DE1919480A1

DE1919480A1 - Opto-elektronisches System mit Farbbild-Wiedergabe

Info

Publication number: DE1919480A1
Application number: DE19691919480
Authority: DE
Inventors: Menke Dipl-Ing Josef F; Friedl Dr Wolfgang
Original assignee: Eltro GmbH and Co
Current assignee: Eltro GmbH and Co
Priority date: 1969-04-17
Filing date: 1969-04-17
Publication date: 1970-10-22

Description

Opto-elektronisches System mit Farbbild-Wiedergabe.
Die Erfindung betrifft ein opto-elektronisches System zur Farbbild-Wiedergabe infraroter Strahlen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um aus der im infraroten Spektralbereich emittierten oder reflektierten Strahlung eines Objektes Informationen über dessen Lage, Struktur und seine physikalischen Eigenschaften (z.B.Temperatur, Art des Materials usw.) zu erhalten. Dabei wird die infrarote Strahlung in sichtbare Strahlung umgewandelt und auf diese Weise ein sichtbares Bild erzeugt, dessen - im allgemeinen ortsabhängige - Leuchtdichte mit der infraroten Strahlungsintensität (Strahldichte) des konjugierten Objektpunktes-durch einen monoton wachsenden funktionalen Zusammenhang gekennzeichnet ist.
Zwischen der infraroten spektralen Strahldichte-Verteilung und der spektralen Strahldichte-Verteilung des Bildes im Sichtbaren besteht dagegen bei den bisher bekannten Geräten dieser Art keine eindeutige funktionale Relation. Ein erheblicher Anteil der am Ort des Empfangsgerätes im Strahlungsfeld vorhandenen und an sich verfügbaren Information bleibt daher ungenützt, denn die Leuchtdichte L3 im Bild ist innerhalb des linearen Bereichs proportional einem Integral über das Spektrum, dessen Integrand ein Produkt aus der spektralen Strahldichte L(A)O des Objektes, der spektralen atmosphärischen Transparenz TA(2) und der spektralen Geräteempfindlichkeit G(A) A darstellt Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde9 ein optoelektronisches System zu schaffen, das die spektrale Strahldichte-Verteilung des Objektes nicht nur in eine Leuchtdichte invarianten Farbtons, d.h. konstanter Normfarbwertanteile x, y, z transformiert, sondern sowohl die Leuchtdichte als auch den Farbton im Bild in Abhängigkeit von der absoluten spektralen Strahidichte-Verteilung des konjugierten Objektpunktes verändert. Ein solches System würde natürlich noch keine eindeutige Relation zwischen Farbton und Helligkeit (Leuchtdichte) des betrachteten Bildpunktes einerseits und der spektralen Strahldichteo Verteilung des konjugierten Objektpunktes andererseits liefern; selbst wenn eine strenge monochromatische Zuordnung zwischen den spektralen Strahldichten im Objektfeld und jenen im Bildfeld wirtschaftlich realisiert werden könnte.
Gemäß dem Erfindungsgedanken wird eine Farbbild-Wiedergabe der infraroten Strahlung dadurch erreicht daß den Wellenlängen des infrEaroten Spektralbereichs Wellenlängen des sichtbaren Spektralbereichs zugeordnet werden, derart, daß eine infrarote Spektraldichte, die im Empfangssystem auftritt, jeweils in eine sichtbare spektrale Strahldsehte im Wiedergabesystem transformiert wird. Durch Farbmischung wird dann ein Farbbild erzeugt, das eine unmittelbare Anschauung des polychromatischen infraroten Bildes vermittelt.
Die Zuordnung zwischen den Wellenlängen der infraroten Strahlung im Empfangssystem und jenen der sichtbaren Strah lung im Wiedergatesystem kann an sich beliebig gewählt werden. Beispielsweise kann man mit zunehmender Wellenlänge der infraroten Strahlung im Empfangssystem die Wellenlänge der sichtbaren Strahlung im Wiedergabe system monoton wachsen lassen, so daß sich die Farben des Bildes mit zunehmender Wellenlänge im Infraroten von Violett über Blau, Grün, und Gelb nach Rot verschieben. Eine Wellenlänge-Zuordnung dieser Art wird im allgemeinen die physikalische Interpretation des Farbbildes erleichtern.
Vorteilhafter ist es, das infrarote Spektrum durch Auswahl geeigneter Infrarot Detektoren in Kombination mit entsprechenden Spektralfiltern in wenige, beispielsweise drei, Bereiche zu unterteilen. Diesen Spektralbereichen werden im Wiedergabesystem jeweils spektrale Teilbereiche im Sichtbaren zugeordnet, was durch Auswahl geeigneter Emittoren und angepaßter Filter möglich ist. Jedem dieser Bereiche wird eine bestimmte Farbe im Sichtbaren zugeteilt. Durch Farbmischung wird ein Farbbild erzeugt, das dem geübten Betrachter RUckschlQsse auf die spektrale Strahlungsverteilung im Objektfeld ermöglicht.
Als Detektoren kommen in erster Linie infrarotempfindliche Photoleiter u.U. aber auch Photokathoden in Frage.
