ES2265273A1 - Camara digital nocturna y sus aplicaciones para la observacion automatica de todo el cielo. - Google Patents
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Abstract
Cámara digital nocturna y sus aplicaciones para la observación automática de todo el cielo. El objeto de la invención es una cámara digital de registro de todo el cielo nocturno ultrasensible en el rango entre 4.000 y 9.500 angströms. El uso de esta cámara permite la detección de imágenes nocturnas de la bóveda celeste como cuerpos celestes y fenómenos astrofísicos transitorios en el firmamento, estrellas fugaces y bólidos, nubes nocturnas, aeronaves y satélites artificiales.
Description
Cámara digital nocturna y sus aplicaciones para
la observación automática de todo el cielo.
Tecnología Física. Dispositivo
opto-electrónico para la observación del cielo
nocturno de manera continuada con diversas aplicaciones
(astrofísicas, meteorológicas y del ámbito de defensa).
Hasta la fecha, los únicos productos que se
conocen para el registro nocturno del cielo de manera continuada
son los dos siguientes:
- 1)
- la cámara CONCAM de la Universidad de Michigan (EE.UU.) que se utiliza en varios observatorios astronómicos del globo que utiliza un detector de 1.024 x 1.024 píxeles para detectar estrellas, con una resolución temporal de 3 minutos, de hasta magnitud 5.5. (R. J. Nemiroff y J. Bruce Raffert 1999, Towards a continuous record of the sky, PASP 111, 886, http://xxx.lanl.gov/abs/astro- ph/9809403).
- 2)
- La cámara Skibotn (ver más detalles en la dirección http://www.dcs.lancs.ac.uk/iono/scasi/) cuyo objetivo es la detección de nubes, detectando estrellas de hasta magnitud 3. Hace uso de un detector CCD de tamaño reducido (512 x 512 o 1.024 x 1.024 píxeles, no se especifica) y de óptica de espejo para conseguir un campo de 180º (Kosch, M. J. 0 1999, The Skibotn CCD All-Sky Imager (SCASI) and Real Time Networking onto the World Wide Web. MPAE-T-010-99-12. Max-Planck-Institut für Aeronomie. Lindau, Germany).
Por tanto, existe una gran necesidad de un
dispositivo digital para la observación nocturna de mayor
sensibilidad, de mayor resolución espacial y de mayor resolución
temporal.
Un objeto de la invención es una cámara digital
de registro de todo el cielo nocturno con una elevada sensibilidad
y resolución angular y temporal y que comprende los siguientes
componentes:
a) una cámara CCD astronómica de alta resolución
como detector de las imágenes que opere en el rango óptico con al
menos 2.000 x 2.000 pixeles y un tamaño de píxel de no más de 9
micras, con una eficiencia cuántica promedio por encima del 50%, y
sensible en todo el rango espectral visible, entre 4.000 y 9.500
\ring{a}ngströms,
b) una lente de ojo de pez de alta luminosidad
como lente objetivo, situada encima de la cámara, para poder
registrar todo el cielo en el detector CCD de a),
c) una interfaz diseñada ex profeso que se
utiliza para acoplar la lente objetivo a la cámara CCD,
d) un receptáculo de dimensiones adecuadas donde
se ubica el conjunto de detector CCD, interfaz y lente, y
e) un software específico que controle la
adquisición de imágenes en la cámara desde la puesta hasta la
salida del sol, la coordinación de los distintos componentes y el
envío de la información a un periférico adecuado.
Un objeto particular de la presente invención
consiste en un sistema de cámara nocturna de todo el cielo que está
constituida por dos o más cámaras nocturnas de la presente
invención en la misma posición de tal forma que mientras esté en
fase de exposición, la segunda lea y grabe los datos, y
viceversa.
Otro objeto particular de la presente invención
consiste en un sistema de cámara nocturna de todo el cielo que está
constituida por dos o más cámaras nocturnas de la presente
invención alejadas entre sí al menos 10 kilómetros y que adquieran
imágenes de manera simultánea. Ello serviría para determinar la
trayectoria, por efecto de paralaje, de cualquier objeto que se
desplace a menos de unos 5.000 km. de distancia de la superficie
terrestre, lo que en el caso de bólidos, permitiría determinar la
zona de la corteza terrestre donde podrían haber caído los
correspondientes fragmentos (meteoritos).
