DE2422614A1

DE2422614A1 - Optischer differentialpolarisationsfuehler

Info

Publication number: DE2422614A1
Application number: DE2422614A
Authority: DE
Inventors: George Frederick John Garlick; William Edward Lamp; Gottfried Albert Steigmann
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1973-05-11
Filing date: 1974-05-10
Publication date: 1974-11-28
Also published as: US3992571A

Description

Optischer Differentialpolarisationsfühler

Die Erfindung betrifft einen optischen Differentialpolarisationsfühler,

Wenn nicht polarisiertes Licht reflektiert wird, und zwar spiegelnd, oder diffus, so erfolgt durch verschiedene Oberflächenarten eine teilweise Polarisierung. Der Polarisationsgrad des reflektierten Lichtes ist eine strenge Funktion der Einfalls- und der Ausfallsitfinkel an dieser Oberfläche · und kann sich über die Oberfläche andern, und zwar aufgrund von Veränderungen in der Oberflächenstruktur oder in. Verunreinigungen und Eindrücken in dieser Oberfläche. Im Falle von Licht, das von einer Schmutzschicht reflektiert wird, kann der Polarisationsgrad sich ganz erheblich ändern, wenn die Schicht in Bewegung ist oder fluidisiert wird. Während herkömmliche Methoden der Polarisationsanalyse dazu verwendet werden können, derartige Veränderungen in der Polarisation zu untersuchen, wäre es für verschiedene Zwecke sehr nützlich, eine Möglichkeit zu haben, durch welche Differentialeffekte über eine vorgegebene Oberfläche leicht untersucht werden könnten und gegebenenfalls in Bildform dargestellt werden könnten. Beispiele für derartige Anwendungen sind die überprüfung einer Ernte, um von Krankheitserregern befallene Flächen, in früheren Stadien erkennen zu können, als es durch X^rerfärbung möglich ist, oder ua die Wirkung der Behandlung mit Pflanzenschutzmitteln zu untersuchen usw. Zu solchen Anwendungsmöglichkeiten gehört auch die Untersuchung von Bodenflächen, um gestörte Stellen oder gestörte Bereiche herauszufinden, an welchen Gegenstände vergraben sind, und es ist weiterhin auch die Untersuchung von kleinen Flächenbereichen interessant, um Merkmale wie Fingerabdrücke und Verunreinigungen zu untersuchen, und schließlich ist die Erkennung von örtlichen Staubansaimnlungen auf der Mondoberfläche oder anderen planetaren Oberflächen von Interesse.

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Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung ein optischer Diiferentialpolarisationsfühler geschaffen, der sich dadurch auszeichnet, daß eine fernsehkamera vorhanden ist, welche derart arbeitet, daß zwei einsjider ähnlich Videosignale erzeugt werden, die jeweils zwei .Ansichten desselben Objektes darstellen, daß die Earnera weiterhin ein Polarisationsanalysatorsystem aufweist, welches in der Art angeordnet ist, daß die zwei Ansichten jeweils durch Lichtkomponenten von dem Objekt abgeleitet werden, die sich nur hinsichtlich ihrer Polarisationseigenschaften unterscheiden, und daß schließlich eine Komparatoreinrichtung vorgesehen ist, mit welcher die zwei Videosignale über den gesamten Bildbereich punktweise vergleichbar sind.

Es sei darauf hingewiesen, daß in der vorliegenden Beschreibung der Ausdruck Licht auch ultraviolettes und infrarotes Licht ebenso wie sichtbare■Strahlung umfaßt.

Die zwei Videosignale können gleichzeitig erzeugt werden, wobei sie in derselben V/eise jeweils mittels zwei getrennter fotoempfindlicher Schirme in der Kamera erzeugt werden. Diese ZV*ei Sda irine können jeweils in einem Paar voneinander angepaßten konventionellen Earn er ar öhr en angebracht sein, oder es kann eine Kameraröhre derjenigen Art verwendet werden, die zwei getrennte fotoempfindliche Schirme aufweist, wie sie von der "Eadio Corporation of America" unter der Bezeichnung "3ivicon" vertrieben wird. In einer alternativen Ausführungsform können die zwei Videosignale nacheinander erzeugt werden, wobei sie in derselben Weise mittels einer einzigen foto empfindlichen Schirsi einrichtung in der Kamera erzeugt werden, wobei ein Signal in geeigneter ¥eise in bezug auf das andere verzögert wird, bevor ein Vergleich zwischen den beiden Signalen vorgenommen wird. In diesem Falle kann

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■"bei "der Verwendung des J¹UIiIers die Notwendigkeit "bestellen, daß Komplikationen beachtet werden müssen, die daraus resultieren, daß das aufgenommene Objekt schnell veränderliche Vorgänge zeigt.

