Beschreibung / Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Belichtungssteuerung einer Kamera mit einer nichtlinearen Kennlinie.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Belichtungsteuerung für Kameras mit einer linearen Kennlinie bekannt.

So beschreibt beispielsweise die WO 2005/018225 AI eine Be ^¬ lichtungssteuerung für automotive Kameras, in welcher der neue Belichtungswert einfach errechnet wird. Im klassischen Sinne handelt es sich hier auch nicht um eine Regelung, die versucht den Istwert gegenüber dem Sollwert auf eine minimale Abweichung einzustellen, sondern die Kennlinie wird so errechnet, dass der Istwert genau auf dem Sollwert zu liegen kommt. Hierbei wird die Steigung der neuen Kennlinie als Verhältnis der Sollbildhel ^¬ ligkeit und der aktuellen Bildhelligkeit multipliziert mit der Steigung der aktuellen Kennlinie. Dieses Verfahren ist für lineare bzw. linearisierte Kennlinien anwendbar.

Nachteilig bei einem derartigen Verfahren ist, dass ein geringer Dynamikbereich darstellbar ist. Weiterhin ist eine Lineari- sierung im Allgemeinen nicht immer möglich bzw. erfordert zumindest zusätzlichen Rechenaufwand.

Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Belichtungssteuerung bereitzustellen, mittels welchen ein höherer Dynamikbereich darstellbar ist und mittels welchem der Rechenaufwand für die Belichtungssteuerung gering gehalten wird. Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche 1 und 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausfüh ^¬ rungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Belichtungssteuerung einer Kamera mit mindestens einem Bildsensor mit einer einstellbaren ersten nichtlinearen Kennlinie vorgeschlagen, wobei bei diesem Bildsensor ein nichtlinearer Bildhelligkeitssollwert für eine Szenehelligkeit vorgegeben wird und eine erste nichtlineare Kennlinie gemäß dem vorgegebenen nichtlinearen Bildhelligkeitssollwert eingestellt wird, wobei bei Änderung einer ersten Szenehelligkeit auf eine zweite Szenehelligkeit eine zweite Kennlinie berechnet wird, wobei sich die Kennlinien aus zumindest einem ersten und einem zweiten linearen Abschnitt mit jeweils unterschiedlicher Steigung zusammensetzen, wobei die Verhältnisse der Steigungen der linearen Abschnitte der Kennlinien konstant sind, wobei sich zwischen den linearen Abschnitten der Kennlinien Knickpunkte befinden, welche bei den Kennlinien denselben Ordinatenwert aufweisen, wobei die Steigung des zweiten linearen Abschnitts der zweiten Kennlinie aus der Steigung des zweiten linearen Abschnitts der ersten Kennlinie, dem nichtlinearen Sollwert, einem nichtlinearen Bildhelligkeitsistwert der ersten Kennlinie nach der Änderung der Szenehelligkeit sowie einem Ordinatenschnittpunkt ermittelt wird, und wobei die zweite Kennlinie derart berechnet wird, dass der zweite nichtlineare Bildhelligkeitsistwert mit dem vorgegebenen nichtlinearen Bildhelligkeitssollwert übereinstimmt.

Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass hierbei auf einen nichtlinearen Sollwert geregelt werden kann wodurch ein höherer Dynamikbereich abbildbar ist. Weiterhin ist dieses Verfahren in dem vorliegenden Fall schneller durchzuführen, da direkt mit der nichtlinearen Kennlinie gerechnet werden kann und somit keine Linearisierung der Kennlinie vorgenommen werden muss, um dann ein Verfahren gemäß dem Stand der Technik anwenden zu können. Zudem ist die Vorgabe des nichtlinearen Sollwertes in diesem Fall vorteilhaft, da die Messwerte hierfür direkt vorliegen. Im Allgemeinen stimmt der Sollwert im linearen Raum nicht mit dem Sollwert im nichtlinearen Raum für alle Kennlinien überein, weshalb in diesem Fall je nach Kennlinie auf einen nicht konstanten Sollwert geregelt werden würde . Bei der Szenehelligkeit handelt es sich bevorzugt um einen Mittelwert von Helligkeitsverteilungen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Steigung des zweiten linearen Abschnitts der zweiten Kennlinie mit der folgenden Formel ermittelt: b2=a2*( Y _NL , soii - c) / (Y _NL _ _a , ist, 2 - c)

Bei dieser Berechnung wird der direkte Messwert (YN _L a,ist,2) im nichtninearen Raum zur Einstellung der neuen Kennlinie benutzt. Hierbei gilt, dass die Verhältnisse der Steigungen z.B. al:a2 für alle Kennlinien konstant und für alle Kennlinien gleich sind. Daraus folgt die Beziehung al:a2=bl:b2. Da sich die Steigung b2 um den gleichen Faktor verändert wie a2 zu al und sich außerdem Ka2 und Kb2 in c schneiden, sind die Verhältnisse in den Dreiecken gleich. Denn es gilt wegen al:a2=bl:b2 auch bl:al=b2:a2.

