DE2727425C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine optoelektrische Detektionsvorrichtung für die Umwandlung von Informationen enthaltender Lichtstrahlung in Signale mit entsprechendem Informationsinhalt, mit mindestens einer Reihe von Detektionselementen, die jeweils die Informationen enthaltende Lichtstrahlung in ein entsprechendes, Informationen enthaltendes elektrisches Signal umwandeln, und mit einer elektrische Signale verarbeitenden Vorrichtung, die die von den Detektionselementen gelieferten elektrischen Signale zu einem für weitere Anwendung geeigneten Signal verarbeitet, dessen Informationsinhalt dem der angebotenen Lichtstrahlung entspricht.

Die US-PS 34 13 603 beschreibt eine optoelektrische Detektionsvorrichtung der oben beschriebenen Art.

Es ist faktisch Aufgabe einer derartigen bekannten Detektionsvorrichtung, Ziffern, Buchstaben und andere Symbole, die in zweidimensionaler Erscheinungsform zur Verfügung stehen, in elektrische Signale umzuwandeln, die durch einen Computer oder Prozessor verarbeitet werden können.

Bei Anwendung dieser bekannten Technik wird davon ausgegangen, daß die Betriebsbedingungen, unter denen die Umwandlung von Bildinformation in elektrische Signale stattfindet, im wesentlichen konstant und optimal sind. Diese bekannte Technik bildet jedoch keine Lösung für das Problem der Anpassung der Umwandlungseigenschaften an veränderliche Betriebsbedingungen, unter denen die Detektionsvorrichtung arbeiten soll.

Die US-PS 34 48 267 beschreibt eine Vorrichtung, mit der von einem Objekt ausgesendete Strahlung systematisch abgetastet und detektiert werden kann. Eine solche bekannte Vorrichtung umfaßt einen Strahlungsdetektor, der auf Strahlung von einem projizierten Geländebild des Detektors anspricht, wie sie von einem optischen System fokussiert wird. Das projizierte Geländebild wird durch einen optischen Abtaster über das Terrain abgetastet, während eine verstärkte Detektorleistung aufgezeichnet wird. Zur Verbesserung der Wirksamkeit dieses Systems beim Herstellen einer Strahlungsstreifenkarte aus den aufgezeichneten und verarbeiteten Daten wird entweder die wirksame Abtastfläche des Detektors, der mit einem einzigen Detektorelement versehen ist, oder die elektrische Bandbreite des Systems, oder werden beide automatisch als Funktion eines durchschnittlichen umgebenden Strahlungsniveaus variiert. Zu diesem Zweck ist ein variables räumliches Filter entlang der optischen Bahn zwischen dem optischen System und dem Detektor angeordnet. Dieses räumliche Filter umfaßt ein festes optisches Sperrelement und ein bewegliches Sperrelement, das auf ein diesem zugeführtes Steuersignal ansprechend die Größe einer Öffnung steuert und deshalb als Blende dient, die die wirksame Größe der Detektorabtastfläche steuert. Diese Anordnung ist an eine gewisse physikalische Distanz zwischen dem Detektor und der Blende gebunden. Deshalb wird diese Blende nicht lediglich als "Feld"-blende wirksam sein, sondern wird sie auch Halbschatteneffekte in Erscheinung treten lassen; m. a. W., durch die physikalische Distanz wird eine gewisse Menge der vorhandenen Strahlung vom Gelände daran gehindert, den Detektor zu erreichen, so daß weniger nutzbare Strahlung auf die Detektorfläche fallen wird. Deshalb geht eine Steigerung der Trennfähigkeit, die durch eine Verringerung der Öffnungsgröße der Blende bewirkt wird, auf Kosten einer Verringerung der nutzbaren, auf die Detektorabtastfläche fallenden Strahlung. Demzufolge wird das Signal/Rauschverhältnis verringert, wenn die Trennfähigkeit gesteigert wird. Nach diesem bekannten System ist eine Steigerung der Trennfähigkeit, die verursacht wird, wenn das ankommende Strahlungsniveau verhältnismäßig hoch ist, mit einer entsprechenden Zunahme der Systembandbreite verbunden, die mit der Größe der Trennfähigkeitszelle vergleichbar ist, die auf das Gelände projiziert ist, und der größeren Trennfähigkeit zugehörige Hochfrequenzkomponenten übermittelt; durch diese vergrößerte Bandbreite wird das Signal/Rauschverhältnis weiter verschlechtert. Ferner wird durch die elektromechanische Art des räumlichen Filters das Ansprechen auf Strahlungsniveauvariationen beschränkt.

Die US-PS Nr. 37 23 642, mit dem Titel "Thermisches Anzeigesystem", bezieht sich auf ein Strahlungsabtast- und Detektionssystem, in dem die abgetasteten Signale in einer bestimmten Weise verarbeitet werden. Ein solches System umfaßt eine lineare Reihe gleich großer Detektorelemente. Ein optischer Abtaster ist vorgesehen, um ein Feld oder ein Bild nach einem zweidimensionalen Rahmen abzutasten; ein optisches System erzeugt ein ortsfestes Strahlungsbündel von Abtasterausgang, welches Strahlungsbündel auf die Brennebene der Detektorreihe gerichtet ist. Die einzelnen Videosignale, die während jeder Zeilenabtastung von jedem der Detektorelemente der Reihe erzeugt werden, vertreten jeweils dieselbe abgetastete Zeile. Durch geeignetes Verarbeiten, mehr insbesondere Verzögern der von den Detektorelementen hergeleiteten einzelnen Videosignale, und anschließendes Zuführen der so verzögerten Signale kann die Wirksamkeit des Systems, mehr insbesondere das Signal/Rauschverhältnis relativ einfach und zuverlässig verbessert werden.

