DE2802441B2 - Vorrichtung zur Aufnahme von Infrarotbildern mit einer Aufnahmeröhre mit pyroelektrischem Target - Google Patents
Vorrichtung zur Aufnahme von Infrarotbildern mit einer Aufnahmeröhre mit pyroelektrischem TargetInfo
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- H04N5/00—Details of television systems
- H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
- H04N5/33—Transforming infrared radiation
Description
daß ein Zwischenspeicher (14) das — -fach integrierte
Videosignal speichert und das zur Sichtbarmachung vorgesehene Signa! bildet
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leseeinrichtungen eine Synchronisierschaltung zur
Erzeugung von Zeilen- und Bildsynchronsigmlen und eine durch diese Signale synchronisierte
Abtastschaltung zur Erzeugung der Signale für die zeilenweise Abtastung enthalten, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtungen zur Relatiwerschiebung (10) durch die Synchronisierschaltung (6)
synchronisiert sind und eine mit der Abtastung der Aufnahmeröhre synchrone Panoramaverschiebung
erzeugen, derart, daß der Bilddurchlauf auf dem Target gleich R Zeilenintervallen je Rasterperiode
ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicher und Integriermittel
Schaltungen (16, 31) zum zeilenweisen und zum je Zeile punktweisen Einspeichern des Videosignals
sowie Addierer (17) enthalten, die bei jeder Abtastung unter Berücksichtigung der von Raster zu
Raster vorhandenen Verschiebung R das Videosignal zu dem zuvor gespeicherten, demselben Punkt
der beobachteten Umgebung entsprechenden Videosignal hinzuaddieren.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenspeicher (14, 35) Schaltungen
(37) zum Übertragen von R verfügbaren, das heißt aus "R aufeinanderfolgenden Integrationen
hervorgegangenen Zeilen aus den Einspeicherschal-
tungen (16,31) in einen Pufferspeicher (36) am Ende
jeder Rasterabtastung enthält,
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zwischenspeicher (14, 35) eine Kapazität von mindestens den η Zeilen eines Bildes
und von höchsten der Zeilenzahl, die zur Speicherung der gesamten, im Verlauf der Panoramaverschiebung
überwachten Umgebung notwendig ist, hat
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenspeicher (14, 35) Leseschaltungen
(38,39,40) zum zeilenweisen Auslesen
des für ein nachfolgendes Bildschirmgerät (15) bestimmten Nutzsignals hat, entsprechend einem
nach Bedarf festgelegten Teil oder der gesamten Speicherkapazität des Zwischenspeichers, zur Darstellung
eines Teiles oder des gesamten, gespeicherten Bildes.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Speicher- und Integriermittel und der Zwischenspeicher als Speicherröhre (25) mit
zwei Elektronenstrahlkanonen zum Aufzeichnen und Abtasten einschließlich ihrer Ablenkschaltungen
(27,28) ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermittei ais anaiog arbeitende
Verzögerungsleitungen (16) aus nach dem Ladungsübertragungsprinzip arbeitenden Schaltungen
ausgebildet sind.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Aufnahmeröhre mit pyroelektrischem Target ist infrarotempfindlich; bei bekannten Röhren ist die
pyroelektrische Beschichtung derart angeordnet, daß sie von der einen Seite durch einen Elektronenstrahl
abgetastet wird und sich mit :λ\τζτ anderen Seite in
Berührung mit einer Signalelektrode befindet Die Röhre ähnelt einem Vidicon, unterscheidet sich jedoch
von letzterem vor allem durch ein für infrarote Strahlung durchlässige Eintrittsfenster und durch das
Target, das durch eine dünne Schicht aus einem pyroelektrischen Material gebildet wird.
In der zu seiner Oberfläche normalen, das heißt rechtwinkligen Richtung besitzt das Target eine
spontane Polarisation, die in Folge des pyroelektrischen Effektes von der Temperatur abhängig ist. Wenn ein
so Bild durch das Eintrittsfenster hindurch abgebildet wird, wird die einfallende Energie in dem Target absorbiert
und erzeugt örtliche Temperaturänderungen. Hieraus resultiert eine räumliche Verteilung der Ladungen an
der Oberfläche. Diese Ladungen werden durch den Abtastelektronenstrahl kompensiert, wodurch das Videosignal
in Folge der Kopplung mit der Signalelektrode entsteht.
