DE102011010334B4 - Kamerasystem und Verfahren zur Beobachtung von Objekten in großer Entfernung, insbesondere zur Überwachung von Zielobjekten bei Nacht, Dunst, Staub oder Regen - Google Patents

Abstract

Kamerasystem zur Beobachtung von Objekten (1) in mehr als 5 km Entfernung, umfassend: – optional einen oder mehrere verschwenkbare Zielverfolgungsspiegel (14) zur Einstellung einer Sichtlinie (3) des Kamerasystems, – einen konkaven Primärspiegel (4) mit einer Brennweite von mehr als 1 m und einen konvexen Sekundärspiegel (5), die zusammen ein Spiegelteleskop (4, 5, 6) ausbilden, – optional ein Barlowlinsensystem (6) für das Spiegelteleskop (4, 5, 6), – einen in der Bildebene des Spiegelteleskopes (4, 5, 6) angeordneten IR-empfindlichen elektronischen Bildsensor (22), – ein steuerbares Hochgeschwindigkeitsverschlusssystem (23) für den Bildsensor (22), – steuerbare IR-Beleuchtungsmittel (11) zur Beleuchtung des zur beobachtenden Objektes (1) durch schmalbandige IR-Beleuchtungspulse (12) mehrerer verschiedener Farben, wobei die IR-Beleuchtungsmittel (11) für jede der verschiedenen Farben jeweils eine flächig ausgedehnte IR-Quelle (25) umfassen, welche mittels des Spiegelteleskops (4, 5, 6) auf das zu beobachtende Objekt (1) abgebildet wird, und – eine Steuereinrichtung (ST), ausgebildet zur koordinierten Ansteuerung der IR-Beleuchtungsmittel (11) und des Hochgeschwindigkeitsverschlusssystems (23), um mittels des Bildsensors (22) multispektrale, gemäß einer ”Gated-View”-Technik aufgenommene Bilder zu erfassen.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kamerasystem sowie ein Verfahren zur Beobachtung von Objekten in großer Entfernung, insbesondere zur Überwachung von Zielobjekten bei Nacht, Dunst, Staub oder Regen. Eine ”große Entfernung” bezeichnet hierbei jede Entfernung von mehr als 5 km.
• Im Bereich der militärischen Aufklärung beispielsweise werden mittels Multispektralsensoren Szenarien insbesondere in einem Gelände erfasst, die nach dem Vorhandensein von Einrichtungen, Personen, Fahrzeugen, Infrastruktur-Merkmalen und dergleichen untersucht werden sollen. Hierzu werden mittels Multispektralüberwachungskameras eine große Anzahl von Bildern zur Verfügung gestellt, welche unter vorbestimmten Zeitbedingungen zu bewerten sind. Die zu erkennenden Objekte haben beliebige Abmessungen und können eine die Objekte charakterisierende Struktur mit einer mehr oder weniger großen Komplexität aufweisen. Mit bekannten Systemen ist eine Boden-Aufklärung und -Entdeckung und anhaltende Boden-Überwachung großer Areale (z. B. 100 km bis 1.000 km Grenzgebiet mit einigen km Tiefe) aus der Luft von Personen-, Tragtier-, und Fahrzeug-Zielobjekten möglich. Hierzu werden üblicherweise Multispektralkameras verwendet, welche an Fluggeräten montiert die Daten im Flug aufzeichnen.
• Diese bekannten Kameras können aber nur bei ausreichender natürlicher Beleuchtung und ausreichend guten Sichtbedingungen, d. h. wenig Dunst, Staub, Regen etc. in der Luft eingesetzt werden.
• Die Daten werden nach dem Flug am Boden ausgewertet, was im allgemeinen Stunden bis Tage dauert, bis die Aufklärungs- und Entdeckungsergebnisse vorliegen. Eine Echtzeitüberwachung 24 h rund um die Uhr ist damit nicht möglich und wird oft durch schlechte Sichtbedingungen verhindert.
• Andererseits werden Videokameras, teilweise auch mit Entdeckungshilfen ausgestattet, zur permanenten Überwachung kleinerer Areale aus der Luft eingesetzt, wobei die Zielsuche und Lagebeurteilung dem Beobachter überlassen bleibt, und die Daten einfach für spätere Nachbearbeitung aufgezeichnet werden. Zur Überwachung großer Areale ist dieses Verfahren nicht geeignet wegen des extrem hohen Aufwandes dafür und wegen der Abhängigkeit von guten Sichtbedingungen.
• Aus DE 10 2005 009 626 A1 ist eine Kamera zum Verfolgen von Objekten bekannt. Bei dieser Kamera werden Zielobjekte durch Vergleich des aufgenommenen Bildes mit einer Datenbank identifiziert. Ein ähnliches Verfahren zur Zielerkennung ist aus DE 199 55 919 C1 bekannt.
• Diese bekannten Verfahren haben den Nachteil, dass die Erkennung von Zielen sehr langsam und nur bei guter Sicht und Beleuchtung vor sich geht.
• Aus der US 7148974 B1 ist ein Kamerasystem zur Verfolgung ”mobiler Mittel” (z. B. Insekten, Spinnen, Vögel oder menschengeschaffene Einheiten) bekannt. Dieses bekannte Kamerasystem arbeitet nach dem so genannten LIDAR-Prinzip, beispielsweise in einem ”staring LIDAR”, bei welchem ein divergierender Laserstrahl eines (einzigen) Lasersystems das Beobachtungsfeld beleuchtet. Zur Realisierung des LIDAR-Prinzips erfolgt diese Beleuchtung gepulst.
• Aus der DE 3 687 223 T2 ist eine Station zur Entdeckung und Lokalisierung eines Objekts oder einer Substanz, wie z. B. von Brandrauch bekannt. Bei dieser bekannten Station erfolgt eine schrittweise abtastende Beleuchtung der Umgebung mit einem Laserstrahl, mit jeweils nachfolgender Auswertung der von dem Objekt zurückkehrenden Strahlung.
• Aus der US 2004/0021852 A1 ist ein an Bord eines Luftfahrzeuges installierter Sucher bekannt, bei welchem ein LIDAR-System und ein IR-Erfassungssystem in koordinierter Weise zusammenwirken, wobei das System mit einem Teleskop mit einem konkaven Primärspiegel und einem konvexen Sekundärspiegel ausgestattet ist, bei welchem an einer gemeinsamen Appertur sowohl ankommende Laserstrahlung als auch ankommende IR-Strahlung gesammelt werden.
• Aus der US 2004/0004707 A1 ist ein Detektorarray zur Verwendung bei Zielsucheinrichtungen bekannt. Bei einer in dieser Veröffentlichung beschriebenen Zielsucheinrichtung wird ein mit IR-Strahlung betriebenes ”aktives” LIDAR-System in Kombination mit einem ”passiven” IR-Erfassungssystem betrieben.
