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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kameravorrichtung zum Erzeugen eines digitalen Bildes und ein Verfahren zum Betreiben der Kameravorrichtung.
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Stand der Technik
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Die Druckschrift
DE 10 2008 031 243 B4 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung von DRI, dynamic range imaging "Dynamikumfang Bild", oder HDR-Bildaufnahmen, High Dynamic Range Image „Bild mit hohem Dynamikumfang“, bei dem unterschiedlich belichtete Einzelbilder durch Bildbearbeitung zu einer HDR-Bildaufnahme zusammengefügt werden, wobei die Belichtung mittels Laserstrahlung mit unterschiedlicher Intensität erfolgt, wobei Laserstrahlung mit unterschiedlicher Wellenlänge derart erzeugt wird, dass die Teilstrahlungen aus unterschiedlichen Wellenlängen jeweils mit bestimmten unterschiedlichen Intensitäten abgestrahlt werden, und die so erzeugte Laserstrahlung auf ein aufzunehmendes Objekt gerichtet wird und wobei die von dem mit der Laserstrahlung belichteten Objekt reflektierte Strahlung nach Wellenlängen getrennt aufgenommen wird, um so Einzelbilder mit unterschiedlicher Beleuchtungsintensität zu erzeugen.
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Die
DE 10 2008 052 679 A1 beschreibt einen Digitalkamerasensor, eine Digitalkamera sowie ein Verfahren zum Aufnehmen eines Kamerabildes. Bei dem dort beschriebenen Aufnahmeverfahren für ein Kamerabild mit einer Digitalkamera, die einen Digitalkamerasensor und ein Mittel zur Belichtung des Digitalkamerasensors über eine vorgegebene Belichtungszeit umfasst, kann die Dynamik dadurch erhöht werden, dass während der vorgegebenen Belichtungszeit sequentiell wenigstens zwei Teilbilder von dem Digitalkamerasensor aufgenommen werden, die anschließend zu einem Gesamtbild zusammengeführt werden.
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Die
EP 2 095 628 B1 beschreibt eine Belichtungsregelung für HDR-Kameras. Die Belichtungssteuerung umfasst die Steuerung von Bildwandlern, sowohl solche, die eine lineare Empfindlichkeit über den gesamten Beleuchtungsbereich aufweisen, auch solche die eine hohe Empfindlichkeit bei niedrigen Beleuchtungsniveaus und eine niedrige Empfindlichkeit bei hohen Beleuchtungsniveaus aufweisen.
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Die
DE 10 2006 061 658 A1 beschreibt eine Belichtungsregelung für HDR-Kameras und ein Verfahren zur Anpassung der Empfindlichkeitskennlinie eines Bildwandlers an die Lichtintensitätsverteilung eines auf die fotosensitive Fläche eines Bildwandlers projizierten optischen Bildes. Das Verfahren weist Schritte zum Erstellen einer Häufigkeitsverteilung der Bildsignale des von dem Bildwandler umgewandelten optischen Bildes auf sowie Schritte zum Bestimmen von einem oder mehreren Quantitäten der Häufigkeitsverteilung der Bildsignalwerte und Schritte zum Erstellen eines angepassten Parametersatzes von Einstellwertes des Bildwandlers auf der Grundlage des oder der bestimmten Quantitäten der Häufigkeitsverteilung.
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Die Druckschrift
DE 10 2009 001 518 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung einer Videobildfolge mit hohem Dynamikbereich, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer ersten Videobildfolge mit zeitlich aufeinander folgenden Teilbildfolgen, wobei jede Teilbildfolge n, mit n > 2, Bilder mit unterschiedlichen Belichtungen und unterschiedlichen Bewegungsphasen aufweist, wobei ein Anwenden eine Bewegungsschätzung auf die erste Videobildfolge und ein Interpolieren einer bewegungskompensierten Teilbildfolge zu jeder der Teilbildfolgen durchgeführt wird, wobei die Bilder der bewegungskompensierten Teilbildfolgen dieselben Bewegungsphasen besitzen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Kameravorrichtung zum Erzeugen eines digitalen Bildes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 zum Betrieb der Kameravorrichtung bereitgestellt.
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Die erfindungsgemäße Kameravorrichtung umfasst eine Objektiveinrichtung, welche eingangs eines Strahlenganges der Kameravorrichtung angeordnet ist und zur Erzeugung von optischen Abbildungen auf einer Bildebene ausgebildet ist, eine Strahlteilungseinrichtung, welche im Strahlengang zwischen der Objektiveinrichtung und der Bildebene angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, einen eintretenden Lichtstrahl in mindestens zwei austretenden Teilstrahlen zu trennen, eine steuerbare Filtereinrichtung, welche im Strahlengang zwischen der Strahlteilungseinrichtung und der Bildebene angeordnet ist und die für jeden der mindestens zwei austretenden Teilstrahlen einen optischen Filter aufweist und die dazu ausgelegt ist, die Lichtmenge eines jeden der mindestens zwei austretenden Teilstrahlen mittels der optischen Filter zu steuern, und eine Bildsensoreinrichtung mit der Bildebene, welche dazu ausgelegt ist, die optischen Abbildungen mit einer durch die gesteuerte Lichtmenge der mindestens zwei Teilstrahlen vorgegebenen Belichtung zu erfassen und das digitale Bild aus ausgewählten Teilbereichen der erfassten optischen Abbildungen zu erzeugen.
