CN103477278A - 用于观察远距离处的对象、尤其是用于在夜晚、烟雾、灰尘或雨中监视目标对象的相机系统和方法 - Google Patents

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CN103477278A CN2012800074875A CN201280007487A CN103477278A CN 103477278 A CN103477278 A CN 103477278A CN 2012800074875 A CN2012800074875 A CN 2012800074875A CN 201280007487 A CN201280007487 A CN 201280007487A CN 103477278 A CN103477278 A CN 103477278A
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Abstract

本发明涉及用于观察远距离处的对象、尤其是用于在夜晚、烟雾、灰尘或雨中从例如30km至40km的观察间距监视目标对象（1）的一种相机系统和一种方法。所述相机系统包括：可选的可转动目标跟踪镜(14)；具有长焦距的凹主镜(4)；和凸副镜(5)，它们一起形成反射望远镜(4,5,6)；可选的巴罗透镜系统(4,5,6)；设置在所述反射望远镜的图像平面(2)内的红外线敏感的图像传感器(22)；用于所述图像传感器(22)的可控高速快门系统(23)；用于通过多种不同颜色的红外线光照脉冲(12)光照待观察的对象(1)的可控红外线光照装置(11)；以及用于协调地控制所述红外线光照装置(11)和所述高速快门系统(23)以便借助多光谱的所述图像传感器(22)检测根据“选通观测”技术拍摄的图像的控制装置(ST)。

Description

用于观察远距离处的对象、尤其是用于在夜晚、烟雾、灰尘或雨中监视目标对象的相机系统和方法
技术领域
本发明涉及用于观察远距离处的对象、尤其是用于在夜晚、烟雾、灰尘或雨中监视目标对象的一种相机系统和一种方法。“远距离”在此表示大于5km的任一距离。
背景技术
例如，在军事侦察领域，借助多光谱传感器检测尤其地形中的场景，所述地形中的场景应根据设备、人员、车辆、基础设施特征以及类似物的存在来检查。为此，借助多光谱监视相机提供大量的图像，这些图像应在预先确定的时间条件下评估。待识别的对象具有任意尺寸并且可以具有表征对象的结构，所述结构具有更大或更小的复杂性。借助已知的系统，能够在空气中大区域（例如具有数公里深度的100公里至1000公里边界区域）实现对人、驮货的牲口和车辆目标对象的地面侦查、地面发现和持续不断的地面监视。为此，通常使用装配在飞行器上、记录飞行中的数据的多光谱相机。
但这些已知的相机仅仅在充足的自然光照和充分良好的能见度条件—也就是说，空气中很少阴霾、灰尘、雨等-的情况下能够使用。
这些数据在飞行之后在地面上分析，这通常持续数小时至数天，直至得到侦查结果和发现结果。因此，24小时昼夜不停的实时监视是不可能的并且经常由于差的能见度条件受阻。
另一方面，部分还配备有发现辅助装置的视频相机用于持久监视空气中的较小区域，其中目标搜索和位置判定留给观察者，并且记录数据仅仅用于以后的再加工。为了监视大区域，由于为此极高的成本并且由于对良好能见度条件的依赖性，所述方法不适合。
由DE 10 2005 009 626 A1公开了一种用于跟踪对象的相机。在该相机中，通过所拍摄图像与数据库的比较来鉴定目标对象。由DE 199 55 919 C1 公开了一种用于目标识别的类似方法。
这些已知方法的缺点是，目标的识别很慢地并且仅仅在能见度和光照良好的情况下发生。
本发明的任务是，在一开始提到的类型的观察下，降低观察质量对当前的自然能见度条件或光照条件的依赖性，以便尤其在不利的能见度条件或天气条件下也实现高的观察质量，例如用于空气中超过更大的距离（例如超过10km）的军事侦察。
