-
Die
Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für eine Überwachungskamera
mit mehreren, jeweils eine Leuchtmittelachse aufweisenden Leuchtmitteln.
-
Zur Überwachung
von sicherheitsrelevanten Bereichen in Passagierflugzeugen werden Überwachungskameras
eingesetzt, die für
Strahlung im nahen Infrarotbereich und/oder auch Licht im sichtbaren
Bereich empfindlich sind. Derartige Überwachungskameras werden beispielsweise
zur Überwachung
von Cockpittüren,
von Passagiertüren
sowie des Innenraums von Passagierflugzeugen eingesetzt. Bei vollständiger Dunkelheit,
wie sie zum Beispiel bei Nachtflügen
auftritt, ist es auch bei der Verwendung von Überwachungskameras, die vor
allem für
Infrarotlicht empfindlich sind, erforderlich, den Aufnahmebereich
zusätzlich
auszuleuchten. Zu diesem Zweck werden Beleuchtungseinrichtungen
mit Leuchtmitteln verwendet, die Strahlung im nahen Infrarotbereich
oder im Bereich des sichtbaren Lichts abgeben. Als Leuchtmittel
finden in diesem Zusammenhang zum Beispiel Infrarotleuchtdioden
oder einfache Leuchtdioden, die Licht im sichtbaren Bereich abgeben,
verbreitet Anwendung.
-
Bei
hergebrachten Ausführungsformen
von Beleuchtungseinrichtungen für Überwachungskameras
nach dem Stand der Technik ist eine parallele Anordnung der Kameraoptik
und der Beleuchtungseinrichtung üblich.
Um eine effektive Ausleuchtung des Aufnahmebereiches bzw. des Aufnahmeraumes
vor der Überwachungskamera
zu erzielen, sind die Infrarotleuchtdioden (IRED) bzw. die Leuchtdioden
(LED) entweder mit der Kameraoptik hinter einer Abdeckscheibe angeordnet
oder die Dioden befinden sich separat angeordnet auf der Gehäusefront.
Die Abstrahlrichtung derartiger Beleuchtungseinrichtungen wird infolge
der zur Kameraoptik parallelen Anordnung der Infrarotleuchtdioden
bzw. der Leuchtdioden vor allem durch die Abstrahlwinkel der Dioden
bestimmt.
-
Die
vorbekannten Ausführungsformen
von Beleuchtungseinrichtungen führen
häufig
zu einer Überbelichtung
der Bildmitte des mit der Überwachungskamera
gewonnenen Bildes, weil die Hauptstrahlungsintensität der Dioden
in Richtung der Kameraoptik und damit auf das Zentrum des Aufnahmeobjektes
weist. Hieraus folgt ein hoher Kontrastunterschied zwischen der
Bildinformation in der Bildmitte und den Randbereichen des Bildes,
wodurch zum Beispiel die automatische Auswertung der Bildinhalte durch
geeignete Bildverarbeitungsalgorithmen zur Bilderkennung, zur Erkennung
der Zugangsberechtigung und dergleichen erschwert wird. Weiterhin
können
sicherheitsrelevante Gegenstände
gerade im Randbereich des Bildes nicht sicher identifiziert werden,
weil die Bildmitte überstrahlt
abgebildet wird.
-
Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorbekannten Beleuchtungseinrichtungen
für Überwachungskameras
dahingehend zu verbessern, dass eine gleichmäßige Ausleuchtung des mit Überwachungskamera
kontrollierten Aufnahmebereiches bzw. des Aufnahmeraumes und des
hieraus gewonnenen Bildes gegeben ist, damit sich im Ergebnis ein hoher
Kontrast über
die gesamte Bildfläche
hinweg einstellt.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Patentanspruch
1 gelöst.
Erfindungsgemäß schneiden
die Leuchtmittelachsen eine optische Achse der Überwachungskamera, d. h. die
Leuchtmittelachsen der Leuchtmittel verlaufen nicht parallel zur
optischen Achse der Überwachungskamera.
Hierdurch wird eine gleichmäßige Ausleuchtung
des Aufnahmebereiches bzw. des Aufnahmeraumes vor der Überwachungskamera
mittels der Beleuchtungseinrichtung erreicht. Eine unerwünschte Überstrahlung
des Aufnahmeobjektes in Richtung der optischen Achse erfolgt nicht
mehr. Der Kontrast des mittels der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
gewonnen Bildes ist über
die gesamte Bildfläche
hinweg gleichmäßig hoch
und zudem gut geeignet für
eine Auswertung mittels automatisierter Bildverarbeitungsalgorithmen.