In jedem Punkt des Targets gestattet das Abtasten oder Lesen durch den Elektronenstrahl die Feststellung
der Temperaturänderung von einem Raster (Bild oder Halbbild) zum nächsten. Demzufolge kann ein unbewegliches
Objekt konstanter Temperatur nicht mehr detektiert werden, sobald das Target sein thermisches
Gleichgewicht erreicht hat. Um in diesem Fall ein Signal zu erzielen, ist es notwendig, die Infrarotstrahlung mit
Hilfe einer Blende zu unterbrechen oder das Bild des Objektes auf dem Target ständig zu verschieben, was
durch Verschiebung der Visierachse der Kamera erzielt
werden kann. Diese Betriebsarten, die als Unterbrechungsbetrieb und als Panoramabetrieb (Chopping
mode bzw. Panning mode) bezeichnet werden können, besitzen unterschiedliche Merkmale.
Die der Aufnahmeröhre zugeordnete Eintrittsoptik gestattet die augenblickliche Beobachtung eines im
allgemeinen begrenzten Gesichtsfeldes von beispielsweise 9°. Demzufolge erfordert die Überwachung eines
bestimmten 'Jmgebungsbereichs, der ein ausgedehnteres
Gesichtsfeld bedingt, das Oberstreichen des Bildes
im Panoramabetrieb. Hingegen ermöglicht der Unterbrechungsbetrieb die Beobachtung einer feststehenden
Szene, wenngleich deren Größe (Gesichtsfeld) beschränkt ist Unter dem Gesichtspunkt der Leistungsfähigkeit
stellt der Panoramabetrieb einen besseren Kompromiß zwischen den Parametern Auflösung und
Empfindlichkeit dar, während der Unterbrechungsbetrieb
eine gute Auflösung, jedoch eine sehr begrenzte Empfindlichkeit besitzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung rar Aufnahme von Infrarotbildcrn im
Panorambetrieb zu schaffen, die eine sehr hohe Empfindlichkeit besitzt, dabei jedoch keine Einbußen an
Auflösungsvermögen mit sich bringt. Zugleich soll ein Umgebungsbereich einstellbarer Breite beobachtet
werden können, das heißt es soii sowohl ein gewünschter Ausschnitt als auch im Grenzfall die
gesamte überwachte Umgebung beobachtet werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben.
Die mit diesen Merkmalen ausgestattete Vorrichtung nach der Erfindung besitzt somit Eigenschaften beider
Betriebsarten, gestattet nämlich die Beobachtung eines ausgedehnten Gesichtsfeldes oder diejenige einer
festen, einem Teil des Gesichtsfeldes entsprechende Szene; außerdem ist der Wert des Winkels des
dargestellten Teilfeldes ebenso festlegbar wie die Dauer der Beobachtung.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen
der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung nach der Erfindung in beispielsweise gewählten Ausführungsformen
sowie erläuternden Diagrammen schematisch vereinfacht dargestellt Es zeigt
F i g. 1 ein vereinfachtes Schema einer Vorrichtung nach der Erfindung,
F i g. 2 ein Teilschema der Vorrichtung,
F i g. 3 ein Schemabild zur Erläuterung des verwendeten Abtastverfahrens,
Fig.4 ein Blockscnaltbild einer Einzelheit der Vorrichtung nach Fig. 1, nämlich das Prinzip der
Speicher- und Integrationsmittel,
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel für die Speicher- und
Integrationsmittel nach Fig.4 in Form einer Speicherröhre,
F i g. 6 und 7 ein zweites Ausführungsbeispiel der Speicher- und Integrationsmittel der F i g. 4 in Form von
digitalen Schaltungen,
Fig.8 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltungen der F i g. 6 und 7 und
F i g. 9 ein Ausfuhrungsbeispiel für die Antriebsmittel zur Erzeugung der Panoramadrehung.
Die Vorrichtung zur Aufnahme von Infrarotbildern gemäß Fi g. 1 umfaßt eine Aufnahmeröhre 1 mit einen
Fokussierobjektiv 2, iinem pyroelektrischen Target 3 am Ende einer Elektronenstrahlkanone 4 sowie
Fokussier- und Abtastspulen 5. Die Arbeitsweise der Röhre entspricht derjenigen eines Vidicons, unter
Berücksichtigung dessen, daß die auf dem Target auftreffende Strahlung sich im Infraroten befindet Bei
der verwendeten Panoramadarstellung (Panoramabe trieb) wird die Visierachse Z der Röhre, das heißt ihre
optische Achse, mit einer Geschwindigkeit V in der Richtung X verschoben und das Vorbeiwandern des
Bildes über das Target erfolgt mit dieser Geschwindigkeit und in dieser Richtung, wie in dem Teilschema der
Fig,2 dargestellt Zur azimutalen Panoramaüberwachung
verläuft die Richtung X horizontal. Die Abtastung erfolgt wie beim Fernsehen zeilenweise und
wird derart durchgeführt, daß die Zeilen längs Richtung
is Y verlaufen, die senkrecht zur Richtung X der
Verschiebung des Bildes auf dem Target steht, während die Rasterabtastung in der Verschiebungsrichtung X
erzeugt wird. Eine Synchronisierschaltung 6 erzeugt die Zeilensynchronsignale SZ. und die Rastersynchronsigna
2c Ie STzur Steuerung einer Abtastschaltung 7, die die für
die Abtastung notwendigen AblenJcsignale liefert
Das Videosignal wird an einer Elektrode 8 der Röhre, die sich an dem Target befindet, abgenommen und
Schaltungen 9 zugeführt, die im wesentlichen aus Verstärkerschaltungen zur Gewinnung eines auswertungsfähigen
Videosignais SVbesichen. Die Einrichtungen bzw. Schaltungen 1 bis 9 können in einer
Aufnahmekamera vereinigt sein.