Otro objeto de la presente invención lo
constituye el uso de la cámara de la presente invención para la
detección de imágenes nocturnas de la bóveda celeste en condiciones
adecuadas correspondientes a objetos, a título ilustrativo y sin
que limite el objeto de la invención, pertenecientes al siguiente
grupo: cuerpos celestes y fenómenos astrofísicos transitorios en el
firmamento (astronomía), registro de estrellas fugaces y bólidos
que pudieran dar lugar a meteoritos susceptibles de ser recuperados
(astronomía, geología), registro de nubes nocturnas (meteorología),
registro de aeronaves que sobrevuelen el espacio aéreo y paso de
satélites artificiales sobre un determinado lugar (defensa).
La invención se enfrenta al problema de
proporcionar nuevos dispositivos optoelectrónicos para la
observación y detección nocturna de cuerpos celestes.
La solución proporcionada por esta invención se
basa en que los inventores han observado que es posible
desarrollar una cámara o sistema de observación nocturna de todo el
cielo ("cámara all-sky") de elevadas
prestaciones técnicas mediante la combinación de un detector CCD de
gran formato y una lente ojo de pez, a través de un interfaz y un
software específico. Las ventajas de este dispositivo
optoelectrónico es que permite observar todo el cielo con una
sensibilidad y una resolución angular superior a las existentes
(con magnitudes ópticas de al menos V = 10 en el cénit, y de al
menos V = 8 en el horizonte), pudiendo ser alcanzables valores
mayores. A título descriptivo, V es la magnitud obtenida con un
filtro centrado en 5.500 \ring{a}ngströms (donde el ojo humano
tiene la máxima sensibilidad) y con una anchura de banda de unos
900 \ring{a}ngströms. A modo de ejemplo, las estrellas más
débiles que se pueden discernir a simple vista en una noche oscura
lejos de núcleos urbanos tienen magnitud V = 5. Una magnitud límite
de V = 10 implica poder detectar estrellas
2,512^{10-5} = 2,512^{5} = 100 veces más
débiles que a simple vista.
En comparación con los dispositivos existentes,
descritos en el estado de la técnica, esto supone:
- 1)
- una sensibilidad entre 60 y 600 mayor que las cámaras descritas en el estado de la técnica, respectivamente, lo que significa una detección de estrellas hasta magnitud 10 en el cénit (100 veces más débiles de lo que registra el ojo humano), así como bólidos, estrellas fugaces, satélites artificiales y aviones.
- 2)
- una precisión 4-10 veces mayor para localizar cualquier objeto o fenómeno celeste en el firmamento. Esto se traduce, en el caso de su uso para el registro de bólidos, conjuntamente con otra cámara similar a al menos 10 km. de distancia, en una notable reducción del área de impacto en la superficie terrestre donde eventualmente se podrían encontrar meteoritos para el caso de la aplicación de localización de la caída de objetos (unos pocos kilómetros cuadrados).
Con la ayuda del programa informático
desarrollado por el inventor, y al alcance de cualquier experto en
el sector de la técnica, se puede controlar la toma automática de
imágenes de la cámara en función de la duración de la noche a lo
largo del año y de otros parámetros adecuados.
La tecnología se puede aplicar en diversos
campos: astronomía (detección de cuerpos celestes y fenómenos
astrofísicos transitorios en el firmamento); registro de estrellas
fugaces y bólidos que pudieran dar lugar a meteoritos susceptibles
de ser recuperados; meteorología (registro de nubes nocturnas);
defensa (registro de aeronaves que sobrevuelen el espacio aéreo y
paso de satélites artificiales sobre un determinado lugar),
etc.
La adquisición de imágenes nocturnas que puedan
cubrir la totalidad de la bóveda celeste es uno de las demandas de
los observatorios astronómicos que operan en la actualidad. El
poder tener un registro de la bóveda celeste para constatar la
presencia de nubes que impidan realizar la observación astronómica
en una determinada dirección del cielo, permitirá optimizar el
tiempo de observación. El poder registrar fenómenos esporádicos
como el caso brillantes bólidos (meteoros) surcando el cielo, es
algo sin duda que reportará importantes resultados científicos. En
este último caso, se debe combinar dos o más cámaras de la
invención para permitir mediante triangulación el localizar el
punto exacto de la posible caída de los fragmentos y recuperación -
en ese caso - de los correspondientes meteoritos.
