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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung eines in die Erdatmosphäre eingetretenen
kosmischen Objektes.
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Es
ist bekannt, kosmische Objekte, worunter im weiteren Himmelskörper aller
Art verstanden werden sollen, mit Strahlungsempfängern zu erfassen. Die erfasste
messtechnische Größe wird
anschließend
in der Regel in eine elektrische Größe transformiert, um eine weitere
Verarbeitung dieser elektrischen Größe zu ermöglichen und so Bilder der kosmischen
Objekte auf geeigneten Anzeigegeräten darzustellen und gegebenenfalls
abzuspeichern.
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In
die Erdatmosphäre
eingetretene kosmische Objekte, z. B. Meteore werden bisher vorwiegend
mit Strahlungsempfängern
erfasst, die im visuellen Spektralbereich arbeiten. Die Erfassung
von in die Erdatmosphäre
eingetretenen kosmischen Objekten und vor allem ihre spätere Erkennung
war deshalb infolge der starken Sonnenstrahlung, deren Strahlungsintensität um ein
Vielfaches über
der Strahlungsintensität
der in die Erdatmosphäre
eingetretenen kosmischen Objekte liegt, mit im visuellen Spektralbereich
arbeitenden Strahlungsempfängern nur
in der Nacht möglich.
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Als
Strahlungsempfänger,
die im visuellen Spektralbereich arbeiten, werden vor allem Photokameras,
CCD-Kameras sowie Videokameras eingesetzt.
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Für die Erfassung
von in die Erdatmosphäre eingetretenen
kosmischen Objekten am Tage steht zur Zeit nur die Möglichkeit
zur Verfügung,
mittels Radarechos die beim Verglühen der in die Erdatmosphäre eingetretenen
kosmischen Objekte entste hende Wolke von ionisierten Atomen und
Molekülen
zu erfassen. Mit Radarechos kann der Zeitpunkt eines solchen Ereignisses
recht genau bestimmt werden. Die räumliche Ausdehnung des in die
Erdatmosphäre
eingetretenen kosmischen Objektes ist mit dieser Methode aber nur
ungenau zu erfassen. Weitere Methoden zur Erfassung von in die Erdatmosphäre eingetretenen
kosmischen Objekten sind der Anmelderin nicht bekannt.
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Es
ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zur Erfassung eines in die Erdatmosphäre eingetretenen kosmischen
Objekten der eingangs genannten Art anzugeben, welches deren Erfassung
und spätere
Erkennung auch am Tage ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird das Verfahren betreffend erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass mittels eines zur Temperaturbestimmung geeigneten im infraroten Spektralbereich
arbeitenden Strahlungsempfängers Temperaturbilder
mit einer Vielzahl von horizontalen und vertikalen Temperaturwerten
(Temperaturbildpunkten) ermittelt werden, wobei mindestens ein Referenztemperaturbild
ohne das kosmische Objekt ermittelt wird, wobei ein Temperaturbild
mit dem kosmischen Objekt ermittelt wird und anschließend aus
der Differenz der ermittelten Temperaturwerte (Temperaturdifferenzbildpunkte)
zwischen dem mindestens einen Referenztemperaturbild und dem ermittelten Temperaturbild
ein Temperaturdifferenzbild erzeugt wird.
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Dadurch
kann ein in die Erdatmosphäre
eingetretenes kosmisches Objekt auch am Tage erfasst werden und
es stehen Messwerte (Temperaturdifferenzbild) zur Verfügung, die
anschließend
eine Erkennung des in die Erdatmosphäre eingetretenen kosmischen
Objektes ermöglichen.
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Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die ermittelten
Temperaturwerte bildverarbeitungstechnisch weiterverarbeitet, um
eine visuelle Temperaturdifferenzabbildung des Temperaturdifferenzbildes
zu erhalten. Dadurch kann die Erkennung des in die Erdatmosphäre eingetretenen kosmischen
Objektes auch mit dem Auge erfolgen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die
Abspeicherung von Temperaturdifferenzbildern erst dann vollzogen,
wenn im Temperaturdifferenzbild ein vorbestimmter Temperaturdifferenzwert
(Ereignisauslöser) überschritten wird.
Dadurch kann eine automatische Erfassung der in die Erdatmosphäre eingetretenen
kosmischen Objekte erfolgen.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung,
welche in Verbindung mit den beigefügten Abbildungen die Erfindung an
Hand der vier beispielhaften Abbildungen erläutert.
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Dabei
zeigt in schematischer Darstellung die
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1 eine
bildverarbeitungstechnisch weiterverarbeitete Auswertung eines Verfahrens
zur Erfassung eines in die Erdatmosphäre eingetretenen kosmischen
Objektes auf der Basis nicht ermittelter Temperaturdifferenzbildpunkte,
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2 eine
bildverarbeitungstechnisch weiterverarbeitete visuelle Temperaturdifferenzabbildung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Erfassung eines in die Erdatmosphäre eingetretenen kosmischen
Objektes auf der Basis ermittelter Temperaturdifferenzbildpunkte,
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3 eine
weitere bildverarbeitungstechnisch weiterverarbeitete visuelle Temperaturdifferenzabbildung
mit zueinander orthogonalen Temperaturverlaufslinien des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Erfassung eines in die Erd atmosphäre eingetretenen kosmischen
Objektes auf der Basis ermittelter Temperaturdifferenzbildpunkte,
und
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4 eine
Darstellung der Temperaturverläufe
entlang der in 3 dargestellten Temperaturverlaufslinien.
