wahlweise mittels - insbesondere nur - eines der beiden in ihrer Empfindlichkeit erweiterten Bildsensoren erzeugt. In diesem Fall wird also - wie auch vorstehend beschrieben - der sichtbare und der angrenzende Spektralbereich jeweils mittels desselben Bildsensors erfasst und gemeinsam zur Erzeugung des weichgezeichneten Bildes ausgegeben. Insbesondere wird in diesem Fall der angrenzende Spektralbereich in den vorzugsweise vorhandenen drei Farbkanälen Rot, Grün und Blau mit erfasst. Je größer der von dem jeweiligen Bildsensor abgebildete angrenzende Spektralbereich ist, insbesondere je größer die größte Wellenlänge des abgebildeten Nah-Infrarotbereichs, desto schlechter ist die Farblängskorrektur zwischen den den einzelnen Farbspektren zugeordneten Fokuspunkten und somit desto intensiver der Weichzeichnereffekt. Bei dieser Verfahrensvariante handelt es sich mithin insbesondere um eine Version der „rein“ optischen Veränderung der Breite des angrenzenden Spektralbereichs. In einer optionalen Variante werden zur Erzeugung des weichgezeichneten Bildes die mittels der wenigstens zwei Bildsensoren erzeugten, optisch weichgezeichneten Bilder (insbesondere mittels eines vorzugsweise dem Kamerasystem zugeordneten Kamerasteuergeräts) miteinander gemischt, optional unter einer variablen Gewichtung wenigstens eines der beiden Bilder.
In einer optionalen Weiterbildung wird zusätzlich zu den beiden vorstehend beschriebenen (mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit für den angrenzenden Spektralbereich ausgebildeten) Bildsensoren ein weiterer Bildsensor herangezogen, der in seiner spektralen Empfindlichkeit auf den sichtbaren Spektralbereich begrenzt ist (bspw. mittels des vorstehend beschriebenen Sperrfilters). Bei Verwendung nur dieses (dritten) Bildsensors wird mithin keine Strahlung aus dem angrenzenden Spektralbereich erfasst. Eine optische Weichzeichnung unterbleibt somit in diesem Fall. Bei dieser Verfahrensvariante kann optional der Einsatz der vorstehend beschriebenen unterschiedlich teiltransparenten Filter entfallen.
Bei den Verfahrensvarianten mit mehreren Bildsensoren unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit kann vorteilhafterweise ein herkömmliches, gegebenenfalls lediglich auf die Transmission des angrenzenden Spektralbereichs abgestimmtes, Objektiv, insbesondere ohne verstellbare teiltransparente Filter für den angrenzenden Spektralbereich eingesetzt werden. Vorzugsweise ist dieses Objektiv dabei achromatisch oder apochromatisch korrigiert.
In einer weiteren optionalen Verfahrensvariante werden nur zwei Bildsensoren herangezogen. Einer dieser beiden Bildsensoren ist dabei auf den sichtbaren Spektralbereich begrenzt und der andere wie vorstehend beschrieben in seiner spektralen Empfindlichkeit auf den angrenzenden Spektralbereich erweitert. Dadurch kann durch Umschalten zwischen den beiden Bildsensoren auf einfache Weise die optische Weichzeichnung aktiviert oder deaktiviert werden.
Optional erfolgt die vorstehend beschriebene Erweiterung der spektralen Empfindlichkeit des jeweiligen Bildsensors durch eine Anpassung eines dem jeweiligen Bildsensor fest zugeordneten Filters, analog zu dem vorstehend beschriebenen Farbkanalfilter und/oder dem Sperrfilter. Letzteres ist hier dann teiltransparent ausgebildet, aber dem entsprechenden Bildsensor fest vorgelagert.
In einer zweckmäßigen Verfahrensvariante wird für den Fall, dass wenigstens zwei Bildsensoren zum Einsatz kommen, ein Strahlteiler herangezogen, mittels dessen die jeweiligen Bildsensoren mit dem durch das Objektiv hindurchtretenden Licht belichtet werden. Beispielsweise handelt es sich bei diesem Strahlteiler um ein Prisma, das derart gestaltet ist, dass jeder Bildsensor gleichzeitig von dem hindurchtretenden Licht belichtet wird. Alternativ kommt ein Ablenkspiegel zum Einsatz, mittels dessen ausschließlich einer der Bildsensoren wahlweise mit dem hindurchtretenden Licht belichtet wird. Dieser Ablenkspiegel ist vorzugsweise elektrisch verstellbar.
In einer optionalen Verfahrensvariante werden insbesondere für den Fall, dass weitere Abbildungsfehler aufgrund eines besonders breit gewählten angrenzenden Spektralbereichs auftreten, diese nachträglich zur Erfassung aller Spektralbereiche mittels einer insbesondere kameraseitigen Bildnachbearbeitung, bspw. einer Korrektur für Verzeichnung, für Farbquerfehler, für Shading (Helligkeitsrandabfall) oder dergleichen kompensiert. Gegebenenfalls kann eine solche Kompensation aber je nach Bedarf auch bei einer ausgelagerten Bildnachbearbeitung erfolgen.
Im Rahmen der vorstehend beschriebenen Verfahrensvarianten wird durch die optische Weichzeichnung insbesondere eine Defokussierung aufgrund des Farblängsfehlers erreicht und somit ein sogenanntes Zernike-Polynom Z4 (Fringe-Zernike-Notation) beeinflusst.