Die Eigenschaften des schließlich wiedergegebenen und/oder aufgezeichneten, das abgetastete Bildfeld vertretenden Ausgangssignals können jedoch nicht variiert und/oder variablen Parametern angepaßt werden, in denen der das Strahlungsabtast- und Detektionssystem tragende Träger wirksam sein soll, weil derartige Eigenschaften im wesentlichen durch die feste Konfiguration der Detektorelemente bestimmt werden. Nur durch Variation der Anzahl und/oder physikalischen Konfiguration der Detektorelemente können derartige Eigenschaften variiert werden.

Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Wirksamkeit eines Strahlungsabtast- und Detektionssystems der oben beschriebenen Art zu verbessern.

Im allgemeinen hängt die Wirksamkeit eines Strahlungsabtast- und Detektionssystems von Parametern ab, die auf bestimmte Betriebsbedingungen, unter denen das System wirksam sein soll, hindeuten.

Mehr insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Wirksamkeit eines Strahlungsabtast- und Detektionssystems in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern automatisch zu optimieren.

Eine optoelektrische Detektionsvorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe der Detektionselemente optisch gekuppelt ist mit einer optischen Vorrichtung, mit der hintereinander den Detektionselementen der Reihe ein Strahlungsbündel mit gleichem Informationsinhalt angeboten wird, daß in der Reihe Detektionselemente mit voneinander verschiedenen räumlichen Öffnungswinkeln vorhanden sind, daß mindestens ein Detektionselement, dessen räumlicher Öffnungswinkel ein erstes Maß hat, mit seinem Ausgang mit einer variablen Amplitudensteuerung gekuppelt ist, daß der Ausgang dieser variablen Amplitudensteuerung mit einem Eingang einer Verknüpfungsschaltung gekuppelt ist, von der ein anderer Eingang mit dem Ausgang mindestens eines Detektionselementes gekuppelt ist, dessen räumlicher Öffnungswinkel ein zweites Maß hat, das sich von dem erstgenannten Maß unterscheidet, daß die Verknüpfungsschaltung an ihrem Ausgang ein einzelnes Signal bildet, das aus den Eingangssignalen derselben gebildet ist, und daß die signalverarbeitende Vorrichtung die Amplitude des Ausgangssignals der genannten variablen Amplitudensteuerung in bezug auf die Amplitude des Ausgangssignals des genannten Detektionselementes, dessen Öffnungswinkel ein zweites Maß hat, entsprechend den Änderungen in einem oder mehreren Betriebsparametern ändert, wodurch die relativen Beiträge, die von den Detektionselementen mit voneinander verschiedenen räumlichen Öffnungswinkel dem elektrischen Ausgangssignal der die genannten elektrischen Signale verarbeitenden Vorrichtung geliefert werden, in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern variiert werden können.

Eine optoelektrische Detektionsvorrichtung gemäß der Erfindung kann in vorteilhafter Weise in einem System verwendet werden, bei dem ein Bild von einem mit einem Flugzeug überflogenen Gelände auf photographischem Film aufgezeichnet wird. Ein solches Aufzeichnungssystem umfaßt eine optische Abtastvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, jeweils einen schmalen, quer zur Flugrichtung verlaufenden Streifen des betreffenden Geländes, mit einer durch die Dimensionierung der Abtastvorrichtung gegebenen Geschwindigkeit, periodisch abzutasten. In einer solchen Anwendung sind wichtige Betriebsparameter: das Verhältnis v/h, in dem v die Fluggeschwindigkeit und h die Flughöhe darstellen, und das Signal/Rauschverhältnis des durch die optische Abtastvorrichtung angebotenen Signals.

Wenn eine solche Vorrichtung für die Detektion von Infrarotstrahlung, die vom Gelände und von darauf befindlichen Objekten ausgesendet wird, eingerichtet ist, gibt es zwei Faktoren, d. h. die geometrische Trennfähigkeit und die thermische Trennfähigkeit, die im wesentlichen für die Qualität des schließlich photographisch aufgezeichneten Bildes ausschlaggebend sind. Die geometrische Trennfähigkeit ist abhängig vom Abtaststrahlungsbündel in Verbindung mit einem Detektorelement, mehr insbesondere der Winkelbreite eines solchen Bündels, während die thermische Trennfähigkeit vom Signal/Rauschverhältnis der Ausgangsleistung der Strahlungsdetektoren abhängig ist und oft als der Temperaturunterschied, der einen Signalkanal zum Rausch erzeugt, ausgedrückt ist und der rauschäquivalente Temperaturunterschied Δ Tn genannt wird.

Um über einen breiten Bereich von v/h-Werten, z. B. von 0,6-4 rad s^-1 einen optimalen Kompromiß zwischen den zwei obengenannten Größen zu erzielen, ist die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang mindestens eines Detektionselementes, dessen räumlicher Öffnungswinkel sich von dem genannten ersten Maß unterscheidet, mit einer weiteren variablen Amplitudensteuerung gekuppelt ist; und die signalverarbeitende Vorrichtung gleichfalls dazu eingerichtet ist, das Ausgangssignal dieser weiteren Amplitudensteuerung entsprechend den Änderungen in mindestens einem Betriebsparameter zu ändern.

Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, über eine Möglichkeit verfügen zu können, den relativen Beitrag der Detektionselemente, assoziiert mit einem Öffnungswinkel größer als der anderer Detektionselemente, von dem Signal/Rauschverhältnis abhängig zu machen, wie dieses durch die Detektionselemente mit verhältnismäßig kleinem Öffnungswinkel bestimmt wird. Die Detektionselemente mit verhältnismäßig großem Öffnungswinkel werden in erster Instanz benutzt, um das Signal/Rauschverhältnis zu verbessern, je nachdem v/h größer ist, z. B. im Bereich von 0,6-4 rad s^-1, was darauf hinauskommt, daß die Flughöhe verhältnismäßig gering ist. In einer solchen Situtation kann es vorkommen (z. B. abhängig von den Witterungsverhältnissen), daß das Bildsignal des überflogenen Geländes mit derart hohem Signal/Rauschverhältnis angeboten wird, daß der Beitrag der Detektionselemente mit verhältismäßig großem Öffnungswinkel bei dem gegebenen v/h-Wert, in gewissem Maße überflüssig ist. M. a. W. ist es möglich, in dieser Situation den relativen Beitrag der mit einem größeren Öffnungswinkel assoziierten Detektionselemente zu verringern und auf diese Weise die geometrische Trennfähigkeit zu steigern. Im Zusammenhang hiermit ist die erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung weiter dadurch gekennzeichnet, daß die die elektrischen Signale verarbeitende Vorrichtung dazu eingerichtet ist, das Ausgangssignal der betreffenden variablen Amplitudensteuerung derart zu ändern, daß der relative Beitrag zu dem elektrischen Ausgangssignal der signalverarbeitenden Vorrichtung und wie geliefert von Detektionselementen, deren räumlicher Öffnungswinkel größer als der der anderen Detektionselemente ist, vergrößert bzw. verkleinert wird, je nachdem der Betriebsparameter v/h zunimmt bzw. abnimmt, in dem v die Fluggeschwindigkeit und h die Flughöhe darstellen. M. a. W. kann über einen Bereich verhältnismäßig großer v/h-Werte, z. B. in Abhängigkeit von den Witterungsverhältnissen, ein daran angepaßter Kompromiß eingestellt werden, so daß wegen überschüssiger Wärmetrennfähigkeit dann feinere Bilddetails unterschieden werden können.

Zur Klarstellung der Erfindung wird im Nachstehenden eine Vorzugsausführungsform derselben unter Hinweis auf die Zeichnung behandelt werden. Diese Vorzugsausführungsform betrifft eine für Infrarotstrahlung dienendes optoelektrische Detektionsvorrichtung zur Benutzung in einem System zur Aufzeichnung eines Bildes von einem mit einem Flugzeug überflogenen Gelände auf photographischem Film.

Fig. 1 zeigt eine allgemeine Übersicht über die Situation, in der ein Flugzeug mit einem System zur Aufzeichnung eines Bildes auf photographischem Film, und in dem eine optoelektrische Detektionsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung untergebracht ist, über ein Gelände fliegt in der durch den Pfeil 1 angegebenen Richtung. Beim behandelten Ausführungsbeispiel ist eine Konfiguration von fünf Detektionselementen benutzt, die beim behandelten Ausführungsbeispiel in einer Reihe entlang der durch den Pfeil 2 angegebenen Abtastrichtung geordnet sind. Obgleich in diesem Ausführungsbeispiel von nur einer Reihe von Detektionselementen ausgegangen wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt und können auch mehrere Reihen von Detektionselementen angebracht werden. Beim behandelten Ausführungsbeispiel enthält diese Reihe drei Elemente mit verhältnismäßig kleinem Öffnungswinkel und zwei Elemente mit verhältnismäßig großem Öffnungswinkel, wobei die betreffenden drei Elemente mit verhältnismäßig geringem Öffnungswinkel für alle vorkommenden v/h-Werte wirksam sind. In Fig. 1 ist diese Konfiguration von Detektionselementen auf den Boden projiziert, wobei der durch die unterbrochenen Linien bestimmte Bodenteil während einer Abtastschwenkung auf den im Flugzeug vorhandenen Detektionselementen abgebildet wird. Auf diese Weise wird von dem überflogenen Gelände das dadurch präsentierte Bild Zeile für Zeile abgetastet. Die Detektionselemente mit verhältnismäßig großem Öffnungswinkel werden bei höheren v/h-Werten, z. B. 0,6 rad s^-1 wirksam gemacht. Wie noch näher dargelegt wird, ist es mit einer solchen Kombination von Detektionselementen mit verschiedenen Öffnungswinkeln möglich, über den ganzen Bereich vorkommender v/h-Werte einen optimalen Kompromiß zwischen der geometrischen Trennfähigkeit und der thermischen Trennfähigkeit zu erzielen. In diesem Zusammenhang wird bemerkt, daß aus der Art des angewendeten zeilenweise Abtastens des überflogenen Geländes die geometrische Trennfähigkeit bei verhältnismäßig großer Flughöhe, d. h. geringer Wert für v/h, grundsätzlich bedingt wird durch die Abtastbündel-Breite, während bei verhältnismäßig geringer Flughöhe, d. h. relativ hohe v/h-Werte, diese Fähigkeit grundsätzlich von der Abtastfrequenz in Verbindung mit der Fluggeschwindigkeit abhängt. Für relativ hohe v/h-Werte kann eine breitere Abtastbündel-Breite angewendet werden, und zwar in Anpassung an den Abstand der abgetasteten Zeilen, was in eine entsprechende Verbesserung im Signal/Rauschverhältnis resultiert. Eine solche Anpassung der Abtastbündel-Breite an den Betriebsparameter v/h ist möglich durch Anwendung von Detektionselementen verschiedener Abmessungen oder aber voneinander verschiedener Öffnungswinkel. Im Betriebszustand werden bei geringen Werten für v/h nur die kleinsten Detektionselemente wirksam sein, so daß die wirksame Abtastbündel-Breite klein ist, während bei relativ hohen Werten von v/h die Beiträge der größeren Detektionselemente zugefügt werden, was eine Vergrößerung der wirksamen Abtastbündel-Breite mit einer entsprechenden Erhöhung des Signal-Rauschverhältnisses ergibt.

