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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Erfassung eines Objektes nach den unabhängigen Ansprüchen.
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Technologischer Hintergrund
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Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, die zur Erzeugung einer gleichmäßigen Ausleuchtung eines Bildfeldes einer Kamera dienen.
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Beispielsweise offenbart
US 2018/0107097 A1 eine Beleuchtungsvorrichtung für ein mobiles Endgerät, wobei die Vorrichtung eine Halterung umfasst, in die das mobile Endgerät eingefasst wird.
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Bei dem Fotografieren von Displays, beispielsweise Displays von Zählern, ergibt sich das Problem, dass diese hinsichtlich ihrer Ausführung stark unterschiedlich sein können. Beispielsweise gibt es Displays, die aktiv beleuchtet werden, während andere nicht aktiv beleuchtet werden. Ferner kann sich die Anzahl an spiegelnden Flächen unterscheiden. Auch kann die Einbautiefe des Displays und eine entsprechende Schattenbildung auf der Displayoberfläche verschieden sein. Insgesamt ergeben sich wegen resultierender optischer Effekte auf der Displayoberfläche wie bspw. der Bildung von Schatten oder Reflektionen Probleme bei der Erfassung der von dem Display dargestellten Informationen.
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Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Erfassung eines Objektes derart weiterzuentwickeln, dass eine Bildung von Schatten oder Reflektionen auf einer Oberfläche des Objektes vermieden wird und somit eine optimale Erfassung gewährleistet ist.
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Gelöst wird die vorgenannte Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Erfassung eines Objektes, die eine Kamera sowie um eine optische Achse der Kamera angeordnete Lichtelemente zur gleichmäßigen Ausleuchtung eines Bildfeldes der Kamera umfasst. Dabei ist mindestens ein Lichtelement zur Veränderung einer Lichtabgaberichtung ansteuerbar, wobei typischerweise mehr als ein Lichtelement eingesetzt werden.
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Unter einem Objekt ist insbesondere ein Display zu verstehen, insbesondere ein Display eines Zählers, z.B. eines Elektrozählers. Die Vorrichtung dient insbesondere zur Erfassung des Displays eines Zählers, sodass Zählerstände und gegebenenfalls informative Zusatzinformationen, erfasst werden können.
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Zur gleichmäßigen Ausleuchtung des Bildfeldes dienen die Lichtelemente, die insbesondere ringförmig um die optische Achse angeordnet sein können. Vorzugweise können die Lichtelemente in mindestens einem, vorzugsweise genau einem Kreis, oder in mehreren Kreisen, um die optische Achse der Kamera angeordnet sind. Der mindestens eine Kreis ist vorzugsweise konzentrisch um die optische Achse angeordnet. Anstelle von Kreisen sind bedarfsweise andere Anordnungen denkbar. Bspw. können die Lichtelemente auf einem ringförmigen Träger angeordnet sein. Es können benachbarte Lichtelemente insbesondere einen konstanten Winkelabstand zueinander aufweisen. Jedes Lichtelement gibt Licht insbesondere in eine Abgaberichtung ab. Dabei ist mindestens ein Lichtelement, vorzugsweise eine Vielzahl von Lichtelementen, am meisten bevorzugt jedes Lichtelement, individuell zur Veränderung der entsprechenden Lichtabgaberichtung ansteuerbar. In anderen Worten kann mindestens ein Lichtelement beziehungsweise vorzugsweise eine Vielzahl oder alle Lichtelemente derart gelenkt werden, dass der Auftreffort des abgegebenen Licht auf dem Objekt gezielt gesteuert werden kann.
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Insbesondere umfasst jedes Lichtelement eine Lichtquelle. Bei der Lichtquelle kann es sich insbesondere um ein LED-Element handeln, das vorzugsweise drei Leuchtdioden in den Farben rot, grün und blau, gegebenenfalls- mit einer zusätzlichen Diode in der Farbe Weiß, umfassen kann.
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Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Ablenkeinheit, wobei die Ausrichtung der Ablenkeinheit zur Veränderung der Lichtabgaberichtung des mindestens einen Lichtelementes veränderbar ist. Ferner kann die Vorrichtung eine Vielzahl von Ablenkeinheiten umfassen. Beispielsweise kann jeder Lichtquelle eine eigene Ablenkeinheit zugeordnet sein, sodass das Lichtelement aus einer Lichtquelle und einer Ablenkeinheit besteht. Die Ablenkeinheit kann somit dazu verwendet werden, die Lichtabgaberichtung der Lichtquelle des entsprechenden Lichtelementes zu verändern.
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Auch kann Licht mehrerer Lichtelemente auf eine gemeinsame Ablenkeinheit gelenkt werden und somit die Lichtabgaberichtung verschiedener Lichtquellen gemeinsam über eine Ablenkeinheit gesteuert werden.
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Auch kann mindestens ein Diffusor eingesetzt werden, vorzugsweise mehrere Diffusoren, durch die abgegebenes Licht nach Ablenkung tritt, bevor es auf das Objekt einwirkt.
