DE102019214404A1

DE102019214404A1 - Diagnostizierende beleuchtung

Info

Publication number: DE102019214404A1
Application number: DE102019214404.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Schreiber; Christoph Wächter; Eduardo Monari; Masoud Roschani; Max Filsinger; Daniel Manger; Dieter Willersinn
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2021-03-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zum Beleuchten einer Szene (50) umfassend: eine Nutzbeleuchtung (10), die eingerichtet ist, um eine Szene (50) mit gepulstem Licht zumindest einer ersten Wellenlänge zu beleuchten, eine Diagnosebeleuchtung (20), die eingerichtet ist, um zumindest einen Teilbereich (55) der Szene (50) mit gepulstem Licht zumindest einer zweiten Wellenlänge zu beleuchten, eine Kamera (30), die eingerichtet ist, um Bilder (N, H, D) der Szene (50) zu erfassen, wenn entweder die Nutzbeleuchtung (10) und/oder die Diagnosebeleuchtung (20) deaktiviert sind, eine Steuerungseinheit (60), die eingerichtet ist, um abhängig von zumindest einem Ergebnis einer Subtraktion jeweils zweier Bilder der Szene (50) bei voneinander unterschiedlicher Beleuchtung einen Steuerschritt auszulösen, eine Schnittstelle (70) für ein damit koppelbares Gerät. Ferner Betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung (100).

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen eine Vorrichtung zum Beleuchten, wobei die Beleuchtung ausgebildet ist, eine Selbstdiagnose durchzuführen sowie ein Verfahren zum Beleuchten einer Szene mit einer solchen Vorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Beleuchtungen für Innenräume und Verkehrswege produzieren heutzutage Lichtfelder, die ausschließlich auf den Nutzen für den Menschen ausgerichtet sind, beispielsweise um seine Wahrnehmung der beleuchteten Szene zu unterstützen oder um sein Wohlbefinden zu verbessern. Im Sinne der Erfindung werden solche Beleuchtungen als Nutzbeleuchtung bezeichnet.
Zusätzliche, von der Nutzbeleuchtung unabhängige Lichtfelder, die der gezielten Erzeugung von Kamerabildern dienen, aber vom Menschen nicht wahrgenommen werden, fehlen bislang, können aber Kamerabasierte Zusatzfunktionen ermöglichen, die bisher entweder nicht existieren, oder existierende Funktionen verbessern.
Eine solche Zusatzfunktion würde beispielsweise die Bewertung der Ausleuchtung einer Szene betreffen und könnte die Grundlage dafür sein, die Beleuchtung so anzupassen, dass eine Szenenausleuchtung optimiert wird.
Andere Arten der Zusatzfunktion sind die Schätzung der Sichtweite durch Nebel oder die Entdeckung von Rauch in der Szene; dies könnte über die Anpassung der Beleuchtung hinaus die Grundlage für eine Alarmfunktion sein.
Das Thema Nebelerkennung für ein Kraftfahrzeug wird prominent in der Offenlegung DE 10 2015 112 103 A1 (Büttner, Schmitt, & Schmitt, 2017-1) adressiert. Wie in der vorliegenden Erfindung verwenden (Büttner, Schmitt, & Schmitt, 2017-1) Licht, unter anderem von LEDs, wobei das Licht sowohl gepulst als auch kontinuierlich ausgesandt wird. Der Empfänger ist senkrecht zur Tangentialebene der Windschutzscheibe angeordnet. Für die Detektion wird eine globale Intensitätsschwelle zugrunde gelegt, die dynamisch von Daten über den Fahrzeugzustand sowie Klimadaten abhängt.
Die Offenlegungsschrift DE 196 29 712 A1 zum Antrag der Robert Bosch GmbH (Kuehnle & Steinlechner, 1998) beschreibt eine Methode, nach der ein zeitlich und/oder räumlich begrenzter Lichtstrahl ausgesendet wird, wobei das zugehörige Rückstreulicht aus zwei voneinander verschiedenen Raumzonen empfangen wird und die beiden Rückstreulicht-Ergebnisse miteinander verglichen werden. Die Sichtweite wird unter Berücksichtigung des Vergleichsergebnisses ermittelt.
Das Patent US 5 349 267 von Valeo (Brassier, Rydel, & Medjaoui, 1994) beansprucht eine Kombination von Feuchtigkeitsmessung und Nebelmessung. Die Nebelmessung beruht auf einer IR-Lichtquelle und einem IR-Detektorelement zur Detektion der am Nebel zurückgestreuten Strahlung. Lichtquelle und Detektorelement sind so ausgerichtet, dass sich ihre Achsen in einer Entfernung von etwa 2 Metern vor dem Fahrzeug kreuzen.
Die Offenlegungsschrift WO 01/70538 A2 zum Antrag der GENTEX Corporation (Stam, Bechtel, Reese, Roberts, Tonar, & Poe, 2001) beschreibt ein System zur Steuerung der äußeren Fahrzeuglichter, das auf der Auswertung der Bilder einer Kamera beruht. Ziel ist die Maximierung der beleuchteten Fläche vor dem Fahrzeug bei gleichzeitiger Minimierung der Blendung anderer Verkehrsteilnehmer.
Die Offenlegungsschrift WO 2014/168851 A1 zum Antrag der Google Inc. (Zhu, Dolgov, & Ferguson, 2014) beschreibt Methoden und Systeme zur Detektion von Wetterbedingungen auf der Basis von z.B. LIDAR-Sensoren. Bereits zehn Jahre vor WO 2014/168851 A1 wurde das Patent DE 43 24 308 C1 der Bayerischen Motoren Werke AG und der Deutschen Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt eV (Hahn, Krichbaumer, Maier, Streicher, & Werner, 1993) erteilt, das auf einem LIDAR-Sensor zur Bestimmung der Sichtweite basiert. Auch die Nippon Soken Inc. beschreibt in ihrer Veröffentlichungsschrift JP 62015480 A (Yoshiyuki & Hiroyuki, 1987) eine Messung von Nebel, die auf dem Einsatz von Laserlicht beruht.
In WO 03/069275 A1 (Lavenant, Tarel, & Aubert, 2003) beschreiben Lavenant et. al. eine Methode zur Bestimmung der Sichtweite und zur Entdeckung von Nebel. Die Methode basiert auf der Auswertung eines Bildes, in dem innerhalb eine Bildregion eine vertikale Luminanzkurve durch Mittelwertbildung entlang der Zeilen dieser Bildregion berechnet wird. Aus der vertikalen Luminanzkurve wird anschließend ein Absorptionsfaktor k für Nebel und daraus wiederum ein Maß für die Sichtweite bestimmt.
Die gezielte Erzeugung von Bildern mit und ohne Beleuchtung ist nicht neu, sie wird beispielsweise zur Erhöhung der Robustheit von Streifenprojektionsmethoden durchgeführt, siehe (Zhang, 2016). Allerdings ist das Ziel bei der Streifenprojektionsmethode eine lediglich qualitative Aussage, ob Szenenpunkte beleuchtet sind, also in einem hellen Streifen des projizierten Musters liegen, oder unbeleuchtet sind, also in einem dunklen Streifen des Musters liegen.
