Infrarotbilder mit einer Bildwiederholfrequenz von 50.000 Hertz darzustellen, ist die Aufgabe eines Unternehmens, das beispielsweise Simulationen für Überschallflüge durchführt. Um diese Projektoren zu testen, kommen wissenschaftliche IR-Kameras zum Einsatz.

Automatisierungs- und Bildverarbeitungstechnologien, die auf Infrarotsensoren (IR) basieren, sind für eine Vielzahl von Branchen von entscheidender Bedeutung – von der Luft- und Raumfahrt über die Automobilindustrie bis hin zur Handyproduktion. Die Einbindung von IR-Sensoren erfordert in der Regel strenge Tests, um sicherzustellen, dass die erfassten Daten korrekt verarbeitet werden. Während es bei Autos und Handys relativ einfach ist, mehrere Versuche durchzuführen, ist es bei einer Lenkwaffe, die 8.000 Kilometer weit fliegt, nicht möglich, die Tests vor Ort zu wiederholen. In Szenarien wie diesen kommt das Unternehmen Chip Design ­Systems (CDS) ins Spiel.
 

CDS stellt IR-Projektoren her, die Szenerien aus Infrarotlicht erzeugen, um Tests und Simulationen für IR-Sensoren durchzuführen – so wie ein Virtual-Reality-Headset für Maschinen. Die Hauptkunden von CDS sind Regierungsbehörden. Und die Projektoren, die sie für diese Aufträge herstellen, müssen sehr genau sein, um die Anforderungen ihrer Kunden zu erfüllen: So müssen sie zum Beispiel häufig Simulationen für Ziele erstellen, die sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegen. Zum Vergleich projiziert ein durchschnittlicher Verbrauchermonitor sein Bild lediglich mit 60 bis 120 Hertz, während die Projektoren von CDS Szenen mit einer Frequenz von 50.000 Hertz darstellen können. Zusätzlich zu der hohen Bildwiederholrate kann CDS Temperaturen von über 1.000 Kelvin und eine Auflösung von bis zu 2.000 x 2.000 Pixeln simulieren.

Hochgeschwindigkeits-Infrarot-Wissenschaftskameras mit hoher Auflösung

Die Möglichkeiten der IR-Projektion von CDS sind klar, sie aber zu testen, ist eine echte Herausforderung: Weder das menschliche Auge noch nicht militärische Kameras können alle Daten erfassen, die die Projektoren aussenden. Um sicherzustellen, dass die Projektoren ordnungsgemäß funktionieren, benötigte CDS ein Gerät, das alle IR-Informationen der Projektoren erfasst. Die Lösung waren Hochgeschwindigkeits-Infrarot-Wissenschaftskameras mit hoher Auflösung von Teledyne Flir, darunter die Modelle der X-Serie.

CDS führt in seinem Labor regelmäßig Tests durch, um sicherzustellen, dass die Strahler richtig funktionieren und die Leistung weiter gesteigert wird. Bei den Tests wird die Kamera auf den Emitter ausgerichtet, um das Licht einzufangen.
Anschließend werden die Kameraeinstellungen mit der Flir-Forschungsanwendungs-Software (zum Beispiel Research Studio) gesteuert, um die Erfassung zu optimieren und die resultierenden Bilder anzuzeigen. Um die Wiederholbarkeit zu gewährleisten, hat CDS ein eigenes Programm entwickelt, der das Software Development Kit für wissenschaftliche Flir-Kameras nutzt, um den Testprozess zu automatisieren und menschliche Fehler bei der Kamerabedienung zu vermeiden.

Unregelmäßigkeiten automatisch erkennen

„Mit Hilfe der Flir-Produkte können wir unseren Kunden HD-Auflösungen, Überschallbildraten und die hohe scheinbare Temperatur unseres IR-Projektorsystems demonstrieren“, sagt Fouad Kiamilev, CTO von Chip Design Systems. Ein Merkmal, das ihn besonders beeindruckte, war die Fähigkeit der Kamera, eine Ungleichmäßigkeitskorrektur (non-uniformity correction, kurz NUC) für die Bilder ihrer Projektoren durchzuführen. Die NUC hilft CDS dabei, gelegentlich auftretende Unregelmäßigkeiten in einer Szene oder fehlerhafte Strahler zu erkennen. Mit der Kombination aus der hohen Auflösung der Kamera und der Ungleichmäßigkeitskorrektur kann CDS jedes einzelne Pixel in einem Szenenbild überprüfen, um sicherzustellen, dass der Projektor korrekt strahlt.

Chip Design Systems ist seit 2010 Kunde von Teledyne Flir und besitzt derzeit vier Wärmebildkameras in seinem Labor, wobei geplant ist, in Zukunft weitere zu installieren. Laut Kiamilev will CDS die Leistung der Projektoren in Zukunft noch weiter steigern, mit höheren Auflösungen, höheren Bildraten und niedrigeren Kosten.

Autor
Joachim Templin, Sales Manager R&D/Science & Automation bei Teledyne Flir