Aus den Bedingungen bl/al= ( YLin, soii ^~ Y0 ) / (Y _L i _n a, ist, 2 - Y0) und b2/a2= (Y _NL , soii - c) /Y _NL _ _a , ist, 2 - c) folgt, dass

(Y _Ll n,Soll ^" Y0) / (Y _Ll n_a,Ist,2 ^" Y0)= (Y _N L,Soll ^" C) /Y _NL _a, Ist, 2 ^" C) lSt, wodurch der nichtlineare Istwert der Kennlinie Ka bei Einstellung auf die Kennlinie Kb auf den einen nichtlinearen Sollwert zu liegen kommt. Falls der nichtlineare Bildhelligkeitssollwert bei der Ein ^¬ stellung der ersten nichtlinearen Kennlinie in dem ersten linearen Abschnitt liegt, so wird in der Formel für die Berechnung der Steigung der zweiten nichtlinearen Kennlinie der Ordina- tenschnittpunkt durch einen Offsetwert der Kennlinien ersetzt wonach die Formel dann wie folgt lautet: bl=al*( Y _NL ,soii - YO) / (Y _NL _ _a ,i _st ,2 - YO) Für einen nichtlinearen Bildhelligkeitssollwert im dritten linearen Abschnitt würde sich ein neuer Ordinatenschnittpunkt d der dritten linearen Abschnitte ergeben. Die Formel lautet dann wie folgt: 3 = a3 * (YNL.SOII -0)1 (YNL_a, lst,2 - d)

Weiterhin wird die Steigung des ersten und des zweiten linearen Abschnitts der zweiten nichtlinearen Kennlinie wie folgt be ^¬ rechnet : b2=b3* a2/a3

und

bl=b2* al/a2 Für diese Berechnung wird ebenfalls vorausgesetzt, dass die Verhältnisse der Steigungen z.B. al:a2 für alle Kennlinien konstant und für alle Kennlinien gleich sind. Weiterhin gilt, dass die Steigung von Abschnitt zu Abschnitt abnimmt. Daraus folgt al>a2 und bl>b2.

Besonders bevorzugt ist der nichtlineare Bildhellig ^¬ keitssollwert konstant. Somit wird immer dieselbe Bildhelligkeit eingestellt wodurch eine zuverlässige Erfassung der Umgebung durch die Kamera sichergestellt ist. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung weisen die Kennlinien ein gleich großes vorgegebenes Offset auf der Ordinate auf .

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Or- dinatenschnittpunkt aus dem Ordinatenwert der Knickpunkte der Kennlinien, dem Offset und dem Verhältnis der Steigungen mit der folgenden Formel berechnet: c= Ykn- (Ykn-Y0) al/a2

Auch für diese Berechnung ist die Beziehung al : a2=bl : b2=konstant ausschlaggebend. Aus dieser Beziehung folgt, dass c für alle Kennlinien denselben Wert aufweist. Die Einhaltung dieser Bedingung ist entscheidend für ein Einstellverfahren auf einen nichtlinearen Sollwert. Der Schnittpunkt c ist in diesem Fall der gemeinsame Schnittpunkt der zweiten linearen Abschnitte der beiden Kennlinien mit der Ordinate, bei Verlängerung der Abschnitte über die Ordinate hinaus. Auch für eine dritte Kennlinie wäre der Schnittpunk c konstant. Dieser Schnittpunkt ist al ^¬ lerdings nur für die zweiten linearen Abschnitte konstant. Für einen dritten linearen Abschnitt würde sich ein neuer, aber ein für alle dritten linearen Abschnitte konstanter Schnittpunkt d mit der Ordinate ergeben.

In dem beschriebenen Verfahren zur Belichtungssteuerung wird die erste Kennlinie derart eingestellt, dass sich der nichtlineare Bildhelligkeitssollwert in dem zweiten linearen Abschnitt der ersten nichtlinearen Kennlinie befindet. Bei Veränderung der Szenehelligkeit wird eine neue nichtlineare Kennlinie berechnet, wobei sich durch die festgelegten Bedingungen der Kennlinien der nichtlineare Bildhelligkeitssollwert wieder in dem zweiten linearen Abschnitt der zweiten nichtlinearen Kennlinie befindet. ,

