Titel

Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren einer Kamera und Kamera

Stand der Technik

Der Ansatz geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.

Die meisten digitalen Kameras besitzen eine automatische Belichtungsnachführung die je nach der mittleren Helligkeit des Bildes wahlweise die Verstärkung, auch englisch „Gain“ genannt, oder die Belichtung, auch englisch „Exposure“ genannt, der Kamera nachführt. Hierbei wird der Mittelwert eines Grauwerthistogramms der Bilds berechnet. Durch entsprechende Parametrisierung hält die Kamera den mittleren Grauwert im Bild in einem definierten Grauwertbereich. Für die Berechnung des Histogramms werden alle Farbwerte im Bild genutzt, so dass das Histogramm die gesamte spektrale Information beinhaltet.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Kalibrieren einer Kamera, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich eine Kamera gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass eine Möglichkeit zur Kalibrierung einer Kamera geschaffen wird, die besonders vorteilhaft für die Pflanzendetektion ist. Hierbei können vorteilhafterweise eine Überbelichtung und Unterbelichtung vermieden werden.

Es wird ein Verfahren zum Kalibrieren einer Kamera vorgestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

Einlesen eines Kamerarohbilds, wobei das Kamerarohbild eine Mehrzahl von Pixeln aufweist, wobei jedes Pixel einen Grauwert aus einer Mehrzahl von Grauwerten aufweist;

Vergleichen einer ersten Menge von über einem Maximalgraugrenzwert liegenden Grauwerten der Pixel mit einer ersten Häufigkeit;

Einstellen einer aktuellen Verstärkung der Kamera auf eine neue Verstärkung, wenn die erste Menge die erste Häufigkeit überschreitet;

Vergleichen einer zweiten Menge von über einem Minimalgraugrenzwert liegenden Grauwerten der Pixel mit einer zweiten Häufigkeit, wenn die erste Menge die erste Häufigkeit nicht überschreitet;

Beibehalten der aktuellen Verstärkung und einer aktuellen Belichtung der Kamera, wenn die zweite Menge die zweite Häufigkeit nicht unterschreitet; und

Einstellen der aktuellen Belichtung auf eine neue Belichtung, wenn die zweite Menge die zweite Häufigkeit unterschreitet.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät oder einer Vorrichtung implementiert sein.

Im Schritt des Vergleichens der ersten Menge mit der ersten Häufigkeit kann ein prozentualer Vergleich durchgeführt werden. Beispielsweise kann die erste Häufigkeit eine Häufigkeitsobergrenze für die erste Menge repräsentieren. Die Häufigkeitsobergrenze kann beispielsweise einen Wert von 0,1 Prozent festlegen. So kann die neue Verstärkung eingestellt werden, wenn mehr als oder genau 0,1 Prozent der Grauwerte der Pixel den Maximalgraugrenzwert überschreiten, um eine bessere Pflanzendetektion zu gewährleisten. Andernfalls kann ein prozentualer Vergleich der zweiten Menge von über einem Minimalgraugrenzwert liegenden Grauwerten der Pixel mit der zweiten Häufigkeit durchgeführt werden. Die zweite Häufigkeit kann eine Häufigkeitsuntergrenze für die zweite Menge repräsentieren. Die Häufigkeitsuntergrenze kann beispielsweise einen Wert von 95 Prozent festlegen. So kann die neue Belichtung eingestellt werden, wenn weniger als oder genau 95 Prozent der Grauwerte der Pixel den Minimalgraugrenzwert überschreiten, um eine bessere Pflanzendetektion zu gewährleisten. Andernfalls werden die aktuelle Verstärkung und die aktuelle Belichtung beibehalten. Der Maximalgraugrenzwert kann beispielsweise bei 4000 liegen und/oder der Minimalgraugrenzwert kann beispielsweise bei 3000 liegen. Die Werte für den Maximalgraugrenzwert, Minimalgraugrenzwert, die erste Häufigkeit und/oder zweite Häufigkeit können beliebig abänderbar sein.

Das Verfahren kann ferner gemäß einer Ausführungsform einen Schritt des Vergleichens ansprechend auf den Schritt des Einstellens der aktuellen Verstärkung auf die neue Verstärkung aufweisen, wobei im Schritt des Vergleichens die neue Verstärkung mit einem Verstärkungsschwellenwert verglichen wird, und/oder einen Schritt Beibehaltens der neuen Verstärkung aufweisen, wenn die neue Verstärkung den Verstärkungsschwellenwert nicht unterschreitet oder einen Schritt des Setzens der neuen Verstärkung auf den Verstärkungsschwellenwert und einen Schritt des Einstellens der aktuellen Belichtung auf eine weitere neue Belichtung aufweisen, wenn die neue Verstärkung den Verstärkungsschwellenwert unterschreitet. Der Verstärkungsschwellenwert kann beispielsweise bei 1 liegen. So kann verhindert werden, dass die Verstärkung kleiner als 1 wird.