In jedem S¹ alle hängen die Differentialeffekte, welche durch einen Vergleich der zwei Videosignale gewonnen werden,, natürlich von den entsprechenden Polarisationseigenschaften der Lichtkomponenten -a"b, welche vom Objekt her kommen und durch welche die zwei Bilder erzeugt-werden,, d. h., es besteht eine Abhängigkeit von der speziellen Auslegung oder Ausbildung des Polarisationsanalysatorsystems, welches in der Kamera eingebaut ist. In der folgenden Beschreibung wird dem Falle der linearen Polarisation besondere Beachtung geschenkt, es sei jedoch darauf hingewiesen, daß ähnliche Betrachtungen auch, bei der Ermittlung von Differentialeffekten gelten, wie sie bei einer zirkulären oder bei einer elliptischen Polarisation auftreten.

Venn somit der Pail-betrachtet wird, bei welchem die zwei Videosignale gleichzeitig erzeugt werden, so kann das PoIarisationsanalysatorsystem zweckmäßigerweise aus zwei linearen Polarisatoren bestehen, die jeweils vor den zwei fotoempfindlichen Schirmen angeordnet sind und deren Polarisation srichtimg en rechtwinklig zueinander stehen. Ss sei angenommen, daß von der Kamera ein Objekt auf genommen wird, von welchem das die Kamera erreichende Licht zum Teil linear polarisiert ist,und es sei.weiterhin angenommen, daß die Beleuchtungsstärken bei einem Paar einander entsprechender Punkte auf den zwei Schirmen betrachtet werden, die mit A und B bezeichnet werden. Ohne die Polarisatoren wären die entsprechenden Intensitäten gleich (sie hätten "beispielsweise den Wert I), wobei ein Bruchteil ρ der Gesamtintensität von der linear polarisierten Komponente herrühren würde.

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Wenn mit I^ und I-g Jeweils die Beleuchtungsstärken an den infrage stehenden Punkten auf den Schirmen A und B bezeichnet werden, wenn die Polarisatoren vorhanden sind und unter der Annahme, daß in den Polarisatoren eine vernachlässigbare Lichtabsorption stattfindet, so läßt sich leicht zeigen, daß folgende Beziehungen gelten:

¹A ^{+ 1}B = ^I-I₄-I_B = plcos29,'

woraus folgt,

(Ιλ - I-d)/(I/\ + I-n) - pcos29,

wobei θ der Winkel zwischen der Schwingungsebene des linear polarisierten Lichtes und der Polarisationsrichtung des Polarisators vor dem Schirm A ist. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß in den meisten !Fällen die !Richtung dieser Schwingungsebeiie im voraus für einen gegebenen Anwendungsfall des Fühlers beirannt ist, so daß die Polarisatoren so eingestellt werden können, daß für den Winkel θ sich ein Wert ITull ergibt und somit für den Winkel cos 2Θ ein Wert 1 resultiert.

Die mittels der Schirme A und B Jeweils abgeleiteten Videosignale stellen natürlich die entsprechenden räumlichen Veränderungen von I, und I_n dar. Wenn mit V« und V-n die entsprechenden Hornentanwerte dieser zwei Signale nach einer beliebigen erforderlichen Gammakorrektur bezeichnet werden, so ist ersichtlich, daß durch Ableitung eines zusammengesetzten Videosignals, das einen Homentanwert hat, der dem Ausdruck (V,- - V₁₅)/(Va + Vp) proportional ist, sich eine Darstellung

.ii. Xj ü Jj

der räumlichen Veränderung des Polarisationsgrades erreichen läßt, der durch die Größe (I₁, - Ιπ(/(Ι_Δ + In) festgelegt