b

Grundsätzlich ist es allerdings für das Verfahren unerheblich in welchem linearen Abschnitt der vorgegebene nichtlineare Bildhelligkeitssollwert liegt, da der nichtlineare Bildhel ^¬ ligkeitssollwert für alle Kennlinien immer in demselben linearen Abschnitt, wie anfangs mit der ersten nichtlinearen Kennlinie eingestellt, liegt. Dies ergibt sich aus den festgelegten Bedingungen der nichtlinearen Kennlinien.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die beiden Kennlinien mindestens drei lineare Abschnitte mit Steigungen al, a2, a3 und bl, b2, b3 auf, wobei die Verhältnisse der Steigungen a2:a3 = b2:b3 konstant sind. Die Steigungen nehmen allerdings von Abschnitt zu Abschnitt weiter ab, wonach gilt: al>a2>a3 und bl>b2>b3.

Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Belichtungssteuerungs- vorrichtung für eine Kamera mit mindestens einem Bildsensor mit einer einstellbaren ersten nichtlinearen Kennlinie vorgeschlagen, wobei die Belichtungssteuerungsvorrichtung dazu konfiguriert ist, einen nichtlinearen Bildhelligkeitssollwert für eine Szenehelligkeit vorzugeben und eine erste nichtlineare Kennlinie gemäß dem vorgegebenen nichtlinearen Bildhelligkeitssollwert einzustellen, wobei bei einer Änderung einer ersten Szenehelligkeit auf eine zweite Szenehelligkeit eine zweite Kennlinie berechnet wird, wobei sich die Kennlinien aus zumindest einem ersten und einem zweiten linearen Abschnitt mit jeweils unterschiedlicher Steigung zusammensetzen, wobei die Verhältnisse der Steigungen der linearen Abschnitte der Kennlinien konstant sind, wobei sich zwischen den linearen Abschnitten der Kennlinien Knickpunkte befinden, welche bei den Kennlinien denselben Ordinatenwert aufweisen, wobei die Steigung des zweiten linearen Abschnitts der zweiten Kennlinie aus der Steigung des zweiten linearen Abschnitts der ersten Kennlinie, dem nichtlinearen Sollwert, einem nichtlinearen Bildheilig- keitsistwert der ersten Kennlinie nach der Änderung der Szenehelligkeit zu der Szenehelligkeit sowie dem Ordinaten- schnittpunkt ermittelt wird, und

wobei die zweite Kennlinie derart berechnet wird, dass der zweite nichtlineare Bildhelligkeitsistwert mit dem vorgegebenen nichtlinearen Bildhelligkeitssollwert übereinstimmt.

Die Belichtungssteuerungsvorrichtung kann insbesondere einen MikroController oder -prozessor, einen Digital Signal Processor (DSP) , einen ASIC (Application Specific Integrated Circuit) , einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und dergleichen mehr sowie Software zur Durchführung der entsprechenden Steuerungsbzw. Auswertungsschritte umfassen.

Die vorliegende Erfindung kann somit in digitalen elektronischen Schaltkreisen, Computer-Hardware, Firmware oder Software im ^¬ plementiert sein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Zeichnungen. Hierbei zeigen:

Fig. 1: eine exemplarische Darstellung zweier nichtlinearer

Kennlinien für zwei unterschiedliche Szenehellig ^¬ keiten mit Regelung auf einen linearen Sollwert nach einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2: eine exemplarische Darstellung nichtlinearer Kennlinien für zwei unterschiedliche Szenehelligkeiten mit Regelung auf einen nichtlinearen Sollwert nach einem erfindungsgemäßen Verfahren;