• Aus der US 6646799 B1 ist ein Binokular (z. B. Nachtsichtgerät) bekannt, bei welchem dem Benutzer eine Darstellung einer beobachteten Szene in Form einer Abbildung bei wenigstens zwei verschiedenen Frequenzbändern dargeboten wird. Bei diesem Stand der Technik erfolgt keine aktive Beleuchtung der zu beobachtenden Szene.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Beobachtung der eingangs genannten Art die Abhängigkeit der Beobachtungsqualität von den aktuellen natürlichen Sicht- bzw. Beleuchtungsbedingungen zu verringern, um insbesondere auch bei ungünstigen Sicht- bzw. Wetterbedingungen eine hohe Beobachtungsqualität zu erzielen, beispielsweise für eine militärische Aufklärung aus der Luft über größere Entfernungen (z. B. mehr als 10 km).
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Infrarot-Kamerasystem nach Anspruch 1 bzw. ein Infrarot-Beobachtungsverfahren unter Verwendung eines derartigen Kamerasystems nach Anspruch 6 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
• Das erfindungsgemäße Kamerasystem umfasst:
• – optional einen oder mehrere verschwenkbare Zielverfolgungsspiegel zur Einstellung einer Sichtlinie des Kamerasystems,
• – einen konkaven Primärspiegel mit einer Brennweite von mehr als 1 m und einen konvexen Sekundärspiegel, die zusammen ein Spiegelteleskop ausbilden,
• – optional ein Barlowlinsensystem für das Spiegelteleskop,
• – einen in der Bildebene des Spiegelteleskopes angeordneten IR-empfindlichen elektronischen Bildsensor,
• – ein steuerbares Hochgeschwindigkeitsverschlusssystem für den Bildsensor,
• – steuerbare IR-Beleuchtungsmittel zur Beleuchtung des zur beobachtenden Objektes durch schmalbandige IR-Beleuchtungspulse mehrerer verschiedener Farben, wobei die IR-Beleuchtungsmittel für jede der verschiedenen Farben jeweils eine flächig ausgedehnte IR-Quelle umfassen, welche mittels des Spiegelteleskops auf das zu beobachtende Objekt abgebildet wird, und
• – eine Steuereinrichtung, ausgebildet zur koordinierten Ansteuerung der IR-Beleuchtungsmittel und des Hochgeschwindigkeitsverschlusssystems, um mittels des Bildsensors multispektrale, gemäß einer ”Gated-View”-Technik aufgenommene Bilder zu erfassen.
• Die Grundidee der Erfindung besteht darin, zur Beobachtung ein qualitativ hochwertiges Spiegelteleskop zur Erfassung von IR(Infrarot)-Strahlung mit aktiv steuerbaren IR-Beleuchtungsmitteln und mit einem steuerbaren Hochgeschwindigkeitsverschlusssystem zu kombinieren, um damit mehrfach (verschiedenfarbig) belichtete Bilder gemäß einer so genannten ”Gated-View”-Technik aufzunehmen.
• Der Begriff ”Gated-View-Technik” soll im Rahmen der Erfindung jedwede koordinierte Ansteuerung der IR-Beleuchtungsmittel und des Hochgeschwindigkeitsverschlusssystems bezeichnen, bei welcher sowohl die aktive Beleuchtung (durch die IR-Beleuchtungsmittel) als auch die Aufnahme (durch den Bildsensor; gesteuert durch das Verschlusssystem) diskontinuierlich erfolgen und diese Diskontinuität zu einer Störlichtunterdrückung führt. Die Störlichtunterdrückung basiert auf dem Umstand, dass hauptsächlich oder sogar ausschließlich in denjenigen Zeitspannen eine Aufnahme (Verschluss geöffnet) erfolgt, in denen vom Objekt (bzw. Zielgebiet) rückreflektierte IR-Beleuchtungspulsintensität am Ort des Kamerasystems zu erwarten ist.
• Bei der Gated-View-Technik können z. B. sehr kurze IR-Lichtpulse mit einer Pulsdauer im Bereich von z. B. 1 bis 30 μs zur Beleuchtung verwendet werden. Bevorzugt wird der Kameraverschluss jeweils nur so lange geöffnet, bis der betreffende Echoimpuls den im Kamerasystem integrierten Verschluss passiert hat. Die Pulsdauer kann von einer Steuereinrichtung z. B. in Abhängigkeit von einer bekannten bzw. zuvor ermittelten Beobachtungsdistanz festgelegt und bei Änderung der Beobachtungsdistanz entsprechend angepasst werden.
• Vorteilhaft kann mit der Erfindung somit eine Beeinträchtigung der Beobachtung durch Störlichtquellen wie auch eine Beeinträchtigung durch Rückreflexionen der IR-Beleuchtungsstrahlung noch bevor diese das zu beobachtende Objekt erreicht hat (z. B. durch Nebel, Staub etc.) ausgeschaltet werden. Derartige Störlichtquellen bzw. unbeabsichtigte Rückreflexionen würden herkömmliche Kameras blenden. Bei dem erfindungsgemäßen Kamerasystem kann demgegenüber insbesondere bei schlechter Sicht die ”Sichtweite” der Beobachtung um das 5- bis 10-fache verbessert werden. Das erfindungsgemäße Kamerasystem ist von natürlicher Beleuchtung unabhängig, was den Einsatz bei Nacht und in tiefem Schatten oder unter dichten Wolken ermöglicht.
• Mit der Erfindung kann somit insbesondere eine Multispektralaufklärungskamera zur Überwachung von Zielobjekten in militärischen Anwendungen bereitgestellt werden. Insbesondere in derartigen Anwendungen ist die Verwendung von IR-Strahlung gegenüber dem sichtbaren Wellenlängenbereich auch insofern vorteilhaft, als die aktive Beleuchtung vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen wird und die Zielbeobachtung somit unbemerkt vor sich gehen kann. Insbesondere bei Einsatz von relativ schmalbandigen IR-Beleuchtungspulsen sind diese vorteilhaft auch mit normalen Nachtsichtgeräten nicht sichtbar.
• Vorteilhaft ermöglicht die vorliegende Erfindung insbesondere eine militärische Überwachung von Zielobjekten in großer Entfernung von z. B. bis zu 40 km mit einer Multispektralaufklärungskamera für den nahen Infrarotbereich zum Einsatz bei schlechten Sichtbedingungen, z. B. bei Nacht, Dunst, Staub oder Regen. Eine künstliche Beleuchtung, z. B. multispektrales Laserbeleuchtungssystem, implementiert in Zusammenarbeit mit der Kamera eine ”Gated-View”-Technik zur Unterdrückung von Störlicht. Damit können multispektrale Bilder (einschließlich Bildsequenzen) des Zielgebietes aufgenommen und z. B. sogleich an eine nachfolgende automatische rechnergestützte multispektrale Bildauswertung weitergegeben werden.