Ein Lichtfeld wird durch eine Anzahl von Strahlen in einem spezifischen Bereich definiert. Abbildende Anwendungen finden Lichtfeldtechnologien z.B. beim Postprocessing von Filmaufnahmen, die mit Multikamerasystemen aufgenommen wurden: So können z.B. unterschiedliche Beobachterpositionen, Schärfe bzw. Unschärfe für bestimmte Beobachtungsabstände oder aber auch Dolly-Zoomeffekte erzeugt werden (Wilburn, 2005). Als Pendant existieren Lichtfeldprojektionsysteme z.B. für 3D-Displays (Lanman, 2013). Grundsätzlich kann man derartige Multiaperturprojektionssysteme auch für Beleuchtungszwecke zur Schaffung komplexer, dreidimensionaler Illuminanzverteilungen nutzen.
Rauchmelder sind eine weitere Funktionalität, für die bereits Massenprodukte am Markt verfügbar sind. Eine beispielhafte Patentschrift der Honeywell Inc. trägt die Nummer DE 30 50 124 C2 (Forss & Haglund, 1981). Ein erster Strahlenweg, in dem kein Rauch vorhanden ist; und ein zweiter Strahlenweg, in dem Rauch vorhanden sein kann, ermöglichen es reflektiertes Licht, dass von Rauchpartikeln reflektiert wird, zu erfassen.
Es ist daher wünschenswert, ein Konzept zur Bestimmung und/oder Verbesserung einer Ausleuchtung einer Szene bereitzustellen, das leicht anpassbar und dadurch vielseitig einsetzbar ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Daher wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 18 vorgeschlagen.
Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Beleuchten einer Szene umfassend: eine Nutzbeleuchtung, die eingerichtet ist, um eine Szene mit gepulstem Licht zumindest einer ersten Wellenlänge zu beleuchten, eine Diagnosebeleuchtung, die eingerichtet ist, um zumindest einen Teilbereich der Szene mit gepulstem Licht zumindest einer zweiten Wellenlänge zu beleuchten. Darüber hinaus ist eine Kamera vorgesehen, die eingerichtet ist, um Bilder der Szene zu erfassen, wenn entweder die Nutzbeleuchtung und/oder die Diagnosebeleuchtung deaktiviert ist/sind; Mit anderen Worten ausgedrückt, wenn entweder die Nutzbeleuchtung oder die Diagnosebeleuchtung aktiv ist oder weder die Nutzbeleuchtung noch die Diagnosebeleuchtung aktiv ist. Ferner ist eine Steuerungseinheit vorgesehen, die eingerichtet ist, um abhängig von zumindest einem Ergebnis einer Subtraktion jeweils zweier Bilder der Szene bei voneinander unterschiedlicher Beleuchtung einen Steuerschritt auszulösen. Des Weiteren weist die Vorrichtung eine Schnittstelle für ein damit koppelbares Gerät auf.
Die Lösung basiert folglich auf einem System aus zumindest zwei gepulsten Beleuchtungseinrichtungen, einer Kamera zum Erfassen von Bildern, einer geeigneten Steuerungsvorrichtung zum Synchronisieren einer Aufnahme der Kamera bzw. der erfassten Bilder einer von der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Szene und einem Rechner zum Auswerten der erfassten Bilder. Im Sinne der Erfindung sind mit Bildern im weiteren Sinne auch Bildinformationen, wie Helligkeit, Farbwert und dergleichen einzelner Pixel des jeweiligen Bildes einer Szene zu verstehen. Somit kann beispielsweise bei einer Differenzbildung im Sinne der Erfindung auch eine Differenzbildung zwischen unterschiedlichen das Bild/Pixel definierenden Eigenschaften gemeint sein.
Vorteile der Vorrichtung zur Beleuchtung ergeben sich aus der Analyse von Bildern von Szenen, insbesondere Bildern gleicher Szenen die sukzessiv mit Licht unterschiedlicher Eigenschaften, beispielsweise unterschiedlicher Helligkeit, Wellenlänge und desgleichen beleuchtet werden, um damit zusätzliche Aussagen über den von dem jeweiligen Licht ausgeleuchteten Bereich bzw. die von dem Licht ausgeleuchtete Szene treffen zu können. Dabei können die einzelnen Bilder von unterschiedlichen Lichtquellen bestrahlter Szenen voneinander unabhängig erfasst und aufgenommen werden, so dass die jeweils von einer bestimmten Lichtquelle ausgeleuchtete Szene unabhängig von der Ausleuchtung derselben Szene durch eine weitere davon unterschiedlichen Lichtquelle unbeeinflusst bleibt. Das gepulste Licht kann beispielsweise mittels einer Rechtecksignals dargestellt werden. Im Sinne der Erfindung bezeichnet das Rechtecksignal bzw. die Rechteckschwingung ein Signal, das zwischen zwei Werten hin und her schaltet und in einem Diagramm über der Zeit einen rechteckigen Verlauf aufweist. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die zwei Werte des Signals einem Wert „1“ bzw. Wert „0“ des Signals bzw. Lichtimpulse entsprechen, wobei „1“ das Vorhandensein des Lichts bzw. des Lichtimpulses und „0“ die Abwesenheit des Lichts bzw. des Lichtimpulses bezeichnet. Als Tastlücke wird im Sinne der Erfindung die Dauer bezeichnet, bei der das Rechtecksignal den Wert „0“ annimmt.
Insbesondere lässt sich durch eine Differenzbildung zwischen Bildern von unbeleuchteten Szenen mit Bildern derselben Szene, die mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge erfasst wurden, eine Art Diagnose über in der Szene herrschende Lichtverhältnisse oder auch Sichtverhältnisse treffen, beispielsweise bei wetterbedingten und/oder umweltbedingten Verhältnissen der Sicht. Die Sicht kann sich sowohl auf die Sicht des Menschen - Blickfeld - als auch auf eine Sicht eines Kameraobjektivs beziehen, nämlich das Sichtfeld, das den Bereich im Bildwinkel eines optischen Geräts bezeichnet. Durch einen gezielten Vergleich bzw. die Differenzbildung zwischen zwei Bildern, lässt sich beispielsweise die Ausleuchtung oder ein Grad der Ausleuchtung derselben Szene bei Vorhandensein bzw. bei Fehlen einer bestimmten Lichtquelle, beispielsweise einer Nutzbeleuchtung leicht feststellen und dadurch gezielt die Nutzbeleuchtung selbst im Sinne einer vollständigen oder gleichmäßigen Ausleuchtung der Szene steuern.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beleuchten einer Szene mit der oben beschriebenen Vorrichtung beziehungsweise den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Das Verfahren zum Beleuchten umfasst die Schritte:

Beleuchten der Szene mit gepulstem Licht zumindest einer ersten Wellenlänge mittels der Nutzbeleuchtung, beispielsweise mit Licht einer Wellenlänge in einem für den Menschen sichtbaren Bereich;
Beleuchten zumindest eines Teilbereichs des Sichtfelds mit Licht zumindest einer zweiten vorherbestimmten Wellenlänge mittels der Diagnosebeleuchtung, wenn die Nutzbeleuchtung nicht aktiv ist, wobei die zweite vorherbestimmte Wellenlänge von der zumindest einen ersten vorherbestimmten Wellenlänge abweicht, beispielsweise mit Licht einer Wellenlänge in einem für den Menschen nicht sichtbaren Bereich - Infrarotlicht; Erfassen von Bildern der Szene mittels der Kamera, wenn entweder die Nutzbeleuchtung und/oder die Diagnosebeleuchtung deaktiviert ist/sind,
Auslösen eines Steuerungsschrittes und/oder Bereitstellen eines Ergebnisses in Abhängigkeit von zumindest einem Ergebnis einer Subtraktion jeweils zweier Bilder der Szene bei voneinander unterschiedlicher Beleuchtung der erfassten Bilder.