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Ferner wird ein Verfahren bereitgestellt, zum Aufnehmen eines digitalen Bildes, wobei ein Erzeugen von optischen Abbildungen auf einer Bildebene durch eine eingangs eines Strahlenganges der Kameravorrichtung angeordnete Objektiveinrichtung erfolgt, ein Trennen eines in einer Strahlteilungseinrichtung eintretenden Lichtstrahls in mindestens zwei austretende Teilstrahlen vorgenommen wird und ein Steuern einer Lichtmenge eines jeden der mindestens zwei austretenden Teilstrahlen durch eine optische Filter aufweisende steuerbare Filtereinrichtung erfolgt und ein Erfassen der auf der Bildebene erzeugten optischen Abbildungen mit einer durch die gesteuerte Lichtmenge der jeweiligen Teilstrahlen vorgegebenen Belichtung durch eine Bildsensoreinrichtung und eine Zusammenfügung der erfassten optischen Abbildungen durch die Bildsensoreinrichtung zu dem digitalen Bild erfolgt.
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Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Minimierung von Bewegungsartefakten hinsichtlich unterschiedlicher Belichtungszeiten von Teilbereichen des digitalen Bildes erreicht wird und dadurch eine verbesserte Bildverarbeitung des aufgenommenen Abbildes und eine verbesserte Analyse und Bilderkennung des digitalen Bildes mit erhöhter Objekterkennungsquote durchgeführt werden kann.
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Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die erfindungsgemäße Kameravorrichtung auf der Basis von parallel und gleichzeitig aufgenommen Teilbildern, welche eine unterschiedliche Belichtung aber dennoch gleiche Belichtungszeiten aufweisen, eine Aufnahme eines digitalen Bildes mit hohem dynamischen Umfang erzeugen kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Kameravorrichtung ist die Bildsensoreinrichtung dazu ausgelegt, Teilbereiche des digitalen Bildes zu bestimmen und die von den optischen Filtern gesteuerte Lichtmenge für einen der Teilstrahlen anhand einer vorgegebenen Belichtung für einen der bestimmten Teilbereiche vorzugeben.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Kameravorrichtung ist die Objektiveinrichtung als Linsenobjektiv oder als Spiegellinsenobjektiv ausgeführt. Dadurch wird es ermöglicht, unterschiedliche Anforderungen an die Bildqualität zu erfüllen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Kameravorrichtung ist die Strahlteilungseinrichtung als halbdurchlässiger Spiegel oder als Polwürfel ausgeführt. Dies erlaubt die verlustfreie Teilung der Lichtstrahlen im Strahlengang der Kameravorrichtung.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Kameravorrichtung ist die Strahlteilungseinrichtung als Strahleilungselement mit mindestens zwei halbdurchlässigen Spiegeln oder mindestens zwei Polwürfeln oder mindesten einem halbdurchlässigen Spiegel und mindestens einem Polwürfel ausgeführt, wobei die Strahleilungselemente in einer Kaskadierung angeordnet sind. Dies ermöglicht, eine beliebige Anzahl von optischen Abbildungen auf der Bildebene zu erzeugen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Kameravorrichtung ist die steuerbare Filtereinrichtung dazu ausgelegt, während einer Aufnahme die Lichtmenge eines jeden der mindestens zwei austretenden Teilstrahlen zu ändern.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Kameravorrichtung sind die optischen Filter als einstellbare Graufilter ausgelegt und ein Grad einer Transparenz eines jeden optischen Filters ist von der steuerbaren Filtereinrichtung einstellbar.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Kameravorrichtung ist die Bildsensoreinrichtung dazu ausgelegt, jeweils optimal belichtete Teilbereiche der erfassten optischen Abbildungen zu dem digitalen Bild zusammenzuführen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden Teilbereiche des digitalen Bildes durch die Bildsensoreinrichtung bestimmt und die von den optischen Filtern eingestellte Lichtmenge wird anhand einer für einen der Teilbereiche vorgegebenen Belichtung durch die Bildsensoreinrichtung bestimmt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Kameravorrichtung zum Erzeugen eines digitalen Bildes gemäß einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung einer Kameravorrichtung zum Erzeugen eines digitalen Bildes gemäß einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 eine schematische Darstellung eines von einer Kameravorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgenommen digitalen Bildes;
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4 eine schematische Darstellung eines Zusammenfügens von Teilbereichen von aufgenommen Abbildern; und
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5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines digitalen Bildes gemäß einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 zeigt eine Kameravorrichtung 10 zum Erzeugen eines digitalen Bildes. Beispielsweise umfasst die Kameravorrichtung 10 ein Eintrittsfenster 15, durch welches das Licht des abzubildenden Objektes in die Kameravorrichtung 10 eintritt, wobei sich das abzubildende Objekt innerhalb des durch einen Strahlengang 50 definierten Blickfeldes der Kameravorrichtung 10 befindet.
