Autofokus-Industriekamera von IDS Für astrobiologische Beobachtungen - KEM

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Autofokus-Industriekamera von IDS

Für astrobiologische Beobachtungen

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„Wir wollen herausfinden, ob es irdische Organismen gibt, die unter Marsbedingungen Stoffwechselprozesse und Wachstum zeigen“, erklärt Dr. Andreas Lorek, Wissenschaftler im Mars Simulation Laboratory am DLR Institut für Planetenforschung. In einer Simulationskammer wird dort erforscht, wie und wo auf der Marsoberfläche Leben möglich wäre. Zur Analyse und Dokumentation der Vorgänge wird eine Autofokus-Kamera von IDS Imaging Development Systems eingesetzt.

Silke von Gemmingen, Unternehmenskommunikation, IDS Imaging Development Systems

In einer speziellen Klimakammer des Mars Simulation Laboratory am DLR Institut für Planetenforschung wurde aus verschiedenen mineralischen Bestandteilen unter anderem der Marsboden nachgebildet. Die dafür notwendigen Informationen haben die Mars-Rover Opportunity und Spirit geliefert. In dieser künstlichen Umgebung wollen die Planetenforscher Fragen wie diesen nachgehen: Gibt es optimale Bedingungen, unter denen irdische Organismen auf der Marsoberfläche Stoffwechselprozesse und Wachstum zeigen? Wo auf dem Roten Planeten würde am ehesten etwas wachsen? In höheren Lagen vielleicht oder eventuell in Felsspalten?
Der Versuchsaufbau
In der Kammer selbst schaffen die Forscher um den Astrobiologen Dr. Jean Pierre de Vera eine Marsatmosphäre, die zu etwa 96 % aus Kohlendioxid besteht. Weitere Hauptbestandteile sind Stickstoff, Argon und Sauerstoff. Zudem sorgt ein Vakuumpumpsystem dafür, dass auf dem „künstlichen Mars“ ein Luftdruck von circa 6 bis 8 mbar herrscht. Spezielle Strahlenquellen vom UV- bis in den Infrarotbereich ahmen die solare Oberflächenstrahlung nach. Darüber hinaus werden die vorherrschenden Temperaturschwankungen im Bereich von etwa -50 °C bis +20 °C nachgestellt. Diesem extremen Umfeld setzen die Wissenschaftler in Versuchen von teilweise über 30 Tagen verschiedene Mikroorganismen wie Flechten, Pilze und Cyanobakterien aus, beobachten, wie sich die Proben und auch das Bodenmaterial unter diesen Bedingungen entwickeln und ob beispielsweise Photosynthese- oder Stoffwechselprozesse stattfinden.
Zur Analyse und Dokumentation erstellt eine in der Simulationskammer angebrachte Kamera regelmäßig Fotos. Die dafür von den Forschern ausgewählte 5-Megapixel-Autofokus-Kamera USB 2 uEye XS von IDS bietet sowohl den Bedienkomfort und viele Features einer gängigen Digicam, als auch die kompakte Bauweise und Robustheit einer Industriekamera. Mit ihrem Magnesiumgehäuse ist sie für Einsätze unter rauen Bedingungen gut gerüstet. Nichtsdestotrotz waren die Verhältnisse in der Marssimulationskammer ein echter Härtetest. „Aber selbst bei -50 °C funktioniert der Autofokus einwandfrei!“ zeigt sich Dr. Lorek, einer der Wissenschaftler im Labor, begeistert. Und das, obwohl aus Platzgründen auf ein zusätzliches Gehäuse verzichtet und die Kamera direkt auf einen Kupferblock, der der Wärmeableitung dient, geschraubt wurde.
Die Industriekamera
Trotz ihres geringen Gewichtes von 12 g und einer Größe von weniger als einem Kubikzoll (etwa 23 x 26,5 x 21,5 mm) ermöglicht die uEye XS einen schnellen Autofokus sowie viele Automatikfunktionen. Die Stromversorgung sowie die Anbindung der Kamera an PC oder Notebook erfolgt über einen USB-2.0-Anschluss. Der Autofokus stellt bereits ab einer Entfernung von 10 cm scharf – wahlweise automatisch oder manuell per Software. Ein digitaler Zoom erlaubt zudem die einfache und nahezu stufenlose Vergrößerung kleinerer Bildausschnitte. Der 5-Megapixel-CMOS-Sensor mit einer Pixelgröße von 1,4 µm liefert detailgenaue und farbtreue Bilder, wobei sieben feste Bildformate – von VGA bis 5 MPixel – ausgewählt werden können. Außerdem überträgt die Minikamera Livebilder in verschiedenen Größen bis hin zur HD-ready-Auflösung 720p (1280 x 720 Pixel) mit 15 Bildern pro Sekunde. In kleineren Auflösungen wird eine Framerate von 30 Bilder/s erreicht. Das integrierte Objektiv besitzt einen horizontalen Bildwinkel von 53°, was einer Brennweite von 35 mm im Kleinbild-Format entspricht. Weitere automatisch ausgeführte Funktionen zur Bildregelung sind beispielsweise der Auto-Weißabgleich, ein Auto-Gain und die Auto-Belichtungszeit. Mit den Optionen Belichtungskorrektur, Gegenlichtkorrektur, Photometrie und Anti-Flicker-Funktion kann die automatische Bildregelung aber individuell angepasst werden.
Bei Bedarf ist es auch noch möglich, jeden einzelnen Parameter über das mitgelieferte Software Development Kit manuell zu verändern. Es unterstützt neben Windows auch Linux sowie Linux Embedded und beinhaltet zusätzlich zu Treibern und Schnittstellen – zum Beispiel DirectShow, TWAIN, ActiveX, GenICam – viele nützliche Tools für die Bilderfassung und -sichtung.
Das Ergebnis
Und welche Ergebnisse hat die Kamera nun aus der künstlichen Marsatmosphäre geliefert? „Einige Flechten und Bakterien zeigten auch in den Versuchen mit mehr als 30 Tagen Dauer unter Marsbedingungen messbare Aktivitäten und betrieben Photosynthese“, fasst Dr. Lorek die Erkenntnisse zusammen. „Vor allem unter Bedingungen, wie sie in Bodennischen oder in kleinen Rissen und Ritzen in Gesteinen vorherrschen, erwiesen sich die Flechten als Überlebenskünstler. Innerhalb des untersuchten Zeitraums zeigten sie eine Aktivität, wie sie sie auch in ihrem natürlichen Umfeld erreichen, beispielsweise der Antarktis. Falls vor vier Milliarden Jahren auf dem Mars Leben entstand, könnte es also bis heute in Nischen im Marsboden überlebt haben.“ Für zukünftige Missionen zum Mars sind diese Forschungsergebnisse der DLR-Forscher sehr aufschlussreich. Vielleicht wird eines Tages sogar eine uEye XS auf die Reise zum realen Roten Planeten geschickt. Ihre Tauglichkeit hat sie schon einmal unter Beweis gestellt. ik
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