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Für eine Vielzahl von Anwendungen ist die Bestimmung einer Intensitätsverteilung eines räumlich inhomogenen Strahlungsfeldes wünschenswert.
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Dies ist beispielsweise bei Anwendungen der Fall, bei welchen ein ortsauflösender Bildsensor kalibriert werden soll. Solche Vorgänge sind beispielsweise in der Fotografie als Weißbildkorrektur bekannt. Hierbei wird in einer einfachen Ausgestaltung einer Weißbildkorrektur eine abstrahlende Fläche mit einem homogenen Strahlungsfeld angenommen und Unterschiede in den Signalen der einzelnen Bildsensoren als systematischer Fehler gewertet, welche bei nachfolgender Verwendung der Kamera entsprechend korrigiert werden.
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Ebenso sind Anwendungen bekannt, bei welchen die Inhomogenität des Strahlungsfeldes ermittelt werden soll. Hierbei wird umgekehrt ein homogen empfangender oder kalibrierter ortsaufgelöster Bildsensor vorausgesetzt, sodass örtliche Unterschiede in der detektierten Intensität einer Inhomogenität des Strahlungsfeldes zugeordnet werden können.
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Verfahren zur Messung des Weißbildes einer Kamera sind aus
US 2014/184813 bekannt. Verfahren zur Vermessung des Abstrahlverhaltens eines Displays sind aus
US 2004/246274 bekannt.
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Aus
US 2018/0 286 298 A1 ist ein Verfahren zur Kalibrierung von Anzeigetafeln mittels eines Arrays aus Detektoren bekannt.
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Aus
US 2006/0 023 068 A1 ist ein Verfahren bekannt, mit dem die Lichtempfindlichkeit eines Bildsensors geprüft wird.
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Aus
US 6 239 424 B1 ist ein Lichterfassungssystem bekannt, welches dazu ausgestaltet ist, Licht, welches von einem Projektor projiziert wird, zu erfassen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein unaufwendiges und gleichzeitig fehlerunanfälliges Verfahren zur optischen Bestimmung einer Intensitätsverteilung zur Verfügung zu stellen.
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Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur optischen Bestimmung einer Intensitätsverteilung weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
- A) Erzeugen eines räumlich inhomogenen Strahlungsfeldes elektromagnetischer Strahlung durch eine aktive oder passive Strahlungsquelle;
- B) Erzeugen einer ersten Relativbewegung zwischen einem ortsauflösenden Bildsensor und der Strahlungsquelle, so dass das Strahlungsfeld sich entlang einer ersten Messbahn über ein Sensorfeld des Bildsensors bewegt, so dass der Bildsensor von einem ersten Messbahnbereich des Strahlungsfeldes überstrichen wird;
- C) Aufnehmen einer ersten Bildmenge einer Mehrzahl von orstaufgelösten Bildern des Strahlungsfeldes mittels des Bildsensors während der ersten Relativbewegung;
- D) Erzeugen einer zweiten Relativbewegung zwischen dem Bildsensor und der Strahlungsquelle, so dass das Strahlungsfeld sich entlang einer zweiten Messbahn über das Sensorfeld des Bildsensors bewegt, so dass der Bildsensor von einem zweiten Messbahnbereich des Strahlungsfeldes überstrichen wird,
wobei die zweite Messbahn zu der ersten Messbahn verschieden und derart gewählt ist, dass eine Bewegung entlang der ersten Messbahn zumindest bereichsweise nicht parallel zu einer Bewegung entlang der zweiten Messbahn ist;
- E) Aufnehmen einer zweiten Bildmenge einer Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern des Strahlungsfeldes mittels des Bildsensors während der zweiten Relativbewegung;
- F) Auswerten der ortsaufgelösten Bilder der ersten und zweiten Bildmenge zumindest an Schnittpunkten, deren Ortspunkte durch Auswertelinien definiert sind, wobei eine erste Gruppe von Auswertelinien innerhalb des ersten Messbahnbereichs und zumindest eine zweite Gruppe von Auswertelinien innerhalb des zweiten Messbahnbereichs vorgegeben und/oder bestimmt werden,
wobei zumindest die erste Gruppe zumindest zwei Auswertelinien aufweist, die beabstandet zueinander sind,
und jede Auswertelinie der ersten Gruppe einen Schnittpunkt mit zumindest einer Auswertelinie der zweiten Gruppe aufweist,
wobei für jede Bildmenge jeweils zumindest für jeden Schnittpunkt ein charakteristischer Grauwert bestimmt wird;
- G) Bestimmen einer relativen Intensitätsverteilung zumindest an einer Teilmenge der Schnittpunkte zur Charakterisierung des Bildsensors und/oder des Strahlungsfeldes.