Das Vorbeiwandern des Bildes» über das Target wird
Das Vorbeiwandern des Bildes» über das Target wird
jo durch Relatiwerschiebung der Visierachse Z der Kamera in bezug auf die beobachtete Szene erzeugt.
Dies kann je nach Anwendungsfall in unterschiedlicher Weise bewerkstelligt werden. Beispielsweise kann die
beobachtete Szene veränderlich oder beweglich sein, so daß dann die Kamera ortfest ist Umgekehrt kann die
Kamera beweglich, beispielsweise in einem Luftfahrzeug zur Geländeüberwachung angeordnet sein und
verschiebt sich dann gegenüber der ortsfesten Szene. Am häufigsten ist jedoch der Fall, daß die Kamera in
•to einem festen Punkt installiert ist und um eine Achse
beweglich sein muß, um eine Panoramaüberwachung einer festen Szene durchzuführen. In jedem der
genannten Fälle wird die Temperaturänderung durch eine Relativbewegung zwischen der Kamera und der
Szene erzeugt, so daß es sich in Wirklichkeit stets um die gleiche Betriebsart handelt. Im letzteren Fall sind die
Verschiebungsmittel nicht außerhalb der Kamera sondern Bestandteil dieser wie bei 10 in Fig. 1
dargestellt und erzeugen eine Drehung um die Achse Y.
so Unter einem festen Punkt ist dabei eine Anbringung an einer ortsfesten Stelle auf dem Boden aber auch eine
quasi-feste Anbringung wie etwa auf einem Fahrzeug oder einein Schiff verstanden, da in diesem Fall die
Bewegungsgeschwindigkeit des Trägers der Vorrich-
•jj tung vernachlä'-sigbar gegenüber der Abtastgeschwindigkeit
des beobachteten Gesichtsfeldes ist. Die Vorrichtungen 10 zur Relativverschiebung der Visierachse
Z in Bezug auf die feste Szene werden durch die Schaltung 6 Jerart synchronisiert, daß sich eine
bo Geschwindigkeit des Vorbeilaufens des Bildes ergibt,
die vorzugsweise konstant ist und einen bestimmten Wert V hat. Die Abtastung wird beispielsweise
periodisch über einen horizontalen Sektor des Winkeis θ 1 durchgeführt, der zusammen mit dem Winkel θ 2
bj des augenblicklichen Nutzfeldes, das in der K-Richtung
durch ein Bild erfaßt wird, einen gesamten Beobachtungsbereich ergibt, der in Fig. 1 als Sektor 11
bezeichnet ist.
In Fig.2 ist die rechteckige Fläche des Targets 3 dargestellt, die für die Abtastung zur Gewinnung der
Videosignale für die bildliche Darstellung benutzt wird. Die Gesamtfläche des Targets ist größer und, wie
dargestellt, im allgemeinen kreisförmig; in bekannter Weise werden mechanische Masken und Signale
verwendet, um die aus der Abtastung der rechteckigen Nutzfläche resultierenden Signale zu entnehmen. Diese
Nutzfläche entspricht einem augenblicklichen Nutzfeld, das in der Ebene des Sektors 11 oder Objektebenc in
einem betrachteten Anfangszeitpunkt to der Zone ABSD entspricht. Das zugehörige Bild wird teilweise
abgetastet oder ausgelesen und umfaßt η Zeilen /1 bis In, wobei die Dauer Tder Abtastung der η Zeilen eines
Bildes der Tasterperiode entspricht. Die Geschwindigkeit V des Vorbeiwanderns des Bildes möge im
angenommenen Fall die gleiche Richtung wie der
Verlauf von π aufeinanderfolgenden Abtastungen analysiert, und die Zeitdauer, während derer das Bild
dieses Punktes das Target vollständig in der X-Richtung durchquert, beträgt η ■ T, um von der Zeile /1
zeilenweise bis zur Zeile In zu springen.
