DE2222494C3 - Multispektralkamera - Google Patents
MultispektralkameraInfo
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Description
der ersten Linse und der Umwandlungsiinse dicht beim
Keilfilter ein Feld linsensystem angeordnet ist.
Mit der erfindungsgemäßen Multispektralkamera
wird in vorteilhafter Weise eine Abtastung der aufgefangenen Strahlung erreicht, ohne daß dabei Probleme
der chromatischen Aberration auftreten. Zur Auswahl eines schmalen, den jeweiligen Erfordernissen entsprechenden
Frequenzbereiches aus der aufgefangenen Strahlung ist es lediglich erforderlich, den Gleichspannungspegel
der Ablenkspannung in der Ablenkeinrichtung zu variieren und zur Auswertung der aufgefangenen
Strahlung die jeweilige Ablenkspannung auf einen optimalen Wert für den zu untersuchenden Bereich einzustellen.
Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Multispektralkamera
besteht in dem verbesserten Auflösevermögen in einer beliebigen Anzahl von wählbaren
schmalen Wellenlängenbereichen, die sich aus dem großen Bereich der insgesamt aufgefangenen
Strahlung selektieren lassen, ohne daß dazu Prismen verwendet werden, die meist nur in einem schmalen
Frequenzbereich brauchbar sind.
Die erfindungsgemäße Multispektralkamera stellt ein System dar, welches durch Fernwahl oder programmierte
Wahl eine große Anzahl unterschiedlicher enger Spektralkanäle abhängig von den Anforderungen des
Benutzers erzeugen kann. Die Fähigkeit der erfindungsgemäßen Multispektralkamera, eine große Anzahl
unterschiedlicher enger Spektralkanäle zu liefern, führt zu einem vergrößerten Informationsinnalt für die
Photoauswertung.
Da bei der erfindungsgemäßen Multispektralkamera keinerlei bewegliche Teile verwendet werden, eignci
sie sich besonders gut für die Verwendung in Satelliten od. dgl. Auch wird bei der erfindungsgemäßen Multispektralkamera
ein Elektronenbildzerleger als Sensoreinrichtung verwendet, so daß der Zwang zur Verwendung
einer Glühkathode entfällt. Der Elektronenbildzerleger ist einfach und robust in seiner Konstruktion
und sehr anpassungsfähig und besitzt darüber hinaus eine lange Betriebsdauer.
Die erfindungsgemäße Multispektralkamera liefert eine sehr hohe räumliche Auflösung für einen oder
mehrere kleine spektrale Durchlässigkeitsbereiche. Sie eignet sich auch zur Verwendung als Auflösungsspektrometer
im mittleren Bereich und weist darüber hinaus einen weiten Verstärkungsbereich auf.
Bei der nicht nach einem Speicherverfahren arbeitenden erfindungsgemäßen Multispektralkamera lassen
sich die Spektralbereiche vom Boden her bei Satellitenanwendung auswählen und programmieren oder bei
Anwendung im Flugzeug von Hand auswählen und programmieren, und zwar in Abhängigkeit von den besonderen
erwünschten Erfordernissen. Dies kann besonders vorteilhaft für die Begrenzung des Ausmaßes
von aufzunehmenden Informationen und/oder reduzierten Daten sein.
Die Erfindung soll im folgenden an Hand der Zeichnungen im einzelnen beispielhaft erläutert werden. Die
Zeichnung zeigt in fio
F i g. 1 eine perspektivische bildhafte Darstellung einer erfindungsgemäßen Multispektralkamera,
F i g. 2 eine vergrößerte Einzelansicht eines hoch auflösenden Linsensystems der Multispektralkamera
nach F i g. 1,
Fig.3 einen Teilschnitt eines Interferenzkeilfilters
für die Verwendung in der erfindungsgemäßen Multisnektralkamera.
F i g. 4 ein Diagramm zur Wiedergabe der Charakteristiken eines geeigneten Keilfilters, das einer Beleuchtung
senkrecht zur Filteroberfläche ausgesetzt ist,
F i g. 5 ein Diagramm einer weiteren Chai akteristik
eines Interferenzkeilfilters zweiter Ordnung zur Verwendung in der Multispektralkamera,
F i g. 6 ein Blockschaltbild eines geeigneten elektronischen Systems zur Verwendung in der Multispektralkamera,
F i g. 7 eine schematische Seitenansicht des Kamerasystems nach F i g. 1 und in
F 1 g. 8 einen Schnitt längs der Linien 8-8 der F i g. 7.