Ausführungsbeispiele und weitere vorteilhafte Aspekte der Vorrichtung zum Beleuchten beziehungsweise des Verfahrens sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen genannt. Die im folgenden diskutierten Effekte und Vorteile der Merkmale der Ausführungsbeispiele treffen gleichermaßen auf die Vorrichtung und das Verfahren zum Betreiben dieser Vorrichtung zu und sind untereinander austauschbar und/oder miteinander verknüpfbar.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das gepulste Licht der Nutzbeleuchtung eine Frequenz aufweist, die größer/gleich 50 Hz ist. Licht, dass bei einer solchen Frequenz ausgestrahlt wird, nimmt ein Mensch im Wesentlichen kontinuierlich war. Die Grenz-Frequenz, bei der eine Folge von Lichtreizen bzw. Lichtimpulsen als ein kontinuierliches Licht wahrgenommen wird, wird im Fachjargon noch als Flimmerverschmelzungsfrequenz, auch Flimmerfusionsfrequenz oder kritische Flickerfrequenz bezeichnet. Sie liegt zwischen 22 Hz und 90 Hz und hängt vom einzelnen Betrachter ab.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Diagnosebeleuchtung eingerichtet, zumindest einen Lichtimpuls während einer Tastlücke zwischen zwei Lichtimpulsen der Nutzbeleuchtung auszustrahlen. Auf diese Weise lässt sich unbeeinflusst vom Licht der Nutzbeleuchtung eine Szene mit einer vorherbestimmten Wellenlänge des Lichts der Diagnosebeleuchtung aufnehmen, wobei eine Analyse des Bildes sowie Aussagen darüber akkurater getroffen werden können als bei einer Beeinflussung durch das Vorhandensein weitere Lichtquellen, beispielsweise der Nutzbeleuchtung. Die Diagnosebeleuchtung ist eingerichtet, um im Wesentlichen Witterungsbedingungen die in einem von einer Lichtquelle, beispielsweise der Nutzbeleuchtung, ausgeleuchteten Raum „vor einzelnen Objekten der Szene“ zu erfassen. Dies kann beispielsweise Rauch, Gas, Nebel oder Regen sein, welche die Sichtverhältnisse bzw. Lichtausbreitungsverhältnisse in dem von einer bestimmten Lichtquelle ausgeleuchteten Raum beeinflussen. Ferner kann mittels der Diagnosebeleuchtung auch eine Sichtweite gemessen werden, wobei durch Differenzbildung mit vorhergehenden Bildern derselben Szene bei Diagnosebeleuchtung Farbwerte bzw. Farbintensität einzelner Pixel miteinander verglichen werden können.
Beim Erfassen von quasistatischen Szenen bzw. Szenen in denen es im Wesentlichen zu nur sehr wenigen oder keinen Änderungen in der Szene kommt, ist es ausreichend, einen Lichtimpuls der Diagnosebeleuchtung beispielsweise nur alle hundert oder tausend Impulse der Nutzbeleuchtung auszustrahlen. Dadurch kann Rechenleistung und eine damit einhergehende erforderliche Energie eingespart werden.
Sofern allerdings in der Szene dynamische Änderungen in kurzer zeitlicher Abfolge auftreten, ist es vorteilhaft, die Frequenz der von der Diagnosebeleuchtung ausgestrahlten Lichtimpulse zu erhöhen bzw. die Frequenz der Diagnosebeleuchtung der Frequenz der Nutzbeleuchtung gleichzusetzen, um dadurch eine genauere Erfassung der Lichtverhältnisse in der von der Kamera aufgenommenen Szene zu ermöglichen.
Um eine Analyse der Szene bei unterschiedlichen Verhältnissen, beispielsweise Lichtverhältnissen und/oder ungleichmäßiger Ausleuchtung der Szene zu ermöglichen, ist die Kamera der Vorrichtung eingerichtet, um zumindest ein Hellbild der Szene zu erfassen, dass dadurch definiert ist, das die Nutzbeleuchtung aktiv ist und die Diagnosebeleuchtung nicht aktiv ist. Durch eine Aufnahme mehrerer Hellbilder mittels der Kamera kann beispielsweise eine Plausibilität in/bei der ausgeleuchteten Szene überprüft werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann festgestellt werden, ob die vorhergehende Aufnahme eines Hellbilds eine fehlerhafte Aufnahme war. Dadurch kann eine Genauigkeit beim Erfassen und/oder Auswerten der Szenen erhöht werden. Darüber hinaus kann auch eine Mittelwertbildung der erfassten Werte von Eigenschaften derselben Szene durchgeführt werden. Dadurch können fehlerhafte Aufnahmen in einer Reihen sukzessiver Aufnahmen relativiert werden bzw. eine fehlerhafte Aufnahme ausgeglichen werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Kamera eingerichtet um zumindest ein Hintergrundbild der Szene zu erfassen, das dadurch definiert ist, dass weder Nutz- noch Diagnosebeleuchtung aktiv sind. Wie bereits vorstehend beschrieben, ist es möglich durch sukzessive Aufnahmen mehrerer Bilder derselben Szene eine fehlerhafte Aufnahme in der Serie der Aufnahmen auszugleichen oder auf Plausibilität zu untersuchen. Darüber hinaus ist es erst durch einen Vergleich einer unbeleuchteten Szene bzw. eines Hintergrundbilds mit einer beleuchteten Szene, beispielsweise durch eine Nutzbeleuchtung, möglich, festzustellen, welche Bereiche einer Szene zusätzlich ausgeleuchtet werden müssen, um diese beispielsweise dem Auge eines Betrachters überhaupt zugänglich machen zu können. Dem Auge des Betrachters unzugängliche Bereiche können beispielsweise solche sein, die im Schatten einer Hintergrundbeleuchtung stehen, und somit gar nicht ausgeleuchtet sind. Weitere Beispiele wären Waldstraßen, die nicht gleichmäßig ausgeleuchtet sind oder Bereiche eines Kellers eines Tunnels oder unterschiedliche Arbeitsstätten, die aufgrund ihrer Anordnung oder verwinkelten Form - Hinterschneidungen - nicht von der Lichtquelle der Hintergrundbeleuchtung ausgeleuchtet werden können.
