[go: up one dir, main page]

WO2018154002A1 - Verfahren zum betreiben eines kamera-systems und kamera-system - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines kamera-systems und kamera-system Download PDF

Info

Publication number
WO2018154002A1
WO2018154002A1 PCT/EP2018/054415 EP2018054415W WO2018154002A1 WO 2018154002 A1 WO2018154002 A1 WO 2018154002A1 EP 2018054415 W EP2018054415 W EP 2018054415W WO 2018154002 A1 WO2018154002 A1 WO 2018154002A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiation
elements
image
subset
subsets
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2018/054415
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thorsten Frank Baumheinrich
Mikko PERÄLÄ
Désirée QUEREN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority to US16/485,671 priority Critical patent/US10939050B2/en
Priority to DE112018000978.5T priority patent/DE112018000978A5/de
Publication of WO2018154002A1 publication Critical patent/WO2018154002A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/56—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof provided with illuminating means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/73—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the exposure time
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/74—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the scene brightness using illuminating means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/53—Control of the integration time
    • H04N25/531—Control of the integration time by controlling rolling shutters in CMOS SSIS
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
    • H04N25/581—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously
    • H04N25/585—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously with pixels having different sensitivities within the sensor, e.g. fast or slow pixels or pixels having different sizes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors

Definitions

  • a method for operating a camera system is given.
  • a camera system is specified.
  • An object to be solved is to provide an energy-saving and flexible method for operating a camera system. Another object to be solved is to provide a camera system with which such a method can be performed.
  • the camera system includes an image sensor, a radiation source, and one or more integrated circuits.
  • the camera system is, for example, a digital camera system or a digital video camera system, which can also be installed in a mobile phone or in a tablet PC, or a camera system for a system camera or a camera system.
  • System for a SLR camera The camera system is especially for taking pictures in the visible
  • Spectral range or infrared spectral range or set up in the UV range are Spectral range or infrared spectral range or set up in the UV range.
  • the image sensor has a plurality of activatable picture elements, wherein a active, ie activated, pixel on the
  • Image element converts incoming electromagnetic radiation into readable image information.
  • the image sensor is, for example, a pixelated one
  • a picture element is therefore in particular a pixel of the image sensor.
  • a picture element or pixel may be composed of a plurality of sub-pixels, for example, a green, a red and a blue sub-pixel, which may be
  • the picture elements can be in the form of a
  • the image sensor includes
  • the image sensor comprises, for example, one, in particular exactly one, pixelated semiconductor chip, each one
  • Picture element has a pn junction.
  • the picture elements are then realized by pixels of the semiconductor chip.
  • activating a picture element applies reverse direction voltage to the picture element.
  • Voltage be separated spatially. In this way, electromagnetic radiation is converted into electrical charge. The amount of electric charge generated correlates with the number of photons that are on the
  • the generated electric charge then represents, for example, the Image information that can be further processed digitally.
  • Radiation source a plurality of activatable
  • Radiation element emits electromagnetic radiation.
  • the radiation source is, for example, a pixelated radiation source, such as a pixelated LED chip or a multiplicity of LED chips arranged side by side, for
  • the radiation source can be a flashlight of the camera system.
  • Each radiating element then corresponds, for example, to one pixel, wherein each pixel can be formed from three subpixels.
  • the radiating elements can be arranged, for example, in the form of a square or rectangular matrix or in the form of a chess board.
  • the radiation source comprises, for example, at least four or at least 100 or
  • the radiation source comprises a plurality of individual LED chips, each
  • Radiation element then, for example, includes exactly one LED chip.
  • the radiation source comprises two or more, in particular exactly two, pixelated LED chips.
  • the radiating elements are then formed by pixels of the LED chips.
  • Each pixelized LED chip comprises, for example, at least one of the number of radiation elements specified in the last paragraph.
  • the individual radiation elements are activated, for example, by applying a voltage and / or a current, whereby electromagnetic radiation is generated in the radiation element.
  • the generated electromagnetic radiation is preferably radiation in the visible range or in the infrared range or in the UV range.
  • Semiconductor chip is formed in particular by separation from a wafer composite. In particular, side surfaces of such a chip then, for example, traces of the
  • An LED chip or semiconductor chip preferably comprises exactly one originally contiguous region of a semiconductor layer sequence grown in the wafer composite.
  • the semiconductor layer sequence of the chip is preferably formed coherently.
  • An LED chip or semiconductor chip comprises an active layer in the
  • the lateral extent of the chip, measured parallel to the main extension direction of the active layer, is for example at most 1% or at most 5% greater than the lateral extent of the active layer or the semiconductor layer sequence.
  • the active layer is segmented according to the pixels.
  • the active layer of the semiconductor layer sequence contains in particular at least one pn junction and / or at least one quantum well structure.
  • the integrated circuit for controlling the radiation source is electrically coupled to the radiation source.
  • the integrated circuit and the radiation source are preferably arranged so that the individual radiation elements individually and independently of the other radiation elements
  • the radiation source is arranged directly or indirectly on the integrated circuit, so that the integrated circuit simultaneously forms a carrier for the radiation source and mechanically stabilizes the radiation source.
  • the integrated circuit locally spaced from the
  • Radiation source is arranged in the camera system and does not provide mechanical support for the radiation source.
  • the method for operating the camera system comprises the acquisition of at least one image, wherein during the recording of a single image in each case different subsets of the
  • the picture elements collect image information.
  • the activation and deactivation of the picture elements took place for example by applying and
  • the image sensor comprises an electronically controlled shutter mechanism, for example a so-called rolling shutter, with which it is possible to adjust which picture elements are exposed at which time or are active.
  • Each subset of the picture elements comprises, for example, exactly one picture element or at least two picture elements.
  • each subset of the picture elements comprises at most 50% or at most 10% or at most 1% or at most 1 »of the entire picture elements of the image sensor.
  • each subset of the picture elements comprises at least 0.01 o or 0.1 »or 1» of the entire picture elements.
  • the different subsets of the picture elements are for
  • Example disjoint However, it is also possible for different subsets of the picture elements to comprise one or more identical picture elements.
  • Pixels of a subset is at most 1 ns or at most 50 ns or at most 100 ns. While capturing an image, multiple subsets of the pixels may be active at the same time. The subsets of the picture elements but are preferred to different
  • Times during image acquisition enabled and disabled For example, the time interval between the activation of a subset of the picture elements and the
  • the time interval at least 1 ns or at least 500 ns or at least 1 ys.
  • picture elements is at most 1 second or at most 0.01 second, or at most 1 millisecond, or at most 0.01 millisecond, or at most 1 nanosecond.
  • the exposure time of each individual subset of the picture elements is at least 1 ys or at least 0.1 ms.
  • a single image is recorded by activating and deactivating the different pixels only once.
  • all image elements of the image sensor are activated once and deactivated once.
  • different subsets of the radiation elements are successively activated by the control unit and deactivated again after a predetermined emission time.
  • the radiating elements are formed by applying a voltage and / or a current
  • Subsets of the radiating elements are activated and deactivated at different times during the recording of the image.
  • the ones associated with a subset are activated and deactivated at different times during the recording of the image.
  • Radiation elements are also preferably activated simultaneously or almost simultaneously and / or deactivated.
  • the properties specified for the subsets of the picture elements for example with regard to the length of the exposure time, the time interval between the activation of successive subsets of the picture elements, the simultaneity of activation and deactivation of the picture elements in a subset and the composition of the subsets of the picture elements, analog for the subsets of the radiating elements with respect to the emission time, the
  • each subset of the radiation elements can thus consist of one or more radiation elements, wherein, for example, each
  • Subset of the radiation elements for example, at most 50% of the radiation elements comprises.
  • Radiation elements are activated with a temporal overlap so that the active radiating elements emit radiation while the associated active picture elements receive image information.
  • the subset of the radiation elements assigned to a subset of the picture elements emits electromagnetic radiation throughout, while the subset of the
  • Picture elements is active, so recording image information.
  • Radiation elements before or simultaneously with the activation the subset of picture elements activated The deactivation of the subset of the radiation elements then preferably takes place at the same time or after the deactivation of the subsets of the picture elements.
  • the emission time of the associated active subset of the radiation elements is longer, for example between 5% and 20% inclusive, or between 3% and 30% longer inclusive than the
  • Exposure time of the active subsets of the picture elements It is possible that each subset of the picture elements has a
  • Subset of radiation elements is uniquely associated. It is also conceivable that a subset of
  • a camera system for the method of operating the camera system includes an image sensor, a radiation source, and an integrated circuit.
  • the image sensor has a plurality of
  • the radiation source has a plurality of activatable radiation elements, and each active radiation element emits electromagnetic
  • the integrated circuit is electrically coupled to drive the radiation source with the radiation source.
  • the method comprises the recording of at least one image, wherein during the recording of a single image successively different subsets of the
  • Picture elements are activated once and after one preset exposure time again be disabled.
  • successively different subsets of the radiation elements are activated by the control unit and after a predetermined
  • picture elements are assigned a subset of the radiation elements, wherein the subset of the picture elements and the assigned subset of the radiation elements are activated with a temporal overlap, so that the active radiation elements emit radiation, while the
  • the present invention recognizes that many image sensors for camera systems available today, such as CMOS or CCD image sensors, typically include an electronically controlled shutter mechanism.
  • CMOS or CCD image sensors typically include an electronically controlled shutter mechanism.
  • a radiation source for example a flashlight, such as a flash LED, is used to record an image, then this radiation source usually remains over the entire area
  • Brightness ratios in the respective image are supported in the way that overexposure or
  • a radiation source having a plurality of radiating elements is used, wherein one after the other during the recording of an image
  • Radiation elements are operated, which illuminate the part of a scene that is taken by the active picture elements.
  • the line-by-line exposure of the image sensor only records certain areas of space at certain points in time. Does the radiation source for Example as a flash, so can be achieved with the method that only those radiation elements are active at this time, the same area of space
  • Image capture such as interference effects or depth effects.
  • brightness gradients can be achieved in the recorded images.
  • the specified method is also suitable for picking up fast-moving objects. If, for example, the object is to be illuminated with the flashlight, then the actuation of the radiation elements can be chosen such that only those radiation elements that illuminate the moving object are always active.
  • no subset of the radiation elements emit radiation over the entire period of time from the activation of the first activated subset of the image elements to
  • activating each individual subset of the picture elements becomes a particular one
  • this subarea is a certain part of the area or a part of the solid angle.
  • the image is included, for example, at most 1/10 or 1/100 or 1/1000 or 1/10000 of the entire area or the entire solid angle of the image.
  • the image is a scene, such as a portrait or a landscape.
  • the respectively assigned and simultaneously active subset emits the
  • the subset of the radiating elements emits more radiation in this subarea than in other regions of the image to be recorded. For example, at least 50% or at least 80% or at least 90% or at least 95% of that of an active subset of
  • Subset of the radiation elements associated subsets of the pixels is recorded.
  • the emission of radiation into a specific image area is achieved, for example, by subordinating a lens to the radiation source.
  • Radiation source as a flash.
  • the flash emits, for example, visible light. But it is also possible that the flash light emits light in the infrared range, for
  • the different subsets of the picture elements are selected and sequentially activated in such a way that, viewed in plan view of a main side of the image sensor, a straight or curved front of active picture elements moves over the main page.
  • each subset of the picture elements is formed by one or more rows or columns, or a diagonal track running along the main side from adjacent picture elements or a track of adjacent picture elements curved along the main page.
  • successive adjacent subsets of the pixels are activated. The last activated one
  • Subset then forms the image pickup front, along a direction, preferably exclusively along a
  • a main side is, for example, a radiation entrance surface of the image sensor.
  • Picture elements consists of only one picture element, so that the picture elements are activated and deactivated individually one after the other.
  • the picture elements are line by line from left to right or from right to left or
  • active picture elements can move in this case as a cluster on the main page of the image sensor.
  • the different subsets of the images are used to take an image
  • Radiation elements chosen such and activated sequentially, that seen in plan view of a main side of the radiation source is a straight or curved
  • Radiation front of active radiation elements moves over the main page. Again, it is possible that each subset of the radiation elements by one or more rows or columns or by a running along the main side diagonal path of adjacent
  • Radiation elements is formed. During the recording of an image, for example, successively adjacent subsets of the radiation elements are then activated one after the other. The last activated subset then forms the radiation front, which extends along one direction, preferably exclusively along one direction, over the main side of the
  • Radiation source moves.
  • the main side of the radiation source is, for example, a radiation entrance surface.
  • the individual subsets of the radiation elements may be formed by only a single radiation element in each case.
  • the individual radiation elements are then activated and deactivated, for example, one row at a time or one column at a time. At the same time active radiation elements then form
  • the temporal and geometric course of the radiation front follows the temporal and geometric course of the image recording front. Is the
  • an image pickup front such as a line or column or a diagonal moving along a vertical or horizontal direction or along a diagonal direction across the main side of the image sensor is
  • the radiation front also a row or a column or a diagonal, which moves along the same direction.
  • the movement of the radiation front and the imaging front is started simultaneously and stopped simultaneously.
  • the integrated circuit and the radiation source are designed such that each radiation element can be individually controlled and operated independently of the other radiation elements.
  • the picture elements of the image sensor are individually and independently of the other picture elements
  • the image elements are arranged in the form of a matrix in the image sensor.
  • each subset of the pixels forms an entire row or column of the matrix.
  • the individual lines or columns are activated and deactivated one after the other.
  • the image sensor is a CMOS sensor, such as an active pixel Sensor, or a CCD sensor.
  • the radiation source is, for example, a pixelated LED chip.
  • Radiation source two, so exactly two or more, pixelated LED chips.
  • the LED chips emit radiation differently during operation
  • Wavelength ranges For example, a first LED chip is configured to emit cold white light having a color temperature of at least 4000K or at least 5000K.
  • a second LED chip is adapted to emit warm white light having a color temperature of at most 3300K or at most 3000K. The light of the two LED chips is superimposed in the process in particular.
  • At least some or all subsets of the radiation elements comprise
  • each LED chip has its own lens for
  • the lenses are set up in such a way that the radiation of the radiation elements of a subset of radiation elements emitted by different LED chips is emitted into the same partial area of the image to be recorded and overlaps there. That is, the lenses are adapted to mix the radiation of the two LED chips.
  • the radiation source for the acquisition of an image from the integrated
  • Circuit triggered on the basis of a first trigger signal or a first trigger signal. After the arrival of the first trigger signal, the integrated circuit sequentially controls the different subsets of the
  • the integrated circuit controls the subsets of the radiation elements successively without further trigger signals or trigger signals.
  • the trigger signal in this embodiment serves only to initiate the activation of the subsets.
  • the temporal sequence is preferably already coordinated with the time sequence of the activation of the individual subsets of the picture elements in such a way that a single first trigger signal is sufficient to synchronize the activation of the radiation source and the activation of the image sensor.
  • Trigger signals during the recording of the image for fine tuning between the radiation source and the image sensor are then not necessary.
  • a plurality of trigger signals are used to capture a single image, and upon the arrival of each new trigger signal, the integrated circuit controls a new subset of the
  • Tripping or trigger signals used. For example, upon activation or deactivation of a subset of the pixels, a trigger signal is generated which is applied to the
  • Integrated circuit is transmitted and based on which the synchronization between the active subsets of the picture elements and the associated active subsets of
  • Radiation elements is improved. According to at least one embodiment, the becomes one
  • Radiation elements of the integrated circuit so controlled that the driven radiation elements start with the radiation emission, before or simultaneously with the activation of the corresponding subset of the picture elements.
  • the deactivation of the subsets of the radiation elements preferably takes place simultaneously or after the deactivation of the assigned subset or subsets of the picture elements. According to at least one embodiment is on the
  • each operating mode for example, the order of the controlled subsets of the radiation elements and / or the composition of the
  • Subsets of the different radiation elements set individually. To take a picture then becomes For example, a suitable operating mode selected by a user or a computer. Once the mode of operation is selected, for example, the composition of the subsets of the radiating elements and the chronological order in which the subsets of the radiating elements are activated are fixed for taking the image.
  • each subset of the radiating elements in an operating mode has all the radiating elements of a row or a column. Such an operating mode will
  • Ambient light is weak. At lunchtime, for example, a mode of operation is better, in which each
  • Subset of the radiation elements is formed only by every second radiation element of a row or a column, since then the ambient light is stronger and the flash can be chosen correspondingly weaker.
  • Different operating modes can also be selected if different optical effects are desired. For example, with an operating mode of
  • the integrated circuit is programmable. By means of programming can different operating modes are stored on the integrated circuit.
  • the integrated circuit is only factory-programmable or programmable by the user.
  • the activation of the radiation source to the image sensors from different manufacturers can also be adapted in this way, which can vary with regard to readout method or exposure sequence of the image sensor.
  • the integrated circuit includes:
  • the communication unit receives, for example, external signals, such as trigger signals or
  • the triggering signals or operating signals may, for example, come from an integrated circuit of the image sensor. But external signals from other components, such as processors in the camera system, are possible.
  • the communication unit activates, for example, upon receipt of a first trigger signal, the control unit, wherein after activation of the control unit the
  • Control unit controls the individual subsets of the radiation elements in succession.
  • the communication unit receives an external operating signal. With the operating signal gets the internal circuit
  • control unit then controls the
  • the operating signal is transmitted to the communication unit, for example, by additional electronic components in the camera system.
  • the operating signal generated according to an operating mode selected by a user or a computer.
  • the integrated circuit comprises a look-up table, for example German
  • Lookup table In the look-up table, for example, the information is stored for each operating mode, which subsets of the radiation elements are to be controlled in what order and at what times.
  • the integrated circuit thus controls the corresponding different ones
  • Subsets of the radiating elements For example, it is possible for the control unit to be informed by means of trigger signals which subset of picture elements is activated next and then the look-up table then looks up to which subset of radiation elements is assigned and must be addressed.
  • the camera system comprises a processor. Based on
  • Ambient light information acquired by the camera system is determined by the processor as the subsets of the sub-sets associated with the subsets of the picture elements
  • Subsets of the radiation elements and the timing in which they are controlled is not necessarily fixed from the outset, but is preferably determined timely for receiving the image from the processor. This allows, for example, a particularly adapted control of the radiation source to current environmental conditions, such as
  • Ambient light or movement within the image to be captured can be captured.
  • Image sensor take a first shot of a picture to be recorded. The processor then removes this recording
  • the brightness distribution in the scene that is, which areas of the scene are lighter or darker, and calculates how the subsets of the radiation elements must be composed and when they need to be addressed to obtain desired optical effects and image qualities in the subsequently captured image ,
  • integrated circuit then converts the calculations of the processor accordingly.
  • the processor determines the subsets of the radiating elements in real time while the image is being captured. For example,
  • the processor determines the composition and timing of subsets of the controls for particular ones
  • a camera system is specified.
  • the camera system is particularly suitable for carrying out the method described above. All features disclosed for the method are therefore also disclosed for the camera system and vice versa.
  • the camera system comprises an image sensor, a radiation source and an integrated circuit.
  • the image sensor includes a
  • a plurality of activatable picture elements each one of
  • Picture element is set up to record image information.
  • the radiation source has a plurality of activatable radiation elements, each radiation element for the emission of electromagnetic
  • the integrated circuit is electrically coupled to drive the radiation source with the radiation source.
  • the camera system is configured to execute a described method.
  • FIGS. 1A to 1D exemplary embodiments of a camera system in different views
  • Embodiments of a method for operating the camera system
  • Embodiments of a method for operating the camera system Embodiments of a method for operating the camera system.
  • FIG. 1A shows an exemplary embodiment of a camera system 100 for the method.
  • the camera system 100 comprises an image sensor 1 and a radiation source 2.
  • the image sensor 1 and the radiation source 2 are separate
  • the image sensor 1 is a pixelated image sensor 1, such as a CMOS image sensor.
  • the image sensor 1 has a plurality of activatable
  • Pixel 10 may be electromagnetic radiation, for
  • Example visible light convert into readable image information.
  • the pixels 10 are arranged by way of example in a ⁇ -matrix.
  • the image sensor 1 may comprise substantially more than ten picture elements 10, for example more than 10 pixels picture elements 10.
  • the radiation source 2 is a pixelated radiation source 2 having a plurality of radiation elements 20 or pixels 20.
  • the radiation source 2 is, for example, a pixelated LED chip which generates a flash light for the camera system 100 during operation, for example in the visible range ,
  • the radiation elements 20 of the radiation source 2 are arranged in a ⁇ matrix, wherein also
  • Radiation elements 20 are conceivable.
  • the radiation source 2 is arranged on an integrated circuit 3 in FIG. 1A and electrically connected thereto.
  • the integrated circuit 3 is used to control the
  • Radiation source 2 In this case, the radiation source 2 and the integrated circuit 3 are arranged, for example, so that each radiation element 20 can be controlled individually and independently of the other radiation elements 20.
  • the image sensor 1 is also arranged on a further integrated circuit 5 and electrically conductively connected thereto.
  • the further integrated circuit 5 serves, for example, for activating the individual picture elements 10 and for reading or relaying the signals from the individual ones
  • Picture elements 10 recorded image information.
  • the picture elements 10 can also be activated individually and independently of one another, for example.
  • the integrated circuit 3 and the further integrated circuit 5 are electrically connected to one another in FIG. 1A and can communicate with one another during operation. In this way, the integrated circuit 2 can be informed, for example, which picture elements 10 of the image sensor 1 are currently activated or are activated next. For example, trigger signals or trigger signals can be generated and transmitted in this way.
  • FIGS. 1B, 1C and 1D respectively show the radiation source 2 and the associated one
  • the radiation source 2 and the integrated circuit 3 are electrically connected to each other.
  • the radiation source 2 and the integrated circuit 3 are only electrically connected to each other connected but spatially separated so that the radiation source 2 and the integrated circuit 3 do not mechanically stabilize each other.
  • the integrated circuit is also
  • the integrated circuit 3 here has a communication unit 36 and a communication unit 36 .
  • the communication unit 36 is used, for example, to receive external signals, such as
  • the control unit 35 serves to control and activate the radiation source 2 or the individual radiation elements 20.
  • Communication unit 36 and the control unit 35 are shown only in Figure IC, these units can also in any other integrated circuit of
  • Embodiments be present.
  • the radiation source 2 is arranged indirectly on the integrated circuit 3 via an intermediate layer or an intermediate carrier.
  • the subcarrier has wirings through which the integrated circuit 3 and the radiation source 2 are electrically coupled. About the subcarrier, the radiation source 2 and the integrated circuit 3 are mechanically coupled together and stabilize each other.
  • FIG. 2A shows a position in one exemplary embodiment of the method for operating the camera system 100
  • FIG. 2A shows the camera system 100 at a point in time t ] _ in which a first subset 11 of FIG
  • Picture elements 10 is active. This is by a shade the corresponding picture elements 10 are shown.
  • the active picture elements 10 convert electromagnetic radiation into
  • the first subset 11 of the picture elements 10 is presently an entire line of the image sensor 1.
  • a first subset 21 of the radiation elements 20 assigned to the first subset 11 of the picture elements 10 is active, the active radiation elements 20 being active
  • Radiation elements 20 are also characterized by a shading.
  • the first subset 21 of the radiation elements 20 consists of two rows of the radiation source 2.
  • Image elements 10 is also assigned another, namely a fifth subset 21 of the radiation elements 20, which is active at the same time.
  • the times t ] _ and t ] _g are, for example, times during the recording of a single image, for example the first and the last time during the recording.
  • FIG. 2C shows a schematic representation of the sequence of the exemplary embodiment of the method. For example, a single image is taken with the method illustrated in FIG. 2C.
  • the illustrated thin bars 11 show different active subsets 11 of the picture elements 10. Behind the thin bars 11 are each shown thicker bars 21, which represent active subsets 21 of the radiation elements 20. An overlap of the thin bars 11 with the thick bar 21 illustrates which subsets 11 of the
  • Picture elements 10 which subset 21 of the radiation elements 20 are assigned. In the present case, therefore, the two uppermost subsets 11 of the picture elements 10 are both assigned to the same subset 21 of the radiation elements 20.
  • the first subset 11 of the picture elements 10 is activated.
  • the assigned first subset 21 of the radiation elements 21 is already activated at time t] _.
  • the second subset 11 of the pixels 10 is activated. After a predetermined exposure time, the first subset 11 of the picture elements 10 is deactivated again, at a somewhat later time, but after the same
  • the second subset 11 of the picture elements 10 is then deactivated. During the entire time in which the first and second subset 11 of the picture elements 10 are active, the associated first subset 21 of the radiation elements 20 is also active. Only after the first and second subset 11 of the picture elements 10 have been switched off is the first subset 21 of the radiation elements 20
  • Radiation elements 20 thus emits in the period in which the associated first and second subset 11 of
  • Picture elements 10 are exposed, continuous radiation.
  • a third subset 11 of the picture elements 10 is activated or exposed after time -2 at time t3.
  • the third subset 11 of the picture elements 10 is associated with a second subset 21 of the picture elements 20, which in the present case is formed, for example, by the third and fourth lines of the radiation source 2.
  • the second subset 21 The radiation elements 20 is activated shortly before the time t3 but here, for example, after the time -2.
  • Image capture is enabled.
  • the camera system 100 can be operated particularly energy-saving.
  • brightness ratios in the image can be aided in such a way that overexposure or underexposure of certain objects can be avoided and thus the
  • each subset 21 of the radiation elements 20 is also possible for each subset 21 of the radiation elements 20 to be activated simultaneously with the first assigned subset 11 of the picture elements 10 and simultaneously with the last assigned subset 11 of the picture elements 10
  • the subsets 21 of the radiating elements 20 would only be light
  • FIG. 2D illustrates how during the process described with reference to FIGS. 2A to 2C
  • a radiation front of active radiation elements 20 moves over a main side of the radiation source 2
  • Radiation front at different times is again represented by horizontally extending dashed lines.
  • the radiation front moves from top to bottom along the dashed arrow.
  • FIGS. 3A and 3B show the same positions in one embodiment of the method as in FIGS. 2A and 2B.
  • Radiation elements 20 takes place here by way of example with reference to a look-up table, although as a rectangular box between the image sensor 1 and the radiation source. 2
  • Circuit 3 can be stored. The integrated circuit
  • Circuit 3 of the radiation source communicates
  • Radiation elements 20 is, for example, deposited in the look-up table. Based on this controls the integrated circuit 3 then the appropriate subset 21 of
  • FIG. 4A is a schematic representation of the method as shown in Figure 2C.
  • a first triggering signal represented by the vertical arrow, is shown at the beginning of FIG.
  • the integrated circuit 3 Upon arrival of the first trigger signal, the integrated circuit 3 starts the activation of the subsets 21 of the radiation elements 20, for example, according to a fixed predetermined sequence.
  • the trigger signal serves to synchronize the image acquisition by the image sensor 1 with the control of the radiation source 2. In FIG. 4B, several triggering signals are used. After the arrival of each trigger signal of the integrated circuit 3 activates a new subset 21 of
  • Radiation elements 20 By using a plurality of trigger ⁇ or trigger signals, the synchronization between the associated subsets 11, 21 of the picture elements 10 and the radiation elements 20 can be improved during the image acquisition.
  • Radiation elements 20 always lines of the image sensor. 1
  • FIGS. 5A to 5C are different
  • Radiation fronts are, for example, radiation fronts in different operating modes.
  • Exposure of the image sensor 1 may, for example, in all
  • each subset 21 of the radiation elements 2 is arranged diagonally next to one another by a diagonal track
  • Radiation elements 20 formed. By activating the subsets 21 of the radiation elements 20 runs a
  • running radiation fronts are generated, which intersect each other.
  • the two radiation fronts for example, at the same time at each corner of the
  • Radiation source 2 is started and reach the diagonally opposite corner of the radiation source 2 simultaneously.
  • FIG. 5C is shown how a curved one
  • Radiation front is generated.
  • the different subsets 21 of the radiation elements 20 curved paths.
  • By activating the Subsets 21 of the radiating elements 20 successively creates a kind of spherical wave with a curved radiation front (dashed line) extending across the main side of the
  • Radiation source 2 propagates.
  • the image sensor 1 is shown at a specific point in time of the method, for example, when the radiation front has traveled just halfway along the main side of the radiation source 2. Also on the image sensor 1, an image recording front is formed, which extends at the time shown approximately over the entire diagonal of the image sensor 1. The image capture front is by the last activated subset 11 of
  • FIGS. 6A and 6B an embodiment of the method is shown at two different times t1 and -2.
  • an image 4 is taken comprising, for example, a family of four persons.
  • Picture elements 10 active, which is represented by the shading.
  • an associated first subset 21 of the radiation elements 20 of the image sensor 2 is active, which is again represented by the shading.
  • This first subset 21 of the radiating elements 20 is selected so that it illuminates the same subregion 40 that is captured by the image sensor 1 at this time.
  • a second subset 11 of the picture elements 10 is active. This second subset 11 of the picture elements 10 accommodates the left subsection 40 of the picture 4.
  • Radiation source 2 must be active throughout the image acquisition. In this way energy can be saved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Abstract

