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High-Speed-Technik zeigt die Sonne in atemberaubenden Details

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High-Speed-Ausrüstung macht es möglich: 2.000 Bilder/s

Die große Herausforderung bei diesem Prozess ist die schnelle Veränderung der Atmosphäre. „Die Anpassung des Spiegels muss also exakt und in hoher Frequenz verlaufen und die Teleskop-Optik muss den Spiegel idealerweise mehr als 1.000 Mal/s korrigieren“, erklärt Mina Smolej.

Weil dazu High-Speed-Technik erforderlich ist, wurde 2011 eine Eosens CL High-Speed-Kamera von Mikrotron installiert und zur Aufzeichnung des vom Sensor geformten Bildes verwendet. Dieses wird aus vielen kleinen Bildern der Sonne zusammengesetzt, wobei jedes einzelne von einem Segment der Austrittspupille erstellt wird. Schon während das Bild an den Computer weitergeleitet wird, erfolgt die Bildverarbeitung. Bereits bei der Aufnahme der letzten Zeilen des Kamerabildes hat der Computer schon die Phasenvariation der gesamten Austrittspupille kalkuliert. Er muss dann nur noch berechnen, wie der Spiegel deformiert werden muss, um eine umgekehrte Phasenvariation zu erzeugen. Innerhalb von 1 s lassen sich 2.000 Bilder extrahieren, aufbereiten und messen.

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Schnelle Datenübertragung

Um die höchstmögliche Bandbreite zu gewährleisten, verlassen sich die Forscher am Institut für Solarphysik auf die folgenden Features der High-Speed-Kamera:

  • Die Bilder werden über die Full Cameralink-Schnittstelle übertragen. Diese ist ebenso robust wie leistungsstark und lässt sich leicht in bestehende Anwendungen oder Anordnungen integrieren. Sie ermöglicht die High-Speed-Übertragung von Daten in 3 Konfigurationen. Eingestellt ist die schnellste Variante: Full.
  • Die Eosens CL ist mit 8 Taps ausgestattet. Ein Tap ist ein Datenpfad, der die Bilddaten überträgt.
  • Die Pixeltakt-Frequenz ist auf 80 MHz voreingestellt. Mit jedem Takt wird die digitale Einheit von einem Pixel übertragen. Cameralink ist für 20 bis 85 MHz ausgelegt.
  • Es wird ein ROI (Region of Interest) von 432x 400 Pixeln festgelegt. So lassen sich mehr als 2.400 Bilder/s auslesen, bevor der Cameralink-Bus ausgelastet ist.
  • In der Praxis wird aber nur eine Bildrate von 2.000 fps eingestellt. Würde man mit der maximalen Bildrate aufnehmen, gingen durch jede technische Panne oder Verzögerung bei der Bildverarbeitung Einzelbilder verloren. Durch die verringerte Geschwindigkeit ist gewährleistet, dass die Kamera 24 Stunden am Tag fehlerfrei läuft.
  • Der eingebaute Bildzähler spürt verlorene Einzelbilder auf und prüft, ob der Framegrabber mit den eingehenden Bildern richtig synchronisiert ist.

Der Output der Kamera beträgt 10 bit/Pixel. „Das ist zwar ein schönes Feature, aber wir bearbeiten die Bilder in Echtzeit. Mit einer Übertragung von 8 bit pro Pixel können wir bestimmte Optimierungen vornehmen, ohne dabei die verfügbare Leistung des CPU zu überreizen“, berichtet Guus Sliepen, Forschungsingenieur am Institut für Solarphysik.“

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