Das Verfahren kann auch einen Schritt des Vergleichens ansprechend auf den Schritt des Einstellens der aktuellen Belichtung auf die neue Belichtung aufweisen, wobei im Schritt des Vergleichens die weitere neue Belichtung mit einem Belichtungsminimalschwellenwert verglichen wird, und einen Schritt des Beibehaltens der weiteren neuen Belichtung aufweisen, wenn die weitere neue Belichtung den Belichtungsminimalschwellenwert nicht unterschreitet oder einen Schritt des Setzens der weiteren neuen Belichtung auf den Belichtungsminimalschwellenwert aufweisen, wenn die weitere neue Belichtung den Belichtungsminimalschwellenwert unterschreitet. So kann sichergestellt werden, dass ein Belichtungsminimalschwellenwert nicht unterschritten wird.

Im Schritt des Einstellens der aktuellen Belichtung auf die neue Belichtung kann die aktuelle Belichtung unter Verwendung eines Korrekturfaktors nach unten auf die weitere neue Belichtung eingestellt werden. So kann die Belichtung reduziert werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Vergleichens ansprechend auf den Schritt des Einstellens der aktuellen Belichtung auf die neue Belichtung aufweisen, wobei im Schritt des Vergleichens die neue Belichtung mit einem Belichtungsmaximalschwellenwert verglichen wird, und einen Schritt des Beibehaltens der neuen Belichtung aufweisen, wenn die neue Belichtung den Belichtungsmaximalschwellenwert nicht überschreitet oder einen Schritt des Setzens der neuen Belichtung auf den Belichtungsmaximalschwellenwert aufweisen und einen Schritt des Einstellens der aktuellen Verstärkung auf eine weitere neue Verstärkung aufweisen, wenn die neue Belichtung den Belichtungsmaximalschwellenwert überschreitet. So kann sichergestellt werden, dass ein Belichtungsmaximalschwellenwert nicht überschritten wird.

Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das Verfahren einen Schritt des Vergleichens ansprechend auf den Schritt des Einstellens der aktuellen Verstärkung auf die weitere neue Verstärkung aufweist, wobei im Schritt des Vergleichens die weitere neue Verstärkung mit einem Verstärkungsmaximalschwellenwert verglichen wird, und einen Schritt des Beibehaltens der weiteren neue Verstärkung aufweist, wenn die weitere neue Verstärkung den Verstärkungsmaximalschwellenwert nicht überschreitet oder einen Schritt des Setzens der weiteren neue Verstärkung auf den Verstärkungsmaximalschwellenwert aufweist, wenn die weitere neue Verstärkung den Verstärkungsmaximalschwellenwert überschreitet. So kann sichergestellt werden, dass die Verstärkung einen Verstärkungsmaximalschwellenwert nicht überschreitet. Beispielsweise kann im Schritt des Einstellens der aktuellen Verstärkung auf die weitere neue Verstärkung die aktuelle Verstärkung unter Verwendung eines Korrekturfaktors nach oben auf die weitere neue Verstärkung eingestellt werden. So kann die Verstärkung erhöht werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren auch einen Schritt des Erstellens eines Histogramms über alle Grauwerte der Pixel des Kamerarohbilds und einen Schritt des Auslesens der ersten Menge und der zweiten Menge aus dem Histogramm aufweisen. Die Schritte des Erstellens und Auslesens können vor dem Schritt des Einlesens durchgeführt werden. Ein solches Histogramm bietet eine einfache Möglichkeit zur Bereitstellung der ersten Menge und zweiten Menge.

Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das Verfahren einen Schritt des Erfassens des Kamerarohbilds unter Verwendung eines Bildsensors aufweist, der eine Mehrzahl von Rotpixeln zum Sensieren der Grauwerte aufweist. Die Rotpixel können ein Mischlichtsignal aus rotem Licht und Infrarotlicht sensieren/bereitstellen. Eine Betrachtung der Rotpixel ist von Vorteil, da für die Pflanzendetektion von den Pflanzen reflektierte rote Farbwerte und graue Nahinfrarotfarbwerte relevant sind.

Im Schritt des Einstellens der aktuellen Verstärkung auf die neue Verstärkung kann die aktuelle Verstärkung unter Verwendung eines Korrekturfaktors nach unten auf die neuen Verstärkung eingestellt werden, insbesondere wobei der Korrekturfaktor nach unten einen Wert von 20% nicht übersteigen kann. So kann die Verstärkung reduziert werden.

Im Schritt des Einstellens kann die aktuelle Verstärkung unter Verwendung des Korrekturfaktors nach unten auf die neue Verstärkung eingestellt werden, wenn eine dritte Menge von über dem Maximalgraugrenzwert liegenden Grauwerten der Pixel eine Maximalüberbelichtungspixelmenge nicht überschreitet oder in einem weiteren Schritt des Einstellens die aktuelle Verstärkung unter Verwendung eines Maximalkorrekturfaktors nach unten auf eine andere neue Verstärkung eingestellt werden, wenn die dritte Menge von über dem Maximalgraugrenzwert liegenden Grauwerten der Pixel die Maximalüberbelichtungspixelmenge überschreitet, wobei der Maximalkorrekturfaktor nach unten größer ist als der Korrekturfaktor nach unten.

So kann bei einer besonders hohen Anzahl überbelichteter Pixel der Maximalkorrekturfaktor nach unten gewählt werden, um ein besonders starkes Herabregeln der Belichtung zu bewirken. Der Maximalkorrekturfaktor nach unten kann beispielsweise einen Wert von 2 und/oder der Korrekturfaktor nach unten einen Wert von 1,1 aufweisen.