In Fig. 2 ist eine Konfiguration von Detektionselementen, die mit Vorteil in einem erfindungsgemäßen optoelektrischen Detektionssystem verwendet werden kann, näher angegeben. In Fig. 2 gibt der gezeichnete linke Pfeil die Abtastrichtung an.

In diesem Zusammenhang wird bemerkt, daß das Signal-Rauschverhältnis des Systems in starkem Masse durch den Öffnungswinkel des Abtastbündels bestimmt wird, so daß in der Praxis der Verringerung des wirksamen Öffnungswinkels des Abtastbündels eine Grenze gesetzt ist. Diese Grenze kann in günstigem Sinne dadurch verlegt werden, daß eine Detektionselementkonfiguration benutzt wird, bei der mehrere Elemente serienweise wirksam sind, wie schematisch in Fig. 2 angegeben. Die in Fig. 2 wiedergegebene Konfiguration enthält drei Detektionselemente zur Bildung eines Abtastbündels von 1,0 mrad und zwei Detektionselemente zur Bildung eines Abtastbündels von 1,7 mrad. Mit dieser Konfiguration werden bei Abtastschwenkbewegungen gemäß einer Richtung, wie in Fig. 1 schematisch wiedergegeben, durch eine senkrecht zur Flugrichtung verlaufende Linie parallele Bildzeilen abgetastet, was bei 12 Abtastzeilen je Umdrehung und mit einer Rotorgeschwindigkeit der optischen Abtastvorrichtung von 11 200 Umdrehungen je Minute auf eine Abtastfrequenz von 2240 Bildzeilen pro Sekunde hinauskommt. Die Abtastvorrichtung ist dabei derart tätig, daß jeweils eine gleiche Information enthaltende Lichtstrahlung durch die Detektionselemente der Konfiguration nacheinander empfangen wird. M. a. W. von verschiedenen Detektionselementen kommende Signale sind unter sich gleich und nur in der Zeit zueinander verschoben. Es sei noch bemerkt, daß die Detektionselemente zur Bildung des kleinen Öffnungswinkels vorzugsweise mehr zur Mitte der Konfiguration hin zwischen den Detektionselementen größeren Umfangs angeordnet sind, und zwar da die mit dieser Konfiguration von Detektionselementen assoziierte Optik die maximale Trennfähigkeit in der Mitte des optischen Feldes ergibt. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf diese in Fig. 2 wiedergegebene Konfiguration. Beispielsweise können mehrere Detektionselemente größeren Umfangs angewendet werden, wobei es dann auch möglich ist, mehrere solcher größeren Elemente aneinander grenzend anzubringen.

Fig. 3 gibt eine graphische Darstellung der thermischen Trennfähigkeit als Funktion der Größe v/h, wobei dies alles beim behandelten Ausführungsbeispiel der Erfindung realisierbar ist. Bei geringen Werten von v/h geht aus der graphischen Darstellung hervor, daß die Abtastzeilen, wie von den Detektionselementen mit einem Öffnungswinkel von 1,0 mrad hergeleitet, überlappend sind, wobei infolge der signalintegrierenden Wirkung, wie durch den Aufzeichnungsfilm bewirkt, ein wirksamer rauschäquivalenter Tenperaturunterschied (NETD) erreichbar ist, besser als 0,1°C, und zwar für v/h <0,2 rad s^-1. Bei einem v/h-Wert von 0,6 rad s^-1 wird die Überlappung benachbarter Bildzeilen derart zurückgebracht, daß ein NETD-Wert von ungefähr 0,2°C erhalten wird.

Es ist nun möglich, diesen Wert für die thermische Trennfähigkeit über den weiteren Bereich höherer v/h-Werte ungefähr dadurch beizubehalten, daß man den Signalbeitrag, der durch die Detektionselemente mit dem größeren Öffnungswinkel geliefert wird, ab diesem v/h-Wert von ungefähr 0,6 rad s^-1 zufügt und diesen relativen Beitrag im wesentlichen linear von 0% bis 65% über einen Bereich von v/h-Werten von 0,6 bis etwa 4 rad s^-1 zunehmen läßt.

Über diesen gleichen Bereich von v/h-Werten nimmt der wirksame Öffnungswinkel des Abtastbündels in Abtastrichtung allmählich von 1,0 mrad bis 1,4 mrad zu, wie in Fig. 4a durch die Kurve 1 wiedergegeben. In Fig. 4 ist der Beitrag der relativ großen Detektionselemente durch die Linie 2 angegeben, während der Beitrag der kleinen Detektionselemente durch die Linie 3 angegeben ist.

In Fig. 3 ist der Beitrag zu dem rauschäquivalenten Temperaturunterschied, der durch die realtiv kleinen Detektionselemente geliefert wird, durch die Linie 2 angegeben, während der dem genannten Temperaturunterschied durch die großen Detektionselemente gelieferte Beitrag durch die Linie 3 angegeben ist. In Fig. 3 zeigt die Linie 1 den kombinierten rauschäquivalenten Temperaturunterschied an. In der Flugrichtung ist die geometrische Trennfähigkeit grundsätzlich begrenzt durch das Abtastbündel für alle v/h-Werte kleiner als oder gleich 3,2 rad s^-1; für größere v/h-Werte ist diese Trennfähigkeit durch die Abtastfrequenz begrenzt (siehe Fig. 4b, in der die Linie 1 repräsentativ für die kombinierte Trennfähigkeit ist, die Linie 2 für den Beitrag der kleinen Detektionselemente und die Linie 3 für den Beitrag der großen Detektionselemente.)