发明内容
根据本发明，所述任务通过根据权利要求1所述的红外线相机系统或在使用这类相机系统的情况下、根据权利要求6所述的红外线观察方法来解决。从属权利要求涉及本发明的有利改进方案。
根据本发明的相机系统包括：
- 可选地，用于调整相机系统的视线的一个或多个可转动的目标跟踪镜，
- 凸副镜和焦距超过1m的凹主镜，它们一起形成反射望远镜，
- 可选地，用于反射望远镜的巴罗透镜系统，
- 设置在反射望远镜的图像平面内的红外线敏感的电子图像传感器，
- 用于图像传感器的可控高速快门系统，
- 用于通过多种不同颜色的窄带红外线光照脉冲来光照被观察对象的可控红外线光照装置，以及
- 控制装置，其被构造用于协调地控制红外线光照装置和高速快门系统，以便借助图像传感器检测根据“选通观测”技术拍摄的多光谱图像。
本发明的基本思想在于，为了进行观察，将用于检测IR（红外线）辐射的高品质反射望远镜与有源可控红外线光照装置并且与可控高速快门系统结合，以便因此根据所谓的“选通观测”技术拍摄多次（不同颜色地）曝光的图像。
在本发明的范畴内，术语“选通观测技术”应表示红外线光照装置和高速快门系统的任何协调的控制，其中不仅间断地实现（通过红外线光照装置的）有源光照，而且不连续地实现（通过图像传感器；在由快门系统控制的情况下）拍摄并且该不连续性导致干扰光抑制。干扰光抑制基于主要或甚至完全在以下时间段内实现拍摄（快门打开）这一情况：在所述时间段内，可预期在相机系统的位置上由对象（或目标区域）往回反射的（rueckreflektiert）红外线光照脉冲强度。
在“选通观测技术”中，例如可以将很短的红外线光脉冲用于光照，所述红外线光脉冲的脉冲持续时间例如在1μs至30μs的范围中。优选，总是仅仅如此长时间地打开相机快门，直至有关的回波脉冲已通过集成在相机系统中的快门。该脉冲持续时间可以由控制装置例如根据已知的或之前求得的观察间距来确定并且在观察间距改变时相应地匹配。
因此，有利地，借助本发明，可以在干扰光源以及红外线光照辐射的往回反射到达待观察的对象之前（例如通过雾、灰尘等）消除由干扰光源对观察造成的损害以及由红外线光照辐射的往回反射造成的损害。这类干扰光源或无意的往回反射将使传统相机炫目。与此相反，在根据本发明的相机系统中，尤其在能见度差的情况下，观察的视距提高5到10倍。根据本发明的相机系统与自然光照无关，这能够实现在夜间以及在深度阴影处（in tiefem Schatten）或在浓密云层中的使用。
因此，借助本发明，尤其可以提供多光谱侦查相机，其用于在军事应用中监视目标对象。尤其在这类应用中，红外线辐射的使用相对于可见波长范围就如下而言也有利：有源光照没有被人眼察觉并且因此目标观察能够出现而没被注意到。尤其在使用相对较窄带的红外线光照脉冲时，有利地，借助正常的夜视装置这些也是不可见的。
有利地，本发明尤其能够借助用于近红外线区域的多光谱侦查相机实现对例如最高达40km的远距离处的目标对象的军事监视，以便在差的能见度条件下-例如在夜晚、烟雾、灰尘或雨中-使用。人工光照-例如多光谱激光光照系统与相机一起合作来实现用于抑制干扰光的“选通观测”技术。因此，能够拍摄目标区域的多光谱图像（包括图像序列在内）并且例如立刻转交给后续的计算机支持的多光谱自动图像分析装置。
尤其可以在飞行器（载人或无人）上借助飞行器本身（bordeingen）的人工光照（例如激光光照望远镜）、借助选通观测技术运行根据本发明的相机系统。由于例如10km至40km等可能的大目标间距，例如，侦查相机的舰载飞机一方面可以在完全不被目标对象注意到的情况下操作并且另一方面可以借助根据本发明的相机系统、在能见度充足且飞行高度充足（例如12km至14km）的情况下同时监视大的区域（例如80 km x 80 km），而不必行进大的航程（具有高燃油消耗量并且因此具有较低寿命）。因此，可以在合适的设计中，实现具有太阳能驱动装置的、具有任意高寿命和低运行成本的系统（例如， 无人侦察机）。