• Das erfindungsgemäße Kamerasystem kann insbesondere an Bord eines Fluggerätes (bemannt oder unbemannt), mit einer bordeigenen künstlichen Beleuchtung (z. B. Laserbeleuchtungsteleskop) mit Gated-View Technik betrieben werden.
• Durch den großen möglichen Zielabstand von z. B. 10 km bis 40 km kann z. B. ein Trägerflugzeug der Aufklärungskamera einerseits völlig unbemerkt vom Zielobjekt operieren und kann andererseits mit dem erfindungsgemäßen Kamerasystem bei ausreichender Sicht und ausreichender Flughöhe (12 km bis 14 km) ein großes Gebiet (z. B. 80 km × 80 km) simultan überwachen ohne große Flugstrecken (mit hohem Treibstoffverbrauch und damit geringer Standzeit) zurücklegen zu müssen. Damit kann bei geeigneter Auslegung ein System mit Solarantrieb mit beliebig hoher Standzeit und niedrigen Betriebskosten realisiert werden (z. B. Aufklärungsdrohne).
• Das Problem der Abhängigkeit von guter Sicht und Beleuchtungsbedingungen bei einer Aufklärung aus der Luft über größere Entfernungen kann insbesondere mit einer NIR-Multispektralaufklärungskamera gelöst werden, welche folgende Komponeneten umfasst:
• – einen (oder mehrere aufeinanderfolgend angeordnete) Zielverfolgungs- und Bildstabilisierungsspiegel,
• – einen goldbeschichteten Infrarot-Primärspiegel mit langer Brennweite (z. B. mehr als 2 m, z. B. etwa 2,54 m),
• – ein IR-Barlowlinsensystem, z. B. ”Fluorite – Flatfield – Converter” (Fa. Baader) oder dergleichen, bevorzugt mit 4 bis 9 facher Brennweitenverlängerung (Brennweite z. B. mehr als 10 m, z. B. etwa 22,8 m),
• – eine hochempfindliche Infrarot-CCD-Kamera für den Bereich von 0,8 μm bis 1,7 μm,
• – ein elektronisches Hochgeschwindigkeitsverschlusssystem, das Mehrfachbelichtungen mit einer Gated-View-Technik erlaubt, und
• – eine über einen schaltbaren Spiegel anwählbare zweite CCD-Kamera mit Verschluss- und Beleuchtungssystem bei dem Fokus (z. B. 2,54 m-Fokus) des Primärspiegels.
• Die einzelnen Komponenten des erfindungsgemäßen Kamerasystems wirken in synergistischer Weise zur Ermöglichung einer sehr reichweitigen Beobachtung auch unter ungünstigen Sichtverhältnissen zusammen. Nachfolgend werden besonders vorteilhafte und somit bevorzugte Ausgestaltungen dieser Komponenten näher beschrieben.
• Ein oder mehrere (hintereinander angeordnete) Zielverfolgungsspiegel, etwa durch die ohnehin vorhandene Steuereinrichtung angesteuert, ermöglichen in einfacher Weise eine Ausrichtung der Sichtlinie des Kamerasystems auf das zu beobachtende Zielobjekt bzw. den zu beobachtenden Bereich. Dies spielt vor allem bei Verwendung des Kamerasystems an Bord eines Fahrzeuges, insbesondere Luftfahrzeuges eine große Rolle.
• In einer Ausführungsform ist der Zielverfolgungsspiegel mit einem Drehwinkelsensor verbunden, um durch Verschwenkungsbewegungen des Spiegels bedingte Veränderungen der Sichtlinie erfassen und im Systembetrieb berücksichtigen zu können. Der Drehwinkelsensor kann z. B. einen oder mehrere Beschleunigungssensoren umfassen, welche für Verschwenkungen repräsentative Beschleunigungen messen. Bei Einsatz an Bord eines Flugzeuges können damit auch vorteilhaft Vibrationen des betreffenden Spiegels (gegenüber dem ”Inertialsystem”) detektiert und für die Ansteuerung einer im nachfolgenden Strahlengang des Kamerasystems angeordneten Bildstabilisierungs- und/oder Derotationseinheit genutzt werden.
• Das aus Primärspiegel (”Hauptspiegel”) und Sekundärspiegel (”Fangspiegel”) ausgebildete Spiegelteleskop ist bevorzugt ein ”Cassegrain-Teleskop” im weitesten Sinne. Besonderes günstig ist z. B. ein elliptischer Primärspiegel in Kombination mit einem sphärischen Sekundärspiegel. Im Hinblick auf eine hohe Reflektivität im IR-Bereich ist z. B. eine Goldbeschichtung wenigstens eines der beiden Teleskopspiegel zweckmäßig. Für eine gute optische Justagestabilität ist es günstig, wenn Primärspiegel und Sekundärspiegel koaxial zueinander angeordnet sind und die vom Sekundärspiegel reflektierte Strahlung durch eine mittige Apertur des Primärspiegels zum Bildsensor gelangt. Die Brennweite des Primärspiegels kann z. B. mehr als 1,5 m, insbesondere mehr als 2 m betragen.
• Mit einem Barlowlinsensystem lässt sich vorteilhaft die Brennweite des Spiegelteleskops und somit die Vergrößerung erhöhen. Insbesondere bei Einsatz eines elliptischen Primärspiegels in Kombination mit einem sphärischen Sekundärspiegel sollte im Strahlengang des Kamerasystems ferner eine Flachfeldoptik (zur Verflachung einer ansonsten gekrümmten Bildebene) vorgesehen sein, beispielsweise als integraler Bestandteil des Barlowlinsenssystems.
• Die Farben der IR-Beleuchtungspulse liegen bevorzugt im NIR(Nahes Infrarot)-Bereich, also im Bereich von etwa 0,78 μm bis etwa 3 μm. Ausgehend von der Festlegung der IR-Farben können die betreffenden weiteren optischen Systemkomponenten entsprechend ausgelegt werden (z. B. Spiegelbeschichtung(en), Linsenbeschichtung(en), Linsenmaterialien, Bildsensortechnologie etc.). In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Kamerasystem mit NIR-Beleuchtungspulsen im Bereich von 0,8 bis 1,7 μm betrieben.