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Dieses zusammengesetzte Videosignal kann dazu verwendet werden, die räumlichen Veränderungen der Helligkeit in einem Bild zu steuern, welches durch die Kathodenstrahlröhre dargestellt wird, oder es kann dazu verwendet werden, die räumlichen Veränderungen der Farbe in einem Bild zu steu.em, welches durch eine Farbfernsehröhre dargestellt wird. In diesem Falle wird vorzugsweise derart verfahren, daß eine Digitalisierung angewandt wird, so daß das Bild eine stufenweise Kodierung des P.olarisationsgrades wiedergibt. Dadurch wird eine "bessere Kontrastwiedergabe erreichbar, und zwar in Unterschied zu dem Fall, bei welchem eine kontinuierlich abgestufte monochromatische oder Farbdarstellung gewählt ist. Das zusammengesetzte Videosignal kann auch zusätzlich oder anstatt einer wiedergabe einrichtung einer entsprechenden Datenverarbeitungsanlage zugeführt werden. Ein' zusammengesetztes Videosignal der oben angegebenen Art wird nicht durch Veränderungen der Helligkeit üb ex¹ den von der Kamera aufgenommenen Bildbereich beeinflußt, wie·es bei einem einfachen Differenzensignal der Fall wäre, das einen Momentanwert hat, welcher der Größe (V^ ~ V-g) proportional ist. Für einige Zwecke kann es nützlich sein, ein solches Differenzensignal abzuleiten, welches dazu verwendet werden kann, um eine Bilddarstellung zu erzeugen, welche · derjenigen ähnlich ist, die oben für zusammengesetzte Videosignale diskutiert wurde. In solchen Fällen, in denen keine größeren Veränderungen der Helligkeit über den von der Kamera aufgenommenen Bildbereich auftreten, würde natürlich ein solches Differenzensignal eine geeignete Darstellung der Veränderungen des Polarisationsgrades liefern.

Genau dieselben Prinzipien, wie sie oben angeführt wurden, können in einem Falle angewandt werden, in welchem zwei

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Videosignale nacheinander erzeugt werden, indem eine einzige fotoempfindliche Scliirmeinrichtung verwendet wird. In diesem j?all kann das Polarisations-Jjialysatorsystem einen einzelnen linearen Polarisator aufweisen, der vor dem Schirm angeordnet ist und der seine Polarisationsrichtung zwischen der Erzeugung des einen Videosignals und des anderen Videosignals um 90 ° gedreht hat,

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Die Erfindung wird nachfolgend "beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben.; in dieser zeigen:

Pig. 1 eine schematische Darstellung eines Wühlers, der eine monochromatische Bildanzeige verwendet,

. 2 eine schematische Darstellung eines Teils eines !Fühlers, der eine farbige Bilddarstellung verwendet und

Pig. 3 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des Fühlers, der eine'monochromatische Bilddarstellung verwendet.

Der in der Pig. 1 dargestellte Fühler weist eine Fernsehkamera 1 auf, die zwei ähnlich herkömmliche Bildaufnahmeröhren 2 und 3 hat, welche einander so gut wie möglich angepaßt sind. Licht von einem Objekt, welches durch die Eamera 1 aufgenommen wird, wird auf die foto empfindlichen Schirme 4 und 5 der Söhren 2 und 3 gestrahlt, und zwar mittels eines optischen Systems 6 (welches schematisch als eine einzelne Linse dargestellt ist). Das optische System 6 kann entfallen, wenn &r Fühler in Verbindung mit einem optischen Instrument verwendet wird, beispielsweise mit einem astronomischen Fernrohr oder mit einem Mikroskop, weiches sein eigenes Abbildungssystem hat. Eine Strahlaufteilungseinrichtung 7 ist in dem Pfad des einfallenden Lichtes angeordnet, so daß das am Schirm 4- ankommende Licht über die Strahlaufteilungseinrichtung 7 übertragen wird und das am Schirm 5 ankommende Licht durch die Strahlaufteilungseinrichtung 7 und einen Spiegel 8 reflektiert wird. Ein G-laskompensator 9 ist in den Pfad des reflektierten Strahls derart angeordnet, daß die optischen Wege für. die zwei Strahlen gleich sind, und zwar ohne daß die Polarisationseigenschaften des reflektierten Strahls verändert werden, Die Kamera 1 weist weiterhin ein Polarisations-

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Analysiersystem auf, welches durch zwei Linearpolarisatoren 10 und 11 gebildet wird, die vor den Schirmen 4· und 5 jeweils angeordnet sind, wobei die Polarisatoren 10 und 11 ihre Polarisationsrichtungen jeweils parallel und senkrecht zu der Ebene haben, welche die Achsen des durchgelassenen und des reflektierten Lichtstrahls enthält (d. h., die Zeichenebene der Kamera 1 in der 5"ig. 1). Diese Anordnung gewährleistet, daß unerwünsehte Effekte •vermieden sind, die aufgrund der'Polarisation auftreten könnten, welche durch die Strahlaufteilungseinrichtung 7 und den Spiegel 8 hervorgerufen werden. Die Strahlaufteilungseinrichtung ist derart ausgebildet, daß die Schirme 4· und 5 ohne die Polarisatoren 10 und 11 gleich beleuchtet wurden.