在更大的距离上在空气中进行侦查的情况下，对良好能见度和光照条件的依赖性的问题尤其可以借助近红外线多光谱侦查相机得到解决，所述近红外线多光谱侦查相机包括以下部件：
- 一个（或多个彼此相继地设置的）目标跟踪和图像稳定镜；
- 具有长焦距（例如多于2m、例如约2.54m）的镀金的红外线主镜，
- 红外线巴罗透镜系统、例如“萤石平场转换器”（Fa. Baader）或类似的，其优选具有4至9倍的焦距延长（例如多于10m、例如约22.8m的焦距），
- 用于0.8μm至1.7μm的范围的高敏感度红外线CCD相机，
- 电子高速快门系统，其允许利用选通观测技术多次曝光，以及
- 具有快门和光照系统的第二CCD相机，其在主镜聚焦时（例如2.54m焦距）可通过可开关镜来选择。
根据本发明的相机系统的各个部件以协同作用的方式共同作用，以便在不利的能见度状况下也能够实现可达范围很广的观察。随后详细描述这些部件的特别有利且因此优选的扩展方案。
例如由原本存在的控制装置所控制的一个或多个（一个接一个设置的）目标跟踪镜能够以更简单的方式实现相机系统的视线朝待观察的目标对象或待观察的区域的定向。这主要在车辆、尤其是飞机上使用相机系统时起重要作用。
在一种实施方式中，目标跟踪镜与旋转角传感器连接，以便能够检测由该镜的转动运动决定的视线变化并且在系统运行中考虑该变化。旋转角传感器例如可以包括一个或多个加速度传感器，所述加速度传感器测量代表转动的加速度。因此，在飞机上使用时，也可以有利地探测有关镜（相对于惯性系）的振动并且将其用于对相机系统的随后光路中所设置的图像稳定和/或反旋单元进行控制。
由主镜（“主要镜”）和副镜（“捕获镜（Fangspiegel）”）构造的反射望远镜优选在最广的含义上是“Cassegrain-Teleskop：卡塞洛林望远镜”。特别有利的是例如与球形副镜结合的椭圆形主镜。关于红外线区域内的高反射性，例如这两个反射望远镜中至少一个反射望远镜的金涂层是适宜的。当主镜和副镜彼此同轴设置并且由副镜反射的辐射通过主镜的中心光圈到达图像传感器时，对于良好的光学调整稳定性是有利的。主镜的焦距可以是例如大于1.5m、尤其是大于2m。
借助巴罗透镜系统能够有利地提高反射望远镜的焦距并且因此提高放大率。此外，尤其在结合球形副镜使用椭圆形主镜时，应该在相机系统的光路中设置平场光学装置（用于平坦化否则弯曲的图像平面），其例如作为巴罗透镜系统的不可缺的组成部分。
红外线光照脉冲的颜色优选位于NIR（近红外线）区域内，即在约0.78μm至约3μm的范围内。基于红外线颜色的确定，可以相应地设计其它有关的光学系统部件（例如一个或多个镜涂层、一个或多个透镜涂层、透镜材料、图像传感器技术等等）。在一优选实施方式中，运行具有在0.8μm至1.7μm范围内的近红外线光照脉冲的相机系统。
由专利文献和其它资料没有公知如下应用：其尤其在近红外线（NIR）中在具有人工光照的情况下在更远距离（超过5km）上的多光谱拍摄。然而，所述结合恰恰在近红外线中带来特别大的优点，因为在近红外线中通过具有差能见度的区域的透射率相比在可见光的情况下要好两倍，并且由此选通观测技术的优点在干扰光减弱的情况下产生的效果大得多。
例如未冷却的、优选由半导体材料铟-镓-砷化物制成的半导体传感器芯片可以有利地用作近红外线中的电子图像传感器，所述半导体传感器芯片与其它波长范围相比，被设计用于很高的NIR敏感度。例如相应设计的、其提供的图像信息也可以以简单的方式输送给直接图像分析装置的CCD相机尤其适合。与此匹配的NIR光照单元也可以例如由现有的和可提供的二极管激光器构建而成。
最后，相比在中红外线或长红外线中，在近红外线中的多光谱图像分析的情况下对于背景和目标对象材料可分析高得多的颜色对比度。由此又引起图像分析的通常更好的搜索结果。