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Bei den Ablenkeinheiten kann es sich insbesondere um MEMS-Spiegel handeln. Dabei handelt es sich um sogenannte Mikro-Elektronisch-Mechanische-Systeme, die aus mindestens einem mechanischen Element und aus einem Elektronikbaustein bestehen können. Über den Elektronikbaustein können somit Bewegungsänderungen des mechanischen Elementes umgesetzt werden, an dem Licht reflektiert wird. Daraus resultiert die Ablenkung von Licht der Lichtquelle.
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Jede Lichtquelle ist insbesondere hinsichtlich deren Aktivität und/oder einer Farbe und/oder einer Intensität des abzugebenden Lichtes ansteuerbar. Eine Ansteuerung der Aktivität bedeutet somit, dass die Lichtquelle und somit das Lichtelement bewusst ausgestellt werden kann, um somit eine bessere Ausleuchtung zu erreichen. Die einzelnen Leuchtdioden jedes LED-Elementes können einzeln ansteuerbar sein, vorzugsweise hinsichtlich derer Aktivität und der Intensität des abzugebenden Lichts, sodass Licht mit unterschiedlichen Intensitäten und unterschiedlichen Farben bereitgestellt werden kann.
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Insbesondere umfasst die Vorrichtung eine Steuer- und Regeleinheit zur Veränderung der Lichtabgaberichtung des mindestens einen Lichtelementes und/oder zur Veränderung einer Aktivität einer Lichtquelle und/oder der Farbe und/oder der Intensität des abzugebenden Lichtes einer Lichtquelle. Insbesondere ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, die Lichtabgaberichtung und/oder die Aktivität und/oder die Farbe und/oder die Intensität des abzugebenden Lichtes jedes Lichtelementes zu steuern beziehungsweise zu regeln.
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Die Steuer- und Regeleinheit ist vorzugsweise zur Ansteuerung in Abhängigkeit einer vorzugsweise aktuellen Ausleuchtung einer Oberfläche des Objektes ausgebildet. Die Vorrichtung ist dazu ausgebildet, somit adaptiv auf Basis der aktuellen Ausleuchtung einer Oberfläche des Objektes diese durch eine Veränderung der oben genannten Parameter zu optimieren. Dabei kann die Steuer- und Regeleinheit insbesondere als Mikrokontroller beziehungsweise Embedded System ausgebildet sein.
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Die Ansteuerung erfolgt somit insbesondere in Abhängigkeit aktueller optischer Effekte auf einer Oberfläche des Objektes, wie bspw. einer Schatten- und/oder Reflektionsbildung auf der Oberfläche. Insbesondere ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, mittels der Kamera die Ausleuchtung der Oberfläche des Objektes und somit mögliche optische Effekte zu bestimmen. Mittels von der Kamera aufgenommener Bilder kann ausgewertet werden, wie basierend auf einer aktuellen Einstellung der Lichtelemente hinsichtlich deren Aktivität, deren Lichtabgaberichtung, der Intensität und/oder Farbe des abgegebenen Lichtes, das Objekt ausgeleuchtet wird, in anderen Worten, welche Ausleuchtung sich auf eine Oberfläche des Objektes bildet. Auf diese Weise können optische Effekte, wie beispielsweise Reflektionen und/oder Schatten, erkannt und reduziert werden.
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Im Anschluss kann eine Ansteuerung der Lichtelemente erfolgen, um die Ausleuchtung zu optimieren, in anderen Worten Schatten oder Reflektionen zu vermeiden und eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung zu erreichen. Die Steuer- und Regeleinheit ist somit zur adaptiven und dynamischen Anpassung der Lichtabgaberichtung mindestens eines Lichtelementes und/oder der Aktivität einer Lichtquelle und/oder der Farbe und/oder der Intensität des abzugebenden Lichtes ausgebildet, um die Ausleuchtung zu optimieren. Insgesamt ist die Vorrichtung somit dazu ausgebildet, das Objekt automatisiert zu erfassen, indem die Ausleuchtung durch Ansteuerung der Lichtelemente dynamisch angepasst wird.
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Die Auswertung der aktuellen Ausleuchtung einer Oberfläche des Objektes und die adaptive Anpassung beziehungsweise Veränderung der oben genannten Parameter werden vorzugsweise mittels der Steuer- und Regeleinheit umgesetzt, wobei diese ein neuronales Netzwerk umfassen kann, das darauf trainiert wurde, auf Bildern der Kamera Schatten- und/oder Reflektionsbildung auf der Oberfläche des Objektes zu erkennen und entsprechende Steuerbefehle zur Veränderung der oben genannten Parameter und somit zur Vermeidung dieser optischer Effekte auszugeben. Das neuronale Netzwerk kann beispielsweise anhand von aufgenommenen Bildern der Kamera trainiert werden kann, in denen beispielsweise manuell Schatten und/oder Reflektionen markiert worden sind, wobei die zugrundeliegende Einstellung der Lichtelemente vermerkt ist, und das neuronale Netzwerk lernt die Einstellung so zu verändern, dass die optischen Effekte vermieden werden.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung eines Objektes, wobei das Verfahren eine oben beschriebene Vorrichtung verwendet. Insbesondere umfasst das Verfahren eine Ansteuerung mindestens eines Lichtelementes, und zwar derart, dass die Lichtabgaberichtung des Lichtelementes verändert wird. Ferner kann die Ansteuerung eine Aktivität mindestens einer Lichtquelle und/oder einer Farbe und/oder einer Intensität des abzugebenden Lichtes eines Lichtelementes umfassen.
