DD204790A1 - Einrichtung zur digitalen abtastung insbesondere astrofotografischer bilder - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur digitalen Abtastung insbesondere astrofotografischer Bilder mit dem Ziel, die Zuverlaessigkeit und Genauigkeit zu erhoehen. Durch besondere Ausbildung von Blendensystemen soll bei geringer Abtastgeschwindigkeit eine hohe Genauigkeit gewaehrleistet und eine visuelle Beobachtung des Abtastvorganges ermoeglicht werden. Die Einrichtung umfasst einen Beleuchtungs- und einen Messstrahlengang und Blendensysteme sowie ein mit einem Auswertecomputer verbundenes Fotoempfaengersystem. Die Blendensysteme umfassen eine gleiche Vielzahl von Oeffnungen, die in Abhaengigkeit von den Abmessungen der Bildelemente dimensioniert sind. Mindestens eines der Blendensysteme ist nach vier Parametern justierbar. Es ist im Strahlengang der Einrichtung ein visuelles Beobachtungssystem vorgesehen.

Description

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Titel:

Einrichtung zur digitalen Abtastung insbesondere astrofotografiseher Bilder

Anwendungagebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur digitalen Abtastung insbesondere astrofotografiseher Bilder, insbesondere zur digitalen Auswertung von astronomischen Aufnahmen.

• Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannte Einrichtungen zur Abtastung und Digitalisierung fotografischer Bilder, insbesondere astronomischer Aufnahmen, arbeiten in der Weise, daß entweder ein leuchtender Punkt über das Bild bewegt wird und das gesamte vom Bildfeld transmittierte Licht auf einen gemeinsamen Empfänger geleitet wird, oder daß das gesamte Bildfeld mittels einer Beleuchtungsanordnung beleuchtet wird und nur ein punktfö'rmiger Teil dieser leuchtenden Fläche mittels einer abbildenden Optik auf den fotoelektrischen Empfänger gelangt.

Es ist aus dem Technical Report Nr.5 of the European Southern Observatory von Nov.1974, Seiten 2 und 8 eine Anordnung bekannt, bei welcher eine Aufnahme oder ein Teil davon durch Bewegung derselben zu einer festen eindimensionalen Fotodiodenanordnung mit einem rechtwinkligen Abtastraster überdeckt wird, wobei der optische Transmissionswert eines jeden

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Rasterelementes in einem Speicher eines one-line Rechner zwischengespeichert werden. Dabei wird die auszuwertende Aufnahme mittels einer Beleuchtungseinrichtung beleuchtet und mittels einer Abbildungsoptik auf die Diodenanordnung abgebildet. Die Aufnahme ist dabei vorteilhaft auf einer rechnergesteuerten Koordinatenmeßmaschine angeordnet, die eine definierte Relativbewegung zwischen Aufnahme und Diodenanordnung in der Ebene" gestattet.

Bei diesen bekannten Einrichtungen ist jedoch das Meßergebnis für irgendeine Stelle der Aufnahme sehr stark von der fotografischen Schwärzung der den Abtastpunkt umgebenden Bildbereiche abhängig, da die Fotoschichten in besonders starkem Maße die Eigenschaft haben, das einfallende licht zu streuen. Bei großen Abtastgeschwindigkeiten erfordern jedoch diese Einzelpixelabtastungen sehr große Relativgeschwindigkeiten zwischen Aufnahme und Abtaststrahlengang. Es ergeben sich bei der Bewegung durch große Beschleunigungen große Trägheitskräfte an den bewegten Teilen der Einrichtung, Die Schwingungsabhängigkeit derartiger Geräte ist groß.

Ziel der Erfindung

Es ist der Zweck der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und die Zuverlässigkeit und Genauigkeit bei der Abtastung und Auswertung fotografischer, insbesondere astronomischer Aufnahmen zu erhöhen. .

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Weaen der Erfindung

Die Erfindung liegt die Aufgabe zu gründe eine Einrichtung zur digitalen Abtastung astrofotografischer Bilder zu schaffen, welche durch eine besondere Ausbildung von Blendensystemen bei geringer Abtastgeschwindigkeit eine hohe Abtastgenauigkeit gewährleistet und eine visuelle Beobachtung des Abtastvorganges ermöglicht·