Zweckmäßigerweise kann die Kamera gemäß einem Ausführungsbeispiel eingerichtet sein, um zumindest ein Diagnosebild zumindest eines Teils der Szene aufzunehmen, das dadurch definiert ist, dass die Diagnosebeleuchtung aktiv und die Nutzbeleuchtung nicht aktiv ist. Dadurch, dass die Nutzbeleuchtung nicht aktiv ist, kann eine negative Beeinflussung durch die Nutzbeleuchtung beim Erfassen eines Diagnosebilds vermieden werden. Durch eine gezielte Aufnahme der Kamera nur eines bestimmten Teils einer Szene, die mittels der Diagnosebeleuchtung angestrahlt wird, können zusätzlich bestimmte Eigenschaften, beispielsweise eine wetterbedingte Sichtweite der Kamera bei Nutzbeleuchtung, erfasst bzw. festgestellt werden. Dadurch, dass die Diagnosebeleuchtung eingerichtet ist, Licht einer vorherbestimmten Wellenlänge auszustrahlen, kann die Diagnosebeleuchtung zusätzlich zur Identifikation von beispielsweise giftigen Stoffen im Sichtfeld der Kamera bzw. in der von der Kamera beleuchteten Szene eingesetzt werden. Diese Stoffe können auf einfache Weise durch eine Differenzbildung des Diagnosebilds mit einem Hellbild und/oder einer Differenzbildung des Diagnosebilds mit einem Hintergrundbild identifiziert werden, was eine Flexibilität beim Einsatz der Vorrichtung weiter erhöht.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Kamera der Vorrichtung eingerichtet, um gleichzeitig oder sukzessive Diagnosebilder unterschiedlicher Teilbereiche einer Szene zu erfassen bzw. aufzunehmen. Dadurch kann die Flexibilität beim Einsatz der Vorrichtung zusätzlich erhöht werden. Darüber hinaus können unterschiedliche Teile einer Szene auch mit Licht bzw. Lichtimpulsen unterschiedlicher Wellenlänge der Diagnosebeleuchtung angestrahlt werden und dadurch eine Analyse des von der Diagnosebeleuchtung ausgeleuchteten Raums noch differenzierter durchgeführt werden. Dadurch kann das Einsatzfeld der Vorrichtung zusätzlich erweitert werden.
Gemäß einem weiteren zweckmäßigen Ausführungsbeispiel ist die Kamera eingerichtet, um zumindest ein Hintergrundbild zwischen dem Erfassen eines Hellbilds und dem Erfassen eines Diagnosebilds zu erfassen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass sowohl Bildern der Szene, die bei Nutzbeleuchtung als auch Bildern der Szene, die bei Diagnosebeleuchtung erfasst und aufgenommen wurden, eine zeitnahe Aufnahme eines Vergleichsbilds - hier dem Hintergrundbild - zur Differenzbildung mit dem Diagnosebild bzw. Hellbild derselben Szene zur Verfügung steht. Darüber hinaus lässt sich durch unmittelbare Aufnahme dreier sukzessiver Bilder derselben Szene bei unterschiedlicher Beleuchtung eine wesentlich genauere Analyse der Szene bzw. deren Ausleuchtung vornehmen, weil beispielsweise gleichzeitig ein Vergleich einer Differenzbildung zwischen einem Diagnosebild und einem Hintergrundbild sowie einem Hellbild und einem Hintergrundbild als Grundlage für eine Analyse derselben Szene dienen kann.
Wie bereits vorstehend beschrieben, ist eine Analyse einer Szene durch Bildung von Differenzen bzw. Subtraktionen zwischen zwei erfassten, aufeinanderfolgenden Bildern möglich. Vorteilhafterweise ist dabei die Steuerungseinheit eingerichtet, abhängig von Ergebnissen zumindest zweier Subtraktionen zwischen zwei erfassten aufeinanderfolgenden Bildern von zumindest einem Hellbild und/oder einem Hintergrundbild und/oder einem Diagnosebild, zumindest einen Steuerungsschritt auszulösen. Damit lässt sich die Vorrichtung nicht nur zur Bestimmung der Ausleuchtung einer Szene einsetzen, sondern auch als Alarmanlage bei der Feststellung von „Bewegungsänderungen“ in einer Szene oder zur Identifikation von giftigen Stoffen in einem Sichtfeld der Kamera der Vorrichtung bzw. der von den Lichtquellen ausgeleuchteten Szene, die von der Kamera erfasst wird, beispielsweise durch den Einsatz vorherbestimmter Wellenlängen des Lichts der Diagnosebeleuchtung, die auf die Besonderheit der zu identifizierenden giftigen Stoffe abgestimmt ist. Beispielsweise könnten einzelne Farbwerte in einem Diagnosebild mit einem Schwellwert abgeglichen werden, um dadurch Konzentrationen eines in dem ausgeleuchteten Raum befindlichen Stoffes festzustellen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel könnten Farbwerte desselben Szenenbereichs/Pixels bei unterschiedlicher Beleuchtung, nämlich der Diagnosebeleuchtung und/oder der Nutzbeleuchtung und/oder einer Hintergrundbeleuchtung der Szene, in Kombination miteinander weitere Analysen und Schlussfolgerungen zulassen, die zu einer Auslösung eines bestimmten Steuerungsschritts der Steuerungseinheit der Vorrichtung verwendet werden können.
Bei bestimmten Ausführungsbeispielen ist die Steuerungseinheit eingerichtet, bei einem Ergebnis einer Subtraktion mit einem Diagnosebild nur einen Bildbereich zu berücksichtigen, der dem Teilbereich der Szene der durch die Diagnosebeleuchtung ausgeleuchteten Szene entspricht. Da die Diagnosebeleuchtung unter Umständen nur einen Ausschnitt aus dem gesamten Bildbereich der Szene ausleuchtet, ist auch nur ein Vergleich bzw. eine Subtraktion mit dem gleichen Bildbereich eines Hellbilds bzw. Hintergrundbilds derselben Szene aussagekräftig. Somit werden von der Steuerungseinheit bei einer Subtraktion bzw. einem Vergleich des Diagnosebilds mit weiteren Diagnosebildern bzw. Hellbildern oder Hintergrundbildern lediglich die Bildbereiche/Pixel berücksichtigt, die dem Bildbereich/den Pixeln des von der Diagnosebeleuchtung ausgeleuchteten Bereichs entsprechen.
Vorteilhafterweise ist die Steuerungseinheit ferner eingerichtet, bei einer relativen Bewegung der Vorrichtung und der Szene zueinander, die zumindest zwei Subtraktionen bewegungskompensiert vorzunehmen. Dadurch kann die Aussagekraft der Ergebnisse der Subtraktionen erhalten werden. Damit ist es nicht nur möglich statisch Szenen aufzunehmen, sondern auch aussagekräftige Bilder zu erfassen, die trotz relativer Bewegung der Vorrichtung und der Szene zueinander von der Kamera aufgenommen werden.
Wie bereits vorhergehend beschrieben, können einzelne oder mehrere Ergebnisse der Subtraktionen mit einem Schwellwert verglichen werden, um weitere, für bestimmte Verwendungen relevante Ergebnisse, zu generieren, auf deren Grundlage die Steuerungseinheit Steuerungsschritte auslösen kann bzw. die Ergebnisse an die Schnittstelle der Vorrichtung zur weiteren Verarbeitung bereitstellt, um einen Steuerungsschritt für ein mit der Vorrichtung koppelbares Gerät zu veranlassen. Bei zusätzlichen oder alternativen Verwendungen kann mittels der Ergebnisse der diversen, vorherstehend beschriebenen Subtraktionen beispielsweise eine Strahlungsintensität der Nutzbeleuchtung gesteuert und/oder eine Warnmeldung ausgelöst werden
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Nutzbeleuchtung eine oder mehrere zu einem Array/Feld zusammengefasste Lichtquellen auf, wobei eine Strahlungsintensität jeder einzelnen Lichtquelle einzeln steuerbar ist. Ein solches Feld von Lichtquellen lässt sich besonders flexibel steuern, um einzelne Bereiche einer Szene gezielt und differenziert auszuleuchten. Das Ausleuchten kann dabei gemäß bestimmter Regeln hinsichtlich eines Spektrums des ausgestrahlten Lichts und/oder einer Mittelwertbildung einer Strahlungsintensität bestimmter ausgewählter Wellenlänge usw. erfolgen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Lichtquelle eine LED, eine herkömmliche Leuchtstoffröhre oder Leuchtbirne und/oder eine Kombination davon sein.