Por lo tanto, un objeto de la invención es una
cámara digital de registro de todo el cielo nocturno, en adelante
cámara nocturna de la presente invención, con una elevada
sensibilidad y resolución angular y que comprende los siguientes
componentes:
a) una cámara digital de tipo CCD (dispositivo
de carga acoplado, "Charge Coupled Device") astronómica de
alta resolución espacial, como detector de las imágenes que opere
en el rango óptico, con al menos 2.000 x 2.000 píxeles y un tamaño
de pixel no superior a 9 micras, de alta resolución, con una
eficiencia cuántica promedio por encima del 50%, y sensible en todo
el rango espectral visible, entre 4.000 y 9.500
\ring{a}ngströms,
b) una lente de ojo de pez de alta luminosidad
como lente objetivo, situada encima de la cámara, para poder
registrar todo el cielo en el detector CCD de a),
c) una interfaz diseñada ex profeso que se
utiliza para acoplar la lente objetivo a la cámara CCD,
d) un receptáculo de dimensiones adecuadas donde
se ubica el conjunto de detector CCD, interfaz y lente, y
e) un software específico que controle la
adquisición de imágenes en la cámara desde la puesta hasta la
salida del sol, la coordinación de los distintos componentes y el
envío de la información a un periférico adecuado.
La cámara CCD astronómica utilizada para la
cámara de la presente invención es una cámara digital con un rango
de al menos 14 bits (i.e. para proporcionar una escala de grises)
que puede seleccionarse entre las existentes en el mercado (ver
ejemplo 1), así como con una alta resolución con escala de pixel no
superior a 9 micras/pixel, de acuerdo con las especificaciones
necesarias indicadas anteriormente. Una cámara de la invención con
una muy alta resolución espacial puede obtenerse con una cámara CCD
de 4.096 x 4.096 pix, de 16 millones de pixeles y escala de 9
micras/pixel, con un tamaño total de 36 mm de lado o incluso con
una de mayores prestaciones.
Por otro lado, esta cámara debe permitir el
registro de la bóveda celeste a intervalos de lectura de 60
segundos o incluso menores de forma totalmente autónoma y remota.
La utilización de intervalos de tiempo o resolución temporal
menores, por ejemplo, a intervalos de 30 segundos, o
preferentemente a intervalos de 15 segundos, y más preferentemente
a intervalos de 1 segundo o menos, dependerá de las prestaciones
técnicas de las nuevas cámaras de gran formato que se desarrollen
en un futuro próximo basadas en la tecnología de transferencia de
imágenes ("Frame Transfer CCD") y de multiplicación de
electrones ("Electron Multiplication CCD"). La gran ventaja de
la cámara de la invención es que con un tiempo de lectura de 1
segundo o menos, no hará falta tener otra cámara tomando imágenes
en paralelo para no perder información temporal y, lo que es más
importante, permitirá estimar la velocidad de cualquier objeto,
cosa que ahora es más complicado debido a los elevados tiempos de
exposición (30 s). Actualmente estas cámaras FT CCD o EM CCD ya
mencionadas anteriormente presentan unas prestaciones de 1.004 x
1002 pix con un millón de píxeles con escala de 8 micras/pixel y 8
mm de lado (como la de la casa Andor, modelo IXON DV885), aunque en
los próximos años se espera alcanzar niveles de unos 2.000 x 2.000
pix y 16 mm de lado, e incluso de 4.000 x 4.000 pix y 32 mm de lado
a más largo plazo. De esta manera, una realización particular de la
invención es una cámara de la invención con un alto número de
píxeles (2.000 x 2.000 pix) implicando una alta resolución espacial
y al mismo tiempo con un tiempo de lectura de 1 segundo o menos. De
forma similar, podrán elaborarse otras realizaciones particulares
de la cámara de la invención en función de las necesidades
concretas para cada aplicación y de las capacidades tecnológicas
existentes en el mercado, por ejemplo, para detectar nubes que no
precisan tanta resolución o para detectar cuerpos que se desplacen
a gran velocidad o que requieren una máxima resolución.