Das Kamera-System(100) für das Verfahren umfasst einen Bildsensor (1), eine Strahlungsquelle (2)und einen integrierten Schaltkreis (3). Der Bildsensor (1) weist eine Mehrzahl von aktivierbaren Bildelementen (10) auf. Die Strahlungsquelle (2) weist eine Mehrzahl von aktivierbaren Strahlungselementen (20) auf. Der integrierte Schaltkreis (3) dientzur Ansteuerung der Strahlungsquelle (2). Das Verfahren umfasst die Aufnahme zumindest eines Bildes (4), wobei während der Aufnahme jeweils eines einzigen Bildes (4) nacheinander unterschiedliche Teilmengen (11) der Bildelemente (10) jeweils einmal aktiviert und nach einer vorgegebenen Belichtungszeit wieder deaktiviert werden. Zudem werden während der Aufnahme des gleichen Bildes (4) nacheinander unterschiedliche Teilmengen (21) der Strahlungselemente (20) durch die Steuereinheit (3) aktiviert und nach einer vorgegebenen Emissionszeit wieder deaktiviert. Jeder Teilmenge (11) der Bildelemente (10) wird dabei eine Teilmenge (21) der Strahlungselemente (20) zugeordnet, wobei die Teilmenge (11) der Bildelemente (10) und die zugeordnete Teilmenge (21) der Strahlungselemente (20) mit einem zeitlichen Überlapp aktiviert werden, sodass die aktiven Strahlungselemente (20) Strahlung emittieren, während die zugehörigen aktiven Bildelemente (10) Bildinformationen aufnehmen.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES KAMERA-SYSTEMS UND KAMERASYSTEM
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kamera-Systems angegeben. Darüber hinaus wird ein Kamera-System angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein energiesparendes und flexibel einsetzbares Verfahren zum Betreiben eines Kamera-Systems anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Kamera-System anzugeben, mit der ein solches Verfahren ausgeführt werden kann.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch das Verfahren und den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind
Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Kamera- System einen Bildsensor, eine Strahlungsquelle und einen oder mehrere integrierte Schaltkreise. Bei dem Kamera-System handelt es sich beispielsweise um ein Digitalkamera-System oder ein digitales Videokamera-System, die auch in einem Mobiltelefon oder in einem Tablet-PC verbaut sein können, oder um ein Kamera-System für eine Systemkamera oder um ein Kamera-System für eine Spiegelreflexkamera. Das Kamera-System ist insbesondere zur Aufnahme von Bildern im sichtbaren
Spektralbereich oder infraroten Spektralbereich oder im UV- Bereich eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Bildsensor eine Mehrzahl von aktivierbaren Bildelementen auf, wobei ein aktives, also aktiviertes, Bildelement eine auf das
Bildelement eintreffende elektromagnetische Strahlung in auslesbare Bildinformationen umwandelt. Bei dem Bildsensor handelt es sich beispielsweise um einen pixelierten
Bildsensor. Ein Bildelement ist also insbesondere ein Pixel des Bildsensors. Ein Bildelement oder Pixel kann wiederum aus mehreren Subpixeln, zum Beispiel einem grünen, einem roten und einem blauen Subpixel, aufgebaut sein, die dazu
eingerichtet sind, jeweils Licht der genannten Farbe zu detektieren.
Die Bildelemente können zum Beispiel in Form einer
quadratischen oder rechteckigen Matrix oder eines
Schachbretts angeordnet sein. Der Bildsensor umfasst
beispielsweise zumindest 1000 oder zumindest 10000 oder zumindest 10^ Bildelemente.
Der Bildsensor umfasst beispielsweise einen, insbesondere genau einen, pixelierten Halbleiterchip, wobei jedes
Bildelement einen pn-Übergang aufweist. Die Bildelemente sind dann durch Pixel des Halbleiterchips realisiert. Zum
Aktivieren eines Bildelements wird beispielsweise Spannung in Sperrrichtung an das Bildelement angelegt. Auf das
Bildelement eintreffende elektromagnetische Strahlung erzeugt durch den internen Fotoeffekt ein Loch und ein Elektron in dem Halbleitermaterial, welche aufgrund der angelegten
Spannung räumlich voneinander getrennt werden. Auf diese Weise wird elektromagnetische Strahlung in elektrische Ladung umgewandelt. Die Menge der erzeugten elektrischen Ladung korreliert mit der Anzahl von Photonen, die auf das
Bildelement trifft, während das Bildelement aktiv ist. Die erzeugte elektrische Ladung stellt dann zum Beispiel die Bildinformationen dar, die digital weiterverarbeitet werden können .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Strahlungsquelle eine Mehrzahl von aktivierbaren
Strahlungselementen, wobei jedes aktivierte oder aktive
Strahlungselement elektromagnetische Strahlung emittiert. Bei der Strahlungsquelle handelt es sich beispielsweise um eine pixelierte Strahlungsquelle, wie einen pixelierten LED-Chip oder eine Vielzahl von LED-Chips, die nebeneinander, zum
Bespiel an den Eckpunkten eines Rechteckgitters, angeordnet sind. Die Strahlungsquelle kann insbesondere ein Blitzlicht des Kamera-Systems sein. Jedes Strahlungselement entspricht dann beispielsweise einem Pixel, wobei jedes Pixel aus drei Subpixeln gebildet sein kann.
Die Strahlungselemente können zum Beispiel in Form einer quadratischen oder rechteckigen Matrix oder in Form eines Schachbretts angeordnet sein. Die Strahlungsquelle umfasst beispielsweise zumindest vier oder zumindest 100 oder
zumindest 10000 oder zumindest 10^ Strahlungselemente. Es ist aber auch denkbar, dass die Strahlungsquelle eine Mehrzahl von einzelnen LED-Chips umfasst, wobei jedes
Strahlungselement dann zum Beispiel genau einen LED-Chip umfasst.
Besonders bevorzugt umfasst die Strahlungsquelle zwei oder mehr, insbesondere genau zwei, pixelierte LED-Chips. Die Strahlungselemente sind dann durch Pixel der LED-Chips gebildet. Jeder pixelierte LED-Chip umfasst zum Beispiel zumindest eine der im letzten Absatz angegebenen Anzahl an Strahlungselemente . Die einzelnen Strahlungselemente werden beispielsweise durch Anlegen einer Spannung und/oder eines Stromes aktiviert, wodurch in dem Strahlungselement elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Bei der erzeugten elektromagnetischen Strahlung handelt es sich bevorzugt um Strahlung im sichtbaren Bereich oder im infraroten Bereich oder im UV-Bereich.
Unter einem LED-Chip oder Halbleiterchip wird hier und im Folgenden ein separat handhabbares und elektrisch
kontaktierbares Element verstanden. Ein LED-Chip oder
Halbleiterchip entsteht insbesondere durch Vereinzelung aus einem Waferverbund . Insbesondere weisen Seitenflächen eines solchen Chips dann zum Beispiel Spuren aus dem
Vereinzelungsprozess des Waferverbunds auf. Ein LED-Chip oder Halbleiterchip umfasst bevorzugt genau einen ursprünglich zusammenhängenden Bereich einer im Waferverbund gewachsenen Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge des Chips ist bevorzugt zusammenhängend ausgebildet. Ein LED-Chip oder Halbleiterchip umfasst eine aktive Schicht in der
Halbleiterschichtenfolge. Die laterale Ausdehnung des Chips, gemessen parallel zur Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht, ist beispielsweise höchstens 1 % oder höchstens 5 % größer als die laterale Ausdehnung der aktiven Schicht oder der Halbleiterschichtenfolge. Bei einem pixelierten Chip ist die aktive Schicht zum Beispiel entsprechend der Pixel segmentiert. Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der integrierte Schaltkreis zur Ansteuerung der Strahlungsquelle mit der Strahlungsquelle elektrisch gekoppelt. Mittels des
integrierten Schaltkreises werden zum Beispiel die einzelnen Strahlungselemente mit Spannung versorgt. Der integrierte Schaltkreis und die Strahlungsquelle sind bevorzugt so eingerichtet, dass die einzelnen Strahlungselemente einzeln und unabhängig von den anderen Strahlungselementen
angesteuert werden können.
Beispielsweise ist die Strahlungsquelle mittelbar oder unmittelbar auf dem integrierten Schaltkreis angeordnet, sodass der integrierte Schaltkreis gleichzeitig einen Träger für die Strahlungsquelle bildet und die Strahlungsquelle mechanisch stabilisiert. Es ist aber auch denkbar, dass der integrierte Schaltkreis örtlich beabstandet von der
Strahlungsquelle in dem Kamera-System angeordnet ist und keine mechanische Unterstützung für die Strahlungsquelle bietet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Betreiben des Kamera-Systems die Aufnahme zumindest eines Bildes, wobei während der Aufnahme jeweils eines einzigen Bildes nacheinander unterschiedliche Teilmengen der
Bildelemente jeweils einmal aktiviert und nach einer
vorgegebenen Belichtungszeit wieder deaktiviert werden.
Während der Belichtungszeit sammeln die Bildelemente also Bildinformationen. Die Aktivierung und Deaktivierung der Bildelemente erfolgte beispielsweise durch Anlegen und
Abschalten einer Spannung in Sperrrichtung. Bevorzugt werden nur während die Bildelemente aktiv sind, also nur während der Belichtungszeit, Bildinformationen gesammelt. Beispielsweise umfasst der Bildsensor also einen elektronisch kontrollierten Verschlussmechanismus, zum Beispiel einen so genannten Rolling Shutter, mit dem eingestellt werden kann, welche Bildelemente zu welchem Zeitpunkt belichtet werden beziehungsweise aktiv sind.
Jede Teilmenge der Bildelemente umfasst zum Beispiel genau ein Bildelement oder zumindest zwei Bildelemente. Bevorzugt umfasst jede Teilmenge der Bildelemente höchstens 50 % oder höchstens 10 % oder höchstens 1 % oder höchstens 1 » der gesamten Bildelemente des Bildsensors. Alternativ oder zusätzlich umfasst jede Teilmenge der Bildelemente zumindest 0,01 o oder 0,1 » oder 1 » der gesamten Bildelemente. Die unterschiedlichen Teilmengen der Bildelemente sind zum
Beispiel voneinander disjunkt. Es ist aber auch möglich, dass unterschiedliche Teilmengen der Bildelemente ein oder mehrere gleiche Bildelemente umfassen.
Bevorzugt werden beim Aktivieren einer Teilmenge der
Bildelemente alle Bildelemente dieser Teilmenge gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig aktiviert und/oder gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig deaktiviert. „Nahezu gleichzeitig" bedeutet vorliegend zum Beispiel, dass der maximale zeitliche Abstand bei der Aktivierung oder Deaktivierung zweier
Bildelemente einer Teilmenge höchstens 1 ns oder höchstens 50 ns oder höchstens 100 ns beträgt. Während der Aufnahme eines Bildes können mehrere Teilmengen der Bildelemente gleichzeitig aktiv sein. Die Teilmengen der Bildelemente werden aber bevorzugt zu unterschiedlichen
Zeiten während der Bildaufnahme aktiviert und deaktiviert. Beispielsweise beträgt der zeitliche Abstand zwischen der Aktivierung einer Teilmenge der Bildelemente und der
Aktivierung der zeitlich als nächstes folgenden Teilmenge an Bildelementen höchstens 1 ms oder höchstens 1 ys oder
höchstens 100 ns . Alternativ oder zusätzlich beträgt der zeitliche Abstand zumindest 1 ns oder zumindest 500 ns oder zumindest 1 ys .
Die Belichtungszeit jeder einzelnen Teilmenge der
Bildelemente beträgt beispielsweise höchstens 1 s oder höchstens 0,01 s oder höchstens 1 ms oder höchstens 0,01 ms oder höchstens 1 ys . Alternativ oder zusätzlich beträgt die Belichtungszeit jeder einzelnen Teilmenge der Bildelemente zumindest 1 ys oder zumindest 0,1 ms.
Bevorzugt wird ein einziges Bild dadurch aufgenommen, dass die verschiedenen Bildelemente jeweils nur einmal aktiviert und deaktiviert werden. Beispielsweise werden dazu alle Bildelemente des Bildsensors einmal aktiviert und einmal deaktiviert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden während der Aufnahme des gleichen Bildes nacheinander unterschiedliche Teilmengen der Strahlungselemente durch die Steuereinheit aktiviert und nach einer vorgegebenen Emissionszeit wieder deaktiviert. Beispielsweise werden die Strahlungselemente durch Anlegen einer Spannung und/oder eines Stromes
aktiviert, woraufhin elektromagnetische Strahlung emittiert wird. Nach Ablauf der Emissionszeit wird die Spannung dann zum Beispiel wieder abgeschaltet. Auch hier ist es möglich, dass mehrere Teilmengen der Strahlungselemente gleichzeitig aktiv sind. Insbesondere werden aber unterschiedliche
Teilmengen der Strahlungselemente zu unterschiedlichen Zeitpunkten während der Aufnahme des Bildes aktiviert und deaktiviert. Die einer Teilmenge zugeordneten
Strahlungselemente werden zudem bevorzugt gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig aktiviert und/oder deaktiviert. Im Übrigen gelten die für die Teilmengen der Bildelemente angegebenen Eigenschaften zum Beispiel bezüglich der Länge der Belichtungszeit, dem zeitlichen Abstand zwischen der Aktivierung aufeinanderfolgender Teilmengen der Bildelemente, der Gleichzeitigkeit der Aktivierung und Deaktivierung der Bildelemente in einer Teilmenge und der Zusammensetzung der Teilmengen der Bildelemente, analog für die Teilmengen der Strahlungselemente bezüglich der Emissionszeit, dem
zeitlichen Abstand zwischen der Aktivierung
aufeinanderfolgender Teilmengen der Strahlungselemente, der Gleichzeitigkeit der Aktivierung und Deaktivierung der
Strahlungselemente in einer Teilmenge und der Zusammensetzung der Teilmengen der Strahlungselemente. Insbesondere kann jede Teilmenge der Strahlungselemente also aus einem oder mehreren Strahlungselementen bestehen, wobei zum Beispiel jede
Teilmenge der Strahlungselemente zum Beispiel höchstens 50 % der Strahlungselemente umfasst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird während der
Aufnahme des Bildes jeder Teilmenge der Bildelemente eine Teilmenge der Strahlungselemente zugeordnet. Die Teilmenge der Bildelemente und die zugehörige Teilmenge der
Strahlungselemente werden mit einem zeitlichen Überlapp aktiviert, so dass die aktiven Strahlungselemente Strahlung emittieren, während die zugehörigen aktiven Bildelemente Bildinformationen aufnehmen.
Beispielsweise emittiert die einer Teilmenge der Bildelemente zugeordnete Teilmenge der Strahlungselemente durchgehend elektromagnetische Strahlung, während die Teilmenge der
Bildelemente aktiv ist, also Bildinformationen aufnimmt. Dazu wird beispielsweise die zugehörige Teilmenge der
Strahlungselemente vor oder zeitgleich mit der Aktivierung der Teilmenge der Bildelemente aktiviert. Die Deaktivierung der Teilmenge der Strahlungselemente erfolgt dann bevorzugt zeitgleich oder nach der Deaktivierung der Teilmengen der Bildelemente. Insbesondere ist also die Emissionszeit der zugehörigen aktiven Teilmenge der Strahlungselemente länger, beispielsweise zwischen einschließlich 5 % und 20 % oder zwischen einschließlich 3 % und 30 % länger, als die