• Aus der Patentliteratur und dem sonstigen Schrifttum sind keine Anwendungen bekannt, die multispektrale Aufnahmen insbesondere im nahen Infrarot (NIR) mit künstlicher Beleuchtung über größere Entfernungen (über 5 km) verwenden. Diese Kombination bringt aber gerade im nahen Infrarot besonders große Vorteile, da die Transmission durch Gebiete mit schlechter Sicht im nahen Infrarot um das doppelte besser ist als bei sichtbarem Licht, und sich dadurch die Vorteile der Gated-View Technik beim Ausblenden von Störlicht viel stärker auswirken.
• Als elektronische Bildsensor im nahen Infrarot kann vorteilhaft z. B. ein ungekühlter Halbleiter-Sensorchip, vorzugsweise aus dem Halbleitermaterial Indium – Gallium – Arsenid, eingesetzt werden, der für eine sehr hohe NIR-Empfindlichkeit verglichen mit anderen Wellenlängenbereichen ausgelegt ist. Insbesondere eignet sich z. B. eine entsprechend ausgelegte CCD-Kamera, deren gelieferte Bildinformation auch in einfacher Weise einer unmittelbaren Bildauswertung zugeführt werden kann. Auch eine dazu passende NIR-Beleuchtungseinheit kann z. B. aus existierenden und lieferbaren Diodenlasern aufgebaut werden.
• Schließlich ist bei Hintergrund- und Zielobjektmaterialien bei der Multispektralbildauswertung im nahen Infrarot ein viel höherer Farbkontrast auswertbar als im mittleren oder langen Infrarot. Daraus resultiert wiederum ein im Allgemeinen besseres Suchergebnis der Bildauswertung.
• Das steuerbare Hochgeschwindigkeitsverschlusssystem sollte den Strahlungseinfall auf den Bildsensor binnen einer Schaltzeit von weniger als 10 μs, bevorzugt weniger als 1 μs blockieren bzw. freigeben können. Für die konkrete Ausgestaltung eines solchen Verschlusssystems kann im Rahmen der Erfindung auf hierfür geeignete elektronische Verschlusssysteme nach dem Stand der Technik zurückgegriffen werden. Derartige Verschlusssysteme können z. B. nach dem Prinzip von akustooptischen oder elektrooptischen Modulatoren oder dergleichen arbeiten.
• Die steuerbaren IR-Beleuchtungsmittel stellen schmalbandige IR-Beleuchtungspulse bereit, worunter im Rahmen der Erfindung insbesondere eine wellenlängenmäßige Bandbreite von weniger als 10% einer ”Mittenwellenlänge” (bei welcher ein Strahlungsintensitätsmaximum liegt) verstanden wird, und/oder die Bandbreite kleiner als 0,1 μm, insbesondere kleiner als 0,05 μm ist und/oder die Spektralverteilungen der verschiedenfarbigen Spektralbänder wellenlängenmäßig einander nicht überlappen.
• In einer diesbezüglich vorteilhaften Ausführungsform umfassen die IR-Beleuchtungsmittel ein multispektrales Lasersystem, beispielsweise eine Anordnung jeweils einer oder bevorzugt mehrerer Laser, insbesondere z. B. einer oder mehrerer Laserdioden, pro Beleuchtungspulsfarbe.
• In einer bevorzugten Ausführungsform sind die IR-Beleuchtungsmittel baulich derart mit dem Spiegelteleskop zusammengefasst, dass die davon abgegebenen IR-Beleuchtungspulse durch wenigstens einen Teil der optischen Systemkomponenten auf das zu beobachtende Objekt gerichtet werden (wobei die IR-Beleuchtungspulse hierbei das Spiegelteleskop in ”umgekehrter Richtung” durchlaufen).
• Für jede Beleuchtungspulsfarbe kann z. B. eine Anordnung von mindestens fünf oder mindestens zehn Laserdioden vorgesehen sein, wobei jede Laserdiode mit einer elektrischen Leistung von mindestens 5 W oder mindestens 10 W betrieben wird. Vorzugsweise werden Laserdioden mit der technisch verfügbaren Leistung von 20 bis 30 W verwendet.
• Wie oben bereits erwähnt, umfassen die IR-Beleuchtungsmittel bei der Erfindung für jede der verschiedenen Farben jeweils eine flächig ausgedehnte IR-Quelle, welche mittels des Spiegelteleskops auf das zu beobachtende Objekt abgebildet wird.
• Eine flächig ausgedehnte IR-Quelle besitzt zunächst den Vorteil einer gewissen räumlichen Verteilung einer etwaig problematischen Wärmeentwicklung (je nach IR-Erzeugungsprinzip). Darüber hinaus erhöht eine flächig ausgedehnte Beleuchtungsquelle tendenziell die optische Justage-Unempfindlichkeit, was eine gewünschte Abbildung der Beleuchtungsquelle auf das zu beobachtende Objekt anbelangt.
• In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine von der Fläche her im Wesentlichen der IR-empfindlichen Aufnahmefläche des elektronischen Bildsensors (z. B. CCD-Kamera) entsprechende IR-Quelle verwendet und über einen im Strahlengang des Spiegelteleskops bzw. Kamerasystems angeordneten Einkoppelspiegel (z. B. halbdurchlässig oder getaktet ”aktivierbar”, z. B. Sektorspiegel oder Polygonspiegel etc.) eingekoppelt, um wenigstens einen Teil der Kamerasystemkomponenten (insbesondere Primärspiegel und Sekundärspiegel, gegebenenfalls Barlowlinsensystem) in ”umgekehrter Strahlungsrichtung” zu durchlaufen. Hinsichtlich des optischen Designs bzw. der Robustheit der Abbildungsqualität gegenüber Vibrationen, Temperaturvariationen etc. ist es besonders vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen Einkoppelspiegel und IR-Quelle dem Abstand zwischen dem Einkoppelspiegel und dem Bildsensor entspricht. In diesem Fall kann ein und dasselbe optische System sowohl zur (reellen) Abbildung des zu beobachtenden Objektes auf den Bildsensor als auch (in umgekehrter Richtung) zur Abbildung der IR-Quelle auf das zu beobachtende Objekt genutzt werden.
• In einer bevorzugten Weiterbildung handelt es sich bei der flächig ausgedehnten IR-Quelle um eine Anordnung mehrerer Laserdioden oder weiter bevorzugt eine Anordnung von Enden optischer Fasern (z. B. Glasfasern), an deren anderen Enden jeweils die Strahlung einer oder mehrerer Laserdioden eingekoppelt wird. Für eine solche, z. B. rasterartige Anordnung von Laserdioden bzw. optischen Fasern wird sich in der Regel eine sehr ungleichmäßige Intensitätsverteilung der abgegebenen IR-Strahlung ergeben. Um eine daraus resultierende, entsprechend ungleichmäßige Beleuchtung des zu beobachtenden Objektes zu vermeiden, kommen insbesondere zwei Maßnahmen in Betracht, die einzeln oder kombiniert eingesetzt werden können:
  Zum Einen kann z. B. ein Diffusorelement an der Oberfläche der IR-Quelle eingesetzt werden, um bereits am Ort der IR-Beleuchtungserzeugung eine Vergleichmäßigung der Strahlungsleistung über die strahlungserzeugende Fläche zu erzielen.
• Alternativ oder zusätzlich kommt als besonders einfache Maßnahme in Betracht, die strahlende Fläche der IR-Quelle ”unscharf” auf das zu beobachtende Objekt abzubilden, d. h. eine gewisse ”Defokusierung” dieser Abbildung derart vorzusehen, das die einzelnen Intensitätsmaxima der IR-Quellenfläche jeweils über einen größeren Bereich ”verschmiert” auf das Objekt abgebildet werden. Diese Defokusierung hat bevorzugt ein solches Ausmaß, dass über die Fläche des zu beobachtenden Objektes betrachtet lokal maximale Beleuchtungsintensitäten (Leistungen) erreicht werden, die allenfalls um einen Faktor 2 größer sind als die lokal minimalen Beleuchtungsintensitäten am Ort des Objektes.
• In einer Ausführungsform sind die IR-Beleuchtungsmittel ein künstliches NIR-Beleuchtungssystem, bestehend für jede Beleuchtungswellenlänge aus je einer Laserbeleuchtungsgruppe aus mehreren (z. B. 10 bis 30) Laserdioden mit Kollimationsoptik, die an der Fokusposition des reellen Bildes des Zielobjektes gerade die Bildfläche in der Größe des als Bildsensor dienenden CCD-Chips mit kollimierten Lichtbündeln voll überdecken.
• Bei dem künstlichen NIR-Beleuchtungssystem können die mehreren (z. B. 3 oder 4) Laserbeleuchtungsgruppen mit verschiedenen Wellenlängen insbesondere über halbdurchlässige Spiegel, die nur bei ihrer zugeordneten Laserwellenlänge reflektieren, in den Strahlengang des NIR-Spiegelteleskops eingekoppelt werden. Dadurch können mehrere Beleuchtungswellenlängen verwendet werden, ohne die Lichtverluste zu vervielfachen. Vorteilhaft wird hierbei das NIR-Beobachtungsteleskop gewissermaßen zusätzlich auch als ”NIR-Projektionsteleskop” mit langer Brennweite mitbenutzt.
• Bevorzugt im Strahlengang zwischen dem Spiegelteleskop (und gegebenenfalls Barlowlinsensystem) und dem elektronischen Bildsensor kann eine bereits erwähnte Bildstabilisierungs- und/oder Derotationseinheit vorgesehen sein. Das Hochgeschwindigkeitsverschlusssystem befindet sich bevorzugt unmittelbar vor dem elektronischen Bildsensor bzw. ist mit diesem baulich zusammengefasst.
• In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Kamerasystem ferner einen zweiten elektronischen Bildsensor, auf welchen das Kamerasystem umgeschaltet werden kann, so dass die Bildaufnahme durch diesen zweiten Bildsensor erfolgt. Die Umschaltung kann z. B. mittels eines elektronisch schaltbaren Spiegels oder anderweitig ”aktivierbaren” Spiegels erfolgen, welcher die vom Kamerasystem erfasste IR-Strahlung an einer bestimmten Stelle des optischen Designs auf den zweiten Bildsensor umleitet. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn diese ”Auskoppelungsstelle” und/oder Position des zweiten Bildsensors derart gewählt ist, dass sich die Brennweite des Kamerasystems damit verändern, d. h. umschalten lässt. Beispielsweise kann hierbei eine Veränderung der Systembrennweite um wenigstes einen Faktor 2, bevorzugt wenigstens einen Faktor 5 realisiert werden. Eine in dieser Hinsicht konstruktiv besonders einfache Realisierung besteht darin, den Auskoppelspiegel für den zweiten Bildsensor im Strahlengang des Kamerasystems zwischen einer Apertur des Primärspiegels und einem Barlowlinsensystem vorzusehen.
• Das erfindungsgemäße Beobachtungsverfahren kann vorteilhaft z. B. bei einem Abstand zwischen Kamerasystem und damit beobachteten Objekt von mindestens 10 km, insbesondere mindestens 20 km durchgeführt werden.
• Das Verfahren kann insbesondere bei schlechten Sichtbedingungen (z. B. kleiner als 5 km mit dem menschlichen Auge) durchgeführt werden.
• Vorteilhaft ist eine Beobachtung aus einer überhöhten Beobachtungsposition, z. B. aus einer Höhe von mehr als 5 km. Beispielsweise kann die Beobachtung aus einer Höhe von z. B. 12 km bis 14 km bei einer Beobachtungsdistanz (zwischen Kamerasystem und beobachtetem Objekt) von 30 bis 40 km erfolgen, um den möglichen Reichweitenvorteil aus der Gated-View-Technik voll zu realisieren.
• Bevorzugt werden die IR-Beleuchtungsmittel derart angesteuert, dass die Dauer der IR-Pulse jeweils kleiner als die zum Zurücklegen der Strecke vom Kamerasystem zum beobachteten Objekt und zurück benötigte Zeit ist. Diese Begrenzung der maximalen Pulsdauer trägt dem Umstand Rechnung, dass die Erfassung des zuvor am Objekt reflektierten ”Pulsbeginns” durch das Kamerasystem im Falle von darin integrierten IR-Beleuchtungsmitteln in der Regel scheitern würde, wenn zu diesem Zeitpunkt das ”Pulsende” desselben Pulses das Kamerasystem noch nicht verlassen hat. In letzterem Falle würde der Bildsensor bereits durch sehr kleine unerwünschte Rückreflexionen bzw. Rückstreuungen der IR-Strahlungsleistung innerhalb des Kamerasystems in der Praxis geblendet bzw. übersteuert, so dass eine gleichzeitige Aufnahme der am Objekt reflektierten Strahlung vereitelt wird.
• Andererseits sollte die Dauer der IR-Pulse jedoch auch nicht zu kurz bemessen werden, damit bei vorgegebener IR-Strahlungsleistung der IR-Beleuchtungsmittel möglichst viel Strahlungsenergie in jeden Beleuchtungspuls ”gepackt” werden kann bzw. ”Totzeiten” im Systembetrieb möglichst klein gehalten werden können. In einer Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass die IR-Beleuchtungsmittel derart angesteuert werden, dass die Dauer der IR-Pulse jeweils größer als 40%, insbesondere größer als 60%, der zum Zurücklegen der Strecke vom Kamerasystem zum beobachteten Objekt und zurück benötigten Zeit ist.
