DE1623426C3 - Optoelektronisches Verfahren zur Aufnahme von Wärmebildern - Google Patents

Optoelektronisches Verfahren zur Aufnahme von Wärmebildern

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DE1623426C3 DE1623426A DE1623426A DE1623426C3 DE 1623426 C3 DE1623426 C3 DE 1623426C3 DE 1623426 A DE1623426 A DE 1623426A DE 1623426 A DE1623426 A DE 1623426A DE 1623426 C3 DE1623426 C3 DE 1623426C3
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vervollkommnung des opto-elektronischen Verfahrens zur Aufnahme von Wärmebildern durch Aufklärungsflugkörper nach Patent 1 623 425.
Bei dem genannten Verfahren besitzt die Abtasteinheit einen vorgegebenen Blickwinkel ω und zerlegt das überflogene Gelände in quer zur Flugrichtung laufende Streifen, die nacheinander von einer Seite zur andern · abgetastet werden. Die aus dem angegebenen Blickwinkel aufgenommene Wärmestrahlung wird auf η in Reihe angeordnete Empfangselemente übertragen, von denen jedes die Strahlung aus einem Blickwinkel ω/η empfängt und nach einer opto-elektronischen Umwandlung getrennt als elektrische Signale weitergibt. Diese elektrischen Signale werden nach Verstärkung wieder in optische Signale umgewandelt, die zur Aufzeichnung eines Wärmebildes dienen.
Da die Geländestreifen durch ein rotierendes Prismen- oder Spiegelsystem abgetastet werden und die Entfernung vom Flugkörper zu den einzelnen abgetasteten Flächenelementen des Geländestreifens von der Mittelstellung nach außen zunimmt, vergrößert sich wegen des konstanten Blickwinkels ω gleichzeitig die vom Abtastgerät erfaßte Breite des Flächenelements.
Der vom Aufnahmegerät bei einer vollen Schwenkbewegung des Prismen- oder Spiegelsystems aufgenommene Geländestreifen hat deshalb keine rechteckige Form, sondern die Form eines in der Mitte schmalen, nach den Enden zu sich verbreiternden Streifens.
Bei der Filmaufzeichnung des Wärmebildes des Geländestreifens tritt diese Verbreiterung nicht auf, weil bei der im vorgenannten Patent beschriebenen Aufzeichnung mit Lumineszenzdioden durch die Fiberplatte nicht nur die Blickwinkel, sondern auch die Abbildung der Leuchtfläche der Lumineszenzdiode auf dem Film unabhängig vom Abtastwinkel ist. Der nach außen sich verbreiternde Geländestreifen wird also auf dem Film als Streifen mit gleichbleibender Breite dargestellt, so daß die äußeren Flächenelemente in einem kleineren Maßstab wiedergegeben werden können als die inneren.
Wenn es möglich wäre, mit Hilfe einer schwenkbaren Optik — etwa durch gleichzeitige Veränderung der Brennweite mit dem Abtastwinkel — die Geländestreifen so aufzunehmen, daß sie über ihre ganze Länge die gleiche Breite haben, so könnte man
die Winkelgeschwindigkeit der Schwenkbewegung im Verhältnis zur Geschwindigkeit des Flugkörpers und der Flughöhe so wählen, daß die aufgenommenen Geländestreifen unmittelbar aneinandergrenzen. Da die aufgenommenen Geländestreifen sich jedoch von der Mitte nach außen verbreitern, so ist es zweckmäßig, die Abtastgeschwindigkeit so mit der Fluggeschwindigkeit und der Flughöhe abzustimmen, daß die aufgenommenen Geländestreifen an ihrer schmälsten Stelle aneinanderstoßen. Nimmt man aber die Geländestreifen in der angegebenen Weise auf, so überdecken sie sich teilweise mit den breiteren äußeren Flächenelementen.