Por otro lado, otra opción técnica es encontrar
una lente adecuada para un tamaño de detector más reducido (como
pueden ser la Nikon 10.5 mm f/2.8 que proporciona un campo circular
de 36 mm de diámetro o la Coastal 4.88 mm f/5.6 que proporciona un
campo circular de 15 mm de diámetro).
La lente de ojo de pez de alta luminosidad
utilizada en la cámara de la invención como lente objetivo presenta
una apertura máxima de f/5.6, aunque preferentemente podría ser
f/3.5, o incluso de f/2.8. El objetivo fotográfico seleccionado
debe ser un objetivo único que sobre el detector de esta cámara
pueda proporcionar una imagen de toda la bóveda celeste. Además,
esta lente se ha modificado rebajando el parasol adosado 1 cm para
evitar la aparición de sombras en la imagen. Opcionalmente, puede
instalarse un calefactor alrededor de la lente con el objeto de
evitar la condensación de la humedad cuando ésta sobrepase el
95%.
Para unir los dos componentes anteriores de la
cámara - lente objetivo y la cámara CCD - que inicialmente no son
compatibles, se debe realizar una interfaz diseñada ex profeso para
cada una de las posibles combinaciones. Además, el conjunto de
todos estos elementos deben ser instalados en un receptáculo
hermético de tamaño y forma adecuada en cada caso. Adicionalmente,
se puede añadir una protección hemiesférica totalmente transparente
(de calidad óptica) que permita el funcionamiento de la cámara
nocturna a la intemperie incluso en condiciones climatológicas
adversas.
Todo el sistema se controla con un software
desarrollado en distintos lenguajes (por ejemplo, en C bajo entorno
Linux, ver Ejemplo 1) operando en un ordenador personal (por
ejemplo, tipo Pentium o similar) sin requerimientos especiales. Las
imágenes se pueden adquirir con un tiempo de exposición de 30 s lo
que unido al tiempo de lectura necesario de otros 30 s, supone un
tiempo real para escudriñar la bóveda celeste del 50%. Para lograr
el registro nocturno de la bóveda celeste con un 100% de
efectividad, es necesario el uso de una segunda cámara de modo que
mientras una esté en fase de exposición, la segunda lea y grabe los
datos, y viceversa.
Un objeto particular de la presente invención
consiste en un sistema de cámara nocturna de todo el cielo que está
constituida por dos o más cámaras nocturnas de la presente
invención en la misma posición de tal forma que mientras una esté
en fase de exposición, la segunda lea y grabe los datos, y
viceversa. El número de cámaras estará en función del intervalo de
apertura y análisis de la información precisos en cada cámara.
Otro objeto particular de la presente invención
consiste en un sistema de cámara nocturna de todo el cielo que está
constituida por dos o más cámaras nocturna de la presente invención
al menos, preferentemente, a 10 kilómetros de distancia entre sí y
que adquieran imágenes de manera simultánea. Ello serviría
determinar la trayectoria, por efecto de paralaje, de cualquier
objeto que se desplace a menos de unos 5000 km. de distancia de la
superficie terrestre, lo que en el caso de bólidos, permitirá
determinar la zona de la corteza terrestre donde podrían haber
caído los correspondientes fragmentos (por ejemplo,
meteoritos).
Otra realización particular de la presente
invención consiste en una cámara nocturna de la invención en la que
la cámara astronómica consiste en una cámara CCD que hace uso de
un detector de 4.096 x 4.096 píxeles que subtiende un área de 36.86
mm x 36.86 mm teniendo cada pixel un tamaño de 9 micras,
refrigerado mediante un sistema Peltier, conjuntamente con un
objetivo único de 16 mm a f/2.8 modificado rebajando el parasol
adosado 1 cm para evitar la aparición de sombras en la imagen con un
interfaz desarrollado en forma de una placa anular de 2 mm de
altura, con 50 mm de diámetro externo y 40 mm de diámetro interno
ajustados a la cabeza de la cámara CCD e instalado en un habitáculo
hermético - de 20 x 20 x 7 cm -en el que se ha practicado en su
cara superior una abertura central para instalar el objetivo y en
su cara inferior se practicaron dos aberturas, una para permitir la
ventilación de la cámara y la otra para conectar el correspondiente
cable de transmisión de datos (ver Ejemplo 1; Figura 1 y 2). La
cámara CCD utilizada en la presente invención se refrigera a unos
35-40 grados por debajo de la temperatura ambiente
manteniendo las condiciones de operación del sistema en un rango de
temperatura entre -15ºC a +35ºC y de humedad entre el 30% y el 95%,
de acuerdo a sus propias características y a las condiciones del
fabricante.