• Die IR-Beleuchtungsmittel können derart angesteuert werden, dass die verschiedenfarbigen IR-Beleuchtungspulse zyklisch alternierend ausgesendet werden.
• Wie bereits erwähnt sollte seitens des Kamerasystems ein gleichzeitiges Aussenden von IR-Beleuchtungsstrahlung und Aufnehmen von rückreflektierter ”Nutzstrahlung” vermieden werden. Daher ist ein bevorzugter Betrieb derart vorgesehen, dass immer abwechselnd, und zeitlich nicht überlappend, zunächst ein IR-Beleuchtungspuls ausgesendet wird und dann die am Objekt erfolgte Rückreflexion vom elektronischen Bildsensor aufgenommen wird. Das dem Bildsensor zugeordnete Hochgeschwindigkeitsverschlusssystem wird hierbei bevorzugt so angesteuert, dass der Verschluss nur über Zeitspannen geöffnet ist, in welchen am Objekt reflektierte IR-Beleuchtungsstrahlung am Ort des Kamerasystems zu erwarten ist (Diese Zeitspannen ergeben sich in trivialer Weise anhand der vorbekannten bzw. ermittelten Distanz des Objektes vom Kamerasystem, unter Berücksichtigung der Lichtgeschwindigkeit).
• Die vom elektronischen Bildsensor aufgenommenen Bilder können z. B. sogleich einer rechnergestützten automatischen Bildauswertung zugeführt werden.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
• 1 das optische Design eines Kamerasystems gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, und
• 2 und 3 das optische Design (2) bzw. den Aufbau (3) von IR-Beleuchtungsmitteln des Kamerasystems von 1.
• 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Multispektralaufklärungskamera mit eigener künstlicher Beleuchtung.
• Ein ausreichend beleuchtetes Zielobjekt 1 in großer Entfernung (10 bis 40 km) wird längs einer Sichtlinie 3 von einem Teleskop 4, 5, und 6 angepeilt und erzeugt auf dem Indium-Gallium-Arsenid CCD-Chip einer CCD-Kamera 22 für das nahe Infrarot (empfindlich von 0,8 μm bis 1,7 μm, Größe 9,6 mm × 7,7 mm, Pixelgröße 30 μm, Bildgröße 320 Spalten mal 250 Zeilen) ein reelles Bild 2 des Zielobjektes 1.
• Das Teleskop 4, 5, 6 besteht aus einem goldbeschichteten, elliptischen Primärspiegel (”Hauptspiegel”) 4 mit 32 cm (12,5 Zoll)-Durchmesser und 2,54 m-Brennweite, einem goldbeschichteten, sphärischen Sekundärspiegel (”Fangspiegel”) 5 in einer Cassegraine Anordnung, und einer speziellen Barlowlinse 6, hier dem ”Fluorite-Flatfield-Converter” (Fa. Baader), der die Brennweite des Primärspiegels 4 einstellbar auf das 4- bis 9-fache (max. 22,86 Meter) vergrößert und dabei ein flaches, voll farbkorrigiertes Infrarotbild in dem ganzen Brennweitengebiet erzeugt.
• Der Strahlengang der von dem Objekt 1 in das Kamerasystem gelangenden Strahlung ist in 1 angedeutet mit oberer Randstrahl 8, unterer Randstrahl 9 und Zentralstrahl 7. Die optischen Elemente wie Primärspiegel 4, Sekundärspiegel 5 und Barlowlinse 6 sind in 1 jeweils durch ihre Hauptebene (”principal plane”) dargestellt.
• Die Lichtstärke des Kamerasystems bzw. des Teleskopes 4, 5, 6 ist so ausgelegt, dass auf der lichtempfindlichen Fläche der CCD-Kamera 22 ausreichend rauscharme Bilder des Zielobjektes 1 erzeugt werden.
• Im Betrieb des Kamerasystems werden beispielsweise 4 bis 30 IR-Beleuchtungsulse 12 pro Aufnahme erzeugt und abgesendet (Mehrfachbelichtung). Die Beleuchtungsulse 12 besitzen jeweils eine Dauer von 30 μs und eine Lichtleistung von ungefähr 400 W.
• Die Beleuchtungsulse 12 werden mittels Laserbeleuchtungseinheiten 11 erzeugt und über einen halbdurchlässigen Spiegel 13 koaxial zur Sichtlinie der CCD-Kamera 22 durch das Teleskop 6, 5, 4 auf das Zielobjekt 1 projiziert.
• Die von der CCD-Kamera 22 durch die Rückreflexionen der IR-Strahlung am Objekt 1 aufgenommenen Bilder werden von einer Kameraelektronik ausgelesen und als digitale Bilder an einen Auswerterechner übertragen (nicht dargestellt).
• Die ausnutzbare Beleuchtungszeit pro Bild kann bei 40 km Entfernung auf das 30-fache erhöht werden, indem während der Standzeit des Bildes von 10 ms jeweils ein Beleuchtungsimpuls derselben Farbe alle 0,33 μs abgegeben wird, dessen Echo vor dem nächsten Beleuchtungsimpuls zurück im Kamerasystem ist, und so eine Vielfachbelichtung jeder Aufnahme durchgeführt wird.
• Eine qualitativ einwandfreie Mehrfachbelichtung setzt voraus, dass die Stabilisierung der Sichtlinie während der 10 ms so gut ist, dass keine Bildunschärfe entsteht.
• Im Strahlengang der Beleuchtungspulse 12, hier zwischen Primärspiegel 4 und Sekundärspiegel 5, wird ein Blockierfilter 21 eingesetzt, das nur die 3 Laserlinien (Bandbreite z. B. 0,02 μm) durchlässt. Dadurch wird eine maximale Streulichtunterdrückung aus der Umgebung erreicht.
• Die halbdurchlässigen Spiegel 13 werden so schmalbandig (0,02 μm) ausgeführt, dass sie nur den Laserimpuls ihrer Farbe reflektieren und sonst durchlässig sind. Dadurch können mehrere Laserfarben, z. B. 3, nacheinander in den Teleskopstrahlengang eingeführt werden, ohne die Lichtverluste an den halbdurchlässigen Spiegeln zu erhöhen.
• Die Öffnungszeit eines Kameraverschlusses 23 wird derart mit einer ”Taktung” der Beleuchtungspulse 12 synchronisiert, dass das Echo des jeweiligen Beleuchtungspulses gerade noch den Verschluss 23 passieren kann und alles Streulicht, das vor oder nach dem Echoimpuls das Kamerasystem erreicht, ausgeblendet wird (Gated-View-Verfahren).