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Die 1 zeigt
eine bildverarbeitungstechnisch weiterverarbeitete Auswertung eines
Verfahrens zur Erfassung eines in die Erdatmosphäre eingetretenen kosmischen
Objektes 1 auf der Basis nicht ermittelter Temperaturdifferenzbildpunkte.
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Ein
in die Erdatmosphäre
eingetretenes kosmisches Objekt 1 verglüht in der Erdatmosphäre und erzeugt
dabei Strahlung vorwiegend im infraroten Spektralbereich. Strahlung
im infraroten Spektralbereich kann sowohl von dem durch Reibungswärme aufgeheizten
kosmischen Objekt 1, von eventuell auftretenden Verbrennungsprozessen
im kosmischen Objekt 1 als auch von bei diesen Vorgängen freiwerdenden
Gasen ausgehen. Strahlung im infraroten Spektralbereich kann auch
als von den freiwerdenden Gasen reflektierte Strahlung einer anderen Quelle,
z. B. der Sonne zu einem Strahlungsempfänger gelangen. Da ein im infraroten
Spektralbereich arbeitender Strahlungsempfänger Strahlung im visuellen
Spektralbereich nicht registriert, kann so ein im infraroten Spektralbereich
arbeitender Strahlungsempfänger
sowohl in der Nacht als auch am Tag für die Erfassung von in die
Erdatmosphäre
eingetretenen kosmischen Objekten 1 verwendet werden.
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Eine
mehrtägige
Ausrichtung eines zur Erfassung von in die Erdatmosphäre eingetretenen kosmischen
Objekten 1 geeigneten im infraroten Spektralbereich arbeitenden
Strahlungsempfängers führte zu
einer großen
Häufigkeit
von erfassten kosmischen Objekten 1 auch am Tage.
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Ein
kosmisches Objekt 1, hier ein Meteor, wurde am 14.04.04
mittags mittels eines zur Temperaturbestimmung geeigneten im infraroten
Spektralbereich arbeitenden Strahlungsempfängers erfasst. Temperatur soll
im weiteren als Zahlenwert für
die von einer Himmelserscheinung ausgehende Strahlungsmenge betrachtet
werden. Dieser Strahlungsempfänger
ermittelt Temperaturbilder mit einer Vielzahl von horizontalen und
vertikalen Temperaturwerten (Temperaturbildpunkten). Die ermittelten
Temperaturwerte werden in einen Speicher dieses Strahlungsempfängers geladen
und anschließend
bildverarbeitungstechnisch weiterverarbeitet, um eine visuelle Temperaturabbildung
des Temperaturbildes und anschließende Deutung des ermittelten
Temperaturbildes zu ermöglichen.
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Innerhalb
einer Umgebung mit „kälteren" ermittelten Temperaturwerten
liegt ein Bereich der um ca. 1 Grad Celsius bzw. Kelvin wärmer ist
als seine Umgebung. Dieser ermittelte Bereich wird als in die Erdatmosphäre eingetretenes
kosmisches Objekt 1 gedeutet.
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Die 2 zeigt
ein bildverarbeitungstechnisch weiterverarbeitete visuelle Temperaturdifferenzabbildung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Erfassung eines in die Erdatmosphäre eingetretenen kosmischen
Objektes 1 auf der Basis ermittelter Temperaturdifferenzbildpunkte.
Das kosmische Objekt 1 ist dasselbe wie in 1 und
wurde zum gleichen Zeitpunkt erfasst. Im Unterschied zur 1 wird
mit dem Strahlungsempfänger
aus 1 jetzt eine Temperaturdifferenzabbildung ermittelt.
Dabei wurde vorher ein Referenztemperaturbild einer Umgebung, welches
das kosmische Objekt 1 nicht umfasste, ermittelt, sowie
das Temperaturbild derselben Umgebung, welches das kosmische Objekt 1 umfasst,
ermittelt und anschließend
wird aus der Differenz der ermittelten Temperaturwerte (Temperaturdifferenzbildpunkte)
zwischen dem Referenztemperaturbild und dem ermittelten Temperaturbild
ein Temperaturdifferenzbild erzeugt. Dieses Temperaturdifferenzbild
wird anschließend
bildverarbeitungstechnisch weiterverarbeitet, um eine visuelle Temperaturdifferenzabbildung
des Temperaturdifferenzbildes zu erhalten. In der visuellen Temperaturdifferenzabbildung
ist ein verbesserter Kontrast zwi schen dem kosmischen Objekt 1 und
seiner Umgebung sichtbar. Dadurch können die kosmischen Objekte 1 besser
erkannt werden bzw. es können
auch schwächer
infrarote Strahlung abstrahlende kosmische Objekte 1 erfasst
und erkannt werden. Außerdem
werden dadurch zeitlich konstante oder langsam variierende Strukturen,
z. B. die vom Winkel zum Horizont abhängige Strahlung der Atmosphäre, beseitigt.
