DE1762927B2

DE1762927B2 - Vorrichtung zur wiedergabe von isodensitaetslinien auf dem schirm einer bildroehre

Info

Publication number: DE1762927B2
Application number: DE19681762927
Authority: DE
Inventors: Michel Rene Sevres Hauts-De-Seine Jatteau (Frankreich)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1967-09-26
Filing date: 1968-09-24
Publication date: 1976-03-25
Also published as: BE721336A; DK137259C; US3711642A; SE339338B; DK137259B; GB1224670A; DE1762927C3; NL6813539A; ES358462A1; NO123539B; DE1762927A1; AT290165B; FR1545782A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wiedergeben von Isodensitätslinien auf dem Schirm einer Bildröhre, welche Vorrichtung einen Strahlungsdetektor zum Auffangen der Strahlungen der unterschiedlichen Teile des aufzunehmenden Bildes, eine Anzahl von Verstärkerstufen, denen das Ausgangssignal dieses Detektors zugeführt wird, eine Bildröhre und einen Selektor enthält, der die der wiederzugebenden Isodensitätslinie entsprechenden Signaländerungen selektiert und einer Steuerelektrode der Bildröhre zum Ändern der Helligkeit auf dem Schirm zuführt.

In vielen Fällen ist es erwünscht, in einem bestimmten Bild, z. B. einem Röntgenbild oder einem radioaktiven Bild oder bei der Detektion eines Temperaturbildes, Linien gleicher Stärke, sogenannte Isodentitätslinien, zu selektieren, insbesondere bei einem Temperaturbild, das Infrarotstrahlen aussendet, wo diese Linien Isothermen genannt werden. Im letzteren Falle ist der Strahlungsdetektor ein Infrarotdetektor, der in Reihenfolge die Strahlungen der verschiedenen Teile des aufzunehmenden Bildes durch optoelektrische oder optomechanische Abtastorgane abtastet und in elektrische Signale umwandelt.

Der Detektor ist gewöhnlich mit einer Bildröhre, z. B. des Elektronenstrahltyps, durch eine Reihe von

Verstärkerstufen verbunden. Auf dem Schirm dieser Röhre, deren Ablenkmittel synchron mit den mit dem Detektor verbundenen Abtastmitteln gesteuert werden, wird ein Bild erzeugt, dessen hellste Teile den wärmsten Zonen des untersuchten Feldes entsprechen, während die kältesten Teile des Feldes mit geringerer Helligkeit auf dem Schirm wiedergegeben werden.

Es können sehr große Temperaturunterschiede zwischen den unterschiedlichen Teilen des untersuchten Feldes auftreten. Um das Bild gut analysieren zu können, ist es erwünscht, gleichzeitig alle der gleichen Beobachtungstemperatur entsprechenden Bildpunkte lokalisieren zu können, d. h. die isothermischen Kurven oder Zonen um diese Temperatur hervorzuheben, und es ist gleichfalls erwünscht, diese Beobachtungstemperatur nach Wunsch selektieren zu können.

In der FR-PS 14 42 817 ist bereits beschrieben, solche Isothermen auf dem Schirm einer Elektronenstrahlröhre dadurch zu schreiben, daß einem Punkt der Reihe von Verstärkerstufen ein »Kontrollsignal« entnommen wird, das einem bestimmten Spannungspegel an diesem Punkt entspricht und das der Bildröhre zugeführt wird, um die Helligkeit des auf dem Schirm wiedergegebenen Punktes momentan zu erhöhen. Die Isotherme erscheint dann in Form einer hellen Linie auf diesem Schirm. Die Wahl der Beobachtungstemperatur, der die so geschriebene Isotherme entspricht, gründet sich auf die Wahl des Spannungspegels, dem das Kontrollsignal entspricht

Eine Vorrichtung dieser Art hat die nachfolgenden Nachteile:

Die Bahn der Isothermen kann durch Änderung der Betriebsverhältnisse der dem Anzapfungspunkt des Kontrollsignals vorangehenden Verstärkerstufen gestört werden, welche Änderungen insbesondere von hohen Amplituden der diesen Stufen zugeführten Signale zurückzuführen sind.