Im Schritt des Einstellens der aktuellen Belichtung auf die neue Belichtung kann die aktuelle Belichtung unter Verwendung eines Korrekturfaktors nach oben auf die neue Belichtung eingestellt werden, insbesondere wobei der Korrekturfaktor nach oben einen Wert von 20% nicht übersteigen kann. So kann die Belichtung erhöht werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner einen Schritt des Generierens des Korrekturfaktors nach oben unter Verwendung des Maximalgraugrenzwerts, des Minimalgraugrenzwerts und/oder einer dritten Häufigkeit höchster Grauwerte im Kamerarohbilds aufweisen.

So kann ein Korrekturfaktor generiert werden, der die Belichtung oder Verstärkung besonders schnell, beispielsweise direkt im nächsten Kamerabild, auf einen bekannten Zielwert zwischen dem Maximalgraugrenzwert und dem Minimalgraugrenzwerts einstellt. Die dritte Häufigkeit höchster Grauwerte beschreibt hierbei eine Variable wieviel Prozent von den höchsten Grauwerten im Bild ignoriert werden sollen. Dies ist notwendig, damit Ausreißer oder Rauschen nicht zu falschen Ergebnissen führen. Bei einer dritten Häufigkeit höchster Grauwerte von beispielweise 5% werden die obersten 5% der höchsten Grauwerte im Bild ignoriert.

Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das Verfahren gemäß einer Ausführungsform ferner einen Schritt des Empfangens eines weiteren Kamerarohbilds von der Kamera aufweist, wobei die Schritte des Verfahrens ansprechend auf den Schritt des Empfangens unter Verwendung des weiteren Kamerarohbilds wiederholt durchgeführt werden. Dies kann sicherstellen, dass mehrere Kamerarohbilder zur Kalibrierung der Kamera verwendet werden können.

Im Schritt des Empfangens kann das empfangene weitere Kamerarohbild ein auf das Kamerarohbild direkt folgendes Folgekamerarohbild der Kamera oder ein nach einer definierten Folgezahl folgendes Folgekamerarohbild der Kamera sein. So kann jedes oder zur Reduzierung von Rechenleistung nur jedes x-te Kamerarohbild, beispielsweise jedes fünfte Kamerarohbild, zur Kalibrierung der Kamera verwendet werden.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des Ansatzes in Form einer Vorrichtung kann die dem Ansatz zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.

Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.

Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.

Es wird ferner eine Kamera mit der vorangehend vorgestellten Vorrichtung und einem Bildsensor zum Erfassen des Kamerarohbilds vorgestellt. Eine solche Kamera ist zur Pflanzendetektion geeignet, wobei vorteilhafterweise eine Überbelichtung und Unterbelichtung vermieden werden können.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kamera mit einer Vorrichtung zum Kalibrieren der Kamera und einem Bildsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Histogramms über alle Grauwerte der Pixel eines Kamerarohbilds einer Kamera gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Kalibrieren einer Kamera gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Kalibrieren einer Kamera gemäß einem Ausführungsbeispiel; und

Fig. 5 ein Anwendungsbeispiel eines Verfahrens zum Kalibrieren einer Kamera gemäß einem Ausführungsbeispiel. In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kamera 100 mit einer Vorrichtung 105 zum Kalibrieren der Kamera 100 und einem Bildsensor 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Der Bildsensor 110 ist zum Erfassen eines Kamerarohbilds 115 ausgebildet. Die Vorrichtung 105 weist eine Einleseeinrichtung 120, eine Vergleichseinrichtung 125 und eine Einstelleinrichtung 130 auf. Die Einleseeinrichtung 120 ist ausgebildet, um das Kamerarohbild 115 einzulesen, das eine Mehrzahl von Pixeln aufweist, wobei jedes Pixel einen Grauwert aus einer Mehrzahl von Grauwerten aufweist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Kamerarohbild 115 als die Pixel eine Mehrzahl von Rotpixeln R auf, wobei jedes Rotpixel R einen Grauwert aus der Mehrzahl von Grauwerten aufweist. Die Vergleichseinrichtung 125 ist ausgebildet, um eine erste Menge von über einem Maximalgraugrenzwert MaT liegenden Grauwerten der Pixel mit einer ersten Häufigkeit UbP zu vergleichen. Die Einstelleinrichtung 130 ist ausgebildet, um eine aktuelle Verstärkung 135 der Kamera 100 auf eine neue Verstärkung 140 einzustellen, wenn die erste Menge die erste Häufigkeit UbP überschreitet. Die Vergleichseinrichtung 125 ist ferner ausgebildet, um eine zweite Menge von über einem Minimalgraugrenzwert MiT liegenden Grauwerten der Pixel mit einer zweiten Häufigkeit LbP zu vergleichen, wenn die erste Menge die erste Häufigkeit UbP nicht überschreitet. Die Einstelleinrichtung 130 ist ausgebildet, um die aktuelle Verstärkung 135 und eine aktuelle Belichtung 145 der Kamera 100 beizubehalten, wenn die zweite Menge die zweite Häufigkeit LbP nicht unterschreitet. Ferner ist die Einstelleinrichtung 130 ausgebildet, um die aktuelle Belichtung 145 auf eine neue Belichtung 150 einzustellen, wenn die zweite Menge die zweite Häufigkeit LbP unterschreitet. Bei der ersten Häufigkeit UbP handelt es sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel um eine Häufigkeitsobergrenze für die erste Menge. Bei der zweiten Häufigkeit LbP handelt es sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel um eine Häufigkeitsuntergrenze für die zweite Menge.