Durch diese Überdeckung bei der Aufnahme und das Nebeneinanderliegen ohne Überdeckung bei der Wiedergabe wird das Wärmebild verzerrt wiedergegeben, und es kann vorkommen, daß in den sich überdeckenden Zipfeln zweier aufeinanderfolgender Geländestreifen ein Objekt zweimal abgetastet wird, und auch bei der Wiedergabe zweimal, jedoch an verschiedenen Stellen des Filmes erscheint.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren so auszubauen, daß Fehlmeldungen der genannten Art verschwinden bzw. daß sie durch die Überdeckung auftretenden Verzerrungen des Wärmebildes unmöglich werden.
Diese Aufgabe läßt sich auf zweierlei Art lösen.
Die erste Lösung besteht darin, daß beim Abtasten des Geländes der Blickwinkel der Abtastvorrichtung derart geändert wird, daß ein gleich breiter Geländestreifen abgetastet und dadurch der Form der durch die Lumineszenz-Dioden auf den Film übertragenen Streifen angepaßt wird.
Das kann z. B. dadurch geschehen, daß mit der Zunahme des Abtastwinkels in definierter Weise außenliegende Empfangszellen abgeschaltet werden unter gleichzeitigem Anschließen der außenliegenden Lumineszenz-Dioden an weiter innenliegende Empfangselemente.
Die Lumineszenz-Dioden bekommen dadurch nur solche Signale, die von einem gleich breiten Geländestreifen aufgenommen werden, Überdeckungen sind ausgeschlossen.
Eine weitere Möglichkeit zur Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Form der durch die Lumineszenz-Dioden auf den Film übertragenen Streifen der Form der beim Abtasten von den Empfangselementen aufgenommenen Streifen angepaßt wird.
Bei dieser Aufnahmeart behält das aufgenommene Bild die Form des von innen nach außen breiter werdenden Geländestreifens bei. Um zu vermeiden, daß in der Mitte Geländeteile nicht erfaßt werden, wird die Geschwindigkeit der Schwenkbewegung des beweglichen Bildes der Aufnahmeoptik im Verhältnis zur Geschwindigkeit des Flugkörpers, der Apertur der Aufnahmeoptik und dem Abstand des Flugkörpers vom Boden so gewählt, daß je zwei aufeinanderfolgende Streifen sich an ihrer schmälsten Stelle berühren.
Die Überdeckung der einzelnen Streifen in den Außenregionen wird hierbei bewußt in Kauf genommen.
Bei diesem Verfahren erhalten die Empfangselemente Strahlungen aus verschieden breiten Geländestreifen, wobei die sich überdeckenden Zipfel der Geländestreifen zweimal aufgenommen werden.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung werden die von den Empfangselementen bei einer Schwenkbewegung der Empfangsoptik von ihrer Mittellage nach außen in immer kleinerem Maßstab aufgenommenen Bildelemente in der auf die Lumineszenz-Dioden folgenden Optik in gleicher Weise und im gleichen Maße wieder vergrößert, so daß das auf den Filmstreifen übertragene Bild in seiner Form der Form des aufgenommenen Geländestreifens entspricht.
Bei dieser Art der Wiedergabe überdecken sich
ίο auch bei der Wiedergabe die äußeren Zipfel zweier aufeinanderfolgender Streifen. Das hat zur Folge, daß ein in einem Zipfel des Geländestreifens liegendes Objekt zwar zweimal aufgenommen, aber trotz Doppelbelichtung nur einmal wiedergegeben wird.
Die zweifache Aufnahme wirkt sich sogar günstig aus, weil die Aufnahmezeit dadurch praktisch verlängert wird.
Die Vergrößerung der Außenzonen in dem wiedergegebenen Bild kann auf verschiedene Weise erfolgen. Als sehr einfach und zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn man die Glasfaseroptik hierfür heranzieht. Das könnte beispielsweise so gemacht werden, daß man die Austrittsöffnungen der Glasfasern an der dem Film gegenüberliegenden, planen Seite von innen nach außen in einem bestimmten Verhältnis vergrößert. Mit anderen Worten, die Austrittsquerschnitte der Glasfasern nehmen an ihrer planen Austrittsseite von der Mitte nach den beiden Enden stetig zu.