Dadurch kann die Vorrichtung an besondere Anforderungen bei ihrer Verwendung angepasst werden .
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung in einer herkömmlichen Straßenbeleuchtung untergebracht sein Teil einer Straßen-, Tunnel-, Parkplatz-, Bühnen-, Filmset-, oder Innenraumbeleuchtung sein.
Wie bereits im Vorfeld beschrieben, kann die Steuerungseinheit Differenzbilder bei relativer Bewegung der Szene zu der Vorrichtung kompensieren. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung auch transportabel sein. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann eine solche Vorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in/auf einem Transportmittel angebracht sein, beispielsweise einem Fahrzeug, Flugzeug, Boot und dergleichen.
Figurenliste
Einige Ausführungsbeispiele sind exemplarisch in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend erläutert. Es zeigen:

1 ein stark vereinfachtes Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Beleuchten einer Szene gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 ein Diagramm in dem der zeitliche Verlauf einer Synchronisation zwischen einer Nutzbeleuchtung, Diagnosebeleuchtung und Kamera einer Vorrichtung zum Beleuchten qualitativ gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt ist,
3 eine Umsetzung des Konzepts anhand eines Ausführungsbeispiels, das eine Beleuchtung für ein Fahrzeug veranschaulicht.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben, wobei Elemente mit derselben oder ähnlichen Funktion mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
Verfahrensschritte können auch in einer anderen als der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Außerdem sind Verfahrensschritte, die ein bestimmtes Merkmal einer Vorrichtung betreffen mit ebendiesem Merkmal der Vorrichtung austauschbar, was ebenso anders herum gilt.
In der 1 wird ein stark vereinfachtes Blockschaltbild einer Vorrichtung 100 zum Beleuchten einer Szene 50 veranschaulicht. Zum besseren Verständnis wird vorgreifend zusätzlich auf die 2, verwiesen.
Die Szene 50 wird von einer Hintergrundbeleuchtung 40 - im vorliegenden Fall Sonnenbeleuchtung - angestrahlt. Die Vorrichtung 100 zum Beleuchten der Szene 50 umfasst eine Nutzbeleuchtung 10, eine Diagnosebeleuchtung 20, eine Kamera 30, sowie eine Steuerungseinrichtung 60 mit einer Schnittstelle 70. Die Kamera 30 ist eingerichtet um Bilder der Szene 50 zu erfassen und aufzunehmen. Sofern weder die Nutzbeleuchtung 10 als auch die Diagnosebeleuchtung 20 aktiv geschaltet ist, nimmt die Kamera 30 lediglich ein Hintergrundbild H der Szene 50 auf. Mittels einer Nutzbeleuchtung 10 lässt sich die Szene 50 ausleuchten. Die Nutzbeleuchtung 10 ist eine gepulste Lichtquelle mit Licht einer ersten Wellenlänge. Vorzugsweise ist die Frequenz der Nutzbeleuchtung größer/gleich 50 Hz, um dadurch für einen menschlichen Betrachter als Lichtquelle „die quasi kontinuierliches Licht ausstrahlt“ wahrgenommen zu werden. Sofern eine Hintergrundbeleuchtung 40, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Sonnenlicht, vorliegt, wird die Szene 50 von der Nutzbeleuchtung 10 zusätzlich ausgeleuchtet. Mittels der Kamera 30 wird ebenso die Szene 50 bei aktiver Nutzbeleuchtung 10 erfasst und aufgenommen. Das bei Nutzbeleuchtung von der Kamera 30 aufgenommene Bild der Szene 50 wird als Hellbild N bezeichnet. Durch eine Differenzbildung des von der Kamera 30 aufgenommenen Hellbilds N und Hintergrundbilds H derselben Szene 50 kann ein Hinzugewinn der durch den Einsatz der Nutzbeleuchtung 10 gewonnenen Ausleuchtung der Szene 50 berechnet werden bzw. die Stellen der Szene identifiziert werden, die von einer Hintergrundbeleuchtung H nicht ausreichend ausgeleuchtet werden. Im Folgenden wird dieses Differenzbild als Differenzbild1 bezeichnet. Das Differenzbild1 ist durch die Gleichung: $\forall_(i,j) : Differenzbild1 [i] [j] = Hellbild [i] [j] - Hintergrundbild [i] [j]$
definiert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 100 eingerichtet, auf Grundlage des Differenzbilds1 eine Steuerungseinrichtung 60 zu veranlassen, einen Steuerungsschritt auszulösen. Ein solcher Steuerungsschritt kann beispielsweise die Nutzbeleuchtung 10 selbst steuern, wobei die Nutzbeleuchtung 10 derart gesteuert wird, dass sie bestimmte Bereiche der von der Kamera 30 der Vorrichtung 100 aufgenommenen Szene 50 unterschiedlich, d. h. stärker oder schwächer als ursprünglich ausleuchtet. Demnach kann eine Ausleuchtung der Szene 50 an unterschiedliche Bedürfnisse des Benutzers der Vorrichtung 100 gezielt angepasst werden. Eine solche Vorrichtung 100 kann beispielsweise eine Stirnlampe oder Arbeitslampe sein, mit der ein Benutzer beispielsweise eine Höhle erkundet oder sich innerhalb eines Tunnels zurechtfindet. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel weist das Licht der Nutzbeleuchtung 10 eine Wellenlänge im sichtbaren Bereich für den Menschen/Benutzer auf.