Das Rauschen des Detektors wird auf unerwünschte Weise vergrößert, wenn die selektierte Beobachtungstemperatur einem Arbeitspunkt des Detektors ent- spricht, der verhältnismäßig weit von dem optimalen Arbeitspunkt entfernt ist, was sich auf die Genauigkeit der Bahn auswirkt.

Die vorliegende Erfindung behebt diese Nachteile in besonders einfacher Weise und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Selektor einen ersten Begrenzer enthält, der ein erstes Signal liefert, dessen Minimalwert bei einem unteren zu selektierenden Pegel m liegt und dessen Maximalwert bei einem oberen zu selektierenden Pegel /7s des Eingangssignals liegt, wobei ein zweiter Begrenzer vorgesehen ist, der ein zweites Ausgangssignal liefert, dessen Minimalwert bei dem oberen zu selektierenden Pegel ifcdes Eingangssignals liegt, wobei beide Ausgangssignale in einer weiteren Stufe voneinander abgezogen werden, bevor sie der erwähnten Steuerelektrode der Bildröhre zugeführt werden.

Die Erfindung wird an Hand der schematischen F i g. 1 bis 3 nachstehend näher erläutert.

Die Figuren zeigen lediglich die für ein gutes Verständnis der Erfindung notwendigen Einzelteile, die in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.

F i g. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung;

F i g. 2 zeigt ein Schaltbild eines Polarisationsreglers;

F i g. 3 zeigt die Signaländerungen als Funktion der Zeit;

F i g. 4 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Pegelselektorsnach Fig. 1,und

F i g. 5 zeigt eine zweite mögliche Ausführungsform eines solchen Selektors.

F i g. 1 zeigt einen Punktdetektor 2, z. B. eine photoelektrische Zelle oder photoleitende Zelle, die durch ein optomechanisches Abtastsystem 4 die Strahlung F des zu untersuchenden Gegenstandes auffängt. Wenn ein Temperaturbild aufgenommen werden soll, ist die Strahlung F eine Infrarotstrahlung, und im Falle eines radioaktiven Bildes ist die Strahlung F radioaktive Strahlung. Das System 4 wird durch den gleichen Kreis 5 gesteuert wie die Ablenkplatten 6 der Bildröhre 8, so daß wie bekannt der Synchronismus zwischen der Analyse des Gegenstandes und der des Bildes sichergestellt ist. Der Detektor 2 ist mit einem Polarisationsregler 10 versehen, der parallel zu sich selber das Ganze der Kennlinie verschieben kann, welche die Änderung des Ausgangspegels dieses Detektors als Funktion der Belichtung darstellt. Wenn dieser Detektor eine photoelektrische Zelle ist, kann dieser Regler einfach ein Speiseelement mit regelbarer Spannung sein. Wenn der Detektor eine photoleitende Zelle ist, ist dies nicht möglich, da Detektoren dieser Art optimale Eigenschaften bei einem bestimmten Polarisationsstrom aufweisen, der im allgemeinen zu hoch ist, um als Eingangsreferenz dienen zu können. Es ist somit notwendig, eine Differentialschaltung oder eine Kompensationsschaltung vorzusehen, wodurch die Ausgangssignaländerungen um einen festen Bezugspegel, z. B. Null, untergebracht werden können.

Die photoleitenden Detektoren können z. B. in eine Wheatstonesche Brücke nach Fig.2 aufgenommen werden, die bei 12 mit einer stabilisierten Gleichspannung bei einem bestimmten Wert der eintreffenden Strahlung über einen einstellbaren Widerstand 14 eingespeist wird. Das Ausgangssignal wird zwischen den Klemmen 16 und 18 entnommen.