Diese Vergrößerung der Austrittsquerschnitte kann man dadurch erzielen, daß man die an sich homogenen Glasfasern an ihrem Austrittsende in allmählich sich erweiternde Glasfaser-Vergrößerungselemente übergehen läßt, wobei die Vergrößerung um
so stärker wird, je weiter die Fasern von der mittleren Zone des Glasfaserpaketes entfernt sind. Die Zunahme der Vergrößerung könnte stetig erfolgen. Es empfiehlt sich jedoch, sie stufenweise vorzunehmen, um die Herstellung zu vereinfachen. Der Nachteil der sprunghaften Vergrößerung kann hier in Kauf genommen werden, da er sich bei der sehr geringen
Breite der Streifen praktisch nicht bemerkbar macht.
Eine andere Möglichkeit, um eine Vergrößerung
des Austrittsquerschnitts zu erzielen, besteht darin,
daß man die Glasfasern, statt sie lotrecht auf die plane Austrittsfläche auftreffen zu lassen, unter einem definierten Winkel auf die plane Fläche führt.
Der Winkel muß um so spitzer sein, je weiter die Glasfaser von der Mitte des Glasfaserpaketes entfernt ist. Die planen Endflächen der Fibern sind dann Ellipsen verschiedener Exzentrizitäten. Auf die Weise erhält man eine stetige Vergrößerung des von den Lumineszenz-Dioden kommenden Bildes, wodurch die bei der Aufnahme des Geländestreifens verursachte Veränderung des Maßstabes wieder aufgehoben wird.
Die Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens und der Vorrichtung sind nicht beschränkt auf Aufklärungsflugkörper. Sie können vielmehr überall da zur Anwendung kommen, wo durch eine Schwenkbewegung einer Aufnahmeoptik von einem Punkte aus ein auf einer Geraden sich erstreckender Geländestreifen abgetastet wird.
In den Figuren sind die Ergebnisse der verschie-
denen Verfahren und die Mittel zur Vermeidung von Fehlanzeigen wiedergegeben, dabei zeigt
F i g. 1 · die Abtastung,
Fig. 2 die Wiedergabe zweier Streifen, die mit
bekannten Mitteln bei von der Mitte nach außen zunehmender Breite abgetastet sind,
F i g. 3, 4 und 5 verschiedene Schaltungen der Empfangselemente auf die Lumineszenz-Dioden zwecks Anpassung des abgetasteten Streifens an den auf den Film übertragenen Streifen, F i g. 6 die Abtastung,
F i g. 7 die Wiedergabe zweier Streifen, die unter Anwendung der Schaltungen nach den Fig. 3, 4 und 5 abgetastet sind,
Fig. 8 die filmseitigen Austrittsquerschnitte der Glasfasern mit Glasfaser-Vergrößerungselementen,
Fig. 9 Blick auf die Glasfaser-Vergrößerungselemente von unten,
11/31, 12/32, Schalter 48 bis 52 eingeschaltet. Die Leitung 3/23 enthält außerdem einen weiteren Schalter 53, die Leitung 10/30 einen weiteren Schalter 60. Bei einer Abtastbewegung von innen nach außen sind zunächst sämtliche Verbindungsleitungen eingeschaltet. Während sich der aufgenommene Strahl nach außen bewegt, werden dann erst die Schalter 41 und 52 in der aus F i g. 4 ersichtlichen Weise umgelegt und damit die Zellen 1 und 12 abgeschaltet. Die
ίο Dioden 21 und 32 erhalten weiterhin Strom über die Leitungen 2/22 und 11/31. Bei weiterer Auswärtsbewegung des Strahls werden die Leitungen 2/22 und 11/31 unterbrochen, wobei gleichzeitig durch Umlegung der Schalter 32 und 50, die Diode 23 an das
Fig. 10 die Wiedersähe eines nach dem Verfah- 15 Empfangselement 4 und die Diode 30 an das Empren gemäß Fig. 1 abgetasteten Streifens mit Hilfe fangselement 9 angeschlossen wird. Bewegt sich der
von Glasfaser-Vergrößerungselementen gemäß Fig. 8 und 9,
Fig. 11, 12 und 13 je einen Schnitt durch den dem Film zugewandten Teil der Formstücke mit dem letzten Stück einer Glasfaser vor dem abgeschnittenen Ende, und zwar in den Schnittebenen A-A, B-B, C-C der Fig. 14,
Fig. 14 eine Ansicht der Formstücke mit eingepreßten Glasfasern vom Film her gesehen,
Strahl noch weiter nach außen, so werden auch die Empfangszellen 3 und 10 abgeschaltet, wobei sich das Schaltbild gemäß Fi g. 5 ergibt.
