DE1293200B

DE1293200B - Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisierung des Bildes einer starr mit einem beweglichen Traeger verbundenen Fernsehkamera

Info

Publication number: DE1293200B
Application number: DEN24695A
Authority: DE
Inventors: Crovella Christian Charles
Original assignee: Nord Aviation Societe Nationale de Constructions Aeronautiques
Current assignee: Nord Aviation Societe Nationale de Constructions Aeronautiques
Priority date: 1963-03-28
Filing date: 1964-03-28
Publication date: 1969-04-24
Also published as: FR1360343A; GB1065088A; US3371161A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine ent- den Elektronenstrahl der Bildaufnahmeröhre einsprechende Vorrichtung zur elektronischen Stabilisie- wirken.

rung der Lage eines Bildes, das mit einer auf einem in Erfindungsgemäß werden zur Rollstabilisierung in Richtung des zu reproduzierenden Objektes bewegten einem Wandler, der von den Ablenkspannungen für Träger befestigten Fernsehkamera aufgenommen wird, 5 die Bildaufnahmeröhre gespeist wird, die von Spangegenüber kombinierten Drehungen dieses Trägers um nungen proportional zum Rollwinkel moduliert werseine Neigungs-, Schwenk- und Rollachse. den, zwei Signale, nämlich ein bildfrequentes und ein

Theoretisch bewegen sich der Träger und damit die zeilenfrequentes Signal erzeugt und diese beiden optische Achse der Kamera auf einer geradlinigen Signale auf die Ablenkmittel der Bildaufnahmeröhre Bahn. In der Praxis weicht der Träger jedoch mehr io zur Korrektur des Rollwinkels in solchem Sinn aufge- oder weniger von dieser idealen, geradlinigen Bahn ab. bracht, daß der Elektronenstrahl der Bildaufnahme-Ist der Träger ein Flugkörper, dessen Längsachse röhre um den gleichen Winkel, aber in entgegengemit seiner Bewegungsrichtung übereinstimmt und der setztem Sinne zur Abweichung um die Rollachse abgeein räumliches Dreibein aus orthogonalen Achsen lenkt wird. Die so erhaltene rollstabilisierte Abbildung trägt, die die Achsen der Neigung, der Rollbewegung 15 wird dann in Abhängigkeit von dem Neigungswinkel(6>) und der Schwenk- oder Wendebewegung des Flug- und dem Schwenkwinkel (tp) proportionalen Korrekkörpers darstellen, so kann allgemein gesagt werden, turspannungen stabilisiert, die von der kreiselstabilidaß jede Abweichung zwischen der tatsächlichen und sierten Vorrichtung geliefert werden,
der idealen Flugbahn in Verschiebungen zu den und Das grundlegend Neue des Verfahrens besteht also Rotationen um diese Achsen zerlegt werden kann, ao darin, eine Rollstabilisierung eines zweidimsnsionalen Wenn diese Verschiebungen eine Rückwirkung auf die Bildes durchzuführen und dieses gleichzeitig in Ant-Zentrierung des Bildes haben, so stören sie damit die wort auf die Neigungs- und Schwenkbewegungen zu Stabilität nicht, im Gegensatz zu den parasitär ge- stabilisieren, und zwar mit Hilfe von Korrekturnannten Rotationen um die Quer-, Längs- und Hoch- Signalen, die in bekannter Weise von Bezugskreiseln achsen. 25 ausgehen.

Dieses Problem taucht immer dann auf, wenn eine Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs-

Fernsehkamera oder eine Bildaufnahmeröhre mit gemäßen Verfahrens weist einen auf dem Träger der

einem beweglichen Träger verbunden ist, weil in diesem Fernsehkamera angeordneten Geber auf, der durch