F i g. 1 zeigt den nicht sättigbaren, linearen Verstärker 20 für alle möglichen Pegel des Ausgangssignals des Detektors 2, einen veränderlichen Abschwächer 21, eine Reihe von Verstärkerstufen, wie 22 und 24, z. B. Operationsverstärker, was bedeutet, daß sie eine hohe Verstärkung aufweisen und mit je einem Rückkoppelkreis versehen sind, der diese Verstärkung verringert und stabilisiert. Jeder der Stufen 22 und 24 geht eine bekannte Begrenzungsvorrichtung 26 und 28 mit Dioden voran, die das Eingangssignal des Verstärkers derart begrenzen, daß unabhängig von der Amplitude des Signals am Eingang der Begrenzungsvorrichtung die Sättigung des Verstärkers verhindert wird. Alle diese Elemente passieren im Prinzip die Gleichspannungskomponente des Signals, oder sie enthalten Gleichspannungs-Wiederherstellungsschaltungen.

Das so verstärkte und in der Amplitude begrenzte Signal erreicht den Selektor 30, der zwischen zwei Spannungspegeln, einem unteren Pegel m und einem oberen Pegel n_s, einen engeren Durchgang in bezug auf das Ausgangssignal des Detektors 2 bestimmt, als der Durchgang, der durch die Begrenzungsvorrichtung 28 bestimmt wird und der an sich enger ist als der Durchgang, der durch die vorangehenden Begrenzungsvorrichtungen 26 bestimmt wird. Die Möglichkeit Hegt vor, die Begrenzungsvorrichtungen 26 und 28 wegzulassen, indem der Selektor 30 vor der Verstärkerstufe 22 angebracht wird. Eine elektronische Selektion von Spannungspegeln läßt sich jedoch leichter nach Verstärkung der Signale vollführen als auf niedrigen Pegeln. Die hier gewählte Vorrichtung ermöglicht

außerdem, zur Regelung der Breite des selektierten Pegeldurchgangs eine Änderung der Verstärkung des Verstärkerkreises statt einer weniger bequemen Änderung der selektierten Pegel m und m durchzuführen. Diese Verstärkungsänderung wird durch den Abschwächer 21 erhalten, mittels dessen die Breite des beibehaltenen Temperaturintervalls geregelt werden kann und der in Werten der Temperaturabweichungen geeicht werden kann. Die mittlere Beobachtungstemperatur wird durch den Polarisationsregler 10 geregelt, der in Temperatureinheiten geeicht werden kann. Die Ausgangssignale des Detektors zum Schreiben der Isothermen und die somit bei 30 selektiert werden, werden somit um einen zeitlich. konstanten Pegel verteilt, wodurch, wenn bei dem Bau des Gerätes dieser Pegel gleich dem Pegel gewählt wird, bei dem das Signal-Rausch-Verhältnis des Detektors optimal ist, der Einfluß des Rauschens auf die Bahn der Isothermen unabhängig von der mittleren Beobachtungstemperatur auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden kann.

Der Selektor 30 kann die in Fig.4 dargestellte Ausführungsform haben. Die Figur zeigt eine erste Gleichspannungsquelle 42, die eine zu Erde positive Gleichspannung entsprechend dem unteren zu selektierenden Spannungspegel m liefert. Die Quelle 42 ist über einen Widerstand 43 mit der Kathode einer ersten Diode Di verbunden, deren Anode über einen Eingangswiderstand 44 an die mit dem Verstärker 24 verbundene Eingangsklemme 45 angeschlossen ist. Die Kathode der Diode Di ist über einen Ausgangswiderstand 46 mit Erde verbunden und ist außerdem über die mit 32' bezeichnete Ausgangsklemme an einen ersten Eingang der Verstärker- und Addierstufe 32 angeschlossen. Die Anode der Diode Di ist ferner mit der Anode einer zweiten Diode Di verbunden, deren Kathode an eine zweite Gleichspannungsquelle 47 angeschlossen ist, die eine zu Erde positive Gleichspannung liefert, die dem oberen zu selektierenden Pegel ns entspricht.

