Spectra PT Leuchtdichte-Standards

Der Labsphere Spectra PT Leuchtdichtestandard ist ein Leuchtdichtestandard mit hohem Dynamikbereich, der auf einer 13,5-cm-Spectralon-Ulbrichtkugel als einheitliche Lichtquelle basiert, die mit einer Quarz-Wolfram-Halogen-Lampe (QTH) ausgestattet ist. Die Leuchtdichte ist mittels eines motorisierten, variablen Abschwächers von 0 bis 50.000 cd/m2 einstellbar, mit einer festen Farbtemperatur von 2856K, die aus einer 5 cm großen Austrittsöffnung austritt. Eine optionale Kuppel an der Austrittsöffnung ermöglicht die Prüfung von Kameras mit einem Sichtfeld von 180°. Die hohe Leuchtdichte und der große Dynamikbereich des Spectra PT eignen sich für die Prüfung und Kalibrierung einer Vielzahl von Produkten, darunter CCD- und CMOS-Kameras, Fernerkundungsgeräte für kleine Bereiche, elektronische Bildgebungsgeräte, medizinische Endoskope, Umgebungslichtsensoren und Sicherheitskameras.

Mit ihrem integrierten Design ist die Spectra PT-1000 ein hervorragender „Allrounder“, wenn Sie eine schnörkellose, gleichmäßige Lichtquelle mit großem Dynamikbereich und hoher Helligkeit benötigen. Die Einstellung der Leuchtdichte reicht von Null bis 50.000 cd/m2 bei einer festen Farbtemperatur von 2856K und wird durch ein präzises, motorisiertes, variables Dämpfungsglied erreicht. Das PT-1000 ist in zwei Versionen erhältlich, die dem Sichtfeld der zu prüfenden Kameras entsprechen. Der PT-1000-S verfügt über eine einfache 5-cm-Austrittsöffnung, während der PT-1000-W mit einer Kuppel an der Austrittsöffnung ausgestattet ist, die eine hohe Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte über 180° von der Ebene der Austrittsöffnung aus bietet. Die letztgenannte Version ist ideal für die Prüfung von Kameras mit großen Sichtfeldern. Ein integriertes Leuchtdichtephotometer zeigt die Ausgangshelligkeit der Kugel in Echtzeit an.

Der PT-1000 wird über eine USB3.0-Schnittstelle von einem vom Benutzer bereitgestellten PC gesteuert, auf dem die LSS-PT-Software von Labsphere läuft.

Theorie der einheitlichen Lichtquelle

Eine von innen beleuchtete Ulbricht-Kugel vereinfacht die ansonsten komplexen Verfahren zur Kalibrierung und Verzeichnungskorrektur von Kameras und Bildsensoren. Es ist nicht einfach, ein Feld mit gleichmäßiger Bestrahlungsstärke oder Strahldichte zu erzeugen – es sei denn, man verwendet eine von innen beleuchtete Ulbricht-Kugel. Jedes Licht, das in eine Kugel eintritt, wird von der diffus reflektierenden (Lambert’schen) Kugelwandbeschichtung in alle Richtungen mit gleicher Strahlungsintensität reflektiert. Der hohe Reflexionsgrad der Beschichtung (in der Regel 96-99 %) sorgt für eine hohe Anzahl von Reflexionen, was zu einer nahezu perfekt gleichmäßigen Strahlung an allen Punkten der Kugelwand führt. Die offene Austrittsöffnung einer von innen beleuchteten Ulbricht-Kugel ist die „homogene Quelle“. Die Kugel kann durch Lampen oder LEDs beleuchtet werden, die im Inneren der Kugel angebracht sind oder außen an einer Kugelöffnung gehalten werden.

Eine Ulbricht-Kugel mit gleichmäßiger Lichtquelle funktioniert sowohl als Quelle gleichmäßiger Strahlung als auch als Bestrahlungsstärke. Eine Kamera, deren Objektiv auf die Ebene der Austrittsöffnung der Kugel fokussiert ist, sammelt defokussiertes Licht von der gegenüberliegenden Kugelwand. Die Bestrahlungsstärke ist an allen Punkten der Kugelwand gleichmäßig, und die Wand reflektiert das Licht in allen Winkeln mit konstanter Strahldichte. Daher sieht die Kamera ein Feld mit einheitlicher Strahldichte oder Leuchtdichte. Ohne abbildende Optik würde die Ulbricht-Kugel ein Feld gleichmäßiger Bestrahlungsstärke direkt auf einen Bildsensor liefern. Ein Bildsensor, der sich direkt in der Ebene der Austrittsöffnung der Kugel befindet, empfängt eine gleichmäßige (aber diffuse) Bestrahlungsstärke. Man beachte, dass die Gleichmäßigkeit der Bestrahlung im Nahfeld abnimmt, im Fernfeld aber wieder zunimmt. 

Die Notwendigkeit gleichmäßiger Strahlungsintensität bei Bildsensoren und Kameras

Focal-Plane-Array (FPA)-Bildsensoren (PDA, CMOS, CCD usw.) leiden unter Unterschieden in der Empfindlichkeit von Pixel zu Pixel (photo response non-uniformity, PRNU) sowie unter Photonenrauschen, Dunkelrauschen (thermisches Rauschen), Ausleserauschen und Nichtlinearität. Indem wir den Sensor am Ausgang einer gleichmäßigen Lichtquelle anbringen, beleuchten wir jedes Pixel auf dem Array gleichmäßig und können eine Normalisierung der Pixelverstärkung und des Offsets vornehmen. Ein Abbildungssystem (reflektierend oder refraktiv) 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 eine Flachfeldkorrektur der Kamera (Sensor mit Objektiv).