HRSC - die hochauflösende Stereokamera



 Die hochauflösende Stereokamera HRSC
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High Resolution Stereo Camera (HRSC): Der Rote Planet in drei Dimensionen

Die hochauflösende Stereokamera HRSC ist Deutschlands wichtigster Beitrag zur Mission Mars Express der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Nach der Ankunft am Roten Planeten Ende des Jahres 2003 besteht das Hauptziel dieser Mission in der Suche nach Spuren von Wasser sowie Anzeichen von Leben auf dem Mars. Sieben Instrumente an Bord des Orbiters werden während der voraussichtlich vierjährigen Mission mit einer Reihe von Fernerkundungsexperimenten neue Erkenntnisse über die Zusammensetzung und Geologie der Oberfläche des Mars und die Bestandteile seiner Atmosphäre gewinnen. Die Orbiterinstrumente sind in ihrer Einheit speziell dafür ausgelegt, die Marsoberfläche in hoher Auflösung für photogeologische und mineralogische Untersuchungen zu kartieren und die Marsatmosphäre und ihre Wechselwirkungen mit dem interplanetaren Medium zu studieren.

Die am Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelte High Resolution Stereo Camera (HRSC) auf der Mars Express-Mission der ESA ist ein bislang einmaliges Experiment: Zum ersten Mal auf einer Weltraummission bildet eine Spezialkamera eine Planetenoberfläche systematisch in der dritten Dimension und in Farbe ab. Die Ergebnisse sollen die Beantwortung fundamentaler Fragen zur geologischen und klimatischen Geschichte des Roten Planeten ermöglichen. Die räumliche Auflösung der Stereobilder übertrifft bisherige topographische Daten der Marsoberfläche bei weitem und erlaubt es den Geowissenschaftlern, Details mit einer Größe von 10 bis 30 Meter dreidimensional zu analysieren. Als besondere Spitzenleistung enthält die Kamera ein zusätzliches, ultrahochauflösendes Teleobjektiv. Mit diesem Super Resolution Channel (SRC) ist die Abbildung von zwei bis drei Meter großen Objekten - eingebettet in die farbigen Stereobilddaten der HRSC - möglich. Damit lassen sich beispielsweise Felsbrocken in der Größe einer Garage oder Schichtungen in Sedimentgesteinen identifizieren.

Funktionsweise der HRSC
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Die nur 20 Kilogramm schwere HRSC verfügt über zwei Kameraköpfe: den hochauflösenden Stereokopf, der aus 9 CCD-Zeilensensoren besteht, die hinter einem Linsenobjektiv parallel angeordnet sind, sowie den SRC-Kopf, der aus einem Spiegelteleobjektiv und einem CCD Flächensensor aufgebaut ist. Der hochauflösende Stereokopf funktioniert nach dem Scanner-Prinzip, d.h. durch die Anordnung seiner 9 Zeilensensoren quer zur Flugrichtung nimmt jeder dieser Sensoren aufgrund der Vorwärtsbewegung des Raumschiffs denselben Bildstreifen auf der Marsoberfläche nacheinander Zeile für Zeile auf. Dabei bildet jeder Sensor dasselbe Objekt auf der Oberfläche unter einem unterschiedlichen Blickwinkel ab. Am Boden werden dann aus 5 dieser Bildstreifen 3D-Bilder erzeugt. Die verbleibenden vier der neun Zeilensensoren sind mit speziellen Farbfiltern für die Aufnahme multispektraler Daten versehen.

Am marsnächsten Punkt der elliptischen Umlaufbahn (Perizentrum) beträgt der Abstand vom Raumschiff zum Mars 270 Kilometer. Bei dieser Höhe über dem Mars ist die Auflösung der 9 Bildstreifen 12 Meter für jeden der 5184 Pixel pro Zeilensensor. Die Bildstreifenbreite beträgt 52 Kilometer und die Mindeststreifenlänge 300 Kilometer. Letztere hängt ausschließlich von der Datenspeicher- und Übertragungskapazität des Raumschiffs ab. Der Super Resolution Channel (SRC) wird wie eine Lupe eingesetzt. Er liefert im Perizentrum 2,3 Kilometer x 2,3 Kilometer große Bilder in der Mitte der Bildstreifen, die Oberflächendetails mit einer Auflösung von 2,3 Meter pro Pixel abbilden. Diese SRC-Aufnahmen erhalten ihren besonderen Wert durch den geologischen Kontext der Umgebung, welcher durch die Bilder des hochauflösenden Stereokopfes geliefert wird.

Vor der Datenübertragung werden die Bilder in der HRSC Digital Unit komprimiert und im Raumschiff zwischengespeichert. Auf der Erde werden die Marsaufnahmen zunächst am DLR-Institut für Planetenforschung systematisch prozessiert und dann zur weiteren Verarbeitung und Analyse an das HRSC-Team aus 43 Wissenschaftlern in 9 Ländern verteilt.

Seit 1997 wurden 2 Versionen der HRSC für den Flugzeugeinsatz modifiziert. Sie haben in verschiedenen Flugkampagnen schon jetzt den Nachweis für die Robustheit des HRSC-Designs und für den wissenschaftlichen Wert der HRSC Technologie erbracht.

Die HRSC wurde am DLR-Institut für Planetenforschung entwickelt. Das DLR-Institut für Planetenforschung ist auch für den Betrieb der Kamera während der gesamten Mission sowie für die Verarbeitung und Verteilung der Bilddaten verantwortlich. Die Prozessierung der Bilder erfolgt im Berliner DLR-Institut für Planetenforschung in Zusammenarbeit mit der Freien Universität Berlin. Geleitet wird das deutsche Kameraexperiment HRSC-SRC an Bord von Mars Express vom Principal Investigator (PI) Prof. Dr. Gerhard Neukum von der Freien Universität Berlin.


Contact
Ulrich Köhler
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Planetenforschung
, Institutsplanung und Zentrale Aufgaben
Tel: +49 30 67055-215

Fax: +49 30 67055-402

E-Mail: Ulrich.Koehler@dlr.de
Prof.Dr. Ralf Jaumann
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Planetenforschung
, Planetengeologie
Tel: +49 30 67055-400

Fax: +49 30 67055-402

E-Mail: Ralf.Jaumann@dlr.de
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