In Situationen, in denen das Bild vom überflogenen Gelände kontrastreich ist, ist es von Vorteil, den durch die relativ großen Detektionselemente gelieferten Signalbeitrag bei einem höheren Wert als der genannte 0,6 rad s^-1 anfangen zu lassen, z. B. bei 1,6 rad s^-1, wobei dieser Beitrag dann sein Maximum bei einem v/h-Wert von ungefähr 4,8 rad s^-1 erreicht. M. a. W. in einer Situation, in der ein solches kontrastreiches Bild angeboten wird, kann mit einer höheren geometrischen Trennfähigkeit gearbeitet werden.

Fig. 5a gibt ein Blockschema der behandelten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optoelektrischen Detektionssystems. In diesem Detektionssystem ist eine im Vorhergehenden behandelte Konfiguration von fünf Detektionselementen benutzt, die in der Figur durch D 1 bis 5 angegeben sind. Jedes dieser Detektionselemente ist über eine separate Leitung mit einem elektrischen Prozessorsystem verbunden, das in seiner Allgemeinheit innerhalb des Rahmens 1 angegeben ist. Der Ausgang dieses Prozessorsystems ist mit einer Ausgangsvorrichtung verbunden, die das durch den Prozessor bewirkte Ausgangssignal in eine für Aufzeichnung auf einem photographischen Film geeignete Lichtstrahlung umsetzen kann, welche die durch die Detektionselemente gelieferte Information enthält. Diese Ausgangsvorrichtung ist in ihrer Allgemeinheit innerhalb des Rahmens 2 angegeben. Mit jedem der Detektionselemente D 1-D 5 ist ein Vorverstärker V 1-V 5 assoziiert. Durch diese Vorverstärker wird für das jeweilige Detektionselement das passende Vorspannungsniveau eingestellt und stabilisiert und das jeweilige elektrische Signal, das von dem zugehörigen Detektionselement abgeleitet ist, auf ein Niveau gebracht, das für weitere Signalverarbeitung geeignet ist. Die Ausgangssignale dieser Vorverstärker werden, nachdem darin, wie näher dargelegt werden wird, benötigte Verzögerungen eingeführt sind, durch die Verzögerungsvorrichtungen τ₂-τ₅ in der angegebenen Weise verknüpft durch die Verknüpfungskreise C 1-C 5 zu zwei zusammengesetzten Videosignalen, die weiter verarbeitet werden, wobei jedes eines solchen zusammengesetzten Videosignals durch einen separaten Verstärker Vq, Vm geführt wird. Die Ausgangssignale der Verstärker Vq und Vm werden nun in Übereinstimmung mit vorbestimmten Funktionen, z. B. die Funktionen, wie in Fig. 7 angegeben, miteinander verknüpft, was zu dem endgültigen Videosignal führt, das nach weiterer Verarbeitung dazu verwendet wird, mittels der Ausgangsvorrichtung 2 eine Abbildung von dem überflogenen Gelände zu erzeugen. Obgleich dies nicht zum Erfindungsgegenstand gehört, wird der Vollständigkeit halber bemerkt, daß bei der Weiterverarbeitung dieser zusammengesetzten Videosignale Gleichkomponente-Restauration, Kompression des dynamischen Signalgebietes und, falls erwünscht, Kompensation für eine Rollbewegung des Flugzeuges angewendet werden. In der genannten Ausgangsvorrichtung 2 wird das endgültig erhaltene elektrische Ausgangssignal einer lichtemittierenden Diode LED mit hohem Wirkungsgrad zugeführt, welche Diode dazu dient, die dieser zugeführten elektrischen Signale in eine der darin enthaltenen Information entsprechende Lichtstrahlung umzuwandeln, die sich für Aufzeichnung auf einem photographischen Film eignet. Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung einer solchen Ausgangsvorrichtung beschränkt. Jede Ausgangsvorrichtung, wie z. B. eine magnetische Aufzeichnungsvorrichtung, die das durch das Prozessorsystem abgegebene elektrische Ausgangssignal in ein Signal umwandeln kann, dessen Informationsinhalt dem der angebotenen Lichtstrahlung entspricht, kann verwendet werden.

Die Detektionselemente, wie D 1, D 2, D 3, D 4 und D 5, die jeweils eine gleiche Bildzeile des überflogenen Geländes reihenweise abtasten, geben je Abtastung dieselbe Information, sei es, daß diese Informationsfragmente zueinander in der Zeit verschoben sind. Dieser Zeitunterschied δ t, gültig für zwei aufeinander folgende Detektionselemente, ist durch gegeben, worin α den für das betreffende Abtastbündel geltenden Öffnungswinkel, δ den Öffnungswinkel, entsprechend dem Zwischenraum zwischen einzelnen Abtastbündeln und r die Winkelgeschwindigkeit der Abtastschwenkung darstellen. Um diese Laufzeitunterschiede zu beseitigen, müssen die betreffenden elektrischen Signale verzögert werden, welchem Zweck die genannten Verzögerungsvorrichtungen τ₂-τ₅ dienen. Wenn, wie bei dem behandelten Ausführungsbeispiel, fünf Detektionselemente mit unter sich gleichen Abständen von den Achslinien angewendet sind, gelten die folgenden Verzögerungen τ₂ = δ t; τ₃ = 2 δ t; τ₄ = 3 δ t und τ₅ = 4 w t.