Otro objeto de la presente invención lo
constituye el uso de la cámara de la presente invención para la
detección de imágenes nocturnas de la bóveda celeste en condiciones
adecuadas correspondientes a objetos, a título ilustrativo y sin
que limite el objeto de la invención, pertenecientes al siguiente
grupo: cuerpos celestes y fenómenos astrofísicos transitorios en el
firmamento (astronomía), registro de estrellas fugaces y bólidos
que pudieran dar lugar a meteoritos susceptibles de ser recuperados
(astronomía y geología), registro de nubes nocturnas
(meteorología), registro de aeronaves que sobrevuelen el espacio
aéreo y paso de satélites artificiales sobre un determinado lugar
(defensa).
Figura 1.- Esquema descriptivo de la cámara
nocturna.
Figura 2.- Prototipo de la cámara
"all-sky". La figura muestra una
imagen real de un prototipo de la cámara de la invención que se
ubica en la Estación de Sondeos Atmosféricos (ESAt) del Centro de
Experimentación del Arenosillo (INTA-CEDEA) en
Mazagón (Huelva).
Figura 3.- Imagen de todo el cielo obtenida
con la cámara de la invención. La figura muestra una imagen de
todo el cielo, con 30 s de exposición, con el cénit en el centro de
la imagen y el horizonte en los extremos. La Vía Láctea atraviesa
la imagen en diagonal, con Júpiter emergiendo sobre el horizonte
junto a algunos cirros (izquierda de la imagen). También se aprecia
contaminación lumínica por parte de las cercanas Mazagón (10 Km.) y
Huelva (30 Km.) en el ángulo superior derecho de la imagen.
Figura 4.- Imagen de un bólido. La figura
muestra una parte de una imagen de todo el cielo, mostrando un
brillante bólido atravesando la imagen durante los 30 s de
exposición realizados sobre la bóveda celeste, en la que destaca el
esplendor de nuestra galaxia, la Vía Láctea, atravesando el
campo.
Figura 5.- Imagen de un avión y un
bólido. La figura muestra parte de una imagen de la cámara
"all-sky" en la que se muestran el
registro luminoso dejado por un avión (trazo intermitente en la
esquina superior izquierda de la imagen) y un bólido aparecido de
manera simultánea (centro de la imagen, parte superior). El bólido
tiene una duración mucho más corta y se aprecia la evolución de su
luminosidad a lo largo de la trayectoria.
Figura 6.- Imagen de las antenas de un
satélite. La figura muestra una fulguración producida por las
antenas altamente reflectantes de uno de los 72 satélites de la
serie Iridium que situados a 780 Km. de altura, atraviesan el
campo de visión.
En los ejemplos que se exponen a continuación se
detalla la experimentación necesaria para desarrollar esta patente
aunque no deben de entenderse como limitativos de la misma.
La fabricación del prototipo de la cámara de la
invención se ha desarrollado de la siguiente forma:
a) una cámara CCD astronómica refrigerada como
detector de las imágenes que opere en el rango óptico de gran
formato, al menos 35 mm x 35 mm, y preferiblemente con más de 16
millones (de 4.096 x 4.096 píxeles o más), con una eficiencia
cuántica por encima del 50%, y sensible en todo el rango espectral
visible, entre 4.000 y 9.500 \ring{a}ngströms,
b) una lente de ojo de pez de alta luminosidad
de 10.5 mm de distancia focal y de apertura f/2.8 como lente
objetivo, situada encima de la cámara, para poder registrar todo el
cielo en el detector CCD de a),
c) una interfaz diseñada ex profeso basada en un
anillo de 50 mm de diámetro y 2 mm de grosor que se utiliza para
acoplar la lente objetivo a la cámara CCD,
d) un receptáculo con dimensiones de 30 x 30 x
10 cm donde se ubica el conjunto de detector CCD, interfaz y
lente, y
e) un software específico que controle la
adquisición de imágenes en la cámara desde la puesta hasta la
salida del sol, la coordinación de los distintos componentes y el
envío de la información a un periférico adecuado.