可控高速快门系统应能够在少于10μs、优选少于1μs的开关时间内锁止或解锁到图像传感器上的辐射入射。对于这种快门系统的具体扩展方案，在本发明的范畴内，可以动用适合于此的、根据现有技术的电子快门系统。这类快门系统例如可以根据声光或电子光学的调制器或类似装置的原理工作。
可控红外线光照装置提供窄带的红外线光照脉冲，所述窄带的红外线光照脉冲在本发明的范畴内尤其理解为小于“中波长”的10%的波长方面的带宽（辐射强度最大值位于其中），和/或小于0.1μm、尤其是小于0.05μm的带宽和/或不同颜色的光谱带的光谱分布在波长方面没有彼此重叠。
在就此而言有利的实施方式中，红外线光照装置按光照脉冲颜色包括多光谱激光系统-例如相应一个激光器或优选多个激光器、尤其是例如一个或多个激光器二极管的装置。
在优选的实施方式中，红外线光照装置在结构上如此与反射望远镜综合，使得由红外线光照装置发射的红外线光照脉冲通过这些光学系统部件的至少一部分朝待观察的对象定向（其中红外线光照脉冲在此在“相反的方向”上穿过反射望远镜）。
对于每种光照脉冲颜色，例如可以设置至少五个激光二极管或至少十个激光二极管的装置，其中以至少5W或至少10W的电功率运行每个激光二极管。优选使用技术上可用功率为20W至30W的激光二极管。
在一种优选的实施方式中，红外线光照装置对于不同颜色中的每一种分别包括平面延伸的红外线源，借助反射望远镜将所述平面延伸的红外线源成像到待观察的对象上。
平面延伸的红外线源首先具有可能有问题的放热（根据红外线产生原理）的一定的空间分布的优点。此外，平面延伸的发光源随发展趋势提高光学调整不敏感性，这涉及光照源在待观察的对象上的所期望成像。
在一种特别优选的实施方式中，使用与基于平面（von der Flaeche her）基本上与电子图像传感器（例如CCD相机）的红外线敏感的接收面相应的红外线源并且所述红外线源通过设置在反射望远镜或相机系统的光路中的耦合镜（例如半透性的或定时的（getaktet）“可激活的”，例如扇形镜或多边形镜等等）耦合，以便在“相反的辐射方向”上穿过相机系统部件（尤其是主镜和副镜，必要时的巴罗透镜系统）的至少一部分。当耦合镜和红外线源之间的间隔相应于耦合镜和图像传感器之间的间隔时，关于相对于振动、温度变化等等的成像质量的光学设计或稳固性，这是特别有利的。在这种情况下，同一个光学系统不仅可以用于待观察的对象在图像传感器上的（真实）成像，而且（在相反方向上）用于红外线源在待观察的对象上的成像。
在一个优选的改进方案中，平面延伸的红外线源是多个激光二极管的装置，或者，更优选是光学纤维（例如玻璃纤维）的端部的装置，在光学纤维的其它端部处分别耦合有一个或多个激光二极管的辐射。对于激光二极管或光学纤维的这种例如光栅状装置，通常产生所发射红外线辐射的非常不均匀的强度分布。为避免待观察的对象的由此得出的相应不均匀的光照，尤其考虑两种措施，所述两种措施可以单独或结合地使用：
一方面可以在红外线源的表面上使用扩散器元件，以便在红外线光照产生的位置上就已经在产生辐射的面上实现辐射功率的均衡。
替代地或附加地，以下措施被认为是特别简单的措施：将红外线源的辐射面“不清晰地”映射到待观察的对象上，也就是说，如此设置该成像的一定的“散焦”，使得红外线源面的各个强度最大值分别在更大的区域上“模糊地（verschmiert）”成像到对象上。这种散焦优选具有这种规模，使得在待观察的对象的面上观察，实现局部最大的光照强度（功率），所述局部最大的光照强度在所有情况下是对象的位置上的局部最小光照强度的两倍。
在一种实施方式中，红外线光照装置是人工近红外线光照系统，其对于每种光照波长分别由一个激光光照组组成，所述激光光照组由多个（例如10至30个）具有准直光学装置的激光二极管组成，所述多个具有准直光学装置的激光二极管借助准直的光束、在目标对象的真实图像的焦点位置上恰恰完全覆盖用作图像传感器的CCD芯片的大小的图像面。