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Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich grundsätzlich von den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren: Während im Stand der Technik ein homogenes Strahlungsfeld zur Kalibrierung eines ortsauflösenden Bildsensors oder ein kalibrierter Bildsensor zur Charakterisierung der Homogenität eines Strahlungsfeldes vorausgesetzt wird, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ortsaufgelöste Bilder während einer Bewegung entlang einer ersten und entlang zumindest einer zweiten Messbahn aufgenommen. An Schnittpunkten von Auswertelinien werden charakteristische Grauwerte bestimmt. Die Grauwerte zumindest an den Schnittpunkten entsprechen somit einer identischen Konstellation zwischen Strahlungsfeld und Bildsensor, sodass den Messungen ein gleicher Absolutwert des Strahlungsfeldes zugrunde liegen muss. Daher lässt sich beispielsweise ein Gleichungssystem aufstellen, welches aufgrund der zumindest zwei Auswertelinien der ersten Gruppe mindestens bestimmt, bevorzugt bei mehreren Auswertelinien der zweiten Gruppe überbestimmt ist, sodass sich mit an sich bekannten Methoden wie beispielsweise Minimierungsalgorithmen die Intensitätsverteilung bestimmen lässt. Hierdurch kann auf die Annahme eines homogenen Strahlungsfeldes oder die Verwendung einer kalibrierten Kamera verzichtet werden.
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Es wird ein ortsauflösender Bildsensor verwendet. Dieser weist eine Vielzahl von Teilsensoren auf, die jeweils einen Teilbereich einer Sensorfläche des Bildsensors abdecken. Diese Teilsensoren werden auch als Pixel oder Bildsensorpunkte bezeichnet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, mehrere Teilsensoren, insbesondere mehrere nebeneinanderliegende Teilsensoren der Sensorfläche des Bildsensors zu einem Pixel (auch Bildsensorpunkt genannt) zusammenzufassen, insbesondere, einen Mittelwert der Messwerte der zugeordneten Teilsensoren zu bilden.
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Das Strahlungsfeld in Verfahrensschritt A wird durch eine aktive oder passive Strahlungsquelle erzeugt. Es liegt somit die Verwendung einer Strahlungsquelle, insbesondere einer flächig abstrahlenden Strahlungsquelle zur Erzeugung des räumlich inhomogenen Strahlungsfeldes im Rahmen der Erfindung. Ebenso liegt die Verwendung einer Strahlungsquelle im Rahmen der Erfindung, welche passiv ist und Strahlung zumindest einer aktiven Beleuchtungsstrahlungsquelle reflektiert oder transmittiert, bevorzugt reflektiert.
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Es wird vorausgesetzt, dass das Strahlungsfeld im Zeitraum der Aufnahmen der ersten und der zweiten Bildmenge eine konstante, oder im Rahmen der zu erreichenden Messunsicherheit zeitlich konstante relative Intensitätsverteilung aufweist, was bedeutet, dass sich die Intensität nur global um einen Faktor ändert und zwischen den einzelnen Ortspunkten des Strahlungsfeldes relativ gesehen konstant bleibt. Die absolute Intensität des Strahlungsfeldes verbleibt bevorzugt ebenfalls konstant, oder wird während der Aufnahme der Bildmengen überwacht, sodass im Nachhinein eine Korrektur der aufgenommenen Intensitätswerte erfolgen kann.