Belichtungszeit der aktiven Teilmengen der Bildelemente. Es ist möglich, dass jeder Teilmenge der Bildelemente eine
Teilmenge der Strahlungselemente eineindeutig zugeordnet ist. Denkbar ist aber auch, dass eine Teilmenge der
Strahlungselemente gleichzeitig mehreren Teilmengen von
Bildelementen zugeordnet ist, so dass die Teilmengen der Strahlungselemente beispielsweise durchgehend Strahlung emittiert solange eine der zugeordneten Teilmengen an
Bildelementen noch aktiv ist.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst ein Kamera-System für das Verfahren zum Betreiben des Kamera-Systems einen Bildsensor, eine Strahlungsquelle und einen integrierten Schaltkreis. Der Bildsensor weist eine Mehrzahl von
aktivierbaren Bildelementen auf, wobei ein aktives
Bildelement eintreffende Strahlung in auslesbare
Bildinformationen umwandelt. Die Strahlungsquelle weist eine Mehrzahl von aktivierbaren Strahlungselementen auf, und jedes aktive Strahlungselement emittiert elektromagnetische
Strahlung. Der integrierte Schaltkreis ist zur Ansteuerung der Strahlungsquelle mit der Strahlungsquelle elektrisch gekoppelt. Das Verfahren umfasst die Aufnahme zumindest eines Bildes, wobei während der Aufnahme jeweils eines einzigen Bildes nacheinander unterschiedliche Teilmengen der
Bildelemente jeweils einmal aktiviert und nach einer vorgegebenen Belichtungszeit wieder deaktiviert werden. Zudem werden während der Aufnahme des gleichen Bildes nacheinander unterschiedliche Teilmengen der Strahlungselemente durch die Steuereinheit aktiviert und nach einer vorgegebenen
Emissionszeit wieder deaktiviert. Jeder Teilmenge der
Bildelemente wird dabei eine Teilmenge der Strahlungselemente zugeordnet, wobei die Teilmenge der Bildelemente und die zugeordnete Teilmenge der Strahlungselemente mit einem zeitlichen Überlapp aktiviert werden, sodass die aktiven Strahlungselemente Strahlung emittieren, während die
zugehörigen aktiven Bildelemente Bildinformationen aufnehmen.
Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zu Grunde, dass viele Bildsensoren für Kamera-Systeme, die heute auf dem Markt verfügbar sind, wie beispielsweise CMOS- oder CCD-Bildsensoren, typischerweise einen elektronisch kontrollierten Verschlussmechanismus, sogenannten Rolling Shutter, aufweisen. Hierbei wird beispielsweise der
Bildsensor Zeile für Zeile belichtet beziehungsweise
aktiviert und anschließend ausgelesen. Dies führt dazu, dass zu keiner Zeit oder nur zu sehr kurzen Zeiten alle Zeilen gleichzeitig belichtet oder aktiv sind. Wird zur Aufnahme eines Bildes auch eine Strahlungsquelle, beispielsweise ein Blitzlicht, wie eine Flash-LED, eingesetzt, so bleibt diese Strahlungsquelle üblicherweise über die gesamte
Belichtungszeit aller Zeilen des Bildsensors eingeschaltet. Dies führt zu thermischen Problemen und gleichzeitig zu hohem Batterie- oder Leistungsverbrauch. Zusätzlich können
Helligkeitsverhältnisse in dem jeweiligen Bild unterstützt werden in der Art, dass eine Überbelichtung oder
Unterbelichtung von bestimmten Objekten vermieden werden kann und somit die Bildqualität verbessert wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Strahlungsquelle nur für ein Zeitfenster einzuschalten, in dem alle Zeilen gleichzeitig belichtet oder aktiv sind. Damit während dieses Zeitfensters ausreichend Strahlung auf den Bildsensor trifft, muss dieses Zeitfenster verhältnismäßig lange sein. Dies hat aber zur Folge, dass die Belichtungszeiten der einzelnen Zeilen des Bildsensors sehr lange, insbesondere wesentlich länger als das Zeitfenster sein müssen. Diese Methode
funktioniert bevorzugt dann, wenn das Umgebungslicht schwach ist, sodass die Belichtungszeit des Kamera-Systems
beziehungsweise die Belichtungszeiten der einzelnen Zeilen ohnehin sehr lange eingestellt werden müssen.
Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Strahlungsquelle mit einer Mehrzahl von Strahlungselementen verwendet, wobei während der Aufnahme eines Bildes nacheinander
unterschiedliche Teilmengen der Strahlungselemente aktiviert und deaktiviert werden. Dabei sind bevorzugt immer nur solche Teilmengen der Strahlungselemente aktiv, die in einem
funktionellen Zusammenhang zu einer oder mehreren
gleichzeitig aktiven Teilmenge der Bildelementen stehen.
Insbesondere kann mit dem beschriebenen Verfahren die
Aufnahme eines Bildes dahingehend optimiert werden, dass zu einem gewissen Zeitpunkt während der Aufnahme eines Bildes nur die Strahlungselemente aktiv sind, die auch tatsächlich benötigt werden. Das heißt zum Beispiel, dass nur die
Strahlungselemente betrieben werden, die den Teil einer Szene ausleuchten, der von den aktiven Bildelementen aufgenommen wird .
Beispielsweise werden durch das zeilenweise Belichten des Bildsensors zu gewissen Zeitenpunkten nur ganz bestimmte Raumbereiche aufgenommen. Dient die Strahlungsquelle zum Beispiel als Blitzlicht, so kann mit dem Verfahren erreicht werden, dass auch nur solche Strahlungselemente zu diesem Zeitpunkt aktiv sind, die den gleichen Raumbereich
ausleuchten. In diesem Sinne wird durch das beschriebene Verfahren ein besonders Energie sparender und effizienter
Betrieb des Kamera-Systems ermöglicht, was beispielsweise im Hinblick auf die begrenzte Akkukapazität von Mobiltelefonen nützlich ist. Alternativ oder zusätzlich können aber auch durch die
zeitlich aufeinanderfolgende Aktivierung und Deaktivierung verschiedener Teilmengen der Strahlungselemente und durch die Korrelation zu gleichzeitig aktiven Teilmengen der
Bildelementen besondere optische Effekte während der
Bildaufnahme, wie Interferenzeffekte oder Tiefeneffekte, erzielt werden. Beispielsweise können Helligkeitsverläufe in den aufgenommenen Bildern erzielt werden.
Das angegebene Verfahren eignet sich auch zur Aufnahme von sich schnell bewegenden Objekten. Soll zum Beispiel das Objekt mit dem Blitzlicht beleuchtet werden, so kann die Ansteuerung der Strahlungselemente so gewählt werden, dass stets nur solche Strahlungselemente aktiv sind, die das sich bewegende Objekt beleuchten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittiert während der Aufnahme eines Bildes keine Teilmenge der Strahlungselemente Strahlung über den gesamten Zeitraum von der Aktivierung der zuerst aktivierten Teilmenge der Bildelemente bis zur
Deaktivierung der zuletzt aktivierten Teilmenge der
Bildelemente. Mit anderen Worten emittiert keine Teilmenge der Strahlungselemente über den gesamten Zeitraum, in dem Bildinformationen aufgenommen werden. Dadurch kann weiterhin die Energieeffizienz des Kamera-Systems erhöht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird beim Aktivieren jeder einzelnen Teilmenge der Bildelemente ein bestimmter
Teilbereich des aufzunehmenden Bildes aufgenommen. Weist man dem aufzunehmenden Bild eine Fläche oder einen Raumwinkel zu, die oder der zur Aufnahme des Bildes von dem Kamera-System erfasst wird, ist dieser Teilbereich ein bestimmter Teil der Fläche oder ein Teil des Raumwinkels. Der Teilbereich, der von einer jeweils aktiven Teilmenge der Bildelemente
aufgenommen wird, umfasst beispielsweise höchstens 1/10 oder 1/100 oder 1/1000 oder ein 1/10000 der gesamten Fläche oder des gesamten Raumwinkels des Bildes. Bei dem Bild handelt es sich beispielsweise um eine Szene, wie ein Porträt oder eine Landschaft .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittiert die jeweils zugeordnete und zeitgleich aktive Teilmenge der
Strahlungselemente Strahlung in den gleichen Teilbereich, der auch von der zugeordneten Teilmenge der Bildelemente
aufgenommen wird. Insbesondere emittiert die Teilmenge der Strahlungselemente in diesen Teilbereich mehr Strahlung als in andere Bereiche des aufzunehmenden Bildes. Beispielsweise werden zumindest 50 % oder zumindest 80 % oder zumindest 90 % oder zumindest 95 % der von einer aktiven Teilmenge der
Strahlungselemente emittierten Strahlung in den gleichen Teilbereich emittiert, der von der oder von den dieser
Teilmenge der Strahlungselemente zugeordneten Teilmengen der Bildelemente aufgenommen wird. Die Emission von Strahlung in einen bestimmten Bildbereich wird beispielsweise dadurch erreicht, dass der Strahlungsquelle eine Linse nachgeordnet wird . Gemäß zumindest einer Ausführungsform dient die
Strahlungsquelle als Blitzlicht. Das Blitzlicht emittiert zum Beispiel sichtbares Licht. Es ist aber auch möglich, dass das Blitzlicht Licht im infraroten Bereich emittiert, zum
Beispiel für Nachtaufnahmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden für die Aufnahme eines Bildes die verschiedenen Teilmengen der Bildelemente derart gewählt und derart nacheinander aktiviert, dass sich in Draufsicht auf eine Hauptseite des Bildsensors gesehen eine gerade oder gekrümmte Front aus aktiven Bildelementen über die Hauptseite bewegt. Beispielsweise ist jede Teilmenge der Bildelemente durch eine oder mehrere Zeilen oder Spalten oder aus einer entlang der Hauptseite verlaufenden diagonalen Bahn aus benachbarten Bildelementen oder aus einer entlang der Hauptseite gekrümmt verlaufenden Bahn aus benachbarten Bildelementen gebildet. Während der Aufnahme eines Bildes werden dann zum Beispiel nacheinander benachbarte Teilmengen der Bildelemente aktiviert. Die jeweils zuletzt aktivierte
Teilmenge bildet dann die Bildaufnahmefront, die sich entlang einer Richtung, bevorzugt ausschließlich entlang einer
Richtung, über die Hauptseite des Bildsensors bewegt. Eine Hauptseite ist beispielsweise eine Strahlungseintrittsfläche des Bildsensors.
Eine mögliche Alternative ist, dass jede Teilmenge der
Bildelemente aus nur einem Bildelement besteht, sodass die Bildelemente nacheinander einzeln aktiviert und deaktiviert werden. Beispielsweise werden die Bildelemente zeilenweise von links nach rechts oder von rechts nach links oder
spaltenweise von oben nach unten oder von unten nach oben aktiviert und deaktiviert. Zeitgleich aktive Bildelemente können sich in diesem Fall als Cluster über die Hauptseite des Bildsensors bewegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden für die Aufnahme eines Bildes die verschiedenen Teilmengen der
Strahlungselemente derart gewählt und derart nacheinander aktiviert, dass sich in Draufsicht auf eine Hauptseite der Strahlungsquelle gesehen eine gerade oder gekrümmte
Strahlungsfront aus aktiven Strahlungselementen über die Hauptseite bewegt. Auch hier ist wiederum möglich, dass jede Teilmenge der Strahlungselemente durch eine oder mehrere Zeilen oder Spalten oder durch eine entlang der Hauptseite verlaufende diagonale Bahn aus benachbarten
Strahlungselementen oder aus einer entlang der Hauptseite gekrümmt verlaufenden Bahn aus benachbarten
Strahlungselementen gebildet ist. Während der Aufnahme eines Bildes werden dann zum Beispiel nacheinander benachbarte Teilmengen der Strahlungselemente aktiviert. Die jeweils zuletzt aktivierte Teilmenge bildet dann die Strahlungsfront, die sich entlang einer Richtung, bevorzugt ausschließlich entlang einer Richtung, über die Hauptseite der
Strahlungsquelle bewegt. Die Hauptseite der Strahlungsquelle ist zum Beispiel eine Strahlungseintrittsfläche. Alternativ ist es aber auch hier möglich, dass die einzelnen Teilmengen der Strahlungselemente durch jeweils nur ein einziges Strahlungselement gebildet werden. Die einzelnen Strahlungselemente werden dann beispielsweise zeilenweise oder spaltenweise nacheinander aktiviert und deaktiviert. Zeitgleich aktive Strahlungselemente bilden dann
beispielsweise wiederum ein Cluster, was durch entsprechende Ansteuerung über die Hauptseite der Strahlungsquelle bewegt werden kann. Gemäß zumindest einer Ausführungsform folgt der zeitliche und geometrische Verlauf der Strahlungsfront dem zeitlichen und geometrischen Verlauf der Bildaufnahmefront. Ist die
Bildaufnahmefront beispielsweise eine Zeile oder Spalte oder eine Diagonale, die sich entlang einer vertikalen oder horizontalen Richtung oder entlang einer diagonalen Richtung über die Hauptseite des Bildsensors bewegt, so ist
beispielsweise die Strahlungsfront ebenfalls eine Zeile oder eine Spalte oder eine Diagonale, die sich entlang der gleichen Richtung bewegt. Beispielsweise wird die Bewegung der Strahlungsfront und der Bildaufnahmefront gleichzeitig gestartet und gleichzeitig beendet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der integrierte Schaltkreis und die Strahlungsquelle so ausgebildet, dass jedes Strahlungselement einzeln und unabhängig von den übrigen Strahlungselementen angesteuert und betrieben werden kann. Bevorzugt sind auch die Bildelemente des Bildsensors einzeln und unabhängig von den übrigen Bildelementen
aktivierbar .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind in dem Bildsensor die Bildelemente in Form einer Matrix angeordnet.
Beispielsweise bildet jede Teilmenge der Bildelemente eine ganze Zeile oder Spalte der Matrix. Während der Aufnahme eines Bildes werden dann beispielsweise die einzelnen Zeilen oder Spalten nacheinander aktiviert und deaktiviert.
Entsprechendes kann für die Strahlungsquelle gelten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Bildsensor um einen CMOS-Sensor, wie einen Active-Pixel- Sensor, oder um einen CCD-Sensor. Bei der Strahlungsquelle handelt es sich beispielsweise um einen pixelierten LED-Chip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Strahlungsquelle zwei, also genau zwei oder mehr, pixelierte LED-Chips .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittieren die LED- Chips im Betrieb Strahlung unterschiedlicher
Wellenlängenbereiche. Zum Beispiel ist ein erster LED-Chip zur Emission von kalt-weißem Licht mit einer Farbtemperatur von zumindest 4000 K oder zumindest 5000 K eingerichtet. Ein zweiter LED-Chip ist zum Beispiel zur Emission von warmweißem Licht mit einer Farbtemperatur von höchstens 3300 K oder höchstens 3000 K eingerichtet. Das Licht der beiden LED- Chips wird bei dem Verfahren insbesondere überlagert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen zumindest einige oder alle Teilmengen der Strahlungselemente
Strahlungselemente von beiden LED-Chips. Das heißt, während der Aufnahme eines einzigen Bildes werden Strahlungselemente aus beiden LED-Chips gleichzeitig, also mit zeitlichem
Überlapp, betrieben. Das heißt, während der Aufnahme von Bildinformationen durch eine Teilmenge an Bildelementen wird Strahlung von beiden LED-Chips emittiert.