In einer weiteren zweckmäßigen Verfahrensvariante (insbesondere im Fall der vorstehend beschriebenen separaten Erfassung des angrenzenden Spektralbereichs) wird zur Erfassung des sichtbaren Spektralbereichs (sowie insbesondere zur Erzeugung einer zugeordneten Abbildung) ein in seiner spektralen Empfindlichkeit auf den sichtbaren Spektralbereich begrenzter Bildsensor herangezogen. Zur Erfassung des angrenzenden Spektralbereichs (sowie insbesondere zur Erzeugung einer zugeordneten Abbildung) wird ein in seiner spektralen Empfindlichkeit auf diesen angrenzenden Spektralbereich begrenzter Bildsensor (mithin ein zusätzlicher Bildsensor, im Folgenden auch als „Zusatzsensor“ bezeichnet) herangezogen. Vorzugsweise wird der angrenzende Spektralbereich dabei unscharf auf dem Zusatzsensor abgebildet. Bspw. wird der angrenzende Spektralbereich hierzu defokussiert auf dem Zusatzsensor abgebildet. Das weichgezeichnete Bild wird in dieser Verfahrensvariante wiederum durch Kombination der mittels dieser beiden Bildsensoren erzeugten Abbildungen erzeugt. D. h. das weichgezeichnete Bild ist das Ergebnis einer Überlagerung eines scharfen Bildes für den erfassten sichtbaren Spektralbereich mit einem weichgezeichneten Bild für den erfassten angrenzenden Spektralbereich, konkret den Nah-Infrarotbereich. In diesem Fall kommt vorzugsweise ein Strahlteiler, bspw. ein dichroitisches Prisma zum Einsatz, mittels dessen lediglich der angrenzende Spektralbereich, vorzugsweise der Nah-Infrarotbereich ausgekoppelt und zur Belichtung des Zusatzsensors herangezogen wird.
In einer bevorzugten Weiterbildung der vorstehend beschriebenen Verfahrensvariante, bei der der Zusatzsensor genutzt wird, wird der Weichzeichnereffekt in seiner Intensität insbesondere dadurch (erzeugt und) variiert, dass mittels einer dem Zusatzsensor vorgelagerten Glaskeilplatte ein Abbildungsfehler, insbesondere eine sphärische Aberration für die mittels dieses Zusatzsensors erzeugte Abbildung verändert wird. Zur Veränderung der sphärischen Aberration wird mittels der Glaskeilplatte die optische Wegstrecke, die das durch das Objektiv hindurchtretende Licht zurücklegen muss, durch ein Gegeneinander-Verschieben der beiden Glaskeile der Glaskeilplatte variiert. Konkret wird mithin die Gesamtdicke der Glaskeilplatte verändert. Dadurch wird insbesondere das Zernike-Polynom Z9 (Fringe-Zernike-Notation) vorteilhafterweise nur für den angrenzenden Spektralbereich, vorzugsweise den Nah-Infrarotbereich beeinflusst. Eine Veränderung der Dicke der Glaskeilplatte bewirkt dabei allerdings auch eine Veränderung der Fokuslage, gleichbedeutend mit einer durch das Zernike-Polynom Z4 beschriebenen Veränderung der Wellenfront. Die Fokuslage wird deshalb in diesem Fall optional mit einer Verschiebung der longitudinalen Lage des Zusatzsensors zu der Glaskeilplatte oder einer vor dem Zusatzsensor liegenden Linsengruppe zum Fokussieren kompensiert. Bei Kompensation der Fokuslage bleiben auch für den angrenzenden Spektralbereich, vorzugsweise den Nah-Infrarotbereich eine hohe Kantensteilheit und ein optischer Eindruck vergleichsweise hochkontrastiger Objekte erhalten. Bei einem Portrait können somit Details eines Auges, bspw. die Pupillenkante, die Struktur der Regenbogenhaut, Wimpern sowie Reflexe an der Pupille weitestgehend erhalten werden. Objekte mit vergleichsweise niedrigem Kontrast (Hautfalten und -unreinheiten) werden hingegen insbesondere durch sogenannte „side lobes“ der Punktbildfunktion in ihrem Kontrast weiter verringert und fallen somit weniger auf. Ein vergleichbarer Bildeindruck des Gesamtbildes kann beispielsweise unter Nutzung von Alvarezplatten erzielt werden. Vorliegend wird jedoch nur der angrenzende Spektralbereich, vorzugsweise der Nah-Infrarotbereich derart beeinflusst. Da in dieser Verfahrensvariante der angrenzende Spektralbereich separat von dem sichtbaren Spektralbereich erfasst wird, kann die Stärke des Weichzeichnereffekts zudem vorteilhafterweise auch - gegebenenfalls auch nachträglich - durch entsprechende Gewichtung der zum Gesamtbild zusammenzuführenden Anteile der mittels des sichtbaren und des angrenzenden Spektralbereichs erfassten Abbildungen insbesondere fließend variiert werden.
