DE2534586B2

DE2534586B2 - Verfahren und Einrichtung zur Abtastung und zur elektronischen Verarbeitung thermischer Bilder

Info

Publication number: DE2534586B2
Application number: DE2534586A
Authority: DE
Inventors: Jens Duehrkoop; Guenter Dr.-Ing. Pusch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-08-02
Filing date: 1975-08-02
Publication date: 1978-07-27
Also published as: IT1067469B; FR2320673A1; SE7608600L; DE2534586A1; BE844819A; FR2320673B1; SE415622B; GB1557029A; DE2534586C3; US4264929A; NL7608578A; CH600361A5

Description

Wärmebildgeräte, bei denen mit Detektorreihen-Anordnungen das Bild abgetastet wird, sind seit langem bekannt. Es war üblich, die Detektorreihe senkrecht zur Zeilenrichtung anzuordnen und das Bild über diese Reihe zu bewegen. Dabei wurden mehrere Reihen balkenförmig abgetastet und in der Wiedergabe aneinandergesetzt. Eine Überschreibung und Superposition der Zeilen wurde bewußt vermieden.

Dieses Verfahren hatte aber den entscheidenden Nachteil, daß einzelne schlechte oder ausgefallene Detektoren bewirkten, daß in jedem Balken die entsprechenden Zeilen mit verschiedener Qualität abgebildet wurden.

Es bestand daher die Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden, was durch eine Superposition der Signale der verschiedenen Detektoren möglich ist. Aus der DE-OS 22 50 251 ist bekannt, daß die serielle Abtastung, d. h. eine parallele Anordnung der Detektoren, die mit hoher Geschwindigkeit jede einzelne Zeile abtasten und deren Signale über Verzögerungsleitungen zur Anzeige gebracht werden, diese Nachteile weitgehend vermeidet.

Nachteil dieser Anordnung ist einerseits eine sehr hohe Abtastgeschwindigkeit, die zu großen mechanischen Problemen führt und andererseits die aufwendige Verzögerungsleistungstechnik, die eine sehr hohe Stabilisierung der Abtastung erfordert, um exakt wirksam zu sein.

Im Gegensatz zu diesem bekannten Stand der Technik wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zur Abtastung und elektronischen Verarbeitung thermischer Bilder unter Verwendung eines senkrecht zur Zeilenrichtung angeordneten Multielementreihendetektors jede Zeile des thermischen Bildes durch die einzelnen Elemente mehrfach abgetastet wird und die entsprechenden Zeilen in der Wiedergabe superponiert werden.

Bei dieser Anordnung entfallen die sehr komplizierten Verzögerungsleitungen, die bei einer Änderung der Abtastgeschwindigkeit auch in ihrer Verzögerungszeit veränderbar gestaltet werden müßten. Es gelingt dadurch wesentlich einfachere Wärmebildgeräte zu bauen, als dies nach dem Gedanken der OS 22 50 251 möglich wäre.

Als Beispiel soll ein Bild aus 100 Zeilen mit einem Detektor aus 10 Elementen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abgetastet werden. Es wird beim ersten Abtastvorgang das Element 1 die Zeile 1, das Element 2 die Zeile 2 usw. und das Element 10 die Zeile 10 abtasten. Beim nächsten Abtastvorgang tastet das Element 1 die Zeile 2, das Element 2 die Zeile 3 und das Element 10 die Zeile 11 ab usw. Ab Zeile 10 werden also alle folgenden Zeilen bis zur Zeile 90 zehnmal abgetastet, während die Zeilen 9 und 91 neunmal, die Zeilen 2 und 92 achtmal usw. bis zur Zeile 1 und 100, die nur einmal abgetastet werden.

Dies bedeutet andererseits, daß die mittleren Zeilen 10 bis 90, wenn sie in der Wiedergabe superponiert

werden und von einem speichernden Empfänger, wie beispielsweise das menschliche Auge, empfangen werden, daß sich das Signal um den Faktor 10 verstärkt, während das Rauschen, das ja mit dem Signal nicht korreliert ist, nur mit der Wurzel aus 10 anwächst.

Hierbei ist ein erfindungsgemäßes Kennzeichen, daß die Abtastgeschwindigkeit senkrecht zur Zeilenrichtung so gewählt wird, daß jede Zeile durch das in Bildrichtung folgende Element erneut abgetastet wird. Wird nun die Abtastung in Bildrichtung langsamer gemacht, so können auch die Zwischenabstände der Detektorelemente bei dem nachfolgenden Zeilenabtastvorgang überdeckt werden. Hierbei entsteht der entscheidende Vorteil, daß die Zeilenstruktur des Bildes weitgehend verschwindet.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird die Wiedergabe durch eine Reihenanordnung von Leuchtdioden durchgeführt, wobei jedem Detektorelement eine Leuchtdiode zugeordnet ist, die über eine entsprechende Verstärkeranordnung gespeist wird. Erfindungsgemäß soll die Leuchtdiodenanordnung der Detektoranordnung geometrisch zugeordnet sein, also das Verhältnis von Leuchtdiodenfläche zu Zwischenräumen dasselbe wie die Fläche der Detektorelemente zu den dazu gehörenden Zwischenräumen sein.

Werden nun die Ausgänge mehrerer Punkte der Detektorelemente parallel geschaltet, so werden gleichzeitig mehrere Leuchtdioden parallel mit der integralen Signalspannung gespeist. Dies bedeutet, daß die geometrische Auflösung wesentlich verringert wird, jedoch die thermische Empfindlichkeit sich entsprechend steigert. Durch diese Maßnahme kann also geometrische gegen thermische Auflösung ausgetauscht werden und das Bild je nach seiner Struktur optimal verarbeitet werden.

Während bei der Zusammenschaltung mehrerer Elemente nur in Bildrichtung eine Auflösungsverminderung und damit eine Erhöhung der thermischen Empfindlichkeit stattfindet, kann in Zeilenrichtung dasselbe erreicht werden, wenn die elektronische Bandbreite der nachfolgenden Verstärker entsprechend verkleinert wird. Werden beispielsweise drei Detektorelemente zusammengefaßt, so wird eine Verkleinerung der elektronischen Bandbreite auf ein Drittel denselben Effekt hinsichtlich Auflösung und thermischer Empfindlichkeit in Zeilenrichtung haben.

Die Einrichtung zur Realisierung der erfindungsgemäßen Verfahren kann beispielsweise dadurch bestehend, daß zur Abtastung des thermischen Bildes ein für die thermische Strahlung durchlässiges Polygonprisma, für die Wiedergabe ein für sichtbare Strahlen durchlässiges Polygonprisma benutzt wird, wobei beide Prismen auf ein und derselben Drehachse sich befinden und das Abtasten des thermischen Bildes sowie die Wiedergabe des sichtbaren Bildes in Zeilenrichtung durch das Drehen der beiden Polygone und die Abtastung in Bildrichtung durch Kippen der Drehachse erfolgt.

Wird die Beobachtung der Diodenreihe durch ein entsprechendes Okular für das menschliche Auge ermöglicht, so ist wegen der beiden Polygonen gemeinsamen Drehachse eine Zwangssynchronisierung des thermischen und des sichtbaren Bildes gegeben — es erscheint also unabhängig von der Drehzahl und der Kippfrequenz ein stehendes Bild.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann das Bild der Leuchtdiodenanordnung auch auf die Kathode einer Fernsehaufnahmeröhre, beispielsweise

ίο eines Vidicons projiziert werden, dessen Target Speichereigenschaften hat. Dann wird unabhängig von der Abtastfrequenz des Abtast-Elektronenstrahles der Fernsehaufnahmeröhre eine Aufspeicherung der Zeilen auf dem Target stattfinden, d. h. die oben angegebene

ι ο Verbesserung des Signalrausch Verhältnisses auftreten.

Da das menschliche Auge nur etwa 10 bis 20 Kontraststufen in einem bestimmten Adaptierungszustand aufzunehmen in der Lage ist, und ein thermisches Bild normalerweise einen wesentlich höheren Kontrastumfang hat, kann ein thermisches Bild einen wesentlich höheren Informationsgehalt vermitteln, wenn der Amplitudenbereich des thermischen Videosignals in mehrere Teilbereiche unterteilt wird und jedem Teilbereich eiwe Farbe zugeordnet wird. Dies ist erfindungsgemäß dadurch möglich, daß jedem Teil-Amplitudenbereich eine Leuchtdiodenanordnung zugeordnet ist und jede Leuchtdiodenanordnung ein entsprechendes Bild auf die Kathode einer Fernsehaufnahmeröhre projiziert. Sind beispielsweise drei Fernsehaufnahmeröhren für die Grundfarben rot, grün und blau vorhanden, so kann beispielsweise die Leuchtdiodenanordnung, die die Fernsehaufnahmeröhre »grün« speist, die kleinen thermischen Signalamplituden, die Leuchtdiodenanordnung, die die Fernsehaufnahmeröhre

s^r> »blau« speist die mittleren thermischen Signalamplituden und die Leuchtdiodenanordnung, die die Fernsehaufnahmeröhre »rot« speist die großen thermischen Signalspannungen übertragen. Dies kann durch einfache Schwellwertschaltungen am Ausgang der elektronisehen Verstärker bewirkt werden. Hierbei ist es nicht notwendig, daß die Leuchtdiodenanordnungen selbst verschiedene Farben abgeben, entscheidend ist, daß die Videosignale der drei Fernsehaufnahmeröhren die Farbkanäle grün, blau und rot eines Farbmonitors speisen.

Mit einer derartigen Einrichtung wird es erfindungsgemäß möglich, daß die Zeilen und Bildabtastung des thermischen Bildes mit einer wesentlich geringeren Zeilenzahl und Abtastgeschwindigkeit als die Bildabtastung in der Fernsehaufnahmeröhre erfolgt, wobei die Fernsehaufnahmeröhren mit der üblichen Fernsehnorm von beispielsweise 625 Zeilen und 25 Bildwechseln abgetastet werden kann. Aufgrund der Speicherwirkung des Targets in der Fernsehaufnahmeröhre wird hierbei

Vi keine Verminderung der ursprünglichen thermischen und geometrischen Auflösung des Wärmebildes auftreten.

Claims

1 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Abtastung und elektronischer Verarbeitung thermischer Bilder unter Verwendung eines senkrecht zur Zeilenrichtung angeordneten Multi-Element-Reihendetcktors, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zeile des thermischen Bildes durch die einzelnen Detektorelemente mehrfach abgetastet wird und die entsprechenden Zeilen in der Wiedergabe superponiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastgeschwindigkeit senkrecht zur Zeilenrichtung so gewählt wird, daß jede Zeile durch das in Bildrichtung folgende Element erneut abgetastet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastgeschwindigkeit in Bildrichtung so langsam gewählt wird, daß auch die Zwischenabstände der Detektorelemente bei dem nachfolgenden Zeilenabtastvorgang überdeckt wer- 2" den.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 mit einer Wiedergabe über eine Reihenanordnung von Leuchtdioden, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Detektorelement über eine elektronische Ver-Stärkeranordnung die entsprechende zugeordnete Verstärkeranordnung die entsprechende zugeordnete Leuchtdiode speist.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge mehrerer Detektorelemente oder/und der nachfolgenden Verstärker parallel geschaltet werden können.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Bandbreite bei Parallelschaltung der Detektoren entsprechend ^t5 verkleinert werden kann.

7. Einrichtung zur Realisierung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtastung des thermischen Bildes ein für die thermische Strahlung durchlässiges Polygonprisma und für die Wiedergabe ein für sichtbare Strahlen durchlässiges Poligonprisma benutzt wird und beide Prismen sich auf derselben Drehachse befinden, wobei die Abtastung in Zeilenrichtung durch das Drehen der Poligone und die Abtastung in Bildrichtung durch Kippen der Drehachse erfolgt.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild der Leuchtdiodenanordnung auf die Kathode einer Fernsehaufnahmeröhre, ⁵⁽⁾ beispielsweise Vidicon projiziert wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Target der Fernsehaufnahmeröhre Speichereigenschaften besitzt.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden ⁵ⁱ Ansprüche, bei der der Amplitudenbereich des thermischen Videosignals in mehrere Teilbereiche unterteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Teilbereich eine Leuchtdiodenanordnung zugeordnet wird und jede Leuchtdiodenanordnung ein entsprechendes Bild auf die Kathode einer Fernsehaufnahmeröhre projiziert.

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Videosignale der verschiedenen Fernseh-Aufnahmeröhren als Farbsignale einem Farbfernsehmonitor zugeführt wird.

12. Einrichtung nach einem der vorherigen

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilen und Bildabtastung des thermischen Bildes mit wesentlich geringerer Zeilenzahl und Abtastgeschwindigkeit als die Bildabtastung in den Fernseh-Aufnahmeröhren, die vorzugsweise nach Fernsehnorm abgetastet werden, erfolgt.