Title:
Verfahren zum Betreiben eines Kamera-Systems und Kamera-System
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

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) dient zur 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. embedded image





Inventors:
Baumheinrich, Thorsten Frank, Dr. (84032, Altdorf, DE)
Perälä, Mikko (93105, Tegernheim, DE)
Queren, Désirée, Dr. (93073, Neutraubling, DE)
Application Number:
DE102017103882A
Publication Date:
08/30/2018
Filing Date:
02/24/2017
Assignee:
OSRAM Opto Semiconductors GmbH, 93055 (DE)
International Classes:
H04N5/235; G03B15/05
Foreign References:
20050178950
Attorney, Agent or Firm:
Epping Hermann Fischer Patentanwaltsgesellschaft mbH, 80639, München, DE
Claims:
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 die Strahlungsquelle (2) als Blitzlicht dient.

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 5 und 6, 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 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 auszuführen.

Description:

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 106 Bildelemente.

Der Bildsensor umfasst beispielsweise einen pixelierten Halbleiterchip, wobei jedes Bildelement einen pn-Übergang aufweist. 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 106 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.

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.

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 ‰ 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 µs oder höchstens 100 ns. Alternativ oder zusätzlich beträgt der zeitliche Abstand zumindest 1 ns oder zumindest 500 ns oder zumindest 1 µs.

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 µs. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Belichtungszeit jeder einzelnen Teilmenge der Bildelemente zumindest 1 µs 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 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:

  • 1A bis 1D Ausführungsbeispiele eines Kamera-Systems in verschiedenen Ansichten,
  • 2A bis 2D, 3A und 3B verschiedene Positionen in Ausführungsbeispielen eines Verfahrens zum Betreiben des Kamera-Systems,
  • 4A, 4B, 5A bis 5C sowie 6A, 6B verschiedene Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zum Betreiben des Kamera-Systems.

In 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 10×10-Matrix angeordnet. Tatsächlich kann der Bildsensor 1 wesentlich mehr als zehn Bildelemente 10, beispielsweise mehr als 106 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 10×10-Matrix angeordnet, wobei auch Strahlungsquellen 2 mit weniger oder wesentlich mehr Strahlungselementen 20 denkbar sind.

Die Strahlungsquelle 2 ist in 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 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 1B, 1C und 1D zeigen jeweils die Strahlungsquelle 2 und den zugehörigen integrierten Schaltkreis 3.

In 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 1C 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 1C 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 1C dargestellt sind, können diese Einheiten auch in jedem anderen integrierten Schaltkreis der Ausführungsbeispiele vorhanden sein.

Im Ausführungsbeispiel der 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 2A ist eine Position in einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Betrieb des Kamera-Systems 100 dargestellt. Die 2A zeigt das Kamera-System 100 zu einem Zeitpunkt t1, 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 2B ist eine Position in dem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zu einem späteren Zeitpunkt t10 dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt t10 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 t1 und t10 sind zum Beispiel Zeitpunkte während der Aufnahme eines einzigen Bildes, zum Beispiel der erste und der letzte Zeitpunkt während der Aufnahme.

In der 2C ist eine schematische Darstellung des Ablaufs des Ausführungsbeispiels des Verfahrens gezeigt. Mit dem in 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 t1, der auch in 2A dargestellt ist, wird die erste Teilmenge 11 der Bildelemente 10 aktiviert. Die zugeordnete erste Teilmenge 21 der Strahlungselemente 21 ist zum Zeitpunkt t1 bereits aktiviert. Zu einem späteren Zeitpunkt t2 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 t2 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 t2 aktiviert.

Zum Zeitpunkt t10, der auch in 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 t10 werden auch diese deaktiviert und die Aufnahme des Bildes wird beendet.

Aus der 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 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 2D ist illustriert, wie sich während des im Zusammenhang mit den 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 3A und 3B sind dieselben Positionen in einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wie in den 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 4A und 4B ist eine schematische Darstellung des Verfahrens wie in 2C gezeigt. Bei dem in 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 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 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 5C dargestellt.

In dem Ausführungsbeispiel des Verfahrens der 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 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 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 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 6A und 6B ist ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zu zwei verschiedenen Zeitpunkten t1 und t2 gezeigt. Mit dem in dem Ausführungsbeispiel der 6A und 6B gezeigten Verfahren wird ein Bild 4 aufgenommen, das zum Beispiel eine Familie aus vier Personen umfasst.

In der 6A wird zum Zeitpunkt t1 mit dem Bildsensor 1 nur der rechte Teilbereich 40 des Bildes 4 aufgenommen. Dazu ist zum Zeitpunkt t1 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 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.

Bezugszeichenliste

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