Das erfindungsgemäße Kamerasystem weist das vorstehend sowie insbesondere auch im Folgenden beschriebene Objektiv auf, das die Anzahl der optischen Bauelemente umfasst. Des Weiteren weist das Kamerasystem wenigstens einen der vorstehend beschriebenen Bildsensoren (insbesondere die Kamera, die diesen oder diese enthält) auf. Ferner umfasst das Kamerasystem ein Kamerasteuergerät, das dazu eingerichtet ist, das vorstehend beschriebene Verfahren durchzuführen. Konkret ist das Kamerasteuergerät dazu eingerichtet, mittels des - durch das Objektiv belichteten - Bildsensors oder zumindest eines der gegebenenfalls mehreren belichteten Bildsensoren den angrenzender Spektralbereich zu erfassen und gemeinsam aus dem erfassten sichtbaren Spektralbereich und aus dem erfassten angrenzenden Spektralbereich des einfallenden Lichts das weichgezeichnete Bild zu erzeugen. Insbesondere handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Kamerasystem um das vorstehend beschriebene Kamerasystem.
Dadurch, dass das Kamerasystem, insbesondere das Kamerasteuergerät zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist, weist das erfindungsgemäße Kamerasystem die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschriebenen sowie die sich aus der vorstehenden Beschreibung ergebenden Merkmale und Vorteile gleichermaßen auf.
So ist das Objektiv vorzugsweise zur Abbildung des sichtbaren sowie des angrenzenden Spektralbereichs, insbesondere das Nah-Infrarotbereichs eingerichtet. Insbesondere ist eine Anti-Reflexbeschichtung der Anzahl von optischen Bauelementen des Objektivs derart gewählt, dass eine hinreichend hohe Transparenz im angrenzenden Spektralbereich ermöglicht ist.
Weiter weist das Kamerasystem wenigstens eines der vorstehend beschriebenen reversibel aktivierbaren Filter auf, das für den angrenzenden Spektralbereich zumindest teilweise intransparent ist und das reversibel in den Strahlengang (insbesondere des Objektivs) einbringbar ist. Optional ist dieses Filter oder zumindest eines von gegebenenfalls mehreren Filtern dabei in einem Kameragehäuse des Kamerasystems und somit in der Nähe des Bildsensors angeordnet. Alternativ oder im Fall von mehreren Filtern zusätzlich ist das - bzw. zumindest eines der - Filter in einem Gehäuse des Objektivs angeordnet.
Im Fall der erfindungsgemäßen Kamera ist insbesondere deren Kamerasteuergerät (bei dem es sich konkret um das vorstehend beschriebene handelt) zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens eingerichtet. Dazu umfasst die Kamera vorzugsweise wenigstens einen der vorstehend beschriebenen Bildsensoren. Optional weist die Kamera wenigstens zwei Bildsensoren zur unterschiedlichen (gemischten oder separaten) Erfassung des sichtbaren und des angrenzenden Spektralbereichs auf. Zusätzlich oder alternativ weist die Kamera (selbst) wenigstens ein, vorzugsweise mehrere der vorstehend beschriebenen reversibel in den Strahlengang einbringbaren Sperr- bzw. teilweise intransparenten Filter auf.
Bevorzugt ist das Kamerasteuergerät zumindest im Kern durch einen Mikrocontroller mit einem Prozessor und einem Datenspeicher gebildet, in dem die Funktionalität zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form einer Betriebssoftware (Firmware) programmtechnisch implementiert ist, so dass das Verfahren - gegebenenfalls in Interaktion mit einem Nutzer der Kamera - bei Ausführung der Betriebssoftware in dem Mikrocontroller automatisch durchgeführt wird. Das Kamerasteuergerät kann im Rahmen der Erfindung alternativ aber auch durch ein nicht-programmierbares elektronisches Bauteil, z.B. einen ASIC, gebildet sein, in dem die Funktionalität zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit schaltungstechnischen Mitteln implementiert ist.
Das erfindungsgemäße Objektiv weist wenigstens ein, vorzugsweise mehrere der vorstehend beschriebenen optischen Bauelemente auf. Bevorzugt umfasst das Objektiv auch wenigstens ein, optional mehrere der vorstehend beschriebenen reversibel in den Strahlengang einbringbaren Sperr- bzw. teilweise intransparenten Filter auf. Vorzugsweise ist das Objektiv wie vorstehend beschrieben hinsichtlich seiner Transparenz an den angrenzenden Spektralbereich angepasst (insbesondere durchlässig gestaltet). Vorzugsweise ist das Objektiv - wie vorstehend beschrieben - achromatisch oder apochromatisch korrigiert.
Im Rahmen einer eigenständigen Erfindung wird insbesondere das vorstehend beschriebene Objektiv, zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens mit dem vorstehend beschriebenen Kamerasystem verwendet.
Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden insbesondere derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale oder Begriffe sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein bzw. auftreten können.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher dargestellt. Darin zeigen:

1 in einer vereinfachten, schematischen Seitenansicht einen Strahlengang eines Kamerasystems, das ein Objektiv und einen Bildsensor aufweist, ohne Korrektur eines wellenlängenbedingten Farblängsfehlers nach dem Stand der Technik,
2 in Ansicht gemäß 1 ein Kamerasystem mit einer achromatischen Korrektur des Farblängsfehlers nach dem Stand der Technik,
3 in einem schematischen Diagramm den Verlauf der Fokuslage über der Wellenlänge bei einem achromatisch korrigierten Objektiv,
4 in Ansicht gemäß 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kamerasystems, das zur optischen Weichzeichnung eingerichtet ist,
5 in einer schematischen Längsschnittansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kamerasystems,
6 in Ansicht gemäß 5 wiederum ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kamerasystems,
7 in einem schematischen Diagramm jeweils einen Verlauf einer spektralen Antwort jeweils eines Farbkanals eines Bildsensors, der gemäß einem Ausführungsbeispiel in dem Kamerasystem zur optischen Weichzeichnung eingesetzt wird, und
8 in schematischen Diagrammen beispielhaft eine Punktbildfunktion des Kamerasystems nach 4 und deren Auswirkung auf eine Kantenabbildung.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch ein Kamerasystem 1 zur Erläuterung eines wellenlängenbedingten Abbildungsfehlers, konkret eines sogenannten Farblängsfehlers dargestellt. Das Kamerasystem 1 umfasst eine lediglich durch einen darin enthaltenen Bildsensor 2 angedeutete Kamera 3. Das Kamerasystem 1 weist außerdem ein Objektiv 4 auf, von dem zur vereinfachten Darstellung als optisches Bauelement lediglich eine Linse 6 dargestellt ist. Bei der Linse 6 handelt es sich um eine (sphärische oder optional asphärische) rotationssymmetrische Linse. Die Rotationsachse der Linse 6 fällt dabei mit einer optischen Achse 8 des Objektivs 4 zusammen. Zur Belichtung des Bildsensors 2 fällt entlang der optischen Achse 8 ein Lichtbündel 10 objektseitig in die Linse 6 ein. Da der Brechungsindex des Materials der Linse 6 über das Spektrum des Lichtbündels 10 variiert - d. h. für jede Wellenlänge unterschiedlich ist - werden die den einzelnen Wellenlängen zugeordneten Lichtstrahlen bildseitig zu der Linse 6 auf unterschiedlichen, entlang der optischen Achse 8 verteilten Fokuspunkten 12 fokussiert. In 1 sind dabei zur Vereinfachung nur die Fokuspunkte 12 für Licht blauer Farbe B (lang gestrichelte Linie), grüner Farbe G (kurz gestrichelte Linie) und roter Farbe R (durchgezogene Linie) aufgetragen. Das Licht blauer Farbe B und das Licht roter Farbe R stellt dabei etwa die beiden spektralen Grenzen eines sichtbaren Spektralbereichs VIS dar. Da die einzelnen Fokuspunkte 12 nicht alle in der gleichen Brennebene (oder: Fokusebene) liegen, ergibt sich über den gesamten sichtbaren Spektralbereich VIS (d. h. den Wellenlängenbereich von 400-780 Nanometer) ein verfälschtes Bild, konkret treten unterschiedliche Farbränder an Kontrastkanten vor und hinter der Fokusebene des erzeugten Bilds auf.
Um einen Einfluss von Strahlung aus dem angrenzenden, „nah-infraroten“ Spektralbereich (im Folgenden als „Nah-Infrarotbereich NIR“ bezeichnet) auf das Bild zu verhindern ist in dem Bildsensor 2 ein zugeordnetes Infrarotfilter (im Folgenden als „IR-Sperrfilter 14“ bezeichnet) vorgeschaltet.
Der Abstand zwischen dem der blauen Farbe B zugeordneten Fokuspunkt 12 und den von diesem am weitesten entfernten Fokuspunkt 12 des sichtbaren Spektralbereichs VIS (der der roten Farbe R zugeordnet ist) wird im Folgenden als Breite A einer sogenannten Punktbildfunktion (zumindest der Punktbildfunktion entlang der optischen Achse 8) bezeichnet. Diese gibt somit die Defokussierung oder Unschärfe des Bildes aufgrund des Farblängsfehlers an.
In 2 ist ein weitergebildetes Ausführungsbeispiel des vorstehend beschriebenen Kamerasystems 1 dargestellt, in dem der Farblängsfehler, konkret die Breite A der Punktbildfunktion zumindest teilweise korrigiert bzw. verringert ist. Dazu wird im Objektiv 4 eine Kombination von mehreren Linsen 6 (nicht näher dargestellt) eingesetzt, die auch als „Achromat“ bezeichnet wird. Dadurch wird der der blauen Farbe B zugeordnete Fokuspunkt 12 in Richtung auf den Fokuspunkt 12 der roten Farbe R verschoben. Die Längserstreckung oder Breite A (d. h. der Abstand zwischen den am weitesten voneinander entfernten Fokuspunkten 12 des sichtbaren Spektralbereichs VIS) wird dadurch verringert. Dadurch ergibt sich wiederum ein schärferes Bild, da ein größerer Anteil an einzelnen Farben zugeordneten Spektralbereichen näherungsweise auf der gleichen Fokusebene (oder „Brennebene“) fokussiert wird.
In 3 ist in einem schematischen, idealisierten Diagramm der Verlauf der einzelnen Spektralbereichen zugeordneten Fokuslagen eines Achromaten relativ zur Oberfläche des Bildsensors 2, hier als Bildebene E bezeichnet, über der Wellenlänge W (Abszissenachse) angetragen. Die Ordinatenachse gibt dabei die Fokuslage Z gegenüber der Bildebene E an. Aus der schematischen Darstellung ist zu erkennen, dass die den blauen und roten Farben B und R zugeordneten Fokuslagen (also die vorstehend beschriebenen Fokuspunkte 12) in der Bildebene E liegen, wohingegen die grüne Farbe G vor der Bildebene E fokussiert ist. In diesem Zusammenhang wird der Abstand in Z-Richtung zwischen den Fokuspunkten 12 des abgebildeten oder erfassten Spektrums auch als „sekundäres Spektrum“ bezeichnet.