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Das
Referenztemperaturbild kann aber auch zeitlich nach dem Temperaturbild
ermittelt werden. Es können
auch mehrere einzelne Referenztemperaturbilder zu einem Referenztemperaturbild
verarbeitet werden.
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In
der Temperaturdifferenzabbildung fallen also Strukturen, die sowohl
im Referenztemperaturbild als auch im Temperaturbild enthalten sind,
heraus, so dass nur die Unterschiede zwischen Referenztemperaturbild
und Temperaturbild in der Temperaturdifferenzabbildung bestehen
bleiben.
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Der
infrarote Strahlungsempfänger
kann mittels einer zugehörigen
Auswertungssoftware bereits während
der Aufnahme Temperaturdifferenzbilder darstellen. Dieses ist nützlich zum
Erkennen von schwach sichtbaren kosmischen Objekten 1 und
zum Auslösen
des Speicherns der interessanten Temperaturbilder.
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Um
die Temperaturbilder nur dann zu speichern, wenn ein relevantes
Ereignis im Temperaturbild ermittelt wird, kann das Abspeichern
der Temperaturbilder von ermittelten Temperaturwerten, Referenztemperaturwerten
oder Temperaturdifferenzwerten abhängig gemacht werden (Ereignisauslöser). Hierfür wird eine
Alarmfunktion verwendet, die ein passendes Steuersignal erzeugt,
wenn innerhalb des aufgenommenen Temperaturbildes, Referenztemperaturbildes
oder Temperaturdifferenzbildes ein bestimmter vorgegebener Temperaturwert,
Referenztemperaturwert oder Temperaturdifferenzwert überschritten
wird.
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Die 3 zeigt
eine weitere bildverarbeitungstechnisch weiterverarbeitete visuelle
Temperaturdifferenzabbildung mit zueinander orthogonalen Temperaturverlaufslinien
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Erfassung eines in die Erdatmosphäre eingetretenen kosmischen
Objektes auf der Basis ermittelter Temperaturdifferenzbildpunkte.
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Hier
wurde ein weiterer sich innerhalb der Erdatmosphäre befindender Meteor 1 am
14.04.04 um 14:30 Uhr erfasst. In Weiterbildung der 2 wurden
Temperaturverlaufslinien in der 3 eingezeichnet.
Die Temperaturverlaufslinie L02 erstreckt sich entlang der Längsachse
der von dem Meteor 1 hinterlassenen, im infraroten Spektralbereich
sichtbaren ellipsenförmigen
Spur. Die Temperaturverlaufslinie L03 erstreckt sich längs der
Querachse der von dem Meteor 1 hinterlassenen, im infraroten Spektralbereich
sichtbaren ellipsenförmigen
Spur. Dieser Meteor 1 kann mit noch besserem Kontrast in einer
visuellen Temperaturdifferenzabbildung als der Meteor 1 aus 2 dargestellt
werden. Die ermittelten Temperaturdifferenzwerte zwischen dem Zentrum
des Meteors 1 und seiner Umgebung betragen bis zu 4,5 Kelvin
und liegen somit höher
als die ermittelten Temperaturdifferenzwerte des Meteors 1 aus 2 von
ca. 2 Kelvin zwischen dessen Zentrum und dessen Umgebung. Der Meteor 1 aus 3 dürfte somit
eine größere Strahlungsintensität im infraroten Spektralbereich
beim Verglühen
in der Atmosphäre erzeugen.
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Die
Temperaturverlaufslinien könnten
aber auch in jeder beliebigen anderen Richtung z.B. der Bewegungsrichtung
des Meteors 1 oder quer zu dieser eingezeichnet werden.
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Die 4 zeigt
eine Darstellung der Temperaturverläufe entlang der in 3 dargestellten
Temperaturverlaufslinien.
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Der
Temperaturverlauf zur Temperaturverlaufslinie L02 ist die Kurve
mit dem breiteren Sockel. Hier ist der ermittelte Tem peraturunterschied
zwischen dem Zentrum des Meteors 1 und seiner Umgebung
von 4,5 Kelvin erkennbar. Der Temperaturverlauf zur Temperaturverlaufslinie
L03 ist die Kurve mit dem schmalerem Sockel. Auch hier ist natürlich derselbe
Temperaturunterschied von 4,5 Kelvin zwischen dem Zentrum des Meteors 1 und
seiner Umgebung erkennbar.
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Die
Einheit „Meter" auf der x-Achse
(Entfernung) ist für
die erfindungsrelevante Deutung der Temperaturverläufe bedeutungslos.