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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für den Betrieb einer Beleuchtungseinrichtung und insbesondere einer Kameravorrichtung, eine Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs einer Beleuchtungseinrichtung und insbesondere einer Kameravorrichtung sowie einer Kameravorrichtung als solche.
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Kameravorrichtungen werden häufig mit Beleuchtungseinrichtungen ausgestattet, zum Beispiel so genannten Blitzlichtern, um bei ungenügender Ausleuchtung des Sichtfeldes der Kameravorrichtung das Sichtfeld zusätzlich auszuleuchten und mithin die Qualität der optischen Abbildung zu verbessern.
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Herkömmliche Blitzlichter können jedoch lokale Lichtverhältnisse in Teilbereichen des Sichtfeldes höchstens pauschal, also zum Beispiel über das gesamte Sichtfeld gemittelt, berücksichtigen. Damit kann nicht allen Lichtverhältnissen, die im Sichtfeld herrschen können, geeignet begegnet werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren für den Betrieb einer Beleuchtungseinrichtung einer Kameraeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass auch lokale Lichtverhältnisse in einem auszuleuchtenden Sichtfeld zur Verbesserung der Bildqualität auch lokal berücksichtigt einfließen können. Dies wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass ein Verfahren für den Betrieb einer Beleuchtungseinrichtung einer zu Grunde liegenden Kameravorrichtung zum Ausleuchten zumindest eines Teils eines Sichtfeldes der Kameravorrichtung geschaffen wird, bei welchem durch die Beleuchtungseinrichtung ein oder mehrere Bereiche des Sichtfeldes der zu Grunde liegenden Kameravorrichtung oder des Teils davon steuerbar selektiv mit Primärlicht ausgeleuchtet werden. Durch die Steuerbarkeit und Selektivität der Ausleuchtung des Sichtfeldes durch die Beleuchtungseinrichtung können die Geometrie des Sichtfeldes und/oder die vor der Ausleuchtung bereits vorliegenden Lichtverhältnisse im Sichtfeld bei der zusätzlichen Ausleuchtung auch lokal berücksichtigt werden.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Zur steuerbaren und selektiven Ausleuchtung des Sichtfeldes können unterschiedliche Parameter des mit dem Ausleuchten zusätzlich aufzuprägenden Licht- oder Strahlungsfeldes variiert und angepasst werden.
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So ist es bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass beim steuerbaren und selektiven Ausleuchten für einen jeweiligen Bereich des Sichtfeldes das Spektrum, die Intensität und/oder die Beleuchtungsdauer des Primärlichts steuerbar selektiv eingestellt werden, insbesondere in Bezug auf ihren zeitlichen Verlauf.
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Neben den Parametern des Sichtfeldes können auch die Formen der Beaufschlagung des Sichtfeldes mit dem zusätzlichen Lichtfeld entsprechend angepasst werden, insbesondere also der Modus, mit welchem zusätzliches Primärlicht erzeugt und/oder in das Sichtfeld ausgesandt wird.
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Bei einer entsprechenden Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass beim steuerbaren selektiven Ausleuchten das Sichtfeld oder der Teil oder die jeweiligen Bereiche abtastend ausgeleuchtet werden, also nach dem Prinzip des Scannens, bei welchem ein Lichtstrahl oder ein Strahlenbündel des Primärlichts zeilen- und/oder spaltenweise den jeweiligen auszuleuchtenden Bereich überstreicht.
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Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, dass welchem beim steuerbaren selektiven Ausleuchten das Sichtfeld oder der Teil oder die jeweiligen Bereiche blitzartig nach dem Flashprinzip ausgeleuchtet werden.
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Beim Abtasten, wie beim Scannen können sämtliche Parameter des Strahlungsfeldes räumlich lokal und zeitlich angepasst werden, nämlich das Spektrum, die Lichtintensität und die Beleuchtungs- oder Bestrahlungsdauer.
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Je nach Anwendungsfall kann eine einzelne Lichtquelle für das Ausleuchten zum Einsatz kommen oder alternativ eine Mehrzahl von Lichtquellen.
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Jede einzelne zum Einsatz gebrachte Lichtquelle kann jeweils zur selektiven Steuerung des Ausleuchtens in ihren Betriebsparametern und folglich hinsichtlich Spektrum, Lichtintensität - auch spektral betrachtet - und Leuchtdauer individuell eingestellt werden, vorzugsweise ggf. auch ohne den Einsatz von Filtern, Blenden oder dergleichen .
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Auch der Betriebsmodus oder Beleuchtungsmodus einer jeweiligen Lichtquelle kann entsprechend ausgewählt und/oder gesteuert werden, sei dies der Betrieb nach Art eines Blitzlichts, also nach dem Flashprinzip, oder nach Art des Abtastens oder Scannens.
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Die Betriebsmodi können auch miteinander kombiniert werden, indem zum Beispiel einzelne Lichtquellen oder Gruppen von Lichtquellen bestimmten Segmenten des auszuleuchtenden Sichtfeldes zugeordnet werden und die Lichtquelle dann jeweils das zugeordnete Segment entweder nach Art eines Blitzlichts beleuchtet oder nach Art des Scanprinzips.
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Insbesondere ist es denkbar, dass beim steuerbaren selektiven Ausleuchten Primärlicht über eine Spiegelanordnung mit einem oder mit mehreren Ablenkspiegeln und insbesondere über eindimensional oder zweidimensional bewegliche und insbesondere verschwenkbare Mikrospiegel und/oder über eine Mehrzahl jeweiligen Bereichen des Sichtfeldes zugeordneter Lichtquellen steuerbar selektiv erzeugt und/oder in das Sichtfeld ausgesandt wird.
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Zur Erzeugung entsprechender spektraler Verteilungen können unterschiedliche Prinzipien herangezogen werden.
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So ist es denkbar, dass zum Erzeugen eines Spektrums im Primärlicht mindestens eine in ihrer Wellenlänge steuerbar durchstimmbare Lichtquelle verwendet wird.
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Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Lichtquellen mit ihrem jeweiligen Spektrum - insbesondere nach einem RGB-Schema - zum Primärlicht gesteuert optisch überlagert wird.
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Neben dem RGB-Schema können auch andere Farbschemata zum Einsatz kommen.
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Zur Steigerung der Genauigkeit und der Flexibilität beim erfindungsgemäßen Betrieb einer Beleuchtungseinrichtung einer Kameravorrichtung kann in vorteilhafter Weise auf das im Sichtfeld vor einer Ausleuchtung mit zusätzlichem Primärlicht bereits vorliegende Lichtfeld zurückgegriffen werden.
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So ist es von besonderem Vorteil, wenn vor und/oder während eines Ausleuchtens des Sichtfeldes oder des Teils davon aus dem Sichtfeld oder dem Teil davon einfallendes Sekundärlicht durch Messung erfasst und insbesondere bewertet wird.
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Unter diesen Umständen kann es zusätzlich vorgesehen sein, dass die Steuerung des Ausleuchtens des Sichtfeldes oder des Teils davon auf der Grundlage der Messung und insbesondere der Bewertung erfolgt.
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Denkbar ist dabei insbesondere die Untersuchung des Sichtfeldes nach Art einer Vorbelichtung oder Vorabbelichtung, nämlich zunächst im Wesentlichen ohne Erzeugen eines Bildes oder nur eines Vorabbildes zur Zwischenanalyse, um dann beim endgültigen Ausleuchten des Sichtfeldes zur Erzeugung eines finalen Bildes ein entsprechend ausgestaltetes Lichtfeld mit dem zu erzeugenden Primärlicht bereitzustellen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren auch ein Verfahren für den Betrieb einer Kameravorrichtung. Dabei ist die Kameravorrichtung ausgebildet mit einer Beleuchtungseinrichtung zum Ausleuchten zumindest eines Teils eines Sichtfeldes der Kameravorrichtung und mit einer Empfangseinrichtung zum Empfangen aus dem Sichtfeld einfallenden Sekundärlichts. Der Betrieb der Kameravorrichtung erfolgt auf der Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern der Beleuchtungseinrichtung.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens für den Betrieb einer Kameravorrichtung erfolgt die Steuerung der Empfangseinrichtung in Abstimmung mit der Steuerung der Beleuchtungseinrichtung, insbesondere hinsichtlich des Beginns und/oder des Endes einer Verschlussöffnungszeit, einer Blende und/oder hinsichtlich des Beginns und/oder des Endes des Aktivierens und/oder Einlesens in eine Bildspeichereinrichtung.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs einer Beleuchtungseinrichtung einer zu Grunde liegenden Kameravorrichtung und/oder der Kameravorrichtung insgesamt. Die Steuereinrichtung ist dabei eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern einer Beleuchtungseinrichtung oder einer Kameravorrichtung insgesamt auszuführen oder bei einem solchen Verfahren verwendet zu werden.