In 4 ist anhand des Kamerasystems 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Bildsensor 2 sowie das Objektiv 4 sind dabei derart ausgebildet, dass ein besonders hoch aufgelöstes Bild erzeugt wird. Konkret weist der Bildsensor 2 eine vergleichsweise hohe Pixeldichte auf und das Objektiv 4 ist dazu eingerichtet, die Breite Ader Punktbildfunktion besonders klein zu halten. Konkret ist das Objektiv 4 achromatisch korrigiert. Um nun durch die aufgrund der hohen Auflösung mögliche hohe Schärfe des erzeugten Bildes wahlweise verringern - das Bild mithin „weichzeichnen“ - zu können, ist das Kamerasystem 1 gemäß 4 dazu eingerichtet, eine optische Weichzeichnung hervorzurufen. D. h. das mittels des Kamerasystems 1 erzeugte Bild soll optional in seinem Schärfeeindruck reduziert werden können.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 4 wird hierzu das erzeugte Bild wahlweise defokussiert, indem ein zusätzlicher, an den sichtbaren Spektralbereich VIS angrenzender Spektralbereich, konkret der Nah-Infrarotbereich NIR (zumindest ein dem sichtbaren Spektralbereich VIS zugewandter oder benachbarter Anteil des gesamten Nah-Infrarotbereichs NIR) mittels des Bildsensors 2 sichtbar gemacht wird. Da der dem Nah-Infrarotbereich NIR zugeordnete Fokuspunkt 12 aufgrund der wellenlängenabhängigen Brechung der Linsen 6 gegenüber den dem sichtbaren Spektralbereich VIS zugeordneten Fokuspunkten 12 ebenfalls verschoben ist (s. 3), tritt somit bei Visualisierung des Nah-Infrarotbereichs NIR ein zusätzlicher (mittels des Bildsensors 2 erfasster) Farblängsfehler auf, so dass die Breite Ader Punktbildfunktion wieder vergrößert wird.
Um den Nah-Infrarotbereich NIR auf dem Bildsensor 2 abbilden zu können, wird das IR-Sperrfilter 14 wahlweise deaktiviert. Dazu wird das IR-Sperrfilter 14 aus dem Strahlengang des Lichtbündels 10 entfernt, konkret quer zur optischen Achse 8 aus dem Strahlengang heraus verschoben. Das IR-Sperrfilter 14 ist in 4 für den deaktivierten Zustand (d. h. den aus dem Strahlengang entfernten Zustand) mit gestrichelter Linie dargestellt.
In einem weiteren, ebenfalls anhand 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Kamerasystem 1 weitere IR-Filter 20 und 22 auf, die lediglich beispielhaft der Linse 6 vor- und nachgelagert angeordnet sind. Diese zwei IR-Filter 20 und 22 sind jeweils für den sichtbaren Spektralbereich VIS sowie für einen jeweils unterschiedlichen Teil des Nah-Infrarotbereichs NIR transparent, also für den Nah-Infrarotbereich NIR teilweise intransparent. Das IR-Filter 20 ist beispielsweise für den Wellenlängenbereich von 400-900 Nanometer transparent, während das IR-Filter 22 für den Wellenlängenbereich von 400-850 Nanometer transparent ist. Beide IR-Filter 20 bzw. 22 sind reversibel in den Strahlengang verschiebbar, sodass ein unterschiedlicher Anteil von Wellenlängen aus dem Nah-Infrarotbereich NIR durch Einbringen des jeweiligen IR-Filters 20 bzw. 22 in den Strahlengang geblockt werden kann. Dadurch kann die Breite Ader Punktbildfunktion schrittweise vergrößert bzw. verkleinert werden. Entsprechend kann auch die Defokussierung des Nah-Infrarotbereichs NIR und somit die Stärke des Weichzeichnereffekts des mittels des Bildsensors 2 ausgegebenen Bildes schrittweise verändert werden.
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kamerasystems 1 dargestellt. Für das Objektiv 4 sind beispielhaft drei Linsen 6 dargestellt. Das Kamerasystem 1 umfasst kameraseitig drei Bildsensoren 2 die jeweils für einen unterschiedlichen Spektralbereich sensitiv sind. Einer der Bildsensoren 2 - konkret der auf der optischen Achse 8 angeordnete Bildsensor 2 - ist für Wellenlängen von 400-780 Nanometer und somit nur für den sichtbaren Spektralbereich VIS sensitiv. Der in 5 oben dargestellte Bildsensor 2 ist für einen Spektralbereich mit Wellenlängen von 400-850 Nanometer sensitiv. Somit erstreckt sich dessen spektrale Empfindlichkeit vom sichtbaren Spektralbereich VIS teilweise in den Nah-Infrarotbereich NIR hinein. Der dritte Bildsensor 2 - in 5 unten dargestellt - ist für Wellenlängen von 400-1000 Nanometer und somit für den sichtbaren Spektralbereich VIS sowie einen größeren Teil des Nah-Infrarotbereichs NIR als der zweite Bildsensor 2 empfindlich.