Möglicherweise
sicherheitsrelevante Gegenstände
und Details im Randbereich des Bildes lassen sich gut erkennen.
-
Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Ansprüchen
2 bis 10 niedergelegt. Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden
Detailbeschreibung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung.
-
In
der Zeichnung zeigen:
-
1 Eine
Draufsicht auf die Beleuchtungseinrichtung,
-
2 eine
Seitenansicht der Beleuchtungseinrichtung gemäß der 1,
-
3 eine
schematische Darstellung der Strahlungsverteilung der Beleuchtungseinrichtung,
-
4 eine
Testaufnahme mit einer herkömmlichen
Beleuchtungseinrichtung und
-
5 eine
Testaufnahme mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung.
-
Die 1 zeigt
die Beleuchtungseinrichtung 1 in einer Ansicht von oben.
Die Beleuchtungseinrichtung 1 umgibt eine Überwachungskamera 2 mit
einem Objektiv 3. Das Objektiv 3 ist mit einer
Blende 4 versehen, um eine Blendung der Überwachungskamera 2 durch
die Beleuchtungseinrichtung 1 weitgehend zu vermeiden.
Die Überwachungskamera 2 weist
eine zur Zeichenebene bzw. zu einer durch eine x- und y-Achse aufgespannten
Leuchtmittelebene E senkrecht stehende optische Achse O auf. Der
Pfeil an der optischen Achse O weist in Richtung eines in der Zeichnung
der besseren Übersichtlichkeit
halber nicht näher
dargestellten, vor der Überwachungskamera 2 im Überwachungsraum
bzw. im Überwachungsbereich
befindlichen Aufnahmeobjektes. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1 sind
das Objektiv 3 sowie die Blende 4 rotationssymmetrisch
in Bezug auf die optische Achse O positioniert. Abweichend von dieser
gezeigten Anordnung sind auch andere Positionierungen, beispielsweise
eine exzentrische Anordnung der Überwachungskamera 2,
der Blende 4 sowie der Beleuchtungseinrichtung 1 möglich.
-
Die
Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel
der 1 acht Leuchtmittel Lm1,...,n,
die entlang einer Kreislinie 6 angeordnet sind und die
in der durch die x- und y-Achse aufgespannten Leuchtmittelebene
E liegen. Hierbei weisen die Leuchtmittel Lm1,...,n jeweils
gleiche Abstände
zum benachbarten Leuchtmittel Lm1,...,n auf. Die
Leuchtmittel Lm1,...,n weisen jeweils eine
Leuchtmittelachse Lma1,...,n auf und geben
Strahlung im nahen Infrarotbereich bzw. Strahlung im sichtbaren
Bereich im Wesentlichen in Richtung des Pfeils auf der jeweiligen
Leuchtmittelachse Lma1,...n ab. Die Orientierung
der Leuchtmittelachsen Lma1,...,n entspricht somit
der Hauptabstrahlungsrichtung des betreffenden Leuchtmittels Lm1..,,n.
-
Die
Anordnung der Leuchtmittel Lm1,...,n kann auch
auf andere Art und Weise als in der in 1 gezeigten
Positionierung erfolgen. Denkbar ist zum Beispiel die Positionierung
der Leuchtmittel Lm1,...,n entlang einer
quadratischen, rechteckigen oder elliptischen Linie um die Überwachungskamera
2 herum. Alternativ ist auch eine statistisch über die Fläche verteilte Anordnung der
Leuchtmittel Lm1,...,n denkbar. Weiterhin
ist es nicht erforderlich, dass die Leuchtmittel Lm1,...,n in
einer Leuchtmittelebene E angeordnet sind. So ist es beispielsweise
denkbar, dass die Leuchtmittel Lm1,...,n in
Bezug auf die optische Achse O verschiedene Höhenpositionen aufweisen und
in verschiedenen, parallel zur Leuchtmittelebene E verlaufenden
Ebenen angeordnet sind. Weiterhin ist die Anzahl der Leuchtmittel
Lm1,...,n nicht auf die im Ausführungsbeispiel
gezeigte Anzahl von acht Leuchtmitteln Lm1,...,n beschränkt.
-
Als
Leuchtmittel Lm1,...,n werden – in Abhängigkeit
von der spektralen Empfindlichkeit der eingesetzten Überwachungskamera 2 – vorzugsweise
Infrarotleuchtdioden (IRED) bzw. Leuchtdioden (LED), die Licht vor
allem im sichtbaren Bereich abstrahlen, eingesetzt. Die Leuchtdioden
bzw. die Infrarotleuchtdioden haben den Vorteil einer langen Lebensdauer und
einer geringen Erschütterungsempfindlichkeit. Demzufolge
sind Dioden nahezu wartungsfrei. Anstelle der Dioden können auch
andere Leuchtmittel Lm1,...,n eingesetzt
werden, wie beispielsweise Infrarotlaser, Infrarotlaserdioden oder
Glühlampen.