Fall die parasitären Rotationen beseitigt werden einen Kreisel bezüglich seiner Schwenk- und Neigungs-

müssen. 30 achse stabilisiert und mit einem diesen Achsen zuge-

Bisher wurde dieses Problem mehr oder weniger ordneten Meßwertsender verbunden ist, der in an sich gut dadurch gelöst, daß entweder die Kamera selbst bekannter Weise dem Schwenkwinkel und dem oder die Prismensysteme bzw. Spiegel, die das Bild Neigungswinkel des Trägers proportionale elektrische formen, auf eine stabilisierte Plattform gesetzt wurden. Signale liefert und mit diesen die Ablenkmittel für den Solche Vorrichtungen sind schwer, kompliziert und 35 Elektronenstrahl der Bildaufnahmeröhre speist. Außerbenötigen viel Platz, besonders wenn das Bild bei dem ist ein Wandler vorgesehen, der durch einen in einem Rollwinkel von 360° korrigiert werden soll. Der einer Ebene senkrecht zur Rollachse des Trägers ange-Helligkeitsverlust in der korrigierenden optischen Vor- ordneten, durch einen Kreisel stabilisierten und einen richtung hat auf die Bildqualität einen ungünstigen Teil des Wandlers bildenden Magneten magnetisch Einfluß. Schließlich muß bemerkt werden, daß die 40 beeinflußt wird. Der Wandler wird mit den Bild- und äußeren Abmessungen der korrigierenden optischen Zeilenablenkspannungen gespeist und liefert zwei Vorrichtung um so größer sind, je größer die ge- Signale, die nach dem Durchlaufen eines Summenwünschten Abmessungen des Bildes selbst sind. Verstärkers bzw. eines Differenzverstärkers die Ab-

Zur Anzeige der Fluglage eines fliegenden Körpers, lenkmittel des Elektronenstrahles speisen,
insbesondere Flugzeuges, auf einem künstlichen Hori- 45 Hinsichtlich des die Rollkorrektursignale liefernden zont oder zur Fernübertragung derselben hat man Wandlers ist festzustellen, daß die Anwendung von bereits Elektronenstrahlröhren verwendet und deren Hallzellen, die von einem beweglichen Magneten beein-Ablenkspannungen analog zur Kursabweichung über flußt werden, eine technisch besonders vorteilhafte Geber beeinflußt, die von einem Kreisel im Flugkörper Lösung darstellt, weil bei dieser Vorrichtung keine gesteuert werden. Dabei sind die Ablenkspannungen 50 mechanische Verbindung besteht und so Trägheitsso gepolt, daß auf dem Schirm der Elektronenstrahl- und Reibungseinflüsse praktisch nicht auftreten,
röhre die Abweichung der Flugachse durch das Aus- Weitere Einzelheiten und besondere Vorteile des wandern einer geraden Linie (Horizontbalken) aus Erfindungsgegenstandes sind der folgenden Besshreieiner Normallage und damit unmittelbar die Bewe- bung vorteilhafter Ausführungsbsispiele zu entnehmen, gungsrichtung des Flugkörpers angezeigt wird. Dabei 55 die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt in wird aber nur eine gerade Linie, die zudem im Gerät schematischen Darstellungen

selbst entsteht und nicht von einer Fernsehkamera F i g. 1 den Träger einer Fernsehkamera mit einge-

entworfen ist, längs einer einzigen Achse und nur für zeichneten Längs-, Quer- und Hochachsen,

kleine Rollwinkel stabilisiert. F i g. 2 das Verhältnis zwischen der gesamten Ober-

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diese bekannte 60 fläche der empfindlichen Schicht einer Bildaufnahms-

Technik zur Stabilisierung der Lage der von einer röhre und der Fläche der von der Abbildung bedeckten

Fernsehkamera entworfenen Abbildung innerhalb Schicht,

einer Bildaufnahmeröhre gegenüber parasitären korn- F i g. 3 die Projektion der Flugbahn eines Punktes binierten Drehungen des Trägers um seine Neigungs-, des Trägers in der Hochebene Oxz,
Schwenk- und Rollachse zu erweitern, und zwar eben- 65 F i g. 4 die Vorrichtung zur Korrektur der Neigungsfalls durch Ableitung von Steuersignalen in kompen- und Schwenkbewegungen,

sierendem Sinne, die von einer kreiselstabilisierten F i g. 5 das Prinzip der Korrektur der Rollbewe-

Vorrichtung ausgehen und auf die Ablenkorgane für gungen,

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F i g. 6 eine Vorrichtung zur Korrektur der Roll- die bildfrequente Spannung ist,
bewegung bei rechtwinkliger Bildabtastung,

F i g. 7 eine Vorrichtung zur Korrektur der Roll- F= V₁ cos ψ — V_t sin φ,

bewegung bei einer spiralförmigen Bildabtastung, Z= V₁ sin φ + Vi cos φ.