Wie schematisch angegeben, werden die von den verhältnismäßig kleinen Detektionselementen abgeleiteten elektrischen Ausgangssignale miteinander verknüpft und einem zugehörigen Verstärker Vm zugeführt, während in ähnlicher Weise die von den verhältnismäßig großen Detektionselementen abgeleiteten elektrischen Signale verknüpft und einem zugehörigen Verstärker Vq zugeführt werden. Die Ausgangssignale der betreffenden dieser Verstärker werden, nachdem sie gewogen worden sind, in Abhängigkeit von dem Betriebsparameter v/h und dem durchschnittlichen Signalniveau zu einem zusammengesetzten Videosignal miteinander verknüpft. Wenn der Beitrag der verhältnismäßig kleinen Detektionselemente zu dem durch Verknüpfung zusammengesetzten Videosignal durch Km bezeichnet wird und der Beitrag der verhältnismäßig großen Detektionselemente einer Gruppe zu dem betreffenden durch Verknüpfung zusammengesetzten Videosignal durch Kq bezeichnet wird, ist in Fig. 6 beispielsweise erläutert, wie das gegenseitige Verhältnis zwischen diesen Beiträgen Km und Kq zu diesem zusammengesetzten Videosignal als Funktion des Betriebsparameters v/h verläuft. Ein solcher Beitragsverlauf als Funktion des Betriebsparameters v/h kann dadurch verwirklicht werden, daß in den Ausgangskreis der betreffenden Verstärker Vq und Vm Regelmittel aufgenommen werden, wie z. B. Spannungsteiler Pq und Pm, und der Stand des betreffenden Spannungsteilers unter Steuerung eines Steuerkreises ST in Abhängigkeit von v/h gemäß einem Funktionsverlauf, wie schematisch in Fig. 7 angegeben, geregelt wird. Diese Beiträge Km und Kq sind für das durch Verknüpfung zusammengesetzte Videosignal vorzugsweise derart gewählt, daß, sie schon in Fig. 3 erläutert, der für das zusammengesetzte Signal geltende rauschäquivalente Temperaturunterschied von einem verhältnismäßig niedrigen v/h-Wert an im wesentlichen konstant bleibt als Funktion von v/h.

Wie schon eher bemerkt, ist es von Vorteil, bei einem kontrastreichen Bild vom überflogenen Gelände, m. a. W. ein günstiges Signal-Rauschverhältnis des angebotenen Signals, den Beitrag der verhältnismäßig großen Detektionselemente relativ zu verringern, um dadurch eine gewisse Verbesserung der geometrischen Trennfähigkeit zu erzielen. Dies ist in Fig. 6 und 7 durch die unterbrochenen Linien angegeben, womit die besagten Regelmittel auch in Abhängigkeit vom Signal-Rauschverhältnis gesteuert werden können. Diese beiden Steuerfunktionen können durch den Steuerkreis ST realisiert werden, der z. B. einen Rechenautomat enthalten kann, der entsprechend den vorhergehenden behandelten Funktionen von v/h und dem Signal-Rauschverhältnis S/N programmiert ist, und zwar derart, daß bei einem gegebenen Parameterwert von v/h und eventuell dem Signal-Rauschverhältnis eine mit Fig. 7 übereinstimmende Einstellung der Regelmittel zustande gebracht wird. Nachdem das zusammengesetzte Videosignal durch eine zugehörige Verknüpfungsschaltung, wie Vs, verstärkt und verknüpft worden ist, wird es durch einen Gleichkomponente-Restaurationskreis DcR geführt. Ein solcher Restaurationskreis dient zur Entwicklung eines für den Aufzeichnungsprozeß geeigneten Bezugsniveaus. Eine nicht-lineare amplitudenabhängige Verstärkungsregelung und erwünschtenfalls eine Rollbewegung-Kompensation können durch einen Hilfskreis HK bewirkt werden, der mit dem Ausgang des zugehörigen Restaurationskreises verbunden ist.

Die auf diese Weise verarbeiteten elektrischen Signale werden letzten Endes über einen zugehörigen Antriebskreis AK einer lichtemittierenden Diode LED zugeführt, welche die zugeführten elektrischen Signale in entsprechende Lichtstrahlung umwandeln kann, die sich für Aufzeichnung auf einem photographischen Film eignet. Die durchschnittliche Intensität der lichtemittierenden Diode kann so geregelt werden, daß die endgültige Filmaufzeichnung die bestmögliche Uniformität hat. Durch Regelung des Maßes der Überlappung aufgezeichneter Bildzeilen kann das Signal-Rauschverhältnis der Aufzeichnung verbessert werden. Der Antriebskreis AK dient dazu, die elektrischen Signale zum Aktivieren der lichtemittierenden Diode zu erzeugen, wobei dieses Antriebssignal eine Funktion der Filmgeschwindigkeit ist, die ihrerseits wieder mit dem Betriebsparameter v/h zusammenhängt. Bei einer verhältnismäßig niedrigen Filmgeschwindigkeit, z. B. 8 mm · s^-1, wird die durchschnittliche Intensität niedrig sein, weil auf dem Film mit vielen Wiedergabelinien überlappend geschrieben wird. Bei großen Werten von v/h kommen die Wiedergabelinien dagegen nebeneinander auf dem Film zu liegen, wobei jede Linie mit der vollen Intensität aufzuzeichnen ist. Die im Vorhergehenden beschriebene Steuerung der lichtemittierenden Diode kann mittels eines Hilfsteuerkreises HST erhalten werden, mit dem der Antriebskreis AK in Abhängigkeit von der Fortbewegungsgeschwindigkeit des Films oder dem Betriebsparameter v/h in der oben angegebenen Weise gesteuert werden kann.

Wie in der oben beschriebenen Ausführungsform nach Fig. 5a gezeigt, enthalten die Regelmittel zum Variieren des relativen Beitrags der elektrischen Videosignale, abgeleitet von den Detektionselementen mit großem Öffnungswinkel (wie D 1 und D 5) bzw. von den Detektionselementen mit kleinem Öffnungswinkel (wie D 2, D 3, D 4), Potentiometer Pq bzw. Pm, um das Prinzip des parameterabhängigen Gewichtungsverfahrens, verbunden mit den Addieroperationen der betreffenden Videosignale, deutlich zu erläutern.