Werte für den Maximalgraugrenzwert MaT, die erste Häufigkeit UbP, den Minimalgraugrenzwert MiT und/oder die zweite Häufigkeit LbP sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einer Speichereinrichtung der Vorrichtung 105 hinterlegt oder von der Vorrichtung 105 einlesbar.

Die hier vorgestellte Vorrichtung 105 ermöglicht vorteilhafterweise eine automatische Exposure- und Gain-Nachführung, kurz „AEGC“ (Automatic Exposure and Gain Control) einer Kamera 100 in Form einer digitalen Kamera für den Spektralbereich, der für die Pflanzendetektion benötigt wird.

Für die Detektion von Pflanzen werden Kameras benötigt, die Licht im roten und nah infraroten Spektralbereich aufzeichnen können. Diese Kameras werden oft im Agrarbereich zur Pflanzendetektion eingesetzt. Hierbei werden besondere Anforderungen an eine automatisierte Belichtungs- bzw. Verstärkungs- Nachführung gesetzt. Der Bildsensor 110, spezielle die Rotpixel R, sind zum Sensieren von Licht im roten und nah infraroten Spektralbereich ausgebildet. Die hier vorgestellte Vorrichtung 105 ermöglicht eine speziell für die Pflanzendetektion auf Agrarflächen benötigte AEGC. Die Exposure wird hierbei von der Vorrichtung 105 vorrangig vor dem Gain erhöht bzw. der Gain immer vorrangig vor der Exposure verringert. Somit wird das Rauschen im Bild immer auf ein Minimum gehalten.

Eine ebenfalls mögliche Belichtungsnachführung, welche auf einem Mittelwert eines Grauwerthistogramms basieren könnte, eignet sich aus zwei Gründen nicht für die Pflanzendetektion:

Zum einen wird für die Pflanzendetektion rotes und infrarotes Licht verwendet. Dabei handelt es sich bei dem Bildsensor 110 gemäß diesem Ausführungsbeispiel um eine normale RGB-Farbkamera, bei der ein IR- Sperrf ilter entfernt und durch einen Dualbandfilter zum Durchlässen von rotem Licht und Nahinfrarotlicht, kurz „NIR“ und/oder einen Grünsperrfilter zum Sperren von grünem Licht und/oder einen Blausperrfilter zum Sperren von blauem Licht ersetzt wurde. Da jedes Pixel auf dem RGB-Kamerachip im Infraroten annährend gleich empfindlich ist, wird aus einer RGB-Kamera eine „R+NIR, NIR, NIR“- Kamera. Somit befinden sich im Rotpixel R der Kamera 100 die Information R+NIR. Diese Pixel sind hierdurch immer heller als alle anderen Pixel. Für die Belichtungskorrektur sind somit gemäß diesem Ausführungsbeispiel nur die Rotpixel R relevant.

Zum anderen wachsen auf Ackerflächen oft einzelne Pflanzen aus der Erde. Da Pflanzen aber viel NIR-Licht reflektieren und der Boden viel Licht absorbiert, ist eine Belichtungsnachführung über den reinen Mittelwert nicht möglich. Dabei würden die Pflanzen sofort überbelichtet sein, da diese im Verhältnis zum Boden nur eine sehr kleine Fläche einnehmen.

Somit schafft die hier vorgestellte Vorrichtung 105 eine geeignete AEGC, die nicht nur auf eine neue Kameraarchitektur zugeschnitten ist, sondern auch speziell für die Pflanzendetektion auf dem Acker gegebene Umgebungsbedingungen geeignet ist. Pflanzenobjekte sollten auf gar keinen Fall überbelichtet oder unterbelichtet sein, auch wenn diese nur ein Bruchteil der Fläche im Bild einnehmen, oft im Promille-Bereich.

Wie bereits beschrieben, sind nur die Rotpixel R für die hier vorgestellte AEGC von Interesse, da diese das Rot+NIR-Signal beinhalten und somit immer vor dem Infrarotpixel, wahlweise Grün oder Blau, in Sättigung gehen. Der Bildsensor 110 liefert gemäß diesem Ausführungsbeispiel Kamerarohbilder 115 in einem 12 Bit- Rohformat. Hierbei handelt es sich um ein Grauwertbild bei dem ein Bayer- Pattern als Grauwert kodiert enthalten ist. Jedes Pixel in diesem Bild steht für einen Farbwert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ansprechend auf das Einlesen des Kamerarohbilds 115 über die Einleseeinrichtung 120 von der Vorrichtung 105 aus dem Kamerarohbild 115 ein Histogramm über alle Grauwerte aller Rotpixel R des Kamerarohbilds 115 generiert. Ein solches Histogramm ist in Fig. 2 gezeigt.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Histogramms 200 über alle Grauwerte R+NIR der Pixel eines Kamerarohbilds einer Kamera gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das in Fig. 1 beschriebene Kamerarohbild handeln.

Das Histogramm 200 zeigt gemäß diesem Ausführungsbeispiel alle Grauwerte R+NIR der Rotpixel des Kamerarohbilds.