Bei dieser Schaltung ist die Empfangszelle 4 mit den Dioden 21/22, die Empfangszelle 5 mit den Dioden 23/24 und die Empfangszelle 6 mit den Dioden 25 und 26 verbunden. Ebenso ist die Empfangszelle 7 mit den Dioden 27/28, die Empfangszelle 8 mit den Dioden 29/30 und die Empfangsll 9 i d Did 1
Es sei angenommen, der Flugkörper bewege sich von oben nach unten. Weiterhin sei angenommen, daß die Drehrichtung des Aufnahmegerätes entgegen dem Uhrzeigersinn verläuft.
Unter diesen Voraussetzungen wird zunächst der festumrandete Streifen 16 von rechts nach links, d. h. von innen nach außen abgetastet. Da der Streifen nach außen zu breiter wird und die · Abtast-
Fig. 15 einen Schnitt durch die Haltestücke mit zelle 9 mit den Dioden 31/32 verbunden. Jedes einem Glasfaserstrang, Empfangselement ist somit mit zwei Dioden verbun-
Fig. 16 die Wiedergabe zweier nach dem gleichen den·
Verfahren wie bei F i g. 1 abgetasteter, benachbarter Beim Abtasten zweier aufeinanderfolgender Ge-
Streifen nach dem durch die Fig. 11 bis 15 erläuter- 3° ländestreifen wirkt sich dies so aus, daß bei Beweten Verfahren. gung des Strahls von innen nach außen zuerst die
Streifen 13 und 17 des Streifens 16, dann die Streifen 14/18 und schließlich die Streifen 15 und 19 nicht abgetastet werden, so daß bei einem Abtast-Vorgang ein im wesentlichen gleich breiter Streifen aufgenommen wird.
Das gleiche gilt für den anschließend aufgenommenen Streifen 36, bei welchem nacheinander die Streifen 33 und 37, 34 und 38, 35 und 39 abgegeschwindigkeit mit Fluggeschwindigkeit und Flug- 40 schaltet werden. Dadurch wird erreicht, daß der bei höhe so abgestimmt ist, daß je zwei aufeinander- den seitherigen Abtastverfahren doppelt abgetastete folgende Streifen, in diesem Fall 16 und 36, sich an Zipfel 20 (Fig. 1) nur einmal abgetastet wird, und ihrer schmälsten Stelle berühren, entsteht nach zwar in dem durch die Teilstreifen 33/34/35 abgeaußen ein Zipfel 20, der sowohl beim ersten Ab- deckten Gebiet beim Abtasten des Streifens 16 und tastvorgang (Abtaststreifen 16) als auch beim zweiten 45 in dem durch die Teilstreifen 17,18,19 abgedeckten Abtastvorgang (Abtaststreifen 36) aufgenommen Gebiet beim Abtasten des Streifens 36. wird. Bei der Wiedergabe der so abgetasteten Gelände-
Bei der Wiedergabe der so aufgenommenen Strei- streifen erscheint der Panzer 57 nur einmal als Bild fen nach den bisher bekannten Verfahren erscheinen 67> in derselben Größe wie der in der Mitte aufgedie zwei aufeinanderfolgenden Streifen 16 und 36 als 50 nommene Panzer 58 als Bild 68. Bei diesem Verfah-Streifen gleicher Breite 46 und 56, wobei die an der ren wird somit der abgetastete Streifen in seiner äußeren Kante wahrgenommenen Gegenstände in Form dem wiedergegebenen Streifen (F i g. 7) angeverkleinertem Maßstab dargestellt werden. Paßt·
Ein in der Mitte des Streifens wahrgenommener Bei den A b b. 8 und 9 sind die dem Film 55