F i g. 8 eine Anordnung, bei der die Ablenkspulen 5

mittels eines Stellmotors der Kreiselreferenz nachge- Die Spannungen Y und Z werden mittels eines beführt werden. kannten Hallstromwandlers bestimmt, der nach fol-

In F i g. 1 ist der Träger der Fernsehkamera sehe- gendem Prinzip arbeitet: Eine Hallzelle gibt, wenn

matisch dargestellt, dessen mit der optischen Achse durch sie ein elektrischer Strom hindurchgeschickt und der Kamera übereinstimmende Achse auf das zu repro- io sie einem magnetischen Feld konstanter Intensität aus-

duzierende Objekt gerichtet ist. Der Träger ist mit gesetzt wird, eine Ausgangsspannung ab, die eine

einem Achsensystem Oxy ζ versehen, wobei die Achsen Funktion der Intensität des Eingangsstromes und des

Ox, Oy, Oz jeweils die Achsen der Roll-, der Neigungs- Winkels zwischen dem konstanten magnetischen Feld

und der Schwenkbewegungen darstellen. Die Rota- und der Ebene der Zelle ist.

tionen um diese Achsen werden durch den Roll- 15 Die Ausgangsspannung einer in der Ebene XO Y

winkel φ, den Neigungswinkel Θ und den Schwenkwin- angeordneten Hallzelle, die nach der Achse O Y aus-

kel ψ dargestellt. Die aus diesen Rotationen φ, Θ und ψ gerichtet und der Wirkung eines konstanten magne-

resultierenden Bewegungen sollen korrigiert werden. tischen Feldes β unterworfen ist, das sich in der

F i g. 2 zeigt, daß die Oberfläche der empfindlichen Ebene YOZ um den Punkt O dreht und mit der Schicht der Bildaufnahmeröhre größer sein muß als 20 Achse O Y einen Winkel φ bildet, ist gleich KI_e sin φ, die Bildfläche, wenn die Kamera feststeht. Praktisch wobei I_e die Intensität des Eingangsstromes und K muß die Richtung des das Bild abtastenden Elektronen- eine Konstante ist. Ist die Zelle in der Ebene XOZ Strahles mit dem Öffnungswinkel 2 oc um den Winkel β angeordnet und nach der Achse OZ ausgerichtet, so von der Rollachse Ox abweichen können. Dieser ruft dasselbe drehende magnetische Feld β eine AusWinkel β wird durch die maximale Amplitude, die zur 25 gangsspannung gleich KI_e cos φ hervor.
Korrektur der Neigung und der Drehbewegung vorge- Ordnet man zwei Gruppen zu zwei Hallzellen in sehen ist, bestimmt. oben beschriebener Weise an und speist eine dieser

Der rechte Teil der F i g. 2 ist eine Projektion der Gruppen mit dem Zeilensignal und die andere mit dem

Ebene O'x'y' des auf die Achse von Kamera und Bildsignal, so erhält man also die Spannungen Vi sin φ,

Röhre bezogenen Koordinatensystems in die Zeichen- 30 Vi cos φ, V₁ sin ψ und V₁ cos φ.

ebene. Der Kreis 1 bedeutet das normale Bild ohne In dem Hallstromwandler, der als Ganzes in

Korrektur, der Kreis 2 mit dem Durchmesser D die F i g. 6 unter 24 dargestellt ist, wird das magnetische

Gesamtoberfläche der empfindlichen Schicht und der Feld β durch den kleinen Permanentmagneten 23 her-