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Die Intensität des Strahlungsfeldes ist somit zumindest im Zeitraum der Aufnahmen der ersten und der zweiten Bildmenge örtlich relativ konstant, so dass das Intensitätsverhältnis zwischen zwei beliebigen Ortspunkten des Strahlungsfeldes zeitlich während dieses Zeitraums konstant ist.
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Vorteilhafterweise wird der Verlauf zumindest einer Bewegung entlang der ersten oder der zweiten Messbahn, bevorzugt beider Bewegungen entlang der ersten und der zweiten Messbahn aus den ortsaufgelösten Bildern bestimmt. Hierdurch kann auf die exakte Vorgabe von erster und zweiter Bewegungsbahn durch entsprechende Bewegungsmittel verzichtet werden.
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Zur Erhöhung der Genauigkeit ist es vorteilhaft, dass jede Gruppe von Auswertelinien zumindest 5, insbesondere zumindest 10, bevorzugt zumindest 50 Auswertelinien aufweist.
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Eine besonders einfache Konstellation ergibt sich, indem in Verfahrensschritt B und D die Relativbewegung derart erzeugt werden, dass die Auswertelinien einer Gruppe zueinander parallel verlaufen und insbesondere bevorzugt geradlinig ausgebildet sind. Das Verfahren ist jedoch nicht auf solch eine Ausgestaltung beschränkt, insbesondere aufgrund von Drehbewegungen zwischen Strahlungsquelle und Bildsensor und/oder perspektivischen Effekten können nicht geradlinige und/oder nicht parallele Auswertelinien einer Gruppe vorliegen. Vorteilhafterweise weisen die Auswertelinien einer Gruppe jedoch untereinander keine Schnittpunkte auf. Hierdurch vereinfacht sich die Auswertung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet. Insbesondere vorteilhaft ist es, dass mittels des Verfahrens eine Kalibrierung, insbesondere eine Weißbildkorrektur des Bildsensors durchgeführt wird.
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Entlang der Auswertelinien, welche Teil des aufgestellten Gleichungssystems sind, werden für jeden Bildpunkt Proportionalitätsfaktoren bestimmt. Im Fall der Weißbildkorrektur entsprechen diese der bildpunktspezifischen Sensitivität des abbildenden Systems. Die Weißbildkorrektur erfolgt auf dieser Basis nach bekannten Verfahren.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass jede Aufnahme einer Bildmenge mittels einer Dunkelstromkorrektur nach bekannten Verfahren korrigiert wird. Hierbei wird ein Bild, oder bevorzugt eine Bildmenge ohne Belichtung des Bildsensors aufgenommen und Bildpunktweise gemittelt. Jedes Bild der Bildmenge wird durch Subtraktion dieses Dunkelbildes korrigiert.
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Die Rohbildaufnahmen der Kamera werden bevorzugt durch Abzug der Dunkelstromanteile dunkelstromkorrigiert und dann durch Division der jeweiligen Bildpunktwerte durch die Bildpunktproportionalitätsfaktoren weißbildkorrigiert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Verwendung mit beliebigen räumlich inhomogenen Strahlungsfeldern, bevorzugt zeitlich konstanten räumlich inhomogenen Strahlungsfeldern geeignet. Vorteilhafterweise wird das Strahlungsfeld aktiv oder passiv von einer Strahlungsfläche ausgesandt. Hierdurch kann in einfacher Weise eine Relativbewegung zwischen Strahlungsfläche einerseits und Bildsensor andererseits ausgebildet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet, die örtliche Inhomogenität der Strahlungsfläche zu bestimmen.
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Bevorzugt wird die Strahlungsfläche mittels einer Abbildungsoptik auf den Bildsensor abgebildet, insbesondere bevorzugt mittels eines Objektivs.