In F i g. 1 ist eine Ausführungsform der Multispektralkamera
aligemein mit 10 bezeichnet. Die Kamera enthält eine Linse 12, ein Keilfilter 14 und eine Bildzerlegeröhre
16. Linse, Filter und Bildzerlegeröhre sind in einem nicht gezeichneten Gehäuse derart montiert, daß
die Lage von Linse und Keilfilter relativ zur Bildzerlegungsröhre genau eingestellt werden kann.
Die ΛΓ-Richtung nach I i g. 1 der Zeichnung entspricht
der räumlichen Auflösung eines Linien-Scans von einer Seite zur anderen. Die Kamera wird normalerweise
in einem Flugzeug oder einem Satelliten derart montiert, daß die X-Richtung senkrecht zur
Flugrichtung steht. Die V-Richtung ist die Richtung veränderlicher Wellenlängen längs des Flugweges.
Aus F i g. 2 der Zeichnungen erkannt man, daß ein geeignetes Linsensystem beispielsweise aus einer ersten
Linse 20, einer Feldlinse 22 und einer Umwandlungslinse 24 besteht, die so angeordnet ist, daß die
Brennebene sowohl auf das Filter als auch auf die Zerlegephotokathode 18 eingestellt werden kann.
Das Linsensystem muß ein angemessenes Auflösungsvermögen aufweisen, so daß es nicht das Auflösungsvermögen
der Zerlegeröhre begrenzt.
Bei Laboratoriumsversuchen wurde eine Kameralinse mit 50 mm Brennweite vom f/1.2-Typ der Firma
Cannon üblicher Ausführungsform erfolgreich verwendet. Bei Anwendung im Flugzeug oder im Satelliten
müssen die Linsen so gewählt werden, daß sie den Gesichtsfelderfordernissen und den Umgebungsbedingungen
Rechnung tragen. Dies ist insbesondere wichtig bei Anwendungen im Satelliten, wo das ausgewählte Linsensystem
über längere Zeiträume im Raum bleiben muß.
Wie man aus F i g. 1 der Zeichnungen erkennt, ist das
Keilfilter, vorzugsweise ein Interferenzfilter, so eng wie möglich an der Zerlegephotoelektrode 18 angeordnet,
um die Größe der Einsteilungsschärfe in der Filterebene weitgehendst herabzusetzen. Der Effekt einer solchen
zu großen Unscharfe führt zu einer Vergrößerung der Halbwertsbreite des spektralen Eigendurchlässigkeitsbereiches.
Das Keilinterferenzfilter hat die Eigenschaft einer konstanten Übertragung des Wellenlängenpeaks
in der X-Richtung, während die Wellenlänge sich linear mit der K-Stellung des Filters ändert. Das tatsächliche
Verhältnis zwischen der Übertragung des Wellenlängenpeaks und der Stellung des Filters ist in F i g. 5 der
Zeichnung wiedergegeben. Es hat sich herausgestellt, daß die von der Firma Bausch und Lomb hergestellten
Filter zufriedenstellende Ergebnisse erbringen.
Wie F i g. 3 der Zeichnung zeigt, enthält diese Filterart ein Deckglas 23, eine Filterfläche 25 und ein Mikroskopobjektglas
26. Die Filterfläche des handelsüblichen Filters mißt 20 nm χ 65 mm mit einem Wellenlängendurchlässigkeitsbereich
von 400 bis 700 nm und einer durchschnittlichen linearen Auflösung von 5.5 nm/mm. Die Halbwertsbereiche des spektralen
Durchlässigkeitsbereiches des Filters betrug 10 m. und das Filter hat eine Stärke von 2,4 mm.
Die Wirkung des Kegels von der Linse besteht in der Änderung der Übertragung des Wellenlängenpeaks auf
einen kleineren Wert und außerdem in der Erzeugung einer Vergrößerung der Halbwertsbreite. Die exakte
Form der Filterdurchgangskurve ändert sich auch leicht, wenn das X-FeId abgetastet wird, da der Linsenkegelwinkel
sich während des Abtastens leicht ändert. LJm diesen Effekt zu verringern, ist es notwendig, die
Brennweite auf Werte über 4 zu beschränken, wobei der genaue Wert von der gewünschten Halbwertsbrei
te im System abhängt.
