DE19524693A1 - Optical detector for missile direction control and defence - uses picture built up from reflected light on matrix and operates in critical weather conditions - Google Patents
Optical detector for missile direction control and defence - uses picture built up from reflected light on matrix and operates in critical weather conditionsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optischen Detektieren von Gegen ständen. Derartige Verfahren spielen unter anderem bei der Zielanflugssteuerung von Flugkörpern oder beim Objektschutz eine wichtige Rolle.The invention relates to a device for the optical detection of counter stands. Such methods play, among other things, in the approach approach control of missiles or object protection play an important role.
Zum Detektieren von Objekten ist das Radarverfahren bekannt, bei dem elek tromagnetische Strahlung von einer Richtantenne emittiert wird und der von einem Gegenstand reflektierte Anteil von einem Empfänger aufgenommen wird. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß wegen des gewählten Wellenlängenbereichs und der damit notwendigen Sendevorrichtung der Austrittswinkel der elektroma gnetischen Strahlung im Vergleich zum fokussierten Licht sehr groß ist und deswegen eine genaue Abbildung von Objekten nicht möglich ist. Wegen der Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen Wellen ist es darüber hinaus möglich, die Oberfläche von Objekten derart zu gestalten, daß praktisch kein meßbarer Strahlungsanteil in Richtung des Senders und Empfängers reflektiert wird und somit die zu detektierenden Objekte für die Vorrichtung quasi unsichtbar sind.The radar method is known for detecting objects, in which elec tromagnetic radiation is emitted by a directional antenna and that by one Subject reflected portion is picked up by a receiver. This Device has the disadvantage that because of the selected wavelength range and the necessary transmission device, the exit angle of the elektroma electromagnetic radiation is very large compared to the focused light and therefore an exact representation of objects is not possible. Because of the It is also the wavelength of the electromagnetic waves used possible to design the surface of objects in such a way that practically none measurable radiation component reflected in the direction of the transmitter and receiver and thus the objects to be detected are virtually invisible to the device are.
Eine Radarvorrichtung eignet sich deshalb nicht, um von Objekten ein scharfes Abbild zu erzeugen. A radar device is therefore not suitable for keeping objects sharp To generate an image.
Darüber hinaus ist es bekannt, CCD (charge coupled device) Kameras zu verwen den, die mit großer Lichtempfindlichkeit Bilder von den zu detektierenden Gegen ständen aufnehmen. Diese Vorrichtungen haben den Nachteil, daß sie passiv sind und nur bei Tagesbeleuchtung anwendbar sind. Bei absoluter Dunkelheit emit tieren die zu detektierenden Gegenstände kein Licht, welches diese Kameras aufnehmen können. Ein Einsatz bei schlechten Sichtverhältnissen ist deshalb nicht möglich.In addition, it is known to use CCD (charge coupled device) cameras those with high sensitivity to light images of the counter to be detected record stands. The disadvantage of these devices is that they are passive and can only be used in daylight. In absolute darkness the objects to be detected do not emit any light that these cameras be able to record. Use in poor visibility is therefore not possible.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine optische Detektiervor richtung zu schaffen, die unter sehr kritischen Wetter- und Lichtverhältnissen Objekte detektieren und ein Bild mit hoher Auflösung von diesen erzeugen kann.The invention is therefore based on the object of optical detection to create direction under very critical weather and light conditions Detect objects and create a high resolution image of them.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum optischen Detektieren von Gegenständen gemäß Anspruch 1 gelöst, mit einer Sendevor richtung, die einen Lichtstrahl emittiert, einer Empfangsvorrichtung, die einen von den zu erkennenden Gegenständen zurückgestreuten Strahlanteil aufnimmt, und einer Bilddarstellungseinrichtung, die mit der Empfangsvorrichtung ver bunden ist und mit den von dieser erzeugten Daten eine Darstellung der zu erkennenden Gegenstände aufbaut, wobei der Strahl in einem beliebigen Muster auf Punkte ausrichtbar ist, für jeden dieser Punkte der von den Gegenständen zurückgestreute Strahlanteil durch die Empfangsvorrichtung aufgenommen wird, und die von der Empfangsvorrichtung erzeugten Daten, die zu den jeweiligen Punkten gehören, in der Bilddarstellungseinrichtung zu einer Matrix zusammen gefügt werden.This object is achieved by an optical device Detecting objects solved according to claim 1, with a transmission direction that emits a light beam, a receiving device that a absorbs the beam portion scattered back from the objects to be recognized, and an image display device that ver with the receiving device is bound and with the data generated by it a representation of the recognizing objects, with the beam in any pattern can be aligned to points, for each of these points that of the objects backscattered beam portion is picked up by the receiving device, and the data generated by the receiving device related to the respective Points belong together in the image display device to form a matrix be added.