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Bei Verwenden einer passiven Strahlungsfläche wird diese bevorzugt von zumindest einem, insbesondere bevorzugt von genau einem aktiven Strahlungserzeuger mit Strahlung beaufschlagt.
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Die Strahlungsfläche ist bevorzugt eine diffus reflektierende Strahlungsfläche, sodass bei unterschiedlichen Winkelstellungen zwischen Strahlungsfläche und Bildsensor stets diffus gestreute Strahlung auf den Bildsensor auftrifft.
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Bei Verwenden eines Strahlungserzeugers zum Beaufschlagen der als passive Strahlungsfläche ausgebildeten Strahlungsquelle ist es vorteilhaft, dass während der ersten und während der zweiten Relativbewegung das Strahlungsfeld ortsfest relativ zu dem Strahlungserzeuger ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass während erster und zweiter Relativbewegung Strahlungsfläche und Strahlungserzeuger ortsfest zueinander sind.
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Bevorzugt wird zumindest eine der Messbahnen, insbesondere bevorzugt werden beide Messbahnen aus den zugeordneten Bildmengen bestimmt, insbesondere wie nachfolgend beschrieben: Zur Bestimmung der Messbahn wird für jeden Ortspunkt der Zeitpunkt bestimmt, bei welchem der charakteristische Grauwert über den Zeitraum der Aufnahme auftritt. Der Zeitpunkt wird bevorzugt über den Index der Aufnahme, welcher proportional zur tatsächlichen Zeit verläuft, definiert. Entlang der Bewegungsrichtung werden im Wert ansteigende Zeitpunkte bestimmt, entsprechend der zeitlichen Abfolge der Beaufschlagung mit dem charakteristischen Grauwert. Durch die Integrität des Strahlungsfeldes verläuft die zeitliche Beaufschlagung innerhalb einer Messbahn mit proportionalem zeitlichen Versatz, was im Folgenden als Front der lokalen Maxima bezeichnet wird.
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Die zeitliche Abfolge wird bevorzugt durch die Bestimmung von Gradienten erster und zweiter Ordnung in mehreren Schritten analysiert, wodurch die Bewegungsrichtung der des inhomogenen Strahlungsfeldes bestimmt wird. Insbesondere umfasst die Auswertung bevorzugt die folgenden Schritte: Bestimmung des Gradientenfeldes g der zeitlichen Abfolge der Beaufschlagung. Berechnung der Richtungswinkel aus g. Bestimmung eines weiteren Gradientefeldes g' aus dem Richtungswinkelfeld. Bestimmung der lokalen Bewegungsrichtung aus den Bereichen mit Gradientenlängen größer eines Grenzwertes (g'>x) aus diesem Bild. Bestimmung der lokalen Bewegungsrichtung aus den Bereichen mit Gradientenlängen kleiner des Grenzwertes (g'<x) aus dem ersten Gradientenfeld g. Anhand der zeitlichen Gradienten wird somit die Bewegungsrichtung der Messbahn bestimmt.
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Vorteilhafterweise umfasst jede Bildmenge zumindest 50, insbesondere zumindest 100, bevorzugt zumindest 1000 ortsaufgelöste Bilder, um die Fehleranfälligkeit zu verringern und Auflösung zu erhöhen. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Anzahl der orstaufgelösten Bilder jeder Bildmenge gleich oder bevorzugt größer der Anzahl der Bildpunkte des Bildsensors entlang einer Diagonalen des Sensorfeldes des Bildsensors ist.
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Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausführungsformen werden im Folgenden anhand der Figuren und eines Ausführungsbeispiels erläutert. In den Figuren sind schematische Ansichten zur Verdeutlichung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Intensitätsverteilung dargestellt:
- Mittels einer Strahlungsfläche 1 wird ein räumlich inhomogenes Strahlungsfeld elektromagnetischer Strahlung erzeugt. Vorliegend ist die Strahlungsfläche 1 als optisches Display ausgebildet, welches Licht im sichtbaren Bereich aussendet und somit ein inhomogenes Strahlungsfeld erzeugt. In einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels ist die Strahlungsfläche 1 als diffus reflektierende Fläche ausgebildet, welche durch Strahlung eines Strahlungserzeugers wie beispielsweise einer Lichtquelle beaufschlagt wird.