在人工近红外线光照系统中，具有不同波长的多个（例如3或4个）激光光照组尤其能够通过仅仅在其所属的激光波长下反射的半透性镜被耦合进近红外线反射望远镜的光路中。由此可以使用多个光照波长，而未倍增光损耗。有利地，在此共同使用近红外线观察望远镜，一定程度上也额外作为具有长焦距的“近红外线投射望远镜”。
优选在反射望远镜（必要时还有巴罗透镜系统）和电子图像传感器之间的光路中能够设置已经提到的图像稳定和/或反旋单元。高速快门系统优选直接位于电子图像传感器前或与该电子图像传感器在结构上结合。
在本发明的一种改进方案中，相机系统此外还包括第二电子图像传感器，相机系统可以转换到所述第二电子图像传感器上，从而通过所述第二图像传感器实现图像拍摄。所述转换可以例如借助可电子开关的镜或其它可激活的镜实现，所述可电子开关的镜或其它可激活的镜将由相机系统所检测的、在光学设计的确定位置上的红外线辐射转向到第二图像传感器上。这当如下情况时特别有利：如此选择所述“退耦位置”和/或第二图像传感器的位置使得因此可以改变、也就是说转换相机系统的焦距。例如，在此可以实现至少以系数2、优选至少以系数5的系统焦距变化。在此方面构造上特别简单的实现在于，在相机系统在主镜的光圈和巴罗透镜系统之间的光路中为第二图像传感器设置退耦镜。
有利地，根据本发明的观察方法例如可以在相机系统和由此观察的对象之间的间隔至少为10km、尤其是至少为20km的情况下实施。
尤其可以在差的能见度条件（例如借助人眼小于5km）的情况下实施所述方法。
从过高的观察位置观察-例如从超过5km的高度观察是有利的。例如，在30km至40km的（相机系统和被观察对象之间的）观察间距的情况下可以实现从例如12km至14km的高度的观察，以便完全实现选通观测技术中的可能的可达范围优点。
优选如此控制红外线光照装置，使得红外线脉冲的持续时间总是比用于行进从相机系统到被观察对象的路程并且返回所需的时间更短。对最大脉冲持续时间的该限制考虑这种情况：在集成到相机系统中的红外线光照装置的情况下，由相机系统对先前在对象上反射的“脉冲开始”的检测通常失败（当在该时刻同一脉冲的“脉冲结束”还没有离开相机系统时）。在后一种情况下，实践中已经通过相机系统内部红外线辐射功率的非常小的、不期望的往回反射或往回散射来使图像传感器炫目或过调制，从而阻碍在对象上反射的射束的同时拍摄。
然而，另一方面，也不应将红外线脉冲的持续时间的大小定得太短，以便在红外线光照装置的预先给定的红外线辐射功率的情况下，可以将尽可能多的辐射能量“封装”每个光照脉冲内，或可以将系统运行中的“死区时间”保持得尽可能的小。因此，在一种实施方式中规定，如此控制红外线光照装置，使得红外线脉冲的持续时间分别比用于行进从相机系统到被观察对象的路程并且返回所需时间的40%更大、尤其比60%更大。
可以如此控制红外线光照装置，使得循环交替地发送不同颜色的红外线光照脉冲。
如已经提到的那样，应从相机系统的侧避免红外线光照辐射的同时发送以及往回反射的“有用辐射”的接收。因此，如此设置优选运行，使得总是交替地并且时间上不重叠地首先发送红外线光照脉冲并且然后由电子图像传感器接收在对象上实现的往回反射。在此优选如此控制分配给图像传感器的高速快门系统，使得该快门仅仅在以下时间间隔是打开的：在所述时间间隔内可预期在对象上反射的相机系统位置上的红外线光照辐射（在考虑光速的情况下，以普通方式根据对象与相机系统的预先已知的或求得的间距得出所述时间间隔）。
由电子图像传感器拍摄的图像可以例如立刻输送给计算机支持的自动的图像分析装置。
附图说明
随后根据实施例参考附图进一步描述本发明。其中：
图1示出根据本发明的实施例的相机系统的光学设计；
图2和3示出图1的相机系统的红外线光照装置的光学设计（图2）和结构（图3）。
具体实施方式
图1示出具有自身的人工光照的多光谱侦查相机的实施例。