Wie bereits in Fig. 1 beschrieben sind im Histogramm 200 vier Parameter definiert:

1. Ein maximaler Grauwert, der vorkommen darf, in Form des Maximalgraugrenzwerts MaT: Die Grauwerte R+NIR dürfen diesen Wert nicht überschreiten.

2. Ein minimaler Grauwert, der vorkommen darf, in Form des Minimalgraugrenzwerts MiT: Die Grauwerte R+NIR müssen mindestens diese Grenze erreichen.

3. Eine prozentual erlaubte Grauwertanzahl in Form der erste Häufigkeit UbP: Soviel Prozent % der Pixel dürfen die MaT-Grenze überschreiten.

4. Eine prozentual mindestens benötigte Grauwertanzahl in Form der zweiten Häufigkeit LbP: Soviel Prozent % der Pixel müssen mindestens die zweite Häufigkeit LbP/den Minimalgraugrenzwert MiT überschreiten.

Wichtig ist hierbei, dass die erste Häufigkeit UbP immer Vorrang vor der zweiten Häufigkeit LbP hat. Somit regelt die Kamera beim Erreichen der ersten Häufigkeit UbP immer zuerst runter.

Es folgt die Beschreibung eines Anwendungsbeispiels mit folgenden eingestellten Parametern:

Maximalgraugrenzwert MaT = 4000

Minimalgraugrenzwert MiT = 3000 erste Häufigkeit UbP = 0,1% zweite Häufigkeit LbP = 95% Hier regelt die Vorrichtung solange die Exposure bzw. Gain hoch, bis ca. 0,1% der Pixel im Bild den Grauwert 4000 erreicht haben oder mindestens 95% der Pixel den Grauwert 3000. Da die Erde immer sehr dunkel im Bild ist und diese die größte Fläche im Bild einnimmt, ist diese AEGC immer dazu geneigt, das Bild hoch zu regeln damit die 95% >3000 erreicht sind. Dies passiert solange bis 0,1% der Pixel den Grauwert 4000 erreicht haben. Da die erste Häufigkeit UbP immer Vorrang vor der zweiten Häufigkeit LbP hat, wird somit sofort runter geregelt. Als nächstes will die Vorrichtung wieder die 95% bei 3000 erreichen und regelt wieder hoch. Dies führt zu einem Schwingen der Nachführung zwischen dem Maximalgraugrenzwert MaT und dem Minimalgraugrenzwert MiT. Um das Schwingen möglichst klein zu halten, korrigiert die Vorrichtung die Belichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel nur in kleinen Schritten. Hierzu sind gemäß einem Ausführungsbeispiel zwei weitere Regelparameter hinterlegt, die in Fig. 3 näher beschriebene werden: ein Korrekturfaktor nach oben ein Korrekturfaktor nach unten

Um diesen Wert wird die Exposure bzw. Gain nach unten bzw. oben korrigiert. Dieser Wert liegt gemäß einem Ausführungsbeispiel nicht über 20%.

Ferner sind gemäß einem Ausführungsbeispiel noch zwei Parameter hinterlegt oder anwendbar, die den minimal bzw. maximal zulässigen Exposure der Kamera definieren, und/oder es ist gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Parameter hinterlegt oder anwendbar, der den maximal zulässigen Gain definiert: ein maximal zulässiger Exposure in Form eines Belichtungsmaximalschwellenwerts ein minimal zulässiger Exposure in Form eines Belichtungsminimalschwellenwerts ein maximal zulässiger Gain in Form eines Verstärkungsmaximalschwellenwerts

Als ein weiterer Parameter „Repeat“ ist gemäß einem Ausführungsbeispiel definiert, ob die beschriebene hier vorgestellte AEGC in jedem Kamerarohbild angewandt wird, oder wahlweise in jedem x-ten Kamerarohbild.

Das von der Vorrichtung durchführbare beschriebene Verfahren ist für die Nachführung der Bilder bei der Pflanzendetektion einsetzbar, um beispielsweise eine punktuelle Ausbringung von Herbiziden zu ermöglichen.

Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Kalibrieren einer Kamera gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um ein Verfahren 300 handeln, das von der in Fig. 1 oder 2 beschriebenen Vorrichtung durchführbar oder ansteuerbar ist.

Das Verfahren 300 weist einen Schritt 305 des Einlesens, einen Schritt 315 des Vergleichens einer ersten Menge, einen Schritt 320 des Einstellens einer aktuellen Verstärkung, einen Schritt 325 des Vergleichens einer zweiten Menge, einen Schritt 330 des Beibehaltens und einen Schritt 335 des Einstellens der aktuellen Belichtung auf.