Die Einzelelemente wird man bevorzugt in Reihen anordnen, wobei erfindungsgemEß jeder Reihe ein bestimmter Spektralbereich zuzuordnen ist.
ählt man beispielsweise drei Detektor-Typen mit verschiedenen spektralen Empfindlichkeiten @ntsprechend des Rezeptoren des menschlichen Auges, so kann man mit Hilfe eines Bild-Wiedergabe-Systems, das drei verschiedenartige Elemente für die Erzeugung sichtbarer Strahlung enthält, in Analogie beispielsweise zur Farbenphotographie entsprechend der Dreifarbentheorie YOUNG-HELMHOLTZ durch Farbmischung Farbbilder erzeugen, die dem Auge als Information über die infrarote Strahlung dargeboten werden können. Unter Zwischenschaltung eines solchen Gerätes vermag also das menschliche Auge Farbbilder zu sehen, die vom Gehirn sinnvoll interpretiert werden können.
Für die Bildwiedergabe können grundsätzlich verschiedenartige, an sich bekannte Hilfsmittel benutzt werden, beispielsweise durch Elektronen anregbare Luminophore (Leuchtschirme von Bildröhren, Photodioden, Elektrolumineszenzschichten usw.).
Insbesondere ist zur Realisierung der vorliegenden Erfindung jedoch an Photodioden gedacht, die vorzugsweise entsprechend den Detektor-Elementen jeweils in einer Reihe anzuordnen sind, beispielsweise derart, daß entsprechend den drei Farbkomponenten drei Reihen benutzt werden, die sich von der optischen Achse des Systems sternförmig nach außen erstrecken.
In diesem Falle wird man naturgemäß ein um die optische Achse rotierendes System anwenden. Hierbei dient ein um-die optische Achse rotierendes Wendeprisma im Empfangsteil zur rotierenden-Abtastung des aufzunehmenden BiLdes und ein ebenfalls um die optische Achse mit gleicher Drehzahl rotierendes Wendeprisma im Wiedergabeteil zur Farbbildwiedergabe in Polar-Koordinaten.
Für den Falt parallel zueinander angeordneter Reihen ist ein oszillierendes System vorteilhaft.
Durch geeignete Anpassungsfilter für die Detektoren einerseits und die Emittoren andererseits lassen sich optimale Bedingungen für ganz spezielle Anforderungen erzielen.
In den Figuren sind zwei verschiedene Ausfdhrungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 eine Anordnung mit sternförmig angeordneten Detektor- und Diodenreihen, Fig. 2 eine Anordnung mit mehreren parallelen Detektor-und Diodenreihen.
Der Apparat nach Fig.l enthält ein Wendeprisma 4 im Empfangsteil und ein Wendeprisma 14 im Bild-Wiedergabeteil. Da das Gerät im allgemeinen nur für die Aufnahme weit entrerater Objekte verwandt wird, deren Strahlen quasi parallel ankommen, kann beim Empfangsteil auf ein Objektiv vor dem Wendeprisma verzichtet werden. Hinter dem Wendeprisma des Empfangsteils ist eine Sammellinse- 5 angeordnet, welche die aus dem W'endeprisma 4 parallel austretenden Strahlen fokussiert. Auf der Wiedergabeseite müssen die Strahlen zunächst in ein paralleles Strahlenbündel umgewandelt und dann wieder fokussiert werden. Deshalb ist das Wendeprisma 14 in den parallelen Strahlengang eines Kollimator-Systems 15 verlegt.
Die vom Kollimator-System 15 fokussierten Strahlen werden dem Okular 7 zugeleitet, das kurz hinter dem Brennpunkt des Kollimator-Systems 15 angeordnet ist.
Der elektronische Teil besteht aus den sternförmig angeordneten Detektor-Reihen 1, 2, 3 und den in gleicher Weise angeordneten Dioden-Reihen 11, 12, 13. Jede Detektorreihe entspricht einem Spektralbereich im infraroten Teil, jede Diodenreihe einem Spektralbereich im sichtbaren Teil.
Zwischen den Detektorreihen und den Diodenreihen sind Verstärker 6, 16, 26 angeordnet.
Um einen Gleichlauf der beiden Wendeprismen zu sichern, werden beide von einem gemeinsamen Antriebsmotor 8 über Zahnräder 9, i9 angetrieben.
Bei der Ausführung nach Fig.2 sind die Detektorreihen wiederum mit 1, 2, 3 und die Diodenreihen mit 11, 12, 13 bezeichnet. Zum Unterschied von dem Ausführungsbeispiel nach Fig.l sind die Reihen jedoch nicht sternförmig, sondern parallel zueinander gelagert. Zwischen den Detektorreihen und den Diodenreihen befinden sich auch hier Verstärker 6, 16, 26. Die Abtastbewegung wird durch einen Schwenkspiegel 10 ausgeführt, dem auf der Wiedergabeseite ein Schwenkspiegel 20 entspricht. Beide Spiegel sind durch ein Gestänge 17 miteinander verbunden, das gleichzeitig den Antrieb bewirkt.
Um die Spiegel nicht übermäßig groß werden zu lassen, ist vor dem ersten Spiegel ein Objektiv ;8 angeordnet, das die ankommenden quasi parallelen Strahlen bündelt. Die gebündelten Strahlen werden von dem Spiegel 10 den Detektorreihen 1, 2, 3 abwechselnd zugeführt. Hinter dem zweiten Spiegel 20 ist ein Objektiv 15 angeordnet, sowie zum Betrachten ein Okular 7.
Patentansprüche:

Claims

PATENTANSPRÜCHE: Opto-elektronisches System zur Farbbildwiedergabe infraroter Strahlen, dadurch gekennzeichnet, daß den Wellenlängen des infraroten Spektralbereiches Wellenlängen des sichtbaren Spektralbereiches zugeordnet sind, derart, daß eine infrarote Spektraldichte, die im Empfangs system auftritt, jeweils in eine sichtbare spektrale Strahidichte im Wiedergabesystem transformiert wird und durch Farbmischung ein Farbbild entsteht, das eine unmittelbare Anschauung des polychromatischen Infrarotbildes vermittelt.
2) Opto-elektronisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der infrarote SpeEtralbereich durch Auswahl geeigneter IR-Detektore und spezieller spektraler Anpassungsfilter und der sichtbare Spektralberich durch Auswahl geeigneter Emittoren und angepaßter Filter in mindestens zwei Bereiche unterteilt ist und an Stelle einer streng monochromatischen Zuordnung je eine Zuordnung zwischen einem infraroten und einem spektralen Teilbereich hergestellt ist.
3) Opto-elektronisches System nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Zuordnung der Wellenlängen bzw. der spektralen Teilbereiche in der Weise durchgeführt ist, daß der längeren Wellenlänge bzw. dem langwelligeren Teilbereich im infraroten Spektralbereich auch die längere Wellenlänge bzw. der langwelligere Teilbereich im Wiedergabesystem entspricht und umgekehtt.
4) Opto-elektronisches System nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangssystem mit mindestens zwei Reihen Detektoren ausgestattet ist, wobei jeder Reihe ein bestimmter Spektralbereich zugeordnet ist.
5) Opto-elektronisches System nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorenreihen des Empfangssystems - erforderlicbenfalls in Kombinätion mit spektralen Anpassungs- bzw. Selektionsfiltern - bezüglich der Verteilung der spektralen Empfindlichkeiten derart abgestimmt sind, daß bei Verwendung entsprechend gefilierter und abgestimmter Emittoren im Wiedergabesystem bei der Farbmischung ein Farbbild entsteht, das auch kleine Temperaturunterschiede'im Objektfeld zu differenzieren vermag.
6) Opto-elektronisches System-nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangsteil (3) sternförmig angeordnete Zellenreihen und der Wiedergabe teil (3) anaLog angeordnete Reihen von Emittoren aufweist.
7) Opto-elektronisches System nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Vwrwendung von Lumineszenz-Dioden zur Farbbi ldwiedergabe.
8) Opto-elektronisches System nach den Ansprüchen 1 bis 4 und 7 gekennzeichnet durch parallele Zellenreihen - Detektoren im Empfangsteil, Emittoren im Wiedergabeteil - in Kombination mit einer oszillierenden Farbmischwzg.
9) Opto-elektronisches System nach ea AnsprUohen l bis 7 mit sternförmig angeordneten Zellenreihen, gekennzeichnet durch ein um die optische Achse rotierendes Vendeprisma im Empfangsteil zur rotierenden Abtastung des aufzunehmenden Bildes und ein ebenfalls um die optische Achse mit gleicher Drehzahl rotierendes Wendeprisma im Wiedergabeteil zur Farbbildwiedergabe in PolarKoordinaten.
10) Opto-elektronisches System nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Art der elektronischen Kopplung zwischen dem Empfangs-und dem Wiedergabesystem physiologisch-optische Störungen, insbesondere bei der Farbwahrnehmung unterdrückt bzw. zeitabhängige, an sich störende Wahrnehmungseffekte zur Verbesserung des wahrgenommenen Farbbildes genutzt werden.