-
Im
Ausführungsbeispiel
der 1 schließt die
Leuchtmittelachse Lma1 des ersten Leuchtmittels Lm,
mit einer x-Achse beispielsweise einen Winkel θ1 von
etwa 45° ein.
Die y-Achse ist zur x-Achse rechtwinklig angeordnet. Die Winkel θ2,...,n zwischen den übrigen Leuchtmittelachsen Lma2,...,n der Leuchtmittel Lm2,...,n und
der x-Achse erhöhen
sich vorzugsweise in Abhängigkeit
von deren Position auf der Kreislinie 6 jeweils in 45°-Schritten,
weisen also Werte von etwa 90°,
135°, 180°, 225°, 270°, 315° sowie 360° auf. Grundsätzlich können die
Winkel θ1,...,n jeden Wert zwischen 0° und 360° einnehmen.
Hierbei sollte die jeweilige Leuchtmittelachse Lma1,...,n jedoch
vorzugsweise so ausgerichtet sein, dass diese nicht ausschließlich zur
Kamera 2 bzw. zur Blende 4 weist. Hierdurch ist
sichergestellt, dass die Hauptabstrahlungsrichtung eines jeden Leuchtmittels
Lm1,...,n im Wesentlichen nach Außen, von
der Überwachungskamera 2 und
der optischen Achse O weggerichtet ist. Eine wie im Ausführungsbeispiel
der 1, 2 gezeigte, gleichmäßige Erhöhung des
Winkels θ in Abhängigkeit
von der Position des Leuchtmittels Lm1,...,n auf
der Kreislinie 6 ist nicht notwendig.
-
Die
eingesetzte Anzahl der Leuchtmittel Lm1,...,n und
deren Ausrichtung ist vor allem von deren Strahlungsintensität, der Größe und der
Geometrie des mit der Überwachungskamera
kontrollierten Überwachungsbereiches
bzw. des Überwachungsraumes
abhängig.
In Abhängigkeit
von diesen Parametern können
andere Werte für
den Winkel θ in
Abhängigkeit
von der Anordnung der Leuchtmittel Lm1,...,n auf
der Kreislinie 6 erforderlich sein, um eine optimale Wiedergabe
eines Aufnahmeobjektes zu erreichen.
-
In
Versuchen hat sich eine Anzahl von sieben rotationssymmetrisch um
die optische Achse O herum angeordneten Leuchtmitteln Lm1,...,n zur Kontrolle kleinerer Überwachungsräume bzw. Überwachungsbereiche
als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Versuchsanordnung ist der Übersichtlichkeit
halber nicht in den Figuren dargestellt. Die sieben Leuchtmittel
Lm1,...,7 sind in diesem Fall ausgehend von
einer "12 Uhr-Position" auf einer Kreislinie
entlang, gleichmäßig zueinander
beabstandet angeordnet. "12
Uhr-Position" bedeutet
in diesem Zusammenhang, dass das Leuchtmittel Lm1 im
oberen Schnittpunkt zwischen der y-Achse und der Kreislinie angeordnet
ist bzw. dessen Leuchtmittelachse Lmam1 in
diesem Punkt in Richtung der y-Achse weist. Ausgehend von der "12 Uhr-Position" des ersten Leuchtmittels
Lm,, schließen
die weiteren Leuchtmittelachsen Lma2,...,7 der
Leuchtmittel Lm2,...,7 mit der x-Achse im
Uhrzeigersinn beispielsweise jeweils Winkel θ1,...,7 von
90°±10°, 230°±10°, 255°±10°, 270°±10°, 270°±10°, 285°±10°, 320°±10° ein.
-
Die 2 stellt
die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1 in
einer Seitenansicht dar. Die optische Achse O steht senkrecht auf
der x-Achse. In der Darstellung sind der besseren grafischen Darstellung
halber fünf
Leuchtmittel Lm5,6,7,n,1 exemplarisch dargestellt.
Die Leuchtmittelachsen Lma5,6,7,n,1 dieser
Leuchtmittel Lm5,6,7,n,1 schließen mit
der optischen Achse O jeweils Winkel φ5,6,7,n,1 von
etwa 45° ein.
In Versuchen haben sich für
den Winkel φ1,...,n Werte zwischen 30° und 60° als geeignet erwiesen. Ein
Wert von φ1,...,n von ungefähr 45° hat sich als besonders vorteilhaft
erwiesen. Werte für
den Winkel φ1,...,n, die außerhalb des Bereichs von 30° bis 60° liegen,
führen
zu einer signifikanten Verschlechterung der mit der Überwachungskamera 2 erzielten
Abbildungsergebnisse bzw. des gewonnen Bildes.
-
Die 3 zeigt
eine normierte Darstellung der mittels der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1 erreichten
Beleuchtungsintensitäten
im Überwachungsbereich
bzw. Überwachungsraum
vor der Beleuchtungseinrichtung 1 entlang der optischen Achse
O sowie der x- und der y-Achse. Die Winkelzahlen am Halbkreis entsprechen
der jeweiligen Raumrichtung. Eine durchgezogen dargestellte Intensitätskurve 7 spiegelt
die Intensitätsverteilung
der Strahlung wieder, die mit bekannten Beleuchtungseinrichtungen üblicherweise
erzielt wird, bei der die Leuchtmittelachsen parallel zur optischen
Achse O der Kamera ausgerichtet sind. Die räumliche Intensitätsverteilung
der Strahlung im Raum ergibt sich durch eine Rotation der In tensitätskurve 7 um
die optische Achse O, sodass sich insgesamt eine "keulenförmige", räumliche
Intensitätsverteilung
ergibt. Die Höhenerstreckung
der Kurve 7 in Richtung der optischen Achse O ist ein Maß für die Intensität der Strahlung
in diesem Bereich. Bei der Winkelzahl von 0° schneidet die Intensitätskurve 7 die
optische Achse O. In diesem Punkt erreicht die Strahlungsintensität ein Maximum.
Zum Vergleich mit der Intensitätskurve 7 ist
eine, sich unter Einsatz der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1 ergebende
Intensitätskurve 8 punktiert
dargestellt.
-
In
der schematischen Darstellung der 3 ist zu
erkennen, dass die Intensität
der Strahlung im näheren
Umkreis der optischen Achse O im Fall der Intensitätskurve 7 deutlich
höher ist,
als bei der Intensitätskurve 8.
Weiterhin ist die Intensitätskurve 7 höher und
schmaler, wohingegen die Intensitätskurve 8 niedriger
und breiter ausgebildet ist. Dies bedeutet im Ergebnis, dass sich
durch die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1 eine
bessere und vor allem gleichmäßigere Ausleuchtung
des sich vor der Kamera befindlichen Überwachungsbereiches bzw. des Überwachungsraumes
ergibt. Hierdurch folgt eine gleichmäßigere Kontrastverteilung des
mit der Überwachungskamera 2 und
der Beleuchtungseinrichtung 1 erzeugten Bildes. Das Bild
lässt sich
hierdurch besser mittels automatisierter Bildverarbeitungsalgorithmen
bearbeiten und auswerten. Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung
vermeidet eine nur punktuelle Ausleuchtung eines im Bereich der
optischen Achse O befindlichen Aufnahmeobjektes innerhalb des Überwachungsbereiches
bzw. des Überwachungsraumes,
die bei bekannten Ausführungsformen
von Beleuchtungseinrichtungen zu lokal unerwünscht hohen Kontrastunterschieden
des erzeugten Bildes führt.
Eine Überstrahlung
eines sich beispielsweise in geringer Entfernung vor der Überwachungskamera
befindenden Gesichtes einer Person erfolgt nicht.
-
Insgesamt
wird der Überwachungsbereich bzw.
der Überwachungsraum
gleichmäßiger mittels der
erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1 ausgeleuchtet.
Die Überwachungskamera 2 erzeugt daher
ein Überwachungsbild
mit einem über
die gesamte Bildfläche
hinweg guten Kontrast. Insbesondere Gegenstände und Details, die sich außerhalb der
Bildmitte bzw. entfernt von der optischen Achse O der Überwachungskamera 2 befinden,
werden deutlich besser abgebildet. Die so gewonne nen Bilder können leichter
manuell oder mit geeigneten Bildverarbeitungsalgorithmen – beispielsweise
zur automatisierten Bildererkennung, zur automatisierten Zugangskontrolle
oder dergleichen – ausgewertet
und bearbeitet werden.
-
Hierdurch
ergibt sich eine signifikante Erhöhung der Sicherheit der Überwachung
von gefährdeten
Bereichen, wie zum Beispiel in Zivilflugzeugen, da Details wie zum
Beispiel Waffen oder andere gefährliche
Gegenstände,
die eine Person beispielsweise in der Nähe des Körpers oder in der Hand mitführt, auch
im Randbereich der Überwachungsbilder
leichter erkannt werden können.
Die Beleuchtungseinrichtung 1 muss hierbei selbstverständlich an
die Geometrie bzw. Beschaffenheit des zu überwachenden Raumes bzw. Bereiches
angepasst werden. Die Anpassung erfolgt wie vorstehend beschrieben
im Einzelfall durch die geeignete Auswahl der Anzahl und Art der
Leuchtmittel, deren Strahlungsstärke,
deren Abstrahlcharakteristik sowie deren Ausrichtung im Raum in
Bezug auf die optische Achse O (Winkel φ, θ) der Überwachungskamera 2.
-
Die 4 zeigt
ein Testbild, das mittels einer bekannten Beleuchtungseinrichtung
mit einer Infrarotüberwachungskamera
gemacht wurde. In der 5 ist ein Testbild dargestellt,
welches unter Verwendung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1 und
einer Infrarotüberwachungskamera
erstellt wurde.
-
Zu
erkennen ist, dass der Kontrast des Testbildes in der 4 im
Grenzbereich zwischen der Gesichtsfläche der abgebildeten Person
und dem Hintergrund zwar etwas höher
ausfällt,
als der Kontrast des Bildes nach der 5 insgesamt.
Doch Gegenstände
und Details, die sich außerhalb
der Bildmitte des Testbildes in 4 befinden,
lassen sich nur schlecht erkennen, weil der Kontrast zum Bildrand
hin infolge der punktuellen Überstrahlung
des Überwachungsbereiches
bzw. des Überwachungsraumes
entlang der optischen Achse O der Überwachungskamera 2 rapide
abnimmt (vgl. 4). Dagegen ermöglicht die
gleichmäßigere Kontrastverteilung über die
Gesamtfläche
des Testbildes der 5 eine bessere Auswertung des
Bildinhaltes über
die Gesamtfläche
des Bildes hinweg. Eine Überstrahlung
der Bildmitte wird durch die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 2 vermieden.
Gegenstände und
Details, die sich außerhalb
der Bildmitte des Testbildes nach der 5 befinden,
werden kontrastreich, demzufolge detailreich und somit gut auswertbar
wiedergegeben.
-
Mit
der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
gewonnene Bilder lassen sich mithin manuell oder durch automatisierte
Bildverarbeitungsalgorithmen, beispielsweise zur Bilderkennung oder zur Überprüfung von
Zugangsberechtigungen, besser auswerten. Insbesondere werden möglicherweise
sicherheitsrelevante, gefährliche
Gegenstände und
Details außerhalb
der Bildmitte gut erkennbar dargestellt und abgebildet.
-
Anwendungsgebiete
für die
erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung
sind unter anderem Fluggastkabinen, Gepäck- und Güterbereiche in Flugzeugen,
Passagiertüren
in Flugzeugen, sowie Cockpittüren
in Flugzeugen. Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung
ist indes nicht auf die Anwendung im Bereich der zivilen und militärischen Luftfahrt
beschränkt.
Denkbar sind Anwendungen in weiteren sicherheitsrelevanten Bereichen,
wie zum Beispiel die Raumüberwachung
in Gebäuden,
die Überwachung
von Außenflächen von
Gebäuden oder
dergleichen sowie die Kontrolle von Aufenthaltsbereichen von Passagieren
in Transporteinrichtungen des öffentlichen
Nah- und Fernverkehrs.
-
Die
Leuchtmittel Lm1...,n der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1 weisen
im Falle der Verwendung einer Infrarotüberwachungskamera, die vor
allem für
Strahlung im nahen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums
empfindlich ist, Infrarotleuchtdioden (IRED) auf. Für eine weitere
Ausführungsvariante
der Erfindung, bei der die Überwachungskamera 2 im
Wesentlichen nur für
sichtbares Licht sensitiv ist, weisen die Leuchtmittel vorzugsweise
weiße
Leuchtdioden (LED) auf, die vorzugsweise Licht im mit dem menschlichen
Auge sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums abgeben.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Beleuchtungseinrichtung
- 2
- Überwachungskamera
- 3
- Objektiv
- 4
- Blende
- 5
- Leuchtmittel
- 6
- Kreislinie
- 7
- Intensitätskurve
- 8
- Intensitätskurve
- O
- optische
Achse
- L
- Leuchtmittelebene
- Lm1,...,n
- Leuchtmittel
- Lma1,...,n
- Leuchtmittelachse
- θ1,...,n
- Winkel
- φ1,...,n
- Winkel