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Die Strahlungsfläche 1 liegt im Aufnahmebereich eines als ortsauflösende Kamera ausgebildeten Bildsensors 2, wobei die Strahlungsfläche 1 mittels eines Objektivs 2a auf einen ortsauflösenden Sensor, vorliegend ein CMOS-Chip oder alternativ ein CCD-Chip des Bildsensors 2 abgebildet wird.
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Es wird somit in einem Verfahrensschritt A ein räumlich inhomogenes Strahlungsfeld der Strahlungsfläche 1 erzeugt, wobei die Strahlungsfläche 1 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die passive Strahlungsquelle darstellt.
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In einem Verfahrensschritt B wird eine Relativbewegung zwischen dem Bildsensor 2 und der Strahlungsfläche 1 erzeugt. Wie in 1 schematisch dargestellt, wird der Bildsensor 2 um eine senkrecht zur Zeichenebene in 1 stehende Achse A gedreht. Beispielhaft sind drei verschiedene Positionen des Bildsensors 2 relativ zu der Strahlungsfläche 1 in 1 nebeneinanderliegend dargestellt. In jeder der dargestellten Positionen erfolgt ein Aufnehmen eines ortsaufgelösten Bildes des Strahlungsfeldes der Strahlungsfläche 1 mittels des Bildsensors 2, sodass eine erste Bildmenge einer Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern vorliegt.
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Das inhomogene Strahlungsfeld ist durch ineinanderliegende Kreise gekennzeichnet, welche schematisch Linien gleicher Intensität darstellen.
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In 2 sind schematisch die drei Bilder a bis c der ersten Bildmenge von ortsaufgelösten Bildern während der Relativbewegung entlang der ersten Messbahn dargestellt.
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Die Intensitäten des Strahlungsfeldes sind zeitlich konstant, da sich das aktiv durch die Strahlungsfläche 1 erzeugte räumlich inhomogene Strahlungsfeld zeitlich nicht ändert. Aufgrund der in Verfahrensschritt B erzeugten Relativbewegung wird bei der Mehrzahl in Verfahrensschritt C aufgenommenen ortsaufgelösten Bildern der ersten Bildmenge die Intensitätsverteilung, vorliegend durch die ineinander liegenden Ringe schematisch dargestellt, an verschiedenen Orten im Bildraum der Kamera aufgenommen, wie in 2 ersichtlich.
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Im Bildraum der Kamera entspricht dies somit einer Bewegung über die Bildersequenz von der Position a zu der Position c, wie in 3 schematisch dargestellt, obwohl vorliegend sich die Kamera relativ zu der Strahlungsfläche 1 bewegt und nicht das Strahlungsfeld auf der Strahlungsfläche.
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Die aufgenommene Bildersequenz weist bei realen Anwendungen eine Vielzahl von ortsaufgelösten Bildern auf, insbesondere zumindest zehn, bevorzugt zumindest fünfzig, insbesondere bevorzugt zumindest hundert ortsaufgelöste Bilder der ersten Bildmenge, vorliegend 2900. Zum einfacheren Nachvollziehen ist die Bildmenge bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel auf drei ortsaufgelöste Bilder beschränkt.