Im Schritt 305 des Einlesens wird ein Kamerarohbild von der Kamera eingelesen, wobei das Kamerarohbild eine Mehrzahl von Pixeln aufweist, wobei jedes Pixel einen Grauwert aus einer Mehrzahl von Grauwerten aufweist. Im Schritt 315 des Vergleichens wird eine erste Menge von über einem Maximalgraugrenzwert liegenden Grauwerten der Pixel mit einer ersten Häufigkeit verglichen. Im Schritt 320 des Einstellens wird eine aktuelle Verstärkung der Kamera auf eine neue Verstärkung eingestellt, wenn die erste Menge die erste Häufigkeit überschreitet. Im Schritt 325 des Vergleichens wird eine zweite Menge von über einem Minimalgraugrenzwert liegenden Grauwerten der Pixel mit einer zweiten Häufigkeit verglichen, wenn die erste Menge die erste Häufigkeit nicht überschreitet. Im Schritt 330 des Beibehaltens werden die aktuelle Verstärkung und eine aktuellen Belichtung der Kamera beibehalten, wenn die zweite Menge die zweite Häufigkeit nicht unterschreitet. Im Schritt 225 des Einstellens wird die aktuelle Belichtung auf eine neue Belichtung eingestellt, wenn die zweite Menge die zweite Häufigkeit unterschreitet.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 320 des Einstellens die aktuelle Verstärkung unter Verwendung eines Korrekturfaktors nach unten auf die neuen Verstärkung eingestellt, wobei gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Korrekturfaktor nach unten einen Wert von 20% nicht übersteigt. Hierbei wird die neue Verstärkung gemäß einem Ausführungsbeispiel berechnet, indem die aktuelle Verstärkung durch den Korrekturfaktor nach unten dividiert wird.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 335 des Einstellens die aktuelle Belichtung unter Verwendung eines Korrekturfaktors nach oben auf die neue Belichtung eingestellt, wobei gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Korrekturfaktor nach oben einen Wert von 20% nicht übersteigt. Hierbei wird die neue Belichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel berechnet, indem die aktuelle Belichtung mit dem Korrekturfaktor nach unten multipliziert wird.

Das Verfahren 300 weist ferner gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Schritt 340 des Vergleichens, einen Schritt 345 des Beibehaltens, einen Schritt 350 des Setzens, einen Schritt 355 des Einstellens, einen Schritt 360 des Vergleichens, einen Schritt 365 des Beibehaltens, einen Schritt 370 des Setzens, einen Schritt 375 des Vergleichens, einen Schritt 380 des Beibehaltens, einen Schritt 385 des Setzens, einen Schritt 390 des Einstellens, einen Schritt 392 des Vergleichens, einen Schritt 395 des Beibehaltens, einen Schritt 396 des Setzens, einen Schritt 397 des Erstellens, einen Schritt 398 des Erfassens und/oder einen Schritt 399 des Empfangens auf.

Der Schritt 340 des Vergleichens wird ansprechend auf den Schritt 320 des Einstellens der aktuellen Verstärkung auf die neue Verstärkung ausgeführt, wobei im Schritt 340 des Vergleichens die neue Verstärkung mit einem Verstärkungsschwellenwert verglichen wird, und/oder im Schritt 345 des Beibehaltens die neue Verstärkung beibehalten wird, wenn die neue Verstärkung den Verstärkungsschwellenwert nicht unterschreitet, oder es wird im Schritt 350 des Setzens die neue Verstärkung auf den Verstärkungsschwellenwert gesetzt und im Schritt 355 des Einstellens die aktuelle Belichtung auf eine weitere neue Belichtung eingestellt, wenn die neue Verstärkung den Verstärkungsschwellenwert unterschreitet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 340 des Vergleichens die neue Verstärkung mit dem Verstärkungsschwellenwert verglichen, der bei 1 liegt.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 350 des Setzens ferner der Korrekturfaktor nach unten neu gesetzt, indem der Wert 1 durch die neue Verstärkung geteilt wird, um einen neuen Korrekturfaktor nach unten zu erhalten.

Der Schritt 360 des Vergleichens wird ansprechend auf den Schritt 355 des Einstellens der aktuellen Belichtung auf die neue Belichtung durchgeführt, wobei im Schritt 360 des Vergleichens die weitere neue Belichtung mit einem Belichtungsminimalschwellenwert verglichen wird, und im Schritt 365 des Beibehaltens die weitere neue Belichtung beibehalten wird, wenn die weitere neue Belichtung den Belichtungsminimalschwellenwert nicht unterschreitet oder es wird im Schritt 370 des Setzens die weitere neue Belichtung auf den Belichtungsminimalschwellenwert gesetzt, wenn die weitere neue Belichtung den Belichtungsminimalschwellenwert unterschreitet.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 355 des Einstellens der aktuellen Belichtung auf die neue Belichtung die aktuelle Belichtung unter Verwendung eines Korrekturfaktors nach unten auf die weitere neue Belichtung reduziert. Hierbei wird die neue Belichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel berechnet, indem die aktuelle Belichtung durch den neuen Korrekturfaktor nach unten dividiert wird.

Der Schritt 375 des Vergleichens wird ansprechend auf den Schritt 335 des Einstellens der aktuellen Belichtung auf die neue Belichtung durchgeführt, wobei im Schritt 375 des Vergleichens die neue Belichtung mit einem Belichtungsmaximalschwellenwert verglichen wird, und im Schritt 380 des Beibehaltens die neue Belichtung beibehalten wird, wenn die neue Belichtung den Belichtungsmaximalschwellenwert nicht überschreitet oder es wird im Schritt 385 des Setzens die neue Belichtung auf den Belichtungsmaximalschwellenwert gesetzt und im Schritt 390 des Einstellens die aktuelle Verstärkung auf eine weitere neue Verstärkung eingestellt, wenn die neue Belichtung den Belichtungsmaximalschwellenwert überschreitet.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 385 des Setzens ferner der Korrekturfaktor nach oben neu gesetzt, indem die neue Belichtung durch den Belichtungsmaximalschwellenwert geteilt wird, um einen neuen Korrekturfaktor nach oben zu erhalten. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 390 des Einstellens die aktuelle Verstärkung unter Verwendung des neuen Korrekturfaktors nach oben auf die weitere neue Verstärkung eingestellt.