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe bei einer derartigen Einrichtung mit einem Beleuchtungs- und einem Meßstrahlengang und Blendensystemen in diesen Strahlengängen sowie einem mit einem Auswertecomputer verbundenen Fotoempfängersystem dadurch gelöst, daß das erste und zweite Blendensystem eine gleiche Vielzahl scharf begrenzter, in Abhängigkeit von den Abmessungen der Bildelemente (pixel) dimensionierter Öffnungen besitzen, wobei mindestens eines dieser Blendensysteme manuell oder mittels gesteuerter Antriebe zur Erzielung einer guten gegenseitigen Überdeckung nach vier Parametern (x, y, !P und/"¹) justierbar im Strahlengang angeordnet sind, daß das erste und das zweite Abbildungssystem konstruktiv gleichartig aufgebaut sind und annähernd gleiche optische Abbildungseigenschaften aufweisen, und daß zur Beobachtung, Kontrolle und Justierung im Meß-. strahlengang ein visuelles Beobachtungssystem mit selektiven Lichtfiltern vorgesehen ist, wobei χ und y Koordinaten,JP der Drehwinkel des Blendensystems um die optische Achse und Π der Abbildungsmaßstab der Abbildungssysteme sind.

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Datei ist es vorteilhaft, daß die Blendensysteme vorzugsweise sechzehn Öffnungen besitzen, welche innerhalb des Gesichtsfeldes der Abbildungssysteme in einem maximalen gegenseitigen Abstand haben und so senkrecht zur Abtastrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, daß bei Verschiebung des Meßobjektes in Abtastrichtung die beschriebene Spur einer jeden Öffnung durch die anteiligen Spuren zweier weiterer öffnungen mehr oder weniger überdeckt wird und daß die Öffnungen in Abtastrichtung jeweils um vorzugsweise 1/32 ihrer Größe zueinander versetzt sind.

Die Öffnungen der Blendensysteme sind auf einer Fläche angeordnet, deren Größe in Abhängigkeit von der Fläche der Bildeleraente festgelegt ist. Zur Realisierung einer Justierung in Richtung der Optischen Achse ist es vorteilhaft, daß die Abbildungssysteme im Beleuchtungs- und Meßstrahlengang optische Systeme mit veränderlicher Brennweite jjedooh vorzugsweise mit konstanter Bildweite sind.

Durch die Anwendung der Erfindung wird erreicht, daß mit geringeren Abtastgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann, ohne daß sich die Auswertezeiten verlängern. Damit wird dem Problem der großen Beschleunigungskräfte der bewegten Teile der Einrichtung entgegengewirkt. Durch die Verwirklichung großer Abstände der Öffnungen im Blendensystem und damit der Bildelemente wird der durch das Aufnahmematerial bedingte Streulichteinfluß bzw. das tibersprechen zwischen den einzelnen Abtastkanälen minimiert. Die von der Fotoempfängeranordnung gelieferten Helligkeitsinformationen verlassen in gleichen Zeitabständen die Einrichtung und gewährleisten damit eine optimale Arbeitsweise des

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Auswertecomputers. Ferner werden alle Potοempfänger ständig mit Licht beaufschlagt, so daß bei minimaler Beleuchtungsstärke maximale Integrationszeiten der Potοempfänger erreicht werden. Entsprechend dem bekannten Abtasttheorem (sampling-Theorem) wird die geforderte Überdeckung der Bildelemente ermöglicht, ohne daß sich die 16 Einzelpixelstrahlengänge gegenseitig behindern und stören. Es ist ferner, eine Justierung und Kontrolle der gegenseitigen Lage der Blendensysteme geschaffen, so daß eine volle Überdeckung derselben ermöglicht wird. Es ist zumindest wahlweise möglich, während der Abtastung der Meßobjekte visuell eine Kontrolle vorzunehmen. Die Erfindung soll nachstehend an einem AusfUhrungsbeispiel erläutert werden. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 ein Blendensystem,

Pig. 2 den gesamten Strahlengang der Einrichtung, Fig. 3 schematisch einen Teilstrahlengang. Das in Pig. 1 dargestellte Blendensystem 20, welches auf ein Meßobjekt 21 und mit diesem auf ein gleich— gestaltetes, eine Potoempfängeranordnung 22 abdeckendes zweites Blendensystem 23 abgebildet wird, umfaßt die in Spalten und Zeilen versetzt zueinander angeordneten Öffnungen 0, 1_r..., 15. Diese sind auf einer Fläche angeordnet, die solche Abmessungen besitzt, die etwa 11,3—mal so groß sind, wie die d'er abzutastenden Bildelemente. Diese Öffnungen, die Bildelementen oder pixel entsprechen, sind innerhalb des Gesichtsfeldes in einem maximalen Abstand und so senkrecht zur Abtastrichtung versetzt in Zeilen und Spalten η angeordnet, daß bei Verschiebung des Meßobjektes 21(auszuwertendes Bild) in Abtastrichtung die beschriebene Spur einer jeden Öffnung 0...15 durch die Spuren zweier anderer öffnungen überdeckt wird,