Die Röhren 2 und 3 arbeiten in herkömmlicher Weise derart, daß zwei ähnliche Videosignale geliefert werden, die jeweils die punktweisen Veränderungen der Beleuchtungsstärken der Schirme 4- und 5 darstellen, wobei die Abtastung der Schirme 4- und f? in geeigneter Weise synchronisiert ist und wobei in herkömmlicher Weise eine regelmäßige BiIdfolge geliefert wird, wobei jedes Bild aus einer großen Anzahl von parallelen Zeilen besteht. Die erforderlichen Abtast- und Synchronisations einrichtung en sind herkömmlicher Art, und zur Vereiniachung der Darstellung sind sie nicht eingezeichnet. Die zwei Videosignale werden jeweils zwei ähnlichen Gammakorrektur-Videoverstärkern 12 und 13 zugeführt. Die Ausgangs signale der Verstärker 12 und 13 (welche jeweils Momentanwerte V.. und V₃ aufweisen) werden den Eingängen eines Differentialverstärkers 14- mit dem Verstärkungsfaktor 1 zugeführt, um ein Signal zu erzeiigen, dessen Momentanwert gleich (V^, - Vg) ist und werden weiterhin den , Eingängen eines Summierverstärkers 15 axt einem Verstärkungs-

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faktor 1 zugeführt, um ein Signal zu erzeugen, dessen Momentanwert gleich (Y, + Vg) ist. Es ist ersichtlich, daß dieses letztgenannte Signal die räumlichen Veränderungen der Helligkeit des von der Kamera 1 "beobachteten Objektes angibt. Dieses Signal wird daher als Helligkeitssignal bezeichnet. Die von den Verstärkern 14 und 15 gelieferten Signale xverden einer Teilereinrichtung 16 zugeführt (beispielsweise einer Gegenwirkleitwert-Teilereinrichtung mit vier Quadranten für hohe G-eschv/indigkeiten), um ein zusammenge setzt es Videosignal zu erzeugen, das einen Momentanwert hat, welcher der Größe (V, - V-n)/(V, + V-g) proportional ist. Dieses Signal stellt die räumlichen Veränderungen des Polarisationsgrades des Lichtes des von der Kamera 1 aufgenommenen Objektes dar und wird nachfolgend als das Polarisationssignal bezeichnet. Das Polarisationssignal wird einem Monitor 17 zugeführt, der eine monochromatische Kathodenstrahlröhre aufweist, wobei das Polaris at ions signal in herkömmlicher Weise dazu verwendet wird, den Elektronenstrahl dieser Röhre zu modulieren, und der Bildschirm dieser Röhre wird synchron zu der Abtastung der Schirme 4 und 5 abgetastet. Der Monitor 17 liefert somit ein Bild, bei welchem Helligkeitsveränderungen die Veränderungen im Polarisationsgrad des Lichtes wiedergeben, "welches von einem Objekt durch die Kamera 1 aufgenommen wird. Erforderlichenfalls können (nicht dargestellte) Schalteinrichtungen vorgesehen sein, um zu ermöglichen, 4lB das Differenz signal, welches am Ausgang des Differentialverstärkers 14 auftritt, dem Monitor 17 zugeführt wird, und zwar anstatt des Polarisationssignals.

Der zweite zu beschreibende !Fühler weist die Bauteile 1 bis 16 auf, die mit denjenigen der Eigur 1 identisch sind. Anstatt das Polarisationssignal einem Monitor 17 zuzuführen,