Panzer 58 erscheint in der Bildwiedergabe als unver- 55 gegenüberliegenden Enden der einzelnen Stränge zerrtes Bild 68. Befindet sich jedoch ein Panzer 57 eines Glasfiberpaketes wiedergegeben, zufällig in dem doppelt abgetasteten Zipfel 20, so Die einzelnen Glasfiberstränge sind dabei mit 70
erscheint er in dem wiedergegebenen Bild zwar ver- bis 79 bezeichnet. Während die Stränge 74 und 75 kürzt, aber doppelt als Bild 67/47. unverändert an den Film herangeführt sind, gehen
Diese Verzerrung kann durch zeitweises Abschal- 60 die Stränge 73 bis 77 in nach außen zu immer breiter ten einzelner Empfangselemente aufgehoben werden. werdende Fibervergrößerungselemente 83 bis 80 über. In den Fig. 3 bis 5 sind die Empfangselemente Genauso endigen die Glasfiberstränge77/79 in Fibermit 1 bis 12, die von ihnen gespeisten Dioden mit 21 Vergrößerungselementen 86 bis 89. bis 32 bezeichnet. 41 bis 45 sind Schalter, die in die Die Vergrößerungselemente haben zur Folge, daß
Verbindungsleitungen Empfangselement/Diode 1/21, 65 der auf dem Film wiedergegebene Streifen sich eben- 2/22,3/23, 4/24, 5/25 eingeschaltet sind. In ähnlicher falls von innen nach außen verbreitert, wie es in Weise sind in die Verbindungsleitungen zwischen den Fig. 10 dargestellt ist. Hierbei überdecken sich auch Empfangselementen und den Dioden 8/28,9/29,10/30, auf dem Film zwei nacheinander wiedergegebene
Streifen in einem Zipfel 40. Ein in dem Zipfel 20 (Fig. 1) abgetasteter Panzer 57 erscheint daher nunmehr ebenfalls als einzelner Panzer 67 und liegt in dem doppelt wiedergegebenen Zipfel 40.
Hier ist also das wiedergegebene Bild in seiner Form dem abgetasteten Geländestreifen angepaßt, wodurch Verzerrungen ausgeschaltet werden.
Man kann eine ähnliche Wirkung wie bei der Vorrichtung nach den Fig. 8 und 9 auch dadurch erzielen, daß man die Glasflberstränge beim Austritt aus den dem Film gegenüberliegenden Formstücken schräg abschneidet, wie das in den Fig. 11 und 15 wiedergegeben ist.
Während die Fig. 14 und 15 das Glasfiberpaket 54 mit den am Ende angebrachten Formstücken 61 und 62 wiedergeben, zeigen die Abb. 11 bis 13 Teilschnitte in den Ebenen A-A, B-B und C-C in vergrößertem Maßstab.
Um am Austritt die nötige Schräge zu erreichen, sind die einzelnen Glasfiberstränge in verschiedener Form gebogen. Fig. 15 zeigt beispielsweise einen Schnitt in der Ebene A-A mit dem Glasfiberstrang 64. Ein weiterer Strang der annähernd lotrecht aus den Teilstücken 21, 22 austritt, ist durch die Linie 66 angedeutet.
Wie aus den Abbildungen ersichtlich, nimmt der Winkel, unter dem die Glasfibern in dem letzten Stück vor dem Austritt geführt sind, von außen nach innen zu. So trifft beispielsweise der Strang 64 in Fig. 11 unter einem spitzeren Winkel auf die Austrittsebene auf, als der Strang 65 in F i g. 12 und der Winkel den dieser Strang mit der Austrittsebene bildet ist wiederum spitzer als der, den Strang 66 mit der Austrittsebene bildet, der etwa 90° entspricht.
Die Schnittflächen durch die einzelnen Stränge bilden Ellipsen verschiedener Exzentrizität, wie aus den Abb. 84, 85 hervorgeht. Die Schnitte 63 sind,
ίο dem Auftreffwinkel von 90° entsprechend, kreisförmig.