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Die Verschiebung des Strahlungsfeldes im Bildraum der Kamera führt somit für einen Punkt einer vorgegebenen Intensität zu einer Verschiebung dieses Punktes aufgrund der Relativbewegung der ersten Bahnbewegung. Es lassen sich somit Linien konstanter Einstrahlungsintensität bilden, welche die Bahnbewegung eines im Strahlungsfeld ortsfesten Referenzpunktes im Bildraum der Kamera wiedergeben. In 4 ist beispielhaft dargestellt, dass vorliegend für die ortsaufgelösten Bilder a und c der ersten Bildmenge entlang einer Linie I Intensitätswerte erfasst werden. Diese Intensitätswerte finden sich in gleicher Abfolge auch im ortsaufgelösten Bild c wieder, jedoch im Bildraum der Kamera räumlich verschoben an der Stelle der dargestellten Linie I'. Die einzelnen jeweils als Pfeil dargestellten Verschiebungslinien von Werten gleicher Intensität zwischen Bild a und Bild c stellen Auswertelinien dar.
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In einem Verfahrensschritt D erfolgt nun eine zweite Relativbewegung zwischen dem Bildsensor und der Strahlungsquelle, welche vorliegend durch Verschieben des Bildsensors entlang einer Bahn in etwa senkrecht zu der ersten vorgenommenen translatorischen Verschiebung durchgeführt wird. Auch hierbei erfolgt im Bildraum der Kamera eine örtliche Verschiebung des Strahlungsfeldes, welche vorliegend in etwa senkrecht zu der örtlichen Verschiebung aufgrund der ersten Relativbewegung ist.
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In einem Verfahrensschritt E erfolgt ein Aufnehmen einer zweiten Bildmenge einer Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern mittels des Bildsensors. Schematisch sind in 5 die Bilder a und c der ersten Bildmenge sowie Bilder a' und c' der zweiten Bildmenge der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern des Strahlungsfeldes dargestellt, wobei die Bilder der ersten Bildmenge während der Bewegung entlang der ersten Messbahn und die Bilder der zweiten Bildmenge entsprechend während der Bewegung entlang der zweiten Messbahn aufgenommen wurden.
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Auch bei der Bewegung entlang der zweiten Messbahn lassen sich analog zu 4 Linien konstanter Intensität als Auswertelinien ermitteln, welche in 5 entsprechend als senkrecht stehende Pfeile zwischen den Positionen a' und c' dargestellt sind, welche in etwa senkrecht zu den in etwa waagrecht liegenden Auswertelinien gemäß 4 liegen.
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In 5 bilden die waagrecht liegenden jeweils als Pfeil dargestellten Auswertelinien somit die erste Gruppe von Auswertelinien und die senkrecht stehenden, ebenfalls jeweils als Pfeil dargestellten Auswertelinien somit die zweite Gruppe von Auswertelinien. Jede Auswertelinie der ersten Gruppe weist einen Schnittpunkt mit jeder Auswertelinie der zweiten Gruppe auf.
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An diesen Schnittpunkten erfolgt in einem Verfahrensschritt B ein Bestimmen der relativen Intensitätsverteilung.
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Hierdurch ergibt sich das zuvor genannte Gleichungssystem, welches eine Normierung der Linien zueinander ermöglicht.
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Aus der Normierung der Auswertelinien zueinander folgt im vorliegenden Beispiel eine Matrix der relativen Sensitivität der Bildpunkte des Kamerasensors. Alle durch die bestimmten Linien abgedeckten Bildpunkte sind Teil dieser Matrix. Dies kann über den Überschneidungsbereich der Auswertelinien aus den beiden Gruppen hinausgehen. Vorzugsweise überdeckt die Matrix alle Bildpunkte des Bildsensors.
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Die Matrix der relativen Sensitivität wird vorzugsweise auf den Maximalwert 1 normiert. Diese Sensitivitätsmatrix wird nach dem Stand der Technik als Weißbild bezeichnet. Die Korrektur des Kamerachips erfolgt nach dem Stand der Technik durch die Division einer Bildaufnahme durch das Weißbild, wobei das Rohbild vorher bereits dunkelstromkorrigiert werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens wird zur Bestimmung des festen Störmusters eines Bildsensors der Bildsensor ohne vorgeschaltete Abbildungsoptik mit einem Strahlungsfeld beaufschlagt. Auswertungsschritte AG werden analog durchgeführt und ausgewertet.