Der besondere Vorzug des gepulsten Lichts der Nutzbeleuchtung 10 liegt darin, dass während Tastlücken der gepulsten Lichtquelle zusätzlich weitere von der Nutzbeleuchtung 10 unabhängige Bilder von der Kamera 30 der Vorrichtung 100 erfasst und aufgenommen werden können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 100 zusätzlich zu der Nutzbeleuchtung 10 eine Diagnosebeleuchtung 20 auf, die ebenfalls eine gepulste Lichtquelle ist, und Licht einer von der Nutzbeleuchtung 10 unterschiedlichen Wellenlänge ausstrahlen kann. Folglich kann während einer Tastlücke der Nutzbeleuchtung 10 beispielsweise eine Lichtimpuls der Diagnosebeleuchtung 20 ausgestrahlt werden, wobei die Kamera 30 eingerichtet ist, ein Diagnosebild D der von der Diagnosebeleuchtung 20 ausgestrahlten Szene 55 zu erfassen und aufzunehmen. Vorzugsweise ist der Lichtimpuls der Diagnosebeleuchtung 20 so kurz, dass er noch vollständig in der Tastlücke des Lichtimpulses der Nutzbeleuchtung 10 liegt - vergleiche 2. Dadurch können sich die beiden Lichtimpulse nicht gegenseitig beeinflussen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt die Wellenlänge der Lichtquelle der Diagnosebeleuchtung 20 in einem für den Menschen nicht wahrnehmbaren Bereich. Der besondere Vorzug dabei ist, dass zusätzliche Messungen und Auswertungen der von der Kamera 30 der Vorrichtung 100 aufgenommenen Bilder möglich sind, ohne dass der Benutzer/Mensch dabei in seinem Sichtverhalten gestört ist. Das Einsatzgebiet der Diagnosebeleuchtung 20 der Vorrichtung 100 ist vielseitig, da anhand einer gezielten Auswahl der Wellenlänge des Lichts der Lichtquelle der Diagnosebeleuchtung 20 beispielsweise unterschiedliche Stoffe im Lichtkegel bzw. ausgeleuchteten Bereich der Diagnosebeleuchtung 20 erfasst und anschließend von der Steuerungseinrichtung 60 identifiziert werden können. Vorzugsweise werden mittels der Diagnosebeleuchtung 20 nur Teilbereiche 55 - einer oder mehrere unterschiedliche Teilbereiche 55 - der Szene 50 von der Diagnosebeleuchtung 20 ausgeleuchtet. Die Diagnosebeleuchtung kann dazu eingesetzt werden beispielsweise Rauch, Staub, Nebel, Regen und dergleichen im ausgeleuchteten Bereich zu identifizieren. Die Identifikation kann anhand eines Vergleichs eines Differenzbildes2 mit einem Schwellwert einer Stoffkonzentration und der gleichen vollzogen werden, wobei das Differenzbild2 als Subtraktion zwischen dem Diagnosebild D und dem Bereich des Hintergrundbilds H, der von der Diagnosebeleuchtung 20 ausgeleuchtet wird, definiert ist. Eine entsprechende Gleichung dafür lautet: $\forall_(i,j \in Maske) : Differenzbild2 [i] [j] = Diagnosebild [i] [j] - Hintergrundbild [i] [j],$
wobei der Begriff Maske in der Gleichung für den von der Diagnosebeleuchtung 20 ausgeleuchteten Bereich steht bzw. wobei Maske den Bildbereich bezeichnet, der durch die Projektion der Diagnosebeleuchtung auf die Bildebene festgelegt ist. Die Pixel von Differenzbild2 nehmen außerhalb des Maskenbereichs den Wert Null an.
Somit kann die Diagnosebeleuchtung 20 zusätzlich oder alternativ zu der Nutzbeleuchtung 10 in der Vorrichtung 100 verwendet werden. Durch die Kombination der Vorteile die sich durch die Nutzbeleuchtung 10 und die Diagnosebeleuchtung 20 ergeben, kann das Einsatzgebiet der Vorrichtung 100 zum Beleuchten einer Szene zusätzlich erweitert werden. Anhand der beiden Differenzbilder 1, 2 kann die Steuerungseinheit 60 eine Vielzahl von alternativen Prüfungen im Sichtfeld der Kamera 30 der Vorrichtung 100 vollziehen. So können beispielsweise Benutzer, die die oben erwähnte Stirnbeleuchtung verwenden, auf giftige Gase in einer Höhle oder einem Tunnel hingewiesen werden. Anhand der Schnittstelle 70 der Vorrichtung 100 ist es möglich die Ergebnisse bzw. die Informationen des Differenzbilds1, Differenzbilds2 bzw. damit verknüpfte Ergebnisse zur weiteren Verarbeitung an mit der Vorrichtung 100 über die Schnittstelle 70 koppelbare Geräte weiterzugeben.
Die Steuerungseinrichtung 60 ist derart ausgebildet, dass sie relative Bewegungen der Vorrichtung 100 zu der ausgeleuchteten Szene 50, bzw. 55 kompensieren kann. Dadurch eignet sich der Einsatz der Vorrichtung beispielsweise auch bei Beleuchtungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge - Vorgriff auf 3.
2 veranschaulicht beispielhaft ein Diagramm in dem der zeitliche Verlauf einer Synchronisation zwischen einer Nutzbeleuchtung 10, Diagnosebeleuchtung 20 und Kamera 30 einer Vorrichtung 100 zum Beleuchten qualitativ gemäß einem Ausführungsbeispiel. Veranschaulicht wird die Aufnahme von drei Bildern, die mit einer in Kamera 30 der Vorrichtung 100 nacheinander aufgenommenen werden. Die Aufnahmezeitpunkte tN, tH und tD sind in 2 als senkrechte gestrichelte Linien dargestellt und stellen den Aufnahmezeitpunkt. 2 zeigt den zeitlichen Zusammenhang der drei wesentlichen Prozesse der Impulsfolge der Nutzbeleuchtung A, Impulsfolge der Diagnosebeleuchtung B und Impulsfolge der Bildaufnahme C von der Kamera 30. Wie durch „...‟ angedeutet, ist die Nutzbeleuchtung zur Erfüllung des Hauptzwecks der Nutzbeleuchtung 10 im Wesentlichen die ganze Zeit aktiv. Die Diagnosebeleuchtung 20 ersetzt nur sporadisch, beispielsweise im Sekundenabstand, einen Puls der Nutzbeleuchtung 10.
Das erste der drei Bilder wird zu einem Zeitpunkt tN aufgenommen, zu dem die Nutzbeleuchtung 10 aktiv ist; es wird im Folgenden als Hellbild N bezeichnet. Eine kurze Zeit Δt_1 später, nämlich zum Zeitpunkt tH wird das zweite Bild ohne Beleuchtung durch die Nutzbeleuchtung 10 aufgenommen. Die Szene 50 ist zu diesem Zeitpunkt allenfalls durch natürliche Beleuchtung wie beispielsweise von der Sonne, dem Mond oder durch andere Beleuchtungseinrichtungen erhellt. Das zweite Bild entspricht somit dem Hintergrundbild H. Eine kurze Zeit Δt_2 nach der Aufnahme des Hintergrundbildes H, nämlich zum Zeitpunkt tD wird, während die Diagnosebeleuchtung 20 aktiv ist, das dritte, im Folgenden als Diagnosebild D bezeichnete Bild aufgenommen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der 2 beschränkt sich die Erläuterung stark vereinfachend lediglich auf drei Aufnahmen. Vorgreifend auf die Beschreibung der 3 sei angemerkt, dass die Kamera 30 darüber hinaus auch dazu genutzt werden kann, Bilder synchron zu allen anderen Pulsen A der Nutzbeleuchtung aufzunehmen, um beispielsweise Bilder für eine Fahrzeugumfelderfassung wie beispielsweise eine Fahrstreifendetektion oder eine Hinderniserkennung aufzunehmen.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit, kann die Diagnosebeleuchtung 20 auch eine Mehrzahl von Lichtfeldern zur Erzeugung einer Folge von Diagnosebildern aufweisen.
In 3 eine Umsetzung des Konzepts anhand eines Ausführungsbeispiels gezeigt, das eine Beleuchtung für ein Fahrzeug veranschaulicht Die obere Hälfte von 3 illustriert den Hauptzweck der Nutzbeleuchtung 10 am Beispiel der Frontscheinwerfer eines Kraftfahrzeugs; dieser Zweck besteht darin, die Szene so auszuleuchten, dass sie von Menschen in deren aktueller Situation bestmöglich wahrgenommen werden kann. Ein weiteres, nicht in 3 dargestelltes Ausführungsbeispiel ist eine stationäre Straßenbeleuchtung, und zwar sowohl unter freiem Himmel als auch in einem Tunnel. In 3 wird eine Nutzbeleuchtung 10, Diagnosebeleuchtung 20 und eine Kamera 30 gezeigt. Oben ist die Projektion eines divergenten, die Szene 50 beleuchtenden Lichtfelds dargestellt, links die Draufsicht, rechts die Seitenansicht; unten ist die Projektion eines konvergenten, dreidimensionalen, ausschließlich das Luftvolumen beleuchtenden Lichtfelds dargestellt, links die Draufsicht, rechts die Seitenansicht - wobei das beleuchtete Lichtfeld jeweils schraffiert dargestellt ist.