Für eine Verschiebung von R Intervallen, bei der R
Für eine Verschiebung von R Intervallen, bei der R
größer als »1« und ganzzahlig in der Form ^ ist, wird
jeder Punkt K-mal im Verlauf von K aufeinanderfolgenden
Abtastungen erfaßt. Wenn beispielsweise die Abtastung 200 Zeilen umfaßt und R = I ist. wird jeder
Punkt 200rnal analysiert und für R = 100 wird jeder Punkt zweimal analysiert.
Die anhand der Fig. 2 und 3 erläuterte Eigenschaft, jeden Punkt der beobachteten oder überwachten Szene
mehrere Male analysieren zu können, vorausgesetzt die Geschwindigkeit der Relativbewegung Target —
ΠΚΪαΙ/Ι w\rA in hpctimmtpr Wpicp oprpapll wirrt rlarlnrrh
A"-Richtung haben. Wenn ίο der Anfangszeitpunkt einer
Bildabtastung ist, befindet sich die Abtastung in diesem Augenblick im Punkt AO, dem Bild des Punktes A. Der
Punkt AO stellt den Anfangspunkt der ersten Zeile /1 entsprechend der Strecke AB in der Objektebene dar.
Am Ende der Bildabtastung ist die Linie CD nach ClDl gewandert, und zwar infolge der Drehung der
optischen Achse, die die Verschiebung
AL=CCi = DDl=VT
erfahren hat. Die /?-te abgestastete Zeile entspricht der
Linie C1D 1 in der Objektebene.
Gemäß der Erfindung sind die Vorrichtungen 10 zur Relativverschiebung derart ausgelegt, daß dieser räumlichen
Verschiebung AL in der Bildebene des Targets eine Strecke in der X-Richtung entspricht, die gleich
einer ganzen Zahl R von Zeilenintervallen ist, derart, daß
R AX=VT,
worin V die auf die Ebene des Targets der Röhre bezogene Geschwindigkeit V der Verschiebung ist.
während R die Zahl der Intervalle und AX die Abmessung eines zwei Zeilen trennenden Intervalls
darstellen. Die Zahl R kann wenigstens gleich »1« betragen und kann alle ganzen Werte größer als »1«, die
ganzzahlige Teiler von π sind, annehmen, bis zu dem
Maximalwert ^ . wenn η geradzahlig ist und der halben
Bildbreite in der X-Richtung entspricht; hingegen kann
der Maximalwert bis zu " erreichen, wenn η ungerade
Zur Vereinfachung der nachfolgenden Ausführungen und des Verständnisses der Arbeitsweise der Vorrichtung
wird der Parameter R gleich »1« angenommen, was darüber hinaus zu der leistungsfähigsten Ausführungsform
führt wie noch erläutert werden wird.
In F i g. 3 sind die analysierten Punkte entsprechend den abgetasteten Zeilen in die Objektebene 11
übertragen dargestellt, ebenso wie im Verlauf des folgenden Rasters abgetastete Punkte und diejenigen
des Λ-ten Rasters, und zwar jeweils untereinander und
mit den entsprechenden Verschiebungen in der A'-Richtung. Unter Berücksichtigung der Verschiebung
entspricht die Zeile /1 des zweiten Rasters der Zeile /2 des ersten dargestellten Rasters und die einer beliebigen
Zeile Ij entsprechenden Punkte finden sich im Verlauf der folgenden Rasterperiode in der Zeile Ij — 1 wieder
und werden abgetastet Somit wird jeder Punkt n-mal im
ausgenutzt, daß die Bildaufnahmevorrichtung Speicherund Integriermittel für das detektierte Videosignal
erhält. Diese Mittel sind durch den Block 13 in Fig. 1 versinnbildlicht; ihre Aufgabe besteht darin, zeilenweise
und je Zeile punktweise das sich aus einer Bildabtastung ergebende Videosignal SV zu speichern und anschließend
dieses gespeicherte Signal im Verlauf der folgenden Abtastung abzurufen und zu dem ankommenden
"ignal SV hinzuzuaddieren, und zwar unter
Berücksichtigung der durch die Verschiebungsgeschwindigkeit V erzeugten Zeilenverschiebung, derart,
daß jedesmal die sich auf denselben Punkt der Objektebene beziehenden Informationen summiert
werden und anschließend das Additionsergebnis wieder gespeichert wird, um es von neuem unter den gleichen
Bedingungen mit dem Videosignal SV der folgenden Abtastung zu addieren, wobei der Vorgang /i-fach für
jede Zeile wiederholt wird. An jedem Ende der Bildabtastung enthält der Speicher R für die Sichtbarmachung
oder Schirmbildwiedergabe verfügbare Zeilen. Unter Berücksichtigung dessen, daß die Gesamtzahl
der π Zeilen eines Bereiches ABC 1D 1 der Objektebene
erst nach einer Zeit KT verfügbar ist, wird das verfügbare, integrierte Signal 5/vorzugsweise in einem
Zwischenspeicher 14 gespeichert, bevor es auf ein Bildschirmgerät 15 gelangt. Der Zwischenspeicher 14 ist
ein Matrixspeicher, der so ausgelegt ist, daß er Zeile für Zeile und je Zeile Punkt für Punkt das Signal 5/
speichert; seine Kapazität kann so ausgelegt sein, daß er dieselbe Anzahl von η Zeilen speichert wie von dem
Target abgetastet werden, so daß das wiedergegebene Bild im räumlichen Feld ABCXDX entspricht .as von
der Kamera im Verlauf einer Rasterabtastung erfaßt wird. Die Kapazität des Zwischenspeichers 14 kann
aber auch abweichend von diesem Wert festgelegt sein, insbesondere höher sein, so daß ein größeres Gesichtsfeld
sichtbar gemacht werden kann, das im Grenzfall aus der Gesamtheit der im Verlauf der Panoramaverschiebung
überwachten Szene bestehen kann. Außerdem gestattet der Umstand, über einen Zwischenspeicher zu
verfügen, hieraus nach Belieben unter der Voraussetzung einer geeigneten Adressierung einen Teil der
gespeicherten Informationen auszulesen, um einen Teilbereich des Gesichtsfeldes auf dem Bildschirm
darzustellen und diesen während einer gewünschten Dauer zu betrachten, wobei dieser Teilbereich größer
oder kleiner als der dem Bild auf dem Target entsprechende Bereich der Szene sein kann.