Kreis 3 das Bild nach Korrektur der maximalen Ver- vorgerufen. Durch einen Lotkreisel 20, der an dem

Schiebung in der Richtung des Pfeiles /. 35 Gerät mittels zweier Kardanringe 21 und 22 aufge-

In Fig. 3 sind die Änderungen des Neigungs- hängt ist, wird der an der Verlängerung der Achse des winkeis Θ des Trägers in Richtung des zu reprodu- im äußeren Ring 22 gelagerten inneren Ringes 21 bezierenden Objektes dargestellt. festigte Magnet 23 praktisch in der vertikalen Ebene

F i g. 4 stellt den Teil der Vorrichtung dar, mit dem O YZ stabilisiert.

die Neigungsänderung Θ und die Schwenkbewegung ψ 40 Die am Ausgang des Wandlers 24 auftretenden korrigiert werden. Ein richtungweisender Kreisel 10 ist Signale Vi cos ψ und V₁ sin φ werden einem Summenmit dem Träger 11 mittels zweier Kardanringe 12 und verstärker 25 und die Signale F₁ cos ψ und V% sin φ 13 verbunden, derart, daß die Drehwinkel dieser einem Differenzverstärker 28 zugeführt. Die beiden beiden Kardanringe die jeweiligen Winkel der Nei- auf diese Weise erhaltenen Signale werden jeweils den gung Θ und der Schwenkbewegung ψ des Trägers 11 45 Ablenkspulen 27 und 30 der Bildaufnahmeröhre zugedarstellen. Diese Winkel werden von den Potentio- führt, nachdem das erste den Verstärker 26 und das meiern 14 und 15 in elektrische Signale umgewandelt, zweite den Verstärker 29 durchlaufen hat.
wobei die Bahnen der an Gleichspannung liegenden Wird die Spiralabtastung angewendet (F i g. 7), so Potentiometer mit dem Rahmen des Kreisels und ihre wird die vom Zeilenfrequenzoszillator erzeugte Sinus-Schleifer mit den Achsen der entsprechenden Kardan- 50 spannung 40 von einem Sägezahn 41 amplitudenringe verbunden sind. Die an den Potentiometern 14 moduliert, der den Abtastpunkt eine Spirale 42 be- und 15 abgegriffenen Gleichstromsignale werden den schreiben läßt, die von der Peripherie zum Zentrum horizontalen und vertikalen Ablenkspulen 16 bzw. 17 hin kleiner wird. Der Sägezahn 41 und die Sinusder Bildaufnahmeröhre 18 zugeführt. spannung 40 werden in bekannter Weise durch ein

Das Prinzip der Korrektur der Rollbewegung φ ist 55 Drehpotentiometer 47 phasenverschoben, dessen Achse

für den Fall eines rechtwinklig abgetasteten Bildes in 43 kreiselstabilisiert ist. Sein Schleifer tastet die Sinus-

F i g. 5 dargestellt. M ist die Spur des abtastenden spannung von O bis 2 π ab. Diese phasenverschobensn

Elektronenstrahles in der Ebene OyYzZ, in der die Signale werden den Ablenkspulen 44, 45 über den Ab-

Hoch- und Querachsen Oy und Oz des Trägers liegen. lenkverstärker 46 zugeführt.

Die Ebene Oyz stimmt mit der Ebene durch die festen 60 In einer Variante könnten die Korrekturen im Falle