Fig. 3 eine exemplarische Darstellung eines möglichen

Verlaufs einer Kennlinie. ₀

o

Figur 1 zeigt eine exemplarische Darstellung zweier nichtli ^¬ nearer Kennlinien Ka, Kb für zwei unterschiedliche Szenehel ^¬ ligkeiten xi, X2 mit Regelung auf einen linearen Sollwert YLin, s _o ii nach einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik. Die beiden nichtlinearen Kennlinien Ka, Kb setzen sich jeweils aus zwei linearen Abschnitten Kai , Ka2, Kbl, Kb2 zusammen, welche jeweils eine Steigung al, a2, bl, b2 aufweisen. Bei der Szenehelligkeit xi wird mit der Kennlinie Ka genau ein Sollwert Y erreicht. Im linearisierten Raum ist dies YLin, s _o ii zu dem der nichtlineare Sollwert Y _NL , _SO II gehört. Bei einer Änderung der Szenehelligkeit von xi zu X2 , so kann eine neue Kennlinie Kb nach einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren eingestellt werden, so dass der lineare Istwert YLin b, i st , 2 wieder mit dem Sollwert YLin, soii übereinstimmt. Je nach weiterem Verlauf der Kennlinie Kb (Lage des Knickpunktes, Steigung b2) kann der nichtlineare Istwert YNL b, i st , 2 deutlich vom nichtlinearen Sollwert Y _NL , _SO II abweichen. In dem in Figur 1 gezeigten Beispiel würde somit eine viel zu geringe Bildhelligkeit eingestellt. Figur 2 zeigt eine exemplarische Darstellung zweier nichtli ^¬ nearer Kennlinien Ka, Kb für zwei unterschiedliche Szenehel ^¬ ligkeiten xi, X2 mit Regelung auf einen nichtlinearen Sollwert Y _NL , _SO II nach einem erfindungsgemäßen Verfahren. In dem in der Figur 2 gezeigten Fall setzen sich die beiden nichtlinearen Kennlinien Ka, Kb aus jeweils zwei linearen Abschnitte Kai, Ka2 und Kbl, Kb2 zusammen. Die beiden zweiten linearen Abschnitte Ka2, Kb2 weisen einen gemeinsamen Schnittpunkt c mit der Ordinate auf. Zudem weisen die beiden Kennlinien Ka und Kb ein gleich großes Offset Y0 auf der Ordinate auf. Es wären auch Kennlinien mit drei oder mehr linearen Abschnitten denkbar.

Im Gegensatz zu dem in Figur 1 gezeigten Fall gilt in Figur 2, dass die Steigungsverhältnisse al:a2=bl:b2 konstant bleiben. Weiterhin liegen die Knickpunkte zwischen den beiden linearen _

y

Abschnitten Kai, Ka2 und Kbl, Kb2 auf gleicher Höhe an dem Punkt Ykn- Wird mit diesen Bedingungen die neue Kennlinie Kb berechnet kommt der nichtlineare Istwert der Kennlinie Kb auf dem nichtlinearen Sollwert YNL , S _O II Z U liegen. Im Fall der Figur 1 wurde eine neue Kennlinie ohne diese Bedingungen berechnet, wonach auf einen zu geringen Bildhelligkeitswert geregelt werden würde, da der nichtlineare Istwert YNL b,ist, 2 der zweiten Kennlinie Kb bei der zweiten Szenehelligkeit X2 nicht mit dem vorgegebenen nichtlinearen Sollwert YNL , S _O II übereinstimmt.

In der Figur 2 liegt der nichtlineare Sollwert YNL , S _O II für die neue Szenehelligkeit X2 in dem zweiten linearen Abschnitt Ka2 der ersten nichtlinearen Kennlinie Ka . Bei Berechnung der zweiten nichtlinearen Kennlinie Kb liegt der nichtlineare Sollwert YNL , S _O II und demnach der nichtlineare Istwert Y _NL b,ist, 2 der zweiten Kennlinie Kb für die Szenehelligkeit X2 in dem zweiten linearen Abschnitt Kb2 der zweiten nichtlinearen Kennlinie Kb .

Die Figur 3 zeigt eine exemplarische Darstellung eines möglichen Verlaufs einer Kennlinie Ka mit drei linearen Abschnitten Kai, Ka2, Ka3 mit unterschiedlichen Steigungen al, a2, a3. Wie in dieser Figur ersichtlich ist, nimmt die Steigung der Abschnitte immer weiter ab (al>a2>a3) . Die Kennlinie Ka nähert sich schließlich einem maximalen Bildhelligkeitswert an. Weiterhin ist in der Figur 3 der Ordinatenschnittpunkt c des zweiten linearen Abschnitts sowie der Ordinatenschnittpunkt d des dritten linearen Abschnitts gezeigt. Bezugszeichenliste

Ka erste nichtlineare Kennlinie

Kai, Ka2, lineare Abschnitte der ersten Kennlinie

Kb zweite nichtlineare Kennlinie

Kbl, Kb2 lineare Abschnitte der zweiten Kennlinie

x Szenehelligkeit

erste Szenehelligkeit

X2 zweite Szenehelligkeit

Y Bildhelligkeit

YLin, Soll linarer Sollwert

Ylin_a, Ist, 2 linearer Istwert der ersten Kennlinie bei einer zweiten Szenehelligkeit

YNL, soll nichtlinearer Sollwert

YNL a,ist,2 nichtlinearer Bildhelligkeitsistwert der ersten

Kennlinie bei der zweiten Szenehelligkeit nichtlinearer Bildhelligkeitsistwert der zweiten Kennlinie bei der zweiten Szenehelligkeit

Ykn Ordinatenschnittpunkt der Knickpunkte

Y0 Offset

c gemeinsamer Ordinatenschnittpunkt der zweiten linearen Abschnitte

gemeinsamer Ordinatenschnittpunkt der dritten linearen Abschnitte