Die Arbeitsweise der Speicher- und Integriermittel 13 ist in F i g. 1 schematisch durch einen Speicher 16 wie
etwa eine analoge Verzögerungsleitung, deren Gesamtverzögerung den η Zeilen einer Abtastung des Targets
entspricht, jnd durch eine Addierschaltung 17 dargestellt. Die Verzögerungsleitung 16 besitzt eine Anzapfung,
die mit dem Addierer 17 verbunden ist, wobei die Lage dieser Anzapfung von der Größe der Zeilenver-V.hiebung
abhängt, nämlich im dargestellten Beispiel, bei dem R = 1 die Punkte der Zeile Ij + 1 mit den
Punkten der Zeile Ij der laufenden Abtastung addiert werden. Die Übertragung der Signr.le wird durch die
Synchronisierschaltung 6 gesteuert, die entsprechende, durch die Schalter 18 und 19 versinnbildlichte
Schaltungen steuert. Fig. 4 zeigt ein ähnliches Blockschaltbild für einen Wert von R größer als »1«, um zu
veranschaulichen, daß die Zahl R der bei jeder Abtastung verfügbaren Zeilen größer wird, wobei im
dargestellten Fall R = 4 ist.
bei der diese Richtungen umgekehrt verlaufen, entspricht die Zeile /1 folglich der Strecke CD und die Zeile
In der Strecke AiBi gemäß der Darstellung in F i g. 1,
bei der folgenden Abtastung entspricht die Zeile /1 der Strecke ClDl und die verfügbaren Signale entsprechen
den R Zeilen In-(R-X) und die verfügbaren Signale entsprechen den R Zeilen In-(R-1) bis In.
Die Bildaufnahmevorrichtung kann in verschiedenen Ausführungsformen realisiert werden. Die Aufgaben
der Einheit 13, 14 können beispielsweise von einer Speicherröhre 25 mit einem Elektronenslrahlsystem
zum Aufzeichnen und einem Elektronenstrahlsystem zum Abtasten übernommen werden, siehe F i g. 5. Das
Signal SV wird dem Schreibsystem zugeführt, und die Abtastung des Targets 26 erzeugt das für die
Bildschirmwiedergabe bestimmte Nutzsignal SU. Die Schaltungen 27 und 28 bezeichnen die Generatoren für
nip Wahj rjpc Pararriptprc β jpcrt Hpn Tpjl rjpc BÜdSS d'£ AbtäStSiT.äiS d'p SO aiieaAlAirt cinrl HaR heim
fest, der im Verlauf jeder Abtastung verfügbar ist, wobei die entsprechende Zahl der Integration durch K = "
gegeben ist. Der Umstand, einen beliebigen Bildpunkt der beobachteten Szene K-fach während seines
Wanderns über das Target zu integrieren, verleiht der Vorrichtung ein erheblich verbessertes Signal/Rausch-Verhältnis.
Bei jeder Rasterabtastung wird das Bild in dem Speicher 13 gespeichert und Punkt für Punkt mit
dem während des vorangegangenen Rasters gespeicherten Bild akkumuliert, wobei die Zeilenverschie-'ningszahl
zwischen den zwei aufeinanderfolgenden Rastern berücksichtigt wird, welche Verschiebung dem
Wandern des Bildes über das Target während einer Rasterperiode entspricht.