Das von dem Objektiv 4 fokussierte Lichtbündel 10 wird mittels eines Strahlteilers 24 auf jeden der Bildsensoren 2 projiziert. Ein Kamerasteuergerät 26 ist mit jedem der Bildsensoren 2 signalübertragungstechnisch gekoppelt. Zur Erzeugung des jeweiligen Bildes wertet das Kamerasteuergerät 26 einen der Bildsensoren 2 aus. Für ein Bild mit besonders hoher Schärfe wertet das Kamerasteuergerät 26 den auf den sichtbaren Spektralbereich VIS beschränken Bildsensor 2 aus. Für ein weichgezeichnetes Bild wertet das Kamerasteuergerät 26 - je nach gewünschter Intensität des Weichzeichnereffekts - einen der beiden auch für den Nah-Infrarotbereich NIR sensitiven Bildsensoren 2 aus. Mit anderen Worten schaltet das Kamerasteuergerät 26 - konkret auf eine Eingabe eines Nutzers des Kamerasystems 1 hin - zwischen den jeweiligen Bildsensoren 2 um, um ein scharfes oder ein (mehr oder weniger) weichgezeichnetes Bild zu erzeugen.
In den Ausführungsbeispielen gemäß 4 oder 5 kommt in einer Variante als Bildsensor 2 ein sogenannter RGB-Bildsensor, der mithin für rote, grüne und blaue Farben R, G, B jeweils einen Farbkanal - jeweils gebildet durch spezifisch zugewiesene Pixel - aufweist, zum Einsatz. Durch eine geeignete Wahl eines diesem RGB-Bildsensor vorgelagerten Farbkanalfilters wird jeder der drei Kanäle - konkret jedes „Farb-Pixel“ - nur mit Licht der der entsprechenden Farbe zugeordneten Wellenlänge sowie zusätzlich auch mit Licht aus dem Nah-Infrarotbereich NIR belichtet. Ein schematisches Diagramm für die einem jeden Farbpixel lokal zugeordneten Durchlässigkeit T eines solchen Farbkanalfilters sowie für die spektrale Antwort IS des korrespondierenden RGB-Bildsensors über der Wellenlänge W des einfallenden Lichts ist in 7 dargestellt. Neben dem einem jeden Farbbereich zugeordneten vergleichsweise ausgeprägten Peak folgt im Nah-Infrarotbereich NIR für jeden Farbfilter-Abschnitt des Farbkanalfilters ein zusätzlicher vergleichsweise flacher Peak. Entsprechend lässt sich aus diesem Diagramm auch die spektrale Antwort IS eines jeden Farbkanals herauslesen. Somit trägt in jedem Farbkanal auch Strahlung aus dem Nah-Infrarotbereich NIR zur Abbildung bei, wodurch sich aufgrund des vorstehend beschriebenen Farblängsfehlers eine Weichzeichnung ergibt. Aufgrund des im Vergleich zum sichtbaren Spektralbereich VIS vergleichsweise geringen Anteils des Nah-Infrarotbereichs NIR wird im erzeugten Bild eine Art weicher „Hintergrundteppich“ hervorgerufen, was zu einer subjektiv angenehm empfundenen Weichzeichnung mit dennoch hoher Detailabbildung führt. Zur wahlweisen Deaktivierung der Weichzeichnung wird auch in diesem Ausführungsbeispiel ein nur für den sichtbaren Spektralbereich VIS durchlässiges Filter, konkret das IR-Sperrfilter 14 dem RGB-Bildsensor (konkret auch dem Farbkanalfilter) vorgeschaltet.
In einer alternativen Variante, insbesondere des Ausführungsbeispiels gemäß 4, kommt als Bildsensor 2 ein „VISNIR-Bildsensor“ zum Einsatz. Dieser weist neben den, den roten, grünen und blauen Farbspektren des sichtbaren Spektralbereichs VIS zugeordneten drei Farbkanälen einen vierten, dem Nah-Infrarotbereich NIR zugewiesenen Farbkanal auf. In diesem Fall wird der Nah-Infrarotbereich NIR also separat von dem sichtbaren Spektralbereich VIS erfasst. In diesem Fall wird das weichgezeichnete Bild durch eine Kombination der einzelnen Farbkanäle mittels des Kamerasteuergeräts 26 (in 4 nicht näher dargestellt, aber dennoch vorhanden) erzeugt. Der Beitrag des Nah-Infrarotbereichs NIR zu dem erzeugten Bild wird dabei von dem Kamerasteuergerät 26 durch Gewichtung des von dem vierten Farbkanal erfassten Nah-Infrarotbereichs NIR eingestellt, konkret in Abhängigkeit einer Nutzervorgabe. Die vorstehend beschriebenen Filter 20 und 22 können hier optional entfallen.