• Eine multispektrale Beleuchtung wird so gelöst, dass auf direkt aufeinander folgende Aufnahmen (z. B. 100 Bilder pro Sekunde) jeweils Laserpulse 12 mit verschiedenen Wellenlängen abgegeben werden, deren Wellenlängen so abgestimmt sind, dass sie einerseits jeweils in einem anderen gut durchlässigen atmosphärischen Fenster liegen, und andererseits von dem Zielobjektmaterial gut reflektiert werden, und einen guten Farbkontrast zwischen verschiedenen Materialien aufweisen, und bevorzugt außerdem als Laserwellenlängen lieferbar sind.
• Die im dargestellten Beispiel ausgewählten Wellenlängen sind z. B. 0,98 μm, 1,48 μm, und 1,55 μm. Bei Wellenlängen von 1,5 μm ist die Transmission bei feuchter Luft mit 0,82 durch Luft mit 200 mm ausscheidbarem Wasser längs des Beobachtungspfades (ist höchster vorkommender Wert) doppelt so hoch wie bei 0,5 μm.
• Bei Regen, Dunst und Wüstenstaub, wo die Eigenblendung durch die Beleuchtung das größte Sichthindernis darstellt, kann die Sichtweite des Kamerasystems durch das hier eingesetzte Gated-View-Verfahren bis zu 10 mal so groß werden.
• Das Kamerasystem ist an Bord eines Fluggerätes installiert. Eine typische Einsatzsituation ist eine Flughöhe von 13 km und eine Zielentfernung von 40 km. Typische Wüstenstaubwolken sich vorzugsweise in 1 bis 4 km Höhe und ergeben im Extremfall einen staubbedingten Transmissionswert für einfachen senkrechten Durchgang (3 km) von 0,9.
• Bei doppeltem schrägem Durchgang mit einer Pfadlänge von dann ungefähr 18 km ergibt sich also ungefähr ein Transmissionswert von 0,53. Dafür ist die Beleuchtung stark genug, aber das Echosignal würde ohne Gated-View-Technik von mehr als 5 mal so starkem Streulicht vom Hinweg des Pulses überdeckt und damit unsichtbar.
• Für den Einsatz von einem Fluggerät aus sollte das Teleskop mit einem Zielverfolgungs- und Bildstabilisierungsspiegelsystem 14 ausgerüstet werden. Für die Zielverfolgung wird die Sichtlinie 3 immer auf das abzubildende Zielobjekt ausgerichtet.
• Die Ansteuerung sämtlicher steuerbarer Komponenten des Kamerasystems, wie insbesondere des Spiegelsystems 14, der Laserbeleuchtungseinheiten 11, des Barlowlinsensystems 6 und des Kameraverschlusses 23 erfolgt durch eine bordeigene zentrale Steuereinheit ST.
• Gegen Vibrationen des Trägersystems sollte das Teleskop zusätzlich über eine hochfrequente Zweiachsen-Sichtlinienstabilisierung abgesichert werden. Im dargestellten Beispiel besteht diese aus je einem Bildstabilisierungskeilprismensatz mit Derotationseinheit 19 vor jeder CCD-Kamera, die von einer gemeinsamen Sichtliniendrehbeschleunigungsmeßeinheit 20 gesteuert wird, die auf dem äußersten Zielverfolgungsspiegel 14 montiert ist und die Bewegung der Sichtlinie 3 im Raum in zwei Achsen misst.
• Die Multispektralaufklärungskamera kann, angesteuert mittels der Steuereinheit ST, mit zwei verschiedenen Brennweiten wahlweise betrieben werden, ohne dabei bewegliche Teile zu verwenden. Die Umschaltung erfolgt dazu über einen elektronisch schaltbaren Spiegel 15 in einigen Sekunden. Dieser reflektiert das entlang der Sichtlinie 3 einfallende Strahlenbündel vom Primärspiegel 4 mit der Fokuslänge 10 (hier: 2,54 m) auf eine Position 16. Dort ist eine zweite NIR-CCD-Kamera 17 mit einer zweiten Beleuchtungseinheit 18 (oder mehreren solchen Beleuchtungseinheiten), angepasst an die 2,54 m-Brennweite und an 10 km-Beobachtungsdistanz mit entsprechend kleinerer Strahlungsleistung angebracht.
• Die 2 und 3 zeigen das bei der in 1 dargestellten Multispektralaufklärungskamera eingesetzte Multispektralbeleuchtungssystem detaillierter. Hierbei zeigt 2 wieder lediglich das prinzipielle optische Design, wohingegen in 3 einige der optischen Komponeneten als solche eingezeichnet sind.
• Die Lichtquellen des IR-Beleuchtungssystems sind bei dem System drei Gruppen von jeweils 18 Diodenlasern 24 für jede der oben genannten Wellenlängen (0,98 μm; 1,48 μm; 1,55 μm) mit vorzugsweise je 20 bis 30 W Lichtleistung mit einer Glasfaserauskopplung 38 mit einem Durchmesser 39 (3) von vorzugsweise etwa 0,375 mm.
• Die Austrittspupille 25 der Glasfaseranordnung bzw. Glasfaserauskopplung 38 ist in der Fokusposition des reellen Objektbildes in der betreffenden Beleuchtungseinheit angeordnet. An dieser Position ist für jede Spektralfarbe jeweils eine Halterung mit den frontalen Abmessungen des CCD-Chips (9,6 × 7,7 mm) an der Stirnseite, die 18 Bohrungen 41 (siehe Teildarstellung in 3 unten) mit jeweils 1,8 mm Durchmesser aufweist, angebracht. In jeder Bohrung ist jeweils eine Auskopplungsoptik (wie in der Hauptdarstellung von 3 dargestellt) für jeweils eine der Glasfasern der Glasfaseranordnung 38 (3) eingefügt.
• Aus der Austrittspupille 25 mit 0,375 mm Durchmesser tritt der Laserstrahl mit einem Divergenzwinkel 30 (2) von 16,2° aus. Dieser wird mit einer Linse 27 (2 und 3) in einen kollimierten Parallelstrahl 31 (2 und 3) mit einem Durchmesser 32 (2 und 3) von 1,7 mm umgesetzt. Die Glasfaserkollimationsoptik besitzt einen Aperturdurchmesser 40 (3).
• Dieser Parallelstrahl wird von einer weiteren Linse 28 (2 und 3) auf den Primärspiegel 4 (Durchmesser 32 cm bzw. 12,5 Zoll), siehe auch den Ort 26 in 2 und 3, als Austrittspupille 26 (2) in einer Fokusdistanz 33 (2 und 3) von 22,86 m abgebildet. Dadurch wird ein so genanntes kritisches Beleuchtungssystem implementiert, das die Beleuchtungsenergie multipler Lichtquellen theoretisch (keine Transmissionsverluste) ohne Verluste auf das Zielobjekt projiziert. Im Beleuchtungsstrahlengang ist ein Barlowlinsensystem (bzw. ”Fluorite-Flatfield-Converter”) 37 (2) angeordnet.
• Eine Fokuslänge 36 (2) der Linse 27 (2 und 3) beträgt dabei 5,98 mm. Eine dem nahezu entsprechende Montagedistanz 36 (3) beträgt 5,96 mm. Eine Montagedistanz 35 (2 und 3) der zweiten Linse 28 kann in gewissen Grenzen frei gewählt werden.
• Bezugszeichenliste