远距离（10km至40km）处的光照充分的目标对象1沿着望远镜4、5和6的视线3前行并且在用于近红外线的CCD相机22（对0.8μm至1.7μm敏感，大小为9.6mm x 7.7 mm，像素大小为30μm，图像大小为320列x250行）的铟-镓-砷化物CCD芯片上产生目标对象1的真实图像2。
望远镜4、5、6由具有32厘米（12.5英寸）的直径和2.54米的焦距的镀金的椭圆形主镜（“主要镜”）4、卡塞洛林装置中镀金的球形副镜（“捕获镜”）5和特殊的巴罗透镜6（在此是“萤石平场转换器”(Fa. Baader)）组成，所述萤石平场转换器将主镜4的焦距可调整地放大到4至9倍（最大22.86米）并且在此在整个焦距区域内产生完全颜色校正的平坦（flat）红外线图像。
从对象1到达相机系统中的辐射的光路在图1中以上边缘辐射8、下边缘辐射9和中央辐射7示出。例如主镜4、副镜5和巴罗透镜6等光学元件在图1中分别通过其主平面（“principal plane”）示出。
如此设计相机系统或望远镜4、5、6的光强度，使得在CCD相机22的光敏感面上产生目标对象1的足够低噪声的图像。
在相机系统的运行中，例如每次拍摄产生和发送4至30个红外线光照脉冲12（多次曝光）。光照脉冲12分别具有30μs的持续时间和约400W的光功率。
光照脉冲12借助激光光照单元11产生并且通过半透性镜13、与CCD相机22的视线同轴地通过望远镜6、5、4投射到目标对象1上。
由CCD相机22通过红外线辐射在对象1上的往回反射而拍摄的图像由相机电子设备读取并且作为数字图像向分析计算机传输（未示出）。
对于每图像可用的光照时间在40km距离的情况下能够提高到30倍，其方式是，在10ms的图像寿命期间，每0.33μs各发送同一颜色的光照脉冲，该光照脉冲的回波在下一个光照脉冲之前返回相机系统中，并且因此实施每次拍摄的多次曝光。
质量上无缺陷的多次曝光的前提是，在10ms期间视线的稳定性如此好，使得没有形成图像不清晰。
在光照脉冲12的光路中（在此在主镜4和副镜5之间），使用阻塞滤波器21，其只透过三条激光线（例如带宽是0.02μm）。由此实现来自周围环境中的最大散射光抑制。
如此窄带(0.02 μm)地实施半透性镜13，使得它仅仅反射其颜色的激光脉冲并且否则可穿透。由此能够将多种激光颜色-例如3种颜色-相继地引入望远镜光路中，而不增加半透性镜上的光损耗。
相机快门23的打开时间如此与光照脉冲12的“定时”同步，使得相应光照脉冲的回波刚好还可以通过快门23并且所有在回波脉冲之前或之后到达相机系统的散射光减弱（选通观测方法）。
如此解决（loesen）多光谱光照，使得对于直接前后相继的拍摄（例如每秒100个图像）发送具有不同波长的相应激光脉冲12，如此协调激光脉冲的波长，使得其一方面总是处于另一个可良好穿透的大气窗口中，并且另一方面良好地由目标对象材料反射，并且在不同材料之间具有良好的颜色对比度，并且此外优选可作为激光波长提供。
在所示例子中选择的波长例如是0.98μm、1.48μm和1.55μm。在波长为1.5μm的情况下，在沿着观察路径（是出现的最高值）通过具有200mm可分离水的空气在为0.82的潮湿空气中，透射率是在0.5μm情况下的两倍高。
在雨、烟雾和沙尘中-其中由于光照引起的自眩光（Eigenblendung）是最大的视觉障碍，相机系统的视距通过在此使用的“选通观测”方法可以高达十倍大。
相机系统安装在飞行器上。典型的应用情况是13km的飞行高度和40km的目标距离。典型的沙尘埃云优选处于1km至4km的高度并且在极端情况下对于单垂直通道（einfachen senkrechten Durchgang）（3km）产生由灰尘决定的透射率值0.9。
在路径长度约为18km的双斜通道中，产生约0.53的透射率值。对此，光照足够强，但在没有“选通观测”技术的情况下，回波信号从脉冲离开（vom Hinweg des Pulses）的超过5倍强的散射光覆盖并且因此不可见。