Eine Vorzugsausführungsform, in der für die Verwirklichung des obengenannten Prinzips ein Mikroprozessor mit Vorteil als Kern der Informationsverarbeitungsvorrichtung zum Behandeln der Videosignale, abgeleitet von den einzelnen Detektionselementen, angewendet werden kann, wird in Fig. 5b gezeigt. Alle Signalverarbeitungsfunktionen werden durch einen Hauptmikroprozessor MP gesteuert, der dazu programmiert ist, u. a. Steuersignale zu erzeugen zum selektiven Steuern der Multiplizierfaktoren der Multiplizierer Mm, Mq bzw. Ms zum Liefern eines zusammengesetzten Signals Cs, das (nicht-gezeigten) Verbrauchsmitteln zuzuführen ist, von denen z. B. ein Treibersignal für den Antriebskreis AK in der Ausführungsform nach Fig. 5a abgeleitet werden kann. Wie in Fig. 5b gezeigt, werden die Videosignale, abgeleitet von Detektionselementen mit kleinem Öffnungswinkel, wie D 2, D 3, D 4, bzw. von Detektionselementen mit großem Öffnungswinkel, wie D 1 und D 5, nachdem sie in geeigneter Weise durch Verzögerungsmittel τ₂-τ₅ verzögert worden sind, durch einzelne Addierer Am bzw. Aq addiert oder verknüpft. Der Ausgang eines jeden der Addierer Am bzw. Aq wird mit einem einzelnen Multiplizierer Mm bzw. Mq verbunden, der als Verstärker mit regelbarer Verstärkung funktioniert, um den Multiplikationsfaktor für das betreffende, dessen Eingang zugeführte Signal selektiv zu variieren.

Der Ausgang eines jeden Multiplizierers ist mit einem weiteren Addierer oder Verknüpfungsschaltung Af verbunden, der auch eine steuerbare Gleichstrom-Vorspannung von einem weiteren Multiplizierer Ms erhält, der auf ein Quellsignal von einer Quelle Gs ansprechend als steuerbare Gleichstromquelle funktioniert, die ein Gleichstrom-Plateausignal für das zusammengesetzte Signal Cs liefert. Jeder der Multiplizierer Mm, Mq und Ms empfängt ein einzelnes Steuersignal Sm, Sq bzw. Ss von einer Koppelvorrichtung I 1, die die einzelnen Digitalsteuersignale von dem Hauptmikroprozessor MP in entsprechende Signale umwandelt, die sich zur Steuerung der entsprechenden Multiplizierer eignen. Der Hauptprozessor seinerseits empfängt seine Instruktionen wie v/h bezogene Information und Information in bezug auf das Signal-Rauschverhältnis, von einem Unterprozessor SP. Der Unterprozessor ist dazu angeordnet, die relevante Information, abgeleitet von der Flugzeug-Koppelvorrichtung I 2, wie v/h und S/N, in Instruktionen umzuwandeln, die sich für den Hauptprozessor eignen. Durch Selektion eines geeigneten Programms kann dafür gesorgt werden, daß der Hauptprozessor auf die Eingangsinstruktionen von dem Unterprozessor anspricht zum Erzeugen von Steuersignalen zum Steuern der Multiplizierer Mm, Mq und Ms derart, daß die drei Komponentsignale, die der Verknüpfungsschaltung Af zugeführt sind, mit v/h und/oder S/N abhängigen Gewichtsfaktoren verknüpft sind.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind verschiedene alternative Ausführungsformen von dem Fachmann durchführbar. Beispielsweise ist es in der Informationsverarbeitungsvorrichtung nicht durchaus notwendig von den Detektionselementen abgeleitete Videosignale einzeln zu verzögern. Im Prinzip kann jedes der Videosignale von den Detektionselementen, ohne verzögert zu werden, durch einen einzelnen steuerbaren Multiplizierer verarbeitet werden, in welchem jeder der Multiplizierer einzeln von dem Hauptprozessor gesteuert wird. Deshalb werden mit n Detektionselementen n separate Videosignale erzeugt, die einzeln multipliziert (gewichtet) und einzeln auf einem gemeinsamen Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden.

Claims (9)

1. Optoelektrische Detektionsvorrichtung für die Umwandlung von Informationen enthaltender Lichtstrahlung in Signale mit entsprechendem Informationsinhalt, mit mindestens einer Reihe von Detektionselementen, die jeweils die Informationen enthaltende Lichtstrahlung in ein entsprechendes, Informationen enthaltendes elektrisches Signal umwandeln, und mit einer elektrische Signale verarbeitenden Vorrichtung, die die von den Detektionselementen gelieferten elektrischen Signale zu einem für weitere Anwendung geeigneten Signal verarbeitet, dessen Informationsinhalt dem der angebotenen Lichtstrahlung entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe der Detektionselemente (D 1-D 5, Fig. 5a; D 1-D 5, Fig. 5b) optisch gekuppelt ist mit einer optischen Vorrichtung, mit der hintereinander den Detektionselementen der Reihe ein Strahlungsbündel mit gleichem Informationsinhalt angeboten wird, daß in der Reihe Detektionselemente mit voneinander verschiedenen räumlichen Öffnungswinkeln vorhanden sind, daß mindestens ein Detektionselement (D 1, Fig. 5a; D 1, Fig. 5b), dessen räumlicher Öffnungswinkel ein erstes Maß hat, mit seinem Ausgang mit einer variablen Amplitudensteuerung (Pq, Fig. 5a; Mq, Fig. 5b) gekuppelt ist, daß der Ausgang dieser variablen Amplitudensteuerung mit einem Eingang einer Verknüpfungsschaltung (Vs, Fig. 5a; Af, Fig. 5b) gekuppelt ist, von der ein anderer Eingang mit dem Ausgang mindestens eines Detektionselementes (D 2, Fig. 5a; D 2, Fig. 5b) gekuppelt ist, dessen räumlicher Öffnungswinkel ein zweites Maß hat, das sich von dem erstgenannten Maß unterscheidet, daß die Verknüpfungsschaltung (Vs, Fig. 5a; Af, Fig. 5b) an ihrem Ausgang ein einzelnes Signal bildet, das aus den Eingangssignalen derselben gebildet ist, und daß die signalverarbeitende Vorrichtung die Amplitude des Ausgangssignals der genannten variablen Amplitudensteuerung in bezug auf die Amplitude des Ausgangssignals des genannten Detektionselementes, dessen Öffnungswinkel ein zweites Maß hat, entsprechend den Änderungen in einem oder mehreren Betriebsparametern ändert (ST, Fig. 5a; MP, Sq, Sm, Fig. 5b), wodurch die relativen Beträge, die von den Detektionselementen mit voneinander verschiedenen räumlichen Öffnungswinkeln dem elektrischen Ausgangssignal der die genannten elektrischen Signale verarbeitenden Vorrichtung geliefert werden, in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern variiert werden können.

2. Optoelektrische Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang mindestens eines Detektionselementes (D 2, Fig. 5a; D 2, Fig. 5b), dessen räumlicher Öffnungswinkel sich von dem genannten ersten Maß unterscheidet, mit einer weiteren variablen Amplitudensteuerung (Pm, Fig. 5a; Mm, Fig. 5b) gekoppelt ist; und die signalverarbeitende Vorrichtung gleichfalls dazu eingerichtet (St, Fig. 5a; MP, Sm, Fig. 5b) ist, das Ausgangssignal dieser weiteren Amplitudensteuerung entsprechend den Änderungen in mindestens einem Betriebsparameter zu ändern.

3. Optoelektrische Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Detektionselemente gegen Infrarotstrahlung empfindlich sind und die genannte optische Vorrichtung eine Abtastvorrichtung für das periodische Abtasten eines überflogenen Geländes ist, dadurch gekennzeichnet, daß die die elektrischen Signale verarbeitende Vorrichtung dazu eingerichtet ist, das Ausgangssignal der betreffenden variablen Amplitudensteuerung derart zu ändern, daß der relative Beitrag zu dem elektrischen Ausgangssignal der signalverarbeitenden Vorrichtung und wie geliefert von Detektionselementen, deren räumlicher Öffnungswinkel größer als der der anderen Detektionselemente ist, vergrößert bzw. verkleinert wird, je nachdem der Betriebsparameter v/h zunimmt, bzw. abnimmt, in dem v die Fluggeschwindigkeit und h die Flughöhe darstellen.

4. Optoelektrische Detektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte die elektrischen Signale verarbeitende Vorrichtung dazu eingerichtet ist, den relativen Beitrag, den die betreffenden Detektionselemente dem elektrischen Ausgangssignal dieser verarbeitenden Vorrichtung liefern, gemäß einer im wesentlich linearen Funktion des betreffenden Betriebsparameters zu variieren.

5. Optoelektrische Detektionsvorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die elektrischen Signale verarbeitende Vorrichtung dazu eingerichtet ist, den relativen dem elektrischen Ausgangssignal dieser verarbeitenden Vorrichtung gelieferten Beitrag durch Detektionselemente, deren räumlicher Öffnungswinkel größer als der der anderen Detektionselemente ist, zu verkleinern bzw. zu vergrößern, je nachdem das Signal-Rauschverhältnis des angebotenen Bildsignals größer bzw. kleiner ist.

6. Optoelektrische Detektionsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens zwei linearen Reihen von Detektionselementen, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder linearen Reihe von Detektionselementen, deren räumlicher Öffnungswinkel kleiner als der der anderen Detektionselemente in der betreffenden Reihe ist, vorhanden sind, wobei diese Detektionselemente mit kleinerem Öffnungswinkel vorzugsweise in der Mitte der Reihe aufgestellt sind; und die die elektrischen Signale verarbeitende Vorrichtung eine der Anzahl Reihen entsprechende Anzahl ähnlicher Verarbeitungskanäle umfaßt, wobei die betreffenden Kanäle zum Verarbeiten der von einer betreffenden der Reihen von Detektionselementen abgeleiteten Signale dient.

7. Optoelektrische Detektionsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte die Signale verarbeitende Vorrichtung dazu eingerichtet ist, die Amplituden der Ausgangssignale der betreffenden Amplitudensteuerung in Abhängigkeit von dem Parameter v/h derart zu ändern, daß der rauschäquivalente Temperaturunterschied Δ Tn, der für das genannte elektrische Ausgangssignal gilt, über das betreffende Gebiet von v/h-Werten einer vorher bestimmten Funktion folgt.

8. Optoelektrische Detektionsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte die Signale verarbeitende Vorrichtung dazu eingerichtet ist, die Amplituden der Ausgangssignale der Amplitudensteuerung in Abhängigkeit von dem Paramater v/h derart zu ändern, daß der rauschäquivalente Temperaturunterschied Δ Tn über das betreffende Gebiet von v/h-Werten im wesentlichen konstant ist.

9. Optoelektrische Detektionsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte die elektrischen Signale verarbeitende Vorrichtung dazu eingerichtet ist, das Ausgangssignal der variablen Amplitudensteuerung über ein bestimmtes Gebiet von v/h-Werten gemäß einer im wesentlichen linearen Funktion des Parameters v/h zu ändern, sowie auch das Ausgangssignal der betreffenden weiteren variablen Amplitudensteuerung über dasselbe Gebiet von v/h-Werten, gleichfalls gemäß einer im wesentlichen linearen Funktion des Parameters v/h, jedoch in entgegengesetztem Sinn, zu ändern.