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Es erfolgt die Veränderung vorzugsweise in Abhängigkeit der Ausleuchtung einer Oberfläche des Objektes, wobei das Verfahren ein Ermitteln der Ausleuchtung der Oberfläche des Objektes umfassen kann, und zwar insbesondere mittels der Kamera. Auf Basis der aktuellen Ausleuchtung der Oberfläche des Objektes, in anderen Worten insbesondere optischen Effekten, wie bspw. einer Schatten- und/oder Reflektionsbildung auf der Oberfläche, kann die Lichtabgaberichtung, die Aktivität einer Lichtquelle und/oder Farbe und/oder Intensität des abzugebenden Lichtes verändert werden, um somit die Ausleuchtung zu optimieren. Dies kann sich auf sämtliche Lichtelemente beziehen.
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Das Verfahren dient vor allem zur automatisierten Erfassung des Objektes. Dabei kann das Verfahren ferner eine Texterkennung umfassen, um beispielsweise Zählerstände und/oder informative Zusatzinformationen auf dem Objekt, das vorzugsweise als Display eines Zählers ausgebildet ist, zu erkennen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen in rein schematischer Darstellung:
- 1: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
- 2: ein Verfahrensablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, die eine Kamera 11 umfasst. Die Kamera 11 ist in 1 rein schematisch dargestellt. Sie umfasst eine optische Achse 12, um die Lichtelemente 13 auf einem ringförmigen Träger angeordnet sind. Beispielhaft ist in 1 die Lichtabgaberichtung 17 zweier Lichtelemente 13 in Richtung eines Objektes 30 dargestellt, das erfasst werden soll. Ferner ist rein schematisch eine Steuer- und Regeleinheit 18 dargestellt, die zur Auswertung einer aktuellen Ausleuchtung einer Oberfläche des Objektes 30 und zu einer entsprechenden Steuerung beziehungsweise Regelung zur Veränderung der Lichtabgaberichtung 17, der Aktivität einzelner Lichtelemente 13, und/oder der Farbe und/oder der Intensität des abzugebenden Lichtes einzelner Lichtelemente 13 ausgebildet ist.
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In 2 ist rein schematisch ein Lichtelement 13 dargestellt, das aus einer Lichtquelle 14 und einer Ablenkeinheit 15 besteht. Bei der Ablenkeinheit 15 handelt es sich um einen verstellbaren Spiegel 16. Es ist dargestellt, wie sich die Lichtabgaberichtung 17 mittels der Ablenkeinheit 15 verändern lässt. Es sind zwei Darstellungen zu sehen, einmal in durchgezogener Linie und einmal in gestrichelter Linie, wobei sich lediglich die Ausrichtung der Ablenkeinheit 15 geändert hat und somit auch die resultierende Lichtabgaberichtung 17.
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In 3 ist ein Verfahrensschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 gezeigt. Zunächst kann die aktuelle Ausleuchtung der Oberfläche des zu erfassenden Objektes ermittelt und ausgewertet werden 101. Es kann auf Basis der Ausleuchtung die Lichtabgaberichtung 17 mindestens eines Lichtelementes 13 verändert werden 103. Auch kann die Aktivität und/oder eine Farbe und/oder eine Intensität des abzugebenden Lichtes mindestens eines Lichtelementes 13 verändert werden 104. Dies erfolgt insbesondere in Abhängigkeit der zuvor ermittelten Ausleuchtung 102, um somit Schatten und Reflektionen zu vermeiden und eine optimale Ausleuchtung zu erhalten.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 11
- Kamera
- 12
- optische Achse
- 13
- Lichtelement
- 14
- Lichtquelle
- 15
- Ablenkeinheit
- 16
- Spiegel
- 17
- Lichtabgaberichtung
- 18
- Steuer- und Regeleinheit
- 30
- Objekt
- 100
- Verfahren
- 101
- Ermitteln der Ausleuchtung der Oberfläche des Objektes
- 102
- Veränderung einer Lichtabgaberichtung mindestens eines Lichtelementes, der Aktivität und/oder einer Farbe und/oder einer Intensität des abzugebenden Lichtes mindestens eines Lichtelementes in Abhängigkeit der Ausleuchtung einer Oberfläche des Objektes
- 103
- Veränderung einer Lichtabgaberichtung mindestens eines Lichtelementes
- 104
- Veränderung der Aktivität und/oder einer Farbe und/oder einer Intensität des abzugebenden Lichtes mindestens eines Lichtelementes
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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