Eine Pulsfrequenz A der Nutzbeleuchtung 10 des Fahrzeugs ist so hoch, dass das Ausbleiben einzelner Pulse von einem Menschen nicht wahrgenommen wird, sondern der Eindruck einer kontinuierlichen Beleuchtung erhalten bleibt. Die untere Hälfte von 3 zeigt ein Lichtfeld, das von einer Diagnosebeleuchtung 20 gebildet wird, dessen Zweck die Erzeugung von Diagnoseinformation ist, das aber für Menschen nicht sichtbar sein soll, damit diese nicht von der Szene abgelenkt werden. Dieses Lichtfeld wird im Weiteren auch als Diagnosebeleuchtung 20 bezeichnet. Die Nicht-Sichtbarkeit für Menschen wird durch mehrere miteinander kombinierbare Maßnahmen erreicht, und zwar geometrische Formgebung, die Verwendung von für den Menschen nicht sichtbaren Lichts und Synchronisierung mit der Nutzbeleuchtung 10 bzw. einer Bilder der von den unterschiedlichen Beleuchtungen 10, 20, 40 ausgeleuchteten Szene 50, 55.
Die geometrische Formgebung der Diagnosebeleuchtung ist in 3 unten links erkennbar. Sie zeigt die Draufsicht eines zunächst stark konvergenten, sich zu einem Fokusbereich verjüngenden Lichtfelds, das danach stark divergiert. Während eine Beleuchtungsdichte bis zum Fokuspunkt stark steigt, nimmt sie danach ebenso stark wieder ab. Was den Einfluss der geometrischen Formgebung auf die Sichtbarkeit der Diagnosebeleuchtung betrifft, so sind zwei Perspektiven zu unterscheiden, und zwar in Beleuchtungsrichtung - in diesem Fall: die Fahrerperspektive - und in Richtung auf die Beleuchtungseinrichtung. In Beleuchtungsrichtung wird die Diagnosebeleuchtung 20 nur dann sichtbar, wenn es Rückstreuung an erhobenen Hindernissen oder Partikeln in der Luft gibt, da infolge eines vertikalen Öffnungswinkel des Lichts eine Bodenebene nicht beleuchtet wird, wie dies in 3 unten rechts verdeutlicht wird. Durch den geringen vertikalen Öffnungswinkel und die vertikale Orientierung ist auch eine Sichtbarkeit in Richtung auf die Nutzbeleuchtung 10 und damit eine potentielle Blendwirkung eines weiteren Fahrers durch Diagnosebeleuchtung 20 gering, da in dem beleuchteten Bereich weder Menschen noch Sensoren anderer Fahrzeuge zu erwarten sind. Hinzu kommt die nach dem Fokuspunkt starke Divergenz des Lichts der Diagnosebeleuchtung 20, sodass eine Blendung beispielsweise durch die Spiegelung an der Bodenebene ausgeschlossen ist.
Um die Sichtbarkeit für Menschen weiter zu reduzieren, kann für die Diagnosebeleuchtung 20 für Menschen unsichtbares Licht eingesetzt werden, beispielsweise nahes Infrarot. Wird die in 3 dargestellte Vorrichtung 100 aus, Diagnosebeleuchtung 20 Nutzbeleuchtung 10 - hier dem Abblendlicht - und Kamera 30 bewegt, dann muss eine Differenzbildberechnung bewegungskompensiert erfolgen, siehe (Krueger, 1999). Hierfür muss naturgemäß die Bewegung der Vorrichtung 100 (Betrag und Richtung) bekannt sein, außerdem muss die Kamera 30 kalibriert sein, das heißt, dass ihre innere und äußere Orientierung bestimmt werden muss, siehe (Luhmann, 2003). Für die Berechnung von Differenbild1 ist die äußere Orientierung in Bezug auf die Szene 50, für die Berechnung von Differenzbild2 die äußere Orientierung der Kamera 30 in Bezug auf das Lichtfeld der Diagnosebeleuchtung 20 maßgeblich.
Gegenüber existierenden Lösungen ergeben sich Kosten- und Sicherheitsvorteile. Im Bereich der Nebelschätzung besteht der Vorteil im Vergleich zu (Kuehnle & Steinlechner, 1998) darin, dass nicht zwischen zwei Beleuchtungsszenarien, sondern zwischen einem Diagnosebild D und einem Hintergrundbild H verglichen wird, wodurch sich ein größeres Signal und damit ein Sicherheitsgewinn ergibt. Ähnliches gilt im Vergleich zu (Brassier, Rydel, & Medjaoui, 1994), bei denen die Nutzbeleuchtung ebenfalls gleichzeitig mit der Diagnosebeleuchtung 20 aktiv ist; außerdem ermöglicht das mit Differenzbild2 bezeichnete Bild eine detaillierte Analyse eines Helligkeitsverlaufs in dem Maskenbereich, wodurch eine größere Sicherheit der Entscheidung erreicht werden kann. Die Differenzbildung mit dem Hintergrundbild H ist auch der Vorteil gegenüber (Stam, Bechtel, Reese, Roberts, Tonar, & Poe, 2001) und (Lavenant, Tarel, & Aubert, 2003), die beide ausschließlich auf Bildern mit aktiver Beleuchtung aufbauen. Insbesondere Kostenvorteile ergeben sich gegenüber Laser basierten Systemen wie in (Zhu, Dolgov, & Ferguson, 2014), (Hahn, Krichbaumer, Maier, Streicher, & Werner, 1993) und (Yoshiyuki & Hiroyuki, 1987) beschrieben. Gegenüber handelsüblichen Rauchmeldern wie in (Forss & Haglund, 1981) beschrieben besteht der Vorteil in einem Sicherheitsgewinn dadurch, dass der Rauch nicht erst entdeckt wird, wenn er am Rauchmelder angekommen ist, sondern bereits früher, wenn er in den Bereich der Diagnosebeleuchtung 20 gekommen ist. Außerdem ermöglicht es die Kamera 30 basierte Vorrichtung 100, im Fall einer Rauchentwicklung zusätzliche Bilder unter Nutzbeleuchtung 10 aufzunehmen und zur Einschätzung der Situation an eine Leitzentrale über die Schnittstelle 70 zu senden.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Literaturverzeichnis

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Krueger, W. (11 1999). Robust real-time ground plane motion compensation from a moving vehicle. Machine Vision and Applications, S. 203-212. Seite 10
Kuehnle, D., & Steinlechner, 5. (29. Januar 1998). Patentnr. DE 000019629712 A1 . Deutschland. Lanman, D., Luebke, D., Near-Eye Lightfield Displays, (1. November 2013) ACM TOG Vol 32, Issue 6 Lavenant, J., Tarel, J.-P., & Aubert, D. (21. August 2003).
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Zhu, J., Dolgov, D., & Ferguson, D. (16. Oktober 2014). Patentnr. WP 2014/168851 A1. Vereinigte Staaten von Amerika.

Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung zum Beleuchten
10: Nutzbeleuchtung
30: Kamera
40: Hintergrund-Beleuchtung
50: Szene
55: Szene Diagnosebeleuchtung/Teilbereich der Szene 50
60: Steuerungseinheit
70: Schnittstelle
A: Signal der Nutzbeleuchtung
B: Signal der Diagnosebeleuchtung
C: Signal der Bildaufnahme der Kamera
D: Diagnosebild
H: Hintergrundbild
N: Hellbild
Delta t1: Zeitpunkt Aufnahme Hellbild
Delta t2: Zeitpunkt Aufnahme Hintergrundbild
tD: Aufnahmezeitpunkt Diagnosebeleuchtung
tH: Aufnahmezeitpunkt Hintergrundbeleuchtung
tN: Aufnahmezeitpunkt Nutzbeleuchtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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DE 19629712 A1 [0007]
US 5349267 [0008]
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DE 4324308 C1 [0010]
JP 62015480 A [0010]
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DE 3050124 C2 [0014, 0058]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Krueger, W. (11 1999). Robust real-time ground plane motion compensation from a moving vehicle. Machine Vision and Applications, S. 203-212 [0058]
Wilburn, B., Joshi, N., Vaish, V., Talvala, E.-V., Antunez, E., Barth, A., Adams, A., Horowitz, M., and Levoy, M. High Performance Imaging Using Large Camera Arrays. ACM SIGGRAPH 200 [0058]
Yoshiyuki, K., & Hiroyuki, S. (15. Juli 1987). Patentnr. 1P 62015480 A. Japan [0058]
Zhang, S. (2016). High-Speed 3D Imaging with Digital Fringe Projection Techniques. Taylor & Francis [0058]
Zhu, J., Dolgov, D., & Ferguson, D. (16. Oktober 2014). Patentnr. WP 2014/168851 A1. Vereinigte Staaten von Amerika [0058]

Claims

Vorrichtung (100) zum Beleuchten einer Szene (50) umfassend: eine Nutzbeleuchtung (10), die eingerichtet ist, um eine Szene (50) mit gepulstem Licht zumindest einer ersten Wellenlänge zu beleuchten, eine Diagnosebeleuchtung (20), die eingerichtet ist, um zumindest einen Teilbereich (55) der Szene (50) mit gepulstem Licht zumindest einer zweiten Wellenlänge zu beleuchten, eine Kamera (30), die eingerichtet ist, um Bilder (N, H, D) der Szene (50) zu erfassen, wenn entweder die Nutzbeleuchtung (10) und/oder die Diagnosebeleuchtung (20) deaktiviert sind, eine Steuerungseinheit (60), die eingerichtet ist, um abhängig von zumindest einem Ergebnis einer Subtraktion jeweils zweier Bilder der Szene (50) bei voneinander unterschiedlicher Beleuchtung einen Steuerschritt auszulösen, eine Schnittstelle (70) für ein damit koppelbares Gerät.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei das gepulste Licht der Nutzbeleuchtung (10) eine Frequenz aufweist, die größer gleich 50Hz ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Diagnosebeleuchtung (20) eingerichtet ist, zumindest einen Lichtimpuls während einer Tastlücke zwischen zwei Lichtimpulsen der Nutzbeleuchtung (10) auszustrahlen.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Frequenz der Diagnosebeleuchtung (20), bei der der zumindest eine Lichtimpuls der Diagnosebeleuchtung (20) ausgestrahlt wird, in Abhängigkeit einer Änderungsgeschwindigkeit der Szene (50) wählbar ist..
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kamera (30) eingerichtet ist, um zumindest ein Hellbild (N) der Szene (50) zu erfassen, das dadurch definiert ist, dass die Nutzbeleuchtung (10) aktiv ist und die Diagnosebeleuchtung (20) nicht aktiv ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kamera (30) eingerichtet ist, um zumindest ein Hintergrundbild (H) der Szene (50) zu erfassen, das dadurch definiert ist, dass weder Nutzbeleuchtung (10) noch Diagnosebeleuchtung (20) aktiv sind.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kamera (30) eingerichtet ist, um zumindest ein Diagnosebild (D) zumindest eines Teils (55) der Szene (50) aufzunehmen, das dadurch definiert ist, dass die Diagnosebeleuchtung (20) aktiv und die Nutzbeleuchtung (10) nicht aktiv ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, wobei die Kamera (30) eingerichtet ist, um zumindest ein Hintergrundbild (H) zwischen dem Erfassen eines Hellbilds (N) und dem Erfassen eines Diagnosebilds (D) zu erfassen.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinheit (60) eingerichtet ist, abhängig von Ergebnissen zumindest zweier Subtraktionen zwischen zwei erfassten aufeinanderfolgenden Bildern von zumindest einem Hellbild (N) und/oder einem Hintergrundbild (H) und/oder einem Diagnosebild (D) zumindest einen Steuerungsschritt auszulösen.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinheit (60) eingerichtet ist, bei einem Ergebnis einer Subtraktion mit einem Diagnosebild (D) nur einen Bildbereich (55) zu berücksichtigen, der dem Teilbereich der Szene (50) der Diagnosebeleuchtung (20) entspricht.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinheit (60) eingerichtet ist, bei einer relativen Bewegung der Vorrichtung (100) und der Szene (50) zueinander, die zumindest zwei Subtraktionen bewegungskompensiert vorzunehmen.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, wobei die Steuerungseinheit (60) eingerichtet ist, zumindest ein Ergebnis der Subtraktion mit einem vorherbestimmten Schwellwert zu vergleichen, um ein weiteres Ergebnis zu generieren.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, wobei der Steuerungsschritt der Steuerungseinheit (60) einen oder mehrere der folgenden Schritte umfasst: zumindest ein Ergebnis der Subtraktion der Schnittstelle (70) der Vorrichtung (100) bereitzustellen, eine Strahlungsintensität der Nutzbeleuchtung (10) zu steuern oder eine Warnmeldung auszulösen.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nutzbeleuchtung (10) eine oder mehrere zu einem Array/Feld zusammengefasste Lichtquellen aufweist, wobei eine Strahlungsintensität jeder einzelnen Lichtquelle einzeln steuerbar ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 14, wobei die Lichtquelle eine LED und/oder Kombination davon sein kann.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100) transportabel ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, wobei die Vorrichtung (100) ortsfest installiert ist.
Verfahren zum Beleuchten einer Szene (50) mit einer Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, welches die Schritte umfasst: Beleuchten der Szene (50) mit gepulstem Licht zumindest Wellenlänge mittels der Nutzbeleuchtung (10); Beleuchten zumindest eines Teilbereichs (55) der Szene 50 mit Licht zumindest einer zweiten vorherbestimmten Wellenlänge mittels der Diagnosebeleuchtung (20), wenn die Nutzbeleuchtung (10) nicht aktiv ist, wobei die zweite vorherbestimmte Wellenlänge von der zumindest einen ersten vorherbestimmten Wellenlänge abweicht; Erfassen von Bildern (N, H, D) der Szene (50) mittels der Kamera, wenn entweder die Nutzbeleuchtung (10) oder die Diagnosebeleuchtung (20) aktiv ist oder weder die Nutzbeleuchtung (10) noch die Diagnosebeleuchtung (20) aktiv ist Auslösen eines Steuerungsschrittes und/oder Bereitstellen eines Ergebnisses in Abhängigkeit von den erfassten Bildern (N, H, D).