Das Licht der Sendevorrichtung kann dabei sowohl im sichtbaren als auch im unsichtbaren Spektralbereich liegen. Insbesondere sind Wellenlängen des Lichts vom fernen Infrarot bis in das ferne Ultraviolett zu bevorzugen. The light of the transmitter device can be both visible and invisible spectral range. In particular, are wavelengths of light preferred from the far infrared to the far ultraviolet.
Zusätzlich kann eine Ablenkvorrichtung vorgesehen sein, die den Strahl in einem vorgegebenen Raumbereich auf bestimmte Punkte ausrichten kann.In addition, a deflection device can be provided, which the beam in one can align the given space to certain points.
Die Ablenkvorrichtung kann zur Ablenkung des Lichtstrahls einen beweglichen Spiegel und/oder aber eine beliebige andere Ablenkoptik (Prisma, Prismen, . . . ) umfassen. Sie kann alternativ oder zusätzlich einen akusto-optischen Deflektor aufweisen.The deflection device can be used to deflect the light beam Mirror and / or any other deflection optics (prism, prisms,...) include. Alternatively or in addition, it can have an acousto-optical deflector exhibit.
Zweckmäßigerweise wird die zeitsequentielle Ausrichtung des Strahls zeilen- oder spaltenweise erfolgen. Um ein Bild in Realzeit zu erzeugen, sollte die Modula tionsfrequenz für den Sender hoch gewählt werden, z. B. in etwa oder größer als 10 MHz.The time-sequential alignment of the beam is expediently line or column by column. To create an image in real time, the modula tion frequency can be chosen high for the transmitter, z. B. approximately or greater than 10 MHz.
Auch im quasikoninuierlichen oder kontinuierlichen Betrieb können Messungen möglich sein.Measurements can also be made in quasi-continuous or continuous operation to be possible.
Für die Sendevorrichtung können Halbleiter-Diodenlaser oder Diodenimpulslaser verwendet werden. Die Halbleiter-Diodenlaser können kontinuierlich emittieren. Aber bereits Superlumineszensdioden können verwendet werden, wenn die Reich weite nicht so groß sein muß. Andererseits sind aber auch andere Laser verwend bar, wenn deren Lichtstrahl ausreichend focussierbar ist. Dies gilt beispielsweise für HeNe-Laser, Argon-Laser, etc.Semiconductor diode lasers or diode pulse lasers can be used for the transmission device be used. The semiconductor diode lasers can emit continuously. But superluminescent diodes can already be used if the Reich far does not have to be that big. On the other hand, other lasers are also used bar if the light beam is sufficiently focusable. This applies, for example for HeNe lasers, argon lasers, etc.
Um den Abtastvorgang für das menschliche Auge unsichtbar zu halten, ist es ratsam, die Wellenlänge des vom Sender emittierten Lichts größer als 800 nm oder kleiner als 350 nm zu wählen. Da Halbleiterlaser aus GaAs/GaAIAs-Struktu ren und aus InGaAsP/InAs sowie vergleichbare ternäre und quarternäre Halblei terlaserstrukturen oberhalb von 770 nm arbeiten, existiert für die Ausführung der Erfindung ein gutes, kommerziell erhältliches Reservoir.To keep the scanning process invisible to the human eye, it is it is advisable to make the wavelength of the light emitted by the transmitter greater than 800 nm or less than 350 nm. Since semiconductor lasers made of GaAs / GaAIAs structure and from InGaAsP / InAs as well as comparable ternary and quaternary semiconductors laser structures above 770 nm exist for the execution of the Invention a good, commercially available reservoir.
Für die Empfangsvorrichtung können Photodioden oder vorzugsweise, wegen ihrer großen Empfindlichkeit, Avalanche-Photodioden (APD) verwendet werden. APD′s aus Silizium stellen für den Empfang des Spektralbereichs von 800 bis 900 nm ein optimiertes Instrument dar. Allgemein ermöglichen APD′s aber auch pin- Photodioden Meßtaktfrequenzen im GHz-Bereich.For the receiving device, photodiodes can be used, or preferably because of their high sensitivity, avalanche photodiodes (APD) can be used. APD's made of silicon provide for the reception of the spectral range from 800 to 900 nm is an optimized instrument. In general, however, APD's also enable pin Photodiodes measuring clock frequencies in the GHz range.