Para la realización de esta cámara particular se
usó una cámara CCD como la fabricada por la casa estadounidense
Apogee, modelo AP16E que hace uso de un detector de 4.096 x 4.096
píxeles desarrollado por Kodak (modelo KAF-16801E)
que subtiende un área de 36.86 mm x 36.86 mm teniendo cada pixel un
tamaño de 9 micras.
El objetivo fotográfico seleccionado debe ser un
objetivo único que sobre el detector de esta cámara pueda
proporcionar una imagen de toda la bóveda celeste. El objetivo
fotográfico utilizado en esta realización particular de la
invención fue el objetivo fotográfico Nikkor AF Fisheye de 16 mm a
f/2.8 desarrollado por la casa japonesa Nikon. El objetivo se ha
modificado rebajando el parasol adosado 1 cm para evitar la
aparición de sombras en la imagen.
Por otro lado, el anillo adaptador que se
utiliza para acoplar el objetivo a las cámaras fotográficas
convencionales se desmontó y fue sustituido por un interfaz
desarrollado a tal fin: una placa anular de 2 mm de altura, con 50
mm de diámetro externo y 40 mm de diámetro interno que se ajustó a
la cabeza de la cámara CCD con unos tornillos ligeramente más
largos (1.5 mm) que los que trae de serie el objetivo.
Todo este conjunto se instaló en un habitáculo
construido ex profeso para ello, basado en una caja hermética de
dimensiones de 200 mm x 200 mm x 70 mm sobre la que se practicó en
su cara superior una abertura central para instalar el objetivo y
en su cara inferior se practicaron dos aberturas, una para permitir
la ventilación de la cámara y la otra para conectar el
correspondiente cable de transmisión de datos (Figura 1 y 2).
Todo el sistema se controla con el software
desarrollado en C bajo entorno Linux operando en un ordenador
personal tipo Pentium o similar.
La cámara nocturna de todo el cielo elaborada
según se describe previamente (ver Figura 2) se utilizó para la
detección de distintos cuerpos celestes desde su localización en la
Estación de Sondeos Atmosféricos (ESAt) del Centro de
Experimentación del Arenosillo (INTA-CEDEA) en
Mazagón (Huelva).
Las imágenes siguientes se adquirieron con un
tiempo de exposición de 30 s lo que unido al tiempo de lectura
necesario de otros 30 s, supone un tiempo real para escudriñar la
bóveda celeste del 50%. El detector se enfrió a 40ºC por debajo de
la temperatura ambiente mediante un sistema Peltier, manteniendo
las condiciones de operación del sistema en un rango de temperatura
entre -15ºC a +35ºC y de humedad entre el 30% y el 95%, de acuerdo
a sus propias características y a las condiciones del
fabricante.
La Figura 3 muestra una imagen completa del
cielo, con 30 s de exposición, con el cénit en el centro de la
imagen y el horizonte en los extremos. La Vía Láctea atraviesa la
imagen en diagonal, con Júpiter emergiendo sobre el horizonte junto
a algunos cirros (izquierda de la imagen). También se aprecia
contaminación lumínica por parte de las cercanas Mazagón (10 km.) y
Huelva (30 km.) en el ángulo superior derecho de la imagen.
La Figura 4 muestra una parte de una imagen de
todo el cielo, mostrando un brillante bólido atravesando la imagen
durante los 30 segundos de exposición realizados sobre la bóveda
celeste, en la que destaca el esplendor de nuestra galaxia, la Vía
Láctea, atravesando el campo.
La Figura 5 muestra parte de una imagen de la
cámara "all-sky" en la que se muestran
el registro luminoso dejado por un avión (trazo intermitente en la
esquina superior izquierda de la imagen) y un bólido aparecido de
manera simultánea (centro de la imagen, parte superior). El bólido
tiene una duración mucho más corta y se aprecia la evolución de su
luminosidad a lo largo de la trayectoria.
Finalmente, la Figura 6 muestra una fulguración
producida por las antenas altamente reflectantes de uno de los 72
satélites de la serie Iridium atravesando el campo de
visión.