Zum Beispiel ist jedem LED-Chip eine eigene Linse zur
Abbildung der emittierten Strahlung nachgeordnet. Die Linsen sind beispielsweise so eingerichtet, dass die Strahlung der Strahlungselemente einer Teilmenge an Strahlungselementen, die von unterschiedlichen LED-Chips emittiert wird, in den geleichen Teilbereich des aufzunehmenden Bildes emittiert wird und sich dort überlagert. Das heißt, die Linsen sind dazu eingerichtet, die Strahlung der beiden LED-Chips zu mischen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird für die Aufnahme eines Bildes die Strahlungsquelle von dem integrierten
Schaltkreis aufgrund eines ersten Auslösesignals oder eines ersten Triggersignals angesteuert. Nach dem Eintreffen des ersten Auslösesignals steuert der integrierte Schaltkreis nacheinander die unterschiedlichen Teilmengen der
Strahlungselemente an, und sorgt dabei dafür, dass die
Ansteuerung der Teilmengen der Strahlungselemente
synchronisiert mit der Aktivierung der entsprechenden
Teilmengen der Bildelemente erfolgt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird zur Aufnahme eines einzigen Bildes nur das erste Auslösesignal am Anfang
verwendet. Danach steuert der integrierte Schaltkreis ohne weitere Auslösesignale oder Triggersignale nacheinander die Teilmengen der Strahlungselemente an. Mit anderen Worten ist in dem integrierten Schaltkreis von vornherein vorgegeben, nach welchen zeitlichen Abständen die einzelnen Teilmengen der Strahlungselemente aktiviert und deaktiviert werden. Das Auslösesignal dient in dieser Ausführungsform lediglich dazu, die Aktivierung der Teilmengen zu initiieren. Die zeitliche Abfolge ist mit der zeitlichen Abfolge der Aktivierung der einzelnen Teilmengen der Bildelemente bevorzugt bereits derart abgestimmt, dass zur Synchronisation der Ansteuerung der Strahlungsquelle und der Aktivierung des Bildsensors ein einziges erstes Auslösesignal ausreichend ist. Weitere
Auslösesignale während der Aufnahme des Bildes zur zeitlichen Feinabstimmung zwischen Strahlungsquelle und Bildsensor sind dann nicht nötig. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird zur Aufnahme eines einzigen Bildes eine Mehrzahl von Auslösesignalen verwendet und beim Eintreffen jedes neuen Auslösesignals steuert der integrierte Schaltkreis eine neue Teilmenge der
Strahlungselemente an. In diesem Fall werden also zum
Beispiel zusätzlich zu dem ersten Auslösesignal weitere
Auslöse- oder Triggersignale verwendet. Beispielsweise wird bei der Aktivierung oder Deaktivierung einer Teilmenge der Bildelemente ein Auslösesignal erzeugt, das an den
integrierten Schaltkreis übermittelt wird und anhand dessen die Synchronisierung zwischen den aktiven Teilmengen der Bildelemente und den zugehörigen aktiven Teilmengen der
Strahlungselemente nachgebessert wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die zu einer
Teilmenge der Bildelemente zugeordnete Teilmenge der
Strahlungselemente von dem integrierten Schaltkreis so angesteuert, dass die angesteuerten Strahlungselemente mit der Strahlungsemission starten, vor oder gleichzeitig mit der Aktivierung der entsprechenden Teilmenge der Bildelemente. Die Deaktivierung der Teilmengen der Strahlungselemente erfolgt bevorzugt gleichzeitig oder nach der Deaktivierung der zugeordneten Teilmenge oder Teilmengen der Bildelemente. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf dem
integrierten Schaltkreis eine Mehrzahl von unterschiedlichen Betriebsmodi für die Aufnahme eines Bildes beziehungsweise für die Aufnahme eines einzigen Bildes gespeichert oder können gespeichert werden. In jedem Betriebsmodus sind beispielsweise die Reihenfolge der angesteuerten Teilmengen der Strahlungselemente und/oder die Zusammensetzung der
Teilmengen aus den unterschiedlichen Strahlungselementen individuell eingestellt. Zur Aufnahme eines Bildes wird dann beispielsweise ein passender Betriebsmodus von einem Anwender oder einem Computer gewählt. Sobald der Betriebsmodus gewählt ist, ist zum Beispiel die Zusammensetzung der Teilmengen der Strahlungselemente und die zeitliche Reihenfolge, in welcher die Teilmengen der Strahlungselemente aktiviert werden, für die Aufnahme des Bildes fest vorgegeben.
Beispielsweise sind zu unterschiedlichen Tageszeiten
unterschiedliche Betriebsmodi unterschiedlich gut geeignet. Zum Beispiel weist jede Teilmenge der Strahlungselemente in einem Betriebsmodus alle Strahlungselemente einer Zeile oder einer Spalte auf. Ein solcher Betriebsmodus wird
beispielsweise morgens oder abends verwendet, wenn das
Umgebungslicht schwach ist. Zur Mittagszeit eignet sich beispielsweise ein Betriebsmodus besser, bei dem jede
Teilmenge der Strahlungselemente nur noch durch jedes zweite Strahlungselement einer Zeile oder einer Spalte gebildet ist, da dann das Umgebungslicht stärker ist und das Blitzlicht entsprechend schwächer gewählt werden kann.
Unterschiedliche Betriebsmodi können aber auch gewählt werden, wenn unterschiedliche optische Effekte gewünscht sind. Beispielsweise wird mit einem Betriebsmodus der
Weißabgleich verbessert, mit einem anderen Betriebsmodus werden Tiefeneffekte erzeugt und mit noch einem anderen
Betriebsmodus werden Interferenzeffekte erzeugt. In diesen Betriebsmodi ist beispielsweise der Ablauf der Aktivierung der Teilmengen der Bildelemente gleich, der Ablauf der
Aktivierung der Teilmengen der Strahlungselemente und/oder deren Zusammensetzung aber unterschiedlich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der integrierte Schaltkreis programmierbar. Mittels Programmierung können unterschiedliche Betriebsmodi auf dem integrierten Schaltkreis gespeichert werden. Beispielsweise ist der integrierte Schaltkreis nur werkseitig programmierbar oder auch von dem Anwender programmierbar. Beispielsweise kann so auch die Ansteuerung der Strahlungsquelle an die Bildsensoren von unterschiedlichen Herstellern angepasst werden, die hinsichtlich von Ausleseverfahren oder Belichtungsablauf des Bildsensors variieren können.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der integrierte
Schaltkreis sowohl eine Steuereinheit als auch eine
Kommunikationseinheit. Die Kommunikationseinheit empfängt beispielsweise externe Signale, wie Auslösesignale oder
Betriebssignale. Die Auslösesignale oder Betriebssignale können beispielsweise von einem integrierten Schaltkreis des Bildsensors kommen. Aber auch externe Signale von weiteren Komponenten, wie Prozessoren in dem Kamera-System, sind möglich. Die Kommunikationseinheit aktiviert beispielsweise beim Empfang eines ersten Auslösesignals die Steuereinheit, wobei nach der Aktivierung der Steuereinheit die
Steuereinheit die einzelnen Teilmengen der Strahlungselemente nacheinander ansteuert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens empfängt die Kommunikationseinheit ein externes Betriebssignal. Mit dem Betriebssignal bekommt der interne Schaltkreis
mitgeteilt, welcher Betriebsmodus zur Aufnahme des Bildes verwendet wird. Die Steuereinheit steuert dann die
entsprechenden Teilmengen der Strahlungselemente an. Das Betriebssignal wird der Kommunikationseinheit beispielsweise von zusätzlichen elektronischen Komponenten in dem Kamera- System übermittelt. Insbesondere wird das Betriebssignal entsprechend eines von einem Anwender oder von einem Computer gewählten Betriebsmodus erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der integrierte Schaltkreis eine Look-Up-Tabelle, zu Deutsch
Nachschlagetabelle. In der Look-Up-Tabelle sind zum Beispiel für jeden Betriebsmodus die Informationen gespeichert, welche Teilmengen der Strahlungselemente in welcher Reihenfolge und zu welchen Zeitpunkten angesteuert werden sollen.
Entsprechend der Look-Up-Tabelle steuert der integrierte Schaltkreis also die entsprechenden unterschiedlichen
Teilmengen der Strahlungselemente an. Es ist zum Beispiel möglich, dass mittels Auslösesignale der Steuereinheit mitgeteilt wird, welche Teilmenge an Bildelementen als nächstes aktiviert wird und in der Look-Up-Tabelle dann nachgeschaut wird, welche Teilmenge an Strahlungselementen zugeordnet ist und angesteuert werden muss.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Kamera- System einen Prozessor. Anhand von
Umgebungslichtinformationen, die von dem Kamera-System aufgenommen werden, ermittelt der Prozessor, wie die den Teilmengen der Bildelemente zugeordneten Teilmengen der
Strahlungselemente für die Aufnahme des Bildes
zusammengesetzt sind. Das heißt, die Zusammensetzung der
Teilmengen der Strahlungselemente und der zeitliche Ablauf, in der diese angesteuert werden, ist nicht unbedingt von vornherein festgelegt, sondern wird bevorzugt zeitnahe zur Aufnahme des Bildes vom Prozessor ermittelt. Dies ermöglicht beispielsweise eine besonders angepasste Ansteuerung der Strahlungsquelle an aktuelle Umgebungsbedingungen, wie
Umgebungslicht oder Bewegungen innerhalb des aufzunehmenden Bildes . Beispielsweise kann der Bildsensor oder ein weiterer
Bildsensor eine erste Aufnahme eines aufzunehmenden Bildes machen. Der Prozessor entnimmt dieser Aufnahme dann zum
Beispiel die Helligkeitsverteilung in der Szene, also welche Bereiche der Szene heller oder dunkler sind, und berechnet entsprechend, wie die Teilmengen der Strahlungselemente zusammengesetzt sein müssen, und wann sie angesteuert werden müssen, um gewünschte optische Effekte und Bildqualitäten in dem anschließend aufzunehmenden Bild zu erhalten. Der
integrierte Schaltkreis setzt die Berechnungen des Prozessors dann entsprechend um.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ermittelt der Prozessor die Teilmengen der Strahlungselemente in Echtzeit, während die Aufnahme des Bildes bereits läuft. Beispielsweise
ermittelt der Prozessor die Zusammensetzung und zeitliche Abfolge der Teilmengen der Steuerelemente für bestimmte
Teilmengen der Bildelemente, während andere Teilmengen der Bildelemente bereits belichtet wurden oder belichtet werden.
Darüber hinaus wird ein Kamera-System angegeben. Das Kamera- System eignet sich insbesondere dazu, das zuvor beschriebene Verfahren durchzuführen. Alle für das Verfahren offenbarten Merkmale sind daher auch für das Kamera-System offenbart und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Kamera- System einen Bildsensor, eine Strahlungsquelle und einen integrierten Schaltkreis. Der Bildsensor umfasst eine
Mehrzahl von aktivierbaren Bildelementen, wobei jedes
Bildelement zur Aufnahme von Bildinformationen eingerichtet ist. Die Strahlungsquelle weist eine Mehrzahl von aktivierbaren Strahlungselementen auf, wobei jedes Strahlungselement zur Emission von elektromagnetischer
Strahlung eingerichtet ist. Der integrierte Schaltkreis ist zur Ansteuerung der Strahlungsquelle mit der Strahlungsquelle elektrisch gekoppelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Kamera-System dazu eingerichtet, ein beschriebenes Verfahren auszuführen. Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren zum
Betreiben eines Kamera-Systems sowie ein hier beschriebenes Kamera-System unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figur 1A bis 1D Ausführungsbeispiele eines Kamera-Systems in verschiedenen Ansichten,
Figuren 2A bis 2D, 3A und 3B verschiedene Positionen in
Ausführungsbeispielen eines Verfahrens zum Betreiben des Kamera-Systems ,
Figuren 4A, 4B, 5A bis 5C sowie 6A, 6B verschiedene
Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zum Betreiben des Kamera-Systems.
In Figur 1A ist ein Ausführungsbeispiel eines Kamera-Systems 100 für das Verfahren dargestellt. Das Kamera-System 100 umfasst einen Bildsensor 1 und eine Strahlungsquelle 2. Der Bildsensor 1 und die Strahlungsquelle 2 sind separate
Elemente, die beispielsweise über eine Steuerung miteinander verbunden sind.
Bei dem Bildsensor 1 handelt es sich vorliegend um einen pixelierten Bildsensor 1, wie einen CMOS-Bildsensor . Der Bildsensor 1 weist eine Mehrzahl von aktivierbaren
Bildelementen 10 oder Pixeln 10 auf. Ein aktiviertes
Bildelement 10 kann elektromagnetische Strahlung, zum
Beispiel sichtbares Licht, in auslesbare Bildinformationen umwandeln. Die Bildelemente 10 sind beispielhaft in einer ΙΟχΙΟ-Matrix angeordnet. Tatsächlich kann der Bildsensor 1 wesentlich mehr als zehn Bildelemente 10, beispielsweise mehr als 10^ Bildelemente 10, umfassen.
Bei der Strahlungsquelle 2 handelt es sich um eine pixelierte Strahlungsquelle 2 mit einer Mehrzahl von Strahlungselementen 20 oder Pixel 20. Die Strahlungsquelle 2 ist beispielsweise ein pixelierter LED-Chip, der im Betrieb ein Blitzlicht für das Kamera-System 100, beispielsweise im sichtbaren Bereich erzeugt. Auch die Strahlungselemente 20 der Strahlungsquelle 2 sind in einer ΙΟχΙΟ-Matrix angeordnet, wobei auch
Strahlungsquellen 2 mit weniger oder wesentlich mehr
Strahlungselementen 20 denkbar sind.
Die Strahlungsquelle 2 ist in Figur 1A auf einem integrierten Schaltkreis 3 angeordnet und mit diesem elektrisch verbunden. Der integrierte Schaltkreis 3 dient zur Ansteuerung der
Strahlungsquelle 2. Dabei sind die Strahlungsquelle 2 und der integrierte Schaltkreis 3 beispielsweise so eingerichtet, dass jedes Strahlungselement 20 einzeln und unabhängig von den anderen Strahlungselementen 20 angesteuert werden kann. Auch der Bildsensor 1 ist auf einem weiteren integrierten Schaltkreis 5 angeordnet und mit diesen elektrisch leitend verbunden. Der weitere integrierte Schaltkreis 5 dient zum Beispiel zur Aktivierung der einzelnen Bildelemente 10 sowie zum Auslesen oder Weiterleiten der von den einzelnen
Bildelementen 10 aufgenommen Bildinformationen. Auch die Bildelemente 10 können beispielsweise einzeln und unabhängig voneinander aktiviert werden.
Der integrierte Schaltkreis 3 sowie der weitere integrierte Schaltkreis 5 sind in Figur 1A elektrisch miteinander verbunden und können im Betrieb miteinander kommunizieren. Auf diese Weise kann dem integrierten Schaltkreis 2 zum Beispiel mitgeteilt werden, welche Bildelemente 10 des Bildsensors 1 gerade aktiviert sind oder als nächstes aktiviert werden. Beispielsweise können auf diese Weise Auslösesignale oder Triggersignale generiert und übertragen werden .
Die Ausführungsbeispiele der Figuren 1B, IC und 1D zeigen jeweils die Strahlungsquelle 2 und den zugehörigen
integrierten Schaltkreis 3. In Figur 1B ist die Strahlungsquelle 2 unmittelbar auf dem integrierten Schaltkreis 3 angeordnet und mit diesem