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Ferner ist beispielsweise eingangs des Strahlenganges 50 der Kameravorrichtung 10 eine Objekteinrichtung 40 angeordnet, welche als ein sammelndes optisches System ausgebildet ist und welches eine reelle optische Abbildung eines Gegenstandes oder eines Objektes erzeugt. Die Objektiveinrichtung 40 ist beispielsweise als Normalobjektiv, als Tele- bzw. Fernobjektiv, als Weitwinkelobjektiv oder als Fischaugenobjektiv ausgeführt und umfasst eine erste Linse 43 und eine zweite Linse 42, welche beispielsweise als bikonvexe, plankonvexe oder konkav-konvexe Sammellinsen ausgebildet sind.
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Im Strahlengang 50 nachfolgend zu der Objekteinrichtung 40 ist eine Strahlteilungseinrichtung 60 angeordnet. Die Strahlteilungseinrichtung 60 ist dazu ausgelegt, einen eintretenden Lichtstrahl 51 in mindestens zwei austretende Teilstrahlen 52a, 52b zu trennen.
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Beispielsweise weist die Strahlteilungseinrichtung 60 mehrere Strahlteilungselemente auf wie beispielsweise halbdurchlässige Spiegel oder Polwürfel, wobei die Strahlteilungselemente in einer Kaskadierung angeordnet sind, um den eintretenden Lichtstrahl 51 in eine beliebige Anzahl austretender Teilstrahlen 52a, 52b zu teilen.
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Im weiteren Verlauf des Strahlengangs 50 ist beispielsweise eine steuerbare Filtereinrichtung 30 angeordnet, welche für jeden der mindestens zwei austretenden Teilstrahlen 52a, 52b einen optischen Filter 35a, 35b aufweist. Die steuerbare Filtereinrichtung 30 ist dazu ausgelegt ist, die Lichtmenge eines jeden der mindestens zwei austretenden Teilstrahlen 52a, 52b mittels der optischen Filter 35a, 35b zu steuern, wobei ein Grad einer Transparenz der optischen Filter 35a, 35b durch die Filtereinrichtung eingestellt wird. Die optischen Filter 35a, 35b sind beispielsweise als einstellbare Graufilter oder als Neutraldichtefilter ausgelegt, wobei beispielsweise eine elektrisch schaltbare Schadt-Helfrich Zelle auf Basis eines Flüssigkristalls oder ein sonstiges elektrisch schaltbares Lichtventil als optischer Filter 35a, 35b verwendet wird.
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Im weiteren Verlauf wird der aufgeteilte Strahlengang 50 über zwei Umlenkspiegel 31, 32 auf zwei unterschiedliche optische Abbildungen 62a, 62b auf einer Bildebene 70 projiziert. Die Umlenkspiegel 31, 32 sind beispielsweise als optische Spiegel oder Planspiegel ausgeführt. Die Bildebene 70 ist an der Oberfläche einer Bildsensoreinrichtung 20 angeordnet gemäß einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die Bildsensoreinrichtung 20 umfasst beispielsweise einen ladungsgekoppelten Bildsensor oder einen CCD-Bildsensor und verarbeitet ein von dem CCD-Bildsensor empfangenes elektrisches Signal in einer integrierten Steuerungseinrichtung. Die Steuerungseinrichtung ist beispielsweise als Computer ausgeführt, der beispielsweise eine nicht dargestellte zentrale Verarbeitungseinheit, einen Direktzugriffsspeicher und einen Festwertspeicher aufweist. Die Bildsensoreinrichtung 20 kann jede einzelne auf die Bildebene 70 projizierte optische Abbildung 62a, 62b als digitales Abbild erfassen. Die in 1 gezeigte Bildsensoreinrichtung 20 ist auch zur Steuerung der steuerbaren Filtereinrichtung 30 der Kameravorrichtung 10 vorgesehen. Beispielsweise kann die Bildsensoreinrichtung 20 den Grad der Transparenz der optischen Filter 35a, 35b einstellen.