Ferner ist die Quelle 47 über einen Widerstand 48 mit der Kathode einer dritten Diode Eh verbunden, deren Anode über einen weiteren Eingangswiderstand 50 an die Eingangsklemme 45 angeschlossen ist. Die Kathode der Diode Di ist über den Widerstand 49 mit Erde verbunden und ist außerdem über die mit 40' bezeichnete Ausgangsklemme an einen Eingang der Umkehrstufe 40 angeschlossen.

Die Wirkungsweise des Selektors 30 ist folgende: So lange das Eingangssignal Ve von dem Verstärker 24 nach F i g. 3a unterhalb des Pegels m liegt, sind die drei Dioden Di, Di und Di gesperrt. Das Signal der Klemme 32' in F i g. 4 nimmt somit den Pegel tu und die Klemme 40' nimmt den Pegel n_s an. Übersteigt zum Zeitpunkt ti das Eingangssignal Ve den Pegel tu, aber unterschreitet den Pegel n_s (Zeitspanne fi bis te),'so wird die Diode D\ leitend, aber die Dioden Di und Ds sind nach wir vor gesperrt. Das Signal an der Klemme 32' folgt somit dem Eingangssignal Ve und nimmt in der Zeitspanne fi bis ti die in Fig.3b dargestellte Form an. Überschreitet das Eingangssignal Ve den Pegel n_s (zum Zeitpunkt ti), so werden außerdem die Dioden Di und Di leitend. Da die Kathode der Diode Di direkt an die Quelle angeschlossen ist, bleibt die Spannung an der Klemme 32' auf dem Pegel ns beibehalten, so daß das Signal an der Klemme 32 in der Zeitspanne ti bis ß die in F i g. 3b dargestellte Gestalt hat.

Außerdem wird in der Zeitspanne te bis'ö das Signal an der Klemme 40' dem Eingangssignal folgen. Das Ausgangssignal an der Klemme 40' wird in der Umkehrstufe 40 in der Phase umgekehrt und im Verstärker 38 verstärkt und hat dann die in Fig.3c dargestellte Gestalt.

Nach dem Zeitpunkt ß werden die Dioden Di und Di wieder gesperrt. Infolgedessen nimmt das Signal an der Klemme 40' den Wert ns an, und das Signal an der Klemme 32' folgt dem Eingangssignal. Nach dem Zeitpunkt ti wird auch die Diode Di wieder gesperrt und nimmt das Signal an der Klemme 32' den Wert n/an, ίο Bei geschlossenem Schalter 36 und geöffnetem Schalter 41 erscheinen an den an sie angeschlossenen Eingängen des Verstärkers und Addierstufe 32 die Signale nach den F i g. 3b bzw. 3c. Diese Signale werden addiert, und an dem Ausgang der Stufe 32 erscheint dann das Signal nach Fig.3d. Es soll darauf geachtet werden (z. B. durch Blockierschaltungen am Verstärker 32), daß die Pegel m (nach den F i g. 3b und 3c) gleich bleiben. Es ist notwendig, da die beiden Signale über verschiedene Wege den Verstärker 32 erreichen, wobei der Pegel n_s des Signals nach F i g. 3b sich in bezug auf den Pegel n_s des Signals nach F i g. 3c verschieben kann. Obgleich in der Ausführungsform nach Fig.4 ein sehr einfacher und effektiv wirksamer Selektor 30 beschrieben ist, lassen sich selbstverständlich auch andere Ausführungsformen verwenden. Es kann z.B. der erste Begrenzer als Emitterfolger ausgebildet sein, dessen Emitter über einen Spannungsteiler auf den Pegel m und dessen Kollektor auf den Pegel ns eingestellt sind. Der zweite Begrenzer kann auch ein Transistor sein, dessen Emitter an einen Spannungspegel ns angeschlossen ist, während das Ausgangssignal dem Kollektor entnommen wird. Dieser zweite Transistor bringt außerdem die Umkehrung mit sich, so daß die Stufe 40 und gegebenenfalls die Stufe 38 wegfallen können. Eine solche Ausführungsform ist beispielsweise in F i g. 5 dargestellt. Das Ausgangssignal wird der Steuerelektrode 34, z. B. dem Wehnelt-Zylinder, zugeführt, welche die Helligkeit des auf dem Schirm der Röhre 8 wiedergegebenen Bildes steuert. Auf diesem Schirm ist bei geöffnetem Schalter 41 das Bild der Punkte des Gegenstandes mit einer Temperatur unterhalb des Beobachtungstemperaturintervalls dunkel, das Bild der Punkte mit einer Temperatur innerhalb dieses Intervalls ist veränderlich und das Bild der Punkte mit einer Temperatur oberhalb dieses Intervalls ist sehr hell. Die gewählte Isotherme erscheint mit mittlerer Helligkeit.