In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kamerasystems 1 dargestellt. Das Kamerasystem 1 umfasst in diesem Fall den vorstehend anhand von 1 und 2 beschriebenen Bildsensor 2 mit dem vorgelagerten IR-Sperrfilter 14. Zusätzlich umfasst das Kamerasystem 1 einen nur für den Nah-Infrarotbereich NIR sensitiven weiteren Bildsensor (im Folgenden: „Zusatzsensor 28“). Außerdem umfasst das Kamerasystem 1 einen Strahlteiler 30, der dazu eingerichtet, Strahlung des Nah-Infrarotbereich NIR auszukoppeln und auf den Zusatzsensor 28 zu projizieren. Der Nah-Infrarotbereich NIR wird also auch in diesem Ausführungsbeispiel separat erfasst. Der Bildsensor 2 sowie der Zusatzsensor 28 sind mit dem Kamerasteuergerät 26 signalübertragungstechnisch gekoppelt. Dem Zusatzsensor 28 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Glaskeilplatte 32 vorgelagert, deren Dicke durch Gegeneinander-Verschieben der beiden, der Glaskeilplatte 32 zugeordneten Glaskeile variiert werden kann. Durch diese Dickenvariation wird eine sphärische Aberration nur für den Nah-Infrarotbereich NIR verändert. Die sphärische Aberration führt ebenfalls zu einer Unschärfe, da Lichtstrahlen mit größerem radialen Abstand zur optischen Achse 8 auf einer anderen Brennebene fokussiert werden als achsnahe Lichtstrahlen. Das Kamerasteuergerät 26 ist in diesem Ausführungsbeispiel dazu eingerichtet, zur Erzeugung des weichgezeichneten Bildes die mittels des Zusatzsensors 28 erzeugte Abbildung über die mittels des Bildsensors 2 erzeugte Abbildung zu legen. Zur Variation der Intensität des Weichzeichnereffekts - konkret der sphärische Aberration im Nah-Infrarotbereich NIR - ist das Kamerasteuergerät 96 außerdem dazu eingerichtet, einen Stellantrieb für die Verstellung der Glaskeile der Glaskeilplatte 32 anzusteuern. Da der Nah-Infrarotbereich NIR auch hier separat erfasst wird, kann das Kamerasteuergerät 26 auch hier den Beitrag des Nah-Infrarotbereichs NIR (zusätzlich zum Einfluss der Glaskeilplatte 32) durch entsprechende Gewichtung bei der Erzeugung des Bilds variiert werden.
Um eine durch die Dickenvariation der Glaskeilplatte 32 bedingte Verschiebung der Fokuslage des Nah-Infrarotbereichs NIR zu kompensieren, ist in einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel der Zusatzsensor 28 mit einem Stellantrieb zur Nachführung seines Abstands zur Glaskeilplatte 32 gekoppelt und auch entsprechend verschiebbar gelagert.
In jedem Fall der vorstehend beschriebenen separaten Erfassung des Nah-Infrarotbereichs NIR wird dieser bei Erzeugung des weichgezeichneten Bildes jedem Farbkanal des sichtbaren Spektralbereichs VIS mit gleichem Anteil zugeschlagen.
In 8 ist schematisch eine Intensitätsverteilung einer Punktbildfunktion über der Pixelzahl x des Bildsensors 2 dargestellt. Die Ordinatenachse gibt dabei die normierte Intensität I wieder. Die durchgezogene Linie stellt dabei die Intensitätsverteilung des mit den Farbkanälen für rote, grüne und blaue Farbe R, G und B erfassten visuellen Spektralbereichs VIS wieder. Die sogenannten „sidelobes“ neben dem zentralen „Kegel“ sind hierbei vergleichsweise flach, da das Kamerasystem 1 auf eine hohe Auflösung und Schärfe ausgerichtet ist. Die gestrichelte Linie im Bereich der sidelobes gibt den dortigen Verlauf der aufgrund der Defokussierung des Nah-Infrarotbereichs NIR erhaltenen zugeordneten Punktbildfunktion wieder. Bei der Abbildung einer Kante (deren idealisierter Kontrastsprung in dem mittleren Bereich der 8 dargestellt ist) erfolgt eine Faltung, wobei stets eine - in Abhängigkeit von der mittels des Kamerasystems 1 erzielbaren Auflösung und Schärfe - eine gewisse Verschmierung und somit ein im rechten Bereich von 8 dargestellter schräger Intensitäts-Verlauf im Bereich der Kante resultiert. Die durch den Anteil des Nah-Infrarotbereichs NIR erhöhten (und nach außen verbreiterten) sidelobes der Punktbildfunktion führen in der Kantenabbildung dann zu einer Art „Rauschteppich“ (angedeutet durch den gestrichelten „Absatz“ im rechten Bereich der 8), der den Bildhintergrund „weicher“ erscheinen lässt. Der Schärfeeindruck der abgebildeten (hochkontrastigen) Strukturen bleibt dabei jedoch erhalten.
Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvarianten auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

1: Kamerasystem
2: Bildsensor
3: Kamera
4: Objektiv
6: Linse
8: optische Achse
10: Lichtbündel
12: Fokuspunkt
14: IR-Sperrfilter
20: IR-Filter
22: IR-Filter
24: Strahlteiler
26: Kamerasteuergerät
28: Zusatzsensor
30: Strahlteiler
32: Glaskeilplatte
A: Breite
B: blaue Farbe
G: grüne Farbe
R: rote Farbe
E: Bildebene
I: Helligkeit
IS: spektrale Antwort
NIR: Nah-Infrarotbereich
T: Durchlässigkeit
VIS: sichtbarer Spektralbereich
W: Wellenlänge
x: Pixelzahl
Z: Fokuslage

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Kamerasystems (1), wobei verfahrensgemäß - mittels eines Objektivs (4) des Kamerasystems (1), das eine Anzahl von optischen Bauelementen (6) umfasst, wenigstens ein Bildsensor (2) des Kamerasystems (1) mit aus der Umgebung in das Objektiv (4) einfallendem Licht belichtet wird, - mittels des Bildsensors (2) oder zumindest eines der gegebenenfalls mehreren Bildsensoren (2) ein an den sichtbaren Spektralbereich (VIS) angrenzender Spektralbereich (NIR) erfasst wird, - gemeinsam aus dem erfassten sichtbaren Spektralbereich (VIS) und aus dem erfassten angrenzenden Spektralbereich (NIR) ein weichgezeichnetes Bild erzeugt wird, und - ein Weichzeichnereffekt in seiner Stärke variiert wird, indem ein Beitrag des erfassten angrenzenden Spektralbereichs (NIR) zu dem weichgezeichneten Bild verändert wird, wobei zur Variation der Stärke des Weichzeichnereffekts in einen Strahlengang des Kamerasystems (1) wenigstens ein Filter (14, 20, 22) eingebracht wird, das für den angrenzenden Spektralbereich (NIR) zumindest teilweise intransparent ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Breite und/oder Intensität des erfassten angrenzenden Spektralbereichs (NIR) insbesondere auf optischem Weg verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der angrenzende Spektralbereich (NIR) separat von dem sichtbaren Spektralbereich (VIS) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der separat erfasste angrenzende Spektralbereich (NIR) zur Kombination mit dem erfassten sichtbaren Spektralbereich (VIS) mit einem variablen Gewichtungsfaktor beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erfasste angrenzende Spektralbereich (NIR) zur Erzeugung des weichgezeichneten Bildes dem erfassten sichtbaren Spektralbereich (VIS), insbesondere einzelnen Farbkanälen einheitlich zugeschlagen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei als angrenzender Spektralbereich der Infrarotbereich, insbesondere der Nah-Infrarotbereich (NIR) zwischen etwa 750 und 1700 nm, vorzugsweise bis etwa 1200 nm Wellenlänge herangezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei als Bildsensor (2) oder wenigstens einer von mehreren Bildsensoren (2) ein in seiner spektralen Empfindlichkeit über den sichtbaren Spektralbereich (VIS) hinaus auf den angrenzenden Spektralbereich (NIR) erweiterter Bildsensor (2) herangezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei als Bildsensor (2) oder wenigstens einer von mehreren Bildsensoren (2) ein für den sichtbaren und den angrenzenden Spektralbereich (VIS, NIR) sensitiver Bildsensor und ein diesem zugeordnetes Filter, das für jeden Farbkanal des sichtbaren Spektralbereichs (VIS) auch für den angrenzenden Spektralbereich (NIR) zumindest teilweise transparent ist, herangezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der angrenzende Spektralbereich (NIR) mittels eines spezifisch zugeordneten Farbkanals des Bildsensors (2) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zur Variation der Stärke des Weichzeichnereffekts wenigstens zwei Bildsensoren (2) herangezogen werden, die in ihrer spektralen Empfindlichkeit über den sichtbaren Spektralbereich (VIS) hinaus unterschiedlich weit auf den angrenzenden Spektralbereich (NIR) erweitert sind, und wobei das weichgezeichnete Bild wahlweise mittels eines der beiden in ihrer Empfindlichkeit erweiterten Bildsensoren (2) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die wenigstens zwei Bildsensoren (2) mittels eines Strahlteilers (24) mit dem durch das Objektiv (4) hindurchtretenden Licht belichtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zur Erfassung des sichtbaren Spektralbereichs (VIS) ein in seiner spektralen Empfindlichkeit auf den sichtbaren Spektralbereich (VIS) begrenzter Bildsensor (2) und zur Erfassung des angrenzenden Spektralbereichs (NIR) ein in seiner spektralen Empfindlichkeit auf den angrenzenden Spektralbereich (NIR) begrenzter Bildsensor (28) herangezogen werden, und wobei das weichgezeichnete Bild durch Kombination der mittels der beiden Bildsensoren (2,28) erzeugten Abbildungen erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei zur Variation der Stärke des Weichzeichnereffekts mittels einer dem auf den angrenzenden Spektralbereich (NIR) begrenzten Bildsensor (28) vorgelagerten Glaskeilplatte (32) ein Abbildungsfehler, insbesondere eine sphärische Aberration für die mittels dieses Bildsensors (28) erzeugte Abbildung verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine Nutzung eines Anti-Aliasing-Filters unterbleibt.
Kamerasystem (1), - mit einem Objektiv (4), das eine Anzahl von optischen Bauelementen (6) umfasst, - mit wenigstens einem Bildsensor (2), - mit einem Kamerasteuergerät (26), das dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 durchzuführen, und - mit wenigstens einem reversibel aktivierbaren Filter (14, 20, 22), das für den angrenzenden Spektralbereich (NIR) zumindest teilweise intransparent ist, insbesondere das reversibel in den Strahlengang des Objektivs (4) einbringbar ist.
Kamerasystem (1) nach Anspruch 15, wobei das Objektiv (4) zur Abbildung des sichtbaren und des angrenzenden Spektralbereichs (VIS, NIR) eingerichtet ist.