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Für den Einstieg in die Ansteuerung unserer Zeilenkameras haben wir eine Reihe von Python-Skripten zusammengestellt, die aufeinander aufbauen und schrittweise sowohl neue Funktionalitäten in der Ansteuerung als auch der Visualisierung und Auswertung der Sensordaten demonstrieren.
Hierbei konzentrieren wir uns hauptsächlich auf Anwendungen der Zeilenkameras in einem Czerny-Turner-Spektrometer, da sich hiermit sehr viele spannende Applikationen in Forschung und Lehre realisieren lassen. Die gezeigten Techniken eignen sich aber natürlich auch für andere Anwendungen wie z. B. allgemeine Scan-Aufgaben, Kantendetektionen, Vermessung von Interferenzen und vielem mehr.
Python wurde als Programmiersprache für diese Beispiele gewählt, da diese weit verbreitet ist, plattformübergreifend schnell installiert werden kann und viele interessante Funktionen und Module für den Betrieb unserer Zeilenkameras bietet.
Die Skripte demonstrieren die Funktionen der Kameras zudem mit relativ einfachen Betriebsparametern, die leicht zu durchschauen und zu modifizieren sind. Trotztdem sind diese bereits ausreichend performant, um auch anspruchsvolle Messungen durchführen zu können. Deshalb tragen die Skripte auch alle das Präfix »Easy« im Namen.
Für Anwendungen, die den vollen Funktionsumfang unserer Kameras – wie möglichst hohe Zeilenrate oder Triggerung für zeitkritische Ansteuerung benötigen – verweisen wir auf die ausführlichere Dokumentation aller zur Verfügung stehender Funktionen unter C++ auf unserer Service-Seite.
Demonstriert, wie eine angeschlossene Zeilenkamera automatisch gefunden und für die einfache asynchrone Ansteuerung initialisiert wird. Ein einzelner Scan wird durchgeführt und die Sensordaten mittels print-Funktion auf einem Terminal ausgegeben.
In diesem Applikationsbeispiel zeigen wir, wie einfach es ist, unsere Zeilenkamera e9u-LSMD-TCD1304-STD mit Python zu verwenden. Hierfür haben wir eine spezielle DLL namens libe9u_LSMD_x64_easy_access.dll erstellt. Sie ist kostenlos erhältlich und enthält neben den Standard-Kamerafunktionen auch einige zusätzliche Spezialroutinen zur einfachen Bedienung der Kamera.
Diese EasyAccess-Routinen sind leistungsfähig genug, um die Kamera in einem breiten Spektrum von Anwendungen einzusetzen. Tatsächlich wurden die meisten unserer Anwendungshinweise für unsere Zeilenkameras mit Hilfe dieser Routinen erstellt.
Visualisiert aufgenommene Sensordaten in einer zweidimensionalen graphischen Darstellung als Plot in einem eigenen Fenster. Die Integrationszeit des Sensors kann mittels eines Schiebereglers angepasst und zwischen Millisekunden und Mikrosekunden umgeschaltet werden.
Das Programm EasyDisplay stellt eine Weiterentwicklung unseres bisherigen Programms EasyAccess dar. Es baut auf dem bestehenden System auf und integriert eine zusätzliche einfache grafische Darstellung der erfassten Sensordaten unserer Kameras vom Typ e9u-LSMD-TCD1304-STD. Durch die zweidimensionale Darstellung in einem Plot werden die Messdaten der jeweiligen Pixel übersichtlich visualisiert.
Besonders nützlich ist die zusätzliche Funktion, die es ermöglicht, die Integrationszeit flexibel zwischen Millisekunden und Mikrosekunden umzuschalten. Dadurch kann man die Erfassung der Messdaten präzise an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung anpassen. Um eine bequeme und genaue Einstellung der Integrationszeit zu gewährleisten, wurde ein Schieberegler implementiert. Dieser erlaubt es dem Benutzer, die Integrationszeit relativ genau zu justieren und somit die gewünschte Aussteuerung des Sensors zu erzielen.
Ermöglicht die spektrale Kalibration des Sensors mit Hilfe einer preiswerten Glimmlampe oder einer anderen spektralen Lichtquelle mit bekannten Emissionslinien. Demonstriert hier beiläufig auch das einfache automatische Finden von Peaks im Sensorsignal.
Dieses Applikationsbeispiel beschreibt den Prozess der spektralen Kalibrierung eines Spektrometers am Beispiel des Czerny-Turner-Spektrometers CTS-150. Dieses Verfahren kann jedoch auch für andere Spektrometertypen mit ähnlichem Aufbau verwendet werden. Es verwendet ein kurzes Python-Skript namens EasyCalibrate, das eine Erweiterung unseres Skripts EasyDisplay ist. Das Skript stellt die Sensordaten grafisch dar und nutzt die manuelle Identifizierung charakteristischer Peaks im Spektrum einer Glimmlampe für den Kalibrierungsprozess.
Demonstriert die Visualisierung von Absorptionslinien in einem aufgenommenen Spektrum am Beispiel der Fraunhoferlinien im Sonnenspektrum. Hiermit ist aber natürlich auch die Visualisierung von Emissionslinien möglich. Zum Zwecke der Visualisierung werden Wellenlängen auch in entsprechende RGB-Werte für die Bildschirm- oder Druckerausgabe umgewandet.
Blendet die Lage von Spektrallinien oder Banden aus einer externen Datei in den Sensorplot ein. Es zeigt auch, wie Sensordaten abgespeichert werden können.
Zeigt, wie ein Dunkelsignal des Sensors aufgenommen und gespeichert wird. Hiermit können dann aktuelle Scans korrigiert werden, um so das Sensorsignal zu verbessern.
Zeigt, wie mehrere einzelne Scans einer bestimmten Integrationszeit aufsummiert (gestackt) werden können, um so den Dynamikumfang der Kamera zu erweitern.
Demonstriert die Vermessung optischer Filter wie Interferenz-Bandpassfilter, aber auch Lang- oder Kurzpassfilter. Die Kantenlagen sowie die maximalen Transmissionen werden vermessen und ausgegeben.
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Aktualisiert am: 26.03.2024
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