为了基于飞行器使用，望远镜应配备有目标跟踪和图像稳定镜系统14。为了进行目标跟踪，视线3总是朝待成像的目标对象定向。
对相机系统-例如尤其是镜系统14、激光光照单元11、巴罗透镜系统6和相机快门23-的所有可控部件的控制通过飞行器本身的中央控制单元ST进行。
应额外通过高频的两轴视线稳定装置来保护望远镜免受载体系统的振动。在所示例子中，高频的两轴视线稳定装置由各一个在每个CCD相机前具有反旋单元19的图像稳定楔形棱镜组组成，其由共同的视线旋转加速度测量单元20控制，所述视线旋转加速度测量单元装配在最外面的目标跟踪镜14上并且测量视线3在两轴上空间中的运动。
可以在借助控制单元ST控制的情况下利用两个不同的焦距有选择地运行多光谱侦查相机，而在此不使用可运动的部分。为此，通过可电子开关的镜15在数秒内实现所述开关。所述可电子开关的镜将来自焦点距离为10（在此是2.54m）的主镜4的、沿着视线3入射的辐射波束反射到位置16上。在那，具有第二光照单元18（或多个这样的光照单元）的第二近红外线-CCD相机17与2.54m的焦距匹配并且安装在具有相应更小的辐射功率的10km的观察间距处。
图2和3更详细地示出在图1中示出的多光谱侦查相机中使用的多光谱光照系统。在此，图2又仅仅示出原理上的光学设计，与此相反，在图3中绘出作为这种多光谱光照系统的光学部件中的一些。
红外线光照系统的光源在所述系统中是三组用于上述波长（0.98 μm; 1.48 μm; 1.55 μm）中的每一个波长的各18个二极管激光器24，所述二极管激光器具有优选各20W至30W的光功率、具有玻璃纤维退耦装置38，所述玻璃纤维退耦装置具有优选约0.375mm的直径39（图3）。
玻璃纤维装置或玻璃纤维退耦装置38的出射光瞳25设置在有关的光照单元中真实对象图像的焦点位置中。在所述位置上，对于每种光谱颜色分别在端面安装具有CCD芯片的正面尺寸（9.6mmx7.7mm）的保持装置，所述保持装置具有18个钻孔41（见图3中下面的分图示），所述钻孔分别具有1.8mm的直径。在每个钻孔内分别插入用于玻璃纤维装置38（图3）的玻璃纤维中相应玻璃纤维的退耦光学装置（如在图3的主图示中所示那样）。
激光辐射以16.2°的发散角30（图2）从直径为0.375mm的出射光瞳25中出射。借助透镜27（图2和图3），该激光辐射变换为直径32（图2和图3）为1.7mm的准直的平行辐射31（图2和图3）。玻璃纤维准直光学装置具有光圈直径40（图3）。
该平行辐射由另一透镜28（图2和图3）成像到主镜4（直径32cm或12.5英寸）-也见图2和图3中的位置26上，作为22.86m的焦距33（图2和图3）中的出射光瞳26（图2）。由此实现所谓的关键光照系统，所述光照系统将多个光源的光照能量理论上（无传输损耗）无损耗地投射到目标对象上。在该光照光路中设置巴罗透镜系统（或萤石平场转换器）37（图2）。
透镜27（图2和图3）的焦点距离36（图2）在此是5.98mm。与其几乎相应的装配间距36（图3）是5.96mm。可以在一定的边界内自由选择第二透镜28的装配间距35（图2和图3）。
参考标记列表
1：目标对象
2：（目标对象的）真实图像
3：视线
4：主镜
5：副镜
6：巴罗透镜系统或萤石平场转换器
7：中央辐射
8：上边缘辐射
9：下边缘辐射
10：焦点距离
11：激光光照单元
12：光照脉冲
13：半透性镜
14：目标跟踪镜
15：可电子开关的镜
16：位置
17：第二CCD相机
18：一个或多个第二光照单元
19：图像稳定和反旋单元
20：旋转加速度测量单元
21：阻塞滤波器
22：CCD相机
23：高速快门系统
ST：电子控制单元
24：激光二极管
25：玻璃纤维出射光瞳
26：主镜出射光瞳
27：第一凸透镜
28：第二凸透镜
29：主镜的位置
30：发散角
31：准直的平行辐射
32：平行辐射的直径
33：焦距
34：光轴
