Ulbrichtkugel-Strahler zum Homogenitäts- und Weißabgleich von Fisheye Kameras

ISS-50-LU-FE – Ein Anwendungsbeispiel

  

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Mit Fischauge (englisch fisheye, fisheye lens) werden in der Fotografie Objektive bezeichnet, die in etwa eine Hemisphäre einer Bildebene abbilden. Dafür bieten sie einen sehr großen Bildwinkel von >180°.  Zum Weißabgleich von Fisheye Kameras werden hemisphärische Leuchtfelder mit hoher Homogenität der Leuchtdichteverteilung benötigt.
In diesem Beitrag wird die Nutzung eines Ulbrichtkugel-Strahlers für den Weißabgleich von Fisheye Kameras mit >180° Bildwinkel beschrieben. Die vorgestellte Ulbrichtkugel-Lichtquelle ermöglicht den Homogenitäts- und Weißabgleich bei drei unterschiedlichen Lichtspektren (Farbquelle) abgestimmt auf unterschiedliche Beleuchtungsbedingungen in den vorgesehenen Anwendungen. 


Aufbau mit dem UM-Baukastensystem

Die Ulbrichtsche Kugel mit 50 cm Durchmesser wurde soweit als möglich mit Baugruppen des Ulbrichtkugel Baukasten der Gigahertz-Optik GmbH konfiguriert. Zusätzlich musste auf applikationsspezifische Baugruppen zurückgegriffen werden. Diese wurden durch Gigahertz-Optik GmbH konstruiert und angefertigt. Eine detaillierte Anleitung mit einfacher 10-Schritte Anleitung zur Konfiguration Ihrer individuellen Ulbrichtkugel finden Sie unter:

 

 


 

Hemispherisches Leuchtfeld

Ulbrichtkugel-Strahler zeichnen sich durch Leuchtfelder aus, die eine sehr hohe Homogenität der Leuchtdichtverteilung aufweisen. In der Regel sind diese Leuchtfelder eine Öffnung im Gehäuse der Ulbrichtkugel-Lichtquelle. Für den Homogenitäts- und Weißabgleich von Superweitwinkel- und Fisheye-Kameras gibt es einige Gründe, die Kameras nicht an dieser Öffnung zu positionieren.

 

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1) Fisheye Kamera 2) Kugel GAP zwischen den Halbschalen 3) Lampe 4) Konflikt – unterschiedliche Abstände 5) Konflikt – GAP Abbildung  6) Konflikt – Lampe im Blickfeld

 

Bei der Konzipierung des hier beschriebenen Ulbrichtkugel-Strahlers wurde besonderer Wert auf ein möglichst „perfektes“, hemisphärisches Leuchtfeld gelegt. Dieses bietet sich für Kameras mit Superweitwinkel- bzw. Fisheye-Objektiv nur bei deren Anordnung im Kugelzentrum. Dabei muss die Kamera so positioniert werden, dass die Trennfuge der beiden Kugelhalbschalen außerhalb deren Blickfeld liegt. D.h. die Kamera muss daher etwas oberhalb der Trennfuge angeordnet werden.

 

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1) Fisheye Kamera 2) Kugel GAP zwischen den Halbschalen 3) Lampe 4) Hemisphärischen Leuchtfeld

 

Die Testkamera wird mit einem Manipulator, an dem sich Messfassungen befestigen lassen, in die Kugel eingeführt. Eine transparente Kuppel mit 70 mm Durchmesser schützt das Kugelinnere.

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Abb. zeigt die geöffnete Kugel mit der transparenten Kuppel

 


 

Homogenitäts- und Weißabgleich mit wechselnden Lichtbedingungen

Um unterschiedliche, den späteren Applikationen entsprechende Beleuchtungsbedingungen der Kamera testen zu können, erfolgt der Weißabgleich bei drei verschiedenen Lichtspektren. Diese Spektren werden durch optische Korrekturfilter auf Basis der Halogenlampe gefiltert. Jedes Spektrum, definiert durch die Farbtemperatur, bedingt zusätzlich eine Änderung des Halogenspektrums. Dieses wird durch Kontrolle des Lampenstroms der Halogenlampe eingestellt. Ein RGB-Monitordetektor ermöglicht den Abgleich der Farbtemperatur der drei zum Einsatz kommenden Halogenlampen.

 


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Abb.: Bildaufnahme einer Testkamera

Homogene Leuchtdichteverteilung

Die hohen Anforderungen an die Homogenität erfordern ein sorgfältiges Beleuchtungskonzept. Wegen der Säule für den Manipulator zur Einführung der Testkameras sind drei Lampen mit einem ausgeklügelten Baffel-System für eine indirekte Beleuchtung des hemisphärischen Leuchtfeldes erforderlich. Die Lichtströme der drei Lampen müssen sich aufeinander abgleichen lassen. Dies ermöglichen variable Blenden vor den Lampen. Der Anwender kann entscheiden, ob diese Blenden manuell oder ferngesteuert bedient werden sollen. Die ferngesteuerten Blenden ermöglichen einen automatischen Abgleich der Lampen nach einem Lampenwechsel. Als Referenz für den Intensitätsabgleich der drei Lampen dient der photometrische Sensor des RGB-Monitordetektors.

 

 

 

 

 ED ISS 50 FRP005 elektrEinheit osAbb.: Elektronik zur Steuerung, Leistungsversorgung und Monitoring  

Steuer- und Messelektronik für den Ulbrichtkugel-Strahler

Abgestimmt auf die Anforderungen des Ulbrichtkugel-Strahlers, seiner drei Lampen, des Filterwechselrads, der variablen Blenden und des Monitordetektors wurde die Steuer- und Messelektronik aus Baugruppen der Gigahertz-Optik GmbH Produktpalette konzipiert und aufgebaut. Als zentrale Baugruppe dient der Systemkontroller SC-05 der Gigahertz-Optik GmbH. Dieser bietet einen leistungsstarken Prozessor mit großem Speicher und eine Vielzahl an Geräteschnittstellen. Die manuelle Bedienung erfolgt über das Touchscreen-Display, die Fernsteuerung über USB, Ethernet bzw. RS232. Der Systemkontroller steuert die drei Präzisions-Lampennetzteile LPS-100-RM, das Lichtmessgerät X1-PCBC mit RGB-Monitordetektor CT-4501, die Schrittmotorsteuerung des Filterwechselrades und der motorisch angetriebenen Lichtstromblenden (Option).

 

 

 

 


 

Kalibrierung

Die Kalibrierung der Leuchtdichte und deren Farbtemperaturen, die Intensität der drei Lampen sowie des Monitordetektors erfolgt durch das Kalibrierlabor für optische Strahlungsmessgrößen der Gigahertz-Optik GmbH. Optional kann eine Kalibrierung der Leuchtdichteverteilung geordert werden.

 


 

Referenzen

Mehrere der hier beschriebenen Ulbrichtkugel-Strahler befinden sich im industriellen Dauereinsatz. Dabei werden insbesondere die kurzen Umschaltzeiten der Lichtspektren, die Langzeitstabilität, die Möglichkeit zum Lampenabgleich durch den Anwender und die Zuverlässigkeit im Dauereinsatz anerkannt. Der Ulbrichtkugel-Strahler ISS-50-LU-FE ist zudem eine beeindruckende Referenz für die flexiblen Gestaltungsmöglichkeiten Ulbrichtscher Kugeln mit dem UM-Baukastensystem der Gigahertz-Optik GmbH.