mechanisch derart verbunden, dass die Strahlungsquelle 2 und der integrierte Schaltkreis 3 sich gegenseitig mechanisch stabilisieren. Die Strahlungsquelle 2 und der integrierte Schaltkreis 3 sind elektrisch miteinander verbunden.
In der Figur IC dagegen sind die Strahlungsquelle 2 und der integrierte Schaltkreis 3 nur elektrisch miteinander verbunden, aber örtlich voneinander getrennt, sodass die Strahlungsquelle 2 und der integrierte Schaltkreis 3 sich gegenseitig nicht mechanisch stabilisieren. In Figur IC ist der integrierte Schaltkreis außerdem
detaillierter dargestellt. Der integrierte Schaltkreis 3 weist hier eine Kommunikationseinheit 36 sowie eine
Steuereinheit 35 auf. Die Kommunikationseinheit 36 dient beispielsweise zum Empfang von externen Signalen, wie
Auslöse- beziehungsweise Triggersignalen oder
Betriebssignalen. Die Steuereinheit 35 dient zur Ansteuerung und Aktivierung der Strahlungsquelle 2 beziehungsweise der einzelnen Strahlungselemente 20. Obwohl die
Kommunikationseinheit 36 und die Steuereinheit 35 nur in Figur IC dargestellt sind, können diese Einheiten auch in jedem anderen integrierten Schaltkreis der
Ausführungsbeispiele vorhanden sein.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1D ist die Strahlungsquelle 2 mittelbar auf dem integrierten Schaltkreis 3 über eine Zwischenschicht oder einen Zwischenträger angeordnet. Der Zwischenträger weist Verdrahtungen auf, durch die der integrierte Schaltkreis 3 und die Strahlungsquelle 2 elektrisch gekoppelt sind. Über den Zwischenträger sind die Strahlungsquelle 2 und der integrierte Schaltkreis 3 mechanisch miteinander gekoppelt und stabilisieren sich gegenseitig .
In Figur 2A ist eine Position in einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Betrieb des Kamera-Systems 100
dargestellt. Die Figur 2A zeigt das Kamera-System 100 zu einem Zeitpunkt t]_, in dem eine erste Teilmenge 11 der
Bildelemente 10 aktiv ist. Dies ist durch eine Schattierung der entsprechenden Bildelemente 10 dargestellt. Die aktiven Bildelemente 10 wandeln elektromagnetische Strahlung in
Bildinformationen um. Die erste Teilmenge 11 der Bildelemente 10 ist vorliegend eine ganze Zeile des Bildsensors 1.
Zeitgleich ist eine der ersten Teilmenge 11 der Bildelemente 10 zugeordnete erste Teilmenge 21 der Strahlungselemente 20 aktiv, wobei die aktiven Strahlungselemente 20
elektromagnetische Strahlung emittieren. Die aktiven
Strahlungselemente 20 sind ebenfalls durch eine Schattierung gekennzeichnet. Vorliegend besteht die erste Teilmenge 21 der Strahlungselemente 20 aus zwei Zeilen der Strahlungsquelle 2.
In der Figur 2B ist eine Position in dem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zu einem späteren Zeitpunkt t]_g dargestellt.
Zu diesem Zeitpunkt t]_g ist eine zehnte Teilmenge 11 der
Bildelemente 10 aktiv. Der zehnten Teilmenge 11 der
Bildelemente 10 ist auch eine andere, nämlich eine fünfte Teilmenge 21 der Strahlungselemente 20 zugeordnet, die zeitgleich aktiv ist.
Die Zeitpunkte t]_ und t]_g sind zum Beispiel Zeitpunkte während der Aufnahme eines einzigen Bildes, zum Beispiel der erste und der letzte Zeitpunkt während der Aufnahme.
In der Figur 2C ist eine schematische Darstellung des Ablaufs des Ausführungsbeispiels des Verfahrens gezeigt. Mit dem in Figur 2C dargestellten Verfahren wird zum Beispiel ein einziges Bild aufgenommen. Die dargestellten dünnen Balken 11 zeigen unterschiedliche aktive Teilmengen 11 der Bildelemente 10. Hinter den dünnen Balken 11 sind jeweils dickere Balken 21 gezeigt, die aktive Teilmengen 21 der Strahlungselemente 20 darstellen. Ein Überlapp der dünnen Balken 11 mit den dicken Balken 21 illustriert, welche Teilmengen 11 der
Bildelemente 10 welcher Teilmenge 21 der Strahlungselemente 20 zugeordnet sind. Vorliegend sind also die beiden obersten Teilmengen 11 der Bildelemente 10 beide derselben Teilmenge 21 der Strahlungselemente 20 zugeordnet.
Zum Zeitpunkt t]_, der auch in Figur 2A dargestellt ist, wird die erste Teilmenge 11 der Bildelemente 10 aktiviert. Die zugeordnete erste Teilmenge 21 der Strahlungselemente 21 ist zum Zeitpunkt t]_ bereits aktiviert. Zu einem späteren
Zeitpunkt -2 wird die zweite Teilmenge 11 der Bildelemente 10 aktiviert. Nach einer vorgegebenen Belichtungszeit wird die erste Teilmenge 11 der Bildelemente 10 wieder deaktiviert, zu einem etwas späteren Zeitpunkt, aber nach derselben
Belichtungszeit, wird dann auch die zweite Teilmenge 11 der Bildelemente 10 deaktiviert. Während der gesamten Zeit, in der die erste und zweite Teilmenge 11 der Bildelemente 10 aktiv sind, ist auch die zugeordnete erste Teilmenge 21 der Strahlungselemente 20 aktiv. Erst nachdem die erste und zweite Teilmenge 11 der Bildelemente 10 abgeschaltet wurden, wird die erste Teilmenge 21 der Strahlungselemente 20
deaktiviert. Die zugeordnete erste Teilmenge 21 der
Strahlungselemente 20 emittiert also in dem Zeitraum, in dem die zugeordnete erste und zweite Teilmenge 11 der
Bildelemente 10 belichtet werden, durchgehend Strahlung.
Eine dritte Teilmenge 11 der Bildelemente 10 wird nach dem Zeitpunkt -2 zum Zeitpunkt t3 aktiviert beziehungsweise belichtet. Der dritten Teilmenge 11 der Bildelemente 10 ist eine zweite Teilmenge 21 der Bildelemente 20 zugeordnet, die vorliegend beispielsweise durch die dritte und vierte Zeile der Strahlungsquelle 2 gebildet ist. Die zweite Teilmenge 21 der Strahlungselemente 20 wird kurz vor dem Zeitpunkt t3 aber hier beispielhaft nach dem Zeitpunkt -2 aktiviert.
Zum Zeitpunkt t]_Q, der auch in Figur 2B dargestellt ist, ist nur noch eine zehnte Teilmenge 11 der Bildelemente 10, vorliegend durch die zehnte Zeile des Bildsensors 1 gebildet, und eine zugeordnete fünfte Teilmenge 21 der
Strahlungselemente 20, vorliegend beispielhaft durch die neunte und zehnte Zeile der Strahlungsquelle 2 gebildet, aktiv. Kurz nach dem Zeitpunkt t]_g werden auch diese
deaktiviert und die Aufnahme des Bildes wird beendet.
Aus der Figur 2C geht hervor, dass keine Teilmenge 21 der Strahlungselemente 20 während der gesamten Zeit der
Bildaufnahme aktiviert ist. Dadurch kann das Kamera-System 100 besonders Energie sparend betrieben werden. Zusätzlich können Helligkeitsverhältnisse in dem Bild unterstützt werden in der Art, dass eine Überbelichtung oder Unterbelichtung von bestimmten Objekten vermieden werden kann und somit die
Bildqualität verbessert wird.
Anders als in Figur 2C gezeigt, ist es aber zum Beispiel auch möglich, dass jede Teilmengen 21 der Strahlungselemente 20 gleichzeitig mit der ersten zugeordneten Teilmenge 11 der Bildelemente 10 aktiviert wird und gleichzeitig mit der letzten zugeordneten Teilmenge 11 der Bildelemente 10
abgeschaltet wird. In diesem Fall würden die Teilmengen 21 der Strahlungselemente 20 beispielsweise nur Licht
emittieren, wenn auch eine zugeordnete Teilmenge 11 der
Bildelemente 10 gerade aktiv ist. In der Figur 2D ist illustriert, wie sich während des im Zusammenhang mit den Figuren 2A bis 2C beschriebenen
Verfahrens eine Bildaufnahmefront über eine Hauptseite des Bildsensors 1 bewegt. Nacheinander werden die vorliegend als Zeilen ausgebildeten Teilmengen 11 der Bildelemente 10 aktiviert. Die Bildaufnahmefront wird jeweils durch die zuletzt aktivierte Teilmenge 11 der Bildelemente 10 gebildet und bewegt sich während der Aufnahme des Bildes entlang des gestrichelten Pfeils. Die gestrichelten Linien illustrieren die Position der Bildaufnahmefront zu unterschiedlichen
Zeitpunkten .
Entsprechend bewegt sich während des beschriebenen Verfahrens eine Strahlungsfront aus aktiven Strahlungselementen 20 über eine Hauptseite der Strahlungsquelle 2. Die Position der
Strahlungsfront zu unterschiedlichen Zeitpunkten ist wieder durch horizontal verlaufende gestrichelte Linien dargestellt. Die Strahlungsfront bewegt sich von oben nach unten entlang des gestrichelten Pfeils.
In den Figuren 3A und 3B sind dieselben Positionen in einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wie in den Figur 2A und 2B dargestellt. Die Auswahl der aktiven Teilmenge 21 der
Strahlungselemente 20 erfolgt hier beispielhaft anhand von einer Look-Up-Tabelle, die zwar als rechteckiger Kasten zwischen dem Bildsensor 1 und der Strahlungsquelle 2
dargestellt ist, die aber trotzdem auf dem integrierten
Schaltkreises 3 gespeichert sein kann. Der integrierte
Schaltkreis 3 der Strahlungsquelle kommuniziert
beispielsweise mit dem weiteren integrierten Schaltkreis 5 des Bildsensors 1. Auf diese Weise erlangt er zum Beispiel Informationen darüber, welche Teilmengen 11 der Bildelemente 10 aktiv sind oder als nächstes aktiviert werden. Eine Information darüber, welches in einem zuvor gewählten
Betriebsmodus die passende zugehörige Teilmenge 21 der
Strahlungselemente 20 ist, ist zum Beispiel in der Look-Up- Tabelle hinterlegt. Anhand dieser steuert der integrierte Schaltkreis 3 dann die passende Teilmenge 21 der
Strahlungselemente 20 an.
In den Figuren 4A und 4B ist eine schematische Darstellung des Verfahrens wie in Figur 2C gezeigt. Bei dem in Figur 4A dargestellten Verfahren wird ein erstes Auslösesignal, dargestellt durch den vertikalen Pfeil, am Anfang der
Aufnahme eines Bildes verwendet. Bei Eintreffen des ersten Auslösesignals startet der integrierte Schaltkreis 3 die Ansteuerung der Teilmengen 21 der Strahlungselemente 20, beispielsweise entsprechend eines fest vorgegebenen Ablaufs. Das Auslösesignal dient dabei dazu, die Bildaufnahme durch den Bildsensor 1 mit der Ansteuerung der Strahlungsquelle 2 zu synchronisieren. In der Figur 4B werden mehrere Auslösesignale verwendet. Nach dem Eintreffen eines jeden Auslösesignals aktiviert der integrierte Schaltkreis 3 eine neue Teilmenge 21 der
Strahlungselemente 20. Durch die Verwendung mehrerer Auslöse¬ oder Triggersignale kann die Synchronisierung zwischen den einander zugeordneten Teilmengen 11, 21 der Bildelemente 10 und der Strahlungselemente 20 auch während der Bildaufnahme nachgebessert werden.
In den bisherigen Ausführungsbeispielen waren die Teilmengen 11 der Bildelemente 10 und die Teilmengen 21 der
Strahlungselemente 20 stets Zeilen des Bildsensors 1
beziehungsweise der Strahlungsquelle 2. Die verschiedenen Teilmengen können aber ganz unterschiedlich aufgebaut sein. In den Figuren 5A bis 5C sind unterschiedliche
Ausführungsbeispiele gezeigt, wie durch die Wahl
verschiedener Teilmengen 21 der Strahlungselemente 20 verschiedene Strahlungsfronten erzeugt werden können, die sich während der Aufnahme eines Bildes über die
Strahlungsquelle 2 bewegen. Die dargestellten
Strahlungsfronten sind beispielsweise Strahlungsfronten in unterschiedlichen Betriebsmodi. Die parallel ablaufende
Belichtung des Bildsensors 1 kann zum Beispiel in allen
Betriebsmodi gleich sein, zum Beispiel so wie in Figur 5C dargestellt .
In dem Ausführungsbeispiel des Verfahrens der Figur 5A ist dazu jede Teilmenge 21 der Strahlungselemente 2 durch eine diagonale Bahn aus diagonal nebeneinander angeordneten
Strahlungselementen 20 gebildet. Durch das Aktivieren der Teilmengen 21 der Strahlungselemente 20 verläuft eine
Strahlungsfront diagonal über die Strahlungsquelle 2, wie es durch den gestrichelten Pfeil dargestellt ist.
In der Figur 5B ist ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens gezeigt, bei dem mit derselben Methode zwei diagonal
verlaufende Strahlungsfronten erzeugt werden, die sich gegenseitig durchkreuzen. Die beiden Strahlungsfronten werden beispielsweise zeitgleich an jeweils einer Ecke der
Strahlungsquelle 2 gestartet und erreichen die diagonal gegenüberliegende Ecke der Strahlungsquelle 2 gleichzeitig. In der Figur 5C ist dargestellt, wie eine gekrümmte
Strahlungsfront erzeugt wird. Dazu bilden zum Beispiel die unterschiedlichen Teilmengen 21 der Strahlungselemente 20 gekrümmt verlaufende Bahnen. Durch die Aktivierung der Teilmengen 21 der Strahlungselemente 20 nacheinander entsteht eine Art Kugelwelle mit einer gekrümmten Strahlungsfront (gestrichelte Linie) , die sich über die Hauptseite der
Strahlungsquelle 2 ausbreitet.
Gleichzeitig ist in Figur 5C der Bildsensor 1 zu einem bestimmten Zeitpunkt des Verfahrens gezeigt, zum Beispiel wenn die Strahlungsfront gerade die Hälfte des Weges über die Hauptseite der Strahlungsquelle 2 zurückgelegt hat. Auch auf dem Bildsensor 1 ist eine Bildaufnahmefront ausgebildet, die sich zu dem dargestellten Zeitpunkt zirka über die gesamte Diagonale des Bildsensors 1 erstreckt. Die Bildaufnahmefront ist durch die zuletzt aktivierte Teilmenge 11 der
Bildelemente 10 gebildet.
In den Figuren 6A und 6B ist ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zu zwei verschiedenen Zeitpunkten t]_ und -2 gezeigt. Mit dem in dem Ausführungsbeispiel der Figuren 6A und 6B gezeigten Verfahren wird ein Bild 4 aufgenommen, das zum Beispiel eine Familie aus vier Personen umfasst.
In der Figur 6A wird zum Zeitpunkt t]_ mit dem Bildsensor 1 nur der rechte Teilbereich 40 des Bildes 4 aufgenommen. Dazu ist zum Zeitpunkt t]_ nur eine erste Teilmenge 11 der
Bildelemente 10 aktiv, was durch die Schattierung dargestellt ist. Gleichzeitig ist eine zugeordnete erste Teilmenge 21 der Strahlungselemente 20 des Bildsensors 2 aktiv, was wieder durch die Schattierung dargestellt ist. Diese erste Teilmenge 21 der Strahlungselemente 20 ist so gewählt, dass sie den gleichen Teilbereich 40 ausleuchtet, der von dem Bildsensor 1 zu diesem Zeitpunkt aufgenommen wird. Zu dem in der Figur 6B dargestellten späteren Zeitpunkt t2 ist eine zweite Teilmenge 11 der Bildelemente 10 aktiv. Diese zweite Teilmenge 11 der Bildelemente 10 nimmt den linken Teilbereich 40 des Bildes 4 auf. Gleichzeitig ist die
zugeordnete zweite Teilmenge 21 der Strahlungselemente 20 aktiv, die genau diesen Teilbereich 40 ausleuchtet.
Mit dem beschriebenen Verfahren ist es also zum Beispiel möglich, das ganze Bild 4 mit der Strahlungsquelle 2 zu belichten, ohne dass alle Strahlungselemente 20 der
Strahlungsquelle 2 durchgehend während der Bildaufnahme aktiv sein müssen. Auf diese Weise kann Energie gespart werden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen aus den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 103 882.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 Bildsensor
2 Strahlungsquelle
3 integrierter Schaltkreis
4 Bild
5 weiterer integrierter Schaltkreis
10 Bildelement
11 Teilmenge der Bildelemente 10
20 Strahlungselement
21 Teilmenge der Strahlungselemente 20
35 Steuereinheit
36 Kommunikationseinheit
40 Teilbereich des Bildes 4
100 Kamera-System