Um eine Realzeitdarstellung des abgetasteten Bildes zu erhalten, ist es zweckmä ßig, die von der Empfangsvorrichtung erzeugten Daten unmittelbar an die Bilddar stellungseinrichtung zu geben. Insbesondere ist es vorteilhaft, die von der Emp fangsvorrichtung empfangenen Signale zeitsequentiell mit dem ausgerichteten Strahl zu synchronisieren.In order to obtain a real-time representation of the scanned image, it is expedient ßig, the data generated by the receiving device directly to the image position device to give. In particular, it is advantageous to use the Emp catcher received signals sequentially with the aligned Sync beam.
Für die Synchronisierung zwischen den Steuersignalen für die Ablenkvorrichtung und Bilddarstellung dient ein einziges Steuersignal, welches zum Beispiel gleich zeitig eine sägezahnförmige Spannung an die Ablenkvorrichtung und die Bilddar stellung auf dem Beobachtungsschirm abgibt.For the synchronization between the control signals for the deflection device and image representation serves a single control signal which, for example, is the same sawtooth-shaped tension on the deflection device and the image position on the observation screen.
Zur Darstellung der von der Bilddarstellungseinrichtung empfangenen Daten kann es vorteilhaft sein, einen Bildschirm vorzusehen, falls die Bildauswertung nicht vollautomatisch bzw. vollelektrisch ausgeführt werden soll. Insbesondere ist es dann zweckmäßig, die Steuersignale für die Ablenkvorrichtung gleichzeitig für die Ansteuerung des Bildschirmes zu verwenden.To display the data received from the image display device it may be advantageous to provide a screen if the image analysis is not should be carried out fully automatically or fully electrically. In particular it is then expedient, the control signals for the deflection device simultaneously for the Control of the screen to use.
Zur weiteren Analyse des von der Bilddarstellungseinrichtung erzeugten Bildes kann es ratsam sein, eine Bildverarbeitungsvorrichtung vorzusehen, die die abgebildeten Gegenstände erkennen kann. Zur Bildverarbeitung und zur Erken nung bestimmter Objekte werden Verfahren mittels der Holographie und/oder mittels neuronaler Netze verwendet, die bekannte Signaturen mit den Signalen vergleichen. Häufig wird man jedoch dem menschlichen Erkennungsvermögen den Vorzug geben. Zur Kontrastverschärfung eignen sich insbesondere digitale Filter.For further analysis of the image generated by the image display device it may be advisable to provide an image processing device that can can recognize objects depicted. For image processing and detection Certain objects are identified by means of holography and / or by means of neural networks, the known signatures with the signals to compare. However, one often becomes human cognition give preference. Digital are particularly suitable for sharpening the contrast Filter.
Da die Bilderzeugung ohne abbildende Optik erfolgen kann, kann eine Ausschnitt vergrößerung (Zoom-Effekt) eines beliebigen Raumelementes erfolgen. Bei der Ausschnittsvergrößerung wird zunächst ein größeres Feld ausgeleuchtet und erfaßt. Sobald ein interessierendes Objekt zu erkennen ist, wird das ausgeleuchtete Feld verkleinert und damit die Auflösung erheblich vergrößert.Since the image can be generated without imaging optics, a section can be made enlargement (zoom effect) of any room element. In the Enlargement of a section is first illuminated and a larger field detected. As soon as an object of interest can be recognized, it is illuminated Reduced field and thus significantly increased the resolution.
Ein zweckmäßiger Deflektor, um einen abtastenden Laserstrahl auszulenken, ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung P 40 10 375.4 der Anmelderin beschrieben, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin ausdrücklich einbezogen wird, da die dort aufgeführten Merkmale in Verbindung mit den hier beschriebenen Merkmalen wesentlich sein können.A useful deflector to deflect a scanning laser beam is for example in the applicant's German patent application P 40 10 375.4 described, the content of which is expressly incorporated by reference herein, since the features listed there in connection with those described here Characteristics can be essential.
Werden mehrere Deflektoren verwendet, so können die Auslenkcharakteristiken differieren oder beispielsweise senkrecht aufeinander stehen, so daß die Aus lenkung sehr flexibel erfolgen kann.If several deflectors are used, the deflection characteristics can be changed differ or are perpendicular to each other, for example, so that the off steering can be done very flexibly.