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■werden jedoch in diesem Ausführungen ei spiel das Polarisationssignal und das Helligkeitssignal einer larbmatrixeinrichtung zugeführt, deren Einzelheiten in der I¹Ig. 2 dargestellt sind. Diese Einrichtung erzeugt drei Komponentenfarbsignale, welche einem Monitor 18 zugeführt werden, der eine P arb fern sehr öhre aufweist, die mit drei Kanonen und Schattenmaskierung arbeitet, wobei die Farbkomponentensignale in herkömmlicher Art hierzu verwendet werden, die drei Elektronenstrahle dieser Söhre' zu mo'dulieren, und der Schirm dieser Röhre wird synchron zu der Abtastung der Schirme 4 und 5 abgetastet. Die Parbmatrixeinrichtung hat Eingangsleitungen 19 und 20, denen jeweils das Polarisations- und das Helligkeitssignal zugeführt werden, und sie hat weiterhin Ausgangsleitungen 21, 22 und 23, auf denen jeweils die ITarbkonponentensignale "rot", "grün" und "blau" zur Weiterleitung an den Monitor 13 erscheinen. Diese Einrichtung hat weiterhin Klemmen 24, 25, 26 und 27, an. welche statische Betriebsspannungen geführt werden, und zwar in der Weise, daß die Klemmen 24 und 25 auf einem Spannungsnennwert von Full und die Klemmen 26 und 27 jeweils positiv bzw. negativ gehalten sind. Das Polarisationssignal wird der Leitung 19 zugeführt, und zwar mit einem derartigen Gleichspannungspegel und einer solchen Polarität, daß jeweils die Spannung Full, bzw. eine positive und eine negative Spannung auf der Leitung 19 einem Polarisationsgrad von Hull, bzw. einem positiven und einem negativen Polarisationsgrad entspricht. Das Helligkeitssignal wird der Leitung 20 zugeführt, und zwar mit einem Gleichspannungspegel und einer Polarität, daß der Schwarzpegel und der Weißpegel dieses Signals jeweils der Spannung Full bzw. einer negativen Spannung auf der Leitung 20 entspricht.

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Die Einrichtung weist weiterliin. neun Hochgeschwindigkeits-Binärkomparatoren 28 - 36 auf, von denen jeder Eingänge X .•und Y aufweist, und derart arbeitet, daß er eine Ausgangsspannung liefert, die entvreder gleich. Hull ist oder positiv ist (entsprechend den logischen Zuständen 0 und 1), was davon abhängt, ob der Eingang X stärker positiv ist als der Eingang Y, Der Eingang X jedes Komparators 28 - 35 ist mit der Leitung 19 verbunden, und der Eingang X des Eomparators

36 ist mit der Verbindung zwischen den zwei Widerständen

37 und 38 verbunden, die in Reihe zwischen den Klemmen 25 und 27 angeordnet sind. Die Eingänge Y der Komparatoren 28 bis 34- sind jeweils mit aufeinanderfolgenden Abgriff punkten auf einer Reihenschaltung von acht Widerständen 39-46 verbunden, die.zwischen den Hemmen 25 und 26 liegen, und der Eingang Y des Eomparators 35 ist mit der Klemme 26 verbunden, wahrend der Eingang Y des Eomparators 36 mit der Leitung 19 verbunden ist. Es ist ersichtlich, daß dann, wenn der Wert des Polarisationssignals sich ändert, zehn mögliche Kombinationen der Ausgangszustände der Eomparatoren 28 bis 36 möglich sind, nämlich einer, bei welchem die Zustände alle einer logischen 1 entsprechen, ein weiterer, bei welchem die Zustände für die Komparatoren 28 - 35 eine logische 1 sind und eine logische 0 für den Komparator 36, und acht weitere, bei welchen die Zustände jeweils für den ersten bis achten der Komparatoren 28 - 36 eine logische 0 und für

• den übrigen eine logische 1 sind. Die Werte der Spannungen, xvelche an die Klemmen 26 und 27 geführt werden, sowie diejenigen der Widerstände 37-46 sind derart gewählt, daß diese Kombinationen jeweils kleinen Werten (entweder positiven oder negativen) des Pblarisationsgrades, erheblichen negativen Werten des Polarisationsgrades und acht aufeinander folgenden Bereichen von wesentlichen positiven Vierten des Polarisationsgrades entsprechen.

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Die Ausgänge der Komparator en 28 bis 36 sind mit einem Satz von logischen Elementen verbunden, die aus einen Undgatter 47, sieben Borgattern 4-8 - 54 und neun Invertern 55 - 63 bestehen, wobei jedes dieser Elemente als Ausgang eine logische 0 oder eine logische 1 aufweisen kann, und zwar in ähnlicher Weise wie die Eomparatoren 28 - 36. Genauer gesagt, das Undgatter 47 hat zwei Ausgänge, die jeweils mit den Ausgängen der Eomparatoren 28 und 36 verbunden sind, die ETorgatter 48'- 54 haben erste Eingänge, die jeweils mit den Ausgängen der Eomparatoren 28-34 verbunden sind, und zweite Eingänge, die jeweils mit den Ausgängen der Inverter 57 - 63 verbunden sind, deren Eingänge jeweils mit den Ausgängen der Eomparatoren 29 - 35 verbunden sind, und die Inverter ^ und 56 haben ihre Eingänge jeweils mit den Ausgängen der Eomparatoren 35 und verbunden. Die Anordnung ist derart getroffen, daß bei einer vorgegebenen Zeit der Ausgang von einem und nur von einem der zehn Elemente 47 bis 56 eine logische 1 ist, was davon abhängt, welche der zehn möglichen Eombinationen der Ausgangszustände der Eomparatoren 28 - 36 zu dieser Zeit vorhanden ist.