35：装配间距
36：（第一凸透镜的）焦点距离
37：巴罗透镜系统或萤石平场转换器
38：玻璃纤维装置
39：直径或横向延伸
40：玻璃纤维准直光学装置的光圈直径
41：玻璃纤维端部。

Claims (10)

1. 一种用于观察超过5km的距离处的对象（1）、尤其是在夜晚、烟雾、灰尘或雨中观察超过5km的距离处的对象（1）的相机系统，所述相机系统包括：
- 可选的、用于调整所述相机系统的视线（3）的一个或多个可转动的目标跟踪镜(14)，
- 凸副镜(5)和焦距超过1m的凹主镜(4)，它们一起形成反射望远镜(4, 5, 6)，
- 可选的、用于所述反射望远镜(4, 5, 6)的巴罗透镜系统(6)，
- 设置在所述反射望远镜(4, 5, 6)的图像平面内的红外线敏感的电子图像传感器(22)，
- 用于所述图像传感器(22)的可控高速快门系统(23)，
- 用于通过多种不同颜色的窄带红外线光照脉冲(12)光照待观察的对象(1)的可控红外线光照装置(11)，以及
- 控制装置(ST)，其被构造用于协调地控制所述红外线光照装置(11)和所述高速快门系统(23)，以便借助所述图像传感器(22)检测根据“选通观测”技术拍摄的多光谱图像。
2. 根据权利要求1所述的相机系统，其中所述红外线光照脉冲(12)的颜色位于近红外线范围内。
3. 根据以上权利要求中任一项所述的相机系统，其中所述主镜（4）弯曲成椭圆形，并且所述副镜（5）弯曲成球形。
4. 根据以上权利要求中任一项所述的相机系统，其中所述红外线光照装置（11）包括多光谱激光系统。
5. 根据以上权利要求中任一项所述的相机系统，其中所述红外线光照装置（11）对于不同颜色中的每一种颜色分别包括平面延伸的红外线源(25)，借助所述反射望远镜(4, 5, 6)将所述平面延伸的红外线源成像到待观察的对象(1)上。
6. 一种用于借助相机系统观察超过5km距离处的对象（1）、尤其在夜晚、烟雾、灰尘或雨中观察超过5km距离处的对象（1）的方法，所述相机系统包括：
- 可选的、用于调整所述相机系统的视线（3）的一个或多个可转动的目标跟踪镜(14)，
- 凸副镜(5)和焦距超过1m的凹主镜(4)，它们一起形成反射望远镜(4, 5, 6)，
- 可选的、用于所述反射望远镜(4, 5, 6)的巴罗透镜系统(6)，
- 设置在所述反射望远镜(4, 5, 6)的图像平面内的红外线敏感的电子图像传感器(22)，
- 用于所述图像传感器(22)的可控高速快门系统(23)，以及
- 用于通过多种不同颜色的窄带红外线光照脉冲(12)光照待观察的对象 (1)的可控红外线光照装置(11)，
通过协调地控制所述红外线光照装置(11)和所述高速快门系统(23)，以便借助所述图像传感器(22)检测根据“选通观测”技术拍摄的多光谱图像。
7. 根据权利要求6所述的方法，其在相机系统和由此观察的对象(1)之间的间隔至少为10km、尤其是至少为20km的情况下被实施。
8. 根据权利要求6或7所述的方法，其中如此控制所述红外线光照装置(11)，使得所述红外线光照脉冲(12)的持续时间分别比用于行进从所述相机系统到待观察的对象(1)的路程并且返回所需的时间更小。
9. 根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中如此控制所述红外线光照装置(11)，使得所述红外线光照脉冲(12)的持续时间分别比用于行进从所述相机系统到待观察的对象(1)的路程并且返回所需的时间的40%更大，尤其比所需的时间的60%更大。
10. 根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中如此控制所述红外线光照装置(11)，使得循环交替地发送不同颜色的红外线光照脉冲。
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