Wie in der älteren FR-PS 14 42 817 beschrieben ist, ist es außerdem erwünscht, das normale Videosignal auch auf dem Schirm der Bildröhre 8 sichtbar zu machen. Dies wird dadurch erzielt, daß nicht nur der Schalter 36, sondern auch der Schalter 41 geschlossen wird. Das nicht verstärkte Videosignal wird dann im Verstärker 51 bis zum erwünschten Pegel verstärkt und dann in der Zählstufe 32 den Signalen nach den Fig.3b und 3c zugezählt, was tatsächlich eine Addition des Signals nach Fig.3d mit dem unverstärkten Videosignal bedeutet. Tatsächlich wird somit wieder ein impulsförmiges Signal (Fig. 3d), das die Isotherme bzw. Isodensitätslinie bestimmt, dem Videosignal zugezählt, so daß der Beobachter eine Isodensitätslinie in dem normalen Bild sichtbar machen kann. Durch Öffnen des Schalters 41 kann lediglich die Isodensitätslinie sichtbar gemacht werden.

Obgleich vorstehend eine Vorrichtung beschrieben ist, die nur eine Isodensitätslinie sichtbar machen kann, können selbstverständlich durch Verdopplung oder Verdreifachung der Klemmen 21 bis 32 und 36 bis

mehrere Isodensitätslinien gleichzeitig sichtbar gemacht werden.

Außerdem wird einleuchten, das obgleich die Schaltung nach Fig.4 für ein positives Signal beschrieben ist, dies auch für ein negatives Signal gilt. Nur sollen dann die Polarität der Quellen 42 und 47 sowie die Anschlüsse der Dioden Di, Di und Ds umgekehrt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

ä Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Wiedergabe von Isodensitätslinien auf dem Schirm einer Bildröhre, welche Vorrichtung einen Strahlungsdetektor zum Auffangen der Strahlungen der unterschiedlichen Teile des aufzunehmenden Bildes, eine Anzahl von Verstärkerstufen, denen das Ausgangssignal dieses Detektors zugeführt wird, eine Bildröhre und einen Selektor enthält, der die der wiederzugebenden Isodensitätslinie entsprechenden Signaländerungen selektiert und einer Steuerelektrode der Bildröhre zum Ändern der Helligkeit auf dem Schirm zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß der Selektor (30) einen ersten Begrenzer (44, Di, 42,43,46, Di, 47) enthält, der ein erstes Signal liefert, dessen Minimalwert bei dem unteren zu selektierenden Pegel w liegt und dessen Maximalwert bei dem oberen zu selektierenden Pegel ns des Eingangssignals liegt, wobei ein zweiter Begrenzer (50, Dj, 48, 49) vorgesehen ist, der ein zweites Ausgangssignal liefert, dessen Minimalwert bei dem oberen zu selektierenden Pegel ns des Eingangssignals liegt und wobei die beiden Ausgangssignale in einer weiteren Stufe (32) voneinander abgezogen werden bevor sie der Steuerelektrode (34) der Bildröhre (8) zugeführt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Begrenzer des Selektors durch eine erste und zweite Diode {Di,- Di) gebildet wird, wobei das dem Selektor zugeführte Eingangs-