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Betreiben eines Kamera-Systems (100) mit einem Bildsensor (1), einer Strahlungsquelle (2) und einem integrierten Schaltkreis (3) , wobei
- der Bildsensor (1) eine Mehrzahl von aktivierbaren Bildelementen (10) aufweist, wobei ein aktives
Bildelement (10) eintreffende Strahlung in auslesbare Bildinformationen umwandelt;
- die Strahlungsquelle (2) eine Mehrzahl von
aktivierbaren Strahlungselementen (20) aufweist, und jedes aktive Strahlungselement (20) elektromagnetische Strahlung emittiert;
- der integrierte Schaltkreis (3) zur Ansteuerung der Strahlungsquelle (2) mit der Strahlungsquelle (2) elektrisch gekoppelt ist;
wobei das Verfahren die Aufnahme zumindest eines Bildes (4) umfasst, wobei während der Aufnahme jeweils eines einzigen Bildes (4)
- nacheinander unterschiedliche Teilmengen (11) der
Bildelemente (10) jeweils einmal aktiviert und nach einer vorgegebenen Belichtungszeit wieder deaktiviert werden,
- nacheinander unterschiedliche Teilmengen (21) der
Strahlungselemente (20) durch die Steuereinheit (3) aktiviert und nach einer vorgegebenen Emissionszeit wieder deaktiviert werden,
- jeder Teilmenge (11) der Bildelemente (10) eine
Teilmenge (21) der Strahlungselemente (20) zugeordnet wird, die mit zeitlichem Überlapp aktiviert werden, sodass die aktiven Strahlungselemente (20) Strahlung emittieren, während die zugehörigen aktiven Bildelemente (10) Bildinformationen aufnehmen. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei während der Aufnahme eines Bildes (4) keine
Teilmenge (21) der Strahlungselemente (20) Strahlung über den gesamten Zeitraum von der Aktivierung der zuerst aktivierten Teilmenge (11) der Bildelemente (10) bis zur Deaktivierung der zuletzt aktivierten Teilmenge (11) der Bildelemente (10) emittiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei
- beim Aktivieren jeder einzelnen Teilmenge (11) der Bildelemente (10) ein Teilbereich (40) des
aufzunehmenden Bildes (4) aufgenommen wird,
- die jeweils zugeordnete und zeitgleich aktive
Teilmenge (21) der Strahlungselemente (20) Strahlung in den gleichen Teilbereich (40) emittiert und diesen Teilbereich (40) stärker ausleuchtet als andere
Bereiche des Bildes (4) .
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Aufnahme eines Bildes (4) die
verschiedenen Teilmengen (11) der Bildelemente (10) derart gewählt werden und derart nacheinander aktiviert werden, dass sich in Draufsicht auf eine Hauptseite des Bildsensors (1) gesehen eine gerade oder gekrümmte Bildaufnahmefront aus aktiven Bildelementen (10) über die Hauptseite bewegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Aufnahme eines Bildes (4) die
verschiedenen Teilmengen (21) der Strahlungselemente (20) derart gewählt werden und derart nacheinander aktiviert werden, dass sich in Draufsicht auf eine Hauptseite der Strahlungsquelle (2) gesehen eine gerade oder gekrümmte Strahlungsfront aus aktiven
Strahlungselementen (20) über die Hauptseite bewegt.
Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5,
wobei der zeitliche und geometrische Verlauf der
Strahlungsfront dem zeitlichen und geometrischen
Verlauf der Bildaufnahmefront nachgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- in dem Bildsensor (1) die Bildelemente (10) in Form einer Matrix angeordnet sind,
- jede Teilmenge (11) der Bildelemente (10) eine Zeile oder Spalte der Matrix ist,
- während des Aufnehmens eines Bildes (4) die einzelnen Zeilen oder Spalten nacheinander aktiviert und
deaktiviert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Bildsensor (1) ein CMOS-Sensor oder ein CCD- Sensor ist,
- die Strahlungsquelle (2) ein pixelierter LED-Chip ist .
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ,
- die Strahlungsquelle (2) zwei pixelierte LED-Chips umfasst ,
- die LED-Chips im Betrieb Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche emittieren,
- zumindest einige Teilmengen (21) der Strahlungselemente (20) Strahlungselemente (20) von beiden LED-Chips umfassen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei bei der Aufnahme eines Bildes (4)
- der integrierte Schaltkreis (3) die Strahlungsquelle (2) aufgrund eines ersten Auslösesignals ansteuert,
- nach dem Eintreffen des ersten Auslösesignals der integrierte Schaltkreis (3) nacheinander die
unterschiedlichen Teilmengen (21) der
Strahlungselemente (20) ansteuert und dafür sorgt, dass die Ansteuerung der Teilmengen (21) der
Strahlungselemente (20) synchronisiert mit der
Aktivierung der entsprechenden Teilmengen (11) der Bildelemente (10) erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
wobei zur Aufnahme eines einzigen Bildes (4) nur das erste Auslösesignal am Anfang verwendet wird und danach der integrierte Schaltkreis (3) ohne weitere
Auslösesignale nacheinander die Teilmengen (21) der Strahlungselemente (20) ansteuert.
12. Verfahren nach Anspruch 10,
wobei zur Aufnahme eines einzigen Bildes (4) eine
Mehrzahl von Auslösesignalen verwendet wird und beim Eintreffen jedes neuen Auslösesignals der integrierte Schaltkreis (3) eine neue Teilmenge (21) der
Strahlungselemente (20) ansteuert.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die zu einer Teilmenge (11) der Bildelemente (10) zugeordnete Teilmenge (21) der Strahlungselemente (20) von dem integrierten Schaltkreis (3) so angesteuert wird, dass die angesteuerten Strahlungselemente (20) mit der Strahlungsemission starten, vor oder
gleichzeitig mit der Aktivierung der entsprechenden Teilmenge (11) der Bildelemente (10).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- auf dem integrierten Schaltkreis (3) eine Mehrzahl von unterschiedlichen Betriebsmodi für die Aufnahme eines Bildes (4) gespeichert werden kann oder
gespeichert ist,
- in jedem Betriebsmodus die Reihenfolge der
angesteuerten Teilmengen (21) der Strahlungselemente (20) und/oder die Zusammensetzung der Teilmengen (21) aus den unterschiedlichen Strahlungselementen (20) individuell eingestellt ist,
- zur Aufnahme eines Bildes (4) ein passender
Betriebsmodus von einem Anwender oder von einem
Computer gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der integrierte Schaltkreis (3) sowohl eine
Steuereinheit (35) als auch eine Kommunikationseinheit (36) umfasst,
- die Kommunikationseinheit (36) externe Signale empfängt und beim Empfang eines ersten Auslösesignals die Steuereinheit (35) aktiviert,
- nach der Aktivierung der Steuereinheit (35) die Steuereinheit (35) die Strahlungsquelle (2) ansteuert.
16. Verfahren nach den Ansprüchen 14 und 15, wobei - die Kommunikationseinheit (36) ein externes
Betriebssignal empfängt,
- mit dem Betriebssignal der interne Schaltkreis (3) mitgeteilt bekommt, welcher Betriebsmodus zur Aufnahme des Bildes (4) verwendet wird
- die Steuereinheit (35) die entsprechenden Teilmengen (21) der Strahlungselemente (20) ansteuert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der integrierte Schaltkreis (3) eine Look-Up- Tabelle umfasst und entsprechend der Look-Up-Tabelle die unterschiedlichen Teilmengen (21) der
Strahlungselemente (20) ansteuert. 18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
- das Kamera-System (100) einen Prozessor umfasst,
- Umgebungsinformationen von dem Kamera-System (100) aufgenommen werden, anhand derer der Prozessor
ermittelt, wie die zu den Teilmengen (11) der
Bildelemente (10) zugeordneten Teilmengen (21) der Strahlungselemente (20) für die Aufnahme des Bildes (4) zusammengesetzt sind. 19. Verfahren nach Anspruch 18,
wobei der Prozessor die Teilmengen (21) der
Strahlungselemente (20) in Echtzeit ermittelt, während die Aufnahme des Bildes (4) läuft.
Kamera-System (100) mit einem Bildsensor (1), einer Strahlungsquelle (2) und einem integrierten Schaltkreis (3) , wobei - der Bildsensor (1) eine Mehrzahl von aktivierbaren Bildelementen (10) aufweist, wobei jedes Bildelement (10) zur Aufnahme von Bildinformationen eingerichtet ist ;
- die Strahlungsquelle (2) eine Mehrzahl von
aktivierbaren Strahlungselementen (20) aufweist, und jedes Strahlungselement (20) zur Emission von
elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist;
- der integrierte Schaltkreis (3) zur Ansteuerung der Strahlungsquelle (2) mit der Strahlungsquelle (2) elektrisch gekoppelt ist;
wobei das Kamera-System (100) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aus zuführen .
PCT/EP2018/054415 2017-02-24 2018-02-22 Verfahren zum betreiben eines kamera-systems und kamera-system Ceased WO2018154002A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/485,671 US10939050B2 (en) 2017-02-24 2018-02-22 Method of operating a camera system and camera system
DE112018000978.5T DE112018000978A5 (de) 2017-02-24 2018-02-22 Verfahren zum betreiben eines kamera-systems und kamera-system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017103882.5 2017-02-24
DE102017103882.5A DE102017103882A1 (de) 2017-02-24 2017-02-24 Verfahren zum Betreiben eines Kamera-Systems und Kamera-System