Der Schritt 392 des Vergleichens wird ansprechend auf den Schritt 390 des Einstellens der aktuellen Verstärkung auf die weitere neue Verstärkung durchgeführt, wobei im Schritt 392 des Vergleichens die weitere neue Verstärkung mit einem Verstärkungsmaximalschwellenwert verglichen wird, und im Schritt des Beibehaltens 395 die weitere neue Verstärkung beibehalten wird, wenn die weitere neue Verstärkung den Verstärkungsmaximalschwellenwert nicht überschreitet oder es wird im Schritt 396 des Setzens die weitere neue Verstärkung auf den Verstärkungsmaximalschwellenwert gesetzt, wenn die weitere neue Verstärkung den Verstärkungsmaximalschwellenwert überschreitet.

Im Schritt 397 des Erstellens wird ein Histogramm über alle Grauwerte der Pixel des Kamerarohbilds erstellt, und in einen Schritt des Auslesens die erste Menge und die zweite Menge aus dem Histogramm ausgelesen. Die Schritte 397 des Erstellens und Auslesens werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel vor oder ansprechend auf den Schritt 305 des Einlesens durchgeführt.

Im Schritt 398 des Erfassens wird das Kamerarohbild unter Verwendung eines Bildsensors erfasst, der eine Mehrzahl von Rotpixeln zum Sensieren der Grauwerte aufweist. Der Schritt 398 des Erfassens wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel vor dem Schritt 305 des Einlesens ausgeführt.

Die Schritte 330, 365, 370, 380, 395 und/oder 396 führen gemäß diesem Ausführungsbeispiel je zu einem Ende E des Verfahrens 300. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 300 ferner nach dem Ende E des Verfahrens 300 den Schritt 399 des Empfangens auf, in dem ein weiteres Kamerarohbild von der Kamera empfangen wird, wobei die Schritte 315, 320, 325, 330, 335, 340, 345, 350, 355, 360, 365, 270, 375, 380, 385, 390, 392, 395, 396, 397, 398 des Verfahrens 300 ansprechend auf den Schritt 399 des Empfangens unter Verwendung des weiteren Kamerarohbilds wiederholt durchgeführt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das im Schritt 399 des Empfangens empfangene weitere Kamerarohbild ein auf das Kamerarohbild direkt folgendes Folgekamerarohbild der Kamera oder ein nach einer definierten Folgezahl folgendes Folgekamerarohbild der Kamera.

Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Kalibrieren einer Kamera gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das in Fig. 3 beschriebene Verfahren 300 handeln, das gemäß diesem Ausführungsbeispiel zusätzliche Schritte 400, 405, 410, 415, 420, 425 aufweist.

Im Schritt 400 des Generierens wird der Korrekturfaktor nach oben unter Verwendung des Maximalgraugrenzwerts, des Minimalgraugrenzwerts und/oder einer dritten Häufigkeit höchster Grauwerte im Kamerarohbilds generiert. Der Schritt 400 des Generierens wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem Schritt 325 des Vergleichens und dem Schritt 335 des Einstellens ausgeführt, wenn im Schritt 325 des Vergleichens die zweite Menge die zweite Häufigkeit unterschreitet.

Im Schritt 400 des Generierens wird der Korrekturfaktor nach oben, kurz „CfU“, gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung folgender Formel generiert:

(Maximalgraugrenzwert + Minimalgraugrenzwert)/2 dritte Häufigkeit höchster Grauwerte im Kamerabild

Die Reaktionszeit der Reglung wird durch die Schritte 400, 405, 410, 415, 420, 425 bedeutend reduziert.

Der bisherige Regler in Fig. 3 wurde über die festen Korrekturfaktoren nach oben und unten geregelt. Dabei wurde die Belichtung bzw. Verstärkung des nachfolgenden Bildes jeweils um den Korrekturfaktor nach unten, kurz „CfD“, verringert oder um den Faktor CfU erhöht. Dies hat aber einen deutlichen Nachteil. Die Reglung kann besonders bei Sonne/Wolkenwechsel, typischerweise Faktor 10 in der Helligkeit, bis zu 10 bis 20 Bilder brauchen, um auf den richtigen Helligkeitswert zu kommen.

Um diesen Umstand zu umgehen, berechnet ein Algorithmus direkt den Korrekturwert CfU automatisch und setzt die Belichtung bzw. Verstärkung damit unmittelbar im folgenden Bild auf den Zielwert. Dies ist möglich, da der Algorithmus den Zielwert zwischen Minimalgraugrenzwert, kurz „MiT“ und Maximalgraugrenzwert, kurz „MaT“ und den Istwert, berechnet sich aus aktuellem Bild, kennt.