Gemäß der Erfindung kann durch die Strahlablenkung hochauflösend zweidimen sional gemessen werden. Würden auf der Empfängerseite zwei oder mehr Emp fangsvorrichtungen mit unterschiedlichen Ansprechverhalten (beispielsweise durch unterschiedlichen räumlichen Abstand zum Meßobjekt) angeordnet, so ließe sich zusätzlich eine weitere Dimension erschließen, um dreidimensionale Darstellungen zu erhalten und/oder Entfernungsaussagen zu erhalten. Die Grenzen der Bild auflösung hängen von der Entfernung des Objektes ab. In Abhängigkeit des Streuwinkels des Lasers und der Apertur der eventuellen Focussierungsoptik kann sie in einer Entfernung von z. B. hundert Metern bei wenigen Millimetern liegen.According to the invention, the beam deflection allows two-dimen- sioning in high resolution sional be measured. Would two or more Emp fall arresters with different responses (e.g. by different spatial distance to the measurement object), so it could be additionally open up another dimension to three-dimensional representations to get and / or get distance statements. The limits of the picture resolution depends on the distance of the object. Depending on the Scattering angle of the laser and the aperture of the possible focusing optics can they at a distance of e.g. B. a hundred meters at a few millimeters.
In einigen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, die Bilddarstellungseinrichtung räumlich getrennt vom Rest der Erfindung vorzusehen und beide mittels Teleme trie zu verbinden, indem beispielsweise die Messung von einem Flugkörper aus vorgenommen wird und der Meßwert an eine Bodenstation übertragen wird.In some applications it may be advantageous to use the image display device to be provided spatially separated from the rest of the invention and both by means of telemes connect to it, for example by measuring from a missile is carried out and the measured value is transmitted to a ground station.
Die Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Steuerung von Flugkörpern bei der Zielannäherung. Hierbei ist die Vorrichtung in der Regel im Kopf des Flugkör pers vorgesehen.The device is particularly suitable for controlling missiles in the Approaching the goal. The device is usually in the head of the missile pers provided.
Ferner kann die Vorrichtung zur Beobachtung von vor allem unzugänglichem Gelände verwendet werden, indem die Vorrichtung in einem Flugkörper, der an dem zu beobachtenden Gelände vorbeifliegt, vorgesehen wird. Mit ausgewählten Strahlungswellenlängen könnten Aussagen über den Reifegrad der Früchte von Pflanzen überflogener Felder gewonnen werden usw.Furthermore, the device for observing, in particular, inaccessible Terrain can be used by placing the device in a missile attached to flying past the area to be observed is provided. With selected Radiation wavelengths could provide information about the ripeness of the fruits of Plants of fields flown over, etc.
Eine weitere Verwendung der Erfindung liegt im Objektschutz, bei dem die Vorrichtung in Sichtnähe des zu beobachtenden Objektes angebracht wird und der Strahl das zu beobachtende Objekt und dessen Umgebung abtastet.Another use of the invention is in object protection, in which the Device is installed in the vicinity of the object to be observed and the Beam scans the object to be observed and its surroundings.
Beispielsweise kann auch eine automatische Steuerung eines Kraftfahrzeugs auf diese Weise erfolgen, da durch die hohe Auflösung Einzelheiten, wie etwa ein Straßenrand etc., eindeutig identifiziert werden können. For example, automatic control of a motor vehicle can also be carried out this is done because of the high resolution details such as a Roadside etc., can be clearly identified.
Die Vorteile der Erfindung liegen auch in ihrer hohen Allwettertauglichkeit, da die Detektiervorrichtung nicht von Licht, das aktiv von den zu detektierenden Gegenständen stammt, abhängig ist. Starker Regen und mäßiger Schneefall sind in der Regel kein Hindernis für das Verfahren. Dichter Nebel könnte den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezüglich aller optischen Wellenlängenberei che, je nach Stärke des Nebels, behindern.The advantages of the invention also lie in its high suitability for all weather conditions the detection device does not emit light that is actively detected by the Objects originates, is dependent. Heavy rain and moderate snowfall are usually not an obstacle to the process. Dense fog could be the stake the device according to the invention with respect to all optical wavelength ranges depending on the strength of the fog.
Darüber hinaus kann die Vorrichtung durch das Ablenkverfahren des Lichtstrahls eine hohe Auflösung des zu detektierenden Gegenstandes erzeugen. Durch die fehlende abbildende Optik ist eine Zoom-Vergrößerung der zu detektierenden Gegenstände möglich, indem die Abtastpunkte enger zusammengelegt werden.In addition, the device can be deflected by the light beam generate a high resolution of the object to be detected. Through the missing imaging optics is a zoom magnification of the detected Objects possible by placing the sampling points closer together.
Die Erfindung hat darüber hinaus den Vorteil, daß in Realzeit Bilder von schnel len Bewegungsabläufen erzeugt werden können, da die Auflösung lediglich an die Modulationsfrequenz der Lichtquelle gekoppelt ist und diese nach der vorliegen den Technik sehr hoch (im Gigahertzbereich) gewählt werden kann.The invention also has the advantage that real-time pictures of fast len motion sequences can be generated, since the resolution only to the Modulation frequency of the light source is coupled and this after the present the technology can be chosen very high (in the gigahertz range).
Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.The following is an embodiment of the invention with reference to a drawing explained in more detail.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht der Erfindung bei einer typischen Verwendung. Figure 1 shows a schematic view of the invention in typical use.
Die Detektiervorrichtung gemäß Fig. 1 weist eine Sendevorrichtung 4 auf, die einen Lichtstrahl emittiert. Als Sendevorrichtung eignen sich insbesondere Dio denlaser oder Diodenimpulslaser aus Halbleitermaterial. The detecting device of Fig. 1 comprises a transmitting device 4, which emits a light beam. Diode lasers or diode pulse lasers made of semiconductor material are particularly suitable as the transmission device.
Als Wellenlängen können alle Wellenlängen des Lichts verwendet werden. Beson ders geeignet sind jedoch Infrarot- und UV-Laserdioden, da deren Licht nicht sichtbar ist.All wavelengths of light can be used as wavelengths. Especially However, infrared and UV laser diodes are also suitable because their light is not is visible.
Die Vorrichtung umfaßt ferner eine Empfangsvorrichtung 6, die einen von den zu erkennenden Gegenständen zurückgestreuten Strahlanteil aufnimmt und in elek trische Signale umwandelt. Hierfür ist insbesondere eine Leuchtdiode mit punkt förmigem Abstrahlverhalten geeignet, die in dem Bereich der verwendeten Wel lenlängen sensitiv ist. Zweckmäßig kann die Verwendung von Avalanche-Photo dioden sein, die gegenüber herkömmlichen CCD-Schaltkreisen eine mindestens 10²-fach höhere Empfindlichkeit aufweisen können.The device further comprises a receiving device 6 , which receives a backscattered portion of the beam from the objects to be recognized and converts it into electrical signals. For this purpose, a light emitting diode with point-shaped radiation behavior is particularly suitable, which is sensitive in the range of the wavelengths used. The use of avalanche photo diodes can be expedient, which can be at least 10² times more sensitive than conventional CCD circuits.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner eine Bilddarstellungseinrichtung umfassen, die mit der Empfangsvorrichtung 6 verbunden ist und die von der Empfangsvorrichtung 6 erzeugten Daten zu einer Matrix von Bildpunkten zu sammenfügt. Die Bilddarstellungseinrichtung kann unmittelbar mit der Empfangs vorrichtung 6 elektrisch verbunden sein. Sie kann auch räumlich getrennt von dem Rest der Vorrichtung vorgesehen sein und mit dieser mittels Telemetrie verbunden sein. Eine derartige Anordnung ist vorteilhaft, wenn die Bildauswertung und die dafür notwendigen Hochleistungsrechner am Boden vorgesehen sind und sich der Rest der Vorrichtung z. B. in einem Flugkörper befindet.The device according to the invention can further comprise an image display device which is connected to the receiving device 6 and combines the data generated by the receiving device 6 into a matrix of pixels. The image display device can be electrically connected directly to the receiving device 6 . It can also be provided spatially separated from the rest of the device and connected to it by means of telemetry. Such an arrangement is advantageous if the image evaluation and the necessary high-performance computer are provided on the floor and the rest of the device z. B. is in a missile.
Zur Ablenkung des Lichtstrahls kann erfindungsgemäß eine Ablenkvorrichtung vorgesehen sein. Zur Ablenkung des Lichtstrahls eignen sich bewegliche Spiegel. Diese, z. B. aus Laserdruckern oder Kopierern, bekannte Art der Lichtablenkung ist einfach zu realisieren. Sie erfordert jedoch in der Regel, daß die Vorrichtung relativ ruhig gelagert ist. Sollte die Vorrichtung starker Beschleunigung ausgesetzt sein, so eignet sich insbesondere ein akusto-optischer Deflektor, bei dem durch Anlegen einer elektrischen Spannung die Struktur eines vom Lichtstrahl durch strahlten Kristallgitters und damit dessen Brechungsindex verändert wird. Dieser Deflektor erlaubt eine trägheitslose und erschütterungsresistene Ablenkung des Lichtstrahls, die sich vor allem auch bei sehr hohen Abtastfrequenzen besonders eignet.According to the invention, a deflection device can be used to deflect the light beam be provided. Movable mirrors are suitable for deflecting the light beam. This, e.g. B. from laser printers or copiers, known type of light deflection is easy to implement. However, it usually requires that the device is relatively quiet. Should the device be subjected to strong acceleration be, an acousto-optical deflector is particularly suitable, in which Applying an electrical voltage to the structure of one by the light beam radiated crystal lattice and thus its refractive index is changed. This Deflector allows an inertia-free and vibration-resistant deflection of the Light beam, which is particularly important even at very high scanning frequencies is suitable.
Durch die Anordnung mehrerer akusto-optischer Deflektoren mit unterschiedli chen Vermessungsebenen bzw. Deflektorebenen kann ein weiter Raumkegel kontrolliert abgetastet werden.By arranging several acousto-optical deflectors with different Chen measurement levels or deflector levels can be another room cone be scanned in a controlled manner.
Zur Abtastung des Objekts wird der Lichtstrahl auf verschiedene Punkte des abzutastenden Raumbereichs gelenkt. Um eine systematische Abtastung des Raumbereichs zu erreichen, ist eine zeilenweise Ablenkung vergleichbar der eines Elektronenstrahls im Fernsehsystem vorteilhaft. Auch eine spaltenweise Abtastung ist anwendbar.To scan the object, the light beam is directed to different points on the steered area to be scanned. In order to systematically scan the To reach the spatial area, a line-by-line distraction is comparable to that of one Electron beam advantageous in the television system. Also a column-by-column scan is applicable.
Zur Erzeugung eines Bildes in der Bilddarstellungseinrichtung ist es von Vorteil, die von der Empfangsdiode empfangenen Signale zeitsequentiell zweidimensional mit dem räumlich abgelenkten Lichtstrahl (Laserstrahl) zu synchronisieren. Durch die Synchronisation läßt sich in Realzeit ein Bild darstellen. Um ein für das menschliche Auge ruhiges Bild zu erzeugen, sind mindestens 25 Bilder pro Sekunde notwendig. Hierzu ist es zweckmäßig, die Steuersignale für die XY- Ablenkung (zeilenweises Abtasten) des akusto-optischen Deflektors (Modulators) gleichzeitig für die Steuerung der Bilddarstellungseinrichtung, die ein Bildschirm sein kann, zu verwenden.To generate an image in the image display device, it is advantageous to the signals received by the receiving diode are sequential in two dimensions to synchronize with the spatially deflected light beam (laser beam). By the synchronization can be displayed in real time. To one for that human eye to produce calm image are at least 25 images per Second necessary. For this purpose, it is advisable to use the control signals for the XY Deflection (line-by-line scanning) of the acousto-optical deflector (modulator) at the same time for the control of the image display device, which is a screen can be use.
Dadurch kann die zur Verfügung stehende Ausgangsleistung des Senders (Lasers) optimal ausgenutzt werden, da zu jedem Bildpunkt (Pixel) der Bilddarstellungsein richtung die gesamte Laserleistung auf einer Fläche des zu detektierenden Gegen standes von wenigen Quadratmillimetern oder Quadratzentimetern zu einem Zeitpunkt zur Verfügung steht. Im Vergleich zu einem flächenmäßig ausgeleuchte ten Szenarium steigt damit die momentane Beleuchtungsstärke für jeden einzelnen Punkt mindestens um einen Faktor 10⁵.As a result, the available output power of the transmitter (laser) can be optimally used, since the image display for each pixel direction the total laser power on a surface of the counter to be detected from a few square millimeters or square centimeters to one Time is available. Compared to an illuminated area In this scenario, the current illuminance increases for each individual Point at least by a factor of 10⁵.
Eine weitere Verbesserung des Systems ist durch die Verwendung eines Dioden impulslasers möglich, der für den Abbildungsprozeß eine höhere Ausgangsleistung hat.Another improvement to the system is through the use of a diode impulslasers possible, for the imaging process a higher output power Has.
Auch Halbleiterlaser, die durch Anlegen von Feldern in ihrer Abstrahlcharak teristik verändert werden, um in einem räumlichen Bereich einen wandernden Strahl zu erzeugen, könnten zur Anwendung kommen.Also semiconductor lasers, which are created by creating fields in their radiation characteristics Teristik be changed to a migratory in a spatial area Generating a beam could be used.
Wenn z. B. 25 Bilder pro Sekunde aufgebaut werden sollen, bei einer Auflösung von 500 × 500 Bildpunkten, so genügt eine Modulationsfrequenz für den Laser von 100 MHz, welche nach dem Stand der Technik verfügbar ist.If e.g. B. 25 frames per second should be built up at a resolution of 500 × 500 pixels, a modulation frequency is sufficient for the laser of 100 MHz, which is available according to the prior art.
Werden, wie oben erwähnt, zur erfindungsgemäßen Verbesserung zum Empfang der reflektierten bzw. rückgestreuten Signale Avalanche-Photodioden verwendet, so kann gegenüber herkömmlichen CCD-Schaltkreisen eine mindestens 10²-fach höhere Empfindlichkeit erzielt werden. Damit steigt die Nachweisempfindlichkeit gegenüber Systemen nach dem Stand der Technik insgesamt um mehr als den Faktor 10⁷.As mentioned above, they are used to improve reception according to the invention the reflected or backscattered signals use avalanche photodiodes, compared to conventional CCD circuits, this can be at least 10² times higher sensitivity can be achieved. This increases the sensitivity of detection compared to systems according to the prior art overall by more than that Factor 10⁷.
Da die Bilderzeugung ohne abbildende Optik erfolgt und somit der Laserstrahl mit seiner natürlichen Streubreite genutzt wird, kann durch variable Ansteuerung der akusto-optischen Modulatoren bzw. Deflektoren eine beliebige Ausschnittver größerung eines Raumelements (Zoom-Effekt) erzeugt werden.Since the image is generated without imaging optics and thus the laser beam its natural spread is used by variable control of the acousto-optical modulators or deflectors any section ver magnification of a room element (zoom effect).
Die Erfindung eignet sich zur Steuerung von Flugkörpern bei der Zielannäherung. Hierbei wird das an Bord des Flugkörpers von der Empfangsvorrichtung erzeugte Signal mittels Telemetrie an eine am Boden befindliche Bilddarstellungseinrich tung übertragen, die mittels Bildverarbeitungseinrichtung und Bilderkennungs- System das interessierende Zielobjekt ausmacht. Danach können die Befehle für die Endphasensteuerung ermittelt und an den Flugkörper übermittelt werden. Als Flugkörper kommen insbesondere lenkbare Boden-Luft- oder Boden-Boden- Raketen sowie Marschflugkörper in Frage. Typische zu erkennende Ziele sind in der Luft Hubschrauber 1 und Strahlflugzeuge und am Boden Raupenfahrzeuge, wie Panzer 2, und andere Kraftfahrzeuge.The invention is suitable for controlling missiles when approaching the target. Here, the signal generated on board the missile by the receiving device is transmitted by means of telemetry to an image display device located on the ground, which identifies the target object of interest by means of an image processing device and an image recognition system. The commands for the final phase control can then be determined and transmitted to the missile. Steerable surface-to-air or surface-to-surface missiles and cruise missiles are particularly suitable as missiles. Typical targets to be recognized are helicopter 1 and jet aircraft in the air and caterpillar vehicles, such as tanks 2 , and other motor vehicles on the ground.
Durch die räumlich versetzte Anordnung von Empfangsvorrichtungen 6 können auch räumliche Daten erhalten werden und/oder Distanzmessungen vorgenommen werden.Due to the spatially offset arrangement of receiving devices 6 , spatial data can also be obtained and / or distance measurements can be carried out.
Auch können mehrere Sendeeinrichtungen verwendet werden, beispielsweise um eine zusätzliche Auflösung zu erzielen.Several transmitters can also be used, for example to to achieve an additional resolution.
Auch kann für die Sendeeinrichtung(en) und/oder die Empfangseinrichtung(en) eine Optik vorgesehen sein, beispielsweise mikromechanisch geätzte Silizium- Linsenträger mit Linsen usw.Also for the transmitting device (s) and / or the receiving device (s) optics can be provided, for example micromechanically etched silicon Lens holder with lenses etc.
Die Erfindung findet auch Anwendung bei der Beobachtung unzugänglicher Gelände oder Gegenstände. Hierbei wird die Vorrichtung in einem Beobachtungs geschoß oder einer Beobachtungsrakete vorgesehen, die an dem zu beobachtenden Gegenstand oder Gelände vorbeifliegt und ein Bild von diesem erzeugt.The invention also finds application in the observation of inaccessible Terrain or objects. Here, the device is in an observation missile or a missile provided on the one to be observed Object or terrain flies by and creates an image of it.
Ferner kann die Erfindung zum Objektschutz verwendet werden, indem die Vorrichtung in sichtbarer Entfernung zum zu schützenden Objekt angebracht wird und der Strahl das Objekt abtastet. Sowohl bewegte Eindringlinge als auch quasi statische Änderungen können durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aufgenom men und durch die Bilddarstellungseinrichtung beispielsweise auf einem Bild schirm dargestellt werden. Auch hier erweist sich die hohe Bildschärfe als von Vorteil, da sie beispielsweise auch die Erkennung von Gesichtszügen des Ein dringlings ermöglicht.Furthermore, the invention can be used for object protection by the Device is attached in a visible distance to the object to be protected and the beam scans the object. Both moving intruders and quasi Static changes can be recorded by the device according to the invention men and by the image display device, for example on an image screen. Here, too, the high image sharpness proves to be of Advantage, since it also recognizes facial features of the one enabled urgently.
Weitere Verwendungen der Vorrichtung liegen im Abtasten von Dokumenten bei der Bilderzeugung z. B. in Faksimilegeräten oder Scannern.Other uses of the device include scanning documents the imaging z. B. in facsimile devices or scanners.
Ebenfalls ist ein Einsatz bei Verkehrssystemen in der Nacht möglich, z. B. um das Überfahren von roten Ampeln zu überwachen oder Geschwindigkeitsmessungen von Autos (unter Ausnutzung des Dopplereffekts) in Verbindung mit einer bildli chen Abbildung des Autos zu erzeugen.Use in traffic systems at night is also possible, e.g. B. the Running over red traffic lights to monitor or speed measurements of cars (using the Doppler effect) in connection with a picture Chen image of the car.
Ferner kann die Erfindung in der Robotertechnik verwendet werden, um von Bearbeitungsflächen, vor allem solchen, die nicht gut beleuchtet sind, Abbildun gen zu erzeugen.Furthermore, the invention can be used in robotics to Processing areas, especially those that are not well lit, image gene to generate.
Durch die Verwendung monochromatischer Strahlung verschiedener Wellenlängen ist es möglich, spektral selektive Abbildungen von Gegenständen zu erzeugen, da verschiedene Wellenlängen von verschiedenfarbigen Oberflächen der zu detektie renden Gegenstände verschieden reflektiert werden.By using monochromatic radiation of different wavelengths it is possible to generate spectrally selective images of objects because different wavelengths of different colored surfaces to be detected objects are reflected differently.
Claims (22)
mindestens einer Sendevorrichtung (4), die einen Lichtstrahl emittiert,
mindestens einer Empfangsvorrichtung (6), die Lichtstrahlenreflexionen aufnimmt, und
einer Darstellungseinrichtung, die die von der Empfangsvorrichtung (6) erhaltenen Daten auswertet, wobei
der Lichtstrahl in einem beliebigen Muster ausrichtbar ist;
das durch die Empfangsvorrichtung (6) aufgenommene Muster Umge bungsinformationen enthält, und
das aufgenommene Muster ist durch die Darstellungseinrichtung zu einer Matrix zusammenfügbar.1. Device for optical detection, with
at least one transmitting device ( 4 ) that emits a light beam,
at least one receiving device ( 6 ) which receives light beam reflections, and
a display device which evaluates the data received by the receiving device ( 6 ), wherein
the light beam can be aligned in any pattern;
the pattern picked up by the receiving device ( 6 ) contains environmental information, and
the recorded pattern can be combined into a matrix by the display device.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1995124693 DE19524693A1 (en) | 1995-07-06 | 1995-07-06 | Optical detector for missile direction control and defence - uses picture built up from reflected light on matrix and operates in critical weather conditions |
| FR9607728A FR2736491B1 (en) | 1995-07-06 | 1996-06-21 | OPTICAL DETECTION DEVICE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1995124693 DE19524693A1 (en) | 1995-07-06 | 1995-07-06 | Optical detector for missile direction control and defence - uses picture built up from reflected light on matrix and operates in critical weather conditions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19524693A1 true DE19524693A1 (en) | 1997-01-09 |
Family
ID=7766205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1995124693 Withdrawn DE19524693A1 (en) | 1995-07-06 | 1995-07-06 | Optical detector for missile direction control and defence - uses picture built up from reflected light on matrix and operates in critical weather conditions |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19524693A1 (en) |
| FR (1) | FR2736491B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19809210A1 (en) * | 1998-03-04 | 1999-09-16 | Siemens Ag | Locality or workplace surveillance method |
| DE19947023A1 (en) * | 1999-09-30 | 2001-05-10 | Siemens Gebaeudesicherheit Gmb | Detecting light-scattering objects, e.g. for intruder alarm |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0439631B1 (en) * | 1989-08-18 | 1995-03-29 | Ibiden Co., Ltd. | Optical deflector |
| WO1991005269A1 (en) * | 1989-09-27 | 1991-04-18 | Neuronics Pty. Ltd. | Laser radar system for the detection of clear air turbulence |
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1995
- 1995-07-06 DE DE1995124693 patent/DE19524693A1/en not_active Withdrawn
-
1996
- 1996-06-21 FR FR9607728A patent/FR2736491B1/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2736491A1 (en) | 1997-01-10 |
| FR2736491B1 (en) | 1997-10-24 |
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Legal Events
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