Wenn beispielsweise die Röhre mit η = 200 nutzbaren Zeilen auf dem Targetdurchmesser analysiert wird
und die Rasterdauer T = 20 ms ist, und bei einer Verschiebungsgeschwindigkeit auf dem Target
V = 0,4 cm/s, wandert das Bild eines festen Punktes der Szene über das Target in der ^-Richtung in vier
Sekunden, was einer Analyse von 200 Rastern entspricht. Bei jedem Raster muß das gespeichert Bild
um eine Zeile verschoben werden, bevor die Integration im Speicher stattfindet, der im Fall einer Ausführung als
Matrixspeicher 201 Zeilen umfassen kann.
Die Speichermittel 13 sind so ausgelegt, daß sie die
vorerwähnte Nachintegration durchführen, und die integrierten Daten können abgerufen werden, um eine
direkte Anzeige- oder Darstellung durchzuführen oder sie können auch in einen weiteren Speicher überführt
werden, um eine Gesamtdarstellung der vollständigen, überwachten Szene 11 durchzuführen und dabei eine
Verschiebung des Bildes auf dem Bildschirm zu vermeiden.
Die Folge der Erneuerung der Information hängt wie beim Radar von dem überwachten Gesamtfeld und der
gewünschten Reichweite ab. Beispielsweise erfordert bei einer B rennweite von 100 mm und einem von der
Kamera gleichzeitig aufgenommenen Gesichtsfeld von 9° die Panoramaüberwachung eines Bereiches von
±30° eine Zeit in der Größenordnung von 20 Sekunden.
Damit die Integration in geeigneter Weise durchgeführt werden kann und kein Auflösungsverlust eintritt,
ist es notwendig, die Panoramaverschiebung der Kamera in exaktem Synchronismus mit der Abtastung
der Röhre durchzuführen.
Es wurde bereits erwähnt, daß die Richtung des Vorbeiwanderns des Bildes dieselbe wie diejenige der
Abtastung in der A"-Richtung ist Bei einer Auslegung,
Einschreiben der Verschiebung R von einem Raster zum nächsten Rechnung getragen wird und daß beim Lesen
ein gewünschter Teil oder die Gesamtheit des integrierten, von dem Target 26 gespeicherten Bildes
abgerufen wird. Die Schaltung 27 wird durch die Synchronisierschaltung 6 synchronisiert. Die Schaltung
28 wird zeilenweise mit dem Bildschirmgerät 15 synchronisiert, wobei diese Synchronisation ebenfalls
durch die Synchronisierschaltung 6 erzeugt werden kann.
Gemäß weiteren Ausführungsformen werden Speicher benutzt, die das Signal in analoger oder digitaler
Form speichern. Bei einer Ausführungsform, die das Signal in analoger Form verarbeitet, können die
Speicher mittels 16 aus integrierten Schaltungen des CCD-Typs, also sogenannten ladungsgekoppelten
Schaltungen, bestehen. Im folgenden wird anhand der F i g. 6 bis 8 eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben,
bei der das Signal digital verarbeitet wird, wobei der Einfachheit halber angenommen ist, daß der
Parameter R = »1« ist und daß die Kapazität des Zwischenspeichers 14 so ausgelegt ist, daß er die η
Zeilen eines Bildes speichern kann. Um die Erläuterung zu vereinfachen, wird weiterhin das Signal von
vorneherein als Zeilensignal betrachtet und nicht als Signal eines Punktes, der nach Umsetzung durch ein
Wort mit einer bestimmten Zahl von Bits dargestellt wird.
F i g. 6 zeigt die Speicher- und Integrationsmittel entsprechend dem Block 13 der Fig. 1. Das Videosignal
SKwird zunächst einem A/D-Wandler 30 zugeführt, der
durch das Rastersynchronsignal ST, das Zeilensynchronsignal SL und das Punktsynchronsignal SP aus der
Synchronisierschaltung 6 gesteuert wird und der das digitale Signal S/V liefert, und zwar gemäß den für die
Umsetzung festgelegten Bedingungen. Beispielsweise wird jeder Bildpunkt in ein Binärwort mit vier Bit zur
Kennzeichnung von 16 Amplitudenwerten des Signals umgewandelt Der Speicher umfaßt π Schaltungen 31.1
bis 31 n, die jeweils durch Schreibtaktsignale HEX bis
HEn (Fig.8) synchronisiert werden, wobei diese
Synchronisiersignale von der Synchronisierschaltung 6 geliefert werden. Jede der Schaltungen 31, vergL die
genauer dargestellte Schaltung 3X.j, umfaßt ein Schieberegister
32.y und einen elektronischen Schalter 33.yj der
von dem entsprechenden Signal HEj gesteuert wird. Jedes Register hat eine Kapazität entsprechend m
Punkten einer Abtastzeile und die den Zeilen IX bis In
entsprechenden Daten werden hierin jeweils durch aufeinanderfolgendes Schließen der Schalter 33.1 bis
33.n während der entsprechenden Zeilendauer der Bildabtastung, nämlich von to bis to + T gespeichert
(F i g. 8). Im Verlauf der folgenden Abtastung von to + T bis to Λ-l T sind die Signale HE1 bis HEn
derart verschoben,daß jede Zeile //bei 17 zu der Zeile
Ij- 1 der Abtastung des Targets addiert wird, um der Verschiebung R Rechnung zu tragen. Das Ergebnis der
digitalen, punktweise in dem Addierer 17 durchgeführten Addition wird in das entsprechende Register 32 über
den zugehörigen elektronischen Schalter 33 eingegeben. Die Register 32 werden über die Synchronisation
so gesteuert, daß die Addition punktweise und in Entsprechung in der Schaltung 17 erfolgte. Im Verlauf
der folgenden Rasterperiode führt eine erneute Verschiebung der Signale HE zu einer Summierung des
Inhaltes //zu der abgetasteten Zeile Ij-I und so weiter
bis zur n-ten Abtastung von to+(n—\) Γ bis to+nT.