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wodurch das bekannte Abtasttheorem erfüllt ist. So wird z.B. die Spur der Öffnung 7 durch die Spuren der Öffnungen 0 und 13 vollständig überdeckt. Diese Öffnungen 0...15 sind in Abtastrichtung jeweils um 1/32 ihrer Größe zueinander versetzt. So sind z.B. gegenüber der öffnung 0 die Öffnung 1 um 1/32, die Öffnung 2 um 2/32 usw. verschoben. Die dabei / entstehenden Adressierungssprunge bereiten dabei keine Schwierigkeiten, denn moderne Bildauswerte-; geräte arbeiten in Verbindung mit Computern, die diese Probleme durch Umsortierung der einlaufenden Informationen leicht beseitigen können.

Die Einrichtung gemäß Fig. 2 umfaßt in ihrem Beleuchtungsstrahlengang eine Lichtquelle 24 sowie eine Kondensoroptik 25 und 26 zur Beleuchtung des ersten Blendensystems 20. Durch ein Zwischen- '

abbildungssystem 27 und eine Tubuslinse 28 und ein Objektiv 29 wird das Blendensystem 20 verkleinert auf das Meßobjekt 21 abgebildet, welches, wie durch den Pfeil 30 angegeben, verschiebbar ist.

Das Meßobjekt 21 wird zusammen mit dem Bild des Blendensystems 20 im Abbildungsstrahlengang, umfassend ein Objektiv 31, eine Tubuslinse 32 und ein Zwischenabbildungssystem 33 auf das Fotoempfängersystem vergrößert abgebildet, dem , in Lichtrichtung gesehen, ein zum Blendensystem 20 analoges, zweites Blendensystem 23 vorgelagert ist. In der Praxis sind vorteilhaft Blendensystem 23 und Fotoempfängersystem körperlich vereinigt, wie es durch die strichpunktierte Linie in Fig. 2 gekennzeichnet ist. Ein dem Blenden- system 23 vorgelagertes Farbfilter 36 ist nur durch lässig für das zur Abtastung verwendete Licht entsprechend

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der spektralen Empfindlichkeit des Fotoempfängersystems "22, welches mit einem Auswertecomputer 35 verbunden ist. Zur visuellen Beobachtung des Abtastvorgänges ist ein Beobachtungssystem vorgesehen, welches eine Lichtquelle 37, ein nachgeordnetes Farbfilter 38 und optische Systeme, vorzugsweise in Form von Tubuslinsen 39 und 40 umfaßt und dessen Licht über einen nichtselektiven Teilspiegel 41 oder -prisma in den Beleuchtungsstrahlengang_ävor dem Meßobjekt 19 ' ' eingekoppelt wird. Über einen selektiven Teilspiegel 42, der selektiv nur das Licht des Beobachtungssystems reflektiert und das Meßlicht durchläßt, wird dieses Licht einer Beobachtungseinrichtung 43, einem Okular oder einem Bildschirm, zugeleitet. So kann durch die Verwendung des Farbfilters 38 z.B. in blauem oder grünem Licht beobachtet werden, während für die Abtastung und Messung rotes Licht entsprechend der spektralen Empfindlichkeit der Fotoempfängeranordnung 22 verwendet wird. Die Sichtbarkeit des Blendensystems 20 ' im'visuellen Beobachtungssystem wird dadurch ermöglicht, daß dem Meßlicht der Lichtquelle 24 durch einen vorgesehenen Farbfilterkeil 44 ein einstellbarer Anteil z.B. blauen oder grünen Lichtes beigemischt wird. Diese Farbanteile können bis zum Teilspiegel 42 gelangen und werden dort in die Beobachtungseinrichtung 43 reflektiert. Dieses Prinzip ermöglich es auch, daß das Licht des Blendensystems 20 in etwa anderer Farbe als das Gesamtbild des Meßobjektes 21 dargestellt wird. Z.B. kann so das Gesamtbild blau erscheinen und das Bild des Blendensystems 20 grün·