Claims (16)
1. Cámara digital nocturna caracterizada
porque comprende los siguientes componentes:
a) una cámara CCD astronómica como detector de
las imágenes que opere en el rango óptico de gran formato, de alta
resolución, y con una eficiencia cuántica promedio por encima del
50%, y sensible en todo el rango espectral visible, entre 4.000 y
9.500 \ring{a}ngströms,
b) una lente de ojo de pez de alta luminosidad
como lente objetivo, situada encima de la cámara, para poder
registrar todo el cielo en el detector CCD de a),
c) una interfaz diseñada ex profeso que se
utiliza para acoplar la lente objetivo a la cámara CCD,
d) un receptáculo de dimensiones adecuadas donde
se ubica el conjunto de detector CCD, interfaz y lente, y
e) un software específico que controle la
adquisición de imágenes en la cámara desde la puesta hasta la
salida del sol, la coordinación de los distintos componentes y el
envío de la información a un periférico adecuado.
2. Cámara digital nocturna según la
reivindicación 1 caracterizada porque la cámara de a)
presenta una resolución de al menos 2.000 x 2.000 píxeles y por
tanto de 4.000.000 pixeles con tamaño total de más de 16 mm
de
lado.
lado.
3. Cámara digital nocturna según la
reivindicación 2 caracterizada porque la cámara CCD de a)
presenta una resolución de 4.096 x 4.096 píxeles, de 16.777.216
píxeles y con un tamaño total de 36,86 mm de lado.
4. Cámara digital nocturna según la
reivindicación 1 caracterizada porque la cámara de a)
permite la utilización de intervalos de tiempo de lectura de 30
segundos o menor.
5. Cámara digital nocturna según la
reivindicación 4 caracterizada porque la cámara de a)
permite la utilización de un intervalo de tiempo de 1 segundo.
6. Cámara digital nocturna según la
reivindicación 1 caracterizada porque la cámara de a) es una
cámara con una resolución de 4.096 x 4.096 píxeles y al mismo
tiempo permite la utilización de un intervalo de tiempo de lectura
de 1 segundo.
7. Cámara digital nocturna según la
reivindicación 1 caracterizada porque la lente de ojo de pez
de b) presenta una apertura de f/5.6 o menor.
8. Cámara digital nocturna según la
reivindicación 7 caracterizada porque la apertura es de
f/2.8.
9. Cámara digital nocturna según la
reivindicación 1 caracterizada porque tiene, opcionalmente,
instalado un 1 calefactor alrededor de la lente.
10. Cámara digital nocturna según la
reivindicación 1 caracterizada porque sobre el receptáculo
hermético de d) se adosa una cúpula hemisférica de calidad óptica
para operar a la intemperie.
11. Cámara digital nocturna según la
reivindicación 1 caracterizada porque la cámara astronómica
consiste en una cámara CCD que hace uso de un detector de 4.096 x
4.096 píxeles que subtiende un área de 36.86 mm x 36.86 mm
teniendo cada píxel un tamaño de 9 micras, refrigerado mediante un
sistema Peltier, conjuntamente con un objetivo único de 16 mm a
f/2.8 modificado rebajando el parasol adosado 1 cm para evitar la
aparición de sombras en la imagen con un interfaz desarrollado en
forma de una placa anular de 2 mm de altura, con 50 mm de diámetro
externo y 40 mm de diámetro interno ajustados a la cabeza de la
cámara CCD e instalado en un habitáculo hermético - de 20 x 20 x 7
cm -en el que se ha practicado en su cara superior una abertura
central para instalar el objetivo y en su cara inferior se
practicaron dos aberturas, una para permitir la ventilación de la
cámara y la otra para conectar el correspondiente cable de
transmisión de datos.
12. Sistema de cámara digital nocturna de todo
el cielo caracterizado porque está constituido por dos o más
cámaras digitales nocturnas según las reivindicaciones 1 a la 11 en
la misma posición de tal forma que mientras una esté en fase de
exposición, otra lea y grabe los datos, y viceversa.
13. Sistema de cámara digital nocturna de todo
el cielo caracterizado porque está constituido por dos o más
cámaras según las reivindicaciones 1 a la 11 con al menos 10
kilómetros de distancia entre sí para permitir la localización y
recuperación de meteoritos u otros cuerpos en la superficie de la
Tierra.
14. Uso de la cámara digital nocturna y sistema
de cámara digital nocturna según las reivindicaciones 1 a la 12
para la detección de imágenes nocturnas de la bóveda celeste.