wobei eine Zeile bei jeder Abtastperiode verfügbar ist. Die Entnahme kann über die Verbindung zum
Wiedereinspeichern erfolgen, wie für den Kanal j dargestellt, unter der Voraussetzung, daß das Register
32y während der Bildaustastzeit wieder auf Null gesetzt wird, das heißt während der Zeit, in der die Abtastung
wieder an den Anfangspunkt zurückkehrt. Im Verlauf des ersten Rasters wird das Signal S1 entnommen, im
Verlauf des zweiten Rasters das Signal 52 und so fort. Ab dem n-ten Raster hat das entnommene Signal η
aufeinanderfolgende Integrationen erfahren. Somit wird beim n+l-ten Raster das Signal Sl η-fach zwischen
dem Augenblick to+ 7"und to(n+ I)T integriert worden
sein und so weiter.
F i g. 7 zeigt eine Ausführungsform des Zwischenspeichers 14 in Fig. 1, die η Eingangsschaltungen 35.1 bis
35.Π umfaßt, die jeweils mit den Ausgängen S1 bis Sn
verbunden sind. Jeder Kanal umfaßt, wie genauer für den Kanal j angegeben, ein Schieberegister 36.y analog
dem vorher erwähnten Register 32.y und einen elektronischen Schalter 37./ der von einem Lesetaktsignal
HLj gesteuert wird. Die Synchronsignale HL 1 bis HLn (F i g. 8) werden im betrachteten Fall ebenfalls von
der Synchronisierschaltung 6 erzeugt. Die Schaltungen 37 gestatten das aufeinanderfolgende Entnehmen der
Signale S1 bis Sn. In der dargestellten Ruhelage stellen
sie außerdem das Wiedereinschreiben in den entsprechenden Speicher 35.,· sicher, sobald das Signa! Ij zum
Zwecke der bildlichen Darstellung auf dem Sichtgerät entnommen ist Die Entnahme des Nutzsignals SU
geschieht mittels eines Multiplexers 38 und Adressierschaltungen, die einen Teiler 39 und einen Dekoder 40
umfassen können. Der Teiler 39 erzeugt aus den Signalen SLST Impulse, die den einzelnen Zeilen der
Abtastung entsprechen und der Dekoder 40 erzeugt Adressensignale zur aufeinanderfolgenden Entnahme
der in den Registern 36.1 bis 36.n gespeicherten Signale Sl bis Sn. Der Teiler 39 kann Bestandteil der
Synchronisierschaltung 6 sein, die Impulse zur zeitlichen Trennung der Zeilen werden zur Gewinnung der
Schreibsignale HE1 bis WBi und der Lesesignale HL1
bis WLn benutzt
Jeder Punkt des Bildes hat nach Durchlaufen des A/D-Wandlers 30 die Form eines Binärwortes mit ρ Bit
Die bei der Ausführungsform gemäß den F i g. 6 und 7 vorhandenen Schaltungen sind demzufolge so ausgelegt,
daß sie Worte mit r Bit verarbeiten können, wobei r größer als ρ ist, da r aus den K aufeinanderfolgenden
Summierungen in 17 hervorgeht Die Register 32 bis 36
> sind solche zu r Bit mit m Stufen, wobei m die Zahl der
Punkt je Zeile ist. Derartige logische Schaltungen sind an sich bekannt, ebenso wie Parallel/Serien-Umsetzer,
Addierer usw. und die Verbindung dieser Schaltungen entsprechend der beschriebenen Ausführungsform
in erfolgt nach bekannten Techniken. In gleicher Weise
geschieht die Gewinnung der verschiedenen Synchronsignale und insbesondere der Signale HE und HL in
bekannter Weise mit einfachen logischen Schaltungen zur Division, Addition, Subtraktion, Zählung usw. und
ι) auch der Aufbau der Synchronisierschaltung 6 ist nicht
Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Zur Erzeugung der synchronen Verschiebung können rlie Verschifihungsvorrichtungen 10 (Fig. 1) aus einem
Synchronmotor bestehen, der von der Syxnchronisier-Schaltung 6 ein Speisesignal mit einer solchen Frequenz
erhält, daß die Drehung der Motorachse, gegebenenfalls über ein Untersetzungsgetriebe, einen Kameraträger
mit der gewünschten konstanten Winkelgeschwindigkeit Vantreibt. Bei einer solchen Auslegung werden das
2ϊ Speisesigna! des Motors und die Synchronisiersignale
der Abtastung ausgehend von dem gleichen Basistaktsignal erzeugt. Damit bleibt die Verschiebung R
unverändert, wenn die Frequenz des Basistaktsignals nicht stabil ist.