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Als weiter abgewandeltes Ausführungsbeispiel kann die Charakterisierung eines Strahlungsfeldes der Strahlungsfläche ohne eine Kalibrierung des Bildsensors durchgeführt werden. Bevorzugt wird hierfür der Bildsensor nicht um eine Achse gedreht sondern entlang einer translatorischen Relativbewegung parallel zur Strahlungsfläche bewegt. Dies erlaubt die Durchführung der Charakterisierung unter konstanten Sichtwinkeln in Bezug zur Bewegungsrichtung. Beispielhaft ist dies in 1 a durch den eingezeichneten Vektor B gekennzeichnet. Während der Bewegung wird eine erste Bildersequenz aufgenommen, welche schematisch in 2 dargestellt ist.
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Der Verlauf der Auswertelinien der ersten und der zweiten Gruppe werden analog zur vorherigen Beschreibung bestimmt. In einem Zwischenschritt werden nun entlang der Auswertelinien die Indizes der zeitlichen Abfolge der Aufnahme der charakteristischen Grauwerte bestimmt, woraus das Geschwindigkeitsprofil der Relativbewegung entlang der Auswertelinie folgt.
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In einem nächsten Schritt wird pro Auswertelinie ein Bildsensorpunkt, oder eine Untergruppe von Bildsensorpunkten ausgewählt, welcher durch die jeweilige Auswertelinie geschnitten wird. Dieser Bildsensorpunkt hat aufgrund der abbildenden Optik der Kamera die Eigenschaft, unter konstantem Sichtwinkel die Strahlungsfläche abzubilden. Durch die geeignete Wahl von Bildsensorelementen können unterschiedliche Sichtwinkel auf die Strahlungsfläche aus dem Datensatz einer Messung bestimmt werden.
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Mit Hilfe des Geschwindigkeitsprofils über die Auswertelinien wird die relative Verschiebung und das zu jedem Zeitpunkt durch das gewählte Bildsensorelement abgebildete Flächenelement der Strahlungsfläche ermittelt. Aus dem Datensatz wird mit bekannten Techniken ein geeignetes Raster mit Intensitätswerten auf die Strahlungsfläche projiziert, beispielsweise mittels Homographie (projektive Transformation) und linearer Interpolation zwischen definierten Rasterpunkten. Dieser Zwischenschritt wird für die erste und zweite Bildmenge durchgeführt. Die resultierenden Raster mit den projizierten Auswertelinien wird analog zum Bildsensor ausgewertet. Es werden Schnittpunkte zwischen den Auswertelinien der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe bestimmt, aus welchen ein Gleichungssystem aufgestellt wird, welches mit bekannten Techniken der Minimierung gelöst wird, beispielsweise mit der Methode der kleinsten Fehlerquadrate (least square method).
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Die Lösung der Minimierung ergibt je einen Proportionalitätsfaktor für die Intensitätswerte entlang einer jeweiligen Auswertelinie. Durch Anwendung der Proportionalitätsfaktoren wird eine relative Intensitätsverteilung der Strahlungsfläche im definierten Raster bestimmt.
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Für Strahlungsflächen, deren Abstrahlcharakteristik stark von Lambert'schem Verhalten abweicht, ist es vorteilhaft und liegt im Rahmen der Erfindung, mehrere Bildmengen bei parallelen Relativbewegungen einer Bewegungshauptrichtung durchzuführen und für die Auswertung Bildpunkte mit geringen Sichtwinkelabweichungen für die Auswertung zu verwenden. Weiterhin ist es in diesem Fall vorteilhaft, in den Bildmengen der quer verlaufenden Messbahnen ebenfalls den Sichtwinkelbereich durch Wahl geeigneter Bildpunkte einzuschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Strahlungsfläche
- 2
- Bildsensor
- 2a
- Objektiv