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Die Steuerungseinrichtung ist beispielsweise mit nicht dargestellten Helligkeitssensoren oder sonstigen Bildsensoren zur Erfassung der vorherrschenden Lichtstärke verbunden, welche zur Bestimmung der Lichtmenge von Teilbereichen des abzubildenden Objekts ausgebildet sind. Die Lichtmengen von Teilbereichen sind beispielsweise auch während der Aufnahme durch die Steuereinrichtung bestimmbar, wobei die Steuerungseinrichtung im Falle einer zu hohen oder zu niedrigen Lichtmenge eines Teilbereiches während der Aufnahme die Lichtmenge der Teilstrahlen 52a, 52b durch ein Einstellen der optischen Filter 35a, 35b regeln kann.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Kameravorrichtung zum Erzeugen eines digitalen Bildes gemäß einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die in 2 gezeigte Ausführungsform der Kameravorrichtung 10 verfügt über drei Teilstrahlen 52a, 52b, 52c im Strahlengang 50, welche drei optische Abbildungen 62a, 62b, 62c auf der Bildebene 70 erzeugen. Von der Bildsensoreinrichtung 20 werden die drei optischen Abbildungen 62a, 62b, 62c beispielsweise mit einer unterschiedlichen und von der Steuereinrichtung vorgegebenen Belichtung erfasst.
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Beispielsweise weist die Strahlteilungseinrichtung 60 Strahlteilungselemente auf, welche in einer Kaskadierung angeordnet sind, um den in die Strahlteilungseinrichtung 60 eintretenden Lichtstrahl 51 in drei austretende Teilstrahlen 52a, 52b, 52c zu teilen, deren Lichtmenge durch die optischen Filter 35a, 35b, 35c gesteuert wird.
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Weitere Bezugszeichen der 2 sind bereits in der Figurenbeschreibung der 1 beschrieben.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung eines von einer Kameravorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung aufgenommen digitalen Bildes.
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Die in einem Fahrzeug 101 im Frontbereich monierte Kameravorrichtung 10 bildet eine Straße S ab. Beispielsweise weist die Straße S zwei Fahrbahnränder 102, 103 auf, welche die Straße S begrenzen. Im Bereich oberhalb der Fahrbahnränder 102, 103 erstrecken sich zwei Teilbereiche TB1, TB2. Beispielsweise weisen die Teilbereiche TB1, TB2 des digitalen Bildes BB andere Lichtverhältnisse wie die Straße S auf und sind daher mit einer abweichenden Belichtung wie die Straße S von der Kameravorrichtung 10 abzubilden.
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Die 4 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung eines Zusammenfügens von Teilbereichen von aufgenommen Abbildern zu einem digitalen Bild.
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Beispielsweise wird ein erstes Abbild aus vier Teilbereiche A, B, C, D und ein zweites Abbild aus vier Teilbereiche E, F, G, H gebildet. Beispielsweise wählt nun die Steuerungseinrichtung der Bildsensoreinrichtung 20 aus den Teilbereichen A-H vier im Hinblick auf die Belichtung geeignete Teilbereiche A, B, G und H aus und bildet aus den vier ausgewählten Teilbereichen ein digitales Bild.
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Die 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines digitalen Abbildes gemäß einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In einem ersten Schritt des Verfahrens wird ein Erzeugen S1 von optischen Abbildungen 62a, 62b auf einer Bildebene 70 durch eine eingangs eines Strahlenganges 50 der Kameravorrichtung 10 angeordnete Objektiveinrichtung 40 vorgenommen.
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In einem zweiten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Trennen S2 eines in eine Strahlteilungseinrichtung 60 eintretenden Lichtstrahls 51 in mindestens zwei austretende Teilstrahlen 52a, 52b.
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In einem dritten Schritt des Verfahrens wird ein Steuern S3 einer Lichtmenge eines jeden der mindestens zwei austretenden Teilstrahlen 52a, 52b durch eine optische Filter 35a, 35b aufweisende steuerbare Filtereinrichtung 30 vorgenommen.
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In einem vierten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Erfassen S4 der auf der Bildebene 70 erzeugen optischen Abbildungen 62a, 62b mit einer durch die gesteuerte Lichtmenge der jeweiligen Teilstrahlen 52a, 52b vorgegebenen Belichtung durch eine Bildsensoreinrichtung 20 und Erzeugen des digitalen Bildes aus ausgewählten Teilbereichen der erfassten optischen Abbildungen 62a, 62b.
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Das Verfahren erlaubt, die von der Kameravorrichtung 10 aus sichtbaren Umgebungen, welche einen Dynamikumfang, Verhältnis von größter und kleinster Leuchtdichte, in der Größenordnung von 10.000:1 aufweisen, abzubilden ohne unterschiedliche Belichtungszeiten für einzelne Teilbereiche zu benötigen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008031243 B4 [0002]
- DE 102008052679 A1 [0003]
- EP 2095628 B1 [0004]
- DE 102006061658 A1 [0005]
- DE 102009001518 A1 [0006]