Es hat sich herausgestellt, daß eine geeignete Bildzerlegeröhre
eine magnetisch fokussierte. magnetisch \$ abgelenkte Zerlegeröhre der Firma ITT-Corporation
ist, die die Bezeichnung F4052RP trägt. Die in Laborversuchen verwendete F4052RP-Zerlegeröhre hatte
eine S-20 Photokathode und eine Öffnung mit einem plier verstärkt. Die Vorteile dieses Signalumformungssystems
liegen in einer ausgezeichneten Linearität, einem weiten dynamischen Bereich und einem schnellen
Ansprechen, ohne daß eine Glühkathode erforderlich ist. Weitere Vorteile bestehen darin, daß das System
keine Speicherwirkung hat. einfach und robust im Aufbau ist und verschiedene Öffnungsgrößen und Öffnungsformen
bis herunter zu 0.0127 mm Durchmesser verfügbar sind. Der Rauschstrom ist nur die Komponente,
die sich aus dem äquivalenten Öffnungsbereich an der Photokathode ergibt. Der Signalumformer ist
anpassungsfähig und weist eine lange Lebensdauer auf und ist wegen des Fehlens einer Speicherwirkung verhältnismäßig
unempfindlich gegen eine Bewegung der Plattform. Darüber hinaus kann der Signalumformer
oder Abtaster zur Elektronenzählung verwendet werden.
Die Auflösung der Röhre für eine Öffnung mit 0.024 mm Durchmesser ergibt an der Photokathode 20
Durchmesser von 0.025 mm. Die Photokathoden-Auflö- 20 Zeilen pro Millimeter bei 60% einer Sinus-Modulasung
beträgt 1000 Fernseh-Zeilen pro Zoll oder 20 Li tionsübertragungsfunktion. Dieser Wert läßt sich stei-
■ - - ■ gern auf 40 Zeilen pro Millimeter durch Verwendung
einer Öffnung mit 0,0125 mm Durchmesser mit einen1 gewissen Verlust an Systemempfindlichkeit.
Die Röhre kann in einer großen Anzahl von Breitband-, Linien- oder variablen Scan-Typen betrieben
werden, was zu ihrer vielseitigen Anwendbarkeit bei-
nien pro Millimeter bei 60% der Modulationsübertragungsfunktion,
1600 Fernsehzeilen pro Zoll oder 32 Linien pro Millimeter bei 20% der Modulationsübertragungsfunktion,
für eine 0,0125 mm Öffnung 80 Linien pro Millimeter bei 0% der Modulationsübertragungs
funktion. Für Versuchszwecke geht die Zeilenabtastge
sch windigkeit dieser Zerlegeröhre bis zu 1000 Hz. Der trägt. Die Röhre kann auch auf anderen Anwendungs-Photokathodendurchmesser
beträgt 35.56 mm mit gebieten Verwendung finden, einschließlich nicht abbil-Güte
und hat ein Maximum von 44,45 mm Der Arbeits- 3° dender Typen, wie in Stemnaehführungssystemen. um
temperaturbereich geht bis 700C Maximum ohne Mini- genaue Informationen über Satellitenpositionen zu ermum.
Die Stromverstärkung beträgt 5 - 105 Die Informationsgeschwindigkeit
für ein typisches Dreiwellenlängengerät in einem Flugzeug beträgt 75 kHz und für
35
einen Satelliten 30 kHz.
Die S-20 Photokathode deckt den Wellenbereich von 300 bis 620 Nanometer (10% Spitzen). Es ist jedoch
selbstverständlich, daß auch andere Photokathodenarten
erhältlich sind, mit denen der Bereich auf bis zu
halten.
In F i g. 6 ist schematisch das elektronische System
wiedergegeben. Das System besteht aus gewöhnlichen elektronischen Bauelementen und enthält Niederspannungsversorgungskreise
und einen Hochspannungsversorgungskreis, die richtig für die Versorgung des Elektronenmultipliers
der Zerlegeröhre eingestellt sind. Das System enthält ferner einen Leistungsverstärker fur die
Nanometer erstreckt werden kann. Wie aus 40 Fokussierungsspule der Zerlegeröhre, einen magneti-
F 1 g. 1 der Zeichnungen hervorgeht, enthält die Bildzerlegeröhre
eine äußere Fokussierspule 30, eine Ablenkspule 32. eine Elektronenabbildangseinrichtung 34.
