DE2614055C2

DE2614055C2 - Überwachungsanordnung mit einer Anzahl von Infrarot-Detektoren

Info

Publication number: DE2614055C2
Application number: DE2614055A
Authority: DE
Inventors: William James Rowley Great Baddow Essex Clark
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-04-01
Filing date: 1976-04-01
Publication date: 1983-01-13
Also published as: FR2372438A1; NL7603241A; FR2372438B1; SE414697B; IT1058912B; SE7603835L; GB1503762A; DE2614055A1; CA1079394A; US4246480A; NL178821C

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsanordnung

-" mit einer Anzahl von Infrarot-Detektoren in einer Gruppierung, in der jeder Infrarot-Detektor so angebracht ist. daß er einen verschiedenen Bereich eines Gesichtsfeldes betrachtet.

In der britischen Patentschrift 15 03761 ist eine

■' derartige Überwachungsanordnung vorgeschlagen, die in ihrer bevorzugten Ausführungsform ein Fernsehsystem einschließlich einer Fernsehkamera-Einrichtung zum Betrachter, einer Szene, eine Fernseh-Bildschirmanordnung zur Darstellung der durch die

"' Fernsehkamera Einrichtung betrachteten Szene und eine Anordnung von einzelnen Infrarot-Detektoren aufweist, die mit ihrem Blickfeld so in den Raum gerichtet sind, daß sie das gleiche Gesichtsfeld in einer Fbene bezüglich eines gewünschten Zielbereiches wie

^(> das Fernsehsystem besitzen, wobei diese Infrarot-De tektoren so angeordnet und ausgebildet sind, daß sie für die Anzeigeanordnung Aufhell Signale liefern, um wärmeemittierende Ziele in der betrachteten Szene im Zielbereich herauszuheben.

Unabhängig davon, ob dci infrarotteil einer Überwa chungsanordnung mit einer Fen.sehbilddarstellung in der vorstehend beschriebenen Weise kombiniert oder alkine verwendet -*ird. um eine Infrarotanzeige bzw. -aufzeichnung zu schaffen, ist er häufig so ausgelegt, daß der jeweils von einem Infrarot-Detektor gesehene Bereich des Gesichtsfeldes zumindest mit der Querabmessung eines interessierenden Zieles im Zielbereich übereinstimmt

Aufgabe der Erfindung ist es. eine derartige

'" Überwachungsanordnung zu schaffen, bei der im Zielbereich gesehene Ziele, die großer als eine Bezugsgröße sind, deutlich von den Zielen unterschieden werden, die gleich oder kleiner als diese Bezugsgröße sind.

" Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Ausgangspfad eines jeden Infrarot-Detektors ein Schwellwert-Detektor vorgesehen ist. wobei jeder Schwellwert-Detektor so ausgelegt und beschaltet ist. daß er einen Schwellwertpegel besitzt, der abhängig

^h0 ist von den Ausgangssignalpegeln benachbarter Infrarot-Detektoren in der Gruppierung

Aufgrund dieser Ausbildung der Überwachungsan Ordnung wird erreicht, daß ein von einem Infrarot-Detektor erzeugtes Ausgangssignal nur dann weitergelei-

^b> tet wird, wenn dieses Ausgangssignal größer als das von den benachbarten Infrarot-Detektoren abgeleitete Schwellwcrtsignal ist. Ist nun ein im Zielbereich gesehenes Ziel größer als ein interessierendes, in seiner

Größe etwa dem GesictiisfeldbereiLh eines einzelnen Infrarot-Detektors entsprechendes Ziel, so wird dieses Ziel auch von den benachbarten Infrarot-Detektoren erfaßt und ein entsprechend hoher Schwellwert erzeugt. Entsprechend große Ziele, bei denen mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann, daß es sich um ein interessierendes Ziel handelt, werden somit ruchi angezeigt.

Vorteilhafterweise sind die Infrarot-Detektoren in einer geraden I 'nie angeordnet und so ausgerichtet, daß sie aneinandergrenzende Bereiche des Gesichtsfeldes betrachten, wobei in diesem Falle vorzugsweise der SchweMwertpegel eines Schwellwert-Detektors im Ausgangspfad eines gegebenen Infrarot-Detektors durch die Ausgangssignaipegel von Infrarot-Detektoren festgelegt wird, die beidseitig des gegebenen Infrarot-Detektors angeordnet sind, aber nicht unmittelbar an diesen angrenzen. Dadurch, daß die unmittelbar angrenzenden Infrarot-Detektoren nicht zur Festle-V fung des Schwellwertpegels herangezogen werden, ist ' sichergestellt, daß auch jene Ziele interessierender ; Größe angezeigt werden, die nicht ganz innerhalb des " Gesichtsfeldbereiches eines Infrarot-Detekt.>rs liegen ■■ und teilweise in den Bereich eines unmittelbar angrenzenden Infrarot-Detektors fallen.

Besonders vorteilhaft ist es. daß der Schwellwertpegel eines gegebenen Schwellwertdetektors so gewählt ist. daß er gleich dem mittleren Ausgangssignaipegel der Infrarot-Detektoren ist. die ihn festlegen, zusätzlich, falls erforderlich, eines ergänzenden Schw. llwertbetrages zur Unterscheidung gegenüber Rauschen oder anderen fehlerhaften Anwortsignalen. die einen Pegel besitzen, der unter dem normalerweise von einem interessierenden Ziel gelieferten Pegel liegt, wobei der gegebene Schwellwert-Detektor ein Ausgangssignai vom Infrarot-Detektor, in dessen Ausgangspfad er angeordnet ist. nur dann weiterleitet, wenn dieses Ausgangssignal größer als der mittlere Ausgangssignalpegel benachbarter Infrarot-Detektoren ist. welche den Schwellwertpegel festlegen.

Vorteilhaf erweise beträgt die Anzahl von Infrarot-Detektoren, die dazu verwendet werden, den Schwellwertpegel eines gegebenen Schwellwert-Detektors festzulegen, vier, wobei zwei Infrarot-Detektoren auf der einen Seite in der Gruppierung der Infrarot-Detekloren. in dessen Ausgangspfad der gegebene SchweM-wertdetektjr vorgesehen ist. liegen, während die zwei anderen Infrarot-Detektoren auf der anderen Seite gelegen sind.

Vorzugsweise sind die Infrarot-Detektoren pvroelektrische Detektoren, wobei es in diesem Falle von besonderem Vorteil ist. daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die auf die I.ifrarot-Detektoren fallende Strahlung abwechselnd zu unterbrechen, so daß das Ausgangssignal eines jeden Infrarot-Detektors eine Trägerfrequenz in Abhängigkeit von der Unterbrechungsfrequenz besitzt, auf dem das gesuchte Signal als Modulation erseht nt. und daß der Ausgang eines leden Infrarot-Detektors über individuelle Impedanzwandler Einrichtungen, individuelle Schmalbandfilter·Linnen tungen und individuelle Demodulations-Einrichtungen zur Weiterverarbeitung geführt ist. Dabei werden die Schwellwert-Detektoren vorzugsweise in die Ausgangspfade der individuellen Demodulationseinrichtungen geschaltet, wobei zum Zweck der Festlegung der Schwellwertpegel der Schwellwert-Detektoren Ausgangssignale von den individuellen Dcmoclulaiionseinrichtungen abgegriffen v:rden.

io

20 Die Erfindung kann insbesondere in einer derartigen Überwachungsanordnung eingesetzt werden, wie sie in der britischen Patentschrift 15 03 761 vorgeschlagen ist. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Die einzige Figur dieser Zeichnung zeigt in f-onn eines Blockschaltbildes einen Teil einer Überwachungsanordnung gemäß der Erfindung.

In der Zeichnung ist die in ein Flugzeug eingebaute Überwachungsanordnung in entsprechender Weise wie in der britischen Patentschrift 15 03 761 dargestellt, und für einander entsprechende Teile sind dabei die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Im vorliegenden Falle sind nur die zur Verarbeitung der Infrarot-Signale erforderlichen Schaltkreise dargestellt.

Der andere Teil der Anordnung kann in entsprechender Weise ausgebildet sein, wie dies in F i g. 1 der erwähnten britischen Patentschrift gezeigt ist.

Eine lineare Gruppierung 5 aus 128 einzelnen Infrarot-Detektoren, von denen nur neun gezeigt und mit dem Bezugszeichen SA bis 5/ butdichnet sind, wird in der in der erwähnten britischer. Patentschrift beschriebenen Weise in den Raum gerichtet bzw. abgebildet, so daß der Boden an einem gewünschten Zielbereich erfaßt wird, leder Infrarot-Detektor ist ein pyroeltivtrischer Detektor vom TGS- oder PVFrTyp.

Vor der Gruppierung S aus Infrarot-Detektoren befindet sich ein nicht dargestellter Strahlungsunterbrecher, der dazu dim* die ankommende und auf die Infrarot-Detektoren fallende Strahlung abwechselnd zu unterbrechen, so daß im Ausgang eines jeden infrarot-Detektors ein Träger von 20 Hz erzeugt wird, der mit dem Signal des Infrarot-Detektors moduliert ist. Die Ausgangsgröße eines jeden individuellen Infrarot-Detektors 5/4 bis 5/ wird einer individuellen Impedanzwandlereinrichtung 6/A—6/ zugeführt. )ede individuelle Impedanzwandlereinrichtung besteht aus einem FET. auf den ein Operationsverstärker folgt. Diese individuellen Impedanzwandlereinrichtungen 6^—6/ sind vorgesehen, um die hohe Impedanz der Infrarot-Detektoren zu überwinden und ein 1/f-Rauschen zu erzeugen, das das von den Infrarot-Detektoren selbst kommende Rauschen überdeckt.

Die Ausgangsgröße einer jeden Impedanzandlereinrichtung6/4 — 6/ wird einer individuellen angepaßten Sehmalbandfilter-F.inrichtung 7/4 — 7/ zugeführt, von denen jede auf die 20 H/ Trägerfrequenz abgestimmt ist. um das l/f-Rauschen nahe der Null-Frequenz zu beseitigen.

Die Ausgangsgröße einer jeden individuellen angepaßten SchmalbandWter-Einrichtung einer individuellen Dcmodulationseinrichtung 8/4—8/zugeführt, wobrj jede dieser Demodulationseinrichtungen die 20 H/-TVäg«.rfiequen/ beseitigt.

Die Ausgangsgröße einer leden individuellen Demodulationseinrichtung 8/4 — 8/ wird einem individuellen Schwellwertdetektor 10/4 — 10/zugeführt.

Soweit bisher oeschneben. ist die Schaltungsanordnung /ur Verarbeitung der Infrarot-Signale ähnlich der in der bereits erwähnten britischen Patentschrift beschriebenen Anordnung, jedoch mit der Ausnahme, daß der Schwellwertpegel eines jeden der individuellen Schwellwertdetektoren \0A bis 107nicht fest eingestellt, sondern in der nachfolgend beschriebenen Weise variabel ^staltet ist.

Wenn als Beispiel der Schwellwertdetcktor 10f im Aiisgangskreis des Infrarot-Detektors 5i: betrachtet

wird, so ist ein Summierkreis 16' vorgesehen, um die Ausgangssignale,die von den Demodulationseinrichtungen 8ß, SC, SG. SH abgeleitet sind, zu summieren. Mit anderen Worten, es werden Ausgangssignale summiert, die von benachbarten, aber nicht unmittelbar aneinandergrenzenden Infrarot-Detektoren 5ß, 5C, 5G. 5H in der Gruppierung 5 zu beiden Seiten des Infrarot-Detektors SE kommen. Der Ausgang des Summierkreises 16' ist mit einem Teiler 17^P verbunden, der durch die Anzahl von Eingängen zum Summierkreis 16*', in diesem Falle ' vier, dividiert. Auf diese Weise erscheint am Ausgang des Teilers 17^E ein Signal, das den Mittelwert der Ausgangssignale von den Demodulationseinrichtungen SB. SC, SG. SH darstellt. Dieses Signal wird verwendet, um den Schwellwertpegel des Schwellwertdetektors tOEzu setzen.

Zusätzlich ist ein Referenzsignal-Schaltkreis 18^rzur »Schwellwertversetzung« vorgesehen, der einen zusätzlichen Betrag zu dem Schwellwert addiert, der durch den Mittelwert der Aüsgar.gssignalc von den Demodulationseinrichtungen SB. SC. SG, SH bereitgestellt wird, um eine Diskrimination bezüglich des Rauschens zu erreichen. In vielen Fällen ist es nicht erforderlich eine Schwellwertversetzung, wie sie durch den Schaltkreis 18^Ρ gewährleistet wird vorzusehen, und zwar dann, wenn an einem Punkt vor dem Abtasten zum Zwecke der Schwellwertfestlegung die individuellen Signalkanäle bereits einem Schwellwertpegel zum Zweck der Rauschunterdrückung unterworfen sind. Der erreichte Effekt ist, daß nunmehr ein Ausgangssignal nur dann vom Schwellwertdetektor lOEabgeleitet wird, wenn die durch den Infrarot-Detektor 5£ferzeugte Antwortgröße größer als das mittlere Antwortsignal ist, das durch die Infrarot-Detektoren 5S.5C5G, 5Herzeugt wird. Wenn demgemäß angenommen wird, daß im Zielbereich ein interessierendes Ziel, wie z. B. ein Kampfpanzer, in seiner Größe dem Teil des Gesichtsfeldes entspricht, das von einem der Infrarot-Detektoren gesehen bzw. betrachtet wird, so wird ein Antwortsignal vom Infrarot-Detektor 5f vom Schwcllwertdetektor 10/Tnur dann durchgelassen, wenn der mittlere Signalpegel, der von den Infrarot-Detektoren 5Ö. 5C 5G, 5H abgeleitet ist, kein Ziel von einer solchen zusammenhängenden Länge anzeigt, daß ausgeschlossen werden kann, daß es von einem Kampfpanzer kommt. Der Grund dafür, daß nicht Ausgangssignale von Infrarot-Detektoren 5Dund SFunmittelbar angrenzend an den Infrarot-Detektor 5£ verwendet werden, besteht darin, daß das Ziel nicht ganz innerhalb des Bereiches des Gesichtsfeldes liegen kann, das vom Infrarot-Detektor 5F betrachtet wird, daß es sich aber beispielsweise teilweise in den Bereich des Gesichtsfeldes erstrecken kann, der vom Infrarot-Detektor 5f gesehen wird, und teilweise in den Teil des Gesichtsfeldes, der von dem Infrarot-Detektor 5Doder 5Fbetrachtet wird.

Für die anderen Schwellwertdetektoren 10,4 — 1OU. I0F—10/ sind entsprechende Summierkreise !6.A-!6D. !6F-16/, entsprechend? T>iler i7A—17/1 [JF-XT] und entsprechende Referenzsignal-Schaltkreise \SA-\SD. 18F-18/ zur Schwellwertversetzung vorgesehen. Um eine übersichtliche Darstellung zu erhalten, sind in der Zeichnung nur die Summierkreise 16D und 16f vollständig mit ihren Anschlüssen mit den Ausgängen der Demodulationseinrichtungen SA. SB. 8Fund SG bzw. SB. SC. SG und SH verbunden. Die restlichen Summierkreise sind entsprecher I beschaltet. Der Summierkreis I6C erhält beispielsweise Signale vom Ausgang der Demodulationseinrichtung 8-4. nämlich der dem Infrarot-Detektor 5A zugeordneten Demodulationseinrichtung sowie Signale vom Ausgang der Demodulationseinrichtung 8£ und dem Ausgang der Demodulationseinrichtung 8F.

' Der erste und die letzten drei Infrarot-Detektoren in der Reihe sind ausschließlich zu dem Zwecke vorhanden, den Schwellwertpegel bezüglich des vierten bis zum (N — 3)ten Infrarot-Detektors zu schaffen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Überwachungsanordnung mit einer Anzahl von Infrarot-Detektoren in einer Gruppierung, in der jeder Infrarot-Detektor so angebracht ist, daß er einen verschiedenen Bereich sines Gesichtsfeldes betrachtet, gekennzeichnet durch einen Schwellwertdetektor (10Λ bis 10/; im Ausgangspfad eines jeden Infrarot-Detektors (5-4 bis 5/Jl wobei jeder Schwellwertdetektor (z. B. iOE) so ausgelegt und beschaltet ist, daß er einen Schwellwertpegel besitzt, der abbhängig ist von den Ausgangssignalpegeln benachbarter Infrarot-Detektoren (5Ä SC SG, 5 Wy in der Gruppierung (5).

2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarot-Detektoren (SA bis SJ) in einer geraden Linie angeordnet und so ausgerichtet sind, daß sie aneinandergrenzende Bereiche des Gesichtsfeldes betrachten.

3. Anordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennleichne; daß der Schwellwertpegel eines Schwellwertdetdttors (z. B. 10E) im Ausgangspfad eines gegebenen Infrarot-Detektors (SE) durch die Ausgangssignalpegel von Infrarot-Detektoren {SB. SC. SC, S H) festgelegt wird, die beidseitig des gegebenen Infrarot-Detektors (5£) angeordnet sind, aber nicht unmittelbar an diesen angrenzen.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwer!pegel eines gegebenen Schwellwertdelektors (z. B. iOE) so gewählt ist. daß er gleich dem mittleren Ausgangspegel der Infrarot-Detektoren (5ß. SC, SG. SH) ist. die ihn festlegen zusätzlich, falls erforderlich, eines ergänz.nden Schwellwertbetrages zur Unterscheidung gegenüber Rauschen oder anderen fehlerhaften Antv jrtsignalen. die einen Pegel besitzen, der unter dem normalerweise von einem interessierenden Ziel gelieferten Pegel liegt, wobei der gegebene Schwellwertdetektor (\0E) ein Ausgangssignal vom Infrarot-Detektor [SE). in dessen Ausgangspfad er angeordnet ist. nur dann weiterleitet, wem dieses Ausgangssignal größer als der mittlere Ausgangssignalpegel benachbarter Infrarot-Detektoren (SB, SC. SG. SH)ist. welche den Schwellwertpegel festlegen.

5. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Infrarot-Detektoren (55. SC. 5G. SH). die dazu verwendet werden, den Schwell wertpegel eines gegebenen Schwellwertdetektors (tOff) festzulegen, vier beträgt, wobei zwei Infraroi-Detektoren [SB. SC) auf der einen Seite in der Gruppierung der Infrarot-Detektoren, in deren Ausgangspfad der gegebene Schwellwertdetektor (10£V vorgesehen ist. liegen, während die zwei anderen Infrarot-Detektoren (5G". SH) auf der anderen Seite gelegen sind.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarot-Detektoren {SA bis SI) aus pyroelekinschen Detektoren bestehen.

7. Anordnung nach Anspruch b. dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die auf die Infrarot-Detektoren (5A bis 5J) fallende Strahlung abwechselnd zu unterbrechen, so daß das Ausgangssignal eines jeden Infrarot-Detektors eine Trägerfrequenz in Abhängigkeit von der Unterbrechungsfrequenz besitzt, auf dem das gesuchte Signal als Modulation erscheint und daß der Ausgang eines jeden Infrarot-Detektors über individuelle Impedanzwandlereinrichtungen (6A bis 6J), individuelle Schmalbandfilter-Einrichtungen {JA bis 7J) und individuelle Demodulationseinrichtungen (SA bis SJ) zur Weiterverarbeitung geführt ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertdetektoren (10Λ bis 10/) in die Ausgangspfade der individuellen Demodulationseinrichtungen (84 bis S]) gesr haltet sind und daß zum Zweck der Festlegung der Schwellwertpegel der Schwellwertdetektoren Ausgangssignale von den individuellen Demodulationseinrichtungen abgegriffen werden.