Wie Chip Design Systems die Fähigkeiten von FLIR-Kameras für seine IR-Projektoren nutzt

Die Zukunft der Validierung und Verbesserung beim Design von Luft- und Raumfahrt sowie bei autonomen Fahrzeugen beruht auf „Hardware-in-the-Loop“-Tests (HWIL oder HIL). Bei diesem Ansatz wird ein Steuermodul (zum Beispiel die Orientierung, Navigation und Steuerung einer Rakete) mit Software verbunden, die eine simulierte Umgebung erzeugt und dem Steuermodul vortäuscht, dass es mit einer realen Umgebung in Berührung gekommen ist. Auf diese Weise können F&E-Teams Hunderte oder Tausende verschiedener Testszenarien durchführen – ohne die Kosten, die Zeit oder die potenziellen Risiken im Zusammenhang mit Feldtests. HWIL-Tests, wie sie für Hyperschall-Forschungsanwendungen eingesetzt werden, erfordern eine topmoderne Technologie und Chip Design Systems ist führend bei Verbesserungen im Bereich der Infrarot-Szenenprojektoren für diese Tests.

Chip Design Systems (kurz CDS) entwirft IR-Projektoren, die Szenen aus IR-Licht produzieren, um Simulationen für IR-Sensoren auszuführen – also quasi ein VR-Headset für Maschinen. Die Hauptkunden von CDS sind Regierungsbehörden. Die Projektoren, die sie für diese Verträge erstellen, müssen ein erstaunliches Maß an Genauigkeit erreichen, um die Anforderungen ihrer Kunden zu erfüllen. Oft müssen sie auch Simulationen für Ziele erstellen, die sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegen. Zum Vergleich: Ein durchschnittlicher handelsüblicher Monitor projiziert ein Bild von etwa 60 bis 120 Hertz, während die CDS-Projektoren Szenen mit einer Geschwindigkeit von 50.000 Hertz anzeigen können. Zusätzlich zu der hohen Framerate kann CDS Temperaturen über 1000 Kelvin und mit einer Auflösung von bis zu 2000 × 2000 simulieren.

Die tatsächlich projizierten IR-Bilder eines Papageis von einem CDS IR-Szenenprojektor

Die Fähigkeiten der IR-Projektion von CDS sind klar, aber das Testen stellt dennoch eine Herausforderung dar: Weder das menschliche Auge noch die Kameras für nichtmilitärische Zwecke können alle Daten erfassen, die die Projektoren emittieren. Um sicherzustellen, dass die Projektoren ordnungsgemäß funktionieren, benötigte CDS etwas, das so viele IR-Informationen erfassen kann, wie ihre Projektoren emittieren können. Ihre Lösung waren hochauflösende High-Speed-Infrarot-Kameras für wissenschaftliche Zwecke von Teledyne FLIR (d. h. Modelle der X-Serie).

Eines der CDS IR LED-Displays mit einem 2-in²-Chip, der 2048 × 2048 Pixelbilder anzeigen kann. Das derzeit größte LED-Szenenprojektionssystem der Welt.

CDS führt häufig Tests in seinem Labor durch, um sicherzustellen, dass die Emitter korrekt funktionieren, und um die Leistung zu steigern. Bei diesen Tests wird die FLIR-Kamera auf den Emitter ausgerichtet, um das Licht zu erfassen, und dann eine FLIR-Anwendungssoftware für Forschungszwecke (z. B. Research Studio) eingesetzt, um die Kameraeinstellungen zu steuern und die Aufnahme sowie Anzeige der resultierenden Bilder zu optimieren. Um die Wiederholbarkeit zu gewährleisten, hat CDS auch seinen eigenen Code entwickelt, indem es das FLIR Science Camera SDK nutzt, um den Testprozess zu automatisieren und menschliche Fehler beim Kamerabetrieb zu vermeiden.

CDS testet eines seiner Projektorsysteme mit einem FLIR SC8200. Dieses spezielle Projektorsystem verwendet flüssigen Stickstoff, um optimale Leistung zu erbringen. Ein gleichwertiges FLIR-Modell wäre die FLIR X8580, eine gekühlte Midwave-HD-Kamera, die Bildraten von 181 Hz erreichen kann.

„Mit Hilfe von FLIR-Produkten können wir unseren Endnutzern und Kunden HD-Auflösungen, Überschall-Frameraten und die heiße Scheintemperatur unseres IR-Projektorsystems demonstrieren“, erklärt Fouad Kiamilev, CTO von Chip Design Systems.

Ein Merkmal, das für CDS von besonderer Bedeutung war, ist die Fähigkeit der Kamera, eine Ungleichmäßigkeitskorrektur (kurz NUC) auf den Bildern der Projektoren durchzuführen. Die Durchführung von NUC in der FLIR-Kamera hilft CDS, die gelegentlichen Unreinheiten in einer Szene oder einen fehlerhaften Emitter zu erkennen. Mit der Kombination aus hoher Auflösung und Ungleichmäßigkeitskorrektur der Kamera kann CDS jedes Pixel in einem Szenenbild überprüfen, um sicherzustellen, dass der Projektor genau emittiert.

Chip Design Systems ist schon seit 2010 Kunde von Teledyne FLIR und besitzt derzeit vier IR-Kameras in seinem Labor, wobei für die Zukunft weitere geplant sind. Laut Kiamilev zielt CDS darauf ab, die Projektorleistung in Zukunft mit höheren Auflösungen, schnelleren Bildraten und niedrigeren Kosten noch weiter zu steigern.