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018154002A1 true WO2018154002A1 (de) 2018-08-30

Family

ID=61563361

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/054415 Ceased WO2018154002A1 (de) 2017-02-24 2018-02-22 Verfahren zum betreiben eines kamera-systems und kamera-system

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10939050B2 (de)
DE (2) DE102017103882A1 (de)
WO (1) WO2018154002A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017103888A1 (de) 2017-02-24 2018-08-30 Osram Opto Semiconductors Gmbh Beleuchtungseinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Beleuchtungseinrichtung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050178950A1 (en) * 2004-02-18 2005-08-18 Fujinon Corporation Electronic imaging system
WO2007049176A1 (en) * 2005-10-25 2007-05-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Multiple light emitting diodes with different secondary optics
US20080218618A1 (en) * 2005-07-08 2008-09-11 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Digital Image Capturing Device with Scan Type Flash
US20150227790A1 (en) * 2014-02-12 2015-08-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Agile biometric camera with bandpass filter and variable light source

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050178950A1 (en) * 2004-02-18 2005-08-18 Fujinon Corporation Electronic imaging system
US20080218618A1 (en) * 2005-07-08 2008-09-11 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Digital Image Capturing Device with Scan Type Flash
WO2007049176A1 (en) * 2005-10-25 2007-05-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Multiple light emitting diodes with different secondary optics
US20150227790A1 (en) * 2014-02-12 2015-08-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Agile biometric camera with bandpass filter and variable light source

Also Published As

Publication number Publication date
US20190373158A1 (en) 2019-12-05
DE112018000978A5 (de) 2019-11-07
US10939050B2 (en) 2021-03-02
DE102017103882A1 (de) 2018-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2715804B1 (de) Bidirektionales display und ansteuerung desselben
DE202017100976U1 (de) Bildsensoren mit hocheffizienten Ladungsspeicherfähigkeiten
DE2023692C3 (de)
DE102019113278B4 (de) Bildsensoren mit ladungsüberlauffähigkeiten
DE202012013713U1 (de) Vorrichtung zur Dual-Target-Autobelichtung
EP0878091A1 (de) Farbbildsensor für kurzzeitbelichtung
DE202017102626U1 (de) Doppel-Photodioden-Bildpixel
WO2017153185A1 (de) Optoelektronische leuchtvorrichtung, verfahren zum beleuchten einer szene, kamera sowie mobiles endgerät
DE102021126309B3 (de) Hintergrund-Wiedergabeeinrichtung, Kamera und Verfahren zum Wiedergeben einer Darstellung eines virtuellen Hintergrunds
DE102020119179A1 (de) Bilderzeugungssysteme und verfahren zum erzeugen von bildern mit hohem dynamikbereich
DE3303100A1 (de) Fernsehkamera
DE4117020A1 (de) Steuervorrichtung fuer einen bildsensor
DE2504617C3 (de) Fernsehkamera zur Erzeugung von Signalen von Teilbildern eines Fernsehbildes
WO2018153987A1 (de) Anordnung zur ausleuchtung und aufzeichnung einer bewegten szene
DE102011081405B4 (de) Bildsensor, Abbildungsvorrichtung und Verfahren für einen Bildsensor
WO2007134473A1 (de) Bildaufnehmer mit lokaler adaptiver belichtungsregelung
WO2018154002A1 (de) Verfahren zum betreiben eines kamera-systems und kamera-system
DE19619186C1 (de) Verfahren sowie System zur Erstellung eines Bildes
DE102017103660B4 (de) Verfahren zum betrieb einer lichtquelle für eine kamera, lichtquelle, kamera
EP1241441A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Aufnehmen von Luftbildern für die Luftbildaufklärung
EP3137863B1 (de) Sensoranordnung zum erfassen ortsaufgelöster photometrischer daten
DE112022003407T5 (de) Pixelanordnung, pixelmatrix, bildsensor und verfahren zum betrieb einer pixelanordnung
EP1547368B1 (de) Verfahren zum betreiben einer optoelektronischen sensorvorrichtung
DE102020104634B4 (de) Verfahren zum Auslesen von Bilddaten und zum Erfassen eines Objekts, Bildaufnahmevorrichtung und Lichtscheibenmikroskop
DE102022207783A1 (de) Pixelsensor mit pulsweitenmodulation

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18708622

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R225

Ref document number: 112018000978

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18708622

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1