Die HELIOS‑Plus‑Serie von Labsphere bietet homogene Lichtquellen, die als stabile und kalibrierte Referenzen für Leuchtdichte und spektrale Strahldichte dienen. Durch die offene Austrittsöffnung einer intern beleuchteten Ulbrichtkugel entsteht eine homogene Lichtquelle mit sowohl räumlich als auch winkelmäßig gleichmäßiger Abstrahlung. Damit lassen sich Flat‑Field‑Korrekturen durchführen und absolute Leuchtdichte- oder spektrale Strahldichtekalibrierungen auf Kameras, multispektrale und hyperspektrale Systeme, Kleinsatellitenkameras sowie Erdbeobachtungsinstrumente übertragen.
Die homogenen Lichtquellen der HELIOS Plus AS-Serie sind maßgeschneiderte Systeme für anspruchsvolle Sensortest- und Kalibrierungsanwendungen.
Theorie der homogenen Lichtquelle
Eine intern beleuchtete Ulbrichtkugel vereinfacht Kalibrier‑ und Verzerrungskorrekturen von Kameras und Bildsensoren erheblich. Ein gleichmäßiges Bestrahlungs- oder Strahldichtefeld zu erzeugen, ist sonst technisch anspruchsvoll – mit einer Ulbrichtkugel jedoch einfach.
Das einfallende Licht wird an der diffus reflektierenden (lambertschen) Kugelwand in alle Richtungen gleichmäßig reflektiert. Die hochreflektierende Beschichtung (typisch 96–99 %) sorgt für viele Mehrfachreflexionen und führt zu einer nahezu perfekten Gleichmäßigkeit der Strahldichte über die gesamte Innenfläche. Die offene Austrittsöffnung ist die eigentliche „gleichmäßige Lichtquelle“.
Die Beleuchtung kann sowohl durch im Inneren platzierte Lampen oder LEDs als auch durch externe Quellen erfolgen, die über seitliche Ports in die Kugel einspeisen.
Eine Ulbrichtkugel als Lichtquelle dient gleichzeitig als Quelle gleichmäßiger Strahldichte (Radiance) und Bestrahlungsstärke (Irradiance). Befindet sich eine Kamera mit auf die Austrittsöffnung fokussiertem Objektiv im Strahlengang, sammelt sie defokussiertes Licht der gegenüberliegenden Kugelwand und nimmt ein homogenes Strahldichtefeld wahr. Ohne abbildende Optik erzeugt die Kugel direkt auf der Sensorfläche ein homogenes, diffuses Bestrahlungsfeld. In der Nahfeld‑Ebene nimmt die Homogenität zwar ab, stellt sich aber im Fernfeld wieder her.
Warum HELIOSPlus-AS?
Der Bedarf an homogener Strahlung/Bestrahlungsstärke bei Bildsensoren & Kameras
Focal-Plane-Array (FPA)-Bildsensoren (PDA, CMOS, CCD usw.) leiden unter Unterschieden in der Empfindlichkeit zwischen den einzelnen Pixeln (photo response non-uniformity, PRNU) sowie unter Photonenrauschen (Schussrauschen), Dunkelrauschen (thermisches Rauschen), Leserauschen und Nichtlinearität. Indem wir den Sensor am Ausgang einer einheitlichen Lichtquelle platzieren, beleuchten wir jedes Pixel auf dem Array gleichmäßig und können eine Normalisierung der Pixelverstärkung und des Offsets vornehmen.
Ein (reflektierendes oder refraktives) Abbildungssystem führt mit dem Winkel zusätzliche Verzerrungen ein: Vignettierung und cos4-Intensitätsabfall. Eine einheitliche Lichtquelle mit einer Ulbricht-Kugel sorgt für eine räumlich und winkelmäßig einheitliche Strahlung und ermöglicht es, die Kamera (Sensor mit Objektiv) flach zu korrigieren.
Datenblätter
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