Berechnung des Sollwertes aus dem aktuellem Bild:

Der Istwert ergibt sich aus den Grauwerten im aktuellem Bild. Hierbei ist es notwendig, dass eine neue Variable hinzugefügt wird, nämlich die dritte Häufigkeit höchster Grauwerte im Kamerabild, kurz„LpD“, = „Lower percentage denominator“. Diese Variable beschreibt wieviel Prozent von den höchsten Grauwerten im Bild ignoriert werden sollen. Dies ist notwendig, damit Ausreißer oder Rauschen nicht zu falschen Ergebnissen führen können. Bei einer LpD von beispielweise 5% werden die obersten 5% der höchsten Grauwerte im Bild ignoriert. Somit berechnet sich der CfU Wert aus den folgenden Informationen:

CfU = Zielwert/Istwert = ((MaT+MiT)/2)/(maximaler Grauwert im Bild - LpD)

Im Schritt 320 des Einstellens wird die aktuelle Verstärkung gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung des Korrekturfaktors nach unten auf die neue Verstärkung eingestellt, wenn eine dritte Menge von über dem Maximalgraugrenzwert liegenden Grauwerten der Pixel eine

Maximalüberbelichtungspixelmenge, kurz „MoP“ = „Maximal overexposured Pixels“, nicht überschreitet.

Alternativ wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel im weiteren Schritt 405 des Einstellens die aktuelle Verstärkung unter Verwendung eines Maximalkorrekturfaktors nach unten auf eine weitere neue Verstärkung eingestellt, wenn die dritte Menge von über dem Maximalgraugrenzwert liegenden Grauwerten der Pixel die Maximalüberbelichtungspixelmenge überschreitet, wobei der Maximalkorrekturfaktor nach unten größer ist als der Korrekturfaktor nach unten. Der Maximalkorrekturfaktor nach unten wird im Folgenden auch abgekürzt als „CfDmax“ bezeichnet.

Hierzu wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel nach dem Schritt 315 des Vergleichens, wenn die erste Menge die erste Häufigkeit überschreitet, der Schritt 410 des Erkennens durchgeführt, in dem erkannt wird, ob die dritte Menge von über dem Maximalgraugrenzwert liegenden Grauwerten der Pixel die Maximalüberbelichtungspixelmenge überschreitet oder nicht.

Ansprechend auf den weiteren Schritt 405 des Einstellens wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Schritt 415 des Vergleichens ausgeführt, in dem andere neue Verstärkung mit einem Verstärkungsschwellenwert verglichen wird, der Schritt 345 des Beibehalten der anderen neuen Verstärkung ausgeführt, wenn die andere neue Verstärkung den Verstärkungsschwellenwert nicht unterschreitet oder der Schritt 420 des Setzens der anderen neuen Verstärkung auf den Verstärkungsschwellenwert und der Schritt 425 des Einstellens der aktuellen Belichtung auf eine andere neue Belichtung, wenn die andere neue Verstärkung den Verstärkungsschwellenwert unterschreitet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 415 des Vergleichens die andere neue Verstärkung mit dem Verstärkungsschwellenwert verglichen, der bei 1 liegt.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 420 des Setzens ferner der Maximalkorrekturfaktor nach unten neu gesetzt, indem der Wert 1 durch die andere neue Verstärkung geteilt wird, um einen neuen Maximalkorrekturfaktor nach unten zu erhalten. Der Schritt 360 des Vergleichens wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel ansprechend auf den Schritt 425 des Einstellens der aktuellen Belichtung auf die andere neue Belichtung durchgeführt

Bestimmung von CfD:

Die Korrektur nach unten ist leider nicht ohne weiteres direkt möglich. Hier haben wir zwar ebenfalls den Zielwert zwischen MaT und MiT, doch der Istwert ist hier unbekannt. Pixel, die überbelichtet sind, tragen keine Informationen darüber, wie groß die Überbelichtung ist. Dies kann beispielsweise nur 10% oder auch 1000% betragen. Um hier trotzdem eine schnelle Reglung zu ermöglichen, wird die Anzahl der gesättigten Pixel berechnet und je nach Menge entschieden, ob hier ein großer oder kleiner Sprung gemacht werden muss. Hierfür werden zwei neue Variablem hinzugefügt, MoP und CfDmax. Somit wird im ersten Schritt die Anzahl der überbelichteten Pixel gezählt. Überbelichtete Pixel sind laut Definition alle Pixel, die über MaT liegen. Falls dieser Wert über MoP liegt, dann wird mit CfDmax nach unten geregelt. Falls nicht, wird mit CfD nach unten geregelt.

Fig. 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel eines Verfahrens zum Kalibrieren einer Kamera gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das in Fig. 4 beschriebene Verfahren 300 handeln.

In dem Anwendungsbeispiel sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel folgende Parameter realisiert: MaT=3950, UbP=0,l%, MoP=0,8%, LPD = 0,5%, MiT=3850, LbP=0,05%, CfDmax=2, CfD = 1.1.

Grauwerte für die Pixel unterhalb von MiT werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel je unter Verwendung der im Schritt des Generierens für sie individuell berechneter Korrekurfaktoren nach oben CfU in den Bereich zwischen MiT und MaT heraufgeregelt.

Grauwerte für eine Menge Undefiniert überbelichteter Pixel 500 über MaT werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel abhängig von der Menge mit entweder dem CfDmax oder dem CfD heruntergeregelt.