einen Elektronen-Multiplierteil 36, ein Beschleunischen Ablenkungsverstärker für die V-Richtung (Wellenlängenrichtung)
mit einer Gleichspannungsablenkvorrichtung, einen magnetischen Ablenkungsverstärker
für die X-Abtasteinrichtung, betrieben mit einem Oszil-
gungsgitter 38 und die Photokathode 18. Die Zerlege- 45 lator mit veränderlicher Frequenz (60 bis 1000 Hz),
röhre besitzt ferner eine Öffnung 40. einen 250 kHz Breitbandvorverstärker für den Video-
Das Arbeitsprinzip der Zerlegeröhre ist in F i g. 1 kanal des Zerlegesignalumformers. Sie enthält femer
wiedergegeben. Eine Elektronenlinse 12 bildet Photo- eine Einrichtung zur Änderung des Frequenzdurchläselektronen
auf der Lochplatte 40 ab. Dieses sigkeitsbereiches, abhängig von der verwendeten Ab-
»Photoelektronenbild« wird dann durch magnetische 5° tastfrequenz vor der Leistungskontrolle. Bei durchge
Felder Ober ein kleines Loch in der Nähe der Photo- führten Versuchen erfolgte die Kontrolle mit Hilft
eines Bildschirmes/Schreibers.
Es ist selbstverständlich, daß die oben wiedergegebe
eiektronenäbbildung elektrisch abgelenkt. Die kleine
Öffnung prüft einen kleinen Ausschnitt der Photokathodenemission zu einem gegebenen Zeitpunkt Die
ne Schaltung nur diejenigen Teile enthält, die notwen
durch eine kleine Öffnung laufenden Elektronen wer- 55 dig sind, das Kamerasystem als nicht abbildendes Sy
den dann durch einen üblichen Pfptodektronen-Muli- stem zu betreiben.
Claims (4)
1. Multispektralkamera mit hohem Auflösever- dazuϊ »^, Empfänger übertragen wird Die
mögen zur Umsetzung einer durch ein Linsensy- 5 Jnen besch H riebene, mit einer Vielzah von Pnsmer, arstem
erzeugten Bildinformation bestimmten WeI- Jon Vorrichtung weist aber auf Grund der Pnslenlängenbereiches
in elektrische Signale fur Satelli- Deue dn eringes Auflösungsvermögen auf und erten
od. dgl. mit einem empfangsseitigen Linsensy- m ^ ^^ eingangsseitig ein sehr sorgsam
stern, mit einer spektralen Zerlegeeinrichtung und fore■ Kollimator-Linsensystem, welches im
mit einer auf Photonen ansprechenden mit einer io au g chromatische Aberrationen korngiert sein
Bild-Signal-Wandlerröhre zusammenwirkenden hhto derartjge Korrektur der chromatischen
Abtasteinrichtung, dadurch g e k e η η ζ e ι c η - T. _ tionen ist nicht nur teuer, sondern auch in den
net, daß die Zerlegeeinrichtung ein dicht an einer £ . FäUen nur jn einem begrenzten Frequenzbe-Photoelektrode
(18) der Abtasteinrichtung angeord- me friedenstellender Weise möglich, so daß die
netes Keilinterferenzfilter (14) aufweist, daß das 15 reicn ^ Farbfiltern an der Vorderseite der
Keilinterferenzfilter (14) und die Abtasteinrichtung ve™e .. *. erforderlich wird, um chromatische
im wesentlichen in einer Brennebene des Linsensy- Aberrationen im wesentlichen zu vermeiden. Es ist einstems
angeordnet sind und daß das Keil.nterferenz- Aberrat der abtastbare Wellenlängenbereich
filter (14) in einer ersten Richtung (X) Strahlung s ™ hränkt wird.
konstanter Wellenlänge und in einer zweiten Rieh- 20 sta«^g jst bei einer Vorrichtung nach der US-PS
tung (Y) senkrecht zur ersten Richtung (X) M ran- r berücksichtigen, daß zur wirkungsvollen
lung mit linear veränderlicher Wellenlänge hin- f ^J der aufgenommenen Strahlung die dazu verdurchläßt,
die an der Photoelektrode (18) Elektro- Spreizung α js ^ einem betrachtlichen Abstand
nen auslöst, welche beim Durchfahren der Ab enk- wen ^ Vorrichtung angebracht sein
spannung einer Ablenkeinrichtung (30 b.s 40) zur 25 sonder Hioto ^ wesemHchen vollstandige AusAuswertung
der aufgefangenen Strahlung in schma- musse . ^ photokathode zu erzielen. Wenn nämlich
len. auswählbaren Frequenzbereichen gelangen. _«■ Prisinen direkt vor der Photokathode angeordnet
2. Multispektralkamera nach Anspruch L dadurch aie Spreizung der Strahlung nur gering, was
gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung der B.ld- ;"α- geringen Auflösevermögen der gesamten
Signal-Wandlerröhre eine Bildzerlegeröhre mit 30 ™ J™J|Jn| fuhr\ Die Verwendung von Prismen, die
Photokathode aufweist. . wiriiungSvolle Spreizung des Strahlungsbün-
3. Multispektralkamera nach Anspruch 1 oder 2, tür eme e erfordert somit eine beträchtliche
dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastemnch.ung JJ,^^^«, Vorrichtung.