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Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere auch eine Kameravorrichtung, welche ausgebildet ist mit einer Beleuchtungseinrichtung zum Ausleuchten zumindest eines Teils eines Sichtfeldes der Kameravorrichtung mit Primärlicht, mit einer Empfangseinrichtung zum Empfangen aus dem Sichtfeld einfallenden Sekundärlichts und dadurch zum optischen Abbilden einer Szene im Sichtfeld und mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung, welche zur erfindungsgemäßen Steuerung des Betriebs der Beleuchtungseinrichtung und insbesondere der Kameravorrichtung insgesamt eingerichtet und ausgebildet ist.
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Figurenliste
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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.
- 1 ist eine schematische Ansicht, welches eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kameravorrichtung und deren Betrieb beschreibt.
- 2 zeigt ein Sichtfeld mit einer möglichen Unterteilung in Bereiche und veranschaulicht deren mögliche erfindungsgemäße Ausleuchtung mit Primärlicht.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 und 2 Ausführungsbeispiele der Erfindung und der technische Hintergrund im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.
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Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
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1 ist eine schematische Ansicht, welches eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kameravorrichtung 1 und deren Betrieb beschreibt.
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Die Kameravorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform in 1 weist ein Gehäuse 10 auf, in welchem eine Beleuchtungseinrichtung 60, eine Empfangseinrichtung 30 mit einem Objektiv 31 und Steuerelemente mit einer Steuereinrichtung 40, einer Einstelleinrichtung 41 und einem Auslöser 42 auf, welche über einen Steuerbus 45 miteinander verbunden sind, und zwar zusammen mit einer Verbindung mit dem Empfangsbereich 30 und dem objektiv 31 sowie zusammen mit einer Verbindung zur Beleuchtungseinrichtung 60.
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Die Steuereinrichtung 40 steuert unter anderem den Betrieb der Beleuchtungseinrichtung 60 und insbesondere den Betrieb einer oder mehrerer darin enthaltene Lichtquellen, die hier nicht einzeln dargestellt sind, und zwar hinsichtlich ihrer Lichtintensität, ihrer Leuchtdauer und/oder ihres Spektrums. Gegebenenfalls vorgesehene Ablenkeinrichtungen, zum Beispiel eindimensional oder zweidimensional auslenkbare Mikrospiegel oder dergleichen und deren Antrieb, können gegebenenfalls auch durch die Steuereinrichtung 40 steuerbar sein.
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Die Beleuchtungseinrichtung 60 ist dazu ausgebildet, das Sichtfeld 50 der Kameravorrichtung 1 mit Primärlicht 57 steuerbar auszuleuchten.
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Im Sichtfeld 50 befindet sich eine Szene 53 mit verschiedenen Objekten 52-1, 52-2, 52-3. Ziel der Kameravorrichtung 1 ist die optische Abbildung der Szene 53 aus dem Sichtfeld 50 durch Aufnahme von Sekundärlicht 58 aus dem Sichtfeld 50.
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Es kann die Belichtungseinrichtung 60 genutzt werden, um - zusätzlich zum Umgebungslicht - Primärlicht 57 aktiv in das Sichtfeld 50 einzustrahlen. Das Ausleuchten kann nach dem Prinzip eines Blitzlichts, nach dem Abtastprinzip oder in Kombination beider Verfahren erfolgen.
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In 1 ist das Scan- oder Abtastprinzip erläutert, bei welchem der Strahl des Primärlichts 57 entlang einer Trajektorie 55 zeilen- und/oder spaltenweise das Sichtfeld 50 überstreicht. Das zurückgeworfene Sekundärlicht 58 wird im Objektiv 31 und in weiteren Einrichtungen der Empfangseinrichtung 30 aufgefangen und bildlich umgesetzt.
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Die Graphen 70 und 80 mit an den Abszissen 71, 81 aufgetragenen Werten der y- bzw. der x-Koordinaten und an den Ordinaten 72, 82 aufgetragenen ortsabhängigen Werten der Lichtintensität I(x), I(y) zeigen in den Spuren 73, 83 den Verlauf der jeweiligen Intensität entlang einer Zeile oder Spalte, und zwar jeweils mit einem deutlichen Maximum im Bereich des Objekts 52-3, welches die Sonne darstellen soll.
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Erfindungsgemäß kann das Primärlicht 57 der Beleuchtungseinrichtung 60 der Kameravorrichtung 1 genutzt werden, um zusätzlich zum Licht der Sonne eine Beleuchtung der Szene 53 im Sichtfeld 50 der Kameravorrichtung 1 zu bewirken.
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Erfindungsgemäß kann dadurch zum Beispiel der Verlauf 73, 83 der Intensitäten I(y) und I(x) zu einem kompensierten Verlauf 74, 84 modifiziert werden, um dadurch eine bessere Gesamtausleuchtung der Szene 53 im Sichtfeld 50 für ein optisches Abbilden zu erhalten.
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2 zeigt ein Beispiel für ein Sichtfeld 50 mit einer möglichen Unterteilung in Bereiche 50-1, 50-2, 50-3 und veranschaulicht deren mögliche erfindungsgemäße Ausleuchtung mit Primärlicht 57, wobei es sich im Teilbereich 50-1 um einen dunklen Bereich, beim Teilbereich 50-2 um einen sehr hellen Bereich und beim Teilbereich 50-3 um einen Bereich mit mittlerer Helligkeit handeln kann.
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Die Teilbereiche 50-1 bis 50-3 des Sichtfeldes 50 können durch Überlagerung von Spalten und Zeilen bei Verwendung eines eindimensional oder zweidimensional arbeitenden Mikrospiegels erhalten werden.
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Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:
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Die Bildfeldausleuchtung wird bei Fotokameras 1 bisher durch flächige Beleuchtung durch einen Weißlichtblitz gelöst. Dabei kann die tatsächliche Beleuchtungssituation der Umgebung nicht in vollem Umfang berücksichtigt werden, insbesondere im Hinblick auf jeweils lokal gegebene Lichtverhältnisse.
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Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine präzise Regelung der lokalen Bildausleuchtung, insbesondere durch eine additive Überlagerung der vorhandenen Beleuchtungsintensität mittels einer aktiven scannenden und/oder Scannens betriebenen Lichtquelle.
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Dabei erfolgt zum Beispiel die Ablenkung der aktiven Beleuchtung mit Hilfe eines eindimensionalen oder zweidimensionalen Mikrospiegels, also eines Mikrospiegels der entlang einer Linie oder in einer Ebene ausgelenkt wird. Die Beleuchtung des Mikrospiegels kann dabei sowohl durch eine Weißlichtquelle als auch durch einzeln ansteuerbare RGB-Quellen erfolgen, zum Beispiel zur Farbkompensation oder zum Erzielen künstlerischer Effekte.
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Durch jede Winkelstellung der Spiegel werden ein entsprechender Raumbereich und damit zumindest ein Teil des Sichtfeldes 50 einer zu Grunde liegenden Kameravorrichtung 1 ausgeleuchtet. Der Raumbereich ist über den Strahl- und Spiegeldurchmesser einstellbar. Dies ist für den Hauptanwendungsfall z.B. durch einen kollimierten Laser erreichbar. Alternativ kann eine Fokussierung in einer gewissen Ebene erfolgen. Dabei können die Fokusebene senderseitig sowie die gewählte Tiefenschärfe senderseitig mit der Brennebene und Tiefenschärfe des Empfangspfads kombiniert werden.