15. Uso de la cámara digital nocturna según la
reivindicación 14 caracterizado porque las imágenes
corresponden a objetos pertenecientes al siguiente grupo: cuerpos
celestes, fenómenos astrofísicos transitorios en el firmamento,
nubes nocturnas, aeronaves que sobrevuelen el espacio aéreo y
satélites artificiales.
16. Uso del sistema de cámara digital nocturna
según la reivindicación 13 para la detección en el cielo,
seguimiento y recuperación de meteoritos en la superficie de la
Tierra.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200501127A ES2265273B1 (es) | 2005-05-11 | 2005-05-11 | Camara digital nocturna y sus aplicaciones para la observacion automatica de todo el cielo. |
| PCT/ES2006/070057 WO2006120279A1 (es) | 2005-05-11 | 2006-05-11 | Cámara digital nocturna y sus aplicaciones para la observación automática de todo el cielo |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200501127A ES2265273B1 (es) | 2005-05-11 | 2005-05-11 | Camara digital nocturna y sus aplicaciones para la observacion automatica de todo el cielo. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2265273A1 true ES2265273A1 (es) | 2007-02-01 |
| ES2265273B1 ES2265273B1 (es) | 2007-12-16 |
Family
ID=37396213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200501127A Active ES2265273B1 (es) | 2005-05-11 | 2005-05-11 | Camara digital nocturna y sus aplicaciones para la observacion automatica de todo el cielo. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2265273B1 (es) |
| WO (1) | WO2006120279A1 (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010018291A1 (es) * | 2008-08-04 | 2010-02-18 | Consejo Superior De Investigaciones Cientificas (Csic) | Obturador automático de giro multifrecuencia para determinar la velocidad de fuentes celestes luminosas en movimiento, como meteoros, bolas de fuego, aeronaves o ingenios espaciales |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2363538B1 (es) * | 2010-01-27 | 2012-07-06 | Jesus Aceituno Castro | Monitor de contaminación lumínica y extinción atmosférica de gran campo. |
| ES2365471B1 (es) * | 2010-03-24 | 2012-09-04 | Universidad De Huelva | Aparato y procedimiento para rastrear la bóveda celeste. |
| GB201310359D0 (en) | 2013-06-11 | 2013-07-24 | Sony Comp Entertainment Europe | Head-Mountable apparatus and systems |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5563650A (en) * | 1992-11-24 | 1996-10-08 | Geeris Holding Nederland B.V. | Method and device for producing panoramic images, and a method and device for consulting panoramic images |
| US20030103063A1 (en) * | 2001-12-03 | 2003-06-05 | Tempest Microsystems | Panoramic imaging and display system with canonical magnifier |
| JP2004153203A (ja) * | 2002-11-01 | 2004-05-27 | Daido Steel Co Ltd | 集光式太陽光発電装置 |
-
2005
- 2005-05-11 ES ES200501127A patent/ES2265273B1/es active Active
-
2006
- 2006-05-11 WO PCT/ES2006/070057 patent/WO2006120279A1/es active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5563650A (en) * | 1992-11-24 | 1996-10-08 | Geeris Holding Nederland B.V. | Method and device for producing panoramic images, and a method and device for consulting panoramic images |
| US20030103063A1 (en) * | 2001-12-03 | 2003-06-05 | Tempest Microsystems | Panoramic imaging and display system with canonical magnifier |
| JP2004153203A (ja) * | 2002-11-01 | 2004-05-27 | Daido Steel Co Ltd | 集光式太陽光発電装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010018291A1 (es) * | 2008-08-04 | 2010-02-18 | Consejo Superior De Investigaciones Cientificas (Csic) | Obturador automático de giro multifrecuencia para determinar la velocidad de fuentes celestes luminosas en movimiento, como meteoros, bolas de fuego, aeronaves o ingenios espaciales |
| ES2345524A1 (es) * | 2008-08-04 | 2010-09-24 | Consejo Superior De Investigaciones Cientificas (Csic) | Obturador automatico de giro multifrecuencia para determinar la velocidad de fuentes celestes luminosas en movimiento, como meteoros, bolas de fuego, aeronaves o ingenios espaciales. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2006120279A1 (es) | 2006-11-16 |
| ES2265273B1 (es) | 2007-12-16 |
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| EC2A | Search report published |
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Ref document number: 2265273B1 Country of ref document: ES |