' signal über einen ersten Eingangswiderstand (44) gleichartigen Elektroden beider Dioden zugeführt wird und die andere Elektrode der ersten Diode (DiX die außerdem den Ausgang des ersten Begrenzers bildet, über eine Ausgangsimpedanz (43,46) auf den unteren zu selektierenden Pegel m vorgespannt wird, während die andere Elektrode der zweiten Diode (Dz) direkt auf den oberen zu selektierenden Pegel ns vorgespannt wird, wobei der zweite Begrenzer durch eine dritte Diode (Di) gebildet wird, von der eine erste Elektrode, die den das Eingangssignal empfangenden Elektroden des ersten Begrenzers entspricht, das Eingangssignal über einen zweiten Eingangswiderstand (50) erhält, während die andere Elektrode der dritten Diode, die gleichzeitig den Ausgang des zweiten Begrenzers bildet, über eine Ausgangsimpedanz (48, 49) auf den oberen zu selektierenden Pegel ns vorgespannt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsimpedanz des ersten Begrenzers durch zwei Widerstände (43,46) gebildet wird, von denen je ein Ende mit der anderen Elektrode der ersten Diode (Di) verbunden ist, wobei ein Widerstand (43) zu einer Klemme und der andere (46) zu der anderen Klemme einer Gleichspannungsquelle (42) führt, welche die Vorspannung für den unteren zu selektierenden Pegel n; liefert, wobei die Ausgangsimpedanz des zweiten Begren- &, zers ebenfalls aus zwei Widerständen (48, 49) besteht, von denen je ein Ende mit der anderen Elektrode der dritten Diode (Dj) verbunden ist, während ein Widerstand (48) dieser letzteren zwei zu einer Klemme und der andere (49) zu der anderen Klemme einer zweiten Gleichspannungsquelle (47) führen, welche die Vorspannung für den oberen zu selektierenden Pegel ns liefert, während die eine Klemme der zweiten Gleichspannungsquelle (47) außerdem direkt mit der anderen Elektrode der zweiten Diode (Dz) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtverstärkung der dem Selektor vorangehenden Stufen (21, 26, 22, 28, 24) regelbar ist, so daß eine veränderliche Amplitude des dem Selektor entstammenden Signals erhalten werden kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Diodenabschneidevorrichtung (21, 28) die Verstärkerstufen vor Sättigung schützt, wobei eine Anzahl aufeinanderfolgender Verstärkerstufen (22, 24) durch je eine solche Abschneidevorrichtung geschützt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Schaltungskreis enthält: einen Detektor (2) mit Polarisationsvariator (10) und Abtastmittel (4) für die Zufuhr an diesen der aneinanderfolgenden Strahlungen von den unterschiedlichen Teilen des aufzunehmenden Bildes, einen nicht sättigbaren Verstärker (20) für alle zu beobachtenden Temperaturen, einen regelbaren Abschwächer (21), eine Reihe von Verstärkerstufen (22, 24), denen je eine Abschneidevorrichtung (26, 28) vorangeht, einen Selektor (30) in Parallelschaltung mit einer Umkehrstufe (40) mit einem Schalter (36) zum Unterdrücken seiner Wirkung und eine Bildröhre (8), deren Ablenkelemente (6) synchron mit den erwähnten Abtastmitteln gesteuert werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der Detektor (2) durch eine photoleitende Zelle gebildet wird, der Varia tor (10) durch eine Wheatstonesche Brücke gebildet wird (Fig. 2), die an den Klemmen einer ihrer Diagonalen eingespeist wird, während die andere Diagonale an den Klemmen das Ausgangssignal liefert, wobei zwei der Zweige einen regelbaren Widerstand (14) bzw. die erwähnte Zelle (12) enthalten.