Achsen O Y und OZ überein. einer Abbildung beliebiger Form dadurch realisiert

In F ig. 5 bilden die Achsen O Y und OZ ein Koordi- werden, daß die Ablenkspulen mittels eines kreisel-

natensystem mit den Transformationen gestützten Motors gedreht werden. Fig. 8 zeigt

schematisch eine solche Anordnung mit einer BiId-

Y _ y _cos φ ___z SJ_n m 65 aufnahmeröhre 50, einem Zahnkranz 51, der mit den

Z = ν sin φ +ζ cos φ Ablenkspulen der Röhre verbunden ist, und einem

Motor 52, der mittels eines Wandlers 54 mit den

oder, wenn V₁ die zeilenfrequente Spannung und Vi Kreiselreferenzen 53 gekoppelt ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Stabilisierung der Lage der von einer auf einem in Richtung des· zu reproduzierenden Objektes bewegten Träger starr befestigten Fernsehkamera entworfenen Abbildung innerhalb einer Bildaufnahmeröhre gegenüber kombinierten Drehungen des Trägers um seine Neigungs-, Schwenk- und Rollachse, namentlich bei einem Rollwinkel von 360°, durch Ableitung von Steuersignalen in kompensierendem Sinne, die von einer kreiselstabilisierten Vorrichtung ausgehen und auf die Ablenkorgane für den Elektronenstrahl der Bildaufnahmeröhre einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rollstabilisierung in einem Wandler (24, 42), der von den Ablenkspannungen für die Bildaufnahmeröhre (18) gespeist wird, die von Spannungen proportional zum Rollwinkel moduliert werden, zwei Signale, nämlich ein bildfrequentes und ein zeilenfrequentes Signal, erzeugt werden, daß diese beiden Signale auf die Ablenkmittel (27, 30; 44, 45) der Bildaufnahmeröhre (18) zur Korrektur des Rollwinkels in solchem Sinn aufgebracht werden, daß der Elektronenstrahl der Bildaufnahmeröhre um den gleichen Winkel, aber in entgegengesetztem Sinne zur Abweichung um die Rollachse abgelenkt wird, und daß die so erhaltene rollstabilisierte Abbildung in Abhängigkeit von dem Neigungswinkel (Θ) und Schwenkwinkel (ψ) proportionalen Korrekturspannungen stabilisiert wird, die von der kreiselstabilisierten Vorrichtung (10, 20) geliefert werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen auf dem Träger (11) der Fernsehkamera angeordneten Geber, der durch einen Kreisel (10) bezüglich seiner Schwenk- und Neigungsachse stabilisiert und mit einem diesen Achsen zugeordneten Meßwertsender (14,15) verbunden ist, der in an sich bekannter Weise dem Schwenkwinkel (ψ) und dem Neigungswinkel (Θ) proportionale elektrische Signale liefert und mit diesen die Ablenkmittel (16,17) für den Elektronenstrahl der Bildaufnahmeröhre (18) speist, sowie durch einen Wandler (24; 47), der durch einen in einer Ebene senkrecht zur Rollachse des Trägers angeordneten, durch einen Kreisel (20) stabilisierten und einen Teil des Wandlers bildenden Magneten (23) magnetisch beeinflußt wird, wobei der Wandler mit den Bild- und Zeilenablenkspannungen gespeist wird und zwei Signale liefert, die nach dem Durchlaufen eines Summenverstärkers (25) bzw. eines Differenzverstärkers (28) die Ablenkmittel des Elektronenstrahles (27, 30) speisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Hallstromwandler (24), dessen beide Ausgänge über einen Summenverstärker (25) bzw. über einen Differenzverstärker (28) und je einen Verstärker (26, 29) mit den Ablenkspulen (27, 30) der Bildaufnahmeröhre (18) verbunden sind (Fig. 6).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 für eine Bildkamera mit Spiralabtastung, gekennzeichnet durch ein Drehpotentiometer (47), dessen Achse mit der räumlich feststehenden Achse des richtungsweisenden Kreisels (43) gekoppelt ist, dessen Bahn mit dem sinusförmigen, sägezahnförmig amplitudenmodulierten Ablenksignal gespeist wird und dessen phasenverschobene Signale über einen Verstärker (46) die Ablenkspulen (44 bzw. 45) der Bildaufnahmeröhre speisen (F i g. 7).

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 für eine Bildkamera mit beliebiger Bildform, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkspulen der Bildaufnahmeröhre (50) an einem Zahnkranz (51) sitzen, der durch einen Motor (52) den Ausgangssignalen des Wandlers (54) nachgeführt wird (F i g. 8).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen