DE2363580C2 - Aktive Fernsehanlage mit automatischer Entfernungseinstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine aktive Fernsehanlage mit automatischer Entfernungseinstellung, enthaltend einen gepulsten Laser-Sender und einen Empfänger zum Empfangen der reflektierten Laser-Impulse mit einer ein empfangenes Videoausgangssignal liefernden torgesteuerten Fernsehkamera, einem an die torgesteuerte Fernsehkamera angeschlossenen Sichtgerät, dessen Abtastraster eine obere und untere Rasterhälfte umfaßt, und einer Taktschaltung zur Synchronisation der Rasterabtastung.

Eine Fernsehanlage der beschriebenen Art wird vorzugsweise zum Beobachten und Erkennen von Gegenständen im Dunkeln oder bei schlechter Sicht eingesetzt Die Anlage findet insbesondere in Flugzeugen und sonstigen Flugkörpern oder anderweitig erhöht angeordneten Beobachtungsstellen Anwendung. Sie enthält ein Beleuchtungsgerät in Form eines gepulsten Lasers, der einen Lichtimpuls aussendet, und einen Empfänger in Form einer Fernsehkamera, die uio eine gewisse Zeit gegenüber der Lichtimpulsaussendung verzögert aufgetastet oder torgesteuert wird, um den reflektierten Lichtimpuls zu empfangen. Die zwischen dem Aussenden des Lichtimpulses und der Auftastung der Fernsehkamera liegende Verzögerungszeit wird Entfernungsverzögerung genannt und bestimmt die Entfernung der Fernsehanlage zu dem Ort, von dem der Empfänger die reflektierten Impulse empfängt Durch die Länge des Empfängerauftastimpulses wird die Tiefenschärfe des Empfängers bestimmt Der Empfänger kann einen auftastbaren oder torgesteuerten Bildverstärker mit einer nachgeschalteten Vidikonröhre oder eine andere geeignete elektrooptische Empfangseinrichtung enthalten.
Befindet sich die aktive Fernsehanlage an Bord eines Flugzeugs, tritt bei der Beobachtung des Bodens am Bildverstärker ein sinnvolles Videoausgangssignal nur auf, wenn die Empfangsentfernung entsprechend dem Abstand des Flugzeugs vom Boden eingestellt wird. Wenn der Empfänger derart aufgetastet wird, daß sich der erfaßte Entfernungsbereich oberhalb oder unterhalb des Bodens befindet, werden keine Reflexionsimpulse empfangen. Wenn man nun eine Kamera schwenkt, um den Boden abzutasten, wird die Schrägentfernung zwischen der Kamera und dem Boden fortwährend geändert Bei einer Höhenänderung des Flugzeugs tritt ebenfalls eine Änderung des Abstands zwischen der Fernsehkamera und dem Boden auf. Zum Empfang der vom Boden reflektierten Impulse ist es daher unter den beschriebenen Bedingungen erforderlich, die Entfernungsverzögerung fortlaufend manuell ein-bzw. nachzustellen. Diese fortlaufende Nachstellung stellt eine hohe Anforderung an die Aufmerksamkeit des Bedienungspersonals. Trotz ständiger Beobachtung und Nachstellung kommt es jedoch manchmal vor, daß das Empfangsbild verlorengeht

Aus der DE-OS 20 53 111 ist es bei einer aktiven Fernsehanlage der betrachteten Art bereits bekannt, eine automatische Entfernungseinstellung vorzusehen. Zu diesem Zweck ist der aktiven Fernsehanlage ein Laser-Entfernungsmeßgerät zugeordnet, das einen weiteren gepulsten Laser-Sender sowie einen weiteren Empfänger und eine Entfernungs-Anzeigeeinrichtung aufweist Ferner ist eine Einstelleinrichtung vorgesehen, die die Fernsehanlage auf eine von dem Laser-Entfernungsmeßgerät ermittelte Meßobjekt-Entfernung einstellt Bei einer praktischen Ausführung ist es als vorteilhaft dargestellt, nur einen einzigen gepulsten Laser-Sender vorzusehen, der in einem ersten Betriebszustand als Impulssender für das Entfernungsmeßgerät und in einem zweiten Betriebszustand als Impuissender für die eigentliche Fernsehanlage dient Dennoch ist bei dieser bekannten Anordnung der gerätetechnische Aufwand relativ hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die technischen Einrichtungen für die Entfernungsmessung und Entfernungseinstellung in die eigentliche aktive Fernsehanlage zu integrieren, so daß ein separates Laser-Entfernungsmeßgerät entfallen kann. Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs beschriebene aktive Fernsehanlage nach der Erfindung gekennzeichnet durch eine mit ihrem Eingang an den Ausgang der torgesteuerten Fernsehkamera angeschlossene und mit zwei Ausgängen versehene Schalteinrichtung, die von der Takt-

schaltung derart ansteuerbar ist, daß sie an ihrem ersten Ausgang ein Signal abgibt, das dem während der Abtastung der oberen Rasterhälfte auftretenden empfangenen Videoausgangssignal der torgesteuerten Fernsehkamera entspricht, und an ihrem zweiten Ausgang ein Signal abgibt, das dem während der Abtastung der unteren Rasterhälfte auftretenden empfangenen Videoausgangssignal der torgesteuerten Fernsehkamera entspricht, und durch eine an den ersten und zweiten Ausgang der Schalteinrichtung angeschlossene Differentialintegrationseinrichtung, deren Ausgangssignal ein Differenzfehlersignal darstellt, das die Differenz zwischen dem während der Abtastung der oberen Rasterhälfte auftretenden Videoausgangssignal und dem während der Abtastung der unteren Rasterhälfte auftretenden Videosignal angibt

Nach der Erfindung werden somit in einer aktiven Fernsehanlage die Videoausgangssignale miteinander verglichen und integriert, die während der Abtastung der oberen Hälfte des Gesichtsfelds und während der Abtastung der unteren Hälfte des Gesichtsfelds auftreten. Das aus diesem Vergleich hervorgegangene Signal wird dann für die automatische Entfernungseinstellung herangezogen. Vorzugsweise wird es einem Impulslängenmodulator zugeführt, der eine diesem Signal proportionale Entfernungsverzögerung erzeugt Dadurch ist es möglich, mit dem Empfänger einen Entfernungsbereich zu erfassen, der ein maximales Videoempfangssignal liefert

Bei einer an Bord eines Rugzeugs befindlichen aktiven Fernsehanlage kann man mit Hilfe des Impulslängenmodulators die Verzögerungszeit zwischen der Aussendung eines Laserimpulses durch den Sender und dem Empfang des reflektierten Impulses durch die torgesteuerte Fernsehkamera automatisch derart einstellen, daß das zu beobachtende Ziel stets erfaßt bleibt Zu diesem Zweck wird das Integral eines zusammengesetzten Videosignals, das die Szenenhelligkeit in der oberen Hälfte des Gesichtsfelds der Fernsehkamera angibt, mit dem Integral eines zusammengesetzten Videosignals verglichen, das die Szenenhelligkeit in der unteren Hälfte des Gesichtsfelds der Fernsehkamera angibt um ein Steuer- oder Fehlersignal zu erzeugen, das dem Impulslängenmodulator zugeführt wird. Der Impulslängenmodulator nimmt dann die Einstellung der Zeitverzögerung vor. Da bei einer an Bord eines Flugzeugs befindlichen aktiven Fernsehanlage keine reflektierten Laserimpulse empfangen werden, wenn entfernungsmäßig der Erfassungsbereich der Fernsehkamera nicht auf einen Abstand eingestellt ist, der dem Abstand zwischen dem Flugzeug und dem Boden entspricht, stellt die erfindungsgemäße Anordnung ein ausgezeichnetes Mittel dar, um die Empfangsentfernung genau auf den interessierenden Abstand einzustellen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand von Zeichnungen beschriebea Es zeigen

F i g. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems,

Fig.2 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und

F i g. 3 den zeitlichen Verlauf eines Entfernungsverzögerungssignals, das von der in der F i g. 2 dargestellten Schaltungsanordnung erzeugt wird.

In der Fig. 1 ist ein Flugzeug 1 dargestellt, das zur Erfassung eines den Erdboden 4 umfassenden Ziels eine aktive Fernsehanlage 2 mit einem Gesichtsfeld 3 aufweist. Die aktive Fernsehanlage sendet optische Energie aus, und zwar insbesondere einen Laserimpuls, und spricht auf die optische Rückstrahlung innerhalb eines Weiten-oder Entfernungsbereiches 5 mit einem gewählten Mittenabstand </5 und einer gewählten Tiefenschärfe 6 an. Wenn das aktive Fernsehsystem 2 bezüglieh seines Erfassungsbereiches derart eingestellt ist bzw. entfernungsmäßig derart aufgetastet wird, daß es auf Rückstrahlungen anspricht, die innerhalb des Gesichtsfeldes 3 aus einem Entfernungsbereich 10 mit einem über dem Boden 4 befindlichen .Mittenabstand d 1 kommen, wird keine wirksame Rückstrahlung festgestellt Demzufolge tritt ein Schwarzwert-Videoausgangssignal auf. Wenn die aktive Fernsehanlage 2 in ähnlicher Weise derart aufgetastet wird, daß sie innerhalb des Gesichtsfeldes 3 einen Entfernungsbereich 11 mit einem unter dem Erdboden liegenden Mittenabstand c/2 erfaßt, wird ebenfalls keine Rückstrahlung festgestellt In diesem Fall tritt ebenfalls ein Schwarzwert-Videoausgangssignal auf. Der angegebene Mittenabstand bezieht sich jeweils auf den Ab- stand des Entfernungsbereiches von der aktiven Fernsehanlage 2. Wenn die aktive Fernsehanlage für den Entfernungsbereich 5 mit der Tiefenschärfe 6 aufgetastet wird, empfängt sie innerhalb des Gesichtsfeldes 3 Rückstrahlungen von den eingezeichneten Entfernungs bereichen 12 und 13, deren Mittenabstände di und <J4 innerhalb des Gesichtsfeldes 3 auf dem Erdboden 4 liegen. Die Empfängertiefenschärfe wird normalerweise derart ausgewählt, daß die aktive Fernsehanlage 2 in der Lage ist Rückstrahlungen von allen Bodenpunkten zu empfangen, die innerhalb des Gesichtsfeldes 3 liegen.

Die Punkte 16 und 17 stellen einander gegenüberliegende Schnittpunkte des Gesichtsfeldes 3 mit dem Erdboden 4 dar. Der Punkt 16 erscheint in der oberen Zeile eines an die aktive Fernsehanlage 2 angeschlossenen Fernsehsichtgeräts. Der Punkt 17 erscheint hingegen als untere Zeile. Ein eingezeichneter Punkt 18 stellt die Mitte des Gesichtsfeldes 3 dar, das bei der Darstellung nach der F i g. 1 von einer in der F i g. 2 gezeigten Lin se 23 abgetastet wird. Wenn der Weitenraum oder Ent fernungsbereich 5 auf den Punkt 18 mittig eingestellt ist, so daß der Mittenabstand ti 5 die Strecke zwischen dem Punkt 18 und der Fernsehanlage 2 ist, und wenn die Tiefenschärfe 6 derart eingestellt ist, daß die Punk te 16 und 17 noch in den Schärfenbereich fallen, wird der in dem Entfernungsbereich 5 liegende Erdboden 4 von der Fernsehanlage 2 erfaßt bzw. beleuchtet Wenn der Gegenstand beleuchtet wird, der innerhalb eines Entfernungsbereiches liegt, aus dem Rückstrahlungen

so empfangen werden, wie dies für den Erdboden 4 der Fall ist, wird hier einfachheitshalber gesagt, daß der betreffende Entfernungsbereich beleuchtet ist Wenn die Fernsehanlage2 auf den Entfernungsbereichs eingestellt ist, wird somit der gesamte innerhalb des Gesichts- Felds 3 liegende Erdbodenbereich zwischen den Punkten 16 und 17 erfaßt, einschließlich der aus Erläuterungsgründen eingezeichneten Entfernungsbereiche 12 und 13. Infolge der Beleuchtung des Entfernungsbereiches 12 bei beleuchtetem Entfernungsbereich 5 wird für die untere Bildhälfte eines Fernsehüberwachungsgeräts ein Hellwert-Videoausgangssignal erzeugt Da der Entfernungsbereich 13 ebenfalls beleuchtet ist, wird auch für die ur^fere Bildhälfte des Fernsehüberwachungsgeräts ein Hellwert-Videoausgangssignal erzeugt Wenn jedoch die aktive Fernsehanlage 2 bezüglich des Weitenbereiches derart eingestellt ist, daß sie auf Rückstrahlungen aus einem Entfernungsbereich 7 mit einem ge-

genüber dem Mittenabstand d5 größeren Mittenabstand d6 anspricht, wird zwar noch der Entfernungsbereich 13 beleuchtet, jedoch nicht mehr der Entfernungsbereich 12. Für die untere Bildhälfte des Fernsehüberwachungsgeräts tritt daher ein Schwarzwert-Videoausgangssignal auf, während das Hellwert-Videoausgangssignal für die obere Bildhälfte erhalten bleibt

Nach der Erfindung werden nun Videosignale, die Rückstrahlungen von Gesichtsfeldteilen zwischen den Punkten 16 und 17, beispielsweise von Teilen zwischen den Punkten 17 und 18 sowie zwischen den Punkten 18 und 16, miteinander verglichen, um die aktive Fernsehanlage 2 entfernungsmäßig automatisch derart einzustellen, daß die in dem gesamten Gesichtsfeld 3 auf Rückstrahlungen anspricht Eine derartige automatische Entfernungseinstellung bzw. Entfemungsauftastung hat den Vorteil, daß fortlaufend eine maximale Menge an nützlicher Information empfangen wird. Abtastungen, bei denen nicht verwendbare oder sinnlose optische Information empfangen wird, werden daher vermieden. Bei dem in der Fi g. 1 dargestellten Beispiel würde beispielsweise unnütze Information empfangen werden, wenn die aktive Fernsehanlage 2 auf den Entfernungsbereich 10 eingestellt wäre.

In der F i g. 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer nach der Erfindung ausgebildeten Fernsehanlage 2 als Blockschaltbild dargestellt Ein Sender 20 enthält vorzugsweise einen gepulsten Laser. Die Rückstrahlung wird von einem Empfänger mit einer Fernsehkamera 22 empfangen, die eine Linse 23 und einen auftastbaren oder torsteuerbaren Bildverstärker 24 enthält An den steuerbaren Bildverstärker 24 ist eine Vidikonröhre 25 angeschlossen, die der Szenenhelligkeit entsprechende elektrische Impulse für eine Auswerteinrichtung liefert. Bei der Auswerteinrichtung handelt es sich Vorzugsweise um eine optische Anzeige, also ein Sichtgerät 26. Das Sichtgerät 26 enthält vorzugsweise ein Fernsehbildüberwachungsgerät

Die Weiten- oder Entfernungsverzögerung wird von einem Pulslängenmodulator 30 bestimmt, der ein in der F i g. 3 dargestelltes Entfernungsverzögerungssignal liefert Der Impulslängenmodulator 30 steuert eine Torschaltung mit einem ersten monostabilen Multivibrator 31 und einem zweiten monostabilen Multivibrator 3Z Die monostabilen Multivibratoren 31 und 32 sind an den torgesteuerten Bildverstärker 24 bzw. den gepulsten Laser20 angeschlossea In der Fig.3 ist ein Entfernungsverzögerungssignal dargestellt Zum Zeitpunkt h bewirkt ein positiver Sprung im Verlauf des Ausgangsimpulses des Pulslängenmodulators 30 einen Schaltvorgang des monostabilen Multivibrators 32, um einen Torimpuls zu erzeugen, der den Laser 20 pUiSt. Zum Zeitpunkt t₂, d. h. um einen gegenüber dem Zeitpunkt ti um die Impulslänge verschobenen Zeitpunkt, bewirkt ein negativ gerichteter Sprung im Verlauf des von dem Impulslängenmodulator 30 gelieferten Entfernungsverzögerungssignals einen Schaltvorgang des monostabilen Multivibrators 31, um einen Torimpuls auszulösen, der dem torgesteuerten Bildverstärker 24 zugeführt wird. Die Torschaltung wird somit in der beschriebenen Weise durch den Impulslängenmodulator 30 synchronisiert Die beim Senden und Empfangen erzielte Tiefenschärfe wrd durch Auswahl der Impulslänge der von den monostabilen Multivibratoren 31 und 32 erzeugten Impulse bestimmt Anstelle der beschriebenen Anordnung kann man auch andere Takt- oder Synchronisiereinrichtungen verwenden. Die Entfernungsverzögerung, d.h. die in der Fig.3 dargestellte Impulslänge zwischen den Zeitpunkten ii und h, kann man in herkömmlicher Weise dadurch auswählen, daß der Impulslängenmodulator 30 über einen in einer ersten Stellung befindlichen Schalter 63 an eine manuelle Entfernungseingabeeinheit 35 angeschlossen wird. Die manuelle Entfernungseingabeeinheit 35 kann irgendeine an sich bekannte Einrichtung enthalten, die zum Einstellen der Länge des von dem Impulslängenmodulator erzeugten Impulses geeignet ist. Nach der Erfindung kann der Schalter 36 in eine zweite Schaltstellung gebracht werden. Der Videoausgang der Vidikonröhre 25 ist mit einer Schalteinheit 38 verbunden, die an einen ersten Eingang 42 und an einen zweiten Eingang 43 einer Summierschaltung 44 Ausgangssignale liefert Die Schalteinheit 38 ist an eine zur Synchronisation dienende Taktschaltung mit einem Vertikalablenkgenerator 45 angeschlossen, der vorzugsweise auch zur Synchronisation der Fernsehkamera 22 dient Die Summierschaltung 44 liefert ein Ausgangssignal an einen Integrator 46. Der Ausgang des Integrators 46 ist über den Schalter 36 an den Impulslängenmodulator 30 angeschlossen. Die Suinmierschaltung 44 und der Integrator 46 enthalten Differentialintegriereinrichtungen.

Die Schalteinheit 38 liefert das Videoausgangssignal der Vidikonröhre 25 während eines ersten Abschnitts der Vertikalablenkung zum Eingang 42 der Summierschaltung 44 und während eines zweiten Abschnitts der Vertikalablenkung zum Eingang 43 der Summierschaltung 44. Das Ausgangssignal der Vidikonröhre 25 wird somit während des Ansteuerns von verschiedenen Empfangsbereichen des Sichtgeräts 26 durch das Videosignal dem Eingang 42 bzw. dem Eingang 43 der Summierschaltung 44 zugeführt. Bei dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei diesen unterschiedlichen Empfangsbereichen um die obere und untere Hälfte des von dem Vertikalablenkgenerator 45 abgetasteten Rasters. Wenn die Fernsehanlage entfernungsmäßig richtig eingestellt ist, liefert die Vidikonröhre 25 ein Hellwert-Videoausgangssignal, wohingegen bei nicht passender Entfernungseinstellung ein Schwarzwert-Videoausgangssignal auftritt Wenn nun die Anlage entfernungsmäßig derart eingestellt bzw. aufgetastet wird, daß nur die obere Hälfte des Gesichtsfelds das Ziel entfernungsmäßig richtig erfaßt, liefert der Integrator 46 ein Ausgangssignal der einen Polarität Dabei handelt es sich im vorliegenden Fall um ein positives Ausgangssignal. In ähnlicher Weise liefert der Integrator 46 ein negatives Ausgangssignal, wenn die Entfernung lediglich für den in der F i g. 1 zwischen den Punkten 17 und 18 dargestellten Bereich richtig eingestellt ist Die dabei am Ausgang des Integrators 46 auftretende negative Spannung vergrößert die von dem Impulslängenmodulator 30 vorgesehene Entfernungsverzögerung derart, daß sich die Anlage innerhalb des Gesichtsfelds der als Empfänger dienenden Fernsehkamera 22 selbsttätig entf ernungsmäßig in bezug auf das erfaßte Ziel richtig einstellt Das in der Fig.3 dargestellte Entfernungsverzögerungssignal kann man daher als Regelabweichungssignal in der beschriebenen Regelschleife betrachten, die zur automatischen Entfernungseinstellung dient

Die geschaffene Schaltungsanordnung ist somit eine Regelschleife zur automatischen Einstellung der Entfernungsverzögerung, um den erfaßten oder beleuchteten Teil des ein Ziel schneidenden Gesichtsfelds mitten auf

dem Ziel zu halten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Aktive Fernsehanlage mit automatischer Entfernungseinstellung, enthaltend einen gepulsten Laser-Sender und einen Empfänger zum Empfangen der reflektierten Laser-Impulse mit einer ein empfangenes Videoausgangssignal liefernden torgesteuerten Fernsehkamera, einem an die torgesteuerte Fernsehkamera angeschlossenen Sichtgerät, dessen Abtastraster eine obere und untere Rasterhälfte umfaßt, und einer Taktschaltung zur Synchronisation der Rasterabtastung, gekennzeichnet durch eine mit ihrem Eingang an den Ausgang der torgesteuerten Fernsehkamera (22) angeschlossene und mit zwei Ausgängen versehene Schalteinrichtung (38), die von der Taktschaltung (45) derart ansteuerbar ist, daß sie an ihrem ersten Ausgang (42) ein Signal abgibt, das dem während der Abtastung der oberen Rasterhälfte auftretenden empfangenen Videoausgangssignal der torgesteuerten Fernsehkamera entspricht, und an ihrem zweiten Ausgang (43) ein Signal abgibt, das dem während der Abtastung der unteren Rasterhälfte auftretenden empfangenen Videoausgangssignal der torgesteuerten Fernsehkamera entspricht, und durch eine an den ersten und zweiten Ausgang (42 und 43) der Schalteinrichtung (38) angeschlossene Differentialintegrationseinrichtung (44,46), deren Ausgangssignal ein Differenzfehlersignal darstellt, das die Differenz zwischen dem während der Abtastung der oberen Rasterhälfte auftretenden Videoausgangssignal und dem während der Abtastung der unteren Rasterhälfte auftretenden Videosignal angibt

2. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mit seinem Eingang an den Ausgang der Differentialintegrationseinrichtung (44, 46) angeschlossenen Impulslängenmodulator (30), an dessen Ausgang ein Entfernungsverzögerungssignal auftritt, dessen Länge durch den Pegel des Fehlersignals bestimmt ist, und durch eine an den Ausgang des Impulslängenmodulators angeschlossene und durch ihn synchronisierte Torschaltung (31,32), die an den Sender (20) ein erstes Torsignal und an den durch die Fernsehkamera (22) dargestellten Empfänger ein zweites Torsignal abgibt, derart daß der Sender zu einem ersten Zeitpunkt (h) gepulst wird und der Empfänger zu einem gegenüber dem ersten Zeitpunkt um die Entfernungsverzögerung verzögerten zweiten Zeitpunkt (ti) aufgetastet wird.