Das Ergebnis der besprochenen Korrektureinrichtung ist in Fig. 16 dargestellt. Auch diese Figur zeigt die Wiedergabe zweier verbreiterter und damit der Form der abgetasteten Flächen angepaßten Streifen.
Der von beiden Streifen überdeckte Zipfel ist mit 40 bezeichnet. Der ausgezogen umrandete Streifen mit 46, der gestrichelt umrandete Streifen mit 56.
Aus der Wiedergabe ist zu ersehen, daß entsprechend dem aufgenommenen Streifen (Fig. 1) nur ein Panzer 57 in einem Bild 67 wiedergegeben wird.
Das Bild ist lediglich dadurch gegenüber dem normalen Bild 68 verzerrt, daß die Breite in verkleinertem Maßstab wiedergegeben wird. Aber auch mit dieser Methode werden Doppeldarstellungen eines in dem Zipfel 20 (Fig. 1) abgetasteten Gegenstandes mit Sicherheit vermieden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
209 583/99

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Opto-elektronisches Verfahren zur Aufnahme von Wärmebildern durch Aufklärungsflugkörper, wobei die aufgenommene Wärmestrahlung auf mehrere Empfangselemente aufgeteilt wird, welche nach einer opto-elektronischen Umwandlung getrennt elektrische Signale liefern, die nach Verstärkung und weiterer Umwandlung in optische Signale zur Aufzeichnung eines Wärmebildes dienen, nach Patent 1 623 425, d a durch gekennzeichnet, daß die Form des beim Abtasten von den Empfangselementen aufgenommenen Streifens der Form des durch die Lumineszenz-Dioden auf den Film übertragenen Streifens angepaßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Abweichung der aufgenommenen Strahlen aus der Mittellage mehr und mehr außenliegende Empfangszellen abgeschaltet werden, unter gleichzeitigem Anschluß der außenliegenden Lumineszenz-Dioden an weiter innen liegende Empfangselemente.
3. Opto-elektronisches Verfahren zur Aufnahme von Wärmebildern durch Aufklärungsflugkörper, wobei die aufgenommene Wärmestrahlung auf mehrere Empfangselemente aufgeteilt wird, welche nach einer opto-elektronischen Umwandlung getrennt elektrische Signale liefern, die nach Verstärkung und weiterer Umwandlung in optische Signale zur Aufzeichnung eines Wärmebildes dienen nach Patent 1 623 425, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des durch die Lumineszenz-Dioden auf den Film übertragenen Streifens der Form des beim Abtasten von den Empfangselementen aufgenommenen Streifens angepaßt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Schwenkbewegung des bewegten Teils der Aufnahmeoptik im Verhältnis zur Geschwindigkeit des Flugkörpers, der Apertur der Aufnahmeoptik und dem Abstand des Flugkörpers vom Boden so gewählt wird, daß je zwei aufeinanderfolgende Streifen sich an ihrer schmälsten Stelle gerade berühren, nach außen zu jedoch sich teilweise überdecken.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Empfangselementen bei einer Schwenkbewegung der Empfangsoptik von ihrer Mittellage nach außen in immer kleinerem Maßstab aufgenommenen Bildelemente in der auf die Lumineszenz-Dioden folgenden Optik in gleicher Weise und in gleichem Verhältnis wieder vergrößert werden.
6. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfiberoptik an ihrer planen Austrittsseite so ausgebildet ist, daß die Austrittsquerschnitte der einzelnen Glasfibern von der Mitte nach den beiden Enden zu stetig zunehmen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Glasfibern an ihren der planen Austrittsseite zugewandten Enden in Glasfiber-Vergrößerungselemente übergehen, wobei die Vergrößerung um so stärker wird, je weiter die Fibern von der mittleren Zone entfernt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Fibern schräg in die plane Austrittsfläche einmünden, wobei der Austrittswinkel um so kleiner wird, je weiter die einzelnen Fibern von der mittleren Zone des Pakets entfernt sind.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfibern zwischen zwei Formkörpern eingeklemmt sind.
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