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Pig. 3 zeigt in vereinfachter Form den Strahlengang ohne Beobachtungssystem, wobei analoge optische Bauteile gleiche Bezugszeichen besitzen wie in Pig. 2. Die Erläuterung der Justierung und Eontrolle der gegenseitigen Lage der Blendensysteme 20 und erfolgt anhand Pig. 3. Es sind sowohl im Beleuchtungs- ' als auch im Meßstrahlengang gleichartige optische Bauteile vorgesehen, welche weitestgehend gleiche optische Abbildungseigenschaften besitzen. Ebenso sind die Blendensysteme 20 und 23 gleich im Aufbau und garantieren so feste gegenseitige lagen der Bildelemente oder pixel· Die deckungsgleiche Lage der Blendensysteme'20 und 23 ist mit hoher Genauigkeit einstellbar, wenn bezüglich der relativen Lage beider Blendensysteme 20 und 23 die Justierung an beispielsweise nur einem Blendensystem 20 nach vier Parametern, Verschiebung in x- und in y-Richtung, Drehungf um die z-Achse sowie Abbildungsmaßstab Γ , erfolgt. Die Einstellung des Abbildungsmaßstabes erfolgt vorteilhaft durch.das Zwischenabbildungssystem 27, welches optisch so dimensioniert ist, daß die Verschiebung dieses Systems 27 nur eine Änderung des Abbildungsmaßstabes P jedoch keine Änderung der Abbildungsschärfe hervorruft, damit eine Verschiebung des Blendensystems 20 in Richtung der z-Koordinate nicht notwendig wird. Vorteilhaft ist es, hier optische Systeme mit veränderlicher Brennweite jedoch konstanter Bildweite vorzusehen. Der dargestellte Justiervorgang kann natürlich auch am Blendensystem 23 des Meßstrahlenganges vorgenommen werden. Die Einstellung der Justierparameter Xj y> f und Γ erfolgt manuell oder mittels gesteuerter Antriebe, z.B. " Schrittmotor (nicht in den Piguren dargestellt). .

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Bei der Prüfung der vollständigen Überdeckung des Bildes des Blendensystems 20 und des Blendensystems 23 wird davon ausgegangen, daß ein maximaler Lichttransmissionswert an der Potοempfangeranordnung 22 vorhanden sein muß. Das Vorliegen eines solchen Wertes und damit die optimale Einstellung für die Parameter x, y, if und Γ wird durch den mit der lOtoempfängeranordnung 22 verbundenen Auswerte computer 45 "bestimmt.

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Claims (4)

Erfindunga- ansOruoh

1, Einrichtung zur digitalen Abtastung insbesondere • astrofotografischer Bilder, umfassend eine Beleuchtungseinrichtung, ein, ein erstes Blendensyste*m auf ein Meßobjekt abbildendes erstes Abbildungssystem, das den Beleuchtungsstrahlengang, bildet und ein das Meßobjekt zusammen mit dem Bild der Blende auf ein Fotoempfängersystem abbildendes, zweites Abbildungssystem, welches den Meßstrahlengang bildet, wobei in Lichtrichtung dem Fotoempfängersystem ein dem ersten Blendensystem analoges, zweites Blendensystem vorgelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Blendensystem eine gleiche Vielzahl scharf begrenzter, in Abhängigkeit von den Abmessungen der Bildelemente (pixel) dimensionierter Öffnungen besitzen, wobei mindestens eines dieser Blendensysteme manuell oder mittels gesteuerter Antriebe zur Erzielung einer guten gegenseitigen Überdeckung nach vier Parametern ( x, y,f und P )'justierbar im Strahlengang angeordnet sind, daß das erste und das zweite Abbildungssystem konstruktiv gleichartig aufgebaut sind und annähernd gleiche optische Abbildungseigenschaften aufweisen, und daß zur Beobachtung, Kontrolle und Justierung im Meßstrahlengang ein visuelles Beobachtungssystem mit selektiven Lichtfiltern vorgesehen ist, wobei χ und y Koordinaten,f der Drehwinkel des Blendensystems um die optisohe Achse und Γ der Abbildungsmaßstab der Abbildungssysteme sind.

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2. Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Blendensysteme vorzugsweise sechzehn Öffnungen besitzen, welche innerhalb des Gesichtsfeldes der Abbildungssysteme in einem maximalen gegenseitigen Abstand haben und so senkrecht zur Abtastrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, daß bei Verschiebung des Meßobjektes in Abtastrichtung die beschriebene Spur einer jeden Öffnung durch die anteiligen Spuren zweier weiterer Öffnungen mehr oder weniger überdeckt wird und daß die Öffnungen in Abtastrichtung jeweils um vorzugsweise' 1/32 ihrer Größe zueinander versetzt sind.

3. Einrichtung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen der Blendensysteme auf einer Fläche angeordnet sind, deren Größe in Abhängigkeit von der Pläche der Bildelemente festgelegt ist·

4, Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungssysteme im Beleuchtungs- und Meßstrahlengang optische Systeme mit veränderlicher Brennweite jedoch vorzugsweise mit konstanter Bildweite sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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