eine Fernsehkameraröhre aufweist. Aufeabe der Erfindung ist es, eine derartige Multi-
4. Multispektralkamera nach e.nem oder mehre- 35 *UI?,k a zu schaffen, die weitgehend frei von
ren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- sP^™chen Aberrationsfehlern ist und einen großen
kennzeichnet, daß dem Keilinterferenzfilter e.ne er- ™α^Μ3ΐΐΓ03Ι.6η Spektralbereich bei hohem Aufsie.
das Bild auf das Filter rohrende Lmse vor- ^™^ gestattet, wobei die gesamgeschaltet
und eine zwischen dem filter( unc der ^™JJ"eine relativ kurze Baulänge aufweisen
Abtasteinrichtung angeordnete Umwandlungslinse 40 te Anoranui B
zur Fokussierung des Filters auf die Abtasteinricn- soil fi . emaße Multispektralkamera der im
tung nachgeschaltet ist, während der ersten ünse £^f7SS5neten Art ist dadurch gekennzeich-
und der Umwandlungslinse dicht be.m Ke.lf.lter e.n "De™2 die Zerlegeeinrichtung ein dicht an e.ner
Feldlinsensystem angeordnet ist. Photoelektrode der Abtasteinrichtung angeordnetes
45 Keilinterferenzfilter aufweist, daß das Keilinterferenz-
filter und die Abtasteinrichtung im wesentlichen in
einer Brennebene des Linsensystems angeordnet sind
„ . nnH Haß das Keilinterferenzfilter in einer ersten Kicn-
Die Erfindung betrifft eine Multispektralkamera m.t ™*df™^ konstanter Wellenlänge und in eine,
hohem Auflösevermögen zur Umsetzung e.ner durch 50 ^^^"nkrecht zur ersten Richtung Strah-
ein Linsensystem erzeugten B.ld.nformation bes mm- zweiten κ » derHcher Wellenlänge hindurch
ten Wellenlängenbereiches in elektrische_ Signale fur ung mit Photoelektrode Elektronen auslöst
Satelliten od. dgl., mit einem empfangsseitigen Linsen- IM · ™e Durchfahren der Ablenkspannung eine,
system, mit einer spektralen Zerlegere.nnchtung und we cheJe™ 1^ zur Auswertung der aufgefangene·
mit einer auf Photonen ansprechenden m.t einer B.ld- 55 Able£inr "S816n. auswählbaren Frequenzberei
Signal-Wandlerröh-.e zusammenw.rkenden Abtasten- ^η™η8"η
richtung. . . . . Rpcnnders vorteilhaft ist es, wenn die Abtasteinrich
Eine derartige Multispektralkamera ist .bewpielswe-λ- besJ Bild.signal-Wandlerröhre eine Bildzerlege
se aus der US-PS 36 60 594 bekannt. Das dort beschrie- tung de tma 8
bene, optisch-elektronische Gerat ,st üblicherweise ιη 6o rohre ™l Ph^ok . jst dje Abtasteinrichtung mi
einem Satelliten oder einem Flugzeug mont.ert und ZweC e;m s a eh^merarohre versehen,
dien, dazu, auf seiner Flugbahn von uberftogene Ge- e'7;w™k Ausbildung der Erfindung ist dem Kei
bieten, beispielsweise der Erde emittier e Strahlung als in das Bi,d auf das FiUer foku.
Bild aufzunehmen davon spektral ."Heg e Abbildu"- Jterfcrenzr^ ^ und eine zwischen ^
gen zu erzeugen und d.ese in elektrische S.gnale umzu 65 siere_ ^ ^ Abtasteinrichtung angeordnete Un
wandeln. heschriebenen Vor- wandlungslinse zur Fokussierung des Filters auf di
J?£^^^^- Abtasteinrichtung nachgeschaltet, während zw.sche
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19722222494 DE2222494C3 (de) | 1972-05-08 | Multispektralkamera |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19722222494 DE2222494C3 (de) | 1972-05-08 | Multispektralkamera |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2222494A1 DE2222494A1 (de) | 1973-11-22 |
DE2222494B2 DE2222494B2 (de) | 1976-04-15 |
DE2222494C3 true DE2222494C3 (de) | 1976-11-25 |
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