Die Erzeugung der IParbkomponentensignale erfolgt dadurch, daß geeignete Signale den drei Differentialverstärkern 64 66 zugeführt werden, deren Ausgänge jeweils mit den Leitungen 21 bis 23 verbunden sind, und zwar in Abhängigkeit davon, welches der Elemente 47-56 seinen Ausgang im logischen Zustand 1 hat. Somit sind die Ausgänge der Elemente 49 - ^5 jeweils über Dioden 67 - 73 und Widerstände 74-80 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 64 verbunden, während die Ausgänge der Gatter 48 - 54 jeweils über Dioden 81 - 87 und Widerstände 88 - 94 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 65 verbunden sind und der Ausgang

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des Inverters 56 über eine Diode 95 und einen Widerstand 95 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 66 verbunden ist. Das Ausgangssignal des Gatters 47 wird dazu verwendet, die Zustände der drei elektronischen Schalter 97 - 99 zu steuern, die jeweils mit Widerständen 100 - 102 zwischen der Leitung 20 und den entsprechenden invertierenden Eingängen der Verstärker 64 bis 66 in Reihe geschaltet sind, wobei die Schalter 97 - 99 "geöffnet sind, wenn der Ausgang des Gatters 47 im Zustand einer logischen 0 ist,, und geschlossen sind, wenn der Ausgang des Gatters 47 im Zustand einer logischen 1 ist. Die Eingangs schaltung en der Verstärker 64 - 66 werden durch Widerstände 103 - IO5 vervollständigt, die zwischen der Klemme 24 und den entsprechenden nicht-invertierenden Eingängen der Verstärker 64 - 66 angeordnet sind, und weiterhin durch Widerstände 106 - 108, die zwischen der Klemme 24 und den entsprechenden invertierenden Eingängen der Verstärker 64 bis 66 angeordnet sind.

Die Arbeitsweise der S'arbmatrixeinheit ist somit folgendermaßen: Wenn das Polarisations signal einen Wert aufweist, der einem stark negativen Wert des Polarisationsgrades entspricht, wird ein festes positives Signal an den invertierenden Eingang des Verstärkers 66 geführt, wobei jedoch dann keine weiteren Signale den Verstärkern 64 - 66 zugeführt werden. Das entsprechende Element des diirch den Monitor 18 dargestellten Bildes wird dann blau gefärbt. Wenn das Polarisationssignal einen Wert aufweist, der einem positiven Wert des Polarisationsgrades entspricht, welcher in dem untersten von acht oben genannten Bereichen liegt, so wird ein festes positives Signal an den invertierenden Eingang des Verstärkers 65 geführt, wobei jedoch dann keine weiteren Signale den Verstärkern 64 - 65 zugeführt werden.

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Das entsprechende Element des durch den Monitor 18 dargestellten Bildes wird dann grün gefärbt. Wenn das Polarisationssignal einen Wert hat, der einem positiven Wert des Polarisationsgrades entspricht, welcher im höchsten der acht Bereiche liegt, so wird ein festes positives Signal an den invertierenden Eingang des Verstärkers 64· geführt, wobei jedoch dann keine weiteren Signale den Yerstärkern 64- bis 66 ■ zugeführt werden. Das entsprechende Element des' durch den Honitor 18 dargestellten Bildes wird dann rot gefärbt. Wenn das Polarisations signal einen Wert hat, der einem positiven Wert des Polarisationsgrades entspricht, welcher in einem der mittleren sechs von acht Bereichen liegt, werden feste positive Signale an die invertierenden Eingänge der Verstärker 64- und 65 geführt, wobei jedoch dann keine weiteren Signale den Verstärkern 64- - 66 zugeführt werden. Das entsprechende Element des durch den Monitor dargestellten Bildes wird dann einen Farbton aufweisen, der durch die relativen Größen der Signale bestimmt ist, die den Verstärkern 64- und 65 zugeführt werden, und die Werte der Widerstände 74- bis 79 sowie 89 bis 94- sind derart gewählt, daß die sechs möglichen Farbtöne eine abgestufte !Folge bilden, die von grün bis rot reicht, wenn der Wert des Polarisationsgrades zunimmt. Wenn schließlich das Polarisationssignal einen Wert aufweist, der einem (entweder positiven oder negativen) geringen Wert des Polarisationsgrades entspricht, werden keine Signale an den invertierenden Eingang der Verstärker 64- - 66 geführt, es werden jedoch darm negative Signale, die alle dem Wert des Helligkeitssignals proportional sind, an den nicht-invertierenden Eingang aller Verstärker 64- - 66 geführt. Die relativen Anteile dieser Signale werden in geeigneter Weise ausgeglichen, und zwar durch entsprechende Auswahl der Werte der

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Widerstände 100 - 105, so daß das entsprechende Element in dem durch den Monitor 18 dargestellten Bild achromatisch ist, wobei seine Helligkeit natürlich von dem Wert des Helligkeitssignals abhängt.

Dies führt zu dem Ergebnis, daß das durch den Monitor 18 angezeigte Bild eine farbkodierte Darstellung der räumlichen Veränderungen des Polarisationsgrades im Licht von dem Objekt ist, welches durch die Kamera 1 aufgenommen wird, .so daß negative Vierte des Polarisationsgrades leicht von positiven Werten unterscheidbar sind und die letzteren in Bereichen kodiert sind, die den Erfordernissen entsprechend gewählt werden können. Diese farbkodierte Darstellung wird in wirksamer Weise einem Hintergrund überlagert, der durch ein herkömmliches.monochromatisches Bild des durch die Kamera 1 aufgenommenen Objektes gebildet wird, so daß ein Betrachter leicht in der Lage ist, die normalerweise sichtbaren Merkmale dieses Bildes denjenigen Merkmalen zuzuordnen, die durch die gefärbten Teile des Bildes erscheinen.

Der dritte zu beschreibende Fühler verwendet ein sequentielles System anstatt des gleichzeitigen Systems, wie es in dem oben beschriebenen Fühler verwendet wurde, so daß dadurch keine Notwendigkeit besteht, die zwei Kameraröhren einander anzupassen oder einen speziellen Typ von Kameraröhren zu verwenden. In dem Fühler gemäß Fig. 3 weist die Fernsehkamera 109 eine einzige herkömmliche Röhre 110 auf, die auch in herkömmlicher Weise arbeitet, und zwar mit einer üblichen Form der Abtastung ihres fotoempfendlichen Schirmes 111. Licht von dem durch die Kamera 109 aufgenommenen Objekt wird auf den Schirm 111 projeziert, und zwar durch ein optisches System 112, wobei vor dem Schirm 111 eine Linearpolarisator 113 angeordnet ist, dessen Polarisationsriehtung

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derart angeordnet ist, daß sie in Stufen von 90 ° mittels eines Motorantriebs syst ems 114 drehbar ist. Das Antriebssystem 114 ist derart angeordnet, daß es während jedes Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden Bildabtastungen betätigbar ist, und zwar unter der Steuerung von Signalen, die von einer Steuereinheit 115 abgeleitet werden, deren Arbeitsweise mit der Abtastung des Schirms 111 synchronisiert ist. Das Ausgangssignal .der Röhre 110 alterniert somit mit der Bildfrequenz zwischen zwei Videosignalen, die jeweils die erforderlichen beiden Ansichten des aufzunehmenden Objektes wiedergehen.

Das Ausgangssignal der Höhre 110 wird einem GammakorrekturVideoverstärker 116 zugeführt, dessen Ausgangssignal einer Kathodenstr ahlröhren-Honitoreinrichtung 117 zur Überprüfung der Signale zuführbar ist. Das Ausgangs signal des Verstärkers 116 wird weiterhin einer Zweiweg-Schalteinrichtung zugeführt (beispielsweise einem torgesteuerten Verstärker), die synchron mit dein Antriebs syst en 114 unter der Steuerung von Signalen von der Einheit 115 betrieben wird, und zwar derart, daß die zwei Videosignale (in aufeinanderfolgenden Bildperioden) jeweils an den Ausgängen 118A und 118B erscheinen. Das am Ausgang 11SA erscheinende Signal wird einer Speichereinrichtung 119 zugeführt, die unter der Steuerung des Signals von der Sinheit 115 derart arbeitet, daß das gespeicherte Signal mit einer Verzögerung ausgelesen wird, die gleich einer Bildperiode ist. Die Speichereinrichtung 119 kann beispielsweise eine Sathodenstrahlröhre sein, bei welcher auf einer Seite eingeschrieben wird und auf der anderen Seite eines dünnen Speicherfilms ausgelesen wird. Das verzögerte Signal, welches von der Speichereinrichtung 119 abgeleitet wird, und dasjenige Signal, welches am Ausgang 113B erscheint, werden in ähnlicher Weise den Ausgängen

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der. Verstärker 12 und 13 in der Anordnung gemäß Pig. 1 zugeführt, wobei der Fühler Komponenten 14- - 17 aufweist, Vielehe denjenigen gemäß Pig. 1 ähnlich sind. Erforderlichenfalls kann der Monitor 17 wiederum durch eine Anordnung gemäß Pig. 2 ersetzt werden, um eine Parbbilddarstellung zu erreichen.

Es ist ersichtlich, daß in dem in der !Fig., 3 dargestellten Mihler die Ausgänge der Komponenten 14-, 15 und 16 während aufeinanderfolgender Bildperiode jeweils den Wert ITuIl haben. Um Plackereffekte zu vermeiden, kann es daher zweckmäßig sein, in diesem IPaIle eine höhere Bildfrequenz zu verwenden, als es bei herkömmlichen Pernsehsystemen üblich ist.

Bei den oben beschriebenen 3¹UhIera kann erforderlichenfalls vorgesehen sein, ein (nicht dargestelltes) Pilter einzusetzen, und z-war in den Weg des einfallenden Lichtes, so daß der Wellenlängenbereich des auf die Schirme 4- und oder den Schirm 111 auf treffenden Lichtes begrenzt wird. Bei der.Anordnung gemäß Pig. 1 sollte das Pilter natürlich vor der Strahlaufteilungseinrichtung 7 angeordnet werden.

Patentansprüche:

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Claims

PatentansOrüche

1.1 Optischer Differentialpolarisationsfühler, dadurch, g e kennzeichnet , daß eine Fernsehkamera vorgesehen ist, durch welche zwei Videosignale erzeugbar sind, die jeweils zwei Ansichten desselben Objektes darstellen, daß die Kamera eine Polarisationsanalysatoreinrichtung aufweist, Vielehe derart angeordnet ist, daß die zwei Ansichten jeweils mittels der Komponenten des Lichtes von dem Objekt ableitbar sind, welche sich nur hinsichtlich ihrer Polarisationseigenschaften untsrscheiden, und daß eine Vergleichseinrichtung vorhanden ist, welche dazu dient, die zwei Videosignale über den gesamten Bildbereich punktweise miteinander zu vergleichen.

2. Polarisationsfühler nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet , daß das Analysatorsystem wenigstens einen Linearpolarisator aufweist, welcher derart angeordnet ist, daß eine der Komponenten aus Licht besteht, das durch einen Linearpolarisator hindurchgegangen ist, der in einer vorgegebenen Richtung eingestellt ist, und daß die andere der Komponenten aus Licht besteht, welches durch einen Linearpolarisator hindurchgegangen ist, der rechtwinklig zu der vorgegebenen Richtung steht.

3. Polarisationsfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichs einrichtung für die zwei Videosignale derart betreibbar ist, daß sie ein zusammengesetztes Videosignal erzeugt, das die räumlichen Veränderungen über dem Bildbereich des Polarisationsgrades darstellt, der durch das Verhältnis aus der Differenz zwischen den IntensitM.ten der Komponenten zu der Summe der Intensitäten der Komponenten gegeben ist.

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4. Polarisationsfühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorhanden ist, welche dazu dient, das zusammengesetzte Videosignal dazu zu verwenden, die räumlichen Veränderungen der Helligkeit in einem durch die Kathodenstrahlröhre dargestellten Bild zu steuern.

5. Polarisationsfühler nach Anspruch 3₅ dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung vorhanden ist, um das zusammengesetzte Videosignal dazu zu verwenden, die räumlichen Veränderungen der Farbe in einem durch die !Farbfernsehröhre dargestellten Bild zu steuern.

6* Polarisationsfühler nach Anspruch 5_? dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, welche dazu dient, das zusammengesetzte Videosignal zu verwenden, derart betreibbar ist, daß das Bild eine stufenweise Farbcodierung des Polarisationsgrad.es zeigt.

7. Polarisationsfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, welche dazu dient, das zusammengesetzte Videosignal zu verwenden, derart betreibbar ist, daß das Bild achromatische Elemente enthält, xvelche den Teilen des Bildbereiches entsprechen, für welche der Polarisationsgrad einen kleinen Wert hat, und daß eine Einrichtung vorhanden ist, um die Helligkeit der chromatischen Elemente von der Helligkeit der entsprechenden Objektteile abhängig werden zu lassen.

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