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Neben einer Homogenisierung der Bildfeldausleuchtung können durch die Erfindung auch künstlerische Effekte realisiert werden. Beispielsweise das Betonen gewisser Bildbereiche oder die einfarbige Ausleuchtung bestimmter Orte im zu fotografierenden Motiv.
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Im Gegensatz zur herkömmlichen flächigen und damit letztlich pauschalen Bildfeldausleuchtung wird hier der Bildbereich abtastend oder scannend oder auf andere Weise selektiv beleuchtet. Damit sind ein jeweiliger Sichtfeldbereich und insbesondere auch jeder einzelne Bildpunkt oder Bildbereich einzeln anwählbar und somit einzeln in Beleuchtungsintensität, Beleuchtungsdauer und Farbe einstellbar.
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Als Vorteile stellen sich unter anderem ein:
- - eine mögliche Homogenisierung der Bildausleuchtung, gemäß 1 mit einer Kompensation der Sonnenkurve 73, 83, also der Spektralverteilung, die durch die Sonnenstrahlung gegeben ist, durch eine oder mit einer alternativen Beleuchtungskurve 73, 84 und/oder mit einer Reduzierung der Gesamthelligkeit dann über die Blende und/oder die Verschlussdauer,
- - die Ausbildung künstlerischer Effekte, zum Beispiel farbig oder weiß und/oder mit lokalen Einfärbung des Sichtfeldes 50,
- - die Möglichkeit der Projektion virtueller Inhalte, zum Beispiel im Sinne von Picoprojektoren oder BST,
- - die Möglichkeit einer besonders starken Ausleuchtung gewisser Bereiche des Sichtfeldes und damit bestimmter Bildbereiche, um das Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR) zu verbessern, wodurch sich ein verbesserter Einsatz des Zoomens ergibt, und
- - ein verbessertes Fotografieren unter schlechten Lichtverhältnissen, also in dunklen Sichtfeldern 50.
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In weiteren Ausführungsformen können zusätzlich oder alternativ folgende technische Aspekte einzeln oder in Kombination miteinander aufgegriffen werden:
- - Wie unter anderem in 2 dargestellt ist, können zwei jeweils eindimensional abtastende oder scannende Spiegel eingesetzt werden, die jeweils eine Spalte bzw. Zeile abtasten oder scannen. Der Überlapp der Spalten und Zeilen mit den jeweiligen Intensitäten ergibt dann lokal Bereiche im Sichtfeld und somit im Bild und insbesondere Punkte, die eine gewünschte Intensität mit einer entsprechenden Spektralverteilung aufweisen.
- - Denkbar ist Verwendung bei Kameras von Mobiltelefonen bei denen Beleuchtung/Blitz besonders kritisch ist, nämlich wegen der vergleichsweise geringen Austrittsapertur. Beim erfindungsgemäßen Vorgehen ist eine geringere Austrittsapertur möglich als bei üblichen Blitzen.
- - Denkbar ist auch die Anpassung der Abtastwinkel oder Scanwinkel, um die notwendige Verschlusszeit abzusenken (Region of Interest), und zwar mit der Folge der Möglichkeit einer höheren Bilderrate auf der Empfangsseitig. Dies ermöglicht das Erstellen von Fotos in Bewegung oder von Actionfotos.
- - Denkbar ist auch Ausführung als Flashquelle, z.B. mit einer Anordnung oder einem Array aus einzelnen Emittern, zum Beispiel Laseremittern, und zwar anstelle des Vorgehens mit einem Abtasten oder Scannen.
- - Denkbar ist auch eine Ausführungsform als Spotlight, nämlich mit einem automatischen Verfolgen eines bestimmten Bereichs oder Punkts im Sichtfeld, des hellsten Bereichs oder Punkts, um ihn zusätzlich zu beleuchten, zum Beispiel auch in ihren verfolgenden Bewegung.