m Eine weitere mögliche Ausführungsform ist in F i g. 9
dargestellt Ein Gleichstrommotor 45 dreht einen Kameraträger 44 um die X-Achse und auf derselben
Achse ist eine Kodiervorrichtung 46 angeordnet. Die Kodiervorrichtung 46 kann beispielsweise eine optische
j) Spur sein und ein Signal liefern, dessen Frequenz Fl
unmittelbar abhängig von der Winkelgeschwindigkeit der Drehung ist. Dieses Signal wird in einem
Vergleicher 47 mit einem von der Synchronisierschaltung 6 erzeugten Signal verglichen, das eine Bezugsfrequenz
Fo besitzt. Das Vergleichsergebnis stellt ein Fehlersignal dar, das zur Nachführung der Drehzahl des
Motors über eine Schaltung 48 in Abhängigkeit von der Verschiebung dient, die zwischen den Frequenzen Fl
und Fo besteht und damit die Geschwindigkeit auf dem gewünschten Wert VMIt
Die Verschiebungsvorrichtungen wurden lediglich beispielshaft beschrieben und können auch anders
ausgeführt sein. Ihre Aufgabe ist es, eine Relativbewegung zwischen der beobachteten Szene und dem
so Abtasttarget derart zu erzeugen, daß vorbestimmte
Synchronisierbedingungen eingehalten werden zwischen der Geschwindigkeit dieser Bewegung und
derjenigen der Bildabtastung in derselben Y- Richtung, damit eine gewünschte Verschiebung R bei jeder
Bildabtastung erzeugt wird und n/R-Integrationen jedes
analysierten Punktes ermöglicht
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich,
besitzt die Bildaufnahmevorrichtung eine erheblich verbesserte Empfindlichkeit und weitere Vorteile, die im
wesentlichen mit der Möglichkeit der Beobachtung eines Teilbereiches zusammenhängen, dessen Ausdehnung
und dessen Beobachtungsdauer frei festlegbar sind.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Vorrichtung zur Aufnahme von InfrarotbiJdern, mit einer Aufnahmeröhre mit pyroelektrischem
Target und mit Vorrichtungen zur Verschiebung der
Visierachse der Aufnahmeröhre relativ zu einer ortsfesten, zu beobachtenden Umgebung zur Gewinnung
einer Panoramaüberwachung, sowie mit Leseeinrichtungen zum zeflenweisen Abtasten des
auf dem Target erzeugten Bildes zur Gewinnung eines entsprechenden Videosignals, und mit Signalverarbeitungseinrichtungen
zur Sichtbarmachung gemäß dem Fernsehprinzip, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verschiebungsvorrichtungen (10) auf die Leseeinrichtungen (5, 6, 7) derart
ausgelegt sind, daß die Zeilenrichtung (Y) senkrecht zur Richtung (X) der Achsenverschiebung verläuft,
und daß diese Verschiebung mit einer Geschwindigkeit Verfolgt, die kleiner als die Rasterabtastge-
SChwindigkcit Und derart festgelegt iSt, daß Sie im
Verlauf einer Rasterperiode einer Strecke entspricht,
die durch eine vorgegebene, ganze Zahl R von Zeilenintervallen gebildet wird, derart, daß
1 < Ä< j· worin η die Zeilenzahl je Bild ist, und daß
die Signalverarbeitungseinrichtungen Speicher- und Integriermittel (13) enthalten, die das Videosignal
aufsummieren zu dem zuvor gespeicherten, demselben Punkt der betrachteten Umgebung entsprechenden
Videosignal, zur Erzielung eines -J^ -fach
integrierten Videosignals fur jeden Punkt im Verlauf von -5 aufeinanderfolgende! Rasterperioden, und
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