1

Zielobjekt

2

reelles Bild (des Zielobjektes)

3

Sichtlinie

4

Primärspiegel

5

Sekundärspiegel

6

Barlowlinsensystem bzw. Fluorite-Flatfield-Converter

7

Zentralstrahl

8

oberer Randstrahl

9

unterer Randstrahl

10

Fokuslänge

11

Laserbleuchtungseinheiten

12

Beleuchtungspulse

13

halbdurchlässiger Spiegel

14

Zielverfolgungsspiegel

15

elektronisch schaltbarer Spiegel

16

Position

17

zweite CCD-Kamera

18

zweite Beleuchtungseinheit(en)

19

Bildstabilisierungs- und Derotationseinheit

20

Drehbeschleunigungsmesseinheit

21

Blockierfilter

22

CCD-Kamera

23

Hochgeschwindigkeitsverschlusssystem

ST

elektronische Steuereinheit

24

Laserdioden

25

Glasfaser-Austrittspupille

26

Primärspiegel-Austrittspupille

27

erste Sammellinse

28

zweite Sammellinse

29

Ort des Primärspiegels

30

Divergenzwinkel

31

kollimierter Parallelstrahl

32

Durchmesser des Parallelstrahls

33

Fokusdistanz

34

optische Achse

35

Montagedistanz

36

Fokuslänge (der ersten Sammellinse)

37

Barlowlinsensystem bzw. Fluorite-Flatfield-Converter

38

Glasfaseranordnung

39

Durchmesser bzw. Querausdehnung

40

Aperturdurchmesser der Glasfaserkollimationsoptik

41

Glasfaserenden

Claims (10)

1. Kamerasystem zur Beobachtung von Objekten (1) in mehr als 5 km Entfernung, umfassend: – optional einen oder mehrere verschwenkbare Zielverfolgungsspiegel (14) zur Einstellung einer Sichtlinie (3) des Kamerasystems, – einen konkaven Primärspiegel (4) mit einer Brennweite von mehr als 1 m und einen konvexen Sekundärspiegel (5), die zusammen ein Spiegelteleskop (4, 5, 6) ausbilden, – optional ein Barlowlinsensystem (6) für das Spiegelteleskop (4, 5, 6), – einen in der Bildebene des Spiegelteleskopes (4, 5, 6) angeordneten IR-empfindlichen elektronischen Bildsensor (22), – ein steuerbares Hochgeschwindigkeitsverschlusssystem (23) für den Bildsensor (22), – steuerbare IR-Beleuchtungsmittel (11) zur Beleuchtung des zur beobachtenden Objektes (1) durch schmalbandige IR-Beleuchtungspulse (12) mehrerer verschiedener Farben, wobei die IR-Beleuchtungsmittel (11) für jede der verschiedenen Farben jeweils eine flächig ausgedehnte IR-Quelle (25) umfassen, welche mittels des Spiegelteleskops (4, 5, 6) auf das zu beobachtende Objekt (1) abgebildet wird, und – eine Steuereinrichtung (ST), ausgebildet zur koordinierten Ansteuerung der IR-Beleuchtungsmittel (11) und des Hochgeschwindigkeitsverschlusssystems (23), um mittels des Bildsensors (22) multispektrale, gemäß einer ”Gated-View”-Technik aufgenommene Bilder zu erfassen.
2. Kamerasystem nach Anspruch 1, wobei die Farben der IR-Beleuchtungspulse (12) im NIR-Bereich liegen.
3. Kamerasystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Primärspiegel (4) elliptisch gewölbt und der Sekundärspiegel (5) sphärisch gewölbt ist.
4. Kamerasystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die IR-Quelle (25) von einer Anordnung mehrerer Laser oder einer Anordnung mehrerer Enden von optischen Fasern, an deren anderen Enden jeweils die Strahlung einer oder mehrerer Laserdioden eingekoppelt wird, gebildet ist, und wobei zur Vergleichmäßigung der Beleuchtung des zu beobachtenden Objektes (1) ein Diffusorelement an der Oberfläche der IR-Quelle (25) vorgesehen ist und/oder die strahlende Fläche der IR-Quelle (25) unscharf auf das zu beobachtende Objekt (1) abgebildet wird.
5. Kamerasystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die IR-Quelle (25) von einer rasterartigen Anordnung von Enden mehrerer optischer Fasern gebildet ist, an deren anderen Enden jeweils die Strahlung mehrerer Laserdioden eingekoppelt wird.
6. Verfahren zur Beobachtung von Objekten (1) in mehr als 5 km Entfernung mittels eines Kamerasystems umfassend – optional einen oder mehrere verschwenkbare Zielverfolgungsspiegel (14) zur Einstellung einer Sichtlinie (3) des Kamerasystems, – einen konkaven Primärspiegel (4) mit einer Brennweite von mehr als 1 m und einen konvexen Sekundärspiegel (5), die zusammen ein Spiegelteleskop (4, 5, 6) ausbilden, – optional ein Barlowlinsensystem (6) für das Spiegelteleskop (4, 5, 6), – einen in der Bildebene des Spiegelteleskopes (4, 5, 6) angeordneten IR-empfindlichen elektronischen Bildsensor (22), – ein steuerbares Hochgeschwindigkeitsverschlusssystem (23) für den Bildsensor (22), und – steuerbare IR-Beleuchtungsmittel (11) zur Beleuchtung des zur beobachtenden Objektes (1) durch schmalbandige IR-Beleuchtungspulse (12) mehrerer verschiedener Farben, wobei die IR-Beleuchtungsmittel (11) für jede der verschiedenen Farben jeweils eine flächig ausgedehnte IR-Quelle (25) umfassen, welche mittels des Spiegelteleskops (4, 5, 6) auf das zu beobachtende Objekt (1) abgebildet wird, durch eine koordinierte Ansteuerung der IR-Beleuchtungsmittel (11) und des Hochgeschwindigkeitsverschlusssystems (23), um mittels des Bildsensors (22) multispektrale, gemäß einer ”Gated-View”-Technik aufgenommene Bilder zu erfassen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, durchgeführt bei einem Abstand zwischen Kamerasystem und damit beobachteten Objekt (1) von mindestens 10 km.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die IR-Beleuchtungsmittel (11) derart angesteuert werden, dass die Dauer der IR-Beleuchtungspulse (12) jeweils kleiner als die zum Zurücklegen der Strecke vom Kamerasystem zum beobachteten Objekt (1) und zurück benötigte Zeit ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die IR-Beleuchtungsmittel (11) derart angesteuert werden, dass die Dauer der IR-Beleuchtungspulse (12) jeweils größer als 40% der zum Zurücklegen der Strecke vom Kamerasystem zum beobachteten Objekt (1) und zurück benötigten Zeit ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die IR-Beleuchtungsmittel (11) derart angesteuert werden, dass die verschiedenfarbigen IR-Beleuchtungspulse zyklisch alternierend ausgesendet werden.

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